TWI445436B - A driving circuit and a pixel circuit having the driving circuit - Google Patents

A driving circuit and a pixel circuit having the driving circuit Download PDF

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Description

驅動電路及具有該驅動電路的像素電路
本發明是有關於一種驅動電路及具有該驅動電路的像素電路，特別是指一種有機發光二極體的驅動電路及具有該驅動電路的像素電路。
由於有機發光二極體(OLED)顯示器具有自發光、亮度高、反應時間快及視角廣等優點，已逐漸地受到重視及被使用。
參閱圖1，一OLED顯示器是藉由複數呈陣列式排列且可顯現不同色彩的像素電路來達到顯示影像的功能。每一像素電路包含一OLED 1及一驅動電路2，其中，該驅動電路2輸出一驅動電流IDRIVE 到該OLED 1，以使該OLED 1發出強度與該驅動電流IDRIVE 大小相關的光。
習知的第一種驅動電路2包括一第一電晶體21、一第二電晶體22及一電容23。該第一電晶體21及該第二電晶體22是N型薄膜電晶體(TFT)，且每一電晶體21、22具有一第一端、一第二端及一決定該第一端及該第二端是否導通的控制端。
該第一電晶體21的控制端接收一掃描信號SCAN。該第一電晶體21的第一端接收一資料電壓VDATA 。該第一電晶體21的第二端、該第二電晶體22的控制端及該電容23的一端電連接。該第二電晶體22的第一端接收一第一電源電壓VDD 。該第二電晶體22的第二端、該電容23的另一端及該OLED 1的陽極電連接。該OLED 1的陰極接收一第二電源電壓VSS 。
該驅動電路2的時序如圖2所示。當該掃描信號SCAN是高電位時，該第一電晶體21的第一端及第二端導通，此時，該資料電壓VDATA 被傳送到該第二電晶體22的控制端，且該電容23根據該資料電壓VDATA 改變其跨壓。當該掃描信號SCAN是低電位時，該第一電晶體21的第一端及第二端不導通，此時，該電容23保持其跨壓。該第二電晶體22根據該電容23的跨壓，產生該驅動電流IDRIVE ，如下所示： 其中，W22 /L22 是該第二電晶體22的寬長比，VC,23 是該電容23的跨壓，而VTH,22 是該第二電晶體22的臨界電壓(threshold voltage)。
由於不同的畫素電路之第二電晶體22的臨界電壓會不相同，當接收相同的資料電壓VDATA 時，不同的畫素電路所產生的驅動電流IDRIVE 會不相同，導致所發出的光之強度也會不相同。
參閱圖3，為了降低臨界電壓變異的影響，2004年10月IEEE ELECTRON DRVICE LETTERS第25卷第10期”A New Voltage－Modulated AMOLED Pixel Design Compensation for Threshold Voltage Variation in Poly－Si TFTs”揭露了習知的第二種驅動電路2’。該第二種驅動電路2’包括一第一電晶體24、一第二電晶體25、一第三電晶體26、一第四電晶體27、一第五電晶體28及一電容29。該第一至該第五電晶體24~28是P型TFT，且每一電晶體24~28具有一第一端、一第二端及一決定該第一端及該第二端是否導通的控制端。
該第一電晶體24的控制端接收一掃描信號SCAN。該第一電晶體24的第一端接收一資料電壓VDATA 。該第一電晶體24的第二端、該第二電晶體25的第一端、該第三電晶體26的控制端及該第三電晶體26的第一端電連接(以下稱為A點)。該第二電晶體25的控制端、該第二電晶體25的第二端、該第三電晶體26的第二端、該第四電晶體27的控制端及該電容29的一端電連接(以下稱為B點)。該第四電晶體27的第一端及該電容29的另一端電連接，且接收一第一電源電壓VDD 。該第四電晶體27的第二端及該第五電晶體28的第一端電連接。該第五電晶體28的控制端接收一控制信號CTRL。該第五電晶體28的第二端及該OLED 1的陽極電連接。該OLED 1的陰極接收一第二電源電壓VSS 。
該驅動電路2’的時序如圖4所示。當該掃描信號SCAN是低電位而該控制信號CTRL是高電位時，該第一電晶體24的第一端及第二端導通，而該第五電晶體28的第一端及第二端不導通，此時，該資料電壓VDATA (是低電壓)被傳送到A點，並透過該第三電晶體26降低B點的電壓，直到B點的電壓＝該資料電壓VDATA ＋|該第三電晶體26的臨界電壓|，且該第四電晶體27不產生該驅動電流IDRIVE 。
當該掃描信號SCAN是低電位且該控制信號CTRL是低電位時，該第一電晶體24的第一端及第二端導通，且該第五電晶體28的第一端及第二端導通，此時，該資料電壓VDATA (不是低電壓)被傳送到A點，並透過該第二電晶體25提高B點的電壓，直到B點的電壓＝該資料電壓VDATA －|該第二電晶體25的臨界電壓|，且該第四電晶體27根據該電容29的跨壓，產生該驅動電流IDRIVE 。
由於在每一畫素電路中，該第四電晶體27的臨界電壓對該驅動電流IDRIVE 的影響會被該第二電晶體25的臨界電壓消除，當接收相同的資料電壓VDATA 時，不同的畫素電路所產生的驅動電流IDRIVE 會相同，導致所發出的光之強度也會相同。
雖然該第二種驅動電路2’可以降低臨界電壓變異的影響，但是卻較該第一種驅動電路2多使用三個電晶體，使得該OLED顯示器的開口率(aperture ratio)(即有效發光顯示區域所佔的面積比率)下降，造成光的使用效率變差。
因此，本發明之目的即在提供一種驅動電路，可以改變臨界電壓變異的影響。
於是，本發明驅動電路包含一第一電晶體、一第二電晶體、一開關及一電容。每一電晶體具有一第一端、一第二端及一決定該第一端及該第二端是否導通的控制端。該第一電晶體的控制端及該電容的一端電連接。該第一電晶體的第一端接收一第一電源電壓。該第一電晶體的第二端、該電容的另一端、該第二電晶體的控制端及該第二電晶體的第一端電連接，並輸出一驅動電流。該第二電晶體的第二端接收一偏置電壓。該偏置電壓足以使該第二電晶體操作在飽和區。該開關接收一資料電壓，並受一掃描信號控制，以決定是否輸出該資料電壓到該第一電晶體的控制 端。流經該第一電晶體的電流會分流。
而本發明之另一目的即在提供一種像素電路，可以改變臨界電壓變異的影響，且提高開口率。
於是，本發明像素電路包含一有機發光二極體及上述的驅動電路。該驅動電路輸出該驅動電流到該有機發光二極體。
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二個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚地呈現。
參閱圖5，本發明像素電路之第一較佳實施例包含一OLED 3及一驅動電路4。該驅動電路4包括一第一電晶體41、一第二電晶體42、一開關40及一電容44。該開關40包括一第三電晶體43。該第一至該第三電晶體41~43是N型TFT，且每一電晶體41~43具有一第一端、一第二端及一決定該第一端及該第二端是否導通的控制端。
該第三電晶體43的控制端接收一掃描信號SCAN。該第三電晶體43的第一端接收一資料電壓VDATA 。該第三電晶體43的第二端、該第一電晶體41的控制端及該電容44的一端電連接。該第一電晶體41的第一端接收一第一電源電壓VDD 。該第一電晶體41的第二端、該電容44的另一端、該OLED 3的陽極、該第二電晶體42的控制端及該第二電晶體42的第一端電連接。該第二電晶體42的第二端接收一偏置電壓VBIAS 。該OLED 3的陰極接收一第二電源電 壓VSS 。
該第一較佳實施例的時序如圖6所示。當該掃描信號SCAN是高電位時，該第三電晶體43的第一端及第二端導通，此時，該資料電壓VDATA 被傳送到該第一電晶體41的控制端，且該電容44根據該資料電壓VDATA 改變其跨壓。 當該掃描信號SCAN是低電位時，該第三電晶體43的第一端及第二端不導通，此時，該電容44保持其跨壓。該第一電晶體41根據該電容44的跨壓，產生一第一電流，且該第一電流被分成一流入該第二電晶體42的第二電流及一流入該OLED 3的驅動電流IDRIVE 。值得注意的是，該偏置電壓VBIAS 能使該第二電晶體42操作在飽和區即可。
該第一電流、該第二電流及該驅動電流IDRIVE 分別如下所示：
I DRIVE =I 1 -I 2
其中，I1 是該第一電流，W41 /L41 是該第一電晶體41的寬長比，VGS,41 是該第一電晶體41的控制端及第二端的電壓差，VTH,41 是該第一電晶體41的臨界電壓，I2 是該第二電流，W42 /L42 是該第二電晶體42的寬長比，VGS,42 是該第二電晶體42的控制端及第二端的電壓差，而VTH,42 是該第二電晶體42的臨界電壓。
可以利用下式估計該驅動電流IDRIVE 的誤差：
其中，gm,41 是該第一電晶體41的互導，而gm,42 是該第二電晶體42的互導。
因此，本實施例藉由調整該第一電晶體41的寬長比及該第二電晶體42的寬長比，使得該第一電晶體41的互導及第二電晶體42的互導相同時，可以消除該第一電晶體41的臨界電壓變異對該驅動電流IDRIVE 的影響。當接收相同的資料電壓VDATA 時，不同的畫素電路所產生的驅動電流IDRIVE 會相同，導致所產生的光之強度也會相同。
當該第一電源電壓VDD =9V，該第二電源電壓VSS =-6V，該掃描信號SCAN的高電位=15V，該掃描信號SCAN的低電位=-15V，該資料電壓VDATA =2V~9V，該偏置電壓VBIAS =-3V，該第一電晶體41的寬長比=5μm/9μm，該第二電晶體42的寬長比=7μm/9μm，該第三電晶體43的寬長比=9μm/9μm，該電容44的電容值=0.5pF，且該等電晶體31~33的臨界電壓偏移是0V、-0.33V及+0.33V時，該驅動電流IDRIVE 的模擬結果如圖7所示。由圖7可知，本實施例確實可以使不同的畫素電路所產生的驅動電流IDRIVE 相同。
值得注意的是，該驅動電路4除了用於驅動該OLED 3之外，也可以用於驅動其它受電流驅動的負載，且該等電晶體41~43除了是N型TFT之外，也可以是N型金屬氧化物半導體(NMOS)。
參閱圖8，本發明像素電路之第二較佳實施例包含一 OLED 5及一驅動電路6。該驅動電路6包括一第一電晶體61、一第二電晶體62、一開關60及一電容64。該開關60包括一第三電晶體63。該第一至該第三電晶體61~63是P型TFT，且每一電晶體61~63具有一第一端、一第二端及一決定該第一端及該第二端是否導通的控制端。
該第三電晶體63的控制端接收一掃描信號SCAN。該第三電晶體63的第一端接收一資料電壓VDATA 。該第三電晶體63的第二端、該第一電晶體61的控制端及該電容64的一端電連接。該第一電晶體41的第一端及該電容64的另一端電連接，並接收一第一電源電壓VDD 。該第一電晶體61的第二端、該OLED 5的陽極及該第二電晶體42的第一端電連接。該第二電晶體62的控制端及第二端電連接，並接收一偏置電壓VBIAS 。該OLED 5的陰極接收一第二電源電壓VSS 。
該第二較佳實施例的時序如圖9所示。當該掃描信號SCAN是低電位時，該第三電晶體63的第一端及第二端導通，此時，該資料電壓VDATA 被傳送到該第一電晶體61的控制端，且該電容64根據該資料電壓VDATA 改變其跨壓。當該掃描信號SCAN是高電位時，該第三電晶體63的第一端及第二端不導通，此時，該電容64保持其跨壓。該第一電晶體61根據該電容64的跨壓，產生一第一電流，且該第一電流被分成一流入該第二電晶體62的第二電流及一流入該OLED 5的驅動電流IDRIVE 。值得注意的是，該偏置電壓VBIAS 能使該第二電晶體62操作在飽和區即可。
本實施例藉由調整該第一電晶體61的寬長比及該第二電晶體62的寬長比，使得該第一電晶體61的互導及第二電晶體62的互導相同時，可以消除該第一電晶體61的臨界電壓變異對該驅動電流IDRIVE 的影響。當接收相同的資料電壓VDATA 時，不同的畫素電路所產生的驅動電流IDRIVE 會相同，導致所發出的光之強度也會相同。
值得注意的是，該驅動電路6除了用於驅動該OLED 5之外，也可以用於驅動其它受電流驅動的負載，且該等電晶體61~63除了是P型TFT之外，也可以是P型金屬氧化物半導體(PMOS)。
歸納上述，本發明的該等實施例藉由該第二電晶體，可以改變該第一電晶體的臨界電壓變異對該驅動電流IDRIVE 的影響，當該第一電晶體的互導及該第二電晶體的互導相同時，可以消除該第一電晶體的臨界電壓變異對該驅動電流IDRIVE 的影響，而且本發明的該等實施例較利用習知的第二種驅動電路之像素電路少使用二個電晶體，可以提高開口率，因此確實能達到本發明之目的。
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。
3‧‧‧OLED
4‧‧‧驅動電路
40‧‧‧開關
41~43‧‧‧電晶體
44‧‧‧電容
5‧‧‧OLED
6‧‧‧驅動電路
60‧‧‧開關
61~63‧‧‧電晶體
64‧‧‧電容
圖1是一種習知的像素電路之電路圖；圖2是圖1的像素電路之時序圖； 圖3是另一種習知的像素電路之電路圖；圖4是圖3的像素電路之時序圖；圖5是本發明像素電路的第一較佳實施例之電路圖；圖6是該第一較佳實施例之時序圖；圖7是該第一較佳實施例之模擬圖；圖8是本發明的第二較佳實施例之電路圖；及圖9是該第二較佳實施例之時序圖。
3．．．OLED
4．．．驅動電路
40．．．開關
41~43．．．電晶體
44．．．電容

Claims (40)

  1. 一種像素電路，包含：一有機發光二極體；及一驅動電路，包括：一第一電晶體及一第二電晶體，每一電晶體具有一第一端、一第二端及一決定該第一端及該第二端是否導通的控制端；一開關；及一電容；其中，該第一電晶體的控制端及該電容的一端電連接，該第一電晶體的第一端接收一第一電源電壓，該第一電晶體的第二端、該電容的另一端、該有機發光二極體的陽極、該第二電晶體的控制端及該第二電晶體的第一端電連接，該第二電晶體的第二端接收一偏置電壓，該偏置電壓足以使該第二電晶體操作在飽和區，該有機發光二極體的陰極接收一第二電源電壓，該開關接收一資料電壓，並受一掃描信號控制，以決定是否輸出該資料電壓到該第一電晶體的控制端；其中，流經該第一電晶體的電流會分流。
  2. 依據申請專利範圍第1項所述之像素電路，其中，該第一電晶體及該第二電晶體皆是N型薄膜電晶體。
  3. 依據申請專利範圍第1項所述之像素電路，其中，該開關包括一第三電晶體，該第三電晶體具有一第一端、一第二端及一決定該第一端及該第二端是否導通的控制端 ，該第三電晶體的控制端接收該掃描信號，該第三電晶體的第一端接收該資料電壓，該第三電晶體的第二端電連接到該第一電晶體的控制端。
  4. 依據申請專利範圍第3項所述之像素電路，其中，該第一電晶體、該第二電晶體及該第三電晶體皆是N型薄膜電晶體。
  5. 依據申請專利範圍第1項所述之像素電路，其中，該第一電晶體的互導及該第二電晶體的互導實質上相同。
  6. 依據申請專利範圍第5項所述之像素電路，其中，該第一電晶體及該第二電晶體皆是N型薄膜電晶體。
  7. 依據申請專利範圍第5項所述之像素電路，其中，該開關包括一第三電晶體，該第三電晶體具有一第一端、一第二端及一決定該第一端及該第二端是否導通的控制端，該第三電晶體的控制端接收該掃描信號，該第三電晶體的第一端接收該資料電壓，該第三電晶體的第二端電連接到該第一電晶體的控制端。
  8. 依據申請專利範圍第7項所述之像素電路，其中，該第一電晶體、該第二電晶體及該第三電晶體皆是N型薄膜電晶體。
  9. 一種像素電路，包含：一有機發光二極體；及一驅動電路，包括：一第一電晶體及一第二電晶體，每一電晶體具有一第一端、一第二端及一決定該第一端及該第二 端是否導通的控制端；一開關；及一電容；其中，該第一電晶體的控制端及該電容的一端電連接，該第一電晶體的第一端及該電容的另一端電連接，並接收一第一電源電壓，該第一電晶體的第二端、該有機發光二極體的陽極及該第二電晶體的第一端電連接，該第二電晶體的控制端及第二端電連接，並接收一偏置電壓，該偏置電壓足以使該第二電晶體操作在飽和區，該有機發光二極體的陰極接收一第二電源電壓，該開關接收一資料電壓，並受一掃描信號控制，以決定是否輸出該資料電壓到該第一電晶體的控制端；其中，流經該第一電晶體的電流會分流。
  10. 依據申請專利範圍第9項所述之像素電路，其中，該第一電晶體及該第二電晶體皆是P型薄膜電晶體。
  11. 依據申請專利範圍第9項所述之像素電路，其中，該開關包括一第三電晶體，該第三電晶體具有一第一端、一第二端及一決定該第一端及該第二端是否導通的控制端，該第三電晶體的控制端接收該掃描信號，該第三電晶體的第一端接收該資料電壓，該第三電晶體的第二端電連接到該第一電晶體的控制端。
  12. 依據申請專利範圍第11項所述之像素電路，其中，該第一電晶體、該第二電晶體及該第三電晶體皆是P型薄膜電晶體。
  13. 依據申請專利範圍第9項所述之像素電路，其中，該第一電晶體的互導及該第二電晶體的互導實質上相同。
  14. 依據申請專利範圍第13項所述之像素電路，其中，該第一電晶體及該第二電晶體皆是P型薄膜電晶體。
  15. 依據申請專利範圍第13項所述之像素電路，其中，該開關包括一第三電晶體，該第三電晶體具有一第一端、一第二端及一決定該第一端及該第二端是否導通的控制端，該第三電晶體的控制端接收該掃描信號，該第三電晶體的第一端接收該資料電壓，該第三電晶體的第二端電連接到該第一電晶體的控制端。
  16. 依據申請專利範圍第15項所述之像素電路，其中，該第一電晶體、該第二電晶體及該第三電晶體皆是P型薄膜電晶體。
  17. 一種驅動電路，包含：一第一電晶體及一第二電晶體，每一電晶體具有一第一端、一第二端及一決定該第一端及該第二端是否導通的控制端；一開關；及一電容；其中，該第一電晶體的控制端及該電容的一端電連接，該第一電晶體的第一端接收一第一電源電壓，該第一電晶體的第二端、該電容的另一端、該第二電晶體的控制端及該第二電晶體的第一端電連接，並輸出一驅動電流，該第二電晶體的第二端接收一偏置電壓，該偏置 電壓足以使該第二電晶體操作在飽和區，該開關接收一資料電壓，並受一掃描信號控制，以決定是否輸出該資料電壓到該第一電晶體的控制端；其中，流經該第一電晶體的電流會分流。
  18. 依據申請專利範圍第17項所述之驅動電路，其中，該第一電晶體及該第二電晶體皆是N型薄膜電晶體。
  19. 依據申請專利範圍第17項所述之驅動電路，其中，該第一電晶體及該第二電晶體皆是N型金屬氧化物半導體。
  20. 依據申請專利範圍第17項所述之驅動電路，其中，該開關包括一第三電晶體，該第三電晶體具有一第一端、一第二端及一決定該第一端及該第二端是否導通的控制端，該第三電晶體的控制端接收該掃描信號，該第三電晶體的第一端接收該資料電壓，該第三電晶體的第二端電連接到該第一電晶體的控制端。
  21. 依據申請專利範圍第20項所述之驅動電路，其中，該第一電晶體、該第二電晶體及該第三電晶體皆是N型薄膜電晶體。
  22. 依據申請專利範圍第20項所述之驅動電路，其中，該第一電晶體、該第二電晶體及該第三電晶體皆是N型金屬氧化物半導體。
  23. 依據申請專利範圍第17項所述之驅動電路，其中，該第一電晶體的互導及該第二電晶體的互導實質上相同。
  24. 依據申請專利範圍第23項所述之驅動電路，其中，該第一電晶體及該第二電晶體皆是N型薄膜電晶體。
  25. 依據申請專利範圍第23項所述之驅動電路，其中，該第一電晶體及該第二電晶體皆是N型金屬氧化物半導體。
  26. 依據申請專利範圍第23項所述之驅動電路，其中，該開關包括一第三電晶體，該第三電晶體具有一第一端、一第二端及一決定該第一端及該第二端是否導通的控制端，該第三電晶體的控制端接收該掃描信號，該第三電晶體的第一端接收該資料電壓，該第三電晶體的第二端電連接到該第一電晶體的控制端。
  27. 依據申請專利範圍第26項所述之驅動電路，其中，該第一電晶體、該第二電晶體及該第三電晶體皆是N型薄膜電晶體。
  28. 依據申請專利範圍第26項所述之驅動電路，其中，該第一電晶體、該第二電晶體及該第三電晶體皆是N型金屬氧化物半導體。
  29. 一種驅動電路，包含：一第一電晶體及一第二電晶體，每一電晶體具有一第一端、一第二端及一決定該第一端及該第二端是否導通的控制端；一開關；及一電容；其中，該第一電晶體的控制端及該電容的一端電連接，該第一電晶體的第一端及該電容的另一端電連接，並接收一第一電源電壓，該第一電晶體的第二端及該第二電晶體的第一端電連接，並輸出一驅動電流，該第二 電晶體的控制端及第二端電連接，並接收一偏置電壓，該偏置電壓足以使該第二電晶體操作在飽和區，該開關接收一資料電壓，並受一掃描信號控制，以決定是否輸出該資料電壓到該第一電晶體的控制端；其中，流經該第一電晶體的電流會分流。
  30. 依據申請專利範圍第29項所述之驅動電路，其中，該第一電晶體及該第二電晶體皆是P型薄膜電晶體。
  31. 依據申請專利範圍第29項所述之驅動電路，其中，該第一電晶體及該第二電晶體皆是P型金屬氧化物半導體。
  32. 依據申請專利範圍第29項所述之驅動電路，其中，該開關包括一第三電晶體，該第三電晶體具有一第一端、一第二端及一決定該第一端及該第二端是否導通的控制端，該第三電晶體的控制端接收該掃描信號，該第三電晶體的第一端接收該資料電壓，該第三電晶體的第二端電連接到該第一電晶體的控制端。
  33. 依據申請專利範圍第32項所述之驅動電路，其中，該第一電晶體、該第二電晶體及該第三電晶體皆是P型薄膜電晶體。
  34. 依據申請專利範圍第32項所述之驅動電路，其中，該第一電晶體、該第二電晶體及該第三電晶體皆是P型金屬氧化物半導體。
  35. 依據申請專利範圍第29項所述之驅動電路，其中，該第一電晶體的互導及該第二電晶體的互導實質上相同。
  36. 依據申請專利範圍第35項所述之驅動電路，其中，該第 一電晶體及該第二電晶體皆是P型薄膜電晶體。
  37. 依據申請專利範圍第35項所述之驅動電路，其中，該第一電晶體及該第二電晶體皆是P型金屬氧化物半導體。
  38. 依據申請專利範圍第35項所述之驅動電路，其中，該開關包括一第三電晶體，該第三電晶體具有一第一端、一第二端及一決定該第一端及該第二端是否導通的控制端，該第三電晶體的控制端接收該掃描信號，該第三電晶體的第一端接收該資料電壓，該第三電晶體的第二端電連接到該第一電晶體的控制端。
  39. 依據申請專利範圍第38項所述之驅動電路，其中，該第一電晶體、該第二電晶體及該第三電晶體皆是P型薄膜電晶體。
  40. 依據申請專利範圍第38項所述之驅動電路，其中，該第一電晶體、該第二電晶體及該第三電晶體皆是P型金屬氧化物半導體。
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