TWI471843B - 有機發光二極體像素電路與顯示器 - Google Patents

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Description

有機發光二極體像素電路與顯示器
本發明係有關於有機發光二極體(Organic Light-Emitting Diode，OLED)之像素電路與顯示器。
有機發光二極體(OLED)通常耦接一驅動電晶體，由該驅動電晶體傳遞電流驅動之。然而，驅動電晶體會隨著時間劣化，其臨界電壓會隨著時間改變，導致所提供的電流偏移，無法正確驅動有機發光二極體。
本案揭露一種有機發光二極體像素電路與顯示器。
根據本發明一種實施方式所實現的有機發光二極體像素電路包括：一有機發光二極體、一驅動電晶體、第一至第三開關電晶體、一電容以及一開關電路。該第一開關電晶體、該驅動電晶體以及該有機發光二極體串接於一第一工作電壓端以及一第二工作電壓端之間。該第一開關電晶體係由一第一信號控制。該驅動電晶體的一第一端與一第二端分別耦接該第一開關電晶體以及該有機發光二極體，且該驅動電晶體具有一控制端。該第二開關電晶體耦接於該驅動電晶體的上述第一端與控制端之間，且係由一第二信號控制。該第三開關電晶體在一掃描線所提供的信號控制下傳遞一資料線之信號至一電路節點。該電容耦接於該電路節點與該驅動電晶體的該控制端之間。該開關電路是 在一第三信號控制下將該驅動電晶體該第二端耦接至一控制電位。
上述各信號的一種實施方式如下。該第一信號包括一第一階段致能區間以及一第二階段致能區間。該第一信號的該第一階段致能區間早於該第二信號之致能區間。該第一信號的該第二階段致能區間晚於一像素資料寫入區間。該第三信號之致能區間涵蓋該第一信號的該第一階段致能區間以及該第二信號之致能區間。該控制電位於該第二信號之致能區間為一特定電位，使該驅動電晶體該第二端之電位下拉。
根據本發明一種實施方式所實現的一有機發光二極體顯示器，包括一像素陣列、一驅動模組以及一微控制器。該像素陣列採以上所揭露之有機發光二極體像素電路。驅動模組用於驅動該像素陣列播放影像。微控制器用於控制該驅動模組驅動該像素陣列。
為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖示，詳細說明如下。
第1圖圖解根據本發明一種實施方式所實現的一有機發光二極體像素電路，其中包括：有機發光二極體OLED、驅動電晶體T_dri、開關電晶體TD、TDG以及T_SW、電容C1、C2與開關電路SW。電容C2可視使用者需求決定是否使用。此外，使用者可視需求決定是否更設置耦合電容Cc或Cc’。符號C_OLED標示該有機發光二極體OLED 的旁路電容。
如圖所示，開關電晶體TD以及驅動電晶體T_dri與有機發光二極體OLED串接於一高電源端ELVDD(可視為一第一工作電壓端)以及一低電源端ELVSS(可視為一第二工作電壓端)之間。開關電晶體TD係由一第一信號ENB控制。驅動電晶體T_dri的一第一端(以N型薄膜場效電晶體為例，該第一端為汲極，標示為D)與一第二端(源極，標示為S)分別耦接開關電晶體TD以及有機發光二極體OLED，且驅動電晶體T_dri具有一控制端(閘極，標示為G)。開關電晶體TDG耦接於驅動電晶體T_dri的上述第一端D與控制端G之間，且係由一第二信號COM控制。開關電晶體T_SW在一掃描線SN所提供的信號控制下傳遞一資料線Data之信號至一電路節點N。第一電容C1耦接於電路節點N與驅動電晶體T_dri的該控制端G之間。開關電路SW是在一第三信號CS控制下將該驅動電晶體T_dri該第二端S(甚至上述電路節點N)耦接至一控制電位Vcontrol。至於第二電容C2則可耦接於驅動電晶體T_dri的該第二端S以及該電路節點N之間。耦合電容Cc可耦接於驅動電晶體T_dri的該第一端D以及開關電晶體TDG的一控制端(以N型薄膜場效電晶體為例，該控制端為閘極)之間。耦合電容Cc’可耦接該驅動電晶體T_dri的該第一端D至該高電源端ELVDD或該電源端ELVSS或一參考電源端(可標號為VREF)。
開關電路SW之設計為本案一重點。第三信號CS具有 不同於該第一與該第二信號ENB與COM的致能區間。
第2A圖圖解根據本發明一種實施方式所實現的開關電路SW，其中包括一開關電晶體TS，且係以信號RST’實現上述第三信號CS，並以參考電源端VREF或第一信號ENB之電位(於信號RST’致能時為一特定電位(如低電源端ELVSS之電位)，以下拉該驅動電晶體T_dri該第二端S之電位)作為上述控制電位Vcontrol。如圖所示，開關電晶體TS係根據信號RST’將驅動電晶體T_dri的該第二端S耦接該參考電源端VREF或第一信號ENB。
第2B圖以一畫面為例，針對第2A圖所揭露之開關電路SW列舉第1圖像素電路之信號波形，其中像素電路有一重置操作、一補償操作、一像素資料寫入操作以及一發光操作。如圖所示，第一信號ENB係分兩階段致能。在重置操作下，第一信號ENB處於其第一階段致能區間。該第二信號COM的致能區間設置在該第一信號ENB的第一階段致能區間之後，像素電路係作補償操作。像素資料寫入操作提供一像素資料寫入區間，設計在上述重置操作以及補償操作完成後。發光操作設計在該像素資料寫入區間結束後，隨著該第一信號ENB的第二階段致能區間啟動。
如圖所示，信號RST’的致能區間涵蓋重置操作與補償操作。此外，該掃描線SN上的信號在上述重置與補償操作中處於致能區間，資料線Data此時供應有該參考電源端VREF之準位數據(或稱低準位數據)。該掃描線SN上的信 號於像素資料寫入操作時亦處於致能區間，資料線Data此時供應有像素資料(據以驅動該有機發光二極體OLED發光)。
第3A、3B、3C以及3D圖分別對應上述重置、補償、像素資料寫入以及發光操作，用於說明該驅動電晶體T_dri之狀態。以下將第1圖像素電路搭配第2A圖開關電路SW設計以及第2B圖信號時序詳細討論之，其中令第2A圖之開關電晶體TS一端所連接的是該參考電源端VREF。另外，以下為了說明方便有考慮第二電容C2。
此段落討論重置操作(第3A圖)。第一信號ENB致能使得開關電晶體TD導通，驅動電晶體T_dri之第一端D耦接高電壓源ELVDD。信號RST’致能使得開關電晶體TS導通，驅動電晶體T_dri之第二端S耦接該參考電源端VREF，準位為低準位VGL。掃描線SN之信號致能使得資料線Data傳遞的低準位數據得以傳遞至電路節點N，使之處於低準位VGL，耦合驅動電晶體T_dri之控制端G至低準位使驅動電晶體T_dri不導通(如標示OFF)。
此段落討論補償操作(第3B圖)。第一信號ENB除能使開關電晶體TD不導通，不再影響驅動電晶體T_dri之第一端D電位。掃描線SN信號可持續致能，使資料線Data傳遞的低準位數據得以持續維持該電路節點N在低準位 VGL。第二信號COM致能使開關電晶體TDS導通，驅動電晶體T_dri之第一端D與控制端G短路，驅動電晶體T_dri呈二極體連結。信號RST’持續致能，維持耦接驅動電晶體T_dri之第二端S至低準位VGL。如此一來，驅動電晶體T_dri第一端D原本的高準位(如第3A圖所示，為高電源端ELVDD之準位)可經驅動電晶體T_dri放電至準位VGL+Vt。短路的端點G與D使得驅動電晶體T_dri的控制端G的準位一併控制在準位VGL+Vt，Vt(驅動電晶體T_dri之臨界電壓)藉此記憶在驅動電晶體T_dri的控制端G上之電容C1。
特別說明之，像素電路自重置操作切換至補償操作時(第一信號ENB由高準位切換成低準位，第二信號COM由低準位切換成高準位)可能會對電路其他端點產生電位耦合。耦合電容Cc、Cc’之設置可維持該驅動電晶體T_dri之第一端D不受第一信號ENB之除能切換影響，在補償操作放電前維持高準位(ELVDD)。另外，第二信號COM之致能切換也可經由耦合電容Cc強力耦合至該驅動電晶體T_dri之第一端D，推升其電位。
此段落討論像素資料寫入操作(第3C圖)。第一信號ENB維持除能，使驅動電晶體T_dri之第一端D電位不受影響。第二信號COM除能，使開關電晶體TDG斷開，驅動電晶體T_dri不再呈二極體連結。第三信號RST’除能，以斷開該驅動電晶體T_dri之第二端S與參考電源端VREF 之耦接。掃描線SN上信號致能，資料線Data所傳遞的像素資料(同樣標號為Data)得以傳遞至該電路節點N。考量電路節點N至驅動電晶體T_dri之控制端G與第二端S之電位耦合作用以及電容乘積效應(分別以電容乘積參數f1以及f2標示，除了考量第一與第二電容C1、C2外，更考量電晶體之寄生電容如Cgs,Cgd,Cox)，驅動電晶體T_dri之控制端G與第二端S之電位V(G)與V(S)可分別為：V(G)=(VGL+Vt)+f1．(Data-VGL)；V(S)=VGL+f2．(Data-VGL)；其中f1=C1＊ (C1-1 +CPG -1 )-1 ；CPG 為G奌之寄生電容值；f2=C2＊ (C2-1 +CPS -1 )-1 ；CPS 為S奌之寄生電容值。驅動電晶體T_dri之控制端G與第二端S之電位差Vgs可為：Vgs=V(G)-V(S)=(f1-f2)．(Data-VGL)+Vt。
由於像素資料寫入操作理想是令該有機發光二極體OLED不導通但該驅動電晶體T_dri導通(以符號ON標示之)，故V(S)需小於ELVSS+Voled(0)且電位Vgs需大於臨界電位Vt；Voled(0)為有機發光二極體OLED的導通起始電位。一種實施方式係對電容C1與C2有特殊設計，以滿足上述理想操作條件。
特別說明之，信號RST’的致能區段可延伸到像素資料寫入區間。如此一來，驅動電晶體T_dri的第二端S在像素資料寫入區間被固定偏壓在低準位VGL，電路運作更穩定。
此段落討論發光操作(第3D圖)。掃描線SN維持除能，不影響電路節點N之電位。信號RST’除能，不影響驅動電晶體T_dri之第二端S的電位。驅動電晶體T_dri維持導通。此時重新致能的第一信號ENB使開關電晶體TD導通，電流經由開關電晶體TD與驅動電晶體T_dri流入有機發光二極體OLED使之發光。啟動的有機發光二極體OLED在驅動電晶體T_dri之第二端S提供有電位V_oled。考量驅動電晶體T_dri之第二端S與控制端G之電位耦合作用以及電容乘積效應(以電容乘積參數f3標示，除了考量第一與第二電容C1、C2外，更考量寄生電容)，驅動電晶體T_dri之控制端G電位V(G)為：V(G)=[(VGL+Vt)+f1．(Data-VGL)]+f3．{V_oled-[VGL+f2．(Data-VGL)]}，其中f3=[(C2-1 +C1-1 )-1 ]×[(C2-1 +C1-1 )-1 +CPG ]；其中CPG 為G奌之寄生電容值。
驅動電晶體T_dri之控制端G與第二端S之電位差Vgs可為：Vgs=V(G)-V(S)=VGL[1-f1-f3+f2．f3]+Data[f1-f2．f3]+(f3-1)V_oled+Vt
代入驅動電晶體T_dri的電流公式I_T_dri=Kp．(Vgs-Vt)2 ，臨界電壓Vt這個隨使用時間變動的變數會被消除。有機發光二極體OLED的驅動電流I_oled 為：I_oled=I_T_dri=Kp．{VGL[1-f1-f3+f2．f3]+Data[f1-f2．f3]+(f3-1)V_oled}2
不受驅動電晶體T_dri之臨界電壓Vt劣化影響。
在一種實施方式中，第一以及第二電容C1與C2皆較該驅動電晶體T_dri該控制端G上的旁路電容大上一特定比例。如此一來，電容乘積參數f3趨近1，驅動電流I_oled無須考慮有機發光二極體OLED之驅動電位V_oled。有機發光二極體OLED的劣化問題(使用初期V_oled會隨時間飄移)也不會影響該有機發光二極體OLED的發光。
另一種實施方式係令有機發光二極體OLED在製作成像素電路前先以高電流燒機一段時間。由於有機發光二極體的劣化問題在一定使用時數後會趨於和緩，驅動電流I_oled不再有V_oled飄移的困擾。
特別討論之，重置操作不一定要限定驅動電晶體T_dri之第二端S電位耦接參考電源端VREF。第2A圖開關電路SW因此可有以第一信號ENB作為控制電位(Vcontrol)來源的設計。
第4A圖圖解根據本發明另一種實施方式所實現的開關電路SW，其中包括開關電晶體TN與TS，且係以信號 RST實現第1圖所示第三信號CS，並以掃描線SN或參考電源端VREF(於信號RST致能時為一特定電位(如低電源端ELVSS之電位)，以下拉該驅動電晶體T_dri該第二端S之電位)供應第1圖所示控制電位Vcontrol。如圖所示，開關電晶體TN在信號RST控制下耦接上述電路節點N至掃描線SN或參考電源端VREF。開關電晶體TS在信號RST控制下耦接該驅動電晶體T_dri的該第二端S至掃描線SN或參考電源端VREF。
第4B圖以一畫面為例，針對第4A圖所揭露之開關電路SW列舉第1圖像素電路之信號波形，其中像素電路有一重置操作、一補償操作、一像素資料寫入操作以及一發光操作；該些操作下，驅動電晶體T_dri的狀態與第3A圖至第3D圖雷同。
特別說明之，第4A圖之開關電路設計SW使得掃描線SN僅需在像素資料寫入區間致能(參考第4B圖)。重置與補償操作時所需要的電路節點N低準位控制可由第4A圖導通的開關電晶體TN(因為信號RST在此區段為致能)提供，無須耗費掃描線SN與資料線Data資源。如此一來，像素資料寫入區間可提供充裕時間，利於實現大尺寸顯示器。此外，由於掃描線SN在重置與補償操作時皆為除能(低準位)，因此，第4A圖所示開關電路SW可採掃描線SN為控制電位Vcontrol來源，在重置與補償操作時提供低準位信號。
第5A圖圖解根據本發明另一種實施方式所實現的開關電路SW，其中包括開關電晶體TN與TNS，且係以信號RST實現第1圖所示第三信號CS，並以掃描線SN或參考電源端VREF(於信號RST致能時為一特定電位(如低電源端ELVSS之電位)，以下拉該驅動電晶體T_dri該第二端S之電位)供應第1圖所示控制電位Vcontrol。開關電晶體TN在信號RST控制下耦接上述電路節點N至掃描線SN或參考電源端VREF。開關電晶體TNS在信號RST控制下耦接該電路節點N至該驅動電晶體T_dri的該第二端S。
關於第5A圖之開關電路SW設計，同樣可採第4B圖所示信號時序操作像素電路，提供像素電路一重置操作、一補償操作、一像素資料寫入操作以及一發光操作；該些操作下，驅動電晶體T_dri的狀態與第3A圖至第3D圖雷同。
第5B圖圖解根據本發明另一種實施方式所實現的開關電路SW，其中包括開關電晶體TNS與TS，且係以信號RST實現第1圖所示第三信號CS，並以掃描線SN或參考電源端VREF(於信號RST致能時為一特定電位(如低電源端ELVSS之電位)，以下拉該驅動電晶體T_dri該第二端S之電位)提供第1圖所示控制電位Vcontrol。開關電晶體TS在信號RST控制下耦接該驅動電晶體T_dri的該第二端S至掃描線SN或參考電源端VREF。開關電晶體TNS在信號RST控制下耦接該電路節點N至該驅動電晶體T_dri的 該第二端S。
關於第5B圖之開關電路SW設計，同樣可採第4B圖所示信號時序操作像素電路，提供像素電路一重置操作、一補償操作、一像素資料寫入操作以及一發光操作；該些操作下，驅動電晶體T_dri的狀態與第3A圖至第3D圖雷同。
第6圖圖解根據本發明一種實施方式所實現的一有機發光二極體顯示器600，包括一像素陣列602、一驅動模組604以及一微控制器606。像素陣列602採以上所揭露之有機發光二極體像素電路。驅動模組604用於驅動該像素陣列602播放影像。微控制器606用於控制該驅動模組604驅動該像素陣列602。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許更動與潤飾，因此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。
600‧‧‧有機發光二極體顯示器
602‧‧‧像素陣列
604‧‧‧驅動模組
606‧‧‧微控制器
C1、C2‧‧‧第一、第二電容
Cc、Cc’‧‧‧耦合電容
COM‧‧‧第二信號
C_OLED‧‧‧旁路電容
CS‧‧‧第三信號
D、S以及G‧‧‧驅動電晶體T_dri之第一端、第二端以及控制端
Data‧‧‧資料線
ELVDD、ELVSS‧‧‧高、低電源端
VREF‧‧‧參考電源端
ENB‧‧‧第一信號
N‧‧‧電路節點
OFF‧‧‧不導通標示
OLED‧‧‧有機發光二極體
ON‧‧‧導通標示
RST、RST’‧‧‧信號(作第三信號CS使用)
SN‧‧‧掃描線
SW‧‧‧開關電路
TD、TDG、TN、TNS、TS、T_SW‧‧‧開關電晶體
T_dri‧‧‧驅動電晶體
Vcontrol‧‧‧控制電位
VGL‧‧‧低準位
第1圖圖解根據本發明一種實施方式所實現的一有機發光二極體像素電路；第2A圖圖解根據本發明一種實施方式所實現的開關電路SW；第2B圖以一畫面為例，針對第2A圖所揭露之開關電路SW列舉第1圖像素電路之信號波形，其中像素電路有一重置操作、一補償操作、一像素資料寫入操作以及一發光操作；第3A、3B、3C以及3D圖分別說明上述重置、補償、像素資料寫入以及發光操作下，驅動電晶體T_dri之狀態；第4A圖圖解根據本發明另一種實施方式所實現的開關電路SW；第4B圖以一畫面為例，針對第4A圖所揭露之開關電路SW列舉第1圖像素電路之信號波形，其中像素電路有一重置操作、一補償操作、一像素資料寫入操作以及一發光操作；第5A圖與第5B圖圖解根據本發明其他實施方式所實現的開關電路SW；第6圖圖解根據本發明一種實施方式所實現的一有機發光二極體顯示器600。
C1、C2‧‧‧第一、第二電容
Cc、Cc’‧‧‧耦合電容
COM‧‧‧第二信號
C_OLED‧‧‧旁路電容
CS‧‧‧第三信號
D、S以及G‧‧‧驅動電晶體T_dri之第一端、第二端以及控制端
Data‧‧‧資料線
ELVDD、ELVSS‧‧‧高、低電源端
VREF‧‧‧參考電源端
ENB‧‧‧第一信號
N‧‧‧電路節點
OLED‧‧‧有機發光二極體
SN‧‧‧掃描線
SW‧‧‧開關電路
TD、TDG、T_SW‧‧‧開關電晶體
T_dri‧‧‧驅動電晶體
Vcontrol‧‧‧控制電位

Claims (12)

  1. 一種有機發光二極體像素電路，包括：一第一開關電晶體、一驅動電晶體以及一有機發光二極體，串接於一第一工作電壓端以及一第二工作電壓端之間，其中，該第一開關電晶體係由一第一信號控制，該驅動電晶體的一第一端與一第二端分別耦接該第一開關電晶體以及該有機發光二極體，且該驅動電晶體具有一控制端；一第二開關電晶體，耦接於該驅動電晶體的上述第一端與控制端之間，且係由一第二信號控制；一第三開關電晶體，在一掃描線所提供的信號控制下傳遞一資料線之信號至一電路節點；一第一電容，耦接於該電路節點與該驅動電晶體的該控制端之間；一開關電路，在一第三信號控制下將該驅動電晶體該第二端耦接至一控制電位，其中：該第一信號包括一第一階段致能區間以及一第二階段致能區間；該第一信號的該第一階段致能區間早於該第二信號之致能區間；該第一信號的該第二階段致能區間晚於一像素資料寫入區間；該第三信號之致能區間涵蓋該第一信號的該第一階段致能區間以及該第二信號之致能區間；且該控制電位於該第二信號之致能區間為一特定電位， 用以下拉該驅動電晶體該第二端之電位。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之有機發光二極體像素電路，其中，該開關電路包括：一第四開關電晶體，在該第三信號控制下耦接該驅動電晶體的該第二端至該控制電位；且該控制電位為一參考電壓端提供或該第一信號提供的該特定電位。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之有機發光二極體像素電路，其中：該第三信號的致能區間更涵蓋該像素資料寫入區間。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之有機發光二極體像素電路，其中：該掃描線上的信號之致能區間涵蓋該第一信號的該第一階段致能區間、該第二信號之致能區間以及該像素資料寫入區間；且該資料線於該第一信號的該第一階段致能區間與該第二信號之致能區間傳輸有該特定電位之準位數據，且於該像素資料寫入區間傳輸有像素資料。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之有機發光二極體像素電路，其中，該開關電路包括：一第四開關電晶體，在該第三信號控制下耦接上述電路節點至該控制電位；以及一第五開關電晶體，在該第三信號控制下耦接該驅動電晶體的該第二端至該控制電位，其中，該控制電位為一參考電壓端提供或該掃描線上 的信號所提供的該特定電位。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之有機發光二極體像素電路，其中，該開關電路包括：一第四開關電晶體，在該第三信號控制下耦接上述電路節點至該控制電位；以及一第五開關電晶體，在該第三信號控制下耦接該電路節點至該驅動電晶體的該第二端，其中，該控制電位為一參考電壓端提供或該掃描線上的信號所提供的該特定電位。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之有機發光二極體像素電路，其中，該開關電路包括：一第四開關電晶體，在該第三信號控制下耦接該驅動電晶體的該第二端至該控制電位；以及一第五開關電晶體，在該第三信號控制下耦接該電路節點至該驅動電晶體的該第二端，其中，該控制電位為一參考電壓端提供或該掃描線上的信號所提供的該特定電位。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之有機發光二極體像素電路，更包括：一第二電容，耦接於該驅動電晶體的該第二端以及該電路節點之間。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之有機發光二極體像素電路，其中上述第一以及第二電容皆較該驅動電晶體該控制端上的旁路電容量大上一特定比例。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之有機發光二極體像 素電路，更包括：一耦合電容，耦接於該驅動電晶體的該第一端以及該第二開關電晶體的一控制端之間。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之有機發光二極體像素電路，更包括：一耦合電容，耦接該驅動電晶體的該第一端至該第一工作電壓端或該第二工作電壓端或一參考電源端。
  12. 一種有機發光二極體顯示器，包括：一像素陣列，包括申請專利範圍第1項所述之有機發光二極體像素電路；一驅動模組，驅動該像素陣列播放影像；以及一微控制器，控制該驅動模組驅動該像素陣列。
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