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    • 专利摘要:
    一種像素電路及其驅動方法，此像素電路包含五個電晶體及二個電容。其驅動方法為將三個控制信號及閘極信號分別地提供至像素電路，並調整前述控制信號的致能狀態並保持閘極信號為不致能，使得像素電路的資料重置並得到電壓補償效果，以及致能閘極訊號以使像素電路處於資料寫入期間，並在資料寫入期間將資料電壓提供至像素電路以改變用於驅動發光元件之驅動電晶體的端點電壓。
    公开号:TW201322223A
    申请号:TW100142405
    申请日:2011-11-18
    公开日:2013-06-01
    发明作者:Tsung-Ting Tsai；Yun-Hsiang Lee
    申请人:Au Optronics Corp；
    IPC主号:G09G3-00
    专利说明:
    像素電路及其驅動方法
    本發明是有關於一種像素電路的電路及其所應用的驅動方法，且特別是有關於一種具有五個電晶體及二個電容之像素電路及驅動像素電路方法之描述。
    有機發光二極體(Organic Light Emitting Diode，OLED)依驅動方式可分為被動式矩陣驅動(Passive Matrix OLED，PMOLED)與主動式矩陣驅動(Active Matrix OLED，AMOLED)兩種。PMOLED是當資料未寫入時並不發光，只在資料寫入期間發光。這種驅動方式結構簡單、成本較低、較容易設計，早期的業者皆朝此技術發展。但是因為驅動方式的原因，當發展大尺寸顯示器時耗電量大、壽命短的問題相當嚴重。主要應用於中小尺寸之顯示器。
    AMOLED與PMOLED最大的差異在於每一畫素皆有一電容儲存資料，讓每一畫素皆維持在發光狀態。由於AMOLED耗電量明顯小於PMOLED，加上其驅動方式適合發展大尺寸與高解析度之顯示器，使得AMOLED成為未來發展的主要方向。
    雖然AMOLED具有省電、適合大尺寸與全彩化之應用，但是卻也延伸出許多設計上的問題。例如OLED或做為開關或驅動元件之用的薄膜電晶體(Thin Film Transistor，TFT)的材料特性的變異與材料老化程度不同而造成面板顯示的不均勻就是一個相當嚴重的問題。過去也已經有許多相關的文獻提出不同的補償電路來改善這方面的問題，主要分為電壓式與電流式兩種方法。
    承上所述，以現有的技術可知，以電壓式方式作為補償電路雖能使TFT之臨界電壓(threshold voltage，VTH)作補償，但仍存有過於複雜、控制波形製作不易、使用元件偏多的問題。
    相較之下，電流式方式作為補償電路雖然可以讓流過OLED的電流與元件特性無關，但以電流作為資料輸入的格式精準度不如電壓源，而且在低灰階時會有電容充放電時間過長的問題。
    況且，不佳地，當面板內的像素電路使用時間分割(Temporal Division)的3D顯示時，會需要以高速切換畫面，此時過高的幀率(Frame rate)可能反而限制了上述二種電路的補償效果進而壓縮能用於寫入資料電壓的時間，見於圖1所示。其中，1H表示的是一個像素電路每次被致能的時間(也可視為是一條橫向掃瞄線每次被打開的時間)。依照現有的補償技術，在1H的時間內必須做到重置資料、補償臨界電壓(VTH)以及寫入資料等三種操作，一旦幀率過高，那麼能用在寫入資料的時間就會極其有限。然而，一個顯示面板需要維持某個限度的資料寫入時間才能正常寫入資料並進行顯示，所以上述寫入資料時間受限的問題將導致面板的最高幀率受到很大地限制。
    因此，如何在AMOLED內提出一種像素電路來改善上述所提及的缺陋應是重要的。
    本發明的目的就是在提供一種對提出五個電晶體及二個電容(簡稱5T2C)之像素電路，除了可補償驅動OLED之驅動電晶體之臨界電壓VTH變異以外，同時也適用於高速操作的驅動方法。
    本發明的又一目的是提供一種驅動方法，適用於具五個電晶體及二個電容之像素電路，驅動方法為提供多個控制信號及閘極信號至像素電路以對前述電晶體分別地進行導通或關閉之作動，使得前述電晶體之的驅動電晶體之控制端於資料寫入期間的全部時段皆接收資料電壓。
    本發明的再一目的是提供一種驅動方法，在此驅動方法中，提供多個控制信號及閘極信號至像素電路，以使像素電路在閘極信號致能之前進行資料重置與電壓補償等非資料寫入的操作。
    本發明提出一種像素電路，包含：第一開關、第二開關、第三開關、第四開關、驅動電晶體、第一電容以及第二電容，其中，每一開關及驅動電晶體皆具有第一端、第二端及決定第一端及第二端是否導通的控制端，且第一開關之第一端接收一資料電壓，第一開關之第二端、第三開關之第二端及第一電容之一端與驅動電晶體之控制端電性連接於一第一節點，第二開關之第一端接收第一電源電壓，第四開關之第一端與第二電容之一端共同地接收第二電源電壓、第四開關之第二端與驅動電晶體之第一端電性連接，第二開關之第二端、第一電容之另一端及驅動電晶體之第二端與第二電容之另一端電性連接。
    本發明提出一種驅動方法，適用於上述像素電路。此驅動方法包含：於像素電路處於資料寫入期間時，提供第一控制訊號至第一開關之控制端藉以導通第一開關，以及將第二、第三及第四控制訊號分別地提供至第二、第三及第四開關之控制端藉以關閉第二、第三及第四開關，使得驅動電晶體之控制端於資料寫入期間的全部時段皆接收資料電壓。
    本發明提出一種驅動像素電路的方法，適用於驅動發光元件的像素電路中，此方法包含：將多個控制信號及閘極信號分別地提供至像素電路，調整控制信號的致能狀態並保持閘極信號為不致能，使得像素電路的資料重置並得到電壓補償效果，以及致能閘極訊號以使像素電路處於資料寫入期間，並在資料寫入期間將資料電壓提供至像素電路以改變用於驅動發光元件之驅動電晶體的端點電壓。
    本發明因採用一種具有五個電晶體及二個電容之像素電路及驅動像素電路方法。藉由將前述像素電路及驅動方法應用於AMOLED時，本發明之像素電路在資料寫入期間的全部時段皆接收資料電壓，能提高實現高速的幀率(high frame rate driving)技術的可行性。
    為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
    有機發光二極體(Organic Light Emitting Diode，OLED)所表現出的亮度是由流過之電流大小所決定的。而對主動式矩陣驅動(Active Matrix OLED，AMOLED)來說，流過OLED的電流是由驅動之薄膜電晶體(Thin Film Transistor，TFT)所決定。因此只要是與TFT或OLED相關的因素，都可能會影響到AMOLED的顯示品質。
    因而，本發明提供一種像素電路及其驅動方法以解決上述所提及的缺陋。
    如圖2A，為本發明之像素電路之內部電路，其中像素電路1包含第一開關11、第二開關12、第三開關13、第四開關14、驅動電晶體15、第一電容16及第二電容17，其中，每一開關11~14及驅動電晶體15皆具有第一端、第二端及決定第一端及第二端是否導通的控制端。對於上述像素電路1較詳細的端點連接描述為：第一開關11之第一端111接收資料電壓Vdata。第一開關11之第二端112、第三開關13之第二端132及第一電容16之一端161與驅動電晶體15之控制端153電性連接於第一節點n1。第二開關12之第一端121接收第一電源電壓V1。第四開關14之第一端141與第二電容17之一端171共同地接收第二電源電壓V2。第四開關14之第二端142與驅動電晶體15之第一端151電性連接。第二開關12之第二端122、第一電容16之另一端162及驅動電晶體15之第二端152與第二電容17之另一端172電性連接第三電源電壓V3。
    如圖2B，為本發明中像素電路1如驅動OLED(其中OLED之元件編號為E)此類型的發光元件之電路結構，其連接方式為OLED E之陽極(anode)與第一電容16之另一端162、第二電容17之另一端172及驅動電晶體15之第二端152共同地連接在一起及OLED E之陰極(cathode)連接第三電源電壓V3。
    而本發明之像素電路1對於上述第一開關至第四開關11~14與驅動電晶體15較佳的選擇為：第一開關至第四開關11~14皆是P型薄膜電晶體，或是第一開關至第四開關11~14及驅動電晶體15皆是N型薄膜電晶體。且第一電源電壓V1、第二電源電壓V2及第三電源電壓V3之電壓值皆不相同。
    承上所述，作為每一開關11~14之用的P型薄膜電晶體或是N型薄膜電晶體，以及驅動電晶體15所採用的N型薄膜電晶體被導通(turn on)或被關閉(turn off)的條件已為熟知此技藝人士皆知，故在此不再提及。
    基於本發明之像素電路1之電路架構，本發明提出一種驅動方法係描述像素電路1內的第一開關至第四開關11~14及驅動電晶體15被導通或被關閉之過程。以下為本發明之驅動方法的描述，並請一併同時參閱圖3及圖4，其中，圖3為本發明之像素電路1於重置期間(Reset)之電路狀態，圖4則為本發明之像素電路1之控制訊號進入重置期間之時序圖。
    於圖4中在[Dn-3]時序期間，提供邏輯為低狀態之第一控制訊號G1[n]至第一開關11之控制端113，並提供邏輯為低狀態之第四控制訊號G4[n]至第四開關14之控制端143，藉以分別地關閉第一開關11及第四開關14；及提供邏輯為高狀態之第二控制訊號G2[n]至第二開關12之控制端123，並提供邏輯為高狀態之第三控制訊號G3[n]至第三開關13之控制端133，藉以分別地導通第二開關12及第三開關13。此時，施加參考電壓Vref至第三開關13之第一端131，之後，以N型薄膜電晶體為例之驅動電晶體15之控制端(閘極)153電壓被設為Vref，及驅動電晶體15之第二端(源極)152電壓設被為V3時，使得像素電路1處於重置期間而讓像素電路1在做下一階段的補償動作時不會受到上一畫面之影響。
    在像素電路1處於重置期間之後，請一併同時參閱圖5及圖6，其中，圖5為本發明之像素電路1於補償期間(Compensation)之電路狀態及圖6為本發明之像素電路1之控制訊號進入補償期間之時序圖。
    於圖6中在[Dn-2]至[Dn-1]時序期間，將提供邏輯為低狀態之第一控制訊號G1[n]至第一開關11之控制端113及將提供邏輯為低狀態之第二控制訊號G2[n]提供至第二開關12之控制端123，藉以分別地關閉第一開關11及第二開關12；且，將邏輯為高狀態之第三控制訊號G3[n]提供至第三開關13之控制端133及將邏輯為高狀態之第四控制訊G4[n]號至第四開關14之控制端143，藉以分別地導通第三開關13及第四開關14。之後，第四開關14之第一端141與第二電容17之一端171共同地接收第二電源電壓V2以對驅動電晶體15之第二端(源極)152(此時，源極電壓原為V3)進行充電，直至驅動電晶體15之控制端153(此時，閘極電壓仍為Vref)電壓與驅動電晶體15之第二端(源極)152電壓二者電壓值相差為驅動電晶體15之臨界電壓(threshold voltage，VTH)而導致驅動電晶體15處於截止(cut-off)狀態。此時，第一電容16用於儲存驅動電晶體15之臨界電壓VTH，使得像素電路1處於補償期間。
    在像素電路1處於補償期間之後，請一併同時參閱圖7及圖8，其中，圖7為本發明之像素電路1於資料寫入之電路狀態及圖8為本發明之像素電路1之控制訊號進入資料寫入時序圖。
    於圖8中在[Dn]時序期間，將提供邏輯為高狀態之第一控制訊號G1[n]至第一開關11之控制端113藉以導通第一開關11，並將邏輯為低狀態之第二控制訊號G2[n]、第三控制訊號G3[n]及第四控制訊號G4[n]分別地提供至第二開關12之控制端123、第三開關13之控制端133及第四開關14之控制端143，藉以關閉第二開關12、第三開關13及第四開關14。此時，當第二開關12至第四開關14處於關閉狀態及第一開關11處於導通狀態，資料電壓Vdata被輸入至驅動電晶體15之控制端(閘極)153，使得驅動電晶體15之控制端(閘極)153電壓自原先的Vref改變為Vdata。換言之，於像素電路1於資料寫入期間的全部時段，驅動電晶體15之控制端153皆接收資料電壓Vdata。
    需注意地，由第一電容16之另一端162、第二電容17之另一端172及驅動電晶體15之第二端152共同地連接的第二節點n2之電壓為Vref-VTH+dV，其中前述dV為也就是驅動電晶體15之第二端152(源極)電壓為Vref-VTH+dV，其中C1代表第一電容16之電容值，C2則代表第二電容17之電容值。
    最後，在像素電路1處於資料寫入之後，請一併同時參閱圖9及圖10，其中，圖9為本發明之像素電路1於使OLED發光之電路狀態及圖10為本發明之像素電路1之控制訊號進入OLED發光時序圖。
    於圖10中在[Dn+1]至[Dn+4]時序期間，提供邏輯為低狀態之第一控制訊號G1[n]至第一開關11之控制端113、提供邏輯為低狀態之第二控制訊號G2[n]至第二開關12之控制端123及提供邏輯為低狀態之第三控制訊號G3[n]至第三開關13之控制端133，藉以關閉第一開關11、第二開關12及第三開關13。及提供邏輯為高狀態之第四控制訊號G4[n]至第四開關14之控制端143藉以導通第一開關11。此時，當第一開關11至第三開關13處於關閉狀態及第四開關1處於導通狀態，驅動電晶體15之控制端(閘極)153呈浮接(floating)狀態。此時，驅動電晶體15之控制端(閘極)153之電壓為VG=Vdata+V3+VOLED-Vref+VTH-dV，其中VOLED為OLED元件之兩端點的跨壓。及驅動電晶體15之第二端(源極)152電壓為VS=V3+VOLED，所以可以推論此時流過OLED的電流值IOLED，如式1所示：
    IOLED=K(VGS-VTH)2=K(Vdata+V3+VOLED-Vref+VTH-dV-V3-VOLED-VTH)2=K(Vdata-Vref-dV)2...式1
    由式1可知，流過OLED的電流值IOLED已與驅動電晶體15的VTH無關，且當OLED因長時間操作而發生跨壓上升、發光效率下降的情形時，像素電路1會產生較大的電流IOLED來補償發光效率下降的缺點。
    基於前述像素電路1之驅動方法的描述，本發明提出一種驅動像素電路的方法，適用於驅動如OLED此類型的發光元件。首先，此驅動像素電路的方法為描述本發明之圖4對於像素電路1之控制訊號進入重置期間之時序圖。及，描述本發明之圖6對於像素電路1之控制訊號進入補償期間之時序圖。最後，描述本發明之圖8對於像素電路1之控制訊號進入資料寫入時序圖。
    於圖4中在[Dn-3]時序期間，將多個控制信號及閘極信號G1[n]分別地提供至像素電路1，其中多個控制信號至少包含第一控制信號G2[n]、第二控制信號G3[n]及第三控制信號G4[n]。
    承上，調整第一控制信號G2[n]、第二控制信號G3[n]及第三控制信號G4[n]的致能狀態並保持閘極信號G1[n]為不致能，使得像素電路1進入重置期間，其中調整前述控制信號之致能狀態及保持閘極信號G1[n]為不致能。亦是，設定第一控制信號G2[n]及第二控制信號G3[n]在邏輯高狀態為被致能，且第三控制信號G4[n]及閘極信號G1[n]在邏輯低狀態為不致能。
    於圖6中在[Dn-2]至[Dn-1]時序期間，設定第一控制信號G2[n]在邏輯低狀態不致能及並保持閘極信號G1[n]在邏輯低狀態為不致能，且第二控制信號G3[n]及第三控制信號G4[n]在邏輯高狀態為被致能，以使得像素電路1處於補償期間。
    於圖8中在[Dn]時序期間，設定第一控制信號G2[n]、第二控制信號G3[n]及第三控制信號G4[n]在邏輯低狀態不致能，且閘極訊號G1[n]在邏輯高狀態被致能，以使像素電路1處於資料寫入期間，並在資料寫入期間將資料電壓Vdata提供至像素電路1以改變用於驅動發光元件之驅動電晶體15的端點電壓。
    綜上所述，在本發明提供一種具有五個電晶體及二個電容之像素電路及驅動像素電路方法之描述。藉由前述像素電路及驅動方法應用於AMOLED時，從圖11可知，本發明之像素電路在資料寫入期間的全部時段皆接收資料電壓，能提高實現高速的幀率(high frame rate driving)技術的可行性。
    雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
    1．．．像素電路
    11．．．第一開關
    111．．．第一端
    112．．．第二端
    113．．．控制端
    12．．．第二開關
    121．．．第一端
    122．．．第二端
    123．．．控制端
    13．．．第三開關
    131．．．第一端
    132．．．第二端
    133．．．控制端
    14．．．第四開關
    141．．．第一端
    142．．．第二端
    143．．．控制端
    15．．．驅動電晶體
    151．．．第一端
    152．．．第二端
    153．．．控制端
    16．．．第一電容
    161．．．一端
    162．．．另一端
    17．．．第二電容
    171．．．一端
    172．．．另一端
    Dn-1、Dn-2、Dn-3、Dn-4．．．時序期間
    E．．．有機發光二極體
    n1．．．第一節點
    n2．．．第二節點
    V1~V3．．．第一電源電壓至第三電源電壓
    Vdata．．．資料電壓
    Vref．．．參考電壓
    G1[n]．．．第一控制訊號
    G2[n]．．．第二控制訊號
    G3[n]．．．第三控制訊號
    G4[n]．．．第四控制訊號
    圖1繪示習知像素電路於資料寫入期間，像素電路接收資料電壓之所需時間之波形圖。
    圖2A繪示為本發明之像素電路之電路結構。
    圖2B繪示為本發明之像素電路驅動OLED之電路結構。
    圖3繪示本發明之像素電路於重置期間(Reset)之電路狀態。
    圖4繪示本發明之像素電路之控制訊號進入重置期間之時序圖。
    圖5繪示本發明之像素電路於補償期間之電路狀態。
    圖6繪示本發明之像素電路之控制訊號進入補償期間(Compensation)之時序圖。
    圖7繪示本發明之像素電路於資料寫入之電路狀態。
    圖8繪示本發明之像素電路之控制訊號進入資料寫入時序圖。
    圖9繪示本發明之像素電路於OLED發光之電路狀態
    圖10繪示本發明之像素電路之控制訊號進入OLED發光時序圖。
    圖11繪示本發明之像素電路於資料寫入期間，像素電路接收資料電壓之所需的時間之波形圖。
    1．．．像素電路
    11．．．第一開關
    111．．．第一端
    112．．．第二端
    113．．．控制端
    12．．．第二開關
    121．．．第一端
    122．．．第二端
    123．．．控制端
    13．．．第三開關
    131．．．第一端
    132．．．第二端
    133．．．控制端
    14．．．第四開關
    141．．．第一端
    142．．．第二端
    143．．．控制端
    15．．．驅動電晶體
    151．．．第一端
    152．．．第二端
    153．．．控制端
    16．．．第一電容
    161．．．一端
    162．．．另一端
    17．．．第二電容
    171．．．一端
    172．．．另一端
    n1．．．第一節點
    V1~V3．．．第一電源電壓至第三電源電壓
    Vdata．．．資料電壓
    Vref．．．參考電壓
    G1[n]．．．第一控制訊號
    G2[n]．．．第二控制訊號
    G3[n]．．．第三控制訊號
    G4[n]．．．第四控制訊號
    权利要求:
    Claims (11)
    [1] 一種像素電路，包含：一第一開關；一第二開關；一第三開關；一第四開關；一驅動電晶體；一第一電容；以及一第二電容，其中，每一該些開關及該驅動電晶體皆具有一第一端、一第二端及一決定該第一端及該第二端是否導通的控制端，且該第一開關之第一端接收一資料電壓，該第一開關之第二端、該第三開關之第二端及該第一電容之一端與該驅動電晶體之控制端電性連接於一第一節點，該第二開關之第一端接收一第一電源電壓，該第四開關之第一端與該第二電容之一端共同地接收一第二電源電壓、該第四開關之第二端與該驅動電晶體之第一端電性連接，該第二開關之第二端、該第一電容之另一端及該驅動電晶體之第二端與該第二電容之另一端電性。
    [2] 如申請專利範圍第1項所述之像素電路，其中該第一、該第二、該第三及該第四開關皆是P型薄膜電晶體。
    [3] 如申請專利範圍第1項所述之像素電路，其中該第一、該第二、該第三、該第四開關及該驅動電晶體皆是N型薄膜電晶體。
    [4] 如申請專利範圍第1項所述之像素電路，其中該第一、該第二及該第三電源電壓皆不相同。
    [5] 一種驅動方法，適用如申請專利範圍第1項之像素電路，該驅動方法包含：於該像素電路處於一資料寫入期間時，提供一第一控制訊號至該第一開關之控制端藉以導通該第一開關；以及將一第二、一第三及一第四控制訊號分別地提供至該第二、該第三及該第四開關之控制端藉以關閉該第二、該第三及該第四開關，使得該驅動電晶體之控制端於該資料寫入期間的全部時段皆接收該資料電壓。
    [6] 如申請專利範圍第5項所述之驅動方法，其中於該像素電路處於一資料寫入期間之前，該驅動方法進一步包含：將該第一及該第四控制訊號分別地提供至該第一及該第四開關之控制端，藉以關閉該第一及該第四開關；以及將該第二及該第三控制訊號分別地提供至該第二及該第三開關之控制端，藉以導通該第二及該第三開關，使得該像素電路處於一重置期間。
    [7] 如申請專利範圍第6項所述之驅動方法，其中於該像素電路處於該重置期間之後，且處於該資料寫入期間之前，該驅動方法進一步包含：將該第一及該第二控制訊號分別地提供至該第一及該第二開關之控制端，藉以關閉該第一及該第二開關；以及將邏輯為低狀態之該第三及該第四控制訊號分別地提供至該第三及該第四開關之控制端，藉以導通該第三及該第四開關，使得該像素電路處於一補償期間。
    [8] 一種驅動像素電路的方法，適用於驅動一發光元件的一像素電路中，該方法包含：將多個控制信號及一閘極信號分別地提供至該像素電路；調整該些控制信號的致能狀態並保持該閘極信號為不致能，使得該像素電路的資料重置並得到電壓補償效果；以及致能該閘極訊號以使該像素電路處於一資料寫入期間，並在該資料寫入期間將一資料電壓提供至該像素電路以改變用於驅動該發光元件之一驅動電晶體的端點電壓。
    [9] 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該等控制信號至少包含一第一、一第二及一第三控制信號，且該第一、該第二及該第三控制信號在邏輯低狀態時為致能，而該閘極信號則在邏輯高狀態時為致能。
    [10] 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中調整該些控制信號的致能狀態並保持該閘極信號為不致能，使得該像素電路的資料重置並得到電壓補償效果時，包含：將一第一、一第二、一第三控制信號及該閘極信號分別地提供至該像素電路後，設定該第一及該第二控制信號為被致能，且該第三控制信號及該閘極信號為不致能，以使得該像素電路處於一重置期間。
    [11] 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中調整該些控制信號的致能狀態並保持該閘極信號為不致能，使得該像素電路的資料重置並得到電壓補償效果時，包含：在該重置期間與該資料寫入期間之間，設定該第一控制信號及該閘極信號為不致能，且該第二及該第三控制信號為被致能，以使得該像素電路處於一補償期間。
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
    TWI425472B|2014-02-01|像素電路及其驅動方法
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    法律状态:
    优先权:
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