CN103489404B - 像素单元、像素电路及其驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种像素单元以及包括该像素单元的像素电路及其驱动方法；其包括发光器件以及n个驱动子电路；其中，n为自然数且n>1；各所述驱动子电路均包括控制极扫描信号线、开关晶体管和驱动晶体管；所述开关晶体管的控制极连接控制极扫描信号线，第一极连接所述数据线，第二极连接驱动晶体管的控制极；所述驱动晶体管的第一极连接所述功率提供线，第二极连接发光器件的第三极；所述发光器件的第四极连接参考电压端。本发明采用n（n>1）个用于驱动发光器件发光的驱动子电路的设计；可使各驱动子电路按照时序阶段驱动发光器件发光；通过这种形式可有效缩短每个驱动子电路中驱动晶体管的应力时间。

Description

像素单元、像素电路及其驱动方法
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种像素单元以及包括该像素单元的像素电路及其驱动方法。
背景技术
有机发光二极管(OLED，Organic Light-Emitting Diode)作为一种电流型发光器件已越来越多地被应用于高性能有源矩阵有机发光二极管显示器中。传统的无源矩阵有机发光二极管(Passive Matrix OLED)显示器中，随着显示尺寸的增大，需要更短的单个像素的驱动时间，因而需要增大瞬态电流，增加功耗。同时大电流的应用会造成纳米铟锡金属氧化物线上压降过大，并使OLED工作电压过高，进而降低其效率。而有源矩阵有机发光二极管(AMOLED，Active Matrix OLED)显示器通过开关晶体管逐行扫描输入OLED电流，可以很好地解决这些问题。
在AMOLED的背板设计中，主要需要解决的问题是各AMOLED像素单元所驱动的OLED器件亮度的非均匀性。
首先，AMOLED采用薄膜晶体管(TFT，Thin-Film Transistor)构建像素单元为发光器件提供相应的驱动电流。现有技术中，大多采用低温多晶硅薄膜晶体管或氧化物薄膜晶体管。与一般的非晶硅薄膜晶体管相比，低温多晶硅薄膜晶体管和氧化物薄膜晶体管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。但是由于晶化工艺的局限性，在大面积玻璃基板上制作的低温多晶硅薄膜晶体管，常常在诸如阈值电压、迁移率等电学参数上具有非均匀性，这种非均匀性会转化为OLED器件的驱动电流差异和亮度差异，并被人眼所感知，即色不均现象。氧化物薄膜晶体管虽然工艺的均匀性较好，但是与非晶硅薄膜晶体管类似，在长时间加压和高温下，其阈值电压会出现漂移，由于显示画面不同，面板各部分薄膜晶体管的阈值漂移量不同，会造成显示亮度差异，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。
由于OLED的发光器件是电流驱动器件，因此，在驱动发光器件发光的像素单元中，其驱动晶体管的阈值特性对驱动电流和最终显示的亮度影响很大。驱动晶体管受到电压应力和光照都会使其阈值发生漂移，这种阀值漂移会在显示效果上体现为亮度不均。
发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种像素单元、像素电路及其驱动方法，用于解决现有技术的像素单元中驱动晶体管阈值漂移的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种像素单元，包括发光器件以及n个驱动子电路；其中，n为自然数且n>1；
各所述驱动子电路均包括控制极扫描信号线、开关晶体管和驱动晶体管；所述开关晶体管的控制极连接控制极扫描信号线，第一极连接所述数据线，第二极连接驱动晶体管的控制极；所述驱动晶体管的第一极连接所述功率提供线，第二极连接发光器件的第三极；
所述发光器件的第四极连接参考电压端。
进一步地，各所述驱动子电路还包括控制晶体管；该控制晶体管的控制极连接时序控制模块，第一极连接像素单元扫描信号线，第二极连接各所述开关晶体管的控制极。
进一步地，所述控制极为栅极，所述第一极为漏极，所述第二极为源极。
进一步地，所述第三极为阳极，所述第四极为阴极。
进一步地，所述发光器件为顶发光式有机发光二极管。
进一步地，n＝2。
一种像素电路，包括以矩阵形式排列的多个如上所述的像素单元，还包括数据线和功率提供线，其中，
所述数据线连接各所述开关晶体管的第一极；
所述功率提供线连接各所述驱动晶体管的第一极。
进一步地，还包括：
时序控制模块，连接各所述控制晶体管的控制极，用于根据时序阶段控制各所述驱动子电路依次驱动发光器件。
进一步地，还包括P条像素单元扫描信号线；其中，P为像素单元扫描信号线的数量，且P为自然数，P>1；每一条所述像素单元扫描信号线均对应连接一个所述像素单元中的所有所述控制晶体管的第一极。
一种如上任一情况所述的像素电路的驱动方法，所述方法包括：
第k-1时序阶段，第k-1条所述控制极扫描信号线开启各行像素单元中的第k-1个所述开关晶体管；随着对各行像素单元进行的扫描，数据线依次将数据电压加载至各行像素单元中的第k-1个所述驱动晶体管，使各行像素单元中的第k-1个所述驱动晶体管被开启，使所述功率提供线与所述发光器件导通，依次驱动各行像素单元中的发光器件发光；
第k时序阶段，第k条所述控制极扫描信号线开启各行像素单元中的第k个所述开关晶体管；随着对各行像素单元进行的扫描，数据线依次将数据电压加载至各行像素单元中的第k个所述驱动晶体管，各行像素单元中的第k个所述驱动晶体管被开启，使所述功率提供线与所述发光器件导通，依次驱动各行像素单元中的发光器件发光；
以此类推，直至k＝n；其中，k为同一工作周期中各时序阶段的序号，且1＜k≤n。
进一步地，还包括所述时序控制模块按照时序阶段依次切换各所述控制晶体管；使各所述控制极扫描信号线依次被导通，用于时序阶段切换各所述驱动子电路驱动发光器件发光。
进一步地，，每个时序阶段持续的时间为一帧图像的时间。
本发明与现有技术相比具有以下的优点：
1、本发明采用n(n>1)个用于驱动发光器件发光的驱动子电路的设计；可使各驱动子电路按照时序阶段驱动发光器件发光；通过这种形式可有效解决现有像素单元中因发光器件长时间采用单一驱动晶体管进行驱动，该驱动晶体管在驱动过程中，受电压的应力时间过长所造成的物理特性损害；这种物理特性损害是产生驱动晶体管阀值漂移的主要原因；采用时序控制模块通过时序阶段控制在多个驱动子电路之间进行时序阶段切换，可有效缩短每个驱动子电路中驱动晶体管的应力时间；从而解决了驱动晶体管因漂移而导致的显示质量降低的问题，保证了发光器件的驱动效果；延长了像素单元的使用寿命。
2、本发明采用时序控制模块的设计，通过时序阶段控制各所述控制晶体管的开启或关闭，从而实现在各驱动子电路之间按照时序阶段顺序进行驱动切换的目的；保证了切换的准确性，降低驱动切换的误操作率。
附图说明
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明实施例一中所述像素单元的电路连接示意图；
图2为本发明实施例一中所述像素单元的电路连接示意图；
图3为本发明实施例二中所述像素电路的电路连接示意图；
图4为本发明实施例二中所述驱动方法的步骤框图；
图5为本发明实施例二中所述驱动方法的时序阶段控制示意图。
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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
参见图1所示，本发明实施例所述的像素单元主要用于有源矩阵有机发光二极管显示器中各发光器件的驱动，每个发光器件由一个像素单元驱动；每一个像素单元包括发光器件以及n个驱动子电路；其中，n为驱动子电路的数量，且n为自然数，n>1；
各所述驱动子电路均包括控制极扫描信号线GATE、开关晶体管Ts和驱动晶体管DTFT；所述开关晶体管的控制极连接控制极扫描信号线，第一极连接所述数据线DATA，第二极连接驱动晶体管的控制极；所述驱动晶体管的第一极连接所述功率提供线ELVDD，第二极连接发光器件OLED的第三极；
所述发光器件的第四极连接参考电压端。图1中，GATE(1)是指时序阶段为第1个的控制极扫描信号线，GATE(2)是指时序阶段为第2个的控制极扫描信号线，GATE(k-1)是指时序阶段为第k-1个的控制极扫描信号线，GATE(k)是指时序阶段为第k个的控制极扫描信号线；以此类推可知，GATE(n)是指时序阶段为第n个的控制极扫描信号线，此时的k＝n，k是指为同一工作周期中各时序阶段的序号，且k为自然数，1≤k≤n)；所述驱动子电路用于驱动所述发光器件在相应的时序阶段持续时间内发光。
本实施例中所述控制极为栅极，所述第一极为漏极，所述第二极为源极；所述第三极为阳极，所述第四极为阴极；所述发光器件为顶发光式有机发光二极管。当然，本领域的技术人员应当明白，由于晶体管的源极、漏极在结构上的可互换性，也可以以源极为第一极、漏极为第二极。并且，取决于所述发光器件的连接方式，也可以以阴极作为第三极，而以阳极作为第四极。
参见图1所示，如上所述，本实施例共有n个驱动子电路；其中，且n>1；因此，相应的在像素单元的同一个工作周期中应具有n个时序阶段；也就是说驱动子电路的数量与时序阶段的数量保持相等。定义同一工作周期中各时序阶段的序号为k，且k为自然数，1≤k≤n；由于驱动子电路与时序阶段的数量相同，因此，各所述驱动子电路的序号也定义为k；以下举例说明；
当时序阶段序号k为1时，相对应的第1条所述驱动子电路驱动发光器件工作；当时序阶段序号k为2时，相对应的第2条所述驱动子电路驱动发光器件工作；以此类推，当时序阶段序号k为n时，相对应的第n条所述驱动子电路驱动发光器件工作；至此，k＝n时，则表示本周期内的各驱动子电路按照时序阶段的顺序依次驱动发光器件发光完毕。本发明中每一个所述驱动子电路对应一个相应的时序阶段，也就是说，本发明中驱动子电路的数量及序号与所述时序阶段的数量及序号相匹配；同时，本发明中某一个时序阶段的持续时间，即为与该时序阶段的序号对应的驱动子电路驱动发光器件发光的工作时长；例如在第K个时序阶段时(其中，1＜k≤n)，与其对应的第k个所述驱动子电路的工作时长为tk，因此，tk也被表示为第K个时序阶段的持续时间；本发明为保证各个时序阶段阶段内驱动子电路对于发光器件驱动的均一性，特将各时序阶段的持续时间设定为相同时长。
参见图2所示，各所述驱动子电路还包括控制晶体管Tc；该控制晶体管的控制极连接时序控制模块，第一极连接像素单元扫描信号线，第二极连接各所述开关晶体管的控制极。
本发明像素单元的各所述驱动晶体管的第一极均连接在功率提供线(属于现有技术)上，该功率提供线外接工作电源，为发光器件提供工作电压。本实施例中所述发光器件为有机发光二极管(OLED器件)。
本实施例中所述参考电压端用于连接所述发光器件的第四极。所述参考电压端用以为发光器件的提供参考电压，例如用于连接零线、地线以提供零电位或提供负电压等。
本实施例中各所述驱动晶体管均为n型TFT驱动晶体管；该n型TFT驱动晶体管的TFT形态为增强型(阀值电压为正)或耗尽型(阀值电压为负)；所述驱动晶体管、驱动晶体管、开关晶体管、开关晶体管、控制晶体管、均为场效应晶体管。
本发明采用至少两条用于驱动发光器件发光的驱动子电路的设计；可使各驱动子电路按照时序阶段驱动发光器件发光；通过这种形式可有效解决现有像素单元中因发光器件长时间采用单一驱动晶体管进行驱动，该驱动晶体管在驱动过程中，受电压的应力时间过长所造成的物理特性损害；这种物理特性损害是产生驱动晶体管阀值漂移的主要原因；采用时序控制模块通过时序阶段控制在多个驱动子电路之间进行时序阶段切换，可有效缩短每个驱动子电路中驱动晶体管的应力时间；从而解决了驱动晶体管因漂移而导致的显示质量降低的问题，保证了发光器件的驱动效果；延长了像素单元的使用寿命。
本实施例中假设所述的像素单元中包括n个驱动子电路(其中，n为驱动子电路的数量，且n>1)，也就是说像素单元具有n个驱动晶体管；在像素单元驱动发光器件时，当n个中的一个驱动子电路驱动发光器件时，那么该驱动子电路中的驱动晶体管在驱动时所承受的应力时间为现有技术中单个驱动晶体管驱动时驱动晶体管应力时间的1/n倍；相应的以此类推，n个驱动晶体管中的每一个驱动晶体管的应力时间均减小为现有技术中单个驱动晶体管驱动时应力时间的1/n；以此很好的解决了现有技术中因驱动晶体管应力时间过大而造成的阀值漂移问题；保证了驱动晶体管的使用寿命，提高了显示质量。
理论上讲，所述像素单元所包括的驱动子电路的数量最少可以为两个；但是，随着驱动子电路的数量增加，像素单元中各驱动晶体管的阀值发生漂移的可能性就越低；并且，采用更多的驱动子电路，可在其中某个或某几个驱动晶体管失效时，能够确保发光器件在剩下的驱动晶体管按照时序阶段依次驱动下仍能保持正常发光。但是，所述驱动子电路的数量的增加是有限制条件的，其数量的多少会受限于像素单元所应用的显示面板的尺寸和规格以及显示面板包括的发光器件的数量，发光器件越多则意味着需要的晶体管也就越多；在显示面板上布设的晶体管越多则就意味着在相同尺寸下的显示面板上布设晶体管的密度就越大，这就会影响显示面板的开口率，进而影响显示面板的显示亮度；因此，当驱动子电路的数量较多时，则相应的采用本发明所述像素单元制成的显示面板应为顶发光式的有源矩阵有机发光二极管显示器。
所述的顶发光式的有源矩阵有机发光二极管显示器是指：包括第三极层、有机电致发光层、第四极层的有源矩阵有机发光二极管显示器，其中，所述有机电致发光层设置在第三极层上，所述第四极层设置在有机电致发光层上；且所述第四极层位于有源矩阵有机发光二极管显示器的光出射面，所述第三极层位于有源矩阵有机发光二极管显示器的光反射面，多个像素单元对应设置在第三极层下，并与发光器件的第三极对应连接；本实施例中所述的顶发光式有源矩阵有机发光二极管显示器,其具体结构属于现有技术，此处不再过多赘述。
上述中这种顶发光式的有源矩阵有机发光二极管显示器的特点在于所述发光器件所对应的有机电致发光层在像素单元的驱动下发出光线，光线先经第三极层反射面进行反射，反射后的光线再透过第四极层射出；因此，这种有源矩阵有机发光二极管显示器的亮度只与第四极层的开口率有关；而第三极层则只需具有高的光反射率以保证光线反射需要即可；由于像素单元是对应设置在所述第三极层下方，因此，即使像素单元中的晶体管数量很多，第三极层的开口率很小，也不会对第三极层的光反射产生影响，进而不会影响有源矩阵有机发光二极管显示器的显示亮度及有机电致发光层的使用寿命。
实施例二：
本实施例中的像素电路是在实施例一基础上的改进，实施例一中公开的技术内容不重复描述，实施例一公开的内容也属于本实施例公开的内容。
参见图3所示，本发明实施例所述的像素电路主要用于有源矩阵有机发光二极管显示器中所有发光器件的控制及驱动，其中，
所述像素电路，包括多个如实施例一中所述的像素单元，还包括数据线和功率提供线，其中，所述数据线连接各所述开关晶体管的第一极；
所述功率提供线连接各所述驱动晶体管的第一极。
本实施例中所述像素电路还包括：
时序控制模块T-CON，连接各所述控制晶体管的控制极，用于根据时序阶段控制各所述驱动子电路依次驱动发光器件。
当各所述控制晶体管按照时序阶段依次开启时，分别与各所述控制晶体管相连接的各所述控制极扫描信号线依次将脉冲扫描电压传递至与之相连接的所述开关晶体管，用作所述开关晶体管的开启电压。
本实施例中所述时序控制模块通过时序阶段控制各所述控制晶体管的开启或关闭，从而实现在各驱动子电路之间按照时序阶段顺序进行驱动切换的目的；保证了切换的准确性，降低驱动切换的误操作率。
本实施例中所述像素电路还包括P条像素单元扫描信号线Scan；其中，P为像素单元扫描信号线的数量，且P为自然数，P>1；每一条所述像素单元扫描信号线均对应连接一个所述像素单元中的所有所述控制晶体管的第一极，也就是说各像素单元中的所有控制极扫描信号线均连接一个与之对应的所述像素单元扫描信号线；各所述像素单元扫描信号线均与用于驱动像素电路工作的IC驱动电路IC连接；当某一个或几个像素单元的发光器件需要工作时，也就是说该一个或几个像素单元处于时序阶段内，则IC驱动电路向该一个或几个像素单元所连接的像素单元扫描信号线发送脉冲信号；所述时序控制模块根据时序控制对应开启在该时序阶段内需要开启的所述控制晶体管；脉冲信号通过与该时序阶段相对应的控制晶体管被传递至所述开关晶体管，从而实现某一驱动子电路对发光器件的驱动。
相对于图3而言，图中Scan(1)为第1个像素单元扫描信号线，Scan(P)为第P个控制极扫描信号线，P>1；所述IC驱动电路在各时序阶段内向各所述像素单元内与该时序阶段相对应的控制晶体管提供开启所需的脉冲电压，用以控制该控制晶体管所处的驱动子电路驱动所述发光器件在相应的时序阶段持续时间内发光。
需要说明的是，本发明实施例中的所有晶体管的第一极和第二极不做区分，例如，驱动晶体管的第一极也可以叫驱动晶体管的第二极，相应地，此时驱动晶体管的第二极叫驱动晶体管的第一极。
参见图4、图5所示，本发明还提供一种如上述中所述的像素电路实现的驱动方法，以下结合图4对方法进行描述：图中，VGATE(1)为第1条控制极扫描信号线输出的电位波形；VGATE(2)为第2条控制极扫描信号线输出的电位波形；VGATE(k-1)为第k-1条控制极扫描信号线输出的电位波形；VGATE(k)为第k条控制极扫描信号线输出的电位波形；VGATE(n)为当k＝n时，第n条控制极扫描信号线输出的电位波形；t(k-1)为第k-1时序阶段；t(k)为第k时序阶段；
所述方法包括：
1、开始第k-1时序阶段，各行像素单元中的第k-1条驱动子电路开始驱动；所述时序控制模块通过各行像素单元中的第k-1个所述控制晶体管导通各行像素单元中的第k-1条所述控制极扫描信号线，使之处于高电平；其余所述控制极扫描信号线均处于低电平；第k-1条所述控制极扫描信号线开启各行像素单元中的第k-1个所述开关晶体管；数据线依次将数据电压加载至各行像素单元中的第k-1个所述驱动晶体管，使各行像素单元中的第k-1个所述驱动晶体管被开启，使所述功率提供线与所述发光器件导通，依次驱动各行像素单元中的发光器件发光；直至第k个时序阶段开始。
2、开始第k时序阶段，各行像素单元中的第k-1条驱动子电路停止驱动，各行像素单元中的第k-1条所述控制极扫描信号线关闭各行像素单元中的第k-1个所述开关晶体管和第k-1个所述驱动晶体管；同时，各行像素单元中的第k条驱动子电路开始驱动；所述时序控制模块通过各行像素单元中的第k个所述控制晶体管导通各行像素单元中的第k条所述控制极扫描信号线，使之处于高电平，其余所述控制极扫描信号线均处于低电平；第k条所述控制极扫描信号线开启各行像素单元中的第k个所述开关晶体管；数据线依次将数据电压加载至各行像素单元中的第k个所述驱动晶体管，使各行像素单元中的第k个所述驱动晶体管被开启，使所述功率提供线与所述发光器件导通，依次驱动各行像素单元中的发光器件发光。
3、以此类推，直至k＝n时，本次工作周期结束，进入下一工作周期；其中，n为驱动子电路的数量，且n>1；k为同一工作周期中各时序阶段的序号，且1＜k≤n。
本实施例中在所述驱动子电路驱动阶段前还包括在各个时序阶段开始时，所述时序控制模块按照时序阶段依次顺序开启每一时序阶段所分别对应的所述驱动子电路中的所述控制晶体管；使分处于不同时序阶段内各所述驱动子电路中的各所述控制极扫描信号线分别按照时序阶段依次顺序被导通，用于时序控制模块控制各所述驱动子电路按各自的时序阶段依次驱动发光器件发光；且每个时序阶段持续的时间为一帧图像的时间。

Claims (9)

1.一种像素单元，其特征在于，包括发光器件以及n个驱动子电路；其中，n为自然数且n>1；
各所述驱动子电路均包括控制极扫描信号线、开关晶体管和驱动晶体管；所述开关晶体管的控制极连接控制极扫描信号线，第一极连接数据线，第二极连接驱动晶体管的控制极；所述驱动晶体管的第一极连接功率提供线，第二极连接发光器件的第三极；
所述发光器件的第四极连接参考电压端；
其中，各所述驱动子电路还包括控制晶体管；该控制晶体管的控制极连接时序控制模块，第一极连接像素单元扫描信号线，第二极连接各所述开关晶体管的控制极；其中，所述控制极为栅极，所述第一极为漏极，所述第二极为源极；所述第三极为阳极，所述第四极为阴极。
2.如权利要求1所述的像素单元，其特征在于，所述发光器件为顶发光式有机发光二极管。
3.如权利要求1所述的像素单元，其特征在于，n＝2。
4.一种像素电路，其特征在于，包括以矩阵形式排列的多个如权利要求1至3之任一项中所述的像素单元，还包括数据线和功率提供线，其中，
所述数据线连接各所述开关晶体管的第一极；
所述功率提供线连接各所述驱动晶体管的第一极。
5.如权利要求4所述的像素电路，其特征在于，还包括：
时序控制模块，连接各所述控制晶体管的控制极，用于根据时序阶段控制各所述驱动子电路依次驱动发光器件。
6.如权利要求5所述的像素电路，其特征在于，
还包括P条像素单元扫描信号线；其中，P为像素单元扫描信号线的数量，且P为自然数，P>1；每一条所述像素单元扫描信号线均对应连接一个所述像素单元中的所有所述控制晶体管的第一极。
7.一种如权利要求4至6中任一所述的像素电路的驱动方法，其特征在于，所述方法包括：
第k-1时序阶段，第k-1条所述控制极扫描信号线开启各行像素单元中的第k-1个所述开关晶体管；随着对各行像素单元进行的扫描，数据线依次将数据电压加载至各行像素单元中的第k-1个所述驱动晶体管，使各行像素单元中的第k-1个所述驱动晶体管被开启，使所述功率提供线与所述发光器件导通，依次驱动各行像素单元中的发光器件发光；
第k时序阶段，第k条所述控制极扫描信号线开启各行像素单元中的第k个所述开关晶体管；随着对各行像素单元进行的扫描，数据线依次将数据电压加载至各行像素单元中的第k个所述驱动晶体管，各行像素单元中的第k个所述驱动晶体管被开启，使所述功率提供线与所述发光器件导通，依次驱动各行像素单元中的发光器件发光；
以此类推，直至k＝n；其中，k为同一工作周期中各时序阶段的序号，且1＜k≤n。
8.如权利要求7所述的像素电路的驱动方法，其特征在于，还包括所述时序控制模块按照时序阶段依次切换各所述控制晶体管；使各所述控制极扫描信号线依次被导通，用于时序阶段切换各所述驱动子电路驱动发光器件发光。
9.如权利要求7所述的像素电路的驱动方法，其特征在于，每个时序阶段持续的时间为一帧图像的时间。
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