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TWI863625B - 顯示面板之像素電路 - Google Patents

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TWI863625B
TWI863625B TW112139412A TW112139412A TWI863625B TW I863625 B TWI863625 B TW I863625B TW 112139412 A TW112139412 A TW 112139412A TW 112139412 A TW112139412 A TW 112139412A TW I863625 B TWI863625 B TW I863625B
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coupled
capacitor
terminal
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蕭聖文
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聯詠科技股份有限公司
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Abstract

一種顯示面板之像素電路，包含有一驅動電晶體、一第一電容、一第二電容、一第一電晶體、一第二電晶體、一第三電晶體、一第四電晶體、一第五電晶體及一發光元件。該驅動電晶體包含有一第一端、一第二端及一閘極端。該第一電容耦接於該驅動電晶體之閘極端。該第二電容連接於該驅動電晶體之第一端。該第一電晶體耦接於該驅動電晶體之第二端。該第二電晶體耦接於該第二電容。該第三電晶體耦接於該驅動電晶體之第一端及閘極端之間。該第四電晶體耦接於該驅動電晶體之第一端。該第五電晶體耦接於該驅動電晶體。該發光元件耦接於該第四電晶體。

Description

顯示面板之像素電路
本發明係指一種顯示面板之像素電路，尤指一種可消除臨界電壓偏移的顯示面板之像素電路結構。
在各種次世代顯示技術中，微型有機發光二極體(micro Organic Light Emitting Diode，micro-OLED)面板的重要性近年來逐漸提升。有別於傳統發光二極體或有機發光二極體面板其螢幕構建在玻璃基板上的方式，微型有機發光二極體面板的螢幕係直接貼裝在矽晶圓上，這種矽基(silicon-based)實施方式可實現大量好處，如體積小、重量輕、功耗低、發光效率高、對比度高、像素密度高等等。憑藉以上優勢，微型有機發光二極體面板特別適用於擴增實境(Augmented Reality，AR)和虛擬實境(Virtual Reality，VR)的應用。
然而，在矽基實施方式中，用來控制像素中驅動電晶體的資料電壓落在大約200mV~300mV之操作範圍，遠小於相同像素結構下基於薄膜電晶體(Thin-Film Transistor based，TFT-based)的資料電壓之操作範圍，這是因為矽基實施方式中電晶體的元件遷移率(mobility)較高，意即用來產生相同驅動電流所需的電壓擺盪範圍變得較小。較小的電壓擺盪範圍需要更細的解析度來實現相同的灰階及伽瑪等級，其伴隨的是較高的設計困難度和電路成本。舉例來 說，在256灰階的應用中，若操作電壓範圍在200mV及300mV之間，表示每一灰階的步階電壓約為1mV，其容易因為不理想的灰階與電壓對應關係而產生資料電壓上的誤差。有鑑於此，習知技術實有改進之必要。
因此，本發明之主要目的即在於提出一種用於有機發光二極體(Organic Light Emitting Diode，OLED)面板(特別是微型有機發光二極體面板(micro-OLED))的新式像素電路，以解決上述問題。
本發明之一實施例揭露一種顯示面板之像素電路，其包含有一驅動電晶體、一第一電容、一第二電容、一第一電晶體、一第二電晶體、一第三電晶體、一第四電晶體、一第五電晶體及一發光元件。該驅動電晶體包含有一第一端、一第二端及一閘極端。該第一電容耦接於該驅動電晶體之該閘極端。該第二電容連接於該驅動電晶體之該第一端。該第一電晶體耦接於該驅動電晶體之該第二端。該第二電晶體耦接於該第二電容。該第三電晶體耦接於該驅動電晶體之該第一端及該驅動電晶體之該閘極端之間。該第四電晶體耦接於該驅動電晶體之該第一端。該第五電晶體耦接於該驅動電晶體。該發光元件耦接於該第四電晶體。
本發明之另一實施例揭露一種顯示面板之像素電路，其包含有一驅動電晶體、一第一電容、一第二電容、一第一電晶體、一第二電晶體、一第三電晶體、一第四電晶體、一第五電晶體及一發光元件。該驅動電晶體包含有一第一端、一第二端及一閘極端。該第一電容耦接於該驅動電晶體之該閘極端。該第二電容連接於該驅動電晶體之該第一端。該第一電晶體耦接於該驅動電晶 體之該第一端。該第二電晶體耦接於該第二電容。該第三電晶體耦接於該驅動電晶體之該第一端及該驅動電晶體之該閘極端之間。該第四電晶體耦接於該驅動電晶體之該第二端。該第五電晶體耦接於該第一電容及該第四電晶體。該發光元件耦接於該第四電晶體。
10:顯示系統
100:顯示面板
102:源極驅動裝置
104:閘極驅動裝置
106:時序控制器
108:伽瑪控制電路
20,40,50:像素電路
MPDRV,MNDRV:驅動電晶體
MP1~MP5,MN1~MN5:控制電晶體
C1,C2:電容
L1,L2:發光元件
PVDD,ELVSS:電源供應電壓
ILED:驅動電流
Vdata:顯示資料
Vinitp,Vinitn:初始電壓
Vthp,Vthn:臨界電壓
PH1~PH4:控制訊號
DL:資料線
VG:閘極電壓
VS:源極電壓
VD:汲極電壓
P1:初始階段
P2:補償階段
P3:掃描階段
P4:發光階段
△V:電壓變化
α:比例
第1圖為本發明實施例一顯示系統之示意圖。
第2圖為本發明實施例一顯示面板之一像素電路之示意圖。
第3A圖至第3D圖繪示像素電路在不同階段中的電路實施方式及其相關控制訊號之波形。
第4圖為本發明實施例另一像素電路之示意圖。
第5圖為本發明實施例一顯示面板之一像素電路之示意圖。
第6A圖至第6D圖繪示像素電路在不同階段中的電路實施方式及其相關控制訊號之波形。
第1圖為本發明實施例一顯示系統10之示意圖。顯示系統10包含有一顯示面板100、一源極驅動裝置102、一閘極驅動裝置104、一時序控制器106及一伽瑪控制電路108。顯示系統10可實現於具有顯示功能的各種電子裝置，如筆記型電腦、行動電話、或穿戴式電子裝置等。
基於時序控制器106所決定的控制時序，顯示面板100可接收來自於閘極驅動裝置104的控制訊號並接收來自於源極驅動裝置102的顯示資料電壓， 以執行顯示操作。如第1圖所示，顯示面板100上的每一像素可包含三個子像素，但本領域具通常知識者應了解，一像素中可包含任意數量的子像素。顯示面板100可以是發光二極體(Light Emitting Diode，LED)面板、迷你發光二極體(mini-LED)面板、微型發光二極體(micro-LED)面板、超級發光二極體(ultra-LED)面板、有機發光二極體(Organic LED，OLED)面板、迷你有機發光二極體(mini-OLED)面板或微型有機發光二極體(micro-OLED)面板，但不限於此。在一實施例中，顯示面板100可以是一微型有機發光二極體面板，其像素電路係透過互補式金氧半導體(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS)製程實現，即矽基實施方式。
源極驅動裝置102(或稱為資料驅動裝置)用來透過資料線輸出資料電壓至顯示面板100上的目標像素。源極驅動裝置102可從時序控制器106接收灰階資料，並根據選自伽瑪控制電路108的伽瑪電壓來對應產生資料電壓。源極驅動裝置102可包含複數個通道，其中每一通道可依據解多工器(demultiplexer)的控制，耦接至顯示面板100上的一或多行像素。每一通道可由一移位暫存器(shift register)、閂鎖(latch)電路、數位類比轉換器(Digital-to-Analog Converter，DAC)及/或輸出緩衝器所組成，但不限於此。
閘極驅動裝置104(或稱為掃描驅動裝置)用來透過閘極線輸出閘極控制訊號及發光控制訊號至顯示面板100上的目標像素。在一實施例中，閘極驅動裝置104是以閘極驅動陣列(Gate on Array，GOA)電路的形式設置於顯示面板100的基板上。閘極驅動陣列電路可從時序控制器106接收閘極/發光控制時脈及閘極/發光起始脈衝，以產生閘極控制訊號及發光控制訊號。
時序控制器106係用來控制源極驅動裝置102及閘極驅動裝置104的相關操作時序。在一實施例中，時序控制器106可從前端的視訊源接收顯示灰階資料，對灰階資料執行必要的影像處理之後，再將灰階資料發送至源極驅動裝置102。在一實施例中，時序控制器106搭配源極驅動裝置102(及/或閘極驅動裝置104)可實作於一積體電路(Integrated Circuit，IC)中，以實現一顯示驅動積體電路(Display Driver IC，DDIC)。
伽瑪控制電路108可包含一或多個電阻串，用來產生複數個伽瑪電壓(gamma voltage)，以供源極驅動裝置102根據灰階資料的數值進行選擇。伽瑪控制電路108可和時序控制器106及/或源極驅動裝置102互相整合，或可包含獨立的伽瑪電壓產生器。
在各實施例中，顯示面板100上的每一像素具有一主動矩陣式(active matrix)像素電路，其係由一發光二極體/有機發光二極體及數個電晶體所組成，並且透過一資料線耦接至源極驅動裝置102以及透過一或多條閘極線耦接至閘極驅動裝置104。基於一列一列的掃描控制，可將顯示資料電壓透過資料線傳送至像素，並儲存於像素中的電容，其中，當每一像素透過閘極線利用閘極/發光控制訊號進行掃描時，可接收相對應的資料電壓。
第2圖為本發明實施例一顯示面板(如第1圖中的顯示面板100)之一像素電路20之示意圖。像素電路20包含有一驅動電晶體MPDRV、多個控制電晶體MP1~MP5、電容C1及C2、及一發光元件L1，以實現6T2C之結構。像素電路20可透過接收二電源供應電壓PVDD及ELVSS來進行運作，其中，PVDD可以是正電源供應電壓，ELVSS可以是負電源供應電壓或接地電壓。在一示例性實施 例中，PVDD等於5V且ELVSS等於-5V。
驅動電晶體MPDRV用來輸出一驅動電流ILED以控制發光元件L1。更明確來說，驅動電晶體MPDRV可根據所接收的顯示資料Vdata(其可以是資料電壓的形式)來產生一汲極電流，此汲極電流可作為驅動電流ILED進行輸出，以驅動發光元件L1進行發光。
像素電路20中的其它電晶體MP1~MP5可作為開關器，用來控制驅動電晶體MPDRV及發光元件L1之運作。該些電晶體MP1~MP5可適當地進行設置和控制，以消除驅動電晶體MPDRV之臨界電壓變異對驅動電流ILED產生的偏移。在此例中，該些電晶體MP1~MP5可分別接收控制訊號PH1~PH4，以在數個階段的運作中實現偏移的消除。控制訊號PH1~PH4可透過閘極線從閘極驅動陣列電路接收，其中，閘極驅動陣列電路可實現於如第1圖所示的閘極驅動裝置104中。
電容C1耦接於驅動電晶體MPDRV之閘極端及用來提供電源供應電壓PVDD的電源供應端之間。更明確來說，電容C1之一第一端耦接於驅動電晶體MPDRV之閘極端，電容C1之一第二端耦接於PVDD的電源供應端，其進一步耦接至驅動電晶體MPDRV之上端(透過控制電晶體MP1)，其中，根據電流方向，驅動電晶體MPDRV之上端為源極端。
電容C2耦接於驅動電晶體MPDRV之下端及控制電晶體MP2之間。更明確來說，電容C2之一第一端耦接於驅動電晶體MPDRV之下端，電容C2之一第二端耦接於控制電晶體MP2，其中，根據電流方向，驅動電晶體MPDRV之下端 為汲極端。當接收到顯示資料Vdata時，顯示資料Vdata之相關資訊可儲存於電容C1及/或C2。電容C1及/或C2亦可用來儲存驅動電晶體MPDRV之臨界電壓資訊。
控制電晶體MP1耦接於驅動電晶體MPDRV之上端。詳細來說，控制電晶體MP1之一第一端耦接於電源供應端以接收電源供應電壓PVDD，控制電晶體MP1之一第二端耦接於驅動電晶體MPDRV之上端，且控制電晶體MP1之閘極端接收控制訊號PH3。控制電晶體MP1可作為用來控制像素電路20接收電源供應電壓PVDD的開關器。
控制電晶體MP2可透過電容C2耦接於驅動電晶體MPDRV之下端。詳細來說，控制電晶體MP2之一第一端耦接於電容C2及驅動電晶體MPDRV之下端，控制電晶體MP2之一第二端耦接於一資料線DL以接收顯示資料Vdata，且控制電晶體MP2之閘極端接收控制訊號PH2。控制電晶體MP2可作為用來控制顯示資料接收的開關器，用以控制像素電路20接收顯示資料Vdata。
控制電晶體MP3耦接於驅動電晶體MPDRV之下端及驅動電晶體MPDRV之閘極端之間。詳細來說，控制電晶體MP3之一第一端耦接於驅動電晶體MPDRV之下端，控制電晶體MP3之一第二端耦接於驅動電晶體MPDRV之閘極端，且控制電晶體MP3之閘極端接收控制訊號PH2。控制電晶體MP3可作為用於初始化和補償資訊寫入的開關器。更明確來說，控制電晶體MP3可連接於驅動電晶體MPDRV以形成二極體形式(diode-connected)結構，以協助驅動電晶體MPDRV在每一操作週期中初始化至適當的電壓，使得初始化過後的驅動電晶體MPDRV得以順利接收輸入顯示資料Vdata。
控制電晶體MP4耦接於驅動電晶體MPDRV之下端及發光元件L1之間。詳細來說，控制電晶體MP4之一第一端耦接於驅動電晶體MPDRV之下端，控制電晶體MP4之一第二端耦接於發光元件L1，且控制電晶體MP4之閘極端接收控制訊號PH4。控制電晶體MP4可作為用來控制像素電路20發光的開關器。更明確來說，控制電晶體MP4可用來控制驅動電晶體MPDRV所產生的驅動電流ILED流至發光元件L1，以驅動發光元件L1進行發光。
控制電晶體MP5耦接於驅動電晶體MPDRV之閘極端。詳細來說，控制電晶體MP5之一第一端耦接於驅動電晶體MPDRV之閘極端，控制電晶體MP5之一第二端耦接於一重置輸入端以接收一初始電壓Vinitp，且控制電晶體MP5之閘極端接收控制訊號PH1。控制電晶體MP5可作為用來控制驅動電晶體MPDRV初始化或重置的開關器，其中，控制電晶體MP5可形成一訊號路徑，用來傳送初始電壓Vinitp至驅動電晶體MPDRV，以對驅動電晶體MPDRV進行初始化。
發光元件L1耦接於驅動電晶體MPDRV及用來提供電源供應電壓ELVSS的電源供應端之間。詳細來說，發光元件L1之一第一端透過控制電晶體MP4耦接於驅動電晶體MPDRV之下端，發光元件L1之一第二端耦接於ELVSS的電源供應端。發光元件L1可透過來自於驅動電晶體MPDRV之驅動電流ILED進行驅動而發光，且發光元件L1可以是能夠接收電流以進行發光的任何元件，例如有機發光二極體或微型有機發光二極體。
像素電路20之運作包含有四個階段：一初始階段、一補償階段、一掃描階段、及一發光階段。第3A~3D圖繪示像素電路20在不同階段中的電路實 施方式及其相關控制訊號之波形，該些控制訊號包含有用來控制控制電晶體MP1~MP5之控制訊號PH1~PH4以及驅動電晶體MPDRV之閘極電壓VG及源極電壓VS。第3A圖繪示初始階段之運作，第3B圖繪示補償階段之運作，第3C圖繪示掃描階段之運作，第3D圖繪示發光階段之運作。在此例中，控制電晶體MP1~MP5皆為P型金氧半電晶體(PMOS transistor)，因此控制訊號PH1~PH4位於低準位可開啟相對應的電晶體而位於高準位可關閉相對應的電晶體。
如第3A圖所示，在初始階段P1中(亦稱為重置階段或預充電階段)，控制電晶體MP2、MP3及MP5導通，且控制電晶體MP1及MP4斷開。初始電壓Vinitp可從重置輸入端透過控制電晶體MP5輸入像素電路20。由於控制電晶體MP3及MP5皆導通，驅動電晶體MPDRV之閘極電壓VG和汲極電壓VD皆被初始化或重置為初始電壓Vinitp。控制電晶體MP1及MP4關閉，以避免通過驅動電晶體MPDRV及發光元件L1之電流導通路徑產生不必要的電流消耗及異常發光。同時，耦接至像素電路20的資料線DL亦可被拉至初始電壓Vinitp，或控制其位於任意且適合的電壓準位。關於初始電壓Vinitp的電荷可儲存於電容C1及C2。
如第3B圖所示，在補償階段P2中，控制電晶體MP1、MP2及MP3導通，且控制電晶體MP4及MP5斷開。補償階段P2可用來產生補償資訊，並將補償資訊寫入電容C1及/或C2。由於控制電晶體MP1導通，驅動電晶體MPDRV之源極電壓VS可被拉至電源供應電壓PVDD，使得驅動電晶體MPDRV之閘極電壓VG充電至PVDD-Vthp以關閉驅動電晶體MPDRV，其中Vthp為驅動電晶體MPDRV之臨界電壓。透過導通的控制電晶體MP3，驅動電晶體MPDRV之汲極電壓VD同樣被拉至PVDD-Vthp，對應於電壓PVDD-Vthp的電荷即可儲存於電容C1及/或C2。需注意的是，由於電容C1係耦接於驅動電晶體MPDRV之閘極端及源 極端(上端)(透過控制電晶體MP1)之間，於補償階段P2結束時的電容C1跨壓將變成Vthp。
如第3C圖所示，在掃描階段P3中(亦稱為資料寫入階段)，控制電晶體MP2及MP3導通，且控制電晶體MP1、MP4及MP5斷開。顯示資料Vdata可從資料線DL透過控制電晶體MP2輸入像素電路20。更明確來說，資料線DL上的電壓從初始電壓Vinitp變為顯示資料電壓Vdata，而資料線DL上的電壓變化△V可根據由電容C1及C2的數值所決定的比例，透過電容C2耦合至驅動電晶體MPDRV，以在驅動電晶體MPDRV之汲極端產生較小的電壓變化。此較小電壓變化可進一步透過導通的控制電晶體MP3，由驅動電晶體MPDRV之汲極端傳送至其閘極端。在一示例性實施例中，顯示資料Vdata的範圍位於3V及4V之間，而初始電壓Vinitp大約等於4V，其略高於顯示資料Vdata的電壓。
如第3D圖所示，在發光階段P4中，控制電晶體MP1及MP4導通，且控制電晶體MP2、MP3及MP5斷開。控制電晶體MP1及MP4的導通使得驅動電晶體MPDRV所產生的驅動電流ILED被傳送至發光元件L1，因此，發光元件L1可根據顯示資料Vdata進行發光。由於資料電壓Vdata的資訊在掃描階段P3結束時已儲存於電容C1及C2中，因此驅動電流ILED可在發光期間內維持在其目標準位。
在此例中，在掃描階段P3中，顯示資料Vdata係以一比例α透過電容C2進行耦合，其中，α等於C2/(C1+C2)。耦合的電荷可在驅動電晶體MPDRV產生並存入電容C1，其在驅動電晶體MPDRV之汲極端和閘極端產生之電壓變化等於△V×α。因此，儲存於電容C1之電荷為Vthp+△V×α，且驅動電晶體MPDRV之閘極電壓VG等於： VG=PVDD-Vthp-△V×α。
發光階段P4中產生的驅動電流ILED可透過下列方式計算：ILED=K'(Vsg-Vthp)2=K'(PVDD-(PVDD-Vthp-△V×α)-Vthp)2=K'(△V×α)2； (1)
其中△V=Vinitp-Vdata；α=C2/(C1+C2)；其中，K’代表驅動電晶體MPDRV之增益因子(gain factor)，關於增益因子K’之細節應為本領域具通常知識者所熟知，在此不贅述。
由方程式(1)可知，驅動電流ILED的數值僅包含一項由輸入資料Vdata及初始電壓Vinitp組成的依附項，而未依附於臨界電壓Vthp，意即像素間的臨界電壓Vthp偏移不會影響電流大小，因而不影響發光元件L1之亮度。
除此之外，在此例中，輸入的電壓變化△V在耦合至驅動電晶體MPDRV以用來決定驅動電流ILED時被乘上比例α，不同於傳統的像素電路其輸入電壓變化係直接用以決定驅動電流而未透過比例修改。此方式可改善顯示資料Vdata之操作電壓範圍。比例的數值可藉由在像素電路中配置具有適合數值的電容C1及C2來進行良好控制。
如上所述，在傳統矽基實施方式中，256灰階應在200mV~300mV之間的操作電壓範圍內產生，因此每一灰階的步階電壓約為1mV。相較之下，基於本發明之像素電路，可利用具有適合數值的電容C1及C2來增加輸入的電壓變 化△V，亦即擴大顯示資料電壓Vdata的可能範圍。舉例來說，若顯示資料Vdata欲乘上的比例α等於3，則操作電壓範圍大約可擴增三倍，其可大幅降低灰階與電壓對應之設計上的負擔。
值得注意的是，本發明之目的在於提出一種新式的像素電路，可用來消除臨界電壓偏移且能夠應用於矽基實施方式。本領域具通常知識者當可據以進行修飾或變化，而不限於此。舉例來說，在像素電路中，發光元件可以是有機發光二極體、微型有機發光二極體，或任何其它具有發光功能的可能元件。較佳地，本發明之像素電路結構可應用於由互補式金氧半導體所實現的微型有機發光二極體面板，但不以此為限。事實上，本發明之像素電路可應用於任何自發光(self-luminous)面板，其包含有迷你發光二極體面板、微型發光二極體面板、超級發光二極體面板、有機發光二極體面板、及微型有機發光二極體面板，但不限於此。
除此之外，第2圖中的像素電路結構僅為本發明眾多實施方式之其中一種。在另一實施例中，亦可根據系統需求，對像素結構的細節進行修改。舉例來說，在部分實施例中，可修改一或多個控制電晶體之位置及連接方式。
第4圖為本發明實施例另一像素電路40之示意圖。像素電路40之結構類似於第2圖中的像素電路20之結構，故功能相似的訊號或元件皆以相同符號表示。像素電路40與像素電路20之間的差異在於，在像素電路40中，用來接收初始電壓Vinitp的控制電晶體MP5係直接連接至驅動電晶體MPDRV下端而非驅動電晶體MPDRV之閘極端。在此情況下，初始電壓Vinitp可在初始階段P1中傳送至驅動電晶體MPDRV之下端。由於初始階段P1中控制電晶體MP3係導通，初始 電壓Vinitp仍可透過類似的方式對驅動電晶體MPDRV進行重置或初始化。其它關於像素電路40之實施及操作方式皆與像素電路20相似，在此不贅述。
值得注意的是，在上述實施例中，像素電路全採用P型金氧半電晶體來控制發光元件，但本發明不以此為限。在另一實施例中，亦可利用N型金氧半電晶體(NMOS transistor)或P型金氧半電晶體及N型金氧半電晶體的組合來實現相似的架構，其控制訊號及初始電壓的準位皆可對應進行修改。
第5圖為本發明實施例一顯示面板(如第1圖中的顯示面板100)之一像素電路50之示意圖。像素電路50包含有一驅動電晶體MNDRV、多個控制電晶體MN1~MN5、電容C1及C2、及一發光元件L2，以實現6T2C之結構。同樣地，像素電路50亦可透過接收二電源供應電壓PVDD及ELVSS來進行運作，其中，PVDD可以是正電源供應電壓，ELVSS可以是負電源供應電壓或接地電壓。不同於像素電路20全由P型金氧半電晶體組成的情況，像素電路50全採用N型金氧半電晶體來進行發光和偏移消除控制。
在像素電路50中，驅動電晶體MNDRV可根據所接收的顯示資料Vdata，輸出一驅動電流ILED以控制發光元件L2。像素電路50中的其它電晶體MN1~MN5可作為開關器，用來控制驅動電晶體MNDRV及發光元件L2之運作。該些電晶體MN1~MN5可適當地進行設置和控制，以消除驅動電晶體MNDRV之臨界電壓變異對驅動電流ILED產生的偏移。該些電晶體MN1~MN5可分別接收控制訊號PH1~PH4，以在數個階段中實現偏移的消除。控制訊號PH1~PH4可透過閘極線從閘極驅動陣列電路接收，其中，閘極驅動陣列電路可實現於如第1圖所示的閘極驅動裝置104中。
電容C1耦接於驅動電晶體MNDRV之閘極端及控制電晶體MN4。更明確來說，電容C1之一第一端耦接於驅動電晶體MNDRV之閘極端，電容C1之一第二端耦接於控制電晶體MN4之下端，其進一步耦接至驅動電晶體MNDRV之下端，其中，根據電流方向，驅動電晶體MNDRV之下端為源極端。
電容C2耦接於驅動電晶體MNDRV之上端及控制電晶體MN2之間。更明確來說，電容C2之一第一端耦接於驅動電晶體MNDRV之上端，電容C2之一第二端耦接於控制電晶體MN2，其中，根據電流方向，驅動電晶體MNDRV之上端為汲極端。當接收到顯示資料Vdata時，顯示資料Vdata之相關資訊可儲存於電容C1及/或C2。電容C1及/或C2亦可用來儲存驅動電晶體MNDRV之臨界電壓資訊。
控制電晶體MN1耦接於驅動電晶體MNDRV之上端。詳細來說，控制電晶體MN1之一第一端耦接於電源供應端以接收電源供應電壓PVDD，控制電晶體MN1之一第二端耦接於驅動電晶體MNDRV之上端，且控制電晶體MN1之閘極端接收控制訊號PH2。控制電晶體MN1可作為用來控制像素電路50接收電源供應電壓PVDD的開關器。
控制電晶體MN2可透過電容C2耦接於驅動電晶體MNDRV之上端。詳細來說，控制電晶體MN2之一第一端耦接於電容C2及驅動電晶體MNDRV之上端，控制電晶體MN2之一第二端耦接於一資料線DL以接收顯示資料Vdata，且控制電晶體MN2之閘極端接收控制訊號PH1。控制電晶體MN2可作為用來控制顯示資料接收的開關器，用以控制像素電路50接收顯示資料Vdata。
控制電晶體MN3耦接於驅動電晶體MNDRV之上端及驅動電晶體MNDRV之閘極端之間。詳細來說，控制電晶體MN3之一第一端耦接於驅動電晶體MNDRV之上端，控制電晶體MN3之一第二端耦接於驅動電晶體MNDRV之閘極端，且控制電晶體MN3之閘極端接收控制訊號PH4。控制電晶體MN3可作為用於初始化及補償資訊寫入的開關器。更明確來說，控制電晶體MN3可連接於驅動電晶體MNDRV以形成二極體形式結構，以協助驅動電晶體MNDRV在每一操作週期中初始化至適當的電壓，使得初始化過後的驅動電晶體MNDRV得以順利接收輸入顯示資料Vdata。
控制電晶體MN4耦接於驅動電晶體MNDRV之下端及發光元件L2之間。詳細來說，控制電晶體MN4之一第一端耦接於驅動電晶體MNDRV之下端，控制電晶體MN4之一第二端耦接於發光元件L2，且控制電晶體MN4之閘極端接收控制訊號PH3。控制電晶體MN4可作為用來控制像素電路50發光的開關器。更明確來說，控制電晶體MN4可用來控制驅動電晶體MNDRV所產生的驅動電流ILED流至發光元件L2，以驅動發光元件L2進行發光。
控制電晶體MN5耦接於電容C1、控制電晶體MN4及發光元件L2。詳細來說，控制電晶體MN5之一第一端耦接於電容C1、控制電晶體MN4及發光元件L2，控制電晶體MN5之一第二端耦接於一重置輸入端以接收一初始電壓Vinitn，且控制電晶體MN5之閘極端接收控制訊號PH1。控制電晶體MN5可作為用來控制驅動電晶體MNDRV初始化或重置的開關器，其中，控制電晶體MN5可形成一訊號路徑，用來傳送初始電壓Vinitn至發光元件L2以對發光元件L2進行初始化。
發光元件L2耦接於驅動電晶體MNDRV及用來提供電源供應電壓ELVSS的電源供應端之間。詳細來說，發光元件L2之一第一端透過控制電晶體MN4耦接於驅動電晶體MNDRV之下端，發光元件L2之一第二端耦接於ELVSS的電源供應端。發光元件L2可透過來自於驅動電晶體MNDRV之驅動電流ILED進行驅動而發光，且發光元件L2可以是能夠接收電流以進行發光的任何元件，例如有機發光二極體或微型有機發光二極體。
同樣地，像素電路50之運作包含有四個階段：一初始階段、一補償階段、一掃描階段、及一發光階段。第6A~6D圖繪示像素電路50在不同階段中的電路實施方式及其相關控制訊號(包含有用來控制控制電晶體MN1~MN5之PH1~PH4以及驅動電晶體MNDRV之閘極電壓VG及源極電壓VS)之波形。第6A圖繪示初始階段之運作，第6B圖繪示補償階段之運作，第6C圖繪示掃描階段之運作，及第6D圖繪示發光階段之運作。在此例中，控制電晶體MN1~MN5皆為N型金氧半電晶體，因此控制訊號PH1~PH4位於高準位可開啟相對應的電晶體而位於低準位可關閉相對應的電晶體。
如第6A圖所示，在初始階段P1中，控制電晶體MN1、MN2、MN3及MN5導通，且控制電晶體MN4斷開。初始電壓Vinitn可從重置輸入端透過控制電晶體MN5輸入像素電路50。由於控制電晶體MN1及MN3皆導通，初始電壓Vinitn可用來初始化發光元件L2。在此階段中，驅動電晶體MNDRV之閘極電壓VG及汲極電壓VD皆被初始化或重置為電源供應電壓PVDD。控制電晶體MN4關閉，以避免通過驅動電晶體MNDRV及發光元件L2之電流導通路徑產生不必要的電流消耗及異常發光。同時，耦接至像素電路50的資料線DL亦可被拉至初始 電壓Vinitp，或控制其位於任意且適合的電壓準位。關於初始電壓Vinitn及Vinitp的電荷可儲存於電容C1及C2。需注意的是，初始電壓Vinitn及Vinitp的數值可彼此相同或不同。在一示例性實施例中，初始電壓Vinitn大約等於0V，初始電壓Vinitp大約等於1V，而顯示資料Vdata的範圍位於1.5V及3V之間。在此例中，初始電壓Vinitp略低於顯示資料Vdata的電壓。
如第6B圖所示，在補償階段P2中，控制電晶體MN2、MN3、MN4及MN5導通，且控制電晶體MN1斷開。補償階段P2可用來產生補償資訊，並將補償資訊寫入電容C1及/或C2。由於控制電晶體MN4導通，驅動電晶體MNDRV之源極電壓VS可被拉至初始電壓Vinitn，使得驅動電晶體MNDRV之閘極電壓VG放電至Vinitn+Vthn以關閉驅動電晶體MNDRV，其中Vthn為驅動電晶體MNDRV之臨界電壓。對應於電壓Vinitn+Vthn的電荷即可儲存於電容C1及/或C2。需注意的是，由於電容C1係耦接於驅動電晶體MNDRV之閘極端及源極端(下端)(透過控制電晶體MN4)之間，於補償階段P2結束時的電容C1跨壓將變成Vthn。
如第6C圖所示，在掃描階段P3中，控制電晶體MN2、MN3及MN5導通，且控制電晶體MN1及MN4斷開。顯示資料Vdata可從資料線DL透過控制電晶體MN2輸入像素電路50。更明確來說，資料線DL上的電壓從初始電壓Vinitp變為顯示資料電壓Vdata，而資料線DL上的電壓變化△V可根據由電容C1及C2的數值所決定的比例，透過電容C2耦合至驅動電晶體MNDRV，以在驅動電晶體MNDRV之汲極端產生較小的電壓變化。此較小電壓變化可進一步透過導通的控制電晶體MN3，由驅動電晶體MNDRV之汲極端傳送至其閘極端。
如第6D圖所示，在發光階段P4中，控制電晶體MN1及MN4導通，且 控制電晶體MN2、MN3及MN5斷開。控制電晶體MN1及MN4的導通使得驅動電晶體MNDRV所產生的驅動電流ILED被傳送至發光元件L2，因此，發光元件L2可根據顯示資料Vdata進行發光。由於資料電壓Vdata的資訊在掃描階段P3結束時已儲存於電容C1及C2中，因此驅動電流ILED可在發光期間內維持在其目標準位。
像素電路50之運作原理與像素電路20相似，因此驅動電流ILED可遵循關於N型金氧半電晶體的相似方程式來進行計算，其可藉由與用於P型金氧半電晶體的上述方程式(1)相似的方式推導而得。更明確來說，在掃描階段P3中，驅動電晶體MNDRV之閘極電壓VG等於：VG=Vinitn+Vthn+△V×α；且發光階段P4中產生的驅動電流ILED為：ILED=K'(△V×α)2； (2)其中△V=Vdata-Vinitp；α=C2/(C1+C2)；其中，K’代表驅動電晶體MNDRV之增益因子。在此情況下，像素間的臨界電壓偏移可透過相似的方式消除。
在本發明之各實施例中，輸入像素電路之顯示資料係透過一電容(如像素電路20或50中的電容C2)耦合至驅動電晶體，以在驅動電晶體上產生減少的電壓變化量，其小於資料線上的電壓變化量。也就是說，輸入的顯示資料乘上一比例，此比例通常小於1。因此，為了產生用以驅動發光元件進行發光的特定電流準位，輸入顯示資料的操作電壓範圍可獲得擴充，其有助於伽瑪電壓的 設計，以透過更精細的解析度來針對灰階值分配較佳的伽瑪電壓，進而實現較佳的顯示品質。此外，輸入顯示資料係耦合至驅動電晶體之汲極端，再傳送至驅動電晶體之閘極端。上述實施方式更加適用於矽基顯示面板，其電晶體係透過互補式金氧半導體製程實現且具有較高的遷移率。在矽基顯示面板上，用於發光元件的驅動電流係透過較小的電壓範圍(如200mV及300mV之間)產生。本發明所提出的像素電路可擴大顯示資料的操作電壓範圍，有利於灰階與電壓對應之設計。
綜上所述，本發明提出了一種用於顯示面板之新式像素電路。在像素電路中，輸入顯示資料可透過電容耦合至驅動電晶體之汲極端，接著再傳送至驅動電晶體之閘極端。透過電容耦合可在驅動電晶體上產生較小幅度的電壓變化，以產生欲用來驅動發光元件之電流，意即顯示資料的操作電壓範圍獲得擴充。本發明之像素電路更加適用於矽基顯示面板，如微型有機發光二極體面板。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
20:像素電路
MPDRV:驅動電晶體
MP1~MP5:控制電晶體
C1,C2:電容
L1:發光元件
PVDD,ELVSS:電源供應電壓
ILED:驅動電流
Vinitp:初始電壓
PH1~PH4:控制訊號
DL:資料線
VG:閘極電壓
VS:源極電壓
VD:汲極電壓

Claims (34)

  1. 一種顯示面板之像素電路，包含有：一驅動電晶體，包含有一第一端、一第二端及一閘極端；一第一電容，耦接於該驅動電晶體之該閘極端；一第二電容，連接於該驅動電晶體之該第一端；一第一電晶體，耦接於該驅動電晶體之該第二端；一第二電晶體，耦接於該第二電容，可用於耦接至一資料線以接收一顯示資料；一第三電晶體，耦接於該驅動電晶體之該第一端及該驅動電晶體之該閘極端之間；一第四電晶體，耦接於該驅動電晶體之該第一端；一第五電晶體，耦接於該驅動電晶體；以及一發光元件，耦接於該第四電晶體。
  2. 如請求項1所述之像素電路，其中該顯示資料係透過該第二電容耦合至該驅動電晶體。
  3. 如請求項1所述之像素電路，其中該顯示資料係以根據該第一電容及該第二電容所決定的一比例耦合至該驅動電晶體。
  4. 如請求項1所述之像素電路，其中該第二電容包含有：一第一端，耦接於該驅動電晶體之該第一端；以及一第二端，耦接於該第二電晶體。
  5. 如請求項1所述之像素電路，其中該第一電容包含有：一第一端，耦接於該驅動電晶體之該閘極端；以及一第二端，耦接於一電源供應端。
  6. 如請求項1所述之像素電路，其中該第五電晶體耦接於該驅動電晶體之該閘極端，以傳送一初始電壓至該驅動電晶體。
  7. 如請求項1所述之像素電路，其中該第五電晶體耦接於該驅動電晶體之該第一端，以傳送一初始電壓至該驅動電晶體。
  8. 如請求項1所述之像素電路，其中該第一電晶體另耦接至一電源供應端，以接收一電源供應電壓。
  9. 如請求項1所述之像素電路，其中該驅動電晶體之該第一端為該驅動電晶體之一汲極端，且該驅動電晶體之該第二端為該驅動電晶體之一源極端。
  10. 如請求項1所述之像素電路，其中在一初始階段中，該第二電晶體、該第三電晶體及該第五電晶體導通，且該第一電晶體及該第四電晶體斷開。
  11. 如請求項10所述之像素電路，其中一初始電壓係在該初始階段中透過該第五電晶體輸入該像素電路。
  12. 如請求項1所述之像素電路，其中在一補償階段中，該第一電晶體、該第二電晶體及該第三電晶體導通，且該第四電晶體及該第五電晶體斷開。
  13. 如請求項12所述之像素電路，其中一補償資訊係在該補償階段中寫入該第一電容及該第二電容當中至少一者。
  14. 如請求項1所述之像素電路，其中在一掃描階段中，該第二電晶體及該第三電晶體導通，且該第一電晶體、該第四電晶體及該第五電晶體斷開。
  15. 如請求項14所述之像素電路，其中一顯示資料係在該掃描階段中透過該第二電晶體輸入該像素電路。
  16. 如請求項1所述之像素電路，其中在一發光階段中，該第一電晶體及該第四電晶體導通，且該第二電晶體、該第三電晶體及該第五電晶體斷開。
  17. 如請求項16所述之像素電路，其中該第四電晶體將一驅動電流從該驅動電晶體傳送至該發光元件，以控制該發光元件在該發光階段中進行發光。
  18. 一種顯示面板之像素電路，包含有：一驅動電晶體，包含有一第一端、一第二端及一閘極端； 一第一電容，耦接於該驅動電晶體之該閘極端；一第二電容，連接於該驅動電晶體之該第一端；一第一電晶體，耦接於該驅動電晶體之該第一端；一第二電晶體，耦接於該第二電容；一第三電晶體，耦接於該驅動電晶體之該第一端及該驅動電晶體之該閘極端之間；一第四電晶體，耦接於該驅動電晶體之該第二端；一第五電晶體，耦接於該第一電容及該第四電晶體；以及一發光元件，耦接於該第四電晶體。
  19. 如請求項18所述之像素電路，其中該第二電晶體另耦接至一資料線，以接收一顯示資料。
  20. 如請求項19所述之像素電路，其中該顯示資料係透過該第二電容耦合至該驅動電晶體。
  21. 如請求項19所述之像素電路，其中該顯示資料係以根據該第一電容及該第二電容所決定的一比例耦合至該驅動電晶體。
  22. 如請求項18所述之像素電路，其中該第二電容包含有：一第一端，耦接於該驅動電晶體之該第一端；以及一第二端，耦接於該第二電晶體。
  23. 如請求項18所述之像素電路，其中該第一電容包含有： 一第一端，耦接於該驅動電晶體之該閘極端；以及一第二端，耦接於該第四電晶體。
  24. 如請求項18所述之像素電路，其中該第五電晶體傳送一初始電壓至該發光元件。
  25. 如請求項18所述之像素電路，其中該第一電晶體另耦接至一電源供應端，以接收一電源供應電壓。
  26. 如請求項18所述之像素電路，其中該驅動電晶體之該第一端為該驅動電晶體之一汲極端，且該驅動電晶體之該第二端為該驅動電晶體之一源極端。
  27. 如請求項18所述之像素電路，其中在一初始階段中，該第一電晶體、該第二電晶體、該第三電晶體及該第五電晶體導通，且該第四電晶體斷開。
  28. 如請求項27所述之像素電路，其中一初始電壓係在該初始階段中透過該第五電晶體輸入該像素電路。
  29. 如請求項18所述之像素電路，其中在一補償階段中，該第二電晶體、該第三電晶體、該第四電晶體及該第五電晶體導通，且該第一電晶體斷開。
  30. 如請求項29所述之像素電路，其中一補償資訊係在該補償階段中寫入該第一電容及該第二電容當中至少一者。
  31. 如請求項18所述之像素電路，其中在一掃描階段中，該第二電晶體、該第三電晶體及該第五電晶體導通，且該第一電晶體及該第四電晶體斷開。
  32. 如請求項31所述之像素電路，其中一顯示資料係在該掃描階段中透過該第二電晶體輸入該像素電路。
  33. 如請求項18所述之像素電路，其中在一發光階段中，該第一電晶體及該第四電晶體導通，且該第二電晶體、該第三電晶體及該第五電晶體斷開。
  34. 如請求項33所述之像素電路，其中該第四電晶體將一驅動電流從該驅動電晶體傳送至該發光元件，以控制該發光元件在該發光階段中進行發光。
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