专利名称：有源矩阵显示器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及有源矩阵显示器件，尤其但不专门地涉及具有与每个像素相关的薄膜开关晶体管的有源矩阵电致发光显示器件。
使用电致发光、发光显示元件的矩阵显示器件是公知的。显示元件可以包括例如使用聚合物材料的有机薄膜电致发光元件，或使用传统的III-V族半导体化合物的发光二极管(LED)。
这种类型的显示器件具有电流寻址型显示元件，从而常规的模拟驱动方案包括给显示元件供给可控制的电流。设置电流源晶体管作为像素结构的一部分，给电流源晶体管供给栅电压，以确定通过显示元件的电流是已知的。在寻址阶段之后，存储电容器保持栅电压。
图1示出了已知的有源矩阵电致发光显示器件。该显示器件包括面板，该面板具有由方框1表示的规则间隔开的像素的行列矩阵阵列，并包括电致发光显示元件2以及相关开关装置，其位于行(选择)和列(数据)寻址导体4和6的交叉组之间的交点处。为了简单起见在图中只示出了几个像素。实际上可以存在数百行和列的像素。通过包括与各组导体的端连接的行扫描驱动电路8和列数据驱动电路9的外围驱动电路，经由行和列寻址导体组来寻址像素1。
电致发光显示元件2包括有机发光二极管，这里表示为二极管元件(LED)并包括其间夹有有机电致发光材料的一层或多层有源层的电极对。阵列的显示元件与在绝缘支撑体一侧上的相关有源矩阵电路一起被承载。显示元件的阴极或阳极由透明导电材料形成。支撑体是诸如玻璃的透明材料，并且最靠近基板的显示元件2的电极可以包括诸如ITO的透明导电材料，以便由电致发光层产生的光可以透过这些电极和支撑体，使得支撑体的另一侧的观察者能够看见。
图2以简化的示意形式示出了用于提供电压寻址操作的最基本的像素和驱动电路配置。每个像素1包括EL显示元件2和相关的驱动电路。驱动电路具有寻址晶体管16，其通过行导体4上的行寻址脉冲导通。当寻址晶体管16导通时，列导体6上的电压可以传递给像素的其余部分。特别地，寻址晶体管16供给列导体电压给电流源20，其包括驱动晶体管22和存储电容器24。给驱动晶体管22的栅极供给列电压，且即使行寻址脉冲结束后仍借助存储电容器24将栅极保持在该电压。
该电路中的驱动晶体管22被实现为p型TFT，从而存储电容器24保持栅-源电压固定。这导致固定的源极-漏极电流通过晶体管，因而其提供了像素的期望的电流源操作。
在上面基本的像素电路中，对于基于多晶硅的电路，由于在晶体管沟道中多晶硅颗粒的统计分布，所以存在晶体管的阈值电压的变化。然而，多晶硅晶体管在电流和电压应力下相当稳定，从而阈值电压保持基本恒定。
除了晶体管特性的变化之外，LED本身也存在差别老化(differential ageing)。这是由于施加电流应力之后发光材料的效率降低。在大多数情形下，通过LED的电流和电荷越多，效率越低。
还已经提出了电压寻址像素电路来补偿LED材料的老化。例如，提出了各种像素电路，其中像素包括光感测元件。该元件与显示元件的光输出响应，并响应于光输出来泄漏存储电容器上存储的电荷，以便在寻址周期期间控制显示器的整体光输出。
图3和4示出了用于该目的的像素布局的实例。在WO 01/20591和EP 1 096 466中详细描述了这种类型的像素结构的另外的实例。
在图3的像素电路中，光电二极管27将存储在电容器24(C数据)上的栅电压放掉，导致亮度减小。当驱动晶体管22(T驱动)上的栅电压达到阈值电压时，EL显示元件2将不再发射，其后存储电容器24将停止放电。电荷从光电二极管27泄漏的速率是显示元件输出的函数，从而光电二极管27用作光敏反馈器件。一旦驱动晶体管22关断，显示元件阳极电压就减小，使得放电晶体管29(T放电)导通，从而存储电容器24上剩余的电荷被快速失去，并且亮度(luminance)被切断。
当保持栅-源电压的电容器放电时，显示元件的驱动电流逐渐降低。因而，亮度减小。这导致较低的平均光强度。
图4示出了由申请人已经提出的电路，其具有恒定的光输出并根据光输出在某时关断。
驱动晶体管22的栅-源电压再次保持在存储电容器24(C存储)上。然而，在该电路中，借助充电晶体管34从充电线32将该电容器24充电至固定电压。因而，将驱动晶体管22驱动到恒定级别，其独立于显示元件要被照射时输入到像素的数据。通过改变占空因数、尤其是通过改变驱动晶体管关断的时间来控制亮度。
通过使存储电容器24放电的放电晶体管36来关断驱动晶体管22。当放电晶体管36导通时，电容器24快速放电，并且驱动晶体管关断。
当栅电压达到足够的电压时放电晶体管36导通。光电二极管27被显示元件2照射并根据显示元件2的光输出再次产生光电流。该光电流给放电电容器40(C数据)充电，并在特定的时间点，电容器40两端的电压将达到放电晶体管36的阈值电压，并由此使其导通。该时间依赖于最初存储在电容器40上的电荷和光电流，其又依赖于显示元件的光输出。该放电电容器最初存储数据电压，从而初始数据和光反馈都影响电路的占空因数。
这些电路都受放电晶体管的导通速率的限制，在电路的校正能力方面产生了恒定的光误差。图3的光反馈补偿电路的性能在较低的光(灰度)级别时也不好。这是因为光反馈依赖光来进行校正，从而如果存在较少的光，则校正将不会快速地工作。因为存在有限的帧时间，所以校正比较高的像素亮度时差。
依照本发明，提供了一种有源矩阵显示器件，其包括显示像素的阵列，每个像素包括电流驱动型发光显示元件；用于驱动通过显示元件的电流的驱动晶体管；用于存储电压的存储电容器，所述电压用于控制驱动晶体管的寻址；光相关(light-dependent)器件，用于控制存储电容器的放电，由此根据显示元件的光输出来改变驱动晶体管的控制；和与驱动晶体管相关的电路，用于当存储电容器响应光相关器件输出而放电时，提高存储电容器的放电速率。
因而本发明的器件使用光反馈来控制存储电容器的放电，但使用了附加的电路元件来改善电容器放电的速率，并由此在光反馈系统关断驱动晶体管时，关断驱动晶体管。
基本上，本发明使用了像素内增益系统，以确保在所有灰度级时可获得良好的差别老化的校正。因而，本发明的电路改善了由存储电容器的缓慢放电产生的光误差所导致的所有灰度级时的电路性能。
存储电容器根据实施方式可以用于数据电压或固定的电压。
该器件可以以存储电容器的逐渐放电来操作。可替换地，可以设置放电晶体管来将存储电容器放电，由此关断驱动晶体管。这可更加快速地操作，其后该电路用作占空因数控制系统。
特别地，然后光相关器件可控制放电晶体管从关断切换到导通状态的定时，并且放电晶体管用于给设置在放电晶体管的栅极与恒定电压线之间的放电电容器充电或放电。
与驱动晶体管相关的电路可以包括与驱动晶体管串联的第二晶体管，从而第二晶体管和驱动晶体管形成了反相器电路，该反相器电路的输出驱动显示元件。这样，可以给控制电容器放电的信号引入增益，由此能提高放电速率。
与驱动晶体管相关的电路可以包括完整的附加反相器电路，该反相器电路的输出控制驱动晶体管。反相器电路可以是时钟控制的。
在使用放电晶体管的形式中，与驱动晶体管相关的电路可以附加地或可替换地包括反馈晶体管，其中放电晶体管与反馈晶体管的栅极连接，反馈晶体管与放电晶体管的栅极连接。这种配置限定了正反馈路径，其加速了放电晶体管可以将存储电容放电的速率。
光相关器件优选包括放电光电二极管，每个像素可进一步包括连接在数据信号线与像素的输入之间的寻址晶体管。
现在借助实例参照附图来描述本发明，其中图1示出了已知的EL显示器件；图2是用于电流寻址EL显示像素的已知像素电路的简化示意图；图3示出了用于补偿差别老化的第一个已知的像素设计；图4示出了用于补偿差别老化的第二个已知的像素设计；图5用于解释与之前提出的光反馈电路相关的问题；图6示出了依照本发明的像素电路的第一个概括的实例；图7用于解释图6的电路的操作；图8示出了依照本发明的像素电路的第二个概括的实例；
图9用于解释图8的电路的操作；图10示出了依照本发明的像素电路的第三个概括的实例；图11用于解释图10的电路的操作；图12示出了本发明的第一个详细的像素电路；图13示出了本发明的第二个详细的像素电路；图14示出了本发明的第三个详细的像素电路；图15示出了本发明的第四个详细的像素电路；图16示出了本发明的第六个详细的像素电路；图17示出了本发明的第七个详细的像素电路；图18示出了本发明的第八个详细的像素电路；图19示出了本发明的第九个详细的像素电路；图20示出了本发明的第十个详细的像素电路；和图21示出了本发明的第十一个详细的像素电路。
图5用于解释本发明解决的问题，并示出了使用图4的电路由每个曲线下面的区域确定的两个灰度级。该问题同样适用于图3的电路，但在该电路中没有恒定光输出的周期。阴影区域是由放电晶体管的导通时间导致的误差。该区域对于所有的灰度级都是恒定的，因此该误差在较低的灰度级变得更加严重。因此通过减小该导通时间可获得像素电路性能改善。
本发明提供了一种使用光反馈进行老化补偿的显示器件，其中电路与像素的驱动晶体管相关，用于当存储电容器响应于光相关器件输出而放电时，提高存储电容器的放电速率。本发明基本上提供了一种像素设计，其中在像素内为用于使存储电容器放电的信号提供增益级。
图6示出了本发明的像素电路的概括图，图7示出了图6的电路中使用的放大器的功能。
在图6中，放大器60设置在光反馈电路元件(光电二极管和其放电的电容器)与显示元件之间。在图6的概括电路中，放大器60包括像素驱动晶体管。
如图7中所示，放大器的功能是给由光反馈系统提供的控制信号提供更急剧的截止。
在电路的操作中，光相关光电流将在帧时间内给数据电容线性充电。在某点处，高增益级在电源线之间迅速切换。因此通过增益级在电源线之间切换所需的时间来限制电路的校正误差，这与单个放电晶体管的导通时间相比可以非常短。因而该电路能改善校正程度。
图8以概括的形式示出了相反的方案，由此光电流将数据电容放电，使得输入给放大器80的电压Vin升高，从而输出Vout从高切换到低，如图9中所示。图8中的放大器80表示相反的高增益级-但不必是标准的数字反相器。
可以实现光电二极管和数据电容器的配置是几种方式，上面仅示出了两个基本的实施方式。一般地，电路产生线性升高/降低的电压Vin，其升高/降低速率依赖于OLED的亮度。
第三个一般的方案是使用时钟控制的高增益级。这在图10和11中被示出。
图10的电路与图6的电路相对应，但是放大器100具有附加的时钟输入102。
在该方案中，高增益级直到时钟(Clk)具有预定状态(高或低或在转变时)才切换。因此如果输入电压Vin高得足以切换增益级，则其在其可以切换之前必须等待时钟达到适当的状态，然后由每一场周期的时钟周期数来限制系统的精确度。容易设想出图10的时钟控制电路。
现在将给出本发明的多个详细的实施方式。
图12中示出了第一个实施方式。这是利用给驱动晶体管的恒定驱动电压的方案，并由此是如上所述的占空因数方案。
图12的电路与图4的电路相对应，但是附加有反馈晶体管120(T反馈)。将不再描述其它电路元件的操作。
反馈晶体管120是n型TFT，其恰好当放电晶体管36(T放电)导通时开始导通。其通过给数据存储节点(光电二极管与放电电容器40(C数据)之间的节点)的正反馈来有效地提供高增益。因而该反馈方案用作放大级，并且当光反馈系统触发存储电容器的放电时，提高存储电容器的放电速率。
在该实例中，放电晶体管连接在高电源轨(power rail)与反馈晶体管的栅极之间，并且反馈晶体管在放电晶体管的栅极与低电源轨之间连接。
当反馈晶体管导通时(因为放电晶体管开始导通)，其下拉放电晶体管栅电压，由此加速了放电晶体管的导通。
为了使用该电路获得良好的黑色状态，需要在驱动晶体管T驱动与LED之间具有开关。该开关的寻址线可以与晶体管T开关(其是用于给存储电容器充电的晶体管)的寻址线相连，如果这两个晶体管互补的话。
图13和14中示出了第二个实施方式。
在图13中，图3的放电晶体管T放电被与驱动晶体管22串联的第二晶体管130代替，从而第二晶体管130和驱动晶体管22形成了反相器电路。反相器电路的输出驱动显示元件。
该反相器电路有效地提供增益。
图13的电路以与图3的电路相同的方式提供了存储电容器的逐渐放电。
图14示出了图4的电路的类似修改，并因而是占空因数控制电路。再次由放电晶体管和附加的晶体管140提供反相器。
图15示出了组合图12的反馈电路和图14的反相器电路的电路。因而图15的电路具有反相级150和反馈级152，其均以上述的方式操作。
在该电路中，通过T放电和T反馈的反馈组合进一步放大了由反相级150提供的增益，以提供非常高的增益系统。另外，为了用该电路获得良好的黑色状态，在驱动TFT T驱动和LED之间需要具有开关。该开关的寻址线再次可以与T开关的寻址线相连，如果这两个晶体管互补的话。
当LED已经关断时将发生通过反相器的持续(standing)电流，这是不希望的。
图16示出了类似的电路，但是反相级160现在分为两个独立控制的晶体管(T关和T开关2)，以避免反相器的静态功率消耗。反馈系统被示为162。当电容器C数据被充分充电时，晶体管T关导通，其使得正反馈系统快速关断显示元件。
晶体管T开关2仅在寻址期间导通，并且在其它情况时是关断的，从而减小了反相级的静态功率消耗。
图17示出了图16的变型，其中数据电容器由光电二极管放电，而不是充电，并改变了反相器170和反馈系统172的配置。这简单地说明了电路均可以以多个特定的方式来实现。
图18和19示出了替换的高增益系统的两个变型。在这些电路中，存在三个反相器180a，180b，180c和190a，190b，190c。第二两个反相级在第二反相器180b，190b的输入与第三反相器的输出之间具有正反馈连接184，194。
对于良好的黑色状态，这些实施方式在驱动晶体管与LED之间不需要充电开关T开关、分开的电容器或附加晶体管。在寻址时，数据列上的电压自动实现这些功能。
通过将栅极连接到电压轨之一，第二反相级的输出将驱动晶体管的栅极保持为固定的电压，从而不需要存储电容器。当反相器电路切换时，快速将驱动晶体管栅极拉到相反的电源轨，并且定时再次依赖于电容器C数据和光反馈系统上的初始数据电压。
在这些电路中，数据存储电容器再次用于存储电压，所述电压用于控制驱动晶体管的寻址。然而，不需要如前述电路中用于存储驱动晶体管栅-源电压的电容器。
具有反馈的第二和第三反相器可以被认为是SRAM单元。TFT将都是最小的尺寸，从而即使在电路中有8个晶体管也可以保留孔。
可以减少晶体管的数量，例如可以去除图18的最后一个反相器180c，从而电路变为图20中所示的电路，其具有两个反相级200a，200b。给第二级200b的输入的反馈来自驱动晶体管和LED之间的连接点。驱动晶体管和LED的组合现在用作最后的反相器。
通过使光电流给数据电容充电而导致的图18到20中第一反相器180a，190a，200a的输入上的电压的线性增加(在一部分帧时间内)，引起反相器传送电流，直到SRAM部分切换为止。使该反相器中的TFT变长(低W/L比率)将减少由第一反相器传送的电流量。
图21示出了作为图13的电路的修改的时钟控制系统。反相器由驱动晶体管22和附加晶体管210限定，并且其通过单个晶体管212来进行时钟控制，从而当输入电压Vin达到高得足以切换反相器的电压时，其必须等待直到时钟信号Clk在反相器可以改变状态并关断LED之前升高为止。
在这种系统中，帧时间内的时钟周期数需要比灰度级数高至少两倍。
上面的电路将OLED显示器的差别老化校正到非常高的程度，并且在一些情形下，模拟显示对于全亮度时OLED效率的50％退化来说，进行了0.5％以下的校正。在较低灰度级时性能仅被稍微改变。
这些电路都可在非常低的电压电平例如5V下实现，从而功率消耗几乎全部由操作LED所需的电流和电压来确定。因此本发明适于这样的应用，在这些应用中低功率无老化是重要的。
电路没有补偿TFT不均匀性，但在一些应用中这远不如老化影响重要。
在上面的实例中，光相关元件是光电二极管，但可使用光电晶体管或光敏电阻器来设计像素电路。可使用多种晶体管半导体技术来实现本发明的电路。多种变型是可以的，例如结晶硅、氢化非晶硅、多晶硅、甚至半导体聚合物。这些都旨在落入所要求的本发明的范围内。
在上述一些电路中，光电二极管(或其它光敏元件)用于直接将保持驱动晶体管栅电压的电容器放电，并且在其它占空因数控制电路中，其用于将控制放电晶体管的附加电容器放电。在每种情形下，光相关元件直接或间接控制保持驱动晶体管栅电压的存储电容器的放电，由此根据显示元件的光输出来改变驱动晶体管的控制。因而，上面所有的电路实例都具有用于控制存储电容器的放电的光相关器件，由此根据显示元件的光输出来改变驱动晶体管的控制。
显示器件可以是聚合物LED器件、有机LED器件、含磷的材料和其它发光结构。
多种其它的修改对于本领域技术人员来说是显而易见的。
权利要求
1.一种包括显示像素的阵列的有源矩阵显示器件，每个像素包括电流驱动型发光显示元件(2)；用于驱动通过显示元件的电流的驱动晶体管(22)；用于存储电压的存储电容器(24)，所述电压用于控制驱动晶体管(22；40)的寻址；光相关器件(27)，用于控制存储电容器(24)的放电，由此根据显示元件的光输出来改变驱动晶体管的控制；和与驱动晶体管相关的电路(6)，用于当存储电容器响应于光相关器件(27)输出而放电时，提高存储电容器(24)的放电速率。
2.根据权利要求1所述的器件，进一步包括放电晶体管(36)，用于将存储电容器(24)放电，由此关断驱动晶体管(22)。
3.根据权利要求2所述的器件，其中光相关器件控制放电晶体管(36)从关断切换到导通状态的定时。
4.根据权利要求2或3所述的器件，其中在放电晶体管(36)的栅极与恒定电压线之间设置放电电容器(40)，并且光相关器件用于给放电电容器(40)充电或放电。
5.根据权利要求1所述的器件，其中与驱动晶体管相关的电路包括与驱动晶体管(22)串联的第二晶体管(130)，从而第二晶体管(130)和驱动晶体管(22)形成了反相器电路，该反相器电路的输出驱动显示元件。
6.根据权利要求1到4中的任意一项所述的器件，其中与驱动晶体管相关的电路包括反相器电路(36，140)，该反相器电路的输出控制驱动晶体管。
7.根据权利要求6所述的器件，其中反相器电路是时钟控制的。
8.根据任何前述权利要求所述的器件，其中与驱动晶体管相关的电路包括反馈晶体管(T反馈)，其中放电晶体管(T放电)与反馈晶体管的栅极连接，并且反馈晶体管与放电晶体管的栅极连接。
9.根据任何前述权利要求所述的器件，其中光相关器件(27)包括放电光电二极管。
10.根据任何前述权利要求所述的器件，其中每个像素进一步包括在数据信号线和像素的输入之间连接的寻址晶体管(16)。
11.根据任何前述权利要求所述的器件，其中驱动晶体管连接在电源线与显示元件之间。
12.根据权利要求11所述的器件，其中存储电容器(24)连接在驱动晶体管(22)的栅极与源极之间。
全文摘要
用于通过具有节点(11－15)的网络来交换信号的方法，通过使目的节点(12)通过不同的第一和第二信号路径接收来自源节点(11)的信号，和在目的节点(12)中处理和校正这些信号来改善网络的性能。根据校正结果，调整用于处理在节点(11－15)中的信号的过程。该过程可位于目的节点(12)、源节点(11)或中间节点(13－15)中，在该情形下要交换控制信号。用于调节该过程的学习算法可以在节点(11－15)中运行。可以引入标记切换路线，由此标记信号由源节点(11)通过不同于第一和第二信号路线的第三信号路线发送到目的节点，以改善节点 (11－15)的效率。
文档编号G09G3/20GK1934611SQ200580008463
公开日2007年3月21日 申请日期2005年2月28日 优先权日2004年3月16日
发明者D·A·费希, S·C·迪恩 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司