CN104813391A - 有源矩阵显示器的低功率数字驱动 - Google Patents

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Abstract

用于驱动包括被逻辑地组织成多个行和多个列的多个像素的有源矩阵显示器(210)的数字驱动电路，每个像素包括发光元件(101)，数字驱动电路包括针对所述多个列中的每一个列的电流驱动器(203)，用于驱动预定电流通过对应的列，所述预定电流与该列中打开的像素的数目成比例。数字驱动电路还包括用于依次选择所述多个行的数字选择线驱动电路(202)和用于与所述的数字选择线驱动电路同步地将数字图像编码写入所选择的行中的像素的数字数据线驱动电路(201)。

Description

有源矩阵显示器的低功率数字驱动
发明领域
本发明涉及用于显示器的低功率数字驱动的设备和方法。更具体地，本发明设计用于补偿并数字地驱动有源矩阵显示器(诸如例如AMOLED(有源矩阵有机发光二极管)显示器)的设备和方法。
背景技术
本领域中现有的用于有源矩阵显示器(例如AMOLED显示器)的背板为每个发光元件(例如每个OLED)使用一个像素驱动电路，每个像素驱动电路驱动一个预定的电流通过相应的发光元件。实现了多个像素驱动电路的电路图，这些电路图都包括驱动预定的电流通过发光元件的驱动晶体管。图1中示出了一个示例，其中发光元件(在这一示例中是OLED 101)与驱动晶体管M1串联地耦合在电源电压VDD和接地GND之间。驱动晶体管M1的栅极连接到选择晶体管M2的主电极，选择晶体管M2的栅极连接到选择线SA，选择晶体管M2的第二主电机连接到数据线DA。电容器C1耦合在驱动晶体管M1的栅极和与驱动晶体管M1耦合的OLED 101的电极之间。
在一种模拟驱动方法中，使用了一种幅度调制方法，其中每一个发光元件(例如，OLED)在一个完整的帧周期期间以对应于所要求的灰度的强度来发射光。通过发光元件(例如，OLED)的电流是根据驱动晶体管M1的栅极上的模拟数据电压来确定的。由于这一晶体管M1优选地以饱和状态工作以便进行准确的电流控制(例如，为了消除或显著减少不同发光元件(例如OLED)之间由于发光元件(例如OLED)的阈值电压的差异而导致的亮度差异)，这类背板通常以超过8V的电源电压来驱动。驱动晶体管上的压降远高于(典型地大于4V)发光元件上的压降。这导致与发光元件相比，更多的能量被消耗在背板中。通过发光元件的电流(并因此导致的发光元件亮度)随M1栅极电压的平方而变化。这引入了非线性的显示响应，限制了精度，并且使显示器对噪声敏感。
在数字驱动方法中，可使用脉宽调制(PWM)方法，其中每一个发光元件(例如OLED)在一个帧周期的一部分期间以单一亮度发射光。在这种方法中，在期间发光元件发射光的那部分帧周期具有对应于所需灰度的持续时间。在使用基于脉宽调制的数字驱动的有源矩阵显示器(例如AMOLED显示器)中，优选的是以线性方式驱动晶体管以降低显示器的功率消耗。然而，当以线性方式驱动晶体管时，由于发光元件特性、晶体管特性或设备温度，和/或由于发光元件随时间的降级的缘故，通过发光元件的电流存在变化。这些效应在AMOLED显示器中尤其可观。这些效应导致图像的降级，这可导致例如屏幕老化。此外，尤其是对于AMOLED彩色显示器(但也不限于此)，降级在不同颜色中是不均匀的(蓝色通常比其它颜色降级得快)。因此，通常为每一个像素使用补偿电路，导致相对复杂的像素驱动器电路，且增加了像素大小。
作为使用补偿电路的替代，也已提出了用于直接控制通过数字驱动的显示器中的发光元件(例如OLED)的电流的方法。这类驱动方法的示例描述在US2011/0134163中。在这一方法中，显示器的每个像素具有串联地连接在电源供应参考线和电源供应线之间的电流供应电路、开关部分以及发光元件。开关部分使用数字视频信号在打开和关闭之间切换。电流供应电路生成流过发光元件(例如OLED)的恒定电流。尽管通过这一方法，即便在(例如，由于降级导致)电流特性改变时，每个发光元件也能够以恒定亮度发光，但这一方案的缺点在于显示器的分辨率被降低。原因是在每个像素中提供电流供应电路导致具有增加的像素大小的复杂像素电路，并由此导致变低的分辨率。此外，由于晶体管匹配问题，这一像素内电流控制的准确性可能是受限的。
发明概述
本发明的各实施例的一个目的是提供良好的用于数字驱动有源矩阵显示器的方法，有源矩阵显示器诸如例如但不限于AMOLED显示器。
上述目的通过根据本发明的各实施例的方法和设备来实现。
本发明的各方面涉及用于驱动有源矩阵显示器的数字驱动电路，以及用于数字地驱动有源矩阵显示器的方法，数字驱动电路可包括以线性方式工作的像素驱动晶体管，其中像素电路的大小和复杂度相对于现有技术被减小，并且具有对通过发光元件的电流的良好控制。
一个方面涉及用于驱动有源矩阵显示器(诸如AMOLED显示器)的数字驱动电路，该数字驱动电路包括被逻辑地组织成多个行和多个列的多个像素。每个像素包括诸如OLED之类的发光元件。该数字驱动电路包括针对所述多个列中的每一个列的电流驱动器，用于驱动预定电流通过对应的列，所述预定电流与该列中打开的像素的数目(以及因此的它们在该列中打开的发光元件(例如OLED)的数目)成比例。数字驱动电路包括用于依次选择所述多个行的数字选择线驱动电路，和用于与所述的数字选择线驱动电路同步地将数字图像编码写入所选择的行中的像素的数字数据线驱动电路。
本发明的各实施例的优点在于晶体管可被以线性模式驱动，与以饱和状态驱动的系统相比降低了功耗，实现了降低的电路复杂度，降低了串扰，并且实现了驱动晶体管的信道长度的降低以及信道宽度的增加。本发明的各实施例的另一优点在于可使用外部IC来实现电流控制，因此更为准确。附加的优点在于驱动电路中的额外的亮度控制可降低明亮的环境光下可见性降低的问题。
本发明的各实施例的一个优点在于每个列需要一个唯一的电流控制，而不是每个像素都需要。这简化了完整的驱动电路。
显示器可包括背板，并且在根据本发明的各实施例的数字驱动电路中，电流驱动器电路可以位于背板外部。这允许紧凑的显示器电路和更高的分辨率。
在本发明的各实施例中，电流驱动器电路包括基于单晶质半导体电路。这具有驱动电路高度同质的优点，从而最小化或甚至避免了晶体管与晶体管之间的变化的问题，并因此提供了非常良好的晶体管匹配。
在本发明的各实施例中，每个电流驱动器包含一个计数器，用于存储等于在给定时刻对应列中打开的发光元件(例如OLED)的数目的自然数。对计数器中存储的自然数的更新与选择线驱动电路同步，并且响应于数据线电路中呈现的数字图像数据的变化来执行。本发明的各实施例的一个优点在于显示器能够在具有良好的亮度稳定性情况下实时改变。
在将给定列中的发光元件(例如OLED)的状态从关闭改为打开之际，存储在计数器中的数字加1。在将给定列中的发光元件(例如OLED)的状态从打开改为关闭之际，存储在计数器中的数字减1。驱动通过对应列的预定电流等于存储在计数器中的自然数乘以预定的参考电流。对此，计数器可以是加/减计数器。该计数器可容易地通过例如IC来实现。
在本发明的各实施例中，每个电流驱动器在电阻上匹配的具有第一阻性路径的第一线和具有第二阻性路径的第二线之间驱动预定电流，使得对于给定列中的所有发光元件(例如OLED)阻性路径在第一和第二线的长度上基本相等。本发明的各实施例的一个优点在于阻性压降与打开像素的数目无关。电阻匹配可通过设计来实现，或者可通过技术来实现。例如，电阻匹配可通过将每个发光元件(例如OLED)的顶部电极连接回用在背板中的金属层来获得，以及通过设计来匹配电阻。
在本发明的各实施例中，有源矩阵显示器(例如AMOLED显示器)包含包括像素驱动电路的背板，所述像素驱动电路可连接到所述显示器的多个发光元件，其中每个像素驱动电路包括用于补偿列中的不同像素之间的压降中的差异，所述压降是在所述发光元件(例如OLED)和所述像素驱动电路的串联连接上确定的。本发明的各实施例的一个优点在于补偿纠正了输出中由于晶体管特性的差异、发光元件特性的差异、温度改变、随时间的降级导致的差异。
在本发明的各实施例中，补偿装置可包括用于应用数字补偿的装置。在这种情况下，补偿可仅使用小的数字组件来应用。替代地，补偿装置可包括用于模拟补偿的装置。在这种情况下，补偿可以例如通过增加压降(这是易于实现的)来实现。
本发明的另一方面涉及用于驱动有源矩阵显示器(诸如AMOLED显示器)的方法，该显示器包括被逻辑地组织成多个行和多个列的多个像素。每个像素可包括诸如发光元件，例如OLED。该方法包括：使用数字选择线驱动电路来顺序地选择多个行中的每一个，使用数字数据线驱动电路将数字图像数据写入所选行的像素，以及驱动预定电流通过每个列，给定列的预定电流与该列中打开的像素的数目成比例。
在本发明的特定实施例中，驱动电路可被用于驱动有源矩阵显示器，例如AMOLED(因此，像素可包括作为发光元件的OLED)，但本发明不限于此。数字选择线驱动电路可被用于顺序地选择所述多个行中的每一个。数字数据线驱动电路可被用于将所述数字图像编码写入到所选行中的各像素。
本发明的各实施例的优点在于由于通过给定列中的每个像素的电流的更高的准确度而改善了电流控制，而无需基于像素的电流控制。
在本发明的各实施例中，该方法进一步包括，对于每个列，存储等于在给定时刻该列中打开的像素或发光元件(例如OLED)的数目的自然数。方法还包括与选择线驱动电路同步地并且根据数字图像数据中的改变来更新该自然数。有利的是，通过每个列的电流取决于待显示的数据来更新，因为这允许在同等驱动的所有像素中获得相等的亮度。
在将给定列中的发光元件(例如OLED)的状态从关闭改为打开之际，该自然数加1。在将给定列中的发光元件(例如OLED)的状态从打开改为关闭之际，该自然数减1。驱动通过对应列的预定电流包括驱动等于存储在计数器中的自然数乘以预定的参考电流的电流。
在本发明的各实施例中，方法还包括执行校准步骤，由此通过作为像素驱动电路的一部分的补偿电路为对应列中的每个像素确定每个列的优选压降并且施加该优选压降。压降可被确定为发光元件(例如OLED)和像素驱动电路的串联连接上的电压差。补偿纠正了输出中由于温度的改变、老化等导致的差异。
本发明的各实施例的一个优点是通过发光元件(例如OLED)的电流在列级而不是像素级被控制。这一方法允许外部集成电路(例如，硅集成电路)来执行电流控制，从而允许更准确的电流控制。这些外部集成电路可以是例如基于单晶硅的电路，从而生成非常低的晶体管与晶体管间的变化并且由此提供非常良好的匹配。
本发明的各实施例的一个优点在于像素电路的复杂度可被降低，并且可获得良好的分辨率。
各个方面的特定目的和优点已在本文以上描述。当然，应理解，不一定所有此类目的或优势都可根据本发明的任何特定实施例实现。因此，例如，本领域的技术人员将认识到本发明可按实现或优化本文所教导的一个优势或一组优势的方式来具体化或执行，而不一定要同时实现本文可能教导或提出的其他目的或优势。此外，应当理解，本概述仅仅是一个示例而不旨在限制本发明的范围。关于组织和操作方法两者的本发明，连同其特征和优势一起，通过结合附图而阅读参考以下详细描述可被最好地理解。
附图说明
图1示意性地示出现有技术的AMOLED像素驱动电路的示例，其中在驱动晶体管M1的栅极上的模拟电压确定OLED亮度。
图2示意性地根据本发明的实施例的有源矩阵显示器的体系结构，其中电流在列级控制。
图3是列的示意性表示，其显示了可被使用在图2的体系结构中的多个像素，每个像素具有一个发光元件(例如OLED)。
图4示出了通过通孔连接到背板金属层的OLED顶部电极。
图5是可替代的列的示意性表示，其显示了可被使用在图2的体系结构中的多个像素。
图6示出了根据本发明的实施例的像素驱动器电路的示例，其可被用于使用背栅极的压降补偿。
图7示出了根据本发明的实施例的像素驱动器电路的示例，其可被用于使用背栅极的压降补偿。
图8示出了根据本发明的实施例的压降补偿方法，其可通过使用图6或图7中显示的像素驱动器电路来应用。
图9示出了根据本发明的实施例的像素驱动器电路的示例，其可被用于不使用背栅极的压降补偿。
图10示出了根据本发明的实施例的像素驱动器电路的示例，其可被用于不使用背栅极的压降补偿。
图11示出了根据本发明的实施例的压降补偿方法，其可通过使用图9或图10中显示的像素驱动器电路来应用。
图12示意性地示出根据本发明一些实施例的用于AMOLED显示器的列的电流驱动器的紧凑实现的示例。
在不同附图中，相同参考标记指示相同或相似元件。权利要求书中的任何附图标记不应当被解释为限制范围。
详细描述
在以下详细描述中，阐述众多具体细节以提供对本发明以及其可如何在特定实施例中实施的透彻理解。然而，将理解，本发明的各实施例不需要具有所有的这些具体细节也可以实施。在其它情形中，众所周知的方法、程序和技术并未进行详细描述以免混淆本公开。虽然将针对特定实施例并参考某些附图来描述本发明，但本发明不限于此。包括并描述与此的附图是示意性的，并不限制本发明的范围。还应注意，在附图中，出于说明目的，一些元件的大小可能被放大，因此未按比例绘制。
说明书中的术语第一、第二和第三等用于区别类似的元件，而不一定用于描述时间、空间、排列或任何其他方式的先后顺序。应理解，如此使用的术语在适当情况下是可互换的，且本文中所描述的本公开的实施例能以不同于本文所描述或示出的其它顺序操作。
另外，说明书中的术语顶部、底部、之上、之下等等用于描述性目的，而非必然地用于描述相对位置。应理解，如此使用的术语在适当情况下是可互换的，且本文中所描述的本发明的实施例能以不同于本文所描述或示出的其它取向操作。例如，本发明的特定实施例可包括用于AMOLED的驱动电流，并且在本公开的上下文中，OLED的底部电极可以是例如该OLED最靠近AMOLED显示器的有源矩阵(例如，是AMOLED显示器的有源矩阵的一部分)的那个电极。OLED的顶部电极则可以是与底部电极相对的电极。由此，AMOLED的实际朝向不被考虑。
应注意，术语“包括”不应当被解释为受限于下文中列出的含义；它不排除其它元件或步骤。因此它应当被解读为指定所述特征、整数、步骤或部件如所述及的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤或部件或其群组的存在或添加。因此，措辞“包括装置A和B的设备”的范围不应当局限于仅由组件A和B构成的设备。
OLED显示器是包括发光二极管的阵列的显示器，其中发射电致发光层是有机化合物构成的膜，其响应于电流来发射光。OLED显示器既可使用无源矩阵(PMOLED)寻址方案，也可使用有源矩阵(AMOLED)寻址方案。在OLED显示器的示例中，本发明涉及AMOLED显示器。相应的寻址方案利用薄膜晶体管背板来打开或关闭各个OLED像素。AMOLED显示器允许比PMOLED显示器更高的分辨率和更大的显示器尺寸。
然而，本发明并不限于AMOLED显示器，而是更上位地涉及普遍的任何类型的有源矩阵显示器。尽管考虑到它们的像素元件的电流切换速度，AMOLED显示器是特别有利的，但是任何类型的有源矩阵显示器都可以使用本发明的各实施例的概念。如果有源矩阵显示器的像素元件能够更快速地切换的话，这将是有利的，因为这允许获得更高的帧速率，因而获得较少闪烁的图像。
根据本发明的各实施例的有源矩阵显示器(例如AMOLED显示器)包括多个像素，每一个像素包括一个发光元件，例如OLED元件。发光元件被布置为阵列，并且被逻辑地组织成行和列。贯穿本发明的说明书，术语水平摂和垂直摂(分别与术语“行”和“列”有关)用于提供一坐标系，并且仅为了便于说明。它们并不需要但也可以指设备的一个实际物理方向。此外，术语“行”或“线”被用来描述被链接在一起的阵列元件集。该链接可以是笛卡尔阵列的行和列形式；然而，本发明不限于此。如本领域的技术人员将理解的，列和行可以容易地互换且在本公开中也意图这些术语是可互换的。另外，也可构造非笛卡尔阵列且包括在本发明的范围之内。相应地，术语“行”或“线”以及“列”应作广义解释。为了便于这一广义解释，说明书和权利要求书提到的是逻辑地组织成行和列。通过这意味着像素元件集以拓扑线性交叉方式链接在一起；然而，物理或地形布置不必如此。例如，行可以是圆形而列是这些圆的半径，因而圆和半径在本发明中描述为“逻辑组织的”行和列。此外，各行的具体名称(例如选择线和数据线)意在促进解释和指示一个特定功能的通用名称，并且这个具体的文字选择并不意图以任何方式限制本发明。应当理解的是，所有这些术语仅仅是用于促进对所描述的具体结构的更好的理解，并且不以任何方式意在限制本发明。
在本发明的上下文中，电流驱动器是被适配用于驱动电流通过有源矩阵显示器的发光元件的设备。具体来说，在本发明的上下文中，电流驱动器与显示器的一列像素相关联。电流驱动器被适配成使电流流过与电流驱动器相关联的列的发光元件，并且列的像素的发光元件接收来自与该列相关联的电流驱动器的电流。
本发明涉及用于控制有源矩阵显示器的方法和驱动电路，有源矩阵显示器诸如例如但不限于AMOLED显示器。本发明也不受限于有源矩阵的类型，类型可包括n型或p型TFT，例如MOSFET。此外，各实施例可包括任何适合类型的发光元件，例如OLED。
在一个方面，提供了一种用于控制数字驱动有源矩阵显示器的方法，其中对通过像素的发光元件的电流的控制是在列级执行的，而不是在像素级。在这一方面，通过发光元件的电流可以由外部电路而不是每个像素内部的驱动晶体管来控制。外部列驱动器电路可有利地基于半导体电路，例如单晶硅半导体电路(其提供在同一基板中制造的不同晶体管的特性之间的良好同质性)，但本发明不限于此。这一方法的有点在于电流控制可使用外部集成电路来完成，因此电流控制可更为准确。
在另一方面，本发明涉及用于驱动有源矩阵显示器210的数字数据线驱动电路201。提供了包括多个电流驱动器(列驱动器)的数字数据线驱动电路201(示意性地显示在图2中)，例如，显示器210的每一列一个电流驱动器203，其耦合到接地或电流阱204。每个电流驱动器203被适配用于驱动预定电流通过其相关联的列，每个列的电流被选择以便与该列中打开的发光元件的数目成比例。发光元件是数字驱动的，这意味着它们要么是打开的要么是关闭的。发光元件发射的光强度与要显示的灰度级无关，但该灰度级是通过对发光元件进行驱动的定时来获得的，例如通过脉宽调制。
例如，电流驱动器可以是具有针对每一列的DAC(数模转换器)的外部芯片。图2示意性地示出具有数字数据线驱动电路201的显示器体系结构，数字数据线驱动电路201包括电流驱动器203，其中电流是在列级控制的。对于每一列，电流被控制使得电流与该列中打开的发光元件的数目成比例。数据线上的数据的改变可能改变打开的发光元件的数目，因此在有利的实施例中，在数字电流驱动器203本身中包括用于更新由电流驱动器203所递送的电流的装置。例如，可包括计数器，用于与数据输入同步地更新每个列中的电流，但本发明不限于此。
数字选择线驱动电路202被用于顺序地选择显示器201(例如，包括定时控制电路)的多个行中的每一个，而数字数据线驱动电路201被用于将数字图像编码写入到所选择的行中的各个像素。
在本发明的特定实施例中，各像素的驱动晶体管可以线性方式驱动，其中源-漏电源VSD通常低于0.1V，当然本发明不限于该值。驱动晶体管可作为选择晶体管来工作(补偿)。与其中驱动晶体管在饱和状态下驱动以例如用于良好的电流控制的配置相比，这有利地导致有源矩阵中的功耗的显著降低。在本发明的各方面中，驱动晶体管的输出电阻不是问题。因此，与现有像素驱动电路中的驱动晶体管相比，可使得电路更简单，同时降低串扰。另外，由于不要求以饱和状态驱动驱动晶体管M1，而是根据本发明的实施例它可以线性方式来驱动，因此不需要满足与饱和有关的条件(诸如低输出电阻)，并且驱动晶体管M1的沟道长度可减小(例如减小1μm到或更小)，并且驱动晶体管M1的沟道宽度可增加，同时仍然保持紧凑的像素设计。
为了实现本发明的各实施例中的准确电流控制，列的预定电流优选地在第一线和第二线之间驱动，该第一线和第二线在列的长度上在电阻方面是准确匹配的，使得阻性路径对于列中的每个发光元件是相等的。在现有技术显示器中，电流在第一线和第二线之间驱动，其中第二线对应于公共的顶部电极，该公共的顶部电极是显示器中的所有发光元件的公共面。在这类使用公共顶部电极面的设备中，阻性压降取决于打开的发光元件的数目。这一问题在本发明的各实施例中得到解决。
图3是根据本发明的各实施例的显示器体系结构中的列的示意性表示，其中显示了多个像素电并联连接到受控电流源303，并且连接到受控电流阱或公共接地304。受控电流源303和受控电流阱或公共接地304中的任意一个或两者可有利地实现在外部驱动芯片上。在图3中示出的示例中，每一个像素包括如图1中的像素电路。然而，本发明不限于示出的那些像素电路配置，并且其它像素实现也可被使用。图3仅详细示出一个单个像素的这一像素电路310，但所有的像素被认为具有相同的电路；例如，所有的像素可包括发光元件101、选择晶体管M2以及连接到驱动晶体管M1和发光元件的电容器C1。
列电流被驱动在包括位于像素的每一个并联连接之间的R1电阻之间的的第一线301以及包括位于像素的每一个并联连接之间的R2电阻之间的的第一线302。在特定实施例中，所有的R1电阻基本等于所有的R2电阻。R1电阻通常与显示器的背板上的金属互联配线有关。例如，这可以是典型的30nm厚的Mo层或30nm厚的Au层。R2电阻对应于顶部电极配线，典型地包括透明金属氧化物。这类透明金属氧化物与金属相比具有明显更高的电阻。因此，为了能够实现列中的所有发光元件101(这在某些实施例中可包括OLED)的相等的阻性路径，在本发明的一些实施例中，可执行测量以获得第一线301和第二线302之间的电阻匹配。这一电阻匹配可例如通过将每个发光元件的顶部电极连接回用在背板中的同一金属层来获得，例如在图4中示出的。背板的金属层401能够被连接到每个有源元件层堆栈(例如OLED)405的顶部电极402(其可以其他方式由边缘盖板403隔离)以及底部电极404。底部电极404可以其他方式由夹层406和钝化层407隔离。通过将R1和R2实现在同一金属层上，可通过设计来匹配R1和R2。图4中示出的示例性方案关注于电阻匹配，并且该方案可以是层堆栈的一部分，例如柔性层的一部分，出于简化未示出柔性层。值得注意的是，本发明不限于图4中示出的实施例，并且可使用匹配顶部线和底部线电阻的其它实现。例如，作为通过设计来实现电阻匹配的替代，电阻匹配可基于技术修改和通过材料选择来获得。
补偿(如进一步描述的)可被用于获得各像素(驱动晶体管/发光元件单元)上的相等的电压。这允许获得通过每一个发光元件的相等的电流，而不需要在每个单独的像素中的准确的电流控制。因此，还可使各像素变得更小，并因此能够实现更高分辨率的显示器。
图3中示出的示意图可通过互换像素电路510中的驱动晶体管M1和发光元件的位置来进一步改进，如图5所示。图5中的驱动晶体管的栅极可被数字地驱动在(显示器和驱动器芯片两者的)接地和电源电压之间。这显著地降低了设计复杂度。另外，如之前提到的，第一电阻器R1可提供在第一线301上的列中的并联耦合的各像素之间，而第二电阻器R2可提供在第一线302上的列中的并联耦合的各像素之间，并且所有的第一电阻R1可基本等于第二电阻R2。
一般来说，电阻匹配不足以以相同的电流Iref和相同的(优选的)压降VL *来驱动所有打开的发光元件。差异可源于例如晶体管特性中的差异、温度的改变、老化、以及其它原因。可能能确保在参考电流Iref下(即当单个像素是打开时通过该像素的电流)在每个驱动晶体管M1和发光元件的组合上获得优选的压降VL *。例如，可应用对于驱动晶体管的压降补偿。这能够通过被称为3T2C(3个晶体管、2个电容器)的像素电路设计来实现，但本发明不限于此。例如，具有背栅极的驱动晶体管M1可如图6和图7中所示地来使用。
图6和图7中示出的电路类似于图5中的像素电路510，其进一步包括校准晶体管M3，校准晶体管M3的主电极之一连接到驱动晶体管M1的背栅极。在图6中示出的实施例中，晶体管M3可被连接在像素的阻性路径中，这意味着晶体管M3的第二主电极被耦合到与第一线301耦合的发光元件101的电极。在图7中示出的实施例中，晶体管M3不被连接在像素的阻性路径中，晶体管M3的主电极之一被耦合到驱动晶体管M1的背栅极，而另一个主电机连接到数据电路(图7中未示出)。在这两种情况下，校准晶体管M3的栅极被耦合到被适配为用于接收校准信号的校准线。
列中的每个像素的压降可以通过将所有的压降拉到例如列中的最低的那个来均匀化，如可从图8中见到的，其中电压VL被校准到V* L。这可经由数字装置(图6)或模拟装置(图7)来实现，当然对于用于这一模拟补偿的附加连接或电流源的需求可能导致电路元件的增加，并导致可能增加总的像素大小。然而，这在其中电流强度的精准调谐是必不可少的某些应用中可能是有利的实施例。校准过程将在以下更详细的阐述。
本发明不限于图6和图7中示出的用于补偿的电路。例如，可使用不同的晶体管和配置。图9中示出的电路不包含背栅极连接。该电路包括位于驱动晶体管M1的栅极和漏极(或者栅极和发射极，取决于使用的晶体管的类型)之间的校准晶体管M4。再一次，校准晶体管M4的栅极被耦合到被适配为用于接收校准信号的校准线。这可增加使用数据线的压降。本发明不受晶体管的类型的限制。
本发明也不受限于具有两个或三个晶体管的实现。图10示出了具有四个晶体管的配置，即驱动晶体管M1、选择晶体管M2、与驱动晶体管M1串联连接的又一驱动晶体管M5、以及用于控制校准并且连接到该又一驱动晶体管M5的栅极的校准晶体管M6。该又一驱动晶体管M5的栅极电压可被降低(模拟控制)并因此可获得对像素中的压降的补偿。
本发明不受这些特定实施例的限制，并且可被应用于p型以及n型晶体管。同样，驱动电路可包括背板，背板进一步包括TFT，例如氢化非晶硅(a-Si:H)、多晶硅、有机半导体、(非晶)铟镓锌氧化物(a-IGZO、IGZO)TFT，但不限于此。本发明可被应用于使用有源矩阵的显示器，但不受具体的显示器类型的限制。例如，可适用于AMOLED显示器，例如RGB或RGBW AMOLED，其可包括荧光或磷光OLED、聚合物或树状聚合物、高发电效率磷光树状聚合物等。
在本发明的第一方面，公开了一种用于数字驱动有源矩阵显示器的方法。显示器可包含组织成多个行和多个列的多个像素，每个像素包括一个发光元件。方法包括使用数字选择线驱动电路(例如使用时钟信号，但不限于此)来顺序地选择多个行中的每一个；使用数字数据线驱动电路将数字图像数据写入所选行的像素，例如以复用显示器配置，但本发明不限于此)；以及驱动预定电流通过每个列，给定列的预定电流与该列中打开的像素的数目成比例。
方法还可包括以列的像素的状态的改变来更新预定的电流。例如，当像素变为关闭时，电流相应改变，因此其与新的打开的像素的数目成比例。这可通过计数器来控制，例如包括加/减计数器的电路，但本发明不限于此。电流可被转换成模拟信号，例如经由数模转换器，并且电流可经由具有第一阻性路径的第一线301连接到每个列中的像素，各像素还连接到具有第二阻性路径的用作为电流阱304或接地的第二线301。在本发明的有利实施例中，第一和第二阻性路径是相等或基本相等的，因此每个列的像素被基本相同的电流来驱动。此处，“基本相同的电流”可被理解为彼此像差小于产生像素强度中的可注意到的差别(至少对于人眼来说)所需的差别的电流。因此，列的阻性路径不取决于打开像素的数目，而无需对每个像素进行电流控制。
尽管每个列的电流的均匀性，有源矩阵中的选择线和数据线可进一步包括晶体管。所述晶体管的细微差异(由于制造、温度等缘故)可产生轻微的不均匀的驱动。此外，本发明还使得能够在线性区域中驱动晶体管，这意味着差异甚至可以更明显，使得校准和补偿步骤的引入变得有利。
将描述一种电压校准的方法作为本发明的特定实施例的示例。
首先，执行校准过程来确定驱动晶体管M1、M5和发光元件101上的优选的压降。在校准过程期间，列中的发光元件101被顺序驱动，使得一次驱动(打开)单个发光元件101。对于打开的每个发光元件，如以下阐述的确定电压VL。列中的最低电压(即VL *)随后被选择为优选压降。这一过程对显示器的每个列重复。校准过程通常在打开显示器之际完成，并且此后可被定期地重复，诸如例如每小时一次重新校准以补偿动态效果，如温度。对于不同列，优选压降VL *可以是不同的。补偿电路，诸如例如图6和图7中示出的电路中的任意一个，可被用于为列中的每一个像素生成预定压降VL *。图8中示意性地示出补偿方法。
用于使用图6的电路来在参考电流Iref下在晶体管和像素驱动器上获得预定电压VL *的过程将被描述如下作为电压补偿的示例。在校准过程期间，当显示器被关闭时，对于所有像素，校准晶体管M3被激活(校准信号高，例如逻辑1)。这对驱动晶体管M1的背栅极放电。随后，显示器被逐行驱动(激活选择晶体管M2并且将Iref流过列)并且在每个列上测得电压VL，即发光元件和驱动晶体管M1的组合上的压降。V*是参考电流被驱动通过发光元件时发光元件上的压降，并且这个值对于每一个发光元件是已知的。驱动晶体管M1上的压降则是VL-V*。列的预定电压VL *被选择为该列中所有测得的VL值中最低的电压。随后，使用短数字脉冲来打开校准晶体管M3，直到压降VL达到列中的每个像素的预定电压电平VL *。这在图8中示意性地示出。
可使用图7中的示意图来沿用类似的校准过程。在激活列中仅有的活跃像素的选择晶体管M2活和对该像素的驱动晶体管M1的栅极进行充电之后，选择晶体管M2被再次解除激活，从而维持通过发光元件的电流Iref流动。随后，校准晶体管M3被激活以将背栅极充电到所需的电压，以将电压VL逐渐降低到优选的压降VL *。用于校准的模拟数据线可在操作期间与数字数据线共享。
图6和图7中示出的实施例之间的区别在于图6的示意图使用数字脉冲来将VL向下移动。图7的示意图使用模拟控制电压来控制VL。后者可更准确地实现，但在最终实现中可能会过于庞大，如已经提过的。图6的实现完全是数字的，但只能将VL向下移，而不能向上移。通常，背栅极电压初始为零，而更高的电压可被施加在背栅极上以降低电阻。这导致更陡峭的电阻器/晶体管负载线，并因此导致较低的VL(如图8中所示)。图7中的实现可将VL向上移，如图9和图10中所示。因此，图7中示出的实施例具有额外的优点：如果已进行了过度补偿，则背栅极处的电压可在之后被再次降低，导致VL的增加，如图11中所示。
具有背栅极的薄膜晶体管在所有的现有技术中不可用。对于不访问背栅极技术的显示器技术来说，补偿也是可能的。对于这些技术，可使用例如如图9中示出的3T2C像素驱动器。电压VL的校准可通过以下来获得：最初选择晶体管M2和校准晶体管M4被激活以对电容器C2放电。对列中的所有像素测量驱动晶体管M1和发光元件101的组合上的压降VL。当需要时，可随后通过激活选择晶体管M2和校准晶体管M4并将电压(或随后的短数字脉冲)施加到数据线上来增加压降VL。在如图9中所示的不具有背栅极的实施例中，压降VL只能够被增加，除非可将负的电压施加到数据线上。然而，施加负电压将要求复杂得多的设计。与图6和图7中示出的像素电路相比，图9的电路在同等大小下具有较低的电流。
图10中示出了像素驱动器电路的具有位于电路路径中的附加晶体管M5的另一实施例。晶体管M5一般被完全打开(例如，在电源电压下)。然而，为了在参考电流Iref下对于全部像素具有全部相等的压降VL，互补驱动晶体管M5(和互补电容器C2)上的栅极电压可使用模拟控制(例如使用校准晶体管M6)来降低。
图11示出对应于图9和图10中所示的两个像素驱动器电路的校准方法。这些驱动器电路可将电压调整到一更高的值，VL *>VL，如图9中所示的实施例的情况。如果在校准期间，晶体管的电阻增加了，则负载线的斜率降低，导致更高的VL *。
图12示意性地示出根据本发明各实施例的可被用于驱动有源矩阵显示器的列的电流驱动器203的紧凑实现的示例。为每个列提供电流驱动器203。通过EXOR门1203来比较图像数据编码(数字比特)和之前的图像数据编码，EXOR门1203的输出被驱动到例如加/减计数器，例如同步加/减计数器，有利的是驱动n位电流DAC的紧凑型时钟加/减计数器1201。计数器存储等于在给定时刻对应列中打开的发光元件的数目的自然数。在与选择线驱动电路同步的每个时钟脉冲处并且根据数字图像数据来执行对计数器1201中存储的自然数的更新。在将给定列中的发光元件的状态从关闭改为打开之际，存储在计数器1201中的数字加1。在将给定列中的发光元件的状态从打开改为关闭之际，存储在计数器1201中的数字减1。驱动通过对应列的预定电流等于存储在计数器1201中的自然数乘以预定的参考电流Iref。电流DAC(每个列一个)应当被小心设计以获得显示器上的电流线性。
根据本发明的各实施例，通过外部列驱动器控制电流的优点在于显示器的功耗可被显著降低。各像素中的驱动晶体管以线性方式工作并且因此能够以非常低的压降(例如VSD<0.1V)驱动电流通过发光元件。驱动晶体管工作为被补偿的开关，并且列上的阻性网络被准确匹配。
以上描述详细说明了本公开的某些实施例。然而，应当理解，不管以上在文本中显得如何详细，本发明可以其他方式实现。应当注意的是，在描述本发明的某些特征或方面时，特定术语的使用不应当用来暗示该术语在本文中被重定义以受限于包括与所述术语相关联的本发明的特征或方面的任何特定特性。
尽管该详细描述已示出、描述和指出应用于各实施例的本发明新颖性特征，但要理解本领域内技术人员可对所示设备或处理的形式和细节作出各种省略、替代和改变而不脱离本发明的精神。

Claims (14)

1.一种用于驱动有源矩阵显示器(210)的数字驱动电路，所述显示器(210)包括被逻辑地组织成多个行和多个列的多个像素，每个像素包括发光元件(101)，
其中所述驱动电路包括
-针对所述多个列中的每一个列的电流驱动器(203)，用于驱动预定电流通过所述对应的列，所述预定电流与该列中打开的像素的数目成比例，
-用于顺序地选择所述多个行的数字选择线驱动电路(202)，以及
-数字数据线驱动电路(201)，用于与所述数字选择线驱动电路同步地将所述数字图像编码写入到所选行中的所述像素。
2.如权利要求1所述的数字驱动电路，其特征在于，所述显示器(210)包括背板，其中所述电流驱动器电路(203)位于所述显示器背板外部。
3.如以上的权利要求中的任意一项所述的数字驱动电路，其特征在于，所述电流驱动器电路(203)包括基于单晶质半导体的电路。
4.如以上的权利要求中的任意一项所述的数字驱动电路，其特征在于，每个电流驱动器(203)包含用于存储等于在给定时间对应列中打开的发光元件的数目的自然数的计数器(1201)，所述计数器(1201)与所述选择线电路(202)同步并且响应于所述数据线电路(201)中的变化。
5.如权利要求4所述的数字驱动电路，其特征在于，所述计数器(1201)是加/减计数器。
6.如以上的权利要求中的任意一项所述的数字驱动电路，其特征在于，还包括具有第一阻性路径(301)的第一线和具有第二阻性路径(302)的第二线，在所述第一线和所述第二线之间，所述预定电流可被驱动通过每个列，其中对于每个列中的所有发光元件，所述第一和第二阻性路径在所述第一和第二线的长度上基本相等。
7.如以上的权利要求中的任意一项所述的数字驱动电路，其特征在于，还包括包括像素驱动电路(310，510)的背板，所述像素驱动电路(310，510)能够连接到所述显示器(210)的多个发光元件(101)，其中每个像素驱动电路(310，510)包括用于补偿列中的不同像素之间的压降中的差异的装置，所述压降是在所述发光元件(101)和所述像素驱动电路(310，510)的串联连接上确定的。
8.如权利要求7所述的数字驱动电路，其特征在于，所述补偿装置包括用于施加数字补偿的装置。
9.如权利要求7所述的数字驱动电路，其特征在于，所述补偿装置包括用于施加模拟补偿的装置。
10.一种用于数字地驱动有源矩阵显示器(210)的方法，所述显示器(210)包括被逻辑地组织成多个行和多个列的多个像素，所述方法包括
使用数字选择线驱动电路(202)来顺序地选择所述多个行中的每一个；
使用数字数据线驱动电路(201)来将数字图像数据写入到所选行中的像素，以及
驱动预定电流通过每个列，给定列的预定电流与该列中打开的像素的数目成比例。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括，对于每个列，存储等于在给定时间对应列中打开的像素的数目的自然数，所述数目与所述选择线电路同步并且根据所述数据线电路中的变化来更新。
12.如权利要求10或11所述的方法，其特征在于，还包括执行校准步骤，由此确定每个列的优选压降，并且为对应列中的每一个像素施加该优选压降。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，确定所述优选压降包括将所述压降确定为所述像素和所述像素驱动电路的串联连接上的电压差。
14.如权利要求10到13中的任意一项所述的方法，其特征在于，驱动预定电流通过每个列包括在包括第一阻性路径(301)的电流源(303)和包括第二阻性路径(302)的电流阱(304)之间驱动电流，其中所述第一和第二阻性路径的电阻基本相等。
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