用于電致發光顯示器的補償后的驅動信號的制作方法

專利名稱：用于電致發光顯示器的補償后的驅動信號的制作方法
技術領域：
本發明涉及諸如有機發光二極管(OLED)顯示器的固態電致發光(EL)平板顯示器，更具體地，涉及可以對電致發光顯示器組件的老化進行補償的這種顯示器。
背景技術：
電致發光(EL)設備這些年已為人知，并且近來已用在商業顯示設備中。這種設備同時利用有源矩陣和無源矩陣控制方案，并能夠利用多個子像素。每個子像素包含EL發射體和用于通過EL發射體驅動電流的驅動晶體管。子像素通常按照二維陣列排列，每個子像素具有行地址和列地址，并且具有與子像素相關聯的數據值。不同顏色(例如紅色、綠色、 藍色和白色)的子像素被分組以形成像素。EL顯示器可以根據包括可涂覆無機發光二極管、量子點和有機發光二極管(OLED)的各種發射體技術制造。作為優良的平板顯示技術，OLED顯示器引起了特別關注。這些顯示器利用流經有機材料薄膜的電流來產生光。發出的光的顏色和從電流到光的能量轉換效率由有機薄膜材料的組成確定。不同的有機材料發出不同顏色的光。但是，隨著顯示器的使用，顯示器中的有機材料老化，并且發光效率降低。這會減少顯示器的壽命。不同的有機材料能以不同速率老化，引起有差別的顏色老化，并且顯示器的白場隨著顯示器的使用而變化。另外，各個像素能以不同于其它像素的速率老化，導致顯示不均勻。而且，諸如非晶硅晶體管的一些電路元件也已知呈現老化效應。材料老化的速率與流經顯示器的電流量相關，因此與從顯示器發出的光量相關。 已經描述了補償該老化效應的多種技術。由Sien等提出的美國專利No. 6414661 Bl描述了一種通過基于施加到像素的累計驅動電流計算并預測每個像素在光輸出效率上的衰減來對有機發光二極管(OLED)顯示器中的各個OLED的發光效率的長期變化進行補償的方法和相關系統。該方法為每個像素推導出施加到下一驅動電流的校正系數。該技術需要對施加到每個像素的驅動電流進行測量和累計，需要必須隨著顯示器的使用而連續更新的存儲的存儲器，因而需要復雜和擴展的電路。由Narita等提出的美國專利No. 6504565 Bl描述了一種相似的將從每個發光元件中發出的光量保持為常量的方法。該設計需要使用響應于發送到每個像素的每個信號記錄使用情況的計算單元，極大地增加了電路設計的復雜度。由Everitt提出的美國專利申請公開No. 2002/0167474A1描述了一種用于OLED 顯示器的脈寬調制驅動器。視頻顯示器的一個實施方式包括用于提供選定電壓來驅動視頻顯示器中的有機發光二極管的電壓驅動器。該電壓驅動器可以從說明老化、列電阻、行電阻和其它二極管特征的校正表中接收電壓信息。在該發明的一個實施方式中，在正常電路運行之前和/或正常電路運行期間計算出該校正表。由于OLED輸出光量被認為相對于OLED 電流是線性的，所以校正方案基于通過OLED 二極管在足夠長以允許瞬變趨于穩定的持續時間內發送已知電流，然后利用駐留在列驅動器的模數轉換器(A/D)測量對應的電壓。校準電流源和A/D可以通過切換矩陣切換到任何列。由Numao提出的JP 2002-278514A描述了一種測量流經有機EL元件的電流以及有機EL元件的溫度的方法。然后使用預先計算的表以及電流和溫度測量值執行補償。該設計推測像素的可預測的相對使用，并且不考慮像素組或單個像素在實際使用中的差異。因此，隨著時間的變化對顏色或空間組的校正可能是不精確的。而且，需要在顯示器內集成溫度計和多個電流感測電路。該集成很復雜，降低了制造產量，并且占用顯示器內的空間。由Ishizuki等提出的美國專利申請公開No. 2003/0112813 Al公開了一種依次測量每個子像素的電流的方法。這種方法的測量技術是迭代的，因此較慢。由Arnold等提出的美國專利No. 6995519教示了一種補償OLED發射體老化的方法。此方法假設設備亮度的整個變化是由OLED發射體的變化導致的。然而，當由非晶硅 (a-Si)形成電路中的驅動晶體管時，此假設無效，因為晶體管的閾值電壓也隨著使用而改變。該方法將不能針對晶體管出現老化效應的電路中的OLED效率損失提供完全補償。此外，當使用諸如反向偏置的方法來減輕a-Si晶體管閾值電壓偏移時，在沒有對反向偏置效應的適當跟蹤/預測、或者對OLED電壓變化或晶體管閾值電壓變化的直接測量的情況下， 對OLED效率損失的補償將變得不可靠。由Fruehauf提出的美國專利申請公開No. 2004/0100430 Al公開了一種具有第三晶體管的像素結構，該第三晶體管分接二極管驅動電流以提供至電流測量電路和電壓比較單元。但是，由于使用原本可用于發光的電流進行測量，這種方法降低了包含這種像素的顯示器的效率。而且，這種方法僅僅對TFT變化進行補償，而不能對不均勻的OLED特征進行補償。除了老化效應以外，例如低溫多晶硅(LTPS)的一些晶體管技術可以產生在顯示器的整個表面上具有變化的遷移率和閾值電壓的驅動晶體管(Kuo，Yue, ed. Thin Film Transistors !Materials and Processes, vol. 2 :PoIycrystalline Thin Film Transistors. Boston :Kluwer Academic Publishers, 2004, pg. 410-412)。這會弓|起令人討厭的可見的不均勻。而且，不均勻的OLED材料淀積會產生具有變化效率的發射體，同樣引起令人討厭的不均勻性。在面板被出售給終端用戶時這些不均勻性就存在，因此稱為最初的不均勻性。圖9示出了對于展現像素之間的特征差異的平場的示例子像素亮度直方圖。 實際亮度在任一方向上變化幅度為20%，從而導致了不可接受的顯示性能。由Salam提出的美國專利No. 6081073描述了一種具有用于降低像素中的亮度變化的處理和控制電路的顯示器矩陣。該公開描述了基于顯示器中最弱像素的亮度與每個像素的亮度之間的比值對于每個像素使用線性縮放方法。但是，這種方法將導致顯示器的動態范圍和亮度的總體降低，以及像素可以被操作的位深的降低和變化。由Fan提出的美國專利No. 6473065 Bl描述了改善OLED的顯示均勻性的方法。所有有機發光元件的顯示特性都被測量。該技術使用查找表與計算電路圖的組合來實現均勻性校正。但是，該方法需要光學測量。這使得其不適合需要在用戶位置處定期測量的老化校正。而且，所描述的方法或者需要對于每個像素的單獨的查找表，導致非常昂貴的存儲器需求，或者需要對每個像素的特征的近似，降低了圖像質量。由Kasai等提出的美國專利申請公開No. 2005/0007392 Al描述了一種電光設備， 其通過執行對應于多個干擾因素的校正處理、并使用具有包括校正因子的描述內容的轉換表來穩定顯示質量。但是，該方法需要大量查詢表(LUT)來執行處理，而在任意給定時間并非所有LUT都被使用，并且其沒有描述用于構成這些LUT的方法。因此，需要一種更完整的用于補償電致發光顯示器的老化和最初的不均勻性的方法。

發明內容
因此本發明的目的是在存在晶體管老化時對電致發光發射體中的老化和效率變化進行補償。該目的通過一種向多個電致發光(EL)子像素中的驅動晶體管提供驅動晶體管控制信號的方法實現，所述方法包括以下步驟(a)提供多個EL子像素，每個子像素包括具有第一電極、第二電極和柵極的驅動晶體管，具有第一電極和第二電極的EL發射體，以及具有第一電極、第二電極和柵極的讀出晶體管；(b)將每個讀出晶體管的第一電極連接到相對應的驅動晶體管的第二電極，并連接到相對應的EL發射體的第一電極；(c)對于每個子像素接收輸入碼值，所述輸入碼值命令從各個子像素的相應輸出；(d)選擇目標子像素；(e)向除所述目標子像素之外的每個子像素提供各個輸入碼值，并向所述目標子像素提供增大的碼值，與相對應的輸入碼值相比，所述增大的碼值命令更高的選定的第一量的輸出；(f)在選定的延遲時間之后，測量所述目標子像素的讀出晶體管的第二電極上的讀出電壓，以提供表示該子像素中的驅動晶體管和EL發射體的特征的狀態信號；(g)使用所述狀態信號提供針對所述目標子像素的補償后的碼值；(h)向目標EL子像素的驅動晶體管提供與所述補償后的碼值相對應的驅動晶體管控制信號；和(i)重復步驟(d)到(h)，依次選擇所述多個子像素中的每一個作為目標子像素， 以向所述多個EL子像素中的每一個的驅動晶體管提供相應的驅動晶體管控制信號。該目的進一步地通過一種向電致發光(EL)子像素中的驅動晶體管的柵極提供驅動晶體管控制信號的裝置實現，所述裝置包括(a)所述EL子像素包括具有第一電極、第二電極和柵極的驅動晶體管，具有第一電極和第二電極的EL發射體，以及具有與所述驅動晶體管的第二電極相連接的第一電極、 并具有第二電極的讀出晶體管，其中，所述EL發射體的第一電極連接到所述驅動晶體管的第二電極；(b)測量電路，所述測量電路用于在不同時間測量所述讀出晶體管的第二電極上的讀出電壓，以提供表示隨著時間由于所述驅動晶體管和EL發射體的工作而導致的所述驅動晶體管和EL發射體的特征變化的狀態信號；(c)用于提供輸入碼值的裝置；(d)補償器，所述補償器用于接收輸入碼值，并響應于所述狀態信號產生補償后的碼值；和(e)源驅動器，所述源驅動器用于響應于所述補償后的碼值產生驅動晶體管控制信號，以驅動所述驅動晶體管的柵極。本發明的一個優點在于，OLED顯示器對同樣發生電路老化的顯示器中的有機材料的老化進行補償，而不需要用于對發光元件使用或工作時間的連續測量進行累計的擴展或復雜電路。本發明的又一個優點在于，它使用簡單的電壓測量電路。本發明的又一個優點在于，通過所有測量都針對電壓，與測量電流的方法相比，對變化更加敏感。本發明的又一個優點在于，可以通過對OLED變化的補償來執行對驅動晶體管特征變化的補償，從而提供了完整的補償解決方案。本發明的又一個優點在于，可以快速實現測量和補償(0LED和驅動晶體管)這兩方面。本發明的又一個優點在于，可以使用單條選擇線來使能數據輸入和數據讀出。本發明的又一個優點在于，驅動晶體管和OLED變化的表征和補償對于特定元件而言是唯一的，并且不受可能開路或短路的其它元件的影響。


圖1是可以在實踐本發明時使用的電致發光(EL)顯示器的一個實施方式的示意圖；圖2是可以在實踐本發明時使用的EL子像素和相關電路的一個實施方式的示意圖；圖3A是可以在實踐本發明時使用的轉換電路的第一實施方式的示意圖；圖;3B是可以在實踐本發明時使用的轉換電路的第二實施方式的示意圖；圖4A是例示OLED發射體在發光效率上的老化效應的圖；圖4B是例示OLED發射體或驅動晶體管在設備電流上的老化效應的圖；圖5A是本發明的方法的一個實施方式的行時序圖；圖5B是本發明的方法的另一實施方式的行時序圖；圖5C是本發明的方法的實施方式的幀時序圖；圖5D是根據本發明的方法的一個實施方式的流程圖；圖6是示出晶體管閾值電壓變化與OLED電壓變化之間的關系的圖表；圖7是示出OLED效率與OLED電壓變化之間的關系的圖表；圖8是示出OLED效率、OLED老化與OLED驅動電流密度之間的關系的圖表；和圖9是展現像素之間的特征差異的像素亮度直方圖。
具體實施例方式參照圖1，其示出可以在實踐本發明時使用的電致發光(EL)顯示器的一個實施方式的示意圖。EL顯示器10包括按照行和列排列的多個EL子像素60的陣列。EL顯示器10 包括多條行選擇線20，其中EL子像素60的每行都有相應的選擇線20。EL顯示器10還包括多條讀出線30，其中EL子像素60的每列都有相應的讀出線30。盡管為了清楚圖示而未示出，但如同本領域中公知的，EL子像素60的每列還具有數據線。如下面所描述的，多條讀出線30連接到一個或更多個多路復用器(MUX) 40，多路復用器40允許從EL子像素并行 /串行讀出信號。多路復用器40可以是與EL顯示器10相同結構的一部分，或者可以是可連接到EL顯示器10或從EL顯示器10斷開連接的單獨的結構。現在參照圖2，其示出可以在實踐本發明時使用的EL子像素和相關電路的一個實施方式的示意圖。EL子像素60包括EL發射體50、驅動晶體管70、電容器75、讀出晶體管 80和選擇晶體管90。每個晶體管具有第一電極、第二電極和柵極。第一電壓源140連接到驅動晶體管70的第一電極。關于連接，意味著元件直接連接，或者經由另一組件(例如開關、二極管、另一晶體管等)連接。驅動晶體管70的第二電極連接到EL發射體50的第一電極，第二電壓源150連接到EL發射體50的第二電極。如同本領域中公知的，選擇晶體管 90將數據線35連接到驅動晶體管70的柵極，以選擇性地向驅動晶體管70提供來自數據線35的數據。每條行選擇線20連接到選擇晶體管90的柵極以及EL子像素60的相應行中的讀出晶體管80的柵極。讀出晶體管80的第一電極連接到驅動晶體管70的第二電極，還連接到EL發射體 50的第一電極。每條讀出線30連接到EL子像素60的相應列中的讀出晶體管80的第二電極。讀出線30向測量電路170提供讀出電壓，測量電路170測量該讀出電壓以提供表示 EL子像素60的特征的狀態信號。多條讀出線30可以通過多路復用器輸出線45和多路復用器40連接到測量電路 170，以順序讀出來自預定數量的EL子像素60的各個讀出晶體管的第二電極的電壓。如果存在多個多路復用器40，則每個多路復用器40可以具有其自己的多路復用器輸出線45。因此，可以同時驅動預定數量的EL子像素。多個多路復用器將允許來自各個多路復用器40 的電壓的并行讀出，而每個多路復用器將允許附接到其的讀出線30的串行讀出。這一點在這里稱為并行/串行處理。測量電路170包括轉換電路171，可選地還包括處理器(PROC) 190和存儲器 (MEM) 195。轉換電路171接收多路復用器輸出線45上的讀出電壓，并在轉換后數據線93 上輸出數字數據。轉換電路171優選地對于多路復用器輸出線45呈現高輸入阻抗。由轉換電路171測量的讀出電壓可以與讀出晶體管90的第二電極上的電壓相等，或是該電壓的函數。例如，讀出電壓測量值可以是讀出晶體管90的第二電極上的電壓減去讀出晶體管的漏源電壓并減去多路復用器40上的電壓降。可以將數字數據用作狀態信號，或者可以如同下面描述的通過處理器190計算狀態信號。狀態信號表示EL子像素中的驅動晶體管和EL 發射體的特征。處理器190接收轉換后數據線93上的數字數據，并在狀態線94上輸出狀態信號。處理器190可以是CPU、FGPA或ASIC，并且能夠可選地連接到存儲器195。存儲器 195可以是諸如閃存或EEPROM的非易失性存儲裝置，或者諸如SRAM的易失性存儲裝置。補償器(COMP) 191接收狀態線94上的狀態信號和輸入線85上的輸入碼值，并在控制線95上提供補償后的碼值。源驅動器(SD) 155接收補償后的碼值，并在數據線35上產生驅動晶體管控制信號。因此，如同將在此描述的，處理器190可以在顯示處理期間提供補償后的數據。如同本領域中公知的，可以由定時控制器(未顯示)提供輸入碼值。輸入碼值可以是數字的或模擬的，或者可以相對于所命令的亮度是線性的或非線性的。如果輸入碼值是模擬的，則輸入碼值可以是電壓、電流、或脈寬調制波形。源驅動器155可以包括數模轉換器或可編程電壓源、可編程電流源、或脈寬調制電壓(“數字驅動”)或電流驅動器，或本領域中公知的另一種類型的源驅動器。處理器190和補償器191可以在同一 CPU或其它硬件上實現。處理器190和補償器191可以在這里要描述的測量處理中一起向數據線35提供預定數據值。參照圖3A，在第一實施方式中，轉換電路171包括用于將多路復用器輸出線45上的讀出電壓測量值轉換為數字信號的模數轉換器185。這些數字信號在轉換后數據線193 上被提供給處理器190。轉換電路171也可以包括低通濾波器(LPF) 180。在本實施方式中， 通過補償器191向數據線35提供預定測試數據值，并且測量多路復用器輸出線45上的相應讀出電壓，并將其用作狀態信號。參照圖3B，在第二實施方式中，轉換電路171包括電壓比較器(C0MP)200，電壓比較器200將多路復用器輸出線45上的讀出電壓測量值與選定的基準電壓電平進行比較， 以在觸發線202上提供指示讀出電壓大于等于、或小于等于選定的基準電壓電平的觸發信號。選定的基準電壓電平由基準電壓源(REF) 201提供。讀出電壓測量值與讀出線30上的電壓相對應。為了接收讀出電壓測量值，測試信號發生器203順序地向驅動晶體管的柵極提供選定的測試電壓序列。測試信號發生器203可以是鋸齒波發生器，在這種情況下，所選定的測試電壓序列是非增或非減序列。非增序列和非減序列不能是恒定的。測試電壓序列還提供給測量控制器204，測量控制器204接收來自電壓比較器200的觸發信號和來自測試信號發生器203的相應測試電壓，并且在轉換后數據線93上將相應測試電壓提供給處理器。處理器可以在狀態線95上將相應測試電壓作為狀態信號提供給補償器。測量控制器 204也可以將相應測試電壓的函數(例如線性變換)提供為狀態信號。此實施方式可以比第一實施方式較便宜地實現，因為此實施方式不需要模數轉換器。測試電壓序列可以作為相等數字碼值或者映射到測試電壓的另一形式提供給測試控制器204。在此實施方式中，測試電壓序列通過在控制線95上從測試信號發生器203接收序列的補償器191提供給數據線35，并且在其中多路復用器輸出線45上的讀出電壓與由基準電壓201所限定的閾值相交的點將被記錄并且用作狀態信號。在進行測量時，測試數據值可以命令從EL發射體發光。這對于EL顯示器的用戶來說可能是不愿意看到的。如同本領域中公知的，驅動晶體管70具有閾值電壓Vth，低于該閾值電壓Vth(或者對P溝道而言，高于該閾值電壓Vth)則相對少的電流流動，因此發出相對少的光。選定的基準電壓電平可以小于該閾值電壓，以防止在測量期間發出用戶可見光。當驅動晶體管70是非晶硅晶體管時，則已知在包括實際使用狀況的老化狀況下閾值電壓Vth會發生變化。通過EL發射體50驅動電流因此會導致驅動晶體管70的Vth增大。因此，驅動晶體管70的柵極上的恒定信號將導致逐漸減小的電流Ids，并因此導致EL 發射體50發出的光強度逐漸減小。這種減小的量將取決于驅動晶體管70的使用；因此，這種減小對于顯示器中的不同驅動晶體管來說可能不同。這是EL子像素60的特征的空間變化的一種類型。這種空間變化可以包括顯示器不同部分上的亮度和色彩平衡的差異、以及其中經常顯示的圖像(例如網絡標識)能導致自身的幻影(ghost)總是顯示在有源顯示器上的圖像“殘像”(burn-in)。期望對閾值電壓的這些變化進行補償，以防止這些問題。而且，EL發射體50可能存在與老化相關的變化，例如EL發射體50上的發光效率損失和電阻增大。現在參照圖4A，其示出例示了當電流流經OLED發射體時OLED發射體在發光效率上的老化現象的曲線圖。三條曲線表示發出不同顏色光的不同的光發射體(例如，分別是紅光、綠光與藍光發射體)的典型性能，由隨著時間的亮度輸出或累積電流表示。發出不同顏色光的光發射體之間的亮度衰減可能不同。這種差異可以歸因于發出不同顏色光的光發射體中所使用的材料的不同的老化特征，或者歸因于發出不同顏色光的光發射體的不同使用。因此，在常規使用中，在沒有老化校正的情況下，顯示器可能變得不那么明亮，并且顯示器的顏色(尤其是白場)可能會偏移。另一種類型的空間變化是最初的不均勻性。EL顯示器的工作壽命是從終端用戶第一次看到該顯示器上的圖像到該顯示器被丟棄的這段時間。最初的不均勻性是在顯示器工作壽命剛開始時出現的任何不均勻性。本發明可以通過在EL顯示器的工作壽命開始之前進行測量來較佳地校正最初的不均勻性。可以在工廠中進行測量，作為顯示器生產的一部分。也可以在用戶首次激活包含EL顯示器的產品之后、恰好在該顯示器上顯示第一個圖像之前進行測量。這允許顯示器在終端用戶第一次看到圖像時向該終端用戶呈現高質量圖像，因此該終端用戶對該顯示器的第一印象將是良好的。參照圖4B，其示出例示了兩個EL發射體或驅動晶體管或者EL發射體和驅動晶體管二者的特征差異在EL子像素電流上的效應的圖。該圖也可以表示單個EL子像素在老化之前和之后的類比情況。圖3的橫坐標表示驅動晶體管70處的柵極電壓。縱坐標是通過 EL發射體50的電流的以10為底的對數。第一 EL子像素I-V特征230和第二 EL子像素 I-V特征240顯示對于兩個不同EL子像素60的I-V曲線，或對于單個EL子像素60在老化之前(230)和老化之后O40)的I-V曲線。對于特征240來說，需要比對于特征230更大的電壓來獲得期望電流；也就是說，曲線向右偏移了量Δν。對于老化而言，如圖所示，M 是閾值電壓的變化(AVth, 210)和由EL發射體電阻變化而導致的EL電壓的變化(△、， 220)的總和。該變化導致在分別具有特征230和MO的子像素之間的不均勻發光對于特征對0，給定柵極電壓將控制比特征230更少的電流，并且因此控制更少的光。OLED電流IEL(也是通過驅動晶體管的漏源電流Vds) ,OLED電壓Va以及飽和時的閾值電壓Vth之間的關系是Iel = Ids = ,(Vgs -Vth)2 = ^(Vg - Vel -Vs -Vth)2 (等式 )其中，W是TFT溝道寬度，L是TFT溝道長度，μ是TFT遷移率，C0是每單位面積氧化層電容，Vg是柵極電壓，Vgs是驅動晶體管的柵極與源極之間的電壓差。為簡單起見，我們忽略μ對Vgs的依賴。因此為了補償一個或多個EL子像素60的特征變化，必須對Vth和 Va的變化進行校正。但是，進行多次測量非常耗時。本發明較佳地通過用一次測量校正晶體管和EL發射體變化而減少了測量時間。參照圖5Α，同時也參照圖2和3Α，圖5Α示出本發明的上面給出的第一實施方式的時序圖。時間向右增加。示出對于兩個子像素的時序，記為(行，列)行1中的(1，1)和 (1，2)，以及行2中的(2，1)和0，2)。為清楚起見，該圖示出行不重疊的時序，但是在實際中如同本領域公知的，行在時間上會重疊，并且這一點會在圖5C中示出。對于每個子像素，補償器191接收輸入線85上的相應輸入碼值，該輸入碼值命令從各個子像素輸出相應的光。圖5Α的時序圖所示的是對應于輸入碼值的、來自源驅動器 155的模擬數據信號。從行1開始，選定目標子像素(1，1)。計算增大的碼值，與輸入碼值相比，該增大的碼值對于目標子像素命令更高的選定的第一量的光輸出。該增大的碼值在增大的碼值時段302中提供給目標子像素(1，1)，并且所有其它子像素(這里是(1，2))已被提供了它們相應的輸入碼值(輸入碼值時段301)。經過選定的延遲時間303之后，增大的碼值時段302對于目標子像素結束，并且測量時間304開始。在測量時間304期間，利用選定的測試電壓305驅動目標子像素，并如上面所描述的使用模數轉換器185對目標子像素的讀出晶體管的第二電極上的電壓進行測量。參照圖5B，同時也參照圖2和3B，圖5B示出本發明的上面給出的第二實施方式的時序圖。增大的碼值時段302、輸入碼值時段301、選定的延遲時間303、以及測量時間304 如同圖5A中所描述的。在測量時間304期間，利用由測試信號發生器203提供的選定的測試電壓306的序列驅動目標子像素，并如上面所描述的使用比較器200對讀出晶體管的第二電極上的電壓進行測量。如圖5A和5B所示，按照選定的順序對每行重復測量處理。在任何所選定的行時間期間，可以選擇任意數量的子像素作為目標子像素。增大的碼值時段302通過均衡目標子像素和其它子像素的光輸出來防止測量可見。在增大的碼值時段期間，可以以更高的輸出電平驅動目標子像素，以平衡其所處的更短的時間。延遲時間303可以是選定的行時間307的選定百分比。那么所選定的第一量是由相應輸入碼值所命令的輸出的百分比，并且可以被計算為選定百分比的倒數。例如，如果延遲時間303為行時間307的0. 8 0/5)，那么所選定的第一量為1/0. 8 = 5/4 = 1. 25。可用時間減少20%需要亮度增加25%，以產生相同的總的光輸出(針對一行時間的100%的輸出=1*1 = 1 ；針對0. 8行時間的125%的輸出=1. 25*0. 8 = 1)。參照圖5C，實際中，如同本領域公知的，行時間在幀時間308上重疊，并且延遲時間303是選定的幀時間的選定百分比，例如可以為16. 7ms ( = 1/60秒)。測量時間304可以在延遲時間303之前，而不是之后。圖5C示出在第一幀期間每行的第1列中的子像素選擇為目標子像素，在第二幀期間每行的第2列中的子像素選擇為目標子像素。在第二幀期間，補償器191使用在第一幀期間所得到的讀出電壓測量值來產生補償后的碼值，該補償后的碼值在補償后的碼值時段409期間被提供給在第1幀中作為目標的子像素。現在參照圖5D，同時也參照圖2，圖5D示出本發明的方法的一個實施方式的框圖。 如上所述，接收輸入碼值(步驟310)，選擇目標子像素(步驟320)，如上所述地向子像素提供輸入碼值和增大的碼值(步驟330)，并且對目標子像素的讀出晶體管的第二電極上的電壓進行測量(步驟340)。接下來，提供表示目標子像素中的驅動晶體管和EL發射體的特征的狀態信號(步驟350)。狀態信號可以表示老化隨著時間由于目標子像素中的驅動晶體管70和EL發射體50的工作而導致的該子像素中的驅動晶體管和EL發射體的特征變化。為了計算這樣的狀態信號，在如上所述的轉換電路171的任一個實施方式中，可以通過處理器190對每個子像素的第一讀出電壓進行測量，并將測量值存儲在存儲器195中。所述測量可以在EL顯示器的工作壽命開始前進行。在EL顯示器工作期間，在與進行第一讀出電壓測量的時間相比不同且稍后的時間處，可以對每個子像素的第二讀出電壓進行測量并將測量值存儲在存儲器195中。第一和第二讀出電壓測量值接下來可以用來計算狀態信號，該狀態信號表示隨著時間由于驅動晶體管和EL發射體的工作而導致的驅動晶體管和EL發射體的特征變化。 例如，那么狀態信號可以被計算為第二讀出電壓測量值和第一讀出電壓測量值之差，或者該差的函數，例如線性變換。
狀態信號接下來被提供給補償器191，補償器191使用狀態信號和輸入碼值為目標子像素提供補償后的碼值(步驟360)。補償器的操作將會在以下進一步討論。接下來向目標EL子像素的驅動晶體管提供與補償后的碼值相對應的驅動晶體管控制信號。補償器將補償后的碼值提供給源驅動器155，源驅動器155產生驅動晶體管控制信號，并經由數據線35和選擇晶體管80將驅動晶體管控制信號提供給驅動晶體管70的柵極(步驟370)。接下來重復步驟320到370 (判定步驟380)，直到多個子像素中的每一個都依次被選定為目標子像素，并且各個驅動晶體管控制信號都已經被提供給多個EL子像素中的每一個中的各個驅動晶體管。一旦對于子像素測量了讀出電壓，則可以將相應的狀態信號存儲在存儲器195中。補償器191可以使用所存儲的狀態信號來補償任意數量的輸入碼值。 測量可以以規則間隔進行(每次顯示器被加電或斷電時)，或者以由顯示器的使用而確定的間隔進行。由于增大的碼值302防止測量時段304對用戶可見，所以也可以在顯示器的整個壽命期間進行測量。子像素可以以任何順序被選定為目標子像素。在一個實施方式中， 可以根據顯示器的行掃描順序，從上到下、從左到右或從右到左選擇子像素。在另一實施方式中，可以在每行中的隨機位置處選擇目標子像素，以防止由于諸如溫度梯度的因素而引起的系統性偏差。重新參照圖2，電壓V。ut是測量得到的(在第一實施方式中)或選定的(在第二實施方式中)。電壓Vdata是已知的(在第一實施方式中)或測量得到的(在第二實施方式中)。電壓(讀出晶體管中的壓降)可以被認為為是恒定的，因為非常少的電流通過讀出晶體管流入轉換電路171的高輸入阻抗端。電壓PVDD和CV是選定的。因此Va可以計算為Vel = (Vout+Vread) -CV(等式 2)EL子像素中的驅動晶體管和EL設備的特征變化反映在所計算的Va的變化上。因此Va可以用作狀態信號。在大規模生產EL顯示器10之前，可以對一個或更多個代表性設備進行表征來產生將針對每個子像素的Va映射到相應的晶體管(Vth，遷移率)和EL設備 (電阻、效率)特征的產品模型。可以創建多于一個的產品模型。例如，顯示器的不同區域可以具有不同的產品模型。產品模型可以存儲在查找表中或用作算法。在一個實施方式中，可以選定基準狀態信號電平，這對于最初的不均勻性補償特別有用。該電平可以是對于所有子像素的狀態信號的平均值、最小值或最大值，或者對本領域技術人員來說將是顯而易見的函數。補償器可以將每個子像素各自的狀態信號與該基準狀態信號電平進行比較，以確定施加多少補償。當對最初的不均勻性進行補償時這是有用的，其中在最初的不均勻性的情況下，不能進行第二讀出電壓測量。補償器可以使用產品模型利用所測量的Va值和所選定的基準狀態信號電平來產生補償后的碼值。在根據本發明的用于老化補償的實施方式中，第二讀出電壓測量處的Va與第一電壓測量處的Va之差Δ Va用作狀態信號。非晶硅TFT老化和OLED老化都與隨時間流經設備的集成電流(integrated current)成比例，因此可以產生將ΔVa與晶體管的八乂讓相關聯的模型，并且進行補償。圖6示出縱坐標上的AVm與橫坐標上的AVth之間的相互關系的示例。可以通過在統計學領域中已知的回歸技術將這種相互關系并入產品模型中；曲線390示出一種可能的樣條擬合。
在圖2的情況下，晶體管和OLED老化需要補償后的碼值比輸入碼值高Δ Vth,并且通過由于OLED電壓上升Δ Vel而對驅動晶體管70的溝道長度調制的校正，降低了驅動晶體管70的Vds。老化補償的另外效果是OLED效率損失。圖7的圖表中示出了針對一個設備的發光效率與Δ^之間的關系的示例。通過在給定電流的情況下測量亮度減少和它與AVeJA 關系，可以確定使EL發射體50輸出標稱亮度所需的校正后的信號的變化。可以將該關系并入產品模型中。為了補償EL子像素60的特征改變或變化，可以使用以下形式的等式中的狀態信號Vcomp = VdatJf1 ( Δ VEL) +f2 ( Δ VEL) +f3 ( Δ VEL, Vdata)(等式 3)其中，Vcomp是保持EL子像素60的期望亮度所需的對應于補償后的碼值的電壓， Vdata是對應于輸入碼值的電壓，(AVa)是對閾值電壓變化的校正，f2( AVeJ是對EL電阻變化的校正，并且f3(AVa，Vdata)對EL效率變化的校正。函數f3將會在下文進一步討論。 函數f\、f2和f3是產品模型的組成部分。使用該方程式，補償器191能夠控制EL發射體60 實現恒定亮度輸出以及在給定亮度下的增加的壽命。因為這種方法對EL顯示器10中的每個EL子像素都提供了相應的校正，因此將補償多個EL子像素的特征的空間變化。圖8示出等式3中涉及的f3的示例模型。OLED發射體的效率不僅取決于由狀態信號Δ Vel所表示的OLED發射體的老化，還取決于由Vdata所表示的OLED發射體被驅動的電平。圖8示出七種不同老化程度下的效率-驅動電平曲線圖。如現有技術中已知的，老化程度表示為“Τχχ”，其中“ΧΧ”是在指定測試電平(在該情況下為20mA/cm2)下的效率百分比。補償器191可以響應于狀態信號和輸入碼值產生補償后的碼值，以在任意驅動電平處對EL發射體的效率變化進行正確地補償。在優選實施方式中，在包括有機發光二極管(OLED)的顯示器中采用本發明，有機發光二極管(OLED)由如Tang等提出的美國專利No. 4769292和VanSlyke等提出的美國專利No. 5061569中公開的小分子或高分子OLED組成，但是不限于此。可以使用有機發光顯示器的許多組合和變型來制造這樣的顯示器。參照圖2，當EL發射體50是OLED發射體時， EL子像素60是OLED子像素。晶體管70、80和90可以是非晶硅(a_Si)晶體管、低溫多晶硅(LTPS)晶體管、氧化鋅晶體管或者本領域所熟知的其它類型的晶體管。這些晶體管可以是N溝道的、P溝道的、或任意組合。OLED可以是非倒置結構(如圖所示)或倒置結構，其中EL發射體50連接在第一電壓源140與驅動晶體管70之間。部件列表10 EL 顯示器20 選擇線30 讀出線35 數據線40 多路復用器45 多路復用器輸出線50 EL 設備
60EL子像素
70驅動晶體管
75電容器
80讀出晶體管
85輸入線
90選擇晶體管
93轉換后數據線
94狀態線
95控制線
140第一電壓源
150第二電壓源
155源驅動器
170測量電路
171轉換電路
180低通濾波器
185模數轉換器
190處理器
191補償器
195存儲器
200電壓比較器
201基準電壓源
202觸發線
203測試信號發生器
204測量控制器
210AVth
220AVel
230子像素ι-ν特征
240子像素I-V特征
301輸入碼值時段
302增大的碼值時段
303延遲時間
304測量時間
305測試電壓
306測試電壓序列
307行時間
308幀時間
310步驟
320步驟
330步驟
340步驟
350步驟
360步驟
370步驟
380決定步驟
390曲線
409補償后的碼值時段
權利要求
1.一種向多個電致發光(EL)子像素中的驅動晶體管提供驅動晶體管控制信號的方法，所述方法包括以下步驟(a)提供多個EL子像素，每個子像素包括具有第一電極、第二電極和柵極的驅動晶體管，具有第一電極和第二電極的EL發射體，以及具有第一電極、第二電極和柵極的讀出晶體管；(b)將每個讀出晶體管的第一電極連接到相對應的驅動晶體管的第二電極，并連接到相對應的EL發射體的第一電極；(c)對于每個子像素接收輸入碼值，所述輸入碼值命令從各個子像素的相應輸出；(d)選擇目標子像素；(e)向除所述目標子像素之外的每個子像素提供各輸入碼值，并向所述目標子像素提供增大的碼值，與相對應的輸入碼值相比，所述增大的碼值命令更高的選定的第一量的輸出；(f)在選定的延遲時間之后，測量所述目標子像素的讀出晶體管的第二電極上的讀出電壓，以提供表示該子像素中的驅動晶體管和EL發射體的特征的狀態信號；(g)使用所述狀態信號提供針對所述目標子像素的補償后的碼值；(h)向所述目標EL子像素的驅動晶體管提供與所述補償后的碼值相對應的驅動晶體管控制信號；和(i)重復步驟(d)到(h)，依次選擇所述多個子像素中的每一個作為目標子像素，以向所述多個EL子像素中的每一個的驅動晶體管提供相應的驅動晶體管控制信號。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述EL發射體是OLED發射體。
3.根據權利要求1所述的方法，其中，所述驅動晶體管是非晶硅晶體管。
4.根據權利要求1所述的方法，其中，所述選定的延遲時間是選定的幀時間的選定百分比，其中，所述選定的第一量是由相對應的輸入碼值命令的輸出的百分比，并且其中，所述選定的第一量是所述選定百分比的倒數。
5.根據權利要求1所述的方法，所述方法進一步包括以下步驟(j)提供與所有子像素的讀出晶體管的第二電極相連接的單條讀出線，以提供讀出電壓；和(k)對于每個EL子像素提供與相對應的讀出晶體管的柵極相連接的選擇線。
6.根據權利要求1所述的方法，其中，步驟(f)進一步包括提供與所述目標子像素的讀出晶體管的第二電極相連接的模數轉換器，并且其中，所述模數轉換器用于提供老化信號。
7.根據權利要求1所述的方法，其中，步驟(f)進一步包括i)提供與所述目標子像素的讀出晶體管的第二電極相連接的電壓比較器，所述電壓比較器用于提供指示所述讀出電壓等于或大于選定的基準電壓電平的觸發信號； )提供測試信號發生器，所述測試信號發生器用于順序地向所述驅動晶體管的柵極和測量控制器提供選定的測試電壓序列；和iii)提供所述測量控制器，所述測量控制器用于從所述電壓比較器接收所述觸發信號，并用于使用相應的測試電壓來向補償器提供老化信號。
8.根據權利要求1所述的方法，其中，所述狀態信號表示隨著時間由于所述目標子像素中的驅動晶體管和EL發射體的工作而導致的該子像素中的驅動晶體管和EL發射體的特征變化。
9.根據權利要求8所述的方法，其中，步驟(f)包括 i)提供存儲器； )將每個子像素的第一讀出電壓測量值存儲在所述存儲器中；iii)將每個子像素的第二讀出電壓測量值存儲在所述存儲器中；和iv)使用所存儲的第一讀出電壓測量值和第二讀出電壓測量值來向補償器提供所述狀態信號。
10.根據權利要求1所述的方法，所述方法進一步包括選定基準狀態信號電平，并且其中，步驟(g)包括使用所述基準狀態信號電平來提供針對所述目標子像素的補償后的碼值。
11.一種用于向電致發光(EL)子像素中的驅動晶體管的柵極提供驅動晶體管控制信號的裝置，所述裝置包括(a)所述EL子像素包括具有第一電極、第二電極和柵極的驅動晶體管，具有第一電極和第二電極的EL發射體，以及具有與所述驅動晶體管的第二電極相連接的第一電極、并具有第二電極的讀出晶體管，其中，所述EL發射體的第一電極連接到所述驅動晶體管的第二電極；(b)測量電路，所述測量電路用于在不同時間測量所述讀出晶體管的第二電極上的讀出電壓，以提供表示隨著時間由于所述驅動晶體管和EL發射體的工作而導致的所述驅動晶體管和EL發射體的特征變化的狀態信號；(c)用于提供輸入碼值的裝置；(d)補償器，所述補償器用于接收輸入碼值，并響應于所述狀態信號產生補償后的碼值；和(e)源驅動器，所述源驅動器用于響應于所述補償后的碼值產生驅動晶體管控制信號， 以驅動所述驅動晶體管的柵極。
12.根據權利要求11所述的裝置，其中，所述EL發射體是有機發光二極管(OLED)發射體。
13.根據權利要求11所述的裝置，其中，所述驅動晶體管是非晶硅晶體管。
14.根據權利要求11所述的裝置，其中，所述補償器響應于所述狀態信號和所述輸入碼值產生所述補償后的碼值，以補償所述EL發射體的效率變化。
15.根據權利要求11所述的裝置，其中，所述測量電路包括用于測量所述讀出電壓的模數轉換器。
16.根據權利要求11所述的裝置，其中，所述測量電路包括用于存儲第一讀出電壓測量值和第二讀出電壓測量值的存儲器。
17.根據權利要求11所述的裝置，其中，所述測量電路包括電壓比較器。
18.根據權利要求17所述的裝置，其中，所述電壓比較器提供指示所述讀出電壓等于或大于、或者等于或小于選定的基準電壓電平的觸發信號，并且所述裝置進一步包括f)測試信號發生器，所述測試信號發生器用于順序地向所述驅動晶體管的柵極和測量控制器提供選定的測試電壓序列；和g)所述測量控制器，所述測量控制器用于從所述電壓比較器接收所述觸發信號，并且從所述測試信號發生器接收相對應的測試電壓，并用于使用所述相對應的測試電壓來向所述補償器提供所述狀態信號。
19.根據權利要求18所述的裝置，其中，所述選定的測試電壓序列是非增或非減序列。
20.根據權利要求18所述的裝置，其中，所述驅動晶體管具有閾值電壓，并且其中，所述選定的基準電壓電平小于所述驅動晶體管的閾值電壓。
全文摘要
對諸如有機發光二極管(OLED)顯示器的電致發光(EL)顯示器的3T1C EL子像素中的驅動晶體管和EL發射體的最初的不均勻性或老化進行補償。使用連接到EL發射體的讀出晶體管讀出發射體的電壓，并且使用模型來對ΔVth、ΔVEL和OLED效率損失執行補償。在一幀期間通過以更高的亮度在更短的時間內驅動目標子像素、然后使用該幀的剩余時間測量來進行測量。可以利用A/D轉換器或利用鋸齒波發生器和比較器來進行測量。對于每個子像素單獨地執行補償。
文檔編號G09G3/32GK102257555SQ200980151005
公開日2011年11月23日 申請日期2009年11月4日 優先權日2008年11月17日
發明者C·I·利維, 加里·帕雷特, 約翰·威廉·哈默 申請人:全球Oled科技有限責任公司