TWI669700B - 畫素電路和顯示面板 - Google Patents

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Abstract

一種畫素電路包含驅動電晶體、第一開關、儲存電容和發光單元。驅動電晶體的第一端用於接收系統高電壓，第二端耦接於第一節點，控制端耦接於第二節點。第一開關的第一端耦接於第一節點，第二端耦接於第三節點，控制端用於接收第一控制訊號。儲存電容的第一端耦接於第二節點，且用於接收資料電壓，第二端直接耦接於第三節點，且用於接收參考電壓。發光單元的陽極端耦接於第三節點，陰極端用於接收系統低電壓。

Description

畫素電路和顯示面板
本揭示文件有關一種畫素電路和顯示面板，尤指一種利用回授方式補償臨界電壓的畫素電路和顯示面板。
低溫多晶矽薄膜電晶體(low temperature poly-silicon thin-film transistor)具有高載子遷移率與尺寸小的特點，適合應用於高解析度、窄邊框以及低耗電的顯示面板。目前業界廣泛使用準分子雷射退火(excimer laser annealing)技術來形成低溫多晶矽薄膜電晶體的多晶矽薄膜。然而，由於準分子雷射每一發的掃描功率並不穩定，不同區域的多晶矽薄膜會具有晶粒尺寸與數量的差異。因此，於顯示面板的不同區域中，低溫多晶矽薄膜電晶體的特性便會不同。例如，不同區域的低溫多晶矽薄膜電晶體會有著不同的臨界電壓(threshold voltage)，這種現象稱為臨界電壓變異。
傳統的畫素電路藉由發光前的電路操作，來偵測與補償其驅動電晶體的臨界電壓變異。然而，這種補償方式需要複雜的電路結構和較多的控制訊號，還需要額外的操作階段來產生補償電壓。因此，傳統的畫素電路無法滿足現今顯示器窄邊框、高解析度以及高PPI(pixels per inch)等諸多需求。
有鑑於此，如何提供以少量控制訊號即可操作，且無須額外操作階段的簡單畫素電路，實為業界有待解決的問題。
本揭示文件提供一種畫素電路。畫素電路包含驅動電晶體、第一開關、儲存電容和發光單元。驅動電晶體包含第一端、第二端和控制端，其中驅動電晶體的第一端用於接收系統高電壓，驅動電晶體的第二端耦接於第一節點，驅動電晶體的控制端耦接於第二節點。第一開關包含第一端、第二端和控制端，其中第一開關的第一端耦接於第一節點，第一開關的第二端耦接於第三節點，第一開關的控制端用於接收第一控制訊號。儲存電容包含第一端和第二端，其中儲存電容的第一端耦接於第二節點，且用於接收資料電壓，儲存電容的第二端直接耦接於第三節點，且用於接收參考電壓。發光單元包含陽極端和陰極端，其中陽極端耦接於第三節點，陰極端用於接收系統低電壓。
本揭示文件另提供一種顯示面板。顯示面板包含閘極驅動電路、源極驅動電路和多個畫素電路。閘極驅動電路用於提供第一控制訊號。源極驅動電路用於提供資料電壓。多個畫素電路耦接於閘極驅動電路和源極驅動電路。每個畫素電路包含驅動電晶體、第一開關、儲存電容和發光單元。驅動電晶體包含第一端、第二端和控制端，其中驅動電晶體的第一端用於接收系統高電壓，驅動電晶體的第二端耦接於第一節點， 驅動電晶體的控制端耦接於第二節點。第一開關包含第一端、第二端和控制端，其中第一開關的第一端耦接於第一節點，第一開關的第二端耦接於第三節點，第一開關的控制端用於接收第一控制訊號。儲存電容包含第一端和第二端，其中儲存電容的第一端耦接於第二節點，且用於接收資料電壓，儲存電容的第二端直接耦接於第三節點，且用於接收參考電壓。發光單元包含陽極端和陰極端，其中陽極端耦接於第三節點，陰極端用於接收系統低電壓。
上述的畫素電路和顯示面板具有架構簡單、操作訊號數量少以及操作階段少等等優點。
100‧‧‧顯示面板
110‧‧‧畫素電路
112‧‧‧驅動電晶體
114‧‧‧寫入電路
116‧‧‧發光單元
120‧‧‧源極驅動電路
130‧‧‧閘極驅動電路
N1~N3‧‧‧第一節點~第三節點
SW1~SW3‧‧‧第一開關~第三開關
Cs‧‧‧儲存電容
Idri‧‧‧驅動電流
CT1~CT2‧‧‧第一控制訊號~第二控制訊號
T1‧‧‧寫入階段
T2‧‧‧發光階段
VDD‧‧‧系統高電壓
VSS‧‧‧系統低電壓
Vdata‧‧‧資料電壓
Vref‧‧‧參考電壓
V1~V3‧‧‧第一節點電壓~第三節點電壓
Va‧‧‧陽極端電壓
為讓揭示文件之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖為根據本揭示文件一實施例的顯示面板簡化後的功能方塊圖。
第2圖為根據本揭示文件一實施例的第1圖的畫素電路的電路示意圖。
第3圖為依據本揭示文件一實施例的第1圖的畫素電路的運作時序圖。
第4圖為第1圖的畫素電路於寫入階段的等效電路驅動示意圖。
第5圖為第1圖的畫素電路於發光階段的等效電路驅動示意圖。
以下將配合相關圖式來說明本揭露文件的實施例。在圖式中，相同的標號表示相同或類似的元件或方法流程。
以下依本發明畫素電路特舉實施例配合所附圖式作詳細說明，但所提供之實施例並非用以限制本發明所涵蓋的範圍。
第1圖為根據本揭示文件一實施例的顯示面板100簡化後的功能方塊圖。顯示面板100包含多個畫素電路110、源極驅動電路120和閘極驅動電路130，且多個畫素電路110耦接於源極驅動電路120和閘極驅動電路130。為使圖面簡潔而易於說明，顯示面板100中的其他元件與連接關係並未繪示於第1圖中。
每個畫素電路110自源極驅動電路120接收資料電壓Vdata，以及自閘極驅動電路130接收第一控制訊號CT1和第二控制訊號CT2，並依據資料電壓Vdata、第一控制訊號CT1和第二控制訊號CT2進行運作。
第2圖為根據本揭示文件一實施例的第1圖的畫素電路110的電路示意圖。畫素電路110包含驅動電晶體112、寫入電路114、第一開關SW1、儲存電容Cs以及發光單元116。驅動電晶體112包含第一端、第二端和控制端，其中驅動電晶體112的第一端用於接收系統高電壓VDD，驅動電晶體112的第二端耦接於第一節點N1，驅動電晶體112的控制端耦接於第二節點N2。
第一開關SW1包含第一端、第二端和控制端，其中第一開關SW1的第一端耦接於第一節點N1，第一開關SW1的第二端耦接於第三節點N3，第一開關SW1的控制端用於自閘極驅動電路130接收第一控制訊號CT1。
儲存電容Cs包含第一端和第二端，其中儲存電容Cs的第一端耦接於第二節點N2，且用於接收資料電壓Vdata。儲存電容Cs的第二端則直接耦接於第三節點N3，且用於接收參考電壓Vref。
發光單元116包含陽極端和陰極端，陽極端耦接於第三節點N3，陰極端則用於接收系統低電壓VSS。
換言之，發光單元116的陽極端直接耦接於儲存電容Cs的第二端和第一開關SW1的第二端。
寫入電路114耦接於第二節點N2和第三節點N3，且用於自源極驅動電路120接收資料電壓Vdata。寫入電路114還用於依據畫素電路110的操作狀態，決定是否提供資料電壓Vdata至第二節點N2，以及是否提供參考電壓Vref至第三節點N3。
在本實施例中，寫入電路114包含第二開關SW2和第三開關SW3。第二開關SW2包含第一端、第二端和控制端，其中第二開關SW2的第一端用於自源極驅動電路120接收資料電壓Vdata，第二開關SW2的第二端則耦接於第二節點N2。
第三開關SW3包含第一端、第二端和控制端，第三開關SW3的第一端用於接收參考電壓Vref，第三開關SW3 的第二端耦接於第三節點N3。其中，第二開關SW2的控制端和第三開關SW3的控制端都用於自閘極驅動電路130接收第二控制訊號CT2。
在本實施例中，驅動電晶體112用於提供驅動電流Idri至發光單元116的陽極端。並且，驅動電晶體112可決定驅動電流Idri的大小，以使發光單元116產生特定灰階的亮度。
實作上，驅動電晶體112、第一開關SW1、第二開關SW2和第三開關SW3可以用P型薄膜電晶體或是其他合適的電晶體來實現。發光單元116則可以用有機發光二極體(organic light-emitting diode)或是微發光二極體(micro light-emitting diode)等等發光材料來實現，然本發明並不以此為限。第3圖為依據本揭示文件一實施例的第1圖的畫素電路110的運作時序圖。以下將以第2圖搭配第3圖來進一步說明畫素電路110的運作方式。如第3圖所示，在寫入階段T1中，第一控制訊號CT1為禁能準位(例如，高電壓準位)，且第二控制訊號CT2為致能準位(例如，低電壓準位)。因此，第一開關SW1處於關斷狀態，且第二開關SW2和第三開關SW3處於導通狀態。
第4圖為第1圖的畫素電路110於寫入階段T1的等效電路驅動示意圖。如第4圖所示，資料電壓Vdata會透過第二開關SW2傳遞至第二節點N2，使得第二節點N2的第二節點電壓V2等於資料電壓Vdata。參考電壓Vref會透過第三開關SW3傳遞至第三節點N3，使得第三節點N3的第三節點電壓V3等於參考電壓Vref。
在本實施例中，參考電壓Vref低於系統低電壓VSS，所以可使發光單元116於寫入階段T1中維持於關斷狀態，以增加顯示面板100的對比度。
接著，在發光階段T2中，第一控制訊號CT1為致能準位，且第二控制訊號CT2為禁能準位。因此，第一開關SW1處於導通狀態，且第二開關SW2和第三開關SW3處於關斷狀態。
在本實施例的發光階段T2中，第二控制訊號CT2會先自致能準位切換至禁能準位，然後第一控制訊號CT1才從禁能準位切換至致能準位。然而，本揭示文件並不以此為限，在某些實施例中，第一控制訊號CT1自禁能準位切換至致能準位的同時，第二控制訊號CT2會自致能準位切換至禁能準位。
第5圖為第1圖的畫素電路110於發光階段T2的等效電路驅動示意圖。如第5圖所示，驅動電晶體112會提供驅動電流Idri至第三節點N3以導通發光單元116。因此，第三節點電壓V3會由參考電壓Vref變化為發光單元116的陽極端電壓Va。
由於第二節點N2處於浮接狀態(floating)，所以第三節點電壓V3的變化量會透過儲存電容Cs的電容耦合效應傳遞至第二節點N2，使得第二節點電壓V2於發光階段T2中可由以下的《公式1》表示：V2=Vdata+Va-Vref 《公式1》
因此，驅動電流Idri可以由下列的《公式2》表示： 其中，k表示驅動電晶體112的載子遷移率(carrier mobility)、閘極氧化層的單位電容大小以及閘極寬長比三者的乘積，Vth則表示驅動電晶體112的臨界電壓。
由《公式2》可知，驅動電流Idri的大小和驅動電晶體112的臨界電壓有關。另外，發光單元116的陽極端電壓Va會隨著流經發光單元116的驅動電流Idri的大小而改變。
因此，當驅動電晶體112的臨界電壓包含臨界電壓變異量△Vth而使得驅動電流Idri的大小改變時，第三節點電壓V3會產生節點電壓變異量△Va。在此情況下，第三節點電壓V3於發光階段T2中需改由以下的《公式3》表示：V3=Va+△Va 《公式3》
節點電壓變異量△Va還會透過儲存電容Cs的電容耦合效應傳遞至第二節點N2，使得第二節點電壓V2於發光階段T2中需改由以下的《公式4》表示：V2=Vdata+Va-Vref+△Va 《公式4》
總結來說，當驅動電晶體112的臨界電壓變異時，驅動電流Idri在發光階段T2中需改由以下的《公式5》表示：
在本實施例中，節點電壓變異量△Va正相關於流經發光單元116的驅動電流Idri大小。並且，由《公式5》可知， 驅動電流Idri的大小負相關於臨界電壓變異量△Vth。因此，節點電壓變異量△Va負相關於臨界電壓變異量△Vth，且節點電壓變異量△Va和臨界電壓變異量△Vth之間的對應關係，可用於補償臨界電壓變異量△Vth對驅動電流Idri的影響。
例如，當驅動電晶體112具有較大的臨界電壓變異量△Vth而使得驅動電流Idri偏低時，節點電壓變異量△Va會較小。此時，較小的節點電壓變異量△Va會經由儲存電容Cs回授至第二節點N2，使得驅動電晶體112具有較大的源極/閘極電壓差，進而使得驅動電流Idri上升。
又例如，當驅動電晶體112具有較小的臨界電壓變異量△Vth而使得驅動電流Idri偏高時，節點電壓變異量△Va會較大。此時，較大的節點電壓變異量△Va會經由儲存電容Cs回授至第二節點N2，使得驅動電晶體112具有較小的源極/閘極電壓差，進而使得驅動電流Idri下降。
換言之，即使位於顯示面板100不同區域的驅動電晶體112具有不同的臨界電壓，這些驅動電晶體112提供的驅動電流Idri仍會和資料電壓Vdata具有近乎固定的對應關係。
在某些實施例中，第一開關SW1、第二開關SW2和第三開關SW3是用N型電晶體來實現。在此情況下，第一控制訊號CT1和第二控制訊號CT2的致能準位是高電壓準位，禁能準位則是低電壓準位。
表一展示了依據上述實施例的顯示面板100實作的顯示面板的實際亮度量測結果，其中顯示面板被分為總共九 個不同的區域，每個區域包含多個依據上述實施例的畫素電路110實作的畫素電路。如表一所示，顯示面板上九個不同區域具有各自的亮度量測數值，其中亮度量測數值的單位為尼特(nit)。
由表一可知，顯示面板100和畫素電路110在高灰階下，在顯示面板100的不同的分區皆可以提供大致接近的亮度。
表二展示了依據上述實施例的顯示面板100實作的顯示面板的另一個實際亮度量測結果。相較於表一的量測例子，於表二的量測例子中，顯示面板被設置為具有較低的灰階。
表三展示了依據上述實施例的顯示面板100實作的顯示面板的再一個實際亮度量測結果。相較於表二的量測例子，於表三的量測例子中，顯示面板被設置為具有更低的灰階。
表四展示了依據上述實施例的顯示面板100實作 的顯示面板的又一個實際亮度量測結果。相較於表三的量測例子，於表四的量測例子中，顯示面板被設置為具有又更低的灰階。
由表一至表四可知，顯示面板100和畫素電路110在不同的灰階下，在顯示面板100的不同的分區皆可以提供亮度相近的均勻顯示畫面。
綜上所述，畫素電路110的電路架構簡單，且以少量的操作訊號搭配至少兩個操作階段即可補償驅動電晶體112的臨界電壓變異。因此，顯示面板100可滿足窄邊框、高PPI以及高解析度等等需求。
在說明書及申請專利範圍中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。然而，所屬技術領域中具有通常知識者應可理解，同樣的元件可能會用不同的名詞來稱呼。說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異做為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來做為區分的基準。在說明書及申請專利範圍所提及的「包含」為開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。另外，「耦接」在此包含任何直接及間接的連接手段。因此，若文中描述第一元件耦接於第二元件，則代表第一元件可通過電性連接或無線傳輸、光學傳輸等信號連接方式而直接地連接於第二元件，或者通過其他元件或連接手段間接地電性或信號連接至該第二元件。
另外，除非說明書中特別指明，否則任何單數格的用語都同時包含複數格的涵義。
以上僅為本揭露文件的較佳實施例，凡依本揭露文件請求項所做的均等變化與修飾，皆應屬本揭露文件的涵蓋範圍。

Claims (6)

  1. 一種畫素電路，包含：一驅動電晶體，包含一第一端、一第二端和一控制端，其中該驅動電晶體的該第一端用於接收一系統高電壓，該驅動電晶體的該第二端耦接於一第一節點，該驅動電晶體的該控制端耦接於一第二節點；一第一開關，包含一第一端、一第二端和一控制端，其中該第一開關的該第一端耦接於該第一節點，該第一開關的該第二端耦接於一第三節點，該第一開關的該控制端用於接收一第一控制訊號；一儲存電容，包含一第一端和一第二端，其中該儲存電容的該第一端耦接於該第二節點，且用於接收一資料電壓，該儲存電容的該第二端直接耦接於該第三節點，且用於接收一參考電壓；一發光單元，包含一陽極端和一陰極端，其中該陽極端耦接於該第三節點，該陰極端用於接收一系統低電壓；以及一寫入電路，用於提供該資料電壓至該第二節點，以及提供該參考電壓至該第三節點，且包含：一第二開關，包含一第一端、一第二端和一控制端，其中該第二開關的該第一端用於接收該資料電壓，該第二開關的該第二端耦接於該第二節點；以及一第三開關，包含一第一端、一第二端和一控制端，其中該第三開關的該第一端用於接收該參考電壓，該第三開關的該第二端耦接於該第三節點；其中，該第二開關的該控制端和該第三開關的該控制端用於接收一第二控制訊號。
  2. 如請求項1的畫素電路，其中，於一寫入階段，該第一控制訊號為一禁能準位，該第二控制訊號為一致能準位。
  3. 如請求項2的畫素電路，其中，於一發光階段，該第一控制訊號為該致能準位，該第二控制訊號為該禁能準位。
  4. 一種顯示面板，包含：一閘極驅動電路，用於提供一第一控制訊號；一源極驅動電路，用於提供一資料電壓；多個畫素電路，耦接於該閘極驅動電路和該源極驅動電路，其中每個畫素電路包含：一驅動電晶體，包含一第一端、一第二端和一控制端，其中該驅動電晶體的該第一端用於接收一系統高電壓，該驅動電晶體的該第二端耦接於一第一節點，該驅動電晶體的該控制端耦接於一第二節點；一第一開關，包含一第一端、一第二端和一控制端，其中該第一開關的該第一端耦接於該第一節點，該第一開關的該第二端耦接於一第三節點，該第一開關的該控制端用於接收該第一控制訊號；一儲存電容，包含一第一端和一第二端，其中該儲存電容的該第一端耦接於該第二節點，且用於接收該資料電壓，該儲存電容的該第二端直接耦接於該第三節點，且用於接收一參考電壓；一發光單元，包含一陽極端和一陰極端，其中該陽極端耦接於該第三節點，該陰極端用於接收一系統低電壓；以及一寫入電路，用於提供該資料電壓至該第二節點，以及提供該參考電壓至該第三節點，且包含：一第二開關，包含一第一端、一第二端和一控制端，其中該第二開關的該第一端用於接收該資料電壓，該第二開關的該第二端耦接於該第二節點；以及一第三開關，包含一第一端、一第二端和一控制端，其中該第三開關的該第一端用於接收該參考電壓，該第三開關的該第二端耦接於該第三節點；其中，該第二開關的該控制端和該第三開關的該控制端用於接收該第二控制訊號。
  5. 如請求項4的顯示面板，其中，於一寫入階段，該第一控制訊號為一禁能準位，該第二控制訊號為一致能準位。
  6. 如請求項5的顯示面板，其中，於一發光階段，該第一控制訊號為該致能準位，該第二控制訊號為該禁能準位。
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