CN105206221A - 像素驱动电路、驱动方法、阵列基板及显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及显示技术领域，公开了一种像素驱动电路，包括：数据线、栅线、第一电源线、第二电源线、参考信号线、发光器件、驱动晶体管、存储电容、复位单元、数据写入单元、补偿单元及发光控制单元。本发明还公开了一种驱动方法、阵列基板及显示装置。本发明的像素驱动电路能够补偿和消除驱动晶体管阈值电压差所造成的显示不均。

Description

像素驱动电路、驱动方法、阵列基板及显示装置
技术领域
本发明涉及显示技术领域，特别涉及一种像素驱动电路、驱动方法、阵列基板及显示装置。
背景技术
有机电致发光二极管(OrganicLight-EmittingDiode，OLED)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发光有机电致显示管中。传统的无源矩阵有机电致发光显示管(PassiveMatrixOLED)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氧化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。而有源矩阵有机电致发光显示管(ActiveMatrixOLED，AMOLED)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的像素电路设计中，主要需要解决的问题是各AMOLED像素驱动单元所驱动的OLED器件亮度的非均匀性。
首先，AMOLED采用薄膜晶体管(Thin-FilmTransistor，TFT)构建像素驱动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驱动单元中，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。
另外，现有AMOLED的像素电路为了消除驱动晶体管阈值电压差所造成的影响，通常会将像素电路的结构设计的比较复杂，这会直接导致AMOLED的像素电路制作良品率的降低。
因此，为解决上述问题，本发明急需提供一种像素驱动单元及其驱动方法、像素电路。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何实现一种具有补偿和消除驱动晶体管阈值电压差所造成的显示不均的能力的AMOLED像素驱动电路。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供了一种像素驱动电路，包括：数据线、栅线、第一电源线、第二电源线、参考信号线、发光器件、驱动晶体管、存储电容、复位单元、数据写入单元、补偿单元及发光控制单元；
所述数据线用于提供数据电压；
所述栅线用于提供扫描电压；
所述第一电源线用于提供第一电源电压，所述第二电源线用于提供第二电源电压，所述参考信号线用于提供参考电压；
所述复位单元连接所述参考信号线和存储电容，用于复位所述存储电容两端的电压为预定信号电压；
所述数据写入单元连接栅线、数据线及所述存储电容的第二端，用于向所述存储电容的第二端写入包括数据电压的信息，
所述补偿单元连接栅线、存储电容的第一端和驱动晶体管，用于向存储电容的第一端写入包括驱动晶体管阈值电压的信息以及第一电源电压的信息；
所述发光控制单元连接所述参考信号线、所述存储电容的第二端、驱动晶体管和所述发光器件，用于向所述存储电容的第二端写入所述参考电压，并控制所述驱动晶体管驱动发光器件发光；
所述存储电容的第一端连接驱动晶体管的栅极，用于将包括数据电压的信息转写至驱动晶体管的栅极；
所述驱动晶体管连接第一电源线，所述发光器件连接第二电源线，所述驱动晶体管用于在发光控制单元的控制下根据包括所述数据电压、驱动晶体管阈值电压、参考电压以及第一电源电压的信息控制流向发光器件的电流大小。
其中，所述复位单元包括：复位控制线、复位信号线、第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管的栅极连接所述复位控制线、源极连接所述复位信号线、漏极连接所述存储电容的第一端，所述第一晶体管用于将复位信号线电压写入所述存储电容的第一端；所述第二晶体管的栅极连接所述复位控制线、源极连接所述参考信号线、漏极连接所述存储电容的第二端，所述第二晶体管用于将参考电压写入所述存储电容的第二端。
其中，所述第一晶体管和第二晶体管均为P型晶体管。
其中，所述数据写入单元包括：第四晶体管，所述第四晶体管的栅极连接所述栅线、源极连接所述数据线、漏极连接所述存储电容的第二端，所述第四晶体管用于将所述数据电压写入存储电容的第二端。
其中，所述第四晶体管为P型晶体管。
其中，所述补偿单元包括：第三晶体管，所述第三晶体管的栅极连接所述栅线、源极连接所述存储电容的第一端、漏极连接所述驱动晶体管的漏极，所述第三晶体管用于将包括驱动晶体管的阈值电压信息以及第一电源电压的信息写入所述存储电容的第一端。
其中，所述第三晶体管为P型晶体管。
其中，所述发光控制单元包括：发光控制线、第五晶体管和第六晶体管；所述第五晶体管的栅极连接所述发光控制线、源极连接所述参考信号线、漏极连接所述存储电容的第二端，所述第五晶体管用于将所述参考电压写入存储电容的第二端，并由存储电容转写至驱动晶体管栅极；所述第六晶体管的栅极连接所述发光控制线、源极连接所述发光器件的第一端、漏极连接所述驱动晶体管的漏极，所述第六晶体管用于控制发光器件发光，所述驱动晶体管用于在发光控制单元的控制下根据包括所述数据电压、驱动晶体管阈值电压、第一电源电压和参考电压的信息控制流向发光器件的电流大小。
其中，所述第五晶体管和第六晶体管均为P型晶体管。
其中，所述驱动晶体管为P型晶体管。
本发明还提供了一种上述任一项所述的像素驱动电路的驱动方法，包括如下过程：
复位阶段，所述复位单元复位所述存储电容两端的电压为预定电压；
数据电压写入阶段，所述数据写入单元向所述存储电容的第二端写入所述数据电压，所述补偿单元向存储电容的第一端写入包括驱动晶体管的阈值电压信息以及第一电源电压信息；
发光阶段，所述发光控制单元向所述存储电容的第二端写入所述参考电压，所述存储电容将包括数据电压和参考电压的信息转写至驱动晶体管的栅极，所述驱动晶体管在发光控制单元的控制下根据包括所述数据电压、驱动晶体管阈值电压、参考电压以及第一电源电压的信息控制流向发光器件的电流大小，以驱动所述发光器件发光。
其中，在所述复位阶段，所述复位单元复位所述存储电容两端的电压分别为复位信号线电压和参考电压。
本发明还提供了一种阵列基板，包括上述任一项所述的像素驱动电路。
本发明还提供了一种显示装置，包括上述的阵列基板。
(三)有益效果
本发明的像素驱动单元，通过驱动晶体管的栅极和漏极相连的结构(当栅极控制信号开启时，驱动晶体管的栅极与漏极通过第三开关晶体管相连)，使所述驱动晶体管的漏极将所述第一电源电压连同所述驱动晶体管的阈值电压一起加载至存储电容第一端，并以此抵消驱动晶体管的阈值电压；可以在对发光器件进行驱动的过程中，有效地消除驱动晶体管由自身阈值电压所造成的非均匀性和因阈值电压漂移造成的残影现象；避免了有源矩阵发光有机电致显示管中不同像素驱动单元的发光器件之间因其驱动晶体管的阈值电压不同而造成的有源矩阵发光有机电致显示管亮度不均的问题；提高了像素驱动单元对发光器件的驱动效果，进一步提高了有源矩阵发光有机电致显示管的品质。
附图说明
图1是本发明实施例的一种像素驱动电路图；
图2是本发明实施例的一种像素结构图；
图3是图1中像素驱动电路的时序图。
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详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
需要说明的是，本发明实施例中所定义的各晶体管的栅极为控制晶体管打开的一端，源极和漏极是晶体管除栅极以外的两端，此处源极和漏极只是为了方便说明晶体管的连接关系，并不是对电流走向所做的限定，本领域技术人员可以根据晶体管的类型、信号连接方式等内容清楚的知道其工作的原理和状态。
如图1所示，本发明实施例的像素驱动电路，包括：数据线Data、栅线Gate、第一电源线ELVDD、第二电源线ELVSS、参考信号线ref、发光器件D、驱动晶体管T7、存储电容C1、复位单元、数据写入单元、补偿单元及发光控制单元。其中，数据线Data用于提供数据电压，栅线Gate用于提供扫描电压，第一电源线ELVDD用于提供第一电源电压，第二电源线ELVSS用于提供第二电源电压，参考信号线ref用于提供参考电压。
发光器件D可以为有机发光二极管。驱动晶体管T7的栅极连接所述存储电容C1的第一端N1，源极连接所述第一电源线ELVDD，漏极连接所述发光控制单元。
复位单元连接参考信号线ref和存储电容C1，用于复位存储电容C1两端的电压为预定电压。
数据写入单元连接栅线Gate、数据线Data及存储电容C1的第二端N2，用于向存储电容C1的第二端N2写入包括数据电压的信息。
补偿单元连接栅线Gate、存储电容C1的第一端N1以及驱动晶体管T7，向存储电容C1的第一端N1写入包括驱动晶体管的阈值电压信息以及第一电源电压的信息。
发光控制单元连接参考信号线ref、存储电容C1的第二端N2、驱动晶体管T7和发光器件D，用于向存储电容C1的第二端N2写入参考电压，并控制驱动晶体管T7驱动发光器件D发光。
存储电容C1的第一端N1连接驱动晶体管T7的栅极，用于将包括数据电压的信息转写至驱动晶体管T7的栅极。
驱动晶体管T7连接第一电源线ELVDD，发光器件D连接第二电源线ELVSS，所述驱动晶体管T7用于在发光控制单元的控制下根据包括所述数据电压、驱动晶体管T7阈值电压、参考电压以及第一电源电压的信息控制流向发光器件D的电流大小。
本实施例的驱动电路中，通过补偿单元提取驱动晶体管的阈值电压，在对发光器件进行驱动的过程中能够与驱动晶体管T7的阈值电压进行抵销，从而可以有效地消除驱动晶体管由自身阈值电压所造成的非均匀性和因阈值电压漂移造成的残影现象，避免了有源矩阵有机电致发光显示器件中不同像素因其驱动晶体管的阈值电压不同而造成的显示亮度不均的问题。同时，发光控制单元向存储电容C1的第二端N2写入参考电压，而且如图2所示，参考电压是通过与第一电源线ELVDD独立的参考信号线ref来传输的，在驱动过程中、参考信号线ref上的电流较小，电压降也就较小，存储电容与驱动晶体管的栅极连接，因为参考电压相对第一电源电压稳定，驱动晶体管的栅极电压也就较稳定，可以避免第一电源电压下降对电流的影响导致的不同像素的亮度不均的问题。同时，该像素结构还可以最大程度的降低参考信号线ref上的直流变化对显示均匀性的影响，并且可以实现相邻的像素共用参考信号线ref的目的，最大程度的减小像素驱动电路所占用的面积，从而能够提高开口率。需要说明的是，图2只是对像素结构进行示意说明，并不是对像素结构的限定，实际设计时也可以采用其他的布局方式。
本实施例中，复位单元包括：复位控制线Reset、复位信号线ini、第一晶体管T1和第二晶体管T2。第一晶体管T1的栅极连接复位控制线Reset、源极连接复位信号线ini、漏极连接存储电容C1的第一端，第一晶体管T1用于将复位信号线ini的电压Vini写入存储电容C1的第一端。第二晶体管T2的栅极连接复位控制线Reset、源极连接参考信号线ref、漏极连接存储电容C1的第二端，第二晶体管T2用于将参考信号线ref的参考电压Vref写入存储电容C1的第二端。即复位C1两端的电压分别为Vini和Vref。
数据写入单元包括：第四晶体管T4。第四晶体管T4的栅极连接栅线Gate、源极连接数据线Data、漏极连接存储电容C1的第二端，第四晶体管T4用于将数据电压Vdata写入存储电容的第二端。即使N2点的电压为Vdata。
补偿单元包括第三晶体管T3，第三晶体管T3的栅极连接栅线Gate、源极连接存储电容C1的第一端、漏极连接驱动晶体管T7的漏极，第三晶体管T3用于将包括驱动晶体管T7的阈值电压Vth的信息及第一电源电压的信息写入存储电容C1的第一端，即N1点的电压为Vdd－Vth，Vth为驱动晶体管T7的阈值电压。
发光控制单元包括：发光控制线EM、第五晶体管T5和第六晶体管T6。第五晶体管T5的栅极连接发光控制线EM、源极连接参考信号线ref、漏极连接存储电容C1的第二端，第五晶体管T5用于将参考电压Vref写入存储电容C1的第二端，并由存储电容C1转写至驱动晶体管T7的栅极。第六晶体管T6的栅极连接发光控制线EM、源极连接发光器件D的第一端、漏极连接驱动晶体管T7的漏极，第六晶体管T6用于控制发光器件D发光，即T6开启时驱动晶体管T7才能使驱动电流流向发光器件D。驱动晶体管T7在发光控制单元的控制下根据包括所述数据电压Vdata、驱动晶体管阈值电压Vth、第一电源电压Vdd和参考电压Vref的信息控制流向发光器件D的电流大小。
如图3所示，本实施例的电路结构工作时包括三个阶段：
第一阶段t1：复位控制线Reset信号有效，T1，T2打开，对存储电容C1两端进行复位。此时，N1点写入复位信号线int的电压Vint，N2点为参考电压Vref。
第二阶段t2：栅线信号有效，使得T3、T4打开，N2点写入Vdata，N1点写入Vdd－Vth，此时存储电容C1存储的电压为Vdd－Vth－Vdata。本阶段T3将包括第一电源电压信息和驱动晶体管的阈值电压的信息写入所述存储电容C1的第一端。
第三阶段t3：发光控制线EM的信号有效，T5、T6打开，T5连接参考信号线ref，N2点电位为Vref，N1点电位为Vdd－Vth－Vdata+Vref，这也就是驱动晶体管的栅极电位，驱动晶体管的源极电位为Vdd，栅源电压Vgs为Vdd－Vth－Vdata+Vref－Vdd，流向发光器件的电流为I＝1/2μCox(W/L)(Vgs－Vth)2＝1/2μCox(W/L)(Vref－Vdata)2。其中，μ为载流子迁移率，Cox为栅氧化层电容，W/L为驱动晶体管的宽长比。
由上述流向发光器件的电流的公式可看出，该电流I已经与驱动晶体管T7的阈值电压Vth无关，因此避免了有源矩阵有机电致发光显示器件中不同像素因其驱动晶体管的阈值电压不同而造成的显示亮度不均的问题。而且该电流I与Vdd无关，Vref只是对存储电容充电，相应线路上电流较小，电压降也就较小，存储电容与驱动晶体管的栅极连接，因为Vref相对Vdd稳定，驱动晶体管的栅极电压也就较稳定，可以避免Vdd下降对电流的影响导致的不同像素的亮度不均的问题。
上述实施例中的驱动晶体管、第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管均为P型晶体管。当然也可以是N型，或P型和N型的组合，只是栅极控制信号线的有效信号不同。
本发明实施例提供了一种上述的像素驱动电路的驱动方法，包括以下过程：
复位阶段，所述复位单元复位所述存储电容两端的电压为预定电压；
数据电压写入阶段，所述数据写入单元向所述存储电容的第二端写入所述数据电压，所述补偿单元向存储电容的第一端写入包括驱动晶体管的阈值电压信息以及第一电源电压信息；
发光阶段，所述发光控制单元向所述存储电容的第二端写入所述参考电压，所述存储电容将包括数据电压和参考电压的信息转写至驱动晶体管的栅极，所述驱动晶体管在发光控制单元的控制下根据包括所述数据电压、驱动晶体管阈值电压、参考电压以及第一电源电压的信息控制流向发光器件的电流大小，以驱动所述发光器件发光。
其中，在所述复位阶段，所述复位单元复位所述存储电容两端的电压分别为复位信号线电压和参考电压。
具体驱动步骤可参见上述实施例的三个工作阶段的介绍，此处不在赘述。
本实施例提供了一种阵列基板，包括上述实施例的像素驱动电路。
本实施例提供了一种显示装置，包括上述的阵列基板。该显示装置可以为：AMOLED面板、电视、数码相框、手机、平板电脑等具有任何显示功能的产品或部件。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (13)

1.一种像素驱动电路，其特征在于，包括：数据线、栅线、第一电源线、第二电源线、参考信号线、发光器件、驱动晶体管、存储电容、复位单元、数据写入单元、补偿单元及发光控制单元；
所述数据线用于提供数据电压；
所述栅线用于提供扫描电压；
所述第一电源线用于提供第一电源电压，所述第二电源线用于提供第二电源电压，所述参考信号线用于提供参考电压；
所述复位单元连接所述参考信号线和存储电容，用于复位所述存储电容两端的电压为预定信号电压；
所述数据写入单元连接栅线、数据线及所述存储电容的第二端，用于向所述存储电容的第二端写入包括数据电压的信息，
所述补偿单元连接栅线、存储电容的第一端和驱动晶体管，用于向存储电容的第一端写入包括驱动晶体管阈值电压的信息以及第一电源电压的信息；
所述发光控制单元连接所述参考信号线、所述存储电容的第二端、驱动晶体管和所述发光器件，用于向所述存储电容的第二端写入所述参考电压，并控制所述驱动晶体管驱动发光器件发光；
所述存储电容的第一端连接驱动晶体管的栅极，用于将包括数据电压的信息转写至驱动晶体管的栅极；
所述驱动晶体管连接第一电源线，所述发光器件连接第二电源线，所述驱动晶体管用于在发光控制单元的控制下根据包括所述数据电压、驱动晶体管阈值电压、参考电压以及第一电源电压的信息控制流向发光器件的电流大小。
2.如权利要求1所述的像素驱动电路，其特征在于，所述复位单元包括：复位控制线、复位信号线、第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管的栅极连接所述复位控制线、源极连接所述复位信号线、漏极连接所述存储电容的第一端，所述第一晶体管用于将复位信号线电压写入所述存储电容的第一端；所述第二晶体管的栅极连接所述复位控制线、源极连接所述参考信号线、漏极连接所述存储电容的第二端，所述第二晶体管用于将参考电压写入所述存储电容的第二端。
3.如权利要求2所述的像素驱动电路，其特征在于，所述第一晶体管和第二晶体管均为P型晶体管。
4.如权利要求1所述的像素驱动电路，其特征在于，所述数据写入单元包括：第四晶体管，所述第四晶体管的栅极连接所述栅线、源极连接所述数据线、漏极连接所述存储电容的第二端，所述第四晶体管用于将所述数据电压写入存储电容的第二端。
5.如权利要求4所述的像素驱动电路，其特征在于，所述第四晶体管为P型晶体管。
6.如权利要求1所述的像素驱动电路，其特征在于，所述补偿单元包括：第三晶体管，所述第三晶体管的栅极连接所述栅线、源极连接所述存储电容的第一端、漏极连接所述驱动晶体管的漏极，所述第三晶体管用于将包括驱动晶体管的阈值电压信息以及第一电源电压的信息写入所述存储电容的第一端。
7.如权利要求6所述的像素驱动电路，其特征在于，所述第三晶体管为P型晶体管。
8.如权利要求1～7中任一项所述的像素驱动电路，其特征在于，所述发光控制单元包括：发光控制线、第五晶体管和第六晶体管；所述第五晶体管的栅极连接所述发光控制线、源极连接所述参考信号线、漏极连接所述存储电容的第二端，所述第五晶体管用于将所述参考电压写入存储电容的第二端，并由存储电容转写至驱动晶体管栅极；所述第六晶体管的栅极连接所述发光控制线、源极连接所述发光器件的第一端、漏极连接所述驱动晶体管的漏极，所述第六晶体管用于控制发光器件发光，所述驱动晶体管用于在发光控制单元的控制下根据包括所述数据电压、驱动晶体管阈值电压、第一电源电压和参考电压的信息控制流向发光器件的电流大小。
9.如权利要求8所述的像素驱动电路，其特征在于，所述驱动晶体管、所述第五晶体管和第六晶体管均为P型晶体管。
10.一种如权利要求1～9中任一项所述的像素驱动电路的驱动方法，其特征在于，包括如下过程：
复位阶段，所述复位单元复位所述存储电容两端的电压为预定电压；
数据电压写入阶段，所述数据写入单元向所述存储电容的第二端写入所述数据电压，所述补偿单元向存储电容的第一端写入包括驱动晶体管的阈值电压信息以及第一电源电压信息；
发光阶段，所述发光控制单元向所述存储电容的第二端写入所述参考电压，所述存储电容将包括数据电压和参考电压的信息转写至驱动晶体管的栅极，所述驱动晶体管在发光控制单元的控制下根据包括所述数据电压、驱动晶体管阈值电压、参考电压以及第一电源电压的信息控制流向发光器件的电流大小，以驱动所述发光器件发光。
11.如权利要求10所述的驱动方法，其特征在于，
在所述复位阶段，所述复位单元复位所述存储电容两端的电压分别为复位信号线电压和参考电压。
12.一种阵列基板，其特征在于，包括如权利要求1～9中任一项所述的像素驱动电路。
13.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求12所述的阵列基板。
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