TWI546795B - 有機發光二極體像素電路 - Google Patents

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Description

有機發光二極體像素電路
本發明係關於一種有機發光二極體像素電路，特別關於一種具有臨界電壓補償能力的有機發光二極體像素電路。
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像素電路，應用電容耦合的特性來設計有機發光二極體像素電路中的驅動開關補償電路。
依據本發明一個或多個實施例所實現的一種有機發光二極體像素電路，包括：有機發光二極體、驅動開關、致能開關、補償電路與資料開關。其中，有機發光二極體包括第一端與第二端，有機發光二極體的第一端電性連接至第一參考電壓，有機發光二極體被驅動電流驅動而發光。驅動開關包括第一端、第二端與控制端，驅動開關的第一端電性連接至第二參考電壓，驅動開關依據控制端的電壓而決定前述驅動電流。致能開關包括第一端與第二端，致能開關的第一端電性連接至驅動開關的第二端，致能開關的第二端電性連接至發光二極體的第二端，致能開關於一個工作週期中的第一時間區間中不導通，並於工作週期中的第二時間區間導通。補償電路包括第一端、第二端、第三端、第四端與第五端，補償電路的第一端電性連接至第二參考電壓， 補償電路的第二端電性連接至驅動開關的第二端，補償電路的第三端電性連接至驅動開關的控制端，補償電路的第四端電性連接至補償電壓。資料開關包括第一端與第二端，資料開關的第一端電性連接至補償電路的第五端，資料開關的第二端電性連接至資料電壓，資料開關於工作週期中的第四時間區間導通。補償電壓於工作週期中的第四時間區間中具有第一電壓位準，補償電壓於第四時間區間以外具有第二電壓位準，第三時間區間與第四時間區間部分重疊，第三時間區間的起點位於第四時間區間，且第三時間區間與第四時間區間均位於第一時間區間內。
本發明中的有機發光二極體像素電路，藉由補償電路、資料開關與補償電壓作動的順序，使此有機發光二極體像素電路中的驅動開關的控制端電壓被設定為資料電壓與驅動開關的臨界電壓的絕對值的差。因此驅動開關依據其控制端電壓所決定的驅動電流指與資料電壓有關，而與臨界電壓無關。
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、3000‧‧‧有機發光二極體像素電路
1100、3100‧‧‧有機發光二極體
1200、3200‧‧‧驅動開關
1300、3300‧‧‧致能開關
1400、3400‧‧‧補償電路
1410、3410‧‧‧第一開關
1420、3420‧‧‧第二開關
1430、3430‧‧‧第一電容
1440、3440‧‧‧第二電容
1500、3500‧‧‧資料開關
VDD‧‧‧參考電壓
VSS‧‧‧參考電壓
VC‧‧‧補償電壓
VDATA‧‧‧資料電壓
1110、1210、1310、1401、1411、1421、1510‧‧‧第一端
3110、3210、3310、3401、3411、3421、3510‧‧‧第一端
1120、1220、1320、1402、1412、1422、1520‧‧‧第二端
3120、3220、3320、3402、3412、3422、3520‧‧‧第二端
1230、1330、1413、1423、1530‧‧‧控制端
3230、3330、3413、3423、3530‧‧‧控制端
1403、3403‧‧‧第三端
1404、3404‧‧‧第四端
1405、3405‧‧‧第五端
V1230、V1330、V1530、V1413、V1423‧‧‧電壓
VH‧‧‧高電壓
VL‧‧‧低電壓
ID‧‧‧驅動電流
第1圖係依據本發明一實施例中的有機發光二極體像素電路示意圖。
第2圖係依據本發明一實施例中的有機發光二極體像素電路 中多個節點電壓的時序圖。
第3圖係依據本發明另一實施例中的有機發光二極體像素電路示意圖。
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。
依據本發明一實施例的一種有機發光二極體像素電路，請參照第1圖與第2圖，其中第1圖係依據本發明一實施例中的有機發光二極體像素電路示意圖，而第2圖係依據本發明一實施例中的有機發光二極體像素電路中多個節點電壓的時序圖。如第1圖所示，有機發光二極體像素電路1000可以包括：有機發光二極體1100、驅動開關1200、致能開關1300、補償電路1400與資料開關1500。有機發光二極體1100的第一端1110電性連接至第一參考電壓VSS，驅動開關1200的第一端1210電性連接至第二參考電壓VDD，致能開關1300的第一端1310電性連接至驅動開關1200的第二端1220，致能開關1300的第二端1320電性連接至發光二極體1100的第二端1120，補償電路1400的第一端1401電性連接至第二參考電壓VDD，補償電路1400的第二端 1402電性連接至驅動開關1200的第二端1210，補償電路1400的第三端1403電性連接至驅動開關1200的控制端1230，補償電路1400的第四端1404電性連接至補償電壓VC。於本實施例中，所有的開關以P型電晶體為例來說明，然而本發明並不加以限定。
有機發光二極體1100包括第一端1110與第二端1120，有機發光二極體1100被驅動電流ID驅動而發光。更具體來說，當驅動電流ID流經有機發光二極體1100時，有機發光二極體1100因而受激而發光，並且發光的強度(luminance/intensity)與驅動電流ID成高度正相關。因此，要使任兩個相同的有機發光二極體發出相同的發光強度，一般而言必須提供相同的驅動電流。
驅動開關1200包括第一端1210、第二端1220與控制端1230，驅動開關1200依據控制端1230的電壓V1230而決定驅動電流ID。更具體而言，驅動開關1200可以視為一個電晶體開關，因此根據電晶體的電流公式可以知道，驅動電流ID是跟驅動開關1200的控制端1230與驅動開關1200的第一端1210的電壓差，以及驅動開關1200的臨界電壓VTH有關。
致能開關1300包括第一端1310、第二端1320與控制端1330，致能開關1300的控制端1330的電壓V1330於一個工作週期PW中的第一時間區間P1中為高電壓VH，因此致能開關1300於第一時間區間P1不導通，並於工作週期PW中的第二時間區間P2中致能開關1300的控制端1330的電壓V1330為低電 壓VL，因此致能開關1300於第二時間區間P2中導通。由第1圖可以知道，當致能開關1300導通的時候，驅動電流ID流至有機發光二極體1100而使其發光。
補償電路1400包括第一端1401、第二端1402、第三端1403、第四端1404與第五端1405。補償電路1400的第一端1401電性連接至第二參考電壓VDD，補償電路1400的第二端1402電性連接至驅動開關1200的第二端1220，補償電路1400的第三端1403電性連接至驅動開關1200的控制端1230，補償電路1400的第四端1404電性連接至補償電壓VC。更具體來說，補償電路1400中包含了第一開關1410、第二開關1420、第一電容1430與第二電容1440。其中第一電容1430的電容值不大於第二電容1440的電容值的五倍。
第一開關1410包括第一端1411、第二端1412與控制端1413，第一開關1410的第一端1411電性連接至補償電路1400的第一端1401，從而電性連接至第二參考電壓VDD。第一開關1410的第二端1412電性連接至補償電路1400的第三端1403，從而電性連接至驅動開關1200的控制端1230。第二開關1420包括第一端1421、第二端1422與控制端1423，第二開關1420的第一端1421電性連接至補償電路1400的第二端1402，從而電性連接至驅動開關1200的第二端1220。第一電容1430電性連接於驅動開關1200的控制端1230與第二開關1420的第二端1422之間，而第二電容1440電性連接於第二開關1420的第二端1422 與補償電壓VC(也就是補償電路1400的第四端1404)之間。
資料開關1500包括第一端1510、第二端1520與第三端1530，資料開關1500的第一端1510電性連接至補償電路1400的第五端1405，從而電性連接至第二開關1420的第二端1422。資料開關1500的第二端1520電性連接至資料電壓VDATA，資料開關1500的第三端1530的電壓V1530於工作週期PW中的第三時間區間P3為低電壓VL，因此資料開關1500在第三時間區間P3中導通。
補償電壓VC於工作週期PW中的第四時間區間P4中具有第一電壓位準V1，補償電壓VC於第四時間區間P4以外具有第二電壓位準V2，第三時間區間P3與第四時間區間P4部分重疊，第三時間區間P3的起點位於第四時間區間P4內，且第三時間區間P3與第四時間區間P4均位於第一時間區間P1內。
第一開關1410的控制端1413的電壓V1413與第二開關1420的控制端1423的電壓V1423於第一時間區間P1中的第五時間區間P5為低電壓VL，因此第一開關1410與第二開關1420於第五時間區間P5中導通。其中，由第2圖可以看出第五時間區間P5與第四時間區間P4部分重疊，且第五時間區間P5的起點T51早於第四時間區間P4的起點T41。
以下以第1圖結合第2圖來解釋本發明前述實施例的作動原理。於第五時間區間P5的起點T51到第四時間區間P4的起點T41之間，由於第一開關1410導通，所以驅動開關1200 的控制端1230的電壓V1230因此被調整至與第二參考電壓VDD相同。接著在第四時間區間P4的起點T41補償電壓VC由第二電壓位準V2變化到第一電壓位準V1，於此實施例中第一電壓位準V1大於第二電壓位準V2，因此第二開關1420的第二端1422的電壓被提高到高於第二參考電壓VDD，從而使驅動開關1200形成一個控制端1230與第一端1210電性連接的「二極體型式」(diode-connected)的狀態，因此到第五時間區間P5的終點T52前，第二開關1420的第二端1422的電壓被逐漸拉低到大致等於第二參考電壓VDD與驅動開關1200的臨界電壓VTH的絕對值的和。
接著，於第三時間區間P3的起點T31時，資料開關1500開始導通，從而把第二開關1420的第二端1422的電壓快速的拉到等於資料電壓VDATA，因為電容耦合的關係，驅動開關1200的控制端1230的電壓V1230也因此被拉低至資料電壓VDATA減掉驅動開關1200的臨界電壓VTH的絕對值。接著，在第四時間區間P4的終點T42，補償電壓VC由第一電壓位準V1降至第二電壓位準V2，因為此時資料開關1500是導通的，因此補償電壓VC的變化不會對電路中其他節點的電壓造成影響。而後第三時間區間P3結束，資料開關1500關閉，此時驅動開關1200的控制端1230的電壓V1230是資料電壓VDATA減掉驅動開關1200的臨界電壓VTH的絕對值，因此當第一時間區間P1結束，進入第二時間區間P2而要用驅動開關1200提供驅動電流ID時， 驅動電流ID可以由下列公式(1)決定：ID=K[VDD-(VDATA-|VTH|)-|VTH|]2=K(VDD-VDATA)2 (1)其中K是驅動開關1200的特性係數。從公式(1)可以看出驅動電流ID經過本案的補償方式而與驅動開關1200的臨界電壓VTH無關。
雖然前述實施例揭示了所有開關是P型電晶體的實施方式，然而本發明另一實施例中也可以用N型電晶體實現本發明的電路，請參照第3圖，其係依據本發明另一實施例中的有機發光二極體像素電路示意圖。請參照第3圖，有機發光二極體像素電路3000可以包括：有機發光二極體3100、驅動開關3200、致能開關3300、補償電路3400與資料開關3500。有機發光二極體3100的第一端3110電性連接至參考電壓VDD，驅動開關3200的第一端3210電性連接至參考電壓VSS，致能開關3300的第一端3310電性連接至驅動開關3200的第二端3220，致能開關3300的第二端3320電性連接至發光二極體3100的第二端3120，補償電路3400的第一端3401電性連接至參考電壓VSS，補償電路3400的第二端3402電性連接至驅動開關3200的第二端3210，補償電路3400的第三端3403電性連接至驅動開關3200的控制端3230，補償電路3400的第四端3404電性連接至補償電壓VC。
有機發光二極體3100包括第一端3110與第二端3120，有機發光二極體3100被驅動電流ID驅動而發光。驅動開 關3200包括第一端3210、第二端3220與控制端3230，驅動開關3200依據控制端3230的電壓而決定驅動電流ID。更具體而言，驅動開關3200可以視為一個電晶體開關，因此驅動電流ID是跟驅動開關3200的控制端3230與驅動開關3200的第一端3210的電壓差，以及驅動開關3200的臨界電壓VTH有關。
致能開關3300包括第一端3310、第二端3320與控制端3330，如同第1圖的實施例，致能開關3300於第一時間區間P1不導通，並於工作週期PW中的第二時間區間P2中導通。由第3圖可以知道，當致能開關3300導通的時候，驅動電流ID流至有機發光二極體3100而使其發光。
補償電路3400包括第一端3401、第二端3402、第三端3403、第四端3404與第五端3405。補償電路3400的第一端3401電性連接至參考電壓VSS，補償電路3400的第二端3402電性連接至驅動開關3200的第二端3220，補償電路3400的第三端3403電性連接至驅動開關3200的控制端3230，補償電路3400的第四端3404電性連接至補償電壓VC。更具體來說，補償電路3400中包含了第一開關3410、第二開關3420、第一電容3430與第二電容3440。其中第一電容3430的電容值不大於第二電容3440的電容值的五倍。
第一開關3410包括第一端3411、第二端3412與控制端3413，第一開關3410的第一端3411電性連接至補償電路3400的第一端3401，從而電性連接至參考電壓VSS。第一開關 3410的第二端3412電性連接至補償電路3400的第三端3403，從而電性連接至驅動開關3200的控制端3230。第二開關3420包括第一端3421、第二端3422與控制端3423，第二開關3420的第一端3421電性連接至補償電路3400的第二端3402，從而電性連接至驅動開關3200的第二端3220。第一電容3430電性連接於驅動開關3200的控制端3230與第二開關3420的第二端3422之間，而第二電容3440電性連接於第二開關3420的第二端3422與補償電壓VC(也就是補償電路3400的第四端3404)之間。
資料開關3500包括第一端3510、第二端3520與第三端3530，資料開關3500的第一端3510電性連接至補償電路3400的第五端3405，從而電性連接至第二開關3420的第二端3422。資料開關3500的第二端3520電性連接至資料電壓VDATA，資料開關3500在工作週期PW中的第三時間區間P3中導通。
補償電壓VC於工作週期PW中的第四時間區間P4中具有第一電壓位準V1，補償電壓VC於第四時間區間P4以外具有第二電壓位準V2，第三時間區間P3與第四時間區間P4部分重疊，第三時間區間P3的起點位於第四時間區間P4內，且第三時間區間P3與第四時間區間P4均位於第一時間區間P1內。
第一開關1410與第二開關1420於第五時間區間P5中導通。如同前述第1圖與第2圖的實施例，第五時間區間P5與第四時間區間P4部分重疊，且第五時間區間P5的起點T51早 於第四時間區間P4的起點T41。於本實施例中，各開關導通的時間與前述第1圖的實施例相同，本實施例與前一實施例的差別在於，本實施例中的第一電壓位準V1小於第二電壓位準V2。而結果上使得在第五時間區間P5的終點前，第二開關3420的第二端3422的電壓被定義為參考電壓VSS減去驅動開關3200的臨界電壓VTH(的絕對值)。而在第三時間區間P3的終點前，驅動開關3200的控制端3230的電壓被補償電路3400定義為資料電壓VDATA與驅動開關3200的臨界電壓VTH(的絕對值)的和。
由上述多個實施例，可以看出依據本發明而實現的有機發光二極體像素電路，對於每一個像素電路而言，其資料開關必須導通來對像素電路寫入資料電壓的時間可以非常短。而其補償的時間(第四時間區間與第五時間區間)的長度不會受限於資料開關的導通期間(第三時間區間)。此外，依據本發明而實現的有機發光二極體像素電路可以僅使用五個電晶體開關與兩個電容，其中第二電容可以遠小於第一電容，因此相較於一般的有機發光二極體像素電路具有六個電晶體開關與一個電容，依據本發明所實現的有機發光二極體像素電路在有限的像素電路空間中，可以有較多的面積來配置有機發光二極體。
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‧‧‧有機發光二極體像素電路
1100‧‧‧有機發光二極體
1200‧‧‧驅動開關
1300‧‧‧致能開關
1400‧‧‧補償電路
1410‧‧‧第一開關
1420‧‧‧第二開關
1430‧‧‧第一電容
1440‧‧‧第二電容
1500‧‧‧資料開關
VDD‧‧‧第二參考電壓
VSS‧‧‧第一參考電壓
VC‧‧‧補償電壓
V1530、V1413、V1423‧‧‧電壓
VDATA‧‧‧資料電壓
1110、1210、1310、1401、1411、1421、1510‧‧‧第一端
1120、1220、1320、1402、1412、1422、1520‧‧‧第二端
1230、1330、1413、1423、1530‧‧‧控制端
1403‧‧‧第三端
1404‧‧‧第四端
1405‧‧‧第五端
ID‧‧‧驅動電流

Claims (10)

  1. 一種有機發光二極體電路，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；一致能開關，包括一第一端與一第二端，該致能開關的第一端電性連接至該驅動開關的第二端，該致能開關的第二端電性連接至該有機發光二極體的第二端，該致能開關於一工作週期中的一第一時間區間中不導通，並於該工作週期中的一第二時間區間導通；一補償電路，包括一第一端、一第二端、一第三端、一第四端與一第五端，該補償電路的第一端電性連接至該第二參考電壓，該補償電路的第二端電性連接至該驅動開關的第二端，該補償電路的第三端電性連接至該驅動開關的控制端，該補償電路的第四端電性連接至一補償電壓；以及一資料開關，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補償電路的第五端，該資料開關的第二端電性連接至一資料電壓，該資料開關於該工作週期中的一第三時間區間導通； 其中，該補償電壓於該工作週期中的一第四時間區間中具有一第一電壓位準，該補償電壓於該第四時間區間以外具有一第二電壓位準，該第三時間區間與該第四時間區間部分重疊，該第三時間區間的起點位於該第四時間區間，且該第三時間區間與該第四時間區間均位於該第一時間區間內。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的有機發光二極體電路，其中該補償電路包括：一第一開關，包括一第一端與一第二端，該第一開關的第一端電性連接至該第二參考電壓，該第一開關的第二端電性連接至該驅動開關的控制端，該第一開關於該工作週期中的一第五時間區間導通；一第二開關，包括一第一端與一第二端，該第二開關的第一端電性連接至該驅動開關的第二端，該第二開關於該第五時間區間導通；一第一電容，電性連接於該驅動開關的控制端與該第二開關的第二端之間；以及一第二電容，電性連接於該第二開關的第二端與該補償電壓之間；其中，該第五時間區間與該第四時間區間部分重疊，且該第五時間區間的起點早於該第四時間區間的起點。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的有機發光二極體電路，其中 該第一電容與該第二電容的一比值小於等於5。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的有機發光二極體電路，其中該些開關均為P型電晶體，且該第一電壓位準高於該第二電壓位準。
  5. 如申請專利範圍第2項所述的有機發光二極體電路，其中於該第五時間區間的終點前，該第二開關的第二端的電壓被定義為該第二參考電壓與該驅動開關的臨界電壓的絕對值的和，該些開關均為P型電晶體，且該第一電壓位準高於該第二電壓位準。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的有機發光二極體電路，其中於該第三時間區間的終點前，該驅動開關的控制端的電壓被該補償電路定義為該資料電壓與該驅動開關的臨界電壓的絕對值的差。
  7. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的有機發光二極體電路，其中該些開關均為N型電晶體，且該第一電壓位準低於該第二電壓位準。
  8. 如申請專利範圍第2項所述的有機發光二極體電路，其中於該第五時間區間的終點前，該第二開關的第二端的電壓被定義為該第二參考電壓減去該驅動開關的臨界電壓的絕對值，該些開關均為N型電晶體，且該第一電壓位準低於該第二電壓位準。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的有機發光二極體電路，其中 於該第三時間區間的終點前，該驅動開關的控制端的電壓被該補償電路定義為該資料電壓與該驅動開關的臨界電壓的絕對值的和。
  10. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的有機發光二極體電路，其中於該第四時間區間的起點前，該驅動開關的控制端的電壓被該補償電路定義至該第二參考電壓。
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