专利名称：用于在amoled显示器中热补偿的系统和方法
技术领域：
本发明一般涉及有源矩阵有机发光器件(AMOLED)显示器，并且特别地涉及确定这种显示器的像素的热状态。
背景技术：
当前，正在引入有源矩阵有机发光器件(“AM0LED”)显示器。这种显示器的优点包括与传统液晶显示器相比更低功率消耗、制造灵活以及更快的刷新速率。与传统的液晶显示器相反，在AMOLED显示器中没有背光，因为每个像素由独立发光的不同颜色的OLED组成。OLED基于通过驱动晶体管供给的电流而发光。每个像素中消耗的功率与该像素中产生的光的大小有直接关系。结果，不均勻的功率消耗分布、面板的各向异性的横向热传导(例如，在面板边缘中较低的传导)以及垂直定向上的有差异的热对流(convection)导致高度不均勻的表面温度分布。温度的不均勻性通过添加视觉的时空的伪像而严重地影响了显示的质量。这是由于像素电路的特性中的强烈的热-电-光的耦合，诸如被用作驱动晶体管的薄膜晶体管 (TFT)的电压电流特性的热依赖性以及它们的短时阈值电压老化速率。TFT的驱动电流确定像素的OLED亮度。由于像素电路是电压可编程的，因此改变驱动晶体管的电压-电流特性的显示表面的空间-时间的热分布影响显示的质量。薄膜晶体管器件的短时老化的速率也是与温度有关的。如果每个像素的温度是已知的，则能够将适当的校正应用于视频流以便补偿不需要的热驱动的视觉效果。然而，确定每个像素的温度存在困难，因为需要额外的诸如热传感器之类的组件和/或额外的用于分析在显示器使用期间每个像素的性能的计算电路。因此需要精确还有效的实时提取表面热分布。这种信息对为大面积AMOLED显示器中的热影响提供适当的补偿来说是关键的。
发明内容
本公开内容的方面包括使得能够测量温度的、电流偏置的电压编程的显示面板。 面板包括多个像素，所述多个像素中的每个像素包括驱动晶体管以及与所述驱动晶体管耦接的有机发光器件。控制器与多个像素中的每一个耦接。控制器使得编程电压被施加到相应的驱动晶体管的栅极，以便控制每个像素的亮度。控制器还从多个像素中的被选择的像素读取数据，以便确定多个像素中的该被选择的像素的温度。控制器基于所确定的多个像素中的该被选择的像素的温度来估计其它未被选择的多个像素的温度。
本公开内容的另一个方面是确定包括多个有机发光器件像素的有源矩阵有机发光器件显示器的温度分布的方法。每个像素具有用于确定亮度的编程电压输入。确定多个像素中的被选择的像素的温度。该被选择的像素少于多个像素的全部。使用所确定的多个像素中的该被选择的像素的温度，估计其余的未被选择的多个像素的温度。本公开内容的另一个方面是一种其上存储有指令的非短暂的机器可读介质，该指令用于确定包括多个有机发光器件像素的有源矩阵有机发光器件显示器的温度分布。每个像素具有用于确定亮度的编程电压输入。该指令包括机器可执行码，其在由至少一个机器执行时使得该机器确定多个像素中的被选择的像素的温度，该被选择的像素少于多个像素的全部。该指令还使得机器使用所确定的多个像素中的该被选择的像素的温度来估计其余的未被选择的多个像素的温度。鉴于参考附图进行的各种实施例和/或方面的详细描述，本领域技术人员将明白本发明的上述和另外的方面和实施例，接下来提供附图的简短描述。
在阅读以下详细描述时和在参考附图时本发明的上述和其它优点将变得清晰。图1是具有温度补偿控制的AMOLED显示器的框图；图2是驱动电路的电路图，该驱动电路包括用于图1中的AMOLED显示器中的像素中的被选择的一个像素的热传感器；图3是可替代的驱动电路的电路图，该驱动电路使得能够感测来自被选择的像素的电压数据以便确定图1中的AMOLED显示器中的像素温度；图4是示出随着到驱动晶体管的栅极的编程电压的变化，温度对OLED电流的斜度的影响的图表；图5A-5C是使用不同的插值方法的图1中的AMOLED显示器上的温度的分布的热图表；图6是对于用于图1中的AMOLED显示器的热补偿的另一个方法的等效电路模型； 以及图7是对于用于图1中的AMOLED显示器的热补偿的一种机制的热传感器格子的示图。虽然本发明易受到各种修改和可替代的形式，但是特定实施例已经在附图中通过示例的方式而示出并且将在本申请中详细描述。然而，应当明白，本发明并不意图限于所公开的特殊形式。相反，本发明覆盖落入如由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的所有修改、等同物和替代方案。
具体实施例方式图1是具有有源矩阵区域或像素阵列102的电子显示系统100，在该像素阵列102 中像素l(Ma-d的阵列以行和列的配置来布置。为了方便示例，仅仅示出了两行和两列。在有源矩阵区域102的外部是外围区域106，其中布置有用于驱动和控制像素区域102的外围电路。外围电路包括栅极或地址驱动器电路108、源极或数据驱动器电路110、控制器112 和可选的供应电压(例如，Vdd)驱动器114。控制器112控制栅极驱动器108、源极驱动器
5110和供应电压驱动器114。栅极驱动器108在控制器112的控制之下对地址线或选择线 SEL[i]、SEL[i+l]等进行操作，对于像素阵列102中的像素l(Ma_i中的每一行有一个地址线或选择线。在下述的像素共享的配置中，栅极或地址驱动器电路108还可以可选地对全局选择线GSEL[j]且可选地对/GSEL[j]进行操作，全局选择线GSEL[j]或/GSEL[j]对像素阵列102中的像素l(Ma-i中的多个行(诸如像素l(Ma-d的每两行)进行操作。源极驱动器电路110在控制器112的控制之下对电压数据线Vdata[k]、Vdata[k+1]等进行操作， 对于像素阵列102中的像素l(Ma-i中的每一列有一个电压数据线。电压数据线给每一个像素l(Ma_i运送表示像素l(Ma_i中的每个发光器件的亮度的电压编程信息。在每个像素 104a-i中的诸如电容器的存储元件存储电压编程信息直到发射或驱动周期使发光器件导通。可选的供应电压驱动器114在控制器112的控制之下控制供应电压(EL_Vdd)线，对于像素阵列102中的像素l(Ma-i中的每一行有一个供应电压线。显示系统100还可以包括电流源电路，该电流源电路供应电流偏置线上的固定的电流。在一些配置中，参考电流能够被供应给电流源电路。在这样的配置中，电流源控制部分控制电流偏置线上的偏置电流的施加的定时。在其中参考电流不被供应给电流源电路的配置中，电流源地址驱动器控制电流偏置线上的偏置电流的施加的定时。如已知的，显示系统100中的每个像素l(Ma_i需要被用指示像素l(Ma_i中的发光器件的亮度的信息来编程。一个帧限定了包括编程周期或阶段以及驱动或发射周期或阶段的时间段，在编程周期或阶段期间用表示亮度的编程电压来对显示系统100中的每个像素进行编程，并且在驱动或发射周期或阶段期间每个像素中的每个发光器件被导通以便以与存储在存储元件中的编程电压相对应的亮度发光。因此帧是组成在显示系统100上显示的完整的运动图像的许多静态图像中的一个。至少存在用于编程和驱动像素的两种方案 逐行或者逐帧。在逐行编程中，一行像素被编程并且随后在下一行像素被编程和驱动之前被驱动。在逐帧编程中，显示系统100中的所有行的像素都被首先编程，并且所有像素被逐行地驱动。任一种方案都可以采用在每个帧的开始或结束处的简短的垂直消隐时间，在该垂直消隐时间期间像素既不被编程也不被驱动。位于像素阵列102外面的组件可以被布置在其上布置有像素阵列102的同一个物理衬底上的在像素阵列102周围的外围区域106中。这些组件包括栅极驱动器108、源极驱动器110和可选的供应电压控制114。可替代地，在外围区域中的一些组件可以被布置在与像素阵列102相同的衬底上而其它组件被布置在不同的衬底上，或者在外围区域中的所有组件可以被布置在与其上布置有像素阵列102的衬底不同的衬底上。栅极驱动器108、源极驱动器110和电源电压控制器114 一起构成显示驱动器电路。某些配置中的显示驱动器电路可以包括栅极驱动器108和源极驱动器110但不包括供应电压控制114。为了便于温度补偿，两种一般的方法论可以被用于出于温度补偿目的的图1中的 AMOLED显示器系统100的表面温度分布的实时和有效提取。一种方法可以通过使用温度数据提取全部温度。温度数据可以从各种电压或电流测量获得，或者从AMOLED显示器系统 100上的有限的热传感器获得。另一种方法根据来自AMOLED显示器系统100的视频数据来计算热分布。该方法依赖于经由用于温度测量的有限的像素的选择在最小估计误差的情况下显著地削减计算成本。方法可以由图1中的控制器112执行，但是其它硬件和/或软件可以执行这些方法，诸如在与显示系统100耦接的设备上的视频处理器或数字信号处理ο因此图1示出了在AMOLED显示系统100的被选择的像素10 上的诸如热传感器 130之类的有限的热传感器的使用。热传感器130可以被集成在像素阵列102上，或者可以存在包含热传感器组件的矩阵的分离的衬底。图1示出了可选的与一组像素中的仅仅一个像素(诸如像素阵列102中的像素104a)对应的热传感器130。热传感器130与监视线 132耦接，该监视线132与控制器112耦接。其它周围的像素(诸如像素104b_i)不具有热传感器。因此，存在比像素l(Ma-i少很多的热传感器130。例如，所有像素104可以被分成 5乘5的段(segments)，并且因此对于每25个像素，仅仅诸如为像素10 提供单个热传感器 130。图2示出了被集成在用于图1中的像素10 的驱动器电路200中的热传感器130 的驱动器电路200。驱动器电路200包括驱动晶体管202、有机发光器件(“0LED”)204、选择晶体管206和源极电容器208。电压源210与驱动晶体管206耦接。选择线212与选择晶体管206耦接。驱动器电路200包括与作为热传感器130的一部分的热晶体管220的漏极耦接的监视线214。热晶体管220具有与温度选择线216耦接的源极。通过热晶体管220 的电流与像素10 的温度有关。在读出时间期间，选择线212被拉高，其可以与像素编程周期并行。温度选择线216将被拉低并且因此监视线214将提供对晶体管220的电流的访问。由于晶体管220的电流将基于温度而变化，因此可以从该电流中提取温度信息。因此， 像素阵列102中的一定像素(诸如像素10 )的温度通过经由选择线212激活监视线214 而被测量。确定被选择的像素的温度的另一种方法是通过在不同的时间点处测量表示像素温度的输出电压的变化。这种数据可以通过诸如由通过参考并入于此的2007年2月9日提交的申请No. 11/673，512(公开No. 2007/0195020)中描述的用于检测由老化引起的性能上的偏移的方法监视像素输出电压数据的变化而获得。针对老化的影响监视显示器需要以慢速率(诸如每隔几个帧)采样来自像素的数据。然而，这种数据还可以被用于在每个帧的消隐间隔期间基于来自被选择的像素的输出电压的变化的热测量。在没有图1和图2中的热传感器130的情况下，可以基于在诸如图1所示出的数据驱动器110的驱动器电路上基于在空白帧或每个帧的消隐间隔期间施加到诸如像素10 的被选择的像素的驱动晶体管的栅极的校准电压而测量的输出电压，来确定像素的温度。 在该示例中，数据驱动器110具有可选的用于驱动和监视输出电压的监视器134，如图1所示。可选的提取器(extractor)模块136基于在来自输出电压线138的输出电压上产生的电压来计算被选择的像素的温度。基于监视结果(即，输出电压的变化)来针对温度校准到像素l(Ma-i的数据信号。监视结果可以被提供给控制器112。供应电压可以由控制器 112用来驱动用于OLED的电流，其又表示像素104的温度。图3示出了驱动器电路300的示例，该驱动器电路300可以被用于诸如像素10 的被选择的像素以从分离的电压测量确定温度而消除对专用热传感器的需要。图3中的驱动器电路300包括OLED 302、存储电容器304、开关晶体管306和驱动晶体管308。驱动晶体管308的漏极端子与来自图1中的电压驱动114的电源线VDD连接，并且驱动晶体管308的源极端子与OLED 302连接。开关晶体管306被连接在数据线VDATA 与驱动晶体管308的栅极端子之间。存储电容器304的一个端子与驱动晶体管308的栅极端子连接，并且存储电容器304的另一个端子与驱动晶体管308的源极端子和OLED 302连接。 感测晶体管310将驱动晶体管308的源极端子和OLED 302连接到输出线 (VOUT) 138，输出线138与图1中的数据驱动器110耦接。感测晶体管310的栅极端子与由图1中的栅极驱动器108控制的选择线输入SEL连接。通过监视输出线138的电压来提取温度对驱动器电路300的影响。选择线输入SEL由开关晶体管306和感测晶体管310共享。 温度的测量可以发生在其中经由数据线输入将驱动晶体管308的栅极端子充电到校准电压(VCG)的空白帧期间。校准电压(VCG)包括基于先前温度数据计算的温度预测。在提取周期期间，驱动晶体管308用作放大器，因为它被偏置为具有恒定电流通过输出电压(VOUT)。 作为施加到其的电流(Ic)的结果而在输出电压(VOUT)上发展的电压是(Vm+AVm)。因此， 放大了温度对像素的影响，并且输出电压的电压的变化与温度有关。这使得能够提取非常小量的电压阈值(VT)偏移，结果得到像素的温度的高度精确的表示。监视输出电压VOUT 的变化。然后，电压输出VOUT的变化(多个变化)被用于确定像素的温度，并且因此被用于编程电压的校准以便补偿温度。驱动器电路300的正常操作包括编程周期和驱动周期。在编程周期期间，驱动晶体管308的栅极端子被充电到使用监视结果(即，由温度引起的VOUT的变化)而校准后的编程电压。电荷由充电电容器304保持，并且在驱动周期期间，选择线SEL为低并且驱动晶体管308向OLED 302提供电流。该操作对于用于像素阵列102的像素的所有驱动器电路发生。使用诸如像素10 的被选择的像素的温度以及诸如阵列102中的像素104b-i的未被选择的像素的估计的温度来确定校准后的编程电压。图4是驱动晶体管308的电流的斜度对比到图3中的数据线输入VDATA的编程电压电平的影响的图表400。图表400包括在第一温度处的第一电流斜度402以及在第二温度处的第二电流斜度404。因此由图1中的监视器134使用驱动晶体管308的电流的斜度来确定像素的温度。如图4所示，温度通过改变由不同电平的编程电压产生的电流而显著地影响驱动晶体管308的性能。因此，驱动晶体管308的IV特性的斜度通过温度而改变， 并且因此测量两个点处的输出电压以便确定两个点处的电流将确定该改变。通过(I1-I2)/ (Vdatal-Vdata2)来计算电流的斜度，其中1和I2是分别与第一时间点处的编程电压(Vdatal)和第二时间点处的编程电压(Vdata2)有关的驱动晶体管308的电流。因此，斜度的任何变化能够被关联到像素上的特定温度，如由图4中的不同斜度402和404所示出的.一旦通过热传感器或者通过如上所述地测量输出电压确定了诸如像素10 的被选择的像素的温度，就可以使用许多不同的技术(包括最邻近、双线性、双三次或克里金) 来对在每个被选择的像素周围的阵列102中的剩余未被选择的像素的温度进行插值。最邻近插值法将被选择的像素周围的所有邻近像素的温度均设定为由该像素测量的相同的温度。图5A是示出通过最邻近法确定的温度的图表500。图5A中的阴影图案表示基于被选择的像素的温度而指定的不同的温度。被选择的像素502通过温度传感器或者经由根据输出电压的计算而产生温度测量。被选择的像素502的周围区域504中的邻近像素的温度被设定为与被选择的像素502相同的温度。该方法在计算上是简单的，但是不如更复杂的插值方法那么精确。另一种方法是双线性插值，其中通过根据被选择的像素在χ和y两个方向上线性选
+1
Pi 1 自
φ feK
Ii _
fc^
差艮
TJ
有用 使以 可
O其中 χ和y下标表示温度在χ和y方向上的导数择的像素的测量来计算这些导数。例如，其中dx是两个相邻的具有热传感器的被选择的像素或者具有电压读取的被选择的像素之间的X-距离。另一种方法是克里金(Kriging) (Wiener-Kolmogorov预测)，其是将每个像素的温度作为所有温度测量的线性加权和来进行插值的最小平方估计法，如下
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插值来确定像素的温度。因此，插值是连续的，如下面的公式所示。
T(i，j)是最接近像素位置(X，y)的左下的温度测量。图5B示出了温度图表，其示出了结果得到的使用根据被选择的像素的温度的双线性插值基于温度数据而被指定给阵列中的像素的温度。被选择的像素502结果得到比邻近法更精确的温度分布。另一种方法是双三次插值，其结果得到比双线性插值更平滑的过渡。双三次插值使用被选择的像素周围的四个角以及它们的一阶导数。双三次插值达到一阶导数连续，如图5C所示，图5C示出了被选择的像素502周围的像素上的所估计的温度。双三次插值遵循公式Τ π, . γ γ , _— ψ
权利要求
1.一种使得能够测量温度的、电流偏置的电压编程的显示面板，包括多个像素，所述多个像素中的每个像素包括驱动晶体管以及与所述驱动晶体管耦接的有机发光器件；以及与所述多个像素中的每个像素耦接的控制器，所述控制器使得编程电压被施加到相应的驱动晶体管的栅极以便控制每个像素的亮度，所述控制器还从所述多个像素中的被选择的像素读取数据以便确定所述多个像素中的所述被选择的像素的温度，所述控制器基于所确定的所述多个像素中的所述被选择的像素的温度来估计其它未被选择的多个像素的温度。
2.根据权利要求1的显示面板，其中所述多个像素中的被选择的像素的数量少于未被选择的多个像素的数量。
3.根据权利要求1的显示面板，其中所述控制器补偿所述编程电压以便抵消多个像素中的每个像素上的确定的或估计的温度的影响。
4.根据权利要求1的显示面板，还包括在所述被选择的像素附近的热传感器。
5.根据权利要求1的显示面板，其中每个被选择的像素包括栅极与编程电压输入耦接的驱动晶体管，并且其中校准电压产生具有数值变化的输出电压，所述数值变化用来导出像素的温度。
6.根据权利要求1的显示面板，其中通过根据被选择的像素插值确定的温度到周围的未被选择的像素来执行估计，所述插值包括最邻近插值、双线性插值、双三次插值或克里金插值中的一种。
7.根据权利要求1的显示面板，其中通过用于将像素功率的微分方程简化为等效电路的有限差分模型来确定被选择的像素的温度，所述等效电路基于测量的功率和OLED的尺寸以便求解像素温度的电压等效模型。
8.根据权利要求1的显示面板，其中所述多个像素以阵列的形式被布置，所述控制器将所述阵列分成像素的多个群组，并且在一个群组中随机地确定被选择的像素，其它被选择的像素位于其余的群组中的相同的位置，未被选择的像素的第二群组被产生在被选择的像素周围。
9.一种确定包括多个有机发光器件像素的有源矩阵有机发光器件显示器的温度分布的方法，每个像素具有用于确定亮度的编程电压输入，所述方法包括如下步骤确定多个像素中的被选择的像素的温度，所述被选择的像素少于所述多个像素的全部；以及使用所确定的所述多个像素中的所述被选择的像素的温度，估计其余的未被选择的多个像素的温度。
10.根据权利要求9的方法，其中所述多个像素中的被选择的像素的数量少于未被选择的多个像素的数量。
11.根据权利要求9的方法，还包括补偿所述编程电压以便抵消多个像素中的每个像素上的确定的或估计的温度的影响。
12.根据权利要求9的方法，其中由在所述被选择的像素中的一个像素附近的热传感器确定温度。
13.根据权利要求9的方法，其中每个像素包括栅极与所述编程电压输入耦接的驱动晶体管，并且其中校准电压产生具有数值变化的输出电压，所述数值变化用来导出像素的温度。
14.根据权利要求9的方法，其中所述估计包括根据被选择的像素插值确定的温度到周围的像素，所述插值包括最邻近插值、双线性插值、双三次插值或克里金插值中的一种。
15.根据权利要求9的方法，其中通过用于将像素功率的微分方程简化为等效电路的有限差分模型来确定被选择的像素的温度，所述等效电路基于测量的功率和OLED的尺寸以便求解像素温度的电压等效模型。
16.根据权利要求9的方法，其中所述多个像素以阵列的形式被布置，并且所述阵列被分成像素的多个群组，并且在一个群组中随机地确定被选择的像素，其它被选择的像素位于其余的群组中的相同的位置，未被选择的像素的第二群组被产生在被选择的像素周围。
17.一种确定包括多个有机发光器件像素的有源矩阵有机发光器件显示器的温度分布的设备，每个像素具有用于确定亮度的编程电压输入，所述设备包括用于确定多个像素中的被选择的像素的温度的装置，所述被选择的像素少于所述多个像素的全部；以及用于使用所确定的所述多个像素中的所述被选择的像素的温度来估计其余的未被选择的多个像素的温度的装置。
18.根据权利要求17的设备，其中用于估计的装置包括用于根据被选择的像素插值确定的温度到周围的像素的装置，所述插值包括最邻近插值、双线性插值、双三次插值或克里金插值中的一种。
19.根据权利要求17的设备，其中通过用于将像素功率的微分方程简化为等效电路的有限差分模型来确定所述多个像素中的被选择的像素的温度，所述等效电路基于测量的功率和OLED的尺寸以便求解像素温度的电压等效模型。
20.根据权利要求17的设备，其中所述多个像素以阵列的形式被布置，并且所述阵列被分成像素的多个群组，并且在一个群组中随机地确定被选择的像素，其它被选择的像素位于其余的群组中的相同的位置，未被选择的像素的第二群组被产生在被选择的像素周围。
全文摘要
本发明涉及用于在AMOLED显示器中热补偿的系统和方法。本发明公开了一种用于确定AMOLED显示器的温度以便校准编程数据信号的电路和技术。经由几种公开的方法中的一种来测量AMOLED显示器中的多个像素中的被选择的像素的温度。可以使用用于被选择的像素的热传感器。输出电压数据的测量可以被用来估计温度。可以基于被选择的像素的消耗的功率来使用有限元分析模型。然后被选择的像素的温度数据被插值到邻近的未被选择的像素，以便估计这些像素的温度。
文档编号G09G3/32GK102486912SQ20111040302
公开日2012年6月6日 申请日期2011年12月2日 优先权日2010年12月2日
发明者G·查吉, J·贾法里, 刘彤 申请人:伊格尼斯创新公司