OLED亮度补偿电路浅析

2016-07-21贺轶国家知识产权局专利审查协作广东中心光电部广东广州510530

工业技术创新 2016年2期

关键词：阈值电压

贺轶（国家知识产权局专利审查协作广东中心光电部，广东广州，510530）

OLED亮度补偿电路浅析

贺轶
（国家知识产权局专利审查协作广东中心光电部，广东广州，510530）

摘要：OLED像素电路存在OLED发光不均匀的问题，主要是由驱动晶体管阈值电压漂移和电源压降引起的。本文通过专利数据库对京东方近年来提出的多种用于使OLED发光均匀的像素电路的原理进行了分析，并提出了一些设计方面的建议。

关键词：OLED；像素电路；阈值电压；压降

引言

有机电致发光二极管（O r g a n i c L i g h t Emitting Diode，OLED）显示技术是近些年来兴起的显示技术，它被广泛地应用在显示屏中，相比于传统的LED液晶显示器，OLED显示屏具有以下优点：显示可视角度大，显著节省电能，而且能够应用在柔性显示技术中。通常的O L E D驱动电路是采用低温多晶硅的AMOLED驱动电路，但是由于随着OLED显示器使用时间的增加，OLED的阈值电压会衰退，进而会造成显示亮度的不均匀，这严重影响了AMOLED显示器的性能。同时，在大尺寸显示应用中，由于背板电源线存在一定电阻，且所有的驱动电流都是由电源电压VDD提供，因此在背板中靠近VDD电源供电位置区域的电源电压相比较离供电位置较远区域的电源电压要高，这种现象被称为电源压降，由于VDD电压和驱动电流有关，因此电源压降也会造成不同区域的电流差异，进而在显示时产生颜色不均匀现象。为此，国内外许多公司都先后提出了许多解决补偿阈值电压漂移和电压降的像素结构，本文利用专利数据库对京东方科技集团在近年提出的电路结构进行剖析。

1 传统的像素电路结构

图1 传统的2T1C像素电路

如图1所示，传统的像素电路通常是2T1C结构［1-3］，包括：栅极信号Vscan，数据信号Vdata，Vdd信号源、开关管T1、驱动管T2、存储电容Cs和有机发光二极管D1等，其中T1的栅极和Vscan相连，漏极连接Vdata，源极连接Cs的一端，Cs的另一端和Vdd相连，T2的源极连接Vdd栅极连接T1的源极，T2的漏极连接D1的一端，D1的另一端接地。当T1的栅极接收到Vscan输出的开启信号时，T1导通，其漏极接收到的当前帧数据信号传送到T1的源极并存储在电容Cs中，当前帧数据信号与Vdd信号源的输出信号控制驱动管T2工作，从而利用驱动管T2的漏极电流来点亮D1。在这种2T1C像素电路中，由于点亮D1的漏极电流与驱动管T2的阈值电压有关，当驱动管T2的阈值电压漂移时，不同的OLED在接收到相同的图像帧数据信号时，驱动其发光的电流也是不同的，从而导致整个图像显示的不均匀。

本文主要从电压降补偿方面介绍京东方科技集团提出的两种使像素电路发光均匀的电路结构。

2 IR Drop补偿电路结构

图2是京东方科技集团在专利申请CN103236237A公开的一种像素结构［4］。

图2 CN103236237A中的像素电路

其工作流程为：在预充阶段中：驱动管T1、晶体管T2、晶体管T3和晶体管T5导通，晶体管T4关断；数据线的电压为当前帧的数据线信号电压VData，储存在电容CST的电荷得到释放，使驱动晶体管T1的漏极预充至高电平，即数据线电压VData；

在补偿阶段中：T1、T2、T3导通，T4和T5关断，驱动晶体管T1的栅极放电，直至驱动晶体管T1的栅极的电压等于VData+Vthn，此时，对预充晶体管进行补偿，储存在存储电容CST两端的电荷等于（VELVDD-Vthn-VData）*CST，其中，VELVDD为阳极电压ELVDD的电压，CST为存储电容CST的栅氧化层电容值，Vthn为驱动晶体管T1的阈值电压，VData为数据线信号电压.

在发光阶段中：T1、T4和T5导通，T2和T3关断，存储电容CST连接在驱动晶体管T1的栅级和阳极电压ELVDD之间，保持驱动晶体管T1的栅极电压为VData+Vthn，其中，Vthn为T1的阈值电压，VData为数据线信号电压；此时，数据线与像素单元电路断开，随着OLED器件的电流趋于稳定，T1的源极电压变为VOLED，栅极电压保持为VData+Vthn，此时流过OLED的电流为：

其中，μn为载流子迁移率，COX为存储电容CST的栅氧化层电容值，为驱动晶体管T1的宽长比，VData为数据线信号电压，VOLED为OLED器件的阳极电压，即OLED器件的工作电压，Vthn为驱动管T1的阈值电压。由上式可知，流经驱动管的电流与其的阈值电压Vthn无关，同时和发光器件两端的电压也无关，因此基本消除了阈值电压非均匀性、漂移的影响。

图3显示的是京东方科技集团在专利CN104809989A中提出的一种对IR Drop进行补偿的一种电路结构［5］。

图3 CN104809989A中的像素电路

该电路工作过程为：在T1阶段，Scan1= 0，Scan2=1，EM1=0，EM2=1。开关管T1 和T3导通，驱动管DTFT栅极电压为参考信号Vref的电压Vr，第一电容C1开始充电，直至C1两端的电压差为驱动管DTFT的阈值电压Vth，此时，驱动管DTFT的栅极的电压为Vr，源极的电压为Vr-Vth。

在T2阶段，Scan1=1，Scan2=0，EM1 =1，EM2=1。T2导通，驱动晶体管DTFT栅极电压变为数据信号Data的电压Vdata，根据电容电量守恒原理，以及C1和C2的分压作用，驱动晶体管DTFT的源极电压变为Vr-Vth+［c1/ （c1+c2）（Vdata-Vr）］，其中c1和c2分别为电容C1 和C2的电容值。

在T3阶段，Scan1=1，Scan2=1，EM1 =0，EM2=0。晶体管T3和T4导通，驱动管D T F T源极的电压变为第一电源V D D的电压V d d，根据电容电量守恒原理，驱动晶体管DTFT的栅极电压由上一阶段的Vdata变为［c2/ （c1+c2）］（Vdata-Vr）+Vdd+Vth。在此阶段中，驱动晶体管DTFT工作处于饱和状态，根据饱和状态电流特性可知，流过驱动晶体管DTFT且用于驱动OLED发光的工作电流IOLED满足公式：

其中K为结构参数，相同结构中此数值相对稳定，可以算作常量。从而可以看出OLED的工作电流IOLED已经不受驱动晶体管DTFT的阈值电压Vth的影响，且和第一电源VDD的电压Vdd无关，仅与数据信号Data的电压Vdata和参考信号Vref的电压Vr有关，彻底解决了由于工艺制程以及长时间的操作造成的驱动晶体管的阈值电压漂移，以及IR Drop对发光器件的工作电流造成的影响，从而改善了面板显示的不均匀性。

3 结束语

可以看出在像素电路结构中，为了实现像素亮度的均匀，其核心思想，都是通过在像素电路的工作过程中，将不利于像素亮度均匀的发光因素，电源电压和阈值电压抵消掉，都会借助于一个存储电容在工作过程中将电源电压和阈值电压抽取并保存在电容中，然后在发光阶段实现对亮度的补偿。OLED像素电路技术作为日趋成熟的显示技术，技术人员在设计像素电路时，不仅要考虑如何补偿阈值电压漂移和电压源压降的问题，还需综合考虑像素开口率，电路复杂程度，充电时间等多种问题。

参考文献

［1］杨必文.AMOLED驱动管阈值的补偿方法综述［J］.电子质量，2013，（8）：4-8.

［2］谢强，李宏建，黄永辉等.几种 OLED 有源驱动电路中像素单元电路的分析［J］.液晶与显示，2004，19（6）：462-467.

［3］李震梅，董传岱.AM-OLED像素驱动电路的研究［J］.电视技术，2004，28（12）： 49-54.

［4］吴仲远，段立业.一种像素单元电路及其补偿方法、以及显示装置：中国，CN103236237A［P］.2013-08-07.

［5］董甜，李云飞.一种像素电路、其驱动方法及相关装置.中国，CN104809989A［P］.2015-07-29.

Analysis for Compensate of Brightness of OLED Pixel Circuit

Yi He
（Patent Examination Cooperation Center of the Patent Office， SIPO， Guangzhou， 510530， China）

Abstract：OLED pixel circuit exist the problem that the light brightness is not uniform.This problem is mainly due to the shift of threshold voltage of OLED pixel driving transistor and the drop of the supply voltage.Several OLED pixel circuits which used to make the brightness uniform was designed by BOE TECHNOLOGY GROUP in recent years in the patent database，these are analyzed for their design principle and some design considerations are proposed.

Key words：OLED； Pixel circuit； Threshold voltage； IR Drop

中图分类号：TN94

文献标识码：B

文章编号：2095-8412 （2016） 02-269-03

DOI：工业技术创新 URL： http//www.china-iti.com 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.02.039

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