TWI410929B - 有機發光二極體的畫素電路及其顯示器與驅動方法 - Google Patents

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Description

有機發光二極體的畫素電路及其顯示器與驅動方法
本發明是有關於一種平面顯示技術，且特別是有關於一種有機發光二極體顯示器的畫素電路及其驅動方法。
近幾年來，平面顯示技術的發展不斷的推陳出新，其中有機發光二極體(organic light emitting diode,OLED)，又稱為有機電激發光(organic electroluminescence,OEL)，擁有其他平面顯示器技術不易達到之新一代技術，包括省電、超薄厚度、重量輕、自發光、無視角限制、反應速度快、光電效率高、無需背光結構與彩色濾光片結構、高對比、高輝度效率、高亮度、多色及彩色(RGB)元件製作能力、使用溫度範圍廣等優點，被視為是未來最具有發展潛力的平面顯示技術之一。
現今OLED顯示器大致可分為被動式矩陣(passive matrix,PM)OLED顯示器與主動式矩陣(active matrix,AM)OLED顯示器。前者的驅動方式主要是利用掃描手段/機制來瞬間產生高亮度，故而耗電力較高、元件較易劣化，而且不適合發展高解析度面板；另外，後者主要驅動方式為利用薄膜電晶體(TFT)元件，並且搭配電容來儲存不同的資料訊號，藉以控制面板上之各個畫素的灰階(grayscale)。
由於AMOLED顯示器在掃描過後，畫素仍然能保持原有的亮度，而且AMOLED顯示器並不需要驅動到非常高的亮度。因此，相較於PMOLED顯示器而言，AMOLED顯示器不但可以達到較佳的壽命表現，且也可以達成高解析度的需求。因此，目前研究均朝向可用於大型面板的AMOLED顯示器前進。
如圖1所示，傳統的AMOLED顯示器的畫素電路100大多採用2T1C的架構，亦即兩顆薄膜電晶體T1與T2加上單一電容C。一般而言，畫素電路100係受到掃描訊號Vscan與資料訊號Vdata的驅動而發光，而所呈現的亮度係正比/反比於資料訊號Vdata的強度。
在實務上，由於AMOLED顯示器內之各畫素電路100的系統高電壓OVDD都連接在一起，以至於當各畫素電路100受到其所對應之掃描訊號Vscan與資料訊號Vdata的驅動時，由於流過用以傳遞系統高電壓OVDD之線路上的電流會與線路本身所具有的阻抗產生壓降效應。如此一來，將會造成各畫素電路100所接收到的系統高電壓OVDD有所差異。
再加上，由於製程的影響，各畫素電路100中用以驅動有機發光二極體(OLED)OD的薄膜電晶體T2之臨限電壓(threshold voltage,Vth)很有可能都不相同。因此，反應於各畫素電路100所接收到之系統高電壓OVDD有所差異以及各畫素電路100中用以驅動有機發光二極體(OLED)OD的薄膜電晶體T2之臨限電壓均不相同的情況下，將會導致就算施加相同的資料訊號Vdata至各畫素電路100，也會造成流經各畫素電路100之有機發光二極體(OLED)OD的電流相異，從而使得各畫素電路100所呈現的亮度也會不同，而這也是影響OLED面板顯示不均勻性的主因。
有鑒於此，本發明提供一種有機發光二極體(OLED)顯示器的畫素電路及其驅動方法，其得以有效地改善/解決OLED面板顯示不均勻性的問題。
本發明提出一種畫素電路，其包括第一電晶體、第二電晶體、第三電晶體、第一電容、第二電容，以及發光元件(OLED)。其中，第一電晶體的閘極用以接收第一掃描訊號，而第一電晶體的第一汲/源極則用以接收資料訊號。第二電晶體的閘極用以接收第二掃描訊號，而第二電晶體的第一汲/源極則用以接收參考訊號。第一電容的第一端電性連接第一電晶體的第二汲/源極，而第一電容的第二端則電性連接第二電晶體的第二汲/源極。第三電晶體的閘極電性連接第一電晶體的第二汲/源極，第三電晶體的第一汲/源極電性連接至第一電壓，而第三電晶體的第二汲/源極則電性連接第二電晶體的第二汲/源極。第二電容的第一端電性連接第三電晶體的第一汲/源極，而第二電容的第二端則電性連接第三電晶體的第二汲/源極。發光元件的第一端電性連接第三電晶體的第二汲/源極，而發光元件的第二端則電性連接至第二電壓。
在本發明之一實施例中，發光元件的第一端與第二端分別為陽極與陰極，而第一電壓與第二電壓分別為系統高電壓與系統低電壓。在此條件下，第一、第二以及第三電晶體各別為N型電晶體。
在本發明之另一實施例中，發光元件的第一端與第二端分別為陰極與陽極，而第一電壓與第二電壓分別為系統低電壓與系統高電壓。在此條件下，第一、第二以及第三電晶體各別為P型電晶體。
本發明另提出一種具有上述本發明所提出之畫素電路的顯示器。
本發明更提出一種適於驅動上述本發明所提出之畫素電路的驅動方法，其包括：於畫面期間的重置期間，重置第三電晶體之閘極與第二汲/源極的電壓準位；於相同畫面期間的儲存期間，記錄第三電晶體的臨限電壓；於相同畫面期間的寫入期間，寫入資料訊號至發光元件；以及於相同畫面期間的發光期間，僅反應於資料訊號而致使發光元件發光。
基於上述，本發明所提出的畫素電路係採用3T2C的架構(亦即三顆薄膜電晶體加上二個電容)，且其電路態樣受到相應之掃描訊號與資料訊號的驅動後，將可致使畫素電路所呈現的亮度僅與資料訊號有關，而與驅動發光元件之電晶體的臨限電壓、畫素電路所接收之系統高電壓以及發光元件之陽陰極的跨壓無關，從而得以有效地改善/解決OLED面板顯示不均勻性的問題。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
現將詳細參考本發明之示範性實施例，在附圖中說明所述示範性實施例之實例。另外，凡可能之處，在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件代表相同或類似部分。
圖2A繪示為本發明一實施例之有機發光二極體(OLED)顯示器的系統方塊圖。請參照圖2A，有機發光二極體顯示器200包括時序控制器(timing controller,T-con)210、資料驅動裝置(data driving device)220、掃描驅動裝置(scan driving device)230與240、顯示面板(display panel)250，以及參考訊號產生裝置(reference signal generating device)260。
於本實施例中，顯示面板250包括至少一資料線DL、至少兩掃描線SL1與SL2，以及至少一畫素電路Pix。其中，資料線DL電性連接資料驅動裝置220，用以接收資料驅動裝置220受控於時序控制器210所提供的資料訊號Vdata。掃描線SL1電性連接第一掃描驅動裝置230，用以接收掃描驅動裝置230受控於時序控制器210所提供的掃描訊號Vscan1。掃描線SL2電性連接掃描驅動裝置240，用以接收掃描驅動裝置240受控於時序控制器210所提供的第二掃描訊號Vscan2。
另一方面，畫素電路Pix包括電晶體T1~T3(例如為薄膜電晶體)、電容C1與C2，以及發光元件OD。其中，電晶體T1~T3為N型電晶體，而發光元件OD為有機發光二極體(OLED)。於本實施例中，N型電晶體T1的閘極(gate)電性連接掃描線SL1以接收掃描訊號Vscan1；而N型電晶體T1的汲極(drain)則電性連接資料線DL以接收資料訊號Vdata。N型電晶體T2的閘極電性連接掃描線SL2以接收掃描訊號Vscan2；而N型電晶體T2的汲極則用以接收參考訊號產生裝置260所提供的參考訊號Vsus。
電容C1的第一端電性連接N型電晶體T1的源極，而電容C1的第二端則電性連接N型電晶體T2的源極。N型電晶體T3的閘極電性連接N型電晶體T1的源極，N型電晶體T3的汲極電性連接至系統高電壓OVDD，而N型電晶體T3的源極則電性連接N型電晶體T2的源極。電容C2的第一端電性連接N型電晶體T3的汲極，而電容C2的第二端則電性連接N型電晶體T3的源極。發光元件OD的陽極(anode)電性連接N型電晶體T3的源極，而發光元件OD的陰極(cathode)則電性連接至系統低電壓OVSS。
基於上述，以下將針對畫素電路Pix的運作做一詳加描述給本發明領域具有通常知識者參詳。
圖2B繪示為圖2A之畫素電路Pix的驅動波形圖。圖3A至圖3D繪示為圖2A之畫素電路Pix的運作示意圖。請先參照圖2B，於本實施例中，OLED顯示器200的一個畫面期間(frame period)係由重置期間(reset period)P1、儲存期間(storing period)P2、寫入期間(writing period)P3以及發光期間(emission period)P4所組成。
接著，請合併參照圖2B與圖3A，在重置期間P1，由於掃描訊號Vscan1與Vscan2皆處於致能(enable)的狀態，以至於N型電晶體T1與T2皆會導通(turn on)。此時，資料驅動裝置220會提供具有參考電壓VR的資料訊號Vdata給畫素電路Pix，藉以對畫素電路Pix進行預充電(pre-charge)，並且重置N型電晶體T3之閘極的電壓準位。另一方面，參考訊號產生裝置260會提供參考訊號Vsus給畫素電路Pix，藉以重置N型電晶體T3之源極的電壓準位。其中，參考電壓VR的電壓準位大於參考訊號Vsus的電壓準位。如此一來，節點A的電壓準位(亦即N型電晶體T3的閘極電壓)等於參考電壓VR的電壓準位；而節點B的電壓準位(亦即N型電晶體T3的源極電壓)等於參考訊號Vsus的電壓準位。
緊接著，請合併參照圖2B及圖3B，在儲存期間P2，由於掃描訊號Vscan1與Vscan2分別處於致能與禁能(disable)的狀態，以至於N型電晶體T1會維持導通，而N型電晶體T2轉為關閉(turn off)。此時，由於資料驅動裝置220會持續提供具有參考電壓VR的資料訊號Vdata給畫素電路Pix，以至於節點A的電壓準位還是等於參考電壓VR的電壓準位，而節點B的電壓準位等於VR-Vth，電容C1從而紀錄N型電晶體T3的臨限電壓(Vth)。其中，VR為參考電壓VR的電壓準位；而Vth為N型電晶體T3的臨限電壓。
之後，請合併參照圖2B及圖3C，在寫入期間P3，由於掃描訊號Vscan1與Vscan2分別處於致能與禁能的狀態，以至於N型電晶體T1會維持導通，而N型電晶體T2會維持關閉。此時，由於資料驅動裝置220會轉為提供具有資料電壓VD的資料訊號Vdata給畫素電路Pix(亦即提供具有資料電壓VD的資料訊號Vdata給N型電晶體T3的閘極)，以至於節點A的電壓準位改變為資料電壓VD的電壓準位，而節點B的電壓準位等於VR-Vth+a*(VD-VR)。其中，a=C1/(C1+C2)；C1為電容C1的電容值；C2為電容C2的電容值；而VD為資料電壓VD的電壓準位。
最後，請合併參照圖2B及圖3D，在發光期間P4，由於掃描訊號Vscan1與Vscan2皆處於禁能的狀態，以至於N型電晶體T1與T2皆會關閉。此時，節點A的電壓準位等於VD+Voled+OVSS-a*(VD-VR)+Vth-VR，而節點B的電壓準位等於Voled+OVSS。其中，Voled為發光元件OD之陽陰極的誇壓。如此一來，流經發光元件OD的電流等於K*[(1-a)*(VD-VR)]2 。其中，K為關聯於N型電晶體T3的製程參數，一般為常數。
由此可知，在發光期間P4，流經發光元件OD的電流大小僅與具有參考電壓VR與資料電壓VD的資料訊號Vdata相關(亦即發光元件OD僅反應於資料訊號Vdata而發光)，而與畫素電路Pix用以驅動發光元件OD的N型電晶體T3之臨限電壓(Vth)、所接收之系統高電壓OVDD以及發光元件OD之陽陰極的跨壓(Voled)無關。因此，本實施例之畫素電路Pix便可有效地改善/解決OLED面板250顯示不均勻性的問題。
上述實施例之畫素電路Pix係以三顆N型電晶體T1~T3以及兩個電容C1與C2來實現之，但是本發明並不限制於此。
圖4A繪示為本發明另一實施例之有機發光二極體(OLED)顯示器400的系統方塊圖，而圖4B繪示為圖4A之畫素電路Pix’的驅動波形圖。請合併參照圖4A與圖4B，有機發光二極體顯示器200與400不同之處係在於顯示面板250與250’的結構不同。於本實施例中，顯示面板250’內的畫素電路Pix’係與顯示面板250內的畫素電路Pix呈現互補性的結構。更清楚來說，畫素電路Pix’係以三顆P型電晶體T1~T3以及兩個電容C1與C2來實現之。如此一來，本實施例僅需將圖2B之掃描訊號Vscan1與Vscan2各別反向為圖4B之掃描訊號Vscan1’與Vscan2’以驅動畫素電路Pix’後，即可達到與上一實施例相似/類似的技術功效，故而在此並不再加以贅述之。
另一方面，上述實施例係以兩個掃描驅動裝置230與240來各別提供掃描訊號Vscan1(或Vscan1’)與Vscan2(或Vscan2’)以驅動N型電晶體T1與T2(或P型電晶體T1’與T2’)為例來進行說明，但是本發明並不限制於此。
圖5A繪示為本發明再一實施例之有機發光二極體(OLED)顯示器的系統方塊圖，而圖5B為圖5A之畫素電路Pix的驅動波形圖。請合併參照圖5A及圖5B，有機發光二極體顯示器200與500不同之處係在於有機發光二極體顯示器500僅具有一個掃描驅動裝置510而已，而且此掃描驅動裝置510可以利用現行任何一種的移位暫存機制/手段來產生掃描訊號Vscan1與Vscan2。如此一來，掃描驅動裝置510的實行方式會較易於掃描驅動裝置230與240的實行方式，且其製作成本也會相對的低廉。
於本實施例中，藉由掃描驅動裝置510所提供的掃描訊號Vscan1與Vscan2以及資料驅動裝置220所提供的資料訊號Vdata來驅動畫素電路Pix的話，則同樣可以達到與上述實施例相似/類似的技術功效，故而在此並不再加以贅述之。
然而，於此須值得一提的是，若採用如圖5B所示之掃描訊號Vscan1與Vscan2以及資料訊號Vdata來驅動畫素電路Pix的話，則唯一不同於圖2B之驅動方式的結果在於：在重置期間P1，節點A的電壓準位會等於具有資料電壓VD(N-1)之資料訊號Vdata的電壓準位，而非如上一實施例之參考電壓VR的電壓準位。除此之外，在其他期間P2~P4，節點A與B各別的電壓準位皆如同上一實施例。在圖5B中，標號VD(N-1)表示為前一筆資料訊號Vdata的資料電壓；而標號VD(N)表示為當下資料訊號Vdata的資料電壓。
綜上所述，本發明所提出的畫素電路(Pix/Pix’)係採用3T2C的架構(亦即三顆N型/P型的薄膜電晶體再加上二個電容)，且其電路態樣受到相應之掃描訊號(Vscan1/Vscan1’與Vscan2/Vscan2’)與資料訊號(Vdata)的驅動後，將可致使畫素電路所呈現的亮度僅與資料訊號有關，而與驅動發光元件(OLED)之電晶體的臨限電壓(Vth)、畫素電路所接收之系統高電壓(OVDD)以及發光元件之陽陰極的跨壓(Voled)無關，從而得以有效地改善/解決OLED面板顯示不均勻性的問題。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100、Pix、Pix’．．．畫素電路
200、400、500．．．有機發光二極體(OLED)顯示器
210．．．時序控制器
220．．．資料驅動裝置
230、240、510．．．掃描驅動裝置
250、250’．．．顯示面板
260．．．參考訊號產生裝置
A、B．．．節點
C、C1、C2．．．電容
T1~T3、T1’~T3’．．．電晶體
OD．．．有機發光二極體/發光元件
DL．．．資料線
SL1、SL2．．．掃描線
Vscan、Vscan1、Vscan2、Vscan1’、Vscan2’．．．掃描信號
Vdata．．．資料訊號
Vsus．．．參考訊號
VD、VD(N-1)、VD(N)．．．資料電壓
VR．．．參考電壓
OVDD．．．系統高電壓
OVSS．．．系統低電壓
P1．．．重置期間
P2．．．儲存期間
P3．．．寫入期間
P4．．．發光期間
圖1繪示為傳統主動式矩陣有機發光二極體(AMOLED)顯示器之畫素電路的示意圖。
圖2A繪示為本發明一實施例之有機發光二極體(OLED)顯示器的系統方塊圖。
圖2B繪示為圖2A之畫素電路的驅動波形圖。
圖3A至圖3D繪示為圖2A之畫素電路的運作示意圖。
圖4A繪示為本發明另一實施例之有機發光二極體(OLED)顯示器的系統方塊圖。
圖4B繪示為圖4A之畫素電路的驅動波形圖。
圖5A繪示為本發明再一實施例之有機發光二極體(OLED)顯示器的系統方塊圖。
圖5B為圖5A之畫素電路的驅動波形圖。
200．．．有機發光二極體(OLED)顯示器
210．．．時序控制器
220．．．資料驅動裝置
230、240．．．掃描驅動裝置
250．．．顯示面板
260．．．參考訊號產生裝置
Pix．．．畫素電路
A、B．．．節點
C1、C2．．．電容
T1~T3．．．電晶體
OD．．．有機發光二極體/發光元件
DL．．．資料線
SL1、SL2．．．掃描線
Vscan1、Vscan2．．．掃描信號
Vdata．．．資料訊號
Vsus．．．參考訊號
OVDD．．．系統高電壓
OVSS．．．系統低電壓

Claims (10)

  1. 一種畫素電路，包括：一第一電晶體，其閘極用以接收一第一掃描訊號，而其第一汲/源極用以接收一資料訊號；一第二電晶體，其閘極用以接收一第二掃描訊號，而其第一汲/源極用以接收一參考訊號；一第一電容，其第一端電性連接該第一電晶體的第二汲/源極，而其第二端電性連接該第二電晶體的第二汲/源極；一第三電晶體，其閘極電性連接該第一電晶體的第二汲/源極，其第一汲/源極電性連接至一第一電壓，而其第二汲/源極電性連接該第二電晶體的第二汲/源極；一第二電容，其第一端電性連接該第三電晶體的第一汲/源極，而其第二端電性連接該第三電晶體的第二汲/源極；以及一發光元件，其第一端電性連接該第三電晶體的第二汲/源極，而其第二端電性連接至一第二電壓。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之畫素電路，其中該發光元件的第一端與第二端分別為一陽極與一陰極，而該第一電壓與該第二電壓分別為一系統高電壓與一系統低電壓。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之畫素電路，其中該第一、該第二以及該第三電晶體各別為一N型電晶體。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之畫素電路，其中該發光元件的第一端與第二端分別為一陰極與一陽極，而該第一電壓與該第二電壓分別為一系統低電壓與一系統高電壓。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之畫素電路，其中該第一、該第二以及該第三電晶體各別為一P型電晶體。
  6. 一種顯示器，包括：一顯示面板，包括：至少一資料線，用以接收一資料訊號；至少一第一掃描線與一第二掃描線，各別接收一第一掃描訊號與一第二掃描訊號；以及至少一畫素電路，包括：一第一電晶體，其閘極電性連接該第一掃描線，而其第一汲/源極電性連接該資料線；一第二電晶體，其閘極電性連接該第二掃描線，而其第一汲/源極用以接收一參考訊號；一第一電容，其第一端電性連接該第一電晶體的第二汲/源極，而其第二端電性連接該第二電晶體的第二汲/源極；一第三電晶體，其閘極電性連接該第一電晶體的第二汲/源極，其第一汲/源極電性連接至一第一電壓，而其第二汲/源極電性連接該第二電晶體的第二汲/源極；一第二電容，其第一端電性連接該第三電晶體的第一汲/源極，而其第二端電性連接該第三電晶體的第二汲/源極；以及一發光元件，其第一端電性連接該第三電晶體的第二汲/源極，而其第二端電性連接至一第二電壓。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之顯示器，更包括：一資料驅動裝置，電性連接該資料線，用以提供該資料訊號。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之顯示器，更包括：一第一掃描驅動裝置，電性連接該第一掃描線，用以提供該第一掃描訊號；以及一第二掃描驅動裝置，電性連接該第二掃描線，用以提供該第二掃描訊號。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之顯示器，更包括：一掃描驅動裝置，電性連接該第一掃描線與該第二掃描線，用以提供該第一與該第二掃描訊號。
  10. 一種驅動方法，適於驅動如申請專利範圍第1項所述之畫素電路，該驅動方法包括：於一畫面期間的一重置期間，重置該第三電晶體之閘極與第二汲/源極的電壓準位；於該畫面期間的一儲存期間，記錄該第三電晶體的臨限電壓；於該畫面期間的一寫入期間，提供該資料訊號給該第三電晶體的閘極；以及於該畫面期間的一發光期間，致使該發光元件僅反應於該資料訊號而發光。
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