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TWI711027B - 畫素補償電路與顯示裝置 - Google Patents

畫素補償電路與顯示裝置 Download PDF

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TWI711027B
TWI711027B TW108144242A TW108144242A TWI711027B TW I711027 B TWI711027 B TW I711027B TW 108144242 A TW108144242 A TW 108144242A TW 108144242 A TW108144242 A TW 108144242A TW I711027 B TWI711027 B TW I711027B
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light
terminal
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driving transistor
circuit
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奚鵬博
林振祺
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友達光電股份有限公司
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Abstract

本發明實施例提供一種畫素補償電路與顯示裝置。一種畫素補償電路包括發光元件與驅動電路。驅動電路耦接至發光元件，用以提供順向電流以驅動發光元件工作於線性上升區，其中發光元件根據發光元件的當前溫度，補償發光元件的當前順向電流，使發光元件的外部量子效率介於預設外部量子效率的N倍至M倍之間。一種顯示裝置包括多個畫素補償電路，其中每一個畫素補償電路具有發光元件與驅動電路，驅動電路用以驅動發光元件工作於線性上升區。發光元件根據發光元件的當前溫度，補償發光元件的當前順向電流，使發光元件的外部量子效率介於預設外部量子效率的N倍至M倍之間。

Description

畫素補償電路與顯示裝置
本發明是有關於一種畫素補償電路與顯示裝置，且特別是一種具有自我溫度補償與臨界電壓補償的畫素補償電路與顯示裝置。
隨著平面顯示器的普及，各種不同種類的平面顯示器陸續問世。無論是迷你發光二極體(Mini LED)、微發光二極體(Micro LED)或是有機發光二極體(OLED)都可作為顯示裝置的畫素，並且很適合應用於大尺寸或高解析度的面板。由於發光二極體是一種電流驅動的元件，所以發光二極體的亮度乃是根據順向電流的大小所決定的。一般是使用薄膜電晶體(TFT)來作為調整驅動電流的大小，以控制發光二極體的亮度，而達到控制顯示器的亮度。
然而，薄膜電晶體會因為製程上的不同或是長時間的操作而造成臨界電壓產生漂移的變異問題，如此便會導致顯示裝置出現亮度不均勻的現象。再者，目前發光二極體的外部量子效率(External Quantum Efficiency)都是設計在最高點以獲得最高的發光亮度。所以，當溫度發生變化時例如溫度上升時，發光二極體的順向電壓會因為溫度的上升而下降，而順向電流則會因為順向電壓的下降而升高，但外部量子效率會因為溫度的上升而大幅度地下降，使得顯示裝置會因為溫度分布的不均勻而導致整體亮度不均勻的現象。
因此，如何能提供一種可以補償驅動電晶體之臨界電壓偏移的變異問題，同時補償發光二極體因為溫度上升，所導致外部量子效率下降的變異問題，從而避免顯示裝置因為上述這些因素，而導致顯示裝置上的顯示面板發生整體亮度不均勻的現象，將是本案所要著重的問題與解決的重點。
有鑑於此，本發明實施例提供一種畫素補償電路，包括：發光元件以及驅動電路。驅動電路耦接至發光元件，用以提供順向電流以驅動發光元件工作於線性上升區，其中發光元件根據發光元件的當前溫度，補償發光元件的當前順向電流，使發光元件的外部量子效率介於預設外部量子效率的N倍至M倍之間。
在本發明的一實施例中，發光元件的當前順向電流與當前溫度成正相關，預設外部量子效率對應至預設順向電流與預設溫度，外部量子效率對應至當前順向電流與當前溫度。
在本發明的一實施例中，發光元件具有陽極端與陰極端，發光元件的陽極端用以接收電源電壓。
在本發明的一實施例中，驅動電路包括驅動電晶體，具有控制端、第一端與第二端。驅動電晶體的第一端耦接於發光元件的陰極端，驅動電晶體的第二端用以接收參考電壓，且驅動電晶體用以根據控制端及第一端之間的電位差，來產生順向電流。
在本發明的一實施例中，畫素補償電路更包括控制電路，控制電路耦接至驅動電路，其中控制電路包括：脈波寬度調變電路以及脈波振幅調變電路脈波寬度調變電路。脈波寬度調變電路耦接於驅動電晶體的控制端，且用以根據脈波寬度資料來控制驅動電晶體的導通時間。脈波振幅調變電路耦接於驅動電晶體的控制端，且用以根據脈波振幅資料來控制施加在驅動電晶體的控制端的電壓振幅。
在本發明的另一實施例中，一種畫素補償電路，包括：發光元件以及驅動電晶體。發光元件具有陽極端與陰極端，其中發光元件的陽極端用以接收電源電壓。驅動電晶體具有控制端、第一端與第二端，其中驅動電晶體的第一端耦接於發光元件的陰極端，且驅動電晶體用以根據控制端及第一端之間的電位差來驅動發光元件工作於線性上升區，其中發光元件的當前順向電流與當前溫度成正相關，使發光元件的外部量子效率介於預設外部量子效率的N倍至M倍之間，其中M大於N，M與N為正實數。
在本發明的另一實施例中，發光元件的當前順向電流與當前溫度成正相關，預設外部量子效率對應至預設順向電流與預設溫度，外部量子效率對應至當前順向電流與當前溫度。
在本發明的另一實施例中，畫素補償電路更包括：資料輸入電路、第一掃描控制電路、第二掃描控制電路、第一發光控制電路、第二發光控制電路以及電容。資料輸入電路，耦接於驅動電晶體的第一端，用以根據第一掃描控制訊號來提供畫素資料至驅動電晶體的第一端。第一掃描控制電路，耦接於驅動電晶體的第二端與控制端之間，用以根據第一掃描控制訊號來將驅動電晶體的第一端耦接至驅動電晶體的控制端。第二掃描控制電路，耦接於第一掃描控制電路與驅動電晶體的控制端，用以接收參考電壓，且用以根據第二掃描控制訊號來提供參考電壓至驅動電晶體的控制端。第一發光控制電路，耦接於發光元件的陰極端與驅動電晶體的第一端之間，用以根據第一發光控制訊號來將發光元件的陰極端耦接至驅動電晶體的第一端。第二發光控制電路，耦接於第一掃描控制電路與驅動電晶體的第二端，用以接收參考電壓，且用以根據第二發光控制訊號來提供參考電壓至驅動電晶體的第二端。電容，具有第一端與第二端，其中電容的第一端耦接於驅動電晶體的控制端，電容的第二端耦接於發光元件的陽極端。
在本發明的另一實施例中，一種顯示裝置，包括：多個畫素補償電路，其中每一個畫素補償電路具有發光元件與驅動電路。驅動電路耦接至發光元件，用以提供順向電流以驅動發光元件工作於線性上升區，發光元件根據發光元件的當前溫度，補償發光元件的當前順向電流，使發光元件的外部量子效率介於預設外部量子效率的N倍至M倍之間，其中M大於N，M與N為正實數。
在本發明的另一實施例中，發光元件的當前順向電流與當前溫度成正相關，預設外部量子效率對應至預設順向電流與預設溫度，外部量子效率對應至當前順向電流與當前溫度。
在本發明的另一實施例中，發光元件具有陽極端與陰極端，發光元件的陽極端用以接收電源電壓。
在本發明的另一實施例中，驅動電路包括驅動電晶體，具有控制端、第一端與第二端，驅動電晶體的第一端耦接於發光元件的陰極端，驅動電晶體的第二端用以接收參考電壓，且驅動電晶體用以根據控制端及第一端之間的電位差，來產生順向電流。
在本發明的另一實施例中，每一個畫素補償電路更具有控制電路。控制電路耦接至驅動電路，其中控制電路包括：脈波寬度調變電路以及脈波振幅調變電路。脈波寬度調變電路，耦接於驅動電晶體的控制端，且用以根據脈波寬度資料來控制驅動電晶體的導通時間。脈波振幅調變電路，耦接於驅動電晶體的控制端，且用以根據脈波振幅資料來控制施加在驅動電晶體的控制端的電壓振幅。
本發明實施例所提供的畫素補償電路與顯示裝置，通過補償電路來主動補償驅動電晶體之臨界電壓偏移所產生電流變異的問題，從而維持發光二極體的亮度不受臨界電壓偏移的影響。此外，通過重新設計發光二極體的操作點，使發光二極體具有自我補償的機制，使得發光二極體之預設的外部量子效率不受到溫度的變化而改變，從而維持發光二極體的亮度不受溫度的影響。藉此，使顯示裝置上的顯示面板不受到臨界電壓偏移與溫度變化的影響，而有效地改善顯示裝置亮度不均勻的現象。
上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚瞭解本發明的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，並且為了讓本發明的上述和其他目的、特徵和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，並配合附圖，詳細說明如下。為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
本發明實施例所提供之畫素補償電路與顯示裝置，其可應用於諸如顯示器、手機螢幕、電腦螢幕或其他使用到發光二極體作為顯示裝置的電子產品。本發明實施例的畫素補償電路與顯示裝置，主要是將發光二極體的外部量子效率(External Quantum Efficiency, EQE)對順向電流(Forward Current, I F)之特性曲線的操作點，設定在線性上升區(順向電流隨著溫度的上升而上升，但外部量子效率維持不變)且接近於飽和下降區(順向電流隨著溫度的上升而上升，但外部量子效率隨著溫度的上升而下降)，使發光二極體的外部量子效率不隨著溫度的變動而變化。舉例來說，不同的溫度會有不同的外部量子效率對順向電流的特性曲線，當操作點設定在線性上升區時，每一個特性曲線較佳是具有相同的 外部量子效率。反之，當操作點設定在飽和下降區時，每一個特性曲線的 外部量子效率是不同的。因此，本發明實施例通過將發光二極體的外部量子效率對順向電流之特性曲線的操作點設定在線性上升區，而使發光二極體具有不隨著溫度的上升而變動的特性。藉此，改善發光二極體或顯示裝置因為溫度的上升而造成亮度不均勻的現象。
此外，本發明實施例的畫素補償電路與顯示裝置初步可以分為三種實作方式。第一種實作方式是，藉由脈波寬度調變(PWM)搭配脈波振幅調變(PAM)的控制方式來控制驅動電晶體，以達到控制順向電流的持續時間與順向電流的振幅，藉此控制發光元件的亮度。第二種實作方式是，由六個電晶體與一個電容(6T1C)所組成的畫素補償電路，藉由控制施加於驅動電晶體控制端的電壓振幅，來控制順向電流的振幅，藉此控制發光元件的亮度。第三種實作方式是，將上述第一種實作方式或第二種實作方式應用於顯示裝置上。當顯示裝置的溫度分布不均勻時，所有發光二極體的預設的外部量子效率仍可維持不變，藉此保持顯示裝置之亮度的均勻性。
首先說明的是，本發明實施例之發光二極體操作點的設計。傳統上，發光二極體的操作點全都是設計在飽和下降區，以獲得最高的外部量子效率與發光亮度。然而，當溫度發生變化時，發光亮度也會隨著改變。這裏所提到的溫度包括環境溫度、發光二極體的表面溫度、發光二極體的接面溫度(發光層的溫度)。舉例來說，當環境溫度上升時，發光二極體的順向電壓與外部量子效率會隨著環境溫度的上升而下降，而發光二極體的順向電流會隨著順向電壓的降低而增加。此時，發光二極體本身輸入的電功率，會隨著順向電流的增加而增加，不僅造成發光二極體本身產生的熱隨著輸入電功率的增加而上升，也造成發光二極體的接面溫度隨著輸入電功率的增加與而上升。此刻，環境溫度與發光二極體的接面溫度不斷上升，而使發光二極體進入一個惡性循環的過程，使得外部量子效率隨著環境溫度與發光二極體的接面溫度不斷地上升而大幅度地下降，結果發光二極體的發光亮度跟著大幅度地減少，使得顯示裝置之面板的亮度隨著溫度的變化而大幅度地改變。由於顯示裝置上的顯示面板的溫度分布並非均勻性，傳統的設計將導致整體發光亮度發生不均勻的現象。因此，本發明實施例的目的便是改善上述的缺失。
請參閱圖1A ，圖1A是依照本發明實施例所繪示之發光二極體的外部量子效率對順向電流的特性曲線示意圖。本發明實施例的發光二極體的操作點是設定在線性上升區內，使發光二極體在不同溫度時所分別對應的多個順向電流，較佳是具有相同的預設外部量子效率(EQE D)。舉例來說，發光二極體在第一溫度(Temp 1)時例如是25℃、第二溫度(Temp 2) 時例如是85℃與第三溫度(Temp 3) 例如是150℃。此時，發光二極體較佳是具有相同的預設外部量子效率(EQE D)例如是22%。在此條件下，第一溫度具有第一順向電流(I F1) 例如是5mA，第二溫度具有第二順向電流(I F2) 例如是7.5mA，第三溫度具有第三順向電流(I F3)例如是10mA。換言之，順向電流I F會隨著溫度的上升而增加，但外部量子效率(EQE)並不隨著溫度的上升而下降，而是保持原狀毫不更動。藉此，有效地避免發光二極體的亮度隨著溫度的變化而改變。
更進一步來說，發光二極體乃是根據發光二極體的當前溫度，來補償發光二極體的當前順向電流，使發光二極體的外部量子效率介於預設外部量子效率的N倍至M倍之間，其中M大於N，M與N為正實數。在一實施例中，N較佳是0.75，M較佳是1.25。請參閱圖1 B至圖1D，圖1B是依照本發明實施例所繪示之發光二極體的外部量子效率對順向電流在預設狀態下的特性曲線示意圖。圖1C是依照本發明實施例所繪示之發光二極體的外部量子效率對順向電流在第二溫度狀態下的特性曲線示意圖。圖1D是依照本發明實施例所繪示之發光二極體的外部量子效率對順向電流在第三溫度狀態下的特性曲線示意圖。
舉例來說，當驅動發光二極體工作於線性上升區時的順向電流為預設順向電流(I FD)時，此時對應的溫度為預設溫度(Temp D)例如是25℃，而此時對應的外部量子效率為預設外部量子效率(EQE D) 例如是22%。換言之，預設外部量子效率(EQE D)乃是對應至預設順向電流(I FD)與預設溫度(Temp D)。然而，當溫度不斷的上升時，發光二極體的順向電流也隨著溫度的上升而跟著上升，但外部量子效率維持在一個特定範圍內。此時發光二極體的順向電流可稱之為當前順向電流；發光二極體的溫度可稱之為當前溫度；而發光二極體的外部量子效率可稱之為當前外部量子效率。由此可知，發光二極體的當前順向電流與發光二極體的當前溫度成正相關。如圖1C所示，第二外部量子效率(EQE 2)對應至當前順向電流(I F2)與當前溫度(Temp 2)。
假設溫度從25℃上升至85℃時，此時發光二極體將根據發光二極體的當前溫度(85℃)，來補償發光二極體的順向電流，使其從預設順向電流(I FD)上升至第二順向電流(I F2)，同時使發光二極體的第二外部量子效率(EQE 2)維持在預設外部量子效率(EQE D)例如是22%的0.75倍至1.25倍之間，亦即維持在16.5%至27.5%之間。同理，假設溫度從85℃上升至150℃時，此時發光二極體根據發光二極體的當前溫度(150℃)，來補償發光二極體的順向電流，使其從第二順向電流(I F2)上升至第三順向電流(I F3)，同時使發光二極體的第三外部量子效率(EQE 3)維持在預設外部量子效率(EQE D)例如是22%的0.75倍至1.25倍之間，亦即維持在16.5%至27.5%之間。反之，當溫度下降時，以此類推，發光二極體的外部量子效率可維持在預設外部量子效率(EQE D)的0.75倍至1.25倍之間，在此不再贅述。換言之，發光二極體的外部量子效率 (例如第二外部量子效率(EQE 2)、第三外部量子效率(EQE 3)不隨著溫度的上升而大幅度的下降，而是維持在一個特定範圍內。藉此，使發光二極體的亮度維持均勻，避免發光二極體的亮度隨著溫度的變化而有大幅度地改變。
接著說明的是，本發明實施例畫素補償電路的方塊示意圖。請參閱圖2，圖2是依照本發明實施例所繪示之畫素補償電路的方塊示意圖。一種畫素補償電路1包括發光元件10與耦接於發光元件10的驅動電路20。發光元件10可以是由發光二極體來實現。發光元件10的操作點乃是設定在線性上升區內，使發光元件10在不同溫度時所分別對應的多個順向電流I F，較佳是具有相同的預設外部量子效率(EQE D)例如是20%。驅動電路20可以由電晶體或開關元件來實現。驅動電路20耦接至發光元件10，並且用以提供順向電流I F以驅動發光元件10。控制電路30可以由離散電路或積體電路來實現。此外，畫素補償電路1更包括耦接於驅動電路20的控制電路30。控制電路30可以根據脈波寬度資料Dw來控制驅動電路20的導通時間，以決定發光元件10的灰階，同時可以根據脈波振幅資料Da來控制施加在驅動電路20的電壓振幅，以決定順向電流I F的電流振幅。
接著說明的是，本發明實施例的第一種實作方式。請參閱圖3，圖3是依照本發明實施例所繪示之畫素補償電路的局部電路示意圖。一種畫素補償電路2包括發光元件10與驅動電路20。發光元件10包括發光二極體LED。發光元件10具有陽極端與陰極端，發光元件10的陽極端用以接收電源電壓VDD。發光元件10的操作點乃是設定在線性上升區內，使發光元件10在不同溫度時所分別對應的多個順向電流I F，較佳是具有相同的預設外部量子效率(EQE D)。更進一步來說，當溫度上升時，發光二極體的順向電壓(Forward Voltage, V F)會隨著溫度的上升而下降。而順向電流I F會隨著順向電壓V F的降低而增加，但外部量子效率(EQE)並不隨著溫度的上升而下降，而較佳是維持在固定的預設值(預設外部量子效率EQE D)。藉此，有效地避免發光二極體LED的亮度隨著溫度的變化而改變。值得注意的是，如上所述，發光二極體LED乃是根據發光二極體LED的當前溫度，來補償發光二極體LED的當前順向電流，使發光二極體LED的外部量子效率(EQE)介於預設外部量子效率的N倍至M倍之間，亦即維持在一個特定範圍內。藉此，使發光二極體LED的亮度維持均勻，避免發光二極體LED的亮度隨著溫度的變化而有大幅度地改變。
驅動電路20包括驅動電晶體T D，例如是具有閘極、源極與汲極的P型低溫多晶矽薄膜電晶體(low temperature poly-silicon thin-film transistor)。驅動電晶體T D具有控制端(閘極)、第一端(源極)與第二端(汲極)，驅動電晶體T D的第一端耦接於發光元件10的陰極端，驅動電晶體T D的第二端用以接收參考電壓VSS，且驅動電晶體T D用以根據控制端及第一端之間的電位差(V GS)，來產生順向電流I F。舉例來說，當電位差(V GS)大於驅動電晶體T D的臨界電壓(Vth)時便形成P通道而處於導通狀態，以形成順向電流I F來驅動發光二極體LED。
此外，畫素補償電路2更包括控制電路30。控制電路30乃是耦接至驅動電路20。控制電路30包括脈波寬度調變電路301與脈波振幅調變電路302。值得注意的是，脈波寬度調變電路301與脈波振幅調變電路302，可以由離散電路或積體電路來實現。由於脈波寬度調變電路301與脈波振幅調變電路302的電路實現有千百種，且是本發明所屬技術領域中具有通常知識者所熟知，故本說明書不再贅述，僅作重點概述。脈波寬度調變電路301乃是耦接於驅動電晶體T D的控制端，並且用以根據脈波寬度資料Dw來控制驅動電晶體T D的導通時間，以控制順向電流I F的持續時間，從而決定發光二極體LED灰階的亮度。舉例來說，驅動電晶體T D的導通時間越短，順向電流I F的持續時間較短，則發光二極體LED所呈現灰階的亮度就越低；反之，驅動電晶體T D的導通時間越長，順向電流I F的持續時間較長，則發光二極體LED所呈現灰階的亮度就越高。此外，脈波寬度調變電路301可以包括一個耦合電容器和兩個電晶體(圖未繪)。耦合電容器的一端用以接收脈波寬度資料Dw，耦合電容器的另一端耦接至控制電晶體的源極端與反相電晶體的閘極端，控制電晶體的汲極端耦接至反相電晶體的汲極端，反相電晶體的源極端用以接收電源電壓VDD，反相電晶體的汲極端耦接至驅動電晶體T D的閘極端，並且根據耦接至控制電晶體閘極端的脈波寬度控制訊號，來決定控制電晶體的導通或截止。
脈波振幅調變電路302乃是耦接於驅動電晶體T D的控制端，並且用以根據脈波振幅資料Da來控制施加在驅動電晶體T D的控制端的電壓振幅，以控制順向電流I F的振幅大小。舉例來說，當施加在驅動電晶體T D的控制端的電壓振幅越大，所產生的順向電流I F就越大，則發光二極體LED所呈現灰階的亮度就越高。此外，脈波振幅調變電路302可以包括一個電容器和一個電晶體(圖未繪)。電容器的一端耦接至驅動電晶體T D的源極端，電容器的另一端耦接至驅動電晶體T D的閘極端與電晶體的汲極端，電晶體的源極端用以接收脈波振幅資料Da，並且根據耦接至電晶體閘極端的脈波振幅控制訊號來決定電晶體的導通或截止。
接著說明的是，本發明實施例的第二種實作方式，其通過脈波振幅調變的控制方式來控制驅動電晶體，藉此控制發光元件的亮度。請參閱圖4與圖5，圖4是依照本發明另一實施例所繪示之畫素補償電路的電路示意圖。圖5是依照本發明另一實施例所繪示之畫素補償電路的訊號時序示意圖。
一種畫素補償電路3，包括發光元件10與耦接於發光元件10的驅動電路20。發光元件10包括發光二極體LED。發光元件10具有陽極端與陰極端，其中發光元件10的陽極端用以接收電源電壓VDD，並且發光元件10的操作點設定在線性上升區內，使發光元件10在不同溫度時所分別對應的多個順向電流I F，較佳是具有相同的預設外部量子效率。更進一步來說，當溫度上升時，發光二極體的順向電壓V F會隨著溫度的上升而下降。而順向電流I F會隨著順向電壓V F的降低而增加，但外部量子效率(EQE)並不隨著溫度的上升而下降，而是維持在固定的預設值(預設外部量子效率EQE D)。藉此，有效地避免發光二極體LED的亮度隨著溫度的變化而改變。值得注意的是，如上所述，發光二極體LED乃是根據發光二極體LED的當前溫度，來補償發光二極體LED的當前順向電流，使發光二極體LED的外部量子效率(EQE)介於預設外部量子效率的N倍至M倍之間，亦即維持在一個特定範圍內。藉此，使發光二極體LED的亮度維持均勻，避免發光二極體LED的亮度隨著溫度的變化而有大幅度地改變。
驅動電路20包括驅動電晶體T D具有控制端、第一端與第二端，其中驅動電晶體T D的第一端耦接於發光元件10的陰極端，且驅動電晶體T D用以根據控制端及第一端之間的電位差來驅動發光元件10。此外，畫素補償電路3，更包括耦接於驅動電路20的控制電路30。控制電路30包括資料輸入電路303、第一掃描控制電路304、第二掃描控制電路305、第一發光控制電路306、第二發光控制電路307以及電容C1。
資料輸入電路303耦接於驅動電晶體T D的第一端，並且用以根據第一掃描控制訊號G[n](第n級)來提供畫素資料DATA[m]至驅動電晶體T D的第一端。更進一步來說，資料輸入電路303包括資料輸入電晶體T4，其具有控制端、第一端與第二端。資料輸入電晶體T4的控制端耦接於第一掃描控制訊號G[n]，資料輸入電晶體T4的第一端用以接收畫素資料DATA[m]，資料輸入電晶體T4的第二端耦接於發光元件10的陰極端與驅動電晶體T D的第一端。
第一掃描控制電路304耦接於驅動電晶體T D的第二端與控制端之間，並且用以根據第一掃描控制訊號G[n]來將驅動電晶體T D的第一端耦接至驅動電晶體T D的控制端。更進一步來說，第一掃描控制電路304包括第一掃描控制電晶體T5，其具有控制端、第一端與第二端。第一掃描控制電晶體T5的控制端耦接於第一掃描控制訊號G[n]，第一掃描控制電晶體T5的第一端耦接於驅動電晶體T D的控制端，第一掃描控制電晶體T5的第二端耦接於驅動電晶體T D的第一端。
第二掃描控制電路305耦接於第一掃描控制電路304與驅動電晶體T D的控制端。第二掃描控制電路305用以接收參考電壓VSS，並且用以根據第二掃描控制訊號G[n-1]( 第n-1級；圖5未繪)來提供參考電壓VSS至驅動電晶體T D的控制端。更進一步來說，第二掃描控制電路305包括第二掃描控制電晶體T6，具有控制端、第一端與第二端。第二掃描控制電晶體T6的控制端耦接於第二掃描控制訊號G[n-1]，第二掃描控制電晶體T6的第一端耦接於第一掃描控制電晶體T5的第一端與驅動電晶體T D的控制端，第二掃描控制電晶體T6的第二端耦接於參考電壓VSS。
第一發光控制電路306耦接於發光元件10的陰極端與驅動電晶體T D的第一端之間，用以根據第一發光控制訊號EM1來將發光元件10的陰極端耦接至驅動電晶體T D的第一端。更進一步來說，第一發光控制電路306包括第一發光控制電晶體T1，具有控制端、第一端與第二端。第一發光控制電晶體T1的控制端耦接於第一發光控制訊號EM1，第一發光控制電晶體T1的第一端耦接於發光元件10的陰極端，第一發光控制電晶體T1的第二端耦接資料輸入電晶體T4的第二端與驅動電晶體T D的第一端。
第二發光控制電路307耦接於第一掃描控制電路304與驅動電晶體T D的第二端，用以接收參考電壓VSS，且用以根據第二發光控制訊號EM2來提供參考電壓VSS至驅動電晶體T D的第二端。更進一步來說，第二發光控制電路307包括第二發光控制電晶體T2，具有控制端、第一端與第二端。第二發光控制電晶體T2的控制端耦接於第二發光控制訊號EM2，第二發光控制電晶體T2的第一端耦接於第一掃描控制電晶體T5的第二端與驅動電晶體T D的第二端，第二發光控制電晶體T2的第二端耦接於參考電壓VSS。此外，電容C1具有第一端與第二端，其中電容C1的第一端耦接於驅動電晶體TD的控制端，電容C1的第二端耦接於發光元件10的陽極端。
接著說明的是，畫素補償電路3的第一運作階段(重置階段)。請參閱圖6A，圖6A是依照本發明另一實施例所繪示之畫素補償電路第一運作階段的運作示意圖。在重置階段中，只有第二掃描控制訊號G[n-1]為低電位。此時，只有第二掃描控制電晶體T6與驅動電晶體T D是處於導通狀態，而其餘的電晶體是處於截止狀態(以雙交叉線組成的叉號來表示)。藉此，將前一個階段儲存在電容C1的殘餘電荷進行放電。
接著說明的是，畫素補償電路3的第二運作階段與第三運作階段(儲存階段)。請參閱圖6B與圖6C，圖6B是依照本發明另一實施例所繪示之畫素補償電路第二運作階段的運作示意圖。圖6C是依照本發明另一實施例所繪示之畫素補償電路第三運作階段的運作示意圖。在第二運作階段中，只有第一掃描控制訊號G[n]為低電位。此時，只有驅動電晶體T D、資料輸入電晶體T4與第一掃描控制電晶體T5處於導通狀態，而其餘的電晶體是處於截止狀態。此刻，驅動電晶體T D控制端的電壓為資料電壓V DATA(畫素資料DATA[m]的電壓)與驅動電晶體T D之臨界電壓Vth的電壓差值。在第三運作階段中，將上述的電壓差值儲存至電容C1。
接著說明的是，畫素補償電路3的第四運作階段(電壓設定階段)。請參閱圖6D，圖6D是依照本發明另一實施例所繪示之畫素補償電路第四運作階段的運作示意圖。在第四運作階段中，只有第一發光控制訊號EM1為低電位。此時，只有驅動電晶體T D與第一發光控制電晶體T1處於導通狀態，而其餘的電晶體是處於截止狀態。此時的電路沒有形成迴路，所以順向電流I F沒有形成。故驅動電晶體T D第一端的電壓(VS)近似於電源電壓VDD或者可以說具有與電源電壓VDD相同的電位，而驅動電晶體T D控制端的電壓(VG)近似於V DATA-Vth。
接著說明的是，畫素補償電路3的第五運作階段(發光階段)。請參閱圖6E，圖6E是依照本發明另一實施例所繪示之畫素補償電路第五運作階段的運作示意圖。在第五運作階段中，只有第一發光控制訊號EM1、第二發光控制訊號EM2為低電位。此時，只有驅動電晶體T D、第一發光控制電晶體T1與第二發光控制電晶體T2處於導通狀態，而其餘的電晶體是處於截止狀態。此時，驅動電晶體T D第一端的電壓(VS)近似於電源電壓VDD-V F，而驅動電晶體T D控制端的電壓(VG)近似於V DATA-Vth。此時，順向電流I F= k (VG-VS+Vth) 2= k [ (V DATA-Vth)-( VDD-V F) +Vth] 2= k(V DATA- VDD+ V F)，其中k為與驅動電晶體T D有關的物理結構參數值。由此可知，順向電流I F與驅動電晶體T D的臨界電壓值Vth是無關的。因此，大幅度地降低臨界電壓Vth之偏移所產生的變異量，而有效地降低順向電流I F的差異量，藉此改善發光二極體的亮度因臨界電壓Vth的偏移所產生亮度變異的現象。
接著說明的是，本發明實施例的第三種實作方式，其可以與上述第一種實作方式或第二種實作方式同時實施。一般而言，顯示裝置上的顯示面板會因為內在或外在環境的因素，使得各個區塊之間的溫度分布不盡相同，造成顯示裝置的亮度不均勻，從而產生各種痕跡的現象。因此，本發明實施例的第三種實作方式的目的便是改善上述的缺失。請參閱圖7，圖7是依照本發明實施例所繪示之顯示裝置的示意圖。
一種顯示裝置4，包括多個畫素補償電路PX(顯示面板)。值得注意的是，畫素補償電路PX可以是以第一實作方式的畫素補償電路2或第二實作方式的畫素補償電路3又或是畫素補償電路1來實現。由於畫素補償電路1、2、3的電路結構與運作方式，已於前述實施例所詳加敘述，在此不再贅述，僅作重點概述。每一個畫素補償電路PX具有發光元件10與驅動電路20。驅動電路20耦接至發光元件10，用以提供順向電流I F以驅動發光元件10，而發光元件10(例如是發光二極體)的操作點是設定在線性上升區內，使發光元件10在不同溫度時所分別對應的多個順向電流I F，較佳是具有相同的預設外部量子效率(EQE D)。值得注意的是，如上所述，發光二極體LED乃是根據發光二極體LED的當前溫度，來補償發光二極體LED的當前順向電流，使發光二極體LED的外部量子效率(EQE)介於預設外部量子效率的N倍至M倍之間，亦即維持在一個特定範圍內。藉此，使發光二極體LED的亮度維持均勻，避免發光二極體的亮度隨著溫度的變化而有大幅度地改變。此外，每一個畫素補償電路PX更具有控制電路30，其耦接至驅動電路20。控制電路30包括脈波寬度調變電路301與脈波振幅調變電路302，並且用以根據脈波寬度資料與脈波振幅資料來分別控制驅動電晶體T D的導通時間與施加在驅動電晶體T D控制端的電壓振幅。
請參閱圖8，圖8是依照本發明實施例所繪示之顯示裝置之溫度分布的示意圖。假設顯示裝置4的溫度分布包括兩個區域，一個是高溫區域41，一個是低溫區域42。舉例來說，高溫區域41可能是較靠近熱源的區域，例如是電路板上溫度較高的晶片或元件。反之，低溫區域42可能是較遠離熱源的區域，例如是電路板上溫度較低的晶片或元件。值得注意的是，顯示裝置4實際的溫度分布，可能包括多個區域，其溫度分布例如是30℃、50℃、85℃、100℃與150℃。
接著說明的是，溫度補償的運作方式。假設電路板上溫度較高的晶片、元件或其它的熱源，所產生的熱大部分傳遞至顯示裝置4較靠近熱源的區域(高溫區域41)，使得高溫區域41的溫度例如是從30℃上升至150℃。此時，高溫區域41內的這些發光二極體的順向電壓V F會隨著溫度的上升而下降，同時順向電流I F會隨著順向電壓V F的降低而增加。由於這些發光二極體的操作點是設定在線性上升區內，並且較佳是將這些發光二極體設定為具有相同的預設外部量子效率(EQE D)，所以這些發光二極體的外部量子效率(EQE)不會隨著溫度的上升而下降(例如從34%下降至25%)，而較佳是維持在固定的預設值(亦即預設外部量子效率EQE D)，例如是22%，使得這些發光二極體的亮度不會隨著溫度的上升而下降。
反之，可能會有少部分的熱傳遞至顯示裝置4遠離熱源的區域(低溫區域42)，使得低溫區域42的溫度例如是從30℃上升至50 ℃。此時，低溫區域42內的這些發光二極體的順向電壓V F會隨著溫度的上升而下降，同時順向電流I F會隨著順向電壓V F的降低而增加。由於這些發光二極體的操作點是設定在線性上升區內，並且較佳是將這些發光二極體設定為具有相同的預設外部量子效率(EQE D)，所以這些發光二極體的外部量子效率(EQE)不會隨著溫度的上升而下降(例如從34%下降至30%)，而較佳是維持在固定的預設值(亦即預設外部量子效率(EQE D)，例如是22%)，使得這些發光二極體的亮度不會隨著溫度的上升而下降。
由此可知，無論顯示裝置4的溫度分布是否均勻，顯示裝置4的每一個發光二極體的外部量子效率(EQE)不會隨著溫度的上升而下降，而是全部維持在固定的預設值(亦即預設外部量子效率EQE D)。藉此，改善顯示裝置4因溫度的影響而造成亮度不均勻的現象。
綜上所述，本發明實施例所提供的畫素補償電路與顯示裝置，通過補償電路來主動補償驅動電晶體之臨界電壓偏移所產生電流變異的問題，從而維持發光二極體的亮度不受臨界電壓偏移的影響。此外，通過重新設計發光二極體的操作點，使發光二極體具有自我補償的機制，使得發光二極體之預設的外部量子效率不受到溫度的變化而改變，從而維持發光二極體的亮度不受溫度的影響。藉此，使顯示裝置上的顯示面板不受到臨界電壓偏移與溫度變化的影響，而有效地改善顯示裝置亮度不均勻的現象。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1、2、3:畫素補償電路 4:顯示裝置 10:發光元件 20:驅動電路 30:控制電路 301:脈波寬度調變電路 302:脈波振幅調變電路 303:資料輸入電路 304:第一掃描控制電路 305:第二掃描控制電路 306:第一發光控制電路 307:第二發光控制電路 C1:電容 Da:脈波振幅資料 DATA[m]:畫素資料 Dw:脈波寬度資料 EM1:第一發光控制訊號 EM2:第二發光控制訊號 EQE:外部量子效率 EQE 1:第一外部量子效率 EQE 2:第二外部量子效率 EQE 3:第三外部量子效率 EQE D:預設外部量子效率 G[0]:第0級的第一掃描控制訊號 G[1]:第1級的第一掃描控制訊號 G[n]:第一掃描控制訊號 G[n-1]:第二掃描控制訊號 I F:順向電流 I F1:第一順向電流 I F2:第二順向電流 I F3:第三順向電流 LED:發光二極體 PX:畫素補償電路 VDD:電源電壓 V DATA:資料電壓 V F:順向電壓 VG:控制端的電壓 V GS:電位差 VS:第一端的電壓 VSS:參考電壓 Vth:臨界電壓 T1:第一發光控制電晶體 T2:第二發光控制電晶體 T4:資料輸入電晶體 T5:第一掃描控制電晶體 T6:第二掃描控制電晶體 T D:驅動電晶體 Temp 1:第一溫度 Temp 2:第二溫度 Temp 3:第三溫度 Temp D:預設溫度
圖1A是依照本發明實施例所繪示之發光二極體的外部量子效率對順向電流的特性曲線示意圖。 圖1B是依照本發明實施例所繪示之發光二極體的外部量子效率對順向電流在預設狀態下的特性曲線示意圖。 圖1C是依照本發明實施例所繪示之發光二極體的外部量子效率對順向電流在第二溫度狀態下的特性曲線示意圖。 圖1D是依照本發明實施例所繪示之發光二極體的外部量子效率對順向電流在第三溫度狀態下的特性曲線示意圖。 圖2是依照本發明實施例所繪示之畫素補償電路的方塊示意圖。 圖3是依照本發明實施例所繪示之畫素補償電路的局部電路示意圖。 圖4是依照本發明另一實施例所繪示之畫素補償電路的電路示意圖。 圖5是依照本發明另一實施例所繪示之畫素補償電路的訊號時序示意圖。 圖6A是依照本發明另一實施例所繪示之畫素補償電路第一運作階段的運作示意圖。 圖6B是依照本發明另一實施例所繪示之畫素補償電路第二運作階段的運作示意圖。 圖6C是依照本發明另一實施例所繪示之畫素補償電路第三運作階段的運作示意圖。 圖6D是依照本發明另一實施例所繪示之畫素補償電路第四運作階段的運作示意圖。 圖6E是依照本發明另一實施例所繪示之畫素補償電路第五運作階段的運作示意圖。 圖7是依照本發明另一實施例所繪示之顯示裝置的示意圖。 圖8是依照本發明另一實施例所繪示之顯示裝置之溫度分布的示意圖。
EQED:預設外部量子效率
IF1:第一順向電流
IF2:第二順向電流
IF3:第三順向電流
Temp 1:第一溫度
Temp 2:第二溫度
Temp 3:第三溫度

Claims (13)

  1. 一種畫素補償電路，包括：一發光元件；以及一驅動電路，耦接至該發光元件，用以提供一順向電流以驅動該發光元件工作於線性上升區；其中，該發光元件根據該發光元件的一當前溫度，補償該發光元件的一當前順向電流，使該發光元件的一外部量子效率介於一預設外部量子效率的N倍至M倍之間，其中M大於N，M與N為正實數。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之畫素補償電路，其中該發光元件的該當前順向電流與該當前溫度成正相關，該預設外部量子效率對應至一預設順向電流與一預設溫度，該外部量子效率對應至該當前順向電流與該當前溫度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之畫素補償電路，其中該發光元件具有一陽極端與一陰極端，該發光元件的該陽極端用以接收一電源電壓。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之畫素補償電路，其中該驅動電路包括一驅動電晶體，具有一控制端、一第一端與一第二端，該驅動電晶體的該第一端耦接於該發光元件的該陰極端，該驅動電晶體的該第二端用以接收一參考電壓，且該驅動電晶體用以根據該控制端及該第一端之間的一電位差，來產生該順向電流。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之畫素補償電路，更包括一控制電路，該控制電路耦接至該驅動電路，其中該控制電路包括： 一脈波寬度調變電路，耦接於該驅動電晶體的該控制端，且用以根據一脈波寬度資料來控制該驅動電晶體的導通時間；以及一脈波振幅調變電路，耦接於該驅動電晶體的該控制端，且用以根據一脈波振幅資料來控制施加在該驅動電晶體的該控制端的電壓振幅。
  6. 一種畫素補償電路，包括：一發光元件，具有一陽極端與一陰極端，其中該發光元件的該陽極端用以接收一電源電壓；以及一驅動電晶體，具有一控制端、一第一端與一第二端，其中該驅動電晶體的該第一端耦接於該發光元件的該陰極端，且該驅動電晶體用以根據該控制端及該第一端之間的一電位差來驅動該發光元件工作於線性上升區；其中，該發光元件根據該發光元件的一當前溫度，補償該發光元件的一當前順向電流，使該發光元件的一外部量子效率介於一預設外部量子效率的N倍至M倍之間，其中M大於N，M與N為正實數。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之畫素補償電路，其中該發光元件的該當前順向電流與該當前溫度成正相關，該預設外部量子效率對應至一預設順向電流與一預設溫度，該外部量子效率對應至該當前順向電流與該當前溫度。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之畫素補償電路，更包括：一資料輸入電路，耦接於該驅動電晶體的該第一端，用以根據一第一掃描控制訊號來提供一畫素資料至該驅動電晶體的該第一端； 一第一掃描控制電路，耦接於該驅動電晶體的該第二端與該控制端之間，用以根據該第一掃描控制訊號來將該驅動電晶體的該第一端耦接至該驅動電晶體的該控制端；一第二掃描控制電路，耦接於該第一掃描控制電路與該驅動電晶體的該控制端，用以接收一參考電壓，且用以根據一第二掃描控制訊號來提供該參考電壓至該驅動電晶體的該控制端；一第一發光控制電路，耦接於該發光元件的該陰極端與該驅動電晶體的該第一端之間，用以根據一第一發光控制訊號來將該發光元件的該陰極端耦接至該驅動電晶體的該第一端；一第二發光控制電路，耦接於該第一掃描控制電路與該驅動電晶體的該第二端，用以接收該參考電壓，且用以根據一第二發光控制訊號來提供該參考電壓至該驅動電晶體的該第二端；以及一電容，具有一第一端與一第二端，其中該電容的該第一端耦接於該驅動電晶體的該控制端，該電容的該第二端耦接於該發光元件的該陽極端。
  9. 一種顯示裝置，包括：多個畫素補償電路，其中各該畫素補償電路具有一發光元件與一驅動電路，該驅動電路耦接至該發光元件，用以提供一順向電流以驅動該發光元件工作於線性上升區，該發光元件根據該發光元件的一當前溫度，補償該發光元件的一當前順向電流，使該發光元件的一外部量子效率介於一預設外部量子效率的N倍至M倍之間，其中M大於N，M與N為正實數。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之顯示裝置，其中該發光元件的該當前順向電流與該當前溫度成正相關，該預設外部量子效率對應至一預設順 向電流與一預設溫度，該外部量子效率對應至該當前順向電流與該當前溫度。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之顯示裝置，其中該發光元件具有一陽極端與一陰極端，該發光元件的該陽極端用以接收一電源電壓。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之顯示裝置，其中該驅動電路包括一驅動電晶體，具有一控制端、一第一端與一第二端，該驅動電晶體的該第一端耦接於該發光元件的該陰極端，該驅動電晶體的該第二端用以接收一參考電壓，且該驅動電晶體用以根據該控制端及該第一端之間的一電位差，來產生該順向電流。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之顯示裝置，其中各該畫素補償電路更具有一控制電路，該控制電路耦接至該驅動電路，其中該控制電路包括：一脈波寬度調變電路，耦接於該驅動電晶體的該控制端，且用以根據一脈波寬度資料來控制該驅動電晶體的導通時間；以及一脈波振幅調變電路，耦接於該驅動電晶體的該控制端，且用以根據一脈波振幅資料來控制施加在該驅動電晶體的該控制端的電壓振幅。
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