CN111179850A - 像素补偿电路、阵列基板及显示面板 - Google Patents

像素补偿电路、阵列基板及显示面板 Download PDF

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CN111179850A CN202010029803.5A CN202010029803A CN111179850A CN 111179850 A CN111179850 A CN 111179850A CN 202010029803 A CN202010029803 A CN 202010029803A CN 111179850 A CN111179850 A CN 111179850A
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Abstract

本申请公开了一种像素补偿电路、阵列基板及显示面板。通过采用双栅结构晶体管作为驱动晶体管，顶栅和底栅能分别调控沟道，实现驱动晶体管的阈值电压的动态调节；通过控制驱动晶体管实现二极管连接方式探测阈值电压，能够实现阈值电压的实时补偿，且能够实现阈值电压正负漂情况下的补偿，有效改善同灰阶下画面显示的均匀性。

Description

像素补偿电路、阵列基板及显示面板
技术领域
本申请涉及显示技术领域，尤其涉及一种像素补偿电路、阵列基板及显示面板。
背景技术
有源矩阵有机发光二极管(Active-Matrix Organic Light Emitting Diode，简称AMOLED)显示装置是采用电流驱动OLED器件发光形成画面的显示器件。作为新一代的显示技术，相较于传统的液晶显示装置(Liquid Crystal Display，简称LCD)，AMOLED具有更高的对比度、更快的反应速度和更广的视角，因而广泛应用在智能手机领域，经过不断发展拓展至智能电视和可穿戴设备领域。
在驱动方式上，与传统的电压驱动型的LCD不同，AMOLED属于电流驱动型器件，对薄膜晶体管(Thin Film Transistor，简称TFT)的电性变异比较敏感，TFT的阈值电压(Vth)的漂移会影响画面显示的均匀性和准确性。目前中小尺寸的基于低温多晶硅(LowTemperature Poly-Silicon，简称LTPS)工艺的面板，一般采用7T1C内部补偿电路来补偿阈值电压漂移，从而实现画面显示的改善。
请参阅图1，现有7T1C内部补偿电路的电路图。现有7T1C内部补偿电路中，7个TFT管均采用P型TFT，其中，TFT管M2采用二极管连接(diode-connect)方式抓取阈值电压，实现阈值电压的内部补偿。其中，VDD为驱动电压，VI为初始化电压，VSS为公共电压，Data(m)为第m条数据线，Scan(n)为对应第n条第一扫描线传送的扫描信号，Scan(n-1)为对应第n-1条第一扫描线传送的扫描信号，EM(n)为对应第n条发光控制线传送的发光控制信号，Xscan(n)为第n条第二扫描线传送的扫描信号。然而，TFT管采用二极管连接方式的内部补偿电路，阈值电压补偿范围较小，且无法补偿阈值电压为正值的情况，并且在不同灰阶下补偿的效果有差异。
发明内容
本申请实施例提供一种像素补偿电路、阵列基板及显示面板，可以实现在同一灰阶下对阈值电压进行补偿，改善面板显示的均匀性，并且可以实现阈值电压为正值的情况下的补偿能力。
本申请实施例提供了一种像素补偿电路，所述电路包括一驱动晶体管和一发光器件；所述电路还包括：一初始化单元、一数据写入单元、一补偿单元以及一发光控制单元；所述驱动晶体管采用双栅结构，其底栅与一第一节点电连接，其顶栅与一第二节点电连接，其第一电极用于接收一驱动电压，其第二电极与一第三节点电连接；所述初始化单元电连接所述第一节点，用于在初始化阶段，传送一初始化电压至所述第一节点，以将所述驱动晶体管的阈值电压调制成正值；所述数据写入单元电连接所述第二节点，用于在补偿阶段，传送一参考电压至所述第二节点，以及在数据写入阶段，传送一数据电压至所述第二节点；所述补偿单元分别电连接所述第一节点、所述第二节点、所述第三节点以及所述驱动晶体管的第一电极，用于在补偿阶段，控制所述驱动晶体管形成二极管连接方式，以根据所述参考电压以及所述驱动电压，将所述驱动晶体管的阈值电压补偿至一预设值；所述发光控制单元，分别电连接所述第三节点以及所述发光器件，用于在发光阶段，控制所述发光器件在所述驱动晶体管的驱动下发光。
本申请实施例还提供了一种阵列基板，所述阵列基板包含本申请所述的像素补偿电。
本申请实施例还提供了一种显示面板，所述显示面板包括本申请所述的阵列基板。
本申请的优点在于：本申请像素补偿电路，通过采用双栅结构晶体管作为驱动晶体管，顶栅和底栅能分别调控沟道，实现驱动晶体管的阈值电压的动态调节；通过控制驱动晶体管实现二极管连接方式探测阈值电压，能够实现阈值电压的实时补偿，且能够实现阈值电压正负漂情况下的补偿，有效拓宽了阈值电压补偿的范围，实现在同一灰阶下不同阈值电压漂移情况下的阈值电压补偿，从而有效改善同灰阶下画面显示的均匀性，提高面板显示的寿命。且本申请像素补偿电路电路结构简单，所需TFT较少，利于面内集成。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为现有7T1C内部补偿电路的电路图；
图2为本申请像素补偿电路的结构图；
图3为双栅结构晶体管的栅极调制IV曲线；
图4为双栅结构晶体管的阈值电压与底栅端电压之间的调制关系曲线；
图5为双栅结构晶体管的在不同阈值电压漂移情况下的补偿原理示意图；
图6为本申请驱动晶体管的膜层结构示意图；
图7为本申请像素补偿电路一实施例的电路图；
图8为图7所示像素补偿电路的驱动时序图；
图9为本申请显示面板架构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的组件或具有相同或类似功能的组件。本申请的说明书和权利要求书以及附图中的术语“第一”“第二”“第三”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应当理解，这样描述的对象在适当情况下可以互换。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排它的包含。本申请所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前、后、内、外、侧面等，仅是参考附图的方向。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
本申请提出一种新型5T2C像素补偿电路，采用双栅结构(Double-Gate)晶体管作为驱动晶体管。双栅器件两个栅极控制，顶栅(TG)和底栅(BG)能分别调控沟道，实现驱动晶体管的阈值电压(Vth)的动态调节；通过引入电连接在驱动晶体管的底栅与漏极之间的晶体管，使得驱动晶体管可以实现二极管连接(diode-connect)方式；通过引入电连接在驱动晶体管的底栅与源极之间的电容，可以存储驱动晶体管底栅与源极之间的电位。本申请结合双栅器件栅极调控原理和晶体管采用二极管连接方式探测阈值电压原理，能够实现阈值电压的实时补偿，且能够实现阈值电压正负漂情况下的补偿，有效拓宽了阈值电压补偿的范围，实现在同一灰阶下不同阈值电压漂移情况下的阈值电压补偿，从而有效改善同灰阶下画面显示的均匀性，提高面板显示的寿命。其中，5T2C像素补偿电路中的TFT可以均采用PTFT，其TFT结构、电路实现方式具有普适性。
请一并参阅图2-图5，其中，图2为本申请像素补偿电路的结构图，图3为双栅结构晶体管的栅极调制IV曲线，图4为双栅结构晶体管的阈值电压与底栅端电压之间的调制关系曲线，图5为双栅结构晶体管的在不同阈值电压漂移情况下的补偿原理示意图。
如图2所示，本申请像素补偿电路包括一驱动晶体管T1和一发光器件21；还包括：一初始化单元22、一数据写入单元23、一补偿单元24以及一发光控制单元25。
所述驱动晶体管T1采用双栅结构(Double-Gate)，其底栅(BG)与一第一节点P1电连接，其顶栅(TG)与一第二节点P2电连接，其第一电极用于接收一驱动电压VDD，其第二电极与一第三节点P3电连接。具体的，所述驱动晶体管T1采用双栅结构的PTFT。双栅结构晶体管的栅极调制IV曲线如图3所示，其中纵坐标为双栅结构晶体管的顶栅端电压VTG，单位伏特(V)，横坐标为双栅结构晶体管的电流ID，单位安培(A)。双栅结构晶体管的阈值电压Vth与底栅端电压VBG之间的调制关系曲线如图4所示。
所述初始化单元22电连接所述第一节点P1，用于在初始化阶段，传送一初始化电压Vini至所述第一节点P1，以将所述驱动晶体管T1的阈值电压(Vth)调制成正值。在初始化阶段，所述第一节点P1写入初始化电压Vini，可以刷新上一帧信号；此时驱动晶体管T1由于底栅电压相比于所述驱动电压VDD为负，因此其阈值电压会被调制成正值。
所述数据写入单元23电连接所述第二节点P2，用于在补偿阶段，传送一参考电压Vref至所述第二节点P2，以及在数据写入阶段，传送一数据电压Vdata至所述第二节点P2。具体的，在补偿阶段，所述数据写入单元23将所述参考电压Vref写入所述驱动晶体管T1；在数据写入阶段，所述数据写入单元23将所述数据电压Vdata写入所述驱动晶体管T1。
所述补偿单元24分别电连接所述第一节点P1、所述第二节点P2、所述第三节点P3以及所述驱动晶体管T1的第一电极，用于在补偿阶段，控制所述驱动晶体管T1形成二极管连接(diode-connect)方式，以根据所述参考电压Vref以及所述驱动电压VDD，将所述驱动晶体管T1的阈值电压补偿至一预设值。具体的，在补偿阶段，所述数据写入单元23将所述参考电压Vref写入所述驱动晶体管T1；所述驱动晶体管T1形成二极管连接方式，使得所述第一节点P1电位不断上升，所述驱动晶体管T1的阈值电压逐渐减小，直到所述驱动晶体管T1截止；此时所述驱动晶体管T1的阈值电压保持在一预设值(Vref-VDD)，起到阈值电压补偿的作用。且，所述驱动晶体管T1截止时，所有晶体管的阈值电压均被调制到所述预设值，也即把所有晶体管的阈值电压写到同一个值，从而实现同一灰阶下的阈值电压补偿，并且能够补偿阈值电压初始值为正值的情况。
所述发光控制单元25分别电连接所述第三节点P3以及所述发光器件21，用于在发光阶段，控制所述发光器件21在所述驱动晶体管T1的驱动下发光。
如图5所示，其中，纵坐标为双栅结构晶体管(驱动晶体管T1)的阈值电压Vth，横坐标为阈值电压补偿值△V。假设Vth1～Vth3为驱动晶体管T1的阈值电压Vth的不同初始值。初始化阶段，驱动晶体管T1的底栅(BG)端写入初始化电压Vini，通过双栅器件底栅的栅极调控机制，把驱动晶体管T1的阈值电压Vth分别抬高(至对应纵坐标为Vth1’～Vth3’，对应横坐标为Vini-VDD)；补偿阶段，驱动晶体管T1的顶栅(TG)端写入参考电位Vref，此时驱动晶体管T1形成二极管连接，底栅电位抬升，使得驱动晶体管T1的阈值电压Vth减小；当所有TFT的阈值电压Vth均调制到Vref-VDD时(对应纵坐标Vth_com，对应横坐标分别为Vp3、Vp2、Vp1)，驱动晶体管T1截止，这样把所有TFT的阈值电压Vth写到同一个值，从而实现同一灰阶下阈值电压Vth的补偿，并且能够补偿阈值电压Vth初始值为正值的情况。
本申请像素补偿电路，通过采用双栅结构晶体管作为驱动晶体管，顶栅和底栅能分别调控沟道，实现驱动晶体管的阈值电压的动态调节；通过控制驱动晶体管实现二极管连接方式探测阈值电压，能够实现阈值电压的实时补偿，且能够实现阈值电压正负漂情况下的补偿，有效拓宽了阈值电压补偿的范围，实现在同一灰阶下不同阈值电压漂移情况下的阈值电压补偿，从而有效改善同灰阶下画面显示的均匀性，提高面板显示的寿命。且本申请像素补偿电路电路结构简单，所需TFT较少，利于面内集成。
请参阅图6，本申请驱动晶体管的膜层结构示意图。具体的，所述驱动晶体管60的膜层结构包括依次层叠设置的：底栅(BG)601、第一栅介质层(BGI)602、半导体层603、第二栅介质层(TGI)604、以及顶栅(TG)605。所述底栅601与所述顶栅605可分别调控所述半导体层603的沟道，实现晶体管的阈值电压的动态调节。
进一步的实施例中，所述驱动晶体管60为P型薄膜晶体管(PTFT)，所述半导体层603包括n型沟道区以及形成在所述沟道区两侧的P型掺杂区。
进一步的实施例中，所述第一栅介质层602为底栅栅介质层，可以采用氧化硅/氮化硅叠层结构(SiOx+SiNx)。所述第二栅介质层604为顶栅栅介质层，可以采用氧化硅单层结构(SiOx)。
请一并参阅图2、图7-图8，其中，图7为本申请像素补偿电路一实施例的电路图，图8为图7所示像素补偿电路的驱动时序图。
如图7所示，所述像素补偿电路采用5T2C像素补偿电路，电路中的TFT均采用P型薄膜晶体管(PTFT)，PTFT的源极为相应晶体管的第一电极、PTFT的漏极为相应晶体管第二电极。该5T2C像素补偿电路的TFT结构、电路实现方式具有普适性。所述驱动晶体管T1采用双栅结构的PTFT，所述发光器件21采用光电二极管D1。
具体的，所述初始化单元22包括：一第二晶体管T2，所述第二晶体管T2的栅极用于接收一第一扫描信号Xscan(n)，其第一电极用于接收所述初始化电压Vini，其第二电极电连接所述第一节点P1。即，所述第二晶体管T2用于响应所述第一扫描信号Xscan(n)导通，以将所述初始化电压Vini传送至所述第一节点P1。
具体的，所述数据写入单元23包括：一第三晶体管T3，所述第三晶体管T3的栅极用于接收一第二扫描信号scan(n)，其第一电极用于在补偿阶段接收所述参考电压Vref，以及在数据写入阶段接收所述数据电压Vdata，其第二电极电连接所述第二节点P2。即，所述第三晶体管T3用于响应所述第二扫描信号scan(n)导通，以在补偿阶段将所述参考电压Vref写入所述驱动晶体管T1，以及在数据写入阶段将所述数据电压Vdata写入所述驱动晶体管T1。
具体的，所述补偿单元单元24包括：一第四晶体管T4、一第一电容C1以及一第二电容C2。所述第四晶体管T4的栅极用于接收一第三扫描信号Xscan(n+1)，其第一电极电连接所述第一节点P1，其第二电极电连接所述第三节点P3。即，所述第四晶体管T4用于响应所述第三扫描信号Xscan(n+1)导通，以使得所述驱动晶体管T1连接成二极管形式，从而根据所述参考电压Vref拉升所述第一节点P1的电位。所述第一电容C1分别电连接所述驱动晶体管T1的第一电极以及所述第一节点P1；所述第一电容C1用于存储所述第一节点P1的电压，即存储驱动晶体管T1的底栅电位。所述第二电容C2分别电连接所述驱动晶体管T1的第一电极以及所述第二节点P2；所述第二电容C2用于存储所述第二节点P2的电压，即存储驱动晶体管T1的顶栅电位。其中，所述第三扫描信号Xscan(n+1)为与所述第一扫描信号Xscan(n)相关的下一帧扫描信号。
具体的，所述发光控制单元25包括：一第五晶体管T5，所述第五晶体管T5的栅极用于接收一发光控制信号EM(n)，其第一电极电连接所述第三节点P3，其第二电极电连接所述光电二极管D1的阳极，所述光电二极管D1上位阴极接公共电压VSS。即，所述第五晶体管T5用于响应所述发光控制信号EM(n)导通，以使得所述驱动晶体管T1驱动所述光电二极管D1发光。进一步的实施例中，所述光电二极管D1为有机发光二极管(OLED)。
以下结合图7-图8，对本申请像素补偿电路的工作原理作进一步解释说明。
具体工作原理如下：
初始化(initial)阶段A1：发光控制信号EM(n)为高电平(High)，第五晶体管T5关断，避免光电二极管D1发光；第二扫描信号scan(n)、第三扫描信号Xscan(n+1)均为高电平，第三晶体管T3、第四晶体管T4也处于关断状态；第一扫描信号Xscan(n)为低电平(Low)，第一晶体管T1导通，第一节点P1写入初始化电压Vini信号，刷新上一帧信号。此时驱动晶体管T1由于底栅电压相比于驱动电压VDD为负，驱动晶体管T1的阈值电压会被调制成正值。
补偿(Compensation)阶段A2：第一扫描信号Xscan(n)跳变为高电平，第一晶体管T1关断；第二扫描信号scan(n)跳变为低电平，第三晶体管T3导通，第二节点P2写入参考电压Vref信号，第二电容C2存储第一二节点P2的相应电位；第三扫描信号Xscan(n+1)也跳变为低电平，第四晶体管T4也导通，驱动晶体管T1形成二极管，第一节点P1电位不断上升，驱动晶体管T1的阈值电压逐渐减小，直到截止；此时驱动晶体管T1的阈值电压保持在一预设值(Vref-VDD)，起到阈值电压补偿的作用，第一电容C1存储第一节点P1的相应电位。
数据写入(Writing)阶段A3：第三扫描信号Xscan(n+1)跳变为高电平，第四晶体管T4关断；第二扫描信号scan(n)维持低电平，第三晶体管T3维持导通，第二节点P2写入数据电压Vdata信号。
发光(Emission)阶段A4：第二扫描信号scan(n)跳变为高电平，第三晶体管T3关断；发光控制信号EM(n)跳变为低电平，第五晶体管T5导通，光电二极管D1发光。
基于同一发明构思，本申请还提供了一种显示面板。
请参阅图9，本申请显示面板架构示意图。所述显示面板90包括阵列基板91，所述阵列基板91包括像素补偿电路911。所述像素补偿电路911采用本申请图2、图7所述的像素补偿电路。所述像素补偿电路911的电路组件连接方式及工作原理已详述于前，此处不再赘述。
采用本申请像素补偿电路的显示面板，可以实现驱动晶体管的阈值电压的动态调节，能够实现阈值电压的实时补偿，且能够实现阈值电压正负漂情况下的补偿，有效拓宽了阈值电压补偿的范围，实现在同一灰阶下不同阈值电压漂移情况下的阈值电压补偿，从而有效改善同灰阶下画面显示的均匀性，提高面板显示的寿命。且本申请像素补偿电路电路结构简单，所需TFT较少，利于面内集成。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例的技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种像素补偿电路，所述电路包括一驱动晶体管和一发光器件；其特征在于，所述电路还包括：一初始化单元、一数据写入单元、一补偿单元以及一发光控制单元；
所述驱动晶体管采用双栅结构，其底栅与一第一节点电连接，其顶栅与一第二节点电连接，其第一电极用于接收一驱动电压，其第二电极与一第三节点电连接；
所述初始化单元电连接所述第一节点，用于在初始化阶段，传送一初始化电压至所述第一节点，以将所述驱动晶体管的阈值电压调制成正值；
所述数据写入单元电连接所述第二节点，用于在补偿阶段，传送一参考电压至所述第二节点，以及在数据写入阶段，传送一数据电压至所述第二节点；
所述补偿单元分别电连接所述第一节点、所述第二节点、所述第三节点以及所述驱动晶体管的第一电极，用于在补偿阶段，控制所述驱动晶体管形成二极管连接方式，以根据所述参考电压以及所述驱动电压，将所述驱动晶体管的阈值电压补偿至一预设值；
所述发光控制单元，分别电连接所述第三节点以及所述发光器件，用于在发光阶段，控制所述发光器件在所述驱动晶体管的驱动下发光。
2.如权利要求1所述的像素补偿电路，其特征在于，所述驱动晶体管的膜层结构包括依次层叠设置的：底栅、第一栅介质层、半导体层、第二栅介质层、以及顶栅。
3.如权利要求2所述的像素补偿电路，其特征在于，所述半导体层包括n型沟道区以及形成在所述沟道区两侧的P型掺杂区。
4.如权利要求2所述的像素补偿电路，其特征在于，所述第一栅介质层采用氧化硅/氮化硅叠层结构，所述第二栅介质层采用氧化硅单层结构。
5.如权利要求1所述的像素补偿电路，其特征在于，所述初始化单元包括：一第二晶体管，所述第二晶体管的栅极用于接收一第一扫描信号，其第一电极用于接收所述初始化电压，其第二电极电连接所述第一节点。
6.如权利要求1所述的像素补偿电路，其特征在于，所述数据写入单元包括：一第三晶体管，所述第三晶体管的栅极用于接收一第二扫描信号，其第一电极用于在补偿阶段接收所述参考电压，以及在数据写入阶段接收所述数据电压，其第二电极电连接所述第二节点。
7.如权利要求1所述的像素补偿电路，其特征在于，所述补偿单元单元包括：一第四晶体管、一第一电容以及一第二电容；
所述第四晶体管的栅极用于接收一第三扫描信号，其第一电极电连接所述第一节点，其第二电极电连接所述第三节点；
所述第一电容分别电连接所述驱动晶体管的第一电极以及所述第一节点；
所述第二电容分别电连接所述驱动晶体管的第一电极以及所述第二节点。
8.如权利要求1所述的像素补偿电路，其特征在于，所述发光控制单元包括：一第五晶体管，所述第五晶体管的栅极用于接收一发光控制信号，其第一电极电连接所述第三节点，其第二电极电连接所述发光器件。
9.一种阵列基板，其特征在于，所述阵列基板包含如权利要求1至8任一项所述的像素补偿电路。
10.一种显示面板，其特征在于，所述显示面板包含如权利要求9所述的阵列基板。
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