CN1776797B - 显示设备和其驱动方法 - Google Patents

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Abstract

一种包括多个像素的显示设备，其中每个像素包括：发光元件；电容器；驱动晶体管，其具有控制端、输入端、和输出端并且将驱动电流提供给发光元件以发光；第一开关单元，其以二极管方式连接驱动晶体管并且响应于扫描信号将数据电压提供给电容器；和第二开关单元，其将驱动电压提供给驱动晶体管并且响应于发射信号将电容器连接到驱动晶体管，其中电容器通过第一开关单元而连接到驱动晶体管，依赖于数据电压和驱动晶体管的阈值电压来存储控制电压，并且电容器被通过第二开关单元连接到驱动晶体管以提供控制电压给驱动晶体管。

Description

显示设备和其驱动方法
相关申请的交叉参考
本申请要求于2004年11月15日提交的韩国专利申请No.10-2004-0093210的优先权，在此通过参考合并其整个内容。
技术领域
本发明涉及一种显示设备和其驱动方法，更具体地说，本发明涉及一种发光显示设备及其驱动方法。
背景技术
轻薄型个人计算机和电视机发展的最新趋势需要轻薄的显示设备，满足这种要求的平板显示器正在替代传统的阴极射线管(“CRT”)。
平板显示器的例子包括液晶显示器(“LCD”)、场致发射显示器(“FED”)、有机发光二极管(“OLED”)显示器、等离子显示板(“PDP”)等。
通常，有源矩阵平板显示器包括以矩阵排列的多个像素，并且该显示器通过根据给定亮度信息控制像素的亮度来显示图像。OLED显示器是通过电致发光有机材料来显示图像的自发射显示设备，并且OLED显示器具有低功耗、宽视角、和快响应时间，从而对于显示运动图像非常有利。
OLED显示器的像素包括OLED和驱动薄膜晶体管(“TFT”)。OLED发射具有由驱动TFT驱动的电流所确定的强度的光，从而其依赖于驱动TFT的阈值电压和驱动TFT的栅极和源极之间的电压。
TFT包括多晶硅或非晶硅a-Si。多晶硅TFT具有几个优点，但是其也有缺点，如制造多晶硅的复杂度，从而增加了制造成本。此外，使用多晶TFT制造大的OLED显示器非常困难。
相反地，可以很容易地将a-Si TFT应用到大的OLED显示器并且用比制造多晶硅TFT少的工艺步骤来生产a-Si TFT。但是，a-Si TFT的阈值电压在长时间施加DC控制电压的情况下随着时间而漂移，从而对于给定数据电压，亮度会变化。
而且，OLED的长时间驱动使得OLED的阈值电压漂移。对于使用n型驱动TFT的OLED显示器，由于将OLED连接到驱动TFT的源极，所以OLED的阈值电压的漂移改变驱动TFT的源极处的电压从而改变由驱动TFT驱动的电流。因此，OLED显示器的图像质量就可能变坏。
OLED和驱动晶体管的阈值电压的漂移可以通过在驱动电压和OLED之间提供几个晶体管来进行补偿。但是，这样的几个晶体管可能消耗大量功率。
发明内容
本发明解决了传统技术的问题。
在本发明的实施例中，提供了包括多个像素的显示设备.每个像素包括发光元件；电容器；驱动晶体管，其具有控制端、输入端、和输出端并且将驱动电流提供给发光元件以发光；第一开关单元，其以二极管方式连接驱动晶体管，响应于扫描信号将数据电压提供给电容器并且将公共电压提供给驱动晶体管的输出端；和第二开关单元，其将驱动电压提供给驱动晶体管并且响应于发射信号将电容器连接到驱动晶体管，其中电容器通过第一开关单元而连接到驱动晶体管，依赖于公共电压、数据电压和驱动晶体管的阈值电压来存储控制电压，并且电容器被通过第二开关单元连接到驱动晶体管以提供控制电压给驱动晶体管.
第一开关单元可包括第一开关晶体管，其响应于扫描信号将驱动晶体管的控制端和输入端进行连接；以及第二开关晶体管，响应于扫描信号将电容器连接到数据电压。
第一开关单元还可以包括第三开关晶体管，其响应于扫描信号而将所述公共电压提供给驱动晶体管的输出端。
第二开关单元可以包括第四开关晶体管和第五开关晶体管，第四开关晶体管响应于发射信号而将驱动晶体管的输入端连接到驱动电压，而第五开关晶体管响应于发射信号而将电容器连接到驱动晶体管的输出端。
控制电压可以等于公共电压和减去了数据电压的阈值电压之和。
数据电压可以具有负值。
第一到第五开关晶体管和驱动晶体管可以包括非晶硅薄膜晶体管并且可以包括N型薄膜晶体管。
发光元件可以包括有机发光组件。
在发光元件的发射周期期间，可以仅仅通过第四开关晶体管和驱动晶体管来连接驱动电压和发光元件。
在发光元件的发射周期之前的关断周期可以确保在发射周期中第四开关晶体管导通之前将第一开关晶体管关断。
在预充电周期期间可以导通第一到第五开关晶体管，在主充电周期期间可以关断第四和第五开关晶体管并且将第一到第三晶体管保持导通，在关断周期期间可以关断第一到第三开关晶体管并且将第四和第五开关晶体管保持关断，并且在发射周期期间可以导通第四和第五开关晶体管并且将第一到第三晶体管保持关断。
在发光元件的发射周期中，发光元件的输出电流可以不依赖于驱动晶体管的阈值电压。发光元件的输出电流可以是1/2k(Vss-Vdata)2，其中k是常数，Vss是公共电压，而Vdata是数据电压。
可以在发光元件的发射周期期间通过不多于两个的晶体管来连接驱动电压和发光元件。
显示设备还可以包括：扫描线，其提供扫描信号；数据线，其提供数据电压；和发射线，其提供发射信号，其中扫描线和发射线基本上彼此平行，而数据线基本上垂直于扫描线和发射线。
在本发明的另一个实施例中，提供了一种显示设备，其包括：发光元件；驱动晶体管，其具有连接到第一电压的第一端、连接到发光元件的第二端、和控制端；电容器，其连接在驱动晶体管的第二端和控制端之间；第一开关元件，其响应于扫描信号而进行操作并且被连接到驱动晶体管的第一端和控制端之间；第二开关元件，其响应于扫描信号进行操作并且被连接在电容器和数据电压之间；第三开关元件，其响应于扫描信号进行操作，并且被连接到驱动晶体管的第二端和第二电压之间；第四开关元件，其响应于发射信号进行操作并且被连接到第一电压和驱动晶体管的第一端之间；以及第五开关元件，其响应于发射信号进行操作并且被连接在电容器和驱动晶体管的第二端之间.
在连续的第一到第四周期中，在第一周期期间第一到第五晶体管导通；在第二周期期间，第一、第二、和第三晶体管导通而第四和第五晶体管关断；在第三周期期间第一到第五晶体管都关断；并且在第四周期期间，第一、第二和第三晶体管关断而第四和第五晶体管导通。
数据电压可等于或低于零。
在本发明的另一个示例实施例中，提供了一种驱动显示设备的方法，该显示设备包括发光元件，具有控制端、第一端、和连接到发光元件的第二端的驱动晶体管，以及连接到驱动晶体管的控制端的电容器，所述方法包括：将驱动晶体管的第一端和控制端进行连接；将驱动晶体管的第二端与公共电压进行连接；将电容器连接到数据电压；将电容器连接在驱动晶体管的第二端和控制端之间；并且将驱动晶体管的第一端连接到驱动电压。
该方法还包括：将第一电压施加到驱动晶体管的控制端以对电容器进行充电。
该方法还包括：在将驱动晶体管的第一端和控制端进行连接后将驱动晶体管的第一端和控制端进行隔离。
该方法还包括：将电容器和驱动晶体管从外部信号源分离开。
在本发明的另一个实施例中，提供了一种驱动显示设备的方法，该显示设备包括发光元件、连接到发光元件的驱动晶体管、和连接到驱动晶体管及发光元件的电容器，所述方法包括：施加对电容器充电的第一电压和数据电压；通过驱动晶体管将存储在电容器中的电压放电到第二电压；向驱动晶体管施加进行放电之后的电容器的电压以导通驱动晶体管；并且通过驱动晶体管将驱动电流提供给发光元件以发光。
在本发明的另一个实施例中，一种显示设备包括发光元件和将驱动电流提供给发光元件的驱动晶体管，其中在发射周期期间，驱动晶体管的阈值电压的变化基本上不影响发光元件的输出电流。
所述显示设备还包括提供数据电压的数据线，其中将发光元件连接到公共电压，并且在发射周期期间发光元件的输出电流是1/2k(Vss-Vdata)2，其中k是常数，Vss是公共电压，并且Vdata是数据电压。
在发射周期期间可以由不多于两个的晶体管将驱动电压和发光元件进行连接，从而保持较小的功率消耗。
附图说明
通过参照附图详细描述其实施例，本发明将变得明显，其中：
图1示出了根据本发明的OLED显示器的示例实施例的框图；
图2示出了根据本发明的OLED显示器的示例实施例的示例像素的等效电路图；
图3示出了在图2中示出的示例发光元件和示例开关晶体管的剖视图；
图4示出了根据本发明的有机发光元件的示例实施例的示意图；
图5示出了根据本发明的OLED显示器的示例实施例的几个示例信号的时序图；
图6A-6D示出了图5中所示各个周期的示例像素的等效电路图；
图7示出了根据本发明的OLED显示器的示例实施例的示例驱动晶体管的端子处的电压的波形图；
图8示出了示例驱动晶体管的不同阈值电压的输出电流的波形图；和
图9示出了示例发光元件的不同阈值电压的输出电流的波形图。
具体实施方式
以下，参照附图来详细说明本发明的实施例，其中示出了本发明的优选实施例。
在附图中，为了清晰而夸大了层和区域的厚度。相同的附图标记在全文中指示相同的元件。应该理解当将诸如层、区域、或基底的元件称为在另一个元件“上”时，其可能直接在另一个元件上或者也可能存在中间元件。相反地，当元件被称为“直接”在另一个元件“上”时，则没有中间元件。
下面将参照附图来描述根据本发明的显示设备及其驱动方法的示例实施例。
参照图1-7，将详细地描述根据本发明的有机发光二极管(“OLED”)显示器的示例实施例。
图1示出了根据本发明的OLED显示器的示例实施例的框图，而图2示出了根据本发明的OLED显示器的示例实施例的示例像素的等效电路图。
参照图1，OLED显示器包括：显示板300；三个驱动器，包括扫描驱动器400、数据驱动器500、和发射驱动器700，每个驱动器都连接到显示板300；和信号控制器600，其控制上述元件。
参照图1，显示板300包括多条信号线，多条电压线(未示出)，和多个连接在其上、并且基本上以矩阵排列的像素PX。
信号线包括：多条扫描线G1-Gn(还被称为“栅极线”)，其发送扫描信号(还被称为“栅极信号”)；多条数据线D1-Dm，其发送数据信号；以及多条发射线S1-Sn，其发送发射信号。扫描线G1-Gn和发射线S1-Sn基本上在行方向上伸展并且基本上彼此平行，而数据线D1-Dm基本上在列方向上伸展并且彼此平行。像素PX位于数据线D1-Dm的相邻线对和扫描线G1-Gn的相邻线对之间。
参照图2，电压线包括驱动电压线(未示出)，其发送驱动电压Vdd。
每个像素PX，例如连接到扫描线Gi和数据线Dj的像素，包括OLED LD、驱动晶体管Qd、电容器Cst和五个开关晶体管Qs1-Qs5。如图所示，还将每个像素PX连接到发射线Si。
驱动晶体管Qd具有如栅极端的控制端Ng、如漏极端的输入端Nd、和如源极端的输出端Ns。将驱动晶体管Qd的输入端Nd连接到驱动电压Vdd。
将电容器Cst连接到驱动晶体管Qd的控制端Ng和输出端Ns之间。
OLED LD具有连接到驱动晶体管Qd的输出端Ns的阳极和连接到公共电压Vss的阴极。OLED LD发射具有一定强度的光，该强度依赖于驱动晶体管Qd的输出电流ILD。驱动晶体管Qd的输出电流ILD依赖于控制端Ng和输出端Ns之间的电压Vgs。
开关晶体管Qs1-s3响应于从扫描线G1-Gn来的扫描信号进行操作。如将要详细说明的，开关晶体管Qs1-s3共同形成了显示设备中的第一开关单元，其以二极管方式连接驱动晶体管Qd并且响应于扫描信号将数据电压提供给电容器Cst。
将开关晶体管Qs1连接在驱动晶体管Qd的控制端Ng和输入端Nd之间，并且将开关晶体管Qs2连接在数据线Dj和电容器Cst之间，并且将开关晶体管Qs3连接在驱动晶体管Qd的输出端Ns和公共电压Vss之间。
开关晶体管Qs4和Qs5响应于从发射线S1-Sn来的发射信号进行操作。如将要说明的，开关晶体管Qs4和Qs5一起形成了显示设备中的第二开关单元，其将驱动电压Vdd提供给驱动晶体管Qd并且响应于发射信号将电容器Cst连接到驱动晶体管Qd。
将开关晶体管Qs4连接到驱动晶体管Qd的输入端Nd和驱动电压Vdd之间，并且将开关晶体管Qs5连接到电容器Cst和驱动晶体管Qd的输出端Ns之间。
开关晶体管Qs1-Qs5以及驱动晶体管Qd是包括a-Si或多晶硅的n沟道场效应晶体管(“FET”)。但是，晶体管Qs1-Qs5和Qd可以是以与n沟道FET相反的方式操作的p沟道FET。
现在，将参照图3和4来更详细描述如图2所示的OLED LD和连接到其上的开关晶体管Qs5的结构。
图3示出了如图2所示的示例开关晶体管Qs5和示例OLED LD的剖视图，而图4示出了根据本发明的OLED的示例实施例的示意图。
在绝缘基底110上形成还被称为栅极电极的控制电极124。控制电极124最好由诸如铝Al和Al合金的含Al金属、诸如银Ag和Ag合金的含Ag金属、诸如铜Cu和Cu合金的含Cu金属、诸如钼Mo和Mo合金的含Mo金属、铬Cr、钛Ti、或钽Ta制成。控制电极124可以具有包括带有不同物理特性的两种薄膜的多层结构，其中两种薄膜之一最好由低阻性金属制成，包括含有Al的金属、含Ag的金属、和含Cu的金属，从而减少信号延迟或电压降。在多层结构中的另一个薄膜最好由诸如含钼的金属、Cr、Ta或Ti的材料制成，其具有良好的物理、化学特性和与诸如氧化铟锡(“ITO”)或氧化铟锌(“IZO”)等其他材料的良好电接触特性。显示适当的特性的两种薄膜组合的例子包括：下层Cr薄膜和上层Al(合金)薄膜以及下层Al(合金)薄膜和上层Mo(合金)薄膜。但是，栅极电极124可以由各种金属或导体制成而并且不限于在这里所述的例子。栅极电极124的侧边相对于绝缘基底110的表面倾斜，并且其倾斜角度的范围大约是30-80度。
在控制电极124上形成最好由氮化硅(SiNx)制成的绝缘层140，并且该绝缘层140可进一步形成在不由控制电极124覆盖的绝缘基底110的部分上。
在绝缘层140上形成最好由氢化a-Si或多晶硅制成的半导体154，并且在半导体154上形成最好由大量掺杂有诸如磷的n型杂质的n+氢化a-Si或硅化物制成的欧姆触点对163和165。应该理解杂质是被合并到半导体材料中以提供自由电子(n型杂质)或空穴(p型杂质)的物质。掺杂工艺是为了改变其电特征的目的而将掺杂物引入到半导体中的过程，其中掺杂物是被引入到半导体中以建立或者p型(受主)或n型(施主)电导性的元素。半导体154的侧边和欧姆触点163和165相对于基底110的表面倾斜，并且其倾斜角最好在大约30-80度的范围中。
在欧姆触点163和165以及绝缘层140的上面形成例如漏极电极的输入电极173、和例如源极电极的输出电极175.输入电极173和输出电极175最好由诸如Cr、Mo、Ti、Ta或其合金的耐熔金属制成.但是，它们也可以具有包括耐熔金属薄膜(未示出)和低阻性薄膜(未示出)的多层结构.显示出适当的特性的多层结构的例子包括：具有下层Cr/Mo(合金)薄膜和上层Al(合金)薄膜的双层结构、以及具有下层Mo(合金)薄膜、中间Al(合金)薄膜、和上层Mo(合金)薄膜的三层结构.如同控制电极124，输入电极173和输出电极175具有倾斜的边缘轮廓，并且其倾斜角相对于绝缘基底110的范围是大约30-80度.
输入电极173和输出电极175彼此隔离并且被相对于控制电极124彼此相对放置。控制电极124、输入电极173、和输出电极175以及半导体154形成TFT，作为开关晶体管Qs5工作，其具有位于输入电极173和输出电极175之间的、在半导体154上面的沟道。
仅仅在半导体154的下层半导体条与其上的上层电极173和175之间插入欧姆触点163和165。半导体154包括暴露部分，其不被输入电极173和输出电极175所覆盖。
在电极173和175、半导体154的暴露部分、和不由电极173和175以及半导体154覆盖的绝缘层140的部分之上形成钝化层180。钝化层180最好由诸如氮化硅或氧化硅的无机绝缘体、有机绝缘体、或低介电绝缘材料制成。低介电绝缘材料最好具有低于4.0的介电常数，例子包括由等离子增强化学汽相淀积(“PECVD”)形成的a-Si:C:O和a-Si:O:F。有机绝缘体可以具有感光性，并且钝化层180可以具有平坦的表面。钝化层180可以具有包括下层无机薄膜和上层有机薄膜的双层结构，从而其可以利用有机薄膜的优点并且其保护半导体154的暴露部分。钝化层180具有暴露输出电极175的一部分的接触孔185。
在钝化层180上形成像素电极190。将像素电极190通过接触孔185物理地和电性地连接到输出电极175，并且其最好由诸如ITO或IZO的透明导体或由诸如Cr、Ag或Al的反射金属制成。
在钝化层180上形成分区361，该分区361还可以覆盖像素电极190的部分。分区361包围像素电极190以象堤岸一样限制在像素电极190上的开口，并且其最好由有机或无机绝缘材料制成。
在不与分区361重叠的像素电极190上形成有机发光组件370。换句话说，将有机发光组件370限制在由分区361包围的开口内。
参照图4，有机发光组件370具有多层结构，该结构包括发射层EML和用于提高发射层EML的发光效率的辅助层。该辅助层包括用于增强电子和空穴的平衡的电子传输层ETL和空穴传输层HTL。发射层EML可以被安放在电子传输层ETL和空穴传输层HTL之间。辅助层还可以包括用于提高电子和空穴的注入的电子注入层EIL和空穴注入层HIL。空穴传输层HTL可位于空穴注入层HIL和发射层EML之间。可以将电子传输层ETL放置在发射层EML和电子注入层EIL之间。或者，可以省略辅助层。
如在图3中进一步示出的，在分区361上形成具有低阻性的、诸如Al(合金)的辅助电极382。
在有机发光组件370和分区361上形成提供有公共电压Vss的公共电极270，进一步还可以在辅助电极382上形成该公共电极270。公共电极270最好由诸如Ca、Ba、Cr、Al或Ag的反射金属，或由诸如ITO或IZO的透明导性材料制成。
因为在辅助电极382的上面形成公共电极270，所以辅助电极382与公共电极270接触从而补偿公共电极270的导电性以防止公共电极270的电压畸变。
在向显示板300的顶部发射光的顶发射OLED显示器中使用不透明的像素电极190和透明的公共电极270的组合，而在向显示板300的底部发射光的底发射OLED显示器中使用透明像素电极190和不透明公共电极270的组合。
像素电极190、有机发光组件370、和公共电极270形成具有像素电极190作为阳极和公共电极270作为阴极的OLED LD，反之亦然。OLED LD根据发光组件370的材料而唯一地发射一组彩色光中的一种颜色光。示例的一组颜色包括红色、绿色和蓝色，并且通过添加这三种颜色而实现图像的显示。这组颜色可以是原色，并且可以由这三种原色的添加来实现图像的显示。
再次参照图1，将扫描驱动器400连接到显示板300的扫描线G1-Gn，并且该驱动器合成用于导通开关晶体管Qs1-Qs3(如图2所示)的高电平电压Von和用于关断开关晶体管Qs1-Qs3的低电平电压Voff以产生用于应用到扫描线G1-Gn的扫描信号。
将数据驱动器500连接到显示板300的数据线D1-Dm并且将数据信号Vdata施加到数据线D1-Dm。
将发射驱动器700连接到显示板300的发射线S1-Sn，并且该发射驱动器700合成用于导通开关晶体管Qs4和Qs5的高电平电压Von和用于关断开关晶体管Qs4和Qs5的低电平电压Voff以产生用于应用到发射线S1-Sn的发射信号。
信号控制器600控制扫描驱动器400、数据驱动器500、和发射驱动器700。
可以将扫描驱动器400、数据驱动器500、和发射驱动器700的一个或多个实现为安装在显示板300上或在以载带封装(“TCP”)形式的柔性印刷电路(“FPC”)薄膜上的集成电路(“IC”)芯片，其附连到显示板300。或者，将扫描驱动器400、数据驱动器500、和/或发射驱动器700与信号线G1-Gn、D1-Dm、和S1-Sn以及晶体管Qd和Qs1-Qs5一起集成到显示板300中。
现在，将在参照图1-2之外还参照图5-7来描述上述OLED显示器的操作。
图5示出了根据本发明的OLED显示器的示例实施例的几个信号的时序图。图6A-6D示出了在图5中示出的各个周期的示例像素的等效电路图，图7示出了根据本发明的OLED显示器的示例实施例的示例驱动晶体管端子上的电压波形。
如图1所示，将输入图像信号R、G、和B以及控制显示板300的输入控制信号提供给信号控制器600。输入控制信号包括，例如来自于外部图形控制器(未示出)的垂直同步信号Vsync，水平同步信号Hsync、主时钟信号MCLK、和数据使能信号DE。在产生扫描控制信号CONT1、数据控制信号CONT2、和发射控制信号CONT3并且在根据输入控制信号和输入图像信号R、G、和B而处理适于显示板300的操作的图像信号R、G和B之后，信号控制器600将扫描控制信号CONT1发送到扫描驱动器400，将处理的图像信号DAT和数据控制信号CONT2发送到数据驱动器500，并且将发射控制信号CONT3发送到发射驱动器700。
扫描控制信号CONT1包括用于指令扫描开始的扫描开始信号STV和用于控制高电平电压Von的输出时间的至少一个时钟信号。扫描控制信号CONT1可以包括用于定义高电平电压Von的持续时间的多个输出使能信号OE。
数据控制信号CONT2包括用于通知一组像素PX的数据传输的开始的水平同步开始信号STH、用于施加指令数据电压到数据线D1-Dm的负载信号LOAD，和数据时钟信号HCLK。
响应于从信号控制器600来的数据控制信号CONT2，数据驱动器500接收一组像素PX(例如，从信号控制器600来的第i行像素)的图像数据的数据包，将图像数据转换为模拟数据电压Vdata，并且将数据电压Vdata施加到数据线D1-Dm。
响应于从信号控制器600来的扫描控制信号CONT1，扫描驱动器400使得第i条扫描信号线Gi的扫描信号Vgi等于高电平电压Von，从而将连接到第i条扫描信号线Gi的开关晶体管QS1-Qs3导通。此时，驱动晶体管Qd以二极管方式连接，其中驱动晶体管Qd的控制端Ng和输入端Nd彼此相连。
发射驱动器700响应于从信号控制器600来的发射控制信号CONT3而保持发射信号Vsi等于高电平电压Von，从而维持开关晶体管Qs4和Qs5导通。
图6A示出了在这种状态中的像素的等效电路，并且将这个周期称为如图5所示的预充电周期T1。如图6A所示，可以分别将开关晶体管Qs4和Qs5表示为电阻器r1和r2。
由于电容器Cst的一端N1和驱动晶体管Qd的控制端Ng被通过电阻器r1连接到驱动电压Vdd，所以它们的电压等于驱动电压Vdd减去电阻器r1的电压降并且被电容器Cst保持。此时，最好驱动电压Vdd高于数据电压Vdata以导通驱动晶体管Qd。
然后，驱动晶体管Qd导通以输出电流并且由驱动晶体管Qd驱动的电流流入到公共电压Vss中而不是流到OLED LD中。因此，OLED LD在预充电周期T1中不发光，从而提高了图像质量。
随后，如图5所示，在发射驱动器700将发射信号Vsi变化为低电平电压Voff以关断开关晶体管Qs4和Qs5(之前在图6A中表示为r1和r2)时主充电周期T2开始。由于扫描信号Vgi在这个周期T2中维持高电平电压Von，所以开关晶体管Qs1-Qs3保持它们的导电状态。
参照图6B，当维持二极管方式连接(其中将驱动晶体管Qd的控制端Ng和输入端Nd彼此连接)的同时将驱动晶体管Qd从驱动电压Vdd分离，并且还将公共电压Vss提供给驱动晶体管Qd的输出端Ns。由于驱动晶体管Qd的控制端电压Vng足够高，所以驱动晶体管Qd保持其导电状态。
因此，电容器Cst开始通过驱动晶体管Qd将在预充电周期T1中预充电的电压进行放电，并且驱动晶体管Qd的控制端电压Vng变得更低，如图7所示。控制端电压Vng的电压继续下降直到在驱动晶体管Qd的控制端Ng和输出端Ns之间的电压Vgs等于驱动晶体管Qd的阈值电压Vth为止，其中电压Vgs等于控制端的电压Vng减去输出端的电压Vns以等于阈值电压Vth，从而驱动晶体管Qs不提供更多的电流。
也就是，在主充电周期T2，
Vgs＝Vth                            (1)
同时，还将数据电压Vdata提供给电容器Cst的一端N2，并且在电容器Cst中存储的电压等于驱动晶体管Qd的控制端电压Vng和数据电压Vdata之差。
然后，由下式给出在电容器Cst中存储的电压Vc：
Vc＝Vss+Vth-Vdata                   (2)
因此，在电容器Cst中存储的电压仅仅依赖于驱动晶体管Qd的阈值电压Vth和数据电压Vdata，因为公共电压Vss可以是零。
由于在发射周期T4中电压Vc确定OLED的电流ILD，所以所输入的数据电压Vdata等于或小于零。
在将电压Vc存储在电容器Cst中之后，扫描驱动器400将扫描信号Vgi改变到低电平电压Voff以关断开关晶体管Qs1-Qs3，将其称为关断周期T3。由于发射信号Vsi在这个周期T3中保持低电平电压Voff，所以开关晶体管Qs4和Qs5维持它们的关断状态。
参照图6C，驱动晶体管Qd的输入端Nd和电容器Cst的端N2被开路。虽然将驱动晶体管Qd的输出端Ns耦合到OLED LD，但是驱动晶体管Qd不驱动电流并且因此其等效于当驱动晶体管Qd的输出端Ns是开路的情况。因此，不存在该电路的充电的流入和流出并且电容器Cst维持在主充电周期T2中其所存储的电压Vc。
在从关断所有开关晶体管Qs1和Qs5算起经过预定的时间之后，发射驱动器700将发射信号Vsi改变为高电平电压Von以导通开关晶体管Qs4和Qs5，从而发射周期T4开始。由于扫描信号Vgi在该周期T4中维持其低电平电压Voff，所以开关晶体管Qs1-Qs3仍处于关断状态。
参照图6D，电容器Cst连接在驱动晶体管Qd的控制端Ng和输出端Ns之间，并且驱动晶体管Qd的输入端Nd连接到驱动电压Vdd，并且驱动晶体管Qd的输出端Ns连接到OLED LD。
参照图7，由于电容器Cst的端N1是开路，所以在驱动晶体管Qd的控制端电压Vng和输出端电压Vns之间的电压Vgs变得等于在电容器Cst中存储的电压Vc(即，Vgs＝Vc)，驱动晶体管Qd将输出电流ILD提供给OLED LD，其具有由电压Vgs控制的幅度。因此，OLED LD发射具有一定强度的光以显示图像，该强度依赖于输出电流ILD的幅度。
由于无论OLED LD所施加的负载如何，电容器Cst总维持在主充电期间T2所存储的电压Vc(即，Vc＝Vss+Vth-Vdata)，所以用下式来表示输出电流ILD：
ILD＝1/2k(Vgs-Vth)2
   ＝1/2k(Vss+Vth-Vdata-Vth)2                (3)
   ＝1/2k(Vss-Vdata)2
这里，k是依赖于晶体管的特性并且由等式k＝μ·Ci·W/L给定的常数，其中μ代表场效应迁移率，Ci代表在控制端和沟道之间放置的绝缘体的电容，W代表沟道宽度，而L代表沟道长度。
参照关系式(3)，在发射周期T4中的输出电流ILD仅仅由数据电压Vdata和公共电压Vss决定，这是因为k是常数。因此，输出电流ILD即不受驱动晶体管Qd的阈值电压Vth的变化的影响也不受OLED LD的阈值电压VthLD的变化的影响。
结果是，根据本发明的OLED显示器的示例实施例补偿了驱动晶体管Qd的阈值电压Vth和OLED LD的阈值电压VthLD的变化。
此外，由于在发射周期T4中在驱动电压Vdd和OLED LD之间仅仅连接有开关晶体管Qs4和驱动晶体管Qd，所以功耗较小。
如果在主充电周期T2结束之后马上开始发射周期T4，则开关晶体管Qs4可能在开关晶体管Qs1关断之前导通，从而从驱动电压Vdd来的充电载流子进入到电容器Cst，因此改变了存储在电容器Cst中的电压Vc。相反地，在本发明的示例实施例中，在主充电周期T2和发射周期T4之间放置关断周期T3，T3确保在开关晶体管Qs1关断之后开关晶体管Qs4才导通。
发射周期T4继续直到在随后的帧中对应像素的预充电周期T1开始为止。对于随后一组像素，在周期T1-T4中的OLED显示器的操作重复。但是，注意在第i像素行的主充电周期T2完成之后，例如第i+1像素行的预充电周期T1开始。以这种方式，为所有像素执行在周期T1-T4中的操作以显示图像。
可以调节周期T1-T4的长度。
公共电压Vss可以大约等于0V。驱动电压Vdd最好具有例如等于15V的幅度以提供足够的充电载流子给电容器Cst并且使得驱动晶体管Qd产生输出电流ILD。数据电压Vdata具有如上所述的负号，并且随着所述数据电压Vdata的绝对幅度增大，输出电流ILD也增大。
对阈值电压的变化进行了仿真，其将会参照图8和9进行描述。
图8示出了示例驱动晶体管的不同阈值电压的输出电流的波形图，图9示出了示例OLED的不同阈值电压的输出电流的波形图。
使用SPICE(着重于集成电路的仿真程序)执行仿真。在驱动电压Vdd等于15V、公共电压Vss等于0V、和数据电压Vdata等于-4.5V的情况下进行该仿真。应该理解这些实施例的OLED显示器还可以在变化的条件下运行，并且这些条件只是示例性的。
图8示出了当驱动晶体管Qd的阈值电压Vth从2.0V变化到3.0V时输出电流ILD的变化。OLED LD的电流，即输出电流ILD，对于2.0V的阈值电压Vth，等于大约1.394μA，并且对于3.0V的阈值电压，等于大约1.375μA。因此，当驱动晶体管Qd的阈值电压Vth增加1V时，电流的变化仅仅是大约19nA，其只是初始电流的1.363％。
图9示出了当OLDE LD的阈值电压Vth_LD从2.8V变化到3.3V时输出电流ILD的变化。对于2.8V的阈值电压Vth_LD，输出电流ILD等于大约1.306μA，而对于的3.3V的阈值电压Vth_LD，输出电流ILD等于大约1.291μA。因此，当OLDE LD的阈值电压Vth_LD增加0.5V时，电流的变化仅仅是大约15nA，其仅仅相当于初始电流的1.149％。
与一个像素包括两个驱动晶体管的传统OLED显示器相比较，输出电流ILD的这些变化是可以忽略的。
该仿真示出了根据本发明的实施例的OLED显示器补偿了驱动晶体管Qd的阈值电压Vth和OLED LD的阈值电压Vth_LD的变化。
如上所述，根据本发明的OLED显示器的示例实施例包括五个开关晶体管、一个驱动晶体管、一个OLED、和一个电容器。电容器存储依赖于数据电压和驱动晶体管的阈值电压的电压，以补偿驱动晶体管和OLED的阈值电压漂移，从而防止图像质量的下降。
此外，除发射周期之外，流经OLED的电流被阻挡从而提高了图像质量，并且在发射周期中在驱动电压和OLED之间只连接两个晶体管，从而减小了功耗。
虽然在这里已经详细描述了根据本发明的优选实施例，但是应该理解对于本领域的普通技术人员来说，这里所示教的基本发明概念的许多变化和/或修改仍然落在如在所附的权利要求所定义的、本发明的范围和精神内。而且，术语第一、第二等的使用并不表示重要性的顺序，而仅仅用于区分不同的元件。而且，量词等术语不表示数量的限制，而只是表示至少存在一个所指示的项目。

Claims (24)

1.一种包括多个像素的显示设备，每个像素包括：
发光元件；
电容器；
驱动晶体管，其具有控制端、输入端、和输出端并且将驱动电流提供给发光元件以发光；
第一开关单元，其以二极管方式连接驱动晶体管，响应于扫描信号将数据电压提供给电容器并且将公共电压提供给驱动晶体管的输出端；和
第二开关单元，其将驱动电压提供给驱动晶体管并且响应于发射信号将电容器连接到驱动晶体管，
其中电容器通过第一开关单元而连接到驱动晶体管，依赖于公共电压、数据电压和驱动晶体管的阈值电压来存储控制电压，并且电容器被通过第二开关单元连接到驱动晶体管以提供控制电压给驱动晶体管。
2.根据权利要求1所述的显示设备，其中所述第一开关单元包括：
第一开关晶体管，其响应于扫描信号将驱动晶体管的控制端和输入端进行连接；和
第二开关晶体管，其响应于扫描信号将电容器连接到数据电压。
3.根据权利要求2所述的显示设备，其中所述第一开关单元还包括第三开关晶体管，其响应于扫描信号而将所述公共电压提供给驱动晶体管的输出端。
4.根据权利要求3所述的显示设备，其中所述第二开关单元包括：
第四开关晶体管，其响应于发射信号而将驱动晶体管的输入端连接到驱动电压；和
第五开关晶体管，其响应于发射信号而将电容器连接到驱动晶体管的输出端。
5.根据权利要求4所述的显示设备，其中所述控制电压等于公共电压和减去了数据电压的阈值电压之和。
6.根据权利要求4所述的显示设备，其中所述数据电压具有负值。
7.根据权利要求4所述的显示设备，其中所述第一到第五开关晶体管和驱动晶体管包括非晶硅薄膜晶体管。
8.根据权利要求4所述的显示设备，其中所述第一到第五开关晶体管和驱动晶体管包括N型薄膜晶体管。
9.根据权利要求4所述的显示设备，其中所述发光元件包括有机发光组件。
10.根据权利要求4所述的显示设备，其中在发光元件的发射周期期间，仅仅通过所述第四开关晶体管和所述驱动晶体管来连接驱动电压和发光元件。
11.根据权利要求4所述的显示设备，其中在发光元件的发射周期之前的关断周期确保在发射周期中在第四开关晶体管导通之前将第一开关晶体管关断。
12.根据权利要求4所述的显示设备，其中在预充电周期期间，导通第一到第五开关晶体管，在主充电周期期间，关断第四和第五开关晶体管并且将第一到第三开关晶体管保持导通，在关断周期期间，关断第一到第三开关晶体管并且将第四和第五开关晶体管保持关断，并且在发射周期期间，导通第四和第五开关晶体管并且将第一到第三开关晶体管保持关断。
13.根据权利要求1所述的显示设备，其中在所述发光元件的发射周期中的发光元件的输出电流不依赖于驱动晶体管的阈值电压。
14.根据权利要求13所述的显示设备，其中所述发光元件的输出电流是1/2k(Vss-Vdata)2，其中k是常数，Vss是公共电压，而Vdata是数据电压。
15.根据权利要求1所述的显示设备，其中在所述发光元件的发射周期期间，通过不多于两个晶体管来连接驱动电压和发光元件。
16.根据权利要求1所述的显示设备，还包括提供扫描信号的扫描线、提供数据电压的数据线、和提供发射信号的发射线，其中扫描线和发射线基本上彼此平行，而数据线基本上垂直于扫描线和发射线。
17.一种显示设备，包括：
发光元件；
驱动晶体管，其具有连接到第一电压的第一端、连接到发光元件的第二端、和控制端；
电容器，其连接在驱动晶体管的第二端和控制端之间；
第一开关元件，其响应于扫描信号而进行操作并且被连接到驱动晶体管的第一端和控制端之间；
第二开关元件，其响应于扫描信号进行操作并且被连接在电容器和数据电压之间；
第三开关元件，其响应于扫描信号进行操作并且被连接到驱动晶体管的第二端和第二电压之间；
第四开关元件，其响应于发射信号进行操作并且被连接到第一电压和驱动晶体管的第一端之间；以及
第五开关元件，其响应于发射信号进行操作并且被连接在电容器和驱动晶体管的第二端之间。
18.根据权利要求17所述的显示设备，其中在连续的第一到第四周期中，
在第一周期期间第一到第五开关元件导通；
在第二周期期间，第一、第二、和第三开关元件导通而第四和第五开关元件关断；
在第三周期期间第一到第五开关元件都关断；并且
在第四周期期间，第一、第二和第三开关元件关断而第四和第五开关元件导通。
19.根据权利要求18所述的显示设备，其中所述数据电压等于或低于零。
20.一种驱动显示设备的方法，该显示设备包括发光元件，具有控制端、第一端、和连接到发光元件的第二端的驱动晶体管，以及连接到驱动晶体管的控制端的电容器，所述方法包括：
将驱动晶体管的第一端和控制端进行连接；
将驱动晶体管的第二端与公共电压进行连接；
将电容器连接到数据电压；
将电容器连接在驱动晶体管的第二端和控制端之间；以及
将驱动晶体管的第一端连接到驱动电压。
21.根据权利要求20所述的方法，还包括：
将第一电压施加到驱动晶体管的控制端以对电容器进行充电。
22.根据权利要求21所述的方法，还包括：
在将驱动晶体管的第一端和控制端进行连接后，将驱动晶体管的第一端和控制端进行隔离。
23.根据权利要求22所述的方法，还包括：
将电容器和驱动晶体管与外部信号源分离开。
24.一种驱动显示设备的方法，该显示设备包括发光元件、连接到发光元件的驱动晶体管、和连接到驱动晶体管及发光元件的电容器，所述方法包括：
施加对电容器充电的第一电压和数据电压；
通过驱动晶体管将存储在电容器中的电压放电到第二电压；
向驱动晶体管施加进行放电之后的电容器的电压以导通驱动晶体管；及
通过驱动晶体管将驱动电流提供给发光元件以发光。
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