CN113692613A - 像素电路和像素控制方法 - Google Patents

像素电路和像素控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113692613A
CN113692613A CN201980095505.1A CN201980095505A CN113692613A CN 113692613 A CN113692613 A CN 113692613A CN 201980095505 A CN201980095505 A CN 201980095505A CN 113692613 A CN113692613 A CN 113692613A
Authority
CN
China
Prior art keywords
gate
pixel
photosensor
transistor
circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201980095505.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113692613B (zh
Inventor
寺西泰幸
松井将史
高取宪一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huawei Technologies Co Ltd
Original Assignee
Huawei Technologies Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huawei Technologies Co Ltd filed Critical Huawei Technologies Co Ltd
Publication of CN113692613A publication Critical patent/CN113692613A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113692613B publication Critical patent/CN113692613B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G3/00—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes
    • G09G3/20—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters
    • G09G3/22—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters using controlled light sources
    • G09G3/30—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters using controlled light sources using electroluminescent panels
    • G09G3/32—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters using controlled light sources using electroluminescent panels semiconductive, e.g. using light-emitting diodes [LED]
    • G09G3/3208—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters using controlled light sources using electroluminescent panels semiconductive, e.g. using light-emitting diodes [LED] organic, e.g. using organic light-emitting diodes [OLED]
    • G09G3/3225—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters using controlled light sources using electroluminescent panels semiconductive, e.g. using light-emitting diodes [LED] organic, e.g. using organic light-emitting diodes [OLED] using an active matrix
    • G09G3/3233—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters using controlled light sources using electroluminescent panels semiconductive, e.g. using light-emitting diodes [LED] organic, e.g. using organic light-emitting diodes [OLED] using an active matrix with pixel circuitry controlling the current through the light-emitting element
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G2310/00—Command of the display device
    • G09G2310/02—Addressing, scanning or driving the display screen or processing steps related thereto
    • G09G2310/0202—Addressing of scan or signal lines
    • G09G2310/0216—Interleaved control phases for different scan lines in the same sub-field, e.g. initialization, addressing and sustaining in plasma displays that are not simultaneous for all scan lines
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G2310/00—Command of the display device
    • G09G2310/02—Addressing, scanning or driving the display screen or processing steps related thereto
    • G09G2310/0243—Details of the generation of driving signals
    • G09G2310/0251—Precharge or discharge of pixel before applying new pixel voltage
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G2310/00—Command of the display device
    • G09G2310/06—Details of flat display driving waveforms
    • G09G2310/061—Details of flat display driving waveforms for resetting or blanking
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G2320/00—Control of display operating conditions
    • G09G2320/04—Maintaining the quality of display appearance
    • G09G2320/043—Preventing or counteracting the effects of ageing
    • G09G2320/045—Compensation of drifts in the characteristics of light emitting or modulating elements
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G2360/00—Aspects of the architecture of display systems
    • G09G2360/14—Detecting light within display terminals, e.g. using a single or a plurality of photosensors
    • G09G2360/141—Detecting light within display terminals, e.g. using a single or a plurality of photosensors the light conveying information used for selecting or modulating the light emitting or modulating element
    • G09G2360/142—Detecting light within display terminals, e.g. using a single or a plurality of photosensors the light conveying information used for selecting or modulating the light emitting or modulating element the light being detected by light detection means within each pixel

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Control Of Indicators Other Than Cathode Ray Tubes (AREA)
  • Control Of El Displays (AREA)

Abstract

一种像素电路(5；11)和像素控制方法，能够以光传感器(PD58)和像素单元驱动电路(501)的组合的更简单的构造来快速地控制像素。像素电路(5；11)包括光传感器(PD58)、双栅极晶体管(T52)以及偏置电极，双栅极晶体管(T52)的第一栅极连接到光传感器(PD58)的第一端子，第二栅极连接到像素单元驱动电路(501)，偏置电极连接到光传感器(PD58)的第二端子。双栅极晶体管(T52)用作像素单元驱动电路(501)的开关和光传感器(PD58)的放大器。第二栅极的脉冲电平被自适应地控制。

Description

像素电路和像素控制方法
技术领域
本公开涉及一种像素电路及其像素控制方法，并且更具体地，涉及与光传感器(photosensor)组合的图像传感器的控制。
背景技术
传统已知的有机电致发光(electroluminescent,EL)显示器是使用有机发光二极管(organic light emitting diode,OLED)作为显示元件并通过电流驱动OLED发光的平板显示器。
通常，在有机EL显示器的像素电路中，驱动晶体管使电流流向OLED，因此驱动晶体管的特性很重要。用作驱动晶体管的薄膜晶体管(thin film transistor,TFT)具有阈值电压不一致的问题，并且即使输入相同的数据，也会产生不同的电流从而引起亮度变化。因此，设计各种像素单元驱动电路以补偿各个TFT的阈值电压的变化。当前，为每个像素提供6T1C(六个晶体管和一个电容器)电路和7T1C(七个晶体管和一个电容器)电路作为用于便携式终端的OLED的像素单元驱动电路。因此，为一个像素所实施的大量晶体管是使像素电路复杂化的一个因素。
此外，在安装在便携式终端上的将光转换成电信号的图像传感器(如CMOS传感器)中还使用了多个晶体管。CMOS图像传感器包括有源像素传感器(active pixel sensor,APS)，有源像素传感器以逐像素为基础增加信号的增益，以增加图像传感器的信噪比(signal-to-noise ratio,S/N比)。对于每个像素，APS的结构包括三个TFT：用于复位光电二极管电压的晶体管、用于放大增益的晶体管以及用于读出信号的晶体管。
因此，当通过针对OLED的单个像素将像素单元驱动电路(例如6T1C电路或7T1C电路)与图像传感器中使用的APS结构一起安装来构造像素电路时，电路构造变得更加复杂，因此需要更大的占用空间。这导致图像传感器的分辨率降低。另外，当OLED和APS结构分别占用资源时，控制像素需要花费时间。
发明内容
本发明的目的是提供一种像素电路和像素控制方法，能够以像素电路和光传感器的组合的更简单的构造来快速地控制像素。
根据第一方面，提供了一种像素电路，包括：
光传感器；
双栅极晶体管，其第一栅极连接至光传感器的第一端子，第二栅极连接至像素单元驱动电路；以及
偏置电极，其连接至光传感器的第二端子，
其中
双栅极晶体管用作像素单元驱动电路的开关和光传感器的放大器，并且
第二栅极的脉冲电平被自适应地控制。
第一方面可以提供一种像素电路，其通过像素电路和光传感器的组合的更简单的构造来快速地控制像素。
根据第一方面的可能的实现方式，在初始化像素单元驱动电路的初始化时段与预充电用于驱动像素单元的电压的写入时段之间执行光传感器的读取和复位。
根据该实现方式，可以通过使用预充电时段来执行光传感器的读取和复位。
根据第一方面的可能的实现方式，像素电路还包括复位晶体管，该复位晶体管的源极连接到复位电压，漏极连接到光传感器的第一端子，其中通过控制施加到复位晶体管的栅极的复位信号来复位光传感器。
根据该实现方式，可以通过复位晶体管来控制光传感器的复位。
根据第一方面的可能的实现方式，通过控制偏置电极的电压来复位光传感器。
根据该实现方式，可以在不添加专用元件的情况下复位光传感器。
根据第一方面的可能的实现方式，在读取光传感器的时段中，将高电平和低电平之间的电平的电压施加到第二栅极，并且
存储在光传感器中的电荷的放电使得电流根据施加到第一栅极的电压流过双栅极晶体管。
根据该实现方式，可以使用双栅极晶体管来提供与光传感器的放电相对应的电流。
根据第一方面的可能的实现方式，针对每条扫描线依此执行光传感器的复位和读取。
根据该实现方式，可以缩短将数据写入OLED的间隔。
根据第一方面的可能的实现方式，以比像素单元驱动电路驱动像素的频率低的频率执行光传感器的复位和读取。
根据该实现方式，可以缩短将数据写入OLED的间隔。
根据第二方面，提供了一种由像素电路执行的像素控制方法，像素电路包括光传感器、双栅极晶体管和偏置电极，双栅极晶体管的第一栅极连接至光传感器的第一端子，第二栅极连接至像素单元驱动电路，偏置电极连接至光传感器的第二端子，该方法包括：
使双栅极晶体管用作像素单元驱动电路的开关；以及
使双栅极晶体管用作光传感器的放大器，第二栅极的脉冲电平被自适应地控制。
第二方面可以提供一种通过像素电路和光传感器的组合的更简单的构造来快速地控制像素的方法。
根据第二方面的可能的实现方式，使双栅极晶体管用作像素单元驱动电路的开关包括：
初始化像素单元驱动电路；以及
预充电用于驱动像素单元的电压，且
使双栅极晶体管用作光传感器的放大器包括，在初始化和预充电之间：
读取光传感器；以及
复位光传感器。
根据该实现方式，可以使用预充电时段来执行光传感器的读取和复位。
根据第二方面的可能的实现方式，像素电路还包括复位晶体管，该复位晶体管的源极连接到复位电压，漏极连接到光传感器的第一端子，且该复位包括：
通过控制提供给复位晶体管的栅极的复位信号来复位光传感器。
根据该实现方式，可以通过复位晶体管来控制光传感器的复位。
根据第二方面的可能的实现方式，该复位包括通过控制偏置电极的电压来复位光传感器。
根据该实现方式，可以在不添加专用元件的情况下复位光传感器。
根据第二方面的可能的实现方式，该读取包括：
向第二栅极施加高电平和低电平之间的电平的电压，
其中存储在光传感器中的电荷放电使得电流根据施加到第一栅极的电压流过双栅极晶体管。
根据该实现方式，可以通过使用双栅极晶体管来提供与光传感器的放电相对应的电流。
根据第二方面的可能的实现方式，针对每条扫描线依此执行读取。
根据该实现方式，可以缩短将数据写入OLED的间隔。
根据第二方面的可能的实现方式，以比像素单元驱动电路驱动像素的频率低的频率执行读取。
根据该实现方式，可以缩短将数据写入OLED的间隔。
根据第三方面，提供了一种包括上述像素电路的显示装置。
第三方面可以提供一种显示装置，其利用像素电路和光传感器的组合的更简单的构造来快速地控制像素。
附图说明
[图1]图1是示出作为在OLED中使用的像素单元驱动电路的6T1C电路的构造示例的示图；
[图2]图2是像素单元驱动电路的操作时序图；
[图3]图3是示出使用7T1C电路的构造的像素单元驱动电路的构造的示图；
[图4]图4是示出图像传感器中APS的结构的示图；
[图5]图5是示出根据本发明实施例的像素单元驱动电路的构造的示图；
[图6]图6是像素单元驱动电路的操作时序图；
[图7]图7是像素单元驱动电路的OLED复位时段的等效电路图；
[图8]图8是像素单元驱动电路的PD读取时段的等效电路图；
[图9]图9是像素单元驱动电路的PD复位时段的等效电路图；
[图10]图10是像素单元驱动电路的OLED写入时段的等效电路图；
[图11]图11是示出根据本发明实施例的像素单元驱动电路的构造的示图；
[图12]图12是像素单元驱动电路的操作时序图；
[图13]图13是像素单元驱动电路的操作时序图；
[图14]图14是像素单元驱动电路的操作时序图；
[图15]图15是像素单元驱动电路的操作时序图；以及
[图16]图16是示出根据本发明实施例的显示装置的构造的示图。
具体实施方式
(第一实施例)
首先，将参照图1至图4描述本实施例的操作原理。
图1是示出6T1C电路的构造示例的示图，该6T1C电路是在OLED中使用的像素单元驱动电路。该像素单元驱动电路1驱动并控制每个像素单元的像素，并且在以下描述中一个子像素对应于一个像素单元。该像素单元驱动电路1包括一个OLED 31、六个晶体管T11至T16和一个电容器C11。一个OLED 31对应于构成一个像素的红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)子像素中的一种颜色的子像素。
像素单元驱动电路1包括开关晶体管T12，用于响应于施加到第n条扫描线的扫描(栅极)信号Gate(n)来切换施加到相应数据线的电压电平为Vdata的数据信号。像素单元驱动电路1还包括驱动晶体管T13和补偿晶体管T15，驱动晶体管T13根据与通过开关晶体管T12输入到驱动晶体管T13的数据信号相对应的充电电压为OLED 31提供驱动电流，补偿晶体管15用于对驱动晶体管T13的阈值电压进行补偿。像素单元驱动电路1还包括电容器C11和OLED 31，电容器C11用于存储施加至驱动晶体管T13的栅极的数据信号，OLED 31发射与所施加的驱动电流相对应的光。
此外，像素单元驱动电路1包括：开关晶体管T11，用于响应于发射信号Em向驱动晶体管T13提供电源电压Vdd；以及开关晶体管T16，用于响应于发射信号Em向OLED 31提供驱动电流输入。驱动晶体管T13根据由驱动晶体管T13的栅极的输入确定的驱动晶体管T13的电阻值，向开关晶体管T16提供从电源电压Vdd降低的电压。晶体管T11至T16被配置为p型薄膜晶体管(TFT)。
开关晶体管T12的栅极施加有施加到相应扫描线的第n个扫描信号Gate(n)，源极施加有施加到相应数据线的电压电平为Vdata的数据信号，漏极连接到驱动晶体管T13的源极。
驱动晶体管T13的栅极连接到电容器C11的一个端子，漏极通过开关晶体管T16连接到OLED 31的一个端子。补偿晶体管T15的漏极连接到驱动晶体管T13的栅极，源极分别连接到驱动晶体管T13的漏极，栅极施加有扫描信号Gate(n)。高电平的电源电压Vdd从相应电源提供到电容器C11的另一端子。
开关晶体管T11的栅极施加有发射信号Em，源极通过相应电源电压线施加有电源电压Vdd，漏极连接到驱动晶体管T13的源极。开关晶体管T16的栅极施加有发射信号Em，源极连接至驱动晶体管T13的漏极，漏极连接至OLED 31的一个端子。OLED 31的另一个端子连接至电压为Vss的电源。
此外，像素单元驱动电路1包括复位晶体管T14，用于响应于施加到紧邻在第n条扫描线之前的第(n-1)条扫描线的扫描信号Gate(n-1)而初始化存储在电容器C11中的数据信号。复位晶体管T14的栅极施加有扫描信号Gate(n-1)，源极连接到电容器C11的一个端子，漏极施加有初始化电压Vinit。
图2是图1所示像素单元驱动电路1的操作时序图。在初始化时段中，第(n-1)个扫描信号Gate(n-1)处于低电平，第n个扫描信号Gate(n)和发射信号Em处于高电平。低电平扫描信号Gate(n-1)使复位晶体管T14导通，而高电平扫描信号Gate(n)和发射信号Em使其他晶体管T11至T13、T15和T16关断。因此，存储在电容器C11中的数据信号被初始化，从而初始化驱动晶体管T13的栅极电压。
接下来，在预充电时段中，扫描信号Gate(n-1)处于高电平，扫描信号Gate(n)处于低电平，发射信号Em处于高电平。复位晶体管T14关断，低电平扫描信号Gate(n)使补偿晶体管T15和开关晶体管T12导通，发射信号Em使开关晶体管T11和T16关断。因此，施加到相应数据线的电压电平为Vdata的数据信号被施加到驱动晶体管T13的源极，驱动晶体管T13的栅极电压经由补偿晶体管T15被稳定到Vdata+驱动晶体管T13的阈值电压Vth，并且与栅极电压相对应的电荷存储在电容器C11中，从而完成了预充电操作。
在发射时段中，扫描信号Gate(n-1)处于高电平，在扫描信号Gate(n)变高之后发射信号Em变低。低电平发射信号Em使开关晶体管T11和T16导通，高电平扫描信号Gate(n-1)使复位晶体管T14关断，并且高电平扫描信号Gate(n)使补偿晶体管T15和开关晶体管T12关断。结果，Vdd被施加到驱动晶体管T13的源极，并且驱动晶体管T13的栅极-源极电压Vgs变为
Vgs＝Vdata+Vth-Vdd，
并且流过OLED 31的电流I由下式给出：
I＝k·(Vgs-Vth)2
＝k·(Vdata+Vth-Vdd-Vth)2
＝k·(Vdata-Vdd)2
因此，不依赖于阈值电压的电流流过OLED 31，从而使OLED 31发光。
图3是示出使用7T1C电路的构造的像素单元驱动电路的构造的示图。像素单元驱动电路3包括开关晶体管T22，用于响应于施加到第n条扫描线的扫描信号Gate(n)来切换施加到相应数据线的电压电平为Vdata的数据信号。像素单元驱动电路3还包括驱动晶体管T23和补偿晶体管T25，驱动晶体管T23根据与通过开关晶体管T22输入到驱动晶体管T23的数据信号相对应的充电电压提供用于有机EL元件的驱动电流，补偿晶体管25用于补偿驱动晶体管T23的阈值电压。像素单元驱动电路3还包括：电容器C21和有机EL元件OLED 21，电容器C21用于存储施加到驱动晶体管T23的栅极的电压电平的数据信号，有机EL元件OLED21发射与所施加的驱动电流相对应的光。
此外，像素单元驱动电路3包括：开关晶体管T21，用于响应于发射信号Em将电源电压Vdd提供给驱动晶体管T23，以及开关晶体管T26，用于响应于发光信号Em向OLED 21提供驱动电流输入。驱动晶体管T23根据由驱动晶体管T23的栅极的输入确定的驱动晶体管T23的电阻值，向开关晶体管T26提供从电源电压Vdd降低的电压。像素单元驱动电路3还包括复位晶体管T24，用于响应于施加到紧邻在第n条扫描线之前的第(n-1)条扫描线的扫描信号Gate(n-1)而初始化存储在电容器C21中的数据信号。像素单元驱动电路3还包括复位晶体管T27，复位晶体管T27的源极连接到参考电压Vref线，栅极连接到扫描信号Gate(n-1)，漏极连接到OLED 21。晶体管T21至T27被配置为p型薄膜晶体管(TFT)。
在图1和图3所示的像素单元驱动电路中，为一个像素所实施的大量晶体管成为使电路复杂的一个因素。
图4是示出图像传感器中APS的结构的示图。对每个子像素而言，APS 4包括三个TFT：用于复位光电二极管(photodiode,PD)42的电压的复位晶体管T41、用于放大来自PD42的信号增益的放大晶体管T43和用于读取信号的读取晶体管T44。PD 42与接收侧的p型半导体层和基板侧的n型半导体层形成pn结。当对pn结施加反向偏压时，pn结变成耗尽层，因为该结几乎没有载流子。当在耗尽层附近照射能量大于半导体的带隙能量的光时，产生载流子。PD 42通常可以配置为PIN光电二极管。PIN光电二极管包括三个层，即p+-Si，i-Si和n+-Si，以及其间设置有该层结构的多个电极。在PIN光电二极管的情况下，i层的存在加宽了当施加反向偏压时获得的耗尽层的宽度，因此允许在高反向偏置电压下使用PIN光电二极管。宽耗尽层中的高反向偏置电压使载流子快速移动，从而提高了响应速度。
在APS 4的复位时段中，复位晶体管T41用作将浮置融合(floating fusion)复位为Vr的开关，在这种情况下，浮置融合被表示为放大晶体管T43的栅极。放大晶体管T43具有通过根据栅极的电压改变电流来放大信号的能力。在图4所示的示例中，当栅极电压变低时，电流容易流动。当来自复位信号线的复位信号Reset使复位晶体管T41导通时，PD 42连接到电压为Vr的电源以对初始电荷进行充电。然后，在读取时段中，复位晶体管T41关断，并且通过在PD 42上照射光来增加暗电流，从而释放所存储的初始电荷。此时，PD 42的阴极侧上的电位根据光强度而变化，从而放大晶体管T43放大从电源电压为Vdd的电源流出的信号并将该信号提供给第j列线Column(j)。读取晶体管T44允许像素阵列的单行(single row)被读取电子电路读取。
当将使用图1所示的6T1C电路或图3所示的7T1C电路的像素单元驱动电路与图像传感器中使用的图4所示的APS一起实施时，电路构造变得复杂。这种复杂情况需要更多的占用空间，因此降低了图像传感器的分辨率。
根据本实施例，在像素单元驱动电路和APS的组合中使用双栅极晶体管以使构造更简单。该双栅极晶体管用于OLED中的信号传输，以及PD信号的放大。例如，对双栅极晶体管和图像传感器中的光电二极管而言，可以使用由双栅极晶体管和图像传感器中的光电二极管构成的三维有源像素传感器PD(3D APS PD)。
在像素单元驱动电路与APS的组合中，一个问题是如何使光电二极管复位。本实施例提供一种通过简单的构造来复位光电二极管并快速读取光电二极管的方法。
图5是示出根据本实施例的包括像素单元驱动电路501和图像传感器502的组合的像素电路5的构造的示图。像素单元驱动电路501使用7T1C电路，并补偿驱动晶体管的阈值电压Vth。
像素单元驱动电路501包括开关晶体管T52，用于响应于施加到第二扫描线的扫描(栅极)信号Gate2来切换施加到相应数据线的电压电平为Vdata的数据信号。像素单元驱动电路501还包括驱动晶体管T53和补偿晶体管T55，驱动晶体管T53根据与通过开关晶体管T52输入到驱动晶体管T53的源极的数据信号相对应的充电电压为OLED 59提供驱动电流，补偿晶体管T55用于补偿驱动晶体管T53的阈值电压。像素单元驱动电路501还包括电容器C51和OLED 59，电容器C51用于存储施加至驱动晶体管T53的栅极的数据信号，OLED 59发射与所施加的驱动电流相对应的光。
此外，像素单元驱动电路501包括：开关晶体管T51，用于响应于发射信号Em向驱动晶体管T53提供5V的电源电压Vdd；以及开关晶体管T56，用于响应于发射信号Em向OLED59提供驱动电流输入。驱动晶体管T53根据由驱动晶体管T53的栅极的输入确定的驱动晶体管T53的电阻值，向开关晶体管T56提供从电源电压Vdd降低的电压。像素单元驱动电路501还包括复位晶体管T54、T57，用于响应于施加到紧邻在第二扫描线之前的第一扫描线的扫描信号Gate1来初始化存储在电容器C51中的数据信号。晶体管T51至T57被配置为p型薄膜晶体管(TFT)。
开关晶体管T52被配置为包括对可见光透明的顶栅(第一栅极)和对可见光不透明的底栅(第二栅极)的双栅极晶体管。顶栅(第一栅极)连接到PD 58的阳极侧第一端子，底栅(第二栅极)通过相应第二扫描线连接到像素单元驱动电路501。开关晶体管T52的源极施加有施加至相应数据线的电压电平为Vdata的数据信号，漏极与驱动晶体管T53的源极连接。如稍后将描述的，作为双栅极晶体管的开关晶体管T52用作像素单元驱动电路501的开关和PD58的放大器。
驱动晶体管T53的栅极连接到电容器C51的一个端子，漏极通过开关晶体管T56连接到OLED 59的一个端子。补偿晶体管T55的漏极连接至驱动晶体管T53的栅极，源极连接至驱动晶体管T53的漏极，并且栅极施加有扫描信号Gate2。从相应电源向电容器C51的另一端子提供5V的电源电压Vdd。
开关晶体管T51的栅极施加有发射信号Em，源极通过相应电源电压线施加有电源电压Vdd，并且漏极被连接到驱动晶体管T53的源极。开关晶体管T56的栅极施加有发射信号Em，源极连接至驱动晶体管T53的漏极，并且漏极连接至EL元件OLED 59的一个端子(阳极)。EL元件OLED 59的另一个端子连接到电压Vss为-2V的电源。
复位晶体管T54的栅极施加有扫描信号Gate1，源极连接到电容器C51的一个端子，并且漏极施加有初始化电压Vinit。复位晶体管T57的源极连接到初始化电压Vinit为1V的电源，栅极连接到第一扫描线，漏极连接到OLED 59的阳极。
接下来，将描述图像传感器502的构造。图像传感器502包括作为光传感器的PD58、复位晶体管T58和由像素单元驱动电路501共享的开关晶体管T52。PD 58的阳极侧端子(第一端子)连接至开关晶体管T52的顶栅，且其阴极侧端子(第二端子)连接到用于偏置电压VPD的偏置电极。复位晶体管T58的栅极连接至复位信号线，源极连接至电压为Vrst的电源，且漏极连接至PD 58的阳极。
接下来，将参照图6中的时序图描述由图5所示的像素电路5执行的像素控制方法的过程。根据本实施例，在初始化时段和写入时段之间执行读取和复位，其中在初始化时段中像素单元驱动电路501初始化像素单元，在写入时段中预充电用于驱动像素单元的电压。
在初始化时段中，第一扫描信号Gate1处于低电平，第二扫描信号Gate2和发射信号Em处于高电平。另外，在PD 58的阴极处的偏置电压VPD处于高电平，并且在其阳极处的电位AND接近于高电平。低电平扫描信号Gate1使复位晶体管T54、T57导通，而高电平扫描信号Gate2和发射信号Em使其他晶体管T51至T53、T55和T56关断。因此，像素单元驱动电路501采用如图7所示的电路构造，使得存储在电容器C51中的数据信号被初始化，从而使得初始化电压Vinit被施加到驱动晶体管T53的栅极。因此，复位晶体管T57导通，从而初始化电压Vinit也被施加到OLED 59。
接下来，执行PD 58的读取(PD读取)及其复位(PD复位)。在PD读取时段中，扫描信号Gate1处于高电平。同时，待提供给开关晶体管T52的底栅(第二栅极)的扫描信号Gate2的脉冲电平被自适应地控制为低电平和高电平之间的中间量。另外，发射信号Em处于低电平，复位信号Reset处于高电平，并且PD 58的阳极侧电位AND几乎处于高电平。复位晶体管T54、T57关断，开关晶体管T51、T56被发射信号Em导通。因此，像素单元驱动电路501采用如图8所示的电路构造，从而照射到PD 58上的光照使得存储在其中的初始电荷放电。因为此时通过扫描信号Gate2向开关晶体管T52施加中间电压，所以取决于顶栅处电压的电流从电源电压为Vdd的电源提供给数据线Data。
接下来，在PD复位时段中，扫描信号Gate1处于高电平，扫描信号Gate2处于高电平，发射信号Em处于低电平，复位信号Reset处于低电平，并且PD 58的阳极电位AND处于低电平。因此，像素单元驱动电路501采用如图9所示的电路构造，使得PD 58的阳极连接到电压为Vrst的电源。该Vrst低于PD 58的阴极侧上的偏置电压VPD，使得PD 58被复位。之后，像素阵列T58保持关断直到下一个复位时段，并且照射到PD 58上的光照使阳极电位AND逐渐增加，从而阳极电位AND接近偏置电压VPD。
接下来，在OLED写入时段中，扫描信号Gate1处于高电平，扫描信号Gate2处于低电平，并且发射信号Em处于高电平。此外，复位信号Reset处于高电平，并且阳极电位AND处于低电平。因此，复位晶体管T54、T57关断，开关晶体管T51、T56关断，并且补偿晶体管T55和驱动晶体管T53导通。扫描信号Gate2也使得开关晶体管T52导通，并且发射信号Em使得开关晶体管T51、T56关断，从而像素单元驱动电路501采用如图10所示的电路构造。因此，待施加到相应数据线的电压电平为Vdata的数据信号被施加到驱动晶体管T53的源极，驱动晶体管T53的栅极电压被稳定为Vdata+Vth，其中Vth是驱动晶体管T53的阈值电压。然后，与栅极电压相对应的电荷被存储在电容器C51中，从而完成预充电操作。
最终，在发射时，扫描信号Gate1处于高电平，在扫描信号Gate2变高之后发射信号Em变低，然后，复位信号Reset变高，阳极电位AND变低。结果，低电平发射信号Em使开关晶体管T51、T56导通，高电平扫描信号Gate1使复位晶体管T54、T57关断，而高电平扫描信号Gate2使补偿晶体管T55和开关晶体管T52关断。因此，根据与输入到驱动晶体管T53的栅极的数据信号相对应的充电电压产生的驱动电流经由晶体管T53被提供给OLED 59，从而使OLED 59发光。
根据本实施例，如上所述，在OLED和APS的组合中，可以快速地执行PD的复位和读取。
(第二实施例)
图11是示出根据本发明另一实施例的包括像素单元驱动电路501和图像传感器110的组合的像素电路11的构造的示图。像素电路11与图5所示的像素电路5的不同之处在于，像素电路11不具有复位晶体管T58。在该实施例中，通过控制PD 58的阴极侧上的偏置电压VPD来复位PD 58。
将参照图12中的时序图描述由图11所示的像素电路11执行的像素控制方法的过程。初始化时段和PD读取时段中的操作与上面参考图6所描述的操作相同。在PD复位时段中，如圆圈1201所示，偏置电压VPD在阳极电位AND变低的同时变低。当通过控制偏置电压VPD将阳极电位AND设置为高并且将偏置电压VPD设置为低时，电流沿正向偏置方向流过PD 58，从而复位阳极电位AND。
在下一个PD复位时段中，由于PD 58中的寄生电容，阳极电位AND的电平开始略高于PD复位时段中的电平。
从上面显而易见，可以通过控制OLED和APS组合中的偏置电压VPD来复位PD，而无需图像传感器中额外的复位晶体管。
(第三实施例)
图13至图15是用于描述在上述像素电路中控制复位PD 58的频率的示例的时序图。在图13至图15中，Gaten-1和Gaten-2分别表示第n条扫描线上的第一扫描信号和第二扫描信号。此外，添加到Em1、VPD1、AND1等的数字表示扫描线的编号。
图13示出了一个示例，其中在具有60Hz刷新率的OLED中，对于四条扫描线中的每条，以相同的频率依次执行向OLED的数据写入以及PD的复位和读取。通常，将数据写入OLED大约需要1μs。如上所述，当每次在OLED的复位和写入之间添加PD的复位和读取时，数据写入间隔相应地变长。在具有2000到3000条扫描线的显示器的情况下，缓慢的显示器操作会变得很明显。
因此，在本实施例中，将复位和读取PD的频率设置为低于写入OLED的频率，以缩短数据写入间隔。
图14示出了对于刷新率为60Hz的OLED中的四条扫描线，将PD的复位和读取频率设置为30Hz的情况。具体地，当针对每条扫描线按顺序地执行向OLED的数据写入时，针对每两次数据写入操作执行一次针对单条扫描线的PD的复位和读取。在图4所示的示例中，首先对奇数编号的扫描线执行PD的复位和读取，然后对偶数编号的扫描线执行PD的复位和读取。
图15示出了对于刷新率为60Hz的OLED中的四条扫描线，将数据写入OLED的频率以及复位和读取PD的频率设置为15Hz的情况。具体地，在对每条扫描线依次执行向OLED的数据写入时，每四次执行一次对单条扫描线的PD的复位和读取。
将复位和读取PD的频率设置为低于像素单元驱动电路驱动像素的频率，允许更快地执行下一条扫描线的数据写入操作。结果，可以缩短同一扫描线的数据写入间隔。
图16是示出根据本发明实施例的包括像素电路的显示装置的构造示例的框图。显示装置16包括上述像素电路和屏幕，其中像素电路用于控制屏幕。像素电路包括在像素阵列164中。像素阵列164具有以N行×M列二维(以矩阵形式)排列的多个像素电路。提供像素驱动信号的垂直扫描电路161设置在像素阵列164的一端侧(图中的左侧)。像素阵列164和垂直扫描电路161通过信号线162彼此连接。此外，连接到单独的列信号线165的信号转换器166和水平扫描电路167设置在成像区域的下端侧(图中的下侧)。
显示装置16包括时序控制器163。时序控制器163生成并输出主时钟或通过基于主时钟对主时钟进行分频而获得的时钟。与从时序控制器163输出的时钟同步地控制垂直扫描电路161、信号转换器166和水平扫描电路167。
垂直扫描电路161设置地址并控制垂直扫描。信号转换器166执行诸如来自像素的模拟输出到数字输出的转换之类的信号转换处理，并且将转换后的信号输出到输出电路168。水平扫描电路167与从时序控制器163输出的时钟同步地依次选择信号转换器166，读取信号，并将该信号输出到输出电路168。输出电路168将在信号转换器166中转换的数字输出转换为与颜色阵列相对应的信号，并输出转换后的信号。
由根据上述每个实施例的OLED和APS的组合构成的像素电路可以适用于各种电子设备，例如便携式电话、智能电话、个人数字助理(personal digital assistant,PDA)和PC。
应当注意，使图像传感器的读取面和显示面为同一面，允许使用从显示面照射的光来读取图像。这种处理例如对于指纹认证是有效的。
尽管前述实施例例示了其中像素单元驱动电路包括六个或七个晶体管和一个电容器的构造，但是晶体管和电容器的数量以及电路构造不限于上述示例，并且可以以各种其他形式进行修改。
以上说明仅为本发明的具体实施方式，并不意在限制本发明的保护范围。本领域技术人员在所公开的技术范围内容易想到的任何变化或替换都应落入本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (15)

1.一种像素电路，包括：
光传感器；
双栅极晶体管，所述双栅极晶体管的第一栅极连接至所述光传感器的第一端子，第二栅极连接至像素单元驱动电路；和
偏置电极，所述偏置电极连接至所述光传感器的第二端子，
其中所述双栅极晶体管用作所述像素单元驱动电路的开关和所述光传感器的放大器，并且
所述第二栅极的脉冲电平被自适应地控制。
2.根据权利要求1所述的像素电路，其中，
在初始化所述像素单元驱动电路的初始化时段和预充电用于驱动像素单元的电压的写入时段之间执行所述光传感器的读取和复位。
3.根据权利要求1或2所述的像素电路，还包括：复位晶体管，所述复位晶体管的源极连接到复位电压，漏极连接到所述光传感器的所述第一端子，其中通过控制提供给所述复位晶体管的栅极的复位信号来复位所述光传感器。
4.根据权利要求1或2所述的像素电路，其中通过控制所述偏置电极的电压来复位所述光传感器。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的像素电路，其中，
在读取所述光传感器的时段中，高电平和低电平之间的电平的电压被施加到所述第二栅极，并且
所述光传感器中存储的电荷的放电使电流根据施加到所述第一栅极的电压流过所述双栅极晶体管。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的像素电路，其中，
对每条扫描线依次执行所述光传感器的复位和读取。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的像素电路，其中，
以比所述像素单元驱动电路驱动像素的频率低的频率执行所述光传感器的复位和读取。
8.一种由像素电路执行的像素控制方法，所述像素电路包括光传感器、双栅极晶体管以及偏置电极，所述双栅极晶体管的第一栅极连接到所述光传感器的第一端子，第二栅极连接到像素单元驱动电路，所述偏置电极连接到所述光传感器的第二端子，所述方法包括：
使所述双栅极晶体管用作所述像素单元驱动电路的开关；以及
使所述双栅极晶体管用作所述光传感器的放大器，所述第二栅极的脉冲电平被自适应地控制。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，
所述使所述双栅极晶体管用作所述像素单元驱动电路的开关包括：
初始化所述像素单元驱动电路；以及
预充电用于驱动像素单元的电压，并且
所述使所述双栅极晶体管用作所述光传感器的放大器包括，在所述初始化和所述预充电之间：
读取所述光传感器；以及
复位所述光传感器。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述像素电路还包括复位晶体管，所述复位晶体管的源极连接到复位电压，漏极连接到所述光传感器的所述第一端子，并且所述复位包括：
通过控制提供给所述复位晶体管的栅极的复位信号来复位所述光传感器。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述复位包括通过控制所述偏置电极的电压来复位所述光传感器。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的方法，其中，
所述读取包括：
向所述第二栅极施加高电平和低电平之间的电平的电压，
其中存储在所述光传感器中的电荷的放电使电流根据施加到所述第一栅极的电压流过所述双栅极晶体管。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的方法，其中，
对每条扫描线依次执行所述读取。
14.根据权利要求8至13中任一项所述的方法，其中，
以比所述像素单元驱动电路驱动像素的频率低的频率执行所述读取。
15.一种显示装置，包括：
根据权利要求1至6中任一项所述的像素电路和屏幕，其中所述像素电路用于控制所述屏幕。
CN201980095505.1A 2019-04-18 2019-04-18 像素电路和像素控制方法 Active CN113692613B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/CN2019/083298 WO2020211053A1 (en) 2019-04-18 2019-04-18 Pixel circuit and pixel control method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113692613A true CN113692613A (zh) 2021-11-23
CN113692613B CN113692613B (zh) 2023-03-21

Family

ID=72837627

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980095505.1A Active CN113692613B (zh) 2019-04-18 2019-04-18 像素电路和像素控制方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20220036825A1 (zh)
EP (1) EP3948837A4 (zh)
CN (1) CN113692613B (zh)
WO (1) WO2020211053A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114078414A (zh) * 2021-11-22 2022-02-22 武汉华星光电技术有限公司 环境光监测电路及具有该环境光监测电路的显示面板
CN114170939B (zh) * 2021-12-02 2023-05-30 武汉华星光电技术有限公司 环境光监测电路及具有该环境光监测电路的显示面板

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002073956A1 (en) * 2001-03-09 2002-09-19 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Optical sensor circuit
US20070189604A1 (en) * 2003-12-11 2007-08-16 Natan Baron Method and apparatus for camera shake compensation
US20110012009A1 (en) * 2009-07-16 2011-01-20 Chuang Ming-Hung Image sensor
CN107431766A (zh) * 2015-03-26 2017-12-01 卡尔斯特里姆保健公司 使用双栅极tft结构的设备和方法
CN108428721A (zh) * 2018-03-19 2018-08-21 京东方科技集团股份有限公司 一种显示装置及控制方法
WO2018197987A1 (en) * 2017-04-28 2018-11-01 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Imaging display device and electronic device
CN108735782A (zh) * 2018-04-19 2018-11-02 佛山市顺德区中山大学研究院 一种基于oled的光电传感器的垂直集成结构

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110122111A1 (en) * 2008-06-03 2011-05-26 Christopher Brown Display device
KR100975872B1 (ko) * 2008-10-20 2010-08-13 삼성모바일디스플레이주식회사 광 감지 장치, 회로 및 광 감지 회로 구동 방법
CN101621068B (zh) * 2009-08-03 2011-06-15 友达光电股份有限公司 图像传感器
US10585506B2 (en) * 2015-07-30 2020-03-10 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Display device with high visibility regardless of illuminance of external light
CN105044955B (zh) * 2015-09-02 2018-09-11 京东方科技集团股份有限公司 光电传感器及其驱动方法、阵列基板和显示装置
CN107204172B (zh) * 2017-06-02 2019-05-21 京东方科技集团股份有限公司 像素电路及其驱动方法、显示面板

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002073956A1 (en) * 2001-03-09 2002-09-19 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Optical sensor circuit
US20070189604A1 (en) * 2003-12-11 2007-08-16 Natan Baron Method and apparatus for camera shake compensation
US20110012009A1 (en) * 2009-07-16 2011-01-20 Chuang Ming-Hung Image sensor
CN107431766A (zh) * 2015-03-26 2017-12-01 卡尔斯特里姆保健公司 使用双栅极tft结构的设备和方法
WO2018197987A1 (en) * 2017-04-28 2018-11-01 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Imaging display device and electronic device
CN108428721A (zh) * 2018-03-19 2018-08-21 京东方科技集团股份有限公司 一种显示装置及控制方法
CN108735782A (zh) * 2018-04-19 2018-11-02 佛山市顺德区中山大学研究院 一种基于oled的光电传感器的垂直集成结构

Also Published As

Publication number Publication date
EP3948837A4 (en) 2022-03-16
CN113692613B (zh) 2023-03-21
US20220036825A1 (en) 2022-02-03
WO2020211053A1 (en) 2020-10-22
EP3948837A1 (en) 2022-02-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111048041B (zh) 像素电路及其驱动方法、显示面板和显示装置
US11030959B2 (en) Pixel circuit and driving method thereof, and display device
CN111128079B (zh) 像素电路及其驱动方法、显示面板和显示装置
CN110176213B (zh) 像素电路及其驱动方法、显示面板
CN110268465B (zh) 像素电路、显示面板及像素电路的驱动方法
US9123672B2 (en) Semiconductor device
US20210201787A1 (en) Display panel, driving method thereof, and display device
US9990884B2 (en) Pixel selection control method, driving circuit, display apparatus and electronic instrument
US9047814B2 (en) Pixel circuit, display device, electronic apparatus, and method of driving pixel circuit
CN110235193B (zh) 像素电路及其驱动方法、显示装置及其驱动方法
US9552764B2 (en) Display device, pixel circuit, electronic apparatus, and method of driving display device
US11328668B2 (en) Pixel circuit and driving method thereof, and display panel
CN101577083A (zh) 显示装置、用于显示装置的驱动方法和电子设备
JP4161373B2 (ja) 表示装置
CN110164375B (zh) 像素补偿电路、驱动方法、电致发光显示面板及显示装置
US11367393B2 (en) Display panel, driving method thereof and display device
US20220036825A1 (en) Pixel circuit and pixel control method
JP2005151015A (ja) 表示装置およびその駆動方法
GB2620507A (en) Pixel circuit and driving method therefor and display panel
CN113892133B (zh) 像素电路和像素控制方法
US11893939B2 (en) Pixel driving circuit, pixel driving method, display panel and display device
CN111402798A (zh) 像素驱动电路及其控制方法、显示装置
KR20220150052A (ko) 광학센서 일체형 표시 장치 및 그 동작 방법
CN117746799A (zh) 显示面板及其亮度补偿方法、像素阵列、显示装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant