主動矩陣式有機發光顯示器的象素結構及其驅動方法
2023-12-07 19:31:51 1
專利名稱：主動矩陣式有機發光顯示器的象素結構及其驅動方法
技術領域：
本發明是有關於主動矩陣式有機發光二極體(Active Matrix OrganicLight Emitting Diode；AMOLED)顯示器的象素結構及其驅動方法，特別是有關於可補償電晶體臨界電壓與電子遷移率所造成的影響象素結構及其操作方法。
背景技術：
發光二極體(LED)顯示器為矩陣顯示器的一種，其中，發光二極體是呈現縱(行(Column))橫(列(Row))的排列，並將每一行或每一列發光二極體的陽極或陰極連接在一起，如圖1所示。請參照圖1，一般顯示器10包含數個排列在行與列的顯示單位，即象素(Pixel)20，而每個象素的陽極或陰極則分別與行數據產生器12與列選擇產生器14連接。操作過程中，每一列依序經由列線16活化，而所搭配的象素也因為行線18而活化。目前發光顯示器技術依驅動方式可分為被動式(Passive)與主動式(Active)兩種驅動。在被動式矩陣顯示器中，每列的象素一個接一個的照亮，但在主動式矩陣顯示器中，每列象素則先依序加載數據。也就是說，在被動式矩陣顯示器中每列在整個圖框時間(Frame Time)中僅有一小段為主動，但在主動式矩陣顯示器中，整個圖框時間中每列皆可設定為主動。但是由於未來對於顯示器要求愈來愈高，在高解析度和大面積化的需求下，主動式有機發光顯示器技術無疑將成為未來市場的主流。
另外，由於有機發光二極體(Organic Light Emitting Diode；OLED)顯示器本身具備自發光、無視角限制、反應速度快、光電效率高而耗電低以及無需背光結構與彩色濾光片結構等等優點，故視為邁向21世界最有可能取代液晶顯示器的平面顯示器技術之一。因有機發光二極體是一種電流驅動元件，故一般象素結構至少需兩顆電晶體。圖2所繪示為主動驅動式有機發光顯示器的一般象素架構。請參照圖2，此象素架構100包括一切換薄膜電晶體(Switching TFT)102、一驅動薄膜電晶體(DrivingTFT)104、一儲存電容(Storage Capacitor)106與一有機發光二極體元件108。其中，切換薄膜電晶體102的功能在於作為影像數據進入儲存電容106的開關與尋址之用，而驅動薄膜電晶體104的功能則在於將儲存電容106上的電壓值轉換成電流，最後才驅動有機發光二極體元件108。舉例來說，柵極線112輸入信號來開關切換薄膜電晶體102，再利用數據線送出信號來對儲存電容106做充放電的動作，藉以開關驅動薄膜電晶體104來決定有機發光二極體元件108的開與關。
有機發光二極體元件108的發光強度，是由通過有機發光二極體元件108的電流來決定並與其成正比。但是，由於象素與象素間因為製程的關係，其臨界電壓並不一樣，因此即使每個象素結構中儲存電容106的跨壓相同，通過有機發光二極體元件108的電流也會不同，而使得有機發光二極體元件108的發光均勻性不佳。
發明內容
鑑於上述的發明背景中，有機發光顯示元件的發光均勻性因電流的影響而普遍不均，因此，本發明的目的之一是為提供一種象素結構，利用四個電晶體與一個儲存電容及三條信號線，利用電流鏡(Current Mirror)或稱電流反應器的結構，將電流反映成電壓，再將電壓反映成電流，如此電晶體的臨界電壓與電子遷移率變化對經過有機發光顯示元件的電流，並不會有明顯的影響。
根據本發明的目的，本發明的主動矩陣式有機發光元件的象素結構包括一電容；一發光元件；一數據線、一第一掃描線與一第二掃描線的數條信號線；以及一第一電晶體、一第二電晶體、一第三電晶體與一第四電晶體的數個電晶體。其中，第一電晶體的柵極連接至第一掃描線，並且第一電晶體的源極或漏極其中一端也連接至數據線，另一端更連接至第三電晶體；第二電晶體的柵極是連接至第二掃描線，並且第二電晶體的源極與漏極其中一端連接至第三電晶體，另一端更連接至電容及第四電晶體；第三電晶體的柵極連接至第二電晶體，而第三電晶體的漏極連接至第一電晶體，且第三電晶體的柵極與漏極相互連接；以及，第四電晶體的柵極連接至第二電晶體與電容，並且第四電晶體的漏極亦連接至發光元件。
本發明上述的象素結構中，第三電晶體與第四電晶體為一P型電晶體，而第一電晶體與第二電晶體則不限於P型電晶體或N型電晶體。利用本發明的象素結構，可補償電晶體臨界電壓及電子遷移率變化對發光顯示元件所造成的影響，更具有均勻的發光度。
並且在本發明的實施例中，第一掃描線與第二掃描線可選擇相互連接或單獨連接。當第一掃描線與第二掃描線單獨連接時，更可依據有機發光二極體的發光效率不同而改變其發光時間，具有補償亮度的優點。
此外，根據發明的目的，本發明用於一種顯示系統。此顯示系統至少具有一顯示器控制器和一顯示器。此顯示器控制器連接至顯示器。
此顯示器控制器提供至少一數據線信號及至少二掃描線信號。顯示器接收此至少一數據線信號及此至少二掃描線信號以控制顯示狀態。
其中，此顯示器是由多個象素所構成。每一象素的結構即為上述主動矩陣式有機發光元件的象素結構，其中，第三電晶體與第四電晶體形成一電流鏡結構，此電流鏡結構提供發光元件一驅動電流。
上述象素結構及運作原理亦可歸納為一種提供一發光二極體驅動電流的方法，其中發光二極體例如一個有機發光二極體。此方法至少包括下列步驟。首先，利用一電流鏡電路和一電容組成一象素驅動電路。接著，將一第一掃描線，一第二掃描線和一數據線連接至此象素驅動電路。然後，利用第一掃描線與第二掃描線使象素驅動電路具有清除模式，寫入模式以及發光模式三種模式。
圖1所繪示為矩陣顯示器的接口的部分區塊示意圖；圖2所繪示為主動驅動式有機發光顯示器的一般象素架構；圖3A所繪示為顯示系統的方塊圖；圖3B所繪示為根據本發明一實施例，主動驅動式有機發光顯示器的單一象素結構示意圖；圖4所繪示為當圖3兩個切換薄膜電晶體皆為開態的數據寫入步驟時，其等效電路示意圖；圖5所繪示為本發明的象素結構信號控制的時脈圖；圖6例示發光二極體驅動電流方法的流程圖。
符號說明10顯示器12行數據產生器14列選擇產生器16列線16a列線16b列線18行線18a行線
18b行線20象素100象素架構102切換薄膜電晶體104驅動薄膜電晶體106儲存電容108有機發光二極體元件300象素結構302電晶體304電晶體306電晶體308電晶體310電容312有機發光二極體314數據線316第一掃描線318第二掃描線Idata電流320數據線驅動器322象素驅動電路Ioled電流I1電流I2電流G柵極S源極D漏極
具體實施例方式
圖3A例示本發明的一較佳實施例，在整個顯示系統301中，可分為顯示器控制器322與顯示器328兩部分。顯示器控制器322連接至顯示器328。
此顯示器控制器322具有至少一數據線324及至少一掃描線326。顯示器328耦接此至少一數據線324及此至少一掃描線326以控制顯示狀態。
其中，此顯示器328是由多個象素所構成。本實施例利用主動矩陣式有機發光元件象素結構作為象素結構300。
圖3B繪示本實施例的主動矩陣式有機發光元件象素結構單一象素結構示意圖。在本實施例中，本發明的象素結構是使用薄膜電晶體與有機發光二極體元件，但如熟悉此技藝者所已知，應用其它形式的電晶體與發光二極體而具有發光不均缺點的顯示元件，皆可應用本發明而加以改善，本發明不限於此。
請參照圖3B，本發明的象素結構300包括象素驅動電路322，此象素驅動電路322分別連接一第一掃描線316，一第二掃描線318，一數據線314，以及一有機發光二極體312。請參照圖3A和圖3B，其中第一掃描線316與第二掃描線318為掃描線326的一部分，而且數據線314為數據線324的一部分。
此象素驅動電路322依據此第一掃描線316和此第二掃描線318的電壓，將此數據線314的電流Idata複製至IOLED。此IOLED驅動有機發光二極體312發光。
此象素驅動電路322具有一電流鏡結構，此電流鏡結構將電流Idata複製至IOLED。以下以一實施例作為電流鏡結構的範例。市面上可取得的類似功能電流鏡結構均可依據本發明修改以應用至此象素驅動電路，但不得視為脫離本發明的精神與範圍。
請參照圖3A及圖3B，本發明的象素結構300包括電晶體302、電晶體304、電晶體306與電晶體308等四個電晶體、儲存電容310、有機發光二極體312以及數據線314、第一掃描線316第二掃描線318等三條信號線。其中，電晶體302為一切換電晶體，可為P型或N型，並由第一掃描線316所控制，其一端與數據線314連接，另一端則與電晶體304以及電晶體306連接；電晶體304亦為一切換電晶體，可為P型或N型，並由第二掃描線318所控制，其一端與電容310及電晶體308連接，另一端則與電晶體306及電晶體302連接；電晶體306在本發明此一實施例中為一P型電晶體，其柵極(G)與漏極(D)則與電晶體304與電晶體302連接在一起，另一端則連接至Vdd；而電晶體308在本發明此一實施例中亦為一P型電晶體，其柵極(G)與電晶體304以及電容310連接，而漏極(D)則與有機發光二極體312連接，源極則連接至Vdd。另外，電容除了一端與電晶體304及電晶體308連接外，另一端則與Vdd連接。
在操作過程中，由於電晶體302與電晶體304分別由第一掃描線316與第二掃描線318所控制，當第一掃描線316與第二掃描線318皆位於高電位時，電晶體302與電晶體304皆為「開(On)」狀態的時候，此時可寫入數據。因此，數據線314輸出一定電流Idata予數據線驅動器320(DriVer)，而電晶體306也因此產生電流，並流向數據線驅動器320的方向。雖然數據線314連接多個象素，但在此時僅有象素結構300的第一掃描線316與第二掃描線318被驅動，使得電晶體302與電晶體304皆為「開」態外，連接於數據線314上的其它象素結構並不會被驅動。所以數據線314可視為開路(Floating)，而通過電晶體306的電流會與Idata相同大小。
另外，由於電晶體306與電晶體308可視為一電流鏡結構，因此當電晶體306與電晶體308的W/L及臨界電壓Vth匹配時，流經電晶體308的電流也會與Idata一樣大的電流。圖4所繪示為其等效電路示意圖。請參照圖4，在電流鏡結構中，當電晶體306輸出I1電流時，則電晶體308的輸出電流I2會和I1電流相同。
當第一掃描線316為高電位，且第二掃描線318為低電位時，象素結構300處於發光模式，此時有機發光二極體312處於發光的狀態。當第一掃描線316為低電位，且第二掃描線318為高電位時，象素結構300處於數據清除模式，此時電容310處於數據清除的狀態。當第一掃描線316與第二掃描線318皆位於低電位時，電晶體302與電晶體304皆為「關(Off)」狀態，此時電容310即反應之前電晶體306的Idata電流值而儲存一電壓值，電晶體308再將電容310的電壓值轉換為電流值，而驅動有機發光二極體312。雖然圖3中每個象素中電容310所儲存的電壓值可能因為跨壓或臨界電壓的不同而不一樣，但是由於電流鏡的關係，電晶體308所轉換輸出的電流卻會相同，因此不論各象素間電容的跨壓或其臨界電壓不同，通過有機發光二極體的電流Ioled都會和數據線的寫入電流Idate相同。舉例來說，寫入X值的電流於各象素結構中，而每個象素結構的電容儲存值則反應為Y1、Y2與Y3等等，但是輸出並通過有機發光二極體的電流則仍同樣為X值，所以整個面板可獲得均勻的發光強度。
本發明與習知象素結構的不同點在於，習知象素結構是利用電壓驅動來切換灰階，而本發明是利用電流驅動來切換灰階，並因為電流鏡結構，使得每個象素中通道有機發光二極體的電流與數據線的寫入電流相同，並且各象素中有機發光二極體的通過電流也會因此相同，不受各象素間臨界電壓與電子遷移率的不同而影響到發光強度。
圖5所繪示為本發明的象素結構信號控制的時脈圖。請參照圖5，本發明的象素結構中的第二掃描線較第一掃描線早開啟，亦即圖3中電晶體304較電晶體302早開啟，此一階段為數據清除步驟。請參照圖3，當電晶體302為「關」狀態而電晶體304為「開」狀態，此時電流由電晶體306往電晶體304與電容310的方向移動，即可清除電容310的數據。
請參照圖5及圖3B，當第一掃描線316與第二掃描線318皆位於高電位時，電晶體302與電晶體304皆為「開(On)」狀態的時候，此時可寫入數據。因此，數據線314輸出一定電流Idata予數據線驅動器320(Driver)，而電晶體306也因此產生電流，由於電晶體306與電晶體308可視為一電流鏡結構，因此當電晶體306與電晶體308的W/L及臨界電壓Vth匹配時，流經電晶體308的電流IOLED也會與Idata一樣大的電流。電流IOLED可驅動此有機發光二極體312，使此有機發光二極體312處於發光狀態。
請參照圖5及圖3B，當第一掃描線316與第二掃描線318皆位於低電位時，電晶體302與電晶體304皆為「關(Off)」狀態，此時電容310即反應之前電晶體306的Idata電流值而儲存一電壓值，電晶體308再將電容310的電壓值轉換為電流值，而驅動有機發光二極體312。
請參照圖5，重複進行上述的清除，寫入，發光的步驟，即為實際操作電路的時脈。
本發明的特徵在於，使象素結構中具有一電流鏡，因此使通過有機發光二極體的電流可不受電容或電晶體跨壓以及臨界電壓的不同，使每個象素的有機發光二極體都具有均勻的發光強度。
本發明上述的第一掃描線與第二掃描線可連接在一起，但是如果第一掃描線與第二掃描線各自單獨連接，則更可具有改善紅色(R)、綠色(G)與藍色(B)有機發光二極體的發光效率不同的缺點。
舉例來說，假設紅色、綠色與藍色有機發光二極體中，其發光效率為綠色最佳而紅色較差，而可使控制綠色有機發光二極體的象素結構中，第二掃描線在數據寫入與數據清除間的發光時間較短，或使控制紅色有機發光二極體的象素結構中，第二掃描線在數據寫入與數據清除間的發光時間較長，如此一來，可利用不同的驅動發光時間作為補償，使得R、G、B有機發光二極體在同一圖框時間中具有較均勻的亮度。
上述象素結構及運作原理亦可歸納為一種提供一發光二極體驅動電流的方法，其中發光二極體例如一個有機發光二極體。
圖6例示此方法的流程圖。此方法至少包括下列步驟。首先，利用一電流鏡電路和一電容組成一象素驅動電路(步驟604)，電流鏡電路和電容的組成元件及連接方法如實施例所述，在此不贅。
接著，將一第一掃描線，一第二掃描線和一數據線連接至此象素驅動電路(步驟606)，連接方法如實施例所述。
然後，利用第一掃描線與第二掃描線使象素驅動電路具有清除模式，寫入模式以及發光模式三種模式(步驟608)。
請參照圖3B，圖5與圖6，當第一掃描線為低電位，且第二掃描線為高電位時，象素結構處於數據清除模式，此時電容處於清除數據狀態。
當第一掃描線與第二掃描線皆為高電位時，象素結構處於寫入模式。此時數據在線的電流Idata複製至發光二極體的驅動電流。
當第一掃描線為高電位，且第二掃描線為低電位時，象素結構處於發光模式，此時有機發光二極體處於發光狀態。
上述的方法優點在於，利用第一掃描線和第二掃描線高電位以及低電位的控制，可以依實際需要，任意調整清除模式，寫入模式，以及發光模式的時間。如此，可以補償因紅(R)綠(G)藍(B)三色光發光效率不同而導致亮度不均的問題。
另外一個優點是，利用一電流鏡結構，可以複製穩定的發光二極體驅動電流，以避免因製程條件不同導致的驅動電流不穩定。
權利要求
1.一種主動矩陣式有機發光顯示器的象素結構，其特徵在於所述象素結構至少包括一電容；一發光元件；多條信號線，該些信號線至少包括一數據線、一第一掃描線與一第二掃描線；以及多個電晶體，該些電晶體至少包括一第一電晶體、一第二電晶體、一第三電晶體與一第四電晶體，其中該第一電晶體的柵極是連接至該第一掃描線，且該第一電晶體的源極與漏極其中一者連接至該數據線，另一者則連接至該第三電晶體；該第二電晶體的柵極是連接至該第二掃描線，且該第二電晶體的源極與漏極其中一者連接至該第三電晶體，另一者則連接至該電容及該第四電晶體；該第三電晶體的柵極連接至該第二電晶體，該第三電晶體的漏極連接至該第一電晶體，且該第三電晶體的柵極與漏極相互連接；以及該第四電晶體的柵極是連接至該第二電晶體與該電容，且該第四電晶體的漏極連接至該發光元件。
2.根據權利要求1所述的象素結構，其特徵在於上述的第三電晶體與第四電晶體為一P型電晶體。
3.根據權利要求1所述的象素結構，其特徵在於上述的發光元件為一有機發光二極體。
4.根據權利要求1所述的象素結構，其特徵在於上述的第一掃描線與第二掃描線是相互連接。
5.根據權利要求1所述的象素結構，其特徵在於上述的第一掃描線與第二掃描線不相互連接。
6.一種電路，藉以驅動一發光元件，其特徵在於該電路至少包括一電容；以及具有至少一第一電晶體、至少一第二電晶體、至少一第三電晶體與至少一第四電晶體的多個電晶體，其中該第一電晶體的柵極是與一第一掃描線連接，且該第一電晶體的源極與漏極其中一者並與一數據線連接，另一者與該第三電晶體相接；該第二電晶體的柵極是與一第二掃描線連接，且該第二電晶體的源極與漏極其中一者與該第三電晶體相接，另一者是與該電容及該第四電晶體連接；該第三電晶體的柵極與該第二電晶體相接，該第三電晶體的漏極與該第一電晶體相接，且該第三電晶體的柵極與漏極相互連接；以及該第四電晶體的柵極是連接至該第二電晶體與該電容，且該第四電晶體的漏極與一發光元件相接。
7.根據權利要求6所述的電路，其特徵在於上述的第三電晶體與第四電晶體為一P型電晶體。
8.一種根據權利要求6所述的電路的驅動方法，更包括施加一第一電壓於該第二掃描線，藉以開啟該第二電晶體；以及施加一第二電壓於該第一掃描線，藉以開啟該第一電晶體，其中該第二電壓的施加時間遲於該第一電壓的施加時間。
9.一種顯示系統，其特徵在於所述顯示系統至少包含一顯示控制器，該顯示控制器提供多個數據線信號及多個掃描線信號；多個發光二極體，其中每一發光二極體接受一驅動電流以發光；以及多個電流鏡電路，相對應於該多個發光二極體，其中每一個電流鏡電路分別連接於該顯示控制器以及一相對應的發光二極體，該電流鏡電路接受該多個數據線信號其中一個相對應數據線信號，也接受該多個掃描線信號其中兩個以上相對應掃描線信號，該電流鏡電路複製該相對應數據線信號的電流予該相對應發光二極體的驅動電流以驅動該相對應發光二極體，該電流鏡電路也依據該兩個以上相對應掃描線信號的組合以產生該電流鏡電路的清除模式，寫入模式，以及發光模式。
10.根據權利要求9所述的顯示系統，其特徵在於更包括在於不同時間接受該相對應兩掃描線信號。
11.根據權利要求9所述的顯示系統，其特徵在於上述的該電流鏡電路至少包含多個電晶體以及一電容，該些電晶體至少包含一第一電晶體、一第二電晶體、一第三電晶體與一第四電晶體，其中該第一電晶體的柵極是連接至一第一掃描線，且該第一電晶體的源極與漏極其中一者連接至一數據線，另一者則連接至該第三電晶體；該第二電晶體的柵極是連接至一第二掃描線，且該第二電晶體的源極與漏極其中一者連接至該第三電晶體，另一者則連接至該電容及該第四電晶體；該第三電晶體的柵極連接至該第二電晶體，該第三電晶體的漏極連接至該第一電晶體，且該第三電晶體的柵極與漏極並相互連接；以及該第四電晶體的柵極是連接至該第二電晶體與該電容，且該第四電晶體的漏極連接至該發光二極體。
全文摘要
一種主動矩陣式有機發光顯示器的象素結構及其驅動方法，是應用於主動矩陣式有機發光顯示器中，是利用四個電晶體、一個電容與三條信號線所構成。其中，第一電晶體與第二電晶體是作為切換電晶體，分別由第一掃描線與第二掃描線所控制。並且，第三電晶體與第四電晶體則構成一電流鏡，使得每一象素中通過有機發光二極體的電流等於數據線寫入的電流。因此，各象素間的有機發光二極體亮度可不受臨界電壓的影響並且較均勻。
文檔編號G09G3/20GK1716352SQ200410048278
公開日2006年1月4日 申請日期2004年6月14日 優先權日2004年6月14日
發明者薛瑋傑 申請人:統寶光電股份有限公司