主動式有機發光二極體顯示器及其驅動方法
2023-10-06 14:43:54 3
專利名稱：主動式有機發光二極體顯示器及其驅動方法
技術領域：
本發明涉及顯示器和對所述顯示器的驅動方法，具體的講是主動式有機發光二極體(AMOLED)顯示器及其驅動方法。
背景技術：
在平板顯示技術中，有機發光二極體顯示器(OLED)以其輕薄、主動發光、快響應速度、廣視角、色彩豐富及高亮度、低功耗、耐高低溫等眾多優點而被業界公認為是繼液晶顯示器(IXD)之後的第三代顯示技術。按驅動方式，OLED分為被動式有機發光二極體(PM0LED，也稱為無源矩陣0LED)及主動式有機發光二極體(AM0LED，也稱為有源矩陣0LED)。其中AMOLED通過在每個像素中集成薄膜電晶體(TFT)和電容器並由電容器維持電 壓的方法進行驅動。AMOLED可以實現大尺寸、高解析度面板，是當前研究的重點及未來顯示技術的發展方向，但在技術上很難實現對圖像質量劣化進行控制的驅動方法，且需要較高的成本。由於控制AMOLED顯示器各個像素髮光的驅動電晶體的閾值電壓、亞閾值擺幅及其電子遷移率存在差異性，且閾值電壓等隨著時間的變化還將發生漂移，而閾值電壓、亞閾值擺幅及電子遷移率是決定驅動電晶體轉移特性曲線的重要參數。在圖I所示的轉移特性曲線中，AMOLED的驅動電晶體將工作在從A到C的全工作點範圍。其中工作點A為電晶體截止點，源漏極沒有電流流過，此時OLED不發光(O%亮度);工作點C為電晶體飽和導通點，相當於開關打開，源漏極流過最大電流，此時OLED發出最大亮度的光(100 %亮度)；中間的工作區B電晶體處於放大狀態，此時OLED發出介於最大與最小亮度之間的光(中間灰度)。不同驅動電晶體的轉移特性曲線並不重合(即轉移特性曲線不一致)，且同一驅動電晶體的轉移特性曲線也會隨工作溫度、時間而變化。因此在相同的柵源輸入電壓下，不同驅動電晶體的源漏電流並不同，這使得在輸入相同的圖像數據時，流過OLED的電流發生偏差導致顯示亮度不均(MURA)。這些因素是導致AMOLED顯示器圖像質量劣化的重要原因，相應的技術解決方案也是行業內必須突破的關鍵技術，目前國內外各大OLED企業均試圖從驅動補償或製程工藝等不同角度研究技術解決方案並取得智慧財產權。
發明內容
針對上述的問題，本發明提供了一種主動式有機發光二極體顯示器及其驅動方法，對驅動電晶體在轉移特性曲線的全工作點範圍進行補償，並且實時地針對驅動電晶體的轉移特性曲線的差異性所導致的圖像質量劣化執行補償，使OLED發出期望的亮度。本發明的主動式有機發光二極體顯示器，具有連接像素陣列的行驅動器和列驅動器，還具有補償單元，在補償單元中設有接收輸入信號的時序控制器，所述的時序控制器通過疊加器與所述的列驅動器連接，同時時序控制器還與行驅動器連接；所述疊加器的輸入端還順序連接有存儲器、A/D轉換器和電流檢測器；所述的像素陣列由像素單元構成，每個像素單元中包括第一開關導通元件和第二開關導通元件，以及驅動導通元件，第一開關導通元件的兩個數據導通腳分別連接列驅動器的數據輸出端和驅動導通元件的控制腳；驅動導通元件的電源輸入腳和控制腳之間連接有電容器；第一開關導通元件和第二開關導通元件的控制腳同時連接行驅動器的掃描線；第二開關導通元件的輸入腳與驅動導通元件的輸出腳連接於第三節點，第二開關導通元件的反饋輸出腳通 過檢測線連接至補償單元的電流檢測器；像素單元中的OLED的正極與所述第三節點連接，OLED的負極連接至為像素單元提供電壓的供電器。行驅動器和列驅動器與現有技術相同，在此不細述。通過第二開關導通元件的反饋輸出腳和檢測線實時反饋驅動導通元件的通過電流，經補償單元計算出與理論值之間的補償值，將補償值和原有的信號進行疊加後再進行驅動0LED，消除驅動導通元件的轉移特性對OLED的影響。通過圖3本領域的普通技術人員容易認識到，本發明的顯示器在像素單元電路中，相對於AMOLED顯示器最基本的像素單元電路，只增加了第二開關元件及檢測線，因此本發明在實現對驅動導通元件的轉移特性曲線的差異性所導致的圖像質量劣化進行補償的同時，像素單元驅動電路簡潔，有利於提高像素單元的發光面積，並且降低了製程工藝的難度，有利於生產實施。具體的，所述的存儲器為具有顯示查找表(LUT =Look-Up-Table)的存儲器。LUT本質上是一個RAM (隨機存儲器)，它把數據事先寫入RAM後，每當輸入一個信號就等於輸入一個地址進行查表，找出地址對應的內容，然後輸出。在這裡LUT可以理解為是一張補償像素灰度值的映射表，它將實際採樣到的與像素灰度值對應的電流或電壓經過一定的變換(如閾值、反轉、二值化、對比度調整、線性變換等)，變成了另外一個與之對應的灰度補償值，這樣可以起到突出圖像的有用信息，校正圖像的光對比度的作用。優選的，第一開關導通元件、第二開關導通元件和驅動導通元件均為電晶體。本發明還提供了一種用於上述顯示器的驅動方法補償單元的時序控制器接收包括圖像數據信號的輸入信號，時序控制器控制行驅動器輸出行掃描信號對像素陣列的像素單元進行逐行尋址，所述的圖像數據信號經疊加器進行矯正處理，疊加器將圖像數據信號與存儲器中存儲的圖像補償數據進行相加運算得到圖像數據疊加信號，所述的圖像數據疊加信號經列驅動器從像素單元的數據輸入腳輸入後，時序控制器控制供電器的輸出電壓使像素陣列中像素單元的OLED導通，使所述OLED根據輸入的圖像數據疊加信號的大小發出相應的亮度。具體的，所說的驅動方法包括檢測期、補償期和發光期檢測期用於計算對通過驅動導通元件信號的補償量控制供電器的輸出電壓使像素陣列中像素單元的OLED反向偏置而截止；向第一開關導通元件輸入數據電壓，並通過導通的第二開關導通元件和檢測線向補償單元輸入流經驅動導通元件的電流；分別檢測使驅動導通元件剛好導通的數據電壓值、使A/D轉換器的輸出剛好等於驅動導通元件的50%最大電流時的數據電壓值和使A/D轉換器的輸出剛好等於驅動導通元件的100%最大電流時的數據電壓值，並計算和存儲所述各檢測到的電壓值與各對應理論值之間的差值；補償期用於向電容器存儲經過補償後的電壓控制供電器的輸出電壓使像素陣列中像素單元的OLED反向偏置而截止；根據在檢測期中計算和存儲的所述電壓差值，列驅動器的數據輸出端向各像素單元輸入經補償單元的疊加器校正後的圖像數據疊加信號，並經導通的第一開關元件向電容器充電，在此時間段補償單元對經第二開關元件反饋的電流不處理；發光期中控制供電器的輸出電壓使像素陣列中像素單元的OLED導通，存儲在電容器中的電壓使驅動導通元件向OLED輸入補償後的驅動電流，使OLED發光。優選的，所述的各導通元件均為電晶體。優選的，所述存儲器中的數據以顯示查找表(LUT)的格式存儲。測試得知，本發明主動式有機發光二極體顯示器及其驅動方法電路結構簡單，有利於生產實施，並且能夠對AMOLED顯示器的驅動電晶體在轉移特性曲線的全工作點範圍進行補償，並且既可以通過快速檢測實時地針對驅動電晶體的轉移特性曲線的差異性所導致的圖像質量劣化執行補償，也可以在用戶設定時間進行補償，明顯的改善了圖像質量。以下結合實施例的具體實施方式
，對本發明的上述內容再作進一步的詳細說明。但不應將此理解為本發明上述主題的範圍僅限於以下的實例。在不脫離本發明上述技術思想情況下，根據本領域普通技術知識和慣用手段做出的各種替換或變更，均應包括在本發明的範圍內。
圖1為PMOS電晶體的轉移特性曲線示意圖。圖2為本發明主動式有機發光二極體顯示器的結構框圖。圖3為圖2的像素陣列中一個像素單元的電路圖。圖4為本發明驅動方法的驅動波形。
具體實施例方式如圖2和圖3所示本發明主動式有機發光二極體顯示器及其驅動方法，在顯示器中具有連接像素陣列的行驅動器和列驅動器，還具有補償單元，在補償單元中設有接收輸入信號的時序控制器，所述的時序控制器通過疊加器與所述的列驅動器連接，同時時序控制器還與行驅動器連接；所述疊加器的輸入端還順序連接有顯示查找表(LUT Look-Up-Table)的存儲器、A/D轉換器和電流檢測器；所述的像素陣列由像素單元構成，每個像素單元中包括PMOS電晶體結構的第一開關導通元件Tl和第二開關導通元件T3，以及PMOS電晶體結構的驅動導通元件T2，第一開關導通元件Tl的源極和漏極分別連接列驅動器的數據輸出端和驅動導通元件T2的柵極；驅動導通元件T2的源極和柵極之間連接有電容器Cs，節點分別為N2和NI ;第一開關導通元件Tl和第二開關導通元件T3的柵極同時連接行驅動器的掃描線；第二開關導通元件T3的源極與驅動導通元件T2的漏極連接於第三節點N3，第二開關導通元件T3的漏極通過檢測線Det連接至補償單元的電流檢測器；像素單元中的OLED的正極與所述第三節點N3連接，OLED的負極連接至供電器。供電器為像素陣列提供電源VDD及VCS。行驅動器和列驅動器與現有技術相同，在此不細述。在驅動像素單元的OLED時，原始圖像數據信號Datal及其時鐘信號Clock、同步信號Hs/Vs首先送入補償單元的時序控制器，時序控制器控制行驅動器輸出行掃描信號Scan以對像素陣列的像素單元進行逐行尋址，與掃描信號Scan時序對應的圖像數據信號Data2經列驅動器輸入像素單元的數據線Data。列驅動器輸入像素單元的圖像數據信號Data2是在補償單元經過了疊加器的校正處理的。疊加器將輸入AMOLED顯示器的原始圖像數據信號Datal與存儲器的查找表LUT中存儲的圖像補償數據進行相加運算得到補償後的圖像數據信號Data2，由於查找表LUT中存儲的圖像補償數據是根據檢測線Det對像素單元的驅動導通元件T2的源漏極電流的檢測，計算得出的使驅動導通元件源漏極實際流過的電流等於預期電流而對輸入的原始圖像數據的修正值，因此經疊加補償後，OLED就可以發出與理論亮度相對應的目標亮度的光，而與驅動導通元件的轉移特性曲線的差異性無關，進而消除AMOLED顯示器的亮度不均勻(MURA)現象以獲得優質的圖像。像素單元中PMOS電晶體結構的驅動導通元件T2將數據線Data輸入的數據電壓轉變為相對應的源漏極電流，OLED根據驅動導通元件T2的源漏極電流的大小，也即相當於根據所輸入的圖像數據信號的大小發出相對應亮度的光。進一步的，在檢測線Det對像素單元的驅動導通元件T2的源漏極電流進行檢測期間，為防止電流通過OLED洩漏以提高檢測準確性，供電器的電源開關 K此時接通高電壓VCC使OLED反向偏置而截止；0LED發光時，電源開關K接通低電壓VSS，保證OLED正常發光。補償單元的電流檢測器用於接收像素單元的檢測電流，A/D轉換器用於將檢測到的模擬電流轉換為數字值以便存儲在存儲器中。具體來看，本發明的驅動方法包括了檢測期、補償期和發光期。如圖4所示，在tl t4時間段，為檢測期P1，其中tl t2時間段，行驅動器向各像素單元的掃描線Scan輸出低電平，第一開關導通元件Tl和第二開關導通元件T3導通，列驅動器輸出的數據信號Data2經第一開關導通元件Tl傳遞到節點NI並被電容Cs保存；在該時段，因供電器的電源開關K接通高電壓VCC使OLED的負端VCS為高電壓，OLED反偏截止而不發光；驅動導通元件T2源、漏極的電流經過導通的第二開關導通元件T3由檢測線Det反饋輸入補償器的電流檢測器，然後送入A/D轉換器進一步轉換為數位訊號並送入LUT存儲器用於計算圖像補償數據。節點NI與節點N2之間的電壓差決定了流過驅動導通元件T2源、漏極的電流Id的大小(即從節點N2流向節點N3的電流大小)，計算公式如下Id= η μ (Vdata — VDD — Vth)2(I)其中η為由驅動導通元件T2的電晶體溝道尺寸及柵極絕緣層電容決定的參數，μ為電晶體Τ2的電子遷移率，Vth為電晶體Τ2的閾值電壓，Vdata為經數據線Data輸入到節點NI的數據信號電壓，VDD為像素單元的正端電源電壓。由公式(I河知，適當調整輸入的數據電壓Vdata(假定調整到的實際值為電壓VdQ)，當流經第二開關導通元件T3的檢測電流使A/D轉換器的輸出剛好大於零時，驅動導通元件T2的柵源電壓剛好等於閾值電壓而導通，此時的驅動導通元件T2處於圖I的臨界導通工作點A，此時的電壓Vdtl也就是在發光期可以使OLED有電流流過並剛好發光的臨界輸入數據電壓。而理論上，使OLED剛好發光的輸入數據電壓本應對應最低灰度電壓Vdatatl,由於驅動導通元件T2轉移特性的差異性，電壓Vdtl與最低灰度電壓Vdatatl之間必然有一個差值AVdtl,換句話說，差值Λ Vdo就是使OLED剛好發光而需對輸入AMOLED顯示器的最低灰度電壓Vdatatl施加的修正值。將差值AVdtl存入LUT存儲器。在圖4的t2 t3時間段,掃描線Scan輸出低電平,第一開關導通兀件Tl和第二開關導通元件T3導通，供電器的電源開關K接通高電壓VCC使OLED的負端VCS為高電壓，OLED反偏截止而不發光。調整輸入的數據電壓Vdata (假定調整到的實際值為電壓Vd5tl),當流經第二開關導通元件T3的檢測電流使A/D轉換器的輸出剛好等於50%最大電流時，驅動導通元件T2處於圖I工作區間B的中點，此時的電壓Vd5tl也就是在發光期可以使OLED發出50%最大亮度的光所對應的輸入電壓。而理論上使OLED發出50%最大亮度的光本應對應中間灰度電壓Vdata5tl，將電壓Vd50與中間灰度電壓Vdata5tl之間的差值記為AVd5tl,差值AVd5tl就是使OLED發出50%最大亮度的光而需對輸入AMOLED顯示器的中間灰度電壓Vdata5tl施加的修正值。將差值Λ Vd50存入LUT存儲器。在圖3的t3 t4時間段,掃描線Scan輸出低電平,第一開關導通兀件Tl和第二開關導通元件T3導通，供電器的電源開關K接通高電壓VCC使OLED的負端VCS為高電壓，OLED反偏截止而不發光。調整輸入的數據電壓Vdata (假定調整到的實際值為電壓Vd·)，當流經T3的檢測電流使A/D轉換器的輸出剛好等於100 %最大電流時，驅動導通元件T2處於圖I的工作點C，此時的電壓Vdltltl也就是在發光期可以使OLED發出100%最大亮度的光所對應的輸入電壓，而理論上使OLED發出100%最大亮度的光本應對應最大灰度電壓Vdataltltl,將電壓Vdltltl與最大灰度電壓Vdataltltl之間的差值記為AVdltltl,差值AVdltltl就是使OLED發出100%最大亮度的光而需對輸入AMOLED顯示器的最大灰度電壓Vdataltltl施加的修正值。將差值Λ Vdltltl存入LUT存儲器。經過上述檢測期Ρ1，分別得到了在驅動導通元件Τ2剛好導通(圖I工作點Α)、中·間電流(圖I工作區B的中點)、最大電流(圖I工作點C)時需對輸入AMOLED顯示器的原始圖像數據信號Datal施加的修正值Λ Vdtl、Λ Vd5tl、Λ Vdltltl,根據這三個修正值可以計算出驅動導通元件Τ2工作在轉移特性曲線所有工作點需對輸入的原始圖像數據信號Datal的修正值。以輸入的原始圖像數據信號Datal為8bit，圖像最高灰度等級為256為例，需對驅動導通元件T2的各工作點，也即圖像各灰度等級所對應的圖像數據信號疊加的修正值計算如下ΛVct= 二 L AVdo+- AVd500^N<128(2)
25 5—NN—123AVd=AVd50+AVdioo 128^N<256(3)
& "m. m J其中N為圖像灰度等級。將根據檢測期Pl及公式(2)、(3)計算得出的各個像素單元原始圖像數據信號Datal的修正值存入存儲器的查找表LUT，在實際顯示驅動時只要將輸入AMOLED顯示器的原始圖像數據信號Datal與查找表LUT中對應的補償數據(修正值)在疊加器相加，用該校正後的數據經列驅動器輸入像素單元，OLED就可以實現與驅動電晶體的轉移特性曲線的一致性無關的所期望的亮度，從而獲得優質的圖像。在圖4的t4 t5時間段，為補償期P2。掃描線Scan輸出低電平，第一開關導通元件Tl和第二開關導通元件T3導通，供電器的電源開關K接通高電壓VCC使OLED的負端VCS為高電壓，OLED反偏截止而不發光。數據線Data輸入經補償器校正後的圖像數據信號Data2，並經導通的第一開關導通元件Tl向電容Cs充電。在此時間段補償單元對經第二開關導通元件T3反饋輸入的電流忽略不處理。在圖4的t5 t6時間段,為發光期P3。掃描線Scan輸出高電平,第一開關導通元件Tl和第二開關導通元件T3截止，供電器的電源開關K接通低電壓VSS使OLED的負端VCS為低電壓，驅動導通元件T2的源漏極電流流過0LED，由於驅動導通元件T2的源漏極電流大小對應於電容Cs存儲的數據電壓，而該電壓已經過補償期P2的補償修正，因此OLED發出與預期亮度對應的光。
本發明的驅動方法可以在AMOLED顯示器顯示圖像之前執行用於補償因驅動導通元件轉移特性曲線不一致而導致的亮度不均(MURA)現象的過程，但相應的補償過程不限於上述和圖4所示的順序。
圖4所示的波形圖是針對構成圖3所示像素單元電路的PMOS電晶體的情況下提出的，當像素單元電路的電晶體是NMOS電晶體時，波形圖的極性反轉。
權利要求
1.主動式有機發光二極體顯示器，具有連接像素陣列的行驅動器和列驅動器，其特徵包括 還具有補償單元，在補償單元中設有接收輸入信號的時序控制器，所述的時序控制器通過疊加器與所述的列驅動器連接，同時時序控制器還與行驅動器連接；所述疊加器的輸入端還順序連接有存儲器、A/D轉換器和電流檢測器； 所述的像素陣列由像素單元構成，每個像素單元中包括第一開關導通元件(Tl)和第二開關導通元件(T3)，以及驅動導通元件(T2)，第一開關導通元件(Tl)的兩個數據導通腳分別連接列驅動器的數據輸出端和驅動導通元件(T2)的控制腳；驅動導通元件(T2)的電源輸入腳和控制腳之間連接有電容器(Cs);第一開關導通元件(Tl)和第二開關導通元件(T3)的控制腳同時連接行驅動器的掃描線；第二開關導通元件(T3)的輸入腳與驅動導通元件(T2)的輸出腳連接於第三節點(N3)，第二開關導通元件(T3)的反饋輸出腳通過檢測線(Det)連接至補償單元的電流檢測器；像素單元中的OLED的正極與所述第三節點(N3)連接，OLED的負極連接至為像素單元提供電壓的供電器。
2.如權利要求I所述的主動式有機發光二極體顯示器，其特徵為所述的存儲器為具有顯示查找表的存儲器。
3.如權利要求I所述的主動式有機發光二極體顯示器，其特徵為第一開關導通元件(Tl)、第二開關導通元件(T3)和驅動導通元件(T2)均為電晶體。
4.用於權利要求I的主動式有機發光二極體顯示器的驅動方法，其特徵為補償單元的時序控制器接收包括圖像數據信號的輸入信號，時序控制器控制行驅動器輸出行掃描信號對像素陣列的像素單元進行逐行尋址，所述的圖像數據信號經疊加器進行矯正處理，疊加器將圖像數據信號與存儲器中存儲的圖像補償數據進行相加運算得到圖像數據疊加信號，所述的圖像數據疊加信號經列驅動器從像素單元的數據輸入腳輸入後，時序控制器控制供電器的輸出電壓使像素陣列中像素單元的OLED導通，使所述OLED根據輸入的圖像數據疊加信號的大小發出相應的亮度。
5.如權利要求4所述的主動式有機發光二極體顯示器的驅動方法，其特徵為所說的驅動方法包括檢測期、補償期和發光期 檢測期用於計算對通過驅動導通元件(T2)信號的補償量控制供電器的輸出電壓(VCS)使像素陣列中像素單元的OLED反向偏置而截止；向第一開關導通元件(Tl)輸入數據電壓，並通過導通的第二開關導通元件(T3)和檢測線(Det)向補償單元輸入流經驅動導通元件(T2)的電流；分別檢測使驅動導通元件(T2)剛好導通的數據電壓值、使A/D轉換器的輸出剛好等於驅動導通元件(T2)的50%最大電流時的數據電壓值和使A/D轉換器的輸出剛好等於驅動導通元件(T2)的100%最大電流時的數據電壓值，並計算和存儲所述各檢測到的電壓值與各對應理論值之間的差值； 補償期用於向電容器(Cs)存儲經過補償後的電壓控制供電器的輸出電壓(VCS)使像素陣列中像素單元的OLED反向偏置而截止；根據在檢測期中計算和存儲的所述電壓差值，列驅動器的數據輸出端向各像素單元輸入經補償單元的疊加器校正後的圖像數據疊加信號，並經導通的第一開關元件(Tl)向電容器(Cs)充電，在此時間段補償單元對經第二開關元件(T3)反饋的電流不處理； 發光期中控制供電器的輸出電壓(VCS)使像素陣列中像素單元的OLED導通，存儲在電容器(Cs)中的電壓使驅動導通元件(T2)向OLED輸入補償後的驅動電流，使OLED發光。
6.如權利要求4或5所述的主動式有機發光二極體顯示器的驅動方法，其特徵為所述的各導通元件均為電晶體。
7.如權利要求4或5所述的主動式有機發光二極體顯示器的驅動方法，其特徵為所述存儲器中的數據以顯示查找表的格式存儲。
全文摘要
本發明涉及主動式有機發光二極體顯示器及其驅動方法。在顯示器中具有補償單元、連接像素陣列的行驅動器和列驅動器，補償單元中有與時序控制器連接的疊加器，時序控制器還和行驅動器連接，疊加器與存儲器、A/D轉換器、電流檢測器和列驅動器連接；像素陣列的像素單元包括控制腳同時連接行驅動器的第一開關導通元件和第二開關導通元件，第一開關導通元件的數據腳分別連接列驅動器和驅動導通元件；驅動導通元件的輸入腳和控制腳之間設有電容器；第二開關導通元件與驅動導通元件和電流檢測器連接；OLED的負極連接至供電器。本發明能夠對驅動導通元件的轉移特性不一致導致圖像質量劣化的因素進行補償，改善AMOLED顯示器的圖像質量，並且電路結構簡單。
文檔編號G09G3/32GK102881257SQ201210396719
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月18日 優先權日2012年10月18日
發明者田朝勇, 郎豐偉 申請人:四川虹視顯示技術有限公司