CN111710291B - 一种适用于多电源的电流型像素驱动电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种适用于多电源的电流型像素驱动电路及方法，该电流型像素驱动电路包括：一像素驱动电路；一采样保持电路；以及一钳位电路，钳位电路连接于采样保持电路与像素驱动电路之间，钳位电路用于钳位采样保持电路的电压，使像素驱动电路的工作电压符合采样保持电路的工作电压。本发明提出的适用于多电源的电流型像素驱动电路，实现了像素驱动电路采用高压晶体管的同时，采样保持电路则采用低压晶体管，并且由于引入了钳位电路，不会产生可靠性问题；从而实现信号处理电路都采用低压晶体管，提高了电路的性能并节省了芯片的面积。
Description
技术领域
本发明涉及自发光显示的电流型像素单元驱动电路，具体涉及一种适用于多电源的电流型像素驱动电路及方法。
背景技术
近些年随着AR(Augmented Reality，增强现实)/VR((Virtual Reality，虚拟现实)技术的发展，与之紧密相关的微显示技术也得到了广泛的关注。微显示(Microdisplay)技术是显示技术领域的一个分支，一般将显示器对角线尺寸小于1英寸(2.54cm)或者指那些小到需要光学放大的显示器称为微显示器。目前常见的微显示技术有OLEDoS(OrganicLight-Emitting Diode on Silicon，硅基有机发光)、LEDoS(Light Emitting Diode onSilicon，硅基二极管发光)、LCoS(Liquid Crystal on Silicon，硅基液晶)和DMD(DigitalMicro mirror Device，数字微镜器件)四种，其中OLEDoS和LEDoS都属于主动发光，而LCoS和DMD则属于被动发光；同时，OLEDoS和LEDoS还具有低功耗、高对比度以及快速响应的优点，因此它们更适合应用于AR和VR技术中。
OLEDoS和LEDoS微显示器与常规的利用非晶硅、微晶硅或者低温多晶硅工艺不同，其是以单晶硅芯片为基板，也就是说其可以采用现有成熟的集成电路CMOS(ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor，互补金属氧化物半导体)工艺，因此其不但可以实现显示屏像素的有源寻址矩阵也可以实现扫描链电路、数字模拟转换电路、带隙基准等各种功能的驱动控制电路，从而大大减少了器件的外部连线，增加了可靠性，实现了轻量化。
目前，OLED/LED显示器中的像素驱动电路结构往往采用的是模拟驱动方法，它通常包括数据电压输入和数据电流输入。其中数据电流输入(也即电流驱动法)通常采用的是先采样，然后再将采样信号电流写入到像素电路中，并且在电流写入的过程中采样的晶体管与像素驱动电路的驱动管为串联关系。一般来说为了保证显示器件工作在较宽的电压范围内，像素单元的驱动管采用高耐压的晶体管；而信号处理部分则可以采用低压的晶体管，从而保证较高的信号处理速度和较小的芯片面积。然而，如果直接将高压晶体管与低压晶体管串联起来则存在可靠性的问题，低压晶体管在承受较高电压的时候存在被击穿的可能。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种适用于多电源的电流型像素驱动电路及方法，使得整个驱动路可以采用不同的电源电压。
本发明第一方面提供一种适用于多电源的电流型像素驱动电路，该电流型像素驱动电路包括：
一像素驱动电路；
一采样保持电路；以及
一钳位电路，钳位电路连接于采样保持电路与像素驱动电路之间，钳位电路用于钳位采样保持电路的电压，使像素驱动电路的工作电压符合采样保持电路的工作电压。
优选地，钳位电路包括一串联于采样保持电路与像素驱动电路之间的主钳位电路以及一耦接于采样保持电路的辅助钳位电路。
优选地，主钳位电路包括至少一晶体管，连接于采样保持电路与像素驱动电路之间，用来钳位该采样保持电路的电压，使其小于该像素驱动电路的工作电压减去该至少一晶体管的阈值电压的总和。
优选地，该至少一晶体管包括至少一N型金属氧化物半导体场效应晶体管或至少一P型金属氧化物半导体场效应晶体管。
优选地，该至少一晶体管包括至少一二极管接法晶体管。
优选地，辅助钳位电路包括至少一晶体管，耦接于采样保持电路，用来钳位该采样保持电路的电压，使其小于该像素驱动电路的工作电压减去该至少一晶体管的阈值电压的总和。
优选地，该至少一晶体管包括至少一N型金属氧化物半导体场效应晶体管或至少一P型金属氧化物半导体场效应晶体管。
优选地，该至少一晶体管包括至少一二极管接法晶体管。
本发明的第二方面提供一种上述适用于多电源的电流型像素驱动电路的驱动方法，像素驱动电路和采样保持电路采用不同的电源电压，钳位电路对采样保持电路的电压进行钳位，使像素驱动电路的工作电压符合采样保持电路的工作电压。
优选地，钳位电路包括至少一晶体管，采样保持电路的电压小于该像素驱动电路的工作电压减去该至少一晶体管的阈值电压的总和。
本发明具有的优点和积极效果是：本发明提出的适用于多电源的电流型像素驱动电路，实现了像素驱动电路采用高压晶体管的同时，采样保持电路则采用低压晶体管，并且由于引入了钳位电路，不会产生可靠性问题；从而实现信号处理电路都采用低压晶体管，提高了电路的性能并节省了芯片的面积。
附图说明
图1是现有技术的像素驱动电路的结构示意图；
图2是本发明的适用于多电源的电流型像素驱动电路的结构示意图；
图3是本发明的主钳位电路和辅助钳位电路的结构示意图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合具体实施例和附图对本发明进行进一步的描述。
本发明提供一种适用于多电源的电流型像素驱动电路，该电流型像素驱动电路包括：一像素驱动电路；采样保持电路；以及一钳位电路，钳位电路连接于采样保持电路与像素驱动电路之间；钳位电路用于采样保持电路的电压，使像素驱动电路的工作电压符合采样保持电路的工作电压。
电流型像素驱动电路由采样保持电路和像素驱动电路两部分构成，在现有技术中，采样保持电路和像素驱动电路均采用耐压高的高压晶体管，因此整个驱动电路的设计都需要基于高压晶体管进行设计，从而对信号处理电路的性能和面积都有较大的影响。
具体如图1所示，像素驱动电路10a包括：第一晶体管M1a、第二晶体管M2a、第三晶体管M3a、第四晶体管M4a、采样保持电容C1a、数据信号线IDATA、开关控制信号线SMP和HLD、电源线VDD、发光器件的共阴极电源线VCOM、发光器件。
所述电源线VDD连接第一晶体管M1a的源极；
所述电源线VDD连接采样保持电容C1a的上极板，采样保持电容C1a的下极板分别连接第一晶体管M1a的栅极、第二晶体管M2a的源极；
所述开关控制信号线SMP分别连接第二晶体管M2a的栅极、第三晶体管M3a的栅极，所述开关控制信号线HLD连接第四晶体管M4a的栅极；
所述数据信号线IDATA连接第二晶体管M2a的漏极；
所述第四晶体管M4a的源极分别连接第一晶体管M1a的漏极、第三晶体管M3a的源极；
所述第四晶体管M4a的漏极连接发光器件的阳极；
所述发光器件的阴极与共阴极电源线VCOM相连。
采样保持电路20a包括M5a、M6a晶体管、保持电容C2a、开关Sa构成、数据信号线DATA。
数据信号线DATA通过开关Sa与第五晶体管M5a的漏极连接；
第五晶体管M5a采用二极管连接；
数据信号线IDATA与第六晶体管M6a的漏极连接；
第五晶体管M5a、第六晶体管M6a的源极以及保持电容C2a的下极板接地；
第五晶体管M5a、第六晶体管M6a的栅极以及保持电容C2a的上极板相互连接。
上述结构中，M1a-M6a晶体管都采用耐高压的高压晶体管，其工作电源电压都为第一电压；一般而言，信号处理部分采用低压的晶体管，可以保证较高的信号处理速度和较小的芯片面积；针对现有低压晶体管的采样保持电路，其与采用高压晶体管的像素驱动电路进行串联时存在可靠性问题。
在本发明中，像素驱动电路10的工作电源电压为第一电压，采样保持电路20的工作电源电压为第二电压，其中第二电压低于第一电压；钳位电路30实现对采样保持电路20的工作电压进行钳位，使得像素驱动电路10的工作电源电压即第一电压最终符合采样保持电路20的工作电源电压即第二电压。
具体，如图2所示，本申请的采样保持电路20和像素驱动电路10与现有技术中的连接结构相同，本申请与现有技术的区别在于M1-M4采用高压晶体管，M5-M6采用低压晶体管，在工作电源电压为第一电压的像素驱动电路10与工作电源电压为第二电压的采样保持电路20之间增加一钳位电路30，增加了不同的工作电压的像素驱动电路10与采样保持电路20之间的可靠性，同时钳位电路集成在采样保持电路20中，因此其不会增加像素驱动电路10的面积。
具体地，如图2和图3所示，在本发明的一个具体的实施例中，钳位电路30包括一串联于采样保持电路20与像素驱动电路10之间的主钳位电路301以及一耦接于采样保持电路20的辅助钳位电路302。
主钳位电路301包括至少一晶体管，连接于采样保持电路20与像素驱动电路10之间，用来钳位该采样保持电路20的电压，使其小于该像素驱动电路10的工作电压即第一电压V1减去该至少一晶体管的阈值电压Vth的总和；该至少一晶体管包括至少一N型金属氧化物半导体场效应晶体管或至少一P型金属氧化物半导体场效应晶体管；该至少一晶体管包括至少一二极管接法晶体管。
进一步地，辅助钳位电路302包括至少一晶体管，耦接于采样保持电路20，用来钳位该采样保持电路20的电压，使其小于该像素驱动电路10的工作电压减去该至少一晶体管的阈值电压的总和；该至少一晶体管包括至少一N型金属氧化物半导体场效应晶体管或至少一P型金属氧化物半导体场效应晶体管；该至少一晶体管包括至少一二极管接法晶体管。
在本发明的一个具体的实施例中，低压晶体管工作的电源电压即第一电压V1为1.8V，而高压晶体管工作的电源电压即第二电压V2为3.3V；主钳位电路301包括两个串联的晶体管第七晶体管M7和第八晶体管M8，辅助钳位电路包括两个串联的晶体管第九晶体管M9和第十晶体管M10；其中每一晶体管都采用二极管接法进行连接，且每一晶体管的阈值电压Vth为0.7V。
以上述具体的实施例为例来具体说明适用于多电源的电流型像素驱动电路的工作原理：
信号数据采样阶段：开关S闭合，输入电流数据DATA流过二极管连接的第五晶体管M5，并将产生的电压信号保存在保持电容C2上(即NODEB)；
像素驱动电路的电流写入阶段：开关S断开，SMP为低电平，HLD为高电平时；此时第二晶体管M2、第三晶体管M3管导通，第一晶体管M1形成一个二极管连接的结构，同时保持电容C2保存的电压驱动第六晶体管M6产生对应的电流IDATA，电流IDATA流过第一晶体管M1、第三晶体管M3、第七晶体管M7以及第八晶体管M8，并将对应的驱动电压信号存储在采样保持电容C1上；由于第七晶体管M7和第八晶体管M8为二极管连接的高压晶体管，其阈值电压为0.7V，那么第七晶体管M7和M8所承担的最小压降则为1.4V；由于VDDH为3.3V，因此第六晶体管M6的漏极NODE A可能出现的最高电压约为1.9V，那么NODE A和NODE B出现的最高压差也约为1.9V，这对于能耐压到1.8V的第六晶体管M6不存在击穿的风险；
显示器件发光阶段：SMP为高电平，HLD为低电平时，第二晶体管M2、第三晶体管M3关断，第四晶体管M4开启；存储在采样保持电容C1上的电压驱动第一晶体管M1产生对应的电流，并流过OLED或者LED器件发光，发光的亮度大小与写入数据电压相对应。
另外，第九晶体管M9和第十晶体管M10的作用在于当整个电路在上电的过程中或者电路工作的某个时刻，NODE B为0电平，因此NODE A的电压可能会出现3.3V的电压。此时，第九晶体管M9和第十晶体管M10如果不存在，则NODE A和NODE B之间的电压差就达到了3.3V，这可能会造成第六晶体管M6栅极和漏极的击穿。但是，由于第九晶体管M9和第十晶体管M10的存在，当NODE A的电压达到3.3V时，M9和M10的导通会将NODE A的电压拉到1.9V，从而避免第六晶体管M6栅漏之间出现较大的压差。
需注意的是，本电路结构除了能适用于1.8V/3.3V的双电源电路，也能适合于1.8V/5V、1.2V/3.3V或者1.2V/5V等不同双电源电压的电路中，而主钳位电路301可以根据像素驱动电路10与采样保持电路20之间的工作电压的压差来决定串联一个、两个或者更多个晶体管。且钳位电路的晶体管可以在一个钳位电路中均采用N型晶体管或均采用P型晶体管，或者在同一个钳位电路中既采用N型晶体管又采用P型晶体管。
本发明提出的适用于多电源的电流型像素驱动电路，实现了像素驱动电路采用高压晶体管的同时，采样保持电路则采用低压晶体管，并且由于引入了钳位电路，不会产生可靠性问题；从而实现信号处理电路都采用低压晶体管，提高了电路的性能并节省了芯片的面积。
本发明的第二方面提供一种上述适用于多电源的电流型像素驱动电路的驱动方法，像素驱动电路和采样保持电路采用不同的电源电压，钳位电路对采样保持电路的电压进行钳位，使像素驱动电路的工作电压符合采样保持电路的工作电压。
其中，钳位电路包括至少一晶体管，采样保持电路的电压小于该像素驱动电路的工作电压减去该至少一晶体管的阈值电压的总和。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。
Claims (6)
1.一种适用于多电源的电流型像素驱动电路，其特征在于：该电流型像素驱动电路包括：
一像素驱动电路；
一采样保持电路；以及
一钳位电路，钳位电路连接于采样保持电路与像素驱动电路之间，钳位电路用于钳位采样保持电路的电压，使像素驱动电路的工作电压符合采样保持电路的工作电压；
钳位电路包括一串联于采样保持电路与像素驱动电路之间的主钳位电路以及一耦接于采样保持电路的辅助钳位电路；
主钳位电路包括至少一晶体管，连接于采样保持电路与像素驱动电路之间，用来钳位该采样保持电路的电压，使其小于该像素驱动电路的工作电压减去该至少一晶体管的阈值电压的总和；
该至少一晶体管包括至少一N型金属氧化物半导体场效应晶体管或至少一P型金属氧化物半导体场效应晶体管；
该至少一晶体管包括至少一二极管接法晶体管。
2.根据权利要求1所述的适用于多电源的电流型像素驱动电路，其特征在于：辅助钳位电路包括至少一晶体管，耦接于采样保持电路，用来钳位该采样保持电路的电压，使其小于该像素驱动电路的工作电压减去该至少一晶体管的阈值电压的总和。
3.根据权利要求2所述的适用于多电源的电流型像素驱动电路，其特征在于：该至少一晶体管包括至少一N型金属氧化物半导体场效应晶体管或至少一P型金属氧化物半导体场效应晶体管。
4.根据权利要求2所述的适用于多电源的电流型像素驱动电路，其特征在于：该至少一晶体管包括至少一二极管接法晶体管。
5.一种如权利要求1至4中任意一项所述的适用于多电源的电流型像素驱动电路的驱动方法，其特征在于：像素驱动电路和采样保持电路采用不同的电源电压，钳位电路对采样保持电路的电压进行钳位，使像素驱动电路的工作电压符合采样保持电路的工作电压。
6.根据权利要求5所述的适用于多电源的电流型像素驱动电路的驱动方法，其特征在于：钳位电路包括至少一晶体管，采样保持电路的电压小于该像素驱动电路的工作电压减去该至少一晶体管的阈值电压的总和。
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