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CN107967896A - 像素补偿电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种像素补偿电路，其可补偿主动式矩阵有机发光二极管显示器或是类似发光系统的薄膜晶体管中元件电性关键参数‑临界电压(Vth)以改善画面品质，并同时改善因电压衰退(IR‑drop)效应引起的亮度均匀性问题。本发明像素补偿电路定义于一子像素区域内，共有八个薄膜晶体管加上一个电容器，并由两个控制信号做为电路操作。相较于现有技术需要三个控制信号，本发明所使用的控制信号的数目较少，将有利于制图(layout)的弹性，使设计上的规格更有发展空间。

Description

像素补偿电路
技术领域
本发明涉及显示技术领域，特别地，涉及一种用于改善主动式矩阵有机发光二极管(Active-matrix organic light emitting diode,AMOLED)亮度均匀性的像素补偿电路。
背景技术
主动式矩阵有机发光二极管(Active Matrix Organic Light Emitting Diode,AMOLED)显示器作为现今显示器领域的焦点，其令人惊艳的画质表现及优于传统显示器的光学规格令人印象深刻。
AMOLED显示器是以电流通过有机发光二极管(Organic Light Emitting Diode)而发光作为发光体，其电流则通过主动式矩阵(Active Matrix)做控制，电流的大小决定了发光时的灰阶亮度。
所述的主动式矩阵为一群像素(Pixel)单元组合而成，而分辨率(Resolution)则定义了发光的有效面积，关为像素单元面积乘以垂直方向分辨率，再乘以水平方向分辨率等于发光有效面积。
典型的像素单元由三个子像素(Sub-Pixel)单元组成，子像素内通常以多个薄膜晶体管(Thin Film Transistor)及电容器所组成，薄膜晶体管控制其子像素区域的发光灰阶亮度，电容器则作为储存电位稳定驱动电流用。
然而和其他显示器(如：液晶显示器(Liquid Crystal Displays，LCD))相比，主动式矩阵有机发光二极管显示器因其为电流驱动发光的特性，因此薄膜晶体管的元件电性会直接影响灰阶亮度差异，当相异子像素内的薄膜晶体管的元件电性差异太大时，即会形成画质不均匀，如：彩纹(mura)现象的产生。
因此，像素补偿电路(Compensation Pixel Circuit)为改善此问题而生，通过对关键元件电性参数(通常为临界电压值(Threshold Voltage，Vth))的补偿，改善因元件特性差异引起的画质劣化。
此外，电流驱动系统遭遇的另一重大问题为电压衰退(IR-drop)效应，此效应产生于系统的电性负载引起的远端电压下降问题，大电流输出对应到大电性负载，对于通常为共电源(Power Source)设计的主动式矩阵有机发光二极管显示器，会很明显的反应出近电源端的亮度高于远离电源端的亮度，此一亮度均匀性问题，也可通过像素补偿电路的方式做改善。
然而，当显示技术的提升，每单位尺寸内的像素越来越多，而使得显示每一像素所需使用的元件尺寸需相对应的缩小。现有像素补偿电路所需的信号需求至少为三个，造成所需的信号产生器或线路至少须三个，进而导致了尺寸限缩的限制。
由此可见，上述现有技术仍有诸多缺失，实非一良善的设计，而亟待加以改良。有鉴于此，本发明将提出一种像素补偿电路以同时改善AMOLED亮度均匀性及减少控制信号数目的需求。
发明内容
本发明的一范围在于提供一种像素补偿电路。根据本发明的一具体实施例，本发明像素补偿电路包含有一输入模块、一复位模块、一数据处理模块及一开关模块。输入模块接收一参考电平及一数据信号并回应一发光控制信号及一扫描信号而产生一第一信号。复位模块接收参考电平并回应一子发光控制信号及扫描信号而产生一复位信号。数据处理模块接收第一信号、复位信号及一第一电压并回应扫描信号而产生一第二信号。开关模块接收第二信号并回应发光控制信号以产生一发光信号。
其中，输入模块包含有一第一晶体管、一第七晶体管及一储存电容。第一晶体管具有施加有数据信号的一第一源极端，施加有扫描信号的一第一栅极端，及连接一第二节点的一第一漏极端。第七晶体管具有施加有参考电平的一第七源极端，施加有发光控制信号的一第七栅极端，及连接第二节点的一第七漏极端。储存电容具有一第一电极及一第二电极，第一电极连接第二节点，及第二电极连接数据处理模块。
再者，数据处理模块包含有一第六晶体管、一第三晶体管及一第二晶体管。第六晶体管具有施加有第一电压的一第六源极端，连接输入模块的一第六栅极端，及连接开关模块的一第六漏极端。第三晶体管具有连接第六漏极端的一第三源极端，施加有扫描信号的一第三栅极端，及连接一第三节点的一第三漏极端。第二晶体管具有连接第三节点的一第二源极端，施加有扫描信号的一第二栅极端，及连接第六栅极端的一第二漏极端。
此外，复位模块包含有一第五晶体管及一第四晶体管。第五晶体管具有施加有参考电平的一第五源极端，及施加有一子发光控制信号的一第五栅极端。第四晶体管具有连接第五晶体管的一第五漏极端的一第四源极端，施加有扫描信号的一第四栅极端，及连接第三节点的一第四漏极端。
于实际应用中，当多个像素补偿电路串接成像素补偿电路组时，第N+1级像素补偿电路的发光控制信号得作为第N级像素补偿电路的子发光控制信号，以及N为正整数。
所述的像素补偿电路另包含一发光元件，用以接收发光信号后予以发光。
相较于现有技术，本发明像素补偿电路可补偿主动式矩阵有机发光二极管显示器或是类似发光系统的薄膜晶体管中元件电性关键参数-临界电压Vth以改善画面品质，并同时改善因电压衰退(IR-drop)效应引起的亮度均匀性问题。本发明像素补偿电路定义于一子像素区域内，共有八个薄膜晶体管加上一个电容器，并由两个控制信号做为电路操作。相较于一般的控制信号需求为三个，本发明所使用的控制信号的数目较少，将有利于制图(layout)的弹性，使设计上的规格更有发展空间。
关于本发明的优点与构思可以通过以下的发明详述以及说明书附图得到进一步的了解。
附图说明
图1是示出本发明像素补偿电路的一具体实施例的示意图。
图2是示出本发明像素补偿电路串接成像素补偿电路组的示意图。
图3是示出应用本发明像素补偿电路的面板系统示意图。
图4是示出本发明像素补偿电路的一具体实施例的操作时序图。
图5是示出本发明像素补偿电路于图4的第一时刻的工作示意图。
图6是示出本发明像素补偿电路于图4的第二时刻的工作示意图。
图7是示出本发明像素补偿电路于图4的第三时刻的工作示意图。
附图标记说明：
1：像素补偿电路
12：输入模块
14：复位模块
16：数据处理模块
18：开关模块
2：栅极驱动阵列电路区
3：面板像素电路区
C：储存电容
DATA：数据信号
EM：发光控制信号
EM+1：子发光控制信号
L-T：线时间
SN：扫描信号
T1：第一晶体管
T2：第二晶体管
T3：第三晶体管
T4：第四晶体管
T5：第五晶体管
T6：第六晶体管
T7：第七晶体管
T8：第八晶体管
t1：第一时刻
t2：第二时刻
t3：第三时刻
VDD：第一电压
VEE：第二电压
Vref：参考电平
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。
请参阅图1，图1是示出本发明像素补偿电路1的一具体实施例的示意图。本发明的一范围在于提供一种像素补偿电路1。根据本发明的一具体实施例，本发明像素补偿电路1包含有一输入模块12、一复位模块14、一数据处理模块16及一开关模块18。输入模块12接收一参考电平Vref及一数据信号DATA并回应一发光控制信号EM及一扫描信号SN而产生一第一信号。复位模块14接收参考电平Vref并回应一子发光控制信号EM+1及扫描信号SN而产生一复位信号。数据处理模块16接收第一信号、复位信号及一第一电压VDD并回应扫描信号SN而产生一第二信号。开关模块18接收第二信号并回应发光控制信号EM以产生一发光信号。
其中，子发光控制信号EM+1为位移一线时间(Line Time)的发光控制信号EM。
输入模块12包含有一第一晶体管T1、一第七晶体管T7及一储存电容C。第一晶体管T1具有施加有数据信号DATA的一第一源极端，施加有扫描信号SN的一第一栅极端，及连接一第二节点Q2的一第一漏极端。第七晶体管T7具有施加有参考电平Vref的一第七源极端，施加有发光控制信号EM的一第七栅极端，及连接第二节点Q2的一第七漏极端。储存电容C具有一第一电极及一第二电极，第一电极连接第二节点Q2，及第二电极连接数据处理模块16。
数据处理模块16包含有一第六晶体管T6、一第三晶体管T3及一第二晶体管T2。第六晶体管T6具有施加有第一电压VDD的一第六源极端，连接输入模块12的一第六栅极端，及连接开关模块18的一第六漏极端。第三晶体管T3具有连接第六漏极端的一第三源极端，施加有扫描信号SN的一第三栅极端，及连接一第三节点Q3的一第三漏极端。第二晶体管T2具有连接第三节点Q3的一第二源极端，施加有扫描信号SN的一第二栅极端，及连接第六栅极端的一第二漏极端。
复位模块14包含有一第五晶体管T5及一第四晶体管T4。第五晶体管T5具有施加有参考电平Vref的一第五源极端，及施加有一子发光控制信号EM+1的一第五栅极端。第四晶体管T4具有连接第五晶体管T5的一第五漏极端的一第四源极端，施加有扫描信号SN的一第四栅极端，及连接第三节点Q3的一第四漏极端。
开关模块18包含一第八晶体管T8，具有连接数据处理模块16的一第八源极端，施加有发光控制信号EM的一第八栅极端，及输出发光信号的一第八漏极端。
其中，所述的像素补偿电路1另包含一发光元件，用以接收发光信号后予以发光。
于实际应用中，发光元件具有一第一极及一第二极，第一极用以接收发光信号，以及第二级连接与第一电压VDD电平不同的一第二电压VEE。
此外，所述的发光元件得为一主动式矩阵有机发光二极管(AMOLED)。
于实际应用中，第二电压VEE可以为连接于一接地端所获得。
请参阅图2，图2是示出本发明像素补偿电路1串接成像素补偿电路1组的示意图。于实际应用中，当多个像素补偿电路1串接成像素补偿电路1组时，第N+1级像素补偿电路1的发光控制信号EM得作为第N级像素补偿电路1的子发光控制信号EM+1，其中N为正整数。
由于第N级的像素补偿电路1可通过连接次一级的发光控制信号EM作为子发光控制信号EM+1，借此减少所需的信号产生器及其线路容置空间。由此可知，相较于典型像素补偿电路需要三个控制信号，本发明像素补偿电路1的控制信号仅需两个，将有利于制图(layout)的优化。
请参阅图3，图3是示出应用本发明像素补偿电路1的面板系统示意图。于一实际应用中，一个[N+1]*[M+1]分辨率的面板系统可分为栅极驱动阵列(Gate Driver on Array,GOA)电路区2及面板像素电路区3两区，其中面板像素电路区3是由多个本发明像素补偿电路1以串并联形式组合而成。GOA电路区2以一倍线时间为单位做时间位移扫描传递，亦可利用一具有相同功能的集成电路IC取代的。而面板像素电路区3中的每一子像素(sub-pixel)电路为本发明的像素补偿电路1，通过GOA电路区2的控制驱动，依GOA扫描方向按序启动操作：SN[1]→SN[2]…，EM[1]→EM[2]…。在本示意图中，每一像素补偿电路1仅需使用两个控制信号，且第一电压VDD、第二电压VEE及参考电平Vref的线路方向非硬性规定，可视制图空间及方式做水平或垂直向的缠绕，将可增进制图的可调性。
请参阅图4，图4是示出本发明像素补偿电路1的一具体实施例的操作时序图。本发明像素补偿电路1的操作时序图如图4所示，需注意的是，图中仅示出第N级及第N+1级的发光控制信号EM、EM+1与扫描信号SN、SN+1，同时，彼此的发光控制信号EM、EM+1与扫描信号SN、SN+1分别位移一线时间(L-T)。以第N级的像素补偿电路1为例，像素补偿电路1于工作时可分为三阶段：重置阶段(第一时刻t1)、补偿阶段(第二时刻t2)及写入发光阶段(第三时刻t3)，其各阶段的工作动作将于后续分别详述的，并且，在后续的示意图中将新增一第一节点Q1以便详述，其中第一节点Q1为储存电容C、第二晶体管T2及第六晶体管T6的电连接交点。
请参阅图4及图5，图5是示出本发明像素补偿电路1于图4的第一时刻t1的工作示意图。在重置阶段时，由于发光控制信号EM的缘故，关闭第七晶体管T7及第八晶体管T8的通路，而其余晶体管予以导通。此时，第一节点Q1的信号为参考电平Vref，第二节点Q2的信号为数据信号DATA，以及第三节点Q3的信号为参考电平Vref。
同时，驱动用的第六晶体管T6的栅极电位Vg由第一节点Q1所提供(Vref)，源极电位Vs由第一电压VDD所提供，此时必须满足偏压Vsg＝VDD–Vref>Vth，其中Vth为临界偏压。
并且，由于储存电容C的两端为由第一节点Q1所提供的参考电平Vref及由第二节点Q2所提供的数据信号DATA，使得储存电容C两端的电位重置。
请参阅图4及图6，图6是示出本发明像素补偿电路1于图6的第二时刻t2的工作示意图。在补偿阶段时，因为发光控制信号EM及子发光控制信号EM+1的缘故，关闭第五晶体管T5、第七晶体管T7及第八晶体管T8的通路，此时，第一节点Q1由Vref转变为VDD-|Vth|，第二节点Q2保持前一状态(DATA)，以及第三节点Q3由Vref转变为VDD-|Vth|。
此时，驱动用的第六晶体管T6的栅极电位Vg为VDD-|Vth|，而源极电位Vs为VDD。因VDD经第六晶体管T6对第一节点Q1充电，并充电至进入第六晶体管T6的夹止(pinch-off)而停止，使Vsg＝|Vth|。
并且，因为储存电容C两端电极电位为VDD-|Vth|及DATA，使得储存电容C两端的电位差重新平衡。
请参阅图4及图7，图7是示出本发明像素补偿电路1于图7的第三时刻t3的工作示意图。于写入发光阶段时，因扫描信号SN的缘故，将关闭第一晶体管T1、第二晶体管T2、第三晶体管T3及第四晶体管T4的导通路径，此时，第一节点Q1将由前一状态的VDD-|Vth|转变为VDD–DATA+Vref-|Vth|，第二节点Q2将由前一状态的DATA转变为Vref，而第三节点Q3保持前一状态的VDD-|Vth|。
此时，驱动用的第六晶体管T6的栅极电位Vg为VDD–DATA+Vref-|Vth|，而源极电位Vs为VDD。因第二节点Q2的电位变动，使第一节点Q1因储存电容C的耦合作用，写入DATA值，使Vsg＝DATA–Vref+|Vth|。
此时，第五晶体管T5的开或关皆不会影响此阶段的操作。
补偿完成后的驱动晶体管电流公式：
|Isd|＝κ*(|Vsg|-|Vth|)2＝κ*(DATA-Vref)2。
由此可知电流公式内已无Vth及VDD，故可补偿临界偏压Vth及改善电压衰退(IR-drop)效应的功能。
综合以上所述，若将本发明像素补偿电路1应用于主动式矩阵有机发光二极管显示器中，可补偿薄膜晶体管的临界偏压Vth以改善因元件电性差异造成的画质裂化，如：Mura；同时，可针对系统电源分布所造成的电压衰退(IR-drop)效应做补偿，进而改善显示器发光时的面板亮度均匀性。
相较于现有技术，本发明像素补偿电路可补偿主动式矩阵有机发光二极管显示器或是类似发光系统的薄膜晶体管中元件电性关键参数-临界电压Vth以改善画面品质，并同时改善因电压衰退(IR-drop)效应引起的亮度均匀性问题。本发明像素补偿电路定义于一子像素区域内，共有八个薄膜晶体管加上一个电容器，并由两个控制信号做为电路操作。相较于一般的控制信号需求为三个，本发明所使用的控制信号的数目较少，将有利于制图(layout)的弹性，使设计上的规格更有发展空间。
通过以上优选具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本发明的特征与构思，而并非以上述所公开的优选具体实施例来对本发明的范围加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及等价的安排于本发明所欲申请的权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种像素补偿电路，其包含有：
一输入模块，接收一参考电平及一数据信号并回应一发光控制信号及一扫描信号而产生一第一信号；
一复位模块，接收该参考电平并回应一子发光控制信号及该扫描信号而产生一复位信号，其中该子发光控制信号与该发光控制信号位移一线时间；
一数据处理模块，接收该第一信号、该复位信号及一第一电压，并回应该扫描信号而产生一第二信号；以及
一开关模块，接收该第二信号并回应该发光控制信号以产生一发光信号。
2.如权利要求1所述的像素补偿电路，其中该输入模块包含：
一第一晶体管，具有施加有该数据信号的一第一源极端，施加有该扫描信号的一第一栅极端，及连接一第二节点的一第一漏极端；
一第七晶体管，具有施加有该参考电平的一第七源极端，施加有该发光控制信号的一第七栅极端，及连接该第二节点的一第七漏极端；以及
一储存电容，具有一第一电极及一第二电极，该第一电极连接该第二节点，及该第二电极连接该数据处理模块。
3.如权利要求1所述的像素补偿电路，其中该数据处理模块包含：
一第六晶体管，具有施加有该第一电压的一第六源极端，连接该输入模块的一第六栅极端，及连接该开关模块的一第六漏极端；
一第三晶体管，具有连接该第六漏极端的一第三源极端，施加有该扫描信号的一第三栅极端，及连接一第三节点的一第三漏极端；以及
一第二晶体管，具有连接该第三节点的一第二源极端，施加有该扫描信号的一第二栅极端，及连接该第六栅极端的一第二漏极端。
4.如权利要求3所述的像素补偿电路，其中该复位模块包含：
一第五晶体管，具有施加有该参考电平的一第五源极端，及施加有一子发光控制信号的一第五栅极端；以及
一第四晶体管，具有连接该第五晶体管的一第五漏极端的一第四源极端，施加有该扫描信号的一第四栅极端，及连接该第三节点的一第四漏极端。
5.如权利要求1所述的像素补偿电路，其中该开关模块包含：
一第八晶体管，具有连接该数据处理模块的一第八源极端，施加有该发光控制信号的一第八栅极端，及输出该发光信号的一第八漏极端。
6.如权利要求1所述的像素补偿电路，其中当多个该像素补偿电路串接成像素补偿电路组时，第N+1级像素补偿电路的该发光控制信号作为第N级像素补偿电路的该子发光控制信号，以及N为正整数。
7.一种主动式矩阵有机发光二极管显示器，包含如权利要求1-6项任一所述的像素补偿电路。
8.如权利要求7所述的主动式矩阵有机发光二极管显示器，其中该像素补偿电路另包含一发光元件，该发光元件具有一第一极及一第二极，该第一极用以接收该发光信号，及该第二极连接与该第一电压电平不同的一第二电压。
9.一种面板系统，包含如权利要求1-6项任一所述的像素补偿电路。
10.如权利要求9所述的面板系统，还包含一面板像素电路区，该面板像素电路区由多个该像素补偿电路串并联组合而成。
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