TW201719609A - 畫素電壓補償電路 - Google Patents

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Abstract

一種畫素電壓補償電路，包含第一開關、第二開關、驅動開關、第三開關、第四開關、第一電容與第二電容。第一開關的第一端耦接第一節點，第一開關的第二端耦接資料信號端。第二開關的第一端耦接第一節點，第二開關的第二端耦接發光元件的陽極端。驅動開關的第一端耦接高電壓準位端。第三開關的第一端耦接驅動開關的第二端，第三開關的第二端耦接發光元件。第四開關的第一端耦接驅動開關的控制端，第四開關的第二端耦接驅動開關的第二端。第一電容耦接驅動開關的控制端與第一節點。第二電容耦接高電壓準位端與第一電容。

Description

畫素電壓補償電路
本發明係關於一種畫素電壓補償電路，特別是一種具有負迴授路徑的畫素電壓補償電路。
由於在顯示器運作過程中，薄膜電晶體（Thin-Film Transistor, TFT）有可能因為不當的偏壓或其他操作條件的改變，而使得薄膜電晶體元件的參數飄移。一般而言，為了達到更好的顯示效果，會藉由畫素補償電路來補償薄膜電晶體的特性飄移。畫素補償電路通常是由數顆薄膜電晶體與儲存電容所構成。
在當今解析度越來越高的趨勢下，顯示面板上必須設置更多的畫素。但另一方面，由於面板上的空間有限，因此往往必須對畫素補償電路中的元件尺寸有所取捨。在一種作法中，係藉由縮小儲存電容的大小，以獲得額外的空間來容置更多的畫素。但是，當儲存電容越小時，薄膜電晶體漏電的問題也會連帶地變得不可忽視。更甚者，上述的問題還會影響畫素的亮度，造成顯示器的顯示畫面不均勻，而降低顯示畫面的品質。
本發明在於提供一種畫素電壓補償電路，除了能解決因薄膜電晶體的特性偏移影響到顯示畫面的問題之外，更能克服薄膜電晶體漏電而導致顯示畫面品質不佳的問題。
本發明所揭露的一種畫素電壓補償電路，包含第一開關、第二開關、驅動開關、第三開關、第四開關、第一電容與第二電容。第一開關的第一端耦接第一節點，第一開關的第二端耦接資料信號端。第二開關的第一端耦接第一節點，第二開關的第二端耦接發光元件的陽極端。驅動開關的第一端耦接高電壓準位端。第三開關的第一端耦接驅動開關的第二端，第三開關的第二端耦接發光元件的陽極端。第四開關的第一端耦接驅動開關的控制端，第四開關的第二端耦接驅動開關的第二端。第一電容耦接於驅動開關的控制端與第一節點之間。第二電容耦接第一電容的一端。第一開關用以依據第一控制信號選擇性地導通資料信號端與第一節點。第二開關用以依據第二控制信號 選擇性地導通第一節點與發光元件的陽極端。第三開關用以依據發光控制信號選擇性地導通驅動開關的第二端與發光元件的陽極端。第四開關用以依據第二控制信號選擇性地導通驅動開關的控制端與驅動開關的第二端。
綜上所述，本發明提供的畫素電壓補償電路藉由寫入補償電壓值於驅動開關的閘極節點，使得驅動開關在發光階段僅受控於參考電壓與資料電壓，從而讓驅動開關在發光階段輸出的電流避免受電壓偏移的影響而保持穩定，並以此穩定的電流驅動發光元件發光。此外，本發明提供的畫素電壓補償電路還具有一負迴授路徑。即使電路中的電晶體漏電，透過所述的負迴授路徑仍能即時地補償偏移的電壓值，避免了因為電晶體漏電而使得顯示畫面失真的問題。
以上之關於本揭露內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。
以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。
請參照圖1，圖1係為根據本發明一實施例所繪示之畫素電壓補償電路的電路示意圖。畫素電壓補償電路1具有開關SW1~SW4、驅動開關SW_d與電容C1、C2。開關SW1的第一端耦接節點N，開關SW1的第二端耦接資料信號端以收資料信號Sdata，開關SW1的控制端NC1接收控制信號S1。開關SW2的第一端耦接第一節點，開關SW2的第二端耦接發光元件的陽極端，開關SW2的控制端NC2接收控制信號S2。驅動開關SW_d的第一端耦接高電壓準位端以接收高電壓準位OVDD。開關SW3的第一端耦接驅動開關SW_d的第二端，開關SW3的第二端耦接發光元件的陽極端，開關SW3的控制端NC3接收發光控制信號EM。開關SW4的第一端耦接驅動開關SW_d的控制端，開關SW4的第二端耦接驅動開關SW_d的第二端，開關SW4的控制端NC4接收控制信號S2。電容C1耦接於驅動開關SW_d的控制端NC_d與節點N之間。電容C2耦接於高電壓準位端與電容C1的一端之間，電容C2自高電壓準位端接收一高電壓準位OVDD。在圖1所對應的實施例中，電容C2係耦接於節點N與高電壓準位端之間。
開關SW1用以依據控制信號S1選擇性地導通資料信號端與節點N，以選擇性地將節點N的電壓準位充至資料信號Sdata的電壓準位。開關SW2用以依據控制信號S2選擇性地導通節點N與發光元件D的陽極端。開關SW3用以依據發光控制信號EM選擇性地導通驅動開關SW_d的第二端與發光元件D的陽極端。開關SW4用以依據控制信號S2選擇性地導通控制端NC_d與驅動開關SW_d的第二端。在此實施例中，開關SW1~開關SW4與驅動開關SW_d係為P型薄膜電晶體。但在其他的實施例中，開關SW1~開關SW4與驅動開關SW_d也可以是N型薄膜電晶體或是以多個薄膜電晶體組成的開關電路。發光元件D例如為有機發光二極體（Organic Light-Emitting Diode, OLED）。上述各元件的實施態樣僅為舉例示範，並不僅以上述為限。
請參照圖2以說明畫素電壓補償電路的作動方式，圖2係為根據本發明一實施例所繪示之畫素電壓補償電路的時序示意圖。其中，圖2中繪示控制信號S1、S2、發光控制信號EM與資料信號Sdata的相對時序，並標註有時間點T1~T5。其中，控制信號S1、S2與發光控制信號EM分別被選擇性地切換於高準位與低準位。需注意的是，圖式僅用以示意說明，在此並不限定控制信號S1、S2與發光控制信號EM所具有的高準位與低準位是否相同。
同樣地，在圖2中，資料信號Sdata被選擇性地切換於參考電壓準位Vref與資料電壓準位Vdata。在此實施例中，對應於開關SW1~開關SW4與驅動開關SW_d係為P型薄膜電晶體，參考電壓準位Vref係高於資料電壓準位Vdata，但參考電壓準位Vref與資料電壓準位Vdata的相對大小以及實際為準係為所屬技術領域具有通常知識者能依實際所需而自由設計，並不以前述舉例為限。同樣地，在此亦不限制參考電壓準位Vref與資料電壓準位Vdata相對於控制信號S1、S2與發光控制信號EM的高準位與低準位的大小。
此外，以往在習知的畫素電壓補償電路中，即使扣掉發光控制信號後，往往還是至少需要三至四個控制信號來驅動畫素電壓補償電路，造成走線上的負擔。但由於本發明的開關SW2的第二端耦接於開關SW3的第二端與發光單元D的陽極端之間，因此畫素電壓補償電路1扣除掉發光控制信號EM後，只需要控制信號S1與控制信號S2即能順利地驅動畫素電壓補償電路1，更較以往節省了走線的空間。
延續前述，時間點T1至時間點T2之間被定義為重置階段。在重置階段中，控制信號S1、S2與發光控制信號EM都為低準位，資料信號Sdata的電壓準位為參考電壓準位Vref。此時，開關SW1~SW4被導通。節點N的電壓準位與控制端NC_d的電壓準位被調整至參考電壓準位Vref。在一實施例中，參考電壓準位Vref係依據電路中的各元件特性而被調整，以使發光元件D的跨壓在重置階段小於導通電壓，而使得發光元件D在重置階段不發光。
時間點T2至時間點T3之間被定義為補償階段。在補償階段中，控制信號S1、S2為低準位，發光控制信號EM為高準位，資料信號的電壓準位為參考電壓準位Vref。此時，開關SW1、開關SW2、開關SW4與驅動開關SW_d被導通，開關SW3不導通。對應地，驅動開關NC_d的第二端之電壓準位為高電壓準位OVDD與驅動開關NC_d之導通電壓Vth_d絕對值的差值。若簡要地以標號來表示的話，前述的差值即為OVDD-|Vth_d|。由於開關SW4導通且開關SW4的第一端與第二端處於浮接（floating）的狀態，此時，開關SW4的第一端與控制端NC_d的電壓準位亦為高電壓準位OVDD與導通電壓Vth_d之絕對值的差值。
時間點T3至時間點T4之間被定義為資料寫入階段。在資料寫入階段中，控制信號S1為低準位，控制信號S2與發光控制信號EM為高準位，資料信號Sdata的電壓準位為資料電壓準位Vdata。此時開關SW1與驅動開關SW_d被導通，開關SW2~SW4不導通。對應地，節點N的電壓準位由參考電壓準位Vref被調整至資料電壓準位Vdata。而由於電容耦合效應的關係，此時控制端NC_d的電壓準位連帶地被調整至高電壓準位OVDD與導通電壓Vth_d的差值加上資料電壓準位Vdata與參考電壓準位Vref之差值的總和。若簡要地以標號來表示的話，前述的總和即為OVDD-|Vth_d|+Vdata-Vref。
時間點T4至時間點T5之間被定義為維持階段。在維持階段中，控制信號S1、S2與發光控制信號EM皆為高準位，資料信號Sdata的電壓準位係為參考電壓準位Vref。此時，驅動開關SW_d被導通，開關SW1~SW4不導通。此時，節點N的電壓準位與控制端NC_d的電壓準位維持如資料寫入階段時的電壓準位。
時間點T5之後被定義為發光階段，在此並不限制發光階段結束的時間點。在發光階段中，控制信號S1係為高準位，控制信號S2為高準位，發光控制信號EM為低準位，資料信號Sdata的電壓準位為參考電壓準位Vref。此時，驅動開關SW_d被導通，開關SW1、開關SW2、開關SW3與開關SW4不導通。對應地，高電壓準位端、驅動開關SW_d、開關SW3、發光元件D與接地端形成一電流路徑。驅動開關SW_d依據控制端NC_d的電壓準位與高電壓準位OVDD產生驅動電流iD，發光元件D係依據驅動電流iD的大小而選擇性地發光。
在此實施例中，此時控制端NC_d的電壓準位為高電壓準位OVDD與導通電壓Vth_d的差值加上資料電壓準位Vdata與參考電壓準位Vref之差值的總和。依據P型薄膜電晶體的導通電流公式，驅動電流iD的值應可表示如：。其中，參數、、係關聯於驅動開關SW_d所對應之薄膜電晶體，為載子遷移率（carrier mobility），為閘極氧化層的單位電容大小，而係為驅動開關SW_d所對應之薄膜電晶體的閘極寬度與閘極長度之比例。參考電壓準位Vref與資料電壓準位Vdata係為預設的電壓值，因此亦可視為常數。此時，驅動電流iD僅關聯於上述常數參數，因此驅動電流iD將不受各節點電壓準位浮動的影響，亦不受各開關之導通電壓飄移的影響。舉例來說，由於上述驅動電流iD的表達式中並不具有導通電壓Vth_d，因此即使導通電壓Vth_d受到驅動開關SW_d之偏壓的影響而偏移，驅動電流iD也不會受到影響。換句話說，由於驅動電流iD的大小在發光階段僅關聯於常數參數，驅動電流iD的大小在發光階段會趨近於定值，而發光單元D發出的光會因此維持穩定。
而在發光階段中，雖然開關SW2與開關SW4不導通，但畫素電壓補償電路1會基於開關SW2與開關SW4的漏電特性分別形成第一漏電流路徑與第二漏電流路徑。電容C2會因為開關SW4所形成的第二漏電流路徑而放電，驅動開關SW_d的控制端NC_d的電壓準位會因此而降低。而電容C1與電容C2會因為開關SW2所形成的第一漏電流路徑而被充電，並提升控制端NC_d的電壓準位。藉此，讓控制端NC_d的電壓準位不因各開關的漏電現象而失準，進而讓驅動電流iD可以維持穩定。
事實上，也可以定義時間點T4之後為發光階段，各階段的定義僅係為輔助說明，畫素補償電路1的作動係如前述而並不因此受限。
請再參照圖3，圖3係為根據本發明另一實施例所繪示之畫素電壓補償電路的電路示意圖。在此實施例中，電容C2的一端耦接高電壓準位端，電容C2的另一端耦接控制端NC_d、電容C1與開關SW4的第一端。在圖3所示的畫素電壓調整電路1’操作上，控制信號S1、S2、發光控制信號EM、與資料信號Sdata的相對時序係相同於圖2，相關作動細節係如前述，於此即不再贅述。惟在此實施例中，由於電容C2相較於其他元件的耦接關係不同於圖1所示的實施例，因此控制端NC_d的電壓準位在發光階段係為第一節點NC1之電壓準位與高電壓準位OVDD經由電容C1與電容C2分壓後的結果。對應地，驅動電流iD在發光階段的電流大小可表示為：。此時，驅動電流iD’的大小僅關聯於參考電壓準位Vref、資料電壓準位Vdata、電容C1的電容値、電容C2的電容値以及上述相關於驅動開關SW_d的參數值。因此，在此實施例中，驅動電流iD’在發光階段的電流大小亦只相關於上述常數參數，而趨近於一定值，使得發光元件D在發光階段得以依據穩定的驅動電流iD’而穩定地發光。
綜合以上所述，本發明提供的畫素電壓補償電路藉由在補償階段寫入補償電壓值於驅動開關的閘極節點，使得畫素電壓補償電路在發光階段得以僅以參考電壓與資料電壓來調整驅動開關的閘極電壓準位，從而讓驅動開關在發光階段輸出的驅動電流避免受電晶體之特性偏移的影響而能保持穩定，並以此穩定的驅動電流驅動發光元件發光。此外，本發明提供的畫素電壓補償電路還具有一負迴授路徑，即使電路中的電晶體漏電而讓驅動開關的控制端電壓下降，經由所述的負迴授路徑仍能即時地補償偏移的控制電壓，避免了因為電晶體漏電而降低顯示畫面品質的問題。
雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。
1、1’‧‧‧畫素電壓補償電路
C1、C2‧‧‧電容
D‧‧‧發光單元
EM‧‧‧發光控制信號
iD、iD’‧‧‧驅動電流
OVDD‧‧‧高電壓準位
N‧‧‧節點
NC1~NC4、NC_d‧‧‧控制端
S1、S2‧‧‧控制信號
Sdata‧‧‧資料信號
SW1~SW4‧‧‧開關
SW_d‧‧‧驅動開關
T1~T5‧‧‧時間點
Vdata‧‧‧資料電壓準位
Vref‧‧‧參考電壓準位
圖1係為根據本發明一實施例所繪示之畫素電壓補償電路的電路示意圖。 圖2係為根據本發明一實施例所繪示之畫素電壓補償電路的時序示意圖。 圖3係為根據本發明另一實施例所繪示之畫素電壓補償電路的電路示意圖。
1‧‧‧畫素電壓補償電路
C1、C2‧‧‧電容
D‧‧‧發光單元
EM‧‧‧發光控制信號
iD‧‧‧驅動電流
OVDD‧‧‧高電壓準位
N‧‧‧節點
NC1~NC4、NC_d‧‧‧控制端
S1、S2‧‧‧控制信號
Sdata‧‧‧資料信號
SW1~SW4‧‧‧開關
SW_d‧‧‧驅動開關

Claims (10)

  1. 一種畫素電壓補償電路，包含：一第一開關，該第一開關的第一端耦接一第一節點，該第一開關的第二端耦接一資料信號端，該第一開關用以依據一第一控制信號選擇性地導通該資料信號端與該第一節點；一第二開關，該第二開關的第一端耦接該第一節點，該第二開關的第二端耦接一發光元件的陽極端，該第二開關用以依據一第二控制信號選擇性地導通該第一節點與該發光元件的陽極端；一驅動開關，該驅動開關的第一端耦接一高電壓準位端；一第三開關，該第三開關的第一端耦接該驅動開關的第二端，該第三開關的第二端耦接該發光元件的陽極端，該第三開關用以依據一發光控制信號選擇性地導通該驅動開關的第二端與該發光元件的陽極端；一第四開關，該第四開關的第一端耦接該驅動開關的控制端，該第四開關的第二端耦接該驅動開關的第二端，該第四開關用以依據該第二控制信號選擇性地導通該驅動開關的控制端與該驅動開關的第二端；一第一電容，耦接於該驅動開關的控制端與該第一節點之間；以及一第二電容，耦接於該高電壓準位端與該第一電容的一端之間。
  2. 如請求項1所述之畫素電壓補償電路，其中在一重置階段中，該第一開關、該第二開關、該第三開關與該第四開關被導通，該資料信號端用以接收一資料信號，該資料信號的電壓準位於該重置階段中係被調整為一參考電壓準位。
  3. 如請求項2所述之畫素電壓補償電路，其中在一補償階段中，該第一開關、該第二開關、該第四開關與該驅動開關被導通，該第三開關不導通，該資料信號的電壓準位於該補償階段中係維持該參考電壓準位。
  4. 如請求項3所述之畫素電壓補償電路，其中在一資料寫入階段中，此時該第一開關與該驅動開關被導通，該第二開關、該第三開關與該第四開關不導通，該資料信號的電壓準位於該資料寫入階段中係被調整為一資料電壓準位。
  5. 如請求項4所述之畫素電壓補償電路，其中在一發光階段中，該驅動開關與該第三開關被導通，該第一開關、該第二開關與該第四開關不導通，該資料信號的電壓準位於該發光階段中係被調整為該參考電壓準位。
  6. 如請求項5所述之畫素電壓補償電路，其中該第二電容係耦接該第一節點，且該第二電容係經由該第一節點耦接第一電容的一端。
  7. 如請求項6所述之畫素電壓補償電路，其中於該發光階段中，該驅動開關輸出的電流大小僅關聯於該參考電壓準位與該資料電壓準位。
  8. 如請求項5所述之畫素電壓補償電路，其中該第二電容係耦接該第一電容耦接於該驅動開關的控制端的一端。
  9. 如請求項8所述之畫素電壓補償電路，其中於該發光階段中，該驅動開關輸出的電流大小僅關聯於該參考電壓準位、該資料電壓準位、該第一電容的電容値與該第二電容的電容値。
  10. 一種畫素電壓補償電路，包含：一第一開關，該第一開關的第一端耦接一第一節點，該第一開關的第二端耦接一資料信號端；一第二開關，該第二開關的第一端耦接該第一節點，該第二開關的第二端耦接一發光元件的陽極端；一驅動開關，該驅動開關的第一端耦接一高電壓準位端；一第三開關，該第三開關的第一端耦接該驅動開關的第二端，該第三開關的第二端耦接該發光元件的陽極端；一第四開關，該第四開關的第一端耦接該驅動開關的控制端，該第四開關的第二端耦接該驅動開關的第二端；一第一電容，耦接於該驅動開關的控制端與該第一節點之間；以及一第二電容，耦接於該高電壓準位端與該第一電容的一端之間。
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