CN107516490A - 像素装置、用于像素装置的驱动方法和显示设备 - Google Patents

像素装置、用于像素装置的驱动方法和显示设备 Download PDF

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CN107516490A CN201710825530.3A CN201710825530A CN107516490A CN 107516490 A CN107516490 A CN 107516490A CN 201710825530 A CN201710825530 A CN 201710825530A CN 107516490 A CN107516490 A CN 107516490A
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Abstract

本申请公开了一种像素装置、用于像素装置的驱动方法和显示设备,其中，该像素装置包括发光器件；编程单元，被配置为接收数据信号，并在第一控制信号的控制下将所述数据信号传输给存储单元；存储单元，被配置为存储来自所述编程单元的所述数据信号，以及基于所述数据信号驱动所述发光器件发光。因此通过本申请的技术方案既实现了微小电流驱动，又不会增加像素器件的设计和制造难度。

Description

像素装置、用于像素装置的驱动方法和显示设备
技术领域
本申请属于显示技术领域，尤其涉及一种用于微显示的像素装置、驱动该像素装置的方法和包含该像素装置的显示设备。
背景技术
现代平板显示技术的核心是薄膜晶体管(thin film transistor,以下简称为TFT)有源阵列。有源矩阵有机发光显示(active matrix organic light emitting diode,AMOLED)等新兴显示由于对比度高、显示效果更好，成为了平板显示技术的新趋势。
随着虚拟现实技术的不断发展，基于例如硅基有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)微显示器开始引起学术和产业界的广泛关注，其市场应用广阔，既可以用于军事领域，也可以为便携式计算机、DVD、游戏平台和可穿戴式设备等移动平台提供高画质视屏显示。
由于微显示芯片面积很小，例如每个像素单元面积可以仅为几平方微米到十几平方微米，因此可以采用成熟的硅基CMOS工艺用于制备微显示芯片。但是用于微显示的像素单元所需要的驱动电流非常小，一般为皮安量级到纳安量级。
普通尺寸的晶体管无法实现上述量级的微小的电流。理论上讲，要实现上述量级的微小电流，晶体管的沟道长度需要做到非常长，例如要达到几十微米，然而这样会导致像素单元面积过大，显然并不是现实可行的方案。
因此，为了适应微显示的需求需要提供一种满足驱动电流小且不会增加像素单元面积的像素装置。
发明内容
针对当前技术中存在的像素单元面积与微小驱动电流难以兼具的问题，本申请提出了一种像素装置，包括发光器件；编程单元，被配置为接收数据信号，并在第一控制信号的控制下将所述数据信号传输给存储单元；存储单元，被配置为存储来自所述编程单元的所述数据信号，以及基于所述数据信号驱动所述发光器件发光。
特别的，所述编程单元包括第一晶体管，所述存储单元包括电容，所述发光器件包括OLED，所述第一晶体管的第一电极被配置为接收所述数据信号，其第二电极耦接至所述电容的第一端和OLED的阳极，其控制极被配置为接收所述第一控制信号，所述电容的第二端和OLED的阴极耦接至低电平。
特别的，该像素装置还包括发光控制单元，所述发光控制单元被配置为在第二控制信号的控制下被激活，所述存储单元基于所述数据信号利用所述发光控制单元驱动所述发光器件发光；其中，所述编程单元和所述发光控制单元的被激活状态不重合。
特别的，所述发光控制单元包括第二晶体管，其第一电极耦接至所述电容的第一端，其第二电极耦接至OLED的阳极，其控制极被配置为接收所述第二控制信号,其中所述第一控制信号和所述第二控制信号的高电平没有交叠。
特别的，所述第一晶体管和第二晶体管均为N型晶体管。
特别的，所述第一晶体管为N型晶体管，所述第二晶体管为P型晶体管，所述第一晶体管的控制极与所述第二晶体管的控制极耦接，且所述第一控制信号和所述第二控制信号相同。
特别的，所述第一晶体管和所述第二晶体管同时为P型晶体管，其中所述第一控制信号和所述第二控制信号的低电平没有交叠。
本申请还提供了一种显示设备，包括：栅极驱动装置，其配置为经由多条扫描线为每个像素装置提供扫描控制信号和/或发光控制信号；数据驱动装置，其配置为经由多条数据线为每个像素装置提供数据信号；以及像素装置阵列，所述像素装置阵列包括多个如前述任意一所述的像素装置，所述像素装置的编程单元被配置为接收相应的所述扫描控制信号和所述数据信号。
本申请还提供了一种用于像素装置的驱动方法，所述像素装置包括编程单元、存储单元和发光器件，所述方法包括：编程单元被激活，接收数据信号，并在扫描控制信号的控制下将接收到的数据信号传输给存储单元；存储单元储存所接收到的数据信号；编程单元未激活，存储单元基于所存储的数据信号驱动发光器件发光。
特别的，所述像素装置还包括发光控制单元，其中，所述编程单元和所述发光控制单元的激活状态不重合，并且所述存储单元基于所存储的数据信号利用处于激活状态的所述发光控制单元驱动发光器件发光。
通过实施本申请中的技术方案，像素装置能够通过电容存储数据信号，随后通过电容放电驱动OLED发光，并且获得等效的微小电流。因此通过本申请的技术方案既实现了驱动电流较小，又不会增加像素单元面积。
附图说明
参考附图示出并阐明实施例。这些附图用于阐明基本原理，从而仅仅示出了对于理解基本原理必要的方面。这些附图不是按比例的。在附图中，相同的附图标记表示相似的特征。
图1为根据本申请一实施例的像素装置的架构示意图；
图2a为根据本申请第一示例性实施例的像素装置的电路结构示意图；
图2b为根据本申请第一示例性实施例的信号时序图；
图3为根据本申请另一实施例的像素装置的架构示意图；
图4a为根据本申请第二示例性实施例的像素装置的电路结构示意图；
图4b为根据本申请第二示例性实施例的一种信号时序图；
图5a为根据本申请第三示例性实施例的像素装置的电路结构示意图；
图5b为根据本申请第三示例性实施例的一种信号时序图；
图6a为根据本申请第四示例性实施例的像素装置的电路结构示意图；
图6b为根据本申请第四示例性实施例的一种信号时序图；
图7为依据本申请实施例的像素装置的驱动方法流程图；以及
图8为依据本申请实施例的显示设备的架构示意图。
具体实施方式
以下将参照附图来详细描述本申请的各示例性实施例。应注意的是，除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，而不是作为对本申请及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意的是，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
首先对一些术语进行说明：本申请中的晶体管可以是任何结构的晶体管，比如双极型晶体管(BJT)或者场效应晶体管(FET)。当晶体管为双极型晶体管时，其控制极是指双极型晶体管的基极，第一电极可以为双极型晶体管的集电极或发射极，对应的第二电极可以为双极型晶体管的发射极或集电极，在实际应用过程中，“发射极”和“集电极”可以依据信号流向而互换；当晶体管为场效应晶体管时，其控制极是指场效应晶体管的栅极，第一电极可以为场效应晶体管的漏极或源极，对应的第二电极可以为场效应晶体管的源极或漏极，在实际应用过程中，“源极”和“漏极”可以依据信号流向而互换。显示器中的晶体管通常为一种场效应晶体管：薄膜晶体管(TFT)。下面以晶体管为场效应晶体管为例对本申请做详细的说明，在其它实施例中晶体管也可以是双极型晶体管。
发光器件为有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)，在其它实施例中，也可以是其它发光器件，如QLED、LED等。发光元件的第一电极可以是阴极或阳极，相应地，则发光器件的第二电极为阳极或阴极。本领域技术人员应当理解：电流应从发光器件的阳极流向阴极，因此，基于电流的流向，可以确定发光器件的阳极和阴极。
有效电平可以是高电平，也可以是低电平，可根据具体元器件的功能实现作适应性地置换。
需要说明的是，为了描述方便，也为了使本领域技术人员更清楚地理解本申请的技术方案，本申请文件中引入节点A和节点B对电路结构相关部分进行标识，不能认定为电路中额外引入的端子。
虽然下文采用场效应晶体管为例进行说明，但是应当理解的是，通过双极型晶体管来实施以下的技术方案也属于本申请旨在保护的内容。
图1为根据本申请一实施例的像素装置的架构示意图。像素装置100包括编程单元101、存储单元102和发光器件103。编程单元101与存储单元102耦接，存储单元102与发光器件103耦接。编程单元101用于接收扫描控制信号，并响应于接收到的扫描控制信号而处于导通或关断状态。在编程单元101处于导通状态时，将数据信号(例如显示数据电压Vdata)传输给存储单元102。存储单元102被配置为存储数据信号(例如显示数据电压Vdata)并利用该数据信号(例如显示数据电压Vdata)驱动发光器件103(OLED)发光。
下面结合上述配置，来对像素装置100的工作流程逐步进行阐述。
(1)数据写入阶段
在该阶段，扫描控制信号为例如高电平，编程单元101响应于扫描控制信号的高电平而处于导通状态，数据线上的数据信号(例如显示数据电压Vdata)通过导通状态的编程单元101传输给存储单元102，并且存储单元102存储该数据信号(例如显示数据电压Vdata)。
(2)发光阶段
在该阶段，此时扫描控制信号可以跳变到低电平或其他使编程单元101断开的电平(例如，0V)。此时存储单元102存储的数据信号(例如显示数据电压Vdata)驱动发光器件103发光。根据一个实施例，在存储单元102的驱动下流过发光器件103的电流可以逐渐减弱，在一帧时间内流过发光器件103的平均电流可以是例如数十皮安或更小。
下面具体结合示例性实施例来详细描述本申请第一实施例关于像素装置的构思。
图2a为根据本申请第一示例性实施例的像素装置的电路结构示意图，图2b为根据本申请第一示例性实施例的信号时序图。
根据一个实施例，如图2a所示，编程单元101可以包括晶体管T1，本实施例中，晶体管T1可以为NMOS管。晶体管T1导通的有效电平可以为高电平。根据一个实施例，存储单元102可以包括存储电容C。发光器件103可以包括发光器件OLED。
其中，晶体管T1的第一电极耦接至数据信号线，晶体管T1的第二电极耦接至电容C的一端和节点A，晶体管T1的控制极耦接至扫描线VSCAN。电容C的另一端接低电平Vss。发光器件OLED的阳极耦接至节点A，发光器件OLED的另一极接Vss。
结合图2b所示出的工作时序，像素装置100的工作过程如下：
在数据写入阶段，晶体管T1的控制极接收扫描控制信号VSCAN，扫描控制信号VSCAN为有效电平(高电平)，晶体管T1响应于该扫描控制信号VSCAN处于导通状态，此时数据线上的数据信号(显示数据电压Vdata)通过导通的晶体管T1施加到节点A并且给电容C充电。
在发光阶段，扫描控制信号VSCAN处于低电平(例如0V)，晶体管T1响应于该扫描控制信号VSCAN而处于关断状态。电容C放电从而驱动发光器件OLED发光，即有电流流过OLED，使OLED发光，直到电容C上的电压下降到VOLED(即OLED的阈值电压)时，电容C停止放电，OLED停止发光。
根据一个实施例，通过OLED放掉的电荷总量为其中为节点A在发光阶段的电位平均值，任一时刻流经OLED的平均或者等效电流为其中R为OLED的电阻。由于VA是随着时间变化的，在最初的时刻VA可以是Vdata然后逐渐下降到VOLED。尽管在电容C开始放电的时刻，流经OLED的电流可能无法达到皮安或纳安的量级，但是随着时间的推移，电流逐渐减小。根据一个实施例，可以达到数十皮安或更小。这使得本申请所提供的像素结构在不增加像素尺寸的前提下就可以适用于微显示技术。
图3为根据本申请另一实施例的像素装置的架构示意图。像素装置300包括编程单元301、存储单元302、发光器件303和发光控制单元304。与图1中的本申请一实施例的像素装置100的区别在于，本实施例的像素装置300还包括发光控制单元304，被配置为控制发光器件303的状态。根据一个实施例，发光控制单元304耦接在编程单元301和发光器件303之间；发光控制单元304还耦接在存储单元302和发光器件303之间。
根据一个实施例，编程单元301被配置为接收扫描控制信号，并响应于扫描控制信号而处于导通或关断状态。发光控制单元304也被配置为接收扫描控制信号，并响应于扫描控制信号而处于导通或关断状态。根据不同的实施例，编程单元301和发光控制单元304接收的扫描控制信号可以相同，也可以不同。
根据一个实施例，在编程单元301处于导通状态且发光控制单元304处于关断状态时，编程单元301将数据信号传输给存储单元302。存储单元302被配置为存储数据信号。在编程单元301处于关断状态且发光控制单元304处于导通状态时，存储单元302通过导通的发光控制单元304驱动发光器件303发光器件发光。
下面结合上述配置，来对像素装置300的工作流程逐步进行阐述。
(1)数据写入阶段
在该阶段，编程单元301和发光控制单元304接收扫描控制信号。响应于扫描控制信号的例如高电平，编程单元301处于导通状态，发光控制单元304处于关断状态，数据线上的数据信号通过该处于导通状态的编程单元301传输给存储单元302，并且存储单元302存储该数据信号。
(2)发光阶段
在该阶段，扫描控制信号跳变为例如低电平，响应于此时接收的扫描控制信号，编程单元301处于关断状态，发光控制单元304处于导通状态。此时存储单元302通过该处于导通状态的发光控制单元304驱动发光器件303发光。根据一个实施例，在存储单元302的驱动下流过发光器件303的电流可以逐渐减弱，在一帧时间内流过发光器件303的平均电流可以是例如数十皮安或更小。
下面具体结合示例性实施例来详细介绍本申请第二实施例的电路结构。
图4a为根据本申请第二示例性实施例的像素装置的电路结构示意图，图4b为根据本申请第二示例性实施例的信号时序图。
如图4a所示，编程单元301可以包括晶体管T2，发光控制单元304可以包括晶体管T3，存储单元302可以包括存储电容C，发光器件303可以包括发光器件OLED。根据一个实施例，晶体管T2可以为NMOS晶体管，T3可以为PMOS晶体管。晶体管T2导通的有效电平可以为高电平，晶体管T3导通的电平可以为低电平。
根据一个实施例，晶体管T2的第一电极耦接至数据信号线，晶体管T2的第二电极耦接至电容C的一端和节点B，晶体管T2的控制极耦接至扫描线VSCAN。电容C的另一端耦接至低电平。
根据一个实施例，晶体管T3的第一电极耦接至发光器件OLED的阳极和节点A，晶体管T3的第二电极耦接至节点B，晶体管T3的控制极耦接至扫描线VSCAN。发光器件OLED的阳极耦接至节点A，发光器件OLED的另一极耦接至低电平。
结合图4b所示出的工作时序，像素装置300的详细工作过程如下：
在数据写入阶段，晶体管T2的控制极接收扫描控制信号VSCAN，晶体管T2响应于扫描控制信号VSCAN的有效电平例如高电平而处于导通状态；晶体管T3的控制极同样被配置为接收扫描控制信号VSCAN，扫描控制信号VSCAN为高电平时，晶体管T3响应于该扫描控制信号VSCAN处于关断状态，此时数据线上的数据信号Vdata通过导通的晶体管T2传输到节点B并且存储到电容C上。
在发光阶段，扫描控制信号VSCAN处于低电平，晶体管T2响应于该扫描控制信号VSCAN处于关断状态，晶体管T3响应于该扫描控制信号VSCAN处于导通状态。电容C上的电平通过该导通的晶体管T2传输到节点A，驱动发光器件OLED发光，即电容C通过发光器件OLED放电，有电流流过OLED，使得OLED发光，直到电容两端的电压降低到VOLED时，电容C停止放电。
图4、图5所示的实施例，在能够提供与图1和图2所示的结构相同的微小电流的同时，由于增加了发光控制单元304，可以更好的确保在数据写入阶段输入信号Vdata仅用于给电容C充电，而并没有施加到发光器件OLED上。这样可以提高充电效率，降低功耗。
图5a为根据本申请第三示例性实施例的像素装置的电路结构示意图，图5b为根据本申请第三示例性实施例的信号时序图。
根据一个实施例，编程单元可以包括晶体管T4，存储单元可以包括电容C，发光控制单元可以包括晶体管T5。其中晶体管T4和T5可以都是N型晶体管。晶体管T4的第一极耦接到数据线，第二极耦接到电容C的第一端和节点B，控制极被配置为接收扫描控制信号VSCAN。晶体管T5的第一极耦接到节点B和电容C的第一端，控制极被配置为接收发光控制信号Vcrl，第二极耦接到节点A和OLED的阳极。电容C的第二极耦接到OLED的阴极和低电平。
根据图5b所示，在数据写入阶段扫描控制信号VSCAN可以为高电平，在这个阶段N型晶体管T4导通，数据信号被保存至电容C。因为晶体管T5也是NMOS晶体管，因此在这个阶段其控制极接收的光控制信号Vcrl为低电平，晶体管T5关断，因此在数据写入阶段没有电流流经OLED。在发光阶段，VSCAN跳变到低电平，光控制信号Vcrl跳变到高电平，晶体管T4关断，电容C通过晶体管T5放电并驱动发光器件OLED发光。
图6a为根据本申请第三示例性实施例的像素装置的电路结构示意图，图6b为根据本申请第四示例性实施例的信号时序图。图6a中的电路与图5a中的电路结构类似，只是将其中的NMOS晶体管T4和T5替换为PMOS晶体管T6和T7。因此，图6b中示出的VSCAN和Vcrl分别与图5b中的相反。
熟悉OLED像素电路结构的都知晓，现有的OLED像素电路中需要引入电源信号VDD。但是本申请所提供的像素电路在满足了微显示的要求的同时，并不需要引入电源信号，从而大大简化了像素电路结构。另外，本申请提供的像素电路还提高了显示的均匀性，因为电源线上的压降会导致不同像素点之间发光亮度的差异。而电源线的省略则消除了这种导致发光不均匀的可能。
本申请还提出了一种像素装置的驱动方法。图7为依据本申请一实施例的像素装置的驱动方法流程图。其中，像素装置可以包括编程单元、存储单元和发光器件，可选择的还可以包括发光控制单元。
在S701，编程单元被激活，接收数据信号，并在扫描控制信号的控制下将接收到的数据信号传输给存储单元。可选择的，根据一个的实施例，在S701，发光控制单元未激活。
在S702，存储单元储存所接收到的数据信号。
在S703，编程单元未激活，存储单元基于所存储的数据信号驱动发光器件OLED发光。或者根据另一实施例，编程单元未激活，发光控制单元激活，存储单元基于所存储的数据信号通过发光控制单元驱动发光器件OLED发光。
图8为依据本申请实施例的显示设备800的电路示意图。根据一个实施例，显示设备800可以包括像素装置阵列850、栅极驱动电路840、数据驱动电路830，其中像素装置阵列850中的像素可以具有以上描述的结构。
像素装置阵列850包括排列成N行M列阵列的像素装置，其中，N和M均为大于0的整数。多条栅极扫描线810与每个像素装置在第一方向(例如横向)上耦接，譬如，第N条栅极扫描线表示第N行像素装置对应的扫描线，其与第N行的像素装置耦接，以向该行像素装置提供扫描控制信号VSCAN和/或发光控制信号Vcrl。多条数据信号线820在第二方向(例如纵向)与像素装置耦接，其中，第M条数据信号线用于为第M列各像素装置提供数据信号Vdata，以实现图像灰度。
各行扫描线按行依次向各像素电路提供扫描控制信号VSCAN的有效电平，各像素装置按行依次接收数据信号，之后按行依次开始发光。
以上应用了具体示例对本申请进行阐述，只是用于帮助理解本申请，并不用以限制本申请。对于本申请所属技术领域的技术人员，依据本申请的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种像素装置，包括：
发光器件；
编程单元，被配置为接收数据信号，并在第一控制信号的控制下将所述数据信号传输给存储单元；
存储单元，被配置为存储来自所述编程单元的所述数据信号，以及基于所述数据信号驱动所述发光器件发光。
2.如权利要求1所述的像素装置，其中所述编程单元包括第一晶体管，所述存储单元包括电容，所述发光器件包括OLED，
其中，所述第一晶体管的第一电极被配置为接收所述数据信号，其第二电极耦接至所述电容的第一端和OLED的阳极，其控制极被配置为接收所述第一控制信号，所述电容的第二端和OLED的阴极耦接至低电平。
3.如权利要求1或2所述的像素装置，还包括发光控制单元，所述发光控制单元被配置为在第二控制信号的控制下被激活，所述存储单元基于所述数据信号利用所述发光控制单元驱动所述发光器件发光；其中，所述编程单元和所述发光控制单元的激活状态不重合。
4.如权利要求3所述的像素装置，其中所述发光控制单元包括第二晶体管，其第一电极耦接至所述电容的第一端，其第二电极耦接至OLED的阳极，其控制极被配置为接收所述第二控制信号,其中所述第一控制信号和所述第二控制信号的高电平没有交叠。
5.如权利要求4所述的像素装置，其中所述第一晶体管和第二晶体管均为N型晶体管。
6.如权利要求4所述的像素装置，其中所述第一晶体管为N型晶体管，所述第二晶体管为P型晶体管，所述第一晶体管的控制极与所述第二晶体管的控制极耦接，且所述第一控制信号和所述第二控制信号相同。
7.如权利要求4所述的像素装置，其中所述第一晶体管和所述第二晶体管同时为P型晶体管，其中所述第一控制信号和所述第二控制信号的低电平没有交叠。
8.一种显示设备，包括：
栅极驱动装置，其配置为经由多条扫描线为每个像素装置提供扫描控制信号和/或发光控制信号；
数据驱动装置，其配置为经由多条数据线为每个像素装置提供数据信号；以及
像素装置阵列，所述像素装置阵列包括多个如权利要求1-7中任意一项所述的像素装置，所述像素装置的编程单元被配置为接收相应的所述扫描控制信号和所述数据信号作为所述第一和第二控制信号。
9.一种用于像素装置的驱动方法，所述像素装置包括编程单元、存储单元和发光器件，所述方法包括：
编程单元被激活，接收数据信号，并在扫描控制信号的控制下将接收到的数据信号传输给存储单元；
存储单元储存所接收到的数据信号；
编程单元未激活，存储单元基于所存储的数据信号驱动发光器件发光。
10.如权利要求9所述的驱动方法，其中，所述像素装置还包括发光控制单元，
其中，所述编程单元和所述发光控制单元的激活状态不重合，并且所述存储单元基于所存储的数据信号利用处于激活状态的所述发光控制单元驱动发光器件发光。
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