賀軼（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專(zhuān)利審查協(xié)作廣東中心光電部，廣東廣州，510530）

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OLED亮度補(bǔ)償電路淺析

賀軼
（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專(zhuān)利審查協(xié)作廣東中心光電部，廣東廣州，510530）

摘 要：OLED像素電路存在OLED發(fā)光不均勻的問(wèn)題，主要是由驅(qū)動(dòng)晶體管閾值電壓漂移和電源壓降引起的。本文通過(guò)專(zhuān)利數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)京東方近年來(lái)提出的多種用于使OLED發(fā)光均勻的像素電路的原理進(jìn)行了分析，并提出了一些設(shè)計(jì)方面的建議。

關(guān)鍵詞：OLED；像素電路；閾值電壓；壓降

引言

有機(jī)電致發(fā)光二極管（O r g a n i c L i g h t Emitting Diode，OLED）顯示技術(shù)是近些年來(lái)興起的顯示技術(shù)，它被廣泛地應(yīng)用在顯示屏中，相比于傳統(tǒng)的LED液晶顯示器，OLED顯示屏具有以下優(yōu)點(diǎn)：顯示可視角度大，顯著節(jié)省電能，而且能夠應(yīng)用在柔性顯示技術(shù)中。通常的O L E D驅(qū)動(dòng)電路是采用低溫多晶硅的AMOLED驅(qū)動(dòng)電路，但是由于隨著OLED顯示器使用時(shí)間的增加，OLED的閾值電壓會(huì)衰退，進(jìn)而會(huì)造成顯示亮度的不均勻，這嚴(yán)重影響了AMOLED顯示器的性能。同時(shí)，在大尺寸顯示應(yīng)用中，由于背板電源線存在一定電阻，且所有的驅(qū)動(dòng)電流都是由電源電壓VDD提供，因此在背板中靠近VDD電源供電位置區(qū)域的電源電壓相比較離供電位置較遠(yuǎn)區(qū)域的電源電壓要高，這種現(xiàn)象被稱(chēng)為電源壓降，由于VDD電壓和驅(qū)動(dòng)電流有關(guān)，因此電源壓降也會(huì)造成不同區(qū)域的電流差異，進(jìn)而在顯示時(shí)產(chǎn)生顏色不均勻現(xiàn)象。為此，國(guó)內(nèi)外許多公司都先后提出了許多解決補(bǔ)償閾值電壓漂移和電壓降的像素結(jié)構(gòu)，本文利用專(zhuān)利數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)京東方科技集團(tuán)在近年提出的電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行剖析。

1 傳統(tǒng)的像素電路結(jié)構(gòu)

圖1 傳統(tǒng)的2T1C像素電路

如圖1所示，傳統(tǒng)的像素電路通常是2T1C結(jié)構(gòu)［1-3］，包括：柵極信號(hào)Vscan，數(shù)據(jù)信號(hào)Vdata，Vdd信號(hào)源、開(kāi)關(guān)管T1、驅(qū)動(dòng)管T2、存儲(chǔ)電容Cs和有機(jī)發(fā)光二極管D1等，其中T1的柵極和Vscan相連，漏極連接Vdata，源極連接Cs的一端，Cs的另一端和Vdd相連，T2的源極連接Vdd柵極連接T1的源極，T2的漏極連接D1的一端，D1的另一端接地。當(dāng)T1的柵極接收到Vscan輸出的開(kāi)啟信號(hào)時(shí)，T1導(dǎo)通，其漏極接收到的當(dāng)前幀數(shù)據(jù)信號(hào)傳送到T1的源極并存儲(chǔ)在電容Cs中，當(dāng)前幀數(shù)據(jù)信號(hào)與Vdd信號(hào)源的輸出信號(hào)控制驅(qū)動(dòng)管T2工作，從而利用驅(qū)動(dòng)管T2的漏極電流來(lái)點(diǎn)亮D1。在這種2T1C像素電路中，由于點(diǎn)亮D1的漏極電流與驅(qū)動(dòng)管T2的閾值電壓有關(guān)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)管T2的閾值電壓漂移時(shí)，不同的OLED在接收到相同的圖像幀數(shù)據(jù)信號(hào)時(shí)，驅(qū)動(dòng)其發(fā)光的電流也是不同的，從而導(dǎo)致整個(gè)圖像顯示的不均勻。

本文主要從電壓降補(bǔ)償方面介紹京東方科技集團(tuán)提出的兩種使像素電路發(fā)光均勻的電路結(jié)構(gòu)。

2 IR Drop補(bǔ)償電路結(jié)構(gòu)

圖2是京東方科技集團(tuán)在專(zhuān)利申請(qǐng)CN103236237A公開(kāi)的一種像素結(jié)構(gòu)［4］。

圖2 CN103236237A中的像素電路

其工作流程為：在預(yù)充階段中：驅(qū)動(dòng)管T1、晶體管T2、晶體管T3和晶體管T5導(dǎo)通，晶體管T4關(guān)斷；數(shù)據(jù)線的電壓為當(dāng)前幀的數(shù)據(jù)線信號(hào)電壓VData，儲(chǔ)存在電容CST的電荷得到釋放，使驅(qū)動(dòng)晶體管T1的漏極預(yù)充至高電平，即數(shù)據(jù)線電壓VData；

在補(bǔ)償階段中：T1、T2、T3導(dǎo)通，T4和T5關(guān)斷，驅(qū)動(dòng)晶體管T1的柵極放電，直至驅(qū)動(dòng)晶體管T1的柵極的電壓等于VData+Vthn，此時(shí)，對(duì)預(yù)充晶體管進(jìn)行補(bǔ)償，儲(chǔ)存在存儲(chǔ)電容CST兩端的電荷等于（VELVDD-Vthn-VData）*CST，其中，VELVDD為陽(yáng)極電壓ELVDD的電壓，CST為存儲(chǔ)電容CST的柵氧化層電容值，Vthn為驅(qū)動(dòng)晶體管T1的閾值電壓，VData為數(shù)據(jù)線信號(hào)電壓.

在發(fā)光階段中：T1、T4和T5導(dǎo)通，T2和T3關(guān)斷，存儲(chǔ)電容CST連接在驅(qū)動(dòng)晶體管T1的柵級(jí)和陽(yáng)極電壓ELVDD之間，保持驅(qū)動(dòng)晶體管T1的柵極電壓為VData+Vthn，其中，Vthn為T(mén)1的閾值電壓，VData為數(shù)據(jù)線信號(hào)電壓；此時(shí)，數(shù)據(jù)線與像素單元電路斷開(kāi)，隨著OLED器件的電流趨于穩(wěn)定，T1的源極電壓變?yōu)閂OLED，柵極電壓保持為VData+Vthn，此時(shí)流過(guò)OLED的電流為：

其中，μn為載流子遷移率，COX為存儲(chǔ)電容CST的柵氧化層電容值， 為驅(qū)動(dòng)晶體管T1的寬長(zhǎng)比，VData為數(shù)據(jù)線信號(hào)電壓，VOLED為OLED器件的陽(yáng)極電壓，即OLED器件的工作電壓，Vthn為驅(qū)動(dòng)管T1的閾值電壓。由上式可知，流經(jīng)驅(qū)動(dòng)管的電流與其的閾值電壓Vthn無(wú)關(guān)，同時(shí)和發(fā)光器件兩端的電壓也無(wú)關(guān)，因此基本消除了閾值電壓非均勻性、漂移的影響。

圖3顯示的是京東方科技集團(tuán)在專(zhuān)利CN104809989A中提出的一種對(duì)IR Drop進(jìn)行補(bǔ)償?shù)囊环N電路結(jié)構(gòu)［5］。

圖3 CN104809989A中的像素電路

該電路工作過(guò)程為：在T1階段，Scan1= 0，Scan2=1，EM1=0，EM2=1。開(kāi)關(guān)管T1 和T3導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)管DTFT柵極電壓為參考信號(hào)Vref的電壓Vr，第一電容C1開(kāi)始充電，直至C1兩端的電壓差為驅(qū)動(dòng)管DTFT的閾值電壓Vth，此時(shí)，驅(qū)動(dòng)管DTFT的柵極的電壓為Vr，源極的電壓為Vr-Vth。

在T2階段，Scan1=1，Scan2=0，EM1 =1，EM2=1。T2導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)晶體管DTFT柵極電壓變?yōu)閿?shù)據(jù)信號(hào)Data的電壓Vdata，根據(jù)電容電量守恒原理，以及C1和C2的分壓作用，驅(qū)動(dòng)晶體管DTFT的源極電壓變?yōu)閂r-Vth+［c1/ （c1+c2）（Vdata-Vr）］，其中c1和c2分別為電容C1 和C2的電容值。

在T3階段，Scan1=1，Scan2=1，EM1 =0，EM2=0。晶體管T3和T4導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)管D T F T源極的電壓變?yōu)榈谝浑娫碫 D D的電壓V d d，根據(jù)電容電量守恒原理，驅(qū)動(dòng)晶體管DTFT的柵極電壓由上一階段的Vdata變?yōu)椋踓2/ （c1+c2）］（Vdata-Vr）+Vdd+Vth。在此階段中，驅(qū)動(dòng)晶體管DTFT工作處于飽和狀態(tài)，根據(jù)飽和狀態(tài)電流特性可知，流過(guò)驅(qū)動(dòng)晶體管DTFT且用于驅(qū)動(dòng)OLED發(fā)光的工作電流IOLED滿(mǎn)足公式：

其中K為結(jié)構(gòu)參數(shù)，相同結(jié)構(gòu)中此數(shù)值相對(duì)穩(wěn)定，可以算作常量。從而可以看出OLED的工作電流IOLED已經(jīng)不受驅(qū)動(dòng)晶體管DTFT的閾值電壓Vth的影響，且和第一電源VDD的電壓Vdd無(wú)關(guān)，僅與數(shù)據(jù)信號(hào)Data的電壓Vdata和參考信號(hào)Vref的電壓Vr有關(guān)，徹底解決了由于工藝制程以及長(zhǎng)時(shí)間的操作造成的驅(qū)動(dòng)晶體管的閾值電壓漂移，以及IR Drop對(duì)發(fā)光器件的工作電流造成的影響，從而改善了面板顯示的不均勻性。

3 結(jié)束語(yǔ)

可以看出在像素電路結(jié)構(gòu)中，為了實(shí)現(xiàn)像素亮度的均勻，其核心思想，都是通過(guò)在像素電路的工作過(guò)程中，將不利于像素亮度均勻的發(fā)光因素，電源電壓和閾值電壓抵消掉，都會(huì)借助于一個(gè)存儲(chǔ)電容在工作過(guò)程中將電源電壓和閾值電壓抽取并保存在電容中，然后在發(fā)光階段實(shí)現(xiàn)對(duì)亮度的補(bǔ)償。OLED像素電路技術(shù)作為日趨成熟的顯示技術(shù)，技術(shù)人員在設(shè)計(jì)像素電路時(shí)，不僅要考慮如何補(bǔ)償閾值電壓漂移和電壓源壓降的問(wèn)題，還需綜合考慮像素開(kāi)口率，電路復(fù)雜程度，充電時(shí)間等多種問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

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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

中圖分類(lèi)號(hào)：TN94

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：2095-8412 （2016） 02-269-03

DOI：工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 URL： http//www.china-iti.com 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.02.039

作者簡(jiǎn)介：

賀軼（1988-），男，碩士研究生，從事專(zhuān)利審查工作 實(shí)習(xí)研究員。

E-mail： happy.heyi@163.com