像素结构及其驱动方法以及应用该像素结构的显示器.pdf

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。

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。

像素结构及其驱动方法以及应用该像素结构的显示器
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V_dd与V_ss之间。晶体管T2的栅极经由扫描线接收一扫描信号V_scan，其漏极经由数据线接收一数据信号V_data。当扫描信号V_scan使晶体管T2导通时，像素PIX的数据信号V_data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V_data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V_gs。当扫描信号V_scan将晶体管T2截止时，由于维持电容C两端仍维持一电压差V_gs，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V_tp1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V_dd，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。
附图说明
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-P_nm：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-S_n：扫描线；D₁-D_m：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；TP₂：MOS二极管。
具体实施方式
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-D_m。扫描驱动器14用以提供扫描信号到扫描线S₁-S_n。显示面板16具有以矩阵方式配置的像素P₁₁-P_nm。
像素P₁₁-P_nm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-S_n可以导通或截止同一行上的所有像素，以控制数据线D₁-D_m是否可以写入到对应的像素中。
由于像素P₁₁-P_nm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V_tp1，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V_dd，而电源线PL₂提供低电源V_ss。
切换装置32连接到数据线D₁与节点A之间，受扫描线S₁上地扫描信号而导通，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V_tp2，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V_ref1。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V_A等于数据线D₁的数据信号V_data。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V_B＝V_ref1-V_tp2。因此，维持电容C的电压V_C如下式所示：
V_c＝V_data-(V_ref1-V_tp2)                     (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V_C如下式所示：
V_C＝V_A-V_dd                                 (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
V_A-V_dd＝V_data-(V_ref1-V_tp2)                 (3)
V_A＝V_data-(V_ref1-V_tp2)+V_dd                 (4)
驱动晶体管TP₁所提供的驱动电流I如下式所示
I∝(Vgs-V_tp1)²
∝[(V_A-V_dd)-V_tp1]²                                (5)
将(3)代入(5)
I∝(V_data-V_ref1+V_tp2-V_tp1)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V_dd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V_tp1＝V_tp2，则驱动电流I亦不受驱动晶体管TP₁的阈值电压V_tp1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V_tp1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V_ref2等于电源线PL₂的电源V_ss。
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V_B＝V_ref1-V_tp2。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V_B＝V_dd。由上述可知，电压V_B的变化与MOS二极管TP₂的阈值电压V_tp2相关。根据维持电容C的电荷守恒原理，电压V_B的变化约等于电压V_A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V_tp2相关。
由于像素内的晶体管的阈值电压近于相等，因此，可令V_tp1＝V_tp2，换句话说，节点A的电压变化与驱动晶体管TP₁的阈值电压V_tp1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V_ref1小于电源线PL₁上的电源V_dd，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V_ref1，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V_B＝V_ref1。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V_B＝V_dd+V_tp2。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V_tp2有关，因此，节点A的电压与V_tp2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V_tp2＝V_tp1，所以节点A的电压与驱动晶体管TP₁的阈值电压V_tp1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V_dd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V_dd＝5V，而V_ss＝-12V，晶体管T1的阈值电压V_tp1＝-1V，数据在线的数据信号V_data＝1.195V。而图4中的电源V_dd＝5V，V_ss＝-12V，V_ref1＝3V，驱动晶体管TP₁的阈值电压V_tp＝-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V_data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。