TWI695363B - 畫素電路 - Google Patents

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Abstract

畫素電路用以驅動發光二極體。畫素電路包括電壓選擇器、電容、電壓重置器、驅動級電路以及電壓傳輸器。電壓選擇器依據激光控制信號以及第一掃描信號以選擇第一參考電壓或資料電壓產生選擇電壓。電容第一端接收選擇電壓。電壓重置器依據第二掃描信號以提供第二參考電壓至電容的第一端以及第二端。驅動級電路依據電容的第二端上的電壓以及激光控制信號以驅動發光二極體。電壓傳輸器依據第一掃描信號以在電容的第二端與驅動級電路間提供電壓傳輸路徑。

Description

畫素電路
本發明是有關於一種畫素電路，且特別是有關於一種發光二極體的畫素電路。
隨著電子科技的演進，消費性電子產品成為人們日常必備的重要工具。而在消費性電子產品上提供高效能的顯示裝置，成為一種重要的趨勢。
在現今的技術領域中，利用發光二極體來建構的顯示裝置越來越普及。在用以驅動發光二極體畫素電路中，其驅動電晶體在長時間使用下或製造過程中，會有電氣特性變異的問題，因此畫素電路如何提供具有高度一致性之驅動電流為影像顯示裝置顯示品質之重要因素。並且，如何降低顯示裝置之耗電量與提高其畫面對比度，皆為本領域技術人員的重要課題。
本發明提供一種畫素電路，可降低所可能產生的重置電流，且其產生的驅動電流在每一個畫框（frame）時間週期中以逐漸變小之模式運作。
本發明的畫素電路用以驅動發光二極體。畫素電路包括電壓選擇器、電容、電壓重置器、驅動級電路以及電壓傳輸器。電壓選擇器依據激光控制信號以及第一掃描信號以選擇第一參考電壓或資料電壓產生選擇電壓。電容第一端耦接至電壓選擇器以接收選擇電壓。電壓重置器耦接至電容的第一端以及第二端，依據第二掃描信號以提供第二參考電壓該電容的第一端以及第二端。驅動級電路耦接電容以及發光二極體，依據電容的第二端上的電壓以及激光控制信號以驅動發光二極體。電壓傳輸器耦接在電容的第二端與驅動級電路，依據第一掃描信號以在電容的第二端與驅動級電路間提供電壓傳輸路徑。
基於上述，本發明的畫素電路，透過在電容的兩端設置電壓重置器。電壓重置器並用以使電容的兩端的電壓，在初始時間區間被重置為相同電壓，並藉以降低畫素電路在未點亮發光二極體時所產生的重置電流，以降低功率消耗。此外，在本發明一實施例中，當畫素電路操作於激光時間區間時，電壓重置器與電壓傳輸器提供電容的第二端反方向之漏電流，透過消去後殘存之漏電流使提供驅動電流之電晶體的驅動電壓逐漸減小，因此顯示器畫面於一個激光時間區間中可逐漸變暗，確保低亮度畫面品質以提升顯示裝置之畫面對比度。
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。
請參照圖1，圖1繪示本發明一實施例的畫素電路的示意圖。在本實施例中，畫素電路100用以驅動發光二極體LED。畫素電路100包括電壓選擇器110、電容C ST、電壓重置器120、驅動級電路140以及電壓傳輸器130。電壓選擇器110依據激光控制信號EM[N]以及掃描信號Scan[N]以選擇參考電壓V REF或資料電壓V DATA以產生選擇電壓VSEL。電壓選擇器110耦接至電容C ST的第一端，並將選擇電壓VSEL提供至電容C ST的第一端。電壓重置器120耦接至電容C ST的第一端以及第二端。電壓重置器120接收掃描信號Scan[N-1]以提供參考電壓V REF1。電壓重置器120依據掃描信號Scan[N-1]以提供參考電壓V REF1至電容C ST的第一端以及第二端。驅動級電路140耦接電容C ST以及發光二極體LED，並依據電容C ST的第二端上的電壓以及激光控制信號EM[N]以驅動發光二極體LED。在本實施例中，驅動級電路140接收電源電壓OVDD，並基於激光控制信號EM[N]被致能。驅動級電路140依據電容C ST的第二端上的電壓以產生驅動電流以驅動發光二極體LED。
另外，電壓傳輸器130耦接在電容C ST的第二端與驅動級電路140間。電壓傳輸器130接收掃描信號Scan[N]，並依據掃描信號Scan[N]以在電容C ST的第二端與驅動級電路140間提供一電壓傳輸路徑。其中，在當電壓傳輸路徑被形成時，驅動級電路140可透過電壓傳輸路徑以提供電源電壓OVDD至電容C ST的第二端。
此外，發光二極體LED的陽極耦接至驅動級電路140，發光二極體LED的陰極則接收至參考接地電壓OVSS。
在動作細節上，在一初始時間區間的重置時間區間中，電壓重置器120使電容C ST的第一端以及第二端上的電壓均等於參考電壓V REF1。接著，在一資料寫入時間區間中，電壓選擇器110依據掃描信號Scan[N]以選擇資料電壓V DATA來產生選擇電壓VSEL，並使選擇電壓VSEL被提供至電容C ST的第一端。在此同時，電壓傳輸器130並依據掃描信號Scan[N]以提供電壓傳輸路徑，來使電容C ST的第二端依據電源電壓OVDD以進行充電。因此，電容C ST的第一端上的電壓等於資料電壓V DATA，電容C ST的第二端上的電壓等於電源電壓OVDD減去傳輸通道的導通電壓V TH。
附帶一提的，在此同時，電壓重置器120停止提供參考電壓V REF1至電容C ST的兩端。
接著，在激光時間區間，電壓選擇器110依據激光控制信號EM[N]以選擇參考電壓V REF以產生選擇電壓VSEL。此時，電容C ST的第一端上的電壓等於參考電壓V REF，電容C ST的第二端上的電壓則等於OVDD - V TH+ V REF– V DATA。對應於此，驅動級電路140並依據激光控制信號EM[N]而被致能，並依據電容C ST的第二端上的電壓來產生驅動電流以驅動發光二極體LED。在驅動級電路140透過工作在飽和區的電晶體來產生驅動電流的前提下，驅動電流的電流大小可依據資料電壓V DATA以及參考電壓V REF的差值來決定。
附帶一提的，在本發明實施例中，若畫素電路100為設置在顯示面板的多級的畫素電路的其中之一時，掃描信號Scan[N]為用以掃描畫素電路100的掃描信號，掃描信號Scan[N-1]可以為用以掃描前一級畫素電路的掃描信號。其中，掃描信號Scan[N-1]以及掃描信號Scan[N]可依序被致能，且掃描信號Scan[N]以及第二掃描信號的被致能時間不相重疊。
關於本發明的實施細節，以下請參照圖2繪示的本發明另一實施例的畫素電路的電路示意圖。畫素電路200包括電壓選擇器210、電容C ST、電壓重置器220、驅動級電路240、電壓傳輸器230以及用以建構二極體的電晶體T8。在本實施例中，電壓選擇器210包括電晶體T1、T2。電晶體T1的第一端接收參考電壓V REF，電晶體T1的控制端接收激光控制信號EM[N]。電晶體T的第一端耦接電晶體T1的第二端，並用以提供選擇電壓VSEL，電晶體T2的第二端接收資料電壓V DATA，電晶體T2的控制端接收掃描信號Scan[N]。其中，電晶體T1、T2的其中之一可依據激光控制信號EM[N]或掃描信號Scan[N]而被導通，並提供收參考電壓V REF或資料電壓V DATA以作為選擇電壓VSEL。
此外，電壓重置器220則包括電晶體T3、T4。電晶體T3的第一端耦接至電容C ST的第一端，電晶體T3的控制端接收掃描信號Scan[N-1]，電晶體T3的第二端接收參考電壓。在本實施例中，電晶體T3的第二端所接收的參考電壓為電源電壓OVDD。電晶體T4的第一端耦接至電容C ST的第二端，電晶體T4的控制端接收掃描信號Scan[N-1]，電晶體T4的第二端接收為參考電壓的電源電壓OVDD。
在本實施例中，電晶體T3、T4可依據掃描信號Scan[N-1]同時被導通。電晶體T3、T4並在被導通時，提供電源電壓OVDD至電容C ST的兩個端點，以重置電容C ST的兩個端點上的電壓。
在本實施例中，電壓傳輸器230包括電晶體T5 1、T5 2。電晶體T5 2的第一端耦接至電容C ST的第二端，電晶體T5 1的控制端接收掃描信號Scan[N]。電晶體T5 2的第一端耦接至電晶體T5 1的第二端，電晶體T5 2的控制端接收掃描信號Scan[N]，第二電晶體T5 2的第二端耦接至驅動級電路240。關於驅動級電路240，驅動級電路240包括電晶體T6以及T7。電晶體T6的第一端接收電源電壓OVDD，電晶體T6的控制端耦接至電容C ST的第二端，電晶體T6的第二端耦接至電壓傳輸器230。電晶體T7的第一端耦接至電晶體T6的第二端，電晶體T7的控制端接收激光控制信號EM[N]，電晶體T7的第二端耦接至發光二極體LED。
電壓傳輸器230中的電晶體T5 1、T5 2可依據掃描信號Scan[N]同時被導通，並形成電壓傳輸通道。透過電晶體T6，電壓傳輸器230所形成電壓傳輸通道，可以使電源電壓OVDD被傳送至電容C ST的第二端，並針對電容C ST的第二端進行充電。在另一方面，在當電晶體T7依據激光控制信號EM[N]而被導通時，電晶體T6可依據電容C ST的第二端上的電壓以產生驅動電流，並透過驅動電流驅使發光二極體LED發光。
在本實施例中，發光二極體LED的陽極上被耦接電晶體T8。電晶體T8耦接成二極體的組態。其中，電晶體T8的第一端耦接至發光二極體LED的陽極，電晶體T8的第二端控制端相互耦接，並接收做為參考信號的掃描信號Scan[N+1]。在本實施例中，掃描信號S1[N+1]可以為對應掃描信號Scan[N]的次一級掃描信號。
在動作時序上，請同步參照圖2、圖3，其中圖3繪示本發明實施例的畫素電路的動作波形圖。在圖3中，掃描信號Scan[N-1]、掃描信號Scan[N]以及掃描信號Scan[N+1]可依據時脈信號Clk1~Clk3來產生，其中，時脈信號Clk2、Clk3可透過依序遞延時脈信號Clk1來產生。
在動作細節方面，在用以初始化畫素電路200的重置時間區間TR中，電壓重置器230中的電晶體T3、T4同時依據被致能（例如為低電壓準位）的掃描信號Scan[N-1]而被導通。並使電容C ST兩端的電壓均等同於電源電壓OVDD。在此同時，畫素電路200中其他的電晶體T1~T2、T5 1、T5 2、T7~T8均被斷開。接著，在資料寫入時間區間TDIN中，電晶體T3、T4被斷開，電壓選擇器210中的電晶體T2依據被致能（例如為低電壓準位）的掃描信號Scan[N]而被導通，並選擇資料電壓V DATA為選擇電壓VSEL，並將資料電壓V DATA寫入至電容C ST的第一端。並且，電壓傳輸器230中的電晶體T5 1、T5 2依據掃描信號Scan[N]被導通並提供電壓傳輸路徑以使電容C ST的第二端依據電源電壓OVDD進行充電，並使電容C ST的第二端上的電壓等於OVDD - |V TH_T6|。其中|V TH_T6|為電晶體T6的導通電壓的絕對值。
接著，在激光時間區間TEM中，電晶體T8先依據掃描信號Scan[n+1]被導通，並使發光二極體LED的陽極可維持在一個相對低的電壓值。接著，電晶體T8被斷開，電壓選擇器210中的電晶體T1並依據激光控制信號EM[N]被導通（電晶體T2被斷開），電壓選擇器210變更選擇參考電壓V REF以作為選擇電壓VSEL，並將參考電壓V REF提供至電容C ST的第一端。基於電容C ST的耦合效應，電容C ST的第二端上的電壓將同步變更為OVDD - |VTH_T6| + V REF- V DATA。因此，電晶體T6依據電容C ST的第二端上提供的偏壓，可產生等於
Figure 02_image001
的驅動電流。其中VA為電容C ST的第二端上的電壓。
由上述的說明可以得知，在激光時間區間TEM中，畫素電路200產生的驅動電流僅與資料電壓V DATA以及參考電壓V REF相關。如此一來，發光二極體LED的亮度可不隨電晶體T6的導通電壓的漂移而生變化。
值得一提的，在激光時間區間TEM中，電晶體T3、T4、T5 1、T5 2皆為被斷開的狀態，而在此時間區間中，通過電晶體T3、T4所產生的漏電電流，可大於通過電晶體T5 1、T5 2所產生的漏電電流。也因此，電容C ST的第二端上的電壓可以被提升，並降低所可能產生的驅動電流的電流值。因此，在當發光二極體LED產生低亮度影像時，可以得到較佳的亮度控制，並提升通過發光二極體LED的電流穩定度。在低畫框頻率（frame rate）的應用上，具有較佳的表現度。
附帶一提的，電壓重置器220中所接收的電源電壓OVDD可以置換為其他電壓值的參考電壓（例如圖1繪示的參考電壓VREF1），並藉以提高漏電電流的控制能力。
在本實施例中，電晶體T1~T8均可應用P型電晶體來建構。
以下請參照圖4，圖4繪示本發明另一實施例的畫素電路的電路示意圖。畫素電路400包括電壓選擇器410、電容C ST、電壓重置器420、驅動級電路440、電壓傳輸器430以及電晶體T8。與圖2的實施例不相同的，畫素電路400中的電晶體T1~T8均為N型電晶體。並且，發光二極體LED耦接在驅動級電路440以及電源電壓OVDD間。
關於畫素電路400的動作波形，則可參照圖5繪示的本發明實施例的畫素電路的動作波形圖。與圖3不相同的，於畫素電路400的動作波形中，掃描信號Scan[N-1]、Scan[N]以及Scan[N+1]以及激光控制信號EM[N]均為高電壓準位時被致能。在動作細節以及動作時序上，本實施例與前述圖2、圖3的實施例的動作細節相類似，在此恕不多贅述。
在本實施例中，電壓重置器420接收參考電壓V REF2，並在重置時間區間透過提供參考電壓V REF2以針對電容C ST的兩端電壓進行重置動作。參考電壓V REF2可以設定為任意電壓值。
綜上所述，本發明透過電壓重置器以在重置時間區間使電容的兩端上的電壓，被重置為相同的電壓值，並在資料寫入時間區間進行驅動電晶體的導通電壓的補償動作。另外，本發明透過在激光時間區間中，使通過電壓重置器所產生的漏電電流，大於通過電壓傳輸器所產生的漏電電流，以使電容的第二端上的電壓可以增高，並降低驅動級電路所可產生的驅動電流。如此一來，可提升發光二極體在低亮度顯示的亮度控制的能力，並在低畫框頻率的應用上，具有較佳的表現度。
雖然本發明已以實施例揭露如上，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，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100、200、400:畫素電路
LED:發光二極體
110、210、410:電壓選擇器
CST:電容
120、220、420:電壓重置器
140、240、440:驅動級電路
130、230、430:電壓傳輸器
EM[N]:激光控制信號
Scan[N]、Scan[N-1]、Scan[N+1]:掃描信號
VREF、VREF1:參考電壓
VDATA:資料電壓
VSEL:選擇電壓
OVDD:電源電壓
OVSS:參考接地電壓
T1~T8:電晶體
Clk1~Clk3:時脈信號
TR:重置時間區間
TDIN:資料寫入時間區間
TEM:激光時間區間
圖1繪示本發明一實施例的畫素電路的示意圖。 圖2繪示的本發明另一實施例的畫素電路的電路示意圖。 圖3繪示本發明實施例的畫素電路的動作波形圖。 圖4繪示本發明另一實施例的畫素電路的電路示意圖。 圖5繪示的本發明實施例的畫素電路的動作波形圖。
100:畫素電路
110:電壓選擇器
120:電壓重置器
130:電壓傳輸器
140:驅動級電路
CST:電容
EM[N]:激光控制信號
LED:發光二極體
OVDD:電源電壓
OVSS:參考接地電壓
Scan[N]、Scan[N-1]:掃描信號
VDATA:資料電壓
VREF、VREF1:參考電壓
VSEL:選擇電壓

Claims (18)

  1. 一種畫素電路，用以驅動一發光二極體，包括：一電壓選擇器，依據一激光控制信號以及一第一掃描信號以選擇一第一參考電壓或一資料電壓產生一選擇電壓；一電容，第一端耦接至該電壓選擇器，該電容的第一端接收該選擇電壓；一電壓重置器，耦接至該電容的第一端以及第二端，依據一第二掃描信號以提供一第二參考電壓至該電容的第一端以及第二端；一驅動級電路，耦接該電容以及該發光二極體，依據該電容的第二端上的電壓以及該激光控制信號以驅動該發光二極體；一電壓傳輸器，耦接在該電容的第二端與該驅動級電路間，依據該第一掃描信號以在該電容的第二端與該驅動級電路間提供一電壓傳輸路徑；以及一二極體，該二極體的第一端接收一參考信號，該二極體的第二端耦接至該驅動級電路耦接該發光二極體的一端。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的畫素電路，其中在一重置時間區間，該電壓重置器使該電容的第一端以及第二端上的電壓均等於該第二參考電壓。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的畫素電路，其中在一資料寫入時間區間，該電壓選擇器依據該第一掃描信號以選擇該資料 電壓以產生該選擇電壓，該電壓傳輸器並提供該電壓傳輸路徑以使該電容的第二端依據一電源電壓進行充電。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的畫素電路，其中在一激光時間區間，該電壓選擇器依據該激光控制信號以選擇該第一參考電壓以產生該選擇電壓，該驅動級電路並依據該激光控制信號以及該電容的第二端上的電壓以產生一驅動電流來驅動該發光二極體。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的畫素電路，其中在該資料寫入時間區間以及該激光時間區間，該電壓重置器停止該第二參考電壓至該電容的第一端以及第二端。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的畫素電路，其中在該重置時間區間以及該激光時間區間，該電壓傳輸器切斷該電壓傳輸路徑。
  7. 如申請專利範圍第4項所述的畫素電路，其中該第二參考電壓等於該電源電壓。
  8. 如申請專利範圍第4項所述的畫素電路，其中該第二掃描信號以及該第一掃描信號依序被致能，且該第一掃描信號以及該第二掃描信號的被致能時間不相重疊。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的畫素電路，其中該電壓選擇器包括：一第一電晶體，第一端接收該第一參考電壓，該第一電晶體的控制端接收該激光控制信號； 一第二電晶體，第一端耦接至該第一電晶體的第二端，並用以提供該選擇電壓，該第二電晶體的第二端接收該資料電壓，該第二電晶體的控制端接收該第一掃描信號。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的畫素電路，其中該電壓重置器包括：一第一電晶體，第一端耦接至該電容的第一端，該第一電晶體的控制端接收該第二掃描信號，該第一電晶體的第二端接收該第二參考電壓；以及一第二電晶體，第一端耦接至該電容的第二端，該第二電晶體的控制端接收該第二掃描信號，該第二電晶體的第二端接收該第二參考電壓。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的畫素電路，其中該電壓傳輸器包括：一第一電晶體，第一端耦接至該電容的第二端，該第一電晶體的控制端接收該第一掃描信號；以及一第二電晶體，第一端耦接至該第一電晶體的第二端，該第二電晶體的控制端接收該第一掃描信號，該第二電晶體的第二端耦接至該驅動級電路。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的畫素電路，其中該第一電晶體以及該第二電晶體依據該第一掃描信號同時被導通，並用以提供該電壓傳輸路徑。
  13. 如申請專利範圍第1項所述的畫素電路，其中該驅動級電路包括：一第一電晶體，第一端接收一電源電壓，該第一電晶體的控制端耦接至該電容的第二端，該第一電晶體的第二端耦接至該電壓傳輸器；以及一第二電晶體，第一端耦接至該第一電晶體的第二端，該第二電晶體的控制端接收該激光控制信號，該第二電晶體的第二端耦接至該發光二極體。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的畫素電路，其中該第一電晶體以及該第二電晶體為P型電晶體，該第二電晶體的第二端耦接至該發光二極體的陽極。
  15. 如申請專利範圍第13項所述的畫素電路，其中該二極體的陽極接收該參考信號，該二極體的陰極耦接至該第二電晶體的第二端。
  16. 如申請專利範圍第1項所述的畫素電路，其中該驅動級電路包括：一第一電晶體，第一端接收一參考接地電壓，該第一電晶體的控制端耦接至該電容的第二端，該第一電晶體的第二端耦接至該電壓傳輸器；以及一第二電晶體，第一端耦接至該第一電晶體的第二端，該第二電晶體的控制端接收該激光控制信號，該第二電晶體的第二端耦接至該發光二極體。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的畫素電路，其中該第一電晶體以及該第二電晶體為N型電晶體，該第二電晶體的第二端耦接至該發光二極體的陰極。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的畫素電路，其中該二極體的陰極接收該參考信號，該二極體的陽極耦接至該第二電晶體的第二端。
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