CN101933074B - 具有用于激活驱动晶体管的补偿后的模拟信号的电致发光显示器 - Google Patents

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Abstract

一种用于向驱动电路中的驱动晶体管的所述栅极提供模拟驱动晶体管控制信号装置，其中，该驱动电路将电流施加到EL器件，该驱动电路包括所述驱动晶体管的第一供电电极，并且所述EL器件连接到所述驱动晶体管的第二供电电极，该装置包括：测量电路，该测量电路用于在不同时刻测量通过所述供电电极的电流，以提供代表随时间推移由所述驱动晶体管和所述EL器件的操作导致的所述驱动晶体管和所述EL器件的特征变化的老化信号；补偿器，该补偿器用于响应于所述老化信号改变所述线性码值，以补偿所述驱动晶体管和所述EL器件的特征变化；以及线性源驱动器，该线性源驱动器用于响应改变后的线性码值产生所述模拟驱动晶体管控制信号。

Description

具有用于激活驱动晶体管的补偿后的模拟信号的电致发光显示器
技术领域
本发明涉及控制施加于用于提供通过电致发光器件的电流的驱动晶体管的模拟信号。
背景技术
作为用于计算、娱乐以及通信的信息显示器，平板显示器吸引了人们的极大兴趣。诸如有机发光二极管(OLED：Organic Light-emittingDiode)技术的电致发光(EL：Electroluminescent)平板显示技术与诸如液晶显示器(LCD：Liquid-Crystal Display)和等离子显示面板(PDP：Plasma Display Panel)的其他技术相比，在色域、亮度以及功耗方面提供了优势。然而，EL显示器的性能随时间而退化。为了在显示器的寿命内提供高质量图像，必须补偿该退化。
EL显示器通常包括相同子像素的阵列。各个子像素包括驱动晶体管(通常为薄膜TFT)以及EL器件(实际发光的有机二极管)。EL器件的光输出大致与通过该器件的电流成比例，因此，驱动晶体管通常被配置为响应于栅源电压Vgs的压控电流源。与LCD显示器中所使用的源驱动器类似的源驱动器为驱动晶体管提供控制电压。源驱动器将所期望的码值步长(step)74转换为模拟电压步长75，以控制驱动晶体管。尽管具有高比特深度的线性源驱动器正在变得可得，但是码值和电压之间的关系通常是非线性的。尽管OLED的非线性的码值-电压关系的形状与典型的LCD的S形(例如，在美国专利4,896,947中所示)不同，但是这两种技术所需要的源驱动器电子器件非常相似。除了LCD和EL源驱动器之间的相似之外，LCD显示器和EL显示器通常在相同的基板上制造：非晶硅(a-Si)，例如，就像Tanaka等在美国专利5,034,340中所教导的一样。非晶硅不贵，并且容易处理成大显示器。
退化模式
然而，非晶硅是亚稳态的：随着时间推移，由于电压偏置施加在非晶硅TFT的栅极，其阈值电压(Vth)偏移，因此，其电流-电压曲线偏移(Kagan和Andry编辑，Thin-film Transistors，New York：Marcel Dekker，2003年，第3.5节，第121-131页)。在正向偏压下，Vth通常随着时间推移而增加，从而，平均而言，Vth偏移随着时间推移将导致显示器变暗。
除了非晶硅TFT的不稳定性之外，现代EL器件本身具有不稳定性。例如，在OLED器件中，随着时间推移，由于电流流经OLED器件，其正向电压(Voled)增加，并且其效率(通常以cd/A来衡量)降低(Shinar编辑，Organic Light-Emitting Devices：a survey，New York：Springer-Verlag，2004年，第3.4节，第95-97页)。即使用稳恒电流驱动，效率损失导致显示器平均而言随着时间推移变暗。此外，在通常的OLED显示器结构中，OLED连接到驱动晶体管的源极。在此结构中，Voled的增加使晶体管的源极电压增加，Vgs降低，进而通过OLED器件(Ioled)电流降低，从而导致随着时间推移而变暗。
这三种效应(Vth偏移、OLED效率损失以及Voled升高)导致各单个OLED子像素以与通过该OLED器件的电流成正比的速率随着时间推移损失亮度。(Vth偏移是主要效应，Voled偏移是第二效应，而OLED效率损失是第三效应。)因此，由于显示器随着时间推移而变暗，由更大电流驱动的那些子像素将更快褪色。这种有差别的老化导致在显示器上出现讨厌的可见的老化。例如，随着越来越多的电视台将他们的台标在固定位置连续叠加在他们的内容上，现在有差别的老化是一个日渐增长的问题。通常，台标比周围的内容更明亮，因此，台标中的像素比周围内容的像素老化更快，导致当观看不含台标的内容时，可以见到台标的阴片。由于台标通常包含高空间频率的内容(例如，AT&T的球)，一个子像素可能严重老化，同时附近的子像素只是轻微老化。因此，必须独立地对各个子像素的老化进行补偿，以消除讨厌的可见老化。
现有技术
对这三种效应中的一种或多种进行补偿是已知的。考虑Vth偏移，其为主要效应并且可以用所施加的偏压来进行逆转(Mohan等，“Stabilityissues in digital circuits in amorphous silicon technology”Electrical andComputer Engineering，2001年，第1卷，第583-588页)，补偿方案主要分为四种类型：像素内补偿、像素内测量、面板内测量，以及反向偏置。
像素内Vth补偿方案给各个子像素增加额外的电路，以在出现Vth偏移时对其进行补偿。例如，Lee等在SID 2004 Digest第264-274页的“ANew a-Si：H TFT Pixel Design Compensating Threshold Voltage Degradationof TFT and OLED”中教导了一种七个晶体管、一个电容器(7T1C)的子像素电路，其通过在施加所期望的数据电压之前将各个子像素的Vth存储在该子像素的存储电容器上来补偿Vth偏移。诸如此类方法对Vth偏移进行补偿，但是它们不能补偿Voled升高或者OLED效率损失。与常规的2T1C电压驱动子像素电路相比，这些方法要求增加子像素复杂度和增加子像素电子器件尺寸。增加子像素复杂度降低了产率，因为，所要求的特征图形越精细越容易受到制造错误的影响。具体地，在典型的底发射结构中，子像素电子器件总尺寸增加使功耗增加，因为其降低了开口率，即，发光的各个子像素所占的百分比。在固定电流下，OLED的光发射与面积成正比，从而具有较小开口率的OLED器件需要较大的电流来产生与具有较大开口率的OLED相同的亮度。此外，在较小区域中的较大电流增加了OLED器件中的电流密度，加速了Voled升高以及OLED效率损失。
像素内测量Vth补偿方案为各个子像素增加额外的电路，使得可以测量代表Vth偏移的值。然后，面板外电路处理测量值，并调整各个子像素的驱动以补偿Vth偏移。例如，Nathan等在美国2006/0273997(A1)中教导了一种四个晶体管的像素电路，其使得将TFT退化数据测量为或者在给定电压条件下的电流或者在给定电流条件下的电压。Nara等在美国专利7,199,602中教导了在显示器增加检查互连，并为显示器的各个像素增加开关晶体管，以将其连接到检查互连。Kimura等在美国专利6,518,962中教导了为显示器的各个像素增加校正TFT以对EL退化进行补偿。这些方法都具有像素内Vth补偿方案中的缺点，但是，其中一些能够对Voled偏移或者OLED效率损失进行额外补偿。
反向偏置Vth补偿方案使用一些形式的反向电压偏置，以将Vth移回一些起始点。这些方法不能补偿Voled升高或OLED效率损失。例如，Lo等在美国专利7,116,058中教导了调制有源矩阵像素电路中的存储电容器的基准电压，以在各帧之间使驱动晶体管反向偏置。在帧内或者帧间施加反向偏置防止了可见的伪影，但是降低了占空比，从而降低了峰值亮度。相比像素内补偿方法，反向偏置方法能够在功耗增加更少的情况下补偿面板的平均Vth偏移，但是，它们要求更复杂的外部电源，能够要求额外的像素电路或者信号线，并且不可能补偿比其他子像素褪色更加严重的个别子像素。
考虑到Voled偏移以及OLED效率损失，Arnold等的美国专利6,995,519是补偿OLED器件老化的方法的一种示例。此方法假设器件亮度的全部改变是由OLED发射体的变化导致的。然而，当由a-Si形成电路中的驱动晶体管时，此假设不正确，因为晶体管的阈值电压也随着使用而改变。因此，Arnold的方法将不能为晶体管展现出老化效应的电路中的子像素老化提供完全补偿。此外，当使用诸如反向偏置的方法来减轻a-Si晶体管阈值电压偏移时，在缺乏对反向偏置效应的适当跟踪/预测、或者对OLED电压变化或晶体管阈值电压变化的直接测量的情况下，对OLED效率损失的补偿将变得不可靠。
用于补偿的替代方法直接测量各个子像素的光输出，例如，Young等在美国专利6,489,631中所教导的。这样的方法能够补偿所有三种老化因素中的变化，但是要求精度非常高的外部光传感器，或者各个子像素中集成的光传感器。外部光传感器增加了器件的费用和复杂度，而集成的光传感器增加了子像素的复杂度和电子器件的大小，并伴随着性能下降。
已有的Vth补偿方案不是没有缺点，而且它们很少能够补偿Voled升高以及OLED效率损失。而那些能够补偿每个子像素的Vth偏移的方案则是以面板复杂度和更低的产率作为代价。因此，对于补偿的改进有着持续的需要，以克服这些缺点，对EL面板退化进行补偿以及防止在EL显示板的整个寿命中出现讨厌的可见的老化。
发明内容
根据本发明，提供了一种用于向驱动电路中的驱动晶体管的栅极提供模拟驱动晶体管控制信号的装置，其中，所述驱动电路将电流施加到EL器件，所述驱动电路包括电连接到所述驱动晶体管的第一供电电极的电压源，并且所述EL器件电连接到所述驱动晶体管的第二供电电极，该装置包括：
a)测量电路，该测量电路用于在不同时刻测量通过所述第一供电电极和所述第二供电电极的电流，以提供代表随时间推移由所述驱动晶体管和所述EL器件的操作导致的所述驱动晶体管和所述EL器件的特征变化的老化信号；
b)提供单元，该提供单元用于提供线性码值；
c)补偿器，该补偿器用于响应于所述老化信号改变所述线性码值，以补偿所述驱动晶体管和所述EL器件的所述特征变化；以及
d)线性源驱动器，该线性源驱动器用于响应于改变后的线性码值产生所述模拟驱动晶体管控制信号，来驱动所述驱动晶体管的所述栅极。
还提供了一种用于向驱动电路中的驱动晶体管的栅极提供模拟驱动晶体管控制信号的方法，其中，所述驱动电路将电流施加到EL器件，所述驱动电路包括电连接到所述驱动晶体管的第一供电电极的电压源，并且所述EL器件电连接到所述驱动晶体管的第二供电电极，该方法包括以下步骤：
a)在不同时刻测量通过所述第一供电电极和所述第二供电电极的电流，以提供代表随时间推移由所述驱动晶体管和所述EL器件的操作所导致的所述驱动晶体管和所述EL器件的特征变化的老化信号；
b)提供线性码值；
c)响应于所述老化信号改变所述线性码值，以补偿所述驱动晶体管和所述EL器件的所述特征变化；以及
d)提供线性源驱动器，该线性源驱动器用于响应于改变后的线性码值，产生所述模拟驱动晶体管控制信号，来驱动所述驱动晶体管的所述栅极。
还提供了一种用于向EL面板中的多个EL子像素中的驱动晶体管的栅极提供模拟驱动晶体管控制信号的装置，所述装置包括第一电压源、第二电压源，以及所述EL面板中的多个EL子像素；驱动电路中的EL器件，该驱动电路向各个EL子像素中的所述EL器件施加电流；各驱动电路包括驱动晶体管，其中，所述驱动晶体管具有电连接到所述第一电压源的第一供电电极以及电连接到所述EL器件的第一电极的第二供电电极；并且各个EL器件包括电连接到所述第二电压源的第二电极，该改进包括：
a)测量电路，该测量电路用于在不同时刻测量通过所述第一电压源和所述第二电压源的电流，以为每个像素提供代表随时间推移由该子像素的所述驱动晶体管和所述EL器件的操作而导致的所述驱动晶体管和所述EL器件的特征变化的老化信号；
b)提供单元，该提供单元用于为各个子像素提供线性码值；
c)补偿器，该补偿器用于响应于所述老化信号来改变所述线性码值，以补偿各个子像素中的所述驱动晶体管和所述EL器件的所述特征变化；以及
d)线性源驱动器，该线性源驱动器用于响应于改变后的线性码值产生所述模拟驱动晶体管控制信号，来驱动所述驱动晶体管的所述栅极。
优点
本发明提供了一种提供模拟驱动晶体管控制信号的有效方法。该方法仅要求一次测量来执行补偿。该方法可应用于任何有源矩阵底板。利用查找表(LUT)将信号从非线性改变为线性，使得可以在线性电压域进行补偿，从而，简化了控制信号的补偿。不需要复杂的像素电路或者外部测量器件，该方法对Vth偏移、Voled偏移以及OLED效率损失进行了补偿。该方法没有降低子像素的开口率。该方法对面板的正常工作没有影响。
附图说明
结合如下描述和附图，本发明的上述以及其他目标、特征以及优势可以变得更加清楚，附图中尽可能使用同样的标记来表示附图中共用的相同的特征，并且，附图中：
图1是实现本发明的控制系统的框图；
图2是图1的框图的更详细的示意图；
图3是典型OLED面板的图示；
图4A是在理想条件下操作图2的测量电路的时序图；
图4B是包含有由于子像素的自热所导致的误差的操作图2的测量电路的时序图；
图5A是未老化和老化的子像素的、示出了Vth偏移的代表性I-V特性曲线；
图5B是未老化和老化的子像素的、示出了Vth及Voled偏移的代表性I-V特性曲线；
图6A是图1的补偿器的高级数据流图；
图6B是补偿器的详细数据流图(两个部分)中的第一部分；
图6C是补偿器的详细数据流图(两个部分)中的第二部分；
图7是域转换单元和补偿器的效果的Jones图示；
图8是示出了随着时间推移的补偿测量的频繁度的代表图；
图9是示出了作为百分比电流的函数的百分比效率的代表图；以及
图10是根据本发明的驱动电路的详细示意图。
具体实施方式
本发明补偿有源矩阵EL显示面板上的驱动晶体管和EL器件中的退化。在一种实施方式中，该方法补偿有源矩阵OLED面板上的所有子像素的Vth偏移、Voled偏移以及OLED效率损失。面板包括多个像素，每个像素包括一个或更多个子像素。例如，各个像素可能包括红色、绿色以及蓝色子像素。各个子像素包括发光的EL器件以及周围电子器件。子像素是面板的最小可寻址组件。该EL器件可以是OLED器件。
接下来的讨论首先将系统作为一个整体进行考虑。然后，进行到子像素的电气细节，随后是测量一个子像素的电气细节以及用于测量多个子像素的定时。接着，探讨补偿器怎样使用测量值。最后，从工厂到使用寿命结束，描述在一种实施方式中(例如，在消费产品中)如何实现该系统。
概要
图1示出了本发明的整体系统10的框图。非线性输入信号11管控来自EL子像素中的EL器件的特定光强度，其中，该EL子像素是EL面板上的很多子像素之一。该信号11可以来自视频解码器、图像处理路径或者另一信号源，可以是数字的或模拟的，并且可以是非线性编码或者线性编码的。例如，非线性输入信号可以是sRGB码值步长74或NTSC亮度电压步长75。无论源和格式怎样，信号可以优选地被转换器12转换成数字形式，并且转换到线性域，例如，线性电压，这将在以下的“跨域处理及比特深度”中进一步讨论。与LCD源驱动器类似的查找表或者功能可以执行该转换。转换结果将是线性码值，其代表预控的驱动电压(commanded drive voltage)。
补偿器13接受线性码值，该线性码值对应于来自EL子像素的预控的特定光强度。随时间推移由EL子像素中的驱动晶体管和EL器件的操作所导致的驱动晶体管和EL器件中的变化意味着：EL子像素通常将不能响应于线性码值产生预控的光强度(commanded)。补偿器13输出改变后的线性码值，该改变后的线性码值将使EL子像素产生预控的强度。在以下的“实现”中将进一步讨论补偿器的操作。
来自补偿器13的改变后的线性码值传到线性源驱动器14，该线性源驱动器14可以是数模转换器。线性源驱动器14响应于改变后的线性码值产生模拟驱动晶体管控制信号，该信号可以是电压。线性源驱动器14可以是被设计为线性的源驱动器，或者是常规LCD或OLED源驱动器，其中，其伽玛电压被设置为产生近似线性的输出。在后一种情况中，从线性的任何偏离将影响最终的质量。正如Kawabe在共同受让的WO2005/116971 A1中所教导的，线性源驱动器14也可以是时分(数字驱动)源驱动器。在此情况下，来自源驱动器的模拟电压被设置在预定级别的预控(commanding)光输出达取决于来自补偿器的输出信号的时间量。相反，常规的线性源驱动器提供取决于来自补偿器的输出信号的电平的模拟电压达固定量的时间(通常是整个帧)。线性源驱动器可以同时输出一个或更多个模拟驱动晶体管控制信号。在本发明的一个实施方式中，EL面板可以具有包括一个或更多个微芯片的线性源驱动器，并且，各个微芯片可以输出一个或更多个模拟驱动晶体管控制信号，从而同时产生数量等于EL面板中的EL子像素的列数的模拟驱动晶体管控制信号。
向EL驱动电路15提供由线性源驱动器14产生的模拟驱动晶体管控制信号，该EL驱动电路15可以是EL子像素。该电路包括驱动晶体管和EL器件，将在以下的“显示元件描述”中进行讨论。当向驱动晶体管的栅极提供模拟电压时，电流流经驱动晶体管和EL器件，使EL器件发光。流经EL器件的电流与输出器件的亮度之间通常存在线性关系，并且施加于驱动晶体管的电压与流经EL器件的电流之间通常存在非线性关系。因此，EL器件在一帧期间的发光总量可以是来自线性源驱动器14的电压的非线性函数。
如以下“数据收集”中将进一步讨论的一样，在特定的驱动条件下通过电流测量电路16测量流经EL驱动电路的电流。EL子像素的测量电流为补偿器提供了其调整预控驱动信号所需要的信息。这将在以下的“算法”中进一步讨论。
如以下“操作序列”中进一步讨论的一样，该系统可以在EL面板的工作寿命内对EL面板中的驱动晶体管和EL器件中的变化进行补偿。
显示元件描述
图10示出了驱动电路15，该驱动电路15将电流施加于诸如OLED器件的EL器件。驱动电路15包括可以是非晶硅晶体管的驱动晶体管201、EL器件202、可以为正的第一电压源211(“PVDD”)、以及可以为负的第二电压源206(“Vcom”)。EL器件202具有第一电极207和第二电极208。驱动晶体管具有栅极203、可以是驱动晶体管的漏极的第一供电电极204以及可以是驱动晶体管的源极的第二供电电极205。模拟驱动晶体管控制信号，可选地通过选择晶体管36，提供到栅极203。模拟驱动晶体管控制信号可以存储在存储电容器1002上。第一供电电极204电连接至第一电压源211。第二供电电极电连接至EL器件202的第一电极207。EL器件的第二电极208电连接至第二电压源206。驱动晶体管201和EL器件202与可选的选择晶体管36和存储电容器1002一起组成EL子像素，驱动电路的该部分通常存在于EL面板上。电源通常位于EL面板之外。电连接可以通过开关、总线、导通的晶体管(conducting transistor)，或者能够提供电流通路的其他器件或结构来实现。
在本发明的一个实施方式中，第一供电电极204通过PVDD总线电连接到第一电压源211，第二电极208通过片型阴极1012电连接到第二电压源206，并且通过线性源驱动器14向栅极203提供模拟驱动晶体管控制信号。
本发明向驱动晶体管的栅极提供模拟驱动晶体管控制信号。为了提供控制信号，其中，该控制信号补偿随时间推移由驱动晶体管和EL器件的操作所导致的驱动晶体管和EL器件的特征变化，必须知道该变化。通过在不同时刻测量通过驱动晶体管的第一供电电极和第二供电电极的电流来确定该变化，以提供表示该变化的老化信号。将在以下的“算法”中对此进行详细描述。老化信号可以是数字的或模拟的。其可以是电压或电流的表示。
图2示出了在如图1所示的整个系统的环境中的驱动电路15，该系统包括非线性输入信号11、转换器12、补偿器13以及线性源驱动器14。如上所述，驱动晶体管201具有栅极203、第一供电电极204和第二供电电极205。EL器件202具有第一电极207和第二电极208。该系统具有电压源211和206。注意到，为了使以下对电流镜单元210的讨论更清晰，在驱动电路15外部示出了第一电压源211。
通常是FET的驱动晶体管201以及EL器件202的性能使得，基本上相同的电流从第一电压源211通过第一供电电极204和第二电压源205，通过EL器件电极207和208流到第二电压源206。因此，可以在该链上的任意点处测量电流。可以在EL面外之外第一电压源211处测量电流，以降低EL子像素的复杂度。在一个实施方式中，本发明使用电流镜单元210、相关双采样单元220以及模数转换器230。这些将在以下的“数据收集”中详细描述。
图2所示的驱动电路15是N沟道驱动晶体管和非倒置EL结构。在此情况下，EL器件202连接到驱动晶体管201的源极205，栅极203上的电压越高预控的光输出越高，并且电压源211比第二电压源206更正，从而电流从211流至206。然而，本发明适用于P沟道或N沟道驱动晶体管以及非倒置或倒置EL器件的任意组合。本发明还适用于LTPS或a-Si驱动晶体管。
数据收集
硬件
仍然参照图2，为了在不依赖面板上的任何特殊电子器件的情况下测量各个EL子像素的电流，本发明采用了测量电路16，该测量电路16包括电流镜单元210、相关双采样(CDS：Correlated double-sampling)单元220、以及模数转换器(ADC：Analog-to Digital Converter)230。
尽管电流镜单元210可以附于电源211、电源206，或者经过EL器件和驱动晶体管的第一供电电极和第二供电电极的电流路径上的其他任何地点，但是电流镜单元210附于电压源211。这是使EL器件发光的驱动电流的路径。第一电流镜212通过开关200向EL驱动电路15提供驱动电流，并在其输出213上产生镜向电流。镜向电流可以等于驱动电流。通常，镜向电流可以是驱动电流的函数。例如，镜向电流可以是驱动电流的倍数，以提供附加的测量系统增益。第二电流镜214和偏置电源215向第一电流镜212提供偏置电流，以减小第一电流镜中的电压变化，使得测量不受电路中的寄生阻抗的影响。该电路还减小了由于测量电路的电流消耗所导致的电流镜中的电压变化所引起的正在测量的通过EL子像素的电流的变化。与诸如简单的感应电阻等其他电流测量选择相比，这有利地改进了信号噪声比，其中，简单的感应电阻能够根据电流改变驱动晶体管端子处的电压。最后，电流-电压(I-V)转换器216将来自第一电流镜的镜向电流转换为电压信号，以便进一步处理。I-V转换器216可包括互阻抗放大器或低通滤波器。对于单个EL子像素，I-V转换器的输出可以是该子像素的老化信号。如以下讨论，为了测量多个子像素，测量电路可以包括响应电压信号以产生老化信号的进一步电路。如上所述，因为驱动晶体管和EL器件的特征由于驱动晶体管和EL器件的操作随时间推移而发生变化，所以Vth和Voled将改变。于是，测得的电流，进而老化信号，将响应于这些变化而改变。这将在以下的“算法”中进一步讨论。
在一个实施方式中，第一电压源211可以具有+15VDC的电势，第二电源206可以具有-5VDC的电势，并且偏置电压215可以具有-16VDC的电势。可以基于第一电压源211的电势选择偏置电压215的电势，以便在所有测量电流级处提供稳定的偏置电流。
当EL子像素没有被测量时，可以通过开关200将电流镜从面板电断开，开关200可以是继电器或FET。开关可以选择性地将测量电路电连接到流经驱动晶体管201的第一电极和第二电极的驱动电流。在测量期间，开关200可以将第一电压源211电连接到第一电流镜212，以允许进行测量。在正常工作期间，开关200可以将第一电压源211直接电连接到第一供电电极204而不是第一电流镜212，从而从驱动电流去除测量电路。这使得测量电路对于面板的正常工作没有影响。还有利地仅针对测量电流而不针对工作电流来确定诸如电流镜212和214中的晶体管的测量电路组件的尺寸。由于正常工作通常比测量消耗更多电流，这样显著降低了测量电路的尺寸和成本。
采样
电流镜单元210使得可以测量一个EL子像素的电流。为了测量多个子像素的电流，在本发明的一个实施方式中，使用相关双采样，其中，定时方案可以与标准OLED源驱动器一起使用。
参照图3，本发明中使用的EL面板30具有三个主要组件：驱动列线32a、32b、32c的源驱动器31、驱动行线34a、34b、34c的选通驱动器33、以及子像素矩阵35。在本发明的一个实施方式中，源驱动器31可以是线性源驱动器14。注意到，源驱动器和选通驱动器可包括一个或更多个微芯片。还注意到，术语“行”和“列”不暗示EL面板的任何特定朝向。子像素矩阵包括通常相同的多个EL子像素，EL子像素通常以行和列的阵列方式排列。各个EL子像素包括驱动电路15，驱动电路15包括EL器件202。各个驱动电路将电流施加于它的EL器件，并且各个驱动电路包括选择晶体管36和驱动晶体管201。起开关作用的选择晶体管36将行线和列线电连接到驱动晶体管201。选择晶体管的栅极电连接到适当的行线34，并且，选择晶体管的源极和漏极二者中的一个电连接到适当的列线32，另一个连接到驱动晶体管的栅极。不论源极是连接到列线还是驱动晶体管的栅极，都不会影响选择晶体管的工作。在本发明的一个实施方式中，子像素矩阵35中的各个EL器件202可以是OLED器件，并且子像素矩阵35中的各个驱动晶体管201可以是非晶硅晶体管。
EL面板还可以包括第一电压源211和第二电压源206。参照图10，可以通过例如1011的PVDD总线向驱动晶体管201提供电流，其中，该PVDD总线将驱动晶体管的第一供电电极204与第一电压源211电连接。把EL器件202的第二电极208与第二电压源206电连接的片型阴极1012能够完成电流通路。回来参照图3，为清晰起见，在图3上示出了电压源211和206，其中它们连接到各个子像素，本发明采用各种将电源连接到子像素的方案。各个驱动晶体管的第二供电电极205可以电连接到其对应的EL器件的第一电极207。
如图2所示，EL面板可以包括电连接到第一电压源211的测量电路16。该电路测量通过第一电压源和第二电压源的电流，根据基尔霍夫电流定律，它们是相同的。
在该面板的典型操作中，源驱动器31在列线32上驱动合适的模拟驱动晶体管控制信号。然后，选通驱动器33激活第一行线34a，使得适当的控制信号通过选择晶体管36到达适当的驱动晶体管201的栅极，使得那些晶体管将电流施加于它们所连接的EL器件202。然后，选通驱动器释放第一行线34a，防止其他行的控制信号破坏已通过选择晶体管的值。源驱动器在列线上驱动用于下一行的控制信号，并且选通驱动器激活下一行34b。对于所有行重复该处理。这样，面板上的所有子像素一次一行地接收合适的控制信号。行时间是激活一行(例如，34a)和激活下一行(例如，34b)之间的时间。该时间通常对于所有行是不变的。
根据本发明，有利地使用该行步进(stepping)以一次仅激活一个子像素，沿着列进行下去。参照图3，假设仅驱动列32a，从所有子像素都是关闭的开始。列线32a将具有诸如高电压的模拟驱动晶体管控制信号，使得连接到列线32a的子像素发光；所有其他列线32b、32c将具有诸如低电压的控制信号，使得连接到所有其他列线32b、32c的子像素不发光。由于所有子像素都关闭，面板不能消耗电流(但是，参见以下的“噪声源”)。从顶行开始，在由时间轴上的标记所指的点处激活行。由于行被激活，连接到列32a的子像素被开启，从而面板消耗的总电流增加。现在参照图4A，在时刻1，子像素被激活(例如，用行线34a)，并利用测量电路16测量其电流41。具体地，测量的是来自电流测量电路的电压信号，如以上所讨论的，其代表通过第一和第二电压源的电流；为清楚起见，测量代表电流的电压信号被称为“测量电流”。在时刻2，激活下一个子像素(例如，用行线34b)，并测量电流42。电流42是来自第一子像素的电流与来自第二子像素的电流之和。第二测量值42与第一测量值41之间的差是第二子像素消耗的电流43。这样，处理沿着第一列继续，测量各个子像素的电流。然后，测量第二列，接着是第三列，对于面板的其余部分也如此进行。注意到，在激活子像素之后，尽可能早地进行每次测量(例如，41、42)。在理想的情况下，可以在激活下一个子像素之前的任何时刻进行每次测量，但是，如以下将讨论的，在激活子像素后立即进行测量能够帮助去除由于自热效应导致的误差。此方法使得与子像素的设置时间所允许得那样快地进行测量。
相关双采样单元220对所测量的电流采样，以产生老化信号。在硬件中，电流是通过将来自电流镜单元210的相应电压信号锁存到图2的采样及保持单元221和222来测量的。电压信号可以是由I-V转换器216产生的那些电压。差分放大器223取连续子像素测量之间的差。采样及保持单元221的输出电连接到差分放大器223的正极端，而单元222的输出电连接到放大器223的负极端。例如，当测量电流41时，将测量值锁存到采样及保持单元221。然后，在测量电流42之前(锁存在单元221中)，将单元221的输出锁存到第二采样及保持单元222中。然后，测量电流42。这样将电流41留在单元222中，将电流42留在单元221中。因此，差分放大器的输出值，即，单元221中的值减去单元222中的值是电流42(代表电流的电压信号)减去电流41(代表电流的电压信号)，或者是差43。各个电流差，例如43，可以是相应子像素的老化信号。例如，电流差43可以是连接到行线34b和列线32a的子像素的老化信号。这样，沿着行、跨越列步进，可以对每个子像素进行测量，并且为每个子像素提供老化信号。
噪声源
实际上，电流波形可以不是清晰的阶跃(clean step)，因此，可以在等待波形建立后才进行测量。也可以每个子像素进行多次测量，然后一起求平均。这样的测量可以在前进到下一个子像素之前连续地进行。也可以在单独的测量过程中进行这样的测量，其中，每遍测量面板上的各个子像素。电压源206和211之间的电容可以加到建立时间上。该电容可以是面板固有的，或者也可以由外部电容器提供，就像在正常操作中常见的一样。有利地，可以提供开关用于在进行测量时电断开外部电容器。这将减少建立时间。
所有电源应该尽可能地保持干净。任何电源上的噪声都将影响电流测量。例如，选通驱动器用于释放行的电源(常常称为VGL或者Voff，通常为-8VDC)上的噪声可以跨过选择晶体管电容性地耦合到驱动晶体管，并影响电流，从而使得电流测量存在噪声。如果面板具有多个电源区域，例如分离的电源面，则可以并行地测量这些区域。这种测量可以隔离区域间的噪声并且减小测量时间。
噪声的一个主要源可以是源驱动器本身。无论何时源驱动器开关，其噪声暂态可以耦合到电源面和各个子像素中，造成测量噪声。为了降低噪声，当沿着列步进时，来自源驱动器的控制信号可以保持恒定。例如，当测量RGB条形面板上的红色子像素列时，该列的施加于源驱动器的红色码值可以对整列保持恒定。这将消除源驱动器的暂态噪声。
由于源驱动器必须从激活当前列(例如，32a)变为激活下一列(例如，32b)，所以源驱动器的暂态在列的开始和结束处能够是不可避免的。于是，对任何列中开始和最后的一个或更多个子像素的测量会经受由于暂态而引起的噪声。在一个实施方式中，EL面板可以具有在可见行上面或下面的、用户不可见的额外的行。可以有足以使得源驱动器暂态仅在那些额外行中出现的额外行，这样，可见子像素的测量不受影响。在另一个实施方式中，可以在列开始的源驱动器暂态和该列中首行的测量之间，以及在该列中尾行的测量和在列结束的源驱动器暂态之间插入延时。
即使所有子像素都关闭，面板也会消耗一些电流。该“暗电流”可以是由于关断状态下的驱动晶体管泄漏所导致的。暗电流将DC偏置噪声加到所测量的电流上。可以通过在激活第一子像素之前(如图4A上的点49所示)在所有子像素都关闭的情况下进行测量，来去除暗电流。在该情况下，子像素1消耗的电流将是测量值41减去测量值49，而不是仅测量值41。
电流稳定性
目前的讨论假设一旦子像素开启并且建立在某个电流，则该列的剩余部分都保持在该电流。两种影响将破坏这个假设，即，存储电容器泄漏和像素内影响。
如本领域中已知的，存储电容器可以是任何子像素的一部分，并且可以电连接在驱动晶体管栅极和基准电压之间。子像素中的选择晶体管的泄漏电流可以逐渐地对存储电容器放电，改变驱动晶体管的栅电压，从而消耗电流。此外，如果连接到子像素的列线随着时间推移正改变值，其具有AC分量，因此可以通过选择晶体管的寄生电容耦合到存储电容器上，来改变存储电容器的值，进而改变子像素所消耗的电流。
即使存储电容器的值稳定，子像素内影响也可以破坏测量。常见的子像素内影响是子像素的自热，随着时间推移该自热改变子像素所消耗的电流。a-Si TFT的漂移迁移率是温度的函数；温度增加迁移率增加(Kagan和Andry，同上，第2.2.2节，第42-43页)。随着电流流过驱动晶体管，驱动晶体管中以及EL器件中的功率耗散将加热子像素，增加晶体管的温度，进而其迁移率。此外，热使Voled降低；在OLED所连接到的驱动晶体管的源端的情况下，这样可以增加驱动晶体管的Vgs。这些影响增加了流经晶体管的电流量。在正常工作时，自热可以是次要影响，因为面板可以基于其正在显示的图像的平均内容稳定在平均温度。然而，当测量子像素电流时，自热可以破坏测量。参照图4B，在激活子像素1之后尽可能早地进行测量41。这样，子像素1的自热将不会影响测量。然而，在测量41和测量42之间的时间内，子像素1将自加热，电流增加了量421。因此，计算出的表示子像素2的电流的差43将出现误差；它变大了量421。量421是每个子像每行时间的电流升高。
为了校正自热的影响以及产生类似噪声特征的任何其他子像素内影响，可以对自热进行特征化，减去各个子像素的已知的自热分量。在各行时间内，各个子像素通常将电流增加相同的量，这样，利用各个随后的子像素，可以减去所有已激活子像素的自热。例如，为了得到子像素3的电流424，可以将测量值423减去自热分量422，其中，自热分量422是分量421的两倍：每个子像素的分量421乘以已经激活的两个子像素。可以通过开启一个子像素达数十数百次行时间并且在该像素开启时周期性地测量该像素的电流。电流相对于时间的平均斜率可以乘以一个行时间，以计算每个子像素每行时间的升高421。
通过选择低的测量基准栅电压(图5A，510)，可以降低由于功率耗散及自热导致的误差，但是高的电压提高了信噪比。可以为各种面板设计选择测量基准栅电压，以平衡这些因素。
算法
参照图5A，I-V曲线501是在老化前测得的子像素特征。I-V曲线502是该子像素老化之后的测量特征。曲线501和502按照基本水平的平移分开，如在不同电流水平上的相同的电压差503、504、505和506所示。即，老化的主要影响是在栅电压轴上将I-V曲线平移一个常量。这与MOSFET饱和区驱动晶体管方程Id＝K(VgsVth)2(Lurch，N的Fundamentals of electronics，第2版，NewYork：Jonh Wiley&Sons，1971年，第110页)一致：驱动晶体管工作，Vth升高；并且，随着Vth升高，Vgs必然相应地升高，以保持Id恒定。因此，恒定的Vgs导致Id随着Vth升高而降低。
在图5A的示例中，在测量基准栅电压510处，未老化的子像素产生了点511所表示的电流。该电流是那个子像素的老化信号。然而，老化的子像素在该栅电压处产生在点512a所表示的较低的电流量。点511和512a可以是同一子像素在不同时间进行的两次测量。例如，点511可以是制造时进行的测量，而点512a可以是用户某些使用之后进行的测量。点512a处表示的电流可能由用电压513驱动的未老化子像素来产生(点512b)，这样，电压偏移ΔVth514被计算为电压510和513之间的电压差。因此，电压偏移514是将老化后的曲线恢复成未老化的曲线所需要的偏移。在该示例中，ΔVth 514刚好在两伏特以下。然后，为了补偿Vth偏移，并将老化的子像素驱动至与未老化的子像素所具有的电流相同的电流，电压差514被加到每个预控驱动电压(线性码值)上。为了进一步处理，百分比电流还被计算为电流512a除以电流511。因此，未老化的子像素将具有100％的电流。在根据本发明的几种算法使用百分比电流。任何负的电流读数511，诸如可能由极端环境噪声所导致的，可以被箝位为0，或者不予考虑。注意到，总是计算在测量基准栅电压510处的百分比电流。
通常，老化子像素的电流可以比未老化子像素的电流更高或更低。例如，温度越高使越多电流流过，从而热环境中的轻微老化的子像素比冷环境中的未老化的子像素消耗更多电流。本发明的补偿算法可以处理任何一种情况；ΔVth 514可为正也可为负(或者，对于未老化像素，为零)。类似地，百分比电流可以大于或小于100％(或者，对于未老化像素，正好为100％)。
由于Vth偏移所导致的电压差在所有电流上都相同，所以可以测量I-V曲线上的任何单个点，以确定该差。在一个实施方式中，可以在高栅电压处进行测量，有利地增加测量的信噪比，但是，可以使用曲线上的任何栅电压。
Voled偏移是次要的老化效应。当EL器件被操作时，Voled偏移，导致老化的I-V曲线不再是未老化曲线的简单偏移。这是因为Voled随着电流非线性地升高，从而，Voled偏移对高电流的影响与对低电流的影响不同。该影响使I-V曲线水平展宽同时偏移。为了补偿Voled偏移，可以在不同驱动电平上进行两次测量，以确定曲线已展宽到什么程度，或者，可以对OLED在负载下的典型Voled偏移进行特征化，使得以开环方式估计Voled贡献。这两者都可以产生可接受的结果。参照图5B，半对数坐标的I-V曲线，分量550是由Vth偏移所导致的，而分量552是由Voled偏移所导致的。通过利用典型的输入信号驱动被测OLED子像素达长的时间段并周期性测量Vth和Voled可以对Voled偏移进行特征化。可以通过在OLED和晶体管之间的被测子像素上提供探测点，来分别进行这两次测量。利用此特征，百分比电流可以被映射到合适的ΔVth和ΔVoled，而不仅是Vth偏移。
OLED效率损失是第三老化效应。随着OLED老化，OLED效率下降，同样的电流量不再产生同样的光量。为了不需要光学传感器或附加的电子器件就对此进行补偿，可以将OLED效率损失特征化为Vth偏移的函数，使得可以估计将光输出返回至之前水平所需要的额外的电流量。可以通过用典型输入信号驱动被测OLED子像素达长的时间段，并且在各种驱动电平处周期性地测量Vth、Voled以及Ioled，来对OLED效率损失进行特征化。效率可以被计算为Ioled/Voled，并且该计算可以与Vth或者百分比电流相关。注意到，由于Vth偏移容易逆转，而OLED效率损失不是，所以，当Vth偏移总是向前时，此特征实现了最有效的结果。如果Vth偏移被逆转，那么将OLED效率损失与Vth偏移相关联可能变得复杂。为了进一步处理，可以通过将老化效率除以新效率来计算百分比效率，这与上述百分比电流的计算类似。
参照图9，示出了作为各种驱动电平处的百分比电流的函数的百分比效率的实验图以及对实验数据的线性拟合，例如90。如图所示，在任何给定的驱动电平上，效率与百分比电流线性相关。该线性模型允许有效的开环效率补偿。Parker等人在1999年的J.App.Phys(85.4)第2441-2447页的“Lifetime and degradation effects in polymer light-emittingdiodes”中报告了类似结果，具体如第2445页的图12所示。Parker等还提出对效率损失(亮度降低)和Voled升高(电压升高)二者负有责任的单个机制。
驱动晶体管和EL器件的特征(包括Vth和Voled)由于随时间推移所进行的驱动晶体管和EL器件的操作导致随时间推移发生变化。百分比电流可以用作表示这些变化并且能够补偿这些的老化电流。
尽管在OLED器件的情景中描述了该算法，但是，对于本领域普通技术人员而言，显然也可以通过应用这些分析来对其他EL器件进行补偿。
实现
参照图6A，示出了补偿器的实现，其中，线性码值是预控驱动电压，而改变后的线性码值是补偿后的电压。补偿器一次在一个子像素上进行操作；可以串行地处理多个子像素。例如，由于各个子像素的线性码值以常规的从左到右、从上到下的扫描顺序从信号源到达，所以可以对各个子像素进行补偿。通过并行补偿电路的多个副本或者通过使补偿器流水线化，可以同时对多个像素执行补偿；这些技术对于本领域普通技术人员而言是很清楚的。
补偿器60的输入是子像素的位置601以及可以代表预控驱动电压的子像素的线性码值602。补偿器改变线性码值，为线性源驱动器产生改变后的线性码值，例如，其可以是补偿后的电压输出603。补偿器可以包括四个主要块：确定子像素的使用时间61、可选地对OLED效率的补偿62、基于使用时间确定补偿63、以及补偿64。块61和62主要与OLED效率补偿有关，而块63和64主要与电压补偿(尤其是Vth/Voled补偿)有关。
图6B是块61和62的展开图。子像素的位置601用于检索所存储的在制造时得到的基准老化信号测量值i0611、以及最近存储的老化信号测量值i1612。老化信号测量值可以是由以上“数据收集”中描述的测量电路输出的老化信号。该测量值可以是在不同时间在位置601处子像素的老化信号的测量值。这些测量值可以被存储在存储器619中，该存储器619可以包括诸如闪存的非易失性RAM，以及诸如EEPROM的ROM。i0测量值可以存储在NVRAM或ROM中；i1测量值可以存储在NVRAM中。测量值612可以是单次测量值、多次测量值的平均值、测量值随时间的指数加权移动平均值、或者对于本领域技术人员显而易见的其他平滑方法的结果。
如上所述，可以通过i1/i0来计算百分比电流613，百分比电流613可为0(死像素)、1(没变化)、小于1(电流损失)或者大于1(电流增益)。通常，百分比电流613在0和1之间，因为，最近的老化信号测量值将低于制造时的测量值。百分比电流本身可以是老化信号，因为百分比电流和单个测量值i0和i1一样，代表着电流的变化，在这种情况下，百分比电流可以直接存储在存储器619中。
百分比电流613被发送到下一个处理级63，还被输入到模型695，以确定百分比的OLED效率614。模型695输出效率614，效率614是在最近测量时针对给定的电流而发出的光量除以在制造时针对该电流发出的光量。任何大于1的百分比电流都能产生为1的效率或者没有损失，因为对于具有增益后的电流的像素可能很难计算效率损失。在OLED效率取决于预控电流的情况下，模型695还可以是线性码值602的函数，如虚线箭头所示。可以利用面板设计中的寿命试验以及建模，来确定是否包含线性码值602作为模型695的输入。
并行地，补偿器接收线性码值，例如，预控电压输入602。该线性码值通过制造时所测量的面板初始I-V曲线691，以确定所期望的电流621。在运算628中，将该期望的电流621除以百分比效率614，以将期望电流的光输出恢复到制造时的值。然后，提升后的电流通过曲线692(即曲线691的逆)，以确定在存在效率损失的情况下哪个预控电压将产生所希望的光量。曲线692的值作为效率调整后的电压622传送到下一级。
如果不希望进行效率补偿，则输入电压602被不作改变地发送到下一级作为效率调整后的电压622，如通过可选的旁路路径626所示。在该情况下，仍然应当计算百分比电流613，但是不需要计算百分比效率614。
图6C是图6A中块63和64的展开图。其从上一级接收百分比电流613和效率调整电压622。块63(即“获取补偿”)包括通过I-V曲线的逆692映射电流损失623，并从测量基准栅电压(510)中减去该结果(513)，以找到Vth偏移ΔVth631。块“64”(即“补偿”)包括运算633，该运算633计算补偿后的电压输出603，如式1中所给出的：
Vout＝Vin+ΔVth(1+α(Vg，ref-Vin))    (式1)
其中，Vout是603，ΔVth是631，α是阿尔法值632，Vg，ref是测量基准栅电压510，而Vin是效率调整后的电压622。补偿后的电压输出可以表示为用于线性源驱动器的改变后的线性码值，并且补偿驱动晶体管和EL器件的特征变化。
在直接Vth偏移的情况中，α将为零，运算633将减少，以将Vth偏移量加到效率调整后的电压622上。对于任何特定的子像素，增加量是恒定的，直到进行新的测量。因此，在该情况中，可以在测量后预先计算运算633中增加的电压，使得块63和64瓦解，以查找所存储的值，并加上该值。这样能够节省大量逻辑。
跨域处理及比特深度
本领域中已知的图像处理路径通常产生非线性码值(NLCV)，即，与亮度呈非线性关系的数字值(Giorgianni和Madden，Digital ColorManagement：encoding solutions.Reading，Mass：Addison-Wesley，1998年，第13章，第283-295页)。利用非线性输出匹配典型源驱动器的输入域，并将码值精确范围匹配到人眼精确范围。然而，Vth偏移是电压域的运算，因此，在线性电压空间中最容易实现。可以使用线性源驱动器，并在源驱动器之前执行域转换，以有效地将非线性域图像处理路径与线性域补偿器集成。注意到，尽管该讨论是关于数字处理的，但是，在模拟或数字/模拟混合系统中，也可以执行模拟处理。还注意到，补偿器可以在除电压之外的线性空间中工作。例如，补偿器可以在线性电流空间中工作。
参照图7，示出了域转换单元12和补偿器13的效果的琼斯(Jones)图示。该图示出了这些单元的数学效果，而不是它们是怎么实现的。这些单元的实现可以是模拟的或数字的。象限I表示域转换单元12的操作：通过变换711映射轴701上的、可以是非线性码值(NLCV)的非线性输入信号以形成轴702上的线性码值(LCV)，从而对该非线性输入信号进行转换。象限II表示补偿器13的操作：通过诸如721和722的变换来映射轴702上的LCV，以形成轴703上的改变后的线性码值(CLCV)。
参照象限I，域转换单元12接收非线性输入信号，例如，NLCV，并将它们转换为LCV。应当以足够的分辨率执行该转换，以避免讨厌的可见伪影，诸如轮廓线和碎黑点。在数字系统中，NLCV轴701可以被量化，如图7所示。在该情况中，LCV轴702应该具有足够的分辨率，以表示两个相邻NLCV之间的变换711中的最小变化。这被示为NLCV步长712和对应的LCV步长713。由于LCV根据定义是线性的，所以整个LCV轴702的分辨率应当足以表示步长713。于是，为了避免图像信息损失，可以用比NLCV更细的分辨率来定义LCV。类比于奈奎斯特采样定理，该分辨率可以是步长713的分辨率的两倍。
变换711是用于未老化子像素的理想变换。其与任何子像素或者作为整体的面板的老化没有关系。具体地，变换711不会由于Vth、Voled或者OLED效率的任何改变而被修改。可以是对于所有颜色都是一种变换，或者，每种颜色一种变换。通过变换711，域转换单元有利地将图像处理路径从补偿器中分离出来，使这两者一起操作而无需共享信息。这简化了两者的实现。
参照象限II，补偿器13基于每个子像素将LCV改变成改变后的线性码值(CLCV)。图7示出了简单的情况，不失一般性，针对直接Vth偏移进行校正。可以通过从LCV至CLCV的直接电压偏移来校正直接Vth偏移。可以和以上“实现”中所述的一样地处理其他老化效应。
曲线721代表补偿器对于未老化子像素的特征。在该情况中，CLCV可以与LCV相同。曲线722代表补偿器对于老化子像素的特征。在该情况中，CLCV可以是LCV加上代表所考虑的子像素的Vth偏移的偏移量。于是，为了给补偿提供净空，CLCV通常将需要比LCV更大的范围。例如，如果当子像素是新子像素时，需要256个LCV并且它的寿命内的最大偏移是128个LCV，则CLCV将需要能够表示多达384＝256+128个值，以避免箝位对严重老化的子像素的补偿。
图7示出了域转换单元和补偿器的效果的完整示例。跟随图7上的点划线箭头，为3的NLCV被域转换单元12通过变换711变换成为9的LCV，如象限I所示。对于未老化子像素，补偿器13通过曲线721将为9的LCV转换成为9的CLCV，如象限II所示。对于具有类似于12个CLCV的Vth偏移的老化子像素，通过曲线722将为9的LCV转换成为9+12＝21的CLCV。
实际上，NLCV可以是来自图像处理路径的码值，可以具有八比特以上。对于每帧，可以存在针对面板上的每个子像素的NLCV。LCV可以是表示由源驱动器要驱动的电压的线性值，并且如上所述，为了具有足够的分辨率，LCV可以具有比NLCV更多的比特。CLCV也可以是表示由源驱动器要驱动的电压的线性值。同样如上所述，为了给补偿提供净空，CLCV可以具有比LCV更多的比特。针对每个子像素可以存在LCV和CLCV，如本文所述，LCV和CLCV各根据输入的NLCV产生。
在一种实施方式中，来自图像处理路径的码值(NLCV)或者非线性输入信号是九比特宽。可以表示电压的线性码值可以是11比特宽。可以通过LUT或函数执行从非线性输入信号到线性码值的变换。补偿器可以接收表示所希望的电压的11比特线性码值，并产生12比特的改变后的线性码值，以发送给线性源驱动器14。然后，线性源驱动器响应于改变后的线性码值，可以驱动所连接的EL子像素的驱动晶体管的栅极。补偿器在输出端可以具有比输入端更大的比特深度，以为补偿提供净空，即，将电压范围78扩展为电压范围79，同时在整个新的、扩展后的范围上保持相同的分辨率，正如最小线性码值步长74所要求的一样。补偿器输出范围可以扩展为低于曲线71的范围或者高于曲线71的范围。
可以将各个面板设计进行特征化，以确定在面板的设计寿命内最大Vth偏移73、Voled升高以及效率损失将是多少，并且补偿器和源驱动器可以具有足够范围来进行补偿。该特征可以从所需要的电流经由标准晶体管饱和区Ids方程到所需要的栅偏压和晶体管尺寸，然后经由本领域中已知的各种模型到与随时间推移的a-Si退化有关的、随时间推移的Vth偏移。
操作序列
面板设计的特征化
该部分是在大规模生产特定OLED面板设计的情况下撰写的。在开始大规模生产之前，可以对该设计进行特征化：可以执行加速寿命试验，对于老化到各种级别的各种采样面板上的各颜色的各子像素测量I-V曲线。所要求的测量次数和测量类型以及老化级别取决于特定面板的特征。利用这些测量，可以计算值阿尔法(α)，并且可以选择测量基准栅电压。阿尔法(图6C，标号634)是表示随时间推移相对于直接偏移的偏离量的值。α值为0表示所有老化都是电压轴上的直接偏移，例如，这是单独的Vth偏移的情况。测量基准栅电压(图5A 310)是进行老化信号测量以用于补偿时的电压，并且，可以选择该电压以提供好的S/N比，同时保持功率耗散低。
可以通过优化来计算α值。表1中给出了示例。可以在一些老化条件下，在一些栅电压测量ΔVth。然后，计算在各个ΔVth和测量基准栅电压310处的ΔVth之间的ΔVth差。计算在各个栅电压和测量基准栅电压310之间的Vg差。然后，使用在测量基准栅电压310处的适当ΔVth作为式中的ΔVth，并使用适当的计算出的栅电压差作为(Vg，ref-Vin)，可以对每次测量计算式1的内部项ΔVth·α(Vg，ref-Vin)，以得出预测的ΔVth差。然后，可以迭代地选择α值，以减小所预测的ΔVth差与所计算出的ΔVth差之间的误差，并且优选地数学上最小化所预测的ΔVth差与所计算出的ΔVth差之间的误差。误差可以表示为最大差值或者RMS差值。也可以使用本领域中已知的其他方法，诸如ΔVth差的最小二乘法拟合来作为Vg差的函数。
Figure BPA00001188736500251
表1：α计算不例
除了α和测量基准栅电压之外，如上该，特征化还可以确定作为Vth偏移的函数的Voled偏移、作为Vth偏移的函数的效率损失、每个子像素的自热分量、最大Vth偏移、Voled偏移和效率损失、以及非线性至线性变换中补偿器中所需要的分辨率。还可以结合面板校准处理对所需要的分辨率进行特征化，诸如Alessi等2007年4月13日提交的共同待审、共同受让的USSN 11/734,934“Calibrating RGBW Displays”，在此通过引用并入。如以下“在现场”中将描述的，特征化还确定用于在现场中进行特征化测量的条件。本领域技术人员可以进行所有这些确定。
大规模生产
一旦已经对设计进行了特征化，就可以开始大规模生产了。在制造时，为生产的每个面板测量一个或更多个I-V曲线。这些面板曲线可以是多个子像素曲线的平均。不同的颜色或者面板的不同区域可以有各自的曲线。可以在足够的驱动电压处测量电流，以得到理想的I-V曲线；I-V曲线中的任何误差都能够影响结果。并且，在制造时，可以为面板上的每个子像素测量基准电流，即，在测量基准栅电压下的电流。关于该面板，存储I-V曲线和基准电流，并且被发送到现场中。
在现场
当在现场中，面板上的子像素根据被驱动的强度以不同的速度老化。一定时间之后，一个或更多个像素已经偏移得足以需要对它们进行补偿那么远；以下考虑怎样确定该时间。
为了进行补偿，进行并应用补偿测量。补偿测量值是各个子像素在测量基准栅电压下的电流。如以上的“算法”中描述的那样进行测量。存储测量值，使得无论何时驱动子像素都能够应用这些测量值，直到进行了下一次测量。当进行补偿测量时，可以测量整个面板或其任意子集；当驱动任何子像素时，可以在补偿中使用该子像素的最近测量值。这也意味着，可以在一个时刻测量子像素的第一子集，而在另一个时刻测量第二子集，这样，即使在最近一轮中并非每一个子像素都得到测量，也能在整个面板上进行补偿。还可以测量比一个子像素更大的块，将同样的补偿施加于该块中的每个子像素，但是，这样做时需要注意避免引入块边缘伪影。此外，测量大于一个子像素的块引起了高空间-频率图案的可见老化(burn-in)的弱点；这样的图案可以具有比块尺寸更小的特征。通过与测量单个子像素相比测量多个子像素块所需要的时间下降可以折衷该弱点。
根据需要可以频繁或者不频繁地进行补偿测量；典型的范围可以是八小时一次到四周一次。图8示出了作为面板工作时间的函数的多久可能必须进行一次补偿测量的示例。此曲线仅是示例；实际上，可以通过任意特定面板设计的加速寿命试验来为该设计确定此曲线。可以基于驱动晶体管和EL器件随时间推移的特征变化速度来选择测量频率；当面板是新面板时，两种偏移都更快，从而面板新的时侯比面板旧的时候更频繁地进行补偿测量。确定什么时候进行补偿测量的方式可以有多种。例如，可以测量在一些给定驱动电压下整个面板所消耗的总电流，并与相同测量的之前结果进行比较。在另一种示例中，可以测量诸如温度以及周围光照度等影响面板的环境因素，并且，例如，如果周围温度变化超过一定阈值，则进行补偿测量。或者，可以测量在面板的图像区域中或面板的图像区域之外的单个子像素的电流。如果在面板的图像区域外部，则该子像素可以是为测量而提供的基准子像素。希望该子像素可以暴露在任何周围条件部分。例如，子像素可以被不透明材料覆盖，使得它们对周围温度作出响应而不对周围光照度作出响应。
构造上述实施方式，其中，驱动电路中的晶体管是n沟道晶体管。本领域技术人员可以理解在本发明中对电路进行了适当的公知修改的实施方式(在该实施方式中晶体管是p沟道晶体管或者是n沟道和p沟道的组合)也是有用的。此外，该实施方式示出了非倒置(共阴极)结构中的OLED；此发明还可应用于倒置(共阳极)结构。还可以构造上述实施方式，其中，驱动电路中的晶体管是a-Si晶体管。上述实施方式可以应用于作为时间的函数而并不稳定的任何有源矩阵底板。例如，已经知道由有机半导体材料和锌氧化物制成的晶体管是作为时间的函数而变化，因此，相同的方法可以应用于这些晶体管。此外，由于本发明能够对独立于晶体管的老化地补偿EL器件的老化，因此，本发明还可以应用于晶体管没有老化的有源矩阵底板，诸如LTPS TFT。本发明还可应用于OLED之外的其他EL器件。尽管其他EL器件类型的退化模式不同于本文所描述的退化模式，但是，仍然可以应用本发明的测量、建模以及补偿技术。
部件列表
10  整体系统
11  非线性输入信号
12  到电压域的转换器
13  补偿器
14  线性源驱动器
15  OLED驱动电路
16  电流测量电路
30  OLED面板
31  源驱动器
32a 列线
32b 列线
32c 列线
33  选通驱动器
34a 行线
34b 行线
34c 行线
35  子像素矩阵
36  选择晶体管
41  测量值
42  测量值
43  差
49  测量值
60  补偿器
61  块
62  块
63  块
64  块
71  I-V曲线
73  电压偏移
74  码值步长
75  电压步长
76  电压步长
78  电压范围
79  电压范围
90  线性拟合
200 开关
201 驱动晶体管
202 OLED器件
203 栅极
204 第一供电电极
205 第二供电电极
206 电压源
207 第一电极
208 第二电极
210 电流镜单元
211 电压源
212 第一电流镜
213 第一电流镜输出
214 第二电流镜
215 偏置电源
216 电流-电压转换器
220 相关双采样单元
221 采样及保持单元
222 采样及保持单元
223 差分放大器
230 模数转换器
421 自热量
422  自热量
423  测量值
424  差
501  未老化I-V曲线
502  老化I-V曲线
503  电压差
504  电压差
505  电压差
506  电压差
510  测量基准栅电压
511  电流
512a 电流
512b 电流
513  电压
514  电压偏移
550  电压偏移
552  电压偏移
601  子像素位置
602  受控电压
603  补偿后的电压
611  电流
612  电流
613  百分比电流
614  百分比效率
619  存储器
621  电流
622  电压
626  块
628  操作
631  电压偏移
632  阿尔法值
633  操作
691  I-V曲线
692  I-V曲线的逆
695  模型
701  轴
702  轴
703  轴
711  变换中的最小变化
712  步长
713  步长
721  变换
722  变换
1002 存储电容器
1011 总线
1012 片型阴极

Claims (23)

1.一种用于向驱动电路中的驱动晶体管的栅极提供模拟驱动晶体管控制信号的装置，其中，所述驱动电路将电流施加到EL器件，所述驱动电路包括电连接到所述驱动晶体管的第一供电电极的电压源，并且所述EL器件电连接到所述驱动晶体管的第二供电电极，所述装置包括：
a）测量电路，该测量电路用于在不同时刻测量通过所述第一供电电极和所述第二供电电极的电流，以提供代表随时间推移由所述驱动晶体管和所述EL器件的操作所导致的所述驱动晶体管和所述EL器件的特征变化的老化信号；
b）提供单元，该提供单元用于提供线性码值；
c）补偿器，该补偿器用于响应于所述老化信号改变所述线性码值，以补偿所述驱动晶体管和所述EL器件的所述特征变化；
d）线性源驱动器，该线性源驱动器用于响应于改变后的线性码值产生所述模拟驱动晶体管控制信号，来驱动所述驱动晶体管的所述栅极；以及
e）开关，该开关用于将所述测量电路选择性地电连接到流经所述第一供电电极和所述第二供电电极的所述电流。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述EL器件是OLED器件。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述驱动晶体管是非晶硅晶体管。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述测量电路包括：第一电流镜，该第一电流镜用于产生镜向电流，该镜向电流是通过所述第一供电电极和所述第二供电电极的驱动电流的函数；以及第二电流镜，该第二电流镜用于将偏置电流施加于所述第一电流镜，以减小所述第一电流镜中的电压变化。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述测量电路还包括：电流-电压转换器，该电流-电压转换器响应于所述镜向电流产生电压信号；以及响应于所述电压信号向所述补偿器提供所述老化信号的单元。
6.根据权利要求1所述的装置，所述装置还包括：接收单元，该接收单元用于接收非线性输入信号；以及转换单元，该转换单元用于将所述非线性输入信号转换为所述线性码值。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述转换单元包括查找表。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述补偿器包括效率补偿单元和电压补偿单元。
9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述补偿器还包括用于存储基准老化信号测量值和最近老化信号测量值的存储器。
10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述补偿器响应于所述老化信号以及所述线性码值来改变所述线性码值，以补偿所述驱动晶体管和所述EL器件的所述特征变化。
11.一种用于向驱动电路中的驱动晶体管的栅极提供模拟驱动晶体管控制信号的方法，其中，所述驱动电路将电流施加到EL器件，所述驱动电路包括电连接到所述驱动晶体管的第一供电电极的电压源，并且所述EL器件电连接到所述驱动晶体管的第二供电电极，该方法包括以下步骤：
a）在不同时刻测量通过所述第一供电电极和所述第二供电电极的电流，以提供代表随时间推移由所述驱动晶体管和所述EL器件的操作所导致的所述驱动晶体管和所述EL器件的特征变化的老化信号；
b）提供线性码值；
c）响应于所述老化信号改变所述线性码值，以补偿所述驱动晶体管和所述EL器件的所述特征变化；
d）提供线性源驱动器，该线性源驱动器用于响应于改变后的线性码值，产生所述模拟驱动晶体管控制信号，以驱动所述驱动晶体管的所述栅极；以及
e）提供开关，该开关用于将所述测量电路选择性地电连接到流经所述第一供电电极和所述第二供电电极的所述电流。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述EL器件是OLED器件。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述驱动晶体管是非晶硅晶体管。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述步骤b包括：接收步骤，其接收非线性输入信号；以及转换步骤，其将所述非线性输入信号转换为所述线性码值。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述转换步骤包括使用查找表。
16.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括响应于所述老化信号以及所述线性码值来改变所述线性码值，以补偿所述驱动晶体管和所述EL器件的所述特征变化。
17.一种用于向EL面板中的多个EL子像素中的驱动晶体管的栅极提供模拟驱动晶体管控制信号的装置，所述装置包括第一电压源、第二电压源，以及所述EL面板中的多个EL子像素；驱动电路中的EL器件，该驱动电路向各个EL子像素中的所述EL器件施加电流；各驱动电路包括驱动晶体管，其中，所述驱动晶体管具有电连接到所述第一电压源的第一供电电极以及电连接到所述EL器件的第一电极的第二供电电极；并且各个EL器件包括电连接到所述第二电压源的第二电极，所述装置进一步包括：
a）测量电路，该测量电路用于在不同时刻测量通过所述第一电压源和所述第二电压源的电流，以为每个像素提供代表随时间推移由该子像素的所述驱动晶体管和所述EL器件的操作而导致的所述驱动晶体管和所述EL器件的特征变化的老化信号；
b）提供单元，该提供单元用于为各个子像素提供线性码值；
c）补偿器，该补偿器用于响应于所述老化信号来改变所述线性码值，以补偿各个子像素中的所述驱动晶体管和所述EL器件的所述特征变化；
d）线性源驱动器，该线性源驱动器用于响应于改变后的线性码值产生所述模拟驱动晶体管控制信号，来驱动所述驱动晶体管的所述栅极；以及
e）开关，该开关用于将所述测量电路选择性地电连接到流经所述第一电压源和所述第二电压源的所述电流。
18.根据权利要求17所述的装置，其中，各个EL器件是OLED器件，并且各个驱动晶体管是非晶硅晶体管。
19.根据权利要求17所述的装置，其中，所述测量电路包括：
a）电流-电压转换器，该电流-电压转换器用于产生电压信号；以及
b）相关双采样单元，该相关双采样单元响应于所述电压信号向所述补偿器提供所述老化信号。
20.根据权利要求17所述的装置，所述装置还包括：接收单元，该接收单元用于接收非线性输入信号；以及转换单元，该转换单元用于将所述非线性输入信号转换为所述线性码值。
21.根据权利要求17所述的装置，其中，所述补偿器还包括用于存储各个子像素的基准老化信号测量值和各个子像素的最近老化信号测量值的存储器。
22.根据权利要求17所述的装置，其中，所述线性源驱动器包括一个或更多个微芯片。
23.根据权利要求17所述的装置，所述装置还包括补偿器，该补偿器用于响应所述老化信号以及所述线性码值来改变所述线性码值，以补偿各个子像素中的所述驱动晶体管和所述EL器件的所述特征变化。
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