CN103985352B - 补偿像素电路及显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及液晶显示器制造领域，提供了一种补偿像素电路及显示装置。针对现有技术中阈值电压偏移导致的发光不均匀、长时间开启偏压后出现驱动晶体管稳定性下降、影响显示区电流均匀性和稳定性的问题，本发明在原有的像素补偿电路基础之上增设了复位模块、数据电压写入模块、发光控制模块和开关模块，主要实现了对驱动晶体管栅极电压的复位、以及对驱动晶体管阈值电压的补偿。本法不仅具有补偿阈值电压偏移的功能，还具有使驱动晶体管的栅极电压复位的功能，极大地降低了帧与帧之间信号的影响。

Description

补偿像素电路及显示装置
技术领域
本发明涉及液晶显示器制造领域，具体提供一种补偿像素电路及显示装置。
背景技术
有源矩阵有机发光二极管(Active Matrix/Organic Light Emitting Diode，AMOLED)显示是一种应用于电视和移动设备中的显示技术，以其低功耗，低成本，大尺寸的特点在对功耗敏感的便携式电子设备中有着广阔的应用前景。
目前在AMOLED显示领域中，尤其是大尺寸基板设计中，背板TFT(Thin FilmTransistor，薄膜晶体管)在生产工艺过程中存在着TFT的均匀性以及稳定性问题，一方面会使得不同TFT之间存在阈值电压偏移，另一方面还会在长时间开启偏压后出现TFT稳定性下降。这些问题都使得驱动OLED电流的不均匀、稳定，影响显示效果。
现有技术中，存在有很多只考虑阈值电压偏移这一问题而进行AMOLED补偿电路设计，但是这些设计却都忽视了一个问题：随着AMOLED尺寸大型化的趋势，栅信号线的负载也会越来越大，导致栅信号线上会出现电压的衰减，进而影响显示区电流均匀性。这样的问题会使得OLED发光不均匀，降低显示效果。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供一种补偿像素电路及显示装置，其不仅具有补偿阈值电压偏移的功能，还具有使驱动晶体管的栅极电压复位的功能，极大地降低了帧与帧之间信号的影响。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种补偿像素电路，包括有机发光二极管和驱动晶体管，所述驱动晶体管的第一端与所述有机发光二极管的阳极相连，其特征在于，所述补偿像素电路还包括：
复位模块，包括第一端与所述驱动晶体管的栅极相连的电容，所述复位模块用于使所述驱动晶体管的栅极放电，使栅极电压降至所述有机发光二极管的阈值电压的大小；
数据电压写入模块，用于在所述驱动晶体管的栅极放电，使栅极电压降至所述有机发光二极管的阈值电压的大小后，将数据电压接至所述驱动晶体管的第二端；
发光控制模块，用于在数据电压写入完成后，将所述驱动晶体管的源极和所述电容的第二端改接至高电平的工作电压；
开关模块，用于数据电压接至所述驱动晶体管的第二端时断开所述驱动晶体管与所述有机发光二极管的连接。
优选地，所述复位模块还包括第六开关元件和第七开关元件，其中：所述第六开关元件的第一端和第二端分别与所述驱动晶体管的栅极和第一端相连；所述第七开关元件的第二端接预定电压，所述第七开关元件的第一端与所述电容的第二端相连。
优选地，所述第六开关元件和第七开关元件的控制端所接信号用于控制这两个开关元件在所述复位模块和所述数据电压写入模块工作时处于开启状态，在所述发光控制模块工作时处于关闭状态。
优选地，所述数据电压写入模块包括第三开关元件；所述第三开关元件的第一端与所述驱动晶体管的第二端相连；所述第三开关元件的第二端与数据电压线相连。
优选地，所述第三开关元件的控制端所接信号用于控制所述第三开关元件在所述数据电压写入模块工作时处于开启状态，在所述复位模块和所述发光控制模块工作时处于关闭状态。
优选地，所述发光控制模块包括第四开关元件和第五开关元件，其第二端都与高电平的工作电压线相连；所述第四开关元件的第一端与所述驱动晶体管的第二端相连；所述第五开关元件的第一端与所述电容的第二端相连。
优选地，所述第四开关元件和第五开关元件的控制端所接信号用于控制这两个开关元件在所述复位模块和所述数据电压写入模块工作时处于关闭状态，在所述发光控制模块工作时处于开启状态。
优选地，所述开关模块包括第二开关元件；所述第二开关元件的第一端与所述有机发光二极管的阳极相连；所述第二开关元件的第二端与所述驱动晶体管的第一端相连。
优选地，所述驱动晶体管、第二至第七开关元件均为薄膜晶体管。
一种显示装置，其特征在于，包括上述任意一种补偿像素电路。
(三)有益效果
本发明至少具有如下的有益效果：
本发明所提出的补偿像素电路结构，使得最终驱动OLED发光的电流与阈值电压Vth和偏置电压VDD无关。从而其不但能补偿阈值电压偏移所造成的OLED电流偏差，还具有补偿信号电压衰减对电流影响的功能。
同时，由于电路中的复位模块可以使驱动晶体管的栅极电压复位，即使得上帧信号对下帧信号几乎没有影响，极大降低了帧与帧之间信号的影响。
当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是本发明一个实施例中补偿像素电路的结构图；
图2是本发明一个实施例中7T1C补偿像素电路的电路结构图；
图3是本发明一个实施例中7T1C补偿像素电路的电路时序图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。
实施例1
本发明实施例提出了一种补偿像素电路，参见图1，该电路包括有机发光二极管D1和驱动晶体管M1，所述驱动晶体管M1的第一端经过开关模块与所述有机发光二极管D1的阳极相连，所述补偿像素电路还包括：
复位模块，包括第一端与所述驱动晶体管M1的栅极相连的电容C1，所述复位模块用于使所述驱动晶体管M1的栅极放电，使栅极电压降至所述有机发光二极管D1的阈值电压的大小；
数据电压写入模块，用于在所述驱动晶体管M1的栅极放电，使栅极电压降至所述有机发光二极管D1的阈值电压的大小后，将数据电压VData接至所述驱动晶体管M1的第二端；
发光控制模块，用于在数据电压写入完成后，将所述驱动晶体管M1的源极和所述电容C1的第二端改接至高电平的工作电压VDD；(对应的低电平的工作电压为接在D1阴极的VSS)
开关模块，用于数据电压接至所述驱动晶体管M1的第二端时断开所述驱动晶体管M1与所述有机发光二极管D1的连接。
众所周知，晶体管具有栅极、源极和漏极，而这里所说的“驱动晶体管M1的第一端”具体指的就是与有机发光二极管D1的阳极相连的一端，视所选用晶体管类型的不同，可能是晶体管的源极或漏极。
而由于所述复位模块用于使所述驱动晶体管M1的栅极放电，使栅极电压降至所述有机发光二极管D1的阈值电压的大小，且其包括第一端与所述驱动晶体管M1的栅极相连的电容C1，所以这一放电过程很显然地是通过电容C1完成的，由于D1的阳极很显然地要和C1的一端相连，所以为实现这样的功能只能使M1栅极端、C1第二端以及D1的阳极连于一点，也就是将电容C1的第二端接一个与低电平的工作电压相比电压值较高的一个恒定电压，使得M1的栅极处的电位经过D1进行放电，最终使得该点电位变为D1的阈值电压。可见其中隐含了M1的栅极也和D1相连的连接关系，类似的图1所示的连接关系也都是包含在上述关于结构或功能的说明当中的。
可见，该补偿像素电路按时间顺序分为复位阶段、数据电压写入阶段和发光阶段三个工作阶段，而整个工作过程是按照复位模块、数据写入模块和发光控制模块这样的顺序依次进行的，即这三个模块依次在这三个对应的工作阶段中实现其主要功能，而开关模块是和数据写入模块同时实现其功能的。
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面以一种优选条件下的7T1C补偿像素电路具体介绍本发明实施例的技术方案和技术效果：
参见图2，该电路包括有机发光二极管D1、驱动晶体管M1、第二至第七开关元件M2至M7和存储电容C1。
所述复位模块除电容C1之外还包括第六开关元件M6和第七开关元件M7，所述第六开关元件M6的第一端和第二端分别与所述驱动晶体管M1的栅极和第一端相连；所述第七开关元件M7的第二端接预定电压Vinitial，所述第七开关元件M7的第一端与所述电容C1的第二端相连。
所述第六开关元件M6和第七开关元件M7的栅极与信号线G2连接，信号线G2用于控制这两个开关元件在所述复位模块和所述数据电压写入模块工作时处于开启状态，在所述发光控制模块工作时处于关闭状态。
所述数据电压写入模块包括第三开关元件M3；所述第三开关元件M3的第一端与所述驱动晶体管M1的第二端相连；所述第三开关元件M3的第二端与数据电压线VData相连。
所述第三开关元件M3的栅极与信号线G1连接，信号线G1用于控制所述第三开关元件M3在所述数据电压写入模块工作时处于开启状态，在所述复位模块和所述发光控制模块工作时处于关闭状态。
所述发光控制模块包括第四开关元件M4和第五开关元件M5，其第二端都与高电平的工作电压线VDD相连；所述第四开关元件M4的第一端与所述驱动晶体管M1的第二端相连；所述第五开关元件M5的第一端与所述电容C1的第二端相连。
所述第四开关元件M4和第五开关元件M5的栅极与信号线EM1连接，信号线EM1用于控制这两个开关元件在所述复位模块和所述数据电压写入模块工作时处于关闭状态，在所述发光控制模块工作时处于开启状态。
所述开关模块包括第二开关元件M2；所述第二开关元件M2的第一端与所述有机发光二极管D1的阳极相连；所述第二开关元件M2的第二端与所述驱动晶体管M1的第一端相连。
由于开关模块是用于数据电压VData接在所述驱动晶体管M1的第二端时断开所述驱动晶体管D1与所述有机发光二极管D1的连接的，所以接在所述第二开关元件M2控制端上的信号EM2实际上就是与上述G1信号的反相信号。
其中，开关元件指由控制端信号控制其第一端与第二端是否连通的元件，当然其可以由多种具体电器元件实现。
可见，该电路的基本构成和连接关系如上所述，其中的驱动晶体管M1和有机发光二极管D1构成基本的OLED驱动关系，而第二至第七开关元件M2-M7可分别由其各自接在的控制端上的信号控制开关处于开启/关闭状态。当然，所有偏置电压的电位零点都连于同一个公共端上，所有信号电压的电位零点也都连于同一个公共端上。
优选地，所述驱动晶体管、第二至第七开关元件均为薄膜晶体管TFT。这里，本实施例中采用的薄膜晶体管为P型沟道的薄膜晶体管。对应于该特征，所述驱动晶体管、第二至第七开关元件的第一端均代表漏极，所述驱动晶体管、第二至第七开关元件的第二端均代表源极，所述第二至第七开关元件的控制端均代表栅极。当然，其也可以用其他类型的晶体管作等效替代。
从而，由于本补偿像素电路包含了7个TFT和1个电容，所以也可以按本领域常用的命名方式而称为新型7T1C补偿像素电路。
基于上述所有优选条件下的7T1C补偿像素电路，该电路的工作原理如下：
参见该电路的工作时序图(图3)，总体来说，该电路的工作分为三个阶段：复位阶段(a-b)、数据写入阶段(b-c)、和发光阶段(c-)。
具体来说，在复位阶段，EM1信号和G1信号为高电平，晶体管M3，M4，M5处于关闭状态；而EM2和G2信号为低电平，EM2的低电平使得晶体管M2开启，同时使M2源漏极节点C和D导通连接起来。G2信号的低电平，使得晶体管M6和M7开启。从而晶体管M7开启使得存储电容C1的节点A电位复位成Vinitial信号。另外，晶体管M6的导通，使驱动晶体管M1的栅漏极相互连接，这样节点B，C，D便相互连接，存储电容C1在节点B的电位会通过有机发光二极管D1进行放电至一个低电压，该电压就是有机发光二极管D1的阈值电压。当然，此时有机发光二极管D1处于关闭不发光的状态。
在数据写入阶段，EM2信号变为高电平，使得晶体管M2关闭。G2保持低电平，同时G1也变为低电平，这使得晶体管M3开启，而数据信号VData就通过M3写入到了驱动晶体管M1的源极。此时，因为G2一直保持低电平，与OLED连接的M1工作于饱和区，其B点电位就变为了VData+Vth。而A点电位为Vinitial，这样存储电容C1两端电位就分别变为Vintial和VData+Vth。
发光阶段中，G1和G2变为高电平，使得晶体管M3，M6，M7关闭。EM1和EM2变为低电平，使得晶体管M4，M5和M2开启，M5开启后，存储电容A点电位由Vinitial变成VDD，根据电荷守恒原理，节点A的电位变成VDD+VData+Vth-Vinitial,此时晶体管M1处于饱和区，根据饱和区电流公式可知，流出M1的电流是
其中，相同结构中的K相对稳定，在这里可以视为常量。
因此，在OLED发光的过程中，流经与驱动晶体管M1漏极相连接的有机发光二极管的电流就只与Vinitial和VData相关，而与Vth和VDD无关。而Vinitial由于不会形成一个电流回路，因此在复位模块的作用下驱动晶体管的栅极电压可以每次都被复位至在一个固定值上，不会受到IR Drop(电压下降，意即背景技术中所说的栅信号线上的电压衰减)现象的影响。从而流经OLED的电流不会因为背板制造工艺原因所造成的Vth不均匀而产生大小不均匀的问题，即不会造成发光不均匀的问题。同时，存储电容节A点电位在发光时一直为VDD信号，不会产生电荷流失，保证了节点A的电位稳定性，使得M1的电流稳定，从而有机发光二极管发光稳定。当然，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：无论其在具体实施过程中采用什么样结构的复位模块、数据写入模块、发光控制模块和开关模块，只要其具有上述补偿像素电路的技术特征，就可以参照本发明实施例所说明的工作原理进行发明的实施，其无疑没有脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
实施例2
基于相同的发明构思，本发明实施例还提出了一种显示装置，该显示装置包括上述任意一种补偿像素电路。该显示装置可以为：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。
在将该电路设计成阵列基板中的像素单元时，由于信号线G1和EM2是控制数据电压写入的信号，所以根据栅线驱动信号的高低电平可以将G1和EM2中的一个接到对应于该行的栅线上，另一个直接取其反相信号。对于信号线EM1和G2，其是用于将栅极电压复位的，因而可以通过设计相应的复位开关信号线来实现，或者可以根据栅线信号通过一定的逻辑电路运算后得到。
由于本发明实施例提供的显示装置与上述任意一种补偿像素电路具有相同的技术特征，所以也能解决同样的技术问题，产生相同的技术效果。
综上所述，本发明所提出的补偿像素电路结构，使得最终驱动OLED发光的电流与阈值电压Vth和偏置电压VDD无关。从而其不但能补偿阈值电压偏移所造成的OLED电流偏差，还具有补偿信号电压衰减对电流影响的功能。同时，由于电路中的复位模块可以使驱动晶体管的栅极电压复位，即使得上帧信号对下帧信号几乎没有影响，极大降低了帧与帧之间信号的影响。所以，本发明所提出的补偿像素电路和显示装置不仅具有补偿阈值电压偏移的功能，还具有使驱动晶体管的栅极电压复位的功能，极大地降低了帧与帧之间信号的影响，可以同时保证OLED发光的均匀性和温度性。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种补偿像素电路，包括有机发光二极管和驱动晶体管，所述驱动晶体管的第一端与所述有机发光二极管的阳极相连，其特征在于，所述补偿像素电路还包括：
复位模块，包括第一端与所述驱动晶体管的栅极相连的电容，所述复位模块用于使所述驱动晶体管的栅极放电，使栅极电压降至所述有机发光二极管的阈值电压的大小；
数据电压写入模块，用于在所述驱动晶体管的栅极放电，使栅极电压降至所述有机发光二极管的阈值电压的大小后，将数据电压接至所述驱动晶体管的第二端；
发光控制模块，用于在数据电压写入完成后，将所述驱动晶体管的源极和所述电容的第二端改接至高电平的工作电压；
开关模块，用于数据电压接至所述驱动晶体管的第二端时断开所述驱动晶体管与所述有机发光二极管的连接。
2.根据权利要求1所述的补偿像素电路，其特征在于，所述复位模块还包括第六开关元件和第七开关元件，其中：
所述第六开关元件的第一端和第二端分别与所述驱动晶体管的栅极和第一端相连；
所述第七开关元件的第二端接预定电压，所述第七开关元件的第一端与所述电容的第二端相连。
3.根据权利要求2所述的补偿像素电路，其特征在于，所述第六开关元件和第七开关元件的控制端所接信号用于控制这两个开关元件在所述复位模块和所述数据电压写入模块工作时处于开启状态，在所述发光控制模块工作时处于关闭状态。
4.根据权利要求1所述的补偿像素电路，其特征在于，所述数据电压写入模块包括第三开关元件；
所述第三开关元件的第一端与所述驱动晶体管的第二端相连；
所述第三开关元件的第二端与数据电压线相连。
5.根据权利要求4所述的补偿像素电路，其特征在于，所述第三开关元件的控制端所接信号用于控制所述第三开关元件在所述数据电压写入模块工作时处于开启状态，在所述复位模块和所述发光控制模块工作时处于关闭状态。
6.根据权利要求1所述的补偿像素电路，其特征在于，所述发光控制模块包括第四开关元件和第五开关元件，其第二端都与高电平的工作电压线相连；
所述第四开关元件的第一端与所述驱动晶体管的第二端相连；
所述第五开关元件的第一端与所述电容的第二端相连。
7.根据权利要求6所述的补偿像素电路，其特征在于，所述第四开关元件和第五开关元件的控制端所接信号用于控制这两个开关元件在所述复位模块和所述数据电压写入模块工作时处于关闭状态，在所述发光控制模块工作时处于开启状态。
8.根据权利要求1所述的补偿像素电路，其特征在于，所述开关模块包括第二开关元件；
所述第二开关元件的第一端与所述有机发光二极管的阳极相连；
所述第二开关元件的第二端与所述驱动晶体管的第一端相连。
9.根据权利要求1至8中任意一项所述的补偿像素电路，其特征在于，所述驱动晶体管、第二至第七开关元件均为薄膜晶体管。
10.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求1至9中任意一项所述的补偿像素电路。
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