TWI476747B - 於電流驅動顯示器內之平衡共模電壓 - Google Patents

於電流驅動顯示器內之平衡共模電壓 Download PDF

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Description

於電流驅動顯示器內之平衡共模電壓
本發明大體上關於一種於電流驅動顯示器內平衡一共模電壓之方法及裝置。特定言之，本發明提供一種回饋方法，該方法藉由感測電流驅動顯示器(諸如一被動式矩陣驅動有機電致發光顯示器)內之共模電壓而自動校正誤差。
有機發光二極體(OLED)包括一具有特別有優勢形式之電光顯示器。該等二極體明亮、五彩繽紛、切換快速、提供一寬視角且容易及實惠製造於各種基板上。
有機(此處包含有機金屬)LED藉由使用各種顏色(其取決於所使用之材料)之聚合物或小分子而被製造，。基於聚合物之有機LED之實例被描述於WO 90/13148、WO 95/06400及WO 99/48160中；基於小分子之器件之實例被描述於美國專利第4,539,507號；及基於樹枝狀聚合物材料之實例被描述於WO 99/21935及WO 02/067343中。
於圖1a中繪示一典型有機LED之基本結構100。一玻璃或塑膠基板102支撐一透明陽極層104(其包括(例如))氧化銦錫(ITO))，在該透明陽極層104上沈積一電洞傳輸層106、一電致發光層108及一陰極110。例如，該電致發光層108可包括PEDOT:PSS(聚苯乙烯-加硫聚乙烯-二氧噻吩)。陰極層110典型包括低功函數金屬(諸如鈣)且可包含緊鄰近電致發光層108之一額外層(諸如一鋁層)，用於改良電子能階匹配。至陽極及陰極的接觸導線114及116分別提供至一電源118的一連接。小分子器件亦可採用相同基本結構。
於圖1a繪示之實例中，光120被發射穿過透明陽極層104及基板102，此等器件被稱作「底部發射器」。亦可構造穿過陰極發射之器件，例如，藉由保持陰極層110之厚度小於50毫米至100毫米使得陰極大體上係透明的。
有機LED可沈積於一矩陣像素基板上以形成一單色或多色像素化顯示器。可使用紅、綠及藍發射像素群來構造一多色顯示器。在此等顯示器中，通常係藉由啟動列(或行)線以選擇像素而定址個別元件，列(或行)像素被寫入至個別元件，以產生一顯示。所謂的主動式矩陣顯示器具有與各像素相關聯之一記憶體元件，該記憶體元件通常係一儲存電容器及一電晶體，而被動式矩陣顯示器沒有此記憶體元件，而是作為替代地被重複掃描，其有點相似於一電視圖像，以給予一穩定影像之印象。
圖1b顯示穿過一被動式矩陣顯示器150之一橫斷面，其中相似於圖1a中之該等元件由相同元件符號表示。在該被動式矩陣顯示器150中，電致發光層108包括複數個像素152，且陰極層110包括複數個相互電絕緣傳導線154，傳導線154係佈線進入圖1b頁面中，各傳導線均具有一相關聯之接點156。同樣地，氧化銦錫陽極層104亦包括複數個陽極線158，其中圖1b中僅繪示一個陽極線，陽極線係以與陰極線成直角地佈線。亦提供用於各陽極線的接點(未繪示於圖1b)。在陰極線與陽極線之交叉點處之一電致發光像素152可藉由在相關陽極線與陰極線之間施加一電壓而被定址。
現在參考圖2a，圖中概念上繪示用於於圖1b繪示之類型之一被動式矩陣OLED顯示器150之一驅動配置。提供複數個恆定電流產生器200，各恆定電流產生器連接至一電源線202及連接至複數個行線204中之一者，為清晰起見圖中僅繪示一行線。亦提供複數個列線206(圖中僅繪示一列線)，且彼等列線之各者可藉由一切換式連接210而被選擇地連接至一接地線208。如圖所示，在線202上具有一正電源電壓，行線204包括陽極連接158，且列線206包括陰極連接154，然而當電源線202相對於接地線208係負時，該等連接將逆轉。
如繪示，該顯示器之像素212具有被施加至該像素的電力且因此被照明。為了建立一影像，依次啟動該等行線之各者直到完整列被定址時，保持用於一列之連接210，然後選擇下一個列，重複處理程序。替代做法為，可選擇一列且所有行被並行寫入(即，選擇一列且一電流被同時驅動至該等行線之各者中)，以同時以一所要亮度照明一列中的像素。儘管後一配置需要更多行驅動電路，然而該後一配置係較佳，因為其允許一較迅速刷新每一像素。在一進一步替代配置中，一行中之各像素可在下一行被定址之前被依次定址，然而，由於尤其如下文所述之行電容的影響，所以其通常不是較佳的。應瞭解，在圖2a中之配置中，行驅動電路之功能與列驅動電路之功能可被互換。
通常提供一電流控制驅動(而非電壓控制驅動)給一OLED，此係因為一OLED之亮度係藉由穿過其之電流而決定的，因此決定其輸出之光子數量。在一電壓控制組態中，亮度可橫跨一顯示器區域變化且隨著時間、溫度及老化變化，使得在一給定電壓驅動下，難以預測一像素將以何種亮度呈現。在一彩色顯示器中，顏色呈現之準確性亦可受到影響。
圖2b至圖2d分別繪示，施加至一像素之電流驅動220、橫跨像素之電壓222，及當該像素被定址時隨著時間226推移之來自該像素之光輸出224。含有該像素之列被定址，且同時由虛線228表示之電流被驅動至該像素之行線上。該行線(及像素)具有一相關聯電容，並且因此電壓逐漸升高至一最大值230。該像素直到達到一點232才開始發射光，在該點232上橫跨該像素之電壓大於該OLED二極體之壓降。相似地，在時間234，當該驅動電流關閉時，電壓及光輸出隨著行電容放電而逐漸衰變。在同時寫入一列中的所有像素之情況下(即在所有行被並行驅動之情況下)，介於時間228與234之間之時間間隔對應於一線掃描週期。圖3繪示被動式矩陣OLED顯示器之通用驅動電路之示意圖300。該OLED顯示器係藉由虛線302表示且其包括複數(n)個列線304及複數(n)個行線308，各列線具有一相應電極接點308，行線具有複數個對應行電極接點310。一OLED連接於各對列線與行線之間，在所繪示之配置中，OLED之其陽極連接至行線。一y驅動器314用一恆定電流驅動該等行線308，一x驅動器316驅動該列線304，選擇性地連接該等列線至接地。該y驅動器314及該x驅動器316兩者典型在一處理器318控制之下。一電源供應器320提供電力到電路，且特定言之，提供電力到y驅動器314。
圖4繪示一被動式矩陣OLED顯示器(諸如繪示於圖3之顯示器302)之一行線之一電流驅動器402之主要特徵。典型地，一行驅動積體電路(諸如繪示於圖3之y驅動器314)中提供複數個此類電流驅動器，以驅動複數個被動式矩陣顯示器行電極。
圖4中之該電流驅動器402描述此電路之主要特徵的略圖且包括一電流驅動器區塊406，該電流驅動器區塊併入一雙極電晶體416，該雙極電晶體416具有一射極終端，該射極終端大體上直接連接至處於電源電壓Vs之一電源供應線404。(此非必然要求應藉由最直接路線連接該射極終端至一電源線或該驅動器之一終端，而是較佳應無介入組件，惟介於該射極與一電源供應軌之間驅動器電路內軌迹或連接之固有電阻除外)。一行驅動輸出408通常經由一列驅動器MOS切換器(未繪示於圖4)提供一電流驅動給OLED 412，OLED 412亦具有一接地連接414。一電流控制輸入410被提供給電流驅動器區塊406，且為圖解說明目的，圖中繪示電流控制輸入410被連接至電晶體416之基極，然而實務中一電流鏡像配置較佳。在電流控制線410上之信號可包括一電壓或一電流信號。在電流驅動器區塊406提供一可變可控式電流源之情況下，各電流驅動器區塊可介接於且受控於來自一數位類比轉換器之一類比輸出。此類可控電流源可提供一可變亮度或灰階顯示。改變像素亮度之其他方法包含使用脈衝寬度調變(PWM)準時改變像素。在一PWM方案中，一像素完全開啟或者完全關閉，但是一像素之表觀亮度由於觀察者眼睛內之時間積分而變化。
持續需要可改OLED顯示器之壽命之驅動器方案。特別需要適用於被動式顯示器之技術，此係因為製造被動式顯示器比製造主動式顯示器更便宜。減小OLED之驅動位準(且因此亮度)可顯著提高器件壽命，例如減半OLED之驅動/亮度可使其壽命增加大約一因數4。在WO 2006 035246、WO 2006 035247及WO 2006 035248(彼等案之內容以引用的方式併入本文)中，申請人意識到，一種解決方案在於，採用多線定址技術以減小峰值顯示器驅動位準，特定言之，在被動式矩陣OLED顯示器中，並且因此增加該顯示器之壽命。從廣義上而言，此等方法包括使用一第一組行驅動信號驅動OLED顯示器之複數個行電極，同時使用一第一組列驅動信號驅動顯示器之兩個或兩個以上列電極；然後使用一第二組行驅動信號驅動行電極，同時使用一第二組列驅動信號驅動兩個或兩個以上列電極。較佳地，該等列驅動信號及行驅動信號包括來自一大體恆定電流產生器(諸如一電流源或電流儲集器)之電流驅動信號。較佳地，此類電流產生器係可控或可程式化，例如，使用一數位類比轉換器。
驅動一行同時驅動兩個或兩個以上列之效應係，依藉由列驅動信號所決定之比例，在兩個或兩個以上列之間劃分行驅動；換言之，對於一電流驅動，依藉由列驅動信號之相對值或比例所決定之比例，在兩個或兩個以上列之間劃分行驅動，在兩個或兩個以上列之間劃分一行中之電流。從廣義上而言，此允許在多線掃描週期中建立一列像素或線像素之光度分佈，因此有效率減少OLED像素之峰值亮度，於是增加顯示器中之像素之壽命。運用一電流驅動，憑藉至像素之連續驅動信號之大體上線性總和，而獲得像素之所要光度。
因此，本發明係關於改良(特定言之)一被動式矩陣OLED顯示器之效率。有利的係，本發明亦相容於多線定址技術。
如上討論之最簡單形式之電流產生電路包括一電流源及一電流儲集器。例如，如圖3所示，行y驅動器314可被認為是一電流源，且列x驅動器316可被認為是一電流儲集器，然而如熟悉此項技術者所瞭解，功能可被逆轉。
一電流Isink 或源電流Isource 是否匹配取決於包含電晶體特徵及操作參數(諸如電壓位準)之多個因素。在操作中，不匹配的驅動器係引起顯示器中條紋的原因，例如，個別行之驅動相比於鄰近行困難的多。隨著時間之推移，不匹配的驅動器可漂移朝向匹配條件，通常在一最大電壓位準。若不需要此一最大電壓位準，則此一匹配條件可浪費電力且亦會對OLED顯示器之壽命不利。
根據本發明之一第一態樣，提供一種於一被動式矩陣驅動發射式顯示器中平衡在橫跨行電極或列電極之一共模節點處之一電壓值之方法，該方法包含：使用一第一組行驅動信號驅動該顯示器之行電極，且同時使用一第一組列驅動信號驅動兩個或兩個以上之列電極，而後在使用一第二組列驅動信號驅動兩個或兩個以上之列電極時，同時使用一第二組行驅動信號驅動該等行電極；監測橫跨該等行電極或列電極之各者之該共模節點處之一電壓，且比較該所監測之電壓與一所產生之參考值，同時自該比較中排除具有低於一特定臨限值之電壓值之行電極或列電極；及調整該等行驅動信號或列驅動信號，使得在該共模節點處之電壓接近該所產生之參考值。
較佳地，該排除包括：停用被排除之列電極或行電極所連接的一列驅動器或行驅動器之一啟用輸入。
該特定偏差較佳低於該臨限值。
較佳地，比較經監測之該電壓與該所產生之參考值包含：產生一信號以指示出經監測之該電壓是否高於或低於該所產生之參考值。更較佳地，該產生之信號係一單一位元。
一列驅動信號或行驅動信號係藉由一驅動處理器根據一參考控制電流而予以控制，且調整包含傳達一信號至該驅動處理器及調整該參考控制電流。
較佳地，該方法包含：使用該第一組行驅動信號驅動該顯示器之該等行電極，同時使用該第一組列驅動信號驅動該顯示器之兩個或兩個以上列電極；然後使用該第二組行驅動信號驅動該等行電極，同時使用一第二組列驅動信號驅動兩個或兩個以上列電極。
較佳地，該等第一與第二行驅動信號及該等第一與第二列驅動信號經選擇使得藉由該等列及行電極驅動之該顯示器中之像素之一所要光度係藉由從該等第一列驅動信號與第一行驅動信號決定之光度及從該等第二列驅動信號與第二行驅動信號決定之光度之一大體線性光度總和而獲得。
較佳地，該發射式顯示器包括由一有機電致發光材料組成之像素。
本發明之實施例現將僅以範例的方式及參考附加圖式來說明。
圖5中，一被動式矩陣OLED顯示器(相似於參考圖3描述之被動式矩陣OLED顯示器)具有藉由列驅動電路512驅動之列電極306及藉由行驅動器510驅動之行電極310。於圖6繪示根據本發明之列驅動電路512之進一步細節。行驅動器510具有一行資料輸入509，用於設定至一或多個行電極的電流驅動；相似地，列驅動器512具有一列資料輸入511，用於設定至兩個或兩個以上列的電流驅動比率。輸入509及511宜係數位輸入以易於介接；行資料輸入509宜設定顯示器302中之所有m行的電流驅動。
一資料控制匯流排502(其可為串列或並行)上提供用於顯示器之資料。匯流排502提供一輸入至一圖框儲存記憶體503，其中記憶體503儲存顯示器之各像素的光度資料，或在一彩色顯示器中，記憶體503儲存各子像素的光度資訊(其可被編碼為獨立RGB彩色信號，或編碼為光度信號或色度信號，或依其他方式)。儲存在圖框記憶體503中之資料決定顯示器之各像素(或子像素)之一所要表觀亮度，且一顯示器驅動處理器506可憑藉第二讀取匯流排505讀出此資訊(在實施例中，可省略匯流排505，且作為替代地使用匯流排502)。
可完全以硬體實施顯示器驅動處理器506，或使用(例如)一數位信號處理核心以軟體實施顯示器驅動處理器506，或以硬體與軟體之組合實施顯示器驅動處理器506，例如，使用專用硬體以加速矩陣操作。然而，一般而言，將至少部分地憑藉儲存在一程式記憶體507中之經儲存程式碼或微碼來實施顯示器驅動處理器506，顯示器驅動處理器506在一時脈508控制下且結合工作記憶體504操作。可在一資料載體或可抽換式儲存器507a上提供程式記憶體507中之程式碼。
程式記憶體507中之程式碼經組態以使用習知程式化技術來實施一或多種多線定址方法。在一些實施例中，可藉由使用一標準數位信號處理器及依一習知程式發展語言執行之程式碼來實施此等方法。在此一實例中，例如，可採用一習知DSP常式之程式庫，以實施奇異值分解法(singular value decomposition；SVD)，或可撰寫用於此目的的專用程式碼，或可實施不採用SVD之其他實施例，諸如以上描述之關於驅動彩色顯示器之技術。
參考圖6，根據本發明中之一實施例之一列驅動器600之一示意圖包括可連接至列資料輸入511的複數個列電極306之各者。該複數個列電極306之各者進一步連接至一高值電阻器602，其中提供的高值電阻器602之數量匹配列電極306之數量。各高值電阻器602及相應地各列電極306亦連接至一共同節點604，共同節點604係透過參考電阻器608連接至一參考電壓產生器606。
跨參考電阻器608連接一比較器610，比較器610具有連接於參考電阻器608與共同節點604之間的一正輸入終端及連接於參考電阻器608與參考電壓產生器606之間之一負輸入終端。比較器610之一輸出終端連接至一數位控制器612，數位控制器612包括一校正邏輯模組614、一校正查詢表616、一校正內插器618及一後處理模組620。
在操作中，在共同節點604處提供受驅動列電極306之平均列電壓。若受驅動列電極306之平均列電壓係高於藉由參考電壓產生器606產生之一參考電壓，則一電流流入至共同節點604中且流出參考電壓產生器606。若受驅動列電極306之平均列電壓係低於藉由參考電壓產生器606產生之一參考電壓，則一電流從參考電壓產生器606流出朝向共同節點604。
藉由比較器610偵測電流，比較器610係可操作以輸出一單一位元，以指示出受驅動列電極306之平均列電壓是否高於或低於參考電壓。該單一位元被傳達給數位控制器612且被用於調整一列參考電流以用於後續圖框。一旦接收到該單一位元，用信號通知數位控制器612採用校正邏輯模組614進行校正邏輯，以調整列參考電流Iref 。一校正查詢表616提供用於Iref 調整的決定值，取決於需求，隨後逐步調升或逐步調降Iref 。
在一些情況下，一替代配置對於搭配本發明第二實施例中描述之配置係較佳的。例如，所有列電極可被程式化到一定電流，但是特定行可暫時被關閉或消隱。在此等消隱週期，不再具有「拉上」行電流之個別列通常迅速降至接地。當此發生時，求和電壓係受驅動列電極(包含迅速降至接地之列電極)之平均列電壓。結果，誤差被引入至共模電壓比較器之求和點中。
為阻止此誤差出現，參考圖7，本發明之一第三實施例700在列電極306之各者上提供一比較器702。在操作中，比較器702監測列電極306之各者上的列共模電壓，以決定其是否衰變低於一定參考電壓。若一比較器702觀察到共模電壓低於參考電壓，則一列啟用切換器704可停用列電極電流以防被包含於求和電壓中。
啟用列電極電流及停用列電極電流以防被包含於求和電壓的功能係自動的且不需要經由行電極DAC控制及調節整體共模電壓之一共模控制電路的介入。此避免需要所有N個個別列電極之個別控制，且因此減小列電極控制之額外耗用。
毋庸置疑熟習此項技術者可想出許多其他有效替代物。應瞭解本發明不受限於被描述之實施例且包含熟習此技術者所瞭解之處於附在此處之請求項之精神及範圍內之修改。
100．．．有機LED之基本結構
102．．．基板
104．．．陽極傳輸層
106．．．電洞傳輸層
108．．．電致發光層
110．．．陰極層
114．．．接觸導線
116．．．接觸導線
118．．．電源
120．．．光
150．．．被動式矩陣顯示器
152．．．像素
154．．．相互電絕緣傳導線/陰極連接
156．．．節點
158．．．陽極線/陽極連接
200．．．恆定電流產生器
202．．．饋電線
204．．．行線
206．．．列線
208．．．接地線
210．．．切換式連接
302．．．虛線
304．．．列線
306．．．列電極
308．．．行線/列電極接點
310．．．行電極接點
314．．．行y驅動器/y驅動器
316．．．列x驅動器/x驅動器
320．．．電源供應器
402．．．電流驅動器
404．．．電源供應線
406．．．電流驅動器區塊
408．．．行驅動輸出
410．．．電流控制線
412．．．有機發光二極體
502．．．資料控制匯流排
503．．．圖框儲存記憶體
504．．．工作記憶體
506．．．顯示器驅動處理器
507．．．程式記憶體
508．．．時脈
509．．．行資料輸入
510．．．行驅動器
511．．．列資料輸入
512．．．列驅動器電路
600．．．列驅動器
602．．．高值電阻器
604．．．共同節點
606．．．參考電壓產生器
608．．．參考電阻器
610．．．比較器
612．．．數位控制器
614．．．校正邏輯模組
616．．．校正查詢表
618．．．校正內插器
620．．．後處理模組
702．．．比較器
704．．．列啟用切換器
圖1a及圖1b分別繪示有機發光二極體及被動式矩陣OLED顯示器之橫截面；
圖2a到圖2d分別繪示被動式矩陣OLED顯示器之概念驅動器配置、顯示器像素之驅動電流對時間圖表、像素電壓對時間圖表，及像素光輸出對時間圖表；
圖3繪示根據先前技術之被動式矩陣OLED顯示器之通用驅動器電路之示意圖；
圖4繪示被動式矩陣OLED顯示器驅動器之方塊圖；
圖5係根據本發明之第一實施例之被動式矩陣驅動OLED顯示器之示意圖；
圖6係根據本發明之第二實施例之列驅動器之示意圖；及
圖7係根據本發明之第三實施例之列驅動器之示意圖。
306．．．列電極
702．．．比較器
704．．．列啟用切換器

Claims (8)

  1. 一種於一被動式矩陣驅動發射式顯示器中平衡在橫跨行電極或列電極之一共模節點處之一電壓值之方法，該方法包含：使用一第一組行驅動信號驅動該顯示器之行電極，且同時使用一第一組列驅動信號驅動兩個或兩個以上之列電極，而後在使用一第二組列驅動信號驅動兩個或兩個以上之列電極時，同時使用一第二組行驅動信號驅動該等行電極；監測橫跨該等行電極或列電極之各者之該共模節點處之一電壓，且比較該所監測之電壓與一所產生之參考值，同時自該比較中排除具有低於一特定臨限值之電壓值之行電極或列電極；及調整該等行驅動信號或列驅動信號，使得在該共模節點處之電壓接近該所產生之參考值。
  2. 如請求項1之方法，其中該排除包括：停用被排除之列電極或行電極所連接之一列驅動器或行驅動器之一啟用輸入。
  3. 如請求項1或2之方法，其中該特定偏差低於該臨限值。
  4. 如請求項1或2之方法，其中比較經監測之該電壓與該所產生之參考值包含：產生一信號以指示出經監測之該電壓是否高於或低於該所產生之參考值。
  5. 如請求項4之方法，其中該產生之信號係一單一位元。
  6. 如請求項1或2之方法，其中一列驅動信號或行驅動信號 係由一驅動處理器根據一參考控制電流而控制，且調整包含傳達一信號至該驅動處理器及調整該參考控制電流。
  7. 如請求項5之方法，其中該等第一與第二行驅動信號及該等第一與第二列驅動信號經選擇使得藉由該等列及行電極驅動之該顯示器中之像素之一所要光度係獲自由該等第一列驅動信號與第一行驅動信號決定之光度及由該等第二列驅動信號與第二行驅動信號決定之光度之一大體線性光度的總和。
  8. 如請求項1或2之方法，其中該發射式顯示器包括由一有機電致發光材料組成之像素。
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