TWI493524B - 發光顯示器的畫素驅動電路及相關裝置與方法 - Google Patents

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Description

發光顯示器的畫素驅動電路及相關裝置與方法
本發明係有關一種發光顯示器的畫素驅動電路及相關裝置與方法，尤指一種能在各畫素中補償驅動電晶體與發光二極體的臨限電壓變異的畫素驅動電路及相關裝置與方法。
顯示器是現代電子系統中最重要的人機介面之一。以發光二極體(尤其是有機發光二極體)架構畫素的發光顯示器則是現代顯示器/顯示面板的發展主流之一。
發光顯示器可概分為被動式發光顯示器與主動式發光顯示器；兩者相較之下，以主動式發光顯示器的特性較佳。在主動式發光顯示器的各個畫素中，除了用以發光而顯示影像的發光二極體之外，還至少會設置一個驅動電晶體(如一薄膜電晶體)，以為發光二極體提供驅動電流，驅動發光二極體發光。驅動電晶體提供的驅動電流與其臨限電壓有關，而發光二極體被驅動的程度則會和發光二極體本身的臨限電壓有關。
在現代的製程技術與發光顯示器的應用環境下，對同一顯示器中屬於不同畫素的各個驅動電晶體來說，其臨限電壓會隨著工作時間增長而漂移變異，導致發光顯示器的發光亮度不均勻，影響顯示品質。此在，對各畫素中的各個發光二極體來說，其臨限電壓也會隨老化而漂移變異，同樣也會使發光顯示器的顯示特性受到影響。
為克服驅動電晶體與發光二極體的臨限電壓變異，本發明提供具有較佳架構的發光顯示器、畫素驅動電路與相關方法，以補償前述的臨限電壓變異。
本發明的目的之一是提供一種畫素驅動電路，設置在發光顯示器的各個畫素中，以為各個畫素中的發光二極體提供驅動電流。本發明畫素驅動電路包括一第一電晶體、一第二電晶體、一第三電晶體、一第四電晶體、一第五電晶體與一電容；各第一電晶體至第五電晶體分別具有一閘極、一第一端與一第二端，電容具有一第一端與一第二端，發光二極體具有一陰極與一陽極。第一電晶體的第一端與閘極分別接收一輸入訊號與一第一掃描訊號，第一電晶體的第二端則耦接電容的第一端。第二電晶體的閘極與第二端分別耦接於電容的第二端與發光二極體的陽極。第三電晶體的閘極、第一端與第二端分別耦接於電容的第二端、第二電晶體的閘極與發光二極體的陽極，且第三電晶體的閘極耦接於第三電晶體的第一端以形成一二極體連接組態。第四電晶體的閘極接收一第二掃描訊號，第四電晶體的第一端與第二端則分別耦接於第一電晶體的第二端與發光二極體的陽極。第五電晶體的閘極接收第二掃描訊號，第五電晶體的第一端與第二端分別耦接於一第一電壓與第二電晶體的第一端。發光二極體的陰極則耦接於一第二電壓。其中，第一電壓的位準大於第二電壓的位準。
在本發明的一實施例中，前述的第一掃描訊號與第二掃描訊號係用以驅動一資料寫入週期與一發光週期，第二電晶體與第三電晶體的特性則可以是相互匹配的。
本發明的另一目的是提供一種畫素驅動的方法，應用於一畫素，譬如說是前述的畫素。此方法中包括：在資料寫入週期中，以電容儲存第二電晶體的臨限電壓資訊與該發光二極體的臨限電壓資訊；在發光週期中，則將第二電晶體的臨限電壓資訊與發光二極體的臨限電壓資訊耦合至第一電晶體，使第一電晶體可依據第二電晶體的臨限電壓與發光二極體的臨限電壓提供一驅動電流 至發光二極體。
本發明的又一目的是提供一種發光顯示器，各畫素中設有前述畫素驅動電路與發光二極體，並以一驅動單元驅動每一畫素。此驅動單元中設有一資料驅動器、一掃描驅動器、一控制器單元與一電源控制單元。資料驅動器用以向各畫素提供畫素電壓以作為輸入訊號，掃描驅動器用以提供第一掃描訊號與第二掃描訊號；控制器單元用以控制資料驅動器與掃描驅動器。電源控制單元則提供第一電壓與第二電壓。
為了使 貴審查委員能更進一步瞭解本發明特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。
請參考第1圖，其所示意的是本發明畫素驅動電路104設置於一畫素100中的實施例。畫素100中包括一發光二極體102，畫素驅動電路104即是用以為此發光二極體102提供驅動電流。畫素驅動電路104中設有一電容116與電晶體T1至T5。電晶體T1至T5分別為電晶體106、電晶體108、電晶體110、電晶體112與電晶體114；各電晶體分別具有一閘極、一第一端與一第二端。電容116具有一第一端與一第二端，發光二極體102則具有一陰極與一陽極。其中，電晶體106的第一端與閘極分別接收一輸入訊號Vdata(也就是畫素電壓)與一第一掃描訊號SEL1，電晶體106的第二端則在節點B耦接於電容116的第一端。電晶體108的閘極在節點A耦接於電容116的第二端，其第二端在節點C耦接發光二極體102的陽極。電晶體110的閘極與第一端在節點A耦接於電容116的第二端與電晶體108的閘極，電晶體110的第二端則在節點C耦接發光二極體102的陽極。其中，電晶體110 的閘極在節點A和電晶體110的第一端耦接在一起，以形成一二極體連接組態。
電晶體112的閘極接收一第二掃描訊號SEL2，電晶體112的第一端與第二端則分別在節點B與節點C耦接於電晶體106的第二端與發光二極體102的陽極。電晶體114的閘極同樣接收第二掃描訊號SEL2；電晶體114的第一端耦接於一第一電壓Vdd，第二端則在節點D耦接於電晶體108的第一端。發光二極體102的陰極則耦接於一第二電壓Vss。其中，第一電壓Vdd的位準大於第二電壓Vss的位準。
在本發明畫素驅動電路104中，電晶體106、電晶體108、電晶體110與電晶體112可以是n通道薄膜電晶體。電晶體108與電晶體110的特性則可以是相互匹配的。發光二極體102則可以是一有機發光二極體。
延續第1圖的實施例，請參考第2圖；第2圖示意的是第1圖中第一掃描訊號SEL1與第二掃描訊號SEL2在畫素驅動電路104中進行時序控制以驅動一資料寫入週期202與一發光週期204的實施例。在資料寫入週期202中，第一掃描訊號SEL1為高位準，第二掃描訊號SEL2反相地維持低位準，輸入訊號Vdata則攜載畫素電壓。第一掃描訊號SE11的高位準能使電晶體106導通，讓輸入訊號Vdata中的畫素電壓得以經由節點B耦合至電容116的第一端。
相對地，到了發光週期204，第一掃描訊號SEL1轉變成低位準，第二掃描訊號SEL2則轉變為高位準，使電晶體108得以向發光二極體102提供驅動電流，讓發光二極體102能依據資料寫入週期202中的畫素電壓大小發出對應強度的光。第一掃描訊號SEL1與第二掃描訊號SEL2能反覆、週期性地使畫素驅動電路104 交替運作於資料寫入週期202與發光週期204。資料寫入週期202與發光週期204的時間長短可以是相同或相異的。
延續第1圖與第2圖的討論，請參考第3圖；第3圖示意的是本發明畫素驅動電路104運作於資料寫入週期與發光週期的情形。在資料寫入週期中，第一掃描訊號SEL1使電晶體T1導通，讓節點B得以耦合輸入訊號Vdata中的畫素電壓；節點A則經由節點C與發光二極體102而耦接至第二電壓Vss，故節點A的電壓為(Vss+Vth_OLED+Vth_3)，其中電壓Vth_OLED與Vth_3分別是發光二極體102與電晶體T3的臨限電壓(threshold voltage)。
到了發光週期，第二掃描訊號SEL2使電晶體T4與T5導通。導通的電晶體T4將節點C的電壓耦合至節點B，故節點B的電壓為V_OLED，也就是發光二極體102的陽極與陰極間跨壓。因為電容116中儲存的電荷會維持節點A與節點B間的電壓差，故當節點B的電壓改變為電壓V_OLED，節點A的電壓也隨之改變為(Vss+Vth_OLED+Vth_3+V_OLED-Vdata)。由於電晶體T2是根據其閘極與源極(也就是電晶體T2在節點C的第二端)間跨壓和其臨限電壓間的差異來為發光二極體102提供驅動電流I_OLED，故驅動電流I_OLED的大小取決於節點A與C間的電壓差，以及電晶體T2的臨限電壓；以公式表示即為I_OLED=K(Vss+Vth_OLED+Vth_3+V_OLED-Vdata-V_OLED-Vth_2)2，其中Vth_2代表電晶體T2的臨限電壓，K則為一常數。上述公式經過整理可得I_OLED=K(Vss+Vth_OLED-Vdata+Vth_3-Vth_2)2；在本發明的較佳實施例中，電晶體T2與T3是相互匹配的，故電晶體T2的臨限電壓Vth_2與電晶體T3的臨限電壓Vth_3會十分相近，使電壓(Vth_3-Vth_2)可實質上視為0。因 此，上述公式又可進一步推導為：I_OLED=K(Vss+Vth_OLED-Vdata)2。由於驅動電流I_OLED為輸入訊號Vdata(即畫素電壓)的函數，故當輸入訊號Vdata改變時，驅動電流I_OLED也會隨之改變，使發光二極體102能依據影像內容的需求呈現不同灰階的亮度。
更進一步地，由公式I_OLED=K(Vss+Vth_OLED-Vdata)2可看出，在本發明畫素驅動電路104的電路架構安排下，當電晶體T2在發光週期中為發光二極體102提供驅動電流I_OLED以驅動發光二極體102發光時，電晶體T2本身的臨限電壓Vth_2可被實質排除在驅動電流I_OLED的公式之外，使臨限電壓Vth_2的變異與漂移不再會影響驅動電流I_OLED的大小，讓畫素的亮度能均勻一致，增進發光顯示器的整體顯示品質。由於電晶體T3與T2共閘極(閘極均耦接至節點A)，且兩者特性匹配，故即使兩者的臨限電壓Vth_2與Vth_3因使用時間增加而有所漂移，其漂移程度還是會相互追隨而相互匹配，使電壓(Vth_3-Vth_2)可被抵消至零而在驅動電流I_OLED中排除臨限電壓Vth_2的影響。
此外，由公式I_OLED=K(Vss+Vth_OLED-Vdata)2中亦可看出，發光二極體102的臨限電壓Vth_OLED會變成驅動電流I_OLED的影響因素之一，可用以補償臨限電壓Vth_OLED的變異與漂移。當發光二極體102老化時，其臨限電壓Vth_OLED會因正漂移而變大，連帶影響發光二極體102導通發光的程度。也就是說，若驅動電流I_OLED維持不變，發光二極體102的發光亮度會因老化而變弱。相較之下，由於本發明在畫素驅動電路104中的電路安排，當發光二極體102的臨限電壓Vth_OLED因老化而漂移增加時，電晶體T2提供的驅動電流I_OLED也會適應性地增加，降低/避免發光二極體102的老化現象對顯示品質的影響。
由第1圖至第3圖的討論可知，本發明是在資料寫入週期中以二極體連接的電晶體T3來將發光二極體102的臨限電壓Vth_OLED與電晶體T3的臨限電壓Vth_3(等效上就是電晶體T2的臨限電壓Vth_2)耦合至電容116，以在發光週期中為驅動電流I_OLED補償臨限電壓Vth_OLED與Vth_2的漂移。等效上來說，本發明就是在資料寫入週期中提供電容102，並透過電晶體T3的作用而將臨限電壓Vth_OLED的資訊與臨限電壓Vth_3的資訊一併儲存在電容102中。到了發光週期，臨限電壓Vth_OLED與Vth_3的資訊便會由電容102耦合至電晶體T2，使電晶體T2能依據這些資訊動態地調整驅動電流I_OLED的大小。
延續第1圖至第3圖的討論，請參考第4圖。本發明畫素驅動電路104(第1、3圖)可應用於一發光顯示器的各個畫素中，第4圖示意的即為此種發光顯示器的一實施例400。發光顯示器400中具有多個呈矩陣排列的畫素，第4圖中即以畫素P[n,m]、P[n,m+1]、P[n+1,m]與P[n+1,m+1]作為代表。在這些畫素的每個畫素中分別具有一發光二極體102；集合各畫素的發光二極體102，發光顯示器400就能發光組合出影像。配合發光二極體102，各畫素中也設置了電晶體T1至T5以及電容，以在各畫素中實現本發明畫素驅動電路104(第1、3圖)。
另外，第4圖中所示的掃描驅動器402、資料驅動器404、控制器單元408與電源控制單元406則為發光顯示器400實現一驅動單元，用以控制驅動每一畫素。其中，掃描驅動器402經由複數條選擇線(亦可稱為掃描線)分別耦接各列(row)畫素，以為各畫素中的畫素驅動電路提供第一掃描訊號與第二掃描訊號。譬如說，在第4圖的實施例中，掃描驅動器402是以選擇線s[n+1]與s[n]為畫素P[n+1,m]與P[n+1,m+1]中的畫素驅動電路分別提供 第一掃描訊號SEL1[n+1]與第二掃描訊號SEL2[n+1]。針對第n列的畫素P[n,m]與P[n,m+1]，掃描驅動器402則以選擇線s[n]與s[n-1]分別提供第一掃描訊號SEL1[n]與第二掃描訊號SEL2[n]。在第4圖的實施例中，相鄰兩列會共用同一選擇線，在此共用選擇線上的訊號則分別作為這兩列的第一掃描訊號與第二掃描訊號。譬如說，第n列與第(n+1)列共用選擇線s[n]，選擇線s[n]上的訊號既是第n列的第一掃描訊號SEL1[n]，亦是第(n+1)列的第二掃描訊號SEL2[n+1]。換句話說，當第n列中的畫素運作於資料寫入週期，第(n+1)列中的畫素則運作於發光週期。
在第4圖中，資料驅動器404則經由複數條資料線分別為同一行(column)的畫素提供輸入訊號。譬如說，針對第m行的畫素P[n,m]與P[n+1,m]，資料驅動器404經由資料線d[m]提供輸入訊號Vdata[m]；針對第(m+1)行的畫素P[n,m+1]與P[n+1,m+1]，資料驅動器404則以資料線d[m+1]來為各畫素中的畫素驅動電路提供輸入訊號Vdata[m+1]。控制器單元408用以控制資料驅動器404與掃描驅動器402，協調兩者的運作時序。電源控制單元406則為各畫素提供第一電壓Vdd與第二電壓Vss，以為各畫素供應運作所需的電源。
總結來說，相較於習知技術，本發明可在發光顯示器中為各畫素適當地補償電晶體與發光二極體的臨限電壓漂移，使發光顯示器的亮度維持均勻穩定而不隨時間劣化，增進發光顯示器的顯示品質。
綜上所述，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，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與潤飾，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。
100‧‧‧畫素
102‧‧‧發光二極體
104‧‧‧畫素驅動電路
106、108、110、112、114‧‧‧電晶體
202‧‧‧資料寫入週期
204‧‧‧發光週期
400‧‧‧發光顯示器
402‧‧‧掃描驅動器
404‧‧‧資料驅動器
406‧‧‧電源控制單元
408‧‧‧控制器單元
T1-T5‧‧‧電晶體
SEL1、SEL1[n-1]-SEL1[n+1]‧‧‧第一掃描訊號
SEL2、SEL2[n-1]-SEL2[n+1]‧‧‧第二掃描訊號
Vdata、Vdata[m]-Vdata[m+1]‧‧‧輸入訊號
Vdd‧‧‧第一電壓
Vss‧‧‧第二電壓
P[n,m]-P[n+1,m+1]‧‧‧畫素
s[n-1]-s[n+1]‧‧‧選擇線
d[m]-d[m+1]‧‧‧資料線
A、B、C、D‧‧‧節點
Vth_2、Vth_3、Vth_OLED‧‧‧臨限電壓
I_OLED‧‧‧驅動電流
V_OLED‧‧‧電壓
第1圖示意的是本發明畫素驅動電路的一實施例。
第2圖示意的是第1圖畫素驅動電路的運作時序實施例。
第3圖示意的是第1圖畫素驅動電路的運作情形。
第4圖示意的是第1圖畫素驅動電路應用於本發明發光顯示器的一種實施例。
100‧‧‧畫素
102‧‧‧發光二極體
104‧‧‧畫素驅動電路
106、108、110、112、114‧‧‧電晶體
T1-T5‧‧‧電晶體
SEL1‧‧‧第一掃描訊號
SEL2‧‧‧第二掃描訊號
Vdata‧‧‧輸入訊號
Vdd‧‧‧第一電壓
Vss‧‧‧第二電壓
A、B、C、D‧‧‧節點

Claims (10)

  1. 一種畫素驅動電路，其包含有：一第一電晶體，其具有一閘極、一第一端與一第二端；該第一電晶體的第一端接收一輸入訊號，該第一電晶體的閘極接收一第一掃描訊號；一電容，其具有一第一端與一第二端，該電容的第一端耦接於該第一電晶體的第二端；一第二電晶體，其具有一閘極、一第一端與一第二端；該第二電晶體的閘極耦接於該電容的第二端，該第二電晶體的第二端耦接於一發光二極體的陽極；一第三電晶體，其具有一閘極、一第一端與一第二端；該第三電晶體的閘極耦接於該電容的第二端，該第三電晶體的第一端耦接於該第二電晶體的閘極，該第三電晶體的第二端耦接於該發光二極體的陽極，且該第三電晶體的閘極耦接於該第三電晶體的第一端；一第四電晶體，其具有一閘極、一第一端與一第二端；該第四電晶體的閘極接收一第二掃描訊號，該第四電晶體的第一端耦接於該第一電晶體的第二端，該第四電晶體的第二端耦接於該發光二極體的陽極；以及一第五電晶體，其具有一閘極、一第一端與一第二端；該第 五電晶體的閘極接收該第二掃描訊號，該第五電晶體的第一端耦接於一第一電壓，該第五電晶體的第二端耦接於該第二電晶體的第一端；其中，該發光二極體的陰極耦接於一第二電壓。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的畫素驅動電路，其中該第一電晶體、該第二電晶體、該第三電晶體與該第四電晶體係為n通道薄膜電晶體。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的畫素驅動電路，該第一掃描訊號與該第二掃描訊號係用以驅動一資料寫入週期與一發光週期。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的畫素驅動電路，其中該第三電晶體的閘極與第一端係耦接在一起以形成一二極體連接組態。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的畫素驅動電路，其中該第二電晶體與該第三電晶體的特性相互匹配。
  6. 一種畫素驅動的方法，應用於一畫素；該畫素包含有一第一電晶體、一第二電晶體、一電容與一發光二極體；而該方法包含有：於一資料寫入週期中，以該電容儲存該第二電晶體的臨限電壓資訊與該發光二極體的臨限電壓資訊；以及於一發光週期中，將該第二電晶體的臨限電壓資訊與該發光二極體的臨限電壓資訊耦合至該第一電晶體，使該第一電晶體可依據該第二電晶體的臨限電壓與該發光二極體的臨限電壓提供一驅動電流至該發光二極體。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的方法，其中該第一電晶體與該第二電晶體的特性係相互匹配，而該第一電晶體係根據該 第一電晶體的臨限電壓與該第二電晶體的臨限電壓兩者間的差異提供該驅動電流。
  8. 一種發光顯示器，包含有：至少一畫素，每一畫素中包含有：一發光二極體，其具有一陰極與一陽極；一第一電晶體，其具有一閘極、一第一端與一第二端；該第一電晶體的第一端接收一輸入訊號，該第一電晶體的閘極接收一第一掃描訊號；一電容，其具有一第一端與一第二端，該電容的第一端耦接於該第一電晶體的第二端；一第二電晶體，其具有一閘極、一第一端與一第二端；該第二電晶體的閘極耦接於該電容的第二端，該第二電晶體的第二端耦接於一發光二極體的陽極；一第三電晶體，其具有一閘極、一第一端與一第二端；該第三電晶體的閘極耦接於該電容的第二端，該第三電晶體的第一端耦接於該第二電晶體的閘極，該第三電晶體的第二端耦接於該發光二極體的陽極，且該第三電晶體的閘極耦接於該第三電晶體的第一端；一第四電晶體，其具有一閘極、一第一端與一第二端；該第四電晶體的閘極接收一第二掃描訊號，該第四電晶體的第一端耦接於該第一電晶體的第二端，該第四電晶體的第二端耦接於該發光二極體的陽極；以及一第五電晶體，其具有一閘極、一第一端與一第二端；該第五電晶體的閘極接收該第二掃描訊號，該第五電晶體的第一端耦接於一第一電壓，該第五電晶體的第二端耦接於該第二電晶體的第一端；其中該發光二極體的陰極 耦接於一第二電壓；以及一驅動單元，用以驅動每一畫素；該驅動單元包含有：一資料驅動器，用以提供該輸入訊號；以及一掃描驅動器，用以提供該第一掃描訊號與該第二掃描訊號。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的發光顯示器，其中該驅動單元更包含一控制器單元，用以控制該資料驅動器與該掃描驅動器。
  10. 如申請專利範圍第8項所述的發光顯示器，其中該驅動單元更包含一電源控制單元，用以提供該第一電壓與該第二電壓。
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