CN103971640A - 一种像素驱动电路及其驱动方法和显示装置 - Google Patents

一种像素驱动电路及其驱动方法和显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明的实施例提供一种像素驱动电路及其驱动方法和显示装置，涉及显示技术领域，能够避免驱动晶体管的阈值电压漂移对有源发光器件驱动电流的影响，进而提高了显示图像的均匀性。该电路包括：发光器件、存储电容、驱动单元和五个开关单元。本发明的实施例用于显示装置制造。

Description

一种像素驱动电路及其驱动方法和显示装置
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种像素驱动电路及其驱动方法和显示装置。
背景技术
有源矩阵有机发光二极管(Active Matrix/Organic Light EmittingDiode，AMOLED)显示器是当今平板显示器研究领域的热点之一，与液晶显示器相比，有机发光二极管OLED具有低能耗、生产成本低、自发光、宽视角及响应速度快等优点，目前，在手机、PDA(掌上电脑)、数码相机等显示领域OLED已经开始取代传统的LCD显示屏。像素驱动电路设计是AMOLED显示器核心技术内容，具有重要的研究意义。
与TFT-LCD(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display，薄膜场效应晶体管液晶显示器)利用稳定的电压控制亮度不同，OLED属于电流驱动，需要稳定的电流来控制发光。由于工艺制程和器件老化等原因，在现有的两个晶体管T1、T2和一个存储电容C1的驱动电路中(参照图1所示)，其中驱动电流IOLED是由于数据线提供的电压Vdata作用在驱动晶体管(DTFT)饱和区域而产生的电流。它驱动OLED来发光，其中驱动电流计算公式为IOLED＝K(VGS-Vth)2，其中VGS为驱动晶体管栅极和源极之间的电压，Vth为驱动晶体管的阈值电压，由于工艺制程和器件老化等原因，各像素点的驱动TFT的阈值电压(Vth)存在不均匀性，各像素点的驱动TFT(即图中T2)的阈值电压存在不均匀性，这样就导致了流过每个像素点OLED的电流发生变化，从而影响整个图像的显示效果。
发明内容
本发明的实施例提供一种像素驱动电路及其驱动方法和显示装置，能够避免驱动晶体管的阈值电压漂移对有源发光器件驱动电流的影响，进而提高了显示图像的均匀性。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一方面，提供一种像素驱动电路，包括发光器件、存储电容、驱动单元和五个开关单元；
其中，每个开关单元包括控制端、第一信号端和第二信号端；其中开关单元的控制端输入的控制信号能将所述第一信号端和第二信号端导通或关断；驱动单元包括控制端、信号输入端和驱动端，所述驱动单元的控制端和信号输入端用于控制在驱动端输出驱动信号；
第一开关单元的控制端输入复位信号，所述第一开关单元的第一信号端输入初始化电平；
第二开关单元的控制端输入第一扫描信号，第二开关单元的第一信号端连接所述第一开关单元的第二信号端；
存储电容的第一极连接所述第二开关单元的第一信号端；
第三开关单元的控制端输入第二扫描信号，第三开关单元的第一信号端输入数据信号，第三开关单元的第二信号端连接所述存储电容的第二极；
第四开关单元的控制端输入第三扫描信号，所述第四开关单元第一信号端输入第一电平，第四开关单元的第二信号端连接所述存储电容的第二极；
第五开关单元的控制端输入第四扫描信号，所述第五开关单元的第一信号端连接所述第二开关单元的第二信号端；
驱动单元的控制端连接所述存储电容的第一极，驱动单元的信号输入端输入所述第一电平，驱动单元的驱动端连接所述第五开关单元的第一信号端；
发光器件的第一极连接所述第五开关单元的第二信号端，发光器件的第二极输入第二电平。
可选的，所有扫描信号均通过扫描线输入对应的开关单元的控制端。
可选的，所述第五开关单元的控制端和所述第四开关单元的控制端分别连接不同的扫描线，并且所述第三扫描信号和所述第四扫描信号不同步。
可选的，第二开关单元的控制端和第三开关单元的控制端连接相同的扫描线。
可选的，所述开关单元为开关晶体管，所述开关晶体管的栅极用作所述开关单元的控制端，所述开关晶体管的源极用作所述开关单元的第一信号端或第二信号端，所述开关晶体管的漏极用作所述开关单元的第二信号端或第一信号端。
可选的，所述驱动单元为驱动晶体管，所述驱动晶体管的栅极用作所述驱动单元的控制端，所述驱动晶体管的源极用作所述驱动单元的信号输入端，所述驱动晶体管的漏极用作所述驱动单元的驱动端。
一方面，提供一种像素电路的驱动方法，包括：
第一阶段，第一开关单元的第一信号端和第二信号端导通，第四开关单元的第一信号端和第二信号端导通，初始化电平和第一电平为存储电容充电；
第二阶段，第二开关单元的第一信号端和第二信号端导通，第三开关单元的第一信号端和第二信号端导通，数据信号写入存储电容的第二极，存储电容的第一极放电直至驱动单元的控制端和信号输入端的电压差等于驱动单元的阈值电压；
第三阶段，第四开关单元的第一信号端和第二信号端导通，第五开关单元的第一信号端和第二信号端导通，第一电平耦合提升所述存储电容第一极的电位，驱动单元在所述存储电容第一极输出电压的控制下在驱动端输出驱动信号驱动发光器件发光。
可选的，所述开关单元为开关晶体管时，包括截止状态和导通状态。
可选的，所述驱动单元为驱动晶体管时，在所述第三阶段，所述驱动晶体管处于饱和状态。
一方面，提供一种显示装置，包括上述任一项所述的像素驱动电路。
本发明的实施例提供一种像素驱动电路及其驱动方法和显示装置，能够通过电压补偿的方式避免驱动晶体管的阈值电压漂移对有源发光器件驱动电流的影响，进而提高了显示图像的均匀性。
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为现有技术提供的一种像素驱动电路结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种像素驱动电路结构示意图；
图3为本发明另一实施例提供的一种像素驱动电路结构示意图；
图4为本发明另一实施例提供的像素驱动电路的输入信号时序状态示意图；
图5a为本发明实施例提供的像素驱动电路在第一阶段的等效电路示意图；
图5b为本发明实施例提供的像素驱动电路在第二阶段的等效电路示意图；
图5c为本发明实施例提供的像素驱动电路在第三阶段的等效电路示意图。
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。
本发明所有实施例中采用的开关晶体管和驱动晶体管均可以为薄膜晶体管或场效应管或其他特性相同的器件，由于这里采用的开关晶体管的源极、漏极是对称的，所以其源极、漏极是可以互换的。在本发明实施例中，为区分晶体管除栅极之外的两极，将其中一极称为源极，另一极称为漏极。按附图中的形态规定晶体管的中间端为栅极、信号输入端为源极、信号输出端为漏极。此外本发明实施例所采用的开关晶体管包括P型开关晶体管和N型开关晶体管两种，其中，P型开关晶体管在栅极为低电平时导通，在栅极为高电平时截止，N型开关晶体管为在栅极为高电平时导通，在栅极为低电平时截止；驱动晶体管包括P型和N型，其中P型驱动晶体管在栅极电压为低电平(栅极电压小于源极电压)，且栅极源极的压差的绝对值大于阈值电压时处于放大状态或饱和状态；其中N型驱动晶体管的栅极电压为高电平(栅极电压大于源极电压)，且栅极源极的压差的绝对值大于阈值电压时处于放大状态或饱和状态。
参照图2，为本发明实施例提供的一种像素驱动电路，其特征在于，包括发光器件、存储电容、驱动单元和五个开关单元；
其中，每个开关单元包括控制端、第一信号端和第二信号端；其中开关单元的控制端输入的控制信号能将所述第一信号端和第二信号端导通或关断；驱动单元包括控制端、信号输入端和驱动端，所述驱动单元的控制端和信号输入端用于控制在驱动端输出驱动信号；
第一开关单元的控制端输入复位信号，所述第一开关单元的第一信号端输入初始化电平；
第二开关单元的控制端输入第一扫描信号，第二开关单元的第一信号端连接所述第一开关单元的第二信号端；
存储电容的第一极连接所述第二开关单元的第一信号端；
第三开关单元的控制端输入第二扫描信号，第三开关单元的第一信号端输入数据信号，第三开关单元的第二信号端连接所述存储电容的第二极；
第四开关单元的控制端输入第三扫描信号，所述第四开关单元第一信号端输入第一电平，第四开关单元的第二信号端连接所述存储电容的第二极；
第五开关单元的控制端输入第四扫描信号，所述第五开关单元的第一信号端连接所述第二开关单元的第二信号端；
驱动单元的控制端连接所述存储电容的第一极，驱动单元的信号输入端输入所述第一电平，驱动单元的驱动端连接所述第五开关单元的第一信号端；
发光器件的第一极连接所述第五开关单元的第二信号端，发光器件的第二极输入第二电平。
可选的，所有扫描信号均通过扫描线输入对应的开关单元的控制端。第二开关单元的控制端和第三开关单元的控制端连接相同的扫描线。可以理解的是连接相同的扫描线是开关单元的控制端输入相同时序的扫描信号。
需要说明书的附图2中，以数字1、2、3的形式标记各个开关单元和驱动单元的端子，其中开关单元的控制端为端子3、第一信号端为端子1、第二信号端为端子2；驱动单元的控制端为端子3、信号输入端为端子1和驱动端为端子2。
本发明的实施例提供的像素驱动电路，能够通过电压补偿的方式避免驱动晶体管的阈值电压漂移对有源发光器件驱动电流的影响，进而提高了显示图像的均匀性。
本发明的实施例提供上述像素驱动电路的驱动方法，包括：
第一阶段，第一开关单元的第一信号端和第二信号端导通，第四开关单元的第一信号端和第二信号端导通，初始化电平和第一电平为存储电容充电；
第二阶段，第二开关单元的第一信号端和第二信号端导通，第三开关单元的第一信号端和第二信号端导通，数据信号写入存储电容的第二极，存储电容的第一极放电直至驱动单元的控制端和信号输入端的电压差等于驱动单元的阈值电压；
第三阶段，第四开关单元的第一信号端和第二信号端导通，第五开关单元的第一信号端和第二信号端导通，第一电平耦合提升所述存储电容第一极的电位，驱动单元在所述存储电容第一极输出电压的控制下在驱动端输出驱动信号驱动发光器件发光。
可以理解的是每个开关单元的默认状态开关单元的第一信号端和第二信号端处于关断状态，在上述方法流程中只是指出了每个阶段开关单元中开关单元的第一信号端和第二信号端导通状态，因此在每个阶段中除了第一信号端和第二信号端导通的开关单元外，认为其他开关单元的第一信号端和第二信号端处于关断状态。
本发明的实施例提供的像素驱动电路的驱动方法，能够通过电压补偿的方式避免驱动晶体管的阈值电压漂移对有源发光器件驱动电流的影响，进而提高了显示图像的均匀性。
进一步可选的，第五开关单元的控制端和所述第四开关单元的控制端分别连接不同的扫描线，并且所述第三扫描信号和所述第四扫描信号不同步。参照上述像素驱动电路的驱动方法，可知第四开关单元的第一信号端和第二信号端的导通时序与第五开关单元的第一信号端和第二信号端的导通时序并不完全同步，通过第五开关单元的控制端和所述第四开关单元的控制端分别连接不同的扫描线的设计以实现输入的第三扫描信号和所述第四扫描信号不同步，从而实现了第四开关单元和第五开关单元的单独控制，进而实现了像素显示时间的精确控制，同时保证了发光器件稳定性，避免发光器件的在非发光阶段有电流通过，延长了器件的使用寿命。
具体的，以开关单元为开关晶体管、驱动单元为驱动晶体管为例进行说明，基于上述的开关晶体管和驱动晶体管的物理特性可知，开关晶体管的栅极用作所述开关单元的控制端，开关晶体管的源极用作所述开关单元的第一信号端或第二信号端，所述开关晶体管的漏极用作所述开关单元的第二信号端或第一信号端；所述驱动晶体管的栅极用作所述驱动单元的控制端，所述驱动晶体管的源极用作所述驱动单元的信号输入端，所述驱动晶体管的漏极用作所述驱动单元的驱动端，参照图3所示，提供一种像素驱动电路，包括五个开关晶体管(T1-T5)及一个驱动晶体管DTFT和一个存储电容C1，其中存储电容包括第一极(连接节点A)和第二极(连接节点B)，该电路中所有晶体管均采用P型晶体管为例说明，其中第一电平为高电平VDD，第二电平为低电平VSS，第一扫描线Gate为T2和T3提供扫描信号，第二扫描线EM1为T5提供扫描信号，第三扫描线EM2为T4提供扫描信号，数据线Data为T3的源极提供数据信号，Vinit为复位信号Reset输入时提供的初始化电平，VDD和VSS为发光器件提供电源。
T1的栅极输入Reset，T1的源极输入Vinit，T1的漏极连接节点A；T2的栅极连接Gate，T2的源极连接节点A，T2的漏极连接DTFT的漏极；T3的源极连接Data，T3的栅极连接Gate，T3的漏极连接节点B；T4的源极输入VDD，T4的栅极连接EM2，T4的漏极连接节点B；T5的栅极连接EM1，T5的源极连接DTFT的漏极，T5的漏极连接发光器件的第一极，发光器件的第二极输入VSS；DTFT的栅极连接节点A，DTFT的源极输入VDD。
其中，发光器件可以为有源发光二极管OLED，由于第一电平为高电平、第二电平为低电平，该OLED为底发射型OLED，优选的，VSS为接地。
结合图3所示的像素驱动电路，参照图4提供的像素驱动电路各输入信号的信号时序状态示意图，同时参照图5a～5c所提供的像素驱动电路的各个阶段工作状态的等效电路示意图，对电路的具体工作原理说明如下：
第一阶段t1为像素初始化阶段：
该阶段EM1输入高电位，EM2和Reset同时输入低电位，T1、T4导通，此时的等效电路参照图5(a)所示。电容C1两端的A点的电位Va＝Vinit和B点的电位Vb＝VDD。
第二阶段t2为数据写入阶段：
EM1、EM2、Reset同时输入高电位，Gate输入低电位，数据信号通过Data数据线写入Vdata，T2、T3导通，此时的等效电路参照图5(b)所示。此时由于T2导通DTFT的栅极和漏极短路处与二极管状态，此时DTFT漏极电压为VDD+Vth。此时C1电容两端的A点的电位为Va＝VDD+Vth,B点的电位Vb＝Vdata，Vth为DTFT的阈值电压。
第三阶段t3为发光阶段：
EM1和EM2同时输入低电平，T4、T5导通，此时的等效电路参照图5(c)所示。此时B点电位变为VDD；
根据电荷保持定理，A点电位提高至Va＝2VDD+Vth-Vdata；
此时VGS＝Va-VDD＝2VDD+Vth-Vdata-VDD＝VDD+Vth-Vdata。
由于DTFT处于饱和状态，其输出电流为：
I OLED = 1 2 β [ V GS - Vth ] 2 = 1 2 β [ VDD + Vth - Vdata - Vth ] 2 1 2 β [ VDD - Vdata ] 2
由以上公式可知驱动电流IOLED只和数据线电压Vdata值有关系,因此驱动电流不受Vth影响，其中，VGS为TFT栅极和源极之间的电压，μ、Cox为工艺常数，W为TFT沟道宽度，L为薄膜晶体管的沟道长度，W、L都为可选择性设计的常数。此时像素OLED上的电流与Vth无关。
以上实施例以开关晶体管、驱动晶体管为“P”型晶体管为例，当然简单更换晶体管的类型时只需要相应的调整相应的扫描信号线输入的时序状态即可，即本发明实施例对提供的各个开关晶体管和驱动晶体管的类型不做限制，当各个开关晶体管和驱动晶体管的类型采取变化是只需调整晶体管栅极施加的电平信号即可，这里以能够实现本发明实施例提供的像素电路的驱动方法为准，本领域技术人员在本发明实施例提供的像素驱动电路和驱动方法的基础上可轻易想到并实现的任一组合均在本发明的保护范围内。
本发明实施例提供的像素驱动电路能够通过电压补偿的方式避免驱动晶体管的阈值电压漂移对有源发光器件驱动电流的影响，提高了显示图像的均匀性。
本发明的实施例提供一种显示装置，包括：上述的像素驱动电路。该显示装置可以为电子纸、手机、电视、数码相框等等显示设备。
本发明实施例提供的显示装置，能够通过电压补偿的方式避免驱动晶体管的阈值电压漂移对有源发光器件驱动电流的影响，进而提高了显示图像的均匀性。
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 (10)

1.一种像素驱动电路，其特征在于，包括发光器件、存储电容、驱动单元和五个开关单元；
其中，每个开关单元包括控制端、第一信号端和第二信号端；其中开关单元的控制端输入的控制信号能将所述第一信号端和第二信号端导通或关断；驱动单元包括控制端、信号输入端和驱动端，所述驱动单元的控制端和信号输入端用于控制在驱动端输出驱动信号；
第一开关单元的控制端输入复位信号，所述第一开关单元的第一信号端输入初始化电平；
第二开关单元的控制端输入第一扫描信号，第二开关单元的第一信号端连接所述第一开关单元的第二信号端；
存储电容的第一极连接所述第二开关单元的第一信号端；
第三开关单元的控制端输入第二扫描信号，第三开关单元的第一信号端输入数据信号，第三开关单元的第二信号端连接所述存储电容的第二极；
第四开关单元的控制端输入第三扫描信号，所述第四开关单元第一信号端输入第一电平，第四开关单元的第二信号端连接所述存储电容的第二极；
第五开关单元的控制端输入第四扫描信号，所述第五开关单元的第一信号端连接所述第二开关单元的第二信号端；
驱动单元的控制端连接所述存储电容的第一极，驱动单元的信号输入端输入所述第一电平，驱动单元的驱动端连接所述第五开关单元的第一信号端；
发光器件的第一极连接所述第五开关单元的第二信号端，发光器件的第二极输入第二电平。
2.根据权利要求1所述的像素驱动电路，其特征在于，所有扫描信号均通过扫描线输入对应的开关单元的控制端。
3.根据权利要求2所述的像素驱动电路，其特征在于，第二开关单元的控制端和第三开关单元的控制端连接相同的扫描线。
4.根据权利要求2所述的像素驱动电路，其特征在于，所述第五开关单元的控制端和所述第四开关单元的控制端分别连接不同的扫描线，并且所述第三扫描信号和所述第四扫描信号不同步。
5.根据权利要求1所述的像素驱动电路，其特征在于，所述开关单元为开关晶体管，所述开关晶体管的栅极用作所述开关单元的控制端，所述开关晶体管的源极用作所述开关单元的第一信号端或第二信号端，所述开关晶体管的漏极用作所述开关单元的第二信号端或第一信号端。
6.根据权利要求1所述的像素驱动电路，其特征在于，所述驱动单元为驱动晶体管，所述驱动晶体管的栅极用作所述驱动单元的控制端，所述驱动晶体管的源极用作所述驱动单元的信号输入端，所述驱动晶体管的漏极用作所述驱动单元的驱动端。
7.一种像素电路的驱动方法，其特征在于，包括：
第一阶段，第一开关单元的第一信号端和第二信号端导通，第四开关单元的第一信号端和第二信号端导通，初始化电平和第一电平为存储电容充电；
第二阶段，第二开关单元的第一信号端和第二信号端导通，第三开关单元的第一信号端和第二信号端导通，数据信号写入存储电容的第二极，存储电容的第一极放电直至驱动单元的控制端和信号输入端的电压差等于驱动单元的阈值电压；
第三阶段，第四开关单元的第一信号端和第二信号端导通，第五开关单元的第一信号端和第二信号端导通，第一电平耦合提升所述存储电容第一极的电位，驱动单元在所述存储电容第一极输出电压的控制下在驱动端输出驱动信号驱动发光器件发光。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述开关单元为开关晶体管时，开关晶体管包括截止状态和导通状态。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述驱动单元为驱动晶体管时，在所述第三阶段，所述驱动晶体管处于饱和状态。
10.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的像素驱动电路。
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