一种自发光显示装置以及像素内补偿电路
技术领域
本发明涉及显示面板的技术领域,尤其涉及一种自发光显示装置以及像素内补偿电路。
背景技术
近年来,显示器件不断在向着薄型化、轻型化和柔性化方向发展,自发光型包括有机电致发光OLED、量子点电致发光QLED、微型电致发光Micro-LED,自发光型的显示器在这些方面具有天然的优势。
对于自发光型显示的发光元件,其发光亮度与施加的电压、电流均成正相关关系。发光亮度与电压的关系会受到环境温度、使用时间等因素的影响而发生变化。因此,采用电压驱动发光元件的方式,很难控制自发光显示器的亮度均一性、稳定型。与之相反,发光元件的亮度与其施加的电流大致上成正比例关系,并且不易受其他因素的干扰。因此,自发光显示器通常采用电流驱动型设计。
驱动发光元件的电流由TFT背板提供,包括LTPS TFT、氧化物半导体TFT。但是TFT的特性(包括阈值电压Vth、迁移率mobility)容易产生偏差或漂移,造成驱动电流偏差或漂移,影响显示均一性和寿命。因此自发光显示的像素电路中通常会设置补偿TFT特性偏差或漂移电路,来改善显示均一性和寿命问题。
像素补偿电路通常由电流控制模式和电压控制模式。电流控制模式可以对TFT的阈值电压和迁移率同时进行补偿;电压控制模式一般只能对TFT的阈值电压进行补偿。但是电流控制模式有以下两个问题:(1)控制电流都是微弱电流,对驱动IC的设计要求很高;(2)由于寄生电容影响,电流控制模式的像素补偿电路需要比较长的设定时间,才能达到补偿效果。因此目前像素补偿电路多采用电压控制模式。
图1所示是现有无补偿像素内补偿电路,其包括开关TFT 1、驱动TFT 2和存储电容3,开关TFT 1受扫描信号Scan控制将数据信号Vdata输入到驱动TFT2的栅极控制端,驱动TFT 2受栅极控制端的电压控制在电源ELVDD作用下,输出驱动电流,电流流经发光元件5发光。存储电容3连接驱动TFT 2的栅极控制端和电源ELVDD,用于维持驱动TFT 2的栅极控制端的电压,防止其在一个刷新周期内因漏电而发生变化。
无补偿像素电路未对TFT的特性进行补偿,流经发光元件的电流会受到驱动TFT的特性偏差和漂移而发生变化,导致显示均一性和寿命问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种,避免了发光器件老化造成的亮度降低和提高了显示器件的寿命的像素内补偿电路。
本发明提供一种像素内补偿电路,其与发光元件连接;所述发光元件位于第一电源和第二电源之间,发光元件由第一发光控制信号和第二发光控制信号控制;其包括与所述发光元件连接的第一驱动TFT、位于扫描线和数据线交叉处的第一开关TFT、与第一发光控制信号连接的第二开关TFT、第三开关TFT、与第二发光控制信号连接的第四开关TFT、与第一驱动TFT连接的第五开关TFT和存储电容,其中,像素单元的接入点位于第一开关TFT、第四开关TFT和存储电容三者的交叉处;扫描线提供第一扫描控制信号和第二扫描控制信号,第五开关TFT与第一扫描控制信号连接,第一开关TFT和第三开关TFT与第二扫描控制信号连接;其中在连续的第一时间段、第二时间段、第三时间段和第四时间段内依序第一驱动TFT的控制端进行充电、输入数据电压至像素单元的接入点和对第一驱动TFT的控制端的阈值电压进行提取、像素单元的接入点和第一驱动TFT的控制端的电压被锁定且存储电容两端压差同时也被锁定以及发光元件进入发光阶段。
优选地,第一驱动TFT的控制端连接存储电容的第一端、第三开关TFT的第一通路端和第五开关TFT的第二通路端;第一驱动TFT的第一通路端连接第二开关TFT的第二通路端和第三开关TFT的第二通路端;第一驱动TFT的第二通路端连接发光元件的正极。
优选地,第一开关TFT的控制端连接第二扫描控制信号,第一开关TFT的第一通路端连接数据线,第一开关TFT的第二通路端连接存储电容的第二端和第四开关TFT第二通路端。
优选地,第二开关TFT的控制端连接第一发光控制信号,第二开关TFT的第一通路端连接第一电源;第三开关TFT的控制端连接第二扫描控制信号;第四开关TFT的控制端连接第二发光控制信号,第四开关TFT的第一通路端连接参考电压;第五开关TFT的控制端连接第一扫描控制信号,第五开关TFT的第一通路端第一电源或参考电压。
优选地,第一时间段内,第一扫描控制信号和第二发光控制信号输入高电平,第二扫描控制信号、第一发光控制信号输入低电平,此时,第四开关TFT和第五开关TFT打开,第二开关TFT、和第三开关TFT关闭,发光元件停止发光,第一驱动TFT的控制端通过第五开关TFT充电重置。
优选地,第二时间段内,第二扫描控制信号和数据电压输入高电平,第一扫描控制信号、第一发光控制信号和第二发光控制信号输入低电平,此时,第五开关TFT、第二开关TFT和第四开关TFT关闭,第一开关TFT、第三开关TFT和第一驱动TFT处于打开状态,第一驱动TFT的栅极和漏极连接在一起并形成二极管的连接方式,第一驱动TFT的控制端的电压通过第一驱动TFT向发光元件放电,直至第一驱动TFT的栅极和漏极之间的电压降至阈值电压时第一驱动TFT关闭,放电停止,第一驱动TFT的阈值电压成功提取到第一驱动TFT的控制端上,并由存储电容保存下来;与此同时,数据电压通过第一开关TFT写入像素单元的接入点。
优选地,第三时间段内,第一发光控制信号输入高电平,第二发光控制信号、第一扫描控制信号、第二扫描控制信号和数据电压输入低电平,此时,第一开关TFT、第三开关TFT、第四开关TFT和第五开关TFT关闭,像素单元的接入点和第一驱动TFT的控制端的电压被锁定,存储电容两端压差同时也被锁定;与此同时,第二开关TFT打开,进入发光准备阶段。
优选地,第四时间段内,第一发光控制信号和第二发光控制信号输入高电平,第一扫描控制信号、第二扫描控制信号和数据电压输入低电平,第四开关TFT打开,像素单元的接入点的电压由数据电压变化为参考电压,像素单元的接入点的电压变化会耦合到第一驱动TFT的控制端,第一驱动TFT打开,第一电源和第二电源之间形成导电通路,电流流经发光元件而发光。
本发明还提供一种像素内补偿电路,其与发光元件连接;所述发光元件位于第一电源和第二电源之间,发光元件由第一发光控制信号控制;其包括与所述发光元件连接的第一驱动TFT、位于扫描线和数据线交叉处的第一开关TFT、与第一发光控制信号连接的第二开关TFT、第三开关TFT、与第一发光控制信号连接的第四开关TFT、与第一驱动TFT连接的第五开关TFT和存储电容,其中,像素单元的接入点位于第一开关TFT、第四开关TFT和存储电容三者的交叉处;扫描线提供第一扫描控制信号和第二扫描控制信号,第五开关TFT与第一扫描控制信号连接,第一开关TFT和第三开关TFT与第二扫描控制信号连接;其中在连续的第一时间段、第二时间段、第三时间段和第四时间段内依序第一驱动TFT的控制端进行充电、输入数据电压至像素单元的接入点和对第一驱动TFT的控制端的阈值电压进行提取、像素单元的接入点和第一驱动TFT的控制端的电压被锁定且存储电容两端压差同时也被锁定以及发光元件进入发光阶段。
优选地,第一驱动TFT的控制端连接存储电容的第一端、第三开关TFT的第一通路端和第五开关TFT的第二通路端;第一驱动TFT的第一通路端连接第二开关TFT的第二通路端和第三开关TFT的第二通路端;第一驱动TFT的第二通路端连接发光元件的正极;第一开关TFT的控制端连接第二扫描控制信号,第一开关TFT的第一通路端连接数据线,第一开关TFT的第二通路端连接存储电容的第二端和第四开关TFT第二通路端;第二开关TFT的控制端连接第一发光控制信号,第二开关TFT的第一通路端连接第一电源;第三开关TFT的控制端连接第二扫描控制信号;第四开关TFT的控制端连接第一发光控制信号,第四开关TFT的第一通路端连接参考电压;第五开关TFT的控制端连接第一扫描控制信号,第五开关TFT的第一通路端连接第一电源或参考电压。
本发明像素内补偿电路补偿了驱动TFT的阈值电压差异和漂移,避免了阈值电压不均造成的发光不均问题和阈值电压漂移造成的显示寿命问题,提高了显示画质和寿命。
本发明像素内补偿电路同时补偿了发光电源ELVSS的波动,避免了电压降造成的发光电源差异和发光不均问题,提升了显示画质。
本发明像素内补偿电路还补偿了发光元件的阈值电压Voled,其驱动电流仅与数据电压Vdata有关,避免了发光器件老化造成的亮度降低,提高了显示器件的寿命。
附图说明
图1所示是现有无补偿像素内补偿电路;
图2为本发明像素内补偿电路第一实施例的结构示意图;
图3为图1所示像素内补偿电路的驱动信号波形图;
图4为图3所示驱动信号波形图在第一时间段的结构示意图;
图5为图3所示驱动信号波形图在第二时间段的结构示意图;
图6为图3所示驱动信号波形图在第三时间段的结构示意图;
图7为图3所示驱动信号波形图在第四时间段的结构示意图;
图8为本发明像素内补偿电路第二实施例的结构示意图;
图9为图8所示像素内补偿电路的驱动信号波形图;
图10为本发明像素内补偿电路第三实施例的结构示意图;
图11为图10所示像素内补偿电路的驱动信号波形图。
图12为图2和图8所示的像素内补偿电路在不同数据电压Vdata的电路仿真结果的示意图;
图13为图2和图8所示的像素内补偿电路在不同阈值电压Vth的电路仿真结果的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例,进一步阐明本发明,应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围,在阅读了本发明之后,本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
为使图面简洁,各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分,它们并不代表其作为产品的实际结构。另外,以使图面简洁便于理解,在有些图中具有相同结构或功能的部件,仅示意性地绘示了其中的一个,或仅标出了其中的一个。在本文中,“一个”不仅表示“仅此一个”,也可以表示“多于一个”的情形。
图2所示为本发明像素内补偿电路第一实施例的结构示意图,其用于对自发光显示装置进行补偿,像素内补偿电路与发光元件30连接,其中发光元件30位于第一电源(第一电源为正电源,其电压为ELVDD)和第二电源(第二电源为负电源,其电压为ELVSS)之间,发光元件30由第一发光控制信号EM1和第二发光控制信号EM2进行控制。
自发光显示装置包括纵横交错的扫描线和数据线、由扫描线和数据线交叉限定的像素单元以及位于像素单元内的像素电极;其中扫描线提供第一扫描信号Scan1和第二扫描控制信号Scan2,数据线提供数据电压Vdata。
像素内补偿电路与像素单元连接,其包括与发光元件30连接的第一驱动TFT11、位于扫描线和数据线交叉处的第一开关TFT 12、第二开关TFT 13、第三开关TFT 14、第四开关TFT 15、第五开关TFT 16和一个存储电容20,其中,第一驱动TFT11为驱动TFT开关;像素单元的接入点(简称为PIX点)位于第一开关TFT 12、第四开关TFT 15和存储电容20三者的交叉处;存储电容20同时兼具有耦合电容和存储电容的功能,减少了像素内补偿电路的元件的数量,为更高PPI的自发光显示装置提供了可能性。
需要说明的是,以下实施例所涉及的每个TFT开关均包括控制端、第一通路端和第二通路端,控制端为栅极,其中一个通路端为源极、另一个通路端为漏极。当控制端、第一通路端和第二通路端接收的电压满足TFT开关的打开条件时,源极和漏极通过半导体层连接,此时TFT开关处于打开状态,否则处于关闭状态。
第一驱动TFT 11位于发光元件30和第一电源之间,与发光元件30以串联方式连接。具体的,第一驱动TFT 11的控制端为G点,G点连接存储电容20的第一端、第三开关TFT14的第一通路端和第五开关TFT 16的第二通路端;第一驱动TFT 11的第一通路端为D点,D点连接第二开关TFT 13的第二通路端和第三开关TFT 14的第二通路端;第一驱动TFT11的第二通路端为S点,S点连接发光元件30的正极。
第一开关TFT 12的控制端连接第二扫描控制信号Scan2,第一开关TFT12的第一通路端连接数据线,第一开关TFT12的第二通路端连接存储电容20的第二端和第四开关TFT15第二通路端。
第二开关TFT 13位于第一驱动TFT11和第一电源之间,具体的,第二开关TFT 13的控制端连接第一发光控制信号EM1,第二开关TFT 13的第一通路端连接第一电源,第二开关TFT 13的第二通路端连接第一驱动TFT 11的第一通路端和第三开关TFT 14的第二通路端。实际上,第二开关TFT 13、第一驱动TFT11和发光元件30串联在第一电源和第二电源之间。
第三开关TFT 14的控制端连接由第二扫描控制信号Scan2,第三开关TFT 14的第一通路端连接第一驱动TFT 11的控制端、存储电容20的第一端和第五开关TFT 16的第二通路端,第三开关TFT 14的第二通路端连接第一驱动TFT11的第一通路端和第二开关TFT13的第二通路端。
第四开关TFT 15的控制端连接第二发光控制信号EM2,第四开关TFT 15的第一通路端连接参考电压Vref,第四开关TFT 15的第二通路端连接存储电容20的第二端和第一开关TFT 12的第二通路端,即第一开关TFT 12的第二通路端、存储电容20的第二端和第四开关TFT 15的第二通路端也交汇于PIX点。
第五开关TFT 16的控制端连接第一扫描控制信号Scan1,第五开关TFT 16的第一通路端第一电源或参考电压Vref,第五开关TFT 16的第二通路端连接第三开关TFT 14的第一通路端、第一驱动TFT 11的控制端和存储电容20的第一端。
其中,第一驱动TFT11的控制端、存储电容20的第一端、第三开关TFT 14的第一通路端和第五开关TFT 16的第二通路端交汇于G点;第一驱动TFT11的第一通路端、第三开关TFT 14的第二通路端和第二开关TFT 13的第一通路端交汇于D点;第一驱动TFT 11的第二通路端和发光元件30的正极交汇于S点。
如图3所示为本发明像素内补偿电路第一实施例的驱动信号波形图,其中,在连续的第一时间段(具体为T1期间)、第二时间段(具体为T2期间)、第三时间段(具体为T3期间)和第四时间段(具体为T4期间)内依序第一驱动TFT11的控制端G点进行充电、输入数据电压Vdata至PIX点和对第一驱动TFT11的控制端G点的阈值电压Vth进行提取、PIX点和第一驱动TFT11的控制端G点的电压被锁定且存储电容20两端压差同时也被锁定以及发光元件30进入发光阶段。
具体的,如图4所示,第一时间段(具体为T1期间)内,第一扫描控制信号Scan1和第二发光控制信号EM2输入高电平,第二扫描控制信号Scan2、第一发光控制信号EM1输入低电平,此时,第五开关TFT 16打开,第一开关TFT 12、第二开关TFT 13和第三开关TFT 14关闭,发光元件30停止发光,第一驱动TFT11的控制端G点通过第五开关TFT 16充电重置。
如图5所示,第二时间段(具体为T2期间)内,第二扫描控制信号
Scan2和数据电压Vdata输入高电平,第一扫描控制信号Scan1、第一发光控制信号EM1和第二发光控制信号EM2输入低电平,此时,第五开关TFT 16、第二开关TFT 13和第四开关TFT 15关闭,第一开关TFT 12和第三开关TFT14打开,第一驱动TFT 11处于打开状态,并且第一驱动TFT 11的栅极和漏极连接在一起并形成二极管的连接方式,第一驱动TFT 11的控制端G点的电压通过第一驱动TFT 11向发光元件30放电,直至第一驱动TFT 11的栅极和漏极之间的电压Vgs电压降至阈值电压Vth时第一驱动TFT 11关闭,放电停止,此时第一驱动TFT 11的控制端G点的电压为(ELVSS+Voled+Vth);至此,第一驱动TFT 11的阈值电压Vth成功提取到第一驱动TFT 11的控制端G点上,并由存储电容20保存下来。与此同时,数据电压Vdata通过第一开关TFT 12写入PIX点。
如图6所示,第三时间段(具体为T3期间)内,第一发光控制信号EM1输入高电平,第二发光控制信号EM2、第一扫描控制信号Scan1、第二扫描控制信号Scan2输入低电平,此时,第一开关TFT 12、第三开关TFT 14、第四开关TFT 15和第五开关TFT 16关闭,PIX点和G点的电压被锁定,存储电容20两端压差同时也被锁定;与此同时,第二开关TFT 13打开,进入发光准备阶段。
如图7所示,第四时间段(具体为T4期间)内,第一发光控制信号EM1和第二发光控制信号EM2输入高电平,第一扫描控制信号Scan1、第二扫描控制信号Scan2输入低电平,第四开关TFT 15打开,PIX节点的电压由数据电压Vdata变化为参考电压Vref,由于存储电容20两端的压差被锁定,PIX节点的电压变化会耦合到G点,因此G点的电压变化为(ELVSS+Voled+Vth+Vref-Vdata),第一驱动TFT 11打开,第一电源和第二电源之间形成导电通路,电流流经发光元件30而发光。
在发光阶段,流经发光元件30的电流受由第一驱动TFT 11控制。由于第一驱动TFT11的漏极电压为ELVDD,第一驱动TFT 11工作在饱和区,其工作电流为1/2K(Vgs-Vth)2,即1/2K(Vref-Vdata)2。通过该电流公式,可以发现流经发光元件30的驱动电流仅仅只与数据电压Vdata和参考电压Vref有关,参考电压Vref为恒定参考电压,驱动电流实际上仅受数据电压Vdata控制。由于第二时间段(具体为T2期间)阶段对第一驱动TFT 11的阈值电压Vth进行了提取,发光阶段的电流不受第一驱动TFT 11的阈值电压Vth影响,实现了阈值电压Vth的补偿效果。
在阈值电压Vth补偿之后,发光亮度不受工艺制程均一性造成的阈值电压Vth偏差影响,使显示区的发光亮度更加均匀,实现更好的画质表现。同时由于阈值电压Vth得到补偿,在长时间工作后,即使第一驱动TFT 11的阈值电压Vth发生漂移,其亮度也不会受到明显影响,提高了自发光显示器件的工作寿命和信赖性。
图8所示为本发明像素内补偿电路第二实施例的示意图,与图2所示的第一实施例的区别是:第五开关TFT 16的第一通路端(即漏极)与参考电压Vref连接。图8所示像素内补偿电路的驱动信号波形图与图3相同,在此就不重复叙述了。
图9所示为本发明像素内补偿电路第三实施例的示意图,与图2所示的第一实施例的区别是:第五开关TFT 16的第一通路端(即漏极)与第一电源连接。图9所示像素内补偿电路的驱动信号波形图与图3相同,在此就不重复叙述了。
图10所示为本发明像素内补偿电路第四实施例的示意图,与图9所示的第三实施例的区别是:第四开关晶体管M5的控制端(即栅极)与第一发光控制信号EM1连接。也就是说仅存在一个第一发光控制信号EM1。
图11为图10所示像素内补偿电路的驱动信号波形图,第一时间段(具体为T1期间)内,第一扫描控制信号Scan1输入高电平,第二扫描控制信号Scan2、第一发光控制信号EM1输入低电平,此时,第五开关TFT 16打开,第一开关TFT12、第二开关TFT 13、第三开光TFT14、第四开关TFT 15关闭,发光元件30停止发光,第一驱动TFT 11的控制端G点通过第五开关TFT 16充电重置。
第二时间段(具体为T2期间)内,第二扫描控制信号Scan2和数据电压Vdata输入高电平,第一扫描控制信号Scan1和第一发光控制信号EM1输入低电平,此时,第五开关TFT16、第二开关TFT 13和第四开关TFT15关闭,第三开关TFT 14和第一开关TFT 12打开,第一驱动TFT 11处于打开状态,并且第一驱动TFT 11的栅极和漏极连接在一起并形成二极管的连接方式,第一驱动TFT 11的控制端G点的电压通过第一驱动TFT 11向发光元件30放电,直至第一驱动TFT 11的栅极和漏极之间的电压Vgs电压降至阈值电压Vth时第一驱动TFT 11关闭,放电停止,此时第一驱动TFT 11的控制端G点的电压为(ELVSS+Voled+Vth);至此,第一驱动TFT 11的阈值电压Vth成功提取到第一驱动TFT 11的控制端G点上,并由存储电容20保存下来。与此同时,数据电压Vdata通过第一开关TFT12写入PIX点。
第三时间段(具体为T3期间)内,第一发光控制信号EM1输入高电平,第一扫描控制信号Scan1、第二扫描控制信号Scan2输入低电平,此时,第一开关TFT 12、第三开关TFT 14、和第五开关TFT 16关闭,PIX点和G点的电压被锁定,存储电容20两端压差同时也被锁定;与此同时,第二开关TFT 13和第四开关TFT 15打开,进入发光准备阶段。
第四时间段(具体为T4期间)内,第一发光控制信号EM1输入高电平,第一扫描控制信号Scan1、第二扫描控制信号Scan2输入低电平,第四开关TFT 15打开,PIX节点的电压由数据电压Vdata变化为参考电压Vref,由于存储电容20两端的压差被锁定,PIX节点的电压变化会耦合到G点,因此G点的电压变化为(ELVSS+Voled+Vth+Vref-Vdata),第一驱动TFT11打开,第一电源和第二电源之间形成导电通路,电流流经发光元件30而发光。
图12和图13所示是在第一实施例和第二实施例的基础上的电路仿真结果。在采用本发明像素内补偿电路之后,图12为不同数据电压Vdata下的驱动电流变化,仿真结果显示数据电压Vdata可以正常控制像素电路的驱动电流。图13为当第一驱动TFT 11的阈值电压Vth发生变化时,不同阈值电压Vth下的驱动电流变化,可以看到,在较大的阈值电压Vth电压变化范围内,各个灰阶的驱动电流均保持了比较好的稳定性,而没有发生明显的电流衰减。
本发明像素内补偿电路同时还能补偿第二电源的波动影响。由于自发光显示装置靠电流驱动,自发光显示装置内的第一电源和第二电源均需提供较大的电流。电流在流经第一电源和第二电源之间的导电通路时,将产生电压降IR-drop,此电压降将导致显示区每个像素实际得到的第一电源的电压和第二电源的电压产生差异,造成显示效果的不均。本发明像素内补偿电路的驱动电流只与数据电压Vdata有关,补偿掉了第一电源的电压和第二电源的电压,避免了电压降IR-drop造成的画面不均,有利于实现更好的画面显示效果。
本发明像素内补偿电路同时还能补偿发光元件30的阈值电压Voled,发光元件的阈值电压Voled在长时间工作后会发生漂移,导致显示亮度降低。
本像素内补偿电路在第一时间段(具体为T1期间)的重置阶段和第二时间段(具体为T2期间)的阈值电压Vth的提取阶段,由于第二开关TFT 13均处于关闭状态,发光元件30不会发光;而在第三时间段(具体为T3期间)的数据电压Vdata的维持阶段和阈值电压Vth补偿阶段,由于第一驱动TFT 11还未打开,发光元件30也不会发光。因此,发光元件30只会在第四时间段(具体为T4期间)发光阶段发光;避免了在第一时间段(具体为T1期间)至第三时间段(具体为T3期间)期间,发光元件发光,所导致的黑画面不够黑,而对比度下降的问题。
本发明像素内补偿电路补偿了发光元件的阈值电压Voled,其驱动电流仅与数据电压Vdata有关,避免了发光器件老化造成的亮度降低,提高了显示器件的寿命。
以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种等同变换(如数量、形状、位置等),这些等同变换均属于本发明的保护范围。