CN102930821B - 一种像素电路及其驱动方法、显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种像素电路及其驱动方法、显示装置，涉及显示技术领域，可以有效地补偿TFT的阈值电压漂移，提高显示装置发光亮度的均匀性，提升显示效果。包括：第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、存储电容以及发光器件，本发明实施例用于制造显示面板。

Description

一种像素电路及其驱动方法、显示装置

技术领域

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种像素电路及其驱动方法、显示装置。

背景技术

有机发光二极管(Organic Light Emitting Diode，OLED)作为一种电流型发光器件，因其所具有的自发光、快速响应、宽视角和可制作在柔性衬底上等特点而越来越多地被应用于高性能显示领域当中。OLED按驱动方式可分为PMOLED(Passive Matrix Driving OLED，无源矩阵驱动有机发光二极管)和AMOLED(Active Matrix DrivingOLED，有源矩阵驱动有机发光二极管)两种。传统的PMOLED随着显示装置尺寸的增大，通常需要降低单个像素的驱动时间，因而需要增大瞬态电流，从而导致功耗的大幅上升。而在AMOLED技术中，每个OLED均通过TFT(Thin Film Transistor，薄膜晶体管)开关电路逐行扫描输入电流，可以很好地解决这些问题。

在现有的AMOLED面板中，TFT开关电路多采用低温多晶硅薄膜晶体管(LTPS TFT)或氧化物薄膜晶体管(Oxide TFT)。与一般的非晶硅薄膜晶体管(amorphous-Si TFT)相比，LTPS TFT和Oxide TFT具有更高的迁移率和更稳定的特性，更适合应用于AMOLED显示中。但是由于晶化工艺和制作水平的限制，导致在大面积玻璃基板上制作的TFT开关电路常常在诸如阈值电压、迁移率等电学参数上出现非均匀性，从而使得各个TFT的阈值电压偏移不一致，这将导致OLED显示器件的电流差异和亮度差异，并被人眼所感知；另外，在长时间加压和高温下也会导致TFT的阈值电压出现漂移，由于显示画面不同，面板各部分TFT的阈值漂移量不同，从而造成显示亮度差异，由于这种差异与之前显示的图像有关，因此常呈现为残影现象。

发明内容

本发明的实施例提供一种像素电路及其驱动方法、显示装置，可以有效地补偿TFT的阈值电压漂移，提高显示装置发光亮度的均匀性，提升显示效果。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

本发明实施例的一方面，提供一种像素电路，包括：

第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、存储电容以及发光器件；

所述第一晶体管的第一极连接所述发光器件的一端，其第二极连接第一电源电压；

所述第二晶体管的栅极连接第一控制线，其第一极连接重置电压，其第二极连接所述第一晶体管的栅极；

所述第三晶体管的栅极连接第二控制线，其第一极连接所述第四晶体管的第二极，其第二极连接所述第一晶体管的栅极；

所述第四晶体管的栅极连接所述第一控制线，其第一极连接数据线；

所述第五晶体管的栅极连接第三控制线，其第一极连接所述第一晶体管的第一极，其第二极连接所述重置电压；

所述存储电容位于所述第一晶体管的第一极与所述第三晶体管的第一极之间；

所述发光器件的另一端连接第二电源电压。

本发明实施例的另一方面，提供一种显示装置，包括如上所述的像素电路。

本发明实施例的又一方面，提供一种像素电路驱动方法，包括：

导通第五晶体管，其他晶体管均处于关闭状态，通过所述第五晶体管将发光器件的一端电位重置为重置电压，所述发光器件处于关闭状态；

导通第一晶体管、第二晶体管和第四晶体管，关闭第三晶体管和所述第五晶体管，以使存储电容的两端存储电荷；

保持所述第一晶体管导通，同时导通所述第三晶体管，关闭所述第二晶体管、所述第四晶体管和所述第五晶体管，所述存储电容保持所述第一晶体管的栅源电压，通过所述第一晶体管的电流驱动所述发光器件发光。

本发明实施例提供的像素电路及其驱动方法、显示装置，通过多个晶体管和电容对电路进行开关和充放电控制，可以使得存储电容保持第一晶体管栅极和源极之间的栅源电压不变，从而使得通过第一晶体管的电流与该第一晶体管的阈值电压无关，补偿了由于第一晶体管的阈值电压的不一致或偏移所造成的流过发光器件的电流差异，提高了显示装置发光亮度的均匀性，显著提升了显示效果。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种像素电路的连接结构示意图；

图2为驱动图1所示像素电路时各信号线的时序图；

图3为图1所示像素电路在预充阶段的等效电路示意图；

图4为图1所示像素电路在补偿阶段的等效电路示意图；

图5为图1所示像素电路在发光阶段的等效电路示意图；

图6为本发明实施例提供的一种像素电路驱动方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将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。

本发明实施例提供的像素电路1，如图1所示，包括：

第一晶体管T1、第二晶体管T2、第三晶体管T3、第四晶体管T4、第五晶体管T5、存储电容C以及发光器件L。

第一晶体管T1的第一极连接发光器件L的一端，其第二极连接第一电源电压(Vdd)。

第二晶体管T2的栅极连接第一控制线G1，其第一极连接重置电压，其第二极连接第一晶体管T1的栅极。

第三晶体管T3的栅极连接第二控制线G2，其第一极连接第四晶体管T4的第二极，其第二极连接第一晶体管T1的栅极。

第四晶体管T4的栅极连接第一控制线G1，其第一极连接数据线DATA。

第五晶体管T5的栅极连接第三控制线G3，其第一极连接第一晶体管T1的第一极，其第二极连接重置电压。

存储电容C位于第一晶体管T1的第一极与第三晶体管T3的第一极之间。

发光器件L的另一端连接第二电源电压(Vss)。

需要说明的是，本发明实施例中的发光器件L可以是现有技术中包括LED(Light Emitting Diode，发光二极管)或OLED(Organic LightEmitting Diode，有机发光二极管)在内的多种电流驱动发光器件。在本发明实施例中，是以OLED为例进行的说明。

本发明实施例提供的像素电路，通过多个晶体管和电容对电路进行开关和充放电控制，可以使得存储电容保持第一晶体管栅极和源极之间的栅源电压不变，从而使得通过第一晶体管的电流与该第一晶体管的阈值电压无关，补偿了由于第一晶体管的阈值电压的不一致或偏移所造成的流过发光器件的电流差异，提高了显示装置发光亮度的均匀性，显著提升了显示效果。

其中，第一晶体管T1、第二晶体管T2、第三晶体管T3、第四晶体管T4以及第五晶体管T5均可以为N型晶体管；或者第一晶体管T1为N型晶体管，第二晶体管T2、第三晶体管T3、第四晶体管T4以及第五晶体管T5均为P型晶体管。当采用不同类型的晶体管时，像素电路的外部控制信号也各不相同。

例如，以N型晶体管为例，在本发明实施例所提供的像素电路中，第一晶体管T1、第二晶体管T2、第三晶体管T3、第四晶体管T4以及第五晶体管T5均可以为N型增强型TFT(Thin FilmTransistor，薄膜晶体管)或N型耗尽型TFT。其中，第一晶体管T1、第二晶体管T2、第三晶体管T3、第四晶体管T4和第五晶体管T5的第一极均可以指的是源极，第二极则均可以指的是漏极。

以下以第一晶体管T1、第二晶体管T2、第三晶体管T3、第四晶体管T4和第五晶体管T5均为N型增强型TFT为例，对本发明实施例提供的像素电路的工作过程进行详细说明。

在图1所示的像素电路的工作时，其工作过程具体可以分为三个阶段，分别为：预充阶段、补偿阶段和发光阶段。图2是图1所示像素电路工作过程中各信号线的时序图。如图2所示，在图中分别用I、II和III来相应地表示预充阶段、补偿阶段和发光阶段。

第一阶段为预充阶段，该阶段的等效电路如图3所示。在预充阶段中，第一控制线G1和第二控制线G2均为低电平，第三控制线G3为高电平，数据线DATA输出的为当前帧的数据电压(V_DATA)此时为高电平。此时第五晶体管T5导通，其它晶体管关断，如图3所示，重置电压(V_ref)可以通过第五晶体管T5使得位于OLED一端的S点电位重置为重置电压。需要说明的是，在像素电路的实际设计中，通常需要保证重置电压低于OLED的最低灰阶的驱动电压，这样一来，可以使得OLED零时刻电压V0不会驱动OLED进行发光，从而确保了显示装置在暗态时不发光，保证了显示装置的对比度。

第二阶段为补偿阶段，该阶段的等效电路如图4所示。在补偿阶段中，数据线DATA输出的当前帧的数据电压(V_DATA)同样保持高电平，第一控制线G1为高电平，第二控制线G2和第三控制线G3均为低电平。此时第一晶体管T1、第二晶体管T2和第四晶体管T4导通，第三晶体管T3和第五晶体管T5关断。在这个阶段，第二晶体管T2的漏极G点通过导通的第二晶体管T2充电至重置电压(V_ref)，第四晶体管T4的漏极A点通过导通的第四晶体管T4被充电至数据电压(V_DATA)，位于OLED一端的S点通过导通的第一晶体管T1被第一电源电压(Vdd)充电，直到电压等于V_ref-V_th，其中V_th为第一晶体管T1的阈值电压。在补偿阶段结束时，存储在存储电容C两端的电荷为(V_ref+V_th-V_ref)·C_ST，其中C_ST为存储电容C的电容值。

第三阶段为发光阶段，该阶段的等效电路如图5所示。在这个阶段，第一控制线G1和第三控制线G3均为低电平，第二控制线G2为高电平，此时第一晶体管T1和第三晶体管T3导通，第二晶体管T2、第四晶体管T4和第五晶体管T5均处于关断状态，存储电容C连接在第一晶体管T1的栅源极之间以保持第一晶体管T1的栅源电压V_GS，其存储的电荷保持不变，随着OLED电流趋于稳定，OLED一端的S点电压变为V_OLED，由于存储电容C的自举效应，A点和G点的电压均变为V_DATA+V_OLED-V_ref+V_th。第一晶体管T1的栅源电压V_GS保持为V_DATA-V_ref+V_th，此时流过第一晶体管T1的电流用于驱动OLED发光，该电流I_OLED为：

$I_{\mathrm{OLED}}=\frac{1}{2}\·{\mathrm{\μ}}_n\·\mathrm{Cox}\·\frac{W}{L}\·{[V_{\mathrm{DATA}}-\mathrm{Vref}+\mathrm{Vth}-\mathrm{Vth}]}^2$ (1)

$=\frac{1}{2}\·{\mathrm{\μ}}_n\·\mathrm{Cox}\·\frac{W}{L}\·{[V_{\mathrm{DATA}}-\mathrm{Vref}]}^2$

其中，μ_n为载流子迁移率，C_OX为栅氧化层电容，W/L为晶体管宽长比，V_DATA为数据电压，V_ref为重置电压，V_th为晶体管的阈值电压。现有技术中，不同像素单元之间的V_th不尽相同，且同一像素中的V_th还有可能随时间发生漂移，这将造成显示亮度差异，由于这种差异与之前显示的图像有关，因此常呈现为残影现象。

由以上式(1)可知，用于驱动OLED发光的电流I_OLED与第一晶体管T1的阈值电压V_th无关，因此消除了晶体管阈值电压非均匀性对显示的影响。通过多个晶体管和电容对电路进行开关和充放电控制，可以使得存储电容保持第一晶体管栅极和源极之间的栅源电压不变，从而使得通过第一晶体管的电流与该第一晶体管的阈值电压无关，补偿了由于第一晶体管的阈值电压的不一致或偏移所造成的流过发光器件的电流差异，提高了显示装置发光亮度的均匀性，显著提升了显示效果。

需要说明的是，在上述实施例中，晶体管均是以增强型N型TFT为例进行的说明。或者，同样可以采用耗尽型N型TFT，其不同之处在于，对于增强型TFT，阈值电压Vth为正值，而对于耗尽型TFT，阈值电压Vth为负值。此外，第一晶体管T1还可以采用N型晶体管，第二晶体管T2、第三晶体管T3、第四晶体管T4以及第五晶体管T5均可以为P型晶体管，驱动这样一种结构的像素电路的外部信号的时序，即第一控制线G1、第二控制线G2以及第三控制线G3的时序与图2中所示的相应的信号时序相反(即二者的相位差为180度)。

本发明实施例还提供一种显示装置，包括如上所述的任意一种像素电路。所述显示装置可以包括多个像素单元阵列，每一个像素单元包括如上所述的任意一个像素电路。具有与本发明前述实施例提供的像素电路相同的有益效果，由于像素电路在前述实施例中已经进行了详细说明，此处不再赘述。

具体的，本发明实施例所提供的显示装置可以是包括LED显示器或OLED显示器在内的具有电流驱动发光器件的显示装置。

本发明实施例提供的显示装置，包括像素电路，通过多个晶体管和电容对电路进行开关和充放电控制，可以使得存储电容保持第一晶体管栅极和源极之间的栅源电压不变，从而使得通过第一晶体管的电流与该第一晶体管的阈值电压无关，补偿了由于第一晶体管的阈值电压的不一致或偏移所造成的流过发光器件的电流差异，提高了显示装置发光亮度的均匀性，显著提升了显示效果。

本发明实施例提供的像素电路驱动方法，可以应用于前述实施例中所提供的像素电路，如图6所示，包括：

S601、导通第五晶体管，其他晶体管均处于关闭状态，通过该第五晶体管将发光器件的一端电位重置为重置电压，该发光器件处于关闭状态。

S602、导通第一晶体管、第二晶体管和第四晶体管，关闭第三晶体管和第五晶体管，以使存储电容的两端存储电荷。

具体的，在导通第一晶体管、第二晶体管和第四晶体管，关闭第三晶体管和第五晶体管时，该第一晶体管连接发光器件的一端通过导通的第一晶体管被第一电源(Vdd)电压充电，直到电压等于重置电压(V_ref)减去第一晶体管的阈值电压(Vth)的差值。

S603、保持第一晶体管导通，同时导通第三晶体管，关闭第二晶体管、第四晶体管和第五晶体管，存储电容保持该第一晶体管的栅源电压，通过该第一晶体管的电流驱动发光器件发光。

本发明实施例提供的像素电路驱动方法，通过多个晶体管和电容对电路进行开关和充放电控制，可以使得存储电容保持第一晶体管栅极和源极之间的栅源电压不变，从而使得通过第一晶体管的电流与该第一晶体管的阈值电压无关，补偿了由于第一晶体管的阈值电压的不一致或偏移所造成的流过发光器件的电流差异，提高了显示装置发光亮度的均匀性，显著提升了显示效果。

需要说明的是，本发明实施例中的发光器件可以是现有技术中包括LED或OLED在内的多种电流驱动发光器件。

其中，第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管以及第五晶体管均可以为N型晶体管；或者第一晶体管为N型晶体管，第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管以及第五晶体管均为P型晶体管。当采用不同类型的晶体管时，像素电路的外部控制信号也各不相同。

例如，以N型晶体管为例，在本发明实施例中，第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管以及第五晶体管均可以为N型增强型薄膜晶体管或N型耗尽型薄膜晶体管。

需要说明的是，当第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管以及第五晶体管均为N型增强型晶体管时，控制信号的时序可以如图2所示，包括：

第一阶段：数据线和第三控制线输入高电平，第一控制线和第二控制线输入低电平；

第二阶段：数据线和第一控制线输入高电平，第二控制线和第三控制线输入低电平；

第三阶段：数据线、第一控制线以及第三控制线均输入低电平，第三控制线输入高电平。

例如，当该第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管以及第五晶体管均为N型增强型薄膜晶体管时，步骤S601具体可以包括：

第一控制线和第二控制线输入低电平以关闭除第五晶体管外的其他晶体管，第三控制线输入高电平以导通第五晶体管，数据线输入的数据电压(V_DATA)为高电平，重置电压(V_ref)通过第五晶体管使得发光器件的一端电位重置为重置电压，该重置电压小于发光器件最低灰阶的驱动电压。

该步骤即为预充阶段，参照图2所示，在预充阶段中，第一控制线G1和第二控制线G2均为低电平，第三控制线G3为高电平，数据线DATA输出的当前帧的数据电压(V_DATA)此时为高电平。此时第五晶体管T5导通，其它TFT管关断，如图3所示，重置电压(V_ref)可以通过第五晶体管T5使得位于OLED一端的S点电位重置为重置电压。需要说明的是，在像素电路的实际设计中，通常需要保证重置电压低于OLED的最低灰阶的驱动电压，这样一来，可以使得OLED零时刻电压V0不会驱动OLED进行发光，从而确保了显示装置在暗态时不发光，保证了显示装置的对比度。

相应的，步骤S602具体可以包括：

第一控制线输入高电平以导通第一晶体管、第二晶体管和第四晶体管，第二控制线和第三控制线输入低电平以关闭第三晶体管和第五晶体管，保持数据电压(V_DATA)为高电平，以使存储电容的两端存储电荷。

该步骤为补偿阶段，在补偿阶段中，数据线DATA输出的当前帧的数据电压(V_DATA)同样为高电平，第一控制线G1为高电平，第二控制线G2和第三控制线G3均为低电平。此时第一晶体管T1、第二晶体管T2和第四晶体管T4导通，第三晶体管T3和第五晶体管T5关断。在这个阶段，第二晶体管T2的漏极G点通过导通的第二晶体管T2充电至重置电压，第四晶体管T4的漏极A点通过导通的第四晶体管T4被充电至数据电压，位于OLED一端的S点通过导通的第一晶体管T1被第一电源电压(Vdd)充电，直到电压等于V_ref-V_th，其中V_th为第一晶体管T1的阈值电压。在补偿阶段结束时，存储在存储电容C两端的电荷为(V_ref+V_th-V_ref)·C_ST，其中C_ST为存储电容C的电容值。

步骤S603具体可以包括：

第一控制线和第三控制线输入低电平以关闭第二晶体管、第四晶体管和第五晶体管，第二控制线输入高电平以导通第一晶体管和第三晶体管，数据电压V_DATA为低电平，存储电容保持该第一晶体管的栅源电压，通过该第一晶体管的电流驱动发光器件发光。

该步骤为发光阶段，在这个阶段，第一控制线G1和第三控制线G3均为低电平，第二控制线G2为高电平，此时第一晶体管T1和第三晶体管T3导通，第二晶体管T2、第四晶体管T4和第五晶体管T5均处于关断状态，存储电容C连接在第一晶体管T1的栅源极之间以保持第一晶体管T1的栅源电压V_GS，其存储的电荷保持不变，随着OLED电流趋于稳定，OLED一端的S点电压变为V_OLED，由于存储电容C的自举效应，A点和G点电压变为V_DATA+V_OLED-V_ref+V_th。第一晶体管T1的栅源电压V_GS保持为V_DATA-V_ref+V_th，此时流过第一晶体管T1的电流用于驱动OLED发光，该电流I_OLED与第一晶体管T1的阈值电压V_th无关，因此消除了晶体管阈值电压非均匀性对显示的影响。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种像素电路，其特征在于，包括：

第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、存储电容以及发光器件；

所述第一晶体管的第一极连接所述发光器件的一端，其第二极连接第一电源电压；

所述第二晶体管的栅极连接第一控制线，其第一极连接重置电压，其第二极连接所述第一晶体管的栅极；

所述第三晶体管的栅极连接第二控制线，其第一极连接所述第四晶体管的第二极，其第二极连接所述第一晶体管的栅极；

所述第四晶体管的栅极连接所述第一控制线，其第一极连接数据线；

所述第五晶体管的栅极连接第三控制线，其第一极连接所述第一晶体管的第一极，其第二极连接所述重置电压；

所述存储电容位于所述第一晶体管的第一极与所述第三晶体管的第一极之间；

所述发光器件的另一端连接第二电源电压。

2.根据权利要求1所述的像素电路，其特征在于，所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管、所述第四晶体管以及所述第五晶体管均为N型晶体管；或，

所述第一晶体管为N型晶体管，所述第二晶体管、所述第三晶体管、所述第四晶体管以及所述第五晶体管均为P型晶体管；

所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管、所述第四晶体管以及所述第五晶体管的第一极均为源极，所述第一晶体管、所述第二晶体管和所述第三晶体管的第二极均为漏极。

3.根据权利要求1所述的像素电路，其特征在于，所述重置电压小于所述发光器件最低灰阶的驱动电压。

4.根据权利要求1所述的像素电路，其特征在于，所述发光器件为有机发光二级管。

5.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求1至4中任一所述的像素电路。

6.一种如权利要求1-4任一项所述的像素电路的驱动方法，其特征在于，包括：

导通第五晶体管，其他晶体管均处于关闭状态，通过所述第五晶体管将发光器件的一端电位重置为重置电压，所述发光器件处于关闭状态；

导通第一晶体管、第二晶体管和第四晶体管，关闭第三晶体管和所述第五晶体管，以使存储电容的两端存储电荷；

保持所述第一晶体管导通，同时导通所述第三晶体管，关闭所述第二晶体管、所述第四晶体管和所述第五晶体管，所述存储电容保持所述第一晶体管的栅源电压，通过所述第一晶体管的电流驱动所述发光器件发光。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在导通第一晶体管、第二晶体管和第四晶体管，关闭第三晶体管和所述第五晶体管时，所述第一晶体管连接所述发光器件的一端，该端通过导通的所述第一晶体管被第一电源电压充电，直到电压等于重置电压减去所述第一晶体管的阈值电压的差值。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管、所述第四晶体管以及所述第五晶体管均为N型晶体管或，

所述第一晶体管为N型晶体管，所述第二晶体管、所述第三晶体管、所述第四晶体管以及所述第五晶体管均为P型晶体管。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，当所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管、所述第四晶体管以及所述第五晶体管均为N型增强型晶体管时，控制信号的时序包括：

第一阶段：数据线和第三控制线输入高电平，第一控制线和第二控制线输入低电平；

第二阶段：所述数据线和所述第一控制线输入高电平，所述第二控制线和所述第三控制线输入低电平；

第三阶段：所述数据线、所述第一控制线以及所述第三控制线均输入低电平，所述第二控制线输入高电平。