专利名称：像素结构及其驱动方法以及应用该像素结构的显示器的制作方法
技术领域：
本发明有关于一种显示器，特别是有关于显示器内的像素结构。
背景技术：
目前用于制做平面显示器的薄膜晶体管(Thin Film Transistor；TFT)有两种，一种为非晶硅(amorphous silicon；a-Si)TFT，一种为低温多晶硅(Low Temperature Poly Silicon；LTPS)TFT。由于LTPS TFT的载流子迁移率较a-Si TFT的载流子迁移率高100倍，可以输出足够的电流，让有机发光显示器能产生足够的亮度。若以a-Si TFT用于有源式有机发光显示器，其所产生的电流值不够，若加大电压产生较高的电流值，又会造成加速老化的问题。因此LTPS TFT常被选择作为有源式有机发光显示器的开发平台。
如图1所示，在常规的有源式有机发光显示器中，其利用两个以上的LTPSTFT组成一个像素PIX。晶体管T1串联发光二极管D于电源Vdd与Vss之间。晶体管T2的栅极经由扫描线接收一扫描信号Vscan，其漏极经由数据线接收一数据信号Vdata。当扫描信号Vscan使晶体管T2导通时，像素PIX的数据信号Vdata便会传送至晶体管T1的栅极。若像素PIX必需发光，则数据信号Vdata的电位将使晶体管T1导通，而产生一流经晶体管T1的电流，使发光二极管D发光；同时维持电容C两端储存一与该电流相对应的电压Vgs。当扫描信号Vscan将晶体管T2截止时，由于维持电容C两端仍维持一电压差Vgs，使得晶体管T1仍可继续产生驱动电流使发光二极管D发光。
但在LTPS TFT的制造过程中，需要经过一道激光结晶的步骤。由于激光的宽度有限，无法一次同时扫描所有像素的TFT，因此需通过多次的激光结晶步骤，方能将所有像素的TFT扫描过一次。
但是每次激光的强度无法完全相同，因此在激光扫描过不同位置时，接受到的激光能量将会有所不同，进而使得不同时间被照射到的TFT具有不同的阈值电压(threshold voltage)。当每一个像素中晶体管T1的阈值电压Vtp1发生漂移现象时，使得每一像素中驱动发光二极管D发光的电流不同，也造成不同的亮度，因此，这种电路欲制作出均匀发光的显示面板十分困难。
另外，每个像素均连接到电源线用以接收电源Vdd，电源线的长度愈长时，其寄生电阻也就愈大。因此使得愈接近电源端的像素愈亮，而愈远的像素愈暗。
发明内容
有鉴于此，本发明主要目的系降低有机发光显示器的亮度受LTPS TFT的阈值电压以及电源线的寄生电阻所影响的程度。
为了达到上述目的，本发明提供一种像素结构，包括一发光组件、一驱动晶体管、一维持电容、一切换装置、以及一控制装置。驱动晶体管与发光组件串联，用以驱动发光组件发光，并具有一阈值电压，以及一栅极连接到一节点。维持电容的第一端连接到节点。切换装置连接在数据线与节点之间，受扫描信号而导通。控制装置连接到维持电容的第二端。当切换装置未被导通时，提供与阈值电压相关的第一控制电压，通过维持电容至节点。
本发明还提供一种显示器，包括一扫描驱动器、一数据驱动器、以及一显示面板。扫描驱动器输出扫描信号到多条扫描线。数据驱动器输出数据信号到多条数据线。显示面板具有多个像素，以矩阵方式配置，每一像素，包括一发光组件、一驱动晶体管、一维持电容、一切换装置、以及一控制装置。驱动晶体管与发光组件串联，用以驱动发光组件发光，并具有一阈值电压，以及一栅极连接到一节点。维持电容的第一端连接到节点。切换装置连接到对应的数据线与节点之间，受对应的扫描在线的扫描信号而导通。控制装置连接到维持电容的第二端。当切换装置未被导通时，用以提供与阈值电压相关的第一控制电压，通过维持电容至节点。
本发明还提供一种驱动方法，用以驱动一像素内的发光组件。首先，提供一驱动晶体管串联发光组件，用以驱动发光组件发光，驱动晶体管具有一阈值电压，以及一栅极连接到一节点。当像素未被选择时，则提供与阈值电压相关的第一控制电压到节点。当像素被选择时，则提供与阈值电压无关的第二控制电压到节点。
为让本发明的该和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
图1表示常规像素结构。
图2表示本发明的表示器内部的方块图。
图3表示本发明的像素结构第一实施例。
图4表示本发明的像素结构第二实施例。
图5表示本发明的像素结构第三实施例。
图6表示本发明的像素结构第四实施例。
图7表示本发明的驱动方法流程图。
符号说明PIX、P11-Pnm像素；T1、T2晶体管；D发光二极管；C维持电容；10显示器；12数据驱动器；14扫描驱动器；16显示面板；S1-Sn扫描线；D1-Dm数据线；30发光组件；TP1驱动晶体管；32切换装置；34控制装置；36设定装置；PL1-PL4电源线；342、344开关；TP2MOS二极管。
具体实施例方式
图2表示本发明的显示器内部的方块图。显示器10具有一数据驱动器12、一扫描驱动器14、以及一显示面板16。数据驱动器12用以提供数据信号到数据线D1-Dm。扫描驱动器14用以提供扫描信号到扫描线S1-Sn。显示面板16具有以矩阵方式配置的像素P11-Pnm。
像素P11-Pnm各自接收对应的数据信号、以及扫描信号。例如扫描线S1以及数据线D1可控制像素P11。通过扫描线S1-Sn可以导通或截止同一行上的所有像素，以控制数据线D1-Dm是否可以写入到对应的像素中。
由于像素P11-Pnm的结构均相同，因此，以下将以像素P11为例，加以说明本发明的工作原理。图3表示本发明的像素结构第一实施例。如图所示，像素P11包括发光组件30、驱动晶体管TP1、维持电容C、切换装置32、以及控制装置34。
发光组件30串联驱动晶体管TP1于电源线PL1及PL2之间。驱动晶体管TP1具有阈值电压Vtp1，其栅极连接到节点A。在本实施例中，发光组件30为有机发光二极管(OLED)或是聚合物发光二极管(PLED)，另外，电源线PL1提供高电源Vdd，而电源线PL2提供低电源Vss。
切换装置32连接到数据线D1与节点A之间，受扫描线S1上的扫描信号而导通，并将数据线D1上的数据信号传送至节点A。而维持电容C连接到节点A与控制装置34之间。
控制装置34包括开关342、344、以及MOS二极管TP2。MOS二极管TP2具有一阈值电压Vtp2，并与开关342串联于节点B与电源线PL3之间，电源线PL3用以提供电源Vref1。开关344，连接在节点B以及电源线PL1之间。当MOS二极管TP2由P型薄膜晶体管所构成时，其栅极与漏极连接电源线PL3，其源极连接开关342。
其中，开关342由扫描线S1上的扫描信号所控制，因此，当切换装置32导通时，该开关342亦导通。而开关344由控制线CL上的控制信号所控制。
在本实施例中，开关342及344不会同时导通。因此当开关342及344均为N型或P型薄膜晶体管所构成时，则控制线CL上的控制信号与扫描线S1上的扫描信号互为反相信号，用以避免开关342及344同时导通。当开关342及344并非相同类型的薄膜晶体管时，则控制线CL上的控制信号等于扫描线S1上的扫描信号。
假设，控制线CL的控制信号为扫描线S1的扫描信号的反相信号。当切换装置32被扫描线S1的扫描信号导通时，则节点A的电压VA等于数据线D1的数据信号Vdata。由于切换装置32被导通，因此开关342亦会导通，使得节点B的电压VB＝Vref1-Vtp2。因此，维持电容C的电压VC如下式所示Vc＝Vdata-(Vref1-Vtp2) (1)当切换装置32未被扫描线S1上的扫描信号导通时，则开关342截止，而开关344导通，因此，维持电容C的电压VC如下式所示VC＝VA-Vdd(2)由于电容的电荷守恒特性，因此(1)约等于(2)。将(2)代入(1)，可得VA-Vdd＝Vdata-(Vref1-Vtp2) (3)VA＝Vdata-(Vref1-Vtp2)+Vdd(4)驱动晶体管TP1所提供的驱动电流I如下式所示
I∝(Vgs-Vtp1)2∝[(VA-Vdd)-Vtp1]2(5)将(3)代入(5)I∝(Vdata-Vref1+Vtp2-Vtp1)2(6)由(6)可知，利用本发明的像素结构，可使得发光组件30的驱动电流I不受电源Vdd所影响。由于像素内的晶体管彼此的位置很接近，因此其阈值电压近于相等，故令Vtp1＝Vtp2，则驱动电流I亦不受驱动晶体管TP1的阈值电压Vtp1所控制。因此，显示器不再因各个像素内的驱动晶体管TP1的阈值电压Vtp1的不同，而发生各像素间的发光组件亮度不均的情形。
由于MOS二极管只能单方向导通，当data(数据)写入时，如果上一组data的值比这一组data欲写入的值来得大时，MOS二极管将无法导通并提供电荷至维持电容，因此，加入一设定装置36于节点A与电源线PL4之间，在data写入之前，将节点A的电压拉至低电压，使得在data写入时，对于维持电容都是在作充电的操作。其中，在本实施例中，电源线PL4的电源Vref2等于电源线PL2的电源Vss。
由图3可知，当控制装置34被扫描线S1上的扫描信号导通时，开关342导通，使得节点B的电压VB＝Vref1-Vtp2。当控制装置34未被扫描线S1上的扫描信号导通时，开关344导通，故节点B的电压VB＝Vdd。由上述可知，电压VB的变化与MOS二极管TP2的阈值电压Vtp2相关。根据维持电容C的电荷守恒原理，电压VB的变化约等于电压VA的变化，因此，节点A的电压变化亦与MOS二极管TP2的阈值电压Vtp2相关。
由于像素内的晶体管的阈值电压近于相等，因此，可令Vtp1＝Vtp2，换句话说，节点A的电压变化与驱动晶体管TP1的阈值电压Vtp1亦相关。
图4表示本发明的像素结构第二实施例。与图3不同的处在于，控制装置34的MOS二极管TP2串联于开关344与电源线PL1之间。第二实施例的操作原理同第一实施例。由于本发明的电源线PL3上的电源Vref1小于电源线PL1上的电源Vdd，因此，当开关344导通时，可利用MOS二极管TP2箝制住节点B的电压。
由于此实施例在data写入时，维持电容的第二端点是经由开关342导通至参考电压Vref1，可对维持电容充放电，不像第一实施例因为有经过MOS二极管而只能对维持电容充电，所以可以省去第一实施例中的设定装置36。
当切换装置32被扫描线S1上的扫描信号导通时，开关342导通，故节点B的电压VB＝Vref1。当切换装置32未被扫描线S1上的扫描信号导通时，开关344导通，因此节点B的电压VB＝Vdd+Vtp2。根据维持电容C的电荷守恒原理，节点B的电压变化约等于节点A的电压变化。
在切换装置32未导通时，节点B的电压与MOS二极管TP2的阈值电压Vtp2有关，因此，节点A的电压与Vtp2有关。由于像素P11的晶体管彼此位置很接近，因此其阈值电压近于相等，故令Vtp2＝Vtp1，所以节点A的电压与驱动晶体管TP1的阈值电压Vtp1亦相关。
P型组件与N型组件之间的转换，为业界人士所熟悉，同样也可适用于本发明的结构。图5及图6为运用本发明的N型像素结构，分别对应至图3及图4。
为证明本发明的像素结构可避免发光组件的驱动电流大幅受电源Vdd及驱动晶体管的阈值电压所影响，因此，将图1所示的常规像素结构与图4的本发明像素结构做一仿真比较。
令图1中的电源Vdd＝5V，而Vss＝-12V，晶体管T1的阈值电压Vtp1＝-1V，数据在线的数据信号Vdata＝1.195V。而图4中的电源Vdd＝5V，Vss＝-12V，Vref1＝3V，驱动晶体管TP1的阈值电压Vtp＝-1V，为了使图4产生与图1相同的驱动电流，因此，图4的数据线D1上的数据信号Vdata设定为0V。
当图4中的MOS二极管TP2的阈值电压等于驱动晶体管TP1的阈值电压时，可得下表的结果。
当阈值电压Vtp1改变时，常规驱动电流的差异率约为(2.28×10-7-1.2×10-7)1.2×10-7×100%=90%;]]>而本发明为10.8％。当电源Vdd改变时，常规驱动电流的差异率约为91.7％，而本发明为12.5％。由上述可知，当晶体管的阈值电压或是电源改变时，并不会大幅改变本发明的驱动电流值。
图7表示本发明的驱动方法流程图。请参考图3，以下利用图3的像素结构，说明本发明的驱动方法。首先，提供一驱动晶体管TP1与发光组件30串联与高电压电平Vdd与低电压电平Vss之间，用以提供发光组件30所需的驱动电流I。驱动晶体管TP1具有一阈值电压Vtp1。接着，为了箝制住节点B的电压，因此，利用设定装置36设定节点A的电压(S110)。
再判断像素P11是否被选择(S120)。当像素P11未被选择(S130)时，则切换装置32被截止。由(4)式可知，节点A的电压VA与MOS二极管TP2的阈值电压Vtp2有关，也就是跟驱动晶体管TP1的阈值电压Vtp1有关，并且，由(4)式可知，节点A的电压VA与高电压电平Vdd亦相关。当像素P11被选择(S140)时，则切换装置32导通。节点A的电压VA等于数据线D1的数据信号Vdata，与驱动晶体管TP1的阈值电压Vtp1无关。
由于驱动晶体管TP1的栅极电压并非固定不变，因此，利用节点A的电压VA的改变，可降低驱动晶体管TP1所提供的驱动电流I受高电压电平Vdd所影响的程度。另外，当像素P11未被选择时，节点A的电压与驱动晶体管TP1的阈值电压Vtp1有关，因此，可降低驱动晶体管TP1所提供的驱动电流I受本身的阈值电压所影响的程度。
综上所述，相较于常规技术，本发明具有以下几点优点一、利用改变驱动晶体管的栅极电压，可降低像素内的发光组件的亮度受像素与电源端的距离所影响的程度。
二、由于提供与驱动晶体管的阈值电压有关的控制电压到驱动晶体管的栅极，因此，降低像素内的发光组件受驱动晶体管的阈值电压所影响的程度。
综上所述，虽然本发明已以一较佳实施例公开如上，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的情况下，可进行各种更动与修改，因此本发明的保护范围当视所提出的权利要求限定的范围为准。
权利要求
1.一种像素结构，包括一发光组件；一驱动晶体管，与该发光组件串联，用以驱动该发光组件发光，该驱动晶体管具有一阈值电压，以及一栅极连接到一节点；一维持电容，具有一第一端以及一第二端，该第一端连接到该节点；一切换装置，连接到一数据线与该节点之间，受一扫描信号而导通；以及一控制装置，连接到该维持电容的该第二端，当该切换装置未被导通时，用以提供与该阈值电压相关的一第一控制电压，通过该维持电容至该节点。
2.如权利要求1所述的像素结构，其中，该发光组件至少包括一有机发光二极管。
3.如权利要求1所述的像素结构，其中，该第一控制电压亦与一电源相关，该电源连接该驱动晶体管的源极。
4.如权利要求1所述的像素结构，其中，当该切换装置被导通时，提供该第一控制电压至该第二端，以及，当该切换装置未被导通时，提供与该阈值电压无关的一第二控制电压至该第二端。
5.如权利要求4所述的像素结构，还包括，一设定装置，于该切换装置导通前一预设时间，设定该节点的电位。
6.如权利要求1所述的像素结构，当该切换装置未被导通时，提供该第一控制电压至该第二端，以及，当该切换装置被导通时，提供与该阈值电压无关的一第二控制电压至该第二端。
7.一种显示器，包括一扫描驱动器，用以输出扫描信号到多条扫描线；一数据驱动器，用以输出数据信号到多条数据线；以及一显示面板，该面板包括多个像素，以矩阵方式配置，每一像素，包括一发光组件；一驱动晶体管，与该发光组件串联，用以驱动该发光组件发光，具有一阈值电压，以及一栅极连接到一节点；一维持电容，具有一第一端以及一第二端，该第一端连接到该节点；一切换装置，连接到对应的数据线与该节点之间，受对应的扫描在线的扫描信号而导通；以及一控制装置，连接到该维持电容的该第二端，当该切换装置未被导通时，用以提供与该阈值电压相关的一第一控制电压，通过该维持电容至该节点。
8.如权利要求7所述的显示器，其中，当该切换装置被导通时，提供该第一控制电压至该第二端，以及，当该切换装置未被导通时，提供与该阈值电压无关的一第二控制电压至该第二端。
9.如权利要求8所述的显示器，其中，该控制装置包括一第一开关；以及一MOS二极管，与该第一开关串联于该第二端与一第一参考电源线之间，当该切换装置导通时，该第一开关导通。
10.如权利要求9所述的显示器，其中，该控制装置还包括一第二开关，连接在该第二端以及一第一电源线之间，当该切换装置未导通时，该第二开关导通。
11.如权利要求10所述的显示器，其中，该MOS二极管为一P型薄膜晶体管及N型薄膜晶体管其中之一。
12.如权利要求8所述的显示器，还包括，一设定装置，于该切换装置导通前一预设时间，设定该节点的电位。
13.如权利要求7所述的显示器，当该切换装置未被导通时，提供该第一控制电压至该第二端，以及，当该切换装置被导通时，提供与该阈值电压无关的一第二控制电压至该第二端。
14.如权利要求13所述的显示器，其中，该控制装置包括一第一开关；以及一MOS二极管，与该第一开关串联于该第二端与一第一电源线之间，当该切换装置未导通时，该第一开关导通。
15.如权利要求14所述的显示器，其中，该控制装置还包括一第二开关，连接在该第二端以及一第一参考电源线之间，当该切换装置导通时，该第二开关导通。
16.如权利要求15所述的显示器，其中，该MOS二极管为一P型薄膜晶体管及N型薄膜晶体管其中之一。
全文摘要
一种像素结构，包括一发光组件、一驱动晶体管、一维持电容、一切换装置、以及一控制装置；驱动晶体管与发光组件串联，用以驱动发光组件发光，驱动晶体管具有一阈值电压，以及一栅极连接到一节点；维持电容的第一端连接到该节点；切换装置连接在数据线与节点之间，受一扫描信号而导通；控制装置连接到维持电容的第二端，当切换装置未被导通时，用以提供与阈值电压相关的一第一控制电压，通过维持电容至节点；其中，并公开像素结构的驱动方法及应用该像素结构的显示器。
文档编号H05B33/08GK1588516SQ20041006987
公开日2005年3月2日 申请日期2004年7月13日 优先权日2004年7月13日
发明者吴冠龙 申请人:友达光电股份有限公司