CN104332136B - 有机发光二极管像素电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种有机发光二极管像素电路包括有机发光二极管、驱动开关、致能开关、补偿电路与数据开关。藉由补偿电路、数据开关与补偿电压作动的顺序，使此有机发光二极管像素电路中的驱动开关的控制端电压被依据数据电压与驱动开关的临界电压的绝对值而设置。因此驱动开关依据其控制端电压所决定的驱动电流只与数据电压有关，而与临界电压无关。

Description

有机发光二极管像素电路
技术领域
本发明关于一种有机发光二极管像素电路，特别关于一种具有临界电压补偿能力的有机发光二极管像素电路。
背景技术
有机发光二极管具有体积小、发光效率高并可应用于可挠面板等优点，因此可以被应用在显示装置中作为背光元件或是像素。其中将有机发光二极管作为显示装置的像素时，通常是应用所谓的“薄膜晶体管”制程(thin-film transistor,TFT)。相较于一般制程中的晶体管开关的临界电压，薄膜晶体管制程中的晶体管开关的临界电压(thresholdvoltage,Vth)的个别差异较大。此外，薄膜晶体管制程中的晶体管开关的临界电压也会随着晶体管开关被使用的时间而变。即使两个薄膜晶体管开关在刚出厂时具有相同临界电压的，两个薄膜晶体管开关的临界电压随着使用时间而变异的程度也不同，最终造成两个薄膜晶体管开关具有不同的临界电压。
因为显示装置中相邻或相近的两个像素中的有机发光二极管电路中的晶体管的临界电压可能会不同，所以即使在一个讯框中，因为两个像素所要显示的颜色相同，当显示装置的驱动晶片对两个像素给予同样的数据电压时，两个像素所显示的颜色仍然可能不同。举例来说，可能左侧的像素中的红色光强度大于右侧的像素中的红色光强度。此外，当显示装置被使用一段时间后，显示装置所显示的画面的色彩也会因为有机发光二极管中的晶体管的临界电压变异而改变。如何解决临界电压的变异造成的非理想效应，是一个亟待克服的问题。
发明内容
有鉴于以上的问题，本发明提出一种有机发光二极管像素电路，应用电容耦合的特性来设计有机发光二极管像素电路中的驱动开关补偿电路。
依据本发明一个或多个实施例所实现的一种有机发光二极管像素电路，包括：有机发光二极管、驱动开关、致能开关、补偿电路与数据开关。其中，有机发光二极管包括第一端与第二端，有机发光二极管的第一端电性连接至第一参考电压，有机发光二极管被驱动电流驱动而发光。驱动开关包括第一端、第二端与控制端，驱动开关的第一端电性连接至第二参考电压，驱动开关依据控制端的电压而决定前述驱动电流。致能开关包括第一端与第二端，致能开关的第一端电性连接至驱动开关的第二端，致能开关的第二端电性连接至发光二极管的第二端，致能开关于一个工作周期中的第一时间区间中不导通，并于工作周期中的第二时间区间导通。补偿电路包括第一端、第二端、第三端、第四端与第五端，补偿电路的第一端电性连接至第二参考电压，补偿电路的第二端电性连接至驱动开关的第二端，补偿电路的第三端电性连接至驱动开关的控制端，补偿电路的第四端电性连接至补偿电压。数据开关包括第一端与第二端，数据开关的第一端电性连接至补偿电路的第五端，数据开关的第二端电性连接至数据电压，数据开关于工作周期中的第四时间区间导通。补偿电压于工作周期中的第四时间区间中具有第一电压电平，补偿电压于第四时间区间以外具有第二电压电平，第三时间区间与第四时间区间部分重叠，第三时间区间的起点位于第四时间区间，且第三时间区间与第四时间区间均位于第一时间区间内。
本发明中的有机发光二极管像素电路，藉由补偿电路、数据开关与补偿电压作动的顺序，使此有机发光二极管像素电路中的驱动开关的控制端电压被设定为数据电压与驱动开关的临界电压的绝对值的差。因此驱动开关依据其控制端电压所决定的驱动电流指与数据电压有关，而与临界电压无关。
以上的关于本发明内容的说明及以下的实施方式的说明用以示范与解释本发明的精神与原理，并且提供本发明的专利申请范围更进一步的解释。
附图说明
图1是依据本发明一实施例中的有机发光二极管像素电路示意图；
图2是依据本发明一实施例中的有机发光二极管像素电路中多个节点电压的时序图；
图3是依据本发明另一实施例中的有机发光二极管像素电路示意图。
其中，附图标记：
1000、3000 有机发光二极管像素电路
1100、3100 有机发光二极管
1200、3200 驱动开关
1300、3300 致能开关
1400、3400 补偿电路
1410、3410 第一开关
1420、3420 第二开关
1430、3430 第一电容
1440、3440 第二电容
1500、3500 数据开关
VDD 参考电压
VSS 参考电压
VC 补偿电压
VDATA 数据电压
1110、1210、1310、1401、1411、1421、1510 第一端
3110、3210、3310、3401、3411、3421、3510 第一端
1120、1220、1320、1402、1412、1422、1520 第二端
3120、3220、3320、3402、3412、3422、3520 第二端
1230、1330、1413、1423、1530 控制端
3230、3330、3413、3423、3530 控制端
1403、3403 第三端
1404、3404 第四端
1405、3405 第五端
V1230、V1330、V1530、V1413、V1423 电压
VH 高电压
VL 低电压
ID 驱动电流
具体实施方式
以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何熟习相关技艺者了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的内容、申请专利范围及图式，任何熟习相关技艺者可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。
依据本发明一实施例的一种有机发光二极管像素电路，请参照图1与图2，其中图1是依据本发明一实施例中的有机发光二极管像素电路示意图，而图2是依据本发明一实施例中的有机发光二极管像素电路中多个节点电压的时序图。如图1所示，有机发光二极管像素电路1000可以包括：有机发光二极管1100、驱动开关1200、致能开关1300、补偿电路1400与数据开关1500。有机发光二极管1100的第一端1110电性连接至第一参考电压VSS，驱动开关1200的第一端1210电性连接至第二参考电压VDD，致能开关1300的第一端1310电性连接至驱动开关1200的第二端1220，致能开关1300的第二端1320电性连接至发光二极管1100的第二端1120，补偿电路1400的第一端1401电性连接至第二参考电压VDD，补偿电路1400的第二端1402电性连接至驱动开关1200的第二端1210，补偿电路1400的第三端1403电性连接至驱动开关1200的控制端1230，补偿电路1400的第四端1404电性连接至补偿电压VC。于本实施例中，所有的开关以P型晶体管为例来说明，然而本发明并不加以限定。
有机发光二极管1100包括第一端1110与第二端1120，有机发光二极管1100被驱动电流ID驱动而发光。更具体来说，当驱动电流ID流经有机发光二极管1100时，有机发光二极管1100因而受激而发光，并且发光的强度(luminance/intensity)与驱动电流ID成高度正相关。因此，要使任两个相同的有机发光二极管发出相同的发光强度，一般而言必须提供相同的驱动电流。
驱动开关1200包括第一端1210、第二端1220与控制端1230，驱动开关1200依据控制端1230的电压V1230而决定驱动电流ID。更具体而言，驱动开关1200可以视为一个晶体管开关，因此根据晶体管的电流公式可以知道，驱动电流ID是跟驱动开关1200的控制端1230与驱动开关1200的第一端1210的电压差，以及驱动开关1200的临界电压VTH有关。
致能开关1300包括第一端1310、第二端1320与控制端1330，致能开关1300的控制端1330的电压V1330于一个工作周期PW中的第一时间区间P1中为高电压VH，因此致能开关1300于第一时间区间P1不导通，并于工作周期PW中的第二时间区间P2中致能开关1300的控制端1330的电压V1330为低电压VL，因此致能开关1300于第二时间区间P2中导通。由图1可以知道，当致能开关1300导通的时候，驱动电流ID流至有机发光二极管1100而使其发光。
补偿电路1400包括第一端1401、第二端1402、第三端1403、第四端1404与第五端1405。补偿电路1400的第一端1401电性连接至第二参考电压VDD，补偿电路1400的第二端1402电性连接至驱动开关1200的第二端1220，补偿电路1400的第三端1403电性连接至驱动开关1200的控制端1230，补偿电路1400的第四端1404电性连接至补偿电压VC。更具体来说，补偿电路1400中包含了第一开关1410、第二开关1420、第一电容1430与第二电容1440。其中第一电容1430的电容值不大于第二电容1440的电容值的五倍。
第一开关1410包括第一端1411、第二端1412与控制端1413，第一开关1410的第一端1411电性连接至补偿电路1400的第一端1401，从而电性连接至第二参考电压VDD。第一开关1410的第二端1412电性连接至补偿电路1400的第三端1403，从而电性连接至驱动开关1200的控制端1230。第二开关1420包括第一端1421、第二端1422与控制端1423，第二开关1420的第一端1421电性连接至补偿电路1400的第二端1402，从而电性连接至驱动开关1200的第二端1220。第一电容1430电性连接于驱动开关1200的控制端1230与第二开关1420的第二端1422之间，而第二电容1440电性连接于第二开关1420的第二端1422与补偿电压VC(也就是补偿电路1400的第四端1404)之间。
数据开关1500包括第一端1510、第二端1520与第三端1530，数据开关1500的第一端1510电性连接至补偿电路1400的第五端1405，从而电性连接至第二开关1420的第二端1422。数据开关1500的第二端1520电性连接至数据电压VDATA，数据开关1500的第三端1530的电压V1530于工作周期PW中的第三时间区间P3为低电压VL，因此数据开关1500在第三时间区间P3中导通。
补偿电压VC于工作周期PW中的第四时间区间P4中具有第一电压电平V1，补偿电压VC于第四时间区间P4以外具有第二电压电平V2，第三时间区间P3与第四时间区间P4部分重叠，第三时间区间P3的起点位于第四时间区间P4内，且第三时间区间P3与第四时间区间P4均位于第一时间区间P1内。
第一开关1410的控制端1413的电压V1413与第二开关1420的控制端1423的电压V1423于第一时间区间P1中的第五时间区间P5为低电压VL，因此第一开关1410与第二开关1420于第五时间区间P5中导通。其中，由图2可以看出第五时间区间P5与第四时间区间P4部分重叠，且第五时间区间P5的起点T51早于第四时间区间P4的起点T41。
以下以图1结合图2来解释本发明前述实施例的作动原理。于第五时间区间P5的起点T51到第四时间区间P4的起点T41之间，由于第一开关1410导通，所以驱动开关1200的控制端1230的电压V1230因此被调整至与第二参考电压VDD相同。接着在第四时间区间P4的起点T41补偿电压VC由第二电压电平V2变化到第一电压电平V1，于此实施例中第一电压电平V1大于第二电压电平V2，因此第二开关1420的第二端1422的电压被提高到高于第二参考电压VDD，从而使驱动开关1200形成一个控制端1230与第一端1210电性连接的“二极管型式”(diode-connected)的状态，因此到第五时间区间P5的终点T52前，第二开关1420的第二端1422的电压被逐渐拉低到大致等于第二参考电压VDD与驱动开关1200的临界电压VTH的绝对值的和。
接着，于第三时间区间P3的起点T31时，数据开关1500开始导通，从而把第二开关1420的第二端1422的电压快速的拉到等于数据电压VDATA，因为电容耦合的关系，驱动开关1200的控制端1230的电压V1230也因此被拉低至数据电压VDATA减掉驱动开关1200的临界电压VTH的绝对值。接着，在第四时间区间P4的终点T42，补偿电压VC由第一电压电平V1降至第二电压电平V2，因为此时数据开关1500是导通的，因此补偿电压VC的变化不会对电路中其他节点的电压造成影响。而后第三时间区间P3结束，数据开关1500关闭，此时驱动开关1200的控制端1230的电压V1230是数据电压VDATA减掉驱动开关1200的临界电压VTH的绝对值，因此当第一时间区间P1结束，进入第二时间区间P2而要用驱动开关1200提供驱动电流ID时，驱动电流ID可以由下列公式(1)决定：
ID＝K[VDD-(VDATA-|VTH|)-|VTH|]2＝K(VDD-VDATA)2 (1)
其中K是驱动开关1200的特性系数。从公式(1)可以看出驱动电流ID经过本案的补偿方式而与驱动开关1200的临界电压VTH无关。
虽然前述实施例揭示了所有开关是P型晶体管的实施方式，然而本发明另一实施例中也可以用N型晶体管实现本发明的电路，请参照图3，其是依据本发明另一实施例中的有机发光二极管像素电路示意图。请参照图3，有机发光二极管像素电路3000可以包括：有机发光二极管3100、驱动开关3200、致能开关3300、补偿电路3400与数据开关3500。有机发光二极管3100的第一端3110电性连接至参考电压VDD，驱动开关3200的第一端3210电性连接至参考电压VSS，致能开关3300的第一端3310电性连接至驱动开关3200的第二端3220，致能开关3300的第二端3320电性连接至发光二极管3100的第二端3120，补偿电路3400的第一端3401电性连接至参考电压VSS，补偿电路3400的第二端3402电性连接至驱动开关3200的第二端3210，补偿电路3400的第三端3403电性连接至驱动开关3200的控制端3230，补偿电路3400的第四端3404电性连接至补偿电压VC。
有机发光二极管3100包括第一端3110与第二端3120，有机发光二极管3100被驱动电流ID驱动而发光。驱动开关3200包括第一端3210、第二端3220与控制端3230，驱动开关3200依据控制端3230的电压而决定驱动电流ID。更具体而言，驱动开关3200可以视为一个晶体管开关，因此驱动电流ID是跟驱动开关3200的控制端3230与驱动开关3200的第一端3210的电压差，以及驱动开关3200的临界电压VTH有关。
致能开关3300包括第一端3310、第二端3320与控制端3330，如同图1的实施例，致能开关3300于第一时间区间P1不导通，并于工作周期PW中的第二时间区间P2中导通。由图3可以知道，当致能开关3300导通的时候，驱动电流ID流至有机发光二极管3100而使其发光。
补偿电路3400包括第一端3401、第二端3402、第三端3403、第四端3404与第五端3405。补偿电路3400的第一端3401电性连接至参考电压VSS，补偿电路3400的第二端3402电性连接至驱动开关3200的第二端3220，补偿电路3400的第三端3403电性连接至驱动开关3200的控制端3230，补偿电路3400的第四端3404电性连接至补偿电压VC。更具体来说，补偿电路3400中包含了第一开关3410、第二开关3420、第一电容3430与第二电容3440。其中第一电容3430的电容值不大于第二电容3440的电容值的五倍。
第一开关3410包括第一端3411、第二端3412与控制端3413，第一开关3410的第一端3411电性连接至补偿电路3400的第一端3401，从而电性连接至参考电压VSS。第一开关3410的第二端3412电性连接至补偿电路3400的第三端3403，从而电性连接至驱动开关3200的控制端3230。第二开关3420包括第一端3421、第二端3422与控制端3423，第二开关3420的第一端3421电性连接至补偿电路3400的第二端3402，从而电性连接至驱动开关3200的第二端3220。第一电容3430电性连接于驱动开关3200的控制端3230与第二开关3420的第二端3422之间，而第二电容3440电性连接于第二开关3420的第二端3422与补偿电压VC(也就是补偿电路3400的第四端3404)之间。
数据开关3500包括第一端3510、第二端3520与第三端3530，数据开关3500的第一端3510电性连接至补偿电路3400的第五端3405，从而电性连接至第二开关3420的第二端3422。数据开关3500的第二端3520电性连接至数据电压VDATA，数据开关3500在工作周期PW中的第三时间区间P3中导通。
补偿电压VC于工作周期PW中的第四时间区间P4中具有第一电压电平V1，补偿电压VC于第四时间区间P4以外具有第二电压电平V2，第三时间区间P3与第四时间区间P4部分重叠，第三时间区间P3的起点位于第四时间区间P4内，且第三时间区间P3与第四时间区间P4均位于第一时间区间P1内。
第一开关1410与第二开关1420于第五时间区间P5中导通。如同前述图1与图2的实施例，第五时间区间P5与第四时间区间P4部分重叠，且第五时间区间P5的起点T51早于第四时间区间P4的起点T41。于本实施例中，各开关导通的时间与前述图1的实施例相同，本实施例与前一实施例的差别在于，本实施例中的第一电压电平V1小于第二电压电平V2。而结果上使得在第五时间区间P5的终点前，第二开关3420的第二端3422的电压被定义为参考电压VSS减去驱动开关3200的临界电压VTH(的绝对值)。而在第三时间区间P3的终点前，驱动开关3200的控制端3230的电压被补偿电路3400定义为数据电压VDATA与驱动开关3200的临界电压VTH(的绝对值)的和。
由上述多个实施例，可以看出依据本发明而实现的有机发光二极管像素电路，对于每一个像素电路而言，其数据开关必须导通来对像素电路写入数据电压的时间可以非常短。而其补偿的时间(第四时间区间与第五时间区间)的长度不会受限于数据开关的导通期间(第三时间区间)。此外，依据本发明而实现的有机发光二极管像素电路可以仅使用五个晶体管开关与两个电容，其中第二电容可以远小于第一电容，因此相较于一般的有机发光二极管像素电路具有六个晶体管开关与一个电容，依据本发明所实现的有机发光二极管像素电路在有限的像素电路空间中，可以有较多的面积来配置有机发光二极管。
虽然本发明以前述的实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。在不脱离本发明的精神和范围内，所为的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。关于本发明所界定的保护范围请参考所附的申请专利范围。

Claims (10)

1.一种有机发光二极管电路，其特征在于，包括：
一有机发光二极管，包括一第一端与一第二端，该有机发光二极管的第一端电性连接至一第一参考电压，该有机发光二极管被一驱动电流驱动而发光；
一驱动开关，包括一第一端、一第二端与一控制端，该驱动开关的第一端电性连接至一第二参考电压；
一致能开关，包括一第一端与一第二端，该致能开关的第一端电性连接至该驱动开关的第二端，该致能开关的第二端电性连接至该有机发光二极管的第二端，该致能开关于一工作周期中的一第一时间区间中不导通，并于该工作周期中的一第二时间区间导通；
一补偿电路，包括一第一端、一第二端、一第三端、一第四端与一第五端，该补偿电路的第一端电性连接至该第二参考电压，该补偿电路的第二端电性连接至该驱动开关的第二端，该补偿电路的第三端电性连接至该驱动开关的控制端，该补偿电路的第四端电性连接至一补偿电压；以及
一数据开关，包括一第一端与一第二端，该数据开关的第一端电性连接至该补偿电路的第五端，该数据开关的第二端电性连接至一数据电压，该数据开关于该工作周期中的一第三时间区间导通；
其中，该补偿电压于该工作周期中的一第四时间区间中具有一第一电压电平，该补偿电压于该第四时间区间以外具有一第二电压电平，该第三时间区间与该第四时间区间部分重叠，该第三时间区间的起点位于该第四时间区间，且该第三时间区间与该第四时间区间均位于该第一时间区间内。
2.根据权利要求1所述的有机发光二极管电路，其特征在于，该补偿电路包括：
一第一开关，包括一第一端与一第二端，该第一开关的第一端电性连接至该第二参考电压，该第一开关的第二端电性连接至该驱动开关的控制端，该第一开关于该工作周期中的一第五时间区间导通；
一第二开关，包括一第一端与一第二端，该第二开关的第一端电性连接至该驱动开关的第二端，该第二开关于该第五时间区间导通；
一第一电容，电性连接于该驱动开关的控制端与该第二开关的第二端之间；以及
一第二电容，电性连接于该第二开关的第二端与该补偿电压之间；
其中，该第五时间区间与该第四时间区间部分重叠，且该第五时间区间的起点早于该第四时间区间的起点。
3.根据权利要求2所述的有机发光二极管电路，其特征在于，该第一电容与该第二电容的一比值小于等于5。
4.根据权利要求1或2所述的有机发光二极管电路，其特征在于，该些开关均为P型晶体管，且该第一电压电平高于该第二电压电平。
5.根据权利要求2所述的有机发光二极管电路，其特征在于，于该第五时间区间的终点前，该第二开关的第二端的电压被定义为该第二参考电压与该驱动开关的临界电压的绝对值的和。
6.根据权利要求4所述的有机发光二极管电路，其特征在于，于该第三时间区间的终点前，该驱动开关的控制端的电压被该补偿电路定义为该数据电压与该驱动开关的临界电压的绝对值的差。
7.根据权利要求1或2所述的有机发光二极管电路，其特征在于，该些开关均为N型晶体管，且该第一电压电平低于该第二电压电平。
8.根据权利要求2所述的有机发光二极管电路，其特征在于，于该第五时间区间的终点前，该第二开关的第二端的电压被定义为该第二参考电压减去该驱动开关的临界电压的绝对值。
9.根据权利要求7所述的有机发光二极管电路，其特征在于，于该第三时间区间的终点前，该驱动开关的控制端的电压被该补偿电路定义为该数据电压与该驱动开关的临界电压的绝对值的和。
10.根据权利要求1或2所述的有机发光二极管电路，其特征在于，于该第四时间区间的起点前，该驱动开关的控制端的电压被该补偿电路定义至该第二参考电压。
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