TWI674569B - 畫素電路 - Google Patents

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Abstract

一種畫素電路，包含一驅動電晶體、一發光單元、一寫入電路、一電壓調節電路和一補償電路。驅動電晶體的第一端用於接收一發光控制訊號，驅動電晶體的第二端耦接於一第一節點，驅動電晶體的控制端耦接於一第二節點。發光單元包含一陽極端和一陰極端，陽極端耦接於第一節點，陰極端用於接收一參考電壓。寫入電路耦接於第二節點和一第三節點，用於依據一第一控制訊號和一資料電壓決定一第二節點電壓。電壓調節電路耦接於第三節點，用於依據一第二控制訊號和發光控制訊號決定一第三節點電壓。補償電路耦接於第一節點和第三節點，用於依據一第三控制訊號和發光控制訊號決定第三節點電壓。

Description

畫素電路
本揭示文件有關一種畫素電路，尤指一種可補償驅動電晶體的臨界電壓變異的畫素電路。
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)。另外，顯示面板提供給不同區域的畫素電路的電源電壓，會因為導線上的等效阻抗而產生不同程度的壓降。
當顯示面板的電源電壓或是驅動電晶體的臨界電壓隨著區域不同而變異時，顯示面板將會面臨顯示畫面不均勻的問題。
有鑑於此，如何提供具有均勻顯示畫面的低溫多晶矽顯示面板，實為業界有待解決的問題。
本揭示文件提供一種畫素電路。該畫素電路包含一驅動電晶體、一發光單元、一寫入電路、一電壓調節電路和一補償電路。該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發光控制訊號，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。該發光單元包含一陽極端和一陰極端，該陽極端耦接於該第一節點，該陰極端用於接收一參考電壓。該寫入電路耦接於該第二節點和一第三節點，用於依據一第一控制訊號和一資料電壓決定該第二節點的一第二節點電壓。該電壓調節電路耦接於該第三節點，用於依據一第二控制訊號和該發光控制訊號決定該第三節點的一第三節點電壓。該補償電路耦接於該第一節點和該第三節點，用於依據一第三控制訊號和該發光控制訊號決定該第三節點電壓。
將上述的畫素電路應用於顯示面板中，可以使顯示面板具有均勻的顯示畫面。
100‧‧‧畫素電路
110‧‧‧驅動電晶體
120‧‧‧寫入電路
122‧‧‧第一開關
124‧‧‧第一電容
130‧‧‧電壓調節電路
132‧‧‧第二開關
140‧‧‧補償電路
142‧‧‧第三開關
144‧‧‧第二電容
150‧‧‧發光單元
201‧‧‧顯示面板
203-1~203-n‧‧‧列
205‧‧‧源極驅動電路
207‧‧‧閘極驅動電路
N1~N3‧‧‧第一節點~第三節點
S1[n-1]‧‧‧第一控制訊號
S1[n]‧‧‧相鄰行的第一控制訊號
S2‧‧‧第二控制訊號
S3‧‧‧第三控制訊號
ELVDD‧‧‧發光控制訊號
VSS‧‧‧參考電壓
Vn2‧‧‧第二節點電壓
Vn3‧‧‧第三節點電壓
Vdata‧‧‧資料電壓
Idri‧‧‧驅動電流
PH1‧‧‧第一高準位
PL1‧‧‧第一低準位
PH2‧‧‧第二高準位
PL2‧‧‧第二低準位
PX‧‧‧預設準位
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畫素電路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顯示面板簡化後的功能方塊圖。
第3圖為根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圖的畫素電路於補償階段的等效電路操作示意圖。
第5圖為第1圖的畫素電路於寫入階段的等效電路操作示意圖。
第6圖為第1圖的畫素電路於發光階段的等效電路操作示意圖。
以下將配合相關圖式來說明本發明的實施例。在圖式中，相同的標號表示相同或類似的元件或方法流程。
第1圖為根據本揭示文件一實施例的畫素電路100簡化後的功能方塊圖。畫素電路100包含驅動電晶體110、寫入電路120、電壓調節電路130、補償電路140和一發光單元150。畫素電路100可以控制傳遞至發光單元150的驅動電流Idri，藉以控制發光單元150產生不同的灰階亮度。
實作上，發光單元150可以由有機發光二極體(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。
驅動電晶體110包含第一端、第二端和控制端，其中驅動電晶體110的第一端用於接收發光控制訊號ELVDD，驅動電晶體110的第二端耦接於第一節點N1，驅動電晶體的控制端則耦接於第二節點N2。
寫入電路120耦接於第二節點N2和第三節點N3，包含第一開關122和第一電容124。第一開關122包含第一端、第二端和控制端，其中第一開關122的第一端用於接收資料電壓Vdata，第一開關122的第二端耦接於第二節點N2，第一開關122的控制端則用於接收第一控制訊號S1[n-1]。第一電容124耦接於第二節點N2和第三節點N3之間。寫入電路120用於依據第一控制訊號S1[n-1]和資料電壓Vdata決定第二節點N2的第二節點電壓Vn2。
電壓調節電路130耦接於第三節點N3，包含第二開關132。第二開關132包含第一端、第二端和控制端，其中第二開關132的第一端耦接於第三節點N3，第二開關132的第二端用於接收發光控制訊號ELVDD，第二開關132的控制端用於接收第二控制訊號S2。電壓調節電路130用於依據第二控制訊號S2和發光控制訊號ELVDD決定第三節點N3的第三節點電壓Vn3。
補償電路140耦接於第一節點N1和第三節點N3，包含第三開關142和第二電容144。第三開關142包含第一端、第二端和控制端，其中第三開關142的第一端耦接於第三節點N3，第三開關142的第二端耦接於第一節點 N1，第三開關142的控制端用於接收第三控制訊號S3。第二電容144包含第一端和第二端，其中第二電容144的第一端耦接於第三節點N3，第二電容144的第二端用於接收參考電壓VSS。補償電路140用於依據第三控制訊號S3和發光控制訊號ELVDD決定第三節點電壓Vn3。
發光單元150包含一陽極端和一陰極端，發光單元150的陽極端耦接於第一節點N1，發光單元150的陰極端則用於接收參考電壓VSS。
實作上，第一開關122、第二開關132和第三開關142可以用P型的低溫多晶矽薄膜電晶體來實現，但本實施例並不以此為限。例如，第一開關122、第二開關132和第三開關142也可以用P型的非晶矽(amorphous silicon)薄膜電晶體來實現。
以下將配合第2圖和第3圖來進一步說明畫素電路100的運作方式。如第2圖所示，畫素電路100適用於一顯示面板201。多個畫素電路100於顯示面板201中排列成具有多列203-1~203-n的一矩陣形狀，且每個畫素電路100耦接於顯示面板201的源極驅動電路205和閘極驅動電路207。為使圖面簡潔而易於說明，顯示面板201中的其他元件與連接關係並未繪示於第2圖中。
本案說明書和圖式中使用的元件和裝置編號中的索引1~n，只是為了方便指稱個別的元件和裝置，並非有意將前述元件和裝置的數量侷限在特定數目。
請參考第3圖，在畫素電路100的運作過程中， 發光控制訊號ELVDD於第一高準位PH1和第一低準位PL1之間切換。第一控制訊號S1[n-1]、第二控制訊號S2和第三控制訊號S3則於第二高準位PH2和第二低準位PL2之間切換。其中，第一高準位PH1和第二高準位PH2可以相同或不相同，第一低準位PL1和第二低準位PL2也可以相同或不相同。
請同時參考第1~3圖，在補償階段T1中，發光控制訊號ELVDD由第一高準位PH1切換至第一低準位PL1，使得畫素電路100不再提供驅動電流Idri至發光單元150。第一控制訊號S1[n-1]和第三控制訊號S3為第二低準位PL2，第二控制訊號S2則為第二高準位PH2。因此，第一開關122和第三開關142會處於導通狀態，第二開關132則會處於關斷狀態，使得資料電壓Vdata傳遞至第二節點N2，且發光控制訊號ELVDD傳遞至第三節點N3。
換言之，畫素電路100於補償階段T1會等效於第4圖所示的等效電路。資料電壓Vdata於補償階段T1會維持於預設準位PX，所以第二節點電壓Vn2於補償階段中會被寫入電路120設置為預設準位PX。另外，原本儲存於第三節點N3的電荷會往驅動電晶體110的第一端洩流，使得第三節點電壓Vn3開始下降。因為補償階段T1的驅動電晶體110為二極體連接(diode-connected)形式的電晶體，所以第三節點電壓Vn3會持續下降，至直到第三節點電壓Vn3等於第二低準位PL2加上驅動電晶體110的臨界電壓的絕對值。亦即，補償階段T1的第三節點電壓Vn3可以由下列 《公式1》表示，其中Vth代表驅動電晶體110的臨界電壓：Vn3=PL1+|Vth| 《公式1》
值得一提的是，當顯示面板201的某一列(例如，列203-1)的畫素電路100在進行補償階段T1的運作時，顯示面板201的其他列(例如，列201-2~201-n)的畫素電路100也會進行相似的補償運作。如此一來，可以確保顯示面板201的每一個畫素電路100皆有充分的時間洩流儲存於第三節點N3的電荷，以使各自的第三節點電壓Vn3在補償階段T1中能正確達到上述《公式1》所示的電壓準位。
在某些實施例的補償階段T1中，發光控制訊號ELVDD先由第一高準位PH1切換至第一低準位PL1，第二控制訊號S2再由第二低準位PL2切換至第二高準位PH2，以經由第二開關132洩流部分儲存於的第三節點N3電荷。接著，當第二控制訊號S2維持於第二高準位PH2時，第三控制訊號S3再由第二高準位PH2切換至第二低準位PL2。如此一來，可以避免因為第三節點電壓Vn3過高而使得發光單元150於補償階段T1意外導通，以增進顯示畫面的對比度。
於一寫入階段T2中，第二控制訊號S2會維持於第二高準位PH2，第一控制訊號S1[n-1]和第三控制訊號S3則會由第二低準位PL2切換至第二高準位PH2，使得第一開關122、第二開關132和第三開關142皆處於關斷狀態。接著，第一控制訊號S1[n-1]會由第二高準位PH2切換至第二低準位PL2以導通第一開關122。此時，畫素電路100會等 效於第5圖所示的等效電路。如第5圖所示，資料電壓Vdata會透過第一開關122傳遞至第二節點N2，使得第二節點電壓Vn2由預設準位PX變化為對應某一灰階亮度的特定資料電壓Vdata。
此時，第二節點電壓Vn2的變化量會經由第一電容124和第二電容144的電容耦合效應傳遞至第三節點N3。因此，於寫入階段T2中，第三節點電壓Vn3可以由下列的《公式2》表示，其中C1和C2分別代表第一電容124和第二電容144的電容值：
同樣於寫入階段T2中，第一控制訊號S1[n-1]會由第二低準位PL2切換至第二高準位PH2，以再度關斷第一開關122。亦即，當第二控制訊號S2和第三控制訊號S3維持於第二高準位PH2時，第一控制訊號S1[n-1]會先由第二高準位PH2切換至第二低準位PL2，再由第二低準位PL2切換至第二高準位PH2。此時，於顯示面板201中，控制相鄰的下一列的畫素電路100的第一控制訊號S1[n]會導通下一列畫素電路100的第一開關122，以進行相似的資料電壓Vdata的寫入運作，直到顯示面板201中每一列的畫素電路100皆完成資料電壓Vdata的寫入運作。
例如，於寫入階段T2中，當顯示面板201的列203-1的畫素電路100完成資料電壓Vdata的寫入運作時，列203-2的畫素電路100會開始進行資料電壓Vdata的寫入運作。而當列203-2的畫素電路100完成資料電壓Vdata的 寫入運作時，列203-3的畫素電路100會開始進行資料電壓Vdata的寫入運作，以此類推。
於發光階段T3中，發光控制訊號ELVDD為第一高準位PH1，第一控制訊號S1[n-1]和第三控制訊號S3為第二高準位PH2，第二控制訊號S2為第二低準位PL2。此時，第一開關122和第三開關142處於關斷狀態，第二開關132則處於導通狀態。
因此，發光階段T3的畫素電路100會等效於第6圖所示的等效電路。如第6圖所示，第二開關132會將發光控制訊號ELVDD傳遞至第三節點N3，使得第三節點電壓Vn3由《公式2》所述的電壓準位變化為第一高準位PH1。此時，第三節點電壓Vn3的變化量會經由第一電容124和第二電容144的電容耦合效應傳遞至第二節點N2。因此，於發光階段T3中，第二節點電壓Vn2可以由下列的《公式3》表示：
此時，驅動電晶體110會依據驅動電晶體110的第一端和控制端的電壓差產生驅動電流Idri。因此，於發光階段T3中，驅動電流Idri可以由下列的《公式4》表示：
在《公式4》中，k表示驅動電晶體110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。
由《公式4》可知，驅動電流dri和驅動電晶體的臨界電壓無關。因此，即使顯示面板201中不同區域的驅動電晶體110具有不同的特性(例如，不同的臨界電壓)，不同區域的驅動電晶體110產生的驅動電流Idri仍都會和資料電壓Vdata具有固定的對應關係。
另外，驅動電流dri也和發光控制訊號ELVDD的第一高準位PH1無關。因此，在發光階段中T3，即使顯示面板201中不同區域的發光控制訊號ELVDD因為導線阻抗而產生不同程度的壓降，不同區域的驅動電流Idri還是可以和資料電壓Vdata具有固定的對應關係。
在某些實施例中，第一開關122、第二開關132及/或第三開關142亦可以用N型的電晶體來實現。在此情況下，第一控制訊號S1[n-1]、第二控制訊號S2及/或第三控制訊號S3與第3圖的實施例中對應的控制訊號互為反相。
綜上所述，將畫素電路100應用於顯示面板中，不僅可以使顯示面板具有均勻的顯示畫面，還可以增加顯示畫面的對比度。
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。
在此所使用的「及/或」的描述方式，包含所列舉的其中之一或多個項目的任意組合。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。
以上僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明請求項所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋範圍。

Claims (10)

  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發光控制訊號，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；一發光單元，包含一陽極端和一陰極端，該陽極端耦接於該第一節點，該陰極端用於接收一參考電壓；一寫入電路，耦接於該第二節點和一第三節點，用於依據一第一控制訊號和一資料電壓決定該第二節點的一第二節點電壓；一電壓調節電路，耦接於該第三節點，用於依據一第二控制訊號將該發光控制訊號傳遞至該第三節點；以及一補償電路，耦接於該第一節點和該第三節點，用於依據一第三控制訊號將該發光控制訊號傳遞至該第三節點。
  2. 如請求項1的畫素電路，其中，該發光控制訊號於一第一高準位和一第一低準位之間切換，該第一控制訊號、該第二控制訊號和該第三控制訊號於一第二高準位和一第二低準位之間切換，於一補償階段中，該第一控制訊號和該第三控制訊號為該第二低準位，該第二控制訊號為該第二高準位，且該發光控制訊號為該第一低準位。
  3. 如請求項2的畫素電路，其中，於該補償階段中，該發光控制訊號先由該第一高準位切換至該第一低準位，該第二控制訊號再由該第二低準位切換至該第二高準位，當該第二控制訊號維持於該第二高準位時，該第三控制訊號由該第二高準位切換至該第二低準位。
  4. 如請求項2的畫素電路，其中，於該補償階段中，該寫入電路依據該資料電壓將該第二節點電壓設置為一預設準位，該驅動電晶體具有一臨界電壓，該補償電路將該發光控制訊號傳遞至該第三節點，以使該第三節點的電壓為該第一低準位和該臨界電壓的絕對值的總和。
  5. 如請求項2的畫素電路，其中，於一寫入階段中，當該第二控制訊號和該第三控制訊號維持於該第二高準位時，該第一控制訊號先由該第二高準位切換至該第二低準位，再由該第二低準位切換至該第二高準位，且該發光控制訊號維持於該第一低準位。
  6. 如請求項2的畫素電路，其中，於一發光階段中，該第一控制訊號和該第三控制訊號為該第二高準位，該第二控制訊號為該第二低準位，且該發光控制訊號為該第一高準位。
  7. 如請求項6的畫素電路，其中，於該發光階段中，該電壓調節電路將該發光控制訊號傳遞至該第三節點，且該寫入電路將該第三節點的一第三節點電壓的一變化量傳遞至該第二節點，以決定該第二節點電壓。
  8. 如請求項1的畫素電路，其中，該寫入電路包含：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用於接收該資料電壓，該第一開關的該第二端耦接於該第二節點，該第一開關的該控制端用於接收該第一控制訊號；以及一第一電容，耦接於該第二節點和該第三節點之間。
  9. 如請求項8的畫素電路，其中，該電壓調節電路包含：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耦接於該第三節點，該第二開關的該第二端用於接收該發光控制訊號，該第二開關的該控制端用於接收該第二控制訊號。
  10. 如請求項9的畫素電路，其中，該補償電路包含：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耦接於該第三節點，該第三開關的該第二端耦接於該第一節點，該第三開關的該控制端用於接收該第三控制訊號；以及一第二電容，包含一第一端和一第二端，該第二電容的該第一端耦接於該第三節點，該第二電容的該第二端用於接收該參考電壓。
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