TWI438752B - 畫素結構及具有該畫素結構的顯示系統 - Google Patents

Description

畫素結構及具有該畫素結構的顯示系統

本發明係有關於一種畫素結構，特別是有關於一種顯示面板內部的畫素結構。

由於映像管具有畫質優良的特點，故一直被採用為電視和電腦的顯示器。然而，近年來，平面顯示器的畫質已逐漸獲得改善，並且具有體積薄、重量輕的優點，故已成為市場主流。

一般而言，平面顯示器的顯示面板具有複數畫素。每一畫素具有一驅動電晶體以及一發光元件。驅動電晶體根據一影像信號，產生一驅動電流。發光元件根據驅動電流，呈現相對應的亮度。

然而，因製程的影響，不同畫素的驅動電晶體可能具有不同的臨界電壓。當不同的驅動電晶體接收到相同的影像信號時，可能會產生不同的驅動電流，而使得不同的發光元件呈現不同的亮度。

本發明提供一種畫素結構，包括一第一開關電晶體、一設定單元、一電容、一驅動電晶體、一第二開關電晶體以及一發光元件。第一開關電晶體根據一掃描信號，將一資料信號傳送至一第一節點。設定單元根據掃描信號及一放電信號，控制第一及第二節點的位準。電容耦接於第一及第二節點之間。驅動電晶體具有一第一臨界電壓，並且閘極耦接第二節點。第二開關電晶體之閘極接收一點亮信號。發光元件與驅動電晶體及第二開關電晶體串聯於第一及第二操作電壓之間。在一第一期間，設定單元令第一及第二節點的電壓分別等於第一及第二參考電壓。第一參考電壓大於第二參考電壓。在一第二期間，第一開關電晶體將資料信號傳送至第一節點，設定單元令第二節點的電壓等於一差值，該差值係為第一操作電壓與第一臨界電壓的差值。在一第三期間，設定單元令第一節點的電壓等於第一參考電壓，並浮接(floating)第二節點。

為讓本發明之特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

第1圖為本發明之顯示面板之示意圖。如圖所示，顯示面板100包括一驅動模組110以及複數畫素P₁₁ ~P_mn 。驅動模組110用以提供畫素P₁₁ ~P_mn 所需的信號。在本實施例中，驅動模組110包括，一掃描驅動器111、一資料驅動器113以及一控制驅動器115。

掃描驅動器111提供複數掃描信號S₁ ~S_n 予畫素P₁₁ ~P_mn 。資料驅動器113提供複數資料信號D₁ ~D_m 予畫素P₁₁ ~P_mn 。畫素P₁₁ ~P_mn 根據掃描信號S₁ ~S_n ，接收資料信號D₁ ~D_m ，然後再根據資料信號D₁ ~D_m ，呈現相對應的亮度。控制驅動器115提供一放電信號S_DIS 、一發光信號S_EM 、參考電壓S_REF1 、S_REF2 以及操作電壓PVDD及PVEE予畫素P₁₁ ~P_mn ，使得畫素P₁₁ ~P_mn 內的驅動電晶體所產生的驅動 電流不受到本身的臨界電壓的影響。

第2A圖為本發明之畫素之一可能結構示意圖。由於畫素P₁₁ ~P_mn 的電路結構均相同，故第2A圖係以畫素P₁₁ 為例，說明其內部電路結構。如圖所示，畫素P₁₁ 包括，開關電晶體T_SW1 、T_SW2 、一設定單元20、一電容Cst、一驅動電晶體T_DR 以及一發光元件24。

開關電晶體T_SW1 根據掃描信號S₁ ，將資料信號D₁ 傳送至節點A。本發明並不限定開關電晶體T_SW1 的種類。在本實施例中，開關電晶體T_SW1 係為一N型電晶體，其閘極接收掃描信號S₁ ，其汲極接收資料信號D₁ ，其源極耦接節點A。

電容Cst耦接於節點A及B之間。驅動電晶體T_DR 具有一臨界電壓(Vt_(DR) )。本發明並不限定驅動電晶體T_DR 的種類。在本實施例中，驅動電晶體T_DR 係為一P型電晶體，其閘極耦接節點B，其源極接收操作電壓PVDD，其汲極耦接設定單元20及開關電晶體T_SW2 。

開關電晶體T_SW2 根據一點亮信號S_EM ，將驅動電晶體T_DR 所產生的一驅動電流I_DP 傳送至發光元件24。本發明並不限定開關電晶體T_SW2 的種類。在本實施例中，開關電晶體T_SW2 係為一N型電晶體，其閘極接收點亮信號S_EM 、其汲極耦接驅動電晶體T_DR ，其源極耦接發光元件24。

發光元件24與驅動電晶體T_DR 及開關電晶體T_SW2 串聯於操作電壓PVDD及PVEE之間。本發明並不限定發光元件24的種類。只要是能夠根據一驅動電流而發光的元件，均可作為發光元件24。在一可能實施例中，發光元件24係為一有機發光二極體(OLED)。

設定單元20及開關電晶體T_SW1 根據掃描信號S₁ 及放電信號S_DIS ，控制節點A及B的位準。本發明並不限定設定單元20的電路架構，只要能夠依照以下方式，設定節點A及B的位準的電路，均可作為設定單元20。

在一第一期間，設定單元20令節點A及B的電壓分別等於參考電壓S_REF1 及S_REF2 ，其中參考電壓S_REF1 不同於參考電壓S_REF2 。在本實施例中，參考電壓S_REF1 大於參考電壓S_REF2 。在另一可能實施例中，參考電壓S_REF1 係為正值，而參考電壓S_REF2 係為負值。在其它實施例中，參考電壓S_REF1 與S_REF2 之間的差值係大於驅動電晶體T_DR 的臨界電壓。

在一第二期間，開關電晶體T_SW1 將資料信號D₁ 傳送至節點A，並且設定單元20令節點B的電壓等於一差值，其中，此差值係為操作電壓PVDD與驅動電晶體T_DR 的臨界電壓的差值(即PVDD -Vt _{( DR )} )。

由於在第一期間，節點A及B的電壓位準並不相同，故在第二期間，節點A的電壓等於資料信號D₁ 時，可確保節點B的電壓為操作電壓PVDD與驅動電晶體T_DR 的臨界電壓的差值。

在一第三期間，設定單元20令節點A的電壓等於參考電壓S_REF1 ，並浮接(floating)節點B。此時，節點B的電壓V _B =PVDD -Vt _{( DR )} -(D ₁ -S _{REF 1} )。

在第三期間，驅動電晶體T_DR 依據式(1)，產生驅動電流I_DP ，其中式(1)如下所示：

I _DP =K _P *(Vsg -Vt _{( DR )} )² ……………………………(1)

其中，K_P 係為驅動電晶體T_DR 的參數，係為一預設值；Vsg係為驅動電晶體T_DR 的源極與閘極壓差；Vt_(DR) 為驅動電晶體T_DR 的臨界電壓。

將第三期間的驅動電晶體T_DR 的源極電壓Vs與閘極電壓Vg之間的壓差(Vs-Vg)代入式(1)後，便可得到下式：

I _DP =K _P *{PVDD -[PVDD -Vt _{( DR )} -(D ₁ -S _{REF 1} )]-Vt _{( DR )} }² 　…(2)

化簡式(2)後，可得到下式：

I _DP =K _P *(D ₁ -S _{REF 1} )² ………………………………(3)

由式(3)可知，驅動電流I_DP 不受驅動電晶體T_DR 的臨界電壓Vt_(DR) 所影響。因此，就算不同的驅動電晶體具有不同的臨界電壓，在相同資料信號的情況下，仍可產生相同的驅動電流。

本發明並不限定設定單元20的電路架構。只要能夠達到上述各期間的節點A及B的電壓位準設定的電路架構，均可作為設定單元20。在本實施例中，設定單元20具有設定電晶體T₂₁ ~T₂₃ 。

設定電晶體T₂₁ 根據掃描信號S₁ ，將參考電壓S_REF1 傳送至節點A。設定電晶體T₂₂ 根據掃描信號S₁ ，令驅動電晶體T_DR 的閘極與汲極耦接在一起。因此，驅動電晶體T_DR 便可提供一二極體連接(diode connection)。設定電晶體T₂₃ 根據放電信號S_DIS ，將參考電壓S_REF2 傳送至節點B。

本發明並不限定設定電晶體T₂₁ ~T₂₃ 的種類。在本實施例中，設定電晶體T₂₁ 為P型電晶體，設定電晶體T₂₂ 及T₂₃ 為N型電晶體，但並非用以限制本發明。在其它實施例中，設定電晶體T₂₁ ~T₂₃ 可均為P型、均為N型、部分為N型或是部分為P型。由於P型及N型電晶體的轉換係為本領域人士所深知，故不再贅述。以下僅針對第2A圖，說明設定電晶體T₂₁ ~T₂₃ 的連接方式。

如圖所示，設定電晶體T₂₁ 的閘極接收掃描信號S₁ ，其源極接收參考電壓S_REF1 ，其汲極耦接節點A。設定電晶體T₂₂ 的閘極接收掃描信號S₁ ，其汲極與源極分別耦接節點B及驅動電晶體T_DR 的汲極。設定電晶體T₂₃ 的閘極接收放電信號S_DIS ，其汲極接收參考電壓S_REF2 ，其源極耦接節點B。

第2B圖為本發明之控制時序圖。如圖所示，在第一期間St1，掃描信號S₁ 為低位準，故可導通設定電晶體T₂₁ 。因此，節點A的電壓等於參考電壓S_REF1 。此時，放電信號S_DIS 為高位準，故可導通設定電晶體T₂₃ 。因此，節點B的電壓等於參考電壓S_REF2 。

在第二期間St2，掃描信號S₁ 為高位準，故可導通開關電晶體T_SW1 及設定電晶體T₂₂ 。因此，節點A的電壓等於資料信號D₁ ，並且驅動電晶體T_DR 的閘極與汲極耦接在一起。由於驅動電晶體T_DR 係為一二極體連接，故節點B的電壓為操作電壓PVDD與臨界電壓Vt(_DR )之間的差值(即PVDD-Vt_(DR) )。

在第三期間St3，掃描信號S₁ 為低位準，故再次導通設定電晶體T₂₁ 。因此，節點A的電壓再次等於參考電壓S_REF1 。由於掃描信號S₁ 為低位準，故不導通設定電晶體T₂₂ 及T₂₃ ，因此，節點B為浮接狀態。在本實施例中，節點B的電壓等於PVDD-Vt_(DR) -(D₁ -S_REF1 )。當發光信號S_EM 為高位準時，便可導通開關電晶體T_SW2 ，用以將驅動電流I_DP 傳送至發光元件24，用以點亮發光元件24。此時的驅動電流I_DP 如式(3)所示。

由於在第一期間St1，節點B的電壓小於節點A的電壓，故當節點A的電壓等於資料信號D₁ (第二期間St2)時，藉由電容Cst的耦合效應，可確保驅動電晶體T_DR 與設定電晶體T₂₂ 正常動作，也就是確保節點B的電壓等於PVDD-Vt_(DR) 。因此，驅動電晶體T_DR 可形成一二極體連接。再者，資料信號D₁ 的最大灰階值可達操作電壓PVDD。由於資料信號D₁ 的最大灰階值並不會被限制在PVDD-Vt_(DR) ，故可增加灰階值範圍，換句話說，也可維持既有灰階值範圍，藉由降低操作電壓PVDD，以達到降低整體功率(Power)的消耗。

第3圖為本發明之畫素之另一可能結構示意圖。第3圖相似第2A圖，不同之處在於，設定單元30的設定電晶體T₃₃ 為P型電晶體。由於設定電晶體T₃₁ 及T₃₂ 的連接方式與第2A圖的設定電晶體T₂₁ 及T₂₂ 的連接方式相同，故不再贅述。

在本實施例中，設定電晶體T₃₃ 係為一二極體架構，其閘極與源極均接收放電信號S_DIS ，其汲極耦接節點B。當放電信號S_DIS 為低位準時，節點B的電壓將等於一總和，其中此總和係為操作電壓PVEE與設定電晶體T₃₃ 的臨界電壓的加總結果。在一可能實施例中，放電信號S_DIS9 係等於操作電壓PVEE。

第4圖為本發明之畫素之另一可能結構示意圖。第4圖相似第4圖，不同之處在於，設定單元40的設定電晶體T₄₃ 為N型電晶體。由於設定電晶體T₄₁ 及T₄₂ 的連接方式與第2A圖的設定電晶體T₂₁ 及T₂₂ 的連接方式相同，故不再贅述。

在本實施例中，設定電晶體T₄₃ 係為一二極體架構，其閘極與源極均耦接節點B，其汲極接收放電信號S_DIS 。當放電信號S_DIS 與節點B的位準足以導通設定電晶體T₄₃ 時，則節點B的電壓將等於一總和，其中此總和係為操作電壓PVEE與設定電晶體T₄₃ 的臨界電壓的加總結果。在一可能實施例中，放電信號S_DIS 係等於操作電壓PVEE。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．顯示面板

110．．．驅動模組

111．．．掃描驅動器

113．．．資料驅動器

115．．．控制驅動器

20、30、40．．．設定單元

24．．．發光元件

P₁₁ ~P_mn ．．．畫素

Cst．．．電容

T_SW1 、T_SW2 ．．．開關電晶體

T_DR ．．．驅動電晶體

T₂₁ ~T₂₃ 、T₃₁ ~T₃₃ 、T₄₁ ~T₄₃ ．．．設定電晶體

A．．．第一節點

B．．．第二節點

S_DIS ．．．放電信號

S_EM ．．．發光信號

S_REF1 、S_REF2 ．．．參考電壓

PVDD、PVEE．．．操作電壓

S₁ ．．．掃描信號

D₁ ．．．資料信號

I_DP ．．．驅動電流

第1圖為本發明之顯示面板之示意圖。

第2A、3及4圖為本發明之畫素之可能結構示意圖。

第2B圖為本發明之控制時序圖。

20．．．設定單元

24．．．發光元件

P₁₁ ．．．畫素

Cst．．．電容

T_SW1 、T_SW2 ．．．開關電晶體

T_DR ．．．驅動電晶體

T₂₁ ~T₂₃ ．．．設定電晶體

A．．．第一節點

B．．．第二節點

S_DIS ．．．放電信號

S_EM ．．．發光信號

S_REF1 、S_REF2 ．．．參考電壓

PVDD、PVEE．．．操作電壓

S₁ ．．．掃描信號

D₁ ．．．資料信號

I_DP ．．．驅動電流

Claims (11)

1. 一種畫素結構，包括：一第一開關電晶體，根據一掃描信號，將一資料信號傳送至一第一節點；一設定單元，根據該掃描信號及一放電信號，控制該第一節點以及一第二節點的電壓位準；一電容，耦接於該第一及第二節點之間；一驅動電晶體，具有一第一臨界電壓，並且閘極耦接該第二節點；一第二開關電晶體，其閘極接收一點亮信號；以及一發光元件，與該驅動電晶體及該第二開關電晶體串聯於一第一操作電壓及一第二操作電壓之間；其中在一第一期間，該設定單元令該第一及第二節點的電壓各自等於一第一參考電壓以及一第二參考電壓，該第一參考電壓大於該第二參考電壓；在一第二期間，該第一開關電晶體將該資料信號傳送至該第一節點，該設定單元令該第二節點的電壓等於一差值，該差值係為該第一操作電壓與該第一臨界電壓的差值；在一第三期間，該設定單元令該第一節點的電壓等於該第一參考電壓，並浮接該第二節點。
2. 如申請專利範圍第1項所述之畫素結構，其中該第一及第二參考電壓的差值大於該第一臨界電壓。
3. 如申請專利範圍第1項所述之畫素結構，其中該第一參考電壓係為正值，該第二參考電壓係為負值。
4. 如申請專利範圍第1項所述之畫素結構，其中該設定單元包括：一第一設定電晶體，根據該掃描信號，將該第一參考電壓傳送至該第一節點；一第二設定電晶體，根據該掃描信號，令該驅動電晶體的閘極與汲極耦接在一起；以及一第三設定電晶體，根據該放電信號，將該第二參考電壓傳送至該第二節點，其中該第二參考電壓等於該第二操作電壓。
5. 如申請專利範圍第4項所述之畫素結構，其中該第三設定電晶體係為一N型電晶體，其閘極接收該放電信號，其汲極接收該第二操作電壓，其源極耦接該第二節點。
6. 如申請專利範圍第1項所述之畫素結構，其中該設定單元包括：一第一設定電晶體，根據該掃描信號，將該第一參考電壓傳送至該第一節點；一第二設定電晶體，根據該掃描信號，令該驅動電晶體的閘極與汲極耦接在一起；以及一第三設定電晶體，具有一第二臨界電壓，在該第二期間，其第三設定電晶體令該第二參考電壓等於該第二操作電壓與該第二臨界電壓之總和。
7. 如申請專利範圍第6項所述之畫素結構，其中該第三設定電晶體係為一P型電晶體，其閘極耦接源極，並接收該放電信號，其汲極耦接該第二節點。
8. 如申請專利範圍第7項所述之畫素結構，其中該放電信號等於該第二操作電壓。
9. 如申請專利範圍第6項所述之畫素結構，其中該第三設定電晶體係為一N型電晶體，其閘極與源極耦接該第二節點，其汲極接收該放電信號。
10. 如申請專利範圍第9項所述之畫素結構，其中該放電信號等於該第二操作電壓。
11. 一種顯示系統，包括：一如申請專利範圍第1項所述之畫素結構；以及一驅動模組，用以提供該掃描信號、該資料信號、該第一及第二參考電壓、該放電信號、該點亮信號以及該第一及第二操作電壓。