TW202145191A - 使用脈衝寬度調變產生器之畫素電路和顯示裝置 - Google Patents

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Abstract

一種使用脈衝寬度調變產生器之畫素電路和顯示裝置。該畫素電路包含資料鎖存器；及脈衝寬度調變(PWM)產生器，其電性耦接至資料鎖存器，掃描線與計數器；其中，該脈衝寬度調變產生器係依據畫素資料，掃描信號與計數器產生的計數器代碼來產生一脈衝寬度調變(PWM)信號。藉此，可依據PWM信號以電壓及/或電流模式產生畫素信號電性耦接至畫素顯示介質模組相對應的畫素電極，藉由精確地控制電壓及/或電流驅動顯示介質的時間長短，以精準呈現灰階顯示之功能。

Description

使用脈衝寬度調變產生器之畫素電路和顯示裝置
本發明係關於使用脈衝寬度調變產生器之畫素電路與顯示裝置，尤其涉及本發明係關於一種使用脈衝寬度調變產生器之數位驅動畫素電路與顯示裝置。
隨著時代與科技的進步，人們對於視覺顯示與多媒體設備的需求大大增加，也越講究具有輕薄、高對比、高動態、高色彩飽和度、高開口率、大尺寸顯示、低成本、低耗電、高品質及易維修的要求。
目前顯示裝置可分為自發光與非自發光類型。液晶顯示(LCD)當前是最流行的非自發光類型的平面顯示裝置。其藉由控制液晶介質之上、下電極的電壓大小來調控光線通過該液晶介質的光量。如果持續用直流電壓施加於液晶之上、下電極時，容易造成液晶顯示器殘影，並且劣化顯示品質。通常使用交流電壓極性反轉的特性，施加上、下電極交替正極性與負極性的畫素電壓差。一般液晶顯示使用四種反轉驅動方法：幀圖框反轉，行反轉，列反轉與點反轉驅動模式，並結合使用附加的彩色 濾光層、偏光片、一些光學功能片及背光源等，以實現彩色顯示的效果。
自發光平板顯示器可分為場致發射顯示器，離子顯示器，電致發光顯示器，光致發光顯示器，有機發光二極體顯示器等類型。其中有機發光二極體(OLED)係利用高分子發光材料沈積在下電極及上電極層之間，搭配電子與電洞傳導層等，藉由外加電場移動載子，產生電子與電洞載子再結合的現象產生光線顯示。相對地，有機發光二極體顯示器具有廣視角、反應速度快、面板厚度小與無需背光源，可製造大尺寸等特點的顯示裝置。
液晶與有機發光二極體平面顯示裝置通常皆以透明玻璃為基板，然後在該玻璃基板上直接依序形成薄膜電晶體、下電極層、顯示介質層及上電極層等元件。藉由薄膜電晶體控制施於該上電極層及/或下電極層的電壓或電流，改變該顯示介質之狀態達成影像顯示的功能。
在上述顯示裝置，每個畫素電路的薄膜驅動電晶體以提供顯示介質的電壓或電流值的大小來呈現顯示亮度的灰階。顯示裝置中不同的顯示單元，因各自薄膜驅動電晶體的臨界電壓存在一定誤差，薄膜電晶體特性的變化，不容易精確地控制驅動電壓及/或電流值的大小，因此在顯示影像時的畫面會產生顯示灰階差異不一致，以致畫面亮度不均。為了減輕薄膜驅動電晶體特性的變化對顯示器灰階表現的影響，提供一種新型更精確有效的數位驅動畫素電路與顯示裝置，改善顯示器灰階的表現。
本發明實施例提供一種脈衝寬度調變電壓及/或電流驅動的畫素電路，其中包含電性耦接至多條資料線的資料鎖存器，用於接收掃描信號之掃描線，以及電性耦接至資料鎖存器之脈衝寬度調變(PWM)產生器，並依據資料鎖存器的畫素資料，掃描信號與由計數器產生的一計數器代碼用於產生一種脈衝寬度調變PWM信號，藉由精確地控制電壓及/或電流驅動畫素亮度的時間長短，以精準呈現顯示灰階。
本發明實施例再提供一種脈衝寬度調變電壓及/或電流驅動的畫素電路，包含脈衝寬度調變(PWM)產生器，其中PWM產生器電性耦接至用於接收掃描信號的掃描線，用於接收畫素資料的多條資料線，用於接收(PWM)產生器起始信號的起始線，以及電性耦接至用於接收時序信號的時序線，並根據掃描信號，起始信號，時序信號和畫素資料產生一種脈衝寬度調變PWM信號，藉由精確地控制電壓及/或電流驅動畫素亮度的時間長短，以精準地呈現顯示灰階。上述資料鎖存器，各類脈衝寬度調變(PWM)產生器與計數器等，皆是藉由通過一連串的半導體製程(曝光、顯影、蝕刻、擴散、沉積、離子植入、清洗、檢驗等製程步驟)在矽晶片、三五族化合物、玻璃、石英、有機軟性、無機物、金屬、金屬化合物、聚合物與石墨中的至少一種及其上述組合之基板製造而成之電晶體。
本發明另一個實施例提供一種顯示裝置包含：多條資料線；源極驅動器，其電性耦接至多條資料線，並且將畫素資料輸出至多條資料線；多條掃描線；掃描驅動器，其電性耦接至多條掃描線，並且向多個掃描線與多個畫素電路輸出掃描信號及畫素電路包含：電晶體，其電性耦接 至接收畫素資料的相應的資料線與用於接收掃描信號的相應的掃描線，以及鎖存器，其電性耦接至該電晶體，設置為接收與鎖存畫素資料。
為讓上述目的、技術特徵及優點能更明顯易懂，下文係以較佳之實施例配合所附圖式進行詳細說明在閱讀了以下在各個附圖與附圖中示出的優選實施例的詳細說明之後，本發明的這些與其他目的對於本領域的普通技術人員無疑將變得顯而易見。
12PU:畫素單元
100、100A、100B、100(1,1)、100(1,2)、100(1,3)、100(1,4)、100(2,1)、100(2,2)、100(2,3)、100(2,4)、400(1,1)、400(1,2)、400(1,3)、400(2,1)、400(2,2)、400(2,3)、400(3,1)、400(3,2)、400(3,3):畫素電路
102:資料鎖存器
103:數位代碼檢測器
104、104A、104B、318:脈衝寬度調變(PWM)產生器
108、319、404:驅動電路
108A:反相驅動器
108B:電壓-電流轉換驅動器
110:資料比較器
111:反相控制器
112:鎖存器
113:電壓準位位移器
200、300:顯示裝置
210、310、310A:源極驅動器
212、312:移位寄存器
214、314:輸入寄存器
216、316:資料鎖存器
220、320:掃描驅動器
230、330:功率驅動器
317、C1、C2:計數器
CC、CC1、CC2:計數器代碼
CLK:時序信號
CLKL:時序信號線
DMM:顯示介質模組
DMU:顯示介質
DL、DL1、DL2、DL3、DL4:資料線
E1:第一電極
E2:第二電極
Idc:電流源/電流吸收源
INL:反相信號
PMS:脈衝寬度調變(PWM)信號
PS:畫素信號
PD:畫素資料
Q_latch:鎖存信號
QB_latch:反相鎖存信號
RESET_latch:重設置鎖存信號
RSTB:重設信號
RSTBL:重設信號線
SET_latch:設置鎖存信號
SL、SL1、SL2、SL3:掃描線
SS:掃描信號
START:起始信號
STARTL:起始線
STOP:比較器輸出信號(PWM停止信號/數位代碼檢測器停止信號)
VDD:高電壓
VDDH:高電源電壓
VDDL:低電源電壓
Vcom:公共電壓
VN、VP:源極節點
VSS:低電壓
第1圖為本發明較佳實施例畫素電路之示意圖。
第1A圖為本發明較佳實施例第1圖畫素電路之細部示意圖。
第2圖為本發明另一較佳實施例畫素電路之示意圖。
第2A圖為本發明另一較佳實施第2圖畫素電路之細部示意圖。
第3A圖為依據本發明第1圖與第2圖畫素電路之電壓驅動之示意圖。
第3B圖為依據本發明第1圖與第2圖畫素電路之電流驅動之示意圖。
第4A圖為依據本發明第1圖畫素電路圖框週期之操作波形之示意圖。
第4B圖為依據本發明第2圖畫素電路圖框週期之操作波形之示意圖。
第5圖為依據本發明第1A圖畫素電路反轉操作之操作波形之示意圖。。
第6圖為依據本發明較佳實施例顯示裝置之示意圖。
第7A圖為依據本發明較佳實施例第6圖顯示裝置之畫素單元之示意圖。
第7B圖為依據本發明較佳實施例第6圖顯示裝置之另一畫素單元之示意圖。
第8圖為依據本發明另一實施例顯示裝置之示意圖。
第9A圖為依據本發明實施例第8圖顯示裝置的源極驅動器之示意圖。
第9B圖為依據本發明第8圖顯示裝置的源極驅動器另一實施例之示意圖。
以下將以一或多個實施例進一步說明本發明的實施方式惟以下所述一或多個實施例並非用以限制本發明只能在所述的環境、應用、結構、流程或步驟方能實施。於各圖式中，與本發明非直接相關的元件或各圖式中表示相同的部份或具有功能之元件或符號皆已省略。於圖式中，各元件之間的尺寸關係僅為了易於說明本發明，而非用以限制本發明的實際比例。除了特別說明之外，在以下內容中，相同(或相近)的元件符號對應至相同(或相近)的元件。
請參閱第1圖為本發明實施例之畫素電路100A的示意圖。畫素電路100A包含：資料鎖存器102，其電性耦接至多條資料線DL用於接收畫素資料PD與用於接收掃描信號SS之掃描線SL，及脈衝寬度調變(PWM)產生器104A，其電性耦接至資料鎖存器102，掃描線SL與計數器C1，並依據畫素資料PD，掃描信號SS與計數器產生之計數器代碼CC1，產生脈衝寬度調變(PWM)信號PMS。資料鎖存器102依據掃描信號SS控制畫素資料PD的傳輸。該計數器C1可以依據時序信號CLK產生計數器代碼CC1，也可以接收重設信號RSTB以開始計數週期。PWM產生器104A如果具有足夠的驅動能力來完全控制較小負載畫素電極的顯示狀態，則PWM產生的脈衝寬 度調變信號PMS可直接電性耦接至畫素顯示介質模組DMM。畫素電路100A可包含：驅動電路108來產生畫素信號PS增加驅動能力，以控制比較大的負載畫素電極E1(參閱第7A/7B圖)的顯示狀態，驅動電路108電性耦接PWM產生器104A可以是CMOS(互補金屬氧化物半導體)，N型及/或P型MOS(金屬氧化物半導體)電晶體中的至少一種及其上述組合之電晶體驅動電路，並可依據PWM信號PMS，選擇以電壓及/或電流模式產生畫素信號PS電性耦接至畫素顯示介質模組DMM的畫素電極E1。驅動電路108可依據顯示介質模組DMM中的顯示介質特性；選擇用電壓模式例如液晶顯示介質或電壓轉電流的模式，例如有機發光二極體OLED，以輸出畫素信號PS去電性耦接至顯示介質模組DMM的畫素電極，藉由精確地控制電壓及/或電流值的大小，以驅動顯示介質時間長短，精準地呈現顯示灰階之功能。
請參閱第1A圖為本發明實施例第1圖畫素電路100A之細部示意圖。脈衝寬度調變PWM產生器104A包含：資料比較器110，反相控制器111，鎖存器112和電壓準位位移器113。電源電壓用於資料鎖存器102、計數器C1、資料比較器110、反相控制器111與鎖存器112等的是低電源電壓VDDL，而電壓準位位移器113的電源電壓是高電源電壓VDDH。計數器C1電性耦接到用於接收重設信號RSTB的重設信號線RSTBL和用於接收時序信號CLK的時序信號線CLKL，根據重設信號RSTB和時序信號CLK產生計數器代碼CC1，計數器代碼CC1可持續遞增計數或遞減計數，例如CC1_0為“0000000000”、CC1_1為“0000000001”...、CC1_256為“0100000000”...、CC1_512“1000000000”...、CC1_1023為“1111111111”，但非僅限於此。實施例畫素電路100A中反相控制器111 可選擇性應用於行，列和點反轉圖框模式下驅動液晶顯示器。資料比較器110包含：電性耦接到資料鎖存器102以接收畫素資料PD的第一輸入節點，電性耦接到計數器C1以接收計數器代碼CC1的第二輸入節點及用於輸出PWM停止信號STOP的輸出節點。反相控制器111包含：電性耦接到掃描線SL以接收掃描信號SS的第一輸入節點，電性耦接到資料比較器110以接收PWM停止信號STOP的第二輸入節點，第一輸出節點用於輸出設置鎖存信號SET_latch及第二輸出節點用於輸出重設置鎖存信號RESET_latch。鎖存器112包含：輸入設置節點，電性耦接到反相控制器111以接收設置鎖存信號SET_latch以啟動脈衝寬度調變PWM信號PMS；輸入重設置節點，其電性耦接到反相控制器111以接收重設置鎖存信號RESET_latch以終止脈衝寬度調變PWM信號PMS。輸出節點Q用於將鎖存信號Q_latch輸出到電壓準位位移器113的非反相輸入節點，第二輸出節點QB用於將反相鎖存信號QB_latch輸出到電壓準位位移器113的反相輸入節點。鎖存信號Q_latch是PWM信號，並且反相鎖存信號是反相PWM信號。如果鎖存信號Q_latch的電壓電位足夠大到完全控制畫素電極的狀態，則輸出節點Q可以直接電性耦接至畫素顯示介質模組DMM(未繪圖示)，或者是選擇電壓準位位移器113，從低電源電壓VDDL電源電壓位移至高電源電壓VDDH電源電壓增加負載的電壓準位驅動能力，以控制顯示介質模組DMM比較大的負載畫素電極E1(參閱第7A/7B圖)的顯示狀態。其他數位電路只要包含有設置信號SET_SIGNAL來啟動PWM信號和重設置信號RESET_SIGNAL來終止PWM信號，都可用於產生PWM輸出信號PMS的寬度，並非僅限只能使用鎖存器112，來產生PWM輸出信號PMS的寬度。電壓準位位移器113包含：電性耦 接至鎖存器112以接收鎖存信號Q_latch的同相輸入節點，電性耦接至鎖存器112以接收反相鎖存器信號QB_latch的反相輸入節點，以及電性耦接至驅動電路108電壓輸出節點，用於增加輸出PWM信號PMS的電壓準位。
請參閱第2圖，為本發明另一實施例之畫素電路100B的示意圖。畫素電路100B包含：脈衝寬度調變(PWM)產生器104B，其中PWM產生器104B包含：電性耦接至用於接收掃描信號SS的掃描線SL，用於接收畫素資料PD的多條資料線DL，用於接收(PWM)產生器起始信號START的起始線STARTL，以及電性耦接至用於接收時序信號CLK的時序線CLKL，並根據掃描信號SS，起始信號START，時序信號CLK和畫素資料PD產生一種脈衝寬度調變PWM信號PMS，藉由精確地控制電壓及/或電流值的大小，以驅動顯示介質時間長短，精準地呈現顯示灰階之功能。PWM產生器104B如果具有足夠的驅動能力來完全控制較小負載畫素電極的顯示狀態，則PWM產生的脈衝寬度調變信號PMS可直接電性耦接至畫素顯示介質模組DMM(參閱第7A/7B圖)。其中，畫素電路100B可包含：驅動電路108，驅動電路108電性耦接至PWM產生器104B並可依據PWM信號PMS以電壓及/或電流模式產生畫素信號PS電性耦接至畫素顯示介質模組DMM的畫素電極(如前述第1圖之操作方式)。
請參閱第2A圖是本發明另一實施例第2圖之畫素電路100B的細部示意圖。PWM產生器104B包含：計數器C2，數位代碼檢測器103，反相控制器111，鎖存器112和電壓準位位移器113。計數器C2包括：電性耦接到用於接收時序信號CLK的時序信號線CLKL相連的節點、用於接收起始信號START的起始信號線STARTL相連的節點、用於接收畫素資料PD的多 條資料線DL相連的節點，以及用於根據畫素資料PD和時序信號CLK產生計數器代碼CC2的輸出節點。計數器C2可持續遞增計數或遞減計數。例如，計數器代碼CC2持續遞增CC2_0為“0000000000”、CC2_1為“0000000001”...、CC2_256為“0100000000”...、CC2_512“1000000000”...、CC2_1023為“1111111111”但非僅限於此。數位代碼檢測器103包括：電性耦接到用於接收代碼檢測的計數器代碼CC2的多個節點，以及用於根據計數器CC2生成PWM停止信號STOP的輸出節點。例如，畫素資料PD是10個位元資料，二進制位元為“0100000000”，以十進制位元表示為256，將二進制位元的畫素資料PD加載到計數器，然後將計數器代碼CC2從256向下計數到0。當計數器代碼CC2減為至0，將在數位代碼檢測器103中產生PWM停止信號STOP於輸出節點。其中，反相控制器111電性耦接至數位代碼檢測器103以接收PWM停止信號STOP作為第二輸入節點之外，其他的連線與操作方式與上述反相控制器111功能相同。而鎖存器112和電壓準位位移器113的連線與操作方式與皆上述第1A圖相同，省略重複說明。
請參閱第3A圖是本發明第1圖和第2圖實施例的畫素電路100A和100B電壓驅動電路之示意圖。驅動電路108包含：用於控制PWM信號的傳輸的CMOS(互補金屬氧化物半導體)反相驅動器108A，產生畫素信號PS電性耦接至畫素顯示介質模組DMM的畫素電極，但是並非僅限於此，更可包含N型或P型MOS(金屬氧化物半導體)電晶體中的至少一種及其上述組合之驅動電路。CMOS反相器的PMOS電晶體的源極節點VP由高電源電壓VDDH或公共電壓Vcom驅動，且反相器的NMOS電晶體的源極節點 VN由公共電壓Vcom或低電壓VSS驅動。公共電壓Vcom可以是高電源電壓VDDH和低壓VSS的平均值。例如，高電源電壓VDDH可以是5V。低壓VSS可以為0V，公共電壓Vcom可以為2.5V。
請參閱第3B圖是本發明第1圖和第2圖實施例的畫素電路100A和100B之電流驅動電路之示意圖。驅動電路108包含：電壓-電流轉換驅動器108B用電流源/電流吸收源Idc和開關，以將PWM電壓信號轉換為電流畫素信號PS電性耦接至畫素顯示介質模組DMM，但是並非僅限於此，更可包含N型或P型MOS(金屬氧化物半導體)電晶體中的至少一種及其上述組合之驅動電路。
請參閱第4A圖是本發明第1圖畫素電路100A實施例的兩幀圖框週期之操作波形之示意圖。該實施例中，輸入畫素資料PD是10個位元資料為例，例如二進制位元為“0100000000”，以十進制位元表示為256。在第一幀圖框週期與第二幀圖框週期，該輸入畫素資料PD分別是“0100000000”十進制位元表示為256與“1000000000”十進制位元表示為512。在時間t0，計數器C1接收低脈衝重設信號RSTB以重設計數器代碼CC1並開始第一幀圖框的操作計數週期。資料鎖存器102在從t0至t1的期間接收脈衝掃描信號SS接開始收畫素資料PD，並且鎖存畫素資料直至t3的時刻，直到接收到下一個脈衝掃描信號SS。脈衝掃描信號SS也發送至PWM產生器104A，在時間t0開始PWM脈衝信號PMS拉至高電壓VDD，該驅動電路108也將相應的顯示畫素信號PS驅動至高電壓VDD。整個計數週期中，計數器C1可持續遞增計數或遞減計數，例如計數器代碼CC1繼續遞增CC1_0為“0000000000”、CC1_1為“0000000001”...、CC1_256為 “0100000000”...、CC1_512“1000000000”...、CC1_1023為“1111111111”。在時間t2，該計數器代碼CC1與畫素資料PD匹配時(在第一幀圖框週期的例子為256)，PWM產生器104A結束該PWM脈衝，並將PWM信號PMS從高電壓VDD拉至低電壓VSS。低壓VSS發送至驅動電路108，然後驅動電路108以電壓模式或者是電壓轉電流模式輸出畫素信號PS，將相應的顯示畫素驅動至低壓VSS。如第4A圖所示，PWM脈衝的寬度是從t0至t2的時間段。在時間t3，該計數器C1接收另一個低脈衝重設信號RSTB以重設該計數器C1，並開始另一幀圖框的另一個計數週期。資料鎖存器102在從t3至t4的期間接收新的下一個畫素資料PD，並且鎖存畫素資料直至t6的時刻，直到接收到下一個脈衝掃描信號SS。資料鎖存器102將下一個新的畫素資料PD發送至PWM產生器104A。脈衝掃描信號SS也在時間t3發送至PWM產生器104A，以啟動該PWM脈衝信號PMS拉至高電壓VDD，該驅動電路108也將相應的顯示畫素信號PS驅動至高電壓VDD。整個計數週期中，計數器代碼CC1如上所述繼續遞增。在時間t5，當計數器代碼CC與畫素資料PD匹配時(在第二幀圖框週期的例子為512)，PWM產生器104A結束PWM脈衝並將PWM信號PMS從高電壓VDD拉至低電壓VSS，低壓VSS發送至驅動電路108，然後驅動電路108以電壓模式或者是電壓轉電流模式輸出畫素信號PS，將相應的顯示畫素驅動至低壓VSS。如圖4A所示，該PWM脈衝的寬度是從t3至t5的時間段。在時間t6，計數器C1接收另一個低脈衝重設信號RSTB以重置計數器C1，並開始另一個計數週期。該操作如前所述重複循環計數週期。
在第4A圖的實施例中的操作波形圖，PWM信號PMS的全脈 衝週期是從時間t0至時間t3，然後是從時間t3至時間t6，每個全脈衝週期是1024個單位。第一幀圖框週期的例子PWM脈衝寬度是從時間t0至時間t2，該例的脈衝寬度是256個單位，第二幀圖框週期的例子是從時間t3至時間t5，該例的脈衝寬度是512個單位。在該實施例中，一個單元可以代表時序信號CLK中的一個時序週期，因此1024個單元可以是1024個時序週期。每一個時序寬度可以轉換為一個畫素灰階，或是多個時序寬度可以轉換為一個畫素灰階，但非僅限於此。可以將256個單位的時序寬度當作為相對較暗的灰階畫素(較低的畫素亮度)，而將768個單位的時序寬度當作為相對較亮的灰階畫素(較高的畫素亮度)，反之亦然。
請參閱第4B圖是本發明第2圖畫素電路100B實施例的兩幀圖框週期之操作波形示意圖。在第一幀圖框時段和第二幀圖框時段期間，輸入畫素資料PD分別是“0100000000”和“1000000000”。在時間t0，PWM產生器104B接收啟動信號START以啟動PWM脈衝信號PMS併計數第一幀圖框操作的圖框週期。該驅動電路108將相應的顯示畫素驅動拉至高電壓VDD。在t0到t1的時間段期間，PWM產生器104B接收掃描信號SS，然後加載畫素資料PD以確定PWM脈衝的寬度。在時間t2，當時序週期由PWM產生器104B計數並與畫素資料PD匹配時(在第一幀圖框週期的例子為256)，PWM產生器104B結束PWM脈衝並將PWM信號PMS從高電壓VDD拉至低電壓VSS。低壓VSS發送至驅動電路108，然後驅動電路108以電壓模式或者是電壓轉電流模式輸出畫素信號PS，將相應的顯示畫素驅動至低壓VSS。如第4B圖所示，PWM脈衝寬度和畫素信號PS的寬度是從t0到t2的時間段。在時間t3，PWM產生器104B接收另一啟動信號START以啟動PWM脈衝信號 PMS，並開始產生用於另一幀圖框操作的另一PWM信號。以下情形與上述之第一幀圖框週期PWM相似。PWM生成器104B在從t3到t4的時間段期間接收新的畫素資料PD。PWM產生器104B在時間t3開始PWM脈衝，並且驅動電路108將相應的顯示裝置驅動到高電壓VDD。在時間t5，當時鐘週期由PWM產生器104B計數並與畫素資料PD匹配時(在第二幀圖框週期的例子為512)，PWM產生器104B結束PWM脈衝並將PWM信號PMS從高電壓VDD拉至低電壓VSS。低壓VSS發送至驅動電路108，然後驅動電路108以電壓模式或者是電壓轉電流模式輸出畫素信號PS，將相應的顯示畫素驅動至低壓VSS。如第4B圖所示，PWM脈衝寬度和畫素信號PS的寬度是從t3到t5的時段。在時間t6，PWM產生器104B接收另一個啟動信號START以啟動PWM脈衝信號PMS，並開始另一個PWM產生週期，該操作如前所述重複循環計數週期。
請參閱第5圖是本發明第1A圖畫素電路100A另一實施例兩幀圖框週期之操作波形示意圖。在從t0到t4的第一幀圖框週期內，反相信號INV為低電平，畫素電路100A執行負極性驅動操作；在從t5到t8的第二幀圖框週期內，反相信號INV為高電平，畫素電路100A執行正極性驅動操作。在負極性驅動操作期間，驅動電路108的PMOS電晶體的源極節點VP由公共電壓Vcom驅動，驅動電路108的NMOS電晶體的源極節點VN由低壓VSS驅動，並且在正極性驅動操作期間，驅動電路108的PMOS電晶體的源極節點VP由高電源電壓VDDH驅動，驅動電路108的NMOS電晶體的源極節點VN由公共電壓Vcom驅動。在本實施例中，輸入畫素資料PD為10個位元資料，例如“0100000000”為二進制，十進制為256。在時間t0，計數器C1接收 低脈衝重設信號RSTB以重設計數器代碼CC1並開始第一幀圖框驅動操作的計數週期。在從t0到t1的時間段期間，脈衝掃描信號SS被發送到資料鎖存器102。當反相信號INL為VSS時，在從t0到t1的時間段，脈衝掃描信號SS也通過反相控制器111被發送到鎖存器112的設置鎖存節點Set_Latch。鎖存器112在輸出節點Q處輸出低電源電壓VDDL，並且在輸出節點QB處輸出低電壓VSS。電壓準位位移器113的同相輸入節點和反相輸入節點分別接收低電源電壓VDDL和低電壓信號VSS。電壓準位位移器113將輸出信號PMS從低電壓VSS升壓至高電源電壓VDDH。因為驅動電路108根據PWM信號PMS輸出畫素信號PS，畫素信號PS然後將在時間t0從公共電壓Vcom被拉至低電壓VSS以用於負極性驅動。資料鎖存器102在從t0到t1的時間段期間接收畫素資料PD，並且鎖存畫素資料直到在t4的時刻接收到下一個脈衝掃描信號SS。資料鎖存器102將畫素資料PD發送到數據比較器110。
在時間t2，當計數器代碼CC1與畫素資料PD匹配時(在第一幀圖框週期的例子為256)，資料比較器110在時間t2至t3之間的比較器輸出寬度信號STOP脈衝。如第5圖所示，資料比較器110在時間t2將比較器信號STOP從低電壓VSS拉至低電源電壓VDDL，並且在時間t3將比較器信號STOP從低電源電壓VDDL拉回至低電壓VSS。比較器信號STOP脈衝被發送到鎖存器112的重設置節點。鎖存器112將輸出節點Q重設置為低電壓VSS，並且將輸出節點QB上拉至低電源電壓VDDL。電壓準位位移器113的同相輸入節點和反相輸入節點分別接收低電壓VSS和低電源電壓VDDL。電壓準位位移器113將輸出信號PMS從高電電源壓VDDH拉至低電壓VSS。驅動電路108在時間t2將輸出信號PS從低電壓VSS拉至公共電壓Vcom以進行負極性 驅動。t0到t2的時間段是負極性驅動操作的PWM寬度時間。在此期間，驅動電壓PS為低電壓VSS。
在時間t4，計數器C1接收另一個低脈衝重設信號RSTB以重設計數器C1並開始用於另一幀圖框週期驅動操作。在從t4到t5的時間段期間，脈衝掃描信號SS被發送到資料鎖存器102。當反相信號INL是VDDL時，在從t4到t5的時間段，脈衝掃描信號SS也通過反相控制器111被發送到鎖存器112的重設置節點。鎖存器112在輸出節點Q處輸出低信號VSS，並且在輸出節點QB處輸出低電源電壓VDDL。由於電壓準位位移器113的非反相輸入節點和反相輸入節點分別接收低電壓VSS和低電源電壓VDDL，因此電壓準位位移器113將輸出信號PMS保持在低電壓VSS。驅動電路108的PMOS電晶體仍然導通，但是PMOS電晶體的源極節點VP由高電源電壓VDDH驅動。因此，畫素信號PS然後將在時間t4被上拉至高電源電壓VDDH以用於正極性驅動操作。資料鎖存器102在從t4到t5的時段期間接收像素數據PD，並且鎖存畫素資料PD直到接收到下一個脈衝掃描信號SS。資料鎖存器102將畫素資料PD發送到資料比較器110。在時間t6，當計數器代碼CC1匹配畫素資料PD(在第二幀圖框週期的例子為256)時，資料比較器110在t6至t7之間的時間輸出比較器信號STOP脈衝。如第5圖所示，資料比較器110在時間t6將比較器信號STOP從低電壓VSS拉至低電源電壓VDDL，並在時間t7將比較器信號STOP從低電源電壓VDDL拉至低電壓VSS。比較器信號STOP脈衝被發送到鎖存器112的設置節點。鎖存器112將輸出節點Q設置為低電源電壓VDDL，並且將輸出節點QB下拉為電壓VSS。電壓準位位移器113的非反相輸入節點和反相輸入節點分別接收低電源電壓VDDL和低電壓VSS。電壓準 位位移器113將輸出信號PMS從低電壓VSS拉至高電源電壓VDDH。驅動電路108在時間t6將輸出信號PS從高電源電壓VDDH拉至公共電壓Vcom以進行正極性驅動。t4至t6的時間段是用於正極性驅動操作的PWM時間。在該時段期間，驅動電壓PS是高電源電壓VDDH。以下與先前的計數週期相似。在時間t8，計數器C1接收另一個低脈衝重設信號RSTB以重設計數器C1並開始另一個計數週期。如前所述重複該操作。
在圖第5圖的實施例中，畫素信號PS的脈衝週期是從時間t0到時間t4，然後是從時間t4到時間t8，每個脈衝週期是1024個單位。脈衝寬度是從時間t0到時間t2以及從時間t4到時間t6，每個脈衝寬度是256個單位。在本實施例中，一個單元可以代表時序信號CLK中的一個時序週期，因此1024個單元可以是1024個時序週期。每一個時序寬度可以轉換為一個畫素灰階，或是多個時序寬度可以轉換為一個畫素灰階，但非僅限於此。儘管在該實施例中，兩個計數週期的畫素數據相同，但是在一些其他實施例中，對於不同的計數週期，畫素資料可以不同。例如，第一幀圖框週期內可以將256個單位的時序寬度當作為相對較暗的灰階畫素(較低的畫素亮度)，而第二幀圖框週期內可以將768個單位的時序寬度當作為相對較亮的灰階畫素(較高的畫素亮度)，反之亦然。
請參閱第6圖是本發明包含第1圖畫素電路100A與第2圖畫素電路100B示例性顯示裝置200之示意圖。顯示裝置200包含多條資料線DL1至DL4，多條掃描線SL1至SL2，掃描驅動器220，源極驅動器210，功率驅動器230，多個畫素電路100(1,1)至100(2，4)與多個計數器C1至C2。源極驅動器210電性耦接至該多條資料線DL1至DL4，設置為將畫素資 料PD輸出至多條資料線DL1至DL4。掃描驅動器220電性耦接至多條掃描線SL1至SL2，設置為輸出掃描信號SS至多條掃描線SL1至SL2。多個計數器C1至C2設置為產生多個計數器代碼CC1與CC2。每個畫素電路100控制該顯示裝置200上的一個畫素單元的亮度。
功率驅動器230電性耦接至多個畫素電路100(1，1)至100(2，4)的驅動電路108。功率驅動器230設置為向多個畫素電路100A(1，1)至100A(2，4)的驅動電路108提供高電源電壓VDDH，公共電壓Vcom與低電壓VSS。源極驅動器210包含：多個移位寄存器212，對時序信號CLK進行移位；多個輸入寄存器214，其電性耦接至該移位寄存器212，依據時序信號CLK接收圖像資料；及多個資料鎖存器216，其電性耦接至該輸入寄存器214，依據載入信號鎖存從輸入寄存器214接收之圖像資料。
請參閱第7A圖是本發明第6圖顯示裝置200實施例的畫素單元12PU之剖面示意圖。畫素單元12PU包含：顯示介質模組DMM與畫素電路100。畫素單元之畫素電路100是為先行製作完成後、再與該畫素單元12PU的顯示介質模組DMM組裝成完成畫素單元12PU。換言之，並非是在該顯示介質模組DMM的某一部分上直接地製作完成畫素電路100，而是畫素電路100於另一個基板上先行分開製作完成；因此，該畫素電路100的製程條件不會被該顯示介質模組DMM的基板特性(例如；基板材料耐熱性質)所限制。該畫素電路100基板，因而可以更富彈性地整合其他功能性元件電晶體：例如：觸控感測功能元件、影像擷取功能元件、記憶體功能元件、控制功能元件、無線通訊功能元件、自發光功能元件、被動元件(電感、電阻、電容或其組合者)及光伏功能元件之其中一者的電晶體(但非僅限於 此)於該畫素電路100基板上。更可以針對畫素電路100上之電晶體特性作最佳化，以提高電晶體之均勻性、功能、降低製造成本及生產時程等，達成高效能的顯示裝置。顯示介質模組DMM包含：第一電極E1，第二電極E2與顯示介質DMU由畫素電路100進行電壓或電流之調變控制。第一電極E1與第二電極E2彼此相分隔，而顯示介質DMU設置於第一電極E1(畫素電極)與第二電極E2(公共電極或參考電極)之間。畫素信號PMS可選擇經由脈衝寬度調變(PWM)產生器104A或104B輸出節點直接電性耦接到較小負載的第一電極E1(畫素電極)，或者經由驅動電路108以電壓或電流驅動模式輸出畫素信號PS節點，電性耦接至顯示介質模組DMM的第一電極E1(畫素電極)。
請參閱第7B圖是本發明第6圖顯示裝置200實施例另一畫素單元12PU之剖面示意圖。畫素單元12PU包含：顯示介質模組DMM與畫素電路100。畫素單元12PU之的顯示介質模組DMM是直接於該畫素電路100同一基板上先後依製造步驟完成製作、相對於第7A圖，該畫素單元12PU是屬於一體成型的。換言之，該顯示介質模組DMM所有組成材料是直接地於畫素電路100基板上先後依製造步驟完成連續製造。該畫素電路100基板也可以更富彈性地整合其他功能性元件電晶體：例如：觸控感測功能元件、影像擷取功能元件、記憶體功能元件、控制功能元件、無線通訊功能元件、自發光功能元件、被動元件(電感、電阻、電容或其組合者)及光伏功能元件之其中一者的電晶體(但非僅限於此)於該畫素電路100基板上。更可以針對畫素電路100上之電晶體特性作最佳化，以提高電晶體之均勻性和功能、降低製造成本及生產時程等，達成高效能的顯示裝置。顯示介質模組DMM 包含：第一電極E1，第二電極E2與顯示介質DMU，由畫素電路100進行電壓或電流調變。第一電極E1與第二電極E2彼此相分隔，而顯示介質DMU設置於第一電極E1(畫素電極)與第二電極E2(公共電極或參考電極)之間。畫素信號可選擇經由脈衝寬度調變(PWM)產生器104A或104B輸出節點PMS直接電性耦接到較小負載的第一電極E1(畫素電極)，或者經由驅動電路108電壓或電流驅動模式的輸出節點PS電性耦接至顯示介質模組DMM的第一電極E1(參閱第7A/7B圖)。
第7A圖與第7B圖之顯示介質DMU包含：自發光介質材料、非自發光介質材料、濾光材料、導電材料、絕緣材料、光吸收材料、光反射材料、光折射材料、偏光材料及光漫射材料之至少其中一者。其中，非自發光介質材料可以包含電泳材料，電流體材料，液晶材料，微機電反射材料，電潤濕材料，電墨水材料，磁流體材料，電致變色材料，電致變色材料與熱致變色材料中之至少其中一者。自發光介質材料包含電致發光材料，光致發光材料，陰極發光材料，場致發光材料，磷光材料，熒光材料與發光二極體材料中的至少一種材料，用於產生白色，綠色，藍色，橙色，靛藍，紫色與黃色或其組合者。
請參閱第8圖是本發明另一實施例顯示裝置300之示意圖。顯示裝置300包含：多條資料線DL1至DL3，源極驅動器310電性耦接至資料線DL1至DL3將畫素資料PD輸出至資料線DL1至DL3，多條掃描線SL1至SL3，掃描驅動器320電性耦接至掃描線SL1至SL3，輸出掃描信號SS至掃描線SL1至SL3與多個畫素電路400(1，1)至400(3，3)。每個畫素電路400(1，1)至400(3，3)包含：電晶體401，其電性耦接至接收畫素資料PD 的相應資料線DL與接收掃描信號SS的相應掃描線SL，及鎖存器402(可為基本的電容、NAND邏輯閘、NOR邏輯閘、暫存器、記憶元件或其他數位電路其中之一者或其組合(但非僅限於此))電性耦接至電晶體401，用於接收與鎖存畫素資料PD。畫素電路400(1，1)至400(3，3)可包含電性耦接至資料鎖存器402的驅動電路404，依畫素資料PD產生畫素信號PS。在該實施例中，該驅動電路404可以是CMOS(互補金屬氧化物半導體)，N型及/或P型MOS(金屬氧化物半導體)電晶體中的至少一種及其上述組合之驅動電路。顯示設備300進一步包含功率驅動器330，功率驅動器330電性耦接至畫素電路400(1，1)至400(3，3)的驅動電路404，用於提供高電源電壓VDDH，公共電壓Vcom與低電壓VSS至驅動電路404。公共電壓Vcom可以是高電源電壓VDDH與低電壓VSS的平均值。
請參閱第9A圖是本發明第8圖的源極驅動器310的示意圖。源極驅動器310包含：多個移位寄存器312，多個輸入寄存器314，多個資料鎖存器316，計數器317，多個脈衝寬度調變(PWM)產生器318及多個驅動電路319(可選擇的)。移位寄存器312用於接收移位時序信號CLK。輸入寄存器314電性耦接至移位寄存器312，依據時序信號CLK接收圖像資料。資料鎖存器316電性耦接至輸入寄存器314，依據載入信號鎖存從輸入寄存器314接收的圖像資料。計數器317產生計數器代碼CC。PWM產生器318電性耦接至資料鎖存器316與計數器317，依據圖像資料與計數器代碼CC，用以產生PWM信號。驅動電路319電性耦接至PWM產生器318與資料線DL1至DL3，依據PWM信號產生畫素資料PD。如果源極驅動器310不包含多個驅動電路319，則PWM產生器318將依據圖像資料與計數碼CC產生畫素資料PD。類似 於第7A圖中的畫素電路100，畫素電路400(1,1)至400(3,3)也可以將畫素信號PS輸出至第7A圖中的顯示介質模DMM的第一電極E1。畫素電路400(1，1)至400(3，3)可依據第4A圖至第5圖類似的操作波形圖來驅動畫素單元12PU。
請參閱第9B圖是本發明第8圖的源極驅動器310的另一實施例示意圖。源極驅動器310A包含：多個移位寄存器312，多個輸入寄存器314，多個資料鎖存器316，多個脈衝寬度調變(PWM)產生器318包含：計數器，數位代碼檢測器和用於接收起始信號START的起始信號線STARTL；計數器可以是遞增計數器或遞減計數器，計數器如果是遞增計數器，則計數器代碼CC遞增；數位代碼檢測器包括電性耦接到用於代碼檢測的計數器代碼CC的多個節點，以及根據計數器CC生成PWM停止信號STOP的輸出節點及多個驅動電路319(可選擇的)。移位寄存器312用於接收移位時序信號CLK。輸入寄存器314電性耦接至移位寄存器312，依據時序信號CLK接收圖像資料。資料鎖存器316電性耦接至輸入寄存器314，依據一載入信號鎖存從輸入寄存器314接收的圖像資料。PWM產生器318電性耦接至資料鎖存器316，依據圖像資料與(PWM)產生器起始信號START的起始線STARTL，用以產生PWM信號。驅動電路319電性耦接至PWM產生器318與資料線DL1至DL3，依據PWM信號產生畫素資料PD。如果源極驅動器310不包含多個驅動電路319，則PWM產生器318將依據圖像資料與計數碼CC產生畫素資料PD。類似於第7A圖中的畫素電路100，畫素電路400(1,1)至400(3,3)也可以將畫素信號PS輸出至第7A圖中的顯示介質模DMM的第一電極E1。畫素電路400(1，1)至400(3，3)可依據第4A圖至第5圖類似的操作波形圖 來驅動畫素單元12PU。
綜上所述，實施例提供了一種新型的畫素電路與顯示裝置。通過使用數位電子元件與數位信號的操作與控制，可以大大提升顯示裝置灰階與亮度控制的精準度。
以上說明了依據本發明之各實施例的畫素電路及顯示裝置的技術內容，而上述內容並非用以限制本發明之保護範疇。本發明所屬技術領域中具有通常知識者可輕易完成的改變或均等性的安排都落於本發明的範圍內。本發明的範圍以申請專利範圍為準。
100A:畫素電路
102:資料鎖存器
104A:脈衝寬度調變(PWM)產生器
108:驅動電路
C1:計數器
CC1:計數器代碼
CLK:時序信號
DL:資料線
DMM:顯示介質模組
PMS:脈衝寬度調變(PWM)信號
PS:畫素信號
PD:畫素資料
RSTB:重設信號
SL:掃描線
SS:掃描信號

Claims (13)

  1. 一種畫素電路，包含：
    一資料鎖存器，其電性耦接至接收畫素資料之一資料線與用於接收掃描信號之一掃描線；及
    一脈衝寬度調變(PWM)產生器，其電性耦接至該資料鎖存器，該掃描線與一計數器；
    其中，該脈衝寬度調變(PWM)產生器係依據該畫素資料，該掃描信號與該計數器產生的一計數器代碼來產生一脈衝寬度調變(PWM)信號。
  2. 一種畫素單元，包含：
    如請求項1所述之該畫素電路；
    一驅動電路，其電性耦接至該畫素電路的該脈衝寬度調變PWM產生器，係依據該PWM信號產生一畫素信號；及
    一顯示介質模組，其包含一第一電極，一第二電極與一顯示介質；
    其中，該第一電極與該第二電極相分隔，而該顯示介質設置於該第一電極與該第二電極之間；及
    其中，該脈衝寬度調變(PWM)信號係電性直接耦接或藉由該驅動電路依據該PWM信號產生的該畫素信號電性耦接至該第一電極。
  3. 一種畫素電路，包含：
    一脈衝寬度調變(PWM)產生器，其包含：
    一掃描線，其電性耦接至用於接收掃描信號之該掃描線；及
    一計數器，其電性耦接至用於接收畫素資料之多條資料線，用於接收該脈衝寬度調變(PWM)產生器起始信號之一起始線與用於接收時序信號之一時序線來產生的一計數器代碼；及
    其中，該脈衝寬度調變(PWM)產生器，係依據該掃描線與該計數器產生的該計數器代碼來產生一脈衝寬度調變(PWM)信號。
  4. 一種畫素單元，包含：
    如請求項3所述之該畫素電路；
    一驅動電路，其電性耦接至該畫素電路的該脈衝寬度調變PWM產生器，係依據該PWM信號產生一畫素信號；及
    一顯示介質模組，其包含一第一電極，一第二電極與一顯示介質；
    其中，該第一電極與該第二電極相分隔，而該顯示介質設置於該第一電極與該第二電極之間；及
    其中，該脈衝寬度調變(PWM)信號係電性直接耦接或藉由該驅動電路依據該PWM信號產生該畫素信號電性耦接至該第一電極。
  5. 一種顯示裝置，包含：
    多條資料線；
    一源極驅動器，電性耦接至該多條資料線，並設置為將畫素資料輸出至該多條資料線；
    多條掃描線；
    一掃描驅動器，電性耦接至該多條掃描線，並設置為將掃描信號輸出至該掃描線；
    多個計數器，設置為產生多個計數器代碼；及
    多個畫素單元，每個畫素單元如請求項2或4所述之該畫素單元。
  6. 如請求項5所述之該顯示裝置，其中，該源極驅動器包含：
    多個移位寄存器，其係設置至一移位時序信號；
    多個輸入寄存器，電性耦接至該移位寄存器，並依據該時序信號接 收圖像資料；及
    多個資料鎖存器，電性耦接至該輸入寄存器，並依據一載入信號鎖存從該輸入寄存器接收之該圖像資料。
  7. 一種顯示裝置，包含：
    多條資料線；
    一源極驅動器，電性耦接至該多條資料線，並設置為將畫素資料輸出至該多條資料線；
    多條掃描線；
    一掃描驅動器，電性耦接至該多條掃描線，並設置為將畫素資料輸出至該掃描信號；及
    多個畫素單元，該畫素單元包含：
    一畫素電路，包含：
    一電晶體電性耦接至該對應之資料線以接收該畫素資料與該對應之掃描線以接收該掃描信號；及
    一鎖存器電性耦接至該電晶體，為接收與鎖存該畫素資料並依據該畫素資料產生一畫素信號。
  8. 如請求項7所述該顯示裝置，其中該畫素單元，更包含
    一驅動電路，其電性耦接至該鎖存器並依據該鎖存器之該畫素資料產生該畫素信號；及
    一顯示介質模組，其包含一第一電極，一第二電極與一顯示介質；
    其中，該第一電極與該第二電極相分隔，而該顯示介質設置於該第一電極與該第二電極之間；及
    其中，該鎖存器之該畫素信號係電性直接耦接或藉由該驅動電路依據該畫素信號電性耦接至該第一電極。
  9. 如請求項2、4或8所述之該畫素單元，其中，該顯示介質係包含-自發光介質材料、一非自發光介質材料、一濾光材料、一導電材料、一絕緣材料、一光吸收材料、一光反射材料、一光折射材料、一偏光材料及一光漫射材料之至少其中一者。
  10. 如請求項2、4或8所述之該畫素單元，其中，該驅動電路係為CMOS(互補金屬氧化物半導體)，N型或P型金屬氧化物半導體至少其中之一電晶體。
  11. 如請求項5或7所述該顯示裝置，更包含一功率驅動器，其電性耦接至該多個畫素電路之該驅動電路，向該多個畫素電路之該驅動電路提供一高電壓，一公共電壓與一低電壓；其中，該公共電壓是該高壓與該低壓之一平均值。
  12. 如請求項7所述該顯示裝置，其中，該源極驅動器包含：
    多個移位寄存器，其係設置至一移位時序信號；
    多個輸入寄存器，電性耦接至該移位寄存器，並設置依據該時序信號接收圖像資料；
    多個資料鎖存器，電性耦接至該輸入寄存器，並係設置依據一載入信號鎖存從該輸入寄存器接收之該圖像資料；
    一個計數器，係設置產生一計數器代碼；及
    多個脈衝寬度調變(PWM)產生器，其電性耦接至該資料鎖存器與該計數器，係依據該圖像資料與計數器代碼來產生脈衝寬度調變(PWM)信號。
  13. 如請求項7所述該顯示裝置，其中，該源極驅動器包含：
    多個移位寄存器，其係設置至一移位時序信號；
    多個輸入寄存器，電性耦接至該移位寄存器，並設置依據該時序信 號接收圖像資料；
    多個資料鎖存器，電性耦接至該輸入寄存器，並係設置依據一載入信號鎖存從該輸入寄存器接收之該圖像資料；及
    多個脈衝寬度調變(PWM)產生器，包含：
    一計數器產生一計數器代碼：及
    一用於接收該脈衝寬度調變(PWM)產生器之一起始信號；
    其中，該脈衝寬度調變(PWM)產生器，其電性耦接至該資料鎖存器與該起始信號，係依據該圖像資料與該計數器代碼來產生脈衝寬度調變(PWM)信號。
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