CN111883047A - 一种Micro LED显示装置的像素驱动电路及其驱动方法 - Google Patents

一种Micro LED显示装置的像素驱动电路及其驱动方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种Micro LED显示装置的像素驱动电路及其驱动方法，所述像素驱动电路包括作为驱动晶体管的第一TFT开关、第二TFT开关、第五TFT开关、第六TFT开关、第八TFT开关和电容，其中本行时间控制信号在本行发光单元进行发光时输出三角波信号。本发明像素驱动电路能够对作为驱动晶体管的第一TFT开关进行Vth补偿，并且能够连续的调整Micro‑LED的发光时间，以调幅和调脉冲的方法调整面板的亮度；本发明在不调整数据电压信号的条件下能够控制面板的亮度，避免低灰阶下电流密度下降引起的Micro‑LED频谱偏移。

Description

一种Micro LED显示装置的像素驱动电路及其驱动方法
技术领域
本发明涉及Micro LED的技术领域，尤其涉及一种Micro LED显示装置的像素驱动电路及其驱动方法。
背景技术
Micro-LED作为次世代的电流型显示器发光元件，能够避免OLED发光器件的材料退化和烧屏问题，同时具有超高的发光效率，常规的OLED显示器亮度不超过2000nits，Micro-LED在显示亮度可以达到约107nits。
Micro-LED的驱动电路除了需要对有源器件TFT/MOS进行Vth shift补偿之外，还需要保证提供给Micro-LED芯片一个稳定的电流，由于Micro-LED芯片的驱动电流更小，因此对电流的稳定性要求远高于OLED器件。另外根据近期的研究表明，Micro-LED芯片的波长会随着电流密度的变化发生偏移。
现有的电流型发光元件的驱动电路主要是针对OLED，尚没有成熟的Micro-LED专用驱动电路，尤其是N型TFT为主的驱动电路。现有的PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度变调)电路主要通过调整EM信号来进行，只能在显示时间内以插入脉冲的方式控制发光元件的发光时间，显示器的整体亮度只能在几个等级上进行变化，无法做到灰阶的连续调整，频繁进行EM信号的开关切换造成了信号的耦合，进一步产生显示问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以调幅和调脉冲的方法调整面板的亮度和避免低灰阶下电流密度下降引起的Micro-LED频谱偏移的Micro LED显示装置的像素驱动电路及其驱动方法。
本发明提供一种Micro LED显示装置的像素驱动电路，Micro LED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、位于像素单元内的像素电极、与每个像素单元连接的一个发光单元，所述像素驱动电路控制每个像素单元对应的发光单元进行发光；输入所述像素驱动电路的信号包括电源正极信号、电源负极信号、低电平信号、数据电压信号、控制本行的发光单元进行发光的本行发光信号、本行扫描信号和调整本行发光单元的发光时间的本行时间控制信号，所述像素驱动电路包括作为驱动晶体管的第一TFT开关、第二TFT开关、第五TFT开关、第六TFT开关、第八TFT开关和电容；
第一TFT开关的控制端与第四TFT开关的第二通路端和电容的第一板连接，第一TFT开关的第一通路端与第二TFT开关的第二通路端和第五TFT开关的第一通路端连接，第一TFT开关的第二通路端与第六TFT开关的第一通路端连接；
第二TFT开关连接在扫描线和数据线的交叉处，本级扫描信号输入至第二TFT开关的控制端，第二TFT开关的第一通路端与数据电压信号连接；
第五TFT开关的控制端与本行发光信号连接，第五开关的第二通路端连接电源正极信号；
第六TFT开关的控制端与第八TFT开关的第一通路端连接，第六TFT开关的第二通路端与发光单元的正极连接，发光单元的负极与电源负极信号；
第八TFT开关的控制端与本行时间控制信号连接，第八TFT开关的第二通路端均与输入信号和电容的第二板连接；其中本行时间控制信号在本行发光单元进行发光时输出三角波信号。
进一步地，所述三角波信号包括由高电平呈第一斜线降低至低电平的第一时间段和由低电平呈第二斜线升至高电平。
进一步地，第一斜线的斜率和第二斜线的斜率相同或者不相同。
进一步地，第一斜线的斜率和第二斜线的斜率为15°-75°。
进一步地，输入所述像素驱动电路的信号还包括上一行扫描信号，所述像素驱动电路还包括第四TFT开关，第四TFT开关的控制端连接上一行扫描信号，第四TFT开关的第一通路端连接电源正极信号，第四TFT开关的第二通路端连接第一TFT开关的控制端。
进一步地，所述像素驱动电路还包括第三TFT开关，第三TFT开关的控制端连接本行扫描信号，第三TFT开关的第一通路端连接第一TFT开关的控制端，第三TFT开关的第二通路端连接第一TFT开关的第二通路端。
进一步地，所述像素驱动电路还包括第七TFT开关，第七TFT开关的控制端和第七TFT开关的第一通路端相互连接且连接至电源正极信号，第七TFT开关的第二通路端连接第六TFT开关的控制端。
本发明还提供一种Micro LED显示装置的像素驱动电路的驱动方法，包括如下步骤：
S1：开机阶段；
S2：复位阶段；
S3：数据写入和补偿阶段；
S4：发光阶段；
其中在一帧时间内包括连续的第一时间段、第二时间段、第三时间段和第四时间段，在第一时间段、第二时间段、第三时间段和第四时间段内依序进行开机阶段、复位阶段、数据写入与补偿阶段和发光阶段。
进一步地，第一时间段内，本行扫描信号、上一行扫描信号和本行发光信号输入高电平，第三TFT开关、第四TFT开关和第五TFT开关打开，对像素驱动电路内部所有节点的信号进行清零；
第二时间段内，电源正极信号、电源负极信号和低电平信号输出设定的电压，本行扫描信号、本行时间控制信号、本行发光信号输入低电平，第二TFT开关、第三TFT开关和第五TFT开关关闭，第四TFT开关打开，电容的第一板写入电源正极信号，电容的第二板连接低电平信号；
第三时间段内，本行扫描信号和本行时间控制信号先持续输入低电平、然后输入高电平和最后输入低电平，数据电压信号先输入高电平后和然后输入低电平，本行发光信号持续输入低电平，上一行扫描信号变为低电平；在本行扫描信号和本行时间控制信号为高电平的时间内，第一TFT开关、第二TFT开关、第三TFT开关和第八TFT开关打开，第四TFT开关和第五TFT开关关闭，数据电压信号经第二TFT开关写入第一TFT开关的第一通路端，完成数据写入与对第一TFT开关的阈值电压的补偿；
第四时间段内，上一行扫描信号、本行扫描信号和数据电压信号变为低电平，第二TFT开关、第三TFT开关和第四TFT开关关闭；本行发光信号输入高电平，第五TFT开关打开；本行时间控制信号输入三角波信号，在设定电压值范围内关闭第八TFT开关，控制第六TFT开关打开，控制发光元件的发光亮度。
进一步地，本行时间控制信号在发光时间内输出三角波，控制三角波的幅度和斜率来控制第六TFT开关的控制端的电压，调整发光元件的发光时间。
本发明像素驱动电路能够对作为驱动晶体管的第一TFT开关进行Vth补偿，并且能够连续的调整Micro-LED的发光时间，以调幅和调脉冲的方法调整面板的亮度；本发明在不调整数据电压信号的条件下能够控制面板的亮度，避免低灰阶下电流密度下降引起的Micro-LED频谱偏移。
附图说明
图1为本发明像素驱动电路的结构示意图；
图2为图1所示像素内补偿电路的驱动信号波形图。
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。
本发明Micro LED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、位于像素单元内的像素电极、与每个像素单元连接的一个发光单元10以及控制每个像素单元对应的发光单元10进行发光的像素驱动电路。
如图1所示，像素驱动电路包括8个TFT开关(T1至T8)和1个电容C1，输入像素驱动电路的信号包括电源正极信号ELVDD、电源负极信号ELVSS、低电平信号VINT、数据电压信号VDATA、本行发光信号EM[n]、本行扫描信号S[n]、上一行扫描信号S[n-1]和调整本行发光单元10的发光时间的本行时间控制信号Vsweep[n]，其中电源正极信号ELVDD、电源负极信号ELVSS和输入信号VINT均为直流信号,工作时，电源正极信号ELVDD输入直流高电平，电源负极信号ELVSS和输入信号VINT输入直流低电平；本级扫描信号S[n]、上一级扫描信号S[n-1]和本行发光信号EM[n]为时钟脉冲扫描信号，本级扫描信号S[n]和上一级扫描信号S[n-1]用于扫描信号写入并对驱动晶体管的Vth(阈值电压)的补偿；本行发光信号EM[n]用于对本行发光单元10进行发光控制；本行时间控制信号Vsweep[n]用于调整本行发光单元10的发光时间。其中，n的数量与扫描线的条数相同。
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。
像素驱动电路的8个TFT开关(T1至T8)和1个电容C1的连接关系如下：
第一TFT开关T1作为驱动晶体管，第一TFT开关T1的控制端均与第三TFT开关T3的第一通路端、第四TFT开关T4的第二通路端和电容C1的第一板连接，第一TFT开关T1的第一通路端与第二TFT开关T2的第二通路端和第五TFT开关T5的第一通路端连接，第一TFT开关T1的第二通路端与第三TFT开关T3的第二通路端和第六TFT开关T6的第一通路端连接。
第二TFT开关T2连接在扫描线和数据线的交叉处，本级扫描信号S[n]均输入至第二TFT开关T2的控制端和第三TFT开关T3的控制端，第二TFT开关T2的第一通路端与数据电压信号VDATA连接。
第四TFT开关T4的控制端与上一级扫描信号S[n-1]连接，源正极信号ELVDD均输入至第四TFT开关T4的第一通路端、第五TFT开关T5的第二通路端和第七TFT开关T7的控制端和第一通路端。第四TFT开关T4用于在补偿阶段连接第一TFT开关T1的控制端和第六TFT开关T6的第一通路端的连接点，打开第一TFT开关T1的控制端至数据线的通路，以实现补偿。
第五TFT开关T5的控制端与本行发光信号EM[n]连接。
第六TFT开关T6的控制端与第七TFT开关T7的第二通路端和第八TFT开关T8的第一通路端连接，第六TFT开关T6的第二通路端与发光单元10的正极连接，发光单元10的负极与电源负极信号ELVSS。
保持第七TFT开关T7的单向导通，维持第六TFT开关T6的控制端的电位，实现调幅和调脉冲的功能。
第八TFT开关T8的控制端与本行时间控制信号Vsweep[n]连接，第八TFT开关T8的第二通路端均与输入信号VINT和电容C1的第二板连接。
以上为每个像素驱动电路的组成结构。
如图2所示为本发明像素驱动电路的输入信号波形图，本发明还提供一种MicroLED显示装置的像素驱动电路的驱动方法，包括如下步骤：
S1：开机阶段(Start)；
S2：复位阶段(Reset)；
S3：、数据写入与补偿阶段(Data input&Compensation)；
S4：和发光阶段(Emission)。
其中在一帧时间内包括连续的第一时间段(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)，在第一时间段、第二时间段、第三时间段和第四时间段内依序进行开机阶段、复位阶段、数据写入与补偿阶段和发光阶段。
其中本行时间控制信号Vsweep[n]在发光单元10的发光时间输出三角波，通过控制三角波的幅度和斜率来控制第六TFT开关T6的控制端的电压，从而调整发光单元10的发光时间，在其他时间内本行时间控制信号Vsweep[n]维持高电压，保持TFT开关T6的关闭状态。
其中，在数据写入与补偿阶段(Data input&Compensation)内，本行时间控制信号Vsweep[n]输入高电平。在发光单元10的发光时间内本行时间控制信号Vsweep[n]输入三角波信号，所述三角波信号包括由高电平呈第一斜线L1降低至低电平的第一时间段和由低电平呈第二斜线L1升至高电平，第一斜线L1的斜率和第二斜线L1的斜率可以相同也可以不相同，第一斜线L1的斜率和第二斜线L1的斜率为15°-75°。
具体的，第一时间段(具体为T1期间)内，电源负极信号ELVSS、低电平信号VINT、本行扫描信号S[n]、上一行扫描信号S[n-1]和本行发光信号EM[n]输入高电平，电源正极信号ELVDD、本行时间控制信号Vsweep[n]和数据电压信号VDATA输入低电平，第三TFT开关T3、第四TFT开关T4和第五TFT开关T5打开，对像素驱动电路内部所有节点的信号进行清零，其中所有节点指除了能通过走线与电源正极信号ELVDD、电源负极信号ELVSS、低电平信号VINT、数据电压信号VDATA、本行发光信号EM[n]、本行扫描信号S[n]、上一行扫描信号S[n-1]和本行时间控制信号Vsweep[n]直接连接的所有电路节点。
第二时间段(具体为T2期间)内，电源正极信号ELVDD、电源负极信号ELVSS和低电平信号VINT输出设定的电压，上一行扫描信号S[n-1]输入高电平，本行扫描信号S[n]、本行时间控制信号Vsweep[n]、本行发光信号EM[n]和数据电压信号VDATA输入低电平，第二TFT开关T2、第三TFT开关T3和第五TFT开关T5关闭，第四TFT开关T4打开，此时电容C1的第一板写入电源正极信号ELVDD，电容C1的第二板连接低电平信号VINT。
第三时间段(具体为T3期间)内，本行扫描信号S[n]和本行时间控制信号Vsweep[n]先持续输入低电平(时间为T31)、然后输入高电平(时间为T32)和最后输入低电平(时间为T33)，数据电压信号VDATA先输入高电平后和然后输入低电平，本行发光信号EM[n]持续输入低电平，上一行扫描信号S[n-1]变为低电平。在本行扫描信号S[n]和本行时间控制信号Vsweep[n]为高电平的时间内，第一TFT开关T1、第二TFT开关T2、第三TFT开关T3和第八TFT开关T8打开，第四TFT开关T4和第五TFT开关T5关闭，进行数据信号写入和补偿动作，即数据电压信号VDATA经第二TFT开关T2写入第一TFT开关T1的第一通路端，完成数据写入与对第一TFT开关T1的Vth的补偿。
其中，补偿阶段起始，第一TFT开关T1的控制端的电压为电源正极信号ELVDD，此时打开第三TFT开关T3和第二TFT开关T2,电容C1的电压逐渐下降，直至第一TFT开关T1的控制端的电压为VDATA+Vth，此时第一TFT开关T1的控制端完成数据信号的写入和Vth的补偿。第三时间段内上一行扫描信号S[n-1]的下降沿(从高电平变为低电平)与本行扫描信号S[n]的上升沿(从低电平变为高电平)不可重叠，防止像素输入错误的数据电压信号VDATA，故本行扫描信号S[n]和本行时间控制信号Vsweep[n]都先持续输入低电平(时间为T31)。在本时间段内，本行扫描信号S[n]在高电平的时间段执行补偿，同时本行时间控制信号Vsweep[n]与本行扫描信号S[n]同步变成高电平，目的是在补偿时维持第六TFT开关T6的关闭状态。此时，第一TFT开关T1、第二TFT开关T2、第三TFT开关T3和第八TFT开关T8打开，第四TFT开关T4和第五TFT开关T5关闭，数据电压信号VDATA经第二TFT开关T2写入第一TFT开关T1的第一通路端，完成数据写入与对第一TFT开关T1的阈值电压Vth的补偿。在该时间段内除本行扫描信号S[n]在高电平的其他时间，本行时间控制信号Vsweep[n]均维持低电平。
第四时间段(具体为T4期间)内，上一行扫描信号S[n-1]、本行扫描信号S[n]和数据电压信号VDATA变为低电平，第二TFT开关T2、第三TFT开关T3和第四TFT开关T4关闭；本行发光信号EM[n]输入高电平，第五TFT开关T5打开；本行时间控制信号Vsweep[n]输入三角波信号，在设定电压值范围内关闭第八TFT开关T8，并控制第六TFT开关T6打开，发光元件10通过电流发光，像素驱动电路通过电源正极信号ELVDD、本行发光信号EM[n]和本行时间控制信号Vsweep[n]以调幅和调脉冲两种方式控制发光元件10的发光亮度。
其中，本行时间控制信号Vsweep[n]在发光时间内输出三角波，通过控制三角波的幅度和斜率来控制第六TFT开关T6的控制端的电压，从而调整发光元件10的发光时间，在其他时间本行时间控制信号Vsweep[n]信号维持高电平，保持第六TFT开关T6的关闭状态。
本发明像素驱动电路能够对作为驱动晶体管的第一TFT开关进行Vth补偿，并且能够连续的调整Micro-LED的发光时间，以调幅和调脉冲的方法调整面板的亮度；本发明在不调整数据电压信号的条件下能够控制面板的亮度，避免低灰阶下电流密度下降引起的Micro-LED频谱偏移。
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。

Claims (10)

1.一种Micro LED显示装置的像素驱动电路，Micro LED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、位于像素单元内的像素电极、与每个像素单元连接的一个发光单元，所述像素驱动电路控制每个像素单元对应的发光单元进行发光；其特征在于，输入所述像素驱动电路的信号包括电源正极信号、电源负极信号、低电平信号、数据电压信号、控制本行的发光单元进行发光的本行发光信号、本行扫描信号和调整本行发光单元的发光时间的本行时间控制信号，所述像素驱动电路包括作为驱动晶体管的第一TFT开关、第二TFT开关、第五TFT开关、第六TFT开关、第八TFT开关和电容；
第一TFT开关的控制端与第四TFT开关的第二通路端和电容的第一板连接，第一TFT开关的第一通路端与第二TFT开关的第二通路端和第五TFT开关的第一通路端连接，第一TFT开关的第二通路端与第六TFT开关的第一通路端连接；
第二TFT开关连接在扫描线和数据线的交叉处，本级扫描信号输入至第二TFT开关的控制端，第二TFT开关的第一通路端与数据电压信号连接；
第五TFT开关的控制端与本行发光信号连接，第五开关的第二通路端连接电源正极信号；
第六TFT开关的控制端与第八TFT开关的第一通路端连接，第六TFT开关的第二通路端与发光单元的正极连接，发光单元的负极与电源负极信号；
第八TFT开关的控制端与本行时间控制信号连接，第八TFT开关的第二通路端均与输入信号和电容的第二板连接；其中本行时间控制信号在本行发光单元进行发光时输出三角波信号。
2.根据权利要求1所述的Micro LED显示装置的像素驱动电路，其特征在于：所述三角波信号包括由高电平呈第一斜线降低至低电平的第一时间段和由低电平呈第二斜线升至高电平。
3.根据权利要求2所述的Micro LED显示装置的像素驱动电路，其特征在于：第一斜线的斜率和第二斜线的斜率相同或者不相同。
4.根据权利要求2所述的Micro LED显示装置的像素驱动电路，其特征在于：第一斜线L1的斜率和第二斜线的斜率为15°-75°。
5.根据权利要求2所述的Micro LED显示装置的像素驱动电路，其特征在于：输入所述像素驱动电路的信号还包括上一行扫描信号，所述像素驱动电路还包括第四TFT开关，第四TFT开关的控制端连接上一行扫描信号，第四TFT开关的第一通路端连接电源正极信号，第四TFT开关的第二通路端连接第一TFT开关的控制端。
6.根据权利要求5所述的Micro LED显示装置的像素驱动电路，其特征在于：所述像素驱动电路还包括第三TFT开关，第三TFT开关的控制端连接本行扫描信号，第三TFT开关的第一通路端连接第一TFT开关的控制端，第三TFT开关的第二通路端连接第一TFT开关的第二通路端。
7.根据权利要求6所述的Micro LED显示装置的像素驱动电路，其特征在于：所述像素驱动电路还包括第七TFT开关，第七TFT开关的控制端和第七TFT开关的第一通路端相互连接且连接至电源正极信号，第七TFT开关的第二通路端连接第六TFT开关的控制端。
8.根据权利要求7所述的Micro LED显示装置的像素驱动电路的驱动方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：开机阶段；
S2：复位阶段；
S3：数据写入和补偿阶段；
S4：发光阶段；
其中在一帧时间内包括连续的第一时间段、第二时间段、第三时间段和第四时间段，在第一时间段、第二时间段、第三时间段和第四时间段内依序进行开机阶段、复位阶段、数据写入与补偿阶段和发光阶段。
9.根据权利要求8所述的Micro LED显示装置的像素驱动电路的驱动方法，其特征在于：
第一时间段内，本行扫描信号、上一行扫描信号和本行发光信号输入高电平，第三TFT开关、第四TFT开关和第五TFT开关打开，对像素驱动电路内部所有节点的信号进行清零；
第二时间段内，电源正极信号、电源负极信号和低电平信号输出设定的电压，本行扫描信号、本行时间控制信号、本行发光信号输入低电平，第二TFT开关、第三TFT开关和第五TFT开关关闭，第四TFT开关打开，电容的第一板写入电源正极信号，电容的第二板连接低电平信号；
第三时间段内，本行扫描信号和本行时间控制信号先持续输入低电平、然后输入高电平和最后输入低电平，数据电压信号先输入高电平后和然后输入低电平，本行发光信号持续输入低电平，上一行扫描信号变为低电平；在本行扫描信号和本行时间控制信号为高电平的时间内，第一TFT开关、第二TFT开关、第三TFT开关和第八TFT开关打开，第四TFT开关和第五TFT开关关闭，数据电压信号经第二TFT开关写入第一TFT开关的第一通路端，完成数据写入与对第一TFT开关的阈值电压的补偿；
第四时间段内，上一行扫描信号、本行扫描信号和数据电压信号变为低电平，第二TFT开关、第三TFT开关和第四TFT开关关闭；本行发光信号输入高电平，第五TFT开关打开；本行时间控制信号输入三角波信号，在设定电压值范围内关闭第八TFT开关，控制第六TFT开关打开，控制发光元件的发光亮度。
10.根据权利要求9所述的Micro LED显示装置的像素驱动电路的驱动方法，其特征在于：本行时间控制信号在发光时间内输出三角波，控制三角波的幅度和斜率来控制第六TFT开关的控制端的电压，调整发光元件的发光时间。
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