CN113129807B - 发光二极管像素显示单元、发光二极管显示设备及其亮度调整方法 - Google Patents

发光二极管像素显示单元、发光二极管显示设备及其亮度调整方法 Download PDF

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Abstract

一种发光二极管像素显示单元，包含发光二极管像素电路、开关电路及充放电调控电路，开关电路耦接于发光二极管像素电路及电源电压之间，充放电调控电路耦接于开关电路以控制该开关电路的导通及断开，其中，经由对充放电调控电路充电而导通该开关电路，以施加电源电压于该发光二极管像素电路而发光，以及经由使充放电调控电路放电而断开开关电路，导致发光二极管像素电路停止发光。

Description

发光二极管像素显示单元、发光二极管显示设备及其亮度调 整方法
技术领域
本发明是关于发光二极管显示的技术领域，尤指一种具亮度调整的发光二极管像素显示单元、发光二极管显示设备及其亮度调整方法。
背景技术
由于半导体组件及显示技术的急速进步，在显示设备方面，已逐渐兴起例如为主动式矩阵有机发光二极管(Active Matrix Organic Light Emitting Diode，AMOLED)、微型发光二极管(Micro-LED)及迷你发光二极管(Mini-LED)等发光二极管显示设备，由于发光二极管显示设备具有自发光、影像质量佳、无视角限制、高应答速度、省电、直流驱动、工作温度范围大以及重量轻等优点，因此，其特性可符合现今对显示设备的要求，故发光二极管显示设备具有极大的发展潜力，可望逐渐取代液晶显示设备(Liquid Crystal Display，LCD)，而成为平面显示器的主流。
由于发光原理的不同，发光二极管显示设备的调光方式与液晶显示设备亦有所不同，主要是以加长或缩短发光二极管点亮的时间来调整发光二极管显示设备的亮度，如图1所示为现有发光二极管显示设备的调光方式，其是使用一个脉冲产生器(PulseGenerator)来产生开关信号(SW)，此开关信号(SW)用以导通或断开一开关，因此决定电源的开启与关闭，也决定了发光二极管显示面板的所有发光二极管是否发光，故假设是分辨率为1024x1024的发光二极管显示面板，前述现有发光二极管显示设备的调光方式只能同时改变1024x1024个发光二极管的亮暗，而无法对每个发光二极管单元个别微调亮暗。
且由于制程的因素，发光二极管显示面板常会有亮度不均匀的现象，但因前述现有发光二极管显示设备的调光方式只能同时改变整片发光二极管显示面板的亮暗，无法个别调整发光二极管像素(Pixel)的亮暗，导致了发光二极管显示设备的亮度表现常不符期待。
因此，现有发光二极管显示设备的亮度调整的设计上，实仍存在有诸多缺失而有予以改善的必要。
发明内容
本发明的目的主要是在提供一种发光二极管像素显示单元及其亮度调整方法，藉由在发光二极管像素显示单元中设置亮度调整的电路，以解决现有技术的缺失。
依据本发明的一方面，提出一种具亮度调整的发光二极管像素显示单元，其包含：一发光二极管像素电路，具有一发光二极管，其受驱动而发光；一开关电路，耦接于该发光二极管像素电路及一电源电压之间；以及一充放电调控电路，耦接于该开关电路以控制该开关电路的导通及断开，其中，经由对该充放电调控电路充电而导通该开关电路，以施加该电源电压于该发光二极管像素电路而发光，以及经由使该充放电调控电路放电而断开该开关电路，导致该发光二极管像素电路停止发光。
依据本发明的另一方面，提出一种亮度调整方法，用以调整发光二极管像素显示单元的发光亮度，亮度调整方法包含：于一第一预充电期间，断开该开关电路，且充电该充放电调控电路，致使输出禁能信号至该开关电路；于一第二预充电期间，断开该开关电路，且充电该充放电调控电路，致使输出致能信号至该开关电路；于一发光期间，导通该开关电路，致使该电源电压施加于该发光二极管像素电路，且放电该充放电度调控电路；以及于一发光停止期间，放电该充放电调控电路，致使输出禁能信号至该开关电路。
依据本发明再一方面，提出一种发光二极管显示设备，包含多个发光二极管像素显示单元，以矩阵数组的方式排列，其中至少一发光二极管像素显示单元包含：一发光二极管像素电路，具有一发光二极管，其受驱动而发光；一开关电路，耦接于该发光二极管像素电路及一电源电压之间；以及一充放电调控电路，耦接于该开关电路以控制该开关电路的导通及断开，其中，经由对该充放电调控电路充电而导通该开关电路，以施加该电源电压于该发光二极管像素电路而发光，以及经由使该充放电调控电路放电而断开该开关电路，导致该发光二极管像素电路停止发光。
以上概述与接下来的详细说明皆为示范性质，是为了进一步说明本发明的权利要求，而有关本发明的其他目的与优点，将在后续的说明与图式加以阐述。
附图说明
图1显示现有发光二极管显示显示的调光方式。
图2显示本发明的发光二极管像素显示单元的方块图。
图3显示本发明的发光二极管像素显示单元的一实施例的电路图。
图4显示本发明的发光二极管像素显示单元的亮度调整方法。
图5显示本发明的发光二极管像素显示单元的控制波形图。
图6(A)显示本发明的发光二极管像素显示单元在第一预充电期间的线路连接图。
图6(B)显示本发明的发光二极管像素显示单元在第二预充电期间的线路连接图。
图6(C)显示本发明的发光二极管像素显示单元在发光期间的线路连接图。
图6(D)显示本发明的发光二极管像素显示单元在发光停止期间的线路连接图。
图7显示本发明的发光二极管显示设备的示意图。
符号说明：
发光二极管像素电路10 晶体管11、12
电容13 发光二极管14
开关电路20 开关晶体管21、22
充放电调控电路30 电容31、32
晶体管33、34、35 发光二极管像素显示单元1
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明的实施方式，并不用于限定本发明，且于本发明的电路图中，基于电路的表达习惯，同一电路符号可以代表电路的一端点或是此端点上的信号，例如，电路符号VDD可以代表电路的电源电压端点或是电源电压信号。
图2所示为本发明的发光二极管像素显示单元的方块图，其中，发光二极管像素显示单元包括一发光二极管像素电路10、一开关电路20及一充放电调控电路30。如图所示，开关电路20耦接于发光二极管像素电路10及一电源电压(VDD)之间，以受充放电调控电路30的控制而选择性地施加电源电压(VDD)至发光二极管像素电路10，使得发光二极管像素电路10为发光或不发光，据以达成亮度的调整。
请一并参照图3为本发明的发光二极管像素显示单元的一实施例的电路图，如图所示，发光二极管像素电路10具有一发光二极管14，其可受驱动而发光，且本实施例的发光二极管像素电路10是一2T1C的电路架构，亦即，发光二极管像素电路10包含有二晶体管11、12及一电容13，其中，晶体管11的一连接端连接至发光二极管14的阳极，另一连接端连接电容13的一端并用以接收施加的电源电压VDD，发光二极管14的阴极接地，电容13的另一端连接晶体管11的控制端及晶体管12的一连接端，晶体管12的另一连接端及控制端分别连接数据电压端(data)及扫描信号端(SCAN)，以依据扫描信号及数据电压而驱动发光二极管14发光，由于发光二极管像素电路10的驱动为熟悉发光二极管显示驱动者所知，故其电路运作在此不再详述。此外，前述发光二极管像素电路10并不以2T1C的电路架构为限，其亦可为任何适用的驱动电路架构，例如，发光二极管像素电路10的架构也可以是以三晶体管及一电容(3T1C)的组合、五晶体管及二电容(5T2C)的组合、六晶体管及一电容(6T1C)的组合、七晶体管及一电容(7T1C)的组合等等来达成。
如图2所示，前述充放电调控电路30是耦接于该开关电路20以控制该开关电路20的导通及断开，其中，充放电调控电路30具有电容性组件(如图3所示的电容31)而可进行充放电，经由对充放电调控电路30充电，可以控制开关电路20来导通开关电路20，致使电源电压(VDD)施加于发光二极管像素电路10而发光，以及经由使充放电调控电路30放电而控制开关电路20来断开该开关电路20，以控制发光二极管像素电路10停止发光。
如图3所示，开关电路20包括串接的二开关晶体管21、22，其中，开关晶体管21的一连接端连接至电源电压(VDD)，其控制端耦接至充放电调控电路30，以受控为导通或断开该开关晶体管21，开关晶体管22的一连接端连接至开关晶体管21的另一连接端，开关晶体管22的另一连接端连接至发光二极管像素电路10的电容13与晶体管11的连接处，开关晶体管22的控制端连接至一发光端(EM)。
请继续参照图3，前述充放电调控电路30可以是包括二电容31、32及三晶体管33、34、35，其中，晶体管33的控制端连接至一脉冲宽度调变端(PWM)，晶体管33的一连接端连接至一第一调控电压端(SIG1)，晶体管33的另一连接端连接至电容31的一端(图3中标示为节点VG1)，电容31的另一端连接至一第二调控电压端(SIG2)；晶体管34的控制端连接至电容31的一端(节点VG1)，晶体管34的一连接端连接至电源电压(VDD)，晶体管34的另一连接端连接至电容32的一端(图3中标示为节点VG2)并进一步连接至开关电路20的开关晶体管21的控制端，电容32的另一端接地；晶体管35的控制端连接至一重置端(Reset)，晶体管35的一连接端连接至电容32的一端(节点VG2)，晶体管35的另一连接端连接至一参考电压端(VREF)。
以前述图3的电路，可以两阶段分别对该充放电调控电路30的电容31预充电，以使充放电调控电路30可以控制开关电路20的导通及断开，其中，充放电调控电路30是经由第一调控电压端(SIG1)对电容31充电、及经由第二调控电压端(SIG2)再对电容31充电，之后经由第二调控电压端(SIG2)使充放电调控电路30的电容31放电。
进一步，图4显示为本发明的发光二极管像素显示单元的亮度调整方法，其包括一第一预充电步骤、一第二预充电步骤、一发光步骤、及一发光停止步骤。其中，第一预充电步骤是用以于一第一预充电期间，断开该开关电路20，且充电该充放电调控电路30，致使输出禁能(disable)信号至开关电路20，请一并参照图5所示为本发明的发光二极管像素显示单元的控制波形图及图6(A)所示为本发明的发光二极管像素显示单元在第一预充电期间的线路连接图，如图所示，于第一预充电期间(T1)，施加禁能信号于开关电路20的开关晶体管22的发光端(EM)以断开开关晶体管22，脉冲宽度调变端(PWM)的PWM信号为导通晶体管33，重置端(Reset)的重置信号为断开晶体管35，及施加一第一调控电压V(SIG1)于第一调控电压端(SIG1)以对充放电调控电路30的电容31充电，因此节点VG1的电位为V(SIG1)而导通晶体管34，电源电压(VDD)对电容32充电而使得节点VG2的电位为VDD，致使输出禁能信号至开关晶体管21以断开开关晶体管21，于此期间，由于开关电路20的开关晶体管21、22皆为断开，电源电压(VDD)不施加于发光二极管像素电路10，故发光二极管14不发光。
前述第二预充电步骤是用以于一第二预充电期间，断开该开关电路20，且充电该充放电调控电路30，致使输出致能(enable)信号至开关电路20，请一并参照图5所示为本发明的发光二极管像素显示单元的控制波形图及图6(B)所示为本发明的发光二极管像素显示单元在第二预充电期间的线路连接图，如图所示，于第二预充电期间(T2)，施加禁能信号(disable)于开关电路20的开关晶体管22的发光端(EM)以断开开关晶体管22，脉冲宽度调变端(PWM)的PWM信号为断开晶体管33，及施加一第二调控电压V(SIG2)于第二调控电压端(SIG2)以对充放电调控电路30的电容31充电，因此节点VG1的电位为V(SIG1)+V(SIG2)而断开晶体管34，且因重置端(Reset)的重置信号为导通晶体管35，而使得节点VG2的电位为参考电压端(VREF)的参考电位VREF，由于参考电位VREF是设置为小于VDD，例如，VREF＝VDD-Vth，其中Vth为晶体管的临界电压，因此致使输出致能信号至开关晶体管21以导通开关晶体管21，于此期间，由于开关电路20的开关晶体管22为断开，电源电压(VDD)不施加于发光二极管像素电路10，故发光二极管14不发光。
前述发光步骤是用以于一发光期间，导通开关电路20，致使电源电压(VDD)施加于发光二极管像素电路10，且放电该充放电调控电路20，请一并参照图5所示为本发明的发光二极管像素显示单元的控制波形图及图6(C)所示为本发明的发光二极管像素显示单元在发光期间的线路连接图，如图所示，于发光期间(T3)，脉冲宽度调变端(PWM)的PWM信号为断开晶体管33，且施加致能信号(enable)于开关电路20的开关晶体管22的发光端(EM)以导通开关晶体管22，充放电调控电路30经由第二调控电压端(SIG2)放电，节点VG1的电位由V(SIG1)+V(SIG2)往下降，但仍大于VDD，且晶体管34仍为断开，重置端(Reset)的重置信号为断开晶体管35，节点VG2的电位仍为参考电位VREF，于此期间，由于开关电路20的开关晶体管21、22皆为导通，电源电压(VDD)施加于发光二极管像素电路10，致使发光二极管14发光。
前述发光停止步骤是用以于一发光停止期间，放电该充放电调控电路30，致使输出禁能信号至开关电路20，请一并参照图5所示为本发明的发光二极管像素显示单元的控制波形图及图6(D)所示为本发明的发光二极管像素显示单元在发光停止期间的线路连接图，如图所示，于发光停止期间(T4)，脉冲宽度调变端(PWM)的信号为断开晶体管33，重置端(Reset)的重置信号为断开晶体管35，发光端(EM)的发光信号为导通开关晶体管22，充放电调控电路30仍经由第二调控电压端(SIG2)放电，节点VG1的电位已由V(SIG1)+V(SIG2)降至小于VDD并最终降至0V，因而导通晶体管34，致使节点VG2的电位成为VDD而输出禁能信号至开关晶体管21以断开开关晶体管21，于此期间，由于开关电路20的开关晶体管21为断开，电源电压(VDD)不施加于发光二极管像素电路10，故发光二极管14不再发光。
由上述本发明的发光二极管像素显示单元的电路图及控制波形图可知，发光二极管14发光的起始点是发光端(EM)的发光信号为低电位(导通开关晶体管22)，结束于节点VG1的电位小于VDD，由于VG1是由V(SIG1)+V(SIG2)所构成，因此藉由调整V(SIG1)便可控制发光二极管14的发光时间，而可有效达成个别调整发光二极管像素显示单元的亮暗的目的。
图7所示为本发明的发光二极管显示设备的示意图，如图所示，发光二极管显示设备包含多个发光二极管像素显示单元1，其中多个发光二极管像素显示单元1是以矩阵数组的方式排列，并由数据电压(data)及扫描信号(SCAN)所驱动以进行显示，且其中至少一发光二极管像素显示单元1是以前述实施例的发光二极管像素显示单元的电路所实现，故在发光二极管显示设备的显示中，可以个别调整发光二极管像素显示单元1的亮暗，使得发光二极管显示设备的发光更加平均，提升显示影像质量。
此外，虽本发明前述实施例电路图是使用PMOS晶体管实现，但本发明不以此为限，于其他实施例中，亦可以使用NMOS晶体管或其他类型的晶体管，由于熟悉电路设计者基于本发明的揭露可以使用不同类型的晶体管来实现本发明的电路，因此不再详述其电路结构。再者，上述充放电调控电路30的电路架构仅用来说明可具体实施例的一种方式，并不用以限制本发明充放电调控电路30的实施态样。
上述实施例仅为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围应以权利要求所述为准，而非仅限于上述实施例。

Claims (14)

1.一种发光二极管像素显示单元，其特征在于，包含：
一发光二极管像素电路，具有一发光二极管，其受驱动而发光；
一开关电路，耦接于该发光二极管像素电路及一电源电压之间；以及
一充放电调控电路，耦接于该开关电路以控制该开关电路的导通及断开，其中，经由对该充放电调控电路充电而导通该开关电路，以施加该电源电压于该发光二极管像素电路而发光，以及经由使该充放电调控电路放电而断开该开关电路，以控制该发光二极管像素电路停止发光，
其中，于一第一充电期间，该开关电路为断开，且对该充放电调控电路充电，致使输出禁能信号至该开关电路；于一第二充电期间，该开关电路为断开，且对该充放电调控电路充电，致使输出致能信号至该开关电路；于一发光期间，该开关电路为导通，致使该电源电压施加于该发光二极管像素电路，且该充放电调控电路放电；于一发光停止期间，该充放电调控电路放电，致使输出禁能信号至该开关电路。
2.如权利要求1所述的发光二极管像素显示单元，其特征在于，该充放电调控电路具有第一调控电压端及一第二调控电压端，经由该第一调控电压端及该第二调控电压端对该充放电调控电路充电，及经由该第二调控电压端使该充放电调控电路放电。
3.如权利要求2所述的发光二极管像素显示单元，其特征在于，该开关电路包括串接的一第一开关晶体管及一第二开关晶体管，该第一开关晶体管耦接至该充放电调控电路以受控为导通或断开。
4.如权利要求3所述的发光二极管像素显示单元，其特征在于，于该第一充电期间，施加禁能信号于该第二开关晶体管以断开该第二开关晶体管，且施加一第一调控电压于该第一调控电压端以对该充放电调控电路充电，致使输出禁能信号至该第一开关晶体管以断开该第一开关晶体管。
5.如权利要求3所述的发光二极管像素显示单元，其特征在于，于该第二充电期间，施加禁能信号于该第二开关晶体管以断开该第二开关晶体管，且施加一第二调控电压于该第二调控电压端以对该充放电调控电路充电，致使输出致能信号至该第一开关晶体管以导通该第一开关晶体管。
6.如权利要求3所述的发光二极管像素显示单元，其特征在于，于该发光期间，施加致能信号于该第二开关晶体管以导通该第二开关晶体管，致使电源电压施加于该发光二极管像素电路而使该发光二极管发光，且该充放电调控电路经由该第二调控电压端放电。
7.如权利要求3所述的发光二极管像素显示单元，其特征在于，于该发光停止期间，该充放电调控电路经由该第二调控电压端放电，致使输出禁能信号至该第一开关晶体管以断开该第一开关晶体管。
8.如权利要求3所述的发光二极管像素显示单元，其特征在于，该充放电调控电路包括：
一第一电容，具有第一端及第二端，该第一电容的第二端连接至该第二调控电压端；以及
一第二电容，具有第一端及第二端，该第二电容的第一端连接至该第一开关晶体管，该第二电容的第二端接地。
9.如权利要求8所述的发光二极管像素显示单元，其特征在于，该充放电调控电路更包括：
一第一晶体管，具有一控制端，一连接端连接至该第一调控电压端，及另一连接端连接至该第一电容的第一端；
一第二晶体管，具有一控制端连接至该第一电容的第一端，一连接端连接至该电源电压，及另一连接端连接至该第二电容的第一端；以及
一第三晶体管，具有一控制端，一连接端连接至该第二电容的第一端，及另一连接端连接至一参考电压。
10.如权利要求9所述的发光二极管像素显示单元，其特征在于，该第一晶体管的控制端是施加脉冲宽度调变信号，而该第三晶体管的控制端是施加重置信号。
11.一种亮度调整方法，用以调整一发光二极管像素显示单元的发光亮度，该发光二极管像素显示单元包含一发光二极管像素电路，具有一发光二极管，其受驱动而发光；一开关电路，耦接于该发光二极管像素电路及一电源电压之间；以及一充放电调控电路，耦接于该开关电路以控制该开关电路的导通及断开，其中，经由对该充放电调控电路充电而导通该开关电路，以施加该电源电压于该发光二极管像素电路而发光，以及经由使该充放电调控电路放电而断开该开关电路，以控制该发光二极管像素电路停止发光，其特征在于，包含：
于一第一预充电期间，断开该开关电路，且充电该充放电调控电路，致使输出禁能信号至该开关电路；
于一第二预充电期间，断开该开关电路，且充电该充放电调控电路，致使输出致能信号至该开关电路；
于一发光期间，导通该开关电路，致使该电源电压施加于该发光二极管像素电路，且放电该充放电调控电路；以及
于一发光停止期间，放电该充放电调控电路，致使输出禁能信号至该开关电路。
12.一种发光二极管显示设备，包含多个发光二极管像素显示单元，以矩阵数组的方式排列，其特征在于，至少一发光二极管像素显示单元包含：
一发光二极管像素电路，具有一发光二极管，其受驱动而发光；
一开关电路，耦接于该发光二极管像素电路及一电源电压之间；以及
一充放电调控电路，耦接于该开关电路以控制该开关电路的导通及断开，其中，经由对该充放电调控电路充电而导通该开关电路，以施加该电源电压于该发光二极管像素电路而发光，以及经由使该充放电调控电路放电而断开该开关电路，以控制该发光二极管像素电路停止发光，
其中，于一第一充电期间，该开关电路为断开，且对该充放电调控电路充电，致使输出禁能信号至该开关电路；于一第二充电期间，该开关电路为断开，且对该充放电调控电路充电，致使输出致能信号至该开关电路；于一发光期间，该开关电路为导通，致使该电源电压施加于该发光二极管像素电路，且该充放电调控电路放电；于一发光停止期间，该充放电调控电路放电，致使输出禁能信号至该开关电路。
13.如权利要求12所述的发光二极管显示设备，其特征在于，该充放电调控电路具有第一调控电压端及一第二调控电压端，经由该第一调控电压端及该第二调控电压端对该充放电调控电路充电，及经由该第二调控电压端使该充放电调控电路放电。
14.如权利要求13所述的发光二极管显示设备，其特征在于，该开关电路包括串接的一第一开关晶体管及一第二开关晶体管，该第一开关晶体管耦接至该充放电调控电路以受控为导通或断开。
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