CN111326104B

CN111326104B - 像素电路

Info

Publication number: CN111326104B
Application number: CN202010171874.9A
Authority: CN
Inventors: 林志隆; 赖柏成; 李柏廷; 郑贸熏; 施立伟
Original assignee: AU Optronics Corp
Current assignee: AU Optronics Corp
Priority date: 2019-09-24
Filing date: 2020-03-12
Publication date: 2021-05-28
Anticipated expiration: 2040-03-12
Also published as: TWI713006B; TW202113777A; CN111326104A

Abstract

本发明关于一种像素电路，包含驱动电路、电压补偿电路及漏电补偿电路。驱动电路电性连接驱动电源及发光元件，且用以响应第一节点的电压而导通。电压补偿电路电性连接于第一节点及发光元件之间，以在驱动电路接收数据信号时，根据驱动电路的临界电压值在第一节点上产生补偿电压信号。漏电补偿电路电性连接于驱动电源及第一节点之间，以在驱动电路驱动发光元件时，驱动电源通过漏电补偿电路对第一节点的电压进行补偿。

Description

像素电路

技术领域

本发明关于一种像素电路，特别是能提供电流以驱动发光元件的技术。

背景技术

低温多晶硅薄膜晶体管(low temperature poly-silicon thin-filmtransistor，以下简称LTPS)具有高载子迁移率与尺寸小的特点，适合应用于高解析度、窄边框以及低耗电的显示面板。然而，当LTPS被关断时，其晶体管内部仍会存在有明显的漏电路径，尤其是处于低操作频率时，漏电现象更为明显。漏电现象会导致驱动显示面板内的发光元件的电流不稳定，致使发光元件产生闪烁、影响显示画面的品质。

发明内容

本发明的一态样为一种像素电路，包含驱动电路、电压补偿电路及漏电补偿电路。驱动电路电性连接于驱动电源及发光元件。驱动电路用以响应于第一节点的电压而导通，以输出驱动电流来驱动发光元件。电压补偿电路电性连接于第一节点及发光元件之间，以在驱动电路接收数据信号时，电压补偿电路根据驱动电路的临界电压值，在第一节点上产生补偿电压信号。漏电补偿电路电性连接于驱动电源及第一节点之间，以在驱动电路输出驱动电流时，驱动电源通过漏电补偿电路，对第一节点的电压进行补偿。

据此，由于驱动电源能通过漏电补偿电路，对第一节点的电压进行补偿，因此能改善第一节点上的电压随着像素电路内的其余漏电路径而下降的问题。

附图说明

图1A为根据本发明的部分实施例所绘示的像素电路的示意图。

图1B为根据本发明的部分实施例所绘示的像素电路的信号波形图。

图2A～2E为根据本发明的部分实施例所绘示的像素电路的运作状态示意图。

图3A～3B为根据本发明的部分实施例所绘示的像素电路的运作模拟图。

图4A为根据本发明的部分实施例所绘示的像素电路的示意图。

图4B为根据本发明的部分实施例所绘示的像素电路的信号波形图。

图5A～5E为根据本发明的部分实施例所绘示的像素电路的运作状态示意图。

图6A～6B为根据本发明的部分实施例所绘示的像素电路的运作模拟图。

其中，附图标记：

100 像素电路

200 像素电路

110 驱动电路

120 电压补偿电路

130 漏电补偿电路

Tc 控制开关

Td 驱动晶体管

T1 第一开关元件

T2 第二开关元件

T3 第三开关元件

T4 第四开关元件

T5 第五开关元件

T6 第六开关元件

S(n) 控制信号

S(n+1) 控制信号

S(n-1) 控制信号

EM 控制信号

N1 第一节点

N2 第二节点

N3 第三节点

N4 第四节点

Rc1 漏电路径

Rc2 漏电补偿路径

L 发光元件

A1 曲线

A2 曲线

A3 曲线

B1 曲线

B2 曲线

B3 曲线

C 储能元件

Vdd 驱动电源

Vc 驱动电源

Vdata 数据信号

Vref 参考电源

具体实施方式

以下将以图式揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些现有惯用的结构与元件在图式中将以简单示意的方式绘示之。

于本文中，当一元件被称为“连接”或“耦接”时，可指“电性连接”或“电性耦接”。“连接”或“耦接”亦可用以表示二或多个元件间相互搭配操作或互动。此外，虽然本文中使用“第一”、“第二”、…等用语描述不同元件，该用语仅是用以区别以相同技术用语描述的元件或操作。除非上下文清楚指明，否则该用语并非特别指称或暗示次序或顺位，亦非用以限定本发明。

请参阅图1A所示，是根据本发明的部分实施例所绘示的一种像素电路100的示意图。像素电路100设置于显示面板内，包含驱动电路110、电压补偿电路120及漏电补偿电路130。像素电路100用以从显示面板的控制器中接收多个控制信号(如图1A所标示的信号S(n)、S(n-1)及S(n+1)，细节将于后续段落说明)，以控制驱动电路110、电压补偿电路120及漏电补偿电路130。

驱动电路110电性连接于驱动电源Vdd及发光元件L，且其控制端用以响应于第一节点N1的电压而导通，以输出驱动电流来驱动发光元件L。在部分实施例中，发光元件L为显示面板上的一个像素，可包含发光二极管或有机发光二极管。通过驱动电源Vdd、Vc间的电压差形成的电流而驱动。

电压补偿电路120电性连接于第一节点N1及发光元件L之间。在驱动电路110接收数据信号Vdata时，电压补偿电路120根据驱动电路110的临界电压值Vth，在第一节点N1上产生补偿电压信号。在部分实施例中，电压补偿电路120包含驱动晶体管Td，电压补偿电路120根据驱动晶体管Td的临界电压值Vth，对第一节点N1进行电压补偿。

漏电补偿电路130电性连接于驱动电源Vdd及第一节点N1之间，以在驱动电路110输出驱动电流时，驱动电源Vdd通过漏电补偿电路130，对第一节点N1的电压进行电流补偿。

当驱动电路110驱动发光元件L产生光亮时，第一节点N1上的电压可能会经由像素电路100中其他路径漏电(如：第一开关元件T1，其运作将于后文详述)，使得驱动晶体管Td的栅极电压下降，从而影响发光元件L的亮度。本发明通过漏电补偿电路130，使驱动电路110驱动发光元件L时，驱动电源Vdd能通过漏电补偿电路130，朝电压相对较低的第一节点N1进行电流补偿，以弥补第一节点N1的电压因像素电路100中具有漏电路径而下降的问题。

在部分实施例中，漏电补偿电路130包含第二开关元件T2，在驱动电路110输出驱动电流时，第一开关元件T1及第二开关元件T2皆关断(即，控制信号S(n-1)、S(n+1)皆为禁能信号)。虽然，在开关元件T1、T2关断时，仍有可能会产生漏电，但漏电补偿电路130对第一节点N1的电流补偿，将能平衡第一节点N1从第一开关元件T1漏电后的负面影响。在部分实施例中，第一开关元件T1及第二开关元件T2可为相同规格的晶体管。

在部分实施例中，驱动电路110包含驱动晶体管Td、第三开关元件T3及第四开关元件T4。驱动晶体管Td用以响应于第一节点N1的电压而导通。第三开关元件T3电性连接于驱动晶体管Td及发光元件L之间。第四开关元件T4电性连接于驱动晶体管Td及驱动电源Vdd之间。

在部分实施例中，像素电路100还包含储能元件C(如：电容器)。储能元件C电性连接于第一节点N1及驱动电源Vdd之间。意即，储能元件C与漏电补偿电路130相并联。

在部分实施例中，像素电路100还包含第五开关元件T5及第六开关元件T6。第五开关元件T5电性连接于第三开关元件T3及参考电源Vref。第六开关元件T6电性连接于第四开关元件T4及驱动晶体管Td之间的第二节点N2。

请参阅图1B、图2A～2E，其中图1B为根据本发明的部分实施例的像素电路100的操作时序图。以下将详细说明像素电路100在不同操作期间下的运作方式。在部分实施例中，像素电路100的运作过程至少包含重置期间P1、数据写入期间P2及发光期间P3。第一开关元件T1响应于控制信号S(n+1)导通或关断、第二开关元件T2响应于控制信号S(n-1)导通或关断、第三开关元件T3响应于控制信号EM导通或关断、第四开关元件T4响应于控制信号EM导通或关断、第五开关元件T5响应于控制信号S(n)导通或关断、第六开关元件T6响应于控制信号S(n+1)导通或关断。

在本实施例中，图2A～2E所示的各个开关元件T1～T6中及驱动晶体管Td皆为P型TFT(薄膜晶体管)。对于P型TFT而言，当其栅极接收到的信号为高电压电平时将禁能、接收到的信号为低电压电平时将致能。但本发明并不以此为限。亦可使用N型晶体管作为开关使用(即，低电压电平时禁能、高电压电平时致能)。

请参阅图1B及图2A所示，在本实施例中，重置期间P1又包含三个阶段。在重置期间P1的第一阶段中，驱动晶体管Td关断、第一开关元件T1关断、第二开关元件T2导通、第三开关元件T3导通、第四开关元件T4导通，使得第一节点N1及第二节点N2皆导通至驱动电源Vdd，以进行预充电(Pre-charging)。在部分实施例中，驱动电源Vdd提供高电压信号。

请参阅图1B及图2B所示，在重置期间P1的第二阶段中，驱动晶体管Td关断、第一开关元件T1关断、第二开关元件T2导通、第三开关元件T3导通、第四开关元件T4导通、第五开关元件T5导通，使得第三开关元件T3通过第五开关元件T5导通至参考电源Vref，以重置发光元件L上的电压。在部分实施例中，参考电源ref提供低电压信号。

请参阅图1B及图2C所示，在重置期间P1的第三阶段中，在第三开关元件T3通过第五开关元件T5导通至参考电源Vref后，驱动晶体管Td关断、第一开关元件T1导通、第二开关元件T2关断、第三开关元件T3关断、第四开关元件T4关断、第五开关元件T5导通、第六开关元件T6导通。此外，此时第二节点N2通过第六开关元件T6导通至参考电源Vref，使得第二节点N2通过第六开关元件T6接收参考电源Vref。同时，第一节点N1通过第一开关元件T1及第五开关元件T5接收参考电源Vref。

请参阅图1B及图2D所示，在数据写入期间P2，第二节点N2通过第六开关元件T6接收数据信号Vdata。同时，第一开关元件T1导通、第二开关元件T2关断，使得电压补偿电路120通过第一开关元件T1接收补偿电压信号。此时，第二节点N2被写入数据信号Vdata、第一节点N1及第三节点N3则被写入补偿电压信号「Vdata-Vth(驱动晶体管Td的临界电压)」。

请参阅图1B及图2E所示，在数据写入期间P3，驱动晶体管Td导通、第一开关元件T1关断、第二开关元件T2关断、第三开关元件T3导通、第四开关元件T4导通、第五开关元件T5关断、第六开关元件T6关断。此时，驱动电路110能产生驱动电流I1以驱动发光元件L。

虽然，在发光期间P3漏电补偿电路130(第二开关元件T2)及第一开关元件T1皆为关断，但电流仍可能会通过晶体管本身(如：第一开关元件T1形成的漏电路径Rc1)。在产生漏电的情况下，第一节点N1的电压将会通过第一开关元件T1朝第三节点N3放电。由于驱动电源Vdd的电压大于第一节点N1的电压，因此驱动电源Vdd仍能通过第二开关元件T2形成的漏电补偿路径Rc2，对第一节点N1进行电压补偿，解决第一节点N1上电压不稳定的问题。

请参阅图3A及图3B所示，图3A为像素电路100于运行时，第一节点N1上的电压变化模拟图。横轴为时间、纵轴为电压。由图式可知，当运行时间为90～130微秒(对应于发光周期P3)时，第一节点N1上的电压并未因为漏电现象而产生明显下滑。在图3A中，曲线A1表示临界电压为+0.5V时的实施例、曲线A2表示临界电压为零时的实施例、曲线A3表示临界电压为-0.5V时的实施例。图3B则为像素电路100在不同的数据信号Vdata下发光元件L的电流异常率(Current Error Rate)示意图。其中横轴为数据信号Vdata、纵轴为电流异常率。由图可知，本发明提出的电路能有效补偿驱动晶体管Td临界电压变异，并且电流异常率(Current Error Rate)皆维持在5％内。

图4A及图4B为本发明的另一实施例的像素电路200示意图。于图4A及图4B中，与图1A及图1B的实施例有关的相似元件以相同的参考标号表示以便于理解，且相似元件的具体原理已于先前段落中详细说明，若非与图4A及图4B的元件间具有协同运作关系而必要介绍者，于此不再赘述。

在本实施例中，像素电路200还包含控制开关Tc。控制开关Tc电性连接于驱动电源Vdd及漏电补偿电路130之间。如图4A所示，控制开关Tc可用于控制第二开关元件T2与驱动电源Vdd之间的第四节点的导通与否，因此能加速像素电路的重置过程。

像素电路200的控制方式与图1A所示的像素电路100略有不同。在部分实施例中，像素电路100的运作过程包含重置期间P1、数据写入期间P2、维持期间P21及发光期间P3。第一开关元件T1响应于控制信号S(n)导通或关断、第二开关元件T2响应于控制信号S(n-1)导通或关断、第三开关元件T3响应于控制信号EM导通或关断、第四开关元件T4响应于控制信号EM导通或关断、第五开关元件T5响应于控制信号S(n-1)导通或关断、第六开关元件T6响应于控制信号S(n+1)导通或关断。

请参阅图4B、图5A～5E，其中图4B为根据本发明的部分实施例的像素电路200的操作时序图。请参阅图4B及图5A所示，在重置期间P1的第一阶段中，驱动晶体管Td关断、控制开关Tc导通、第一开关元件T1关断、第二开关元件T2导通、第三开关元件T3导通、第四开关元件T4导通、第五开关元件T5关断、第六开关元件T6导通，使得第一节点N1及第二节点导通至驱动电源Vdd。同时，第三开关元件T3通过第五开关元件T5导通至参考电源Vref，以重置发光元件L(或第三节点N3)上的电压。

请参阅图4B及图5B所示，在重置期间P1的第二阶段中，在第一节点N1导通至驱动电源Vdd后，驱动晶体管Td导通、控制开关Tc关断、第一开关元件T1导通、第二开关元件T2导通、第三开关元件T3关断、第四开关元件T4关断、第五开关元件T5导通、第六开关元件T6关断，使得第一节点N1通过第一开关元件T1及第五开关元件T5导通至参考电源Vref，以重置第一节点N1的电压。

请参阅图4B及图5C所示，在数据写入期间P2，驱动晶体管Td导通、控制开关Tc关断、第一开关元件T1导通、第二开关元件T2关断、第三开关元件T3关断、第四开关元件T4关断、第五开关元件T5关断、第六开关元件T6导通，使得电压补偿电路120通过第一开关元件T1接收补偿电压信号。意即，第一节点N1通过第一开关元件T1、驱动晶体管Td及第六开关元件T6接收补偿电压信号Vdata。此时，第二节点N2被写入数据信号Vdata、第一节点N1及第三节点N3则被写入补偿电压信号「Vdata-Vth(驱动晶体管Td的临界电压)」。

请参阅图4B及图5D所示，在维持期间P21，当驱动电路110接收数据信号Vdata后，驱动晶体管Td导通、控制开关Tc关断、第一开关元件T1c关断、第二开关元件T2关断、第三开关元件T3关断、第四开关元件T4关断、第五开关元件T5c关断、第六开关元件T6导通。据此，电压补偿电路120将被关断。

请参阅图4B及图5E所示，在发光期间P3，驱动晶体管Td导通、控制开关Tc导通、第一开关元件T1关断、第二开关元件T2关断、第三开关元件T3导通、第四开关元件T4导通、第五开关元件T5关断、第六开关元件T6关断。此时，驱动电路110能产生驱动电流I1以驱动发光元件L。

与前述实施例相似，在发光期间P3，第一开关元件T1及第二开关元件T2皆为关断，但电流仍可能会通过晶体管本身，致使第一节点N1上的电压会随着第一开关元件T1形成的漏电路径Rc1而下降。由于驱动电源Vdd的电压大于第一节点N1的电压，因此驱动电源Vdd仍能通过第二开关元件T2形成的漏电补偿路径Rc2，对第一节点N1进行电压补偿，解决第一节点N1上电压不稳定的问题。

请参阅图6A及图6B所示，图6A为像素电路100于运行时，第一节点N1上的电压变化模拟图。横轴为时间、纵轴为电压。由图式可知，当运行时间为70～120微秒(对应于发光周期P3)时，第一节点N1上的电压并未因为漏电现象而产生明显下滑。在图6A中，曲线B1表示临界电压为+0.5V时的实施例、曲线B2表示临界电压为零时的实施例、曲线B3表示临界电压为-0.5V时的实施例。图6B则为像素电路100在不同的数据信号Vdata下发光元件L的电流异常率(Current Error Rate)示意图。其中横轴为数据信号Vdata、纵轴为电流异常率。由图可知，本发明提出的电路能有效补偿驱动晶体管Td临界电压变异，并且电流异常率(Current Error Rate)皆维持在5％内。

前述各实施例中的各项元件、方法步骤或技术特征，可相互结合，而不以本发明中的文字描述顺序或图式呈现顺序为限。

虽然本发明内容已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明内容，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明内容的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本发明内容的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims

1.一种像素电路，其特征在于，包含：

一驱动电路，电性连接于一驱动电源及一发光元件，该驱动电路用以响应于一第一节点的电压而导通，以输出一驱动电流来驱动该发光元件；

一电压补偿电路，电性连接于该第一节点及该发光元件之间，以在该驱动电路接收一数据信号时，该电压补偿电路根据该驱动电路的一临界电压值，在该第一节点上产生一补偿电压信号；以及

一漏电补偿电路，电性连接于该驱动电源及该第一节点之间，以在该驱动电路输出该驱动电流时，该驱动电源通过该漏电补偿电路，对该第一节点的电压进行补偿；

该电压补偿电路包含一第一开关元件，该漏电补偿电路包含一第二开关元件；在该驱动电路输出该驱动电流时，该第一开关元件及该第二开关元件皆被关断；

该像素电路还包含：

一控制开关，电性连接于该驱动电源及该漏电补偿电路之间，其中在该驱动电路接收该数据信号时，该第一开关元件导通、该第二开关元件关断、该控制开关关断，使得该电压补偿电路通过该第一开关元件接收该补偿电压信号；

该驱动电路包含：

一驱动晶体管，用以响应于该第一节点的电压而导通；

一第三开关元件，电性连接于该驱动晶体管及该发光元件L之间；以及

一第四开关元件，电性连接于该驱动晶体管及该驱动电源之间；

在一重置期间，该驱动晶体管关断、该控制开关导通、该第一开关元件关断、该第二开关元件导通、该第三开关元件导通、该第四开关元件导通，使得该第一节点导通至该驱动电源；

该像素电路还包含：

一第五开关元件，电性连接于该第三开关元件及一参考电源，其中在该重置期间，该第五开关元件导通，使得该第三开关元件通过该第五开关元件导通至该参考电源。

2.如权利要求1所述的像素电路，其特征在于，在该第一节点导通至该驱动电源后，该驱动晶体管导通、该控制开关关断、该第一开关元件导通、该第二开关元件导通、该第三开关元件关断、该第四开关元件关断、该第五开关元件导通，使得该第一节点通过该第一开关元件及该第五开关元件导通至该参考电源。

3.如权利要求2所述的像素电路，其特征在于，还包含：

一第六开关元件，电性连接于该第四开关元件及该驱动晶体管之间的一第二节点，其中在一数据写入期间时，该驱动晶体管导通、该控制开关关断、该第一开关元件导通、该第二开关元件关断、该第三开关元件关断、该第四开关元件关断、该第五开关元件关断、该第六开关元件导通，使得该第一节点通过该第一开关元件、该驱动晶体管及该第六开关元件接收该补偿电压信号。

4.如权利要求3所述的像素电路，其特征在于，在该驱动电路接收该数据信号后，该驱动晶体管导通、该控制开关关断、该第一开关元件关断、该第二开关元件关断、该第三开关元件关断、该第四开关元件关断、该第五开关元件关断、该第六开关元件导通。

5.如权利要求1所述的像素电路，其特征在于，还包含：

一储能元件，电性连接于该第一节点及该驱动电源之间，且与该漏电补偿电路相并联。