CN100498904C - 主动矩阵显示设备和校准所述主动矩阵显示设备的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包括显示面板(2)的主动矩阵显示设备(6)，该显示面板(2)具有显示像素(3)矩阵以及与显示像素耦合的行和列电极(11，12)。每个显示像素(3)都有适合通过所述列电极(11)接收编程电流(Iprog)并复制所述编程电流(Iprog)用于驱动发射元件(14)的电流反射镜电路。该显示设备(6)被进一步配置以执行校准步骤，其中，在施加编程电流(Iprog)之前在每个列电极(11)上施加校准电压(Vcal)。

Description

主动矩阵显示设备和校准所述主动矩阵显示设备的方法
技术领域
本发明涉及一种主动矩阵显示设备，它所包括的显示面板具有显示像素矩阵以及与所述显示像素耦合的行和列电极，每一个所述显示像素都有适合通过所述列电极接收编程电流以及复制所述编程电流用于驱动发射元件的电流反射镜电路。
背景技术
US 2001/0052606公开了一种包括在行和列电极交叉区域上的像素的矩阵的显示设备。这些像素各自都包括电流反射镜电路以应付由激励晶体管相对于电荷载体迁移率和阈电压的差异而引起的晶体管一致性问题。
这些类型的显示设备中的电流信号非常低并且所涉及的电压范围很大，造成显示像素的编程时间长的不利因素。
发明内容
本发明的一个目标是提供一种显示设备，其中电压被明确定义，由此能够缩短对显示像素的编程时间。
这个目标是通过提供一种主动显示设备而实现的，该主动显示设备被进一步配置以执行校准步骤，其中，在施加所述编程电流之前在每一列电极上施加校准电压，并且在每个所述显示像素的所述列电极上充分维持所述校准电压，直到施加所述编程电流。
这样可以控制该显示设备，使得在向显示像素施加编程电流时列线路上具有明确定义的电压。换句话说，使得该显示设备不仅能够向各个列电极施加校准电压，还能为沿着列电极的各个显示像素稳定这个校准电压。因此，能够更快地完成对显示像素的电流编程。这个优点对于高分辨率显示器尤其重要。另外一个优点是编程电压不再依赖于显示像素的电源电压。注意，对于彩色显示器，可以向红、绿、蓝显示子像素的列电极中的每一个提供公共的校准电压，在所述显示子像素上维持该公共校准电压直到对该子像素施加编程电流为止。还注意到本发明不需要在每次向显示像素施加编程电流时执行校准步骤，尽管为实现最佳效果这样更可取.
在本发明的一种实施方案中，显示设备被配置为对多于一行显示像素同时执行所述校准步骤.这样能够减少由校准步骤引起的寻址时间的损失，甚至减少到可以忽略.如果泄漏足够低，可以一次对显示面板的所有行执行校准步骤.可以在例如每个帧时间执行校准步骤.
在本发明的一种实施方案中，所述每个列电极或线路与至少一个开关相耦合，以施加所述校准电压。这个开关可以是显示面板上一个独立的开关，例如，靠近边缘，或者可以被实现在列驱动器中.在本发明的一种实施方案中，该开关将所述列电极与地连接，以获得零伏的校准电压，从而使得在施加编程电流之前列线路处于这个明确定义的电压。或者施加非零校准电压，其优点是可以忽略包含编程电流源的列驱动器的负电源电压.
在本发明的一种实施方案中，每个所述显示像素都包括校准电路，校准电路具有电容器和晶体管，晶体管的电流携带电极被连接在所述列电极和所述电容器的第一极之间，并且该校准电路被配置为通过所述晶体管在所述校准步骤之前为所迷电容器充电并在所述校准步骤期间为它放电，以使所述晶体管的栅极携带的电压基本上等于所述校准电压和所述晶体管的阈电压之和。这样的显示设备就适合执行该校准步骤。
在本发明的一种实施方案中，校准电路包括一个或多个开关来控制所述电容器的所述充电和放电，并且显示设备包括显示控制器来控制所述开关，例如通过行选择电路控制.
在本发明的一种实施方案中，电容器的第二极与地或充分恒定的电源电压相连.优选地该电容器的第二极与地相连.但是，为该显示设备所采用的制造技术可能复杂化或阻止这一极的对地连接，这种情况下优选到恒定电源电压的连接.
在本发明的一种实施方案中，显示设备包括公共校准电路以便同时为沿着所述列电极的若干显示像素执行所述校准步骤.这样的配置可以节省显示面板上的空间，因为校准电路可以由一些显示像素共享。
根据本发明的一个方面，产品包括根据本发明的显示设备以及信号处理电路。产品可以是手持设备，如移动电话，个人数字助理(PDA)或便携计算机，以及诸如个人计算机的监视器、电视机或汽车仪表盘上的显示器等设备.
优选地该显示面板是高分辨率的显示面板，因为本发明特别为这种显示面板降低或消除显示像素的电源线上的电压降的影响.此外，对这样的显示设备来说，列线路电容更大.
本发明还涉及一种校准主动矩阵显示设备的方法，所校准的主动矩阵显示设备包括具有显示像素矩阵以及与所述显示像素耦合的行和列电极的显示面板，每个所述显示像素包括适合通过所述列电极接收编程电流并复制所述编程电流以驱动发射元件的电流反射镜电路，该方法包括下列步骤：
-在施加所述编程电流之前向每个列电极施加校准电压；
-在所述列电极上充分维持所述校准电压直到施加所述编程电流为止。
该方法导致对显示像素更快的电流编程，因为在施加编程电流时列电极具有明确定义的电压.
在本发明的一种实施方案中，一次为所述显示面板的多于一行施加校准电压.优选地是一次为整个显示器执行校准阶段，这样寻址时间的损失最小.
下面将参考附图进一步阐述本发明，附图示出了根据本发明的优选实施方案.将会理解本发明不以任何方式受限于这些具体的和优选的实施方案.
附图说明
附图中：
图1示出了包括主动矩阵显示设备的产品，
图2示出了图1所示的主动矩阵显示设备的示意图，
图3示出了图2所示显示设备的电流可编程的电流反射镜显示像素，
图4示出了沿着图2中所示显示设备的列电极的两个图3中所示的显示像素，
图5示出了引入了根据本发明的一种实施方案的显示像素的主动矩阵显示设备的一部分，
图6A-6C示出了根据本发明的一种实施方案的主动矩阵显示设备运行中的不同阶段；和
图7示出了根据本发明的主动矩阵显示设备的替代实施方案。
具体实施方式
图1示出了包括主动矩阵显示设备6和信号处理电路SP的产品1。该显示设备6包括主动矩阵显示面板2，其具有排列在行4和列5的矩阵中的多个显示像素3。该显示面板2是主动矩阵显示器，所包含的显示像素3包括聚合体发光二极管(PLED)或小分子发光二极管(SMOLED)。该显示面板2可以是高分辨率显示面板，因为这种显示面板中的可用编程时间非常短.
产品1可以是电视接收器，这种情况下信号处理电路SP可以包括用于接收电视信号并将电视信号转换成驱动显示设备6的数据输入10的格式的电路.或者，产品1可以是手持设备，如移动电话或PDA、便携式计算机或个人计算机的监视器、或者带有显示设备的任意其它产品。在这些情况下，信号处理电路SP可以包括数据处理电路.
图2示出了主动矩阵显示设备6的示意图，包括图1所示产品1的PLED显示面板2，其具有电流发射元件.该显示设备6包括显示控制器7，显示控制器包括了行选择电路8和列驱动器9.由显示控制器7通过数据输入10接收数据信号，数据信号包含要显示在显示面板2上的例如(视频)图像的信息或数据.该数据被作为编程电流通过列驱动器9和数据线11写到合适的显示像素3.由行选择电路8通过选择线路12完成对显示像素3的行4的选择，行选择电路由显示控制器7控制.由显示控制器7执行对显示像素3的行4的选择和将数据写到显示像素3之间的同步.此外显示控制器7可以通过电源线13控制对显示像素3的供电。
图3示出了图2中所示显示面板的电流反射镜配置中的电流可编程显示像素3.激励晶体管T2不仅用于对显示像素3编程，还用于驱动发射元件14，例如PLED元件.在数据线路11上施加编程电流，由电流源Iprog表示。在编程期间，晶体管T4将电容器C与激励晶体管T2的电流携带电极相连接，而由晶体管T3将发射元件14与激励晶体管T2绝缘.在这个编程阶段期间，通过T2施加数据输入编程电流，同时根据先前编程的值对电容器C充电或放电以达到T2的相关栅极-源极电压VGS。现在，通过打开T1和T4并关闭T3，激励晶体管T2的漏极电流被提供给了发射元件14.电容器C的存储功能确保了该电流是在线路11上接收到的编程电流信号的完全拷贝。
通过激励晶体管T2的电流I是：
I＝Iprog＝μ(V-Vt)2
其中，μ是电荷载体的迁移率，Vt是激励晶体管T2的阈电压，V是激励晶体管T2的栅极-源极电压.这里假定来自激励晶体管T2的电流I实际等于编程电流Iprog；这对具有电流反射镜电路的显示像素3是一个合理的假设.因此，表示由施加编程电流Iprog而引起的电压的编程电压Vprog为：
Vprog＝Vcc-Vt-√(Iprog/μ)
其中Vcc是在电源线13上提供的电压.图3中所示的显示像素3的电流反射镜电路的有利特性是，在低频率下，不管各显示像素3之间在激励晶体管的迁移率μ和阈电压Vt上的差异，通过发射元件的电流几乎是接收到的编程电流的精确拷贝.
图4示出了沿着显示面板2的列电极11的所有显示像素3中如图3中所示的两个显示像素3。为清楚起见，晶体管T1、T3和T4已经被绘制成开关S1、S3和S4。因为显示像素电路对给定的编程电流Iprog稳定，因而激励晶体管T2的迁移率μ和阈电压Vt决定列电极11上的电压Vprog.因为晶体管T2关于迁移率和阈电压不相同，因而电压Vprog将变化显著。当用第一编程电流Iprog对下显示像素3编程时，对应的开关S1被关闭，而列电极11上的电压Vprog将根据第一编程电流以及这个显示像素3的T2的特性而稳定在一个特定值.如果接下来对上显示像素3编程，则下显示像素3的S1打开而上显示像素3的S1被关闭。甚至在编程电流与下显示像素3的编程电流相同时，因为上显示像素3的激励晶体管2的特性可能不同于下显示像素3的激励晶体管的特性，电压Vprog可能稳定在与下显示像素3的电压不同的值上。
编程电流Iprog通常很低，即，在发射元件14的暗区的毫微安到完全亮区的微安量级上。列电极11的线路电容可以在100pF的量级上。因而对于上显示像素和下显示像素3的编程电压Vprog之间1V的差，10毫微安的编程电流会产生一个10毫秒的周期将列电级11带到所需电压Vprog.这么长的稳定时间限制了显示面板2在高频下的运行.对于高分辨率显示器2，列电极11的电容增加，由此导致性能更差.此外，使用更高分辨率的趋势导致每个显示像素3的编程电流减小。
图5示出了引入了根据本发明的一种实施方案的显示像素3的主动矩阵显示设备6的一部分。该显示像素3包括与图4中所示相同的电路。相同的引用编号表示与显示像素3中的电路相同的部件.该显示像素3还包括校准电路，其包括开关S5和S6、电容器Ccal和晶体管Tcal。电容器Ccal一极与地相连，另一极与晶体管Tcal的栅极相连.这一极和晶体管Tcal的栅极通过开关S5与电源线13的电压Vcc相连。此外这一极和晶体管Tcal的栅极还通过开关S6与晶体管Tcal的电流携带电极相连。这个电流携带电极还与图3中所示显示像素3的电流反射镜电路相连。晶体管Tcal的另一电流携带电极与列电极11相连。可以像其它开关那样，开关S5和S6由显示控制器7通过行选择电路经由选择线12(图5中未示出)控制.应该认识到开关S5和S6可以被实现为根据本发明的显示像素3中的晶体管.
还注意到电容器Ccal不必与地相连，尽管这是优选配置。相反电容器极可以与充分稳定的电压相连，例如Vcc.
此外列电极11通过开关Scal与电压Vcal相连.
图6A-6C中提供了图5中所示主动矩阵显示设备6的操作实例。
在图6A中，显示像素3没有被编程，并且电容器C上的电压可以导致T2驱动电流发射元件14.应该认识到本发明并不需要从发射元件14发出光.开关S5被关闭，这样Ccal被充电到与在校准步骤之前使校准晶体管Tcal饱和的Vcc相等的电压.但是，因为S1和S6处于导通，没有电流流经Tcal。
图6B示出了校准步骤的一个实现例子.开关S1仍然处于导通状态，这样就不会通过对电容器C充电而对显示像素3编程.在这个校准阶段，开关Scal被关闭，向列电极11施加了例如0伏的校准电压Vcal。此外，开关S6被关闭，导致校准电容器Ccal的放电，产生了通过开关S6和晶体管Tcal的电流.Tcal的栅极电压将会下降，直到Tcal停止导通，栅极电压即产生晶体管Tcal的阈电压Vt.此时列电极11的电压被明确限定在0伏上.这个校准电压实际上被维持在每个显示像素3的列电极11上，直到如图6C所示在编程阶段中施加了电流信号Iprog为止。
应该认识到如果Vcal被设置在非零电压V1，如果栅极电压等于Vt+V1，Tcal将停止导通。如果选择了Vcal具有非零值V1，没有负电源电压就能实现列驱动器9。如果列驱动器9将吸收列电极11上零伏上的电流，可能会需要这种电源。
还应该认识到在校准阶段期间，发射元件14仍然可以按照先前的编程阶段中所编程的发光。
图6C示出了编程阶段，其中通过将电容器C充电到足够的电压而对显示像素3编程。因此，开关S1和S4被关闭，而开关S3被导通。此外开关Scal被导通以让编程电流能够流入列电极11的显示像素3.电容器Ccal确保在打开开关Scal后，电压在列电极11上维持。因为S5和S6被打开，校准晶体管Tcal的栅极电压将不会变化并且固定在阈电压Vt。编程电流将流经Tcal、S1和S4，以使电容器C上的电压增加或减小到一个值，此时流经激励晶体管T2的电流等于编程电流Iprog。
注意，例如图6所示，对于沿着列电极11的未编程显示象素3来说，开关S1和S6是导通的。其它开关S3、S4和S5的状态对本发明来说不是必需的。如果，例如未寻址的显示象素3要发光，则开关S3是关闭的，开关S4是导通的。如果显示像素3在其未被寻址的帧时间段的特定比例部分应该不发光，也就是说应用减小的占空因数，则对于这部分比例的帧时间开关S3应是导通的。
对于每一列5逐行执行上述校准步骤.但是，一次对显示像素3的多于一行4或一次对整个显示面板2执行该校准步骤是有利的。后一选项需要在相关时间周期上(即应该为显示像素3维持校准电压Vcal的时间内)，Ccal上的电荷足够稳定，即没有泄漏或泄漏可以忽略。一个或多个行4的校准步骤的起始可以由显示控制器7来控制.
校准步骤的结果是，由于电压波动减小，能够快速对显示像素3进行电流编程。只有在极端情况下列电极11上的电压波动可能达到几伏。通常如果编程电流从1毫微安提高到1微安，电压波动只有几毫伏，这大大小于现有技术显示设备中的电压波动。因此能够应用具有更高分辨率的显示面板2。此外，编程电压Vprog不再取决于电源线13的电压Vcc。本发明的要点是，修改过的显示像素电路的特色是明确定义的输入电压，其独立于显示面板2上的各个显示像素3之间激励晶体管T2的特性的分布。列电极11上电压波动的大幅减小提高了电流编程速度，这样就能够操作更高分辨率的显示器。根据本发明的主动矩阵显示设备6的劣势是每个显示像素3的电路所占面积增加，这对于显示像素的孔径是不利的。但是，对于顶部发射显示面板2，其中发射元件14的光被发射远离显示像素电路，这就不成为问题。
显示像素3中校准电路的目的是应付显示像素3自身中的激励晶体管T2的阈电压的变化，这样长的列电极11不会经受这种变化。但在显示像素的Tcal和T2之间该变化仍然存在。在这部分中，由于低线路电容，这个变化更小或无害。因为线路电容相对较低，可以对相同列电极11上的多个显示像素3使用单个校准电路，如图7所示.在这个实施方案中，与每个显示像素或显示子像素有专用校准电路的配置相比，线路电容略高，因为这个电容是随不同显示像素3的Tcal和S1之间的线路距离增大的。但是这个线路电容仍然显著低于列电极11的电容。
应该注意到上述实施方案是为了说明而不是限制本发明，本领域的技术人员将能够在不偏离所附权利要求的范围的前提下，设计出很多种替代实施方案。在权利要求中，放置在括号中的任何引用符号都不是为了限制本发明。动词“包括”的使用并不排除权利要求中所声明的那些之外的元件和步骤的存在。元件之前的“一个”并不排除多个这种元件的存在。可以通过包括若干独立元件的硬件或通过适当编程的计算机实现本发明。在列举了若干装置的设备权利要求中，这些装置中的若干个可以由一个和相同的硬件项来实现。在相互不同的附属权利要求中列举了特定方案的事实并不表示不能用这些方案的组合来获利。

Claims (11)

1.包括了显示面板(2)的主动矩阵显示设备(6)，该显示面板(2)具有显示像素(3)的矩阵和与所述显示像素(3)耦合的行和列电极(12，11)，每个所述显示像素(3)都有适合通过所述列电极(11)接收编程电流(Iprog)并复制所述编程电流(Iprog)用于驱动发射元件(14)的电流反射镜电路，其中，所述显示设备(6)被进一步配置以执行校准步骤，校准步骤中，在施加所述编程电流(Iprog)之前在每个列电极(11)上施加校准电压(Vcal)，并且在每个所述显示像素(3)的所述列电极上充分维持所述校准电压直到施加所述编程电流(Iprog)。
2.根据权利要求1的主动矩阵显示设备(6)，其中所述显示设备(6)被配置为对多于一行(4)的所述显示像素(3)同时执行所述校准步骤。
3.根据权利要求1的主动矩阵显示设备(6)，其中每个所述列电极(11)与至少一个开关(Scal)耦合以施加所述校准电压(Vcal)。
4.根据权利要求3的主动矩阵显示设备(6)，其中所述开关(Scal)将所述列电极(11)与地连接。
5.根据权利要求1的主动矩阵显示设备(6)，其中每个所述显示像素(3)还包括校准电路，校准电路具有电容器(Ccal)和晶体管(Tcal)，晶体管的电流携带电极被连接在所述列电极(11)和所述电容器(Ccal)的第一极之间，并且被配置为通过所述晶体管(Tcal)在所述校准步骤之前对所述电容器(Ccal)充电，以及在所述校准步骤期间放电，这样所述晶体管(Tcal)的栅极携带的电压基本等于所述校准电压(Vcal)和所述晶体管(Tcal)的阈电压(Vt)之和。
6.根据权利要求5的主动矩阵显示设备(6)，其中所述校准电路包括一个或多个开关(S5，S6)以控制所述电容器(Ccal)的充电和放电，并且其中所述显示设备(6)包括显示控制器(7)用于控制所述开关(S5，S6)。
7.根据权利要求5的主动矩阵显示设备(6)，其中所述电容器(Ccal)的第二极与地或充分恒定的电源相连。
8.根据权利要求1的主动矩阵显示设备(6)，其中所述显示设备(6)包括公共校准电路以便为沿着所述列电极(11)的若干显示像素(3)执行所述校准步骤。
9.包括权利要求1中所主张的主动矩阵显示设备(6)的产品(1)。
10.用于校准一种主动矩阵显示设备的方法，该主动矩阵显示设备(6)包括显示面板(2)，该显示面板(2)具有显示像素(3)矩阵和与所述显示像素(3)耦合的行和列电极(12，11)，每个所述显示像素(3)包括适合通过所述列电极(11)接收编程电流(Iprog)并复制所述编程电流(Iprog)用于驱动发射元件(14)的电流反射镜电路，该方法包括：
-在施加所述编程电流(Iprog)之前向每个列电极(11)施加校准电压(Vcal)；
-在所述列电极(11)上充分维持所述校准电压(Vcal)直到施加所述编程电流(Iprog)。
11.根据权利要求10的方法，其中一次为所述显示面板(2)的不止一行(4)施加所述校准电压(Vcal)。
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