CN102280085B

CN102280085B - 像素驱动电路、像素驱动的方法以及发光显示器

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Publication number: CN102280085B
Application number: CN2010101965579A
Authority: CN
Inventors: 黄松辉; 辛哲宏; 蓝纬洲; 林钦雯
Original assignee: Prime View International Co Ltd
Current assignee: Prime View International Co Ltd
Priority date: 2010-06-10
Filing date: 2010-06-10
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2030-06-10
Also published as: CN102280085A

Abstract

本发明涉及像素驱动电路、像素驱动的方法以及发光显示器，可在发光显示器中为各像素适当地补偿晶体管与发光二极管的阈值电压漂移，增进发光显示器的显示质量。本发明提供的像素驱动电路中设有第一至第五晶体管与一电容，以驱动一发光二极管。其中，第三晶体管形成一二极管连接形态，以在一数据写入周期中将晶体管与发光二极管的阈值电压信息储存于电容。到了发光周期，第二晶体管可依据电容中的信息补偿晶体管与发光二极管的阈值电压变异，以提供一稳定的驱动电流来驱动发光二极管。

Description

像素驱动电路、像素驱动的方法以及发光显示器

技术领域

本发明涉及一种发光显示器的像素驱动电路与像素驱动的方法以及发光显示器的结构，尤其涉及能在各像素中补偿驱动晶体管与发光二极管的阈值电压变异的像素驱动电路、像素驱动的方法以及发光显示器。

背景技术

显示器是现代电子系统中最重要的人机界面之一。以发光二极管(尤其是有机发光二极管)构造像素的发光显示器则是现代显示器/显示面板的发展主流之一。

发光显示器可大概分为被动式发光显示器与主动式发光显示器；两者相较之下，以主动式发光显示器的特性较佳。在主动式发光显示器的各个像素中，除了用以发光而显示影像的发光二极管之外，还至少会设置一个驱动晶体管(如一薄膜晶体管)，用于为发光二极管提供驱动电流，以驱动发光二极管发光。驱动晶体管提供的驱动电流与其阈值电压有关，而发光二极管被驱动的程度则会和发光二极管本身的阈值电压有关。

在现代的制造工艺技术与发光显示器的应用环境下，对同一显示器中属于不同像素的各个驱动晶体管来说，其阈值电压会随着工作时间增长而漂移变异(variation)，导致发光显示器的发光亮度不均匀，影响显示质量。此外，对各像素中的各个发光二极管来说，其阈值电压也会随老化而漂移变异，同样也会使发光显示器的显示特性受到影响。

发明内容

为克服驱动晶体管与发光二极管的阈值电压变异，本发明提供具有较佳架构的发光显示器、像素驱动电路与像素驱动的方法，以补偿前述的阈值电压变异。

本发明的目的之一是提供一种像素驱动电路，适于设置在发光显示器的各个像素中，用以为各个像素中的发光二极管提供驱动电流。

本发明实施例提出的一种像素驱动电路包括一第一晶体管、一第二晶体管、一第三晶体管、一第四晶体管、一第五晶体管与一电容；各第一晶体管至第五晶体管分别具有一栅极、一第一端与一第二端，电容具有一第一端与一第二端，发光二极管具有一阴极与一阳极。第一晶体管的第一端与栅极分别接收一输入信号与一第一扫描信号，第一晶体管的第二端则耦接电容的第一端。第二晶体管的栅极与第二端分别耦接于电容的第二端与发光二极管的阳极。第三晶体管的栅极、第一端与第二端分别耦接于电容的第二端、第二晶体管的栅极与发光二极管的阳极，且第三晶体管的栅极耦接于第三晶体管的第一端以形成一二极管连接形态。第四晶体管的栅极接收一第二扫描信号，第四晶体管的第一端与第二端则分别耦接于第一晶体管的第二端与发光二极管的阳极。第五晶体管的栅极接收第二扫描信号，第五晶体管的第一端与第二端分别耦接于一第一电压与第二晶体管的第一端。发光二极管的阴极则耦接于一第二电压。其中，第一电压的电位大于第二电压的电位。

在本发明的一实施例中，前述的第一扫描信号与第二扫描信号用以驱动一数据写入周期与一发光周期，第二晶体管与第三晶体管的特性则可以是相互匹配的。

本发明的另一目的是提供一种像素驱动的方法，应用于一像素，譬如说是前述的像素。

此像素驱动的方法中包括：在数据写入周期中，以电容储存第三晶体管的阈值电压信息与发光二极管的阈值电压信息；在发光周期中，则将第三晶体管的阈值电压信息与发光二极管的阈值电压信息耦合至第二晶体管，使第二晶体管可依据第三晶体管的阈值电压与发光二极管的阈值电压提供一驱动电流至发光二极管。

本发明的又一目的是提供一种发光显示器，各像素中设有前述像素驱动电路与发光二极管，并以一驱动单元驱动每一像素。此驱动单元中设有一数据驱动器、一扫描驱动器、一控制器单元与一电源控制单元。数据驱动器用以向各像素提供像素电压以作为输入信号，扫描驱动器用以提供第一扫描信号与第二扫描信号；控制器单元用以控制数据驱动器与扫描驱动器。电源控制单元则提供第一电压与第二电压。

由上可知，本发明可在发光显示器中为各像素适当地补偿晶体管与发光二极管的阈值电压漂移变异，使发光显示器的亮度维持均匀稳定而不随时间劣化，增进发光显示器的显示质量。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本发明像素驱动电路的一实施例。

图2是图1所示像素驱动电路的工作时序实施例。

图3是图1所示像素驱动电路的工作情形。

图4是图1所示像素驱动电路应用于本发明发光显示器的一种实施例。

主要元件符号说明：

100 像素 102 发光二极管 104 像素驱动电路

106 第一晶体管 108 第二晶体管 110 第三晶体管

112 第四晶体管 114 第五晶体管 202 数据写入周期

204 发光周期 400 发光显示器 402 扫描驱动器

404 数据驱动器 406 电源控制单元 408 控制器单元

T1-T5 晶体管 SEL1、SEL1[n-1]-SEL1[n+1] 第一扫描信号

SEL2、SEL2[n]-SEL2[n+2] 第二扫描信号

Vdata、Vdata[m]-Vdata[m+1] 输入信号

Vdd 第一电压 Vss 第二电压 P[n，m]-P[n+1，m+1] 像素

s[n-1]-s[n+1] 选择线 d[m]-d[m+1] 数据线

A、B、C、D 节点 Vth_2、Vth_3、Vth_OLED 阈值电压

I_OLED 驱动电流 V_OLED 电压

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的像素驱动电路、像素驱动的方法与发光显示器其具体实施方式、方法、步骤、结构、特征及功效，详细说明如后。

有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考附图的较佳实施例详细说明中将可清楚的呈现。通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得一更加深入且具体的了解，然而附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

请参考图1，其所示意的是本发明像素驱动电路104设置于一像素100中的实施例。像素100中包括一发光二极管102，像素驱动电路104用于为发光二极管102提供驱动电流。像素驱动电路104中设有一电容116与晶体管T1至T5。晶体管T1至T5分别为第一晶体管106、第二晶体管108、第三晶体管110、第四晶体管112与第五晶体管114；第一晶体管至第五晶体管分别具有一栅极、一第一端与一第二端。电容116具有一第一端与一第二端，发光二极管102则具有一阴极与一阳极。其中，第一晶体管106的第一端与栅极分别接收一输入信号Vdata(也就是像素电压)与一第一扫描信号SEL1，第一晶体管106的第二端则在节点B处耦接于电容116的第一端。第二晶体管108的栅极在节点A处耦接于电容116的第二端，其第二端在节点C处耦接发光二极管102的阳极。第三晶体管110的栅极与第一端在节点A处耦接于电容116的第二端与第二晶体管108的栅极，第三晶体管110的第二端则在节点C处耦接发光二极管102的阳极。其中，第三晶体管110的栅极在节点A处和第三晶体管110的第一端耦接在一起，以形成一二极管连接形态。

第四晶体管112的栅极接收一第二扫描信号SEL2，第四晶体管112的第一端与第二端则分别在节点B与节点C处耦接于第一晶体管106的第二端与发光二极管102的阳极。第五晶体管114的栅极同样接收第二扫描信号SEL2；第五晶体管114的第一端耦接于一第一电压Vdd，第二端则在节点D处耦接于第二晶体管108的第一端。发光二极管102的阴极则耦接于一第二电压Vss。其中，第一电压Vdd大于第二电压Vss。

在本发明像素驱动电路104中，第一晶体管106、第二晶体管108、第三晶体管110、第四晶体管112与第五晶体管114可以是n沟道薄膜晶体管。第二晶体管108与第三晶体管110的特性则可以是相互匹配的。发光二极管102则可以是一有机发光二极管。

延续图1的实施例，请参考图2；图2示意的是图1中第一扫描信号SEL1与第二扫描信号SEL2在像素驱动电路104中进行时序控制以驱动一数据写入周期202与一发光周期204的实施例。在数据写入周期202中，第一扫描信号SEL1为高电位，第二扫描信号SEL2反相地维持低电位，输入信号Vdata则携载像素电压。第一扫描信号SEL1的高电位能使第一晶体管106导通，让输入信号Vdata中的像素电压得以经由节点B耦合至电容116的第一端。

相对地，到了发光周期204，第一扫描信号SEL1转变成低电位，第二扫描信号SEL2则转变为高电位，使第二晶体管108得以向发光二极管102提供驱动电流，让发光二极管102能依据数据写入周期202中的像素电压大小发出对应强度的光。第一扫描信号SEL1与第二扫描信号SEL2能反复、周期性地使像素驱动电路104交替工作于数据写入周期202与发光周期204。数据写入周期202与发光周期204的时间长短可以是相同或者相异的。

延续图1与图2的说明，请参考图3；图3示意的是本发明像素驱动电路104工作于数据写入周期与发光周期的情形。在数据写入周期中，第一扫描信号SEL1使晶体管T1导通，让节点B得以耦合输入信号Vdata中的像素电压；节点A则经由节点C与发光二极管102而耦接至第二电压Vss，故节点A的电压为(Vss+Vth_OLED+Vth_3)，其中电压Vth_OLED与Vth_3分别是发光二极管102与晶体管T3的阈值电压(threshold voltage)。

到了发光周期，第二扫描信号SEL2使晶体管T4与T5导通。导通的晶体管T4将节点C的电压耦合至节点B，故节点B的电压为V_OLED，也就是发光二极管102的阳极与阴极间跨压。因为电容116中储存的电荷会维持节点A与节点B间的电压差，故当节点B的电压改变为电压V_OLED，节点A的电压也随之改变为(Vss+Vth_OLED+Vth_3+V_OLED-Vdata)。由于晶体管T2是根据其栅极与源极(也就是晶体管T2在节点C的第二端)间电压差和其阈值电压间的差异来为发光二极管102提供驱动电流I_OLED，故驱动电流I_OLED的大小取决于节点A与C间的电压差，以及晶体管T2的阈值电压；以公式表示即为I_OLED＝K*(Vss+Vth_OLED+Vth_3+V_OLED-Vdata-V_OLED-Vth_2)²，其中Vth_2代表晶体管T2的阈值电压，K则为一常数。上述公式经过整理可得I_OLED＝K*(Vss+Vth_OLED-Vdata+Vth_3-Vth_2)²；在本发明的较佳实施例中，晶体管T2与T3是相互匹配的，故晶体管T2的阈值电压Vth_2与晶体管T3的阈值电压Vth_3十分相近，使电压(Vth_3-Vth_2)可实质上视为0。因此，上述公式又可进一步推导为：I_OLED＝K*(Vss+Vth_OLED-Vdata)²。由于驱动电流I_OLED为输入信号Vdata(即像素电压)的函数，故当输入信号Vdata改变时，驱动电流I_OLED也会随之改变，使发光二极管102能依据影像内容的需求呈现不同灰阶的亮度。

更进一步地，由公式I_OLED＝K*(Vss+Vth_OLED-Vdata)²可看出，在本发明像素驱动电路104的电路架构安排下，当晶体管T2在发光周期中为发光二极管102提供驱动电流I_OLED以驱动发光二极管102发光时，晶体管T2本身的阈值电压Vth_2可被实质排除在驱动电流I_OLED的公式之外，使临界电压Vth_2的变异与漂移不再会影响驱动电流I_OLED的大小，让像素的亮度能均匀一致，增进发光显示器的整体显示质量。由于晶体管T3与T2共栅极(栅极均耦接至节点A)，且两者特性匹配，故即使两者的阈值电压Vth_2与Vth_3因使用时间增加而有所漂移，其漂移程度还是会相互追随而相互匹配，使电压(Vth_3-Vth_2)可被抵消至零而在驱动电流I_OLED中排除阈值电压Vth_2的影响。

此外，由公式I_OLED＝K*(Vss+Vth_OLED-Vdata)²中也可看出，发光二极管102的阈值电压Vth_OLED会变成驱动电流I_OLED的影响因素之一，可用以补偿阈值电压Vth_OLED的变异与漂移。当发光二极管102老化时，其阈值电压Vth_OLED会因正漂移而变大，连带影响发光二极管102导通发光的程度。也就是说，若驱动电流I_OLED维持不变，发光二极管102的发光亮度会因老化而变弱。相较之下，由于本发明在像素驱动电路104中的电路安排，当发光二极管102的阈值电压Vth_OLED因老化而漂移增加时，晶体管T2提供的驱动电流I_OLED也会适应性地增加，降低/避免发光二极管102的老化现象对显示质量的影响。

由图1至图3的说明可知，本发明是在数据写入周期中以二极管连接方式的晶体管T3来将发光二极管102的阈值电压Vth_OLED与晶体管T3的阈值电压Vth_3(等效上就是晶体管T2的阈值电压Vth_2)耦合至电容116，以在发光周期中为驱动电流I_OLED补偿阈值电压Vth_OLED与Vth_2的漂移。等效上来说，本发明就是在数据写入周期中提供电容116，并通过晶体管T3的作用而将阈值电压Vth_OLED的信息与阈值电压Vth_3的信息一并储存在电容116中。到了发光周期，阈值电压Vth_OLED与Vth_3的信息便会由电容116耦合至晶体管T2，使晶体管T2能依据这些信息动态地调整驱动电流I_OLED的大小。

延续图1至图3的说明，请参考图4。本发明像素驱动电路104(图1、3)可应用于一发光显示器的各个像素中，图4示意的即为此种发光显示器的一实施例400。发光显示器400中具有多个呈矩阵排列的像素，图4中即以像素P[n，m]、P[n，m+1]、P[n+1，m]与P[n+1，m+1]作为代表。在这些像素的每个像素中分别具有一发光二极管102；集合各像素的发光二极管102，发光显示器400就能发光组合出影像。配合发光二极管102，各像素中也设置了晶体管T1至T5以及电容，以在各像素中实现本发明像素驱动电路104(图1、3)。

另外，图4中所示的扫描驱动器402、数据驱动器404、控制器单元408与电源控制单元406则为发光显示器400实现一驱动单元，用以控制驱动每一像素。其中，扫描驱动器402经由多条选择线(也可称为扫描线)分别耦接各行(row)像素，用以为各像素中的像素驱动电路提供第一扫描信号与第二扫描信号。例如，在图4的实施例中，扫描驱动器402是以选择线s[n+1]与s[n]为像素P[n+1，m]与P[n+1，m+1]中的像素驱动电路分别提供第一扫描信号SEL1[n+1]与第二扫描信号SEL2[n+1]。针对第n行的像素P[n，m]与P[n，m+1]，扫描驱动器402则以选择线s[n]与s[n-1]分别提供第一扫描信号SEL1[n]与第二扫描信号SEL2[n]。在图4的实施例中，相邻两行会共享同一选择线，在此，共享选择线的信号则分别作为这两行的第一扫描信号与第二扫描信号。譬如说，第n行与第(n+1)行共享选择线s[n]，选择线s[n]上的信号既是第n行的第一扫描信号SEL1[n]，也是第(n+1)行的第二扫描信号SEL2[n+1]。换句话说，当第n行中的像素工作于数据写入周期，第(n+1)行中的像素则工作于发光周期。类似地，第(n-1)行与第n行共享选择线s[n-1]，选择线s[n-1]上的信号既是第(n-1)行的第一扫描信号SEL1[n-1]，也是第n行的第二扫描信号SEL2[n]；第(n+1)行与第(n+2)行共享选择线s[n+1]，选择线s[n+1]上的信号既是第(n+1)行的第一扫描信号SEL1[n+1]，也是第(n+2)行的第二扫描信号SEL2[n+2]。

在图4中，数据驱动器404则经由多条数据线分别为同一列(column)的像素提供输入信号。譬如说，针对第m列的像素P[n，m]与P[n+1，m]，数据驱动器404经由数据线d[m]提供输入信号Vdata[m]；针对第(m+1)列的像素P[n，m+1]与P[n+1，m+1]，数据驱动器404则以数据线d[m+1]来为各像素中的像素驱动电路提供输入信号Vdata[m+1]。控制器单元408用以控制数据驱动器404与扫描驱动器402，协调两者的工作时序。电源控制单元406则为各像素提供第一电压Vdd与第二电压Vss，用以为各像素供应工作所需的电源。

总结来说，相较于现有技术，本发明可在发光显示器中为各像素适当地补偿晶体管与发光二极管的阈值电压漂移，使发光显示器的亮度维持均匀稳定而不随时间劣化，增进发光显示器的显示质量。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种像素驱动电路，其特征是包含有：

一个第一晶体管，其具有一个栅极、一个第一端与一个第二端；该第一晶体管的该第一端接收一个输入信号，该第一晶体管的该栅极接收一个第一扫描信号；

一个电容，其具有一个第一端与一个第二端，该电容的该第一端耦接于该第一晶体管的该第二端；

一个第二晶体管，其具有一个栅极、一个第一端与一个第二端；该第二晶体管的该栅极耦接于该电容的该第二端，该第二晶体管的该第二端耦接于一个发光二极管的阳极；

一个第三晶体管，其具有一个栅极、一个第一端与一个第二端；该第三晶体管的该栅极耦接于该电容的该第二端，该第三晶体管的该第一端耦接于该第二晶体管的该栅极，该第三晶体管的该第二端耦接于该发光二极管的该阳极，且该第三晶体管的该栅极耦接于该第三晶体管的该第一端；

一个第四晶体管，其具有一个栅极、一个第一端与一个第二端；该第四晶体管的该栅极接收一个第二扫描信号，该第四晶体管的该第一端耦接于该第一晶体管的该第二端，该第四晶体管的该第二端耦接于该发光二极管的该阳极；以及

一个第五晶体管，其具有一个栅极、一个第一端与一个第二端；该第五晶体管的该栅极接收该第二扫描信号，该第五晶体管的该第一端耦接于一个第一电压，该第五晶体管的该第二端耦接于该第二晶体管的该第一端；

其中，该发光二极管的阴极耦接于一个第二电压。

2.根据权利要求1所述的像素驱动电路，其特征是：该第一晶体管、该第二晶体管、该第三晶体管与该第四晶体管为n沟道薄膜晶体管。

3.根据权利要求1所述的像素驱动电路，其特征是：该第一扫描信号与该第二扫描信号用以驱动一个数据写入周期与一个发光周期。

4.根据权利要求1所述的像素驱动电路，其特征是：该第三晶体管的该栅极与该第一端耦接在一起以形成一个二极管连接形态。

5.根据权利要求1所述的像素驱动电路，其特征是：该第二晶体管与该第三晶体管的特性相互匹配。

6.一种像素驱动的方法，应用于一个像素；该像素包含有一个第二晶体管、一个第三晶体管、一个电容与一个发光二极管；该第二晶体管的栅极耦接于该电容的一端，该第二晶体管的一端耦接于该发光二极管的阳极，该第三晶体管的第一端耦接于该第二晶体管的栅极，该第三晶体管的第二端耦接于该发光二极管的阳极，且该第三晶体管的栅极耦接于该第三晶体管的该第一端而该像素驱动的方法包含有：

在一个数据写入周期中，以该电容储存该第三晶体管的阈值电压信息与该发光二极管的阈值电压信息；以及

在一个发光周期中，将该第三晶体管的该阈值电压信息与该发光二极管的该阈值电压信息耦合至该第二晶体管，使该第二晶体管可依据该第三晶体管的阈值电压与该发光二极管的阈值电压提供一个驱动电流至该发光二极管。

7.根据权利要求6所述的像素驱动的方法，其特征是：该第二晶体管与该第三晶体管的特性相互匹配，而该第二晶体管根据该第二晶体管的阈值电压与该第三晶体管的阈值电压两者间的差异提供该驱动电流。

8.一种发光显示器，其特征是包含有：

至少一个像素，各该像素中包含有：

一个发光二极管，其具有一个阴极与一个阳极；

一个第二晶体管，其具有一个栅极、一个第一端与一个第二端；该第二晶体管的该栅极耦接于该电容的该第二端，该第二晶体管的该第二端耦接于该发光二极管的该阳极；

一个第五晶体管，其具有一个栅极、一个第一端与一个第二端；该第五晶体管的该栅极接收该第二扫描信号，该第五晶体管的该第一端耦接于一个第一电压，该第五晶体管的该第二端耦接于该第二晶体管的该第一端；其中该发光二极管的该阴极耦接于一个第二电压；以及

一个用以驱动各该像素的驱动单元，该驱动单元包含有：一个用以提供该输入信号的数据驱动器；以及一个用以提供该第一扫描信号与该第二扫描信号的扫描驱动器。

9.根据权利要求8所述的发光显示器，其特征是：该驱动单元更包含一个用以控制该数据驱动器与该扫描驱动器的控制器单元。

10.根据权利要求8所述的发光显示器，其特征是：该驱动单元更包含一个用以提供该第一电压与该第二电压的电源控制单元。