OLED 亮度电路漏电流补偿技术分析

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 510555）

0 引言

有机电致发光二极管（Organic Light 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［1］。目前，在手机、PDA、数码相机等显示领域已经开始逐步取代传统的LCD显示屏。与TFT-LCD利用稳定的电压控制亮度不同，AMOLED属于电流驱动，需要稳定的电流来控制发光。对于大型有源矩阵有机发光显示装置，包括位于扫描线和数据线的交叉区域的多个像素。每个像素包括有机发光二极管和用于驱动所述有机发光二极管的像素电路。像素电路通常包括开关晶体管、驱动晶体管和存储电容器。有源矩阵有机发光二极管的像素特性受到驱动晶体管之间的差异和开关晶体管漏电流的不利因素的影响，因此，通过这样的多个像素显示的图像质量均匀性和一致性较差［2］。为此，国内外许多公司都先后提出了许多解决漏电流补偿的像素结构，本研究利用专利数据库对国内外提出的漏电流补偿技术进行了检索，并介绍了其中几种典型的漏电流补偿技术。

1 传统的像素电路结构

在这种传统的有源矩阵有机发光二极管显示装置中，理想状态下，当开关晶体管被截止时，从开关晶体管的源极（Source）流向漏极（Drain）的电流应该为零；但是，实际状态下却会存在很微小的电流，这种电流被称为漏电流，这些漏电流会导致存储电容器存储的电压发生变化。存储电容器两端电压的变化会导致驱动晶体管栅极电压发生改变，驱动晶体管栅极电压的改变会影响流过OLED两端的电流大小，从而导致像素亮度产生预料之外的变化，这种像素亮度的变化会对OLED显示器的图像质量产生不利影响，漏电流越小，对像素电流的发光性能就影响最小。因此，为了使整个图像的亮度显示均匀，提高OLED显示器的显示质量，需要对开关晶体管截止时产生的漏电流进行补偿。

2 几种典型漏电流补偿结构

2.1 从像素电路结构层面去补偿开关晶体管漏电流的相关技术

图1是昆山工研院新型平板显示技术中心有限公司在专利申请CN102346999A中公开的一种像素结构［3］。

图1 CN102346999A中的像素电路

在图1像素电路中，由于第四晶体管T4和第八晶体管T8连接到驱动晶体管T3的栅极节点N2，在发光阶段，当开关晶体管T4、T8截止时，会有漏电流流入驱动晶体管的栅极节点N2，第二节点N2电压在每一帧的发光时间段期间电压发生改变，具体地讲，第一电源ELVDD的电流经过第四晶体管T4和第八晶体管T8，流入第二节点N2，使得第一电容器C1存储的电压升高，从而导致流过有机发光二极管OLED的电流发生改变。像素101亮度的稳定性会变差，图像闪烁严重。

该专利申请人采取的技术手段是：设置专门的漏电流补偿晶体管，也即是图1中与第四晶体管T4和第八晶体管T8对称的第一晶体管T1和第七晶体管T7，以及第三电压源ELVL，以用于在每一帧的发光时间段期间补偿第四晶体管T4和第八晶体管T8的漏电流，避免像素101亮度的稳定性变差，图像闪烁严重。

其具体补偿原理为：由于T4、T8的漏电流导致栅极节点N2的电位升高，因此设置另一个漏电流路径，节点N2经过T1、T7到第三电源ELVL的电流路径，用于将节点N2的电位降低。该方案中，将晶体管T1、T7、T4、T8的结构设置为完全一致，这样其在关断时产生的漏电流是一样的；第一晶体管T1和第七晶体管T7可以减小经过第一电源ELVDD、第四晶体管T4和第八晶体管T8流入的漏电流导致的第一电容器存储电压的升高，且同时设置第三电源ELVL的电压低于第二节点N2的电压，电压差值为VD1；第一电源ELVDD的电压高于第二节点N2的电压，电压差值为VD2；VD1等于VD2，从而使得通过第一电源ELVDD、第四晶体管T4和第八晶体管T8流入第二节点N2的漏电流等于通过第三电源ELVL、第一晶体管T1和第七晶体管T7流出第二节点N2的漏电流，这样能够恰好抵消晶体管T4、T8关断时产生的漏电流，使得驱动晶体管的T3的栅极节点电压保持稳定。

由于每个像素都设置有漏电流补偿晶体管T4、T8，且漏电流补偿晶体管用于在像素的发光阶段T3补偿由于阈值电压补偿晶体管（如第四晶体管T4和第八晶体管T8）的漏电流造成的驱动晶体管（如第三晶体管T3）的栅极电压的变化，从而可改善像素的闪烁特性，使得图像显示均匀，显示具有低闪烁图像质量的图像。

图2是京东方科技集团在专利申请WO201816 1463A1公开的一种像素结构［4］。其公开了另一种从电路结构层面上去补偿开关晶体管的漏电流的技术。

图2 WO2018161463A1中的像素电路

该篇专利认为补偿晶体管T2被关断时流过补偿晶体管T2的漏电流会引起驱动晶体管T1的栅极电压Vg的变化。这可能导致在发光阶段期间驱动电流IOLED的变化，从而影响显示质量。

该专利申请中采取的补偿漏电流的方法是：首先将补偿晶体管T2设置为双栅晶体管，双栅晶体管包括经由公共端子串联连接的两个子晶体管，双栅晶体管用作补偿晶体管是有利的，因为双栅晶体管相比普通的单栅晶体管具有更小的漏电流。然而，双栅晶体管的公共端子通常被悬浮，使得像素电路的操作易受外部扰动的影响。例如，由于外部扰动而引起的双栅晶体管的不期望开启可以导致不正确的数据电压的写入。又例如，在发光阶段，双栅晶体管增大的漏电流可以被引起，使得流过OLED的驱动电流IOLED的量值被改变。因此，该篇专利在将补偿晶体管设置为双栅晶体管的基础上又设计了漏电流抑制部分：电容器Css和肖特基二极管SD，以进一步补偿漏电流。

其具体补偿原理为：由于电容器Css的存在，漏电流引起的电流IOLED的变化可以被补偿。这是一个负反馈过程。参照图2，当漏电流经过双栅晶体管T2从第一节点N1流向第二节点N2（并且因此IOLED增大）时，第二节点N2的电位增大，并且双栅晶体管的公共端子DD的电位也相应地增大。由于电容器Css的自举效应，公共端子DD的电位增大导致第一节点N1的电位VN1增大。根据等式Is＝K（Vgs-Vth）2＝K（Vsg+Vth）2（其中Vg＝VN1），当Vg增大时，饱和电流Is减小，从而补偿由于漏电流导致的电流IOLED的增大。在实践中，这种负反馈会达到一个动态平衡，从而得到稳定的驱动电流IOLED。因此，由流过双栅晶体管T2的漏电流引起的OLED的驱动电流的变化可以被电容器Css抑制。

肖特基二极管SD被布置成反向截止以在发光阶段P3期间抑制漏电流流过双栅晶体管T2。具体地，在图2的示例电路中，肖特基二极管SD耦合在第一节点N1和双栅晶体管T2之间，其中正极连接到双栅晶体管T2并且负极连接到第一节点N1。由于二极管的单向导通特性，从第一节点N1流向第二节点N2的漏电流被抑制。因此，由流过双栅晶体管T2的漏电流引起的OLED的驱动电流的变化可以被肖特基二极管SD抑制。

通过采用漏电流抑制结构，可以抑制由流过双栅晶体管的漏电流引起的OLED的驱动电流的变化，进而提高显示质量。

2.2 从开关晶体管的内部结构出发去改善开关晶体管的漏电流相关技术

涉及四川虹视显示技术有限公司在专利申请CN102082181A中公开的相关技术［5］。

图3是现有技术中开关晶体管的面板的制造方法和结构，在基板上形成缓冲层，然后利用常规方法，通过在缓冲层上相继形成活性层1、栅绝缘层2和栅电极层3和绝缘层7，然后在活性层1两端的上层中开孔，孔内分别为和活性层1两端相接触的源电极4和漏电极5，从而形成像素电路的开关晶体管T1，为了增加接触处的导电效果，还在源电极4和漏电极5上设置了连接金属薄膜6。由于开关晶体管的上方只有一个金属薄膜带与活性层的交叉点，因此存在漏电流。

图3 现有技术中开关晶体管的面板的制造方法和结构

为此该篇专利采取的是增加金属薄膜带与活性层的交叉点的方法，来抑制开关晶体管的漏电流，具体见图4。参见图4，一种有机发光器件像素电路的薄膜晶体管结构，包括位于最下层的活性层1，位于活性层1之上的栅绝缘层（图中未示出）和位于栅绝缘层之上的栅电极层3，活性层1的左右两端分别和源电极4和漏电极5连接，活性层1呈“己”字形，活性层1之上的栅电极层3由双“十”字形的金属薄膜带组成，所述金属薄膜带分别通过活性层1的“己”字形的每一边并与活性层1形成五个交叉处，本实施例可以在相同的活性层长度上增加金属薄膜带与活性层1的交叉点，相对于现有技术中开关晶体管T1的上方只有一个金属薄膜带与活性层的交叉点，增加了金属薄膜带与活性层的交叉点后，使得开关晶体管T1的开关效果更好，可以更好地抑制漏电流的产生。

图4 CN102082181A中的开关晶体管结构

3 结语

从上述几种漏电流补偿技术可以看出，本领域技术人员对开关晶体管的漏电流的补偿大体可分为两类，一类是从开关晶体管的内部结构出发，从自身减少漏电流，另一类是通过设计一定的电路结构补偿开关晶体管的漏电流，或是通过漏电流抑制结构反向补偿漏电流，或是截断漏电流的泄漏路径。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漏电流的问题，还需要综合考虑像素开口率，例如若开关晶体管中增加了金属薄膜带与活性层的交叉点后，势必要增加开关晶体管的面积，或者电路结构中增加了漏电流抑制模块，虽然改善了漏电流，但是开关晶体管面积增大，或者增加的漏电流抑制电路都会影响电路开口率，进而影响显示质量，同时还需要考量电路复杂程度、充电时间、设计成本等多种问题。因此，如何综合考量各方面的显示不利因素，最终得到一个理想的像素电路结构，以满足各方面的设计考量，实现高质量显示是本领域技术人员需要付出努力进行克服和解决的问题。