CN104766566A - 像素结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种像素结构，用以驱动发光二极管。像素结构包括：驱动晶体管、耦合开关、扫描开关、电容、激光开关以及设定开关。驱动晶体管耦接至发光二极管或操作电源并接收偏压电压。耦合开关依据扫描信号以导通或断开。扫描开关受控于扫描信号以导通或断开。电容的第一端耦接扫描开关的第二端，电容的第二端提供偏压电压至驱动晶体管的控制端。激光开关依据激光控制信号以导通或断开。设定开关依据激光控制信号以导通或断开。
Description
技术领域
本发明是有关于一种像素结构，且特别是有关于一种驱动发光二极管的像素结构。
背景技术
发光二极管(light emitting diode,LED)由于具有省电、使用寿命长、启动快速、体积小等多种优点，因此近年来被广泛的应用在平面显示器中。其中，有机发光二极管(organic light emitting diode,OLED)又因为高亮度、高对比度、自发光、无视角限制、无需背光结构等优点，在目前已逐渐成为平面显示器中最具有发展潜力的一种技术。而在现有技术的平面显示器中，常见有主动式发光二极管显示面板以及被动式发光二极管显示面板。
在现有技术的主动式发光二极管面板中，常通过驱动晶体管以接收驱动电压来产生驱动电流以驱使发光二极管发光。为了可以稳定的控制发光二极管的亮度，驱动晶体管通常被操作在饱和区以提供稳定的驱动电流。然而，依据晶体管饱和区的电流公式可以得知，驱动电流会随着驱动晶体管的临界电压的改变而发生变化。另外，随着像素结构的设计，驱动晶体管所产生的电流，也可能随着其所驱动的负载(发光二极管)的临界电压而改变，亦有可能随着面板中的电流电阻电压降(IR drop)所造成的接地电压的漂移而生改变。因此，要在长时间的工作下，稳定发光二极管产生的亮度，为本领域的技术人员的重大课题。
发明内容
本发明提供一种像素结构，补偿因电路元件的电气特性发生变异时，所产生的显示不均匀现象。
本发明的像素结构用以驱动发光二极管，包括：驱动晶体管、耦合开关、扫描开关、电容、激光开关以及设定开关。驱动晶体管具有第一端、第二端以及控制端，其第二端耦接至发光二极管或操作电源，其控制端接收偏压电压。耦合开关耦接在驱动晶体管的控制端与第一端间，依据扫描信号以导通或断开。扫描开关的第一端接收显示数据电压，扫描开关受控于扫描信号以导通或断开。电容的第一端耦接扫描开关的第二端，电容的第二端提供偏压电压至驱动晶体管的控制端。激光开关耦接在操作电源以及驱动晶体管的第一端间，或耦接在驱动晶体管的第一端与发光二极管间，依据激光控制信号以导通或断开。设定开关耦接在参考电压以及扫描开关的第二端间，依据激光控制信号以导通或断开。
基于上述，本发明提供的像素结构针对于现有技术其功效在于，可以适当的设定驱动晶体管所接收的偏压电压，使驱动晶体管所产生的驱动电流的电流大小与驱动晶体管的临界电压、发光二极管的临界电压以及因电流电阻电压降(IR drop)所产生的参考接地电压的变异无关，可有效控制发光二极管的亮度，提升其效能。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
附图说明
图1绘示本发明一实施例的像素结构的示意图；
图2绘示本发明另一实施例的像素结构的示意图；
图3绘示本发明实施例的像素架构的动作波形图；
图4A以及4B分别绘示本发明图2实施例的驱动电流误差率与电流电阻压降以及驱动晶体管临界电压变化的关系图；
图5绘示本发明再一实施例的像素结构的示意图；
图6A以及图6B绘示本发明不同实施例的像素结构的示意图；
图7绘示本发明更一实施例的像素结构的示意图；
图8绘示本发明实施例的像素架构的动作波形图；
图9A以及图9B绘示本发明不同实施例的像素结构的示意图。
其中，附图标记：
100、200、500、600、700、900：像素结构
LED：发光二极管
T1：驱动晶体管
CSW：耦合开关
SCSW：扫描开关
C1、C2：电容
ESW：激光开关
SESW：设定开关
G：控制端
OVDD：操作电源
EM：激光控制信号
VSUS：参考电压
OVSS：参考接地电压
DATA：显示数据电压
SCAN：扫描信号
TC、TSC、TE、TSE、TA：晶体管
RESET：重置时间周期
COMP1、COMP2：补偿时间周期
410、420：曲线
ASW：辅助开关
EMN：辅助控制信号
EMISS：激光时间周期
具体实施方式
请参照图1，图1绘示本发明一实施例的像素结构的示意图。像素结构100可用以驱动发光二极管LED，其中的发光二极管LED可以是有机的也可以是无机的发光二极管。像素结构100包括驱动晶体管T1、耦合开关CSW、扫描开关SCSW、电容C1、激光开关ESW以及设定开关SESW。驱动晶体管T1具有第一端、第二端以及控制端G，其第二端耦接至发光二极管LED的阳极，其控制端G接收偏压电压。耦合开关CSW耦接在驱动晶体管T1的控制端G与第一端间，耦合开关CSW并依据扫描信号SCAN以导通或断开。扫描开关SCSW的第一端接收显示数据电压DATA，扫描开关SCSW并受控于扫描信号SCAN以导通或断开。电容C1的第一端耦接扫描开关SCSW的第二端，另外，电容C1的第二端提供偏压电压至驱动晶体管的控制端G。激光开关ESW耦接在操作电源OVDD以及驱动晶体管T1的第一端间，并依据激光控制信号EM以导通或断开。设定开关SESW耦接在参考电压VSUS以及扫描开关CSW的第二端间，设定开关SESW依据激光控制信号EM以导通或断开。此外，发光二极管LED的阴极耦接至参考接地电压OVSS。
值得注意的是，在本实施例中，参考电压VSUS的电压值不大于操作电源OVDD的电压值，且参考电压VSUS的电压值大于显示数据电压DATA的电压值。另外，激光开关ESW以及设定开关SESW实质上是会同时被导通或被断开，而扫描开关SCSW以及耦合开关CSW则实质上同时被导通或被断开。
以下请参照图2，图2绘示本发明另一实施例的像素结构的示意图。像素结构200包括驱动晶体管T1、耦合开关CSW、扫描开关SCSW、电容C1、激光开关ESW以及设定开关SESW。其中，耦合开关CSW、扫描开关SCSW、激光开关ESW以及设定开关SESW分别为由晶体管TC、TSC、TE以及TSE所建构的晶体管开关。在本实施例中，晶体管TC、TSC、TE以及TSE皆为N型晶体管。
在电路的动作方面，请同步参照图3以及图2，其中图3绘示本发明实施例的像素架构的动作波形图。其中，在重置时间周期RESET中，激光控制信号EM以及扫描信号SCAN为高准位信号(例如逻辑高准位)，激光开关ESW以及设定开关SESW依据激光控制信号EM被导通，同时，扫描开关SCSW以及耦合开关CSW依据扫描信号SCAN被导通。此时，驱动晶体管T1的控制端G上所接收的偏压电压实质上等于操作电源OVDD(通过导通的激光开关ESW以及耦合开关CSW)。另外，显示数据电压DATA通过扫描开关SCSW传送至电容C1与扫描开关SCSW连接的端点。
接着，在第一补偿时间周期COMP1中，激光控制信号EM转态为低准位信号(例如逻辑低准位)，扫描信号SCAN维持为高准位信号。相对应的，激光开关ESW及设定开关SESW被断开，扫描开关SCSW以及耦合开关CSW维持被导通。并使偏压电压实质上等于Vth+VOLED+OVSS，其中，Vth为驱动晶体管T1的临界电压，VOLED为发光二极管LED的临界电压。
接着，在第二补偿时间周期COMP2中，扫描信号SCAN转态为低准位信号，激光控制信号EM维持在低准位信号，并使激光开关ESW、设定开关SESW、扫描开关SCSW以及耦合开关CSW被断开。
在激光时间周期EMISS中，激光控制信号EM转态为高准位信号，扫描信号SCAN则维持为低准位信号，并使激光开关ESW以及设定开关SESW被导通，且扫描开关SCSW以及耦合开关CSW维持被断开。通过设定开关SESW以提供参考电压VSUS至电容C1耦接设定开关SESW的端点，电容C1的另一端，即驱动晶体管T1的控制端G上的偏压电压被变更为实质上等于VSUS–VDATA+Vth+VOLED+OVSS。而驱动晶体管T1的第一端通过激光开关ESW接收操作电源OVDD，驱动晶体管T1可依据偏压电压来提供驱动电流以驱动发光二极管LED。
值得注意的是，驱动电流的计算公式可见式(1)：
IOLED＝K(VGS-Vth)2＝K(VSUS-VDATA)2 (1)
其中(1)的VGS为驱动晶体管T1的控制端以及其第二端间的电压差，K为常数。由式(1)可以得知，本实施例中，驱动晶体管T1所产生的驱动电流只与参考电压VSUS以及显示数据电压VDATA有关，不受驱动晶体管的临界电压Vth、发光二极管的临界电压VLED以及参考接地电压OVSS的变异的影响。
以下请参照图4A以及4B，图4A以及4B分别绘示本发明图2实施例的驱动电流误差率与电流电阻压降以及驱动晶体管临界电压变化的关系图。在图4A中，横轴代表参考接地电压OVSS因电流电阻压降所产生的变化范围，而曲线410则为对应的驱动晶体管T1所产生的驱动电流的误差率。其中，对应参考接地电压OVSS的变动，曲线410几乎接分布0％的附近，不会有大范围的变动。
另外，在图4B中，横轴代表驱动晶体管T1的临界电压Vth所产生的变化范围，而曲线420则为对应的驱动电流的错误率。其中，对应临界电压Vth的变动，曲线420几乎接分布0％的附近，不会有大范围的变动。
由前述的图4A以及4B可以得知，本发明图2的实施例的像素结构200所产生的驱动电流可以有效被控制以不受驱动晶体管T1的临界电压Vth以及参考接地电压OVSS的变动所影响。也就是说，本发明图2的实施例的像素结构200可以驱动发光二极管LED产生稳定亮度的光源，提升其发光的效能。
以下请参照图5，图5绘示本发明再一实施例的像素结构的示意图。与前述实施例不相同的，像素结构500中更包括辅助开关ASW。辅助开关ASW串接在驱动晶体管T1耦接发光二极管LED的阳极的耦接路径间。辅助开关ASW可由晶体管TA所构成，并依据辅助控制信号EMN以导通或断开。其中，辅助开关ASW依据辅助控制信号EMN在重置时间周期RESET中被断开，并藉此切断重置时间周期RESET中，发光二极管LED由驱动晶体管T1接收到驱动电流的可能性，避免发光二极管LED在重置时间周期RESET产生微弱发光的可能性。
值得一提的是，在单一个显示面板中，通常会有多数个如图5的像素结构500依据数组的方式来进行排列，且其中的各显示列可以在不同的时间区间中依序被驱动。也因此，像素结构500中的辅助控制信号EMN可以是其前一个显示列的激光控制信号。而当像素结构500在重置时间周期RESET中时，其前一个显示列的激光控制信号可以是与像素结构500的激光控制信号EM互补的信号。
以下请参照图6A以及图6B，图6A以及图6B绘示本发明不同实施例的像素结构的示意图。与前述图2的实施例不相同的，图6A的像素结构600更包括稳压电容C2。稳压电容C2串接在电容C1与建构扫描开关开的晶体管TSC的耦接点及操作电源OVDD间。稳压电容C2用来稳定电容C1与晶体管TSC的耦接点上的电压值。
另外，在图6B中，稳压电容C2也可耦接在驱动晶体管T1的控制端G以及操作电源OVDD间，用以稳定偏压电压的电压值。
以下请参照图7，图7绘示本发明更一实施例的像素结构的示意图。像素结构700包括驱动晶体管T1、耦合开关CSW、扫描开关SCSW、电容C1、激光开关ESW以及设定开关SESW。耦合开关CSW、扫描开关SCSW、激光开关ESW以及设定开关SESW分别为由晶体管TC、TSC、TE以及TSE所建构的晶体管开关，且晶体管TC、TSC、TE以及TSE皆为P型晶体管。
其中，驱动晶体管T1具有第一端、第二端以及控制端G，其第二端耦接至操作电源OVDD，其控制端G接收偏压电压。耦合开关CSW耦接在驱动晶体管T1的控制端G与第一端间，耦合开关CSW并依据扫描信号SCAN以导通或断开。扫描开关SCSW的其第一端接收显示数据电压DATA，扫描开关SCSW并受控于扫描信号SCAN以导通或断开。电容C1的第一端耦接扫描开关SCSW的第二端，另外，电容C1的第二端提供偏压电压至驱动晶体管的控制端G。激光开关ESW耦接在驱动晶体管T1的第一端与发光二极管LED间，并依据激光控制信号EM以导通或断开。设定开关SESW耦接在参考电压VSUS以及扫描开关CSW的第二端间，设定开关SESW依据激光控制信号EM以导通或断开。此外，发光二极管LED的阴极耦接至参考接地电压OVSS。
在电路的动作方面，请同步参照图8以及图7，其中图8绘示本发明实施例的像素架构的动作波形图。其中，在重置时间周期RESET中，激光控制信号EM以及扫描信号SCAN为低准位信号(例如逻辑低准位)，激光开关ESW以及设定开关SESW依据激光控制信号EM被导通，同时，扫描开关SCSW以及耦合开关CSW依据扫描信号SCAN被导通。
接着，在第一补偿时间周期COMP1中，扫描信号SCAN维持为低准位信号，激光控制信号EM转态为高准位信号(例如逻辑高准位)。激光开关ESW及设定开关SESW变更为被断开的状态，且扫描开关SSW以及耦合开关CSW则维持为被导通的状态。对应于此，显示数据电压DATA被提供至电容C1未耦接驱动晶体管T1的端点上，而驱动晶体管T1的控制端G上的偏压电压实质上等于操作电源OVDD减去驱动晶体管T1的临界电压Vth。
在接下来的第二补偿时间周期COMP2中，扫描信号SCAN、激光控制信号EM皆为高准位信号，并切断激光开关ESW、设定开关SESW、扫描开关SCSW以及耦合开关CSW。然后，在激光EMISS时间周期中，激光控制信号EM转态为低准位信号并使激光开关ESW以及设定开关SESW被导通。此时，参考电压VSUS被提供至电容C1未耦接驱动晶体管T1的端点上，并使偏压电压实质上等于参考电压VSUS–显示数据电压VDATA+操作电源OVDD–驱动晶体管T1的临界电压Vth。
由上述的说明可得知，驱动晶体管T1依据偏压电压所产生的电流可以计算如式(2)：
IOLED＝K(VSG-Vth)2＝K(VDATA-VSUS)2 (2)
由式(2)可以得知，本实施例中，驱动晶体管T1所产生的驱动电流只与参考电压VSUS以及显示数据电压VDATA有关，不受驱动晶体管的临界电压Vth、发光二极管的临界电压VLED以及参考接地电压OVSS的变异的影响。
以下另请参照图9A以及图9B，图9A以及图9B绘示本发明不同实施例的像素结构的示意图。与前述图7的实施例不相同的，图9A的像素结构900更包括稳压电容C2。稳压电容C2串接在电容C1与建构扫描开关开的晶体管TSC的耦接点及操作电源OVDD间。稳压电容C2用来稳定电容C1与晶体管TSC的耦接点上的电压值。
另外，在图9B中，稳压电容C2也可耦接在驱动晶体管T1的控制端G以及操作电源OVDD间，用以稳定偏压电压的电压值。
综上所述，本发明所提出的像素结构，可使其驱动晶体管所产生的驱动电流，与驱动晶体管的临界电压、发光二极管的临界电压以及参考接地电压不相关连。也就是说，本发明的像素结构，可以克服因为各种因素所产生的驱动晶体管的临界电压、发光二极管的临界电压的变异以及电流电阻压降所产生的参考接地电压的变异所造成的影响，并提供稳定的驱动电流以维持发光二极管的发光效能。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种像素结构，用以驱动一发光二极管，其特征在于，包括：
一驱动晶体管，具有第一端、第二端以及控制端，其第二端耦接至该发光二极管或一操作电源，其控制端接收一偏压电压；
一耦合开关，耦接在该驱动晶体管的控制端与第一端间，依据一扫描信号以导通或断开；
一扫描开关，其第一端接收一显示数据电压，该扫描开关受控于该扫描信号以导通或断开；
一电容，其第一端耦接该扫描开关的第二端，该电容的第二端提供该偏压电压至该驱动晶体管的控制端；
一激光开关，耦接在该操作电源以及该驱动晶体管的第一端间，或耦接在该驱动晶体管的第一端与该发光二极管间，依据一激光控制信号以导通或断开；以及
一设定开关，耦接在一参考电压以及该扫描开关的第二端间，依据该激光控制信号以导通或断开。
2.如权利要求1所述的像素结构，其特征在于，该激光开关以及该设定开关实质上同时被导通或断开，该扫描开关以及该耦合开关实质上同时被导通或断开。
3.如权利要求1所述的像素结构，其特征在于，当该驱动晶体管的第二端耦接至该发光二极管且该激光开关耦接在该操作电源以及该驱动晶体管的第一端间时，在一重置时间周期中，该激光开关、该设定开关、该扫描开关以及该耦合开关被导通；在一第一补偿时间周期中，该激光开关及该设定开关被断开，且该扫描开关以及该耦合开关被导通；在一第二补偿时间周期中，该激光开关、该设定开关、该扫描开关以及该耦合开关被断开；在一激光时间周期中，该激光开关以及该设定开关被导通，且该扫描开关以及该耦合开关被断开。
4.如权利要求3所述的像素结构，其特征在于，在该重置时间周期中，该偏压电压实质上等于该操作电源；在该第一及第二补偿时间周期中，该偏压电压实质上等于Vth+VOLED+OVSS，其中，Vth为该驱动晶体管的临界电压，VOLED为该发光二极管的临界电压，OVSS为一参考接地电压；并且，在该激光时间周期中，该偏压电压实质上等于VSUS–VDATA+Vth+VOLED+OVSS，其中，VDATA为该显示数据电压，VSUS为该参考电压，该驱动晶体管依据该偏压电压以驱动该发光二极管。
5.如权利要求3所述的像素结构，其特征在于，该参考电压的电压值不大于该操作电源的电压值，且该参考电压的电压值大于该显示数据电压的电压值。
6.如权利要求1所述的像素结构，其特征在于，当该驱动晶体管的第二端耦接至该操作电源且该激光开关耦接在该驱动晶体管的第一端与该发光二极管间时，在一重置时间周期中，该激光开关、该设定开关、该扫描开关以及该耦合开关被导通；在一第一补偿时间周期中，该激光开关及该设定开关被断开，且该扫描开关以及该耦合开关被导通；在一第二补偿时间周期中，该激光开关、该设定开关、该扫描开关以及该耦合开关被断开；在一激光时间周期中，该激光开关以及该设定开关被导通，且该扫描开关以及该耦合开关被断开。
7.如权利要求6所述的像素结构，其特征在于，在该第一及第二补偿时间周期中，该偏压电压实质上等于OVDD–Vth，其中，OVDD为该操作电源，Vth为该驱动晶体管的临界电压；并且，在该激光时间周期中，该偏压电压实质上等于VSUS–VDATA+OVDD–Vth，其中，VDATA为该显示数据电压，VSUS为该参考电压，该驱动晶体管依据该偏压电压以驱动该发光二极管。
8.如权利要求6所述的像素结构，其特征在于，该显示数据电压的电压值不大于该操作电源的电压值，且该显示数据电压的电压值大于该参考电压的电压值的电压值。
9.如权利要求3或6所述的像素结构，其特征在于，该重置时间周期在该第一补偿时间周期前，该第一补偿时间周期在该第二补偿时间周期前，且该第二补偿时间周期在该激光时间周期前。
10.如权利要求3所述的像素结构，其特征在于，更包括：
一辅助开关，耦接在该驱动晶体管耦接该发光二极管的路径间，该辅助开关依据一辅助控制信号以导通或断开，
其中，该辅助开关依据该辅助控制信号在该重置时间周期中被断开。
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