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TWI548112B - 發光二極體模組 - Google Patents

發光二極體模組 Download PDF

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TWI548112B
TWI548112B TW102117050A TW102117050A TWI548112B TW I548112 B TWI548112 B TW I548112B TW 102117050 A TW102117050 A TW 102117050A TW 102117050 A TW102117050 A TW 102117050A TW I548112 B TWI548112 B TW I548112B
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light
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許文曲
劉立偉
張華罡
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友達光電股份有限公司
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Description

發光二極體模組
本發明係關於一種發光二極體模組，尤指一種可產生穩定工作電流之發光二極體模組。
液晶顯示器(Liquid Crystal Display，LCD)具有外型輕薄、省電以及無輻射等優點，因此已被廣泛地應用於多媒體播放器、行動電話、個人數位助理(PDA)、電腦顯示器、或平面電視等電子產品上。此外，有機發光二極體(organic light emitting diode，OLED)顯示器由於可不需背光源、彩色濾光片，具有更輕薄的外型及更鮮艷的色彩表現，也逐漸被廣泛使用。
然而，習知有機發光二極體顯示器的畫素驅動電路中，用以控制工作電流大小及發光二極體之發光程度的開關元件容易造成不穩定，例如電晶體的臨界電壓(threshold voltage)會因長期操作而產生偏移，進而改變流經發光二極體的電流大小，而使畫素驅動電路的顯示器無法顯示正確的灰階亮度。此外，隨著面板尺寸的增加，電壓源造成的電壓降(voltage drop)的情形也越趨嚴重，而發光二極體在長期使用下也會有老化現象，更進一步造成電流的不穩定，使顯示器的畫面品質更趨惡化。
雖然目前已有一些透過補償電路設計來設法解決畫素驅動電路所面臨的臨界電壓問題，但也因此造成開關或電容等電路元件數目增加，造成顯示器的開口率(aperture ratio)下降的問題，或提升了高解析度面板的驅動電 路設計困難度。
本發明之一實施例係關於一種發光二極體模組，該發光二極體模組包含發光單元及發光二極體電路。該發光二極體電路係耦接於該發光單元，該發光二極體電路包含第一電晶體、儲存電容、第二電晶體、第三電晶體及第四電晶體。該第一電晶體具有用以接收資料訊號的第一端，用以接收掃描訊號的控制端，及第二端。該儲存電容具有耦接於該第一電晶體之第二端的第一端，及第二端。該第二電晶體具有用以耦接第一電壓源的第一端，用以接收致能訊號的控制端，及第二端。該第三電晶體具有耦接於該第二電晶體之第二端的第一端，耦接於該儲存電容之第二端的控制端，及第二端。該第四電晶體具有耦接於該儲存電容之第二端的第一端，用以接收控制訊號的控制端，及耦接於該第二電晶體之第二端的第二端。
本發明之另一實施例係關於一種驅動發光二極體模組之方法，該發光二極體模組包含發光單元及耦接於該發光單元的發光二極體電路，該發光二極體電路包含第一電晶體、第二電晶體、第三電晶體、第四電晶體及儲存電容，該第一電晶體之第一端係耦接於資料線，該第一電晶體之第二端係耦接於該儲存電容之第一端，該儲存電容之第二端係耦接於該第三電晶體之控制端及該第四電晶體之第一端，該第二電晶體之第一端係耦接第一電壓源，該第二電晶體之第二端係耦接於該第三電晶體之第一端及該第四電晶體之第二端，該方法包含導通該第一電晶體、該第二電晶體及該第四電晶體，以將該資料線輸入之參考準位寫入該儲存電容；當將該資料線輸入之參考準位寫入該儲存電容後，關閉該第二電晶體；當關閉該第二電晶體後，關閉該第四電晶體；將該資料線輸入之資料準位寫入該儲存電容；當將該資料線輸入之資料準位寫入該儲存電容時，關閉該第一電晶體；及當關閉該第一電晶 體後，開啟該第二電晶體。
透過本發明實施例，發光二極體模組可在不降低顯示器開口率的情況下，改善先前技術中，因為電晶體的臨界電壓偏移、電壓源產生電壓降，以及有機發光二極體老化而使操作電流不穩定的問題。
100、400‧‧‧發光二極體模組
302至312‧‧‧步驟
110、410‧‧‧發光單元
120、420‧‧‧發光二極體電路
Cst‧‧‧儲存電容
D1‧‧‧發光二極體
Data‧‧‧資料訊號
Scan‧‧‧掃描訊號
OVDD‧‧‧第一電壓源
OVSS‧‧‧第二電壓源
IOLED‧‧‧電流
T1‧‧‧第一電晶體
T2‧‧‧第二電晶體
T3‧‧‧第三電晶體
T4‧‧‧第四電晶體
EM‧‧‧致能訊號
DIS‧‧‧控制訊號
Vref‧‧‧參考準位
Vdata‧‧‧資料準位
△V‧‧‧電壓差
第1圖係為本發明第一實施例發光二極體模組之示意圖。
第2圖係為驅動第1圖發光二極體模組之流程圖。
第3A圖係為驅動第1圖發光二極體模組之時序圖。
第3B圖係為驅動第1圖發光二極體模組之另一時序圖。
第4圖係為本發明第二實施例發光二極體模組之示意圖。
本揭露特別以下述例子加以描述，這些例子僅係用以舉例說明而已，因為對於熟習此技藝者而言，在不脫離本揭示內容之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭示內容之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。在通篇說明書與申請專利範圍中時，除非內容清楚指定，否則「一」以及「該」的意義包含這一類敘述包括「一或至少一」該元件或成分。此外，如本揭露所用，除非從特定上下文明顯可見將複數排除在外，否則單數冠詞亦包括複數個元件或成分的敘述。而且，應用在此描述中與下述之全部申請專利範圍中時，除非內容清楚指定，否則「在其中」的意思可包含「在其中」與「在其上」。在通篇說明書與申請專利範圍所使用之用詞(terms)，除有特別註明，通常具有每個用詞使用在此領域中、在此揭露之內容中與特殊內容中的平常意義。某些用以描述本揭露之用詞將於下或在此說明書的別處討論，以提供從業人員(practitioner)在有關本揭露之描述上額外的 引導。在通篇說明書之任何地方之例子，包含在此所討論之任何用詞之例子的使用，僅係用以舉例說明，當然不限制本揭露或任何例示用詞之範圍與意義。同樣地，本揭露並不限於此說明書中所提出之各種實施例。
在此所使用的用詞「實質上(substantially)」、「大約(around)」、「約(about)」或「近乎(approximately)」應大體上意味在給定值或範圍的20%以內，較佳係在10%以內。此外，在此所提供之數量可為近似的，因此意味著若無特別陳述，可以用詞「大約」、「約」或「近乎」加以表示。當一數量、濃度或其他數值或參數有指定的範圍、較佳範圍或表列出上下理想值之時，應視為特別揭露由任何上下限之數對或理想值所構成的所有範圍，不論該等範圍是否分別揭露。舉例而言，如揭露範圍某長度為X公分到Y公分，應視為揭露長度為H公分且H可為X到Y之間之任意實數。
此外，「耦接」一詞在此係包含任何直接及間接的電氣連接手段，其意義相當於「電(性)耦接」或「電(性)連接」。舉例而言，若文中描述一第一裝置電性耦接於一第二裝置，則代表該第一裝置可直接連接於該第二裝置，或透過其他裝置或連接手段間接地連接至該第二裝置。另外，若描述關於電訊號之傳輸、提供，熟習此技藝者應該可以了解電訊號之傳遞過程中可能伴隨衰減或其他非理想性之變化，但電訊號傳輸或提供之來源與接收端若無特別敘明，實質上應視為同一訊號。舉例而言，若由電子電路之端點A傳輸(或提供)電訊號S給電子電路之端點B，其中可能經過一開關之兩端及/或可能之雜散電容而產生電壓降，但此設計之目的若非刻意使用傳輸(或提供)時產生之衰減或其他非理想性之變化而達到某些特定的技術效果，電訊號S在電子電路之端點A與端點B應可視為實質上為同一訊號。
可了解如在此所使用的用詞「包含(comprising)」、「包含 (including)」、「具有(having)」、「含有(containing)」、「包含(involving)」等等，為開放性的(open-ended)，即意指包含但不限於。另外，本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之申請專利範圍。
下文依本發明畫素驅動電路特舉實施例配合所附圖式作詳細說明，但所提供之實施例並非用以限制本發明所涵蓋的範圍。
請參考第1圖，第1圖係為本發明第一實施例發光二極體模組100之示意圖。如第1圖所示，發光二極體模組100包含發光單元110及發光二極體電路120。發光單元110包含發光二極體D1，發光二極體電路120包含第一電晶體T1、儲存電容Cst、第二電晶體T2、第三電晶體T3、第四電晶體T4及發光二極體D1。第一電晶體T1具有用以接收資料訊號Data的第一端，用以接收掃描訊號Scan的控制端，及第二端。儲存電容Cst具有耦接於第一電晶體T1之第二端的第一端，及第二端。第二電晶體T2具有用以耦接第一電壓源OVDD的第一端，用以接收致能訊號EM的控制端，及第二端。第三電晶體T3具有耦接於第二電晶體T2之第二端的第一端，耦接於儲存電容Cst之第二端的控制端，及第二端。第四電晶體T4具有耦接於儲存電容Cst之第二端的第一端，用以接收控制訊號DIS的控制端，及耦接於第二電晶體T2之第二端的第二端。發光二極體D1具有耦接於第三電晶體T3之第二端的第一端，及用以耦接第二電壓源OVSS的第二端。發光二極體D1之第一端可為陽極(anode)，發光二極體之第二端可為陰極(cathode)。
在本發明中，第一電晶體T1、第二電晶體T2、第三電晶體T3及第四電晶體T4可為N型薄膜電晶體，但亦可置換為P型薄膜電晶體。此外， 第一電壓源OVDD係為高準位電壓，第二電壓源OVSS係為低準位電壓。
請參考第2圖及第3A圖，第2圖係為驅動第1圖發光二極體模組100之流程圖，第3A圖係為驅動第1圖發光二極體模組100之時序圖，第2圖說明如下：步驟302：導通第一電晶體T1、第二電晶體T2及第四電晶體T4，以將資料線輸入之參考準位Vref寫入儲存電容Cst；步驟304：當將資料線輸入之參考準位Vref寫入儲存電容Cst後，關閉第二電晶體T2；步驟306：當關閉第二電晶體T2後，關閉第四電晶體T4；步驟308：當關閉第四電晶體T4後，將資料線輸入之資料訊號寫入儲存電容Cst；步驟310：當將資料線輸入之資料訊號寫入儲存電容時，關閉第一電晶體T1；步驟312：當關閉第一電晶體後T1，開啟第二電晶體T2，並將資料線重置至參考準位Vref。
在第3A圖中，控制訊號DIS、掃描訊號Scan、資料訊號Data以及致能訊號EM的時序係由上而下排列，且時序上依序為起始(initial)階段、補償階段(compensate)、資料輸入(data in)階段以及發光(emission)階段。在步驟302中，導通第一電晶體T1、第二電晶體T2及第四電晶體T4，以將資料線輸入之參考準位Vref寫入儲存電容Cst，係於起始階段導通第一電晶體T1、第二電晶體T2及第四電晶體T4，以將資料線輸入之參考準位寫入儲存電容Cst，在第一電晶體T1、第二電晶體T2及第四電晶體T4導通後，第三電晶體T3亦會隨之導通。
在起始階段中，由於第一電晶體T1、第二電晶體T2及第四電晶體T4皆導通，因此第三電晶體T3的第一端及控制端的準位實質上皆為第一電壓源OVDD的準位(簡稱OVDD)，而儲存電容Cst之第一端的準位係實質上為參考準位(簡稱Vref)，由於第三電晶體T3操作如二極體，第三電晶體T3的第二端的電位係實質上為第二電壓源OVSS的準位(簡稱OVSS)加上發光二極體D1的準位(簡稱VOLED)。接著在補償階段中，由於致能訊號EM為低準位，因此第二電晶體T2將會關閉，然第一電晶體T1及第四電晶體T4仍導通，使儲存電容Cst之第一端仍實質上維持在Vref，第三電晶體T3之第一端及控制端的準位實質上皆成為VTH3+VOLED+OVSS，VTH3係為第三電晶體T3的臨界電壓，此時第三電晶體T3亦操作如二極體，第三電晶體T3的第二端的電位仍實質上維持在為VOLED+OVSS。之後控制訊號DIS會在資料輸入階段之前被拉至低準位以關閉第四電晶體T4，使得第三電晶體T3之第一端的準位成為浮動準位(floating)；而由於第三電晶體T3之控制端的準位實質上係為VTH3+VOLED+OVSS，其會將第三電晶體T3維持在導通狀態，因此第三電晶體T3之第二端會隨著第一端成為浮動準位(floating)。
在資料輸入階段中，資料訊號的準位係由Vref拉升至資料準位(簡稱Vdata)，而此時第三電晶體T3之控制端的準位實質上成為VTH3+VOLED+OVSS+Vdata-Vref，其會將第三電晶體T3維持在導通狀態，使得第三電晶體T3之第一端及第二端的準位實質上仍維持在浮動準位(floating)。在資料輸入階段結束時，掃描訊號Scan會被拉至低準位以關閉第一電晶體T1，之後資料訊號Data會由Vdata降至Vref，然此時由於第一電晶體T1已關閉，因此儲存電容Cst之第一端的準位會實質上維持在Vdata。接著進入發光階段時，由於第一電晶體T1仍係關閉，儲存電容Cst之第一端的準位實質上仍維持在Vdata，第三電晶體T3之控制端的準位會實質上維持在VTH3+VOLED+OVSS+Vdata-Vref，而另由於致能訊號EM回到高準位，第三電 晶體T3之第一端的準位實質上會成為OVDD，再者由於第三電晶體T3係操作在飽和區，第三電晶體T3的第二端的準位會實質上成為VOLED+OVSS。流經發光二極體D1的電流可經由方程式(1)計算出：IOLED=k(VGS3-VTH3)2=k(VG3-VS3-VTH3)2 (1)
在方程式(1)中，IOLED係為流經發光二極體D1的電流，k係為常數，VGS3係為第三電晶體T3的閘極與源極的跨壓，VG3係為第三電晶體T3的閘極電壓，VS3係為第三電晶體T3的源極電壓。因此，在第一實施例的設置下，將發光階段下第三電晶體T3之控制端的準位VTH3+VOLED+OVSS+Vdata-Vref代入VG3，以及將VOLED+OVSS代入VS3，可得出以下方程式(2)：IOLED=k(Vdata-Vref)2 (2)
由方程式(2)可知，流經發光二極體D1的電流IOLED僅受到Vdata以及Vref的影響，而Vdata、Vref均與第三電晶體T3的臨界電壓VTH3、第一電壓源OVDD及發光二極體D1不相關，故發光二極體模組100中用以驅動發光二極體D1的電流穩定度將不會因為第三電晶體T3的臨界電壓VTH3偏移、第一電壓源OVDD所造成之電壓降，以及發光二極體D1之OLED老化現象而受影響。
請參考第3B圖，第3B圖係為驅動第1圖發光二極體模組100之另一時序圖。第3B圖與第3A圖的差別在於，在第3B圖中，控制訊號DIS會在資料輸入階段之後才被拉至低準位以關閉第四電晶體T4，而VG3的電位在從補償階段進入輸入資料階段時會先被拉升，接著於資料階段中會逐漸放電，而此時第三電晶體T3之控制端的準位實質上成為 VTH3+VOLED+OVSS+Vdata-△V，△V係為電壓差。由於電晶體元件在製造上會有電子遷移率(mobility)不盡相同的情況，而因為電晶體元件的電子遷移率會隨△V變化，因此透過上述本發明之操作，可以使每個發光二極體電路中的第三電晶體的電子遷移率均勻化，以解決電晶體元件於出廠時電子遷移率不盡相同的情況。
請參考第4圖，第4圖係為本發明第二實施例發光二極體模組400之示意圖。如第4圖所示，發光二極體電路400包含發光單元410及發光二極體模組420，發光單元410包含發光二極體D1。發光二極體模組100與400的差別僅在於發光二極體D1位置設置的不同。在發光二極體模組400中，發光二極體D1具有用以耦接第一電壓源OVDD的第一端，及第二端；第二電晶體T2具有耦接發光二極體D1之第二端的第一端，用以接收致能訊號EM的控制端，及第二端；第三電晶體T3具有耦接於第二電晶體T2之第二端的第一端，耦接於儲存電容Cst之第二端的控制端，及用以耦接第二電壓源OVSS的第二端。
同樣地，透過第二實施例，發光二極體模組400中用以驅動發光二極體D1的電流穩定度將不會因為第三電晶體T3的臨界電壓VTH3偏移、第一電壓源OVDD所造成之電壓降，以及發光二極體D1之OLED老化現象而受影響。另外，對發光二極體模組400的操作步驟以及執行時序可參考第2圖及第3A圖，故不再贅述。
綜上所述，透過本發明第一實施例及第二實施例，發光二極體模組100及400可在不降低顯示器開口率的情況下，改善先前技術中，因為電晶體的臨界電壓偏移、第一電壓源OVDD產生電壓降，以及OLED老化而使操作電流不穩定的問題。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
100‧‧‧發光二極體模組
110‧‧‧發光單元
120‧‧‧發光二極體電路
Cst‧‧‧儲存電容
D1‧‧‧發光二極體
Data‧‧‧資料訊號
Scan‧‧‧掃描訊號
OVDD‧‧‧第一電壓源
OVSS‧‧‧第二電壓源
IOLED‧‧‧電流
T1‧‧‧第一電晶體
T2‧‧‧第二電晶體
T3‧‧‧第三電晶體
T4‧‧‧第四電晶體
EM‧‧‧致能訊號
DIS‧‧‧控制訊號

Claims (10)

  1. 一種發光二極體模組，包含：一發光單元；及一發光二極體電路，耦接於該發光單元，僅包含：一第一電晶體，具有一用以接收一資料訊號的第一端，一用以接收一掃描訊號的控制端，及一第二端；一儲存電容，具有一耦接於該第一電晶體之第二端的第一端，及一第二端；一第二電晶體，具有一用以耦接一第一電壓源的第一端，一用以接收一致能訊號的控制端，及一第二端；一第三電晶體，具有一耦接於該第二電晶體之第二端的第一端，一耦接於該儲存電容之第二端的控制端，及一第二端；以及一第四電晶體，具有一耦接於該儲存電容之第二端的第一端，一用以接收一控制訊號的控制端，及一耦接於該第二電晶體之第二端的第二端。
  2. 如請求項1所述之發光二極體模組，其中該發光單元具有一耦接於該第三電晶體之第二端的第一端，及一用以耦接一第二電壓源的第二端。
  3. 如請求項1所述之發光二極體模組，其中該發光單元具有一用以耦接該第一電壓源的第一端，及一用以耦接該第二電晶體之第一端的第二端。
  4. 如請求項2或3所述之發光二極體模組，其中該第一電晶體、該第二電晶體、該第三電晶體及該第四電晶體係為N型薄膜電晶體。
  5. 一種驅動發光二極體模組之方法，該發光二極體模組包含一發光單元及一耦接於該發光單元的發光二極體電路，該發光二極體電路僅包含一第一電晶體、一第二電晶體、一第三電晶體、一第四電晶體及一儲存電容，該第一電晶體之第一端係耦接於一資料線，該第一電晶體之第二端係耦接於該儲存電容之第一端，該儲存電容之第二端係耦接於該第三電晶體之控制端及該第四電晶體之第一端，該第二電晶體之第一端係耦接一第一電壓源，該第二電晶體之第二端係耦接於該第三電晶體之第一端及該第四電晶體之第二端，該方法包含：導通該第一電晶體、該第二電晶體及該第四電晶體，以將該資料線輸入之參考準位寫入該儲存電容；當將該資料線輸入之參考準位寫入該儲存電容後，關閉該第二電晶體；當關閉該第二電晶體後，關閉該第四電晶體；將該資料線輸入之資料準位寫入該儲存電容；當將該資料線輸入之資料準位寫入該儲存電容時，關閉該第一電晶體；及當關閉該第一電晶體後，開啟該第二電晶體。
  6. 如請求項5所述之方法，其中將該資料線輸入之資料準位寫入該儲存電容係於關閉該第四電晶體後執行。
  7. 如請求項5所述之方法，其中該發光單元具有一耦接於該第三電晶體之第二端的第一端，及一用以耦接一第二電壓源的第二端。
  8. 如請求項5所述之方法，其中該發光單元具有一用以耦接該第一電壓源的第一端，及一用以耦接該第二電晶體之第一端的第二端。
  9. 如請求項7或8所述之方法，另包含當關閉該第一電晶體後，將該資料線重置至該參考準位。
  10. 如請求項7或8所述之方法，其中該第一電晶體、該第二電晶體、該第三電晶體及該第四電晶體係為N型薄膜電晶體。
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