对二极管连接开关阈值变化敏感性降低的像素电路的制作方法

1.本技术涉及电子电路的设计和操作，这些电子电路用于将电流传送到显示装置中的元件(例如，传送到有源矩阵oled(amoled)显示装置的像素中的有机发光二极管(oled))。


背景技术：

2.有机发光二极管(oled)通过电子和空穴的重新组合产生光，并在阳极和阴极之间施加偏压以使电流通过时发射光。光的亮度与电流的大小有关。如果没有电流，就不会发光，所以oled技术是一种在用于显示应用时能够实现绝对黑色并在像素之间实现几乎“无限”对比度的技术。
3.在现有技术中教导了几种用于像素薄膜晶体管(tft)电路的方法，以通过p型驱动晶体管将电流传递到显示装置的元件，例如有机发光二极管(oled)。在一个示例中，采用输入信号(比如低“scan”信号)来切换电路中的晶体管，以允许在编程阶段将数据电压vdat存储在存储电容器处。当scan信号为高并且开关晶体管将电路与数据电压隔离时，电容器保持vdat电压，并且将该电压施加到驱动晶体管的栅极。在驱动晶体管具有阈值电压v
th
的情况下，oled的电流量通过以下方式与驱动晶体管的栅极上的电压相关：其中v
dd
是连接到驱动晶体管的源极的电源。
4.tft器件特性(尤其是tft阈值电压v
th
)可以，例如由于制造工艺或tft器件在操作过程中的应力和老化，而随时间变化或在可比器件间变化。因此，通过相同的vdat电压，由于这种阈值电压的变化，驱动tft传送的电流量可能会有很大的变化。因此，对于给定的vdat值，显示器中的像素可能不会表现出不均匀的亮度。
5.因此，传统上，通过采用补偿驱动晶体管特性中的失配的电路，oled像素电路对驱动晶体管的阈值电压和/或载流子迁移率的变化具有高容差范围。例如，在us 7414599(chung等人，2008年8月19日公告)中描述了一种方法，其描述了一种电路，其中驱动tft在编程期间被配置为二极管连接的装置，并且将数据电压施加到驱动晶体管的源极。
6.阈值补偿时间由驱动晶体管的特性决定，这可能需要较长的补偿时间才能获得较高的补偿精度。对于数据编程时间，对编程电容器充电所需的rc恒定时间由编程时间决定。如本领域所示，一个水平(1h)时间是将数据编程为一行所花费的时间。
7.利用如us 7414599中的这种电路配置，在补偿驱动晶体管的阈值电压的同时对数据进行编程。然而，希望具有尽可能短的一个水平时间，以增强显示装置的响应性和操作。这是因为必须对每行独立编程，而其他操作，例如驱动晶体管补偿，可以同时对多行执行。因此，显示装置的响应性倾向于最大程度地由用于编程的一个水平时间来决定。当在驱动晶体管被补偿的同一操作阶段对数据进行编程时，由于对驱动晶体管的补偿精度要求，不能进一步减少一个水平时间，因为补偿要求限制了编程阶段的任何时间减少。
8.us 7414599的电路配置的另一个缺点是vdd电压供应线上的电压变化，比如ir降，将影响oled电流。在数据编程和补偿阶段结束时，电容器上的存储电压为：其中是编程和补偿阶段施加到存储电容器的第一极板的vdd电压；v
dat-|v
th
|是存储电容器的第二极板处编程和补偿的电压。
9.同一scan行上每个像素的ir降将根据编程数据电压的不同而不同。类似地，不同行上的像素的ir降，以及因此编程阶段的vdd供电电压也将不同。即使在相同的数据信号和阈值电压被补偿的情况下，这种差异也会导致不同的oled电流，并且显示器的均匀性将因ir降而变差。
10.另一种方法在us 10490128(钱闯，2019年11月26日公告)中有描述。在这种配置中，两个开关用于二极管连接驱动晶体管。一个开关是低温多晶硅(ltps型)开关，而第二个开关是氧化物型开关，例如铟镓锌氧化物(igzo)开关。通过在氧化物开关断开之前断开更可靠的ltps开关，可以实现ltps开关和氧化物开关的公共节点与驱动晶体管的漏极节点的电容匹配。这有效地降低了再平衡电流对氧化物开关的最终像素亮度的影响，从而降低了像素电路对氧化物开关的阈值变化的敏感性。然而，这种解决方案的不足之处在于，该操作仅取消了再平衡电流，而忽略了通过ltps和氧化物开关的寄生电容的电荷注入的影响。此外，该技术需要ltpo(igzo ltps)工艺，对于纯ltps或纯igzo电路是不可行的。


技术实现要素：

11.本技术涉及采用二极管连接补偿方案的像素电路。二极管连接开关的阈值变化显著影响最终输出电流，从而导致像素亮度和均匀性的误差。此外，造成这些缺陷的主要因素包括在阈值补偿阶段结束时二极管连接开关断开时发生的两种效应。第一，二极管连接开关在断开过程会传导电流，被称为再平衡电流；第二，电荷也通过二极管连接开关内的寄生电容注入。再平衡电流和电荷注入加在一起会显著降低图像均匀性和像素可靠性。
12.本技术的实施例提供了一种降低二极管连接开关的阈值电压变化的影响以提高亮度均匀性和图像质量的方法。在示例性实施例中，除了用于数据编程的存储电容器之外，所述像素电路还包括两个补偿电容器，用以控制再平衡电流的流量和幅度，从而消除二极管连接开关的阈值电压变化引起的电荷过剩或不足，阈值电压变化由开关的栅极节点和存储节点之间的电容耦合引起。因此，本技术的电路配置采用三电容器结构来显著提高补偿性能和可靠性。
13.因此，本发明的一个方面是一种用于显示装置的像素电路，其通过执行二极管连接开关晶体管的阈值电压补偿来提供增强的性能，该二极管连接开关晶体管在补偿阶段二极管连接驱动晶体管。在示例性实施例中，所述像素电路包括：驱动晶体管，被配置为在发射阶段根据施加到所述驱动晶体管的栅极的电压来控制流向发光器件的电流量，所述驱动晶体管具有第一端子和第二端子，其中所述第一端子或所述第二端子其中之一在发射阶段电连接到提供驱动电压的第一电压供应线；二极管连接第二开关晶体管，其具有连接到所述驱动晶体管的栅极的第一端子和连接到所述驱动晶体管的所述第一端子或所述第二端子的第二端子，其中在组合阈值补偿和数据编程阶段，所述第二开关晶体管被置于导通状
态，以二极管连接所述驱动晶体管以补偿所述驱动晶体管的阈值电压；存储电容器，其具有连接到所述驱动晶体管的栅极的第一极板和与所述第一极板相对的第二极板；发光器件，其在发射阶段在第一端子处电连接到所述驱动晶体管的第一端子或第二端子，并且在第二端子处连接到第二电压供应线；第一补偿电容器，其具有连接到所述第二开关晶体管的栅极的第一极板和连接到所述驱动晶体管的栅极的第二极板；以及第二补偿电容器，其具有连接到所述第一电压供应线的第一极板和连接到所述第二开关晶体管的第二端子的第二极板。在组合阈值补偿和数据编程阶段，所述第一补偿电容器和所述第二补偿电容器操作以补偿所述二极管连接第二开关晶体管的阈值电压变化。
14.在示例性实施例中，所述像素电路包括：第一开关晶体管，其具有连接到所述第一电压供应线的第一端子和连接到所述驱动晶体管的第一端子或第二端子的第二端子，其中所述第一开关晶体管被置于导通状态以将所述第一电压供应线电连接到所述驱动晶体管；第三开关晶体管，其具有连接到数据电压供应线的第一端子和连接到所述驱动晶体管的第一端子或第二端子的第二端子，其中所述第三开关晶体管在所述组合电压补偿和数据编程阶段被置于导通状态以将所述驱动晶体管电连接到所述数据电压供应线；第四开关晶体管，其具有连接到所述驱动晶体管的第一端子或第二端子的第一端子和连接到所述发光器件的第一端子的第二端子，其中所述第四开关晶体管被置于导通状态以将所述发光器件的第一端子电连接到所述驱动晶体管；和/或第五开关晶体管，其具有连接到提供初始化电压的初始化电压供应线的第一端子和连接到所述存储电容器的第二极板的第二端子，其中所述第五开关晶体管在初始化阶段被置于导通状态以将所述初始化电压供应线电连接到所述存储电容器的第二极板。
15.本发明的一个方面是一种按以下方式操作像素电路的方法，其通过执行二极管连接开关晶体管的阈值电压补偿来提供增强的性能，该二极管连接开关晶体管在补偿阶段二极管连接驱动晶体管。在示例性实施例中，所述操作方法包括以下步骤：根据任何实施例提供像素电路；执行组合阈值补偿和数据编程阶段以补偿所述驱动晶体管的阈值电压并对数据电压进行编程，包括：将所述第二开关晶体管置于导通状态来二极管连接所述驱动晶体管，以通过所述第二开关晶体管电连接栅极和所述驱动晶体管的第一端子或第二端子来补偿所述驱动晶体管的阈值电压；以及将所述驱动晶体管的第一端子或第二端子电连接到数据电压供应线，所述数据电压供应线提供数据电压以将所述数据电压施加到所述驱动晶体管的第一端子或第二端子；其中在所述组合阈值补偿和数据编程阶段，所述第一补偿电容器和所述第二补偿电容器操作以补偿所述二极管连接第二开关晶体管的阈值电压变化；以及执行从所述发光器件发射光的发射阶段，包括：电连接所述驱动晶体管和所述第一电源线；以及将所述发光器件的第一端子与所述驱动晶体管电连接，以通过所述驱动晶体管将来自所述第一电压供应线的驱动电压施加到所述发光器件。
16.在示例性实施例中，所述操作方法进一步包括通过将所述第三开关晶体管置于导通状态以将所述驱动晶体管电连接到所述数据电压供应线，以及通过所述第三开关晶体管将来自所述数据电压供应线的偏置电压施加到所述驱动晶体管来执行导通偏置应力阶段。所述操作方法进一步可以包括执行初始化阶段，包括将所述发光器件的第一端子与所述第一电压供应线电断开；将所述存储电容器的第二极板电连接到初始化电压供应线，并将初始化电压施加到所述存储电容器的第二极板；和/或将所述发光器件的第一端子电连接到
所述初始化电压供应线，并将所述初始化电压施加到所述发光器件的第一端子。
17.为了实现前述和相关目的，本发明包括权利要求中在下文中全面描述并特别指出的特征。下面的描述和附图详细阐述了本发明的某些说明性实施例。然而，这些实施例仅指示可以采用本发明的原理的各种方式中的几种。当结合附图考虑时，通过以下对本发明的详细描述，本发明的其他目的、优点和新颖特征将变得显而易见。
附图说明
18.图1是描绘根据本技术的实施例的第一电路配置的附图。图2是描绘与图1的电路的操作相关联的时序图的附图。图3是描绘通过二极管连接开关晶体管的有害再平衡电流的影响的附图。图4是描绘通过二极管连接开关晶体管的寄生电容的有害电荷注入的影响的附图。图5是描绘第一和第二补偿电容器对再平衡电流和电荷注入的影响的附图。图6是描绘根据本技术的实施例的第二电路配置的附图。图7是描绘与图6的电路的操作相关联的时序图的附图。
具体实施方式
19.现在将参照附图描述本技术的实施例，其中相同的附图标记在全文中用于指代相同的元件。将理解的是，这些图不一定是按比例绘制的。
20.图1是描绘根据本技术实施例的第一电路配置10的附图，图2是与图1的电路配置10的操作相关联的时序图。在该示例中，电路10被配置为薄膜晶体管(tft)电路，其包括多个n型晶体管td、t1、t2、t3、t4和t5以及三个电容器cs、c
c1
和c
c2
。电路元件驱动发光器件，例如有机发光器件(oled)。发光器件(oled)具有相关联的内部电容，在电路图中表示为c
oled
。晶体管t2还具有相关联的寄生电容，在电路图中表示为c
p
。另外，尽管主要结合作为发光器件的oled来描述实施例，但是可比较的原理也可以与使用其他类型的发光器件(包括例如微型led和量子点led)的显示技术一起使用。
21.更具体地说，图1描绘了配置有多个n-mos或n型tft的tft电路10。晶体管td是模拟tft的驱动晶体管，晶体管t1-t5是数字开关tft。在像素电路的该示例性实施例中，晶体管是ltps n型或igzo n型晶体管。如上所述，cs、c
c1
和c
c2
是电容器，cs也被称为存储电容器，cc1和cc2分别被称为第一补偿电容器和第二补偿电容器。c
oled
是oled器件的内部电容(即，c
oled
不是单独的部件，而是oled固有的)。oled还如常规那样连接到电源elvss。c
p
是晶体管t2的寄生电容(即，c
p
不是单独的元件，而是t2固有的)。
22.包括晶体管、电容器和连接导线的oled和tft电路10可以使用本领域中传统的tft制造工艺来制造。将要理解，可以采用类似的制造工艺来制造根据任何实施例的tft电路。
23.例如，tft电路10和其他实施例可以设置在比如玻璃、塑料或金属衬底等衬底上。每个tft可以包括栅电极、栅极绝缘层、半导体层、第一电极和第二电极。半导体层设置在衬底上。栅绝缘层设置在半导体层上，栅极可以设置在绝缘层上。第一电极和第二电极可以设置在绝缘层上并使用通孔连接到半导体层。第一电极和第二电极通常可以分别称为tft的“源电极”和“漏电极”。每个电容器可以包括第一电极、绝缘层和第二电极，由此绝缘层在第
一电极和第二电极之间形成绝缘势垒。电路中组件之间的布线以及用于将信号引入电路的布线(例如，scan、emi)可以包括金属线或掺杂的半导体材料。例如，金属线可以设置在tft的衬底和栅电极之间，并使用通孔连接到电极。半导体层可以通过化学气相沉积来沉积，而金属层可以通过热蒸发技术来沉积。
24.oled器件可以设置在tft电路上。oled器件可以包括：在该示例中连接到晶体管t4和t5的第一电极(例如，oled的阳极)；用于向发射层注入或传输电荷(例如，空穴)的一个或多个层；发射层；用于向发射层注入或传输电荷(例如，电子)的一个或多个层；以及在该示例中连接到电源elvss的第二电极(例如，oled的阴极)。注入层、传输层和发射层可以是有机材料，第一和第二电极可以是金属，并且所有这些层都可以通过热蒸发技术来沉积。
25.结合图2的时序图参考图1的tft电路10，tft电路10操作以在四个阶段执行：初始化阶段、导通应力偏置阶段、组合阈值补偿和数据编程阶段、以及用于发光的发射阶段。用于执行编程阶段的时间段在本领域中被称为如时序图以及随后的时序图中所示的“一个水平时间”或“1h”时间。
26.对于该示例以及在后续实施例中，通过行和列来对显示像素寻址。当前行是第n行。前一行是第n-1行，前两行是第n-2行。下一行是第n 1行，再后面是第n 2行，各行以此类推，因为它们与图中标识的对应控制信号有关。因此，例如，scan(n)指的是第n行的扫描信号，scan(n 1)指的是第n 1行的扫描信号，等等。对于各种控制信号，emi(n)是指第n行的发射信号，emi(n-1)是指第n-1行的发射信号，以此类推。以这种方式，对于各种实施例，输入信号对应于所指示的行。
27.驱动晶体管td包括栅极vg、还表示为第一端子的漏极vd、以及还表示为第二端子的源极vs。在该第一实施例中，在先前发射阶段，emi(n)和emi(n-1)信号电平具有高电压值，因此开关晶体管t1和t4处于导通状态，并且发光通过t1电连接到驱动晶体管漏极的输入驱动电压elvdd和通过t4电连接到驱动晶体管源极的输入驱动电压elvdd来驱动，由此施加到oled的实际电流由驱动晶体管td的栅节点(vg)和源节点(vs)之间的电压确定。为完整起见，驱动晶体管的漏极节点(vd)处的电压也如图1所示。可适用行的scan1和scan2信号电平最初具有低电压值，因此开关晶体管t2、t3和t5都处于关断(off)状态。
28.开关晶体管t4具有连接到驱动晶体管的第二端子(源极)的第一端子和连接到发光器件oled的第一端子(阳极)的第二端子。在初始化阶段开始时，emi(n-1)信号电平从高电压值改变为低电压值，从而使开关晶体管t4置于关断状态。
29.开关晶体管t2具有连接到驱动晶体管的栅极的第一端子和连接到驱动晶体管的第一端子(漏极)的第二端子。开关晶体管t5具有连接到提供初始化电压的初始化电源线vini的第一端子，以及连接到存储电容器cs的第二极板和发光器件oled的第一端子(阳极)的第二端子。此外，在初始化阶段，scan1(n)信号电平从低电压值改变为高电压值，从而使开关晶体管t2和t5处于导通状态。当晶体管t2和t5导通时，电源电压elvdd通过t2施加到驱动晶体管td的栅极，并且初始化电压电源线vini通过t5电连接到oled的第一端子(阳极)，以将初始化电压vini施加到oled的阳极和存储电容器cs的第二极板。以这种方式，驱动晶体管栅极电压被初始化为elvdd，并且vini被施加到发光器件的阳极以重置先前的阳极电压。电压vini被设置为低于oled加上elvss的阈值电压，因此当vini电压施加在oled的阳极上时，不会导致发光。初始化阶段由此操作以消除来自先前帧的记忆效应。
30.开关晶体管t1具有连接到驱动电压供应线elvdd的第一端子和连接到驱动晶体管的第一端子(漏极)的第二端子。同样在初始化阶段，emi(n)信号电平从高电压值变为低电压值，这将开关晶体管t1置于关断状态。在开关晶体管t1和t4都被关断的情况下，oled与驱动晶体管电断开，从而产生发射驱动电压elvdd。在初始化阶段接近结束时，scan1(n)信号电平从高电压值改变为低电压值，这在执行了初始化处理时将晶体管t2和t5置于关断状态。
31.然后，电路操作进行到执行导通应力偏置阶段。开关晶体管t3具有连接到在该阶段提供偏置电压的数据电压供应线vdat的第一端子和连接到驱动晶体管的第二端子(源极)的第二端子。在导通应力偏置阶段，scan2(n)从低电压值变为高电压值，这将开关晶体管t3置于导通状态。在晶体管t3接通的情况下，驱动晶体管td的源极通过t3电连接到数据电压供应线vdat，并且从vdat供应线向驱动晶体管td的源极施加偏置电压。如上所述，从初始化阶段开始，驱动晶体管的栅极电压是elvdd，因此驱动晶体管的栅源极电压变为elvdd减去从vdat施加的偏置电压。将在导通应力偏置阶段的vdat偏置电压电平选择得足够大，以引起对驱动晶体管的“导通应力偏置”，从而重置驱动晶体管的阈值电压偏移，以考虑先前帧的负面影响，包括记忆效应和滞后效应。更具体而言，对应于elvdd的栅极电压通常是相对较高的正电压，因此在该阶段的偏置电压电平被设置为负，以产生驱动晶体管的高幅值栅源电压。这种高幅值栅源电压提供了对来自先前帧的滞后和记忆效应的增强消除。
32.然后，电路操作进行到执行组合阈值补偿和编程阶段。在组合阈值补偿和编程阶段开始时，scan1(n)信号电平从低电压值变为高电压值，这将开关晶体管t5和t2置于导通状态。在t5导通的情况下，存储电容器cs的第二极板通过t5电连接到初始化电压供应线vini。在t2导通的情况下，驱动晶体管的栅极通过t2电连接到驱动晶体管的第一端子(漏极)。在这种配置中，驱动晶体管被称为“二极管连接的”。二极管连接的是指驱动晶体管td在其栅极和第二端子(例如，源极或漏极)电连接的情况下操作，使得电流沿一个方向流动。因此，第二开关晶体管t2也被称为二极管连接开关晶体管。
33.对于数据编程，在该阶段，将从数据电压供应线vdat提供的电压更新为当前帧的数据电压值，只要开关晶体管t3仍处于导通状态，则通过t3将该数据电压值提供给驱动晶体管的源极。驱动晶体管的栅极电压将降低，直到驱动晶体管的栅源电压变为驱动晶体管的阈值电压v
thtd
。存储电容器cs具有连接到驱动晶体管的栅极的第一(顶部)极板和连接到发光器件oled的第一端子(阳极)的第二(底部)极板。存储电容器cs的第一(顶部)极板在该状态下存储电压v
dat
v
thtd
。存储电容器cs的第二(底部)极板在该状态下存储通过导通状态t5提供的初始化电压vini。因此，存储电容器cs的第一极板和第二极板之间的电压为：v
cs
＝v
dat
v
thtd-v
ini
34.在组合阈值补偿和编程阶段接近结束时，scan1(n)信号从高电压值切换到低电压值，这将开关晶体管t2和t5置于关断状态。在t2关断的情况下，驱动晶体管不再是二极管连接的。然而，由于寄生电容影响t2的切换，t2的截断实际上并不是瞬间发生的。如下文进一步详细描述的，根据本技术的实施例公开的电路配置用于消除这些影响。
35.具体而言，二极管连接开关t2的阈值变化显著影响最终输出电流，因此导致像素亮度和均匀性的误差。造成这些缺陷的主要因素包括在阈值补偿阶段结束时二极管连接开关晶体管关断时发生的两种影响。第一，二极管连接开关在断开过程会传导电流，被称为再
平衡电流；第二，电荷也通过二极管连接开关内的寄生电容注入。再平衡电流和电荷注入加在一起会显著降低图像均匀性和像素可靠性。
36.如以下进一步详细描述的，本技术的实施例提供了一种降低二极管连接开关的阈值电压变化的影响以提高亮度均匀性和图像质量的方法。在示例性实施例中，除了用于数据编程的存储电容器之外，所述像素电路还包括两个补偿电容器，用以控制再平衡电流的流量和幅度，从而消除二极管连接开关的阈值电压变化引起的电荷过剩或不足，所述阈值电压变化由开关的栅极节点和存储节点之间的电容耦合引起。因此，本技术的电路配置采用三电容器结构来显著提高补偿性能和可靠性。
37.当晶体管t2关断时，当由于t2的栅极与驱动晶体管的漏极和栅极之间通过cp的电容耦合，scan1(n)从高状态转变到低状态时，栅极节点电压被拉低。因此，t2闭合后存储在存储电容器上的电压为：v
cs
＝v
dat
v
thtd-v
ini-v
t2
其中v
t2
表示由于所述电容耦合引起的下拉而引起的驱动晶体管的栅极节点上的电压变化。然而，由于两个效应，v
t2
的值不是恒定的，并且随着开关晶体管t2的阈值电压v
tht2
而变化。第一个效应是再平衡电流，当t2的两个导电端子之间的电压差累积并导致通过t2的电流时再平衡电流出现。第二个效应是通过cp的电荷喷射，它随t2的阈值电压而变化，因为cp本身的值取决于t2的阈值v
tht2
。因此，v
t2
是阈值电压v
tht2
的函数：
38.图3示出了当t2在产生再平衡电流i
reb
过程中被关断时的第一寄生效应。图3示出了再平衡电流的原因和方向。参照图3的左侧部分，由于节点vg(驱动晶体管的栅极)的总电容cg高于节点vd(驱动晶体管的漏极)的总电容cd，电荷通过t2从节点vg转移到节点vd，即，再平衡电流从驱动晶体管栅极vg流向驱动晶体管漏极vd。如图3的右侧部分所示，如果由于负阈值偏移v
tht2
，晶体管t2需要更长的时间来关断(在图中相对于scan1信号改变指示了关断点)，则流经t2的再平衡电流的持续时间增加，因此更少的电荷存储在栅节点vg上。该电荷差可以表示为电压，并且近似为：其中，c
p_on
是当t2处于导通状态时t2的c
p
寄生电容，而δv
g_reb
是由再平衡电流的改变引起的驱动晶体管的栅极电压的变化。再平衡电流的改变是由晶体管t2的阈值电压δv
tht2
的改变引起的。
39.图4示出了当t2在产生对t2的寄生电容cp的电荷注入过程中被关断时的第二寄生效应。图4的左侧部分示出了通过对cp的电荷注入，由喷射电流i
ej
从节点vg向scan1(n)信号线(在图4中示出)产生喷射电流。图4的右侧部分示出了通过cp的喷射电流如何随二极管连接开关晶体管t2的阈值电压变化。如果晶体管t2由于阈值变化v
tht2
而需要更长的时间来关断(再次，在图中相对于scan1信号变化指示了关断点)，则平均寄生电容c
_avrg
增加，因此更多的电荷通过c
p
从驱动晶体管栅极节点vg喷射到scan1(n)。该电荷的差可以表示为电压，并且近似为：
其中，c
p_off
是当t2处于关断状态时t2的寄生电容，而δv
g_cvar
是由电荷喷射的改变引起的驱动晶体管的栅极电压的变化。电荷喷射的改变是由晶体管t2的阈值电压δv
tht2
的改变引起的。
40.因此，图3和图4示出了在组合阈值补偿和编程阶段当二极管连接开关晶体管t2关断时发生的两个寄生效应。第一个效应是如图3所示的再平衡电流，第二个效应是如图4所示的电荷注入和由此导致的喷射电流。这两种效应都减少了存储在驱动晶体管的栅极vg处的电荷量，其中t2的阈值电压v
tht2
负偏移，反之亦然，因此这两种效应结合在一起，并且可能基于二极管连接开关晶体管的阈值电压的变化而显著降低像素电路的可靠性。这些寄生效应的总和是：
41.为了基本上减少或消除上述两个寄生效应，像素电路10进一步被配置为基本上改变再平衡电流i
reb
的大小和方向以抵消喷射电流i
ej
。以此方式，综合效应是再平衡电流对喷射电流的抵消，这意味着两个现在相反的电流的总电流效应为零。再平衡电流的大小和方向的改变是通过添加两个补偿电容器cc1和cc2来实现的。如图1的电路图所描绘的，第一补偿电容器cc1具有第一(顶部)极板和第二(底部)极板，第一(顶部)极板连接到对应于scan1信号线的节点和二极管连接开关晶体管t2的栅极，第二(底部)极板连接到对应于t2的第二端子和驱动晶体管的栅极的节点。第二补偿电容器cc2具有第一(顶部)极板和第二(底部)极板，第一(顶部)极板连接到对应于电压输入电源线elvdd的节点和开关晶体管t1的第一端子，第二(底部)极板连接到对应于t2的第一端子和驱动晶体管td的第一端子(漏极)的节点。
42.图5示出了补偿电容器cc1和cc2如何改变再平衡电流的方向。现在，对于t2的负偏移v
tht2
，再平衡电流向驱动晶体管栅极vg提供过剩电荷。通过c
p
从vg到scan1(n)的电容耦合造成t2的负偏移v
tht2
的电荷赤字。如果由再平衡电流引起的过量电荷与由于vg和scan1(n)之间的电容耦合造成的电荷损失匹配，则t2的阈值变化v
tht2
不再影响驱动晶体管栅极vg的最终电压值。假设c
p_on
》c
p_off
，阈值变化v
tht2
造成的vg的电压变化变为：这会产生以下情况：对于这种情况，v
t2
与v
tht2
无关，因此存储在存储电容器cs上的电压为：v
c1
＝v
dat
v
thtd-v
ini-v
t2
43.换句话说，二极管连接开关晶体管t2的阈值电压的术语v
tht2
去掉，因此消除了再
平衡电流和电荷喷射电流的有害影响。因此，考虑到再平衡电流和电荷喷射电流，在不会受到二极管连接晶体管t2的阈值电压变化的所述有害影响的破坏的情况下，实现了驱动晶体管的由此获得的阈值补偿。补偿电容器cc1和cc2的大小被设计为产生再平衡电流的大小使得在t2关断时发生的再平衡电流和电荷喷射电流的两个效应基本上相互抵消。
44.如上所述，补偿阶段与编程阶段相结合，在该编程阶段中对当前帧的数据进行编程。在组合阈值补偿和编程阶段开始时scan2(n)信号电平为高的情况下，将当前帧的数据值通过导通状态t3从数据电压供应线vdat施加到驱动晶体管的第二端子(源极)。在组合阈值补偿和编程阶段结束时，scan2(n)从高电压值变为低电压值，这将t3置于关断状态。当晶体管t3关断时，数据电压供应线vdat与驱动晶体管的源极电断开以完成编程操作。
45.像素电路接下来在发光器件发光的发射阶段操作。在发射阶段，信号emi(n-1)和emi(n)从低电压值改变为高电压值，这将开关晶体管t1和t4置于导通状态。当晶体管t1导通时，驱动晶体管的第一端子(漏极)通过t1电连接到提供驱动电压elvdd的电源线。当晶体管t4导通时，驱动晶体管的第二端子(源极)通过t4电连接到oled的第一端子(阳极)。流经oled的电流为：oled的电流为：其中c
ox
是驱动晶体管栅极氧化物的电容；w是驱动晶体管沟道的宽度；l是驱动晶体管沟道的长度(即源极和漏极之间的距离)；以及μn是驱动晶体管的载流子迁移率。
46.因此，到达oled的电流不依赖于驱动晶体管td的阈值电压，因此到达oled器件i
oled
的电流不受驱动晶体管的阈值电压变化的影响。以此方式，补偿了驱动晶体管的阈值电压的变化。此外，如上详细所述的，添加补偿电容器cc1和cc2用于显著降低二极管连接开关晶体管t2的阈值变化的影响，以提高可靠性和图像均匀性。如上面提到的，补偿电容器cc1和cc2的大小被设计为产生再平衡电流的大小使得在t2关断时发生的再平衡电流和电荷喷射电流的两个效应基本上相互抵消。
47.图6是描绘根据本技术实施例的第二电路配置20的附图，图7是与图6的电路配置20的操作相关联的时序图。除了电路配置20使用p型晶体管而不是n型晶体管之外，图6的电路配置20的操作与图1的电路配置10类似。如本领域所公知的，特定oled的驱动特性可能更适合于p型晶体管与n型晶体管中的一个或另一个，并且本技术的原理可适用于任一类型的配置。
48.因此，在该示例中，电路20被配置为包括多个p型晶体管(t1、t2、t3、t4、t5和td)的tft电路。在本实施例中，还存在三个电容器cs、cc1和cc2，其中cc1和cc2是第一和第二补偿电容器，二者操作为在t2关断时考虑到再平衡电流和喷射电流来抵消二极管连接开关晶体管t2的阈值电压变化的影响。电路元件驱动发光器件，例如oled。发光器件(oled)具有相关
联的内部电容，在电路图中再次表示为c
oled
。oled还如常规那样连接到电源elvss。另外，尽管主要结合作为发光器件的oled来描述实施例，但是可比较的原理也可以与使用其他类型的发光器件(包括例如微型led和量子点led)的显示技术一起使用。与前一实施例类似，td是模拟tft的驱动晶体管，t1、t2、t3、t4和t5是数字开关tft。
49.结合图7的时序图参考tft电路20，tft电路20操作以在三个阶段执行：初始化阶段、组合阈值补偿和编程阶段、以及用于发光的发射阶段。在该第二实施例中，可选地省略附加的导通应力偏置阶段。图7的时序图中描绘的控制信号电平与图2的时序图中描绘的控制信号电平基本相当，除了为保证p型晶体管而不是n型晶体管的操作而进行修改。在先前发射阶段，emi(n)信号电平具有低电压值，因此开关晶体管t1和t4被置于导通状态，并且通过输入电压elvdd来驱动发光，该输入电压elvdd通过t1电连接到驱动晶体管td以及通过t4电连接到oled，由此施加到oled的实际电流由驱动晶体管的栅极电压确定。各个scan(n)和scan(n-1)信号电平最初具有高电压值，因此晶体管t2、t3和t5处于关断状态。
50.在初始化阶段开始时，emi(n)信号电平从低电压值改变为高电压值，使得晶体管t1和t4关断以停止发光。在采用p型晶体管的电路配置20中，开关晶体管t5具有连接到提供初始化电压的初始化电源线vini的第一端子，以及连接到驱动晶体管的栅极和存储电容器cs的第二极板的第二端子。另外，在初始化阶段，将scan(n-1)信号电平从高电压值改变为低电压值，将晶体管t5导通以将驱动晶体管的栅电连接到初始化电压电源线，并且通过开关t5将初始化电压施加到驱动晶体管的栅极和存储电容器的第二极板。在初始化阶段结束时，scan(n-1)信号电平从低电压值改变为高电压，当驱动晶体管的栅极电压已经被vini初始化时，使晶体管t5关断。
51.在组合阈值补偿和编程阶段开始时，scan(n)信号电平从高电压值改变为低电压值，从而导通晶体管t2和t3。在t2导通的情况下，驱动晶体管变为通过t2连接的二极管，用于驱动晶体管的阈值补偿，并且在t3导通的情况下，数据电压通过t3从数据电压供应线vdat施加到驱动晶体管的源极，以对当前帧的数据进行编程。在采用p型晶体管的实施例中，存储电容器cs具有连接到提供elvdd的电源线的第一(顶部)极板和连接到驱动晶体管td的栅极的第二(底部)极板。驱动晶体管将向节点vg提供电流来源，直到vg上存储的电压达到以下电压值：vg＝v
dat-v
thtd
52.在组合阈值补偿和编程阶段结束时，scan(n)信号电平从低电压值变为高电压值，使开关晶体管t2和t3关断。当晶体管t2关断时，与前一实施例类似，再平衡电流流经晶体管t2，并且电荷通过晶体管t2的寄生电容c
p
注入驱动晶体管栅极节点vg中。t2关断后，vg的节点电压具有以下值：
53.与前一实施例类似，补偿电容器cc1和cc2操作以改变再平衡电流的大小和方向，以消除由于在scan(n)和vg之间通过c
p
的电容耦合而造成的电荷损失。因此，二极管连接开关t2的断开过程引起的电压v
t2
的变化与t2的阈值电压v
tht2
无关。因此，vg的节点电压为：vg＝v
dat-v
thtd-v
t2
54.存储电容器上的存储电压为：v
cs
＝v
elvdd-v
dat
v
thtd
v
t2
55.以此方式，考虑到再平衡电流和电荷喷射电流，在电路性能不会由于二极管连接晶体管t2的阈值电压变化的所述不利影响受到破坏的情况下，再次获得驱动晶体管的阈值补偿。再一次，补偿电容器cc1和cc2的大小被设计为产生再平衡电流的大小使得在t2关断时发生的再平衡电流和电荷喷射电流的两个效应基本上相互抵消。
56.在发射阶段开始时，emi(n)信号电平从高电压值改变为低电压值，从而导通晶体管t1和t4。电流流经oled，该电流由驱动晶体管的栅源电压确定。因此，流经oled的电流为：流经oled，该电流由驱动晶体管的栅源电压确定。因此，流经oled的电流为：其中c
ox
是驱动晶体管栅极氧化物的电容；w是驱动晶体管沟道的宽度；l是驱动晶体管沟道的长度(即源极和漏极之间的距离)；以及μn是驱动晶体管的载流子迁移率。
57.与先前的实施例中类似，到达oled的电流不依赖于驱动晶体管td的阈值电压，因此到达oled器件i
oled
的电流不受驱动晶体管的阈值电压变化的影响。以此方式，补偿了驱动晶体管的阈值电压的变化。
58.因此，本发明的一个方面是一种用于显示装置的像素电路，其通过执行二极管连接开关晶体管的阈值电压补偿来提供增强的性能，该二极管连接开关晶体管在补偿阶段二极管连接驱动晶体管。在示例性实施例中，该像素电路包括：驱动晶体管，被配置为在发射阶段根据施加到驱动晶体管的栅极的电压来控制流向发光器件的电流量，驱动晶体管具有第一端子和第二端子，其中第一端子或第二端子其中之一在发射阶段电连接到提供驱动电压的第一电压供应线；二极管连接第二开关晶体管，其具有连接到驱动晶体管的栅极的第一端子和连接到驱动晶体管的第一端子或第二端子的第二端子，其中在组合阈值补偿和数据编程阶段，第二开关晶体管被置于导通状态，以二极管连接该驱动晶体管以补偿驱动晶体管的阈值电压；存储电容器，其具有连接到驱动晶体管的栅极的第一极板和与第一极板相对的第二极板；发光器件，其在发射阶段在第一端子处电连接到驱动晶体管的第一端子或第二端子，并且在第二端子处连接到第二电压供应线；第一补偿电容器，其具有连接到第二开关晶体管的栅极的第一极板和连接到驱动晶体管的栅极的第二极板；以及第二补偿电容器，其具有连接到第一电压供应线的第一极板和连接到第二开关晶体管的第二端子的第二极板。在组合阈值补偿和数据编程阶段，第一和第二补偿电容器操作以补偿二极管连接第二开关晶体管的阈值电压变化。像素电路可以单独地或组合地包括以下特征中的一个或多个。
59.在像素电路的示例性实施例中，像素电路进一步包括第一开关晶体管，其具有连接到第一电压供应线的第一端子和连接到驱动晶体管的第一端子或第二端子的第二端子，其中第一开关晶体管被置于导通状态，以将第一电压供应线电连接到驱动晶体管。
60.在像素电路的示例性实施例中，像素电路进一步包括第三开关晶体管，其具有连
接到数据电压供应线的第一端子和连接到驱动晶体管的第二端子的第二端子，其中第三开关晶体管在组合阈值补偿和数据编程阶段被置于导通状态，以将驱动晶体管电连接到数据电压供应线。
61.在像素电路的示例性实施例中，像素电路进一步包括第四开关晶体管，其具有连接到驱动晶体管的第一端子或第二端子的第一端子和连接到发光器件的第一端子的第二端子，其中第四开关晶体管被置于导通状态，以将发光器件的第一端子电连接到驱动晶体管。
62.在像素电路的示例性实施例中，像素电路进一步包括第五开关晶体管，其具有连接到提供初始化电压的初始化电压供应线的第一端子和连接到存储电容器的第二端子，其中第五开关晶体管在初始化阶段被置于导通状态，以将存储电容器电连接到初始化电压供应线。
63.在像素电路的示例性实施例中，存储电容器的第二极板连接到发光器件的第一端子。
64.在像素电路的示例性实施例中，第五开关晶体管的第二端子进一步连接到发光器件的第一端子，其中第五开关晶体管在初始化阶段被置于导通状态，以将发光器件的第一端子电连接到初始化电压供应线。
65.在像素电路的示例性实施例中，像素电路进一步可在导通应力偏置阶段操作，其中第三开关晶体管在导通应力偏置阶段被置于导通状态，以将来自数据电压供应线的偏置电压施加到驱动晶体管。
65.在像素电路的示例性实施例中，晶体管是n型晶体管。
67.在像素电路的示例性实施例中，存储电容器的第二极板连接到第一电压供应线。
68.在像素电路的示例性实施例中，第五开关晶体管的第二端子进一步连接到存储电容器的第一极板和驱动晶体管的栅极，并且在初始化阶段，驱动晶体管的初始化栅被电连接到初始化电压供应线。
69.在像素电路的示例性实施例中，晶体管是p型晶体管。
70.在像素电路的示例性实施例中，发光器件是有机发光二极管、微型发光二极管(led)或量子点led其中之一。
71.本发明的一个方面是一种按以下方式操作像素电路的方法，其通过执行二极管连接开关晶体管的阈值电压补偿来提供增强的性能，该二极管连接开关晶体管在补偿阶段二极管连接驱动晶体管。在示例性实施例中，该操作方法包括以下步骤：根据任何实施例提供像素电路；执行组合阈值补偿和数据编程阶段以补偿驱动晶体管的阈值电压并对数据电压进行编程，包括：将第二开关晶体管置于导通状态来二极管连接该驱动晶体管，以通过第二开关晶体管电连接栅极和驱动晶体管的第一端子或第二端子来补偿驱动晶体管的阈值电压；以及将驱动晶体管的第一端子或第二端子电连接到数据电压供应线，数据电压供应线提供数据电压以将数据电压施加到驱动晶体管的第一端子或第二端子；其中在组合阈值补偿和数据编程阶段，第一和第二补偿电容器操作以补偿二极管连接第二开关晶体管的阈值电压变化；以及执行从发光器件发射光的发射阶段，包括：电连接驱动晶体管和第一电源线；以及将发光器件的第一端子与驱动晶体管电连接，以通过驱动晶体管将来自第一电压供应线的驱动电压施加到发光器件。该操作方法可以单独或组合地包括一个或多个以下特
征。
72.在该操作方法的示例性实施例中，组合阈值补偿和数据编程阶段进一步包括将第三开关晶体管置于导通状态，以通过第三开关晶体管将驱动晶体管电连接到数据电压供应线来提供数据电压。
73.在该操作方法的示例性实施例中，该方法进一步包括通过将第三开关晶体管置于导通状态以将驱动晶体管电连接到数据电压供应线，以及通过第三开关晶体管将来自数据电压供应的偏置电压施加到驱动晶体管来执行导通应力偏置阶段。
74.在该操作方法的示例性实施例中，发射阶段进一步包括将第四开关晶体管置于导通状态，以通过第四开关晶体管将发光器件的第一端子电连接到驱动晶体管。
75.在该操作方法的示例性实施例中，该方法进一步包括执行初始化阶段，包括将发光器件的第一端子与第一电压供应线电断开，以及将存储电容器的第二极板电连接到初始化电压供应线，并将初始化电压施加到存储电容器的第二极板。
76.在该操作方法的示例性实施例中，初始化阶段进一步包括将发光器件的第一端子电连接到初始化电压供应线，并将初始化电压施加到发光器件的第一端子。
77.在该操作方法的示例性实施例中，初始化阶段包括将第五开关晶体管置于导通状态，并通过第五开关晶体管施加来自初始化电压供应线的初始化电压。
78.尽管已经针对一个或多个特定实施例示出和描述了本发明，但是很明显，在阅读和理解本说明书和附图时，本领域的其他技术人员将发生等效的变更和修改。具体地说，关于由上述元件(部件、组件、装置、组合物等)执行的各种功能，除非另有说明，否则用于描述这些元件的术语(包括对“装置(means)”的引用)旨在对应于执行所描述的元件的指定功能的任何元件(即，在功能上是等效的)，即便其在结构上不等同于所公开的结构，所公开的结构执行本发明的本文示出的示例性实施例或实施例中的功能。另外，尽管上面可能仅针对几个所示实施例中的一个或多个描述了本发明的特定特征，但是这种特征可以与其他实施例的一个或多个其他特征相结合，这对于任何给定或特定应用可能是期望的并且是有利的。工业实用性
79.本发明的实施例适用于许多显示装置，以允许具有有效阈值电压补偿和真正黑色性能的高分辨率显示装置。这样的装置的示例包括电视、移动电话、个人数字助理(pda)、平板电脑和膝上型计算机、台式监视器、数码相机以及需要高分辨率显示器的类似装置。附图标记说明
80.10
–
第一电路配置20
–
第二电路配置t1-t5
–
多个开关晶体管td
–
驱动晶体管oled
–
有机发光二极管(或普通发光器件)cs
–
存储电容器cc1
–
第一补偿电容器cc2
–
第二补偿电容器c
p
–
晶体管t2的寄生电容cp_on
–
当t2导通时晶体管t2的寄生电容c
p_off
–
当t2关断时晶体管t2的寄生电容c
oled
–
oled的内部电容vg–
像素电路中驱动晶体管的栅极vd–
像素电路中驱动晶体管的漏极vs–
像素电路中驱动晶体管的源极vdat
–
数据电压和供应线elvdd
–
第一电源和供应线elvss
–
第二电源和供应线vini
–
初始化电压和供应线scan1/scan2/emi
–
控制信号