專利名稱：電壓驅(qū)動像素電路及其驅(qū)動方法、顯示面板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有機發(fā)光顯示技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電壓驅(qū)動像素電路及其驅(qū)動方法、顯不面板。
背景技術(shù)：
有機發(fā)光顯不二極管(OrganicElectroluminesence Display, 0LED)作為一種電流型發(fā)光器件已越來越多地被應(yīng)用于高性能顯示中。傳統(tǒng)的無源矩陣有機發(fā)光顯示(Passive Matrix 0LED)隨著顯示尺寸的增大，需要更短的單個像素的驅(qū)動時間，因而需要增大瞬態(tài)電流，增加功耗。同時大電流的應(yīng)用會造成ITO線上壓降過大，并使OLED工作電壓過高，進(jìn)而降低其效率。而有源矩陣有機發(fā)光顯示(Active Matrix OLED, AM0LED)通過開關(guān)管逐行掃描輸入OLED電流，可以很好地解決這些問題。但在AMOLED背板設(shè)計中，存在像素和像素之間的亮度的非均勻性問題。首先，AMOLED采用薄膜晶體管(TFT)構(gòu)建像素電路為OLED器件提供相應(yīng)的電流。多采用低溫多晶硅薄膜晶體管(LTPS TFT)或氧化物薄膜晶體管(Oxide TFT)。與一般的非晶硅薄膜晶體管(amorphous-Si TFT，a_Si TFT)相比，LTPS TFT和Oxide TFT具有更高的遷移率和更穩(wěn)定的特性，更適合應(yīng)用于AMOLED顯示中。但是由于晶化工藝的局限性，對于在大面積玻璃基板上制作的LTPSTFT，常常由于諸如閾值電壓、遷移率等電學(xué)參數(shù)上具有非均勻性，這種非均勻性會轉(zhuǎn)化為OLED顯示器件的電流差異和亮度差異，并被人眼所感知，即云紋(mura)現(xiàn)象。Oxide TFT雖然工藝的均勻性較好,但是與a_Si TFT類似,在長時間加壓和高溫下，其閾值電壓會出現(xiàn)漂移，由于顯示畫面不同，面板各部分TFT的閾值漂移量也不同，會造成顯示亮度差異，由于這種差異與之前顯示的圖像有關(guān)，因此常呈現(xiàn)為殘影現(xiàn)象。第二，在大尺寸顯示應(yīng)用中，由于背板電源線存在一定電阻，且所有像素的驅(qū)動電流都由ARVDD提供，因此在背板中靠近ARVDD電源供電位置區(qū)域的電源電壓相比較離供電位置較遠(yuǎn)區(qū)域的電源電壓要高，這種現(xiàn)象被稱為電阻壓降(IR Drop)。由于ARVDD的電壓與電流相關(guān)，IR Drop也會造成不同區(qū)域的電流差異，進(jìn)而在顯示時產(chǎn)生云紋。采用P-TypeTFT構(gòu)建像素單元的LTPS工藝對這一問題尤其敏感，因為其存儲電容連接在ARVDD與TFT柵極之間，ARVDD的電壓改變，會直接影響驅(qū)動TFT管的Vgs。第三，OLED器件在蒸鍍時由于膜厚不均也會造成電學(xué)性能的非均勻性。對于采用N-Type TFT構(gòu)建像素單元的a_Si或Oxide TFT工藝，其存儲電容連接在驅(qū)動TFT柵極與OLED陽極之間，在數(shù)據(jù)電壓傳輸?shù)綎艠O時，如果各像素OLED陽極電壓不同，則實際加載在TFT上的Vgs也不同，從而由于驅(qū)動電流不同造成顯示亮度差異。AMOLED按照驅(qū)動類型可以劃分為三大類數(shù)字式、電流式和電壓式。其中，數(shù)字式驅(qū)動方法通過將TFT作為開關(guān)控制驅(qū)動時間的方式實現(xiàn)灰階，無需補償非均勻性，但是其工作頻率隨顯示尺寸增大而成倍上升，導(dǎo)致很大的功耗，并在一定范圍內(nèi)達(dá)到設(shè)計的物理極限，因此不適合大尺寸顯示應(yīng)用。電流式驅(qū)動法通過直接提供大小不同的電流給驅(qū)動管的方式實現(xiàn)灰階，它可以較好地補償TFT非均勻性及IR Drop，但是在寫入低灰階信號時，小電流對數(shù)據(jù)線上較大的寄生電容充電會造成寫入時間過長，這一問題在大尺寸顯示中尤其嚴(yán)重并且難以克服。電壓式驅(qū)動方法與傳統(tǒng)AMLCD驅(qū)動方法類似，由驅(qū)動IC提供一個表示灰階的電壓信號，該電壓信號會在像素電路內(nèi)部被轉(zhuǎn)化為驅(qū)動管的電流信號，從而驅(qū)動OLED實現(xiàn)亮度灰階，這種方法具有驅(qū)動速度快，實現(xiàn)簡單的優(yōu)點，適合驅(qū)動大尺寸面板，被業(yè)界廣泛采用，但是需要設(shè)計額外的TFT和電容器件來補償TFT非均勻性、IR Drop和OLED非均勻性。圖I為最傳統(tǒng)的采用2個TFT晶體管，I個電容組成的電壓驅(qū)動型像素電路結(jié)構(gòu)(2T1C)。其中開關(guān)管T2將數(shù)據(jù)線上的電壓傳輸?shù)津?qū)動管Tl的柵極，驅(qū)動管Tl將這個數(shù)據(jù)電壓轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電流供給OLED器件，在正常工作時，驅(qū)動管Tl應(yīng)處于飽和區(qū)，在一行的
掃描時間內(nèi)提供恒定電流。其電流可表示為
IW9Ioled = -Un ■ Cox — (Vdata - Voled - Vth)其中i! n為載流子遷移率，Cox為柵氧化層電容，W/L為晶體管寬長比，Vdata為數(shù)據(jù)電壓，Vaud為OLED工作電壓,為所有像素單元共享,VtnS晶體管Tl的閾值電壓。由上式可知，如果不同像素單元之間的Vth不同，則電流存在差異。如果像素的Vth隨時間發(fā)生漂移，則可能造成先后電流不同，導(dǎo)致殘影。且由于OLED器件非均勻性引起OLED工作電壓不同，也會導(dǎo)致電流差異。面向Vth非均勻性、漂移和OLED非均勻性的像素結(jié)構(gòu)有很多種，針對大尺寸，高分 辨率的背板設(shè)計，需要結(jié)構(gòu)簡單、采用元器件較少的像素電路結(jié)構(gòu)。如參考文獻(xiàn)[I]中的結(jié)構(gòu)，如圖2所示，這種結(jié)構(gòu)僅可補償驅(qū)動管T4的Vth非均勻性和漂移，但不能補償OLED非均勻性。如參考文獻(xiàn)[2]中的結(jié)構(gòu)，如圖3所示，這種結(jié)構(gòu)可補償驅(qū)動管Tl的Vth非均勻性、漂移和OLED非均勻性，但需要6個TFT和I個電容，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。如參考文獻(xiàn)[3]中的結(jié)構(gòu)，如圖4所示，這種結(jié)構(gòu)僅可補償驅(qū)動管Tl的非均勻性和漂移，不能補償OLED非均勻性。如參考文獻(xiàn)[4]中的結(jié)構(gòu)，如圖5所示，這種結(jié)構(gòu)可以補償Vth非均勻性、漂移和OLED非均勻性的影響，但是需要5T2C，不易于實現(xiàn)高開口率的設(shè)計。綜上所述，在AMOLED像素結(jié)構(gòu)設(shè)計中，驅(qū)動電路無法很好地解決TFT非均勻性、IRDrop和OLED非均勻性問題。參考文獻(xiàn)如下[I] “A New a~Si:H Thin-Film Transistor Pixel Circuit for Active-MatrixOrganic Light-Emitting Diodes”IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS, VOL. 24, NO. 9,SEPTEMBER 2003.[2] “A New a_Si:H TFT Pixel Circuit Compensating the Threshold VoltageShift of a-Si:H TFT and OLED for Active Matrix 0LED”IEEE ELECTRON DEVICELETTERS, VOL. 26，NO. 12，DECEMBER 2005.[3] “A New Pixel Circuit for Active Matrix Organic Light EmittingDiodes”IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS, VOL. 23，NO. 9，SEPTEMBER 2002.
[4] “Amorphous Oxide TFT Backplane for Large Size AMOLED TVs，，SID 2010.

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何在電路結(jié)構(gòu)相對簡單的情況下有效地補償N型TFT驅(qū)動晶體管的閾值電壓非均勻性和OLED非均勻性，從而提升顯示效果。( 二 )技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種電壓驅(qū)動像素電路，包括驅(qū)動晶體管、保持晶體管、開關(guān)晶體管、補償晶體管、存儲電容和OLED器件，所述開關(guān)晶體管的柵極連接?xùn)啪€，源極連接數(shù)據(jù)線，漏極連接所述存儲電容的一 端和所述保持晶體管的源極，用于控制數(shù)據(jù)線中的電壓信號的寫入；所述保持晶體管的柵極連接用于控制其導(dǎo)通的第一控制信號線，漏極連接所述驅(qū)動晶體管的柵極，用于保持所述驅(qū)動晶體管的柵極電壓；所述補償晶體管的柵極連接用于控制其導(dǎo)通的第二控制信號線，源極連接所述驅(qū)動晶體管的漏極，漏極連接所述驅(qū)動晶體管的柵極；所述驅(qū)動晶體管的源極連接存儲電容的另一端和所述OLED器件的陽極，用于驅(qū)動所述OLED器件；所述驅(qū)動晶體管的漏極和補償晶體管的源極均連接第一電源線；所述OLED器件的陰極連接第二電源線。本發(fā)明還提供了一種上述電壓驅(qū)動像素電路的驅(qū)動方法，包括以下步驟SI :導(dǎo)通所述驅(qū)動晶體管、保持晶體管和開關(guān)晶體管，反向截止所述OLED器件，使所述驅(qū)動晶體管的源極預(yù)充至低電平；S2:導(dǎo)通所述補償晶體管，關(guān)斷所述保持晶體管，為所述存儲電容預(yù)充入用于補償所述驅(qū)動晶體管的閾值電壓的電壓；S3 :關(guān)斷所述開關(guān)晶體管和補償晶體管，并導(dǎo)通所述保持晶體管和OLED器件，保持所述驅(qū)動晶體管的柵極電壓，利用存儲在所述存儲電容中的電壓驅(qū)動所述OLED器件發(fā)光。其中,所述步驟SI具體包括輸入高電源電平至所述數(shù)據(jù)線和第二電源線，輸入高開關(guān)電平至所述第一控制信號線和柵線，導(dǎo)通所述保持晶體管、開關(guān)晶體管和驅(qū)動晶體管，所述第二控制信號線輸入低開關(guān)電平，關(guān)斷所述補償晶體管，所述第一電源線接低電源電平，使所述OLED器件截止，并將所述驅(qū)動晶體管的源極放電至所述低電源電平。其中,所述步驟S2具體包括改變所述數(shù)據(jù)線電壓至當(dāng)前幀的數(shù)據(jù)電壓，所述第一電源線輸入直流參考電平，所述第一控制信號線輸入低開關(guān)電平，關(guān)斷所述保持晶體管，所述第二控制信號線輸入高開關(guān)電平，導(dǎo)通所述補償晶體管，使所述存儲電容預(yù)充入用于補償所述驅(qū)動晶體管的閾值電壓的電壓。其中。步驟S3具體包括所述柵線和第二控制信號線輸入低開關(guān)電平，關(guān)斷所述開關(guān)晶體管和補償晶體管，所述第一控制信號線輸入高開關(guān)電平，導(dǎo)通所述保持晶體管，所述第一電源線接高電源電平，所述第二電源線接低電源電平，導(dǎo)通所述OLED器件，利用存儲在所述存儲電容中的電壓驅(qū)動所述OLED器件發(fā)光。本發(fā)明還提供了一種顯示面板，包括上述的電壓驅(qū)動像素電路。其中，所述電壓驅(qū)動像素電路形成在陣列基板上，所述陣列基板上設(shè)置有多條數(shù)據(jù)線和柵線，所述多條數(shù)據(jù)線和柵線限定了多個所述的電壓驅(qū)動像素電路；所述陣列基板還包括驅(qū)動芯片，用于為所述柵線、數(shù)據(jù)線、第一控制信號線和第二控制信號線提供時序信號，為所述第一電源線和第二電源線提供電源信號。(三)有益效果通過本發(fā)明的電壓驅(qū)動像素電路及其驅(qū)動方法有效地補償N型TFT驅(qū)動管的閾值電壓非均勻性和OLED非均勻性，達(dá)到了更好的顯示效果。


圖I是現(xiàn)有的一種電壓驅(qū)動像素電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是現(xiàn)有的另一種電壓驅(qū)動像素電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是現(xiàn)有的另一種電壓驅(qū)動像素電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是現(xiàn)有的另一種電壓驅(qū)動像素電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是現(xiàn)有的另一種電壓驅(qū)動像素電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明實施例的一種電壓驅(qū)動像素電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是圖6所示的電壓驅(qū)動像素電路驅(qū)動方法的驅(qū)動時序圖；圖8是圖6所示的電壓驅(qū)動像素電路按圖7所示的驅(qū)動時序圖工作時的等效電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是圖6所示的電壓驅(qū)動像素電路和圖I所示的電壓驅(qū)動像素電路的TFT閾值電壓非均勻性補償模擬結(jié)果比較曲線圖；圖10是圖6所示的電壓驅(qū)動像素電路和圖I所示的電壓驅(qū)動像素電路的OLED器件電壓非均勻性補償模擬結(jié)果比較曲線圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。如圖6所示，包括4個TFT晶體管(n型)和I個電容和I個OLED器件，分別是驅(qū)動晶體管I、保持晶體管2、開關(guān)晶體管3、補償晶體管4、存儲電容5和OLED器件6，OLED器件在電學(xué)性能上等效一個發(fā)光二極管和電容Cmd的并聯(lián)。開關(guān)晶體管3的柵極連接?xùn)啪€SCAN，源極連接數(shù)據(jù)線VD，漏極連接存儲電容5的一端和保持晶體管2的源極，用于控制數(shù)據(jù)線中的電壓信號的寫入。保持晶體管2的柵極連接第一控制信號線EM，漏極連接驅(qū)動晶體管I的柵極，用于保持驅(qū)動晶體管I的柵極電壓，第一控制信號線EM用于控制保持晶體管2的通斷。補償晶體管4的柵極連接第二控制 信號線VC，源極連接驅(qū)動晶體管I的漏極，漏極連接驅(qū)動晶體管I的柵極，第二控制信號線VC用于控制補償晶體管4的通斷。驅(qū)動晶體管I的源極連接存儲電容5的另一端和OLED器件6的陽極，用于驅(qū)動OLED器件6。驅(qū)動晶體管I的漏極和補償晶體管4的源極均連接第一電源線VP。OLED器件6的陰極連接第二電源線VN0如圖7所示，為上述電壓驅(qū)動像素電路驅(qū)動方法的驅(qū)動時序圖，工作時的等效電路結(jié)構(gòu)示意圖，驅(qū)動方法共分為三個階段初始化階段，其主要目的是使驅(qū)動晶體管I的源極N3點預(yù)充至低電平。在初始化階段，等效電路如圖8中(a)所示，數(shù)據(jù)線VD，第二電源線VN為高電源電平(ARVDD)，第一電源線VP為低電源電平(ARVSS)，由于OLED器件6在電學(xué)性能上可等效為一個發(fā)光二極管和電容Ccmd的并聯(lián),因此OLED器件6反相截止。柵線SCAN、第一控制信號線EM為高開關(guān)電平(VGH)，第二控制信號線VC為低開關(guān)電平(VGL)。此時，保持晶體管2和開關(guān)晶體管3導(dǎo)通，補償晶體管4關(guān)斷，電路NI和N2點經(jīng)保持晶體管2和開關(guān)晶體管3向NI點傳輸高電源電平ARVDD，開啟驅(qū)動晶體管I使N3點放電至ARVSS。補償階段，等效電路如圖8中(b)所示，VD為當(dāng)前幀(第n幀)的數(shù)據(jù)電壓Vdata(n)、VP為直流參考電平(VREF)，VN為高電源電平(ARVDD)，OLED器件6保持反相截止。SCAN,VC為高開關(guān)電平(VGH)，EM為低開關(guān)電平(VGL)。在這個階段，由于電容5的自舉效應(yīng)，當(dāng)VD變?yōu)閂data (n)時，N3點的電壓變?yōu)樨?fù)的Vdata (n)-ARVDD+ARVSS，由于VREF > 0，且驅(qū)動晶體管I形成二極管導(dǎo)通連接，電流自VREF向N3點充電，直至N3點電壓升高至VREF-Vth，使驅(qū)動晶體管I截止，在補償階段結(jié)束時，存儲在存儲電容5兩端的電荷為(VREF-Vth-VDATA(n)) -Cst,Cst為存儲電容的電容值。保持發(fā)光階段，等效電路如圖8中(C)所示，在這個階段，VP為高電源電平(ARVDD)，VN為低電源電平(ARVSS)，OLED正向?qū)āCAN、VC為低開關(guān)電平(VGL)，EM為高開關(guān)電平(VGH)，驅(qū)動晶體管I和保持晶體管2導(dǎo)通，開關(guān)晶體管3和補償晶體管4關(guān)斷，存儲電容5連接在驅(qū)動晶體管I的柵極和源極之間，保持驅(qū)動晶體管I的Vffi，其存儲的電荷保持不變，隨著OLED器件6的電流趨于穩(wěn)定，N3點電壓變?yōu)閂MD，由于存儲電容5的自舉效應(yīng)，NI和N2點電壓變?yōu)閂QLED+VDATA(n)-VREF+Vth。保持驅(qū)動晶體管I的Ves保持為Vdata (n)_VREF+Vth，此時流過驅(qū)動晶體管I的電流為
權(quán)利要求
1.一種電壓驅(qū)動像素電路，包括驅(qū)動晶體管、保持晶體管、開關(guān)晶體管、補償晶體管、存儲電容和OLED器件，其特征在于， 所述開關(guān)晶體管的柵極連接?xùn)啪€，源極連接數(shù)據(jù)線，漏極連接所述存儲電容的一端和所述保持晶體管的源極，用于控制數(shù)據(jù)線中的電壓信號的寫入； 所述保持晶體管的柵極連接用于控制其導(dǎo)通的第一控制信號線，漏極連接所述驅(qū)動晶體管的柵極，用于保持所述驅(qū)動晶體管的柵極電壓； 所述補償晶體管的柵極連接用于控制其導(dǎo)通的第二控制信號線，源極連接所述驅(qū)動晶體管的漏極，漏極連接所述驅(qū)動晶體管的柵極； 所述驅(qū)動晶體管的源極連接存儲電容的另一端和所述OLED器件的陽極，用于驅(qū)動所述OLED器件； 所述驅(qū)動晶體管的漏極和補償晶體管的源極均連接第一電源線； 所述OLED器件的陰極連接第二電源線。
2.一種如權(quán)利要求I所述的電壓驅(qū)動像素電路的驅(qū)動方法，其特征在于，包括以下步驟 SI:導(dǎo)通所述驅(qū)動晶體管、保持晶體管和開關(guān)晶體管，反向截止所述OLED器件，使所述驅(qū)動晶體管的源極預(yù)充至低電平； S2:導(dǎo)通所述補償晶體管，關(guān)斷所述保持晶體管，為所述存儲電容預(yù)充入用于補償所述驅(qū)動晶體管的閾值電壓的電壓； S3 :關(guān)斷所述開關(guān)晶體管和補償晶體管，并導(dǎo)通所述保持晶體管和OLED器件，保持所述驅(qū)動晶體管的柵極電壓，利用存儲在所述存儲電容中的電壓驅(qū)動所述OLED器件發(fā)光。
3.如權(quán)利要求2所述的電壓驅(qū)動像素電路的驅(qū)動方法，其特征在于，所述步驟SI具體包括 輸入高電源電平至所述數(shù)據(jù)線和第二電源線，輸入高開關(guān)電平至所述第一控制信號線和柵線，導(dǎo)通所述保持晶體管、開關(guān)晶體管和驅(qū)動晶體管，所述第二控制信號線輸入低開關(guān)電平，關(guān)斷所述補償晶體管，所述第一電源線接低電源電平，使所述OLED器件截止，并將所述驅(qū)動晶體管的源極放電至所述低電源電平。
4.如權(quán)利要求2所述的電壓驅(qū)動像素電路的驅(qū)動方法，其特征在于，所述步驟S2具體包括 改變所述數(shù)據(jù)線電壓至當(dāng)前幀的數(shù)據(jù)電壓，所述第一電源線輸入直流參考電平，所述第一控制信號線輸入低開關(guān)電平，關(guān)斷所述保持晶體管，所述第二控制信號線輸入高開關(guān)電平，導(dǎo)通所述補償晶體管，使所述存儲電容預(yù)充入用于補償所述驅(qū)動晶體管的閾值電壓的電壓。
5.如權(quán)利要求2所述的電壓驅(qū)動像素電路的驅(qū)動方法，其特征在于。步驟S3具體包括 所述柵線和第二控制信號線輸入低開關(guān)電平，關(guān)斷所述開關(guān)晶體管和補償晶體管，所述第一控制信號線輸入高開關(guān)電平，導(dǎo)通所述保持晶體管，所述第一電源線接高電源電平，所述第二電源線接低電源電平，導(dǎo)通所述OLED器件，利用存儲在所述存儲電容中的電壓驅(qū)動所述OLED器件發(fā)光。
6.一種顯示面板，其特征在于，包括權(quán)利要求I所述的電壓驅(qū)動像素電路。
7.如權(quán)利要求6所述的顯示面板，其特征在于，所述電壓驅(qū)動像素電路形成在陣列基板上，所述陣列基板上設(shè)置有多條數(shù)據(jù)線和柵線，所述多條數(shù)據(jù)線和柵線限定了多個所述的電壓驅(qū)動像素電路；所述陣列基板還包括驅(qū)動芯片，用于為所述柵線、數(shù)據(jù)線、第一控制信號線和第二控制信號線提供時序信號，為所述第一電源線和第二電源線提供電源信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電壓驅(qū)動像素電路，涉及有機發(fā)光顯示技術(shù)領(lǐng)域，包括驅(qū)動晶體管、保持晶體管、開關(guān)晶體管、補償晶體管、存儲電容和OLED器件，開關(guān)晶體管的柵極連接?xùn)啪€，源極連接數(shù)據(jù)線，漏極連接存儲電容的一端和保持晶體管的源極；保持晶體管的柵極連接用于控制其導(dǎo)通的第一控制信號線，漏極連接驅(qū)動晶體管的柵極；補償晶體管的柵極連接用于控制其導(dǎo)通的第二控制信號線，源極驅(qū)動晶體管的漏極，漏極連接驅(qū)動晶體管的柵極；驅(qū)動晶體管的源極連接存儲電容的另一端和OLED器件的陽極；驅(qū)動晶體管的漏極和補償晶體管的源極均連接第一電源線；OLED器件的陰極連接第二電源線。本發(fā)明有效地補償N型TFT驅(qū)動管的閾值電壓非均勻性和OLED非均勻性。
文檔編號G09G3/32GK102651194SQ201110262088
公開日2012年8月29日 申請日期2011年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月6日
發(fā)明者吳仲遠(yuǎn), 王剛 申請人:京東方科技集團(tuán)股份有限公司