CN1261918C

CN1261918C - 显示器的像素电路

Info

Publication number: CN1261918C
Application number: CNB021059594A
Authority: CN
Inventors: 李纯怀
Original assignee: AU Optronics Corp
Current assignee: AU Optronics Corp
Priority date: 2002-04-10
Filing date: 2002-04-10
Publication date: 2006-06-28
Anticipated expiration: 2022-04-10
Also published as: CN1450517A

Abstract

本发明提供一种显示器的像素电路。此显示器具有多个像素，每一个像素具有第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、一电容、以及一发光二极管。本发明可以使电流驱动像素的方式，通过n型的非晶硅薄膜晶体管来完成，而不需使用低温多晶硅薄膜晶体管。并且可通过调整像素本身的薄膜晶体管的信道宽度/信道长度比，来补偿红(R)、绿(G)、以及蓝(B)三种像素特性不同的效应，而不需使用驱动集成电路给予不同的数据电流。

Description

显示器的像素电路

技术领域

本发明涉及一种的像素电路，且特别是关于一种非晶硅薄膜晶体管的像素电路。

背景技术

人类最早能看到的动态影像为记录片形式的电影。之后，阴极射线管(Cathode Ray Tube，简称CRT)的发明，成功地衍生出商业化的电视机，并成为每个家庭必备的家电用品。随着科技的发展，CRT的应用又扩展到计算机产业中的桌上型监视器，而使得CRT风光将近数十年之久。但是CRT所制作成的各类型显示器都面临到辐射线的问题，并且因为内部电子枪的结构，而使得显示器体积庞大并占空间，所以不利于薄形化、轻量化及大型化。

由于上述的问题，而使得研究人员着手开发所谓的平板显示器(Flat Panel Display)。这个领域包含液晶显示器(Liquid Crystal Display，简称LCD)、场发射显示器(Field Emission Display，简称FED)、真空荧光数码显示器(Vacuum Fluorescent Display，简称VFD)、有机光发射二极管(Organic Light Emitting Diode，简称OLED)、以及等离子体显示板(Plasma Display Panel，简称PDP)。

其中，有机光发射二极管又称为有机物电致发光显示器(OrganicElectroluminescence Display)，其为自发光性的元件，且为点矩阵式显示器。因为OLED的特性为直流低电压驱动、高亮度、高效率、高对比值、以及轻薄，并且其发光色泽由红(Red，简称R)、绿(Green，简称G)、以及蓝(Blue，简称B)三原色至白色的自由度高，因此OLED被喻为下一是世代的新型平面面板的发展重点。OLED技术除了兼具LCD的轻薄与高分辨率，以及LED的主动发光、响应速度快与省电冷光源等优点外，还有视角广、色彩对比效果好及成本低等多项优点。因此，OLED可广泛应用于移动电话、数字相机、个人数字助理(PDA)乃至于更大面积的显示器。

从驱动方式的观点来看，OLED可分为被动矩阵(Passive Matrix)驱动方式及主动矩阵(Active Matrix)驱动方式两大种类。被动矩阵式OLED的优点在于结构非常简单且不需要使用薄膜晶体管(Thin FilmTransistor，简称TFT)驱动，因而成本较低，但其缺点为不适用于高分辨率画质的应用，而且在朝向大尺寸面板发展时，会产生耗电量增加、元件寿命降低、以及显示性能不佳等问题。而主动矩阵式OLED的优点除了可应用在大尺寸的主动矩阵驱动方式的需求外，其视角广、高亮度、以及响应速度快的特性也是不可忽视的，但是其成本会比被动矩阵式OLED略高。

对于主动矩阵式OLED而言，其驱动像素(Pixel)的方式通常采用电流驱动的方式。目前主动矩阵式OLED的电流驱动方式，通常需要结合低温多晶硅(Low Temperature Poli-Silicon，简称LTPS)TFT的生产技术，因此大都是使用p型TFT或是p型TFT加上n型TFT所构成。这是因为低温多晶硅TFT具有较高的电子与空穴移动率的特性，以及提供p信道元件的特性，因此能产生比非晶硅(Amorphous Silicon，简称α-Si)TFT大的驱动电流。对于非晶硅而言，并无法制作出适当的p型信道TFT，所以目前像素的电流驱动方式，并不适用于α-Si TFT的使用。再者，在目前的像素电路中，驱动电流与数据电流大都相等，所以对于特性不同的R、G、以及B三种像素而言，必须利用驱动集成电路(Integrated Circuit，简称IC)给予不同的数据电流，以补偿R、G、以及B三种像素特性不同的效应。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种显示器的像素电路。此像素电路可通过n型的α-Si TFT来完成，而不需使用LTPS TFT。并且可通过调整像素本身的TFT的信道宽度/信道长度比，来补偿红、绿、蓝三种像素特性不同的效应，而不需使用驱动IC给予不同的数据电流。

为达成上述及其它目的，本发明提出一种显示器的像素电路，其包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、电容、以及发光二极管。其中，第一晶体管具有第一漏极、第一栅极、以及第一源极，其中第一漏极耦接至一数据信号电极，此数据信号电极输出一数据电流，而第一栅极耦接至扫描线。第二晶体管具有第二漏极、第二栅极、以及第二源极，其中第二漏极耦接至第一源极，而第二栅极耦接至扫描线及第一栅极。第三晶体管具有第三漏极、第三栅极、以及第三源极，其中第三漏极耦接至第一源极及第二漏极，而第三栅极耦接至第二源极。第四晶体管，具有第四漏极、第四栅极、以及第四源极，其中第四漏极耦接至一电压源，第四栅极耦接至第二源极及该第三栅极，而第四源极耦接至该第三源极。电容具有第一端及第二端，其中第一端耦接至第二源极、第三栅极、以及第四栅极，而第二端耦接至第三源极及第四源极。而发光二极管具有正极及负极，其中正极耦接至第三源极、第四源极、以及第二端，而负极耦接至接地端。

在本发明的实施例中，通过调整第三晶体管的信道宽度/信道长度比，以及第四晶体管的信道宽度/信道长度比，可以使流经第四晶体管的驱动电流不同于数据电流。

在本发明的实施例中，发光二极管为有机光发射二极管或为高分子发光二极管。

在本发明的实施例中，第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、以及第四晶体管可均为n型非晶硅薄膜晶体管(α-Si TFT)。

本发明另外还提出一种显示器的像素电路，其包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、电容、以及发光二极管。其中，第一晶体管具有第一漏极、第一栅极、以及第一源极，其中第一漏极耦接至一数据信号电极，此数据信号电极输出一数据电流，而第一栅极耦接至扫描线。第二晶体管具有第二漏极、第二栅极、以及第二源极，其中第二漏极耦接至数据电流及第一漏极，而第二栅极耦接至扫描线及第一栅极。第三晶体管具有第三漏极、第三栅极、以及第三源极，其中第三漏极耦接至第一源极，而第三栅极耦接至第二源极。第四晶体管具有第四漏极、第四栅极、以及第四源极，其中第四漏极耦接至一电压源，第四栅极耦接至第二源极及第三栅极，而第四源极耦接至第三源极。电容具有第一端及第二端，其中第一端耦接至第二源极、第三栅极、以及第四栅极，而第二端耦接至第三源极及第四源极。而发光二极管具有正极及负极，其中正极耦接至第三源极、第四源极、以及第二端，而负极耦接至接地端。

综上所述，本发明可以使电流驱动像素的方式，通过的α-Si TFT来完成，而不需使用LTPS TFT。并且可通过调整像素本身的TFT的信道宽度/信道长度比，来补偿R、G、以及B三种像素特性不同的效应，而不需使用驱动IC给予不同的数据电流。

附图说明

为让本发明的上述和其它目的、特征和优点，能更加明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图标，做详细说明如下：

图1绘示的是根据本发明一较佳实施例的显示器的像素电路的结构图；

图2绘示的是根据本发明一较佳实施例显示器的像素电路中的每一个像素的电路图；以及

图3绘示的是根据本发明另一较佳实施例的显示器的像素电路中的每一个像素的电路图。

图中符号说明：

10：像素

20、30：像素电路

11：数据信号电极

12：扫描信号电极

13：数据线

14：扫描线

T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8：晶体管

C1、C2：电容

OLED1、OLED2：有机发光二极管

具体实施方式

请参照图1，其绘示的是根据本发明一较佳实施例的显示器的像素电路的结构图。此像素电路的结构为阵列的结构，其包括数据信号电极11、扫描信号电极12、数据线13、以及扫描线14。在此实施例中，数据信号电极11会供给电流至数据线13，而扫描信号电极12会供给电压至扫描线14。此外，数据线13中的每一条数据线及扫描线14中的每一条扫描线，会构成一个像素10。

根据本发明一较佳实施例的显示器的像素电路图，请参照图2所绘示。像素电路20包括晶体管T1、晶体管T2、晶体管T3、晶体管T4、电容C、以及发光二极管。而在本实施例中，发光二极管以有机发光二极管OLED1来实现。此外，晶体管T1、晶体管T2、晶体管T3、以及晶体管T4均为n型的α-Si TFT。底下将叙述像素电路20的结构。

晶体管T1、T2、T3与T4均为三端元件，分别具有一漏极、一栅极、以及一源极。电容C1具有第一端及第二端。而有机发光二极管OLED1具有正极及负极。其中，晶体管T1的漏极会耦接至数据信号电极，而数据信号电极会输送一数据电流。晶体管T1的栅极及晶体管T2的栅极会耦接至扫描线。晶体管T1的源极会耦接至晶体管T2的漏极及晶体管T3的漏极。晶体管T2的源极会耦接到晶体管T3的栅极、晶体管T4的栅极、以及电容C1的第一端。晶体管T3的源极会耦接到晶体管T4的源极、电容C1的第二端、以及有机发光二极管OLED1的正极。晶体管T4的漏极会耦接至一电压源V_DD。而有机发光二极管OLED1的负极会耦接到接地端。

接下来将叙述像素电路20的运行情形。在本实施例中，假设数据电流为1μ安培，而晶体管T3及晶体管T4具有相同的临界电压(Threshold Voltage)。当扫描线设定在高电位时，会使晶体管T1的栅极与源极之间的电压V_gs1大于晶体管T1的临界电压，以及会使晶体管T2的栅极与源极之间的电压V_gs2大于晶体管T2的临界电压，而分别使晶体管T1及晶体管T2导通。此时，数据电流会流过T1及T2，并且对电容C 1充电。当电容C1充电的电压到达晶体管T3的临界电压时，晶体管T3会导通，1μ安培的数据电流即通过晶体管T3。因为晶体管T4的临界电压与晶体管T3的临界电压相同，所以晶体管T4也会导通，而流过一电流值的驱动电流。通过电容C1所充电的电压，会使得晶体管T3的栅极与源极之间的电压V_gs3相同于晶体管T4的栅极与源极之间的电压V_gs4。假设晶体管T3及晶体管T4的信道宽度/信道长度比相同，则晶体管T4的驱动电流也为1μ安培。在此例中，当晶体管T3及晶体管T4导通时，驱动有机发光二极管OLED1的电流在短暂的时间内会到达2μ安培；当扫描线设定在低电位时，晶体管T1及晶体管T2会关闭，此时晶体管T3无电流流过，但电容C1所充电的电压仍得以保持，而使晶体管T4保持之前电流值的驱动电流，藉以持续驱动有机发光二极管OLED1，且驱动有机发光二极管OLED1的电流与晶体管T4的驱动电流(1μ安培)相同。而由于有机发光二极管OLED1本身具有电容的特性，故短暂的2μ安培电流有助于对有机发光二极管OLED1充电，使有机发光二极管OLED1以更快的速度达到饱和的状态。

晶体管在饱和区的漏极电流的公式为：I_d＝(1/2)×μ_n×C_ox×(W/L)×(V_gs-V_th)²，其中电子移动率μ_n及单位面积上的栅极电容C_ox为定值，V_th为晶体管的临界电压，W为晶体管的信道宽度，而L为晶体管的信道长度。由此公式可知，由于V_gs3＝V_gs4，所以通过调整晶体管T3及晶体管T4的信道宽度/信道长度比，即可以调整晶体管T3及晶体管T4的电流比。因此，通过调整晶体管T3及晶体管T4的信道宽度/信道长度比，可以在相同的数据电流下，使晶体管T4的驱动电流不同于数据电流，因此可以补偿R、G、以及B三种元件特性不同的效应。而与现有的一种电流驱动像素的方式比较可知，因为的OLED显示器的红、绿、蓝三种像素的特性各不相同，因此必须使用驱动IC给予不同的数据电流，来补偿红、绿、蓝三种像素特性不同的效应。此外要说明的是，晶体管T1的作用为数据电流只会流过被选择的扫描线；而晶体管T2的作用为当扫描线设定在高电位时，可以对电容C1充电；并且当扫描线设定在低电位时，可以用来防止电容C1的放电，而使晶体管T4的V_gs4得以维持。

而本发明第二较佳实施例显示器的像素电路图，请参照图3所绘示。像素电路30包括晶体管T5、晶体管T6、晶体管T7、晶体管T8、电容C2、以及OLED2，其中晶体管T5、晶体管T6、晶体管T7、以及晶体管T8均为n型的α-Si TFT。底下将叙述像素电路30的结构。

晶体管T5、T6、T7与T8均为三端元件，分别具有一漏极、一栅极、以及一源极。电容C2具有第一端及第二端。而OLED2具有正极及负极。其中，晶体管T5的漏极会耦接至晶体管T6的漏极及数据信号电极，而数据信号电极会输送一数据电流。晶体管T5的栅极及晶体管T6的栅极会耦接至扫描线。晶体管T5的源极会耦接至晶体管T7的漏极。晶体管T6的源极会耦接到晶体管T7的栅极、晶体管T8的栅极、以及电容C2的第一端。晶体管T7的源极会耦接到晶体管T8的源极、电容C2的第二端、以及有机发光二极管OLED2的正极。晶体管T8的漏极会耦接至一电压源V_DD。而有机发光二极管OLED2的负极会耦接到接地端。

比较第一较佳实施例(图2)与第二较佳实施例(图3)的结构可知，除了晶体管T5及晶体管T6改为并联外，其余均相同。就功能而言，两实施例的不同之处为：当第二较佳实施例(图3)的扫描线设定在高电位(例如为15伏特)时，晶体管T5的栅极、源极电压差V_gs5及晶体管T6的栅极、源极电压差V_gs6均可达15伏特。而当第一较佳实施例(图2)的扫描线设定在高电位(例如为15伏特)时，晶体管T1的栅极、源极电压差V_gs1加上晶体管T2的栅极、源极电压差V_gs2才为15伏特。因此，流经晶体管T5及晶体管T6的电流比流经晶体管T1及晶体管T2的电流高，而使第二较佳实施例(图3)中的有机发光二极管OLED2驱动电流比第一较佳实施例(图2)中的有机发光二极管OLED1驱动电流高。除了上述的差异之外，两实施例的功能完全相同。

综上所述，本发明可以使电流驱动像素的方式，通过n型的α-SiTFT来完成，而不需使用低温多晶硅TFT。并且可通过调整像素本身的TFT的信道宽度/信道长度比，来补偿红、绿、蓝三种像素特性不同的效应，而不需使用驱动IC给予不同的数据电流。

虽然本发明已以较佳实施例揭露于上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当以权利要求书并结合说明书及附图所界定者为准。

Claims

1.一种显示器的像素电路，包括：

一第一晶体管，具有一第一漏极、一第一栅极、以及一第一源极，其中第一栅极耦接至一扫描线，而第一漏极耦接至一数据信号电极，数据信号电极输出一数据电流；

一第二晶体管，具有一第二漏极、一第二栅极、以及一第二源极，其中第二漏极耦接至第一源极，而第二栅极耦接至扫描线及第一栅极；

一第三晶体管，具有一第三漏极、一第三栅极、以及一第三源极，其中第三漏极耦接至第一源极及第二漏极，而第三栅极耦接至第二源极；

一第四晶体管，具有一第四漏极、一第四栅极、以及一第四源极，其中第四漏极耦接至一电源供应器，电源供应器具有一电压源，第四栅极耦接至第二源极及第三栅极，而第四源极耦接至第三源极；

一电容，具有一第一端及一第二端，其中第一端耦接至第二源极、第三栅极、以及第四栅极，而第二端耦接至第三源极及第四源极；以及

一发光二极管，具有一正极及一负极，其中该正极耦接至第三源极、第四源极、以及电容的第二端，而该负极接地。

2.如权利要求1所述的显示器的像素电路，其特征在于：通过调整该第三晶体管的信道宽度/信道长度比，以及第四晶体管的信道宽度/信道长度比，可以使流经第四晶体管的电流不同于数据电流。

3.如权利要求1所述的显示器的像素电路，其特征在于：该发光二极管为一有机光发射二极管。

4.如权利要求1所述的显示器的像素电路，其特征在于：该发光二极管为一高分子发光二极管。

5.如权利要求1所述的显示器的像素电路，其特征在于：该第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、以及第四晶体管均为n型非晶硅薄膜晶体管。

6.一种显示器的像素电路，包括：

一第二晶体管，具有一第二漏极、一第二栅极、以及一第二源极，其中第二漏极耦接至数据信号电极及第一漏极，而第二栅极耦接至扫描线及第一栅极；

一第三晶体管，具有一第三漏极、一第三栅极、以及一第三源极，其中第三漏极耦接至第一源极，而第三栅极耦接至第二源极；

一发光二极管，具有一正极及一负极，其中该正极耦接至第三源极、第四源极、以及第二端，而该负极接地。

7.如权利要求6所述的显示器的像素电路，其特征在于：通过调整该第三晶体管的信道宽度/信道长度比，以及第四晶体管的信道宽度/信道长度比，可以使流经第四晶体管的电流不同于数据电流。

8.如权利要求6所述的显示器的像素电路，其特征在于：该发光二极管为一有机光发射二极管。

9.如权利要求6所述的显示器的像素电路，其特征在于：该发光二极管为一高分子发光二极管。

10.如权利要求6所述的显示器的像素电路，其特征在于：该第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、以及第四晶体管均为非晶硅n型薄膜晶体管。