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TWI712021B - 可調變驅動電流脈波寬度的畫素電路和相關的顯示面板 - Google Patents

可調變驅動電流脈波寬度的畫素電路和相關的顯示面板 Download PDF

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TWI712021B
TWI712021B TW108115942A TW108115942A TWI712021B TW I712021 B TWI712021 B TW I712021B TW 108115942 A TW108115942 A TW 108115942A TW 108115942 A TW108115942 A TW 108115942A TW I712021 B TWI712021 B TW I712021B
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terminal
voltage
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coupled
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洪嘉澤
郭庭瑋
鄭貿薰
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友達光電股份有限公司
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Abstract

一種畫素電路包含發光單元、電流源、亮度控制電路、脈波寬度控制電路、以及內部補償電路。發光單元用於依據一驅動電流發光。電流源包含驅動電晶體，用於透過驅動電晶體提供驅動電流至發光單元。亮度控制電路包含第一開關和用於提供第一電壓的第一節點，且用於透過第一開關提供第一電壓至驅動電晶體的控制端以決定驅動電流的大小。脈波寬度控制電路包含用於提供第二電壓的第二節點，且用於提供第二電壓至第一開關的控制端以決定驅動電流的脈波寬度。內部補償電路用於感測第一開關的臨界電壓，並傳輸驅動電流至外部補償電路以感測該驅動電晶體的臨界電壓。

Description

可調變驅動電流脈波寬度的畫素電路和 相關的顯示面板
本揭示文件有關一種畫素電路和一種顯示面板，尤指一種包含脈波寬度控制電路和亮度控制電路的畫素電路。
相較於液晶顯示器，微發光二極體(micro LED)顯示器具有低功率消耗、高色彩飽和度和高反應速度等優點，使得微發光二極體顯示器被視為下一代顯示器的熱門技術之一。微發光二極體的亮度可藉由流經微發光二極體的驅動電流來控制，但當驅動電流不同時，微發光二極體會產生色偏。另外，不同顏色的微發光二極體的最大發光效率點對應於不同大小的驅動電流。因此，如何提供能將微發光二極體操作在最大發光效率點，且不會產生色偏的畫素電路與相關的顯示器，實為業界有待解決的問題。
本揭示文件提供一種畫素電路，其包含發光單元、電流源、亮度控制電路、脈波寬度控制電路、以及內部補償電路。發光單元用於依據一驅動電流發光。電流源包含驅動電晶體，用於透過驅動電晶體提供驅動電流至發光單元。驅動電晶體包含第一端、第二端、以及控制端，驅動電晶體的第二端耦接於發光單元。亮度控制電路包含第一開關和用於提供第一電壓的第一節點。亮度控制電路用於透過第一開關提供第一電壓至驅動電晶體的控制端，以決定驅動電流的大小。脈波寬度控制電路包含用於提供第二電壓的第二節點。脈波寬度控制電路用於提供第二電壓至第一開關的控制端，以決定驅動電流的脈波寬度。內部補償電路耦接於電流源和亮度控制電路，用於感測第一開關的臨界電壓，並用於傳輸驅動電流至外部補償電路，以使外部補償電路感測驅動電晶體的臨界電壓。
本揭示文件提供一種顯示面板，其包含多個畫素電路、源極驅動器、閘極驅動器、以及外部補償電路。多個畫素電路排列成一畫素矩陣，且每個畫素電路包含第一開關和驅動電晶體。第一開關包含第一端、第二端、以及控制端。驅動電晶體包含第一端、第二端、以及控制端。第一開關的第一端耦接於驅動電晶體的控制端，第一開關的第二端耦接於第一節點，第一開關的控制端耦接於第二節點。源極驅動器用於提供第一資料信號、第二資料信號、和線性變化電壓至多個畫素電路。閘極驅動器用於驅動畫素矩陣的多列依序接收第一資料信號，以設置每個畫素電 路的第一節點的一第一電壓，並用於驅動畫素矩陣的多列依序接收第二資料信號，以設置每個畫素電路的第二節點的一第二電壓，且源極驅動器利用線性變化電壓同步控制每個畫素電路的第二電壓。外部補償電路用於感測每個畫素電路的驅動電晶體的臨界電壓，並依據每個畫素電路的驅動電晶體的臨界電壓調整寫入至對應的畫素電路的第一資料信號。每個畫素電路另包含發光單元、電流源、亮度控制電路、脈波寬度控制電路、以及內部補償電路。發光單元用於依據驅動電流發光。電流源包含驅動電晶體，用於透過驅動電晶體提供驅動電流至發光單元。驅動電晶體的第二端耦接於發光單元。亮度控制電路包含第一開關和第一節點，用於透過第一開關提供第一電壓至驅動電晶體的控制端，以決定驅動電流的大小。脈波寬度控制電路包含第二節點，用於提供第二電壓至第一開關的控制端，以決定驅動電流的脈波寬度。內部補償電路耦接於電流源和亮度控制電路，用於感測第一開關的臨界電壓，並用於傳輸驅動電流至外部補償電路，以使外部補償電路感測驅動電晶體的臨界電壓。
上述的畫素電路和顯示面板能使發光單元工作於最大發光效率點，且能避免發光單元產生色偏。
100:畫素電路
101:外部補償電路
110:電流源
120:亮度控制電路
130:內部補償電路
140:脈波寬度控制電路
150:發光單元
200:畫素電路
201:外部補償電路
210:電流源
212:驅動電晶體
220:亮度控制電路
222:第一開關
224:第二開關
226:第一電容
230:內部補償電路
232:第三開關
234:第四開關
N1:第一節點
N2:第二節點
N3:第三節點
V1:第一電壓
V2:第二電壓
V3:第三電壓
310:脈波
320:脈波
L1:第一電壓準位
L2:第二電壓準位
500:畫素電路
501:外部補償電路
510:電流源
512:驅動電晶體
520:亮度控制電路
522:第一開關
524:第二開關
526:第一電容
236:第五開關
240:脈波寬度控制電路
242:第六開關
244:第七開關
246:第二電容
248:第三電容
250:發光單元
260:資料線
270:傳輸線
VDD:系統高電壓
VSS:系統低電壓
Vsw:線性變化電壓
S1:第一控制信號
S2:第二控制信號
S3:第三控制信號
S4:第四控制信號
S5:第五控制信號
S6:第六控制信號
D1:第一資料信號
D2:第二資料信號
530:內部補償電路
532:第三開關
534:第四開關
536:第五開關
540:脈波寬度控制電路
542:第二電容
550:發光單元
560:傳輸線
570:資料線
610:脈波
620:脈波
L3:第三電壓準位
L4:第四電壓準位
L5:第五電壓準位
800:顯示面板
810:畫素電路
820:源極驅動器
830:閘極驅動器
840:外部補償電路
S1-1~S1-n:第一控制信號
S3-1~S3-n:第三控制信號
S6-1~S6-n:第六控制信號
第1圖為依據本揭示文件一實施例的畫素電路簡化後 的功能方塊圖。
第2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3圖為依據本揭示文件一實施例的第2圖的多個控制信號的波型示意圖。
第4A圖為第2圖的畫素電路於重置階段的等效電路操作示意圖。
第4B圖為第2圖的畫素電路於補償階段的等效電路操作示意圖。
第4C圖為第2圖的畫素電路於第一寫入階段的等效電路操作示意圖。
第4D圖為第2圖的畫素電路於第二寫入階段的等效電路操作示意圖。
第4E圖為第2圖的畫素電路於發光階段的第一子階段的等效電路操作示意圖。
第4F圖為第2圖的畫素電路於發光階段的第二子階段的等效電路操作示意圖。
第4G圖為第2圖的畫素電路於偵測階段的等效電路操作示意圖。
第5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6圖為依據本揭示文件一實施例的第5圖的多個控制信號的波型示意圖。
第7A圖為第5圖的畫素電路於重置階段的等效電路操 作示意圖。
第7B圖為第5圖的畫素電路於補償階段的等效電路操作示意圖。
第7C圖為第5圖的畫素電路於寫入階段的等效電路操作示意圖。
第7D圖為第5圖的畫素電路於發光階段的第一子階段的等效電路操作示意圖。
第7E圖為第5圖的畫素電路於發光階段的第二子階段的等效電路操作示意圖。
第7F圖為第5圖的畫素電路於感測階段的等效電路操作示意圖。
第8圖為依據本揭示文件一實施例的顯示面板簡化後的功能方塊圖。
第9圖為依據本揭示文件一實施例的第8圖的控制信號簡化後的波型示意圖。
第10圖為依據本揭示文件另一實施例的第8圖的控制信號簡化後的波型示意圖。
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簡化後的功能方塊圖。畫素電路100包含電流源110、 亮度控制電路120、內部補償電路130、脈波寬度控制電路140、以及發光單元150。電流源110用於提供驅動電流至發光單元150，以使發光單元150依據驅動電流的大小產生對應的亮度。亮度控制電路120用於致能電流源110，並用於決定驅動電流的大小。脈波寬度控制電路140用於決定亮度控制電路120致能電流源110的時間長度，進而決定電流源110提供驅動電流的脈波寬度。
內部補償電路130用於偵測亮度控制電路120的元件特性變異，並將偵測結果傳遞至脈波寬度控制電路140。脈波寬度控制電路140會依據前述的偵測結果適應性地控制亮度控制電路120，進而使驅動電流的脈波寬度免疫於亮度控制電路120的元件特性變異。
另外，內部補償電路130還用於將驅動電流傳遞至外部補償電路101，以使外部補償電路101偵測電流源110的元件特性變異。外部補償電路101會依據電流源110的元件特性變異適應性地控制亮度控制電路120，以使驅動電流的大小免疫於電流源110的元件特性變異。
第2圖為依據本揭示文件一實施例的畫素電路200的功能方塊圖。畫素電路200包含電流源210、亮度控制電路220、內部補償電路230、脈波寬度控制電路240、以及發光單元250。第2圖的電流源210和發光單元250可以分別是第1圖的電流源110和發光單元150，且電流源210包含用於產生驅動電流的驅動電晶體212。驅動電晶體212的第一端用於接收系統高電壓VDD。驅動電晶體212的第二 端耦接於發光單元250的第一端(例如，陽極端)。另外，發光單元250的第二端(例如，陰極端)用於接收系統低電壓VSS。
第2圖的亮度控制電路220可以是第1圖的亮度控制電路120，且包含第一開關222、第二開關224、第一電容226、以及用於提供第一電壓V1的第一節點N1。第一開關222的第一端耦接於驅動電晶體212的控制端。第一開關222的第二端耦接於第一節點N1。第一開關222的控制端耦接於脈波寬度控制電路240。因此，亮度控制電路220可以透過第一開關222將第一電壓V1提供至驅動電晶體212的控制端，進而決定驅動電流的大小。第二開關224的第一端用於透過資料線260接收第一資料信號D1。第二開關224的第二端耦接於第一節點N1。第二開關224的控制端用於接收第一控制信號S1。第一電容226的第一端耦接於第一節點N1。第一電容226的第二端用於接收系統高電壓VDD。
第2圖的內部補償電路230可以是第1圖的內部補償電路130，且包含第三開關232、第四開關234、以及第五開關236。第三開關232的第一端耦接於驅動電晶體212的第二端。第三開關232的第二端透過傳輸線270耦接於外部補償電路201。第三開關232的控制端用於接收第二控制信號S2。第四開關234的第一端耦接於脈波寬度控制電路240。第四開關234的第二端耦接於第一節點N1。第四開關234的控制端用於接收第三控制信號S3。第五開關236的第一端耦接於驅動電晶體212的控制端。第五開關236的第 二端耦接於驅動電晶體212的第一端。第五開關236的控制端用於接收第四控制信號S4。
第2圖的脈波寬度控制電路240可以是第1圖的脈波寬度控制電路140，且包含第六開關242、第七開關244、第二電容246、第三電容248、用於提供第二電壓V2的第二節點N2、以及用於提供第三電壓V3的第三節點N3。第六開關242的第一端耦接於第二節點N2。第六開關242的第二端耦接於發光單元250的第二端。第六開關242的控制端用於接收第五控制信號S5。第七開關244的第一端用於透過資料線260接收第二資料信號D2。第七開關244的第二端耦接於第三節點N3。第七開關244的控制端用於接收第六控制信號S6。第二電容246耦接於第二節點N2和第三節點N3之間。第三電容248的第一端用於接收線性變化電壓Vsw。第三電容248的第二端耦接於第三節點N3。另外，第二節點N2耦接於第一開關222的控制端與第四開關的第一端。
第2圖的外部補償電路201可以是第1圖的外部補償電路101，且用於自內部補償電路230接收驅動電流，以偵測驅動電晶體212的臨界電壓。外部補償電路201會依據驅動電晶體212的臨界電壓適應性地調整第一資料信號D1。實作上，外部補償電路201可以用特殊應用積體電路(Application Specific Integrated Circuit，簡稱ASIC)來實現，也可以用其他可執行指令的硬體元件來實現，例如現場可程式閘陣列(Field Programmable Gate Array， 簡稱FPGA)、中央處理器、或是微處理器等等。
另外，第2圖中的多個開關和驅動電晶體212可以用各種合適的P型電晶體來實現，例如P型薄膜電晶體(Thin-film Transistor，簡稱TFT)或是P型金氧半導體電晶體等等。發光單元250可以用微發光二極體或是有機發光二極體(Organic Light-Emitting Diode，簡稱OLED)來實現。
第3圖為依據本揭示文件一實施例的第2圖的多個控制信號的波型示意圖。第4A圖為第2圖的畫素電路200於重置階段的等效電路操作示意圖。第4B圖為第2圖的畫素電路200於補償階段的等效電路操作示意圖。第4C圖為第2圖的畫素電路200於第一寫入階段的等效電路操作示意圖。第4D圖為第2圖的畫素電路200於第二寫入階段的等效電路操作示意圖。第4E圖為第2圖的畫素電路200於發光階段的第一子階段的等效電路操作示意圖。第4F圖為第2圖的畫素電路200於發光階段的第二子階段的等效電路操作示意圖。第4G圖為第2圖的畫素電路200於偵測階段的等效電路操作示意圖。
在重置階段中，第一控制信號S1、第二控制信號S2、以及第三控制信號S3具有禁能準位(例如，高電壓準位)，而第四控制信號S4、第五控制信號S5、以及第六控制信號S6具有致能準位(例如，低電壓準位)。如第4A圖所示，第一開關222、第五開關236、第六開關242、以及第七開關244被導通，而第二開關224、第三開關232、以及第四 開關234被關斷。驅動電晶體212的控制端電壓和第二電壓V2會分別被設置為系統高電壓VDD和系統低電壓VSS。第三電壓V3會經由資料線260被設置為接地電壓，且接地電壓是由第一資料信號D1或第二資料信號D2所提供，但本揭示文件並不以此為限。在一實施例中，第三電壓V3在重置階段中被設置為小於或等於第三節點N3於後續的第一資料寫入階段中接收到的第二資料信號D2的電壓準位。
在補償階段中，第三控制信號S3、第四控制信號S4、以及第六控制信號S6具有致能準位，而第一控制信號S1、第二控制信號S2、以及第五控制信號S5具有禁能準位。如第4B圖所示，第一開關222、第四開關234、第五開關236、以及第七開關244被導通，而第二開關224、第三開關232、以及第六開關242被關斷。第三節點N3會維持於接地電壓，且接地電壓是由第一資料信號D1或第二資料信號D2所提供。系統高電壓VDD會對第二節點N2充電，直到第二電壓V2逼近於如以下《公式1》所示的大小：V2=VDD-|Vth1| 《公式1》其中，Vth1表示第一開關222的臨界電壓。換言之，在補償階段中，內部補償電路230利用第四開關234和第五開關236偵測第一開關222的臨界電壓，並將第一開關222的臨界電壓傳遞至第二節點N2。
在第一寫入階段中，第四控制信號S4具有致能準位，第一控制信號S1、第二控制信號S2、第三控制信號 S3、以及第五控制信號S5具有禁能準位。如第4C圖所示，第一開關222、第二開關224、第三開關232、第四開關234、以及第六開關242被關斷，而第五開關236被導通。第六控制信號S6會先切換至禁能準位，接著提供一個具有致能準位的脈波310以導通第七開關244，進而使畫素電路200依據第二資料信號D2設置第三電壓V3。此時，第二電壓V2會因為第二電容246的電容耦合效應而變化為如以下《公式2》所示的大小：V2=VDD-|Vth1|+Vd2 《公式2》其中，Vd2代表當第七開關244於第一寫入階段導通時，第三節點N3所接收到的第二資料信號D2的電壓準位。
在第二寫入階段中，第四控制信號S4具有致能準位，第二控制信號S2、第三控制信號S3、第五控制信號S5、以及第六控制信號S6具有禁能準位。如第4D圖所示，第一開關222、第三開關232、第四開關234、第六開關242、以及第七開關244被關斷，而第五開關236被導通。第一控制信號S1會提供一個具有致能準位的脈波320以導通第二開關224，進而使亮度控制電路220依據第一資料信號D1設置第一電壓V1。
在發光階段中，第一控制信號S1、第二控制信號S2、第三控制信號S3、第四控制信號S4、第五控制信號S5、以及第六控制信號S6具有禁能準位。線性變化電壓Vsw在重置階段、補償階段、第一寫入階段、以及第二寫入階 段具有第一電壓準位L1。不過，在發光階段中，線性變化電壓Vsw會由第一電壓準位L1線性變化為第二電壓準位L2，使得第二電壓V2也由《公式2》所示的大小開始線性變化。
在本實施例中，第一電壓準位L1高於第二電壓準位L2，亦即第二電壓V2在發光階段中會自《公式2》所示的大小線性下降。第二電壓V2在發光階段的第一子階段中高於《公式1》所示的大小。因此，如第4E圖所示，驅動電晶體212、第一開關222、第二開關224、第三開關232、第四開關234、第五開關236、第六開關242、以及第七開關244被關斷，使得驅動電晶體212不產生驅動電流且發光單元250不發光。
另一方面，第4F圖所示，當第二電壓V2在發光階段的第二子階段中低於或等於《公式1》所示的大小，第一開關222會被切換至導通狀態。此時，亮度控制電路220會透過第一開關222將第一電壓V1提供至驅動電晶體212的控制端。由於第一電容226的電容值遠大於驅動電晶體212的閘極電容，驅動電晶體212會工作於飽和區且產生如《公式3》所示的驅動電流：
Figure 108115942-A0101-12-0012-1
 其中，Idri代表驅動電流，Vth2代表驅動電晶體212的臨界電壓。Vd1代表當第二開關224於第二寫入階段導通時，亮度控制電路220所接收到的第一資料信號D1的電壓準位。k代 表驅動電晶體212的載子遷移率(carrier mobility)、閘極單位電容大小、以及寬長比三者的乘積。
由上述可知，亮度控制電路220藉由第一電壓V1控制驅動電晶體212的導通程度，進而決定驅動電流的大小。第一子階段和第二子階段的長度分別正向與反向相關於《公式2》所示的第二電壓V2。脈波寬度控制電路240藉由第二電壓V2來控制第一開關222於發光階段的導通時間，進而決定驅動電流於發光階段的持續持間。
另外，第二電壓V2會隨著第一開關222的臨界電壓變化，所以第一開關222於發光階段的導通時間免疫於臨界電壓變異。例如，如《公式2》所示，當第一開關222具有較大的臨界電壓而需要以較低的控制端電壓導通時，第二電壓V2在補償階段中會被設置得較低，反之亦然。
值得注意的是，畫素電路200在第一寫入階段和第二寫入階段中預先將系統高電壓VDD儲存於第一開關222的第一端，並於發光階段中將第一開關222的第一端與提供系統高電壓VDD的電源線分離。因此，於發光階段中，第一開關222的導通時間免疫於系統高電壓VDD的變異。
在感測階段中，第二控制信號S2具有致能準位，而第一控制信號S1、第三控制信號S3、第四控制信號S4、第五控制信號S5、以及第六控制信號S6具有禁能準位。如第4G圖所示，驅動電晶體212、第一開關222、以及第三開關232被導通，而第二開關224、第四開關234、第五開關236、第六開關242以及第七開關244被關斷。驅動 電流會經由第三開關232流至外部補償電路201。外部補償電路201會將驅動電流和預設值進行比較，並依據比較結果調整在第二寫入階段中寫入畫素電路200的第一資料信號D1的大小，以使驅動電流的大小免疫於驅動電晶體212的臨界電壓變異。例如，當驅動電晶體212具有較大的臨界電壓而需要以較低的控制端電壓導通時，第一資料信號D1在第二寫入階段會被設置得較低，反之亦然。
第5圖為依據本揭示文件一實施例的畫素電路500的功能方塊圖。畫素電路500包含電流源510、亮度控制電路520、內部補償電路530、脈波寬度控制電路540、以及發光單元550。第5圖的電流源510和發光單元550可以分別是第1圖的電流源110和發光單元150，且電流源510包含用於產生驅動電流的驅動電晶體512。驅動電晶體512的第一端用於接收系統高電壓VDD。驅動電晶體512的第二端耦接於發光單元550的第一端(例如，陽極端)。另外，發光單元550的第二端(例如，陰極端)用於接收系統低電壓VSS。
第5圖的亮度控制電路520可以是第1圖的亮度控制電路120，且包含第一開關522、第二開關524、第一電容526、以及用於提供第一電壓V1的第一節點N1。第一開關522的第一端耦接於驅動電晶體512的控制端。第一開關522的第二端耦接於第一節點N1。第二開關524的第一端耦接於第一節點N1。第二開關524的第二端用於自傳輸線560接收第一資料信號D1。第二開關524的控制端用於接收 第一控制信號S1。第一電容526的第一端耦接於第一節點N1。第一電容526的第二端用於接收系統高電壓VDD。
第5圖的內部補償電路530可以是第1圖的內部補償電路130，且包含第三開關532、第四開關534、以及第五開關536。第三開關532的第一端耦接於驅動電晶體512的第二端。第三開關532的第二端透過傳輸線560耦接於外部補償電路501。第三開關532的控制端用於接收第二控制信號S2。第四開關534的第一端耦接於脈波寬度控制電路540。第四開關534的第二端耦接於第一節點N1。第四開關534的控制端用於接收第三控制信號S3。第五開關536的第一端耦接於驅動電晶體512的控制端。第五開關536的第二端耦接於驅動電晶體512的第一端。第五開關536的控制端用於接收第四控制信號S4。
第5圖的脈波寬度控制電路540可以是第1圖的脈波寬度控制電路140，且包含第二電容542與用於提供第二電壓V2的第二節點N2。第二電容542的第一端用於自資料線570接收第二資料信號D2和線性變化電壓Vsw。第二電容542的第二端耦接於第二節點N2。
第5圖的外部補償電路501可以是第1圖的外部補償電路101，且用於自內部補償電路530接收驅動電流，以偵測驅動電晶體512的臨界電壓。外部補償電路501會依據驅動電晶體512的臨界電壓適應性地調整第一資料信號D1。實作上，外部補償電路501可以用特殊應用積體電路來實現，也可以用其他可執行指令的硬體元件來實現，例 如現場可程式閘陣列、中央處理器、或是微處理器等等。
另外，第5圖中的多個開關和驅動電晶體512可以用各種合適的P型電晶體來實現，例如P型薄膜電晶體或是P型金氧半導體電晶體等等。發光單元550可以用微發光二極體或是有機發光二極體來實現。
第6圖為依據本揭示文件一實施例的第5圖的多個控制信號的波型示意圖。第7A圖為第5圖的畫素電路500於重置階段的等效電路操作示意圖。第7B圖為第5圖的畫素電路500於補償階段的等效電路操作示意圖。第7C圖為第5圖的畫素電路500於寫入階段的等效電路操作示意圖。第7D圖為第5圖的畫素電路500於發光階段的第一子階段的等效電路操作示意圖。第7E圖為第5圖的畫素電路500於發光階段的第二子階段的等效電路操作示意圖。第7F圖為第5圖的畫素電路500於感測階段的等效電路操作示意圖。
於重置階段中，第一控制信號S1和第三控制信號S3具有致能準位(例如，低電壓準位)，而第二控制信號S2、以及第四控制信號S4具有禁能準位(例如，高電壓準位)。如第7A圖所示，第一開關522、第二開關524、以及第四開關534被導通，而第三開關532和第五開關536被關斷。第二電壓V2透過傳輸線560被設置為接地電壓，且接地電壓是由第一資料信號D1所提供，但本揭示文件不以此為限。在一實施例中，第二電壓V2於重置階段中被設置為低於後續的《公式4》所示的大小。
另外，第二電容542的第一端透過資料線570被設置為一第三電壓準位L3，且第三電壓準位L3是由第二資料信號D2所提供，但本揭示文件不以此為限。第三電壓準位L3高於第二電容542於後續的補償階段中接收到的第二資料信號D2的電壓準位。
於補償階段中，第四控制信號S4具有致能準位，而第一控制信號S1與第二控制信號S2具有禁能準位。如第7B圖所示，第一開關522與第五開關536被導通，而第二開關524與第三開關532被關斷。第三控制信號S3會先切換至禁能準位，接著提供一個具有致能電壓準位的脈波610以導通第四開關534。因此，系統高電壓VDD會對第二節點N2充電，直到第二電壓V2逼近於下列《公式4》所示的大小：V2=VDD-|Vth3| 《公式4》其中，Vth3表示第一開關522的臨界電壓。換言之，在補償階段中，內部補償電路530利用第四開關534和第五開關536偵測第一開關522的臨界電壓，並將第一開關522的臨界電壓傳遞至第二節點N2。
資料線570於第四開關534導通時，會提供對應的第二資料信號D2至第二電容542，使得第二電容542的第一端和第二端的電壓差為VDD-|Vth3|-Vd3。Vd3代表當第四開關534導通時，第二電容542的第一端所接收到的第二資料信號D2的電壓準位。值得注意的是，當第四開關534 切換回關閉狀態時，第二電容542的第二端會處於浮接(floating)狀態，使得第二電容542的第一端和第二端的電壓差於後續的階段中維持不變。
於寫入階段中，第二控制信號S2與第三控制信號S3具有禁能準位，第四控制信號S4具有致能準位。如第7C圖所示，第五開關536被導通，而第一開關522、第三開關532、以及第四開關534被關斷。第一控制信號S1會提供一個具有致能準位的脈波620以導通第二開關524，進而使亮度控制電路520依據第一資料信號D1設置第一電壓V1。另外，脈波寬度控制電路540會於此階段中自資料線570接收具有第四電壓準位L4的線性變化電壓Vsw，使得第二電壓V2會具有如以下《公式5》所示的電壓準位：V2=VDD-|Vth3|+L4-Vd3 《公式5》在一實施例中，第四電壓準位L4高於或等於脈波寬度控制電路540於補償階段中接收到的第二資料信號D2的電壓準位。
於發光階段中，第一控制信號S1、第二控制信號S2、第三控制信號S3、以及第四控制信號S4具有禁能準位。線性變化電壓Vsw由第四電壓準位L4朝向第五電壓準位L5線性變化，使得第二電壓V2也隨著呈現線性變化。值得一提的是，系統低電壓VSS在重置階段、補償階段、寫入階段中具有高電壓準位以關斷發光單元550，且系統低電壓VSS會於發光階段中切換為低電壓準位以導通發光單元 550。
在本實施例中，第四電壓準位L4高於第五電壓準位L5，因此第二電壓V2在發光階段中會自《公式5》所示的大小線性下降。第二電壓V2在發光階段的第一子階段中高於《公式4》所示的大小。因此，如第7D圖所示，驅動電晶體512、第一開關522、第二開關524、第三開關532、第四開關534、以及第五開關536被關斷，使得驅動電晶體512不產生驅動電流且發光單元550不發光。
另一方面，第7E圖所示，當第二電壓V2在第二子階段中低於或等於《公式5》所示的大小，第一開關222會被切換至導通狀態。此時，亮度控制電路520會透過第一開關522將第一電壓V1提供至驅動電晶體512的控制端。由於第一電容526的電容值遠大於驅動電晶體512的閘極電容，驅動電晶體512會工作於飽和區且產生如《公式6》所示的驅動電流：
Figure 108115942-A0305-02-0022-1
 其中，Idri代表驅動電流，Vth4代表驅動電晶體512的臨界電壓。Vd4代表當第二開關524於寫入階段導通時，亮度控制電路520所接收到的第一資料信號D1的電壓準位。k代表驅動電晶體512的載子遷移率(carrier mobility)、閘極單位電容大小、以及寬長比三者的乘積。
由上述可知，亮度控制電路520藉由第一電壓V1控制驅動電晶體512的導通程度，進而決定驅動電流的 大小。第一子階段和第二子階段的長度分別正向與反向相關於《公式5》所示的第二電壓V2。脈波寬度控制電路540藉由第二電壓V2來控制第一開關522於發光階段的導通時間，進而決定驅動電流於發光階段的持續持間。
另外，第二電壓V2會隨著第一開關522的臨界電壓變化，所以第一開關522於發光階段的導通時間免疫於臨界電壓變異。此外，畫素電路500在寫入階段中預先將系統高電壓VDD儲存於第一開關522的第一端，並於發光階段中將第一開關522的第一端與提供系統高電壓VDD的電源線分離。因此，於發光階段中，第一開關522的導通時間免疫於系統高電壓VDD的變異。
在感測階段中，第二控制信號S2具有致能準位，而第一控制信號S1、第二控制信號S2、以及第三控制信號S3具有禁能準位，且系統低電壓VSS具有高電壓準位。因此，如第7F圖所示，驅動電晶體512、第一開關522、以及第三開關532被導通，而第二開關524、第四開關534、第五開關536、以及發光單元550被關斷。驅動電流會經由第三開關532流至外部補償電路501。外部補償電路501會將驅動電流和預設值進行比較，並依據比較結果調整在寫入階段中寫入畫素電路500的第一資料信號D1的大小，以使驅動電流的大小免疫於驅動電晶體512的臨界電壓變異。
前述多個實施例中的開關也可以用N型電晶體來實現。例如，第2圖的畫素電路200的第二開關224、第三開關232、第四開關234、第五開關236、第六開關242、 以及第七開關244可以用N型電晶體來實現，並且可使用與第3圖的對應控制信號反向的控制信號來進行操作。又例如，第5圖的畫素電路500的第二開關524、第三開關532、第四開關534、以及第五開關536可以用N型電晶體來實現，並且可使用與第6圖的對應控制信號反向的控制信號來進行操作。
第8圖為依據本揭示文件一實施例的顯示面板800簡化後的功能方塊圖。顯示面板800包含多個畫素電路810、源極驅動器820、閘極驅動器830、以及外部補償電路840，且畫素電路810排列成一畫素矩陣。畫素電路810可以是前述第1圖的畫素電路100、第2圖的畫素電路200、或是第5圖的畫素電路500，而外部補償電路840可以對應地是前述第1圖的外部補償電路101、第2圖的外部補償電路201、或是第5圖的外部補償電路501。源極驅動器820用於提供第一資料信號D1、第二資料信號D2、以及線性變化電壓Vsw，但本揭示文件不以此為限。在某些實施例中，線性變化電壓Vsw可以由不同於源極驅動器820的額外控制電路來提供。閘極驅動器830用於驅動多個畫素電路810同步發光。外部補償電路840用於感測每個畫素電路810的驅動電晶體的臨界電壓，並依據每個畫素電路810的驅動電晶體的臨界電壓調整寫入至對應的畫素電路810的第一資料信號D1。為使圖面簡潔而易於說明，顯示面板800中的其他元件與連接關係並未繪示於第8圖中。
在一實施例中，畫素電路810是第2圖的畫素電 路200。如第9圖所示，在第一寫入階段中，閘極驅動器830會利用第六控制信號S6-1~S6-n以逐列驅動的方式導通畫素矩陣中的第七開關244，以設置每個畫素電路810的第二電壓V2。在第二寫入階段中，閘極驅動器830會利用第一控制信號S1-1~S1-n以逐列驅動的方式導通畫素矩陣中的第二開關224，以設置每個畫素電路810的第一電壓V1。在發光階段中，源極驅動器820會利用線性變化電壓Vsw同步控制每個畫素電路810的第二電壓V2。
在另一實施例中，畫素電路810是第5圖的畫素電路500。如第10圖所示，在補償階段中，閘極驅動器830會利用第三控制信號S3-1~S3-n以逐列驅動的方式導通畫素矩陣中的第四開關534，以設置每個畫素電路810的第二電壓V2。在寫入階段中，閘極驅動器830會利用第一控制信號S1-1~S1-n以逐列驅動的方式導通畫素矩陣中的第二開關524，以設置每個畫素電路810的第一電壓V1。在發光階段中，源極驅動器820會利用線性變化電壓Vsw同步控制每個畫素電路810的第二電壓V2。
上述信號編號中的索引1~n是用於指稱提供至畫素矩陣的不同列的不同信號，並非有意將前述信號的數量侷限在特定數目。例如，第三控制信號S3-1會被提供至畫素矩陣的第一列，而第三控制信號S3-2會被提供至畫素矩陣的第二列，依此類推。
前述多個實施例中的顯示面板800會依據發光單元的種類(例如，發光單元對應的顏色)將第一電壓V1設 置為使發光單元工作於最大發光效率點。例如，若畫素電路810是第2圖的畫素電路200，則對應於相同顏色的畫素電路810會於第二寫入階段中被設置為具有相同的第一電壓V1。又例如，若畫素電路810是第5圖的畫素電路500，則對應於相同顏色的畫素電路810會於寫入階段中被設置為具有相同的第一電壓V1。
換言之，對應於相同顏色的多個畫素電路810會產生相同大小的驅動電流以避免色偏現象，且畫素電路810會藉由調整驅動電流的脈波寬度來使人眼感受到不同的灰階亮度。
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。
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‧‧‧畫素電路
101‧‧‧外部補償電路
110‧‧‧電流源
120‧‧‧亮度控制電路
130‧‧‧內部補償電路
140‧‧‧脈波寬度控制電路
150‧‧‧發光單元

Claims (20)

  1. 一種畫素電路，包含：一發光單元，用於依據一驅動電流發光；一電流源，包含一驅動電晶體，用於透過該驅動電晶體提供該驅動電流至該發光單元，其中該驅動電晶體包含一第一端、一第二端、以及一控制端，該驅動電晶體的該第二端耦接於該發光單元；一亮度控制電路，包含一第一開關和用於提供一第一電壓的一第一節點，其中該第一開關耦接於該驅動電晶體的該控制端與該第一節點之間，該亮度控制電路用於透過該第一開關提供該第一電壓至該驅動電晶體的該控制端，以決定該驅動電流的大小；一脈波寬度控制電路，包含用於提供一第二電壓的一第二節點，其中該脈波寬度控制電路用於提供該第二電壓至該第一開關的一控制端，以決定該驅動電流的一脈波寬度；以及一內部補償電路，耦接於該電流源和該亮度控制電路，用於感測該第一開關的一臨界電壓，並用於傳輸該驅動電流至一外部補償電路，以使該外部補償電路感測該驅動電晶體的一臨界電壓。
  2. 如請求項1所述的畫素電路，其中，該亮度控制電路另包含：一第二開關，包含一第一端、一第二端、以及一控制 端，其中該第二開關的該第一端用於接收一第一資料信號，該第二開關的該第二端耦接於該第一節點，該第二開關的該控制端用於接收一第一控制信號；以及一第一電容，包含一第一端和一第二端，該第一電容的該第一端耦接於該第一節點，該第一電容的該第二端用於接收一系統高電壓。
  3. 如請求項2所述的畫素電路，其中，當該第一開關和該第二開關分別導通和關斷時，該驅動電晶體工作於飽和區且產生該驅動電流。
  4. 如請求項1所述的畫素電路，其中該內部補償電路包含：一第三開關，包含一第一端、一第二端、以及一控制端，其中該第三開關的該第一端耦接於該驅動電晶體的該第二端，該第三開關的該第二端耦接於該外部補償電路，該第三開關的一控制端用於接收一第二控制信號；一第四開關，包含一第一端、一第二端、以及一控制端，其中該第四開關的該第一端耦接於該第二節點，該第四開關的該第二端耦接於該第一節點，該第四開關的該控制端用於接收一第三控制信號；以及一第五開關，包含一第一端、一第二端、以及一控制端，其中該第五開關的該第一端耦接於該驅動電晶體的該控制端，該第五開關的該第二端耦接於該驅動電晶體的該 第一端，該第五開關的該控制端用於接收一第四控制信號。
  5. 如請求項4所述的畫素電路，其中當該第三開關導通且該第四開關和該第五開關關斷時，該內部補償電路提供該驅動電流至該外部補償電路，且該驅動電流不流經該發光單元，其中當該第三開關關斷且該第四開關和該第五開關導通時，該內部補償電路將該第一開關的該臨界電壓傳遞至該第二節點。
  6. 如請求項1所述的畫素電路，其中，該脈波寬度控制電路包含：一第六開關，包含一第一端、一第二端、以及一控制端，其中該第六開關的該第一端耦接於該第二節點，該第六開關的該第二端耦接於該發光單元，該第六開關的該控制端用於接收一第五控制信號；一第七開關，包含一第一端、一第二端、以及一控制端，其中該第七開關的該第一端用於接收一第二資料信號，該第七開關的該第二端耦接於一第三節點，該第七開關的該控制端用於接收一第六控制信號；一第二電容，耦接於該第二節點和該第三節點之間；以及一第三電容，包含一第一端和一第二端，其中該第三 電容的該第一端用於接收一線性變化電壓，該第三電容的該第二端耦接於該第三節點。
  7. 如請求項6所述的畫素電路，其中當該第六開關和該第七開關關斷時，該第二電壓隨著該線性變化電壓呈現線性變化，其中，當該第二電壓達到一預設電壓時，該第一開關導通以提供該第一電壓至該驅動電晶體的該控制端。
  8. 如請求項1所述的畫素電路，其中該亮度控制電路和該脈波寬度控制電路用於透過一資料線分別接收一第一資料信號和一第二資料信號，其中該亮度控制電路依據該第一資料信號產生該第一電壓，其中該脈波寬度控制電路還用於接收一線性變化電壓，該脈波寬度控制電路依據該第二資料信號決定該第二電壓的一初始值，接著該脈波寬度控制電路控制該第二電壓自該初始值隨著該線性變化電壓呈現線性變化，其中當該第二電壓達到一預設電壓時，該第一開關導通。
  9. 如請求項1所述的畫素電路，其中該亮度控制電路另包含：一第二開關，包含一第一端、一第二端、以及一控制 端，其中該第二開關的該第一端耦接於該第一節點，該第二開關的該第二端用於自一傳輸線接收一第一資料信號，該第二開關的該控制端用於接收一第一控制信號；以及一第一電容，包含一第一端和一第二端，該第一電容的該第一端耦接於該第一節點，該第一電容的該第二端用於接收一系統高電壓；其中當該第二開關關斷時，該內部補償電路用於將該驅動電流透過該傳輸線提供至該外部補償電路。
  10. 如請求項9所述的畫素電路，其中該脈波寬度控制電路包含一第二電容，該第二電容的一第一端用於自一資料線接收一第二資料信號和一線性變化電壓，該第二電容的該第二端耦接於該第二節點，其中該脈波寬度控制電路依據該第二資料信號決定該第二電壓的一初始值，接著該脈波寬度控制電路控制該第二電壓自該初始值隨著該線性變化電壓呈現線性變化，其中當該第二電壓達到一預設電壓時，該第一開關導通。
  11. 一種顯示面板，包含：多個畫素電路，排列成一畫素矩陣，其中每個畫素電路包含一第一開關和一驅動電晶體，該第一開關包含一第一端、一第二端、以及一控制端，該驅動電晶體包含一第 一端、一第二端、以及一控制端，該第一開關的該第一端耦接於該驅動電晶體的該控制端，該第一開關的該第二端耦接於一第一節點，該第一開關的該控制端耦接於一第二節點；一源極驅動器，用於提供一第一資料信號、一第二資料信號、和一線性變化電壓至該多個畫素電路；一閘極驅動器，用於驅動該畫素矩陣的多列依序接收該第一資料信號，以設置每個畫素電路的該第一節點的一第一電壓，並用於驅動該畫素矩陣的該多列依序接收該第二資料信號，以設置每個畫素電路的該第二節點的一第二電壓，其中該源極驅動器利用該線性變化電壓同步控制每個畫素電路的該第二電壓；以及一外部補償電路，用於感測每個畫素電路的該驅動電晶體的一臨界電壓，並依據每個畫素電路的該驅動電晶體的該臨界電壓調整寫入至對應的畫素電路的該第一資料信號；其中每個畫素電路另包含：一發光單元，用於依據一驅動電流發光；一電流源，包含該驅動電晶體，用於透過該驅動電晶體提供該驅動電流至該發光單元，其中該驅動電晶體的該第二端耦接於該發光單元；一亮度控制電路，包含該第一開關和該第一節點，用於透過該第一開關提供該第一電壓至該驅動電晶體的該控制端，以決定該驅動電流的大小； 一脈波寬度控制電路，包含該第二節點，用於提供該第二電壓至該第一開關的該控制端，以決定該驅動電流的一脈波寬度；以及一內部補償電路，耦接於該電流源和該亮度控制電路，用於感測該第一開關的一臨界電壓，並用於傳輸該驅動電流至該外部補償電路，以使該外部補償電路感測該驅動電晶體的該臨界電壓。
  12. 如請求項11所述的顯示面板，其中，該亮度控制電路另包含：一第二開關，包含一第一端、一第二端、以及一控制端，其中該第二開關的該第一端用於接收該第一資料信號，該第二開關的該第二端耦接於該第一節點，該第二開關的該控制端用於接收一第一控制信號；以及一第一電容，包含一第一端和一第二端，該第一電容的該第一端耦接於該第一節點，該第一電容的該第二端用於接收一系統高電壓。
  13. 如請求項12所述的顯示面板，其中，當該第一開關和該第二開關分別導通和關斷時，該驅動電晶體工作於飽和區且產生該驅動電流，其中，該多個畫素電路中對應於相同顏色的多個畫素電路產生相同大小的多個驅動電流。
  14. 如請求項11所述的顯示面板，其中該內部補償電路包含：一第三開關，包含一第一端、一第二端、以及一控制端，其中該第三開關的該第一端耦接於該驅動電晶體的該第二端，該第三開關的該第二端耦接於該外部補償電路，該第三開關的一控制端用於接收一第二控制信號；一第四開關，包含一第一端、一第二端、以及一控制端，其中該第四開關的該第一端耦接於該第二節點，該第四開關的該第二端耦接於該第一節點，該第四開關的該控制端用於接收一第三控制信號；以及一第五開關，包含一第一端、一第二端、以及一控制端，其中該第五開關的該第一端耦接於該驅動電晶體的該控制端，該第五開關的該第二端耦接於該驅動電晶體的該第一端，該第五開關的該控制端用於接收一第四控制信號。
  15. 如請求項14所述的顯示面板，其中當該第三開關導通且該第四開關和該第五開關關斷時，該內部補償電路提供該驅動電流至該外部補償電路，且該驅動電流不流經該發光單元，其中當該第三開關關斷且該第四開關和該第五開關導通時，該內部補償電路將該第一開關的該臨界電壓傳遞至該第二節點。
  16. 如請求項11所述的顯示面板，其中，該脈波寬度控制電路包含：一第六開關，包含一第一端、一第二端、以及一控制端，其中該第六開關的該第一端耦接於該第二節點，該第六開關的該第二端耦接於該發光單元，該第六開關的該控制端用於接收一第五控制信號；一第七開關，包含一第一端、一第二端、以及一控制端，其中該第七開關的該第一端用於接收該第二資料信號，該第七開關的該第二端耦接於一第三節點，該第七開關的該控制端用於接收一第六控制信號；一第二電容，耦接於該第二節點和該第三節點之間；以及一第三電容，包含一第一端和一第二端，其中該第三電容的該第一端用於接收該線性變化電壓，該第三電容的該第二端耦接於該第三節點。
  17. 如請求項16所述的顯示面板，其中當該第六開關和該第七開關關斷時，該第二電壓隨著該線性變化電壓呈現線性變化，其中，當該第二電壓達到一預設電壓時，該第一開關導通以提供該第一電壓至該驅動電晶體的該控制端。
  18. 如請求項11所述的顯示面板，其中該亮度控制電路和該脈波寬度控制電路用於透過一資料線分 別接收一第一資料信號和一第二資料信號，其中該亮度控制電路依據該第一資料信號產生該第一電壓，其中該脈波寬度控制電路還用於接收一線性變化電壓，該脈波寬度控制電路依據該第二資料信號決定該第二電壓的一初始值，接著該脈波寬度控制電路控制該第二電壓自該初始值隨著該線性變化電壓呈現線性變化，其中當該第二電壓達到一預設電壓時，該第一開關導通。
  19. 如請求項11所述的顯示面板，其中該亮度控制電路另包含：一第二開關，包含一第一端、一第二端、以及一控制端，其中該第二開關的該第一端耦接於該第一節點，該第二開關的該第二端用於自一傳輸線接收該第一資料信號，該第二開關的該控制端用於接收一第一控制信號；以及一第一電容，包含一第一端和一第二端，該第一電容的該第一端耦接於該第一節點，該第一電容的該第二端用於接收一系統高電壓；其中當該第二開關關斷時，該內部補償電路用於將該驅動電流透過該傳輸線提供至該外部補償電路。
  20. 如請求項19所述的顯示面板，其中該脈 波寬度控制電路包含一第二電容，該第二電容的一第一端用於自一資料線接收該第二資料信號和該線性變化電壓，該第二電容的該第二端耦接於該第二節點，其中該脈波寬度控制電路依據該第二資料信號決定該第二電壓的一初始值，接著該脈波寬度控制電路控制該第二電壓自該初始值隨著該線性變化電壓呈現線性變化，其中當該第二電壓達到一預設電壓時，該第一開關導通。
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