CN110892473A - 一种用于显示屏的高级像素电路 - Google Patents

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Abstract

一种显示设备，包括多条像素电路，每条像素电路包括：发光二极管(light emitting diode，LED)；驱动晶体管；用于开关切换的第一至第五晶体管；及第一和第二电容。在用于初始化和补偿的第一周期内，补偿线生效，使得所述第二、第三和第四晶体管导通，且跨所述第二电容的电压变为所述驱动晶体管的阈值电压；在用于数据写入的第二周期内，扫描线生效，使得所述第五晶体管导通，并且数据线电压引入到所述像素电路；在用于发射的第三周期内，发射控制线生效，使得所述第一晶体管导通，驱动电流流经所述第一晶体管、所述驱动晶体管和所述LED，使得所述LED发光。

Description

一种用于显示屏的高级像素电路
技术领域
本发明涉及一种显示设备，尤其涉及一种用于显示设备的像素电路。
背景技术
近年来，有机发光二极管(Organic Light Emitting Diode，OLED)显示屏因其对比度高、反应灵敏、色彩逼真而变得非常具有吸引力。同时也非常适应柔性显示设备的需求。
图1为一种OLED显示面板的示意图。OLED显示面板的驱动电路为一块放置在玻璃或聚酰亚胺(polyimide，PI)基板上的低温多晶硅-薄膜晶体管(Low Temperature PolySilicon-Thin Film Transistor，LTPS-TFT)背板，其上覆有发光材料。所述LTPS-TFT背板包括扫描驱动、发射驱动、De-MUX电路和像素电路阵列。显示驱动集成电路(displaydriver integrated circuit，DDIC)位于柔性电路板(flexible printed circuit，FPC)上，控制所述扫描驱动、所述发射驱动和所述De-MUX电路按定时顺序输出信号。尽管图1只显示了一个RGB像素，但是可以用RGB像素电路阵列来驱动OLED阵列。
图2为一种LTPS-TFT背板的电路图。所述扫描驱动和所述发射驱动通常包括用于控制每个像素的扫描和发射的移位寄存器电路。该电路图上，像素(n,m)连接到信号线G(n–1)、G(n)、VINIT、ELVDD、EM(n)和data(m)。所述VINIT提供用于初始化的DC电压。
图3为所述De-MUX电路的示例，其包括LTPS-TFT开关，用于将所述DDIC中的数据信号按时分顺序发送到每条数据线。即信号d1、d2、d3按定时顺序依次转为低电平。是否发射所述OLED像素由上述电路控制。
OLED的亮度由LTPS-TFT控制。所述LTPS-TFT具有某些特点，其中比较显著的特点就是TFT的阈值电压(threshold voltage，Vth)变化。如果每个像素的Vth都在变化，那么即使指示同一电压的数据输入到所述像素电路，到达所述OLED的电流也会变得不均匀，而结果就是OLED亮度发生变化。亮度变化会导致图像质量下降。因此，所述OLED像素需要通过像素补偿电路来准确地控制所述OLED驱动电流。
下文描述了一种用于解决现有技术中的上述问题的方案。图4为现有技术中的像素电路的电路图。图4所示的所述像素电路以图2所示的所述像素(n,m)为例，且图2所示的信号EM(n)和data(m)在图4中分别表示为EM和data。该像素电路包括7个TFT和1个电容(7T1C)。OLED亮度由驱动TFT(driving TFT，DTFT)模拟电流(见图4虚线)依照数据电压进行控制。其他TFT M2至M7作为开关使用。发送到所述DTFT的指示数据为数据线上的电压产生的Vgs(TFT栅源电压)。每个像素上的跨电容Cst(DTFT栅源之间的电容)数据电压针对每个图像帧进行更新。
图5示出了一种驱动所述像素电路的定时顺序。图2中，信号线G(n–2)、G(n–1)、G(n)等均连接到所述扫描驱动，且G(n–2)、G(n–1)、G(n)等在每1HS(一个水平同步周期(例如，对于刷新频率为60赫兹的FHD(分辨率1920x1080)来说，1HS为1/60/1920＝8.6us))内依次转为低电平。图5中，G(n–1)在第一个1HS内转为低电平，接着G(n)在下一个1HS内转为低电平。1HS中的后半段时间用于给所述数据线上的数据信号进行充电。
现结合图6(a)至图6(c)对所述像素电路的所述操作进行说明。图6(a)示出了与图5中的周期(a)对应的DTFT初始周期中的电流流向。如图5所示，在周期(a)内，G(n-1)为低电平，G(n)和EM为高电平。因此，图6(a)中TFT M3为“开”，TFT M2和TFT M4到M7为“关”。所以，所述DTFT的栅电压初始化为所述VINIT电压，也就是说，之前的数据被清零。
图6(b)示出了与图5中的周期(b)对应的数据写入及Vth补偿周期内的电流流向。如图5所示，在周期(b)内，G(n-1)为高电平，G(n)为低电平，EM为高电平。因此，TFT M2、M5、M7为“开”，TFT M3、M4、M6为“关”。由于M2为“开”，所以所述DTFT的栅极和漏极相连。最终，所述DTFT的栅极电压如等式(1)所示：
M1gate＝Vdata–Vth(DTFT) (1)
其中，Vdata为所述数据线上的数据信号的电压，Vth(DTFT)为所述DTFT的阈值电压。
这意味着如果所述DTFT之间的Vth不同，则对于同一Vdata，M1gate不同，因此所述DTFT的Vth变化应当通过所述像素电路进行补偿。同时，根据图6(b)，由于M7为“开”，导致所述OLED电容的电荷放电，从而使得所述OLED阳极电压也初始化为所述VINIT电压。
图6(c)示出了与图5中的周期(c)对应的发射周期内的电流流向。如图5所示，在周期(c)内，G(n-1)和G(n)为高电平，EM为低电平。因此，TFT M4和M6为“开”，TFT M2、M3、M5、M7为“关”。通常，当晶体管工作在饱和区时，漏极和源极之间的电流(Ids)可表示为Ids＝(1/2)(W/L)M(Vgs–Vth)2，其中W、L、M分别表示晶体管的宽度、长度和迁移率。下文用β/2表示(1/2)(W/L)M。即，β是与所述LTPS-TFT的设计和特性有关的参数。因此，当所述DTFT工作在所述饱和区时，DTFT电流如等式(2)所示：
Ids＝(β/2)(Vgs–Vth)2 (2)
其中，Vgs是DTFT的所述源电压和所述栅极电压之间的差值。DTFT的所述源电压为ELVDD，DTFT的所述栅极电压如等式(1)所示。因此，Vgs如等式(3)所示：
Vgs＝ELVDD–(Vdata–Vth) (3)
将等式(3)代入等式(2)，得出如下等式(4)：
Ids＝(β/2)(ELVDD–Vdata+Vth–Vth)2 (4)
最终，OLED电流如等式(5)所示：
Ids＝(β/2)(ELVDD–Vdata)2 (5)
从等式(5)可知，Vth项可以抵消，说明DTFT Vth可以得到补偿。
已有部分专利，如日本专利申请No.2006-039544和日本专利申请No.2008-158477等，公开了几种用于补偿LTPS-TFT变化的像素电路。
现有技术中的所述像素电路补偿方法用于控制所述OLED电流从而避免所述TFT的Vth变化。然而，现有电路有两个主要的问题。第一，由于数据写入和Vth补偿在所述同一周期内进行，从而导致所述补偿时间小于1HS。
第二，用于DTFT的Vth的所述现有补偿电路采用二极管连接，如图6(b)和图8所示。如果DTFT的Vth为负，则所述二极管连接不起作用。
发明内容
本发明提供的所述像素电路的目的在于解决现有像素电路的以下问题：(i)补偿时间不能延长(超过1HS)；(ii)不能补偿负的Vth。为了实现所述目的(i)，本发明提供的所述像素电路可以将Vth补偿周期和数据写入周期进行分离。并且，为了实现所述目的(ii)，提供用于所述像素电路的源极跟随器型补偿电路。解决了这些问题，OLED显示屏就有望获得更好的图像质量。此外，所述OLED显示屏上还可以应用具有更宽范围的Vth特性的TFT。
第一方面，本发明提供了一种包括多条像素电路的显示设备，每条像素电路包括：
具有阳极和阴极端子的发光二极管(light emitting diode，LED)；
具有源极、漏极和栅极端子的驱动晶体管；
用于开关切换的第一、第二、第三、第四和第五晶体管，每个晶体管具有第一、第二和控制端子；及
第一和第二电容，每个电容具有第一和第二端子。
所述第一晶体管和所述第一电容的所述第一端连接到第一电源线，所述第一晶体管的所述第二端连接到所述第二晶体管的所述第一端和所述驱动晶体管的所述源极，所述驱动晶体管的所述栅极连接到所述第二电容和所述第三晶体管的所述第一端，所述驱动晶体管的所述漏极连接到所述第四晶体管的所述第一端和所述LED的所述阳极，所述LED的所述阴极连接到第二电源线，所述第一电容的所述第二端连接到所述第二晶体管和所述第二电容的所述第二端以及所述第五晶体管的所述第一端，所述第五晶体管的所述第二端连接到数据线，所述第三和第四晶体管的所述第二端连接到初始化信号线，所述第一晶体管的所述控制端连接到发射控制线，所述第二、第三和第四晶体管的所述控制端连接到补偿线，且所述第五晶体管的所述控制端连接到扫描线。
在用于初始化和补偿的第一周期内，所述补偿线生效，使得所述第二、第三和第四晶体管导通，并且跨所述第二电容的电压成为所述驱动晶体管的阈值电压；
在用于数据写入的第二周期内，所述扫描线生效，使得所述第五晶体管导通，且所述数据线的电压写入到所述像素电路中；及
在用于发射的第三周期内，所述发射控制线生效，使得所述第一晶体管导通，驱动电流流经所述第一晶体管、所述驱动晶体管和所述LED，使得所述LED发光。
根据所述第一方面，所述像素电路可以将所述Vth补偿周期和所述数据写入周期进行分离，从而使得所述Vth补偿周期可以大于1HS。补偿能力随着所述补偿时长延长而增加。因此，所述LED显示屏的图像质量有望得到提升。
而且，根据所述第一方面，提供了一种用于所述像素电路的源极跟随器型补偿电路，从而使得所述像素电路可以补偿DTFT的正负Vth。即所述像素电路支持所述DTFT的正负Vth值。因此，所述LED显示屏上可以应用具有更宽范围的Vth特性的TFT。
在所述第一方面的第一种可能的实施方式中，所述第一周期比所述第二周期长。
根据所述第一种可能的实施方式，所述Vth补偿周期大于1HS。因此，所述补偿能力增加，且所述LED显示屏的图像质量有望得到提升。
在所述第一方面的第二种可能的实施方式中，所述第一周期与所述第二周期不一致。
根据所述第二种可能的实施方式，所述像素电路可以将所述Vth补偿周期和所述数据写入周期进行分离，从而使得所述Vth补偿周期可以大于1HS。因此，所述补偿能力增加，且所述LED显示屏的图像质量有望得到提升。
第二方面，本发明提供了一种用于操作像素电路的方法，所述像素电路包括发光二极管(light emitting diode，LED)；和连接到所述LED的驱动晶体管。
在用于初始化和补偿的第一周期内，补偿线生效，所述驱动晶体管的阈值电压得到补偿；
在用于数据写入的第二周期内，扫描线生效，数据线的电压写入到所述像素电路中；及
在用于发射的第三周期内，发射控制线生效，驱动电流流经所述驱动晶体管和所述LED，使得所述LED发光。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种OLED显示面板的示意图；
图2为一种LTPS-TFT背板的电路图；
图3为一种De-MUX电路的示例；
图4为一种现有技术中的像素电路的电路图；
图5示出了一种驱动所述像素电路的定时顺序；
图6(a)示出了DTFT初始周期内的电流流向；
图6(b)示出了数据写入和Vth补偿周期内的电流流向；
图6(c)示出了发射周期内的电流流向；
图7示出了补偿时间与OLED驱动电流误差率之间的关系；
图8示出了DTFT的一种二极管连接；
图9为本发明提供的一种像素电路的电路图；
图10示出了一种驱动所述像素电路的定时顺序；
图11为一种面板电路的电路图；
图12(a)示出了DTFT初始化、Vth补偿和OLED放电周期内的操作；
图12(b)示出了数据写入周期内的操作；
图12(c)示出了发射周期内的操作；
图13示出了本发明提供的另一种面板电路；
图14示出了本发明提供的驱动另一像素电路的另一定时顺序。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
图9为本发明实施例提供的一种像素电路的电路图。该像素电路由6个TFT和2个电容组成。所述像素电路包括如有机发光二极管OLED等发光二极管、驱动薄膜晶体管DTFT、第一开关TFT M4、第二开关TFT M2、第三开关TFT M3、第四开关TFT M6、第五开关TFT M5、第一电容C1和第二电容C2。
M4和C1的第一端连接到第一电源线ELVDD。M4的第二端连接到M2的第一端和DTFT的源极。DTFT的栅极连接到C2和M3的第一端。DTFT的漏极连接到M6的第一端和OLED的阳极。OLED的阴极连接到第二电源线ELVSS。C1、C2、M2的第二端以及M5的第一端连接到节点A。M5的第二端连接到数据线Vdata。M3和M6的第二端连接到初始化信号线VINIT。
M4的控制端连接到发射控制线EM。M2、M3、M6的控制端连接到补偿线Comp。M5的控制端连接到扫描线G(n)。
图10示出了一种驱动所述像素电路的定时顺序。在第一周期(a)内，所述补偿线Comp转为低电平(有效)，使得M2、M3、M6导通，且跨C2电压变为DTFT的阈值电压Vth。用于初始化和补偿的所述第一周期(a)的持续时间可以大于1HS。在该定时顺序中，所述第一周期(a)的持续时间为2HS。所述持续时间可以超过3HS。当补偿的持续时间延长，补偿能力增加。在第二周期(b)内，所述扫描线G(n)转为低电平(有效)，使得M5导通，且所述数据线Vdata的电压写入所述像素电路中。在第三周期(c)内，所述发射控制线EM转为低电平(有效)，使得M4导通，驱动电流Ids流经M4、DTFT、OLED，使得OLED发光。
图11为一种用于显示设备的面板电路的电路图。该显示设备可用于各种电子设备，并不限于智能电话、移动设备、计算机、电视等。图11中的线Comp(n)、EM(n)、data(m)在图9和图10中分别表示为Comp、EM、Vdata。在图11中，来自Comp驱动1的补偿线Comp(n-1)、Comp(n)、……，来自扫描驱动2的扫描线G(n-1)、G(n)、……，来自发射驱动3的发射控制线EM(n-1)、EM(n)、……和来自De-MUX电路5的数据线data(m-1)、data(m)、……均连接到所述像素电路的阵列4。在每个1HS(一个水平同步周期)，扫描线G(n-1)、G(n)、……依次变为低电平。
现结合图12(a)至图12(c)对所述像素电路的操作进行说明。图12(a)示出了图10中的所述周期(a)内的DTFT初始化、Vth补偿和OLED放电操作。如图10所示，在所述周期(a)内，Comp为低电平(有效)，G(n)和EM为高电平(无效)。所以，图12(a)中的M2、M3、M6为“开”，M4为“关”。因此，DTFT栅极和OLED阳极的电压均初始化为VINIT电压。节点A和DTFT源极通过M2导通。受源极跟随器影响，节点A的电压变为VA，如等式(6)所示：
VA＝VINIT+Vth (6)
其中Vth是DTFT的阈值电压。如果Vth为正，则VA高于VINIT。如果Vth为负，则VA低于VINIT。即该像素电路支持DTFT的正负Vth值。
图12(b)示出了图10中的所述周期(b)内的数据写入操作。如图10所示，在所述周期(b)内，G(n)为低电平，Comp和EM为高电平。所以图12(b)中的M5为“开”，M2、M3、M4、M6为“关”。因此，所述节点A的电压变为Vdata的电压。最终，DTFT的栅极电压变为VG，如等式(7)所示：
VG＝VINIT+(C2/Ct)(Vdata–(VINIT+Vth)) (7)
其中Ct＝C1+C2。
图12(c)示出了图10中的所述周期(c)内的发射操作。如图10所示，在所述周期(c)内，EM为低电平，Comp和G(n)为高电平。所以，在图12(c)中，M4为“开”，M2、M3、M6为“关”。因此，驱动电流Ids流经M4、DTFT和OLED。当C1<<C2时，Ids如等式(8)所示：
Ids＝(β/2)((C2/Ct)(ELVDD–Vdata))2 (8)
其中β是与LTPS-TFT的设计和特性有关的参数，包括TFT的宽度W、长度L和迁移率。
从等式(8)可知，Vth项可以去除。所以图9所示的所述像素电路可以补偿DTFT的Vth。
现有电路有两个主要的问题。第一，由于数据写入和Vth补偿在同一周期内进行，从而导致所述补偿时间小于1HS。而且，当采用De-Mux驱动时，所述补偿时间将变为1HS的一半，如图5所示。所述现有像素电路的补偿方法用于所述数据电压。因此，必须在所述补偿操作开始之前将所述数据电压施加到所述数据线。图7示出了补偿时间与OLED驱动电流误差率之间的关系。如果所述补偿时间缩短，所述补偿能力就会降低(电流误差率就会上升)。事实上，在应用到高分辨率面板上时，所述补偿能力会降低，这是因为所述补偿时间小于1HS。
第二，用于DTFT的Vth的所述现有补偿电路采用二极管连接，如图6(b)和图8所示。如果DTFT的Vth为负，则所述二极管连接不起作用。通常，TFT的Vth取决于LTPS工艺，并且有可能Vth变为负值。即使Vth为负值，也希望所述补偿电路工作。即期望有针对正负两个极性的Vth的所述补偿电路。
本发明提供的所述像素电路的目的在于解决现有像素电路的以下问题：(i)补偿时间不能延长(超过1HS)；(ii)不能补偿负的Vth。为了实现所述目的(i)，本发明提供的所述像素电路可以将Vth补偿周期和数据写入周期进行分离。并且，为了实现所述目的(ii)，提供用于所述像素电路的源极跟随器型补偿电路。解决了这些问题，OLED显示屏就有望获得更好的图像质量。此外，所述OLED显示屏上还可以应用具有更宽范围的Vth特性的TFT。
问题(i)和问题(ii)都可以通过上述实施例来解决。
通过本发明提供的所述像素电路中的波形模拟，可以确定所述Vth补偿结果良好。
本发明提供的所述像素电路可以将所述Vth补偿周期和所述数据写入周期分离，从而使得所述Vth补偿周期可以大于1HS。所述补偿能力随着所述Vth补偿周期延长而增加。所以，本发明提供的所述像素电路可以解决现有技术中的像素电路问题。所述OLED显示屏有望提供更好的图像质量。此外，所述OLED显示屏上还可以应用具有更宽范围的Vth特性的TFT。
下文描述了为实现本发明的上述目的而提供的替代解决方案。图13和图14分别为本发明实施例提供的替代解决方案的另一面板电路和定时顺序。该面板电路中没有图11中的Comp驱动1，且所述补偿线Comp(n–1)、Comp(n)、……被所述扫描线G(n–2)、G(n–1)、……所取代。这样，图14中用于初始化和Vth补偿的周期(a)的时长就固定为1HS。不过这样做的好处是省去了Comp驱动1，且简化了所述面板电路的构造。
在现有技术中，由于数据写入和Vth补偿在同一周期内进行，从而导致所述补偿时间小于1HS。并且，当采用所述De-Mux驱动时，所述Vth补偿时间将变为1HS的一半。另一方面，在本发明的所述替代性实施例中，Vth补偿时间固定为1HS。因此，所述上述问题(i)可以通过所述替代性实施例来解决。
而且，在所述替代性实施例中的所述像素电路中也可以采用源极跟随器型补偿电路，从而可以解决所述上述问题(ii)。
上述披露的仅是本发明的示例实施例，当然并非旨在限制本发明的保护范围。本领域普通技术人员可以理解的是，实施前述实施例的全部或部分流程以及根据本发明权利要求进行的等效修改都应属于本发明的范围内。

Claims (7)

1.一种像素电路，其特征在于，包括：
具有阳极和阴极端子的发光二极管(light emitting diode，LED)；
具有源极、漏极和栅极端子的驱动晶体管；
用于开关切换的第一、第二、第三、第四和第五晶体管，每个晶体管具有第一、第二和控制端子；及
第一和第二电容，每个电容具有第一和第二端子；
其中所述第一晶体管和所述第一电容的所述第一端连接到第一电源线，所述第一晶体管的所述第二端连接到所述第二晶体管的所述第一端和所述驱动晶体管的所述源极，所述驱动晶体管的所述栅极连接到所述第二电容和所述第三晶体管的所述第一端，所述驱动晶体管的所述漏极连接到所述第四晶体管的所述第一端和所述LED的所述阳极，所述LED的所述阴极连接到第二电源线，所述第一电容的所述第二端连接到所述第二晶体管和所述第二电容的所述第二端以及所述第五晶体管的所述第一端，所述第五晶体管的所述第二端连接到数据线，所述第三和第四晶体管的所述第二端连接到初始化信号线，所述第一晶体管的所述控制端连接到发射控制线，所述第二、第三和第四晶体管的所述控制端连接到补偿线，且所述第五晶体管的所述控制端连接到扫描线，
其中，在用于初始化和补偿的第一周期内，所述补偿线生效，使得所述第二、第三和第四晶体管导通，并且跨所述第二电容的电压成为所述驱动晶体管的阈值电压；
在用于数据写入的第二周期内，所述扫描线生效，使得所述第五晶体管导通，且所述数据线的电压写入到所述像素电路中；及
在用于发射的第三周期内，所述发射控制线生效，使得所述第一晶体管导通，驱动电流流经所述第一晶体管、所述驱动晶体管和所述LED，使得所述LED发光。
2.根据权利要求1所述的像素电路，其特征在于，所述第一周期比所述第二周期长。
3.根据权利要求1所述的像素电路，其特征在于，所述第一周期与所述第二周期不一致。
4.一种显示设备，其特征在于，包括根据权利要求1至3中任意一项所述的多个像素电路。
5.一种电子设备，其特征在于，包括根据权利要求4所述的显示设备。
6.一种系统，其特征在于，包括根据权利要求5所述的电子设备中的至少一个。
7.一种用于操作像素电路的方法，其特征在于，所述像素电路包括发光二极管(lightemitting diode，LED)；和连接到所述LED的驱动晶体管，
其中，在用于初始化和补偿的第一周期内，补偿线生效，所述驱动晶体管的阈值电压得到补偿；
在用于数据写入的第二周期内，扫描线生效，数据线的电压写入到所述像素电路中；及
在用于发射的第三周期内，发射控制线生效，驱动电流流经所述驱动晶体管和所述LED，使得所述LED发光。
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