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TWI512708B - 畫素補償電路 - Google Patents

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TWI512708B
TWI512708B TW103115997A TW103115997A TWI512708B TW I512708 B TWI512708 B TW I512708B TW 103115997 A TW103115997 A TW 103115997A TW 103115997 A TW103115997 A TW 103115997A TW I512708 B TWI512708 B TW I512708B
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electrically connected
signal
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TW103115997A
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Inventor
Ching Chieh Tseng
Original Assignee
Au Optronics Corp
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Priority to CN201410305376.3A priority patent/CN104123910B/zh
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Description

畫素補償電路
本發明是有關於一種畫素補償電路，尤其是有關於補償臨界電壓及驅動電流的畫素補償電路。
習知之主動式有機發光二極體(AMOLED)應用於顯示器上時，由於具有輕薄、效率高、高色彩飽和度等優勢，近年來已成為主要發展之顯示技術。主動式有機發光二極體顯示器雖具有上述之優勢，但其電晶體易因製程的影響或長時間的使用造成臨界電壓的變異，導致主動式有機發光二極體顯示器出現亮度不均等現象，又有機發光二極體在長時間操作下會發生跨壓上升之情況，進而影響電晶體閘極-源極之跨壓，造成顯示不良之問題，此外，由於有機發光二極體為電流驅動元件，若有機發光二極體端內阻增加，更會導致壓降增加並影響電晶體閘極-源極之跨壓，導致顯示不良之問題發生。
為了解決上述之缺憾，本發明提出一種畫素補償電路實施例，其包括一第一電晶體、一第二電晶體、一第三電晶體、一第四電晶體、一第五電晶體、一開關單元以及一 發光二極體。第一電晶體之閘極端是用以接收一開關訊號、第一端是用以接收高電壓電位，第二電晶體之第一端與第一電晶體的第二端電性相連，第三電晶體之閘極端是用以接收開關訊號、第一端是用以接收資料訊號、第二端則與第二電晶體的第二端電性相連，第四電晶體之閘極端是用以接收開關訊號、第一端與第一電晶體之第二端以及第二電晶體之第一端電性相連、第二端與第二電晶體之閘極端以及一電容之第一端電性相連，第五電晶體之閘極端是用以接收開關訊號、第一端與電容之第二端電性相連、第二端是用以接收一參考電位，開關單元是用以接收開關訊號，其並與第三電晶體之第二端、第五電晶體之第一端、以及電容之第二端電性相連，發光二極體之第一端與開關單元電性相連，第二端是用以接收低電壓電位。
在本發明的較佳實施例中，上述之開關單元可包括一第六電晶體，其閘極端係用以接收開關訊號，其第一端與第三電晶體之第二端電性相連，其第二端與發光二極體之第一端、第五電晶體之第一端、以及電容之第二端電性相連。
在本發明的較佳實施例中，上述之開關單元可包括一第六電晶體，其閘極端係用以接收開關訊號，其第一端與發光二極體之第一端及第三電晶體之第二端電性相連，其第二端與該第五電晶體之第一端以及電容之第二端電性相連。
本發明之畫素補償電路實施例可根據所接收之開關訊號開啟或關閉迴路，使第二電晶體可根據本身之臨界電壓調整閘極端之電壓準位，並使發光二極體之驅動電流不隨發光二極體端的跨壓或內阻改變而變動，因而可有效減少發光二極體顯示器產生亮度不均、顯示不良等問題。
M1‧‧‧第一電晶體
M2‧‧‧第二電晶體
M3‧‧‧第三電晶體
M4‧‧‧第四電晶體
M5‧‧‧第五電晶體
M6‧‧‧第六電晶體
S1‧‧‧第一開關訊號
S2‧‧‧第二開關訊號
S3‧‧‧第三開關訊號
S4‧‧‧第四開關訊號
Cst‧‧‧電容
D1‧‧‧發光二極體
OVDD‧‧‧高電壓電位
OVSS‧‧‧低電壓電位
Vdata‧‧‧資料訊號
Vref‧‧‧參考電位
SW‧‧‧開關單元
A、B、C‧‧‧節點
圖1為本發明實施例一之架構示意圖。
圖2為本發明實施例一之訊號週期示意圖。
圖3為本發明實施例二之架構示意圖。
圖4為本發明實施例二之訊號週期示意圖。
請參閱圖1，圖1為本發明畫素補償電路實施例一，其包括一第一電晶體M1、一第二電晶體M2、一第三電晶體M3、一第四電晶體M4、一第五電晶體M5、一開關單元SW、一發光二極體D1、及一電容Cst，其中第一電晶體M1、第二電晶體M2、第三電晶體M3、第四電晶體M4、第五電晶體M5，可為N型電晶體。第一電晶體M1、第三電晶體M3、第四電晶體M4、第五電晶體M5、及開關單元SW是用以接收一開關訊號，並根據開關訊號開啟或關閉以形成迴路，且此開關訊號可包括一第一開關訊號S1、一第二開關訊號S2、一第三開關訊號S3、及一第四開關訊號S4。
前述之第一電晶體M1之閘極端用以接收第二開關訊號S2，而其第一端是用以接收一高電壓電位OVDD，其第二端則是與第二電晶體M2的第一端以及第四電晶體M4之第一端電性相連。第二電晶體M2為驅動電晶體，其閘極端與第四電晶體M4之第二端以及電容Cst之第一端電性相連，其第一端與第一電晶體M1之第二端及第四電晶體M4之第一端電性相連，其第二端與第三電晶體M3之第二端及前述之開關單元SW電性相連。第三電晶體M3之閘極端是用以接收第一開關訊 號S1，其第一端是用以接收一資料訊號Vdata，此資料訊號Vdata是用以控制前述之發光二極體之發光亮度，其第二端則是與第二電晶體M2之第二端以及開關單元SW電性相連。
第四電晶體M4之閘極端是用以接收第四開關訊號S4，其第一端與第一電晶體M1之第二端及第二電晶體M2之第一端電性相連，其第二端與第二電晶體M2之閘極端及電容Cst之第一端電性相連。第五電晶體M5之閘極端是用以接收第四開關訊號S4，其第一端與電容Cst之第二端及開關單元SW電性相連，其第二端係用以接收一參考電位Vref。前述之發光二極體D1之第一端與開關單元SW電性相連，第二端則是用以接收一低電壓電位OVSS，且此發光二極體D1係根據流經的驅動電流，也就是第二電晶體M2汲極-源極之電流Ids決定其發光亮度。
其中，前述之開關單元SW更可包括一第六電晶體M6，第六電晶體M6可為N型電晶體，其閘極端是用以接收第三開關訊號S3，其第一端與第三電晶體M3之第二端及第二電晶體M2之第二端電性相連，其第二端則與發光二極體D1之第一端、第五電晶體M5之第一端以及電容Cst之第二端電性相連。
圖2為本發明實施例一之第一開關訊號S1、第二開關訊號S2、第三開關訊號S3、第四開關訊號S4及資料訊號Vdata之訊號週期示意圖，其並可分為第I週期時間、第Ⅱ週期時間、以及第Ⅲ週期時間。其中第一開關訊號S1與資料訊號Vdata之電壓準位週期為相同，也就是第一開關訊號S1與資料訊號Vdata之高電壓準位及低電壓準位之週期為相同，第一開關訊號S1與第二開關訊號S2之電壓準位週期為彼此相反，也就是第一開關訊號S1與第二開關訊號S2之高電壓準位及低 電壓準位之週期為相反，第三開關訊號S3與第四開關訊號S4之電壓準位週期為彼此相反，也就是第三開關訊號S3與第四開關訊號S4之高電壓準位及低電壓準位之週期為相反。
以下將配合圖1及圖2進一步說明本發明實施例一之運作方式。首先，第I週期時間時為實施例一之預充週期，第一開關訊號S1、第三開關訊號S3為低電壓準位，而第二開關訊號S2及第四開關訊號S4為高電壓準位，資料訊號Vdata為低電壓準位，也就是此時並無控制發光二極體D1之資料訊號Vdata。此時第三電晶體M3及第六電晶體M6之閘極端係接收低電壓準位，因此第三電晶體M3及第六電晶體M6為關閉，第一電晶體M1、第四電晶體M4及第五電晶體M5之閘極端係接收高電壓準位，因此第一電晶體M1、第四電晶體M4及第五電晶體M5為開啟。因此第一電晶體M1第一端所接收之高電壓電位OVDD透過第一電晶體M1及第四電晶體M4將圖1中之節點A充至高電壓電位OVDD，而圖1中之節點B則透過第五電晶體M5充至參考電位Vref，此外，因此時第六電晶體M6為關閉，又參考電位Vref小於發光二極體D1之第二端所接收之低電壓電位OVSS，因此此時發光二極體D1並無電流通過而關閉。
第I週期時間結束後進入第Ⅱ週期時間，而第Ⅱ週期時間時為實施例一之臨界電壓補償週期，第一開關訊號S1、及第四開關訊號S4此時為高電壓準位，而第二開關訊號S2及第三開關訊號S3為低電壓準位，資料訊號Vdata此時為高電壓準位，也就是此時具有控制發光二極體D1亮度的資料訊號Vdata。由於第一電晶體M1及第六電晶體M6之閘極端係接收低電壓準位，因此第一電晶體M1及第六電晶體M6關閉，第 三電晶體M3、第四電晶體M4及第五電晶體M5之閘極端係接收高電壓準位，因此第三電晶體M3、第四電晶體M4及第五電晶體M5為開啟。此時因第一電晶體M1關閉、第三電晶體M3為開啟，第三電晶體M3之第一端並接收資料訊號Vdata，因此圖1節點A之電壓準位經由第二電晶體M2及第三電晶體M3，從第I週期之高電壓電位OVDD下降至第三電晶體M3第一端所接收之資料訊號Vdata的高電壓準位加上第二電晶體M2本身之臨界電壓Vt的電壓準位，也就是此時節點A之電壓準位為Vdata+Vt，且第二電晶體M2因節點A之電壓準位下降而截止關閉，所以節點A即保留在Vdata+Vt的電壓準位，達到自動補償臨界電壓Vt之功效，而圖1中之節點B則透過第五電晶體M5充至參考電位Vref。此外，因此時第六電晶體M6為關閉，又參考電位Vref小於發光二極體D1之第二端所接收之低電壓電位OVSS，因此此時發光二極體D1因並無電流通過而關閉。
第Ⅱ週期時間結束後接著進入第Ⅲ週期時間。第Ⅲ週期時間時為實施例一之發光週期，此時第一開關訊號S1及第四開關訊號S4為低電壓準位，第二開關訊號S2及第三開關訊號S3為高電壓準位，資料訊號Vdata為低電壓準位，此時並無控制發光二極體D1亮度之資料訊號Vdata。第三電晶體M3、第四電晶體M4、及第五電晶體M5之閘極端接收低電壓準位，因此第三電晶體M3、第四電晶體M4、及第五電晶體M5為關閉，而第一電晶體M1及第六電晶體M6之閘極端接收高電壓準位，因此第一電晶體M1及第六電晶體M6為開啟。由於此時開關單元SW之第六電晶體M6開啟，高電壓電位OVDD經由第一電晶體M1、第二電晶體M2及第六電晶體M6傳送至發光二極體D1，使發光二極體D1第一端，也就是節點B之電壓準位充至低電壓電位OVSS加上發光二 極體D1之驅動電位VOLED，即節點B之電壓準位為OVSS+VOLED，大於低電壓電位OVSS的電壓準位，因此此時發光二極體D1即根據所流經的驅動電流Ids發光。又因為電容Cst本身之特性，此時節點A之電壓準位會同時由第Ⅱ週期之Vdata+Vt上升至Vdata+Vt-Vref+OVSS+VOLED，因此此時第二電晶體M2之閘極-源極跨壓Vgs為：Vgs=Vg-Vs=(Vdata+Vt-Vref+OVSS+VOLED)-(OVSS+VOLED)，其中Vg為第二電晶體M2之閘極端電壓準位，Vs為第二電晶體M2之源極端電壓準位。第二電晶體M2之汲極-源極電流Ids為：Ids=K(Vgs-Vt)2 =K(Vdata+Vt-Vref-Vt)2 =K(Vdata-Vref)2 ，K為常數。也就是此時流經發光二極體D1的驅動電流Ids僅與第Ⅱ週期時間輸入之資料訊號Vdata相關，且驅動電流Ids不會隨第二電晶體M2之臨界電壓Vt或發光二極體D1端之壓降改變而變動，因此可大幅減少前述之亮度不均或其他顯示不良的問題。
圖3為本發明畫素補償電路之實施例二，其包括一第一電晶體M1、一第二電晶體M2、一第三電晶體M3、一第四電晶體M4、一第五電晶體M5、一開關單元SW、一發光二極體D1、及一電容Cst，其中第一電晶體M1、第三電晶體M3、第四電晶體M4、第五電晶體M5、及開關單元SW接收一開關訊號，並根據開關訊號開啟或關閉以形成迴路，此開關訊號可包括一第一開關訊號S1、一第二開關訊號S2、及一第三開關訊號S3。
第一電晶體M1之閘極端用以接收第一開關訊號S1，而其第一端是用以接收一高電壓電位OVDD，其第二端則是與第二電晶體M2的第一端以及第四電晶體M4之第一端電性相連。第二電晶體M2為驅動電晶體，其閘極端與第四電晶 體M4之第二端以及電容Cst之第一端電性相連，其第一端與第一電晶體M1之第二端及第四電晶體M4之第一端電性相連，其第二端則與第三電晶體M3之第二端及前述之開關單元SW電性相連。第三電晶體M3之閘極端是用以接收第二開關訊號S2，其第一端是用以接收一資料訊號Vdata，此資料訊號Vdata是用以控制前述之發光二極體D1之發光亮度，其第二端則是與第二電晶體M2之第二端以及開關單元SW電性相連。
第四電晶體M4之閘極端是用以接收第二開關訊號S2，其第一端與第一電晶體M1之第二端及第二電晶體M2之第一端電性相連，其第二端與第二電晶體M2之閘極端及電容Cst之第一端電性相連。第五電晶體M5之閘極端是用以接收第二開關訊號S2，其第一端與電容Cst之第二端及開關單元SW電性相連，其第二端係用以接收一參考電位Vref。而發光二極體D1之第一端與開關單元SW電性相連，第二端則是用以接收一低電壓電位OVSS，且此發光二極體D1係根據流經的驅動電流，也就是第二電晶體M2汲極-源極之電流Ids決定其發光亮度。前述之開關單元SW更可包括一第六電晶體M6，其閘極端用以接收第三開關訊號S3，其第一端與發光二極體D1之第一端、第二電晶體M2的第二端、及第三電晶體M3之第二端電性相連，其第二端與第五電晶體M5之第一端以及電容Cst之第二端電性相連。
圖4為本發明實施例二之第一開關訊號S1、第二開關訊號S2、第三開關訊號S3及資料訊號Vdata之訊號週期示意圖，其並可分為第I週期時間、第Ⅱ週期時間、以及第Ⅲ週期時間。其中第一開關訊號S1與資料訊號Vdata之電壓準位週期為相反，也就是第一開關訊號S1與資料訊號Vdata之高電壓準位及低電壓準位之週期為相反，第二開關訊號S2 與第三開關訊號S3之電壓準位週期為彼此相反，也就是第二開關訊號S2與第三開關訊號S3之高電壓準位及低電壓準位之週期為相同。
以下將配合圖3及圖4進一步說明本發明實施例二之運作方式。第I週期時間時為實施例二之預充週期，第三開關訊號S3為低電壓準位，第一開關訊號S1及第二開關訊號S2為高電壓準位，Vdata為低電壓準位，也就是此時並無控制發光二極體D1亮度之資料訊號Vdata。由於第六電晶體M6之閘極端係接收低電壓準位，因此第六電晶體M6為關閉，第一電晶體M1、第三電晶體M3、第四電晶體M4及第五電晶體M5之閘極端係接收高電壓準位，因此第一電晶體M1、第三電晶體M3、第四電晶體M4及第五電晶體M5為開啟。此時高電壓電位OVDD透過第一電晶體M1及第四電晶體M4將圖3中之節點A充至高電壓電位OVDD，而圖3中之節點B則透過第五電晶體M5充至參考電位Vref，此外，第三電晶體M3之第一端接收資料訊號Vdata，因此時圖3中之節點C將充至資料訊號Vdata之低電壓準位，又資料訊號Vdata目前之電壓準位小於發光二極體D1之第二端所接收之低電壓電位OVSS，因此此時發光二極體D1並無電流通過而關閉。
第I週期時間結束後進入第Ⅱ週期時間，而第Ⅱ週期時間時為實施例二之臨界電壓補償週期，第二開關訊號S2為高電壓準位，而第一開關訊號S1及第三開關訊號S3為低電壓準位，資料訊號Vdata為高電壓準位，也就是此時具有控制發光二極體D1亮度的資料訊號Vdata。此時第一電晶體M1及第六電晶體M6之閘極端係接收低電壓準位，因此第一電晶體M1及第六電晶體M6關閉，第三電晶體M3、第四電晶體M4及第五電晶體M5之閘極端係接收高電壓準位，因此第三電晶 體M3、第四電晶體M4及第五電晶體M5為開啟。此時因第一電晶體M1關閉，因此圖3節點A之電壓準位經由第二電晶體M2及第三電晶體M3從第I週期之高電壓電位OVDD下降至第三電晶體M3第一端所接收之資料訊號Vdata加上第二電晶體M2之臨界電壓Vt的電壓準位，也就是此時節點A=Vdata+Vt，第二電晶體M2因節點A電壓準位下降而截止關閉，節點A即保留在Vdata+Vt的電壓準位，達到自動補償臨界電壓Vt之功效，而圖3中之節點B則透過第五電晶體M5充至參考電位Vref，此外，第三電晶體M3之第一端所接收之資料訊號Vdata將圖3之節點C充至資料訊號Vdata之高電壓準位，又因為資料訊號Vdata之高電壓準位小於發光二極體D1之第二端所接收之低電壓電位OVSS，因此此時發光二極體D1並無電流通過而關閉。
第Ⅱ週期時間結束後接著進入第Ⅲ週期時間。第Ⅲ週期時間時為實施例二之發光週期，此時第二開關訊號S2為低電壓準位，第一開關訊號S1及第三開關訊號S3為高電壓準位，資料訊號Vdata為低電壓準位，此時並無控制發光二極體D1亮度的資料訊號Vdata。第三電晶體M3、第四電晶體M4、及第五電晶體M5之閘極端接收低電壓準位，因此第三電晶體M3、第四電晶體M4、及第五電晶體M5為關閉，而第一電晶體M1及第六電晶體M6之閘極端接收高電壓準位，因此第一電晶體M1及第六電晶體M6為開啟。由於此時第四電晶體M4關閉，高電壓電位OVDD經由第一電晶體M1及第二電晶體M2傳送至發光二極體D1，使發光二極體D1第一端，也就是節點C之電壓準位充為低電壓電位OVSS加上發光二極體D1之驅動電位VOLED，即C點電壓準位為OVSS+VOLED，大於低電壓電位OVSS的電壓準位，因此此 時有電流流經發光二極體D1，發光二極體D1即根據所流經的驅動電流Ids發光。又因為電容Cst本身之特性，此時節點A之電壓準位會同時由第Ⅱ週期之Vdata+Vt上升至Vdata+Vt-Vref+OVSS+VOLED，因此此時第二電晶體M2之閘極-源極跨壓Vgs為：Vgs=Vg-Vs=(Vdata+Vt-Vref+OVSS+VOLED)-(OVSS+VOLED)，其中Vg為第二電晶體M2之閘極端電壓準位，Vs為第二電晶體M2之源極端電壓準位。第二電晶體M2之汲極-源極電流Ids為：Ids=K(Vgs-Vt)2 =K(Vdata+Vt-Vref-Vt)2 =K(Vdata-Vref)2 ，其中K為常數。也就是流經發光二極體D1的驅動電流Ids僅與第Ⅱ週期時間輸入之資料訊號Vdata相關，使驅動電流Ids不會隨第二電晶體M2之臨界電壓Vt或發光二極體D1端之壓降改變而變化，因此能大幅減少前述之亮度不均或其他顯示不良的問題。
綜以上所述，本發明提出之畫素補償電路實施例因具有開關電路，使本發明之畫素補償電路實施例可根據所接收之開關訊號預先自動補償第二電晶體M2之臨界電壓Vt，並使發光二極體D1之驅動電流Ids不因臨界電壓Vt或發光二極體D1端的壓降改變而變異，因此能有效減少亮度不均或其他顯示不良的問題。
惟以上所述，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡依本發明申請專利範圍及說明書內容所做之等效變化或修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
M1‧‧‧第一電晶體
M2‧‧‧第二電晶體
M3‧‧‧第三電晶體
M4‧‧‧第四電晶體
M5‧‧‧第五電晶體
M6‧‧‧第六電晶體
S1‧‧‧第一開關訊號
S2‧‧‧第二開關訊號
S3‧‧‧第三開關訊號
S4‧‧‧第四開關訊號
Cst‧‧‧電容
D1‧‧‧發光二極體
OVDD‧‧‧高電壓電位
OVSS‧‧‧低電壓電位
Vdata‧‧‧資料訊號
Vref‧‧‧參考電位
SW‧‧‧開關單元
A、B、C‧‧‧節點

Claims (9)

  1. 一種畫素補償電路，其包括：一第一電晶體，其閘極端係用以接收一第一開關訊號，其第一端係用以接收高電壓電位；一第二電晶體，其第一端係用以與該第一電晶體之第二端電性相連；一第三電晶體，其閘極端係用以接收一第二開關訊號，其第一端係用以接收資料訊號，其第二端與該第二電晶體之第二端電性相連；一第四電晶體，其閘極端係用以接收一第三開關訊號，其第一端與該第一電晶體之第二端以及該第二電晶體之第一端電性相連，其第二端並與該第二電晶體之閘極端以及一電容之第一端電性相連；一第五電晶體，其閘極端係用以接收該第三開關訊號，其第一端與該電容之第二端電性相連，其第二端係用以接收一參考電位；一開關單元，係用以接收一第四開關訊號，其與該第三電晶體之第二端、該第五電晶體之第一端、以及該電容之第二端電性相連；以及一發光二極體，其第一端與該開關單元電性相連，其第二端則係用以接收低電壓電位。
  2. 如請求項1所述之畫素補償電路，該開關單元包括一第六電晶體，其閘極端係用以接收該第四開關訊號，其第一端與該第三電晶體之第二端電性相連，其第二端與該發光二極體之第一端、第五電晶體之第一端、以及該電容之第二端電性相連。
  3. 如請求項1所述之畫素補償電路，該第二開關訊號與該資料訊號之電壓準位週期為相同。
  4. 如請求項1所述之畫素補償電路，該第一開關訊號與該第二開關訊號之電壓準位週期為相反。
  5. 如請求項1所述之畫素補償電路，該第三開關訊號與該第四開關訊號之訊號電壓準位週期為相反。
  6. 如請求項1所述之畫素補償電路，該開關單元包括一第六電晶體，其閘極端係用以接收該第四開關訊號，其第一端與該發光二極體之第一端及第三電晶體之第二端電性相連，其第二端與該第五電晶體之第一端以及該電容之第二端電性相連。
  7. 如請求項6所述之畫素補償電路，該第一開關訊號與該資料訊號之電壓準位週期為相反。
  8. 如請求項6所述之畫素補償電路，該第二開關訊號與該第三開關之電壓準位週期為相同，該第二開關訊號與該第四開關訊號之電壓準位週期為相反。
  9. 如請求項7所述之畫素補償電路，該資料訊號之電位小於低電壓電位。
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