專利名稱：控制有源矩陣顯示器中的電-光顯示元件亮度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制有源矩陣顯示器中的電一光顯示元件亮度的方法。
背景技術(shù)：
有源發(fā)光二極管(OLED)有一個(gè)特別有利的電一光顯示器形式， 它們光亮、多彩、切換迅速、視角寬，并能方便而廉價(jià)地裝配在各種襯 底上。有機(jī)LED可以用聚合物或者用小分子材料制成各種顏色(或多色 顯示)，這依賴于所用的材料?；诰酆衔锏挠袡C(jī)LED的例子在W0 90 / 13148、 WO95 / 06400和WO99/48160中有所描述；基于所謂小分 子的例子則在US 4,535,507中有所描述。
典型的有機(jī)LED的基本結(jié)構(gòu)100表示在圖la中。玻璃或塑料襯底 102支持包括例如銦錫氧化物(ITO)的透明陽(yáng)極層104，其上是淀積的 空穴遷移層106，場(chǎng)致發(fā)光層108和陰極110。場(chǎng)致發(fā)光層108可包含例 如PPV(聚(p—亞苯基亞乙烯基))，空穴遷移層106，其幫助匹配陽(yáng)極層 104和場(chǎng)致發(fā)光層108的空穴能級(jí)，場(chǎng)致發(fā)光層108可包含例如PEDOT: PSS (聚苯乙烯一磺化一摻雜一聚乙烯一二氧噻吩)。陰極層110—般包 含低工作性能的金屬例如鈣，并可包括緊鄰場(chǎng)致發(fā)光層108的附加層， 以改善電子能級(jí)的匹配。至陽(yáng)極和陰極的接觸線114和116分別提供至 電源118的連接。同樣的基本結(jié)構(gòu)也可應(yīng)用于小分子器件。
在圖la所示的實(shí)例中，光線120經(jīng)過(guò)透明陽(yáng)極104和襯底102發(fā)射， 這種器件稱為"底部發(fā)射體"。器件也能構(gòu)成經(jīng)過(guò)陰極發(fā)射，例如保持陰
極層110的厚度小于50—100nm左右，使陰極基本上是透明的。
有機(jī)LED可在襯底上淀積為象素矩陣，形成單色或多色象素化顯 示。利用紅、綠和藍(lán)色發(fā)射象素組可構(gòu)成多色顯示。在這類顯示器中， 一般通過(guò)激活行(或列)線對(duì)各個(gè)元件尋址，選擇象素，寫入象素的行 (或列)，建立顯示?？梢钥闯?，對(duì)這種安排來(lái)說(shuō)，希望備有與每一象素 并聯(lián)的存儲(chǔ)元件，使寫入象素的數(shù)據(jù)被保存，而其他象素被尋址。 一般 可通過(guò)存儲(chǔ)電容器實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，其保存設(shè)置在驅(qū)動(dòng)器晶體管柵極上的電 壓。這類器件稱為有源矩陣顯示器；聚合物和小分子有源矩陣顯示器驅(qū) 動(dòng)器的實(shí)例可分別在WO 99 / 42983和EP 0,717，446A中找到。
圖lb示出這樣一種典型的OLED驅(qū)動(dòng)器電路150。電路150是為 顯示器的每個(gè)像素提供的，提供的地線152、 Vss 154、行選擇線164和 列數(shù)據(jù)線166母線互聯(lián)各個(gè)象素。因此每一象素有電源和地的連接線， 每行象素有共用的行選擇線164，每列象素有共用的數(shù)據(jù)線166。
每一象素帶有有機(jī)LED 156，其與驅(qū)動(dòng)器晶體管158串聯(lián)連接在地 線和電源線152和154之間。驅(qū)動(dòng)器晶體管158的柵極連接線159耦連 至存儲(chǔ)電容器160,在行選擇線164的控制下，控制晶體管162將柵極 159耦連至列數(shù)據(jù)線166。晶體管162是一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)開(kāi)關(guān)， 它在行選擇線164激活時(shí)，將列數(shù)據(jù)線166連接至柵極159和電容器160。 因此當(dāng)開(kāi)關(guān)162接通時(shí)，列數(shù)據(jù)線166上的電容能保存在電容器160上。 這個(gè)電壓在電容器上至少保持幀刷新周期，因?yàn)橹硫?qū)動(dòng)器晶體管158柵 極連接線與處于"斷開(kāi)"狀態(tài)的開(kāi)關(guān)晶體管162之間有相當(dāng)高的阻抗。
驅(qū)動(dòng)器晶體管158 —般是FET晶體管，其上通過(guò)取決于晶體管的 柵極電壓小于閾值電壓的(漏一源)電流。因此在控制節(jié)點(diǎn)159上的電 壓控制流過(guò)OLED 156的電流，因而控制OLED的亮度。
圖lb的標(biāo)準(zhǔn)電壓控制電路有一些缺點(diǎn)。主要問(wèn)題是因?yàn)镺LED 156 的亮度依賴于OLED和驅(qū)動(dòng)它的晶體管158的特性。 一般來(lái)說(shuō)，這些特 性在顯示區(qū)域有所變化，并且隨時(shí)間、溫度和使用年限而變化。因此就 難以在實(shí)際中預(yù)測(cè)當(dāng)用列數(shù)據(jù)線166上給定電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)， 一個(gè)象素亮到 什么程度。在彩色顯示中，顏色表示的精確度也可能受影響。
圖2a和2b示出部分地針對(duì)這些問(wèn)題的兩個(gè)電路。圖2a示出電流控制的象素驅(qū)動(dòng)器電路200，其中，流經(jīng)OLED 216的電流是通過(guò)利用參 考電流接收器224設(shè)置OLED驅(qū)動(dòng)器晶體管212的漏一源電流，并監(jiān)測(cè) 這個(gè)漏一源電流所需要的驅(qū)動(dòng)器晶體管柵極電壓來(lái)設(shè)置的。因此，OLED 216的亮度決定于流入可調(diào)參考電流接收器224的電流Ie。,，其被設(shè)置為 所尋址的象素的希望值?？梢钥闯觯瑸槊恳涣袛?shù)據(jù)線210而不是每一象 素，提供一個(gè)電流接收器224。
更詳細(xì)地說(shuō)，電源線202、 204、列數(shù)據(jù)線210和行選擇線206是按 參考圖lb的電壓控制象素驅(qū)動(dòng)器那樣來(lái)提供的。此外還提供有反相行選 擇線208，當(dāng)行選擇線206為低時(shí)，反相行選擇線208為高，反之亦然。 驅(qū)動(dòng)器晶體管212有一個(gè)耦連至它的柵極連接線的存儲(chǔ)電容器218，用 來(lái)保存驅(qū)動(dòng)晶體管流過(guò)所希望的漏一源電流所需的柵極電壓。驅(qū)動(dòng)器晶 體管212和OLED 216串聯(lián)連接在電源線202和地線204之間，此外， 另一開(kāi)關(guān)晶體管214連接在驅(qū)動(dòng)器晶體管212和OLED 216之間，晶體 管214有耦連至反相行選擇線208的柵極連接線。另外兩個(gè)開(kāi)關(guān)晶體管 220、 222由非反相行選擇線206控制。
在圖2a所示的電流控制的象素驅(qū)動(dòng)器電路200的實(shí)施例中，所有晶 體管是PMOS，優(yōu)選它是因?yàn)樗鼈兊妮^高穩(wěn)定性和抗熱電子效應(yīng)的能力。 但NMOS晶體管也能使用。根據(jù)下面描述的本發(fā)明，這也是確實(shí)可行 的電路。
在圖2a的電路中，晶體管的源極連線連向地線GND，對(duì)于現(xiàn)用的 OLED器件來(lái)說(shuō)，V^—般為一6伏左右。當(dāng)行激活時(shí)，行選擇線206在 一20伏被驅(qū)動(dòng)，反相行選擇線208在0伏被驅(qū)動(dòng)。
當(dāng)行選擇激活時(shí)，晶體管220和222接通，晶體管214斷開(kāi)。 一旦 電路已到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)，流入電流接收器224的電流Ic。,流過(guò)晶體管222 和晶體管212 (212的柵極呈現(xiàn)高阻抗)。因此，晶體管212的漏一源電 流實(shí)質(zhì)上等于由電流接收器224設(shè)置的參考電流，這個(gè)漏一源電流所需 要的柵極電壓保持在電容器218上。然后，當(dāng)行選擇變成不激活時(shí)，晶 體管220和222斷開(kāi)，晶體管214接通，結(jié)果是同樣的電流流過(guò)晶體管 212、晶體管214和OLED216。因此，流過(guò)OLED的電流被控制到基本 上與參考電流接收器224設(shè)置的相同。
在這個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)到達(dá)之前，電容器218上的電壓一般與所要求的電
壓不同，因此，晶體管212將不通過(guò)等于電流U (由參考接收器224設(shè) 置的)的漏一源電流。當(dāng)這種失配存在時(shí)，和參考電流與晶體管212的 漏一源電流之差相等的電流，經(jīng)過(guò)晶體管220流進(jìn)或流出電容器218， 從而改變晶體管212的柵極電壓。柵極電壓的變化直至晶體管212的漏 一源電流等于由接收器224設(shè)置的參考電流為止，這時(shí)，失配狀態(tài)消除， 沒(méi)有電流流過(guò)晶體管220。
圖2a的電路解決了與圖lb的電壓控制電路有關(guān)的一些問(wèn)題，正如 流過(guò)OLED 216的電流能不管象素驅(qū)動(dòng)器晶體管212的特性變化而設(shè)置。 但是，圖2a的電路仍有OLED216特性變化的傾向，表現(xiàn)在象素之間， 有源矩陣顯示器件之間以及隨時(shí)間的變化。OLED的一個(gè)特殊的問(wèn)題是 它們的光輸出有隨時(shí)間而減小的趨勢(shì)，依賴于驅(qū)動(dòng)它們的電流(這可能 涉及經(jīng)過(guò)OLED的電子流通)。這種惡化在象素化顯示中尤其明顯，在 象素化顯示中容易比較出相鄰象素的相對(duì)亮度。還有一個(gè)問(wèn)題的出現(xiàn)是 因?yàn)榫w管212、214和222實(shí)際上都必須足夠大，以對(duì)付流經(jīng)OLED 216 的電流，它等于參考電流Ie。,?；谟性淳仃嚻骷慕Y(jié)構(gòu)，大的晶體管通 常是不希望的，因?yàn)榭赡茱@得笨拙或防礙部分象素面積的利用。
為解決這些增加的問(wèn)題，已有若干嘗試采用光反饋來(lái)控制OLED電 流。這些嘗試在WO 01 / 20591， EP0,923,067A， EP 1,096,466A和JP 5 一035,207中有所描述，全都采用基本上相同的技術(shù)。取自WO 01 / 20591 的圖2b說(shuō)明了這種技術(shù)，它是在存儲(chǔ)電容器上跨接一個(gè)光電二極管。
圖2b示出具有光反饋路徑252的電壓控制的驅(qū)動(dòng)器電路250。圖2b 的驅(qū)動(dòng)器電路250的主要部分與圖lb的電路150相對(duì)應(yīng)，即OLED254 與帶有耦連至其柵極的存儲(chǔ)電容器258的驅(qū)動(dòng)器晶體管256串聯(lián)。開(kāi)關(guān) 晶體管260被行線262控制，當(dāng)開(kāi)關(guān)接通時(shí)，允許電容器258上的電壓 向列線264施加一個(gè)電壓信號(hào)。但光電二極管266跨接在存儲(chǔ)電容器上， 它是反向偏置的。因此，光電二極管266在黑暗的情況下基本上是不導(dǎo) 通的，而呈現(xiàn)依賴于光照程度的很小的反向電流。象素的實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)置 為致使OLED 254照射光電二極管266，因而提供了光反饋路徑252。
經(jīng)過(guò)光電二極管266的光電流與OLED 254的瞬時(shí)光輸出強(qiáng)度之間
近似于線性比例關(guān)系。因此，保存在電容器258上的電荷、電容器上的 電壓以及OLED 254的亮度，隨時(shí)間作近似指數(shù)的衰變。因此，OLED 254 的整體光輸出即發(fā)射的光子總量和OLED象素由此而覺(jué)察的亮度，大致 上是由保存在電容器258上的初始電壓確定的。
圖2b的電路解決了前述的涉及驅(qū)動(dòng)器晶體管256和OLED 254的線 性和變異性的問(wèn)題，但在其具體實(shí)現(xiàn)中表現(xiàn)出一些重大的缺點(diǎn)。主要缺 點(diǎn)是每一顯示象素在每一幀都需要刷新，因?yàn)榇鎯?chǔ)電容器258正是在這 個(gè)周期內(nèi)放電。與此有關(guān)，圖2b的電路補(bǔ)償老化效應(yīng)的能力有限，還因 為從OLED254發(fā)射的光脈沖不能超出幀周期。同樣地，因?yàn)镺LED脈 沖式地接通和斷開(kāi)，它必須在對(duì)給定的光輸出加大電壓的情況下操作， 這引起電路效率的降低。電容器258也常呈現(xiàn)非線性，以致保存的電荷 不能線性正比于加在列線264上的電壓。這導(dǎo)致當(dāng)光電二極管266通過(guò) 取決于它所接收的光照強(qiáng)度的光電流(因此充電)時(shí)，象素的電壓一亮 度關(guān)系上的非線性。

發(fā)明內(nèi)容
因此，有必要改進(jìn)存在上述問(wèn)題的有機(jī)LED顯示器驅(qū)動(dòng)器電路。 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供用于驅(qū)動(dòng)電一光顯示元件的顯示元件 驅(qū)動(dòng)器電路，電路包括驅(qū)動(dòng)器，其根據(jù)驅(qū)動(dòng)電壓對(duì)電一光顯示元件進(jìn) 行驅(qū)動(dòng)；光敏器件，其光耦至電一光顯示元件，取決于到達(dá)光敏器件的 光照而通過(guò)電流；和控制電路，其具有耦連至驅(qū)動(dòng)器的控制線，控制電 一光顯示元件的亮度，并具有耦連至光敏器件的電流檢測(cè)輸入端，耦 連至參考電流產(chǎn)生器的電流設(shè)置線，和顯示元件選擇線，當(dāng)激活顯示元 件選擇線時(shí)，使控制電路根據(jù)由參考電流產(chǎn)生器設(shè)置的電流以驅(qū)動(dòng)電一 光顯示元件。
這樣利用光反饋，可使電一光顯示元件的光輸出直接受流入列線的 參考電流控制，因而解決現(xiàn)有技術(shù)的光反饋技術(shù)中的問(wèn)題，即顯示元件 光輸出實(shí)際上存在脈動(dòng)。進(jìn)一步說(shuō)，電路響應(yīng)的線性實(shí)際上受光敏器件 的線性控制，而且那些有很好線性的器件和光電二極管相當(dāng)容易制造。 如下面將要說(shuō)明的，驅(qū)動(dòng)器的電路也只需要一個(gè)大晶體管，而不是電流
控制的驅(qū)動(dòng)器電路所需求的用三個(gè)大晶體管，在電流控制的驅(qū)動(dòng)器電路 中被補(bǔ)償?shù)氖球?qū)動(dòng)電流而不是光輸出。
優(yōu)選的顯示器驅(qū)動(dòng)器電路包括存儲(chǔ)元件，例如電容器或數(shù)字電容器， 其耦連至控制線。這樣，當(dāng)元件選擇線不激活時(shí)，由參考電流產(chǎn)生器設(shè) 置的驅(qū)動(dòng)電壓可以保持。
存儲(chǔ)元件可包括驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)部電容，在驅(qū)動(dòng)器包括FET (場(chǎng)效應(yīng)晶
體管)的情況下，存儲(chǔ)元件可簡(jiǎn)單地包括FET柵電容。FET制造時(shí)可增 大柵電容，以有效地將存儲(chǔ)元件與驅(qū)動(dòng)器晶體管整合。在使用中，誤差 電流流入或流出控制線，在電容器上積聚或除去電荷，以改變電容器上 的電壓和由此而來(lái)的驅(qū)動(dòng)電壓。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，共一柵(FET)晶體管或共一基(雙極)晶 體管耦連在光敏器件和電流檢測(cè)輸入端之間，以降低光敏器件上的電壓。 器件上的電壓的降低，使流過(guò)器件的漏電流減小，這是有利的，因?yàn)榱?經(jīng)器件的光電流一般很小，尤其是在顯示元件亮度電平低的時(shí)候。這個(gè) 共一柵或共一基晶體管可有利地利用具有匹配的VT (柵一源閾值電壓) 或匹配的Vbe (基一發(fā)射極電壓)的第二晶體管來(lái)偏置。這樣電流可流 經(jīng)第二晶體管，設(shè)置第二晶體管的柵極(或基極)電壓，然后加到共一 柵(或共一基)晶體管，設(shè)置合適的偏置點(diǎn)。
在這個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的改進(jìn)中，在列線中流動(dòng)的參考電流，可在光反 饋路徑使用之前，在最初的偏置操作中，分流至第二晶體管。提供一個(gè) 開(kāi)關(guān)就可實(shí)現(xiàn)電流分流至第二晶體管，最好再流經(jīng)第二開(kāi)關(guān)和另一存儲(chǔ) 元件，以保存這樣設(shè)置的偏置條件。這些開(kāi)關(guān)最好由補(bǔ)償線控制，在顯 示元件選擇線激活之前，補(bǔ)償線激活而設(shè)置共一柵(或共一基)晶體管 的偏置。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，為有源矩陣顯示器中的每一象素提供上述類 型的顯示元件驅(qū)動(dòng)器電路。在這種安排中，顯示器行地址線耦連至相應(yīng) 行中象素的顯示元件選擇線，顯示元件列選擇線耦連至相應(yīng)列中象素的 電流設(shè)置線，或者反之亦然?？删幊虆⒖茧娏鳟a(chǎn)生器最好是為每一列地 址線提供的，以使所述列的象素的亮度可編程控制。
在相應(yīng)方面，本發(fā)明也提供一種控制有源矩陣顯示器中的電一光顯
示元件亮度的方法，其特征在于該方法包括為每一元件提供光敏器件， 所述光敏器件取決于對(duì)所述光敏器件的光照而通過(guò)光電流；通過(guò)檢測(cè)元 件的光敏器件通過(guò)的光電流，檢測(cè)每一元件的亮度；和控制每一元件的 亮度，使得檢測(cè)到的光電流由參考電流確定。
有源矩陣顯示器最好包括用于每一顯示元件的電壓控制驅(qū)動(dòng)器，每 一驅(qū)動(dòng)器有一個(gè)存儲(chǔ)電容器，以保存顯示元件驅(qū)動(dòng)電壓。方法還進(jìn)一步 包括通過(guò)對(duì)存儲(chǔ)電容器充電或放電，對(duì)參考電流與光電流之間的差進(jìn) 行補(bǔ)償。
上述方法最好進(jìn)一步包括通過(guò)至少將晶體管兩端的器件的偏置電 壓降低一部分，使光敏器件在降^^偏置的條件下操作。在這一方法的改 進(jìn)中，在亮度檢測(cè)和控制之前，提供偏置操作周期，用參考電流設(shè)置光 敏器件的偏置。
電 一 光顯示元件最好包括有機(jī)發(fā)光二極管。


下面將參考附圖，僅借助于實(shí)施例，進(jìn)一步描述本發(fā)明的這些和其 他方面，附圖中
圖la和lb分別示出基本的有機(jī)LED結(jié)構(gòu)，和典型的電壓控制OLED 驅(qū)動(dòng)器電路；
圖2a和2b分別示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電流控制OLED驅(qū)動(dòng)器電路和 帶有光反饋的電壓控制OLED驅(qū)動(dòng)器電路；
圖3a至3c分別示帶有光反饋的電流控制OLED驅(qū)動(dòng)器電路，第一 可替換的開(kāi)關(guān)安排，和第二可替換的開(kāi)關(guān)安排；
圖4示出帶有光反饋并且降低了光電二極管偏置的電流控制OLED 驅(qū)動(dòng)器電路；
圖5示出帶有光反饋的和光電二極管偏置取消裝置的電流控制 OLED驅(qū)動(dòng)器電路；和
圖6a和6b示出具有并入光反饋的驅(qū)動(dòng)器電路的OLED顯示元件的 器件結(jié)構(gòu)垂直截面圖。
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具體實(shí)施例方式
首先參考圖3a，其示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的帶有光反饋的電流控制 有機(jī)LED驅(qū)動(dòng)器電路300。在有源矩陣顯示器中， 一般每個(gè)象素都提供 有這樣的驅(qū)動(dòng)器電路和其它電路(未示)，以便逐行對(duì)象素尋址，將每一 行設(shè)置為希望的亮度。為了提供電源和控制驅(qū)動(dòng)器電路和OLED顯示元 件，這個(gè)有源矩陣顯示器提供有許多電極控制網(wǎng)線，包括所示的地線 (GND) 302，電源或Vss線304，行選擇線306和列數(shù)據(jù)線308。每一 列數(shù)據(jù)線連接至可編程恒流參考源(或接收器)324。其不是為每一象素 提供的驅(qū)動(dòng)器電路的一部分，而是包括為每一列提供的電路的一部分。 參考電流產(chǎn)生器324是可編程的，以便能被調(diào)節(jié)至所希望的程度，去設(shè) 置象素的亮度，如下面所詳述的。
驅(qū)動(dòng)器電路300包括驅(qū)動(dòng)器晶體管310，其與有機(jī)LED顯示元件312 串聯(lián)連接在GND 302與Vss 304之間。存儲(chǔ)電容器314 (其可與晶體管 310的柵極整合)保存與存儲(chǔ)的柵極電壓相應(yīng)的電荷，以控制經(jīng)過(guò)OLED 元件312的驅(qū)動(dòng)電流。驅(qū)動(dòng)器的控制電路包括共柵耦連至行選擇線306 的兩個(gè)開(kāi)關(guān)晶體管320、 322。當(dāng)行選擇線306激活時(shí)，這兩個(gè)開(kāi)關(guān)晶體 管接通，即開(kāi)關(guān)"閉合"，線315、 317與308之間具有相當(dāng)?shù)偷淖杩惯B 接。當(dāng)行選擇線306沒(méi)有激活時(shí)，晶體管320和322斷開(kāi)，電容器314 與晶體管310有效地隔離，電容器314上建立的電壓被記憶保存。
在圖3a的電路中和后面要描述的圖3b、 3c、 4和5的電路中，晶體 管全部是PMOS。
光電二極管316耦連在地線302與線317之間，使其反向偏置。光 電二極管物理上與OLED顯示元件312對(duì)應(yīng)排列，以致使OLED 312與 光電二極管316之間存在光反饋路徑318。換句話說(shuō)，OLED312照射光 電二極管316，這使得依賴于光照的電流反向地流經(jīng)光電二極管316，也 就是從地線302流向Vss。正如技術(shù)人員會(huì)了解的，概括地說(shuō)，每個(gè)光子 在光電二極管316內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)電子，提供給光電流。
列數(shù)據(jù)線308在列的末端耦連至參考電流產(chǎn)生器324。以便使參考 電流產(chǎn)生器324產(chǎn)生的參考電流(該電流將稱作Ic。,)流入空閑象素V^ 連接線326。線317可稱作電流檢測(cè)線，其上流過(guò)電流Isense，而線315可稱作控制線，其上流過(guò)電流Ie,，用以設(shè)置電容器314上的電壓以控
制OLED312。當(dāng)行選擇線306激活時(shí)，晶體管320和322接通，ICDl = Isense+Ierr。"因此，電流IerrOT或者流進(jìn)或者流出電容器314，直至OLED 312
照射光電二極管316使I^se二Ie。,。從這一點(diǎn)說(shuō)，行選擇線306可以不激
活，這個(gè)亮度等級(jí)所需要的電壓由電容器314記憶保存。
在電容器314上建立穩(wěn)定的電壓所需要的時(shí)間，取決于許多因素，
該時(shí)間可以根據(jù)所要求的器件特性而變化，可以是幾微秒。大概地說(shuō)，
典型的OLED驅(qū)動(dòng)電流為lpA的量級(jí)，而典型的光電流約為驅(qū)動(dòng)電流的 0.1%，或?yàn)閘nA的量級(jí)(部分地依賴于光電二極管的面積)。因此可以 看出，晶體管320和322的功率處理要求與要求相當(dāng)高的驅(qū)動(dòng)晶體管310 相比，可以忽略不計(jì)。為了加速電路的建立時(shí)間，最好使用數(shù)值相當(dāng)小 的電容器314和面積相當(dāng)大的光電二極管，以提高光電流。這也有助于 在很低亮度下減小與列數(shù)據(jù)線308上的雜散或寄生電容有關(guān)的噪聲和穩(wěn) 定性風(fēng)險(xiǎn)。
圖3b和3c示出圖3a電路的一部分，說(shuō)明與圖3a的開(kāi)關(guān)晶體管320 和322相應(yīng)的開(kāi)關(guān)晶體管的不同可能結(jié)構(gòu)。晶體管320和322的目的是， 當(dāng)行選擇線306激活時(shí)，將線315、 317與308耦連起來(lái)，可以看出，有 三種不同方法，用兩個(gè)可控開(kāi)關(guān)將三個(gè)節(jié)點(diǎn)連接起來(lái)。在圖3b中，第一 開(kāi)關(guān)晶體管350連接在線308與315之間，第二開(kāi)關(guān)晶體管352連接在 線315與317之間。晶體管350和352兩者都由行選擇線306控制。在 圖3c中，第一開(kāi)關(guān)晶體管360連接在線308與315之間，第二開(kāi)關(guān)晶體 管362連接在線308與317之間?？蛇x擇地，第三開(kāi)關(guān)晶體管364可連 接在線315和317之間。兩個(gè)(或三個(gè))開(kāi)關(guān)晶體管全都由行選擇線306 控制。
圖3a的基本電路的一個(gè)缺點(diǎn)是，當(dāng)這個(gè)光電二極管反向偏置時(shí)，漏 電流流過(guò)光電二極管316。該漏電流依賴于電壓，因此可通過(guò)減小光電 二極管316上的偏置電壓，減小漏電流。圖4示出改進(jìn)的電路400，其 中這一點(diǎn)得以實(shí)現(xiàn)。圖4的電路是圖3a電路的修改，用參考號(hào)碼402 至426表示的元件對(duì)應(yīng)于圖3a電路中的元件302至326。
與圖3a的驅(qū)動(dòng)器電路300相比，圖4的驅(qū)動(dòng)器電路400中的添加元件是晶體管428和430以及電阻432。在圖3a的驅(qū)動(dòng)器電路300中，當(dāng) 行選擇線306激活時(shí)，跨接在光電二極管316上的電壓近似等于線315 上的驅(qū)動(dòng)器晶體管310的柵極電壓，因?yàn)殚_(kāi)關(guān)晶體管320是接通(閉合) 的。正如技術(shù)人員所知的，F(xiàn)ET的柵極電壓等于閾值電壓VT加附加電 壓，其將稱作建立希望的漏一源電流L所要求的Ve。。w。在圖4中，晶 體管428用來(lái)使至少這個(gè)閾值電壓降落于其上，因此，余下的只是近似 等于跨接在光電二極管416上的Ve。ntrol的一個(gè)電壓。通過(guò)采用共一柵結(jié) 構(gòu)中的晶體管428，而晶體管428的柵極偏置電壓由晶體管430和電阻 432設(shè)置，可實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。
在圖4的實(shí)施例中，晶體管428和430兩者都是PMOS器件，它們 的源極連向地線GND。晶體管430將漏極與柵極耦連在一起，因此工作 為(非線性)電阻。晶體管430與電阻432串聯(lián)連接在地線402與Vss 線404之間，晶體管430的漏一源電流由晶體管特性和電阻432的阻值 確定。為提供這個(gè)漏一源電流所必要的晶體管430的柵極電壓等于晶體 管430的柵極閾值電壓加上附加控制電壓。晶體管428的柵極耦連至晶 體管430的柵極，這樣它們的柵極電壓實(shí)際上是相同的。晶體管428和 430兩者最好是匹配的，以使它們基本上具有相同的閾值電壓。
從上述說(shuō)明可以看出，基于由電阻432設(shè)置的晶體管430的漏一源 電流，使晶體管428降低了FET閾值電壓加上小的附加控制電壓。當(dāng)晶 體管420接通時(shí)，線417上的電壓近似等于晶體管410柵極上的電壓。 晶體管410和428的閾值電壓近似相同，以致使光電二極管416上的偏 置電壓近似等于晶體管410柵極上與晶體管430的柵極上的Ve。^。,之差。 當(dāng)OLED 412暗淡照射時(shí)，晶體管430的漏一源電流最好選擇為與晶體 管410的漏一源電流相似。
在操作中，線417中的光電流I^se基本上不變，因?yàn)殡娏鳑](méi)有別的 路徑可取。因此，晶體管420和422的伺服機(jī)構(gòu)以與驅(qū)動(dòng)器電路300中 晶體管320和322的伺服機(jī)構(gòu)相同的方法操作。晶體管428基本上斷開(kāi)， 根據(jù)流經(jīng)光電二極管416的光電流的量而接通。與驅(qū)動(dòng)器電路300相同，
電容器314充電，使這個(gè)光電流Ise^等于Ie。,。
這些只是示例，而不是必須的，典型的電壓值可用來(lái)說(shuō)明電路是怎
樣實(shí)際工作的。當(dāng)OLED412處于黑暗時(shí)，跨接在光電二極管416上的 電壓Vpd等于比如一1伏，晶體管428基本上斷開(kāi)，晶體管428的柵一 源電壓Vcs^VT。當(dāng)OLED412暗淡點(diǎn)亮?xí)r，Vpd等于比如一0.9伏，晶 體管428稍微接通，VGS^VT+0.1V。當(dāng)OLED412明亮?xí)r，Vpd等于比 如一0.5伏，晶體管428接通，Vcs^Vt+0.5V。當(dāng)光電二極管416照射 極亮?xí)r，光電二極管可作為光電池工作，在這種情況下，Vpd等于比如 + 0.2伏，晶體管428充分接通，Vgs^Vt+1.2V。
圖4的電路通過(guò)在晶體管428上近似地降低VT，有助于減小由流經(jīng)
光電二極管的漏電流引起的不精確性,但仍然保留與除VT外的(可變的)
控制電壓大體相對(duì)應(yīng)的剩余的光電二極管偏置電壓。因此，光電二極管 的偏置隨著OLED所希望的亮度而變化，由于晶體管428的有限跨導(dǎo)的 影響，OLED越亮反向偏置越小。利用雙極晶體管而不是FET作為晶體
管428將可提高跨導(dǎo)，但減小由Id確定Ise^時(shí)的精度。圖5示出一個(gè)
電路，其中，參考電流Ie。,能流經(jīng)一個(gè)偏置晶體管，有效地消除光電二極 管偏置電壓中的這個(gè)附加變化。
參考圖5，其示出包括使光電二極管偏置電壓為零的裝置的驅(qū)動(dòng)器 電路500。圖5的驅(qū)動(dòng)器電路500是圖4的驅(qū)動(dòng)器電路400的修改，元 件502至530對(duì)應(yīng)于圖4的元件402至430。但是，將晶體管430的漏 極耦連至Vss的電阻432被替換為晶體管534,晶體管534通過(guò)連接線 540將晶體管530的漏極耦連至列數(shù)據(jù)線508。晶體管430的漏極與柵極 之間的連接已被斷開(kāi)，晶體管532現(xiàn)在連接在晶體管530的漏極與柵極 之間。偏置電壓保持電容器536也己被連接至晶體管528和530的耦連 的柵極。晶體管532和534作為由補(bǔ)償線538控制的FET開(kāi)關(guān)工作。
當(dāng)補(bǔ)償線538激活時(shí)，晶體管532和534接通。于是驅(qū)動(dòng)器電路500 以類似于驅(qū)動(dòng)器電路400的方式操作，不同之處是當(dāng)行選擇線506不激 活時(shí)，晶體管530的漏一源電流基本上等于參考電流Id，流入電流接收 器524，因?yàn)榫w管522是斷開(kāi)的。因此，當(dāng)補(bǔ)償線538激活而行選擇 線506不激活時(shí)，晶體管530的柵極電壓等于晶體管530的柵極閾值電 壓加附加的控制電壓，該控制電壓是使晶體管530中的漏一源電流等于 Ic。,所需要的。晶體管530最好基本上匹配于晶體管528，從而當(dāng)晶體管528的漏一源電流等于Iec)1，并且晶體管528的柵一源電壓與晶體管530 的柵一源電壓基本上相同時(shí)，光電二極管的偏置電壓全部降壓在晶體管 528上，在光電二極管516兩端留下的偏置電壓基本上為零。電容器536 連接至晶體管528和530的柵極，以保存這樣設(shè)置的偏置電壓。
圖5的驅(qū)動(dòng)器電路500按兩級(jí)進(jìn)行操作，第一是偏置操作級(jí)，其中 通過(guò)晶體管528設(shè)置偏置電壓，第二是象素控制級(jí)，其中根據(jù)參考電流 Ie。,控制OLED512的亮度。在偏置操作級(jí)中，補(bǔ)償線538激活，而行選 擇線506不激活；在象素控制級(jí)中，行選擇線506激活，而補(bǔ)償線538 不激活。最初，在預(yù)定的間隔內(nèi)，補(bǔ)償線538激活而行選擇線506不被 激活，以使電容器536充電至所需要的偏置電壓。然后，補(bǔ)償線538不 激活而行選擇線506激活，并啟動(dòng)主光反饋伺服環(huán)路，以使第二預(yù)定間 隔內(nèi)的工作穩(wěn)定。兩個(gè)間隔一般都是一至幾微秒的量級(jí)。然后行選擇線 506不激活，電容器514保持OLED 512在它的設(shè)置亮度上。
現(xiàn)在參考圖6，其概括地示出其中并入光反饋(附圖未作標(biāo)示)的 OLED象素驅(qū)動(dòng)器電路的兩種可替代的實(shí)際結(jié)構(gòu)。圖6a示出底部發(fā)射結(jié) 構(gòu)600，圖6b示出頂部發(fā)射結(jié)構(gòu)650。
在圖6a中，OLED結(jié)構(gòu)606與多晶硅驅(qū)動(dòng)器電路604同時(shí)淀積在玻 璃襯底602上。驅(qū)動(dòng)器電路604在OLED結(jié)構(gòu)606的一側(cè)并入光電二極 管608。光線610經(jīng)過(guò)襯底的底部(陽(yáng)極)發(fā)射。
圖6b示出可替換的結(jié)構(gòu)650的截面圖，它從它的頂部(陰極)表面 發(fā)射光線610。玻璃襯底652支持包括驅(qū)動(dòng)器電路并含有光電二極管658 的第一層654。然后OLED象素結(jié)構(gòu)656淀積在驅(qū)動(dòng)器電路654上。鈍 化或阻擋層可包含在層654和656之間。在利用(晶狀)硅而不是多晶 硅或非晶硅制造驅(qū)動(dòng)器電路的地方，需要圖6b所示的類型結(jié)構(gòu)，襯底 652是硅襯底。
在圖6a和6b的結(jié)構(gòu)中，象素驅(qū)動(dòng)器電路可用常規(guī)方法制造。有機(jī) LED可利用墨水噴射淀積技術(shù)例如文獻(xiàn)EP 880303中所述技術(shù)，淀積基 于聚合物材料的方法制造，或者利用蒸發(fā)淀積技術(shù)淀積小分子材料的方 法制造。因此，例如具有圖6b所示類型結(jié)構(gòu)的微顯示器，可利用墨水噴 射法將OLED材料印制到其上已事先制造好CMOS象素驅(qū)動(dòng)器電路的常規(guī)硅襯底上。
圖示的驅(qū)動(dòng)器電路實(shí)施例使用PMOS晶體管，但電路也可以反相，
采用NMOS，或采用PMOS和NMOS的組合。晶體管可包括玻璃或塑 料襯底上用非晶或多晶硅制造的薄膜晶體管(TET)，或使用常規(guī)CMOS 電路。在其他實(shí)施例中，使用塑料晶體管，例如文獻(xiàn)WO 99 / 54936中 所述的晶體管，光電二極管可包括反向偏置的OLED，以便整個(gè)電路可 用塑料制造。類似地，雖然已參考場(chǎng)效應(yīng)晶體管描述了電路，但也可采 用雙極晶體管。
上面已參考在驅(qū)動(dòng)有機(jī)LED方面的應(yīng)用，描述過(guò)顯示元件驅(qū)動(dòng)器電 路，但電路也可應(yīng)用于其他類型場(chǎng)致發(fā)光顯示器例如無(wú)機(jī)TFEL (薄膜 場(chǎng)致發(fā)光)顯示器，硅一鎵砷化物顯示器，多孔硅顯示器，UK專利申 請(qǐng)No. 0121077.2中描述的熒光消隱顯示器，等等。雖然驅(qū)動(dòng)器電路主要 應(yīng)用在有源矩陣顯示器中，但也可用在其他類型顯示器，例如分段顯示 器或混合伴有源顯示器中。
優(yōu)選的光傳感器是光電二極管，可包括TFT工藝的PN 二極管或晶 狀硅制成的PIN 二極管。但是，也可以采用其他光敏器件例如光敏電阻、 光敏雙極晶體管和FET,只要它們具有這樣的特性，即其中的光電流依 賴于它們的光照程度。
對(duì)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，無(wú)疑還有許多有效的替代實(shí)例，應(yīng)當(dāng)了解，本發(fā) 明不局限于所描述的實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種控制有源矩陣顯示器中的電-光顯示元件亮度的方法，其特征在于該方法包括為每一元件提供光敏器件，所述光敏器件取決于對(duì)所述光敏器件的光照而通過(guò)光電流；通過(guò)檢測(cè)元件的光敏器件通過(guò)的光電流，檢測(cè)每一元件的亮度；和控制每一元件的亮度，使得檢測(cè)到的光電流由參考電流確定。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述有源矩陣顯示器包 括用于每一顯示元件的驅(qū)動(dòng)器，每一驅(qū)動(dòng)器具有用于保持顯示元件驅(qū)動(dòng) 電壓的存儲(chǔ)電容器，其特征還在于所述控制方法進(jìn)一步包括通過(guò)對(duì)所 述存儲(chǔ)電容器充電或放電，對(duì)所述參考電流與所述光電流之間的差進(jìn)行 補(bǔ)償。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包括 通過(guò)至少將晶體管兩端的所述器件的偏置電壓降低一部分，使所述光敏器件在降低偏置的條件下工作。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于進(jìn)一步包括在所述檢測(cè) 和控制之前的偏置周期，所述偏置周期包括用所述參考電流設(shè)置所述光敏器件的偏置。
全文摘要
一種控制有源矩陣顯示器中的電-光顯示元件亮度的方法，其特征在于該方法包括為每一元件提供光敏器件，所述光敏器件取決于對(duì)所述光敏器件的光照而通過(guò)光電流；通過(guò)檢測(cè)元件的光敏器件通過(guò)的光電流，檢測(cè)每一元件的亮度；和控制每一元件的亮度，使得檢測(cè)到的光電流由參考電流確定。該方法提供對(duì)電-光顯示元件例如有機(jī)LED二極管的改進(jìn)控制。
文檔編號(hào)G09G3/20GK101197107SQ20081000191
公開(kāi)日2008年6月11日 申請(qǐng)日期2002年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月31日
發(fā)明者保羅·理查德·勞特利, 尤安·克里斯托弗·史密斯 申請(qǐng)人:劍橋顯示技術(shù)公司