CN109767731A - 像素电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种像素电路，用以驱动一发光二极管。驱动晶体管的第二端耦接至发光二极管的第一端，控制端接收偏压电压。耦合开关耦接在驱动晶体管的第一端与控制端之间，耦合开关受控于第一选择信号以导通或断开。第一开关的第一端接收显示数据电压或参考电压，第一开关受控于第二选择信号以导通或断开。第二开关的第一端耦接第一开关的第二端，其第二端耦接在驱动晶体管的第二端与发光二极管之间，且第二开关受控于第一选择信号以导通或断开。电容的第一端耦接第一开关的第二端与第二开关的第一端之间，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，依据激光控制信号以导通或断开。

Description

像素电路
技术领域
本发明涉及一种像素电路，尤其涉及一种驱动发光二极管的像素电路。
背景技术
发光二极管近年来被广泛的应用在平面显示器中。其中，尤其是有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)，因为具有自发光的特性，因而具有高对比度度、低消耗功耗、轻薄、可挠曲等优点，被视为极具有发展潜力的一种显示器技术。
在现有的主动矩阵有机发光二极管(Active-matrix organic light-emittingdiode，AMOLED)面板中，常通过驱动晶体管操作在饱和区所产生的电流来驱使发光二极管发光。然而，采用晶体管驱动容易受到工艺(制程)影响，所以若因工艺上的差异或是长时间操作之后，驱动晶体管的临界电压产生变异而使得晶体管特性改变，便会造成AMOLED亮度显示不均匀的现象。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种像素电路，其所产生用以驱动发光二极管的驱动电流与驱动晶体管的临界电压不相关联，因此可以克服因为各种因素所产生的驱动晶体管的临界电压的变异以及工艺影响所造成的影响，并提供发光二极管的发光亮度稳定显示，以克服显示面板亮度不均匀的问题。
根据本发明的实施例，提供一种像素电路，用以驱动一发光二极管，包括驱动晶体管、耦合开关、第一开关、第二开关、电容以及激光开关。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的第一端，其控制端接收偏压电压。耦合开关耦接在驱动晶体管的第一端与控制端之间，耦合开关受控于第一选择信号以导通或断开。第一开关的第一端接收显示数据电压或参考电压，第一开关受控于第二选择信号以导通或断开。第二开关的第一端耦接第一开关的第二端，第二开关的第二端耦接在驱动晶体管的第二端与发光二极管之间，且第二开关受控于第一选择信号以导通或断开。电容的第一端耦接第一开关的第二端与第二开关的第一端之间，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，依据激光控制信号以导通或断开。
在根据本发明的实施例的像素电路中，上述的发光二极管的第二端接收参考接地电压，且参考电压的电压值不大于参考接地电压与发光二极管的临界电压的电压值和。
在根据本发明的实施例的像素电路中，在初始时间周期中，第一开关、第二开关、耦合开关与激光开关被导通，且第一开关的第一端接收参考电压；在补偿时间周期中，第一开关、第二开关与耦合开关被导通，激光开关被关闭，且第一开关的第一端接收参考电压；在数据写入时间周期中，第一开关被导通，激光开关、第二开关与耦合开关被关闭，且第一开关的第一端接收显示数据电压；在激光时间周期中，激光开关被导通，第一开关、第二开关与耦合开关被关闭，且第一开关的第一端接收参考电压。
在根据本发明的实施例的像素电路中，上述的初始时间周期在补偿时间周期前，补偿时间周期在数据写入时间周期前，且数据写入时间周期在激光时间周期前。
在根据本发明的实施例的像素电路中，在上述的初始时间周期中，电容被充电以使偏压电压实质上等于操作电源，在上述的补偿时间周期中，电容被放电以使偏压电压实质上等于Vth+Vref，其中，Vth为驱动晶体管的临界电压，Vref为参考电压。
在根据本发明的实施例的像素电路中，在上述的数据写入时间周期与激光时间周期中，偏压电压实质上等于Vdata-Vref+Vth，其中，Vdata为显示数据电压，Vref为参考电压，Vth为驱动晶体管的临界电压，且在激光时间周期中，驱动晶体管依据偏压电压以驱动发光二极管。
在根据本发明的实施例的像素电路中，在上述的激光时间周期中，驱动晶体管提供驱动电流至发光二极管，其中驱动电流实质上等于K(Vdata-Vref-VSS-Voled)2，其中，VSS为参考接地电压，Voled为发光二极管的临界电压，K为常数。
在根据本发明的实施例的像素电路中，上述的驱动晶体管为N通道晶体管时，耦合开关、第一开关、第二开关以及激光开关为N通道晶体管，其中显示数据电压的电压值不大于操作电源的电压值，且显示数据电压的电压值大于参考电压的电压值。
在根据本发明的实施例的像素电路中，上述的驱动晶体管为P通道晶体管时，耦合开关、第一开关、第二开关以及激光开关为P通道晶体管，其中参考电压的电压值不大于操作电源的电压值，且参考电压的电压值大于显示数据电压的电压值。
在根据本发明的实施例的像素电路中，上述的耦合开关与第二开关的被导通或断开的状态相同。
附图说明
包含附图以便进一步理解本发明，且附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图说明本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。
图1示出本发明一实施例的像素电路的示意图。
图2示出本发明另一实施例的像素电路的示意图。
图3示出本发明实施例的像素架构的动作波形图。
图4示出本发明另一实施例的像素电路的示意图。
图5示出本发明另一实施例的像素电路的动作波形图。
附图标号说明
100、200、400：像素电路；
A：第一选择信号；
B：第二选择信号；
C：电容；
EM：激光控制信号；
LED：发光二极管；
TD：驱动晶体管；
CSW：耦合开关；
ESW：激光开关；
SW1：第一开关；
SW2：第二开关；
G：控制端；
Ioled：驱动电流；
Vb：偏压电压；
Vdata：显示数据电压；
Vref：参考电压；
VDD：操作电源；
VSS：参考接地电压；
TC、TE、T1、T2：晶体管；
N1：节点；
IN：初始时间周期；
COMP：补偿时间周期；
WRITE：数据写入时间周期；
EMISS：激光时间周期；
Voled：发光二极管的临界电压；
VGS：驱动晶体管的控制端以及源极端间的电压差；
K：常数。
具体实施方式
现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。
请参照图1，图1示出本发明一实施例的像素电路的示意图。像素电路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。像素电路100包括驱动晶体管TD、耦合开关CSW、电容C、激光开关ESW、第一开关SW1以及第二开关SW2。驱动电晶TD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的第一端(例如阳极端)，其控制端G接收偏压电压Vb。耦合开关CSW耦接在驱动晶体管TD的控制端G与第一端之间，耦合开关CSW依据第一选择信号A以导通或断开。第一开关SW1的第一端接收显示数据电压Vdata或是参考电压Vref，第一开关SW1并受控于第二选择信号B以导通或断开。第二开关SW2的第一端耦接第一开关SW1的第二端，第二开关SW2的第二端耦接在驱动晶体管TD的第二端与发光二极管LED之间，且第二开关SW2受控于第一选择信号A以导通或断开。电容C的第一端耦接第一开关SW1的第二端与第二开关SW2的第一端之间，电容C的第二端提供偏压电压Vb至驱动晶体管TD的控制端G。激光开关ESW耦接在操作电源VDD以及驱动晶体管TD的第一端间，并依据激光控制信号EM以导通或断开。此外，发光二极管LED的第二端(例如阴极端)耦接至参考接地电压VSS。
值得注意的是，在本实施例中，操作电源VDD的电压电平大于显示数据电压Vdata与参考电压Vref的电压电平，参考电压Vref的电压值不大于参考接地电压VSS与发光二极管LED的临界电压的电压值和。另外，第二开关SW2与耦合开关CSW的被导通或被断开的状态相同。
以下请参照图2，图2示出本发明另一实施例的像素电路的示意图。像素电路200包括驱动晶体管TD、电容C、耦合开关CSW、激光开关ESW、第一开关SW1以及第二开关SW2。其中，耦合开关CSW、激光开关ESW、第一开关SW1以及第二开关SW2分别为由晶体管TC、TE、T1以及T2所建构的晶体管开关。在本实施例中，驱动晶体管TD为N通道晶体管，晶体管TC、TE、T1以及T2也皆为N通道晶体管。
在电路的动作方面，请同步参照图3以及图2，其中图3示出本发明实施例的像素电路的动作波形图。其中，在初始时间周期IN中，激光控制信号EM、第一选择信号A、第二选择信号B为高电平信号(例如逻辑高电平)，而此时第一开关SW1的第一端接收参考电压Vref，在本实施例中，显示数据电压Vdata的电压值不大于操作电源VDD的电压值，且显示数据电压Vdata的电压值大于参考电压Vref的电压值，也就是说，参考电压Vref相较于显示数据电压Vdata为低电平信号(例如逻辑低电平)。激光开关ESW依据激光控制信号EM被导通，另外，第一开关SW1依据第二选择信号B被导通，耦合开关CSW跟第二开关SW2依据第一选择信号A被导通。此时，通过导通的激光开关ESW以及耦合开关CSW，电容C被充电以使偏压电压Vb实质上等于操作电源VDD，也就是说驱动晶体管TD的控制端G上所接收的偏压电压Vb实质上等于操作电源VDD。
另外，参考电压Vref通过第一开关SW1传送至电容C的第一端，参考电压Vref还通过第二开关SW2传送至发光二极管LED的第一端(在本实施例中为阳极端)。由于参考电压Vref的电压值不大于参考接地电压VSS与发光二极管LED的临界电压的电压值和，也就是说发光二极管LED的阳极端与阴极端之间的跨压小于发光二极管LED的驱动电压，此时发光二极管LED不发光，不因激光控制信号EM为高电平信号而发光，因此本实施例的像素电路200在初始时间周期IN中可避免发光二极管LED产生闪烁现象。
接着，在补偿时间周期COMP中，激光控制信号EM转为低电平信号，第一选择信号A、第二选择信号B维持为高电平信号。相对应的，激光开关ESW被断开，第一开关SW1、第二开关SW2以及耦合开关CSW维持被导通。第一开关SW1的第一端仍维持接收参考电压Vref。因为维持导通状态的耦合开关CSW与第二开关SW2以及被断开的激光开关ESW，驱动晶体管TD与电容C呈现形成二极管接法(diode-connection)，电容C开始进行放电，其所存储的电位被放电至与驱动晶体管TD的临界电压实质上等值，因此偏压电压Vb的电压值实质上等于Vth+Vref，其中，Vth为驱动晶体管TD的临界电压。
特别说明的是，在电容C进行放电的期间，发光二极管LED的阳极端接收参考电压Vref，使得发光二极管LED的阳极端与阴极端之间的跨压小于发光二极管LED的驱动电压，因此发光二极管LED在此阶段依旧不会被驱动而产生发光或闪烁现象。
接着，在数据写入时间周期WRITE中，激光控制信号EM维持低电平信号，第一选择信号A转为低电平信号，第二选择信号B维持为高电平信号。第一开关SW1的第一端改变为接收显示数据电压Vdata，因此第一开关SW1可以控制显示数据的写入。相应地，第一开关SW1维持导通状态，激光开关ESW、第二开关SW2与耦合开关CSW则被断开。通过第一开关SW1，显示数据电压Vdata被传递至电容C与第一开关SW1之间的节点N1，使得电容C可以存储显示数据电压Vdata，并且因为第二开关SW2被断开以及电容耦合效应，此时偏压电压Vb实质上等于Vdata-Vref+Vth。
在激光时间周期EMISS中，激光控制信号EM转态为高电平信号使激光开关ESW被导通，第一选择信号A则维持为低电平信号，第二选择信号B转变为低电平信号，使得第一开关SW1、第二开关SW2与耦合开关CSW皆被断开。在此阶段，第一开关SW1的第一端改为接收参考电压Vref。驱动晶体管TD的第一端通过被导通的激光开关ESW接收操作电源VDD，驱动晶体管TD可依据其控制端G所接收的偏压电压Vb来提供驱动电流Ioled以驱动发光二极管LED，而且此时偏压电压Vb实质上等于Vdata-Vref+Vth(偏压电压Vb维持在数据写入时间周期WRITE所得到的电压电平)。
需说明的是，在数据写入时间周期WRITE中，因为激光开关ESW被断开，所以发光二极管LED不会被驱动而发光，直到激光时间周期EMISS才开始驱动发光二极管LED使其发光，因此在激光时间周期EMISS中，驱动晶体管TD的控制端G所接收的偏压电压Vb可实质上维持在Vdata-Vref+Vth。
由于第二开关SW2被断开，发光二极管LED的阳极端的电压电平为VSS+Voled，其中Voled为发光二极管LED的临界电压。驱动电流Ioled的计算公式可见式(1)：
Ioled＝K(VGS-Vth)2＝K[(Vdata-Vref+Vth)-(VSS+Voled)-Vth]2
＝K(Vdata-Vref-VSS-Voled)2 (1)
其中(1)的VGS为驱动晶体管TD的控制端G以及其第二端(源极端)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TD所产生的驱动电流Ioled只与参考电压Vref、显示数据电压Vdata、发光二极管的临界电压Voled及参考接地电压VSS有关，不受驱动晶体管TD的临界电压Vth的影响。
在本实施例中，像素电路200所产生的驱动电流Ioled可以不受驱动晶体管TD的临界电压Vth变异的影响，因此可驱动发光二极管LED以产生稳定亮度的光源，解决面板亮度显示不均匀的问题。
以下请参照图4，图4示出本发明另一实施例的像素电路的示意图。像素电路400包括驱动晶体管TD、电容C、耦合开关CSW、激光开关ESW、第一开关SW1以及第二开关SW2。其中，耦合开关CSW、激光开关ESW、第一开关SW1以及第二开关SW2分别为由晶体管TC、TE、T1以及T2所建构的晶体管开关。与前述实施例不相同的，像素电路400的驱动晶体管TD为P通道晶体管，晶体管TC、TE、T1以及T2也皆为P通道晶体管。详细的配置关系可从图2的像素电路200得到实施教示，因此在此不再赘述。
在电路的动作方面，请同步参照图5以及图4，其中图5示出本发明另一实施例的像素电路的动作波形图。其中，由于P通道晶体管与n通道晶体管的电压极性与电流方向相反，因此图5的动作波形图与图4的电压电平动作呈现反向的状态，本领域的普通技术人员依据公知常识以及上述实施例的实施说明，应当能获致足够的教示、建议与实施说明，因此不再详加描述。
在本实施例中，参考电压Vref的电压值不大于操作电源VDD的电压值，且参考电压Vref的电压值仍旧小于参考接地电压VSS与发光二极管的临界电压的电压值和，另外，参考电压Vref的电压值大于显示数据电压Vdata的电压值，也就是说，参考电压Vref相较于显示数据电压Vdata为高电平信号。
在初始时间周期IN中，激光控制信号EM、第一选择信号A、第二选择信号B为低电平信号，相应地，激光开关ESW、耦合开关CSW、第一开关SW1以及第二开关SW2皆为被导通，因此通过被导通的激光开关ESW以及耦合开关CSW，电容C被充电以使偏压电压Vb实质上等于操作电源VDD的电压电平。另外，第一开关SW1的第一端此时接收参考电压Vref，参考电压Vref通过第一开关SW1与第二开关SW2传送至发光二极管LED的阳极端。由于参考电压Vref的电压值不大于参考接地电压VSS与发光二极管LED的临界电压的电压值和，因此此时发光二极管LED不会发光或产生闪烁。
接着，在补偿时间周期COMP中，激光控制信号EM转为高电平信号，第一选择信号A、第二选择信号B维持为低电平信号。相对应的，激光开关ESW被断开，第一开关SW1、第二开关SW2以及耦合开关CSW维持被导通。第一开关SW1的第一端仍维持接收参考电压Vref。此时，电容C开始进行放电，其所存储的电位被放电至与驱动晶体管TD的临界电压实质上等值。
在电容C进行放电的期间，发光二极管LED的阳极端接收参考电压Vref，因此发光二极管LED在此阶段依旧不会被驱动而产生发光或闪烁现象。
接着，在数据写入时间周期WRITE中，激光控制信号EM维持高电平信号，第一选择信号A转为高电平信号，第二选择信号B维持为低电平信号。第一开关SW1的第一端改变为接收显示数据电压Vdata。相应地，第一开关SW1维持导通状态，激光开关ESW、第二开关SW2与耦合开关CSW则被断开。通过第一开关SW1，显示数据电压Vdata被传递至电容C与第一开关SW1之间的节点N1，使得电容C可以存储显示数据电压Vdata。
在激光时间周期EMISS中，激光控制信号EM转态为低电平信号使激光开关ESW被导通，第一选择信号A则维持为高电平信号，第二选择信号B转变为高电平信号，使得第一开关SW1、第二开关SW2与耦合开关CSW皆被断开。在此阶段，第一开关SW1的第一端改为接收参考电压Vref。
需说明的是，在数据写入时间周期WRITE中，因为激光开关ESW被断开，所以发光二极管LED不会被驱动而发光，直到激光时间周期EMISS才开始驱动发光二极管LED使其发光。因此在本实施例中，驱动晶体管TD所产生的驱动电流Ioled依旧不受驱动晶体管TD的临界电压Vth的变异的影响。
综上所述，本发明所提出的像素电路，通过在初始时间周期对电容充电，使驱动晶体管的控制端所接收的偏压电压实质上等于操作电源的电压值，在补偿时间周期对电容放电，使电容所存储的电位实质上等于驱动晶体管的临界电压，在数据写入时间周期，将显示数据电压存储在电容，在激光时间周期中，驱动晶体管依据电容所提供的偏压电压产生驱动电流以驱动发光二极管，驱动晶体管所产生的驱动电流与驱动晶体管的临界电压不相关连。也就是说，本发明的像素电路可以克服因为各种因素所产生的驱动晶体管的临界电压的变异以及工艺影响所造成的影响，并提供发光二极管的发光亮度稳定显示，以克服显示面板亮度不均匀的问题。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种像素电路，用以驱动发光二极管，其特征在于，包括：
驱动晶体管，具有第一端、第二端以及控制端，其第二端耦接至所述发光二极管的第一端，其控制端接收偏压电压；
耦合开关，耦接在所述驱动晶体管的第一端与控制端之间，所述耦合开关受控于第一选择信号以导通或断开；
第一开关，其第一端接收显示数据电压或参考电压，所述第一开关受控于第二选择信号以导通或断开；
第二开关，其第一端耦接所述第一开关的第二端，所述第二开关的第二端耦接在所述驱动晶体管的第二端与所述发光二极管之间，且所述第二开关受控于所述第一选择信号以导通或断开；
电容，其第一端耦接所述第一开关的第二端与所述第二开关的第一端之间，所述电容的第二端提供所述偏压电压至所述驱动晶体管的控制端；以及
激光开关，耦接在操作电源以及所述驱动晶体管的第一端间，依据激光控制信号以导通或断开。
2.根据权利要求1所述的像素电路，其特征在于，所述发光二极管的第二端接收参考接地电压，且所述参考电压的电压值不大于所述参考接地电压与所述发光二极管的临界电压的电压值和。
3.根据权利要求1所述的像素电路，其特征在于，在初始时间周期中，所述第一开关、所述第二开关、所述耦合开关与所述激光开关被导通，且所述第一开关的第一端接收所述参考电压；在补偿时间周期中，所述第一开关、所述第二开关与所述耦合开关被导通，所述激光开关被关闭，且所述第一开关的第一端接收所述参考电压；在数据写入时间周期中，所述第一开关被导通，所述激光开关、所述第二开关与所述耦合开关被关闭，且所述第一开关的第一端接收所述显示数据电压；在激光时间周期中，所述激光开关被导通，所述第一开关、所述第二开关与所述耦合开关被关闭，且所述第一开关的第一端接收所述参考电压。
4.根据权利要求3所述的像素电路，其特征在于，所述初始时间周期在所述补偿时间周期前，所述补偿时间周期在所述数据写入时间周期前，且所述数据写入时间周期在所述激光时间周期前。
5.根据权利要求4所述的像素电路，其特征在于，在所述初始时间周期中，所述电容被充电以使所述偏压电压实质上等于所述操作电源，在所述补偿时间周期中，所述电容被放电以使所述偏压电压实质上等于Vth+Vref，其中，Vth为所述驱动晶体管的临界电压，Vref为所述参考电压。
6.根据权利要求4所述的像素电路，其特征在于，在所述数据写入时间周期与所述激光时间周期中，所述偏压电压实质上等于Vdata-Vref+Vth，其中，Vdata为所述显示数据电压，Vref为所述参考电压，Vth为所述驱动晶体管的临界电压，且在所述激光时间周期中，所述驱动晶体管依据所述偏压电压以驱动所述发光二极管。
7.根据权利要求6所述的像素电路，其特征在于，在所述激光时间周期中，所述驱动晶体管提供驱动电流至所述发光二极管，其中所述驱动电流实质上等于K(Vdata-Vref-VSS-Voled)2，其中，VSS为所述参考接地电压，Voled为所述发光二极管的临界电压，K为常数。
8.根据权利要求1所述的像素电路，其特征在于，所述驱动晶体管为N通道晶体管时，所述耦合开关、所述第一开关、所述第二开关以及所述激光开关为N通道晶体管，其中所述显示数据电压的电压值不大于所述操作电源的电压值，且所述显示数据电压的电压值大于所述参考电压的电压值。
9.根据权利要求1所述的像素电路，其特征在于，所述驱动晶体管为P通道晶体管时，所述耦合开关、所述第一开关、所述第二开关以及所述激光开关为P通道晶体管，其中所述参考电压的电压值不大于所述操作电源的电压值，且所述参考电压的电压值大于所述显示数据电压的电压值。
10.根据权利要求1所述的像素电路，其特征在于，所述耦合开关与所述第二开关的被导通或断开的状态相同。
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