专利名称：显示器的驱动方法
技术领域：
本发明关于一种显示器的驱动方法，特别是关于一种具有薄膜晶体管电性重置程序的电激发光显示器的驱动方法。
背景技术：
有机发光二极管为一种电流驱动的元件，其发光亮度随着通过有机发光二极管的电流而改变。有机发光二极管的主动元件包括多晶硅薄膜晶体管(LTPS-TFT)与非晶硅薄膜晶体管(a-Si TFT)。其中多晶硅薄膜晶体管为现今业界较常使用者；而非晶硅薄膜晶体管以其制程所需光罩数量少，成膜温度低且成本便宜而成为未来的趋势。然而，无论是多晶硅薄膜晶体管或非晶硅薄膜晶体管，在长时间工作下，皆有临界电压值上升而造成导通电流下降的问题，尤其以非晶硅薄膜晶体管更为严重。
使用非晶硅薄膜晶体管为主动元件的有机电激发光面板于电流导通的过程中，非晶硅薄膜晶体管的通道会有高电流流经其中，容易造成电子被捕陷(trapped)在其栅极介电层(gate dielectric)之中，导致非晶硅薄膜晶体管的临界电压(Vth)上升，电流下降，使得有机发光二极管的亮度下降且面板寿命缩短。
由于使用非晶硅薄膜晶体管的有机电激发光面板有上述问题，因此在驱动时序上，较一般以多晶硅薄膜晶体管为主动元件的有机电激发光面板有所不同。以多晶硅薄膜晶体管为主动元件的有机电激发光面板在驱动时序上，只需要不断的更新画面即可。但以非晶硅薄膜晶体管为主动元件的有机电激发光面板，在驱动时序上，除了更新画面之外，可加入一个「薄膜晶体管电性重置」时序，以便改进非晶硅薄膜晶体管寿命。
请参照图1A，为现有主动式有机电激发光显示器的画素阵列的电路图。该显示器包括M条扫描线、N条资料线与M×N个画素，该M×N个画素用以显示由多个连续的图框(frame)所组成之一影像信号。画素P(1，1)中的有机发光二极管D(1，1)由薄膜晶体管Ta(1，1)以及Tb(1，1)所驱动。其中，晶体管Ta(1，1)的源极/漏极与栅极分别与一资料线Data(1)及一扫描线Scan(1)相连。
请参照图1B，为对应至图1A的驱动波型图。显示器显示一个图框所需的时间定义为一显示周期。传统主动式显示器的驱动方法如下首先，分别依序对每一列画素P进行扫描，也就是分别依序对Scan(1)～Scan(M)输入一正电压脉波，使每一列画素P的晶体管Ta依序导通。同时，于晶体管Ta导通之时，对所要点亮的画素P所对应的资料线Data输入资料信号，不同的资料信号位准对应到不同的画素P亮度。
在传统的驱动方法中，当选择画素为亮的状态时，在一个显示周期内，电容C将一直维持于高位准，而使得晶体管Tb的栅极因一直维持于高位准而有电流流过晶体管Tb，因而容易产生临界电压飘移(threshold voltageshift)的现象。其原因如下若晶体管Tb为非晶硅薄膜晶体管，其栅极之上覆盖有栅极绝缘层。当晶体管Tb的栅极持续维持于高位准时，其通道层的电荷载子将会被捕陷于栅极绝缘层中，栅极绝缘层的材料一般为氮化硅(SiNx)。如此，将使得晶体管Tb导通所需要的栅极电压值升高，也就是晶体管Tb的临界电压值将会因此而变大。此时，当电容C提供给晶体管Tb的电压值为固定时，因为晶体管Tb的临界电压值升高，将使得流过晶体管Tb的电流大小降低而减低有机发光二极管的亮度，长时间使用下，便会对晶体管Tb产生影响。
针对上述问题，有研究提出在相同电路结构下改变主动式显示器的驱动方法。请参照图1C，为其驱动波型图。其中，显示一个上述的该些图框所需的时间为一显示周期I，于该显示周期中至少包括一第一时间区间IA与一第二时间区间IB。首先，于该第一时间区间IA中，依序对该些扫描线Scan输入一第一脉波，并分别对该些资料线Data输入一资料信号。之后，于该第二时间区间IB中，依序对该些扫描线Scan输入一第二脉波，使该些晶体管Ta依序导通，并分别对该些资料线Data输入一第一位准信号，使该些晶体管Tb不导通。如此，晶体管Tb导通的时间大约会减为原来的二分之一，故能抑制临界电压飘移以延长面板寿命。
此外，一般非晶硅薄膜晶体管的有机电激发光面板的「薄膜晶体管电性重置」时序，是在黑画面下进行的。然而，第一条扫描线与最后一条扫描线的开启时间，距离黑画面的起始时间不同。因此第一条扫描线因为画面显示较早，发光时间较长，亮度将会比较亮。但是在最后一条扫描线输入资料电压之后，所有的画素就立刻进入「薄膜晶体管电性重置」时序，故这一条扫描线发光时间较短，且会比较暗。
发明内容
鉴于上述现有主动式显示器的驱动方法所产生的问题，本发明提出一种电激发光显示器驱动方法，以解决薄膜晶体管临界电压飘移的问题及时序控制上造成的亮度不均问题。
本发明的主要目的在于提供一种电激发光显示器的驱动方法，用以避免薄膜晶体管临界电压值升高而延长其使用期限。
本发明的另一目的在于提供一种电激发光显示器的驱动方法，用以解决时序控制上造成的亮度不均问题。
本发明的另一目的在于提供一种在黑画面下进行薄膜晶体管电性重置程序的电激发光显示器。
电激发光显示器显示一个图框画面(frame)的时间为一显示周期。本发明驱动方法即将显示周期分为一第一时间区间、一第二时间区间与一第三时间区间。于第一时间区间内，依序启动该电激发光显示器的多个画素列，并提供一显示资料给所述的画素列。于第二时间区间内，依序启动所述的画素列，并提供一灰阶资料给所述的画素列。最后，重置所述的画素列于该第三时间区间。
在一个采用N型非晶硅薄膜晶体管的有机电激发光显示器中，每个画素具有一开关晶体管、一驱动晶体管、一发光单元及一电容。本发明的电路结构是以开关晶体管的源极与栅极分别连接至一资料线与一扫描线。驱动晶体管的源极与漏极分别电性连接至一显示电压源及发光单元，其栅极电性连接至开关晶体管、电容及一重置电压源。发光单元之一电极连接至驱动晶体管的源极，另一电极连接至一辅助电压源。
上述扫描线用以提供扫描电压以启动开关晶体管于显示周期的第一时间区间内以及第二时间区间内。资料线用以提供画素电压给驱动晶体管于第一时间区间内，以及提供灰阶电压给驱动晶体管于第二时间区间内，其中该灰阶电压用以驱动所述的画素呈现暗态。显示电压源用以提供显示电压给发光单元于第一时间区间内以及第二时间区间内，辅助电压源用以提供辅助电压给发光单元于第一时间区间内以及第二时间区间内，重置电压源系用以提供一重置电压给驱动晶体管于第三时间区间内，其中重置电压小于调整电压、显示电压或辅助电压。
图1A为现有的主动式有机电激发光显示器的电路图；图1B为对应至图1A的驱动波型图；图1C为对应至图1A的另一现有方法的驱动波型图；图2A为本发明电激发光显示器的电路图；图2B为本发明电激发光显示器的画素结构；图2C为对应至图2A的驱动波型图；图3A为本发明驱动电路的第二较佳实施例；
图3B为本发明第二较佳实施例的画素结构；图4为本发明的第三较佳实施例；图5为本发明的电激发光显示器。
符号说明10 电激发光显示器Ta开关晶体管11 画素阵列 Tb驱动晶体管111 画素 Tr薄膜晶体管1111开关晶体管C 电容1112驱动晶体管D 有机发光二极管1113有机发光二极管S 源极1114电容 G 栅极12 扫描电压源VDD显示电压源13 资料电压源Vreset重置电压源14 显示电压源Vss 辅助电压源15 辅助电压源Scan 扫描线16 重置电压源Data 资料线20 软性印刷电路板P 画素30 主机板具体实施方式
兹配合图示详述本发明「电激发光显示器及其驱动方法」，并列举较佳以图2A的画素P(1，1)为例，发光单元D(1，1)为一有机发光二极管，开关晶体管Ta(1，1)与驱动晶体管Tb(1，1)皆为N型非晶硅薄膜晶体管。开关晶体管Ta(1，1)的源极与栅极分别连接至资料线Data(1)与扫描线Scan(1)，漏极则连接至电容(1，1)及驱动晶体管Tb(1，1)的栅极G。驱动晶体管Tb(1，1)的栅极G并连接一重置电压源Vreset，该重置电压源Vreset可为外挂，由此获得一重置电压以重置薄膜晶体管Tb(1，1)的电性。薄膜晶体管Tb(1，1)的漏极则连接至显示电压源VDD，其源极S连接至有机发光二极管D(1，1)的阳极。显示电压源VDD用以提供一显示电压至有机发光二极管D(1，1)的阳极，并且提供一调整电压至薄膜晶体管Tb(1，1)的漏极以协助电性重置。有机发光二极管D(1，1)的阴极则连接至辅助电压源Vss。辅助电压源Vss提供一辅助电压至有机发光二极管D(1，1)的阴极，并且提供一调整电压至薄膜晶体管Tb(1，1)的源极以协助电性重置。
请参照图2C，为图2A所示电路的驱动波形图。请同时参考图1B-1C，本发明驱动方法与现有方法最大的不同点在于，本发明的显示周期I，至少包括一第一时间区间IA、一第二时间区间IB与一第三时间区间IC。于第一时间区间IA内，依序启动图2A的多个画素列，并提供一显示资料给所述的画素列。于第二时间区间IB内，依序启动所述的画素列，并提供一灰阶资料给所述的画素列。最后，重置所述的画素列于该第三时间区间IC。
更详细的说明如下，于第一时间区间IA内，依序对扫描线Scan(1)至Scan(M)输入一扫描电压A1至Am以依序启动第1列画素至第M列画素的开关晶体管Ta，并对资料线Data(1)至Data(N)输入一画素电压通过开关晶体管Ta以控制驱动晶体管Tb。此时，电容C的位准会接近于所对应画素电压的位准，导通晶体管Tb使有机发光二极管D发光。图2A-2B的结构中，有机发光二极管D的二电极分别接受显示电压及辅助电压。当画素电压改变时，有机发光二极管D的亮度亦随画素电压而改变。于第二时间区间IB内，再提供一扫描电压B1至Bm以依序启动该第1列画素至第M列画素的开关晶体管Ta，并依序对每一资料线Data(1)至Data(N)输入一灰阶电压Vb于第1列画素至第M列画素的驱动晶体管Tb，使得第1列画素至第M列画素呈现黑画面。其中，灰阶电压Vb储存于电容C中，此时，提供至晶体管Tb的显示电压系维持定值。于第三时间区间内，利用外挂的重置电压源Vreset提供重置电压Vr给第1列画素至第M列画素的驱动晶体管Tb，其中重置电压Vr的调变范围大于灰阶电压Vb。
第三时间区间IC内，另由辅助电压源Vss提供一第一调整电压Vr1给第1列画素至第M列画素的驱动晶体管Tb的源极端S，其中第一调整电压Vr1高于辅助电压。同时由显示电压源VDD提供一第二调整电压Vr2给第1列画素至第M列画素的驱动晶体管Tb的漏极，其中第二调整电压Vr2高于显示电压。通常第一调整电压Vr1与第二调整电压Vr2均为正电压。如此薄膜晶体管Tb的栅极端G由电容C维持重置电压Vr，而源极端S与漏极端分别为第一调整电压Vr1与第二调整电压Vr2，形成一源极/漏极指向栅极的电场，使得捕陷于栅极绝缘层中的电子重新释放至通道层中。在一较佳实施方式中，重置电压Vr同时被施加于第1列画素至该第M列画素。
值得一提的是，N型晶体管开启瞬间，栅极电压一般是正电压。因此在第二时间区间IB内显示黑画面时，上述灰阶电压Vb可以是小于开启瞬间的栅极正电压、零电压或负电压。但在第三时间区间IC内电性重置时必须确保薄膜晶体管Tb处于关闭状态，因此若采用增强型的N型晶体管，重置电压Vr最好是一个零电压或负电压；若采用空乏型的N型晶体管，即使是零电压亦有电流通过，因此重置电压Vr最好是负电压。在一较佳实施方式中，提供该重置电压的步骤必须开始于上述提供灰阶电压给第M列画素之后。
上述实施例中，晶体管Ta及Tb均为N型晶体管，捕陷于栅极绝缘层中的电荷载子大部分为电子，电性重置时，提供的电场为源极/漏极指向栅极。此时，重置电压Vr应小于第一调整电压Vr1与第二调整电压Vr2，通常重置电压Vr亦低于灰阶电压Vb，而第一调整电压Vr1高于辅助电压，第二调整电压Vr2高于显示电压。反之，若使用P型晶体管，捕陷于栅极绝缘层中的电荷载子大部分为电洞，电性重置时，提供的电场为栅极指向源极/漏极，此时，应提供正的重置电压Vr给栅极及负的第一调整电压Vr1与第二调整电压Vr2给源极/漏极。
在显示周期I中，第一画素列于第一时间区间IA内的时点tA1启动，再次启动时为第二时间区间IB内的时点tB1；第二画素列于第一时间区间IA内的时点tA2启动，再次启动时为第二时间区间IB内的时点tB2。由时点tA1至时点tB1所经过的时间约等于时点tA2至时点tB2所经过的时间。以此类推，提供扫描电压给第J列画素至提供灰阶电压Vb给第J列画素的时间区间约等于提供扫描电压给第K列画素至提供灰阶电压Vb给第K列画素的时间区间，其中J及K大于或等于1且小于或等于M。另外，第一时间区间IA、第二时间区间IB与第三时间区间IC的比例可由改变扫描电压A与扫描电压B的间隔，并配合重置电压的开始时点来调整。在一较佳实施方式中，第一时间区间IA、第二时间区间IB与第三时间区间IC分别约为显示周期I的三分之一。因此，每列画素的发光时间亦约为显示周期I的三分之一。
一般而言，显示周期I约为16.7ms，亦即显示器每秒显示60个图框画面。所以，只要在16.7ms内完成所有的扫描电压、画素电压、重置电压以及调整电压输入即可。以第一列画素为例，晶体管Tb(1，1)至Tb(1，N)于时点tA1至tB1之间导通使有机发光二极管D(1，1)至D(1，N)发光；在tB1至tC1之间可为导通但呈暗态，或是不导通状态；在tC1至tA1’为电性重置状态。此外，可以由增加有机发光二极管D(1，1)至D(1，N)的发光亮度来提高画素P的平均亮度，其作法为将画素电压的位准增大。
请参照图3A-3B，为本发明的第二实施例，驱动电路中包含一反相型(inverted)有机发光二极管D’。与第一实施例不同者，反相型有机发光二极管D’以阴极连接至驱动晶体管Tb的漏极端。请同时参考图3B，以画素P(1，1)为例，薄膜晶体管Ta(1，1)的源极S与栅极G分别连接至资料线Data(1)与扫描线Scan(1)，其漏极连接至电容C(1，1)及薄膜晶体管Tb(1，1)的栅极。薄膜晶体管Tb(1，1)的栅极G另连接一重置电压源Vreset，该重置电压源Vreset可为外挂，以获得一重置电压Vr对薄膜晶体管Tb(1，1)进行放电。薄膜晶体管Tb(1，1)的漏极则连接至反相型有机发光二极管D’(1，1)的阴极，再透过有机发光二极管D’(1，1)的阳极连接至显示电压源VDD以获得一调整电压和一显示电压。薄膜晶体管Tb(1，1)的源极S连接至辅助电压源Vss以获得一调整电压和一辅助电压。
无论是第一实施例或第二实施例，有机发光二极管连接于薄膜晶体管的源极端或漏极端仅对显示电压源VDD或辅助电压源Vss所提供的调整电压稳定度有不同影响。并不影响调整电压的正负或是提供电压的时间点，驱动波形图如图2C所示。
本方法对于N型晶体管，该重置电压小于该调整电压，并且可提供第一调整电压与第二调整电压在提供重置电压后。因为电性重置时，薄膜晶体管必须为断路状态，否则有机发光二极管于重置期间内会发光而干扰正常画面显示。上列各种电压值的较佳范围如下，该灰阶电压约为0V至15V，更佳约为0V至5V；该调整电压约为0V至50V；该显示电压约为0V至20V；该辅助电压约为0V。
虽然上述实施例皆以N型晶体管为例作说明，但并不足以用于限制本发明。仍请参考图3B，若有机发光二极管不限于反相型，但使用P型晶体管时，其源极端连接至辅助电压源Vss，而漏极经由有机发光二极管连接至显示电压源VDD，因此，使用P型晶体管的电激发光显示器亦适用本发明的驱动方法。
请参照图4，为本发明的第三实施例。画素单元包含开关晶体管Ta、驱动晶体管Tb、发光单元D、电容C以及一薄膜晶体管Tr，薄膜晶体管Tr作为每个画素P的重置电压源Vreset的开关，该电容C的一端连接至一参考电压源Vref1。薄膜晶体管Tr的源极端接受一重置电压源Vreset，漏极端连接至开关晶体管Ta的漏极端、电容C及驱动晶体管Tb的栅极端。在显示周期I的第三时间区间IC内，开关晶体管Ta为关闭状态，此时薄膜晶体管Tr开启以提供重置电压于驱动晶体管Tb。
请参照图5，为运用本发明方法的电激发光显示器。电激发光显示器10包括一画素阵列11、一扫描电压源12，一资料电压源13，一显示电压源14，一辅助电压源15及一重置电压源16。画素阵列11具有多个画素111，每一画素111包括一开关晶体管1111、一驱动晶体管1112以及一发光单元1113。开关晶体管1111的漏极连接于驱动晶体管1112的栅极。发光单元1113连接于驱动晶体管1112的漏极或源极。
上述电激发光显示器10中，扫描电压源12电性连接至该些开关晶体管1111的栅极，用以提供扫描电压以启动所述的开关晶体管1111于显示周期的第一时间区间内以及第二时间区间内。资料电压源13电性连接至该些开关晶体管1111的源极，用以提供画素电压给所述的驱动晶体管1112于第一时间区间内，以及提供灰阶电压于所述的驱动晶体管1112于该第二时间区间内。其中该灰阶电压用以驱动所述的画素呈现暗态。显示电压源14电性连接至所述的发光单元1113，用以提供显示电压于所述的发光单元1113于第一时间区间内以及第二时间区间内。辅助电压源15电性连接至所述的发光单元1113，且所述的发光单元1113位于辅助电压源15以及显示电压源14之间。辅助电压源15用以提供辅助电压于所述的发光单元1113于第一时间区间内以及第二时间区间内。重置电压源16电性连接至该些驱动晶体管1112的栅极，用以提供一重置电压给所述的驱动晶体管1112于第三时间区间内。
扫描电压源12、资料电压源13、显示电压源14、辅助电压源15及重置电压源16是由一软性印刷电路板20连接至一主机板30或接受一影像信号。上述各种电压源可多个合并于一硬件元件中，例如重置电压源16可内建于一扫描驱动晶片(scan driver)或一资料驱动晶片(data driver)中。另外，每一画素更包括一储存电容1114电性连接于驱动晶体管1112的栅极以及显示电压源14，显示电压源14与辅助电压源15用以提供一调整电压至所述的发光单元于该第三时间区间内，而较佳的重置电压应小于调整电压、显示电压或辅助电压。
上列详细说明是针对本发明较佳实施例的具体说明，惟上述实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明技艺精神所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。
权利要求
1.一种显示器的驱动方法，适用于一电激发光显示器，该电激发光显示器具有多个画素列，其中每一画素包含一发光单元、一开关晶体管以及一驱动晶体管电性连接至该开关晶体管及该发光单元，该电激发光显示器可在一显示周期内显示一图框画面，该方法包括定义该显示周期，使其具有一第一时间区间、一第二时间区间以及一第三时间区间；依序启动所述的画素列于该第一时间区间以及该第二时间区间；提供一显示资料给所述的画素列于该第一时间区间；提供一灰阶资料给所述的画素列于该第二时间区间；以及重置所述的画素列于该第三时间区间。
2.如权利要求1所述的驱动方法，其特征在于，启动所述的画素列中的一画素列于该第一时间区间以及该第二时间区间所经过的时间等于启动所述的画素列中的另一画素列于该第一时间区间以及该第二时间区间所经过的时间。
3.如权利要求1所述的驱动方法，其特征在于，该第一时间区间、该第二时间区间以及该第三时间区间分别为该显示周期的三分之一。
4.如权利要求1所述的驱动方法，其特征在于，启动所述的画素列于该第一时间区间以及该第二时间区间包括提供一扫描电压以启动所述的画素列于该第一时间区间以及该第二时间区间。
5.如权利要求1所述的驱动方法，其特征在于，更包括启动所述的发光单元于该第一时间区间。
6.如权利要求5所述的驱动方法，其特征在于，启动所述的发光单元于该第一时间区间的步骤包括提供一显示电压以及提供一辅助电压给所述的发光单元于该第一时间区间。
7.如权利要求6所述的驱动方法，其特征在于，该显示电压为0V至20V。
8.如权利要求6所述的驱动方法，其特征在于，该辅助电压为0V。
9.如权利要求1所述的驱动方法，其特征在于，提供该显示资料给所述的画素列于该第一时间区间的步骤包括提供一画素电压给所述的画素列的所述的驱动晶体管的栅极于该第一时间区间。
10.如权利要求9所述的驱动方法，其特征在于，提供该灰阶资料给所述的画素列于该第二时间区间的步骤包括提供一灰阶电压给所述的画素列的所述的驱动晶体管的栅极于该第二时间区间，该灰阶电压小于该画素电压。
11.如权利要求10所述的驱动方法，其特征在于，该灰阶电压为0至15V。
12.如权利要求11所述的驱动方法，其特征在于，该灰阶电压为0V至5V。
13.如权利要求10所述的驱动方法，其特征在于，更包括储存该灰阶电压于该第二时间区间内。
14.如权利要求1所述的驱动方法，其特征在于，重置所述的画素列于该第三时间区间的步骤包括提供一重置电压给所述的画素列的所述的驱动晶体管的栅极于该第三时间区间。
15.如权利要求14所述的驱动方法，其特征在于，重置所述的画素列于该第三时间区间的步骤更包括提供一调整电压给所述的画素列的所述的驱动晶体管的漏极或源极于该第三时间区间，其中该重置电压小于该调整电压。
16.如权利要求15所述的驱动方法，其特征在于，该调整电压为一正电压。
17.如权利要求16所述的驱动方法，其特征在于，该调整电压为0V至50V。
全文摘要
本发明为一种显示器的驱动方法，适用于一电激发光显示器，该电激发光显示器具有多个画素列，其中每一画素包含一发光单元、一开关晶体管以及一驱动晶体管电性连接至该开关晶体管及该发光单元。上述驱动方法控制该电激发光显示器在一显示周期内显示一图框画面，该方法包括定义该显示周期，使其具有一第一时间区间、一第二时间区间以及一第三时间区间；依序启动所述的画素列于该第一时间区间以及该第二时间区间；提供一显示资料给所述的画素列于该第一时间区间；提供一灰阶资料给所述的画素列于该第二时间区间；以及重置所述的画素列于该第三时间区间。
文档编号G09G3/32GK1873753SQ2005100735
公开日2006年12月6日 申请日期2005年6月2日 优先权日2005年6月2日
发明者唐宇骏, 叶政男 申请人:友达光电股份有限公司