OLED像素电路阈值补偿技术专利分析

勒海+宋澄

摘要OLED显示屏因其自身的优点被广泛使用，各企业对OLED像素电路阈值补偿问题也一直在进行研究。本文首先介绍了OLED像素电路的基本构成并指出了进行阈值补偿的必要性，然后针对该领域的专利申请及国内申请状况进行了分析；其次，梳理了该领域的发展脉络并对典型专利申请进行了分析，最后对OLED像素电路阈值补偿的发展进行了展望。

关键词OLED；阈值补偿

1基本的OLED像素电路

OLED（有机发光二极管）由于同时具备自发光、不需背光源、对比度高、厚度薄、视角广、反应速度快、可用于挠曲性面板、使用温度范围广、构成及制作较为简单等特点，成为下一代平板显示器的新兴应用技术。目前，OLED显示器在手机、媒体播放器及小型入门级电视等产品中均有应用。

传统的2T1C像素电路，即由一个驱动晶体管、一个开关晶体管以及存储电容组成，其中，开关晶体管由扫描信号控制，以用于控制数据电压的输入，驱动晶体管用于控制有机发光二极管（OLED）的发光，存储电容用于为驱动晶体管的栅极提供维持电压。

该像素电路的工作过程为当扫描信号为低电平时，开关晶体管导通，数据线上的灰阶电压对存储电容充电，同时数据电压作用在驱动晶体管的栅极上，使驱动晶体管工作在饱和状态下，驱动OLED发光，当扫描信号为高电平时，开光晶体管截止，存储电容为驱动晶体管的栅极提供维持电压，使驱动晶体管仍处于饱和状态，从而使OLED持续发光。

因而，OLED的发光是由驱动晶体管工作在饱和状态时所产生的驱动电流驱动的，根据电路知识，驱动电流（即流过OLED的电流），其中，V1为驱动晶体管的栅极和源极之间的电压差，V为驱动晶体管的阈值电压，K为与驱动晶体管自身结构和工艺有关的常数。由于现有的低温多晶硅工艺制作中晶体管的阈值电压均匀性较差，而且在使用过程中还会发生阈值电压漂移，这样当驱动晶体管输入相同的数据电压时，由于阀值电压的不同将产生不同的驱动电流，从而导致显示面板亮度的均匀性较差，这就需要对OLED像素电路进行改进。

2 OLED像素电路阈值补偿专利申请状况分析

2.1年度专利申请分布

从1999年开始，该领域的申请案件基本上平稳上升，特别是2010年之后，随着手机、平板等具有小型显示面板的电子设备的普及，该领域的申请量进入了一个快速增长阶段。如图1所示。

2.2专利申请公司分布

在该领域的专利申请公司分布中，韩国的三星公司和LG公司申请量占比約50%，这说明了其在该领域的主导地位。而我国的京东方公司作为该领域的“后起之秀”，申请量占比约15%，并且在2010年之后申请量呈逐年上升趋势，这与我国不断增长的市场需求和不断提高的自主创新能力密切相关。

3OLED像素电路阈值补偿发展脉络分析

该领域前期主要的研究方向在响应特性和亮度的均匀性改善上（例如KR2001-0087002A）；中期主要注重于电路元件的使用数量（例如KR10-0805596A），如何减少成本，延长使用寿命以及对比度的调整；2010年之后的研究方向在与其他一些领域的交叉、融合，以及更进一步的提高集成度和显示效果。下面选取几个典型案例详细分析。

3.1提高亮度的均匀性

三星公司的申请KR10-2004-0067029A设计的电路（图2）能够提高显示亮度的均匀性。

图2 KR10-2004-0067029A中设计的电路

通过对应的时序控制，晶体管M1的源栅极电压差为，并且流过OLED的电流为，因而尽管晶体管M1的阈值电压Vth会发生变化，数据电压Vdata能够补偿阀值电压Vth的偏差，以便将恒流提供到OLED元件中，从而根据像素的位置解决亮度不均匀的问题。

3.2解决压降（I-R drop）问题

京东方公司提出的申请CN103310732A对阀值补偿电路进一步改善，使其能够解决压降问题。如图3。

在初始化阶段，OLED上存储的电荷被导通的第五晶体管T5、第二晶体管T2及第四晶体管T4输出，这样一来，可以使得OLED阳极长时间存储的电荷清除，从而确保其不处于正偏压状态，减缓OLED衰减的速度，提高显示装置的寿命。

在采集阶段中，受到可变电压Vref的影响，c点的电位升为Vref Vth，其中Vth为第一晶体管T1的阈值电压，其被存储在第一存储电容C1中。

在数据输入阶段中，a点的电位将提升为

在发光阶段中，第一晶体管T1导通的电压为节点a出的电压，即Vgs=Vdata+Yth，因此流过第一晶体管T1的电流驱动OLED发光，该电流J为从而，用于驱动OLED发光的电流与第一晶体管T1的阈值电压Vth无关，而且该电流也不受第一电压Vdd的控制，因此消除了晶体管阈值电压非均匀性及第一电压的电阻压降对显示效果的影响，显著改善了显示装置显示亮度的均匀性。

3.3在触控电路中的应用

有源矩阵驱动有机发光二极管（AMOLED）显示器以其制造成本低、应答速度快、功耗低、温度适应性高等特点，成为下一代新型平面显示器，具有内嵌式触控功能的AMOLED显示面板己得到越来越多人们的青睐。京东方公司将阈值电压补偿电路用于触控电路中，解决了内嵌式触控面板电路与AMOLED驱动电路同时制作的问题（CN103310734A）。如图4。

该电路在不增加驱动信号的基础上，通过调节信号的时序，对内嵌式触控电路和AMOLED像素电路进行分时驱动，从而大大提高了电路的集成度，实现了内嵌式触控面板电路与AMOLED驱动电路在有限的像素单元空间内的同时制作，显著提高了产品的质量，降低了生产难度。

4展望

综上所述，笔者分析了OLED像素电路阈值补偿领域的专利申请并梳理其发展脉络。在该领域的研究中，日、韩起步早，基础扎实，更有着LG、三星这样的知名大企业。美国由于其相关技术的发展较为迅速，在该领域的专利格局中也占有一席之地，我国在该领域的优缺点明显。缺点在于前期发展缓慢、基础薄弱，很多基础的核心技术专利都掌握在国外的企业手中。优点在于市场需求较大且呈增长趋势，科技创新水平不断提高，国内企业可以重点关注领域/模块的交叉融合以及新型材料的制造和使用，积极推行研究成果产品化，争取将更多的产品由“中国制造”变为“中国创造”。endprint