TW201501101A - 畫素結構及顯示裝置 - Google Patents

Abstract

一種畫素結構，包括一第一電晶體、一發光元件、一第二電晶體、一開關單元、一耦合單元以及一補償單元。第一電晶體將一資料信號傳送至一第一節點。第二電晶體耦接第一至第三節點。開關單元與發光元件及第二電晶體串聯於第一與第二操作電壓之間。耦合單元耦接於第一與第二節點之間。補償單元耦接於第二與第三節點之間。在一補償期間，第二節點的電壓等於第三節點的電壓。在一重置期間，第三節點的電壓等於一固定電壓。重置期間早於資料寫入期間，並位於補償期間與資料寫入期間之間。

Description

畫素結構及顯示裝置

本發明係有關於一種畫素結構，特別是有關於一種顯示裝置的畫素結構。

依照背板製程技術，主動式有機發光顯示器(Active Matrix Organic Light Emitting Display；AMOLED)的畫素結構可分成P型及N型驅動型式。P型驅動型式多應用在低溫多晶矽(Low Temperature Poly-Silicon；LTPS)的背板技術中。N型驅動型式多應用在非晶矽(a-si)及氧化銦錠鋅(Indium Gallium Zinc Oxide；IGZO)背板技術中。

第7A圖為習知P型驅動型式的畫素示意圖。驅動電晶體PTFT2為P型，其閘-源極電壓係為資料電壓Dm與操作電壓PVDD間的壓差。有機發光二極體710係為一般有機發光二極體(normal OLED)。第7B圖為習知N型驅動型式的畫素示意圖。驅動電晶體NTFT2為N型，其閘-源極電壓係為資料電壓Dm與操作電壓PVEE間的壓差。有機發光二極體720係為一反相有機發光二極體(inverted OLED)。

然而，反相有機發光二極體較不易製做。為解決此問題，習知技術提供另一畫素結構。如第8圖所示，有機發光二極體810係為一般有機發光二極體，並且驅動電晶體NTFT2為N型。 有機發光二極體810的陽極耦接驅動電晶體NTFT2的源極。當有機發光二極體810的跨壓因元件老化而增加時，增加的跨壓將影響電晶體NTFT2的閘-源極電壓，進而降低電晶體NTFT2所產生的驅動電流，而產生烙印。

再者，提供操作電壓PVEE的金屬膜係蒸鍍在玻璃基板上，其所產生的壓降將透過有機發光二極體810反映在驅動電晶體NTFT2的源極電壓，因而影響電晶體NTFT2的閘-源極電壓，使得畫面的亮度不均。

本發明提供一種畫素結構，包括一第一電晶體、一發光元件、一第二電晶體、一開關單元、一耦合單元以及一補償單元。第一電晶體具有一第一閘極、一第一端以及一第二端，並在一資料寫入期間，將一資料信號傳送至一第一節點。第二電晶體具有一第二閘極、一第三端以及一第四端。第二閘極耦接一第二節點。第三端耦接一第三節點。第四端耦接一第四節點。開關單元與發光元件及第二電晶體串聯於一第一操作電壓與一第二操作電壓之間。耦合單元耦接於第一與第二節點之間。補償單元耦接於第二與第三節點之間。在一補償期間，第二節點的電壓等於第三節點的電壓。在一重置期間，第三節點的電壓等於一固定電壓。重置期間早於資料寫入期間，並位於補償期間與資料寫入期間之間。

本發明另提供一種顯示裝置，包括一掃描驅動器、一資料驅動器以及至少一畫素。掃描驅動器提供至少一掃描信號。資料驅動器提供至少一資料信號。畫素包括一第一電晶體、 一發光元件、一第二電晶體、一開關單元、一耦合單元以及一補償單元。第一電晶體具有一第一閘極、一第一端以及一第二端，並在一資料寫入期間，根據掃描信號，將資料信號傳送至一第一節點。第二電晶體具有一第二閘極、一第三端以及一第四端。第二閘極耦接一第二節點。第三端耦接一第三節點。第四端耦接一第四節點。開關單元與發光元件及第二電晶體串聯於一第一操作電壓與一第二操作電壓之間。耦合單元耦接於第一與第二節點之間。補償單元耦接於第二與第三節點之間。在一補償期間，第二節點的電壓等於第三節點的電壓。在一重置期間，第三節點的電壓等於一固定電壓。重置期間早於資料寫入期間，並位於補償期間與資料寫入期間之間。

為讓本發明之特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

100‧‧‧顯示裝置

110‧‧‧掃描驅動器

120‧‧‧資料驅動器

210、510‧‧‧開關單元

220、520‧‧‧補償單元

230、530‧‧‧耦合單元

240、540‧‧‧發光元件

310‧‧‧起始期間

250、260、550‧‧‧設定單元

320‧‧‧補償期間

330‧‧‧重置期間

340‧‧‧資料寫入期間

350‧‧‧發光期間

P₁₁~P_mn‧‧‧畫素

C1、C2‧‧‧電容

N、G、S、D‧‧‧節點

REF‧‧‧參考電壓

SN₁~SN_n、Sn‧‧‧掃描信號

DATA₁~DATA_m、Dm‧‧‧資料信號

241、541、710、720、810‧‧‧有機發光二極體

TN1~TN6、TP1~TP5、PTFT2、NTFT1、NTFT2‧‧‧電晶體

ELVDD、ELVSS、PVDD、PVEE‧‧‧操作電壓

ENB、COM、RST‧‧‧控制信號

V_N、V_S、V_D、V_G、Vgs‧‧‧電壓

第1圖為本發明之顯示裝置之示意圖。

第2圖係為本發明之畫素的結構示意圖。

第3圖為本發明之畫素的控制時序圖。

第4圖為節點N、S、D、G的電壓(VN、VS、VD、VG)以及電晶體TN2的閘-源極電壓(Vgs)。

第5圖為本發明之畫素的另一結構示意圖。

第6圖為第5圖的畫素結構的控制時序圖。

第7A圖為習知P型驅動型式的畫素示意圖。

第7B及8圖為習知N型驅動型式的畫素示意圖。

第1圖為本發明之顯示裝置之示意圖。如圖所示，顯示裝置100包括一掃描驅動器110、一資料驅動器120以及畫素P₁₁~P_mn。掃描驅動器110提供掃描信號SN₁~SN_n。資料驅動器120提供資料信號DATA₁~DATA_m。畫素P₁₁~P_mn之每一者接收一相對應的掃描信號及資料信號。

以畫素P_ij為例，畫素P_ij根據掃描信號SN_j，接收資料信號DATA_i，並根據資料信號DATA_i呈現相對應的亮度。本發明並不限定m、n、i、j的大小。在一可能實施例中，m及n係為超過2的任意正整數。另外，i及j亦為任意正整數，並且1<i<m、1<j<n。

第2圖係為本發明之畫素的結構示意圖。如圖所示，畫素P_ij包括電晶體TN1、TN2、一開關單元210、一補償單元220、一耦合單元230以及一發光元件240。電晶體TN1根據掃描信號SN_j，將資料信號DATA_i提供予節點N。在本實施例中，電晶體TN1的閘極接收掃描信號SN_j，其汲極接收資料信號DATA_i，其源極耦接節點N。

開關單元210與發光元件240及電晶體TN2串聯於操作電壓ELVDD與ELVSS之間。在本實施例中，操作電壓ELVDD大於ELVSS。開關單元210根據控制信號ENB，將操作電壓ELVDD傳送至節點D，其中節點D耦接電晶體TN2的汲極。

在本實施例中，電晶體TN2耦接於開關單元210與發光元件240之間。本發明並不限開關單元210的內部架構。在一可能實施例中，開關單元210係為一電晶體TN4。電晶體TN4的閘極 接收控制信號ENB，其汲極接收操作電壓ELVDD，其源極耦接節點D。

補償單元220耦接於節點G與D之間，並根據一控制信號COM，將電晶體TN2的閘極與汲極耦接在一起。在本實施例中，節點G及D分別耦接電晶體TN2的閘極與汲極。本發明並不限定補償單元220的內部架構。在一可能實施例中，補償單元220係為一電晶體TN3。電晶體TN3的閘極接收控制信號COM，其汲極耦接節點D，其源極耦接節點G。

耦合單元230耦接於節點N與G之間，用以根據節點N的位準，將節點G及S的位準耦合至一適當的位準。本發明並不限定耦合單元230的內部架構。在一可能實施例中，耦合單元230包括電容C1及C2。電容C1耦接於節點N與G之間，用以根據節點N的電壓，將節點G的電壓耦合至一適當的位準。電容C2耦接於節點N與S之間，用以根據節點N的電壓，將節點S的電壓耦合至一適當的位準。在本實施例中，節點S耦接電晶體TN2的源極。

發光元件240耦接節點S，並接收操作電壓ELVSS。本發明並不限定發光元件240的種類。只要能夠根據一驅動電流而發光的元件，均可作為發光元件240。在本實施例中，發光元件240係為一有機發光二極體(organic light-emitting diode；OLED)241。有機發光二極體241的陽極耦接節點S，其陰極接收操作電壓ELVSS。

在一補償期間，節點G的電壓等於節點D的電壓。在一重置期間，節點D的電壓等於一固定電壓。在一可能實施例中，該固定電壓等於操作電壓ELVDD。在一資料寫入期間，電晶體TN1 將資料信號DATA_i傳送至節點N。在本實施例中，重置期間早於資料寫入期間，並位於補償期間與資料寫入期間之間。稍後將會說明畫素P_ij的動作方式。

在其它實施例中，畫素P_ij更包括設定單元250及260。設定單元250可根據控制信號RST或COM，令節點N的電壓等於一參考電壓REF。在一可能實施例中，參考電壓REF係為一低電壓位準。在另一可能實施例中，參考電壓REF等於掃描信號SN_j。本發明並不限定設定單元250的電路架構。在本實施例中，設定單元250係為一電晶體TN5。電晶體TN5的閘極接收控制信號RST，其汲極接收參考電壓REF，其源極耦接節點N。

同樣地，設定單元260亦係根據控制信號RST或COM，令節點S的電壓等於參考電壓REF或掃描信號SN_j。本發明亦不限定設定單元260的電路架構。在本實施例中，設定單元260係為一電晶體TN6。電晶體TN6的閘極接收控制信號RST或COM，其汲極參考電壓REF或掃描信號SN_j，其源極耦接節點S。

在上述實施例中，電晶體TN1~TN6均為N型，但並非用以限制本發明。在其它實施例中，畫素P_ij內的電晶體均為P型，或可部份為P型，部份為N型。另外，在其它實施例中，為了降低元件成本，可省略設定單元250或260，或是同時省略設定單元250及260。

第3圖為第2圖的畫素的控制時序圖。第4圖為第2圖的節點N、S、D、G的電壓(V_N、V_S、V_D、V_G)以及電晶體TN2的閘-源極電壓(Vgs)。

在一起始期間310，掃描信號SN_j及控制信號COM為低 位準。因此，電晶體TN1及TN3不導通。由於控制信號RST為高位準，故導通電晶體TN5，並且節點N的電壓等於參考電壓REF。此時，電容C1將節點G耦合(coupling)至一低電位。在一可能實施例中，節點G的電壓V_G=Vx+f2*(REF-V_N)，其中，Vx為前一發光期間之節點G的電壓；f2=C1/C1+Cg_paras，其中C1為電容C1的容值，Cg_paras為電晶體TN2的閘極相關的旁路電容，其包含其它串或並聯的雜散電容，如電晶體TN2的閘-源極Cgs間的寄生電容、電晶體TN2的閘-汲極間的寄生電容Cgd、電晶體TN2的基極電容Cox、V_N為前一發光期間之節點N的電壓。

由於節點G為低電壓，故不導通電晶體TN2。此時，電晶體TN6被導通，因此，節點S的電壓等於參考電壓REF。由於控制信號ENB為高位準，故導通電晶體TN4。此時，節點D的電壓等於操作電壓EVLDD。

在補償期間320，由於控制信號RST為高位準，因此，電晶體TN5及TN6分別將參考電壓REF寫入節點N及S。此時，由於控制信號COM為高位準，故導通電晶體TN3。節點G透過電晶體TN3連接節點D。由於控制信號ENB為低位準，因此，電晶體TN4不導通。此時，節點D的電荷對節點G充電。節點G與D的位準將為REF+Vt，其中REF為參考電壓，Vt為電晶體TN2的臨界電壓(threshold voltage)。在此期間，可偵測電晶體TN2的臨界電壓Vt，並儲存於電容C1。

在重置期間330，掃描信號SN_j、控制信號COM及RST均為低位準，因此，電晶體TN1、TN3、TN5及TN6不導通，並且節點N的電壓V_N、節點S的電壓V_S、節點G的電壓V_G保持不變。此 時，電晶體TN2不導通，故有機發光二極體241(即發光元件240)不發光。由於控制信號ENB為高位準，因而導通電晶體TN4，故節點D的電壓V_D等於操作電壓ELVDD。

在資料寫入期間340，掃描信號SN_j為高位準，因此，電晶體TN1將資料信號DATAi傳送至節點N。由於電容C1的耦合效應，節點G的電壓V_G=REF+Vt+f2*(DATA_i-REF)。另外，透過C2的耦合效應，節點S的電壓V_S會被耦合至一與資料信號DATA_i相關的位準。在一可能實施例中，節點S的電壓V_S等於REF+(DATA_i-REF)*f1，其中f1=C2/C2+Cs_paras，C2為電容C2的容值、Cs_paras為電晶體TN2的源極相關的旁路電容，包括有機發光二極體241的等效容值及其它並聯的雜散電容，如電晶體TN2的閘-源極間的寄生電容及閘-汲極間的寄生電容。

在資料寫入期間340，需使電晶體TN2處於一開啟狀態，而有機發光二極體241不能被開啟，因此，電壓V_S需小於ELVSS+Voled，其中Volde為有機發光二極體241的導通電壓。另外，電晶體TN2的閘-源極電壓Vgs需大於臨界電壓Vt。電壓V_S如式(1)所示，而電壓Vgs如式(2)所示：V_S=REF+f1*(DATA_i-REF)≦ELVSS+Volde…(1)

Vgs=V_G-V_S≧Vt=f2*(DATA_i-REF)+REF+Vt-REF-f1*(DATA_i-REF)≧Vt=(f2-f1)(DATA_i-REF)+Vt≧Vt……………(2)

由式(1)可得下式：f1≦(ELVSS+Volde-REF)/(DATA_i-REF)……(3)

由式(2)可得下式：(f2-f1)(DATA_i-REF)≧0……………………(4)

此時，電晶體TN2導通，節點D的電荷對節點S充電，但因節點D的電荷量少並且為固定位準，因此，節點S的電壓V_S只會有些微的變化，並且與臨界電壓Vt無關。

在發光期間350，控制信號ENB為高位準，使得電晶體TN4導通。此時，節點D的電壓V_D等於操作電壓ELVDD，且可使電晶體T2操作在飽和區。另外，在發光期間350，由於掃描信號SN_j、控制信號COM及RST均為低位準，因此，電晶體TN1、TN3、TN5及TN6均不導通。此時，節點N為一浮接狀態。節點S的電壓V_S=Voled+ELVSS。節點G的電壓被電容C2耦合至一與Voled相關的位準，其值為：V_G=REF+f2*(DATA_i-REF)+Vt+f3*[Voled+ELVSS-[REF+f1*(DATA_i-REF)]=REF[1-f2-f3+f1*f3]+DATA_i*[f2-f1*f3]+f3*Voled+Vt+f3*ELVSS…(5)

電晶體TN2的閘-源極電壓Vgs如下：VgS=V_G-V_S=REF[1-f2-f3+f1*f3]+DATA_i*[f2-f1*f3]+(f3-1)*(Voled+ELVSS)+Vt………………(6)

電晶體TN2所產生的驅動電流I如下：I=Kp*(Vgs-Vt)²…………………………………(8)

其中Kp=1/2uCox*W/L，其中u為載子移動率、Cox為電晶體T2的單位面積電容、W/L為電晶體T2的通道寬長比。

將式(7)帶入式(8)後，可得下式：I=Kp*{REF[1-f2-f3+f1*f3]+DATA_i*[f2-f1*f3]+(f3-1)*(Voled+ELVSS)+Vt-Vt}²…………………………………(9)

假設電容C1與C2的容值遠大於電路各節點的寄生電容時，則可得下式：I=Kp*{[DATA_i-REF]*[1-f1]}²………………(10)

由式(10)可知，在發光期間350，電晶體TN2所產生的驅動電流I與電晶體TN2的臨界電壓Vt無關。由於發光元件240係根據驅動電流I而發光，因此，當不同畫素裡的電晶體TN2具有不同的臨界電壓時，發光元件240的亮度並不會受到影響。另外，電晶體TN2所產生的驅動電流I也不會受到操作電壓ELVDD變化的影響。

在本實施例中，不論是在重置期間330、資料寫入期間340或是發光期間350，節點D的電壓V_D均與臨界電壓Vt無關。因此，當節點D的電荷對節點S充電，或是節點D的電壓耦合至節點G時，電壓Vgs的變化均與臨界電壓Vt無關，因此，並不會造成額外的誤差。

另外，在本實施例中，不論是在起始期間310、補償期間320、重置期間330及資料寫入期間340，有機發光二極體241均不發光。只有在發光期間350中，有機發光二極體241才會發光，因此，本發明之畫素具有高對比之顯示品質。

另外，亦可增加電容C1及C2的容值，使f3趨近於1，亦可將式(9)中的電壓Voled的影響降到最低。在本實施例中，在起始期間310，不導通電晶體TN2，因此，不會產生大電流經電晶體TN2流入有機發光二極體241，而使得有機發光二極體241發光。在此期間，若有機發光二極體241發光，將使得畫素的暗態不夠暗，進而大幅降低對比度。

另外，補償期間320的長短可依需求而調整，並不限於單一資料的寫入時間，因此，可使高解析度面板更為容易實現。再者，重置期間330時，節點D的電壓為固定電壓，故可減少補償期間後的節點G的電壓偏移，進而可減少補償誤差，使得畫素呈現更佳的亮度。

第5圖為本發明之畫素的另一結構示意圖。如圖所示，畫素P_ij包括電晶體TP1、TP2、一開關單元510、一補償單元520、一耦合單元530、一發光元件540以及一設定單元550。電晶體TP1的閘極接收掃描信號SN_j，其源極接收資料信號DATA_i，其汲極耦接節點N。

開關單元510耦接於電晶體TP2與發光元件540之間，並根據控制信號ENB而動作。如圖所示，開關單元510包括一電晶體TP4。電晶體TP4的閘極接收控制信號ENB，其汲極耦接發光元件540，其源極耦接節點D，其中節點D耦接電晶體TP2的汲極。電晶體TP2的源極耦接節點S，並接收操作電壓PVDD。

耦合單元530僅具有電容C1，並耦接於節點N與G之間，其中節點G係為電晶體TP2的閘極。發光元件540包括一有機發光二極體541。有機發光二極體541的陽極耦接電晶體TP4的汲 極，其陰極接收操作電壓PVEE。在本實施例中，操作電壓PVEE小於PVDD。

設定單元550根據控制信號RST，令節點N的位準等於參考電壓REF。在一可能實施例中，參考電壓REF係為一低電壓或是等於掃描信號SN_j。在另一可能實施例中，設定單元550係根據控制信號COM，令節點N的位準等於參考電壓REF。在本實施例中，設定單元550包括一電晶體TP5。電晶體TP5的閘極接收控制信號RST，其源極接收參考電壓REF，其汲極耦接節點N。

在本實施例中，電晶體TP1~TP5均為P型電晶體。另外，在其它實施例中，可省略設定單元550。第6圖為第5圖的畫素結構的控制時序圖。由於第6圖的動作原理與第3圖相似，故不再贅述。

除非另作定義，在此所有詞彙(包含技術與科學詞彙)均屬本發明所屬技術領域中具有通常知識者之一般理解。此外，除非明白表示，詞彙於一般字典中之定義應解釋為與其相關技術領域之文章中意義一致，而不應解釋為理想狀態或過分正式之語態。

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，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，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。

P_ij‧‧‧畫素

SN_j‧‧‧掃描信號

DATA_i‧‧‧資料信號

TN1~TN6‧‧‧電晶體

210‧‧‧開關單元

220‧‧‧補償單元

230‧‧‧耦合單元

240‧‧‧發光元件

241‧‧‧有機發光二極體

250、260‧‧‧設定單元

N、G、S、D‧‧‧節點

ELVDD、ELVSS‧‧‧操作電壓

ENB、COM、RST‧‧‧控制信號

REF‧‧‧參考電壓

C1、C2‧‧‧電容

Claims (10)

1. 一種畫素結構，包括：一第一電晶體，具有一第一閘極、一第一端以及一第二端，並在一資料寫入期間，將一資料信號傳送至一第一節點；一發光元件；一第二電晶體，具有一第二閘極、一第三端以及一第四端，該第二閘極耦接一第二節點，該第三端耦接一第三節點，該第四端耦接一第四節點；一開關單元，與該發光元件及該第二電晶體串聯於一第一操作電壓與一第二操作電壓之間；以及一補償單元，耦接於該第二與該第三節點之間；其中在一補償期間，該第二節點的電壓等於該第三節點的電壓，在一重置期間，該第三節點的電壓等於一固定電壓，該重置期間位於該補償期間與該資料寫入期間之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之畫素結構，更包括：一第一設定單元，用於使該第一節點的電壓等於一參考電壓。
3. 如申請專利範圍第1項所述之畫素結構，更包含：一耦合單元，包括一第一電容，該第一電容耦接於該第一與第二節點之間。
4. 如申請專利範圍第3項所述之畫素結構，其中該耦合單元更包括一第二電容，該第二電容耦接於該第一與第四節點之間。
5. 如申請專利範圍第1項所述之畫素結構，更包括： 一第二設定單元，用於使該第四節點的電壓等於該參考電壓。
6. 如申請專利範圍第1項所述之畫素結構，其中：該第一閘極接收一掃描信號，該第一端接收該資料信號，該第二端耦接該第一節點；該補償單元係為一第三電晶體，該第三電晶體具有一第三閘極、一第五端以及一第六端，該第三閘極接收一第一控制信號，該第五端耦接該第三節點，該第六端耦接該第二節點；該開關單元係為一第四電晶體，該第四電晶體具有一第四閘極、一第七端以及一第八端，該第四閘極接收一第二控制信號，該第七端接收該第一操作電壓，該第八端耦接該第三節點；該第一設定單元係為一第五電晶體，該第五電晶體具有一第五閘極、一第九端以及一第十端，該第五閘極接收一第三控制信號或是該第一控制信號，該第九端接收該參考電壓，該第十端耦接該第一節點；該第二設定單元係為一第六電晶體，該第六電晶體具有一第六閘極、一第十一端以及一第十二端，該第六閘極接收該第三控制信號或是該第一控制信號，該第十一端接收該參考電壓，該第十二端耦接該第四節點。
7. 如申請專利範圍第6項所述之畫素結構，其中在一起始期間，該第四電晶體導通，並且該第一、第二及第三電晶體不導通；在該補償期間，該第二及第三電晶體導通，並且該第一及第四電晶體不導通；在該重置期間，該第四電晶體導通，並且該第一、 第二及第三電晶體不導通；在該資料寫入期間，該第一及第二電晶體導通，並且該第三及第四電晶體不導通；在一發光期間，該第二及第四電晶體導通，並且該第一及第三電晶體不導通。
8. 如申請專利範圍第1項所述之畫素結構，其中在該重置期間，該第二電晶體不導通。
9. 如申請專利範圍第1項所述之畫素結構，其中在該重置期間，該發光元件不發光。
10. 一種顯示裝置，包括：一掃描驅動器，提供至少一掃描信號；一資料驅動器，提供至少一資料信號；以及至少一畫素，該畫素包括：一第一電晶體，具有一第一閘極、一第一端以及一第二端，並根據該掃描信號，在一資料寫入期間，將該資料信號傳送至一第一節點；一發光元件；一第二電晶體，具有一第二閘極、一第三端以及一第四端，該第二閘極耦接一第二節點，該第三端耦接一第三節點，該第四端耦接一第四節點；一開關單元，與該發光元件及該第二電晶體串聯於一第一操作電壓與一第二操作電壓之間；以及一補償單元，耦接於該第二與第三節點之間； 其中在一補償期間，該第二節點的電壓等於該第三節點的電壓，在一重置期間，該第三節點的電壓等於一固定電壓，該重置期間位於該補償期間與該資料寫入期間之間。