CN114093322A - Oled显示装置的像素驱动结构和方法 - Google Patents

Oled显示装置的像素驱动结构和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种OLED显示装置的像素驱动结构，该结构在列驱动模块中增加了一个预充电模块，在每列驱动的常规运放和像素单元之间增加选择开关，在数字控制模块中增加预设电压选择模块和控制逻辑控制选择开关。本发明还公开了基于上述结构的像素驱动方法，该方法在常规驱动前，先对像素所需灰度电压进行预判，用驱动能力较强的预充电模块将像素数据电压快速预驱动到与灰度电压相近的预设电压，然后再通过常规驱动将像素数据电压精确地驱动到灰度电压。本发明通过在列驱动模块中增加具有高驱动能力的预充电模块，弥补了常规运放驱动能力的不足，在不大量增加芯片面积和功耗的条件下，提升了像素驱动能力，确保了图像的品质。

Description

OLED显示装置的像素驱动结构和方法
技术领域
本发明涉及显示技术领域，特别是涉及有机发光二极管（OLED）显示装置的像素驱动结构和驱动方法。
背景技术
有机发光二极管（OLED）显示装置由于具有主动发光、柔性好、亮度高、效率高等诸多优点，受到广大消费者的青睐。近些年，OLED显示器厂商为了提供更清晰的显示效果，不断提高OLED屏幕的分辨率和画面刷新率，这给OLED像素的驱动电路设计带来了新的挑战。
OLED显示装置的传统的像素驱动结构如图1所示，主要包括数字控制模块、行驱动模块、列驱动模块（又称为源驱动或者数据驱动）和像素阵列。其中，列驱动模块包括多列数模转换器（DAC）和驱动运算放大器（简称运放）组合；像素阵列包括多个阵列分布的像素单元，每个像素单元分别电性连接列驱动模块的运放和行驱动模块；数字控制模块分别电性连接列驱动模块的DAC和行驱动模块。在驱动一帧屏幕显示数据时，首先数字控制模块控制行驱动模块选通所需要驱动的屏幕行，例如第i行，然后数字控制模块通过列驱动模块的DAC和运放将第i行第j列像素单元所需要的显示数据（即灰度电压Vgamma[i,j]值）驱动到该像素单元中并保存下来，而行驱动模块则会根据数字控制模块中移位寄存器的值选通下一屏幕行，直到一帧图像数据全部驱动到屏幕上每一个像素单元中。
上述传统像素驱动结构的像素驱动时序波形图如图2所示。图2中，SEL为选通信号（高电平表示选通，低电平表示显示保持），Vdata为像素数据电压，Vgamma为灰度电压，Teff为有效驱动时间（即选通信号开启时间），i为显示屏幕行的编号，j为显示屏幕列的编号。第j列驱动运算放大器须在第i行选通信号SEL[i]开启时间内，将第i行第j列的像素数据电压Vdata[i,j]驱动到第i行第j列的像素单元所需要的灰度电压Vgamma[i,j]；然后在第i+1行选通后，再在第i+1行选通信号SEL[i+1]开启时间内，将第i+1行第j列的像素数据电压Vdata[i+1,j] 驱动到第i+1行第j列的像素单元所需要的灰度电压Vgamma[i+1,j]。有效驱动时间Teff的计算公式为：Teff=1/帧率/屏幕行数。
随着屏幕分辨率的不断提高，像素行数不断增加，导致相同画面刷新频率（即帧率）下Teff变短；同时不断提高的帧率，也在降低Teff。在短暂的Teff内，运放的驱动能力不足以将像素数据电压Vdata[i,j]驱动到所需的灰度电压Vgamma[i,j]，如图2所示，从而导致图像失真，画质不清晰。
为了解决上述问题，目前常用的做法是加大每一列驱动中运放的驱动能力。然而加大运放的驱动能力势必要增加每个运放的功耗以及面积，显示驱动芯片中根据分辨率的不同往往有成千上万列驱动，增大每一列驱动中的运放的功耗和面积，将会极大的增大芯片功耗和成本，导致产品经济性下降。
发明内容
本发明要解决的技术问题之一是提供一种OLED显示装置的像素驱动结构，该结构驱动能力强，面积小，功耗低。
为解决上述技术问题，本发明的OLED显示装置的像素驱动结构，主要包括有数字控制模块、列驱动模块、行驱动模块和像素阵列。其中，行驱动模块和像素阵列与常规的像素驱动结构中的行驱动模块和像素阵列相同；列驱动模块中每列驱动电路上的数模转换器和驱动运算放大器也与常规的像素驱动结构相同。本发明相比常规像素驱动结构的改进之处主要是在列驱动模块中增加了一个预充电模块，在每列驱动的常规驱动运算放大器和像素单元之间增加选择开关；并在数字控制模块中增加存储模块存储数字二进制代码，以及增加预设电压选择模块和控制逻辑控制每列驱动的选择开关选择要驱动的电压。
所述预充电模块优选设计为如下结构：包括一个电阻分压模块、2个数模转换器、2个运算放大器和1个以上预驱动运算放大器；其中，数模转换器的输入端电性连接数字控制模块中的存储模块，输出端电性连接运算放大器的输入端，用于将由存储模块输入的最大灰度和最小灰度的数字二进制代码转换为模拟电压；2个运算放大器的输出端分别电性连接电阻分压模块的两端，用于驱动数模转换器输出的模拟电压，在电阻分压模块两端分别生成最高灰度电压和最低灰度电压；电阻分压模块中串联2个以上分压电阻，每个分压电阻的两端分别电性连接一个预驱动运算放大器的输入端，用于将电压分压，经预驱动运算放大器增大驱动能力后，生成不同的预设电压；每个预驱动运算放大器的输出端电性连接每个选择开关。所述分压电阻的电阻值可以相等，分压电阻个数和预设电压值个数可以根据实际需要进行调整。
所述预充电模块也可以不采用上述分压模式，而是设计为以下结构：包括1对以上数模转换器和预驱动运算放大器；数模转换器的输入端电性连接所述存储模块，输出端电性连接预驱动运算放大器的输入端，用于将输入的数字二进制代码转换为模拟电压；预驱动运算放大器的输出端电性连接每个选择开关，用于驱动数模转换器输出的模拟电压，生成预设电压。
数字控制模块中的存储模块可以使用寄存器存储数字二进制代码，通过调整寄存器的值，可以调整预设电压的值。
所述选择开关分别与所在列的常规驱动运算放大器、预设电压选择模块、控制逻辑和像素单元电性连接。
所述预设电压选择模块用于根据图像灰阶数字数据预判像素单元所需的灰度电压值，并控制选择开关选择与该灰度电压值最接近的预设电压进行驱动。该预设电压选择模块可以采用译码器来实现上述功能。
所述控制逻辑用于根据设定的预充电时间和常规驱动时间，控制选择开关选择预设电压或灰度电压进行驱动。
本发明要解决的技术问题之二是提供基于上述像素驱动结构的像素驱动方法。该方法将每一像素行的有效驱动时间分为预充电时间和常规驱动时间两部分；在预充电时间内，将像素数据电压驱动到与该像素单元所需灰度电压值相近的预设电压；在常规驱动时间内，将像素数据电压由上述预设电压驱动到像素单元所需的灰度电压。
一个像素行的具体驱动过程包括：
1）开启要驱动的像素行的数据写入通道；
2）在预充电时间内，数字控制模块根据图像灰阶数字数据预判该行各个像素单元所需的灰度电压值，并控制各列选择开关从预充电模块的各预设电压中选出与预判的灰度电压值相近的预设电压，驱动到相应的像素单元中；
3）预充电时间结束，在常规驱动时间内，数字控制模块控制各列选择开关选通所在列的常规驱动运算放大器，并将图像灰阶数字数据分别传输给各列驱动中的数模转换器，转换成模拟电压后，经常规驱动运算放大器驱动，生成像素单元所需的灰度电压，驱动到相应的像素单元中；
4）常规驱动时间结束，该像素行的数据写入通道关闭，该行所有像素单元进入显示保持状态。
本发明通过在像素驱动结构的列驱动模块中增加具有高驱动能力的预充电模块，并对像素灰度电压进行预判，在进行常规驱动前，先用驱动能力较强的预充电模块将像素数据电压快速预驱动到和所需灰度电压最相近的预设电压，这样在常规驱动时，就能够以较低的驱动能力将像素数据电压快速、精确地驱动到所需的灰度电压，从而保证了图像的品质。与OLED显示装置的现有像素驱动技术相比，本发明的像素驱动结构和驱动方法，具有以下优点和有益效果：
1、本发明通过增大预充电模块的驱动力来弥补常规运放驱动力的不足，由于预充电模块只需要几十个甚至几个运放，不需要增加大量芯片面积和功耗就能实现较强的驱动能力，从而可以控制产品成本，提升产品的经济性；
2、本发明在同等面积和功耗下，可以实现更大的驱动能力，更快速、精确地将像素驱动到所需要的灰度电压，适合更高的显示屏分辨率和画面刷新频率。
附图说明
图1是OLED显示装置传统的像素驱动结构示意图；
图2是图1的像素驱动结构的像素驱动时序波形图；
图3是本发明实施例1的OLED显示装置的像素驱动结构示意图；
图4是图3的像素驱动结构的预充电模块的一种内部结构示意图；
图5是图4的预充电模块的电路结构示意图；
图6是图3的像素驱动结构中，像素驱动电压的选择控制原理示意图；
图7是图3的像素驱动结构的像素驱动流程示意图；
图8是图3的像素驱动结构的像素驱动时序波形图；
图9是图3的像素驱动结构的预充电模块的另一种结构示意图。
具体实施方式
为对本发明的技术内容、特点与功效有更具体的了解，现结合附图及具体实施例，对本发明的技术方案做进一步详细的说明。
实施例1
本实施例的像素驱动结构，如图3所示，主要包括数字控制模块、列驱动模块、行驱动模块和像素阵列，其中：
数字控制模块主要包括有接口模块、存储模块、译码器、控制逻辑、行驱动控制逻辑。所述接口模块分别电性连接外部设备、列驱动模块、存储模块、译码器和控制逻辑，用于将外部设备中的图像灰阶数字数据（Gamma，为数字二进制代码）传输给译码器和控制逻辑以及列驱动模块。所述存储模块中包含有寄存器，外部设备通过所述接口模块对寄存器进行读写操作，调整寄存器的值。所述译码器和控制逻辑的数目与所述像素阵列的列数相同。所述行驱动控制逻辑电性连接所述行驱动模块，用于控制行驱动模块选通所要驱动的屏幕行。
列驱动模块主要包括有预充电模块、数模转换器（DAC）、驱动运算放大器和选择开关。数模转换器（DAC）、驱动运算放大器和选择开关的数目与所述像素阵列的列数相同。一个DAC、一个驱动运算放大器和一个选择开关依次串联成一列。DAC的输入端与所述数字控制模块中的接口模块电性连接。所述DAC用于将输入的Gamma的值转换为模拟电压值。所述驱动运算放大器用于驱动所述DAC输出的模拟电压值，生成像素单元所需的灰度电压Vgamma。本实施例中，所述预充电模块的结构如图4-5所示，主要包括一电阻分压模块，所述电阻分压模块两端分别依次串联一个运算放大器和一个DAC，2个DAC分别与所述存储模块中存储最大灰度和最小灰度数字二进制代码的2个寄存器电性连接，用于将输入的寄存器的值（为数字二进制代码）转换为模拟电压值，经运算放大器驱动，分别生成最高灰度电压VGAH和最低灰度电压VGAL；所述电阻分压模块中串联有多个等值电阻（电阻的数目可以根据需要设定），用于将最高灰度电压VGAH和最低灰度电压VGAL之间的电压等分；每个电阻的两端分别电性连接一个预驱动运算放大器的输入端，用于生成不同的预设电压Vpre。每个预驱动运算放大器的输出端电性连接每个选择开关。在本实施例中，所述预驱动运算放大器具有高驱动能力。所述选择开关还与所述数字控制模块中相应列的译码器和控制逻辑电性连接，如图6所示，所述译码器用于根据输入的Gamma的值预判相应列的像素单元所需的灰度电压Vgamma，并控制该列的选择开关选择与该列的灰度电压Vgamma的值最接近的预设电压Vpre进行预驱动。所述控制逻辑用于控制选择开关选择灰度电压Vgamma还是预设电压Vpre进行驱动。
像素阵列包括多个阵列分布的像素单元，每个像素单元分别与列驱动模块中相应列的选择开关以及行驱动模块电性连接。
以下对基于上述像素驱动结构的像素驱动方法进行详细的说明。
参见图4-5所示，数字控制模块中的存储模块存储的寄存器值（最大灰度和最小灰度的数字二进制代码），经过预充电模块中的2个DAC转换成模拟电压值，然后经预充电模块中的2个运算放大器驱动，分别生成最高灰度电压VGAH和最低灰度电压VGAL（通过调整寄存器的值可以调整VGAH和VGAL的大小），经n-1个电阻值均为R的电阻n等分后，生成n个预设电压Vpre（即Vpre[0]～Vpre[n-1]），经过预驱动运算放大器驱动输出到每个选择开关。
当驱动第i行的像素数据时，数字控制模块通过行驱动控制逻辑控制行驱动模块选通需要驱动的像素行（第i行）。数字控制模块中的接口模块将需要输出到第i行第j列像素单元上的图像灰阶数字数据Gamma[i,j]分别传输给译码器、控制逻辑和列驱动模块中的第j列的数模转换器（DAC）。
第j列的DAC将Gamma[i,j]转换为模拟电压，并经过第j列的驱动运算放大器驱动，生成第i行第j列像素单元所需要的灰度电压Vgamma[i,j]，输出到第j列的选择开关。
译码器根据Gamma[i,j]判断Vgamma[i,j]的大小，控制第j列的选择开关，从n个预设电压Vpre中选择出与Vgamma[i,j]的值最为相近的Vpre。以4个预设电压（即n=4）为例，如图6所示，假设Gamma[i,j]为m比特的二进制代码，译码器输入为Gamma[i,j]的高2位比特，输出为SEL_Vpre（SEL_Vpre[0]～SEL_Vpre[3]），其输入输出真值表如下表1所示，根据译码器输出的SEL_Vpre，从4个预设电压中选出与Vgamma[i,j]值最相近的Vpre。
表1
Figure 782376DEST_PATH_IMAGE001
控制逻辑将有效驱动时间Teff分成两部分：预充电时间Tpre和常规驱动时间Tnormal。如图7-8所示，在预充电时间Tpre内，控制逻辑控制第j列的选择开关选通到输出第j列译码器选出的最接近Vgamma[i,j]的Vpre的预驱动运算放大器，利用预驱动运算放大器的高驱动能力，将驱动到第i行第j列像素单元的数据电压Vdata[i,j]快速充电到和所需灰度电压Vgamma[i,j]最接近的预设电压值Vpre。当预充电时间Tpre结束，在剩余的有效驱动时间Teff（即常规驱动时间Tnormal）内，控制逻辑控制第j列的选择开关选通到第j列的驱动运算放大器，选择第j列的驱动运算放大器输出的灰度电压Vgamma[i,j]，将驱动到第i行第j列像素单元中的数据电压Vdata[i,j]由Vpre精确充电到Vgamma[i,j]。由于Vpre与Vgamma[i,j]较为相近，驱动运算放大器无需太大的驱动力就可以较快且准确地将像素数据电压Vdata[i,j]驱动到灰度电压Vgamma[i,j]。
当常规驱动时间结束，第i行的像素数据驱动完毕，数字控制模块中的行驱动控制逻辑控制行驱动模块关闭第i行的数据写入通道，第i行的所有像素单元进入显示保持状态，直到下一帧图像数据的到来；同时，数字控制模块中的行驱动控制逻辑控制行驱动模块选通第i+1行，继续对第i+1行的像素单元进行灰度电压的写入。
该方法的像素驱动时序波形图如图8所示，图中：
SEL为行选通信号，SEL[i]代表第i行的选通信号，SEL[i+1]代表第i+1行的选通信号，高电平表示该行的像素单元被选通进行驱动，选通信号的开启时间为有效驱动时间Teff；低电平表示，该行的像素单元进入显示保持阶段，像素单元会保持Vdata直到SEL再次变为高电平。
PRE_EN为预充电状态使能信号，高电平表示进入预充电状态，预充电状态持续的时间为预充电时间Tpre；低电平表示预充电状态结束。
Normal_EN为常规状态使能信号，高电平表示进入常规充电状态，常规充电状态持续的时间为常规驱动时间Tnormal；低电平表示常规充电状态结束。
Vdata为像素单元的数据电压，Vdata[i,j]代表第i行第j列的像素单元的数据电压，Vdata[i+1,j]代表第i+1行第j列的像素单元的数据电压。Vgamma为灰度电压，Vgamma[i,j] 代表第i行第j列像素单元所需的灰度电压，Vgamma[i+1,j] 代表第i+1行第j列像素单元所需的灰度电压。Vpre为与所需灰度电压Vgamma的值最相近的预设电压值。
由图8可见，行选通后，有效驱动时间Teff被分成了两部分，在预充电时间Tpre内，像素的数据电压Vdata被快速充电到预设电压Vpre；在常规驱动时间Tnormal内，像素的数据电压Vdata由预设电压Vpre被精确地充电到所需的灰度电压Vgamma。
实施例2
本实施例的像素驱动结构如图3所示，与实施例1不同的是，本实施例中，预充电模块没有采用分压模式，而是设计为如图9所示的结构，该结构主要由n对数模转换器和预驱动运算放大器组成（n为大于等于1的整数，可以根据需要设定）。每个数模转换器的输入端电性连接存储模块中的一个寄存器，输出端电性连接预驱动运算放大器的输入端。每个预驱动运算放大器的输出端电性连接每个选择开关。
像素驱动时，参见图9所示，数字控制模块中的存储模块存储的n个寄存器的值，经过预充电模块中的n个DAC分别转换成模拟电压值，然后经n个预驱动运算放大器增大驱动能力后，分别生成n个不同的预设电压Vpre（即Vpre[0]～Vpre[n-1]），输出到每个选择开关。
通过调整寄存器的值可以调整Vpre的值。本实施例设置每个寄存器的值，让Vpre[0]到Vpre[n-1]的值线性增大，以便于后续译码器从n个预设电压中选择最接近Vgamma的Vpre进行预驱动。
本实施例的像素驱动结构中其他模块的结构和驱动方法均与实施例1相同。
上述实施例仅为本发明的可行或较佳实施例而已，是用来说明本发明的，并非用以限制本发明申请专利的范围，因此，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，均应属于本发明专利涵盖的范围。

Claims (10)

1.OLED显示装置的像素驱动结构，包括数字控制模块、列驱动模块、行驱动模块和像素阵列，行驱动模块分别电性连接数字控制模块和像素阵列，列驱动模块中包括有数量与像素列数相同的数模转换器和驱动运算放大器，数模转换器的输出端电性连接驱动运算放大器的输入端；其特征在于：
所述数字控制模块中包括有存储模块，以及数量与像素列数相同的预设电压选择模块和控制逻辑；所述存储模块用于存储数字二进制代码；
所述列驱动模块中还包括有预充电模块以及数量与像素列数相同的选择开关；所述预充电模块输入端电性连接所述存储模块，输出端电性连接每个选择开关，用于将输入的数字二进制代码转换为模拟电压，并输出不同电压值的预设电压；
所述选择开关分别与所在列的驱动运算放大器、预设电压选择模块、控制逻辑和像素单元电性连接；所述预设电压选择模块用于根据图像灰阶数字数据预判像素单元所需的灰度电压值，并控制选择开关选择与该灰度电压值最接近的预设电压进行驱动；所述控制逻辑用于控制选择开关选择预设电压或灰度电压进行驱动。
2.根据权利要求1所述的像素驱动结构，其特征在于，所述预设电压选择模块为译码器；所述存储模块使用寄存器存储数字二进制代码。
3.根据权利要求1所述的像素驱动结构，其特征在于，所述存储模块中存储有最大灰度和最小灰度的数字二进制代码；所述预充电模块中包括有电阻分压模块、2个数模转换器、2个运算放大器和预驱动运算放大器；其中，数模转换器的输入端电性连接所述存储模块，输出端电性连接运算放大器的输入端，用于将输入的最大灰度和最小灰度的数字二进制代码转换为模拟电压；运算放大器的输出端分别电性连接所述电阻分压模块的两端，用于驱动数模转换器输出的模拟电压，在电阻分压模块两端分别生成最高灰度电压和最低灰度电压；电阻分压模块中串联有2个以上分压电阻，每个分压电阻的两端分别电性连接一个预驱动运算放大器，用于将电压分压，生成不同的预设电压；预驱动运算放大器的输出端电性连接每个选择开关。
4.根据权利要求3所述的像素驱动结构，其特征在于，所述分压电阻的电阻值相等。
5.根据权利要求1所述的像素驱动结构，其特征在于，所述预充电模块中包括有数量相等的数模转换器和预驱动运算放大器；每个数模转换器的输入端电性连接所述存储模块，输出端电性连接一个预驱动运算放大器的输入端，用于将输入的数字二进制代码转换为模拟电压；每个预驱动运算放大器的输出端电性连接每个选择开关，用于驱动数模转换器输出的模拟电压，生成预设电压。
6.根据权利要求5所述的像素驱动结构，其特征在于，所述预设电压的值线性增大。
7. OLED显示装置的像素驱动方法，其特征在于，将每一像素行的有效驱动时间分为预充电时间和常规驱动时间两部分；在所述预充电时间内，列驱动模块中的预充电模块输出不同电压值的预设电压，数字控制模块控制选择开关选通所述预充电模块，并选择与像素单元所需灰度电压值相近的预设电压驱动到像素单元中；在所述常规驱动时间内，列驱动模块中的驱动运算放大器输出灰度电压，数字控制模块控制选择开关选通所述驱动运算放大器，将灰度电压驱动到像素单元中。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述预充电时间开始后，先根据图像灰阶数字数据预判像素单元所需的灰度电压值，再选择与该预判的灰度电压值相近的预设电压进行驱动。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤包括：
1）数字控制模块控制行驱动模块选通要驱动的像素行；
2）在预充电时间内，数字控制模块根据图像灰阶数字数据预判像素单元所需的灰度电压值，并控制选择开关从预充电模块的各预设电压中选出与该预判的灰度电压值相近的预设电压，驱动到像素单元中；
3）预充电时间结束，在常规驱动时间内，数字控制模块控制选择开关选通列驱动模块中的驱动运算放大器，并将图像灰阶数字数据传输给列驱动模块中的数模转换器，转换成模拟电压后，经驱动运算放大器驱动，生成像素单元所需的灰度电压，驱动到像素单元中；
4）常规驱动时间结束，数字控制模块控制行驱动模块关闭该像素行的数据写入通道，该行所有像素单元进入显示保持状态；
5）重复步骤1）～4），依次驱动各像素行，直到完成图像的数据驱动。
10.根据权利要求7-9任一项所述的方法，其特征在于，调整数字控制模块中存储的数字二进制代码，对预充电模块的各预设电压值进行调整。
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