OLED像素電路閾值補(bǔ)償技術(shù)專利分析

勒海+宋澄

摘要OLED顯示屏因其自身的優(yōu)點(diǎn)被廣泛使用，各企業(yè)對(duì)OLED像素電路閾值補(bǔ)償問題也一直在進(jìn)行研究。本文首先介紹了OLED像素電路的基本構(gòu)成并指出了進(jìn)行閾值補(bǔ)償?shù)谋匾裕缓筢槍?duì)該領(lǐng)域的專利申請(qǐng)及國內(nèi)申請(qǐng)狀況進(jìn)行了分析；其次，梳理了該領(lǐng)域的發(fā)展脈絡(luò)并對(duì)典型專利申請(qǐng)進(jìn)行了分析，最后對(duì)OLED像素電路閾值補(bǔ)償?shù)陌l(fā)展進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞OLED；閾值補(bǔ)償

1基本的OLED像素電路

OLED（有機(jī)發(fā)光二極管）由于同時(shí)具備自發(fā)光、不需背光源、對(duì)比度高、厚度薄、視角廣、反應(yīng)速度快、可用于撓曲性面板、使用溫度范圍廣、構(gòu)成及制作較為簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，成為下一代平板顯示器的新興應(yīng)用技術(shù)。目前，OLED顯示器在手機(jī)、媒體播放器及小型入門級(jí)電視等產(chǎn)品中均有應(yīng)用。

傳統(tǒng)的2T1C像素電路，即由一個(gè)驅(qū)動(dòng)晶體管、一個(gè)開關(guān)晶體管以及存儲(chǔ)電容組成，其中，開關(guān)晶體管由掃描信號(hào)控制，以用于控制數(shù)據(jù)電壓的輸入，驅(qū)動(dòng)晶體管用于控制有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）的發(fā)光，存儲(chǔ)電容用于為驅(qū)動(dòng)晶體管的柵極提供維持電壓。

該像素電路的工作過程為當(dāng)掃描信號(hào)為低電平時(shí)，開關(guān)晶體管導(dǎo)通，數(shù)據(jù)線上的灰階電壓對(duì)存儲(chǔ)電容充電，同時(shí)數(shù)據(jù)電壓作用在驅(qū)動(dòng)晶體管的柵極上，使驅(qū)動(dòng)晶體管工作在飽和狀態(tài)下，驅(qū)動(dòng)OLED發(fā)光，當(dāng)掃描信號(hào)為高電平時(shí)，開光晶體管截止，存儲(chǔ)電容為驅(qū)動(dòng)晶體管的柵極提供維持電壓，使驅(qū)動(dòng)晶體管仍處于飽和狀態(tài)，從而使OLED持續(xù)發(fā)光。

因而，OLED的發(fā)光是由驅(qū)動(dòng)晶體管工作在飽和狀態(tài)時(shí)所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)電流驅(qū)動(dòng)的，根據(jù)電路知識(shí)，驅(qū)動(dòng)電流（即流過OLED的電流），其中，V1為驅(qū)動(dòng)晶體管的柵極和源極之間的電壓差，V為驅(qū)動(dòng)晶體管的閾值電壓，K為與驅(qū)動(dòng)晶體管自身結(jié)構(gòu)和工藝有關(guān)的常數(shù)。由于現(xiàn)有的低溫多晶硅工藝制作中晶體管的閾值電壓均勻性較差，而且在使用過程中還會(huì)發(fā)生閾值電壓漂移，這樣當(dāng)驅(qū)動(dòng)晶體管輸入相同的數(shù)據(jù)電壓時(shí)，由于閥值電壓的不同將產(chǎn)生不同的驅(qū)動(dòng)電流，從而導(dǎo)致顯示面板亮度的均勻性較差，這就需要對(duì)OLED像素電路進(jìn)行改進(jìn)。

2 OLED像素電路閾值補(bǔ)償專利申請(qǐng)狀況分析

2.1年度專利申請(qǐng)分布

從1999年開始，該領(lǐng)域的申請(qǐng)案件基本上平穩(wěn)上升，特別是2010年之后，隨著手機(jī)、平板等具有小型顯示面板的電子設(shè)備的普及，該領(lǐng)域的申請(qǐng)量進(jìn)入了一個(gè)快速增長(zhǎng)階段。如圖1所示。

2.2專利申請(qǐng)公司分布

在該領(lǐng)域的專利申請(qǐng)公司分布中，韓國的三星公司和LG公司申請(qǐng)量占比約50%，這說明了其在該領(lǐng)域的主導(dǎo)地位。而我國的京東方公司作為該領(lǐng)域的“后起之秀”，申請(qǐng)量占比約15%，并且在2010年之后申請(qǐng)量呈逐年上升趨勢(shì)，這與我國不斷增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求和不斷提高的自主創(chuàng)新能力密切相關(guān)。

3OLED像素電路閾值補(bǔ)償發(fā)展脈絡(luò)分析

該領(lǐng)域前期主要的研究方向在響應(yīng)特性和亮度的均勻性改善上（例如KR2001-0087002A）；中期主要注重于電路元件的使用數(shù)量（例如KR10-0805596A），如何減少成本，延長(zhǎng)使用壽命以及對(duì)比度的調(diào)整；2010年之后的研究方向在與其他一些領(lǐng)域的交叉、融合，以及更進(jìn)一步的提高集成度和顯示效果。下面選取幾個(gè)典型案例詳細(xì)分析。

3.1提高亮度的均勻性

三星公司的申請(qǐng)KR10-2004-0067029A設(shè)計(jì)的電路（圖2）能夠提高顯示亮度的均勻性。

圖2 KR10-2004-0067029A中設(shè)計(jì)的電路

通過對(duì)應(yīng)的時(shí)序控制，晶體管M1的源柵極電壓差為，并且流過OLED的電流為，因而盡管晶體管M1的閾值電壓Vth會(huì)發(fā)生變化，數(shù)據(jù)電壓Vdata能夠補(bǔ)償閥值電壓Vth的偏差，以便將恒流提供到OLED元件中，從而根據(jù)像素的位置解決亮度不均勻的問題。

3.2解決壓降（I-R drop）問題

京東方公司提出的申請(qǐng)CN103310732A對(duì)閥值補(bǔ)償電路進(jìn)一步改善，使其能夠解決壓降問題。如圖3。

在初始化階段，OLED上存儲(chǔ)的電荷被導(dǎo)通的第五晶體管T5、第二晶體管T2及第四晶體管T4輸出，這樣一來，可以使得OLED陽極長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)的電荷清除，從而確保其不處于正偏壓狀態(tài)，減緩OLED衰減的速度，提高顯示裝置的壽命。

在采集階段中，受到可變電壓Vref的影響，c點(diǎn)的電位升為Vref Vth，其中Vth為第一晶體管T1的閾值電壓，其被存儲(chǔ)在第一存儲(chǔ)電容C1中。

在數(shù)據(jù)輸入階段中，a點(diǎn)的電位將提升為

在發(fā)光階段中，第一晶體管T1導(dǎo)通的電壓為節(jié)點(diǎn)a出的電壓，即Vgs=Vdata+Yth，因此流過第一晶體管T1的電流驅(qū)動(dòng)OLED發(fā)光，該電流J為從而，用于驅(qū)動(dòng)OLED發(fā)光的電流與第一晶體管T1的閾值電壓Vth無關(guān)，而且該電流也不受第一電壓Vdd的控制，因此消除了晶體管閾值電壓非均勻性及第一電壓的電阻壓降對(duì)顯示效果的影響，顯著改善了顯示裝置顯示亮度的均勻性。

3.3在觸控電路中的應(yīng)用

有源矩陣驅(qū)動(dòng)有機(jī)發(fā)光二極管（AMOLED）顯示器以其制造成本低、應(yīng)答速度快、功耗低、溫度適應(yīng)性高等特點(diǎn)，成為下一代新型平面顯示器，具有內(nèi)嵌式觸控功能的AMOLED顯示面板己得到越來越多人們的青睞。京東方公司將閾值電壓補(bǔ)償電路用于觸控電路中，解決了內(nèi)嵌式觸控面板電路與AMOLED驅(qū)動(dòng)電路同時(shí)制作的問題（CN103310734A）。如圖4。

該電路在不增加驅(qū)動(dòng)信號(hào)的基礎(chǔ)上，通過調(diào)節(jié)信號(hào)的時(shí)序，對(duì)內(nèi)嵌式觸控電路和AMOLED像素電路進(jìn)行分時(shí)驅(qū)動(dòng)，從而大大提高了電路的集成度，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)嵌式觸控面板電路與AMOLED驅(qū)動(dòng)電路在有限的像素單元空間內(nèi)的同時(shí)制作，顯著提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，降低了生產(chǎn)難度。

4展望

綜上所述，筆者分析了OLED像素電路閾值補(bǔ)償領(lǐng)域的專利申請(qǐng)并梳理其發(fā)展脈絡(luò)。在該領(lǐng)域的研究中，日、韓起步早，基礎(chǔ)扎實(shí)，更有著LG、三星這樣的知名大企業(yè)。美國由于其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展較為迅速，在該領(lǐng)域的專利格局中也占有一席之地，我國在該領(lǐng)域的優(yōu)缺點(diǎn)明顯。缺點(diǎn)在于前期發(fā)展緩慢、基礎(chǔ)薄弱，很多基礎(chǔ)的核心技術(shù)專利都掌握在國外的企業(yè)手中。優(yōu)點(diǎn)在于市場(chǎng)需求較大且呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，科技創(chuàng)新水平不斷提高，國內(nèi)企業(yè)可以重點(diǎn)關(guān)注領(lǐng)域/模塊的交叉融合以及新型材料的制造和使用，積極推行研究成果產(chǎn)品化，爭(zhēng)取將更多的產(chǎn)品由“中國制造”變?yōu)椤爸袊鴦?chuàng)造”。endprint