CN109686318A - 像素驱动电路及驱动方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种像素驱动电路及驱动方法。该像素驱动电路包括：第一晶体管，其导通与关断受控于扫描信号；存储电容，经第一晶体管接收并存储数据电压；第二晶体管，根据被存储的数据电压向发光元件的阳极提供驱动电压或驱动电流；第三晶体管，提供供电路径，其导通与关断受控于复位信号；第四晶体管，提供发光元件的阳极和参考地之间的电流路径，与第三晶体管交替导通，在第一晶体管的关断阶段和/或导通阶段内，第四晶体管在预定时间内被复位信号导通以释放发光元件的阳极电荷。该像素驱动电路可以在发光元件的初始化阶段和/或发光阶段释放其高电位端的残存电荷，从而可以通过控制发光时间来控制发光亮度，并解决了拖影问题。

Description

像素驱动电路及驱动方法
技术领域
本发明涉及显示技术领域，具体涉及一种像素驱动电路及驱动方法。
背景技术
硅基有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode on Silicon,OLED-on-Silicon)显示装置以有机发光二极管为发光器件，并以互补金属氧化物半导体作为有机发光二极管的开关组件或驱动组件，包括像素驱动电路、扫描驱动电路以及必要的控制电路。有机发光二极管具有工艺简单、低电压驱动、低功耗、低成本、高响应速度、自发光、宽视角等诸多优点。
如图1所示，以一个常规的电压型两管像素驱动电路为例，该像素驱动电路包括：有机发光二极管OLED，晶体管Q1和Q2和存储电容Cs。其中晶体管Q1的栅极和漏极分别电连接到扫描线SCAN和数据线DATA，晶体管Q2的栅极电连接晶体管Q1的源极和存储电容Cs的第一端，晶体管Q2的源极和存储电容Cs的第二端同时电连接到电源电压VDD，且晶体管Q2的漏极电连接到有机发光二级管OLED的阳极，OLED的阴极接负电压或地。
当扫描线SCAN处于低电平时，晶体管Q1断开；当扫描线SCAN处于高电平时，晶体管Q1导通，数据线DATA将数据电压传输至晶体管Q2的栅极，同时存储电容Cs起作用。当数据线DATA为低电平时，存储电容Cs充电；当数据线DATA为高电平时，存储电容Cs上的电荷继续维持晶体管Q2的电压。在帧周期内，晶体管Q2栅极电压不变，OLED为恒流控制，流经OLED的电流由晶体管Q2的栅源电压控制，从而可以通过改变数据电压控制OLED的发光亮度。若要实现多级灰度显示，则改变数据线DATA上的多级数据电压。
但是，现有技术中的像素驱动电路仍然存在如下的技术缺陷：现有技术不能调整发光器件的发光时间，在低亮度的情况下受gamma电路精度限制，OLED的色彩深度低于正常亮度情况。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种像素驱动电路及驱动方法，可以控制发光元件的发光时间，进而调整发光亮度，以及可以在每一帧都能够初始化发光元件阳极上的残留电荷，解决拖影问题。
根据本发明的一方面，提供一种像素驱动电路，包括：第一晶体管，所述第一晶体管的导通与关断受控于扫描信号；存储电容，用于经所述第一晶体管接收数据电压，并存储所述数据电压；第二晶体管，用于在所述第一晶体管的关断阶段内根据电源电压和被存储的所述数据电压向发光元件的阳极提供驱动电压或驱动电流；第三晶体管，用于提供供电路径，所述第三晶体管的导通与关断受控于复位信号；以及第四晶体管，用于提供所述发光元件的阳极和参考地之间的电流路径，所述第四晶体管的导通和关断受控于所述复位信号，并与所述第三晶体管交替导通，其中，在所述第一晶体管的关断阶段和/或导通阶段内，所述第四晶体管在预定时间内被所述复位信号导通以释放所述发光元件的阳极电荷。
优选地，所述第一晶体管的第一通路端接收所述数据电压，所述存储电容的第一端连接至所述第一晶体管的第二通路端以接收并存储所述数据电压，所述存储电容的第二端与参考地或参考电源相连。
优选地，所述第二晶体管的第一通路端和控制端分别接收所述电源电压和被存储的所述数据电压，且第二通路端连接所述第三晶体管的第一通路端，所述第三晶体管的第二通路端连接至所述发光元件的阳极，其中，所述供电路径在所述第三晶体管的导通阶段处于有效状态，在所述第三晶体管的关断阶段处于无效状态，所述第二晶体管在所述供电路径有效时提供所述驱动电压或所述驱动电流。
优选地，所述第三晶体管的第一通路端和控制端分别接收所述电源电压和所述复位信号，且第二通路端连接至所述第二晶体管的第一通路端，所述第二晶体管的控制端接收所述扫描信号，且第二控制端连接至所述发光元件的阳极，其中，所述供电路径在所述第三晶体管的导通阶段处于有效状态，在所述第三晶体管的关断阶段处于无效状态，所述第二晶体管在所述供电路径有效时提供所述驱动电压或所述驱动电流。
优选地，所述第二晶体管为NMOS晶体管，用于在导通时根据被存储的所述数据电压提供所述驱动电压，并将所述驱动电压提供至所述发光元件的阳极。
优选地，所述第二晶体管为PMOS晶体管，用于根据被存储的所述数据电压提供所述驱动电流。
优选地，所述第二晶体管为Native NMOS晶体管。
优选地，所述存储电容至少包括金属-绝缘体-金属电容以及由MOS晶体管形成的电容器之一。
根据本发明的另一方面，提供一种发光元件的驱动方法，包括：在第一工作阶段中，接收并存储数据电压；在与所述第一工作阶段交替进行的第二工作阶段中，根据电源电压和被存储的所述数据电压向所述发光元件的阳极提供驱动电压或驱动电流，其中，所述驱动方法还包括：提供连接在所述发光元件的阳极和参考地之间的电流路径，所述电流路径的导通和关断受控于复位信号；提供供电路径，所述供电路径在所述复位信号的控制下与所述电流路径交替导通；以及在所述第一工作阶段和/或所述第二工作阶段中，在预定时间内根据所述复位信号导通所述电流路径以释放所述发光元件的阳极电荷。
优选地，所述复位信号为脉宽调制信号，所述电流路径在所述复位信号为有效电平状态时被导通。
优选地，在预定时间内根据所述复位信号导通所述电流路径的步骤包括：在每个所述第一工作阶段中，所述复位信号提供至少一个有效电平脉冲。
优选地，在所述供电路径有效时，向所述发光元件的阳极提供所述驱动电压或所述驱动电流；在所述供电路径无效时，停止提供所述驱动电压或所述驱动电流。
优选地，在预定时间内根据所述复位信号导通所述电流路径的步骤包括：在各个所述第二工作阶段中，通过改变所述复位信号的有效电平时间调节所述发光元件的发光时间，从而调节所述发光元件的亮度。
本发明的有益效果是：本发明所公开的像素驱动电路及驱动方法，采用第三晶体管提供供电路径，第三晶体管的导通与关断受控于复位信号，采用第四晶体管提供发光元件的阳极和参考地之间的电流路径，第四晶体管的导通和关断受控于复位信号。通过复位信号对第三晶体管和第四晶体管导通状态的控制，可以控制发光元件的发光时间；发光元件的阳极通过第四晶体管接地，当第四晶体管导通时可以释放掉发光元件阳极上残留的电荷；以及在发光元件低亮度发光时，通过调节复位信号的脉冲宽度，改变发光时间占刷新周期的比例，可以解决在低亮度情况下会降低色彩深度的问题。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。
图1示出根据现有技术的像素驱动电路结构示意图。
图2示出根据本发明实施例的显示面板的电路结构示意图。
图3示出根据本发明实施例的像素驱动电路结构示意图。
图4示出根据本发明第二实施例的像素驱动电路结构示意图。
图5示出根据本发明第一实施例的控制信号时序图。
图6示出根据本发明第二实施例的控制信号时序图。
图7示出根据本发明实施例的像素驱动电路的驱动方法的流程图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以通过不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反的，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
下面，参照附图对本发明进行详细说明。
图2示出根据本发明实施例的显示面板的电路结构示意图。
如图2所示，本发明实施例的显示面板200包括多条扫描信号线SCAN、多条复位信号线RESET、多条数据线DATA以及多个像素驱动单元210。多个像素驱动电路210呈阵列排布，以形成像素阵列。
在每一行像素驱动单元210中，多个像素驱动单元210的第一输入端共同连接至扫描信号线SCAN，第二输入端共同连接至复位信号线RESET。在每一列像素驱动单元210中，多个像素驱动电路210共同连接至数据线DATA，以接收相应的数据信号。
图3示出根据本发明第一实施例的像素驱动电路结构示意图。
如图3所示，本发明实施例的像素驱动电路210，包括：选择晶体管T1，选择晶体管T1的导通和关断受控于扫描信号，用于控制数据信号写入；存储电容Cs，用于经选择晶体管T1接收数据电压，并存储数据电压；驱动晶体管T2，用于在选择晶体管T1的关断阶段内根据电源电压和被存储的数据电压向发光元件D1的阳极提供驱动电压或驱动电流；开关管T3，连接在驱动晶体管T2和发光元件D1之间，用于提供驱动晶体管T2和发光元件D1之间的供电路径，开关管T3的导通和关断受控于复位信号；以及初始化晶体管T4，用于提供发光元件D1的阳极和参考地之间的电流路径，初始化晶体管T4的导通和关断受控于复位信号。发光元件D1例如为OLED。
进一步的，该实施例还涉及为像素驱动电路提供所需控制信号和驱动信号的多条数据线，包括数据信号线DATA，用于为所述像素驱动电路提供相应的数据电压；扫描信号线SCAN，用于为所述像素驱动电路提供相应的扫描信号；复位信号线RESET，用于为所述像素驱动电路提供相应的复位信号。
本发明实施例的像素驱动电路210中各元器件间的连接关系包括：
选择晶体管T1的第一通路端连接至数据信号线DATA，第二通路端连接至存储电容Cs，控制端连接至扫描信号线SCAN；存储电容Cs的第一端接收数据电压，第二端与参考地GND或参考电源相连。
驱动晶体管T2的控制端连接至存储电容Cs的第一端；驱动晶体管T2的第一通路端连接至提供电源电压的供电端VDD；驱动晶体管T2第二通路端连接至开关管T3的源极，用于根据电源电压经由开关管T3向发光元件D1提供驱动电压或驱动电流。
开关管T3的第一通路端连接至驱动晶体挂T2，第二通路端连接至发光元件D1的阳极，开关管T3的控制端连接至复位信号线RESET。开关管T3提供驱动晶体管T2和发光元件D1之间的供电路径，复位信号通过控制开关管T3的导通与关断，从而控制发光元件D1接收驱动电压或驱动电流。所述供电路径在第三晶体管T3的导通阶段处于有效状态，在第三晶体管T3的关断阶段处于无效状态，第二晶体管T2在所述供电路径有效时向发光元件D1提供驱动电压或驱动电流。发光元件D1的阴极连接至阵列的参考地GND或参考电源VCOM，优选地，参考电源为负压端。
初始化晶体管T4的第一通路端连接至发光元件D1的阳极，第二通路端连接至参考地GND，控制端连接至复位信号线RESET，用于根据复位信号提供发光元件D1的阳极和参考地之间的电流路径。在该实施例中，初始化晶体管T4和开关管T3均受控于复位信号，初始化晶体管T4和开关管T3为相反类型的晶体管，两者交替导通。开关管T3例如为P沟道场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)，初始化晶体管T4例如为N沟道场效应晶体管。
可选的，所述选择晶体管T1、驱动晶体管T2可以是N沟道场效应晶体管，也可以是P沟道场效应晶体管；当驱动晶体管T2为N沟道场效应晶体管时，该实施例的像素驱动电路为电压驱动型像素驱动电路；当驱动晶体管T2为P沟道场效应晶体管时，该实施例的像素驱动电路为电流驱动型像素驱动电路。在优选的实施例中，驱动晶体管T2为本征N沟道场效应晶体管(Native n-MOSFET)，驱动晶体管T2例如为耗尽型N沟道场效应晶体管。Native n-MOSFET是阈值电压接近为零的晶体管，当驱动晶体管T2为Native n-MOSFET时，可以使得加在OLED阳极上的电压与驱动晶体管T2的栅极电压差值更小，能够更加有效的利用电压摆幅。
进一步的，在本发明所公开的像素驱动电路中，开关管T3与初始化晶体管T4的沟道类型可以相同或相反。当开关管T3与初始化晶体管T4的沟道类型相同时，开关管T3的控制端通过反相器与复位信号线RESET连接，用于接收与复位信号相反的互补信号；当开关管T3与初始化晶体管T4的沟道类型相反时，开关管T3的控制端直接与复位信号线RESET连接。在本发明实施例中，初始化晶体管T4优选为N沟道场效应晶体管。
优选的，当扫描信号为低电平时，选择晶体管T1导通；当扫描信号为高电平时，选择晶体管T1关断。当复位信号为高电平时，开关管T3关断，初始化晶体管T4导通；当复位信号为低电平时，开关管T3导通，初始化晶体管T4关断。
进一步的，存储电容Cs可以是场效应晶体管电容，也可以是金属-绝缘体-金属(metal-insulator-metal,MIM)电容。优选的，存储电容Cs为MIM电容，因为MIM电容在场效应晶体管之上，不会占用像素驱动电路的面积，可以使像素驱动电路的面积更小。
进一步的，本发明实施例中所公开的像素驱动电路可扩展为包括多个像素驱动单元的阵列性驱动电路，每个像素驱动单元210包括选择晶体管T1、驱动晶体管T2、开关管T3和初始化晶体管T4以及存储电容Cs。
图4示出根据本发明第二实施例的像素驱动电路结构示意图。
与第一实施例相比，第二实施例的不同之处在于开关管T3的位置，此处不再赘述与第一实施例相同之处。
在第二实施例中，第三晶体管T3的第一通路端连接至提供电源电压的供电端VDD，控制端连接至复位信号线RESET，且第二通路端连接至第二晶体管T2的第一通路端，用于提供供电端VDD与第二晶体管T2之间的供电路径。所述供电路径在第三晶体管T3的导通阶段处于有效状态，在第三晶体管T3的关断阶段处于无效状态。
第二晶体管T2的控制端连接至扫描信号线SCAN，且第二控制端连接至发光元件D1的阳极，第二晶体管T2在所述供电路径有效时向发光元件D1提供驱动电压或驱动电流。
图5示出根据本发明第一实施例的控制信号时序图。
图6示出根据本发明第二实施例的控制信号时序图。
图7示出根据本发明实施例的像素驱动电路的驱动方法的流程图。
下面结合图5、图6和图7对本发明实施中像素驱动电路的详细工作原理进行说明。
在步骤S1中，选择晶体管导通，开关管关断，存储电容接收并存储数据电压。
在数据写入阶段，即T1阶段，扫描信号为低电平，其控制选择晶体管导通，并将数据信号线DATA上提供的数据信号经由选择晶体管存储到存储电容上。复位信号为高电平，控制初始化晶体管导通、控制开关管关断，此时发光元件的阳极上的残存电荷通过初始化晶体管流向地线，且由于开关管关断，驱动晶体管与发光元件之间的供电路径断开，在数据写入阶段发光元件不发光。优选的，在数据写入阶段，复位信号可以一直为高电平，扫描信号与复位信号不需要信号同步，只要满足在扫描信号的低电平期间复位信号出现高电平就可以，即复位信号提供至少一个有效电平脉冲。进一步的，数据写入阶段的持续时间例如为几微秒。
在步骤S2中，选择晶体管关断，由驱动晶体管根据电源电压和被存储的数据电压向发光元件的阳极提供驱动电压或驱动电流。
在发光阶段，扫描信号为高电平，控制选择晶体管关闭，存储电容中存储的数据信号输出给驱动晶体管的控制端。在发光元件正常工作的情况下，数据写入阶段和发光阶段交替进行。在发光阶段，包括两种控制模式：即模拟灰度控制模式和PWM亮度控制模式。
在模拟灰度控制模式下，即T21阶段，复位信号为低电平，初始化晶体管关断，开关管导通。驱动晶体管与发光元件之间的供电路径导通，此时驱动晶体管根据电源电压和被存储的数据电压向发光元件的阳极提供驱动电压或驱动电流以驱动发光元件发光。在此过程中，不同的数据信号电压Vdata会导致发光阶段流经发光元件上的电流不同，进而使得发光元件实现不同程度的发光亮度，完成模拟灰度控制。
在PWM亮度控制模式下，即T22阶段，复位信号为脉宽调制信号，初始化晶体管和开关管交替导通，并且驱动晶体管与发光元件之间的供电路径在所述复位信号为无效电平状态时被导通，连接在发光元件的阳极和参考地之间的电流路径在所述复位信号为有效电平状态时被导通。在发光元件的阳极和参考地之间的电流路径未导通时，驱动晶体管根据电源电压和被存储的数据电压向发光元件的阳极提供驱动电压或驱动电流以驱动发光元件发光；在发光元件的阳极和参考地之间的电流路径被导通时，发光元件的阳极经由该电流路径释放电荷，停止发光。由于人眼感受到的亮度是一段时间内的亮度平均值，因此可以通过改变复位信号的有效电平时间调节发光元件的发光时间，从而调节所述发光元件的亮度。在保持发光元件的阳极驱动电压不变的情况下，有利于实现发光元件在低亮度时仍能保持较高的色彩深度。
应当指出的是，图5适用于示意性的说明，不能据此说明数据信号、扫描信号和复位信号的大小、频率、有效时间，以及数据信号、扫描信号和复位信号的大小比例关系、有效时间比例关系。
应当说明的是，在本文中，所含术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (13)

1.一种像素驱动电路，其特征在于，包括：
第一晶体管，所述第一晶体管的导通与关断受控于扫描信号；
存储电容，用于经所述第一晶体管接收数据电压，并存储所述数据电压；
第二晶体管，用于在所述第一晶体管的关断阶段内根据电源电压和被存储的所述数据电压向发光元件的阳极提供驱动电压或驱动电流；
第三晶体管，用于提供供电路径，所述第三晶体管的导通与关断受控于复位信号；以及
第四晶体管，用于提供所述发光元件的阳极和参考地之间的电流路径，所述第四晶体管的导通和关断受控于所述复位信号，并与所述第三晶体管交替导通，
其中，在所述第一晶体管的关断阶段和/或导通阶段内，所述第四晶体管在预定时间内被所述复位信号导通以释放所述发光元件的阳极电荷。
2.根据权利要求1所述的像素驱动电路，其特征在于，
所述第一晶体管的第一通路端接收所述数据电压，
所述存储电容的第一端连接至所述第一晶体管的第二通路端以接收并存储所述数据电压，所述存储电容的第二端与参考地或参考电源相连。
3.根据权利要求1所述的像素驱动电路，其特征在于，
所述第二晶体管的第一通路端和控制端分别接收所述电源电压和被存储的所述数据电压，且第二通路端连接所述第三晶体管的第一通路端，所述第三晶体管的第二通路端连接至所述发光元件的阳极，
其中，所述供电路径在所述第三晶体管的导通阶段处于有效状态，在所述第三晶体管的关断阶段处于无效状态，所述第二晶体管在所述供电路径有效时提供所述驱动电压或所述驱动电流。
4.根据权利要求1所述的像素驱动电路，其特征在于，
所述第三晶体管的第一通路端和控制端分别接收所述电源电压和所述复位信号，且第二通路端连接至所述第二晶体管的第一通路端，
所述第二晶体管的控制端接收所述扫描信号，且第二控制端连接至所述发光元件的阳极，
其中，所述供电路径在所述第三晶体管的导通阶段处于有效状态，在所述第三晶体管的关断阶段处于无效状态，所述第二晶体管在所述供电路径有效时提供所述驱动电压或所述驱动电流。
5.根据权利要求1所述的像素驱动电路，其特征在于，所述第二晶体管为NMOS晶体管，用于在导通时根据被存储的所述数据电压提供所述驱动电压，并将所述驱动电压提供至所述发光元件的阳极。
6.根据权利要求1所述的像素驱动电路，其特征在于，所述第二晶体管为PMOS晶体管，用于根据被存储的所述数据电压提供所述驱动电流。
7.根据权利要求5所述的像素驱动电路，其特征在于，所述第二晶体管为Native NMOS晶体管。
8.根据权利要求1所述的像素驱动电路，其特征在于，所述存储电容至少包括金属-绝缘体-金属电容以及由MOS晶体管形成的电容器之一。
9.一种发光元件的驱动方法，其特征在于，包括：
在第一工作阶段中，接收并存储数据电压；
在与所述第一工作阶段交替进行的第二工作阶段中，根据电源电压和被存储的所述数据电压向所述发光元件的阳极提供驱动电压或驱动电流，
其中，所述驱动方法还包括：
提供连接在所述发光元件的阳极和参考地之间的电流路径，所述电流路径的导通和关断受控于复位信号；
提供供电路径，所述供电路径在所述复位信号的控制下与所述电流路径交替导通；以及
在所述第一工作阶段和/或所述第二工作阶段中，在预定时间内根据所述复位信号导通所述电流路径以释放所述发光元件的阳极电荷。
10.根据权利要求9所述的驱动方法，其中，所述复位信号为脉宽调制信号，所述电流路径在所述复位信号为有效电平状态时被导通。
11.根据权利要求10所述的驱动方法，其中，在预定时间内根据所述复位信号导通所述电流路径的步骤包括：
在每个所述第一工作阶段中，所述复位信号提供至少一个有效电平脉冲。
12.根据权利要求8所述的驱动方法，其中，在所述供电路径有效时，向所述发光元件的阳极提供所述驱动电压或所述驱动电流；在所述供电路径无效时，停止提供所述驱动电压或所述驱动电流。
13.根据权利要求9所述的驱动方法，其中，在预定时间内根据所述复位信号导通所述电流路径的步骤包括：
在各个所述第二工作阶段中，通过改变所述复位信号的有效电平时间调节所述发光元件的发光时间，从而调节所述发光元件的亮度。
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