本發(fā)明涉及一種像素結構及其驅動方法，尤其涉及一種可提供穩(wěn)定地驅動電流的像素結構及其驅動方法。

背景技術：

在現在的各種數字顯示裝置中，主動式矩陣有機發(fā)光顯示裝置(Active Matrix Organic Light Emitting Display，AMOLED)因具有自發(fā)光、高亮度、高發(fā)光效率、高對比、反應速度快、廣視角以及可使用溫度范圍大等優(yōu)點，因此在數字顯示裝置的市場上極具競爭性。

現有的AMOLED裝置中包含掃描驅動電路、數據驅動電路以及多個像素單元?，F有AMOLED裝置中每一個像素單元包含輸入晶體管、驅動晶體管、儲存電容以及發(fā)光二極管。

掃描驅動電路與數據驅動電路分別用來提供掃描信號與數據信號給每一像素單元中的輸入晶體管，每一像素單元據以控制驅動晶體管產生的驅動電流，進而驅動發(fā)光二極管運行并發(fā)光。

然而，在主動式矩陣有機發(fā)光顯示裝置的運作中，驅動電流受驅動晶體管的臨界電壓(threshold voltage)所影響，因AMOLED裝置中不同的像素單元各自的驅動晶體管的臨界電壓存在一定誤差，臨界電壓誤差會導致像素亮度失真而降低顯示品質。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種像素結構及其驅動方法，其可以在發(fā)光時段中驅動電流的電流大小不受驅動晶體管的元件特性(如臨界電壓不同)而影響，從而可提供相對穩(wěn)定的驅動電流。

為了達到上述目的，本發(fā)明提出一種像素結構，包含第一電容、輸入單元、像素驅動單元、補償單元、第一重置單元、發(fā)光二極管以及發(fā)光致能單元。第一電容具有第一端與第二端，該第一電容的該第一端耦接第一參考電壓；輸入單元用以根據第一掃描信號、第N級發(fā)光信號、數據信號及該第一參考電壓輸出第一電壓；像素驅動單元用以根據該第一電容的該第二端的電壓與該第一電壓以提供驅動電流；補償單元耦接該第一電容及該像素驅動單元，該補償單元用以根據該第一掃描信號以控制該第一電容的該第二端的電壓；第一重置單元藉由該補償單元耦接該第一電容的該第二端，該第一重置單元用以根據第N+1級發(fā)光信號以重置該第一電容的該第二端的電壓；發(fā)光二極管用以接收第二參考電壓及該驅動電流；發(fā)光致能單元耦接于該發(fā)光二極管與該像素驅動單元之間，該發(fā)光致能單元用以根據該第N級發(fā)光信號將該驅動電流提供至該發(fā)光二極管。

作為可選的技術方案，該輸入單元具有第一晶體管及第二晶體管，該第一晶體管的第一端用以接收數據信號，該第一晶體管的柵極端用以接收該第一掃描信號，該第一晶體管的第二端耦接該像素驅動單元及該第二晶體管的第二端，該第二晶體管的第一端用以接收該第一參考電壓，該第二晶體管的柵極端用以接收該第N級發(fā)光信號。

作為可選的技術方案，該像素驅動單元包含第三晶體管，該第三晶體管的第一端用以接收該第一電壓，該第二晶體管的柵極端耦接該第一電容的該第二端，該第二晶體管的第二端用以輸出該驅動電流。

作為可選的技術方案，該發(fā)光致能單元包含第四晶體管，該第四晶體管的第一端耦接該第二晶體管的第二端，該第四晶體管的柵極端用以接收該第N級發(fā)光信號，該第四晶體管的第二端耦接該發(fā)光二極管。

作為可選的技術方案，該第一重置單元包含第八晶體管，該第八晶體管的第二端藉由該補償單元耦接該第一電容的該第二端，該第八晶體管的柵極端耦接該第八晶體管的第一端，該第八晶體管的第一端用以接收第N+1級發(fā)光信號。

作為可選的技術方案，該像素結構還包含第二重置單元，該第二重置單元包含第九晶體管，該第九晶體管的第二端耦接該發(fā)光二極管的正極，該第九晶體管的柵極端耦接該第九晶體管的第一端，該第九晶體管的第一端用以接收該第一掃描信號。

此外，本發(fā)明還提出一種像素結構的驅動方法，用以驅動上述的像素結構，該驅動方法包含：于第一時段內，通過該第N+1級發(fā)光信號驅動該第一重置單元進而通過該第N+1級發(fā)光信號重置該第一電容的第二端的電壓；于該第一時段后的第二時段內，通過該第一掃描信號驅動該補償單元進而通過該數據信號控制該第一電容的該第二端的電壓，借此對該像素驅動單元執(zhí)行臨界電壓補償運作及數據寫入；于該第二時段后的第三時段內，通過該第N級發(fā)光信號驅動該發(fā)光致能單元進而將該驅動電流饋入該發(fā)光二極管。

作為可選的技術方案，于該第一時段內，該驅動方法還包含：提供具有第二電平的該第一掃描信號至該輸入單元、該補償單元；提供具有該第二電平的該第N+1級發(fā)光信號至該第一重置單元；以及提供具有第一電平的該第N級發(fā)光信號至該發(fā)光致能單元，其中該第二電平異于該第一電平。

作為可選的技術方案，于該第二時段內，該驅動方法還包含：將該第N+1級發(fā)光信號由該第二電平切換為該第一電平，以除能該第一重置單元的重置運作。

作為可選的技術方案，于該第三時段內，該驅動方法還包含：將該第一掃描信號從該第二電平切換為該第一電平以除能該補償單元的臨界電壓補償運作，以及將該發(fā)光信號從該第一電平切換為該第二電平。

本發(fā)明的像素結構及其驅動方法，由于對像素驅動單元進行臨界電壓補償運作，使得發(fā)光時段中驅動電流的電流大小不受驅動晶體管的元件特性的影響，從而可提供相對穩(wěn)定的驅動電流。此外，本發(fā)明將下一級發(fā)光信號接成二極管接法(diode connection)以對儲存電容的電壓進行重置，進而不需要額外接入直流電壓，從而使得本發(fā)明減少了一組直流電壓環(huán)繞顯示裝置，故有利于顯示裝置的窄邊框趨勢，且有利于外部穩(wěn)壓電容使用。

以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述，但不作為對本發(fā)明的限定。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一種顯示裝置的像素結構的示意圖；

圖2為本發(fā)明的像素結構的電路示意圖；

圖3為本發(fā)明的像素結構于驅動方法的一操作實施例的信號時序示意圖；

圖4為第一時段t1內本發(fā)明的像素結構100中各晶體管的狀態(tài)示意圖；

圖5為第二時段t2內本發(fā)明的像素結構100中各晶體管的狀態(tài)示意圖；

圖6為第三時段t3內本發(fā)明的像素結構100中各晶體管的狀態(tài)示意圖。

具體實施方式

以下各實施例的說明是參考附加的圖式，用以例示本發(fā)明可用以實施的特定實施例。本發(fā)明所提到的方向用語，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「側面」等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本發(fā)明，而非用以限制本發(fā)明。

在以下實施例中，在不同的圖中，相同部分是以相同標號表示。

請參閱圖1，圖1為本發(fā)明的一種顯示裝置的像素結構100的示意圖。本實施例的像素結構100可用于主動式矩陣有機發(fā)光顯示裝置(Active Matrix Organic Light Emitting Display，AMOLED)。有機發(fā)光顯示裝置中可包含多個如圖1所示的像素結構100，用以組成完整的顯示畫面。

如圖1所示，每個像素結構100中包含第一電容C1、輸入單元110、像素驅動單元120、發(fā)光致能單元130、發(fā)光二極管140、補償單元150、第一重置單元160以及第二重置單元170。

第一電容C1具有第一端N1與第二端N2，第一電容C1的第一端N1耦接第一參考電壓。本實施例中，第一參考電壓為系統(tǒng)高電壓OVDD。于實際應用中，第一電容C1可作為像素結構100中的像素儲存電容，用來儲存像素驅動單元120的控制電壓。

輸入單元110用以根據數據信號Vdata、第一參考電壓、第一掃描信號S2及第N級發(fā)光信號EMn輸出第一電壓V1至像素驅動單元120。實際操作中，輸入單元110根據第一掃描信號S2來確定是否傳遞數據信號Vdata作為第一電壓V1至像素驅動單元120，且輸入單元110亦根據第N級發(fā)光信號EMn來確定是否傳遞第一參考電壓作為第一電壓V1至像素驅動單元120。即，當第一掃描信號S2致能時，輸入單元110輸出數據信號Vdata至像素驅動單元120，此時第一電壓V1為數據信號Vdata；而當第N級發(fā)光信號EMn致能時，輸入單元110輸出第一參考電壓至像素驅動單元120，此時第一電壓V1為第一參考電壓。

像素驅動單元130耦接輸入單元110及第一電容C1，其用以根據第一電容C1的第二端N2的電壓與第一電壓V1以提供驅動電流Id。

補償單元150耦接像素驅動單元120及第一電容C1的第二端N2。補償單元150用以根據第一掃描信號S2以控制第一電容C1的第二端N2的電壓。當第一掃描信號S2致能時，補償單元150便可調整第一電容C1的第二端N2的電壓，借此對像素驅動單元120的臨界電壓(threshold voltage)進行補償。

第一重置單元160藉由補償單元150耦接第一電容C1的第二端N2。第一重置單元160用以根據第N+1級發(fā)光信號EMn+1以重置第一電容C1的第二端N2的電壓。需要說明的是，第N+1級發(fā)光信號EMn+1為第N級發(fā)光信號EMn的下一級發(fā)光信號。即，本發(fā)明藉由對應于像素結構100的下一級發(fā)光信號以重置第一電容C1的第二端N2的電壓。

發(fā)光二極管140用以接收第二參考電壓及驅動電流Id。于此實施例中，第二參考電壓可為系統(tǒng)低電壓OVSS。

發(fā)光致能單元130耦接于發(fā)光二極管140與像素驅動單元120之間，發(fā)光致能單元130用以根據第N級發(fā)光信號EMn將驅動電流Id提供至發(fā)光二極管140。

請一并參閱圖2，圖2為本發(fā)明的一實施例中像素結構100的電路示意圖。

如圖2的實施例所示，輸入單元110包含第一晶體管M1及第二晶體管M2。第一晶體管M1的第一端用以接收數據信號Vdata，第一晶體管M1的柵極端用以接收第一掃描信號S2，第一晶體管M1的第二端耦接像素驅動單元120及第二晶體管M2的第二端，第二晶體管M2的第一端用以接收第一參考電壓，第二晶體管M2的柵極端用以接收第N級發(fā)光信號EMn。本實施例中，第一參考電壓為系統(tǒng)高電壓OVDD。第一晶體管M1可在第一掃描信號S2致能時將數據信號Vdata作為第一電壓V1輸出至像素驅動單元120；第二晶體管M2可在第N級發(fā)光信號EMn致能時將第一參考電壓作為第一電壓V1輸出至像素驅動單元120。一般的，第一掃描信號S2與第N級發(fā)光信號Emn不同時致能，故輸入單元110會將數據信號Vdata和第一參考電壓的二者其一作為第一電壓V1輸出至像素驅動單元120。

像素驅動單元120包含第三晶體管M3，像素驅動單元120用以根據第一電容C1的第二端N2的電壓與第一電壓V1以提供驅動電流Id。第三晶體管M3的柵極端耦接第一電容C1的第二端N2，第三晶體管M3的第一端耦接輸入單元110(第一晶體管M1的第二端和第二晶體管M2的第二端)，其用以接收第一電壓V1。第三晶體管M3的第二端用以輸出驅動電流Id。其中，驅動電流Id的大小依第三晶體管M3的導通狀態(tài)而定。一般來說，驅動電流Id的大小可由下列公式(1)得知：

Id＝(1/2)μC(W/L)(Vsg3-|Vth3|)² 公式(1)

其中Vsg3為像素驅動單元120中第三晶體管M3的源極與柵極之間的電壓差，Vth3為第三晶體管M3的臨界電壓(threshold voltage)，W為通道寬度，L為通道長度，C為柵極電容，μ為等效載子移動率。

如圖2的實施例所示，發(fā)光致能單元130包含第四晶體管M4，第四晶體管M4的第一端耦接第三晶體管M3的第二端，第四晶體管M4的柵極端用以接收第N級發(fā)光信號EMn，第四晶體管M4的第二端耦接發(fā)光二極管140的正極，發(fā)光二極管140的負極耦接第二參考電壓，本實施例中，第二參考電壓為系統(tǒng)低電壓OVSS。當第N級發(fā)光信號EMn致能時，第四晶體管M4將驅動電流Id傳遞至發(fā)光二極管140，發(fā)光二極管140發(fā)光。

如圖2的實施例所示，補償單元150包含第五晶體管M5、第六晶體管M6及第七晶體管M7。第五晶體管M5的第一端耦接像素驅動單元120(第三晶體管M3的柵極端)與第一電容C1(第一電容C2的第二端N2)，第五晶體管M5的柵極端用以接收第一掃描信號S2，第五晶體管M5的第二端耦接第六晶體管M6的第一端及第七晶體管M7的第一端，第六晶體管M6的柵極端用以接收第一掃描信號S2，第六晶體管M6的第二端耦接像素驅動單元120(第三晶體管M3的第二端)及發(fā)光致能單元130(第四晶體管M4的第一端)。第七晶體管M7的柵極端用以接收第一掃描信號S2，第七晶體管M7的第二端耦接第一重置單元160。

如圖2的實施例所示，第一重置單元160包含第八晶體管M8。第八晶體管M8的第二端藉由補償單元150(第五晶體管M5及第七晶體管M7)耦接第一電容C1的第二端N2，第八晶體管M8的柵極端耦接第八晶體管M8的第一端，且第八晶體管M8的第一端用以接收第N+1級發(fā)光信號EMn+1。

第二重置單元170包含第九晶體管M9，第九晶體管M9的第二端耦接發(fā)光二極管140的正極，第九晶體管M9的柵極端耦接第九晶體管M9的第一端，且第九晶體管M9的第一端用以接收第一掃描信號S2。

于本發(fā)明文件中還提出一種像素結構的驅動方法，用以驅動如圖1及圖2所示的像素結構100。請一并參閱圖3，其繪示像素結構100于驅動方法的一操作實施例的信號時序示意圖。

如圖2及圖3所示，在于第一時段t1內，驅動方法提供具有第一電平的第N級發(fā)光信號EMn至發(fā)光致能單元130及輸入單元110，提供具第二電平的第一掃描信號S2至輸入單元110、補償單元150及第二重置單元170，以及提供具有第二電平的第N+1級發(fā)光信號EMn+1至第一重置單元160。其中，第二電平異于第一電平。本實施例中，第二電平代表致能狀態(tài)的電壓電平，第一電平代表關閉狀態(tài)的電壓電平。于圖2的實施例中，第一晶體管M1至第九晶體管M9以低壓致能(low enable)的晶體管示例，故相對應地，圖3所示的第一電平為高電平且第二電平為低電平，但本發(fā)明不以此為限；或可改用高壓致能(high enable)的晶體管，可相對應調整第一電平及第二電平的定義，此為本領域技術人員所熟知。

請一并參閱圖4，圖4為第一時段t1內本發(fā)明的像素結構100中各晶體管的狀態(tài)示意圖。于第一時段t1內，通過第N+1級發(fā)光信號EMn+1(處于代表致能狀態(tài)的第二電平)驅動第一重置單元160中的第八晶體管M8導通，同時通過第一掃描信號S2(處于代表致能狀態(tài)的第二電平)使得補償單元150中的第五晶體管M5和第七晶體管M7導通，使得第N+1級發(fā)光信號EMn+1得以經由第七晶體管M7和第五晶體管M5傳遞至第一電容C1的第二端N2，以重置第一電容C1的第二端N2的電壓。與此同時，由于第一掃描信號S2處于致能狀態(tài)，故第九晶體管M9導通，第一掃描信號S2傳遞至發(fā)光二極管140的正極，以重置發(fā)光二極管140的正極的電壓。與此同時，于第一時段t1內，第二電晶體M2以及第四電晶體M4不導通。于此實施例中，第一時段t1對應到像素結構100的重置時段。

如圖2及圖3所示，于第一時段t1后的第二時段t2內，驅動方法將第N+1級發(fā)光信號EMn+1從第二電平切換為第一電平，以關閉第八晶體管M8進而除能(disable)第一重置單元160的重置運作。請一并參閱圖5，圖5為第二時段t2內本發(fā)明的像素結構100中各晶體管的狀態(tài)示意圖。于第二時段t2內，因第一晶體管M1導通，故輸入單元110將數據信號Vdata作為第一電壓V1輸出至像素驅動單元120，使得像素驅動單元120中第二晶體管M2的第一端的電壓為數據信號Vdata。

另一方面，由于第一掃描信號S2處于致能狀態(tài)，故第五晶體管M5、第六晶體管M6及第七晶體管M7導通，從而補償單元150通過像素驅動單元120的輸出(即第三晶體管M3的第二端電壓)控制第一電容C1的第二端N2的電壓(即第三晶體管M3的柵極電壓)，借此對像素驅動單元120中的第三晶體管M3執(zhí)行臨界電壓補償運作。隨著補償單元150對第三晶體管M3的柵極電壓進行補償并達到穩(wěn)定后(通過數據信號Vdata對第三晶體管M3的柵極進行充電，直到第三晶體管M3恰導通)，第三晶體管M3的柵極電壓(第一電容C1的第二端N2的電壓)約等于Vdata-|Vth3|。于此實施例中，第二時段t2對應到像素結構100的補償及數據寫入時段。與此同時，于第二時段t2內，第二晶體管M2、第四晶體管M4以及第八晶體管M8不導通。

如圖2及圖3所示，于第二時段t2后的第三時段t3內，驅動方法將第一掃描信號S2從第二電平切換為第一電平以除能補償單元150的臨界電壓補償運作，并將第N級發(fā)光信號EMn從第一電平切換為第二電平。請一并參閱圖6，圖6為第三時段t3內本發(fā)明的像素結構100中各晶體管的狀態(tài)示意圖。于此實施例中，第三時段t3對應到像素結構100的發(fā)光時段。于第三時段t3內，切換至第二電平的第N級發(fā)光信號EMn驅動輸入單元110中的第二晶體管M2和發(fā)光致能單元130中的第四晶體管M4導通，輸入單元110將第一參考電壓作為第一電壓V1輸出至像素驅動單元120的第三晶體管M3，由于第三晶體管M3處于導通狀態(tài)，其將驅動電流Id傳遞至發(fā)光致能單元130，又由于發(fā)光致能單元130中的第四晶體管M4導通，其繼續(xù)將驅動電流Id傳遞至發(fā)光二極管140，使得發(fā)光二極管140發(fā)光。與此同時，于第三時段t3內，第一晶體管M1、第五晶體管M5、第六晶體管M6、第七晶體管M7及第八晶體管M8不導通。

此時，第三晶體管M3的源極電壓為OVDD，第三晶體管M3的柵極電壓為Vdata-|Vth3|，故第三晶體管M3的源極與柵極之間的電壓差Vsg3＝OVDD-(Vdata-|Vth3|)。

第三時段t3中，驅動電流Id的電流大小可由公式(2)得知：

Id＝(1/2)μC(W/L)(Vsg3--|Vth3|)² 公式(1)

—>Id＝(1/2)μC(W/L)(OVDD-(Vdata-|Vth3|)-|Vth3|)²

—>Id＝(1/2)μC(W/L)(OVDD-Vdata)² 公式(2)

由公式(2)可以看出，通過本實施例的像素結構100及驅動方法，發(fā)光時段中驅動電流Id的電流大小不受驅動晶體管的元件特性(如臨界電壓不同)而影響，從而可提供相對穩(wěn)定的驅動電流。

本發(fā)明的像素結構及其驅動方法，由于對像素驅動單元進行臨界電壓補償運作，使得發(fā)光時段中驅動電流的電流大小不受驅動晶體管的元件特性的影響，從而可提供相對穩(wěn)定的驅動電流。此外，本發(fā)明將下一級發(fā)光信號接成二極管接法(diode connection)以對儲存電容的電壓進行重置，進而不需要額外接入直流電壓，從而使得本發(fā)明減少了一組直流電壓環(huán)繞顯示裝置，故有利于顯示裝置的窄邊框趨勢，且有利于外部穩(wěn)壓電容使用。

藉由以上較佳具體實施例的詳述，是希望能更加清楚描述本發(fā)明的特征與精神，而并非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發(fā)明的保護范圍加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排于本發(fā)明所欲申請的權利要求的保護范圍內。因此，本發(fā)明所申請的權利要求的保護范圍應該根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。