TWI554997B - 畫素結構 - Google Patents

Description

畫素結構

本發明是有關於一種畫素結構，且特別是有關於一種驅動發光二極體的畫素結構。

發光二極體(light emitting diode,LED)由於具有省電、使用壽命長、啟動快速、體積小等多種優點，因此近年來被廣泛的應用在平面顯示器中。其中，有機發光二極體(organic light emitting diode,OLED)又因為高亮度、高對比、自發光、無視角限制、無需背光結構等優點，在目前已逐漸成為平面顯示器中最具有發展潛力的一種技術。而在習知的平面顯示器中，常見有主動式發光二極體顯示面板以及被動式發光二極體顯示面板。

在習知的主動式發光二極體面板中，常透過驅動電晶體以接收驅動電壓來產生驅動電流以驅使發光二極體發光。為了可以穩定的控制發光二極體的亮度，驅動電晶體通常被操作在飽和區以提供穩定的驅動電流。然而，依據電晶體飽和區的電流公式可以得知，驅動電流會隨著驅動電晶體的臨界電壓的改變而發生變化。另外，隨著畫素結構的設計，驅動電晶體所產生的電流， 也可能隨著其所驅動的負載(發光二極體)的臨界電壓而改變，亦有可能隨著面板中的電流電阻電壓降(IR drop)所造成的接地電壓的漂移而生改變。因此，要在長時間的工作下，穩定發光二極體產生的亮度，為本領域的技術人員的重大課題。

本發明提供一種畫素結構，補償因電路元件的電氣特性發生變異時，所產生的顯示不均勻現象。

本發明的畫素結構用以驅動發光二極體，包括：驅動電晶體、耦合開關、掃描開關、電容、激光開關以及設定開關。驅動電晶體具有第一端、第二端以及控制端，其第二端耦接至發光二極體或操作電源，其控制端接收偏壓電壓。耦合開關耦接在驅動電晶體的控制端與第一端間，依據掃描信號以導通或斷開。掃描開關的第一端接收顯示資料電壓，掃描開關受控於掃描信號以導通或斷開。電容的第一端耦接掃描開關的第二端，電容的第二端提供偏壓電壓至驅動電晶體的控制端。激光開關耦接在操作電源以及驅動電晶體的第一端間，或耦接在驅動電晶體的第一端與發光二極體間，依據激光控制信號以導通或斷開。設定開關耦接在參考電壓以及掃描開關的第二端間，依據激光控制信號以導通或斷開。

基於上述，本發明提供的畫素結構，可以適當的設定驅動電晶體所接收的偏壓電壓，使驅動電晶體所產生的驅動電流的 電流大小與驅動電晶體的臨界電壓、發光二極體的臨界電壓以及因電流電阻電壓降(IR drop)所產生的參考接地電壓的變異無關，可有效控制發光二極體的亮度，提升其效能。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100、200、500、600、700、900‧‧‧畫素結構

LED‧‧‧發光二極體

T1‧‧‧驅動電晶體

CSW‧‧‧耦合開關

SCSW‧‧‧掃描開關

C1、C2‧‧‧電容

ESW‧‧‧激光開關

SESW‧‧‧設定開關

G‧‧‧控制端

OVDD‧‧‧操作電源

EM‧‧‧激光控制信號

VSUS‧‧‧參考電壓

OVSS‧‧‧參考接地電壓

DATA‧‧‧顯示資料電壓

SCAN‧‧‧掃描信號

TC、TSC、TE、TSE、TA‧‧‧電晶體

RESET‧‧‧重置時間週期

COMP1、COMP2‧‧‧補償時間週期

410、420‧‧‧曲線

ASW‧‧‧輔助開關

EMN‧‧‧輔助控制信號

EMISS‧‧‧激光時間週期

圖1繪示本發明一實施例的畫素結構的示意圖。

圖2繪示本發明另一實施例的畫素結構的示意圖。

圖3繪示本發明實施例的畫素架構的動作波形圖。

圖4A以及4B分別繪示本發明圖2實施例的驅動電流誤差率與電流電阻壓降以及驅動電晶體臨界電壓變化的關係圖。

圖5繪示本發明再一實施例的畫素結構的示意圖。

圖6A以及圖6B繪示本發明不同實施例的畫素結構的示意圖。

圖7繪示本發明更一實施例的畫素結構的示意圖。

圖8繪示本發明實施例的畫素架構的動作波形圖。

圖9A以及圖9B繪示本發明不同實施例的畫素結構的示意圖。

請參照圖1，圖1繪示本發明一實施例的畫素結構的示意圖。畫素結構100可用以驅動發光二極體LED，其中的發光二極體LED可以是有機的也可以是無機的發光二極體。畫素結構100包括驅動電晶體T1、耦合開關CSW、掃描開關SCSW、電容C1、激光開關ESW以及設定開關SESW。驅動電晶體T1具有第一端、第二端以及控制端G，其第二端耦接至發光二極體LED的陽極，其控制端G接收偏壓電壓。耦合開關CSW耦接在驅動電晶體T1的控制端G與第一端間，耦合開關CSW並依據掃描信號SCAN以導通或斷開。掃描開關SCSW的第一端接收顯示資料電壓DATA，掃描開關SCSW並受控於掃描信號SCAN以導通或斷開。電容C1的第一端耦接掃描開關SCSW的第二端，另外，電容C1的第二端提供偏壓電壓至驅動電晶體的控制端G。激光開關ESW耦接在操作電源OVDD以及驅動電晶體T1的第一端間，並依據激光控制信號EM以導通或斷開。設定開關SESW耦接在參考電壓VSUS以及掃描開關SCSW的第二端間，設定開關SESW依據激光控制信號EM以導通或斷開。此外，發光二極體LED的陰極耦接至參考接地電壓OVSS。

值得注意的是，在本實施例中，參考電壓VSUS的電壓值不大於操作電源OVDD的電壓值，且參考電壓VSUS的電壓值大於顯示資料電壓DATA的電壓值。另外，激光開關ESW以及設定開關SESW實質上是會同時被導通或被斷開，而掃描開關SCSW以及耦合開關CSW則實質上同時被導通或被斷開。

以下請參照圖2，圖2繪示本發明另一實施例的畫素結構的示意圖。畫素結構200包括驅動電晶體T1、耦合開關CSW、掃描開關SCSW、電容C1、激光開關ESW以及設定開關SESW。其中，耦合開關CSW、掃描開關SCSW、激光開關ESW以及設定開關SESW分別為由電晶體TC、TSC、TE以及TSE所建構的電晶體開關。在本實施例中，電晶體TC、TSC、TE以及TSE皆為N型電晶體。

在電路的動作方面，請同步參照圖3以及圖2，其中圖3繪示本發明實施例的畫素架構的動作波形圖。其中，在重置時間週期RESET中，激光控制信號EM以及掃描信號SCAN為高準位信號(例如邏輯高準位)，激光開關ESW以及設定開關SESW依據激光控制信號EM被導通，同時，掃描開關SCSW以及耦合開關CSW依據掃描信號SCAN被導通。此時，驅動電晶體T1的控制端G上所接收的偏壓電壓實質上等於操作電源OVDD(透過導通的激光開關ESW以及耦合開關CSW)。另外，顯示資料電壓DATA透過掃描開關SCSW傳送至電容C1與掃描開關SCSW連接的端點。

接著，在第一補償時間週期COMP1中，激光控制信號EM轉態為低準位信號(例如邏輯低準位)，掃描信號SCAN維持為高準位信號。相對應的，激光開關ESW及設定開關SESW被斷開，掃描開關SCSW以及耦合開關CSW維持被導通。並使偏壓電壓實質上等於Vth+VOLED+OVSS，其中，Vth為驅動電晶體T1 的臨界電壓，VOLED為發光二極體LED的臨界電壓。

接著，在第二補償時間週期COMP2中，掃描信號SCAN轉態為低準位信號，激光控制信號EM維持在低準位信號，並使激光開關ESW、設定開關SESW、掃描開關SCSW以及耦合開關CSW被斷開。

在激光時間週期EMISS中，激光控制信號EM轉態為高準位信號，掃描信號SCAN則維持為低準位信號，並使激光開關ESW以及設定開關SESW被導通，且掃描開關SCSW以及耦合開關CSW維持被斷開。透過設定開關SESW以提供參考電壓VSUS至電容C1耦接設定開關SESW的端點，電容C1的另一端，即驅動電晶體T1的控制端G上的偏壓電壓被變更為實質上等於VSUS-VDATA+Vth+VOLED+OVSS。而驅動電晶體T1的第一端透過激光開關ESW接收操作電源OVDD，驅動電晶體T1可依據偏壓電壓來提供驅動電流以驅動發光二極體LED。

值得注意的是，驅動電流的計算公式可見式(1)：I _OLED =K(V _GS -Vth)²=K(VSUS-VDATA)² (1)

其中(1)的VGS為驅動電晶體T1的控制端以及其第二端間的電壓差，K為常數。由式(1)可以得知，本實施例中，驅動電晶體T1所產生的驅動電流只與參考電壓VSUS以及顯示資料電壓VDATA有關，不受驅動電晶體的臨界電壓Vth、發光二極體的臨界電壓VLED以及參考接地電壓OVSS的變異的影響。

以下請參照圖4A以及4B，圖4A以及4B分別繪示本發 明圖2實施例的驅動電流誤差率與電流電阻壓降以及驅動電晶體臨界電壓變化的關係圖。在圖4A中，橫軸代表參考接地電壓OVSS因電流電阻壓降所產生的變化範圍，而曲線410則為對應的驅動電晶體T1所產生的驅動電流的誤差率。其中，對應參考接地電壓OVSS的變動，曲線410幾乎接分布0%的附近，不會有大範圍的變動。

另外，在圖4B中，橫軸代表驅動電晶體T1的臨界電壓Vth所產生的變化範圍，而曲線420則為對應的驅動電流的錯誤率。其中，對應臨界電壓Vth的變動，曲線420幾乎接分布0%的附近，不會有大範圍的變動。

由前述的圖4A以及4B可以得知，本發明圖2的實施例的畫素結構200所產生的驅動電流可以有效被控制以不受驅動電晶體T1的臨界電壓Vth以及參考接地電壓OVSS的變動所影響。也就是說，本發明圖2的實施例的畫素結構200可以驅動發光二極體LED產生穩定亮度的光源，提升其發光的效能。

以下請參照圖5，圖5繪示本發明再一實施例的畫素結構的示意圖。與前述實施例不相同的，畫素結構500中更包括輔助開關ASW。輔助開關ASW串接在驅動電晶體T1耦接發光二極體LED的陽極的耦接路徑間。輔助開關ASW可由電晶體TA所構成，並依據輔助控制信號EMN以導通或斷開。其中，輔助開關ASW依據輔助控制信號EMN在重置時間週期RESET中被斷開，並藉此切斷重置時間週期RESET中，發光二極體LED由驅動電 晶體T1接收到驅動電流的可能性，避免發光二極體LED在重置時間週期RESET產生微弱發光的可能性。

值得一提的是，在單一個顯示面板中，通常會有多數個如圖5的畫素結構500依據陣列的方式來進行排列，且其中的各顯示列可以在不同的時間區間中依序被驅動。也因此，畫素結構500中的輔助控制信號EMN可以是其前一個顯示列的激光控制信號。而當畫素結構500在重置時間週期RESET中時，其前一個顯示列的激光控制信號可以是與畫素結構500的激光控制信號EM互補的信號。

以下請參照圖6A以及圖6B，圖6A以及圖6B繪示本發明不同實施例的畫素結構的示意圖。與前述圖2的實施例不相同的，圖6A的畫素結構600更包括穩壓電容C2。穩壓電容C2串接在電容C1與建構掃描開關開的電晶體TSC的耦接點及操作電源OVDD間。穩壓電容C2用來穩定電容C1與電晶體TSC的耦接點上的電壓值。

另外，在圖6B中，穩壓電容C2也可耦接在驅動電晶體T1的控制端G以及操作電源OVDD間，用以穩定偏壓電壓的電壓值。

以下請參照圖7，圖7繪示本發明更一實施例的畫素結構的示意圖。畫素結構700包括驅動電晶體T1、耦合開關CSW、掃描開關SCSW、電容C1、激光開關ESW以及設定開關SESW。耦合開關CSW、掃描開關SCSW、激光開關ESW以及設定開關SESW 分別為由電晶體TC、TSC、TE以及TSE所建構的電晶體開關，且電晶體TC、TSC、TE以及TSE皆為P型電晶體。

其中，驅動電晶體T1具有第一端、第二端以及控制端G，其第二端耦接至操作電源OVDD，其控制端G接收偏壓電壓。耦合開關CSW耦接在驅動電晶體T1的控制端G與第一端間，耦合開關CSW並依據掃描信號SCAN以導通或斷開。掃描開關SCSW的其第一端接收顯示資料電壓DATA，掃描開關SCSW並受控於掃描信號SCAN以導通或斷開。電容C1的第一端耦接掃描開關SCSW的第二端，另外，電容C1的第二端提供偏壓電壓至驅動電晶體的控制端G。激光開關ESW耦接在驅動電晶體T1的第一端與發光二極體LED間，並依據激光控制信號EM以導通或斷開。設定開關SESW耦接在參考電壓VSUS以及掃描開關SCSW的第二端間，設定開關SESW依據激光控制信號EM以導通或斷開。此外，發光二極體LED的陰極耦接至參考接地電壓OVSS。

在電路的動作方面，請同步參照圖8以及圖7，其中圖8繪示本發明實施例的畫素架構的動作波形圖。其中，在重置時間週期RESET中，激光控制信號EM以及掃描信號SCAN為低準位信號(例如邏輯低準位)，激光開關ESW以及設定開關SESW依據激光控制信號EM被導通，同時，掃描開關SCSW以及耦合開關CSW依據掃描信號SCAN被導通。

接著，在第一補償時間週期COMP1中，掃描信號SCAN維持為低準位信號，激光控制信號EM轉態為高準位信號(例如 邏輯高準位)。激光開關ESW及設定開關SESW變更為被斷開的狀態，且掃描開關SSW以及耦合開關CSW則維持為被導通的狀態。對應於此，顯示資料電壓DATA被提供至電容C1未耦接驅動電晶體T1的端點上，而驅動電晶體T1的控制端G上的偏壓電壓實質上等於操作電源OVDD減去驅動電晶體T1的臨界電壓Vth。

在接下來的第二補償時間週期COMP2中，掃描信號SCAN、激光控制信號EM皆為高準位信號，並切斷激光開關ESW、設定開關SESW、掃描開關SCSW以及耦合開關CSW。然後，在激光EMISS時間週期中，激光控制信號EM轉態為低準位信號並使激光開關ESW以及設定開關SESW被導通。此時，參考電壓VSUS被提供至電容C1未耦接驅動電晶體T1的端點上，並使偏壓電壓實質上等於參考電壓VSUS-顯示資料電壓VDATA+操作電源OVDD-驅動電晶體T1的臨界電壓Vth。

由上述的說明可得知，驅動電晶體T1依據偏壓電壓所產生的電流可以計算如式(2)：I _OLED =K(V _SG -Vth)²=K(VDATA-VSUS)² (2)

由式(2)可以得知，本實施例中，驅動電晶體T1所產生的驅動電流只與參考電壓VSUS以及顯示資料電壓VDATA有關，不受驅動電晶體的臨界電壓Vth、發光二極體的臨界電壓VLED以及參考接地電壓OVSS的變異的影響。

以下另請參照圖9A以及圖9B，圖9A以及圖9B繪示本發明不同實施例的畫素結構的示意圖。與前述圖7的實施例不相 同的，圖9A的畫素結構900更包括穩壓電容C2。穩壓電容C2串接在電容C1與建構掃描開關開的電晶體TSC的耦接點及操作電源OVDD間。穩壓電容C2用來穩定電容C1與電晶體TSC的耦接點上的電壓值。

另外，在圖9B中，穩壓電容C2也可耦接在驅動電晶體T1的控制端G以及操作電源OVDD間，用以穩定偏壓電壓的電壓值。

綜上所述，本發明所提出的畫素結構，可使其驅動電晶體所產生的驅動電流，與驅動電晶體的臨界電壓、發光二極體的臨界電壓以及參考接地電壓不相關連。也就是說，本發明的畫素結構，可以克服因為各種因素所產生的驅動電晶體的臨界電壓、發光二極體的臨界電壓的變異以及電流電阻壓降所產生的參考接地電壓的變異所造成的影響，並提供穩定的驅動電流以維持發光二極體的發光效能。

100‧‧‧畫素結構

LED‧‧‧發光二極體

T1‧‧‧驅動電晶體

CSW‧‧‧耦合開關

SCSW‧‧‧掃描開關

C1‧‧‧電容

ESW‧‧‧激光開關

SESW‧‧‧設定開關

G‧‧‧控制端

OVDD‧‧‧操作電源

EM‧‧‧激光控制信號

VSUS‧‧‧參考電壓

OVSS‧‧‧參考接地電壓

DATA‧‧‧顯示資料電壓

SCAN‧‧‧掃描信號

Claims (10)

1. 一種畫素結構，用以驅動一發光二極體，包括：一驅動電晶體，具有第一端、第二端以及控制端，其第二端耦接至該發光二極體或一操作電源，其控制端接收一偏壓電壓；一耦合開關，耦接在該驅動電晶體的控制端與第一端間，依據一掃描信號以導通或斷開；一掃描開關，其第一端接收一顯示資料電壓，該掃描開關受控於該掃描信號以導通或斷開；一電容，其第一端耦接該掃描開關的第二端，該電容的第二端提供該偏壓電壓至該驅動電晶體的控制端；一激光開關，耦接在該操作電源以及該驅動電晶體的第一端間，或耦接在該驅動電晶體的第一端與該發光二極體間，依據一激光控制信號以導通或斷開；以及一設定開關，耦接在一參考電壓以及該掃描開關的第二端間，依據該激光控制信號以導通或斷開。
2. 如申請專利範圍第1項所述的畫素結構，其中該激光開關以及該設定開關實質上同時被導通或斷開，該掃描開關以及該耦合開關實質上同時被導通或斷開。
3. 如申請專利範圍第1項所述的畫素結構，其中當該驅動電晶體的第二端耦接至該發光二極體且該激光開關耦接在該操作電源以及該驅動電晶體的第一端間時，在一重置時間週期中，該激光開關、該設定開關、該掃描開關以及該耦合開關被導通；在一 第一補償時間週期中，該激光開關及該設定開關被斷開，且該掃描開關以及該耦合開關被導通；在一第二補償時間週期中，該激光開關、該設定開關、該掃描開關以及該耦合開關被斷開；在一激光時間週期中，該激光開關以及該設定開關被導通，且該掃描開關以及該耦合開關被斷開。
4. 如申請專利範圍第3項所述的畫素結構，其中在該重置時間週期中，該偏壓電壓實質上等於該操作電源；在該第一及第二補償時間週期中，該偏壓電壓實質上等於Vth+VOLED+OVSS，其中，Vth為該驅動電晶體的臨界電壓，VOLED為該發光二極體的臨界電壓，OVSS為一參考接地電壓；並且，在該激光時間週期中，該偏壓電壓實質上等於VSUS-VDATA+Vth+VOLED+OVSS，其中，VDATA為該顯示資料電壓，VSUS為該參考電壓，該驅動電晶體依據該偏壓電壓以驅動該發光二極體。
5. 如申請專利範圍第3項所述的畫素結構，其中該參考電壓的電壓值不大於該操作電源的電壓值，且該參考電壓的電壓值大於該顯示資料電壓的電壓值。
6. 如申請專利範圍第1項所述的畫素結構，其中，當該驅動電晶體的第二端耦接至該操作電源且該激光開關耦接在該驅動電晶體的第一端與該發光二極體間時，在一重置時間週期中，該激光開關、該設定開關、該掃描開關以及該耦合開關被導通；在一第一補償時間週期中，該激光開關及該設定開關被斷開，且該掃描開關以及該耦合開關被導通；在一第二補償時間週期中，該激 光開關、該設定開關、該掃描開關以及該耦合開關被斷開；在一激光時間週期中，該激光開關以及該設定開關被導通，且該掃描開關以及該耦合開關被斷開。
7. 如申請專利範圍第6項所述的畫素結構，在該第一及第二補償時間週期中，該偏壓電壓實質上等於OVDD-Vth，其中，OVDD為該操作電源，Vth為該驅動電晶體的臨界電壓；並且，在該激光時間週期中，該偏壓電壓實質上等於VSUS-VDATA+OVDD-Vth，其中，VDATA為該顯示資料電壓，VSUS為該參考電壓，該驅動電晶體依據該偏壓電壓以驅動該發光二極體。
8. 如申請專利範圍第6項所述的畫素結構，其中該顯示資料電壓的電壓值不大於該操作電源的電壓值，且該顯示資料電壓的電壓值大於該參考電壓的電壓值的電壓值。
9. 如申請專利範圍第3或6項所述的畫素結構，其中該重置時間週期在該第一補償時間週期前，該第一補償時間週期在該第二補償時間週期前，且該第二補償時間週期在該激光時間週期前。
10. 如申請專利範圍第3項所述的畫素結構，其中更包括：一輔助開關，耦接在該驅動電晶體耦接該發光二極體的路徑間，該輔助開關依據一輔助控制信號以導通或斷開，其中，該輔助開關依據該輔助控制信號在該重置時間週期中被斷開。