CN111341249A - 可调变驱动电流脉波宽度的像素电路和相关的显示面板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种像素电路，包含发光单元、电流源、亮度控制电路、脉波宽度控制电路、以及内部补偿电路。发光单元用于依据一驱动电流发光。电流源包含驱动晶体管，用于透过驱动晶体管提供驱动电流至发光单元。亮度控制电路包含第一开关和用于提供第一电压的第一节点，且用于透过第一开关提供第一电压至驱动晶体管的控制端以决定驱动电流的大小。脉波宽度控制电路包含用于提供第二电压的第二节点，且用于提供第二电压至第一开关的控制端以决定驱动电流的脉波宽度。内部补偿电路用于感测第一开关的临界电压，并传输驱动电流至外部补偿电路以感测该驱动晶体管的临界电压。

Description

可调变驱动电流脉波宽度的像素电路和相关的显示面板
技术领域
本发明有关一种像素电路和一种显示面板，尤指一种包含脉波宽度控制电路和亮度控制电路的像素电路。
背景技术
相较于液晶显示器，微发光二极管(micro LED)显示器具有低功率消耗、高色彩饱和度和高反应速度等优点，使得微发光二极管显示器被视为下一代显示器的热门技术之一。微发光二极管的亮度可藉由流经微发光二极管的驱动电流来控制，但当驱动电流不同时，微发光二极管会产生色偏。另外，不同颜色的微发光二极管的最大发光效率点对应于不同大小的驱动电流。因此，如何提供能将微发光二极管操作在最大发光效率点，且不会产生色偏的像素电路与相关的显示器，实为业界有待解决的问题。
发明内容
本发明提供一种像素电路，其包含发光单元、电流源、亮度控制电路、脉波宽度控制电路、以及内部补偿电路。发光单元用于依据一驱动电流发光。电流源包含驱动晶体管，用于透过驱动晶体管提供驱动电流至发光单元。驱动晶体管包含第一端、第二端、以及控制端，驱动晶体管的第二端耦接于发光单元。亮度控制电路包含第一开关和用于提供第一电压的第一节点。亮度控制电路用于透过第一开关提供第一电压至驱动晶体管的控制端，以决定驱动电流的大小。脉波宽度控制电路包含用于提供第二电压的第二节点。脉波宽度控制电路用于提供第二电压至第一开关的控制端，以决定驱动电流的脉波宽度。内部补偿电路耦接于电流源和亮度控制电路，用于感测第一开关的临界电压，并用于传输驱动电流至外部补偿电路，以使外部补偿电路感测驱动晶体管的临界电压。
本发明提供一种显示面板，其包含多个像素电路、源极驱动器、栅极驱动器、以及外部补偿电路。多个像素电路排列成一像素矩阵，且每个像素电路包含第一开关和驱动晶体管。第一开关包含第一端、第二端、以及控制端。驱动晶体管包含第一端、第二端、以及控制端。第一开关的第一端耦接于驱动晶体管的控制端，第一开关的第二端耦接于第一节点，第一开关的控制端耦接于第二节点。源极驱动器用于提供第一数据信号、第二数据信号、和线性变化电压至多个像素电路。栅极驱动器用于驱动像素矩阵的多行依序接收第一数据信号，以设置每个像素电路的第一节点的一第一电压，并用于驱动像素矩阵的多行依序接收第二数据信号，以设置每个像素电路的第二节点的一第二电压，且源极驱动器利用线性变化电压同步控制每个像素电路的第二电压。外部补偿电路用于感测每个像素电路的驱动晶体管的临界电压，并依据每个像素电路的驱动晶体管的临界电压调整写入至对应的像素电路的第一数据信号。每个像素电路另包含发光单元、电流源、亮度控制电路、脉波宽度控制电路、以及内部补偿电路。发光单元用于依据驱动电流发光。电流源包含驱动晶体管，用于透过驱动晶体管提供驱动电流至发光单元。驱动晶体管的第二端耦接于发光单元。亮度控制电路包含第一开关和第一节点，用于透过第一开关提供第一电压至驱动晶体管的控制端，以决定驱动电流的大小。脉波宽度控制电路包含第二节点，用于提供第二电压至第一开关的控制端，以决定驱动电流的脉波宽度。内部补偿电路耦接于电流源和亮度控制电路，用于感测第一开关的临界电压，并用于传输驱动电流至外部补偿电路，以使外部补偿电路感测驱动晶体管的临界电压。
上述的像素电路和显示面板能使发光单元工作于最大发光效率点，且能避免发光单元产生色偏。
附图说明
图1为依据本发明一实施例的像素电路简化后的功能方块图。
图2为依据本发明一实施例的像素电路的功能方块图。
图3为依据本发明一实施例的图2的多个控制信号的波型示意图。
图4A为图2的像素电路于重置阶段的等效电路操作示意图。
图4B为图2的像素电路于补偿阶段的等效电路操作示意图。
图4C为图2的像素电路于第一写入阶段的等效电路操作示意图。
图4D为图2的像素电路于第二写入阶段的等效电路操作示意图。
图4E为图2的像素电路于发光阶段的第一子阶段的等效电路操作示意图。
图4F为图2的像素电路于发光阶段的第二子阶段的等效电路操作示意图。
图4G为图2的像素电路于检测阶段的等效电路操作示意图。
图5为依据本发明一实施例的像素电路的功能方块图。
图6为依据本发明一实施例的图5的多个控制信号的波型示意图。
图7A为图5的像素电路于重置阶段的等效电路操作示意图。
图7B为图5的像素电路于补偿阶段的等效电路操作示意图。
图7C为图5的像素电路于写入阶段的等效电路操作示意图。
图7D为图5的像素电路于发光阶段的第一子阶段的等效电路操作示意图。
图7E为图5的像素电路于发光阶段的第二子阶段的等效电路操作示意图。
图7F为图5的像素电路于感测阶段的等效电路操作示意图。
图8为依据本发明一实施例的显示面板简化后的功能方块图。
图9为依据本发明一实施例的图8的控制信号简化后的波型示意图。
图10为依据本发明另一实施例的图8的控制信号简化后的波型示意图。
其中，附图标记：
100：像素电路 N1：第一节点
101：外部补偿电路 N2：第二节点
110：电流源 N3：第三节点
120：亮度控制电路 V1：第一电压
130：内部补偿电路 V2：第二电压
140：脉波宽度控制电路 V3：第三电压
150：发光单元 310：脉波
200：像素电路 320：脉波
201：外部补偿电路 L1：第一电压电平
210：电流源 L2：第二电压电平
212：驱动晶体管 500：像素电路
220：亮度控制电路 501：外部补偿电路
222：第一开关 510：电流源
224：第二开关 512：驱动晶体管
226：第一电容 520：亮度控制电路
230：内部补偿电路 522：第一开关
232：第三开关 524：第二开关
234：第四开关 526：第一电容
236：第五开关 530：内部补偿电路
240：脉波宽度控制电路 532：第三开关
242：第六开关 534：第四开关
244：第七开关 536：第五开关
246：第二电容 540：脉波宽度控制电路
248：第三电容 542：第二电容
250：发光单元 550：发光单元
260：数据线 610：脉波
270：传输线 620：脉波
VDD：系统高电压 L3：第三电压电平
VSS：系统低电压 L4：第四电压电平
Vsw：线性变化电压 L5：第五电压电平
S1：第一控制信号 800：显示面板
S2：第二控制信号 810：像素电路
S3：第三控制信号 820：源极驱动器
S4：第四控制信号 830：栅极驱动器
S5：第五控制信号 V840：外部补偿电路
S6：第六控制信号 S1-1～S1-n：第一控制信号
D1：第一数据信号 S3-1～S3-n：第三控制信号
D2：第二数据信号 S6-1～S6-n：第六控制信号
具体实施方式
以下将配合相关图式来说明本发明的实施例。在图式中，相同的标号表示相同或类似的元件或方法流程。
图1为依据本发明一实施例的像素电路100简化后的功能方块图。像素电路100包含电流源110、亮度控制电路120、内部补偿电路130、脉波宽度控制电路140、以及发光单元150。电流源110用于提供驱动电流至发光单元150，以使发光单元150依据驱动电流的大小产生对应的亮度。亮度控制电路120用于致能电流源110，并用于决定驱动电流的大小。脉波宽度控制电路140用于决定亮度控制电路120致能电流源110的时间长度，进而决定电流源110提供驱动电流的脉波宽度。
内部补偿电路130用于检测亮度控制电路120的元件特性变异，并将检测结果传递至脉波宽度控制电路140。脉波宽度控制电路140会依据前述的检测结果适应性地控制亮度控制电路120，进而使驱动电流的脉波宽度免疫于亮度控制电路120的元件特性变异。
另外，内部补偿电路130还用于将驱动电流传递至外部补偿电路101，以使外部补偿电路101检测电流源110的元件特性变异。外部补偿电路101会依据电流源110的元件特性变异适应性地控制亮度控制电路120，以使驱动电流的大小免疫于电流源110的元件特性变异。
图2为依据本发明一实施例的像素电路200的功能方块图。像素电路200包含电流源210、亮度控制电路220、内部补偿电路230、脉波宽度控制电路240、以及发光单元250。图2的电流源210和发光单元250可以分别是图1的电流源110和发光单元150，且电流源210包含用于产生驱动电流的驱动晶体管212。驱动晶体管212的第一端用于接收系统高电压VDD。驱动晶体管212的第二端耦接于发光单元250的第一端(例如，阳极端)。另外，发光单元250的第二端(例如，阴极端)用于接收系统低电压VSS。
图2的亮度控制电路220可以是图1的亮度控制电路120，且包含第一开关222、第二开关224、第一电容226、以及用于提供第一电压V1的第一节点N1。第一开关222的第一端耦接于驱动晶体管212的控制端。第一开关222的第二端耦接于第一节点N1。第一开关222的控制端耦接于脉波宽度控制电路240。因此，亮度控制电路220可以透过第一开关222将第一电压V1提供至驱动晶体管212的控制端，进而决定驱动电流的大小。第二开关224的第一端用于透过数据线260接收第一数据信号D1。第二开关224的第二端耦接于第一节点N1。第二开关224的控制端用于接收第一控制信号S1。第一电容226的第一端耦接于第一节点N1。第一电容226的第二端用于接收系统高电压VDD。
图2的内部补偿电路230可以是图1的内部补偿电路130，且包含第三开关232、第四开关234、以及第五开关236。第三开关232的第一端耦接于驱动晶体管212的第二端。第三开关232的第二端透过传输线270耦接于外部补偿电路201。第三开关232的控制端用于接收第二控制信号S2。第四开关234的第一端耦接于脉波宽度控制电路240。第四开关234的第二端耦接于第一节点N1。第四开关234的控制端用于接收第三控制信号S3。第五开关236的第一端耦接于驱动晶体管212的控制端。第五开关236的第二端耦接于驱动晶体管212的第一端。第五开关236的控制端用于接收第四控制信号S4。
图2的脉波宽度控制电路240可以是图1的脉波宽度控制电路140，且包含第六开关242、第七开关244、第二电容246、第三电容248、用于提供第二电压V2的第二节点N2、以及用于提供第三电压V3的第三节点N3。第六开关242的第一端耦接于第二节点N2。第六开关242的第二端耦接于发光单元250的第二端。第六开关242的控制端用于接收第五控制信号S5。第七开关244的第一端用于透过数据线260接收第二数据信号D2。第七开关244的第二端耦接于第三节点N3。第七开关244的控制端用于接收第六控制信号S6。第二电容246耦接于第二节点N2和第三节点N3之间。第三电容248的第一端用于接收线性变化电压Vsw。第三电容248的第二端耦接于第三节点N3。另外，第二节点N2耦接于第一开关222的控制端与第四开关的第一端。
图2的外部补偿电路201可以是图1的外部补偿电路101，且用于自内部补偿电路230接收驱动电流，以检测驱动晶体管212的临界电压。外部补偿电路201会依据驱动晶体管212的临界电压适应性地调整第一数据信号D1。实作上，外部补偿电路201可以用特殊应用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)来实现，也可以用其他可执行指令的硬件元件来实现，例如现场可编程门阵列(Field Programmable GateArray，简称FPGA)、中央处理器、或是微处理器等等。
另外，图2中的多个开关和驱动晶体管212可以用各种合适的P型晶体管来实现，例如P型薄膜晶体管(Thin-film Transistor，简称TFT)或是P型金氧半导体晶体管等等。发光单元250可以用微发光二极管或是有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，简称OLED)来实现。
图3为依据本发明一实施例的图2的多个控制信号的波型示意图。图4A为图2的像素电路200于重置阶段的等效电路操作示意图。图4B为图2的像素电路200于补偿阶段的等效电路操作示意图。图4C为图2的像素电路200于第一写入阶段的等效电路操作示意图。图4D为图2的像素电路200于第二写入阶段的等效电路操作示意图。图4E为图2的像素电路200于发光阶段的第一子阶段的等效电路操作示意图。图4F为图2的像素电路200于发光阶段的第二子阶段的等效电路操作示意图。图4G为图2的像素电路200于检测阶段的等效电路操作示意图。
在重置阶段中，第一控制信号S1、第二控制信号S2、以及第三控制信号S3具有禁能电平(例如，高电压电平)，而第四控制信号S4、第五控制信号S5、以及第六控制信号S6具有致能电平(例如，低电压电平)。如图4A所示，第一开关222、第五开关236、第六开关242、以及第七开关244被导通，而第二开关224、第三开关232、以及第四开关234被关断。驱动晶体管212的控制端电压和第二电压V2会分别被设置为系统高电压VDD和系统低电压VSS。第三电压V3会经由数据线260被设置为接地电压，且接地电压是由第一数据信号D1或第二数据信号D2所提供，但本发明并不以此为限。在一实施例中，第三电压V3在重置阶段中被设置为小于或等于第三节点N3于后续的第一数据写入阶段中接收到的第二数据信号D2的电压电平。
在补偿阶段中，第三控制信号S3、第四控制信号S4、以及第六控制信号S6具有致能电平，而第一控制信号S1、第二控制信号S2、以及第五控制信号S5具有禁能电平。如图4B所示，第一开关222、第四开关234、第五开关236、以及第七开关244被导通，而第二开关224、第三开关232、以及第六开关242被关断。第三节点N3会维持于接地电压，且接地电压是由第一数据信号D1或第二数据信号D2所提供。系统高电压VDD会对第二节点N2充电，直到第二电压V2逼近于如以下《公式1》所示的大小：
V2＝VDD-|Vth1| 《公式1》
其中，Vth1表示第一开关222的临界电压。换言之，在补偿阶段中，内部补偿电路230利用第四开关234和第五开关236检测第一开关222的临界电压，并将第一开关222的临界电压传递至第二节点N2。
在第一写入阶段中，第四控制信号S4具有致能电平，第一控制信号S1、第二控制信号S2、第三控制信号S3、以及第五控制信号S5具有禁能电平。如图4C所示，第一开关222、第二开关224、第三开关232、第四开关234、以及第六开关242被关断，而第五开关236被导通。第六控制信号S6会先切换至禁能电平，接着提供一个具有致能电平的脉波310以导通第七开关244，进而使像素电路200依据第二数据信号D2设置第三电压V3。此时，第二电压V2会因为第二电容246的电容耦合效应而变化为如以下《公式2》所示的大小：
V2＝VDD-|Vth1|+Vd2 《公式2》
其中，Vd2代表当第七开关244于第一写入阶段导通时，第三节点N3所接收到的第二数据信号D2的电压电平。
在第二写入阶段中，第四控制信号S4具有致能电平，第二控制信号S2、第三控制信号S3、第五控制信号S5、以及第六控制信号S6具有禁能电平。如图4D所示，第一开关222、第三开关232、第四开关234、第六开关242、以及第七开关244被关断，而第五开关236被导通。第一控制信号S1会提供一个具有致能电平的脉波320以导通第二开关224，进而使亮度控制电路220依据第一数据信号D1设置第一电压V1。
在发光阶段中，第一控制信号S1、第二控制信号S2、第三控制信号S3、第四控制信号S4、第五控制信号S5、以及第六控制信号S6具有禁能电平。线性变化电压Vsw在重置阶段、补偿阶段、第一写入阶段、以及第二写入阶段具有第一电压电平L1。不过，在发光阶段中，线性变化电压Vsw会由第一电压电平L1线性变化为第二电压电平L2，使得第二电压V2也由《公式2》所示的大小开始线性变化。
在本实施例中，第一电压电平L1高于第二电压电平L2，亦即第二电压V2在发光阶段中会自《公式2》所示的大小线性下降。第二电压V2在发光阶段的第一子阶段中高于《公式1》所示的大小。因此，如图4E所示，驱动晶体管212、第一开关222、第二开关224、第三开关232、第四开关234、第五开关236、第六开关242、以及第七开关244被关断，使得驱动晶体管212不产生驱动电流且发光单元250不发光。
另一方面，图4F所示，当第二电压V2在发光阶段的第二子阶段中低于或等于《公式1》所示的大小，第一开关222会被切换至导通状态。此时，亮度控制电路220会透过第一开关222将第一电压V1提供至驱动晶体管212的控制端。由于第一电容226的电容值远大于驱动晶体管212的栅极电容，驱动晶体管212会工作于饱和区且产生如《公式3》所示的驱动电流：
Figure BDA0002331560450000091
其中，Idri代表驱动电流，Vth2代表驱动晶体管212的临界电压。Vd1代表当第二开关224于第二写入阶段导通时，亮度控制电路220所接收到的第一数据信号D1的电压电平。k代表驱动晶体管212的载子迁移率(carrier mobility)、栅极单位电容大小、以及宽长比三者的乘积。
由上述可知，亮度控制电路220藉由第一电压V1控制驱动晶体管212的导通程度，进而决定驱动电流的大小。第一子阶段和第二子阶段的长度分别正向与反向相关于《公式2》所示的第二电压V2。脉波宽度控制电路240藉由第二电压V2来控制第一开关222于发光阶段的导通时间，进而决定驱动电流于发光阶段的持续持间。
另外，第二电压V2会随着第一开关222的临界电压变化，所以第一开关222于发光阶段的导通时间免疫于临界电压变异。例如，如《公式2》所示，当第一开关222具有较大的临界电压而需要以较低的控制端电压导通时，第二电压V2在补偿阶段中会被设置得较低，反之亦然。
值得注意的是，像素电路200在第一写入阶段和第二写入阶段中预先将系统高电压VDD储存于第一开关222的第一端，并于发光阶段中将第一开关222的第一端与提供系统高电压VDD的电源线分离。因此，于发光阶段中，第一开关222的导通时间免疫于系统高电压VDD的变异。
在感测阶段中，第二控制信号S2具有致能电平，而第一控制信号S1、第三控制信号S3、第四控制信号S4、第五控制信号S5、以及第六控制信号S6具有禁能电平。如图4G所示，驱动晶体管212、第一开关222、以及第三开关232被导通，而第二开关224、第四开关234、第五开关236、以及第七开关244被关断。驱动电流会经由第三开关232流至外部补偿电路201。外部补偿电路201会将驱动电流和预设值进行比较，并依据比较结果调整在第二写入阶段中写入像素电路200的第一数据信号D1的大小，以使驱动电流的大小免疫于驱动晶体管212的临界电压变异。例如，当驱动晶体管212具有较大的临界电压而需要以较低的控制端电压导通时，第一数据信号D1在第二写入阶段会被设置得较低，反之亦然。
图5为依据本发明一实施例的像素电路500的功能方块图。像素电路500包含电流源510、亮度控制电路520、内部补偿电路530、脉波宽度控制电路540、以及发光单元550。图5的电流源510和发光单元550可以分别是图1的电流源110和发光单元150，且电流源510包含用于产生驱动电流的驱动晶体管512。驱动晶体管512的第一端用于接收系统高电压VDD。驱动晶体管512的第二端耦接于发光单元550的第一端(例如，阳极端)。另外，发光单元550的第二端(例如，阴极端)用于接收系统低电压VSS。
图5的亮度控制电路520可以是图1的亮度控制电路120，且包含第一开关522、第二开关524、第一电容526、以及用于提供第一电压V1的第一节点N1。第一开关522的第一端耦接于驱动晶体管512的控制端。第一开关522的第二端耦接于第一节点N1。第二开关524的第一端耦接于第一节点N1。第二开关524的第二端用于自传输线560接收第一数据信号D1。第二开关524的控制端用于接收第一控制信号S1。第一电容526的第一端耦接于第一节点N1。第一电容526的第二端用于接收系统高电压VDD。
图5的内部补偿电路530可以是图1的内部补偿电路130，且包含第三开关532、第四开关534、以及第五开关536。第三开关532的第一端耦接于驱动晶体管512的第二端。第三开关532的第二端透过传输线560耦接于外部补偿电路501。第三开关532的控制端用于接收第二控制信号S2。第四开关534的第一端耦接于脉波宽度控制电路540。第四开关534的第二端耦接于第一节点N1。第四开关534的控制端用于接收第三控制信号S3。第五开关536的第一端耦接于驱动晶体管512的控制端。第五开关536的第二端耦接于驱动晶体管512的第一端。第五开关536的控制端用于接收第四控制信号S4。
图5的脉波宽度控制电路540可以是图1的脉波宽度控制电路140，且包含第二电容542与用于提供第二电压V2的第二节点。第二电容542的第一端用于自数据线570接收第二数据信号D2和线性变化电压Vsw。第二电容542的第二端耦接于第二节点N2。
图5的外部补偿电路501可以是图1的外部补偿电路101，且用于自内部补偿电路530接收驱动电流，以检测驱动晶体管512的临界电压。外部补偿电路501会依据驱动晶体管512的临界电压适应性地调整第一数据信号D1。实作上，外部补偿电路201可以用特殊应用集成电路来实现，也可以用其他可执行指令的硬件元件来实现，例如现场可编程门阵列、中央处理器、或是微处理器等等。
另外，图5中的多个开关和驱动晶体管512可以用各种合适的P型晶体管来实现，例如P型薄膜晶体管或是P型金氧半导体晶体管等等。发光单元550可以用微发光二极管或是有机发光二极管来实现。
图6为依据本发明一实施例的图5的多个控制信号的波型示意图。图7A为图5的像素电路500于重置阶段的等效电路操作示意图。图7B为图5的像素电路500于补偿阶段的等效电路操作示意图。图7C为图5的像素电路500于写入阶段的等效电路操作示意图。图7D为图5的像素电路500于发光阶段的第一子阶段的等效电路操作示意图。图7E为图5的像素电路500于发光阶段的第二子阶段的等效电路操作示意图。图7F为图5的像素电路500于感测阶段的等效电路操作示意图。
于重置阶段中，第一控制信号S1和第三控制信号S3具有致能电平(例如，低电压电平)，而第二控制信号S2、以及第四控制信号S4具有禁能电平(例如，高电压电平)。如图7A所示，第一开关522、第二开关524、以及第四开关534被导通，而第三开关532和第五开关536被关断。第二电压V2透过传输线560被设置为接地电压，且接地电压是由第一数据信号D1所提供，但本发明不以此为限。在一实施例中，第二电压V2于重置阶段中被设置为低于后续的《公式4》所示的大小。
另外，第二电容542的第一端透过数据线570被设置为一第三电压电平L3，且第三电压电平L3是由第二数据信号D2所提供，但本发明不以此为限。第三电压电平L3高于第二电容542于后续的补偿阶段中接收到的第二数据信号D2的电压电平。
于补偿阶段中，第四控制信号S4具有致能电平，而第一控制信号S1与第二控制信号S2具有禁能电平。如图7B所示，第一开关522与第五开关536被导通，而第二开关524与第三开关532被关断。第三控制信号S3会先切换至禁能电平，接着提供一个具有致能电压电平的脉波610以导通第四开关534。因此，系统高电压VDD会对第二节点N2充电，直到第二电压V2逼近于下列《公式4》所示的大小：
V2＝VDD-|Vth3| 《公式4》
其中，Vth3表示第一开关522的临界电压。换言之，在补偿阶段中，内部补偿电路530利用第四开关534和第五开关536检测第一开关522的临界电压，并将第一开关522的临界电压传递至第二节点N2。
数据线570于第四开关534导通时，会提供对应的第二数据信号D2至第二电容542，使得第二电容542的第一端和第二端的电压差为VDD-|Vth3|-Vd3。Vd3代表当第四开关534导通时，第二电容542的第一端所接收到的第二数据信号D2的电压电平。值得注意的是，当第四开关534切换回关闭状态时，第二电容542的第二端会处于浮接(floating)状态，使得第二电容542的第一端和第二端的电压差于后续的阶段中维持不变。
于写入阶段中，第二控制信号S2与第三控制信号S3具有禁能电平，第四控制信号S4具有致能电平。如图7C所示，第五开关536被导通，而第一开关522、第三开关532、以及第四开关534被关断。第一控制信号S1会提供一个具有致能电平的脉波620以导通第二开关524，进而使亮度控制电路520依据第一数据信号D1设置第一电压V1。另外，脉波宽度调变电路340会于此阶段中自数据线570接收具有第四电压电平L4的线性变化电压Vsw，使得第二电压V2会具有如以下《公式5》所示的电压电平：
V2＝VDD-|Vth3|+L4-Vd3 《公式5》
在一实施例中，第四电压电平L4高于或等于宽度调变电路340于补偿阶段中接收到的第二数据信号D2的电压电平。
于发光阶段中，第一控制信号S1、第二控制信号S2、第三控制信号S3、以及第四控制信号S4具有禁能电平。线性变化电压Vsw由第四电压电平L4朝向第五电压电平L5线性变化，使得第二电压V2也随着呈现线性变化。值得一提的是，系统低电压VSS在重置阶段、补偿阶段、写入阶段中具有高电压电平以关断发光单元550，且系统低电压VSS会于发光阶段中切换为低电压电平以导通发光单元550。
在本实施例中，第四电压电平L4高于第五电压电平L5，因此第二电压V2在发光阶段中会自《公式5》所示的大小线性下降。第二电压V2在发光阶段的第一子阶段中高于《公式4》所示的大小。因此，如图7D所示，驱动晶体管512、第一开关522、第二开关524、第三开关532、第四开关534、以及第五开关536被关断，使得驱动晶体管512不产生驱动电流且发光单元550不发光。
另一方面，图7E所示，当第二电压V2在第二子阶段中低于或等于《公式5》所示的大小，第一开关222会被切换至导通状态。此时，亮度控制电路520会透过第一开关522将第一电压V1提供至驱动晶体管512的控制端。由于第一电容526的电容值远大于驱动晶体管512的栅极电容，驱动晶体管512会工作于饱和区且产生如《公式6》所示的驱动电流：
Figure BDA0002331560450000131
其中，Idri代表驱动电流，Vth4代表驱动晶体管512的临界电压。Vd4代表当第二开关524于写入阶段导通时，亮度控制电路520所接收到的第一数据信号D1的电压电平。k代表驱动晶体管512的载子迁移率(carrier mobility)、栅极单位电容大小、以及宽长比三者的乘积。
由上述可知，亮度控制电路520藉由第一电压V1控制驱动晶体管512的导通程度，进而决定驱动电流的大小。第一子阶段和第二子阶段的长度分别正向与反向相关于《公式5》所示的第二电压V2。脉波宽度控制电路240藉由第二电压V2来控制第一开关222于发光阶段的导通时间，进而决定驱动电流于发光阶段的持续持间。
另外，第二电压V2会随着第一开关522的临界电压变化，所以第一开关522于发光阶段的导通时间免疫于临界电压变异。此外，像素电路500在写入阶段中预先将系统高电压VDD储存于第一开关522的第一端，并于发光阶段中将第一开关522的第一端与提供系统高电压VDD的电源线分离。因此，于发光阶段中，第一开关522的导通时间免疫于系统高电压VDD的变异。
在感测阶段中，第二控制信号S2具有致能电平，而第一控制信号S1、第二控制信号S2、以及第三控制信号S3具有禁能电平，且系统低电压VSS具有高电压电平。因此，如图7F所示，驱动晶体管512、第一开关522、以及第三开关532被导通，而第二开关524、第四开关534、第五开关536、以及发光单元550被关断。驱动电流会经由第三开关532流至外部补偿电路501。外部补偿电路501会将驱动电流和预设值进行比较，并依据比较结果调整在写入阶段中写入像素电路500的第一数据信号D1的大小，以使驱动电流的大小免疫于驱动晶体管512的临界电压变异。
前述多个实施例中的开关也可以用N型晶体管来实现。例如，图2的像素电路200的第二开关224、第三开关232、第四开关234、第五开关236、第六开关242、以及第七开关244可以用N型晶体管来实现，并且可使用与图3的对应控制信号反向的控制信号来进行操作。又例如，图5的像素电路500的第二开关524、第三开关532、第四开关534、以及第五开关536可以用N型晶体管来实现，并且可使用与图6的对应控制信号反向的控制信号来进行操作。
图8为依据本发明一实施例的显示面板800简化后的功能方块图。显示面板800包含多个像素电路810、源极驱动器820、栅极驱动器830、以及外部补偿电路840，且像素电路810排列成一像素矩阵。像素电路810可以是前述图1的像素电路100、图2的像素电路200、或是图5的像素电路500，而外部补偿电路840可以对应地是前述图1的外部补偿电路101、图2的外部补偿电路201、或是图5的外部补偿电路501。源极驱动器820用于提供第一数据信号D1、第二数据信号D2、以及线性变化电压Vsw，但本发明不以此为限。在某些实施例中，线性变化信号Vsw可以由不同于源极驱动器820的额外控制电路来提供。栅极驱动器830用于驱动多个像素电路810同步发光。外部补偿电路840用于感测每个像素电路810的驱动晶体管的临界电压，并依据每个像素电路810的驱动晶体管的临界电压调整写入至对应的像素电路810的第一数据信号D1。为使图面简洁而易于说明，显示面板800中的其他元件与连接关系并未绘示于图8中。
在一实施例中，像素电路810是图2的像素电路200。如图9所示，在第一写入阶段中，栅极驱动器830会在利用第六控制信号S6-1～S6-n以逐行驱动的方式导通像素矩阵中的第七开关244，以设置每个像素电路810的第二电压V2。在第二写入阶段中，栅极驱动器830会在利用第一控制信号S1-1～S1-n以逐行驱动的方式导通像素矩阵中的第二开关224，以设置每个像素电路810的第一电压V1。在发光阶段中，源极驱动器820会利用线性变化电压Vsw同步控制每个像素电路810的第二电压V2。
在另一实施例中，像素电路810是图5的像素电路500。如图10所示，在补偿阶段中，栅极驱动器830会在利用第三控制信号S3-1～S3-n以逐行驱动的方式导通像素矩阵中的第四开关534，以设置每个像素电路810的第二电压V2。在写入阶段中，栅极驱动器830会在利用第一控制信号S1-1～S1-n以逐行驱动的方式导通像素矩阵中的第二开关524，以设置每个像素电路810的第一电压V1。在发光阶段中，源极驱动器820会利用线性变化电压Vsw同步控制每个像素电路810的第二电压V2。
上述信号编号中的索引1～n是用于指称提供至像素矩阵的不同行的不同信号，并非有意将前述信号的数量局限在特定数目。例如，第三控制信号S3-1会被提供至像素矩阵的第一行，而第三控制信号S3-2会被提供至像素矩阵的第二行，依此类推。
前述多个实施例中的显示面板800会依据发光单元的种类(例如，发光单元对应的颜色)将第一电压V1设置为使发光单元工作于最大发光效率点。例如，若像素电路810是图2的像素电路200，则对应于相同颜色的像素电路810会于第二写入阶段中被设置为具有相同的第一电压V1。又例如，若像素电路810是图5的像素电路500，则对应于相同颜色的像素电路810会于写入阶段中被设置为具有相同的第一电压V1。
换言之，对应于相同颜色的多个像素电路810会产生相同大小的驱动电流以避免色偏现象，且像素电路810会藉由调整驱动电流的脉波宽度来使人眼感受到不同的灰阶亮度。
在说明书及申请专利范围中使用了某些词汇来指称特定的元件。然而，所属技术领域中具有通常知识者应可理解，同样的元件可能会用不同的名词来称呼。说明书及申请专利范围并不以名称的差异做为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来做为区分的基准。在说明书及申请专利范围所提及的“包含”为开放式的用语，故应解释成“包含但不限定于”。另外，“耦接”在此包含任何直接及间接的连接手段。因此，若文中描述第一元件耦接于第二元件，则代表第一元件可通过电性连接或无线传输、光学传输等信号连接方式而直接地连接于第二元件，或者通过其他元件或连接手段间接地电性或信号连接至该第二元件。
另外，除非说明书中特别指明，否则任何单数格的用语都同时包含复数格的涵义。
以上仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明请求项所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (20)

1.一种像素电路，其特征在于，包含：
一发光单元，用于依据一驱动电流发光；
一电流源，包含一驱动晶体管，用于透过该驱动晶体管提供该驱动电流至该发光单元，其中该驱动晶体管包含一第一端、一第二端、以及一控制端，该驱动晶体管的该第二端耦接于该发光单元；
一亮度控制电路，包含一第一开关和用于提供一第一电压的一第一节点，其中该亮度控制电路用于透过该第一开关提供该第一电压至该驱动晶体管的该控制端，以决定该驱动电流的大小；
一脉波宽度控制电路，包含用于提供一第二电压的一第二节点，其中该脉波宽度控制电路用于提供该第二电压至该第一开关的一控制端，以决定该驱动电流的一脉波宽度；以及
一内部补偿电路，耦接于该电流源和该亮度控制电路，用于感测该第一开关的一临界电压，并用于传输该驱动电流至一外部补偿电路，以使该外部补偿电路感测该驱动晶体管的一临界电压。
2.如权利要求1所述的像素电路，其特征在于，该亮度控制电路另包含：
一第二开关，包含一第一端、一第二端、以及一控制端，其中该第二开关的该第一端用于接收一第一数据信号，该第二开关的该第二端耦接于该第一节点，该第二开关的该控制端用于接收一第一控制信号；以及
一第一电容，包含一第一端和一第二端，该第一电容的该第一端耦接于该第一节点，该第一电容的该第二端用于接收一系统高电压。
3.如权利要求2所述的像素电路，其特征在于，当该第一开关和该第二开关分别导通和关断时，该驱动晶体管工作于饱和区且产生该驱动电流。
4.如权利要求1所述的像素电路，其特征在于，该内部补偿电路包含：
一第三开关，包含一第一端、一第二端、以及一控制端，其中该第三开关的该第一端耦接于该驱动晶体管的该第二端，该第三开关的该第二端耦接于该外部补偿电路，该第三开关的一控制端用于接收一第二控制信号；
一第四开关，包含一第一端、一第二端、以及一控制端，其中该第四开关的该第一端耦接于该第二节点，该第四开关的该第二端耦接于该第一节点，该第四开关的该控制端用于接收一第三控制信号；以及
一第五开关，包含一第一端、一第二端、以及一控制端，其中该第五开关的该第一端耦接于该驱动晶体管的该控制端，该第五开关的该第二端耦接于该驱动晶体管的该第一端，该第五开关的该控制端用于接收一第四控制信号。
5.如权利要求4所述的像素电路，其特征在于，当该第三开关导通且该第四开关和该第五开关关断时，该内部补偿电路提供该驱动电流至该外部补偿电路，且该驱动电流不流经该发光单元，
其中当该第三开关关断且该第四开关和该第五开关导通时，该内部补偿电路将该第一开关的该临界电压传递至该第二节点。
6.如权利要求1所述的像素电路，其特征在于，该脉波宽度控制电路包含：
一第六开关，包含一第一端、一第二端、以及一控制端，其中该第六开关的该第一端耦接于该第二节点，该第六开关的该第二端耦接于该发光单元，该第六开关的该控制端用于接收一第五控制信号；
一第七开关，包含一第一端、一第二端、以及一控制端，其中该第七开关的该第一端用于接收一第二数据信号，该第七开关的该第二端耦接于一第三节点，该第七开关的该控制端用于接收一第六控制信号；
一第二电容，耦接于该第二节点和该第三节点之间；以及
一第三电容，包含一第一端和一第二端，其中该第三电容的该第一端用于接收一线性变化电压，该第三电容的该第二端耦接于该第三节点。
7.如权利要求6所述的像素电路，其特征在于，当该第六开关和该第七开关关断时，该第二电压随着该线性变化电压呈现线性变化，
其中，当该第二电压达到一预设电压时，该第一开关导通以提供该第一电压至该驱动晶体管的该控制端。
8.如权利要求1所述的像素电路，其特征在于，该亮度控制电路和该脉波宽度控制电路用于透过一数据线分别接收一第一数据信号和一第二数据信号，
其中该亮度控制电路依据该第一数据信号产生该第一电压，
其中该脉波宽度控制电路还用于接收一线性变化电压，该脉波宽度控制电路依据该第二数据信号决定该第二电压的一初始值，接着该脉波宽度控制电路控制该第二电压自该初始值随着该线性变化电压呈现线性变化，
其中当该第二电压达到一预设电压时，该第一开关导通。
9.如权利要求1所述的像素电路，其特征在于，该亮度控制电路另包含：
一第二开关，包含一第一端、一第二端、以及一控制端，其中该第二开关的该第一端耦接于该第一节点，该第二开关的该第二端用于自一传输线接收一第一数据信号，该第二开关的该控制端用于接收一第一控制信号；以及
一第一电容，包含一第一端和一第二端，该第一电容的该第一端耦接于该第一节点，该第一电容的该第二端用于接收一系统高电压；
其中当该第二开关关断时，该内部补偿电路用于将该驱动电流透过该传输线提供至该外部补偿电路。
10.如权利要求9所述的像素电路，其特征在于，该脉波宽度控制电路包含一第二电容，该第二电容的一第一端用于自一数据线接收一第二数据信号和一线性变化电压，该第二电容的该第二端耦接于该第二节点，
其中该脉波宽度控制电路依据该第二数据信号决定该第二电压的一初始值，接着该脉波宽度控制电路控制该第二电压自该初始值随着该线性变化电压呈现线性变化，
其中当该第二电压达到一预设电压时，该第一开关导通。
11.一种显示面板，其特征在于，包含：
多个像素电路，排列成一像素矩阵，其中每个像素电路包含一第一开关和一驱动晶体管，该第一开关包含一第一端、一第二端、以及一控制端，该驱动晶体管包含一第一端、一第二端、以及一控制端，该第一开关的该第一端耦接于该驱动晶体管的该控制端，该第一开关的该第二端耦接于一第一节点，该第一开关的该控制端耦接于一第二节点；
一源极驱动器，用于提供一第一数据信号、一第二数据信号、和一线性变化电压至该多个像素电路；
一栅极驱动器，用于驱动该像素矩阵的多行依序接收该第一数据信号，以设置每个像素电路的该第一节点的一第一电压，并用于驱动该像素矩阵的该多行依序接收该第二数据信号，以设置每个像素电路的该第二节点的一第二电压，其中该源极驱动器利用该线性变化电压同步控制每个像素电路的该第二电压；以及
一外部补偿电路，用于感测每个像素电路的该驱动晶体管的一临界电压，并依据每个像素电路的该驱动晶体管的该临界电压调整写入至对应的像素电路的该第一数据信号；
其中每个像素电路另包含：
一发光单元，用于依据一驱动电流发光；
一电流源，包含该驱动晶体管，用于透过该驱动晶体管提供该驱动电流至该发光单元，其中该驱动晶体管的该第二端耦接于该发光单元；
一亮度控制电路，包含该第一开关和该第一节点，用于透过该第一开关提供该第一电压至该驱动晶体管的该控制端，以决定该驱动电流的大小；
一脉波宽度控制电路，包含该第二节点，用于提供该第二电压至该第一开关的该控制端，以决定该驱动电流的一脉波宽度；以及
一内部补偿电路，耦接于该电流源和该亮度控制电路，用于感测该第一开关的一临界电压，并用于传输该驱动电流至该外部补偿电路，以使该外部补偿电路感测该驱动晶体管的该临界电压。
12.如权利要求11所述的显示面板，其特征在于，该亮度控制电路另包含：
一第二开关，包含一第一端、一第二端、以及一控制端，其中该第二开关的该第一端用于接收该第一数据信号，该第二开关的该第二端耦接于该第一节点，该第二开关的该控制端用于接收一第一控制信号；以及
一第一电容，包含一第一端和一第二端，该第一电容的该第一端耦接于该第一节点，该第一电容的该第二端用于接收一系统高电压。
13.如权利要求12所述的显示面板，其特征在于，当该第一开关和该第二开关分别导通和关断时，该驱动晶体管工作于饱和区且产生该驱动电流，
其中，该多个像素电路中对应于相同颜色的多个像素电路产生相同大小的多个驱动电流。
14.如权利要求11所述的显示面板，其特征在于，该内部补偿电路包含：
一第三开关，包含一第一端、一第二端、以及一控制端，其中该第三开关的该第一端耦接于该驱动晶体管的该第二端，该第三开关的该第二端耦接于该外部补偿电路，该第三开关的一控制端用于接收一第二控制信号；
一第四开关，包含一第一端、一第二端、以及一控制端，其中该第四开关的该第一端耦接于该第二节点，该第四开关的该第二端耦接于该第一节点，该第四开关的该控制端用于接收一第三控制信号；以及
一第五开关，包含一第一端、一第二端、以及一控制端，其中该第五开关的该第一端耦接于该驱动晶体管的该控制端，该第五开关的该第二端耦接于该驱动晶体管的该第一端，该第五开关的该控制端用于接收一第四控制信号。
15.如权利要求14所述的显示面板，其特征在于，当该第三开关导通且该第四开关和该第五开关关断时，该内部补偿电路提供该驱动电流至该外部补偿电路，且该驱动电流不流经该发光单元，
其中当该第三开关关断且该第四开关和该第五开关导通时，该内部补偿电路将该第一开关的该临界电压传递至该第二节点。
16.如权利要求11所述的显示面板，其特征在于，该脉波宽度控制电路包含：
一第六开关，包含一第一端、一第二端、以及一控制端，其中该第六开关的该第一端耦接于该第二节点，该第六开关的该第二端耦接于该发光单元，该第六开关的该控制端用于接收一第五控制信号；
一第七开关，包含一第一端、一第二端、以及一控制端，其中该第七开关的该第一端用于接收该第二数据信号，该第七开关的该第二端耦接于一第三节点，该第七开关的该控制端用于接收一第六控制信号；
一第二电容，耦接于该第二节点和该第三节点之间；以及
一第三电容，包含一第一端和一第二端，其中该第三电容的该第一端用于接收该线性变化电压，该第三电容的该第二端耦接于该第三节点。
17.如权利要求16所述的显示面板，其特征在于，当该第六开关和该第七开关关断时，该第二电压随着该线性变化电压呈现线性变化，
其中，当该第二电压达到一预设电压时，该第一开关导通以提供该第一电压至该驱动晶体管的该控制端。
18.如权利要求11所述的显示面板，其特征在于，该亮度控制电路和该脉波宽度控制电路用于透过一数据线分别接收一第一数据信号和一第二数据信号，
其中该亮度控制电路依据该第一数据信号产生该第一电压，
其中该脉波宽度控制电路还用于接收一线性变化电压，该脉波宽度控制电路依据该第二数据信号决定该第二电压的一初始值，接着该脉波宽度控制电路控制该第二电压自该初始值随着该线性变化电压呈现线性变化，
其中当该第二电压达到一预设电压时，该第一开关导通。
19.如权利要求11所述的显示面板，其特征在于，该亮度控制电路另包含：
一第二开关，包含一第一端、一第二端、以及一控制端，其中该第二开关的该第一端耦接于该第一节点，该第二开关的该第二端用于自一传输线接收该第一数据信号，该第二开关的该控制端用于接收一第一控制信号；以及
一第一电容，包含一第一端和一第二端，该第一电容的该第一端耦接于该第一节点，该第一电容的该第二端用于接收一系统高电压；
其中当该第二开关关断时，该内部补偿电路用于将该驱动电流透过该传输线提供至该外部补偿电路。
20.如权利要求19所述的显示面板，其特征在于，该脉波宽度控制电路包含一第二电容，该第二电容的一第一端用于自一数据线接收该第二数据信号和该线性变化电压，该第二电容的该第二端耦接于该第二节点，
其中该脉波宽度控制电路依据该第二数据信号决定该第二电压的一初始值，接着该脉波宽度控制电路控制该第二电压自该初始值随着该线性变化电压呈现线性变化，
其中当该第二电压达到一预设电压时，该第一开关导通。
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