TWI847772B - 畫素電路、oled顯示裝置及資訊處理裝置 - Google Patents

Abstract

本發明主要揭示一種畫素電路，用以和一OLED元件組成一個OLED畫素單元，其包括：一數據驅動單元、一第一電容、一第二電容、一第一開關單元、一第二開關單元、以及一第三開關單元。特別地，本發明以單一個TFT元件組成所述數據驅動單元，且令該第一開關單元、該第二開關單元與該第三開關單元皆僅包含一個TFT元件。換句話說，本發明之畫素電路為4T2C架構。依此設計，本發明之畫素電路可以改善由於Vth電壓不一致所導致的畫面顯示不均的現象，使得應用本發明之畫素電路的OLED面版在顯示畫面之時保有亮度均一性和穩定性。

Description

畫素電路、OLED顯示裝置及資訊處理裝置

本發明係關於OLED顯示裝置之技術領域，尤指用以和一OLED元件組成一OLED畫素單元的一種畫素電路。

已知，平面顯示器包含非自發光型平面顯示器以及自發光型平面顯示器，其中液晶顯示器為使用已久的一種非自發光型平面顯示器，而有機發光二極體(Organic light-emitting diode, OLED)顯示器以及發光二極體(Light-emitting diode, LED)顯示器則為目前具有主流應用的自發光型平面顯示器。

圖1為習知的一種OLED顯示器的方塊圖。如圖1所示，OLED顯示器1a的架構係主要包括：一OLED顯示面板11a以及至少一個顯示驅動晶片12a，其中該OLED顯示面板11a包括M×N個OLED畫素單元，且各所述OLED畫素單元由一個畫素電路111a和一個OLED元件112a所組成。傳統上，畫素電路111a係採2T1C架構，即，包含二個薄膜電晶體(Thin-Film Transistor, TFT)元件和一個電容。

熟悉OLED顯示器之設計與製作的電子工程師都知道，肇因於TFT元件製程難以避免會發生製程參數漂移，現有的畫素電路111a仍舊存在因閥值電壓(Vth)差異所引發的OLED元件112a發光亮度不均的問題，終致OLED顯示面板11a的部分區塊出現所謂的Mura現象。近年來，為了改善Mura現象，採6T1C、7T1C或8T1C架構的畫素電路111a接連被提出，並在OLED顯示面板11a的製作上獲得實質應用。然而，相比於最初發展的5T1C或4T1C架構，6T1C、7T1C或8T1C架構的畫素電路111a需要更多的控制信號，使得設計上變得複雜，導致設計成本變高。另一方面，相比於5T1C或4T1C架構，6T1C、7T1C或8T1C架構的畫素電路111a必然占用更多的線路面積。

由上述說明可知，本領域亟需一種新式的畫素電路。

本發明之主要目的在於提供一種畫素電路，用以和一OLED元件組成一OLED畫素單元，且M×N個所述OLED畫素單元組成一OLED顯示面板。本發明之畫素電路採4T2C架構，可以對主要的驅動電晶體進行閥值電壓補償，使相鄰畫素電路的驅動電晶體之間不具閥值電壓差異，藉此方式確保OLED顯示面板在顯示圖像的過程中不會出現所謂的Mura現象。因此，本發明之畫素電路可以改善由於Vth電壓不一致所導致的畫面顯示不均的現象，使得應用本發明之畫素電路的OLED顯示面板在顯示畫面之時保有亮度均一性和穩定性。

為達成上述目的，本發明提出所述畫素電路的一實施例，其包括： 一數據驅動單元，具有一第一電性端、一控制端以及一第二電性端；其中，該第一電性端耦接一第一驅動電壓，且該第二電性端用以耦接至一OLED元件； 一第一電容，具有一第一端與一第二端，其中該第一端耦接至該數據驅動單元的該控制端，且該第二端耦接至該第二電性端和該OLED元件之間的一第一共接點； 一第二電容，同樣具有一第一端與一第二端，其中該第一端耦接至該第一電容的該第二端，且該第二端耦接至一接地端； 一第一開關單元，具有一第一端、一第二端與一控制端，其中該第一端耦接至該數據驅動單元的該控制端和該第一電容的該第一端之間的一第二共接點，該第二端耦接一顯示數據電壓，且該控制端耦接一第一控制信號； 一第二開關單元，具有一第一端、一第二端與一控制端，其中該第一端耦接至該數據驅動單元的該第一電性端，該第二端耦接至該第二共接點，且該控制端耦接至一第二控制信號； 一第三開關單元，具有一第一端、一第二端與一控制端，其中該第一端耦接至該第一共接點，該第二端耦接至該接地端，且該控制端耦接至一第三控制信號。

在一實施例中，該數據驅動單元包括： 一第一TFT元件，其具有一閘極端、一第一元件電性端與一第二元件電性端分別作為該數據驅動單元的一控制端、該第一電性端、與一第二電性端。

在一實施例中，該第一開關單元包括： 一第二TFT元件，其具有一閘極端、一第一元件電性端與一第二元件電性端，分別作為該第一開關單元的該控制端、該第一端和該第二端。

在一實施例中，該第二開關單元包括： 一第三TFT元件，其具有一閘極端、一第一元件電性端與一第二元件電性端，分別作為該第二開關單元的該控制端、該第一端和該第二端。

在一實施例中，該第三開關單元包括： 一第四TFT元件，其具有一閘極端、一第一元件電性端與一第二元件電性端，分別作為該第三開關單元的該控制端、該第一端和該第二端。

在一實施例中，該第二TFT元件、該第三TFT元件和該第四TFT元件皆為選自於由N型TFT元件和P型TFT元件所組成群組之中的任一種薄膜電晶體元件。

在一實施例中，於一個顯示周期內，該第一控制信號具有複數個脈衝寬度，該第二控制信號具有至少一個脈衝寬度，且該第三控制信號具有至少一個脈衝寬度。

在一實施例中，於一個顯示周期內，該顯示數據電壓具有至少二個脈衝寬度，且該二個脈衝寬度具有不同的電壓準位。

在一實施例中，於一個顯示周期內，該第一驅動電壓在該OLED元件的非發光時間內被切換至高阻抗狀態。

本發明同時提供一種OLED顯示裝置，其包括一顯示驅動電路和一OLED顯示面板，其中該OLED顯示面板包括M×N個畫素單元，且M、N皆為正整數；其特徵在於，各所述畫素單元包括一個OLED元件以及一個如前所述本發明之畫素電路。

並且，本發明還提供一種資訊處理裝置，其具有如前所述本發明之OLED顯示裝置。

在一實施例中，該資訊處理裝置是選自於由頭戴式顯示裝置、智慧型電視、智慧型手機、智慧型手錶、平板電腦、一體式電腦、筆記型電腦、車載娛樂裝置、數位相機、和視訊式門口機所組成群組之中的一種電子裝置。

為使  貴審查委員能進一步瞭解本發明之結構、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。

圖2為包含本發明之一種畫素電路的一OLED顯示裝置的方塊圖。如圖2所示，該OLED顯示裝置1主要包括：一OLED顯示面板11以及至少一顯示驅動晶片12，其中該OLED顯示面板11包括M×N個畫素電路111、M×N個OLED元件112、M條閘極線、以及N條源極線，M、N為正整數。正常工作時，所述顯示驅動晶片12接收傳送自一上位機2(如：智慧型手機的應用處理器)的一顯示數據，並依據顯示數據控制各所述畫素電路111作動以使各OLED元件112發光或不發光，藉此方式使該OLED顯示面板11顯示圖像。

圖3為圖2所示之畫素電路111的電路拓樸圖。如圖3所示，本發明之畫素電路111包括：一數據驅動單元1D、一第一電容C1、一第二電容C2、一第一開關單元SW1、一第二開關單元SW2、以及一第三開關單元SW3。具體地，該數據驅動單元1D具有一第一電性端1DT1、一控制端1DC以及一第二電性端1DT2，其中該第一電性端1DT1耦接一第一驅動電壓ELVDD，且該第二電性端1DT2用以耦接至一OLED元件112。

在一實施例中，該數據驅動單元1D係由一第一TFT元件T1組成。悉LCD及/或OLED之畫素電路之設計與製作的電子工程師必然知道，TFT元件為一種對稱型元件，其閘極端為元件控制端，其兩端則為二元件電性端，依據偏置電壓(工作電壓)和電流的流向來決定二元件電性端為源極端與汲極端。簡單地說，在一元件電性端作為源極端的情況下，另一端即為元件汲極端，反之亦然。以此觀念為基礎，如圖3所示，該第一TFT元件T1其具有一閘極端、一第一元件電性端與一第二元件電性端分別作為該數據驅動單元1D的一控制端1DC、該第一電性端1DT1、與一第二電性端1DT2。

進一步地說明，如圖3所示，該第一電容C1具有一第一端與一第二端，其中該第一端耦接至該數據驅動單元1D的該控制端1DC，且該第二端耦接至該第二電性端1DT2和該OLED元件112之間的一第一共接點。同樣地，該第二電容C2亦具有一第一端與一第二端，其中該第一端耦接至該第一電容C1的該第二端，且該第二端耦接至一接地端。

如圖3所示，該第一開關單元SW1具有一第一端、一第二端與一控制端，其中該第一端耦接至該數據驅動單元1D的該控制端1DC和該第一電容C1的該第一端之間的一第二共接點，該第二端耦接一顯示數據電壓VDATA，且該控制端耦接一第一控制信號G＜N＞。具體地，如圖3所示，該第一開關單元SW1係由一第二TFT元件T2所組成，且該第二TFT元件T2其具有一閘極端、一第一元件電性端與一第二元件電性端，分別作為該第一開關單元SW1的該控制端、該第一端和該第二端。

另一方面，該第二開關單元SW2具有一第一端、一第二端與一控制端，其中該第一端耦接至該數據驅動單元1D的該第一電性端1DT1，該第二端耦接至該第二共接點，且該控制端耦接至一第二控制信號GVT＜N＞。和第一開關單元SW1相同的是，該第二開關單元SW2同樣僅包括一個TFT元件，即圖3所示之第三TFT元件T3。具體地，該第三TFT元件T3具有一閘極端、一第一元件電性端與一第二元件電性端，分別作為該第二開關單元SW2的該控制端、該第一端和該第二端。

再者，該第三開關單元SW3具有一第一端、一第二端與一控制端，其中該第一端耦接至該第一共接點，該第二端耦接至該接地端，且該控制端耦接至一第三控制信號AZ＜N＞。具體地，如圖3所示，該第三開關單元SW3包括一第四TFT元件T4，且該第四TFT元件T4其具有一閘極端、一第一元件電性端與一第二元件電性端，分別作為該第三開關單元SW3的該控制端、該第一端和該第二端。補充說明的示，雖然圖3示範性地繪示該第四TFT元件T4、該第三TFT元件T3和該第二TFT元件T2皆為N型TFT元件，然而並非以此限制其實施態樣。在可行的實施例中，該第四TFT元件T4、該第三TFT元件T3和該第二TFT元件T2亦可為P型TFT元件。

綜上所述，本發明之畫素電路111採4T2C架構，可以對主要的驅動電晶體(即，T1)進行閥值電壓(Vth)補償，使相鄰畫素電路111的驅動電晶體之間不具閥值電壓差異，藉此方式確保OLED顯示面板11在顯示圖像的過程中不會出現所謂的Mura現象。因此，本發明之畫素電路111可以改善由於Vth電壓不一致所導致的畫面顯示不均的現象，使得應用本發明之畫素電路111的OLED顯示面板11在顯示畫面之時保有亮度均一性和穩定性。

圖4為用以控制本發明之畫素電路的多個信號的工作時序圖。如圖3與圖4所示，在TFT元件的控制方案上，係在一個顯示周期內令該第一控制信號G＜N＞具有複數個脈衝寬度，令該第二控制信號GVT＜N＞具有至少一個脈衝寬度，且令該第三控制信號AZ＜N＞具有至少一個脈衝寬度。應可理解，在該第四TFT元件T4、該第三TFT元件T3和該第二TFT元件T2皆為N型TFT元件的情況下，各控制信號的脈衝係為高準位脈衝。相反地，若該第四TFT元件T4、該第三TFT元件T3和該第二TFT元件T2皆為P型TFT元件的情況下，則各控制信號的脈衝係為低準位脈衝。

在一示範應用例中，如圖3與圖4所示，在令該第一控制信號G＜N＞具高準位(即，高準位脈衝)、令該第二控制信號GVT＜N＞具高準位、且令第三控制信號AZ＜N＞具高準位的情況下，第二TFT元件T2、第三TFT元件T3和第四TFT元件T4導通。此時，由於顯示數據電壓VDATA具低準位，因此第一電容C1和第二電容C2皆被復位。換句話說，在此時間區間內，本發明之畫素電路111操作在電容復位模式。

如圖3與圖4所示，進一步地，在該第一控制信號G＜N＞具高準位、該第二控制信號GVT＜N＞具高準位、且該第三控制信號AZ＜N＞具高準位的情況下，若該顯示數據電壓VDATA自低準位翻轉至第一高準位Vosf，第一電容C1會被充電至Vofs。因此，在此時間區間內，本發明之畫素電路111操作在電容預充電模式。

進一步地，在下一個時間區間，在該第一控制信號G＜N＞翻轉至低準位、該第二控制信號GVT＜N＞具高準位、且該第三控制信號AZ＜N＞具高準位的情況下，若該顯示數據電壓VDATA自第一高準位Vosf下降至第二高準位Vgray，第一電容C1會被充電至Vth_T1(即，第一TFT元件的閥值電壓)。因此，在此時間區間內，本發明之畫素電路111操作在閥值電壓捕捉(Vth catch)模式，而捕捉閥值電壓的目的在於控制該第一TFT元件T1驅動該OLED元件112發光時可以精準地將該第一TFT元件T1的閥值電壓予以補償掉。

繼續地，在下一個時間區間，在該第一控制信號G＜N＞再次翻轉至高準位、該第二控制信號GVT＜N＞翻轉至低準位、且該第三控制信號AZ＜N＞翻轉至低準位的情況下，此時該顯示數據電壓VDATA維持在第二高準位Vgray，則第一電容C1會被充電至Vth+Vdata*C2/(C1+C2)。換句話說，在此時間區間內，本發明之畫素電路111操作在數據電壓寫入模式。

如圖3與圖4所示，在最後一個時間區間，在該第一控制信號G＜N＞再次翻轉至低準位、該第二控制信號GVT＜N＞維持在低準位、且該第三控制信號AZ＜N＞維持在低準位的情況下，此時該顯示數據電壓VDATA還是維持在第二高準位Vgray，並且，由於其閘極端受到該第一電容C1的該第一端的端電壓的偏置，該第一TFT元件T1係維持導通狀態，因而產生一驅動電流通過該OLED元件112，使該OLED元件112發光。換句話說，在此時間區間內，本發明之畫素電路111操作在OLED元件發光模式。

根據電晶體飽和區電流公式可以進行如下數學運算： 。由此可知，Vth被抵消掉，OLED元件112的驅動電流和第一TFT元件T1的Vth沒有關係。值得注意的是，在一個顯示周期內，該第一驅動電壓ELVDD在該OLED元件112的非發光時間內被切換至高阻抗狀態(Hi-Z state)。 亦即，在電容復位(reset)、電容預充電(pre-charge)、閥值電壓捕捉(Vth catch)、和數據電壓寫入(Vdata write)的時間區間內，該第一驅動電壓ELVDD皆維持在高阻抗狀態。

如此，上述已完整且清楚地說明本發明之一種畫素電路；並且，經由上述可得知本發明具有下列優點：

(1)本發明揭示一種畫素電路，用以和一OLED元件組成一OLED畫素單元，且M×N個所述OLED畫素單元組成一OLED顯示面板。本發明之畫素電路採4T2C架構，可以對主要的驅動電晶體進行閥值電壓補償，使相鄰畫素電路的驅動電晶體之間不具閥值電壓差異，藉此方式確保OLED顯示面板在顯示圖像的過程中不會出現所謂的Mura現象。因此，本發明之畫素電路可以改善由於Vth電壓不一致所導致的畫面顯示不均的現象，使得應用本發明之畫素電路的OLED顯示面板在顯示畫面之時保有亮度均一性和穩定性。

(2)本發明同時提供一種OLED顯示裝置，其包括至少一顯示驅動電路和一OLED顯示面板，其中該OLED顯示面板包括M×N個OLED畫素單元，且其特徵在於各所述OLED畫素單元由一個OLED元件以及一個前述本發明之畫素電路所組成。

(3)本發明同時提供一種資訊處理裝置，其具有如前所述本發明之OLED顯示裝置。並且，該資訊處理裝置是選自於由頭戴式顯示裝置、智慧型電視、智慧型手機、智慧型手錶、平板電腦、一體式電腦、筆記型電腦、車載娛樂裝置、數位相機、和視訊式門口機所組成群組之中的一種電子裝置。

必須加以強調的是，前述本案所揭示者乃為較佳實施例，舉凡局部之變更或修飾而源於本案之技術思想而為熟習該項技藝之人所易於推知者，俱不脫本案之專利權範疇。

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。

1a:OLED顯示器 11a:OLED顯示面板 111a:畫素電路 112a:OLED元件 12a:顯示驅動晶片 1:OLED顯示裝置 11:OLED顯示面板 111:畫素電路 112:OLED元件 12:顯示驅動晶片 1D:數據驅動單元 1DT1:第一電性端 1DT2:第二電性端 1DC:控制端 C1:第一電容 C2:第二電容 SW1:第一開關單元 SW2:第二開關單元 SW3:第三開關單元 T1:第一TFT元件 T2:第二TFT元件 T3:第三TFT元件 T4:第四TFT元件

圖1為習知的一種OLED顯示器的方塊圖； 圖2為包含本發明之一種畫素電路的一OLED顯示裝置的方塊圖； 圖3為圖2所示之畫素電路的電路拓樸圖；以及 圖4為用以控制本發明之畫素電路的多個信號的工作時序圖。

111:畫素電路

112:OLED元件

1D:數據驅動單元

1DT1:第一電性端

1DT2:第二電性端

1DC:控制端

C1:第一電容

C2:第二電容

SW1:第一開關單元

SW2:第二開關單元

SW3:第三開關單元

T1:第一TFT元件

T2:第二TFT元件

T3:第三TFT元件

T4:第四TFT元件

Claims (11)

1. 一種畫素電路，包括： 一數據驅動單元，具有一第一電性端、一控制端以及一第二電性端；其中，該第一電性端耦接一第一驅動電壓，且該第二電性端用以耦接至一OLED元件； 一第一電容，具有一第一端與一第二端，其中該第一端耦接至該數據驅動單元的該控制端，且該第二端耦接至該第二電性端和該OLED元件之間的一第一共接點； 一第二電容，同樣具有一第一端與一第二端，其中該第一端耦接至該第一電容的該第二端，且該第二端耦接至一接地端； 一第一開關單元，具有一第一端、一第二端與一控制端，其中該第一端耦接至該數據驅動單元的該控制端和該第一電容的該第一端之間的一第二共接點，該第二端耦接一顯示數據電壓，且該控制端耦接一第一控制信號； 一第二開關單元，具有一第一端、一第二端與一控制端，其中該第一端耦接至該數據驅動單元的該第一電性端，該第二端耦接至該第二共接點，且該控制端耦接至一第二控制信號；以及 一第三開關單元，具有一第一端、一第二端與一控制端，其中該第一端耦接至該第一共接點，該第二端耦接至該接地端，且該控制端耦接至一第三控制信號。
2. 如請求項1所述之畫素電路，其中，該數據驅動單元包括： 一第一TFT元件，其具有一閘極端、一第一元件電性端與一第二元件電性端分別作為該數據驅動單元的一控制端、該第一電性端、與一第二電性端。
3. 如請求項2所述之畫素電路，其中，該第一開關單元包括： 一第二TFT元件，其具有一閘極端、一第一元件電性端與一第二元件電性端，分別作為該第一開關單元的該控制端、該第一端和該第二端。
4. 如請求項3所述之畫素電路，其中，該第二開關單元包括： 一第三TFT元件，其具有一閘極端、一第一元件電性端與一第二元件電性端，分別作為該第二開關單元的該控制端、該第一端和該第二端。
5. 如請求項4所述之畫素電路，其中，該第三開關單元包括： 一第四TFT元件，其具有一閘極端、一第一元件電性端與一第二元件電性端，分別作為該第三開關單元的該控制端、該第一端和該第二端。
6. 如請求項5所述之畫素電路，其中，該第二TFT元件、該第三TFT元件和該第四TFT元件皆為選自於由N型TFT元件和P型TFT元件所組成群組之中的任一種薄膜電晶體元件。
7. 如請求項5所述之畫素電路，其中，在一個顯示周期內，該第一控制信號具有複數個脈衝寬度，該第二控制信號具有至少一個脈衝寬度，且該第三控制信號具有至少一個脈衝寬度。
8. 如請求項5所述之畫素電路，其中，在一個顯示周期內，該顯示數據電壓具有至少二個脈衝寬度，且該二個脈衝寬度具有不同的電壓準位。
9. 如請求項5所述之畫素電路，其中，在一個顯示周期內，該第一驅動電壓在該OLED元件的非發光時間內被切換至高阻抗狀態。
10. 一種OLED顯示裝置，其包括一顯示驅動電路和一OLED顯示面板，其中該OLED顯示面板包括M×N個畫素單元，且M、N皆為正整數；其特徵在於，各所述畫素單元包括一個OLED元件以及一個如請求項1至請求項9之中任一項所述之畫素電路。
11. 一種資訊處理裝置，包含至少一個OLED顯示裝置，且各所述OLED顯示裝置包括一顯示驅動電路和一OLED顯示面板，其中該OLED顯示面板包括M×N個畫素單元，且M、N皆為正整數；其特徵在於，各所述畫素單元包括一個OLED元件以及一個如請求項1至請求項9之中任一項所述之畫素電路。

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