高精度电压编程像素电路及柔性AMOLED显示器

本申请要求以下在先发明专利申请的优先权：申请号201310518296.1 发明名称“高精度电压编程像素电路及OLED显示器”。

技术领域

本发明涉及有源驱动有机发光显示技术，特别是涉及一种高精度电压 编程像素电路及具有这种电路的柔性AMOLED显示器。

背景技术

与液晶显示（LCD）相比，有机发光（AMOLED）显示器在近些年正 受到广泛的关注。图1显示了一个简单AMOLED的2-TFT像素电路。从 图1中可以看出，数据线提供了驱动薄膜晶体管（TFT）所需要的信号电 压，扫描线决定TFT的开关状态，存储在Cs上的电压被T1转化为通过 OLED的电流。因为T1管阈值电压存在漂移，这个简单的电路不能被用 做像素电路来驱动OLED，因为OLED的电流和亮度在某一特定的电压范 围内随着时间的延长而衰减。由于在栅源电压作用下，不能准确预测TFT 的阈值电压的漂移过程，有必要对T1管的阈值电压漂移进行补偿，以稳 定OLED亮度。

在多种阈值电压补偿方案中，基于电压编程的像素电路由于稳定时间 快而吸引了众多人的注意。在这种电压编程电路中，存储电容器Cs被预 先充入一定的电压Vc，在补偿期间，电压通过一个二极管连接的驱动管 T1放电，直到电压达到阈值电压值，然后Cs停止充电，如图2所示。此 时，T1关闭，Cs停止放电。然后，数据电压加到Cs上，形成T1的栅极 电压Vdata+Vth。如果T1在饱和范围，通过T1的电流不受Vth的影响。

然而，这种方案有两个缺陷：其一，电路的时间常数由驱动管T1的 跨导gm决定。当电容电压下降时，gm也随着下降，这样电流非常低，达 到理想的阈值电压Vth时间很长。其二，即便Vc达到Vth值，由于阈值 电流的影响，Vc会继续下降，这样就不可能准确地测量阈值电压。。

发明内容

本发明的目的是提供一种编程更快、精度更高、且结构简单的电压编 程像素电路，来解决驱动管阈值电压漂移的问题。

另一目的是提供具有该电压编程像素电路的柔性AMOLED显示器。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高精度电压驱动像素电路，包括第一TFT开关管、第二TFT开 关管、TFT驱动管、电容器和柔性AMOLED，所述TFT驱动管的栅极与 所述电容器的一端以及第一、二TFT开关的源极或漏极相连，所述TFT 驱动管的源极接驱动管源极电源，所述TFT驱动管的漏极与所述第一TFT 开关的源极或漏极以及所述柔性AMOLED的阴极相连，所述第二TFT开 关的源极或漏极连接到信号线，栅极连接到第二扫描线，所述第一TFT开 关管的栅极连接到第一扫描线，所述柔性AMOLED的阳极连接到电压源， 所述电容器的另一端连接地。

进一步地：

所述第一TFT开关管、第二TFT开关管、TFT驱动管为N型TFT。

所述第一TFT开关管、第二TFT开关管为P型TFT，所述TFT驱动 管为N型TFT。

所述第一TFT开关管与所述第一扫描线之间接有反向器，所述第二 TFT开关管与所述第二扫描线之间接有反向器。

所述第一TFT开关管、第二TFT开关管、TFT驱动管采用MOS场效 应管、非晶硅薄膜晶体管、多晶硅薄膜晶体管、金属氧化物薄膜晶体管或 有机薄膜晶体管中的任意一种。

一种柔性AMOLED显示器，具有如上所述的高精度电压驱动像素电 路。

本发明的电压编程像素电路可以有效补偿驱动TFT的阈值电压偏移， 与现有技术相比，尤其是可以实现更快速、更高精度的阈值电压漂移补偿， 具有编程时间短、误差率低的优点，而且其结构也较为简单。

附图说明

图1是现有技术中有源驱动有机发光显示器的2-TFT像素电路图；

图2是现有技术中有源驱动有机发光显示器的阈值电压补偿电路原 理图；

图3是本发明一种实施例的电压编程像素电路图；

图4是本发明实施例的阈值电压补偿电路原理图；

图5是本发明电压编程像素电路图实施例的驱动时序图；

图6是本发明另一种实施例的电压编程像素电路图；

图7是本发明实施例中电流误差率与驱动管T1阈值电压漂移量的关 系图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作详细说明。应该强调的是，下述说 明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

参阅图3，在一种实施例里，高精度电压驱动像素电路包括：3个N型 TFT管——TFT驱动管T1、第一开关管S1、第二开关管S2，以及一个电 容器Cs和一个柔性AMOLED。TFT驱动管T1的栅极与电容器Cs的一端 以及第一开关管S1和第二开关管S2的源极或漏极相连，TFT驱动管T1的 源极接源极电源VSS，TFT驱动管T1的漏极与第一开关管S1的源极或漏 极、OLED的阴极相连，第二开关管S2管的源极或漏极连接到信号线Vdata， 第二开关管S2管的栅极连接到第二扫描线scan2；第一开关管S1的栅极连 接到第一扫描线scan1，柔性AMOLED的阳极连接到电压源VDD；电容器 Cs的另一端连接地。

本实施例的驱动管部分的等效电路如图4所示，其中电容器C₁连接到 TFT驱动管T1的漏极上。电路工作原理如下：如果将电容器C₁事先加上 一定的电压，如V_c，再施加一电压Vg到TFT驱动管T1的栅极，电容器 C₁会通过TFT驱动管T1放电并持续一段时间t1。假设TFT驱动管T1的 阈值电压漂移到一个正值，如果栅极电压保持不变，TFT驱动管T1在放 电时期经历了一次更小的栅极源电压变化。因此，当TFT驱动管T1阈值 电压漂移时，最终的电容器C₁电压增加了。利用这一点，通过调节电容器 C₁的放电时间t1，可以实现快速、高精度的阈值电压漂移补偿。

图5是图3所示电路的驱动时序图。下面结合图3和图5对该驱动方 法进行具体说明。

在第一阶段，即起始期，第一扫描线scan1，第二扫描线scan2，电压 源VDD分别为高、高、低。源极电源Vss也是高，TFT驱动管T1关闭。 因为柔性AMOLED的阴极电压比阳极的要高，柔性AMOLED反偏，充 当电容器C_OLED。Vdata设定到恒压值，Vd和电容器Cs被预先加压到该电 压值。

第二阶段，VDD拉高，scan1变低，第一开关管S1截止，Vdata没有 变化，Vss降低。结果，C_OLED通过TFT驱动管T1开始放电。一段时间tcomp 后，Vss又开始升高，C_OLED停止放电。C_OLED的阴极端的最终电压可以写 为：

$V_d=V_{\mathrm{ind}}+\frac{{\mathrm{Kt}}_{\mathrm{comp}}}{{2C}_{\mathrm{OLED}}}[2(V_{g0}-V_{\mathrm{th}0})\Delta V_{\mathrm{th}}-\Delta {V_{\mathrm{th}}}^2]$

$K={\mu }_{\mathrm{FET}}{C}_i\frac{W}{L}$

其中，Vind代表Vd不受ΔVth影响的部分。Vth0是TFT驱动管T1 的初始阈值电压，ΔVth是阈值电压漂移量，Vg0为TFT驱动管T1管的初 始栅极电压。μ_FET是TFT的场效应迁移率，Ci是TFT绝缘层电容，W/L 是TFT的沟道宽长比。

在第三阶段，扫描线scan1、扫描线scan2、VDD分别为低、高、高 值。Vss为高，TFT驱动管T1关闭和C_OLED的两端电压不变。数据电压通 过第二开关管S2加到电容器Cs的顶部电极上。

在第四阶段，以扫描线scan1的电压上升，但扫描线scan2的电压下 降，第一开关管S1打开，C_OLED的阴极端连接到电容器Cs的顶端，这样， C_OLED和电容器Cs相连端的电压相等。假定电容器Cs/C_OLED=α，这个平 衡的电压值为：

$V_g=\frac{\alpha }{\alpha +1}{V}_{\mathrm{data}}+\frac{1}{\alpha +1}(V_{\mathrm{ind}}+\frac{{\mathrm{Kt}}_{\mathrm{comp}}}{{2C}_{\mathrm{OLED}}}[2(V_{g0}-V_{\mathrm{th}0})\Delta V_{\mathrm{th}}-{{\mathrm{\Delta V}}_{\mathrm{th}}}^2\left]\right)$

此时，因为C_OLED的电压值下降了，柔性AMOLED可能进入正偏。 为了避免这种情况的发生，在该阶段VDD值减小。

第五阶段，扫描线scan1和扫描线scan2都处于低电平，VDD为高， Vss降低。通过柔性AMOLED的电流为：

$I_{\mathrm{OLED}}=\frac{1}{2}K{(\frac{\alpha }{\alpha +1}{V}_{\mathrm{data}}+\frac{1}{\alpha +1}(V_{\mathrm{ind}}+\frac{{\mathrm{Kt}}_{\mathrm{comp}}}{{2C}_{\mathrm{OLED}}}[2(V_{g0}-V_{\mathrm{th}0})\Delta V_{\mathrm{th}}-{{\mathrm{\Delta V}}_{\mathrm{th}}}^2\left]\right)-{\mathrm{\Delta V}}_{\mathrm{th}}-V_{\mathrm{th}0})}^2$

在该式中有一个与阈值电压漂移△Vth相关的误差电压，其值为：

$V_{\mathrm{error}}=\frac{1}{\alpha +1}(V_{\mathrm{ind}}+\frac{{\mathrm{Kt}}_{\mathrm{comp}}}{{2C}_{\mathrm{OLED}}}[2(V_{g0}-V_{\mathrm{th}0})\Delta V_{\mathrm{th}}-{{\mathrm{\Delta V}}_{\mathrm{th}}}^2\left]\right)-\Delta V_{\mathrm{th}}$

由上式可以看出，在一定的阈值电压漂移范围内，对于一定的α，总 可以得到优化的补偿时间tcomp，从而使误差电压Verror最小化，进而使 阈值电压漂移对流过柔性AMOLED中的电流的影响减小，达到准确、快 速补偿的目的。

参照图6，在另一种实施例中，电流驱动像素电路包括3个TFT，一个 电容器Cs和一个柔性AMOLED，其中TFT驱动管T1为n型驱动管，第 一开关管S1、第二开关管S2为p型开关管。TFT驱动管T1的栅极与电容 器Cs的一端以及第一开关管S1和第二开关管S2的源极或漏极相连，TFT 驱动管T1的源极接VSS，TFT驱动管T1的漏极与第一开关管S1的源极或 漏极、柔性AMOLED的阴极相连，第二开关管S2的源极或漏极连接到信 号线Vdata，第二开关管S2的栅极连接到第二扫描线scan2；第一开关管 S1的栅极连接到第一扫描线scan1，柔性AMOLED的阳极连接到电压源 VDD；电容器Cs的另一端连接地。

图6所示电路的驱动时序图与图5一致，只是第一扫描线scan1、第二 扫描线scan2经过反向后送入第一开关管S1和第二开关管S2。该实施例与 前述实施例的驱动原理类似，因此对此不再赘述。

本发明中，薄膜晶体管TFT可以采用：MOS场效应管、非晶硅薄膜晶 体管、多晶硅薄膜晶体管、金属氧化物薄膜晶体管或有机薄膜晶体管中的 任意一种。

本发明还提供一种柔性AMOLED显示器，在一些实施例里，柔性 AMOLED显示器为具有上述的一种高精度电压驱动像素电路的柔性 AMOLED显示器。

一个典型柔性AMOLED实例，其面积为500μm²，电容的典型值为 200-400pf/mm²，设定C_OLED的值为1pF。N型TFT的尺寸参数和驱动信号 电压水平如表1所示。

表1

对TFT在W/L=20μm/10μm时，K和Vth0的值分别为12nA/V2和2V， α值在0.5-1之间调整。在总的编程时间为34μs，对应TFT驱动管T1阈值 电压偏移量为5V以内时，柔性AMOLED电流最大的误差率小于3%，远 优于传统的2-TFT像素电路（如图7所示）。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说 明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术 领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若 干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。