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    • 专利摘要:
    本發明係揭露一種維持二極體發光亮度之補償電路，此維持二極體發光亮度之補償電路包含一穩定單元、一第一電晶體、一第二電晶體、一第三電晶體、一第四電晶體以及一有機發光二極體。穩定單元包含一光電二極體及一補償電容。第二電晶體用於控制資料輸入的時間。當該有機發光二極體於發光的階段，第三電晶體持續放電或充電穩定單元中之一節點，使該節點之電位與VSS或VDD之電位相同。如此，將能維持有機發光二極體元件亮度的穩定性。
    公开号:TW201303829A
    申请号:TW100124392
    申请日:2011-07-08
    公开日:2013-01-16
    发明作者:Chien-Chua Ko；Chao-Hui Wu
    申请人:Hannstar Display Corp；
    IPC主号:G09G3-00
    专利说明:
    維持二極體發光亮度之補償電路
    本發明是有關於一種補償電路，特別是有關於一種可維持有機發光二極體發光元件亮度穩定性之補償電路。
    主動陣列有機發光二極體(Active-Matrix Organic Light-Emitting Diode，AMOLED)顯示器擁有厚度薄、重量輕、自發光、低驅動電壓、高效率、高對比、高色彩飽和度、反應速度快、可饒曲等特色，被視為繼薄膜電晶體液晶顯示器(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display，TFT-LCD)之後，最被看好的新興顯示技術。
    但由於有機發光二極體(Organic Light Emitting Diode，OLED)元件所表現出的亮度是由流過之電流大小所決定的，因此如果要精確控制畫素亮度就必須要做到精確控制電流，相較於TFT-LCD只要控制寫入畫素的電壓準位就能控制畫素亮度，難度可以說是來得相當高。
    實際上AMOLED也遇到了許多問題。請一併參閱第1圖及第2圖，第1圖係為無補償之P型電晶體AMOLED畫素電路架構之電路示意圖；第2圖係為無補償之N型電晶體AMOLED畫素電路架構之電路示意圖。如圖所示，因為OLED電流IOLED是由資料電壓VDATA利用操作在飽和區之薄膜電晶體(Thin-Film Transistor，TFT)T2來轉換成的電流，以N型T2來說，其公式為IOLED=1/2*W/L*μN*COX(VGS-VTH)2，當AMOLED經過長時間的使用之後，T2的VTH會變大，以及載子移動率(Mobility)μN也會變小，如此一來便會使得IOLED下降，造成OLED的亮度衰減。
    此外，由於OLED材料老化的現象，在長時間操作下，會發生跨壓逐漸上升以及發光效率下降的問題。OLED跨壓的上升可能會影響到薄膜電晶體的操作，以N型薄膜電晶體為例，若OLED接在薄膜電晶體的源極端，當OLED跨壓上升時會直接影響到薄膜電晶體的閘極-源極之間的端電壓源極也就是直接影響流過的電流。而在發光效率方面，若因長時間操作造成材料老化發光效率下降，那麼即使是流過相同的電流也無法產生預期的亮度。若紅(R)、綠(G)、藍(B)三色的發光效率下降程度不同，更會發生色偏的問題。但材料改善不易，因此這並不是一個能輕易解決的問題。
    又，隨著面板尺寸的加大，訊號線逐漸拉長，其內阻效應會日益明顯，最後會影響面板亮度的均勻性，此現象稱之為I-R Drop。請參閱第3圖，其係為I-R Drop的示意圖。如圖所示，VDD與VSS訊號線會隨著內阻效應產生壓差，進而導致AMOLED面板不同位置畫素會有不同大小電流，影響面板亮度的均勻性。
    有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之目的就是在提供一種維持二極體發光亮度之補償電路，以解決習知的技術如發光效率下降，以及因OLED電流IOLED下降使得有機發光二極體(Organic Light Emitting Diode，OLED)元件發光亮度降低的問題。
    根據本發明之目的，提出一種維持二極體發光亮度之補償電路，其包含一穩定單元、一第一電晶體、一第二電晶體、一第三電晶體、一第四電晶體以及一發光二極體。穩定單元係包含一光電二極體及一電容，該穩定單元之一端係為一第一節點，該穩定單元之另一端係為一第二節點，且光電二極體及電容之間具有一第三節點。第一電晶體係連接一第一電源、一第一控制訊號及第一節點。第二電晶體係連接一第二電源、第一控制訊號及第二節點。第三電晶體係連接一第三電源、一第二控制訊號及第三節點。發光二極體係連接第三電源及一第四電晶體。第四電晶體係連接第一電晶體、發光二極體，藉由開啟第四電晶體以導通發光二極體。
    其中，第一電晶體及第二電晶體係分別為一第一p型薄膜電晶體及一第二p型薄膜電晶體，第三電晶體及第四電晶體係分別為一第一n型薄膜電晶體及一第二n型薄膜電晶體。
    其中，第二p型薄膜電晶體控制第二電源輸入之時間。
    其中，當發光二極體於發光的階段，第一n型薄膜電晶體持續放電第三節點，使第三節點之電位與第三電源之電位相同。
    其中，電容儲存一電位差，該電位差係由光電二極體之一電阻值上升而產生。
    其中，第一電晶體及第二電晶體係分別為一第一n型薄膜電晶體及一第二n型薄膜電晶體，第三電晶體及第四電晶體係分別為一第一p型薄膜電晶體及一第二p型薄膜電晶體。
    其中，第二n型薄膜電晶體控制第二電源輸入之時間。
    其中，當發光二極體於發光的階段，第一p型薄膜電晶體持續充電第三節點，使第三節點之電位與第三電源之電位相同。
    其中，電容儲存一電位差，該電位差係由光電二極體之一電阻值上升而產生。
    承上所述，依本發明之維持二極體發光亮度之補償電路，其可具有下述優點：此維持二極體發光亮度之補償電路可解決習知的技術如發光效率下降，以及因IOLED下降使得OLED元件發光亮度降低的問題，進而可維持OLED元件發光亮度的穩定性。
    以下將參照相關圖式，說明依本發明維持二極體發光亮度之補償電路之實施例，為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標示來說明。
    請參閱第4圖，其係為本發明之維持二極體發光亮度之補償電路之第一實施例之電路示意圖。如圖所示，本發明之補償電路1包含了兩個P型薄膜電晶體(Thin-Film Transistor，TFT)T1及T2、兩個N型薄膜電晶體T3及T4、一個光電二極體(Photodiode)D以及一個電容C。在本實施例中，更包含了兩個控制訊號Emit[n]、Scan[n]以及三個電源訊號VDD、VSS與VData。其中T4可用於驅動有機發光二極體(Organic Light Emitting Diode，OLED)；其餘T1至T3可作為開關使用，電容C作為補償用。
    在所有作為開關的TFT中，在資料寫入階段時，T1使得T4能夠形成二極體接法(Diode-Connection)並導通，當前面所敘述那些會造成OLED元件發光亮度衰減因子產生的時候，會讓OLED元件的發光亮度衰減，使得畫素中的光電二極體D(在本實施例中，光電二極體D可等效成一光感電阻器)的電阻值上升進而影響到實際所寫入到畫素電壓值，並將其儲存在補償電容C內。T2可為一般畫素電路都會具備的開關，用於控制資料輸入的時間。T3則是在主動陣列有機發光二極體(Active-Matrix Organic Light-Emitting Diode，AMOLED)畫素進入發光階段時將節點A持續放電至VSS，正因為A點維持在VSS，不是浮接(Floating)的狀態，所以不會因為VData改變受到T2的漏電流(Leakage Current)影響而改變，因此畫素內不須如先前技術中所描述之Cst來維持A點的電位。
    請參閱第5圖，其係為本發明之維持二極體發光亮度之補償電路之第一實施例之訊號波形示意圖。如圖所示，在本實施例中，補償電路操作步驟可分為兩個階段。
    首先為偵測OLED發光亮度調整畫素資料電位寫入的階段：Scan[n]與Emit[n]訊號將T1、T2、T4導通，T3關閉，此時節點B的電位VB=VDD，在OLED發光亮度最亮的原始狀態下，且可將畫素中的光電二極體D(在本實施例中，光電二極體D可等效成一光感電阻器)的電阻值近似等效成RD，A點電位VA會由VSS變成VSS+△VA(在本實施例中，△VA為一正值)，假設寫入的資料電壓VData=VLevel+VD0+VSS(在本實施例中，VD0為光電二極體D無電流時候的跨壓)，資料掃描時間(Data Scan Time)(也就是Scan[n]將T1、T2、T4導通的時間)為T=2RDC，則
    其中，所有灰階電壓(VLevel大於0，最小為σ，σ為一常數)寫入，皆需2RDC時間。
    請一併參閱第6圖，其係為本發明補償電路之第一實施例之二極體順偏特性之示意圖。如圖所示，當前述會造成IOLED下降的因子產生的時候，會讓OLED元件的發光亮度衰減，使得光感電阻器的電阻值上升由RD變成RD’，則A點電位VA’會由VSS變成VSS+△VA’。其中，斜線61的斜率為1/RD；斜線62的斜率為1/RD’。
    接著為OLED元件發光顯示階段：Scan[n]與Emit[n]訊號將T1、T2關閉，T3導通，B點此時為浮接的狀態，A點電位VA會由VSS+△VA變VSS，其變化量為-△VA，B點電位VB受到A點電容偶合效應會變成VDD-△VA=VDD-VLevel。其中，VL0=VDD、VL255=σ。
    當前述會造成IOLED下降的因子產生的時候，A點電位VA’會由VSS+△VA’變成VSS，其變化量為-△VA’。B點電位VB’受到A點電容偶合效應會變成VDD-△VA’=VDD-RD/RD’ *VLevel。如此，VB’大於VB。不管所寫入的灰階電壓(VLevel)為何，N型薄膜電晶體T4的閘極電壓皆會變大以達到補償效果。
    針對I-R Drop，遠離VDD、VSS訊號輸入端的AMOLED畫素，其看到的VDD及VSS分別會變成VDD-I*R以及VSS+I*R，B點電位VB受到A點電容偶合效應會變成(VDD-I*R)-△VA=(VDD-I*R)-(VLevel-I*R)=VDD-VLevel，相同於靠近VDD、VSS訊號輸入端的AMOLED畫素，所以並不會受到I-R Drop效應影響。
    請參閱第7圖，其係為本發明之維持二極體發光亮度之補償電路之第二實施例之電路示意圖。如圖所示，本發明之補償電路2包含了兩個P型薄膜電晶體T3及T4、兩個N型薄膜電晶體T1及T2、一個光電二極體D以及一個電容C。在本實施例中，更包含了兩個控制訊號Emit[n]、Scan[n]以及三個電源訊號VDD、VSS與VData。其中T4可用於驅動OLED；其餘T1至T3可作為開關使用，電容C作為補償用。
    在所有作為開關的TFT中，在資料寫入階段時，T1使得T4能夠形成二極體接法(Diode-Connection)並導通，當前面所敘述那些會造成OLED元件發光亮度衰減因子產生的時候，會讓OLED元件的發光亮度衰減，使得畫素中的光電二極體D(在本實施例中，光電二極體D可等效成一光感電阻器)的電阻值上升進而影響到實際所寫入到畫素電壓值，並將其儲存在補償電容C內。T2可為一般畫素電路都會具備的開關，用於控制資料輸入的時間。T3則是在AMOLED畫素進入發光階段時將節點A持續充至VDD，正因為A點維持在VDD，不是浮接的狀態，所以不會因為VData改變受到T2的漏電流影響而改變，因此畫素內不須如先前技術中所描述之Cst來維持A點的電位。
    請參閱第8圖，其係為本發明之維持二極體發光亮度之補償電路之第二實施例之訊號波形示意圖。如圖所示，在本實施例中，補償電路操作步驟可分為兩個階段。
    首先為偵測OLED發光亮度調整畫素資料電位寫入的階段：Scan[n]與Emit[n]訊號將T1、T2、T4導通，T3關閉，此時節點B的電位VB=VSS，在OLED發光亮度最亮的原始狀態下，且可將畫素中的光電二極體D(在本實施例中，光電二極體D可等效成一光感電阻器)的電阻值近似等效成RD，A點電位VA會由VDD變成VDD+△VA(在本實施例中，△VA為一負值)，假設寫入的資料電壓VData=VDD-VLevel-VD0(在本實施例中，VD0為光電二極體D無電流時候的跨壓)，資料掃描時間(Data Scan Time)(也就是Scan[n]將T1、T2、T4導通的時間)為T=2RDC，則
    其中，所有灰階電壓(VLevel大於0，最小為σ，σ為一常數)寫入，皆需2RDC時間。
    請一併參閱第9圖，其係為本發明補償電路之第二實施例之二極體順偏特性之示意圖。如圖所示，當前述會造成IOLED下降的因子產生的時候，會讓OLED元件的發光亮度衰減，使得光感電阻器的電阻值上升由RD變成RD’，則A點電位VA’會由VDD變成VDD+△VA’。其中，斜線91的斜率為1/RD；斜線92的斜率為1/RD’。
    接著為OLED元件發光顯示階段：Scan[n]與Emit[n]訊號拉為VSS，T1、T2關閉，T3導通，B點此時為浮接的狀態，A點電位VA會由VDD+△VA變VDD，其變化量為-△VA，B點電位VB受到A點電容偶合效應會變成VSS-△VA=VSS+VLevel。其中，VL0=VDD、VL255=σ。
    當前述會造成IOLED下降的因子產生的時候，A點電位VA’會由VDD+△VA’變成VDD，其變化量為-△VA’。B點電位VB’受到A點電容偶合效應會變成VSS-△VA’=VSS+RD/RD’*VLevel。如此，VB’小於VB。不管所寫入的灰階電壓(VLevel)為何，P型薄膜電晶體T4的閘極電壓皆會變小以達到補償效果。
    針對I-R Drop，遠離VDD、VSS訊號輸入端的AMOLED畫素，其看到的VDD及VSS分別會變成VDD-I*R以及VSS+I*R，B點電位VB受到A點電容偶合效應會變成(VSS+I*R)-△VA=(VSS+I*R)-(-VLevel+I*R)=VSS+VLevel，相同於靠近VDD、VSS訊號輸入端的AMOLED畫素，所以並不會受到I-R Drop效應影響。
    綜上所述，本發明所提出之維持二極體發光亮度之補償電路可解決習知的技術如發光效率下降，以及因IOLED下降使得OLED元件發光亮度降低的問題，進而可維持OLED元件發光亮度的穩定性。
    以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
    1、2．．．補償電路
    T1、T2、T3、T4．．．薄膜電晶體
    D．．．光電二極體
    C、Cst．．．電容
    Emit[n]、Scan[n]．．．控制訊號
    VDD、VSS、VData．．．電源訊號
    IDD、ID、IOLED．．．電流
    △R．．．內阻抗
    OLED．．．有機發光二極體
    A、B、E．．．節點
    第1圖　係為無補償之P型電晶體AMOLED畫素電路架構之電路示意圖。
    第2圖　係為無補償之N型電晶體AMOLED畫素電路架構之電路示意圖。
    第3圖　係為I-R Drop的示意圖。
    第4圖　係為本發明之維持二極體發光亮度之補償電路之第一實施例之電路示意圖。
    第5圖　係為本發明之維持二極體發光亮度之補償電路之第一實施例之訊號波形示意圖。
    第6圖　係為本發明補償電路之第一實施例之二極體順偏特性之示意圖。
    第7圖　係為本發明之維持二極體發光亮度之補償電路之第二實施例之電路示意圖。
    第8圖　係為本發明之維持二極體發光亮度之補償電路之第二實施例之訊號波形示意圖。
    第9圖　係為本發明補償電路之第二實施例之二極體順偏特性之示意圖。
    1．．．補償電路
    T1、T2．．．P型薄膜電晶體
    T3、T4．．．N型薄膜電晶體
    D．．．光電二極體
    C．．．電容
    Emit[n]、Scan[n]．．．控制訊號
    VDD、VSS、VData．．．電源訊號
    ID．．．電流
    OLED．．．有機發光二極體
    A、B、E．．．節點
    权利要求:
    Claims (18)
    [1] 一種維持二極體發光亮度之補償電路，其包含：一穩定單元，係包含一光電二極體及一電容，該穩定單元之一端係為一第一節點，該穩定單元之另一端係為一第二節點，且該光電二極體及該電容之間具有一第三節點；一第一電晶體，係連接一第一電源、一第一控制訊號及該第一節點；一第二電晶體，係連接一第二電源、該第一控制訊號及該第二節點；一第三電晶體，係連接一第三電源、一第二控制訊號及該第三節點；一發光二極體，係連接該第三電源及一第四電晶體；以及該第四電晶體，係連接該第一電晶體、該發光二極體，藉由開啟該第四電晶體以導通該發光二極體。
    [2] 如申請專利範圍第1項所述之維持二極體發光亮度之補償電路，其中該第一電晶體及該第二電晶體係分別為一第一p型薄膜電晶體及一第二p型薄膜電晶體，該第三電晶體及該第四電晶體係分別為一第一n型薄膜電晶體及一第二n型薄膜電晶體。
    [3] 如申請專利範圍第2項所述之維持二極體發光亮度之補償電路，其中該電容之一端係連接該光電二極體之一電流輸出端，以形成該第三節點，而該電容未連接該光電二極體之另一端係為該第一節點，該光電二極體未連接該電容之另一端係為該第二節點。
    [4] 如申請專利範圍第2項所述之維持二極體發光亮度之補償電路，其中該第一p型薄膜電晶體之源極係連接該第一電源，該第一p型薄膜電晶體之閘極係連接該第一控制訊號，及該第一p型薄膜電晶體之汲極係連接該第二n型薄膜電晶體之閘極。
    [5] 如申請專利範圍第2項所述之維持二極體發光亮度之補償電路，其中該第二p型薄膜電晶體之源極係連接該第二電源，該第二p型薄膜電晶體之閘極係連接該第一控制訊號，及該第二p型薄膜電晶體之汲極係連接該光電二極體之一電流輸入端，即該第二節點。
    [6] 如申請專利範圍第2項所述之維持二極體發光亮度之補償電路，其中該第一n型薄膜電晶體之汲極係連接該第三節點，該第一n型薄膜電晶體之閘極係連接該第二控制訊號，及該第一n型薄膜電晶體之源極係連接該第三電源。
    [7] 如申請專利範圍第2項所述之維持二極體發光亮度之補償電路，其中該第二n型薄膜電晶體之汲極係連接該第一電源，該第二n型薄膜電晶體之閘極係連接該第一節點，及該第二n型薄膜電晶體之源極係連接該發光二極體之一電流輸入端。
    [8] 如申請專利範圍第2項所述之維持二極體發光亮度之補償電路，其中該第二p型薄膜電晶體控制該第二電源輸入之時間。
    [9] 如申請專利範圍第2項所述之維持二極體發光亮度之補償電路，其中當該發光二極體於發光的階段，該第一n型薄膜電晶體持續放電該第三節點，使該第三節點之電位與該第三電源之電位相同。
    [10] 如申請專利範圍第1項所述之維持二極體發光亮度之補償電路，其中該第一電晶體及該第二電晶體係分別為一第一n型薄膜電晶體及一第二n型薄膜電晶體，該第三電晶體及該第四電晶體係分別為一第一p型薄膜電晶體及一第二p型薄膜電晶體。
    [11] 如申請專利範圍第10項所述之維持二極體發光亮度之補償電路，其中該電容之一端係連接該光電二極體之一電流輸入端，以形成該第三節點，而該電容未連接該光電二極體之另一端係為該第一節點，該光電二極體未連接該電容之另一端係為該第二節點。
    [12] 如申請專利範圍第10項所述之維持二極體發光亮度之補償電路，其中該第一n型薄膜電晶體之汲極係連接該第一節點，該第一n型薄膜電晶體之閘極係連接該第一控制訊號，及該第一n型薄膜電晶體之源極係連接該第一電源。
    [13] 如申請專利範圍第10項所述之維持二極體發光亮度之補償電路，其中該第二n型薄膜電晶體之汲極係連接該第二電源，該第二n型薄膜電晶體之閘極係連接該第一控制訊號，及該第二n型薄膜電晶體之源極係連接該光電二極體之一電流輸出端，即該第二節點。
    [14] 如申請專利範圍第10項所述之維持二極體發光亮度之補償電路，其中該第一p型薄膜電晶體之源極係連接該第三電源，該第一p型薄膜電晶體之閘極係連接該第二控制訊號，及該第一p型薄膜電晶體之汲極係連接該第三節點。
    [15] 如申請專利範圍第10項所述之維持二極體發光亮度之補償電路，其中該第二p型薄膜電晶體之源極係連接該發光二極體之一電流輸出端，該第二p型薄膜電晶體之閘極係連接該第一節點，及該第二p型薄膜電晶體之汲極係連接該第一電源。
    [16] 如申請專利範圍第10項所述之維持二極體發光亮度之補償電路，其中該第二n型薄膜電晶體控制該第二電源輸入之時間。
    [17] 如申請專利範圍第10項所述之維持二極體發光亮度之補償電路，其中當該發光二極體於發光的階段，該第一p型薄膜電晶體持續充電該第三節點，使該第三節點之電位與該第三電源之電位相同。
    [18] 如申請專利範圍第1項所述之維持二極體發光亮度之補償電路，其中該電容儲存一電位差，該電位差係由該光電二極體之一電阻值上升而產生。
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    法律状态:
    优先权:
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