像素电路及其驱动方法、基板、显示面板及电子设备的制造方法
【专利摘要】提供了一种像素电路及其驱动方法、包括该像素电路的基板、显示面板和电子设备。该像素电路包括像素单元和压力感应单元。像素单元与扫描线和数据线连接，并根据通过扫描线提供的信号，写入通过数据线提供的图像信号。压力感应单元与扫描线连接，并包括探测电极、基准模块、放大模块、重置模块、开关模块和信号读取线。探测电极可探测触摸物的按压，以与触摸物形成探测电容。基准模块提供基准电压。放大模块根据输入电压信号而输出放大的电流信号。重置模块根据通过扫描线提供的信号，重置放大模块的输入电压信号。开关模块根据控制信号来开启或关闭。信号读取线经由开关模块而读取由放大模块输出的电流信号。
【专利说明】
像素电路及其驱动方法、基板、显示面板及电子设备
技术领域
[0001]本发明涉及触摸显示技术，具体地，涉及一种像素电路及其驱动方法、基板、显示面板以及电子设备。
【背景技术】
[0002]压力感应技术是一种感应外部压力并进而测量其大小的技术。该技术已经广泛应用于工业控制、医疗等领域。近年来，在显示技术领域，提出并发展了将压力感应技术应用于显示器以实现触摸控制的技术。
[0003]通常，可通过在显示器(例如液晶显示器)的背光部分或移动设备(例如，移动电话、平板计算机)的中框部分中设置压力感应机构，实现显示器的压力触控。然而，这需要改变显示器的结构设计。此外，在将压力感应机构安装到显示器中时，可能存在较大的安装公差，从而导致压力感应的准确性降低。
【发明内容】
[0004]本发明的实施例提供了一种像素电路及其驱动方法、基板、显示面板以及电子设备，其能够在像素电路中集成压力感应功能，从而在液晶显示装置内部实现压力感应。
[0005]根据本发明的第一个方面，提供了一种像素电路，其包括像素单元和压力感应单元。像素单元与扫描线和数据线连接，并被配置为根据通过扫描线提供的信号，写入通过数据线提供的图像信号。压力感应单元与扫描线连接，并包括探测电极、基准模块、放大模块、重置模块、开关模块和信号读取线。探测电极被配置为探测触摸物的按压，以与触摸物形成探测电容。基准模块与探测电极耦接，并被配置为提供基准电压。放大模块与基准模块和探测电极耦接，并被配置为根据输入电压信号而输出放大的电流信号，其中输入电压信号依赖于基准电压和探测电容。重置模块被配置为根据通过扫描线提供的信号，重置放大模块的输入电压信号。开关模块与放大模块耦接，并被配置为根据控制信号来开启或关闭。信号读取线与开关模块耦接，并被配置为经由开关模块而读取由放大模块输出的电流信号。
[0006]在本发明的实施例中，基准模块可包括电容器，其一端与第一控制电压端耦接，另一端与探测电极和放大模块耦接。
[0007]在本发明的实施例中，放大模块包括第一晶体管，其控制极与基准模块耦接，第一极与开关模块耦接，第二极与第二控制电压端耦接。
[0008]在本发明的实施例中，重置模块包括第二晶体管，其控制极与扫描线耦接，第一极与放大模块耦接，第二极与第二控制电压端耦接。
[0009]在本发明的实施例中，开关模块包括第三晶体管，其控制极与控制信号端耦接，第一极与信号读取线耦接，第二极与放大模块的输出端耦接。
[0010]在本发明的实施例中，像素单元中的晶体管与压力感应单元中的晶体管是N型晶体管或者是P型晶体管。
[0011]根据本发明的第二个方面，提供了一种用于驱动如上所述的像素电路的方法。在该方法中，在第一时间段，选通像素单元，并使压力感应单元中的重置模块重置放大模块的输入电压信号。在第二时间段，禁用像素单元，并使压力感应单元中的开关模块开启，通过信号读取线读取放大模块的输出电流信号。
[0012]在本发明的实施例中，像素单元中的晶体管与压力感应单元中的晶体管是N型晶体管。在第一时间段，扫描线被输入高电平信号，控制信号是低电平信号，以使得放大模块的输入信号电压依赖于基准模块所提供的基准电压。在第二时间段，扫描线被输入低电平信号，控制信号是高电平信号，以使得放大模块的输入信号电压依赖于压力感应单元中的探测电极与触摸物之间形成的探测电容。
[0013]在本发明的实施例中，像素单元中的晶体管与压力感应单元中的晶体管是P型晶体管。在第一时间段，扫描线被输入低电平信号，控制信号是高电平信号，以使得放大模块的输入信号电压依赖于基准模块所提供的基准电压。在第二时间段，扫描线被输入高电平信号，控制信号是低电平信号，以使得放大模块的输入信号电压依赖于压力感应单元中的探测电极与触摸物之间形成的探测电容。
[0014]根据本发明的第三个方面，提供了一种基板，其包括至少一个如上所述的像素电路。
[0015]在本发明的实施例中，在基板中，至少一个像素电路以一定间隔排列。
[0016]在本发明的实施例中，基板还可包括:检测电路，其与至少一个像素电路耦接，并被配置为基于来自至少一个像素电路的输出电流信号，确定触摸物按压的位置和压力。
[0017]根据本发明的第四个方面，提供了一种显示面板，其包括如上所述的基板。
[0018]根据本发明的第五个方面，提供了一种电子设备，其包括如上所述的显示面板。
【附图说明】
[0019]为了更清楚地说明本发明的实施例的技术方案，下面将对实施例的附图进行简要说明，应当知道，以下描述的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制，其中:
[0020]图1是根据本发明的实施例的像素电路的示意性方框图；
[0021]图2是根据本发明的一个实施例的像素电路的示意性电路图；
[0022]图3是用于说明如图2所示的像素电路的工作的示意图；
[0023]图4是如图2所不的像素电路的时序图；
[0024]图5是根据本发明的实施例的用于驱动像素电路的驱动方法的示意性流程图；
[0025]图6是根据本发明的实施例的基板的一个示例的示意图。
【具体实施方式】
[0026]为了使本发明的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明的实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，也都属于本发明保护的范围。
[0027]图1示出了根据本发明的实施例的像素电路的示意性方框图。如图1所示，像素电路可包括像素单元20和压力感应单元30。像素单元20提供图像显示功能，而压力感应单元30能够感应来自外部的触摸物(例如手指)的压力。
[0028]像素单元20可以是传统的用于液晶显示装置的像素单元。像素单元20与扫描线Gate和数据线Data连接，在通过扫描线Gate提供的扫描信号的控制下，写入通过数据线Data提供的图像信号。
[0029]压力感应单元30与扫描线Gate连接。在本发明的实施例中，像素单元20和压力感应单元30被连接到相同的扫描线Gate，以通过分时复用扫描信号，实现图像显示功能和压力感应功能。这样，像素电路可交替地工作在显示模式和压力感应模式下。
[0030]如图1所示，压力感应单元30可包括探测电极301、基准模块302、放大模块303、重置模块304、开关模块305和信号读取线306。探测电极301可探测来自外部的触摸物(例如，手指)的按压，以与该触摸物形成探测电容Cl。探测电容Cl的大小与按压的压力的大小有关。一般地，按压的压力越大，则探测电容Cl就越大。基准模块302与探测电极301耦接，用于提供基准电压。如在后面详细说明的，该基准电压可影响放大模块303的输入电压信号。
[0031]放大模块303与探测电极301和基准模块302耦接，并根据输入电压信号，输出放大的电流信号。在本实施例中，放大模块303的输入电压信号依赖于基准模块302所提供的基准电压和探测电容Cl。具体地，在像素电路的显示模式下，放大模块303的输入电压信号与基准电压有关。在像素电路的压力感应模式下，放大模块303的输入电压信号受到探测电容Cl的影响。因此，在压力感应模式下，输入电压信号的大小与探测电容Cl的大小有关。另外，在放大模块303中，输出的电流信号与输入电压信号之间呈正比关系。因此，在压力感应单元30中，输出的电流信号的大小能够反映触摸物按压的压力的大小。这样，在检测到输出的电流信号的大小后，能够确定触摸物按压的压力的大小。
[0032]重置模块304与扫描线Gate连接，可根据扫描信号，重置放大模块303的输入电压信号。开关模块305与放大模块303耦接，并根据控制信号EM来开启或关闭，以使得放大模块303输出的电流信号能够被读取。在本发明的实施例中，控制信号EM在压力感应模式下开启开关模块305，而在显示模式下关闭开关模块305。信号读取线306与开关模块305耦接，并经由开关模块305读取放大模块303输出的电流信号。在开关模块305开启的情况下，信号读取线306能够读取来自放大模块303的电流信号。
[0033]图2示出了根据本发明的一个实施例的像素电路的示意性电路图，其中，对于与前面实施例相同的部分，使用相同的附图标记。
[0034]如图2所示，像素单元20可包括作为开关元件的薄膜晶体管TFT、液晶电容Clc和存储电容Cst。薄膜晶体管TFT的控制极与扫描线Gate连接，第一极与数据线Data连接，第二极与液晶电容Clc、存储电容Cst连接。在本例中，薄膜晶体管TFT是N型薄膜晶体管，其控制极是栅极，第一极是源极，第二极是漏极。当扫描信号是高电平时，薄膜晶体管TFT导通，通过数据线Data提供的图像信号被写入像素单元20。此时，像素电路处于显示模式。当扫描信号是低电平时，薄膜晶体管TFT截止，像素单元20未被选通。此时，像素电路处于压力感应模式。本领域的普通技术人员应当知道，薄膜晶体管TFT也可以是P型薄膜晶体管。在这种情况下，当扫描信号是低电平时，薄膜晶体管TFT导通，从而选通像素单元20。
[0035]在压力感应单元30中，基准模块302可包括电容器Cs。电容器Cs的一端与第一控制电压端连接。第一控制电压端例如是公共电压端Vcom。电容器Cs的另一端与探测电极301和放大模块303的输入端连接。电容器Cs在被充电后提供基准电压，从而确定放大模块303的输入端的初始电压。
[0036]放大模块303可包括第一晶体管Ml，其控制极与电容器Cs和探测电极301连接，第一极与开关模块305连接，第二极与第二控制电压端Vint连接。在本发明的实施例中，第一晶体管Ml的类型与像素单元20的薄膜晶体管TFT的类型是相同的，例如是N型薄膜晶体管。在这种情况下，第一晶体管Ml的控制极是栅极，第一极是漏极，第二极是源极。为了实现放大功能，第一晶体管Ml被设置成在放大状态下工作，换句话说，第一晶体管Ml被设置成工作在线性区或饱和区。在这种情况下，第一晶体管Ml的输出漏电流(相当于“输出电流信号”)与输入栅极电压(相当于“输入电压信号”)成正比关系。通过调整电容器Cs，可控制第一晶体管Ml的控制极的初始电压，以使得第一晶体管Ml能够导通，从而产生漏电流。
[0037]重置模块304可包括第二晶体管M2，其控制极与扫描线Gate连接，第一极与放大模块302的输入端(在本例中，第一晶体管Ml的控制极)连接，第二极与第二控制电压端Vint连接。在本发明的实施例中，第二晶体管M2的类型与像素单元20的薄膜晶体管TFT的类型是相同的，例如是N型薄膜晶体管。在这种情况下，第二晶体管M2的控制极是栅极，第一极是漏极，第二极是源极。当扫描信号是高电平时，第二晶体管M2导通。此时，对电容器Cs充电到基准电压，相应地，第一晶体管Ml的控制极的电压被重置为初始电压。当扫描信号是低电平时，第二晶体管M2截止。
[0038]开关模块305可包括第三晶体管M3，其控制极与控制信号端EM连接，第一极与信号读取线306连接，第二极与放大模块303的输出端(在本例中，第一晶体管Ml的第一极)连接。类似地，第三晶体管M3的类型与像素单元20中的薄膜晶体管TFT的类型是相同的，例如是N型薄膜晶体管。在这种情况下，第三晶体管M3的控制极是栅极，第一极是漏极，第二极是源极。当控制信号端EM输入的控制信号是高电平时，第三晶体管M3导通，第一晶体管Ml的输出漏电流可通过信号读取线306读取。当控制信号是低电平时，第三晶体管M3截止，第一晶体管Ml的输出漏电流不能被读取。在本发明的实施例中，控制信号的高电平时段紧接在扫描信号的高电平时段之后。
[0039]虽然在以上的描述中，像素单元20和压力感应单元30中的晶体管都是N型晶体管，但本领域的普通技术人员应当知道，像素单元20和压力感应单元30中的晶体管也可以都是P型晶体管。在这种情况下，扫描信号、控制信号、第一电压控制端的电压、第二电压控制端的电压是相反的。可选地，在本发明的实施例中，也可以不限定晶体管的类型。
[0040]根据本发明的实施例的像素电路能够将显示功能和压力感应功能集成在一起，从而避免了单独安装压力感应机构而导致的安装误差，提高了压力感应的准确性。另外，由于像素电路中的所有晶体管采用相同类型的薄膜晶体管，因此，无需增加额外的生产工艺，能够降低生产成本。
[0041]以下结合图3和图4进一步详细说明如图2所示的像素电路的工作过程。如前所述，像素电路根据扫描信号，交替地工作在显示模式和压力感应模式下。在以下的说明中，假定像素电路中的所有晶体管是N型薄膜晶体管，第一控制电压端Vcom提供高电平的电压信号，第二控制电压端Vint提供低电平的电压信号。
[0042]参见图4，在第一时间段(Pl)，扫描线Gate提供高电平的扫描信号，控制信号端EM提供低电平的控制信号。如图3(a)所示，在该时间段，像素单元20被选通以执行显示。第二晶体管M2导通，对电容器Cs充电到基准电压，第一晶体管Ml的栅极电压被重置为初始电压。该初始电压依赖于基准电压，并使第一晶体管Ml导通。通过调整电容器Cs的大小，可以调整第一晶体管Ml的初始栅极电压。此时，第三晶体管M3截止，信号读取线306不能读取第一晶体管Ml的漏电流信号。
[0043]在第二时间段(P2)，扫描线Gate提供低电平的扫描信号，控制信号端EM提供高电平的控制信号。如图3(b)所示，在该时间段，像素单元20被禁用。第一晶体管Ml仍然保持导通，第二晶体管M2变成截止，第三晶体管M3变成导通。此时，信号读取线306可读取第一晶体管Ml的漏电流信号。如果在该时间段期间，例如手指的触摸物按压该像素电路，则探测电极301在探测到手指的按压时，与手指形成探测电容Cl。该探测电容Cl的大小与按压的压力的大小呈正比。由于在手指与探测电极301之间形成探测电容Cl，因此，第一晶体管Ml的栅极电压会降低。栅极电压的大小取决于探测电容Cl与电容器Cs和第一晶体管Ml的寄生电容之间的比值。探测电容Cl越大，则栅极电压越小。也就是说，按压的压力越大，则第一晶体管Ml的栅极电压越小，相应地，第一晶体管Ml的漏电流越小。通过读取第一晶体管Ml的漏电流的大小，能够确定按压的压力的大小，从而实现压力触控。
[0044]另外，由于探测电容Cl越大，第一晶体管Ml的栅极电压越低，因此，如果探测电容Cl足够大，则可能导致第一晶体管Ml截止。在这种情况下，信号读取线306不再能够读取漏电流信号。在本发明的实施例中，可将导致第一晶体管Ml截止的按压的压力的大小设为像素电路能够感应的最大压力值。
[0045]图5示出了根据本发明的实施例的用于驱动像素电路的驱动方法的示意性流程图。在该实施例中，像素电路可以是如图1或图2所示的像素电路。
[0046]如图5所示，在步骤S510，在第一时间段，选通像素电路中的像素单元，并使压力感应单元中的重置模块重置放大模块的输入电压信号。在该时间段期间，像素电路工作在显示模式下。
[0047]在像素电路中的所有薄膜晶体管是N型晶体管的情况下，在第一时间段，扫描线被输入高电平的扫描信号，控制信号是低电平信号。这样，像素单元被选通，通过数据线提供的图像信号被写入像素单元中以进行显示。另外，重置模块被启动，以对放大模块的输入信号电压进行重置。
[0048]本领域的普通技术人员应当知道，如果是P型晶体管，则相应的扫描信号和控制信号变成反向的信号。
[0049]接着，在步骤S520，在第二时间段，像素单元被禁用，并使压力感应单元中的开关模块开启，通过信号读取线读取放大模块的输出电流信号。在该时间段期间，像素电路工作在压力感应模式下，能够感应来自外部(例如手指)的压力。
[0050]在像素电路中的所有薄膜晶体管是N型晶体管的情况下，在第二时间段，扫描线被输入低电平的扫描信号，控制信号是高电平信号。这样，像素单元未被选通，第二晶体管截止，第三晶体管导通以使得信号读取线能够读取放大模块的输出电流信号。
[0051]对于本领域的普通技术人员来说应当知道，如果是P型晶体管，则扫描信号和控制信号将变成反向的信号。
[0052]图6示出了根据本发明的实施例的基板600的一个示例的示意图。如图6所示，基板600除了包括不具有压力感应功能的传统像素电路以外，还可包括至少一个如图2所示的像素电路100(图中示出两个)。这两个像素电路100相隔一行地排列。
[0053]当然，本领域的普通技术人员应当知道，基板也可以采用在每一行和/或每一列仅设置一个具有压力感应功能的像素电路的结构，或者基板上的像素电路全部是具有压力感应功能的像素电路。
[0054]根据本发明的实施例的基板通过设置不同数量的具有压力感应功能的像素电路，能够提供不同的压力感应粒度，从而提高感应精度。
[0055]此外，基板600还可包括检测电路601。检测电路601可与像素电路100连接，并基于来自像素电路100的输出电流信号，确定触摸物按压的位置和压力。检测电路601可通过确定哪个像素电路的输出电流信号发生了变化，来确定相应的像素电路的位置作为触摸物按压的位置。另外，检测电路601可根据输出电流信号，计算与输出电流信号对应的输入电压信号、与输入电压信号对应的探测电容，并进而计算与探测电容对应的压力。
[0056]根据本发明的实施例的基板600可用作显示面板的阵列基板。
[0057]本发明的实施例还提供了一种电子设备，该电子设备可包括如上所述的显示面板。电子设备例如可以是液晶显示器、移动电话、智能电话、膝上型计算机、平板计算机、可穿戴式电子设备等。
[0058]以上对本发明的若干实施例进行了详细描述，但显然，本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明的实施例进行各种修改和变型。本发明的保护范围由所附的权利要求限定。
【主权项】
1.一种像素电路，包括: 像素单元，其与扫描线和数据线连接，并被配置为根据通过所述扫描线提供的信号，写入通过所述数据线提供的图像信号；以及 压力感应单元，其与所述扫描线连接，并包括: 探测电极，其被配置为探测触摸物的按压，以与所述触摸物形成探测电容； 基准模块，其与所述探测电极耦接，并被配置为提供基准电压； 放大模块，其与所述基准模块和所述探测电极耦接，并被配置为根据输入电压信号而输出放大的电流信号，其中所述输入电压信号依赖于所述基准电压和所述探测电容； 重置模块，其被配置为根据通过所述扫描线提供的信号，重置所述放大模块的所述输入电压信号； 开关模块，其与所述放大模块耦接，并被配置为根据控制信号来开启或关闭；以及 信号读取线，其与所述开关模块耦接，并被配置为经由所述开关模块而读取由所述放大模块输出的电流信号。2.根据权利要求1所述的像素电路，其中，所述基准模块包括电容器，其一端与第一控制电压端耦接，另一端与所述探测电极和所述放大模块耦接。3.根据权利要求1所述的像素电路，其中，所述放大模块包括第一晶体管，其控制极与所述基准模块耦接，第一极与所述开关模块耦接，第二极与第二控制电压端耦接。4.根据权利要求1所述的像素电路，其中，所述重置模块包括第二晶体管，其控制极与所述扫描线耦接，第一极与所述放大模块耦接，第二极与第二控制电压端耦接。5.根据权利要求1所述的像素电路，其中，所述开关模块包括第三晶体管，其控制极与控制信号端耦接，第一极与所述信号读取线耦接，第二极与所述放大模块的输出端耦接。6.根据权利要求1至5任意一项所述的像素电路，其中，所述像素单元中的晶体管与所述压力感应单元中的晶体管是N型晶体管或者是P型晶体管。7.—种用于驱动如权利要求1至6任意一项所述的像素电路的方法，包括: 在第一时间段，选通像素单元，并使压力感应单元中的重置模块重置放大模块的输入电压信号；以及 在第二时间段，禁用所述像素单元，并使所述压力感应单元中的开关模块开启，通过信号读取线读取所述放大模块的输出电流信号。8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述像素单元中的晶体管与所述压力感应单元中的晶体管是N型晶体管； 在所述第一时间段，所述扫描线被输入高电平信号，控制信号是低电平信号，以使得所述放大模块的输入信号电压依赖于基准模块所提供的基准电压； 在所述第二时间段，所述扫描线被输入低电平信号，所述控制信号是高电平信号，以使得所述放大模块的输入信号电压依赖于压力感应单元中的探测电极与触摸物之间形成的探测电容。9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述像素单元中的晶体管与所述压力感应单元中的晶体管是P型晶体管； 在所述第一时间段，所述扫描线被输入低电平信号，控制信号是高电平信号，以使得所述放大模块的输入信号电压依赖于基准模块所提供的基准电压； 在所述第二时间段，所述扫描线被输入高电平信号，所述控制信号是低电平信号，以使得所述放大模块的输入信号电压依赖于压力感应单元中的探测电极与触摸物之间形成的探测电容。10.—种基板，包括至少一个如权利要求1至6任意一项所述的像素电路。11.根据权利要求10所述的基板，其中，所述至少一个像素电路以一定间隔排列。12.根据权利要求10所述的基板，还包括:检测电路，其与所述至少一个像素电路耦接，并被配置为基于来自所述至少一个像素电路的输出电流信号，确定触摸物按压的位置和压力。13.—种显示面板，包括如权利要求10至12任意一项所述的基板。14.一种电子设备，包括如权利要求13所述的显示面板。
【文档编号】G02F1/1333GK106020542SQ201610333690
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月19日
【发明人】杨盛际, 董学, 薛海林, 陈小川, 王海生, 刘英明, 丁小梁, 赵卫杰, 李昌峰, 王鹏鹏, 刘伟
【申请人】京东方科技集团股份有限公司, 北京京东方光电科技有限公司