CN113160754B - 一种单电容结构的amoled像素补偿电路及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单电容结构的AMOLED像素补偿电路及其驱动方法，包括第一开关晶体管T1、第二开关晶体管T2、第三开关晶体管T3、驱动管T4、存储电容器Cs、有机发光二极管OLED、扫描控制线Vs、发光控制线Vem、基准/数据复用线Vref/Vdata。驱动方法包括复位阶段、补偿阶段和发光阶段，其中补偿阶段实现对驱动管T4阈值电压的提取和数据信号的写入。本发明的有源矩阵有机发光二极管像素补偿电路具有结构简单、开口率高、能够补偿晶体管阈值电压正向和负向漂移、补偿有机发光二极管OLED退化问题的优点。

Description

一种单电容结构的AMOLED像素补偿电路及其驱动方法

技术领域

本发明涉及显示像素电路领域，尤其涉及一种一种单电容结构的AMOLED像素补偿电路及其驱动方法。

背景技术

平板显示作为一种人机交互的界面，当前被广泛应用在各类电子产品中。有源矩阵有机发光二极管被认为是下一代的主流显示技术，具有自主发光、视角宽、均匀性好、亮度高、对比度高、功耗低、工作温度范围宽及利于柔性显示等优点，因此受到广泛关注和研究。传统的有源矩阵有机发光二极管(Active-Matrix Organic Light EmittingDiode，AMOLED)像素电路由2个薄膜晶体管(Transistor，T)和1个存储电容器(Capacitor，C)以及有机发光二极管(OrganicLight-EmittingDiode，OLED)构成，也被称为2T1C像素电路。其中，一个晶体管作为开关管，用于控制数据信号的写入；另外一个晶体管则作为驱动管，为有机发光二极管OLED提供稳定的驱动电流。然而在实际应用中，长时间加载在薄膜晶体管上的电压偏置所产生的电应力以及光照等都会引起薄膜晶体管的阈值电压漂移。这会导致驱动管不再能够给有机发光二极管OLED提供稳定的恒流偏置，进而影响显示画面的稳定性。因为传统的2T1C像素电路不具有针对晶体管阈值电压漂移的补偿功能，满足不了高品质显示的需要，所以人们持续探索和开发能够补偿驱动晶体管阈值电压漂移的像素补偿电路。现有的像素补偿电路通常包含两个电容器，考虑到电容器往往占据像素补偿电路面积的主要部分，这会减小像素补偿电路的开口率，限制其在大尺寸显示方面的应用。

此外，薄膜晶体管的阈值电压漂移包括正向漂移和负向漂移两种情况。因此，像素补偿电路应当对这两种情况都能进行补偿。

除了晶体管的关键电学参数漂移问题以外，有机发光二极管OLED的电学参数退化特别是工作电压Voled的增加也会引起显示亮度的不均匀性，进而影响显示品质。因此，像素补偿电路的设计也应当考虑有机发光二极管OLED的电学参数退化问题。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的不足，本发明提供一种单电容结构的AMOLED像素补偿电路及其驱动方法，该像素补偿电路呈4T1C结构且具有较少的控制线，电容器数目的减少极大地提高了开口率；且对晶体管阈值电压的正向漂移和负向漂移都能进行补偿；还能够实现对有机发光二极管OLED工作电压退化问题的补偿。

技术方案：为实现上述目的，本发明的一种有源矩阵有机发光二极管像素补偿电路包括第一开关晶体管、第二开关晶体管、第三开关晶体管、驱动管、存储电容器、有机发光二极管、扫描控制线、发光控制线、基准/数据复用线、电源线，具体连接结构为：

第一开关晶体管的漏极连接基准/数据复用线，栅极接扫描控制线，源极连接驱动管的栅极；第二开关晶体管的漏极连接到驱动管的栅极，栅极连接发光控制线，源极连接到存储电容器的M端；第三开关晶体管的漏极连接到存储电容器的M端，栅极连接扫描控制线，源极连接地线；驱动管的漏极连接电源线，栅极连接到第一开关晶体管的源极，源极连接到存储电容器的S端；有机发光二极管的阳极连接到驱动管的源极和存储电容器的S端，阴极连接地线。

进一步的，所述第一开关晶体管、第二开关晶体管、第三开关晶体管、驱动管均为N型薄膜晶体管，优选的是非晶氧化铟镓锌薄膜晶体管或多晶硅薄膜晶体管。

本发明的一种单电容结构的AMOLED像素补偿电路的驱动方法，包括以下步骤：

步骤1.复位阶段：扫描控制线设为高电平，发光控制线设为低电平，电源线电压为低电平负电压，基准/数据复用线为基准信号；第一开关晶体管、第三开关晶体管和驱动管导通，第二开关晶体管关闭；存储电容器的M端电压被置为地线的电压，S端电压由电源线拉低到负电压；

步骤2.补偿阶段：扫描控制线设为高电平，发光控制线设为低电平，电源线电压设为高电平，基准/数据复用线为数据信号；第一开关晶体管、第三开关晶体管和驱动管导通，第二开关晶体管关闭，存储电容器充电，直到驱动管关闭为止；充电结束时，存储电容器的S端电压为Data-Vth，其中，Data是数据信号，Vth是驱动管T4的阈值电压；该补偿阶段结束时，存储电容器上存储的电压为Vth-Data；

步骤3.发光阶段：扫描控制线设为低电平，发光控制线设为高电平，电源线电压设为高电平；第一开关晶体管和第三开关晶体管关闭，第二开关晶体管和驱动管导通，存储电容器的S端电压为有机发光二极管的工作电压Voled，驱动管的栅极电压为Voled+Vth-Data；工作在饱和区的驱动管为有机发光二极管提供稳定的驱动电流Ioled。

进一步的，所述驱动电流Ioled表达式为：

其中，μ、Cox和W/L分别为驱动管T4的迁移率、栅介质层电容密度和宽长比。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

1)与现有技术的有源矩阵有机发光二极管像素补偿电路相比，本发明提出的有源矩阵有机发光二极管像素补偿电路呈4T1C结构且具有较少的控制线，结构简单，此外，电容器数目的减少极大地提高了像素补偿电路的开口率，这有利于大尺寸显示方面的应用；

2)本发明提出的有源矩阵有机发光二极管像素补偿电路对晶体管的阈值电压正向漂移和负向漂移都具有很好的补偿作用，在补偿阶段时，无论晶体管阈值电压为正还是负，都可以通过对存储电容器充电到驱动管截止的过程来实现晶体管阈值电压的提取，进而实现对驱动管阈值电压漂移的补偿；

3)本发明提出的有源矩阵有机发光二极管像素补偿电路，在复位阶段，给有机发光二极管提供一段时间的负向偏压，这既能够防止有机发光二极管的误发光，也有利于延缓有机发光二极管退化速度，在发光阶段，利用存储电容器对有机发光二极管工作电压的耦合，实现对有机发光二极管工作电压退化问题的补偿。

附图说明

图1为本发明提出的一种单电容结构的AMOLED像素补偿电路结构示意图；

图2为本发明提出的有源矩阵有机发光二极管像素补偿电路的驱动时序图。

图中有：第一开关晶体管T1，第二开关晶体管T2，第三开关晶体管T3，驱动管T4，存储电容器Cs，有机发光二极管OLED，扫描控制线Vs，发光控制线Vem，基准/数据复用线Vref/Vdata；基准信号Ref；数据信号Data。

具体实施方式

下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明。

本发明的一种单电容结构的AMOLED像素补偿电路包括第一开关晶体管T1、第二开关晶体管T2、第三开关晶体管T3、驱动管T4、存储电容器Cs、有机发光二极管OLED、扫描控制线Vs、电源线Vdd、发光控制线Vem和基准/数据复用线Vref/Vdata。具体连接结构为：

第一开关晶体管T1的漏极连接基准/数据复用线Vref/Vdata，栅极接扫描控制线Vs，源极连接到驱动管T4的栅极和第二开关晶体管T2的漏极。

第二开关晶体管T2的漏极连接到驱动管T4的栅极和第一开关晶体管T1的源极，栅极连接发光控制线Vem，源极连接到存储电容器Cs的M端和第三开关晶体管T3的漏极。

第三开关晶体管T3的漏极连接到第二开关晶体管T2的源极和存储电容器Cs的M端，栅极连接扫描控制线Vs，源极连接地线Vss。

驱动管T4的漏极连接电源线Vdd，栅极连接到第一开关晶体管T1的源极和第二开关晶体管T2的漏极，源极连接到存储电容器Cs的S端和有机发光二极管OLED的阳极。驱动管T4用于给有机发光二极管OLED提供稳定的驱动电流。

有机发光二极管OLED的阳极连接驱动管T4的源极和存储电容器Cs的S端，阴极连接地线Vss。

基准/数据复用线Vref/Vdata，在复位阶段为基准信号Ref；在补偿阶段为数据信号Data。

基于上述一种单电容结构的AMOLED像素补偿电路的驱动方法，驱动时序如图2所示，图中Rset代表复位阶段，Comp代表补偿阶段，Emit代表发光阶段，具体包括下列步骤：

步骤1.复位阶段。

扫描控制线Vs设为高电平，发光控制线Vem设为低电平，电源线Vdd电压为低电平负电压，基准/数据复用线Vref/Vdata此时为基准信号Ref；第一开关晶体管T1、第三开关晶体管T3和驱动管T4导通，第二开关晶体管T2关闭；存储电容器Cs的M端电压被置为地线电压即0V，S端电压由电源线Vdd电压拉低到负电压。

该复位阶段为补偿阶段时存储电容器Cs的充电做准备，同时也给有机发光二极管OLED提供一段时间的负向偏压，延缓有机发光二极管OLED的退化速度。

步骤2.补偿阶段。

扫描控制线Vs设为高电平，发光控制线Vem设为低电平，电源线Vdd电压设为高电平，基准/数据复用线Vref/Vdata此时为数据信号Data；第一开关晶体管T1、第三开关晶体管T3和驱动管T4导通，第二开关晶体管T2关闭；电源对存储电容器Cs进行充电，直到驱动管T4关闭时，充电截止，此时存储电容器Cs的S端电压为Data-Vth，其中，Data是数据信号，Vth是驱动管T4的阈值电压。该补偿阶段结束时，存储电容器Cs上存储的电压为Vth-Data。

该补偿阶段既实现了对驱动管T4阈值电压的提取，也实现了数据信号Data的写入。取数据信号Data为负值，易使有机发光二极管OLED负偏，这能够很好的防止有机发光二极管OLED的误发光，同时也能够延缓有机发光二极管OLED器件的退化速度。

步骤3.发光阶段。

扫描控制线Vs变为低电平，发光控制线Vem变为高电平，电源线Vdd的电压设为高电平；第一开关晶体管T1和第三开关晶体管T3关闭，第二开关晶体管T2和驱动管T4导通；存储电容器Cs的S端电压变为有机发光二极管OLED的工作电压Voled，由于存储电容器Cs的耦合作用，驱动管T4栅极的电压变为Voled+Vth-Data。驱动管T4的饱和电流流过有机发光二极管OLED，为有机发光二极管OLED提供驱动电流Ioled，如下式所示：

其中，μ、Cox和W/L分别为驱动管T4的迁移率、栅介质层电容密度和宽长比，Data为数据信号。

流过有机发光二极管OLED的电流不受驱动管T4的阈值电压Vth和有机发光二极管OLED的工作电压Voled的影响。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种单电容结构的AMOLED像素补偿电路的驱动方法，其特征在于，所述单电容结构的AMOLED像素补偿电路包括第一开关晶体管(T1)、第二开关晶体管(T2)、第三开关晶体管(T3)、驱动管(T4)、存储电容器(Cs)、有机发光二极管(OLED)、扫描控制线(Vs)、发光控制线(Vem)、基准/数据复用线(Vref/Vdata)、电源线(Vdd)，具体连接结构为：

第一开关晶体管(T1)的漏极连接基准/数据复用线(Vref/Vdata)，栅极接扫描控制线(Vs)，源极连接驱动管(T4)的栅极；第二开关晶体管(T2)的漏极连接到驱动管(T4)的栅极，栅极连接发光控制线(Vem)，源极连接到存储电容器(Cs)的M端；第三开关晶体管(T3)的漏极连接到存储电容器(Cs)的M端，栅极连接扫描控制线(Vs)，源极连接地线(Vss)；驱动管(T4)的漏极连接电源线(Vdd)，栅极连接到第一开关晶体管(T1)的源极，源极连接到存储电容器(Cs)的S端；有机发光二极管(OLED)的阳极连接到驱动管(T4)的源极和存储电容器(Cs)的S端，阴极连接地线(Vss)；

所述第一开关晶体管(T1)、第二开关晶体管(T2)、第三开关晶体管(T3)、驱动管(T4)均为N型薄膜晶体管；

所述的N型薄膜晶体管是非晶氧化铟镓锌薄膜晶体管或多晶硅薄膜晶体管；

单电容结构的AMOLED像素补偿电路的驱动方法包括以下步骤：

步骤1.复位阶段：扫描控制线(Vs)设为高电平，发光控制线(Vem)设为低电平，电源线(Vdd)电压为低电平负电压，基准/数据复用线(Vref/Vdata)为基准信号(Ref)；第一开关晶体管(T1)、第三开关晶体管(T3)和驱动管(T4)导通，第二开关晶体管(T2)关闭；存储电容器(Cs)的M端电压被置为地线(Vss)的电压，S端电压由电源线(Vdd)拉低到负电压；

步骤2.补偿阶段：扫描控制线(Vs)设为高电平，发光控制线(Vem)设为低电平，电源线(Vdd)电压设为高电平，基准/数据复用线Vref/Vdata为数据信号(Data)；第一开关晶体管(T1)、第三开关晶体管(T3)和驱动管(T4)导通，第二开关晶体管(T2)关闭，存储电容器(Cs)充电，直到驱动管(T4)关闭为止；充电结束时，存储电容器(Cs)的S端电压为Data-Vth，其中，Data是数据信号，Vth是驱动管(T4)的阈值电压；该补偿阶段结束时，存储电容器(Cs)上存储的电压为Vth-Data；

步骤3.发光阶段：扫描控制线(Vs)设为低电平，发光控制线(Vem)设为高电平，电源线(Vdd)电压设为高电平；第一开关晶体管(T1)和第三开关晶体管(T3)关闭，第二开关晶体管(T2)和驱动管(T4)导通，存储电容器(Cs)的S端电压为有机发光二极管(OLED)的工作电压Voled，驱动管(T4)的栅极电压为Voled+Vth-Data；工作在饱和区的驱动管(T4)为有机发光二极管(OLED)提供稳定的驱动电流_Ioled。

2.根据权利要求1所述的单电容结构的AMOLED像素补偿电路的驱动方法，其特征在于，所述驱动电流_Ioled表达式为：

其中，μ为驱动管(T4)的迁移率，Cox为驱动管(T4)的栅介质层电容密度，W/L为驱动管(T4)的宽长比。

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