CN107077819A - 有源矩阵led像素驱动电路及布局方法 - Google Patents

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Abstract

一种单元像素驱动器电路包括：被配置为存储对应于期望像素亮度的电压的电容器(13)以及控制块。控制块可包括第一(12a)、第二(12b)、第三(12c)和第四(12d)晶体管，所有晶体管并联和串联地连接在一起。控制块基于存储于电容器中的电压来控制流过像素LED(15)的电流的量。第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管全部共享共同的栅极几何尺寸。

Description

有源矩阵LED像素驱动电路及布局方法
相关申请
本申请要求2014年9月19日提交的62/052,720号美国临时申请的权益。本申请与2015年6月5日提交的14/732,058号美国申请相关。以上申请的全部教导通过引用并入于此。
背景技术
例如笔记本个人电脑、智能电话、以及平板计算设备的移动计算设备现今是商业和个人生活两者中用于生产、分析、通信以及消费数据的常用工具。因为随着高速无线通信技术变得无处不在，访问数字信息的便利增加，消费者继续采取移动数字生活方式。移动计算设备受欢迎的使用包括显示大量高分辨率计算机图形信息以及视频内容(通常是无线流传输到设备)。
虽然这些设备通常包括显示屏，但高分辨率、大格式显示的优选视觉体验无法轻易地在这样的移动设备上被复制，因为这样的设备的物理尺寸为了提高移动性而被限制。前述设备类型的另一缺点在于，用户接口是依靠手的，通常需要用户使用键盘(物理的或虚拟的)或者触摸显示屏来输入数据或作出选择。
结果，消费者现在正在寻找一种解放手的高质量、便携、彩色的显示解决方案，来增强或代替他们的依靠手的移动设备。
这样的显示解决方案的一个示例是有源矩阵发光二极管(LED)显示器。该有源矩阵LED显示器针对每个像素使用存储电容器，该存储电容器在显示扫描时段期间由驱动电压充电。该电容器存储电压直至下一扫描帧，此时该电容器存储与该扫描帧对应的新电压。所存储的电压向像素电路提供用于在一个帧的时间期间LED的驱动电流的参考——驱动电流的量取决于所存储的电压的值。
对于图1中所示的示例有源矩阵LED显示器，每个单元像素包括晶体管1、2和4、电容器3、以及LED 5。晶体管1的栅极通过选择线(SL)接收选择信号，而其源极通过VData线接收电压数据信号。当晶体管1由选择信号导通时，电压数据信号传送至晶体管2的栅极，且该数据信号VData的电压电平导通晶体管2以产生通过晶体管2的驱动电流，从而在晶体管4导通时间期间点亮LED 5。
图1的例子中描述的电路的缺点是，LED驱动电路的输出(即LED驱动电流)可能对电路参数变化敏感。这种参数变化可包括例如晶体管阈值电压的变化、以及晶体管物理栅极几何结构的宽度和长度的变化。像素与像素之间驱动电流的差异可以导致有源矩阵LED显示器上的不均匀照明。
发明内容
所描述的实施例提供了一种用于控制像素驱动电流的电路。该电路降低和/或减轻了在用于生产这种驱动电路的制造过程中固有工艺变化的影响。所描述的实施例通过形成包括并联及串联连接晶体管组合的电流控制块来完成降低和/或减轻。所描述的实施例还保持跨电流控制电路中的许多或所有晶体管的共同栅极几何尺寸。
一方面，本发明可为单元像素驱动器电路，其包括：被配置为存储与期望像素亮度对应的电压的电容器，具有并联及串联地连接在一起的两个或更多个晶体管的控制块。控制块可被配置为控制与存储于该电容器中的电压相对应的流过像素LED的电流量。该控制块的两个或更多个晶体管被配置为共享共同的栅极几何尺寸。
在一个实施例中，控制块可进一步包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管。所有四个晶体管可以并联及串联地连接在一起。第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和第四晶体管的栅极可彼此电耦合以形成第一节点。第一晶体管和第二晶体管的漏极可彼此电耦合以形成第二节点。第一晶体管和第二晶体管的源极、以及第三晶体管和第四晶体管的漏极可彼此电耦合以形成第三节点。第三晶体管和第四晶体管的源极可彼此电耦合。
在一个实施例中，单元像素驱动器电路可进一步包括数据晶体管。该数据晶体管的源极可电耦合至数据信号线，该数据晶体管的漏极可电耦合至第一节点，且该数据晶体管的栅极可电耦合至被配置为传送选择信号的选择线。
在另一实施例中，单元像素驱动器可进一步包括选通晶体管。该选通晶体管的源极可电耦合至参考电压，该选通晶体管的漏极可电耦合至第四节点，且该选通晶体管的栅极可电耦合至被配置为传送使能信号的使能线。
在另一实施例中，晶体管设置于基板上，以使第一晶体管邻近于第二晶体管和第三晶体管，第二晶体管邻近于第一晶体管和第四晶体管，第三晶体管邻近于第一晶体管和第四晶体管，并且第四晶体管邻近于第二晶体管和第三晶体管。
一个实施例进一步包括数据晶体管和选通晶体管。选通晶体管和数据晶体管可设置于基板上，以使数据晶体管邻近于第一晶体管和选通晶体管，且选通晶体管邻近于第二晶体管和数据晶体管。
在一个实施例中，第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、数据晶体管和选通晶体管形成晶体管组，且电容器围绕晶体管组的周边分布。
在另一实施例中，电容器使用一个或多个晶体管实现。实现该电容器的一个或多个晶体管可与控制块的两个或更多个晶体管共享共同的栅极几何尺寸。
另一方面，本发明可为单元像素驱动器电路，其包括并联和串联地连接在一起的两个或更多个晶体管。两个或更多个晶体管可被配置为控制与施加于两个或更多个晶体管的栅极的信号相对应的流过像素LED的电流量。两个或更多个晶体管可以均匀的图案分布于基板上，该两个或更多个晶体管被配置为共享共同的栅极几何尺寸。在一个实施例中，均匀的图案为行和列的集合。
另一方面，本发明可为驱动像素LED的方法，该方法包括向两个或更多个晶体管的块施加控制信号，该两个或更多个晶体管并联及串联地连接在一起且被配置为共享共同的栅极几何尺寸。该方法可进一步包括控制流过像素LED的电流量，电流量与控制信号对应。
附图说明
从以下对如附图所示的本发明的示例实施例更详细的描述中，前述内容将显而易见，在附图中贯穿不同视图，相同的参考标记指代相同的部分。附图不一定按比例，而是将重点放在图示本发明的实施例上。
图1示出了示例现有技术有源矩阵LED显示器。
图2示出了根据本发明的一个实施例的示例有源矩阵LED显示器。
图3示出了与图1所示的显示电路对应的示例栅极几何结构。
图4示出了根据本发明的一个实施例的示例栅极几何结构，其对应于图2所示的显示电路。
具体实施方式
以下描述本发明的示例实施例。
图2为根据本发明的一个实施例配置的单元像素电路。
图2的单元像素电路包括六个晶体管12a、12b、12c、12d、11以及14a、电容器13、以及LED 15。虽然示例实施例描述驱动像素电路内的LED，但所述的概念可用于其他用于提供视觉显示方面的像素元件。
如以下更详细地描述的，电容器13可由以特定方式构造和布置的晶体管来实施。电容器13可以使用本领域已知的替代技术来实施，例如使用氧化物作为电容器的电介质，且使用金属或者重掺杂硅作为电容器板。在图2中，电容器13包括标示“×M”，意为电容器13实际上可包括M个晶体管，其中M是整数。
图2中的晶体管12a、12b、12c和12d提供与图1中晶体管2执行的功能类似的功能。晶体管12a、12b、12c和12d一起形成控制块，控制块控制向LED 15供应的LED驱动电流20。LED驱动电流20的量取决于存储于存储电容器13(或图1所示电路中的存储电容器3)中的电压的值。
晶体管11在本文中被称作数据晶体管。当数据晶体管11导通时，数据晶体管11将数据信号从VData线22传送至晶体管12a、12b、12c和12d的栅极并传送至电容器13。数据晶体管11基于从选择线24供应的选择信号而导通。如本文中使用的术语“线”(如在“VData线22”中的)可指能够传送信号的任何物理媒介，诸如电导体(例如导线、同轴电缆、印刷电路板走线)、光纤、波导、微带或者带线(除了别的之外)。
晶体管14在本文中被称作闸道(gateway)晶体管。闸道晶体管14基于通过使能线26供应于闸道晶体管栅极的使能信号来控制LED驱动电流20。换言之，晶体管14根据通过使能线26传送的使能信号来选通LED驱动电流20。
晶体管12a、12b、12c和12d如图所示连接，具有并联连接方面和串联连接方面两者。所有晶体管12a、12b、12c和12d的栅极均电耦合在一起，并电耦合至晶体管11的漏极，以形成第一节点。晶体管12a和12b的漏极电耦合在一起并电耦合至参考电压VDD，以形成第二节点。晶体管12a和12b的源极彼此电耦合并且还电耦合至晶体管12c和12d的漏极。晶体管12c和12d的源极彼此电耦合并且还电耦合至晶体管14的漏极。这样，晶体管对[12a，12b]和[12c，12d]并联连接，而晶体管对[12a，12c]和[12b，12d]串联连接。
在图2所示的示例实施例中，晶体管12a、12b、12c和12d均设置于基板(例如，半导体基板)上，其中晶体管具有大致相同宽度和长度的栅极几何结构。在其他实施例中，单元像素电路中的所有晶体管12a、12b、12c、12d、11和14a被设置具有大致相同宽度和长度尺寸的栅极几何结构。这一共同的宽度和长度尺寸可用来降低和/或减轻工艺变化的影响，因为任何工艺变化对于具有相似宽度和长度特性的元件可产生相似的影响。
图3图示了用于图1所示的示例现有技术电路的晶体管的栅极几何结构。如图所示，晶体管1和4共享共同的栅极几何尺寸(即W＝a，L＝b)，而晶体管2的栅极几何尺寸(W＝c，L＝d)和晶体管3的栅极几何尺寸(W＝e，L＝f；未示出)显著地彼此不同，并且与晶体管1和4也不同。
图4图示了用于图2所示的示例单元像素电路的晶体管的栅极几何结构。在这个示例实施例中，栅极几何结构110、120a、120b、120c、120d、130和140(分别对应于晶体管11、12a、12b、12c、12d、13和14)基本相同，即宽度＝长度＝a，其中“a”是量化沿线性维度的距离的值。这样的值的示例可为25nm或6.0μm(应注意的是，这些仅仅是说明值的性质的可能值的示例。这些特定值并非意在以任何方式对本发明加以限制)。
在图4的示例实施例中，晶体管分布在均匀的图案中，在本例中为行和列的网格形式。其他分布图案可用于替代实施例中。例如，分布可在同心圆、六角蜂窝式图案中、或者在平行对角线的集合中。
如图所示，晶体管110邻近于140设置，且晶体管120a、120b、120c和120d彼此邻近设置。晶体管130(至少其中的一些集体地形成存储电容器13)在所述实施例中沿着围绕其余的晶体管110、140、120a、120b、120c和120d的周边设置。
在一些实施例中，晶体管130可各自配置为表现特定值的电容。用于如此配置晶体管130的技术在本领域中是公知的。例如，栅极至沟道电容可用来提供特定电容，或者可使用栅极至本体电容。在一些实施例中，可以设置与晶体管130相关的配置和参数，以将晶体管130置于积累模式；在其他实施例中晶体管可设立在反转模式中。
图2所示的单元像素电路的设计可能需要具有特定电容值的存储电容器13。在一些实施例中，该特定电容可通过晶体管130的选择组合来实现。在一些实施例中，晶体管130中的两个或更多个可电连接并设置在串联或并联配置中，使得组合的电容产生期望的特定值。
虽然本发明已参照其示例实施例具体地示出和描述，但本领域技术人员应理解的是，在不脱离所附权利要求所涵盖的本发明范围的情况下，在本文中可作出形式和细节的各种改变。

Claims (20)

1.一种单元像素驱动器电路，包括：
电容器，被配置为存储与期望像素亮度对应的电压；以及
控制块，具有并联和串联地连接在一起的两个或更多个晶体管，所述控制块被配置为控制流过像素LED的、与存储在所述电容器中的所述电压相对应的电流的量；
所述控制块的所述两个或更多个晶体管被配置为共享共同的栅极几何尺寸。
2.根据权利要求1所述的单元像素驱动器电路，其中所述控制块进一步包括：
第一晶体管；
第二晶体管；
第三晶体管；以及
第四晶体管，全部四个晶体管并联和串联地连接在一起。
3.根据权利要求2所述的单元像素驱动器电路，其中
(i)所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管和所述第四晶体管的栅极彼此电耦合以形成第一节点；
(ii)所述第一晶体管和所述第二晶体管的漏极彼此电耦合以形成第二节点；
(iii)所述第一晶体管和所述第二晶体管的源极、以及所述第三晶体管和所述第四晶体管的漏极彼此电耦合以形成第三节点；
(iv)所述第三晶体管和所述第四晶体管的源极彼此电耦合。
4.根据权利要求3所述的单元像素驱动器电路，进一步包括数据晶体管，所述数据晶体管的源极电耦合至数据信号线，所述数据晶体管的漏极电耦合至所述第一节点，且所述数据晶体管的栅极电耦合至被配置为传送选择信号的选择线。
5.根据权利要求3所述的单元像素驱动器电路，进一步包括选通晶体管，所述选通晶体管的源极电耦合至参考电压，所述选通晶体管的漏极电耦合至第四节点，并且所述选通晶体管的栅极电耦合至被配置为传送使能信号的使能线。
6.根据权利要求2所述的单元像素驱动器电路，其中晶体管设置于基板上，使得：
所述第一晶体管邻近于所述第二晶体管和所述第三晶体管；
所述第二晶体管邻近于所述第一晶体管和所述第四晶体管；
所述第三晶体管邻近于所述第一晶体管和所述第四晶体管；并且
所述第四晶体管邻近于所述第二晶体管和所述第三晶体管。
7.根据权利要求6所述的单元像素驱动器电路，进一步包括数据晶体管和选通晶体管，所述单元像素驱动器电路进一步包括设置于所述基板上的选通晶体管和数据晶体管，使得：
所述数据晶体管邻近于所述第一晶体管和所述选通晶体管；
所述选通晶体管邻近于所述第二晶体管和所述数据晶体管。
8.根据权利要求7所述的单元像素驱动器电路，其中所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管、所述第四晶体管、所述数据晶体管和所述选通晶体管形成晶体管组，并且所述电容器围绕所述晶体管组的周边分布。
9.根据权利要求1所述的单元像素驱动器电路，其中所述电容器使用一个或多个晶体管实现。
10.根据权利要求9所述的单元像素驱动器电路，其中实现所述电容器的所述一个或多个晶体管与所述控制块的所述两个或更多个晶体管共享共同的栅极几何尺寸。
11.一种单元像素驱动器电路，包括：
并联和串联地连接在一起的两个或更多个晶体管，所述两个或更多个晶体管被配置为控制流过像素LED的、与施加于所述两个或更多个晶体管的栅极的信号相对应的电流的量；
所述两个或更多个晶体管以均匀的图案分布在基板上，所述两个或更多个晶体管被配置为共享共同的栅极几何尺寸。
12.根据权利要求11所述的单元像素驱动器电路，其中所述均匀的图案为行和列的集合。
13.根据权利要求11所述的单元像素驱动器电路，其中所述两个或更多个晶体管进一步包括：
第一晶体管；
第二晶体管；
第三晶体管；以及
第四晶体管，全部四个晶体管并联和串联地连接在一起。
14.根据权利要求13所述的单元像素驱动器电路，其中
(i)所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管和所述第四晶体管的栅极彼此电耦合以形成第一节点；
(ii)所述第一晶体管和所述第二晶体管的漏极彼此电耦合以形成第二节点；
(iii)所述第一晶体管和所述第二晶体管的源极、以及所述第三晶体管和所述第四晶体管的漏极彼此电耦合以形成第三节点；
(iv)所述第三晶体管和所述第四晶体管的源极彼此电耦合。
15.根据权利要求13所述的单元像素驱动器电路，其中晶体管设置于所述基板上，使得：
所述第一晶体管邻近于所述第二晶体管和所述第三晶体管；
所述第二晶体管邻近于所述第一晶体管和所述第四晶体管；
所述第三晶体管邻近于所述第一晶体管和所述第四晶体管；并且
所述第四晶体管邻近于所述第二晶体管和所述第三晶体管。
16.根据权利要求11所述的单元像素驱动器电路，其中施加于所述两个或更多个晶体管的栅极的所述信号为电压。
17.根据权利要求15所述的单元像素驱动器电路，进一步包括被配置为存储所述电压的电容器，所述电容器电耦合至所述两个或更多个晶体管的栅极。
18.根据权利要求17所述的单元像素驱动器电路，其中所述电容器使用一个或多个晶体管实现。
19.根据权利要求9所述的单元像素驱动器电路，其中实现所述电容器的所述一个或多个晶体管与并联和串联地连接在一起的所述两个或更多个晶体管共享共同的栅极几何尺寸。
20.一种驱动像素LED的方法，包括：
向两个或更多个晶体管的块施加控制信号，所述两个或更多个晶体管并联和串联地连接在一起且被配置为共享共同的栅极几何尺寸；以及
控制流过所述像素LED的电流的量，所述电流的量与所述控制信号相对应。
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