CN113936591B - 显示器件驱动电路及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种显示器件驱动电路，包括锁存器、数据刷新开关T5、驱动管T6、发光单元EL和恒流源IDD，所述锁存器包括MOS管T1、MOS管T2、MOS管T3和MOS管T4；本发明还公开了一种显示器件驱动电路的驱动方法，本发明采用锁存器维持像素持续发光的OLED驱动电路及按像素灰度数据的位权值来刷新锁存器的数据以实现对发光像素亮度控制。

Description

显示器件驱动电路及其驱动方法

技术领域

本发明涉及显示技术领域，特别是一种显示器件驱动电路及其驱动方法。

背景技术

AMOLED(主动式有机发光二极管)和MicroLED(微小发光二极管，也称之为uLED)是业界公认的新一代显示技术，二者均属于电流驱动型的发光显示器件，无论是用于平板显示采用玻璃或塑料基板的TFT驱动技术，还是用于VR/AR(虚拟显示/增强现实)或头盔显示采用硅基的CMOS驱动技术，二者均面临难以制造超高分辨率、超高解析度或超高帧刷新率显示器件的行业共性技术难题，主要是受制于难以在有限的像素区域内容纳所需的像素驱动元件及较长的存储电容充放电时间与高速寻址之间的矛盾。

现有技术中，AMOLED和MicroLED的像素驱动通常采用模拟驱动方式，基本的像素驱动电路采用称之为2T1C的电路结构，其中存储电容用于维持像素单元在一帧图像周期中持续发光，工作在放大状态的驱动管为发光像素提供驱动电流，工作在开关状态的开关管在扫描寻址期间将数据电压写入存储电容。但由于驱动管的阈值电压及电子迁移率存在非均匀性，且阈值电压随着时间的变化将发生漂移，开关管漏电流也会使存储电容两端的电压发生变化，这些因素均将导致图像显示质量的劣化。为改善这些问题，业内研究提出了多种驱动补偿技术，相应的像素驱动电路在2T1C基本型的基础上，衍生出了4T1C、6T1C、8T2C等更复杂的电路。但这样不仅会增加制程工艺难度，而且大大增加了像素电路占用的面积，尤其在采用TFT背板技术的600PPI以上的平板显示器件或采用硅基驱动的3000PPI以上的微显示器件中，很难将如此复杂的驱动电路设计在面积有限的像素单元内，同时仍无法解决较长的存储电容充放电时间与高速寻址之间的矛盾问题，难以用于8K以上的超高分辨率显示器件。

为解决模拟驱动方式存在的驱动管参数变化对图像显示质量的影响及储存电容难以满足高速寻址等问题，业内也有提出数字驱动的技术方案，但现有数字驱动的方案存在像素驱动电路占用面积大且驱动控制逻辑复杂的问题。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种显示器件驱动电路及其驱动方法，本发明在解决因驱动管参数变化导致图像显示质量劣化和存储电容不能满足高速寻址的问题的同时，像素驱动电路只需较少的MOS管、电源线、控制线和数据线，从而可以大大减小像素驱动电路所占的面积。因此，本发明所述技术方案能同时解决驱动管参数变化导致图像显示质量劣化和实现超高分辨率、超高解析度或超高帧刷新率的AMOLED或MicroLED显示器件的行业共性技术难题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种显示器件驱动电路，包括锁存器、数据刷新开关T5、驱动管T6、发光单元EL和恒流源IDD，所述锁存器包括MOS管T1、MOS管T2、MOS管T3和MOS管T4；所述MOS管T1的漏极和MOS管T3的漏极相连作为锁存器输入端A，MOS管T2的漏极和MOS管T4的漏极相连作为锁存器输出端B；MOS管T1的栅极和MOS管T3的栅极相连后再与输出端B相连，MOS管T2的栅极和MOS管T4的栅极相连后再与输入端A相连；MOS管T3和MOS管T4的源极共同连接电源负端VSS，MOS管T1和MOS管T2的源极共同连接电源正端VDD；所述数据刷新开关T5的源极连接数据线D_Bit，数据刷新开关T5的栅极与扫描线Scan相连，数据刷新开关T5的漏极与锁存器输入端A相连；驱动管T6的栅极与锁存器输出端B相连，驱动管T6的漏极与发光单元EL的正端相连，驱动管T6的源极与所述恒流源IDD相连，发光单元EL的负端与电源负端VSS相连。

作为本发明的进一步改进，所述显示器件为主动式有机发光二极管AMOLED或微小发光二极管MicroLED。

作为本发明的进一步改进，所述MOS管T1、MOS管T2和驱动管T6为PMOS管，所述MOS管T3、MOS管T4和数据刷新开关T5为NMOS管。

本发明还提供一种如上所述的显示器件驱动电路的驱动方法，包括：

设置扫描线Scan的高电平为VDD+V_TH，其中V_TH为数据刷新开关T5的阈值电压；

显示器件显示一帧图像的时间周期为T_F，像素灰度数字信号为N位二进制数，即Nbit，其最低位，即bit0所对应的像素发光时间为T₀，T₀＝T_F/2^N，在一帧图像周期内，每行像素周期性地扫描2^N次，每次扫描维持T₀发光时间；

在每行像素的逐次扫描寻址时刻，像素灰度数据从bit0位至bitN位依次输入数据线D_Bit，各bit位数据在像素行的连续n次扫描寻址时刻重复输出到数据线D_Bit，其中n为像素灰度数据各bit位对应的位权值，即像素灰度数据的第n bit位，其数据值在连续2ⁿ次扫描寻址时刻重复输出到数据线D_Bit。

下面对本发明作进一步的说明：

本发明采用锁存器维持像素持续发光的OLED驱动电路及按像素灰度数据的位权值来刷新锁存器的数据以实现对发光像素亮度控制。本发明不需要存储电容，所需元器件和信号线的数量少，像素驱动管工作在开关、恒流状态，不仅满足高速扫描寻址的要求，而且可以大大减少像素电路所占的面积，还可以避免驱动管阈值电压及迁移率的变化所导致的图像显示质量劣化，降低制程工艺要求，提高生产良率。尤其恒流驱动的特点，可以使MicroLED始终工作在发光效率的最优点，发光光谱稳定，显示颜色不会随着发光亮度而变化。

具体地，恒流源IDD为OLED或LED显示器件的所有阵列像素的公共元件。

在集成电路和TFT制程中，MOS管远比电容元件占用面积小，本发明所述驱动电路全部采用MOS管设计，且仅需要1条控制线、1条数据线、2条电源线(包括电源地)，因此有利于显著减小像素驱动电路所需占用的面积，满足超高解析度显示屏的设计要求。

本发明显示器件的驱动方法如下：

当扫描线Scan为高电平时，数据刷新开关T5导通，像素灰度数字信号的1bit数据经数据线D_Bit输入锁存器A端，此时当数据信号为高电平时，锁存器B端输出低电平，当数据信号为低电平时，锁存器B端输出高电平。

当扫描线Scan为低电平时，数据刷新开关T5截止，本领域的普通技术人员容易理解，此时锁存器的输出将锁定在数据刷新开关T5导通时的状态。

所以设置扫描线Scan的高电平为VDD+V_TH,数据线D_Bit的高电平为VDD，以保证二者在均为高电平时电压相差V_TH，数据刷新开关T5仍能导通，其中V_TH为数据刷新开关T5的阈值电压。

当锁存器B端输出低电平时，驱动管T6导通，恒流源IDD的电流驱动发光单元EL发出亮度为L_P的光；当锁存器B端输出高电平时，驱动管T6截止，发光单元EL不发光。

设定OLED显示器件显示一帧图像的时间周期为T_F，像素灰度数字信号为N位二进制数(N bit)，其最低位(bit0)所对应的像素发光时间为T₀，且有如下关系：

T₀＝T_F/2^N (1)

本发明的像素驱动方法，在一帧图像周期内，每行像素周期性地扫描2^N次。在每行像素的逐次扫描寻址时刻，像素灰度数据从bit0至bitN依次输入数据线D_Bit，进一步地，各bit位数据在像素行的连续n次扫描寻址时刻重复输出到数据线D_Bit，其中n为像素灰度数据各bit位对应的位权值，也就是说，像素灰度数据的第n bit位，其数据值在连续2ⁿ次扫描寻址时刻重复输出到数据线D_Bit。

像素灰度数据的bit位为1，则数据线D_Bit输出高电平VDD；像素灰度数据的bit位为0，则数据线D_Bit输出低电平VSS。

如果像素灰度数据的bit0为1，则第1次扫描该像素所在行时，Scan输出高电平VDD+V_TH，该像素的数据线D_Bit输出高电平VDD，锁存器输出低电平，驱动管T6导通，该像素单元EL发出亮度为L_P的光；如果该像素灰度数据的bit0为0，则第1次扫描该像素所在行时，该像素的数据线D_Bit输出低电平，锁存器输出高电平，驱动管T6截止，该像素单元EL不发光；如果像素灰度数据的bit1为1，则从该像素所在行第2¹次扫描开始的连续2¹次扫描的寻址时刻，该像素的数据线D_Bit输出高电平VDD，使驱动管T6的栅极为低电平而导通，该像素单元EL连续2¹个扫描周期均发光；如果该像素灰度数据的bit1为0，则该像素所在行第2¹次扫描开始的连续2¹次扫描的寻址时刻，该像素的数据线D_Bit输出低电平，使驱动管T6的栅极为高电平而截止，该像素单元EL连续2¹个扫描周期均不发光；依次类推，如果像素灰度数据的第n位为1，则从该像素所在行第2ⁿ次扫描开始的连续2ⁿ次扫描的寻址时刻，该像素的数据线D_Bit输出高电平VDD，驱动管T6导通，该像素单元EL连续2ⁿ个扫描周期均发光；如果该像素灰度数据的第n位为0，则该像素所在行第2ⁿ次扫描开始的连续2ⁿ次扫描的寻址时刻，该像素的数据线D_Bit输出低电平，驱动管T6截止，该像素单元EL连续2ⁿ个扫描周期均不发光。

像素单元EL在一帧图像周期内的平均亮度L与像素灰度数据Data及像素峰值发光亮度L_P的关系如下：

L＝Data*Lp/T_F＝Data*Lp/2^N (2)

其中，像素峰值发光亮度L_P由恒流源提供的驱动电流IDD及像素EL的发光特性决定。

由于MOS管导通和截止的响应时间很快(远快于现有技术中的电容充放电时间)，像素行的扫描寻址时间(也即锁存器的数据刷新时间)很短，可达几纳秒，因此本发明所述像素驱动电路及其驱动方法满足超高分辨率、超高帧刷新率OLED显示屏的高速寻址要求。

本发明的有益效果是：

本发明所述OLED显示器件的驱动电路及其驱动方法，不仅满足超高解析度、超高分辨率或超高帧刷新率显示屏的要求，而且可以解决因像素驱动管阈值电压及迁移率的变化所导致的图像质量劣化，有利于降低制程工艺要求，提高生产良率，同时由于采用恒流驱动，可以使MicroLED始终工作在发光效率的最优点，发光光谱稳定，显示颜色不会随着发光亮度而变化。本发明为AMOLED、MicroOLED、MicroLED的行业关键共性技术问题提供了很好的技术解决方案，故具有很高的技术价值和很强的实用性。

附图说明

图1为本发明实施例中驱动电路的电路结构示意图；

图2为本发明实施例中的像素驱动时序图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

实施例

如图1所示，一种显示器件驱动电路，包括锁存器、数据刷新开关T5、驱动管T6、发光单元EL、恒流源IDD。所述锁存器包括MOS管T1～T4，其中T1的漏极和T3的漏极相连作为锁存器输入端A，T2的漏极和T4的漏极相连作为锁存器输出端B；T1、T3的栅极相连后再与输出端B相连，T2、T4的栅极相连后再与输入端A相连；T3、T4的源极共同连接电源负端VSS，T1、T2的源极共同连接电源正端VDD。所述数据刷新开关T5的源极S5连接数据线D_Bit，栅极G5与扫描线Scan相连，漏极D5与锁存器输入端A相连。所述驱动管T6的栅极G6与锁存器输出端B相连，漏极D6与发光单元EL的正端相连，源极S6与恒流源IDD相连。所述发光单元EL为OLED或uLED发光像素，其负端与电源负端VSS相连。所述恒流源IDD为OLED或uLED显示器件的所有阵列像素的公共元件。在本实施例中，T1、T2、T6为PMOS管，T3～T5为NMOS管。

本实施例还提供一种如上述的显示器件驱动电路的驱动方法：

当扫描线Scan为高电平VDD+V_TH时，数据刷新开关T5导通，像素灰度数字信号的1bit数据经数据线D_Bit输入锁存器A端，如数据信号为1，则数据线D_Bit输出高电平VDD，锁存器B端输出低电平VSS(VSS通常为0V)，如数据信号为0，则数据线D_Bit输出低电平VSS，锁存器B端输出高电平VDD。当扫描线Scan为低电平VSS时，数据刷新开关T5截止，本领域的普通技术人员容易理解，此时锁存器的输出将锁定在数据刷新开关T5导通时的状态。当锁存器B端输出低电平VSS时，驱动管T6导通，恒流源IDD的电流驱动发光单元EL发出亮度为L_P的光；当锁存器B端输出高电平VDD时，驱动管T6截止，发光单元EL不发光。

以帧刷新频率为60Hz、像素灰度数据为8bit且数据值为10100101为例，本发明所述驱动方法的驱动时序如附图2，具体如下：

因像素灰度数据为8bit，故在显示器件一帧图像周期T_F内，每行像素周期性地扫描寻址2⁸＝256次，每行像素每次扫描维持的发光时间为：

T₀＝T_V/2^N＝(1/60)/2⁸＝65uS (3)

在每行像素的逐次扫描寻址时刻，像素灰度数据从bit0至bit7依次输入数据线D_Bit。进一步地，各bit位数据在像素行的连续n次扫描寻址时刻重复输出到数据线D_Bit，其中n为像素灰度数据各bit位对应的位权值，也就是说，像素灰度数据的第nbit位，其数据值在连续2ⁿ次扫描寻址时刻重复输出到数据线D_Bit。

以附图2中像素灰度数据为10100101为例，在一帧图像周期T_F内，该像素被扫描寻址256次，各次扫描点亮时序如下：

bit0＝1：第1次扫描该像素所在行时，Scan输出高电平VDD+V_TH，bit0数据输出到数据线D_Bit，为高电平VDD，相应地，锁存器输出低电平，像素单元EL发出亮度为L_P的光。由于bit0的位权值为1，故bit0只在1次扫描寻址时刻输出到数据线D_Bit。

Bit1＝0：第2次扫描该像素所在行时，Scan输出高电平VDD+V_TH，bit1数据输出到数据线D_Bit，为低电平VSS，相应地，锁存器输出高电平，像素单元EL不发光。由于bit1的位权值为2¹＝2，故bit1在连续2次扫描寻址时刻输出到数据线D_Bit，也就是说第3次扫描该像素所在行时，数据线D_Bit仍然输出低电平，像素单元EL连续2个扫描周期不发光。

Bit2＝1：第4次扫描该像素所在行时，Scan输出高电平VDD+V_TH，bit2数据输出到数据线D_Bit，为高电平VDD，相应地，锁存器输出低电平，像素单元EL发出亮度为L_P的光。由于bit2的位权值为2²＝4，故bit2在连续4次扫描寻址时刻输出到数据线D_Bit，也就是说第4～7次扫描该像素所在行时，数据线D_Bit均输出高电平，像素单元EL连续4个扫描周期发光。

Bit3＝0：第8次扫描该像素所在行时，Scan输出高电平VDD+V_TH，bit3数据输出到数据线D_Bit，为低电平VSS，相应地，锁存器输出高电平，像素单元EL不发光。由于bit3的位权值为2³＝8，故bit3在连续8次扫描寻址时刻输出到数据线D_Bit，也就是说第8～15次扫描该像素所在行时，数据线D_Bit均输出低电平，像素单元EL连续8个扫描周期不发光。

Bit4＝0：第16次扫描该像素所在行时，Scan输出高电平VDD+V_TH，bit4数据输出到数据线D_Bit，为低电平VSS，相应地，锁存器输出高电平，像素单元EL不发光。由于bit4的位权值为2⁴＝16，故bit4在连续16次扫描寻址时刻输出到数据线D_Bit，也就是说第16～31次扫描该像素所在行时，数据线D_Bit均输出低电平，像素单元EL连续16个扫描周期不发光。

Bit5＝1：第32次扫描该像素所在行时，Scan输出高电平VDD+V_TH，bit5数据输出到数据线D_Bit，为高电平VDD，相应地，锁存器输出低电平，像素单元EL发出亮度为L_P的光。由于bit5的位权值为2⁵＝32，故bit5在连续32次扫描寻址时刻输出到数据线D_Bit，也就是说第32～63次扫描该像素所在行时，数据线D_Bit均输出高电平，像素单元EL连续32个扫描周期发光。

Bit6＝0：第64次扫描该像素所在行时，Scan输出高电平VDD+V_TH，bit6数据输出到数据线D_Bit，为低电平VSS，相应地，锁存器输出高电平，像素单元EL不发光。由于bit6的位权值为2⁶＝64，故bit6在连续64次扫描寻址时刻输出到数据线D_Bit，也就是说第64～127次扫描该像素所在行时，数据线D_Bit均输出低电平，像素单元EL连续64个扫描周期不发光。

Bit7＝1：第128次扫描该像素所在行时，Scan输出高电平VDD+V_TH，bit7数据输出到数据线D_Bit，为高电平VDD，相应地，锁存器输出低电平，像素单元EL发出亮度为L_P的光。由于bit7的位权值为2⁷＝128，故bit7在连续128次扫描寻址时刻输出到数据线D_Bit，也就是说第127～256次扫描该像素所在行时，数据线D_Bit均输出高电平，像素单元EL连续128个扫描周期发光。

像素单元EL在一帧图像周期内的平均亮度L如下：

L＝165*Lp/256＝0.644Lp (4)

其中，峰值发光亮度L_P由恒流源提供的驱动电流IDD及像素EL的发光特性决定。

进一步地，bit0＝1对应的第1次扫描周期的驱动时序如下：

在扫描寻址T_R时刻，扫描线Scan输出高电平VDD+V_TH，因图像数据bit0为1，故数据线D_Bit输出高电平VDD，数据刷新开关T5导通，锁存器输入高电平，锁存器输出低电平，驱动管T6导通，恒流源电流IDD流过像素单元EL，EL发光；当扫描寻址T_R时刻结束后，扫描信号Scan变为低电平使数据刷新开关T5截止，由于锁存器的工作特点，锁存器输出保持低电平不变，驱动管T6持续导通，因此在扫描周期T₀期间，像素单元EL将持续发光；直到第2个扫描周期的寻址时刻到来时，扫描线Scan输出高电平，因图像数据bit1为0，故数据线D_Bit输出低电平，数据刷新开关T5导通，锁存器输入低电平，锁存器输出高电平，驱动管T6截止，像素单元EL不发光。

由于MOS管导通和截止的响应时间可高达数纳秒，因此只需很短的扫描寻址时间，本实施例设置扫描寻址时间T_R为1uS。

本领域的普通技术人员应理解，本发明所述OLED显示器件的像素驱动电路仅是一种示例性说明，其中的MOS管T1～T6不限于实施例的PMOS、NMOS选择方案，采用其他选择时，只要配合相应的连接关系及逻辑电平即可。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种显示器件驱动电路的驱动方法，其特征在于，所述显示器件驱动电路包括锁存器、数据刷新开关T5、驱动管T6、发光单元EL和恒流源IDD，所述锁存器包括MOS管T1、MOS管T2、MOS管T3和MOS管T4；所述MOS管T1的漏极和MOS管T3的漏极相连作为锁存器输入端A，MOS管T2的漏极和MOS管T4的漏极相连作为锁存器输出端B；MOS管T1的栅极和MOS管T3的栅极相连后再与输出端B相连，MOS管T2的栅极和MOS管T4的栅极相连后再与输入端A相连；MOS管T3和MOS管T4的源极共同连接电源负端VSS，MOS管T1和MOS管T2的源极共同连接电源正端VDD；所述数据刷新开关T5的源极连接数据线D_Bit，数据刷新开关T5的栅极与扫描线Scan相连，数据刷新开关T5的漏极与锁存器输入端A相连；驱动管T6的栅极与锁存器输出端B相连，驱动管T6的漏极与发光单元EL的正端相连，驱动管T6的源极与所述恒流源IDD相连，发光单元EL的负端与电源负端VSS相连；

所述的驱动方法包括：

设置扫描线Scan的高电平为VDD+V_TH，其中V_TH为数据刷新开关T5的阈值电压；

显示器件显示一帧图像的时间周期为T_F，像素灰度数字信号为N位二进制数，即N bit，其最低位，即bit0所对应的像素发光时间为T₀，T₀＝T_F/2^N，在一帧图像周期内，每行像素周期性地扫描2^N次，每次扫描维持T₀发光时间；

在每行像素的逐次扫描寻址时刻，像素灰度数据从bit0位至bitN位依次输入数据线D_Bit，各bit位数据在像素行的连续n次扫描寻址时刻重复输出到数据线D_Bit，其中n为像素灰度数据各bit位对应的位权值，即像素灰度数据的第n bit位，其数据值在连续2ⁿ次扫描寻址时刻重复输出到数据线D_Bit。

2.根据权利要求1所述的显示器件驱动电路的驱动方法，其特征在于，所述显示器件为主动式有机发光二极管AMOLED或微小发光二极管MicroLED。

3.根据权利要求1所述的显示器件驱动电路的驱动方法，其特征在于，所述MOS管T1、MOS管T2和驱动管T6为PMOS管，所述MOS管T3、MOS管T4和数据刷新开关T5为NMOS管。

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