CN103310726B - 一种采用电流编程的有源矩阵有机发光显示屏 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种有源矩阵有机发光显示屏，特别涉及一种采用电流编程的有源矩阵有机发光显示屏。所述有源矩阵有机发光显示屏，包括一像素电路，一行驱动器和一源驱动器，所述源驱动器包括一电流源、一电压跟随器、一开关和一校正单元。本发明可以使建立OLED所需电流的周期显著缩短。

Description

一种采用电流编程的有源矩阵有机发光显示屏

技术领域

本发明涉及一种有源矩阵有机发光显示屏，特别涉及一种采用电流编程的有源矩阵有机发光显示屏。

背景技术

众所周知，有机发光二极管(OLED)通过电流的流动来发光。有源矩阵有机发光显示屏(AMOLED)装置了像素矩阵。像素由OLED和向OLED提供电流的一个晶体管组成。矩阵中的每个晶体管都可以独立的控制，使可编程的电流通过OLED。

图1是一个众所周知的AMOLED显示屏的框图，面板以行和列的像素矩阵整齐间隔排列，标记为1，位于行地址线4和列地址线5的交叉处。为了简单起见，图中只显示了几个像素1电路。实际上，像素1可能有几百行和几百列。像素1通过行地址线4和列的地址线5进行寻址，驱动电路由一个行(栅极)驱动电路2和列(源)驱动电路3组成，它们分别连接在面板的末端。第一电源线6用来向每个像素电路组提供电流，第二电源线7用来释放漏电流。

图2显示了一个众所周知的提供可编程电流的像素电路。每个像素1由OLED11，电容13，第一晶体管12，第二晶体管14，第三晶体管15和第四晶体管16来组成。这些晶体管是P类型的薄膜晶体管(TFT)，可以由多晶硅制成。

第四晶体管16的一端连接一列的地址线5，用来接收数据信号，栅端连接行地址线4，用来接收扫描信号，第四晶体管16的另一端连接第三晶体管15的一端和第二晶体管14的一端。第三晶体管15的栅极连接到行地址线4，用来接收扫描信号，第三晶体管15的另一端连接第一晶体管12的栅端，第一晶体管12的栅极也连接电容13的一端，为了组成典型的电流镜结构第一晶体管12的栅极也连接第二晶体管14的栅极。第一晶体管12的一端、第二晶体管14的另一端和电容13的另一端连接第一电源线6。第一晶体管12的另一端连接OLED的一端，在本例中是阳极。OLED11的另一端(阴极)连接第二电源线7。第二电源线7通常是一个由透明材料比如ITO(氧化铟锡)做成的导电层。

在写入周期，行地址线4上的扫描信号使得第四晶体管16和第三晶体管15导通，数据信号或数据电流将会流入第二晶体管14和第四晶体管16。根据数据电流，第二晶体管14的栅极电压也随之确定，这个电压存储在电容13上，在第一晶体管12的栅极同样也形成了相同的电压。由于镜像结构，当第一晶体管12和第二晶体管14的物理尺寸一致时，流过它们的电流也是一样的。经过第一晶体管12的电流流过OLED11，使得OLED11发出一致的光。

在显示周期，直到下个周期，电容13保持第一晶体管12栅极电压不变。同时，亮度也保持不变。

图3显示了一个众所周知的可编程电流像素的源驱动电路3，源驱动电路3包括一寄存器21和一电流源22。这个寄存器接收一视频数据23，传送一存储视频数据24到电流源22。电流源22从列地址线5到第二电源线7流通相应于存储数据的电流，这个电流就是数据信号。

在写入周期，将会需要非常长的时间来建立这个电位，原因是这个数据电流非常小，小于1uA，并且被充电的列地址线5上的杂散电容值大约10pF。如果4V的电压变化要求100nA数据电流，充电时间是400us。因为一帧周期是16.7ms，这样只能扫描44行地址线。

图4显示了一个众所周知的改进的源驱动电路3，它包括一开关25和一电压跟随器26。开关25使得列地址线5与电压跟随器26连接或者断开，电压跟随器26是负端连接到输出端的一运算放大器，正相端连接一预设电位27。在写入周期刚开始的时候，在短时间内，开关25把电压跟随器26的输出端和列地址线5连接起来，列地址线5将会很快地充电到先前确定的电流相应的电位27上，原因是电压跟随器26的输出阻抗非常小。但是它并不在所有数据电流的范围内都良好地运行。数据电流与被充电的电位之间的关系和流过第一晶体管12的电流与其栅极电压之间的关系是一样的，比如，数据电流与充电电压的关系是1nA at 0V和1uAat 5V，先前确定的电压是0V，它一直需要50us充电时间；在一帧周期内可以扫描44*400/50＝352行。尽管这样，对于HDTV的800行扫描线依然是不可以接受的。

发明内容

本发明旨在提供一种应用于HDTV、具有足够短写入周期的采用电流编程的有源矩阵有机发光显示屏。

根据本发明的一方面，AMOLED显示屏由通过电流使OLED发光和保持电路连接OLED的若干像素电路及一行选通的行驱动电路和一源驱动电路组成，该源驱动电路包括一数据寄存器，在由第一数据寄存器输出选定的OLED中传输电流的电流源，存储一像素电路参数的第二寄存器，存储电源信号的第三数据寄存器，为了一电压处理从两个电阻输出数据的一数据处理单元，与数据处理单元输出一致的连接列像素驱动一列像素的一电压源和与一列连接选通电流源输出和电压源输出的一开关。一数据处理单元包括：连接第一寄存器输出的平方根萃取器，把平方根萃取器与第二数据寄存器输出的一部分相乘的乘法器，把乘法器的输出与第二数据寄存器输出的另一部分相加的加法器，计算加法器的输出与第三寄存器的输出之差的减法器，把减法器的输出转化为模拟电压以提供电压源输入的DAC处理器。

在选通相应输出端信号的一行，行驱动电路选通每个OLED的保持电路的电流。然后源驱动的输出端应用相应电流的电压来建立每个列连接。在短时间内，直到每个列连接的电压接近于相应电流的电压，源驱动开关才选通电压源的输出，然后开关就选通了电流源，因此，建立OLED上所需电流的周期就缩短了。

根据本发明的另一方面，AMOLED显示屏包括若干像素阵列，每个像素包括流控发光的OLED和保持OLED电流的电路，一行选通的行驱动电路和一源驱动电路，该源驱动电路包括一数据寄存器，在由第一数据寄存器输出选定的OLED中传输电流的电流源，存储一像素电路参数的第二寄存器，存储电源信号的第三数据寄存器，为了一电压处理从两个电阻输出数据的一数据处理单元，与数据处理单元输出一致的连接列像素驱动一列像素的一电压源和与一列连接选通电流源输出和电压源输出的一开关。一数据处理单元包括：把第一寄存器输出与第二数据寄存器输出的一部分相乘的乘法器，把乘法器的输出与第二数据寄存器输出的另一部分相加的加法器，计算加法器的输出与第三寄存器的输出之差的减法器，把减法器的输出转化为模拟电压以提供电压源输入的DAC处理器。

在选通相应输出端信号的一行，行驱动电路选通每个OLED的保持电路的电流。然后源驱动的输出端应用相应电流的电压来建立每个列连接。在短时间内，直到每个列连接的电压接近于相应电流的电压，源驱动开关才选通电压源的输出，然后开关就选通了电流源，因此，建立OLED上所需电流的周期就缩短了。

附图说明

图1是AMOLED显示屏的框图；

图2是显示像素的电路框图；

图3是显示部分列(源)驱动的框图；

图4是显示部分列(源)驱动的框图；

图5是依据本发明实施例的部分列(源)驱动的框图；

图6是依据本发明实施例的部分列(源)驱动的框图；

图7是显示像素的电路框图；

图8是依据本发明实施例的部分列(源)驱动的框图；

图9是依据本发明实施例的部分列(源)驱动的框图；

图10是依据本发明实施例的部分列(源)驱动的框图；

图11是依据本发明实施例的部分列(源)驱动的框图；

图12是显示TFT ID和(VG-VS)的曲线图。

具体实施方式

本发明是一种带有电流编程功能的AMOLED显示屏。众所周知，有机发光二极管(OLED)通过电流来控制其发光。AMOLED显示面板上设有像素矩阵。像素由OLED和向OLED提供电流的晶体管组成。矩阵中的每个晶体管都可以独立的控制，使可编程的电流通过OLED。

图1是一个众所周知的AMOLED显示屏的框图，面板以行和列的像素矩阵整齐间隔排列，像素1位于行地址线4和列地址线5的交叉处。为了简单起见，图中只显示了几个像素1电路。实际上，像素1可能有几百行和几百列。像素1通过行地址线4和列的地址线5进行寻址，驱动电路由一个行(栅极)驱动电路2和列(源)驱动电路3组成，它们分别连接在面板的末端。第一电源线6用来向每个像素电路组提供电流，第二电源线7用来释放漏电流。

图2显示了一个众所周知的提供可编程电流的像素电路。每个像素1由OLED11，电容13，第一晶体管12，第二晶体管14，第三晶体管15和第四晶体管16来组成。这些晶体管是P类型的薄膜晶体管(TFT)，可以由多晶硅做成。

第四晶体管16的一端连接一列的地址线5，用来接收数据信号，栅端连接行地址线4，用来接收扫描信号，第四晶体管16的另一端连接第三晶体管15的一端和第二晶体管14的一端。第三晶体管15的栅极连接到行地址线4，用来接收扫描信号，第三晶体管15的另一端连接第一晶体管12的栅端，第一晶体管12的栅极也连接电容13的一端，为了组成典型的电流镜结构第一晶体管12的栅极也连接第二晶体管14的栅极。第一晶体管12的一端、第二晶体管14的另一端和电容13的另一端连接第一电源线6，第一晶体管12的另一端连接OLED的一端，在本例中是阳极。OLED11的另一端(阴极)连接第二电源线7。第二电源线7通常是一个由透明材料比如ITO(氧化铟锡)做成的导电层。

在写入周期，行地址线4上的扫描信号使得第四晶体管16和第三晶体管15导通，数据信号或数据电流将会流入第二晶体管14和第四晶体管16。和数据电流一样，第二晶体管14的栅极电压也确立了，这个电压存储在电容13上，第一晶体管12的栅极电压同样也形成了。由于镜像结构，当第一晶体管12和第二晶体管14的物理尺寸一致时，流过它们的电流也是一样的。经过第一晶体管12的电流流过OLED11，使得OLED11发出一致的光。

在显示周期，直到下个周期，电容13保持第一晶体管12栅极电压不变。同时，亮度也保持不变。

图5是依据本发明的部分源驱动3的框图，源驱动电路3由第一数据寄存器21、第二数据寄存器32、第三数据寄存器36、数据乘法器33、电流源22、电压跟随器26和开关25组成。第一数据寄存器21接收视频数据23，输出视频数据24到电流源22和数据乘法器单元33。电流源22通过电流从列地址线5到第二电源线7来相应地存储视频数据，这个电流就是列地址线5上的数据信号。同时，列地址线5上电压相应的电流流过一个选通像素1的OLED11。图6显示了数据处理单元33的框图，依据本发明该数据处理单元由平方根萃取器40、一乘法器41、一加法器42、一减法器44和一数模转换器43组成，平方根萃取器40萃取存储视频数据24的平方根，乘法器41把平方根萃取器40的输出和第二数据寄存器32的输出的一部分V/sqrt(I)相乘，然后加法器42把乘法器41的输出和第二寄存器32的部分输出Vth相加求和，随后减法器44把第三数据寄存器36的输出和加法器42的输出相减，第三数据寄存器36电压是第一电源线6的电压35。数模转化器43把减法器44的输出转化为用于电压跟随器26的模拟电压。第一晶体管12的栅极电压VG与流过第一晶体管12和OLED11的电流I的关系表示为VG＝VS-(A0*sqrt(I)+Vth)，这里Vth是第一晶体管阈值电压的绝对值，VS是第一电源线6的电位，sqrt(I)是电流I的平方根。本公式仅适用于P类型的晶体管。第二数据寄存器31存储了第一晶体管的特性：A0和Vth。数模转化器43的输出连接到电压跟随器26的正输入端，电压跟随器输出低阻抗，并且输出和输入的电压相同，它由一个运算放大器构成，负输入端连接到输出形成了增益为-1的反馈电路。

在写入周期刚开始的时候，在短时间内，开关25把电压跟随器26的输出端和列地址线5连接起来，列地址线5将会充电到希望流过OLED11的电流相应的电位上，但是由于电流的变化，依据先前的公式，这个电压不可能总是实现我们希望的一致电流I，然后开关25断开了列地址线5和电压跟随器26的连接，电流源22流通萃取电流I，这个电流要求列地址线5在短时间后建立起另一个电压。在显示周期，行驱动信号2选通信号，直到下个周期，电路一直保持这个电压和流过OLED11的电流。

图7显示了一个像素电路，由OLED11，电容113，第一晶体管112，第二晶体管114，第三晶体管115和第四晶体管116来组成。这些晶体管是N类型晶体管，不是P类型晶体管，这些TFT可以用多晶硅做成。

第四晶体管116的一端连接一列的地址线5，用来接收数据信号，栅端连接行地址线4，用来接收扫描信号，第四晶体管116的另一端连接第三晶体管15的一端和第二晶体管114的一端。第三晶体管115的栅极连接到行地址线4，用来接收扫描信号，第三晶体管115的另一端连接第一晶体管112的栅端，第一晶体管12的栅极也连接电容113的一端，为了组成典型的电流镜结构，第一晶体管112的栅极也连接第二晶体管112的栅端。第一晶体管112的一端、第二晶体管114的另一端和电容113的另一端连接第二电源线7，第一晶体管112的另一端连接OLED11的一端，在本例中是阴极。OLED11的另一端(阳极)连接第一电源线6。

图8是依据本发明具体化的部分源驱动3的框图，源驱动电路3由第一数据寄存器21、第二数据寄存器32、第三数据寄存器36、数据乘法器133、电流源22、电压跟随器26和开关25组成。第一数据寄存器21接收视频数据23，输出视频数据24到电流源22和数据乘法器单元133。电流源22通过电流从列地址线5到第二电源线7来相应地存储视频数据，这个电流就是列地址线5上的数据信号。同时，列地址线5上电压相应的电流流过一个选通像素1的OLED。图9显示了数据处理单元133的框图，依据本发明该数据处理单元由平方根萃取器40、乘法器41、加法器42、减法器144和数模转换器43组成，平方根萃取器40萃取存储的视频数据24电流的平方根。乘法器41把平方根萃取器40的输出和第二个数据寄存器32的输出的一部分相乘，然后加法器42把乘法器41的输出和第二寄存器32的部分输出相加求和，随后减法器144把第三数据寄存器36的输出和加法器42的输出相减，第三数据寄存器36是第二电源线7的电压35。数模转化器把减法器43的输出转化为用于电压跟随器26的模拟电压。第一晶体管12的栅极电压VG与流过第一晶体管112和OLED11的电流I的关系表示为VG＝(A0*sqrt(I)+Vth)-VS，这里Vth是第一晶体管阈值电压的绝对值，VS是第二电源线7的电位，sqrt(I)是电流I的平方根。本公式仅适用于N类型的晶体管。第二数据寄存器31存储了第一晶体管的特性：A0和Vth。DAC43的输出连接到电压跟随器26的正输入端，电压跟随器输出低阻抗，并且输出和输入的电压相同，它由一个运算放大器构成，负输入端连接到输出形成了增益为-1的反馈电路。

在写入周期刚开始的时候，在短时间内，开关25把电压跟随器26的输出端和列地址线5连接起来，列地址线5将会充电到希望流过OLED11的电流相应的电位上，但是由于电流的变化，依据先前的公式，这个电压不可能总是实现我们希望的一致电流I，然后开关25断开了列地址线5和电压跟随器26的连接，短时间后电流源22流过精确电流I，此电流在列地址线5上建立起另一个电压。在显示周期，行驱动信号2选通信号，直到下个周期，电路一直保持这个电压和流过OLED11的电流。

图10是本发明另一实施例的数据处理单元33的框图，该数据处理单元由乘法器41、加法器42、减法器44和数模转换器43组成，乘法器41把视频存储数据和第二个数据寄存器32的输出的一部分V/I相乘，然后加法器42把乘法器41的输出和第二寄存器32的部分输出Vth相加求和，随后减法器44把第三数据寄存器36的输出和加法器42的输出相减，第三数据寄存器36电压是第一电源线6的电压35。数模转化器43把减法器44的输出转化为用于电压跟随器26的模拟电压。第一晶体管12的栅极电压VG与流过第一晶体管12和OLED11的电流I的关系表示为VG＝VS-(A0*I+Vth)，本公式仅适用于P类型的晶体管，相应TFT的特性曲线如图12所示。

图11是依据本发明又一实施例的数据处理单元133的框图，依据本发明该数据处理单元由乘法器41、加法器42、减法器144和数模转换器43组成，乘法器41把视频存储数据和第二个数据寄存器32的输出的一部分V/I相乘，然后加法器42把乘法器41的输出和第二寄存器32的部分输出Vth相加求和，随后减法器144把第三数据寄存器36的输出和加法器42的输出相减，第三数据寄存器36的电压是第二电源线7的电压35。数模转化器43把减法器44的输出转化为用于电压跟随器26的模拟电压。第一晶体管12的栅极电压VG与流过第一晶体管12和OLED11的电流I的关系表示为VG＝(A0*I+Vth)-VS，本公式仅适用于N类型的晶体管。

上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。虽然本发明已以比较佳实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术人士，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此，本发明的保护范围当以申请的专利范围所界定为准。

Claims (13)

1.一种有源矩阵有机发光显示屏，包括：一像素电路，所述像素电路包括一个阴极接地的有机发光二极管；第一晶体管，其第一端接收从源地址线传来的数据信号，第一晶体管的栅极接收从行地址线传来的扫描信号；第二晶体管，其第一端连接第一晶体管的第二端，第二晶体管的栅极接收从行地址线传来的扫描信号；第三晶体管，其第一端连接第一晶体管的第二端，第二端连接一工作电压，其栅极连接第二晶体管的第二端；一驱动晶体管，其第一端连接有机发光二极管的阳极，第二端连接工作电压，其栅极连接第三晶体管的栅极；一电容的第一端连接第四晶体管的栅极，电容的第二端连接工作电压；

一行驱动器，在行地址线上通过扫描信号寻址像素；

一源驱动器，包括一电流源，通过有机发光显示屏和源地址线传送电流，一电压跟随器，根据传送的电流在源地址线上施加电压，一开关，在写入周期的短时间内连接电压跟随器的输出端和一根据传送电流产生相应电压的校正单元；所述源驱动器，还包括第一数据寄存器、第二数据寄存器、第三数据寄存器，所述第一数据寄存器用于接收视频数据，所述第二数据寄存器用于存储第一晶体管的特性，所述第三数据寄存器用于存储电源线的电压。

2.根据权利要求1所述的一种有源矩阵有机发光显示屏，其特征在于，所述第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和驱动晶体管为PMOS晶体管，所述校正单元包括一萃取电流平方根的平方根萃取器，把平方根萃取器的输出与驱动晶体管的第一常量相乘的乘法器，把乘法器的输出与驱动晶体管的第二常量相加的加法器和从驱动晶体管源端电压减去加法器输出的减法器。

3.根据权利要求2所述的一种有源矩阵有机发光显示屏，其特征在于，所述驱动晶体管的第一常量为V/sqrt(I)。

4.根据权利要求2所述的一种有源矩阵有机发光显示屏，其特征在于，所述驱动晶体管的第二常量为Vth。

5.根据权利要求1所述的一种有源矩阵有机发光显示屏，其特征在于，所述第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和驱动晶体管为NMOS晶体管，所述校正单元包括一萃取电流平方根的平方根萃取器，把平方根萃取器的输出与驱动晶体管的第一常量相乘的乘法器，把乘法器的输出与驱动晶体管的第二常量相加的加法器和从加法器输出减去驱动晶体管源端电压的减法器。

6.根据权利要求5所述的一种有源矩阵有机发光显示屏，其特征在于，所述驱动晶体管的第一常量为V/sqrt(I)。

7.根据权利要求5所述的一种有源矩阵有机发光显示屏，其特征在于，所述驱动晶体管的第二常量为Vth。

8.根据权利要求1所述的一种有源矩阵有机发光显示屏，其特征在于，所述第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和驱动晶体管为PMOS晶体管，所述校正单元包括一把电流与驱动晶体管的第一常量相乘的乘法器，把乘法器的输出与驱动晶体管的第二常量相加的加法器和从驱动晶体管源端电压减去加法器输出的减法器。

9.根据权利要求8所述的一种有源矩阵有机发光显示屏，其特征在于，所述驱动晶体管的第一常量为V/I。

10.根据权利要求8所述的一种有源矩阵有机发光显示屏，其特征在于，所述驱动晶体管的第二常量为Vth。

11.根据权利要求1所述的一种有源矩阵有机发光显示屏，其特征在于，所述第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管和驱动晶体管为NMOS晶体管，所述校正单元包括一把电流与驱动晶体管的第一常量相乘的乘法器，把乘法器的输出与驱动晶体管的第二常量相加的加法器和从加法器输出减去驱动晶体管源端电压的减法器。

12.根据权利要求11所述的一种有源矩阵有机发光显示屏，其特征在于，所述驱动晶体管的第一常量为V/I。

13.根据权利要求11所述的一种有源矩阵有机发光显示屏，其特征在于，所述驱动晶体管的第二常量为Vth。