專利名稱：用于電致發(fā)光顯示設備的閾值電壓補償方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電致發(fā)光顯示設備，特別涉及具有與每個像素相關的薄膜開關晶體管的有源矩陣顯示設備。
采用電致發(fā)光的光發(fā)射顯示元件的矩陣顯示設備是公知的。該顯示元件可以包括例如使用聚合物材料的有機薄膜電致發(fā)光元件，或者使用傳統(tǒng)的III-V半導體化合物的發(fā)光二極管(LED)。近來在有機電致發(fā)光材料、特別是聚合物材料方面的發(fā)展已經(jīng)證明了它們實際上用于視頻顯示設備的能力。這些材料通常包括夾在一對電極之間的一層或多層半導體共軛聚合物，其中一個電極是透明的，另一個電極由適合于將空穴或電子注入聚合物層中的材料制成。
可利用CVD工藝、或僅僅通過使用可溶共軛聚合物的溶液的旋涂技術來制造聚合物材料。也可以采用噴墨印刷。有機電致發(fā)光材料顯示出類二極管的I-V特性，因而它們能夠提供顯示功能和開關功能，因此可用在無源型顯示器中。可選地，這些材料可用于有源矩陣顯示設備，其中每個像素包括顯示元件和用于控制通過顯示元件的電流的開關設備。
這種類型的顯示設備具有電流驅動的顯示元件，因而常規(guī)的模擬驅動方案包括給顯示元件供應可控電流。已知的是，提供電流源晶體管作為像素結構的一部分，其中供應給電流源晶體管的柵極電壓確定通過顯示元件的電流。在尋址階段之后存儲電容器保持柵極電壓。


圖1示出用于有源矩陣尋址的電致發(fā)光顯示設備的已知像素電路。該顯示設備包括面板，該面板具有由塊1表示的規(guī)則間隔的像素的行和列矩陣陣列，并且包括位于行(選擇)地址導線4和列(數(shù)據(jù))地址導線6的交叉組之間的交點處的電致發(fā)光顯示元件2以及相關的開關裝置。為簡單起見，在該圖中僅示出幾個像素。實際上可能存在幾百行和列的像素。由外圍驅動電路通過行和列地址導線組來尋址像素1，該外圍驅動電路包括連接到各組導線的端部的行掃描驅動器電路8和列數(shù)據(jù)驅動器電路9。
電致發(fā)光顯示元件2包括有機發(fā)光二極管，其在此處被表示為二極管元件(LED)并包括一對電極，在該對電極之間夾著由有機電致發(fā)光材料制成的一個或多個有源層。該陣列的顯示元件與相關的有源矩陣電路一起被裝在絕緣支架的一側上。顯示元件的陰極或陽極由透明導電材料形成。該支架由諸如玻璃之類的透明材料制成，并且最接近基板的顯示元件2的電極可以由諸如ITO之類的透明導電材料構成，以使由電致發(fā)光層產生的光透射通過這些電極和支架，以便對于支架另一側的觀看者而言是可見的。通常，有機電致發(fā)光材料層的厚度在100nm和200nm之間。可用于元件2的適當有機電致發(fā)光材料的典型例子是已知的，并且在EP-A-0 717446中進行了描述。還可以使用如WO96/36959中所描述的共軛聚合物材料。
圖2以簡化示意圖的形式示出一個用于提供電壓編程操作的已知像素和驅動電路布置。每個像素1包括EL顯示元件2和相關的驅動器電路。該驅動器電路具有地址晶體管16，該地址晶體管16通過行導線4上的行地址脈沖來接通。當接通該地址晶體管16時，列導線6上的電壓可傳遞到像素的其余部分。特別是，地址晶體管16將列導線電壓提供給電流源20，該電流源20包括驅動晶體管22和存儲電容器24。將列電壓提供給驅動晶體管22的柵極，并且即使在行地址脈沖結束之后，也由存儲電容器24將柵極保持在該電壓。驅動晶體管22從電源線26汲取電流。
在該電路中的驅動晶體管22被實施為PMOS TFT，以使存儲電容器24保持固定的柵-源電壓。這導致固定的源-漏電流通過該晶體管，因此這提供期望的像素的電流源操作。
電壓編程的像素、特別是采用多晶硅薄膜晶體管的電壓編程的像素的一個問題在于，在基板上不同的晶體管特性(特別是閾值電壓)導致柵極電壓和源-漏電流之間的不同關系以及在所顯示的圖像結果中的偽像(artefact)。
為了補償這些閾值電壓變化，已經(jīng)提出了各種技術。一些技術執(zhí)行驅動晶體管閾值電壓的像素內測量，并將該閾值電壓添加到像素驅動信號上，以使所組合的驅動電壓考慮了閾值電壓。執(zhí)行這一點的像素電路需要兩個存儲電容器，一個用于閾值電壓，一個用于像素驅動電壓。還需要另外的開關晶體管以使閾值電壓能夠被測量，例如通過對在驅動晶體管的柵-源結點(junction)兩端的電容進行放電直到該晶體管斷開。
所提出的其它技術在像素陣列外部進行閾值電壓的測量，然后通過調整像素驅動信號來補償閾值電壓。這些像素電路再次需要另外的元件以便使得信號能夠被提供給外部電路，以使得閾值電壓能夠被確定。例如，已經(jīng)提出在兩個驅動電壓(二者都在驅動晶體管的飽和區(qū)內)處測量像素電流，并由其推斷閾值電壓(和遷移率)。這提供了更復雜的像素驅動方案以及更復雜的像素電路。
雖然這避免了對提供像素內補償?shù)碾娐吩男枰?，但仍然需要一種能夠以簡單的驅動方案將閾值電壓信息提供給外部測量電路的簡單的像素電路。像素電路的任何簡化都使大尺寸顯示器的制造的問題更少并且提高了產量。此外，像素電路元件數(shù)量的減少可以使像素孔徑能夠被增大(取決于像素電路的結構)，并且像素電路所需的空間的減小使得分辨率能夠被提高。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種包括顯示像素的陣列的有源矩陣電致發(fā)光顯示設備，每個像素包括電致發(fā)光(EL)顯示元件；驅動晶體管，用于驅動電流通過該顯示元件；地址晶體管，用于將來自數(shù)據(jù)線的像素驅動信號提供給該驅動晶體管的柵極；以及短路晶體管，其被連接在該驅動晶體管的柵極和漏極之間，其中該顯示設備還包括用于測量該數(shù)據(jù)線上的電壓的裝置。
這種像素布置使得一個附加晶體管(該短路晶體管)能夠被用于對該驅動晶體管的柵極上的電壓進行放電，直到它斷開為止。通過(經(jīng)由地址晶體管)將所產生的電壓存儲在數(shù)據(jù)線上，該數(shù)據(jù)線被用作閾值測量的控制/測量線之一。這降低了像素復雜性。
該EL顯示元件和驅動晶體管優(yōu)選被串聯(lián)連接在第一和第二電源線之間，并且第二電源線上的電壓在兩個值之間是可切換的，其中一個值使得該EL顯示元件被斷開。此外，這使得共陰極線(特別是)能夠被用作閾值測量操作的控制線之一，從而再次限制像素電路的任何附加復雜性。
數(shù)據(jù)輸入線優(yōu)選可在電壓驅動模式(正常像素驅動模式)和浮動模式之間切換，在電壓驅動模式中，該數(shù)據(jù)輸入線將電壓提供給連接到該線的像素。在浮動模式中，數(shù)據(jù)線能夠浮動至尋址像素的驅動晶體管的柵極電壓。因此，所產生的柵極電壓被存儲在數(shù)據(jù)線上，特別是在現(xiàn)有的列電容上。
因此，每個像素可以兩種模式操作。在第一閾值電壓測量模式中，顯示元件被禁止(disable)，地址晶體管被接通，并且短路晶體管被接通。驅動晶體管電流被短路至柵極，因而柵極電壓上升，直到該晶體管斷開(如果它是p型設備的話)。在第二像素驅動模式中，顯示元件被使能(enable)，地址晶體管被接通，并且短路晶體管被斷開。這是正常驅動模式。
在第一閾值電壓測量模式期間，在第一周期(period)中，預定電壓被施加于數(shù)據(jù)線以使電流被驅動通過驅動晶體管，以及在第二周期中，該數(shù)據(jù)線被允許浮動以使該數(shù)據(jù)線上的電壓基本上跟隨驅動晶體管的柵極電壓。以這種方式，第一周期確保電流源自驅動晶體管。第二周期使得驅動晶體管能夠如上所述被斷開，其中所產生的柵極電壓被存儲在數(shù)據(jù)線上。
該驅動晶體管優(yōu)選是多晶硅TFT，例如p型低溫多晶硅TFT。
存儲電容器優(yōu)選在驅動晶體管的柵極和源極之間。
本發(fā)明還提供一種尋址有源矩陣電致發(fā)光顯示設備的像素的方法，該設備包括電致發(fā)光(EL)顯示元件和用于驅動電流通過該顯示元件的驅動晶體管，該方法包括禁止該顯示元件；將第一電壓施加于數(shù)據(jù)線；驅動電流通過該驅動晶體管、通過在該驅動晶體管的柵極和漏極之間連接的短路晶體管、以及通過在該驅動晶體管的柵極和該數(shù)據(jù)線之間連接的地址晶體管；使得該數(shù)據(jù)線(6)能夠在電上浮動；測量該數(shù)據(jù)線上的電壓；以及利用在該數(shù)據(jù)線上測量的電壓來修改施加于該驅動晶體管的數(shù)據(jù)電壓。
這種方法提供了對本發(fā)明的設備的操作。
禁止該顯示元件優(yōu)選包括將禁止電壓施加于該顯示元件的端子，例如共陰極端子。
該方法優(yōu)選還包括使能該顯示元件，并用該數(shù)據(jù)線上修改的數(shù)據(jù)電壓來尋址該像素，其中短路晶體管被斷開。
現(xiàn)在將參考附圖通過例子來描述本發(fā)明，其中圖1示出一個已知EL顯示設備；圖2是使用輸入驅動電壓對EL顯示像素進行電流尋址的已知像素電路的示意圖；圖3示出用于本發(fā)明的顯示設備的像素布局的示意圖；圖4是用于圖3的電路的操作的時序圖；以及圖5示出在本發(fā)明的顯示設備中使用的列驅動器電路的一種可能的設計。
在不同的圖中對于相同的部件使用相同的附圖標記，并且將不重復描述這些部件。
本發(fā)明提供一種顯示像素電路，其中一個附加晶體管被連接在驅動晶體管的柵極和漏極之間，以便在像素陣列的外部提供閾值電壓測量功能。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的像素布置。如在圖2的常規(guī)像素中那樣，該像素是電壓尋址的，并且在像素尋址階段后，存儲電容器24保持驅動晶體管22的柵極上的電壓。
與圖2的標準像素布局相比，本發(fā)明提供一個在驅動晶體管22的柵極和漏極之間連接的附加短路晶體管30。這由附加控制線32來控制。本發(fā)明還需要共陰極端子34可在兩個電壓之間切換，從下面的電路操作的說明中可明顯看出這一點。
短路晶體管30用于對驅動晶體管22的柵極上的電壓進行放電，直到它斷開為止。該放電操作包括從存儲電容器24中移除電荷，直到在該電容器兩端的電壓達到閾值電壓。通過接通的地址晶體管來測量在數(shù)據(jù)線上所產生的電壓。
現(xiàn)在將參考圖4的時序圖來解釋圖3的電路的操作。圖4僅示出一部分地址周期，在該地址周期期間測量驅動晶體管的閾值電壓。
曲線4示出地址晶體管16的操作。在地址脈沖之前(或者同時)，陰極線34通過確保其是反向偏置的而高度禁止顯示元件。
在周期40期間，第一電壓被施加在數(shù)據(jù)線6上，并且該電壓確保一旦接通該短路晶體管30，電流就能夠被驅動通過驅動晶體管22。當接通短路晶體管時，如曲線32中所示，它提供了一條從電源線26、通過驅動晶體管22、地址晶體管16到達數(shù)據(jù)線6的路徑。如所示，數(shù)據(jù)線6上的第一電壓能夠接地。
一旦形成電流通過驅動晶體管22，那么通過將數(shù)據(jù)線置于高阻抗狀態(tài)來使得數(shù)據(jù)線浮動。該數(shù)據(jù)線是用于一列像素的列導線，并且與列電容相關。
因為驅動晶體管22的柵極電壓由電容器24保持，所以它仍然是導電的，并且漏-源電流的路徑通過短路晶體管30和電容器24。這具有降低在該電容器兩端的電壓降(該電壓降先前是“第一電壓”例如接地和電源線電壓之間的差)的效果。當在該電容器兩端的電壓“放電”至閾值電壓(盡管柵極上的電壓在上升)時，驅動晶體管22斷開，并且沒有進一步的電流。因此，電容器24存儲該閾值電壓，并且該電壓被傳遞至列電容。
實際上，列電容充電相對較慢，并且繼續(xù)充電直到它達到電源線電壓，因為驅動晶體管22將具有明顯的亞閾值電流。
測量數(shù)據(jù)線上的電壓以使得能夠確定閾值電壓?？紤]到上述亞閾值電流，該電壓一有時間穩(wěn)定在相應于驅動晶體管的斷開的柵極電壓，就測量數(shù)據(jù)線電壓。該時間可能是在允許數(shù)據(jù)線浮動之后大約1ms，并且在如42所示的周期內。
一旦確定了該閾值電壓，就修改施加在像素上的像素數(shù)據(jù)電壓。這可以在列驅動器電路中進行，并且可以在數(shù)字域或模擬域中進行。對于本領域熟練技術人員而言，在應用于顯示器之前可以如何修改像素數(shù)據(jù)信號將立即是顯而易見的。在一些情況下，可能需要場存儲器以使在補償之前能夠獲得所有的閾值，否則有可能會校正在測量之后立即施加的數(shù)據(jù)電壓。
現(xiàn)在明顯的是，本發(fā)明僅需要對圖2的標準像素電路進行較少的修改。除了一個附加短路晶體管之外，還需要可切換的共陰極端子。
在像素陣列的外部，特別是在列驅動器電路中實施數(shù)據(jù)輸入線的高阻抗狀態(tài)以及電壓測量電路。這可能是在獨立的基板上，并且是以晶體硅，盡管也可以在與采用LTPS處理的像素陣列相同的基板上實施一些或所有的列驅動器功能。
本發(fā)明使得能夠補償在多晶硅驅動晶體管(例如低溫多晶硅TFT)中的閾值電壓變化。
上面的電路使用p型驅動晶體管。當然存在等效的n型實施。
本發(fā)明的像素電路的閾值電壓測量的處理可以用多種方式來執(zhí)行。所測量的閾值電壓能夠在D/A轉換之前與像素數(shù)據(jù)信號數(shù)字地結合，或者在模擬域中結合。這種結合可以在閾值電壓測量之后立即進行，以使在將圖像數(shù)據(jù)提供給顯示器時的延遲被保持為最小。
圖5示出列驅動器電路的可能體系結構的一個例子。該電路可以兩種模式操作，這兩種模式由每列的輸出開關40來定義。
在檢測模式期間，開關40將列6連接到包括電壓檢測電路42的檢測電路。檢測電路42在檢測周期的末尾測量列上的電壓。它然后將該數(shù)據(jù)傳遞給幀存儲器44。該幀存儲器存儲在顯示器中所有驅動TFT的閾值電壓。
在像素驅動模式期間，開關40將列6連接到列驅動電路46。于是像素的數(shù)據(jù)被供應給列驅動器46，并且?guī)鎯ζ?4供應相應的閾值電壓。由加法器48將這些加在一起以給出數(shù)據(jù)加上閾值電壓補償(offset)，該組合信號被傳遞給列驅動器46。這是一種模擬實施，但是所測量的閾值電壓同樣可以被數(shù)字化以用于數(shù)字域中像素數(shù)據(jù)的處理。
每幀圖像數(shù)據(jù)可以進行一次閾值測量，以使閾值測量周期是每個尋址階段的一部分。在這種情況下，閾值測量操作在像素驅動操作之前。
然而，閾值測量不必頻繁進行這一點，因為從在基板上的變化得到的所需補償多于差別老化(differential ageing)。因此，閾值測量可以在顯示周期開始時進行，例如每當打開顯示器時。
沒有詳細描述施加于本發(fā)明的像素電路的特定電壓以及詳細的時序需要，因為這些對于本領域技術人員而言都是常規(guī)的設計參數(shù)。
列驅動器的例子示出作為“用于測量列電壓的裝置”的列電壓檢測電路。該電路能夠采取各種形式，并且對于本領域技術人員而言出于這個目的的許多特定電路將是顯而易見的。
對于本領域熟練技術人員而言，各種其它修改將是顯而易見的。
權利要求
1.一種包括顯示像素的陣列的有源矩陣電致發(fā)光顯示設備，每個像素包括電致發(fā)光(EL)顯示元件(2)；驅動晶體管(22)，用于驅動電流通過該顯示元件(2)；地址晶體管(16)，用于將來自數(shù)據(jù)線的像素驅動信號提供給該驅動晶體管(22)的柵極；以及短路晶體管(30)，其被連接在該驅動晶體管的柵極和漏極之間，其中該顯示設備還包括用于測量該數(shù)據(jù)線上的電壓的裝置(42)。
2.如權利要求1所述的設備，其中該EL顯示元件(2)和該驅動晶體管(22)被串聯(lián)連接在第一電源線(26)和第二電源線(34)之間。
3.如權利要求2所述的設備，其中第二電源線(34)上的電壓在兩個值之間是可切換的，其中一個值使得該EL顯示元件(2)被斷開。
4.如任一前述權利要求所述的設備，其中該數(shù)據(jù)輸入線(6)在電壓驅動模式和浮動模式之間是可切換的，在電壓驅動模式中它提供電壓給連接到該線的像素，在浮動模式中它能夠浮動至尋址像素的驅動晶體管的柵極的電壓。
5.如任一前述權利要求所述的設備，其中每個像素可以下述兩種模式操作第一閾值電壓測量模式，在該模式中該顯示元件被禁止，該地址晶體管被接通，以及該短路晶體管被接通；以及第二像素驅動模式，在該模式中該顯示元件被使能，該地址晶體管被接通，以及該短路晶體管被斷開。
6.如權利要求5所述的設備，其中在第一閾值電壓測量模式期間，在第一周期(40)中，預定電壓被施加于該數(shù)據(jù)線以使電流被驅動通過該驅動晶體管(22)，以及在第二周期(42)中，該數(shù)據(jù)線被允許浮動以使數(shù)據(jù)線(6)上的電壓基本上跟隨驅動晶體管(22)的柵極電壓。
7.如任一前述權利要求所述的設備，其中該驅動晶體管(22)是多晶硅TFT。
8.如權利要求7所述的設備，其中該驅動晶體管(22)是低溫多晶硅TFT。
9.如任一前述權利要求所述的設備，還包括在該驅動晶體管(22)的柵極和源極之間的存儲電容器(24)。
10.一種尋址有源矩陣電致發(fā)光顯示設備的像素的方法，該顯示設備包括電致發(fā)光(EL)顯示元件(2)和用于驅動電流通過該顯示元件(2)的驅動晶體管(22)，該方法包括禁止該顯示元件(2)；將第一電壓施加于數(shù)據(jù)線(6)；驅動電流通過該驅動晶體管(22)、通過在該驅動晶體管的柵極和漏極之間連接的短路晶體管(30)、以及通過在該驅動晶體管的柵極和該數(shù)據(jù)線(6)之間連接的地址晶體管(16)；使得該數(shù)據(jù)線(6)能夠在電上浮動；測量該數(shù)據(jù)線(6)上的電壓；以及利用在該數(shù)據(jù)線上測量的電壓來修改施加于該驅動晶體管(22)的數(shù)據(jù)電壓。
11.如權利要求10所述的方法，其中禁止該顯示元件包括將禁止電壓施加于該顯示元件的端子。
12.如權利要求11所述的方法，其中禁止該顯示元件包括將禁止電壓施加于該顯示元件(2)的端子(34)，該端子為所有顯示元件所共有。
13.如權利要求10至12中任何一項所述的方法，還包括使能該顯示元件(2)，并用該數(shù)據(jù)線上修改的數(shù)據(jù)電壓來尋址該像素，其中該短路晶體管被斷開。
全文摘要
一種有源矩陣電致發(fā)光顯示設備具有在驅動晶體管(22)的柵極和漏極之間連接的短路晶體管(30)。提供了用于測量數(shù)據(jù)線(6)上的電壓的裝置(42)。該短路晶體管(30)可用于對驅動晶體管(22)的柵極上的電壓進行放電直到它斷開。通過經(jīng)由地址晶體管(16)將所產生的電壓存儲在數(shù)據(jù)線(6)上，該數(shù)據(jù)線被用作閾值測量的控制/測量線之一。
文檔編號G09G3/32GK1910640SQ200580001989
公開日2007年2月7日 申請日期2005年1月4日 優(yōu)先權日2004年1月7日
發(fā)明者M·J·蔡爾茲 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司