专利名称：一种改善有源矩阵有机发光显示器寿命的像素电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及平板显示领域，特别是一种改善有源矩阵有机发光显示器寿命的像素 电路。
背景技术：
有源矩阵有机发光显示器(AMOLED)具有分辨率高，功耗较低，可视角大，画面对 比度高等优点。目前制作在玻璃基板上，用于驱动有机发光器件的薄膜晶体管(TFT)，基本上分为 两类，分别是非晶硅(a-Si)薄膜晶体管(TFT)与低温多晶硅(LTPS)薄膜晶体管。这两类 薄膜晶体管器件长期工作在直流电压偏置状态下或电流偏置状态下会发生器件特性的漂 移。如果不采取某种措施处理这种漂移，发生特性漂移的薄膜晶体管器件驱动电流下降，导 致有机发光显示器件亮度降低，薄膜晶体管器件过早失效。通常对于薄膜晶体管的阈值电 压Vth而言，其数值是升高的。因此，在AMOLED中必须进行特殊的处理，以应对薄膜晶体管 器件衰减问题。抑制器件特性漂移问题的重要的方法的一是设计像素补偿电路。图1是一种传统的像素电路结构及其驱动信号时序图。该方案使用了两个薄膜 晶体管和一个电容Cst控制与驱动OLED器件，其中Vdata为该像素OLED显示灰阶所需的 数据电压，Vgate[η]为该像素所在第η行的扫描电压信号。像素电路的工作方式如下当 Vgate [η]为高电平时，薄膜晶体管Tl打开，数据电压Vdata通过薄膜晶体管Tl传输到薄 膜晶体管Τ2的栅极，即电路节点N，同时为储存电容Cst充电，此时节点N的电压为Vdata。 数据电压信号Vdata通过薄膜晶体管T2转换为数据电流信号Idata，Idata流过0LED，使 OLED发出所需灰阶亮度的光。当Vgatefc]为低电平时，薄膜晶体管Tl关闭，节点N的电 压Vdata在储存电容Cst的作用下保持不变，致使Idata保持不变，从而OLED的亮度能保 持到下一次薄膜晶体管Tl的开启。上述图1的传统像素电路结构简单，只需要2个薄膜晶体管(TFT)就能工作，对于 底部发射的OLED器件结构，具有高开口率的优点。然而上述图1的传统的像素电路结构， 没有解决薄膜晶体管器件长期工作在直流电压偏置状态下的特性漂移问题。如不采用抑制 或补偿薄膜晶体管器件特性漂移的手段，会大大影响OLED显示器的寿命。目前常用的抑制薄膜晶体管器件特性漂移的手段主要是加上反相工作电压；补 偿薄膜晶体管器件特性漂移的手段主要是设计像素补偿电路。目前设计像素补偿电路是 AMOLED常用的补偿薄膜晶体管器件特性漂移的手段。
发明内容
发明目的本发明主要是解决AMOLED显示中，薄膜晶体管器件长期工作产生的阈值电压漂移，从而影响OLED器件发光亮度的问题，提出了一种改善有源矩阵有机发光显示 器寿命的像素电路，该电路能有效补偿薄膜晶体管器件的特性漂移，应对薄膜晶体管器件 衰减，导致有源矩阵有机发光显示器寿命过短的问题。
技术方案针对上述要解决的技术问题，本发明提出了一种改善有源矩阵有机发 光显示器寿命的像素电路，包括电源线、数据线、多条行扫描线、有机发光二极管、储存电 容、耦合电容、第一驱动薄膜晶体管、第一开关薄膜晶体管、第二开关薄膜晶体管、第三开关 薄膜晶体管、第四开关薄膜晶体管；其中第一驱动薄膜晶体管，驱动所述有机发光二极管发光，包括栅极，漏极和源极，所 述栅极和所述储存电容的一端相连，储存电容的另一端连接电源线；所述漏极，和所述第四 开关薄膜晶体管的源极及所述第三开关薄膜晶体管的漏极相连；所述源极和所述有机发光 二极管的阳极相连，有机发光二极管的阴极接地；第一开关薄膜晶体管，控制耦合电容为第一驱动薄膜晶体管的栅极充入灰阶数据 电压；第二开关薄膜晶体管，控制耦合电容的一端放电，其栅极分别连接多条行扫描线 的第n-1行扫描线、第三开关薄膜晶体管以及第四开关薄膜晶体管的栅极；第三开关薄膜晶体管，控制第一驱动薄膜晶体管的栅极电压放电至阈值电压，其 源极与第一驱动薄膜晶体管的栅极以及储存电容的一端相连；第四开关薄膜晶体管，控制所述电源线与第一驱动薄膜晶体管的连接；其中所述电源线和所述第四开关薄膜晶体管的漏极相连；所述数据线与所述第一 开关薄膜晶体管的漏极相连；所述耦合电容的一端，与所述第一开关薄膜晶体管的源极及 第二开关薄膜晶体管的漏极相连，所述耦合电容的另一端与所述第一驱动薄膜晶体管的栅 极相连。本发明中，一种方案，所述的多条行扫描线为第n-1行扫描线和第η行扫描线，其 中η为自然数，第η-1行扫描线控制第二开关薄膜晶体管、第三开关薄膜晶体管以及第四开 关薄膜晶体管，第η行扫描线控制第一开关薄膜晶体管。所述第四开关薄膜晶体管的栅极 分别连接第n-1行扫描线，以及第二开关薄膜晶体管和第三开关薄膜晶体管的栅极。本发明中，另一种优化的方案，引入一条控制信号线，控制信号线控制第四开关薄 膜晶体管，与第四开关薄膜晶体管的栅极连接。本发明电路所述的所有薄膜晶体管的源极与漏极在电气上具有对称性，两者名称 可以互换，并不改变电路的功能或实质连接关系，因此，任何一个或者多个薄膜晶体管的源 极与漏极的变换，仍然构成与本发明的等同。本发明的思路(1)复用上一行的行扫描信号，得到驱动薄膜晶体管的阈值电压， 并利用储存电容存储起来，同时把耦合电容上的电荷释放出来，方便数据电压的写入；(2) 把数据电压通过耦合电容叠加到阈值电压上，使驱动OLED器件的数据电流不受驱动薄膜 晶体管的阈值电压漂移影响，达到补偿驱动薄膜晶体管特性漂移的目的。有益效果本发明相对于现有的像素电路，具有以下优点(1)有效补偿驱动薄膜晶 体管特性漂移，极大地增加有源矩阵有机发光显示器的寿命；(2)采用扫描线复用结构，每行 像素只需要一条行扫描线，简化系统驱动电路；(3)该电路除了能采用低温多晶硅(LTPS)薄 膜晶体管(TFT)作为驱动外，还能采用非晶硅(a-Si)薄膜晶体管(TFT)作为驱动。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。 图Ia和图Ib是一种传统的像素电路图和输入波形图。其中，Tl 第一开关薄膜晶体管；T2 第一驱动薄膜晶体管；Dl OLED器件(有 机发光二极管)；Cst 储存电容；VDD 电源线；Gatefc]第η行扫描线；Data 数据线； Vgate [η]第η行扫描信号；Vdata 数据信号；N 电路节点N。图2a和图2b是本发明的一种实施例的电路图及输入波形图。其中，Tl 第一开关薄膜晶体管；T2 第二开关薄膜晶体管；T3 第三开关薄膜晶 体管；T4 第四开关薄膜晶体管；T5 第一驱动薄膜晶体管；Dl =OLED器件；Cst 储存电容； Cl 耦合电容；VDD 电源线；Gate [η]第η行扫描线；Gatefc-I]第η_1行扫描线；Data 数 据线；Vgate [η]第η行扫描信号；Vgatefc-l]第η_1行扫描信号；Vdata 数据信号；Nl 电路节点1 ； N2 电路节点2。图3a和图3b是本发明的另一种实施例的电路图和输入波形图。其中，Tl 第一开关薄膜晶体管；T2 第二开关薄膜晶体管；T3 第三开关薄膜晶 体管；T4 第四开关薄膜晶体管；T5 第一驱动薄膜晶体管；Dl =OLED器件；Cst 储存电容； Cl 耦合电容；VDD 电源线；Gate [η]第η行扫描线；Gatefc-I]第η_1行扫描线；EM 控制 线；Data 数据线；Vgate [η]第η行扫描信号；Vgate[n-1]第n_l行扫描信号；EM[η]第 η行的控制信号；Vdata 数据信号；m 电路节点1 ；N2 电路节点2。
具体实施例方式实施例1 本实施例的改善有源矩阵有机发光显示器寿命的像素电路结构如图2a所示，包 括电源线VDD、数据线Data、多条行扫描线、有机发光二极管(0LED器件)D1、储存电容Cst、 耦合电容Cl、第一驱动薄膜晶体管T5、第一开关薄膜晶体管Tl、第二开关薄膜晶体管T2、 第三开关薄膜晶体管T3、第四开关薄膜晶体管T4 ；其中第一驱动薄膜晶体管，驱动所述有 机发光二极管发光，包括栅极，漏极和源极，所述栅极和所述储存电容的一端相连，储存电 容的另一端连接电源线；所述漏极，和所述第四开关薄膜晶体管的源极及所述第三开关薄 膜晶体管的漏极相连；所述源极和所述有机发光二极管的阳极相连，有机发光二极管的阴 极接地；第一开关薄膜晶体管，控制耦合电容为第一驱动薄膜晶体管的栅极充入灰阶数据 电压；第二开关薄膜晶体管，控制耦合电容的一端放电，其栅极分别连接多条行扫描线的第 n-1行扫描线、第三开关薄膜晶体管以及第四开关薄膜晶体管的栅极；第三开关薄膜晶体 管，控制第一驱动薄膜晶体管的栅极电压放电至阈值电压，其源极与第一驱动薄膜晶体管 的栅极以及储存电容的一端相连；第四开关薄膜晶体管，控制所述电源线与第一驱动薄膜 晶体管的连接；其中所述电源线和所述第四开关薄膜晶体管的漏极相连；所述数据线与所 述第一开关薄膜晶体管的漏极相连；所述耦合电容的一端，与所述第一开关薄膜晶体管的 源极及第二开关薄膜晶体管的漏极相连，所述耦合电容的另一端与所述第一驱动薄膜晶体 管的栅极相连。本实施例中，所述的多条行扫描线为第n-1行扫描线Gatefc-I]和第η行扫描线 Gate [η]，其中η为自然数，第η_1行扫描线控制第二开关薄膜晶体管、第三开关薄膜晶体管 以及第四开关薄膜晶体管，第η行扫描线控制第一开关薄膜晶体管。所述第四开关薄膜晶体管的栅极分别连接第n-1行扫描线，以及第二开关薄膜晶体管和第三开关薄膜晶体管的栅极。本实施例中薄膜晶体管Tl、T2、T3、T5为N型薄膜晶体管，而薄膜晶体管T4为 P型薄膜晶体管。薄膜晶体管T5为驱动薄膜晶体管，为OLED器件提供合适的数据电流 Ioled，其余薄膜晶体管T1、T2、T3、T4为开关薄膜晶体管，主要起开关作用。信号Vgate [η]、 Vgate [n-1]、Vdata的电压波形如图2b所示。本实施例中电路的工作过程可以分为三个阶段第一阶段是Vgate[n-1]为高电 平时，定义阈值电压Vth阶段；第二阶段是Vgate [η]为高电平时，数据电压写入阶段；第三 阶段是当Vgate[n-1]与Vgatefc]都是低电平时，数据保持阶段。其中Vgatefc-l]是第 n-1行的行扫描线信号，Vgate [η]是第η行的行扫描线信号。第一阶段，即阈值电压Vth定义阶段，Vgatefc-I]为高电平，Vgate[η]为低电平。 此时薄膜晶体管Τ1、Τ4关闭，薄膜晶体管Τ2、Τ3打开。耦合电容Cl 一端的电路节点m接 地，电位为零，此时上一帧累积在该节点m的电荷通过薄膜晶体管T2释放。在耦合电容Cl 的另一端，即电路节点N2，该处节点累积的电荷通过薄膜晶体管T5进行释放，最终使薄膜 晶体管T5的栅极与漏极处于同一电位，此时该处的电位为Vth_T5+Vth_oled，其中Vth_T5 为薄膜晶体管T5的阈值电压，Vth_oled为OLED器件Dl的压降，在此处即为薄膜晶体管T5 源极电压。在该阶段，得到驱动薄膜晶体管T5的阈值电压并存储在储存电容Cst上，即节 点N2。第二阶段，即数据电压Vdata写入阶段，Vgate [n-1]为低电平，Vgate [η]为高电 平。此时薄膜晶体管Τ1、Τ4打开，薄膜晶体管Τ2、Τ3关闭。数据电压Vdata通过薄膜晶体 管Tl及耦合电容Cl写入储存电容Cst，此时储存电容Cst —端的电路节点N2处的电位为 Vth_T5+Vth_0led+Vdata。在该阶段，薄膜晶体管T5开始向OLED Dl提供显示所需灰阶的 电流Ioled，OLED Dl开始发光，电流的大小表示为Ioled = k* (VN2_Vth_T5) "2其中，VN2为节点 N2 的电压，k = (1/2) * (W/L) *Cox*uFE，W，L，Cox, uFE 分别为薄 膜晶体管T5的沟道宽度，沟道长度，沟道区与栅电极的间单位面积电容值，载流子迁移率。 所以，电流Ioled为Ioled = k*(Vth_T5+Vth_o1ed+Vdata-Vth_T5)"2 = k*(Vth_oled+Vdata)"2从上式可以看出，数据电路Ioled与薄膜晶体管T5的阈值电压无关，只与数据电 压Vdata有关，系数k与Vth_oled都为常数。因此，该电路可以有效抑制驱动薄膜晶体管 T5的阈值电压漂移。第三阶段，即数据保持阶段，Vgate[n-1]与Vgatefc]同为低电平。薄膜晶体管Tl、 T2、T3关闭，薄膜晶体管Τ4打开。此时驱动薄膜晶体管Τ5的栅极电压，即节点Ν2的电压， 在储存电容Cst的作用下，保持为Vth_T5+Vth_0led+Vdata。所以流经OLEDDl的数据电流 保持为k*(Vth_oled+Vdata)~2，直到下一帧的数据电压的写入。在此阶段，OLED器件Dl — 直保持显示所需的灰阶。如图2所示，本实施例电路使用的薄膜晶体管器件是低温多晶硅薄膜晶体管。如 图2a，本发明的基本电路图是本发明的一种具体实施例，本实施例所使用的薄膜晶体管器 件是低温多晶硅薄膜晶体管。并且本实施例需要制作P型薄膜晶体管与η型薄膜晶体管两种类型的薄膜晶体管。目前大部分用于液晶或有机发光显示的低温多晶硅薄膜晶体管基板 都集成了部分外围驱动电路，而外围驱动电路都包含P型薄膜晶体管与η型薄膜晶体管。因 此本发明电路的不会增加额外的工艺与制作成本。实施例2
如图3所示，本实施例基于非晶硅薄膜晶体管驱动，该实施例也可用于低温多晶 硅薄膜晶体管驱动。该电路结构在实施例1中图2电路的基础上，增加了一个控制信号 EM[η]与第四开关薄膜晶体管Τ4的栅极连接，单独控制图3a中的薄膜晶体管Τ4。EM[η]的 输入波形如图3b所示。该控制信号EM[n]是在Vgate[n-1]处于高电平的时候，输出低电 平，其余时间均为高电平。该信号的作用是在阈值电压Vth定义阶段，把薄膜晶体管T4关 闭，阻断电源信号VDD与驱动薄膜晶体管T5的连接，使薄膜晶体管的漏极与栅极相连，从而 在电路节点N2得到驱动薄膜晶体管T5的阈值电压Vth_T5。因此本实施例同样能达到补偿 驱动薄膜晶体管特性漂移的效果。本实施例其余未提及的部分与实施例1相同。本发明提供了一种改善有源矩阵有机发光显示器寿命的像素电路的思路及方法， 具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出， 对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改 进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分 均可用现有技术加以实现。
权利要求
一种改善有源矩阵有机发光显示器寿命的像素电路，其特征在于，包括电源线、数据线、多条行扫描线、有机发光二极管、储存电容、耦合电容、第一驱动薄膜晶体管、第一开关薄膜晶体管、第二开关薄膜晶体管、第三开关薄膜晶体管、第四开关薄膜晶体管、其中第一驱动薄膜晶体管包括栅极，漏极和源极，用于驱动所述有机发光二极管发光，所述栅极和所述储存电容的一端相连；所述漏极，和所述第四开关薄膜晶体管的源极及所述第三开关薄膜晶体管的漏极相连；所述源极和所述有机发光二极管的阳极相连；第一开关薄膜晶体管，控制耦合电容为第一驱动薄膜晶体管的栅极充入灰阶数据电压；第二开关薄膜晶体管，控制耦合电容的一端放电；第三开关薄膜晶体管，控制第一驱动薄膜晶体管的栅极电压放电至阈值电压；第四开关薄膜晶体管，控制所述电源线与第一驱动薄膜晶体管的连接；其中所述电源线和所述第四开关薄膜晶体管的漏极相连；所述数据线与所述第一开关薄膜晶体管的漏极相连；所述耦合电容的第一端，与所述第一开关薄膜晶体管的源极及第二开关薄膜晶体管的漏极相连，所述耦合电容的另一端与所述第一驱动薄膜晶体管的栅极相连。
2.根据权利要求1所述一种改善有源矩阵有机发光显示器寿命的像素电路，其特征在 于，所述的多条行扫描线为第n-1行扫描线以及第η行扫描线，其中η为自然数；所述第η_1 行扫描线控制第二开关薄膜晶体管、第三开关薄膜晶体管以及第四开关薄膜晶体管；所述 第η行扫描线控制第一开关薄膜晶体管。
3.根据权利要求2所述一种改善有源矩阵有机发光显示器寿命的像素电路，其特征在 于，所述第四开关薄膜晶体管的栅极分别连接第n-1行扫描线，以及第二开关薄膜晶体管 和第三开关薄膜晶体管的栅极。
4.根据权利要求1所述一种改善有源矩阵有机发光显示器寿命的像素电路，其特征在 于，包括控制信号线，控制信号线控制第四开关薄膜晶体管，与第四开关薄膜晶体管的栅极 连接。
全文摘要
本发明公开了改善有源矩阵有机发光显示器寿命的像素电路，包括第一驱动薄膜晶体管，用于驱动所述有机发光二极管发光，其栅极和所述储存电容的一端相连；其漏极，和所述第四开关薄膜晶体管的源极及所述第三开关薄膜晶体管的漏极相连；其源极和所述有机发光二极管的阳极相连；第一开关薄膜晶体管，控制耦合电容为第一驱动薄膜晶体管的栅极充入灰阶数据电压；第二开关薄膜晶体管，控制耦合电容的一端放电；第三开关薄膜晶体管，控制第一驱动薄膜晶体管的栅极电压放电至阈值电压；第四开关薄膜晶体管，控制所述电源线与第一驱动薄膜晶体管的连接。本发明有效补偿驱动薄膜晶体管特性漂移，极大地增加有源矩阵有机发光显示器的寿命。
文档编号G09G3/32GK101814268SQ200910264860
公开日2010年8月25日 申请日期2009年12月24日 优先权日2009年12月24日
发明者张宏勇, 张晓建, 彭永 申请人:江苏华创光电科技有限公司