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TWI685831B - 畫素電路及其驅動方法 - Google Patents

畫素電路及其驅動方法 Download PDF

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TWI685831B
TWI685831B TW108100750A TW108100750A TWI685831B TW I685831 B TWI685831 B TW I685831B TW 108100750 A TW108100750 A TW 108100750A TW 108100750 A TW108100750 A TW 108100750A TW I685831 B TWI685831 B TW I685831B
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趙伯頴
徐聖淯
謝祥圓
莊錦棠
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友達光電股份有限公司
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Abstract

一種畫素電路包含第一電晶體、第二電晶體、第三電晶體和驅動電晶體。第一電晶體之第一端接收系統高電壓。第一電晶體之第二端耦接第一節點。第一電晶體用以根據控制訊號選擇性地導通。第二電晶體之第一端耦接第一節點。第二電晶體之第二端接收系統低電壓。第二電晶體之控制端用以接收資料訊號。第三電晶體之第一端耦接第一節點。第三電晶體之第二端耦接第二節點。第三電晶體用以根據控制訊號選擇性地導通。驅動電晶體耦接第二節點和發光元件。驅動電晶體用以根據第二節點之電壓準位輸出驅動電流至發光元件。

Description

畫素電路及其驅動方法
本揭示內容是關於一種畫素電路，且特別是有關於一種具有補償功能之畫素電路。
隨著數位顯示裝置的需求日益增加，氧化銦鎵鋅(Indium Gallium Zinc Oxide，IGZO)廣泛應用在主動式液晶顯示器(Active Matrix Liquid Crystal Displays，AMLCD)、主動式有機發光二極體顯示裝置(Active Matrix Organic Light Emitting Display，AMOLED)等等中。
為了使自發光顯示器保持均勻的亮度，畫素中的驅動電流必須維持恆定。然而在IGZO製程中，驅動電晶體之臨界電壓(threshold voltage，Vth)的變異會造成不同畫素間亮度的變化。
本揭示內容的一態樣係關於一種畫素電路。畫素電路包含第一電晶體、第二電晶體、第三電晶體和驅動電晶體。第一電晶體之第一端接收系統高電壓。第一電晶體之第二 端耦接第一節點。第一電晶體用以根據控制訊號選擇性地導通。第二電晶體之第一端耦接第一節點。第二電晶體之第二端接收系統低電壓。第二電晶體之控制端用以接收資料訊號。第三電晶體之第一端耦接第一節點。第三電晶體之第二端耦接第二節點。第三電晶體用以根據控制訊號選擇性地導通。驅動電晶體耦接第二節點和發光元件。驅動電晶體用以根據節點之電壓準位輸出驅動電流至發光元件。
本揭示內容的一態樣係關於另一種畫素電路包含第一電晶體、第二電晶體、第三電晶體和驅動電晶體。第一電晶體之第一端接收系統高電壓。第一電晶體之第二端耦接第一節點。第一電晶體用以根據第一控制訊號選擇性地導通。第二電晶體之第一端耦接第一節點。第二電晶體之第二端接收系統低電壓。第二電晶體之控制端用以接收資料訊號。第三電晶體之第一端耦接第一節點。第三電晶體之第二端耦接第二節點。第三電晶體用以根據第二控制訊號選擇性地導通。驅動電晶體耦接第二節點和發光元件。驅動電晶體用以根據節點之電壓準位輸出驅動電流至發光元件。
本揭示內容的一態樣係關於一種畫素電路驅動方法，包含：由第一電晶體和第二電晶體分別根據控制訊號和資料訊號導通以提供電壓準位；由第三電晶體根據控制訊號導通以輸出電壓準位；由驅動電晶體根據電壓準位輸出驅動電流至發光元件；以及由發光元件根據驅動電流進行發光。
100、300‧‧‧畫素電路
T1、T2、T3、Td‧‧‧電晶體
C1‧‧‧電容
LED‧‧‧發光元件
N1、N2‧‧‧節點
S1、S2‧‧‧控制訊號
Data‧‧‧資料訊號
Id‧‧‧驅動電流
OVDD‧‧‧系統高電壓
OVSS‧‧‧系統低電壓
Vs1、Vs2‧‧‧致能電壓準位
Vgl1、Vgh2、Vdl‧‧‧禁能電壓準位
Vdata‧‧‧資料電壓準位
T1、T2、Tf‧‧‧期間
500‧‧‧畫素電路驅動方法
S520、S540、S560、S580‧‧‧操作
第1圖係根據本揭示內容之部分實施例繪示一種畫素電路的示意圖。
第2圖係根據本揭示內容之部分實施例繪示一種畫素電路的訊號時序示意圖。
第3圖係根據本揭示內容之其他部分實施例繪示另一種畫素電路的示意圖。
第4圖係根據本揭示內容之其他部分實施例繪示另一種畫素電路的訊號時序示意圖。
第5圖係根據本揭示內容之部分實施例繪示一種畫素電路驅動方法的流程圖。
下文係舉實施例配合所附圖式作詳細說明，但所描述的具體實施例僅用以解釋本案，並不用來限定本案，而結構操作之描述非用以限制其執行之順序，任何由元件重新組合之結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本揭示內容所涵蓋的範圍。
在全篇說明書與申請專利範圍所使用之用詞(terms)，除有特別註明外，通常具有每個用詞使用在此領域中、在此揭示之內容中與特殊內容中的平常意義。關於本文中所使用之『第一』、『第二』、『第三』...等，並非特別指稱次序或順位的意思，亦非用以限定本揭示，其僅僅是為了區別以相同技術用語描述的元件或操作而已。
請參考第1圖。第1圖係根據本揭示內容之部分實施例繪示一種畫素電路100的示意圖。在部分實施例中，畫素電路100可用於主動式液晶顯示器(Active Matrix Liquid Crystal Displays，AMLCD)、主動式有機發光二極體顯示器(Active Matrix Organic Light Emitting Display，AMOLED)、主動式微發光二極體顯示器(Active Matrix Micro Light Emitting Display，AMOLED，AMμLED)等等。顯示裝置中可包含多個如第1圖所示的畫素電路100以組成完整的顯示畫面。
如第1圖所示，在部分實施例中，畫素電路100包含電晶體T1、電晶體T2、電晶體T3、驅動電晶體Td、電容C1和發光元件LED。在本實施例中，如第1圖所示，電晶體T1、T2、T3和驅動電晶體Td皆為N型薄膜電晶體。其中，電晶體T1和電晶體T2的尺寸W/L比例為1：4，W係為電晶體閘極寬度，L係為電晶體閘極長度。在部分實施例中，發光元件LED可為發光二極體。
結構上，電晶體T1之第一端耦接系統高電壓OVDD。電晶體T1之控制端耦接掃描線。電晶體T1之第二端耦接節點N1。電晶體T2之第一端耦接節點N1。電晶體T2之控制端耦接資料線。電晶體T2之第二端耦接系統低電壓OVSS。電晶體T3之第一端耦接節點N1。電晶體T3之控制端耦接掃描線。電晶體T3之第二端耦接節點N2。
驅動電晶體Td之第一端耦接系統高電壓OVDD。驅動電晶體Td之控制端耦接節點N2。驅動電晶體Td 之第二端耦接系統低電壓OVSS。電容C1之第一端耦接節點N2。電容C1之第二端耦接驅動電晶體Td之第二端。發光元件LED耦接於驅動電晶體Td之第一端和系統高電壓OVDD之間。在其他部分實施例中，發光元件LED可耦接於驅動電晶體Td和系統低電壓OVSS之間。
操作上，電晶體T1用以根據自掃描線傳送的控制訊號S1選擇性地導通。電晶體T2用以根據自資料線傳送的資料訊號Data選擇性地導通。換言之，電晶體T1和電晶體T2用以根據控制訊號S1和資料訊號Data導通以提供電壓準位至節點N1。
電晶體T3用以根據自掃描線傳送的控制訊號S1選擇性地導通以接收節點N1的電壓準位輸出至節點N2。驅動電晶體Td用以根據節點N2的電壓準位選擇性地導通以輸出驅動電流Id至發光元件LED。發光元件LED用以根據驅動電流Id進行發光。
為便於說明起見，畫素電路100當中各個元件的具體操作將於以下段落中搭配圖式進行說明。請一併參考第1圖和第2圖。第2圖係根據本揭示內容之部分實施例繪示一種畫素電路100的訊號時序示意圖。如第2圖所示，期間Tf係為一幀(frame)的時間。期間Tf包含第一期間T1和第二期間T2。
在部分實施例中，第一期間T1對應到畫素電路100的寫入及補償階段。在第一期間T1，控制訊號S1為致能電壓準位Vs1。如第2圖所示，控制訊號S1為高電壓準位。而在第一期間T1，資料訊號Data為資料電壓準位Vdata。舉例來 說，第一期間T1可為2微秒。
第二期間T2對應到畫素電路100的發光階段。在第二期間T2，控制訊號S1為禁能電壓準位Vgl1。如第2圖所示，控制訊號S1為低電壓準位。而在第二期間T2，資料訊號Data為禁能電壓準位Vdl。如第2圖所示，資料訊號Data可為低電壓準位。在部分實施例中，控制訊號S1和資料訊號Data的禁能電壓準位Vgl1、Vdl可為相同或不同的電壓準位。在其他部分實施例中，在第二期間T2，資料訊號Data可為浮動電壓準位。
具體而言，在第一期間T1，位於致能電壓準位Vs1的控制訊號S1使得電晶體T1導通。位於資料電壓準位Vdata的資料訊號Data使得電晶體T2導通。由於電晶體T1和電晶體T2的電流相等，如下式(1)所示：4k(Vdata-Vth2)2=k(Vs1-Vn1-Vth1)2 (1)
其中，Vth1係為電晶體T1之臨界電壓。Vth2係為電晶體T2之臨界電壓。Vn1係為提供至節點N1的電壓準位。
因此，根據式(1)，電晶體T1和電晶體T2提供至節點N1的電壓準位如下式(2)所示：Vn1=Vs1-2Vdata+2Vth2-Vth1 (2)
此外，在第一期間T1，位於致能電壓準位Vs1的控制訊號S1亦使得電晶體T3導通，以將節點N1之電壓準位提供至節點N2。具體而言，節點N2的電壓準位如式(3)所示。
Vn2=Vn1=Vs1-2Vdata+2Vth2-Vth1 (3)
其中，Vn2係為提供至節點N2的電壓準位。
如此一來，根據式(3)以及由於電晶體T1、T2、T3和驅動電晶體Td的距離相近，電晶體T1、T2、T3和驅動電晶體Td的臨界電壓約略相等。因此，在第二期間T2，驅動電晶體Td根據式(4)輸出驅動電流Id。
Id=k(Vgs-Vthd)2=k(Vs1-2Vdata+2Vth2-Vth1-Vthd)2=k(Vs1-2Vdata)2 (4)
其中，Vgs係為驅動電晶體Td之閘極端和源極端的壓差。Vthd係為驅動電晶體Td之臨界電壓。由於電晶體T1、T2、T3和驅動電晶體Td的距離相近，電晶體T1的臨界電壓Vth1、電晶體T2的臨界電壓Vth2和驅動電晶體Td的臨界電壓Vthd約略相等。因此，2Vth2-Vth1-Vthd可相消為零。換言之，驅動電晶體Td的臨界電壓Vthd由於變異而可能造成驅動電流Id的影響可因此被消除。
此外，在第二期間T2，位於禁能電壓準位Vgl1的控制訊號S1使得電晶體T1和T3關斷。位於禁能電壓準位Vdl的資料訊號Data使得電晶體T2關斷。在其他部分實施例中，位於浮動電壓準位的資料訊號Data使得電晶體T2不一定導通或關斷。
請參考第3圖。第3圖係根據本揭示內容之其他部分實施例繪示另一種畫素電路300的示意圖。於第3圖所示實施例中，與第1圖的實施例中相似的元件係以相同的元件符號表示，其操作已於先前段落說明者，於此不再贅述。和第1圖所示實施例相比，如第3圖所示，畫素電路300中電晶體T3用 以接收控制訊號S2。其中，電晶體T1、T2和驅動電晶體Td為N型薄膜電晶體，電晶體T3為P型薄膜電晶體。
為便於說明起見，畫素電路300當中各個元件的具體操作將於以下段落中搭配圖式進行說明。請一併參考第3圖和第4圖。第4圖係根據本揭示內容之部分實施例繪示一種畫素電路300的訊號時序示意圖。於第4圖所示實施例中，與第2圖的實施例中相似的元件係以相同的元件符號表示，其操作已於先前段落說明者，於此不再贅述。和第2圖所示實施例相比，在第4圖中更繪示出控制訊號S2。
在部分實施例中，在第一期間T1，控制訊號S1、S2分別為致能電壓準位Vs1、Vs2。如第4圖所示，控制訊號S1為高電壓準位，控制訊號S2為低電壓準位。在第二期間T2，控制訊號S1、S2分別為禁能電壓準位Vgl1、Vgh2。如第4圖所示，控制訊號S1為低電壓準位，控制訊號S2為高電壓準位。
在部分實施例中，致能電壓準位Vs1和禁能電壓準位Vgh2可為相同的電壓準位。禁能電壓準位Vgl1和致能電壓準位Vs2可為相同的電壓準位。換言之，控制訊號S1和S2可互為反向的訊號。
請參考第5圖。第5圖係根據本揭示內容之部分實施例繪示一種畫素電路驅動方法500的流程圖。如第5圖所示，畫素電路驅動方法500包含操作S520、S540、S560和S580。
首先，在操作S520中，由電晶體T1和電晶體T2分別根據控制訊號S1和資料訊號Data導通以提供電壓準位。 具體而言，在第一期間T1，由電晶體T1根據控制訊號S1導通，由電晶體T2根據資料訊號Data導通。根據共同流經電晶體T1和電晶體T2的電流提供電壓準位至節點N1。此時節點N1的電壓準位如上式(2)所示。
接著，在操作S540中，由電晶體T3根據控制訊號S1或S2導通以輸出電壓準位。具體而言，在第一期間T1，由N型的薄膜電晶體T3根據控制訊號S1導通以將節點N1的電壓準位輸出至節點N2。或者，由P型的薄膜電晶體T3根據控制訊號S2導通以將節點N1的電壓準位輸出至節點N2。此時節點N2的電壓準位如上式(3)所示。
接著，在操作S560中，由驅動電晶體Td根據電壓準位輸出驅動電流Id至發光元件LED。具體而言，在第二期間T2，驅動電晶體Td根據式(3)所示之電壓準位輸出驅動電流Id至發光元件LED。驅動電流Id如式(4)所示。
接著，在操作S580中，由發光元件LED根據驅動電流Id進行發光。
雖然本文將所公開的方法示出和描述為一系列的步驟或事件，但是應當理解，所示出的這些步驟或事件的順序不應解釋為限制意義。例如，部分步驟可以以不同順序發生和/或與除了本文所示和/或所描述之步驟或事件以外的其他步驟或事件同時發生。另外，實施本文所描述的一個或多個態樣或實施例時，並非所有於此示出的步驟皆為必需。此外，本文中的一個或多個步驟亦可能在一個或多個分離的步驟和/或階段中執行。
綜上所述，本案透過應用上述各個實施例中，藉由電晶體T1、T2的尺寸比例及資料訊號Data的設計以進行補償，使得顯示面板進行顯示時，驅動電流Id的電流大小將不受驅動電晶體Td的元件特性(如臨界電壓不同)而影響，可提供相對穩定的驅動電流Id。另外，藉由在一個階段內同時完成資料寫入和電晶體臨界電壓補償，可顯著縮短補償臨界電壓至發光元件LED發光的時間，且補償效果良好。再者，本案部分實施例中僅需要一個掃描線控制訊號S1，因此能夠降低控制電路的複雜度，且因而降低顯示系統的成本。而本案之畫素電路100、300係為4T1C架構相較於4T2C以上的畫素電路而言能減少電晶體陣列的面積。
雖然本揭示內容已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭示內容，所屬技術領域具有通常知識者在不脫離本揭示內容之精神和範圍內，當可作各種更動與潤飾，因此本揭示內容之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧畫素電路
T1、T2、T3、Td‧‧‧電晶體
C1‧‧‧電容
LED‧‧‧發光元件
N1、N2‧‧‧節點
S1‧‧‧控制訊號
Data‧‧‧資料訊號
Id‧‧‧驅動電流
OVDD‧‧‧系統高電壓
OVSS‧‧‧系統低電壓

Claims (10)

  1. 一種畫素電路，包含：一第一電晶體，該第一電晶體之一第一端接收一系統高電壓，該第一電晶體之一第二端耦接一第一節點，該第一電晶體用以根據一控制訊號選擇性地導通；一第二電晶體，該第二電晶體之一第一端耦接該第一節點，該第二電晶體之一第二端接收一系統低電壓，該第二電晶體之一控制端用以接收一資料訊號；一第三電晶體，該第三電晶體之一第一端耦接該第一節點，該第三電晶體之一第二端耦接一第二節點，該第三電晶體用以根據該控制訊號選擇性地導通；以及一驅動電晶體，該驅動電晶體耦接該第二節點和一發光元件，該驅動電晶體用以根據該第二節點之電壓準位輸出一驅動電流至該發光元件。
  2. 如請求項1所述之畫素電路，更包含：一電容，該電容之一第一端耦接該第二節點，該電容之一第二端耦接該驅動電晶體之第二端。
  3. 如請求項1所述之畫素電路，其中在一第一期間，該第一電晶體和該第三電晶體用以根據該控制訊號導通，該第二電晶體用以接收該資料訊號，在一第二期間，該第一電晶體用以根據該控制訊號關斷，該發光元件用以根據該驅動電流進行發光。
  4. 如請求項1所述之畫素電路，其中該第一電晶體和該第二電晶體的一尺寸比例為一比四。
  5. 如請求項4所述之畫素電路，其中該第一電晶體、該第二電晶體、該第三電晶體和該驅動電晶體為N型薄膜電晶體。
  6. 一種畫素電路，包含：一第一電晶體，該第一電晶體之一第一端接收一系統高電壓，該第一電晶體之一第二端耦接一第一節點，該第一電晶體用以根據一第一控制訊號選擇性地導通；一第二電晶體，該第二電晶體之一第一端耦接該第一節點，該第二電晶體之一第二端接收一系統低電壓，該第二電晶體之一控制端用以接收一資料訊號；一第三電晶體，該第三電晶體之一第一端耦接該第一節點，該第三電晶體之第二端耦接一第二節點，該第三電晶體用以根據一第二控制訊號選擇性地導通；以及一驅動電晶體，該驅動電晶體耦接該第二節點和一發光元件，該驅動電晶體用以根據該節點之電壓準位輸出一驅動電流至該發光元件。
  7. 一種畫素電路驅動方法，包含：由一第一電晶體和一第二電晶體分別根據一控制訊號和 一資料訊號導通，並根據共同流經該第一電晶體和該第二電晶體的電流以提供一電壓準位，其中該第一電晶體的一第二端連接該第二電晶體的一第一端；由一第三電晶體根據該控制訊號導通以輸出該電壓準位；由一驅動電晶體根據該電壓準位輸出一驅動電流至一發光元件；以及由一發光元件根據該驅動電流進行發光。
  8. 如請求項7所述之畫素電路驅動方法，更包含：在一第一期間，由該第一電晶體和該第二電晶體分別根據該控制訊號和該資料訊號導通以提供該電壓準位，並由該第三電晶體根據該控制訊號導通以輸出該電壓準位；以及在一第二期間，由該第一電晶體和該第三電晶體根據該控制訊號關斷，由該驅動電晶體根據該電壓準位輸出該驅動電流至該發光元件，並由該發光元件根據該驅動電流進行發光。
  9. 如請求項7所述之畫素電路驅動方法，其中該第一電晶體和該第二電晶體的一尺寸比例為一比四。
  10. 如請求項7所述之畫素電路驅動方法，其中該第一電晶體、該第二電晶體、該第三電晶體和該驅動電晶 體為N型薄膜電晶體。
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