CN114974132A - 配置成控制发光元件的像素电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及配置成控制发光元件的像素电路。像素电路包括在驱动晶体管的栅极和漏极之间的第一开关晶体管、第二开关晶体管以及连接到第二开关晶体管的辅助电容器。第二开关晶体管将数据信号电压从数据线通过驱动晶体管和第一开关晶体管传输到存储电容器。在第二开关晶体管和第一开关晶体管导通的第一时段的过程中，辅助电容器保持取决于来自数据线的数据信号电压的辅助电荷。在第二开关晶体管截止并且第一开关晶体管导通的第二时段的过程中，辅助电荷从辅助电容器通过第一开关晶体管和驱动晶体管转移到存储电容器。辅助电容器的电容等于或大于存储电容器的电容的1/2。

Description

配置成控制发光元件的像素电路
技术领域
本发明涉及配置成控制发光元件的像素电路。
背景技术
有机发光二极管(OLED)元件是电流驱动型的自发光元件，因此不需要背光。除此之外，OLED元件还具有实现低功耗、宽视角和高对比度的优点。有望为平板显示装置的发展做出贡献。
有源矩阵(AM)OLED显示装置包括用于选择像素的晶体管和用于向像素供应电流的驱动晶体管。OLED显示装置中的晶体管是薄膜晶体管(TFT)；通常，使用低温多晶硅(LTPS)TFT。
TFT的阈值电压和电荷迁移率具有变化。由于驱动晶体管决定了OLED显示装置的发光强度，因此它们的电气特性的变化可能会引起问题。因此，典型的OLED显示装置包括用于补偿驱动晶体管的阈值电压的变化和偏移的调整电路。
OLED显示装置可能会出现重影，这种现象称为图像残留。例如，在显示黑白棋盘格图案一定时间后显示中等发光水平的全屏图像时，OLED显示装置会显示一段时间的不同发光水平的棋盘格图案的重影。
这是由驱动晶体管的迟滞效应引起的。迟滞效应会引起一种现象，使得场效应晶体管中的漏电流在栅极源极电压从高电压变化到低电压的情况和栅极源极电压从低电压变化到高电压的情况下不同地流过。
也就是说，在发光电平从黑电平变为中间电平的像素和发光电平从白电平变为中间电平的像素之间流过不同的漏极电流。为此，OLED显示装置发出不同强度的光。漏极电流的这种差异持续了几帧，因此，发射光强度的差异被视觉识别为鬼影。漏极电流的这种行为称为滞后效应引起的电流的瞬态响应。
发明内容
由显示黑色和白色棋盘格图案后的图像残留引起的重影可以是显示黑色的区域变得相对较暗的类型或显示黑色的区域变得相对较亮的类型。图像残留是由驱动TFT的滞后效应引起的电流瞬态响应和像素电路对驱动TFT的阈值电压变化的补偿引起的。因此，需要一种减少像素电路的图像残留的技术。
本发明的一个方面是一种像素电路，其配置成控制发光元件的发光，所述像素电路包括：发光元件；驱动晶体管，其配置成控制流向发光元件的驱动电流；存储电容器，其连接到驱动晶体管的栅极并且配置成存储驱动晶体管的控制电压；第一开关晶体管，其配置成在驱动晶体管的栅极与漏极之间连接或断开；第二开关晶体管，其连接在数据线与驱动晶体管的源极之间，第二开关晶体管配置成将数据信号电压从数据线通过驱动晶体管和第一开关晶体管传输到存储电容器；和辅助电容器，其连接到第二开关晶体管，所述辅助电容器配置成存储取决于来自数据线的数据信号电压的辅助电荷。在第二开关晶体管和第一开关晶体管均导通的第一时段的过程中，辅助电容器根据来自数据线的数据信号电压保持辅助电荷。在第二开关晶体管截止并且第一开关晶体管导通的第二时段的过程中，辅助电荷从辅助电容器通过第一开关晶体管和驱动晶体管转移到存储电容器。辅助电容器的电容等于或大于存储电容器的电容的1/2。
本发明的另一方面是一种像素电路，其配置成控制发光元件的发光，该像素电路包括：发光元件；驱动晶体管，其配置成控制流向发光元件的驱动电流；存储电容器，其连接到驱动晶体管的栅极并且配置成存储驱动晶体管的控制电压；第一开关晶体管，其配置成在驱动晶体管的栅极和漏极之间连接或断开；第二开关晶体管，其被连接在数据线与驱动晶体管的源极之间，第二开关晶体管配置成将数据信号电压从数据线通过驱动晶体管和第一开关晶体管传输到存储电容器；以及第一辅助电容器和第二辅助电容器，其连接到第二开关晶体管，第一辅助电容器和第二辅助电容器配置成存储取决于来自数据线的数据信号电压的辅助电荷。第一辅助电容器连接在设置成为向发光元件供应阳极电流的电源线与第二开关晶体管和驱动晶体管之间的节点之间。第二辅助电容器连接在第二开关晶体管和驱动晶体管之间的节点与发光元件的阳极电极之间。
本发明的一个方面减少了显示设备的图像残留。
应当理解，上面的概述和以下详细描述都是示例性和解释性的，而不是对本发明的限制。
附图说明
图1示意性地示出了显示设备的OLED显示装置的配置示例；
图2示出了本说明书的一个实施方式的像素电路的配置示例；
图3是在一帧时段内控制图2所示的像素电路的信号的时序图；
图4示出了图2和图3所示的像素电路中Vth补偿时段与图像残留之间的关系的模拟结果；
图5示出了图2和图3所示的像素电路中的辅助电容器的总电容与图像残留之间的关系的模拟结果；
图6是示出从另一个角度示出图2和图3所示的像素电路的模拟结果的图表；
图7示意性地示出当在层叠方向上观察时像素电路的结构示例；
图8示意性地示出了沿图7中的剖面线VIII-VIII'的横截面结构；
图9示意性地示出了沿图7中的剖面线IX-IX'的横截面结构；
图10是示意性地示出除去1个晶体管以外的像素电路的结构示例的平面图；
图11示出了像素电路的电路配置的另一示例；
图12是示意性地示出图11所示的像素电路的电路结构的示例的平面图；
图13示意性地示出了沿图12中的剖面线XIII-XIII’的横截面结构；
图14是示意性地示出从图11所示的像素电路中除去一个晶体管的像素电路的装置结构的示例的平面图；
图15示出了像素电路的电路结构的又一示例；
图16是示意性地示出图15所示的像素电路的装置结构的示例的平面图；
图17示意性地示出了沿图16中的剖面线XVII-XVII'的横截面结构；
图18示意性地示出了沿图16中的剖面线XVIII-XVIII'的横截面结构；
图19示出了像素电路的电路结构的再一示例；
图20是示意性地示出图19所示的像素电路的装置结构的示例的平面图；以及
图21示意性地示出了沿图20中的剖面线XXI-XXI’的横截面结构。
具体实施方式
在下文中，将参照附图具体描述本发明的实施方式。附图中共同的元件由相同的附图标记表示，并且附图中的每个元件可能在尺寸和/或形状上被夸大以便清楚理解描述。
以下公开的是改善电致发光显示装置中的驱动电流控制的技术，更具体地，是减少电致发光显示装置中的图像残留的技术。电致发光显示装置是利用响应于驱动电流而发光的发光元件的显示装置，例如有机发光二极管(OLED)显示装置。
显示设备的配置
图1示意性地示出了显示设备的OLED显示装置10的配置示例。图1中的水平方向为X轴方向，竖直方向为Y轴方向，竖直方向与X轴方向垂直。OLED显示装置10包括在其上形成OLED元件(有机发光元件)的薄膜晶体管(TFT)基板100、用于封装OLED元件的封装基板200以及用于将TFT基板100与封装基板200粘合的粘合构件300。
TFT基板100与封装基板200之间的空间填充有诸如干燥氮气的惰性气体并用粘合构件300密封。代替封装基板200，可以采用具有不同结构的结构封装单元，例如利用薄膜封装的结构封装单元。
在TFT基板100的显示区域125的外侧的阴极电极区域114的周边，设置有扫描电路131、132、驱动器IC 134、和解复用器136。驱动器IC 134通过柔性印刷电路(FPC)135连接到外部装置。扫描电路131和132驱动TFT基板100上的扫描线。
例如，驱动器IC 134安装有各向异性导电膜(ACF)。驱动器IC 134向扫描电路131和132提供电源信号和时序信号(控制信号)，并且进一步向解复用器136提供数据信号。
解复用器136将驱动器IC 134的一个引脚的输出依次输出到d条数据线(d是大于1的整数)。解复用器136在每个扫描时段将来自驱动器IC 134的数据信号的输出数据线改变d次，以驱动驱动器IC 134的输出引脚的d倍的数据线。
显示区域125包括多个OLED元件(像素)和用于控制多个像素的发光的多个像素电路。在彩色OLED显示装置的示例中，每个OLED元件发射红色、蓝色和绿色中的一种颜色的光。多个像素电路构成像素电路阵列。
如稍后将描述的，每个像素电路包括驱动TFT(驱动晶体管)和存储用于确定驱动TFT的驱动电流的信号电压的存储电容器。由数据线传输的数据信号被调整用于驱动TFT的阈值电压Vth并且被存储到存储电容器。存储电容器的电压决定驱动TFT的栅极电压(Vgs)。存储电容器中的调整后的控制电压以模拟方式改变驱动TFT的电导，以将与发光电平相对应的正向偏置电流供应给OLED元件。
本说明书的一个实施方式中的像素电路还包括用于存储辅助电压的辅助电容器，辅助电压用于调整存储在存储电容器中的电压。在数据信号从数据线被写入像素电路后，辅助电容器向存储电容器供应电位以调整存储电容器中储存的电压。辅助电容器使得可以相对于驱动TFT的阈值电压Vth更适当地调节在存储电容器中存储的控制电压。
像素电路
图2示出了本说明书的实施方式中的像素电路400的配置示例。像素电路400包括存储电容器，存储电容器用于存储用于控制驱动晶体管的电流量的控制电压。在存储电容器中存储的控制电压也称为驱动晶体管的驱动电压。存储电容器根据从驱动器IC 134通过数据线发送的数据信号(其电位)存储控制电压。控制电压是对数据信号应用对驱动晶体管的阈值电压Vth的调整(Vth补偿)后的电压，并且可以称为调整后的数据电压。
像素电路400还包括辅助电容器Cd1和Cd2，用于存储取决于从数据线供应的数据信号的辅助电荷。辅助电压采用取决于数据信号的值并且可以被称为数据电压。辅助电容器位于像素电路中的数据线与驱动晶体管之间。每个辅助电容器通过二极管连接的驱动晶体管向存储电容器供应取决于辅助电压的电荷。因此，对保持在存储电容器中的控制电压持续施加Vth补偿。
像素电路400调整从驱动器IC 134供应的数据信号，并利用调整后的信号来控制OLED元件的发光。像素电路400包括八个晶体管(TFT)M1至M8，每个晶体管具有栅极、源极和漏极。本示例中的晶体管M1至M8为p型TFT，驱动晶体管M3以外的晶体管为开关晶体管。晶体管M8是可选的。
像素电路400还包括存储电容器Cst、第一辅助电容器Cd1和第二辅助电容器Cd2。存储电容器Cst被连接在用于供应电源电位VDD的阳极电源与驱动晶体管M3的栅极(节点N1)之间。存储电容器Cst存储驱动晶体管M3的栅极-源极电压(也称为栅极电压或控制电压)。
辅助电容器Cd1的一端连接到位于开关晶体管M2的源极/漏极与驱动晶体管M3的源极/漏极之间的节点N3，另一端连接到用于传输阳极电源电位VDD的电源线。辅助电容器Cd1在开关晶体管M2的源极/漏极与阳极电源之间存储辅助电压。晶体管M2是用于在向存储电容器传输数据信号和停止传输数据信号之间切换的第二开关晶体管。
辅助电容器Cd2的一端连接到位于开关晶体管M2的源极/漏极与驱动晶体管M3的源极/漏极之间的节点N3，另一端连接到OLED元件E1的阳极。辅助电容器Cd2在开关晶体管M2的源极/漏极与OLED元件E1的阳极之间存储辅助电压。
晶体管M3是用于控制流向OLED元件E1的电流量的驱动晶体管。驱动晶体管M3根据存储在存储电容器Cst中的电压，控制从阳极电源供应给OLED元件E1的电流量。OLED元件E1的阴极连接到用于供应阴极电位VEE的阴极电源。
晶体管M1和M6控制OLED元件E1是否要发光。晶体管M1从源极/漏极连接到阳极电源，并且使向与另一个源极/漏极连接的驱动晶体管M3的电流供应接通/断开。晶体管M6从源极/漏极连接到驱动晶体管M3的漏极，并且使向与另一个源极/漏极连接的OLED元件E1的电流供应接通/断开。晶体管M1和M6通过从扫描电路131或132输入到它们的栅极的发光控制信号Em控制。
晶体管M7进行操作以向OLED元件E1的阳极供应复位电位。当晶体管M7被从扫描电路131或132输入到栅极的选择信号S2导通时，它从复位电源向OLED元件E1的阳极供应复位电位Vrst。复位电位可以是GND电位或低于GND电位的电位。复位电源的另一端连接到GND。
晶体管M5控制是否向驱动晶体管M3的栅极供应复位电位。当晶体管M5被从扫描电路131或132输入到栅极端子的选择信号S1导通时，它从与晶体管M5的源极/漏极连接的复位电源向晶体管M3的栅极供应复位电位Vrst。复位电源的另一端连接到GND。OLED元件E1的阳极的复位电位可以不同于驱动晶体管M3的栅极的复位电位。
晶体管M2是用于选择被供应数据信号的像素电路400的选择晶体管。晶体管M2的栅极电压通过从扫描电路131或132供应的选择信号S2控制。当选择晶体管M2导通时，其将从驱动器IC 134通过数据线供应的数据信号Vdata供应给辅助电容器Cd1和Cd2。
在本示例中，晶体管M2的源极和漏极连接在数据线与驱动晶体管M3的源极(节点N2)之间。此外，晶体管M8连接在选择晶体管M2的源极/漏极(节点N3)与驱动晶体管M3的源极(节点N2)之间。晶体管M8是第三开关晶体管。晶体管M4连接在驱动晶体管M3的漏极与栅极之间。晶体管M4是第一开关晶体管。
晶体管M4和M8由从扫描电路131或132供应的选择信号S3控制。晶体管M4进行操作以补偿驱动晶体管M3的阈值电压Vth。晶体管M4在驱动晶体管M3的栅极和漏极的连接和断开之间切换。当晶体管M4导通时，驱动晶体管M3处于二极管连接状态。当晶体管M4截止时，驱动晶体管M3处于正常状态。
来自数据线的数据信号Vdata通过处于导通状态的晶体管M2和M8、处于二极管连接状态的驱动晶体管M3以及处于导通状态的晶体管M4被供应给存储电容器Cst。同时，应用Vth补偿。在此时段，来自数据线的数据信号Vdata也通过处于导通状态的晶体管M2被供应给辅助电容器Cd1和Cd2。
在晶体管M2截止之后，由辅助电容器Cd1和Cd2的辅助电压引起的节点N3存储的电荷通过处于导通状态的晶体管M8、处于二极管连接状态的驱动晶体管M3以及处于导通状态的晶体管M4转移到存储电容器Cst。该电荷转移过程进一步对存储电容器Cst中存储的控制电压进行Vth补偿。
存储电容器Cst存储驱动晶体管M3的栅极-源极电压以控制从驱动晶体管M3供应给OLED元件E1的电流量。如上所述，存储电容器Cst存储根据驱动晶体管M3的阈值电压Vth调整的电压。
如上所述，可以在晶体管M2截止后，通过辅助电容器Cd1和Cd2继续对存储电容器Cst的控制电压进行Vth补偿。因此，可以进行更适当的Vth补偿，这有效地减少了图像残留。
图2的示例中的像素电路400包括两个辅助电容器Cd1和Cd2。这种配置增加了在像素电路400中用于存储辅助电荷的电容以执行更有效的Vth补偿。如果可以确保所需电容的另一个配置示例可用，则可以去除两个辅助电容器Cd1和Cd2中的一个。在向辅助电容器写入辅助电压时，电容器的一端被供应数据信号，另一端被供应预定的固定电位。固定电位不限于特定电位。
图3是用于在一帧时段中控制图2所示的像素电路400的信号的时序图。图3是用于选择第N像素电路行并将数据信号Vdata写入像素电路400的时序图。具体地，图3中所示的信号是发光控制信号Em、选择信号S1、选择信号S2、选择信号S3和数据信号Vdata。选择信号S2可以与第(N+1)行的选择信号S1_N+1是共同的。
在时刻T1，发光控制信号Em从低变为高。在时刻T1，晶体管M1和M6截止。在时刻T1选择信号S1、S2和S3为高。根据这些控制信号，晶体管M2、M4、M5、M7和M8截止。这些晶体管的状态保持直到比时刻T1迟的时刻T2。节点N1的电位是前一帧的信号电位。
在时刻T2，选择信号S1从高变为低。在时刻T2发光控制信号Em和选择信号S2和S3为高。晶体管M5响应于选择信号S1的变化而导通。晶体管M1、M2、M4和M6至M8截止。
响应于晶体管M5导通，节点N1的电位变为复位电位Vrst。复位电位Vrst从时刻T2到时刻T3被供应给节点N1。由于每帧被供应复位电位的节点N1使得驱动晶体管M3的栅极电位每帧为相同的电位，因此可以减小驱动晶体管M3的滞后效应。
在时刻T3，选择信号S1从低变为高，选择信号S2和S3从高变为低。发光控制信号Em为高。晶体管M5响应于选择信号S1的变化而截止。晶体管M2和M7响应于选择信号S2的变化而导通。晶体管M4和M8响应于选择信号S3的变化而导通。晶体管M1和M6保持截止。
响应于晶体管M7导通，复位电位Vrst被供应给OLED元件E1的阳极和辅助电容器Cd2的一端。由于晶体管M4导通，因此驱动晶体管M3被进行二极管连接。
由于晶体管M2和M8导通，因此来自数据线的数据信号Vdata通过晶体管M2、M8、M3和M4被写入存储电容器Cst。要写入存储电容器Cst的电压是对于数据信号Vdata施加对驱动晶体管M3的阈值电压Vth的调整之后的电压。
此外，由于晶体管M2导通，因此来自数据线的数据信号Vdata通过晶体管M2被写入辅助电容器Cd1和Cd2。辅助电容器Cd1存储阳极电源电位(固定电位)与数据信号之间的电压，辅助电容器Cd2存储数据信号与复位电源电位(固定电位)之间的电压。在从时刻T3至时刻T4的时段，进行将数据信号Vdata写入像素电路400以及对数据信号Vdata进行Vth补偿。
在时刻T4，选择信号S2从低变为高。在时刻T4，发光控制信号Em和选择信号S1为高，选择信号S3为低。晶体管M2和M7响应于选择信号S2的变化而截止。晶体管M8和M4导通，晶体管M1、M2和M5至M7截止。
由于晶体管M8和M4导通，对存储在存储电容器Cst中的控制信号的Vth补偿通过存储在辅助电容器Cd1和Cd2中的辅助电压(数据电压)继续进行。从时刻T4到时刻T5，控制信号和晶体管的这些状态被维持。在一个示例中，辅助电容器Cd1和Cd2具有在此时段将节点N3保持在与数据信号Vdata的电位基本上相同的电位所需的电容。
在时刻T5，选择信号S3从低变为高。时刻T5与第(N+m)行(m是大于1的整数)的选择信号S2从高变为低的时刻一致。响应于选择信号S3的这种变化，晶体管M4和M8截止。其他的开关晶体管保持截止。在时刻T5，通过辅助电容器Cd1和Cd2对存储电容器Cst中的控制电压的Vth补偿结束。
在时刻T6，发光控制信号Em从高变为低，晶体管M1和M6从截止变为导通。选择信号S1、S2和S3为高，晶体管M2、M4、M5、M7和M8保持截止。驱动晶体管M3基于存储在存储电容器Cst中的调整后的数据电压来控制供应给OLED元件E1的驱动电流。这意味着OLED元件E1发光。
上述的像素电路动作使得能够在时刻T3到时刻T5的时段内应用Vth补偿。该时段比时刻T3到时刻T4的时段长，在时刻T3到时刻T4的时段中选择信号S2为低并且数据信号从数据线写入到像素电路。适合于显示装置的Vth补偿时段可以通过在设计电路时调整时刻T5来确定。确定的Vth补偿时段比数据写入时段长。
图3的示例中的数据写入时段是从时刻T3到时刻T4的时段。Vth补偿时间段是从时刻T3到时刻T5的时段。数据写入时段是晶体管M2导通并且从数据线向像素电路供应数据信号的时段。Vth补偿时段是通过处于二极管连接状态的驱动晶体管M3向存储电容器Cst供应电位并且对存储电容器Cst中的控制电压应用Vth补偿的时段。
图3的示例中的数据写入时段被包含在Vth补偿时段中。也就是说，在从时刻T3到时刻T4的时段中，同时执行数据写入和Vth补偿。然而，在从时刻T4至时刻T5的后续时段中，不执行数据写入并且仅执行利用辅助电容器的Vth补偿。包括数据写入时段的Vth补偿时段的这种配置能够实现更合适的Vth补偿。
在另一配置示例中，数据写入时段可以在Vth补偿时段之前结束，而没有重叠时段。例如，在图3的时序图中，数据写入时段可以是从时刻T2到时刻T3的时段。该时段是复位时段，其中选择信号S1为低并且向驱动晶体管M3的栅极供应复位电位。由于晶体管M8截止，因此来自数据线的数据信号被供应给辅助电容器Cd1和Cd2，而不被供应给存储电容器Cst。
辅助电容器的条件
以下，说明辅助电容器Cd1、Cd2的条件的示例。在选择信号S3为低的Vth补偿时段，节点N2的电位优选地保持在数据信号的电位Vdata。如果辅助电容器的总辅助电容(Cd1+Cd2)很小，则节点N2的电位急剧下降使得Vth补偿机制停止。因此，具有足够大的总辅助电容Cd的辅助电容器被包括在像素电路中以增强节点N2的电荷保持功能。其结果，节点N2在Vth补偿时段获得较小的电位变化以继续Vth补偿。
图4示出了关于图2和图3中所示的像素电路中Vth补偿时段与图像残留之间的关系的模拟结果。在图4的曲线图中，横轴表示Vth补偿时段，纵轴表示图像残留的强度的指示数。当指示数取正值时，图像残留为负型。当指示数取负值时，图像残留为正型。当指示数取值越远离0时，图像残留越强。数据写入时段(1H时段)为4.2μs，存储电容器Cst的电容为80fF。数据写入时段也称为水平选择时段。
曲线图中不同的线表示两个辅助电容器Cd1和Cd2的不同的总辅助电容Cd的模拟结果。线421表示辅助电容的总电容为0的像素电路的数据。线422表示辅助电容的总电容为40fF的像素电路的数据。线423表示辅助电容器的总电容为80fF的像素电路的数据。线424表示像素电路的数据，其中辅助电容器的总电容为160fF或240fF。
图像残留强度指示数定义如下：
图像残留强度指示数＝2.0*(I1–I2)/(I1+I2),
其中，I1表示当发光电平从黑色变为中间电平时的漏极电流，I2表示在黑白棋盘格图案显示预定时段之后发光电平从白色变为中间电平时的漏极电流。
根据该定义，当I1＞I2或图像残留强度指示数取正值时，显示黑色的像素的电流(亮度)变得高于显示白色的像素的电流，因此重影是亮度与原始黑白棋盘格图案相反的棋盘格图案。因此，它被定义为负图像残留。当I1<I2时，图像残留被定义为正图像残留。
图4中的范围430是图像残留强度指示数取-2.0E-03至2.0E-03的值的范围。该范围430是从发明人的实验结果获得的可忽略的图像残留的范围。已知图像残留取决于驱动TFT的偏置历史，并且图像残留强度指示数通过显示黑白棋盘格图案几乎与应力时间成比例地增加。
众所周知，当相邻区域之间的亮度差异约为±1％时，可以在视觉上感知到重影。然而，在这些模拟中显示黑白的应力时间约为实际产品测试条件的1/10，因此图像残留强度指示数取较小值。上述范围430是考虑显示面板的显示条件和模拟条件的差异确定的。
如图4所示，当总辅助电容Cd大于或等于40fF时，通过适当地确定Vth补偿时段，图像残留强度可以被包含在范围430中。此外，当总辅助电容Cd大于或等于80fF时，可以通过适当地确定Vth补偿时段使图像残留强度减小至零。
由于如上所述存储电容器Cst的电容为80fF，因此通过提供存储电容器的电容的大于或等于1/2的总辅助电容，图像残留强度可以被包含在范围430中。此外，通过提供大于或等于存储电容器的电容的总辅助电容，可以将图像残留强度减小到零。
如图4所示，当Cd的值和补偿时段的长度太大时，图像残留强度指示数在负方向上下降太多。为了适当地减少图像残留，确定适当的补偿时段非常重要。下面对补偿时段进行说明。
图5示出了图2和图3所示的像素电路中的总辅助电容和图像残留之间的关系的模拟结果。在图5的曲线图中，横轴表示总辅助电容，纵轴表示图像残留强度。数据写入时段(1H时段)为4.2μs，存储电容器Cst的电容为80fF。
曲线图中的不同的线表示不同Vth补偿时段的仿真结果。线441表示Vth补偿时段为12.6μs时像素电路的数据；线442表示Vth补偿时段为21.0μs时像素电路的数据。线443表示Vth补偿时段为29.4μs时像素电路的数据；线444表示Vth补偿时段为42.0μs时像素电路的数据。
如图5所示，当Vth补偿时段在21.0μs与42.0μs之间时，通过适当地确定总辅助电容，图像残留强度可以被包含在范围430内。由于数据写入时段(1H时段)是4.2μs，因此通过将Vth补偿时段确定为不小于5H且不大于10H，图像残留强度可以被包括在范围430中。
图6是从另一视角观察到的图2和图3所示的像素电路的模拟结果的曲线图。横轴表示(Cd/Cst)×(Vth补偿时段/数据写入时段)3，其中Cd表示总辅助电容，Cst表示存储电容器的电容。纵轴表示图像残留强度。值Cd和Vth补偿时段的长度的不同组合可以在横轴上为相同的值，在纵轴上为不同的值。图6中的矩形范围440是图像残留强度指示数在-2.0E-03至2.0E-03范围内的范围。从图6的曲线图中可以理解，通过满足以下条件，图像残留强度可以被包含在上述理想范围内：
100≤(Cd/Cst)×(Vth补偿时段/数据写入时段)3≤700。
装置结构
在下文中，描述像素电路的装置结构的示例。图7是示意性地示出从层叠方向观察时像素电路的装置结构的示例的平面图。图7示出了像素电路中的多晶硅层和导电层。白色矩形表示不同导电层的接触区域。接触区域是在沿层叠方向穿过绝缘层的通孔内设置的导电区域。
传输线M1S1、M1S2、M1S3和M1E分别传输选择信号S1、S2和S3以及发光控制信号Em。它们被包括在第一金属层中。第一金属层为导电层。图7的示例中的这些传输线在X轴方向上延伸。图7的示例中的选择信号S1与前一行的选择信号S2是共同的。
如参考图2所描述的，像素电路包括晶体管M1至M8。晶体管的沟道被包含在多晶硅层p-Si中。在图7中，多晶硅层p-Si由相同的图案表示。晶体管M1至M8的栅极电极被包括在第一金属层中。在图7中，驱动晶体管M3的栅极电极由附图标记M1G表示。
导电区域MCP覆盖驱动晶体管M3的整个栅极电极M1G。导电区域MCP通过接触孔连接到用于传输阳极电源电位VDD的电源线M2V。导电区域MCP被包括在比第一金属层高的中间导电层中。导电区域MCP的一部分被包括在存储电容器Cst中。中间导电层还包括沿X轴方向延伸以传输复位电位Vrst的传输线MCV和MCV2。传输线M2V和M2D沿Y轴方向延伸并且分别传输阳极电源电位VDD和数据信号Vdata。它们被包括在高于中间导电层的第二金属层中。第二金属层为导电层。
电容器电极M3C被包括在高于第二金属层的第三金属层中。第三金属层为导电层。电容器电极M3C通过第二金属层的接触区域M2C连接到晶体管M2的源极或漏极以及晶体管M8的源极或漏极。电容器电极M3C是图2所示的像素电路中的辅助电容器Cd1和Cd2的共同电极。
电容器电极M3C覆盖用于传输阳极电源电位VDD的电源线M2V的至少一部分。辅助电容器Cd1被配置在电容器电极M3C与电源线M2V之间。此外，OLED元件的阳极电极RE覆盖电容器电极M3C的至少一部分。阳极电极RE位于包括电容器电极M3C的第三金属层的上方。辅助电容器Cd2被配置在电容器电极M3C与阳极电极RE之间。
图8示意性地示出了沿图7中的剖面线VIII-VIII'的横截面结构。图8主要示出了晶体管M1和M2以及辅助电容器Cd2。像素电路的层叠结构被制作在由聚酰亚胺或玻璃制成的基板SUB上。例如，氮化硅的底涂层UC被置于基板SUB上。多晶硅层p-Si被置于底涂层UC上。此外，栅极绝缘层GI被放置为覆盖多晶硅层p-Si。栅极绝缘层GI可以由氧化硅或氮化硅制成。
第一金属层被置于栅极绝缘层GI上。具体地，用于传输发光控制信号Em的传输线M1E、用于传输选择信号S1、S2和S3的传输线M1S1、M1S2和M1S3分别示于图8中。在图8中，传输线M1S2对应于晶体管M2的栅极电极。第一金属层可以由具有高熔点的金属例如W、Mo或Ta或这种金属的合金制成。
层间绝缘层IMD被设置为覆盖第一金属层。层间绝缘层IMD可以由氧化硅或氮化硅制成。中间导电层被设置在层间绝缘层IMD上。具体地，用于传输复位电位的传输线MCV和作为存储电容器Cst的一部分的导电区域MCP示于图8中。中间导电层可以包括具有高熔点的金属(例如W、Mo或Ta、这种金属的合金)的单层结构，或Al、或Ti/Al/Ti的多层结构。
层间绝缘层ILD被设置为覆盖中间导电层。层间绝缘层ILD可以由氧化硅或氮化硅制成。第二金属层设置在层间绝缘层ILD上。图8示出了用于阳极电源电位VDD的传输线M2V、用于数据信号Vdata的传输线M2D，并且还示出了接触区域M2C。传输线M2V和M2D以及接触区域M2C通过穿过层间绝缘层ILD和栅极绝缘层GI开口的通孔而与多晶硅层P-Si接触。
钝化层PAS和在钝化层PAS上的平坦化层PLN1设置为覆盖低于它们的层。这些层可以由有机或无机绝缘体制成。包括电容器电极M3C的第三金属层设置在平坦化层PLN1上。电容器电极M3C通过穿过平坦化层PLN1和钝化层PAS开口的通孔与接触区域M2C接触。
另一个平坦化层PLN2设置为覆盖低于它的层。平坦化层PLN2可以由有机或无机绝缘体制成。OLED元件的阳极电极RE设置在平坦化层PLN2上。阳极电极RE可以具有ITO/Ag/ITO结构或IZO/Ag/IZO结构。
阳极电极RE的一部分隔着平坦化层PLN2与电容器电极M3C相对，以构成辅助电容器Cd2。配置在阳极电极RE与第三金属层的电容器电极M3C之间的辅助电容器Cd2有效地增加了用于在存储电容器Cst存储用于Vth补偿的辅助电压的电容。
图9示意性地示出了沿图7中的剖面线IX-IX'的横截面结构。图9示出了驱动晶体管M3及其周围的横截面结构。驱动晶体管M3的栅极电极M1G隔着栅极绝缘层GI覆盖多晶硅层p-Si的沟道，以控制流过该沟道的电流。
中间导电层的导电区域MCP隔着层间绝缘层IMD与栅极电极M1G相对。此外，导电区域MCP隔着层间绝缘层ILD与用于阳极电源电位VDD的传输线M2V相对。存储电容器Cst被配置在隔着导电区域MCP彼此相对的栅极电极M1G与传输线M2V之间。
第二金属层的接触区域MB设置为通过层间绝缘层ILD、导电区域MCP的开口和栅极绝缘层IMD而与栅极电极M1G接触。接触区域MB连接驱动晶体管M3的栅极电极M1G和晶体管M4的源极/漏极。
第二金属层的阳极电源电位VDD的传输线M2V隔着钝化层PAS和平坦化层PLN1与第三金属层的电容器电极M3C相对。辅助电容器Cd1配置于传输线M2V与电容器电极M3C之间。也如图8所示，辅助电容器Cd2配置在阳极电极RE与电容器电极M3C之间。
如上所述，在阳极电源线与电容器电极之间设置辅助电容器，并且在电容器电极与阳极电极之间设置另一个辅助电容器，从而在狭小面积内实现对驱动晶体管的控制电压施加适当的Vth补偿所需的辅助电容。
其他配置示例
在下文中，描述像素电路的一些不同配置示例。晶体管M8可以从图2所示的像素电路400中去除。图10是示意性地示出除去晶体管M8之后的像素电路的结构示例的平面图。下面主要说明与图7所示的结构的不同之处。
如图10所示，像素电路包括跨越传输线M1S3的第二金属层的电极区域M2E1。电极区域M2E1通过接触区域M2C连接到晶体管M2的源极/漏极，并且进一步通过另一个接触区域M2C2与晶体管M1的源极/漏极和晶体管M3的源极连接。该配置不包括晶体管M8。与图10的这种结构相比，图7中的结构可以不包括跨越传输线M1S3的电极区域M2E1。晶体管M8增加了电路元件的数量，但使装置结构更简单。
图11示出了像素电路的电路配置的另一个示例。主要说明与图2中的像素电路400的区别。像素电路500包括n型晶体管M12、M14、M15、M17和M18。它们对应于图2中的像素电路400中的p型晶体管M2、M4、M5、M7和M8。OLED元件E1的驱动电流流过的晶体管M1、M3和M6是具有高迁移率的p型多晶硅晶体管。
用于控制像素电路500的选择信号S1、S2和S3表现出与图3所示的时间变化相反的变化。换言之，图3中的高电平和低电平互相替换。发光控制信号Em表现出与图3中相同的变化。n型晶体管可以是氧化物半导体晶体管。与多晶硅晶体管相比，氧化物半导体晶体管呈现低漏电流。降低晶体管M12的漏电流减少了辅助电容器Cd1和Cd2的存储电荷的损失。减少晶体管M14和M15的漏电流减少了存储电容器Cst的存储电荷的损失。图11中的一个或多个n型晶体管可以是p型晶体管。
图12是示意性地示出图11所示的像素电路500的装置结构的示例的平面图。主要说明与图7的结构示例的不同之处。如上所述，图7中的结构示例中的p晶体管M2、M4、M5、M7和M8分别用n型晶体管M12、M14、M15、M17和M18替换。p型晶体管是多晶硅TFT，n型晶体管是氧化物半导体TFT。氧化物半导体可以是InGaZnO或ZnO。
在图12中，氧化物半导体层OX包括晶体管M12、M14、M15、M17和M18的沟道。第二金属层的电极M2E5、M2E6和M2E7将一种导电类型的晶体管的源极/漏极与另一种导电类型的晶体管的源极/漏极相互连接。具体而言，电极M2E5将p型晶体管M1与n型晶体管M18连接。电极M2E6将p型晶体管M3和M6与n型晶体管M18连接。电极M2E6将p型晶体管M3和M6与n型晶体管M14连接。电极M2E7将p型晶体管M6与n型晶体管M17连接。
用于传输选择信号S1、S2和S3的传输线MDS1、MDS2和MDS3被包括在第四金属层中。第四金属层为导电层。如后所述，第四金属层位于中间金属层与第二金属层之间。
图13示意性地示出了沿图12中的剖面线XIII-XIII'的横截面结构。主要说明与图8中的结构示例的不同之处。氧化物半导体层OX和栅极绝缘层GI2被置于层间绝缘层ILD与钝化层PAS之间。氧化物半导体层OX设置在层间绝缘层ILD上并且被栅极绝缘层GI2覆盖。
第二金属层的电极M2E5将多晶硅晶体管M1的源极/漏极和氧化物半导体晶体管M12的源极/漏极相互连接。具体地，第二金属层的电极M2E5通过贯穿钝化层PAS、栅极绝缘层GI2、层间绝缘层ILD、层间绝缘层IMD和栅极绝缘层GI开口的通孔而与p型晶体管M1的源极/漏极接触。而且，第二金属层的电极M2E5通过贯穿钝化层PAS和栅极绝缘层GI2开口的通孔与n型晶体管M12的源极/漏极接触。
用于传输选择信号S1、S2和S3的传输线MDS1、MDS2和MDS3被包括在第四金属层中。第四金属层可以由具有高熔点的金属例如W、Mo或Ta或这些金属的合金制成。第四金属层设置在栅极绝缘层GI2与钝化层PAS之间。第四金属层是中间导电层与第二金属层之间的金属层(导电层)。
类似于图2中的像素电路400中的晶体管M8，可以从图11中的像素电路500中去除晶体管M18。图14是示意性地示出去除了晶体管M18的电路500的装置结构的示例的平面图。取代图12中的结构示例中的电极M2E5，使用电极M2E8。
电极M2E8被包括在第二金属层中。它跨越导电区域MCP和传输线MDS3并且将p型晶体管M1的源极/漏极和n型晶体管M12的源极/漏极相互连接。在像素电路500中包括晶体管M18使得装置结构更简单。
图15图示了像素电路的电路配置的又一示例。主要说明与图2中的像素电路400的区别。除了图2中的像素电路400的配置之外，像素电路600还包括第三辅助电容器Cd3和第二电容器电极SH。第三辅助电容器Cd3的一端为第二电容器电极SH，另一端连接到节点N2。第二电容器电极SH可以被供应固定电位。其余配置与像素电路400的配置相同。
图16是示意性地示出图15所示的像素电路的装置结构的示例的平面图。图17示意性地示出了沿图16中的剖面线XVII-XVII'的横截面结构。图18示意性地示出了沿图16中的剖面线XVIII-XVIII'的横截面结构。下面主要描述与参照图7至图9描述的结构示例的不同之处。
图16至图18中所示的结构示例在基板SUB与底涂层UC之间包括第二电容器电极SH。如图16所示，第二电容器电极SH设置在驱动晶体管M3的下方并且至少部分地与驱动晶体管M3重叠。
第二电容器电极SH可以被供应固定电位，例如地电位。第三辅助电容器Cd3配置有包括驱动晶体管M3的漏极和第二电容器电极SH的多晶硅层p-Si。尽管图16至图18中所示的结构示例包括电容器电极M3C，电容器电极M3C是可选的。
由于可以使辅助电容的总电容很大，因此，即使减小像素尺寸以提高分辨率，也可以有效地控制重影。此外，在采用聚酰亚胺膜作为基板的情况下，由聚酰亚胺中产生的固定电荷引起的驱动晶体管中的非期望的电流漂移可以被第二电容器电极层阻挡以稳定驱动晶体管。其结果，减少了在面板启动后不久出现的亮度漂移和鬼影，特别是由长时间应力引起的重影。
图19示出了像素电路的电路配置的又一示例。主要说明与图11中的像素电路500的区别。像素电路700包括第三辅助电容器Cd3和第二电容器电极SH。第三辅助电容器Cd3的一端为第二电容器电极SH，另一端连接至节点N2。第二电容器电极SH可以被供应固定电位。其余配置与像素电路500的配置相同。
图20是示意性地示出图19的像素电路的装置结构的示例的平面图。图21示意性地示出了沿图20中的剖面线XXI-XXI'的横截面结构。下面主要描述与参照图12和图13描述的结构示例的不同之处。
图20和图21中所示的结构示例包括在基板SUB与底涂层UC之间的第二电容器电极SH。如图20所示，第二电容器电极SH设置在驱动晶体管M3的下方并且至少部分地与驱动晶体管M3重叠。
第二电容器电极SH可以被供应固定电位，例如地电位。第三辅助电容器Cd3由包括驱动晶体管M3的漏极和第二电容器电极SH的多晶硅层p-Si构成。尽管图20和图21中所示的结构示例包括电容器电极M3C，电容器电极M3C是可选的。
此外，追加底栅线MCS2和MCS3以使氧化物半导体晶体管M12、M17和M18成为双栅极TFT。底栅线MCS2和MCS3设置在层间绝缘层IMD和ILD之间。在图20和图21的结构示例中，在俯视时，顶栅线MDS2与底栅线MCS2重叠，顶栅线MDS3与底栅线MCS3重叠。顶栅线MDS2连接到底栅线MCS2，顶栅线MDS3连接到底栅线MCS3，例如在显示区域的外部连接，使得顶栅和底栅在相同的电位下被驱动。
在采用聚酰亚胺膜作为基板的情况下，由在聚酰亚胺中产生的固定电荷引起的氧化物半导体晶体管的非期望的Vth漂移可以被底栅线遮蔽以稳定晶体管的特性。具有双栅极结构的氧化物半导体晶体管可以降低短沟道效应。因此，氧化物半导体晶体管可以具有更短的沟道，这提高了驱动能力以实现高分辨率像素布局。
如上所述，已经描述了本发明的实施方式；然而，本公开不限于上述实施方式。本领域技术人员可以在本发明的范围内容易地修改、添加或转换前述实施方式中的每个元素。可以将一个实施方式的配置的一部分替换为另一个实施方式的配置，或者可以将一个实施方式的配置并入到另一个实施方式的配置中。

Claims (15)

1.一种像素电路，所述像素电路配置成控制发光元件的发光，所述像素电路包括：
发光元件；
驱动晶体管，所述驱动晶体管配置成控制流向所述发光元件的驱动电流；
存储电容器，所述存储电容器连接到所述驱动晶体管的栅极并且配置成存储所述驱动晶体管的控制电压；
第一开关晶体管，所述第一开关晶体管配置成在所述驱动晶体管的栅极与漏极之间连接或断开；
第二开关晶体管，所述第二开关晶体管连接在数据线与所述驱动晶体管的源极之间，所述第二开关晶体管配置成将数据信号电压从所述数据线通过所述驱动晶体管和所述第一开关晶体管传输到所述存储电容器；以及
第一辅助电容器，所述第一辅助电容器连接到所述第二开关晶体管，所述第一辅助电容器配置成存储取决于来自所述数据线的数据信号电压的辅助电荷，
其中，在所述第二开关晶体管和所述第一开关晶体管均导通的第一时段的过程中，所述第一辅助电容器根据来自所述数据线的所述数据信号电压保持辅助电荷，
其中，在所述第二开关晶体管截止并且所述第一开关晶体管导通的第二时段的过程中，所述辅助电荷从所述第一辅助电容器通过所述第一开关晶体管和所述驱动晶体管转移到所述存储电容器，并且
其中，所述第一辅助电容器的电容等于或大于所述存储电容器的电容的1/2。
2.根据权利要求1所述的像素电路，其中，所述第一辅助电容器的电容等于或大于所述存储电容器的电容。
3.根据权利要求1所述的像素电路，其中，所述第一时段与所述第二时段之和大于或等于所述第一时段的5倍且小于或等于所述第一时段的10倍。
4.根据权利要求1所述的像素电路，其中，所述第一辅助电容器与所述存储电容器的电容之比与所述第一时段和所述第二时段之和与所述第一时段之比的三次方的乘积大于或等于100且小于或等于700。
5.根据权利要求1所述的像素电路，还包括：
第二辅助电容器，
其中，所述第一辅助电容器连接在设置成给所述发光元件提供阳极电流的电源线与所述第二开关晶体管和所述驱动晶体管之间的节点之间，以及
其中，所述第二辅助电容器连接在所述第二开关晶体管和所述驱动晶体管之间的所述节点与所述发光元件的阳极电极之间。
6.根据权利要求1所述的像素电路，还包括：
第三开关晶体管，所述第三开关晶体管位于所述第二开关晶体管与所述驱动晶体管之间，
其中，所述第三开关晶体管由与所述第一开关晶体管的控制信号相同的控制信号控制。
7.根据权利要求6所述的像素电路，其中，所述驱动晶体管是p型多晶硅半导体晶体管，并且
其中，所述第一开关晶体管、所述第二开关晶体管和所述第三开关晶体管是n型金属氧化物半导体晶体管。
8.根据权利要求1所述的像素电路，还包括：
电极层，所述电极层位于所述驱动晶体管的半导体层与基板之间，
其中，所述第一辅助电容器连接在设置成为所述发光元件提供阳极电流的电源线与所述第二开关晶体管和所述驱动晶体管之间的节点之间，并且
其中，第三辅助电容器被配置在所述驱动晶体管的所述半导体层与所述电极层之间。
9.根据权利要求7所述的像素电路，其中，所述第一开关晶体管、所述第二开关晶体管和所述第三开关晶体管具有半导体层被夹在第一栅极电极与第二栅极电极之间的双栅极结构。
10.一种像素电路，所述像素电路配置成控制发光元件的发光，所述像素电路包括：
发光元件；
驱动晶体管，所述驱动晶体管配置成控制流向所述发光元件的驱动电流；
存储电容器，所述存储电容器连接到所述驱动晶体管的栅极并且配置成存储所述驱动晶体管的控制电压；
第一开关晶体管，所述第一开关晶体管配置成在所述驱动晶体管的栅极和漏极之间连接或者断开；
第二开关晶体管，所述第二开关晶体管连接在数据线与所述驱动晶体管的源极之间，所述第二开关晶体管配置成将数据信号电压从所述数据线通过所述驱动晶体管和所述第一开关晶体管传输到所述存储电容器；以及
第一辅助电容器和第二辅助电容器，所述第一辅助电容器和所述第二辅助电容器连接到所述第二开关晶体管，所述第一辅助电容器和所述第二辅助电容器配置成存储取决于来自所述数据线的数据信号电压的辅助电荷，
其中，所述第一辅助电容器连接在设置成为所述发光元件提供阳极电流的电源线与所述第二开关晶体管和所述驱动晶体管之间的节点之间，并且
其中，所述第二辅助电容器连接在所述第二开关晶体管与所述驱动晶体管之间的所述节点与所述发光元件的阳极电极之间。
11.根据权利要求10所述的像素电路，还包括：
第三开关晶体管，所述第三开关晶体管连接在所述第二开关晶体管与所述驱动晶体管之间，
其中，所述第三开关晶体管由与所述第一开关晶体管的控制信号相同的控制信号控制。
12.根据权利要求11所述的像素电路，
其中，所述驱动晶体管是p型多晶硅半导体晶体管，并且
其中，所述第一开关晶体管、所述第二开关晶体管以及所述第三开关晶体管是n型金属氧化物半导体晶体管。
13.根据权利要求10所述的像素电路，还包括：
第一导电层，所述第一导电层包括所述驱动晶体管的栅极；
第二导电层，所述第二导电层包括所述电源线和所述数据线；以及
第三导电层，所述第三导电层位于所述第一导电层和所述第二导电层两者与所述阳极电极之间，
其中，所述第三导电层包括电容器电极，
其中，所述电容器电极连接到所述第二开关晶体管的源极或漏极，
其中，所述第一辅助电容器连接在所述电容器电极与所述电源线之间，并且
其中，所述第二辅助电容器连接在所述电容器电极与所述阳极电极之间。
14.根据权利要求10所述的像素电路，还包括：
电极层，所述电极层位于所述驱动晶体管的半导体层与基板之间，
其中，第三辅助电容器连接在所述驱动晶体管的所述半导体层与所述电极层之间。
15.根据权利要求12所述的像素电路，其中，
所述第一开关晶体管、所述第二开关晶体管和所述第三开关晶体管具有半导体层被夹在第一栅极电极与第二栅极电极之间的双栅极结构。
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