TWI498867B - 影像顯示系統、感測電路與感測並補償電晶體之臨界電壓偏移之方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種影像顯示系統，特別關於一種可感測並補償電晶體之臨界電壓偏移之影像顯示系統。
金屬氧化薄膜電晶體(Metal Oxide Thin Film Transistor，簡稱MOTFT)由於其製作成本比低溫多晶矽(Low Temperature Poly-silicon，簡稱LTPS)薄膜電晶體來的低，並且其特性比非晶矽(Amorphous Silicon，簡稱a-Si)薄膜電晶體更佳，因此，近年來成為製作顯示器面板的新選擇。
然而，金屬氧化薄膜電晶體的一個缺點為穩定度不佳。當顯示器面板在操作時，通常會反覆施加正電壓與負電壓於金屬氧化薄膜電晶體之閘極端，用以控制金屬氧化薄膜電晶體導通或關閉。在經過長時間的操作後，反覆在閘極端施加的壓力將導致金屬氧化薄膜電晶體的臨界電壓將逐漸下降，使得金屬氧化薄膜電晶體的臨界電壓最終可能偏移成為一負壓。
第1圖係顯示金屬氧化薄膜電晶體之一電流-電壓特性曲線，其中X軸代表閘極-源極電壓VGS
，Y軸代表汲極電流ID
。曲線10為金屬氧化薄膜電晶體原本的特性曲線，曲線20為金屬氧化薄膜電晶體在經過長時間的操作後所測量到的特性曲線。根據特性曲線10可得到金屬氧化薄膜電晶體原始的臨界電壓Vth
=VGS1
，其為一個小的正電壓。因此，在顯示器面板操作時，可將系統的高電壓設計為大於臨界電壓Vth
的一個正電壓(例如，10伏特)，用以導通金屬氧化薄膜電晶體，並且將系統的低電壓設計為一個負電壓(例如，-3伏特)，用以關閉金屬氧化薄膜電晶體。
然而，經過過長時間的操作後，由於金屬氧化薄膜電晶體的臨界電壓Vth
偏移到VGS2
，其為一個負電壓(例如，-5伏特)，臨界電壓偏移的結果將導致金屬氧化薄膜電晶體無法正常被關閉，造成顯示器面板操作異常。
因此，極需要開發一種新的影像顯示系統，其可感測並補償金屬氧化薄膜電晶體之臨界電壓偏移，用以解決以上所述之問題。
根據本發明之一實施例，一種影像顯示系統，包括畫素矩陣與感測電路。畫素矩陣包括複數有效顯示單元以及至少一冗餘顯示單元，其中有效顯示單元與冗餘顯示單元分別包括一電晶體。感測電路耦接至冗餘顯示單元之電晶體，用以感測電晶體之電壓，並且根據感測到的電壓產生驅動信號，其中影像顯示系統內之電壓產生裝置根據驅動信號產生或調整第一控制電壓，並且有效顯示單元與冗餘顯示單元之電晶體係因應第一控制電壓被關閉。
根據本發明之另一實施例，一種感測電路，包括定電流源、電壓感測裝置以及轉換裝置。定電流源耦接至冗餘顯示單元之一電晶體之第一極，其中冗餘顯示單元係包括於一畫素矩陣內。電壓感測裝置耦接至電晶體之第一極，用以當電晶體被導通時，感測第一極之電壓，並於根據電壓產生感測信號。轉換裝置耦接至電壓感測裝置，用以根據感測信號產生驅動信號，其中一電壓產生裝置根據驅動信號產生或調整第一控制電壓，並且畫素矩陣之複數有效顯示單元內之複數電晶體與冗餘顯示單元之電晶體係因應第一控制電壓被關閉。
根據本發明之另一實施例，一種感測並補償電晶體之臨界電壓偏移之方法，包括：於畫素矩陣之冗餘顯示單元內之一電晶體被導通時，提供一定電流源至電晶體第一極，用以感測電晶體之第一極之電壓，並且根據電壓產生驅動信號；以及根據驅動信號調整第一控制電壓之一位準，其中畫素矩陣更包括複數有效顯示單元，各有效顯示單元分別包括一電晶體，並且有效顯示單元與冗餘顯示單元之電晶體係因應第一控制電壓被關閉。
為使本發明之製造、操作方法、目標和優點能更明顯易懂，下文特舉幾個較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
第2圖係顯示根據本發明之一實施例所述之影像顯示系統的多種實施方式。如圖所示，影像顯示系統可包括一顯示器面板201，其中顯示器面板201包括一閘極驅動電路210、一資料驅動電路220、一畫素矩陣230以及一控制晶片240。閘極驅動電路210用以產生複數閘極驅動信號以驅動畫素矩陣230之複數顯示單元。資料驅動電路220用以產生複數資料驅動信號以提供資料至畫素矩陣230之顯示單元。控制晶片240用以產生複數時序信號，包括時脈信號、系統重置信號與起始脈波等，以及複數控制電壓，用以控制顯示器面板之操作。
此外，根據本發明之影像顯示系統可能包括於一電子裝置200。電子裝置200可包括上述顯示器面板201與一輸入單元202。輸入單元202用於接收影像信號，以控制顯示器面板201顯示影像。根據本發明之實施例，電子裝置200有多種實施方式，包括：一行動電話、一數位相機、一個人數位助理、一行動電腦、一桌上型電腦、一電視機、一汽車用顯示器、一可攜式光碟撥放器、或任何包括影像顯示功能的裝置。
根據本發明之一實施例，本發明之影像顯示系統可感測並補償電晶體之臨界電壓偏移。第3圖係顯示根據本發明之一實施例所述之顯示器面板部分電路圖。如圖所示，畫素矩陣230包括複數顯示單元，例如顯示單元300。每一組交錯之資料線(以D1、D2、...Dm表示)和閘極線(以G1、G2、...Gn+1表示)可以用來控制一個顯示單元300。如圖所示，每個顯示單元300的等效電路主要包括控制資料進入用的電晶體(Q11~Q1m、Q21~Q2m、...、Q(n+1)1~Q(n+1)m)以及儲存電容(C11~C1m、C21~C2m、...、C(n+1)1~C(n+1)m)。根據本發明之一實施例，電晶體(Q11~Q1m、Q21~Q2m、...、Q(n+1)1~Q(n+1)m)為由銦鎵鋅氧化物(IGZO：Indium Gallium Zinc Oxide)所組成之一金屬氧化薄膜電晶體(Metal Oxide Thin Film Transistor，簡稱MOTFT)。
值得注意的是，於本發明之實施例中，顯示單元300可分為有效顯示單元與冗餘顯示單元兩種。有效顯示單元即為畫素矩陣之可視(Active Area，AA)區320內之顯示單元300，可視區320內的每個顯示單元300係對應畫素矩陣230上的單一亮點。亦即，對於單色顯示器而言，每個顯示單元300對應於單一畫素(pixel)；對於彩色顯示器而言，每個顯示單元300則是對應單一次畫素(subpixel)，分別可以是紅色(以R表示)、藍色(以B表示)或綠色(以G表示)，換言之，一組RGB的次畫素(三個顯示單元)可以構成單一畫素。
另一方面，可視區320外的顯示單元300則為冗餘顯示單元。根據發明之一實施例，冗餘顯示單元Q(n+1)1~Q(n+1)m內所包含的電子元件可與有效顯示單元完全相同，差別僅在於電源耦接方式不同(以下將作更詳細的介紹)。此外，於本發明之實施例中，當顯示器面板201在操作時，冗餘顯示單元Q(n+1)1~Q(n+1)m內的電晶體也會根據對應之閘極驅動信號導通或關閉，但與有效顯示單元的差異在於，即便電晶體被導通，冗餘顯示單元並不會驅動液晶產生偏轉。舉例而言，冗餘顯示單元Q(n+1)1~Q(n+1)m可於製作的過程中不鍍上銦錫氧化物，或者不供應共同電壓VCOM至冗餘顯示單元，使得冗餘顯示單元Q(n+1)1~Q(n+1)m不會使液晶產生偏轉。值得注意的是，熟習此技藝者當可理解尚有許多種不同的方式設計方式冗餘顯示單元Q(n+1)1~Q(n+1)m，因此本發明並不限於使用上述之方式實施。
根據本發明之一實施例，畫素矩陣230之冗餘顯示單元Q(n+1)1~Q(n+1)m更耦接至一感測電路340。感測電路340用以感測冗餘顯示單元Q(n+1)1~Q(n+1)m之電晶體之一電壓，並且根據感測到的電壓產生一驅動信號STRI
，其中感測到的電壓變化可反應出電晶體之臨界電壓偏移的程度。位於影像顯示系統內之一電壓產生裝置450可進一步根據驅動信號產生或調整一控制電壓VGL
(以下將作更詳細的介紹)，而閘極驅動器210接收此控制電壓VGL
，用以關閉有效顯示單元與冗餘顯示單元Q(n+1)1~Q(n+1)m內之電晶體401。
根據本發明之一些實施例，感測電路340可被整合於控制晶片240內，並且可根據控制晶片240之控制指令定期(例如，每數個訊框)或不定期進入感測模式，用以感測冗餘顯示單元Q(n+1)1~Q(n+1)m內之電晶體的電壓變化。值得注意的是，於本發明之另一些實施例中，感測電路340也可以是獨立的電路，或被整合於影像顯示系統之其它裝置或電路內，而本發明並不限於任一種實施方式。
此外，值得注意的是，雖第3圖中顯示出一列配置於可視區320下方之冗餘顯示單元Q(n+1)1~Q(n+1)m，然而，本發明並不限於此實施方式。根據本發明之概念，請參閱第4圖所示，即使畫素矩陣230僅配置一個冗餘顯示單元400，感測電路340亦可以透過此冗餘顯示單元400感測出電壓變化。請再參閱第3圖所示，當畫素矩陣230配置多個冗餘顯示單元Q(n+1)1~Q(n+1)m時，該感測電路340可輪流透過不同的冗餘顯示單元Q(n+1)1~Q(n+1)m感測出電壓變化，或者將透過不同的冗餘顯示單元Q(n+1)1~Q(n+1)m感測出的電壓變化取平均之後再進行處理。因此，本發明並不限於任一種實施方式。
此外，更需注意的是，於本發明之實施例中，冗餘顯示單元並不限於被配置在可視區320的下方。換言之，冗餘顯示單元亦可配置在可視區320的上方、左方或右方。因此，本發明並不限於任一種實施方式。
第4圖係顯示出根據本發明之一實施例所述之感測電路方塊圖。為簡化說明，於此實施例中，感測電路440僅耦接至一個冗餘顯示單元400。如圖所示，感測電路440包括一定電流源441、一電壓感測裝置442以及一轉換裝置443。定電流源441耦接至電晶體401之一第一極。電壓感測裝置442同樣耦接至電晶體401之第一極，用以當電晶體401被導通時，感測第一極之電壓VO
，並於根據電壓VO
產生一感測信號SSEN
。轉換裝置443耦接至電壓感測裝置442，用以根據感測信號SSEN
產生一驅動信號STRI
。驅動信號STRI
被輸入至影像顯示系統內之一電壓產生裝置450，其中電壓產生裝置450根據驅動信號STRI
產生或調整控制電壓VGL
。
閘極驅動電路210自電壓產生裝置450接收控制電壓VGL
，並且自另一電壓產生裝置(圖未示)接收另一控制電壓VGH
，用以根據控制電壓VGH
以及VGL
控制各閘極線的電壓位準，使得對應之電晶體可分別因應控制電壓VGH
以及VGL
被導通或關閉。根據本發明之一實施例，電壓產生裝置可以是控制晶片240內之穩壓器，分別用以產生並提供控制電壓VGL
以及VGH
。
根據本發明之一實施例，冗餘顯示單元400之電晶體401之一第二極耦接一閘極線，用以接收控制電壓VGH
或VGL
，而電晶體401之一第三極耦接至另一控制電壓。於本發明之一實施例，電晶體401之第三極耦接之控制電壓可以是顯示器面板之一高操作電壓，例如，電壓VDD
。此外，由於感測電路440是在電晶體401導通時感測第一極之電壓VO
，因此，第4圖中所顯示之電晶體401之第二極直接耦接至控制電壓VGH
，用以表示電晶體401目前為導通的狀態。
根據本發明之概念，由於冗餘顯示單元同樣是耦接到有效的閘極線，因此冗餘顯示單元之電晶體開關的次數與有效顯示單元之電晶體開關的次數相同。在相同的操作條件下，當有效顯示單元內之電晶體的臨界電壓開始偏移時，冗餘顯示單元內之電晶體的臨界電壓同樣會開始偏移。如此一來，一旦耦接到冗餘顯示單元的感測電路感測到電壓產生變化時(如上述，感測到的電壓變化可反應出電晶體之臨界電壓偏移的程度)，可將電壓變化反應於驅動信號中，用以對應地調整控制電壓VGL
，使得顯示單元(無論是有效或冗餘)的電晶體可因應被調整過的控制電壓VGL
順利地被關閉。
如圖所示，由於電晶體401之第二極與第三極分別耦接至一定電壓(如圖所示之VGH
與VDD
)，並且感測電路440提供了一定電流源441，因此電晶體401之第一極之電壓VO
可根據定電流源441的電流大小被決定。請參考回第1圖，各特性曲線與定電流I只會有一個交點。因此，在提供定電流I的情況下，根據不同的特性曲線可得到一個對應之VGS
電壓值。假設電晶體的第一極為源極，則在固定電流的情況下，可得到第一極的電壓VO
=VGH
-VGS
。
從以上等式中可以看出，由於VGH
為一定值，因此，當電晶體的臨界電壓產生變化時，第一極之電壓VO
也會產生變化。換言之，第一極之電壓VO
會隨著電晶體之臨界電壓偏移而改變。而當感測電路感測到電壓VO
產生變化時，感測電路可將此變化反應於驅動信號STRI
，使得電壓產生裝置450可根據驅動信號STRI
重新產生或調整控制電壓VGL
。如此一來，閘極驅動電路210可自電壓產生裝置450接收到調整過的控制電壓VGL
，使得對應之電晶體可因應調整過的控制電壓VGL
順利地被關閉。
根據本發明之一實施例，電壓感測裝置442可以是一類比至數位轉換器，用以將感測到的電壓VO
轉換為數位的感測信號SSEN
。轉換裝置443可以是一轉換對照表(Look-Up Table，LUT)裝置，用以根據輸入之感測信號SSEN
輸出對應之驅動信號STRI
。
根據本發明之另一實施例，電壓感測裝置442也可以包括複數比較器，用以將感測到的電壓VO
轉換為數位的感測信號SSEN
。第5圖係顯示根據本發明之一實施例所述之電壓感測裝置之電路圖。比較器501-50k用以比較電壓VO
與複數參考電壓Vref1-Vrefk之大小，以產生複數比較結果，例如圖中所示之位元b1-bk。，感測信號SSEN
可以是由位元b1-bk所組成之信號。轉換裝置443可以是一轉換對照表裝置，用以根據輸入之感測信號SSEN
輸出對應之驅動信號STRI
。
第6圖係顯示根據本發明之一實施例所述之感測並補償電晶體之臨界電壓偏移之方法流程圖。首先，於一畫素矩陣之一冗餘顯示單元內之一電晶體被導通時，提供一定電流源至電晶體第一極，用以感測電晶體之第一極之一電壓，並且根據電壓產生一驅動信號(步驟S601)。接著，根據驅動信號調整控制電壓VGL
之一位準(步驟S602)。
根據本發明之概念，無需使用複雜的電路，即可感測並補償電晶體的電壓偏移，並且以上所介紹的電路也可與傳統顯示器面板兼容。換言之，以上所介紹的電路可直接與傳統顯示器面板內之驅動電路與週邊電路結合，而不會造成任何影響。此外，由於是透過冗餘顯示單元進行感測，因此以上所介紹之感測的操作並不會影響到顯示器面板的效能，新增的感測電路也不會導致顯示器面板的長寬比(aspect ratio)被縮小。此外，以上所介紹之感測與補償的操作可於顯示器面板被啟動後的任意時間被執行，並且可透過控制晶片240之控制指令設定進入感測模式的週期或時間點。換言之，並不需要在每個訊框頻繁地執行上述的感測與補償操作，以達到最佳的省電效果。
本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，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。
10、20．．．曲線
200．．．電子裝置
201．．．顯示器面板
202．．．輸入單元
210．．．閘極驅動電路
220．．．資料驅動電路
230．．．畫素矩陣
240．．．控制晶片
300、400．．．顯示單元
320．．．可視區
340、440．．．感測電路
401、Q11、Q12、Q1m、Q21、Q22、Q2m、Qn1、Qn2、Qnm、Q(n+1)1、Q(n+1)2、Q(n+1)m．．．電晶體
441．．．定電流源
442．．．電壓感測裝置
443．．．轉換裝置
450．．．電壓產生裝置
501、502、50k．．．比較器
b1、b2、bk．．．位元
C11、C12、C1m、C21、C22、C2m、Cn1、Cn2、Cnm、C(n+1)1、C(n+1)2、C(n+1)m．．．電容
D1、D2、Dm．．．資料線
G1、G2、Gn、Gn+1．．．閘極線
I．．．電流
SSEN
、STRI
．．．信號
VCOM、VDD
、VGH
、VGL
、VGS1
、VGS2
、VO
、Vref1、Vref2、Vrefk．．．電壓
第1圖係顯示金屬氧化薄膜電晶體之一電流-電壓特性曲線。
第2圖係顯示根據本發明之一實施例所述之影像顯示系統的多種實施方式。
第3圖係顯示根據本發明之一實施例所述之顯示器面板之部分電路圖。
第4圖係顯示出根據本發明之一實施例所述之感測電路方塊圖。
第5圖係顯示根據本發明之一實施例所述之電壓感測裝置之電路圖。
第6圖係顯示根據本發明之一實施例所述之感測並補償電晶體之臨界電壓偏移之方法流程圖。
200．．．電子裝置
201．．．顯示器面板
202．．．輸入單元
210．．．閘極驅動電路
220．．．資料驅動電路
230．．．畫素矩陣
240．．．控制晶片
Claims (20)
- 一種影像顯示系統，包括：一畫素矩陣，包括複數有效顯示單元以及至少一冗餘顯示單元，其中該等有效顯示單元與該冗餘顯示單元分別包括一電晶體，並且其中該冗餘顯示單元之該電晶體包括一第一極耦接至一定電流源、以及一第二極耦接至一第一控制電壓或一第二控制電壓；以及一感測電路，耦接至該冗餘顯示單元之該電晶體，用以感測該冗餘顯示單元之該電晶體之一電壓，其中該第一控制電壓係根據感測到的該電壓被產生或調整，並且該等有效顯示單元與該冗餘顯示單元之該電晶體係因應該第一控制電壓被關閉。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像顯示系統，更包括一顯示器面板，其中該顯示器面板包括：一閘極驅動電路，用以產生複數閘極驅動信號以驅動該畫素矩陣；一資料驅動電路，用以產生複數資料驅動信號以提供資料至該畫素矩陣；以及一控制晶片，用以控制該顯示器面板之操作。
- 如申請專利範圍第2項所述之影像顯示系統，其中該感測電路被整合於該控制晶片內。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像顯示系統，其中該冗餘顯示單元之該電晶體更包括一第三極耦接至一第三控制電壓，而該第一控制電壓與該第二控制電壓係控制該 電晶體之導通。
- 如申請專利範圍第4項所述之影像顯示系統，其中該第三控制電壓為該顯示器面板之一高操作電壓。
- 如申請專利範圍第4項所述之影像顯示系統，其中該感測電路包括：該定電流源；一電壓感測裝置，耦接至該冗餘顯示單元之該電晶體之該第一極，用以於該電晶體被導通時，感測該第一極之一電壓，並根據該電壓產生一感測信號；一轉換裝置，耦接至該電壓感測裝置，用以根據該感測信號產生該驅動信號。
- 如申請專利範圍第6項所述之影像顯示系統，其中該電壓感測裝置為一類比至數位轉換器，並且該轉換裝置為一轉換對照表(Look-Up Table，LUT)，用以根據該感測信號輸出對應之該驅動信號。
- 如申請專利範圍第6項所述之影像顯示系統，其中該電壓感測裝置包括複數比較器，用以比較該電壓與複數參考電壓之大小，以產生複數比較結果，並根據該等比較結果產生該感測信號，並且該轉換裝置為一轉換對照表(Look-Up Table，LUT)，用以根據該感測信號輸出對應之該驅動信號。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像顯示系統，其中該等有效顯示單元與該冗餘顯示單元之該電晶體係由銦鎵鋅氧化物(IGZO：Indium Gallium Zinc Oxide)所組成之一金屬氧化薄膜電晶體(Metal Oxide Thin Film Transistor， MOTFT)。
- 如申請專利範圍第4項所述之影像顯示系統，其中，該第二極耦接至一閘極線以接收該第一控制電壓。
- 如申請專利範圍第4項所述之影像顯示系統，其中，該第二極耦接至一閘極線以接收該第二控制電壓，並且該第二控制電壓為一定電壓。
- 一種感測電路，包括：一定電流源，耦接至一冗餘顯示單元之一電晶體之一第一極，其中該冗餘顯示單元包括於一畫素矩陣內；一電壓感測裝置，耦接至該電晶體之該第一極，用以當該電晶體被導通時，感測該第一極之一電壓，並於根據該電壓產生一感測信號；一轉換裝置，耦接至該電壓感測裝置，用以根據該感測信號產生一驅動信號，其中一電壓產生裝置根據該驅動信號產生或調整一第一控制電壓，並且該畫素矩陣之複數有效顯示單元內之複數電晶體與該冗餘顯示單元之該電晶體係因應該第一控制電壓被關閉。
- 如申請專利範圍第12項所述之感測電路，其中該電壓感測裝置為一類比至數位轉換器，並且該轉換裝置為一轉換對照表(Look-Up Table，LUT)，用以根據該感測信號輸出對應之該驅動信號。
- 如申請專利範圍第12項所述之感測電路，其中該電壓感測裝置包括複數比較器，用以比較該電壓與複數參考電壓之大小，以產生複數比較結果，並根據該等比較結果產生該感測信號，並且該轉換裝置為一轉換對照表 (Look-Up Table，LUT)，用以根據該感測信號輸出對應之該驅動信號。
- 一種感測並補償電晶體之臨界電壓偏移之方法，包括：於一畫素矩陣之一冗餘顯示單元內之一電晶體被導通時，提供一定電流源至該電晶體一第一極，用以感測該電晶體之該第一極之一電壓，並且根據該電壓產生一驅動信號；以及根據該驅動信號調整一第一控制電壓之一位準，其中該畫素矩陣更包括複數有效顯示單元，各有效顯示單元分別包括一電晶體，並且該等有效顯示單元與該冗餘顯示單元之該電晶體係因應該第一控制電壓被關閉。
- 如申請專利範圍第15項所述之方法，其中該電晶體之一第二極與一第三極分別耦接一定電壓。
- 如申請專利範圍第15項所述之方法，其中該等有效顯示單元與該冗餘顯示單元之該電晶體為係由銦鎵鋅氧化物(IGZO：Indium Gallium Zinc Oxide)所組成之一金屬氧化薄膜電晶體(Metal Oxide Thin Film Transistor，MOTFT)。
- 如申請專利範圍第15項所述之方法，更包括：根據該電壓產生一感測信號，其中該感測信號為一數位信號；以及根據該感測信號產生該驅動信號。
- 如申請專利範圍第18項所述之方法，更包括：比較該電壓與複數參考電壓之大小，以產生複數比較結果；以及 根據該等比較結果產生該感測信號。
- 如申請專利範圍第15項所述之方法，其中該電壓隨著該電晶體之臨界電壓偏移而改變。
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