TWI775812B - 次像素電路及具有前者之顯示系統與電子裝置 - Google Patents

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Abstract

本文揭露一種次像素電路，其包含：一第一切換裝置，響應於一數位週期信號VP 以提供與一數位資料信號VD 相關的一數位控制信號VC ，該數位週期信號VP 在每個訊框週期內定義2N +1個時槽，其中N為一預定整數。該數位資料信號VD 在該等2N +1個時槽中之一預定時槽時具有一預定值；且該次像素電路更包含一第二切換裝置，響應於該控制信號VC 以驅動一相關聯的發光元件。

Description

次像素電路及具有前者之顯示系統與電子裝置
本發明係有關於次像素電路及具有前者之顯示器與電子裝置。
現代的平面顯示器裝置普遍地利用發光二極體或其變體的矩陣陣列。此等顯示器裝置的性能係取決於若干要素，其中之一為像素電路的實施態樣。圖1A繪示出用以驅動相關聯的發光二極體120的傳統次像素電路110。該次像素電路包括五個電晶體和兩個電容器(即5T2C的實施態樣)。
圖1B繪示出一電子裝置200的電路方塊圖，此電子裝置包括一圖形處理單元(GPU) 210及一傳統顯示器系統，該傳統顯示器系統包括列驅動器220、行驅動器230、顯示器面板240以及多個數位類比轉換器(DAC) 250。該顯示器面板240包括一組像素元件241的矩陣陣列，每個像素元件包括個別顏色的三個次像素電路110以及相關聯之發光元件120。
電子裝置200的運作大部分是類比。具體地說，由GPU 210產生的數位資料係由DAC 250轉換成類比資料，其接著驅動次像素元件240發光。如此的配置具有許多的缺點。
一個缺點涉及所得亮度的不均勻性。由於各像素元件的驅動電晶體係偏壓於飽和區，因此各LED的驅動電流對驅動電晶體的閘極上之驅動電壓上的變化非常敏感。該驅動電壓上的微小變化可能就足以造成驅動電流上的對應變化，導致亮度誤差。這現象對較高解析度或像素密度的顯示器裝置特別地明顯，其中順著類比資料線的該驅動電壓(即驅動電流與電阻的乘積)中的壓降可能會造成例如第一像素和最後像素之間的亮度顯著的不一致，而造成不均勻亮度。除了對驅動電壓中的變化敏感以外，也已知該所得亮度對溫度變化敏感。
為了補償上述的不均勻性問題，便將一補償電路提供給各像素元件(參照圖1A)。然而，該補償電路可能會使該顯示系統的控制操作複雜化，而降低可達成的最高像素密度及/或孔徑率。
另一個缺點涉及功率消耗。驅動電晶體係偏壓於飽和區，其中阻抗通常較大。除此之外，行線上的DAC 250會消耗大量功率。
由Jang等人在2009年一月於普渡大學(Purdue University)發表之標題為「用於使用調變之8b QVGA AMOLED顯示器的數位驅動技術」的文件，揭露一種包括兩個電晶體和一個電容器的次像素驅動器。該次像素驅動器接收使用差異積分調變產生的數位控制信號。然而，使用差異積分調變會需要採用電容器來將資料信號保持在一像素位準，而導致電路複雜及硬體密集。
吾人會期望能提供解決習知技術至少一個缺點的次像素電路，及/或提供大眾一個有用的選擇。
根據一層面，係提供：一第一切換裝置，其響應於一數位週期信號以提供與一數位資料信號相關的一數位控制信號，該數位週期信號在每個訊框週期內定義2N +1個時槽，其中N為一預定整數，該數位資料信號在該等2N +1個時槽中之一預定時槽時具有一預定值；以及一第二切換裝置，其響應於控制信號以驅動一相關聯發光元件。
所述實施例為特別有益處的。因為其電路在像素層級數位式地驅動，該電路大體上免於類比系統中出現的非理想效應，從而達成顯示器面板上改善的亮度均勻性。在像素層級也可以不需要使用補償電路來補償亮度均勻性，且較高像素密度及較高孔徑率相當容易達成。在特定範例中，第一及第二切換裝置可為作為切換裝置數位式地操作的電晶體，以及因此不需要DAC。更進一步，功率耗散只涉及前端數位信號處理中的動態功率損耗以及像素層級的靜態驅動功率損耗。因此，相較於類比驅動顯示器系統，大大地減少了功率耗散量。
較佳地，該預定時槽可為第一個以及最後一個時槽中之一者。該第一切換裝置可包括適於接收該數位資料信號的一第一端子、用以提供該數位控制信號的一第二端子、以及適於接收該數位週期信號的一控制端子；以及該第二切換裝置可包括適於接收一供應電壓的一第一端子、適於電氣連接到一發光元件的一第二端子、以及電氣連接到該第一切換裝置之該第二端子的一控制端子。
在特定實施例中，較佳的是，該次像素電路可不包含電氣連接在該等切換裝置之間的電容元件。甚至更特別地，該次像素電路可不具有任何電容元件。
較佳地，各該切換裝置可包括一電晶體。更佳地，各該切換裝置組配成通常操作於其線性區內。
該次像素電路可以作為顯示器系統的部分來實現，以及該顯示器系統可包含：多個發光元件；多個如上文所述的次像素電路，其與該等發光元件運作性地相關聯；與該等次像素電路運作性地相關聯的一編碼器單元，其響應於一第一輸入信號以提供該數位資料信號；以及與該等次像素電路運作性地相關聯的一選擇單元，其響應於一第二輸入信號以提供該數位週期信號。
該顯示器系統的各該第一及第二輸入信號可為一數位輸入信號。該等發光元件可包括有機發光二極體(OLED)。
該顯示器系統可為一電子裝置的一部分，以及在這方面，該電子裝置可包含如上文所述的一顯示器系統；以及一圖形處理單元，其與編碼器單元和該選擇單元運作性地相關聯，以及組配來產生該第一和第二輸入信號。在這方面，該顯示器系統可為一OLED顯示器。
根據另一層面，提供一種用於次像素電路的控制方法，其包含：響應於一數位控制信號以驅動一相關聯發光元件，該控制信號與一數位資料信號相關並從一數位週期信號導得，該數位週期信號在每個訊框週期內定義2N +1個時槽，其中N為一預定整數，該數位資料信號在該等2N +1個時槽中之一預定時槽時具有一預定值。
較佳地，該預定時槽可為第一個以及最後一個時槽中之一者。
根據另一層面，提供一種次像素電路，其包含：響應於一數位週期信號以提供與一數位資料信號有關的一數位控制信號的一第一電晶體，以及響應於該控制信號以驅動一相關聯發光元件的一第二電晶體，而其中該等第一與第二電晶體之間沒有電氣連接的電容元件。特別地是，該次像素電路可不包含電容元件。
可以設想到的是，與一個層面相關的特徵亦可適用於其它層面。
參考圖2A，根據本發明的範例實施例之一種次像素電路310 (由虛線標示)包括成一第一切換器311形式的一第一切換裝置311，及成一第二切換器312形式的一第二切換裝置312。要注意的是，在其他實施例中，切換裝置311、312可以藉由任何其他主動及/或被動零件及/或更多切換器來實現。
作為閘控開關的第一切換器311，響應於數位週期信號VP 而提供與數位資料信號VD 相關的數位控制信號VC 。在此實施例中，信號VC 、VD 及VP 為二進位信號，各具有兩個邏輯狀態，即為「1」(開)以及「0」(關)。數位週期信號VP 在每個訊框週期內定義2N +1個時槽，其中N為一預定整數。該數位控制信號VC 在該等2N +1個時槽中之一預定者時具有一預定值。
詳言之，第一切換器311包括：接收數位資料信號VD 的一第一端子311a、提供數位控制信號VC 的一第二端子311b、以及接收數位週期信號VP 的一控制端子311c。因此該第一切換器311基於數位週期信號VP 從數位資料信號VD 來提供數位控制信號VC 。
作為驅動開關的第二切換器312，響應於由第一切換器311提供之數位控制信號VC 而驅動相關聯的發光元件320。詳言之，第二切換器312包括：接收供應電壓VDD的一第一端子312a、電氣連接到發光元件320的一第二端子312b、以及電氣連接到第一切換器311之第二端子311b的一控制端子312c，此控制端子用以接收從第一切換器311來的數位控制信號VC 。
在此實施例中的該發光元件320為驅動電流ILED 所通過的發光二極體(LED)。具體的說，基於接收到的該數位控制信號VC ，第二切換器312閉合以允許該供應電壓VDD通過發光元件320，導致驅動電流ILED 通過發光元件320。
次像素電路310以及相關聯的發光元件320一起形成一個次像素。值得注意的是，在此實施例中的該次像素電路不包括電容元件。
在此範例中，各切換器311、312都包括一個金屬氧化半導體場效電晶體(MOSFET)，並操作在其線性區內。應該理解的是，在其它實施例中，各切換器311、312可以包括任何其它類型的一個合適電晶體或類似者，諸如雙極性接面電晶體或氮化鎵功率開關。
圖3顯示出上述數位週期信號VP 、數位資料信號VD 、以及驅動電流ILED 的範例時序圖。此數位週期信號顯示為在兩個邏輯狀態之間以50%的工作週期來振盪或交替。由於數位週期信號VP 的週期特性，所以數位控制信號VC 具有相似於數位資料信號VD 的信號波形。數位資料信號VD 以及相對應的數位控制信號VC 表示一連串分別由高和低電壓來呈現的「0」(關)和「1」(開)之二進位碼。
在這實施例中，N為8 (即8位元灰階控制)，使得數位週期信號VP 在各訊框週期內具有28 +1 (即257)個時槽。在如此的組態中，次像素電路310於各訊框週期期間被致動257次或作了257次掃描動作，用以基於由次像素電路310接收之數位資料信號VD 來控制發光元件320。預定時槽在此實施例中為257個時槽中的最後一個時槽，且在其它實施例中可能為257個時槽中的第一個時槽。數位資料信號VD 以及因此數位控制信號VC ，在該預定時槽處具有「0」(關)之預定邏輯狀態。如此的組態可確保信號VD 、VC 在各訊框週期的預定時槽處從「1」轉換成「0」，而重設次像素電路310以及使發光元件320變暗。依此方式，從「0」變成「1」的第一個邏輯狀態轉換會發生在開頭256個時槽中的任一個期間，從「1」變成「0」的第二個邏輯狀態轉換則會發生在最後(即第257個)時槽處，來為下一個訊框週期重設次像素電路310。即是，兩個邏輯狀態轉換會發生在一訊框週期期間，其中數位資料信號VD 代表該訊框週期的非零灰階或明亮度值。
於時序圖中的驅動電流ILED 之信號表示型態係相似於資料信號VD 之信號表示型態。一陰影區域可見於驅動電流ILED 之該信號表示型態中。該陰影區域表示該訊框週期期間由發光元件320發出的光之平均或總體亮度位準。該陰影區域和該訊框週期內數位資料信號VD 具有「1」(開)的邏輯狀態時的時槽數量成比例。
圖2B揭露包括一圖形處理單元410 (GPU)及一顯示器系統的一種電子裝置400。該顯示器系統包括一選擇單元420、一編碼器單元430以及一顯示器面板440。
GPU 410係組配來產生第一和第二輸入信號，該等信號在此實施例中為數位信號，以及在其它實施例中可能為類比信號。編碼器單元430響應於該第一輸入信號以產生對應於個別顏色的多個數位資料信號VD1 -VD3 來提供給顯示器面板440。選擇單元420響應於該第二輸入信號以產生多個數位週期信號VP1 、Vp2 來與數位資料信號VD1 -VD3 相關聯地提供給顯示器面板440。在此實施例中的編碼器單元430以包括諸如正反器和組合邏輯的數位組件之數位電路實現。與習知技術的DAC相比，編碼器單元430具有較低的功率耗散、消耗零或低的靜態功率、以及使用相對地低的動態功率。
顯示器面板440為一有機發光二極體(OLED)面板，其包括成有多列與多行的矩陣配置之一組像素元件341的陣列。各像素元件341由分別對應於紅色、綠色及藍色的三個次像素元件310組成。各列像素元件341相繼地接收數位週期信號Vp1 、Vp2 中之一對應者。各個次像素元件310具有圖2A描繪之組態，包括如上文所述的對應顏色之一次像素電路310以及一發光元件320，以及在收到數位週期信號Vp1 、Vp2 中之對應者或由其致動時，即接收數位資料信號VD1 -VD3 中之一對應者。
圖4繪示出第一列中之該等像素元件341中之一者在一訊框週期期間的時序圖。該等像素元件341中之該一者的各次像素電路310接收週期數位信號Vp1 以及數位資料信號VD1 -VD3 中之對應者，並驅動對應發光元件320依上文所述的方式以個別的灰階或明亮度位準發出個別顏色的光。由該等像素元件441中之該一者發出的光從而具有分別在較高、較低及中等總體亮度位準的紅色、綠色及藍色成分。
一個合適的現有次像素電路可組配來執行根據本發明之實施例的一種控制方法，包含響應於一數位控制信號以驅動相關聯發光元件，此控制信號與一數位資料信號相關並從一數位週期信號導得，該數位週期信號在每個訊框週期內定義2N +1個時槽，其中N為一預定整數；該數位資料信號在該等2N +1個時槽中之一預定者時具有一預定值。此現行次像素電路的運作相似於上文配合圖1到4所述的該次像素電路，為簡潔起見，此處不予贅述。
次像素電路310以及本發明的顯示器系統具有許多優點。第一，因為此系統係以系統層級和像素層級二者予以數位式地驅動，所以此系統大體上免於出現在類比系統中諸如因導線電阻造成的電壓壓降、因製程及溫度等等造成的電晶體變異的非理想效應，從而達成改善的顯示器面板上亮度均勻性。第二，由於在像素層級不需要補償電路來補償亮度均勻性，因此較高像素密度及較高孔徑率相當容易達成。第三，由於所有電晶體都數位式地作為開關來操作，所以不需要DAC。而且，因為沒有DAC (其耗電量大)且具有低阻抗(由於驅動各像素的電晶體偏壓於線性區)，故能達成極低功率耗散。更進一步，功率耗散只涉及前端數位信號處理中的動態功率損耗以及像素層級的靜態驅動功率損耗。因此，相較於類比驅動顯示器系統，大大地減少了功率耗散量。
現在已經充分地描述了本發明，對於熟於此技者來說顯然可看出，在不違背所請求範圍的情況下，可對其進行許多修改。
110‧‧‧(傳統)次像素電路120‧‧‧發光二極體/發光元件200、400‧‧‧電子裝置210、410‧‧‧圖形處理單元(GPU)220‧‧‧列驅動器230‧‧‧行驅動器240‧‧‧顯示器面板/次像素元件241、341、441‧‧‧像素元件250‧‧‧數位類比轉換器(DAC)VDD‧‧‧供應電壓VD‧‧‧(數位)資料信號/信號VD1-VD3‧‧‧數位資料信號VP、VP1、VP2‧‧‧數位週期信號VC‧‧‧數位控制信號/信號ILED、ILED1-ILED3‧‧‧驅動電流310‧‧‧次像素電路/次像素元件311‧‧‧(第一)切換裝置/(第一)切換器312‧‧‧(第二)切換裝置/(第二)切換器311a、312a‧‧‧第一端子311b、312b‧‧‧第二端子311c、312c‧‧‧控制端子320‧‧‧發光元件420‧‧‧選擇單元430‧‧‧編碼器單元440‧‧‧顯示器面板
現在將在下文參照附圖描述範例實施例，圖中相同的部分由相同的參考標號表示。在該等圖式中： 圖1A繪示一傳統次像素電路之一電路圖； 圖1B繪示利用成一陣列的圖1A所示傳統次像素電路的電子裝置之電路方塊圖； 圖2A繪示根據本發明之範例實施例的次像素電路之電路圖； 圖2B繪示利用一陣列的圖2A所示次像素電路的電子裝置之電路方塊圖； 圖3繪示圖2A的該次像素電路之時序圖；以及 圖4繪示圖2B的該電子裝置的一像素元件之時序圖。
VDD‧‧‧供應電壓
VD‧‧‧數位資料信號/信號
VP‧‧‧數位週期信號
VC‧‧‧數位控制信號/信號
ILED‧‧‧驅動電流
310‧‧‧次像素電路/次像素元件
311‧‧‧(第一)切換裝置/(第一)切換器
312‧‧‧(第二)切換裝置/(第二)切換器
311a、312a‧‧‧第一端子
311b、312b‧‧‧第二端子
311c、312c‧‧‧控制端子
320‧‧‧發光元件

Claims (14)

  1. 一種次像素電路，其包含：一第一切換裝置，其受組配為可進行下列作業：接收一數位週期信號，該數位週期信號在每個訊框週期內定義出2N+1個時槽，其中，N為一預定整數，且係與一相關聯發光元件的N位元灰階控制有關；接收一數位資料信號，該數位資料信號包含一連串為「0」與「1」的二元邏輯狀態，並且在該等2N+1個時槽中之一預定時槽內具有一預定狀態；基於該數位週期信號，提供來自該數位資料信號的一數位控制信號；以及一第二切換裝置，其響應於該數位控制信號而驅動該相關聯發光元件，其中，由該相關聯發光元件在一訊框週期當中所發出之光線的平均亮度位準與在該訊框週期中之該數位資料信號具有為「1」之邏輯狀態時的時槽之數量成比例。
  2. 如請求項1之次像素電路，其中，該預定時槽為第一個時槽及最後一個時槽其中一者。
  3. 如請求項1或2之次像素電路，其中：該第一切換裝置包括適於接收該數位資料信號的一第一端子、用於提供該數位控制信號的一第二端子、以及適於接收該數位週期信號的一控制端子；並且該第二切換裝置包括適於接收一供應電壓的一第一端子、適於電氣式連接至該相關聯發光元件的一第二端 子、以及電氣式連接至該第一切換裝置之該第二端子的一控制端子。
  4. 如請求項1或2之次像素電路，該次像素電路不含有電氣式連接在該等切換裝置之間的電容元件。
  5. 如請求項4之次像素電路，該次像素電路不含有電容元件。
  6. 如請求項1或2之次像素電路，其中，該等切換裝置各包含有一電晶體。
  7. 如請求項6之次像素電路，其中，該等切換裝置各受組配為通常操作於其線性區中。
  8. 一種顯示器系統，其包含：多個發光元件；多個如請求項1至7中任一項的次像素電路，其與該等發光元件在運作上相關聯；與該等次像素電路在運作上相關聯的一編碼器單元，該編碼器單元響應於一第一輸入信號而提供該數位資料信號；以及與該等次像素電路在運作上相關聯的一選擇單元，該選擇單元響應於一第二輸入信號而提供該數位週期信號。
  9. 如請求項8之顯示器系統，其中，該第一輸入信號與該第二輸入信號各為一數位輸入信號。
  10. 如請求項8或9之顯示器系統，其中，該等發光元件包括有機發光二極體(OLED)。
  11. 一種電子裝置，其包含： 如請求項8至10中任一項的一顯示器系統；以及一圖形處理單元，其與該編碼器單元和該選擇單元在運作上相關聯，並且被組配為可產生該等第一和第二輸入信號。
  12. 如請求項11之電子裝置，其中，該顯示器系統包含一OLED顯示器。
  13. 一種用於次像素電路的控制方法，包含：響應於一數位控制信號而驅動一相關聯發光元件，該數位控制信號與一數位資料信號相關，且係從一數位週期信號導得，該數位週期信號在每個訊框週期內定義出2N+1個時槽，其中，N為一預定整數，且係與該相關聯發光元件的N位元灰階控制有關，該數位資料信號包含一連串為「0」與「1」的二元邏輯狀態，且在該等2N+1個時槽中之一預定時槽內具有一預定狀態，其中，由該相關聯發光元件在一訊框週期當中所發出之光線的平均亮度位準與在該訊框週期中之該數位資料信號具有為「1」之邏輯狀態時的時槽之數量成比例。
  14. 如請求項13之控制方法，其中，該預定時槽為第一個時槽及最後一個時槽其中一者。
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