CN103578405B

CN103578405B - 显示面板、像素驱动电路、驱动像素方法与电子装置

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Publication number: CN103578405B
Application number: CN201210251232.5A
Authority: CN
Inventors: 郭鸿儒; 陈联祥
Original assignee: Innolux Shenzhen Co Ltd; Innolux Display Corp
Current assignee: Innolux Shenzhen Co Ltd; Innolux Corp
Priority date: 2012-07-19
Filing date: 2012-07-19
Publication date: 2016-12-07
Anticipated expiration: 2032-07-19
Also published as: CN103578405A

Abstract

一种像素驱动电路，包括：一第一开关元件，具有一第一端耦接至一电源电压以及一控制端耦接至一第一扫描信号线；一第二开关元件，具有一第一端耦接至第一开关元件的一第二端、一第二端耦接至一第一节点和一发光元件以及一控制端耦接至一第二节点；一第三开关元件，具有一第一端耦接至第二节点、一第二端耦接至第二开关元件的第一端与第一开关元件的第二端之间以及一控制端耦接至一第二扫描信号线；一第四开关元件，具有一第一端耦接至一数据信号线、一第二端耦接至第一节点以及一控制端耦接至一第三扫描信号线。

Description

显示面板、像素驱动电路、驱动像素方法与电子装置

技术领域

本发明有关于一种面板显示器，特别是有关于一种像素驱动电路。

背景技术

有机发光二极管显示器(Organic Light Emitting Display)的像素一般是以薄膜晶体管(Thin Film Transistor,TFT)搭配储存电容来储存电荷，以控制有机发光二极管(Organic Light Emitting Diode,OLED)的亮度表现。请参照图1，其为像素电路的示意图。像素电路100以包括(N型)薄膜晶体管102、储存电容104与有机发光二极管106为例来做说明。储存电容104的两端跨接于薄膜晶体管102的栅极G与源极S间，其电容跨压是标示为Vgs。有机发光二极管106的阳极耦接薄膜晶体管102的源极S，其电位标示为VOLED。上述结构是通过电容跨压Vgs(亦为栅源跨压)控制流过薄膜晶体管102的电流大小，即流过有机发光二极管106的电流IOLED＝K*(Vgs－Vth)^2。而电容跨压Vgs为像素电压Vdata与有机发光二极管阳极端的电位VOLED间的电压差。因此，通过提供不同的数据信号Vdata便可控制发光二极管106的亮度表现。

然而薄膜晶体管102在实际操作时，会产生临界电压Vth的偏移(Shift)。此偏移量与薄膜晶体管的制程、操作时间及所流过的电流大小等等有关。所以对整个显示面板上的所有像素来看，因每个薄膜晶体管102在导通时间、导通电流与制程上的差异，会造成此些驱动用的薄膜晶体管102，彼此间的临界电压偏移量都不相同，进而使得每个像素的发光亮度与所接收到的像素电压并未维持相同的对应关系。如此便会造画面亮度不均匀的现象。

此外，有机发光二极管106会随着使用时间增加而产生跨压上升的现象，即临界电压VOLED0的电位会上升。请参照图2，其为有机发光二极管的特性曲线图。从图2即可看出有机发光二极管106在长时间使用下会产生临界电压VOLED0电位上升的现象。如此，长时间使用下来便会造成导通电流IOLED下降，因Vgs＝Vdata－VOLED0。此种现象使得数据信号Vdata无法使有机发光二极管106产生预定的发光亮度，也就是说显示画面的整体显示亮度便会下降。

因此，因此亟需一种像素驱动电路与像素驱动方法，来解决薄膜晶体管的临界电压偏移和有机发光二极管106衰减的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种像素驱动电路，包括：一第一开关元件，具有一第一端耦接至一第一电源电压以及一控制端耦接至一第一扫描信号线；一第二开关元件，具有一第一端耦接至第一开关元件的一第二端、一第二端耦接至一第一节点和一发光元件以及一控制端耦接至一第二节点；一第三开关元件，具有一第一端耦接于第二开关元件的第一端与第一开关元件的第二端之间、一第二端耦接至第二节点以及一控制端耦接至一第二扫描信号线；一第四开关元件，具有一第一端耦接至一数据信号线、一第二端耦接至第一节点以及一控制端耦接至一第三扫描信号线；第一、第二电容器，串联耦接于第一、第二节点之间；以及一第五开关元件，具有一第一端耦接于第一、第二电容器之间、一第二端耦接至一第二电源电压以及一控制端耦接至第三扫描信号线。

本发明亦提供一种驱动像素方法，应用于一显示器，包括：于一补偿周期时，通过第三、第四、第五开关元件分别将第一、第二节点放电至一参考电压和一补偿电压，其中补偿电压为参考电压和第二开关元件的一临界电压的总合；于补偿周期后的一数据加载周期时，根据第三扫描信号经由第四开关元件将一数据信号加载至第一节点，其中数据信号为负电压；以及于数据加载周期后的一发光周期，通过第一、第二电容器将数据信号传递至第二节点，使得第二开关元件根据第二节点的电压电平产生一驱动电流至发光元件。

本发明亦提供一种电子装置，包括一种显示面板和一电源供应器。显示面板包括一像素驱动电路。像素驱动电路包括：一第一开关元件，具有一第一端耦接至一第一电源电压以及一控制端耦接至一第一扫描信号线；一第二开关元件，具有一第一端耦接至第一开关元件的一第二端、一第二端耦接至一第一节点和一发光元件以及一控制端耦接至一第二节点；一第三开关元件，具有一第一端耦接于第二开关元件的第一端与第一开关元件的第二端之间、一第二端耦接至第二节点以及一控制端耦接至一第二扫描信号线；一第四开关元件，具有一第一端耦接至一数据信号线、一第二端耦接至第一节点以及一控制端耦接至一第三扫描信号线；第一、第二电容器，串联耦接于第一、第二节点之间；以及一第五开关元件，具有一第一端耦接于第一、第二电容器之间、一第二端耦接至一第二电源电压以及一控制端耦接至第三扫描信号线。

为了让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图示，作详细说明如下。

附图说明

图1为像素电路的示意图；

图2为有机发光二极管的特性曲线图；

图3是本发明的像素驱动电路300的一实施例；

图4是本发明的数据信号Vdata与扫描信号SS1、SS2和SS3的一时序图；

图5是本发明的一显示面板；

图6是本发明的一电子装置；

图7是本发明的像素驱动方法的一流程图；

图8是本发明的像素驱动方法的另一流程图；

图9为一般渐进式驱动电路的时序图；以及

图10为本发明的像素驱动电路的时序图。

[主要元件标号说明]

100：像素电路； 102：薄膜晶体管；

104：储存电容； 106：有机发光二极管；

Vgs：栅源跨压； S：源极；

D：漏极； G：栅极；

IOLED：电流； VOLED：电位；

300：像素驱动电路； T1～T5：开关元件；

C1、C2：电容器； N1～N2：节点；

SCAN1～SCAN3：扫描信号线； SS1～SS3：扫描信号；

DL：数据信号线； S1～S5：第一端；

D1～D5：第二端； G1～G5：控制端；

ED：发光元件； Vdata：数据信号；

Vss：接地端； Vrst、VDD：电源电压；

Id：驱动电流； P1：重置周期；

P2：补偿周期； P3：数据加载周期；

P4：发光周期； VH：高电压电平；

VL：低电压电平； Vref：参考电压；

500：显示面板； 510：像素阵列；

520：扫描驱动器； 530：数据驱动器；

540：参考信号产生器； 600：电子装置；

610：外壳； 620：电源供应器；

SSP：栅门切换周期。

具体实施方式

以下说明是执行本发明的最佳模式。本领域技术人员应能知悉在不脱离本发明的精神和架构的前提下，当可作些许更动、替换和置换。本发明的范畴当视所附申请专利范围而定。

图3是本发明的像素驱动电路300的一实施例。如图3所示，像素驱动电路300用以产生一驱动电流Id至一发光元件ED，使得发光元件ED根据驱动电流Id来发光。在本发明实施例中，发光元件ED为有机发光二极管(Organic Light Emitting Diode,OLED)。像素驱动电路300包括开关元件T1～T5和电容器C1～C2。在本发明实施例中，开关元件T1～T5可以是非晶硅薄膜晶体管(a-Si TFT)或铟镓锌氧化物薄膜晶体管(InGaZnO thin filmtransistor，IGZO TFT)，但不限于此，本发明的开关元件T1～T5可以用任何N型薄膜晶体管来实现。

详细而言，开关元件T4具有一第一端D4耦接至电源电压VDD以及一控制端G4耦接至扫描信号线SCAN3。开关元件T1具有一第一端D1耦接至开关元件T4的一第二端S4、一第二端S1耦接至一节点N1和发光元件ED以及一控制端G1耦接至一节点N2。开关元件T2具有一第一端D2耦接于开关元件T1的第一端D1与开关元件T4的第二端S4之间、一第二端S2耦接至节点N2以及一控制端耦接至一扫描信号线SCAN1。开关元件T3具有一第一端D3耦接至一数据信号线DL、一第二端S3耦接至节点N1以及一控制端G3耦接至一扫描信号线SCAN2。电容器C1、C2串联耦接于节点N1、N2之间。开关元件T5具有一第一端D5耦接于电容器C1、C2之间、一第二端S5耦接至一电源电压Vrst以及一控制端G5耦接至扫描信号线SCAN2。电源电压Vrst可以是任何电压电平。

图4为本发明的数据信号Vdata与扫描信号SS1、SS2和SS3的一时序图，用以说明像素驱动电路300。如图3与图4所示，一个帧周期依序包括一重置周期P1、一补偿周期P2、一数据加载周期P3和一发光周期P4。于重置周期P1时，开关元件T1～T5分别根据扫描信号线SCAN3、SCAN1和SCAN2所输出的扫描信号SS3、SS1和SS2操作在导通状态，使得开关元件T4和T2通过电源电压VDD对节点N2充电至一高电压电平VH。

于重置周期P1后的补偿周期P2时，开关元件T2、T3和T5根据扫描信号SS1和SS2操作在导通状态，并且开关元件T4根据扫描信号SS3操作在截止状态，使得开关元件T1操作在二极管模式(diode connection)，并且通过开关元件T2和T3分别将节点N1和N2放电至参考电压Vref和一补偿电压Vcp，其中补偿电压Vcp为参考电压Vref和开关元件T1的一临界电压Vth的总合(Vcp=Vref+Vth)。另外，参考电压Vref大于最大灰阶电压，并且Vref＜Vss+VOLED0，其中VOLED0为发光元件ED的临界电压，Vss为接地端的电压。

于补偿周期P2后的数据加载周期P3时，开关元件T3和T5根据扫描信号SS2操作在导通状态，并且开关元件T4、T1和T2根据扫描信号SS3和SS1操作在截止状态，使得开关元件T3将一数据信号Vdata加载至节点N1。需说明的是，数据信号Vdata为负电压，使得节点N1对发光元件ED为负偏压操作，而不会导通发光元件ED。

于数据加载周期P3后的发光周期P4时，开关元件T2、T3和T5根据扫描信号SS1和SS2操作在截止状态，并且开关元件T4根据扫描信号SS3操作在导通状态，使得电容器C1和C2将数据信号Vdata传递至节点N2，使得开关元件T1操作在一饱和状态(saturationstate)，并且根据第二电平V2产生一驱动电流Id至发光元件ED。

需说明的是，当发光元件ED导通之后，节点N1的电压电平由数据信号Vdata转变成开路临界电压VOLED1，节点N2的电压电平由补偿电压Vcp转变成第一电平V1，其中V1=Vref+Vth+VOLED1-Vdata。因此，开关元件T1的栅源跨压为Vgs=V1-VOLED1=(Vref+Vth+VOLED1-Vdata)-VOLED1=Vref-Vdata+Vth。由于开关元件T1的栅源跨压Vgs>Vth，开关元件T1的漏源跨压Vds>Vgs-Vth，因此开关元件T1操作在饱和区，并且驱动电流Id只与开关元件T1的栅极电压有关。驱动电流Id公式如下所述：

Id=K(Vgs-Vth)²

=K[Vref-Vdata+Vth-Vth]²

=K[Vref-Vdata]²

其中K为晶体管的增益系数。很明显地，当发光元件ED为导通状态时，驱动电流Id和开关元件T1的临界电压Vth与发光元件ED的开路临界电压VOLED1无关，因此像素驱动电路300不会因为晶体管的临界电压变异和发光元件变异，产生亮度不均匀的现象。

图5为本发明的一显示面板。如图所示，显示面板500包括一像素阵列510、一扫描驱动器520、一数据驱动器530以及一参考信号产生器540。举例而言，像素阵列510包括多个像素，每个像素包含如图3所示的像素驱动电路300。

扫描驱动器520用以提供扫描信号(例如扫描信号SS1～SS3)至像素阵列510，使得扫描信号线被驱动或禁能，而数据驱动器530用以提供数据信号至像素阵列510中的像素驱动电路。参考信号产生器540用以提供参考信号至像素阵列510的像素驱动电路300，且亦可集成至扫描驱动器520中。要注意的是，显示面板500可为一有机发光二极管(OLED)显示面板，但亦可应用于其它种类的显示面板，例如液晶(LCD)显示面板。

图6所示为本发明的一电子装置。如图所示，电子装置600是使用图5所示的显示面板500，此电子装置600举例而言可为一个人数字助理(PDA)、笔记本型计算机、平板计算机、移动电话、显示器等等。

一般而言，电子装置600包括一外壳610、一显示面板500以及一电源供应器620，虽然电子装置600亦含有其它元件，但于此不多加累述。操作上，电源供应器620用以供电至显示面板500，使得显示面板500可以显示图像。

图7为本发明的像素驱动方法的一流程图，适用于像素阵列510。需说明的是，于重置周期P1、补偿周期P2与发光周期P4时，像素阵列510内的所有像素皆做相同的操作。仅于数据加载周期P3时，依序致能每一列的扫描信号线SCAN2。如图7所示，于补偿周期P2时，进入步骤S72，通过开关元件T2、T3和T4分别将节点N1和N2放电至参考电压Vref和补偿电压Vcp，其中补偿电压Vcp为参考电压Vref和开关元件T1的临界电压Vth的总合。于补偿周期P2后的数据加载周期P3时，进入步骤S73，根据扫描信号SS2经由开关元件T3将数据信号Vdata加载至节点N1，其中数据信号Vdata为负电压，以避免在数据加载周期P3时导通发光元件ED。

于数据加载周期P3后的发光周期P4，进入步骤S74，通过电容器C1和C2将数据信号Vdata传递至节点N2，使得开关元件T1根据节点N2的电压电平产生驱动电流Id至发光元件ED。需说明的是，本发明的像素驱动方法是同时驱动和补偿显示面板500内所有的像素的发光元件，换言之，本发明的像素驱动电路300为同步发光式和同步补偿式像素驱动电路。

图8为本发明的像素驱动方法的另一流程图，适用于像素阵列510。如图8所示，步骤S82～S84与步骤S72～S74相同。于补偿周期P2前的重置周期P1时，进入步骤S81，分别根据扫描信号SS3、SS1和SS2导通开关元件T4、T2、T3和T5，使得电源电压VDD对节点N2充电至高电压电平。

图9为一般渐进式(progressive emission)驱动电路的时序图，图10为本发明的像素驱动电路的时序图，R为右视场的发光周期，L为左视场的发光周期。如图9所示，每一视场画面的发光周期大约小于4ms，栅门(shutter)切换周期SSP(整个帧为遮没周期时)大约为2.5ms。如图10所示，由于本发明的像素驱动电路为同步发光(simultaneous emission)式和同步补偿式像素驱动电路，因此发光时间大于4ms，闸门切换周期SSP大约为4ms。相较于渐进式驱动电路，本发明的像素驱动电路的帧遮没周期较长，因此有利于快门式立体显示眼镜的眼镜快门切换。

综上所述，由于本发明的显示面板500、像素驱动电路300为同步发光式驱动电路，因此发光周期较渐进发光式驱动电路来得长。另外，由于本发明的显示面板500同步补偿所有像素的临界电压变异，因此全画面遮没周期较渐进发光式驱动电路长，因此快门式眼镜有足够的时间可以在黑画面中进行切换。由于本发明是使用N型薄膜晶体管，因此可使用高分辨率、低耗电、反应速度快与色彩饱和度高的铟镓锌氧化物薄膜晶体管来驱动发光元件。另外，无论各像素的开关元件T1的临界电压Vth偏移量的差异为何，与各像素的发光元件ED的衰减程度的差异为何，于长时间使用下仍能保持最佳的影像质量。

以上叙述许多实施例的特征，使所属技术领域中具有通常知识者能够清楚理解本说明书的形态。所属技术领域中具有通常知识者能够理解其可利用本发明揭示内容为基础以设计或更动其它制程及结构而完成相同于上述实施例的目的及/或达到相同于上述实施例的优点。所属技术领域中具有通常知识者亦能够理解不脱离本发明的精神和范围的等效构造可在不脱离本发明的精神和范围内作任意的更动、替代与润饰。

Claims

1.一种像素驱动电路，包括：

一第一开关元件，具有一第一端耦接至一第一电源电压以及一控制端耦接至一第一扫描信号线；

一第二开关元件，具有一第一端耦接至上述第一开关元件的一第二端、一第二端耦接至一第一节点和一发光元件以及一控制端耦接至一第二节点，其中所述第一节点介于所述第二开关元件的所述第二端与所述发光元件之间；

一第三开关元件，具有一第一端耦接于上述第二开关元件的第一端与上述第一开关元件的第二端之间、一第二端耦接至上述第二节点以及一控制端耦接至一第二扫描信号线；

一第四开关元件，具有一第一端耦接至一数据信号线、一第二端耦接至上述第一节点以及一控制端耦接至一第三扫描信号线；

第一、第二电容器，串联耦接于上述第一、第二节点之间；以及

一第五开关元件，具有一第一端耦接于上述第一、第二电容器之间、一第二端耦接至一第二电源电压以及一控制端耦接至上述第三扫描信号线。

2.根据权利要求1所述的像素驱动电路，其中于一重置周期时，上述第一、第二、第三、第四和第五开关元件分别根据上述第一、第二和第三扫描信号线所输出的第一、第二和第三扫描信号操作在导通状态，使得上述第一、第三开关元件通过上述第一电源电压对上述第二节点充电至一高电压电平。

3.根据权利要求2所述的像素驱动电路，其中于上述重置周期后的一补偿周期时，上述第三、第四和第五开关元件根据上述第二、第三扫描信号操作在导通状态，并且上述第一开关元件根据上述第一扫描信号操作在截止状态，使得上述第二开关元件通过上述第三开关元件与上述第四开关元件分别将上述第一、第二节点放电至一参考电压和一补偿电压，其中上述补偿电压为上述参考电压和上述第二开关元件的一临界电压的总合。

4.根据权利要求3所述的像素驱动电路，其中于上述补偿周期后的一数据加载周期时，上述第四、第五开关元件根据上述第三扫描信号操作在导通状态，并且上述第一、第二和第三开关元件根据上述第一、第二扫描信号操作在截止状态，使得上述第四开关元件将一数据信号加载至上述第一节点，其中上述数据信号为负电压。

5.根据权利要求4所述的像素驱动电路，其中于上述数据加载周期后的一发光周期时，上述第三、第四和第五开关元件根据上述第二和第三扫描信号操作在截止状态，并且上述第一开关元件根据上述第一扫描信号操作在导通状态，使得上述第一、第二电容器将上述数据信号传递至上述第二节点，并且上述第二开关元件根据上述第二节点的电压电平产生一驱动电流至上述发光元件。

6.根据权利要求5所述的像素驱动电路，其中上述驱动电流相依于上述参考电压。

7.根据权利要求1所述的像素驱动电路，其中上述第一、第二、第三、第四和第五开关元件为N型晶体管。

8.一种如权利要求1所述的像素驱动电路的驱动像素方法，包括：

于一补偿周期时，通过上述第二、第三和第四开关元件分别将上述第一、第二节点放电至一参考电压和一补偿电压，其中上述补偿电压为上述参考电压和上述第二开关元件的一临界电压的总合；

于上述补偿周期后的一数据加载周期时，根据上述第三扫描信号经由上述第四开关元件将一数据信号加载至上述第一节点，其中上述数据信号为负电压；以及

于上述数据加载周期后的一发光周期，通过上述第一、第二电容器将上述数据信号传递至上述第二节点，使得上述第二开关元件根据上述第二节点的电压电平产生一驱动电流至上述发光元件。

9.根据权利要求8所述的驱动像素方法，还包括：

于上述补偿周期前的一重置周期时，分别根据上述第一、第二和第三扫描信号导通上述第一、第三、第四和第五开关元件，使得上述第一电源电压对上述第二节点充电至一高电压电平。

10.根据权利要求9所述的驱动像素方法，其中于上述补偿周期时，根据上述第二、第三扫描信号导通上述第三、第四和第五开关元件，并且根据上述第一扫描信号截止上述第一开关元件。

11.根据权利要求10所述的驱动像素方法，其中于上述数据加载周期时，根据上述第三扫描信号导通上述第四和第五开关元件，并且根据上述第一、第二扫描信号截止上述第一、第二和第三开关元件。

12.根据权利要求11所述的驱动像素方法，其中于上述发光周期时，根据上述第二和第三扫描信号截止上述第三、第四和第五开关元件，并且根据上述第一扫描信号导通上述第一开关元件。

13.根据权利要求12所述的驱动像素方法，其中上述驱动电流相依于上述参考电压。

14.根据权利要求8所述的驱动像素方法，其中上述第一、第二、第三、第四和第五开关元件为N型晶体管。

15.一种显示面板，包括：

一像素驱动电路，包括：

16.根据权利要求15所述的显示面板，其中于一重置周期时，上述第一、第二、第三、第四和第五开关元件分别根据上述第一、第二和第三扫描信号线所输出的第一、第二和第三扫描信号操作在导通状态，使得上述第一、第三开关元件通过上述第一电源电压对上述第二节点充电至一高电压电平。

17.根据权利要求16所述的显示面板，其中于上述重置周期后的一补偿周期时，上述第三、第四和第五开关元件根据上述第二、第三扫描信号操作在导通状态，并且上述第一开关元件根据上述第一扫描信号操作在截止状态，使得上述第二开关元件通过上述第三开关元件与上述第四开关元件分别将上述第一、第二节点放电至一参考电压和一补偿电压，其中上述补偿电压为上述参考电压和上述第二开关元件的一临界电压的总合。

18.根据权利要求17所述的显示面板，其中于上述补偿周期后的一数据加载周期时，上述第四、第五开关元件根据上述第三扫描信号操作在导通状态，并且上述第一、第二和第三开关元件根据上述第一、第二扫描信号操作在截止状态，使得上述第四开关元件将一数据信号加载至上述第一节点，其中上述数据信号为负电压。

19.根据权利要求18所述的显示面板，其中于上述数据加载周期后的一发光周期时，上述第三、第四和第五开关元件根据上述第二和第三扫描信号操作在截止状态，并且上述第一开关元件根据上述第一扫描信号操作在导通状态，使得上述第一、第二电容器将上述数据信号传递至上述第二节点，并且上述第二开关元件根据上述第二节点的电压电平产生一驱动电流至上述发光元件。

20.一种电子装置，包括：

一如权利要求15所述的显示面板；以及

一电源供应器。