CN105931599B - 像素驱动电路及其驱动方法、显示面板、显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种像素驱动电路及其驱动方法、显示面板、显示装置，属于显示技术领域，其可解决现有的显示面板的显示均一差的问题。本发明的像素驱动电路包括：阈值电压补偿单元、数据写入单元、发光控制单元、驱动晶体管、存储电容、发光器件；其中，阈值电压补偿单元用于在复位信号的控制下导通，通过基准电流源端所输入的基准电流的控制，将驱动晶体管的阈值电压写入驱动晶体管的栅极和第二极；数据写入单元用于在扫描信号的控制下导通，将数据信号线所输入的数据电压写入驱动晶体管的栅极；发光控制单元用于在发光控制信号的控制下导通，将第一电源端所输入的第一电源信号传输至驱动晶体管的第二极，驱动发光器件发光。
Description
技术领域
本发明属于显示技术领域，具体涉及一种像素驱动电路及其驱动方法、显示面板、显示装置。
背景技术
有机发光显示器(Org第二极nic Light Emitting Diode，OLED) 相比现在的主流显示技术薄膜晶体管液晶显示器(Thin Film Transisitor Liquid Crysta Dispay,TFT-LCD)，具有广视角、高亮度、高对比度、低能耗、体积更轻薄等优点，是目前平板显示技术关注的焦点。
有机发光显示器的驱动方法分为被动矩阵式(PM,Passive Matrix)和主动矩阵式(AM,Active Matrix)两种。而相比被动矩阵式驱动，主动矩阵式驱动具有显示信息量大、功耗低、器件寿命长、画面对比度高等优点。现有技术的一种主动矩阵式有机发光显示器的像素单元驱动电路的等效电路，如图1所示，包括：第一开关晶体管M1、驱动晶体管M2、存储电容C1以及发光器件D1。其中，第一开关晶体管M1的漏极与驱动晶体管M2的栅极连接；驱动晶体管M2的栅极同时连接存储电容C1的一端，其源极与存储电容C1另一端连接，其漏极与发光器件D1连接。第一开关晶体管M1在栅极被扫描信号Vscan(n)选通时打开，从源极引入数据信号Vd第二极t第二极。驱动晶体管M2一般工作在饱和区，其栅源电压Vgs决定了流过其电流的大小，进而为发光器件D1提供了稳定的电流。其中Vgs＝Vdata-VD1，VD1为发光器件D1的开启电压，VDD为稳压或者稳流电源，连接驱动晶体管M2，用于提供发光器件D1发光所需要的能源。而存储电容C1的作用是在一帧的时间内维持驱动晶体管M2栅极电压的稳定。
当扫描信号Vscan(n)的第一个高电平开始时，第n行像素单元被选通，将该行像素单元中的第一开关晶体管M1打开，引入数据信号驱动Vdata，发光器件D1开始发光。通过驱动数据信号 Vdata的高电平使发光器件D1发光将该行像素单元中的存储电容 C1充电完成，之后，通过扫描信号Vscan(n)的第一个低电平关闭该行像素单元的第一开关晶体管M1。此时，存储电容C1维持充电时的电压，维持该行像素单元的驱动晶体管M2输出稳定的电流，使得该行像素单元的有机发光二级管D1持续发光直到一帧时间结束。一帧时间通常为同一行像素单元连续两次被扫描信号选通的时间间隔。
在第n行像素单元的充电完成后，扫描信号选通第n+1行像素单元，将第n+1行像素单元的第一开关晶体管M1打开，引入驱动数据信号进行同样的充电过程，充电完成后通过像素单元中的存储电容C1维持充电时的电压，维持驱动管输出稳定电流，使得n+1行像素单元的发光器件D1持续发光直到一帧时间结束。如此依序下去，当对最后一行像素单元充电完成后，便又从第一行像素单元开始重新扫描充电。
尽管现有技术像素单元电路被广泛使用，但是其仍然必不可免的存在以下问题：驱动晶体管M2的阈值电压Vth会随着使用时间的增加而出现漂移，从而导致针对同样的数据驱动信号Vdata 的Vgs出现变化，即发光器件D1的电流(也就是亮度)不同，从而将会影响整个有机发光显示器的画面均匀性及其发光质量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题包括，针对现有的像素驱动电路存在上述的问题，提供一种改善显示面板显示均已向和发光质量的像素驱动电路及其驱动方法、显示面板、显示装置。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种像素驱动电路，包括：阈值电压补偿单元、数据写入单元、发光控制单元、驱动晶体管、存储电容、发光器件；其中，
所述阈值电压补偿单元连接复位信号端、第一电源端、所述存储电容的第一端、所述基准电流源端、所述数据写入单元，以及所述驱动晶体管的栅极、第一极和第二极，用于在所述复位信号端所输入的复位信号的控制下导通，通过所述基准电流源端所输入的基准电流的控制，将驱动晶体管的阈值电压写入驱动晶体管的栅极和第二极；
所述数据写入单元连接扫描信号线、数据信号线、所述存储电容的第一端，以及所述驱动晶体管的栅极，用于在扫描信号线所输入的扫描信号的控制下导通，将所述数据信号线所输入的数据电压写入所述驱动晶体管的栅极；
所述发光控制单元连接发光控制线、所述驱动晶体管的第二极，以及所述发光器件的第一端，用于在所述发光控制线所输入的发光控制信号的控制下导通，将所述第一电源端所输入的第一电源信号传输至所述驱动晶体管的第二极，驱动所述发光器件发光；
所述驱动晶体管的第一极连接所述第一电源端，所述存储电容的第二端连接所述第一电源端，所述发光器件的第二端连接第二电源端。
优选的是，所述阈值电压补偿单元包括：第二晶体管、第三晶体管，以及第四晶体管；其中，
所述第二晶体管的栅极连接所述复位信号端，第一极连接所述基准电流源端，第二极连接驱动晶体管的第二极、第四晶体管的第一极；
所述第三晶体管的栅极连接所述复位信号端，第一极连接所述驱动晶体管的第一极，第二极连接所述存储电容的第一端和所述数据写入单元；
所述第四晶体管的栅极连接所述复位信号端，第一极连接所述驱动晶体管的第二极、所述第二晶体管的第二极和所述发光控制单元，第二极连接所述数据写入单元和所述驱动晶体管的栅极。
优选的是，所述数据写入单元包括：第一晶体管和耦合电容；其中，
所述第一晶体管的栅极连接所述扫描信号线，第一极连接所述存储电容的第一端、所述耦合电容的第二端和所述阈值电压补偿单元，第二极连接所述数据信号线；
所述耦合电容的第一端连接所述驱动晶体管的栅极和所述阈值电压补偿单元。
优选的是，所述发光控制单元包括：第五晶体管；其中，
所述第五晶体管的栅极连接所述发光控制线，第一极连接所述驱动晶体管的第二极，第二极连接所述发光器件的第一端。
优选的是，所述发光器件为有机电致发光二极管。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种像素驱动电路的驱动方法，其中像素驱动电路采用上述像素驱动电路，所述驱动方法包括：
阈值电压补偿阶段：给所述复位信号端输入的复位信号，所述基准电流源端输入基准电流，控制所述阈值电压补偿单元选通，通过所述基准电流的控制，将驱动晶体管的阈值电压写入驱动晶体管的栅极和第二极；
数据电压写入阶段，给所述信号线输入的扫描信号，给数据信号线输入数据电压信号，控制所述数据写入单元选通，将所述数据信号线所输入的数据电压写入所述驱动晶体管的栅极；
发光阶段；给所述发光控制线所述发光控制信号，控制所述发光控制单元选通，将所述第一电源端所输入的第一电源信号传输至所述驱动晶体管的第二极，驱动所述发光器件发光。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种显示面板包括上述的像素驱动电路。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种显示装置，包括上述的显示面板。
本发明具有如下有益效果：
本发明的像素驱动电路及其驱动方法，由于能够使像素驱动电路中驱动晶体管MDT提供的驱动电流与其阈值电压无关，因此阈值电压不会对流经发光器件的电流产生影响，避免了流经发光器件的驱动电流受到均匀性差和漂移的影响，提高了流经发光器件的驱动电流的均匀性，从而提高了发光器件亮度的均匀性。
附图说明
图1为现有的像素驱动电路的电路图；
图2为本发明的实施例1和2的像素驱动电路的电路图；
图3为本发明的是实施例2的像素驱动电路的驱动方法的时序图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
本发明实施例中的所采用的晶体管可以为薄膜晶体管或场效应管或其他特性的相同器件，由于采用的晶体管的源极和漏极是对称的，所以其源极、漏极是没有区别的。在本发明实施例中，为区分晶体管的源极和漏极，将其中一极称为第一极，另一极称为第二极，栅极称为控制极。此外按照晶体管的特性区分可以将晶体管分为N型和P型，以下实施例中是以P型晶体管进行说明的，当采用N型晶体管时，第一极为P型晶体管的漏极，第二极为P型晶体管的源极，栅极输入高电平时，源漏极导通，N型相反。可以想到的是采用N型晶体管实现是本领域技术人员可以在没有付出创造性劳动前提下轻易想到的，因此也是在本发明实施例的保护范围内的。
实施例1：
如图2所示，本实施例提供一种像素驱动电路，包括：阈值电压补偿单元1、数据写入单元2、发光控制单元3、驱动晶体管MDT、存储电容Cst、发光器件；其中，阈值电压补偿单元1连接复位信号端、第一电源端VDD、存储电容Cst的第一端、基准电流源端、数据写入单元2，以及驱动晶体管MDT的栅极、第二极和第一极，用于在复位信号端所输入的复位信号的控制下导通，通过基准电流源端所输入的基准电流的控制，将驱动晶体管MDT 的阈值电压写入驱动晶体管MDT的栅极和第二极；数据写入单元 2连接扫描信号线Gate、数据信号线Data、存储电容Cst的第一端，以及驱动晶体管MDT的栅极，用于在扫描信号线Gate所输入的扫描信号的控制下导通，将数据信号线Data所输入的数据电压写入驱动晶体管MDT的栅极；发光控制单元3连接发光控制线 EM、驱动晶体管MDT的第二极，以及发光器件的第一端，用于在发光控制线EM所输入的发光控制信号的控制下导通，将第一电源端VDD所输入的第一电源信号传输至驱动晶体管MDT的第二极，驱动发光器件发光；驱动晶体管MDT的第一极连接第一电源端VDD，存储电容Cst的第二端连接第一电源端VDD，发光器件的第二端连接第二电源端VSS。
在本实施例中通过基准电流源引入的基准电流，采用电流偏置方式，将驱动晶体管MDT的阈值电压写入驱动晶体管MDT的栅极，不能进行存储；之后，之后将控制灰阶的数据电压信号同步写入到驱动晶体管MDT栅极；通过前述动作，该结构可以很好避免在各个灰阶信号下，驱动晶体管MDT阈值电压差异造成的显示不均现象。
其中，本实施例的像素驱动电路中的阈值电压补偿单元1包括：第二晶体管M2、第三晶体管M3，以及第四晶体管M4；其中，第二晶体管M2的栅极连接复位信号端，第一极连接基准电流源端，第二极连接驱动晶体管MDT的第二极、第四晶体管M4 的第一极；第三晶体管M3的栅极连接复位信号端，第一极连接驱动晶体管MDT的第一极，第二极连接存储电容Cst的第一端和数据写入单元2；第四晶体管M4的栅极连接复位信号端，第一极连接驱动晶体管MDT的第二极、第二晶体管M2的第二极和发光控制单元3，第二极连接数据写入单元2和驱动晶体管MDT的栅极。
具体的，当复位信号端输入复位信号，即低电平信号时，第二晶体管M2、第三晶体管M3、第四晶体管M4均打开，将第一电源端VDD所输入的第一电源电压信号写到存储电容Cst的第一端(也即图中所示的节点B)；由于第二晶体管M2和第四晶体管 M4均打开，将驱动晶体管MDT的栅极和第二极(源极)与基准电流源端连接，并且第四晶体管M4的第二极(也即图中的节点A) 的电位将驱动晶体管MDT打开，使得驱动晶体管MDT处于饱和区，且流过的电流为基准电流源端输入的基准电流根据晶体管饱和区电流公式可知：
I_Bias＝1/2*C*u*W/L*(Va-VDD-Vth)^2；
其中C是驱动晶体管MDT的沟道电容，u是驱动晶体管MDT 的沟道迁移率，W/L分别是驱动晶体管MDT的宽和长，Vth是驱动晶体管MDTMDT的阈值电压。由公式(1)可以得出A点电位：
其中，本实施例的像素驱动电路中的数据写入单元2包括：第一晶体管M1和耦合电容C1；其中，第一晶体管M1的栅极连接扫描信号线Gate，第一极连接存储电容Cst的第一端、耦合电容C1的第二端和阈值电压补偿单元1，第二极连接数据信号线 Data；耦合电容C1的第一端连接驱动晶体管MDT的栅极和阈值电压补偿单元1。
具体的，当扫描信号线Gate输入扫描信号，即输入低电平信号时，第一晶体管M1打开，数据信号线Data上输入的数据电压信号写入到节点B，此时耦合电容C1两端的电位，根据电容电荷守恒原理可知，(VDD-Va)*C1＝(SD-Va`)*C1，推出： Va`＝SD-VDD+Va。其中Va`是此时B点电位。
其中，本实施例的像素驱动电路中的发光控制单元3包括：第五晶体管M5；其中，第五晶体管M5的栅极连接发光控制线 EM，第一极连接驱动晶体管MDT的第二极，第二极连接发光器件的第一端。
具体的，发光器件优选为有机电致发光二极管OLED，当给发光控制线EM输入发光控制信号，即输入低电平信号时，第五晶体管M5打开，发光回路VDD-MDT-M5-OLED-VSS打通，此时驱动晶体管MDT工作于饱和区，根据饱和区电流公式可知：
假设上述中，沟道的电容，迁移率和宽长比是一个常数，那么流经OLED的电流就只于灰阶数据电压，电源VDD电压和设定的偏置电流有关，与驱动晶体管MDT的阈值电压无关。因此改善了由于驱动晶体管MDT阈值电压差异性，造成的显示不均问题。
实施例2：
本实施例提供一种像素驱动电路的驱动方法，像素驱动电路可以为实施例1中的像素驱动电路。
其中，如图2所示，本实施例的像素驱动电路中的阈值电压补偿单元1包括：第二晶体管M2、第三晶体管M3，以及第四晶体管M4；数据写入单元2包括：第一晶体管M1和耦合电容C1；发光控制单元3包括：第五晶体管M5；第一晶体管M1的栅极连接扫描信号线Gate，第一极连接存储电容Cst的第一端、耦合电容C1的第二端和第三晶体管M3的第二极(也即节点B)，第二极连接数据信号线Data；耦合电容C1的第一端连接驱动晶体管 MDT的栅极和第四晶体管M4的第二极。第二晶体管M2的栅极连接复位信号端，第一极连接基准电流源端，第二极连接驱动晶体管MDT的第二极、第四晶体管M4的第一极；第三晶体管M3 的栅极连接复位信号端，第一极连接驱动晶体管MDT的第一极，第二极连接存储电容Cst的第一端和数据写入单元2；第四晶体管M4的栅极连接复位信号端，第一极连接驱动晶体管MDT的第二极、第二晶体管M2的第二极和第五晶体管M5的第一极，第二极连接耦合电容C1的第二端和驱动晶体管MDT的栅极。第五晶体管M5的栅极连接发光控制线EM，第一极连接驱动晶体管MDT 的第二极，第二极连接有机电致发光二极管OLED的第一端，有机电致发光二极管OLED的第二端连接第二电源端VSS。
结合图3本实施例的像素电路的驱动方法具体包括：阈值电压补偿阶段、数据电压写入阶段和发光阶段。
阈值电压补偿阶段(T1)：给复位信号端输入的复位信号，基准电流源端输入基准电流，控制阈值电压补偿单元1选通，通过基准电流的控制，将驱动晶体管MDT的阈值电压写入驱动晶体管MDT的栅极和第二极。
具体的，在该阶段给发光控制线EM和扫描信号线Gate输入关闭信号，即高点平信号，给复位信号端输入复位信号，即低电平信号时，第二晶体管M2、第三晶体管M3、第四晶体管M4均打开，将第一电源端VDD所输入的第一电源电压信号写到存储电容Cst的第一端(也即图中所示的节点B)；由于第二晶体管M2 和第四晶体管M4均打开，将驱动晶体管MDT的栅极和第二极(源极)与基准电流源端连接，并且第四晶体管M4的第二极(也即图中的节点A)的电位将驱动晶体管MDT打开，使得驱动晶体管 MDT处于饱和区，且流过的电流为基准电流源端输入的基准电流根据晶体管饱和区电流公式可知：
I_Bias＝1/2*C*u*W/L*(Va-VDD-Vth)^2；
其中C是驱动晶体管MDT的沟道电容，u是驱动晶体管MDT 的沟道迁移率，W/L分别是驱动晶体管MDT的宽和长，Vth是驱动晶体管MDTMDT的阈值电压。由公式(1)可以得出A点电位：
数据电压写入阶段(T2)：给信号线输入的扫描信号，给数据信号线Data输入数据电压信号，控制数据写入单元2选通，将数据信号线Data所输入的数据电压写入驱动晶体管MDT的栅极。
具体的，给发光控制线EM和复位信号端输入关闭信号，即输入高电平信号，给扫描信号线Gate输入扫描信号，即输入低电平信号时，第一晶体管M1打开，数据信号线Data上输入的数据电压信号写入到节点B，此时耦合电容C1两端的电位，根据电容电荷守恒原理可知，(VDD-Va)*C1＝(SD-Va`)*C1，推出： Va`＝SD-VDD+Va。其中Va`是此时A点电位。
发光阶段(T3)：给发光控制线EM发光控制信号，控制发光控制单元3选通，将第一电源端VDD所输入的第一电源信号传输至驱动晶体管MDT的第二极，驱动发光器件发光。
具体的，给扫描信号线Gate和复位信号端输入关闭信号，即输入高电平信号，给发光控制线EM输入发光控制信号，即输入低电平信号时，第五晶体管M5打开，发光回路VDD-MDT-M5-OLED-VSS打通，此时驱动晶体管MDT工作于饱和区，根据饱和区电流公式可知：
假设上述中，沟道的电容，迁移率和宽长比是一个常数，那么流经OLED的电流就只于灰阶数据电压，电源VDD电压和设定的偏置电流有关，与驱动晶体管MDT的阈值电压无关。因此改善了由于驱动晶体管MDT阈值电压差异性，造成的显示不均问题。
综上，本实施例中的像素驱动电路的驱动方法，由于能够使像素驱动电路中驱动晶体管MDT提供的驱动电流与其阈值电压无关，因此阈值电压不会对流经发光器件的电流产生影响，避免了流经发光器件的驱动电流受到均匀性差和漂移的影响，提高了流经发光器件的驱动电流的均匀性，从而提高了发光器件亮度的均匀性。
实施例3：
本实施例提供一种显示面板和显示装置，包括实施例1中的像素驱动电路，此处不详细描述。
当然本实施例中该显示装置可以为：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。
当然本实施例中显示装置还具有常规的显示装置的外框等结构。
由于本实施例的显示装置具有实施例1中的像素驱动电路，故其画面均匀性明显提高。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种像素驱动电路，其特征在于，包括：阈值电压补偿单元、数据写入单元、发光控制单元、驱动晶体管、存储电容、发光器件；其中，
所述阈值电压补偿单元连接复位信号端、第一电源端、所述存储电容的第一端、基准电流源端、所述数据写入单元，以及所述驱动晶体管的栅极、第一极和第二极，用于在所述复位信号端所输入的复位信号的控制下导通，通过基准电流源端所输入的基准电流的控制，将驱动晶体管的阈值电压写入驱动晶体管的栅极和第二极；
所述数据写入单元连接扫描信号线、数据信号线、所述存储电容的第一端，以及所述驱动晶体管的栅极，用于在扫描信号线所输入的扫描信号的控制下导通，将所述数据信号线所输入的数据电压写入所述驱动晶体管的栅极；
所述发光控制单元连接发光控制线、所述驱动晶体管的第二极，以及所述发光器件的第一端，用于在所述发光控制线所输入的发光控制信号的控制下导通，将所述第一电源端所输入的第一电源信号传输至所述驱动晶体管的第二极，驱动所述发光器件发光；
所述驱动晶体管的第一极连接所述第一电源端，所述存储电容的第二端连接所述第一电源端，所述发光器件的第二端连接第二电源端；其中，
所述阈值电压补偿单元包括：第二晶体管、第三晶体管，以及第四晶体管；其中，
所述第二晶体管的栅极连接所述复位信号端，第一极连接所述基准电流源端，第二极连接驱动晶体管的第二极、第四晶体管的第一极；
所述第三晶体管的栅极连接所述复位信号端，第一极连接所述驱动晶体管的第一极，第二极连接所述存储电容的第一端和所述数据写入单元；
所述第四晶体管的栅极连接所述复位信号端，第一极连接所述驱动晶体管的第二极、所述第二晶体管的第二极和所述发光控制单元，第二极连接所述数据写入单元和所述驱动晶体管的栅极。
2.根据权利要求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：第一晶体管和耦合电容；其中，
所述第一晶体管的栅极连接所述扫描信号线，第一极连接所述存储电容的第一端、所述耦合电容的第二端和所述阈值电压补偿单元，第二极连接所述数据信号线；
所述耦合电容的第一端连接所述驱动晶体管的栅极和所述阈值电压补偿单元。
3.根据权利要求1所述的像素驱动电路，其特征在于，所述发光控制单元包括：第五晶体管；其中，
所述第五晶体管的栅极连接所述发光控制线，第一极连接所述驱动晶体管的第二极，第二极连接所述发光器件的第一端。
4.根据权利要求1所述的像素驱动电路，其特征在于，所述发光器件为有机电致发光二极管。
5.一种像素驱动电路的驱动方法，其特征在于，所述像素驱动电路为权利要求1-4中任一项所述的像素驱动电路；所述驱动方法包括：
阈值电压补偿阶段：给所述复位信号端输入的复位信号，所述基准电流源端输入基准电流，控制所述阈值电压补偿单元选通，通过所述基准电流的控制，将驱动晶体管的阈值电压写入驱动晶体管的栅极和第二极；
数据电压写入阶段，给所述扫描信号线输入的扫描信号，给数据信号线输入数据电压信号，控制所述数据写入单元选通，将所述数据信号线所输入的数据电压写入所述驱动晶体管的栅极；
发光阶段；给所述发光控制线所述发光控制信号，控制所述发光控制单元选通，将所述第一电源端所输入的第一电源信号传输至所述驱动晶体管的第二极，驱动所述发光器件发光。
6.一种显示面板，其特征在于，包括权利要求1-4中任一项所述的像素驱动电路。
7.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求6所述的显示面板。
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