一种图像显示装置及其显示方法与流程

1.本发明属于微显示驱动电路技术领域，具体涉及一种图像显示装置及其显示方法。


背景技术：

2.硅基oled(organic light emitting diode)微显示是一种新型的微显示技术，它实现了显示技术与硅基集成电路技术的结合。与其它微显示技术相比，硅基oled微显示器件具有主动发光、对比度高、响应速度快、分辨率高等优点，广泛应用于头盔显示产品和智能穿戴产品。
3.图1为硅基oled微显示芯片中采用的一种传统的n型mos管构成的2t1c的像素电路，其中mn1为驱动管，mn2为开关管，c为电容器。数据电压v
data
的电压值最高可接近电源电压vdd，而开关管mn2的最高可传输电压受其阈值电压限制，所以驱动管栅极电压最高可达vdd-v
th，mn2
。驱动管mn1和oled构成源极跟随结构，oled阳极电压最高可达vdd-v
th，mn2-v
th，mn1
，即oled阳极的最高电压相对电源电压vdd损失了驱动管mn1和开关管mn2的阈值电压之和。在oled阴极电压保持不变时，oled器件的亮度由阳极电压决定，这意味着oled微显示屏的最大亮度受到了限制。
4.如果要使oled微显示屏达到在较高的亮度，像素电路的电源电压不得不抬高，而电源电压升高会影响mos管的可靠性，并且显示器的功耗会增大。如果增加p型mos管与开关管mn1构成传输门结构，可使输出到驱动管mn1栅极的电压不受mos管阈值电压限制，然而，增加pmos管会在有限的像素空间中占用比较大的面积，导致像素尺寸无法做到更小，影响oled微显示屏的ppi(pixels per inch)的提高。
5.另一方面，oled发光器件的亮度受温度的影响较大，温度越高，亮度越大。如果采用图1所示的像素电路，oled微显示器的亮度在不同温度将会有较大差异，影响显示效果。
6.而且，随着点亮时间的增加，oled器件会出现老化衰减，oled器件的内阻逐渐增大。如果采用图1所示的像素电路，流经oled的电流会由于oeld内阻的增大而逐渐减小，oled微显示器的亮度会随着使用时间的增加而下降，使用寿命因此而受限制。


技术实现要素：

7.发明目的：针对现有技术中存在无法提高oled器件亮度的问题，本发明公开了一种图像显示装置及其显示方法，无需在像素中增加额外的晶体管，可以在不改变电源电压的条件下，提高oled器件的最大亮度。
8.技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案。
9.一种图像显示装置，包括依次连接的像素电路、切换开关和偏置电压产生电路；所述偏置电压产生电路用于生成偏置电压vb，所述切换开关输入端分别与gnd、偏置电压vb连接，输出端与像素电路连接，用于切换gnd和偏置电压vb，所述像素电路输入分别为数据信号v
data
、栅极接行扫描信号seln和切换开关输出端，像素电路输出与有效显示区域内oled
器件阳极连接，用于控制oled器件发光，所述偏置电压vb用于提供oled器件的阳极电压补偿，提升oled器件的亮度。
10.优选地，所述像素电路包括驱动管mn1、开关管mn2和电容器c，开关管mn2的漏极接数据信号v
data
，开关管mn2的栅极连接行扫描信号seln，开关管mn2的源极与电容器c的上极板连接；驱动管mn1的栅极分别与开关管mn2的源极、电容器c的上极板连接，驱动管mn1的漏极接vdd电压信号，驱动管mn1的源极与oled器件的阳极连接，电容器c的下极板与切换开关连接，通过开关信号sw控制接地或接偏置电压vb。
11.所述偏置电压vb与oled器件的内阻变化成正相关关系；当oled器件的内阻减小时，偏置电压vb的电压值也随内阻的减小而减小，偏置电压vb用于实现oled器件在oled器件内阻变化时的亮度稳定。
12.优选地，所述oled器件的内阻变化与环境温度和器件老化程度相关，oled器件的内阻随温度的升高而减小，oled器件的内阻随温度的降低而增大，oled器件的内阻随着器件老化而内阻增大。
13.优选地，所述偏置电压产生电路主要通过冗余区域oled阵列的阳极电压生成，所述冗余区域oled阵列与有效显示区域内oled器件的工作环境和工作时间相同，冗余区域oled阵列上方设有遮光层，用于屏蔽冗余区域oled阵列发光。
14.优选地，所述偏置电压产生电路包括参考电流源、第一冗余区域oled阵列、第二冗余区域oled阵列、调整管mn3、运算放大器和分压电路；参考电流源为第一冗余区域oled阵列提供电流，在第一冗余区域oled阵列的阳极产生电压vp；调整管mn3漏极接电源vdd，源极与第二冗余区域oled阵列的阳极相连，产生电压vn；vp和vn输入到运算放大器，运算放大器输出电压v
op
控制调整管mn3的输出电流大小，使vp与vn相等；运算放大器输出电压v
op
输入到分压电路，产生偏置电压vb。
15.优选地，所述偏置电压vb小于驱动管mn1的栅极电压阈值电压v
th，mn1
。
16.一种图像显示方法，应用于以上任一所述的一种图像显示装置，在行扫描信号seln有效期间内，在数据信号v
data
传输到像素电路后，切换开关中开关信号sw控制由接gnd切换至偏置电压vb，使得oled器件的阳极最高电压抬升vb，提高oled器件的最大亮度。
17.优选地，所述偏置电压vb与oled器件的内阻变化成正相关关系；在oled器件的内阻减小时，偏置电压vb的电压值随内阻的减小而减小，偏置电压vb控制oled器件的电流不变，实现oled器件在不同温度下的亮度稳定。
18.有益效果：
19.1、本发明无需在像素中增加额外的晶体管，可以在不改变电源电压的条件下，提高oled微显示器的最大亮度；
20.2、本发明通过与oled器件的内阻变化成正相关关系的偏置电压vb，可以提高oled微显示屏的在不同温度下的亮度稳定性，还可以补偿oled微显示屏的在长时间使用后的亮度衰减。
附图说明
21.图1是传统的2t1c的像素电路图；
22.图2是本发明的图像显示装置的原理图；
23.图3是本发明的图像显示装置的时序图；
24.图4是冗余oled阵列的示意图；
25.图5是分压电路的一个实施例；
26.图6为本发明在硅基oled驱动芯片中应用的电路总结构示意图。
具体实施方式
27.下面结合附图和实施例对本发明的一种图像显示装置及其显示方法作更进一步的解释和说明。
28.如附图2所示，在本发明的一个实施例中，一种图像显示装置，包括依次连接的像素电路、切换开关和偏置电压产生电路，其中像素电路中的驱动管mn1、开关管mn2以及偏置电压电路中的调整管mn3都为n型mos管；所述偏置电压产生电路用于生成偏置电压vb，所述切换开关输入端分别与gnd、偏置电压vb连接，输出端与像素电路连接，用于切换gnd和偏置电压vb，所述像素电路输入分别为数据信号v
data
、栅极接行扫描信号seln和切换开关输出端，像素电路输出与有效显示区域内oled器件阳极连接，用于控制oled器件发光，所述偏置电压vb用于提供oled器件的阳极电压补偿，提升oled器件的亮度。
29.偏置电压vb与oled器件的内阻变化成正相关关系；当oled器件的内阻减小时，偏置电压vb的电压值也随内阻的减小而减小，偏置电压vb用于实现oled器件在oled器件内阻变化时的亮度稳定。oled器件的内阻变化与环境温度和器件老化程度相关，oled器件的内阻随温度的升高而减小，oled器件的内阻随温度的降低而增大，oled器件的内阻随着器件老化而内阻增大。
30.偏置电压产生电路主要通过冗余区域oled阵列的阳极电压生成，所述冗余区域oled阵列与有效显示区域内oled器件的工作环境和工作时间相同，冗余区域oled阵列上方设有遮光层，用于屏蔽冗余区域oled阵列发光。偏置电压产生电路包括参考电流源、第一冗余区域oled阵列、第二冗余区域oled阵列、调整管mn3、运算放大器和分压电路；参考电流源为第一冗余区域oled阵列提供电流，在第一冗余区域oled阵列的阳极产生电压vp；调整管mn3漏极接电源vdd，源极与第二冗余区域oled阵列的阳极相连，产生电压vn；vp和vn输入到运算放大器，运算放大器输出电压v
op
控制调整管mn3的输出电流大小，使vp与vn相等；运算放大器输出电压v
op
输入到分压电路，产生偏置电压vb。
31.在一个实施例中，如图4所示，在硅基oled驱动芯片中划分有冗余区域和有效显示区域，冗余oled阵列布置在硅基oled驱动芯片有效显示区域左侧，分为两块面积相等的区域：冗余区域1和冗余区域2。两片冗余区域内均制作了与有效显示区域相同的oled器件。在冗余区域1和2的上方覆盖遮光层，以屏蔽冗余区域的oled器件发光。参考电流源为冗余区域1内的oled器件(即oled*n)提供电流，在oled器件的阳极产生电压vp。调整管mn3漏极接电源vdd，源极与冗余区域2内的oled器件(即oled*n)的阳极相连，产生电压vn。vp和vn输入到运算放大器，运算放大器输出电压v
op
控制调整管mn3的输出电流大小。当vn小于vp，运算放大器会输出高电平到调整管mn3的栅极，调整管mn3的输出电流增大，使vn的电压升高；当vn大于vp，运算放大器会输出低电平到调整管mn3的栅极，调整管mn3的输出电流减小，使vn的电压减小。因此，vn的电平始终保持与vp相等。运算放大器输出电压v
op
输入到分压电路，产生偏置电压vb。
32.附图5是分压电路的一个实施例，该电路采用电阻分压结构，输出电压vb＝[r
b2
/(r
b1
+r
b2
)]*v
op
，通过对r
b1
的阻值调节，可实现对调整分压电路的比例系数的调整，使偏置电压vb的保持在合理范围。
[0033]
附图6为本发明在硅基oled驱动芯片中应用的电路总结构示意图，硅基oled驱动芯片中设有冗余区域、有效显示区域和时序控制模块，冗余区域、有效显示区域中oled器件的行数相同，时序控制模块为有效显示区域中的oled器件提供行驱动电路和列驱动电路，其中行驱动电路中，有效显示区域中的每行oled器件共用行选信号seln，列驱动电路中，有效显示区域中的每列oled器件共用数据信号v
data
，有效显示区域中的所有oled器件各设有一个本发明中的像素电路，有效显示区域中的每行oled器件共用本发明中的切换开关，所有切换开关均连接有本发明的偏置电压产生电路上，即本发明的一种图像显示装置应用到具体的硅基oled驱动芯片(硅基oled驱动芯片中的有效显示区域为n行m列)中时，为一个偏置电压产生电路对应n个切换开关，对应n*m个像素电路。硅基oled驱动芯片中内置一个偏置电压产生电路，产生全局偏置电压vb。切换开关置于行驱动电路和像素阵列(即有效显示区域中的所有oled器件)之间，用于一行像素的电容下极板的电压切换。切换开关的个数与像素阵列的总行数相等，一个切换开关对应一行像素。切换开关的控制信号sw与行选信号seln由芯片中的行驱动电路产生。每一行的开关控制信号sw与所在行的行选信号seln保持同步。
[0034]
像素电路包括驱动管mn1、开关管mn2和电容器c，开关管mn2的漏极接数据信号v
data
，开关管mn2的栅极连接行扫描信号seln，开关管mn2的源极与电容器c的上极板连接；驱动管mn1的栅极分别与开关管mn2的源极、电容器c的上极板连接，驱动管mn1的漏极接vdd电压信号，驱动管mn1的源极与oled器件的阳极连接。
[0035]
电容器c的下极板与切换开关连接，通过开关信号sw控制接地或接偏置电压vb。当开关信号sw置
‘0’
时，电容器c的下极板接地；当开关信号sw置
‘1’
时，电容器c的下极板接偏置电压vb。开关信号sw与行选信号seln都由硅基oled驱动芯片中的时序控制模块生成。
[0036]
切换开关中开关信号sw在数据信号v
data
传输到驱动管mn1栅极电压后，控制电容器c的下极板电压由接gnd切换至偏置电压vb，进而通过电容耦合的方式使驱动管mn1的栅极电压抬升了vb。oled器件的阳极最高电压也由此抬升了vb，因此oled器件的最大亮度得到了提高。另一方面，通过调整分压电路的比例系数，使偏置电压vb小于驱动管mn1的栅极电压阈值电压v
th，mn1
，可保证oled微显示屏在全黑画面下不会启辉。
[0037]
当环境温度升高，oled器件内阻减小，为维持oled器件内电流不变，由参考电流源驱动的oled器件的阳极电压vp会随温度升高而减小。在调整管mn3、oled器件和运算放大器组成的负反馈环路的作用下，运算放大器的输出电压v
op
减小，调整管mn3的输出电流减小，以使vn与vp相等。偏置电压vb是运算放大器的输出电压v
op
通过分压电路产生，与运算放大器的输出电压v
op
成正比。所以，偏置电压vb具有负温度特性，偏置电压vb随温度的升高而减小。
[0038]
偏置电压vb的电压值越大，则oled器件的阳极电压抬升的越多，oled发光器件的亮度提升的幅度越大。反之，偏置电压vb的电压值越小，oled发光器件的亮度提升的幅度越小。高温下，偏置电压vb的电压值较小，oled发光器件的阳极电压抬升的幅度也较小，因此oled器件在高温下的亮度会受到抑制。低温下，偏置电压vb的电压值较大，oled发光器件的
阳极电压抬升的幅度较大，因此oled器件在低温下的亮度提升的幅度也较大。由此可知，偏置电压vb的负温度特性有助于实现oled器件的温度补偿，从而提高oled微显示屏的在不同温度下的亮度稳定性。
[0039]
在oled器件因老化而内阻增大的情况下，由参考电流源驱动的oled器件的阳极电压vp增大。在调整管mn3、oled器件和运算放大器组成的负反馈环路的作用下，运算放大器的输出电压v
op
增大，调整管mn3的输出电流增大，使vn与vp保持相等。偏置电压vb与运算放大器的输出电压v
op
成正比，所以，偏置电压vb随oled器件的老化而增大。偏置电压vb增大，则oled器件的阳极电压随之增大。因此，oled器件在长时间使用后的亮度衰减可以得到补偿。
[0040]
附图3是本发明的像素电路的时序图。在行扫描信号seln有效期间内，开关管mn2打开，数据信号v
data
传输到驱动管mn1的栅极，此时开关信号sw置
‘0’
，电容器c的下极板电压接地。随后，行扫描信号seln置
‘0’
，开关管mn2关断，开关信号sw置
‘1’
，控制电容器c的下极板电压由gnd切换至vb。由于电容有保持电压差的作用，驱动管mn1的栅极电压也增大了vb，即驱动管mn1的栅极电压变为v
data
+vb。因此，流经oled器件的电流增大，oled微显示器的最大亮度得到了提高。通过调整分压电路的比例系数，使偏置电压vb的取值范围应为0～v
th，mn1
，使其小于驱动管mn1的栅极电压阈值电压v
th，mn1
，可保证oled微显示屏在全黑画面下不会启辉。
[0041]
本发明中所述偏置电压vb为负温度特性的电压，即偏置电压vb的电压值随温度的升高而减小。驱动管栅极电压的抬升幅度随温度升高而减小，oled器件的阳极最高电压也会随温度升高而减小，从而改善oled微显示屏的亮度受温度影响大的状况。
[0042]
本发明中所述偏置电压vb与oled器件的内阻变化成正相关关系。在oled器件因环境温度升高而内阻减小的情况下，偏置电压vb的电压值随温度升高而减小，oled器件的阳极电压也会随温度升高而减小，从而改善oled微显示屏的亮度受温度影响大的状况。在oled器件因老化而内阻增大的情况下，偏置电压vb随oled器件的老化而增大，oled器件的阳极电压也随之增大，从而实现oled器件在老化后的亮度补偿。
[0043]
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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。