CN103680409B - 有源有机发光二极管驱动系统及驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一有源有机发光二极管驱动系统及其驱动方法，该驱动系统包括发光驱动模块、光信号采样模块、变换矩阵单元、参考电压单元、反馈电信号矩阵单元、选择器单元和有机发光二极管，其中变换矩阵单元、参考电压单元、反馈电信号矩阵单元和选择器单元共同构成了补偿电路，光信号采样模块采用了具有嵌入式感光元件的新型采样器件。该驱动系统结构均简单，操作方便，并且光信号和光生电信号成线性关系，不需要额外矫正模块，有利于补偿电路进行补偿，从而既克服了像素单元发光亮度的不均匀性，又减小了单个像素的面积。

Description

有源有机发光二极管驱动系统及驱动方法

技术领域

本发明涉及半导体技术，特别是涉及有源有机发光二极管驱动系统及其驱动方法。

背景技术

有源矩阵有机发光二极管（ActiveMatrix/OrganicLightEmittingDiode，AMOLED）显示器是当今平板显示器研究领域的热点之一，与AMLCD相比，AMOLED具有低能耗、宽视角、高亮度和响应快等优点。

最常用的AMOLED像素驱动电路为2T1C结构，如图1所示。晶体管T1的栅极接控制电压信号SEL，第一电极接数据电压信号Vdata，第二电极接存储电容C_st的第一端和驱动晶体管DTFT的栅极，存储电容C_st的第二端接电源电压信号VDD和驱动晶体管DTFT的第二电极，驱动晶体管DTFT的第一电极接有机发光二极管OLED第一极，有机发光二极管的第二极接地GND。在数据写入阶段，控制电压信号SEL置于高电平，使得晶体管T1闭合，电压信号存储在电容C_st中；在发光阶段，控制电压信号SEL置于低电平，晶体管T1断开，存储在电容C_st上的电荷依旧能使驱动晶体管DTFT导通，有电流通过有机发光二极管OLED，从而使其维持发光。

上述驱动电路通常制作在多晶硅材料上，开关晶体管T1和驱动晶体管DTFT为薄膜晶体管。由于多晶硅材料的晶界和晶向分布的随机性，薄膜晶体管的阈值电压和载流子迁移率随着空间位置的不同而呈现出较大幅度的变化，从而导致有机发光二极管发光不均匀，影响图像质量。其次，随着显示器使用时间的累积，有机发光二极管会逐渐老化，驱动TFT的阈值电压会增大，这将导致有机发光二极管自身开启电压的升高，造成图像整体亮度的下降。另外，显示器阵列尺寸较大时，电源线VDD上也会有一定的压降，造成各个像素内的电源电压信号有所不同，从而导致发光不均匀。

为了解决上述问题，主要采用两种方案。第一种方案是通过改进驱动电路实现补偿，即在传统2T1C的基础上增加多个晶体管和电容，利用更复杂的操作时序，实现补偿效果，但该方案多数情况下仅能补偿一两个方面，并且，由于有机发光二极管对电容储能能力要求较高，大都采用大电容，因此增加电容数量必然会导致驱动电路面积增大，影响像素开口率的提高。

第二种方案是通过信号采样反馈实现补偿，主要分为电信号采样反馈和光信号采样反馈，电信号采样反馈是在传统的2T1C结构之外增加电压或电流采样电路，如美国专利US20120044235中所示，电压或电流采样电路会增加驱动电路的复杂度；光信号采样反馈是在传统的2T1C结构之外增加亮度传感器，如文献《ALuminanceAdjustingAlgorithmforHighResolutionandHighImageQualityAMOLEDDisplaysofMobilePhoneApplication》中所示，由于该亮度传感器需要经过复位、感光、读出、光生电信号采样量化，以及将光生电信号转换成光信号等环节，因此也需要设置相应的模块，造成整个亮度传感器结构复杂，制造困难。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一有源有机发光二极管驱动系统及其驱动方法，用于解决现有技术中AMOLED显示器像素驱动器件阈值电压不均匀，以及像素结构复杂，不利于其开口率提高的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一有源有机发光二极管驱动系统，所述有源有机发光二极管驱动系统包括发光驱动模块和有机发光二极管，所述发光驱动模块连接有机发光二极管，并在数据电压信号的作用下驱动所述有机发光二极管发光，所述有源有机发光二极管驱动系统还包括：光信号采样模块和补偿电路模块，其中：所述光信号采样模块用于采集所述有机发光二极管的发光信号，并输出采样信号至所述补偿电路模块；所述补偿电路模块接输入电压信号，根据所述光信号采样模块输出的采样信号生成反馈电信号矩阵，并基于所述反馈电信号矩阵，调制所述输入电压信号，以调制后的电压信号作为数据电压信号输出至所述发光驱动模块。

优选地，所述光信号采样模块包括具有嵌入式感光元件的光信号采样器件和模数转换器，其中；所述光信号采样器件用于采集所述有机发光二极管的发光信号，并传输至所述模数转换器；所述模数转换器用于将所述有机发光二极管的发光信号转换为数字信号，并作为采样信号输出至所述补偿电路模块。

优选地，所述光信号采样器件包括控制栅、半浮栅、源极掺杂区和漏极掺杂区，所述半浮栅的掺杂类型与源极掺杂区、漏极掺杂区的掺杂类型相反；所述半浮栅以栅氧化层为间隔的覆盖所述光信号采样器件沟道区表面，并部分延伸至漏极掺杂区表面，且与漏极掺杂区接触并形成一嵌入式感光元件，所述感光元件通过感光采集有机发光二极管的发光信号。

优选地，所述光信号采样器件的输出电流与所述有机发光二极管的驱动电流成线性关系，且所述光信号采样器件与有机发光二极管的距离小于100μm。

优选地，所述补偿电路模块包括参考电压单元、变换矩阵单元、反馈电信号矩阵单元和选择器单元，其中：所述参考电压单元用于产生参考电压，并输入至选择器单元，作为初始化阶段的数据电压信号输出至发光驱动模块；所述反馈电信号矩阵单元用于接收采样信号，并生成反馈电流信号矩阵，并输出至所述变换矩阵单元；所述变换矩阵单元接输入电压信号，并根据反馈电信号矩阵单元输出的电流信号矩阵以变换矩阵对所述输入电压信号进行调制，并将调制后的电压信号输出至所述选择器单元，作为正常工作阶段的数据电压信号输出至发光驱动模块；所述选择器单元用于选择所述参考电压单元输出的参考电压或所述变换矩阵单元输出的调制后的电压信号作为数据电压信号输出至发光驱动模块。

优选地，所述发光驱动模块包括第一晶体管、驱动晶体管和存储电容，其中，所述第一晶体管的栅极接控制电压信号，第一电极接数据电压信号，第二电极与存储电容的第一端和驱动晶体管的栅极相连，存储电容的第二端接电源电压信号和驱动晶体管的第一电极，驱动晶体管的第二电极接有机发光二极管第一极。

可选地，所述第一晶体管为N型，驱动晶体管为P型，所述第一电极为源极，第二电极为漏极，所述有机发光二极管的第一极为阳极。

可选地，所述第一晶体管为P型，驱动晶体管为N型，所述第一电极为漏极，第二电极为源极，所述有机发光二极管的第一极为阴极。

优选地，所述光信号采样模块的操作时序为：

复位阶段：第一晶体管关断，光信号采样器件的控制栅和漏极输入第一组信号，所述第一组信号包括将所述光信号采样器件的控制栅置于高电平，漏极置于低电平，所述光信号采样器件的嵌入式感光元件正偏，半浮栅中的电荷排出，电压恢复到初始值；

充电阶段：第一晶体管导通，数据电压信号写入存储电容中，有机发光二极管发光；

感光阶段：第一晶体管关断，光信号采样器件的控制栅和漏极输入第二组信号，所述第二组信号包括将所述光信号采样器件的控制栅置于低电平，漏极置于高电平，嵌入式感光元件反向击穿，光信号采样器件的阈值电压降低；

光电流读出阶段：第一晶体管关断，光信号采样器件的控制栅和漏极输入第三组信号，所述第三组信号包括将所述光信号采样器件的控制栅和漏极置于中间电平，光信号采样器件导通，光信号采样器件的输出电流通过模数转换器转换为数字信号。

相应地，本发明还提供了一采用上述有源有机发光二极管驱动系统的驱动方法，该方法包括：

初始化阶段：参考电压单元先后产生两个不同的参考电压，选择器单元选择该参考电压作为数据电压信号先后输出至发光驱动模块，驱动有机发光二极管发光；光信号采样模块同时进行光信号采样，并将两次的采样信号输出至补偿电路模块的反馈电信号矩阵单元；

正常工作阶段：输入电压信号经变换矩阵单元调制后输出调制后的电压信号至选择器单元，选择器单元选择该调制后的电压信号作为数据电压信号输出至发光驱动模块，驱动有机发光二极管发光。

优选地，所述变换矩阵单元对输入电压信号进行调制的变化矩阵，为反馈电信号矩阵单元根据两次采样信号形成的反馈电信号矩阵，包括两个变换矩阵X，Y，其中：X=function1(Vref1,Vref2,Id1_m1,Id2_m1)；Y=function2(Vref1,Vref2,Id1_m1,Id2_m1)；其中：function1和function2是两个变换函数，Vref1和Vref2为初始化阶段参考电压单元先后产生的两个不同的参考电压，Id1_m1和Id2_m1为光信号采样模块先后输出的两个采样信号，均为电流信号反馈。

如上所述，本发明的有源有机发光二极管驱动系统及其驱动方法，具有以下有益效果：

首先，本发明的有源有机发光二极管驱动系统在发光驱动模块中采用了传统的2T1C结构，在光信号采样模块采用了具有嵌入式感光元件的新型采样器件，发光驱动模块和光信号采样模块结构均较为简单，操作方便，并且变换矩阵单元、参考电压单元、反馈电信号矩阵单元和选择器单元共同作用，使得所述光信号采样器件的输出电流与所述有机发光二极管的驱动电流成线性关系，不需要额外的矫正模块，从而减小了单个像素的面积，提高了显示器的显示效果。

其次，采用本发明的发光驱动模块，有机发光二极管驱动电流的大小只与输入电压信号有关，与驱动晶体管的阈值电压，载流子迁移率等参数，电源电压都无关。因此就可以完全抑制由于驱动晶体管的阈值电压，载流子迁移率等参数不匹配以及电源电压IR-drop（显示器阵列尺寸较大时，电源线VDD上也会有一定的压降，因而各个像素内的VDD信号有所不同）等引起的像素单元间发光亮度的不均匀性。

附图说明

图1显示为现有技术中有源有机发光二极管驱动电路的示意图。

图2显示为本发明中有源有机发光二极管驱动系统的示意图。

图3显示为本发明中有源有机发光二极管驱动系统补偿电路模块的示意图。

图4显示为本发明中有源有机发光二极管发光驱动模块和光信号采样模块的示意图。

图5显示为本发明中光信号采样器件的示意图。

图6显示为本发明中光信号采样器件中的电容分布示意图。

图7显示为本发明中有源有机发光二极管的感光操作时序的示意图。

元件标号说明

T1第一晶体管

SEL控制电压信号

DTFT驱动晶体管

M1光信号采样器件

V_DD电源电压信号

V_g光信号采样器件的栅极电压

V_d光信号采样器件的漏极电压

V_data数据电压信号

V_in输入电压信号

C_st存储电容

1控制栅

2半浮栅

3源极掺杂区

4衬底

5漏极掺杂区

7扩散区

8嵌入式感光元件

200有源有机发光二极管驱动系统

201发光驱动模块

202光信号采样模块

203补偿电路模块

208变换矩阵单元

204参考电压单元

205反馈电信号矩阵单元

206选择器单元

207有机发光二极管

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

现有技术中为了补偿各个像素点驱动晶体管阈值电压的不均匀性，大都在原来2T1C的基础上增加一些晶体管和电容，或者虽然试图减少晶体管和电容的数量，如通过光信号采样反馈的方式实现补偿，因为要解决光信号与光生电信号是非线性关系，需要利用外部电路矫正为线性信号，最终驱动系统结构仍然较为复杂。本发明的有源有机发光二极管驱动系统不仅能有效地补偿各个像素点驱动晶体管阈值电压的不均匀性，而且该有源有机发光二极管驱动系统的光信号与光生电信号为线性关系，从而不需要采用结构复杂的矫正模块，大大简化了系统的结构。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

请参阅图2本发明中有源有机发光二极管驱动系统200的示意图。

该有源有机发光二极管驱动系统200包括：发光驱动模块201和有机发光二极管207，所述发光驱动模块201连接有机发光二极管207，并在数据电压信号V_data的作用下驱动所述有机发光二极管207发光，所述有源有机发光二极管驱动系统200还包括：光信号采样模块202和补偿电路模块203，其中：所述光信号采样模块202用于采集所述有机发光二极管207的发光信号，并输出采样信号至所述补偿电路模块203；所述补偿电路模块203接输入电压信号V_in，根据所述光信号采样模块202输出的采样信号生成反馈电信号矩阵，并基于所述反馈电信号矩阵，调制所述输入电压信号V_in，以调制后的电压信号作为数据电压信号V_data输出至所述发光驱动模块201。

请参阅图3本发明中有源有机发光二极管驱动系统中补偿电路模块203的示意图。

所述补偿电路模块203包括参考电压单元204、变换矩阵单元208、反馈电信号矩阵单元205和选择器单元206，其中：所述参考电压单元204用于产生参考电压，并输入至选择器单元206，作为初始化阶段的数据电压信号V_data输出至发光驱动模块201；所述反馈电信号矩阵单元205用于接收采样信号，并生成反馈电流信号矩阵，并输出至所述变换矩阵单元208；所述变换矩阵单元208接输入电压信号V_in，并根据反馈电信号矩阵单元205输出的电流信号矩阵以变换矩阵对所述输入电压信号V_in进行调制，并将调制后的电压信号输出至所述选择器单元206，作为正常工作阶段的数据电压信号V_data输出至发光驱动模块201；所述选择器单元206用于选择所述参考电压单元204输出的参考电压或所述变换矩阵单元208输出的调制后的电压信号作为数据电压信号V_data输出至发光驱动模块201。

需要说明的是，在补偿电路模块203中，变换矩阵单元208根据反馈电信号矩阵单元205输出的电流信号矩阵以变换矩阵对所述输入电压信号V_in进行调制时，所述变换矩阵是通过参考电压单元204输出的参考电压计算得到的，因此，所述变换矩阵单元208还需输入参考电压以保证正常工作。即：所述发光驱动模块201的输入端连接选择器单元206的输出端，输出端连接有机发光二极管207，所述选择器单元206的输入端连接参考电压单元204的输出端和变换矩阵单元208的输出端，所述变换矩阵单元208的输入端连接反馈电信号矩阵单元205的输出端和参考电压单元204的输出端，反馈电信号矩阵单元205的输入端连接光信号采样模块202的输出端，所述光信号采样模块202包括具有嵌入式感光元件的光信号采样器件M1和模数转换器ADC，所述光信号采样器件M1和模数转换器ADC电连接。

所述发光驱动模块201和光信号采样模块202的结构如图4所示。

所述发光驱动模块201包括第一晶体管T1、驱动晶体管DTFT和存储电容C_st，其中，所述第一晶体管T1的栅极接控制电压信号SEL，第一电极接数据电压信号V_data，第二电极与存储电容C_st的第一端和驱动晶体管DTFT的栅极相连，存储电容C_st的第二端和电源电压信号V_DD和驱动晶体管DTFT的第一电极，驱动晶体管DTFT的第二电极接有机发光二极管207第一极；

需要说明的是，所述第一晶体管T1用于通过存储电容C_st控制有机发光二极管207发光，所述光信号采样模块202用于在有机发光二极管207发光时对其采样，改变自身阈值电压，以及将存储的光电流读出并进行数字补偿。

需要说明的是，各个晶体管源极和漏极的连接关系根据晶体管类型可做适当变换，例如所述第一电极为漏极，第二电极为源极；或者第一电极为源极，第二电极为漏极。

可选地，所述第一晶体管T1为N型，驱动晶体管DTFT为P型，所述第一电极为源极，第二电极为漏极，所述有机发光二极管207的第一极为阴极。

可选地，所述第一晶体管T1为P型，驱动晶体管DTFT为N型，所述第一电极为漏极，第二电极为源极，所述有机发光二极管207的第一极为阳极。

优选地，所述第一晶体管T1和驱动晶体管DTFT选自多晶硅薄膜晶体管、非晶硅薄膜晶体管、氧化锌基薄膜晶体管和有机薄膜晶体管中的任意一者。

需要说明的是，所述光信号采样模块202包括具有嵌入式感光元件的光信号采样器件M1和模数转换器ADC，其中：所述光信号采样器件M1用于采集所述有机发光二极管207的发光信号，并传输至所述模数转换器ADC；所述模数转换器ADC用于将所述有机发光二极管207的发光信号转换为数字信号，并作为采样信号输出至所述补偿电路模块203。

优选地，所述光信号采样器件M1的输出电流与所述有机发光二极管207的驱动电流成线性关系，且所述光信号采样器件M1与有机发光二极管207的距离小于100μm，以使有机发光二极管207发光时能充分感光。

本具体实施方式中，光信号采样器件M1包括控制栅1、源极掺杂区3、漏极掺杂区5外，还包括半浮栅2，所述半浮栅2的掺杂类型与源极掺杂区3和漏极掺杂区5的掺杂类型相反；所述半浮栅2以栅氧化层为间隔的覆盖所述光信号采样器件M1沟道区表面，并部分延伸至漏极掺杂区5表面，并在所述漏极掺杂区5内位于半浮栅2下方的区域形成一与半浮栅2掺杂类型形同的扩散区7，且与漏极掺杂区5接触并形成一嵌入式感光元件8，所述感光元件8通过感光采集有机发光二极管207的发光信号。

需要说明的是，本发明的光信号采样器件M1是在普通MOS晶体管基础上发展起来的，本发明的光信号采样器件M1可以通过控制其控制栅和漏极电压实现自身阈值电压的改变。下面以普通MOS晶体管为比较对象说明本发明的光信号采样器件M1对晶体管阈值电压的调控原理：

普通MOS晶体管沟道的导电性是受栅电压调控的，当栅极电压超过阈值电压时，栅下的半导体表面就会反型（n型半导体变为p型半导体或者相反），感生出导电电荷。栅电压越大，沟道中的积累的导电电荷数量就越多。图5为本发明光信号采样器件M1的示意图，光信号采样器件M1包括控制栅极1、半浮栅2、源极掺杂区3、衬底4和漏极掺杂区5。作为较佳实施方式，光信号采样器件M1结构置于P型衬底4或P型阱区内，其源极掺杂区3、漏极掺杂区5均为N型掺杂，其半浮栅2为P型掺杂的多晶硅结构。需要指出的是，半浮栅2以栅氧化层为间隔覆盖所述光信号采样器件M1沟道区表面，并部分延伸至漏极掺杂区5表面，并在半浮栅2与漏极掺杂区5接触的区域形成一较浅的P型扩散区7，该P型扩散区位于漏极掺杂区5内靠近衬底4表面并与半浮栅2接触的区域，该P型掺杂的半浮栅2及P型扩散区7与N型掺杂的漏极掺杂区5即形成一嵌入式感光元件8，所述嵌入式感光元件8为一PN结感光二极管，其上表面并不被控制栅1所覆盖。所述嵌入式感光元件8可对有机发光二极管207的发光信号进行感光，并采集感光后的信号。需要说明的是，在部分半浮栅2与衬底4之间、控制栅极1与半浮栅2及衬底4之间均间隔设置有栅氧化层或其他类似的绝缘结构，此为本领域技术人员所熟知的惯用技术，在此不作赘述。

图6为本发明中有源矩阵有机发光二极管像素驱动电路的光信号采样器件M1中栅电容分布示意图。

如图6所示，光信号采样器件M1可以看作在普通晶体管的栅电容介质中插入了一个电极（即半浮栅2），这样就把原来的栅电容分割成了两个电容C_g1和C_g2的串联。通过在半浮栅2上注入电荷可以改变光信号采样器件M1的阈值电压，调控沟道的导电性。它的调控阈值电压的原理可以理解为：光信号采样器件M1具有初始阈值电压V_th，当光信号采样器件M1开始工作时，在半浮栅2上注入的电荷会通过半浮栅2与晶体管沟道之间的栅电容C_g2在晶体管沟道一侧感应出沟道电荷，半浮栅2上的正电荷越多，沟道中感应的负电荷也越多，N型沟道的导电性越强。这种效果等效到控制栅1，与半浮栅2充电之前相比，控制栅1只需加较小的栅电压就可以在沟道中感应出等量的沟道电荷，达到相同的导电效果，这样在形式上光信号采样器件M1的阈值电压就降低了。

图7为本发明中有源有机发光二极管驱动系统的感光操作时序示意图。需要说明的是，在该实施例中，光信号采样器件M1为N型晶体管，第一晶体管T1为N型晶体管，驱动晶体管DTFT为P型晶体管，第一晶体管T1和驱动晶体管DTFT的第一电极为源极，第二电极为漏极，有机发光二极管207的第一极为阳极，第二极为阴极。在该实施例中，有机发光二极管207的阴极接公共接地端或低电平。

还需要说明的是，当驱动晶体管DTFT为P型晶体管时，电源电压信号为6V～12V，当驱动晶体管DTFT为N型晶体管时，电源电压信号为3V～5V。在本发明实施例中，模数转换器为电流模式ADC。

所述光信号采样模块202的驱动时序包括复位阶段、充电阶段、感光阶段和光电流读出阶段：

复位阶段P1：第一晶体管T1关断，光信号采样器件M1的控制栅1和漏极输入第一组信号，所述第一组信号包括将所述光信号采样器件M1的控制栅1电压V_g置于高电平，漏极电压V_d置于低电平，所述光信号采样器件M1的嵌入式感光元件8正偏，半浮栅2中的电荷排出，电压恢复到初始值。

在该阶段中，控制电压信号SEL置于低电平，第一晶体管T1关断，有机发光二极管207不发光，光信号采样器件M1的控制栅1电压V_g置于高电平，漏极电压Vd置于低电平，光信号采样器件M1的半浮栅2中的正电荷排出，光信号采样器件M1的半浮栅2与漏极之间的嵌入式感光元件8正偏导通，电压恢复到初始值，完成复位。

充电阶段P2：第一晶体管T1导通，数据电压信号V_data写入存储电容C_st中，有机发光二极管207发光。

在该阶段中，控制电压信号SEL置于高电平，第一晶体管T1导通，数据电压信号V_data通过第一晶体管T1连接至存储电容C_st的第一端，电源电压信号V_DD连接至存储电容C_st的第二端，存储电容C_st两端的电压为数据电压信号V_data与电源电压信号V_DD之间的电压差，驱动晶体管DTFT导通，有机发光二极管207发光，光信号采样器件M1的控制栅1电压V_g仍置于高电平，漏极电压V_d仍置于低电平。

感光阶段P3：第一晶体管T1关断，光信号采样器件M1的控制栅1和漏极输入第二组信号，所述第二组信号包括将所述光信号采样器件M1的控制栅1电压V_g置于低电平，漏极电压V_d置于高电平，嵌入式感光元件8反向击穿，光信号采样器件M1的阈值电压降低。

在该阶段中，控制电压信号SEL置于低电平，第一晶体管T1关断，有机发光二极管207不发光，光信号采样器件M1的控制栅电压V_g置于低电平，漏极电压Vd置于高电平，光信号采样器件M1的半浮栅2与漏极之间的嵌入式感光元件8反向击穿，电子从p沟道的价带隧穿至导带，产生光生载流子和光电流，电流从漏极流向半浮栅2，对光信号采样器件M1的半浮栅2进行充电，将电荷注入光信号采样器件M1的半浮栅2中，通过嵌入式感光元件8的电流将提高半浮栅2的潜在电压（potentialvoltage），使得光信号采样器M1件的阈值电压降低。

光电流读出阶段P4：第一晶体管T1关断，光信号采样器件M1的控制栅1和漏极输入第三组信号，所述第三组信号包括将所述光信号采样器件M1的控制栅1电压V_g和漏极电压V_d置于中间电平，光信号采样器件M1导通，光信号采样器件M1的输出电流通过模数转换器ADC转换为数字信号。

在该阶段中，控制电压信号SEL仍置于低电平，光信号采样器件M1的控制栅电压V_g和漏极电压V_d置于中间电压，光信号采样器件M1的控制栅1电压V_g为1.6V，漏极电压V_d为2V，漏极电压V_d略高于控制栅1电压V_g，半浮栅2与漏极之间的嵌入式感光元件8反向截止，光信号采样器件M1以普通NMOS管工作，光信号采样器件M1的输出电流通过电流模式ADC转换为数字信号，进行数字补偿。

优选地，在光电流读出阶段P4，光信号采样器件M1的漏极电压V_d高于控制栅1电压V_g。

需要说明的是，以上是光信号采样器件M1为N型晶体管时的操作时序，当所述光信号采样器件为P型晶体管时，所述第一组信号包括将所述光信号采样器件M1的控制栅1电压V_g置于低电平，漏极电压V_d置于高电平，所述第二组信号包括将所述光信号采样器件M1的控制栅1电压V_g置于高电平，漏极电压V_d置于低电平，所述第三组信号包括将所述光信号采样器件M1的控制栅1电压V_g和漏极电压V_d置于中间电平。

以下说明所述有源有机发光二极管驱动系统的驱动方法，该方法包括初始化阶段和正常工作阶段，其中：

初始化阶段：参考电压单元204先后产生两个不同的参考电压V_ref1、V_ref2，选择器单元206选择该参考电压作为数据电压信号V_data先后输出至发光驱动模块201，驱动有机发光二极管207发光；光信号采样模块202同时进行光信号采样，并将两次的采样信号输出至补偿电路模块203的反馈电信号矩阵单元205。在该阶段中，发光驱动模块201与光信号采样模块202共同工作。首先参考电压单元204产生参考电压V_ref1，选择器单元206选择参考电压单元204的输入作为自身输出，发光驱动模块201由电压驱动，有机发光二极管207发光，然后光信号采样模块202采样，并转换为电流信号反馈I_{d1_m1}。接着，重复上述步骤，参考电压单元204产生参考电压V_ref2，选择器单元206选择参考电压单元204的输入作为自身输出，发光驱动模块201由电压驱动，有机发光二极管207发光，然后光信号采样模块202采样，并转换为电流信号反馈I_{d2_m1}，输入反馈电信号矩阵单元205，生成由I_{d1_m1}和I_{d2_m1}组成的反馈电信号矩阵。利用参考电压V_ref1和V_ref2，以及获取的反馈电信号矩阵，构造两个变换矩阵X，Y，

X=function1(V_ref1,V_ref2,I_{d1_m1},I_{d2_m1})

Y=function2(V_ref1,V_ref2,I_{d1_m1},I_{d2_m1})

其中，function1和function2是两个变换函数，m1为光信号采样器件M1，以下推导该矩阵的表达式：

驱动晶体管DTFT的饱和区I-V特性为：

$I_d=k{(V_{\mathrm{gs}}-V_{\mathrm{th}})}^2,k=\frac{1}{2}{\mathrm{\μc}}_{\mathrm{ox}}\frac{W}{L}$

其中，I_d为驱动晶体管DTFT的漏源电流，k为常数，μ为载流子迁移率，C_ox为栅氧化层的单位电容大小，W为沟道宽度，L为沟道长度，V_gs为栅极与源极之间的电压，V_th为驱动晶体管DTFT的阈值电压。

在初始化阶段，第一，第二次参考电压V_ref1和V_ref2作为输入时，V_gs=V_DD-V_ref，其中，V_ref为参考电压，可得

I_d1=k(V_DD-V_ref1-V_th)²

I_d2=k(V_DD-V_ref2-V_th)²

其中，I_d1为第一次参考电压V_ref1作为输入时，驱动晶体管DTFT的漏源电流，I_d2为第二次参考电压V_ref2作为输入时，驱动晶体管DTFT的漏源电流。

驱动晶体管的不匹配表现在不同像素间常数k、电源电压信号V_DD以及阈值电压V_th的不同。

有机发光二极管207的发光亮度与驱动电流I_d成正比，而感光元件M1的反馈电流I_{d_m1}也与光亮度成正比，因此感光元件M1的反馈电流I_{d_m1}与驱动电流I_d成正比。α是一个比例系数，为固定常数，因此：

I_{d1_m1}=αI_d1

I_{d2_m1}=αI_d2

构造变换矩阵X，Y

$X=\sqrt{\frac{1}{\mathrm{\αk}}}$

Y=V_DD-V_th

则

$I_{d1\_m1}=\frac{1}{X^2}{(Y-V_{\mathrm{ref}1})}^2$

$I_{d2\_m1}=\frac{1}{X^2}{(Y-V_{\mathrm{ref}2})}^2$

求解该方程组，得

$X=\frac{V_{\mathrm{ref}2}-V_{\mathrm{ref}1}}{\sqrt{I_{d1\_m1}}-\sqrt{I_{d2\_m1}}}$

$Y=\frac{V_{\mathrm{ref}2}\sqrt{I_{d1\_m1}}-V_{\mathrm{ref}1}\sqrt{I_{d2\_m1}}}{\sqrt{I_{d1\_m1}}-\sqrt{I_{d2\_m1}}}$

因此通过V_ref1,V_ref2,I_{d1_m1},I_{d2_m1}就可以得到变换矩阵X和Y，即

$X=\mathrm{function}1(V_{\mathrm{ref}1},V_{\mathrm{ref}2},I_{d1\_m1},I_{d2\_m1})=\frac{V_{\mathrm{ref}2}-V_{\mathrm{ref}1}}{\sqrt{I_{d1\_m1}}-\sqrt{I_{d2\_m1}}}$

$Y=\mathrm{function}2(V_{\mathrm{ref}1},V_{\mathrm{ref}2},I_{d1\_m1},I_{d2\_m1})=\frac{V_{\mathrm{ref}2}\sqrt{I_{d1\_m1}}-V_{\mathrm{ref}1}\sqrt{I_{d2\_m1}}}{\sqrt{I_{d1\_m1}}-\sqrt{I_{d2\_m1}}}$

到此处，初始化阶段结束，之后进入正常工作阶段。

正常工作阶段：输入电压信号V_in经变换矩阵单元208调制后输出调制后的电压信号至选择器单元206，选择器单元206选择该调制后的电压信号作为数据电压信号V_data输出至发光驱动模块201，驱动有机发光二极管207发光。

优选地，所述变换矩阵单元208对输入电压信号V_in进行调制的变化矩阵，为反馈电信号矩阵单元205根据两次采样信号形成的反馈电信号矩阵，包括两个变换矩阵X，Y，其中：X=function1(Vref1,Vref2,I_{d1_m1},I_{d2_m1})；Y=function2(Vref1,Vref2,I_{d1_m1},I_{d2_m1})；其中：function1和function2是两个变换函数，Vref1和Vref2为初始化阶段参考电压单元先后产生的两个不同的参考电压，I_{d1_m1}和I_{d2_m1}为光信号采样模块202先后输出的两个采样信号，均为电流信号反馈。在该阶段中，发光驱动模块201工作，光信号采样模块202不工作。首先，输入电压信号V_in经过变换矩阵单元208输出调制后的电压信号至选择器单元206，选择器单元206选择该调制后的电压信号作为数据电压信号V_data，

V_data=function3(V_in,X,Y)=Y-Xp^βV_in ^γ

其中，X，Y为初始化阶段得到的变换矩阵，funtion3是一个调制函数，p，β，γ都是固定常数，

$p=\frac{I_{\max }}{V_{\max }},\mathrm{\γ}=\mathrm{\β}=\frac{1}{2}$

需要说明的是，p，β，γ的值可由本领域技术人员按照经验或实际情况确定，并不限于上述值。

将p，α，β参数代入Vdata表达式中，得

$V_{\mathrm{data}}=\mathrm{function}3(V_{\mathrm{in}},X,Y)=Y-X\sqrt{\frac{V_{\mathrm{in}}}{V_{\max }}{I}_{\max }}$

其中，I_max，V_max都是固定参数，I_max表示有机发光二极管207最大驱动电流，V_max表示最大输入电压信号。

则驱动晶体管漏极电流大小为

$I_d=k{(V_{\mathrm{DD}}-V_{\mathrm{data}}-V_{\mathrm{th}})}^2=\frac{1}{{\mathrm{\αX}}^2}{[Y-(Y-{\mathrm{Xp}}^{\mathrm{\β}}{V_{\mathrm{in}}}^{\mathrm{\γ}})]}^2=\frac{1}{\mathrm{\α}}{p}^{2\mathrm{\β}}{V_{\mathrm{in}}}^{2\mathrm{\γ}}=\frac{1}{\mathrm{\α}}\frac{V_{\mathrm{in}}}{V_{\max }}{I}_{\max }$

从上式中可知，驱动晶体管漏极电流I_d（有机发光二极管207驱动电流）只与输入电压信号V_in有关，且成一次线性关系，与驱动晶体管的阈值电压V_th，载流子迁移率等参数以及电源电压信号V_DD都无关，因此就可以完全抑制由于驱动晶体管的阈值电压，载流子迁移率等参数不匹配以及电源电压IR压降等引起的像素单元间的不一致性。

优选地，所述变换矩阵包括两个变换函数。

优选地，输入电压信号经变换矩阵单元208调制后的输出电压是初始阶段得到的变换矩阵的函数。

优选地，所述第一晶体管和驱动晶体管为P型晶体管或N型晶体管，当第一晶体管为P型晶体管时，电源电压信号为6V～12V，当第一晶体管为N型晶体管时，电源电压信号为3V～5V。在本发明实施例中，第一晶体管为P型晶体管。在本发明实施例中，模数转换器为电流模式ADC。

综上所述，本发明的有源有机发光二极管驱动系统及其驱动方法，具有以下有益效果：

首先，本发明的有源有机发光二极管驱动系统在发光驱动模块中采用了传统的2T1C结构，在光信号采样模块采用了具有嵌入式感光元件的新型采样器件，发光驱动模块和光信号采样模块结构均较为简单，操作方便，并且变换矩阵单元、参考电压单元、反馈电信号矩阵单元和选择器单元共同作用，使得所述光信号采样器件的输出电流与所述有机发光二极管的驱动电流成线性关系，不需要额外的矫正模块，从而减小了单个像素的面积，提高了显示器的显示效果。

其次，采用本发明的发光驱动模块，有机发光二极管驱动电流的大小只与输入电压信号有关，与驱动晶体管的阈值电压，载流子迁移率等参数，电源电压都无关。因此就可以完全抑制由于驱动晶体管的阈值电压，载流子迁移率等参数不匹配以及电源电压IR-drop（显示器阵列尺寸较大时，电源线V_DD上也会有一定的压降，因而各个像素内的V_DD信号有所不同）等引起的像素单元间发光亮度的不均匀性。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种有源有机发光二极管驱动系统，包括发光驱动模块和有机发光二极管，所述发光驱动模块连接有机发光二极管，并在数据电压信号的作用下驱动所述有机发光二极管发光，其特征在于，所述有源有机发光二极管驱动系统还包括：光信号采样模块和补偿电路模块，其中，

所述发光驱动模块包括第一晶体管、驱动晶体管和存储电容；所述光信号采样模块包括具有嵌入式感光元件的光信号采样器件和模数转换器；所述光信号采样器件包括控制栅、半浮栅、源极掺杂区和漏极掺杂区；所述光信号采样模块用于采集所述有机发光二极管的发光信号，并输出采样信号至所述补偿电路模块；所述光信号采样模块的操作时序为：

复位阶段：第一晶体管关断，光信号采样器件的控制栅和漏极输入第一组信号，所述第一组信号包括将所述光信号采样器件的控制栅置于高电平，漏极置于低电平，所述光信号采样器件的嵌入式感光元件正偏，半浮栅中的电荷排出，电压恢复到初始值；

充电阶段：第一晶体管导通，数据电压信号写入存储电容中，有机发光二极管发光；

感光阶段：第一晶体管关断，光信号采样器件的控制栅和漏极输入第二组信号，所述第二组信号包括将所述光信号采样器件的控制栅置于低电平，漏极置于高电平，嵌入式感光元件反向击穿，光信号采样器件的阈值电压降低；

光电流读出阶段：第一晶体管关断，光信号采样器件的控制栅和漏极输入第三组信号，所述第三组信号包括将所述光信号采样器件的控制栅和漏极置于中间电平，光信号采样器件导通，光信号采样器件的输出电流通过模数转换器转换为数字信号；

所述补偿电路模块接输入电压信号，根据所述光信号采样模块输出的采样信号生成反馈电信号矩阵，并基于所述反馈电信号矩阵，调制所述输入电压信号，以调制后的电压信号作为数据电压信号输出至所述发光驱动模块。

2.根据权利要求1所述的有源有机发光二极管驱动系统，其特征在于：所述光信号采样器件用于采集所述有机发光二极管的发光信号，并传输至所述模数转换器；所述模数转换器用于将所述有机发光二极管的发光信号转换为数字信号，并作为采样信号输出至所述补偿电路模块。

3.根据权利要求1所述的有源有机发光二极管驱动系统，其特征在于：所述半浮栅的掺杂类型与源极掺杂区、漏极掺杂区的掺杂类型相反；所述半浮栅以栅氧化层为间隔的覆盖所述光信号采样器件沟道区表面，并部分延伸至漏极掺杂区表面，且与漏极掺杂区接触并形成一嵌入式感光元件，所述感光元件通过感光采集有机发光二极管的发光信号。

4.根据权利要求2或3所述的有源有机发光二极管驱动系统，其特征在于：所述光信号采样器件的输出电流与所述有机发光二极管的驱动电流成线性关系，且所述光信号采样器件与有机发光二极管的距离小于100μm。

5.根据权利要求1或2或3所述的有源有机发光二极管驱动系统，其特征在于：所述补偿电路模块包括参考电压单元、变换矩阵单元、反馈电信号矩阵单元和选择器单元，其中，所述参考电压单元用于产生参考电压，并输入至选择器单元，作为初始化阶段的数据电压信号输出至发光驱动模块；

所述反馈电信号矩阵单元用于接收采样信号，并生成反馈电流信号矩阵，并输出至所述变换矩阵单元；

所述变换矩阵单元接输入电压信号，并根据反馈电信号矩阵单元输出的电流信号矩阵以变换矩阵对所述输入电压信号进行调制，并将调制后的电压信号输出至所述选择器单元，作为正常工作阶段的数据电压信号输出至发光驱动模块；

所述选择器单元用于选择所述参考电压单元输出的参考电压或所述变换矩阵单元输出的调制后的电压信号作为数据电压信号输出至发光驱动模块。

6.根据权利要求5所述的有源有机发光二极管驱动系统，其特征在于：所述第一晶体管的栅极接控制电压信号，第一电极接数据电压信号，第二电极与存储电容的第一端和驱动晶体管的栅极相连，存储电容的第二端接电源电压信号和驱动晶体管的第一电极，驱动晶体管的第二电极接有机发光二极管第一极。

7.根据权利要求6所述的有源有机发光二极管驱动系统，其特征在于：所述第一晶体管为N型，驱动晶体管为P型，所述第一电极为源极，第二电极为漏极，所述有机发光二极管的第一极为阳极。

8.根据权利要求6所述的有源有机发光二极管驱动系统，其特征在于：所述第一晶体管为P型，驱动晶体管为N型，所述第一电极为漏极，第二电极为源极，所述有机发光二极管的第一极为阴极。

9.一种有源有机发光二极管驱动方法，采用权利要求1～8中任意一项所述的有源有机发光二极管驱动系统，其特征在于，该方法包括：

初始化阶段：参考电压单元先后产生两个不同的参考电压，选择器单元选择该参考电压作为数据电压信号先后输出至发光驱动模块，驱动有机发光二极管发光；光信号采样模块同时进行光信号采样，并将两次的采样信号输出至补偿电路模块的反馈电信号矩阵单元；正常工作阶段：输入电压信号经变换矩阵单元调制后输出调制后的电压信号至选择器单元，选择器单元选择该调制后的电压信号作为数据电压信号输出至发光驱动模块，驱动有机发光二极管发光。

10.根据权利要求9所述的有源有机发光二极管驱动方法，其特征在于：所述变换矩阵单元对输入电压信号进行调制的变化矩阵，为反馈电信号矩阵单元根据两次采样信号形成的反馈电信号矩阵，包括两个变换矩阵X，Y，其中：X＝function1(Vref1,Vref2,I_{d1_m1},I_{d2_m1})；Y＝function2(Vref1,Vref2,I_{d1_m1},I_{d2_m1})；其中：function1和function2是两个变换函数，Vref1和Vref2为初始化阶段参考电压单元先后产生的两个不同的参考电压，I_{d1_m1}和I_{d2_m1}为光信号采样模块先后输出的两个采样信号，均为电流信号反馈。