CN113257194A - 一种有源矩阵有机发光二极管像素补偿电路及其驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种有源矩阵有机发光二极管像素补偿电路及其驱动方法，包括第一开关晶体管T1、第二开关晶体管T2、第三开关晶体管T3、第四开关晶体管T4、驱动管T5、存储电容器Cs、补偿电容器Cc、有机发光二极管OLED、第一扫描控制线Vs1、第二扫描控制线Vs2、数据信号线Vdata、电源/基准复用线Vdd/Vref。驱动方法包括补偿阶段、数据写入阶段和发光阶段。其中，数据写入阶段既实现数据信号的写入，也实现对驱动管T5迁移率变化的补偿。本发明的有源矩阵有机发光二极管像素补偿电路具有开口率高、补偿驱动管迁移率变化、以及减缓有机发光二极管OLED退化速度等优点。

Description

一种有源矩阵有机发光二极管像素补偿电路及其驱动方法
技术领域
本发明涉及显示像素电路领域，尤其涉及一种有源矩阵有机发光二极管(Active-Matrix Organic Light Emitting Diode，AMOLED)像素补偿电路及其驱动方法。
背景技术
平板显示作为一种人机交互的界面，当前被广泛应用在各类电子产品中。有源矩阵有机发光二极管被认为是下一代的主流显示技术，具有自主发光、视角宽、均匀性好、亮度高、对比度高、功耗低、工作温度范围宽(在-40℃仍可工作)及利于柔性显示等优点，因此，受到广泛关注和研究。传统的有源矩阵有机发光二极管像素电路由两个薄膜晶体管(2T，T表示Transistor)和一个存储电容器(1C，C表示Capacitor)以及有机发光二极管(OLED)构成，也被称为2T1C像素电路。其中，一个晶体管作为开关管，用于控制数据信号的写入；另一个晶体管则作为驱动管，为有机发光二极管OLED提供稳定的驱动电流。然而在实际应用中，长时间加载在薄膜晶体管上的电压偏置所产生的电应力以及光照等都会引起薄膜晶体管的阈值电压和迁移率产生漂移。这会导致驱动管不再能够给有机发光二极管OLED提供稳定的恒流偏置，进而影响显示画面的稳定性。因为传统的2T1C像素电路不具有针对晶体管阈值电压漂移的补偿功能，满足不了高品质显示的需要，所以人们持续探索和开发能够补偿驱动管阈值电压漂移的像素补偿电路。此外，目前的显示产品不断向着大尺寸方向发展，这对像素补偿电路的开口率也提出了一定的要求。
在对有源矩阵有机发光二极管像素补偿电路的探索中，人们对晶体管的迁移率变化缺乏相应的关注。虽然现有像素补偿电路能够实现对晶体管阈值电压漂移的补偿，但是在某些导致迁移率严重变化的情况下，这些电路就不再能够维持显示画面的稳定性和均匀性。因此，晶体管迁移率的变化也应受到相应的补偿。
除了晶体管的关键电学参数漂移问题以外，OLED的电学参数退化(特别是工作电压 Voled的增加)也会引起显示亮度的不均匀性，进而影响显示品质。因此，像素电路的设计也应当考虑有机发光二极管OLED的电学参数退化问题。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术的不足，本发明提供一种有源矩阵有机发光二极管像素补偿电路及其驱动方法，既可实现对晶体管阈值电压漂移的补偿，也能够对晶体管迁移率变化进行补偿。此外，该像素补偿电路对开口率也进行了改善。再者，该像素补偿电路还能够减缓有机发光二极管OLED的退化速度。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种有源矩阵有机发光二极管像素补偿电路，包括第一开关晶体管T1、第二开关晶体管T2、第三开关晶体管T3、第四开关晶体管T4、驱动管T5、存储电容器Cs、补偿电容器Cc、有机发光二极管OLED、第一扫描控制线Vs1、第二扫描控制线Vs2、数据信号线Vdata、电源/基准复用线Vdd/Vref；
所述第一开关晶体管T1的漏极连接数据信号线Vdata，栅极接第一扫描控制线Vs1，源极连接补偿电容器Cc的A端；
所述第二开关晶体管T2的漏级连接补偿电容器Cc的B端、存储电容器Cs的B端和驱动管T5的栅极，栅极连接第二扫描控制线Vs2，源级连接第三开关晶体管T3的源级和驱动管T5的漏级；
所述第三开关晶体管T3的漏级连接电源/基准复用线Vdd/Vref，栅极连接自身的漏级，源级连接第二开关晶体管T2的源级和驱动管T5的漏级；
所述第四开关晶体管T4的漏极连接电源/基准复用线Vdd/Vref，栅极连接第一扫描控制线Vs1，源级连接存储电容器Cs的C端、驱动管T5的源级和有机发光二极管OLED 的阳极；
所述驱动管T5的漏级连接第三开关晶体管T3的源级和第二开关晶体管T2的源级，栅极连接第二开关晶体管T2的漏级、存储电容器Cs的B端和补偿电容器Cc的B端，源级连接第四开光晶体管T4的源级和有机发光二极管OLED的阳极；
所述有机发光二极管OLED的阳极连接第四开关晶体管T4的源级、存储电容器Cs的C端和驱动管T5的源级，阴极连接地线Vss；
所述电源/基准复用线Vdd/Vref在补偿阶段和数据写入阶段为基准信号Ref，在发光阶段为电源信号VDD。
进一步的，所述第一开关晶体管T1、第二开关晶体管T2、第三开关晶体管T3、第四开关晶体管T4和驱动管T5均为N型晶体管。
上述有源矩阵有机发光二极管像素补偿电路的驱动方法，包括如下步骤：
(1)补偿阶段：第一扫描控制线Vs1和第二扫描控制线Vs2均设为高电平，电源/ 基准复用线Vdd/Vref为基准信号Ref，数据线Vdata为预置电压0V，第一开关晶体管 T1开启，补偿电容器Cc的A端电位固定为0V，第三开关晶体管T3关闭，第二开关晶体管T2、第四开关晶体管T4和驱动管T5开启，补偿电容器Cc和存储电容器Cs通过第二开关晶体管T2和驱动管T5放电；当驱动管T5的栅源电压等于其阈值电压时，放电截止；
(2)数据写入阶段：第一扫描控制线Vs1和第二扫描控制线Vs2均为高电平，电源/基准复用线Vdd/Vref为基准信号Ref，数据信号线Vdata输出数据信号Data；第一开关晶体管T1开启，补偿电容器Cc的A端电位固定为0V，第三开关晶体管T3关闭，第二开关晶体管T2和第四开关晶体管T4开启，补偿电容器Cc和存储电容器Cs通过驱动管T5放电；
(3)发光阶段：第一扫描控制线Vs1和第二扫描控制线Vs2均为低电平，电源/ 基准复用线为电源信号VDD，第一开关晶体管T1、第二开关晶体管T2和第四开关晶体管T4关闭，第三开关晶体管T3和驱动管T5开启，使有机发光二极管OLED发光。
优选的，驱动时序中第一帧采用步骤(1)-(3)所示的驱动方法，第2到N个帧只有数据写入和发光阶段两个时序阶段，不进行对驱动管T5的阈值电压和迁移率的补偿，目的是在牺牲一点补偿精确度的情况下，提高电路速度和减小功耗，具体步骤包括：
(4)第二帧数据写入：第一扫描控制线Vs1置高电平，第二扫描控制线Vs2置低电平，电源/基准复用线Vdd/Vref为基准信号Ref；
(5)第二帧发光阶段：第一扫描控制线Vs1和第二扫描控制线Vs2均置低电平，电源/基准复用线Vdd/Vref为电源信号VDD；上一帧存储电容器Cs存储的数据信号驱动有机发光二极管OLED发光；
(6)重复第二帧的驱动时序至第N帧，到第N+1帧时，再重复之前的第一帧到第 N帧的驱动时序，以此类推，N根据显示面板的分辨率确定。
优选的，步骤(3)中，流过有机发光二极管OLED的电流下式所示
Figure RE-GDA0003137456470000031
其中，k＝μCoxW/2L，C1和C2分别为补偿电容器Cs和存储电容器Cc的电容大小，t1为数据写入阶段电容器放电的时间，该时间等于数据写入阶段持续的时间。
优选的，在发光阶段外，对有机发光二极管OLED施加负向偏压；在发光阶段时，有机发光二极管OLED阳极为正向偏压。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
(1)与现有技术中有源矩阵有机发光二极管像素补偿电路相比，本发明提出的像素补偿电路多次利用复用信号线，而且使用栅漏短接的第三开关晶体管T3作为开关管，有效地减少了像素补偿电路中的控制线的数目，简化了像素电路结构，有利于开口率的提高。
(2)本发明提出的有源矩阵有机发光二极管像素补偿电路除了补偿晶体管的阈值电压外，还能够对其迁移率进行补偿。因此，本发明提出的AMOLED对晶体管的电学参数漂移的补偿更全面，能够提供更好的画面稳定性和均匀性。
(3)在本发明的驱动时序中，在发光阶段外，对有机发光二极管OLED施加负向偏压(Ref<0)；在发光阶段时，有机发光二极管OLED阳极又为正向偏压。这使得有机发光二极管OLED工作在交流模式，减缓了有机发光二极管OLED的退化速度。
附图说明
图1为本发明提出的一种有源矩阵有机发光二极管像素补偿电路结构示意图；
图2为本发明提出的有源矩阵有机发光二极管像素补偿电路的驱动时序图；
图中有：第一开关晶体管T1、第二开关晶体管T2、第三开关晶体管T3、第四开关晶体管T4、驱动管T5、存储电容器Cs、补偿电容器Cc、有机发光二极管OLED、第一扫描控制线Vs1、第二扫描控制线Vs2、数据信号线Vdata、电源/基准复用线Vdd/Vref。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的的说明。
本发明提供的一种有源矩阵有机发光二极管像素补偿电路包括第一开关晶体管T1、第二开关晶体管T2、第三开关晶体管T3、第四开关晶体管T4、驱动管T5、存储电容器Cs、补偿电容器Cc、有机发光二极管OLED、第一扫描控制线Vs1、第二扫描控制线Vs2、数据信号线Vdata、电源/基准复用线Vdd/Vref。
所述第一开关晶体管T1、第二开关晶体管T2、第三开关晶体管T3、第四开关晶体管T4和驱动管T5均为N型晶体管。
所述第一开关晶体管T1的漏极连接数据信号线Vdata，栅极接第一扫描控制线Vs1，源极连接补偿电容器Cc的A端。所述第一开关晶体管T1用于控制数据信号线Vdata 的信号写入到补偿电容器Cc的A端。
所述第二开关晶体管T2的漏级连接补偿电容器Cc的B端、存储电容器Cs的B端和驱动管T5的栅极，栅极连接第二扫描控制线Vs2，源级连接第三开关晶体管T3的源级和驱动管T5的漏级。所述第二开关晶体管T2用于控制存储电容器Cs和地线Vss间连线的导通和关断。
所述第三开关晶体管T3的漏级连接电源/基准复用线Vdd/Vref，栅极连接自身的漏级，源级连接第二开关晶体管T2的源级和驱动管T5的漏级。所述第三开关晶体管T3 用于控制电源信号的施加和撤销。
所述第四开关晶体管T4的漏极连接电源/基准复用线Vdd/Vref，栅极连接第一扫描控制线Vs1，源级连接存储电容器Cs的C端、驱动管T5的源级和有机发光二极管OLED 的阳极。所述第四开关晶体管T4用来给有机发光二极管OLED提供负向偏置，缓解有机发光二极管OLED退化速度以及防止其误发光。
所述驱动管T5的漏级连接第三开关晶体管T3的源级和第二开关晶体管T2的源级，栅极连接第二开关晶体管T2的漏级、存储电容器Cs的B端和补偿电容器Cc的B端，源级连接第四开光晶体管T4的源级和有机发光二极管OLED的阳极。所述驱动管T5 用来为有机发光二极管OLED提供驱动电流。
所述有机发光二极管OLED的阳极连接第四开关晶体管T4的源级，存储电容器Cs的C端和驱动管T5的源级，阴极连接地线Vss。
所述电源/基准复用线Vdd/Vref在补偿阶段和数据写入阶段为基准信号Ref，在发光阶段为电源信号VDD。
上述有源矩阵有机发光二极管像素补偿电路的驱动方法，包括下列步骤：
(1)补偿阶段：第一扫描控制线Vs1和第二扫描控制线Vs2均设为高电平，电源/ 基准复用线Vdd/Vref在补偿阶段为基准信号Ref，数据线Vdata此时为预置电压0V。此时，第一开关晶体管T1开启，补偿电容器Cc的A端电位固定为0V，第二开关晶体管T2和第四开关晶体管T4开启，存储电容器Cs的C端电位被基准信号Ref拉低。因为在上一帧的发光阶段结束后，驱动管T5栅极处为高电平，且此时驱动管T5的源级电位被基准信号Ref拉低，驱动管T5导通，所以两个电容器都会通过第二开关晶体管T2 和驱动管T5放电。当驱动管T5的栅源电压等于其阈值电压时，放电截止。此时驱动管 T5的栅极电压Vg由式(1)所示：
Vg＝Vth+Ref (1)
其中，Vth为驱动管T5的阈值电压。补偿阶段实现了对驱动管T5的阈值电压的提取并存储在了存储电容器Cs上。
(2)数据写入阶段：第一扫描控制线Vs1和第二扫描控制线Vs2均为高电平，电源/基准复用线Vdd/Vref在数据写入阶段仍为基准信号Ref，数据信号线Vdata则输出数据信号Data。数据信号Data写入，使补偿电容器Cc的A端电压由0V变为Data，由于补偿电容器Cc和存储电容器Cs的耦合特性，则B端电压由式(1)变为式(2)：
Figure RE-GDA0003137456470000061
其中，C1和C2分别为补偿电容器Cc和存储电容器Cs的电容大小。因为第二开关晶体管T2在该阶段并没有关闭，且驱动管T5的栅源电压由于数据信号Data耦合进来而大于其阈值电压，就会导致电容器通过驱动管T5放电。记这个放电时间为t1，且0时刻的驱动管T5的栅极电压Vg由上述(2)式所示。整个放电过程的驱动管T5栅极电压变化可由式(3)描述：
Figure RE-GDA0003137456470000062
两个电容器的放电电流之和等于驱动管T5的电流，且由于第二开关晶体管T2开启，使驱动管T5栅漏短接，工作在饱和区。式(3)中，k＝μCoxW/2L，其中μ、Cox和W/L 分别表示驱动管T5的迁移率、栅介质层电容密度和宽长比。
对式(3)两边积分并求解，过程如式(4)所示：
Figure RE-GDA0003137456470000063
其中，Vg(t＝0)已知，如式(2)所示，Vg(t＝t1)为放电结束时的驱动管T5栅极电压，记作 Vg1，解式(4)得Vg1如式(5)所示：
Figure RE-GDA0003137456470000071
由上可知，该阶段除了实现数据信号的写入外，也实现了对驱动管T5的迁移率提取(在式(5)的k中)。记
Figure RE-GDA0003137456470000072
则ΔVμ是一个关于μ的负相关的函数。因此若驱动管T5的迁移率μ增加，该Vg1的值就会相应地减小，从而抑制发光阶段流过OLED的电流的增加。同样，若驱动管T5的迁移率μ减小，该Vg1的值就会增加，进而抑制发光阶段流过OLED的电流的减小。该数据阶段实现了对驱动管T5迁移率变化的补偿。
(3)发光阶段：第一扫描控制线Vs1和第二扫描控制线Vs2均为低电平，电源/ 基准复用线在该阶段为电源信号VDD。则此时只有第三开关晶体管T3和驱动管T5开启，使有机发光二极管OLED发光。流过有机发光二极管OLED的电流如式(6)所示
Figure RE-GDA0003137456470000073
其中，k＝μCoxW/2L，t1为数据阶段电容器放电的时间，该时间约等于数据阶段持续的时间。因此，由式(6)可以看出，发光阶段流过有机发光二极管OLED的电流与驱动管T5阈值电压无关。此外，驱动管T5的迁移率的变化也得到了补偿。
(4)数据写入(第二帧)：第一扫描控制线Vs1置高电平，第二扫描控制线Vs2置低电平，电源/基准复用线Vdd/Vref在此阶段为基准信号Ref。不同于第一帧的数据写入阶段，第二帧的数据写入阶段仅实现数据信号的写入，而不实现对驱动管T5迁移率的提取。
(5)发光阶段(第二帧)：第一扫描控制线Vs1和第二扫描控制线Vs2均置低电平，电源/基准复用线Vdd/Vref在此阶段为电源信号VDD。上一帧存储电容器Cs存储的数据信号驱动有机发光二极管OLED发光。
(6)不同于第一帧，后面的2到N个帧只有数据写入和发光阶段两个时序阶段，不进行对驱动管T5的阈值电压和迁移率的补偿。N与显示面板的分辨率有关。而到第 (N+1)帧时，再重复之前的第一帧到第N帧的驱动时序，以此类推。驱动管T5的阈值电压和迁移率需要一定时间才有明显变化，因此，该驱动时序不会降低对像素电路的补偿效果，而且能够极大的降低功耗，提高速度。

Claims (6)

1.一种有源矩阵有机发光二极管像素补偿电路，其特征在于，包括第一开关晶体管T1、第二开关晶体管T2、第三开关晶体管T3、第四开关晶体管T4、驱动管T5、存储电容器Cs、补偿电容器Cc、有机发光二极管OLED、第一扫描控制线Vs1、第二扫描控制线Vs2、数据信号线Vdata、电源/基准复用线Vdd/Vref；
所述第一开关晶体管T1的漏极连接数据信号线Vdata，栅极接第一扫描控制线Vs1，源极连接补偿电容器Cc的A端；
所述第二开关晶体管T2的漏级连接补偿电容器Cc的B端、存储电容器Cs的B端和驱动管T5的栅极，栅极连接第二扫描控制线Vs2，源级连接第三开关晶体管T3的源级和驱动管T5的漏级；
所述第三开关晶体管T3的漏级连接电源/基准复用线Vdd/Vref，栅极连接自身的漏级，源级连接第二开关晶体管T2的源级和驱动管T5的漏级；
所述第四开关晶体管T4的漏极连接电源/基准复用线Vdd/Vref，栅极连接第一扫描控制线Vs1，源级连接存储电容器Cs的C端、驱动管T5的源级和有机发光二极管OLED的阳极；
所述驱动管T5的漏级连接第三开关晶体管T3的源级和第二开关晶体管T2的源级，栅极连接第二开关晶体管T2的漏级、存储电容器Cs的B端和补偿电容器Cc的B端，源级连接第四开光晶体管T4的源级和有机发光二极管OLED的阳极；
所述有机发光二极管OLED的阳极连接第四开关晶体管T4的源级、存储电容器Cs的C端和驱动管T5的源级，阴极连接地线Vss；
所述电源/基准复用线Vdd/Vref在补偿阶段和数据写入阶段为基准信号Ref，在发光阶段为电源信号VDD。
2.根据权利要求1所述的一种有源矩阵有机发光二极管像素补偿电路，其特征在于，所述第一开关晶体管T1、第二开关晶体管T2、第三开关晶体管T3、第四开关晶体管T4和驱动管T5均为N型晶体管。
3.权利要求1所述有源矩阵有机发光二极管像素补偿电路的驱动方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)补偿阶段：第一扫描控制线Vs1和第二扫描控制线Vs2均设为高电平，电源/基准复用线Vdd/Vref为基准信号Ref，数据线Vdata为预置电压0V，第一开关晶体管T1开启，补偿电容器Cc的A端电位固定为0V，第三开关晶体管T3关闭，第二开关晶体管T2、第四开关晶体管T4和驱动管T5开启，补偿电容器Cc和存储电容器Cs通过第二开关晶体管T2和驱动管T5放电；当驱动管T5的栅源电压等于其阈值电压时，放电截止；
(2)数据写入阶段：第一扫描控制线Vs1和第二扫描控制线Vs2均为高电平，电源/基准复用线Vdd/Vref为基准信号Ref，数据信号线Vdata输出数据信号Data；第一开关晶体管T1开启，补偿电容器Cc的A端电位固定为0V，第三开关晶体管T3关闭，第二开关晶体管T2和第四开关晶体管T4开启，补偿电容器Cc和存储电容器Cs通过驱动管T5放电；
(3)发光阶段：第一扫描控制线Vs1和第二扫描控制线Vs2均为低电平，电源/基准复用线为电源信号VDD，第一开关晶体管T1、第二开关晶体管T2和第四开关晶体管T4关闭，第三开关晶体管T3和驱动管T5开启，使有机发光二极管OLED发光。
4.根据权利要求3所述的驱动方法，其特征在于，驱动时序中第一帧采用步骤(1)-(3)所示的驱动方法，第2到N个帧只有数据写入和发光阶段两个时序阶段，不进行对驱动管T5的阈值电压和迁移率的补偿，具体步骤包括：
(4)第二帧数据写入：第一扫描控制线Vs1置高电平，第二扫描控制线Vs2置低电平，电源/基准复用线Vdd/Vref为基准信号Ref；
(5)第二帧发光阶段：第一扫描控制线Vs1和第二扫描控制线Vs2均置低电平，电源/基准复用线Vdd/Vref为电源信号VDD；上一帧存储电容器Cs存储的数据信号驱动有机发光二极管OLED发光；
(6)重复第二帧的驱动时序至第N帧，到第N+1帧时，再重复之前的第一帧到第N帧的驱动时序，以此类推，N根据显示面板的分辨率确定。
5.根据权利要求3所述的驱动方法，其特征在于，步骤(3)中，流过有机发光二极管OLED的电流如下式所示：
Figure RE-FDA0003137456460000021
其中，k＝μCoxW/2L，C1和C2分别为补偿电容器Cc和存储电容器Cs的电容，t1为数据写入阶段电容器放电的时间，该时间为数据写入阶段持续的时间，μ、Cox和W/L分别表示驱动管T5的迁移率、栅介质层电容密度和宽长比。
6.根据权利要求3所述的驱动方法，其特征在于，在发光阶段外，对有机发光二极管OLED施加负向偏压；在发光阶段时，有机发光二极管OLED为正向偏压。
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