CN103489393A

CN103489393A - 显示器

Info

Publication number: CN103489393A
Application number: CN201210192878.0A
Authority: CN
Inventors: 郭鸿儒; 郭拱辰; 曾名骏
Original assignee: Innolux Shenzhen Co Ltd; Chi Mei Optoelectronics Corp
Current assignee: Innocom Technology Shenzhen Co Ltd; Innolux Shenzhen Co Ltd; Chi Mei Optoelectronics Corp; Innolux Corp
Priority date: 2012-06-13
Filing date: 2012-06-13
Publication date: 2014-01-01
Anticipated expiration: 2032-06-13
Also published as: CN103489393B

Abstract

一种显示器，包括一像素矩阵。像素矩阵包括多个像素，其中至少一像素包括有机发光二极管、第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第一电容与第二电容。第一晶体管具有第一端耦接至有机发光二极管的一阳极，用以驱动有机发光二极管。第二晶体管耦接于第一晶体管的第二端与一重置电压之间，并且具有一控制极接收一重置信号。第三晶体管耦接于有机发光二极管的阳极与第一晶体管的一控制极之间，并且具有一控制极接收一补偿信号。第一电容耦接于第一晶体管的控制极与有机发光二极管的阳极之间。第二电容耦接至第一电容与第一晶体管的控制极。

Description

显示器

技术领域

本发明涉及一种像素电路，尤其涉及可有效补偿晶体管临界电压偏移的像素电路。

背景技术

由于薄膜晶体管-主动式有机发光二极管(Thin Film Transistor-ActiveMatrix Organic Light Emitting Diode，缩写为TFT-AMOLED)显示器具有低制造成本、高反应速度(约为液晶的百倍以上)、省电、工作温度范围大、以及重量轻等优点，因此成为目前市场上开发的主流。

TFT-AMOLED显示器主要有两种制作方式，一种是利用低温多晶硅(LowTemperature Poly-silicon，缩写为LTPS)TFT的技术，另一种则是利用非晶硅(Amorphous Silicon，缩写为a-Si)TFT的技术。而在驱动的薄膜晶体管的部分，LTPS的技术通常使用P型晶体管作为驱动的薄膜晶体管，而a-Si的技术通常使用N型晶体管作为驱动的薄膜晶体管。

a-Si技术具有薄膜晶体管均匀度较佳以及制作成本较低等优点。然而，使用N型的驱动薄膜晶体管的缺点在于，在操作一段时间后，晶体管的临界电压会开始劣化，亦即在相同的驱动电压之下无法输出与初始相同的电流，而造成显示画面出现明显亮暗纹的现象(称为MURA效应)。此外，由于N型晶体管通常搭配倒置式有机发光二极管(Inverted OLED)，但与正规的有机发光二极管(Normal OLED)相比，倒置式有机发光二极管的工艺较为复杂。

因此，需要一种全新的像素电路，使用N型晶体管结合正规的有机发光二极管，并且可有效补偿晶体管临界电压偏移。

发明内容

根据本发明的一实施例，一种显示器，包括一像素矩阵。像素矩阵包括多个像素，其中至少一像素包括有机发光二极管、第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第一电容与第二电容。第一晶体管具有一第一端耦接至有机发光二极管的一阳极，用以驱动有机发光二极管。第二晶体管耦接于第一晶体管的第二端与一重置电压之间，并且具有一控制极接收一重置信号。第三晶体管耦接于有机发光二极管的阳极与第一晶体管的一控制极之间，并且具有一控制极接收一补偿信号。第一电容耦接于第一晶体管的控制极与有机发光二极管的阳极之间。第二电容耦接至第一电容与第一晶体管的控制极。

根据本发明的另一实施例，一种像素电路，包括有机发光二极管、第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第一电容与第二电容。第一晶体管耦接至有机发光二极管的一阳极，用以驱动有机发光二极管。第二晶体管耦接于第一晶体管与一重置电压之间，并且具有一控制极接收一重置信号。第三晶体管耦接于有机发光二极管的阳极与第一晶体管的一控制极之间，并且具有一控制极接收一补偿信号。第一电容耦接于第一晶体管的控制极与有机发光二极管的阳极之间。第二电容耦接至第一电容与第一晶体管的控制极。当有机发光二极管发光时，流经第一晶体管的一电流大小与晶体管的一临界电压以及有机发光二极管的阳极的一电压无关。

附图说明

图1是显示根据本发明的一实施例所述的显示器的多种实施方式。

图2是显示根据本发明的第一实施例所述的像素电路。

图3是显示根据本发明的第一实施例所述的控制信号波形图。

图4a是显示根据本发明的一实施例所述的像素电路于第一操作阶段P1的等效电路图。

图4b是显示根据本发明的一实施例所述的像素电路于第二操作阶段P2的等效电路图。

图4c是显示根据本发明的一实施例所述的像素电路于第三操作阶段P3的等效电路图。

图5是显示根据本发明的第二实施例所述的像素电路。

图6是显示根据本发明的第二实施例所述的控制信号波形图。

【主要元件符号说明】

100～电子装置；

101～显示器面板；

102～输入单元；

110～栅极驱动电路；

120～数据驱动电路；

130～像素矩阵；

140～控制芯片；

200、500～像素电路；

202～有机发光二极管；

a、b、c、d～节点；

C1、C2～电容；

DATA～数据线；

I～电流；

T1、T2、T3、T4、T5、T6～晶体管；

P1、P2、P3～操作阶段；

S_COM、S_RST、S_SCT、S_SET、S_SW～信号；

Vdata、Vdd、Vrst、Vss～电压。

具体实施方式

为使本发明的制造、操作方法、目标和优点能更明显易懂，下文特举几个优选实施例，并配合附图，作详细说明如下：

实施例：

图1是显示根据本发明的一实施例所述的显示器的多种实施方式。如图所示，显示器可包括一显示器面板101，其中显示器面板101包括一栅极驱动电路110、一数据驱动电路120、一像素矩阵130以及一控制芯片140。栅极驱动电路110用以输出多个栅极驱动信号以驱动像素矩阵130的多个像素。数据驱动电路120用以输出多个数据驱动信号以提供数据至像素矩阵130的多个像素。控制芯片140可包括一时序控制器，用以自一主机(图未示)接收图像信号、根据图像信号产生栅极驱动信号与数据驱动信号、并且产生多个时序信号，包括像素电路的多个控制信号等(以下段落将作更详细的介绍)，用以控制显示器面板101的操作。

此外，根据本发明的显示器可能包括于一电子装置100。电子装置100可包括上述显示器面板101与一输入单元102。输入单元102用于将图像信号传送至显示器面板101，以控制显示器面板101显示图像。根据本发明的实施例，电子装置100有多种实施方式，包括：一移动电话、一数字相机、一个人数字助理、一移动计算机、一桌上型计算机、一电视机、一汽车用显示器、一便携式光盘播放器、或任何包括图像显示功能的装置。

图2是显示根据本发明的第一实施例所述的像素电路。像素电路200可包括有机发光二极管202、多个晶体管T1~T6以及多个电容C1与C2。如图所示，晶体管T1的第一端耦接至有机发光二极管202的阳极，用以驱动有机发光二极管202，其中有机发光二极管202的阴极耦接至低操作电压Vss，并且具有一固有的电容(如图中的虚线所示)。晶体管T2耦接于晶体管T1的第二端与一重置电压Vrst之间，并且具有一控制极接收一重置信号S_RST。晶体管T3耦接于有机发光二极管202的阳极与晶体管T1的一控制极之间，并且具有一控制极接收一补偿信号S_COM。晶体管T4耦接于电容C2与数据线DATA之间，并且具有一控制极接收一扫描信号S_SCT。晶体管T5耦接于晶体管T1与高操作电压(即，工作电压)Vdd之间，并且具有一控制极接收一切换信号S_SW。晶体管T6耦接于晶体管T4、电容C2与重置电压Vrst之间，并且具有一控制极接收一设置信号S_SET。

值得注意的是，根据本发明的实施例，电容C1耦接于晶体管T1的控制极与有机发光二极管202的阳极之间，而电容C2耦接于晶体管T1的控制极、电容C1与晶体管T4之间。为了更清楚说明像素电路于各操作阶段的运作，在像素电路内定义出四个节点a、b、c与d，其中电容C1与C2以及晶体管T1耦接于节点a、晶体管T1与有机发光二极管202耦接于节点b、电容C2与晶体管T4耦接于节点c，以及晶体管T1与T2耦接于节点d。

图3是显示根据本发明的第一实施例所述的控制信号波形图。结合图2与图3所示的内容，以下将详细讨论像素电路于各操作阶段的运作。在本发明的实施例中，像素电路的运作基本上可分为三个阶段，包括第一操作阶段P1，其为一重置与补偿阶段、第二操作阶段P2，其为一数据写入阶段，以及第三操作阶段P3，其为一发光阶段。如图3所示，在第一操作阶段P1，重置信号S_RST-、设置信号S_SET、及补偿信号S_COM具有高电压电平。晶体管T2根据重置信号S_RST被导通，使得节点d的电压被设置为重置电压Vrst。晶体管T6根据设置信号S_SET被导通，使得节点c的电压被设置为重置电压Vrst。晶体管T3根据补偿信号S_COM被导通，使得晶体管T1成为接成二极管(diodeconnected)形式的一晶体管。此时晶体管T1会被导通，并通过节点d放电，直到节点a的电压达到重置电压Vrst加上晶体管T1的一临界电压Vt后，晶体管T1会被关闭。此时，由于晶体管T3被导通，节点b的电压会与节点a相等。

图4a是显示根据本发明的一实施例所述的像素电路于第一操作阶段P1的等效电路图。如上述，在第一操作阶段P1，节点c与节点d的电压被设置为重置电压Vrst，而节点a与节点b的电压被设置为重置电压Vrst加上晶体管T1的一临界电压Vt。由于重置电压Vrst小于低操作电压Vss，此时有机发光二极管202处于反向状态(reverse state)，不会发光。

在第二操作阶段P2，重置信号S_RST-与扫描信号S_SCT具有高电压电平。晶体管T2根据重置信号S_RST被导通，使得节点d的电压被设置为重置电压Vrst。晶体管T4根据重置信号S_SCT被导通，并且同时数据驱动信号通过数据线将数据电压Vdata传送进来，使得节点c的电压被设置为数据电压Vdata。由于节点c的电压自第一操作阶段P1的重置电压Vrst跃升为数据电压Vdata，此电压变化会通过电容C2耦合至节点a，因此节点a的电压会被设置为Vrst+Vt+(Vdata-Vrst)*a，其中a=C2/(C1+C2)。此时，根据节点a与节点d的电压，晶体管T1会再度被导通，使得节点b的电压会与节点d相等，被设置为重置电压Vrst。

图4b是显示根据本发明的一实施例所述的像素电路于第二操作阶段P2的等效电路图。如上述，在第二操作阶段P2，节点d与节点b的电压被设置为重置电压Vrst，节点c的电压会因数据写入而被设置为数据电压Vdata，而节点a的电压被设置为Vrst+Vt+(Vdata-Vrst)*a，其中a=C2/(C1+C2)，以下同。由于重置电压Vrst小于低操作电压Vss，此时有机发光二极管202处于反向状态(reverse state)，不会发光。

在第三操作阶段P3，切换信号S_SW具有高电压电平。晶体管T5根据切换信号S_SW被导通，使得节点d的一电压被设置为接近高操作电压(即，工作电压)Vdd。此时，晶体管T1根据节点b与节点a的电压差被导通，并且有机发光二极管202发光，因此节点b的电压被设置为有机发光二极管202的驱动电压Voled。由于节点b的电压自第二操作阶段P2的重置电压Vrst跃升为有机发光二极管202的驱动电压Voled，此电压变化会通过电容C1耦合至节点a，因此节点a的电压会被设置为Vt+(Vdata-Vrst)*a+Voled。同样地，由于此时节点c为浮接，节点a的电压变化会通过电容C2耦合至节点c，因此节点c的电压会被设置为数据电压Vdata加上有机发光二极管202的驱动电压Voled减去重置电压Vrst。

图4c是显示根据本发明的一实施例所述的像素电路于第三操作阶段P3的等效电路图。如上述，在第三操作阶段P3，有机发光二极管202进入发光状态(emitting state)，开始发光，此时可推导出流经晶体管T1的电流I大小为：

I=K×(Vgs-Vt)²

=K×(Va-Vb-Vt)²

=K×(Vt+(Vdata-Vrst)*a+Voled-Voled-Vt)²

=K×((Vdata-Vrst)*a)² 式(1)

其中

μ代表电子迁移率，C_ox代表绝缘层电容值，

代表晶体管的宽长比。由式(1)可看出，当有机发光二极管发光时，流经晶体管T1的电流大小与晶体管T1的临界电压Vt以及有机发光二极管的电压变化无关。换句话说，有机发光二极管发光时的电流大小将不受晶体管T1的临界电压Vt偏移以及有机发光二极管的电压变化而影响，成功地补偿了临界电压偏移与有机发光二极管的电压变化。

以下表格1整理出各节点于各操作阶段的电压电平。

	P1	P2	P3
				a	Vrst+Vt	Vrst+Vt+(Vdata-Vrst)*a	Vt+(Vdata-Vrst)*a+Voled
b	Vrst+Vt	Vrst	Voled
				c	Vrst	Vdata	Vdata+Voled-Vrst
d	Vrst	Vrst	~Vdd

注1:a=C2/(C1+C2)

表格1：各节点于各操作阶段的电压电平。

值得注意的是，在本发明的实施例中，各个控制信号的可依据设计需求被简化。举例而言，设置信号S_SET及补偿信号S_COM可被简化为由同一信号线所提供。

图5是显示根据本发明的第二实施例所述的像素电路。像素电路500可包括有机发光二极管202、多个晶体管T1~T5以及多个电容C1与C2。在本发明的第二实施例中，除了晶体管T6与设置信号S_SET被移除之外，其余的电路结构皆与图2所示的像素电路200相同。因此，相关的描述可参考至图2的相关内容，并在此不再赘述。

图6是显示根据本发明的第二实施例所述的控制信号波形图。在本发明的第二实施例中，由于晶体管T6与设置信号S_SET被移除了，因此时序控制器可控制扫描信号S_SCT于第一操作阶段P1具有高电压电平，并且同时将重置电压Vrst传送至对应的数据线DATA。

在本发明的第二实施例中，在第一操作阶段P1，晶体管T4可根据扫描信号S_SCT被导通，并且将重置电压Vrst写入节点c。换句话说，因晶体管T4被导通，使得节点c的电压被设置为重置电压Vrst。如此一来，即便晶体管T6与设置信号S_SET被移除了，仍可通过扫描信号S_SCT与晶体管T4于第一操作阶段P1将节点c的电压设置为重置电压Vrst。至于像素电路500于第一操作阶段P1时其它晶体管的导通状态与各节点的电压电平，以及像素电路500于第二操作阶段P2与第三操作阶段P3的运作皆与像素电路200相同，因此相关的描述可参考至第2-4图以及表格1的相关内容，并在此不再赘述。

值得注意的是，在本发明的第二实施例中，由于晶体管的数量少于第一实施例，因此电路布局的面积可有效缩小，显示器面板的开口率(aperture ratio)可相对增加。此外，值得注意的是，在本发明的实施例中，晶体管T1~T6(或T1~T5)以使用N型晶体管为较佳，并且有机发光二极管以使用正规的有机发光二极管(Normal OLED)为较佳。如上述，正规的有机发光二极管的工艺具有比倒置式有机发光二极管较为简单的优点。此外，值得注意的是，如图3与图6所示，控制信号的上升沿/下降沿未必需要与操作阶段的切换点对齐，只要是能达到相同或相近结果，控制信号的波形可有弹性地被设计。

本发明的像素电路的第一个特点在于，通过于节点a与节点b之间通过晶体管T3形成二极管式耦接，使得于第一操作阶段P1，晶体管T1会被导通，进而形成一放电路径，通过节点d放电。节点a的电压最后会被设置为重置电压Vrst加上晶体管T1的临界电压Vt。如此一来，临界电压Vt可完整被补偿于节点a，并且如式(1)所示，在晶体管T1的输出电流中，此变量最终会被消除，使得有机发光二极管发光时晶体管T1的输出电流将与临界电压Vt无关。换句话说，无论临界电压Vt是因为晶体管初始的差异或因为操作时间增长而劣化，临界电压Vt的变异都不会影响到晶体管T1的输出电流，因此不会如传统于画面上出现明显亮暗纹的现象(称为MURA效应)，并且可有效改善已知技术中有临界电压Vt补偿不精准的问题。

此外，本发明的像素电路的第二个特点在于，在第三操作阶段P3，通过电容C1将节点b的电压变化耦合至节点a，使得有机发光二极管的驱动电压Voled可完整被补偿于节点a。如此一来，如式(1)所示，在晶体管T1的输出电流中，此变量最终会被消除，使得有机发光二极管发光时晶体管T1的输出电流将与有机发光二极管的驱动电压Voled无关。换句话说，即使有机发光二极管的驱动电压Voled随着操作时间增长而增加，晶体管T1的输出电流也不会受影响，有效改善已知技术中有机发光二极管的驱动电压Voled补偿不精准的问题。

除了上述两优点之外，本发明所提出的像素电路所需的控制信号单纯，也不需要变化操作电压(例如，Vss)的电压电平，因此显示器面板的设计十分简单并且可有效节省系统电源。

本发明虽以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明的范围，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

Claims

1.一种显示器，包括：

一像素矩阵，包括多个像素，其中所述像素的至少一个包括：

一有机发光二极管；

一第一晶体管，具有一第一端耦接至该有机发光二极管的一阳极，用以驱动该有机发光二极管；

一第二晶体管，耦接于该第一晶体管的一第二端与一重置电压之间，并且具有一控制极接收一重置信号；

一第三晶体管，耦接于该有机发光二极管的该阳极与该第一晶体管的一控制极之间，并且具有一控制极接收一补偿信号；

一第一电容，耦接于该第一晶体管的该控制极与该有机发光二极管的该阳极之间；以及

一第二电容，耦接至该第一电容与该第一晶体管的该控制极。

2.如权利要求1所述的显示器，还包括一显示器面板，其中该显示器面板包括：

该像素矩阵；

一栅极驱动电路，用以输出多个栅极驱动信号以驱动该像素矩阵；

一数据驱动电路，用以输出多个数据驱动信号以提供数据至该像素矩阵；以及

一控制芯片，用以控制该显示器面板的操作。

3.如权利要求1所述的显示器，其中所述像素的至少一个还包括：

一第四晶体管，耦接于该第二电容与一数据线之间，并且具有一控制极接收一扫描信号，

并且其中该第一电容、该第二电容与该第一晶体管耦接于一第一节点，该第一晶体管与该有机发光二极管耦接于一第二节点，该第二电容与该第四晶体管耦接于一第三节点，以及该第一晶体管与该第二晶体管耦接于一第四节点。

4.如权利要求3所述的显示器，其中所述像素的至少一个还包括：

一第五晶体管，耦接于该第一晶体管与一工作电压之间，并且具有一控制极接收一切换信号。

5.如权利要求4所述的显示器，其中所述像素的至少一个还包括：

一第六晶体管，耦接于该第三节点与该重置电压之间，并且具有一控制极接收一设置信号。

6.如权利要求5所述的显示器，其中于一第一操作阶段，该第二晶体管与该第六晶体管被导通，使得该第四节点的一电压与该第三节点的一电压被设置为该重置电压，并且该第三晶体管被导通，使得该第一节点一电压与该第二节点的一电压被设置为该重置电压加上晶体管的一临界电压。

7.如权利要求3所述的显示器，其中于一第一操作阶段，该第三节点被设置为该重置电压，该第二晶体管被导通，使得该第四节点被设置为该重置电压，并且该第三晶体管根据该补偿信号被导通，使得该第一节点与该第二节点的一电压被设置为该重置电压加上晶体管的一临界电压。

8.如权利要求7所述的显示器，其中该第四晶体管被导通，使得该第三节点被设置为该重置电压。

9.如权利要求3所述的显示器，其中于一第二操作阶段，该第二晶体管与该第四晶体管被导通，使得该第四节点的一电压与该第三节点的一电压分别被设置为该重置电压与一数据电压，并且通过该第二电容，该第一节点的一电压被设置为该数据电压加上晶体管的一临界电压，以及响应该第一节点与该第四节点的所述电压，该第一晶体管被导通，使得该第二节点的一电压被设置为该重置电压。

10.如权利要求4所述的显示器，其中于一第三操作阶段，该第五晶体管被导通，使得该第四节点的一电压被设置为接近该工作电压，该第一晶体管被导通并且该有机发光二极管发光，使得该第二节点的一电压被设置为该有机发光二极管的一驱动电压，以及通过该第一电容，该第一节点的一电压被设置为该数据电压加上晶体管的一临界电压再加上该第二节点的该电压减去该重置电压。

11.如权利要求3所述的显示器，其中于一第一操作阶段，该第三晶体管根据该补偿信号被导通，使得该第一晶体管成为接成二极管形式的一晶体管。