具有能量恢復電路的矩陣顯示設備的製作方法

2023-05-01 13:34:36 1

專利名稱：具有能量恢復電路的矩陣顯示設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及具有行和列電極的矩陣顯示設備——行和列電極的交叉點定義了具有像素單元電容的像素單元——並且驅動器電路包括用於至少部分地使像素單元電容通過電感器放電至緩衝電容器的裝置，由此將來自像素單元電容的能量存儲在緩衝電容器中。
本發明還涉及用於驅動該矩陣顯示設備的方法。
特別地，本發明應用於有機電致發光顯示設備，諸如用於個人電腦、電視機、行動裝置等等的有機LED(OLED)和PolyLED(PLED)顯示器等。
背景技術：
這種矩陣顯示設備在本領域是公知的。由於其像素單元主要的電容性特點，因此在驅動該設備時涉及了相當數量的電抗功率。過去已開發了數種解決方案，用於恢復該電抗功率而不是將其耗散。
特別地，EP0548501公開了用於矩陣顯示設備的能量恢復電路，其包括用於使像素單元電容通過電感器放電至緩衝電容器的裝置，由此存儲了先前在驅動像素單元時用於為像素單元電容充電的能量。隨後，通過使緩衝電容器通過電感器放電回至用於驅動像素單元的像素單元電容，恢復了所存儲的能量。
儘管該已知的顯示設備通常良好地工作，但是其呈現了溫度漂移問題和長時間時間漂移(老化)問題，其對圖像質量有負面影響。

發明內容
本發明的目的在於提供一種矩陣顯示設備，其呈現出隨溫度和隨時間改善的圖像穩定性。本發明由獨立權利要求所限定。從屬權利要求限定了有利的實施例。
為此，根據本發明的矩陣顯示設備的特徵在於，驅動電路包括用於至少部分地使緩衝電容器通過用於控制電荷量的裝置放電至像素單元電容的裝置，由此至少部分地恢復了所存儲的能量。
在現有技術的顯示設備中，緩衝電容器通過電感器放電至像素單元電容，而未經過用於控制電荷量的裝置。儘管這在理論上不會造成溫度漂移或者老化，但是實際上，這些部件及其互連、以及行和列電極不是理想的，並且具有隨溫度和隨時間改變的特性。由於像素單元在緩衝電容器放電過程中是電壓驅動的，因此，例如，溫度的變化將引起放電電流的變化，作為結果，將引入不期望的像素單元的光輸出變化。對於已知設備的老化，也存在相同的問題。
在根據本發明的顯示設備中，通過用於控制電荷量的裝置產生了將緩衝電容器放電至像素單元電容。這樣，在緩衝電容器的放電過程中，像素單元將接收受控數量的電荷，並且，作為結果，溫度漂移和/或部件和/或其互連的老化將對像素單元的光輸出具有減小的影響。
優選地，用於控制電荷量的裝置是電流源。使用電流源實際上是用於控制流入像素單元的電荷量的簡單的方法。
在另一優選實施例中，根據本發明的矩陣顯示設備包括用於將來自電源的電能通過電流源傳遞到像素單元的裝置。這實際上允許像素單元完全地是電流驅動的，不論其是處於像素單元的正常驅動階段，即將能量從電源拉向像素單元的階段，還是處於能量恢復階段，即上文所解釋的其中將能量從緩衝電容器拉向像素單元電容的階段。其優點在於，相同的電流源既可以用於正常驅動，又可以用於能量恢復，導致了簡化和成本減少。
最優選地，根據本發明的矩陣顯示設備包括用於將緩衝電容器的底部連接到地、或者連接到基本上是電源一半電壓的裝置。
這實際上允許像素單元電容幾乎完全地放電，並且因此將最大量的能量存儲到緩衝電容器中。
根據本發明的矩陣顯示設備優選地是有機發光的類型(諸如例如，有機LED(OLED)或者PolyLED(PLED)類型)，這是因為採用該類型的設備，光輸出高度依賴於通過像素單元的電流，而該像素單元的電壓-光特性呈現出隨溫度和壽命變化的更加強烈的變化。


藉助於示例，通過參考附圖，將更加詳細地解釋本發明的這些和另外的方面，在附圖中圖1示出了矩陣顯示設備的示意圖；圖2示出了用於圖1的矩陣顯示設備的已知的能量恢復電路；圖3示出了用於根據本發明的矩陣顯示設備的能量恢復電路；圖4示出了根據本發明的優選矩陣顯示設備；圖5a、5b和5c示出了用於圖4的一部分矩陣顯示設備的示例性電路圖；圖6示出了有利於理解圖5的矩陣顯示設備操作的波形圖；圖7示出了用於根據本發明的N×M矩陣顯示設備的示例性電路圖。
這些圖是示例性的，且並非依比例繪製。通常，圖中相同的部件由相同的參考數字表示。
具體實施例方式
根據第一方面，本發明涉及矩陣顯示設備。
圖1示意性地示出了一個矩陣顯示設備，其具有行電極(4)和列電極(5)以及相應的驅動器電路用於列電極(5)的列驅動器電路(2)和用於行電極(4)的行驅動器電路(3)。行電極(4)和列電極(5)的每個交叉點定義了一個像素單元(1)，依賴於其反射或者產生光的方式，其可以具有不同的類型(液晶、電致發光、等離子體放電、等等)。這樣，像素單元的完整集合以二維矩陣排列，適用於顯示圖像。為了簡化起見，本說明書將基於單色LED型顯示器，即其中每個像素單元是由單一LED構成的顯示設備。應當理解，本發明可以同樣地應用於其他類型的顯示器以及彩色顯示器。
在該示例性的情況中，如圖2所示，像素單元(1)包括LED(9)，其陽極連接到列電極(12)且其陰極連接到行電極(11)。當列驅動器電路(2)向列電極(12)施加電壓，且行驅動器電路(3)向行電極(11)施加較低的電壓時，LED(9)將產生光。通過根據例如視頻信號的圖像信號來驅動矩陣顯示設備的像素，將由該設備顯示圖像。
由於像素單元(1)主要的電容性特點，因此在驅動該顯示設備中涉及了相當數量的電抗功率。這不必要地增加了功耗並因此增加了功率耗散。通過適當的能量恢復電路，可以極大地減小電抗功率耗散。有幾種能量恢復電路在本領域中是已知的，在圖2中說明了其示例。這裡，示出了像素單元(1)，其包括一個LED(9)和像素單元電容(8)，其基本上由行電極(11)和列電極(12)在它們的交叉點處重疊而形成的寄生電容以及LED(9)的本徵電容構成。在圖中，像素單元電容用電容器8表示。當通過例如向列電極(12)施加正電壓和向行電極(11)施加地電平來驅動像素單元(1)時，將對像素單元電容(8)進行充電，並且LED(9)將產生光。隨後，像素單元電容(8)通過電感器(7)，如圖2中的電流IS所示，即通過串聯的諧振LC電路放電至緩衝電容器(6)。由此，一定量的能量從像素單元電容(8)傳輸到緩衝電容器(6)。當再次驅動像素單元(1)時，該過程顛倒緩衝電容器(6)通過電感器(7)放電至像素單元電容(8)中，如圖2中的電流IR所示。由此，至少部分地恢復了先前存儲的能量。
在根據本發明的矩陣顯示設備中，以基本相同的方法對像素單元電容(8)進行放電。然而，能量恢復是以不同的方式產生的，如可以從圖3中看到的，其示意性地示出了用於根據本發明的矩陣顯示設備的能量恢復電路。這裡，緩衝電容器(6)不通過電感器(7)放電至像素單元電容(8)，而是通過用於控制電荷量的電路，在該示例中是電流源(13)，如圖3中的電流IR所示。
這樣，在緩衝電容器(6)的放電過程中，像素單元(1)將是電流驅動的。驅動電流和LED的光輸出幾乎是線性相關的，並且因此溫度漂移和/或部件和/或其互連的老化將對像素單元(1)的光輸出具有減小的影響。在現有技術中，像素單元(1)在能量恢復過程中是電壓驅動的。尤其是，溫度變化將引入通過LED(9)的電流變化，並且因此所述LED(9)的光輸出也將改變。通過根據本發明的顯示設備，極大地減小了該問題。
下面考慮如圖4所示的電源(16)，該電能用於開啟或關閉像素單元(1)，在本示例中，是用於開啟或關閉LED(9)。
在本發明的優選實施例中，矩陣顯示設備包括用於將電能從電源(16)通過電流源(13)傳遞到像素單元(1)的電路，如圖4所示。這樣，在操作中，電源電流ICC將從電源(16)通過電流源(13)流入像素單元(1)，用於開啟LED(9)。因此，在該優選實施例中，LED是完全電流驅動的，不論電能是來自電源(16)還是來自能量恢復電路(來自緩衝電容器(6))，其導致了更好的與溫度和/或時間相關的圖像穩定性。該優選實施例的另一優點在於，相同的電流源(13)既可用於正常驅動又可用於能量恢復，導致了簡化和成本減少。
在圖5a、b、c中示出了根據本發明的矩陣顯示設備的示例性電路的不同操作階段。在圖6中示出了作為時間t的函數的波形圖，其有利於理解圖5的顯示設備的操作。為了簡化起見，僅示出了一個像素單元(1)，在該情況中其包括LED(9)。電源(16)具有電壓VCC圖5a示出了第一階段，在該階段中驅動LED(9)以便於產生光。開關S1、S3和S5打開而開關S2和S4閉合。因此，來自電源(16)的電能(在圖5中由VCC表示)通過電流源(13)提供給LED(9)，由此流過像素單元(1)的電流IPIX是恆定的，而跨越像素單元電容(8)的電壓VPIX幾乎線性地增加，直至其達到由通過LED(9)的電流所確定的電壓VP(二極體的偏置點)，如圖6中的波形圖的部分(a)所示。
圖5b示出了後續的階段，用於將像素電容器(8)的能量存儲到緩衝電容器(6)中。在該後續階段中，開關S2、S3和S5打開，而開關S1和S4閉合。因此，像素單元電容(8)、電感器(7)和緩衝電容器(6)形成了串聯諧振電路。這樣，正弦電流IS將從像素電容(8)通過電感器(7)流入緩衝電容器(6)，由此使跨越緩衝電容器(6)的電壓增加了delta_V的量。在一定數目的周期之後，跨越緩衝電容器(6)的電壓將達到VCC/2。在下一個能量恢復周期中，跨越緩衝電容器(6)的電壓將變為VCC/2+delta_V。同時，跨越像素單元電容(8)的電壓VPIX遵循餘弦的形狀下降。當電流IS在正弦波的半周期之後越過零點時，二極體D3將阻斷，防止電流流回像素電容(8)，並且終止該後續階段——其也被稱為能量存儲階段。此時，像素單元電容(8)幾乎完全放電。然而，由於電路中的損耗，仍可能存在小的殘餘的電荷。可以在圖6的部分(b)中看到對應於該後續階段的波形圖。
圖5c示出了另一階段，用於通過使緩衝電容器(6)放電回到像素電容(8)中而恢復先前存儲在緩衝電容器(6)中的能量。在該另一階段中，開關S1、S3和S5打開，而開關S2和S4閉合。此刻，緩衝電容器(6)連接到電感器(7)的端子處的電壓為VCC/2+VCC/2+delta_V＝VCC+delta_V。因此，二極體D2將導通，而二極體D1將阻斷。電流IR將從緩衝電容器(6)通過電流源(13)流入像素單元電容(8)。換言之，緩衝電容器(6)將以電流受控的方式放電至像素電容(8)中，並且跨越像素電容(8)的電壓在該另一階段中將幾乎線性地增加。可以在圖6的部分(c)中看到該另一階段——也被稱為能量恢復階段——的波形圖。一旦恢復了所存儲的能量，即在緩衝電容器(6)的所提及的端子處的電壓低於特定的電平時，D2將阻斷而D1將導通，由此電源(16)接管了對LED(9)的供電。由於經由電流源(13)繼續提供電能，因此跨越像素單元(1)的電壓VPIX將繼續幾乎線性地增加，直至其到達LED的偏置點VP，隨後電壓VPIX將保持恆定，如可以從圖6的部分(d)中看到的。跨越緩衝電容器(6)的電壓將再次穩定在約VCC/2，其對應於第一階段的情況，並且因此該電路為下一能量恢復周期做好準備。圖6中的部分(e)示出了另一能量存儲階段。
如果像素單元(1)下一個被關閉，則在能量存儲階段之後使CPIX完全放電是有利的。例如，這可以通過閉合S5實現。因此，像素單元電容(8)迅速地放電，如可以從圖6中的部分(f)中看到的。
對於本領域的技術人員清楚的是，這些和其他圖中示出的開關在真實的電路中通常是固態開關，諸如但不限於雙極型、FET、MOS、MOSFET或者IGBT電晶體或者任何這些電晶體的組合。在圖5的示例中，S1、S4和S5例如是NMOS電晶體，它們的源極端連接到地；S2例如是PMOS電晶體，其源極端連接到VCC/2，而S3例如是PMOS電晶體，其源極端連接到VCC。
圖7示出了根據本發明的示例性矩陣顯示設備的更加完整的圖，並且用於說明在具有N個行電極和M個列電極，即M×N個像素單元的顯示設備的情況中，圖5a、5b和5c的能量恢復電路是如何工作的。
如可以看到的，除了M個列電極連接到M個二極體D3.1～D3.M，並且所述二極體的陰極全部連接在一起並連接到電感器(7)以外，表示出了相同的能量恢復電路。這些二極體的功能等效於圖5中的D3的功能。為了在該顯示設備上顯示圖像，通過以掃描的方式向行電極施加地電平，從上至下地選擇行。這是通過以掃描的方式閉合開關S4.i(i表示待掃描的行的編號)實現的。為了驅動所選行上的像素，藉助於每列一個的M個電流源IS1～ISM，使電流流入相應的列。對於所選的行，根據結合圖5b解釋的原理，來自被開啟的該行的所有像素單元的能量、以及來自相應列中的所有像素單元的能量，在存儲時間周期中存儲在緩衝電容器(6)中。在選擇了後續的行之後，根據結合圖5c解釋的原理，存儲在緩衝電容器(6)中的能量得到恢復，並且在恢復時間周期中饋送給所述後續行中的將被開啟的像素單元。隨後，該顯示設備再次為選擇另一行做好準備。
這樣，根據本發明的該示例性的M*N矩陣顯示設備具有非常簡單的能量恢復電路。該能量恢復電路基本上由兩個開關S1和S2(儘管如此，需要其他的開關用於驅動顯示板而無需能量恢復)、一個緩衝電容器(6)、一個電感器(7)和M+2個二極體(D3.1～D3.M、D1、D2)構成。
而且，為了在能量恢復階段中不會將過大的電壓變化強加於電源線(在圖7中從D1延伸到電流源IS1～ISm的線)上，應使在能量存儲階段中跨越緩衝電容器(6)產生的附加電壓delta_V儘可能地小。這可以通過使用大的緩衝電容器(6)實現。另一方面，希望使所述緩衝電容器(6)佔用的空間最小，特別是考慮到減小顯示設備厚度的趨勢。這樣，找到了良好的折衷。這是通過使delta_V保持在電源電壓VCC的十分之一和百分之一之間實現的。由於所有未選中的行經由開關S3.N連接到VCC，因此恢復電路必須在一行時間中，處理關於所選行中每個必須被放電的像素單元的整個列的電容(如果一行中的所有像素均是開啟的，則是整個顯示器的電容)。在一幀(N行)期間，如果顯示器中的所有像素單元均是開啟的，則必須對整個顯示器的電容進行充電和放電N次。因此，在根據本發明的優選實施例中，緩衝電容器(6)具有顯示設備的所有像素單元的像素單元電容總和的10～100倍之間的值。
簡而言之，可以如下描述本發明矩陣顯示設備具有行電極(4)和列電極(5)——行電極和列電極的交叉點定義了具有像素單元電容(8)的像素單元(1)——以及驅動電路(2、3)。用於在驅動像素單元(1)時為像素單元電容(8)充電的電抗功率並未被耗散，而是通過形成了串聯電感器-電容器電路的電感器(7)存儲在緩衝電容器(6)中，並且隨後通過使緩衝電容器(6)通過電流源(13)放電至像素單元電容(8)中而被恢復。因此，能量恢復是電流驅動的，其允許以較少依賴於溫度變化和/或設備老化的方式控制由像素單元(1)反射或者發射的光。
應當注意，上文提及的實施例說明而非限制了本發明，並且本領域的技術人員將能夠在不偏離附屬權利要求的範圍的前提下設計眾多的可替換的實施例。在權利要求中，置於括號之間的任何參考符號不應被解釋為限制了本發明。詞「包括」並不排除除了權利要求中所列出的其他元件或者步驟的存在。本發明可以藉助於包括數種不同元件的硬體，並且藉助於適當編程的計算機實現。在設備的權利要求中列舉了數個裝置，這些裝置中的數個裝置可以由一個且是同一個硬體項物化。在彼此不同的非獨立權利要求中陳述了某些措施，這一事實並非表示這些措施的組合不是有利的。
權利要求
1.矩陣顯示設備，具有行電極(4)和列電極(5)，行電極和列電極的交叉點定義了具有像素單元電容(8)的像素單元(1)，以及驅動電路(2、3)，用於驅動行電極(4)和列電極(5)，包括用於至少部分地使像素單元電容(8)通過電感器(7)放電至緩衝電容器(6)中的裝置，由此將來自像素單元電容(8)的能量存儲到緩衝電容器(6)中，其特徵在於，驅動電路(2、3)包括用於至少部分地使緩衝電容器(6)通過用於控制電荷量的裝置(13)放電至像素單元電容(8)中的裝置，由此至少部分地恢復了所存儲的能量。
2.權利要求1的矩陣顯示設備，其特徵在於，用於控制流入像素單元電容(8)的電荷量的裝置(13)是電流源。
3.權利要求2的矩陣顯示設備，該顯示設備進一步具有適於使電能通過電流源(13)傳遞到像素單元(1)的電源(16)。
4.權利要求3的矩陣顯示設備，其特徵在於，緩衝電容器(6)具有連接到電感器(7)的一個端子，和連接到地或者連接到基本上是電源(16)一半電壓的另一端子。
5.權利要求1的矩陣顯示設備，其特徵在於，緩衝電容器(6)具有是顯示設備的所有像素單元的像素單元電容總和的10～100倍之間的電容。
6.權利要求1的矩陣顯示設備，其特徵在於，顯示設備是有機發光的類型。
7.驅動矩陣顯示設備的方法，該矩陣顯示設備具有行電極(4)和列電極(5)，行電極和列電極的交叉點定義了具有像素單元電容(8)的像素單元(1)，該方法包括至少部分地使像素單元電容(8)通過電感器(7)放電至緩衝電容器(6)中的第一步驟，其特徵在於，該方法包括另一步驟，即至少部分地使緩衝電容器(6)通過用於控制流入像素單元電容(8)的電荷量的裝置(13)進行放電。
8.權利要求7的驅動矩陣顯示設備的方法，其特徵在於，用於控制流入像素單元電容(8)的電荷量的裝置(13)是電流源。
9.權利要求8的驅動矩陣顯示設備的方法，該顯示設備進一步具有適於使電能通過電流源(13)傳遞到像素單元(1)的電源(16)。
全文摘要
矩陣顯示設備，具有行電極(11)和列電極(12)，行電極和列電極的交叉點定義了具有像素單元電容(8)的像素單元(1)，以及驅動電路(2、3)。用於在驅動像素單元(1)時為像素單元電容(8)充電的電抗功率並未被耗散，而是通過形成了串聯電感器－電容器電路的電感器(7)存儲在緩衝電容器(6)中，並且隨後通過使緩衝電容器(6)通過電流源(13)放電至像素單元電容(8)而被恢復。因此，能量恢復是電流驅動的，其允許以較少依賴於溫度變化和/或設備老化的方式來控制由像素單元(1)反射或者發射的光。
文檔編號G09G3/28GK1682261SQ03821374
公開日2005年10月12日 申請日期2003年7月31日 優先權日2002年9月10日
發明者F·J·沃斯森, R·洛斯, A·森佩 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司