CN104217679A - 像素电路及其驱动方法、显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种像素电路及驱动方法、显示装置，涉及显示领域，补偿阈值电压漂移，同时将触控模块集成于像素电路中，可简化操作及制造流程。该像素电路包括：显示单元和触控单元，显示单元中的预充模块对驱动晶体管的控制端充电，并在存储电容作用下保持；补偿模块对数据信号补偿并将补偿过的数据信号写入存储电容；电源开关模块在数据信号写入存储电容后，将工作电压输入驱动晶体管；驱动晶体管利用存储在存储电容中的数据信号驱动发光元件发光；触控单元中的初始化模块在预充模块工作的同时，对触控模块进行初始化；触控模块对相应区域内的触控信号进行采集；输出控制模块在补偿模块工作的同时开启输出通路，将触控模块采集到的触控信号输出。

Description

像素电路及其驱动方法、显示装置
技术领域
本发明涉及显示领域，尤其涉及一种像素电路及其驱动方法、显示装置。
背景技术
有机发光二极管(Organic Light Emitting Diode，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。
与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。如图1所示，在原始的2T1C像素电路中，IOLED是由于Vdata信号作用在驱动薄膜晶体管(DTFT)饱和区域而产生的电流。它驱动OLED来发光，公式为IOLED＝K(VGS-Vth)2，其中VGS为栅源电压差，VGS＝Vdata-Vdd，Vdd为恒定工作电压，Vth为DTFT的阈值电压。为达到更佳显示效果，要求IOLED只与Vdata有关，但实际上由于工艺制程和器件老化等原因，各像素点的DTFT的阈值电压(Vth)存在不均匀性(通称阈值电压漂移问题)，这样就导致了流过每个像素点OLED的电流因Vth的变化而变化，从而影响整个图像的显示效果。因此，对于OLED显示，如何解决阈值电压漂移带来的影响，是设计像素电路时需要关注的问题之一。
同时近年来，触控功能在各种显示面板尤其是移动显示中的应用越来越广，几乎成了智能手机的标准配置，相应地，具有触控功能的OLED显示面板已得到越来越多人们的青睐。但目前，现有技术中大都是将显示面板和触摸面板(TouchScreen Panel，TSP)分开制作，然后再进行贴合，这样的工艺流程使得显示触摸屏功能面板的工艺复杂，成本高，也不利于显示的轻薄化。TSP in cell(TSP内置)技术则是将显示和触控功能进行整合，使用一道工艺流程即可完成，而不用分成两道流程，因此不仅拥有低成本的优势，还能使得工艺简单，显示触摸面板更加轻薄。但是对于如何完美地将触控电路与像素电路集成，目前还没有很好的解决方案。
发明内容
本发明提供一种像素电路及其驱动方法、显示装置，能够补偿驱动晶体管阈值电压漂移，提高OLED显示面板亮度的均匀性，同时在不增加电路结构和操作复杂性的情况下，将用以实现触控功能的模块完美集成于像素电路中，达到简化操作以及制造流程的目的。
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，本发明实施例提供一种像素电路，包括：显示单元和触控单元，所述显示单元包括：发光元件、驱动晶体管、存储电容、电源开关模块、预充模块和补偿模块，其中，所述预充模块用于对驱动晶体管的控制端充电，并在所述存储电容的作用下保持，以使得所述补偿模块到存储电容之间保持导通的状态；所述补偿模块用于对数据信号进行补偿并将经过补偿的数据信号写入所述存储电容；所述电源开关模块用于在数据信号写入所述存储电容后，将工作电压输入所述驱动晶体管；所述驱动晶体管利用存储在所述存储电容中的数据信号驱动所述发光元件发光。
所述触控单元包括：初始化模块、触控模块和输出控制模块，其中，所述初始化模块用于在所述预充模块工作的同时，对所述触控模块进行初始化；所述触控模块用于对相应区域内的触控信号进行采集；所述输出控制模块用于在所述补偿模块工作的同时开启输出通路，将所述触控模块采集到的触控信号输出。
可选地，所述发光元件的一端与接地端相连，另一端与所述驱动晶体管的第二端相连；所述驱动晶体管的第一端连接所述电源开关模块的第二端，控制端连接所述存储电容的第一端；所述电源开关模块的第一端连接工作电压输入端，控制端输入发光控制信号；所述存储电容的第二端与所述接地端相连；所述预充模块与所述电源开关模块的第二端、所述驱动晶体管的控制端以及第一控制信号线相连；所述补偿模块与数据信号线、所述驱动晶体管的控制端以及第二控制信号线相连。
可选地，所述初始化模块与所述触控模块的输入端相连，并连接所述第一控制信号线、初始化信号线；所述输出控制模块与所述触控模块的输出端相连，并连接所述第二控制信号线和信号读取线。
可选地，所述触控模块为光感式触控模块，或者电容式触控模块。
可选地，所述触控模块包括感光管和第一电容，其中，所述感光管的第一端与所述感光管的控制端，以及所述第一电容的第一端相连，并作为所述触控模块的输入端与所述初始化模块相连，所述感光管的第二端与所述第一电容的第二端相连，并作为所述触控模块的输出端与所述输出控制模块相连。
可选地，所述触控模块包括第一晶体管和第二电容，其中，所述第一晶体管的控制端与所述第二电容的第一端相连，并作为所述触控模块的输入端与所述初始化模块相连，所述第一晶体管的第二端作为所述触控模块的输出端，与所述输出控制模块相连，所述第一晶体管的第一端、所述第二电容的第二端均与公共电压输入端相连。
优选地，所述初始化模块为第二晶体管，所述输出控制模块为第三晶体管。
可选地，所述补偿模块包括第四晶体管和第五晶体管，所述第四晶体管的第一端与所述数据信号线相连，第二端与所述第五晶体管的第一端相连，控制端与所述第二控制信号线相连；所述第五晶体管的第二端与所述第五晶体管的控制端相连，并连接所述驱动晶体管的控制端。
优选地，所述预充模块为第六晶体管，所述电源开关模块为第七晶体管。
可选地，所有所述晶体管均具有相同的沟道类型。
优选地，所述第七晶体管的沟道类型与所述第四晶体管的沟道类型相反，所述第七晶体管的控制端与所述第二控制信号线相连。
本发明实施例还提供一种显示装置，包括任一项所述的像素电路。
另一方面，本发明实施例还提供一种像素电路的驱动方法，包括：
预充模块对驱动晶体管的控制端充电，使该控制端的电位变为工作电压，并在所述存储电容的作用下保持，以使得所述补偿模块到存储电容之间保持导通的状态；同时触控单元中的初始化模块对触控模块进行初始化；
补偿模块对数据信号进行补偿并将经过补偿的数据信号加载到所述驱动晶体管的控制端，并写入所述存储电容；同时触控单元中的输出控制模块开启输出通路，将所述触控单元采集到的触控信号输出至信号读取线；
关闭所述触控单元，同时电源开关模块开启，工作电压输入所述驱动晶体管，所述驱动晶体管利用存储在所述存储电容中的数据信号驱动所述发光元件发光。
本发明实施例提供一种像素电路及其驱动方法、显示装置，所述像素电路包括：显示单元和触控单元，显示单元包括：发光元件、驱动晶体管、存储电容、电源开关模块、预充模块和补偿模块，触控单元包括初始化模块、触控模块和输出控制模块。上述显示单元的工作过程包括预充、加载和驱动发光三个阶段，在预充阶段，由预充模块对驱动晶体管的控制端充电使该控制端的电位变为工作电压，并在存储电容的作用下保持，以开通补偿模块到驱动晶体管控制端的输出通路；加载阶段，由补偿模块对数据信号进行补偿并将经过补偿的数据信号写入存储电容；驱动发光阶段，利用存储在存储电容中的数据信号电压驱动发光元件发光。上述显示单元工作的同时，本发明实施例中的触控单元同步进行工作，具体如下：预充阶段，触控单元中的初始化模块对触控模块进行初始化；加载阶段，输出控制模块开启，触控单元采集相应区域内的触控信号并输出；驱动发光阶段，触控单元关闭。
从上述工作过程可知，本发明实施例提供的像素电路及其驱动方法、显示装置，不仅能够补偿驱动晶体管阈值电压漂移，提高OLED显示面板亮度的均匀性，同时还可在不增加电路结构和操作复杂性的情况下，将触控模块完美集成于像素电路中，达到简化操作以及制造流程的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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它的附图。
图1为原始的2T1C像素电路示意图；
图2为本发明实施例一提供的像素电路示意图；
图3为本发明实施例一提供的像素电路的驱动方法流程图；
图4为本发明实施例二提供的像素电路示意图；
图5为图4所示像素电路的时序图；
图6为本发明实施例二提供的像素电路的一种变形；
图7为图6所示像素电路的时序图；
图8为本发明实施例三提供的像素电路示意图；
图9为本发明实施例三提供的像素电路的一种变形；
图10为本发明实施例三中手指触控时探测电极的电势变化示意图；
图11为本发明实施例四提供的显示装置的像素排布示意图。
附图标记
10-显示单元，20-触控单元，11-发光元件，M2-驱动晶体管，
C-存储电容，12-电源开关模块，13-预充模块，14-补偿模块，
21-初始化模块，22-触控模块，23-输出控制模块，
200-内置有触控模块的像素电路，100-只具有显示单元的像素电路。
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。
实施例一
本发明实施例提供一种像素电路，如图2所示，该像素电路包括：显示单元10和触控单元20；显示单元10包括：发光元件11(如图中的OLED)、驱动晶体管M2、存储电容C、电源开关模块12、预充模块13和补偿模块14，其中，预充模块13用于对驱动晶体管M2的控制端充电，并在存储电容C的作用下保持，以使得补偿模块14到存储电容C之间保持导通的状态；补偿模块14用于对数据信号进行补偿并将经过补偿的数据信号写入存储电容C；电源开关模块12用于在数据信号写入存储电容C后，将工作电压输入驱动晶体管M2；驱动晶体管M2利用存储在存储电容C中的数据信号驱动发光元件11发光。
其中，触控单元20包括：初始化模块21、触控模块22和输出控制模块23，其中，初始化模块21用于在预充模块13工作的同时，对触控模块22进行初始化；触控模块22用于对相应区域内的触控信号进行采集；输出控制模块23用于在补偿模块14工作的同时开启输出通路，将触控模块22采集到的触控信号输出。
本发明实施例提供的像素电路，显示单元10的工作过程包括预充、信号加载和驱动发光三个阶段：预充阶段，由预充模块13对驱动晶体管M2的控制端充电，例如使该控制端的电位拉高，从而使补偿模块14到驱动晶体管M2的控制端及存储电容C之间保持导通的状态，并且该导通的状态因存储电容C的保持作用，会一直持续至下一阶段，即持续到数据信号写入存储电容C之后；信号加载阶段，补偿模块14对数据信号进行补偿并将经过补偿的数据信号写入存储电容C；驱动发光阶段，电源开关模块12开启，工作电压输入驱动晶体管M2，驱动晶体管M2利用存储在存储电容C中的数据信号驱动发光元件11发光。上述显示单元10工作的同时，触控单元20同步进行工作，具体如下：在显示单元10工作的预充阶段，本实施例触控单元20中初始化模块21对触控模块22进行初始化；在显示单元10工作的信号加载阶段，输出控制模块23开启，触控模块22采集到的触控信号输出至外部，在显示单元10工作的驱动发光阶段，初始化模块21和输出控制模块23与外界的连接均关断，触控单元20关闭。
综上所述，本发明实施例提供的像素电路，不仅能够补偿驱动晶体管阈值电压漂移，提高显示面板亮度的均匀性，同时还可在不增加电路结构和操作复杂性的情况下，将发光显示和触控功能整合在一起，达到简化操作以及制造流程的目的。采用的上述像素电路的显示面板或装置，可以同时实现发光显示和触控功能。
具体而言，一种可选实施方式中，发光元件11的一端与接地端GND相连，另一端与驱动晶体管M2的第二端相连；驱动晶体管M2的第一端连接电源开关模块12的第二端；电源开关模块12的第一端连接工作电压输入端Vdd，控制端输入发光控制信号EM；存储电容C的第一端与驱动晶体管M2的控制端(节点a)相连，第二端与接地端GND相连；预充模块13用于对驱动晶体管M2的控制端(节点a)充电，与电源开关模块12的第二端、驱动晶体管M2的控制端、第一控制信号线Scan1以及补偿模块14相连；补偿模块14用于对数据信号进行补偿并将经过补偿的数据信号写入存储电容C，与数据信号线Data、驱动晶体管M2的控制端以及第二控制信号线Scan2相连。
触控单元20用于实现触控功能，包括：初始化模块21、输出控制模块23和触控模块22，其中，初始化模块21与触控模块22的输入端相连，并连接第一控制信号线Scan1、初始化信号线(图中的数据信号线Data)，初始化模块21用于在第一控制信号线Scan1的控制下利用Data信号对触控模块22进行初始化；触控模块22用于对相应区域内的触控信号进行采集；输出控制模块23与触控模块22的输出端相连，并连接第二控制信号线Scan2和信号读取线Read line，输出控制模块23用于在第二控制信号线Scan2的控制下将触控模块22采集到的触控信号输出到信号读取线Read line。其中可选地，触控模块22为光感式触控模块，或者电容式触控模块，初始化模块21为第二晶体管N2，输出控制模块13为第三晶体管N3。
本发明实施例提供的像素电路，将驱动发光实现显示功能的显示单元10和实现触控功能的触控单元20通过信号线复用方式集成在一起，从而实现了AMOLED显示和触控功能的高效整合。
对显示单元10而言，本实施例在工作电压输入端Vdd设置一电源开关模块12并利用发光控制信号EM进行控制，一方面可以对发光元件11的发光时间进行控制；另一方面可以利用工作电压(工作电压即工作电压输入端的电压)对驱动晶体管M2的控制端及存储电容C与该控制端相连的一端进行充电重置，消除上一帧信号的影响。这一目的由预充模块13和电源开关模块12相互配合，并在第一控制信号线Scan1的控制下实现，称为显示单元10的预充阶段。预充阶段结束后，由补偿模块14在第二控制信号线Scan2的控制下对数据信号进行补偿并将经过补偿的数据信号写入存储电容C，这一阶段称为显示单元10的信号加载阶段。信号加载阶段完成后，发光控制信号EM控制下电源开关模块12开启，工作电压输入驱动晶体管M2的第一端，存储在存储电容C中的数据信号驱动发光元件11发光实现显示。由上述工作过程可知，显示单元10可以实现复位、补偿功能。
上述像素电路还包括用以实现触控功能的触控单元20，触控单元20与上述显示单元10共用第一控制信号线Scan1和第二控制信号线Scan2，显示单元10的预充阶段，触控单元20的触控模块21在第一控制信号线Scan1控制下对触控模块22进行初始化；显示单元10的信号加载阶段，输出控制模块23在第二控制信号线Scan2的控制下开启，将触控模块22采集到的触控信号输出到信号读取线Readline；显示单元10的驱动发光阶段，触控单元20关闭，避免影响显示单元10。其中，为减少信号线，触控单元20进行初始化时可以直接利用数据信号或者工作电压信号，即可以不设置初始信号线，触控单元20直接与数据信号线Data或者工作电压输入端Vdd相连。
本发明实施例提供的像素电路，不仅能够补偿驱动晶体管阈值电压漂移，提高显示面板亮度的均匀性，同时还可在不增加电路结构和操作复杂性的情况下，将发光显示和触控功能整合在一起，达到简化操作以及制造流程的目的。采用的上述像素电路的显示面板或装置，可以同时实现发光显示和触控功能。
本发明实施例还提供一种像素电路的驱动方法，适用于上述像素电路，如图3所示，该方法包括：
101、预充模块13对驱动晶体管M2的控制端充电，使该控制端的电位变为工作电压，并在存储电容C的作用下保持，以使得补偿模块14到存储电容C之间保持导通的状态；同时触控单元20中的初始化模块对触控模块进行初始化；
本实施例像素电路包括显示单元10和触控单元20，显示单元10的工作过程包括预充、信号加载和驱动发光三个阶段，本步骤为显示单元10的预充阶段，由预充模块13和电源开关模块12相互配合实现对驱动晶体管M2的控制端充电，使该控制端的电位重置为工作电压，一方面对驱动晶体管M2的控制端及与该控制端相连的存储电容C进行重置，避免上一帧信号的影响；另一方面拉高该控制端的电位，使补偿模块14到驱动晶体管M2的控制端及存储电容C之间保持导通的状态，并且该导通的状态因存储电容C的保持作用，会一直持续至下一阶段，即持续至数据信号写入存储电容C之后。
更为具体地，本步骤预充模块13在第一控制信号线Scan1的控制下，利用工作电压信号对驱动晶体管M2的控制端(即节点a)充电；同时，触控单元20中的初始化模块21在第一控制信号线Scan1的控制下利用数据信号对触控模块22进行初始化，图2中的数据信号线Data同时也充当初始化信号线。
102、补偿模块14对数据信号进行补偿并将经过补偿的数据信号加载到驱动晶体管M2的控制端，并写入存储电容C；同时触控单元20中的输出控制模块23开启输出通路，以便触控单元22采集到的触控信号输出至信号读取线Read line。
本步骤中补偿模块14在第二控制信号线Scan2的控制下，将经过补偿的数据信号写入存储电容C；触控单元20中的输出控制模块23在第二控制信号线Scan2的控制下开启，触控单元20采集相应区域的触控信号并输出至信号读取线Readline。本步骤对应显示单元10的信号加载阶段，以及触控单元20的采集输出阶段。
103、关闭触控单元20，同时电源开关模块12开启，工作电压输入驱动晶体管M2，驱动晶体管M2利用存储在存储电容C中的数据信号电压驱动发光元件11发光。
本步骤中，在Scan1、Scan2控制下，触控单元20与其它模块断开，触控单元20处于关闭状态。而显示单元11中，电源开关模块12开启使得工作电压输入驱动晶体管M2的第一端，驱动晶体管M2利用存储在存储电容C中的数据信号驱动发光元件11发光实现显示，对应显示单元10的驱动发光阶段。
本发明实施例提供的像素电路及其驱动方法，不仅能够补偿驱动晶体管阈值电压漂移，提高OLED显示面板亮度的均匀性，同时还可在不增加电路结构和操作复杂性的情况下，将触控单元集成于像素电路中，达到简化操作以及制造流程的目的。
实施例二
本实施例提供一种像素电路，如图4所示，与实施例一的区别之处在于：
本实施例显示单元10中的补偿模块14包括：第四晶体管T4和第五晶体管M5，第四晶体管T4的第一端与数据信号线Data相连，第二端与第五晶体管M5的第一端相连，控制端与第二控制信号线Scan2相连；第五晶体管M5的第二端与第五晶体管M5的控制端相连，并连接驱动晶体管M2的控制端。
本实施例中的预充模块13为第六晶体管T6，电源开关模块14为第七晶体管T7。第七晶体管T7的第一端连接工作电压输入端，控制端输入发光控制信号EM，第二端与第六晶体管T6的第一端相连；第六晶体管T6的第二端与驱动晶体管M2的控制端相连，第六晶体管T6的第二端还与第五晶体管M5的第二端及控制端相连，第六晶体管T6的控制端与第一控制信号线Scan1相连。
与实施例一的区别之处还在于，本实施例中的触控单元20具体为光感式触控单元，可以实现光感触控。具体而言，本实施例触控单元20包括：触控模块22，由感光管G1和第一电容C1构成，为光感式触控模块；作为初始化模块21的第二薄膜晶体管N2；作为输出控制模块23的第三薄膜晶体管N3。感光管G1的第一端、感光管G1的控制端以及第一电容C1的第一端相互连接，并作为触控模块22的输入端连接第二薄膜晶体管N2的第二端，感光管G1的第二端与第一电容C1的第二端相互连接，并作为触控模块22的输出端连接第三薄膜晶体管N3的第一端；第二薄膜晶体管N2的第一端连接数据信号线Data，控制端连接第一控制信号线Scan1；第三薄膜晶体管N3的第二端连接信号读取线Read line，控制端连接第二控制信号线Scan2。
与电容式触控对比，光感触控是根据光强变化来感知触摸点位置的，除了具备同样的触控灵敏度以外，其最大的优点就是不受模组本身尺寸的限制。而电容式触控采用In cell(内置)技术，最难解决的问题就是显示信号干扰和以及窄边框带来的RC-Loading(信号延迟)问题，如：触控电极与显示装置如液晶显示器LCD工作时所需的电极之间有相当大的寄生电容，还有在日趋窄边框化趋势下线电阻分布也很难满足要求，如何在强电场干扰的情况下顺利的采集到触控信号，同时触控电极又不能影响到显示装置本身的显示特性，这些问题都是目前该领域最难克服的。
本实施例像素电路包括显示单元10和触控单元20，其中，触控单元20为光感式触控单元，触控单元20中的感光管G1为感光TFT(Photo TFT)，当光照射到感光TFT上，就会产生光电流，不同的光强会产生不同强度的光电流；第二、三晶体管N2、N3为开关TFT(Switching TFT)，起到控制可控开关的作用，除此之外，还有第一电容C1，用于存储感光管G1产生的光电流。显示单元10中，第四、六、七晶体管T4、T6、T7为开关TFT(Switching TFT)，驱动管M2与第五晶体管M5工作在饱和区，为驱动TFT(Driving TFT)，此外，还包含存储电容C。
对于整个信号电路，第一、第二控制信号线Scan1、Scan2，以及发光控制信号线EM均为信号输入线路，分别控制显示单元10和触控单元20内TFT开关的断开和导通。触控单元20中确定触摸位置坐标的是第二控制信号线Scan2和信号读取线Read Line，第二控制信号线Scan2用于确定与数据信号线Data平行的Y方向的坐标，信号读取线Read Line确定与数据信号线Data垂直的X方向的坐标。
图5为图4所示的上述像素电路的工作时序图。下面结合图5对整个像素电路的各个过程进行逐一说明，为方便理解，每一阶段我们将显示单元10和触控单元20的工作过程分开叙述，但实际工作过程中二者是同时进行的。本实施例像素电路工作过程包括3个阶段，具体如下：
在第1阶段，对触控单元20而言，从图5时序1中可以看到第一控制信号线Scan[1]拉高，第二晶体管N2导通，第三晶体管N3断开，此阶段数据信号输入，将第一电容C1的第一端与感光管G1(photo Sensor)的第一端及控制端重置，为下一阶段信号采集做准备。对显示单元10而言，时序图中的时序1为充电阶段，此时T6、T7导通，T4断开，工作电压输入端Vdd的信号通过T6开始对a点进行充电，a点电位会保持为Vdd。
在第2阶段，对触控单元20而言，从图5时序2中可以看到，第二控制信号线Scan2拉高，N3导通，G1为光感TFT，G1栅源连接，G1经过自身电势转换，此时C1储存的电位差为定值，当有光照射至此处，感光管G1接受到的光照强度增加，此时的电压信号暂时储存在C1一端。由于光照影响使得感光管G1充电电流增加，N3导通时，此时将此信号通过信号读取线Read line传送到末端的放大器，放大后的信号给处理器进行数据计算分析；若此期间发生触控动作，将触控前后光电信号强度变化差值与无触控阈值进行比较，据此即可判断是否有触摸(即光照射强度变化)。其中，与数据信号线Data平行的Y方向上的坐标是由此时的第二控制信号线Scan2输出点确定，与数据信号线Data垂直的X方向上的坐标就由信号读取线Read Line确定，至此也就确定了触摸点的位置坐标。
对显示单元10而言，此时T4导通，T6、T7断开。数据信号线DATA上的信号Vdata会通过M5对a点进行重新充电，a点电势由原来的工作电压Vdd变为Vth1+Vdata(此时，M5栅源之间的压差为Vth1)，即补偿过的数据信号写入第一电容C1，为下一阶段做准备，此时a点电势Va＝Vth1+Vdata。
在第3阶段，对触控单元20而言，从图5时序3中可以看到，第一、第二控制信号线Scan1和Scan2均拉低，因此该阶段N2、N3都断开，触控单元20处于不工作的停滞状态(或者说关闭状态)，这个过程对应显示单元10的发光过程，因此其对显示单元10的影响最小。
对显示单元10而言，本实施例发光元件11为OLED，从图5可以看出，时序图中的时序3对应为AMOLED像素正式发光的阶段，该发光阶段T6、T4均断开，T7导通，驱动薄膜晶体管M2的源极(第一端)电势接入工作电压Vdd，电流通过T7经M2使得OLED开始发光。
由TFT饱和电流公式可以得到：IOLED＝K(VGS–Vth2)2，式中IOLED为M2的饱和电流，Vth2为M2的阈值电压，VGS为M2的栅源电压差，VGS＝Va-VOLED。
Va＝Vth1+Vdata，代入上式得到：
IOLED＝K(VGS–Vth2)2＝K(Va-VOLED–Vth2)2
                  ＝K[(Vdata+Vth1)–VOLED–Vth2]2
                  ＝K(Vdata–VOLED)2
上式中Vth1与Vth2是M5与M2的阈值电压，根据镜像电路原理，认为Vth1与Vth2近似相等，即Vth1＝Vth2。其中Vdata为数据电压，VOLED为发光元件11(OLED)的阳极电压，由上式中可知工作电流IOLED已经不受Vth的影响，解决了驱动晶体管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。
本实施例所述像素电路提供一种内嵌光感式触控模块的像素结构设计，不仅包含AMOLED显示补偿电路，同时还增加了光感式触控单元，不仅能够补偿驱动晶体管阈值电压漂移，提高显示面板亮度的均匀性，同时将发光显示和触控功能整合在一起，达到简化操作以及制造流程的目的。采用的上述像素电路的显示面板或装置，可以同时实现发光显示和光感触控功能。
优选地，上述像素电路中的所有晶体管N2、N3，T4、T6、T7、M2、M5均具有相同的沟道类型例如N型，统一晶体管工艺制程，有助于提高产品良率。优选地，制备时采用低温多晶硅(Low Temperature Poly-silicon，LTPS)工艺制程。
在本发明实施例中，所述各晶体管均为N型薄膜晶体管，但所述各晶体管的具体型号(即各晶体管是N型或P型，是耗尽型或增强型)并不能用于限定像素电路，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，对各晶体管的选型变化及因选型变化产生的连接变动，也在本发明的保护范围之内。
例如，因为图5所示时序图中，Scan2和发光控制信号EM总是对称翻转的，图4中第六晶体管T6和第七晶体管T7的导通/关闭状态始终是相反的，因此可以通过改变晶体管选型(P型和N型)的方式来减少一条信号线。具体而言，将第七晶体管的沟道类型与第四晶体管的沟道类型设置成相反类型，第七晶体管控制端即可采用第二控制信号线Scan2进行控制，不需要设置发光控制信号线。
具体如图6所示，为本实施例像素电路的一种变形，与图4所示像素电路的不同之处在于，该像素电路的第七晶体管T7为P型晶体管，除第七晶体管T7之外的所有晶体管均为N型晶体管。第七晶体管T7为P型晶体管，其控制端直接与第二控制信号线Scan2相连。图7所示为该像素电路的时序图，本像素电路只需要Scan1和Scan2两条控制信号线。
本实施例将补偿单元的控制信号线和触控单元的开关控制信号线等兼容到一起，通过信号线复用的方式实现了AMOLED显示和嵌入式光感触控功能的高效整合，提高了产品的附加值。
实施例三
本实施例提供一种像素电路，如图8所示，与实施例二中图4所示像素电路大致类似，区别之处仅在于，触控单元20中的触控模块22为电容式触控模块，具体包括：第一晶体管N1和第二电容C2，其中，第一晶体管N1的控制端与第二电容C2的第一端相连，并作为触控模块22的输入端与初始化模块21(第二晶体管N2)相连，第一晶体管N1的第二端作为触控模块22的输出端，与输出控制模块23相连，第一晶体管N1的第一端与公共电压输入端Vcom相连。
本实施例像素电路工作时序图见图5所示，与实施例二相同，其具体工作原理及过程也与图4所示像素电路大致相同，为简便起见，此处仅简述其工作过程。
在第1阶段，从图5时序1中可以看出，Scan1拉高，触控单元20中的N2导通，N3断开，此阶段数据信号输入，将第二电容C2的第一端与N1控制端重置，为下一阶段信号采集做准备。对显示单元10而言，时序图中的时序1为充电阶段，此时T6、T7导通，T4断开，工作电压Vdd通过T6开始对a点进行充电，a点电位保持为Vdd。
在第2阶段，从图5时序2中可以看到，对触控单元20而言，第二控制信号线Scan2拉高，N3导通，当手指触控到探测电极D时(C2的上极板)，直接导致n1节点(N1的控制端)电势降低，如图10所示，此时n1节点电势降低到Vdata-Vf，其中，Vf为由于触摸导致的电势降低，n1节点电势虽然会降低，但是依然使N1的栅源电压满足导通条件，即Vdata-Vf>Vth1；电流通过N1和N3，最终被读取线Read Line接收，此时接收到的信号相比未触摸时电流会有所降低，从而识别出触控点。图10示出第二电容C2的上极板节点n1和下极板节点n0的电势变化。
对显示单元10而言，此时T4导通，T6、T7断开，数据信号线Data上的信号Vdata会通过M5对a点进行重新充电，a点电势由原来的工作电压Vdd变为Vth1+Vdata，即补偿过的数据信号写入第一电容C1，为下一阶段做准备，此时a点电势Va＝Vth1+Vdata)。
在第3阶段，对触控单元20而言，从图5时序3中可以看到，第一、第二控制信号线Scan1和Scan2均拉低，因此该阶段N1～N3都断开，处于不工作的停滞状态(或者说关闭状态)，这个过程对应显示单元10的发光过程，因此其对显示单元10的影响最小。流过发光元件11的电流为IOLED＝K(Vdata–VOLED)2，与M2阈值电压无关。
本实施例提供一种内嵌电容式触控显示模块的像素结构设计，像素中包含AMOLED显示补偿电路的同时，还增加了电容式触控单元，不仅能够补偿驱动晶体管阈值电压漂移，提高OLED显示面板亮度的均匀性，同时还在不增加电路结构和操作复杂性的情况下，将触控模块集成于像素电路中，达到简化操作以及制造流程的目的。
优选地，上述像素电路中的所有晶体管N1、N2、N3，T4、T6、T7、M2、M5均具有相同的沟道类型例如N型，统一晶体管工艺制程，有助于提高产品良率。制备时可采用低温多晶硅(Low Temperature Poly-silicon，LTPS)技术同步完成，进一步简化制备流程，提高产品良率。
在本发明实施例中，所述各晶体管可以均为N型薄膜晶体管，但，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，对各晶体管的选型变化及因选型变化产生的连接变动，也在本发明的保护范围之内。
与实施例一相类似，本实施例像素电路也存在一种变形，如图9所示，将该像素电路的第七晶体管T7设置为P型晶体管，除第七晶体管T7之外的所有晶体管均设置为N型晶体管，这时可以将第七晶体管T7的控制端直接与第二控制信号线Scan2相连，不需要设置发光控制信号EM，可以省去一条控制信号线。该像素电路的时序图见图7所示。
本发明实施例提供一种内置有电容式触控模块的像素结构设计，显示单元采用5T1C(5个薄膜晶体管1个电容)的设计，可以解决像素点驱动晶体管由于工艺制程及长时间的操作造成阈值电压(Vth)不一致的问题，使流过每个像素点的电流不受阈值电压的影响，最终保证图像显示的均匀性；本实施例的像素结构设计还可保证整个过程除发光阶段外无电流通过发光元件(OLED)，间接提高发光元件的使用寿命。
在不增加电路结构和操作复杂性的情况下，本实施例将补偿电路的控制信号线、数据信号线Data和电容式触控单元的控制信号线、初始化信号线等，通过信号线复用的方式实现了发光显示和电容式触控功能的高效整合，达到简化操作以及制造流程的目的。
实施例四
本发明实施例还提供一种显示装置，设置有实施例一至三中所描述的任一一像素电路。所述显示装置可以为：电子纸、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。
本实施例所述显示装置将触控功能引入显示装置的显示区域，同时实现了发光显示以及触控功能。具体而言，触控模块一般采用在显示区域像素中周期性植入的方式设置。如图11所示，每一个内置有触控模块的像素电路200即为一个触控点，触控模块22的周期性分布方式、分布密度或者间距可以根据实际情况(如触控点的设计要求)进行设计，本实施例对此不作限定。其余像素采用只具有显示单元的像素电路100。
本发明实施例显示装置，亮度均匀性好，同时在不增加电路结构和操作复杂性的情况下，在像素电路中集成有用以实现触控功能的模块，可以达到简化操作以及制造流程的目的。
本发明实施例所述的技术特征，在不冲突的情况下，可任意相互组合使用。
为了便于清楚说明，在本发明中采用了第一、第二等字样对相似项进行类别区分，该第一、第二字样并不在数量上对本发明进行限制，只是对一种优选的方式的举例说明，本领域技术人员根据本发明公开的内容，想到的显而易见的相似变形或相关扩展均属于本发明的保护范围内。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于方法实施例而言，描述得比较简单，相关之处参见设备实施例的部分说明即可。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。
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，可轻易想到的变化或替换，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该以权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种像素电路，其特征在于，包括：显示单元和触控单元，所述显示单元包括：发光元件、驱动晶体管、存储电容、电源开关模块、预充模块和补偿模块，其中，所述预充模块用于对所述驱动晶体管的控制端充电，并在所述存储电容的作用下保持，以使得所述补偿模块到存储电容之间保持导通的状态；所述补偿模块用于对数据信号进行补偿并将补偿的数据信号写入所述存储电容；所述电源开关模块用于在数据信号写入所述存储电容后，将工作电压输入所述驱动晶体管；所述驱动晶体管利用存储在所述存储电容中的数据信号驱动所述发光元件发光；
所述触控单元包括：初始化模块、触控模块和输出控制模块，其中，所述初始化模块用于在所述预充模块工作的同时，对所述触控模块进行初始化；所述触控模块用于对相应区域内的触控信号进行采集；所述输出控制模块用于在所述补偿模块工作的同时开启输出通路，将所述触控模块采集到的触控信号输出。
2.根据权利要求1所述的像素电路，其特征在于，所述发光元件的一端与接地端相连，另一端与所述驱动晶体管的第二端相连；所述驱动晶体管的第一端连接所述电源开关模块的第二端，控制端连接所述存储电容的第一端；所述电源开关模块的第一端连接工作电压输入端，控制端输入发光控制信号；所述存储电容的第二端与所述接地端相连；所述预充模块与所述电源开关模块的第二端、所述驱动晶体管的控制端以及第一控制信号线相连；所述补偿模块与数据信号线、所述驱动晶体管的控制端以及第二控制信号线相连。
3.根据权利要求2所述的像素电路，其特征在于，所述初始化模块与所述触控模块的输入端相连，并连接所述第一控制信号线、初始化信号线；所述输出控制模块与所述触控模块的输出端相连，并连接所述第二控制信号线和信号读取线。
4.根据权利要求3所述的像素电路，其特征在于，所述触控模块为光感式触控模块，或者电容式触控模块。
5.根据权利要求3所述的像素电路，其特征在于，所述触控模块包括感光管和第一电容，其中，
所述感光管的第一端与所述感光管的控制端，以及所述第一电容的第一端相连，并作为所述触控模块的输入端与所述初始化模块相连，所述感光管的第二端与所述第一电容的第二端相连，并作为所述触控模块的输出端与所述输出控制模块相连。
6.根据权利要求3所述的像素电路，其特征在于，所述触控模块包括第一晶体管和第二电容，其中，
所述第一晶体管的控制端与所述第二电容的第一端相连，并作为所述触控模块的输入端与所述初始化模块相连，所述第一晶体管的第二端作为所述触控模块的输出端，与所述输出控制模块相连，所述第一晶体管的第一端、所述第二电容的第二端均与公共电压输入端相连。
7.根据权利要求5或6所述的像素电路，其特征在于，所述初始化模块为第二晶体管，所述输出控制模块为第三晶体管。
8.根据权利要求7所述的像素电路，其特征在于，所述补偿模块包括第四晶体管和第五晶体管，所述第四晶体管的第一端与所述数据信号线相连，第二端与所述第五晶体管的第一端相连，控制端与所述第二控制信号线相连；所述第五晶体管的第二端与所述第五晶体管的控制端相连，并连接所述驱动晶体管的控制端。
9.根据权利要求8所述的像素电路，其特征在于，
所述预充模块为第六晶体管，所述电源开关模块为第七晶体管。
10.根据权利要求9所述的像素电路，其特征在于，
所有所述晶体管均具有相同的沟道类型。
11.根据权利要求9所述的像素电路，其特征在于，
所述第七晶体管的沟道类型与所述第四晶体管的沟道类型相反，所述第七晶体管的控制端与所述第二控制信号线相连。
12.一种显示装置，其特征在于，设置有权利要求1-11任一项所述的像素电路。
13.一种像素电路的驱动方法，其特征在于，包括：
预充模块对驱动晶体管的控制端充电，使该控制端的电位变为工作电压，并在所述存储电容的作用下保持，以使得所述补偿模块到存储电容之间保持导通的状态；同时触控单元中的初始化模块对触控模块进行初始化；
补偿模块对数据信号进行补偿并将补偿过的数据信号加载到所述驱动晶体管的控制端，并写入所述存储电容；同时触控单元中的输出控制模块开启输出通路，将所述触控单元采集到的触控信号输出至信号读取线；
关闭所述触控单元，同时电源开关模块开启，工作电压输入所述驱动晶体管，所述驱动晶体管利用存储在所述存储电容中的数据信号驱动所述发光元件发光。
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