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TWI459352B - 顯示器 - Google Patents

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TWI459352B
TWI459352B TW101121069A TW101121069A TWI459352B TW I459352 B TWI459352 B TW I459352B TW 101121069 A TW101121069 A TW 101121069A TW 101121069 A TW101121069 A TW 101121069A TW I459352 B TWI459352 B TW I459352B
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voltage
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TW101121069A
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Hong Ru Guo
Gong Chen Guo
Ming Chun Tseng
Original Assignee
Innocom Tech Shenzhen Co Ltd
Innolux Corp
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Priority to US13/913,668 priority patent/US9208725B2/en
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Description

顯示器
本發明係關於一種畫素電路，特別關於可有效補償電晶體臨界電壓偏移之畫素電路。
由於薄膜電晶體-主動式有機發光二極體(Thin Film Transistor-Active Matrix Organic Light Emitting Diode，縮寫為TFT-AMOLED)顯示器具有低製造成本、高反應速度(約為液晶的百倍以上)、省電、工作溫度範圍大、以及重量輕等優點，因此成為目前市場上開發的主流。
TFT-AMOLED顯示器主要有兩種製作方式，一種是利用低溫多晶矽(Low Temperature Poly-silicon，縮寫為LTPS)TFT的技術，另一種則是利用非晶矽(Amorphous Silicon，縮寫為a-Si)TFT的技術。而在驅動的薄膜電晶體的部分，LTPS的技術通常使用P型電晶體作為驅動的薄膜電晶體，而a-Si的技術通常使用N型電晶體作為驅動的薄膜電晶體。
a-Si技術具有薄膜電晶體均勻度較佳以及製作成本較低等優點。然而，使用N型的驅動薄膜電晶體的缺點在於，於操作一段時間後，電晶體的臨界電壓會開始劣化，亦即在相同的驅動電壓之下無法輸出與初始相同的電流，而造成顯示畫面出現明顯亮暗紋的現象(稱為MURA效應)。此外，由於N型電晶體通常搭配倒置式 有機發光二極體(Inverted OLED)，但與正規的有機發光二極體(Normal OLED)相比，倒置式有機發光二極體的製程較為複雜。
因此，需要一種全新的畫素電路，使用N型電晶體結合正規的有機發光二極體，並且可有效補償電晶體臨界電壓偏移。
根據本發明之一實施例，一種顯示器，包括一畫素矩陣。畫素矩陣包括複數畫素，其中至少一畫素包括有機發光二極體、第一電晶體、第二電晶體、第三電晶體、第一電容與第二電容。第一電晶體具有一第一端耦接至有機發光二極體之一陽極，用以驅動有機發光二極體。第二電晶體耦接於第一電晶體之第二端與一重置電壓之間，並且具有一控制極接收一重置信號。第三電晶體耦接於有機發光二極體之陽極與第一電晶體之一控制極之間，並且具有一控制極接收一補償信號。第一電容耦接於第一電晶體之控制極與有機發光二極體之陽極之間。第二電容耦接至第一電容與第一電晶體之控制極。
根據本發明之另一實施例，一種畫素電路，包括有機發光二極體、第一電晶體、第二電晶體、第三電晶體、第一電容與第二電容。第一電晶體耦接至有機發光二極體之一陽極，用以驅動有機發光二極體。第二電晶體耦接於第一電晶體與一重置電壓之間，並且具有一控制極接收一重置信號。第三電晶體耦接於有機發光二極體之陽極與 第一電晶體之一控制極之間，並且具有一控制極接收一補償信號。第一電容耦接於第一電晶體之控制極與有機發光二極體之陽極之間。第二電容耦接至第一電容與第一電晶體之控制極。當有機發光二極體發光時，流經第一電晶體之一電流大小與電晶體之一臨界電壓以及有機發光二極體之陽極之一電壓無關。
為使本發明之製造、操作方法、目標和優點能更明顯易懂，下文特舉幾個較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
實施例：
第1圖係顯示根據本發明之一實施例所述之顯示器的多種實施方式。如圖所示，顯示器可包括一顯示器面板101，其中顯示器面板101包括一閘極驅動電路110、一資料驅動電路120、一畫素矩陣130以及一控制晶片140。閘極驅動電路110用以輸出複數閘極驅動信號以驅動畫素矩陣130之複數畫素。資料驅動電路120用以輸出複數資料驅動信號以提供資料至畫素矩陣130之複數畫素。控制晶片140可包括一時序控制器，用以自一主機(圖未示)接收影像信號、根據影像信號產生閘極驅動信號與資料驅動信號、並且產生複數時序信號，包括像素電路之多個控制信號等(以下段落將作更詳細的介紹)，用以控制顯示器面板101之操作。
此外，根據本發明之顯示器可能包括於一電子裝置100。電子裝置100可包括上述顯示器面板101與一輸入單元102。輸入單元102用於將影像信號傳送至顯示器面板101，以控制顯示器面板101顯示影像。根據本發明之實施例，電子裝置100有多種實施方式，包括：一行動電話、一數位相機、一個人數位助理、一行動電腦、一桌上型電腦、一電視機、一汽車用顯示器、一可攜式光碟撥放器、或任何包括影像顯示功能的裝置。
第2圖係顯示根據本發明之第一實施例所述之畫素電路。畫素電路200可包括有機發光二極體202、複數電晶體T1~T6以及複數電容C1與C2。如圖所示，電晶體T1之第一端耦接至有機發光二極體202之陽極，用以驅動有機發光二極體202，其中有機發光二極體202之陰極係耦接至低操作電壓Vss，並且具有一固有的電容(如圖中的虛線所示)。電晶體T2耦接於電晶體T1之第二端與一重置電壓Vrst之間，並且具有一控制極接收一重置信號SRST 。電晶體T3耦接於有機發光二極體202之陽極與電晶體T1之一控制極之間，並且具有一控制極接收一補償信號SCOM 。電晶體T4耦接於電容C2與資料線DATA之間，並且具有一控制極接收一掃描信號SSCT 。電晶體T5耦接於電晶體T1與高操作電壓(即，工作電壓)Vdd之間，並且具有一控制極接收一切換信號SSW 。電晶體T6耦接於電晶體T4、電容C2與重置電壓Vrst之間，並且具有一控制極接收一設置信號SSET 。
值得注意的是，根據本發明之實施例，電容C1耦接於電晶體T1之控制極與有機發光二極體202之陽極之間，而電容C2耦接於電晶體T1之控制極、電容C1與電晶體T4之間。為了更清楚說明像素電路於各操作階段的運作，於像素電路內定義出四個節點a、b、c與d，其中電容C1與C2以及電晶體T1耦接於節點a、電晶體T1與有機發光二極體202耦接於節點b、電容C2與電晶體T4耦接於節點c，以及電晶體T1與T2耦接於節點d。
第3圖係顯示根據本發明之第一實施例所述之控制信號波形圖。結合第2圖與第3圖所示之內容，以下將詳細討論像素電路於各操作階段的運作。於本發明之實施例中，像素電路的運作基本上可分為三個階段，包括第一操作階段P1，其為一重置與補償階段、第二操作階段P2，其為一資料寫入階段，以及第三操作階段P3，其為一發光階段。如第3圖所示，於第一操作階段P1，重置信號SRST 、設置信號SSET 、及補償信號SCOM 具有高電壓位準。電晶體T2根據重置信號SRST 被導通，使得節點d之電壓被設置為重置電壓Vrst。電晶體T6根據設置信號SSET 被導通，使得節點c之電壓被設置為重置電壓Vrst。電晶體T3根據補償信號SCOM 被導通，使得電晶體T1成為接成二極體(diode connected)形式之一電晶體。此時電晶體T1會被導通，並透過節點d放電，直到節點a之電壓達到重置電壓Vrst加上電晶體T1之一臨界電壓Vt後，電晶體T1會被關閉。此時，由於電晶體T3被導通，節點b的電壓會與節點a 相等。
第4a圖係顯示根據本發明之一實施例所述之像素電路於第一操作階段P1的等效電路圖。如上述，於第一操作階段P1，節點c與節點d之電壓被設置為重置電壓Vrst，而節點a與節點b之電壓被設置為重置電壓Vrst加上電晶體T1之一臨界電壓Vt。由於重置電壓Vrst小於低操作電壓Vss，此時有機發光二極體202處於反向狀態(reverse state)，不會發光。
於第二操作階段P2，重置信號SRST 與掃描信號SSCT 具有高電壓位準。電晶體T2根據重置信號SRST 被導通，使得節點d之電壓被設置為重置電壓Vrst。電晶體T4根據重置信號SSCT 被導通，並且同時資料驅動信號透過資料線將資料電壓Vdata傳送進來，使得節點c之電壓被設置為資料電壓Vdata。由於節點c之電壓自第一操作階段P1的重置電壓Vrst躍升為資料電壓Vdata，此電壓變化會透過電容C2耦合至節點a，因此節點a之電壓會被設置為Vrst+Vt+(Vdata-Vrst)＊ a，其中a=C2/(C1+C2)。此時，根據節點a與節點d之電壓，電晶體T1會再度被導通，使得節點b之電壓會與節點d相等，被設置為重置電壓Vrst。
第4b圖係顯示根據本發明之一實施例所述之像素電路於第二操作階段P2的等效電路圖。如上述，於第二操作階段P2，節點d與節點b之電壓被設置為重置電壓Vrst，節點c之電壓會因資料寫入而被設置為資料電壓Vdata，而節點a之電壓被設置為Vrst+Vt+(Vdata-Vrst)＊ a，其中 a=C2/(C1+C2)，以下同。由於重置電壓Vrst小於低操作電壓Vss，此時有機發光二極體202處於反向狀態(reverse state)，不會發光。
於第三操作階段P3，切換信號SSW 具有高電壓位準。電晶體T5根據切換信號SSW 被導通，使得節點d之一電壓被設置為接近高操作電壓(即，工作電壓)Vdd。此時，電晶體T1根據節點b與節點a之電壓差被導通，並且有機發光二極體202發光，因此節點b之電壓被設置為有機發光二極體202之驅動電壓Voled。由於節點b之電壓自第二操作階段P2的重置電壓Vrst躍升為有機發光二極體202之驅動電壓Voled，此電壓變化會透過電容C1耦合至節點a，因此節點a之電壓會被設置為Vt+(Vdata-Vrst)＊ a+Voled。同樣地，由於此時節點c為浮接，節點a的電壓變化會透過電容C2耦合至節點c，因此節點c之電壓會被設置為資料電壓Vdata加上有機發光二極體202之驅動電壓Voled減去重置電壓Vrst。
第4c圖係顯示根據本發明之一實施例所述之像素電路於第三操作階段P3的等效電路圖。如上述，於第三操作階段P3，有機發光二極體202進入發光狀態(emitting state)，開始發光，此時可推導出流經電晶體T1之電流I大小為：I=K×(Vgs-Vt)2 =K×(Va-Vb-Vt)2 =K×(Vt+(Vdata-Vrst)＊ a+Voled-Voled-Vt)2 =K×((Vdata-Vrst)＊ a)2 式(1)
其中，μ代表電子遷移率，Cox 代表絕緣層電容值，代表電晶體之寬長比。由式(1)可看出，當有機發光二極體發光時，流經電晶體T1之電流大小與電晶體T1之臨界電壓Vt以及有機發光二極體之電壓變化無關。換言之，有機發光二極體發光時的電流大小將不受電晶體T1之臨界電壓Vt偏移以及有機發光二極體之電壓變化而影響，成功地補償了臨界電壓偏移與有機發光二極體之電壓變化。
以下表格1整理出各節點於各操作階段的電壓位準。
值得注意的是，於本發明之實施例中，各個控制訊號的可依據設計需求被簡化。舉例而言，設置信號SSET 及補償信號SCOM 可被簡化為由同一信號線所提供。
第5圖係顯示根據本發明之第二實施例所述之畫素電路。畫素電路500可包括有機發光二極體202、複數電晶體T1~T5以及複數電容C1與C2。於本發明之第二實施例中，除了電晶體T6與設置信號SSET 被移除之外，其餘的電路結構皆與第2圖所示之畫素電路200相同。因此，相 關的描述可參考至第2圖的相關內容，並於此不再贅述。
第6圖係顯示根據本發明之第二實施例所述之控制信號波形圖。於本發明之第二實施例中，由於電晶體T6與設置信號SSET 被移除了，因此時序控制器可控制掃描信號SSCT 於第一操作階段P1具有高電壓位準，並且同時將重置電壓Vrst傳送至對應之資料線DATA。
於本發明之第二實施例中，於第一操作階段P1，電晶體T4可根據掃描信號SSCT 被導通，並且將重置電壓Vrst寫入節點c。換言之，因電晶體T4被導通，使得節點c之電壓被設置為重置電壓Vrst。如此一來，即便電晶體T6與設置信號SSET 被移除了，仍可藉由掃描信號SSCT 與電晶體T4於第一操作階段P1將節點c之電壓設置為重置電壓Vrst。至於畫素電路500於第一操作階段P1時其它電晶體的導通狀態與各節點之電壓位準，以及畫素電路500於第二操作階段P2與第三操作階段P3之運作皆與畫素電路200相同，因此相關的描述可參考至第2-4圖以及表格1的相關內容，並於此不再贅述。
值得注意的是，於本發明之第二實施例中，由於電晶體的數量少於第一實施例，因此電路佈局的面積可有效縮小，顯示器面板的開口率(aperture ratio)可相對增加。此外，值得注意的是，於本發明之實施例中，電晶體T1~T6(或T1~T5)以使用N型電晶體為較佳，並且有機發光二極體以使用正規的有機發光二極體(Normal OLED)為較佳。如上述，正規的有機發光二極體的製程具有比倒置式有機 發光二極體較為簡單的優點。此外，值得注意的是，如第3圖與第6圖所示，控制信號的上升緣/下降緣未必需要與操作階段的切換點對齊，只要是能達到相同或相近結果，控制信號的波形可有彈性地被設計。
本發明之像素電路的第一個特點在於，藉由於節點a與節點b之間透過電晶體T3形成二極體式耦接，使得於第一操作階段P1，電晶體T1會被導通，進而形成一放電路徑，透過節點d放電。節點a之電壓最後會被設置為重置電壓Vrst加上電晶體T1之臨界電壓Vt。如此一來，臨界電壓Vt可完整被補償於節點a，並且如式(1)所示，於電晶體T1之輸出電流中，此變數最終會被消除，使得有機發光二極體發光時電晶體T1之輸出電流將與臨界電壓Vt無關。換言之，無論臨界電壓Vt是因為電晶體初始的差異或因為操作時間增長而劣化，臨界電壓Vt的變異都不會影響到電晶體T1之輸出電流，因此不會如傳統於畫面上出現明顯亮暗紋的現象(稱為MURA效應)，並且可有效改善習知技術中有臨界電壓Vt補償不精準的問題。
此外，本發明之像素電路的第二個特點在於，於第三操作階段P3，透過電容C1將節點b的電壓變化耦合至節點a，使得有機發光二極體之驅動電壓Voled可完整被補償於節點a。如此一來，如式(1)所示，於電晶體T1之輸出電流中，此變數最終會被消除，使得有機發光二極體發光時電晶體T1之輸出電流將與有機發光二極體之驅動電壓Voled無關。換言之，即使有機發光二極體之驅動 電壓Voled隨著操作時間增長而增加，電晶體T1之輸出電流也不會受影響，有效改善習知技術中有機發光二極體之驅動電壓Voled補償不精準的問題。
除了上述兩優點之外，本發明所提出之畫素電路所需的控制信號單純，也不需要變化操作電壓(例如，Vss)之電壓位準，因此顯示器面板的設計十分簡單並且可有效節省系統電源。
本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，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‧‧‧電子裝置
101‧‧‧顯示器面板
102‧‧‧輸入單元
110‧‧‧閘極驅動電路
120‧‧‧資料驅動電路
130‧‧‧畫素矩陣
140‧‧‧控制晶片
200、500‧‧‧畫素電路
202‧‧‧有機發光二極體
a、b、c、d‧‧‧節點
C1、C2‧‧‧電容
DATA‧‧‧資料線
I‧‧‧電流
T1、T2、T3、T4、T5、T6‧‧‧電晶體
P1、P2、P3‧‧‧操作階段
SCOM 、SRST 、SSCT 、SSET 、SSW ‧‧‧信號
Vdata、Vdd、Vrst、Vss‧‧‧電壓
第1圖係顯示根據本發明之一實施例所述之顯示器的多種實施方式。
第2圖係顯示根據本發明之第一實施例所述之畫素電路。
第3圖係顯示根據本發明之第一實施例所述之控制信號波形圖。
第4a圖係顯示根據本發明之一實施例所述之像素電路於第一操作階段P1的等效電路圖。
第4b圖係顯示根據本發明之一實施例所述之像素電路於第二操作階段P2的等效電路圖。
第4c圖係顯示根據本發明之一實施例所述之像素電路於第三操作階段P3的等效電路圖。
第5圖係顯示根據本發明之第二實施例所述之畫素電路。
第6圖係顯示根據本發明之第二實施例所述之控制信號波形圖。
100‧‧‧電子裝置
101‧‧‧顯示器面板
102‧‧‧輸入單元
110‧‧‧閘極驅動電路
120‧‧‧資料驅動電路
130‧‧‧畫素矩陣
140‧‧‧控制晶片

Claims (9)

  1. 一種顯示器，包括：一畫素矩陣，包括複數畫素，其中該等畫素之至少一者包括：一有機發光二極體；一第一電晶體，具有一第一端耦接至該有機發光二極體之一陽極，用以驅動該有機發光二極體；一第二電晶體，耦接於該第一電晶體之一第二端與一重置電壓之間，並且具有一控制極接收一重置信號；一第三電晶體，耦接於該有機發光二極體之該陽極與該第一電晶體之一控制極之間，並且具有一控制極接收一補償信號；一第一電容，耦接於該第一電晶體之該控制極與該有機發光二極體之該陽極之間；一第二電容，耦接至該第一電容與該第一電晶體之該控制極；以及一第四電晶體，耦接於該第二電容與一資料線之間，並且具有一控制極接收一掃描信號，並且其中該第一電容、該第二電容與該第一電晶體耦接於一第一節點，該第一電晶體與該有機發光二極體耦接於一第二節點，該第二電容與該第四電晶體耦接於一第三節點，以及該第一電晶體與該第二電晶體耦接於一第四節點；其中於一第一操作階段，該第三電晶體根據該補償信號被導通，使得該第一電晶體成為接成二極體形式之一電 晶體。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之顯示器，更包括一顯示器面板，其中該顯示器面板包括：該畫素矩陣；一閘極驅動電路，用以輸出複數閘極驅動信號以驅動該畫素矩陣；一資料驅動電路，用以輸出複數資料驅動信號以提供資料至該畫素矩陣；以及一控制晶片，用以控制該顯示器面板之操作。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之顯示器，其中該等畫素之至少一者更包括：一第五電晶體，耦接於該第一電晶體與一工作電壓之間，並且具有一控制極接收一切換信號。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之顯示器，其中該等畫素之至少一者更包括：一第六電晶體，耦接於該第三節點與該重置電壓之間，並且具有一控制極接收一設置信號。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之顯示器，其中於一第一操作階段，該第二電晶體與該第六電晶體被導通，使得該第四節點之一電壓與該第三節點之一電壓被設置為該重置電壓，並且該第三電晶體被導通，使得該第一節點一電壓與該第二節點之一電壓被設置為該重置電壓加上電晶體之一臨界電壓。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之顯示器，其中於一第一 操作階段，該第三節點被設置為該重置電壓，該第二電晶體被導通，使得該第四節點被設置為該重置電壓，並且該第三電晶體根據該補償信號被導通，使得該第一節點與該第二節點之一電壓被設置為該重置電壓加上電晶體之一臨界電壓。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之顯示器，其中該第四電晶體被導通，使得該第三節點被設置為該重置電壓。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之顯示器，其中於一第二操作階段，該第二電晶體與該第四電晶體被導通，使得該第四節點之一電壓與該第三節點之一電壓分別被設置為該重置電壓與一資料電壓，並且透過該第二電容，該第一節點之一電壓被設置為該資料電壓加上電晶體之一臨界電壓，以及因應該第一節點與該第四節點之該等電壓，該第一電晶體被導通，使得該第二節點之一電壓被設置為該重置電壓。
  9. 如申請專利範圍第3項所述之顯示器，其中於一第三操作階段，該第五電晶體被導通，使得該第四節點之一電壓被設置為接近該工作電壓，該第一電晶體被導通並且該有機發光二極體發光，使得該第二節點之一電壓被設置為該有機發光二極體之一驅動電壓，以及透過該第一電容，該第一節點之一電壓被設置為一資料電壓加上電晶體之一臨界電壓再加上該第二節點之該電壓減去該重置電壓。
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