OLED像素電路閾值補償技術專利分析

勒海+宋澄

摘要OLED顯示屏因其自身的優(yōu)點被廣泛使用，各企業(yè)對OLED像素電路閾值補償問題也一直在進行研究。本文首先介紹了OLED像素電路的基本構成并指出了進行閾值補償的必要性，然后針對該領域的專利申請及國內申請狀況進行了分析；其次，梳理了該領域的發(fā)展脈絡并對典型專利申請進行了分析，最后對OLED像素電路閾值補償的發(fā)展進行了展望。

關鍵詞OLED；閾值補償

1基本的OLED像素電路

OLED（有機發(fā)光二極管）由于同時具備自發(fā)光、不需背光源、對比度高、厚度薄、視角廣、反應速度快、可用于撓曲性面板、使用溫度范圍廣、構成及制作較為簡單等特點，成為下一代平板顯示器的新興應用技術。目前，OLED顯示器在手機、媒體播放器及小型入門級電視等產品中均有應用。

傳統(tǒng)的2T1C像素電路，即由一個驅動晶體管、一個開關晶體管以及存儲電容組成，其中，開關晶體管由掃描信號控制，以用于控制數據電壓的輸入，驅動晶體管用于控制有機發(fā)光二極管（OLED）的發(fā)光，存儲電容用于為驅動晶體管的柵極提供維持電壓。

該像素電路的工作過程為當掃描信號為低電平時，開關晶體管導通，數據線上的灰階電壓對存儲電容充電，同時數據電壓作用在驅動晶體管的柵極上，使驅動晶體管工作在飽和狀態(tài)下，驅動OLED發(fā)光，當掃描信號為高電平時，開光晶體管截止，存儲電容為驅動晶體管的柵極提供維持電壓，使驅動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)光是由驅動晶體管工作在飽和狀態(tài)時所產生的驅動電流驅動的，根據電路知識，驅動電流（即流過OLED的電流），其中，V1為驅動晶體管的柵極和源極之間的電壓差，V為驅動晶體管的閾值電壓，K為與驅動晶體管自身結構和工藝有關的常數。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發(fā)生閾值電壓漂移，這樣當驅動晶體管輸入相同的數據電壓時，由于閥值電壓的不同將產生不同的驅動電流，從而導致顯示面板亮度的均勻性較差，這就需要對OLED像素電路進行改進。

2 OLED像素電路閾值補償專利申請狀況分析

2.1年度專利申請分布

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

2.2專利申請公司分布

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

3OLED像素電路閾值補償發(fā)展脈絡分析

該領域前期主要的研究方向在響應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量（例如KR10-0805596A），如何減少成本，延長使用壽命以及對比度的調整；2010年之后的研究方向在與其他一些領域的交叉、融合，以及更進一步的提高集成度和顯示效果。下面選取幾個典型案例詳細分析。

3.1提高亮度的均勻性

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

圖2 KR10-2004-0067029A中設計的電路

通過對應的時序控制，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會發(fā)生變化，數據電壓Vdata能夠補償閥值電壓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CN103310732A對閥值補償電路進一步改善，使其能夠解決壓降問題。如圖3。

在初始化階段，OLED上存儲的電荷被導通的第五晶體管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陽極長時間存儲的電荷清除，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，其被存儲在第一存儲電容C1中。

在數據輸入階段中，a點的電位將提升為

在發(fā)光階段中，第一晶體管T1導通的電壓為節(jié)點a出的電壓，即Vgs=Vdata+Yth，因此流過第一晶體管T1的電流驅動OLED發(fā)光，該電流J為從而，用于驅動OLED發(fā)光的電流與第一晶體管T1的閾值電壓Vth無關，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在觸控電路中的應用

有源矩陣驅動有機發(fā)光二極管（AMOLED）顯示器以其制造成本低、應答速度快、功耗低、溫度適應性高等特點，成為下一代新型平面顯示器，具有內嵌式觸控功能的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償電路用于觸控電路中，解決了內嵌式觸控面板電路與AMOLED驅動電路同時制作的問題（CN103310734A）。如圖4。

該電路在不增加驅動信號的基礎上，通過調節(jié)信號的時序，對內嵌式觸控電路和AMOLED像素電路進行分時驅動，從而大大提高了電路的集成度，實現(xiàn)了內嵌式觸控面板電路與AMOLED驅動電路在有限的像素單元空間內的同時制作，顯著提高了產品的質量，降低了生產難度。

4展望

綜上所述，筆者分析了OLED像素電路閾值補償領域的專利申請并梳理其發(fā)展脈絡。在該領域的研究中，日、韓起步早，基礎扎實，更有著LG、三星這樣的知名大企業(yè)。美國由于其相關技術的發(fā)展較為迅速，在該領域的專利格局中也占有一席之地，我國在該領域的優(yōu)缺點明顯。缺點在于前期發(fā)展緩慢、基礎薄弱，很多基礎的核心技術專利都掌握在國外的企業(yè)手中。優(yōu)點在于市場需求較大且呈增長趨勢，科技創(chuàng)新水平不斷提高，國內企業(yè)可以重點關注領域/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品化，爭取將更多的產品由“中國制造”變?yōu)椤爸袊鴦?chuàng)造”。endprint