CN1567409A - 主动式有机发光显示器驱动装置与方法 - Google Patents

Abstract

一种主动式有机发光显示器驱动装置与方法，包括本发明提出的驱动元件，其包括一写入元件、一归零元件、一驱动元件、一切换元件、以及一储存元件，此装置是利用自动归零的机制，以补偿各晶体管元件的临界电压的变异，借以改善影像的均匀性；数据载入的方式是利用一电流源对储存元件充电，控制电流源的大小或充电时间的长短可以调变载入电压的大小，这样可比相关发明节省1个电容，借以增加像素的开口率，同时，可以降低驱动方式的复杂度。

Description

主动式有机发光显示器驱动装置与方法

技术领域

本发明涉及一种主动式有机发光显示器驱动装置与方法，尤其涉及一种改善有机发光显示器的影像不均匀的驱动装置与方法。

背景技术

有机发光显示器(Organic Light Emitting Display；OLED)依驱动方式可分为被动式(Passive Matrix；PMOLED)与主动式(Active Matrix；AMOLED)。而所谓的主动式驱动OLED(AMOLED)，即是利用薄膜晶体管(Thin Film Transistor；TFT)，搭配电容(Capacitor)储存信号，来控制OLED的亮度灰阶表现。

虽然被动式OLED的制作成本及技术门槛较低，却受制于驱动方式，分辨率无法提高，因此应用产品尺寸局限于约5英寸以内，产品将被限制在低分辨率小尺寸市场。若要得到高精细及大画面则需要以主动驱动方式为主，所谓的主动式驱动是以电容储存信号，所以当扫描线扫过后像素仍然能保持原有的亮度；至于被动驱动下，只有被扫描线选择到的像素才会被点亮。因此在主动驱动方式下，OLED并不需要驱动到非常高的亮度，因此可延长产品的寿命，也可以实现高分辨率的需求。OLED结合TFT的技术可实现主动式驱动OLED，可符合对目前显示器市场上对于画面播放的流畅度、以及分辨率的越来越高的要求，充分展现OLED上述的优越的特性。

在玻璃基板上成长TFT的技术，可为非晶硅(amorphoussilicon；a-Si)制程与低温多晶硅(Low Temperature poly-silicon；LTPS)制程，LTPS TFT与a-Si TFT的最大分别在于其电性与制程繁简的差异。LTPS TFT拥有较高的载子移动率，较高载子移动率意味着TFT能提供更充分的电流，然而其制程上却较繁复；而a-SiTFT则反之，虽然a-Si的载子移动率不如LTPS，但由于其制程较简单且成熟，因此在成本上具有不错的竞争优势。

这样，由于低温多晶硅(LTPS)制程能力的限制，导致所制造出来的薄膜晶体管(TFT)元件其临界电压(Threshold Voltage)及电子迁移率(Mobility)会产生变异，因此每个TFT元件的特性会有所不同。当***使用习用2T1C(2个TFT晶体管与1个电容)的驱动电路，并使用模拟电压(Analog Voltage)调变方式以表现灰阶时，因不同像素的TFT之间有不同特性，即使不同像素中输入相同的数据电压(Data Voltage)信号，仍可能产生不同大小的输出电流，造成有机发光二极管元件(OLED)发出不同大小的亮度。因此影像灰阶的表现易受TFT元件特性变异的影响，而破坏了有机发光二极管面板影像的均匀性(Image Uniformity)。

于是，为解决上述面板影像的均匀性的缺点，美国专利US6,229,506“主动矩阵发光二极管像素结构及其方法(Active MatrixLight Emitting Diode Pixel Structure And Concomitant Method)”，此专利中有提出一种4T2C(4个TFT晶体管与1个电容)的像素电路，如图3所示。此电路使用一种称为自动归零(Auto-Zero)的机制，以补偿TFT元件临界电压的变异，改善影像的均匀性。其动作原理叙述如下：

驱动线路的控制信号的驱动时序分为归零阶段(Auto-ZeroPhase)410、载入数据阶段(Load Data Phase)420、以及发光阶段(Illuminate Phase)430，请参阅图4所示，是图3的控制信号时序图。

在归零阶段410之前，晶体管P3及晶体管P4为截止(OFF)，晶体管P2为导通(ON)，此时流过有机发光二极管(Organic LightEmitting Diode；OLED)360的电流为前一个画面框(Frame)的电流，由晶体管P1的Vsg(源极、栅极电压差，即储存于储存元件Cs’两端的电压差)来控制。

进入归零阶段410之后，先导通(ON)晶体管P4，接着导通(ON)晶体管P3，使晶体管P1的漏极(Drain)与栅极(Gate)相连接，形成一个二极管的接法，然后截止(OFF)晶体管P2，此时晶体管P1的栅极(Gate)电压会上升至一电压值，此电压值等于高电位(Vdd)减去晶体管P1的临界电压(threshold voltage；Vth)，亦即储存于储存元件Cs’两端的电压差为晶体管P1的临界电压，之后再将晶体管P3截止(OFF)，即可使晶体管P1的临界电压(Vth)储存在储存元件Cs’上，完成归零阶段的动作。

接下来进入加载数据阶段420，若数据线(Date Line)310上变动的电压为ΔV，透过晶体管P4及储存元件Cc’而连接(Couple)到晶体管P1的栅极(Gate)端，因此，储存于储存元件Cs’两端的电压差为ΔV×[Cc’/(Cc’+Cs’)]加上原本存于Cs’的Vth，亦即晶体管P1的Vsg会包含晶体管P1的Vth，这使得晶体管P1输出的电流仅与数据线310上变动的电压(ΔV)有关，而不受每个像素内晶体管的Vth的影响。

最后再进入发光阶段430，此时让晶体管P4截止(OFF)，且使晶体管P2导通(ON)，晶体管P1会输出目前画面框(Frame)的电流流过有机发光二极管360，使有机发光二极管360元件发亮。

虽然此4T2C的像素电路可以补偿各像素内的晶体管元件临界电压(Vth)的变异，改善显示器整体影像的均匀性，但使用的元件包含4个晶体管与2个电容，由于电容会占去显示像素很大的面积，导致像素的开口率会大幅降低。而除了数据线310、扫描线320、电源供应线(Vdd)350之外，还需有归零控制线(Auto-Zero Line)330与发光控制线(Illuminate Line)340等控制线路，所以驱动方式的复杂程度会因此增加，造成需使用非标准形式的扫描驱动IC及数据驱动IC，增加制造的成本。

发明内容

于是，本发明的主要目的在于解决上述传统的缺陷，避免缺陷存在，本发明可应用在低温多晶硅薄膜晶体管(LTPS-TFT)主动式有机发光二极管显示器(AMOLED)的装置中，以改善主动式有机发光二极管面板影像不均匀的缺点；同时本发明技术驱动方式的复杂程度较低，而且可以使用传统的被动式(Passive-Matrix)有机发光二极管显示器的扫描驱动IC及数据驱动IC即可，这样可以降低制造成本。

为达上述目的，本发明提出的驱动元件包括一写入元件、一归零元件、一驱动元件、一切换元件、以及一储存元件，此装置是利用自动归零的机制，以补偿各晶体管元件的临界电压的变异，借以改善影像的均匀性。与4T2C的像素电路装置比较，本发明可以节省1个电容，增加像素的开口率；同时，驱动方式的复杂度可以降低。

附图说明

图1是本发明的装置示意图；

图2是图1的控制信号时序图；

图3是美国专利US 6,229,506的像素电路示意图；以及

图4是图3的控制信号时序图。

具体实施方式

有关本发明的详细内容及技术说明，现配合附图说明如下：

请参阅图1所示，是本发明的装置示意图。如图所示：该装置包括：

一数据线110，一扫描线120，一归零控制线130，一显示控制线140，一电源供应线150；

一写入元件T1，该写入元件T1的漏极(drain)与数据线110相连接，栅极(gate)与扫描线相连接；

一归零元件T2，该归零元件T2的栅极(gate)与归零控制线130相连接；

一驱动元件T3，该驱动元件T3的栅极与上述写入元件T1的源极(source)相连接，其漏极与上述的归零元件T2的源极相连接，而其源极与上述的电源供应线150相连接；

一切换元件T4，该切换元件T4的栅极(gate)与上述显示控制线140相连接，其源极与归零元件T2的源极和驱动元件T3的漏极相连接；

一储存元件Cs，该储存元件Cs有两端，一端与上述的驱动元件T3的源极相连接，另一端和上述写入元件T1的源极、归零元件T2的漏极与驱动元件T3的栅极连接处相连接；

一发光元件160，该发光元件160一端为正极，与上述切换元件T4的漏极相连接，另一端为负极，该负极接地(GND)。

其中，该写入元件T1、归零元件T2、驱动元件T3、以及切换元件T4各为一薄膜晶体管；该储存元件Cs是为一储存电容(StorageCapacitor)；该发光元件160是为一有机发光二极管。

接下来针对本发明的动作原理叙述如下：请同时配合图2所示，是图1的控制信号时序图。本发明的驱动时序是可分为归零阶段(Auto-Zero Phase)210、扫描阶段(Scan Phase)220与显示阶段(Display Phase)230三阶段。

在进入归零阶段210之前，写入元件T1及归零元件T2为截止(OFF)，驱动元件T3及切换元件T4为导通(ON)，此时流过发光元件160的电流为前一个画面框(Frame)的电流，该画面框(Frame)的电流由驱动元件T3的Vsg(源极、栅极电压差，即储存于储存元件Cs两端的电压差)来控制。

进入归零阶段210之后，先导通(ON)归零元件T2，使驱动元件T3的漏极(Drain)与栅极(Gate)相连接，形成一个二极管的接法，接着再将切换元件T4截止(OFF)，这会使驱动元件T3的栅极(Gate)电压上升至一电压值，此电压值等于高电位(Vdd)减去晶体管T3的临界电压(Vth)，亦即储存于储存元件Cs两端的电压差为驱动元件T3的临界电压，之后再将归零元件T2截止(OFF)，即可使驱动元件T3的临界电压(Vth)储存在储存元件Cs上，完成归零阶段210的动作。

接下来进入扫描阶段220，此时写入元件T1为导通(ON)，又数据线110上提供一定电流Ic，此定电流(Ic)会对储存元件Cs进行充电动作，若定电流(Ic)对储存元件Cs充电的时间为Tc，则驱动元件T3的栅极(Gate)电压会变成〔Vdd-Vth-(Ic×Tc/C)〕(C为储存元件Cs的电容量)，亦即储存于储存元件Cs两端的电压差为(Ic×Tc/C)加上原本存于储存元件Cs的驱动元件T3的临界电压(Vth)，因此驱动元件T3的Vsg会包含驱动元件T3的临界电压(Vth)，这使得驱动元件T3输出的电流只与数据线110上的定电流(Ic)大小，以及定电流Ic对储存元件Cs充电时间(Tc)长短有关，而不受薄膜晶体管元件的临界电压(Vth)变异的影响。

所以，就本发明装置与方法而言，只要适当调变数据线110上定电流(Ic)的大小，及定电流(Ic)对储存元件Cs充电时间(Tc)的长短，即可调整驱动元件T3输出的电流大小；而，驱动元件T3输出的电流大小可以控制，也就控制了发光元件160发出的亮度，实现利用发光元件160显示整体影像的灰阶表现。又，在扫描阶段220，乃从第一条扫描线开始进行扫描信号的写入动作，依序执行到最后一条扫描线。

完成各扫描线的信号写入动作之后，最后再进入显示阶段230，此时将切换元件T4导通(ON)，使驱动元件T3输出目前画面框(Frame)的电流，同时使该电流流过发光元件160，让发光元件160发出相对应影像数据的灰阶的亮度。

本发明是利用自动归零(Auto-Zero)的机制，以补偿各晶体管元件的临界电压的变异，借以改善影像的均匀性。同时，与美国专利US 6,229,506中提出的4T2C像素电路比较，本发明具有以下的优点：本发明是一4T1C的像素电路装置，又电容对一像素而言所占面积极大，于是使用本发明因为比通常所使用的节省了1个电容，所以可增加像素的开口率；另外，驱动方式的复杂度亦可以降低，可使用已知的被动式(Passive-Matrix)有机发光二极管显示器的扫描驱动IC及数据驱动IC即可，将可使制造成本大为减少。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种主动式有机发光显示器驱动装置，所述驱动装置是显示画面的每一像素的元件装置，其特征在于所述装置包括：

一数据线(110)，一扫描线(120)，一归零控制线(130)，一显示控制线(140)，一电源供应线(150)；

一写入元件(T1)，所述写入元件(T1)的漏极与数据线(110)相连接，栅极与扫描线(120)相连接；

一归零元件(T2)，所述归零元件(T2)的栅极与归零控制线(130)相连接；

一驱动元件(T3)，所述驱动元件(T3)的栅极与上述写入元件(T1)的源极相连接，其漏极与上述的归零元件(T2)的源极相连接，而其源极与上述的电源供应线(150)相连接；

一切换元件(T4)，所述切换元件(T4)的栅极与上述显示控制线(140)相连接，其源极与归零元件(T2)的源极和驱动元件(T3)的漏极相连接；

一储存元件(Cs)，所述储存元件(Cs)有两端，一端与上述的驱动元件(T3)源极相连接，另一端和上述写入元件(T1)的源极、归零元件(T2)的漏极、以及驱动元件(T3)的栅极连接处相连接；以及

一发光元件(160)，所述发光元件(160)一端为正极，与上述切换元件(T4)的漏极相连接，另一端为负极，所述负极接地(GND)。

2.根据权利要求1所述的主动式有机发光显示器驱动装置，其特征在于所述写入元件(T1)是一薄膜晶体管。

3.根据权利要求1所述的主动式有机发光显示器驱动装置，其特征在于所述归零元件(T2)是一薄膜晶体管。

4.根据权利要求1所述的主动式有机发光显示器驱动装置，其特征在于所述驱动元件(T3)是一薄膜晶体管。

5.根据权利要求1所述的主动式有机发光显示器驱动装置，其特征在于所述切换元件(T4)是一薄膜晶体管。

6.根据权利要求1所述的主动式有机发光显示器驱动装置，其特征在于所述储存元件(Cs)是一储存电容。

7.根据权利要求1所述的主动式有机发光显示器驱动装置，其特征在于所述发光元件(160)是一有机发光二极管。

8.一种主动式有机发光显示器驱动方法，其特征在于所述驱动方法包括：

将驱动时序分为归零阶段(210)、扫描阶段(220)、以及显示阶段(230)三个阶段；

在进入归零阶段(210)之前，写入元件(T1)及归零元件(T2)为截止(OFF)，驱动元件(T3)及切换元件(T4)为导通(ON)，此时流过发光元件(160)的电流为前一个画面框(Frame)的电流，且所述电流由驱动元件(T3)的Vsg(源极、栅极电压差)来控制；

进入归零阶段(210)之后，先导通(ON)归零元件(T2)，使驱动元件(T3)的漏极与栅极相连接，形成一个二极管的接法，接着再将切换元件(T4)T4截止，这会使驱动元件(T3)T3的栅极(Gate)电压上升至一电压值，此电压值等于高电位(Vdd)减去驱动元件(T3)的临界电压(Vth)，亦即储存在储存元件(Cs)两端的电压差为驱动元件(T3)的临界电压，之后再将归零元件(T2)截止(OFF)，即可使驱动元件(T3)的临界电压(Vth)储存在储存元件(Cs)上，完成归零阶段(210)的动作；

接下来进入扫描阶段(220)，此时写入元件(T1)为导通(ON)，又数据线(110)上提供一定电流(Ic)，此定电流(Ic)会对储存元件(Cs)进行充电动作，若定电流(Ic)对储存元件(Cs)充电的时间为Tc，则驱动元件(T3)T3的栅极(Gate)电压会变成〔Vdd-Vth-(Ic×Tc/C)〕，其中C为储存元件(Cs)的电容量，亦即储存于储存元件(Cs)两端的电压差为(Ic×Tc/C)加上原本存于储存元件(Cs)的驱动元件(T3)的临界电压(Vth)，于是，驱动元件(T3)的Vsg会包含驱动元件(T3)的临界电压(Vth)，这使得驱动元件(T3)输出的电流只与数据线(110)上的定电流(Ic)大小、以及定电流Ic对储存元件(Cs)充电时间(Tc)长短有关；

借此，适当调变数据线(110)上定电流(Ic)的大小、及定电流(Ic)对储存元件(Cs)Cs充电时间(Tc)的长短，即可调整变动驱动元件(T3)输出的电流大小，也控制了发光元件(160)发出的亮度。

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