OLED像素驱动方法及用于该方法的OLED像素驱动电路

摘要

本发明公开了一种可对灰度进行精确调节的OLED像素驱动方法及用于该方法的OLED像素驱动电路。该方法是使OLED发光单元只在开态和关态两种状态下转换，且在OLED发光单元处于开态时，流过该OLED发光单元的电流是恒定的；对OLED发光单元的灰度调节通过控制该OLED发光单元开态发光时间来实现。本发明的上述方法对OLED发光单元的灰度调节创造性的采取了通过控制该OLED发光单元开态发光来实现的，而不再是靠控制流过OLED发光单元的电流的大小来实现，由于对OLED发光单元开态发光时间的控制更为容易和精确，因此，本发明的OLED像素驱动方法能够对灰度进行更加精确的调节，改善显示屏均匀性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种OLED像素驱动方法及用于该方法的OLED像素驱动电路。

背景技术

有源矩阵驱动的有机发光二极管（Active Matrix Organic Light Emitting Diode， AMOLED）由于具有发光亮度高、驱动电压低、响应速度快、无视角限制、能效高、超轻超薄 等优点，具有巨大的应用前景。目前大多数的OLED的像素驱动电路都是通过改变施加在OLED 发光单元上的电压或改变流过OLED发光单元的电流来实现灰度调节。在AMOLED中，亮度的 实现是由流过OLED自身的电流决定的，上述模拟驱动（即电压驱动和电流驱动）方法由于难 以实现精确的电流控制，因而不能对OLED发光单元进行精确的灰度调节，也就无法解决显示 屏均匀性的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可对灰度进行精确调节的OLED像素驱动方法及 用于该方法的OLED像素驱动电路。

本发明的OLED像素驱动方法，是使OLED发光单元只在开态和关态两种状态下转换，且 在OLED发光单元处于开态时，流过该OLED发光单元的电流是恒定的；对OLED发光单元的 灰度调节通过控制该OLED发光单元开态发光时间来实现。根据人眼的特性，眼睛感受到的亮 度不仅与发光体的发光强度有关，还与发光的持续时间有关，有鉴于此，本发明的上述方法 对OLED发光单元的灰度调节创造性的采取了通过控制该OLED发光单元开态发光来实现的， 而不再是靠控制流过OLED发光单元的电流的大小来实现，由于对OLED发光单元开态发光时 间的控制更为容易和精确，因此，本发明的OLED像素驱动方法能够对灰度进行更加精确的调 节，改善显示屏均匀性。

用于上述方法的OLED像素驱动电路，包括：第一晶体管、第二晶体管、第三晶体、第四 晶体管、存储电容以及OLED发光单元，其中的第一晶体管为P型晶体管，第二晶体管为N型 晶体管，所述第一晶体管与第二晶体管构成反相器，第三晶体管和第四晶体管构成OLED像素 驱动电路的开关；第一晶体管的源极和第三晶体管的源极同时与外部电源相连，第一晶体管 的漏极同时与OLED发光单元的阳极和第二晶体管的漏极相连，OLED发光单元的阴极和第二 晶体管的源极接地，第三晶体管的漏极、第一晶体管的栅极以及第二晶体管的栅极同时与存 储电容的第一端相连，存储电容的第二端与第四晶体管的漏极相连，第三晶体管的栅极与 SELECT信号线相连，第四晶体管的源极与DATA信号线相连，第四晶体管的栅极与SCAN信号 线相连。该OLED像素驱动电路中的OLED发光单元发光时，流过该OLED发光单元的电流受第 一晶体管阈值电压漂移的影响极小，可以忽略不计，因此能够保证OLED发光单元有恒定的电 流流过，增加了稳定性。

所述第一晶体管、第二晶体管、第三晶体和第四晶体管分别选自MOS场效应管、多晶硅 薄膜晶体管、金属氧化物薄膜晶体管、有机薄膜晶体管中的任意一种。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明附加的方面和优点将在 下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为本发明实施例一中像素驱动电路结构示意图。

图2为实施例一所采用的的亮度-电流-电压的特性曲线。

图3是本发明实施例一中开启场各扫描信号的时序控制图。

图4是本发明实施例一中关闭场各扫描信号的时序控制图。

图5为本发明实施例二中像素驱动电路结构示意图。

图6是本发明实施例二中开启场各扫描信号的时序控制图。

图7是本发明实施例二中关闭场各扫描信号的时序控制图。

图8为本发明实施例三中像素驱动电路结构示意图。

图9是本发明实施例三中开启场各扫描信号的时序控制图。

图10是本发明实施例三中关闭场各扫描信号的时序控制图。

图11为本发明施实例四中像素驱动电路结构示意图。

图12是本发明施实例四中开启场各扫描信号的时序控制图。

图13是本发明施实例四中关闭场各扫描信号的时序控制图。

具体实施方式

实施例一

实施例一的第一优选方式：

像素驱动电路结构如图1所示，包括第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体M3、第 四晶体管M4、存储电容CS以及OLED发光单元，其中第一晶体管M1、第三晶体M3、第四晶 体管M4均为PMOS场效应管，第二晶体管M2为NMOS场效应管，第一晶体管M1的源极与外部 电源VDD相连，第一晶体管M1的漏极与OLED发光单元的阳极和第二晶体管M2的漏极相连（连 接于图1中的C点），OLED发光单元的阴极和第二晶体管M2的源极接地，第三晶体M3的源 极与所述外部电源VDD相连，第三晶体M3的漏极、第一晶体管M1的栅极、第二晶体管M2的 栅极与存储电容CS的第一端相连（连接于图1中的B点），存储电容CS的第二端与第四晶体 管M4的漏极相连（连接于图1中的A点），第三晶体管M3的栅极与SELECT信号线相连，第 四晶体管M4的源极与DATA信号线相连，第四晶体管M4的栅极与SCAN信号线相连，其中第 一晶体管M1、第二晶体管M2构成反相器，所述B点可以看作反相器的输入端，C点可以看作 反相器的输出端，同时C点也是第一晶体管M1的漏极和OLED发光单元的阳极。

根据反相器的特性，当B点的电压足够小时，可以使第二晶体管M2关闭，第一晶体管 M1导通，此时外部电源VDD经第一晶体管M1加到OLED发光单元上，所以会有一个恒定的电 流流过OLED发光单元。此电流的大小由OLED发光单元和第一晶体管M1的特性决定。设此电 流的大小为I_D，则此电流既等于流过第一晶体管M1的电流I_M1，又等于流过OLED发光单元的 电流。

$\left(\begin{array}{cc}{I}_{M1}=\left|K_P\right[(V_{\mathrm{GS}}-V_{\mathrm{TH}})V_{\mathrm{DS}}-{V_{\mathrm{DS}}}^2\left]\right|& \left(1\right)\\ I_D=I_S[\exp \left(\frac{V}{\mathrm{nKT}/q}\right)-1]& \left(2\right)\\ I_{M1}=I_D& \left(3\right)\end{array}\right)$

其中K_P＝(1/2)μ_PC_OX(W/L)为第一晶体管M1的导电因子，V_TH是第一晶体管M1的阈值电压， V_DS是第一晶体管M1的漏源电压，I_S和n分别是把OLED发光单元等效为二极管模型时的反向 饱和电流和发射系数。

图2是实施例一的OLED的亮度-电流-电压的特性曲线，其中像素面积为15×15μm²。由 特性曲线可以看出，当OLED发光单元工作在4.2V时，OLED发光单元的亮度达到了500cd/m²， 此时流过OLED发光单元的电流仅为8.5nA。当nA级的电流流过第一晶体管M1时，V_DS为nV 级。如果第一晶体管M1的阈值电压随着时间而发生漂移时，V_DS仍然是nV级，所以第一晶体 管M1的漏极电压(即OLED发光单元的阳极电压)的变化会小于10^-9V，由OLED第一晶体管的 亮度-电流-电压的特性曲线可以看出，这样小的电压变化对流过OLED第一晶体管的电流的影 响可以忽略不计。所以此像素电路对阈值电压的漂移不敏感，增加了稳定性。此像素电路是 通过控制OLED第一晶体管的发光时间来实现灰度等级，其发光和不发光是通过控制各信号的 扫描时序来实现的。如果OLED发光单元处于某一场中可以发光，称此场为开启场，如果OLED 发光单元处于某一场中始终不发光，则称此场为关闭场。

开启场各信号的扫描时序如图3所示，具体工作过程如下：

第一阶段：SCAN信号处于低电平，DATA信号处于高电平，SELECT信号处于低电平。第 四晶体管M4在SCAN的作用下处于导通状态，第三晶体管M3在SELECT的作用下处于导通状 态。电容两端的电压分别为V_A=V_DATA，V_B=VDD。此时V_C=0，OLED不发光。

第二阶段：SCAN信号处于低电平，DATA信号在SELECT信号上升沿来临之后、SCAN信号 上升沿来临之前由高电平变为低电平，SELECT信号处于高电平。第四晶体管M4在SCAN的作 用下处于导通状态，第三晶体管M3在SELECT的作用下处于关闭状态。由于第三晶体管M3处 于关闭状态，所以存储电容CS右端B点相当于悬空。在DATA信号处于高电平的时候，V_B=VDD， V_C=0，OLED不发光。在DATA信号变为低电平以后，由于存储电容CS已处于悬空状态，B点 的电压由于DATA信号电平的下降而下降，V_B=VDD－V_DATA，相当于反相器的输入端输入了一个 低电平，则输出端C点处于高电平，OLED处于发光状态。

第三阶段：SCAN信号处于高电平，DATA信号处于低电平，SELECT信号处于高电平。第 四晶体管M4在SCAN的作用下处于关闭状态，第三晶体管M3在SELECT的作用下处于关闭状 态。此时CS两端均处于悬空状态。B点的电压仍然保持在VDD－V_DATA，C点仍然处于高电平， OLED仍然处于发光状态。

关闭场各信号的扫描时序如图4所示，具体工作过程如下：

第一阶段：SCAN信号处于低电平，DATA信号处于高电平，SELECT信号处于低电平。第 四晶体管M4在SCAN的作用下处于导通状态，第三晶体管M3在SELECT的作用下处于导通状 态。电容两端的电压分别为V_A=V_DATA，V_B=VDD。此时V_C=0，OLED不发光。

第二阶段：SCAN信号处于低电平，DATA信号处于高电平，SELECT信号处于高电平。第 四晶体管M4在SCAN的作用下处于导通状态，第三晶体管M3在SELECT的作用下处于关闭状 态。电容两端的电压分别为V_A=V_DATA，V_B=VDD。此时V_C=0，OLED不发光。

第三阶段：SCAN信号处于高电平，DATA信号处于低电平，SELECT信号处于高电平。第 四晶体管M4在SCAN的作用下处于关闭状态，第三晶体管M3在SELECT的作用下处于关闭状 态。此时CS两端均处于悬浮状态。B点的电压仍然保持在VDD，C点电压V_C=0，OLED不发光。

实施例一的第二优选方式：

电路结构与实施例一的第一优选方式相同，各信号的扫描时序也相同，其区别在于第二 优选方式中DATA信号处于高电平的幅值比第一优选方式中DATA信号处于高电平的幅值要低。 在开启场的第二阶段，B点的电压由于DATA信号电平的下降而下降，V_B=VDD－V_DATA，由于V_DATA变小、V_B变大，V_B只能使第一晶体管M1导通，不能使第二晶体管M2关断。

当OLED发光时，设流过OLED的电流为I_D,流过第一晶体管M1的电流为I_M1,流过第二晶 体管M2的电流为I_M2.则有：

（见下页）

$\left(\begin{array}{cc}{I}_{M1}=\left|K_P\right[(V_{\mathrm{GSM}1}-V_{\mathrm{THM}1})V_{\mathrm{DSM}1}-{V_{\mathrm{DSM}1}}^2\left]\right|& \left(1\right)\\ I_{M2}=\left|K_N\right[(V_{\mathrm{GSM}2}-V_{\mathrm{THM}2})V_{\mathrm{DSM}2}-{V_{\mathrm{DSM}2}}^2\left]\right|& \left(2\right)\\ I_D=I_S[\exp \left(\frac{V}{\mathrm{nKT}/q}\right)-1]& \left(3\right)\\ I_{M1}=I_{M2}+I_D& \left(4\right)\end{array}\right)$

其中K_P,V_GSM1，V_THM1，V_DSM1分别为第一晶体管M1的导电因子，栅源电压，阈值电压， 漏源电压；K_N,V_GSM2，V_THM2，V_DSM2分别为第二晶体管M2的导电因子，栅源电压，阈值电压， 漏源电压。

当nA级的电流流过OLED时，V_DS为μV级。如果第一晶体管M1的阈值电压发生漂移时， V_DS仍然是μV级，所以第一晶体管M1的漏极电压（OLED的阳极电压）的变化会小于10^-6V， 由OLED的亮度-电流-电压的特性曲线可以看出，这样小的电压变化对流过OLED的电流的影 响可以忽略不计。

需要指出的是，实施例一中采用的MOS场效应管也可以换为其他的晶体管：多晶硅薄膜 晶体管，金属氧化物薄膜晶体管，有机薄膜晶体管。

实施例二

参考图5所示的像素驱动电路结构示意图，图6所示的开启场各信号的扫描时序图以及 图7所示的关闭场各信号的扫描时序图。

与实施例一相比，此电路中第四晶体管M4由PMOS场效应管变为NMOS场效应管，所以 SCAN信号扫描时序发生相应变化。电路原理与实施例一相同。

实施例二中采用的MOS场效应管也可以换为其他的晶体管：多晶硅薄膜晶体管，金属氧 化物薄膜晶体管，有机薄膜晶体管。

实施例三

参考图8所示的像素驱动电路结构示意图，图9所示的开启场各信号的扫描时序图以及 图10所示的关闭场各信号的扫描时序图。

与实施例一相比，此电路中第三晶体管M3由PMOS场效应管变为NMOS场效应管，所以 SELECT信号扫描时序发生相应变化。电路原理与实施例一相同。

实施例三中采用的MOS场效应管也可以换为其他的晶体管：多晶硅薄膜晶体管，金属氧 化物薄膜晶体管，有机薄膜晶体管。

实施例四

参考图11所示的像素驱动电路结构示意图，图12所示的开启场各信号的扫描时序图以 及图13所示的关闭场各信号的扫描时序图。

与实施例一相比，此电路中第四晶体管M4由PMOS场效应管变为NMOS场效应管、第三晶 体管M3由PMOS场效应管变为NMOS场效应管，所以SCAN信号、SELECT信号扫描时序发生相 应变化。电路原理与实施例一相同。

实施例四中采用的MOS场效应管也可以换为其他的晶体管：多晶硅薄膜晶体管，金属氧 化物薄膜晶体管，有机薄膜晶体管。