OLED亮度補償電路淺析

賀軼（國家知識產權局專利審查協作廣東中心光電部，廣東廣州，510530）

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OLED亮度補償電路淺析

賀軼
（國家知識產權局專利審查協作廣東中心光電部，廣東廣州，510530）

摘 要：OLED像素電路存在OLED發光不均勻的問題，主要是由驅動晶體管閾值電壓漂移和電源壓降引起的。本文通過專利數據庫對京東方近年來提出的多種用于使OLED發光均勻的像素電路的原理進行了分析，并提出了一些設計方面的建議。

關鍵詞：OLED；像素電路；閾值電壓；壓降

引言

有機電致發光二極管（O r g a n i c L i g h t Emitting Diode，OLED）顯示技術是近些年來興起的顯示技術，它被廣泛地應用在顯示屏中，相比于傳統的LED液晶顯示器，OLED顯示屏具有以下優點：顯示可視角度大，顯著節省電能，而且能夠應用在柔性顯示技術中。通常的O L E D驅動電路是采用低溫多晶硅的AMOLED驅動電路，但是由于隨著OLED顯示器使用時間的增加，OLED的閾值電壓會衰退，進而會造成顯示亮度的不均勻，這嚴重影響了AMOLED顯示器的性能。同時，在大尺寸顯示應用中，由于背板電源線存在一定電阻，且所有的驅動電流都是由電源電壓VDD提供，因此在背板中靠近VDD電源供電位置區域的電源電壓相比較離供電位置較遠區域的電源電壓要高，這種現象被稱為電源壓降，由于VDD電壓和驅動電流有關，因此電源壓降也會造成不同區域的電流差異，進而在顯示時產生顏色不均勻現象。為此，國內外許多公司都先后提出了許多解決補償閾值電壓漂移和電壓降的像素結構，本文利用專利數據庫對京東方科技集團在近年提出的電路結構進行剖析。

1 傳統的像素電路結構

圖1 傳統的2T1C像素電路

如圖1所示，傳統的像素電路通常是2T1C結構［1-3］，包括：柵極信號Vscan，數據信號Vdata，Vdd信號源、開關管T1、驅動管T2、存儲電容Cs和有機發光二極管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T1的柵極接收到Vscan輸出的開啟信號時，T1導通，其漏極接收到的當前幀數據信號傳送到T1的源極并存儲在電容Cs中，當前幀數據信號與Vdd信號源的輸出信號控制驅動管T2工作，從而利用驅動管T2的漏極電流來點亮D1。在這種2T1C像素電路中，由于點亮D1的漏極電流與驅動管T2的閾值電壓有關，當驅動管T2的閾值電壓漂移時，不同的OLED在接收到相同的圖像幀數據信號時，驅動其發光的電流也是不同的，從而導致整個圖像顯示的不均勻。

本文主要從電壓降補償方面介紹京東方科技集團提出的兩種使像素電路發光均勻的電路結構。

2 IR Drop補償電路結構

圖2是京東方科技集團在專利申請CN103236237A公開的一種像素結構［4］。

圖2 CN103236237A中的像素電路

其工作流程為：在預充階段中：驅動管T1、晶體管T2、晶體管T3和晶體管T5導通，晶體管T4關斷；數據線的電壓為當前幀的數據線信號電壓VData，儲存在電容CST的電荷得到釋放，使驅動晶體管T1的漏極預充至高電平，即數據線電壓VData；

在補償階段中：T1、T2、T3導通，T4和T5關斷，驅動晶體管T1的柵極放電，直至驅動晶體管T1的柵極的電壓等于VData+Vthn，此時，對預充晶體管進行補償，儲存在存儲電容CST兩端的電荷等于（VELVDD-Vthn-VData）*CST，其中，VELVDD為陽極電壓ELVDD的電壓，CST為存儲電容CST的柵氧化層電容值，Vthn為驅動晶體管T1的閾值電壓，VData為數據線信號電壓.

在發光階段中：T1、T4和T5導通，T2和T3關斷，存儲電容CST連接在驅動晶體管T1的柵級和陽極電壓ELVDD之間，保持驅動晶體管T1的柵極電壓為VData+Vthn，其中，Vthn為T1的閾值電壓，VData為數據線信號電壓；此時，數據線與像素單元電路斷開，隨著OLED器件的電流趨于穩定，T1的源極電壓變為VOLED，柵極電壓保持為VData+Vthn，此時流過OLED的電流為：

其中，μn為載流子遷移率，COX為存儲電容CST的柵氧化層電容值， 為驅動晶體管T1的寬長比，VData為數據線信號電壓，VOLED為OLED器件的陽極電壓，即OLED器件的工作電壓，Vthn為驅動管T1的閾值電壓。由上式可知，流經驅動管的電流與其的閾值電壓Vthn無關，同時和發光器件兩端的電壓也無關，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在專利CN104809989A中提出的一種對IR Drop進行補償的一種電路結構［5］。

圖3 CN104809989A中的像素電路

該電路工作過程為：在T1階段，Scan1= 0，Scan2=1，EM1=0，EM2=1。開關管T1 和T3導通，驅動管DTFT柵極電壓為參考信號Vref的電壓Vr，第一電容C1開始充電，直至C1兩端的電壓差為驅動管DTFT的閾值電壓Vth，此時，驅動管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導通，驅動晶體管DTFT柵極電壓變為數據信號Data的電壓Vdata，根據電容電量守恒原理，以及C1和C2的分壓作用，驅動晶體管DTFT的源極電壓變為Vr-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導通，驅動管D T F T源極的電壓變為第一電源V D D的電壓V d d，根據電容電量守恒原理，驅動晶體管DTFT的柵極電壓由上一階段的Vdata變為［c2/ （c1+c2）］（Vdata-Vr）+Vdd+Vth。在此階段中，驅動晶體管DTFT工作處于飽和狀態，根據飽和狀態電流特性可知，流過驅動晶體管DTFT且用于驅動OLED發光的工作電流IOLED滿足公式：

其中K為結構參數，相同結構中此數值相對穩定，可以算作常量。從而可以看出OLED的工作電流IOLED已經不受驅動晶體管DTFT的閾值電壓Vth的影響，且和第一電源VDD的電壓Vdd無關，僅與數據信號Data的電壓Vdata和參考信號Vref的電壓Vr有關，徹底解決了由于工藝制程以及長時間的操作造成的驅動晶體管的閾值電壓漂移，以及IR Drop對發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 結束語

可以看出在像素電路結構中，為了實現像素亮度的均勻，其核心思想，都是通過在像素電路的工作過程中，將不利于像素亮度均勻的發光因素，電源電壓和閾值電壓抵消掉，都會借助于一個存儲電容在工作過程中將電源電壓和閾值電壓抽取并保存在電容中，然后在發光階段實現對亮度的補償。OLED像素電路技術作為日趨成熟的顯示技術，技術人員在設計像素電路時，不僅要考慮如何補償閾值電壓漂移和電壓源壓降的問題，還需綜合考慮像素開口率，電路復雜程度，充電時間等多種問題。

參考文獻

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［5］ 董甜，李云飛.一種像素電路、其驅動方法及相關裝置.中國，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

中圖分類號：TN94

文獻標識碼：B

文章編號：2095-8412 （2016） 02-269-03

DOI：工業技術創新 URL： http//www.china-iti.com 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.02.039

作者簡介：

賀軼（1988-），男，碩士研究生，從事專利審查工作 實習研究員。

E-mail： happy.heyi@163.com