TW201222512A - Flexible display and controlling method thereof - Google Patents

Description

201222512 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種可撓式顯示器（flexible display)及其 控制方法，尤指一種包含一畫素電路與一補償電路之可撓 式顯示器。 【先前技術】 OLED所表現出的亮度是由流過之電流大小所決定 的。而對主動式有機發光二極體（AMOLED)來說，流過 OLED的電流是由驅動之薄膜電晶體（TFT)所決定。因此只 要是與TFT或OLED相關的因素，都會影響到AMOLED 的顯示品質。以下便針對常發生的問題去探討AMOLED在 電％上會出現什麼問題。 〜、門檀電麼（threshold voltage)的變異： 在最原始的AMOLED中’ I〇led是由Vdata利用操作在 餘和區之TFT來轉換成的電流，其公式為l〇LED = ^Vgs-Vth)2。其中VTH是指TFT的門檻電壓，所以如果因為 製程上的差異或是長時間操作之後TFT特性的差異造成 Vth的變異，便會造成AMOLED顯示不均勻的現象。 二、OLED跨壓與發光效率： 由於材料老化的現象，OLED會在長時間操作下，發 生跨壓逐漸上升且發光效率下降的問題。跨壓的上升可能 會影響到TFT的操作，以N-type TFT為例，若OLED接在 TFT的源極(source)端，當OLED的跨壓上升時會直接影響 到TFT的閘極與源極間的電壓VGS，也就是直接影響到通 201222512 過OLED的電流。而在發光效率方面’若因長時間操作造 成材料老化發光效率下降，那即使是流過相同的電流也無 法產生預期的亮度。 三、TFT的選擇性： 目前最主流的兩種製程方式為低溫多晶矽（LTPS)和 非晶矽（a-Si)，因製程上的差異，使得a-Si技術只能用 n、type的TFT來設計，而LTPS則沒有此限制；然而，a-Si 鲁 最大的優點便是成本較低、技術純熟且穩定性較高，比較 不會有VTH的變異，除此之外，在大尺寸面板的情況之下， 受限於技術的純熟性，LTPS尚無法滿足大尺寸的需求，下 列之表T001為兩者之間的比較。 T001 a-Si與LTPS優缺點比較 --- - 身質 a-Si LTPS 驅動能力 低可移動性 南可移動性 大尺寸(NMOS) 小尺寸（CMOS) 可製造性及可獲 技術成熟及可獲 技術新尚不可獲 性 得 得 整個陣列中Vth 的一致性 佳 差 _yth的移動 差 佳 驅動器的整合性 差 佳 製造工廠 第七代 (1850x2100mm2) 第 3.5 代 (600x720mm2) 3 201222512 100% 用於小型顯示器60% 之標準化的陣列 到陣 四、晝素補償電路的設計： 目前針對QLED亮度補償的晝素電路 二：第-種主要是晝素元件數與控制訊號的':：: 二皆會導致複雜的控制訊號與過多 二： 内開口率過低的银免.p 仏 妖仏成晝素 素内元件的衰靜π ’ —種則是利射卜部電路偵測晝 且I受M ’但此種方式會造成驅動訊號複雜， 丑a又到OLED面板解析度的限制。 五、補償時間： 對於目則車乂新之3£>顯像技術而言，更 統來的快上許多。因此相斜於遥产φ 斤逮度就較傳

卞夕因此相對於補償電路在補償〇L =件變異時因操作訊號較為複雜心 於要應用至3D之顯像技術 二

疋不付不去重視的一大問題。 丁, J 職是之故，發明人#於習知技術之缺失，乃思及 天明之意念，終能發明出本案之「有 ： 及其控制方法」。 菔，.、、員不裔 【發明内容】 _。。本案之主要目的在於提供—種具補償電路之可繞 Μ及其控制方法’係利用外部偵測電流衰減大小，以:周 變晝素電路内資料電壓大小，因此使得驅動電流不受财 ^界電壓及電子遷移率之變異，並且也不受〇咖材料老 201222512 ==;:::::能有效的維持_定 含-的在於提供一種可撓式顯示器，包 ’、 匕括主動式有機發光二極體與一且一第 電晶體，以及—補償電路’包括-:較電路， ㈣該主動式有機發光二極體之—驅動

、、ώ 而丄又电ι俾改變該驅動電 "丨L 一低通濾波器，耦合於該充電幫浦。 本案之下-主要目的在於提供一種可挽式顯示器，包 3 -晝素電路’產生一驅動電流，以及一補償電路，包括 :比較電路以接收-參考資料電流與該驅動電流，並據以 调整該驅動電流。 本案之再主要目的在於提供一種用於—可撓式顯示 制方法，其中該顯示器包括—主動式有機發光二極 月一具一第一端之驅動電晶體，包含比較—參考資料電 流與該主動式有機發光二極體之一驅動電流，且據以產生 :輪出訊號’以及依據該輸出訊號，以增加或減少該第一 立而上之一電壓，俾改變該驅動電流。 和優點能更明顯易 圖式，作詳細說明 為了讓本發明之上述目的、特徵、 隆，下文特舉較佳實施例，並配合所附 如下： 【實施方式】 第一圖是一習知之AMOLED面板之電路示意圖，其 201222512 中每一晝素電路包含兩個電晶體、一個電容以及一個 AMOLED(其為一 2T1C晝素電路）。 第二圖（a)是一依據本發明構想之第一較佳實施例的 補償電路與2T1C畫素電路之電路示意圖。該補償電路包 括一電壓/電流轉換器、一電流偵測器（其為一比較器）、一 充電幫浦（charge pump)、一低通濾、波器（其為一電容Cp)、 一緩衝器（其為一運算放大器）與一開關TG1，而該2T1C畫 素電路包括電晶體T1(例如一薄膜電晶體）與T2、電容Cs 與一 OLED(例如一 AMOLED)。 第二圖（b)是一依據本發明構想之第一較佳實施例的開 關與晝素電路之相關波形圖，包含TG、SCAN[N-1]、 VDD[N-1]、SCAN[N]與 VDD[N]等之波形圖。 第三圖為2T1C畫素電路的實際光罩圖。第四圖是一 習知之電壓/電流轉換器的電路圖。第五圖是一習知之充電 幫浦的電路圖。 第六圖是一依據本發明構想之第一較佳實施例的外部 補償電路與AMOLED畫素電路之電路示意圖，其與第二圖 ⑷之不同，在於第六圖另行顯示了該外部補償電路與一 AMOLED晝素電路的方塊圖。第七圖是一依據本發明構想 之第二較佳實施例的外部補償電路與AMOLED晝素電路 之電路示意圖，其與第六圖之不同，在於第七圖中之該開 關TG與該緩衝器互換位置。第八圖是一依據本發明構想 之第三較佳實施例的外部補償電路與AMOLED晝素電路 之電路示意圖，其與第六圖或第七圖之不同，在於第八圖 201222512 中之1G是一開關選擇器（switch selector)。 如前所述，該外部補償電路可由一電流比較器（Current Comparator)、一充電幫浦（Charge Pump)及一低通濾波器 (Low Pass Filter)等組成，然後再配合一組傳統之2T1C晝 素電路。流經0LED之電流l〇LED為晝素電路上之驅動電晶 體T1閘極上之電壓所決定。該外部補償電路與該2T1C畫 素電路的主要操作原理即利用電流比較器比較參考之資料 電流Idata與驅動電流I〇led(如第六圖所示），而後控制充

電幫浦進而增加或減少驅動電晶體T1上之閘極電壓。 第九圖是一依據本發明構想之第一較佳實施例的a_Si TFT之元件特性量測的波形圖，為TFT之元件實驗的纟士果 之顯示。此實驗是為了驗證當TFT受電壓施壓時臨界電屏

之漂移量。由實驗結果可知當經過10800秒後，TFT 界電壓漂移約為1.02V。該外部補償電路與該晝素電路^ 操作步驟可分為，補償階段及發光階段。其操作方式如下 1、補償階段（Compensation mode ): 在補償階段TGI、SCAN[N]和VDD[Ki]為高電位 付T2導通’此時驅動電晶體(T1)之閘極端會被預充至 之電壓值Vdata—o，而流經OLED之初始電流值可夺厂、 (1) 值。當操作 壓與電子遷 影響，而造 I瓣，Κ0χ(ν— - Vf = 其中V j為Τ1與OLED之初始臨界電麻 一段時間後流經OLED的電流會受T1之臨界電 移率及OLED材料老化造成其臨界電壓上升的 201222512 成驅動電流不穩定，使得0LED發光亮度降低。因此假設 這些變異成分與受變異影響之0LED電流可分別表示為： V，Vl + AVm+AVn •鶴 (2) x[^oto_〇 ( 3 ) 與為T1與OLED之臨界電壓變異之電壓 差，Κ!為Τ1之KQ受電子遷移率衰減之值。由式子(2)代入 式子（1)中可得知，當TFT與OLED之電子特性變異後，會 使得W增加的同時便使得i〇led變小，如式子（3)所示。因 此¥憂異後之〇LED電流I0Eld_i透過回授線（Feedback line)流進外部補償電路中的電流比較器後，電流比較器會 將其與理想之〇LED電流Wed—〇做比較，當I0ELDJ較 I〇LED_。小時，則控制充電幫浦對低通濾波器充電，直到驅 動電流值與I〇LED-〇相同時。而這個充電之電壓差（ΔΥ)大小 可表示為： AV = vmj+Kw_2=ipxT(s) (4) 其中Vdiff_i為T1與〇LED之臨界電壓變異之電壓， vdiff_2為τι受電子遷移率變異時等量之電壓差，ip為充電 幫浦之充電n ’ t(s)為低通m之轉移函數。即使補 償電路可以消除元件衰減所導致臨界電壓值上升的影響， 電流依然會因為電子遷移率衰減而逐漸下降，因此該補償 電路利用電流比較的概念，對4素電路閘極端進行額外的 充電來達成電流穩定的目的。因此T1上閘極電壓就可表示 (5) 201222512 為

wditrj+v(2+V-其中Vdiff.J可表示為 Kiffj = AVrii +^V.fl Ία 〇

OUiD ⑹ 在Vdiff_2方面，首先將式子⑴做移項整理，並將式子 (2)與（5)帶入T1的飽和電流公式，因此可分別求得， Γ〇ί, EO 0 -Klcn。J> -孓=V——〇 _ V.m —〇 一 Vc OLED 0 ⑺ JWdj _ y, —--y(}S vmta^ + Vdiff j + ^ +AKm +AVm_〇LnD) =^7,_〇+AKra ^avTHJ)IM0 + VJijr_2-(vi+i,vw ^^vrHOU,0) (8) =ν_—0 + ν埘_2.-Vi 將式子（7)與式子（8)相減後，就會整理出所要求得之 Vdiff_2式子’由於修正完後之電流值i〇LEDJ會與初始電流 值I〇LED_0相同，因此可整理得到：

最後將式子（1)代入式子（9)做移項整理後就可得到 Vdiff_2值，如式子（10)所示 201222512

由於μ!為變異後之電子遷移率，因此假設其與 初始之電子遷移率 • 相差—個誤差量’即μθμο.Δμ因此將其代入 式子（10)後可得：

(11) V^.2=\itx( []Ι Μ〇-Δμ / ^ Ynii y Αμ 2 "0 - Δ" 要達到快速校準的目白勺，就必需去討論相關影響5% 穩態時間有關之變數’而會影響到5%穩態時間的，有兩組 因素如下： (1) 、貝料線(Data line)和回授線：當面板尺寸愈來愈 大％，其線上之寄生電阻電容將會變大，因此最直接的就 是影響到5%之穩態時間，因此在整體系統分析時就必需將 這兩因素考慮進去。 (2) 、充電幫浦之電流與低通濾波器：由式子(4)可知修 正之電壓1大小與充電幫浦之充電電流和低通濾波器大小 201222512 相關，當固定好系統之工作頻率後，其低通濾波器之大小 則亦被固定住，因此整個充電時間的長短即和充電幫浦之 充電電流大小有關。 統合上述兩點去分析整個系統之5%穩態時間，可得 穩定時間與充電幫浦之充電電流為反比關係，也就是說， 當充電幫浦之充電電流愈大時則所需之穩態時間就愈少， 其如下表示

(v =4.24xk (12)

其中Cs為儲存電容，cgs為T1之閘極端與源極端上 之寄生電谷，Cp為低通濾、波器之電容值，與cPD為資 料線和回授線上之寄生電阻電容為系統 之增益值，其大小為充電幫浦電流（Ip)、轉阻值(Rm)、系統 操作頻率（f)和T1之轉導係數(gm)大小有關。第十圖是—依 據本啦明構想之第一較佳實施例的外部補償電路與1匸 畫素電路之5%穩態時間對應0LED電流波幅的模擬結果 之波形圖。由模擬結果可知，當1[}從6〇μΑ提升至12叫八 時’時間可由28ps減少至23ps。 2、發光階段(Emission mode)： 最後階段為發光階段，SCAN[N]變為低電位，此時丁2 關閉。把修正完之電壓值帶入電流公式中，可得到穩定不 文Τ1臨界電壓變異及電子遷移率影響和〇 L E D臨界電麻微 201222512 異影響的i0L£D。由式子(13)可知，最後經校準完後之◦咖 電流為不受臨界電壓變異與f子遷移率影響之穩定電流。 J〇LED = Ktx(VGS -V/)2 =尺，♦臟 _。-%+%—2]2 (13) —I〇!MD_〇 第十-圖為-依據本發㈣想之第_較佳實施例的外 部補償電路與2T1C晝素電路和f知之2T1C電路的時間對 電流之波形圖。第十一圖可用以驗證公式〇3)中消除臨界 電堡變異與電子遷移⑽電流之料，其量啊境為高溫 1⑼。C。由圖中可知，受高溫影響，習知之2T1C電路白U 流衰減達81.75%，然而本#明所提議之外部補償電路與 2T1c畫素電路的電流衰則減低到：小於4 5%。 實施例： 1. 一種可撓式顯示器，包含： —畫素電路’包括一主動式有機發光二極體與一具一第 一端之驅動電晶體；以及 一補償電路，包括： 一—比較電路，接收一參考資料電流與該主動式有機發 光一極體之一驅動電流，且產生一控制訊號； 一充電幫浦，接收該控制訊號，並據以增加或減少該 第端上之一電壓，俾改變該驅動電流；以及 —低通濾波器，耦合於該充電幫浦。 2·根據實施例1所述之顯示器更包括一可撓式基板，其中 201222512 該比較電路為一比較器或一電流偵測 ^ 识州電路，該充電電路為

一充電幫浦或一電壓/電流轉換器（V/I c〇nverter)，且該可撓 式基板為一塑膠基板。 3.根據實施例丨或2所述之顯示器，#中該補償電路更包 括-電壓/電流轉換器、-緩衝器與—開關電路，該電麟/ 電流轉換器搞合於該比較電路，接收—輸人電壓以產生該 參考資料電流，該低通濾波器用於儲存一校準電壓盥決= -電路操作頻寬，當該充電電路運作於增加或減少該第— 端上之該電壓時’該開關電路被導通，當該充電電路未運 作於增加或減少該第-端上之該電壓時，該開關電路被關 斷，該緩衝器用於推動-負載，該負載包括同—欄之複數 ，2T1C晝素電路，且該開關電路為一開關或一開關選擇 益（switch selector)。 4·根據以上任一實施例所述之顯示器所述之顯示器，其中 5亥緩衝器耦合於該低通濾波器與該開關電路，且該開關電 路耦合於該晝素電路。 5. 根據以上任一實施例所述之顯示器所述之顯示器，其中 该開關電路耦合於該低通濾波器與該緩衝器，且該緩衝器 輕合於該晝素電路。 6. 一種可撓式顯示器，包含： —晝素電路，產生一驅動電流；以及 —補償電路，包括一比較電路以接收一參考資料電流與 該驅動電流，並據以調整該驅動電流。 7·根據實施例6所述之顯示器，其中該畫素電路包括—呈 〆、 13 201222512 -第-端之驅動電晶體，該補償電路更包括一充電電路， 該比較電路為-比較器或—電流_電路，該充電電路為 -充電幫浦或-電塵/電流轉換器（V/I ，用於接收 該比較電路之-輸出訊號，並據以增加或減少該第—端上 之一電壓，俾改變該驅動電流。 · 8.一種用於一可撓式顯示器之控制方法，丨中該顯示器包 括-主動式有機發光二極體與一具—第—端之驅動電晶 體，包含： 極體之 比較一參考資料電流與該主動式有機發光 驅動電流，且據以產生一輸出訊號；以及 依據該輸出訊號，以增加或減少該第一端上之一電壓， 俾改變該驅動電流。 9.根據實施例8所述之方法，其中該經改變之驅動電流 I〇LED=Kl*(VDATA_〇.Vi -V^i+vdiffJ +Vdiff_2)2, v〇ATA 〇^n$ —端被預充至一穩定之電壓值，流經該主動式有機發光二 極體的-初始電流值wdj)=kg*(vdata—G_vi)2，KQ為該驅 動電晶體之-參數值’ K1為該KG值受到_電子遷移率變 異的影響時之—變動值，Vi為該主動式#機發光二極體與 邊驅動電晶體之一初始臨界電壓值v，i為該主動式有機發 光一極體與該驅動電晶體之一變異臨界電壓值，1為該 主動式有機發光二極體與該驅動電晶體受到臨界電壓變異 、〜s時之一荨I電壓差’ vdiff_2為該驅動電晶體受到該電 子遷移率變異的影響時之一等量的電壓差，且該為一 穩定電流。 § 14 201222512 10.根據實施例8或9所述之方法，其中該 KVDATAJJ-Vi) μ0 為一初始之電子遷 移率，Αμ為該電子遷移率變異與該初始之電子遷移率兩者 間之一誤差量。 Α 綜上所述，本發明提供一種具補償電路之可撓式顯示 器及其控制方法，係利用外部偵測電流衰減大小，以調變 晝素電路内資料電>1大小’因此使得驅動電流不受tf丁臨 界電>1及電子遷移率之變異’並且也不受〇LED材料老化 之影響’在長時間的操作τ仍能有效的維持電流之释定 度，改善OLED亮度衰減的問題，故其確實具有進步性盘 新穎性。 〃 古九朵=,1縱使本案已由上述之實施例所詳細敘述而可由 口直ft之人士任施匠思而為諸般修飾’然皆不脫如附 申明專利範圍所欲保護者。 【圖式簡單說明】 =圖：其係顯示一習知之amoled面板之電路示意圖； 认-圖（a):其係顯示一依據本發 =償電路與晝素電路之電路示意圖；帛車乂仏貫知例 示一依據本發明構想之第-較佳實施例 a _ 一思素電路之相關波形圖； 圖’其係顯示一習知之2T1C蚩·# φ a 第四圖：复仫3 里素電路的光罩示意圖； 第五圖心 習知之電壓/電流轉換器的電路圖； 第 /、係顯示-習知之充電幫浦的電路圖； ….其係顯示一依據本發明構想之第—較佳實施例的 201222512 外部補償電路與AMOLED畫素電路之電路示意圖； 第七圖：其係顯示一依據本發明構想之第二較佳實施例的 外部補償電路與AMOLED晝素電路之電路示意圖； 第八圖·：其係顯示一依據本發明構想之第三較佳實施例的：-外部補償電路與AMOLED晝素電路之電路示意圖； 第九圖：其係顯示一依據本發明構想之第一較佳實施例的 a-Si TFT之元件特性量測的波形圖； 第十圖：其係顯示一依據本發明構想之第一較佳實施例的 外部補償電路與2T1C晝素電路之5%穩態時間對應OLED · 電流波幅的核擬結果之波形圖，以及 第十一圖：其係顯示一依據本發明構想之第一較佳實施例 的外部補償電路與2T1C晝素電路和習知之2T1C電路的時 間對電流之波形圖。 【主要元件符號說明】 無

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Claims (1)

1. 201222512 七、申請專利範圍： 1.一種可撓式顯示器，包含： 一晝素電路，包括一主動式有機發光二極體與—具一第 一端之驅動電晶體；以及 一補償電路，包括： 一比較電路’接收一參考資料電流與該主動式有機發 光一極體之一驅動電流，且產生一控制訊號； 一充電幫浦，接收該控制訊號，並據以增加或減少該 第一端上之一電壓，俾改變該驅動電流；以及 一低通濾波器，耦合於該充電幫浦。 2.如申請專利範圍第丨項所述之顯示器更包括—可挽式基 板，其中該比較電路為一比較器或一電流偵測電路，該 電電路為一充雷餐·、、者4 +Γ- 兄電幫肩或—電麗/電流轉換器（V/I converter)，且該可撓式基板為一塑膠基板。 =請專利範圍* 1項所述之顯示器，其中該補償電路 二J 二電ί轉換器、—緩衝器與-開關電路，該電 土電抓轉換态耦3於该比較電路，接收一 該參考資料電流，該低通Ί塗以產生 定-電路操作頻寬，當該充電電路運= -端上之該電星時，該開關電路被導通二 運作於增加或減少該第—端上之該電=充電電路未 關斷，該緩衝器用於推動—負' μ開關電路被 數個2T1C畫素電路，且__。栽=同=攔之複 擇器（switch selector)。 巧關或一開關選 17 201222512 4. 如申請專利範圍第3項所述之顯示器，其中該緩衝器耦 合於該低通濾波器與該開關電路’且該開關電路耦合於該 畫素電路。 5. 如申.請專利範圍第3項所.述之顯示器，其中該開關電路， 耦合於該低通濾波器與該緩衝器，且該緩衝器耦合於該畫 素電路。 6. —種可撓式顯示器，包含： 一晝素電路，產生一驅動電流；以及 一補償電路’包括一比較電路以接收一參考資料電流與 _ 該驅動電流，並據以調整該驅動電流。 7. 如申請專利範圍第6項所述之顯示器，其中該畫素電路 包括一具一第一端之驅動電晶體’該補償電路更包括一充 電電路，5亥比較電路為一比較器或一電流偵測電路，該充 電電路為一充電幫浦或一電壓/電流轉換器（V/I convener)，用於接收該比較電路之一輸出訊號，並據以增 加或減少該第一端上之一電壓，俾改變該驅動電流。 8·—種用於一可撓式顯示器之控制方法，其中該 · 括一主動式有機發光二極體與一具一第一端之驅動電°晶 體，包含： 比較一參考資料電流與該主動式有機發光二極體之一 驅動電流，且據以產生一輸出訊號；以及 依據該輸出訊號，以增加或減少該第一端上之一電壓， 俾改變該驅動電流。 & 9·如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該經改變之驅 18 S 201222512 ^ I〇LED=Kl*(vDATA_〇_Vj -Yv+vdiff_]+vdjff_2)2,VDATA 〇 為該第-端被縣至—穩、定之電魏，流㈣主動式有機° 發光二極體的-初始電流值I0LED—G=KG*(VDAwvi)2，仙

   為該驅動電晶體之—參數值，K1為該KG值受到—電子遷 移率變異的影響時之—變動值，Vi為該主㈣有機發光二 極體與該驅動f晶體之—初始臨界電壓值v,i為該主動式 有機發光二極體與該驅動電晶體之一變異臨界電壓值， Vdiffj為該主動式有機發光二極體與該驅動電晶體受到臨 界電壓變異的影響時之—等量電壓差，Vdiff—2為該驅動電晶° 體受到該電子遷移率變異的影響時之一等量的電壓差，且 該I〇LE:D為一穩定電流。 :0·如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該vdiff2 =(VDATA—crVi)為一初始之電子遷 移率，Δμ為該電子遷移率變異與該初始之電子遷移率兩者 間之一誤差量。

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