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TWI847771B - Amoled像素補償電路、oled顯示裝置及資訊處理裝置 - Google Patents

Amoled像素補償電路、oled顯示裝置及資訊處理裝置 Download PDF

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TWI847771B
TWI847771B TW112123258A TW112123258A TWI847771B TW I847771 B TWI847771 B TW I847771B TW 112123258 A TW112123258 A TW 112123258A TW 112123258 A TW112123258 A TW 112123258A TW I847771 B TWI847771 B TW I847771B
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pmos transistor
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高雪岭
譚仲齊
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大陸商北京歐錸德微電子技術有限公司
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Abstract

一種AMOLED像素補償電路，具有一開關電路、一PMOS電晶體、一儲存電容及一OLED元件，該開關電路係用以執行一開關操作程序以驅使該PMOS電晶體產生一驅動電流以使該OLED元件產生一亮度，該開關操作程序包括：以一第一直流電壓設定該PMOS電晶體之閘極電壓及該OLED元件的陽極電壓；以一第二直流電壓設定該PMOS電晶體之源極電壓使該PMOS電晶體之該閘極電壓和該源極電壓的差等於(該第一直流電壓-該第二直流電壓)；使該PMOS電晶體與該儲存電容串聯於一資料電壓與一直流供應電壓之間以使該儲存電容儲存的電壓為該直流供應電壓與(該資料電壓與該PMOS電晶體之閾值電壓之和)之差；以及使該儲存電容的兩端分別耦接該PMOS電晶體的該閘極和該源極而產生該驅動電流。

Description

AMOLED像素補償電路、OLED顯示裝置及資訊處理裝置
本發明係有關積體電路領域，尤指一種AMOLED像素補償電路。
一般AMOLED(active mode organic light emitting diode；主動模式有機發光二極體)顯示模組之各像素係由一像素電路構成，該像素電路包括一OLED單元及用以產生一驅動電流以驅動該OLED(organic light emitting diode；有機發光二極體)單元之一電晶體電路，該電晶體電路一般包含多個電晶體及一個儲存電容，例如7T1C(七個PMOS電晶體及一個儲存電容)架構，且係依該儲存電容所儲存的顯示資料電壓產生一定電流，及依一脈衝調變信號控制該定電流的輸出時間以決定該驅動電流的等效值，從而驅使該OLED單元呈現一預定亮度。
然而，由於製程存在變異，該些像素電路中的電晶體會有閾值電壓不均勻的情形，導致各像素之顯示亮度不均而使顯示畫面有Mura(殘痕)現象。
另外，為增加行動裝置的續航力，當其顯示的畫面為靜態畫面時，一般的AMOLED顯示模組會降低顯示掃描刷新率以節省功耗。然而，當顯示掃描刷新率降低時，該電晶體電路中的電晶體漏電流卻會讓該儲存電容的儲存電壓下降，從而影響該OLED單元的顯示亮度。
為解決上述問題，本領域亟需一種新穎的 AMOLED像素補償電路架構。
本發明之一目的在於提供一種AMOLED像素補償電路，其可在顯示一幀畫面的過程中先快速均一化各OLED像素的電流源電晶體的源-閘極電壓，從而極小化電流源電晶體之源-閘極寄生電容之遲滯電壓對顯示畫面所造成的短期殘影。
本發明之另一目的在於提供一種AMOLED像素補償電路，其可補償電流源電晶體之閾值電壓以極小化因製程偏差及供應電壓的電壓降所帶來的顯示不均及Mura現象。
本發明之另一目的在於揭露一種AMOLED像素補償電路，其可延長儲存電容的電壓保持時間以支持低畫面刷新率。
本發明之另一目的在於揭露一種OLED顯示裝置，其可藉由前述的AMOLED像素補償電路極小化顯示畫面的短期殘影。
本發明之另一目的在於揭露一種OLED顯示裝置，其可藉由前述的AMOLED像素補償電路極小化因製程偏差及供應電壓的電壓降所帶來的顯示不均及Mura現象，以及延長儲存電容的電壓保持時間以支持低畫面刷新率。
本發明之又一目的在於揭露一種資訊處理裝置，其可藉由前述的AMOLED像素補償電路優化顯示效果及支持低畫面刷新率。
為達到前述目的，一種AMOLED像素補償電路乃被提出，其具有一開關電路、一PMOS電晶體、一儲存電容及一OLED元件，該開關電路係用以執行一開關操作程序以驅使該PMOS電晶體產生一驅動電流以使該OLED元件產生一亮度，該開關操作程序包括： 一第一階段：以一第一直流電壓設定該PMOS電晶體之閘極電壓及該OLED元件的陽極電壓； 一第二階段：以一第二直流電壓設定該PMOS電晶體之源極電壓使該PMOS電晶體之該閘極電壓和該源極電壓的差等於(該第一直流電壓-該第二直流電壓)； 一第三階段：使該PMOS電晶體與該儲存電容串聯於一資料電壓與一直流供應電壓之間以使該儲存電容儲存的電壓為該直流供應電壓與(該資料電壓與該PMOS電晶體之閾值電壓之和)之差；以及 一第四階段：使該儲存電容的兩端分別耦接該PMOS電晶體的該閘極和該源極而產生該驅動電流。
在一實施例中，該開關電路和該PMOS電晶體係由低温多晶氧化物製程製造而成。
在一實施例中，該開關電路中之任一電晶體係由PMOS電晶體、NMOS電晶體和CMOS電晶體所組成群組所選擇的一種電晶體。
為達到前述目的，本發明進一步提出一種OLED顯示裝置，其具有一AMOLED面板，該AMOLED面板具有如前述之AMOLED像素補償電路。
為達到前述目的，本發明進一步提出一種資訊處理裝置，其具有一中央處理單元及如前述之OLED顯示裝置，該中央處理單元係用以與該OLED顯示裝置通信。
在可能的實施例中，所述之資訊處理裝置可為一攜帶型電腦、一智慧型手機或一車用電腦。
為使  貴審查委員能進一步瞭解本創作之結構、特徵、目的、與其優點，茲附以圖式及較佳具體實施例之詳細說明如後。
本發明的原理在於：
(一)利用一開關電路在顯示一幀畫面的初始化期間均一化各OLED像素的電流源電晶體的源-閘極電壓以極小化各電流源電晶體之源-閘極寄生電容之遲滯電壓的差異，從而有效降低顯示畫面的短期殘影現象；
(二)利用該開關電路採集包含一正供應電壓、一資料電壓及一電流源電晶體之閾值電壓之一線性組合電壓，並將該線性組合電壓預存在一儲存電容上；
(三)利用該開關電路驅使該儲存電容的電壓驅動該電流源電晶體以產生與所述閾值電壓無關之一驅動電流；以及
(四)利用氧化物半導體製程製造之開關電路提供低漏電流以延長該儲存電容的電壓保持時間。
依此，本發明即可有效降低顯示畫面的短期殘影現象、極小化閾值電壓對驅動電流的影響以優化OLED面板的顯示效果，且可支持低畫面刷新率。
請參照圖1，其繪示本發明之AMOLED像素補償電路之一實施例之電路圖。如圖1所示，一AMOLED像素補償電路100具有一第一開關111、一第二開關112、一第三開關113、一第四開關114、一第五開關115、一PMOS電晶體120、一第一導通時間調變開關121、一第二導通時間調變開關122、一儲存電容130以及一OLED元件140，其中，PMOS電晶體120和該些開關可由LTPO(low temperature polycrystalline oxide；低温多晶氧化物)製程製造而成。
第一開關111之通道係耦接於一正直流電壓V INI與一第一節點A之間，且第一開關111係由一第一開關信號SW1控制其通道之導通與斷開。
第二開關112之通道係耦接於第一節點A與一共通電壓V COM之間，且第二開關112係由一第二開關信號SW2控制其通道之導通與斷開。
第三開關113之通道係耦接於一資料電壓V DATA與一第二節點B之間，且第三開關113係由一第三開關信號SW3控制其通道之導通與斷開。
第四開關114之通道係耦接於一第三節點C與一第四節點D之間，且第四開關114係由一第四開關信號SW4控制其通道之導通與斷開。
第五開關115之通道係耦接於第一節點A與第三節點C之間，且第五開關115係由一第五開關信號SW5控制其通道之導通與斷開。另外，較佳地，第四開關114和第五開關115均可為NMOS電晶體以在其被斷開時提供良好的絕緣效果，從而可延長儲存電容130的電壓保持時間以支持低畫面刷新率，例如1H Z的畫面刷新率。
PMOS電晶體120具有一源極、一閘極和一汲極，該源極耦接第一節點A，該閘極耦接第三節點C，且該汲極耦接第二節點B，且PMOS電晶體120係用以藉由該汲極輸出一驅動電流至OLED元件140。
第一導通時間調變開關121係耦接於第一節點A與一第五節點E之間，且第一導通時間調變開關121係依一PWM信號EM控制其導通時間。另外，第五節點E係與一直流供應電壓ELVDD耦接。
第二導通時間調變開關122係耦接於第二節點B與第四節點D之間，且第二導通時間調變開關122係依PWM信號EM控制其導通時間。
儲存電容130係耦接於第三節點C與第五節點E之間，用以儲存電壓以提供PMOS電晶體120之該源極和該閘極間之電壓差以產生該驅動電流。
OLED元件140係耦接於第四節點D與一負直流電壓ELVSS之間，且係依該驅動電流產生對應的亮度。
於操作時，AMOLED像素補償電路100依序執行以下步驟：
(一)第一階段：使(第一開關111、第二開關112、第三開關113、第四開關114、第五開關115、第一導通時間調變開關121、第二導通時間調變開關122)對應呈現(導通、斷開、斷開、導通、導通、斷開、斷開)，以使第一節點A、第三節點C及第四節點D之電壓均為正直流電壓V INI以初始化PMOS電晶體120之閘極電壓及OLED元件140的陽極電壓，其情形請參照圖2a；
(二)第二階段：使(第一開關111、第二開關112、第三開關113、第四開關114、第五開關115、第一導通時間調變開關121、第二導通時間調變開關122)對應呈現(斷開、導通、斷開、斷開、斷開、斷開、斷開)，以使第三節點C之電壓為正直流電壓V INI，及第一節點A之電壓為共通電壓V COM，其情形請參照圖2b；依此，設於一顯示面板之多個像素中之像素補償電路的PMOS電晶體120之閘-源極電壓會均一化為(V INI-V COM)，從而可極小化PMOS電晶體120之源-閘極寄生電容之遲滯電壓的差異而有效降低顯示畫面的短期殘影現象；
(三)第三階段：使(第一開關111、第二開關112、第三開關113、第四開關114、第五開關115、第一導通時間調變開關121、第二導通時間調變開關122)對應呈現(斷開、斷開、導通、斷開、導通、斷開、斷開)，以使第三節點C之電壓及第一節點A之電壓均為(V DATA+V th)，其中，V th為PMOS電晶體120之閾值電壓，其情形請參照圖2c；此時儲存電容130所儲存的電壓為ELVDD與(V DATA+V th)之差，亦即，儲存電容130儲存的電壓中包含了PMOS電晶體120之閾值電壓，其將可用以在驅使PMOS電晶體120產生該驅動電流時補償PMOS電晶體120之閾值電壓；以及
(四)第四階段：使(第一開關111、第二開關112、第三開關113、第四開關114、第五開關115、第一導通時間調變開關121、第二導通時間調變開關122)對應呈現(斷開、斷開、斷開、斷開、斷開、導通、導通)，以使第三節點C之電壓為(V DATA+V th)，及第一節點A之電壓為ELVDD，其情形請參照圖2d；依此，儲存電容130儲存的電壓即可用以偏壓PMOS電晶體120的該閘極和該源極而產生該驅動電流，並使該驅動電流流過OLED元件140而使OLED元件140發光，且該驅動電流與PMOS電晶體120之閾值電壓無關。該驅動電流可用以下的公式表示：IOLED=(WCOXμ/2L)(Vgs-Vth)2=(WCOXμ/2L)(VDATA+Vth-ELVDD-Vth)2=(WCOXμ/2L)(VDATA-ELVDD)2，其中，IOLED代表該驅動電流，W代表通道寬度，COX代表以氧化層介質電容，μ代表載子移動率，L代表通道長度。
請參照圖2e，其繪示圖1之AMOLED像素補償電路100之一工作時序圖。如圖2d所示，T1代表第一階段，T2代表第二階段，T3代表第三階段，以及T4代表第四階段。第一開關111為PMOS電晶體，第二開關112為PMOS電晶體，第三開關113為PMOS電晶體，第四開關114為NMOS電晶體，第五開關115為NMOS電晶體，第一導通時間調變開關121為PMOS電晶體，第二導通時間調變開關122為PMOS電晶體。
在T1中，EM為高電位，SW1為低電位，SW2為高電位，SW3為高電位，SW4為高電位，SW5為高電位，致使(第一開關111、第二開關112、第三開關113、第四開關114、第五開關115、第一導通時間調變開關121、第二導通時間調變開關122)對應呈現(導通、斷開、斷開、導通、導通、斷開、斷開)。
在T2中，EM為高電位，SW1為高電位，SW2為低電位，SW3為高電位，SW4為低電位，SW5為低電位，致使(第一開關111、第二開關112、第三開關113、第四開關114、第五開關115、第一導通時間調變開關121、第二導通時間調變開關122)對應呈現(斷開、導通、斷開、斷開、斷開、斷開、斷開)。
在T3中，EM為高電位，SW1為高電位，SW2為高電位，SW3為低電位，SW4為低電位，SW5為高電位，致使(第一開關111、第二開關112、 第三開關113、第四開關114、第五開關115、第一導通時間調變開關121、第二導通時間調變開關122)對應呈現(斷開、斷開、導通、斷開、導通、斷開、斷開)。
在T4中，EM為低電位，SW1為高電位，SW2為高電位，SW3為高電位，SW4為低電位，SW5為低電位，致使(第一開關111、第二開關112、第三開關113、第四開關114、第五開關115、第一導通時間調變開關121、第二導通時間調變開關122)對應呈現(斷開、斷開、斷開、斷開、斷開、導通、導通)。
由上述的說明可知，本發明揭露了一種AMOLED像素補償電路，其具有一開關電路、一PMOS電晶體、一儲存電容及一OLED元件，該開關電路係用以執行一開關操作程序以驅使該PMOS電晶體產生一驅動電流以使該OLED元件產生一亮度，且該開關操作程序包括：以一第一直流電壓設定該PMOS電晶體之閘極電壓及該OLED元件的陽極電壓；以一第二直流電壓設定該PMOS電晶體之源極電壓使該PMOS電晶體之該閘極電壓和該源極電壓的差等於(該第一直流電壓-該第二直流電壓)；使該PMOS電晶體與該儲存電容串聯於一資料電壓與一直流供應電壓之間以使該儲存電容儲存的電壓為該直流供應電壓與(該資料電壓與該PMOS電晶體之閾值電壓之和)之差；以及使該儲存電容的兩端分別耦接該PMOS電晶體的該閘極和該源極而產生該驅動電流。
在可能的實施例中，該開關電路和該PMOS電晶體可由低温多晶氧化物製程製造而成。另外，該開關電路中之任一電晶體可為PMOS電晶體、NMOS電晶體或CMOS電晶體。
依上述的說明，本發明進一步提出一種OLED顯示裝置。請參照圖3，其繪示本發明之OLED顯示裝置之一實施例之方塊圖。如圖3所示，一OLED顯示裝置200具有一驅動電路210及一AMOLED面板220，AMOLED面板220具有 多個AMOLED像素補償電路221，其中，AMOLED像素補償電路221係由AMOLED像素補償電路100實現，驅動電路210係用以使各AMOLED像素補償電路221依前述的工作時序點亮OLED元件。
依上述的說明，本發明進一步提出一種資訊處理裝置。請參照圖4，其繪示本發明之資訊處理裝置之一實施例之方塊圖。如圖4所示，一資訊處理裝置300具有一中央處理單元310及一OLED顯示裝置320，其中，中央處理單元310係用以與OLED顯示裝置320通信，OLED顯示裝置320係由OLED顯示裝置200實現。
另外，資訊處理裝置300可為一攜帶型電腦、一智慧型手機或一車用電腦。
藉由前述所揭露的設計，本發明乃具有以下的優點：
一、本發明之AMOLED像素補償電路可在顯示一幀畫面的過程中先快速均一化各OLED像素的電流源電晶體的源-閘極電壓，從而極小化電流源電晶體之源-閘極寄生電容之遲滯電壓對顯示畫面所造成的短期殘影。
二、本發明之AMOLED像素補償電路可補償電流源電晶體之閾值電壓以極小化因製程偏差及供應電壓的電壓降所帶來的顯示不均及Mura現象。
三、本發明之AMOLED像素補償電路可延長儲存電容的電壓保持時間以支持低畫面刷新率。
四、本發明之OLED顯示裝置可藉由前述的AMOLED像素補償電路極小化顯示畫面的短期殘影。
五、本發明之OLED顯示裝置可藉由前述的AMOLED像素補償電路極小化因製程偏差及供應電壓的電壓降所帶來的顯示不均及Mura現象，以及延長儲存電容的電壓保持時間以支持低畫面刷新率。
六、本發明之資訊處理裝置可藉由前述的AMOLED像素補償電路優化顯示效果及支持低畫面刷新率。
本發明所揭示者，乃較佳實施例之一種，舉凡局部之變更或修飾而源於本發明之技術思想而為熟習該項技藝知人所易於推知者，俱不脫本發明之專利權範疇。
綜上所陳，本案無論目的、手段與功效，皆顯示其迥異於習知技術，且其首先發明合於實用，確實符合發明之專利要件，懇請 貴審查委員明察，並早日賜予專利俾嘉惠社會，是為至禱。
100:AMOLED像素補償電路
111:第一開關
112:第二開關
113:第三開關
114:第四開關
115:第五開關
120:PMOS電晶體
121:第一導通時間調變開關
122:第二導通時間調變開關
130:儲存電容
140:OLED元件
200:OLED顯示裝置
210:驅動電路
220:AMOLED面板
221:AMOLED像素補償電路
300:資訊處理裝置
310:中央處理單元
320:OLED顯示裝置
圖1繪示本發明之AMOLED像素補償電路之一實施例之電路圖； 圖2a繪示圖1之AMOLED像素補償電路操作於一第一階段之等效電路圖。 圖2b繪示圖1之AMOLED像素補償電路操作於一第二階段之等效電路圖。 圖2c繪示圖1之AMOLED像素補償電路操作於一第三階段之等效電路圖。 圖2d繪示圖1之AMOLED像素補償電路操作於一第四階段之等效電路圖。 圖2e繪示圖1之AMOLED像素補償電路一工作時序圖。 圖3繪示本發明之OLED顯示裝置之一實施例之方塊圖。 圖4繪示本發明之資訊處理裝置之一實施例之方塊圖。
100:AMOLED像素補償電路
111:第一開關
112:第二開關
113:第三開關
114:第四開關
115:第五開關
120:PMOS電晶體
121:第一導通時間調變開關
122:第二導通時間調變開關
130:儲存電容
140:OLED元件

Claims (10)

  1. 一種AMOLED像素補償電路，其具有一開關電路、一PMOS電晶體、一儲存電容及一OLED元件，該開關電路係用以執行一開關操作程序以驅使該PMOS電晶體產生一驅動電流以使該OLED元件產生一亮度，該開關操作程序包括： 一第一階段：以一第一直流電壓設定該PMOS電晶體之閘極電壓及該OLED元件的陽極電壓； 一第二階段：以一第二直流電壓設定該PMOS電晶體之源極電壓使該PMOS電晶體之該閘極電壓和該源極電壓的差等於(該第一直流電壓-該第二直流電壓)； 一第三階段：使該PMOS電晶體與該儲存電容串聯於一資料電壓與一直流供應電壓之間以使該儲存電容儲存的電壓為該直流供應電壓與(該資料電壓與該PMOS電晶體之閾值電壓之和)之差；以及 一第四階段：使該儲存電容的兩端分別耦接該PMOS電晶體的該閘極和該源極而產生該驅動電流。
  2. 如請求項1所述之AMOLED像素補償電路，其中，該開關電路和該PMOS電晶體係由低温多晶氧化物製程製造而成。
  3. 如請求項2所述之AMOLED像素補償電路，其中，該開關電路中之任一電晶體係由PMOS電晶體、NMOS電晶體和CMOS電晶體所組成群組所選擇的一種電晶體。
  4. 一種OLED顯示裝置，具有一AMOLED面板，該AMOLED面板具有多個AMOLED像素補償電路，各所述AMOLED像素補償電路均具有一開關電路、一PMOS電晶體、一儲存電容及一OLED元件，該開關電路係用以執行一開關操作程序以驅使該PMOS電晶體產生一驅動電流以使該OLED元件產生一亮度，該開關操作程序包括： 一第一階段：以一第一直流電壓設定該PMOS電晶體之閘極電壓及該OLED元件的陽極電壓； 一第二階段：以一第二直流電壓設定該PMOS電晶體之源極電壓使該PMOS電晶體之該閘極電壓和該源極電壓的差等於(該第一直流電壓-該第二直流電壓)； 一第三階段：使該PMOS電晶體與該儲存電容串聯於一資料電壓與一直流供應電壓之間以使該儲存電容儲存的電壓為該直流供應電壓與(該資料電壓與該PMOS電晶體之閾值電壓之和)之差；以及 一第四階段：使該儲存電容的兩端分別耦接該PMOS電晶體的該閘極和該源極而產生該驅動電流。
  5. 如請求項4所述之OLED顯示裝置，其中，該開關電路和該PMOS電晶體係由低温多晶氧化物製程製造而成。
  6. 如請求項5所述之OLED顯示裝置，其中，該開關電路中之任一電晶體係由PMOS電晶體、NMOS電晶體和CMOS電晶體所組成群組所選擇的一種電晶體。
  7. 一種資訊處理裝置，其具有一中央處理單元及一OLED顯示裝置，該中央處理單元係用以與該OLED顯示裝置通信，該OLED顯示裝置具有一AMOLED面板，該AMOLED面板具有多個AMOLED像素補償電路，各所述AMOLED像素補償電路均具有一開關電路、一PMOS電晶體、一儲存電容及一OLED元件，該開關電路係用以執行一開關操作程序以驅使該PMOS電晶體產生一驅動電流以使該OLED元件產生一亮度，該開關操作程序包括： 一第一階段：以一第一直流電壓設定該PMOS電晶體之閘極電壓及該OLED元件的陽極電壓； 一第二階段：以一第二直流電壓設定該PMOS電晶體之源極電壓使該PMOS電晶體之該閘極電壓和該源極電壓的差等於(該第一直流電壓-該第二直流電壓)； 一第三階段：使該PMOS電晶體與該儲存電容串聯於一資料電壓與一直流供應電壓之間以使該儲存電容儲存的電壓為該直流供應電壓與(該資料電壓與該PMOS電晶體之閾值電壓之和)之差；以及 一第四階段：使該儲存電容的兩端分別耦接該PMOS電晶體的該閘極和該源極而產生該驅動電流。
  8. 如請求項7所述之資訊處理裝置，其中，該開關電路和該PMOS電晶體係由低温多晶氧化物製程製造而成。
  9. 如請求項8所述之資訊處理裝置，其中，該開關電路中之任一電晶體係由PMOS電晶體、NMOS電晶體和CMOS電晶體所組成群組所選擇的一種電晶體。
  10. 如請求項7至9中任一項所述之資訊處理裝置，其係由一攜帶型電腦、一智慧型手機和一車用電腦所組成群組所選擇的一種裝置。
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