CN109686299B

CN109686299B - 像素结构

Info

Publication number: CN109686299B
Application number: CN201910052738.5A
Authority: CN
Inventors: 杨创丞; 李明贤; 洪凯尉; 林逸承; 林峻锋
Original assignee: AU Optronics Corp
Current assignee: AU Optronics Corp
Priority date: 2018-09-21
Filing date: 2019-01-21
Publication date: 2020-05-05
Anticipated expiration: 2039-01-21
Also published as: TW202013711A; TWI683434B; US10748473B2; US20200098305A1; CN109686299A

Abstract

本发明提供一种像素结构，包含发光二极管、第一晶体管、第二晶体管以及电容。发光二极管的阴极端用以接收第一电源供应电压。电容的第一端耦接第一晶体管的控制端，用以于第一期间存储数据信号。第二晶体管的第一端用以接收第二电源供应电压，第二晶体管的控制端用以于第二期间接收脉冲宽度调变(PWM)控制信号，第二晶体管的第二端耦接第一晶体管的第二端。其中第二晶体管于第二期间根据PWM控制信号而导通并持续导通时间，第一晶体管于导通时间依据数据信号以提供驱动电流至发光二极管。

Description

像素结构

技术领域

本发明有关于一种像素结构，且特别是有关于运用发光二极管的像素结构。

背景技术

一般的像素结构中，关于脉冲的操作过程，往往会因为面板的解析度越高，而使得每一级时间可以调整的脉冲宽度相对变小。由于可调整的宽度越小，导致针对每一级时间的像素亮度的调整操作越来越困难。

此外，LED的电流与电压曲线通常是呈现指数曲线发展，亦即，在电压达一定数值时，每增加些微电压值，其对应的电流值的增量会相对的大。换言之，若欲调整每一级时间的像素亮度，会因指数曲线的特性而更增加调整难度。

发明内容

根据本发明的一实施例，揭示一种像素结构，包含发光二极管、第一晶体管、第二晶体管以及电容。发光二极管的阴极端用以接收第一电源供应电压。第一晶体管的第一端耦接发光二极管的阳极端。电容的第一端耦接于第一晶体管的控制端，用以于第一期间存储数据信号。第二晶体管的第一端用以接收第二电源供应电压，第二晶体管的控制端用以于第二期间接收脉冲宽度调变控制信号，第二晶体管的第二端耦接于第一晶体管的第二端。其中，第二晶体管于第二期间根据脉冲宽度调变控制信号而导通并持续导通时间，第一晶体管于导通时间依据数据信号以提供驱动电流至发光二极管。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

以下详细描述结合附图阅读时，将有利于较佳地理解本发明的实施方式。应注意，根据说明上实务的需求，附图中各特征并不一定按比例绘制。实际上，出于论述清晰的目的，可能任意增加或减小各特征的尺寸。

图1示出根据本发明一些实施例中一种像素结构电路元件的示意图。

图2示出用于操作图1像素结构的操作波形示意图。

图3示出根据本发明另一些实施例中一种像素结构电路元件的示意图。

图4示出用于操作图3像素结构的操作波形示意图。

图5示出根据本发明另一些实施例中一种像素结构电路元件的示意图。

图6示出用于操作图5像素结构的操作波形示意图。

图7示出根据本发明另一些实施例中一种像素结构电路元件的示意图。

图8示出用于操作图7像素结构的操作波形示意图。

图9示出根据本发明一些实施例中驱动电流与电压的示意图。

其中，附图标记：

100～400 像素结构

150 发光二极管

170 脉冲宽度调变控制器

190 光传感器

M1 第一晶体管

M2 第二晶体管

M3 第三晶体管

M4 第四晶体管

C 电容

S1 第一扫描信号

S2 第二扫描信号

S3 第三扫描信号

VSS 第一电源供应电压

VDD 第二电源供应电压

Data_PWM 脉冲宽度调变控制信号

Data 数据信号

T1 第一期间

T2 第二期间

T3 第三期间

Ts 子期间

T21 导通时间

T31 导通时间

EM 发光信号

I_EM 驱动电流

A、B、C、D、E 点

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

以下揭示内容提供许多不同实施例或实例，以便实施本发明的不同特征。下文描述元件及排列的特定实例以简化本发明。当然，该等实例仅为示例性且并不欲为限制性。举例而言，以下描述中在第二特征上方或第二特征上形成第一特征可包括以直接接触形成第一特征及第二特征的实施例，且亦可包括可在第一特征与第二特征之间形成额外特征使得第一特征及特征可不处于直接接触的实施例。另外，本发明可在各实例中重复元件符号及/或字母。此重复是出于简明性及清晰的目的，且本身并不指示所论述的各实施例及/或配置之间的关系。

请参阅图1，其示出根据本发明一些实施例中一种像素结构100电路元件的示意图。如图1所示，像素结构100包含第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管M3、第四晶体管M4、电容C以及发光二极管150。发光二极管150的阴极端用以接收第一电源供应电压VSS。第一晶体管M1具有第一端、控制端以及第二端，第一晶体管M1的第一端耦接于发光二极管150的阳极端。电容C具有第一端以及第二端，电容C的第一端耦接于第一晶体管M1的控制端，电容C的第二端耦接于发光二极管150的阴极端，此电容C用以存储数据信号Data。

第二晶体管M2具有第一端、控制端以及第二端，第二晶体管M2的第一端用以接收第二电源供应电压VDD，第二晶体管M2的控制端用以接收脉冲宽度调变(Pulse WidthModulation，PWM)控制信号Data_PWM，第二晶体管M2的第二端耦接于第一晶体管M1的第二端。

请参阅图2，其示出用于操作图1像素结构100的操作波形示意图。请同时参阅图1以及图2，电容C于第一期间T1存储数据信号Data，第二晶体管M2于第二期间T2，根据脉冲宽度调变控制信号Data_PWM而导通，且持续一段导通时间T21，并于此导通时间T21提供第二电源供应电压VDD。因此，第一晶体管M1于此导通时间T21接收第二电源供应电压VDD并依据数据信号Data来提供驱动电流至发光二极管150。

在一些实施例中，于第二期间T2，第二晶体管M2的控制端接收脉冲宽度调变控制信号Data_PWM。第二晶体管M2因而导通并且持续一段导通时间T21。同时，第一晶体管M1因电容C的存储电压而导通，并于导通时间T21接收第二电源供应电压VDD，并依据数据信号Data提供驱动电流予发光二极管150。

在一些实施例中，第一期间T1与第二期间T2两者当中会间隔一段期间Ts，使得第一期间T1存储数据信号Data于电容C的程序不会与第二期间T2中读取电容C所存储的数据信号Data的程序互相干扰。

请一并参阅图1与图2，第三晶体管M3具有第一端、控制端以及第二端，第三晶体管M3的第一端耦接于第一晶体管M1的控制端，第三晶体管M3的控制端用以接收第一扫描信号S1，第三晶体管M3的第二端用以接收数据信号Data。在一实施例中，第三晶体管M3的第二端会于第一期间T1接收第一数据信号Data。第三晶体管M3的控制端用以于第一期间T1接收第一扫描信号S1以使第三晶体管M3导通，因此第一数据信号Data由第三晶体管M3写入电容C。

请一并参阅图1与图2，第四晶体管M4具有第一端、控制端以及第二端，第四晶体管M4的第一端耦接于第二晶体管M2的控制端，第四晶体管M4的控制端用以接收第二扫描信号S2，第四晶体管M4的第二端用以接收脉冲宽度调变控制信号Data_PWM。在一实施例中，第四晶体管M4的第二端会于第二期间T2接收第一脉冲宽度调变控制信号Data_PWM。第四晶体管M4的控制端于第二期间T2接收第二扫描信号S2以使第四晶体管M4导通，因此第一脉冲宽度调变控制信号Data_PWM通过第四晶体管M4而提供予第二晶体管M2的控制端。

在一实施例中，图1所示的第一晶体管M1～第四晶体管M4可为但不限于N型金属氧化物半导体场效应晶体管(metal oxide semiconductor field effect transistor，MOSFET)。

为利于理解图1所示像素结构100的详细操作方式，请同时参阅图1以及图2，在第一期间T1，第一扫描信号S1为高电平，通过第一扫描信号S1导通第三晶体管M3。在此期间，第三晶体管M3的第二端接收数据信号Data，通过第三晶体管M3写入并存储数据信号Data于电容C。在第二期间T2，第二扫描信号S2为高电平，通过第二扫描信号S2导通第四晶体管M4。在此期间，第四晶体管M4的第二端接收脉冲宽度调变控制信号Data_PWM，通过第四晶体管M4将脉冲宽度调变控制信号Data_PWM提供予第二晶体管M2的控制端。第二晶体管M2的控制端因接收脉冲宽度调变控制信号Data_PWM而导通。第二晶体管M2的导通时间T21，关联于脉冲宽度调变控制信号Data_PWM所指示的导通时间。

另一方面，在第二期间T2中，第二晶体管M2提供第二电源供应电压VDD至第一晶体管M1，第一晶体管M1亦依据电容C的存储电压而导通，并依据前述导通时间T21而输出驱动电流I_EM至发光二极管150。发光二极管150于第二期间T2依据驱动电流I_EM而发光。由图中可知，驱使发光二极管150发光的驱动电流I_EM的提供时间相同于第二晶体管M2的导通时间T21，因此，本案可在第二期间T2藉由调整脉冲宽度调变控制信号Data_PWM，而调整发光二极管150的发光持续时间。再者，本案可在第一期间T1先行将数据信号Data写入第一晶体管M1的控制端，使发光二极管150于第二期间T2依据第一期间T1所写入的数据信号Data而发光，并且持续发亮上述发光持续时间。

请复参阅图2，子期间Ts介于第一期间T1与第二期间T2之间。数据信号Data的高电平信号跨越第一期间T1与子期间Ts。在第一期间T1，电容C写入数据信号Data。在子期间Ts，第一扫描信号S1为低电平，电容C停止存储数据信号Data。由于越高解析度的控制面板，其每一级像素可以控制的时间间隔会越短，此设计可以确保在第二期间T2与第一期间T1之间有缓冲时间(即子期间Ts)，避免电容C的数据存储阶段不稳定。

请继续参阅图2，在一实施例中，数据信号Data的高电平的持续时间大于第一扫描信号S1的持续时间。在另一实施例中，脉冲调变控制信号Data_PWM的持续时间小于第二扫描信号S2的持续时间。

请复参阅图1，脉冲宽度调变控制器170耦接于光传感器190。光传感器190用以输出光传感信号。脉冲宽度调变控制器170用以根据光传感器190所取得的光传感信号，来调整脉冲宽度调变控制信号。据此，可以根据实际的环境光亮度，来调整发光二极管150的发光时间。

在一实施例中，脉冲宽度调变控制信号包含第一脉冲宽度调变控制信号以及第二脉冲宽度调变控制信号。数据信号包含第一数据信号以及第二数据信号。请复参见图2，第一晶体管M1于第一期间T1接收第一数据信号。第二晶体管M2于第二期间T2接收第一脉冲宽度调变控制信号。类似于前述说明，第二晶体管M2因第一脉冲宽度调变信号而导通，并且持续第一导通时间。第一晶体管M1在第一导通时间，依据第一数据信号来提供第一驱动电流至发光二极管150。发光二极管150在第二期间T2中，依据第一驱动电流而在第一导通时间内发光。在一实施例中，第一期间T1与第二期间T2为一个周期(第一周期)，第一晶体管M1在第一周期中输出第一驱动电流。

在一实施例中，于第一晶体管M1输出第一驱动电流之后，在接续于第二期间T2的第三期间T3(图2未示出)，通过第三晶体管M3将第二数据信号存储于电容C的第一端。在第三期间之后的第四期间(图2未示出)，通过第四晶体管M4将第二脉冲宽度调变控制信号传送至第二晶体管M2的控制端，使第二晶体管M2导通并持续第二导通时间。在第四期间，第一晶体管M1在第二导通时间，依据第二数据信号来提供第二驱动电流至发光二极管150。发光二极管150在第四期间中，依据第二驱动电流而在第二导通时间内发光。在一实施例中，第三期间T3与第四期间T4为另一个周期(第二周期P2)，第一晶体管M1在第二周期P2中输出第二驱动电流I_EM2。

以此类推，两个期间组成一个周期。在每一个周期中，都有对应的导通时间来控制发光时间，来补偿发光亮度的控制。例如，微调增加发光时间，来对应微调降低用来控制亮度的数据电压。第一周期与第二周期中，第一驱动电流I_EM1配合第一导通时间以及第二驱动电流I_EM2配合第二导通时间的组合调整，在一段较长的发光时间中，可达成在增加相同电压值的条件下，第一晶体管M1所输出的驱动电流I_EM会更趋近或相同于线性条件。

请参阅图3，其示出根据本发明另一些实施例中一种像素结构200的电路元件的示意图。相较于图1，相同的元件以相同的符号表示，于此不予重述。图3所示像素结构200中，第四晶体管M4的控制端用以接收第三扫描信号S3。

请参阅图4，其示出用于操作图3像素结构200的操作波形示意图。以下说明请一并参阅图3以及图4。在第一期间T1，第一扫描信号S1为高电平，通过第一扫描信号S1导通第三晶体管M3。在此期间，第三晶体管M3的第二端接收数据信号Data，并通过第三晶体管M3写入并存储至电容C。在接续于第一期间T1的第二期间T2，数据信号Data的高电平跨越第一期间T1以及第二期间T2。在第二期间T2，第一扫描信号S1为低电平，电容C停止存储数据信号Data。在第三期间T3，第三扫描信号S3为高电平，通过第三扫描信号S3导通第四晶体管T4。在此期间，第四晶体管T4的第二端接收脉冲宽度调变控制信号DATA_PWM，并通过第四晶体管M4将脉冲宽度调变控制信号DATA_PWM提供予第二晶体管M2的控制端。第二晶体管M2的控制端因接收脉冲宽度调变控制信号DATA_PWM而导通。第二晶体管M2的导通时间T31，关联于脉冲宽度调变控制信号DATA_PWM所指示的导通时间。

另一方面，在第三期间T3中，第二晶体管M2提供第二电源供应电压VDD至第一晶体管M1，第一晶体管M1亦依据电容C的存储电压而导通，并依据前述导通时间T31而输出驱动电流I_EM至发光二极管150。发光二极管150于第二期间T2依据驱动电流I_EM而发光。由图中可知，驱使发光二极管150发光的驱动电流I_EM的提供时间相同于第二晶体管M2的导通时间T31，因此，本案可在第三期间T3藉由调整脉冲宽度调变控制信号Data_PWM，而调整发光二极管150的发光持续时间。再者，本案可在第一期间T1先行将数据信号Data写入第一晶体管M1的控制端，使发光二极管150于第三期间T3依据第一期间T1所写入的数据信号Data而发光，并且持续发亮上述发光持续时间。

在一实施例中，第一期间T1、第二期间T2以及第三期间T3为具有相同的期间长度。第一扫描信号S1、第二扫描信号S2以及第三扫描信号S3以移位寄存器来实现，使第一扫描信号S1、第二扫描信号S2以及第三扫描信号S3分别为间隔一个期间所输出的信号。

请参阅图5，其示出根据本发明另一些实施例中一种像素结构300的电路元件的示意图。如图5所示的像素结构300，相较于图1像素结构100的差异为，像素结构300的第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管M3以及第四晶体管M4为P型金属氧化物半导体场效应晶体管。

请参阅图6，其示出用于操作图5像素结构300的操作波形示意图。如图6所示，第一扫描信号S1与第二扫描信号S2在低电平时，分别于第一期间T1以及第二期间T2导通第三晶体管M3以及第四晶体管M4。图6操作波形的电平与图2操作波形的电平相反，如第一扫描信号S1于图6的第一期间T1中为低电平，然第一扫描信号S1于图2的第一期间T1中为高电平，这是基于图2操作波形所控制的图1的电路采用了N型金属氧化物半导体场效应晶体管，而图6的操作波形所控制的图5的电路采用了P型金属氧化物半导体场效应晶体管，惟操作方法基本上前述图1及图2的说明相似，于此不予重述。

请参阅图7，其示出根据本发明另一些实施例中一种像素结构400的电路元件的示意图。如图7所示的像素结构400，相较于图3的像素结构200的差异为，像素结构400的第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管M3以及第四晶体管M4为P型金属氧化物半导体场效应晶体管。

请参阅图8，其示出用于操作图7像素结构400的操作波形示意图。如图8所示，第一扫描信号S1与第二扫描信号S2在低电平时，分别于第一期间T1以及第三期间T3导通第三晶体管M3以及第四晶体管M4。图8操作波形的电平与图4操作波形的电压电平相反，如第一扫描信号S1于图8的第一期间T1中为低电平，然第一扫描信号S1于图4的第一期间T1中为高电平，这是基于图4操作波形所控制的图3的电路采用了N型金属氧化物半导体场效应晶体管，而图8操作波形所控制的图7的电路采用了P型金属氧化物半导体场效应晶体管，惟操作方法基本上前述图3及图4的说明相似，于此不予重述。

请参阅图9，其示出根据本发明一些实施例中的第一晶体管M1所输出的驱动电流与电压的示意图。如图9所示，水平轴为电压值，垂直轴为电流值。在一曲线图实施例，A点的数值为(2.56V，480μA)、B点的数值为(2.55V，420μA)、C点的数值为(2.54V，340μA)、D点的数值为(2.53V，265μA)、E点的数值为(2.52V，200μA)。换言之，在本发明的像素像素结构100～400在前述的操作下，电流电压曲线为接近于线性的曲线(如A点～E点所形成的曲线所示)。

以下说明如何获得图9的电流电压曲线。以下将说明，图1、图3、图5以及图7中的像素电路100、200、300、400中，其输出的第一驱动电流I_EM1以及第二驱动电流I_EM2与图9的电流电压曲线的关系。欲陈明的是，图2及图6的第一期间T1与第二期间T2组成一个周期，同理，图4及图8的第一期间T1、第二期间T2与第三期间T3组成一个周期。在一实施例中，以两个周期为一组，作为调整整体发光亮度的基础单位，惟本发明并不限制基础单位所组合的周期数目。

请同时参考图1及图2，以执行第一期间T1与第二期间T2作为一个周期，再以两个周期作为一个组合。举例来说，先执行的第一期间T1与第二期间T2为第一周期P1，并且会获得第一驱动电流I_EM1，再执行的第一期间T1与第二期间T2为第二周期P2，并获得第二驱动电流I_EM2，以此类推，光传感器190或处理器(未示出)可据以调整电流电压曲线。首先，将非线性曲线上的电流值，例如480μA，分为四等分的等差数列：480μA、360μA、240μA以及120μA，以及将非线性曲线上的电流值200μA分为四等分的等差数列：200μA、150μA、100μA以及50μA。从此八个值当中取一个值来计算比例，例如：480μA*0.5。此数值代表在第一个周期(firstperiod)中，第一晶体管M1会输出的第一驱动电流I_EM1 1。接着，再从此八个值当中另取一个值来计算比例，例如：360μA*0.5。此数值代表在第二个周期(second period)中，第一晶体管M1会输出的第二驱动电流I_EM2 2。接着，再计算总和，而得到算式480μA*0.5+360μA*0.5＝420μA。因此，此算式代表电流电压曲线的B点。相似地，算式480μA*0.5+200μA*0.5＝340μA代表电流电压曲线的C点。算式480μA*0.5+50μA*0.5＝265μA，代表电流电压曲线的D点。

因此，本发明提供可使发光二极管在所控制的发光亮度下发光一段时间，通过此段控制的时间来调和整体控制面板的亮度。相较于一般仅以亮度控制发光或是以时间控制发光的作法，本发明可避免在电压值高于一定值(例如2.5V)之后，增加电压值会导致电流值急遽上升的问题。换言之，本发明可在亮度变化上的操作较为容易。

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

1.一种像素结构，其特征在于，包含：

一发光二极管，其中该发光二极管的一阴极端用以接收一第一电源供应电压；

一第一晶体管，其中该第一晶体管的一第一端耦接于该发光二极管的一阳极端；

一电容，其中该电容的一第一端耦接于该第一晶体管的一控制端，该电容的一第二端耦接于该发光二极管的该阴极端，该电容用以于一第一期间存储一数据信号；以及

一第二晶体管，其中该第二晶体管的一第一端用以接收一第二电源供应电压，该第二晶体管的一控制端用以于一第二期间接收一脉冲宽度调变控制信号，该第二晶体管的一第二端耦接于该第一晶体管的一第二端；

其中该第二晶体管于该第二期间根据该脉冲宽度调变控制信号而导通并持续一导通时间，该第一晶体管于该导通时间依据该数据信号以提供一驱动电流至该发光二极管；

其中该脉冲宽度调变控制信号包含一第一脉冲宽度调变控制信号以及一第二脉冲宽度调变控制信号，该数据信号包含一第一数据信号以及一第二数据信号；

其中该电容于该第一期间存储该第一数据信号，以及该第二晶体管于该第二期间接收该第一脉冲宽度调变控制信号，使该第一晶体管于该第二期间以该第一脉冲宽度调变控制信号的一第一导通时间提供一第一驱动电流至该发光二极管，以及该电容于一第三期间存储该第二数据信号，以及该第二晶体管于一第四期间接收该第二脉冲宽度调变控制信号，使该第一晶体管于该第四期间以该第二脉冲宽度调变控制信号的一第二导通时间提供一第二驱动电流至该发光二极管。

2.如权利要求1所述的像素结构，其特征在于，其中该像素结构还包含：

一第三晶体管，其中该第三晶体管的一第一端耦接于该第一晶体管的该控制端，该第三晶体管的一第二端用以接收该数据信号，该第三晶体管的一控制端用以于该第一期间接收一第一扫描信号。

3.如权利要求2所述的像素结构，其特征在于，其中该像素结构还包含：

一第四晶体管，其中该第四晶体管的一第一端耦接于该第二晶体管的该控制端，该第四晶体管的一第二端用以接收该脉冲宽度调变控制信号，该第四晶体管的一控制端用以于该第二期间接收一第二扫描信号。

4.如权利要求3所述的像素结构，其特征在于，其中该数据信号的一持续时间大于该第一扫描信号的一持续时间。

5.如权利要求4所述的像素结构，其特征在于，其中该脉冲宽度调变控制信号的一持续时间小于该第二扫描信号的一持续时间。

6.如权利要求5所述的像素结构，其特征在于，其中于该第三晶体管导通以及于该第四晶体管导通之间，具有一缓冲时间。

7.如权利要求6所述的像素结构，其特征在于，其中该第二晶体管的该控制端于该第二期间接收该脉冲宽度调变控制信号，使得该第一晶体管与该第二晶体管开启该导通时间，其中该第一期间在该第二期间之前。

8.如权利要求1所述的像素结构，其特征在于，其中该电容的该第二端用以接收该第一电源供应电压。

9.如权利要求1所述的像素结构，其特征在于，其中一脉冲宽度调变控制器用以根据一光传感器所感测的一光传感信号，对该脉冲宽度调变控制信号进行调整。