專利名稱：有源矩陣顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有源矩陣顯示裝置，尤其但不專門涉及具有與每個像素相關(guān)的薄膜開關(guān)晶體管的有源矩陣電致發(fā)光顯示裝置。
背景技術(shù)：
采用電致發(fā)光的發(fā)光顯示元件的矩陣顯示裝置是公知的。顯示元件可以包括有機薄膜電致發(fā)光元件，如采用聚合物材料的元件，或其他采用傳統(tǒng)III-V半導(dǎo)體化合物的發(fā)光二極管(LED)。在有機電致發(fā)光材料現(xiàn)在的發(fā)展中，特別是聚合物材料已經(jīng)表明了其特別用于視頻顯示裝置的能力。上述材料典型地包括夾在一對電極之間的一層或多層半導(dǎo)體共軛聚合物，其中一個電極是透明的而另一個電極是用適于將空穴或電子注入到聚合物層內(nèi)的材料制成的。
圖1示出了現(xiàn)有的有源矩陣尋址的電致發(fā)光顯示裝置。顯示裝置包括一個具有規(guī)則間隔的像素的行和列矩陣的面板，上述像素由塊1表示并包括電致顯示元件2和相關(guān)的開關(guān)器件，且位于行(選擇)尋址導(dǎo)體4和列(數(shù)據(jù))尋址導(dǎo)體6的相交組的交叉點。為了簡單，圖中僅示出了一些像素。實際上有幾百個像素行和列。像素1是利用外圍驅(qū)動電路通過行和列尋址導(dǎo)體組尋址的，其中外圍驅(qū)動電路包括連接到各個導(dǎo)體組的末端的行、掃描、驅(qū)動器電路8和列、數(shù)據(jù)、驅(qū)動器電路9。
上述類型的顯示裝置包括電流尋址的顯示元件。存在提供大量通過顯示元件的可控電流的像素電路，并且上述像素電路典型地包括一個電流源晶體管，該電流源晶體管具有用于確定通過顯示元件的電流并提供到電流源晶體管的柵極電壓。在尋址階段后存儲電容器保持上述柵極電壓。
對于基于多晶硅的電路，由于晶體管溝道內(nèi)的多晶硅顆粒的統(tǒng)計分布使晶體管的閾值電壓變化。然而，多晶硅晶體管在電流和電壓應(yīng)力下是比較穩(wěn)定的，從而使閾值電壓基本上保持恒定。
在非晶硅晶體管內(nèi)閩值電壓的變化是非常小的，至少是超過基板的較小的范圍，但閾值電壓對電壓應(yīng)力非常敏感。對于驅(qū)動晶體管需要的高于閾值的高電壓的應(yīng)用導(dǎo)致在閾值電壓內(nèi)發(fā)生了很大變化，其改變依賴于顯示圖像的信息內(nèi)容。因此將在非晶硅晶體管的閩值電壓內(nèi)有很大不同，該非晶硅晶體管總是在與另一個不是非晶硅晶體管相比較。差動老化在利用非晶硅晶體管驅(qū)動的LED顯示器內(nèi)是一個比較嚴重的問題。
除了晶體管特性的變化，LED本身也有差動老化的問題。這是由于在施加電流應(yīng)力后發(fā)光材料的效率降低而造成的。在很多種情況下，通過LED的電流和電荷越多，效率越低。
已經(jīng)有很多關(guān)于電壓尋址的像素電路，其用于補償LED材料的老化問題。例如，已經(jīng)有其中像素包括光敏元件的各種像素電路。上述元件響應(yīng)顯示元件的光輸出并起到響應(yīng)光輸出泄漏存儲在存儲電容器上的電荷的作用，從而在尋址期間控制顯示的總光輸出。圖2示出了用于上述目的的像素布局的一個例子。WO01/20591和EP1096466中已經(jīng)詳細描述了上述類型的像素結(jié)構(gòu)的例子。
在尋址階段，柵極上的電壓控制驅(qū)動晶體管22，上述電壓存儲在電容器24內(nèi)。在尋址階段，通過尋址晶體管16將所需電壓從列6傳送到電容器24內(nèi)，上述尋址晶體管16僅在尋址階段被接通。
在圖2的像素電路內(nèi)，光電二極管27釋放存儲在電容器24內(nèi)的柵極電壓。當驅(qū)動晶體管22上的柵極電壓達到閾值電壓時，EL顯示元件2將不再發(fā)光，并且存儲電容器24接下來將停止放電。電荷從光電二極管27泄漏的速度是顯示元件輸出的函數(shù)，從而光電二極管27起到光敏反饋裝置的功能。考慮到光電二極管27的影響，給出總的光輸出LT=CSηPD·TP(V(0)-VT)...[1]]]>在上述等式中，ηPD是光電二極管的效率，其在整個顯示器上是非常一致，CS是存儲電容，TF是幀周期，V(0)是驅(qū)動晶體管的初始柵-源電壓并且VT是驅(qū)動晶體管的閾值電壓。因此光輸出與EL顯示元件的效率無關(guān)并且因此提供了老化補償。然而，整個顯示器上的VT改變，從而將展示出不均勻性。
對上述基本電路有改進，但實際電壓尋址電路仍容易受到閾值電壓變化影響的問題仍然存在。因而，圖2的電路將不能補償非晶硅驅(qū)動晶體管的閾值電壓變化導(dǎo)致的應(yīng)力。此外，因為保持柵-源電壓的電容器被放電，用于顯示元件的驅(qū)動電流急劇下降。因而，亮度變差。這將導(dǎo)致較低的平均光強度。
申請人也提出了一種可選擇的光學反饋像素電路，在該電路中控制驅(qū)動晶體管從顯示元件提供恒定的光輸出。將用于老化補償?shù)墓鈱W反饋用于改變放電晶體管的操作定時(尤其是接通)，其依次快速地切斷驅(qū)動晶體管。放電晶體管的操作定時也依賴于將要提供到像素上的數(shù)據(jù)電壓。這樣，平均光輸出可以高于響應(yīng)光輸出較慢地關(guān)斷驅(qū)動晶體管的方案。因而可以更有效地操作顯示元件。驅(qū)動晶體管的閾值電壓的任何偏移將其自身表明為顯示元件的(恒定)亮度內(nèi)的變化。結(jié)果是，申請人提出的變形光學反饋電路補償了LED老化和驅(qū)動晶體管閩值電壓變化這兩方面導(dǎo)致的輸出亮度的改變。
盡管已知的像素電路，并且尤其是上面概括描述(并且下面也要詳細描述)的像素電路，可以提供對不同像素的LED顯示元件的差動老化的校正，但是它們沒有延長顯示器的壽命。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種有源矩陣顯示裝置，該顯示裝置包括排列呈陣列的顯示像素，每個像素都包括一個電流驅(qū)動發(fā)光顯示元件；一個驅(qū)動電流通過顯示元件的驅(qū)動晶體管；包括光學反饋元件的像素電路，用于控制驅(qū)動晶體管以驅(qū)動一基本恒定的電流在一個持續(xù)時間內(nèi)通過顯示元件，該持續(xù)時間取決于所需的顯示像素輸出電平和光學反饋元件的光學反饋信號；和為顯示器提供輸出配置的控制裝置，輸出配置包括用于至少像素電源電壓、場周期和像素驅(qū)動電平的允許范圍的值，其中控制裝置通過響應(yīng)顯示元件的老化來改變一個或多個所述值用于改變輸出配置。
在該裝置中，輸出配置隨裝置的老化而變化，從而使光學反饋系統(tǒng)可以連續(xù)地為顯示元件提供差動老化的補償以使顯示器能使用較長的時間。
像素電路可以包括一個存儲用于尋址驅(qū)動晶體管的電壓的存儲電容器和一個使存儲電容器放電從而關(guān)斷驅(qū)動晶體管的放電晶體管。光敏裝置通過依靠顯示元件的光輸出改變施加到放電晶體管上的柵極電壓來控制放電晶體管的操作定時。上述占空比控制方案能使顯示元件基本上在全亮度下操作，并且其依次能使場周期減小到最小，這對于大顯示器是需要的。
一個放電電容器可以提供在放電晶體管的柵極和恒定電壓線之間，且光敏裝置用于對放電電容器充電或放電。
每個像素還包括一個連接在充電線和驅(qū)動晶體管的柵極之間的充電晶體管，并且每個像素還包括一個與驅(qū)動晶體管串連連接的絕緣晶體管。
在一種結(jié)構(gòu)中，為每列像素提供電源線。例如為不同顏色的像素列提供不同的電源線。上述垂直電源線還可以起到監(jiān)控目的，以監(jiān)控顯示元件的老化。例如每個像素還包括一個能從列導(dǎo)體檢測出驅(qū)動晶體管的狀態(tài)的讀出晶體管。通過在場周期結(jié)束時檢測驅(qū)動晶體管的狀態(tài)，確定光學反饋系統(tǒng)是否關(guān)斷了驅(qū)動晶體管。如果沒有，其指示顯示元件老化到下述程度，即顯示器的電流操作特性不允許校正補償發(fā)生。
在一種結(jié)構(gòu)中，每個像素還包括一個從列導(dǎo)體能檢測出驅(qū)動晶體管的狀態(tài)的讀出晶體管。
作為選擇，每個像素列還包括一個在列中檢測出驅(qū)動晶體管的狀態(tài)的讀出晶體管。
本發(fā)明還提供了一種驅(qū)動包括有顯示像素陣列的有源矩陣顯示裝置的方法，其中每個顯示像素都包括一個驅(qū)動晶體管、一個電流驅(qū)動發(fā)光顯示元件和一個包括有光學反饋元件的像素電路，上述方法包括步驟(i)提供用于顯示器的輸出配置，輸出配置包括用于至少像素電源電壓、場周期和像素驅(qū)動電平允許的范圍的值；(ii)通過控制驅(qū)動晶體管以驅(qū)動一基本恒定的電流在一個持續(xù)時間內(nèi)通過顯示元件來尋址每個像素，該持續(xù)時間取決于所需的顯示像素輸出電平和光學反饋元件的光學反饋信號；和(iii)監(jiān)控陣列中顯示元件的老化，通過響應(yīng)顯示元件的老化而改變一個或多個所述值來改變輸出配置，并對于變化的輸出配置重復(fù)步驟(i)和(ii)。


現(xiàn)在將參考附圖通過例子詳細描述本發(fā)明，其中圖1示出了現(xiàn)有的EL顯示裝置；圖2示出了現(xiàn)有的補償差動老化的像素結(jié)構(gòu)；圖3示出了申請人提出的像素電路；圖4是解釋圖3的電路操作的時序圖；
圖5示出了圖3的電路的變形；圖6是解釋圖5的電路操作的時序圖；圖7為了詳細解釋圖6中電路的操作，示出了圖6的電路裝置特性；圖8示出了一場的像素輸出；圖9示出了更嚴重的老化效應(yīng)后如何不能校正像素輸出；圖10示出了像素輸出功率如何隨著時間變化；圖11示出了本發(fā)明變形的像素電路；圖12示出了實現(xiàn)本發(fā)明的變形的列電路的第一實施例；圖13是用于解釋圖12的電路操作的時序圖；圖14示出了實現(xiàn)本發(fā)明的變形的列電路的第二實施例；圖15是用于解釋圖14的電路操作的時序圖；圖16示出了實現(xiàn)本發(fā)明的變形的列電路的第三實施例；圖17用于解釋本發(fā)明可選擇電路的操作；圖18示出了實現(xiàn)本發(fā)明的變形的像素電路的另一示例；圖19示出了與圖3示出的相似，根據(jù)本發(fā)明如何修改非晶硅電路。
具體實施例方式
應(yīng)該理解上述附圖是示意性的并且沒有按著比例示出。為了使附圖清楚和方便，上述附圖的部分的相對尺寸和比例已經(jīng)放大或縮小。
將首先描述申請人已經(jīng)提出(但在本申請登記日之前沒有出版)的像素電路。在上述像素電路中，在特定幀周期期間和在考慮LED材料和驅(qū)動晶體管兩方面造成的老化效應(yīng)以及所需的亮度輸出的顯示元件發(fā)光(以恒定亮度)期間的時間周期，利用恒定柵極電壓驅(qū)動驅(qū)動晶體管。
圖3示出了提出的像素結(jié)構(gòu)的一個例子。像素電路用在諸如圖1所示的顯示器中。圖3的電路適于利用非晶硅n-型晶體管實現(xiàn)。
將用于驅(qū)動晶體管22的柵-源電壓再次保持在存儲電容器30內(nèi)。然而，利用充電晶體管34從充電線32將上述電容器充電到固定電壓。因而，當顯示元件發(fā)光時，將驅(qū)動晶體管22驅(qū)動到不受輸入到像素的數(shù)據(jù)影響的恒定電平。通過改變占空比，尤其是當驅(qū)動晶體管關(guān)斷時通過改變時間來控制亮度。
利用對存儲電容器30放電的放電晶體管36來關(guān)斷驅(qū)動晶體管22。當放電晶體管36接通時，電容器30快速放電并且驅(qū)動晶體管關(guān)斷。
當柵極電壓達到一足夠電壓時放電晶體管接通。光電晶體管38通過顯示元件2發(fā)光并根據(jù)顯示元件2的光輸出產(chǎn)生光電流。光電流為放電電容器40充電，并且在一定時間點，電容器40上的電壓將達到放電晶體管40的閾值電壓并因此使其接通。上述時間將取決于最初存儲在電容器40和光電流上的電荷，其依次取決于顯示元件的光輸出。
因而，提供到數(shù)據(jù)線6上的像素的數(shù)據(jù)信號通過尋址晶體管16被提供并被存儲在放電電容器40內(nèi)。高數(shù)據(jù)信號表示低亮度(從而僅需要少量附加電荷使晶體管36關(guān)斷)并且低數(shù)據(jù)信號表示高亮度(從而需要大量附加電荷使晶體管36關(guān)斷)。
上述電路因而具有用于補償顯示元件的老化的光學反饋，并還具有驅(qū)動晶體管22的閾值補償，因為驅(qū)動晶體管特性的改變將導(dǎo)致顯示元件輸出的不同，其再次受到光學反饋的補償。對于晶體管36，超過閾值電壓的柵極電壓保持為非常小，從而閾值電壓的變化不太顯著。
如圖3所示，每個像素還都具有一個連接在驅(qū)動晶體管22的源極和旁路線44之間的旁路晶體管42(T3)。上述旁路線44可以對所有像素是公共的。在對存儲電容器30充電時這將確保驅(qū)動晶體管的源極上的恒定電壓。因而，其將消除源極電壓對顯示元件上的電壓降的的依賴，其是電流的函數(shù)。因而，固定的柵-源電壓保持在電容器30內(nèi)，并且當數(shù)據(jù)電壓被存儲在像素內(nèi)時顯示元件關(guān)斷。
圖4示出了圖3中的電路操作的時序圖并且用于進一步詳細解釋電路操作。
電源線具有施加到其上的切換電壓。曲線50表示該電壓。在寫入數(shù)據(jù)到像素的期間，電源線26被切換為低，從而使驅(qū)動晶體管22關(guān)斷。這樣能使旁路晶體管42提供好的接地參考。
三個晶體管16、34、42的控制線連接在一起，并且當電源線為低電壓時三個晶體管都接通。上述共享的控制線信號如曲線52所示。
接通晶體管16具有對放電電容器40充電到數(shù)據(jù)電壓的效果。接通晶體管34具有從充電線32對存儲電容器30充電到恒定充電電壓的效果，并且接通晶體管42具有將顯示元件2旁路掉并且使驅(qū)動晶體管22的源極電壓固定的效果。如曲線54所示，在這個時間期間內(nèi)將數(shù)據(jù)(陰影區(qū)域)施加到像素內(nèi)。
上述電路僅是n-型結(jié)構(gòu)，其因此適于非晶硅實現(xiàn)。
圖5示出了n-型和p-型電路，其適于利用低溫度多晶硅工藝實現(xiàn)，并且其使用n-型和p-型裝置。
驅(qū)動晶體管2 2作為p-型裝置被實施。存儲電容器30連接在電源線26和驅(qū)動晶體管22的柵極之間，因為源極當前連接到電源線。相似地，放電晶體管36是p-型裝置，并且放電電容器40因此連接在電源線26和晶體管36的柵極之間。在上述電路中，通過光電二極管38從電容器40移走電荷以導(dǎo)致放電晶體管36的柵極電壓下降直到其接通。
充電晶體管34也是p-型裝置并連接在驅(qū)動晶體管22的柵極和地之間。晶體管34產(chǎn)生的充電操作為電容器充電直到其上的電壓為電源電壓。其將驅(qū)動晶體管22的柵極電壓保持為地電壓，這樣使驅(qū)動晶體管完全導(dǎo)通(因為其是p-型裝置)。
最根本的是，因此，該電路與上述電路以相同的方式操作，因此允許使用p-型晶體管。
在尋址期間絕緣晶體管62使顯示元件2關(guān)斷從而保持黑色性能。在圖5中，其是p-型裝置，雖然其當然也可以是n-型結(jié)構(gòu)。
如圖6所示，當柵極控制信號56為低時接通p-型晶體管62，并且當其在尋址期間變?yōu)楦邥r，晶體管62關(guān)斷而晶體管16、34接通(利用與56相反的信號)。
OLED顯示器的總壽命是保證該類型的顯示器的最重要因素，尤其是藍色LED像素。因此任何能延長使用壽命的措施都是很重要的。
為了得到較長的使用壽命，本發(fā)明涉及對上述類型的像素電路的使用壽命的控制，同時保持補充差動老化的效果。影響顯示器使用壽命的最主要因素是電源電壓、幀周期和數(shù)據(jù)電壓范圍。本發(fā)明涉及對上述參數(shù)的控制以得到最好可能的顯示壽命并具有最低限度的差動老化。
本發(fā)明利用光學反饋補充系統(tǒng)，但確定光學反饋系統(tǒng)何時已經(jīng)達到其校正能力范圍極限，并接下來改變顯示器的輸出配置，從而延長了顯示器的壽命。上述輸出配置包括用于像素電源電壓、場周期和像素驅(qū)動電平允許的范圍的值。通過改變-個或多個上述參數(shù)，將提高校正能力。
為了解釋本發(fā)明的方法和電路變形，更詳細地分析上述電路的操作是很有用的。為了這個目的，圖7示出了圖6的電路，具有為了分析而表示的分量值。下標1與驅(qū)動晶體管22(并且其表示為TD)相關(guān)并且下標2與放電晶體管36(并且其表示為Ts)相關(guān)。
通過TD提供到OLED的電流可以寫為I1＝f(V1，VDS)并且OLED的亮度是L＝ηLEDI1/ALED，其中ηLED是Cd/A內(nèi)OLED的效率并且ALED是像素孔徑的面積?？梢约俣═S是理想開關(guān)從而使I1＝H(V2-VT2)，其中H是為零的階梯函數(shù)直到V2等于VT2描述上述電路操作的差動等式在等式[2]中給出。
C1dV1dt=-H(V2(t)-VT2)]]>C2dV2dt=ηPDηLEDf(V1(t),VDS(t))APDALED---[2]]]>上述一對等式中的第一個來自于電容C1的放電并且第二個來自于利用光電二極管對C2的充電，上述光電二極管的效率是單位為A/Cd的ηPD并且面積為APD。因為H是階梯函數(shù)，我們很容易解出上述關(guān)系式。其對于V1的解是V1(t)=V1(0)t≤tON0t>tON]]>其中tON是如圖8所示電路發(fā)光的時間。
因為V1(t)是固定的直到到達ton,VDS(t)也可以被解出。
VDS(t)=VP-VLED(0)t≤tONVP-VTLEDt>tON]]>其中VP是電源電壓，VLED是OLED的陽極電壓，并且VTLED是OLED的閾值電壓。這樣就很容易地解出V2。
V2(t)-V2(0)=ηPDηLEDC2APDALEDf(V1(0),VP-VLED(0))tt≤tONηPDηLEDC2APDALEDf(0,VP-VTLED)tt>tON]]>TON可以然后被解出，因為其將是TS被接通的時間，也就是當V2(t)＝VT2時。電路的平均亮度通過下面給出LAV=ηLEDALEDf(V1(0),VP-VLED(0))tONTF]]>其中TF是幀周期。因此當tON＜TF時，LAV=C2APDηPDTF(VT2-V2(0))---[3]]]>這就示出了假定TS是理想開關(guān)時電路不依賴OLED的效率和驅(qū)動晶體管TFT TD的參數(shù)。上述可以用于控制亮度的參數(shù)是電壓V2(0)和幀周期TF。
然而，如果tON＞TF，則接下來將在電路的差動老化校正能力內(nèi)產(chǎn)生誤差。在這種情況下，亮度誤差將是ΔL=C2APDηPDTF(VT2-V2(0))-ηLEDAηLEDf(V1(0),VP-VLED(0))]]>其是正的，也就是因為已經(jīng)到達了幀周期的末尾，所以電路提供了過多的亮度，如圖9所示。
上述誤差需要小于或等于零，也就是ΔL＜0，其給出C2APDηPDTF(VT2-V2(0))≤ηLEDALEDf(V1(0),VP-VLED(0))---[4]]]>可以關(guān)于驅(qū)動TFT TD給出一個假定。因為當TD在其線性區(qū)域被驅(qū)動時可以得到電路的最低功耗，所以可以采取I1＝f(V1(0)，VP-VLED(0))＝β(V1(0)-VT1)(VP-VLED(0))其中β是TD的跨導(dǎo)參數(shù)。假定OLED的一個簡單模型，也就是I1=α2(VLED(0)-VTLED)2]]>然后，VP-VLED(0)=α(VLED(0)-VTLED)22β(V1-VT1)]]>代入等式[4]VLED(0)≥VTLED+(VT2-V2(0))2C2ηLEDηPDαTFALEDAPD]]>或VLED(0)≥VTLED+(VT2-V2(0))τTF---[5]]]>其中τ是時間常數(shù)，通過下面給出τ=2C2ηLEDηPDα(VT2-V2(0))ALEDAPD]]>因為OLED老化，ηLED和α都將減小，這將使τ增大，并且因此初始OLED電壓必須在一個幀周期內(nèi)給出足夠的亮度并確保在上述幀周期內(nèi)關(guān)斷電路。因為TD在線性區(qū)域內(nèi)，接下來電源將稍微地高于OLED電壓。因此，因為OLED的退化，必須增大電源或幀周期、或減小數(shù)據(jù)電壓范圍。
圖10內(nèi)示出了使用AMPLED顯示的像素。其示出了與時間T相對的像素使用壽命的幾率P(TP)＝TP/Tmax。TP是總的像素接通時間，且Tmax是像素接通最大可能的時間。三條曲線都示出了具有給定接通時間的任何像素的幾率，并且每條曲線表示不同老化程度的顯示器的像素。
在顯示器使用壽命(T1)開始時像素使用的擴展(也就是，像素接通時間)是非常小的并且因此老化的視覺影響可以忽略。超過在顯示器的使用壽命(T2然后是T3)，分布將變得更寬并且老化影響將變得更加嚴重。
其示出了老化影響(也就是，LED顯示元件的差動老化)在顯示器壽命初期不明顯，所以光學反饋補償方案將不需要在全幀周期執(zhí)行差動老化補償。
結(jié)果是，在顯示器壽命初期，顯示器可以在低電源電壓(VP)下操作并將不會產(chǎn)生老化。這將會減少發(fā)熱并因此減緩OLED的退化。因為顯示器老化，像素使用的擴展將變得更加嚴重并且將需要開始使用光學反饋的校正措施。這就需要(A)增大電源電壓(從而可以在場周期內(nèi)提供足夠得光輸出)；和/或(B)增大幀周期(從而有更多的時間為所有像素提供補償?shù)目偣廨敵?；和/或(C)減小數(shù)據(jù)電壓范圍(從而使沒有像素被驅(qū)動至最大亮度輸出)。
措施(A)能夠以發(fā)出更多的熱為代價在整個壽命周期內(nèi)提供一個恒定的亮度，因此縮短了壽命。措施(B)和(C)將降低整個壽命周期的亮度但不會導(dǎo)致老化。例如，通過增大幀周期，將減小幀速度，其當然要降低平均光輸出，并且這也可能導(dǎo)致閃爍。
本發(fā)明涉及控制顯示器的整個壽命周期內(nèi)的電源電壓、和/或幀周期和/或數(shù)據(jù)電壓范圍，以能夠?qū)崿F(xiàn)在顯示器延長的壽命周期內(nèi)有效的差動老化補償。
在優(yōu)選實施例中，電源線設(shè)置為垂直運行，并且對于紅、綠和藍色顯示元件都有單獨的電源線。將每條電源線都調(diào)整為適合每種顏色的電壓操作并因此降低全部功耗并提高壽命。
為了執(zhí)行顯示器操作特性的控制，需要確定顯示器內(nèi)像素使用的分布。對于具有垂直電源線的顯示器來說，其可以通過檢測用于驅(qū)動晶體管柵極電壓的存儲電容器圖7中的C1的電壓狀態(tài)得到。
如果C1在場周期的結(jié)尾處被完全充電，則接下來將沒有足夠的亮度使像素關(guān)斷。在這種情況下，本發(fā)明將考慮既需要增大電源電壓，也需要增大幀周期或減小該像素的數(shù)據(jù)電壓范圍。
本發(fā)明涉及檢測所有像素的狀態(tài)，并接下來判斷是否需要執(zhí)行上述三種措施中的任一種。
圖11示出了圖7的像素電路的變形以允許檢測驅(qū)動晶體管的導(dǎo)通狀態(tài)，其依次提供C1上的電壓指示。像素電路包括附加晶體管70，其利用與絕緣晶體管62相同的控制線被選通但以互補的方式操作。該電路能從列檢測出C1上的電壓狀態(tài)并需要一個附加TFT但不需要更多的列或?qū)ぶ肪€。
晶體管70與驅(qū)動晶體管串連，并且如果驅(qū)動晶體管接通，其將通過被檢測的驅(qū)動晶體管連接到電源線。
晶體管70只有當尋址特定行內(nèi)的像素時才接通。因而，對于任一列，僅有一個像素在任何時候具有一個接通的晶體管70，并且可以為單獨的像素確定C1的狀態(tài)。
圖12示出了列驅(qū)動器內(nèi)的檢測電路并且圖13示出了像素尋址線以及圖12中的列驅(qū)動器開關(guān)M1、M2和M3的定時，其高電壓關(guān)閉。
在一個像素剛剛被尋址前(也就是，前一場周期的末尾)，通過關(guān)閉開關(guān)M3利用低電壓對列進行預(yù)充電。
接下來打開M3并關(guān)閉M2以測量列電壓的狀態(tài)。如果C1未被充電，則接下來因為驅(qū)動TFT是接通的，列將被充電到高電壓，而如果C1被放電則因為驅(qū)動TFT是關(guān)閉的，列將保持在低電壓。因而列電壓的充電是接通驅(qū)動晶體管的指示，其依次是光學反饋系統(tǒng)不能提供全部校正的指示。
接下來將列的狀態(tài)存儲在存儲器內(nèi)。然后打開M2并關(guān)閉M1從而將列充電到下一數(shù)據(jù)電壓。接下來將跟隨正常的尋址階段，并且本發(fā)明在尋址周期內(nèi)作為附加的步驟執(zhí)行，具有與M2的控制脈沖的持續(xù)時間相對應(yīng)的持續(xù)時間。上述持續(xù)時間必須對于通過接通的驅(qū)動晶體管利用電源線為列電容器充電是足夠的，并且可以是幾微秒的時間。
在場周期的末尾，所有像素將都被檢測并且響應(yīng)收集到的數(shù)據(jù)使多種方案用于控制顯示參數(shù)。
在一種方案中，如果任一像素具有在場周期的末尾沒有被放電的存儲電容器C1，將采用校正措施。如前面描述的，上述校正措施可以是
(i)在每場后使電源線電壓增大ΔV直到?jīng)]有列被檢測為高電壓，和/或(ii)在每場后使幀周期增大ΔTD直到?jīng)]有列被檢測為高電壓，和/或(iii)在每場后使數(shù)據(jù)電壓范圍減小ΔVD直到?jīng)]有列被檢測為高電壓。
在作為選擇的控制方案中，如果大于預(yù)定數(shù)目N的像素具有在場周期的末尾未被充電的電容器C1，則可以僅采用校正措施。
基于單獨像素的校正方案能容許沒有老化，但這可能不需要，因為可能沒有像素缺陷。因此允許利用預(yù)定數(shù)目N指定的老化程度的校正方案是優(yōu)選的。
圖14示出了另一種得到像素狀態(tài)檢測的方法，并且其在每一列都需要附加晶體管80。像素的低電勢線排列為與列平行運行，并且附加晶體管80選擇性地將低電勢線連接到低電勢電壓電源(地)。
在上述排列中，低電勢線可以被預(yù)充電到低電壓。在檢測操作期間，該線通過晶體管與低電壓源隔離，并且接下來線上的電壓被監(jiān)控。在上述排列中，如果存儲電容器C1已經(jīng)被放電，則放電晶體管TS用于將低電勢列充電到高電壓。如果電容器C1已經(jīng)放電，這是因為光學反饋系統(tǒng)已經(jīng)接通了放電晶體管。結(jié)果是，就有了從電源線通過放電晶體管和充電晶體管34(其在場周期期間被接通)的導(dǎo)電路徑。
在這種情況下，放電晶體管TS將位于其閾值電壓從而使充電時間變得很長。因此當需要充足的時間時，上述方法是最優(yōu)的，例如每個時間內(nèi)顯示器被關(guān)斷。
圖15示出了用于檢測的時序圖，對于將列充電到高電壓的情況，在在C1已經(jīng)放電時發(fā)生。圖15示出了其中像素在檢測后立即被尋址的情況。上述結(jié)構(gòu)還能在顯示器的整個尋址周期內(nèi)確定每個像素放電晶體管的狀態(tài)。
上述電路內(nèi)的列狀態(tài)的存儲可以以模擬或數(shù)字模式實現(xiàn)。
圖16示出了模擬實現(xiàn)。如果當M2關(guān)閉時(參考圖12)列被充電到高電壓，則接下來電流將流過晶體管TM。任何其他變成高電壓的列也將通過該列的TM提取電流，從而使檢測線上的電流(如果被所有列共享)將是所有變成高電壓的列的總和并且將被檢測。其表示對一行內(nèi)的像素組合的分析。與上述電流對應(yīng)的值將與顯示器內(nèi)所有其他行產(chǎn)生的電流一起被存儲和累積。上述結(jié)果值將接下來被用于調(diào)節(jié)電流源、幀周期等等。
數(shù)字方法可以在列驅(qū)動移位寄存器的輸出使用鎖存器以存儲和時鐘輸出在該列上檢測到的值。接下來將該值進行累積并饋送到將要調(diào)節(jié)適合參數(shù)的判定邏輯。
在上面的例子中，檢測功能描述為僅發(fā)生在線被重新尋址之前。其也可以延伸到幀周期的任何時間內(nèi)。例如，其可能需要限制LED顯示元件的占空比，從而其不能超過50％。通過用更亮的亮度但用更短的占空比使顯示元件發(fā)光，可以進一步延長顯示器的壽命。在這種情況下，在沒有光輸出的部分場周期期間，檢測功能可以在場周期的中途發(fā)生。
如果每個尋址階段都包括檢測周期，則然后任何線(例如行導(dǎo)體)都可以用于檢測，而不同的線可以用于尋址?？梢酝ㄟ^具有圖17所述的兩個輸出的行驅(qū)動器控制被尋址的線和被檢測的線。
圖17示出了具有兩個輸出A、B的行驅(qū)動器8。在任何時候，一個輸出A用于尋址一行像素，并且另一個輸出B用于實現(xiàn)檢測功能。上述兩個輸出錯開場周期的一部分81，從而使檢測功能發(fā)生在行內(nèi)像素發(fā)光完成之后。
如時序圖所示，每行的尋址周期82包括兩部分。一部分84(第一部分)用于實現(xiàn)檢測功能并且另一部分86用于實現(xiàn)尋址功能。
在檢測操作期間，列導(dǎo)體最初為高阻狀態(tài)(“高Z”)，但接下來被驅(qū)動為低電壓以確保像素關(guān)斷。在像素尋址操作期間，行脈沖86照常對應(yīng)列導(dǎo)體上的數(shù)據(jù)信號的時序。對于每一場周期，因而每列都被使用兩次，一次用于檢測并且一次用于尋址。
上面描述的優(yōu)選實施例使用垂直電源線。然而，也可以使用水平電源線。在這種情況下，可以以與上述相同的方式在適當?shù)臅r間檢測水平電源線上流動的電流并執(zhí)行校正。
上面的描述涉及本發(fā)明實施例用于一種特定光學反饋像素設(shè)計。也可以使用各種可選擇的可以用于本發(fā)明的光學反饋系統(tǒng)。
圖18示出了圖7的像素電路的變形，其中附加晶體管90提供在放電晶體管36的柵極和地線之間并且當光學反饋系統(tǒng)操工作以關(guān)斷顯示元件時用于提高放電速度。
圖18內(nèi)示出的電路還可以用于檢測，因為如果電路被關(guān)斷，TFT 90將能將列驅(qū)動為低電壓。
雖然圖3示出了非晶硅光學反饋電路的例子，本發(fā)明上面的例子使用多晶硅驅(qū)動TFT。圖3的一個變形是將光電二極管連接到充電線32，從而使電源線26僅與驅(qū)動晶體管22連接。其能使電源線26被切換，從而在尋址階段顯示元件可以關(guān)斷。這就提高了驅(qū)動變黑的像素的暗度。此外，其可以省略旁路晶體管。圖19示出了使用上述類型電路的本發(fā)明的實現(xiàn)。
圖19基本上與圖3對應(yīng)，具有上面概述的變形，并且其中附加晶體管開關(guān)100連接在顯示元件的陽極和列線之間，以能實現(xiàn)檢測操作。
在上面的例子中，控制參數(shù)包括電源電壓。其可以是提供到電源線26的電壓，但是還可以通過修改充電線32上的電壓來實現(xiàn)顯示器的控制。上述充電線電壓是像素電源電壓之一。因而，像素電源電壓包括充電線32的電壓(充電線32獨立于主電源線)和電源線26的電壓。
上面的例子是公共陰極的方案，其中使LED顯示元件的陽極形成圖案并且使所有LED元件的陰極共用公共的未形成圖案的電極。這是當前在制造LED顯示元件陣列中使用的材料和過程的優(yōu)選方案。然而，也可以采用形成圖案的陰極，并這樣將簡化像素電路。
在上面的例子中，光學反饋用于補償LED材料和驅(qū)動晶體管的老化。如果閾值電壓的變化非常大，這可能是使用非晶硅驅(qū)動晶體管的情況，可能需要一些電閾值電壓補償。這可以通過在串連的兩個電容器，即存儲電容器和閾值電容器上保持驅(qū)動晶體管的柵-源電壓來實現(xiàn)。將用于關(guān)斷放電晶體管的放電電容器設(shè)置為使存儲電容器短路。上述電路可以接下來將(固定的)驅(qū)動電壓電平提供在存儲電容器30上并且存儲驅(qū)動晶體管的閾值電壓在閾值電容器上。
有很多上述的關(guān)于光學反饋系統(tǒng)的變形和改進。
在上面的例子中，光敏元件是光電二極管，但是可以利用光敏晶體管或光敏電阻器設(shè)計像素電路。已經(jīng)示出了利用各種晶體管半導(dǎo)體技術(shù)的電路。很多變形都是可能的，例如，晶體硅、氫化非晶硅、多晶硅以及甚至半導(dǎo)體聚合物。這些都落在本發(fā)明所要求保護的范圍內(nèi)。顯示裝置可以是聚合物LED裝置、有機LED裝置、含磷材料或其他發(fā)光結(jié)構(gòu)。
顯示結(jié)構(gòu)的調(diào)整可以改變所有像素的結(jié)構(gòu)。例如，當幀周期變化時其是合適的。然而，顯示結(jié)構(gòu)的調(diào)整可以是對于像素的單獨組，尤其是像素列。因而，不同的電源電壓可以用于不同列。電壓的上述變化可以需要待處理的圖像數(shù)據(jù)。尤其是，LED顯示元件的老化可以在整個所有輸出級上沒有線性影響，并且可能需要一個應(yīng)用到調(diào)整列的像素數(shù)據(jù)的函數(shù)。對于全顯示代替地可以進行電壓變化，其中不需要像素數(shù)據(jù)處理的情況。
可以使用上面描述的用于改變輸出配置的一個或多個措施，并且可以是其任何組合。
用于改變顯示操作特性的控制裝置將是傳統(tǒng)的設(shè)計并且將控制行和列尋址電路的電壓和/或定時操作，并且上述控制裝置如圖1內(nèi)的附圖標記10所示。對于其中電壓電平發(fā)生變化的方案，可以使用傳統(tǒng)電路來調(diào)整電源電壓電平，例如列驅(qū)動器電源、顯示器電源或像素充電線電源電平。
檢測操作和顯示結(jié)構(gòu)的控制對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說是常規(guī)的。
各種其他變形對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說也是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種包括顯示像素陣列的有源矩陣顯示裝置，每個像素都包括一個電流驅(qū)動發(fā)光顯示元件(2)；一個驅(qū)動電流通過顯示元件的驅(qū)動晶體管(22)；包括光學反饋元件(38)的像素電路，其用于控制驅(qū)動晶體管以驅(qū)動基本恒定的電流在一個持續(xù)時間內(nèi)通過顯示元件，該持續(xù)時間取決于所需要的顯示像素輸出電平和光學反饋元件的光學反饋信號；和為顯示器提供輸出配置的控制裝置(10)，該輸出配置包括用于至少是像素電源電壓、場周期和像素驅(qū)動電平的允許范圍的值，其中控制裝置通過響應(yīng)顯示元件的老化而改變一個或多個所述值來用于改變輸出配置。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中像素電路包括一個用于存儲電壓的存儲電容器(30；C1)，所述電壓用于尋址驅(qū)動晶體管(22)。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中像素電路包括一個使存儲電容器放電以便從而關(guān)斷驅(qū)動晶體管(22)的放電晶體管(36；T2)，并且其中光學反饋元件(38)通過根據(jù)顯示元件(2)的光輸出改變施加到放電晶體管上的柵極電壓來控制放電晶體管(36；T2)的操作的定時。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中光學反饋元件(38)控制放電晶體管(36；T2)從關(guān)斷到接通的定時。
5.如權(quán)利要求3或4所述的裝置，其中光學反饋元件(38)包括一個放電光電二極管。
6.如權(quán)利要求3、4或5所述的裝置，其中一個放電電容器(40；C2)被提供在放電晶體管(36；T2)的柵極和恒定電壓線之間，且光學反饋元件用于為放電電容器充電或放電。
7.如前面任一權(quán)利要求所述的裝置，其中驅(qū)動晶體管(22)連接在電源線(26)和顯示元件(2)之間。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中存儲電容器(30；C1)連接在驅(qū)動晶體管(22)的柵極和源極之間。
9.如前面任一權(quán)利要求所述的裝置，其中每個像素還包括一個連接在充電線和驅(qū)動晶體管的柵極之間的充電晶體管(34)。
10.如前面任一權(quán)利要求所述的裝置，其中每個像素還包括一個與驅(qū)動晶體管(22)串聯(lián)連接的絕緣晶體管(62)。
11.如前面任一權(quán)利要求所述的裝置，其中為每列像素提供電源線。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中為不同顏色像素的列提供不同的電源線。
13.如前面任一權(quán)利要求所述的裝置，其中每個像素還包括一個從列導(dǎo)體檢測出驅(qū)動晶體管(22)的狀態(tài)的讀出晶體管(70；100)。
14.如權(quán)利要求1到12之一的裝置，其中每個像素列還包括一個在列中檢測出驅(qū)動晶體管的狀態(tài)的讀出晶體管(80)。
15.如前面任一權(quán)利要求所述的裝置，其中電流驅(qū)動發(fā)光顯示元件(2)包括電致發(fā)光顯示元件。
16.一種驅(qū)動包括顯示像素陣列的有源矩陣顯示裝置的方法，其中每個顯示像素都包括一個驅(qū)動晶體管(22)、一個電流驅(qū)動發(fā)光顯示元件(2)和一個包括光學反饋元件(38)的像素電路，所述方法包括步驟(i)提供輸出配置到顯示器，該輸出配置包括用于至少是像素電源電壓、場周期和像素驅(qū)動電平允許的范圍的值；(ii)通過控制驅(qū)動晶體管(22)以驅(qū)動基本恒定的電流在一個持續(xù)時間內(nèi)通過顯示元件(2)來尋址每個像素，該持續(xù)時間取決于所需要的顯示像素輸出電平和光學反饋元件(38)的光學反饋信號；和(iii)監(jiān)控陣列中的顯示元件的老化，通過響應(yīng)顯示元件的老化改變一個或多個所述值來改變輸出配置，并對于變化的輸出配置重復(fù)步驟(i)和(ii)。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中監(jiān)控陣列的顯示元件的老化包括在場周期的開始或結(jié)束時監(jiān)控驅(qū)動晶體管(22)的接通或關(guān)斷狀態(tài)。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中如果在場周期的結(jié)束時多于預(yù)定數(shù)目的驅(qū)動晶體管(22)被接通，則改變輸出配置。
全文摘要
一種有源矩陣顯示裝置包括顯示像素陣列，每個像素包括一個電流驅(qū)動發(fā)光顯示元件(2)；一個驅(qū)動電流通過顯示元件的驅(qū)動晶體管(22)；和包括光學反饋元件(38)的像素電路，其用于控制驅(qū)動晶體管以驅(qū)動基本恒定的電流在一個持續(xù)時間內(nèi)通過顯示元件，該持續(xù)時間取決于所需要的顯示像素輸出電平和光學反饋元件的光學反饋信號。將一種輸出配置提供到顯示器內(nèi)，所述輸出配置包括用于至少是像素電源電壓、場周期和像素驅(qū)動電平的允許范圍的值。輸出配置響應(yīng)顯示元件的老化而變化。在所述裝置內(nèi)，輸出配置因為裝置的老化而變化，從而使光學反饋系統(tǒng)可以連續(xù)地為顯示元件的差動老化提供補償以使顯示器能使用較長的時間周期。
文檔編號G09G3/20GK1965340SQ200580018357
公開日2007年5月16日 申請日期2005年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月5日
發(fā)明者D·A·菲什 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司