CN1804979A - 主动式矩阵有机发光二极管显示器及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

主动式矩阵有机发光二极管显示器包含多条数据线、多条扫描线、多个像素电路、一源极驱动电路，一栅极驱动电路、一时序数据控制电路，以及一灰阶电路。该源极驱动电路包含一数据线驱动电路，用来产生相关于一像素电路欲显示影像的驱动电流。电流源用来于对像素电路预先充电。开关耦接于电流源及像素电路之间，用来电性连接或分离电流源及像素电路。灰阶电路用来依据一扫描线上的像素电路欲显示影像的灰阶值来控制开关。时序数据控制电路用来控制源极驱动电路与栅极驱动电路。

Description

主动式矩阵有机发光二极管显示器及其驱动方法

技术领域

本发明涉及一主动式矩阵有机发光二极管显示器及其驱动方法，尤指一种可通过电流源来驱动及预充电像素的主动式矩阵有机发光二极管显示器及其驱动方法。

背景技术

平面显示器(flat panel display)具有省电、无辐射和体积小等优点，因此渐渐取代了传统阴极射线管(cathode ray tube，CRT)显示器。随着平面显示技术蓬勃发展，全球面板厂商无不致力于发展各种新兴的平面显示器技术，以提升市场竞争力。其中，应用有机发光二极管(organic light emittingdiode，OLED)的有机发光显示器具有自发光、高亮度、高发光效率、高对比、反应时间快、广视角、低功率消耗以及可使用温度范围大等优点，因此在平面显示器的市场上极具竞争性。

有机发光二极管本身为一电流驱动组件，其发光亮度是根据流经电流的大小来决定，通过控制有机发光二极管驱动电流的大小，可达到显示不同亮度(又称为灰阶值)的效果。根据驱动方式的差异，矩阵式显示器可分为被动式矩阵(passive matrix)显示器与主动式矩阵(active matrix)显示器两种。被动式矩阵显示器是采用循序驱动扫描线的方式，逐一驱动位于不同列/行(扫描线/数据线)上的像素，因此每一列/行上的像素的发光时间会受限于显示器的扫描频率以及扫描线数目，较不适用于大画面以及高分辨率的显示器。主动式矩阵显示器则于每一个像素中形成独立的像素电路，每一像素电路包含一储存电容，一有机发光二极管发光组件，以及二薄膜晶体管(thin-film transistor，TFT)，以利用像素电路来调节有机发光二极管发光组件的驱动电流的大小，因此即使在大画面以及高分辨率的要求下，仍然可以持续提供每一像素一稳定驱动电流，改善显示器的亮度均匀性。

请参考图1，图1为现有技术中一主动式矩阵有机发光显示面板10的示意图。有机发光显示面板10包含一数据线DL、一扫描线GL，以及一像素电路100。像素电路100包含一有机发光二极管110、一储存电容120、薄膜晶体管130和140，以及电压源Vcc和Vss。薄膜晶体管130的栅极耦合于扫描线GL，而其漏极耦合于数据线DL。薄膜晶体管140的栅极耦合于薄膜晶体管130的源极，而其漏极耦合于电压源Vcc。储存电容120耦合于薄膜晶体管130的源极和接地电位之间，而有机发光二极管110耦合于薄膜晶体管140的源极和电压源Vss之间。当像素电路10欲显示影像时，首先通过扫描线GL传递信号以开启(使其导通)薄膜晶体管130，此时储存电容120可通过薄膜晶体管130耦接至数据线DL，而数据线DL传来的电流可对储存电容120充电，将开启薄膜晶体管140所需的栅极电压存入储存电容120。在薄膜晶体管140被开启后，一电流I_OLED会流经有机发光二极管110，而有机发光二极管110显示的亮度则相关于I_OLED的大小。电流I_OLED可由下列公式来表示：

$I_{\mathrm{OLED}}=\frac{1}{2}\mathrm{\μ}\·C_{\mathrm{OX}}\·\frac{W}{L}\·{(V_{\mathrm{GS}}-V_{\mathrm{TH}})}^2$

其中，μ代表电子迁移率，Cox代表薄膜晶体管140单位面积的栅电容(gate oxidecapacitance per unit area)，W代表薄膜晶体管140的信道宽度，L代表薄膜晶体管140的信道长度，V_TH代表薄膜晶体管140的临界电压(thresholdvoltage)，而V_GS代表薄膜晶体管140的栅极和源极之间的压差。有机发光二极管110显示影像的灰阶值是依据电流I_OLED的大小来决定，而相关于电流I_OLED大小的V_GS则取决于储存在储存电容120内的电荷。当有机发光二极管110在低于一灰阶参考值而显示低灰阶影像时，驱动像素电路100所需的电流I_OLED极小，需要的V_GS也很小，此时通过数据线传至储存电容120的电流值也很低。在低电流的情况下，往往无法有效地将储存电容120充饱以提供所需的V_GS压差，影响像素电路100在显示灰阶影像的表现。因此，现有技术中的主动式矩阵有机发光显示面板在显示低灰阶影像时，会有画质不佳的情形。

发明内容

本发明提供一种主动式矩阵有机发光二极管显示器的驱动方法，其包含判断显示面板上一扫描线上一像素电路欲显示影像的灰阶值是否低于一灰阶参考值；若像素电路欲显示影像的灰阶值低于灰阶参考值，则输入一预充电电流至像素电路；以及于输入预充电电流至像素电路后，输入相对于显示影像的信号至像素电路。

本发明另提供一种主动式矩阵有机发光二极管显示器，其包含：多条数据线，用来传递数据信号；多条扫描线，用来传递控制信号；多个像素电路，每一像素电路是耦接于相对应的数据线和扫描线；一源极驱动电路，其包含一数据线驱动电路，用来产生相关于一像素电路欲显示影像的驱动电流；一电流源，用来于对一数据线传递数据线驱动电路所产生的驱动电流前对数据线预先充电；以及一开关，耦接于电流源及数据线之间，用来建立或切断电流源及数据线的电性连接；一时序数据控制电路，用来依据视频和时序数据来控制源极驱动电路与栅极驱动电路；以及一灰阶电路，用来依据数据线上的像素电路欲显示影像的灰阶值来控制源极驱动电路的开关。

本发明的有益效果是：本发明可改善现有技术中的主动式矩阵有机发光显示面板在显示灰阶影像时，因充电不足而造成显示画质不佳的情形，且可在不影响正常影像的输入/输出的情况下，改善显示品质。

附图说明

图1为现有技术中一主动式矩阵有机发光显示面板的像素电路示意图。

图2为本发明中一主动式矩阵有机发光显示面板的示意图。

图3为本发明中一数据线驱动电路的示意图。

图4为本发明中一灰阶电路的示意图。

图5为图4的灰阶电路在运作之流程图。

图6为图2的主动式矩阵有机发光显示面板在运作时的时序图。

22  源极驱动器              24   栅极极驱动器

26  控制电路                28   时序数据控制电路

30  灰阶电路                31   数据线驱动电路

32  移位缓存器电路          33   数据闩锁器电路

34  数字/模拟转换器         35   输出缓冲器

36  电压/电流转换电路       I_pre 预充电电流源

110、OLED                              有机发光二极管

I20、Cs                                储存电容

500-570                                步骤

40、60、80                             判断电路

Vcc、Vss                               电压源

SW_r、SW_g、SW_b                      开关

47、67、87                             线缓冲器

48、68、88                             灰阶计数器

49、69、89                             开关计数器

50、70、90                             JK正反器

41-43、61-63、81-83                    存储单元

44-46、64-66、84-86                    比较器

DL、DL_r、DL_g、DL_b                     数据线

GL、GL₁-GL_n                            扫描线

130、140、TFT1、TFT2                      薄膜晶体管

100、Pr₁、Pr₂、Pr_n、Pg₁、Pb₁       像素电路

10、20                    主动式矩阵有机发光显示面板

具体实施方式

请参图2，图2为本发明中一主动式矩阵有机发光显示面板20的示意图。有机发光显示面板20包含数据线DL_r、DL_g、DL_b，扫描线GL₁-GL_n，像素电路Pr₁-Pr_n、Pg₁-Pg_n、Pb₁-Pb_n，源极驱动器(source driver)22，栅极驱动器(gate driver)24，以及一控制电路26。每一像素电路包含一有机发光二极管OLED、一储存电容Cs、薄膜晶体管TFT1和TFT2，以及电压源Vcc和Vss。每一像素电路的薄膜晶体管TFT1的栅极耦合于相对应的扫描线，而其漏极耦合于相对应的数据线DL。每一像素电路的薄膜晶体管TFT2的栅极耦合于相对应的薄膜晶体管TFT1的源极，而其漏极耦合于电压源Vcc。每一像素电路的储存电容Cs耦合于相对应的薄膜晶体管TFT1的源极和接地电位之间，而有机发光二极管OLED耦合于相对应的薄膜晶体管TFT2的源极和电压源Vss之间。

控制电路26耦接于源极驱动器22和栅极驱动器24，并包含一时序数据控制电路28和一灰阶电路30。时序数据控制电路28接收主动式矩阵有机发光显示面板20在一帧周期(frame period)内欲显示的影像的时序信号V_gate和数据信号V_source，并依据时序信号V_gate和数据信号V_source产生控制信号至栅极驱动器24和源极驱动器22，使得主动式矩阵有机发光显示面板20能正确显示影像。灰阶电路30用来依据主动式矩阵有机发光显示面板20在一帧周期内欲显示影像的灰阶值来产生开关控制信号V_r、V_g、V_b。时序数据控制电路28和灰阶电路30的运作方式在之后会更进一步详述。

源极驱动器22包含一数据线驱动电路31、一预充电电流源I_pre，以及开关SW_r、SW_g、SW_b。请参考图3，图3为本发明中数据线驱动电路31的放大示意图。数据线驱动电路31包含一移位缓存器电路(shift register)32、一数据闩锁器电路(latch circuit)33、一数字/模拟转换器(digital to analog converter，DAC)34、一输出缓冲器(output buffer)35，以及一电压/电流转换电路36。移位缓存器电路32将从时序数据控制电路28所送来的欲显示影像的数字数据暂存起来并且进行移位处理，当完成整条扫瞄线的数字影像数据接收后再将该多个数字影像数据存至数据闩锁器电路33。数字模拟转换器34接收由数据闩锁器电路33输出的数字电压信号，并将数字电压信号转换为一模拟电压信号。输出缓冲器35用来稳定模拟电压信号，并将接收到的模拟电压信号输出至电压电流转换电路36以产生对应于欲显示影像的数据的驱动电流I_r、I_g、I_b。

在正常情况下，主动式矩阵有机发光显示面板20依据控制电路26传来的时序信号V_gate，通过耦接于扫描线GL₁-GL_n的栅极驱动器24开启像素电路中的薄膜晶体管TFT1，而对应于欲显示影像的数据信号V_source的驱动电流I_r、I_g、I_b则通过数据线传至相对应像素电路中的储存电容Cs，通过储存电容Cs被充电后所产生的压差来开启像素电路中的薄膜晶体管TFT2，并控制流经相对应的有机发光二极管OLED的电流大小，使得像素电路能达到不同灰阶的显示效果。

然而，当一像素电路在低于一灰阶参考值而显示低灰阶影像时，其储存电容Cs所需的充电电流很小，不容易在操作时间内将储存电容Cs充电至所需的电压值。此时，本发明的主动式矩阵有机发光显示面板20可通过预充电电流源I_pre先对欲显示低灰阶值影像的像素电路充电。假设主动式矩阵有机发光显示面板20判断(本发明的判断方式之后会更进一步详述)须对像素电路Pr₁预充电，首先通过栅极驱动器24开启像素电路Pr₁的薄膜晶体管TFT1，再通过灰阶电路30产生开关控制信号V_r以开启(使短路)开关SW_r，如此像素电路Pr₁可电性连接至预充电电流源I_pre，而预充电电流源I_pre可先对像素电路Pr₁的储存电容Cs预充电，最后源极驱动器22的数据线驱动电路31所产生相对应于像素电路Pr₁欲显示影像的驱动电流I_r则会通过数据线DL_r传至像素电路Pr₁的储存电容Cs。如此，即使驱动电流I_r的值很小，由于像素电路Pr₁的储存电容Cs已通过预充电电流源I_pre预先充电至一定电平，像素电路Pr₁的储存电容Cs可轻易地在操作时间内被充电至所需的电压值，可有效改善像素电路Pr₁在显示低灰阶影像时的画质。

请参考图4，图4为本发明中灰阶电路30的示意图，图4更进一步说明主动式矩阵有机发光显示面板20执行预充电的方法。灰阶电路30包含判断电路40、60、80。判断电路40、60、80依据主动式矩阵有机发光显示面板20在一帧周期内欲显示影像数据信号V_source，来判断是否需要执行预充电，再依据判断结果产生开关控制信号V_r、V_g、V_b。判断电路40包含存储单元41、42、43，比较器44、45、46，一线缓冲器(line buffer)47、一灰阶计数器48，一开关计数器49，以及一JK正反器(JK flip flop)50；判断电路60包含存储单元61、62、63，比较器64、65、66，一线缓冲器67、一灰阶计数器68，一开关计数器69，以及一JK正反器70；判断电路80包含存储单元81、82、83，比较器84、85、86，一线缓冲器87、一灰阶计数器88，一开关计数器89，以及一JK正反器90。存储单元41、61和81内分别存有一R灰阶参考值、一G灰阶参考值，和一B灰阶参考值；存储单元42、62和82内分别存有一R灰阶临界值、一G灰阶临界值，和一B灰阶临界值；存储单元43、63和83内分别存有一R开关参考值、一G开关参考值，和一B开关参考值。灰阶参考值和灰阶临界值可依需求而设为不同值，当一像素电路欲显示影像的灰阶值低于灰阶参考值时，此像素电路欲显示的影像被定义为低灰阶影像；当一扫描线显示低灰阶影像的像素电路数目超过灰阶临界值时，代表此时需对此扫描线的像素电路执行预充电；开关参考值则对应于需对该扫描线的像素电路进行欲充电的时间。

请参考图5，图5的流程图说明本发明中灰阶电路30的运作，其包含下列步骤：

步骤500：将相关于一扫描线的所有像素电路欲显示影像的数据信号存入线缓冲器；

步骤510：判断一像素电路的数据信号的灰阶值是否小于一灰阶参考值；若像素电路的数据信号的灰阶值小于灰阶参考值，执行步骤520；

若像素电路的数据信号的灰阶值不小于灰阶参考值，执行步骤530；

步骤520：增加一灰阶计数器的灰阶计数值；

步骤530：判断灰阶计数值是否大于一灰阶临界值；若灰阶计数值大于灰阶临界值，执行步骤540；若灰阶计数值不大于灰阶临界值，执行步骤570；

步骤540：产生一开关控制信号，并增加一开关计数器的开关计数值；

步骤550：判断开关计数值是否小于一开关参考值；若开关计数值小于一开关参考值，执行步骤560；若该开关计数值不小于开关参考值，执行步骤570；

步骤560：输出该开关控制信号；以及

步骤570：结束。

以扫描线GL₁为例，在步骤500中，主动式矩阵有机发光显示面板20的控制电路26首先依据扫描线GL₁欲显示影像的数据信号，将相关于红色影像的R数据信号储存至线缓冲器47，将相关于绿色影像的G数据信号储存至线缓冲器67，而将相关于蓝色影像的B数据信号储存至线缓冲器87之中。在步骤510中，灰阶电路30判断储存于线缓冲器47中的R数据信号和储存于存储单元41中的R灰阶参考值的大小关系，判断储存于线缓冲器67中的G数据信号和储存于存储单元61中的G灰阶参考值的大小关系，以及判断储存于线缓冲器87中的B数据信号和储存于存储单元81中的B灰阶参考值的大小关系。以扫描线GL₁的R数据信号为例，当扫描线GL₁的R数据信号小于储存于存储单元41中的R灰阶参考值，灰阶电路30的判断电路40会于步骤520中增加灰阶计数器48的灰阶计数值，接着执行步骤530；若扫描线GL₁的R数据信号不小于R灰阶参考值，判断电路40直接执行步骤530。在步骤530中，判断电路40会判断灰阶计数器48的灰阶计数值是否大于一储存于存储单元42中的R灰阶临界值；若灰阶计数值大于R灰阶临界值，代表扫描线GL₁欲显示低灰阶红色影像的像素电路的数目够多，此时判断电路40会执行步骤540以产生一开关控制信号V_r，并增加开关计数器49的开关计数值；若灰阶计数值不大于R灰阶临界值，判断电路40则会执行步骤570。最后于步骤550中，若开关计数器49的开关计数值小于一储存于存储单元43中的R开关参考值，判断电路40会于步骤560中输出开关控制信号V_r以开启源极驱动器22的开关SW_r，此时电流源I_pre会被电性连接至数据线DL_r，如此电流源I_pre可提供预充电数据线DL_r所需的电流。

同理，当灰阶电路30的判断电路60和80也分别针对扫描线GL₁的G数据信号和B数据信号执行前述步骤：当扫描线GL₁的G数据信号小于储存于存储单元61中的G灰阶参考值，灰阶计数器68的灰阶计数值大于一储存于存储单元62中的G灰阶临界值，且开关计数器69的开关计数值小于一储存于存储单元63中的G开关参考值时，判断电路60会于步骤560中输出开关控制信号V_g以开启源极驱动器22的开关SW_g，此时预充电电流源I_pre会被电性连接至数据线DL_g，如此预充电电流源I_pre可提供预充电数据线DL_g所需的电流；当扫描线GL₁的B数据信号小于储存于存储单元81中的B灰阶参考值，灰阶计数器88的灰阶计数值大于一储存于存储单元82中的B灰阶临界值，且开关计数器89的开关计数值小于一储存于存储单元83中的B开关参考值时，判断电路80会于步骤560中输出开关控制信号V_b以开启源极驱动器22的开关SW_b，此时预充电电流源I_pre会被电性连接至数据线DL_b，如此预充电电流源I_pre可提供预充电数据线DL_b所需的电流。

因此，本发明可改善现有技术的主动式矩阵有机发光显示面板在显示灰阶影像时，会因充电不足而造成显示画质不佳的情形。

请参考图6，图6为主动式矩阵有机发光显示面板20在运作时的时序图。在图6中，波形D_in代表输入至一扫描线的影像输入信号，波形D_out代表此扫描线的影像输出信号。当波形D_in具高电位时，代表此时正在将影像数据输入至数据线DL₁-DL_r；而当波形D_out具高电位时，代表此时数据线DL₁-DL_r在输出影像数据。在影像的输入/输出之间包含遮没(blanking)时段Tb₁-Tb_m，在图5的流程图所示灰阶电路30的运作即在遮没时段中进行。因此，本发明的驱动方法不会影响正常影像的输入/输出，并可改善显示品质。

上述具体实施方式仅用于说明本发明，而非限定本发明。

Claims (16)

1.一种主动式矩阵有机发光二极管显示器的驱动方法，其特征在于，包含下列步骤：

(a)判断显示面板上一扫描线上一像素电路欲显示影像的灰阶值是否低于一灰阶参考值；

(b)若像素电路欲显示影像的灰阶值低于灰阶参考值，则输入一预充电电流至像素电路；以及

(c)于输入预充电电流至像素电路后，输入相对于显示影像的信号至像素电路。

2.如权利要求1所述的驱动方法，其特征在于，另包含：

计算于一画面中，扫描线上欲显示影像的灰阶值低于灰阶参考值的像素电路的数目。

3.如权利要求2所述的驱动方法，其特征在于，另包含：

判断扫描线上欲显示影像的灰阶值低于灰阶参考值的像素电路数目是否大于一临界值。

4.如权利要求3所述的驱动方法，其特征在于，步骤(b)是：若该像素电路欲显示影像的灰阶值低于灰阶参考值，且扫描线上欲显示影像的灰阶值低于灰阶参考值的像素电路数目是大于临界值，则输入一预充电电流至像素电路。

5.如权利要求1所述的驱动方法，其特征在于，另包含：

计算于一画面中，计算扫描线欲充电的次数。

6.如权利要求1所述的驱动方法，其特征在于，输入一预充电电流至像素电路为耦接像素电路与一源极驱动电路的电流源以输入一预充电电流至像素电路。

7.一种主动式矩阵有机发光二极管显示器，其特征在于，包含：

多条数据线，用来传递数据信号；

多条扫描线，用来传递控制信号；

多个像素电路，每一像素电路是耦接于相对应的数据线和扫描线；

一源极驱动电路，其包含：

一数据线驱动电路，用来产生相关于一像素电路欲显示影像的驱动电流；

一电流源，用来于对一数据线传递驱动电流前对数据线预先充电；以及

一开关，耦接于电流源及数据线之间，用来建立或切断电流源及数据线的电性连接；

一栅极驱动电路，耦接于所述的多条扫描线，用来产生控制信号；

一时序数据控制电路，用来依据视频和时序数据来控制源极驱动电路与栅极驱动电路；以及

一灰阶电路，用来依据一扫描线上的像素电路欲显示影像的灰阶值来控制源极驱动电路的开关。

8.如权利要求7所述的显示器，其特征在于，数据线驱动电路包含：

一移位缓存器，用来依据一像素电路欲显示影像的数据来产生数字电压信号；

一数据闩锁器电路，用来储存移位缓存器所产生的数字电压信号；

一数字模拟转换器，用来接收由数据闩锁器电路输出的数字电压信号，并将数字电压信号转换为一模拟电压信号；

一缓冲驱动器，用来增强模拟电压信号，并输出增强后的模拟电压信号；以及

一电压/电流转换电路，用来将接收到的模拟电压信号转为模拟电流信号。

9.如权利要求7所述的显示器，其特征在于，灰阶电路包含：

一线缓冲器，用来储存欲输出至扫描线上的像素电路的影像数据；

一存储单元，用来储存一灰阶参考值；以及

一比较器，用来比较影像数据的灰阶值和灰阶参考值。

10.如权利要求7所述的显示器，其特征在于，灰阶电路包含：

一灰阶计数器，用来计算于一画面中，扫描线上欲显示影像的灰阶值低于灰阶参考值的像素电路的数目；

一存储单元，用来储存一临界值；以及

一比较器，用来比较灰阶计数器所计算的数目和临界值。

11.如权利要求7所述的显示器，其特征在于，灰阶电路包含：

一开关计数器，用来计算源极驱动电路的开关被开启的次数；

一存储单元，用来储存一开关参考值；以及

一比较器，用来比较源极驱动电路的开关被开启的次数和开关参考值。

12.如权利要求7所述的显示器，其特征在于，所述的多个像素电路的每一像素电路包含：

一第一开关，其第一端耦合于一相对应的扫描线，其第二端耦合于一相对应的数据线；

一第二开关，其第一端耦合于一第一电源，其第二端耦合于第一开关的第三端；

一储存电容，其第一端耦合于第一开关的第三端，而其第二端耦合于接地电位，用来在第一开关为开启时，依据相对应的数据线传来的电流来充电；以及

一发光单元，耦合于第二开关的第三端和一第二电源之间，用来依据所接收到的电流来显示影像。

13.如权利要求12所述的显示器，其特征在于，第一和第二开关包含薄膜晶体管。

14.如权利要求12所述的显示器，其特征在于，发光单元包含有机发光二极管。

15.如权利要求12所述的显示器，其特征在于，第一电源为一正电压源，而第二电源为一负电压源。

16.如权利要求7所述的显示器，其特征在于，该显示器为一有机发光二极管显示器。

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