一种像素驱动电路及显示装置的制作方法

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种电流驱动型的像素驱动电路及显示装置。

背景技术

目前市面上成熟的显示技术为lcd(液晶显示器)技术,而oled(有机电致发光显示器)、qled(量子点电致发光显示器)、micro-led(微型电致发光显示器)等新型显示技术以自发光所带来的高对比度、高色域、宽视角、低能耗、低反应时间以及其更轻薄的优势被大家所关注。

lcd使用电压驱动方式，像素驱动电路只有1个开关tft(薄膜晶体管)，而oled、qled、micro-led等新型显示技术主要使用电流驱动方式。以oled显示器为例，基础的像素驱动电路至少含有2个tft1个电容(2t1c)，其中包括1个开关tft和1个驱动tft，驱动tft连接有机发光二极管oled的阳极。但使用2t1c像素驱动电路，由于制程原因造成驱动tft的阈值电压vth不同或者工作状态下阈值电压vth的漂移量不同会使得输入有机发光二极管oled阳极的驱动电流ii不同，从而影响像素亮度，造成显示不均等问题。

针对此种问题各家研究出了多种像素补偿电路，补偿阈值电压vth的差异，其中夏普在专利cn102007527b中介绍了一种4t1c的n型像素驱动电路，其电路结构如图1所示，时序图如图2所示。该像素驱动电路的驱动原理主要为四个阶段：reset阶段、compensate阶段、datein阶段、emitting阶段，通过对阈值电压vth的抓取与补偿，最终输入电光学元件的驱动电流ii与驱动tft的阈值电压vth无关。

该像素驱动电路理论上能够补偿阈值电压vth漂移，但是未考虑实际工作过程中电光学元件在关断状态下形成的等效大电容。如图3所示，由于该等效大电容无法充满，充电电流一直很大，reset阶段(t1-t3)驱动tft的源极端(图1中s端)电压卡死在一恒定值无法复位，因此无法完成对阈值电压vth的补偿，达不到该专利预期的技术效果。

此外，该像素驱动电路还存在信号复杂和ui信号高低电平压差过大，信号支援困难的问题。compensate阶段(t3～t4)驱动tft的gate端电压vg满足：vg＝vdate+vth+v1-v2；电光学元件的发光条件为：vg-vs-vth>0，即vdate+v1-v2>vs；驱动tft工作在饱和区的条件为：vds≥vgs-vth，即vdate+v1-v2≤vd；compensate阶段(t3～t4)保证电光学元件关断的条件为：vs-vcom<vi。其中vg、vs、vd、vds、vgs分别为驱动tft的栅极电压、源极电压、漏极电压、漏源极电压差、栅源极电压差，vdate为数据电压，v1、v2分别为ui信号的高电平电压和低电平电压，vcom为公共电压，vdd为电源电压，vi为电光学元件导通时的第一端和第二端的电压差。显示装置的常用电压设定为：vcom＝-4.5v，

vi＝3v，vdd＝4.5v，因此vdate、v1、v2满足：-1.5v<vdate+v1-v1<4.5v且vdate<-1.5v。常用vdate范围为-7v～-2v，ui信号的高低电平差v1-v2需在6.5v左右，因此ui信号的产生和输入困难。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明公开了一种像素驱动电路，能够稳定对驱动晶体管的阈值电压偏移进行补偿，提升驱动电流的稳定性，且输入信号简单。

本发明提供的技术方案如下：

本发明公开了一种像素驱动电路，包括：第一薄膜晶体管、第二薄膜晶体管、第三薄膜晶体管、第四薄膜晶体管、第五薄膜晶体管、第一电容以及电光学元件；

第一薄膜晶体管的控制端输入第二脉冲信号，第一薄膜晶体管的第一通路端输入电源电压并连接第一电容的第一极板，第一薄膜晶体管的第二通路端连接第二薄膜晶体管的第二通路端和第三薄膜晶体管的第一通路端；

第二薄膜晶体管的控制端输入扫描信号，第二薄膜晶体管的第一通路端连接第一电容的第二极板和第三薄膜晶体管的控制端；

第三薄膜晶体管的第二通路端连接第四薄膜晶体管的第一通路端和第五薄膜晶体管的第一通路端；

第四薄膜晶体管的控制端输入扫描信号，第四薄膜晶体管的第二通路端输入数据电压；

第五薄膜晶体管的通路端输入第一脉冲信号，第五薄膜晶体管的第二通路端连接电光学元件的第一端；

电光学元件的第二端输入恒压低电平。

优选地，所述第一薄膜晶体管、第二薄膜晶体管、第三薄膜晶体管、第四薄膜晶体管和第五薄膜晶体管均为n型薄膜晶体管。

优选地，所述电光学元件为有机发光二极管、量子点发光二极管、微发光二极管的其中一种。

优选地，所述像素驱动电路的驱动阶段包括重置阶段、补偿阶段以及发光阶段；

在重置阶段，所述第一脉冲信号提供低电位，扫描信号提供高电位，第二脉冲信号提供高电位；

在补偿阶段，所述第一脉冲信号提供低电位，扫描信号提供高电位，第二脉冲信号提供低电位；

在发光阶段，所述第一脉冲信号提供高电位，扫描信号提供低电位。

优选地，所述发光阶段包括第一子阶段和第二子阶段；

在第一子阶段，第一脉冲信号提供高电位，扫描信号提供低电位，第二脉冲信号提供低电位；

在第二子阶段，第一脉冲信号提供高电位，扫描信号提供低电位，第二脉冲信号提供高电位。

优选地，对应第n帧的所述第二子阶段由第n帧(n为正整数)的第一子阶段的结束时间延续至第n+1帧的重置阶段的开始时间。

本发明还公开了一种像素驱动电路的驱动方法，应用于上述任一项所述的像素驱动电路，包括步骤：

第一步：进入重置阶段：

所述第一脉冲信号提供低电位，扫描信号提供高电位，第二脉冲信号提供高电位；

所述第一薄膜晶体管、第二薄膜晶体管、第三薄膜晶体管和第四薄膜晶体管打开，第五薄膜晶体管关断；第三薄膜晶体管的控制端和第一通路端充电至电源电压；

第二步：进入补偿阶段：

所述第一脉冲信号提供低电位，扫描信号提供高电位，第二脉冲信号提供高电位；

所述第一薄膜晶体管和第五薄膜晶体管关断，第二薄膜晶体管、第三薄膜晶体管和第四薄膜晶体管打开；第三薄膜晶体管的控制端和第一通路端由电源电压放电至第一电压，所述第一电压由下面公式计算得到：v1＝vdate+vth，其中v1为第一电压，vdate为数据电压，vth为第三薄膜晶体管的阈值电压；

第三步：进入发光阶段：

所述第一脉冲信号提供高电位，扫描信号提供低电位；

第二薄膜晶体管和第四薄膜晶体管关断，第三薄膜晶体管和第五薄膜晶体管打开；

第三薄膜晶体管的控制端电压维持在所述第一电压；

第三薄膜晶体管的第二通路端放电至第二电压，所述第二电压由下面公式计算得到：v3＝vee+vi，其中v3为第二电压，vee为恒压低电平，vi为电光学元件导通时第一端和第二端的电压差。

优选地，所述第三步包括：

进入第一子阶段：

所述第一脉冲信号提供高电位，扫描信号提供低电位，第二脉冲信号提供低电位；第一薄膜晶体管、第二薄膜晶体管和第四薄膜晶体管关断，第三薄膜晶体管和第五薄膜晶体管打开；

进入第二子阶段：

所述第一脉冲信号提供高电位，扫描信号提供低电位，第二脉冲信号提供低电位；第二薄膜晶体管和第四薄膜晶体管关断，第一薄膜晶体管、第三薄膜晶体管和第五薄膜晶体管打开。

优选地，在对应第n帧的所述第二子阶段后进入第n+1帧的重置阶段。

本发明还公开了一种显示装置，其为电流驱动型的显示装置，包括上述任一项所述的像素驱动电路。

与现有技术相比，本发明能够带来以下至少一项有益效果：

1、新增的第五薄膜晶体管在补偿阶段关闭以隔离电光学元件对驱动晶体管的第二通路端电压的影响，保证阈值电压补偿的可靠性，确保输入电光学元件的驱动电流大小与薄膜晶体管的阈值电压无关；

2、简化输入信号，第一电容的第一极板连接第一薄膜晶体管的第一通路端并输入电源电压，第一电容的第二极板连接第二薄膜晶体管的第一通路端和第三薄膜晶体管的控制端，无需额外的输入信号；

3、简化输入信号，第二薄膜晶体管的控制端和第四薄膜晶体管的控制端输入相同的扫描信号；

4、简化输入信号，无需高低电平相差较大的ui信号，各输入信号支援简单。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对本发明予以进一步说明。

图1为现有技术中一种像素驱动电路的结构示意图；

图2为图1所示像素驱动电路的时序示意图；

图3为图1所示像素驱动电路中输入信号、节点电压和等效大电容充电电流的波形示意图；

图4为本发明像素驱动电路的结构示意图；

图5为图4所示像素驱动电路的时序示意图；

图6-8为图4所示像素驱动电路的驱动阶段示意图

图9为图4所示像素驱动电路中输入信号、节点电压和等效大电容充电电流的波形示意图；

图10为图4所示像素驱动电路与基础2t1c像素驱动电路的vth-ii波形图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

如图4所示，本发明的像素驱动电路为电流驱动类型，包括：第一薄膜晶体管t1、第二薄膜晶体管t2、第三薄膜晶体管t3、第四薄膜晶体管t4、第五薄膜晶体管t5、第一电容c1以及电光学元件。第一薄膜晶体管t1、第二薄膜晶体管t2、第三薄膜晶体管t3、第四薄膜晶体管t4和第五薄膜晶体管t5均为n型薄膜晶体管。电光学元件可以为有机发光二极管、量子点发光二极管、微发光二极管等，电光学元件的发光强度由流经其第一端和第二端的电流大小决定。

第三薄膜晶体管t3为驱动晶体管(drivingtft)，打开时一般工作在薄膜晶体管的饱和区，用于控制输入电光学元件的驱动电流ii。

其中，第一薄膜晶体管t1的控制端输入第二脉冲信号emit2，第一薄膜晶体管t1的第一通路端输入电源电压vdd并连接第一电容c1的第一极板，第一薄膜晶体管t1的第二通路端连接第二薄膜晶体管t2的第二通路端和第三薄膜晶体管t3的第一通路端。第二薄膜晶体管t2的通路端输入扫描信号scan，第二薄膜晶体管t2的第一通路端连接第一电容c1的第二极板和第三薄膜晶体管t3的控制端。第三薄膜晶体管t3的第二通路端连接第四薄膜晶体管t4的第一通路端和第五薄膜晶体管t5的第一通路端。第四薄膜晶体管t4的控制端输入扫描信号scan，第四薄膜晶体管t4的第二通路端输入数据电压vdate。第五薄膜晶体管t5的控制端输入第一脉冲信号emit1，第五薄膜晶体管t5的第二通路端连接电光学元件的第一端，电光学元件的第二端输入恒压低电平vee。以有机发光二极管oled为例，电光学元件的第一端即为有机发光二极管oled的阳极，电光学元件的第二端即为有机发光二极管oled的阴极。

本发明像素驱动电路的驱动时序如图5所示，包括以下三个阶段：

①重置阶段reset(t1～t2)：第一脉冲信号emit1提供低电位，扫描信号scan提供高电位，第二脉冲信号emit2提供高电位；

对照图6，第一薄膜晶体管t1、第二薄膜晶体管t2、第三薄膜晶体管t3和第四薄膜晶体管t4打开，第五薄膜晶体管t5关断；

第三薄膜晶体管t3的控制端电压vg和第三薄膜晶体管t3的第一通路端电压vd充电至电源电压vdd，第三薄膜晶体管t3的第二通路端电压vs充电至数据电压vdate。

②补偿阶段compensate+datein(t2～t3)：第一脉冲信号emit1提供低电位，扫描信号scan提供高电位，第二脉冲信号emit2降低至低电位；

对照图7，第一薄膜晶体管t1和第五薄膜晶体管t5关断，第二薄膜晶体管t2、第三薄膜晶体管t3和第四薄膜晶体管t4打开；

第三薄膜晶体管t3的第二通路端电压vs保持数据电压vdate，由于第三薄膜晶体管t3开启使vd-vs＝vth，且第三薄膜晶体管t3的控制端和第三薄膜晶体管t3的第一通路端通过开启的第二薄膜晶体管t2连接，因此第三薄膜晶体管t3的控制端电压vg和第三薄膜晶体管t3的第一通路端电压vd由电源电压vdd放电至第一电压v1，第一电压v1由下面公式计算得到：v1＝vdate+vth，其中v1为第一电压，vdate为数据电压，vth为第三薄膜晶体管t3的阈值电压。

③发光阶段emitting(t3～下一帧的t1)：包括第一子阶段，在t3～t4时间内，第一脉冲信号emit1上升至高电位，扫描信号scan降低至低电位，第二脉冲信号emit2提供低电位；还包括第二子阶段，在t4～下一帧的t1时间内，第一脉冲信号emit1提供高电位，扫描信号scan提供低电位，第二脉冲信号emit2上升至高电位；在对应第n帧的第二子阶段后进入第n+1帧的重置阶段；

对照图8，第二薄膜晶体管t2和第四薄膜晶体管t4关断，第三薄膜晶体管t3和第五薄膜晶体管t5打开；

第三薄膜晶体管t3的控制端电压vg保持在第一电压，在电光学元件导通的状况下，第三薄膜晶体管t3的第二通路端放电至第二电压v3，第二电压v3由下面公式计算得到：v3＝vee+vi；输入电光学元件第一端的驱动电流ii满足：ii∝(vg-vs-vth)²＝[(vdate+vth)-(vee+vi)-vth]²＝(vdate-vee-vi)²。其中v3为第二电压，vdate为数据电压，vee为恒压低电平，vi为电光学元件导通时的第一端和第二端的电压差。因此驱动电流ii与第三薄膜晶体管t3的阈值电压vth无关，有机发光二极管的发光强度不受阈值电压vth偏移的影响。

本发明的像素驱动电路对比专利cn102007527b中的像素驱动电路，在电光学元件的第一端和第三薄膜晶体管t3(驱动tft)之间增加了第五薄膜晶体管t5，与扫描信号scan反向的第一脉冲信号emit控制第五薄膜晶体管在补偿阶段关闭。电光学元件在关断状态下形成连接在恒压低电平vee和第五晶体管t5之间的等效大电容，如图9所示，第五薄膜晶体管m5可以隔离电光学元件对第三薄膜晶体管t3的第二通路端电压vs的影响，防止电光学元件在关断状态下构成的等效大电容始终充不满电造成vs的电压值卡死，保证阈值电压vth补偿的可靠性。如图10所示，对比基础的2t1c电路，本发明的像素驱动电路在较大程度上减轻了阈值电压vth漂移对驱动电路ii的影响。

本发明的像素驱动电路还有效简化了输入信号，具体包括：第一电容c1的第一极板连接第一薄膜晶体管t1的第一通路端并输入电源电压vdd，第一电容c1的第二极板连接第二薄膜晶体管t2的第一通路端和第三薄膜晶体管t3的控制端，无需额外的输入信号，且版图设计和制造工艺简单；第二薄膜晶体管t2的控制端和第四薄膜晶体管t4的控制端输入相同的扫描信号scan，简化了输入信号；无需专利cn102007527b中高低电平相差较大的ui信号，各输入信号支援简单。对于像素驱动电路，输入信号的简化可以有效减少像素区域内的信号传输走线，有利于扩大像素开口率和降低生产成本。

本发明还公开了一种有机发光显示装置，该有机发光显示装置包括：纵横交错的扫描线和数据线、脉冲信号输出器、由扫描线和数据线交叉限定的像素区域，扫描线将扫描电压scan输入各像素区域，数据线将数据电压vdate输入各像素区域，脉冲信号输出器将第一脉冲电压emit1和第二脉冲电压emit2输入各像素区域，各个像素区域内设有上述像素驱动电路。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出多个改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。