TW558693B - Driving circuit design for display device - Google Patents

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Description

558693
^ 本發明是有關於一種用於顯示器之電壓驅動電路 設計方法。 的 y 人類最早能看到的動態影像為記錄片型態的電影。 後’陰極射線管（Cathode Ray Tube，簡稱CRT)的發明之 成功地衍生出商業化的電視機，並成為每個家庭必^的^ 電用品。隨著科技的發展，C R T的應用又擴展到電腦產、業豕 =的桌上型監視器，而使得CRT風光將近數十年之久。^
是CRT所製作成的各類型顯示器都面臨到輻射線的問題^ 並且因為内部電子搶的結構，而使得顯示器體積龐大並’佔 空間，所以不利於薄形及輕量化。 W
由於上述的問題，而使得研究人員著手開發所謂的平 ，顯示器（Flat Panel Display)。這個領域包含液°晶顯示 器（Liquid Crystal Display，簡稱LCD)、場發射顯示器Γ (Field Emission Display，簡稱FED)、有機發光二極 ^ (Organic Light Emitting Diode ，簡稱OLED)、以及電將 顯示器面板（Plasma Display Panel ，簡稱PDP) 。 R 其中，有機發光二極體又稱為有機電機發光顯示器 (Organic Electroluminescence Display ，簡稱〇ELD)， 其為自發光性的元件，且為點矩陣式顯示器。因為〇LED的 特性為直流低電壓驅動、高亮度、高效率、高對比值、以 及輕薄，並且其發光色澤由紅（Red，簡稱R)、綠（Green， 簡稱G)、以及藍（Blue ，簡稱B)三原色至白色的自由度 高，因此0LED被喻為下一是世代的新型平面面板的發"^重 點。0LED技術除了兼具LCD的輕薄與高解析度，以及led ^
8834twf.ptd 第 4 頁 558693 五、發明說明（2) 主動發光、響應速度快與省電冷光源等優點外，還有視角 廣、色彩對比效果好_及成本低等多項優點。因此，OLED可 廣泛應用於LCD或指示看板的背光源、行動電話、數位相 機、以及個人數位助理（P D A )等。 從驅動方式的觀點來看，OLED可分為被動矩陣 (Passive Matrix)驅動方式及主動矩陣（Active Matrix) 驅動方式兩大種類。被動矩陣式OLED的優點在於結構非常 簡單且不需要使用薄膜電晶體（Thin Film Transistor， 簡稱T F T )驅動，因而成本較低，但其缺點為不適用於高解 析度畫質的應用’而且在朝向大尺寸面板發展時，會產生 耗電量增加、元件壽命降低、以及顯示性能不佳等的問 題。而主動矩陣式0LED的優點除了可應用在大尺寸的主動 矩陣驅動方式之需求外，其視角廣、高亮度、以及響應速 度快的特性也是不可忽視的，但是其成本會比被動矩陣式 0LED略高。 依照驅動方式的不同，平面面板顯示器又可分為電壓 驅動型及電流驅動型兩種。電壓驅動型通常係應用在 T F T - L C D ’也就輸入不同的電壓至資料線，而達到不同的 灰階’以達成全彩的目的。電壓驅動型的TFT_LCE)具有技 術成熟、穩定、以及便宜的優點。而〇LED則是屬於電流驅 動型的顯示器’係輸入不同的電流至資料線，而達到不同 的灰階’以達成全彩的目的。但是這種電流驅動晝素的方 式’需要開發新的電路及IC，因此需要龐大的成本。而如 果以TFT-LCD的電壓驅動電路來驅動儿㈣，由於r、g、以
8834twf.ptd 第5頁 558693 五、發明說明（3) 及B的OLED之特性完全不同，所以必須針對R、G、以及B的 OLED，提供不同的資料電壓，才能使R、G、以及B的OLED 的亮度比符合組成白光的要求而達成全彩化。因此，無法 以同一顆I C來達成不同的資料輸出。 有鑑於此，本發明提出一種顯示器驅動電路的設計方 法。本發明是以現有的TFT-LCD之電壓驅動電路為基礎， 並且晝素可在相同的資料電壓下，藉由調整晝素本身中的 驅動T F T之通道寬度/通道長度比，而輸出不同的驅動電流 至不同特性的R、G、以及B的OLED，以使不同特性的R、 G、以及B的OLED之亮度比符合組成白光的要求，而達到全 彩4匕的目的。 為達成上述及其他目的，本發明提出一種顯示器驅動 電路的設計方法。此顯示器包括數個晝素，每一個晝素包 括驅動薄膜電晶體及有機發光二極體。此設計方法的特徵 為：每一該些畫素具有相同的資料電壓；以及藉由調整驅 動薄膜電晶體的通道寬度/通道長度比，可修改驅動薄膜 電晶體所產生的驅動電流，而使紅色的有機發光二極體發 出的紅光、綠色的有機發光二極體發出的綠光、以及藍色 的有機發光二極體發出的藍光之亮度比符合組成白光的要 求，而達到全彩化。 在本發明的實施例中，驅動電流係流經驅動薄膜電 晶體之汲極及閘極的電流。 在本發明的實施例中，紅光的亮度會依據紅色的有 機發光二極體之結構及材料而有所差異。綠光的党度會依
8834twf.ptd 第6頁 558693 五、發明說明（4) 據綠色的有機發光二極體之結構及材料而有所差異。藍光 的亮度會依據藍色的有機發光二極體的結構及材料而有所 差異。 在本發明的實施例中，紅光的亮度係與紅光的發光 效率以及紅色的有機發光二極體之單位面積上流過的驅動 電流成正比關係。綠光的亮度係與綠光的發光效率以及綠 色的有機發光二極體之單位面積上流過的驅動電流成正比 關係。藍光的亮度係與藍光的發光效率以及藍色的有機發 光二極體之單位面積上流過的驅動電流成正比關係。 在本發明的實施例中，驅動薄膜電晶體的源極係耦 接至有機發光二極體的正極。驅動薄膜電晶體的汲極係耦 接至一電源供應器，此電源供應器具有一第一電位。 在本發明的實施例中，有機發光二極體的負極係耦 接至一電源供應器，此電源供應器具有一第二電位。 在本發明的實施例中，每一個晝素更包括開關薄膜 電晶體及電容。其中，開關薄膜電晶體係具有汲極、閘極 及源極，其中汲極係耦接至一個驅動I C，，閘極係耦接至 掃描電壓，而源極係耦接至驅動薄膜電晶體的閘極。電容 係具有第一端及第二端，其中第一端係耦接至開關薄膜電 晶體的源極及驅動薄膜電晶體的閘極，而第二端係耦接至 一個電源供應器，此電源供應器具有一第三電位（V r e f )。 綜上所述，本發明是以現有的TFT-LCD之電壓驅動電 路為基礎，並且晝素可在相同的資料電壓下，藉由調整畫 素本身中的驅動TFT之通道寬度/通道長度比，而輸出不同
8834twf.ptd 第7頁 558693 五、發明說明（5) 7至不同特性的R、G、以及B的OLED，以使不同 Γ Γ、查以及b_led之亮度比符合組成白光的要 求，而達到全彩化的目的。 細說 明如下： 重要 元件標號： 10 ： 畫素 102 開關薄膜 電 晶 體 104 電容 106 驅動薄膜 電 晶 體 108 有機發光 二 極 體 較佳 實施例： 請參照第1 圖 其 ΐ本發明之上述和其他目的、特徵和優點，能更加 Λ ^丨’下文特舉較佳實施例，並配合所附圖示，做詳 之以顯示器驅動電路的設計方法，所設計出的顯示器中之 每一個晝素1 0的電路圖。晝素1 〇包括開關薄膜電晶體 以 TFT1(102)、電容（1〇4)、驅動薄膜電晶體TFT2 (106)、 及OLED(108)。其中〇LED(108)為主動矩陣（AM)的驅動方 式。底下將敘述畫素1 0的結構。 開關薄膜電晶體T F T 1 ( 1 0 2 )具有沒極、閘極、以及源 極。電容C(104)具有第一端及第二端。驅動薄膜電晶體 T F T 2 ( 1 0 6 )具有汲極、閘極、以及源極。而〇 l E D ( 1 1 2 )具有 正極及負極。其中，開關薄膜電晶體TFT1 ( 1 02 )的汲極會 耦接至資料電壓。開關薄膜電晶體TFT1 ( 1 02)的閘極會耦
8834twf.ptd 第8頁 558693 五、發明說明（6) 接至掃描電壓。開關薄膜電晶體TFT 1 ( 1 0 2 )的源極會耦接 至電容C( 104)的第一端及驅動薄膜電晶體TFT2( 106)的閘 極。電容C (104)的第二端會耦接至一具有電位Vref之電源 供應器。驅動薄膜電晶體TFT2(106)的沒極會搞接至一具 有電位VDD之電源供應器。而OLED( 1 08)的負極會耦接到一 具有電位Vss之電源供應器。另外，資料電壓及供應電壓 (VDD)係由電壓源提供。 接下來將敘述畫素1 0的運作情形。當掃描電壓為高電 壓準位時，會使開關薄膜電晶體TFT 1 ( 1 0 2 )之閘極與源極 之間的電壓（Vgsl)大於開關薄膜電晶體TFT1(102)的臨界電 壓（Threshold Voltage)，而使開關薄膜電晶體TFT1(102) 導通。此時，資料電壓會對電容C (1 0 4 )充電。當電容 C( 104)所充電的電壓到達驅動薄膜電晶體TFT2( 106)之閘 極與源極之間的電壓（Vgs2)時，會使驅動薄膜電晶體 TFT2( 1 06)導通，於是產生流經汲極及源極間的驅動電 流。此驅動電流會流過0 L E D ( 1 0 8 )，而使〇 L E D ( 1 0 8 )發光。 而紅色（R)、綠色（G)、以及藍色（B)的0LED之發光效 率（EF)(單位為燭光/安培，Cd/A)與亮度（單位為燭光/平 方公尺，Cd/m2)的關係圖，請參照第2圖所繪示。由第2圖 可知，R的0 L E D所發出的紅光、G的0 L E D所發出的綠光、以 及B的0LED所發出的藍光之發光效率及亮度均不相同。而 且R、G、以及B的0LED之亮度會隨著結構及材料的不同而 有所差異。此外，0LED的亮度為0LED的發光效率、〇lED之 單位面積上流過的驅動電流、以及一個常數的乘積。而
8834twf.ptd 第9頁 558693
五、發明說明（7) R、G、以及B的0LED之亮度與驅動電流的關係圖， 第3圖所繪示。由第3圖可知，在相同的驅動電济 OLED所發出的綠光亮度最高，b的〇LED所發出的藍’丄的 次之，R的OLED所發出的紅光亮度最低。' 、-光焭度 由上述可知，R、G、以及B的OLED之特性完全 所以在相同的資料電壓下，必須調整輸出至不70同王 1， R、G、以及B的儿^的驅動電流，才能使不同特性的 G、以及B的OLED之亮度比符合組成白光的要求。而了 、 飽和區之汲極電流的公式為：ρ=(1/2) χ βη χ c〇x (W/L) χ (_-”广2，其中電子移動率…及單位面Χ 閘極電容為定值，Vth為TFT的臨界電壓，W為TFT的通、f 寬度’而L為TFT的通道長度。由此公式可知，由於用來 動R、G、以及B的OLED之驅動薄膜電晶體之閘極及源極間° 的電壓均相同（即VgsR = VgsG = VgsB)，所以可藉由驅動薄膜電曰曰 體的通道寬度/通道長度比（W/L)，而使驅動薄膜電晶體= 出不同的驅動電流至不同特性的r、G、以及b的0LEDM，以則 使不同特性的R、G、以及b的〇leD之亮度比符合組成白光 的要求，而達到全彩化的目的。為了更清楚起見，現在舉 一個例子如下。假設R、G、以及B的OLED之發光效率分別 為：EFR=2(Cd/A) ，EFG =i〇(Cd/A) ，EFB =2(Cd/A)。白光 所要求的亮度比為BR: BG: Bb=3 : 6 : 1。流經OLED之單位面積 上的電流Id=(l/2) χ , χ 〇χ χ (W/L) χ x (W/L) x (Vgs-Vth)2 ，其中 K1=(l/2) x //n xC0X 為常 數，VgsR = VgsG = VgsB。根據亮度的公式為b = K2 x EF x Id(其中
8834twf.ptd 第10頁 558693 五、發明說明（8) " K2為常數），可得到用於R、G、以及B的儿㈣的驅動 晶體之W/L比如下： 、 BR: BG: BB= 3 : 6 : 1 = K1 X Κ2 χ EFR χ (W/L)R χ (V ㈣-mi1 xK2 xEFG X(W/L)G x(Vgs"thr2:Ki χ K2 x EFB x (W/L)B x EpR x(w/l)r.efg x (W/L)g : EP χ (W/L)b = 2 x (W/L)R : 1〇 χ (w/ · ^
x (W/L)B 所以可得出（W/L)R : (W/L)g : (W/L)B=15 : 6 : 5，然後 利用此W / L比，而輸出不同的驅動電流至不同特性的R、 G、以及B的OLED，以使不同特性的r、g、以及b的〇LED之 π度比符合組成白光的要求，而達到全彩化的目的。 <因此，由上述可知，可利用本發明之顯示器驅動電路 的設計方法，便可輕易利用現有的TFT-LCD之電壓驅動電 路及1C，而使〇LED的顯示器達到全彩化的目的 、 綜上所述，本發明是以現有的TFT-LCD之電壓驅動電路 為基礎，並且晝素可在相同的資料電壓下，藉由調整畫素 本身中的驅動TFT之通道寬度/通道長度比，而輸出不同的 驅動電流至不同特性的r、G、以及B的0LED，以使不同特 卜生的R、G、以及B的0LED之亮度比符合組成白光的要求， 而達到全彩化的目的。 、 ~雖然本發明已以較佳實施例揭露於上，然其並非用 ^限Ϊ本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精 1 ^範圍内，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保 ΰ 圍當視後附之申請專利範圍所介定者為準。
558693 圖式簡單說明 第1圖繪示的是根據本發明一較佳實施例之以顯示器 驅動電路的設計方法，所設計出的顯示器中之每一個晝素 的電路圖； 第2圖繪示的是紅色（R)、綠色（G)、以及藍色（B)的有 機發光二極體之發光效率與亮度的關係圖；以及 第3圖繪示的是紅色（R )、綠色（G )、以及藍色（B )的有 機發光二極體之亮度與驅動電流的關係圖。
8834twf.ptd 第12頁

Claims (1)

  1. 558693 六、申請專利範圍 1. 一種顯示器驅動電路的設計方法，該顯示器包括 複數個畫素，每一該些晝素包括一驅動薄膜電晶體及一有 機發光二極體，該設計方法的特徵為： 每一該些畫素具有相同的一資料電壓；以及 藉由調整該驅動薄膜電晶體的通道寬度/通道長度 比，可修改該驅動薄膜電晶體所產生的一驅動電流，而使 紅色的該有機發光二極體發出的一紅光、綠色的該有機發 光二極體發出的一綠光、以及藍色的該有機發光二極體發 出的一藍光之亮度比符合組成白光的要求，而達到全彩 2. 如申請專利範圍第1項所述之顯示器驅動電路的 設計方法，其中該驅動電流係流經該驅動薄膜電晶體之汲 極及閘極的電流。 3. 如申請專利範圍第1項所述之顯示器驅動電路的 設計方法，其中該紅光的亮度會依據紅色的該有機發光二 極體之結構及材料而有所差異。 4. 如申請專利範圍第1項所述之顯示器驅動電路的 設計方法，其中該綠光的亮度會依據綠色的該有機發光二 極體之結構及材料而有所差異。 5. 如申請專利範圍第1項所述之顯示器驅動電路的 設計方法，其中該藍光的亮度會依據藍色的該有機發光二 極體的結構及材料而有所差異。 6. 如申請專利範圍第1項所述之顯示器驅動電路的 設計方法，其中該紅光的亮度係與該紅光的發光效率以及
    8834twf.ptd 第13頁 558693 六、申請專利範圍 紅色的該有機發光二極體之單位面積上流過的該驅動電流 成正比關係。 7. 如申請專利範圍第1項所述之顯示器驅動電路的 設計方法，其中該綠光的亮度係與該綠光的發光效率以及 綠色的該有機發光二極體之單位面積上流過的該驅動電流 成正比關係。 8. 如申請專利範圍第1項所述之顯示器驅動電路的 設計方法，其中該藍光的亮度係與該藍光的發光效率以及 藍色的該有機發光二極體之單位面積上流過的該驅動電流 成正比關係。 9. 如申請專利範圍第1項所述之顯示器驅動電路的 設計方法，其中該驅動薄膜電晶體的源極係耦接至該有機 發光二極體的正極。 10. 如申請專利範圍第1項所述之顯示器驅動電路的 設計方法，其中該驅動薄膜電晶體的汲極係耦接至--電 源供應器，該電源供應器具有一第一電位。 11. 如申請專利範圍第1項所述之顯示器驅動電路的 設計方法，其中該有機發光二極體的負極係耦接至一電源 供應器，該電源供應器具有一第二電位。 12. 如申請專利範圍第1項所述之顯示器驅動電路的 設計方法，其中每一該些晝素更包括： 一開關薄膜電晶體，具有一汲極、一閘極及一源 極，其中該汲極係耦接至該資料電壓，該閘極係耦接至一 掃描電壓，而該源極係耦接至該驅動薄膜電晶體的閘極；
    8834twf.ptd 第14頁 558693 六、申請專利範圍 以及 一電容，具有一第一端及一第二端，其中該第一端 係耦接至該源極及該驅動薄膜電晶體的閘極，而該第二端 係耦接一電源供應器，該電源供應器具有一第三電位。 ΙΙ·1 8834twf.ptd 第15頁
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