TW201629937A - 發光二極體顯示器 - Google Patents

Abstract

一種發光二極體顯示器，包含有複數個發光二極體畫素電路，以矩陣形式排列，每一發光二極體畫素電路包含有一薄膜電晶體、一發光二極體及一定電流裝置，該薄膜電晶體、該發光二極體及該定電流裝置串接成一序列，且該定電流裝置用來驅動該發光二極體；以及一控制模組，耦接於該每一發光二極體畫素電路之該薄膜電晶體，包含有至少一壓控脈波調變模組，用來根據對應於該每一發光二極體畫素電路之一顯示訊號控制該薄膜電晶體，以調節該每一發光二極體畫素電路之灰階狀態。

Description

發光二極體顯示器

本發明係指提供一種發光二極體顯示器，尤指一種可產生均勻亮度且正確顯示灰階效果之發光二極體顯示器。

隨著科技的進步，市面上已發展出各式各樣的顯示器產品，如液晶顯示器(Liquid Crystal Display，LCD)、電漿顯示器(Plasma Display Panel，PDP)及發光二極體顯示器(Light-Emitting Diode display，LED display)等。其中，發光二極體顯示器具有發光效率高、壽命長及低耗能等優點，已普遍應用於戶外顯示牌與大型戶外看板，也存在於家用電視或電腦的顯示器。

在習知技術中，發光二極體顯示器普遍存在亮度不均的問題。具體來說，請參考第1圖，第1圖為習知一發光二極體畫素電路100之示意圖。發光二極體畫素電路100耦接於一掃描線SL1與一資料線DL1，其包含一第一電晶體Q1、一第二電晶體Q2、一儲存電容C及一發光二極體D1，當掃描線SL1被選中且第一電晶體Q1導通時，第二電晶體Q2根據一資料線電壓Vdata驅動一電流ID1，電流ID1流經發光二極體D1且相關於發光二極體D1之亮度，使得發光二極體畫素電路100可根據資料線電壓Vdata而顯示不同灰階(Gray Level)效果。然而，電流ID1容易受到發光二極體D1之一順向編壓Vf的影響而改變，使得發光二極體畫素電路100顯示不同的亮度，造成亮度不均的問題。詳細來說，請繼續參考第2圖及第3圖，第2圖為發光二極體D1之亮度與流經發光二極體D1之電流關係之示意圖，而第3圖為發光 二極體D1之電流ID1與順向編壓Vf關係之示意圖。如第2圖所示，發光二極體D1所產生的亮度與流經發光二極體D1之電流呈現一線性關係。然而，如第3圖所示，流經發光二極體D1之電流ID1與順向編壓Vf呈現非線性關係，因此當發光二極體D1導通時，只要順向編壓Vf稍微產生偏移，即可造成流經發光二極體D1之電流ID1劇烈的變動。其中，順向編壓Vf易受到發光二極體顯示器中線路阻抗的影響，而導致發光二極體D1之亮度隨之改變，使得發光二極體顯示器呈現亮度不均勻的現象。

除此之外，第二電晶體Q2之臨限電壓(Threshold Voltage)會因製程因素而飄移，進而影響電流ID1，換句話說，即使資料線DL1用相同電壓驅動不同畫素電路，不同畫素電路也會因第二電晶體Q2之臨限電壓不一致而產生不同的電流輸出，使每個畫素電路中的發光二極體D1無法正確地顯示灰階效果，產生亮度不均勻的現象，嚴重影響整個畫面的顯示品質。

因此，如何使發光二極體顯示器中每一畫素電路顯示均勻亮度且正確地顯示灰階效果，就成為業界所努力的目標之一。

因此，本發明的主要目的在於提供發光二極體顯示器，其可顯示均勻亮度且正確地顯示灰階效果。

本發明揭露一種發光二極體顯示器，包含有複數個發光二極體畫素電路，以矩陣形式排列，每一發光二極體畫素電路包含有一薄膜電晶體、一發光二極體及一定電流裝置，該薄膜電晶體、該發光二極體及該定電流裝置串接成一序列，且該定電流裝置用來驅動該發光二極體；以及一控制模組，耦接於該每一發光二極體畫素電路之該薄膜電晶體，包含有至少一壓控脈波 調變模組，用來根據對應於該每一發光二極體畫素電路之一顯示訊號控制該薄膜電晶體，以調節該每一發光二極體畫素電路之灰階狀態。

40‧‧‧發光二極體顯示器

400‧‧‧顯示面板

100、PC_1~PC_N、500、600、700、800、900‧‧‧發光二極體畫素電路

402‧‧‧控制模組

T、Q1、Q2‧‧‧薄膜電晶體

D、D1‧‧‧發光二極體

VCP‧‧‧壓控脈波調變模組

CC‧‧‧定電流裝置

SL1‧‧‧掃描線

DL1‧‧‧資料線

Vin_1~Vin_N‧‧‧顯示資料

V_DD‧‧‧正電壓

ID1、ID4、ID5、ID6、ID7、ID8、ID9‧‧‧電流

CTL_1~CTL_N‧‧‧脈波控制訊號

Vf‧‧‧順向編壓

Vdata‧‧‧資料線電壓

第1圖為習知一發光二極體畫素電路之示意圖。

第2圖為發光二極體之亮度與電流關係之示意圖。

第3圖為發光二極體之電流與順向編壓關係之示意圖。

第4A圖為本發明實施例一發光二極體顯示器之示意圖。

第4B圖為第4A圖之一發光二極體畫素電路之示意圖。

第5圖為本發明實施例之一發光二極體畫素電路之示意圖。

第6圖為本發明實施例之一發光二極體畫素電路之示意圖。

第7圖為本發明實施例之一發光二極體畫素電路之示意圖。

第8圖為本發明實施例之一發光二極體畫素電路之示意圖。

第9圖為本發明實施例之一發光二極體畫素電路之示意圖。

請參考第4A圖及第4B圖，第4A圖為本發明實施例一發光二極體顯示器40之示意圖，第4B圖為發光二極體顯示器40之一發光二極體畫素電路PC_x之示意圖。發光二極體顯示器40包含一顯示面板400以及一控制模組402，顯示面板400包含發光二極體畫素電路PC_1~PC_N，發光二極體畫素電路PC_1~PC_N以矩陣形式排列，控制模組402耦接於發光二極體畫素電路PC_1~PC_N，用來產生控制訊號CTL_1~CTL_N並將控制訊號CTL_1~CTL_N傳遞至發光二極體畫素電路PC_1~PC_N，以控制發光二極體畫素電路PC_1~PC_N的亮度以及灰階效果。詳細來說，以發光二極體畫素電路PC_x為例，發光二極體畫素電路PC_x包含一薄膜電晶體T、一發光 二極體D及一定電流裝置CC，控制模組402耦接於發光二極體畫素電路PC_x之薄膜電晶體T之一閘極，且薄膜電晶體T、發光二極體D及定電流裝置CC串接成一序列。此外，於本實施例中，定電流裝置CC耦接於一正電壓V_DD與發光二極體D之一陽極之間，薄膜電晶體T之一汲極耦接於發光二極體D之一陰極，薄膜電晶體T之一源極耦接於一接地端。定電流裝置CC為一定電流源(Constant Current Source)，產生一固定電流ID4以驅動發光二極體D，當薄膜電晶體T導通時，發光二極體D產生固定的一亮度LI。

具體來說，針對發光二極體畫素電路PC_x，控制模組402產生對應於發光二極體畫素電路PC_x之一顯示訊號Vin_x，並將顯示訊號Vin_x傳遞至壓控脈波調變模組VCP，壓控脈波調變模組VCP係為一電壓控制脈波寬度調變器(Voltage-Controlled Pulse Width Modulator)，電壓控制脈波寬度調變器可將輸入訊號轉換成不同空占比(Duty Ratio)的脈波訊號，電壓控制脈波寬度調變器為本領域熟知之技藝，其操作細節不在此贅述。換句話說，壓控脈波調變模組VCP根據顯示訊號Vin_x產生具有對應於顯示訊號Vin_x之空占比之一脈波控制訊號CTL_x，並將脈波控制訊號CTL_x傳遞至薄膜電晶體T之閘極，藉此控制薄膜電晶體T之導通狀態，以調整發光二極體畫素電路PC_x之灰階效果。詳細來說，假設顯示訊號Vin_x之最小值為0V且最大值為V_M，當顯示訊號Vin_x為0.1V_M時，壓控脈波調變模組VCP輸出具有空占比為10%之脈波控制訊號CTL_x，當顯示訊號Vin_x為0.9V_M時，壓控脈波調變模組VCP輸出空占比為90%之脈波控制訊號CTL_x，以此類推。壓控脈波調變模組VCP可根據對應於發光二極體畫素電路PC_x之顯示訊號Vin_x產生具有對應於顯示訊號Vin_x之空占比之脈波控制訊號CTL_x。

當脈波控制訊號CTL_x輸出至薄膜電晶體T之閘極後，脈波控制訊號CTL_x即可控制薄膜電晶體T之導通狀態。以空占比為20%之脈波控制 訊號CTL_x為例，當空占比為20%之脈波控制訊號CTL_x傳遞至薄膜電晶體T之閘極時，於一脈波週期中，僅有20%的脈波週期薄膜電晶體T是導通的，其餘80%的脈波週期薄膜電晶體T是關閉的，換句話說，僅有20%的脈波週期發光二極體D是亮的(即發光二極體D導通且產生固定之亮度LI)，其餘80%的脈波週期是暗的(即發光二極體D截止)。當脈波週期小於一特定週期時(即脈波頻率大於一特定頻率)，人眼無法察覺發光二極體D於亮暗之間之轉換，反倒是此時人眼察所覺到的亮度大約是亮度LI的20%。同理，當空占比為80%之脈波控制訊號CTL_x傳遞至薄膜電晶體T之閘極時，人眼察覺到的亮度大約是亮度LI的80%。換句話說，發光二極體畫素電路PC_x之灰階效果可取決於於壓控脈波調變模組VCP所輸出之脈波控制訊號CTL_x之空占比，如此一來，發光二極體畫素電路PC_x可根據顯示訊號Vin_x，利用壓控脈波調變模組VCP產生具有對應於顯示訊號Vin_x之空占比的脈波控制訊號CTL_x，控制薄膜電晶體T及發光二極體D的導通狀態，以調整發光二極體畫素電路PC_x之灰階效果。

在習知技術中，如第1圖之發光二極體畫素電路100，發光二極體畫素電路100根據資料線電壓Vdata控制第二電晶體Q2，第二電晶體Q2驅動流經發光二極體D1之電流ID1，以顯示不同灰階效果，然而，發光二極體D1容易因線路阻抗或製程的因素，導致流經發光二極體D1之電流ID1產生變動，而使發光二極體D1顯示不同亮度，造成發光二極體顯示器顯示不均勻之亮度。相較之下，本發明利用定電流裝置產生固定電流以驅動發光二極體，使發光二極體顯示均勻亮度，再利用壓控脈波調變模組將資料線電壓轉換成具有不同空占比的脈波訊號，以調整發光二極體畫素電路之灰階效果，使得發光二極體顯示器可顯示均勻之亮度且正確地顯示灰階效果。

需注意的是，前述實施例係用以說明本發明之概念，本領域具通 常知識者當可據以做不同之修飾，而不限於此。舉例來說，請參考第5圖，第5圖為本發明實施例一發光二極體畫素電路500之示意圖。發光二極體畫素電路500與發光二極體畫素電路PC_x結構類似，故相同元件沿用相同符號。與發光二極體畫素電路PC_x不同的是，發光二極體D之陽極耦接於正電壓V_DD，定電流裝置CC耦接於發光二極體D之陰極與薄膜電晶體T之汲極之間，薄膜電晶體T之源極耦接於接地端，於發光二極體畫素電路500中，定電流裝置CC為一定電流汲(Constant Current Sink)，其可自發光二極體D汲取一固定電流ID5以驅動發光二極體D，使發光二極體D產生固定亮度LI。

於前述實施例中，發光二極體D及定電流裝置CC皆耦接於薄膜電晶體T之汲極，然而，於其他實施例中，發光二極體D及定電流裝置CC亦可耦接於薄膜電晶體T之源極。舉例來說，請參考第6圖及第7圖，第6圖及第7圖分別為本發明實施例一發光二極體畫素電路600及一發光二極體畫素電路700之示意圖。發光二極體畫素電路600及發光二極體畫素電路700與發光二極體畫素電路PC_x結構類似，故相同元件沿用相同符號。與發光二極體畫素電路PC_x不同的是，於發光二極體畫素電路600中，薄膜電晶體T之汲極耦接於正電壓V_DD，定電流裝置CC耦接於薄膜電晶體T之源極與發光二極體D之陽極之間，發光二極體D之陰極耦接於接地端，定電流裝置CC產生一固定電流ID6至發光二極體D以驅動發光二極體D，使發光二極體D產生固定亮度LI；而於發光二極體畫素電路700中，發光二極體D之陽極耦接於薄膜電晶體T之源極，定電流裝置CC耦接於發光二極體D之陰極與接地端之間，定電流裝置CC自發光二極體D汲取一固定電流ID7以驅動發光二極體D，使發光二極體D產生固定亮度LI。

於前述實施例中，發光二極體D及定電流裝置CC皆耦接於薄膜電晶體T之同一電極(汲極或是源極)，然而，於其他實施例中，發光二極體 D與定電流裝置CC亦可各別耦接於薄膜電晶體T之汲極或源極，舉例來說，請參考第8圖及第9圖，第8圖及第9圖分別為本發明實施例一發光二極體畫素電路800及一發光二極體畫素電路900之示意圖。發光二極體畫素電路800及發光二極體畫素電路900與發光二極體畫素電路PC_x結構類似，故相同元件沿用相同符號。與發光二極體畫素電路PC_x不同的是，於發光二極體畫素電路800中，薄膜電晶體T之汲極耦接於定電流裝置CC，而薄膜電晶體T之源極耦接於發光二極體D之陽極，定電流裝置CC產生一固定電流ID8以驅動發光二極體D，使發光二極體D產生固定亮度LI；而於發光二極體畫素電路900中，薄膜電晶體T之汲極耦接於發光二極體D之陰極，而薄膜電晶體T之源極耦接於定電流裝置CC，定電流裝置CC自薄膜電晶體T汲取一固定電流ID9以驅動發光二極體D，使發光二極體D產生固定亮度LI。需注意的是，薄膜電晶體T、發光二極體D及定電流裝置CC之串接順序並未有所限，只要串接成一序列，並由定電流裝置CC產生固定電流，使發光二極體D於薄膜電晶體T導通時產生固定亮度LI，即符合本發明之要求。

另一方面，前述實施例之控制模組包含一壓控脈波調變模組，而不限於此實際上，控制模組中可包含複數個壓控脈波調變模組，其中複數個壓控脈波調變模組可同時運作，以縮短控制模組產生控制訊號CTL_1~CTL_N整體所需的時間。此外，本發明之發光二極體顯示器可為彩色顯示器，其中發光二極體顯示器中發光二極體畫素電路之發光二極體D可選自紅光發光二極體、綠光發光二極體及藍光發光二極體其中之一，藉由調整不同色光之發光二極體之亮度及灰階效果，即可達成彩色顯示之功能。

綜上所述，本發明之發光二極體畫素電路利用定電流裝置產生固定電流以驅動發光二極體，使發光二極體顯示均勻亮度，再利用壓控脈波調變模組將資料線電壓轉換成具有不同空占比的脈波訊號，以調整發光二極體 畫素電路之灰階效果，使得發光二極體顯示器可顯示均勻之亮度且正確地顯示灰階效果。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

PC_x‧‧‧發光二極體畫素電路

402‧‧‧控制模組

T‧‧‧薄膜電晶體

D‧‧‧發光二極體

VCP‧‧‧壓控脈波調變模組

CC‧‧‧定電流裝置

Vin_x‧‧‧顯示資料

V_DD‧‧‧正電壓

ID4‧‧‧電流

CTL_x‧‧‧脈波控制訊號

Claims (10)

1. 一種發光二極體顯示器，包含有：複數個發光二極體畫素電路，以矩陣形式排列，每一發光二極體畫素電路包含有一薄膜電晶體、一發光二極體及一定電流裝置，該薄膜電晶體、該發光二極體及該定電流裝置串接成一序列，且該定電流裝置用來驅動該發光二極體；以及一控制模組，耦接於該每一發光二極體畫素電路之該薄膜電晶體，包含有至少一壓控脈波調變模組，用來根據對應於該每一發光二極體畫素電路之一顯示訊號控制該薄膜電晶體，以調節該每一發光二極體畫素電路之灰階狀態。
2. 如請求項1所述之發光二極體顯示器，其中於該薄膜電晶體導通時，該定電流裝置產生一固定電流，該發光二極體產生一固定亮度。
3. 如請求項1所述之發光二極體顯示器，其中該至少一壓控脈波調變模組根據對應於該每一發光二極體畫素電路之該顯示訊號產生一脈波控制訊號，並將該脈波控制訊號輸出至該每一發光二極體畫素電路中該薄膜電晶體之一閘極，該脈波控制訊號用來控制該薄膜電晶體之導通狀態，以調節該每一發光二極體畫素電路之灰階效果。
4. 如請求項1所述之發光二極體顯示器，其中該定電流裝置耦接於一正電壓與該發光二極體之一陽極之間，該薄膜電晶體之一汲極耦接於該發光二極體之一陰極。
5. 如請求項1所述之發光二極體顯示器，其中該發光二極體之一陽極耦接於一正電壓，該定電流裝置耦接於該發光二極體之一陰極與該薄膜電晶 體之一汲極之間。
6. 如請求項1所述之發光二極體顯示器，其中該薄膜電晶體之一汲極耦接於一正電壓，該定電流裝置耦接於該薄膜電晶體之一源極與該發光二極體之一陽極之間。
7. 如請求項1所述之發光二極體顯示器，其中該薄膜電晶體之一汲極耦接於一正電壓，該發光二極體之一陽極耦接於該薄膜電晶體之一源極，該定電流裝置耦接於該發光二極體之一陰極。
8. 如請求項1所述之發光二極體顯示器，其中該定電流裝置耦接於一正電壓與該薄膜電晶體之一汲極之間，該發光二極體之一陽極耦接於該薄膜電晶體之一源極。
9. 如請求項1所述之發光二極體顯示器，其中該發光二極體之一陽極耦接於一正電壓，該發光二極體之一陰極耦接於該薄膜電晶體之一汲極，該定電流裝置耦接於該薄膜電晶體之一源極。
10. 如請求項1所述之發光二極體顯示器，其中該發光二極體為選自紅光發光二極體、綠光發光二極體及藍光發光二極體其中之一。