TWI533277B - 有機發光二極體畫素電路 - Google Patents

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Description

有機發光二極體畫素電路
本發明係關於一種有機發光二極體畫素電路，特別關於一種具有臨界電壓補償功能的有機發光二極體畫素電路。
有機發光二極體具有體積小、發光效率高並可應用於可撓面板等優點，因此可以被應用在顯示裝置中作為背光元件或是像素。其中將有機發光二極體作為顯示裝置的像素時，通常是應用所謂的「薄膜電晶體」製程(thin-film transistor,TFT)。相較於一般製程中的電晶體開關的臨界電壓，薄膜電晶體製程中的電晶體開關的臨界電壓(threshold voltage,Vth)的個別差異較大。此外，薄膜電晶體製程中的電晶體開關的臨界電壓也會隨著電晶體開關被使用的時間而變。即使兩個薄膜電晶體開關在剛出廠時具有相同臨界電壓的，兩個薄膜電晶體開關的臨界電壓隨著使用時間而變異的程度也不同，最終造成兩個薄膜電晶體開關具有不同的臨界電壓。
因為顯示裝置中相鄰或相近的兩個畫素中的有機發光二極體電路中的電晶體的臨界電壓可能會不同，所以即使在一個訊框中，因為兩個畫素所要顯示的顏色相同，當顯示裝置的驅動晶片對兩個畫素給予同樣的資料電壓時，兩個畫素所顯示的顏 色仍然可能不同。舉例來說，可能左側的畫素中的紅色光強度大於右側的畫素中的紅色光強度。此外，當顯示裝置被使用一段時間後，顯示裝置所顯示的畫面的色彩也會因為有機發光二極體中的電晶體的臨界電壓變異而改變。如何解決臨界電壓的變異造成的非理想效應，是一個亟待克服的問題。
有鑑於以上的問題，本發明提出一種有機發光二極體畫素電路，藉由配置第二電容，並控制第一電容與第二電容之間的電性連接關係，來補償驅動開關的臨界電壓。
依據本發明一個或多個實施例的一種有機發光二極體畫素電路，包括有機發光二極體、驅動開關、致能開關、第一電容、第二電容與補償模組。有機發光二極體的第一端電性連接至第一參考電壓。驅動開關的第一端電性連接至第二參考電壓，驅動開關的控制端受控於驅動電壓以決定驅動電流。致能開關電性連接於驅動開關的第二端與有機發光二極體的第二端之間。第一電容的第一端電性連接至驅動開關的控制端，第一電容的第二端電性連接於第三參考電壓。第二電容的第一端電性連接至驅動開關的控制端。有機發光二極體被驅動電流驅動而發光。致能開關用以於工作週期中的第一時間區間不導通，並於工作週期中的第一時間區間後的第二時間區間導通。補償模組用以於第一時間區間中的第三時間區間中對驅動開關的控制端提供第三參考電壓，於第一時間區間中第三時間區間後的第四時間區間中將驅動 開關的控制端與驅動開關的第二端電性連接，於第一時間區間中第三時間區間後的第五時間區間中對第二電容的第二端提供資料電壓，並於第二時間區間中將第二電容的第二端電性連接至第三參考電壓。
本發明所揭露的有機發光二極體畫素電路，藉由配置第二電容，並控制第一電容與第二電容之間的電性連接關係，來補償驅動開關的臨界電壓。因此可以使補償時間不同於資料電壓寫入時間，並且使得資料電壓所需寫入的電容可以小於一般補償技術中所需的電容，從而減少資料電壓寫入所需花費的時間，使本發明所揭露得有機發光二極體畫素電路可以適用於高更新率的顯示裝置。
以上之關於本發明內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。
1000‧‧‧有機發光二極體畫素電路
1100‧‧‧有機發光二極體
1101‧‧‧第一端
1102‧‧‧第二端
1200‧‧‧驅動開關
1201‧‧‧第一端
1202‧‧‧第二端
1203‧‧‧控制端
1300‧‧‧致能開關
1301‧‧‧第一端
1302‧‧‧第二端
1303‧‧‧控制端
1400‧‧‧第一電容
1401‧‧‧第一端
1402‧‧‧第二端
1500‧‧‧第二電容
1610‧‧‧資料開關
1611‧‧‧第一端
1612‧‧‧第二端
1613‧‧‧控制端
1620‧‧‧第一開關
1621‧‧‧第一端
1622‧‧‧第二端
1623‧‧‧控制端
1630‧‧‧第二開關
1631‧‧‧第一端
1632‧‧‧第二端
1633‧‧‧控制端
1640‧‧‧第三開關
1641‧‧‧第一端
1642‧‧‧第二端
1643‧‧‧控制端
PW‧‧‧工作週期
P1~P6‧‧‧時間區間
VEN‧‧‧致能訊號
VD‧‧‧驅動電壓
VSS‧‧‧第一參考電壓
VDD‧‧‧第二參考電壓
VREF‧‧‧第三參考電壓
VDATA‧‧‧資料電壓
VL‧‧‧低電壓
VH‧‧‧高電壓
S1、S2、SDATA‧‧‧開關訊號
第1圖係依據本發明一實施例的有機發光二極體畫素電路示意圖。
第2圖係依據本發明一實施例的有機發光二極體畫素電路時序圖。
以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及 優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。
請參照第1圖，其係依據本發明一實施例的有機發光二極體畫素電路示意圖。如第1圖所示，依據本發明一實施例的有機發光二極體畫素電路1000可以包括有機發光二極體1100、驅動開關1200、致能開關1300、第一電容1400、第二電容1500與補償模組1600。有機發光二極體1100的第一端1101電性連接至第一參考電壓VSS。驅動開關1200的第一端1201電性連接至第二參考電壓VDD，第二參考電壓VDD高於第一參考電壓VSS。
致能開關1300電性連接於驅動開關1200的第二端1202與有機發光二極體1100的第二端1102之間。更具體來說，致能開關1300具有第一端1301、第二端1302與控制端1303。致能開關1300的第一端1301與驅動開關1200的第二端1202電性連接，而致能開關1300的第二端1302與有機發光二極體1100的第二端1102電性連接。致能開關1300的控制端1303受控於一個致能訊號VEN，以決定致能開關1300的第一端1301與第二端1302之間的電性連接與否。
第一電容1400的第一端1401電性連接至驅動開關 1200的控制端1203，第一電容1400的第二端1402電性連接於第三參考電壓VREF。於一實施例中，第三參考電壓VREF低於第二參考電壓VDD。於另一實施例中，第三參考電壓VREF可以直接以第一參考電壓VSS代替。第二電容1500的第一端電性連接至驅動開關1200的控制端1203。以本實施例而言，以下所有開關均以P型電晶體來舉例說明，然而依據本發明的精神，所有開關也可以都以N型電晶體來實現。
有機發光二極體1100被驅動電流ID驅動而發光。具體來說，有機發光二極體1100發光的強度與驅動電流ID的電流值呈正相關。而驅動開關1200依據控制端1203處的驅動電壓VD以決定驅動電流ID。更具體以本實施例來說，驅動電流ID與驅動電壓VD以及第二參考電壓VDD有關，其關係可以下列方程式(1)描述：ID=K(VDD-VD-|VTH|)2 (1)其中驅動開關1200的特性係數K與製程以及驅動開關1200的大小有關，VTH為驅動開關1200的臨界電壓。
補償模組1600用以於第一時間區間P1中的第三時間區間P3中對驅動開關1200的控制端1203提供第三參考電壓VREF，使得驅動電壓VD在第三時間區間P3中等於第三參考電壓VREF。補償模組1600並於第一時間區間P1中第三時間區間P3後的第四時間區間P4中將驅動開關1200的控制端1203與驅動開關1200的第二端1202電性連接，使驅動開關1200被連接 成二極體形式(diode-connected)。並且，於第一時間區間P1中第三時間區間P3後的第五時間區間P5中對第二電容1500的第二端提供資料電壓VDATA，並於第二時間區間P2中將第二電容1500的第二端電性連接至第三參考電壓VREF。其中，第五時間區間P5結束的時間早於第四時間區間P4結束的時間。
請回到第1圖，更具體來說，補償模組1600中包括了資料開關1610、第一開關1620、第二開關1630與第三開關1640。其中資料開關1610的第一端1611電性連接至一個外部裝置(未繪示)以接收資料電壓VDATA，資料開關1610的第二端1612電性連接至第二電容1500的第二端，資料開關1610的控制端1613電性連接至資料讀取訊號SDATA，因此資料開關1610的第一端1611與第二端1612之間的電性連接與否可以受控於資料讀取訊號SDATA的電壓位準。
於一個實施例中，外部裝置係於一個第六時間區間P6中將資料電壓VDATA調整至此一有機發光二極體畫素電路1000所設定要被寫入的電壓值。並且，第六時間區間P6的起點早於第五時間區間P5的起點，第六時間區間P6的終點晚於第五時間區間P5的終點。並且，設若依據本發明的有機發光二極體畫素電路1000是顯示裝置中多個畫素其中之一的電路，則第六時間區間P6的時間長度實際上就是顯示裝置的一個「列時間(line time)」。
第一開關1620電性連接於第三參考電壓VREF與驅 動開關1200的控制端1203之間。具體來說，第一開關1620的第一端1621電性連接至第三參考電壓VREF，而第一開關1620的第二端1622電性連接至驅動開關1200的控制端1203，第一開關1620的控制端1623接收一個第一開關訊號S1，以決定第一開關1620的第一端1621與第二端1622之間的電性連接與否。
第二開關1630電性連接於驅動開關1200的第二端1202與驅動開關1200的控制端1203之間，更具體來說，第二開關1630的第一端1631電性連接至驅動開關1200的第二端1202，而第二開關1630的第二端1632電性連接至驅動開關1200的控制端1203，第二開關1630的控制端1633接收一個第二開關訊號S2，以決定第二開關1630的第一端1631與第二端1632之間的電性連接與否。
第三開關1640電性連接於資料開關1610的第二端1612與第三參考電壓VREF之間，更具體來說，第三開關1640的第一端1641電性連接至資料開關1610的第二端1612，而第三開關1640的第二端1642電性連接至第三參考電壓VREF，第三開關1640的控制端1643接收致能訊號VEN，以決定第三開關1640的第一端1641與第二端1642之間的電性連接與否。
請一併參照第2圖，其係依據本發明一實施例的有機發光二極體畫素電路時序圖。如第2圖所示，在一個工作週期PW中，致能訊號VEN的電壓位準在第一時間區間P1中為高電壓VH，而在第二時間區間P2中為低電壓VL。因此致能開關1300 與第三開關1640於工作週期PW中的第一時間區間P1不導通，並於工作週期PW中的第一時間區間P1後的第二時間區間P2導通。於第五時間區間P5中資料讀取訊號SDATA的電壓位準是低電壓VL，於工作週期PW中的其他時間中，資料讀取訊號SDATA的電壓位準都是高電壓VH，因此資料開關1610於第五時間區間P5中導通，並於第五時間區間P5以外的時間不導通。且由於第一開關訊號S1的電壓位準於第三時間區間P3中是低電壓VL，而在第三時間區間P3以外的時間都是高電壓VH，因此第一開關1620於第三時間區間P3中導通，並於第三時間區間P3以外的時間不導通。而第二開關訊號S2的電壓位準於第四時間區間P4為低電壓VL，而於第四時間區間P4以外為高電壓VH，第二開關1630於該第四時間區間P4中導通，並於第四時間區間P4以外的時間不導通。
因此，於第三時間區間P3中，由於第一開關1620導通，因此驅動電壓VD的電壓位準被調整至等於第三參考電壓VREF的電壓位準。由於第三參考電壓VREF的電壓位準遠低於第二參考電壓VDD的電壓位準，因此於第四時間區間P4中，當第二開關1630導通時，驅動開關1200會被連接成二極體形式(diode-connected)，從而緩慢的將驅動電壓VD的電壓位準拉高至第二參考電壓VDD減去驅動開關1200的臨界電壓VTH，因此在第四時間區間P4的終點後，第一電容1400的第二端1042與第一端1401的電壓差V2可以由下列方程式(2)描述： V2=VREF-VDD+|VTH| (2)
並且由於第五時間區間P5中資料開關1610導通，所以第二電容1500的第二端的電壓位準被調整至資料電壓VDATA的電壓位準，因此在第五時間區間P5的終點後，第二電容1500的第二端與第二端的電壓差V1可以由下列方程式(3)描述：V1=VDATA-VDD+|VTH| (3)
而後在第二時間區間P2，由於第三開關1640導通，所以第一電容1400與第二電容1500並聯，從而使得並聯後的電容的兩端的電壓差Vtot可以由下列方程式(4)描述：Vtot=(C1×VREF+C2×VDATA)/(C1+C2)-VDD+|VTH| (4)其中C1是第一電容1400的電容值，而C2是第二電容1500的電容值。因此驅動電壓VD可以被定義如下列方程式(5)：VD=(VREF-VDATA)C2/(C1+C2)+VDD-|VTH| (5)從而使第二時間區間P2中用來驅動有機發光二極體1100的驅動電流ID等於方程式(6)：ID=K[-(VREF-VDATA)C2/(C1+C2)]2 (6)也就是驅動電流ID與驅動開關1200的臨界電壓VTH無關，因此本電路實質上具有補償臨界電壓的能力。
於某些實施例中，資料開關訊號SDATA可以用第二開關訊號S2來取代，則外部的控制訊號可以減少。於另一些實施例中，第四時間區間P4與第五時間區間P5的中點的時間點相同，也就是資料開關訊號SDATA與第二開關訊號S2於同一時間 由低電壓VL變化為高電壓。換句話說，驅動開關1200被連接成電晶體形式來進行臨界電壓補償的時間可以大於資料電壓寫入的時間。由一些實施例來說，第一電容1400與第二電容1500的電容值的比例可以是M/N，其中M與N均為正整數。另一些實施例而言，第一電容1400與第二電容1500的電容值相同。此外，第一電容1400與第二電容1500的實體電路配置上可以由多個第一子電容組成第一電容1400，並由多個第二子電容組成第二電容1500，用共質心方式(common-centroid)排列，其中每個第一子電容與每個第二子電容的電容值相同。
於另一實施例中，若所有開關均以N型電晶體實現，則第一參考電壓VSS與第三參考電壓VREF的電壓位準均高於第二參考電壓VDD，其餘時間區間中每個開關地導通與否均如前述，而僅有每個開關訊號的電壓位準需要調整。所需調整的部分由本領域具有通常知識者詳閱本發明後可輕易得知。
本發明所揭露的有機發光二極體畫素電路，藉由配置第二電容，並控制第一電容與第二電容之間的電性連接關係，來補償驅動開關的臨界電壓。因此可以使補償時間不同於資料電壓寫入時間，並且使得資料電壓所需寫入的電容可以小於一般補償技術中所需的電容，從而減少資料電壓寫入所需花費的時間，使本發明所揭露得有機發光二極體畫素電路可以適用於高更新率的顯示裝置。
雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用 以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。
1000‧‧‧有機發光二極體畫素電路
1100‧‧‧有機發光二極體
1101‧‧‧第一端
1102‧‧‧第二端
1200‧‧‧驅動開關
1201‧‧‧第一端
1202‧‧‧第二端
1203‧‧‧控制端
1300‧‧‧致能開關
1301‧‧‧第一端
1302‧‧‧第二端
1303‧‧‧控制端
1400‧‧‧第一電容
1401‧‧‧第一端
1402‧‧‧第二端
1500‧‧‧第二電容
1610‧‧‧資料開關
1611‧‧‧第一端
1612‧‧‧第二端
1613‧‧‧控制端
1620‧‧‧第一開關
1621‧‧‧第一端
1622‧‧‧第二端
1623‧‧‧控制端
1630‧‧‧第二開關
1631‧‧‧第一端
1632‧‧‧第二端
1633‧‧‧控制端
1640‧‧‧第三開關
1641‧‧‧第一端
1642‧‧‧第二端
1643‧‧‧控制端
VDATA‧‧‧資料電壓
VSS‧‧‧第一參考電壓
VDD‧‧‧第二參考電壓
VREF‧‧‧第三參考電壓

Claims (10)

  1. 一種有機發光二極體畫素電路，包括：一有機發光二極體，包括一第一端與一第二端，該有機發光二極體的第一端電性連接至一第一參考電壓，該有機發光二極體被一驅動電流驅動而發光；一驅動開關，包括一第一端、一第二端與一控制端，該驅動開關的第一端電性連接至一第二參考電壓，該驅動開關的控制端受控於一驅動電壓以決定該驅動電流；一致能開關，電性連接於該驅動開關的第二端與該有機發光二極體的第二端之間，用以於一工作週期中的一第一時間區間不導通，並於該工作週期中的該第一時間區間後的一第二時間區間導通；一第一電容，包括一第一端與一第二端，該第一電容的第一端電性連接至該驅動開關的控制端，該第一電容的第二端電性連接於一第三參考電壓；一第二電容，包括一第一端與一第二端，該第二電容的第一端電性連接至該驅動開關的控制端；以及一補償模組，用以於該第一時間區間中的一第三時間區間中對該驅動開關的控制端提供該第三參考電壓，於該第一時間區間中該第三時間區間後的一第四時間區間中將該驅動開關的控制端與該驅動開關的第二端電性連接，於該第一時間區間中該第三時間區間後的一第五時間區間中對該第二電 容的第二端提供一資料電壓，並於該第二時間區間中將該第二電容的第二端電性連接至該第三參考電壓。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的有機發光二極體畫素電路，其中該補償模組包括：一資料開關，包括一第一端與一第二端，該資料開關的第一端電性連接至該資料電壓，該資料開關的第二端電性連接至該第二電容的該第二端，該資料開關用以於該第五時間區間中導通，並於該第五時間區間以外不導通；一第一開關，電性連接於該第三參考電壓與該驅動開關的控制端之間，用以於該第三時間區間中導通，並於該第三時間區間以外不導通；一第二開關，電性連接於該驅動開關的第二端與該驅動開關的控制端之間，用以於該第四時間區間中導通，並於該第四時間區間以外不導通；以及一第三開關，電性連接於該資料開關的第二端與該第三參考電壓之間，用以於該第二時間區間導通。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的有機發光二極體畫素電路，其中該些開關均為P型電晶體，且該第一參考電壓與該第三參考電壓低於該第二參考電壓。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的有機發光二極體畫素電路，其中該些開關均為N型電晶體，且該第一參考電壓與該第三參考電壓高於該第二參考電壓。
  5. 如申請專利範圍第1項至第4項其中之一所述的有機發光二極體畫素電路，其中該第一參考電壓等於該第三參考電壓。
  6. 如申請專利範圍第1項至第4項其中之一所述的有機發光二極體畫素電路，其中該第四時間區間大於等於該第五時間區間。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的有機發光二極體畫素電路，其中該第四時間區間與該第五時間區間同時結束。
  8. 如申請專利範圍第1項至第4項其中之一所述的有機發光二極體畫素電路，其中該第一電容的電容值與該第二電容的電容值的一比例為自然數。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的有機發光二極體畫素電路，其中該第一電容的電容值等於該第二電容的電容值。
  10. 如申請專利範圍第8項所述的有機發光二極體畫素電路，其中該第一電容包括多個第一子電容，該第二電容包括多個第二子電容，該些第一子電容與該些第二子電容以共質心方式(common centroid)排列。
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