TWM485480U - 像素驅動電路 - Google Patents

Description

像素驅動電路 【0001】

 本創作是有關於一種像素驅動電路，特別是有關於一種具有對於驅動電晶體之臨界電壓補償功能之像素驅動電路。

【0002】

 在現在的顯示器市場上，由於反應速度快且具有低功耗，許多有機發光二極體(organic light-emitting diode)顯示技術使用主動矩陣式有機發光二極體(active-matrix OLED, AMOLED)技術來控制有機發光二極體之發光。由於有機發光二極體採用電流驅動，因此會使其連接於驅動電晶體，讓驅動電晶體來控制流過有機發光二極體的電流量。其中驅動電晶體可為薄膜電晶體(thin-film transistor, TFT)而於製程時與有機發光二極體一同形成，也可先行長成薄膜電晶體於晶圓上，而再依序堆疊電極層、有機發光層、電極層來形成整體結構。

【0003】

 然而，此類電路中一個主要問題是驅動電晶體之臨界電壓並不穩定，由於能流過驅動電晶體之電流正比於(Vgs-Vth)2，此處Vgs為驅動電晶體之閘極與源極之電壓差，而Vth即為臨界電壓，而有機發光二極體的發光亮度直接相關於流過的電流，故不穩定的臨界電壓會造成有機發光二極體的亮度跟著不穩。

【0004】

 目前，為了解決此問體已有許多電路設計被提出，其中大部分的基本原理是在寫入資料前先藉由電路的控制使驅動電晶體的閘極與源極間先有一個相關於臨界電壓的電壓差，並將此電壓差保持到有機發光二極體的發光階段，使其能補償掉驅動電晶體造成的影響。然而，許多此類電路為了要達到以上效果，必須要使電源供給是可變動的，而且變動幅度必須足夠大以控制電路各階段的效果。如此一來，提供給像素驅動電路的電源可能要具有特殊設計以提供可變動之電壓並可承受足夠大的電壓差，故使驅動電路不具有泛用性。此外，也有使用固定電壓之電源驅動之驅動電路，然而其電路往往過於複雜而使得製程複雜度提高或製造成本上升。

 

【0005】

 有鑑於上述習知技藝之問題，本創作之目的就是在提供一種像素驅動電路，以使用相對簡單的電路結構補償驅動電晶體之臨界電壓，使有機發光二極體有穩定的電流輸出。

【0006】

 根據本創作之目的，提出一種像素驅動電路。像素驅動電路包含第一電晶體、第二電晶體、第三電晶體、第一電容、第二電容以及有機發光二極體。第一電晶體具有第一端連接於資料線、控制端連接於掃瞄線以及第二端。第一電容具有第一端連接於第一電晶體之第二端以及第二端。第二電容具有第一端連接於第一電容之第二端以及第二端連接於第一電源線。有機發光二極體具有第一端連接於第一電容之第二端以及第二端連接於第一電源線。第二電晶體具有第一端連接於第一電源線、控制端連接於訊號線以及第二端連接於有機發光二極體之第二端。第三電晶體具有第一端連接於有機發光二極體之第一端，控制端連接於第一電晶體之第二端，以及第二端連接於第二電源線。第一電源線與第二電源線分別提供第一準位電壓與第二準位電壓。

【0007】

 較佳地，有機發光二極體之第一端可為陽極，第二端可為陰極，且第一準位電壓大於第二準位電壓。

【0008】

 較佳地，有機發光二極體可根據資料線提供之資料訊號所產生之電流發光，資料線可於提供資料訊號外之時間提供參考電壓。

【0009】

 較佳地，第一準位電壓可大於參考電壓，且有機發光二極體於順向偏壓區之導通電壓可大於第一準位電壓與參考電壓之差。

【0010】

 較佳地，第一電晶體、第二電晶體與第三電晶體可為P型電晶體。

【0011】

 承上所述，本創作之像素驅動電路，其可具有一或多個下述優點：

【0012】

 （1）此像素驅動電路可藉由電晶體之開關來進行重置，藉此可不使電源輸入之電壓不需改變而為固定準位電壓。

【0013】

 （2）此像素驅動電路可藉由使參考電壓與第一準位電壓差小於有機發光二極體順向偏壓時的導通電壓，藉此可使臨界電壓補償與資料寫入時有機發光二極體的兩端形成電流阻絕，而不需額外的元件即可進行臨界電壓補償與資料寫入。

【0034】

C1‧‧‧第一電容
C2‧‧‧第二電容
Dn‧‧‧資料線
OD‧‧‧有機發光二極體
Rst‧‧‧訊號線
Sn‧‧‧掃描線
P1‧‧‧第一電晶體
P2‧‧‧第二電晶體
P3‧‧‧第三電晶體
T1‧‧‧重置階段
T2‧‧‧臨界電壓補償階段
T3‧‧‧資料寫入階段
T4‧‧‧發光階段
Va、Vb‧‧‧電壓
Vdd‧‧‧第一電源線
Vss‧‧‧第二電源線
a、b‧‧‧接點

 

【0014】

第1圖係為本創作之實施例之像素驅動電路之電路示意圖。
第2圖係為第1圖之像素驅動電路之各訊號輸入電壓示意圖。
第3圖係為第1圖之像素驅動電路於重置階段之等效電路圖。
第4圖係為第1圖之像素驅動電路於臨界電壓補償階段結束時之等效電路圖。
第5圖係為本創作第1圖之像素驅動電路於發光階段之等效電路圖。
第6圖係為顯示本創作第1圖之像素驅動電路之a接點與b接點於各階段之電壓變化之模擬圖。
第7圖係為本創作第1圖之像素驅動電路之流過第一電源線之電流在不同驅動電晶體臨界電壓狀況下隨時間變化之模擬圖。

【0015】

 為利　貴審查員瞭解本創作之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本創作配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本創作實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係侷限本創作於實際實施上的專利範圍，合先敘明。

【0016】

 以下將參照相關圖式，說明依本創作之像素驅動電路之實施例，為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標示來說明。

【0017】

 請參閱第1圖，其係為本創作之實施例之像素驅動電路之電路示意圖。圖中，像素驅動電路包含第一電晶體P1、第二電晶體P2、第三電晶體P3、第一電容C1、第二電容C2以及有機發光二極體OD。第一電晶體P1具有第一端連接於資料線Dn、控制端連接於掃瞄線Sn以及第二端。第一電容C1具有第一端連接於第一電晶體P1之第二端以及第二端。第二電容C2具有第一端連接於第一電容C1之第二端以及第二端連接於第一電源線Vdd。有機發光二極體OD具有第一端連接於第一電容C1之第二端以及第二端連接於第一電源線Vdd。第二電晶體P2具有第一端連接於第一電源線Vdd、控制端連接於訊號線Rst以及第二端連接於有機發光二極體OD之第二端。第三電晶體P3具有第一端連接於有機發光二極體OD之第一端，控制端連接於第一電晶體P1之第二端，以及第二端連接於第二電源線Vss。第一電源線Vdd與第二電源線Vss分別提供第一準位電壓Van與第二準位電壓Vcom。圖中，接點a與b分別位於第三電晶體P3之控制端與第一端，故接點a的電壓Va即代表第三電晶體P3之控制端電壓，接點b之電壓Vb即代表第三電晶體P3之第一端電壓。

【0018】

 具體來說，第三電晶體P3為驅動電晶體，流過有機發光二極體OD之電流的主要地由第三電晶體P3各端點之電壓差決定，而所謂臨界電壓即是第三電晶體P3之臨界電壓Vth。而第一電晶體P1與第二電晶體P2作用為開關電晶體，像素驅動電路之各工作階段主要地由施加在第一電晶體P1與第二電晶體P2之控制端之訊號決定。而第一電容C1與第二電容C2主要作用為儲存輸入資料的電壓差，以決定第三電晶體P3各端點之電壓差從而決定流過有機發光二極體OD之電流大小。此外，補償第三電晶體P3之臨界電壓之電壓差也會於臨界電壓補償階段時儲存於第一電容之兩端，其詳細作用方式會於以下詳述。

【0019】

 較佳地，有機發光二極體OD之第一端為陽極，第二端為陰極，且第一準位電壓Van大於第二準位電壓Vcom。

【0020】

 具體來說，本創作所使用的有機發光二極體OD可為倒置型的有機發光二極體。也就是說，在有機發光二極體發光時，連接於第三電晶體P3的第一端是電壓較低的一端。如此一來，第一準位電壓Van勢必要大於第二準位電壓Vcom，而使有機發光二極體OD發光時電流由第二端流向第一端。

【0021】

 較佳地，有機發光二極體OD可根據資料線Dn提供之資料訊號所產生之電流發光，資料線Dn可於提供資料訊號外之時間提供參考電壓Vref。

【0022】

 為了切換像素驅動電路於不同的工作階段，輸入像素電路的電壓訊號需要在預定時間有預定變化。為了減少訊號源的數量以及電路中所使用的元件數量，資料線Dn可於提供資料訊號外之時間提供參考電壓Vref，而參考電壓Vref與其他輸入電壓的差值可用於切換像素驅動電路的工作階段。

【0023】

 較佳地，第一準位電壓Van可大於參考電壓Vref，且有機發光二極體OD於順向偏壓區之導通電壓Voled可大於第一準位電壓Van與參考電壓Vref之差。

【0024】

 如上所述，其中一個利用參考電壓Vref與其他輸入電壓的差值來切換像素驅動電路的工作階段的方式就是結合有機發光二極體之導通電壓Voled，其詳細作用方式將會於以下實施例中描述。

【0025】

 在以下實施例中，第一電晶體P1、第二電晶體P2與第三電晶體P3可為P型電晶體。當然本創作並不限於此，舉例來說，第一與第二電晶體P1與P2也可為N型電晶體，但以下所述於第一與第二電晶體P1與P2控制端的輸入訊號必須導致。在第三電晶體P3為P型電晶體時，第三電晶體P 3之第一端為源極，而第二端為汲極。第一圖中接點b與接點a之電壓差(Vb-Va)即為第三電晶體P3源極與閘極的電壓差Vsg，且流過第三電晶體P3源極與汲極之電流即由該電壓差與臨界電壓之差值之平方決定。以方程式可表示為I=k(Vsg-Vth)2，k僅與第三電晶體P3之結構與材料之載子遷移率有關。此外，在以下實施例中，所提供之第二準位電壓Vcom為0V。

【0026】

 請參閱第2圖，其係為第1圖之像素驅動電路之各訊號輸入電壓示意圖。其中掃描線電壓Vscan是由掃描線Sn所提供的電壓訊號，資料線電壓Vdata是由資料線Dn所提供的電壓訊號，而訊號線電壓Vrst是由訊號線Rst所提供的電壓訊號。這些電壓訊號的組合決定了像素驅動電路工作於四個階段，分別是重置階段T1、臨界電壓回饋階段T2、資料寫入階段T3以及發光階段T4。以下將搭配第3到第5圖對各階段做詳細描述。

【0027】

 請參閱第3圖，其係為第1圖之像素驅動電路於重置階段T1之等效電路圖。此時由第2圖得知訊號線Rst提供低準位的訊號線電壓Vrst給第二電晶體P2之控制端而使得第二電晶體P2之第一端與第二端導通，故在電路上作用如第3圖所示為短路。如此一來，接點b之電壓Vb即為第一電源線Vdd所提供之第一準位電壓Van，而有機發光二極體OD兩端無電壓差故無電流通過而不發光。資料線Dn在此階段尚無資料輸入，故如前所述提供參考電壓Vref給接點a。此時電壓Va與Vb可表示為：

【0028】

 請參閱第4圖，其係為第1圖之像素驅動電路於臨界電壓補償階段T2結束時之等效電路圖。此時由第2圖得知訊號線Rst提供高準位的訊號線電壓Vrst給第二電晶體P2之控制端而使得第二電晶體P2之第一端與第二端形成斷路。臨界電壓補償階段T2一開始第三電晶體P3仍有電流流過，直到接點b之電壓Vb與接點a之電壓之差值使第三電晶體P3之第一端與第二端間(汲極與源極間)之電流截止。此時有機發光二極體OD之兩端雖為順向偏壓，但如前所述，此實施例設定條件為順向偏壓區之導通電壓Voled大於第一準位電壓Van與參考電壓Vref之差。也就是說，在有機發光二極體OD之兩端之電壓差小於導通電壓Voled的話，還是沒有電流能流過有機發光二極體OD，此時如第4圖中所示，有機發光二極體OD在電路中作用如同一個電容。由於第三電晶體P3的源極與汲極間電流導通條件為源極電壓(即電壓Vb)減去閘極電壓(即電壓Va)後須大於臨界電壓Vth，在臨界電壓補償階段T2時沒有電流能從第一電源線Vdd流到接點b的情況下，接點b之電壓V與b接點a之電壓之差值最終能調整至使兩點間之電壓差值為臨界電壓Vth而使第三電晶體P3源極與汲極間的通路關閉(如第4圖中所示)。此時電壓Va與Vb可表示為：

【0029】

 在資料寫入階段T3時，其等效電路基本上如第4圖臨界電壓補償階段T2之等效電路，不同之處在於此時資料線Dn所提供之資料線電壓由參考電壓Vref改為提供資料訊號，資料訊號之電壓可表示為資料電壓Vdata。因此，接點a之電壓Va即為Vdata，而由於電容耦合效應，而使得接點b之電壓Vb會有相對應改變，但電壓Va與Vb間有關臨界電壓Vth的差值仍會保持，需注意的是此處Vdata小於Vref。此時可用Cc1與Cc2分別代表電容C1與C2的電容值，而Coled則代表有機發光二極體OD作為等效電容時之電容值，於是電壓Va與Vb可表示為：

【0030】

 在發光階段T4時，由於資料電壓Vdata實際上比參考電壓Vref低，故有機發光二極體OD之兩端之電壓差可超過導通電壓Voled而使電流開始流過有機發光二極體。如第2圖中所示，此時掃描線Sn可提供高準位電壓給第一電晶體P1的控制端而使得第一電晶體P1關閉，像素驅動電路之等效電路如第5圖所示。如前所述，流過有機發光二極體OD之電流I由第三電晶體P3之源極與閘極的電壓差Vsg減去臨界電壓決定，而源極與閘極的電壓又分別是電壓Va與Vb，故流過有機發光二極體OD之電流I可表示為：

由上式中可看出，此時流過有機發光二極體OD之電流I已與第三電晶體P3之臨界電壓Vth無關，因此有機發光二極體OD發光的亮度能由所提供之資料電壓Vdata與參考電壓Vref控制而穩定發光。

【0031】

 請參閱第6圖，其係為顯示本創作第1圖之像素驅動電路之a接點與b接點於各階段之電壓變化之模擬圖。在模擬中，所使用之第一準位電壓Van為7V，參考電壓為5V，資料電壓約為2V。由圖中可見，在重置階段T1時，電壓Va與Vb之差約為2V，然而，在臨界電壓補償階段T2結束時，接點b之電壓Vb降為約5.9V，由上述討論可知此模擬中第三電晶體P3的臨界電壓Vth約為此時電壓Va與Vb的差值0.9V。而直到資料寫入階段T3開始時，接點b與a之電壓差會再加上資料線Dn提供的電壓改變而造成的電容耦合效應所導致的電壓差，由圖中所示總電壓差約為1.4V，故電容耦合效應所導致的電壓差約為0.5V。而接點b與a之電壓差會一直保持到發光階段T4。當第一電源線Vdd的電壓Van與接點b之電壓Vb相差超過有機發光二極體OD之導通電壓Voled(在第6圖中約為3.6V)，發光階段T4開始而有電流流過有機發光二極體OD而使有機發光二極體OD開始發光。在發光階段T4中，接點b與a之電壓差一直保持著約1.4V而保持流過有機發光二極體OD的電流穩定。

【0032】

 請參閱第7圖，其係為係為本創作第1圖之像素驅動電路之流過第一電源線Vdd之電流在不同驅動電晶體臨界電壓狀況下隨時間變化之模擬圖，其中導通電壓von即為驅動電晶體P3的臨界電壓Vth，而圖中穩定時(0.000008秒後)之電流即電路中流過有機發光二極體OD之電流，其中模擬時電流方向是由第二電源線Vss往第一電源線Vdd觀測故模擬之電流結果帶有負號。由圖中所見，在電流趨於穩定時，即使第三電晶體P3的臨界電壓有大幅度的變動(1.07±0.5V，超過30%)，流過有機發光二極體OD的電流也僅有小幅度的變化(約7%)，雖然因為電晶體內部漏電流的緣故使其並非完全理想地與臨界電壓無關，但此電流的變化量已足夠小而符合實務需求。因此，本創作之像素驅動電路確實能藉由補償驅動電晶體之臨界電壓而穩定有機發光二極體的發光亮度。

【0033】

 以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本創作之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

T1‧‧‧第一電晶體

T2‧‧‧第二電晶體

T3‧‧‧第三電晶體

C1‧‧‧第一電容

C2‧‧‧第二電容

Dn‧‧‧資料線

Sn‧‧‧掃描線

Rst‧‧‧訊號線

Vdd‧‧‧第一電源線

Vss‧‧‧第二電源線

OD‧‧‧有機發光二極體

a、b‧‧‧接點

Claims (5)

1. 【第1項】

    一種像素驅動電路，其包含：
   一第一電晶體，其具有一第一端連接於一資料線，一控制端連接於一掃瞄線，以及一第二端；
   一第一電容，其具有一第一端連接於該第一電晶體之該第二端，以及一第二端；
   一第二電容，其具有一第一端連接於該第一電容之該第二端，以及一第二端連接於一第一電源線；
   一有機發光二極體，其具有一第一端連接於該第一電容之該第二端，以及一第二端連接於該第一電源線；
   一第二電晶體，其具有一第一端連接於該第一電源線，一控制端連接於一訊號線，以及一第二端連接於該有機發光二極體之該第二端；以及
   一第三電晶體，其具有一第一端連接於該有機發光二極體之該第一端，一控制端連接於該第一電晶體之該第二端，以及一第二端連接於一第二電源線，
   其中該第一電源線提供一第一準位電壓，而該第二電源線提供一第二準位電壓。
   
2. 【第2項】

    如申請專利範圍第1項所述之像素驅動電路，其中該有機發光二極體之該第一端為一陽極，該第二端為一陰極，且該第一準位電壓大於該第二準位電壓。
   
3. 【第3項】

    如申請專利範圍第2項所述之像素驅動電路，其中該有機發光二極體根據該資料線提供之一資料訊號所產生之電流發光，該資料線於提供該資料訊號外之時間提供一參考電壓。
   
4. 【第4項】

    如申請專利範圍第3項所述之像素驅動電路，其中該第一準位電壓大於該參考電壓，且該有機發光二極體於順向偏壓區之一導通電壓大於該第一準位電壓與該參考電壓之差。
   
5. 【第5項】

    如申請專利範圍第1項所述之像素驅動電路，其中該第一電晶體、第二電晶體與第三電晶體為P型電晶體。