CN103295528B - 发光二极管模块 - Google Patents

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Abstract

发光二极管模块包含发光单元及发光二极管电路。该发光二极管电路包含第一晶体管、储存电容、第二晶体管、第三晶体管及第四晶体管。该第一晶体管具有用以接收数据信号的第一端，以接收扫描信号的控制端。该储存电容具有耦接于该第一晶体管的第二端的第一端。该第二晶体管耦接第一电压源以接收致能信号，该第三晶体管耦接于该第二晶体管及该储存电容。该第四晶体管具有耦接于该储存电容的第二端的第一端，用以接收控制信号的控制端，及耦接于该第二晶体管的第二端的第二端。

Description

发光二极管模块
【技术领域】
本发明是关于一种发光二极管模块，尤指一种可产生稳定工作电流的发光二极管模块。
【背景技术】
液晶显示器(LiquidCrystalDisplay，LCD)具有外型轻薄、省电以及无辐射等优点，因此已被广泛地应用于多媒体播放器、行动电话、个人数字助理(PDA)、电脑显示器、或平面电视等电子产品上。此外，有机发光二极管(organiclightemittingdiode，OLED)显示器由于可不需背光源、彩色滤光片，具有更轻薄的外型及更鲜艳的色彩表现，也逐渐被广泛使用。
然而，已知有机发光二极管显示器的像素驱动电路中，用以控制工作电流大小及发光二极管的发光程度的开关元件容易造成不稳定，例如晶体管的临界电压(thresholdvoltage)会因长期操作而产生偏移，进而改变流经发光二极管的电流大小，而使像素驱动电路的显示器无法显示正确的灰度亮度。此外，随着面板尺寸的增加，电压源造成的电压降(voltagedrop)的情形也越趋严重，而发光二极管在长期使用下也会有老化现象，更进一步造成电流的不稳定，使显示器的画面品质更趋恶化。
虽然目前已有一些通过补偿电路设计来设法解决像素驱动电路所面临的临界电压问题，但也因此造成开关或电容等电路元件数目增加，造成显示器的开口率(apertureratio)下降的问题，或提升了高解析度面板的驱动电路设计困难度。
【发明内容】
本发明的一实施例是关于一种发光二极管模块，该发光二极管模块包含发光单元及发光二极管电路。该发光二极管电路是耦接于该发光单元，该发光二极管电路包含第一晶体管、储存电容、第二晶体管、第三晶体管及第四晶体管。该第一晶体管具有用以接收数据信号的第一端，用以接收扫描信号的控制端，及第二端。该储存电容具有耦接于该第一晶体管的第二端的第一端，及第二端。该第二晶体管具有用以耦接第一电压源的第一端，用以接收致能信号的控制端，及第二端。该第三晶体管具有耦接于该第二晶体管的第二端的第一端，耦接于该储存电容的第二端的控制端，及第二端。该第四晶体管具有耦接于该储存电容的第二端的第一端，用以接收控制信号的控制端，及耦接于该第二晶体管的第二端的第二端。
本发明的另一实施例是关于一种驱动发光二极管模块的方法，该发光二极管模块包含发光单元及耦接于该发光单元的发光二极管电路，该发光二极管电路包含第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管及储存电容，该第一晶体管的第一端是耦接于数据线，该第一晶体管的第二端是耦接于该储存电容的第一端，该储存电容的第二端是耦接于该第三晶体管的控制端及该第四晶体管的第一端，该第二晶体管的第一端是耦接第一电压源，该第二晶体管的第二端是耦接于该第三晶体管的第一端及该第四晶体管的第二端，该方法包含导通该第一晶体管、该第二晶体管及该第四晶体管，以将该数据线输入的参考电位写入该储存电容；当将该数据线输入的参考电位写入该储存电容后，关闭该第二晶体管；当关闭该第二晶体管后，关闭该第四晶体管；将该数据线输入的数据电位写入该储存电容；当将该数据线输入的数据电位写入该储存电容时，关闭该第一晶体管；及当关闭该第一晶体管后，开启该第二晶体管。
通过本发明实施例，发光二极管模块可在不降低显示器开口率的情况下，改善先前技术中，因为晶体管的临界电压偏移、电压源产生电压降，以及有机发光二极管老化而使操作电流不稳定的问题。
【附图说明】
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：
图1是为本发明第一实施例发光二极管模块的示意图。
图2是为驱动图1发光二极管模块的流程图。
图3A是为驱动图1发光二极管模块的时序图。
图3B是为驱动图1发光二极管模块的另一时序图。
图4是为本发明第二实施例发光二极管模块的示意图。
【符号说明】
100、400发光二极管模块
302至312步骤
110、410发光单元
120、420发光二极管电路
Cst储存电容
D1发光二极管
Data数据信号
Scan扫描信号
OVDD第一电压源
OVSS第二电压源
IOLED电流
T1第一晶体管
T2第二晶体管
T3第三晶体管
T4第四晶体管
EM致能信号
DIS控制信号
Vref参考电位
Vdata数据电位
ΔV电压差
【具体实施方式】
本揭露特别以下述例子加以描述，该多个例子仅是用以举例说明而已，因为对于熟习此技艺者而言，在不脱离本揭示内容的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本揭示内容的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。在通篇说明书与申请专利范围中时，除非内容清楚指定，否则「一」以及「该」的意义包含这一类叙述包括「一或至少一」该元件或成分。此外，如本揭露所用，除非从特定上下文明显可见将多个排除在外，否则单数冠词亦包括多个元件或成分的叙述。而且，应用在此描述中与下述的全部申请专利范围中时，除非内容清楚指定，否则「在其中」的意思可包含「在其中」与「在其上」。在通篇说明书与申请专利范围所使用的用词(terms)，除有特别注明，通常具有每个用词使用在此领域中、在此揭露之内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本揭露的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供从业人员(practitioner)在有关本揭露的描述上额外的引导。在通篇说明书的任何地方的例子，包含在此所讨论的任何用词的例子的使用，仅是用以举例说明，当然不限制本揭露或任何例示用词的范围与意义。同样地，本揭露并不限于此说明书中所提出的各种实施例。
在此所使用的用词「实质上(substantially)」、「大约(around)」、「约(about)」或「近乎(approximately)」应大体上意味在给定值或范围的20%以内，较佳是在10%以内。此外，在此所提供的数量可为近似的，因此意味着若无特别陈述，可以用词「大约」、「约」或「近乎」加以表示。当一数量、浓度或其他数值或参数有指定的范围、较佳范围或表列出上下理想值的时，应视为特别揭露由任何上下限的数对或理想值所构成的所有范围，不论该多个范围是否分别揭露。举例而言，如揭露范围某长度为X公分到Y公分，应视为揭露长度为H公分且H可为X到Y之间的任意实数。
此外，「耦接」一词在此是包含任何直接及间接的电气连接手段，其意义相当于「电(性)耦接」或「电(性)连接」。举例而言，若文中描述一第一装置电性耦接于一第二装置，则代表该第一装置可直接连接于该第二装置，或通过其他装置或连接手段间接地连接至该第二装置。另外，若描述关于电信号的传输、提供，熟习此技艺者应该可以了解电信号的传递过程中可能伴随衰减或其他非理想性的变化，但电信号传输或提供的来源与接收端若无特别叙明，实质上应视为同一信号。举例而言，若由电子电路的端点A传输(或提供)电信号S给电子电路的端点B其中可能经过一开关的两端及/或可能的杂散电容而产生电压降，但此设计的目的若非刻意使用传输(或提供)时产生的衰减或其他非理想性的变化而达到某些特定的技术效果，电信号S在电子电路的端点A与端点B应可视为实质上为同一信号。
可了解如在此所使用的用词「包含(comprising)」、「包含(including)」、「具有(having)」、「含有(containing)」、「包含(involving)」等等，为开放性的(open-ended)，即意指包含但不限于。另外，本发明的任一实施例或申请专利范围不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻的用，并非用来限制本发明的申请专利范围。
下文依本发明像素驱动电路特举实施例配合所附图式作详细说明，但所提供的实施例并非用以限制本发明所涵盖的范围。
请参考图1，图1是为本发明第一实施例发光二极管模块100的示意图。如图1所示，发光二极管模块100包含发光单元110及发光二极管电路120。发光单元110包含发光二极管D1，发光二极管电路120包含第一晶体管T1、储存电容Cst、第二晶体管T2、第三晶体管T3、第四晶体管T4及发光二极管D1。第一晶体管T1具有用以接收数据信号Data的第一端，用以接收扫描信号Scan的控制端，及第二端。储存电容Cst具有耦接于第一晶体管T1的第二端的第一端，及第二端。第二晶体管T2具有用以耦接第一电压源OVDD的第一端，用以接收致能信号EM的控制端，及第二端。第三晶体管T3具有耦接于第二晶体管T2的第二端的第一端，耦接于储存电容Cst的第二端的控制端，及第二端。第四晶体管T4具有耦接于储存电容Cst的第二端的第一端，用以接收控制信号DIS的控制端，及耦接于第二晶体管T2的第二端的第二端。发光二极管D1具有耦接于第三晶体管T3的第二端的第一端，及用以耦接第二电压源OVSS的第二端。发光二极管D1的第一端可为阳极(anode)，发光二极管的第二端可为阴极(cathode)。
在本发明中，第一晶体管T1、第二晶体管T2、第三晶体管T3及第四晶体管T4可为N型薄膜晶体管，但亦可置换为P型薄膜晶体管。此外，第一电压源OVDD是为高电位电压，第二电压源OVSS是为低电位电压。
请参考图2及图3A，图2是为驱动图1发光二极管模块100的流程图，图3A是为驱动图1发光二极管模块100的时序图，图2说明如下：
步骤302：导通第一晶体管T1、第二晶体管T2及第四晶体管T4，以将数据线输入的参考电位Vref写入储存电容Cst；
步骤304：当将数据线输入的参考电位Vref写入储存电容Cst后，关闭第二晶体管T2；
步骤306：当关闭第二晶体管T2后，关闭第四晶体管T4；
步骤308：当关闭第四晶体管T4后，将数据线输入的数据信号写入储存电容Cst；
步骤310：当将数据线输入的数据信号写入储存电容时，关闭第一晶体管T1；
步骤312：当关闭第一晶体管后T1，开启第二晶体管T2，并将数据线重置至参考电位Vref。
在图3A中，控制信号DIS、扫描信号Scan、数据信号Data以及致能信号EM的时序是由上而下排列，且时序上依序为起始(initial)阶段、补偿阶段(compensate)、数据输入(datain)阶段以及发光(emission)阶段。在步骤302中，导通第一晶体管T1、第二晶体管T2及第四晶体管T4，以将数据线输入的参考电位Vref写入储存电容Cst，是于起始阶段导通第一晶体管T1、第二晶体管T2及第四晶体管T4，以将数据线输入的参考电位写入储存电容Cst，在第一晶体管T1、第二晶体管T2及第四晶体管T4导通后，第三晶体管T3亦会随的导通。
在起始阶段中，由于第一晶体管T1、第二晶体管T2及第四晶体管T4皆导通，因此第三晶体管T3的第一端及控制端的电位实质上皆为第一电压源OVDD的电位(简称OVDD)，而储存电容Cst的第一端的电位是实质上为参考电位(简称Vref)，由于第三晶体管T3操作如二极管，第三晶体管T3的第二端的电位是实质上为第二电压源OVSS的电位(简称OVSS)加上发光二极管D1的电位(简称VOLED)。接着在补偿阶段中，由于致能信号EM为低电位，因此第二晶体管T2将会关闭，然第一晶体管T1及第四晶体管T4仍导通，使储存电容Cst的第一端仍实质上维持在Vref，第三晶体管T3的第一端及控制端的电位实质上皆成为VTH3+VOLED+OVSS，VTH3是为第三晶体管T3的临界电压，此时第三晶体管T3亦操作如二极管，第三晶体管T3的第二端的电位仍实质上维持在为VOLED+OVSS。之后控制信号DIS会在数据输入阶段之前被拉至低电位以关闭第四晶体管T4，使得第三晶体管T3的第一端的电位成为浮动电位(floating)；而由于第三晶体管T3的控制端的电位实质上是为VTH3+VOLED+OVSS，其会将第三晶体管T3维持在导通状态，因此第三晶体管T3的第二端会随着第一端成为浮动电位(floating)。
在数据输入阶段中，数据信号的电位是由Vref拉升至数据电位(简称Vdata)，而此时第三晶体管T3的控制端的电位实质上成为VTH3+VOLED+OVSS+Vdata-Vref，其会将第三晶体管T3维持在导通状态，使得第三晶体管T3的第一端及第二端的电位实质上仍维持在浮动电位(floating)。在数据输入阶段结束时，扫描信号Scan会被拉至低电位以关闭第一晶体管T1，之后数据信号Data会由Vdata降至Vref，然此时由于第一晶体管T1已关闭，因此储存电容Cst的第一端的电位会实质上维持在Vdata。接着进入发光阶段时，由于第一晶体管T1仍是关闭，储存电容Cst的第一端的电位实质上仍维持在Vdata，第三晶体管T3的控制端的电位会实质上维持在VTH3+VOLED+OVSS+Vdata-Vref，而另由于致能信号EM回到高电位，第三晶体管T3的第一端的电位实质上会成为OVDD，再者由于第三晶体管T3是操作在饱和区，第三晶体管T3的第二端的电位会实质上成为VOLED+OVSS。流经发光二极管D1的电流可经由方程式(1)计算出：
IOLED=k(VGS3-VTH3)2=k(VG3-VS3–VTH3)2(1)
在方程式(1)中，IOLED是为流经发光二极管D1的电流，k是为常数，VGS3是为第三晶体管T3的栅极与源极的跨压，VG3是为第三晶体管T3的栅极电压，VS3是为第三晶体管T3的源极电压。因此，在第一实施例的设置下，将发光阶段下第三晶体管T3的控制端的电位
VTH3+VOLED+OVSS+Vdata-Vref代入VG3，以及将VOLED+OVSS代入VS3，可得出以下方程式(2)：
IOLED=k(Vdata–Vref)2(2)
由方程式(2)可知，流经发光二极管D1的电流IOLED仅受到Vdata以及Vref的影响，而Vdata、Vref均与第三晶体管T3的临界电压VTH3、第一电压源OVDD及发光二极管D1不相关，故发光二极管模块100中用以驱动发光二极管D1的电流稳定度将不会因为第三晶体管T3的临界电压VTH3偏移、第一电压源OVDD所造成的电压降，以及发光二极管D1的OLED老化现象而受影响。
请参考图3B，图3B是为驱动图1发光二极管模块100的另一时序图。图3B与图3A的差别在于，在图3B中，控制信号DIS会在数据输入阶段之后才被拉至低电位以关闭第四晶体管T4，而VG3的电位在从补偿阶段进入输入数据阶段时会先被拉升，接着于数据阶段中会逐渐放电，而此时第三晶体管T3的控制端的电位实质上成为VTH3+VOLED+OVSS+Vdata-ΔV，ΔV是为电压差。由于晶体管元件在制造上会有电子迁移率(mobility)不尽相同的情况，而因为晶体管元件的电子迁移率会随ΔV变化，因此通过上述本发明的操作，可以使每个发光二极管电路中的第三晶体管的电子迁移率均匀化，以解决晶体管元件于出厂时电子迁移率不尽相同的情况。
请参考图4，图4是为本发明第二实施例发光二极管模块400的示意图。如图4所示，发光二极管电路400包含发光单元410及发光二极管模块420，发光单元410包含发光二极管D1。发光二极管模块100与400的差别仅在于发光二极管D1位置设置的不同。在发光二极管模块400中，发光二极管D1具有用以耦接第一电压源OVDD的第一端，及第二端；第二晶体管T2具有耦接发光二极管D1的第二端的第一端，用以接收致能信号EM的控制端，及第二端；第三晶体管T3具有耦接于第二晶体管T2的第二端的第一端，耦接于储存电容Cst的第二端的控制端，及用以耦接第二电压源OVSS的第二端。
同样地，通过第二实施例，发光二极管模块400中用以驱动发光二极管D1的电流稳定度将不会因为第三晶体管T3的临界电压VTH3偏移、第一电压源OVDD所造成的电压降，以及发光二极管D1的OLED老化现象而受影响。另外，对发光二极管模块400的操作步骤以及执行时序可参考图2及图3A，故不再赘述。
综上所述，通过本发明第一实施例及第二实施例，发光二极管模块100及400可在不降低显示器开口率的情况下，改善先前技术中，因为晶体管的临界电压偏移、第一电压源OVDD产生电压降，以及OLED老化而使操作电流不稳定的问题。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (6)

1.一种驱动发光二极管模块的方法，该发光二极管模块包含一发光单元及一耦接于该发光单元的发光二极管电路，该发光二极管电路包含一第一晶体管、一第二晶体管、一第三晶体管、一第四晶体管及一储存电容，该第一晶体管的第一端是耦接于一数据线，该第一晶体管的第二端是耦接于该储存电容的第一端，该储存电容的第二端是耦接于该第三晶体管的控制端及该第四晶体管的第一端，该第二晶体管的第一端是耦接一第一电压源，该第二晶体管的第二端是耦接于该第三晶体管的第一端及该第四晶体管的第二端，该方法包含：
导通该第一晶体管、该第二晶体管及该第四晶体管，以将该数据线输入的参考电位写入该储存电容；
当将该数据线输入的参考电位写入该储存电容后，关闭该第二晶体管；
当关闭该第二晶体管后，关闭该第四晶体管；
将该数据线输入的数据电位写入该储存电容；
当将该数据线输入的数据电位写入该储存电容时，关闭该第一晶体管；及
当关闭该第一晶体管后，开启该第二晶体管。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将该数据线输入的数据电位写入该储存电容是于关闭该第四晶体管后执行。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该发光单元具有一耦接于该第三晶体管的第二端的第一端，及一用以耦接一第二电压源的第二端。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该发光单元具有一用以耦接该第一电压源的第一端，及一用以耦接该第二晶体管的第一端的第二端。
5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，另包含当关闭该第一晶体管后，将该数据线重置至该参考电位。
6.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，该第一晶体管、该第二晶体管、该第三晶体管及该第四晶体管是为N型薄膜晶体管。
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