CN207704837U - 一种子像素驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种子像素驱动电路，通过逐行扫描或隔行扫描将灰度值转为模拟电压加载到子像素单元，采用第一电容、第二电容分别用于扫描电压和驱动显示,并在扫描完一帧图像后进行全局显示利用子像素电压与该子像素对应的灰阶值具有线性关系实现全局显示,同时驱动子像素显示前，需抓取驱动管的阈值电压，为其工作在饱和区将阈值电压消除，达到补偿的目的，使图像显示更为清晰。

Description

一种子像素驱动电路

技术领域

本实用新型涉及一种驱动电路和显示方法，尤其是涉及一种子像素驱动电路和一种全局显示方法。

背景技术

现有的显示设备主要有：OLED/LED显示设备、QLED显示设备、Micro-OLED/LED显示设备等几种，其是由像素阵列构成，每个像素包含若干个子像素，常见的有RGB系统和RGBW系统。RGB系统中，每个像素包含一个红色子像素、一个绿色子像素、一个蓝色子像素；RGBW系统中，每个像素包含一个红色子像素、一个绿色子像素、一个蓝色子像素和一个白色子像素。有效的控制像素单元各子像素的亮度以及实现所需要显示的色彩。

典型的OLED/LED子像素单元驱动电路采用扫描一行、点亮一行的方式进行图像显示。OLED/LED的亮度与加载在其两端的电流大小呈一定关系，通过控制流经OLED/LED的电流大小来实现不同亮度的显示。

DAC转换得到的模拟电压值与灰度的关系如图1。门驱动控制模块选中像素阵列的某一行，将视频数据经过DAC模块得到模拟电压Vdt，加载至图2子像素单元驱动电路的储能第一电容C1中，并点亮该行。待所有行都扫描完毕，一幅完整的图像便显示出来。逐行扫描或隔行扫描并点亮的显示控制方法保证了每一像素的点亮时间为一帧的时间，但在扫描至本一帧的某一行时，本帧中未加载的数据所对应的像素阵列仍维持着显示上一帧的数据，整幅图像出现了一部分是本帧的数据图像，一部分是上一帧的数据图像的现象，这不是所期待看到的图像。

实用新型内容

为了解决背景技术中现有显示设备中所存在的问题，本申请在此的目的在于提供一种用于显示设备中驱动像素单元中具体子像素发亮显示的子像素驱动电路，该电路具有两级存储功能，将待显示图像扫描过程和显示设备驱动子像素显示过程独立分开，且具有补偿功能，避免一副整幅图像出现了一部分是本帧的数据图像，一部分是上一帧的数据图像的现象。

为实现本实用新型的目的，在此所提供的子像素驱动电路为有源驱动电路，其包括：

第一开关，用于将所待显示图像中子像素灰度值所对应的模拟电压引入电路；

第一电容，用于存储由第一开关所引入的模拟电压，并通过所存储的模拟电压向第二电容充电；

第二电容，用于存储第一电容上的模拟电压；

第三电容：用于分压；

第二开关，用于连通和关断第一电容和第二电容、以及第一电容和驱动管；存储于第一电容上的模拟电压经第二开关向第二电容进行充电，第二电容驱动驱动管；

驱动管，用于驱动子像素显示；

第三开关，用于释放第二电容上所残余模拟电压；所述第一开关、第二开关、和第三开关均设置为PMOS管、NMOS管或传输门。

上述子像素驱动电路中的第一电容和第二电容能够对待显示图像的有效数据(经扫面获取的待显示图像的视频数据，经gamma转换后，形成的gamma电压)进行存储(充电)，且能够释放(放电)有效数据驱动驱动管启动而驱动与其连接的子像素显示。配合用于扫描待显示图像中各子像素灰度值的图像扫描电路则可实现图像的显示。利用该子像素驱动电路驱动显示设备中的各子像素，能够有效地解决现有显示中所出现的问题。此外，通过设计第二开关可以将第二电容多余的数据(电压)释放(放电)，避免第二电容上还留有上一子像素的数据，使本实用新型所提供的驱动电路输出的驱动信号更准确，可以完全解决现有显示中所出现的问题。此外，上述电路为了使显示的图像更为清晰，增加与第二电容串联的第三电容，实现分压补偿。

进一步的，还包括用于切断、接通电路电源的第四开关构成。

进一步的，还包括用于释放残余电压的第五开关构成，所述第五开关起到稳定所述驱动管和子像素之间电压的作用。

进一步的，所述第一电容和第二电容具有相同的充电特性。既保证了加载数据的正确性，又保证了有足够的充放电时间。

本实用新型所提供的子像素驱动电路的有益效果在于：驱动电路结构简单，显示方法简单，解决了传统显示方法中所存在的一副整幅图像出现了一部分是本帧的数据图像，一部分是上一帧的数据图像的现象。通过在显示过程中抓取驱动管的阈值电压，抓取之后，实现对驱动管在其饱和区将阈值电压消除，达到补偿的目的，利于图像显示，使图像显示更为清晰。

附图说明

图1为模拟电压与子像素灰度值的关系；

图2为一种常见的OLED/LED像素单元驱动电路原理图；

图3为本实用新型所记载的第一种带有补偿的子像素驱动电路原理图；

图4为第一种子像素驱动电路的时序图；

图5为第一种子像素驱动电路的另一时序图；

图6为本实用新型所记载的第二种带有补偿的子像素驱动电路原理图；

图7为第二种子像素驱动电路的时序图；

图8为本实用新型所记载的第三种带有补偿的子像素驱动电路原理图；

图9为第三种子像素驱动电路的时序图；

图10为本实用新型所记载的第四种带有补偿的子像素驱动电路原理图；

图11为第四种子像素驱动电路的时序图序；

图12为电容充放电特性曲线图；

图13为本实用新型所提供的子像素驱动电路的控制信号图；

图14为本实用新型所记载的的全局显示原理。

具体实施方式

在此结合附图和具体驱动电路结构对本实用新型所有要求保护的技术方案作进一步的说明。

本申请所要求保护的一种子像素驱动电路包括了：

第一开关S1，用于将所待显示图像中子像素灰度值所对应的模拟电压引入电路；

第一电容C1，用于存储由第一开关S1所引入的模拟电压，并通过所存储的模拟电压向第二电容C2充电和驱动驱动管M1；

第二电容C2，用于存储第一电容C1上的模拟电压；

第三电容C3：用于分压；

第二开关S2，用于连通第一电容C1和第二电容C2、以及第一电容C1和驱动管M1，存储于第一电容C1上的模拟电压经第二开关S2向第二电容C2进行充电及第二电容C2驱动驱动管M1；

驱动管M1，用于驱动子像素显示；

第三开关S3，用于释放第二电容C2上所残余模拟电压。

所述第一开关S1、第二开关S2、和第三开关S3均设置为PMOS管、NMOS管或传输门。

此外，该电路还包括了用于切断、接通电路电源的第四开关S4，和/或用于稳定所述驱动管M1和子像素之间电压的第五开关S5构成，所述第四开关S4和第五开关S5均设置为PMOS管、NMOS管或传输门。

只要符合上述功能的电路即为本申请所要求保护的技术方案，在此本申请给出了几种驱动电路的具体结构，电路结构如下：

第一种驱动电路包括第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第一电容C1、第二电容C2、驱动管M1以及第三电容C3，其电路原理图如图3所示。第一开关S1的一端作为有效数据模拟电压Vdt(gamma转换后的模拟电压信号)输入端，用于接收子像素灰度值所对应的模拟电压；另一端与第一电容C1的一端和第二开关S2的一端连接。第一电容C1的另一端接电路的参考电压Vref，第二开关S2的另一端分别通过第三开关S3连接至参考电压Vref及依次通过第二电容C2和第三电容C3连接至参考电压Vref、工作电压Vdd或公共接地Vss，以及连接至驱动管M1的栅极；驱动管M1的电源端连接至工作电压Vdd，另一端作为整个驱动电路的输出端，用于连接子像素(发光器件：LED或OLED)。

该电路结构配合子像素扫描电路(用于扫描待显示图像中的各子像素灰度值)和数模转换器(用于将子像素灰度值转换成模拟电压，便于将其存储于子像素驱动电路中)即可驱动具体的子像素显示其对应的子像素驱动电路中所对应的灰度值而实现显示。

该电路结构的工作方式有两种，工作过程分别如下：

第一种工作方式的控制时序如图4所示，而控制信号则如13所示。当经数模转换器转换后的模拟电压输入电路时，闭合第一开关S1，将与子像素灰度值成线性比例的模拟电压存入第一电容C1中，待各子像素驱动电路接收完需显示的子像素灰度值时，断开第一开关S1；等待显示图像中各子像素灰度值均已以模拟电压存储于各子像素的驱动电路中后，启动第三开关S3释放第二电容C2中残余的电压，第二电容C2释放残余电压过程中，拉低工作电压Vdd，此时将Vdd电压加载于第二电容C2和第三电容C3相接连的交点O点处，整个过程持续T1时间后，将工作电压Vdd恢复到高电压，并通过Vdd向第一电容C1和第二电容C2的交点进行充电T2时间后(充电过程中抓取驱动管的阈值电压Vth)；T3时间段，闭合第二开关S2，第一电容C1中所存储的电压通过第二开关S2向第二电容C2进行充电(即将存储于第一电容C1中的有效灰度值转移到第二电容C2中)并驱动所有子像素单元显示一幅完整而正确的图像。待C1向C2充电完毕，断开第二开关S2，为下一帧显示做准备。T4时间段，启动驱动管M1，使其驱动连接在驱动管M1输出端上的子像素(发光器件：LED或OLED)发光显示。

第二种工作方式的控制时序如图5所示，而控制信号则如图13所示。此工作方式与第一种工作方式基本相同，所存在的区别在于：在T3时间段，工作电压Vdd为低电压时，闭合第二开关S2，使第一电容C1中所存储的电压转移到第二电容C2中，数据转移完成后，在T4时间段将工作电压Vdd恢复为高电压，驱动管M1驱动子像素显示。

如图6所示，第二种驱动电路包括第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第一电容C1、第二电容C2、驱动管M1、第三电容C3和第四开关S4，其电路原理图如图5所示。第一开关S1的一端作为有效数据模拟电压Vdt(gamma转换后的模拟电压信号)输入端，用于接收子像素灰度值所对应的模拟电压；另一端与第一电容C1的一端和第二开关S2的一端连接。第一电容C1的另一端接电路的参考电压Vref，第二开关S2的另一端分别通过第三开关S3连接至参考电压Vref，以及依次通过第二电容C2和第三电容C3连接至参考电压Vref、工作电压Vdd或公共接地Vss，第二开关S2的一端还连接至驱动管M1的栅极；驱动管M1的电源端通过第四开关S4连接至工作电压Vdd，另一端作为整个驱动电路的输出端，用于连接子像素(发光器件：LED或OLED)。

该电路的控制时序如图7所示，而控制信号则如图13所示。当有经数模转换器转换后的模拟电压输入电路时，闭合第一开关S1，将与子像素灰度值成线性比例的模拟电压存入第一电容C1中，待各子像素驱动电路接收完需显示的子像素灰度值时，断开第一开关S1；等待显示图像中各子像素灰度值均已以模拟电压存储于各子像素的驱动电路中后，启动第三开关S3释放第二电容C2中残余的电压，第二电容C2释放残余电压过程中，拉低工作电压Vdd，此时将Vdd电压加载于第二电容C2和第三电容C3相接连的交点0点处，整个过程持续T1时间后，将工作电压Vdd恢复到高电压，并通过Vdd向0点进行充电T2时间后(充电过程中抓取驱动管M1的阀门电压)；T3时间段，Em信号断开第四开关S4，闭合第二开关S2；第一电容C1中所存储的电压通过第二开关S2向第二电容C2进行充电(即将存储于第一电容C1中的有效灰度值转移到第二电容C2中)并驱动所有子像素单元显示一幅完整而正确的图像。待C1向C2充电完毕，断开第二开关S2，为下一帧显示做准备。待充电完成后，Em信号控制闭合第四开关S4，第二电容C2上的电压输入驱动管M1，启动驱动管M1，使其在T4时间内驱动连接在驱动管M1输出端上的子像素(发光器件：LED或OLED)发光显示。

如图8所示，第三种驱动电路包括第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第一电容C1、第二电容C2、驱动管M1、第三电容C3、第四开关S4和第五开关S5，其电路原理图如图7所示。第一开关S1的一端作为有效数据模拟电压Vdt(gamma转换后的模拟电压信号)输入端，用于接收子像素灰度值所对应的模拟电压；另一端与第一电容C1的一端和第二开关S2的一端连接。第一电容C1的另一端接电路的参考电压Vref，第二开关S2的另一端分别通过第三开关S3连接至参考电压Vref，依次通过第二电容C2和第三电容C3连接至参考电压Vref、工作电压Vdd或公共接地Vss，以及连接至驱动管M1的栅极；驱动管M1的电源端通过第四开关S4连接至工作电压Vdd，另一端作为整个驱动电路的输出端，用于连接子像素(发光器件：LED或OLED)，第五开关S5连接至驱动管M1的输出端与参考电压Vref之间。

该电路的控制时序如图9所示，而控制信号则如图13所示。当有经数模转换器转换后的模拟电压输入电路时，闭合第一开关S1，将与子像素灰度值成线性比例的模拟电压存入第一电容C1中，待各子像素驱动电路接收完需显示的子像素灰度值时，断开第一开关S1；等待显示图像中各子像素灰度值均已以模拟电压存储于各子像素的驱动电路中后，启动第三开关S3释放第二电容C2中残余的电压，第二电容C2释放残余电压过程中，闭合第四开关S4，将Vdd电压加载于第二电容C2、第三电容C3和第四开关S4的交点A处，持续T1时间后，断开第四开关S4，闭合第五开关S5，通过A点向参考电压放电，抓取驱动管M1的阈值电压Vth，持续T2时间；T3时间段，Em断开第四开关S4，隔绝Vdd，闭合第二开关S2，第一电容C1中所存储的电压通过第二开关S2向第二电容C2进行充电(即将存储于第一电容C1中的有效灰度值转移到第二电容C2中)并驱动所有子像素单元显示一幅完整而正确的图像。待C1向C2充电完毕，断开第二开关S2，为下一帧显示做准备。Em信号控制闭合第四开关S4，第二电容C2上的电压输入驱动管M1，启动驱动管M1，使其在T4时间内驱动连接在驱动管M1输出端上的子像素(发光器件：LED或OLED)发光显示。

如图10所示，第四种驱动电路包括第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第一电容C1、第二电容C2、驱动管M1、第三电容C3以及第四开关S4，其电路原理图如图9所示。第一开关S1的一端作为有效数据模拟电压Vdt(gamma转换后的模拟电压信号)输入端，用于接收子像素灰度值所对应的模拟电压；另一端与第一电容C1的一端和第二开关S2的一端连接。第一电容C1的另一端接电路的参考电压Vref，第二开关S2的另一端分别通过第三开关S3连接至参考电压Vref，依次通过第二电容C2和第三电容C3连接至参考电压Vref、工作电压Vdd或公共接地Vss，以及连接至驱动管M1的栅极；驱动管M1的电源端通过第四开关S4连接至工作电压Vdd，另一端作为整个驱动电路的输出端，用于连接子像素(发光器件：LED或OLED)。

该电路的控制时序如图11所示，而控制信号则如图13所示。当有经数模转换器转换后的模拟电压输入电路时，闭合第一开关S1，将与子像素灰度值成线性比例的模拟电压存入第一电容C1中，待各子像素驱动电路接收完需显示的子像素灰度值时，断开第一开关S1；等待显示图像中各子像素灰度值均已以模拟电压存储于各子像素的驱动电路中后，启动第三开关S3释放第二电容C2中残余的电压，第二电容C2释放残余电压过程中，闭合第四开关S4，将Vdd电压加载于第二电容C2、第三电容C3和第四开关S4的交点A处，持续T1时间后，断开第四开关S4，通过A点向电源地Vref放电，抓取驱动管M1的阈值电压Vth，持续T2时间。T3时间段，闭合第二开关S2，第一电容C1中所存储的电压通过第二开关S2向第二电容C2进行充电(即将存储于第一电容C1中的有效灰度值转移到第二电容C2中)并驱动所有子像素单元显示一幅完整而正确的图像。待经T3时间充电完成后，Em信号控制闭合第四开关S4，第二电容C2上的电压输入驱动管M1，启动驱动管M1，使其在T4时间内驱动连接在驱动管M1输出端上的子像素(发光器件：LED或OLED)发光显示。

以上四种电路结构中，第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4、第五开关S5均设置为PMOS管、NMOS管或传输门；第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4、第五开关S5的栅极分别与控制信号N信号、GS信号、ini信号、Em信号和C信号连通，第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4、第五开关S5的控制信号分别为N信号、GS信号、ini信号、Em信号和C信号，通过上述信号即可控制开关的导通与截止，其中，参考电压Vref、C信号、ini信号都是外面IC的DC部分产生的，而GS信号、EM信号由外部电路产生，GS信号和Em信号为同信号或者GS信号的脉冲宽度小于Em信号的脉冲宽度。几种信号具体的时序如图4、图5，图7、图9及图11所示。

驱动管M1可以采用设置为PMOS管或NMOS管。

本实用新型所记载的第一电容C1与第二电容C2可以为相同特性的电容或者不同特性的电容。第一电容C1向第二电容C2充电的时间由两电容的充电特性决定。其充放电特性如图12所示，电容由0充电至某一电压或由某一电压放电至0的时间△t与电容的容值C以及电路的阻值R有关。

为了保证加载于子像素上的数据更为准确，本申请实施例中采用的第一电容C1、第二电容C2具有相同特性的电容。采用相同特性除保证了数据准确性，又保证了足够的充放电时间，且此时在向第一电容C1充电的模拟电压应该为传统方式驱动电路(图2)的2倍或稍大于2倍。

为了保证第二电容C2上的电压能够释放干净，控制第三开关S3的Clr信号前后间隔应设置充分。

以上驱动电路结合控制单元即可实现子像素显示的控制，驱动电路所输出的控的控制信号如图13所示。本申请所要求保护的全局显示驱动电路的全局显示原理如图14所示。

此外，本申请所要求保护的全局显示方法的全局显示原理如图13所示，该方法利用子像素驱动电路中所存储的模拟电压与该子像素对应的灰阶值成线性关系实现单个子像素显示，通过子像素驱动电路驱动显示设备中与待显示图像子像素所对应的子像素进行显示，构成全局显示；其中所采用的子像素驱动电路为以上四种中任何一种子像素驱动电路；具体步骤如下：

步骤1：扫描电压，控制单元通过对待显示图像或视频进行逐行或者隔行扫描，获取待显示图像中每个子像素的灰度值；将获取的灰度值转换成对应的模拟电压，在一帧有效数据来临时闭合第一开关S1，将扫描的模拟电压存储在C1中；

步骤2：释放多余电量，第一电容C1充电完毕，断开第一开关S1，通过Clr信号控制第三开关S3放掉第二电容C2上多余的电量，保证加载至各个子像素单元驱动电路的电压的准确性；

步骤3：补偿

步骤4：驱动显示，释放完第二电容C2电量后，闭合第二开关S2，由第一电容C1向第二电容C2充电，并驱动驱动管M1使其驱动子像素显示，显示一幅完整而正确的图像，待第一电容C1向第二电容C2充电完毕，断开第二开关S2，为下一帧显示做准备；

步骤5：持续循环步骤1～步骤4。

其中，步骤3中的补偿具体方法有以下两种方式：

第一种：

SA1：释放电压，低电压时，释放第二电容C2、第三电容C3和驱动管M1相交的节点处的电压；

SA2：电压输入，高电压时，向第二电容C2、第三电容C3和驱动管M1相交的节点处输入电压，抓取驱动管M1的阈值电压Vth。

第二种：

SA1：电压输入，高电压时，向第二电容C2、第三电容C3和驱动管M1相交的节点处输入电压；

SA2：释放电压，释放第二电容C2、第三电容C3和驱动管M1相交的节点处的电压，抓取驱动管M1的阈值电压Vth。

以上全局显示方法中第一电容C1向第二电容C2充电的时间由两电容的充电特性决定。

本申请所提供的子像素驱动电路和全局显示方法适用于OLED/LED、QLED、Micro-OLED/LED等自发光显示器件和设备。

此外，本申请所记载的：拉低Vdd后又恢复高电压，可以用二个电源二个开关，一个开关闭合就低，另一个开关闭合就高。

此外，本申请在驱动子像素显示前，需抓取驱动管M1的阈值电压Vth，是为在其饱和区将阈值电压Vth消除，使图像显示更为清晰。

本实用新型的具体实施方式中所记载的Vref表示电路的参考电压；N信号,GS信号控制第一开关S1和S2的开启和闭合，Clr为时钟信号，用于控制第三开关S3的导通；Vsync表示场同步信号，上述信号均由外部电路(如外部DC)产生后引入实用新型所提供的电路使用。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案所做的修改或等同替换，只要不脱离本实用新型的技术方案的精神和范围，均涵盖在本实用新型的权利要求范围内。

Claims (5)

1.一种子像素驱动电路，其特征在于：所述驱动电路为有源驱动电路，其包括：

第一开关，用于将所待显示图像中子像素灰度值所对应的模拟电压引入电路；

第一电容，用于存储由第一开关所引入的模拟电压，并通过所存储的模拟电压向第二电容充电；

第二电容，用于存储第一电容上的模拟电压；

第三电容：用于分压；

第二开关，用于连通和关断第一电容和第二电容、以及第一电容和驱动管；存储于第一电容上的模拟电压经第二开关向第二电容进行充电，第二电容驱动驱动管；

驱动管，用于驱动子像素显示；

第三开关，用于释放第二电容上所残余模拟电压；

所述第一开关、第二开关、和第三开关设置为PMOS管、NMOS管或传输门；

所述子像素驱动电路结构：第一开关的一端作为模拟电压输入端，另一端与第一电容的一端和第二开关的一端连接；第一电容的另一端连接参考电压，第二开关的另一端分别通过第三开关连接至参考电压及依次通过第二电容和第三电容连接至参考电压、工作电压或公共接地，以及连接至驱动管的栅极；驱动管的电源端连接至工作电压，另一端作为整个驱动电路的输出端连接发光器件。

2.根据权利要求1所述的一种子像素驱动电路，其特征在于：还包括用于切断、接通电路电源的第四开关构成，所述第四开关设置为PMOS管、NMOS管或传输门。

3.根据权利要求1或2所述的一种子像素驱动电路，其特征在于：还包括用于稳定所述驱动管和子像素之间电压的第五开关构成。

4.根据权利要求1或2所述的一种子像素驱动电路，其特征在于：所述第一电容和第二电容具有相同的充电特性。

5.根据权利要求1所述的一种子像素驱动电路，其特征在于：所述驱动管设置为 PMOS管或NMOS管。