TW201352059A - 有機發光元件的驅動電路和操作有機發光元件的驅動電路的方法 - Google Patents

有機發光元件的驅動電路和操作有機發光元件的驅動電路的方法 Download PDF

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Chin-Hai Huang
Kuan-Yu Chen
Szu-Chi Huang
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Abstract

有機發光元件的驅動電路包含一開關模組、一電容及一驅動單元，其中該開關模組包含一第一開關單元與一第二開關單元。該第一開關單元耦接於一資料線。該第二開關單元耦接於該有機發光元件，其中在一編碼期間，該第一開關單元開啟和該第二開關單元關閉；在一發光期間，該第一開關單元關閉和該第二開關單元開啟。該電容是耦接於該第一開關單元，用以在該編碼期間，根據該資料線上的一資料電流，充電至一資料電壓。該驅動單元是耦接於該電容與該第二開關單元，用以在該發光期間，根據該資料電壓，產生一驅動電流以驅動該有機發光元件。

Description

有機發光元件的驅動電路和操作有機發光元件的驅動電路的方法
本發明是有關於一種有機發光元件的驅動電路和操作有機發光元件的驅動電路的方法，尤指一種利用電流編碼，使得驅動電路在發光期間所產生的驅動電流是等於資料電流，且和薄膜電晶體的任何製程參數無關的有機發光元件的驅動電路和操作有機發光元件的驅動電路的方法。
請參照第1圖和第2圖，第1圖是為先前技術說明一種利用電壓編碼(voltage programming)有機發光二極體的驅動電路100的示意圖，和第2圖是為說明驅動電路100的操作時序的示意圖。如第1圖和第2圖所示，在時段T1(一編碼期間)，一掃描線SL上的掃描訊號VSCAN致能，所以一電晶體M1開啟(ON)，導致一電容CS根據一資料線DL上的資料電壓VDATA，充電至一相對應電壓。在時段T2(一發光期間)，掃描線SL上的掃描訊號VSCAN去能，所以電晶體M1關閉(OFF)。此時，一電晶體M2根據儲存在電容CS上的相對應電壓，產生一驅動電流ILED以驅動有機發光二極體OLED，其中一電壓VDD是為供給電晶體M2使用的供給電壓。另外，驅動電流ILED是根據式(1)所產生：ILED=K(VGSM2-VTHM2)2 (1)
如式(1)所示，K是為一製程參數、VGSM2是為電晶體M2的閘源極電壓以及VTHM2是為電晶體M2的臨界電壓。
因為驅動電路100是轉換資料線DL上的資料電壓VDATA成為驅動有機發光二極體OLED的驅動電流ILED，所以驅動電路100具有下列缺點：
第一、電壓VDD的衰減：請參照第3圖，第3圖是為說明一顯示器300的示意圖。如第3圖所示，一電源302是用以供應顯示面板304內的複數個像素供給電壓。因為連接電源302與像素之間的電源線具有阻抗，所以耦接電源線末端的像素(例如一像素3042)會面臨電壓VDD的衰減。如此，因為像素3042面臨電壓VDD的衰減，所以電壓VDD的衰減將會影響像素3042所產生的用以驅動有機發光二極體的驅動電流，導致顯示面板304出現亮度不均的現象。上述亮度不均的現象在大尺寸顯示面板以及具有P型像素驅動電路的顯示面板中特別明顯。
第二、各像素間電晶體臨界電壓的偏移：因為顯示面板304內的像素驅動電路可採用不同類型的電晶體(例如一非晶矽(A-Si)薄膜電晶體、一多晶矽(Poly-Si)薄膜電晶體、一低溫多晶矽(Low Temperature Poly-silicon,LTPS)薄膜電晶體、一有 機薄膜電晶體(Organic Thin Film Transistor,OTFT)或一金屬氧化物薄膜電晶體(Oxide TFT))，其製程和元件特性亦不同。如此，因為電晶體製程不均勻造成電晶體具有不同的臨界電壓，則顯示面板304亦會出現亮度不均的現象。
第三、有機發光二極體的老化：因為長時間給予有機發光二極體一操作偏壓，所以有機發光二極體的跨壓會逐漸上升，導致有機發光二極體的亮度嚴重衰退。
因此，對於有機發光二極體而言，驅動電路100並不是一個好的驅動電路。
本發明的一實施例提供一種有機發光元件的驅動電路。該驅動電路包含一開關模組、一電容及一驅動單元，該開關模組包含一第一開關單元與一第二開關單元。該第一開關單元是用以耦接於一資料線。該第二開關單元是用以耦接於該有機發光元件，其中在一編碼期間，該第一開關單元開啟和該第二開關單元關閉；在一發光期間，該第一開關單元關閉和該第二開關單元開啟。該電容是耦接於該第一開關單元，用以在該編碼期間，根據該資料線上的一資料電流，充電至一資料電壓。該驅動單元是耦接於該電容與該第二開關單元，用以在該發光期間，根據該資料電壓，產生一驅動電流以驅動該有機發光元件。
本發明的另一實施例提供一種操作有機發光元件的驅動電路的方法，其中該驅動電路包含一開關模組、一電容及一驅動單元，該開關模組包含一第一開關單元和一第二開關單元，該第一開關單元包含一第一電晶體和一第二電晶體，該第二開關單元包含一第三電晶體，以及該驅動單元包含一第四電晶體。該方法包含在一編碼期間，該第一開關單元開啟、該第二開關單元關閉以及該電容根據一資料線上的一資料電流，充電至一資料電壓；在一發光期間，該第一開關單元關閉、該第二開關單元開啟以及該驅動單元根據該資料電壓，產生一驅動電流以驅動該有機發光元件。
本發明提供一種有機發光元件的驅動電路和操作有機發光元件的驅動電路的方法。該驅動電路和該方法是為利用一電流編碼，使得該驅動電路在一發光期間所產生的一驅動電流是等於一資料電流，且和一薄膜電晶體的任何製程參數無關。因為該驅動電路在該發光期間所產生的該驅動電流是等於該資料電流，且和該薄膜電晶體的任何製程參數無關，所以本發明具有下列優點：第一、本發明可補償該驅動電路內該薄膜電晶體的臨界電壓偏移；第二、本發明可補償該有機發光元件的老化問題；第三、本發明可補償該薄膜電晶體載子遷移率的非均勻性；第四、本發明可補償一電源線上的電壓衰減。
請參照第4圖和第5圖，第4圖是為本發明的一實施例說明一種有機發光元件的驅動電路400的示意圖，和第5圖是為說明驅動電路400的操作時序的示意圖，其中驅動電路400是為一電流編碼(current programming)的驅動電路。如第4圖所示，驅動電路400包含一開關模組402、一電容404及一驅動單元406，開關模組402包含一第一開關單元4022與一第二開關單元4024。第一開關單元4022是用以耦接於一資料線DL。第二開關單元4024是用以耦接於一有機發光元件408，其中有機發光元件408是可為一有機發光二極體。如第5圖所示，在一編碼期間(時段T1)，第一開關單元4022開啟和第二開關單元4024關閉；在一發光期間(時段T2)，第一開關單元4022關閉和第二開關單元4024開啟。電容404是耦接於第一開關單元4022，用以在編碼期間，根據資料線DL上的一資料電流IDATA，充電至一資料電壓VDATA。驅動單元406是耦接於電容404與第二開關單元4024，用以在發光期間，根據資料電壓VDATA，產生一驅動電流ILED以驅動有機發光元件408。
如第4圖所示，第一開關單元4022包含一第一電晶體40222和一第二電晶體40224。第一電晶體40222具有一第一端，耦接於資料線DL，一第二端，用以接收一第一掃描訊號FSS，及一第三端；第二電晶體40224具有一第一端，耦接於資料線DL，一第二端，用以接收第一掃描訊號FSS，及一第三端，耦接於電容404的第一端，其中電容404的第二端是耦接於一地端GND，以及第一掃描訊號FSS是為一脈衝寬度調變訊號。第二開關單元4024包含一第三 電晶體40242。第三電晶體40242具有一第一端，耦接於有機發光元件408的第一端，一第二端，用以接收第一掃描訊號FSS，及一第三端，耦接於第一電晶體40222的第三端，其中第一掃描訊號FSS的第二端是用以接收一電壓VDD，且第三電晶體40242是為一P型非晶矽(A-Si)薄膜電晶體、一P型多晶矽(Poly-Si)薄膜電晶體、一P型低溫多晶矽(Low Temperature Poly-silicon,LTPS)薄膜電晶體、一P型有機薄膜電晶體(Organic Thin Film Transistor,OTFT)或一P型金屬氧化物薄膜電晶體(Oxide TFT)。驅動單元406包含一第四電晶體4062，具有一第一端，耦接於第三電晶體40242的第三端，一第二端，耦接於第二電晶體40224的第三端，及一第三端，耦接於地端GND。如第4圖所示，第一電晶體40222、第二電晶體40224、第四電晶體4062是為N型非晶矽薄膜電晶體、N型多晶矽薄膜電晶體、N型低溫多晶矽薄膜電晶體、N型有機薄膜電晶體或N型金屬氧化物薄膜電晶體。
請參照第6圖和第7圖，第6圖是為說明在編碼期間驅動電路400的等效電路的示意圖，和第7圖是為說明在發光期間驅動電路400的等效電路的示意圖。如第5圖和第6圖所示，在編碼期間(時段T1)，第一掃描訊號FSS致能，所以第一開關單元4022內的第一電晶體40222和第二電晶體40224開啟，以及第二開關單元4024內的第三電晶體40242關閉，導致第四電晶體4062的第一端與第二端短路(亦即第四電晶體4062形成一二極體形式的電晶體)。因此，如第6圖所示，電容404根據資料電流IDATA和式(2)，充電至資 料電壓VDATA：
如式(2)所示，資料電壓VDATA是等於第四電晶體4062的第二端與第三端的電壓差VGS，K是為第四電晶體4062的製程參數，以及VTH是為第四電晶體4062的臨界值。
如第5圖和第7圖所示，在發光期間(時段T2)，第一掃描訊號FSS去能，所以第一開關單元4022內的第一電晶體40222和第二電晶體40224關閉，以及第二開關單元4024內的第三電晶體40242開啟。因此，如第7圖所示，驅動單元406內的第四電晶體4062根據資料電壓VDATA，產生驅動電流ILED以驅動有機發光元件408，其中驅動電流ILED是由式(3)所決定：ILED=K(VGS-VTH)2 (3)
將式(2)中的第四電晶體4062的第二端與第三端的電壓差VGS代入式(3)可得式(4)：
如式(4)所示，驅動電流ILED是等於資料電流ILED，且和第四電晶體4062的任何製程參數無關。
請參照第8圖和第9圖，第8圖是為本發明的另一實施例說明一種有機發光元件的驅動電路800的示意圖，和第9圖是為說明驅動電路800的操作時序的示意圖。如第8圖所示，驅動電路800和驅動電路400的差別在於第二開關單元4024包含一第三電晶體80242。第三電晶體80242具有一第一端，耦接於有機發光元件408的第一端，一第二端，用以接收一第二掃描訊號SSS，及一第三端，耦接於第一電晶體40222的第三端，其中第一掃描訊號FSS與第二掃描訊號SSS是為反相，第一掃描訊號FSS與第二掃描訊號SSS是為脈衝寬度調變訊號，且第三電晶體80242是可為一N型非晶矽薄膜電晶體、一N型多晶矽薄膜電晶體、一N型低溫多晶矽薄膜電晶體、一N型有機薄膜電晶體或一N型金屬氧化物薄膜電晶體。如第9圖所示，在一編碼期間(時段T1)，第一掃描訊號FSS致能和第二掃描訊號SSS去能；在一發光期間(時段T2)，第一掃描訊號FSS去能和第二掃描訊號SSS致能。另外，驅動電路800的其餘操作原理皆和驅動電路400相同，在此不再贅述。
請參照第4圖、第5圖、第6圖、第7圖、第8圖和第10圖，第10圖係為本發明的另一實施例說明一種操作有機發光元件的驅動電路的方法之流程圖。第10圖之方法係利用第4圖的驅動電路400說明，詳細步驟如下： 步驟1000：開始；步驟1002：在一編碼期間，第一開關單元4022開啟、第二開關單元4024關閉以及電容404根據資料線DL上的一資料電流IDATA，充電至一資料電壓VDATA；步驟1004：在一發光期間，第一開關單元4022關閉、第二開關單元4024開啟以及驅動單元406根據資料電壓VDATA，產生一驅動電流ILED以驅動有機發光元件408，跳回步驟1002。
以第4圖、第5圖、第6圖、第7圖為例：在步驟1002中，如第5圖和第6圖所示，在編碼期間(時段T1)，第一掃描訊號FSS致能，所以第一開關單元4022內的第一電晶體40222和第二電晶體40224開啟，以及第二開關單元4024內的第三電晶體40242關閉，導致第四電晶體4062的第一端與第二端短路，其中第三電晶體40242是為一P型薄膜電晶體。因此，如第6圖所示，電容404根據資料電流IDATA和式(2)，充電至資料電壓VDATA。在步驟1004中，如第5圖和第7圖所示，在發光期間(時段T2)，第一掃描訊號FSS去能，所以第一開關單元4022內的第一電晶體40222和第二電晶體40224關閉，以及第二開關單元4024內的第三電晶體40242開啟。因此，如第7圖所示，驅動單元406內的第四電晶體4062根據資料電壓VDATA，產生驅動電流ILED以驅動有機發光元件408，其中驅動電流ILED是由式(3)所決定， 且如式(4)所示，驅動電流ILED是等於資料電流IDATA。
以第8圖和第9圖為例：在步驟1002中，如第8圖和第9圖所示，在編碼期間(時段T1)，第一掃描訊號FSS致能和第二掃描訊號SSS去能，所以第一開關單元4022內的第一電晶體40222和第二電晶體40224開啟，以及第二開關單元4024內的第三電晶體40242關閉，導致第四電晶體4062的第一端與第二端短路，其中第三電晶體80242是為一N型薄膜電晶體。因此，電容404可根據資料電流IDATA和式(2)，充電至資料電壓VDATA。在步驟1004中，如第8圖和第9圖所示，在發光期間(時段T2)，第一掃描訊號FSS去能和第二掃描訊號SSS致能，所以第一開關單元4022內的第一電晶體40222和第二電晶體40224關閉，以及第二開關單元4024內的第三電晶體80242開啟。因此，驅動單元406內的第四電晶體4062可根據資料電壓VDATA，產生驅動電流ILED以驅動有機發光元件408。
綜上所述，本發明所提供的有機發光元件的驅動電路和操作有機發光元件的驅動電路的方法是為利用電流編碼，使得驅動電路在發光期間所產生的驅動電流是等於資料電流，且和第四電晶體的任何製程參數無關。因為驅動電路在發光期間所產生的驅動電流是等於資料電流，且和第四電晶體的任何製程參數無關，所以本發明具有下列優點：第一、本發明可補償驅動電路內第四電晶體的臨界電壓偏移；第二、本發明可補償有機發光元件的老化問題；第三、本 發明可補償薄膜電晶體載子遷移率的非均勻性；第四、本發明可補償電源線上的電壓衰減。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
100、400、800‧‧‧驅動電路
300‧‧‧顯示器
302‧‧‧電源
304‧‧‧顯示面板
402‧‧‧開關模組
404、CS‧‧‧電容
406‧‧‧驅動單元
408‧‧‧有機發光元件
3042‧‧‧像素
4022‧‧‧第一開關單元
4024‧‧‧第二開關單元
4062‧‧‧第四電晶體
40222‧‧‧第一電晶體
40224‧‧‧第二電晶體
40242、80242‧‧‧第三電晶體
DL‧‧‧資料線
FSS‧‧‧第一掃描訊號
GND‧‧‧地端
ILED‧‧‧驅動電流
IDATA‧‧‧資料電流
M1、M2‧‧‧電晶體
OLED‧‧‧有機發光二極體
SL‧‧‧掃描線
SSS‧‧‧第二掃描訊號
T1、T2‧‧‧時段
VSCAN‧‧‧掃描訊號
VDATA‧‧‧資料電壓
VDD‧‧‧電壓
1000-1004‧‧‧步驟
第1圖是為先前技術說明一種利用電壓編碼有機發光二極體的驅動電路的示意圖。
第2圖是為說明驅動電路的操作時序的示意圖。
第3圖是為說明一顯示器的示意圖。
第4圖是為本發明的一實施例說明一種有機發光元件的驅動電路的示意圖。
第5圖是為說明驅動電路的操作時序的示意圖。
第6圖是為說明在編碼期間驅動電路的等效電路的示意圖。
第7圖是為說明在發光期間驅動電路的等效電路的示意圖。
第8圖是為本發明的另一實施例說明一種有機發光元件的驅動電路的示意圖。
第9圖是為說明驅動電路的操作時序的示意圖。
第10圖係為本發明的另一實施例說明一種操作有機發光元件的驅動電路的方法之流程圖。
400‧‧‧驅動電路
402‧‧‧開關模組
404‧‧‧電容
406‧‧‧驅動單元
408‧‧‧有機發光元件
4022‧‧‧第一開關單元
4024‧‧‧第二開關單元
4062‧‧‧第四電晶體
40222‧‧‧第一電晶體
40224‧‧‧第二電晶體
40242‧‧‧第三電晶體
DL‧‧‧資料線
FSS‧‧‧第一掃描訊號
GND‧‧‧地端
ILED‧‧‧驅動電流
IDATA‧‧‧資料電流
VDD‧‧‧電壓

Claims (17)

  1. 一種有機發光元件的驅動電路，包含：一開關模組，包含：一第一開關單元，用以耦接於一資料線；及一第二開關單元，用以耦接於該有機發光元件，其中在一編碼期間，該第一開關單元開啟和該第二開關單元關閉；在一發光期間，該第一開關單元關閉和該第二開關單元開啟；一電容，耦接於該第一開關單元，用以在該編碼期間，根據該資料線上的一資料電流，充電至一資料電壓；及一驅動單元，耦接於該電容與該第二開關單元，用以在該發光期間，根據該資料電壓，產生一驅動電流以驅動該有機發光元件。
  2. 如請求項1所述的驅動電路，其中該第一開關單元包含：一第一電晶體，具有一第一端，耦接於該資料線，一第二端，用以接收一第一掃描訊號，及一第三端；及一第二電晶體，具有一第一端，耦接於該資料線，一第二端，用以接收該第一掃描訊號，及一第三端，耦接於該電容的第一端，其中該電容的第二端是耦接於一地端。
  3. 如請求項2所述的驅動電路，其中該第二開關單元包含：一第三電晶體，具有一第一端，耦接於該有機發光元件的第一 端，一第二端，用以接收該第一掃描訊號，及一第三端，耦接於該第一電晶體的第三端，其中該有機發光元件的第二端是用以接收一電壓。
  4. 如請求項3所述的驅動電路，其中該第三電晶體是為一P型非晶矽(A-Si)薄膜電晶體、一P型多晶矽(Poly-Si)薄膜電晶體、一P型低溫多晶矽(Low Temperature Poly-silicon,LTPS)薄膜電晶體、一P型有機薄膜電晶體(Organic Thin Film Transistor,OTFT)或一P型金屬氧化物薄膜電晶體(Oxide TFT)。
  5. 如請求項2所述的驅動電路，其中該第二開關單元包含：一第三電晶體，具有一第一端，耦接於該有機發光元件的第一端，一第二端，用以接收一第二掃描訊號，及一第三端，耦接於該第一電晶體的第三端，其中該有機發光元件的第二端是用以接收一電壓，且該第一掃描訊號與該第二掃描訊號是為反相。
  6. 如請求項5所述的驅動電路，其中該第三電晶體是為一N型非晶矽薄膜電晶體、一N型多晶矽薄膜電晶體、一N型低溫多晶矽薄膜電晶體、一N型有機薄膜電晶體或一N型金屬氧化物薄膜電晶體。
  7. 如請求項3或5所述的驅動電路，其中該驅動單元包含： 一第四電晶體，具有一第一端，耦接於該第三電晶體的第三端，一第二端，耦接於該第二電晶體的第三端，及一第三端，耦接於該地端。
  8. 如請求項7所述的驅動電路，其中該資料電壓是為該第四電晶體的第二端與第三端的電壓差。
  9. 如請求項7所述的驅動電路，其中該資料電壓是由下式所決定： 其中：VDATA是為該資料電壓；IDATA是為該資料電流；K是為該第四電晶體的製程參數；及VTH是為該第四電晶體的臨界值。
  10. 如請求項7所述的驅動電路，其中該驅動電流是等於該資料電流。
  11. 如請求項7所述的驅動電路，其中該第一電晶體、該第二電晶體、該第四電晶體是為N型非晶矽薄膜電晶體、N型多晶矽薄膜電晶體、N型低溫多晶矽薄膜電晶體、N型有機薄膜電晶體或N型金屬氧化物薄膜電晶體。
  12. 一種操作有機發光元件的驅動電路的方法，其中該驅動電路包含一開關模組、一電容及一驅動單元，該開關模組包含一第一開關單元和一第二開關單元，該第一開關單元包含一第一電晶體和一第二電晶體，該第二開關單元包含一第三電晶體，以及該驅動單元包含一第四電晶體，該方法包含：在一編碼期間，該第一開關單元開啟、該第二開關單元關閉以及該電容根據一資料線上的一資料電流，充電至一資料電壓；及在一發光期間，該第一開關單元關閉、該第二開關單元開啟以及該驅動單元根據該資料電壓，產生一驅動電流以驅動該有機發光元件。
  13. 如請求項12所述的方法，其中在該編碼期間，該第一開關單元開啟是為該第一電晶體和該第二電晶體根據一第一掃描訊號開啟。
  14. 如請求項13所述的方法，其中在該編碼期間，該第二開關單元關閉是為該第三電晶體根據該第一掃描訊號關閉，且該第三電晶體是為一P型薄膜電晶體。
  15. 如請求項14所述的方法，其中在該發光期間，該第一開關單元關閉和該第二開關單元開啟包含：該第一電晶體和該第二電晶體根據該第一掃描訊號關閉；及 該第三電晶體根據該第一掃描訊號開啟。
  16. 如請求項13所述的方法，其中在該編碼期間，該第二開關單元關閉是為該第三電晶體根據一第二掃描訊號關閉，該第三電晶體是為一N型薄膜電晶體，且該第一掃描訊號與該第二掃描訊號是為反相。
  17. 如請求項16所述的方法，其中在該發光期間，該第一開關單元關閉和該第二開關單元開啟包含：該第一電晶體和該第二電晶體根據該第一掃描訊號關閉；及該第三電晶體根據該第二掃描訊號開啟。
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