CN103208254A - 像素电路及其驱动方法、阵列基板、显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种像素电路及其驱动方法、阵列基板、显示装置，属于有机发光显示技术领域。本发明的像素电路包括：驱动晶体管、第一开关晶体管、存储电容、发光器件；像素电路还包括阈值补偿电路；阈值补偿电路由第二开关晶体管、第三开关晶体管、第四开关晶体管以及耦合电容构成；其可以有效地补偿驱动晶体管阈值电压不均匀性。本发明的驱动方法，包括：预充阶段、补偿阶段以及发光阶段。本发明的阵列基板，包括上述像素单元电路，性能更加稳定。本发明的显示装置包括上述显示装置的阵列基板，画面均匀性大大提高。

Description

像素电路及其驱动方法、阵列基板、显示装置
技术领域
本发明属于有机发光显示技术领域，具体涉及一种像素电路及其驱动方法、阵列基板、显示装置。
背景技术
有机发光显示器(Organic Light Emitting Diode，OLED)相比现在的主流显示技术薄膜晶体管液晶显示器(Thin Film Transisitor LiquidCrystal Display,TFT-LCD)，具有广视角、高亮度、高对比度、低能耗、体积更轻薄等优点，是目前平板显示技术关注的焦点。
有机发光显示器的驱动方法分为被动矩阵式(PM,Passive Matrix)和主动矩阵式(AM,Active Matrix)两种。而相比被动矩阵式驱动，主动矩阵式驱动具有显示信息量大、功耗低、器件寿命长、画面对比度高等优点。现有技术的一种主动矩阵式有机发光显示器的像素单元驱动电路的等效电路，如图1所示，包括：第一开关晶体管M1、驱动晶体管M2、存储电容C1以及发光器件D1。其中，第一开关晶体管M1的漏极与驱动晶体管M2的栅极连接；驱动晶体管M2的栅极同时连接存储电容C1的一端，其源极与存储电容C1另一端连接，其漏极与发光器件D1连接。第一开关晶体管M1在栅极被扫描信号Vscan(n)选通时打开，从源极引入数据信号Vdata。驱动晶体管M2一般工作在饱和区，其栅源电压Vgs决定了流过其电流的大小，进而为发光器件D1提供了稳定的电流。其中Vgs=Vdata-VD1，VD1为发光器件D1的开启电压，VDD为稳压或者稳流电源，连接驱动晶体管M2，用于提供发光器件D1发光所需要的能源。而存储电容C1的作用是在一帧的时间内维持驱动晶体管M2栅极电压的稳定。
当扫描信号Vscan(n)的第一个高电平开始时，第n行像素单元被选通，将该行像素单元中的第一开关晶体管M1打开，引入数据信号驱动Vdata，发光器件D1开始发光。通过驱动数据信号Vdata的高电平使发光器件D1发光将该行像素单元中的存储电容C1充电完成，之后，通过扫描信号Vscan(n)的第一个低电平关闭该行像素单元的第一开关晶体管M1。此时，存储电容C1维持充电时的电压，维持该行像素单元的驱动晶体管M2输出稳定的电流，使得该行像素单元的有机发光二级管D1持续发光直到一帧时间结束。一帧时间通常为同一行像素单元连续两次被扫描信号选通的时间间隔。
在第n行像素单元的充电完成后，扫描信号选通第n+1行像素单元，将第n+1行像素单元的第一开关晶体管M1打开，引入驱动数据信号进行同样的充电过程，充电完成后通过像素单元中的存储电容C1维持充电时的电压，维持驱动管输出稳定电流，使得n+1行像素单元的发光器件D1持续发光直到一帧时间结束。如此依序下去，当对最后一行像素单元充电完成后，便又从第一行像素单元开始重新扫描充电。
尽管现有技术像素单元电路被广泛使用，但是其仍然必不可免的存在以下问题：驱动晶体管M2的阈值电压Vth会随着使用时间的增加而出现漂移，从而导致针对同样的数据驱动信号Vdata的Vgs出现变化，即发光器件D1的电流（也就是亮度）不同，从而将会影响整个有机发光显示器的画面均匀性及其发光质量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题包括，针对现有的像素单元电路中由于驱动晶体管阈值电压漂移等原因引起电路不稳定，导致有机发光显示器的画面均匀性及其发光质量差的问题，提供一种可以有效地补偿驱动晶体管阈值电压的不均匀性，使得有机发光显示器的画面均匀性提高的像素电路及其驱动方法、阵列基板及显示装置。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种像素电路，包括：驱动晶体管、第一开关晶体管、存储电容、发光器件管以及阈值补偿电路；所述阈值补偿电路由第二开关晶体管、第三开关晶体管、第四开关晶体管以及耦合电容构成；
所述第一开关晶体管的栅极接第一扫描信号，所述第一开关晶体管的源极接数据信号输入端，所述第一开关晶体管的漏极接存储电容第一端、耦合电容的第一端以及第二开关晶体管的源极；
所述存储电容的第二端接电源电压同时接所述驱动晶体管的源极；
所述第二开关晶体管的栅极接第二扫描信号同时接所述第三开关晶体管的栅极，所述第二开关晶体管的漏极接电源负极端；
所述第三开关晶体管的源极接所述驱动晶体管的栅极，所述第三开关晶体管的漏极接所述驱动晶体管的漏极同时接所述第四开关晶体管的源极；
所述第四开关晶体管的栅极接第一控制信号，所述第四开关晶体管的漏极接所述发光器件；
所述耦合电容的第二端与所述驱动晶体管的栅极相连。
本发明的像素电路中，第二开关晶体管、第三开关晶体管、第四开关晶体管以及耦合电容构成的阈值补偿电路，用于补偿驱动晶体管的阈值电压漂移，可以有效地补偿驱动晶体管阈值电压的不均匀性，使得有机发光显示器的画面均匀性提高。
优选地，所述第一开关晶体管、第二开关晶体管、第三开关晶体管、第四开关晶体管和所述驱动晶体管为N型薄膜晶体管。
优选地，所述发光器件为有机发光二极管。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种像素电路的驱动方法，包括如下步骤：
预充阶段：选通所述第二扫描信号以及所述电源电压，所述第二开关晶体管和第三开关晶体管开启，所述耦合电容储存的电荷进行释放；
补偿阶段：选通所述第一扫描信号，所述第一开关晶体管开启，关断第二扫描信号，所述数据信号输入所述耦合电容的第一端和存储电容的第一端，所述耦合电容的第二端的电压升高并开启所述驱动薄膜晶体管；
发光阶段：选通所述控制信号，所述第四开关晶体管开启，所述存储电容保持所述耦合电容第一端的电压，所述驱动晶体管继续保持导通状态，驱动所述发光器件发光。
该像素电路的驱动方法，时序简单，容易控制。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种阵列基板，其包括上述的像素电路。
由于本发明的阵列基板中包括上述的像素电路，故其性能稳定。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种显示装置，其包括上述的阵列基板。
由于本发明的显示装置中包括上述的阵列基板，故其画面均匀性高。
附图说明
图1为现有的像素电路的原理图；
图2为本发明的实施例提供的像素电路的电路图；
图3为图2中像素电路的时序图。
其中附图标记为：M1、第一开关晶体管；DTFT、驱动晶体管；M2、第二开关晶体管；M3、第三开关晶体管；M4、为第四开关晶体管；C1、存储电容；C2、耦合电容；D1、发光器件；Vdata、数据信号；Vscan（n）、第一扫描信号；Vscan（n-1）、第二扫描信号；EM、第一控制信号。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
本实施例提供一种像素电路，如图2所示，包括：驱动晶体管DTFT、第一开关晶体管M1、存储电容C1、发光器件以及阈值补偿电路；所述阈值补偿电路由第二开关晶体管M2、第三开关晶体管M3、第四开关晶体管M4以及耦合电容C2构成；
所述第一开关晶体管的M1栅极接第一扫描信号Vscan（n），源极接数据信号输入端Vdata，漏极接存储电容C1第一端、耦合电容C2的第一端以及第二开关晶体管M2的源极；
所述存储电容C1的第二端接电源电压Vdd同时接所述驱动晶体管DTFT的源极；
所述第二开关晶体管M2的栅极接第二扫描信号Vscan(n-1)同时接所述第三开关晶体管M3的栅极，漏极接电源负极端Vss；
所述第三开关晶体管M3的源极接所述驱动晶体管DTFT的栅极，漏极接所述驱动晶体管DTFT的漏极同时接所述第四开关晶体管M4的源极；
所述第四开关晶体管M4的栅极接第一控制信号EM，漏极接所述发光器件D1；
所述耦合电容C2的第二端与所述驱动晶体管DTFT的栅极相连。
具体地，所述发光器件D1为有机发光二极管，所述第一开关晶体管M1、第二开关晶体管M2、第三开关晶体管M3、第四开关晶体管M4和所述驱动晶体管DTFT为N型薄膜晶体管，可选地，所有开关管只起开关的作用，也可为P型晶体管，导通或关断开关管的信号做相应调整即可。
下面具体说明该像素电路的工作过程。
结合图2所示的像素电路以及图3中的时序图，其工作过程分3个阶段：预充阶段、补偿阶段以及发光阶段。
第一阶段为预充阶段C，当扫描信号选通第n-1行像素单元时，第n-1行像素单元对应的第二扫描信号Vscan(n-1)为高电平，第二开关晶体管M2、第三开关晶体管M3保持开启，而第n行像素单元对应的第一扫描信号Vscan（n）为低电平，第一开关晶体管M1关闭，第一控制信号EM通低电平，第四开关晶体管M4也保持关闭。此时，第二开关晶体管M2的源极处A点的电压，以及驱动晶体管DTFT的栅极处B点的电压均开始下降，耦合电容C2储存的电荷进行释放，此时耦合电容C2两端的电压下降至驱动晶体管DTFT的阈值电压Vth，直至A点的电压下降至0，而B点的电压则下降至驱动晶体管DTFT的阈值电压Vth，从而驱动晶体管DTFT关闭，耦合电容C2两端的电压大小也变化为A、B两点的电压差值Vth。
第二阶段为补偿阶段D，当扫描信号选通第n行像素单元时，第n-1行像素单元对应的第二扫描信号Vscan(n-1)为低电平，第二开关晶体管M2、第三开关晶体管M3关闭，而第n行像素单元对应的第一扫描信号Vscan(n)为高电平，第一开关晶体管M1开启，引入数据线上的数据驱动信号Vdata，并对存储电容C1充电以存储该数据驱动信号Vdata。随后，数据信号Vdata使得A点电压抬升至Vdata，由于耦合电容C2的作用，薄膜晶体管栅极B点的电压升高变为Vdata+Vth，驱动薄膜晶体管保持导通临界状态。
第三阶段为发光阶段E：第一控制信号EM接高电平控制第四开关晶体管M4开启，由于电源电压Vdd远大于数据电压Vdata，因此驱动晶体管DTFT开启，电源电压Vdd通过驱动晶体管M2向发光器件D1输出电流驱动有发光器件D1发光。
此时流过驱动晶体管DTFT的电流可以用下述公式表达：
I=k(Vgs-Vth)2其中k=1/2*μ*Cox*W/L，为常数.....（1）
驱动晶体管M2的栅源电压Vgs=Vg-Vs。驱动晶体管M2的栅极电压Vg即为B点电压Vdata+Vth，源极电压Vs为此时C点电压即发光器件D1的开启电压VD1。因此，驱动晶体管M2的栅源电压Vgs为：
Vgs=Vdata+Vth-VD1......（2）
将公式（2）代入（1）得出：
I=k(Vgs-Vth)2=k(Vdata+Vth-VD1-Vth)2=k(Vdata-VD1)2......（3）
从公式（3）可以看出，流过驱动晶体管DTFT的电流值与其阈值电压的变化无关，也就是说，即使经过长时间的使用，驱动晶体管DTFT的阈值电压发生漂移，但是流过驱动晶体管DTFT的电流也不会因此而受到影响，也保证了发光器件D1的发光质量。相应地，由于单个像素电路中发光器件D1的发光质量得到了保证，本电路可以有效地补偿驱动晶体管阈值电压的不均匀性，使得显示装置的画面均匀性提高，而无需借助外部补偿电路进行阈值电压补偿，从而降低了研发及制造成本。而且该像素的时序简单，容易实现。
优选地，所述第一开关晶体管、第二开关晶体管、第三开关晶体管第四开关晶体管和所述驱动晶体管为N型薄膜晶体管。
优选地所述发光器件为有机发光二极管，当然其他发光器件也是可以的。
实施例2：
本实施例提供一种上述像素电路的驱动方法，包括如下步骤：
预充阶段：选通所述第二扫描信号Vscan(n-1)以及所述电源电压Vdd，所述第二开关晶体管M2和第三开关晶体管M3开启，所述耦合电容储存C2的电荷进行释放，直到所述耦合电容C2的第二端的电压为驱动晶体管DTFT的阈值电压；
补偿阶段：选通所述第一扫描信号Vscan(n)，所示第一开关晶体管M1开启，关断第二扫描信号Vscan(n-1)，所述数据信号Vdata输入所述耦合电容C2的第一端，所述耦合电容C2的第二端的电压升高并开启所述驱动薄膜晶体管DTFT；
发光阶段：选通所述第一控制信号EM，所述第四开关晶体管M4开启，所述驱动晶体管DTFT继续保持导通状态，驱动所述发光器件发光D1。
该方法的具体实施方式与实施例1的工作工程相同，在此不再追述，该方法简单容易实现，所以适用性更广。
实施例3：
本实施例提供阵列基板，包括多条数据线、多条扫描线，所述的数据线与扫描线交叉排列，在交叉处设有实施例1中像素电路。
本实施例具有实施例1中像素电路中的阈值补偿电路，可以有效的补偿了驱动晶体管DTFT阈值电压的不均匀性，使得本实施例中的阵列基板性能更加稳定。
实施例4：
本实施例提供一种显示装置，所述的显示装置中的有机发光显示装置阵列基板如实施例3中所述，此处不详细描述。
当然本实施例中该显示装置可以包括：OLED面板、手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。
由于具有上述的显示装置的阵列基板，故本实施例的显示装置的画面均匀性明显提高。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种像素电路，包括：第一开关晶体管、存储电容、驱动晶体管、发光器件以及阈值补偿电路，其特征在于，
所述阈值补偿电路包括：第二开关晶体管、第三开关晶体管、第四开关晶体管以及耦合电容；
所述第一开关晶体管的栅极接第一扫描信号，所述第一开关晶体管的源极接数据信号输入端，所述第一开关晶体管的漏极接存储电容第一端、耦合电容的第一端以及第二开关晶体管的源极；
所述存储电容的第二端接电源电压同时接所述驱动晶体管的源极；
所述第二开关晶体管的栅极接第二扫描信号同时接所述第三开关晶体管的栅极，所述第二开关晶体管的漏极接电源负极端；
所述第三开关晶体管的源极接所述驱动晶体管的栅极，所述第三开关晶体管的漏极接所述驱动晶体管的漏极同时接所述第四开关晶体管的源极；
所述第四开关晶体管的栅极接第一控制信号，所述第四开关晶体管的漏极接所述发光器件；
所述耦合电容的第二端与所述驱动晶体管的栅极相连。
2.根据权利要求1所述的像素电路，其特征在于，所述第一开关晶体管、第二开关晶体管、第三开关晶体管、第四开关晶体管和所述驱动晶体管为N型薄膜晶体管。
3.根据权利要求1或2所述的像素电路，其特征在于，所述发光器件为有机发光二极管。
4.如根据权利要求1至3中任一所述像素电路的驱动方法，其特征在于，包括：
预充阶段：选通所述第二扫描信号以及所述电源电压，所述第二开关晶体管和第三开关晶体管开启，所述耦合电容储存的电荷通过第二开关晶体管进行释放；
补偿阶段：选通所述第一扫描信号，所述第一开关晶体管开启，关断第二扫描信号，所述数据信号输入所述耦合电容的第一端和存储电容的第一端，所述耦合电容的第二端的电压升高并开启所述驱动薄膜晶体管；
发光阶段：选通所述第一控制信号，所述第四开关晶体管开启，所述存储电容保持所述耦合电容第一端的电压，所述驱动晶体管继续保持导通状态，驱动所述发光器件发光。
5.一种阵列基板，其特征在于，包括如权利要求1至3中所述的任意一种像素电路。
6.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求5所述的阵列基板。
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