CN102654971A - 发光二极管电路的补偿方法与装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发光二极管电路的补偿方法与装置，所述发光二极管电路的补偿方法用于包括第一、第二晶体管、电容与发光二极管的发光二极管电路；第一晶体管的控制端连接第二晶体管的一端与电容，第一晶体管的一端连接发光二极管，且第二晶体管的宽度长度比(W/L)小于1；将初始控制电压施加于第二晶体管的控制端，并据此侦测发光二极管的输出电压的目前值；若发光二极管的输出电压的初始值与目前值的差异超出标准值，则产生补偿控制电压施加于第二晶体管的控制端，其中补偿控制电压为初始控制电压与差异之和。此补偿方法可避免发光二极管的输出电流因长时间的操作而衰减。

Description

发光二极管电路的补偿方法与装置
技术领域
本发明涉及一种发光二极管电路，且特别是涉及发光二极管的补偿方法与装置。
背景技术
随着半导体产业的发展，发光二极管(Light Emission Diode，LED)不但广泛地应用于照明用途，以取代低能源效率的传统的照明灯泡，亦被应用在显示器的领域。自从使用背光模块的薄膜晶体管液晶显示器(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display，TFT-LCD)取代笨重、体积庞大又具有较高辐射的阴极射线管(Cathode Ray Tube，CRT)显示器之后，有机发光二极管(Organic-LED，OLED)显示器更因具有厚度薄、高效率、高对比度与反应速度快的特性，甚至有一些有机发光二极管显示器更具有可挠曲的特性。因此，有机发光二极管显示器被认为是显示器的未来主流之一。
一般而言，主动式有机发光二极管可以使用两个晶体管以及一个电容(2T1C结构)的驱动电路来驱动，请参考图1。图1为传统有机发光二极管电路的电路图。传统有机发光二极管电路1包括第一晶体管T1、第二晶体管T2以及电容Cs。第一晶体管T1的第一端耦接至高电压电平VDD，第一晶体管T1的第二端耦接于有机发光二极管OLED的输入端，且有机发光二极管OLED的输出端耦接至接地端。第二晶体管T2的第二端耦接至第一晶体管T1的控制端，且第二晶体管T2的第一端耦接至像素信号DATA，第二晶体管T2的控制端耦接至扫瞄信号SCAN。电容Cs具有两端，电容Cs的第一端耦接至第一晶体管T1的控制端以及第二晶体管T2的第二端，电容Cs的第二端耦接至接地端。
有机发光二极管OLED借助于第一晶体管T1的驱动电压VDATA造成的输出电流IOLED而发光，且有机发光二极管OLED的发光强度通过第二晶体管T2受控于像素信号DATA以及扫描信号SCAN。第一晶体管T1在长时间操作的情形下，会因为第一晶体管T1的栅源极电压Vgs加压(stress)，而致使第一晶体管T1的门限电压Vth往正电压漂移。如此一来，将会造成有机发光二极管OLED的输出电流IOLED以及输出电压VOLED下降。据此，有机发光二极管OLED的发光效率受到影响，而且使用寿命(lifetime)也缩短。
请参照图2A及2B，图2A与2B为由模拟得出的传统发光二极管电路的输出电流与第一晶体管的门限电压的曲线图，其中图2A的电流以微安培(μA)表示，图2B中的电流以归一化电流表示。由图2A与图2B可知当第一晶体管T1的门限电压Vth由0伏特变成3伏特，有机发光二极管OLED的输出电流IOLED由2.05微安培变为1.3微安培，换句话说，有机发光二极管OLED的输出电流IOLED成为原来的63％。
有机发光二极管的输出电流在长时间操作下，会因为衰减而造成有机发光二极管的发光效率下降。据此，使用传统发光二极管电路的灯具或显示设备的产品质量可能随着操作时间下降，而且此类灯具或显示设备的使用寿命也可能因此受限。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种发光二极管电路的补偿方法和装置，用以提高发光二极管的使用寿命。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种发光二极管电路的补偿方法，用于包括两个晶体管、一个电容与一个发光二极管的至少一个发光二极管电路。两个晶体管的第一晶体管的控制端连接于电容与两个晶体管的第二晶体管的第二端，第一晶体管的第二端连接于发光二极管，且第二晶体管的宽度长度比(W/L)小于1。补偿方法包括以下步骤。首先，将初始控制电压施加于第二晶体管的控制端，并据此侦测发光二极管的输出电压的目前值。判断输出电压的初始值与目前值的差异是否超出标准值。接着，若差异超出标准值，则产生补偿控制电压施加于第二晶体管的控制端，其中补偿控制电压为初始控制电压与输出电压的初始值与目前值的差异之和。
本发明还提供了一种发光二极管电路的补偿装置，用于包括两个晶体管、一个电容与一个发光二极管的至少一个发光二极管电路。两个晶体管的第一晶体管的控制端连接于电容与两个晶体管的第二晶体管的第二端，第一晶体管的第二端连接于发光二极管，且第二晶体管的宽度长度比(W/L)小于1。发光二极管电路的补偿装置包括多个储存单元、逻辑比较单元、运算电路单元。储存单元用以储存发光二极管的输出电压的初始值与一目前值，而发光二极管电路的补偿装置施加初始控制电压于第二晶体管的控制端，以使发光二极管产生输出电压的目前值。逻辑比较单元用以判断输出电压的初始值与目前值的差异是否超出标准值。若差异超出该标准值，则运算电路单元依据差异与初始控制电压产生补偿控制电压施加于第二晶体管的控制端。
综上所述，本发明所提供的发光二极管电路的补偿方法与装置侦测发光二极管的输出电压，以固定发光二极管的输出电压的方式来稳定发光二极管的输出电流，从而避免发光二极管的输出电流因长时间的操作而衰减，并由此提高发光二极管的使用寿命。
为了更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，但是此等说明与附图仅用来说明本发明，而非对本发明的权利要求范围作任何的限制。
附图说明
图1为传统有机发光二极管电路的电路图；
图2A及2B为由模拟得出的传统发光二极管电路的输出电流与第一晶体管的门限电压的曲线图；
图3为本发明实施例的发光二极管电路的补偿方法的流程图；
图4为本发明实施例的发光二极管电路的补偿装置的电路图。
【主要元件附图标记说明】
1、7：发光二极管电路
T1：第一晶体管
T2：第二晶体管
OLED：有机发光二极管
Cs：电容
S31～S36：步骤流程
4：发光二极管电路的补偿装置
42：第二储存单元
43：第三储存单元
44：逻辑比较单元
45：运算电路单元
451：第一差动放大器
452：第二差动放大器
453：第三差动放大器
46：切换器
47、48：开关
具体实施方式
发光二极管电路的补偿方法的实施例
请同时参照图1与图3，图3为本发明实施例的发光二极管电路的补偿方法的流程图。发光二极管电路的补偿方法，用于包括两个晶体管T1、T2、一个电容Cs与一个有机发光二极管OLED的至少一个有机发光二极管电路1，其中两个晶体管T1、T2的第一晶体管T1的控制端(亦即第一晶体管T1的栅极端)连接于电容Cs与两个晶体管T1、T2的第二晶体管T2的第二端(亦即第二晶体管T2的源极端)，第一晶体管T1的第二端(亦即第一晶体管T1的源极端)连接于有机发光二极管OLED的输入端，且第二晶体管T2的宽度长度比(W/L)小于1。虽然此实施例以有机发光二极管电路1为例，但本实施例的补偿方法亦可以应用于2T1C结构的其他发光二极管电路。
需要说明的是，图3的补偿方法主要是通过增加第二晶体管T2的控制端电压(亦即第二晶体管T2的栅极电压)，以稳定有机发光二极管OLED的输出电压VOLED，因此需要将第二晶体管T2的宽度长度比(W/L)设计地比较小。另外，第二晶体管T2的控制端电压(亦即第二晶体管T2的栅极电压)也不需要高电压(例如5伏特的电压)，便可以在一在充电时间，使得第一晶体管T1的控制端电压(亦即第一晶体管T1的栅极电压)不会被完全充电至像素信号DATA的电压VDATA。
于图3的补偿方法中，通过增加第二晶体管T2的控制端电压(亦即第二晶体管T2的控制端电压栅极电压)，将可以使第一晶体管T1的控制端电压(亦即第一晶体管T1的栅极电压)也随之增加，而在一个充电时间内，使得第一晶体管T1的控制端电压(亦即第一晶体管T1的栅极电压)上升靠近像素信号DATA的电压VDATA。据此，将可以补偿因第一晶体管T1的门限电压Vth飘移而造成输出电压VOLED下降的情况，进而稳定输出电流IOLED。
另外，图3的补偿方法可以是定时地(例如每隔1000小时)被执行。换言之，每隔一段时间后，才有可能会有因第一晶体管T1的栅源极电压Vgs加压而导致输出电流IOLED下降的情况。
再次参考图1与图3，另外，图3的补偿方法可以是定时地(例如每隔1000小时)被执行。换言之，每隔一段时间后，才有可能会有因第一晶体管T1的栅源极电压Vgs加压而导致输出电流IOLED下降的情况。
再次参考图1与图3，首先，在步骤S31中，将初始控制电压Vgate_ini施加于第二晶体管T2的控制端(亦即将初始控制电压Vgate_ini设为图1的扫瞄信号SCAN)，并据此侦测有机发光二极管OLED的输出电压VOLED的目前值VOLED_now。然后，在步骤S32中，判断输出电压VOLED的初始值VOLED_ini与目前值VOLED_now的差异是否超出标准值(标准值例如为0，在其他情况下，标准值亦可以为其他数值)。接着，若差异未超出标准值，则执行步骤S34相反地，若差异超出标准值，则执行步骤S33。
要说明的是，初始控制电压Vgate_ini为有机发光二极管电路1刚开始被驱动时的初始驱动电压，且输出电压VOLED的初始值VOLED_ini为初始控制电压Vgate_ini刚开始驱动有机发光二极管电路1时所产生的初始输出电压。由上述的说明可以得知，图3的方法更可以包括将初始控制电压Vgate_ini与输出电压VOLED的初始值VOLED_ini储存于多个储存单元(或暂存器)的步骤。
若差异未超出标准值，则表示输出电流IOLED并未因长期操作而有衰减的情况，故在步骤S34中，持续施加初始控制电压Vgate_ini至第二晶体管T2的控制端。若差异超出标准值，则表示输出电流IOLED因长期操作而有衰减的情况，故在步骤S33中，产生补偿控制电压Vgate施加于第二晶体管T2的控制端(亦即将补偿控制电压Vgate设为图1的扫瞄信号SCAN)，其中补偿控制电压Vgate为初始控制电压Vgate_ini与差异之和(亦即Vgate＝Vgate_ini+VOLED_ini-VOLED_now)。
另外，图3的补偿方法可以是定时地(例如每隔1000小时)被执行。换言之，每隔一段时间后，才有可能会有因第一晶体管T1的闸源极电压Vgs加压而导致输出电流IOLED下降的情况。
再次参考图1与图3，首先，在步骤S31中，将初始控制电压Vgate_ini施加于第二晶体管T2的控制端(亦即将初始控制电压Vgate_ini设为图1的扫瞄信号SCAN)，并据此侦测有机发光二极管OLED的输出电压VOLED的目前值VOLED_now。然后，在步骤S32中，判断输出电压VOLED的初始值VOLED_ini与目前值VOLED_now的差异是否超出标准值(标准值例如为0，在其他情况下，标准值亦可以为其他数值)。接着，若差异未超出标准值，则执行步骤S34相反地，若差异超出标准值，则执行步骤S33。
要说明的是，初始控制电压Vgate_ini为有机发光二极管电路1刚开始被驱动时的初始驱动电压，且输出电压VOLED的初始值VOLED_ini为初始控制电压Vgate_ini刚开始驱动有机发光二极管电路1时所产生的初始输出电压。由上述的说明可以得知，图3的方法更可以包括将初始控制电压Vgate_ini与输出电压VOLED的初始值VOLED_ini储存于多个储存单元(或暂存器)的步骤。
若差异未超出标准值，则表示输出电流IOLED并未因长期操作而有衰减的情况，故在步骤S34中，持续施加初始控制电压Vgate_ini至第二晶体管T2的控制端。若差异超出标准值，则表示输出电流IOLED因长期操作而有衰减的情况，故在步骤S33中，产生补偿控制电压Vgate施加于第二晶体管T2的控制端(亦即将补偿控制电压Vgate设为图1的扫瞄信号SCAN)，其中补偿控制电压Vgate为初始控制电压Vgate_ini与差异之和(亦即Vgate＝Vgate_ini+VOLED_ini-VOLED_now)。
步骤S32与33的实现方式简介如下，但下述实现步骤S34的方式并非用以限定本发明。于步骤S32中，使用比较器来判断输出电压VOLED的初始值VOLED_ini与目前值VOLED_now的差异是否超出标准值(此时标准值为0)。于步骤S33中，使用反向放大器根据输出电压VOLED的初始值VOLED_ini与目前值VOLED_now，计算出输出电压VOLED的初始值VOLED_ini与目前值VOLED_now的差异(VOLED_ini-VOLED_now)，然后再使用反向器获得差异的负值(-VOLED_ini+VOLED_now)，最后，再使用反向放大器依据差异与初始控制电压Vgate_ini，计算出补偿控制电压Vgate。
在步骤S35中，再次判断输出电压VOLED的初始值VOLED_ini与目前值VOLED_now的差异是否超出标准值，此时的输出电压VOLED的目前值VOLED_now由有机发光二极管电路1依据控制补偿电压Vgate所产生。接着，若差异未超出标准值，则执行步骤S36。相反地，若差异超出标准值，则回去执行步骤S33。在步骤S36中，持续地施加补偿控制电压Vgate于第二晶体管T2的控制端。如此，将可以重复图3的步骤S33～S36，直到所产生的补偿控制电压Vgate能够让有机发光二极管电路1的输出电压VOLED的初始值VOLED_ini与目前值VOLED_now的差异不超出标准值。
在实际应用时，由于发光二极管可用于彩色显示器，显示器上的每一像素点通常包括分别对应红色、绿色与蓝色的三种发光二极管的红色、绿色与蓝色像素。本实施例的发光二极管电路的补偿方法可对红色、绿色与蓝色像素的多个发光二极管电路分别进行补偿，或者，发光二极管电路的补偿方法可对多个发光二极管电路中衰减最严重的像素的发光二极管电路进行补偿。
发光二极管电路的补偿装置的实施例
请参照图4，图4为本发明实施例的发光二极管电路的补偿装置的电路图。发光二极管电路的补偿装置4用于发光二极管电路，且在本实施例中，发光二极管电路为有机发光二极管电路7。有机发光二极管电路7包括两个晶体管T1、T2、一个电容Cs与一个有机发光二极管OLED。第一晶体管T1的控制端连接于电容Cs与第二晶体管的T2第二端，第一晶体管T1的第二端连接于有机发光二极管OLED的输入端，且第一晶体管的T1的地一端耦接至高电压电平VDD。有机发光二极管OLED的输出端耦接至低电压电平VSS。第二晶体管T2的第一端耦接至像素信号VDATA，第二晶体管T2的控制端则耦接至初始控制电压Vgate_ini或补偿控制电压Vgate，且第二晶体管T2的宽度长度比(W/L)小于1。值得注意的是，在此的有机发光二极管OLED是由第一端与控制端彼此耦接的晶体管所构成。
再次参照图4，发光二极管电路的补偿装置4包括第一储存单元42、第二储存单元43、逻辑比较单元44、运算电路单元45、切换器46、开关47与48。在本实施例的运算电路单元45包括第一差动放大器451、第二差动放大器452以及第三差动放大器453，但运算电路单元45的实施方式并不限于此。
第一储存单元42及第二储存单元43分别通过开关47与48耦接至有机发光二极管OLED的输入端，且逻辑比较单元44耦接至储存单元42以及储存单元43。运算电路单元45的输入端耦接至逻辑比较单元44，运算电路单元45的输出端通过切换器46耦接至第二晶体管T2的控制端。第一储存单元41耦接至运算电路单元的输出端以及第三差动放大器453的正输入端。
第一储存单元42以及第二储存单元43分别储存有机发光二极管OLED的输出电压VOLED的目前值VOLED_now与初始值VOLED_ini。在此实施例中，开关47仅有在有机发光二极管电路7一开始被驱动时，才会关上(导通)，且开关48为每隔一段操作时间后，才会被关上(导通)。
当发光二极管电路刚开始工作时，切换器46会被切换至初始控制电压Vgate_ini，且开关47会关上，以使第一储存单元42储存依照发光二极管电路7依据初始控制电压Vgate_ini所产生的输出电压VOLED的初始值VOLED_ini。在一段操作时间后，开关48会被关上。此时，发光二极管电路的补偿装置4通过切换器46施加初始控制电压Vgate_ini于第二晶体管T2的控制端，以使有机发光二极管OLED产生输出电压VOLED的目前值VOLED_now，并储存于第二储存单元43。
同时，逻辑比较单元44会比较有机发光二极管OLED的输出电压VOLED的初始值VOLED_ini与目前值VOLED_now，并得到差异VO，且判断差异VO是否超出标准值。逻辑比较单元44借助于不同的输出来区分运算电路单元45是否产生补偿控制电压Vgate。更详细地说，当发光二极管电路7操作一段操作时间后，补偿装置4的逻辑比较单元44会被致能，且在逻辑比较单元44判断差异超出标准值时，后端的运算电路单元45会被致能。
若差异VO未超出标准值，则代表第二晶体管T2的控制端的电压不需要变动，发光二极管电路的补偿装置4将控制切换器46，以持续输出初始控制电压Vgate_ini于第二晶体管T2的控制端。若差异VO超出标准值，则发光二极管电路的补偿装置4输出补偿控制电压Vgate于第二晶体管T2的控制端。
在本实施例中，第一差动放大器451、第二差动放大器452以及第三差动放大器453的放大系数皆被设定为1。故在差异VO超出标准值时，逻辑比较单元44输出有机发光二极管OLED输出电压的初始值VOLED_ini至运算电路单元45的第一差动放大器451的正输入端，而且输出有机发光二极管OLED输出电压VOLED的目前值VOLED_now至运算电路单元45的第一差动放大器451的负输入端，以使第一差动放大器451输出电压的初始值VOLED_ini与目前值VOLED_now的差异VO。
第二差动放大器452的正输入端耦接至接地点，且第二差动放大器452的正输入端耦接至差异VO，故第二差动放大器452输出差异VO的负值。然后，第三差动放大器453的正输入端耦接至初始控制电压Vgate_ini，第三差动放大器453的负输入端耦接至差异VO的负值，故第三差动放大器453输出补偿控制电压Vgate，其中Vgate＝Vgate_ini+VO。
更近一步地说，在实际应用时，因为发光二极管可用于彩色显示器，显示器通常使用分别对应红色、绿色与蓝色的三种发光二极管来显示彩色。发光二极管电路的补偿装置4可对红色、绿色与蓝色像素的发光二极管电路分别进行补偿，或者，发光二极管电路的补偿装置4对发光二极管电路中衰减最严重的一像素的发光二极管电路进行补偿(例如：对应于显示红色像素的发光二极管电路)。
除此之外，发光二极管电路的补偿装置4与发光二极管电路可以施作于印刷电路板装嵌(Printed Circuit Board and Assemble，PCBA)，以简化生产过程。值得注意的是，而在本实施例中，发光二极管电路的补偿装置4输出初始控制电压Vgate_ini或补偿控制电压Vgate的方式仅用以说明，其并非用以限定本发明。
本发明的有益效果：
根据本发明实施例，上述的发光二极管电流补偿电路可侦测或定时侦测发光二极管的输出电压，且以固定发光二极管的输出电压的方式来稳定发光二极管的操作电流，避免发光二极管的操作电流因长时间的操作而衰减。
以上所述仅为本发明的实施例，其并非用以局限本发明的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种发光二极管电路的补偿方法，其特征在于，用于包括两晶体管、一电容与一发光二极管的至少一发光二极管电路，其中该两个晶体管的一第一晶体管的一控制端连接于该电容与该两个晶体管的一第二晶体管的一第二端，该第一晶体管的一第二端连接于一发光二极管，该第二晶体管的一宽度长度比小于1，且该补偿方法包括：
将一初始控制电压施加于该第二晶体管的一控制端，并据此侦测该发光二极管的一输出电压的一目前值；
判断该输出电压的一初始值与该目前值的一差异是否超出一标准值；以及
若该差异超出该标准值，则产生一补偿控制电压施加于该第二晶体管的该控制端，其中该补偿控制电压为该初始控制电压与该差异之和。
2.如权利要求1所述的发光二极管电路的补偿方法，其特征在于，更包括：
若该差异未超出该标准值，则持续施加该初始控制电压至该第二晶体管的该控制端。
3.如权利要求2所述的发光二极管电路的补偿方法，其特征在于，更包括：
再次判断该输出电压的该初始值与该目前值的该差异是否超出该标准值，此时该输出电压的该目前值由该发光二极管电路依据该补偿控制电压所产生；
若该差异未超出该标准值，则持续施加该补偿控制电压；以及
若该差异超出该标准值，则重新产生该补偿控制电压。
4.如权利要求1所述的发光二极管电路的补偿方法，其特征在于，其中该补偿方法对一红色、一绿色与一蓝色像素的多个发光二极管电路分别进行补偿，或者，该补偿方法对所述这些发光二极管电路中衰减最严重的一像素的发光二极管电路进行补偿。
5.一种发光二极管电路的补偿装置，其特征在于，用于包括两晶体管、一电容与一发光二极管的至少一发光二极管电路，其中该两个晶体管的一第一晶体管的一控制端连接于该电容与该两个晶体管的一第二晶体管的一第二端，该第一晶体管的一第二端连接于一发光二极管，该第二晶体管的一宽度长度比小于1，且该补偿装置包括：
多个储存单元，分别用以储存该发光二极管的一输出电压的一初始值与一目前值，其中该补偿装置施加一初始控制电压于该第二晶体管的一控制端，以使该发光二极管产生该输出电压的一目前值；
一逻辑比较单元，用以判断该输出电压的该初始值与该目前值的一差异是否超出一标准值；
一运算电路单元，若该差异超出该标准值，则依据该差异与该初始控制电压产生一补偿控制电压施加于该第二晶体管的该控制端。
6.如权利要求5所述的发光二极管电路的补偿装置，其特征在于，其中该补偿控制电压为该初始控制电压与该差异之和。
7.如权利要求5所述的发光二极管电路的补偿装置，其特征在于，其中若该差异未超出该标准值，则该补偿装置持续施加该初始控制电压至该第二晶体管的该控制端。
8.如权利要求5所述的发光二极管电路的补偿装置，其特征在于，更包括另一储存单元，其中该另一储存单元更用以储存该补偿控制电压，该逻辑比较单元再次判断该输出电压的该初始值与该目前值的该差异是否超出该标准值，此时该输出电压的该目前值由该发光二极管电路依据该补偿控制电压所产生，若该差异未超出该标准值，则该补偿装置持续施加该补偿控制电压，若该差异超出该标准值，则该运算电路单元重新产生该补偿控制电压。
9.如权利要求5所述的发光二极管电路的补偿装置，其特征在于，其中该补偿装置对一红色、一绿色与一蓝色像素的发光二极管电路分别进行补偿，或者，该补偿装置对所述这些发光二极管电路中衰减最严重的一像素的发光二极管电路进行补偿。
10.如权利要求5所述的发光二极管电路的补偿装置，其特征在于，该补偿装置与该发光二极管电路施作于一印刷电路板装嵌。
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