使用直接充电的执行发光器件补偿的像素电路的制作方法

本发明涉及一种电子电路的设计和操作，该电子电路用于向显示装置中的元件输送电流，例如用于向有源矩阵oled(amoled)显示装置的像素中的有机发光二极管(oled)输送电流。

背景技术：

有机发光二极管(oled)通过电子和空穴的复合产生光，当在阳极和阴极之间施加偏压使得电流在它们之间经过时发光。光的亮度与电流量相关。如果没有电流，则不会发光，因此，oled技术是一种能够产生绝对黑色，并且当应用于显示器时能够在像素间实现几乎“无限”的对比度的技术。

在许多以往的配置中，显示器的子像素中的oled由与该oled串联的模拟驱动晶体管(驱动tft)驱动。提供给该oled的电流量与该驱动tft的栅极上的电压相关。栅极电压通常存储在电容器上。驱动tft器件特性可能由于制造工艺或器件工作期间驱动tft的应力和老化而变化。因此，即使两个不同驱动tft之间的栅极电压相同，由驱动tft输送到oled的电流量也可能变化很大，从而导致oled子像素的亮度发生不希望的变化。另外，oled器件特性可能由于制造工艺、oled的操作期间的应力和老化而变化。例如，用于发光的oled的阈值电压可能会改变。因此，以往的电路配置往往包括用于补偿这些部件变化中的至少一些变化以实现在子像素之间具有更均匀亮度的oled显示器的元件。

因此，提出了各种方法来补偿驱动tft和oled变化。通常，这样的方法使用具有多个晶体管的电路配置。这些电路配置中的许多电路配置所需要的尺寸可能不适合应用于高分辨率(例如，高的每英寸像素或ppi)的显示器，其中每个子像素必须仅占据很小的区域。

以往，oled通过电流编程或电压编程来编程。oled编程的示例为基于电荷的编程方法，例如在us5714968(ikeda，1998年2月3日公布)中公开的方法，其使用一个数字开关晶体管和一个储能电容器。在这样的配置和方法中，晶体管与数据电压线连接。当控制信号被施加到与导通状态对应的晶体管的栅极时，数据电压通过该晶体管被施加到oled器件，并且还被施加到与该oled器件并联连接的储能电容器。随着该数据电压的施加，该oled在电容器充电时开始发光。当切换栅极电压以将晶体管置于截止状态时，数据电压断开，但是电容器继续通过oled放电。因此，oled继续发光，直到来自电容器电荷的电压低于oled的阈值电压。

这样的通过基于电荷的编程来操作的配置缺少其他以往的配置中的模拟驱动晶体管，因此，驱动晶体管特性的变化将不适合于性能。然而，如上所述的以往的基于电荷的编程配置不对oled变化进行补偿。另外，以往的基于电荷的编程配置采用施加到oled的恒定或偏置电流源。当该电流源必须向例如显示装置中的列中的大量子像素供给电流时，这种类型的电流源在实践中可能难以实现。特别是对于低电流环境或应用，驱动速度可能是不利的慢。

技术实现要素：

本发明涉及采用基于电荷的编程配置的像素电路，该基于电荷的编程配置能够使得不需要驱动晶体管，并且还能够补偿oled的特性的变化，该特性包括用于发光的oled阈值电压。上述的电路配置采用外部补偿系统和方法来补偿oled器件的变化。

在本发明的实施方式中，直接对oled阳极施加数据电压，电荷存储在构成该oled的内部电容的储能电容器上，并且可选地存储在与该oled并联连接的单独的储能电容器上。施加数据电压驱动oled发光并对电容器充电。当数据电压与oled阳极断开时，oled随着储能电容器放电而继续发光，直到储能电容器上的电压下降到oled阈值电压。oled阈值电压为oled两端的最小电压，因该最小电压而经过该oled的电流高于用于发光的特定值。

所公开的配置使用外部补偿系统对oled特性的任何变化进行补偿，通过该外部补偿系统，基于oled特性的测量值来调节所施加的数据电压。具体地说，该外部补偿系统测量oled像素电路中的储能电容，其包括oled内部电容coled并且可选地包括单独的储能电容器的电容cst。该外部补偿系统还测量oled的阈值电压变化，并调节数据电压以补偿任何这样的变化。

根据本公开的电路配置相对于以往的配置具有优点。基于电荷的编程配置和方法使得能够编程数据和发光而不需要驱动tft，即，没有驱动tft以模拟模式操作以控制输送至oled的电流。这能够消除驱动tft特性变化的有害影响。另外，与以往的基于电荷的编程配置不同，本公开的配置和方法对包括oled阈值电压的oled特性的变化进行补偿。

因此，本发明的一个方面为一种采用电荷编程并且还能够对发光器件的特性的变化进行补偿的显示系统。在示例性实施方式中，该显示系统包括：包括多个像素电路的显示面板；和位于上述显示面板外部的测量和数据处理单元。每个像素电路包括：发光器件，其具有与第一电压源连接的第一端子和与上述第一端子相对的第二端子；第一晶体管，其连接在来自上述测量和数据处理单元的数据电压供给线和上述发光器件的第二端子之间；和第二晶体管，其连接在上述发光器件的第二端子和至上述测量和数据处理单元的采样线之间。上述测量和数据处理单元被配置成通过上述采样线对上述发光器件的第二端子处的测得电压进行采样，并基于上述测得电压对上述发光器件输出数据电压以补偿上述发光器件的特性的变化。每个像素电路还可以包括连接在上述发光器件的第二端子和第二电压源之间的储能电容器，其中，当上述数据电压与上述像素电路断开时，上述储能电容器通过上述发光器件放电。

在示例性实施方式中，上述测量和数据处理单元可以包括：测量单元，例如模数转换器，其将上述测得电压转换为数字值；计算单元，例如数字运算器，其基于上述数字值和目标电压数据值来计算输出数据电压值；和输出单元，例如数模转换器，其将上述输出数据电压值转换为输出到上述发光器件的模拟数据电压。上述测量和数据处理单元还可以包括存储单元，其存储上述测得电压的上述数字值，其中上述数字运算器从上述存储单元获得上述数字值。

本发明的另一方面为一种操作像素电路的方法，其采用电荷编程并对上述像素电路中的发光器件的特性的变化进行补偿。在示例性实施方式中，该方法包括以下步骤：在测量阶段操作上述像素电路以补偿上述像素电路中的发光器件的特性的变化，上述测量阶段包括以下步骤：在第一测量充电阶段操作上述像素电路，其中，对上述像素电路施加第一数据电压以对上述像素电路的电容充电；在测量放电阶段操作上述像素电路以对上述像素电路的电容放电；在采样阶段操作上述像素电路，其中在采样线上测量在上述测量放电阶段结束时上述发光器件处的一个或多个电压；和在第二测量充电阶段，通过向上述像素电路施加第二数据电压来操作上述像素电路，其中，基于在上述测量放电阶段结束时测得的电压，相对于上述第一数据电压调节上述第二数据电压，以补偿上述发光器件的特性的变化。该方法还包括在发光阶段操作上述像素电路，其中，基于在上述测量阶段期间执行的补偿，对上述发光器件施加发光数据电压以用于发光。该方法还包括：基于在上述采样阶段期间测得的上述一个或多个电压，计算上述像素电路的电容和上述发光器件的阈值电压，其中，补偿上述像素电路的电容和/或上述发光器件的阈值电压的变化。

上述发光阶段可以包括：发光充电阶段，在该阶段期间，对上述像素电路施加上述发光数据电压，并且上述发光器件发光并且上述像素电路的电容被充电；和发光放电阶段，在该阶段期间，上述发光数据电压与上述像素电路断开，并且上述像素电路的电容通过上述发光器件放电，使得上述发光器件继续发光。

为了实现上述目的和相关目的，本发明包括在下文中充分描述并在权利要求中特别指出的特征。以下的描述和附图详细阐述了本发明的某些说明性的实施方式。然而，这些实施方式仅表示可以采用本发明原理的各种方式中的一些方式。当结合附图考虑本发明的以下详细描述时，本发明的其他目的、优点和新特征将变得显而易见。

附图说明

图1为表示示例oled的充电/放电概念的图，其中储能电容器为oled的内部电容。

图2表示在图1的示例oled中发生的充电和放电期间oled处的对应电压和电流。

图3为描绘根据本发明实施方式的示例性显示系统的框图。

图4为描绘根据本发明实施方式的第一电路配置的图。

图5为例如图3的显示系统的整帧采样和发光时序的时序图。

图6为利用图4的电路配置作为参考的发光阶段的时序图。

图7为利用图4的电路配置作为参考的测量阶段的时序图。

图8为描绘在测量阶段的采样阶段期间像素电路和外部采样线的代表的图。

图9为描绘根据本发明实施方式的第二电路配置的图。

图10为描绘根据本发明实施方式的第三电路配置的图。

图11为图10的第三电路配置的发光阶段的时序图。

图12为说明标准数据写入的时序图。

图13为说明根据本发明实施方式的用于低电流操作的优化数据写入的时序图。

附图标记列表

10-示例性显示系统

12-显示面板

14-像素

16-scan驱动器

18-数据驱动器

20-外部测量和数据处理单元

24-外部测量和数据处理子单元

26-模数转换器(adc)

27-数模转换器(dac)

28-存储单元

29-数字运算器

30-第一电路配置

40-第二电路配置

50-第三电路配置

具体实施方式

现在将参考附图对本发明的实施方式进行说明，其中，相同的附图标记始终用于表示相同的要素。应当理解，附图不一定按比例绘制。

本发明采用使用基于电荷的编程配置的像素电路，该基于电荷的编程配置使得不需要驱动晶体管(tft)，并且还能够补偿oled的特性的变化，该特性包括用于发光的oled阈值电压。oled阈值电压通常为oled两端的最小电压，因该最小电压而经过该oled的电流高于用于发光的特定值。在电荷编程配置中，总光能输出(l)与输送到oled的总电荷(q)成正比，该总电荷(q)等于通过oled的电流(i)乘以发光时间(t)：

l＝k·(i·t)＝kq，

其中k为比例常数。

在以往的驱动oled的方法中，对oled施加恒定电流一段时间以实现目标电荷从而实现目标光能输出。相反，在本公开中描述的实施方式中，总电荷存储在电容器中，该电容器可以包括oled的内部电容，并且该电容器通过oled的发光二极管放电。输送给oled的总电荷也可表示为：

q＝c·δv＝l/k，

其中c为储能电容器的电容，δv为该电容器两端的电压电平变化。如果已知量的电荷存储在该储能电容器中并在帧时间期间通过该oled放电，则控制总光输出l。能够实现均匀的亮度显示。

图1为表示示例oled的充电/放电概念的图，其中储能电容器为oled的内部电容coled，即，储能电容器不是单独的部件。图2表示在图1的示例oled中发生的充电和放电期间oled处的对应电压和电流。当施加电压vdata时，电流流过oled，当oled两端的电压超过阈值电压时oled发光。如上所述，oled阈值电压为oled两端的最小电压，因该最小电压而经过该oled的电流高于用于发光的特定值。可以通过内部电阻器rseries和rshunt的存在来控制通过oled的电流。在操作期间，施加的电压对coled充电。当电压vdata断开时，在coled上积累的电荷通过rseries向oled的发光二极管部分放电，oled将继续发光，直到oled两端的电压下降到低于阈值电压。当oled两端的电压达到阈值电压时，vdata可以重新连接以进入下一个充电阶段，可以如图2所示重复充电-放电循环，以实现期望的oled连续光输出。

图3为描绘根据本发明实施方式的示例性显示系统10的框图。显示系统10包括：包括像素阵列14的显示面板12；scan驱动器16；数据驱动器18；和包括m列子单元24的外部测量和数据处理单元20。每个像素包括发光器件，例如oled或者像微led或量子点led那样的其他合适的发光器件。

完成数据编程阶段的时间段在本领域中被称为“水平时间”或“1h”。短的1h时间为对于列中具有大量像素的显示器的要求，这是高分辨率显示器所必需的。对于所有列，可以在一个水平时间期间将数据从数据驱动器18加载到一行。例如，对于行号i，当来自scan驱动器(扫描驱动器)16的scan信号(扫描信号)使能该行时，每列(1到m)的data(数据)可以同时从数据驱动器18加载到行i中的每个像素。可以依次对行进行编程，并且可编程的行数取决于扫描频率和水平时间。例如，对于扫描频率fscan，可编程的最大行数为通常，每列可以有一条以上的数据线；具体地说，每列可以有k条数据线。因此，行可以被分段为k个区段，并且每个区段有b行。以这种方式，可编程的总行数增加到k·b。

外部测量和数据处理单元20包括m列子单元24以执行oled补偿操作，这将在下面进一步详细说明。如本文所使用的，术语“外部”是指测量和数据处理单元20相对于具有用于像素阵列14的像素电路的显示面板12位于外部。以这种方式，与每个单独像素相关联的像素电路的尺寸被最小化，以允许高分辨率显示。

通常，在本发明的实施方式中，对oled阳极直接施加数据电压，并且电荷被存储在储能电容器上，该储能电容器可以包括oled的内部电容，并且可选地包括与oled并联连接的附加的单独的储能电容器cst。施加数据电压驱动oled发光。当数据电压与oled阳极断开时，oled随着oled电容和储能电容器放电而继续发光，直到电容器上存储的电压下降到oled阈值电压。另外，尽管主要结合作为发光器件的oled对该实施方式进行了说明，但是可以将类似的原理用于采用其他类型的发光器件的显示技术，该其他类型的发光器件包括例如微led和量子点led。

所公开的配置使用外部补偿系统对oled特性的任何变化进行补偿，通过该外部补偿系统，基于oled特性的测量值来调节所施加的数据电压。具体地说，该外部补偿系统测量oled中的储能电容，其包括oled内部电容coled并且可选地包括单独的储能电容器cst的电容。该外部补偿系统还测量oled的阈值电压变化，并调节数据电压以补偿任何这样的变化。

因此，本发明的一个方面为一种采用电荷编程并且还能够对发光器件的特性的变化进行补偿的显示系统。在示例性实施方式中，该显示系统包括：包括多个像素电路的显示面板；和位于上述显示面板外部的测量和数据处理单元。每个像素电路包括：发光器件，其具有与第一电压源连接的第一端子和与上述第一端子相对的第二端子；第一晶体管，其连接在来自上述测量和数据处理单元的数据电压供给线和上述发光器件的第二端子之间；和第二晶体管，其连接在上述发光器件的第二端子和至上述测量和数据处理单元的采样线之间。上述测量和数据处理单元被配置成通过上述采样线对上述发光器件的第二端子处的测得电压进行采样，并基于上述测得电压对上述发光器件输出数据电压以补偿上述发光器件的特性的变化。

图4为描绘根据本发明实施方式的第一电路配置30的图。电路配置30包括像素电路14和位于像素电路14外部的测量和数据处理子单元24。同样，外部测量和数据处理单元的优点在于使像素电路尺寸最小化。在这方面，图4仅示出了具有外部测量和数据处理子单元24的一个像素。像素与外部测量和数据处理子单元24之间的实际连接是对于一列中的所有像素。像素与外部测量和数据处理单元20之间的实际连接是对于“m”列和“k·b”行像素，例如在图3的系统中所示，因此，外部测量和数据处理单元对所有像素进行补偿操作。

在该示例中，像素电路14被配置成包括两个开关晶体管tftt1和t2以及一个储能电容器cst的tft电路。储能电容器cst的底板与第二电压源vss连接。t1的导通/截止状态由scan信号控制，t2的导通/截止状态由采样信号smpl控制。这些信号由图3的scan驱动器16产生。图4中的像素电路被表示为使用n型tft，但是像素电路也可以使用p型tft来实现。像素电路还包括发光器件，例如oled。发光器件(oled)具有相关的内部电容，其在电路图中表示为coled(即，coled不是单独的部件，而是oled固有的)。oled如以往那样还与电源elvss连接。在示例性实施方式中，与elvss连接的oled的第一端子为阴极，并且与晶体管t1和t2连接的oled的第二端子为阳极，使得数据电压直接施加在oled阳极上。

另外，尽管主要结合作为发光器件的oled对该实施方式进行了说明，但是可以将类似的原理用于采用其他类型的发光器件的显示技术，该其他类型的发光器件包括例如微led和量子点led。在另一示例中，oled的阳极可以与电源vdd连接，oled的阴极可以与晶体管t1和t2连接。

oled和tft像素电路14，包括晶体管、电容器和连接线可以使用本领域中以往的tft制造工艺来制造。应当理解，可以采用类似的制造工艺来制造根据任一实施方式的tft像素电路。

例如，像素电路14(和随后的实施方式)可以设置在例如玻璃、塑料或金属的基板上。每个tft可以包括栅极电极、栅极绝缘层、半导体层、第一电极和第二电极。半导体层设置在基板上。栅极绝缘层设置在半导体层上，栅极电极可以设置在该绝缘层上。第一电极和第二电极可以设置在该绝缘层上并使用通孔与半导体层连接。第一电极和第二电极通常分别可以称为tft的“源极电极”和“漏极电极”。电容器可以包括第一电极、绝缘层和第二电极，由此，该绝缘层在第一电极和第二电极之间形成绝缘屏障。电路中的部件之间的布线和用于将信号引入电路的布线可以包括金属线或掺杂的半导体材料。例如，金属线可以设置在基板和tft的栅极电极之间，并且使用通孔与电极连接。半导体层可以通过化学气相沉积来沉积，金属层可以通过热蒸镀技术来沉积。

oled器件可以设置在tft电路上。oled器件可以包括：第一电极(例如，oled的阳极)，其在该示例中与晶体管t1和t2连接；用于将电荷(例如，空穴)注入或传输到发光层的一个或多个层；发光层；用于将电荷(例如，电子)注入或传输到发光层的一个或多个层；和第二电极(例如，oled的阴极)，其在该示例中与电源elvss连接。注入层、传输层和发光层可以为有机材料，第一电极和第二电极可以为金属，并且所有这些层可以通过热蒸镀技术来沉积。

在示例性实施方式中，上述测量和数据处理单元可以包括：测量单元，例如模数转换器，其测量采样电压并将测得电压转换为数字值；计算单元，例如数字运算器，其基于上述数字值和目标电压数据值来计算输出数据电压值；和输出单元，例如数模转换器，其将上述输出数据电压值转换为输出到上述发光器件的模拟数据电压。上述测量和数据处理单元还可以包括存储单元，其存储上述测得电压的上述数字值，其中上述数字运算器从上述存储单元获得上述数字值。

参考图4的示例，外部测量和数据处理单元24包括被配置成模数转换器(adc)26的测量单元，其对用作采样线的感测列线spx上的模拟电压进行采样，其中“x”是指要采样的列。adc26将从采样线spx获得的采样模拟电压转换为数字值或表示像素特性的值。那些数字值存储在存储单元28中。单元24还包括配置为数字运算器29的计算单元，其使用算法将存储在存储单元28中的值和期望的数据值，即oled输出的灰度值组合，以生成数字数据值。单元24还包括配置为数模转换器(dac)27的输出单元，其将该数字数据值转换为模拟数据值vdata。模拟数据值vdata被加载到像素电路14，以用于oled的发光。因此，通常也参考图3的显示图，“m”列采样数据spx(或列1到m的sp1-m)将由adc采样，dac将提供“m”列电压数据vdata以将数据施加于列中的每个像素(dm1至dmkb)。

图5为例如图3的显示装置的包括完整的像素阵列的整帧采样和发光时序的时序图。整个系统在两个主要阶段中操作：发光的发光阶段；和测量oled特性变化的测量阶段。图5表示整个测量帧的时序，其包括从第一行(行1)到最后一行(行k*b)的测量阶段和发光阶段。产生连续行的时序，由此，下一行的测量阶段在前一行的测量阶段完成(并且发光阶段开始)时开始，直到该帧完成。

通常，在发光阶段期间，每个像素在充电阶段或放电阶段被操作。在发光阶段期间，基于每帧的期望灰度级生成像素所需的光。在测量阶段期间，像素在充电阶段、放电阶段或采样阶段被操作。在测量阶段期间，测量oled阈值电压von和总电容ctotal＝coled+cst。如果唯一的电容是内部oled电容，则cst为零。进行测量所花的时间可以在几毫秒的范围内，这取决于布线上的寄生电容、adc采样时间以及与操作效率相关的可比较因素。在测量阶段之后，von和ctotal对每个像素为已知值，并且作为表示像素特性的值存储在存储单元中，基于该值通过调节数据电压值来进行补偿。关于每个阶段的详细情况说明如下。

图6为利用图4的电路配置作为参考的发光阶段的时序图。可以对阵列中的任何像素执行可比较的操作。使控制信号scan从低变为高，从而使像素电路中的晶体管t1导通。这使发光充电阶段开始，在该阶段期间，数据电压vdata被施加在oled的阳极并被存储在电容器coled和cst中。在与期望的灰度值相关联的vdata高于oled阈值电压时，oled开始发光。在本文中表示为tcharge的时间间隔之后，使控制信号scan从高变为低，从而使晶体管t1截止。这使发光充电阶段结束并使发光放电阶段开始。在发光充电阶段结束时，电容器上的总存储电荷为：

qstart＝(vdata-elvss)·coled+(vdata-vss)·cst。

在发光放电阶段期间，当电容器coled和cst上的存储电荷通过oled消散时，oled发光。在本文中表示为tdischarge的时间间隔之后，使控制信号scan再次从低变为高，从而使像素电路中的晶体管t1导通，从而启动下一个发光充电阶段。在整个发光阶段，采样信号smpl信号保持为低，使得晶体管t2截止，因此采样线spx与像素电路断开。

在发光放电阶段期间，当电容器coled和cst上的存储电荷通过oled消散时，oled发光。结果，oled阳极上的电压下降。如果oled阳极上的电压下降到低于oled阈值电压von，则oled将停止发光。在发光放电阶段结束时，即，在下一个充电阶段即将开始之前，oled阳极上的电压表示为vend。在发光放电阶段结束时的存储电荷qend为：

qend＝(vend-elvss)·coled+(vend-vss)cst。

总光能输出与电荷差成正比：

δq＝(vdata-vend)·(coled+cst)。

优选oled阳极上的电压在发光放电阶段结束之前下降到oled阈值电压使得vend≈von。在该情况下，总光能输出与电荷差成正比：

δq＝(vdata-von)·(coled+cst)。

图7为再次利用图4的电路配置作为参考的测量阶段的时序图。同样，可以对阵列中的任何像素执行类似的操作。使控制信号scan从低变为高，从而使像素中的晶体管t1导通。这使第一测量充电阶段开始。为测量阶段的目的，优选对于第一测量充电阶段，数据电压为低。低数据电压充电阶段将避免来自oled的明亮光发射，并且如果在显示器显示图像的同时实时执行测量阶段则尤其有利。数据电压应该优选稍高于oled阈值电压von，例如数据电压比最后已知或测得的oled阈值电压高1％。对于首次工厂测量，数据电压将设置为比工艺变化内的最高oled阈值电压的高1％。在另一个示例中，数据电压比最后已知或测得的oled阈值电压高至多100mv，或者比工艺变化内的最高oled阈值电压高至多100mv。数据电压施加在oled的阳极并被存储在电容器coled和cst中。

在表示为tcharge的测量充电阶段的时间间隔之后，使控制信号scan从高变为低，从而使晶体管t1截止。这使第一测量充电阶段结束并使测量放电阶段开始。在测量放电阶段期间，oled通过释放电容器coled和cst上的电荷而发光(优选低光水平)。在表示为tdischarge的测量放电阶段的时间间隔之后，使控制信号smpl从低变为高，从而使晶体管t2导通以将采样线spx与oled连接。这使采样阶段开始，并且在测量放电阶段结束时oled的阳极处的电压(表示为vend)由adc采样。然后使控制信号smpl从高变为低，从而使晶体管t2截止，这通过将采样线spx与oled断开来结束采样阶段。

然后使控制信号scan从低变为高，从而使像素中的晶体管t1导通。这使下一个或第二测量充电阶段开始。优选oled阳极上的电压在测量放电阶段结束之前下降到oled阈值电压，使得vend≈von。因此，oled阈值电压von被测量为与测量放电阶段结束时的vend基本上相同。

外部测量和数据处理单元24如下操作以执行oled特性的补偿。在采样阶段期间，测得的vend≈von将被采样并被adc26转换为数字值。在下面的讨论中，假设vend＝von作为近似，使得存在该像素的oled阈值电压的测量值。用于该像素的转换后的数字von被存储在存储单元28中，或者可选地，来自显示器的多于一个像素的von数据经由数字算法被压缩并在数据压缩之后被存储在存储单元28中。当进行补偿时，从存储单元28中读取该像素的von。

在上述的发光阶段期间，存在像素的目标灰度(或亮度)值。以下说明如何获得该亮度值。数字运算器29将表示为vtarget_digital的目标灰度值与存储在存储单元28中的数字von组合。该组合后的值将由dac27转换为模拟电压vdata，其中，vdata＝vtarget+von。当scan线使晶体管t1能用于发光时，模拟电压将在发光充电阶段期间施加到oled。

可以以下面的方式设置目标灰度值vtarget_digital。像素的亮度由以下的式子设置：

lp＝k·fscan(vdata-von)·(coled+cst)。

其中k为电荷光转换常数，其是本领域已知的用于oled器件的特定像素或典型参数的通过实验确定的值。fscan为控制信号scan的频率，即scan从低上升到高之间的时段的倒数。可以通过施加不同的vdata或改变fscan的频率来改变亮度lp。优选fscan用于设置全局亮度，因此对于装置操作将保持恒定。对于给定或设定的全局亮度，vdata然后用于设置光输出的不同灰度值。利用单元24的外部测量，如上所述，vdata＝vtarget+von。因此，外部测量后的亮度为：

lp＝k·fscan(vtarget+von-von)·(coled+cst)＝k·fscan·vtarget·(coled+cst)。

从上面的表达中可以明显看出，亮度不依赖于oled或晶体管阈值电压特性。因此，变化被补偿，能够实现均匀的显示。在第二测量充电阶段期间，将存在一些光输出，但是如果这样的充电阶段如图7所示足够短，则光输出误差将足够小以使人眼难以分辨。

根据本公开的电路配置相对于以往的配置具有优点。基于电荷的编程配置和方法使得能够编程数据和发光而不需要驱动tft，即，没有驱动tft以模拟模式操作以控制输送至oled的电流。这能够消除驱动tft特性变化的有害影响。另外，与以往的基于电荷的编程配置不同，本公开的配置和方法对包括oled阈值电压和像素电路电容的oled特性的变化进行补偿。

现在将描述关于外部测量和数据处理单元24从采样线进行测量的附加详细情况。图8为描绘在如上所述的测量阶段的采样阶段期间像素电路14的代表的图。参考图8说明oled阈值电压von和像素总电容ctotal＝coled+cst的测量。图8表示采样线采样期间的电路图，其中sp为与先前的图类似(给定列的spx)的列采样线信号；cp为采样线上的寄生电容；cs为结合在采样线上的采样电容器；s1为结合在采样线上的开关，例如开关晶体管。

外部测量可以包括两类测量，本文中表示为初始测量和实时测量。初始测量需要较长时间，通常作为工厂校准执行或在装置处于待机模式时执行。初始测量将测量von和coled以用于补偿oled的特性变化。像素之间的coled不匹配通常不会改变，因此，用于补偿任何coled变化的初始测量仅需要执行一次，或者至少不经常执行，因此，如上所述，可以作为工厂校准的一部分执行或以待机模式执行。可以在待机模式下执行实时测量。然而，由von表示的oled阈值电压会随着时间和oled的使用而变化。因此，为了oled电压阈值补偿的目的，可以重复采用实时测量以实时刷新阈值电压。

以上参考图7对与测量阶段相关的时序方面进行了说明。在测量充电阶段期间施加低数据电压。在测量放电阶段结束时，晶体管t2导通，并且将对oled阈值电压von进行采样和测量。为简单起见，假设elvss＝vss＝0，则像素电容器的电荷为(coled+cst)·von。

外部测量的初始测量类别的步骤如下进行。另外参考图8，在使晶体管t2导通之前，通过在采样线sp上设置表示为第一重置电压v1的电压来重置采样线中的寄生电容器cp上的电荷。v1应低于oled的阈值电压，以避免在采样阶段引起发光或失去电荷。当在晶体管t2导通之前执行这样的重置时，当晶体管t2随后导通时，电荷将在coled+cst和cp之间分配如下：

v1·cp+(coled+cst)·von＝(coled+cst+cp)·vm0。

然后测量四个电压作为来自采样线的初始测量的一部分。第一测量电压为采样上的初始电压vmo，其为：

通过不重置cp的同时重复上述步骤“n”次而获得第二测量电压。最终测量值vmf将按以下方式计算到von：

因此，在迭代结束时，oled阈值电压von将为已知值vmf。在上述过程中，迭代次数n取决于第一测量步骤中的重置电压v1与寄生电容cp之间的差。如果v1接近von并且寄生电容小，则仅需要少量迭代来获得vmf。例如，在该情况下，只要五次迭代就足够。在更典型的情况下，采样线上的寄生电容可能很大，因此，将要执行20-30次迭代。通常，迭代次数n可以在测量期间确定。当两个连续迭代测量值之间的差vmf(n)-vmf(n-1)低于预定量时，迭代可以终止，以便足够小以精确地逼近von。例如，对于迭代的终止，逐次迭代的差可小于1％，或者更精确地小于0.1％。

表示为vm1的第三测量电压与第一测量电压类似地获得，并且寄生电容cp被重置为测量线sp上的不同的第二重置电压v2。类似地，v2应低于oled的阈值电压，以避免在采样阶段引起发光或失去电荷。第三测量电压为：

然后，通过将寄生电容cp和采样电容器cs重置为第一重置电压v1，然后使晶体管t2和采样开关s1导通，从而将所有电容器的端子连接在一起，来获得表示为vm2的第四测量电压。当开关t2和s1处于导通状态(闭合)时，第四测量电压为：

利用上述四个测量电压的四个式子，可以确定像素电路的总电容coled+cst：

因为coled+cst和von现在为已知值，并且扫描频率fscan针对某一全局亮度设定，所以，现在可以将得到的vdata设置如下：

其中，lp为亮度，k为亮度-电压转换参数。以这种方式，初始测量用于根据oled的特性来设置vdata的值。同样，因为初始测量确定像素电路的总电容coled+cst，并且这样的电容通常不随时间改变，所以，初始测量可以作为工厂校准的一部分或当装置处于待机模式时仅执行一次(或不经常执行)，以用于设置默认的vdata。

采用实时测量来刷新oled阈值电压von的确定，如上所述，与电容不同，其会随时间变化。因此，在操作像素电路的期间在测量时段期间重复实时测量。在测量上面的第二测量电压时使用迭代过程执行适当的von的确定，由此，在迭代结束时，vmf≈von。因此，实时测量对应于在测量阶段期间在装置的实际操作期间初始测量过程的第二测量电压的确定。

图9为描绘根据本发明实施方式的第二电路配置40的图。图9中与图4相同的部件用相同的附图标记表示，下面对电路差异进行说明。具体地说，在图9的实施方式中，没有单独的储能电容器cst。当oled具有更大的尺寸或尺度时，可以采用这样的配置，使得coled足够大以满足最大亮度要求，特别是在发光放电阶段期间。除此以外，图9的实施方式与已经对图4的实施方式进行的说明类似地操作。在适用的式子中，cst＝0，并且光输出为：

lp＝k·fscan(vdata-von)·coled。

有利地，因为在显示器的背板中不包括单独的储能电容器以形成像素的cst，所以可以使像素电路的整体尺寸更小。然而，当coled足够大以满足最大亮度要求时，特别是在发光放电阶段期间，也可以获得这种较小的尺寸。

图10为描绘根据本发明实施方式的第三电路配置50的图。图10中与图4和9相同的部件用相同的附图标记表示，下面对电路差异进行说明。具体地说，在图10的实施方式中，存在施加在储能电容器cst的底板处的多电平升压参考电压vref。这使得能够使用更小的电容器，这将产生更小的像素电路和/或更小的频率fscan以获得所需的亮度。

图11为使用升压参考电压vref的图10的第三电路配置50的发光阶段的时序图。参考图10和11，使控制信号scan从低变为高，从而使晶体管t1导通。这使发光充电阶段开始，并且数据电压vdata存储在电容器coled和cst上。然后，使参考电压vref从高值变为低值，即从vhref变为vlref，同时使晶体管t1导通。在表示为tcharge的充电时间间隔之后，使控制信号scan从高变为低，从而使晶体管t1截止。这使发光充电阶段结束并使发光放电阶段开始。在发光充电阶段结束时，总存储电荷为：

qstart＝(vdata-elvss)·coled+(vdata-vlref)·cst。

在发光放电阶段期间，当电容器coled和cst上的存储电荷通过oled消散时，oled发光。在发光放电阶段期间，使参考电压vref从低值vlref变为高值vhref。在表示为tdischarge的放电时间间隔之后，使控制信号scan从低变为高，从而使像素电路中的晶体管t1导通。这使下一个发光充电阶段开始。在发光放电阶段期间，oled阳极电压将优选降至大约von。在发光放电阶段结束时的总存储电荷为：

qend＝(von-elvss)·coled+(von-vhref)cst。

光能输出将与电荷差成正比：

δq＝qstart-qend＝(vdata-von)·coled+(vdata-von+vhref-vlref)·cst＝(vdata-von)·coled+(vdata-von+δvref)·cst。

以这种方式，与先前的实施方式相比，光输出被提升δvref·cst，其中δvref为高参考电压值和低参考电压值之间的差。因此，对于给定的所需光输出，施加参考电压允许使用较小的电容器来实现相同的光输出。

在示例性实施方式中，可以优化数据写入的时序，尤其是对于低电流应用。在低电流应用中，与较高电流应用相比，阈值电压补偿精度可能较低。在较低电流下补偿精度降低有两个主要原因。首先，如果扫描速度高，则在放电阶段结束时可能发生电荷尚未完全放电。任何残余电荷都会在随后的发光阶段引入误差。当操作电流高时，该误差可能不显著，但是当操作电流低时，该误差可能变得显著。其次，在低电流的情况下，可能需要相当长的时间才能使电容器完全放电，这使得它更可能由于残余电荷的存在而引入上述误差。

图12为说明标准数据写入的时序图。发光充电和放电阶段如前所述进行操作。在标准数据写入中，在每个扫描时段期间，data“d”将被写入像素中。对于低电流，低数据值d将被编程到像素，其具有如上所述的误差倾向。

图13为说明根据本发明实施方式的用于低电流操作的优化数据写入的时序图。在图13的操作中，可以在实际数据值d1之间插入对应于最低模拟数据值的数据“0”。d1可以为标准数据写入中的更高数据值，因为数据写入中散布有一个或多个“0”电平数据输入，以便在发光阶段保持与标准数据写入中相当的平均发光。因为数据值d1更大，任何潜在的误差都变得不那么显著。另外，这样的操作会有效地局部降低低电流的扫描速度，同时保持全局扫描速度固定。此外，在发光放电阶段结束时，任何残余电荷将由数据“0”刷新以消除所述残余电荷。以这种方式，能够减少由残余电荷引起的变化所造成的误差。

已经结合作为显示发光器件的oled对各种实施方式进行了说明。然而，电路配置和操作方法并不限于任何特定的显示技术。例如，电路配置和方法还可以用于微led显示器、量子点led显示器或响应于施加的电偏压而发光的任何其他装置。例如，微led为包含p型区域、n型区域和发光区域的半导体器件，例如形成在基板上并被分成单独的芯片。微led可以基于iii族氮化物半导体。量子点led例如为包含空穴传输层、电子传输层和发光区域的器件，其中发光区域包含纳米晶体量子点。本文中说明的电路配置可以用于任何这样的显示技术。

因此，本发明的一个方面为一种采用电荷编程并且还能够对发光器件的特性的变化进行补偿的显示系统。在示例性实施方式中，该显示系统包括：包括多个像素电路的显示面板；和位于上述显示面板外部的测量和数据处理单元。每个像素电路包括：发光器件，其具有与第一电压源连接的第一端子和与上述第一端子相对的第二端子；第一晶体管，其连接在来自上述测量和数据处理单元的数据电压供给线和上述发光器件的第二端子之间；和第二晶体管，其连接在上述发光器件的第二端子和至上述测量和数据处理单元的采样线之间；其中，上述测量和数据处理单元被配置成通过上述采样线对上述发光器件的第二端子处的测得电压进行采样，并且基于上述测得电压对上述发光器件输出数据电压以补偿上述发光器件的特性的变化。上述显示装置可以单独地或组合地包括以下特征中的一个或一个以上。

在显示装置的示例性实施方式中，上述测量和数据处理单元包括：测量单元，其被配置成通过上述采样线测量上述测得电压；计算单元，其被配置成基于上述测得电压和目标电压数据值来计算输出数据电压值；和输出单元，其被配置成将上述输出数据电压值转换为通过上述数据电压供给线提供给上述发光器件的数据电压。

在显示装置的示例性实施方式中，上述测量和数据处理单元为模数转换器，其将上述测得电压转换为数字值；上述计算单元为数字运算器，其基于上述数字值和上述目标电压数据值来计算上述输出数据电压值；上述输出单元为数模转换器，其将上述输出数据电压值转换为输出到上述发光器件的模拟数据电压。

在显示装置的示例性实施方式中，上述测量和数据处理单元还包括存储单元，其存储上述测得电压的上述数字值，其中上述数字运算器从上述存储单元获得上述数字值。

在显示装置的示例性实施方式中，上述采样线包括：与每个像素电路的上述第二晶体管连接的采样开关；和连接在上述采样开关和第二电压源之间的采样电容器。

在显示装置的示例性实施方式中，每个像素还包括连接在上述发光器件的第二端子和第二电压源之间的储能电容器，其中，当上述数据电压与上述像素电路断开时，上述储能电容器通过上述发光器件放电。

在显示装置的示例性实施方式中，上述第二电压源包括多电平参考电压源，并且上述参考电压源对来自上述储能电容器的放电进行升压。

在显示装置的示例性实施方式中，上述发光器件的第一端子为阴极，并且上述发光器件的第二端子为阳极。

在显示装置的示例性实施方式中，上述发光器件为有机发光二极管、微发光二极管(led)或量子点led中的一者。

在显示装置的示例性实施方式中，上述多个像素电路以行和列的阵列布置在上述显示面板中，并且上述显示系统还包括扫描驱动器和数据驱动器，其提供用于操作上述多个像素电路的控制信号。

本发明的另一方面为一种操作像素电路的方法，其采用电荷编程并对上述像素电路中的上述发光器件的特性的变化进行补偿。在示例性实施方式中，上述方法包括以下步骤：在测量阶段操作上述像素电路以补偿上述像素电路中的发光器件的特性的变化；和在发光阶段操作上述像素电路，其中，基于在上述测量阶段期间执行的补偿，对上述发光器件施加发光数据电压以用于发光；上述测量阶段包括以下步骤：在第一测量充电阶段操作上述像素电路，其中，对上述像素电路施加第一数据电压以对上述像素电路的电容充电；在测量放电阶段操作上述像素电路以对上述像素电路的电容放电；在采样阶段操作上述像素电路，其中在采样线上测量在上述测量放电阶段结束时上述发光器件处的一个或多个电压；和在第二测量充电阶段，通过向上述像素电路施加第二数据电压来操作上述像素电路，其中，基于在上述测量放电阶段结束时测得的电压，相对于上述第一数据电压调节上述第二数据电压，以补偿上述发光器件的特性的变化。上述操作像素电路的方法可以单独地或组合地包括以下特征中的一个或一个以上。

在操作像素电路的方法的示例性实施方式中，上述第一数据电压比上述发光器件的阈值电压高至多100mv。

在操作像素电路的方法的示例性实施方式中，对上述发光器件的阳极施加数据电压。

在操作像素电路的方法的示例性实施方式中，上述发光阶段包括：发光充电阶段，在该阶段期间，对上述像素电路施加上述发光数据电压，并且上述发光器件发光并且上述像素电路的电容被充电；和发光放电阶段，其中，上述发光数据电压与上述像素电路断开，并且上述像素电路的电容通过上述发光器件放电，使得上述发光器件继续发光。

在操作像素电路的方法的示例性实施方式中，一组第一发光阶段包括将用于发光的上述发光数据电压写入上述发光器件的一个或多个数据，并且第二组发光阶段包括向上述发光器件写入一个或多个零数据电压值。

在操作像素电路的方法的示例性实施方式中，上述方法还包括：基于在上述采样阶段期间测得的上述一个或多个电压，计算上述像素电路的电容和上述发光器件的阈值电压，其中，补偿上述像素电路的电容和/或上述发光器件的阈值电压的变化。

在操作像素电路的方法的示例性实施方式中，上述方法还包括补偿上述采样线上的寄生电容。

在操作像素电路的方法的示例性实施方式中，在上述采样阶段期间测量上述一个或多个电压包括测量用于补偿上述发光器件的特性的变化的四个电压，并且上述采样线包括寄生电容和采样电容器；其中测量上述四个电压包括：(a)对上述采样线施加第一重置电压以重置上述采样线的寄生电容上的电荷；(b)对上述发光器件施加采样数据电压，并通过上述发光器件处的采样线测量第一电压，然后将上述采样数据电压与上述像素电路断开；(c)在多次迭代中重复步骤(b)并在上述迭代结束时，通过上述发光器件处的上述采样线测量第二电压；(d)对上述采样线施加第二重置电压以重置上述采样线的寄生电容上的电荷，其中，上述第二重置电压与上述第一重置电压不同；(e)对上述发光器件施加上述采样数据电压，并通过上述发光器件处的上述采样线测量第三电压，然后将上述采样数据电压与上述像素电路断开；(f)对上述采样线施加上述第一重置电压以重置上述采样线的寄生电容上的电荷，并通过将上述采样电容器与上述像素电路连接来重置上述采样电容器上的电荷；和(g)通过上述发光器件处的上述采样线测量第四电压。

在操作像素电路的方法的示例性实施方式中，上述重置电压被设置成低于上述发光器件的阈值电压的电平，使得上述发光器件在上述采样阶段期间不发光。

在操作像素电路的方法的示例性实施方式中，上述方法还包括基于上述四个电压计算上述像素电路的总电容。

在操作像素电路的方法的示例性实施方式中，上述第二电压大约为上述发光器件的阈值电压。

在操作像素电路的方法的示例性实施方式中，在操作上述像素电路的期间实时地重复确定上述第二电压。

在操作像素电路的方法的示例性实施方式中，用于测量上述第二电压的迭代次数“n”基于针对逐次迭代(连续迭代)测得的电压的预定差值。

在操作像素电路的方法的示例性实施方式中，在上述采样阶段期间测得的上述一个或多个电压在上述发光器件的阳极处测量。

在操作像素电路的方法的示例性实施方式中，上述发光器件为有机发光二极管、微发光二极管(led)或量子点led中的一者。

尽管已经关于某个实施方式或某些实施方式示出和描述了本发明，但显而易见的是，本领域其他技术人员在阅读和理解本说明书和附图时将想到等同的改变和修改。特别是关于由上述要素(部件、组件、装置、组成等)执行的各种功能，除非另有说明，用于描述这些要素的术语(包括对“方式”的提及)旨在对应于执行所描述的要素的指定功能的任何要素(即，功能上等同的)，即使并非在结构上等同于所公开的在本文描述的本发明的一个或多个示例性实施方式中执行所述功能的结构。另外，尽管上面可能关于若干所描述的实施方式中的仅一个或多个对本发明的特定特征进行了说明，但是这样的特征可以与其他实施方式的一个或多个其他特征组合，如对于任何给定或特定的应用所期望的和有利的那样。

产业上的可利用性

本发明的实施方式能够应用于许多显示装置，以允许具有有效阈值电压补偿和真黑性能的高分辨率显示装置。这样的装置的实例包括电视机、便携式电话、个人数字助理(pda)、平板电脑和笔记本型计算机、台式监视器、数码相机以及期望高分辨率显示的类似装置。