TWI810992B - 像素電路、其驅動方法和電致發光顯示裝置 - Google Patents

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Abstract

本申請實施例提供一種像素電路及其驅動方法和顯示裝置。像素電路包括一灰階轉換器和一電流產生器，其中灰階轉換器適於接收一第一資料電壓和一第二資料電壓，並對應產生一灰階電壓。同時，透過斜坡電壓變動灰階電壓而對應的控制驅動電流的導通時間，讓電致發光元件可以相對應的主灰階或次灰階發光。透過這種方式，可達成高位元深度，並呈現像素的真實灰階，改善因小資料區間所造成的灰階混亂問題，並提升顯示裝置的畫面品質。

Description

像素電路、其驅動方法和電致發光顯示裝置
本申請係關於一種像素電路；特別關於一種適用於電致發光顯示器的像素電路。
電致發光(Electroluminescence)顯示器使用發光二極體(Light Emitting Diode,LED)或有機發光二極體(Organic Light Emitting Diode,OLED)做為發光器件，現今已廣泛應用在消費級和工業級領域，其中顯示畫質的提升是顯示器技術開發的一個重要且持續性的目標。而無論顯示器的驅動基底為傳統顯示器採用的薄膜電晶體(Thin Film Transistor,TFT)工藝或微顯示器(micro Display)採用的互補式金屬氧化物半導體(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor,CMOS)工藝，皆對光電轉換精度十分要求，其灰階的精準定義決定了畫質的優劣。
在這些顯示器中，通常以類比(analog)式的驅動方法做灰階的資料精度(data precision)設定。此資料精度為位元深度(bit depth，或稱灰階深度)和資料區間(data range)的比值，因此在相同的資料精度下若要提高位元深度，勢必讓像素電路在較大的資料區間內操作。然而此方法受限於 工藝製造的器件性能，當硬體架構所能達到的位元深度為固定時，驅動器無法在固定的資料區間做更多灰階數目切換，往往導致灰階混亂而影響其所能呈現的畫面品質。
本申請實施例提供一種像素電路、其驅動方法和電致發光顯示裝置，適於在小的資料區間做不同灰階的切換，提升畫面品質。
本申請實施例提供一種像素電路，包括：一電流產生器，用以導通一驅動電流流動至一電致發光元件；以及一灰階轉換器用以接收一第一資料電壓、一第二資料電壓、一參考電壓和一斜坡電壓，並根據該參考電壓變動該第二資料電壓和該第一資料電壓而對應產生一灰階電壓；以及根據該斜坡電壓變動該灰階電壓，以控制該電流產生器導通該驅動電流的時間長度，驅動該電致發光元件以對應該時間長度的一灰階發光。其中，該灰階包含對應該第一資料電壓的一主灰階以及對應該第二資料電壓的一次灰階，且該次灰階為介於該主灰階與其上一灰階和下一灰階之間的多個次灰階的其中之一。
在本申請的一實施例中，該灰階轉換器包括：一轉換電路，用以響應一第一控制信號而接收該第一資料電壓和該第二資料電壓、響應一第三控制信號而接收該參考電壓以及響應一第二控制信號而接收該斜坡電壓，該灰階電壓受該斜坡電壓拉動而在該時間長度內遞增或遞減；以及一鎖存電路，耦接於該電流產生器，用以接收一第一電壓，並且在一第二節點建立該第一電壓，以開啟該電流產生器，以及用以響應遞增或遞減的灰階電壓，而在一第一節點建立該第一電壓，以對應該時間長度關閉該電 流產生器。
在本申請的一實施例中，該轉換電路包括串聯的一第一電容和一第二電容，其中該第二電容耦接於一第三節點和一第四節點之間。該第一資料電壓建立於該第三節點，該第二資料電壓建立於該第四節點。該第二電容根據該參考電壓變動該第二資料電壓和該第一資料電壓而在該第三節點產生該灰階電壓。該第一電容耦接於該第三節點和一斜坡電壓端，用以根據該斜坡電壓變動該灰階電壓。
在本申請的一實施例中，該轉換電路還包括：一第二電晶體，分別耦接於一資料線和該第三節點，用以響應該第一控制信號而傳送該第一資料電壓至該第三節點；一第五電晶體，分別耦接於該資料線和該第四節點，用以響應該第一控制信號而傳送該第二資料電壓至該第四節點；一第六電晶體，分別耦接於該第一電容和該斜坡電壓端，用以響應該第二控制信號而傳送該斜坡電壓至該第一電容；以及一第七電晶體，分別耦接於該第四節點和該參考電壓端，用以響應該第三控制信號而傳送該參考電壓至該第四節點。
在本申請的一實施例中，該資料線包括一第一資料線和一第二資料線。該第二電晶體耦接於該第一資料線和該第三節點之間，該第五電晶體耦接於該第二資料線和該第四節點之間。
在本申請的一實施例中，該第二電晶體的一閘極耦接於一第一分支信號線，用以響應該第一控制信號的第一分支控制信號而傳送該第一資料電壓至該第三節點，該第五電晶體的一閘極耦接於一第二分支信號線，用以響應該第一控制信號的第二分支控制信號而傳送該第二資料電壓 至該第四節點。
在本申請的一實施例中，該鎖存電路包括：一第一電晶體，分別耦接於一第一電壓端和該第二節點，用以響應該第一控制信號而傳送該第一電壓至該第二節點；一第三電晶體，分別耦接於該第一節點、該第三節點和該第一電壓端，用以響應該灰階電壓而傳送該第一電壓至該第一節點；以及一組背對背的反相器，耦接於該第一節點和該第二節點之間，用以在該第一節點保持該第一電壓，並同步的在該第二節點建立與該第一電壓相反的一第二電壓，或是在該第二節點保持該第二電壓，並同步的在該第一節點建立該第一電壓。
在本申請的一實施例中，該組背對背的反相器包括一第一反相器和一第二反相器。該第一反相器的一第一輸出端耦接於該第二節點，並耦接至該第二反相器的一第二輸入端，且該第二反相器的一第二輸出端耦接於該第一節點，並耦接至該第一反相器的一第一輸入端。
在本申請的一實施例中，該鎖存電路包括：一第一電晶體，分別耦接於一第一電壓端和該第二節點，用以響應一第四控制信號而傳送該第一電壓至該第二節點；一第三電晶體，分別耦接於該第一電壓端、該第一節點和該第三節點，用以響應該灰階電壓而傳送該第一電壓至該第一節點；一第九電晶體，分別耦接於該第一電壓端和該第三節點，用以響應該第四控制信號而傳送該第一電壓至該第三節點，以關閉該第三電晶體；以及一組背對背的反相器，耦接於該第一節點和該第二節點之間，用以在該第一節點保持該第一電壓，並同步的在該第二節點建立與該第一電壓相反的一第二電壓，或是在該第二節點保持該第二電壓，並同步的在該第一 節點建立該第一電壓。
在本申請的一實施例中，該電流產生器包括：一驅動電路，耦接於該第一節點，用以接收該第一電壓並傳送該驅動電流至該開關電路，並根據該第一節點的電壓準位而開啟或關閉；以及一開關電路，耦接於該驅動電路和該電致發光元件之間，用以響應一發光信號而接收與傳送該驅動電流至該電致發光元件。
在本申請的一實施例中，該驅動電路包括一第四電晶體。該第四電晶體的一閘極耦接於該第一節點，用以響應該第一電壓而關閉。該開關電路包括一第八電晶體。該第八電晶體的一閘極耦接於一發光信號端，用以響應該發光信號而導通該驅動電流。
在本申請的一實施例中，該像素電路還包括一補償電路。該驅動電路耦接於一第五節點，該開關電路耦接於一第七節點。該補償電路耦接於該第五節點和該第七節點之間，用以響應一第五控制信號，而在一第六節點建立一補償電壓，並根據該補償電壓傳送一補償電流至該開關電路。
在本申請的一實施例中，該補償電路包括：一第三電容，耦接於該第五節點和一第六節點之間，用以保持第五節點和該第六節點之間的電壓差；一第十一電晶體，耦接於該第六節點和該第七節點之間，用以響應一第五控制信號而傳送一補償電壓至該第六節點；一第十二電晶體，分別耦接於該第七節點和一補償電流端，用以響應該第五控制信號而導通該補償電流；以及一第十電晶體，分別耦接於該第五節點、該第六節點和該第七節點，用以響應該補償電壓而傳送該補償電流至該開關電路。
本申請實施例還提供一種電致發光顯示装置，包括：一像素單元陣列，其每一像素單元包括上述的像素電路的其中之一以及耦接於所述像素電路的一電致發光元件。
本申請實施例同時提供一種像素電路的驅動方法，包括：提供一第一資料電壓和一第二資料電壓至一灰階轉換器，以決定一主灰階和一次灰階，其中該次灰階為介於該主灰階與其上一灰階和下一灰階之間的多個次灰階的其中之一；開啟一電流產生器，並施加一發光信號至該電流產生器，以導通一驅動電流至一電致發光元件；提供一參考電壓至該灰階轉換器而變動該第二資料電壓和該第一資料電壓，並對應產生一灰階電壓；以及提供一斜坡電壓至該灰階轉換器而變動該灰階電壓，以控制該驅動電流的導通時間，驅動該電致發光元件以對該導通時間的該主灰階或該次灰階發光。
在本申請的一實施例中，該驅動方法還包括：在該灰階轉換器建立一第二電壓，以開啟該電流產生器；以及當該導通時間結束時，將該第二電壓變動為一第一電壓，以關閉該電流產生器，截止該驅動電流。
在本申請的一實施例中，該驅動方法還包括：施加一第一控制信號至該灰階轉換器的一轉換電路，而在一第三節點建立該第一資料電壓以及在一第四節點建立該第二資料電壓；該灰階轉換器的一鎖存電路接收該第一電壓，並在一第二節點建立該第一電壓，以及對應的在一第一節點產生該第二電壓；該電流產生器的一驅動電路響應該第二電壓而開啟，並傳送該驅動電流至一開關電路；該開關電路響應該發光信號而導通該驅動電流，以驅動該電致發光元件發光；施加一第三控制信號至該轉換電路， 以接收該參考電壓至該第四節點而變動該第二資料電壓，並透過一第二電容對應的變動該第一資料電壓，而在該第三節點應產生該灰階電壓；施加一第二控制信號至該轉換電路，以接收該斜坡電壓，並透過一第一電容在對應該主灰階或該次灰階的時間內拉動該灰階電壓遞增或遞減；以及當該時間結束後，該鎖存電路響應變動後的灰階電壓而傳送該第一電壓至該第一節點，以關閉該驅動電路。
在本申請的一實施例中，該驅動方法還包括：開啟該鎖存電路的一第一電晶體，以接收與傳送該第一電壓至該第二節點；透過在該第二節點和該第一節點之間的一組背對背的反相器將該第一電壓轉換為該第二電壓，並傳送至該第一節點；以及當該時間結束後，關閉該第一電晶體並開啟該鎖存電路的一第三電晶體，以接收與傳送該第一電壓至該第一節點，同時透過該組背對背的反相器將該第一電壓轉換為該第二電壓，並傳送至該第二節點。
在本申請的一實施例中，該驅動方法還包括：施加一第四控制信號至該第一電晶體以開啟該第一電晶體；以及施加該第四控制信號至該鎖存電路的一第九電晶體，以傳送該第一電壓至該第三節點，使該第三電晶體響應該第一電壓而關閉。
在本申請的一實施例中，該施加該發光信號至該電流產生器，以導通該驅動電流至該電致發光元件的步驟還包括：施加一第五控制信號至一補償電路而建立一補償電壓，並導通一補償電路；根據該補償電壓將該驅動電流轉換為該補償電流；以及施加該發光信號至該電流產生器，以導通該補償電流至該電致發光元件。
本申請實施例所提供的像素電路適於接收第一資料電壓和第二資料電壓，並且以第一資料電壓作為主灰階電壓，以及以第二資料電壓作為主灰階電壓的調節電壓，同時透過斜坡電壓的作用下，控制驅動電流的導通時間，讓電致發光元件可以相對應的主灰階或次灰階發光。其中，透過上述的調節方式，可以將每一主灰階再細分為多個次灰階，因此可以對電致發光元件所能呈現的灰階做更細微的精度設定，進行實現趨近於真實灰階的呈現。如此一來，可以改善因過小資料區間所引起的灰階混亂問題，並具體提升顯示裝置的畫面品質。
10、20、30:像素電路
110:灰階轉換器
111:轉換電路
112:鎖存電路
120:電流產生器
121:驅動電路
122:開關電路
113:補償電路
C1、C2、C3:電容
EL:電致發光元件
ELVDD、ELVSS:電壓
EM:發光信號
Icom:補償電流
INV1、INV2:反相器
n、N:列
nda~ndg:節點
m、M:行
S1~S4:控制信號
S1[n]~S3[n]、EM[n]:信號端
S101~S107:步驟
t1~t3:時間點
T1~T12:電晶體
Vd1_n、Vd2_n:資料電壓
Vd1[m]、Vd2[m]:資料端
Vref:參考電壓
Vramp:斜坡電壓
Vramp[x]:斜坡電壓端
在閱讀了下文實施方式以及附隨圖式時，能夠最佳地理解本揭露的多種態樣。應注意到，根據本領域的標準作業習慣，圖中的各種特徵並未依比例繪製。事實上，為了能夠清楚地進行描述，可能會刻意地放大或縮小某些特徵的尺寸。
圖1為本申請一實施例的像素電路的方塊圖。
圖2為本申請一實施例的像素電路的電路圖。
圖3為本申請一實施例的主灰階和次灰階的示意圖。
圖4a 為圖2實施例的像素電路在時間點t1的操作時序圖。
圖4b 為圖2實施例的像素電路在圖4a的時間點t1的工作示意圖。
圖5a 為圖2實施例的像素電路在時間點t2的操作時序圖。
圖5b 為圖2施例的像素電路在圖5a的時間點t2的工作示意圖。
圖6a 為圖2實施例的像素電路在時間點t3的操作時序圖。
圖6b 為圖2實施例的像素電路在圖6a的時間點t3的工作示意圖。
圖7為圖2實施例的像素電路的驅動方法流程圖。
圖8為本申請另一實施例的像素電路的電路圖。
圖9為本申請一些實施例的像素電路的電路圖。
圖10a 為圖9實施例的像素電路在時間點t1的操作時序圖。
圖10b 為圖9實施例的像素電路在圖10a的時間點t1的工作示意圖。
圖11a 為圖9實施例的像素電路在時間點t2的操作時序圖。
圖11b 為圖9實施例的像素電路在圖11a的時間點t2的工作示意圖。
圖12a 為圖9實施例的像素電路在時間點t3的操作時序圖。
圖12b 為圖9實施例的像素電路在圖12a的時間點t3的工作示意圖。
為使本申請的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下參照附圖並舉實施例對本申請作進一步詳細說明。當可想見，這些敘述僅為例示，其本意並非用於限制本揭示內容。
本申請所有實施例中採用的電晶體均可以為薄膜電晶體或場效應電晶體(field-effect transistor，FET)或其他特性相同的器件，例如金氧半(metal-oxide-semiconductor,MOS)電晶體。同時，為區分電晶體除閘極(Gate)之外的兩極，將其中一極稱為第一極，另一極稱為第二極。本申請所屬技術領域中具有通常知識者當可理解，電晶體的汲極與源極可互換，其係取決於施加於該處的電壓準位。因此，在實際操作時第一極可以為汲極(Drain)，第二極可以為源極(Source)；或者，第一極可以為源極，第二極可以為汲極。
又，當可理解，若將一部件描述為與另一部件「連接 (connected to)」或「耦接(coupled to)」，則兩者可直接連接或耦接，或兩者間可能出現其他中間(intervening)部件。並且，當一裝置屬於正緣觸發(active high)，將一信號拉高(asserted)至高邏輯值，以啟動該裝置。反之，將該信號拉低(deasserted)至低邏輯值，以停用該裝置。然而當該裝置屬於負緣觸發(active low)時，將該信號拉至低邏輯值，以啟動該裝置，並將其拉至高邏輯值，以停用該裝置。
此外，在本申請實施例中在一些組成元件前所添加的第一、第二等描述僅是為了方便說明和理解本申請實施例的內容，並非用以表示組成元件的數量或先後順序。
請參照圖1和圖2。本申請實施例提供一種像素電路10，適用於一電致發光顯示裝置中，用以驅動一電致發光元件EL發光，並適於調節電致發光元件EL的灰階轉換。電致發光顯示裝置包括一顯示面板、一閘極驅動器、一源極驅動器和一電源驅動器。顯示面板上設置有呈矩陣排列的多個像素，其以N行×M列的方式排列，N與M分別為一自然數。閘極驅動器經由N條信號線的信號端S1[n]~Sx[n](1
Figure 111124030-A0305-02-0013-4
n
Figure 111124030-A0305-02-0013-5
N,x≧2)、EM[n]將控制信號和發光信號提供給第n行像素。源極驅動器經由M條資料線的資料端Vd1[m]、Vdy[m](1
Figure 111124030-A0305-02-0013-6
m
Figure 111124030-A0305-02-0013-7
M,y≧2)將資料電壓提供給第m列像素中的一所選像素。電源驅動器則提供第一電壓ELVDD和第二電壓ELVSS至一顯示區域。此外，一DC偏壓源則提供一參考電壓Vref和斜坡電壓端Vramp[x](1
Figure 111124030-A0305-02-0013-8
x
Figure 111124030-A0305-02-0013-9
z,z≧2)的斜坡電壓至該顯示區域。在一實施例中，第一電壓ELVDD約為5伏特(5V)，第二電壓ELVSS約為-5V，而參考電壓Vref則約為2.5V。
像素電路10包括一灰階轉換器110和一電流產生器120。灰階 轉換器110包括一轉換電路111以及一鎖存電路112。轉換電路111耦接於信號端S1[n]~S3[n]、資料端Vd1[m]~Vd2[m]、參考電壓端和斜坡電壓端Vramp[x]，用以響應一第一控制信號而接收一第一資料電壓和一第二資料電壓、響應一第二控制信號而接收斜坡電壓以及響應一第三控制信號而接收參考電壓Vref。同時，轉換電路111用以根據參考電壓Vref在一幀時間內變動第一資料電壓和第二資料電壓而產生一灰階電壓，以及根據斜坡電壓在同一幀時間內變動灰階電壓，例如將灰階電壓拉低至趨近於零。
請參照圖2。在本申請的一實施例中，轉換電路111包括串聯的一第一電容C1和一第二電容C2。第一電容C1的的一端耦接於一第三節點ndc，另一端耦接於斜坡電壓端Vramp[x]，用以接收斜坡電壓，並根據斜坡電壓調節第三節點ndc的電壓準位。第二電容C2耦接於第三節點ndc和一第四節點ndd之間，用以將第一資料電壓儲存於第三節點ndc，以及將第二資料電壓儲存於第四節點ndd。其中，第一資料電壓作為一主灰階電壓，對應於電致發光元件EL發光時的一主灰階。第二資料電壓作為主灰階的調節電壓，用以在主灰階電壓的基礎上將主灰階電壓調節為一次灰階電壓。此次灰階電壓對應於電致發光元件EL發光時的一次灰階。在本申請實施例中，次灰階為介於主灰階與其上一灰階和下一灰階之間的多個次灰階的其中之一。
舉例來說，在位元深度為4位元(bit)的灰階模式下，影像具有24等同16個可能的灰階數值(如圖3所示)。在一幀時間中，以這16個灰階G1~G16的其中之一作為電致發光元件EL的主灰階，例如使電致發光元件EL以灰階G4的數值發光，而呈現第一灰階影像。或者，在同一幀時間中透 過第二資料電壓的調節，選擇以灰階G4本身的次灰階作為第二灰階驅動電致發光元件EL發光。也就是在硬體架構不變的情況下，灰階G4的上一灰階G3和下一灰階G5之間亦具有16個可能的次灰階G4-1~G4-16。並且以這16個次灰階G4-1~G4-16的其中之一作為第二灰階驅動電致發光元件EL發光，而呈現更接近真實影像的第二灰階影像。
同理，在本申請的一些實施例中，當位元深度為8位元的灰階模式下，影像具有28等同256個可能的主灰階，且每一主灰階本身亦具有介於其上一灰階和下一灰階之間的28等同256個可能的次灰階，使電致發光元件EL可以主灰階發光或是以次灰階發光。
因此，當轉換電路111將所接收的參考電壓Vref傳送至第四節點ndd時，使第二資料電壓產生變動，並透過第二電容C2對應的變動第一資料電壓，進而在第三節點ndc產生對應主灰階或次灰階的一灰階電壓，用以驅動電致發光元件EL以主灰階或次灰階發光。透過這種主灰階搭配次灰階的調節模式，讓電致發光顯示裝置在硬體架構不變的情況下，可以透過第二資料電壓對第一資料電壓進行調節，進而對相對應的主灰階數值進行增加(Increasement)或減少(Decreasement)的微調操作，因此可以呈現更加細緻的畫面，並解決灰階混亂的問題。
請參照圖1和圖2。灰階轉換器110的鎖存電路112分別耦接於電源驅動器、轉換電路111和電流產生器120，用以響應一控制信號而接收第一電壓ELVDD，並對應的在一第一節點nda產生第二電壓ELVSS，以開啟電流產生器120；以及用以響應變動的灰階電壓而接收第一電壓ELVDD，並將第一節點nda的第二電壓ELVSS變動為第一電壓ELVDD，以關閉電流產生 器120。
電流產生器120包括驅動電路121和開關電路122。驅動電路121分別耦接於電源驅動器、鎖存電路112的第一節點nda和開關電路122，用以接收第一電壓ELVDD而產生一驅動電流，以及用以響應第一節點nda的第二電壓ELVSS而開啟，以導通驅動電流至開關電路122，或響應第一節點nda的第一電壓ELVDD而關閉，以截止驅動電流的流動。開關電路122分別耦接於驅動電路121和電致發光元件EL，用以響應來自發光信號端EM[n]的一發光信號而開啟，以傳送驅動電流至電致發光元件EL。
具體來說，在本申請的一些實施例中，灰階轉換器110的轉換電路111還包括一第二電晶體T5、一第五電晶體T5、一第六電晶體T6和一第七電晶體T7。
第二電晶體T2的一閘極耦接至一第一信號端S1[n]，用以響應第一控制信號；一第一端耦接至位於第二電容C2一端的第三節點ndc；以及一第二端耦接至第一資料端Vd1[m]，用以接收第一資料電壓。第二電晶體T2的閘極耦接至第一信號線，用以接收第一控制信號S1；一第一端耦接至位於第一電容C1和第二電容C2之間的第二節點ndb；以及一第二端耦接至一第一資料線Vd1[m]，用以接收第一資料電壓。
第五電晶體T5的一閘極耦接至第一信號線S1[n]，用以響應第一控制信號；一第一端耦接至位於第二電容C2另一端的第四節點ndd；以及一第二端耦接至一第二資料線Vd2[m]，用以接收第二資料電壓。
第六電晶體T6的一閘極耦接一第二信號線S2[n]，用以響應第二控制信號；一第一端耦接於第一電容C1相對第三節點ndc的另一端；以 及一第二端耦接至斜坡電壓端Vramp[x]，用以接收斜坡電壓。
第七電晶體T7的一閘極耦接至一第三信號線S3[n]，用以響應第三控制信號；一第一端耦接於第四節點ndd；以及一第二端耦接至參考電壓端，用以接收參考電壓Vref。
可以理解的是，雖然在本實施例中是以第二電晶體T2和第五電晶體T5皆耦接於第一信號線S1[n]，以及分別耦接於第一資料線Vd1[m]和第二資料線Vd2[m]作為舉例說明，但是在本申請的其他實施例中，也可以是採用第二電晶體T2和第五電晶體T5耦接於不同信號線，以及耦接於同一資料線的實施態樣。例如，在本申請的一些實施例中，第二電晶體T2的閘極耦接於一第一分支信號線，用以響應第一控制信號的第一分支控制信號；以及第二端耦接至一資料線，用以在一第一時序接收第一資料電壓。第五電晶體T5的閘極耦接於一第二分支信號線，用以響應第一控制信號的第二分支控制信號；以及第二端耦接至同一資料線，用以在一第二時序接收第二資料電壓。相類似的，在本申請的某些實施例中，第二電晶體和第五電晶體也可以是分別耦接於不同的信號線和不同的資料線，並透過時序控制的方式來進行相對應的操作。
如圖2所示。灰階轉換器110的鎖存電路112包括一第一電晶體T1、一第三電晶體T3和一組背對背的反相器(invertor)。其中，第一電晶體T1的一閘極耦接至第一信號線S1[n]，用以響應第一控制信號；一第一端耦接至第二節點ndb；以及一第二端耦接至電源驅動器的第一電壓端，用以接收第一電壓ELVDD。第三電晶體T3的一閘極耦接至第三節點，用以響應灰階電壓；一第一端耦接至第一節點nda；以及一第二端耦接至第一電壓 端，用以接收第一電壓ELVDD。
背對背的反相器耦接於第一節點nda和第二節點ndb之間，其包括相互耦接的一第一反相器INV1和一第二反相器INV2，用以保持第一節點nda和第二節點ndb的電壓準位。其中，第一反相器INV1的第一輸出端耦接第二節點ndb，並且耦接至第二反相器INV2的第二輸入端。同時，第二反相器INV2的第二輸出端耦接於第一節點nda，並且耦接至第一反相器INV1的第一輸入端。因此，在本實施例中，當第一電晶體T1響應第一控制信號而開啟，並傳送第一電壓ELVDD至第二節點ndb時，可透過第二反相器INV2將其轉換為反相的第二電壓ELVSS，並傳送至第一節點nda，以開啟電產產生器120。同理，當第三電晶體T3響應灰階電壓而開啟，並傳送第一電壓ELVDD至第一節點nda時，可透過第一反相器INV1將其轉換為反相的第二電壓ELVSS，並傳送至第二節點ndb。在此過程中，由於第一節點nda的電壓變動而對應的關閉電流產生器120。
電流產生器120的驅動電路121包括一第四電晶體T4。第四電晶體T4的一閘極耦接於第一節點nda，用以響應第一節點nda的電壓準位；一第一端耦接於開關電路122；以及一第二端耦接於一第一電源(第一電壓端)，用以接收第一電壓ELVDD和一驅動電流。開關電路122包括一第八電晶體T8。第八電晶體T8的一閘極耦接於發光信號線EM[n]，用以響應一發光信號；一第一端耦接於驅動電路121；以及一第二端耦接於電致發光元件EL(例如micro LED,OLED或AMOLED等)的陽極，其中電致發光元件EL的陰極耦接至一第二電源(第二電壓端)，用以接收第二電壓ELVSS。
以下結合一些驅動方法對本申請實施例的像素電路做進一 步說明。
請參照圖4a、4b和圖7。本申請一實施例所提供的像素電路10的驅動方法適於調控電致發光元件EL的灰階。首先，提供第一資料電壓和第二資料電壓至灰階轉換器，以決定主灰階和次灰階(S101)。其中，在第一時間階段中，第一控制信號S1、第二控制信號S2、第三控制信號S3與發光控制信號EM經設定為負緣觸發。在時間點t1，將第一控制信號S1和第二控制信號S2拉至負緣(falling edge)，而位於高邏輯準位的第三控制信號S3和發光控制信號EM未經拉動。此時，第一電晶體T1、第二電晶體T2以及第四電晶體T4至第六電晶體T6被開啟，而第三電晶體T3、第七電晶體T7和至第八電晶體T8被關閉(圖中以“×”符號標記)。由於第一電晶體T1是開啟的，使第二節點ndb的電壓準位(下文標記為Vb)被施加為第一電壓ELVDD(Vb=ELVDD，對應於邏輯準位1)。並且，在第一反相器INV1和第二反相器INV2的協同作用下，同步的將第一電壓ELVDD轉換為第二電壓ELVSS，並且使第一節點nda的電壓準位(下文標記為Va)被施加為第二電壓ELVSS(Va=ELVSS，對應於邏輯準位0)，使驅動電路121的第四電晶體T4響應第二電壓ELVSS而開啟，以完成第四電晶體T4的初始化設定。
同時，由於第二電晶體T2和第五電晶體T5的開啟，使三節點ndc的電壓準位(下文標記為Vc)被施加為第一資料電壓Vd1_n(Vc=Vd1_n)；以及使第四節點ndd的電壓準位(下文標記為Vd)被施加為第二資料電壓Vd2_n(Vd=Vd2_n)，進而完成資料電壓的定址(addressing)程序。此時，第三電晶體T3響應第一資料電壓Vd1_n而關閉。其中，第一資料電壓Vd1_n作為主灰階電壓，用以決定主灰階，而第二資料電壓Vd2_n作為主灰階調節 電壓，用以在主灰階的基礎上決定次灰階。
請參照圖5a、5b和圖7。接著，開啟電流產生器，並施加發光信號至該電流產生器，以導通驅動電流至電致發光元件(S103)。在時間點t2，將第三控制信號S3和發光信號EM拉至負緣，而位於高邏輯準位的第一控制信號S1和低邏輯準位的第二控制信號S2未經拉動。此時，第七電晶體T7和第八電晶體T8被開啟，且第四電晶體T4和第六電晶體T6維持開啟。而第一電晶體T1至第三電晶體T3以及第五電晶體T5被關閉。
在此階段中，由於Va和Vb皆未變動而保持上一相位的狀態(Va=ELVSS,Vb=ELVDD)，使第四電晶體T4響應於第二電壓ELVSS而維持開啟。同時，第八電晶體T8響應於發光信號EM而開啟，因此可透過第四電晶體T4和第八電晶體T8的導通將驅動電流輸出至電致發光元件EL，使電致發光元件EL發光。其中，驅動電流經由發光信號EM的低電壓決定，其等效輸出的驅動電流可以下列方程式表示。
Figure 111124030-A0305-02-0020-1
其中，Id為流經電致發光元件EL的驅動電流；μ為遷移率(mobility)；Cox為閘極電容(gate capacitor)；EML為發光信號的低電壓；Vth為第八電晶體T8的閾值電壓(threshold voltage)。
然後，提供參考電壓至灰階轉換器而變動第二資料電壓和第一資料電壓，並對應產生灰階電壓(S105)。在此步驟中，第七電晶體T7響應第三控制信號S3而開啟，並接收與傳送參考電壓Vref至第四節點ndd，使Vd變動為參考電壓Vref(Vd=Vref)，同時透過第二電容C2對應的變動Vc，而在第三節點ndc產生灰階電壓(即變動後的Vc)。此時，第三節點ndc的電壓準位 Vc可以下列方程式表示。
Vc=Vd1_n+[C2/(C1+C2)]*(Vref-Vd2_n)
其中，由於第二資料電壓Vd2_n影響Vc的乘數，為串聯電容的分壓，因此相較於第一資料電壓Vd1_n，可提供第三電晶體T3更細微的偏壓變動，進而達成灰階電壓的設定。
請參照圖6a、6b和圖7。之後，提供斜坡電壓至灰階轉換器而變動灰階電壓，以控制驅動電流的導通時間，驅動電致發光元件以對此導通時間的主灰階或次灰階發光(S107)。在時間點t3，第一控制信號S1、第二控制信號S2、第三控制信號S3和發光信號EM皆未經拉動。此時，第六電晶體T6因響應第二控制信號S2而維持開啟，使斜坡電壓Vramp傳送至第一電容C1。同時，在斜坡電壓Vramp的波形變化下，透過第一電容C1變動Vc，使灰階電壓因斜坡電壓Vramp的波形變化而遞減，其可以方程式：Vc<ELVDD-|VthT3|表示。
隨著灰階電壓的遞減，在一預定時間後，第三電晶體T3響應於變動後的灰階電壓而開啟，使第一節點nda的電壓準位Va被施加為第一電壓ELVDD(Va=ELVDD，對應於邏輯準位1)。並且，在第一反相器INV1和第二反相器INV2的協同作用下，同步的將第一電壓ELVDD轉換為第二電壓ELVSS，並且使第二節點ndb的電壓準位Vb被施加為第二電壓ELVSS(Vb=ELVSS，對應於邏輯準位0)，此時，驅動電路121的第四電晶體T4響應第一電壓ELVDD而關閉，截止驅動電流輸送至電致發光元件EL，使電致發光元件EL停止發光，其中截止驅動電流的等效式可以下列方程式表示：
Figure 111124030-A0305-02-0021-2
因此，在本申請實施例中，透過第一資料電壓和第二資料電壓的建立來進行灰階電壓的設定，其中第一資料電壓作為主灰階電壓，第二資料電壓作為主灰階電壓的調節電壓，讓灰階電壓可以是主灰階電壓或是經過調節後所形成的次灰階電壓。同時，在斜坡電壓的作用下，讓每一主灰階和次灰階所對應的導通驅動電流的時間長度不同，讓電致發光元件可以相對應的主灰階發光或是在主灰階的基礎上，以介於主灰階的上一灰階和下一灰階之間的多個次灰階的其中之一發光，進而達到在小資料區間調控電致發光元件的作用，以獲得更加貼近真實灰階的細緻畫面。
可以理解的是，雖然在上述實施例的像素電路中，是以電晶體為p-型TFT或PMOS電晶體作為舉例說明，但是在本申請的其他實施例中，可以是由第四電晶體為p-型TFT或PMOS電晶體，而其餘電晶體為相也生的n-型TFT或NMOS電晶體所構成的等效電路來實現。因此在這種形態的像素電路中，灰階電壓受斜坡電壓拉動而在時間長度內遞增，進而關閉電流產生器。
請參照圖8。本申請另一實施例所提供的像素電路20與圖2實施例所示的像素電路10相似，不同之處在於其鎖存電路112還包括一第九電晶體T9。第九電晶體T9的一閘極耦接於一第四信號端S4[n]，用以響應一第四控制信號；一第一端耦接於第三節點ndc；以及一第二端耦接於第一電壓端。其中，鎖存電路112的第一電晶體T1的閘極亦耦接於第四信號端S4[n]。因此，在本實施例的像素電路20的驅動方法上，在施加第一控制信號的步驟前或同時，可以施加一第四控制信號至鎖存電路112，使第一電晶體T1響應第四控制信號而開啟，並傳送第一電壓ELVDD至第二節點ndb； 以及使第九電晶體T9響應第四控制信號而開啟，並傳送第一電壓ELVDD至第三節點ndc。
此時，第三電晶體T3響應第三節點ndc的電壓準位(即第一電壓ELVDD)而關閉，且第一節點nda的電壓準位在第一反相器INV1和第二反相器INV2的協同作用下維持為第二電壓ELVSS，使驅動電路121的第四電晶體T4保持開啟。因此，在本實施例中透過第九電晶體T9的配置，可保證驅動電路121的第四電晶體T4保持為開啟的初炲化設定，提升像素電路20運作時的可靠性和穩定性。
請參照圖9。本申請一些實施例所提供的像素電路30與圖2實施例所示的像素電路10相似，不同之處在於其灰階轉換器110還包括一補償電路113，耦接於一第五節點nde和一第七節點ndg之間，其中電流產生器120的驅動電路121耦接於第五節點nde，開關電路122耦接於第七節點ndg。補償電路113用以響應一第五控制信號，而在一第六節點ndf建立一補償電壓，並根據補償電壓傳送一補償電流Icom至開關電路122。
在本申請的一些實施例中，補償電路113包括一第三電容C3、一第十電晶體T10、一第十一電晶體T11和一第十二電晶體T12。第三電容C3耦接於第五節點nde和第六節點ndf之間，用以保持第五節點nde和第六節點ndf之間的電壓差。第十電晶體的一閘極耦接於第六節點ndf，用以響應補償電壓；一第一端耦接於第七節點；以及一第二端耦接於第五節點。第十一電晶體T11的一閘極耦接於一第五信號端S5[n]，用以響應第五控制信號；一第一端耦接於第六節點ndf；以及一第二端耦接於第七節點ndg。第十二電晶體T12的一閘極耦接於第五信號端，用以響應第五控制信號；一第一 端耦接於第七節點ndf；以及一第二端耦接於外部固定電流源，以接收補償電流Icom。
如圖10a和10b所示，由於本實施例的像素電路30和圖2所示的像素電路10的基底架構相同，因此在驅動方法上和上述實施例大致相同，兩者間的差異在於，本實施例的像素電路30的驅動方法在時間點t1將第五控制信號S5拉至負緣，使第十一電晶體T11和第十二電晶體T12分別響應第五控制信號S5而開啟，進而導通補償電流Icom。同時，透過第十一電晶體T11和第十二電晶體T12傳送補償電壓至第六節點ndf，而決定第六節點ndf的電壓位準(下文標記為Vf)，完成閾值電壓的補償運作。其中，導通的補償電流的等式關係可以下列方程式表示：
Figure 111124030-A0305-02-0024-3
請參照圖11a和11b。接著，在時間點t2，透過第三電容C3保持第十電晶體T10的閘-源極電壓(|VgsT10|)的偏壓值，使第十電晶體T10以補償電流Icom作為驅動電流而傳送至開關電路122。同時，第八電晶體T8因響應發光信號EM而開啟，因此傳送補償電流Icom至電致發光元件EL，以驅動電致發光元件EL發光。然後，如圖12a和12b所示，在時間點t3，在斜坡電壓Vramp的作用下，開啟鎖存電路112的第三電晶體T3，並對應的使驅動電路121的第四電晶體T4關閉，使第十電晶體T10的補償電流Icom停止輸出，進而使電致發光元件EL停止發光。
上文概括數個實施例之特徵，使得熟習此項技術者可更好地暸解本揭露之態樣。熟習此項技術者應暸解其等可易於使用本揭露作為設計或修改用於執行本文中介紹之實施例之相同目的及/或達成相同優點之其 他製程及結構之基礎。熟習此項技術者亦應暸解此等等效構造不偏離本揭露之精神及範疇，且其等可在本文中作出各種變化、替換及更改，而不脫離本揭露之精神及範疇。
10:像素電路
110:灰階轉換器
111:轉換電路
112:鎖存電路
120:電流產生器
121:驅動電路
122:開關電路
C1、C2:電容
EL:電致發光元件
ELVDD、ELVSS:電壓
EM[n]:發光控制信號端
INV1、INV2:反相器
nda~ndd:節點
S1[n]~S3[n]:控制信號端
T1~T8:電晶體
Vd1[m]、Vd2[m]:資料電壓端
Vref:參考電壓
Vramp[x]:斜坡電壓端

Claims (20)

  1. 一種像素電路，包括：一電流產生器，用以導通一驅動電流流動至一電致發光元件；以及一灰階轉換器，用以接收一第一資料電壓、一第二資料電壓、一參考電壓和一斜坡電壓，並根據該參考電壓變動該第二資料電壓和該第一資料電壓而對應產生一灰階電壓；以及根據該斜坡電壓變動該灰階電壓，以控制該電流產生器導通該驅動電流的時間長度，驅動該電致發光元件以對應該時間長度的一灰階發光；其中，該灰階包含對應該第一資料電壓的一主灰階以及對應該第二資料電壓的一次灰階，且該次灰階為介於該主灰階與其上一灰階和下一灰階之間的多個次灰階的其中之一。
  2. 如請求項1所述的像素電路，其中該灰階轉換器包括：一轉換電路，用以響應一第一控制信號而接收該第一資料電壓和該第二資料電壓、響應一第三控制信號而接收該參考電壓以及響應一第二控制信號而接收該斜坡電壓，該灰階電壓受該斜坡電壓拉動而在該時間長度內遞增或遞減；以及一鎖存電路，耦接於該電流產生器，用以接收一第一電壓，並且在一第二節點建立該第一電壓，以開啟該電流產生器，以及用以響應遞增或遞減的灰階電壓，而在一第一節點建立該第一電壓，以對應該時間長度關閉該電流產生器。
  3. 如請求項2所述的像素電路，其中該轉換電路包括串聯的一第一電容和一第二電容，其中 該第二電容耦接於一第三節點和一第四節點之間，該第一資料電壓建立於該第三節點，該第二資料電壓建立於該第四節點，該第二電容根據該參考電壓變動該第二資料電壓和該第一資料電壓而在該第三節點產生該灰階電壓；該第一電容耦接於該第三節點和一斜坡電壓端，用以根據該斜坡電壓變動該灰階電壓。
  4. 如請求項3所述的像素電路，其中該轉換電路還包括：一第二電晶體，分別耦接於一資料線和該第三節點，用以響應該第一控制信號而傳送該第一資料電壓至該第三節點；一第五電晶體，分別耦接於該資料線和該第四節點，用以響應該第一控制信號而傳送該第二資料電壓至該第四節點；一第六電晶體，分別耦接於該第一電容和該斜坡電壓端，用以響應該第二控制信號而傳送該斜坡電壓至該第一電容；以及一第七電晶體，分別耦接於該第四節點和該參考電壓端，用以響應該第三控制信號而傳送該參考電壓至該第四節點。
  5. 如請求項4所述的像素電路，其中該資料線包括一第一資料線和一第二資料線，該第二電晶體耦接於該第一資料線和該第三節點之間，該第五電晶體耦接於該第二資料線和該第四節點之間。
  6. 如請求項5所述的像素電路，其中該第二電晶體的一閘極耦接於一第一分支信號線，用以響應該第一控制信號的第一分支控制信號而傳送該第一資料電壓至該第三節點，該第五電晶體的一閘極耦接於一第二分支信號線，用以響應該第一控制信號的第二分支控制信號而傳送 該第二資料電壓至該第四節點。
  7. 如請求項5所述的像素電路，其中該鎖存電路包括：一第一電晶體，分別耦接於一第一電壓端和該第二節點，用以響應該第一控制信號而傳送該第一電壓至該第二節點；一第三電晶體，分別耦接於該第一節點、該第三節點和該第一電壓端，用以響應該灰階電壓而傳送該第一電壓至該第一節點；以及一組背對背的反相器，耦接於該第一節點和該第二節點之間，用以在該第一節點保持該第一電壓，並同步的在該第二節點建立與該第一電壓相反的一第二電壓，或是在該第二節點保持該第二電壓，並同步的在該第一節點建立該第一電壓。
  8. 如請求項7所述的像素電路，其中該組背對背的反相器包括：一第一反相器和一第二反相器，該第一反相器的一第一輸出端耦接於該第二節點，並耦接至該第二反相器的一第二輸入端，且該第二反相器的一第二輸出端耦接於該第一節點，並耦接至該第一反相器的一第一輸入端。
  9. 如請求項5所述的像素電路，其中該鎖存電路包括：一第一電晶體，分別耦接於一第一電壓端和該第二節點，用以響應一第四控制信號而傳送該第一電壓至該第二節點；一第三電晶體，分別耦接於該第一電壓端、該第一節點和該第三節點，用以響應該灰階電壓而傳送該第一電壓至該第一節點；一第九電晶體，分別耦接於該第一電壓端和該第三節點，用以響應該第四控制信號而傳送該第一電壓至該第三節點，以關閉該第三電晶體；以及 一組背對背的反相器，耦接於該第一節點和該第二節點之間，用以在該第一節點保持該第一電壓，並同步的在該第二節點建立與該第一電壓相反的一第二電壓，或是在該第二節點保持該第二電壓，並同步的在該第一節點建立該第一電壓。
  10. 如請求項3所述的像素電路，其中該電流產生器包括：一驅動電路以及一開關電路，其中該驅動電路耦接於該第一節點，用以接收該第一電壓並傳送該驅動電流至該開關電路，並根據該第一節點的電壓準位而開啟或關閉；該開關電路耦接於該驅動電路和該電致發光元件之間，用以響應一發光信號而接收與傳送該驅動電流至該電致發光元件。
  11. 如請求項10所述的像素電路，其中該驅動電路包括一第四電晶體，該第四電晶體的一閘極耦接於該第一節點，用以響應該第一電壓而關閉；該開關電路包括一第八電晶體，該第八電晶體的一閘極耦接於一發光信號端，用以響應該發光信號而導通該驅動電流。
  12. 如請求項10所述的像素電路，還包括一補償電路，該驅動電路耦接於一第五節點，該開關電路耦接於一第七節點，該補償電路耦接於該第五節點和該第七節點之間，用以響應一第五控制信號，而在一第六節點建立一補償電壓，並根據該補償電壓傳送一補償電流至該開關電路。
  13. 如請求項12所述的像素電路，其中該補償電路包括：一第三電容，耦接於該第五節點和一第六節點之間，用以保持該第五節點和該第六節點之間的電壓差； 一第十一電晶體，耦接於該第六節點和該第七節點之間，用以響應該第五控制信號而傳送一補償電壓至該第六節點；一第十二電晶體，分別耦接於該第七節點和一補償電流端，用以響應該第五控制信號而導通該補償電流；以及一第十電晶體，分別耦接於該第五節點、該第六節點和該第七節點，用以響應該補償電壓而傳送該補償電流至該開關電路。
  14. 一種電致發光顯示装置，包括：一像素單元陣列，其中每一像素單元包括如請求項1-13任一項所述的像素電路以及耦接於所述像素電路的一電致發光元件。
  15. 一種像素電路的驅動方法，包括：提供一第一資料電壓和一第二資料電壓至一灰階轉換器，以決定一主灰階和一次灰階，其中該次灰階為介於該主灰階與其上一灰階和下一灰階之間的多個次灰階的其中之一；開啟一電流產生器，並施加一發光信號至該電流產生器，以導通一驅動電流至一電致發光元件；提供一參考電壓至該灰階轉換器而變動該第二資料電壓和該第一資料電壓，並對應產生一灰階電壓；以及提供一斜坡電壓至該灰階轉換器而變動該灰階電壓，以控制該驅動電流的導通時間，驅動該電致發光元件以對該導通時間的該主灰階或該次灰階發光。
  16. 如請求項15所述的驅動方法，還包括：在該灰階轉換器建立一第二電壓，以開啟該電流產生器；以及 當該導通時間結束時，將該第二電壓變動為一第一電壓，以關閉該電流產生器，截止該驅動電流。
  17. 如請求項16所述的驅動方法，還包括：施加一第一控制信號至該灰階轉換器的一轉換電路，而在一第三節點建立該第一資料電壓以及在一第四節點建立該第二資料電壓；該灰階轉換器的一鎖存電路接收該第一電壓，並在一第二節點建立該第一電壓，以及對應的在一第一節點產生該第二電壓；該電流產生器的一驅動電路響應該第二電壓而開啟，並傳送該驅動電流至一開關電路；該開關電路響應該發光信號而導通該驅動電流，以驅動該電致發光元件發光；施加一第三控制信號至該轉換電路，以接收該參考電壓至該第四節點而變動該第二資料電壓，並透過一第二電容對應的變動該第一資料電壓，而在該第三節點應產生該灰階電壓；施加一第二控制信號至該轉換電路，以接收該斜坡電壓，並透過一第一電容在對應該主灰階或該次灰階的時間內拉動該灰階電壓遞增或遞減；以及當該時間結束後，該鎖存電路響應變動後的灰階電壓而傳送該第一電壓至該第一節點，以關閉該驅動電路。
  18. 如請求項17所述的驅動方法，還包括：開啟該鎖存電路的一第一電晶體，以接收與傳送該第一電壓至該第二節點； 透過在該第二節點和該第一節點之間的一組背對背的反相器將該第一電壓轉換為該第二電壓，並傳送至該第一節點；以及當該時間結束後，關閉該第一電晶體並開啟該鎖存電路的一第三電晶體，以接收與傳送該第一電壓至該第一節點，同時透過該組背對背的反相器將該第一電壓轉換為該第二電壓，並傳送至該第二節點。
  19. 如請求項18所述的驅動方法，還包括：施加一第四控制信號至該第一電晶體以開啟該第一電晶體；以及施加該第四控制信號至該鎖存電路的一第九電晶體，以傳送該第一電壓至該第三節點，使該第三電晶體響應該第一電壓而關閉。
  20. 如請求項17所述的驅動方法，其中該施加該發光信號至該電流產生器，以導通該驅動電流至該電致發光元件的步驟還包括：施加一第五控制信號至一補償電路而建立一補償電壓，並導通一補償電流；根據該補償電壓將該驅動電流轉換為該補償電流；以及施加該發光信號至該電流產生器，以導通該補償電流至該電致發光元件。
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