專利名稱：一種改善有源矩陣有機發光顯示器壽命的像素電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及平板顯示領域，特別是一種改善有源矩陣有機發光顯示器壽命的像素 電路。
背景技術：
有源矩陣有機發光顯示器(AMOLED)具有分辨率高，功耗較低，可視角大，畫面對 比度高等優點。目前制作在玻璃基板上，用于驅動有機發光器件的薄膜晶體管(TFT)，基本上分為 兩類，分別是非晶硅(a-Si)薄膜晶體管(TFT)與低溫多晶硅(LTPS)薄膜晶體管。這兩類 薄膜晶體管器件長期工作在直流電壓偏置狀態下或電流偏置狀態下會發生器件特性的漂 移。如果不采取某種措施處理這種漂移，發生特性漂移的薄膜晶體管器件驅動電流下降，導 致有機發光顯示器件亮度降低，薄膜晶體管器件過早失效。通常對于薄膜晶體管的閾值電 壓Vth而言，其數值是升高的。因此，在AMOLED中必須進行特殊的處理，以應對薄膜晶體管 器件衰減問題。抑制器件特性漂移問題的重要的方法的一是設計像素補償電路。圖1是一種傳統的像素電路結構及其驅動信號時序圖。該方案使用了兩個薄膜 晶體管和一個電容Cst控制與驅動OLED器件，其中Vdata為該像素OLED顯示灰階所需的 數據電壓，Vgate[η]為該像素所在第η行的掃描電壓信號。像素電路的工作方式如下當 Vgate [η]為高電平時，薄膜晶體管Tl打開，數據電壓Vdata通過薄膜晶體管Tl傳輸到薄 膜晶體管Τ2的柵極，即電路節點N，同時為儲存電容Cst充電，此時節點N的電壓為Vdata。 數據電壓信號Vdata通過薄膜晶體管T2轉換為數據電流信號Idata，Idata流過0LED，使 OLED發出所需灰階亮度的光。當Vgatefc]為低電平時，薄膜晶體管Tl關閉，節點N的電 壓Vdata在儲存電容Cst的作用下保持不變，致使Idata保持不變，從而OLED的亮度能保 持到下一次薄膜晶體管Tl的開啟。上述圖1的傳統像素電路結構簡單，只需要2個薄膜晶體管(TFT)就能工作，對于 底部發射的OLED器件結構，具有高開口率的優點。然而上述圖1的傳統的像素電路結構， 沒有解決薄膜晶體管器件長期工作在直流電壓偏置狀態下的特性漂移問題。如不采用抑制 或補償薄膜晶體管器件特性漂移的手段，會大大影響OLED顯示器的壽命。目前常用的抑制薄膜晶體管器件特性漂移的手段主要是加上反相工作電壓；補 償薄膜晶體管器件特性漂移的手段主要是設計像素補償電路。目前設計像素補償電路是 AMOLED常用的補償薄膜晶體管器件特性漂移的手段。
發明內容
發明目的本發明主要是解決AMOLED顯示中，薄膜晶體管器件長期工作產生的閾值電壓漂移，從而影響OLED器件發光亮度的問題，提出了一種改善有源矩陣有機發光顯示 器壽命的像素電路，該電路能有效補償薄膜晶體管器件的特性漂移，應對薄膜晶體管器件 衰減，導致有源矩陣有機發光顯示器壽命過短的問題。
技術方案針對上述要解決的技術問題，本發明提出了一種改善有源矩陣有機發 光顯示器壽命的像素電路，包括電源線、數據線、多條行掃描線、有機發光二極管、儲存電 容、耦合電容、第一驅動薄膜晶體管、第一開關薄膜晶體管、第二開關薄膜晶體管、第三開關 薄膜晶體管、第四開關薄膜晶體管；其中第一驅動薄膜晶體管，驅動所述有機發光二極管發光，包括柵極，漏極和源極，所 述柵極和所述儲存電容的一端相連，儲存電容的另一端連接電源線；所述漏極，和所述第四 開關薄膜晶體管的源極及所述第三開關薄膜晶體管的漏極相連；所述源極和所述有機發光 二極管的陽極相連，有機發光二極管的陰極接地；第一開關薄膜晶體管，控制耦合電容為第一驅動薄膜晶體管的柵極充入灰階數據 電壓；第二開關薄膜晶體管，控制耦合電容的一端放電，其柵極分別連接多條行掃描線 的第n-1行掃描線、第三開關薄膜晶體管以及第四開關薄膜晶體管的柵極；第三開關薄膜晶體管，控制第一驅動薄膜晶體管的柵極電壓放電至閾值電壓，其 源極與第一驅動薄膜晶體管的柵極以及儲存電容的一端相連；第四開關薄膜晶體管，控制所述電源線與第一驅動薄膜晶體管的連接；其中所述電源線和所述第四開關薄膜晶體管的漏極相連；所述數據線與所述第一 開關薄膜晶體管的漏極相連；所述耦合電容的一端，與所述第一開關薄膜晶體管的源極及 第二開關薄膜晶體管的漏極相連，所述耦合電容的另一端與所述第一驅動薄膜晶體管的柵 極相連。本發明中，一種方案，所述的多條行掃描線為第n-1行掃描線和第η行掃描線，其 中η為自然數，第η-1行掃描線控制第二開關薄膜晶體管、第三開關薄膜晶體管以及第四開 關薄膜晶體管，第η行掃描線控制第一開關薄膜晶體管。所述第四開關薄膜晶體管的柵極 分別連接第n-1行掃描線，以及第二開關薄膜晶體管和第三開關薄膜晶體管的柵極。本發明中，另一種優化的方案，引入一條控制信號線，控制信號線控制第四開關薄 膜晶體管，與第四開關薄膜晶體管的柵極連接。本發明電路所述的所有薄膜晶體管的源極與漏極在電氣上具有對稱性，兩者名稱 可以互換，并不改變電路的功能或實質連接關系，因此，任何一個或者多個薄膜晶體管的源 極與漏極的變換，仍然構成與本發明的等同。本發明的思路(1)復用上一行的行掃描信號，得到驅動薄膜晶體管的閾值電壓， 并利用儲存電容存儲起來，同時把耦合電容上的電荷釋放出來，方便數據電壓的寫入；(2) 把數據電壓通過耦合電容疊加到閾值電壓上，使驅動OLED器件的數據電流不受驅動薄膜 晶體管的閾值電壓漂移影響，達到補償驅動薄膜晶體管特性漂移的目的。有益效果本發明相對于現有的像素電路，具有以下優點(1)有效補償驅動薄膜晶 體管特性漂移，極大地增加有源矩陣有機發光顯示器的壽命；(2)采用掃描線復用結構，每行 像素只需要一條行掃描線，簡化系統驅動電路；(3)該電路除了能采用低溫多晶硅(LTPS)薄 膜晶體管(TFT)作為驅動外，還能采用非晶硅(a-Si)薄膜晶體管(TFT)作為驅動。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明做更進一步的具體說明，本發明的上述和/或其他方面的優點將會變得更加清楚。 圖Ia和圖Ib是一種傳統的像素電路圖和輸入波形圖。其中，Tl 第一開關薄膜晶體管；T2 第一驅動薄膜晶體管；Dl OLED器件(有 機發光二極管)；Cst 儲存電容；VDD 電源線；Gatefc]第η行掃描線；Data 數據線； Vgate [η]第η行掃描信號；Vdata 數據信號；N 電路節點N。圖2a和圖2b是本發明的一種實施例的電路圖及輸入波形圖。其中，Tl 第一開關薄膜晶體管；T2 第二開關薄膜晶體管；T3 第三開關薄膜晶 體管；T4 第四開關薄膜晶體管；T5 第一驅動薄膜晶體管；Dl =OLED器件；Cst 儲存電容； Cl 耦合電容；VDD 電源線；Gate [η]第η行掃描線；Gatefc-I]第η_1行掃描線；Data 數 據線；Vgate [η]第η行掃描信號；Vgatefc-l]第η_1行掃描信號；Vdata 數據信號；Nl 電路節點1 ； N2 電路節點2。圖3a和圖3b是本發明的另一種實施例的電路圖和輸入波形圖。其中，Tl 第一開關薄膜晶體管；T2 第二開關薄膜晶體管；T3 第三開關薄膜晶 體管；T4 第四開關薄膜晶體管；T5 第一驅動薄膜晶體管；Dl =OLED器件；Cst 儲存電容； Cl 耦合電容；VDD 電源線；Gate [η]第η行掃描線；Gatefc-I]第η_1行掃描線；EM 控制 線；Data 數據線；Vgate [η]第η行掃描信號；Vgate[n-1]第n_l行掃描信號；EM[η]第 η行的控制信號；Vdata 數據信號；m 電路節點1 ；N2 電路節點2。
具體實施例方式實施例1 本實施例的改善有源矩陣有機發光顯示器壽命的像素電路結構如圖2a所示，包 括電源線VDD、數據線Data、多條行掃描線、有機發光二極管(0LED器件)D1、儲存電容Cst、 耦合電容Cl、第一驅動薄膜晶體管T5、第一開關薄膜晶體管Tl、第二開關薄膜晶體管T2、 第三開關薄膜晶體管T3、第四開關薄膜晶體管T4 ；其中第一驅動薄膜晶體管，驅動所述有 機發光二極管發光，包括柵極，漏極和源極，所述柵極和所述儲存電容的一端相連，儲存電 容的另一端連接電源線；所述漏極，和所述第四開關薄膜晶體管的源極及所述第三開關薄 膜晶體管的漏極相連；所述源極和所述有機發光二極管的陽極相連，有機發光二極管的陰 極接地；第一開關薄膜晶體管，控制耦合電容為第一驅動薄膜晶體管的柵極充入灰階數據 電壓；第二開關薄膜晶體管，控制耦合電容的一端放電，其柵極分別連接多條行掃描線的第 n-1行掃描線、第三開關薄膜晶體管以及第四開關薄膜晶體管的柵極；第三開關薄膜晶體 管，控制第一驅動薄膜晶體管的柵極電壓放電至閾值電壓，其源極與第一驅動薄膜晶體管 的柵極以及儲存電容的一端相連；第四開關薄膜晶體管，控制所述電源線與第一驅動薄膜 晶體管的連接；其中所述電源線和所述第四開關薄膜晶體管的漏極相連；所述數據線與所 述第一開關薄膜晶體管的漏極相連；所述耦合電容的一端，與所述第一開關薄膜晶體管的 源極及第二開關薄膜晶體管的漏極相連，所述耦合電容的另一端與所述第一驅動薄膜晶體 管的柵極相連。本實施例中，所述的多條行掃描線為第n-1行掃描線Gatefc-I]和第η行掃描線 Gate [η]，其中η為自然數，第η_1行掃描線控制第二開關薄膜晶體管、第三開關薄膜晶體管 以及第四開關薄膜晶體管，第η行掃描線控制第一開關薄膜晶體管。所述第四開關薄膜晶體管的柵極分別連接第n-1行掃描線，以及第二開關薄膜晶體管和第三開關薄膜晶體管的柵極。本實施例中薄膜晶體管Tl、T2、T3、T5為N型薄膜晶體管，而薄膜晶體管T4為 P型薄膜晶體管。薄膜晶體管T5為驅動薄膜晶體管，為OLED器件提供合適的數據電流 Ioled，其余薄膜晶體管T1、T2、T3、T4為開關薄膜晶體管，主要起開關作用。信號Vgate [η]、 Vgate [n-1]、Vdata的電壓波形如圖2b所示。本實施例中電路的工作過程可以分為三個階段第一階段是Vgate[n-1]為高電 平時，定義閾值電壓Vth階段；第二階段是Vgate [η]為高電平時，數據電壓寫入階段；第三 階段是當Vgate[n-1]與Vgatefc]都是低電平時，數據保持階段。其中Vgatefc-l]是第 n-1行的行掃描線信號，Vgate [η]是第η行的行掃描線信號。第一階段，即閾值電壓Vth定義階段，Vgatefc-I]為高電平，Vgate[η]為低電平。 此時薄膜晶體管Τ1、Τ4關閉，薄膜晶體管Τ2、Τ3打開。耦合電容Cl 一端的電路節點m接 地，電位為零，此時上一幀累積在該節點m的電荷通過薄膜晶體管T2釋放。在耦合電容Cl 的另一端，即電路節點N2，該處節點累積的電荷通過薄膜晶體管T5進行釋放，最終使薄膜 晶體管T5的柵極與漏極處于同一電位，此時該處的電位為Vth_T5+Vth_oled，其中Vth_T5 為薄膜晶體管T5的閾值電壓，Vth_oled為OLED器件Dl的壓降，在此處即為薄膜晶體管T5 源極電壓。在該階段，得到驅動薄膜晶體管T5的閾值電壓并存儲在儲存電容Cst上，即節 點N2。第二階段，即數據電壓Vdata寫入階段，Vgate [n-1]為低電平，Vgate [η]為高電 平。此時薄膜晶體管Τ1、Τ4打開，薄膜晶體管Τ2、Τ3關閉。數據電壓Vdata通過薄膜晶體 管Tl及耦合電容Cl寫入儲存電容Cst，此時儲存電容Cst —端的電路節點N2處的電位為 Vth_T5+Vth_0led+Vdata。在該階段，薄膜晶體管T5開始向OLED Dl提供顯示所需灰階的 電流Ioled，OLED Dl開始發光，電流的大小表示為Ioled = k* (VN2_Vth_T5) "2其中，VN2為節點 N2 的電壓，k = (1/2) * (W/L) *Cox*uFE，W，L，Cox, uFE 分別為薄 膜晶體管T5的溝道寬度，溝道長度，溝道區與柵電極的間單位面積電容值，載流子遷移率。 所以，電流Ioled為Ioled = k*(Vth_T5+Vth_o1ed+Vdata-Vth_T5)"2 = k*(Vth_oled+Vdata)"2從上式可以看出，數據電路Ioled與薄膜晶體管T5的閾值電壓無關，只與數據電 壓Vdata有關，系數k與Vth_oled都為常數。因此，該電路可以有效抑制驅動薄膜晶體管 T5的閾值電壓漂移。第三階段，即數據保持階段，Vgate[n-1]與Vgatefc]同為低電平。薄膜晶體管Tl、 T2、T3關閉，薄膜晶體管Τ4打開。此時驅動薄膜晶體管Τ5的柵極電壓，即節點Ν2的電壓， 在儲存電容Cst的作用下，保持為Vth_T5+Vth_0led+Vdata。所以流經OLEDDl的數據電流 保持為k*(Vth_oled+Vdata)~2，直到下一幀的數據電壓的寫入。在此階段，OLED器件Dl — 直保持顯示所需的灰階。如圖2所示，本實施例電路使用的薄膜晶體管器件是低溫多晶硅薄膜晶體管。如 圖2a，本發明的基本電路圖是本發明的一種具體實施例，本實施例所使用的薄膜晶體管器 件是低溫多晶硅薄膜晶體管。并且本實施例需要制作P型薄膜晶體管與η型薄膜晶體管兩種類型的薄膜晶體管。目前大部分用于液晶或有機發光顯示的低溫多晶硅薄膜晶體管基板 都集成了部分外圍驅動電路，而外圍驅動電路都包含P型薄膜晶體管與η型薄膜晶體管。因 此本發明電路的不會增加額外的工藝與制作成本。實施例2
如圖3所示，本實施例基于非晶硅薄膜晶體管驅動，該實施例也可用于低溫多晶 硅薄膜晶體管驅動。該電路結構在實施例1中圖2電路的基礎上，增加了一個控制信號 EM[η]與第四開關薄膜晶體管Τ4的柵極連接，單獨控制圖3a中的薄膜晶體管Τ4。EM[η]的 輸入波形如圖3b所示。該控制信號EM[n]是在Vgate[n-1]處于高電平的時候，輸出低電 平，其余時間均為高電平。該信號的作用是在閾值電壓Vth定義階段，把薄膜晶體管T4關 閉，阻斷電源信號VDD與驅動薄膜晶體管T5的連接，使薄膜晶體管的漏極與柵極相連，從而 在電路節點N2得到驅動薄膜晶體管T5的閾值電壓Vth_T5。因此本實施例同樣能達到補償 驅動薄膜晶體管特性漂移的效果。本實施例其余未提及的部分與實施例1相同。本發明提供了一種改善有源矩陣有機發光顯示器壽命的像素電路的思路及方法， 具體實現該技術方案的方法和途徑很多，以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出， 對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改 進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。本實施例中未明確的各組成部分 均可用現有技術加以實現。
權利要求
一種改善有源矩陣有機發光顯示器壽命的像素電路，其特征在于，包括電源線、數據線、多條行掃描線、有機發光二極管、儲存電容、耦合電容、第一驅動薄膜晶體管、第一開關薄膜晶體管、第二開關薄膜晶體管、第三開關薄膜晶體管、第四開關薄膜晶體管、其中第一驅動薄膜晶體管包括柵極，漏極和源極，用于驅動所述有機發光二極管發光，所述柵極和所述儲存電容的一端相連；所述漏極，和所述第四開關薄膜晶體管的源極及所述第三開關薄膜晶體管的漏極相連；所述源極和所述有機發光二極管的陽極相連；第一開關薄膜晶體管，控制耦合電容為第一驅動薄膜晶體管的柵極充入灰階數據電壓；第二開關薄膜晶體管，控制耦合電容的一端放電；第三開關薄膜晶體管，控制第一驅動薄膜晶體管的柵極電壓放電至閾值電壓；第四開關薄膜晶體管，控制所述電源線與第一驅動薄膜晶體管的連接；其中所述電源線和所述第四開關薄膜晶體管的漏極相連；所述數據線與所述第一開關薄膜晶體管的漏極相連；所述耦合電容的第一端，與所述第一開關薄膜晶體管的源極及第二開關薄膜晶體管的漏極相連，所述耦合電容的另一端與所述第一驅動薄膜晶體管的柵極相連。
2.根據權利要求1所述一種改善有源矩陣有機發光顯示器壽命的像素電路，其特征在 于，所述的多條行掃描線為第n-1行掃描線以及第η行掃描線，其中η為自然數；所述第η_1 行掃描線控制第二開關薄膜晶體管、第三開關薄膜晶體管以及第四開關薄膜晶體管；所述 第η行掃描線控制第一開關薄膜晶體管。
3.根據權利要求2所述一種改善有源矩陣有機發光顯示器壽命的像素電路，其特征在 于，所述第四開關薄膜晶體管的柵極分別連接第n-1行掃描線，以及第二開關薄膜晶體管 和第三開關薄膜晶體管的柵極。
4.根據權利要求1所述一種改善有源矩陣有機發光顯示器壽命的像素電路，其特征在 于，包括控制信號線，控制信號線控制第四開關薄膜晶體管，與第四開關薄膜晶體管的柵極 連接。
全文摘要
本發明公開了改善有源矩陣有機發光顯示器壽命的像素電路，包括第一驅動薄膜晶體管，用于驅動所述有機發光二極管發光，其柵極和所述儲存電容的一端相連；其漏極，和所述第四開關薄膜晶體管的源極及所述第三開關薄膜晶體管的漏極相連；其源極和所述有機發光二極管的陽極相連；第一開關薄膜晶體管，控制耦合電容為第一驅動薄膜晶體管的柵極充入灰階數據電壓；第二開關薄膜晶體管，控制耦合電容的一端放電；第三開關薄膜晶體管，控制第一驅動薄膜晶體管的柵極電壓放電至閾值電壓；第四開關薄膜晶體管，控制所述電源線與第一驅動薄膜晶體管的連接。本發明有效補償驅動薄膜晶體管特性漂移，極大地增加有源矩陣有機發光顯示器的壽命。
文檔編號G09G3/32GK101814268SQ200910264860
公開日2010年8月25日 申請日期2009年12月24日 優先權日2009年12月24日
發明者張宏勇, 張曉建, 彭永 申請人:江蘇華創光電科技有限公司