CN1464496A

CN1464496A - 一种像素电路

Info

Publication number: CN1464496A
Application number: CN 02123255
Authority: CN
Inventors: 林彦仲; 杨恒隆
Original assignee: Toppoly Optoelectronics Corp
Current assignee: TPO Displays Corp
Priority date: 2002-06-14
Filing date: 2002-06-14
Publication date: 2003-12-31
Anticipated expiration: 2022-06-14
Also published as: CN1240040C

Abstract

一种用于驱动一有机发光元件的像素电路，该像素电路是设于一显示面板上，该显示面板包含有至少一数据线与一扫描线，分别提供一电流信号与一电压信号至该像素电路。该像素电路包含有第一NMOS晶体管、第二NMOS晶体管、一PMOS晶体管、第三NMOS晶体管以及一储存电容。其中该像素电路根据该电流信号以及该电压信号来产生一驱动电流，经由该第三NMOS晶体管输出至该有机发光元件，以控制该有机发光元件的发光亮度。

Description

一种像素电路

技术领域

本发明是提供一种用于驱动一有机发光元件(organic light emittingdiode，OLED)的像素电路(pixel circuit)，特别是指一种由四个晶体管与一储存电容所构成的像素电路。

背景技术

随着科技的日新月异，轻、薄、省电、可携带式的智能型信息产品已经充斥了我们的生活空间，而显示器则在其间扮演了相当重要的角色，不论是手机、个人数字助理或是笔记型电脑，均需要显示器作为人机沟通的介面。近年来显示器在高画质、大画面、低成本的需求下已有很大进步，其中在有机材料的成功开发之下，有机电致发光显示器(organicelectroluminescent display，OELD)以简单的结构和极佳的工作温度、对比度、视角等优势，已逐渐在显示器市场中受到瞩目，甚至有凌驾于液晶显示器(LCD)或是阴极射线管(CRT)显示器之上的趋势。由于有机电致发光材料是为一电流驱动发光元件，且能根据所通过电流的大小产生不同亮度的光线，因此有机电致发光显示器可充分利用此种特性来产生不同灰度级的红、蓝、绿光，进一步使显示器产生色彩丰富的图像。

请参考图1，图1为一公知有机电致发光显示器10的示意图。有机电致发光显示器10包含一显示面板12、一控制电路14、一数据线驱动电路16以及一扫描线驱动电路18。显示面板12包含有一基板以及一显示单元设于基板表面，其中该显示单元包含有多个像素，且各该像素可根据图像数据呈现不同的灰度来组成图像。每一个像素皆包含有一有机发光元件20，例如一有机发光二极管(organic ligth emitting diode，OLED)。由于有机发光元件20为一电流驱动装置，因此可以根据所通过的电流大小产生不同灰度级的光线。此外，显示面板12上并设置有多条数据线22，多条垂直于数据线22的扫描线24，以及多个电连接于数据线22与扫描线24的像素电路26。为便于说明，图1中仅显示一个像素电路26，实际上，显示面板12中每一条数据线22与扫描线24的交叉处(intersection)均设有一像素电路26，分别电连接到对应的数据线22与扫描线24，所以像素电路26是以矩阵的方式分布于显示面板12上，也就是说数据线22是依据矩阵的列(column)的方向排列，而扫描线24是依据矩阵的行(row)的方向排列，且每一像素电路26均是对应于一个像素，以驱动该像素内的有机发光元件20。

请参考图2，图2为图1所示像素电路26的电路示意图。如图2所示，像素电路26包含有第一NMOS晶体管28、第二NMOS晶体管30以及一储存电容32。其中第一晶体管28的栅极与漏极(点A)是分别电连接于扫描线24与数据线22，第二晶体管30的栅极(点B)是电连接于第一晶体管28的源极与储存电容32的一端，且第二晶体管30的源极(点C)与漏极(点D)分别电连接到一外部电源V_dd与有机发光元件20。

公知显示器10的驱动原理详述如下，请参考图1与图2，首先当一图像数据信号输入控制电路14时，控制电路14根据各像素所需要显示的数据产生相对应的控制信号并分别输入数据线驱动电路16及扫描线驱动电路18，然后扫描线驱动电路18将依序对每一条扫描线24(SL1、SL2...与SLn)送出对应的扫描信号，以依次开启各行像素电路26，并对各行像素进行显示操作。当对某一行像素(例如SL3)进行显示操作时，数据线驱动电路16将根据该行像素需要显示的数据而同时对每一列数据线22(DL1、DL2...与DLn)送出对应的数据信号，并利用这些数据信号来控制这一列上各个像素中有机发光元件20的显示状态。

在此进一步说明各像素内部的操作方法如下，举例而言，当显示器10欲驱动位于DL3与SL3交叉处的像素时，控制电路14通过扫描线驱动电路18驱动扫描线SL3上的所有像素，亦即经由扫描线22将一扫描信号输入像素电路26中第一NMOS晶体管28的栅极，且控制电路14根据欲显示的数据，同时通过数据线驱动电路16与数据线22将一对应的数据信号(通常是提供一预定强度的电压信号)输入像素电路26中第一NMOS晶体管28的漏极。由于此时第一NMOS晶体管28与第二NMOS晶体管30均处于导通状态，因此来自数据线22处的电流将经由第一NMOS晶体管29对储存电容32进行充电，使储存电容32具有第一电压，并在点C处产生一相对应的驱动电流输出至有机发光元件20，以使有机发光元件20产生对应的亮度。而当显示器10进行后续显示操作时，例如驱动下一列像素时，虽然扫描线SL3上的电压将下降而使第一NMOS晶体管28关断，然而由于储存电容32中仍然具有第一电压，因此第二晶体管30将被维持在导通状态，又由于点D与点C间具有一电压差，因此持续产生电流经由第二NMOS晶体管30输出至有机发光元件20，使有机发光元件20持续维持在发光状态。

请参考图3，图3为一NMOS晶体管在不同栅极电压V_g1、V_g2与V_g3下，所通过的电流I与漏极电压V_d间的关系图。如图3所示，当漏极电压V_dd较小时，亦即位于线性区域，电流I将与漏极电压V_d呈一线性关系，而在漏极电压V_d够大的情况下，将进入饱和区域，产生稳定的电流。此外随着栅极电压的不同，产生的电流I也不同。公知像素驱动方式就是应用这个原理，首先利用数据线驱动电路16产生不同的电压信号，例如不同的电压电平V0～Vn，来调整像素电路26中储存电容32的电压，以提供第二NMOS晶体管30不同的栅极电压，并依此产生不同大小的驱动电流输出至有机发光元件28，使有机发光元件28产生不同的发光亮度，达到显示不同灰度(graylevel)效果的目的。

但由于低温多晶硅制造工艺所制作的薄膜晶体管的栅极启始电压(threshold voltage)随着制造工艺变动而飘移，且栅极启始电压对像素电路26输出的驱动电流有决定性的影响，因此即使数据线驱动电路22用相同电压电平的电压信号去驱动不同像素，也受到第二NMOS晶体管30的栅极启始电压不一致，而产生不同的驱动电流输出，使每个有机发光元件20无法以相同的灰度效果进行显示，产生亮度不均匀的现象，严重影响整个画面的显示品质。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种可产生均匀驱动电流的像素电路结构，以解决上述因栅极启始电压飘移而造成亮度不均的问题。

本发明提供了一种用于驱动一有机发光元件(OLED)的像素电路，该像素电路是设于一显示面板上，该显示面板包含有至少一数据线与一扫描线，以分别提供一电流信号与一电压信号至该像素电路。该像素电路包含有第一NMOS晶体管、第二NMOS晶体管、一PMOS晶体管、第三NMOS晶体管以及一储存电容。该第一NMOS晶体管具有第一栅极、第一漏极及第一源极，其中该第一漏极是电连接于该数据线，以接收该电流信号。而该第二NMOS晶体管具有第二栅极、第二漏极及第二源极。该PMOS晶体管具有第三栅极、第三漏极及第三源极，其中该第一栅极、该第二栅极与该第三栅极均是电连接至该扫描线，以接收该电压信号，而该第三漏极是电连接于一外部电源。该PMOS晶体管，其包含有第三栅极、第三漏极及第三源极，其中该第一栅极、该第二栅极与该第三栅极均是电连接至该扫描线，以接收该电压信号，而该第三漏极是电连接于一外部电源。该第三NMOS晶体管具有第四栅极、第四漏极及第四源极，其中该第四漏极是电连接于该第一源极、该第二漏极与该第三源极，且该第四源极是电连接于该有机发光元件。该储存电容则包含有第一端与第二端，该第一端是连接于该外部电源，而该第二端是连接于该第二源极与该第四栅极。其中该像素电路根据该电流信号以及该电压信号来产生一驱动电流，经由该第三NMOS晶体管输出至该有机发光元件，以控制该有机发光元件的发光亮度。

由于本发明的像素电路是利用一电流信号来控制有机电致发光显示器的发光亮度，且所输出至该有机电致发光显示器的驱动电流等于该电流信号，而不受到栅极启始电压飘移的影响，故能使各像素提供一均匀的灰度亮度，有效提高显示器的显示品质。

附图说明

图1为一公知有机电致发光显示器的示意图。

图2为一公知像素电路的驱动示意图。

图3为一NMOS晶体管的漏极电压与通过电流的关系图。

图4为本发明有机电致发光显示器的示意图。

图5为本发明像素电路的示意图。

附图的符号说明

10有机电致发光显示器 12显示面板

14控制电路 16数据线驱动电路

18扫描线驱动电路 20有机发光元件

22数据线 24扫描线

26像素电路 28第一NMOS晶体管

30第二NMOS晶体管 32储存电容

110有机电致发光显示器 112显示面板

114控制电路 116数据线驱动电路

118扫描线驱动电路 120有机发光元件

122数据线 124扫描线

126像素电路 128第一晶体管

130第二晶体管 132第三晶体管

134第四晶体管 136储存电容

具体实施方式

请参考图4，图4为本发明有机电致发光显示器110的示意图。有机电致发光显示器110包含一显示面板112、一控制电路114、一数据线驱动电路116以及一扫描线驱动电路118。显示面板112包含有一基板以及一显示单元设于基板表面，其中该显示单元包含有多个像素(pixel)，而每一个像素皆包含有一有机发光元件120，例如一有机发光二极管OLED)，其中有机发光元件120是为一电流驱动装置，可根据所通过的电流产生不同灰度级的光线。显示面板112上并设置有多条数据线122，多条垂直于数据线122的扫描线124，以及多个分别电连接于一相对应的数据线122与一相对应的扫描线124的像素电路126。为便于说明，图4中仅显示一个像素电路126，实际上，显示面板112中每一条数据线122与扫描线124的交叉处均设有一像素电路126，分别电连接到对应的数据线122与扫描线124。

请参考图5，图5为本发明中一像素电路126的电路示意图。像素电路126包含有第一晶体管128、第二晶体管130、第三晶体管132、第四晶体管134以及一储存电容136。其中第一晶体管128具有第一漏极、第一栅极以及第一源极，第二晶体管130具有第二漏极、第二栅极以及第二源极，第三晶体管132具有第三漏极、第三栅极以及第三源极，第四晶体管134具有第四漏极、第四栅极以及第四源极。如图5所示，其中数据线122是电连接于该第一漏极，以提供电流信号至该第一漏极，而扫描线124是电连接于该第一栅极、该第二栅极与该第三栅极，并提供一电压信号至该第一栅极、该第二栅极与该第三栅极，以控制第一晶体管128、第二晶体管130、第三晶体管132的导通或关断。而该第一源极、该第二漏极、该第三源极与该第四漏极是电连接于点D。该第三漏极是电连接于一外部电源V_dd，而储存电容136的一端亦连接于该外部电源V_dd，且另一端电连接于该第二源极与该第四栅极(如图中点E所示)，有机发光元件120的一端是电连接于该第四源极，而另一端接地。

第一晶体管128、第二晶体管130、第三晶体管132以及第四晶体管134的类型可依据有机发光元件120的极性方向设计来决定。在本发明的较佳实施例中，第一晶体管128、第二晶体管130以及第四晶体管134均为NMOS晶体管，而第三晶体管132则为PMOS晶体管，因此像素电路126根据扫描线124上的电压进行一开启模式或是一关断模式的操作。此外，在本发明的其他实施例中，第一晶体管128、第二晶体管130、以及第四晶体管134亦可为PMOS晶体管，而第三晶体管132则为NMOS晶体管，以使像素电路126根据扫描线124上的电压进行一开启模式或是一关断模式的操作。以下即以第一晶体管128、第二晶体管130以及第四晶体管134是为NMOS晶体管，而第三晶体管132是为PMOS晶体管的结构为例，说明像素电路126于开启模式下以及于关断模式下的操作情形。

当像素电路126操作在开启模式时，扫描线驱动电路118经由扫描线124输入一高电位的电压信号至像素电路126的该第一栅极、该第二栅极以及该第三栅极，同时数据线驱动电路116经由数据线122输入一电流信号至该第一漏极，此时第一晶体管128、第二晶体管130以及第四晶体管134均为导通状态，而第三晶体管132为关断状态，因此该电流信号将沿着唯一路径，经由第一晶体管128、第二晶体管130、第四晶体管134，最后通过有机发光元件120至接地端。也就是说像素电路126所输出的驱动电流其电流大小必须要等于该电流信号。此外，由于第二晶体管130是为导通状态，因此使该第四漏极与该第四栅极短路并操作于饱和区与线性区的交界处(如图3所示)，而为了使通过第四晶体管134的电流与该电流信号相等，第四晶体管134的漏极电压(V_d)与栅极电压(V_E)将自动调整至一定值，且该栅极电压(V_E)被自动储存于储存电容136内。

当像素电路126操作在关断模式时，扫描线驱动电路118经由扫描线124输入一电压信号至像素电路126，使第一晶体管128与第二晶体管130关断，第三晶体管132导通。由于在开启模式时第四晶体管134的栅极电压被储存在储存电容136内，因此即使第一晶体管128与第二晶体管130已经关断，储存电容136仍然使第四晶体管134的栅极维持与先前开启模式时相同的栅极电压。此外，由于导通的第三晶体管132是电连接至外部电源V_dd，因此外部电源提供一电流至第四晶体管134，以产生一驱动电流输出至有机发光元件120，且该驱动电流大小与先前开启模式下的该电流信号相同。换言之，当像素电路126处于开启模式时，有机发光元件120将根据数据线122上输入的电流信号进行不同灰度级的发光显示，而当进入关断状态时，像素电路126利用储存电容136使有机发光元件120维持相同的亮度显示。

如图4所示，在本发明有机电致发光显示器110中，除了是使用电流式数据线驱动电路116来驱动像素电路126外，其余驱动方法是均与公知技术相似，对于本领域的技术人员而言，应可易于根据附图得知，故在此不予赘述。

与公知技术中利用电压信号来控制像素电路所输出的驱动电流大小相比较，本发明的数据线驱动电路是利用一电流信号来驱动各像素内的像素电路。此外，在本发明的像素电路设计结构下，像素电路输出至有机发光元件的驱动电流大小输入该像素电路的电流信号相等，因此不会受到TFT栅极启始电压飘移的影响，而能根据输入的电流信号提供一规则的驱动电流输出，以使各像素能产生一均匀的灰度亮度，有效提高显示器的显示品质。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的等效变化与改进，皆应属本发明请求保护的范围。

Claims

1.一种用于驱动一有机发光元件的像素电路，该像素电路是设于一显示面板上，该显示面板包含有至少一数据线与一扫描线，分别提供一电流信号与一电压信号至该像素电路，该像素电路包含有：

第一NMOS晶体管，其包含有第一栅极、第一漏极及第一源极，其中该第一漏极是电连接于该数据线，以接收该电流信号；

第二NMOS晶体管，其包含有第二栅极、第二漏极及第二源极；

一PMOS晶体管，其包含有第三栅极、第三漏极及第三源极，其中该第一栅极、该第二栅极与该第三栅极均是电连接至该扫描线，以接收该电压信号，而该第三漏极是电连接于一外部电源；

第三NMOS晶体管，其包含有第四栅极、第四漏极及第四源极，其中该第四漏极是电连接于该第一源极、该第二漏极与该第三源极，且该第四源极是电连接至该有机发光元件；以及

一储存电容包含有第一端与第二端，该第一端是连接于该外部电源，而该第二端是连接于该第二源极与该第四栅极；

其中该像素电路根据该电流信号以及该电压信号来产生一驱动电流，经由该第三NMOS晶体管输出至该有机发光元件，以控制该有机发光元件的发光亮度。

2.如权利要求1的像素电路，其中该有机发光元件的发光亮度是对应于该驱动电流的大小。

3.如权利要求1的像素电路，其中该储存电容是用于调整该第四栅极与该第四漏极之间的电位差，以控制该驱动电流的大小。

4.如权利要求1的像素电路，其中当该第一栅极、该第二栅极与该第四栅极设于一开启状态，且该第三栅极是设于一关断状态时，该储存电容所储存的电位差是由该电流信号所控制。

5.如权利要求1的像素电路，其中当该第一栅极、第二栅极与第四栅极设于一开启状态，且该第三栅极设于一关断状态时，该像素电路所输出的该驱动电流与该电流信号大小相等。

6.如权利要求1的像素电路，其中当该电压信号为一正电压时，该像素电路中的该第一栅极、第二栅极与第四栅极是设于一开启状态，而该第三栅极是设于一关断状态。

7.如权利要求1的像素电路，其中当该电压信号为一负电压时，该像素电路中的该第一栅极与第二栅极是设于一关断状态，而该第三栅极是设于一开启状态。

8.如权利要求1的像素电路，其中该显示面板上还包含有多条数据线与多条扫描线分别电连接至多个与该像素电路相同的矩阵式排列的像素电路。

9.一种有机电致发光显示器的像素电路，该像素电路包含有：

第一晶体管，其包含有第一栅极、第一漏极及第一源极；

第二晶体管，其包含有第二栅极、第二漏极及第二源极；

第三晶体管，其包含有第三栅极、第三漏极及第三源极；

第四晶体管，其包含有第四栅极、第四漏极及第四源极，其中该第四漏极是电连接于该第一源极、该第二漏极与该第三源极；

一数据线，电连接至该第一漏极；

一扫描线，电连接至该第一栅极、该第二栅极与该第三栅极；

一外部电源，电连接至该第三漏极；

一储存电路包含有第一端与第二端，该第一端是连接于该外部电源，而该第二端是连接于该第二源极与该第四栅极；以及

一有机发光元件包含有第三端以及第四端，该第三端是连接至一接地端，而该第四端是连接至该第四源极；

其中当第一电压施加于该扫描线上时，该第一栅极、该第二栅极与该第四栅极是设于一开启状态，且该第三栅极是设于一关断状态；

而当第二电压施加于该扫描线上时，该第一栅极与该第二栅极是设于一关断状态，且该第三栅极是设于一开启状态。

10.如权利要求9的像素电路，其中该第一电压大于该第一栅极与该第二栅极的栅极启始电压。

11.如权利要求9的像素电路，其中该第二电压大于该第三栅极的栅极启始电压。

12.如权利要求9的像素电路，其中该数据线的功能是提供一电流信号至该第一漏极。

13.如权利要求9的像素电路，其中该储存电容的功能是调整该第四栅极与该第四漏极之间的电位差，以控制经由该第四晶体管输入该有机发光元件的电流大小。

14.如权利要求9的像素电路，其中当该第一栅极、第二栅极与第四栅极设于该开启状态，且该第三栅极设于该关断状态时，通过该有机发光元件的电流与经由该数据线输入该第一漏极的电流相等。

15.如权利要求9的像素电路，其中当该第一栅极、该第二栅极与该第四栅极设于该开启状态，且该第三栅极设于该关断状态时，该储存电容的电位是由通过该第一漏极的电流所控制。

16.如权利要求9的像素电路，其中该第一晶体管、该第二晶体管与该第四晶体管均是为一NMOS晶体管，且该第三晶体管是为一PMOS晶体管。

17.如权利要求9的像素电路，其中该第一晶体管、该第二晶体管与该第四晶体管均是为一PMOS晶体管，且该第三晶体管是为一NMOS晶体管。

18.如权利要求9的像素电路，其中该有机发光元件的发光亮度是对应于通过该有机发光元件的电流。

19.如权利要求9的像素电路，其中该显示面板上还包含有多个与该像素电路相同的矩阵式排列的像素电路。