TWI412000B - 畫素補償電路 - Google Patents
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Description
本發明關於一種畫素補償電路，詳言之，係關於一種補償臨界電壓變異及電流衰減之畫素補償電路。
參考圖1A及1B，其顯示實際製作a-Si:H薄膜電晶體(TFT)之量測示意圖。由圖1A及1B可知當TFT長時間處在電壓偏壓下，會導致TFT元件特性的衰減，如臨界電壓(VTH
)的漂移或電子移動率的衰減等現象。為了加速TFT衰減的現象，我們將預測試的元件處於高壓的情況來進行觀察與分析，由圖1A及1B可知，當TFT在常溫下，閘極端點受到20V的電壓偏壓，當經過3600秒的時候，可以發現到此元件的VTH
值漂移了近似1.3V的差值，而現今AMOLED(Active-Matrix Organic Light Emitting Diode)畫素補償電路大部分皆是利用非晶矽(a-Si:H)的製程進行設計，因此為了維持面板畫面的均勻性，畫素補償電路內具備VTH
補償能力是必須且必要的設計。
參考圖2及圖3，其顯示習知補償臨界電壓變異之畫素補償電路示意圖。第一習知畫素補償電路10包括四個電晶體11、12、13、14及一個電容15；第二習知畫素補償電路20包括四個電晶體21、22、23、24及一個電容25，兩者均利用外部電路偵測電晶體之臨界電壓變動及有機發光二極體16、26(OLED)之衰減情形，並進行臨界電壓及有機發光二極體之補償。但上述習知方式會造成驅動訊號複雜，且會受到OLED面板解析度的限制。
另外，習知畫素補償電路可利用畫素元件數與控制訊號的設計進行補償，但其大部分皆會導致複雜的控制訊號與過多的元件數，造成畫素內開口率過低的現象。
因此，有必要提供一種創新且具進步性的畫素補償電路，以解決上述問題。
本發明提供一種畫素補償電路，其包括：一第一電晶體、一第二電晶體、一第三電晶體及一電容。該第一電晶體具有一閘極、一第一極及一第二極，該閘極連接至一第一控制訊號，該第一極連接至一第二控制訊號。該第二電晶體具有一閘極、一第一極及一第二極，該閘極連接至該第一電晶體之該第二極，該第二電晶體連接一發光二極體。該第三電晶體具有一閘極、一第一極及一第二極，該閘極連接至該第一極，該第三電晶體連接該發光二極體、該第二電晶體及一偵測電壓。該電容連接該第二電晶體之該閘極及該第二極。
本發明畫素補償電路採用3T1C之電路架構，利用兩個電晶體之間不同的衰減程度進行電流穩定度的調整，與習知畫素補償電路相比，不需要額外的驅動時間即可達到電流穩定的目的。此外利用電流偵測的方式，透過偵測電流調變相對應的偵測電壓，以達到改善OLED亮度衰減的現象，有效提昇面板的使用壽命。
參考圖4，其顯示本發明第一實施例畫素補償電路之電路示意圖。本發明第一實施例畫素補償電路40包括：一第一電晶體41、一第二電晶體42、一第三電晶體43及一電容44。該第一電晶體41具有一閘極、一第一極411及一第二極412，該閘極連接至一第一控制訊號，該第一極411連接至一第二控制訊號。在本實施例中，該第一控制訊號為一掃瞄訊號VSCAN
，該第二控制訊號為一資料訊號VDATA
。
該第二電晶體42具有一閘極、一第一極421及一第二極422，該閘極連接至該第一電晶體41之該第二極412，該第二電晶體42連接一發光二極體45。在本實施例中，該第二電晶體42之該第一極421連接該發光二極體45及該第三電晶體43之第二極432，該第二電晶體42之該第二極422連接一接地端VSS
。
該第三電晶體43具有一閘極、一第一極431及一第二極432，該閘極連接至該第一極431，該第三電晶體43連接該發光二極體45、該第二電晶體42及一偵測電壓VDET
。在本實施例中，該第三電晶體43之該第一極431連接該偵測電壓VDET
。該電容44連接該第二電晶體42之該閘極及該第二極422。
本發明第一實施例畫素補償電路40係採用3個薄膜電晶體(TFT)與1個儲存電容，控制訊號包含一組掃描訊號(VSCAN
)、一組資料訊號(VDATA
)及一組偵測電壓訊號(VDET
)，在本實施例中，該發光二極體45係為有機發光二極體(OLED)，操作模式可以分為兩種：顯示模式(Displaying mode)與偵測階段(Detecting mode)，其操作模式介紹如下：
1.顯示模式(Displaying mode)：操作方式與習知2T1C電路相同，當掃描訊號VSCAN
由一低電壓切換為一高電壓時，該第一電晶體41導通，此時資料訊號VDATA
輸入至畫素內的儲存電容44，而當掃描訊號VSCAN
由該高電壓切換為該低電壓時，則該發光二極體進入正常發光的階段。所設計之畫素電路其電流公式如下所示：
I OLED
=I T 2
-I T 3
(1)
由於該第二電晶體42與該第三電晶體43皆操作於飽和區，因此公式(1)可表示為
因此為了瞭解IOLED
對臨界電壓(VTH
)變化的影響，將公式(2)對VTH
作偏微分以分析IOLED
對VTH
變異的敏感度(Sensitivity)，因此公式(2)可表示為
因此為了使OLED電流不受到VTH
變異的影響，選擇適當的TFT尺寸大小與VDET
的電壓值，使得公式(3)趨近於零，即可達到預期之目標。而VTH
的變異量與TFT受到的電壓偏壓及偏壓時間有正相關，由於IT2
大於IT3
，且該第二電晶體42受到的偏壓亦較該第三電晶體43來的大而導致ΔVTH2
比ΔVTH3
還要嚴重，因此為了使公式(3)趨近於零，該第三電晶體43的元件大小必須設計比該第二電晶體42還要來的大，亦即該第三電晶體43之轉導參數(transconductance parameter)k 3
大於該第二電晶體42之轉導參數k 2
，使其達到動態平衡的目的。
由上述公式及圖4之電路圖可以發現，本發明之畫素補償電路40設計其驅動方式與習知2T1C相同，不需要額外的操作時間即可降低VTH
變異對OLED電流的影響，並可改善VTH
變異造成面板亮度不均勻之問題，相較於習知畫素補償電路，本發明之畫素補償電路40更適用於高解析度之面板使用。
2.偵測階段(Detecting mode)：由於長時間的使用之下，OLED材料會逐漸老化導致發光效率下降，進而使面板亮度衰減，因此本發明之畫素補償電路40利用流經該第三電晶體43的電流值(IT3
)來偵測OLED特性衰減幅度，特別地，利用流經該第三電晶體43的電流值(IT3
)變化(衰減量)來偵測OLED特性衰減幅度，透過公式調變適當的VDET
電壓值，以維持面板亮度的均勻性。由公式(1)可知IOLED
是由流過該第二電晶體42與該第三電晶體43的電流差值來決定，因此當經過n小時之後，且VDET
電壓改變時，IOLED
可以表示為如下：
調整前I OLED
(n
)=I T 2
(n
)-I T 3
(n
) (4)
調整後I OLED
(n
) '
=I T 2
(n
)-I T 3
(n
) '
(5)
因此在此定義IOLED
的補償量(ΔICOM
)可以表示為
其中IOLED
(n)'表示調整過後的OLED電流，IT3
(n)與IT3
(n)'分別表示經過n小時之後的調整前與調整後的該第三電晶體43電流值，而IT3
(0)與α則為該第三電晶體43的原始電流及IT3
的衰減幅度。由公式(6)可以將IT3
(n)'表示為
由於該第三電晶體43是Diode Connection，將其電流飽和公式帶入如下所示
將公式(8)整理，可以得到所需要的VDET
調變量如下所示
其中K為一個固定的常數，會根據不同的OLED材料衰減程度進行修正與改善，由公式(9)可以知道VDET
可根據不同的IT3
衰減量進行調變，以改善面板亮度衰減的現象。
綜上所述，本發明畫素補償電路40不需要額外的驅動時間即可不受到VTH
變異的影響，達到動態平衡與穩定電流的作用；此外利用電流偵測的方式，透過IT3
電流的偵測調變相對應的偵測電壓VDET
，本發明畫素補償電路40可以改善長時間使用之下，OLED面板亮度下降的現象，進而提昇面板的使用壽命。另外，本發明畫素補償電路40僅需要一組偵測電壓進行偵測調變與穩定，有效改善面板開口率，且控制訊號簡易，大幅降低實際畫素電路的實現。
參考圖6，其顯示本發明第一實施例畫素補償電路之實際量測結果(時間對電流)示意圖。為了驗證上述所提之公式(1)到公式(3)，將本發明畫素補償電路40之測試電路進行高溫高壓的測試，由圖6可知，當測試電路操作在600
C的情況下，其初始OLED電流為2.7μA，經過50000秒的時候，本發明畫素補償電路40其IOLED
僅衰減5%，而習知的2T1C畫素電路卻已經衰減34%，因此本發明畫素補償電路40的確可以達到OLED電流的動態平衡，有效的降低VTH
變異對IOLED
的影響。
參考圖7，其顯示本發明畫素補償電路OLED電流增加及偵測電壓調變的測試示意圖。透過α的變動，由上述公式(4)到公式(9)可以換算出所需要的VDET
調變量，由圖7可知，隨著施壓時間，VDET
由原先設計的16.5V逐漸調變為16.16V，當K設定為3，則IOLED
則可以上升為原來的10%，因此若使用不同的OLED材料，其發光效率的衰減程度亦不同，將K設定為不同的參數值便可得到不同的OLED電流上升幅度，進而改善面板亮度的衰減，有效的提昇面板的使用壽命。
參考圖5，其顯示本發明第二實施例畫素補償電路之電路示意圖。本發明第二實施例畫素補償電路50包括：一第一電晶體51、一第二電晶體52、一第三電晶體53及一電容54。該第一電晶體51具有一閘極、一第一極511及一第二極512，該閘極連接至一第一控制訊號，該第一極連接至一第二控制訊號。在本實施例中，該第一控制訊號為一掃瞄訊號VSCAN
，該第二控制訊號為一資料訊號VDATA
。
該第二電晶體52具有一閘極、一第一極521及一第二極522，該閘極連接至該第一電晶體51之該第二極512，該第二電晶體52連接一發光二極體55。在本實施例中，該第二電晶體52之該第二極522連接該發光二極體55及該第三電晶體53之第一極531，該第二電晶體52之該第一極521連接一電源端VDD
。
該第三電晶體53具有一閘極、一第一極531及一第二極532，該閘極連接至該第一極531，該第三電晶體53連接該發光二極體55、該第二電晶體52及一偵測電壓VDET
。在本實施例中，該第三電晶體53之該第二極532連接該偵測電壓VDET
。該電容54連接該第二電晶體52之該閘極及該第二極522。
利用本發明第二實施例畫素補償電路50亦可達到上述本發明第一實施例畫素補償電路40之功效。
惟上述實施例僅為說明本發明之原理及其功效，而非用以限制本發明。因此，習於此技術之人士對上述實施例進行修改及變化仍不脫本發明之精神。本發明之權利範圍應如後述之申請專利範圍所列。
10．．．第一習知畫素補償電路
11、12、13、14．．．電晶體
15．．．電容
16．．．有機發光二極體
21．．．第二習知畫素補償電路
21、22、23、24．．．電晶體
25．．．電容
26．．．有機發光二極體
40．．．本發明第一實施例畫素補償電路
41．．．第一電晶體
42．．．第二電晶體
43．．．第三電晶體
44．．．電容
45．．．發光二極體
50．．．本發明第二實施例畫素補償電路
51．．．第一電晶體
52．．．第二電晶體
53．．．第三電晶體
54．．．電容
55．．．發光二極體
411．．．第一電晶體之第一極
412．．．第一電晶體之第二極
421．．．第二電晶體之第一極
422．．．第二電晶體之第二極
431．．．第三電晶體之第一極
432．．．第三電晶體之第二極
511．．．第一電晶體之第一極
512．．．第一電晶體之第二極
521．．．第二電晶體之第一極
522．．．第二電晶體之第二極
531．．．第三電晶體之第一極
532．．．第三電晶體之第二極
圖1A及1B顯示實際製作a-Si:H薄膜電晶體(TFT)之量測示意圖；
圖2及圖3顯示習知補償臨界電壓變異之畫素補償電路示意圖；
圖4顯示本發明第一實施例畫素補償電路之電路示意圖；
圖5顯示本發明第二實施例畫素補償電路之電路示意圖；
圖6顯示本發明第一實施例畫素補償電路之實際量測結果(時間對電流)示意圖；及
圖7顯示本發明畫素補償電路OLED電流增加及偵測電壓調變的測試示意圖。
40．．．本發明第一實施例畫素補償電路
41．．．第一電晶體
42．．．第二電晶體
43．．．第三電晶體
44．．．電容
45．．．發光二極體
411．．．第一電晶體之第一極
412．．．第一電晶體之第二極
421．．．第二電晶體之第一極
422．．．第二電晶體之第二極
431．．．第三電晶體之第一極
432．．．第三電晶體之第二極
Claims (8)
- 一種畫素補償電路，包括：一第一電晶體，具有一閘極、一第一極及一第二極，該閘極連接至一第一控制訊號，該第一極連接至一第二控制訊號；一第二電晶體，具有一閘極、一第一極及一第二極，該閘極連接至該第一電晶體之該第二極，該第二電晶體連接一發光二極體；一第三電晶體，具有一閘極、一第一極及一第二極，該閘極連接至該第一極，該第三電晶體連接該發光二極體、該第二電晶體及一偵測電壓；及一電容，連接該第二電晶體之該閘極及該第二極。
- 如請求項1之畫素補償電路，其中該第二電晶體之該第一極連接該發光二極體及該第三電晶體之該第二極，該第三電晶體之該第一極連接該偵測電壓，該第二電晶體之該第二極連接一接地端。
- 如請求項1之畫素補償電路，其中該第二電晶體之該第二極連接該發光二極體及該第三電晶體之該第一極，該第三電晶體之該第二極連接該偵測電壓，該第二電晶體之該第一極連接一電源端。
- 如請求項1之畫素補償電路，其中該第一控制訊號為一掃瞄訊號，該第二控制訊號為一資料訊號。
- 如請求項4之畫素補償電路，其中該掃瞄訊號由一低電壓切換為一高電壓時，該第一電晶體導通，該資料訊號輸入至該電容，該掃瞄訊號由該高電壓切換為該低電壓時，該發光二極體為發光階段。
- 如請求項5之畫素補償電路，其中該第二電晶體及該第三電晶體操作於飽和區，該第三電晶體之轉導參數(transconductance parameter)大於該第二電晶體之轉導參數。
- 如請求項1之畫素補償電路，其中依據流經該第三電晶體之電流，調變該偵測電壓。
- 如請求項7之畫素補償電路，其中依據流經該第三電晶體之電流衰減量，調變該偵測電壓。
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