CN101996580A - 硅基有源有机发光二极管显示器像素电路 - Google Patents

Abstract

一种硅基有源有机发光二极管显示器像素电路。本发明在经典2T1C电路的交流驱动基础上，提出一种改进型3T1C电压控制像素电路，该电路只是在原电路的驱动管M1和OLED之间增加了一个开关管M3，其栅极与共阴极电压VCOM相连。通过合理调整M1、M3管的W/L比，在现有电路中出现的电流毛刺可被有效抑制。此外，本发明将像素电路的驱动采用时间比率灰度法，有效的实现了灰度显示问题。即本发明通过控制发光阶段的时间，可以较为容易地实现显示灰度；同时交流驱动方式的应用可为OLED材料本身的退化提供一定的电学补偿，而M3管的增加又可以进一步保证驱动电流的精度，进而保证显示灰度的控制。

Description

硅基有源有机发光二极管显示器像素电路

【技术领域】：

本发明属于有机发光二极管显示器技术领域，特别涉及一种硅基有源有机发光二极管显示器像素电路。

【背景技术】：

硅基有源有机发光二极管(OLED)显示及其像素电路特点

硅基有源有机发光二极管(AMOLED)显示作为新型微显示技术充分结合了OLED与CMOS工艺的优点，在近眼显示领域占有独特优势。首先OLED为自发光器件，无需背光源，相应液晶微显示器背光源所需的偏光器、分光镜、散光屏等光学配件都可省去；同时OLED只有在需要时才发光，对于视频显示而言，平均显示亮度为屏幕全白显示时亮度的25％，而液晶显示的背光源要求工作时间一直点亮，与OLED的全白显示一样，因而在整个系统功耗上OLED显示优势更为明显。其次OLED可在较低电压下(3～10V)发光，其工作状态与传统二极管类似；第三，由于单晶硅MOS管载流子迁移率很高，电路工作速度快，因而可将相关驱动及接口电路集成在背板上，减少整个显示系统元件个数，在降低成本的同时还能减轻微显示系统的重量，这一点对于头盔式近眼显示应用而言尤为重要。此外相对于液晶微显示技术而言，硅基AMOLED还有响应速度快、工作温度范围宽等优点，而且实现了全固态显示，更为结实可靠，在近眼显示领域发展潜力更大。

作为微显示应用而言，硅基AMOLED与普通平板显示OLED有所区别。平板显示OLED一般为直视型器件，而微显示器一般需借助光学放大观看，观看者看到的是放大的虚像。因而相对而言平板显示OLED像素面积较大(边长一般为100至400um)，而硅基微显示器像素面积相对要小很对，一般边长为10至20微米左右。另外平板显示OLED的最大亮度明显要高，一般要求大于500Cd/m²，而微显示一般只要求大于100Cd/m²。这是因为平板显示器往往在较亮的环境光中工作，而用作近眼显示的微显示器往往在密闭环境下工作，受环境光影响较小。同时由于硅基微显示的像素面积较小，根据目前OLED材料的电流密度及近眼显示亮度要求，每个像素所需驱动电流非常小，一般为几百pA至几十nA，相比平板显示OLED而言要小得多。因而为保证显示的均匀性，要求每个像素电流之间的匹配度非常高，要保证如此小电流的精确度对于单晶硅电路设计而言无疑挑战比较大。

与液晶平板显示背板芯片相比，硅基AMOLED背板芯片最大的不同之处就是像素电路的设计，这也是微显示背板芯片设计的一个关键。因为OLED是电流驱动器件，其显示亮度与驱动电流成正比。要实现稳定显示，就要求为OLED提供稳定驱动电流；而且为实现高对比度或多级灰度画面的显示，还要对电流大小进行精确控制，电流幅度的变化范围至少要达到100∶1。硅基AMOLED的像素电路主要分为电压控制与电流控制两种。

经典的2T1C像素电路如图1(a)所示，由两个MOS管和一个电容(2T1C)构成，其中M2为开关管，M1为驱动管，VDD为电源，GND为地。编程期间扫描信号Vscan开启开关管M2，数据电压Vdata对电容充放电，发光期间开关管M2关闭，电容上存储的电压使驱动管M1保持导通，导通电流流入发光层(图中等效为二极管)使其发光。电压控制电路的特点是结构简单，这一点在高分辨率显示中尤为重要，另外电容充电速度快，且易于与现有的液晶显示技术兼容。但其缺点是驱动电流的线性控制较为困难，也即显示的灰度不易控制。从MOS管的饱和电流公式可知，驱动管的饱和电流与其栅源电压|V_GS|并非线性关系，而OLED的亮度与驱动电流成线性关系，由此带来的问题是电压对显示亮度的控制并非线性。

对于硅基AMOLED而言，其像素面积受限，所需驱动电流非常小，而MOS管饱和电流与栅源电压又为非线性关系，因而要想通过电压控制得到稳定一致的小电流，对MOS管的阈值电压稳定性及晶体管尺寸的匹配性要求非常高。因为即使电压值稍有偏差就会对小电流的一致性产生较大影响，很难达到满意的均匀显示效果。另外OLED材料本身存在衰退，随着工作时间的增加，要想维持恒定的驱动电流，所需外加电压要增加，这说明OLED材料的电阻增加，若不增加外加电压，器件显示亮度必然下降。而且OLED衰退的速度与像素电路驱动的模式相关，一般在恒定直流电压驱动下OLED的衰退速度更快一些。因而对于硅基AMOLED电压控制像素电路的设计而言，除了要考虑驱动电流的精度之外，还要考虑补偿OLED材料本身的衰退。

电流控制像素电路是将视频数据的电压信号转换成电流信号，然后通过CMOS电流镜或者电流复制电路将数据电流复制到像素驱动管上。由于OLED器件为电流驱动器件，且显示亮度与电流大小成正比，因而最为直接有效的是采用电流控制像素电路。图1(b)所示为经典的电流控制像素电路，采用的是电流镜结构，M3和M4为开关管，M1为驱动管，M2为镜像源，与M1构成电流镜。编程期间扫描信号Vscan开启开关管M3和M4，数据电流Idata对存储电容Cs放电，直到M2管开启，其栅极电位因放电持续降低，直至所有数据电流Idata只流经M2和M4，此时M2管栅极电位稳定，数据写入完成。由于M1与M2的栅极、源极相同，二者构成镜像，在发光阶段数据电流Idata由M2管镜像至M1，驱动二极管发光。

电流控制像素电路最大的问题是对存储电容及互连线寄生电容的充电时间较长，数据电流无法对像素进行及时刷新，难以满足视频信号帧频需求。尤其对于硅基AMOLED而言，由于像素面积较小，其像素电流要比TFT像素电路小得多，为了尽量减小MOS管阈值电压对电流的影响，应该让像素的驱动MOS管工作在饱和区，而为了减小MOS管的饱和电流，只能尽量减小驱动MOS管的宽长比，因为MOS管饱和电流与其宽长比成正比。要得到nA级乃至pA级的电流，还要实现多个等级的调控以实现多级灰度显示，即使采用最小工艺的最小宽度，MOS管的长度可能也要达到几十微米甚至更长，这对于硅基AMOLED有限的像素面积而言显然不太现实。此外无论是CMOS电流镜或者电流复制电路，都要求各晶体管之间匹配度非常高，这样才能产生精确的比例电流或复制电流，这无疑又给硅基像素电路的设计增加了新的挑战。

考虑到硅基AMOLED像素电路特点，人们结合了新的驱动方法来应对小像素电流给像素电路设计带来的挑战。例如采用脉宽调制或时间比率灰度法来实现图像的灰度显示，这样就可以采用较大电流对像素进行编程，利用电流的时间积分效应来实现不同灰度的显示，减小像素电路的设计压力。这种驱动电路的控制通常都可以采用数字信号，这也符合大规模集成电路发展的趋势。不过这一切仍然要受到电路版图面积大小的限制，出于成本考虑，硅基AMOLED芯片(包括有源像素矩阵和行、列驱动等周边电路)的面积应该越小越好。

现有硅基AMOLED像素电路及其存在的问题

综合上述分析结果，对于硅基AMOLED像素电路设计，主要有以下几个方面需要考虑。首先，OLED是电流驱动器件，其发光亮度与电流大小成正比；且随着时间的变化，OLED材料退化，导致内阻增加，驱动电压上升而显示亮度下降，这可能是由于空穴传输层与发光层界面处的空穴堆积、OLED材料中移动离子等在外加电场作用下形成的内建电场引起。因此可采用交流驱动方式作为一种电学补偿来改善OLED寿命问题，此外还可以采用光学反馈的方式来补偿OLED的退化。其次，硅基AMOLED像素电路受阈值电压特性的影响不大，电路的结构也因此可以变得更为简单。第三，受制作成本影响，硅基AMOLED像素面积受到限制。作为最常用的800×600(SVGA)或1024×768(XGA)分辨率而言，其像素大小需控制在12um至24um范围之内。因此OLED像素电路适于采用小尺寸且结构简单的电路。而相对于有限的像素面积，常规尺寸单晶硅MOS管的饱和电流一般要远大于OLED材料的工作电流，OLED电流一般主要受注入电流限制，当外部注入电流较大时流过OLED电流将处于饱和状态，无法进行灰度的调节。因此要实现多级灰度的显示，就应保证流过OLED材料的最小电流量足够小，且可进行线性控制。

下面将分析已发表的两个代表性硅基AMOLED像素电路。第一个电路由eMagin公司发表，如图2(a)所示，图中虚线框内即为像素电路。这是一个利用MOS管亚阈值区工作的电流控制像素电路，由五个晶体管(P1至P5)和一个存储电容(C1)构成，电路采用的是0.35μm 3.3V/4V标准CMOS工艺。P1管为OLED提供驱动电流，工作在亚阈值区；P2、P3、P4为最小尺寸开关管；P5为钳位管，使得P4管漏极电位控制在不低于-Vt；C1为存储电容，存储P1管栅极电压。整个电路工作相当于一个采样/保持电路，各信号时序如图右上角所示。在采样也即编程阶段，开关管P2、P3导通，P4截止，行参考总线(rowreference bus)即C1一端接较低参考电位V_BL，P1的栅漏短接形成二极管连接，外部电路(虚线框以外电路)采用100倍的数据电流对P1管栅极进行迅速充电，并将其栅源电压存储在C1上。正是由于采样期间将数据电流放大了100倍，C1及数据线上寄生电容的充放电速度加快，大大缩短了电路的建立时间；而在保持即发光阶段，开关管P2、P3截止，P4导通，行参考总线(row reference bus)转接较高参考电位V_BH，使得P1管栅极电位相应提高(V_BH-V_BL)，相当于栅源电压减小了(V_BH-V_BL)，P1管源漏电流因此减小了100倍，回到了原始数据电流大小，满足有限像素面积内OLED的驱动电流要求。图2(b)为MOS管的亚阈值电压传输特性，在|V_GS|等于V_BH、V_BL之间MOS管的源漏电流I_DS恰好相差100倍。

该电路采用电流控制方法，为OLED提供精确的小电流，实现了多级灰度显示，同时又克服了电流控制电路建立时间较长的缺点。主要采用了两项措施减小电容的充放电时间，首先是在采样期间将数据电流放大100倍进行快速充放电，而在保持期间改变存储电容参考电位，即减小驱动管的|V_GS|，使保持电流即OLED驱动电流减小100倍以回归原始数据电流大小；其次还结合了电压控制方法，即先通过预充电电压(图中preset信号)将驱动管栅极电位充电至高电位，然后再以电流方式将其拉至目的电位，从而进一步加快电路的稳定建立时间。但是在该电路的具体设计中仍存在诸多难点，例如驱动管工作在亚阈值区，对于0.35μm标准CMOS工艺，MOS管的阈值电压为0.7V左右，要在如此小的范围内精确地控制源漏电流在100倍之间转换，即准确地确定V_BH、V_BL的值，对CMOS工艺的稳定性及精确度要求极为苛刻。此外电路中还包括了若干模拟电路模块，晶体管数目较多，各信号的时序控制较为复杂，电路设计难度相应增大，不利于高分辨率显示的应用。此外随着OLED材料技术的发展，其效率越来越高，同样亮度情况下所需电流越来越小，为电流控制像素电路设计带来更大挑战。因此MED公司曾预言，硅基AMOLED将来的发展趋势更倾向于采用电压控制型像素电路。

另一个具有代表性的硅基AMOLED像素电路是由中国科学院微电子研究所发表的电压控制像素电路，如图3所示。电路由三个晶体管和一个存储电容构成，采用的是CSMC0.5μm标准CMOS工艺。该电路基于经典2T1C电路改进而得，P1为开关管，P2为驱动管，为了获得较小的OLED驱动电流，在OLED并联了一个P3管实现电流分流。在编程期间，扫描线为低电平，开关管P1导通，数据线上电压对P2、P3栅极充电，同时P2管栅源电压存储在存储电容C上；在发光期间，C上存储电压使P2、P3同时饱和导通，总电流由P2管栅源电压决定，分别进入并联连接的P3管和OLED，并且P3分走了大部分电流，满足了OLED微显示有限像素面积的小电流需求。

该电路结构简单，建立时间快，同时又解决了MOS管饱和电流较大，非常适用于硅基AMOLED像素面积较小情况。但是还存在另外两个缺点，一是驱动电流的线性控制较为困难，由于MOS管的饱和电流与栅源电压并非线性关系，再加上P3管的分流作用难以精确估算，从而使得OLED驱动电流的线性度更难以控制；二是P3管的分流消耗了一部分电流，尽管饱和MOS管的功耗较低，但仍然造成了功耗的浪费，这对于低功耗要求较严的微显示系统而言仍不够。此外电路对于OLED退化也没有进行相应补偿，因而仍需作进一步完善。

经典2T1C交流驱动像素电路存在的问题

单从硅基AMOLED像素电路设计考虑，经典电压控制电路结构简单，但是普通尺寸下驱动管饱和电流太大，同时灰度的线性控制较为困难；电流镜电路可较好地实现灰度控制，但是实现多级灰度时构成电流镜的两个晶体管的W/L之比要求较大，且不同灰度之间电流差异很小(nA级)，要实现精密控制较为困难，另外小电流对存储电容及寄生电容的充放电时间不容忽视。从上文的分析及2T1C像素电路流片测试结果来看，经典2T1C电路加以交流应用似乎为硅基AMOLED像素电路的不错选择，因为其结构简单，像素版图面积较小；而对于灰度的实现可以结合数字驱动方式(例如脉宽调制控制或时间灰度比率法)来解决；同时加上交流应用之后还可以改善OLED材料退化带来的寿命问题。

但是通过申请人对该电路进行仿真发现，由于该电路同时包含了开关管和电容，在交流驱动时会导致开关效应(包括电荷注入和MOS管交叠电容带来的信号馈通)的产生，并影响驱动管的栅极电压，从而导致OLED驱动电流误差，进而影响OLED的灰度显示精度。

图4即为经典2T1C电路的交流驱动应用，M1为提供OLED电流的驱动管，M2为控制数据写入的开关管，由行扫描信号Vscan控制，Cs为存储电容，用于存储数据信号Vdata。OLED为共阴极连接，整个器件为顶发射结构。电路的工作时间由两部分组成，即编程阶段和发光阶段。在编程期间，Vscan为低电平，V_COM为高电平，开关M2打开，存储电容充电并对数据电压Vdata进行存储，此时OLED处于反偏状态，M1关断，没有电流流过。之后进入发光阶段，Vscan为高电平，V_COM变为低电平，M2关断，电容上存储的数据电压Vdata使得M1导通，OLED正偏导通，M1提供的驱动电流使OLED发光。

图5所示为采用Cadence Spectra对图4中电路进行瞬态仿真所得结果。仿真中MOS管采用的是新加坡Charteded公司0.35μm Dualgate(3.3V/5V)CMOS工艺模型，VDD为5V，M1管尺寸为0.7μm/7.5μm，M2管尺寸为2μm/0.5μm，Cs为0.2pF。OLED模型为电容与普通二极管串联再并联电容，如图4中箭头所指示。二极管的n为30，I_s为1×10^-7A/cm²，串联电阻为80Ω。Vscan变化周期为4μs，Vdata分别取值0V、1.5V、2.5V、3.5V、4.5V。

从仿真结果可以看到，随着数据电压变化，OLED在发光期间的电流值也发生变化，由于是PMOS管驱动，因而数据电压越大，驱动电流越小；在编程期间V_COM为高电平，OLED反偏截止，驱动电流为零；发光期间V_COM为低电平，OLED正偏导通，由于Cs电容上存储着数据电压，驱动电流保持不变。但是在图中还可观察到，在共阴极信号V_COM从高向低转变瞬间(也即从编程状态向发光状态转变瞬间)，OLED中电流(即流过电阻中电流)会出现一个最大约为55μA的电流毛刺。当驱动电流较大即OLED显示亮度较高时，此电流毛刺对亮度影响可能不大，但是当驱动电流较小即OLED显示亮度较低时，这一电流毛刺无疑会对OLED显示亮度造成影响，从而导致OLED显示灰度的误差，尤其是会导致无法达到理想的全黑状态，降低图像显示的对比度；此外瞬间电流毛刺还会使OLED材料寿命受损。经过分析认为该电流毛刺是由V_COM转换瞬间M1和Cs之间的电压馈通引起。当V_COM由高向低转换时，M1的漏端(与OLED相接)电压下降，同时通过M1栅漏之间交叠电容Cov(图4虚线电容)耦合至Cs，使得M1的栅源电压发生改变，从而引起OLED驱动电流的电流毛刺。

【发明内容】：

本发明目的是克服现有技术存在的上述不足，提供一种硅基有源有机发光二极管显示器像素电路。

本发明提供的硅基有源有机发光二极管显示器像素电路，包括两个MOS管和一个存储电容(Cs)，其中，

第一MOS管(M1)的源极连接电源VDD，栅极连接第二MOS管(M2)的漏极，存储电容(Cs)并联在第一MOS管(M1)的栅极和源极之间用于存储数据信号Vdata；

第二MOS管(M2)的栅极连接扫描信号Vscan，源极连接数据电压Vdata，第二MOS管(M2)用作控制数据写入的开关管，并由行扫描信号Vscan控制，其特征在于，

第一MOS管(M1)的漏极经与用作开关管的第三MOS管(M3)串接后连接有机发光二极管(OLED)阳极，第一MOS管(M1)提供的驱动电流经第三MOS管(M3)流入有机发光二极管(OLED)使其发光，有机发光二极管(OLED)阴极和第三MOS管的栅极都与共阴极电压VCOM相连；有机发光二极管(OLED)为共阴极连接，整个器件为顶发射结构。

所述的存储电容(Cs)可以通过选择开关与参考电压V_CH或V_CL相接，其中V_CH大于V_CL；在编程期间，存储电容(Cs)与V_CL相接，而在发光期间，存储电容(Cs)与V_CH相接。

所述的第一MOS管(M1)与第三MOS管(M3)的宽度相同，将第三MOS管(M3)的长度L3与第一MOS管(M1)的长度L1之比控制在1至1.2之间。

本发明的优点和积极效果：

本发明在经典2T1C电路的交流驱动基础上，提出一种改进型3T1C(3个晶体管与一个存储电容)电压控制像素电路，该电路只是在原电路的驱动管M1和OLED之间增加了一个开关管M3，其栅极与共阴极电压V_COM相连。通过合理调整M1、M3管的W/L比，在现有电路中出现的电流毛刺可被有效抑制。由于M3管导通电阻的分压作用，使得附加在M1管漏极的电压变化值减小，相应电流毛刺减小；而M3管导通瞬间其交叠电容会吸收一部分毛刺，到达OLED的电流毛刺会进一步减小，从电路中M3管漏极电流波形可见，其电流毛刺相比M1管电流毛刺要小得多；此外M3管的栅极电压(即V_COM)摆幅固定，只在高、低电平之间转换，其本身电流值较为稳定，不会带来新的电流毛刺。

另外，本发明结合数字驱动方式，将像素电路的驱动采用时间比率灰度法有效地实现了灰度显示问题。即本发明通过控制发光阶段的时间，可以较为容易地实现显示灰度；同时交流驱动方式的应用可为OLED材料本身的退化提供一定的电学补偿，而M3管的增加又可以进一步保证驱动电流的精度，进而保证显示灰度的控制。

【附图说明】：

图1是现有经典电压与电流控制像素电路，图1(a)经典2T1C像素电路，图1(b)经典电流镜像素电路。

图2(a)是现有电流控制硅基AMOLED像素电路实例，图2(b)是图2(a)中MOS管的亚阈值区传输特性。

图3是现有电压控制硅基AMOLED像素电路实例。

图4是现有施加交流脉冲信号(VCOM)的经典2T1C电路及工作时序图。

图5是交流驱动现有2T1C电路的仿真结果。

图6是本发明所提出硅基AMOLED改进型3T1C像素电路及其驱动时序图。

图7是本发明所设计3T1C电路仿真结果。

图8是本发明3T1C电路中不同M3长度对应的电流毛刺仿真结果。

图9是本发明3T1C电路中L3较小和L3较大时的仿真结果，图9(a)L3＝2μm仿真结果，图9(b)L3＝15μm仿真结果。

图10是本发明所设计进一步减小像素驱动电流的改进型3T1C电路及其工作时序图。

【具体实施方式】：

实施例1：

为改善图4中经典2T1C电路在交流应用时的性能，本发明提出了一种改进型3T1C(3个晶体管与一个存储电容)电压控制像素电路，如图6所示。与图4电路相比，该电路只是在驱动管M1和OLED之间增加了一个开关管M3，其栅极与共阴极电压V_COM相连。电路的驱动工作时序如图所示，同样在编程期间，Vscan和V_COM为高电平，开关M2打开，存储电容充电并对数据电压Vdata进行存储，此时OLED处于反偏状态，M1和M3关断，没有电流流过；之后进入发光阶段，Vscan和V_COM变为低电平，M2关断，开关M3打开，存储电容上存储的数据电压Vdata使得M1导通，OLED正偏导通，M1提供的驱动电流经M3流入OLED使其发光。作者研究发现，通过合理调整M1、M3管的W/L比，在图4电路中出现的电流毛刺可被有效抑制。

图7所示为新型3T1C像素电路仿真结果，所采用的SPICE器件模型及激励条件与图4电路仿真所用相同。M1、M2、M3管尺寸分别为0.7μm/7.5μm、2μm/0.5μm、0.7μm/9μm，电容Cs为0.2pF。从此仿真结果中可看到，在V_COM从高向低转变瞬间，OLED中几乎看不到电流毛刺，而在驱动管M1中仍然可见到，因为M1管的漏极电压下降同样通过Cov耦合到了Cs。但是该电流毛刺被开关管M3有效削弱，由于M3管导通电阻的分压作用，使得附加在M1管漏极的电压变化值减小，相应电流毛刺减小；而M3管导通瞬间其交叠电容会吸收一部分毛刺，到达OLED的电流毛刺会进一步减小，从图中M3管漏极电流波形可见，其电流毛刺相比M1管电流毛刺要小得多；此外M3管的栅极电压(即V_COM)摆幅固定，只在高、低电平之间转换，其本身电流值较为稳定，不会带来新的电流毛刺。

图8所示为对不同M1、M3宽长比电路进行仿真时所得电流毛刺的大小，其中M1、M3管宽度W固定为0.7μm，M1管长度L1固定为7.5μm，横坐标为M3的长度即L3，纵坐标为对应同一时序情况下测得的电流毛刺大小。从图中可以看出，当L3小于L1时，电流毛刺仍然较大，如图9(a)所示；L3与L1相当时，M3对电流毛刺的抑制作用明显，电流毛刺大大减小；当L3大于L1时，电流毛刺会继续减小，但是减小速度缓慢，而且仿真结果还显示当L3再增大时会在V_COM由低到高变化瞬间出现较大电流毛刺，如图9(b)所示。因而进行电流设计时，将L3设计成与L1相等或略大于L1较好。根据仿真结果总结，在驱动管M1、开关管M3宽度相同情况下，将L3与L1之比控制在1至1.2之间时对交流驱动产生电流毛刺的抑制效果最为理想。

分析出现该仿真结果的原因，当L3较小时，M3管的等效开关电阻较小，充电时间较快(RC时间常数较小)，当V_COM由高到低变化瞬间，A点电位迅速拉低，再由M1管的源漏交叠电容耦合至M1管栅极，出现正向电流毛刺；随着L3的增大，M3管的等效开关电阻增大，充电速度变缓，使得M1栅极电位变化较慢，带来的毛刺更小；而当L3继续增大时，V_COM由低到高变化关闭M3管瞬间，M3管沟道电荷注入数目较大产生电流毛刺，因为沟道电荷数与MOS沟道宽长之积即W·L成正比。

由于OLED为电流驱动器件，显示亮度与驱动电流成正比。因而为了实现灰度显示，还需要为像素电路提供不同大小的电流值。如前文所述，电压控制像素电路的缺点之一是灰度的线性控制较为困难。但是这一问题可以结合数字驱动方式来解决，例如本发明所设计像素电路的驱动将采用时间比率灰度法。

对于该3T1C像素电路而言，工作周期严格分为两个部分，即编程阶段与发光阶段。在编程期间OLED不发光，可降低电路功耗；同时通过控制发光阶段的时间，可以较为容易地实现显示灰度；交流驱动方式的应用可为OLED材料本身的退化提供一定的电学补偿，而M3管的增加又可以进一步保证驱动电流的精度，进而保证显示灰度的控制。

实施例2、3T1C像素电路的进一步改进方案

由于硅基AMOLED像素尺寸较小，相应OLED面积的驱动电流很小，例如OLED电流密度为40mA/cm²，则对应20μm×20μm像素面积所需驱动电流为20μm×20μm×40mA/cm²，即0.16μA。即使采用最小尺寸的MOS管，其电流仍会超过OLED电流，除非将MOS沟道长度尽量加长，而这又与硅基AMOLED像素面积较小的要求相矛盾。因此本发明又提出另外一种像素电路，在之前电路基础上进一步减小驱动电流。电路结构及工作时序如图10所示。图中存储电容不再固定与VDD相接，而是通过选择开关与参考电压VCH或VCL相接，其中VCH大于VCL。在编程期间，Cs与VCL相接，而在发光期间，与VCH相接。这样使得M1的栅源电压|VGS|减小(VCH-VCL)，M1电流减小，相应的OLED驱动电流也减小。至于VCH和VCL的具体大小，可以根据具体OLED材料特性及CMOS工艺进行选择，例如VCH取5V，VCL取4.5V。

Claims (3)

1.一种硅基有源有机发光二极管显示器像素电路，包括两个MOS管和一个存储电容(Cs)，其中，

第一MOS管(M1)的源极连接电源VDD，栅极连接第二MOS管(M2)的漏极，存储电容(Cs)并联在第一MOS管(M1)的栅极和源极之间用于存储数据信号Vdata；

第二MOS管(M2)的栅极连接扫描信号Vscan，源极连接数据电压Vdata，第二MOS管(M2)用作控制数据写入的开关管，并由行扫描信号Vscan控制，其特征在于，

第一MOS管(M1)的漏极经与用作开关管的第三MOS管(M3)串接后连接有机发光二极管(OLED)阳极，第一MOS管(M1)提供的驱动电流经第三MOS管(M3)流入有机发光二极管(OLED)使其发光，有机发光二极管(OLED)阴极和第三MOS管的栅极分别与共阴极电压VCOM相连；有机发光二极管(OLED)为共阴极连接，整个器件为顶发射结构。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于存储电容(Cs)通过选择开关与参考电压V_CH或V_CL相接，其中V_CH大于V_CL；在编程期间，存储电容(Cs)与V_CL相接，而在发光期间，存储电容(Cs)与V_CH相接。

3.根据权利要求1或2所述的电路，其特征在于第一MOS管(M1)与第三MOS管(M3)的宽度相同，将第三MOS管(M3)的长度L3与第一MOS管(M1)的长度L1之比控制在1至1.2之间。

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