CN111402801A - 像素补偿电路与显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种像素补偿电路与显示装置。一种像素补偿电路包括发光元件与驱动电路。驱动电路耦接至发光元件，用以提供顺向电流以驱动发光元件工作于线性上升区，其中发光元件根据发光元件的当前温度，补偿发光元件的当前顺向电流，使发光元件的外部量子效率介于预设外部量子效率的N倍至M倍之间。一种显示装置包括多个像素补偿电路，其中每一个像素补偿电路具有发光元件与驱动电路，驱动电路用以驱动发光元件工作于线性上升区。发光元件根据发光元件的当前温度，补偿发光元件的当前顺向电流，使发光元件的外部量子效率介于预设外部量子效率的N倍至M倍之间。
Description
技术领域
本发明是有关于一种像素补偿电路与显示装置，且特别是一种具有自我温度补偿与临界电压补偿的像素补偿电路与显示装置。
背景技术
随着平面显示器的普及，各种不同种类的平面显示器陆续问世。无论是迷你发光二极管(Mini LED)、微发光二极管(Micro LED)或是有机发光二极管(OLED)都可作为显示装置的像素，并且很适合应用于大尺寸或高解析度的面板。由于发光二极管是一种电流驱动的元件，所以发光二极管的亮度乃是根据顺向电流的大小所决定的。一般是使用薄膜晶体管(TFT)来作为调整驱动电流的大小，以控制发光二极管的亮度，而达到控制显示器的亮度。
然而，薄膜晶体管会因为制程上的不同或是长时间的操作而造成临界电压产生漂移的变异问题，如此便会导致显示装置出现亮度不均匀的现象。再者，目前发光二极管的外部量子效率(External Quantum Efficiency)都是设计在最高点以获得最高的发光亮度。所以，当温度发生变化时例如温度上升时，发光二极管的顺向电压会因为温度的上升而下降，而顺向电流则会因为顺向电压的下降而升高，但外部量子效率会因为温度的上升而大幅度地下降，使得显示装置会因为温度分布的不均匀而导致整体亮度不均匀的现象。
因此，如何能提供一种可以补偿驱动晶体管临界电压偏移的变异问题，同时补偿发光二极管因为温度上升，所导致外部量子效率下降的变异问题，从而避免显示装置因为上述这些因素，而导致显示装置上的显示面板发生整体亮度不均匀的现象，将是本案所要着重的问题与解决的重点。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种像素补偿电路，包括：发光元件以及驱动电路。驱动电路耦接至发光元件，用以提供顺向电流以驱动发光元件工作于线性上升区，其中发光元件根据发光元件的当前温度，补偿发光元件的当前顺向电流，使发光元件的外部量子效率介于预设外部量子效率的N倍至M倍之间。
在本发明的一实施例中，发光元件的当前顺向电流与当前温度成正相关，预设外部量子效率对应至预设顺向电流与预设温度，外部量子效率对应至当前顺向电流与当前温度。
在本发明的一实施例中，发光元件具有阳极端与阴极端，发光元件的阳极端用以接收电源电压。
在本发明的一实施例中，驱动电路包括驱动晶体管，具有控制端、第一端与第二端。驱动晶体管的第一端耦接于发光元件的阴极端，驱动晶体管的第二端用以接收参考电压，且驱动晶体管用以根据控制端及第一端之间的电位差，来产生顺向电流。
在本发明的一实施例中，像素补偿电路更包括控制电路，控制电路耦接至驱动电路，其中控制电路包括：脉冲宽度调变电路以及脉冲振幅调变电路脉冲宽度调变电路。脉冲宽度调变电路耦接于驱动晶体管的控制端，且用以根据脉冲宽度数据来控制驱动晶体管的导通时间。脉冲振幅调变电路耦接于驱动晶体管的控制端，且用以根据脉冲振幅数据来控制施加在驱动晶体管的控制端的电压振幅。
在本发明的另一实施例中，一种像素补偿电路，包括：发光元件以及驱动晶体管。发光元件具有阳极端与阴极端，其中发光元件的阳极端用以接收电源电压。驱动晶体管具有控制端、第一端与第二端，其中驱动晶体管的第一端耦接于发光元件的阴极端，且驱动晶体管用以根据控制端及第一端之间的电位差来驱动发光元件工作于线性上升区，其中发光元件的当前顺向电流与当前温度成正相关，使发光元件的外部量子效率介于预设外部量子效率的N倍至M倍之间，其中M大于N，M与N为正实数。
在本发明的另一实施例中，发光元件的当前顺向电流与当前温度成正相关，预设外部量子效率对应至预设顺向电流与预设温度，外部量子效率对应至当前顺向电流与当前温度。
在本发明的另一实施例中，像素补偿电路更包括：数据输入电路、第一扫描控制电路、第二扫描控制电路、第一发光控制电路、第二发光控制电路以及电容。数据输入电路，耦接于驱动晶体管的第一端，用以根据第一扫描控制信号来提供像素数据至驱动晶体管的第一端。第一扫描控制电路，耦接于驱动晶体管的第二端与控制端之间，用以根据第一扫描控制信号来将驱动晶体管的第一端耦接至驱动晶体管的控制端。第二扫描控制电路，耦接于第一扫描控制电路与驱动晶体管的控制端，用以接收参考电压，且用以根据第二扫描控制信号来提供参考电压至驱动晶体管的控制端。第一发光控制电路，耦接于发光元件的阴极端与驱动晶体管的第一端之间，用以根据第一发光控制信号来将发光元件的阴极端耦接至驱动晶体管的第一端。第二发光控制电路，耦接于第一扫描控制电路与驱动晶体管的第二端，用以接收参考电压，且用以根据第二发光控制信号来提供参考电压至驱动晶体管的第二端。电容，具有第一端与第二端，其中电容的第一端耦接于驱动晶体管的控制端，电容的第二端耦接于发光元件的阳极端。
在本发明的另一实施例中，一种显示装置，包括：多个像素补偿电路，其中每一个像素补偿电路具有发光元件与驱动电路。驱动电路耦接至发光元件，用以提供顺向电流以驱动发光元件工作于线性上升区，发光元件根据发光元件的当前温度，补偿发光元件的当前顺向电流，使发光元件的外部量子效率介于预设外部量子效率的N倍至M倍之间，其中M大于N，M与N为正实数。
在本发明的另一实施例中，发光元件的当前顺向电流与当前温度成正相关，预设外部量子效率对应至预设顺向电流与预设温度，外部量子效率对应至当前顺向电流与当前温度。
在本发明的另一实施例中，发光元件具有阳极端与阴极端，发光元件的阳极端用以接收电源电压。
在本发明的另一实施例中，驱动电路包括驱动晶体管，具有控制端、第一端与第二端，驱动晶体管的第一端耦接于发光元件的阴极端，驱动晶体管的第二端用以接收参考电压，且驱动晶体管用以根据控制端及第一端之间的电位差，来产生顺向电流。
在本发明的另一实施例中，每一个像素补偿电路更具有控制电路。控制电路耦接至驱动电路，其中控制电路包括：脉冲宽度调变电路以及脉冲振幅调变电路。脉冲宽度调变电路，耦接于驱动晶体管的控制端，且用以根据脉冲宽度数据来控制驱动晶体管的导通时间。脉冲振幅调变电路，耦接于驱动晶体管的控制端，且用以根据脉冲振幅数据来控制施加在驱动晶体管的控制端的电压振幅。
本发明实施例所提供的像素补偿电路与显示装置，通过补偿电路来主动补偿驱动晶体管临界电压偏移所产生电流变异的问题，从而维持发光二极管的亮度不受临界电压偏移的影响。此外，通过重新设计发光二极管的操作点，使发光二极管具有自我补偿的机制，使得发光二极管预设的外部量子效率不受到温度的变化而改变，从而维持发光二极管的亮度不受温度的影响。藉此，使显示装置上的显示面板不受到临界电压偏移与温度变化的影响，而有效地改善显示装置亮度不均匀的现象。
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
图1A是依照本发明实施例所示发光二极管的外部量子效率对顺向电流的特性曲线示意图。
图1B是依照本发明实施例所示发光二极管的外部量子效率对顺向电流在预设状态下的特性曲线示意图。
图1C是依照本发明实施例所示发光二极管的外部量子效率对顺向电流在第二温度状态下的特性曲线示意图。
图1D是依照本发明实施例所示发光二极管的外部量子效率对顺向电流在第三温度状态下的特性曲线示意图。
图2是依照本发明实施例所示像素补偿电路的方块示意图。
图3是依照本发明实施例所示像素补偿电路的局部电路示意图。
图4是依照本发明另一实施例所示像素补偿电路的电路示意图。
图5是依照本发明另一实施例所示像素补偿电路的信号时序示意图。
图6A是依照本发明另一实施例所示像素补偿电路第一运作阶段的运作示意图。
图6B是依照本发明另一实施例所示像素补偿电路第二运作阶段的运作示意图。
图6C是依照本发明另一实施例所示像素补偿电路第三运作阶段的运作示意图。
图6D是依照本发明另一实施例所示像素补偿电路第四运作阶段的运作示意图。
图6E是依照本发明另一实施例所示像素补偿电路第五运作阶段的运作示意图。
图7是依照本发明另一实施例所示显示装置的示意图。
图8是依照本发明另一实施例所示显示装置的温度分布的示意图。
其中，附图标记：
1、2、3：像素补偿电路
4：显示装置
10：发光元件
20：驱动电路
30：控制电路
301：脉冲宽度调变电路
302：脉冲振幅调变电路
303：数据输入电路
304：第一扫描控制电路
305：第二扫描控制电路
306：第一发光控制电路
307：第二发光控制电路
C1：电容
Da：脉冲振幅数据
DATA[m]：像素数据
Dw：脉冲宽度数据
EM1：第一发光控制信号
EM2：第二发光控制信号
EQE：外部量子效率
EQE1：第一外部量子效率
EQE2：第二外部量子效率
EQE3：第三外部量子效率
EQED：预设外部量子效率
G[0]：第0级的第一扫描控制信号
G[1]：第1级的第一扫描控制信号
G[n]：第一扫描控制信号
G[n-1]：第二扫描控制信号
IF：顺向电流
IF1：第一顺向电流
IF2：第二顺向电流
IF3：第三顺向电流
LED：发光二极管
PX：像素补偿电路
VDD：电源电压
VDATA：数据电压
VF：顺向电压
VG：控制端的电压
VGS：电位差
VS：第一端的电压
VSS：参考电压
Vth：临界电压
T1：第一发光控制晶体管
T2：第二发光控制晶体管
T4：数据输入晶体管
T5：第一扫描控制晶体管
T6：第二扫描控制晶体管
TD：驱动晶体管
Temp 1：第一温度
Temp 2：第二温度
Temp 3：第三温度
Temp D：预设温度
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：
本发明实施例所提供的像素补偿电路与显示装置，其可应用于诸如显示器、手机屏幕、电脑屏幕或其他使用到发光二极管作为显示装置的电子产品。本发明实施例的像素补偿电路与显示装置，主要是将发光二极管的外部量子效率(Extemal QuantumEfficiency，EQE)对顺向电流(Forward Current，IF)特性曲线的操作点，设定在线性上升区(顺向电流随着温度的上升而上升，但外部量子效率维持不变)且接近于饱和下降区(顺向电流随着温度的上升而上升，但外部量子效率随着温度的上升而下降)，使发光二极管的外部量子效率不随着温度的变动而变化。举例来说，不同的温度会有不同的外部量子效率对顺向电流的特性曲线，当操作点设定在线性上升区时，每一个特性曲线较佳是具有相同的外部量子效率。反之，当操作点设定在饱和下降区时，每一个特性曲线的外部量子效率是不同的。因此，本发明实施例通过将发光二极管的外部量子效率对顺向电流特性曲线的操作点设定在线性上升区，而使发光二极管具有不随着温度的上升而变动的特性。藉此，改善发光二极管或显示装置因为温度的上升而造成亮度不均匀的现象。
此外，本发明实施例的像素补偿电路与显示装置初步可以分为三种实作方式。第一种实作方式是，藉由脉冲宽度调变(PWM)搭配脉冲振幅调变(PAM)的控制方式来控制驱动晶体管，以达到控制顺向电流的持续时间与顺向电流的振幅，藉此控制发光元件的亮度。第二种实作方式是，由六个晶体管与一个电容(6T1C)所组成的像素补偿电路，藉由控制施加于驱动晶体管控制端的电压振幅，来控制顺向电流的振幅，藉此控制发光元件的亮度。第三种实作方式是，将上述第一种实作方式或第二种实作方式应用于显示装置上。当显示装置的温度分布不均匀时，所有发光二极管的预设的外部量子效率仍可维持不变，藉此保持显示装置亮度的均匀性。
首先说明的是，本发明实施例的发光二极管操作点的设计。传统上，发光二极管的操作点全都是设计在饱和下降区，以获得最高的外部量子效率与发光亮度。然而，当温度发生变化时，发光亮度也会随着改变。这里所提到的温度包括环境温度、发光二极管的表面温度、发光二极管的接面温度(发光层的温度)。举例来说，当环境温度上升时，发光二极管的顺向电压与外部量子效率会随着环境温度的上升而下降，而发光二极管的顺向电流会随着顺向电压的降低而增加。此时，发光二极管本身输入的电功率，会随着顺向电流的增加而增加，不仅造成发光二极管本身产生的热随着输入电功率的增加而上升，也造成发光二极管的接面温度随着输入电功率的增加与而上升。此刻，环境温度与发光二极管的接面温度不断上升，而使发光二极管进入一个恶性循环的过程，使得外部量子效率随着环境温度与发光二极管的接面温度不断地上升而大幅度地下降，结果发光二极管的发光亮度跟着大幅度地减少，使得显示装置之面板的亮度随着温度的变化而大幅度地改变。由于显示装置上的显示面板的温度分布并非均匀性，传统的设计将导致整体发光亮度发生不均匀的现象。因此，本发明实施例的目的便是改善上述的缺失。
请参阅图1A，图1A是依照本发明实施例所示发光二极管的外部量子效率对顺向电流的特性曲线示意图。本发明实施例的发光二极管的操作点是设定在线性上升区内，使发光二极管在不同温度时所分别对应的多个顺向电流，较佳是具有相同的预设外部量子效率(EQED)。举例来说，发光二极管在第一温度(Temp 1)时例如是25℃、第二温度(Temp 2)时例如是85℃与第三温度(Temp 3)例如是150℃。此时，发光二极管较佳是具有相同的预设外部量子效率(EQED)例如是22％。在此条件下，第一温度具有第一顺向电流(IF1)例如是5mA，第二温度具有第二顺向电流(IF2)例如是7.5mA，第三温度具有第三顺向电流(IF3)例如是10mA。换言之，顺向电流IF会随着温度的上升而增加，但外部量子效率(EQE)并不随着温度的上升而下降，而是保持原状毫不更动。藉此，有效地避免发光二极管的亮度随着温度的变化而改变。
更进一步来说，发光二极管乃是根据发光二极管的当前温度，来补偿发光二极管的当前顺向电流，使发光二极管的外部量子效率介于预设外部量子效率的N倍至M倍之间，其中M大于N，M与N为正实数。在一实施例中，N较佳是0.75，M较佳是1.25。请参阅图1B至图1D，图1B是依照本发明实施例所示发光二极管的外部量子效率对顺向电流在预设状态下的特性曲线示意图。图1C是依照本发明实施例所示发光二极管的外部量子效率对顺向电流在第二温度状态下的特性曲线示意图。图1D是依照本发明实施例所示发光二极管的外部量子效率对顺向电流在第三温度状态下的特性曲线示意图。
举例来说，当驱动发光二极管工作于线性上升区时的顺向电流为预设顺向电流(IFD)时，此时对应的温度为预设温度(Temp D)例如是25℃，而此时对应的外部量子效率为预设外部量子效率(EQED)例如是22％。换言之，预设外部量子效率(EQED)乃是对应至预设顺向电流(IFD)与预设温度(Temp D)。然而，当温度不断的上升时，发光二极管的顺向电流也随着温度的上升而跟着上升，但外部量子效率维持在一个特定范围内。此时发光二极管的顺向电流可称之为当前顺向电流；发光二极管的温度可称之为当前温度；而发光二极管的外部量子效率可称之为当前外部量子效率。由此可知，发光二极管的当前顺向电流与发光二极管的当前温度成正相关。如图1C所示，第二外部量子效率(EQE2)对应至当前顺向电流(IF2)与当前温度(Temp 2)。
假设温度从25℃上升至85℃时，此时发光二极管将根据发光二极管的当前温度(85℃)，来补偿发光二极管的顺向电流，使其从预设顺向电流(IFD)上升至第二顺向电流(IF2)，同时使发光二极管的第二外部量子效率(EQE2)维持在预设外部量子效率(EQED)例如是22％的0.75倍至1.25倍之间，亦即维持在16.5％至27.5％之间。同理，假设温度从85℃上升至150℃时，此时发光二极管根据发光二极管的当前温度(150℃)，来补偿发光二极管的顺向电流，使其从第二顺向电流(IF2)上升至第三顺向电流(IF3)，同时使发光二极管的第三外部量子效率(EQE3)维持在预设外部量子效率(EQED)例如是22％的0.75倍至1.25倍之间，亦即维持在16.5％至27.5％之间。反之，当温度下降时，以此类推，发光二极管的外部量子效率可维持在预设外部量子效率(EQED)的0.75倍至1.25倍之间，在此不再赘述。换言之，发光二极管的外部量子效率(例如第二外部量子效率(EQE2)、第三外部量子效率(EQE3)不随着温度的上升而大幅度的下降，而是维持在一个特定范围内。藉此，使发光二极管的亮度维持均匀，避免发光二极管的亮度随着温度的变化而有大幅度地改变。
接着说明的是，本发明实施例像素补偿电路的方块示意图。请参阅图2，图2是依照本发明实施例所示像素补偿电路的方块示意图。一种像素补偿电路1包括发光元件10与耦接于发光元件10的驱动电路20。发光元件10可以是由发光二极管来实现。发光元件10的操作点乃是设定在线性上升区内，使发光元件10在不同温度时所分别对应的多个顺向电流IF，较佳是具有相同的预设外部量子效率(EQED)例如是20％。驱动电路20可以由晶体管或开关元件来实现。驱动电路20耦接至发光元件10，并且用以提供顺向电流IF以驱动发光元件10。控制电路30可以由离散电路或积体电路来实现。此外，像素补偿电路1更包括耦接于驱动电路20的控制电路30。控制电路30可以根据脉冲宽度数据Dw来控制驱动电路20的导通时间，以决定发光元件10的灰阶，同时可以根据脉冲振幅数据Da来控制施加在驱动电路20的电压振幅，以决定顺向电流IF的电流振幅。
接着说明的是，本发明实施例的第一种实作方式。请参阅图3，图3是依照本发明实施例所示像素补偿电路的局部电路示意图。一种像素补偿电路2包括发光元件10与驱动电路20。发光元件10包括发光二极管LED。发光元件10具有阳极端与阴极端，发光元件10的阳极端用以接收电源电压VDD。发光元件10的操作点乃是设定在线性上升区内，使发光元件10在不同温度时所分别对应的多个顺向电流IF，较佳是具有相同的预设外部量子效率(EQED)。更进一步来说，当温度上升时，发光二极管的顺向电压(Forward Voltage，VF)会随着温度的上升而下降。而顺向电流IF会随着顺向电压VF的降低而增加，但外部量子效率(EQE)并不随着温度的上升而下降，而较佳是维持在固定的预设值(预设外部量子效率EQED)。藉此，有效地避免发光二极管LED的亮度随着温度的变化而改变。值得注意的是，如上所述，发光二极管LED乃是根据发光二极管LED的当前温度，来补偿发光二极管LED的当前顺向电流，使发光二极管LED的外部量子效率(EQE)介于预设外部量子效率的N倍至M倍之间，亦即维持在一个特定范围内。藉此，使发光二极管LED的亮度维持均匀，避免发光二极管LED的亮度随着温度的变化而有大幅度地改变。
驱动电路20包括驱动晶体管TD，例如是具有栅极、源极与漏极的P型低温多晶硅薄膜晶体管(low temperature poly-silicon thin-film transistor)。驱动晶体管TD具有控制端(栅极)、第一端(源极)与第二端(漏极)，驱动晶体管TD的第一端耦接于发光元件10的阴极端，驱动晶体管TD的第二端用以接收参考电压VSS，且驱动晶体管TD用以根据控制端及第一端之间的电位差(VGS)，来产生顺向电流IF。举例来说，当电位差(VGS)大于驱动晶体管TD的临界电压(Vth)时便形成P通道而处于导通状态，以形成顺向电流IF来驱动发光二极管LED。
此外，像素补偿电路2更包括控制电路30。控制电路30乃是耦接至驱动电路20。控制电路30包括脉冲宽度调变电路301与脉冲振幅调变电路302。值得注意的是，脉冲宽度调变电路301与脉冲振幅调变电路302，可以由离散电路或积体电路来实现。由于脉冲宽度调变电路301与脉冲振幅调变电路302的电路实现有千百种，且是本发明所属技术领域中具有通常知识者所熟知，故本说明书不再赘述，仅作重点概述。脉冲宽度调变电路301乃是耦接于驱动晶体管TD的控制端，并且用以根据脉冲宽度数据Dw来控制驱动晶体管TD的导通时间，以控制顺向电流IF的持续时间，从而决定发光二极管LED灰阶的亮度。举例来说，驱动晶体管TD的导通时间越短，顺向电流IF的持续时间较短，则发光二极管LED所呈现灰阶的亮度就越低；反之，驱动晶体管TD的导通时间越长，顺向电流IF的持续时间较长，则发光二极管LED所呈现灰阶的亮度就越高。此外，脉冲宽度调变电路301可以包括一个耦合电容器和两个晶体管(图未示出)。耦合电容器的一端用以接收脉冲宽度数据Dw，耦合电容器的另一端耦接至控制晶体管的源极端与反相晶体管的栅极端，控制晶体管的漏极端耦接至反相晶体管的漏极端，反相晶体管的源极端用以接收电源电压VDD，反相晶体管的漏极端耦接至驱动晶体管TD的栅极端，并且根据耦接至控制晶体管栅极端的脉冲宽度控制信号，来决定控制晶体管的导通或截止。
脉冲振幅调变电路302乃是耦接于驱动晶体管TD的控制端，并且用以根据脉冲振幅数据Da来控制施加在驱动晶体管TD的控制端的电压振幅，以控制顺向电流IF的振幅大小。举例来说，当施加在驱动晶体管TD的控制端的电压振幅越大，所产生的顺向电流IF就越大，则发光二极管LED所呈现灰阶的亮度就越高。此外，脉冲振幅调变电路302可以包括一个电容器和一个晶体管(图未示出)。电容器的一端耦接至驱动晶体管TD的源极端，电容器的另一端耦接至驱动晶体管TD的栅极端与晶体管的漏极端，晶体管的源极端用以接收脉冲振幅数据Da，并且根据耦接至晶体管栅极端的脉冲振幅控制信号来决定晶体管的导通或截止。
接着说明的是，本发明实施例的第二种实作方式，其通过脉冲振幅调变的控制方式来控制驱动晶体管，藉此控制发光元件的亮度。请参阅图4与图5，图4是依照本发明另一实施例所示像素补偿电路的电路示意图。图5是依照本发明另一实施例所示像素补偿电路的信号时序示意图。
一种像素补偿电路3，包括发光元件10与耦接于发光元件10的驱动电路20。发光元件10包括发光二极管LED。发光元件10具有阳极端与阴极端，其中发光元件10的阳极端用以接收电源电压VDD，并且发光元件10的操作点设定在线性上升区内，使发光元件10在不同温度时所分别对应的多个顺向电流IF，较佳是具有相同的预设外部量子效率。更进一步来说，当温度上升时，发光二极管的顺向电压VF会随着温度的上升而下降。而顺向电流IF会随着顺向电压VF的降低而增加，但外部量子效率(EQE)并不随着温度的上升而下降，而是维持在固定的预设值(预设外部量子效率EQED)。藉此，有效地避免发光二极管LED的亮度随着温度的变化而改变。值得注意的是，如上所述，发光二极管LED乃是根据发光二极管LED的当前温度，来补偿发光二极管LED的当前顺向电流，使发光二极管LED的外部量子效率(EQE)介于预设外部量子效率的N倍至M倍之间，亦即维持在一个特定范围内。藉此，使发光二极管LED的亮度维持均匀，避免发光二极管LED的亮度随着温度的变化而有大幅度地改变。
驱动电路20包括驱动晶体管TD具有控制端、第一端与第二端，其中驱动晶体管TD的第一端耦接于发光元件10的阴极端，且驱动晶体管TD用以根据控制端及第一端之间的电位差来驱动发光元件10。此外，像素补偿电路3，更包括耦接于驱动电路20的控制电路30。控制电路30包括数据输入电路303、第一扫描控制电路304、第二扫描控制电路305、第一发光控制电路306、第二发光控制电路307以及电容C1。
数据输入电路303耦接于驱动晶体管TD的第一端，并且用以根据第一扫描控制信号G[n](第n级)来提供像素数据DATA[m]至驱动晶体管TD的第一端。更进一步来说，数据输入电路303包括数据输入晶体管T4，其具有控制端、第一端与第二端。数据输入晶体管T4的控制端耦接于第一扫描控制信号G[n]，数据输入晶体管T4的第一端用以接收像素数据DATA[m]，数据输入晶体管T4的第二端耦接于发光元件10的阴极端与驱动晶体管TD的第一端。
第一扫描控制电路304耦接于驱动晶体管TD的第二端与控制端之间，并且用以根据第一扫描控制信号G[n]来将驱动晶体管TD的第一端耦接至驱动晶体管TD的控制端。更进一步来说，第一扫描控制电路304包括第一扫描控制晶体管T5，其具有控制端、第一端与第二端。第一扫描控制晶体管T5的控制端耦接于第一扫描控制信号G[n]，第一扫描控制晶体管T5的第一端耦接于驱动晶体管TD的控制端，第一扫描控制晶体管T5的第二端耦接于驱动晶体管TD的第一端。
第二扫描控制电路305耦接于第一扫描控制电路304与驱动晶体管TD的控制端。第二扫描控制电路305用以接收参考电压VSS，并且用以根据第二扫描控制信号G[n-1](第n-1级；图5未示出)来提供参考电压VSS至驱动晶体管TD的控制端。更进一步来说，第二扫描控制电路305包括第二扫描控制晶体管T6，具有控制端、第一端与第二端。第二扫描控制晶体管T6的控制端耦接于第二扫描控制信号G[n-1]，第二扫描控制晶体管T6的第一端耦接于第一扫描控制晶体管T5的第一端与驱动晶体管TD的控制端，第二扫描控制晶体管T6的第二端耦接于参考电压VSS。
第一发光控制电路306耦接于发光元件10的阴极端与驱动晶体管TD的第一端之间，用以根据第一发光控制信号EM1来将发光元件10的阴极端耦接至驱动晶体管TD的第一端。更进一步来说，第一发光控制电路306包括第一发光控制晶体管T1，具有控制端、第一端与第二端。第一发光控制晶体管T1的控制端耦接于第一发光控制信号EM1，第一发光控制晶体管T1的第一端耦接于发光元件10的阴极端，第一发光控制晶体管T1的第二端耦接数据输入晶体管T4的第二端与驱动晶体管TD的第一端。
第二发光控制电路307耦接于第一扫描控制电路304与驱动晶体管TD的第二端，用以接收参考电压VSS，且用以根据第二发光控制信号EM2来提供参考电压VSS至驱动晶体管TD的第二端。更进一步来说，第二发光控制电路307包括第二发光控制晶体管T2，具有控制端、第一端与第二端。第二发光控制晶体管T2的控制端耦接于第二发光控制信号EM2，第二发光控制晶体管T2的第一端耦接于第一扫描控制晶体管T5的第二端与驱动晶体管TD的第二端，第二发光控制晶体管T2的第二端耦接于参考电压VSS。此外，电容C1具有第一端与第二端，其中电容C1的第一端耦接于驱动晶体管TD的控制端，电容C1的第二端耦接于发光元件10的阳极端。
接着说明的是，像素补偿电路3的第一运作阶段(重置阶段)。请参阅图6A，图6A是依照本发明另一实施例所示像素补偿电路第一运作阶段的运作示意图。在重置阶段中，只有第二扫描控制信号G[n-1]为低电位。此时，只有第二扫描控制晶体管T6与驱动晶体管TD是处于导通状态，而其余的晶体管是处于截止状态(以双交叉线组成的叉号来表示)。藉此，将前一个阶段储存在电容C1的残余电荷进行放电。
接着说明的是，像素补偿电路3的第二运作阶段与第三运作阶段(储存阶段)。请参阅图6B与图6C，图6B是依照本发明另一实施例所示像素补偿电路第二运作阶段的运作示意图。图6C是依照本发明另一实施例所示像素补偿电路第三运作阶段的运作示意图。在第二运作阶段中，只有第一扫描控制信号G[n]为低电位。此时，只有驱动晶体管TD、数据输入晶体管T4与第一扫描控制晶体管T5处于导通状态，而其余的晶体管是处于截止状态。此刻，驱动晶体管TD控制端的电压为数据电压VDATA(像素数据DATA[m]的电压)与驱动晶体管TD临界电压Vth的电压差值。在第三运作阶段中，将上述的电压差值储存至电容C1。
接着说明的是，像素补偿电路3的第四运作阶段(电压设定阶段)。请参阅图6D，图6D是依照本发明另一实施例所示像素补偿电路第四运作阶段的运作示意图。在第四运作阶段中，只有第一发光控制信号EM1为低电位。此时，只有驱动晶体管TD与第一发光控制晶体管T1处于导通状态，而其余的晶体管是处于截止状态。此时的电路没有形成回路，所以顺向电流IF没有形成。故驱动晶体管TD第一端的电压(VS)近似于电源电压VDD或者可以说具有与电源电压VDD相同的电位，而驱动晶体管TD控制端的电压(VG)近似于VDATA-Vth。
接着说明的是，像素补偿电路3的第五运作阶段(发光阶段)。请参阅图6E，图6E是依照本发明另一实施例所示像素补偿电路第五运作阶段的运作示意图。在第五运作阶段中，只有第一发光控制信号EM1、第二发光控制信号EM2为低电位。此时，只有驱动晶体管TD、第一发光控制晶体管T1与第二发光控制晶体管T2处于导通状态，而其余的晶体管是处于截止状态。此时，驱动晶体管TD第一端的电压(VS)近似于电源电压VDD-VF，而驱动晶体管TD控制端的电压(VG)近似于VDATA-Vth。此时，顺向电流IF＝k(VG-VS+Vth)2＝k[(VDATA-Vth)-(VDD-VF)+Vth]2＝k(VDATA-VDD+VF)，其中k为与驱动晶体管TD有关的物理结构参数值。由此可知，顺向电流IF与驱动晶体管TD的临界电压值Vth是无关的。因此，大幅度地降低临界电压Vth偏移所产生的变异量，而有效地降低顺向电流IF的差异量，藉此改善发光二极管的亮度因临界电压Vth的偏移所产生亮度变异的现象。
接着说明的是，本发明实施例的第三种实作方式，其可以与上述第一种实作方式或第二种实作方式同时实施。一般而言，显示装置上的显示面板会因为内在或外在环境的因素，使得各个区块之间的温度分布不尽相同，造成显示装置的亮度不均匀，从而产生各种痕迹的现象。因此，本发明实施例的第三种实作方式的目的便是改善上述的缺失。请参阅图7，图7是依照本发明实施例所示显示装置的示意图。
一种显示装置4，包括多个像素补偿电路PX(显示面板)。值得注意的是，像素补偿电路PX可以是以第一实作方式的像素补偿电路2或第二实作方式的像素补偿电路3又或是像素补偿电路1来实现。由于像素补偿电路1、2、3的电路结构与运作方式，已于前述实施例所详加叙述，在此不再赘述，仅作重点概述。每一个像素补偿电路PX具有发光元件10与驱动电路20。驱动电路20耦接至发光元件10，用以提供顺向电流IF以驱动发光元件10，而发光元件10(例如是发光二极管)的操作点是设定在线性上升区内，使发光元件10在不同温度时所分别对应的多个顺向电流IF，较佳是具有相同的预设外部量子效率(EQED)。值得注意的是，如上所述，发光二极管LED乃是根据发光二极管LED的当前温度，来补偿发光二极管LED的当前顺向电流，使发光二极管LED的外部量子效率(EQE)介于预设外部量子效率的N倍至M倍之间，亦即维持在一个特定范围内。藉此，使发光二极管LED的亮度维持均匀，避免发光二极管的亮度随着温度的变化而有大幅度地改变。此外，每一个像素补偿电路PX更具有控制电路30，其耦接至驱动电路20。控制电路30包括脉冲宽度调变电路301与脉冲振幅调变电路302，并且用以根据脉冲宽度数据与脉冲振幅数据来分别控制驱动晶体管TD的导通时间与施加在驱动晶体管TD控制端的电压振幅。
请参阅图8，图8是依照本发明实施例所示显示装置的温度分布的示意图。假设显示装置4的温度分布包括两个区域，一个是高温区域41，一个是低温区域42。举例来说，高温区域41可能是较靠近热源的区域，例如是电路板上温度较高的芯片或元件。反之，低温区域42可能是较远离热源的区域，例如是电路板上温度较低的芯片或元件。值得注意的是，显示装置4实际的温度分布，可能包括多个区域，其温度分布例如是30℃、50℃、85℃、100℃与150℃。
接着说明的是，温度补偿的运作方式。假设电路板上温度较高的芯片、元件或其它的热源，所产生的热大部分传递至显示装置4较靠近热源的区域(高温区域41)，使得高温区域41的温度例如是从30℃上升至150℃。此时，高温区域41内的这些发光二极管的顺向电压VF会随着温度的上升而下降，同时顺向电流IF会随着顺向电压VF的降低而增加。由于这些发光二极管的操作点是设定在线性上升区内，并且较佳是将这些发光二极管设定为具有相同的预设外部量子效率(EQED)，所以这些发光二极管的外部量子效率(EQE)不会随着温度的上升而下降(例如从34％下降至25％)，而较佳是维持在固定的预设值(亦即预设外部量子效率EQED)，例如是22％，使得这些发光二极管的亮度不会随着温度的上升而下降。
反之，可能会有少部分的热传递至显示装置4远离热源的区域(低温区域42)，使得低温区域42的温度例如是从30℃上升至50℃。此时，低温区域42内的这些发光二极管的顺向电压VF会随着温度的上升而下降，同时顺向电流IF会随着顺向电压VF的降低而增加。由于这些发光二极管的操作点是设定在线性上升区内，并且较佳是将这些发光二极管设定为具有相同的预设外部量子效率(EQED)，所以这些发光二极管的外部量子效率(EQE)不会随着温度的上升而下降(例如从34％下降至30％)，而较佳是维持在固定的预设值(亦即预设外部量子效率(EQED)，例如是22％)，使得这些发光二极管的亮度不会随着温度的上升而下降。
由此可知，无论显示装置4的温度分布是否均匀，显示装置4的每一个发光二极管的外部量子效率(EQE)不会随着温度的上升而下降，而是全部维持在固定的预设值(亦即预设外部量子效率EQED)。藉此，改善显示装置4因温度的影响而造成亮度不均匀的现象。
综上所述，本发明实施例所提供的像素补偿电路与显示装置，通过补偿电路来主动补偿驱动晶体管临界电压偏移所产生电流变异的问题，从而维持发光二极管的亮度不受临界电压偏移的影响。此外，通过重新设计发光二极管的操作点，使发光二极管具有自我补偿的机制，使得发光二极管之预设的外部量子效率不受到温度的变化而改变，从而维持发光二极管的亮度不受温度的影响。藉此，使显示装置上的显示面板不受到临界电压偏移与温度变化的影响，而有效地改善显示装置亮度不均匀的现象。
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 (13)
1.一种像素补偿电路，其特征在于，包括：
一发光元件；以及
一驱动电路，耦接至该发光元件，用以提供一顺向电流以驱动该发光元件工作于线性上升区；
其中，该发光元件根据该发光元件的一当前温度，补偿该发光元件的一当前顺向电流，使该发光元件的一外部量子效率介于一预设外部量子效率的N倍至M倍之间，其中M大于N，M与N为正实数。
2.如权利要求1所述的像素补偿电路，其特征在于，其中该发光元件的该当前顺向电流与该当前温度成正相关，该预设外部量子效率对应至一预设顺向电流与一预设温度，该外部量子效率对应至该当前顺向电流与该当前温度。
3.如权利要求1所述的像素补偿电路，其特征在于，其中该发光元件具有一阳极端与一阴极端，该发光元件的该阳极端用以接收一电源电压。
4.如权利要求2所述的像素补偿电路，其特征在于，其中该驱动电路包括一驱动晶体管，具有一控制端、一第一端与一第二端，该驱动晶体管的该第一端耦接于该发光元件的该阴极端，该驱动晶体管的该第二端用以接收一参考电压，且该驱动晶体管用以根据该控制端及该第一端之间的一电位差，来产生该顺向电流。
5.如权利要求3所述的像素补偿电路，其特征在于，更包括一控制电路，该控制电路耦接至该驱动电路，其中该控制电路包括：
一脉冲宽度调变电路，耦接于该驱动晶体管的该控制端，且用以根据一脉冲宽度数据来控制该驱动晶体管的导通时间；以及
一脉冲振幅调变电路，耦接于该驱动晶体管的该控制端，且用以根据一脉冲振幅数据来控制施加在该驱动晶体管的该控制端的电压振幅。
6.一种像素补偿电路，其特征在于，包括：
一发光元件，具有一阳极端与一阴极端，其中该发光元件的该阳极端用以接收一电源电压；以及
一驱动晶体管，具有一控制端、一第一端与一第二端，其中该驱动晶体管的该第一端耦接于该发光元件的该阴极端，且该驱动晶体管用以根据该控制端及该第一端之间的一电位差来驱动该发光元件工作于线性上升区；
其中，该发光元件根据该发光元件的一当前温度，补偿该发光元件的一当前顺向电流，使该发光元件的一外部量子效率介于一预设外部量子效率的N倍至M倍之间，其中M大于N，M与N为正实数。
7.如权利要求6所述的像素补偿电路，其特征在于，其中该发光元件的该当前顺向电流与该当前温度成正相关，该预设外部量子效率对应至一预设顺向电流与一预设温度，该外部量子效率对应至该当前顺向电流与该当前温度。
8.如权利要求6所述的像素补偿电路，其特征在于，更包括：
一数据输入电路，耦接于该驱动晶体管的该第一端，用以根据一第一扫描控制信号来提供一像素数据至该驱动晶体管的该第一端；
一第一扫描控制电路，耦接于该驱动晶体管的该第二端与该控制端之间，用以根据该第一扫描控制信号来将该驱动晶体管的该第一端耦接至该驱动晶体管的该控制端；
一第二扫描控制电路，耦接于该第一扫描控制电路与该驱动晶体管的该控制端，用以接收一参考电压，且用以根据一第二扫描控制信号来提供该参考电压至该驱动晶体管的该控制端；
一第一发光控制电路，耦接于该发光元件的该阴极端与该驱动晶体管的该第一端之间，用以根据一第一发光控制信号来将该发光元件的该阴极端耦接至该驱动晶体管的该第一端；
一第二发光控制电路，耦接于该第一扫描控制电路与该驱动晶体管的该第二端，用以接收该参考电压，且用以根据一第二发光控制信号来提供该参考电压至该驱动晶体管的该第二端；以及
一电容，具有一第一端与一第二端，其中该电容的该第一端耦接于该驱动晶体管的该控制端，该电容的该第二端耦接于该发光元件的该阳极端。
9.一种显示装置，其特征在于，包括：
多个像素补偿电路，其中各该像素补偿电路具有一发光元件与一驱动电路，该驱动电路耦接至该发光元件，用以提供一顺向电流以驱动该发光元件工作于线性上升区，该发光元件根据该发光元件的一当前温度，补偿该发光元件的一当前顺向电流，使该发光元件的一外部量子效率介于一预设外部量子效率的N倍至M倍之间，其中M大于N，M与N为正实数。
10.如权利要求9所述的显示装置，其特征在于，其中该发光元件的该当前顺向电流与该当前温度成正相关，该预设外部量子效率对应至一预设顺向电流与一预设温度，该外部量子效率对应至该当前顺向电流与该当前温度。
11.如权利要求9所述的显示装置，其特征在于，其中该发光元件具有一阳极端与一阴极端，该发光元件的该阳极端用以接收一电源电压。
12.如权利要求11所述的显示装置，其特征在于，其中该驱动电路包括一驱动晶体管，具有一控制端、一第一端与一第二端，该驱动晶体管的该第一端耦接于该发光元件的该阴极端，该驱动晶体管的该第二端用以接收一参考电压，且该驱动晶体管用以根据该控制端及该第一端之间的一电位差，来产生该顺向电流。
13.如权利要求12所述的显示装置，其特征在于，其中各该像素补偿电路更具有一控制电路，该控制电路耦接至该驱动电路，其中该控制电路包括：
一脉冲宽度调变电路，耦接于该驱动晶体管的该控制端，且用以根据一脉冲宽度数据来控制该驱动晶体管的导通时间；以及
一脉冲振幅调变电路，耦接于该驱动晶体管的该控制端，且用以根据一脉冲振幅数据来控制施加在该驱动晶体管的该控制端的电压振幅。
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