CN107481664A - 显示面板及其驱动方法、显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种显示面板及其驱动方法、显示装置。显示面板包括：像素电路和驱动电路，所述像素电路包括至少一个发光元件，所述发光元件包括多层量子阱结构；所述驱动电路用于调整输入所述发光元件的驱动电流，以使所述发光元件根据驱动电流大小发出相应颜色的光。本发明提供的显示面板能够以简单的像素电路控制发光元件显示不同的颜色及显示亮度，提高显示面板及显示装置的显示性能。

Description

显示面板及其驱动方法、显示装置
【技术领域】
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种显示面板及其驱动方法、显示装置。
【背景技术】
全彩LED显示以其显示的色彩丰富，高饱和度、高清晰度等优点备受市场青睐。但现有的全彩LED显示，往往采用多片单色的LED集成，或者采用短波长LED加荧光通过二次发光实现。这些实现LED全彩显示的技术方案，制作出的全彩显示LED结构及工艺流程复杂，而且限制了LED全彩显示的高PPI(Pixels Per Inch，像素每英寸)，不能实现市场对显示面板高PPI的显示要求。
因此，如何降低全彩LED显示的结构及工艺复杂度，实现高PPI显示是目前亟待解决的技术问题。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种显示面板及其驱动方法、显示装置。结合像素电路和驱动电路实现输出不同的驱动电流，以驱动电流驱动发光元件显示不同的颜色，从而实现全彩显示的目的，结构简单易实现，提高显示面板的显示性能。
为实现该目的，本发明首先提供了一种显示面板，包括：像素电路和驱动电路，所述像素电路包括至少一个发光元件，所述发光元件包括多层量子阱结构；所述驱动电路用于调整输入所述发光元件的驱动电流，以使所述发光元件根据驱动电流大小发出相应颜色的光。
优选地，所述发光元件包括GaN/InGaN多层量子阱结构。
具体地，所述像素电路还包括：第一晶体管、存储电容、第二晶体管、及用于控制所述发光元件的发光时间的开关单元，所述第一晶体管的源极端外接扫描数据信号，所述第一晶体管的漏极端与所述第二晶体管的栅极端连接；所述第二晶体管的源极端接输入电压，所述第二晶体管的漏极端通过所述开关单元与所述发光元件连接，所述开关单元外接有控制其开关状态的控制信号。
优选地，所述开关单元为薄膜晶体管，所述第一晶体管与开关单元为NMOS晶体管或PMOS晶体管，均工作在线性区。
具体地，所述第二晶体管为PMOS晶体管，且工作在饱和区。
具体地，所述开关单元的导通时间由外部输入的控制信号的脉冲宽度决定。
相应地，本发明还提供了一种显示面板的驱动方法，用于驱动上述任一技术方案所述的显示面板，包括：
通过外接扫描数据信号控制第一晶体管导通，以对存储电容实施充电；
根据显示指令，驱动电路调整驱动第二晶体管的驱动电流大小，以调整存储电容向发光元件的放电电流大小，同时，通过外接控制信号控制开关单元导通及导通时间，以控制发光元件的发光时间与发光颜色。
优选地，所述显示面板的驱动方法还包括：当所述第一晶体管关断时，存储电容放电，所述第二晶体管在所述第一晶体管关断后的至少一段时间内维持导通，输入电压通过所述第二晶体管对外输出电流。
具体地，所述发光元件的发光强度由所述发光元件的发光时间决定。
相应地，本发明还提供了一种显示装置，其包括上述任一技术方案所述的显示面板。
与现有技术相比，本发明具备如下优点：
本发明提供的显示面板包括像素电路和驱动电路，其中像素电路包括至少一个发光元件，所述发光元件包括多层量子阱结构。采用该种结构的发光元件能够发射覆盖整个可见光谱的光，且发射波长随着注入电流的增加而降低，仅需控制驱动单元向发光元件输出的电流即可控制发光元件的显示颜色。以简单的结构实现发光元件全彩显示的目的，大大降低了全彩显示的工艺复杂度，降低***资源消耗。
本发明提供的显示面板的每个像素单元均包含至少一个能够显示不同颜色的发光元件，提升像素单元的像素显示信息量，即显示面板的显示分辨率得到了提升，提升了显示面板的显示性能，提升用户的观看体验。
以本发明提供的显示面板能够以单个晶体管控制像素阵列一行/列的选通和关闭，大大减少了像素电路中元件的数量，有利于该显示面板进一步小型化，减少过多开关所占空间，有利于充分利用基板空间提高像素密度，且可以避免因开关晶体管频繁刷新产生的额外功耗。
另外，本发明提供的显示装置是在上述显示面板的基础上进行改进的，因此，所述显示装置自然继承了所述显示面板的全部优点。
本发明的这些方面或其他方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。
【附图说明】
图1为本发明提供的像素电路的结构示意图；
图2为本发明提供的像素电路的一种优选结构示意图；
图3为本发明提供的显示面板的驱动方法的流程示意图；
图4为本发明提供的第一晶体管的栅极电压、扫描数据信号及控制信号的波形图。
【具体实施方式】
下面结合附图和示例性实施例对本发明作进一步地描述，其中附图中相同的标号全部指的是相同的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出本发明的特征是不必要的，则将其省略。
本发明首先提供了一种显示面板，显示面板包括：像素电路和驱动电路，像素电路的结构示意图如图1所示，所述像素电路包括至少一个发光元件2，所述发光元件包括多层量子阱结构；所述驱动电路用于调整输入所述发光元件的驱动电流，以使所述发光元件根据驱动电流大小发出相应颜色的光。
能够实现所述驱动电路目的的电路结构很多，本发明实施例对此不做限定，其具体电路结构并未在本实施例所提供的图中示出，图1仅示出了驱动电路的输出电压，所述驱动电路的输出电压对应于像素电路的输入电压VDD，所述驱动电路用于调整输入所述发光元件的驱动电流，以使所述发光元件根据驱动电流大小发出相应颜色的光。
如图1所示，所述像素电路还包括第一晶体管、存储电容、第二晶体管及用于控制所述发光元件2的发光时间的开关单元1，所述第一晶体管的源极端外接扫描数据信号，所述第一晶体管的漏极端与所述第二晶体管的栅极端连接；所述第二晶体管的源极端接输入电压VDD，所述第二晶体管的漏极端通过所述开关单元1与所述发光元件2连接，所述开关单元1外接有控制其开关状态的控制信号。
显示面板中的驱动电路为像素电路提供输入电压，像素电路将该输入电压转换成驱动发光元件发光的驱动电流，在不同的输入电流作用下发光元件显示多种不同的颜色，达到全彩显示的目的。
所述发光元件包括多层量子阱结构，材料优选为GaN/InGaN，本实施例所述发光元件优选为GaN/InGaN多层量子阱结构的LED，具体地，所述发光元件结构包括2um厚的无掺杂GaN层，3um厚的高Si掺杂N型GaN层，及用于质量改进的InGaN层，该种结构类型的发光元件可发射波长在460nm～650nm的光，以覆盖整个可见光谱，发射波长从650nm开始，随着注入电流的增加而降低到460nm以下，发光元件的显示颜色由流经发光元件的电流决定，显示红色、绿色、蓝色所需的电流依次增大，如，像素电路采用GaN/InGaN多层量子阱结构的全彩LED，在电流为15毫安时显示为红色，电流为200毫安时显示为绿色，电流为400毫安时显示为蓝色。
以GaN/InGaN多层量子阱结构的LED作为发光元件能够根据不同的电流大小显示不同颜色的光，实现单个发光元件显示多种不同颜色的目的，采用该种结构的发光元件仅需控制驱动电流的大小即能控制发光元件显示的颜色，与传统的集合多个单彩LED形成全彩显示的方法相比，减少了发光元件占用的空间及耗能。
图2为本发明实施例提供的像素电路的一种优选的结构示意图，其中，所述像素电路中除去发光元件的部分用于调控输出电流大小，该部分优选为硅基CMOS(互补金属氧化物半导体)电路，由于晶体管具有开关、信号调制的功能，因此开关单元1优选为薄膜晶体管，为便于区分说明，将该薄膜晶体管命名为第三晶体管，所述第三晶体管的栅极端外接能够控制其开关状态的控制信号，该控制信号的脉冲宽度决定所述开关单元1的导通时间，所述第三晶体管的源极端与第二晶体管的漏极相连，所述第三晶体管的漏极端与所述发光元件相连。用简单的薄膜晶体管实现开关单元的功能，结构简单且占用的硬件空间及资源消耗少。
如图1所示，所述像素电路包括至少一个发光元件，图2示出了像素电路中包含单个发光元件的情形，当然，像素电路中也可以包含多个所述发光元件，同样能够实现单个发光元件显示多种颜色的目的。不同的是，单个发光元件与多个发光元件在发光面积、发光强度及显示的PPI不同，单个发光元件发光显示的面积有限，若想要实现大面积、高PPI的全彩显示效果，需要在所述硅基CMOS电路之上形成多个所述发光元件。
所述像素电路的一种优选的结构示意图如图2所示，所述像素电路包括：第一晶体管、存储电容、第二晶体管、用于控制所述发光元件的发光时间的第三晶体管及发光元件，所述第一晶体管的源极端外接扫描数据信号，所述第一晶体管的漏极端与所述第二晶体管的栅极端连接；所述第二晶体管的源极端接输入电压，所述第二晶体管的漏极端通过所述第三晶体管与所述发光元件连接，所述第三晶体管外接有控制其开关状态的控制信号。
其中，所述第一晶体管与第三晶体管用作开关薄膜晶体管。第一晶体管的栅极电压控制扫描数据信号Data1的写入，当所述源极电压与栅极电压之间的电压差达到第一晶体管导通的条件时，所述第一晶体管导通，向连接在第二晶体管源极与栅极之间的存储电容充电。
扫描数据信号经第一晶体管写入，存储于存储电容中，同时所述第二晶体管的栅极电势随着数据的写入升高。当所述第二晶体管的源极电压与栅极电压之间的电压差达到第二晶体管导通的条件时，所述第二晶体管导通，输入电压VDD通过第二晶体管输出电流。
由图2所示的像素电路的结构示意图可知，若第三晶体管尚未导通，输入电压VDD通过所述第二晶体管对外输出的电流就不能流经发光元件，无电流经过，发光元件则不发光，因此，第三晶体管实际上控制电流流经发光元件的时间，即发光元件发光/关断的时刻及发光时长。
所述驱动电流能同时驱动多个发光元件，若多个发光元件以串联或并联的方式连接，由于所述第三晶体管直接与第二晶体管相接，位于控制驱动电流流入发光元件的位置，则第三晶体管能够控制该行/列发光元件的选通与关闭，大大减少了开关元件的数量，有利于该显示面板进一步小型化，避免了多个控制开关引起的资源浪费及延迟。
所述第一晶体管、第三晶体管为NMOS晶体管或PMOS晶体管，均工作在线性区。
晶体管工作于线性区时具备开关特性，第一晶体管及第三晶体管均工作于线性区，属于栅极控制器件，当第一晶体管的栅极与源极之间的电压差达到阈值电压时，第一晶体管导通，第三晶体管同理，不作赘述。
第二晶体管用作驱动薄膜晶体管，当所述第一晶体管导通时，向存储电容实施充电，当第二晶体管的栅极与源极之间的电压差大于阈值电压时，第二晶体管导通，所述输入电压VDD通过所述第二晶体管对外输出电流；当所述第一晶体管关断时，所述存储电容放电，在所述第一晶体管关断后的至少一段时间内，所述第二晶体管仍然能够维持导通，所述输入电压VDD仍然能够通过所述第二晶体管对外输出电流。
当第二晶体管栅极电压小于源极电压时，第二晶体管关断，则输入电压VDD无法通过所述第二晶体管对外输出电流。
所述第二晶体管为PMOS晶体管，且工作在饱和区。存储电容充电过程中，第二晶体管的栅极电势随之增大，第二晶体管工作于饱和区，持续增加栅源之间的电压差，流经第二晶体管的电流的大小以如下公式计算：
I＝1/2μ(W/L)(Vgs-Vth)2
由该公式可知，输入电压VDD经由第二晶体管流出的电流大小由第二晶体管的栅源之间的电压差决定，由电流大小与发光元件显示的颜色之间的关系可知，第二晶体管栅源之间电压差逐渐增大的过程中，若同时第三晶体管导通，LED显示的颜色则会按照红绿蓝的顺序依次显示。
流经发光元件的电流大小受扫描数据信号Data1的信号强度的影响，所述扫描数据信号Data1的信号强度可以根据实际需要设置。
以GaN/InGaN多层量子阱结构的LED作为发光元件，流经LED的电流大小决定LED的显示颜色，所述第一晶体管、第二晶体管及存储电容用于调控流经发光元件的电流大小，实质是调控所述发光元件的发光颜色。
所述第三晶体管与第一晶体管同样用作开关晶体管，当外加栅极电压达到阈值电压时，第三晶体管导通，若此时输入电压VDD经由所述第二晶体管存在对外输出电流，则该输出电流经由第三晶体管流向发光元件，点亮外接的发光元件。
所述第三晶体管用于控制发光元件的导通与关断，发光元件的发光时间越长，LED的发光亮度越大，第三晶体管实际上用于控制所述发光元件的发光强度。
相应地，本发明还提供一种显示面板的驱动方法，用于驱动上述技术方案所述的显示面板，所述显示面板的驱动方法的流程示意图如图3所示，所述显示面板的驱动方法包括：
S30，通过外接扫描数据信号控制第一晶体管导通，以对存储电容实施充电；
第一晶体管的源极端外接扫描数据信号，当第一晶体管的栅源极电压达到阈值电压时，第一晶体管导通，所述扫描数据信号，即图1中标示为Data1的信号通过导通的第一晶体管输入至与第一晶体管的漏极相连的存储电容中，电容在充电的过程中电势逐渐升高，因第一晶体管的漏极同时与第二晶体管的栅极相连，第二晶体管的栅极电势也相应升高，为第二晶体管的导通做准备。
S31，根据显示指令，驱动电路调整驱动第二晶体管的驱动电流大小，以调整存储电容向发光元件的放电电流大小，同时，通过外接控制信号控制开关单元导通及导通时间，以控制发光元件的发光时间与发光颜色。
显示指令为根据需求设定的发光元件的显示指令，包括：每个发光元件的显示颜色、该显示颜色的显示时刻及时长、显示亮度等等。如由一个视频片段分解而成的每个像素单元的显示颜色及显示该颜色的时长。根据该显示指令，驱动电路动态调整向像素电路的输入电压VDD，进而调整驱动第二晶体管的驱动电流大小。
外接扫描数据信号及第一晶体管的栅极电压控制第一晶体管导通时，连接于第二晶体管源极与栅极之间的存储电容充电，当第二晶体管的栅极电势与源极电势之间的电势差大于阈值电压时，第二晶体管导通，所述输入电压VDD通过所述第二晶体管对外输出电流。
所述第二晶体管导通时，输出电流与第二晶体管栅源电势差的关系如下述公式所示：
I＝1/2μ(W/L)(Vgs-Vth)2
当所述第一晶体管关断时，所述存储电容放电，在所述第一晶体管关断后的至少一段时间内，所述第二晶体管仍然能够维持导通，所述输入电压VDD仍然能够通过所述第二晶体管对外输出电流。当第二晶体管栅极电压小于源极电压时，第二晶体管关断，则输入电压VDD无法通过所述第二晶体管对外输出电流。
由上述分析可知，第二晶体管对外的输出电流受第一晶体管与第二晶体管控制，第一晶体管用于控制数据的写入，控制第二晶体管的导通，第二晶体管的栅源电势差决定了输出电流的大小，即决定与驱动电路相连的发光元件的显示颜色，用有限的器件实现控制发光元件颜色的显示，结构简单，避免不必要的***资源浪费。
第三晶体管的导通时间与第一晶体管或第二晶体管是否导通无关。因此通过外接的控制信号控制开关单元导通的时间与第一晶体管与第二晶体管的导通时间无明显的先后之分。
所述通过外接控制信号控制开关单元导通及导通时间具体过程如下：
本发明实施例中开关单元1优选为工作在线性区的薄膜晶体管，即所述的第三晶体管，第三晶体管与第一晶体管均用作开关晶体管，导通原理类似，当外接的控制信号控制的第三晶体管的栅极电压使所述第三晶体管的栅源电压达到阈值电压时，第三晶体管导通，同样的，第三晶体管的导通时间由控制信号Data2的脉冲宽度决定，若此时输入电压VDD经由所述第二晶体管存在对外输出电流，则该输出电流经由第三晶体管流向发光元件2，点亮相连的发光元件2。
当所述第三晶体管关断时，无论此时输入电压VDD经由所述第二晶体管是否存在对外输出电流，则该输出电流都不能点亮相连的发光元件2。
第三晶体管的导通与关断决定了与之相连的发光单元发光的时刻与时长，而红绿蓝不同颜色的光出现的时长则在第三晶体管导通时，由第一晶体管与第二晶体管控制的输出电流控制。
所述第三晶体管用于控制发光元件的导通与关断，而发光元件的发光时间越长，LED的发光亮度越大，则实际上第三晶体管控制所述发光元件的发光强度。
图4为本实施例提供的第一晶体管的栅极电压、扫描数据信号Data1及控制信号Data2的波形图。第一晶体管的栅极电压决定信号Data1的写入时间，在第一晶体管导通时，扫描数据信号Data1被存入存储电容C，第二晶体管和存储电容相互配合调整发光元件的驱动电流。而控制信号Data2的脉冲宽度则决定了第三晶体管的导通/关断时刻及导通时长，且第三晶体管导通时间越长，发光元件的发光强度越大。
相应地，本发明还提供了一种显示装置，该显示装置包括前述任一技术方案所述的显示面板，该显示装置可以为电子纸、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。
由于所述显示装置是在所述显示面板的基础上进行改进的，因此，所述显示装置自然继承了所述显示面板的全部优点。
综上，本发明提供的显示面板由驱动电路提供电流驱动发光元件显示颜色，像素电路中的第一晶体管和第二晶体管控制发光元件的发光颜色，开关单元控制发光元件的发光时间和发光强度，像素电路以简单的三个晶体管和一个存储电容即实现为发光元件提供不同的驱动电流，控制发光元件显示不同的颜色。结构简单易于实现，每个像素电路均包括至少一个能够显示不同颜色的发光元件，实现高像素PPI显示，提升显示装置的显示性能。
虽然上面已经示出了本发明的一些示例性实施例，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的原理或精神的情况下，可以对这些示例性实施例做出改变，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种显示面板，其特征在于，包括像素电路和驱动电路，所述像素电路包括至少一个发光元件，所述发光元件包括多层量子阱结构；所述驱动电路用于调整输入所述发光元件的驱动电流，以使所述发光元件根据驱动电流大小发出相应颜色的光。
2.根据权利要求1所述的显示面板，其特征在于，所述发光元件包括GaN/InGaN多层量子阱结构。
3.根据权利要求1所述的显示面板，其特征在于，所述像素电路还包括：第一晶体管、存储电容、第二晶体管及用于控制所述发光元件的发光时间的开关单元，所述第一晶体管的源极端外接扫描数据信号，所述第一晶体管的漏极端与所述第二晶体管的栅极端连接；所述第二晶体管的源极端接输入电压，所述第二晶体管的漏极端通过所述开关单元与所述发光元件连接，所述开关单元外接有控制其开关状态的控制信号。
4.根据权利要求3所述的显示面板，其特征在于，所述开关单元为薄膜晶体管，所述第一晶体管与开关单元为NMOS晶体管或PMOS晶体管，均工作在线性区。
5.根据权利要求3所述的显示面板，其特征在于，所述第二晶体管为PMOS晶体管，且工作在饱和区。
6.根据权利要求3所述的显示面板，其特征在于，所述开关单元的导通时间由外部输入的控制信号的脉冲宽度决定。
7.一种显示面板的驱动方法，其特征在于，用于驱动权利要求1至6任一项所述的显示面板，包括：
通过外接扫描数据信号控制第一晶体管导通，以对存储电容实施充电；
根据显示指令，驱动电路调整驱动第二晶体管的驱动电流大小，以调整存储电容向发光元件的放电电流大小，同时，通过外接控制信号控制开关单元导通及导通时间，以控制发光元件的发光时间与发光颜色。
8.根据权利要求7所述的显示面板的驱动方法，其特征在于，还包括：当所述第一晶体管关断时，存储电容放电，所述第二晶体管在所述第一晶体管关断后的至少一段时间内维持导通，输入电压通过所述第二晶体管对外输出电流。
9.根据权利要求7所述的显示面板的驱动方法，其特征在于，所述发光元件的发光强度由所述发光元件的发光时间决定。
10.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求1至6任一项所述的显示面板。
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