TWI721561B

TWI721561B - 畫素電路

Info

Publication number: TWI721561B
Application number: TW108133278A
Authority: TW
Inventors: 林志隆; 林祐陞; 鄭貿薰; 施立偉
Original assignee: 友達光電股份有限公司
Priority date: 2019-09-16
Filing date: 2019-09-16
Publication date: 2021-03-11
Also published as: CN111445836B; CN111445836A; TW202113783A

Abstract

本揭示內容關於一種畫素電路，包含驅動電路、資料寫入電路及漏電補償電路。驅動電路用以響應於第一節點的電壓導通，以輸出驅動電流來驅動發光元件。資料寫入電路包含一第一儲能元件及一第二儲能元件。第一儲能元件用以接收資料電壓，且電性連接於第二節點。第二儲能元件電性連接於第一節點及第二節點。漏電補償電路電性連接於第一節點及第二節點之間，以在驅動電路輸出驅動電流時，第二節點的電壓對第一節點的電壓進行補償。

Description

畫素電路

本揭示內容關於一種畫素電路，特別是能提供電流以驅動發光元件之技術。

低溫多晶矽薄膜電晶體(low temperature poly-silicon thin-film transistor，以下簡稱LTPS)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。然而，當LTPS被關斷時，其電晶體內部仍會存在有明顯的漏電路徑，尤其是處於低操作頻率時，漏電現象更為明顯。漏電現象會導致驅動顯示面板內的發光元件的電流不穩定，致使發光元件產生閃爍、影響顯示畫面的品質。

本揭示內容之一態樣為一種畫素電路，包含驅動電路、資料寫入電路及漏電補償電路。驅動電路用以響應於第一節點的電壓導通，以輸出驅動電流來驅動發光元件。資料寫入電路包含第一儲能元件及第二儲能元件。第一儲能元件用以接收資料電壓，且電性連接於第二節點。第二儲能元件電性連接於第一節點及第二節點之間。漏電補償電路電性連接於第一節點及第二節點之間，以在驅動電路輸出驅動電流時，第二節點的電壓對第一節點的電壓進行補償。

據此，在驅動電路驅動發光元件發光時，即使第一節點的電壓因畫素電路中的漏電路徑而下降，第二節點的電壓將能即時對第一節點的電壓進行補償，以確保發光元件的發光穩定性。

100‧‧‧畫素電路

200‧‧‧畫素電路

110‧‧‧驅動電路

120‧‧‧資料寫入電路

130‧‧‧漏電補償電路

T1‧‧‧第一開關元件

T2‧‧‧第二開關元件

T3‧‧‧第三開關元件

T4‧‧‧第四開關元件

T5‧‧‧第五開關元件

T6‧‧‧第六開關元件

Td‧‧‧驅動電晶體

Tc‧‧‧漏電補償電晶體

C1‧‧‧第一儲能元件

C2‧‧‧第二儲能元件

L‧‧‧發光元件

Vdd‧‧‧驅動電壓

Vref1‧‧‧第一參考電壓

Vref2‧‧‧第二參考電壓

Vdata‧‧‧資料電壓

Vc‧‧‧控制電壓

S1‧‧‧第一開關訊號

S2‧‧‧第二開關訊號

S3‧‧‧第三開關訊號

Sc‧‧‧補償控制訊號

N1‧‧‧第一節點

N2‧‧‧第二節點

N3‧‧‧第三節點

Id‧‧‧驅動電流

Rc‧‧‧漏電補償路徑

第1A圖為根據本揭示內容之部分實施例所繪示的畫素電路的示意圖。

第1B圖為根據本揭示內容之部分實施例所繪示的畫素電路的訊號波形圖。

第2A~2F圖為根據本揭示內容之部分實施例所繪示的畫素電路的運作狀態示意圖。

第3A圖為根據本揭示內容之部分實施例所繪示的畫素電路的示意圖。

第3B圖為根據本揭示內容之部分實施例所繪示的畫素電路的訊號波形圖。

第4A~4D圖為根據本揭示內容之部分實施例所繪示的畫素電路的運作狀態示意圖。

以下將以圖式揭露本發明之複數個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。

於本文中，當一元件被稱為「連接」或「耦接」時，可指「電性連接」或「電性耦接」。「連接」或「耦接」亦可用以表示二或多個元件間相互搭配操作或互動。此外，雖然本文中使用「第一」、「第二」、…等用語描述不同元件，該用語僅是用以區別以相同技術用語描述的元件或操作。除非上下文清楚指明，否則該用語並非特別指稱或暗示次序或順位，亦非用以限定本發明。

請參閱第1A圖所示，係根據本揭示內容之部份實施例所繪示之一種畫素電路100。畫素電路100設置於顯示面板內，包含驅動電路110、資料寫入電路120及漏電補償電路130。畫素電路100用以從顯示面板之控制器中接收多個控制訊號(如第1A圖所標示之訊號S1~S3及Sc，細節將於後續段落說明)，以控制驅動電路110、資料寫入電路120及漏電補償電路130。驅動電路110用以響應於第一節點N1的電壓導通，以輸出驅動電流Id來驅動發光元件L。在部份實施例中，驅動電路110包含驅動電晶體Td。驅動電晶體Td用以連接至驅動電源，以接收驅動電壓Vdd。當驅動電晶體Td響應於第一節點N1的電壓而導通時，驅動電路110將根據驅動電壓Vdd產生驅動電流Id。發光元件L耦接至驅動電晶體Td，並根據驅動電流Id發光。

資料寫入電路120包含第一儲能元件C1及第二儲能元件C2。第一儲能元件C1用以接收資料電壓Vdata，且電性連接於第二節點N2。第二儲能元件C2電性連接於第一節點N1及第二節點N2之間。漏電補償電路130電性連接於第一節點N1及第二節點N2之間，以在驅動電路110輸出驅動電流Id時，第二節點N2的電壓對第一節點N1的電壓進行補償。在部份實施例中，第一儲能元件C1及第二儲能元件C2可為電容。

當驅動電路110驅動發光元件L產生光亮時，若第一節點N1上的電壓由畫素電路100中其他路徑漏電(如：第三開關元件T3，其運作將於後文詳述)，則驅動電晶體Td的閘極電壓下降，從而影響發光元件L的亮度。本揭示內容透過漏電補償電路130，使驅動電路110驅動發光元件L時，第二節點N2上的電壓透過漏電補償電路130導通至第一節點N1。由於第二節點N2的電壓高於第一節點N1的電壓，因此，第二節點N2的電壓能對第一節點N1的電壓進行補償。據此，即可解決驅動電晶體Td的閘極(第一節點N1)的電壓因畫素電路100中具有漏電路徑而下降的間題。

在部份實施例中，漏電補償電路130包含漏電補償開關Tc。漏電補償開關Tc電性連接於第一節點C1及第二節點C2之間。即，漏電補償開關Tc與第二儲能元件C2相並聯，且響應於補償控制訊號Sc而導通。在發光期間(即，驅動電路110驅動發光元件L)，第二節點N2將被導通至驅動電源。在本實施例中，驅動電源提供之驅動電壓Vdd為高電壓訊號，使第二節點N2的電壓大於第一節點N1的電壓。

請參閱第1A圖所示，在部份實施例中，驅動電路110還包含第一開關元件T1及第二開關元件T2，且畫素電路100還包含第三開關元件T3、第四開關元件T4、第五開關元件T5、第六開關元件T6。第一開關元件T1電性連接於第二節點N2及驅動電晶體Td。第二開關元件T2電性連接於第一開關元件T1及驅動電壓Vdd。第三開關元件T3電性連接於第一節點N1及第一參考電源，以在導通時接收第一參考電壓Vref1。第四開關元件T4電性連接於第一儲能元件C1。第五開關元件T5電性連接於驅動電晶體Td及第二參考電源，以在導通時接收第二參考電壓Vref2。

第三開關元件T3、第四開關元件T4、第五開關元件T5係響應於第一開關訊號S1導通或關斷。第一開關元件T1則響應於第二開關訊號S2導通或關斷。漏電補償電路130(漏電補償電晶體Tc)響應於補償控制訊號Sc導通或關斷。第二開關元件T2則響應於第三開關訊號S3導通或關斷。

請搭配參閱第1B圖，第1B圖為根據本揭示內容之部份實施例的畫素電路100的操作時序圖。以下將詳細說明畫素電路100在不同操作期間下的運作方式。在部份實施例中，畫素電路100的運作過程包含第一重置期間P1、第二重置期間P2、驅動補償期間P3、資料寫入期間P4及發光期間P5。

在本實施例中，該些開關元件T1~T5及漏電補償電晶體皆為P型TFT(薄膜電晶體)。對於P型TFT而言，當其閘極接收到的訊號為高電壓準位時將禁能、接收到的訊號為低電壓準位時將致能。但本揭示內容並不以此為限。亦可使用N型電晶體作為開關使用(即，低電壓準位時禁能、高電壓準位準位時致能)。

請參閱第2A圖所示，在第一重置期間P1，第一開關訊號S1為禁能準位、第二開關訊號S2為致能準位、補償控制訊號Sc為致能準位、第三開關訊號S3為致能準位。因此，第一開關元件T1、第二開關元件T2及漏電補償電路130(漏電補償電晶體Tc)導通，第三開關元件T3、第四開關元件T4及第五開關元件T5關斷。此時，第一節點N1及第二節點N2透過第二開關元件T2導通至驅動電源，且驅動電源提供的驅動電壓Vdd將會施加至第一節點N1及第二節點N2上。在本實施例中，驅動電壓Vdd為高電壓訊號，用以重置第一節點N1及第二節點N2的電壓。

請參閱第2B圖所示，在第二重置期間P2，第一開關訊號S1為致能準位、第二開關訊號S2為致能準位、補償控制訊號Sc為禁能準位、第三開關訊號S3為致能準位。因此，第一開關元件T1、第二開關元件T2、第三開關元件T3、第四開關元件T4及第五開關元件T5導通。漏電補償電路130(漏電補償電晶體Tc)關斷。此時，第一節點N1導通至第一參考電源，以被控制於第一參考電壓Vref1。第二節點N2則維持在驅動電壓Vdd。發光元件L將透過第五開關元件T5導通至第二參考電源，以接收第二參考電壓Vref2(低電壓)，使發光元件L上的電壓能被重置。

請參閱第2C圖所示，在驅動補償期間P3，第一開關訊號S1為致能準位、第二開關訊號S2為致能準位、補償控制訊號Sc為禁能準位、第三開關訊號S3為禁能準位。因此，第一開關元件T1、第三開關元件T3、第四開關元件T4及第五開關元件T5導通，漏電補償電路130(漏電補償電晶體Tc)及第二開關元件T2關斷。此時，第一節點N1仍被控制於第一參考電壓Vref1。第二節點N2會透過驅動電路110中的第一開關元件T1、驅動電晶體Td及第五開關元件T5，導通至第二參考電壓Vref2。資料寫入電路120中第三節點N3的電壓則透過第四開關元件T4，被控制於一個控制電壓Vc中。在開關元件T1~T3為理想(即，導通時視為短路)的情況下，第二節點N2上將會形成補償電壓。在本實施例中，補償電壓等於「第一參考電壓Vref+驅動電晶體Td的臨界電壓Vth」。

請參閱第2D圖所示，在資料寫入期間P4，第一開關訊號S1為致能準位、第二開關訊號S2為禁能準位、補償控制訊號Sc為禁能準位、第三開關訊號S3為禁能準位。因此，第三開關元件T3、第四開關元件T4及第五開關元件T5導通。第一開關元件T1、第二開關元件T2及漏電補償電路130(漏電補償電晶體Tc)關斷。此時，資料寫入電路110透過導通之第四開關元件T4，接收資料電壓Vdata，使得第一儲能元件C1(第三節點N3)上形成(被寫入)資料電壓Vdata。由於在資料寫入期間P4，第三節點N3的電壓變化為「資料電壓Vdata-控制電壓Vc」，因此，根據電容耦合效應，第二節點N2上會產生相同的電壓變化。意即，第二節點的電壓V2將為下列方程式所示：V2=Vref+Vth+C1×(Vdata-Vc)/(C1+C2)。

請參閱第2E圖所示，在發光期間P5，在資料寫入期間P4，第一開關訊號S1為禁能準位、第二開關訊號S2為致能準位、補償控制訊號Sc為禁能準位、第三開關訊號S3為致能準位。因此，第一開關元件T1、第二開關元件T2導通。第三開關元件T3、第四開關元件T4、第五開關元件T5及漏電補償電路130(漏電補償電晶體Tc)關斷。由於在驅動補償期間P3時，第二節點N2上已針對臨界電壓Vth完成補償，因此，根據驅動電晶體Td的電氣特性，發光期間P5中驅動電流Id將為「K×[C1×(Vdata-Vc)/(C1+C2)]²」。

承上，請參閱第2F圖所示，雖然在發光期間P5漏電補償電路130(漏電補償電晶體Tc)及第三開關元件T5關斷，但電流仍可能會通過電晶體本身(即，漏電現象)。在產生漏電的情況下，第一節點N1的電壓將會透過第三開關元件朝第一參考電源放電。由於第二節點N2此時導通於驅動電壓Vdd、第二節點N2上的電壓大於第一節點N1的電壓，因此第二節點N2能透過漏電補償電晶體Tc上形成的漏電補償路徑Rc，對第一節點N1進行電壓補償，解決第一節點N1上電壓不穩定的問題。

在本揭示內容中，由於漏電補償電路130形成的漏電補償路徑Rc與臨界電壓有關，因此能更精確地對第一節點N1的電壓進行補償。如第2C及2F圖所示，第二節點 N2的電壓在驅動補償期間P3會被寫入補償電壓，補償電壓與臨界電壓Vth有關。在發光期間P5，第二節點N2將根據補償電壓對第一節點N1進行補償，使得第一節點N1上的電壓亦與臨界電壓Vth相關，進而確保驅動電流Id不會被驅動電晶體Td之臨界電壓Vth所影響。

第3A及3B圖為本揭示內容之另一實施例之畫素電路200示意圖。於第3A及3B圖中，與第1A及1B圖之實施例有關的相似元件係以相同的參考標號表示以便於理解，且相似元件之具體原理已於先前段落中詳細說明，若非與第3A及3B圖之元件間具有協同運作關係而必要介紹者，於此不再贅述。

在該實施例中，畫素電路200還包含第六開關元件T6。第六開關元件T6電性連接於第四開關元件T4及第一儲能元件C1之間。第六開關元件T6響應於第三開關訊號S3導通或關斷。第六開關元件T6用以在發光期間P5時導通，以使第一儲能元件C1透過第六開關元件T6導通至第二參考電源Vref2，使第三節點N3的電壓不會因為浮動變化而干擾第二節點N2的電壓。

請參閱第4A圖所示，在重置期間Pa，第一開關訊號S1為禁能準位、第二開關訊號S2為致能準位、補償控制訊號Sc為致能準位、第三開關訊號S3為致能準位。因此，第一開關元件T1、第二開關元件T2、第六開關元件T6及漏電補償電路130(漏電補償電晶體Tc)導通，第三開關元件T3、第四開關元件T4及第五開關元件T5關斷。此時，第一節點N1 及第二節點N2透過第二開關元件T2導通至驅動電壓Vdd，且驅動電壓Vdd提供的高電壓將會施加至第一節點N1及第二節點N2上(即，重置第一節點N1及第二節點N2的電壓)。第三節點N3則透過第六開關元件T6被控制於第二參考電壓Vref2。

請參閱第4B圖所示，在驅動補償期間P3，第一開關訊號S1為致能準位、第二開關訊號S2為致能準位、補償控制訊號Sc為禁能準位、第三開關訊號S3為禁能準位。因此，第一開關元件T1、第三開關元件T3、第四開關元件T4及第五開關元件T5導通，第二開關元件T2、第六開關元件T6及漏電補償電路130(漏電補償電晶體Tc)關斷。此時，第一節點N1仍被控制於第一參考電壓Vref1。第二節點N2會透過驅動電路110中的第一開關元件T1、驅動電晶體Td及第五開關元件T5，導通至第二參考電壓Vref2。資料寫入電路120中第三節點N3的電壓則透過第四開關元件T4，被控制於一個控制電壓Vc中。在開關元件T1~T3為理想(即，導通時視為短路)的情況下，第二節點N2上將會形成補償電壓。在本實施例中，補償電壓等於「第一參考電壓Vref+驅動電晶體Td的臨界電壓Vth」。

請參閱第4C圖所示，在資料寫入期間P4，第一開關訊號S1為致能準位、第二開關訊號S2為禁能準位、補償控制訊號Sc為禁能準位、第三開關訊號S3為禁能準位。因此，第三開關元件T3、第四開關元件T4及第五開關元件T5導通。第一開關元件T1、第二開關元件T2、第六開關元件T6及漏電補償電路130(漏電補償電晶體Tc)關斷。此時，資料寫入電路110透過導通之第四開關元件T4，接收資料電壓Vdata，使得第一儲能元件C1(第三節點N3)能被寫入資料電壓Vdata。由於在資料寫入期間P4，第三節點N3的電壓變化為「資料電壓Vdata-控制電壓Vc」，因此，根據電容耦合效應，第二節點N2上會產生相同的電壓變化。意即，第二節點的電壓V2將為下列方程式所示：V2=Vref+Vth+C1×(Vdata-Vc)/(C1+C2)。

請參閱第4D圖所示，在發光期間P5，第一開關訊號S1為禁能準位、第二開關訊號S2為致能準位、補償控制訊號Sc為禁能準位、第三開關訊號S3為致能準位。因此，第一開關元件T1、第二開關元件T2及第六開關元件T6導通。第三開關元件T3、第四開關元件T4、第五開關元件T5及漏電補償電路130(漏電補償電晶體Tc)關斷。由於在驅動補償期間P3時，第二節點N2上已針對臨界電壓Vth完成補償，因此，根據驅動電晶體Td的電氣特性，發光期間P5中驅動電流Id將為「K×[C1×(Vdata-Vc)/(C1+C2)]²」。

與第2A~2F圖相同，雖然在發光期間P5漏電補償電路130(漏電補償電晶體Tc)及第三開關元件T5關斷，但由於第二節點N2的電壓大於第一節點N1的電壓，因此第二節點N2能透過漏電補償電晶體Tc內的漏電補償路徑Rc，對第一節點N1進行電壓補償，解決漏電的問題。此外，在發光期間P5，由於第六開關元件T6導通至第二參考電源，故第三節點N3的電壓將透過第六開關元件T6，被控制於第二參考電壓Vref2。據此，在第三節點N3的電壓被控制的情況下，第二節點N2的電壓亦能維持穩定，且對第一節點N1的電壓進行補償。

前述各實施例中的各項元件、方法步驟或技術特徵，係可相互結合，而不以本揭示內容中的文字描述順序或圖式呈現順序為限。

雖然本發明內容已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明內容，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明內容之精神和範圍內，當可作各種更動與潤飾，因此本發明內容之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。