TWI401653B - A compensation circuit and a display comprising the compensation circuit - Google Patents

Description

補償電路及包含此補償電路的顯示器

本發明是有關於一種發光裝置的補償技術，特別是指一種主動矩陣有機發光二極體(Active Matrix Organic Light－Emitting Diode，AMOLED)補償電路及包含此補償電路的顯示器。

參閱圖1和圖2，主動矩陣有機發光二極體(AMOLED)顯示器是藉由顯示面板95的複數個呈陣列式排列且可顯現不同色彩的像素電路9來達到顯示全彩影像的功能。每一像素電路9包含一有機發光二極體(OLED)91及一驅動電路92，且驅動電路92包括一第一電晶體921、一第二電晶體922及一電容923，亦即呈現2T1C的架構。

當一掃描驅動器96發出一掃描信號V_SCAN 時，屬於其中一列的第一電晶體921會受其控制，而促使電容923根據來自一資料驅動器97的資料電壓V_DATA 改變跨壓。且第二電晶體922會受電容923跨壓及一電源電壓VDD的控制而進入飽和區，從而輸出一如下所示的驅動電流I_DRIVE 到OLED 91，以使OLED 91發出強度與驅動電流I_DRIVE 大小相關的光。

其中，k₉₂₂ 是第二電晶體922的元件互導參數(device trans－conductance parameter)，V_C,923 是電容923的跨壓，而V_TH,922 是第二電晶體922的臨界電壓(threshold voltage)。

然而，對不同像素電路9來說，第二電晶體922的臨界電壓V_TH ,₉₂₂ 會因為製程差異與操作時間而不同。因此，即使電容923是依據相同的資料電壓V_DATA 來改變跨壓，第二電晶體922產生的驅動電流I_DRIVE 也不會相等，當然各個OLED 91發出的光強度也難以均勻。

儘管目前已發展出許多技術來降低臨界電壓V_TH ,₉₂₂ 變異對驅動電流I_DRIVE 的影響，但是這些技術大多藉由在驅動電路92中增加許多電晶體及/或電容來解決問題，反而有損顯示器的開口率(aperture ratio)。

隨著顯示面板95尺寸(亦即該等像素電路9所構成的陣列大小)增大，傳送該電源電壓VDD的信號線也隨之拉長，導致實際遞送到每一像素電路9的電源電壓VDD逐漸衰減，更令OLED 91的發光均勻度下降。

並且，OLED 91在經過長時間的操作後會出現跨壓上升的問題，進而影響流經OLED 91的電流大小。同時也會出現發光效率下降的問題，造成無法單就電流大小來掌握發光強度。

因此，本發明之目的，即在提供一種提高開口率並維持亮度一致性的補償電路及包含此補償電路的顯示器。

於是，本發明顯示器，包含：一陣列模組，包括M條掃描線、N條資料線及M×N個呈陣列排列且分成複數組的像素電路，該等掃描線與該等資料線相互交錯而構成M×N 個交會處，且每一像素電路相對應其中一交會處設置；一掃描驅動器，用以致能該等掃描線；一電壓控制器，輸出複數參考電壓；一資料驅動器，根據該等參考電壓修正一影像信號，且在至少一掃描線被致能時將修正後的影像信號送入該等資料線，而促使每一像素電路產生一驅動電流；及一補償電路，偵測該等像素電路所輸出之驅動電流的變異情形，以輸出一使用比較訊息及一代表發生變異之像素電路位置的位置指示，以供該電壓控制器調整該等參考電壓，而使該資料驅動器修正該影像信號，來讓每一像素電路發出相關驅動電流的亮度。

而本發明補償電路，適用於接收來自至少一組像素電路的驅動電流，且該組像素電路是根據至少一資料電壓來產生該驅動電流，該補償電路包括：至少一具有一使用偵測器的判斷裝置，該使用偵測器具有一電流比較器及一在導通狀態與非導通狀態間切換的第一電晶體；在該第一電晶體處於導通狀態，且該電流比較器比較得知該驅動電流小於一參考電流時，該電流比較器會輸出一使用比較訊息，以調整該資料電壓。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

參閱圖3，本發明顯示器之較佳實施例包含一陣列模組1、一時序控制器2、一掃描驅動器3、一補償電路5、一記 憶裝置6、一電壓控制器7及一資料驅動器4。資料驅動器4包括一數位至類比轉換器(DAC)41及一資料產生單元42。陣列模組1包括M條掃描線V_SCAN _1、V_SCAN _2...V_SCAN _M、N條資料線V_DATA _1、V_DATA _2...V_DATA _N及M×N個呈陣列排列的像素電路11，且每一像素電路11包含一驅動電路110及一OLED 120(如圖4)。其中，該等掃描線V_SCAN _1~M與該等資料線V_DATA _1~N相互交錯而構成M×N個交會處，且每一像素電路11相對應其中一交會處設置。

掃描驅動器3受時序控制器2控制而逐一致能該等掃描線V_SCAN _1~M，以分別驅動每一列像素電路11。資料驅動器4中，DAC 41會根據複數個參考電壓來修正一影像信號而形成一類比資料；並且，資料產生單元42會受時序控制器2控制而在每一掃描線V_SCAN _1~M被致能時將類比資料送入該等資料線V_DATA _1~N，以當作送給該等像素電路11的資料電壓。再者，每一驅動電路110會因為受對應交會處上的掃描線V_SCAN _1~M控制，而根據對應資料電壓來產生一流經相關OLED 120的驅動電流。且補償電路5會偵測所有驅動電流的變異情形以輸出一變異信號及一代表發生變異之像素電路11位置的位置指示，供記憶裝置6存放。電壓控制器7則讀出記憶裝置6內的變異信號和位置指示，並據以調整該等被DAC 41當作修正根據的參考電壓。

因此，本發明顯示器能藉由補償電路5來偵測所有驅動電流的變異情形，進而修正影像信號以提供該等適切的 資料電壓，來調整流經該等OLED 120的驅動電流。

而補償電路5包括M判斷裝置51。參閱圖4，每一判斷裝置51會電連接屬於同一組(本較佳實施例是指同一列)像素電路11之OLED 120，並具有一常態操作器560、一初始偵測器570及一使用偵測器580。常態操作器560具有一第一電晶體561。而每一偵測器570、580具有一第一電晶體571、581、一第二電晶體572、582及一電流比較器573、583。且每一電晶體561、571、572、581、582能在導通狀態與非導通狀態間切換。

每一判斷裝置51會受一控制信號控制而操作於三種工作模式：正常使用模式、初始偵測模式、使用偵測模式。且控制信號具有一第一啟動指示CTRL_1、一第二啟動指示CTRL_2及一第三啟動指示CTRL_3。

正常使用模式

當第一啟動指示CTRL_1處於高電位而其他啟動指示CTRL_2~3處於低電位，每一判斷裝置51會進入正常使用模式，而使得第一電晶體561呈現導通狀態，並導引流經該列像素電路11的所有驅動電流到地。因此，在正常使用模式下，該等驅動電流不會被回授而補償傳送給每一像素電路11的資料電壓。也就是說，驅動該等像素電路11的方式和習知技術類似。

初始偵測模式

在本發明顯示器被使用前，當第二啟動指示CTRL_2處於高電位而其他啟動指示CTRL_1、CTRL_3處於低電位， 每一判斷裝置51會進入初始偵測模式，而使得第一電晶體571呈現導通狀態。並且，該等資料線V_DATA _1~N逐一接收到一初始測試電壓，且每次僅其中一資料線V_DATA _1~N會收到初始測試電壓。此時，若是一掃描啟動V_SCAN _EX被致能，那麼對應第二電晶體572也會呈現導通狀態，並導引因初始測試電壓所產生的驅動電流(即：收到初始測試電壓之被掃描像素電路11的驅動電流)到電流比較器573。

參閱圖5，當該驅動電流小於一第一參考電流，電流比較器573輸出的一初始比較訊息(包括於變異信號中)是呈高電位，這意謂著收到初始測試電壓之那一個像素電路11因為發生變異而導致較低的驅動電流。接著，記憶裝置6收到初始比較訊息和位置指示後，電壓控制器7會據以調升初始測試電壓。直到驅動電流不小於第一參考電流，電流比較器573才輸出低電位的的初始比較訊息來結束初始偵測模式。因此，在初始偵測模式中，電壓控制器7能藉由初始偵測器570逐一得知每一像素電路11的變異情形，進而對應調整作為該等資料電壓的初始測試電壓。

使用偵測模式

在本發明顯示器被使用的過程中，當第三啟動指示CTRL_3處於高電位而其他啟動指示CTRL_1~2處於低電位，每一判斷裝置51會進入使用偵測模式，而使得第一電晶體581呈現導通狀態。並且，該等資料線V_DATA _1~N都會接收到一使用測試電壓。此時，若是掃描啟動V_SCAN _EX被致能，對應第二電晶體582也會呈現導通狀態，並導引因 使用測試電壓所產生的驅動電流(即：該列被掃描像素電路11的驅動電流)到電流比較器583。

當該驅動電流小於一第二參考電流，電流比較器583輸出的一使用比較訊息(包括於變異信號中)是呈高電位，這意謂著被掃描的那一列像素電路11因為發生變異而導致較低的驅動電流。接著，記憶裝置6收到使用比較訊息和位置指示後，電壓控制器7會據以調升使用測試電壓。直到驅動電流不小於第二參考電流，電流比較器583才輸出低電位的的使用比較訊息來結束使用偵測模式。由上述可知，使用偵測模式是逐列來檢視變異情形，並調整該等當作資料電壓的使用測試電壓，可縮短偵測所有像素電路11的時間(相較於初始偵測模式)而不致影響顯示器的播放品質。

較佳地，顯示器更包含一電流產生單元8(如圖3)，會提供該第一參考電流和該第二參考電流。再者，具有該三個啟動指示CTRL_1~3的控制信號與該等測試電壓可以是由外部提供，也可以是顯示器本身(例如：電壓控制器7)自動發出。而掃描啟動V_SCAN _EX是指驅動其中一對應列像素電路11的掃描線V_SCAN _1~M所載信號，或是指由掃描驅動器3另外發出的信號。且電壓控制器7會決定掃描啟動V_SCAN _EX且控制初始偵測器570或是使用偵測器580。

參閱圖6，在本較佳實施例中，電流比較器573、583的實施態樣是：其具有一第一P型電晶體M1、一第二P型電晶體M2、一第一N型電晶體M3、一第二N型電晶體M4、一第一CMOS反相器M5、一第二CMOS反相器M6 及一第三CMOS反相器M7。每一電晶體M1~4具有一第一端、一第二端及一控制端，每一CMOS反相器M5~7具有一輸入端及一輸出端。

第一P型電晶體M1的第一端、第一N型電晶體M3的第一端、第二P型電晶體M2的第二端、第二N型電晶體M4的第二端電連接在一起(且電連接處稱為A點)。第一P型電晶體M1的控制端、第一N型電晶體M3的控制端、第二P型電晶體M2的第一端、第二N型電晶體M4的第一端、第一CMOS反相器M5的輸入端電連接在一起(且電連接處稱為B點)。且第一~第三CMOS反相器M5~M7是依序串聯。此外，電流產生單元8(提供第一參考電流給初始偵測器570，提供第二參考電流給使用偵測器580)也會電連接至A點，而驅動電流是由A點輸入以和其中一參考電流做比較，並從第三CMOS反相器M7的輸出端輸出初始/使用比較訊息。值得注意的是，也可以使用其他電路來實現電流比較器573、583，只要能達成電流比較的功效即可。

回歸參閱圖4，每一像素電路11中，驅動電路110具有一第一電晶體111、一第二電晶體112及一電容113，亦即呈現2T1C的架構。每一電晶體111、112具有一第一端、一第二端，及一決定第一端和第二端是否導通的控制端，且電容113具有一第一端及一第二端，而OLED 120具有一陽極及一陰極。

第一電晶體111的控制端接收其中一掃描線所載信號，且第一電晶體111的第一端接收其中一資料電壓。第一電晶 體111的第二端、第二電晶體112的控制端及電容113的第一端電連接。電容113的第二端、第二電晶體112的第二端及OLED 120的陽極電連接。第二電晶體112的第一端接收一電源電壓VDD，而OLED 120的陰極則電連接補償電路5。

當掃描信號是高電位，第一電晶體111的第一端及第二端導通，此時，資料電壓被傳送到電容113的第一端，且電容113根據資料電壓改變其跨壓。另一方面，當掃描信號是低電位，第一電晶體111的第一端及第二端不導通。此時，電容113保持其跨壓，且第二電晶體112因為電容113跨壓和電源電壓VDD而操作於飽和區並產生如下所示的驅動電流，以促使OLED 120發出強度與驅動電流大小相關的光。

其中，對於第二電晶體112而言，k₁₁₂ 是其元件互導參數，V_GS,112 是閘(Gate)極與源(Source)極的跨壓，而V_TH,112 是其臨界電壓。而OLED 120的陽極電壓V _OLED 是由初始陽極電壓V _{OLED 0} 經過△V _OLED 變異而形成。而第二電晶體112的臨界電壓V _{TH ,112} 是由初始臨界電壓V _{TH 0,112} 經過△V _{TH ,112} 變異而形成。

當電壓控制器7將初始資料電壓V _{DATA 0} 調整為V _DATA ＝V _{DATA 0} ＋V _Diff ，且V _Diff ＝△V _OLED ＋△V _{TH ,112} 時，驅動電流會僅與V _DATAO 、V _{OLED 0} 、V _{TH 0,112} 相關。由於不同像素電路11的V _{OLED 0} 、 _{VTH 0,112} 均相同，所以驅動電流只受V _{DATA 0} 影響。

也就是說，在初始偵測模式和使用偵測模式(由補償電路5的說明段落可知各像素電路11收到的初始資料電壓V _{DATA 0} 都會相同)中，若是電壓控制器7的調整量達到V _Diff ＝△V _OLED ＋△V _{TH ,112} ，那麼該等驅動電流將會維持等量電流，進而改善該等OLED 120的發光效率。

參閱圖7，對於習知採用2T1C架構的像素電路11而言，不論(第二電晶體112的寬長比)為何值，驅動電流都會隨操作時間而大幅衰減約20%。而本發明利用電壓回溯補償方式，可使驅動電流獲得改善，甚至幾乎不會受到操作時間的影響。

參閱圖8，然而，OLED 120材料仍會隨操作時間增長而老化，即使通過等量的驅動電流，發光亮度依然會下降。但本發明因為採用電壓回溯補償方式，能使得OLED 120發光亮度遠比習知像素電路11改善許多。

綜上所述，由於習知技術多是藉由增加驅動電路110的元件數來降低第二電晶體之臨界電壓的變異程度，造成開口率相對降低。而本發明顯示器在不增加驅動電路110之元件數(維持2T1C架構)的前提下改以補償電路5來實現，除了較為提升開口率，更可有效增進該等OLED 120的亮度一致性及改善亮度衰減現象，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不 能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧陣列模組

11‧‧‧像素電路

110‧‧‧驅動電路

111‧‧‧第一電晶體

112‧‧‧第二電晶體

113‧‧‧電容

120‧‧‧有機發光二極體

2‧‧‧時序控制器

3‧‧‧掃描驅動器

4‧‧‧資料驅動器

41‧‧‧數位至類比轉換器

42‧‧‧資料產生單元

5‧‧‧補償電路

51‧‧‧判斷裝置

560‧‧‧常態操作器

561‧‧‧第一電晶體

570‧‧‧初始偵測器

571‧‧‧第一電晶體

572‧‧‧第二電晶體

573‧‧‧電流比較器

580‧‧‧使用偵測器

581‧‧‧第一電晶體

582‧‧‧第二電晶體

583‧‧‧電流比較器

6‧‧‧記憶裝置

7‧‧‧電壓控制器

8‧‧‧電流產生單元

M1‧‧‧第一P型電晶體

M2‧‧‧第二P型電晶體

M3‧‧‧第一N型電晶體

M4‧‧‧第二N型電晶體

M5‧‧‧第一CMOS反相器

M6‧‧‧第二CMOS反相器

M7‧‧‧第三CMOS反相器

圖1是一習知顯示器的電路圖；圖2是一示意圖，說明隨著顯示器尺寸增大，實際遞送到每一像素電路的電源電壓逐漸衰減；圖3是一方塊圖，說明本發明顯示器之一較佳實施例；圖4是一方塊圖，說明判斷裝置電連接屬於同一列的像素電路；圖5是一示意圖，說明測試電壓隨比較訊息改變；圖6是一電路圖，說明本較佳實施例的電流比較器；圖7是一示意圖，說明本較佳實施例的驅動電流幾乎不隨操作時間而衰減；及圖8是一示意圖，說明本較佳實施例能改善OLED的亮度。

11‧‧‧像素電路

110‧‧‧驅動電路

111‧‧‧第一電晶體

112‧‧‧第二電晶體

113‧‧‧電容

120‧‧‧有機發光二極體

51‧‧‧判斷裝置

560‧‧‧常態操作器

561‧‧‧第一電晶體

570‧‧‧初始偵測器

571‧‧‧第一電晶體

572‧‧‧第二電晶體

573‧‧‧電流比較器

580‧‧‧使用偵測器

581‧‧‧第一電晶體

582‧‧‧第二電晶體

583‧‧‧電流比較器

Claims (12)

1. 一種顯示器，包含：一陣列模組，包括M條掃描線、N條資料線及M×N個呈陣列排列且分成複數組的像素電路，該等掃描線與該等資料線相互交錯而構成M×N個交會處，且每一像素電路相對應其中一交會處設置；一掃描驅動器，用以致能該等掃描線；一電壓控制器，輸出複數參考電壓；一資料驅動器，根據該等參考電壓修正一影像信號，且在至少一掃描線被致能時將修正後的影像信號送入該等資料線，而促使每一像素電路產生一驅動電流；及一補償電路，偵測該等像素電路所輸出之驅動電流的變異情形，以輸出一使用比較訊息及一代表發生變異之像素電路位置的位置指示，以供該電壓控制器調整該等參考電壓，而使該資料驅動器修正該影像信號，來讓每一像素電路發出相關驅動電流的亮度；其中，該補償電路包括至少一判斷裝置，該判斷裝置電連接屬於同一組的像素電路並具有一使用偵測器；該使用偵測器具有一電流比較器及一在導通狀態與非導通狀態間切換的第一電晶體；該使用偵測器中，在該第一電晶體處於導通狀態，且該電流比較器比較得知來自該組像素電路的驅動電流小於一參考電流時，該電流比較器會輸出該使用比較訊息，以供該電壓控制器調整該等參考電壓。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之顯示器，其中，該資料驅動器視每一資料線所載信號為一資料電壓，該判斷裝置會因為該使用偵測器的第一電晶體處於導通狀態而進入一使用偵測模式，且屬於同一組的像素電路所接收的資料電壓都相同。
3. 依據申請專利範圍第1項所述之顯示器，其中，該資料驅動器視每一資料線所載信號為一資料電壓，該判斷裝置會因為該使用偵測器的第一電晶體處於導通狀態而進入一使用偵測模式，且屬於同一組的像素電路中，僅有一像素電路接收該資料電壓。
4. 依據申請專利範圍第2項所述之顯示器，其中，該判斷裝置更具有一初始偵測器，其具有一電流比較器及一在導通狀態與非導通狀態間切換的第一電晶體；該判斷裝置會因為該初始偵測器的第一電晶體處於導通狀態而進入一初始偵測模式，且屬於同一組的像素電路中，僅有一像素電路接收該資料電壓；當該初始偵測器的電流比較器比較得知來自收到該資料電壓之像素電路的驅動電流小於另一參考電流，會輸出一初始比較訊息。
5. 依據申請專利範圍第1項所述之顯示器，其中，該判斷裝置更具有一常態操作器，而該常態操作器具有一在導通狀態與非導通狀態間切換的第一電晶體；該判斷裝置會因為該常態操作器的第一電晶體處於導通狀態而進入一正常使用模式，以導引來自該組像素電路的驅動電流 到地。
6. 依據申請專利範圍第4項所述之顯示器，其中，該使用偵測器更具有一第二電晶體，且該初始偵測器更具有一第二電晶體；當該使用偵測器的第二電晶體處於導通狀態時，會將來自該組像素電路的驅動電流導引到該使用偵測器的電流比較器；當該初始偵測器的第二電晶體處於導通狀態時，會將收到該資料電壓之像素電路的驅動電流導引到該初始偵測器的電流比較器。
7. 一種補償電路，適用於接收來自至少一組像素電路的驅動電流，且該組像素電路是根據至少一資料電壓來產生該驅動電流，該補償電路包括：至少一具有一使用偵測器的判斷裝置，該使用偵測器具有一電流比較器及一在導通狀態與非導通狀態間切換的第一電晶體；在該第一電晶體處於導通狀態，且該電流比較器比較得知該驅動電流小於一參考電流時，該電流比較器會輸出一使用比較訊息，以調整該資料電壓。
8. 依據申請專利範圍第7項所述之補償電路，其中，該判斷裝置會因為該使用偵測器的第一電晶體處於導通狀態而進入一使用偵測模式，且該組像素電路所接收的資料電壓都相同。
9. 依據申請專利範圍第7項所述之補償電路，其中，該判斷裝置會因為該使用偵測器的第一電晶體處於導通狀態 而進入一使用偵測模式，且該組像素電路中，僅有一像素電路接收該資料電壓。
10. 依據申請專利範圍第8項所述之補償電路，其中，該判斷裝置更具有一初始偵測器，其具有一電流比較器及一在導通狀態與非導通狀態間切換的第一電晶體；該判斷裝置會因為該初始偵測器的第一電晶體處於導通狀態而進入一初始偵測模式，且該組像素電路中，僅有一像素電路接收該資料電壓；當該初始偵測器的電流比較器比較得知收到該資料電壓之像素電路的驅動電流小於另一參考電流，會輸出一初始比較訊息。
11. 依據申請專利範圍第7項所述之補償電路，其中，該判斷裝置更具有一常態操作器，而該常態操作器具有一在導通狀態與非導通狀態間切換的第一電晶體；該判斷裝置會因為該常態操作器的第一電晶體處於導通狀態而進入一正常使用模式，以導引該驅動電流到地。
12. 依據申請專利範圍第10項所述之補償電路，其中，該使用偵測器更具有一第二電晶體，且該初始偵測器更具有一第二電晶體；當該使用偵測器的第二電晶體處於導通狀態時，會將該驅動電流導引到該使用偵測器的電流比較器；當該初始偵測器的第二電晶體處於導通狀態時，會將收到該資料電壓之像素電路的驅動電流導引到該初始偵測器的電流比較器。