CN113808528B

CN113808528B - 显示装置的像素电路

Info

Publication number: CN113808528B
Application number: CN202111113841.XA
Authority: CN
Inventors: 吴尚杰; 郭豫杰; 张哲嘉; 陈宜瑢; 谢馨仪; 陈一帆; 邱郁勋; 李玫忆; 洪毓瑄; 周祯英; 林禹佐; 林信安
Original assignee: AU Optronics Corp
Current assignee: AU Optronics Corp
Priority date: 2020-12-31
Filing date: 2021-09-23
Publication date: 2022-08-26
Anticipated expiration: 2041-09-23
Also published as: TW202228108A; TWI754513B; CN113808528A

Abstract

一种显示装置的像素电路包括彼此电性连接的发光二极管与脉冲宽度调制驱动电路。脉冲宽度调制驱动电路接收数据信号且基于数据信号来控制向发光二极管提供的驱动电流的脉冲宽度。脉冲宽度调制驱动电路接收扫频信号且基于扫频信号控制发光二极管进行发光或不发光。发光二极管进行发光的时间段对应至扫频信号的波形之中的一曲线段，所述曲线段对称于通过所述曲线段的中点的法线。

Description

显示装置的像素电路

技术领域

本发明涉及一种电路，且特别涉及一种显示装置的像素电路。

背景技术

脉冲宽度调制(pulse width modulation，PWM)驱动方式被广泛应用于主动式发光二极管(light emitting diode，LED)显示装置，PWM驱动方式通过调节提供给显示装置的LED的驱动电流的脉冲宽度，从而能够呈现各种灰阶。

通常，PWM驱动方式还会搭配扫频(sweep)信号来控制LED的发光与否，然而，现有的做法中，扫频信号的波形为不对称且不连续的三角波，从而导致显示装置于显示低灰阶画面时有亮度均匀性不足的缺陷，另外，也会因为位于不同列的像素所对应的电阻电容负载之间的差异而导致显示装置的显示画面有亮度不均匀(mura)的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提出一种显示装置的像素电路，包括：发光二极管与脉冲宽度调制驱动电路，脉冲宽度调制驱动电路电性连接发光二极管。脉冲宽度调制驱动电路接收数据信号且基于数据信号来控制向发光二极管提供的驱动电流的脉冲宽度。脉冲宽度调制驱动电路接收扫频信号且基于扫频信号控制发光二极管进行发光或不发光。发光二极管进行发光的第一时间段对应至扫频信号的波形之中的第一曲线段，第一曲线段对称于通过所述第一曲线段的中点的法线。

在一些实施例中，上述第一曲线段于中点的切线斜率为0。

在一些实施例中，上述第一曲线段的切线斜率为由负值连续地递增至正值或由正值连续地递减至负值。

在一些实施例中，上述第一曲线段所对应的函数为连续函数。

在一些实施例中，上述显示装置为常黑(normally black)型显示装置。

在一些实施例中，上述显示装置的像素电路还包括发光晶体管电性连接于发光二极管与脉冲宽度调制驱动电路之间，发光晶体管的栅极端接收控制信号。上述控制信号处于低电压电平的第二时间段对应至扫频信号的波形之中的第二曲线段，上述第二曲线段包含第一曲线段。

在一些实施例中，上述第二曲线段所对应的函数为连续函数。

在一些实施例中，上述第二曲线段包含正半周与负半周，上述第一曲线段位于正半周与负半周的其中一者之中。

在一些实施例中，上述第二曲线段为对称且连续的弦波。

在一些实施例中，上述显示装置的像素电路还包括脉冲幅度调制驱动电路，脉冲幅度调制驱动电路接收数据信号且基于数据信号来控制驱动电流的振幅。

在一些实施例中，上述发光二极管为微型发光二极管(micro-LED)。

在一些实施例中，上述显示装置为主动式显示器(Active Display)。

在一些实施例中，上述像素电路通过渐进式发光(progressive emission)方法来驱动显示装置。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合说明书附图作详细说明如下。

附图说明

从以下结合说明书附图所做的详细描述，可对本发明的实施方式有更佳的了解。需注意的是，根据业界的标准实务，各特征并未依比例示出。事实上，为了使讨论更为清楚，各特征的尺寸都可任意地增加或减少。

图1是根据本发明的实施例的显示装置的像素电路的示意图。

图2是根据本发明的实施例的对于像素电路进行操作时的各种信号变化的时序图。

图3是根据本发明的实施例的显示装置的像素电路的示意图。

图4是根据本发明的实施例的对于像素电路进行操作时的各种信号变化的时序图。

图5是根据本发明的实施例的第一曲线段的放大图。

图6a至图6d是根据本发明的实施例的扫频信号的各种波形的示意图。

附图标记说明：

100、200：像素电路

110：发光二极管

120：发光晶体管

130：脉冲宽度调制驱动电路

140：脉冲幅度调制驱动电路

C1,C2,C3：电容

data：数据信号

emi,sPAM,sPWM：控制信号

L1：第一曲线段

L2：第二曲线段

M1,M5：数据写入晶体管

M2,M3：晶体管

M4,M6：驱动晶体管

N1：法线

P1：中点

ref_on,ref_off：参考电压

S1,S2,S3,S4,S5：切线

sweep：扫频信号

T1：扫描时段

T2：发光时段

t3,t4,t5,t6：时间点

VDD：系统高电压

VSS：接地电压

具体实施方式

以下仔细讨论本发明的实施例。然而，可以理解的是，实施例提供许多可应用的概念，其可实施于各式各样的特定内容中。所讨论、公开的实施例仅供说明，并非用以限定本发明的范围。

应当理解，尽管术语“第一”、“第二”、“第三”等在本文中可以用于描述各种元件、部件、区域、层及/或部分，但是这些元件、部件、区域、及/或部分不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一个元件、部件、区域、层或部分区分开。因此，下面讨论的“第一元件”、“部件”、“区域”、“层”或“部分”可以被称为第二元件、部件、区域、层或部分而不脱离本文的教导。

这里使用的术语仅仅是为了描述特定实施例的目的，而不是限制性的。如本文所使用的，除非内容清楚地指示，否则单数形式“一”、“一个”和“该”旨在包括多个形式，包括“至少一个”。“或”表示“及/或”。如本文所使用的，术语“及/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。还应当理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”及/或“包括”指定所述特征、区域、整体、步骤、操作、元件的存在及/或部件，但不排除一个或多个其它特征、区域整体、步骤、操作、元件、部件及/或其组合的存在或添加。

除非另有定义，本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。将进一步理解的是，诸如在通常使用的字典中定义的那些术语应当被解释为具有与它们在相关技术和本发明的上下文中的含义一致的含义，并且将不被解释为理想化的或过度正式的意义，除非本文中明确地这样定义。

图1是根据本发明的实施例的显示装置的像素电路100的示意图。像素电路100包含发光二极管(light emitting diode，LED)110、发光晶体管120与脉冲宽度调制(pulsewidth modulation，PWM)驱动电路130。LED 110的阳极端子电性连接至发光晶体管120的漏极端，LED 110的阴极端子电性连接至接地电压VSS，发光晶体管120的源极端电性连接PWM驱动电路130。在本发明的实施例中，LED 110为微型发光二极管(micro-LED)。在本发明的实施例中，显示装置为主动式显示器(Active Display)。具体而言，在本发明的实施例中，像素电路100为主动式微型发光二极管显示器的像素电路。

如图1所示，PWM驱动电路130包括数据写入晶体管M1，数据写入晶体管M1连接至显示装置的数据线以接收数据信号data。PWM驱动电路130可以基于通过数据写入晶体管M1输入的数据信号data来对LED 110进行PWM控制。换言之，PWM驱动电路130基于数据信号data来控制其向LED 110提供的驱动电流的脉冲宽度，从而使得LED 110能够呈现各种灰阶。

数据写入晶体管M1可以根据控制信号sPWM而导通或截止。在数据写入晶体管M1根据控制信号sPWM而导通时，晶体管M2与晶体管M3的栅极端的电压为数据信号data的电压。

PWM驱动电路130还包括电容C1、电容C2、电容C3、晶体管M2、晶体管M3。电容C1接收扫频信号sweep，使得晶体管M2与晶体管M3的栅极端的电压可以随着扫频信号sweep变化。

晶体管M2接收参考电压ref_on，电容C2电性连接于晶体管M2之间以保持电压电平。晶体管M3接收参考电压ref_off，电容C3电性连接于晶体管M3之间以保持电压电平。在本公开的其他实施例中，视实际应用需求(例如，依据LED 110的发光间隔长短)，PWM驱动电路130可选择性地仅包含电容C2，或者是，PWM驱动电路130可选择性地仅包含电容C3，或者是，PWM驱动电路130可选择性地既不包含电容C2也不包含电容C3。

晶体管M2与晶体管M3可以根据扫频信号sweep而导通或截止。在本发明的实施例中，参考电压ref_on为低电压电平，参考电压ref_off为高电压电平，据此，当扫频信号sweep的电压电平降低至参考电压ref_on的电压减去晶体管M2的阈值电压的数值时，晶体管M2导通；相对而言，当扫频信号sweep的电压电平降低至参考电压ref_off的电压减去晶体管M3的阈值电压的数值时，晶体管M3导通。

PWM驱动电路130还包括驱动晶体管M4，当晶体管M2导通时，驱动晶体管M4的栅极端接收参考电压ref_on的低电压电平而导通，使得发光晶体管120接收系统高电压VDD。

发光晶体管120可以根据控制信号emi而导通或截止。具体而言，当驱动晶体管M4导通时，发光晶体管120接收系统高电压VDD，且当系统高电压VDD高于控制信号emi的电压值时，发光晶体管120导通，且发光晶体管120向LED 110提供驱动电流，据此，LED 110进行发光。

图2是根据本发明的实施例的对于像素电路100进行操作时的各种信号变化的时序图。如图2所示，像素电路100的操作时间被划分为扫描时段T1和发光时段T2。扫描时段T1是用以将数据信号data施加至PWM驱动电路130的时期。举例而言，在扫描时段T1中，数据写入晶体管M1根据控制信号sPWM而导通时，通过数据写入晶体管M1将数据信号data施加于晶体管M2与晶体管M3的栅极端。

发光时段T2是指LED 110根据扫频信号sweep与控制信号emi而发光的时期。如图2所示，当发光时段T2开始时，通过电容C1向晶体管M2与晶体管M3的栅极端施加扫频信号sweep，因此，晶体管M2的栅极端的电压根据扫频信号sweep开始变化。当晶体管M2的栅极端的电压随着扫频信号sweep降低至参考电压ref_on的电压减去晶体管M2的阈值电压的数值时(即图2中的时间点t3)，晶体管M2导通并且通过晶体管M2向驱动晶体管M4的栅极端施加参考电压ref_on的低电压电平而使驱动晶体管M4导通，发光晶体管120通过驱动晶体管M4接收系统高电压VDD，且由于此时控制信号emi为低电压电平，发光晶体管120导通且发光晶体管120向LED 110提供驱动电流使得LED 110进行发光。

接着，在时间点t3之后，当晶体管M2的栅极端的电压随着扫频信号sweep上升至参考电压ref_on的电压减去晶体管M2的阈值电压的数值时(即图2中的时间点t4)，晶体管M2截止。同时，晶体管M3导通并且通过晶体管M3向驱动晶体管M4的栅极端施加参考电压ref_off的高电压电平而使驱动晶体管M4截止，发光晶体管120无法通过驱动晶体管M4接收系统高电压VDD，发光晶体管120无法向LED 110提供驱动电流使得LED 110停止发光。

具体而言，PWM驱动电路130基于扫频信号sweep控制LED 110进行发光或不发光。根据上述，LED 110从发光时段T2中的时间点t3开始发光直到发光时段T2中的时间点t4为止。因此，可理解地，LED 110并非于发光时段T2起始(控制信号emi/扫频信号sweep起始)即发光，故本发明的显示装置为常黑(normally black)型显示装置。

图3是根据本发明的实施例的显示装置的像素电路200的示意图。像素电路200与像素电路100类似，差别在于，像素电路200还包含脉冲幅度调制(pulse amplitudemodulation，PAM)驱动电路140电性连接PWM驱动电路130。

PAM驱动电路140包括数据写入晶体管M5与驱动晶体管M6，数据写入晶体管M5连接至显示装置的数据线以接收数据信号data。PAM驱动电路140可以基于通过数据写入晶体管M5输入的数据信号data来对LED 110进行PAM控制。换言之，PAM驱动电路140基于数据信号data来控制其向LED 110提供的驱动电流的振幅，从而使得LED 110能够呈现各种灰阶。

数据写入晶体管M5可以根据控制信号sPAM而导通或截止。在数据写入晶体管M5根据控制信号sPAM而导通时，驱动晶体管M6的栅极端的电压为数据信号data的电压，从而使得驱动晶体管M6根据数据信号data来向LED 110提供相应振幅的驱动电流。

应注意的是，图1与图3中所示出的像素电路的电路架构仅为例示，并非用以限制本发明。举例而言，发光晶体管120的源极端也可以直接电性连接至系统高电压VDD。举例而言，扫频信号sweep也可以非由电容C1接收而由另一晶体管所接收。举例而言，本发明的像素电路还可包含额外的晶体管和/或电容来实现电压重置和/或偏差补偿。

图4是根据本发明的实施例的对于像素电路200进行操作时的各种信号变化的时序图。如图4所示，像素电路200的操作时间被划分为扫描时段T1和发光时段T2。扫描时段T1是用以将数据信号data分别施加至PWM驱动电路130与PAM驱动电路140的时期。举例而言，在扫描时段T1中，数据写入晶体管M1根据控制信号sPWM而导通时，通过数据写入晶体管M1将数据信号data施加于晶体管M2与晶体管M3的栅极端。举例而言，在扫描时段T1中，数据写入晶体管M5根据控制信号sPAM而导通时，通过数据写入晶体管M5将数据信号data施加于驱动晶体管M6的栅极端。

如图4所示，在扫描时段T1中，数据写入晶体管M1先根据控制信号sPWM而导通，且之后数据写入晶体管M5根据控制信号sPAM而导通。然而，本发明不限于此，在本发明的其他实施例中，也可以是数据写入晶体管M5先根据控制信号sPAM而导通，且之后数据写入晶体管M1根据控制信号sPWM而导通。

在图4的发光时段T2中像素电路200的操作与在图2的发光时段T2中像素电路100的操作大致类似，故于此不再赘述。

在本发明的实施例中，如图2与图4所示，LED 110进行发光的第一时间段t3-t4对应至扫频信号sweep的波形之中的第一曲线段L1。此外，在本发明的实施例中，如图2与图4所示，在控制信号emi处于低电压电平的第二时间段t5-t6对应至扫频信号sweep的波形之中的第二曲线段L2，且第二曲线段L2包含第一曲线段L1。

如图2与图4所示，第二曲线段L2为正弦波，换言之，第二曲线段L2为对称且连续的弦波，第二曲线段L2所对应的函数为连续函数，第二曲线段L2包含正半周与负半周，第一曲线段L1位于第二曲线段L2的负半周之中。

在如图1与图3的实施例中，晶体管M2、晶体管M3与驱动晶体管M4为P型(p type)晶体管，但本发明不限于此，在本发明的其他实施例中，视实际应用需求，晶体管M2、晶体管M3与驱动晶体管M4的至少一者可为N型(n type)晶体管。举例而言，当晶体管M2、晶体管M3与驱动晶体管M4皆为N型晶体管时，第一曲线段L1将位于第二曲线段L2的正半周之中。

图5是根据本发明的实施例的第一曲线段L1的放大图。如图5所示，第一曲线段L1为对称且连续的波形。第一曲线段L1所对应的函数为连续函数。构成第一曲线段L1的多个点的中点为P1，第一曲线段L1于中点P1具有通过中点P1的切线S1以及通过中点P1且垂直于切线S1的法线N1。第一曲线段L1于中点P1的切线S1的切线斜率m1为0。第一曲线段L1对称于法线N1。

如图5所示，第一曲线段L1的切线斜率为由负值连续地递增至正值。具体而言，如图5所示，由于第一曲线段L1为对称且连续的弧形波，因此第一曲线段L1的切线S2的斜率m2、第一曲线段L1的切线S3的斜率m3、第一曲线段L1的切线S1的斜率m1、第一曲线段L1的切线S4的斜率m4、第一曲线段L1的切线S5的斜率m5的关系为m2<m3<m1＝0<m4<m5。并且，斜率m2的绝对值等于斜率m5的绝对值，斜率m3的绝对值等于斜率m4的绝对值，换言之，|m2|＝|m5|>|m3|＝|m4|>|m1|＝0。

在本发明的其他实施例中，当第一曲线段L1位于第二曲线段L2的正半周之中时，可理解地，第一曲线段L1为凹口朝下的对称且连续的弧形波，因此第一曲线段L1的切线斜率为由正值连续地递减至负值。

应注意的是，图2与图4中所示出的扫频信号sweep的波形仅为例示，并非用以限制本发明。图6a至图6d是根据本发明的实施例的扫频信号sweep的各种波形的示意图。举例而言，图6a示出扫频信号sweep在控制信号emi处于低电压电平时的波形为包含两个正半周与一个负半周的对称且连续的弦波。举例而言，图6b示出扫频信号sweep在控制信号emi处于低电压电平时的波形为包含一个负半周的对称且连续的弦波。举例而言，图6c示出扫频信号sweep在控制信号emi处于低电压电平时的波形为至少包含一个负半周的对称且连续的弦波。举例而言，图6d示出扫频信号sweep在控制信号emi处于低电压电平时的波形为至少包含一个正半周与一个负半周的对称且连续的弦波。

应注意的是，图2、图4与图6a至图6d中所示出的扫频信号sweep的波形仅为例示，并非用以限制本发明。对本发明而言，必要条件在于，扫频信号sweep在LED 110进行发光时的波形必须为对称且连续的波形。

在现有的使用脉冲宽度调制驱动方式的显示装置中，扫频信号的波形通常为不对称且不连续的三角波，且显示方式为常白(normally white)型显示，如此将会造成不同像素所对应的扫频信号距离输出源不同时，会有不同的电阻电容负载，造成距离输出源较远的扫频信号有明显的压降而导致低灰阶画面均匀性不足。举例而言，扫频信号距离输出源有约10纳秒(ns)的延迟时，于低灰阶画面上即会有约2～3个灰阶值的偏移。此外，当扫频信号的波形为不对称且不连续的三角波时，也会因为位于不同列的像素所对应的电阻电容负载之间的差异而导致显示装置的显示画面有亮度不均匀(mura)的缺陷。

本发明的扫频信号sweep在LED 110进行发光时的波形为对称且连续的波形，因此能够更有效地抵抗电阻电容负载之间的差异。具体而言，扫频信号sweep的连续波特性可抵抗电阻电容负载之间的差异所造成的压降，换言之，显示画面的亮度较不会因为电阻电容负载之间的差异而有明显的影响，距离输出源较远的扫频信号不会有明显的压降，而仅是因为波形相位的偏移而将发光时间往后递延。具体而言，扫频信号sweep的对称波特性可抵抗电阻电容负载之间的差异所造成的波形改变，换言之，显示画面的亮度较不会因为电阻电容负载之间的差异而有明显的影响，距离输出源较远的扫频信号不会有明显的波形失真，而仅是因为波形相位的偏移而将发光时间往后递延。

在本发明的实施例中，针对位于不同列的像素所对应的像素电路，可使得相邻列的像素所对应的像素电路的扫频信号sweep的波形部分重叠，从而实现由渐进式发光(progressive emission)方法来驱动显示装置。在本发明的一些实施例中，上述的相邻列的像素所对应的像素电路的扫频信号sweep的波形部分重叠可利用电路的方式来通过栅极驱动电路基板(gate on array，GOA)架构来据以实施。在本发明的其他一些实施例中，上述的相邻列的像素所对应的像素电路的扫频信号sweep的波形部分重叠可利用集成电路板(integrated circuit board)的方式来据以实施。

综合上述，本发明提出一种显示装置的像素电路，其中，扫频信号在发光二极管进行发光时的波形为对称且连续的波形，因此能够有效地抵抗电阻电容负载之间的差异。本发明的显示装置能够改善显示低灰阶画面时有亮度均匀性不足的缺陷，本发明的显示装置也能够改善亮度不均匀(mura)的缺陷。

以上概述了数个实施例的特征，因此本领域技术人员可以更了解本发明的实施方式。本领域技术人员应了解到，其可轻易地把本发明当作基础来设计或修改其他的工艺与结构，借此实现和在此所介绍的这些实施例相同的目标及/或达到相同的优点。本领域技术人员也应可明白，这些等效的建构并未脱离本发明的构思与范围，并且他们可以在不脱离本发明构思与范围的前提下做各种的改变、替换与变动。

Claims

1.一种显示装置的像素电路，包括：

一发光二极管；及

一脉冲宽度调制驱动电路，电性连接该发光二极管；

其中该脉冲宽度调制驱动电路接收一数据信号且基于该数据信号来控制向该发光二极管提供的一驱动电流的脉冲宽度；

其中该脉冲宽度调制驱动电路接收一扫频信号且基于该扫频信号控制该发光二极管进行发光或不发光；

其中该发光二极管进行发光的一第一时间段对应至该扫频信号的波形之中的一第一曲线段，其中该第一曲线段对称于通过该第一曲线段的一中点的一法线。

2.如权利要求1所述的显示装置的像素电路，其中该第一曲线段于该中点的切线斜率为0。

3.如权利要求1所述的显示装置的像素电路，其中该第一曲线段的切线斜率为由负值连续地递增至正值或由正值连续地递减至负值。

4.如权利要求1所述的显示装置的像素电路，其中该第一曲线段所对应的函数为连续函数。

5.如权利要求1所述的显示装置的像素电路，其中该显示装置为常黑型显示装置。

6.如权利要求1所述的显示装置的像素电路，还包括：

一发光晶体管电性连接于该发光二极管与该脉冲宽度调制驱动电路之间，其中该发光晶体管的栅极端接收一控制信号；

其中该控制信号处于低电压电平的一第二时间段对应至该扫频信号的波形之中的一第二曲线段，其中该第二曲线段包含该第一曲线段。

7.如权利要求6所述的显示装置的像素电路，其中该第二曲线段所对应的函数为连续函数。

8.如权利要求6所述的显示装置的像素电路，其中该第二曲线段包含一正半周与一负半周，其中该第一曲线段位于该正半周与该负半周的其中一者之中。

9.如权利要求6所述的显示装置的像素电路，其中该第二曲线段为对称且连续的弦波。

10.如权利要求1所述的显示装置的像素电路，还包括：

一脉冲幅度调制驱动电路，其中该脉冲幅度调制驱动电路接收该数据信号且基于该数据信号来控制该驱动电流的振幅。

11.如权利要求1所述的显示装置的像素电路，其中该发光二极管为微型发光二极管。

12.如权利要求1所述的显示装置的像素电路，其中该显示装置为主动式显示器。

13.如权利要求1所述的显示装置的像素电路，其中该像素电路通过渐进式发光方法来驱动该显示装置。