TWI596592B - 像素補償電路 - Google Patents

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Description

像素補償電路
本發明係關於一種像素補償電路，並且特別地，關於一種用於改善主動式矩陣有機發光二極體(Active-matrix organic light emitting diode,AMOLED)亮度均勻性的像素補償電路。
主動式矩陣有機發光二極體(Active Matrix Organic Light Emitting Diode,AMOLED)顯示器作為現今顯示器領域的焦點，其令人驚豔的畫質表現及優於傳統顯示器的光學規格令人印象深刻。
AMOLED顯示器係以電流通過有機發光二極體(Organic Light Emitting Diode)而發光作為發光體，其電流則透過主動式矩陣(Active Matrix)做控制，電流的大小決定了發光時的灰階亮度。
所述之主動式矩陣為一群像素(Pixel)單元組合而成，而解析度(Resolution)則定義了發光的有效面積，關係為像素單元面積乘以垂直方向解析度，再乘以水平方向解析度等於發光有效面積。
典型的像素單元由三個子像素(Sub-Pixel)單元組成，子像素內通常以多個薄膜電晶體(Thin Film Transistor)及電容器所組成，薄膜電晶體控制其子像素區域的發光灰階亮度，電容器則作為儲存電位穩定驅動電流用。
然而和其他顯示器(如：液晶顯示器(Liquid Crystal Displays，LCD))相比，主動式矩陣有機發光二極體顯示器因其為電流驅動發光的特性，因此薄膜電晶體的元件電性會直接影響灰階亮度差異，當相異子像素內的薄膜電晶體的元件電性差異太大時，即會形成畫質不均勻，如：彩紋(mura)現象的產生。
因此，像素補償電路(Compensation Pixel Circuit)為改善此問題而生，透過對關鍵元件電性參數(通常為臨界電壓值(Threshold Voltage，Vth))的補償，改善因元件特性差異引起的畫質劣化。
此外，電流驅動系統遭遇的另一重大問題為電壓衰退(IR-drop)效應，此效應產生於系統的電性負載引起的遠端電壓下降問題，大電流輸出對應到大電性負載，對於通常為共電源(Power Source)設計的主動式矩陣有機發光二極體顯示器，會很明顯的反映出近電源端的亮度高於遠離電源端的亮度，此一亮度均勻性問題，也可透過像素補償電路的方式做改善。
然而，當顯示技術的提升，每單位尺寸內的畫素越來越多，而使得顯示每一畫素所需使用之元件尺寸需相對應之縮小。習知像素補償電路所需之訊號需求至少為三個，造成所需之訊號產生器或線路至少須三個，進而導致了尺寸限縮的限制。
由此可見，上述習知技術仍有諸多缺失，實非一良善之設計，而亟待加以改良。有鑑於此，本發明將提出一種像素補償電路以同時改善AMOLED亮度均勻性及減少控制訊號數目之需求。
本發明之一範疇在於提供一種像素補償電路。根據本發明之一具體實施例，本發明像素補償電路包含有一輸入模組、一復位模組、一數據處理模組及一開關模組。輸入模組接收一參考準位及一資料訊號並回應一發光控制訊號及一掃描訊號而產生一第一訊號。復位模組接收參考準位並回應一子發光控制訊號及掃描訊號而產生一復位訊號。數據處理模組接收第一訊號、復位訊號及一第一電壓並回應掃描訊號而產生一第二訊號。開關模組接收第二訊號並回應發光控制訊號以產生一發光訊號。
其中，輸入模組包含有一第一電晶體、一第七電晶體及一儲存電容。第一電晶體具有施加有資料訊號之一第一源極端，施加有掃描訊號之一第一閘極端，及連接一第二節點之一第一汲極端。第七電晶體具有施加有參考準位之一第七源極端，施加有發光控制訊號之一第七閘極端，及連接第二節點之一第七汲極端。儲存電容具有一第一電極及一第二電極，第一電極連接第二節點，及第二電極連接數據處理模組。
再者，數據處理模組包含有一第六電晶體、一第三電晶體及一第二電晶體。第六電晶體具有施加有第一電壓之一第六源極端，連接輸入模組之一第六閘極端，及連接開關模組之一第六汲極端。第三電晶體具有連接第六汲極端之一第三源極端，施加有掃描訊號之一第三閘極端，及連接一第三節點之一第三汲極端。第二電晶體具有連接第三節點之一第二源極端，施加有掃描訊號之一第二閘極端，及連接第六閘極端之一第二汲極端。
此外，復位模組包含有一第五電晶體及一第四電晶體。第五電晶體具有施加有參考準位之一第五源極端，及施加有一子發光控制訊號之一第五閘極端。第四電晶體具有連接第五電晶體之一第五汲極端之一第四源極端，施加有掃描訊號之一第四閘極端，及連接第三節點之一第四汲極端。
於實際應用中，當多個像素補償電路串接成像素補償電路組時，第N+1級像素補償電路的發光控制訊號得作為第N級像素補償電路之子發光控制訊號，以及N為正整數。
所述之像素補償電路另包含一發光元件，用以接收發光訊號後予以發光。
相較於習知技術，本發明像素補償電路可補償主動式矩陣有機發光二極體顯示器或是類似發光系統的薄膜電晶體中元件電性關鍵參數-臨界電壓Vth以改善畫面品質，並同時改善因電壓衰退(IR-drop)效應引起的亮度均勻性問題。本發明像素補償電路定義於一子像素區域內，共有八個薄膜電晶體加上一個電容器，並由兩個控制訊號做為電路操作。相較於一般的控制訊號需求為三個，本發明所使用之控制訊號的數目較少，將有利於製圖(layout)的彈性，使設計上的規格更有發展空間。
關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述以及所附圖式得到進一步的了解。
1‧‧‧像素補償電路
12‧‧‧輸入模組
14‧‧‧復位模組
16‧‧‧數據處理模組
18‧‧‧開關模組
2‧‧‧閘極驅動陣列電路區
3‧‧‧面板像素電路區
C‧‧‧儲存電容
DATA‧‧‧資料訊號
EM‧‧‧發光控制訊號
EM+1‧‧‧子發光控制訊號
L-T‧‧‧線時間
SN‧‧‧掃描訊號
T1‧‧‧第一電晶體
T2‧‧‧第二電晶體
T3‧‧‧第三電晶體
T4‧‧‧第四電晶體
T5‧‧‧第五電晶體
T6‧‧‧第六電晶體
T7‧‧‧第七電晶體
T8‧‧‧第八電晶體
t1‧‧‧第一時刻
t2‧‧‧第二時刻
t3‧‧‧第三時刻
VDD‧‧‧第一電壓
VEE‧‧‧第二電壓
Vref‧‧‧參考準位
圖一係繪示本發明像素補償電路之一具體實施例之示 意圖。
圖二係繪示本發明像素補償電路串接成像素補償電路組之示意圖。
圖三係繪示應用本發明像素補償電路之面板系統示意圖。
圖四係繪示本發明像素補償電路之一具體實施例之操作時序圖。
圖五係繪示本發明像素補償電路於圖四之第一時刻之工作示意圖。
圖六係繪示本發明像素補償電路於圖四之第二時刻之工作示意圖。
圖七係繪示本發明像素補償電路於圖四之第三時刻之工作示意圖。
為使本發明之目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下參照附圖並舉實施例，對本發明作進一步詳細說明。
請參閱圖一，圖一係繪示本發明像素補償電路1之一具體實施例之示意圖。本發明之一範疇在於提供一種像素補償電路1。根據本發明之一具體實施例，本發明像素補償電路1包含有一輸入模組12、一復位模組14、一數據處理模組16及一開關模組18。輸入模組12接收一參考準位Vref及一資料訊號DATA並回應一發光控制訊號EM及一掃描訊號SN而產生一第一訊號。復位模組14接收參考準位Vref並回 應一子發光控制訊號EM+1及掃描訊號SN而產生一復位訊號。數據處理模組16接收第一訊號、復位訊號及一第一電壓VDD並回應掃描訊號SN而產生一第二訊號。開關模組18接收第二訊號並回應發光控制訊號EM以產生一發光訊號。
其中，子發光控制訊號EM+1為位移一線時間(Line Time)之發光控制訊號EM。
輸入模組12包含有一第一電晶體T1、一第七電晶體T7及一儲存電容C。第一電晶體T1具有施加有資料訊號DATA之一第一源極端，施加有掃描訊號SN之一第一閘極端，及連接一第二節點Q2之一第一汲極端。第七電晶體T7具有施加有參考準位Vref之一第七源極端，施加有發光控制訊號EM之一第七閘極端，及連接第二節點Q2之一第七汲極端。儲存電容C具有一第一電極及一第二電極，第一電極連接第二節點Q2，及第二電極連接數據處理模組16。
數據處理模組16包含有一第六電晶體T6、一第三電晶體T3及一第二電晶體T2。第六電晶體T6具有施加有第一電壓VDD之一第六源極端，連接輸入模組12之一第六閘極端，及連接開關模組18之一第六汲極端。第三電晶體T3具有連接第六汲極端之一第三源極端，施加有掃描訊號SN之一第三閘極端，及連接一第三節點Q3之一第三汲極端。第二電晶體T2具有連接第三節點Q3之一第二源極端，施加有掃描訊號SN之一第二閘極端，及連接第六閘極端之一第二汲極端。
復位模組14包含有一第五電晶體T5及一第四電晶體T4。第五電晶體T5具有施加有參考準位Vref之一第五源極端，及施加有 一子發光控制訊號EM+1之一第五閘極端。第四電晶體T4具有連接第五電晶體T5之一第五汲極端之一第四源極端，施加有掃描訊號SN之一第四閘極端，及連接第三節點Q3之一第四汲極端。
開關模組18包含一第八電晶體T8，具有連接數據處理模組16之一第八源極端，施加有發光控制訊號EM之一第八閘極端，及輸出發光訊號之一第八汲極端。
其中，所述之像素補償電路1另包含一發光元件，用以接收發光訊號後予以發光。
於實際應用中，發光元件具有一第一極及一第二極，第一極用以接收發光訊號，以及第二極連接與第一電壓VDD位準不同之一第二電壓VEE。
此外，所述之發光元件得為一有機發光二極體(OLED)。
於實際應用中，第二電壓VEE可以為連接於一接地端所獲得。
請參閱圖二，圖二係繪示本發明像素補償電路1串接成像素補償電路1組之示意圖。於實際應用中，當多個像素補償電路1串接成像素補償電路1組時，第N+1級像素補償電路1的發光控制訊號EM得作為第N級像素補償電路1之子發光控制訊號EM+1，其中N為正整數。
由於第N級之像素補償電路1可藉由連接次一級的發光控制訊號EM作為子發光控制訊號EM+1，藉以減少所需之訊號產生器及其線路容置空間。由此可知，相較於典型像素補償電路需要三個控 制訊號，本發明像素補償電路1之控制訊號僅需兩個，將有利於製圖(Layout)的優化。
請參閱圖三，圖三係繪示應用本發明像素補償電路1之面板系統示意圖。於一實際應用中，一個[N+1]*[M+1]解析度的面板系統可分為閘極驅動陣列(Gate Driver on Array,GOA)電路區2及面板像素電路區3兩區，其中面板像素電路區3係由多個本發明像素補償電路1以串並聯形式組合而成。GOA電路區2以一倍線時間為單位做時間位移掃描傳遞，亦可利用一具有相同功能的積體電路IC取代之。而面板像素電路區3中的每一子像素(sub-pixel)電路為本發明之像素補償電路1，藉由GOA電路區2的控制驅動，依GOA掃描方向依序啟動操作：SN[1]→SN[2]...，EM[1]→EM[2]...。在本示意圖中，每一像素補償電路1僅需使用兩個控制訊號，且第一電壓VDD、第二電壓VEE及參考準位Vref的線路方向非硬性規定，可視製圖空間及方式做水平或垂直向之纏繞，將可增進製圖之可調性。
請參閱圖四，圖四係繪示本發明像素補償電路1之一具體實施例之操作時序圖。本發明像素補償電路1之操作時序圖如圖四所示，需注意的是，圖中僅繪示出第N級及第N+1級之發光控制訊號EM、EM+1與掃描訊號SN、SN+1，同時，彼此之發光控制訊號EM、EM+1與掃描訊號SN、SN+1分別位移一線時間(L-T)。以第N級之像素補償電路1為例，像素補償電路1於工作時可分為三階段：重置階段(第一時刻t1)、補償階段(第二時刻t2)及寫入發光階段(第三時刻t3)，其各階段之工作動作將於後續分別詳述之，並且，在後續之示意圖中將新增一第一 節點Q1以便詳述，其中第一節點Q1為儲存電容C、第二電晶體T2及第六電晶體T6之電連接交點。
請參閱圖四及圖五，圖五係繪示本發明像素補償電路1於圖四之第一時刻t1之工作示意圖。在重置階段時，由於發光控制訊號EM之緣故，關閉第七電晶體T7及第八電晶體T8之通路，而其餘電晶體予以導通。此時，第一節點Q1之訊號為參考準位Vref，第二節點Q2之訊號為資料訊號DATA，以及第三節點Q3之訊號為參考準位Vref。
同時，驅動用之第六電晶體T6之閘極電位Vg由第一節點Q1所提供(Vref)，源極電位Vs由第一電壓VDD所提供，此時必須滿足偏壓Vsg=VDD-Vref>Vth，其中Vth為臨界偏壓。
並且，由於儲存電容C的兩端為由第一節點Q1所提供之參考準位Vref及由第二節點Q2所提供之資料訊號DATA，使得儲存電容C兩端的電位重置。
請參閱圖四及圖六，圖六係繪示本發明像素補償電路1於圖四之第二時刻t2之工作示意圖。在補償階段時，因為發光控制訊號EM及子發光控制訊號EM+1之緣故，關閉第五電晶體T5、第七電晶體T7及第八電晶體T8之通路，此時，第一節點Q1由Vref轉變為VDD-|Vth|，第二節點Q2保持前一狀態(DATA)，以及第三節點Q3由Vref轉變為VDD-|Vth|。
此時，驅動用之第六電晶體T6之閘極電位Vg為VDD-|Vth|，而源極電位Vs為VDD。因VDD經第六電晶體T6對第一節點Q1充電，並充電至進入第六電晶體T6的夾止(pinch-off)而停止，使Vsg=|Vth|。
並且，因為儲存電容C兩端電極電位為VDD-|Vth|及DATA，使得儲存電容C兩端的電位差重新平衡。
請參閱圖四及圖七，圖七係繪示本發明像素補償電路1於圖四之第三時刻t3之工作示意圖。於寫入發光階段時，因掃描訊號SN的緣故，將關閉第一電晶體T1、第二電晶體T2、第三電晶體T3及第四電晶體T4之導通路徑，此時，第一節點Q1將由前一狀態之VDD-|Vth|轉變為VDD-DATA+Vref-|Vth|，第二節點Q2將由前一狀態之DATA轉變為Vref，而第三節點Q3保持前一狀態之VDD-|Vth|。
此時，驅動用之第六電晶體T6之閘極電位Vg為VDD-DATA+Vref-|Vth|，而源極電位Vs為VDD。因第二節點Q2的電位變動，使第一節點Q1因儲存電容C的耦合作用，寫入DATA值，使Vsg=DATA-Vref+|Vth|。
此時，第五電晶體T5的開或關皆不會影響此階段的操作。
補償完成後的驅動電晶體電流公式：|Isd|=κ *(|Vsg|-|Vth|)2=κ *(DATA-Vref)2。
由此可知電流公式內已無Vth及VDD，故可補償臨界偏壓Vth及改善電壓衰退(IR-drop)效應之功能。
綜合以上所述，若將本發明像素補償電路1應用於主動式矩陣有機發光二極體顯示器中，可補償薄膜電晶體之臨界偏壓Vth以改善因元件電性差異造成的畫質裂化，如：Mura；同時，可針對系統電源分佈所造成的電壓衰退(IR-drop)效應做補償，進而改善顯示器發 光時的面板亮度均勻性。
相較於習知技術，本發明像素補償電路可補償主動式矩陣有機發光二極體顯示器或是類似發光系統的薄膜電晶體中元件電性關鍵參數-臨界電壓Vth以改善畫面品質，並同時改善因電壓衰退(IR-drop)效應引起的亮度均勻性問題。本發明像素補償電路定義於一子像素區域內，共有八個薄膜電晶體加上一個電容器，並由兩個控制訊號做為電路操作。相較於一般的控制訊號需求為三個，本發明所使用之控制訊號的數目較少，將有利於製圖(layout)的彈性，使設計上的規格更有發展空間。
藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。
1‧‧‧像素補償電路
12‧‧‧輸入模組
14‧‧‧復位模組
16‧‧‧數據處理模組
18‧‧‧開關模組
C‧‧‧儲存電容
DATA‧‧‧資料訊號
EM‧‧‧發光控制訊號
EM+1‧‧‧子發光控制訊號
SN‧‧‧掃描訊號
T1‧‧‧第一電晶體
T2‧‧‧第二電晶體
T3‧‧‧第三電晶體
T4‧‧‧第四電晶體
T5‧‧‧第五電晶體
T6‧‧‧第六電晶體
T7‧‧‧第七電晶體
T8‧‧‧第八電晶體
VDD‧‧‧第一電壓
VEE‧‧‧第二電壓
Vref‧‧‧參考準位

Claims (10)

  1. 一種像素補償電路，其包含有：一輸入模組，接收一參考準位及一資料訊號並回應一發光控制訊號及一掃描訊號而產生一第一訊號；一復位模組，接收該參考準位並回應一子發光控制訊號及該掃描訊號而產生一復位訊號，其中該子發光控制訊號與該發光控制訊號位移一線時間(Line Time)；一數據處理模組，接收該第一訊號、該復位訊號及一第一電壓，並回應該掃描訊號而產生一第二訊號；以及一開關模組，接收該第二訊號並回應該發光控制訊號以產生一發光訊號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之像素補償電路，其中該輸入模組包含：一第一電晶體，具有施加有該資料訊號之一第一源極端，施加有該掃描訊號之一第一閘極端，及連接一第二節點之一第一汲極端；一第七電晶體，具有施加有該參考準位之一第七源極端，施加有該發光控制訊號之一第七閘極端，及連接該第二節點之一第七汲極端；以及一儲存電容，具有一第一電極及一第二電極，該第一電極連接該第二節點，及該第二電極連接該數據處理模組。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之像素補償電路，其中該數據處理模組包含：一第六電晶體，具有施加有該第一電壓之一第六源極端，連接該輸入模組之一第六閘極端，及連接該開關模組之一第六汲極端；一第三電晶體，具有連接該第六汲極端之一第三源極端，施加有該掃描訊號之一第三閘極端，及連接一第三節點之一第三汲極端；以及 一第二電晶體，具有連接該第三節點之一第二源極端，施加有該掃描訊號之一第二閘極端，及連接該第六閘極端之一第二汲極端。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之像素補償電路，其中該復位模組包含：一第五電晶體，具有施加有該參考準位之一第五源極端，及施加有一子發光控制訊號之一第五閘極端；以及一第四電晶體，具有連接該第五電晶體之一第五汲極端之一第四源極端，施加有該掃描訊號之一第四閘極端，及連接該第三節點之一第四汲極端。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之像素補償電路，其中該開關模組包含：一第八電晶體，具有連接該數據處理模組之一第八源極端，施加有該發光控制訊號之一第八閘極端，及輸出該發光訊號之一第八汲極端。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之像素補償電路，其中當多個該像素補償電路串接成像素補償電路組時，第N+1級像素補償電路的該發光控制訊號作為第N級像素補償電路之該子發光控制訊號，以及N為正整數。
  7. 一種主動式矩陣有機發光二極體顯示器，包含如申請專利範圍第1-6項任一項所述之像素補償電路。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之主動式矩陣有機發光二極體顯示器，其中該像素補償電路另包含一發光元件，該發光元件具有一第一極及一第二極，該第一極用以接收該發光訊號，及該第二級連接與該第一電壓位準不同之一第二電壓。
  9. 一種面板系統，包含如申請專利範圍第1-6項任一項所述之像素補償電路。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之面版系統，更包含一面板像素電路區，該面板像素電路區由多個該像素補償電路串並聯組合而成。
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