CN103646629A - 一种主动矩阵有机发光显示器的像素驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种主动矩阵有机发光显示器的像素驱动装置，所述AMOLED由多个呈矩阵排列的发光像素单元组成，每个发光像素单元内至少包括：开关晶体管、驱动晶体管、存储电容、OLED、供电电源、数据电压源以及扫描电压源，其中驱动晶体管为氧化物TFT，数据电压源为低温多晶硅AMOLED驱动芯片，且OLED的阴极接产生负电压的芯片。由于本发明中将OLED的阴极由接地转成接负向电压，使得驱动电路两端的电压差变大，从而使得现有的低温多晶硅AMOLED驱动芯片能够成功驱动氧化物TFT，而无需给包含氧化物TFT的AMOLED驱动电路特制驱动IC，进而有效降低氧化物TFT AMOLED的制作成本。

Description

一种主动矩阵有机发光显示器的像素驱动装置

技术领域

本发明涉及平板显示技术领域，更具体的说是涉及一种主动矩阵有机发光显示器的像素驱动装置。

背景技术

OLED（有机发光二极管或有机发光二极管显示器）根据其驱动方式分为主动矩阵有机发光显示器（AMOLED）和被动矩阵有机发光显示器（PMOLED）。在平板显示技术中，AMOLED以其轻薄、主动发光、响应速度快、广视角、色彩丰富及高亮度、低功耗、耐高低温等众多优点而被业界公认为是继LCD（液晶显示器）之后的第三代显示器。

目前，商业化的AMOLED的驱动晶体管采用LTPS TFT（低温多晶硅薄膜晶体管）背板，其应用在显示器上时均匀性较差，其生产过程中还需要昂贵的激光晶化设备，从而造成其应用受到限制。而氧化物TFT（薄膜晶体管）具有较好的大面积均匀性，不需要激光晶化设备进行生产且能利用现有的a-SiTFT的生产线的大部分设备，从而有利于减少投资，该方面讲氧化物TFT具有更好的市场竞争力。

如图1所示，为AMOLED每个发光像素单元中驱动晶体管为氧化物TFT时的驱动电路，包括：开关晶体管T01、驱动晶体管T02、存储电容Cs、提供扫描信号V_scan的扫描电压源、提供数据信号V_data的数据电压源和提供供电电压V_dd的电源。其中，开关晶体管T01的栅极与所述扫描电压源相连，其漏极与所述数据电压源相连，开关晶体管T01的源极与存储电容Cs的一端相连，并与驱动晶体管T02的栅极相连；存储电容Cs的另一端及驱动晶体管T02的源极及OLED的阳极相连；驱动晶体管T02的漏极与提供供电电压V_dd的电源相连；所述OLED的阴极接地。

现有技术中，在氧化物TFT AMOLED像素驱动电路中，所述氧化物TFT必须使用为氧化物TFT特定制备的驱动IC01来驱动，而无法直接使用现有的LTPS AMOLED source IC（低温多晶硅AMOLED驱动集成芯片）进行驱动，因此，导致氧化物TFT在AMOLED领域中的应用成本较高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种主动矩阵有机发光显示器的像素驱动装置，以解决现有技术中的AMOLED像素驱动装置采用氧化物TFT时，无法使用现有的LTPS AMOLED source IC进行驱动，从而导致的氧化物TFT在AMOLED领域的应用成本较高的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种AMOLED像素驱动装置，所述AMOLED由多个呈矩阵排列的发光像素单元组成，每个发光像素单元内的AMOLED像素驱动电路至少包括：开关晶体管、驱动晶体管、存储电容、有机发光二极管、供电电源、数据电压源以及扫描电压源，其中，所述驱动晶体管为氧化物薄膜晶体管，所述数据电压源为低温多晶硅AMOLED驱动芯片，且所述有机发光二极管的阴极接产生负电压的芯片。

优选地，所述产生负电压的芯片产生的负向电压的绝对值范围为大于0V且小于有机发光二极管的阳极到阴极的跨压。

优选地，所述氧化物薄膜晶体管的有源层材料为In-Ga-Zn-O、In-Ga-O、Ga-Zn-O、In-Hf-Zn-O、In-Sn-Zn-O、In-Sn-O、In-Zn-O、Zn-Sn-O或In-Al-Zn-O中的一种或几种。

优选地，所述产生负电压的芯片烧录有所述有机发光二极管材料的衰减特性信息。

优选地，所述氧化物薄膜晶体管结构为底栅底接触、底栅顶接触、顶栅底接触、顶栅顶接触、多栅型中的一种或几种。

优选地，所述扫描电压源为非晶硅LCD驱动芯片或为在氧化物薄膜晶体管背板上集成的芯片。

优选地，所述AMOLED像素驱动装置为De-Multiplexers电路。

优选地，所述De-Multiplexers电路为一分二、一分三、一分四电路中的一种。

优选地，所述扫描电压源为在氧化物薄膜晶体管背板上集成的芯片，所述芯片上还集成有时间控制结构。

经由上述的技术方案可知，本发明提供的AMOLED像素驱动装置，包括开关晶体管、驱动晶体管、存储电容、有机发光二极管、供电电源、数据电压源以及扫描电压源，其中，所述驱动晶体管为氧化物薄膜场效应晶体管，所述数据电压源为低温多晶硅AMOLED驱动集成芯片，且所述有机发光二极管的阴极接产生负电压的集成芯片。由于本发明中将AMOLED像素驱动装置中的OLED的阴极由接地转成接负向电压，使得驱动电路两端的电压差变大，即由原来的IC输出电压（即IC输出电压-0V）变为IC输出电压与负向电压的绝对值之和（也即IC输出电压-负向电压），从而使得现有的LTPSAMOLED source IC能够成功驱动包含驱动晶体管为氧化物TFT的像素驱动电路，使OLED发光，相对于现有技术中需要专门制备氧化物TFT的驱动IC的方案，本发明中提供的AMOLED像素驱动装置，能够有效降低氧化物TFTAMOLED的制作成本，从而推动氧化物TFT AMOLED技术的发展。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术中氧化物TFT AMOLED像素驱动装置图；

图2为本发明实施例提供的一种AMOLED像素驱动装置图；

图3为本发明实施例提供的另一种AMOLED像素驱动装置图；

图4为本发明实施例提供的另一种AMOLED像素驱动装置图；

图5为本发明实施例提供的一种OLED与氧化物TFT背板结合剖面图；

图6为本发明实施例提供的一种氧化物TFT的转移特性曲线图；

图7为本发明实施例提供的一种氧化物TFT的输出特性曲线图。

具体实施方式

正如背景技术部分所述，现有技术中的氧化物TFT相较于LTPS TFT具有技术上的优势，但是由于其应用时必须重新设计自身特需的驱动IC，造成氧化物TFT的应用受到阻碍，发明人发现，出现上述现象的原因是，由于氧化物TFT的载流子迁移率较低，其驱动电压相较于现有技术中的低温多晶硅TFT的驱动电压较大，而现有的LTPS AMOLED source IC的输出电压仅仅能够驱动载流子迁移率高的低温多晶硅TFT，而不能驱动载流子迁移率较低的氧化物TFT，为此，在应用氧化物TFT时，需要重新设计和制作氧化物TFT专用的输出电压较大的IC（集成芯片），但是这样会增加氧化物TFT在AMOLED领域的应用成本，即在成本方面又降低了氧化物TFT的市场竞争力。

基于此，发明人经过研究提供了一种AMOLED像素驱动装置，所述AMOLED由多个呈矩阵排列的发光像素单元组成，每个发光像素单元内的AMOLED像素驱动装置包括：开关晶体管、驱动晶体管、存储电容、有机发光二极管、供电电源、数据电压源以及扫描电压源，所述驱动晶体管为氧化物薄膜场效应晶体管，所述数据电压源为低温多晶硅AMOLED驱动集成芯片，且所述有机发光二极管的阴极接产生负电压的集成芯片。

由上述的技术方案可知，本发明提供的AMOLED像素驱动装置，将OLED的阴极由接地改为接负向电压，即将OLED阴极电压为0V改变为阴极电压为负电压，从而使得驱动电路的初始端与末端的电压差增大，进而使得现有技术中LPTS AMOLED IC的输出电压应用在具有氧化物TFT的像素驱动电路中后也能产生点亮OLED的电流，即，现有技术中的LPTS AMOLED IC能够成功驱动氧化物TFT，降低了氧化物TFT AMOLED像素驱动装置的制作成本，使得氧化物TFT的应用领域更加广泛。

以上是本申请的核心思想，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

下面通过几个实施例具体描述本发明提供的能够使用现有技术中的LTPS AMOLED source IC驱动氧化物TFT AMOLED的AMOLED像素驱动装置。

本发明实施例公开的一种AMOLED像素驱动装置，所述AMOLED由多个呈矩阵排列的发光像素单元组成，每个发光像素单元内的AMOLED像素驱动装置包括：开关晶体管、驱动晶体管、存储电容、有机发光二极管、供电电源、数据电压源以及扫描电压源，所述驱动晶体管为氧化物薄膜场效应晶体管，所述数据电压源为低温多晶硅AMOLED驱动集成芯片，且所述有机发光二极管的阴极接产生负电压的集成芯片。

需要说明的是，本实施例中各器件的电路连接关系可以如图2所示，开关晶体管T1的栅极与所述提供扫描信号V_scan的扫描电压源相连，其漏极与所述提供数据信号V_data的数据电压源相连，开关晶体管T1的源极与存储电容Cs的一端相连，并与驱动晶体管T2的栅极相连；存储电容Cs的另一端与驱动晶体管T2的源极及OLED的阳极相连；驱动晶体管T2的漏极与提供供电电压V_dd的电源相连；所述OLED的阴极接负电压。

本实施例中各器件的电路连接关系还可以如图3和图4所示的连接关系，另外还可以增加其他元器件，如增加补偿电路以改善本实施例中所述的AMOLED像素驱动装置的性能，本领域技术人员可以理解的，本实施例中提供的AMOLED像素驱动装置仅仅是AMOLED多种像素驱动装置中的最基础的几种，在此基础上还可以有其他变形装置，本实施例中在此不再进行赘述。

需要说明的是，本实施例中所述数据电压源即为现有技术中商用的LTPSAMOLED source IC（即图2中所示的IC1），即在OLED的阴极接地的情况下，无法驱动氧化物TFT AMOLED装置的IC。本实施例中与图1所示的电路的不同之处在于，所述驱动晶体管T2为氧化物TFT，且所述OLED的阴极接的不再是0V电压，而是能够提供负向电压的集成芯片IC2，所述提供负向电压的集成芯片IC2常用的如LM337，LM337是比较常见的降压型线性稳压器的输出电压范围是-1.2V至-37V。

需要说明的是，本实施例中提供的AMOLED像素驱动装置中的所述氧化物TFT是指以In-Zn-O、In-Ga-O、Ga-Zn-O、In-Hf-Zn-O、In-Sn-Zn-O、In-Sn-O、In-Ga-Zn-O、Zn-Sn-O、In-Al-Zn-O等氧化物半导体为有源层制作的薄膜晶体管；且所述氧化物TFT可以利用现有的a-Si TFT生产线的大部分设备，而且无需昂贵的激光晶化设备，兼具低温多晶硅TFT和非晶硅TFT的优点，克服了低温多晶硅TFT大面积均匀性差、需要昂贵的激光晶化设备的缺点，有利于减少投资。

当采用氧化物TFT时，其栅极、源极和漏极的材料均可以优选为Mo、Al、Cu、Ag、ITO（氧化铟锡）、IZO（Indium Zinc Oxide，氧化铟锌）等中的至少一种，有源层的材料优选为IGZO（Indium Gallium Zinc Oxide，氧化铟镓锌）、IGO（Indium Gallium Oxide，氧化铟镓）、IZO、ZTO（Zinc Tin Oxide，氧化锌锡）、In-X-O（X为La系稀土元素、Sn、Ge、Cu、Al、Nd中的至少一种）等中的至少一种，栅极绝缘层或刻蚀阻挡层的材料优选为SiO_x（氧化硅）、SiN_x（氮化硅）、AlO_x（氧化铝）、AlN_x（氮化铝）、TiO_x（氧化钛）、TiN_x（氮化钛）、ZrO₂（氧化锆）、HfO₂（氧化铪）等中的至少一种，钝化层的材料优选为SiO_x、SiN_x、AlO_x、AlN_x、TiO_x、TiN_x、ZrO₂、HfO₂等中的至少一种，且需要说明的是，本实施例中所述氧化物TFT优选为N型薄膜晶体管。

本实施例中所述扫描电压源为非晶硅LCD（液晶显示器）驱动芯片或是在氧化物薄膜晶体管背板上集成的芯片，本实施例中对此不作限定，本实施例中优选的，所述扫描电压源为在氧化物TFT上集成的芯片，称为扫描集成芯片（Gate In Panel，简称GIP）。所述GIP上还可以集成Time controller（时间控制结构）或外置Time controller，需要说明的是，外置时间控制结构采用FPGA（Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）控制，并烧录在PCB（Printed Circuit Board，印制电路板）上。

本实施例中AMOLED具有成阵列排列的多个像素单元，每个像素单元均为2T1C结构，即包括两个TFT和至少一个OLED，OLED结构如图5所示，氧化物TFT背板51制作完成后，在其上依次生长OLED的阳极521、空穴注入层522、空穴传输层523、发光层524、电子传输层525、电子注入层526、阴极527等材料，最后用后盖53及封装胶等材料进行封装。这种方式与现有的LTPS TFT背板制作工艺匹配性高、工艺成熟且效率高。

还需要说明的是，所述OLED的阴极所接的集成芯片提供的负向电压的范围是能够让现有的商用的LTPS AMOLED source IC驱动氧化物TFT，同时，还不能在V_dd为0时，在负向电压的作用下，使得负向电压直接将OLED点亮，因此所述负向电压有一个负压的绝对值最大值。

下面结合一个具体例子来说明本发明实施例中所述负向电压的取值范围：

为了使OLED稳定发光，驱动TFT需要工作在饱和区。TFT饱和区工作电流计算公式：

$I_{\mathrm{on}}=\frac{1}{2}\mathrm{\μCox}\left(\frac{W}{L}\right){(V_{\mathrm{gs}}-V_{\mathrm{th}})}^2=\frac{1}{2}\mathrm{\μCox}\left(\frac{W}{L}\right){[(V_{\mathrm{gate}}-V_s)-V_{\mathrm{th}}]}^2=\frac{1}{2}\mathrm{\μCox}\left(\frac{W}{L}\right){[(V_{\mathrm{data}}-V_s)-V_{\mathrm{th}}]}^2$

式中，μ为驱动TFT的载流子迁移率，Cox为驱动TFT的单位面积的栅绝缘层电容，W/L为驱动TFT的宽长比，V_th为驱动TFT的阈值电压，V_gs为驱动TFT的栅源电压，V_gate为驱动TFT的栅极电压，V_s为驱动TFT的源端电压，V_data为data线输入电压，本实施例中也即为LTPS AMOLED source IC的输入电压，所述的驱动TFT即为图2中的驱动晶体管T2。

假定氧化物TFT AMOLED的分辨率为300ppi，则每个子像素的尺寸约为28μm*84μm、子像素为RGB strip（红绿蓝条纹状）排布、贴片后白平衡的亮度为200cd/m²、偏光片的透过率为0.42、红绿蓝的光强比为3:6:1、发光效率比为8cd/A：20cd/A：5cd/A、子像素的开口率为30%，根据以上OLED的发光性能计算可以得知，流经AMOLED像素驱动装置中的OLED的电流I_on至少为200cd/m²/0.42*[3/(3+6+1)]*3/(30%)/(8cd/A)*28*84*30%*10^-12=0.13μA。假定要得到最高使用亮度（贴片后）为1000cd/m²的显示装置，则需要的驱动电流I_on＞0.65μA。

其中，流经OLED的电流也即为流经驱动晶体管的电流，将I_on带入到上面TFT饱和区工作电流计算公式中，并且结合氧化物TFT的如图6所示的转移特性曲线以及图7所示的输出特性可以推导出以下内容，其中，图6中纵坐标表示氧化物TFT的源漏电流Ids，单位为安培（A），横坐标表示氧化物TFT的栅极电压Vg，单位为伏特（V）；图7中纵坐标表示氧化物TFT的源漏电流Ids，单位为安培（A），纵坐标表示氧化物TFT的源漏电压，单位为伏特（V）。

根据图6所示的氧化物TFT的I-V转移特性曲线，可知若驱动晶体管的V_th为0V时，驱动晶体管的栅源电压V_gs和电源电压V_ds为5V时，I_on约为几微安，要使I_on为0.13μA，经过大量的数据计算得知，驱动晶体管的栅源电压V_gs和电源电压V_ds至少要达到4.5V。再考虑到OLED自身跨压（即OLED阳极与其阴极之间的电压差V_oled＞3V）的影响，则V_gate（即V_data）和V_dd需要达到8V才能满足使用要求。由于商用的LTPS AMOLED source IC的输出电压＜5V，故氧化物TFT AMOLED不能直接使用商用的LTPS AMOLEDsource IC进行驱动，进而点亮OLED，使其发光显示图像。

同时，根据图7所示的TFT I-V输出特性曲线可知，当V_ds=5.1V，V_gs＜0.6V，I_on约为10^-11A，由于没有达到V_gs和V_ds都大于4.5V的要求，因此这种电流不能点亮OLED。

综上所述，若图2中所示的驱动晶体管T2为氧化物TFT，商用的LTPSAMOLED source IC的输出电压为5V，且OLED的阴极接地，若OLED的跨压为3V，则驱动晶体管T2的源极电压V_s也为3V，那么驱动晶体管T2的栅源电压V_gs只有2V，此时，流过驱动晶体管T2的电流很小（＜10^-10A），从而OLED达不到所要求的亮度，从人眼来看，OLED没有被点亮。而若OLED的阴极所接的不是地（0V），而是负向电压-（V_oled-V_s），则即使使用输出电压为5V的商用的LTPS AMOLED source IC作为驱动AMOLED像素驱动装置的驱动电压提供者，由于所述OLED阳极与阴极之间的电压差在驱动晶体管打开的情况下正好为OLED的自身跨压，从而OLED能够正常发光。

另外，若所述负向电压的绝对值太大，即在电源电压V_dd为0V时，（V_s+︱负向电压︱）等于或大于OLED的自身跨压V_oled时，OLED也能够被点亮，此种状态将使得OLED显示设备异常发光，因此，所述负向电压的绝对值要小于（V_oled-V_s）。

以上仅仅是为了帮助理解举的一个简单的例子来说明本发明实施例提供的AMOLED像素驱动装置的工作原理。综上所述即为，将OLED的阴极接一个有绝对值最大值的负向电压，从而使得商用的LTPS AMOLED source IC能够驱动氧化物TFT AMOLED像素驱动装置，避免了载流子迁移率较LTPSTFT低的氧化物TFT在应用时，必须重新设计与其对应的驱动集成芯片，进而降低了氧化物TFT AMOLED的制作成本，有效提高了氧化物TFT的市场竞争力。

此外，需要说明的是，OLED材料在使用过程中会发生衰减，导致OLED的发光效率越来越低，为了维持OLED的亮度不变（OLED的亮度与通过自身的电流成正比），必须增大通过OLED的电流，使OLED阳极与阴极之间的跨压（V_oled）升高。由于输入的LTPS AMOLED source IC的输出电压和V_dd电压不变，即驱动晶体管的源极电压不变，为了保证OLED亮度不发生变化，就需要负压值随V_oled的变化而进行动态调整。因此，可先测定OLED材料的衰减特性曲线，并将此衰减特性烧录到提供负向电压的集成芯片（也称负压控制器）中，使负向电压能够跟随V_oled变化而自适应调节，从而保证客户的正常使用。

本实施例中所述AMOLED像素驱动装置，可以为采用De-Multiplexers电路（多路信号分离电路）的装置也可以是不采用De-Multiplexers电路的装置，本实施例中优选为采用De-Multiplexers电路的装置，且所述De-Multiplexers电路可以为一分二（1:2）、一分三（1:3）、一分四（1:4）电路中的任意一种，本实施例中对此不作限定。其中，所述一分二电路为将一个信道的信号分为两个信道的信号，一分三电路和一分四电路同理，另外，本领域技术人员可以理解的，所述De-Multiplexers电路为现有技术，因此，本实施例中在此不作赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种AMOLED像素驱动装置，所述AMOLED由多个呈矩阵排列的发光像素单元组成，每个发光像素单元内的AMOLED像素驱动电路至少包括：开关晶体管、驱动晶体管、存储电容、有机发光二极管、供电电源、数据电压源以及扫描电压源，其特征在于，所述驱动晶体管为氧化物薄膜晶体管，所述数据电压源为低温多晶硅AMOLED驱动芯片，且所述有机发光二极管的阴极接产生负电压的芯片。

2.根据权利要求1所述的AMOLED像素驱动装置，其特征在于，所述产生负电压的芯片产生的负向电压的绝对值范围为大于0V且小于有机发光二极管的阳极到阴极的跨压。

3.根据权利要求1所述的AMOLED像素驱动装置，其特征在于，所述氧化物薄膜晶体管的有源层材料为In-Ga-Zn-O、In-Ga-O、Ga-Zn-O、In-Hf-Zn-O、In-Sn-Zn-O、In-Sn-O、In-Zn-O、Zn-Sn-O或In-Al-Zn-O中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的AMOLED像素驱动装置，其特征在于，所述产生负电压的芯片烧录有所述有机发光二极管材料的衰减特性信息。

5.根据权利要求1所述的AMOLED像素驱动装置，其特征在于，所述氧化物薄膜晶体管结构为底栅底接触、底栅顶接触、顶栅底接触、顶栅顶接触、多栅型中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的AMOLED像素驱动装置，其特征在于，所述扫描电压源为非晶硅LCD驱动芯片或为在氧化物薄膜晶体管背板上集成的芯片。

7.根据权利要求1所述的AMOLED像素驱动装置，其特征在于，所述AMOLED像素驱动装置为De-Multiplexers电路。

8.根据权利要求7所述的AMOLED像素驱动电路，其特征在于，所述De-Multiplexers电路为一分二、一分三、一分四电路中的一种。

9.根据权利要求6所述的AMOLED像素驱动电路，其特征在于，所述扫描电压源为在氧化物薄膜晶体管背板上集成的芯片，所述芯片上还集成有时间控制结构。

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