CN103996377B - 像素电路和显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种像素电路和显示装置，该像素电路包括：像素补偿模块、发光模块和触控检测模块。本发明提供的像素电路和显示装置，在像素电路中集成像素补偿模块和触控检测模块，并使像素补偿模块和触控检测模块共用数据电压线和扫描信号线。这样就能减少信号线路的数目，从而大幅缩减像素间距大小并降低IC成本，从而获得更高的像素密度。

Description

像素电路和显示装置
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种像素电路和显示装置。
背景技术
随着显示技术的急速进步，具有触控功能的显示装置由于其所具有的可视化操作等优点而逐渐得到越来越多人们的欢迎。根据触控面板与显示面板相对位置的不同，一般可以将现有的具有触控功能的显示装置分为表面式(oncell)触控面板与内嵌式(incell)触控面板两种。与表面式触控面板相比，内嵌式触控面板具有更薄的厚度与更高的光透过率。
而对于现有的显示装置而言，有机发光二极管(OrganicLightEmittingDiode，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显示装置按照驱动方式的不同可分为PMOLED(PassiveMatrixDrivingOLED，无源矩阵驱动有机发光二极管)和AMOLED(ActiveMatrixDrivingOLED，有源矩阵驱动有机发光二极管)两种，由于AMOLED显示器具有低制造成本、高应答速度、省电、可用于便携式设备的直流驱动、工作温度范围大等等优点而可望成为取代LCD(liquidcrystaldisplay，液晶显示器)的下一代新型平面显示器。因此，具有内嵌式触控功能的AMOLED显示面板已得到越来越多人们的青睐。
在现有的AMOLED显示面板中，每个OLED均依靠阵列基板上一个像素单元内的多个TFT(ThinFilmTransistor，薄膜晶体管)开关所组成的驱动电路驱动发光实现显示。
而内嵌式触控面板(TouchScreenPanel，简称TSP)是将用于触摸的传感器及驱动电路，同样利用阵列工艺制作在阵列基板上的每个像素单元内。如果将TSP的传感器及驱动电路叠加在AMOLED像素中，则需要加入一定数量的驱动电路TFT，从而需要额外占用一定像素单元的空间，而像素单元中空余空间有限，这极大地限制了内嵌式触控面板电路与AMOLED驱动电路的同时制作。
发明内容
本发明的目的是提供一种像素电路和显示装置，可以提高内嵌式触控电路与像素驱动电路的集成度。
为了达到上述目的，本发明提供了一种像素电路，包括：像素补偿模块、发光模块和触控检测模块；所述像素补偿模块与所述发光模块相连，所述像素补偿模块连接第一扫描信号线、第二扫描信号线、第三扫描信号线和第四扫描信号线；所述触控检测模块连接第二扫描信号线和第三扫描信号线；
所述像素补偿模块还连接工作电压线和数据电压线，用于根据所连接的扫描信号线的输入驱动所述发光模块进行发光显示，并且用于消除驱动阈值电压对发光模块工作电路的影响；
所述触控检测模块，还连接数据电压线、触控信号读取线，用于根据所连接的扫描信号线的输入检测触控信号，并将检测到的触控信号输入到触控信号读取线。
优选的，所述发光模块包括电致发光元件，所述电致发光元件与所述像素补偿模块相连。
优选的，所述像素补偿模块包括：重置单元、像素驱动单元、发光控制单元；
其中，所述重置单元与所述像素驱动单元相连，并连接第一扫描信号线和第二扫描信号线，用于根据所连接的扫描信号线的输入对所述像素驱动单元进行重置；
所述像素驱动单元，与工作电压线、数据扫描信号线以及第二扫描信号线、第三扫描信号线、第四扫描信号线相连，用于根据所连接的扫描信号线的输入对数据电压信号线输入的数据信号放大，产生用于驱动电致发光元件发光的驱动电流；
所述发光控制单元连接在所述像素驱动单元与所述电致发光元件之间，并连接第三扫描信号线，用于根据第三扫描信号线的输入将像素驱动单元产生的驱动电流导通到电致发光元件。
优选的，所述重置单元包括第二开关元件和第四开关元件；所述像素驱动单元包括第一开关元件、第三开关元件、第五开关元件、储能元件、驱动放大元件；所述发光控制单元包括第六开关元件；
第一开关元件连接在工作电压线与驱动放大元件的输入端之间，控制端连接第四扫描信号线；
第二开关元件连接在接地线与储能元件的第一端之间，第五开关元件连接在储能元件的第二端与驱动放大元件的输出端之间；第二开关元件和第五开关元件的控制端均连接第二扫描信号线；
第三开关元件连接储能元件的第一端与数据电压线之间；第六开关元件连接在驱动放大元件与电致发光元件之间；第三开关元件和第六开关元件的控制端均连接到第三扫描信号线；
第四开关元件的一端连接在储能元件的第二端，另一端接地，控制端连接第一扫描信号线；
驱动放大元件的控制端还与储能元件的第二端相连。
优选的，所述储能元件为第一电容。
优选的，所述触控检测模块包括初始子模块、光电感测子模块和输出子模块；其中，所述初始子模块连接在所述光电感测子模块与所述数据电压线之间，并连接第二扫描信号线，用于根据第二扫描信号线的输入对所述光电感测子模块进行初始化；所述光电感测子模块，用于在接收到的光照强度发生变化时产生电信号；所述输出子模块连接在所述光电感测子模块与触控信号读取线之间，并连接第三扫描信号线，用于根据第三扫描信号线的输入将所述光电感测子模块生成的电信号输入到触控信号读取线。
优选的，所述光电感测子模块包括一个感光晶体管和第二电容，所述第二电容的第一端连接所述初始化子模块，第二端连接所述输出子模块，并与所述感光晶体管相连，用于记录所述感光晶体管的阈值电压。
优选的，所述感光晶体管为N沟道型晶体管，其源极和栅极连接在所述第二电容的第一端，漏极连接在所述第二电容的第二端。
优选的，所述初始子模块包括第七开关元件，所述第七开关元件连接在所述第二电容的第一端与所述数据电压线之间，控制端连接第二扫描信号线；所述输出子模块包括第八开关元件，所述第八开关元件连接在所述第二电容的第二端与触控信号读取线之间，控制端连接第三扫描信号线。
优选的，所述初始子模块还包括第九开关元件，所述第九开关元件的第一端连接所述第二电容的第一端，第二端接地，控制端连接第一扫描信号线。
优选的，所述驱动放大元件以及各个开关元件具体为P沟道型薄膜场效应晶体管；驱动放大元件的控制端为薄膜场效应晶体管的栅极，输入端为源极，输出端为漏极；各个开关元件的控制端为薄膜场效应晶体管的栅极，其他两端对应于源极和漏极。
本发明还提供了一种显示装置，其特征在于，包括上述任一项所述的像素电路。
优选的，所述像素电路在所述显示装置中呈周期性分布。
本发明提供的像素电路和显示装置，在像素电路中集成像素补偿模块和触控检测模块，并使像素补偿模块和触控检测模块共用数据电压线和扫描信号线。这样就能减少信号线路的数目，从而大幅缩减像素间距大小并降低IC成本，从而获得更高的像素密度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的像素电路的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种像素电路的电路结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种像素电路的电路结构示意图；
图4为本发明实施例提供的像素电路的驱动方法中关键信号的时序图；
图5为本发明实施例中的像素电路在不同时序下的电流流向和电压值的示意图；
图6为本发明实施例提供的显示装置中像素电路与像素的一种位置关系的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明实施例提供了一种像素电路，如图1所示，包括：
像素补偿模块100、发光模块200和触控检测模块300；像素补偿模块100与发光模块200相连，像素补偿模块100连接第一扫描信号线Scan[1]、第二扫描信号线Scan[2]、第三扫描信号线Scan[3]和第四扫描信号线Em；触控检测模块300连接第二扫描信号线Scan[2]和第三扫描信号线Scan[3]；
像素补偿模块100还连接工作电压线Vdd和数据电压线Vdata，用于根据所连接的扫描信号线的输入(Scan[1]、Scan[2]、Scan[3]、Scan[4])驱动发光模块200进行发光显示，并且用于消除驱动阈值电压对发光模块200工作电路的影响；
触控检测模块300，还连接数据电压线Vdata、触控信号读取线Y-readLine，用于根据所连接的扫描信号线(Scan[2]、Scan[3])的输入检测触控信号，并将检测到的触控信号输入到触控信号读取线Y-readLine。
本发明提供的像素电路，在像素电路中集成像素补偿模块和触控检测模块，并使像素补偿模块和触控检测模块共用数据线和扫描信号线。这样就能减少信号线路的数目，从而大幅缩减像素间距大小并降低IC成本，从而获得更高的像素密度。
具体的，如图2所示，发光模块200可以包括电致发光元件OLED，OLED与像素补偿模块100相连。
实际应用中，发光模块可以是现有技术中包括LED(LightEmittingDiode，发光二极管)或OLED(OrganicLightEmittingDiode，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。
进一步的，如图2所示，像素补偿模块100具体包括：
重置单元110、像素驱动单元120、发光控制单元130；
其中，重置单元110与像素驱动单元120相连，并连接Scan[1]和Scan[2]，用于根据所连接的扫描信号线的输入对像素驱动单元130进行重置；
像素驱动单元120，与工作电压线Vdd、数据扫描信号线Vdata以及Scan[2]、Scan[3]、Scan[4]相连，用于根据所连接的扫描信号线的输入对数据电压信号线Vdata输入的数据信号放大，产生用于驱动OLED发光的驱动电流；
发光控制单元130连接在像素驱动单元120与电致发光元件之间，并连接、Scan[3]，用于根据Scan[3]的输入将像素驱动单元120产生的驱动电流导通到OLED。
进一步的，如图2所示，像素补偿模块100具体包括：
重置单元110包括第二开关元件T2和第四开关元件T4；像素驱动单元120包括第一开关元件T1、第三开关元件T3、第五开关元件T5、储能元件C1和驱动放大元件DT；发光控制单元130包括第六开关元件T6；
第二开关元件T2的第一端连接储能元件C1的第一端a1，第二端接地；第五开关元件T5的第一端连接DT的输出端，其第二端连接储能元件C1的第二端b；T2和T5的控制端均连接Scan[2]；
第三开关元件T3的第一端连接数据电压线Vdata，第二端连接储能元件C1的第一端a1；第六开关元件T6的第一端连接像素驱动单元DT的输出端，第二端连接电致发光元件L；第三开关元件T3和第六开关元件T6的控制端均连接Scan[3]；
第四开关元件T4的第一端连接在储能元件C1的第二端b1，第二端接地，控制端连接Scan[1]；
驱动放大元件DT的控制端还与储能元件C1的第二端b1相连。
进一步的，储能元件C1为电容。当然实际应用中，根据设计需要也可以采用其他具有储能功能的元件。
进一步的，光电感测子模块320包括一个感光晶体管PTFT和第二电容C2，第二电容C2的第一端a2端连接初始化子模块310，第二端b2端连接输出子模块330；同时，第二电容C2的第一端a2还与感光晶体管PTFT的栅极相连，第二端a2还与感光晶体管PTFT的源极相连，用于记录感光晶体管的阈值电压。
进一步的，如图2或图4所示，感光晶体管PTFT为N沟道型晶体管，其漏极和栅极连接在第二电容的第一端a2端，源极连接在第二电容C2的第二端b2端。当然实际应用中，该感光晶体管也可以采用P沟道型晶体管，相应的连接形式在此不再详细说明。
进一步的，如图2所示，触控检测模块300，包括初始子模块310、光电感测子模块320和输出子模块330；其中，初始子模块310的第一端连接数据电压线Vdata，第二端连接光电感测子模块320，控制端连接第二扫描信号线Scan[2]，用于根据第二扫描信号线Scan[2]的输入将光电感测子模块320第一端的电压置为数据电压线Vdata中的电压，即对光电感测子模块320的第一端进行初始化；光电感测子模块320，用于在接收到的光照强度发生变化产生电信号；输出子模块330的第一端连接光电感测子模块320的第二端，第二端连接触控信号读取线Y-readLine，控制端连接第三扫描信号线Scan[3]，用于根据第三扫描信号线Scan[3]的输入将光电感测子模块320生成的电信号输入到触控信号读取线Y-readLine。
进一步的，如图2所示，初始子模块310包括第七开关元件T7，第七开关元件T7的第一端连接数据电压线Vdata，第二端连接第二电容C2的第一端a2，其控制端连接Scan[2]；输出子模块330包括第八开关元件T8，第八开关元件T8的第一端连接在第二电容C2的第二端，第二端连接触控信号读取线Y-readLine，其控制端连接Scan[3]。
进一步的，在图2所示的像素电路的基础上，本发明另一实施例提供的所示的像素电路中，如图3所示，初始子模块310还包括第九开关元件T9，第九开关元件T9的第一端连接第二电容C2的第一端a2端，第二端接地，控制端连接Scan[1]。
这样，可以在初始化过程中，通过控制第九开关元件导通，使电容C2的a2端接地，之后在a2端的电压置为Vdata中的电压，通过这种方式能够使得对电容C2的初始化更快速，更彻底。
不难理解，本发明中，即使初始化子模块310不包含T9，数据电压线Vdata与a2端连接时也可以将a2端的电压初始化，本发明优选的实施方案不能理解为对本发明保护范围的限定。
进一步的，像素驱动单元DT以及各个开关元件具体为P沟道型薄膜场效应晶体管；此时，像素驱动单元的控制端为薄膜场效应晶体管的栅极，输入端为源极，输出端为漏极；各个开关元件的控制端为薄膜场效应晶体管的栅极，其他两端对应与源极和漏极。
使用同一类型的晶体管，能够实现工艺流程的统一，从而提高产品的良品率。本领域技术人员可以理解的是，在实际应用中，各个晶体管的类型也可以不完全相同，比如T2、T5、T7T3、T6、T8可以为N沟道型晶体管，而T3、T6、T8可以为P沟道型晶体管，只要能够使控制端连接到同一扫描信号线的两个开关元件的导通/关断状态相同，即可实现本申请提供的技术方案，本发明优选的实施方式不应理解为对本发明保护范围的限定。
下面结合图4和图5对图3中的像素电路的工作原理进行说明，为了方便说明，假设各个开关元件和驱动单元为P沟道型TFT，储能元件为电容，感光晶体管为N沟道型。图4为本发明提供的像素电路工作时一种可能的各个扫描信号线的扫描信号在一帧内的时序图，可分为四个阶段，在图4中分别表示为第一阶段W1、第二阶段W2、第三阶段W3，第四阶段W4，在各个阶段，像素电路的电流流向和电压值分别如图5a、图5b、图5c、图5d所示。
在第一阶段W1，参见图4，此时Scan[1]为低电平，其他扫描信号线为高电平，参见图5a，在像素补偿模块中，仅T4导通，此时b1点重置接地，电势为0V，将电容C1中上一帧的电压信号重置。在触控检测模块300中，T9导通，实现对C2和感光晶体管PTFT的重置，重置以后a2点的电势为0。可见，Scan[1]相当于像素补偿模块和触控检测模块的重置扫描信号线Resetline。
在第二阶段W2，参见图4，此时Scan[2]和Em为低电平，其他扫描信号线为高电平。参见图5b，在像素补偿模块中，T1、T2、T5导通，T3、T4、T6断开，由于之前b1点接地，所以驱动DT打开，Vdd信号通过T1→DT→T5开始对b1点进行充电，一直将b1点充电到Vdd–Vth为止(满足DT栅源两极之间的压差为Vth)，该过程中，由于a1点接地电位始终为0，所以当充电完毕以后，b1点的电位会一直维持在Vdd–Vth，另外由于T6的关闭使得电流不会通过OLED，间接降低了OLED的寿命损耗。
在触控检测模块中，参见图5b中，T8和T9关闭，T7导通，此时数据电压线Vdata将电容C2的a2端的电压置为数据电压Vdata中的电压(假设为Vdata)。
在第三阶段W3，如图4所示，仅Scan[3]为低电平，其他扫描信号线为高电平，如图5c所示，在像素补偿模块中，此时T3、T6导通，其他TFT断开。此时a点电势由原来的0V→Vdata，而b点为浮接状态，因此要维持a、b两点原来的压差(Vdd-Vth)，DT的栅极b点电势会发生等压跳变，b点电势跳变变为Vdd–Vth+Vdata固定不变，并为下一阶段做准备。
而在触控检测模块中，参见图5c中，T7和T9关断，T8导通，在该阶段的初始时刻，由于电容C2的a2端的电压为高电平Vdata，则PTFT会导通，电容C2经过PTFT向向Y-readline放电，直到a2端的电压降至Vth’(Vth’为PTFT的阈值电压)。在此过程中，如果有光照射到感光晶体管PTFT，PTFT会产生光敏电流，从而影响Y-readline读取到的电流信号。这样，通过将采集到的电流信号放大后与没有触控时采集到的电流信号的放大值进行比较，即可判断是否在该点有触控。其中，Y方向的信号由Y-ReadLine采集，而Scan[3]作为横向(X方向)扫描信号就有采集功能(因为仅在Scan[3]为低电平的时刻能够采集到Y方向的信号，且在特定的时刻特定的像素中的Scan[3]为低电平信号，这样就能够根据采集到的Y方向信号的时刻确定X坐标)。这样就确定了手指触摸位置的X、Y坐标。此过程只要手指参与触控(光照强度发生变化)，坐标位置随时都可以采集到。
在第四阶段W4，如图4所示，Em和Scan[3]为低电平，其他扫描信号线为高电平，如图5d所示，在像素补偿模块中，此时T1、T3、T6导通，其他TFT断开。Vdd沿T1→DT→T6向OLED供电，使得OLED开始发光。
在触控检测模块中，此时仅T8导通，其他开关TFT断开。如果此时有触控，相应的电流信号仍能被Y-readline读取到，从而确定触摸点的位置。
由TFT饱和电流公式可以得到：
IOLED＝K(VGS–Vth)2＝K[Vdd–(Vdd–Vth+Vdata)–Vth]2＝K(Vdata)2
由上式中可以看到此时工作电流IOLED已经不受Vth的影响，只与Vdata有关。彻底解决了驱动TFT由于工艺制程及长时间的操作造成阈值电压(Vth)漂移的问题，消除其对IOLED的影响，保证OLED的正常工作。
本发明还提供了一种显示装置，其特征在于，包括上述任一项所述的像素电路。
这里的显示装置可以为：电子纸、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。
优选的，所述的像素电路在所述显示装置中呈周期性分布。实际应用中，并不需要在每个像素对应的位置都采用本发明实施例提供的像素电路(比如三个像素中设置一个本发明实施例提供的像素电路，在其他像素中设置普通的像素电路)，同样能够实现对触控信号的检测。如图6所示，为每9(3*3)个像素设置一个本发明实施例提供的像素电路(PU)的情形。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种像素电路，其特征在于，包括：像素补偿模块、发光模块和触控检测模块；所述像素补偿模块与所述发光模块相连，所述像素补偿模块连接第一扫描信号线、第二扫描信号线、第三扫描信号线和第四扫描信号线；所述触控检测模块连接第二扫描信号线和第三扫描信号线；
所述像素补偿模块还连接工作电压线和数据电压线，用于根据所连接的扫描信号线的输入驱动所述发光模块进行发光显示，并且用于消除驱动阈值电压对发光模块工作电路的影响；
所述触控检测模块，还连接数据电压线、触控信号读取线，用于根据所连接的扫描信号线的输入检测触控信号，并将检测到的触控信号输入到触控信号读取线；其中，所述像素补偿模块包括：重置单元、像素驱动单元、发光控制单元；
其中，所述重置单元与所述像素驱动单元相连，并连接第一扫描信号线和第二扫描信号线，用于根据所连接的扫描信号线的输入对所述像素驱动单元进行重置；
所述像素驱动单元，与工作电压线、数据电压线以及第二扫描信号线、第三扫描信号线、第四扫描信号线相连，用于根据所连接的扫描信号线的输入对数据电压线输入的数据信号放大，产生用于驱动电致发光元件发光的驱动电流；
所述发光控制单元连接在所述像素驱动单元与所述电致发光元件之间，并连接第三扫描信号线，用于根据第三扫描信号线的输入将像素驱动单元产生的驱动电流导通到电致发光元件。
2.如权利要求1所述的像素电路，其特征在于，所述发光模块包括电致发光元件，所述电致发光元件与所述像素补偿模块相连。
3.如权利要求1所述的像素电路，其特征在于，所述重置单元包括第二开关元件和第四开关元件；所述像素驱动单元包括第一开关元件、第三开关元件、第五开关元件、储能元件、驱动放大元件；所述发光控制单元包括第六开关元件；
第一开关元件连接在工作电压线与驱动放大元件的输入端之间，控制端连接第四扫描信号线；
第二开关元件连接在接地线与储能元件的第一端之间，第五开关元件连接在储能元件的第二端与驱动放大元件的输出端之间；第二开关元件和第五开关元件的控制端均连接第二扫描信号线；
第三开关元件连接储能元件的第一端与数据电压线之间；第六开关元件连接在驱动放大元件与电致发光元件之间；第三开关元件和第六开关元件的控制端均连接到第三扫描信号线；
第四开关元件的一端连接在储能元件的第二端，另一端接地，控制端连接第一扫描信号线；
驱动放大元件的控制端还与储能元件的第二端相连。
4.如权利要求3所述的像素电路，其特征在于，
所述储能元件为第一电容。
5.如权利要求4所述的像素电路，其特征在于，
所述触控检测模块包括初始子模块、光电感测子模块和输出子模块；其中，所述初始子模块连接在所述光电感测子模块与所述数据电压线之间，并连接第二扫描信号线，用于根据第二扫描信号线的输入对所述光电感测子模块进行初始化；所述光电感测子模块，用于在接收到的光照强度发生变化时产生电信号；所述输出子模块连接在所述光电感测子模块与触控信号读取线之间，并连接第三扫描信号线，用于根据第三扫描信号线的输入将所述光电感测子模块生成的电信号输入到触控信号读取线。
6.如权利要求5所述的像素电路，其特征在于，
所述光电感测子模块包括一个感光晶体管和第二电容，所述第二电容的第一端连接所述初始子模块，第二端连接所述输出子模块，并与所述感光晶体管相连，用于记录所述感光晶体管的阈值电压。
7.如权利要求6所述的像素电路，其特征在于，所述感光晶体管为N沟道型晶体管，其源极和栅极连接在所述第二电容的第一端，漏极连接在所述第二电容的第二端。
8.如权利要求7所述的像素电路，其特征在于，所述初始子模块包括第七开关元件，所述第七开关元件连接在所述第二电容的第一端与所述数据电压线之间，控制端连接第二扫描信号线；所述输出子模块包括第八开关元件，所述第八开关元件连接在所述第二电容的第二端与触控信号读取线之间，控制端连接第三扫描信号线。
9.如权利要求8所述的像素电路，其特征在于，所述初始子模块还包括第九开关元件，所述第九开关元件的第一端连接所述第二电容的第一端，第二端接地，控制端连接第一扫描信号线。
10.如权利要求8或9所述的像素电路，其特征在于，所述驱动放大元件以及各个开关元件具体为P沟道型薄膜场效应晶体管；驱动放大元件的控制端为薄膜场效应晶体管的栅极，输入端为源极，输出端为漏极；各个开关元件的控制端为薄膜场效应晶体管的栅极，其他两端对应于源极和漏极。
11.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求1-10任一项所述的像素电路。
12.如权利要求11所述的显示装置，其特征在于，所述像素电路在所述显示装置中呈周期性分布。
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