专利名称：电流驱动的主动矩阵有机发光二极管像素电路及驱动方法
技术领域：
本发明是有关于一种主动矩阵有机发光二极管像素电路，且特别是有关于一种电流驱动的主动矩阵有机发光二极管像素电路及其驱动方法。
背景技术：
随着信息科技的发达，各式各样如电脑、移动电路、个人数字助理(PDA)及数字相机等信息设备，均不断地推陈出新。在这些信息设备中，显示器始终扮演着举足轻重的地位，而平面显示器(Flat PanelDisplay)由于具有薄型化、轻量化及省电的特性，乃逐渐地受到欢迎。
在各种平面显示器中，主动矩阵有机发光二极管(Active MatrixOrganic Emitting Diode，简称AMOLED)显示器因具有视角广、色彩对比效果好、响应速度快及成本低等优点，故十分适用于如电子时钟、移动电路、个人数字助理及数字相机等小尺寸显示器之应用。
请参看图1所示，其为一种电压驱动的主动矩阵有机发光二极管像素示意图。图中显示，此主动矩阵有机发光二极管像素包括切换开关薄膜晶体管110、驱动薄膜晶体管120、电容130及有机发光二极管140。其显示灰阶是由数据线上的电压所决定，当扫描线扫描至此像素时，会导通切换开关薄膜晶体管110，以将数据线的电压传送至驱动薄膜晶体管120的栅极，获得栅极电压Vg以驱动所需电流流经有机发光二极管140显示。然而，由于不同像素的驱动薄膜晶体管120的临界电压与迁移率(mobility)会因为工艺的不均而不同，以致在相同灰阶电压下，流经有机发光二极管140的电流也会不同，造成画面显示不均匀的情形。
请参看图2所示，其为公知的一种电流驱动的主动矩阵有机发光二极管像素示意图。图中显示，此主动矩阵有机发光二极管像素包括第一切换开关210、第二切换开关220、第三切换开关230、有机发光二极管240、驱动薄膜晶体管250及电容260。操作时，首先导通第二切换开关220及第三切换开关230，使电流源提供的电流流经驱动薄膜晶体管250，并对电容260充电，此时，会完成记忆栅极电压的动作。然后，切断第二切换开关220及第三切换开关230，并导通第一切换开关210，以控制主动矩阵有机发光二极管像素进入发光显示阶段。
明显地，此种电流驱动的主动矩阵有机发光二极管像素的灰阶是由电流源的电流的大小来决定，其不会受到不同像素间的驱动薄膜晶体管250的临界电压与迁移率的影响，而造成画面显示不均匀的情形。然而，当此种电流驱动的主动矩阵有机发光二极管像素欲显示低灰阶时，由于电流源的电流较小，容易受到显示板的寄生电阻、电容所造成的迟滞效应的影响，使得像素无法在扫描时间内完成对栅极电容的充电，因而记忆到错误的栅极电压，以致在后续的发光显示阶段，显示的亮度不足。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种电流驱动的主动矩阵有机发光二极管像素电路及其驱动方法，其可于电流源对电容充放电的扫描阶段前，应用一驱动电源来对电容预充电，以改善低灰阶显示亮度不足之问题。
为达上述及其它目的，本发明提供一种电流驱动的主动矩阵有机发光二极管像素电路，其包括主动矩阵有机发光二极管像素及预充切换开关。其中，主动矩阵有机发光二极管像素连接一电流源，用以对驱动薄膜晶体管的栅极上的电容充放电，而主动矩阵有机发光二极管像素的灰阶，是由电流源的电流的大小来决定。预充切换开关则耦接驱动薄膜晶体管的栅极与一驱动电源，用以在电流源对电容充放电前，控制驱动电源对电容的预充电。
在一实施例中，上述的驱动薄膜晶体管为N型薄膜晶体管，而其主动矩阵有机发光二极管像素则更包括有机发光二极管、第一切换开关、第二切换开关及第三切换开关。其中，有机发光二极管具有阳极端及阴极端，阳极端耦接至正电源。第一切换开关的一端耦接有机发光二极管的阴极端，另一端耦接驱动薄膜晶体管的漏极。第二切换开关的一端耦接电流源，另一端亦耦接驱动薄膜晶体管的漏极。第三切换开关的一端耦接驱动薄膜晶体管的漏极，另一端耦接驱动薄膜晶体管的栅极与电容的一端，而电容的另一端与驱动薄膜晶体管的源极则耦接至负电源。
在另一实施例中，上述的驱动薄膜晶体管为P型薄膜晶体管，而其主动矩阵有机发光二极管像素则更包括有机发光二极管、第一切换开关、第二切换开关及第三切换开关。其中，有机发光二极管具有阳极端及阴极端，阴极端耦接至负电源。第一切换开关的一端耦接有机发光二极管的阳极端，另一端耦接驱动薄膜晶体管的漏极。第二切换开关的一端耦接电流源，另一端亦耦接驱动薄膜晶体管的漏极。第三切换开关的一端耦接驱动薄膜晶体管的漏极，另一端耦接驱动薄膜晶体管的栅极与电容的一端，而电容的另一端与驱动薄膜晶体管的源极则耦接至正电源。
其中，第一切换开关、第二切换开关、第三切换开关及预充切换开关可以为N型薄膜晶体管或P型薄膜晶体管。而驱动电源则亦可使用上述的正电源或负电源，或使用可将电容预充电至跨压接近于驱动薄膜晶体管的临界电压值的驱动电源，以执行电容的预充电。
此外，为了改善驱动薄膜晶体管的临界电压值，会随着操作时间而漂移的问题，也可以使用具有两个不同电位的驱动电源。也就是当预充电时，使用可将电容预充电至接近于驱动薄膜晶体管的临界电压值的电位，其余时间则使用与预充电极性相反的电位，以排除陷入驱动薄膜晶体管栅极绝缘层中的电荷。
本发明另提供一种电流驱动的主动矩阵有机发光二极管像素驱动方法，此主动矩阵有机发光二极管像素连接一电流源及一驱动电源，用以分别对驱动薄膜晶体管的栅极上的电容充放电。此方法包括下列步骤首先以驱动电源来对电容执行预充电；然后以电流源来调整电容的灰阶充电电压值；以及切断电流源对电容的充放电，以控制主动矩阵有机发光二极管像素进入发光显示阶段。
其中，使用可将电容预充电至跨压接近于驱动薄膜晶体管的临界电压值的驱动电源，或如上述地使用具有两个不同电位的驱动电源。
由上述说明中可知，应用本发明所提供的一种电流驱动的主动矩阵有机发光二极管像素电路及其驱动方法，因在电流源对电容充放电的扫描阶段前，已应用一驱动电源来对电容预充电，故可解决低灰阶显示时，因寄生电阻、电容所造成的迟滞效应导致的亮度不足的问题。
图1显示一种电压驱动的主动矩阵有机发光二极管像素接线图；图2显示公知的一种电流驱动的主动矩阵有机发光二极管像素接线图；图3显示根据本发明第一实施例的一种电流驱动的主动矩阵有机发光二极管像素电路接线图；图4显示图3中使用N型薄膜晶体管来制作切换开关的主动矩阵有机发光二极管像素电路接线图；图5显示图4中切换开关的控制信号的操作时序图；图6显示根据本发明第二实施例的一种电流驱动的主动矩阵有机发光二极管像素电路接线图；图7显示图6中使用P型薄膜晶体管来制作切换开关的主动矩阵有机发光二极管像素电路接线图；以及图8显示图3中的驱动电源Vt的应用波形图。
110切换开关薄膜晶体管120、250、650驱动薄膜晶体管130、260、660电容140、240、640有机发光二极管210、610第一切换开关220、620第二切换开关230、630第三切换开关270、670预充切换开关具体实施方式
请参考图3所示，其为根据本发明第一实施例的一种电流驱动的主动矩阵有机发光二极管像素电路。图中显示，此电流驱动的主动矩阵有机发光二极管像素电路除了包含图2的主动矩阵有机发光二极管像素外，更包括连接至驱动电源Vt的一预充切换开关270。
其操作方式为首先导通预充切换开关270，以使驱动电源Vt可以在电流源对电容260充放电前，先行对电容260预充电至一跨压。此跨压较佳地为接近于驱动薄膜晶体管250的临界电压值的准位，以使电流源对电容260充放电时，因驱动薄膜晶体管250已导通，而可以使电容260的跨压快速地稳定于对应电流源的灰阶电流的驱动电压准位。当然，如欲简化像素电路的拉线及电源组数，则亦可以像素的正电源Vdd来作为驱动电源Vt，以对电容260预充电至一电压准位。
在预充电后则进入驱动电压调整阶段，此时，切断预充切换开关270并导通第二切换开关220及第三切换开关230，则电容260的跨压将可快速地调整至对应电流源的灰阶电流的驱动电压准位。也就是说，若电容260的跨压高于对应电流源的灰阶电流的驱动电压准位时，电容260会放电至对应的驱动电压准位，而当电容260的跨压低于对应电流源的灰阶电流的驱动电压准位时，电容260会充电至所需的驱动电压准位。
之后，像素电路进入发光显示阶段，此时，切断第二切换开关220及第三切换开关230，并导通第一切换开关210。于是流经有机发光二极管240、驱动薄膜晶体管250的漏极与源极的电流，将因电容260之跨压的驱动而等于设定的电流源的灰阶电流。
其中，第一切换开关210、第二切换开关220、第三切换开关230及预充切换开关270可以为N型薄膜晶体管或P型薄膜晶体管。使用N型薄膜晶体管来制作切换开关的主动矩阵有机发光二极管像素电路如图4所示，其切换开关的控制信号的操作时序则如图5所示。而使用P型薄膜晶体管来制作切换开关的主动矩阵有机发光二极管像素电路虽未绘示，然熟习此艺者经由参考图4与图5，将可容易地明嘹其结构与操作程序。
请参考图6所示，其为根据本发明第二实施例的一种电流驱动的主动矩阵有机发光二极管像素电路。图中显示，此电流驱动的主动矩阵有机发光二极管像素电路除了包含以P型薄膜晶体管来制作驱动薄膜晶体管650的主动矩阵有机发光二极管像素690外，更包括连接至驱动电源Vt的一预充切换开关670。其中，主动矩阵有机发光二极管像素690更包括电容660、有机发光二极管640、第一切换开关610、第二切换开关620及第三切换开关630。而有机发光二极管640具有阳极端及阴极端，阴极端耦接至负电源Vss。第一切换开关610的一端耦接有机发光二极管640的阳极端，另一端耦接驱动薄膜晶体管650的漏极。第二切换开关620的一端耦接电流源，另一端亦耦接驱动薄膜晶体管650的漏极。第三切换开关630的一端耦接驱动薄膜晶体管650的漏极，另一端耦接驱动薄膜晶体管650的栅极与电容660的一端，而电容660的另一端与驱动薄膜晶体管650的源极则耦接至正电源Vdd。
其操作方式为首先导通预充切换开关670，以使驱动电源Vt可以在电流源对电容660充放电前，先行对电容660预充电至一跨压。此跨压较佳地为接近于驱动薄膜晶体管650的临界电压值的准位，以使电流源对电容660充放电时，因驱动薄膜晶体管650已导通，而可以使电容660的跨压快速地稳定于对应电流源的灰阶电流的驱动电压准位。当然，如欲简化像素电路的拉线及电源组数，则亦可以像素的负电源Vss来作为驱动电源Vt，以对电容660预充电至一电压准位。
在预充电后则进入驱动电压调整阶段，此时，切断预充切换开关670并导通第二切换开关620及第三切换开关630，则电容660的跨压将可快速地调整至对应电流源的灰阶电流的驱动电压准位。也就是说，若电容660的跨压高于对应电流源的灰阶电流的驱动电压准位时，电容660会放电至对应的驱动电压准位，而当电容660的跨压低于对应电流源的灰阶电流的驱动电压准位时，电容660会充电至所需的驱动电压准位。
之后，像素电路进入发光显示阶段，此时，切断第二切换开关620及第三切换开关630并导通第一切换开关610。于是流经驱动薄膜晶体管650的源极、漏极与有机发光二极管640的电流，将因电容660的跨压的驱动而等于设定的电流源的灰阶电流。
同样地，第一切换开关610、第二切换开关620、第三切换开关630及预充切换开关670可以为P型薄膜晶体管或N型薄膜晶体管。使用P型薄膜晶体管来制作切换开关的主动矩阵有机发光二极管像素电路如图7所示，其切换开关是控制信号的操作时序亦如图5所示。而使用N型薄膜晶体管来制作切换开关的主动矩阵有机发光二极管像素电路虽未绘示，然熟习此艺者经由参考图7与图5，将可容易地明嘹其结构与操作程序。
此外，为了改善驱动薄膜晶体管的临界电压值，会随着操作时间而漂移的问题，也可以使用具有两个不同电位的驱动电源。请参考图8所示，其为图3的驱动电源Vt的应用波形图，图中当预充电时，是使用可将电容预充电至接近于驱动薄膜晶体管250的临界电压值的正电位，而其余时间则使用与预充电极性相反的负电位，以排除陷入驱动薄膜晶体管250栅极绝缘层中的电荷。
综上所述，可归纳一种电流驱动的主动矩阵有机发光二极管像素驱动方法。此主动矩阵有机发光二极管像素连接一电流源及一驱动电源，用以分别对驱动薄膜晶体管的栅极上的电容充放电。此方法包括下列步骤首先以驱动电源来对电容执行预充电；然后以电流源来调整电容的灰阶充电电压值；以及切断电流源对电容的充放电，以控制主动矩阵有机发光二极管像素进入发光显示阶段。
其中，系使用可将电容预充电至跨压接近于驱动薄膜晶体管的临界电压值的驱动电源，或使用具有两个不同电位的驱动电源。
权利要求
1.一种电流驱动的主动矩阵有机发光二极管像素电路，其特征是，包括一主动矩阵有机发光二极管像素，连接一电流源，用以对一驱动薄膜晶体管的栅极上的一电容充放电，而该主动矩阵有机发光二极管像素的灰阶，是由该电流源的电流的大小来决定；以及一预充切换开关，耦接该驱动薄膜晶体管的栅极与一驱动电源，用以在该电流源对该电容充放电前，控制该驱动电源对该电容的预充电。
2.如权利要求1所述的电流驱动的主动矩阵有机发光二极管像素电路，其特征是，该驱动薄膜晶体管为N型薄膜晶体管，而该主动矩阵有机发光二极管像素更包括一有机发光二极管，具有一阳极端及一阴极端，该阳极端耦接一正电源；一第一切换开关，该第一切换开关的一端耦接该阴极端，另一端耦接该驱动薄膜晶体管的漏极；一第二切换开关，该第二切换开关的一端耦接该电流源，另一端耦接该驱动薄膜晶体管的漏极；以及一第三切换开关，该第三切换开关的一端耦接该驱动薄膜晶体管的漏极，另一端耦接该驱动薄膜晶体管的栅极与该电容的一端，该电容的另一端与该驱动薄膜晶体管的源极则耦接一负电源。
3.如权利要求2所述的电流驱动的主动矩阵有机发光二极管像素电路，其特征是，该第一切换开关、该第二切换开关、该第三切换开关及该预充切换开关为N型薄膜晶体管。
4.如权利要求2所述的电流驱动的主动矩阵有机发光二极管像素电路，其特征是，该第一切换开关、该第二切换开关、该第三切换开关及该预充切换开关为P型薄膜晶体管。
5.如权利要求2所述的电流驱动的主动矩阵有机发光二极管像素电路，其特征是，使用该正电源作为该驱动电源。
6.如权利要求1所述的电流驱动的主动矩阵有机发光二极管像素电路，其特征是，该驱动薄膜晶体管为P型薄膜晶体管，而该主动矩阵有机发光二极管像素更包括一有机发光二极管，具有一阳极端及一阴极端，该阴极端耦接一负电源；一第一切换开关，该第一切换开关的一端耦接该阳极端，另一端耦接该驱动薄膜晶体管的漏极；一第二切换开关，该第二切换开关的一端耦接该电流源，另一端耦接该驱动薄膜晶体管的漏极；以及一第三切换开关，该第三切换开关的一端耦接该驱动薄膜晶体管的漏极，另一端耦接该驱动薄膜晶体管的栅极与该电容的一端，该电容的另一端与该驱动薄膜晶体管的源极则耦接一正电源。
7.如权利要求6所述的电流驱动的主动矩阵有机发光二极管像素电路，其特征是，该第一切换开关、该第二切换开关、该第三切换开关及该预充切换开关为P型薄膜晶体管。
8.如权利要求6所述的电流驱动的主动矩阵有机发光二极管像素电路，其特征是，该第一切换开关、该第二切换开关、该第三切换开关及该预充切换开关为N型薄膜晶体管。
9.如权利要求6所述的电流驱动的主动矩阵有机发光二极管像素电路，其特征是，使用该负电源作为该驱动电源。
10.如权利要求1所述的电流驱动的主动矩阵有机发光二极管像素电路，其特征是，该电容预充电的跨压接近该驱动薄膜晶体管的临界电压值。
11.如权利要求1所述的电流驱动的主动矩阵有机发光二极管像素电路，其特征是，该驱动电源具有两个不同电位。
12.一种电流驱动的主动矩阵有机发光二极管像素驱动方法，该主动矩阵有机发光二极管像素连接一电流源及一驱动电源，用以分别对一驱动薄膜晶体管的栅极上的一电容充放电，其特征是，该方法包括下列步骤以该驱动电源对该电容执行预充电；以该电流源来调整该电容的灰阶充电电压值；以及切断该电流源对该电容的充放电，以控制该主动矩阵有机发光二极管像素进入发光显示阶段。
13.如权利要求12所述的电流驱动的主动矩阵有机发光二极管像素驱动方法，其特征是，该电容预充电的跨压接近该驱动薄膜晶体管的临界电压值。
14.如权利要求12所述的电流驱动的主动矩阵有机发光二极管像素驱动方法，其特征是，该驱动电源具有两个不同电位。
全文摘要
一种电流驱动的主动矩阵有机发光二极管像素电路及其驱动方法，在电流驱动的主动矩阵有机发光二极管像素中，于电流源对电容充放电的扫描阶段前，应用一驱动电源来对电容预充电，以改善低灰阶显示亮度不足的问题。
文档编号G09G3/00GK1532788SQ031209
公开日2004年9月29日 申请日期2003年3月24日 优先权日2003年3月24日
发明者林巧茹 申请人:友达光电股份有限公司