用于发光器件显示器的系统和驱动方法

专利名称：用于发光器件显示器的系统和驱动方法
技术领域：
本发明涉及发光器件显示器，更具体地，涉及用于发光器件显示器的驱动技术。
背景技术：
近来，具有非晶硅(α-Si)、多晶硅、有机物或其它驱动背板技术的有源矩阵有机 发光二极管(AMOLED)显示器由于优于有源矩阵液晶显示器的优点而已经变得更加吸引 人。使用例如α-Si背板的AMOLED显示器具有包括低温制造的优点，低温制造放宽了不同 衬底的使用并且使得柔性显示器切实可行，并且它的低成本制造是大家公认的，并生产具 有宽视角的高分辨率显示器。AMOLED显示器包括多行和多列像素的阵列，每个像素具有布置在多行和多列的阵 列中的背板电子器件和有机发光二极管(OLED)。由于OLED是电流驱动器件，因此AMOLED 的像素电路应该能够提供准确且恒定的驱动电流。已经采用来驱动AMOLED显示器的一个方法是利用电流直接对AMOLED像素进行编 程。但是，与大的寄生电容耦接的OLED所需的小的电流不利地增大了电流编程的AMOLED显 示器的编程的建立时间。此外，难以设计精确提供所需的电流的外部驱动器。例如，在CMOS 技术中，晶体管必须工作在亚阈值范围中以便提供OLED所需的小电流，这不是理想的。因 此，为了使用电流编程的AMOLED像素电路，合适的驱动方案是所期望的。电流按比例缩放(scaling)是可以用于处理与OLED所需的小电流有关的问题的 一个方法。在电流镜像素电路中，可以通过具有与镜像晶体管相比更小的驱动晶体管来按 比例缩放经过OLED的电流。但是，此方法不适用于其它的电流编程的像素电路。此外，通 过调整两个镜像晶体管的尺寸，失配的影响增大。

发明内容
本发明的目的是提供一种消除或减轻现有系统的至少一个缺点的方法和系统。根据本发明的一方面，提供一种像素电路，其包括发光器件；用于向该发光器件 提供像素电流的驱动晶体管；设置在用于提供编程电压数据的数据线与该驱动晶体管的栅 极端子之间的存储电容器；设置在该驱动晶体管的栅极端子与该发光器件之间的第一开关 晶体管；以及设置在该发光器件与用于在编程周期期间向该驱动晶体管的第一端子提供偏 置电流的偏置线之间的第二开关晶体管。根据本发明的另一方面，提供一种像素电路，其包括发光器件；存储电容器；用 于向该发光器件提供像素电流的驱动晶体管；由第一选择线操作的多个第一开关晶体管， 该第一开关晶体管中的一个被设置在存储电容器与用于提供编程电压数据的数据线之间； 由第二选择线操作的多个第二开关晶体管，该第二开关晶体管中的一个被设置在该驱动晶 体管与用于在编程周期期间向该驱动晶体管的第一端子提供偏置电流的偏置线之间；以及 用于将像素电路设定到发射模式中的发射控制电路。根据本发明的又一方面，提供一种显示系统，其包括具有多个像素电路的像素阵列、用于选择像素电路的第一驱动器、用于提供编程电压数据的第二驱动器、和用于对偏置 线进行操作的电流源。根据本发明的又一方面，提供一种驱动像素电路的方法，该像素电路具有用于向 发光器件提供像素电流的驱动晶体管、耦接到数据线的存储电容器、和耦接到该驱动晶体 管的栅极端子和存储电容器的开关晶体管。该方法包括在编程周期处，选择像素电路，向 该驱动晶体管和发光器件之间的连接提供偏置电流，以及将编程电压数据从数据线提供到 像素电路。根据本发明的又一方面，提供一种驱动像素电路的方法，该像素电路具有用于向 发光器件提供像素电流的驱动晶体管、耦接到数据线的开关晶体管、以及耦接到该开关晶 体管和驱动晶体管的存储电容器。该方法包括在编程周期处，选择像素电路，向该驱动晶 体管的第一端子提供偏置电流，以及将编程电压数据从该数据线提供到该存储电容器的第 一端子，该存储电容器的第二端子耦接到该驱动晶体管的第一端子，该驱动晶体管的第二 端子耦接到该发光器件；以及在驱动周期处，在该像素电路中设定发射模式。此发明内容不一定描述了本发明的所有特征。通过审阅下面结合附图对优选实施例的详细描述，本领域技术人员将容易明白本 发明的其它方面和特征。


通过以下参考附图的描述，本发明的这些和其它特征将变得更清楚，在附图中图1是示出根据本发明实施例的像素电路的图；图2是示出应用于图1的像素电路的示例性波形的时序图；图3是示出应用于图1的像素电路的另一示例性波形的时序图；图4是示出图1的像素电路的电流稳定性的曲线图；图5是示出具有ρ型晶体管并对应于图1的像素电路的像素电路的图；图6是示出应用于图5的像素电路的示例性波形的时序图；图7是示出应用于图5的像素电路的另一示例性波形的时序图；图8是示出根据本发明的另一实施例的像素电路的图；图9是示出应用于图8的像素电路的示例性波形的时序图；图10是示出具有ρ型晶体管并对应于图8的像素电路的像素电路的图；图11是示出应用于图10的像素电路的示例性波形的时序图；图12是示出根据本发明实施例的像素电路的图；图13是示出应用于图12的显示器的示例性波形的时序图；图14是示出对于不同的偏置电流的CBVP像素电路的建立时间的曲线图；图15是示出CBVP像素电路的电流-电压特性以及像素电流中引起的总误差的曲 线图；图16是示出具有ρ型晶体管并对应于图12的像素电路的像素电路的图；图17是示出应用于图16的显示器的示例性波形的时序图；图18是示出根据本发明另一实施例的VBCP像素电路的图；图19是示出应用于图18的像素电路的示例性波形的时序图20是示出具有ρ型晶体管并对应于图18的像素电路的VBCP像素电路的图；图21是示出应用于图20的像素电路的示例性波形的时序图；图22是示出用于具有CBVP像素电路的显示阵列的驱动机构的图；图23是示出用于具有VBCP像素电路的显示阵列的驱动机构的图；图M是示出根据本发明的另一实施例的像素电路的图；图25是示出应用于图M的像素电路的示例性波形的时序图；图沈是示出根据本发明的另一实施例的像素电路的图；图27是示出应用于图沈的像素电路的示例性波形的时序图；图28是示出具有CBVP像素电路的显示系统的另一个示例的图；图四是示出具有CBVP像素电路的显示系统的另一个示例的图；图30是示出空间失配对使用简单的2-TFT像素电路的显示器的影响的照片；图31是示出空间失配对使用电压编程的电路的显示器的影响的照片；以及图32是示出空间失配对使用CBVP像素电路的显示器的影响的照片。
具体实施例方式使用具有有机发光二极管(OLED)和驱动薄膜晶体管(TFT)的像素描述本发明的 实施例。但是，像素可以包括除了 OLED之外的任何发光器件，并且像素可以包括除了 TFT 之外的任何驱动晶体管。应当注意，在本说明书中，可互换地使用“像素电路”和“像素”。现在详细描述用于像素的驱动技术，包括电流偏置的电压编程的(CBVP)驱动方 案。CBVP驱动方案使用电压来提供不同的灰度级(电压编程)，并且使用偏置来加速编程 并补偿像素的时间相关的参数，诸如阈值电压漂移和OLED电压漂移。图1示出了根据本发明的实施例的像素电路200。像素电路200采用如下所述的 CBVP驱动方案。图1的像素电路200包括OLED 10、存储电容器12、驱动晶体管14以及开 关晶体管16和18。每个晶体管具有栅极端子、第一端子和第二端子。在本说明书中，“第 一端子”(“第二端子”)可以是，但不限于，漏极端子或源极端子(源极端子或漏极端子)。晶体管14、16和18是η型TFT晶体管。应用于像素电路200的驱动技术也适用 于具有P型晶体管的互补像素电路，如图5所示。可以使用非晶硅、纳米/微米晶体硅、多晶硅、有机半导体技术(例如有机TFT)、 匪OS技术或CMOS技术(例如，M0SFET)来制造晶体管14、16和18。多个像素电路200可 以形成AMOLED显示阵列。为像素电路200设置两个选择线SELl和SEL2、信号线VDATA、偏置线IBIAS、电源 线VDD以及公共地。在图1中，公共地用于OLED上部电极。公共地不是像素电路的一部分， 并且在形成OLED 10时在最后阶段形成。驱动晶体管14的第一端子连接到电源线VDD。驱动晶体管14的第二端子连接到 OLED 10的阳极电极。驱动晶体管14的栅极端子通过开关晶体管16连接到信号线VDATA。 存储电容器12连接在驱动晶体管14的第二端子和栅极端子之间。开关晶体管16的栅极端子连接到第一选择线SELl。开关晶体管16的第一端子连 接到信号线VDATA。开关晶体管16的第二端子连接到驱动晶体管14的栅极端子。开关晶体管18的栅极端子连接到第二选择线SEL2。晶体管18的第一端子连接到OLED 10的阳极电极和存储电容器12。开关晶体管18的第二端子连接到偏置线IBIAS。 OLED 10的阴极电极连接到公共地。晶体管14和16以及存储电容器12连接到节点All。OLED 10、存储电容器12以 及晶体管14和18连接到B11。像素电路200的操作包括具有多个编程周期的编程阶段和具有一个驱动周期的 驱动阶段。在编程阶段期间，节点Bll被充电到驱动晶体管14的阈值电压的负数，而节点 All被充电到编程电压VP。结果，驱动晶体管14的栅-源电压为VGS = VP- (-VT) = VP+VT(1)其中VGS表示驱动晶体管14的栅-源电压，VT表示驱动晶体管14的阈值电压。在 驱动阶段中此电压保持在电容器12上，结果得到在驱动阶段中期望的电流流过OLED 10。详细描述像素电路200的编程阶段和驱动阶段。图2示出了应用于图1的像素电 路200的一个示例性操作过程。在图2中，VnodeB表示节点Bll的电压，VnodeA表示节点 All的电压。如图2所示，编程阶段具有两个操作周期XII、X12，并且驱动阶段具有一个操 作周期X13。第一操作周期Xll 两个选择线SELl和SEL2都为高。偏置电流IB流过偏置线 IBIAS，并且VDATA变为偏置电压VB。结果，节点Bll的电压为 VnodeB = VB-——VT(2)其中VnodeB表示节点Bll的电压，VT表示驱动晶体管14的阈值电压，并且β表 示由IDS = β (VGS-VT)2给出的TFT的电流-电压(I-V)特性中的系数。IDS表示驱动晶 体管14的漏-源电流。第二操作周期X12 当SEL2为低且SELl为高时，VDATA变为编程电压VP。由于 OLED 20的电容11较大，因此在先前的周期中产生的节点Bll的电压保持原样。因此，可以得到驱动晶体管14的栅-源电压为VGS = VP+ Δ VB+VT(3)AVB = J^-VB(4)当基于⑷适当地选择VB时，AVB为零。将驱动晶体管14的栅-源电压(即 VP+VT)存储在存储电容器12中。第三操作周期Χ13 :IBIAS变为低。SELl变为零。将存储在存储电容器12中的电 压施加到驱动晶体管14的栅极端子。驱动晶体管14导通。驱动晶体管14的栅-源电压 随着存储在存储电容器12中的电压发展(develop over) 0因而，通过OLED 10的电流变得 与驱动晶体管14的阈值电压的漂移以及OLED特性的漂移无关。图3示出了应用于图1的像素电路200的另一示例性操作过程。在图3中，VnodeB 表示节点Bll的电压，并且VnodeA表示节点All的电压。编程阶段具有两个操作周期X21、X22，并且驱动阶段具有一个操作周期X23。第一 操作周期X21与图2的第一操作周期Xll相同。第三操作周期X33与图2的第三操作周期X13相同。在图3中，选择线SELl和SEL2具有相同的时序。因而，SELl和SEL2可以连接 到同一选择线。第二操作周期X22 =SELl和SEL2为高。开关晶体管18导通。流过IBIAS的偏置 电流IB为零。驱动晶体管14的栅-源电压可以是VGS = VP+VT，如上所述。将驱动晶体管14的 栅-源电压(即VP+VT)存储在存储电容器12中。图4示出了图1的像素电路200和图2的波形的仿真结果。结果-显示，对于大 部分的编程电压而言，由驱动晶体管(例如，图1的14)中的2伏的VT漂移引起的OLED电 流的变化几乎为百分之零。诸如阈值电压之类的仿真参数显示了漂移在低的编程电压处具 有高的百分比。图5示出了具有ρ型晶体管的像素电路202。像素电路202对应于图1的像素电 路200。像素电路202采用如图6-7所示的CBVP驱动方案。像素电路202包括OLED 20、 存储电容器22、驱动晶体管M以及开关晶体管沈和28。晶体管MJ6和观是ρ型晶体 管。每个晶体管具有栅极端子、第一端子和第二端子。可以使用非晶硅、纳米/微米晶体硅、多晶硅、有机半导体技术(例如有机TFT)、 PMOS技术或CMOS技术(例如，M0SFET)来制造晶体管MJ6和28。多个像素电路202可 以形成AMOLED显示阵列。为像素电路202设置两个选择线SELl和SEL2、信号线VDATA、偏置线IBIAS、电源 线VDD以及公共地。晶体管M和沈以及存储电容器22连接到节点A12。OLED 20的阴极电极、存储 电容器22以及晶体管M和观连接到B12。由于OLED阴极连接到像素电路202的其它元 件，因此这确保了与任何OLED制造的集成。图6示出了应用于图5的像素电路202的一个示例性操作过程。图6对应于图2。 图7示出了应用于图5的像素电路202的另一个示例性操作过程。图7对应于图3。图6-7 的CBVP驱动方案使用类似于图2-3的IBIAS和VDATA。图8示出了根据本发明的实施例的像素电路204。像素电路204采用如下所述的 CBVP驱动方案。图8的像素电路204包括OLED 30、存储电容器32和33、驱动晶体管34以 及开关晶体管36、38和40。晶体管34、35和36中的每一个包括栅极端子、第一端子和第二 端子。该像素电路204以与像素电路200相同的方式操作。晶体管；34、36、38和40是η型TFT晶体管。应用于像素电路204的驱动技术也适 用于具有P型晶体管的互补像素电路，如图10所示。可以使用非晶硅、纳米/微米晶体硅、多晶硅、有机半导体技术(例如有机TFT)、 匪OS技术或CMOS技术(例如，M0SFET)来制造晶体管34、36、38和40。多个像素电路204 可以形成AMOLED显示阵列。为像素电路204设置选择线SEL、信号线VDATA、偏置线IBIAS、电压线VDD和公共 地。驱动晶体管34的第一端子连接到OLED 30的阴极电极。驱动晶体管34的第二端 子连接到地。驱动晶体管34的栅极端子通过开关晶体管36连接到它的第一端子。存储电 容器32和33串联并且连接在驱动晶体管34的栅极和地之间。
开关晶体管36的栅极端子连接到选择线SEL。开关晶体管36的第一端子连接到 驱动晶体管34的第一端子。开关晶体管36的第二端子连接到驱动晶体管34的栅极端子。开关晶体管38的栅极端子连接到选择线SEL。开关晶体管38的第一端子连接到 信号线VDATA。开关晶体管38的第二端子连接到存储电容器32和33的连接的端子(即节 点 C21)。开关晶体管40的栅极端子连接到选择线SEL。开关晶体管40的第一端子连接到 偏置线IBIAS。开关晶体管40的第二端子连接到OLED 30的阴极端子。OLED 30的阳极电 极连接到VDD。OLED 30、晶体管；34、36和40在节点A21处连接。存储电容器32以及晶体管；34 和36在节点B21处连接。像素电路204的操作包括具有多个编程周期的编程阶段和具有一个驱动周期的 驱动阶段。在编程阶段期间，第一存储电容器32被充电到编程电压VP加上驱动晶体管34 的阈值电压，并且第二存储电容器33被充电到零。结果，驱动晶体管34的栅-源电压为
权利要求
1.一种像素电路，包括 发光器件；驱动晶体管，所述驱动晶体管用于向所述发光器件提供像素电流，所述驱动晶体管具 有栅极端子、耦接到所述发光器件的第一端子、和第二端子；存储电容器，所述存储电容器被设置在用于提供编程电压数据的数据线与所述驱动晶 体管的栅极端子之间；第一开关晶体管，所述第一开关晶体管被设置在所述驱动晶体管的栅极端子与所述驱 动晶体管的第一端子之间；和第二开关晶体管，所述第二开关晶体管被设置在所述驱动晶体管的第一端子和用于在 编程周期期间向所述驱动晶体管的第一端子提供偏置电流的偏置线之间。
2.如权利要求1所述的像素电路，其中第一开关晶体管的栅极端子和第二开关晶体管 的栅极端子由单个选择线操作。
3.如权利要求1所述的像素电路，其中第二开关晶体管包括耦接到所述偏置线的第一 端子和耦接到在所述发光器件和所述驱动晶体管之间的连接节点的第二端子。
4.如权利要求1所述的像素电路，其中所述编程电压数据包括多个电压信号，所述多 个电压信号用于将电流分成用于不同的灰度级的不同的电流电平。
5.如权利要求1所述的像素电路，其中所述发光器件包括有机发光二极管。
6.如权利要求1所述的像素电路，其中所述晶体管中的至少一个晶体管是薄膜晶体管。
7.如权利要求1所述的像素电路，其中使用多晶硅、纳米/微米(晶体)硅、非晶硅、 CMOS、有机半导体、金属有机技术或它们的组合来实现所述晶体管。
8.如权利要求1所述的像素电路，其中所述像素电路形成有源矩阵阵列。
9.一种像素电路，包括 发光器件；具有第一端子和第二端子的存储电容器；驱动晶体管，所述驱动晶体管用于向所述发光器件提供像素电流，所述驱动晶体管具 有栅极端子、耦接到所述存储电容器的第一端子的第一端子、和耦接到所述发光器件的第二端子；第一开关晶体管，所述第一开关晶体管由第一选择线操作，并且被设置在所述存储电 容器的第二端子与用于提供编程电压数据的数据线之间；第二开关晶体管，所述第二开关晶体管由第一选择线操作，并且被设置在所述存储电 容器的第一端子与用于在编程周期期间向所述驱动晶体管的第一端子提供偏置电流的偏 置线之间；以及发射控制电路，所述发射控制电路用于将所述像素电路设定到发射模式中。
10.如权利要求9所述的像素电路，其中所述发射控制电路包括 第三开关晶体管，耦接在第一电势和所述驱动晶体管的第一端子之间；第四开关晶体管，耦接在所述存储电容器的第二端子和所述驱动晶体管的栅极端子之 间；和第五开关晶体管，耦接在所述驱动晶体管的栅极端子和第二电势之间。
11.如权利要求10所述的像素电路，其中第三开关晶体管和第四开关晶体管由第二选 择线操作，并且其中第五开关晶体管由第一选择线操作。
12.如权利要求9所述的像素电路，其中所述编程电压数据包括多个电压信号，所述多 个电压信号用于将电流分成用于不同的灰度级的不同的电流电平。
13.如权利要求9所述的像素电路，其中所述发光器件包括有机发光二极管。
14.如权利要求9所述的像素电路，其中所述晶体管中的至少一个晶体管是薄膜晶体管。
15.如权利要求9所述的像素电路，其中使用多晶硅、纳米/微米(晶体)硅、非晶硅、 CMOS、有机半导体、金属有机技术或它们的组合来实现所述晶体管。
16.如权利要求9所述的像素电路，其中所述像素电路形成有源矩阵阵列。
17.一种显示系统，包括像素阵列，所述像素阵列具有多个像素电路，每个像素电路在权利要求1中被限定； 用于选择像素电路的第一驱动器； 用于提供所述编程电压数据的第二驱动器；以及 用于对所述偏置线进行操作的电流源。
18.如权利要求17所述的显示系统，其中所述电流源包括以下中的至少一个 校准的电流镜，用于基于参考电流对所述偏置线进行操作；电压到电流转换器，用于将电压转换成所述偏置电流。
19.如权利要求17所述的显示系统，其中所述电流源是经由存储在存储器中的数据而 被校准的。
20.—种显示系统，包括像素阵列，所述像素阵列具有多个像素电路，每个像素电路在权利要求9中被限定； 用于选择像素电路的第一驱动器； 用于提供所述编程电压数据的第二驱动器；以及 用于对所述偏置线进行操作的电流源。
21.如权利要求20所述的显示系统，其中所述电流源包括以下中的至少一个 校准的电流镜，用于基于参考电流对所述偏置线进行操作；电压到电流转换器，用于将电压转换成所述偏置电流。
22.如权利要求20所述的显示系统，其中所述电流源是经由存储在存储器中的数据而 被校准的。
23.—种驱动像素电路的方法，所述像素电路具有用于向发光器件提供像素电流的驱 动晶体管、耦接到数据线的存储电容器、以及耦接到所述驱动晶体管的栅极端子和存储电 容器的开关晶体管，所述方法包括在编程周期处，选择像素电路，向所述驱动晶体管和所述发光器件之间的连接提供偏 置电流，以及将编程电压数据从数据线提供到像素电路。
24.一种驱动像素电路的方法，所述像素电路具有用于向发光器件提供像素电流的驱 动晶体管、耦接到数据线的开关晶体管、以及耦接到所述开关晶体管和所述驱动晶体管的 存储电容器，所述方法包括在编程周期处，选择像素电路，向所述驱动晶体管的第一端子提供偏置电流，以及将编程电压数据从所述数据线提供到所述存储电容器的第一端子，所述存储电容器的第二端子 耦接到所述驱动晶体管的第一端子，所述驱动晶体管的第二端子耦接到所述发光器件；以 及在驱动周期处，在所述像素电路中设定发射模式。
25.如权利要求1所述的像素电路，其中所述偏置电流是预定的固定电流。
26.如权利要求9所述的像素电路，其中所述偏置电流是预定的固定电流。
27.如权利要求23所述的方法，其中所述偏置电流是预定的固定电流。
28.如权利要求M所述的方法，其中所述偏置电流是预定的固定电流。
全文摘要
提供了发光器件显示器、它的像素电路和它的驱动技术。像素包括发光器件和多个晶体管。根据驱动方案向像素电路提供偏置电流和编程电压数据，从而调节通过驱动晶体管流到发光器件的电流。
文档编号G09G3/32GK102057418SQ200980120671
公开日2011年5月11日 申请日期2009年4月17日 优先权日2008年4月18日
发明者A·内森, G·R·查吉, S·亚历山大 申请人:伊格尼斯创新公司