WO2014146339A1 - 像素电路及其驱动方法、阵列基板、显示装置 - Google Patents

像素电路及其驱动方法、阵列基板、显示装置 Download PDF

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Abstract

一种像素电路及其驱动方法、阵列基板、显示装置，像素电路包括：驱动晶体管（DTFT）、第一开关晶体管（Ml）、存储电容（C1）、发光器件以及阈值补偿电路，阈值补偿电路由第二开关晶体管（M2）、第三开关晶体管（M3）、第四开关晶体管（M4）以及耦合电容（C2）构成，其可以有效补偿驱动晶体管（DTFT）阈值电压的不均匀性。驱动方法包括：预充阶段（C）、补偿阶段（D）以及发光阶段（E）。阵列基板包括上述像素单元电路，其性能更加稳定。显示装置包括上述阵列基板，其大大提高了画面的均匀性。

Description

像素电路及其驱动方法、 阵列基板、 显示装置
技术领域
本发明属于有机发光显示技术领域，具体涉及一种像素电路及其驱动 方法、 阵列基板、 显示装置。 背景技术
有机发光显示器 (Organic Light Emitting Diode Display, OLED Display) 相比现在的主流显示技术薄膜晶体管液晶显示器（Thin Film Transistor Liquid Crystal Display, TFT-LCD), 具有广视角、 高亮度、 高对比度、 低能 耗、 体积更轻薄等优点， 是目前平板显示技术关注的焦点。
有机发光显示器的驱动方法分为被动矩阵式 (PM, Passive Matrix)和主 动矩阵式 (AM, Active Matrix)两种。 而相比被动矩阵式驱动，主动矩阵式驱 动具有显示信息量大、 功耗低、 器件寿命长、 画面对比度高等优点。 现有 技术的一种主动矩阵式有机发光显示器的像素单元驱动电路的等效电路， 如图 1所示， 包括： 第一开关晶体管 Ml、 驱动晶体管 M2、 存储电容 C1 以及发光器件 Dl。 其中， 第一开关晶体管 Ml的源极与驱动晶体管 M2的 栅极连接； 驱动晶体管 M2的栅极同时连接存储电容 C1 的一端， 其漏极 与存储电容 C1另一端连接，其源极与发光器件 D1连接。第一开关晶体管 Ml在栅极被扫描信号 Vscan(n)选通时打开， 从漏极 |入数据信号 Vdata。 驱动晶体管 M2—般工作在饱和区， 其栅源电压 Vgs决定了流过其电流的 大小，进而为发光器件 D1提供了稳定的电流。其中 Vgs=Vdata -VDl , VD1 为发光器件 Dl的开启电压， VDD为稳压或者稳流电源， 连接驱动晶体管 M2, 用于提供发光器件 D1发光所需要的能源。 而存储电容 C1的作用是 在一帧的时间内维持驱动晶体管 M2栅极电压的稳定。
当扫描信号 Vscan(n)的第一个高电平开始时，第 n行像素单元被选通， 将该行像素单元中的第一开关晶体管 Ml打开， 引入数据信号 Vdata进行 驱动， 发光器件 D1开始发光。 通过数据信号 Vdata的高电平使发光器件 D1发光， 完成该行像素单元中的存储电容 C1的充电， 之后， 通过扫描信 号 Vscan(n)的第一个低电平关闭该行像素单元的第一开关晶体管 Ml。 此 时，存储电容 C1维持充电时的电压， 维持该行像素单元的驱动晶体管 M2 输出稳定的电流， 使得该行像素单元的有机发光二级管 D1持续发光直到 一帧时间结束。 一帧时间通常为同一行像素单元连续两次被扫描信号选通 的时间间隔。
在第 n行像素单元的充电完成后， 扫描信号选通第 n+1行像素单元， 将第 n+1行像素单元的第一开关晶体管 Ml打开， 引入驱动数据信号进行 同样的充电过程， 充电完成后通过像素单元中的存储电容 C1 维持充电时 的电压， 维持驱动管输出稳定电流， 使得 n+1行像素单元的发光器件 D1 持续发光直到一帧时间结束。 如此依序下去， 当对最后一行像素单元充电 完成后， 便又从第一行像素单元开始重新扫描充电。
尽管现有技术像素单元电路被广泛使用，但是其仍然必不可免的存在 以下问题： 驱动晶体管 M2的阈值电压 Vth会随着使用时间的增加而出现 漂移， 从而导致针对同样的数据信号 Vdata的 Vgs出现变化， 即发光器件 D1 的电流（也就是亮度） 不同， 从而将会影响整个有机发光显示器的画 面均勾性及其发光质量。 发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题包括，针对现有的像素单元电路中 由于驱动晶体管阈值电压漂移等原因引起电路不稳定， 导致有机发光显示 器的画面均勾性及其发光质量差的问题， 提供一种可以有效地补偿驱动晶 体管阈值电压的不均匀性， 使得有机发光显示器的画面均匀性提高的像素 电路及其驱动方法、 阵列基板及显示装置。
根据本发明的实施例， 提供了一种像素电路， 包括： 驱动晶体管、 第 一开关晶体管、 存储电容、 发光器件管以及阈值补偿电路； 所述阈值补偿 电路包括第二开关晶体管、 第三开关晶体管、 第四开关晶体管以及耦合电 容；
所述第一开关晶体管的栅极接第一扫描信号，所述第一开关晶体管的 第二极接数据信号输入端， 所述第一开关晶体管的第三极接存储电容第一 端、 耦合电容的第一端以及第二开关晶体管的第二极；
所述存储电容的第二端接电源电压同时接所述驱动晶体管的第二极； 所述第二开关晶体管的栅极接第二扫描信号同时接所述第三开关晶 体管的栅极， 所述第二开关晶体管的第三极接电源负极端； 所述第三开关晶体管的第二极接所述驱动晶体管的栅极，所述第三开 关晶体管的第三极接所述驱动晶体管的第三极同时接所述第四开关晶体 管的第二极；
所述第四开关晶体管的栅极接第一控制信号，所述第四开关晶体管的 第三极接所述发光器件；
所述耦合电容的第二端与所述驱动晶体管的栅极相连。
本发明的像素电路中， 包括第二开关晶体管、 第三开关晶体管、 第四 开关晶体管以及耦合电容的阈值补偿电路， 用于补偿驱动晶体管的阈值电 压漂移， 可以有效地补偿驱动晶体管阈值电压的不均勾性， 使得有机发光 显示器的画面均匀性提高。
优选地， 所述第一开关晶体管、 第二开关晶体管、 第三开关晶体管、 第四开关晶体管和所述驱动晶体管为 N型薄膜晶体管， 其中第二极是漏 极， 第三极是源极。
优选地， 所述第一开关晶体管、 第二开关晶体管、 第三开关晶体管、 第四开关晶体管和所述驱动晶体管为 P型薄膜晶体管，其中第二极是源极， 第三极是漏极。
优选地， 所述发光器件为有机发光二极管。
根据本发明的实施例， 还提供了一种用于上述像素电路的驱动方法， 包括如下步骤：
预充阶段： 选通所述第二扫描信号以及所述电源电压， 使得所述第二 开关晶体管和第三开关晶体管开启， 所述耦合电容储存的电荷进行释放； 补偿阶段： 选通所述第一扫描信号， 使得所述第一开关晶体管开启， 关断第二扫描信号， 使得数据信号输入所述耦合电容的第一端和存储电容 的第一端， 所述耦合电容的第二端的电压升高并开启所述驱动薄膜晶体 管；
发光阶段： 选通所述控制信号， 使得所述第四开关晶体管开启， 所述 存储电容保持所述耦合电容第一端的电压， 所述驱动晶体管继续保持导通 状态， 驱动所述发光器件发光。
该像素电路的驱动方法， 时序筒单， 容易控制。
根据本发明的一实施例， 提供了一种阵列基板， 其包括上述的像素电 路。 由于本发明的阵列基板中包括上述的像素电路， 故其性能稳定。
根据本发明的一实施例， 提供了一种显示装置， 其包括上述的阵列基 由于本发明的显示装置中包括上述的阵列基板， 故其画面均匀性高。
附图说明
图 1为现有的像素电路的原理图；
图 2为本发明的实施例提供的像素电路的电路图；
图 3为图 2中像素电路的时序图。
其中附图标记为： Ml、 第一开关晶体管； DTFT、 驱动晶体管； M2、 第二开关晶体管； M3、 第三开关晶体管； M4、 为第四开关晶体管； Cl、 存储电容； C2、 耦合电容； Dl、 发光器件； Vdata、 数据信号； Vscan ( n )、 第一扫描信号； Vscan ( n-1 )、 第二扫描信号； EM、 第一控制信号。 具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和 具体实施方式对本发明作进一步详细描述。 实施例 1 :
本实施例提供一种像素电路， 如图 2所示， 包括： 驱动晶体管 DTFT、 第一开关晶体管 Ml、 存储电容 Cl、 发光器件以及阈值补偿电路； 所述阈 值补偿电路包括第二开关晶体管 M2、 第三开关晶体管 M3、 第四开关晶体 管 M4以及 合电容 C2;
所述第一开关晶体管的 Ml栅极接第一扫描信号 Vscan ( n ), 漏极接 数据信号输入端 Vdata, 源极接存储电容 C1第一端、 耦合电容 C2的第一 端以及第二开关晶体管 M2的漏极；
所述存储电容 C1 的第二端接电源电压 Vdd 同时接所述驱动晶体管 DTFT的漏极；
所述第二开关晶体管 M2的栅极接第二扫描信号 Vscan(n-l)同时接所 述第三开关晶体管 M3的栅极， 源极接电源负极端 Vss; 所述第三开关晶体管 M3的漏极接所述驱动晶体管 DTFT的栅极， 源 极接所述驱动晶体管 DTFT的源极同时接所述第四开关晶体管 M4的漏极； 所述第四开关晶体管 M4的栅极接第一控制信号 EM, 源极接所述发 光器件 D1 ;
所述耦合电容 C2的第二端与所述驱动晶体管 DTFT的栅极相连。 具体地， 所述发光器件 D1为有机发光二极管， 所述第一开关晶体管 Ml、 第二开关晶体管 M2、 第三开关晶体管 M3、 第四开关晶体管 M4和所 述驱动晶体管 DTFT为 N型薄膜晶体管， 可选地， 所有开关管只起开关的 作用， 也可为 P型晶体管， 导通或关断开关管的信号做相应调整即可。 由 于这里采用的开关晶体管的源极、 漏极是对称的， 所以其源极、 漏极是可 以互换的。 在本发明实施例中， 为区分晶体管除栅极之外的两极， 将其中 一极称为源极， 另一极称为漏极。 若选取源极作为信号输入端、 则漏极作 为信号输出端， 反之亦然。
下面具体说明该像素电路的工作过程。
结合图 2所示的像素电路以及图 3中的时序图，其工作过程分 3个阶 段： 预充阶段、 补偿阶段以及发光阶段。
第一阶段为预充阶段 C, 当扫描信号选通第 n-1行像素单元时，第 n-1 行像素单元对应的第二扫描信号 Vscan(n-l)为高电平， 第二开关晶体管 M2、 第三开关晶体管 M3保持开启， 而第 n行像素单元对应的第一扫描信 号 Vscan ( n )为低电平， 第一开关晶体管 Ml关闭， 第一控制信号 EM为 低电平， 第四开关晶体管 M4也保持关闭。 此时， 第二开关晶体管 M2的 漏极处 A点的电压，以及驱动晶体管 DTFT的栅极处 B点的电压均开始下 降，耦合电容 C2储存的电荷进行释放， 此时耦合电容 C2两端的电压下降 至驱动晶体管 DTFT的阈值电压 Vth, 直至 A点的电压下降至 0, 而 B点 的电压则下降至驱动晶体管 DTFT的阈值电压 Vth ,从而驱动晶体管 DTFT 关闭， 耦合电容 C2两端的电压大小也变化为 A、 B两点的电压差值 Vth。
第二阶段为补偿阶段 D, 当扫描信号选通第 n行像素单元时， 第 n-1 行像素单元对应的第二扫描信号 Vscan(n-l)为低电平， 第二开关晶体管 M2、 第三开关晶体管 M3 关闭， 而第 n行像素单元对应的第一扫描信号 Vscan(n)为高电平， 第一开关晶体管 Ml 开启， 引入数据线上的数据信号 Vdata, 并对存储电容 C1充电以存储该数据信号 Vdata。 随后， 数据信号 Vdata使得 A点电压抬升至 Vdata, 由于耦合电容 C2的作用， 薄膜晶体管 栅极 B点的电压升高变为 Vdata+Vth,驱动薄膜晶体管保持导通临界状态。
第三阶段为发光阶段 E: 第一控制信号 EM接高电平控制第四开关晶 体管 M4开启， 由于电源电压 Vdd远大于数据电压 Vdata, 因此驱动晶体 管 DTFT开启， 电源电压 Vdd通过驱动晶体管 DTFT向发光器件 D1输出 电流驱动有发光器件 D1发光。
此时流过驱动晶体管 DTFT的电流可以用下述公式表达：
I=k(Vgs-Vth)2其中 k=l/2* *Cox*W/L, 为常数 ….. （1 )
驱动晶体管 DTFT的栅源电压 Vgs=Vg-Vs。驱动晶体管 DTFT的栅极 电压 Vg即为 B点电压 Vdata+Vth,源极电压 Vs为此时 C点电压即发光器 件 D1的开启电压 VD1。 因此， 驱动晶体管 DTFT的栅源电压 Vgs为： Vgs=Vdata+Vth-VDi ·· ·· · · ( 2 )
将公式（2 )代入（1 )得出：
I=k(Vgs-Vth)2=k(Vdata+Vth-VDi-Vth)2=k(Vdata-VDi)2 …… （ 3 ) 从公式（3 ) 可以看出， 流过驱动晶体管 DTFT的电流值与其阈值电 压的变化无关， 也就是说， 即使经过长时间的使用， 驱动晶体管 DTFT的 阈值电压发生漂移， 但是流过驱动晶体管 DTFT的电流也不会因此而受到 影响， 也保证了发光器件 D1 的发光质量。 相应地， 由于单个像素电路中 发光器件 D1 的发光质量得到了保证， 本电路可以有效地补偿驱动晶体管 阈值电压的不均匀性， 使得显示装置的画面均匀性提高， 而无需借助外部 补偿电路进行阈值电压补偿， 从而降低了研发及制造成本。 而且该像素的 时序筒单， 容易实现。
优选地， 所述第一开关晶体管、 第二开关晶体管、 第三开关晶体管第 四开关晶体管和所述驱动晶体管为 N型薄膜晶体管。
优选地， 所述发光器件为有机发光二极管， 当然其他发光器件也是可 以的。 实施例 2:
本实施例提供一种上述像素电路的驱动方法， 包括如下步骤： 预充阶段：选通所述第二扫描信号 Vscan(n-l)以及所述电源电压 Vdd, 所述第二开关晶体管 M2和第三开关晶体管 M3开启， 所述耦合电容 C2 储存的电荷进行释放， 直到所述耦合电容 C2的第二端的电压为驱动晶体 管 DTFT的阈值电压；
补偿阶段： 选通所述第一扫描信号 Vscan(n), 所示第一开关晶体管 Ml开启， 关断第二扫描信号 Vscan(n-l), 所述数据信号 Vdata输入所述耦 合电容 C2的第一端，所述耦合电容 C2的第二端的电压升高并开启所述驱 动薄膜晶体管 DTFT;
发光阶段： 选通所述第一控制信号 EM, 所述第四开关晶体管 M4开 启， 所述驱动晶体管 DTFT 继续保持导通状态， 驱动所述发光器件发光 Dl。
该方法的具体实施方式与实施例 1的工作过程相同， 在此不再赘述， 该方法筒单容易实现， 所以适用性更广。 实施例 3:
本实施例提供阵列基板， 包括多条数据线、 多条扫描线， 所述的数据 线与扫描线交叉排列， 在交叉处设有实施例 1中的像素电路。
本实施例具有实施例 1中像素电路中的阈值补偿电路，可以有效的补 偿了驱动晶体管 DTFT阈值电压的不均匀性， 使得本实施例中的阵列基板 性能更加稳定。 实施例 4:
本实施例提供一种显示装置，所述的显示装置中的有机发光显示装置 阵列基板如实施例 3中所述， 此处不详细描述。
当然本实施例中该显示装置可以包括： OLED面板、手机、平板电脑、 电视机、 显示器、 笔记本电脑、 数码相框、 导航仪等任何具有显示功能的 产品或部件。
由于具有上述的显示装置的阵列基板，故本实施例的显示装置的画面 均匀性明显提高。 可以理解的是， 以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的 示例性实施方式， 然而本发明并不局限于此。 对于本领域内的普通技术人 员而言， 在不脱离本发明的精神和实质的情况下， 可以做出各种变型和改 进， 这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims

权 利 要 求 书
1、 一种像素电路， 包括： 第一开关晶体管、 存储电容、 驱动晶体管、 发光器件以及阈值补偿电路， 其中，
所述阈值补偿电路包括： 第二开关晶体管、 第三开关晶体管、 第四开关 晶体管以及耦合电容；
所述第一开关晶体管的栅极接第一扫描信号，所述第一开关晶体管的第 二极接数据信号输入端， 所述第一开关晶体管的第三极接存储电容第一端、 耦合电容的第一端以及第二开关晶体管的第二极；
所述存储电容的第二端接电源电压同时接所述驱动晶体管的第二极； 所述第二开关晶体管的栅极接第二扫描信号同时接所述第三开关晶体 管的栅极， 所述第二开关晶体管的第三极接电源负极端；
所述第三开关晶体管的第二极接所述驱动晶体管的栅极，所述第三开关 晶体管的第三极接所述驱动晶体管的第三极同时接所述第四开关晶体管的 第二极；
所述第四开关晶体管的栅极接第一控制信号，所述第四开关晶体管的第 三极接所述发光器件；
所述耦合电容的第二端与所述驱动晶体管的栅极相连。
2、 根据权利要求 1所述的像素电路， 其中， 所述第一开关晶体管、 第 二开关晶体管、第三开关晶体管、第四开关晶体管和所述驱动晶体管为 N型 薄膜晶体管， 所述第二极为漏极， 第三极为源极。
3、 根据权利要求 1所述的像素电路， 其中， 所述第一开关晶体管、 第 二开关晶体管、 第三开关晶体管、 第四开关晶体管和所述驱动晶体管为 P型 薄膜晶体管， 所述第二极为源极， 第三极为漏极。
4、 根据权利要求 1-3任一项所述的像素电路， 其中， 所述发光器件为 有机发光二极管。
5、 一种用于权利要求 1至 4中任一项所述的像素电路的驱动方法， 包 括以下步骤：
预充阶段： 选通所述第二扫描信号以及所述电源电压，使得所述第二开 关晶体管和第三开关晶体管开启，所述耦合电容储存的电荷通过第二开关晶 体管进行释放；
补偿阶段： 选通所述第一扫描信号， 使得所述第一开关晶体管开启， 关 断第二扫描信号，使得数据信号输入所述耦合电容的第一端和存储电容的第 一端， 所述耦合电容的第二端的电压升高并开启所述驱动薄膜晶体管； 发光阶段： 选通所述第一控制信号， 使得所述第四开关晶体管开启， 所 述存储电容保持所述耦合电容第一端的电压，所述驱动晶体管继续保持导通 状态， 驱动所述发光器件发光。
6、 一种阵列基板， 包括如权利要求 1至 4中任一项所述的像素电路。
7、 一种显示装置， 包括如权利要求 6所述的阵列基板。
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