TWI765771B

TWI765771B - 自補償之畫素電路與顯示面板

Info

Publication number: TWI765771B
Application number: TW110124827A
Authority: TW
Inventors: 吳佳恩; 李明賢; 張書瀚; 戴俊翔; 黃文瑜
Original assignee: 友達光電股份有限公司
Priority date: 2021-07-06
Filing date: 2021-07-06
Publication date: 2022-05-21
Also published as: TW202303570A

Abstract

一種自補償之畫素電路，其包含發光元件、驅動電晶體、第一電晶體、重置電路和補償電路。驅動電晶體用於將驅動電流透過第一節點提供至發光元件，而驅動電晶體的第一端直接耦接於發光元件。第一電晶體包含用於接收發光控制訊號的控制端以決定驅動電流的脈波寬度。驅動電晶體的控制端和第一電晶體的第一端耦接於第二節點，第一電晶體的第二端耦接於第三節點。重置電路用於重置第一節點、第二節點和第三節點的電壓。補償電路耦接於第一節點、第二節點和第三節點，用於將補償電路偵測到的驅動電晶體的臨界電壓儲存於第一節點。

Description

自補償之畫素電路與顯示面板

本揭示文件有一種關畫素電路和顯示面板，尤指一種自補償臨界電壓的畫素電路和顯示面板。

次毫米發光二極體(mini light-emitting diode)與微發光二極體(micro light-emitting diode)分別指晶粒尺寸在75微米以上和以下的發光二極體。上述兩種發光二極體可用於製作柔性顯示器的畫素電路，且具有自發光特性，因而有望取代使用壽命較短的有機發光二極體(organic light-emitting diode)顯示技術。然而，畫素電路中的電晶體經常會因製程而產生特性變異。例如，使用準分子雷射退火(excimer-laser annealing)法製作低溫多晶矽薄膜電晶體時，會因雷射功率不一致而導致不同畫素電路的驅動電晶體的臨界電壓不盡相同。另外，次毫米發光二極體和微發光二極體發光時較大的驅動電流可能會於電流路徑上產生過大的電壓差，使得畫素電路之驅動電晶體於操作過程中脫離飽和區。上述各種原因皆會影響次毫米發光二極體和微發光二極體顯示器提供高品質的顯示畫面。

本揭示文件提供一種自補償之畫素電路，其包含發光元件、驅動電晶體、第一電晶體、重置電路和補償電路。驅動電晶體用於將驅動電流透過第一節點提供至發光元件，而驅動電晶體的第一端直接耦接於發光元件。第一電晶體包含用於接收發光控制訊號的控制端以決定驅動電流的脈波寬度。驅動電晶體的控制端和第一電晶體的第一端耦接於第二節點，第一電晶體的第二端耦接於第三節點。重置電路用於重置第一節點、第二節點和第三節點的電壓。補償電路耦接於第一節點、第二節點和第三節點，用於將補償電路偵測到的驅動電晶體的臨界電壓儲存於第一節點。

本揭示文件提供一種顯示面板，其包含多個畫素電路、顯示驅動電路和一或多個移位暫存器。驅動顯示器用於提供多個資料訊號至多個畫素電路。一或多個移位暫存器用於提供多個控制訊號至每個畫素電路。每個畫素電路包含發光元件、驅動電晶體、第一電晶體、重置電路和補償電路。驅動電晶體用於將驅動電流透過第一節點提供至發光元件，而驅動電晶體的第一端直接耦接於發光元件。第一電晶體包含用於接收多個控制訊號中的發光控制訊號的控制端以決定驅動電流的脈波寬度。驅動電晶體的控制端和第一電晶體的第一端耦接於第二節點，第一電晶體的第二端耦接於第三節點。重置電路用於重置第一節點、第二節點和第三節點的電壓。補償電路耦接於第一節點、第二節點和第三節點，用於將補償電路偵測到的驅動電晶體的臨界電壓儲存於第一節點。

上述多個實施例的優點之一是即使不同位置的畫素電路具有不同的臨界電壓，這些畫素電路對於相同的資料電壓仍會產生相同的亮度，而使顯示面板可以產生均勻的畫面。

上述多個實施例的優點之一，是能提供穩定可控制的畫面。

以下將配合相關圖式來說明本揭示文件的實施例。在圖式中，相同的標號表示相同或類似的元件或方法流程。

第1圖為依據本揭示文件一實施例的畫素電路100的功能方塊圖。畫素電路100包含第一電晶體T1、驅動電晶體110、重置電路120、補償電路130以及發光元件140。重置電路120的一端透過第一節點N1耦接於發光元件140的正端與驅動電晶體110的第一端，重置電路120的另一端則透過第二節點N2耦接於驅動電晶體110的控制端以及第一電晶體T1的第一端，其中第一電晶體T1的第二端透過第三節點N3耦接於重置電路120的另一端。驅動電晶體110的第二端用於接收第一工作電壓VDD，發光元件140的負端用於接收第三工作電壓VSS。補償電路130的一端透過第二節點N2耦接於第一電晶體T1的第一端，而補償電路130的另一端透過第三節點N3耦接於第一電晶體T1的第二端。

重置電路120包含第二電晶體T2、第三電晶體T3與第四電晶體T4，其中第二電晶體T2、第三電晶體T3與第四電晶體T4各自包含第一端、第二端和控制端。第二電晶體T2的第一端用於接收第一工作電壓VDD。第二電晶體T2的第二端耦接第三節點N3。第三電晶體T3的第一端用於接收第二工作電壓VSSL，第三電晶體T3的第二端耦接於第二節點N2。第四電晶體T4的第一端用於接收第二工作電壓VSSL，第四電晶體T4的第二端耦接於第一節點N1。重置電路120中每個電晶體T2、T3和T4的控制端用於接收重置訊號VRST。

補償電路130用於將偵測到的驅動電晶體110的臨界電壓儲存在第一節點N1，且包含第五電晶體T5、第六電晶體T6與第一電容C1，其中第五電晶體T5與第六電晶體T6各自包含第一端、第二端和控制端。第五電晶體T5的第一端用於接收參考電壓VREF，第五電晶體T5的第二端耦接於第二節點N2。第六電晶體T6的第一端用於接收資料訊號VDATA，第六電晶體T6的第二端耦接於第三節點N3。第一電容C1耦接於第二節點N2和第三節點N3之間。在一些實施例中，第一電容C1的電容值遠大於驅動電晶體110的控制端電容。補償電路130中每個電晶體T5和T6的控制端用於接掃描訊號VSCAN。

發光元件140包含正端和負端。正端直接耦接驅動電晶體110，用於自驅動電晶體110接收驅動電流。負端用於接收第三工作電壓VSS。在一些實施例中，發光元件140可由次毫米發光二極體(mini LED)或微發光二極體(micro LED)來實現。

在一些實施例中，畫素電路100中的電晶體皆為N型電晶體，例如N型氧化銦鎵鋅薄膜電晶體(IGZO TFT)。

第2圖為畫素電路100的掃描訊號VSCAN、發光控制訊號VEM和重置訊號VRST簡化後的波形示意圖。如第2圖所示，透過改變輸入畫素電路100之控制訊號波形，可以將畫素電路100操作於不同階段，如重置階段、補償與資料輸入階段以及發光階段。重置階段、補償與資料輸入階段以及發光階段構成畫素電路100等於一幀時間的一個操作週期。

請同時參考第2圖和第3圖，在重置階段中，重置訊號VRST升至高邏輯準位，如足以使N型電晶體導通之高電壓準位VGH，而掃描訊號VSCAN和發光控制訊號VEM則降至低邏輯準位，如足以使N型電晶體關斷之低電壓準位VGL。此時，高邏輯準位的重置訊號VRST使第二電晶體T2、第三電晶體T3和第四電晶體T4導通，而低邏輯準位的掃描訊號VSCAN和發光控制訊號VEM使第一電晶體T1、第五電晶體T5、第六電晶體T6關斷。因此，重置電路120會將第一工作電壓VDD傳遞至第三節點N3，以及將第二工作電壓VSSL傳遞至第一節點N1和第二節點N2，使得驅動電晶體110和發光元件140關斷。

請同時參考第2圖和第4圖，在補償與資料輸入階段中，重置訊號VRST切換至低邏輯準位，而掃描訊號VSCAN則切換至高邏輯準位，且發光控制訊號VEM保持於邏輯低準位。此時，高邏輯準位的掃描訊號VSCAN使第五電晶體T5和第六電晶體T6導通，而低邏輯準位的重置訊號VRST和發光控制訊號VEM使第一電晶體T1、第二電晶體T2、第三電晶體T3和第四電晶體T4關斷。因此，補償電路130將參考電壓VREF傳遞至第二節點N2以及將資料訊號VDATA傳遞至第三節點N3。在一些實施例中，此階段需滿足以下條件：參考電壓VREF減去驅動電晶體110的臨界電壓必須小於第三工作電壓VSS加上發光元件140的臨界電壓，如《公式1》，以將發光元件140於補償與資料輸入階段中維持關斷，其中符號「VDTH」代表驅動電晶體110的臨界電壓，符號「VLEDTH」代表發光元件140的臨界電壓。驅動電晶體110會對第一節點N1開始充電，直到第一節點N1電壓值為參考電壓VREF減去驅動電晶體110的臨界電壓。此時，第一電容C1的跨壓如《公式2》所示，其中符號「V31」表示第一電容C1的跨壓。

《公式1》

《公式2》

請同時參考第2圖和第5圖，在發光階段中，掃描訊號VSCAN切換至低邏輯準位，而發光控制訊號VEM則切換至高邏輯準位，且重置訊號VRST保持於低邏輯準位。此時，高邏輯準位的發光控制訊號VEM使第一電晶體T1導通，而低邏輯準位的重置訊號VRST和掃描訊號VSCAN使第二電晶體T2、第三電晶體T3、第四電晶體T4、第五電晶體T5和第六電晶體T6關斷。因此，驅動電晶體110和發光元件140導通，第一節點N1的電壓值為第三工作電壓VSS加上發光元件140導通時的跨壓。此時，因第一電容C1為浮接狀態，其電容跨壓仍如《公式2》所示，所以第三節點N3之電壓值為跨壓V31加上第三工作電壓VSS加上發光元件140導通時的跨壓。並且，此時第二節點N2電壓值等於第三節點N3的電壓值V3。此時驅動電晶體110產生的驅動電流Id可由《公式3》表示。

《公式3》

在一些實施例中，《公式3》的符號「V21」為驅動電晶體110的控制端和第一端的電壓差(亦即第二節點N2和第一節點N1的電壓差)；符號「K」為電導參數(conduction parameter)。由《公式3》可知，驅動電流Id和跟輸入的資料訊號VDATA和參考電壓VREF有關，而幾乎與驅動電晶體110的臨界電壓無關。因此，當畫素電路100被應用於顯示面板700(如後述第7圖的顯示面板700)時，即使不同的畫素電路100的驅動電晶體110具有不同的臨界電壓，這些畫素電路100對於相同的資料訊號VDATA仍會產生相同的亮度，而使顯示面板700可以產生均勻的畫面。

另外，由上述可知，第一電晶體T1因透過其控制端接收發光控制訊號VEM，而使得第一電晶體T1的導通時間決定了發光元件140的導通時間。在一些實施例中，可以透過增加/減少發光控制訊號VEM的脈波寬度，而增加/減少發光元件140的導通時間，藉此增加/減少顯示裝置(如第7圖的顯示面板700)的最大亮度。

此外，由於驅動電流Id的電流路徑上除了驅動電晶體110之外沒有其他電晶體，因而大幅減少了該電流路徑上的寄生電阻，使得即使驅動電晶體110產生較大的驅動電流Id，驅動電流Id也不會在驅動電晶體110的兩端造成可能使驅動電晶體110脫離飽和區的電壓降。

第6A圖的畫素電路600相似於第1圖，其差別在於第6A圖的畫素電路600的發光元件140之正端用於接收第一工作電壓VDD，負端耦接到第一節點N1；重置電路120中第二電晶體T2的第一端用於接收第三工作電壓VSS，第三電晶體T3和第四電晶體T4的第一端用於接收第四工作電壓VDDH；並且驅動電晶體110的第二端用於接收第三工作電壓VSS。畫素電路600運作方週期與第1圖同樣具有三個階段，即重置階段、補償與資料輸入階段和發光階段。

第6B圖為畫素電路600的掃描訊號VSCAN、發光控制訊號VEM和重置訊號VRST簡化後的波形示意圖，透過改變輸入畫素電路600之控制訊號波形，可以將畫素電路600操作於不同階段，如重置階段、補償與資料輸入階段以及發光階段。第2圖和第6B圖之差別在於，對應的訊號具有反相的波形。在一些實施例中，畫素電路600中的電晶體皆為P型電晶體，例如P型低溫多晶矽薄膜電晶體(LTPS TFT)。因此，由前述可知，畫素電路600的運作方式和前述畫素電路100的運作方式相似，在此不重複贅述。

第7圖為依據本揭示文件一實施例的顯示面板700簡化後的功能方塊圖。顯示面板700包含移位暫存器710、顯示驅動電路720以及多個畫素電路730，其中多個畫素電路730可由前述的畫素電路100或600來實現。顯示驅動電路720用於透過多個資料線DSL_1~DSL_n提供多個資料電壓至多個畫素電路730。例如，每個畫素電路730可自顯示驅動電路720接收前述的資料訊號VDATA。

在一實施例中，顯示驅動電路720可以由顯示器驅動晶片(Display Driver IC，簡稱DDIC)來實現，且顯示驅動電路720用於提供多個時脈訊號至移位暫存器710。在另一實施例中，顯示驅動電路720也可以實作為不同電路方塊的組合，例如時序控制電路(Timing Controller)與源極驅動器(Source Driver)的組合。

在一些實施例中，移位暫存器710用於透過多個掃描線SL_1~SL_n將多個控制訊號提供至多個畫素電路730。例如，每個畫素電路730會自移位暫存器710接收前述的掃描訊號VSCAN、發光控制訊號VEM和重置訊號VRST。

顯示面板700並不局限於包含一個移位暫存器710。在一些實施例中，顯示面板700可以依據實際設計需求包含一或多個移位暫存器710，而掃描訊號VSCAN、重置訊號VRST和發光控制訊號VEM可來自於這一或多個移位暫存器710中的不同者。

在說明書及申請專利範圍中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。然而，所屬技術領域中具有通常知識者應可理解，同樣的元件可能會用不同的名詞來稱呼。說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異做為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來做為區分的基準。在說明書及申請專利範圍所提及的「包含」為開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。另外，「耦接」在此包含任何直接及間接的連接手段。因此，若文中描述第一元件耦接於第二元件，則代表第一元件可通過電性連接或無線傳輸、光學傳輸等信號連接方式而直接地連接於第二元件，或者通過其他元件或連接手段間接地電性或信號連接至該第二元件。

在此所使用的「及/或」的描述方式，包含所列舉的其中之一或多個項目的任意組合。另外，除非說明書中特別指明，否則任何單數格的用語都同時包含複數格的涵義。

以上僅為本揭示文件的較佳實施例，凡依本揭示文件請求項所做的均等變化與修飾，皆應屬本揭示文件的涵蓋範圍。

100,600:畫素電路 110:驅動電晶體 120:重置電路 130:補償電路 140:發光元件 C1:第一電容 T1:第一電晶體 T2:第二電晶體 T3:第三電晶體 T4:第四電晶體 T5:第五電晶體 T6:第六電晶體 VDD:第一工作電壓 VSSL:第二工作電壓 VSS:第三工作電壓 VDDH:第四工作電壓 VREF:參考電壓 VDATA:資料訊號 VRST:重置訊號 VSCAN:掃描訊號 VEM:發光控制訊號 VGH:高電壓準位 VGL:低電壓準位 N1:第一節點 N2:第二節點 N3:第三節點 700:顯示面板 710:移位暫存器 720:顯示驅動電路 730:畫素電路 SL_1~SL_n:掃描線 DSL_1~DSL_n:資料線

第1圖為依據本揭示文件一實施例的畫素電路的功能方塊圖。第2圖為第1圖的畫素電路的控制訊號電壓簡化後的波形示意圖。第3圖為第1圖的畫素電路於重置階段的等效電路操作示意圖。第4圖為第1圖的畫素電路於補償與寫入階段的等效電路操作示意圖。第5圖為第1圖的畫素電路於發光階段的等效電路操作示意圖。第6A圖為依據本揭示文件一實施例的畫素電路的功能方塊圖。第6B圖為第6A圖的畫素電路的控制訊號電壓簡化後的波形示意圖。第7圖為依據本揭示文件一實施例的顯示器簡化後的功能方塊圖。

100:畫素電路

110:驅動電晶體

120:重置電路

130:補償電路

140:發光元件

C1:第一電容

T1:第一電晶體

T2:第二電晶體

T3:第三電晶體

T4:第四電晶體

T5:第五電晶體

T6:第六電晶體

VDD:第一工作電壓

VSSL:第二工作電壓

VSS:第三工作電壓

VREF:參考電壓

VDATA:資料訊號

VRST:重置訊號

VSCAN:掃描訊號

VEM:發光控制訊號

N1:第一節點

N2:第二節點

N3:第三節點

Claims

一種自補償之畫素電路，包含：一發光元件；一驅動電晶體，用於將一驅動電流透過一第一節點提供至該發光元件，其中該驅動電晶體的一第一端直接耦接於該發光元件；一第一電晶體，包含用於接收一發光控制訊號的一控制端以決定該發光元件的一導通時間，其中該驅動電晶體的一控制端和該第一電晶體的一第一端耦接於一第二節點，該第一電晶體的一第二端耦接於一第三節點；一重置電路，用於重置該第一節點、該第二節點和該第三節點的電壓；以及一補償電路，耦接於該第一節點、該第二節點和該第三節點，用於將該補償電路偵測到的該驅動電晶體的一臨界電壓儲存於該第一節點。
如請求項1所述之畫素電路，其中該重置電路包含：一第二電晶體，包含一第一端、一第二端和一控制端，其中該第二電晶體的該第一端用於接收一第一工作電壓，該第二電晶體的該第二端耦接該第三節點，該第二電晶體的該控制端用於接收一重置訊號；一第三電晶體，包含一第一端、一第二端和一控制端，其中該第三電晶體的該第一端用於接收一第二工作電壓，該第三電晶體的該第二端耦接於該第二節點，該第三電晶體的該控制端用於接收該重置訊號；以及一第四電晶體，包含一第一端、一第二端和一控制端，其中該第四電晶體的該第一端用於接收該第二工作電壓，該第四電晶體的該第二端耦接於該第一節點，該第四電晶體的該控制端用於接收該重置訊號。
如請求項2所述之畫素電路，其中該補償電路包含：一第五電晶體，包含一第一端、一第二端和一控制端，其中該第五電晶體的該第一端用於接收一參考電壓，該第五電晶體的該第二端耦接於該第二節點，該第五電晶體的該控制端用於接收一掃描訊號；一第六電晶體，包含一第一端、一第二端和一控制端，其中該第六電晶體的該第一端用於接收一資料訊號，該第六電晶體的該第二端耦接於該第三節點，該第六電晶體的該控制端用於接收該掃描訊號；以及一第一電容，耦接於第二節點和第三節點之間。
如請求項1所述之畫素電路，其中發光元件包含：一正端，直接耦接該驅動電晶體，用於自該驅動電晶體接收該驅動電流；一負端，用於接收一第三工作電壓。
如請求項1所述之畫素電路，其中發光元件包含：一正端，用於接收一第一工作電壓；一負端，直接耦接該驅動電晶體，用於自該驅動電晶體接收該驅動電流。
一種顯示面板，包含：多個畫素電路；一顯示驅動電路，用於提供多個資料訊號至該多個畫素電路；以及一或多個移位暫存器，用於提供多個控制訊號至每個畫素電路，其中每個畫素電路包含：一發光元件；一驅動電晶體，用於將一驅動電流透過一第一節點提供至該發光元件，其中該驅動電晶體的一第一端直接耦接於該發光元件；一第一電晶體，包含用於接收該多個控制訊號中的一發光控制訊號的一控制端以決定該發光元件的一導通時間，其中該驅動電晶體的一控制端和該第一電晶體的一第一端耦接於一第二節點，該第一電晶體的一第二端耦接於一第三節點；一重置電路，用於重置該第一節點、該第二節點和該第三節點的電壓；以及一補償電路，耦接於該第一節點、該第二節點和該第三節點，用於將該補償電路偵測到的該驅動電晶體的一臨界電壓儲存於該第一節點。
如請求項6所述之顯示面板，其中該重置電路包含：一第二電晶體，包含一第一端、一第二端和一控制端，其中該第二電晶體的該第一端用於接收一第一工作電壓，該第二電晶體的該第二端耦接該第三節點，該第二電晶體的該控制端用於接收該多個控制訊號中的一重置訊號；一第三電晶體，包含一第一端、一第二端和一控制端，其中該第三電晶體的該第一端用於接收一第二工作電壓，該第三電晶體的該第二端耦接於該第二節點，該第三電晶體的該控制端用於接收該重置訊號；以及一第四電晶體，包含一第一端、一第二端和一控制端，其中該第四電晶體的該第一端用於接收該第二工作電壓，該第四電晶體的該第二端耦接於該第一節點，該第四電晶體的該控制端用於接收該重置訊號。
如請求項7所述之顯示面板，其中該補償電路包含：一第五電晶體，包含一第一端、一第二端和一控制端，其中該第五電晶體的該第一端用於接收一參考電壓，該第五電晶體的該第二端耦接於該第二節點，該第五電晶體的該控制端用於接收該多個控制訊號中的一掃描訊號；一第六電晶體，包含一第一端、一第二端和一控制端，其中該第六電晶體的該第一端用於接收該多個資料訊號的其中之一，該第六電晶體的該第二端耦接於該第三節點，該第六電晶體的該控制端用於接收該掃描訊號；以及一第一電容，耦接於第二節點和第三節點之間。
如請求項6所述之顯示面板，其中發光元件包含：一正端，直接耦接該驅動電晶體，用於自該驅動電晶體接收該驅動電流；一負端，用於接收一第三工作電壓。
如請求項6所述之顯示面板，其中發光元件包含：一正端，用於接收一第一工作電壓；一負端，直接耦接該驅動電晶體，用於自該驅動電晶體接收該驅動電流。