CN1742309A - 有源矩阵显示装置 - Google Patents

Abstract

一种有源矩阵显示装置使用非晶硅驱动晶体管来驱动电流流过LED显示元件。第一和第二电容串联连接在驱动晶体管的栅极与源极之间，输入到像素的数据被提供给第一与第二电容间的结点。将第二电容充电到像素数据电压，并将驱动晶体管阈值电压存储到第一电容上。该像素安排允许将阈值电压存储到第一电容上，并且在每次寻址像素时都可以进行这种存储操作，从而补偿与老化有关的阈值电压改变。

Description

有源矩阵显示装置

本发明涉及有源矩阵显示装置，特别(但非排他性地)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装置。

采用电致发光、发光显示元件的矩阵显示装置是众所周知的。显示元件可包括例如使用聚合物材料的有机薄膜电致发光元件，或者使用传统的III-V半导体化合物的发光二极管(LED)。最近在有机电致发光材料、特别是聚合物材料中的发展表明，它们实际可用于视频显示装置。这些材料一般包括夹在一对电极之间的一层或多层半导体共轭聚合物，其中一个电极是透明的，另一电极具有适于将空穴或电子注入聚合物层中的材料。

可利用CVD处理或者简单地通过使用可溶共轭聚合物溶液的旋涂技术来制造聚合物材料。还可以使用喷墨印刷。有机电致发光材料显示出类似二极管的I-V属性，从而能同时提供显示功能和开关功能，并且可用在无源型显示器中。或者，这些材料可用于有源矩阵显示装置，其中每个像素包括一个显示元件和一个用于控制通过该显示元件的电流的开关装置。

这类显示装置具有电流驱动的显示元件，从而常规的模拟驱动方案包括向显示元件提供可控电流。已知提供一个电流源晶体管作为像素结构的一部分，被提供给电流源晶体管的栅极电压确定流过显示元件的电流。在寻址阶段之后，存储电容保持该栅极电压。

图1表示用于有源矩阵寻址的电致发光显示装置的一种已知的像素电路。该显示装置包括具有方块1所示的均匀间隔的像素的行和列矩阵阵列的面板，其中像素包括位于相交的行(选择)地址导线组4与列(数据)地址导线组6之间的交点处的电致发光显示元件2以及相关的开关装置。为了简单，图中仅示出少数几个像素。实际上，可以有数百个像素行和列。由包括与各导线组的端部相连的行扫描驱动器电路8和列数据驱动器电路9的外围驱动电路通过行和列地址导线组来寻址像素1。

电致发光显示元件2包括在此表示为二极管元件(LED)并包括一对电极的有机发光二极管，在该对电极之间夹有一个或多个有机电致发光材料有源层。所述阵列的显示元件与相关的有源矩阵电路一起装在绝缘载体的一侧上。显示元件的阴极或阳极由透明导电材料形成。该载体为诸如玻璃之类的透明材料，显示元件2的最靠近基板的电极可以由诸如ITO之类的透明导电材料构成，从而由电致发光层产生的光透射过这些电极和载体，以便可由处于载体另一侧处的观看者观看到。通常，有机电致发光材料层的厚度处于100nm与200nm之间。可用于元件2的适当的有机电致发光材料的典型例子是公知的，并且在EP-A-0717446中已有描述。还可以使用如WO96/36959中所描述的共轭聚合物材料。

图2以一种简化的示意形式表示出已知像素和用于提供电压编程操作的驱动电路安排。每个像素1包括EL显示元件2及相关的驱动器电路。该驱动器电路具有地址晶体管16，该地址晶体管16通过行导线4上的行地址脉冲而被导通。当地址晶体管16被导通时，列导线6上的电压可传递到像素的其余部分。特别是，地址晶体管16将列导线电压提供给电流源20，该电流源20包括驱动晶体管22和存储电容24。列电压被提供给驱动晶体管22的栅极，即便在行地址脉冲结束之后，仍由存储电容24将栅极保持在该电压。驱动晶体管22从电源线26吸取电流。

迄今为止，用于LED显示器的大多数有源矩阵电路使用的是低温多晶硅(LTPS)TFT。这些装置的阈值电压在时间上是稳定的，不过从一个像素到另一像素按照随机的方式改变。这就在图像中产生不能接收的静态噪声。为了克服该问题，已经提出了多种电路。在一个例子中，在每次寻址像素时，像素电路测量提供电流的TFT的阈值电压，以克服这种从像素到像素的改变。这类电路针对的是LTPS TFT，并使用p型装置。不能用氢化非晶硅(a-Si:H)装置来制造这类电路，所述装置当前限于n型装置。

不过，已经考虑使用a-Si:H。至少在基板上的较短范围上，非晶硅晶体管中阈值电压的改变较小，不过阈值电压对于电压应力非常敏感。施加高于驱动晶体管所需阈值的高电压，导致阈值电压的较大改变，所述改变取决于所显示图像的信息内容。从而一直导通与非一直导通的非晶硅晶体管的阈值电压之间存在较大差异。在利用非晶硅晶体管驱动的LED显示器中，这种有差异的老化是一个严重的问题。

通常，所提出的使用a-Si:H TFT的电路使用电流寻址，而不使用电压寻址。当然，还认识到电流编程的像素可减小或消除基板上的晶体管变化带来的影响。例如，电流编程的像素可使用电流反射镜来对采样晶体管上的栅极源电压进行采样，其中通过采样晶体管驱动所需的像素驱动电流。使用采样的栅极源电压来寻址驱动晶体管。这在一部分上减轻了装置的不均匀性的问题，因为采样晶体管与驱动晶体管在基板上是彼此相邻的，并且彼此能更精确地匹配。另一种电流采样电路使用相同的晶体管进行采样和驱动，从而不需要晶体管匹配，不过需要附加的晶体管和地址线。

驱动常规LED装置所需的电流十分大，这意味着非晶硅难以用于有源矩阵有机LED显示器。近来，通过使用磷光，OLED和经过溶液处理(solution-processed)的OLED已经显示出极高的效率。参照S.R.Forrest等人的文章“Electrophosphorescent Organic Light EmittingDevices(电致发光有机发光装置)”(52.1 SID 02 Digest，2002年5月，第1357页)，和J.P.J.Markham的文章“Highly Efficient SolutionProcessible Dendrimer LED(高效的溶液可处理枝状聚合物LED)”(L-8 SID 02 Digest，2002年5月，第1032页)。从而，这些装置所需的电流处于a-Si TFT可达到的范围之内。不过，其它问题也开始表现出来。

磷光有机LED所需的极小电流导致对于大显示器而言列充电时间太长。另一个问题是TFT的阈值电压的稳定性(而非绝对值)。在恒定偏压下，TFT的阈值电压增大，从而简单的恒流电路将在短时间后停止操作。

因此，在实现适于与具有非晶硅TFT的像素一起使用(甚至用于磷光LED显示器)的寻址方案时仍然存在困难。

根据本发明，提供一种包括显示像素阵列的有源矩阵显示装置，每个像素包括：

电流驱动的发光显示元件；

用于驱动电流流过该显示元件的非晶硅驱动晶体管；

串联连接在驱动晶体管的栅极与源极或漏极之间的第一和第二电容，输入该像素的数据被提供给第一与第二电容之间的结点，从而将第二电容充电到从像素数据电压得出的电压，并且从驱动晶体管阈值电压得出的电压被存储到第一电容上。

该像素安排可将阈值电压存储到第一电容上，并且可在每次寻址像素时进行存储，从而补偿与老化有关的阈值电压改变。因此，提供能每帧时间测量一次提供电流的TFT的阈值电压的非晶硅电路，以补偿老化效应。

特别是，本发明的像素布局能克服非晶硅TFT的阈值电压增大，同时对于大的高分辨率AMOLED显示器而言能够在足够短的时间内对像素进行电压编程。

每个像素还可以包括一个连接在输入数据线与第一和第二电容间的结点之间的输入第一晶体管。该第一晶体管对将数据电压施加给像素进行定时，以用于将数据电压存储到第二电容上。

每个像素还可以包括一个连接在驱动晶体管的栅极与漏极之间的第二晶体管。这是用来控制将电流从漏极(可与电源线连接)提供到第一晶体管。从而，通过将第二晶体管导通，可将第一电容充电到栅极-源极电压。可由在一个像素行之间共享的第一栅极控制线来控制第二晶体管。

在一个示例中，第一和第二电容串联连接在驱动晶体管的栅极与源极之间。然后，第三晶体管连接在第二电容的两端，并受在一个像素行之间共享的第三栅极控制线的控制。第二和第三栅极控制线包括单个共享的控制线。

或者，第一和第二电容可串联连接在驱动晶体管的栅极与漏极之间。然后，第三晶体管连接在输入端与驱动晶体管的源极之间。可由在一个像素行之间共享的第三栅极控制线来控制该第三晶体管。同样，第二和第三栅极控制线可包括单个共享的控制线。

在每种情况下都使用第三晶体管来短路第二电容，从而仅第一电容能存储驱动晶体管的栅极-源极电压。

每个像素还可以包括连接在驱动晶体管源极与地电势线之间的第四晶体管。这是用来充当驱动晶体管的电流漏，特别是在像素编程序列期间不照射显示元件。也可以由在一个像素行之间共享的第四栅极控制线来控制第四晶体管。在一个像素行之间可共享地电势线，并且地电势线可包括用于相邻像素行的第四晶体管的第四栅极控制线。

在另一种安排中，将电容安排连接在驱动晶体管的栅极与源极之间，并且驱动晶体管的源极与地线相连。驱动晶体管的漏极与显示元件的一端相连，显示元件的另一端与电源线相连。这样就提供了一种复杂度减小的电路，不过电路元件处于显示元件的阳极侧。

每个像素还可以包括连接在驱动晶体管的栅极与漏极之间的第二晶体管、连接在第二电容两端的短路晶体管、连接在电源线与驱动晶体管的漏极之间的充电晶体管以及连接在驱动晶体管的栅极与漏极之间的放电晶体管。

在本发明的某些电路中，显示元件的与驱动晶体管相反的一端可以与可开关电压线相连。其可以是在一个像素行之间共享的公共阴极线。改变该公共阴极线上的电压的能力需要将其“结构化”，特别是结构化成用于各分离行的分离导线。

为了不需要提供结构化电极，并且为了允许阵列的所有像素共享与驱动晶体管相反的公共显示元件电极，每个像素还可以包括第二驱动晶体管。第二驱动晶体管可以被提供在电源线与第一驱动晶体管之间，或者被提供在第一驱动晶体管与显示元件之间。在每种情况下，第二驱动晶体管提供了一种防止在寻址阶段期间照射显示元件的途径，并且不需要改变电源线上或公共显示元件端子上的电压。

显示元件可包括电致发光(EL)显示元件，如电致磷光有机电致发光显示元件。

本发明还提供一种用于驱动包括电流驱动的发光显示像素阵列的有源矩阵显示装置的方法，每个像素包括一个显示元件和一个用于驱动电流流过该显示元件的非晶硅驱动晶体管，该方法包括对于每个像素：

驱动电流通过该驱动晶体管到达地，并将第一电容充电到所产生的栅极-源极电压；

将第一电容放电直至驱动晶体管截止为止，从而第一电容存储阈值电压；

将在驱动晶体管的栅极与源极或漏极之间与第一电容串联的第二电容充电到数据输入电压；以及

利用从第一和第二电容两端的电压得出的栅极电压，使用驱动晶体管来驱动电流流过显示元件。

该方法在每个寻址序列中测量驱动晶体管阈值电压。该方法用于非晶硅TFT像素电路，特别是n型驱动TFT，从而必须实现短的像素编程，以便能寻址大显示器。在该方法中，可通过在流水线式寻址序列中进行的阈值电压测量(也就是令用于相邻行的寻址序列在时间上重叠)或者通过在消隐周期中在帧开头处测量所有阈值电压来实现这一点。

在流水线式寻址序列中，通过将连接在数据线与像素输入端之间的地址晶体管切换成导通来实施对第二电容充电的步骤。由公共行地址控制线同时将用于一行中每个像素的地址晶体管导通，并且在用于相邻行的地址晶体管截止之后，基本上立即将用于一行像素的地址晶体管导通。

在消隐周期序列中，在显示帧周期的初始阈值测量周期处，对每个像素的第一电容进行充电，以存储像素驱动晶体管的相应阈值电压，在阈值测量周期后为帧周期的像素驱动周期。

下面将参照附图通过例子描述本发明，其中：

图1表示一种已知的EL显示装置；

图2为使用输入驱动电压对EL显示像素进行电流寻址的已知像素电路的示意图；

图3为用于本发明显示装置的像素布局的第一示例的示意图；

图4为图3像素布局的第一种操作方法的时序图；

图5为图3像素布局的第二种操作方法的时序图；

图6为图3像素布局的第三种操作方法的时序图；

图7表示用于本发明显示装置的像素布局的第二示例的示意图；

图8表示用于图3或7电路的部件数值示例；

图9表示具有本发明阈值电压补偿的像素布局的第三示例的示意图；

图10为图9的像素布局的操作时序图；

图11表示具有本发明阈值电压补偿的像素布局的第四示例的示意图；

图12为图11的像素布局的操作时序图；

图13表示具有本发明阈值电压补偿的像素布局的第五示例的示意图；

图14为图13的像素布局的第一种操作方法的时序图；

图15为图13的像素布局的第二种操作方法的时序图；

图16为图15的时序图的一种修改；

图17表示具有本发明阈值电压补偿的像素布局的第六示例的示意图；

图18为图17的像素布局的第一种操作方法的时序图；

图19为图17的像素布局的第二种操作方法的时序图；

图20为图18的时序图的一种修改。

在不同附图中相同附图标记用于相同部件，并将不再重复描述这些部件。

图3表示根据本发明的第一种像素安排。在各优选实施例中，每个像素具有一个电致发光(EL)显示元件2和串联连接在电源线26与阴极线28之间的非晶硅驱动晶体管T_D。驱动晶体管T_D用于驱动电流流过显示元件2。

第一电容C₁与第二电容C₂串联连接在驱动晶体管T_D的栅极与源极之间。输入到像素的数据被提供给第一与第二电容之间的结点30，并将第二电容C₂充电到像素数据电压，如下面所述。第一电容C₁用于在其上存储驱动晶体管阈值电压。

输入晶体管A₁连接在输入数据线32与第一和第二电容间的结点30之间。该第一晶体管对将数据电压施加给像素进行定时，以用于将数据电压存储到第二电容C₂上。

第二晶体管A₂连接在驱动晶体管T_D的栅极与漏极之间。这是用来控制将电流从电源线26提供给第一电容C₁。从而，通过将第二晶体管A₂导通，可将第一电容C₁充电到驱动晶体管T_D的栅极-源极电压。

第三晶体管A₃连接在第二电容C₂的两端。这是用来将第二电容短路，从而仅第一电容能存储驱动晶体管T_D的栅极-源极电压。

第四晶体管A₄连接在驱动晶体管T_D的源极与地之间。这是用来充当驱动晶体管的电流漏，特别是在像素编程序列期间不照射显示元件。

电容24可包括一个附加的存储电容(如图2的电路)，或者可包括显示元件的自电容。

由与晶体管A₁到A₄的栅极相连的相应行导线来控制晶体管A₁到A₄。如下面将要进一步描述的，可共享某些行导线。从而对像素阵列的寻址包括依次寻址各像素行，并且数据线32包括列导线，从而按照传统的方式依次寻址各行而同时寻址一整行像素。

图3的电路可按照多种不同方式操作。首先将描述基本操作，然后解释将所述基本操作扩展到提供流水线式寻址的方法。流水线式寻址意味着在相邻行的控制信号之间存在某种定时重叠。

只有驱动晶体管T_D在恒流模式下使用。电路中的所有其它TFT A₁到A₄都用作操作于短占空比的开关。从而，这些装置中的阈值电压漂移较小，不会影响电路性能。图4中表示时序图。曲线A₁到A₄表示施加给各晶体管的栅极电压。曲线“28”表示施加给阴极线28的电压，曲线“数据”的空白部分表示数据信号在数据线32上的定时。阴影区域表示数据线32上没有数据的时间。从下面的描述显然可以看出，在该时间期间内可以施加用于其它像素行的数据，以便将数据几乎连续地施加给数据线32，从而呈现流水线式操作。

该电路操作用于将驱动晶体管T_D的阈值电压存储到C₁上，然后将数据电压存储到C₂上，从而T_D的栅极-源极电压为数据电压加上阈值电压。

该电路操作包括以下步骤。

使用于显示器的一行中的像素的阴极(线28)处于一个在整个寻址序列过程中足以保持LED反向偏压的电压。在图4的曲线“28”中其为正脉冲。

地址线A₂和A₃变成高电平，以使相关的TFT导通。这就将电容C₂短路，并将电容C₁的一侧与电源线相连，将其另一侧与LED阳极相连。

然后，地址线A₄变成高电平，使其TFT导通。这就使LED的阳极处于地电平，并在驱动TFT T_D上产生大的栅极-源极电压。由此将C₁充电，不过C₂没有被充电，因为其保持短路。

接下来，地址线A₄变成低电平，使相应的TFT截止，并且驱动TFT T_D将电容C₁放电，直至其到达其阈值电压为止。由此，将驱动晶体管T_D的阈值电压存储到C₁上。同样，第二电容C₂上没有电压。

使A₂为低电平，以隔离测得的第一电容C₁上的阈值电压，并且使A₃处于低电平，从而使第二电容C₂不再被短路。

然后，使A₄再次处于高电平，以将阳极与地相连。然后将数据电压施加给第二电容C₂，同时通过A₁上的高电平脉冲使输入晶体管导通。

最后，A₄变成低电平，随后使阴极减小到地电平。然后，LED阳极浮动到其工作点。

或者可以在使A₂和A₃处于低电平之后并且使A₄处于高电平之前使阴极减小到地电平。

寻址序列可以是流水线式的，从而在任何一个时刻可对多于一行像素进行编程。从而，线A₂到A₄以及行向阴极线28上的寻址信号可与针对不同行的相同信号重叠。因此，寻址序列的长度不表示长的像素编程时间，并且有效的行时间仅由当地址线A₁为高电平时充电第二电容C₂所需的时间限制。该时间周期与用于标准有源矩阵寻址序列的时间周期相同。寻址的其它部分意味着总帧时间将仅由显示器前几行所需的设置时间(set-up time)稍加延长。不过，在帧消隐周期内很容易进行这种设置，因此阈值电压测量所需的时间不是问题。

在图5的时序图中表示出流水线式寻址。其中已经将用于晶体管A₂到A₄的控制信号组合成单个曲线，不过操作与参照图4所描述的相同。图5中“数据”曲线表示几乎连续地使用数据线32向连续行提供数据。

在图4和5的方法中，阈值测量操作与显示操作组合，从而依次对每行像素进行阈值测量和显示。

图6表示一种方法的时序图，其中对于显示器中的所有像素在帧开始时测量阈值电压。图6中的曲线与图4中的曲线相应。该方法的优点在于不需要结构化阴极(即，如实现图4和5的方法所需的那样，不同的阴极线28用于不同行)，不过其缺点在于泄漏电流会造成某种图像不均匀。该方法的电路图依然为图3。

如图6中所示，信号A₂、A₃、A₄和用于图6中阴极线28的信号在消隐周期中被提供给显示器中的所有像素，以执行阈值电压测量。在消隐周期中，信号A₄同时被提供给每个像素，从而所有信号A₂到A₄同时被提供给所有行。在此期间，没有数据可以被提供给像素，从而对应于图6底部的数据曲线的阴影部分。

在随后的寻址周期中，数据分别被依次提供给每行，如信号A₁。图6中A₁上的脉冲序列表示用于连续行的脉冲，并且通过将数据施加给数据线32来对每个脉冲进行定时。

图3中的电路具有大量行，用于控制晶体管和结构化阴极线(如果需要的话)。图7表示减小了所需行数的一种电路修改。各时序图表示出信号A₂和A₃非常相似。仿真表明，实际上可使A₂和A₃相同，从而仅需要一条地址线。通过将与图3中晶体管A₄相关的地线与前一行中的地址线A₄连接，可进一步减小行数。图7中的电路表示用于第n行和第n-1行的地址线。

图8表示在示例仿真中使用的用于图3电路的部件数值。以μm为单位给出晶体管的长度(L)和宽度(W)尺寸。寻址时间为16μs(即A₁导通的时间)。利用比驱动TFT上的阈值高5V的电压，电路将高达1.5μA的电流提供给LED。TFT迁移率为0.41cm²/Vs。假设在顶部发射结构中为全孔径，则使用在400μm×133μm尺寸的像素中效率为10Cd/A的LED(目前可得到的超黄聚合物效率(Super-yellow PolymerEfficiency))将得到280Cd/m²。

该仿真表明，阈值电压(用于驱动晶体管)从4V改变到高达10V时，仅产生10％的输出电流改变。可计算出在室温下这种显示器的寿命为60,000小时，在40℃时寿命为8000小时。

图9表示图3电路的一种修改。尽管在本申请中没有进行详细描述，不过图9的电路在其中每个像素具有交替操作的两个或多个驱动晶体管的像素电路中具有特别的用途。可以以一种简单的方式通过减少部件数量将图9的电路复制到单个像素中。这可以通过使某些TFT具有双重功能来实现。在提供多个驱动晶体管时，需要对多个驱动TFT的源极或栅极进行独立控制，并且用于控制两个驱动TFT的所有TFT必须都工作在通常截止的基础上(即具有低占空比)，除非这些TFT本身具有某种V_T漂移校正。

图3中与地址线A₄相连的TFT较大，因为其需要在寻址周期中使由驱动TFT提供的电流通过。从而，该TFT是双重目的TFT的一个理想的候选，即同时用作驱动TFT和寻址TFT。遗憾的是，图3中所示的电路不能实现这一点。

在图9中，使用相同的附图标记表示与图3电路中相同的部件，并不再进行重复描述。

在该电路中，第一和第二电容C₁和C₂串联连接在驱动晶体管T_D的栅极与漏极之间。而且，将像素输入提供给电容之间的结点。用于存储阈值电压的第一电容C₁连接在驱动晶体管栅极与输入端之间。用于存储数据输入电压的第二电容C₂直接连接在像素输入端与电源线(晶体管漏极与其相连)之间。与控制线A₃相连的晶体管同样用于为第一电容C₁提供充电路径，第一电容C₁将第二电容C₂旁路，从而仅使用电容C₁来存储阈值栅极-源极电压。

图10中表示电路操作，并具有以下步骤：

在整个寻址序列过程中，使显示器一行中像素的阴极处于足以保持LED反向偏压的电压。

地址线A₂和A₃变为高电平，以将相关的TFT导通，这样做将C₁与C₂的并联组合与电源线相连。

然后地址线A₄变为高电平，以将其TFT导通，这样做使LED的阳极处于地电平，并在驱动TFT T_D上产生大的栅极-源极电压。

接下来，地址线A₄变为低电平，以使TFT截止，并且驱动TFT T_D对并联电容C₁+C₂放电，直至其达到阈值电压为止。

然后，A₂和A₃变为低电平，以隔离所测量的阈值电压。

之后，A₁导通，并将数据电压存储到电容C₁上。

最后，A₄变为低电平，随后使阴极下降到地电平。

同样如上所述，可使用该电路在消隐周期中执行流水线式寻址或阈值测量。

从而电压V_data-V_T被存储到驱动TFT的栅极-漏极上。因此：

$I=\frac{\mathrm{\β}}{2}{(V_{\mathrm{gs}}-V_T)}^2=\frac{\mathrm{\β}}{2}{(V_{\mathrm{ds}}-V_{\mathrm{dg}}-V_T)}^2=\frac{\mathrm{\β}}{2}{(V_{\mathrm{ds}}-V_{\mathrm{data}})}^2$

从而，消除了阈值电压依赖性。注意，此时电流取决于LED阳极电压。

上述电路具有相当大量的部件(由于驱动TFT的独立的栅极和源极)。仅具有一个独立节点(即源极或栅极)的电路可以使部件数更少。下面描述的电路使用在LED阴极侧的电路，并使用独立的源极电压以实现具有恢复功能的阈值电压测量电路。参照图11描述阈值电压测量电路，并且图12中为时序图。

在图11的电路中，每个像素具有串联连接在驱动晶体管T_D的栅极与地线之间的第一和第二电容C₁、C₂。驱动晶体管的源极与地线相连，不过在组合两个电路时，每个驱动晶体管的源极与相应的控制线相连。输入到像素的数据同样被提供给第一与第二电容之间的结点。

短路晶体管连接在第二电容C₂的两端，并受线A₂的控制。如同前面的电路，这样做可将栅极-源极电压存储到电容C₁上，从而旁路电容C₂。与控制线A₄相关的充电晶体管连接在电源线50与驱动晶体管T_D的漏极之间。其与同控制线A₃相关并且连接在驱动晶体管的栅极与漏极之间的放电晶体管一起为电容C₁提供充电路径。

该电路操作如下：保持A₂和A₃为高电平，然后A₄短暂地保持高电平以将阴极拉到高电平，并将电容C₁充电到高的栅极-源极电压。电源线为地电平，以向LED施加反向偏压。然后T_D放电到其阈值电压(与线A₃相关的放电晶体管被导通)，并且将其存储到C₁上。接下来，使A₂和A₃处于低电平，使A₁处于高电平，并将数据传送到C₂上。然后使电源线再次处于高电平，以点亮LED。

同样，可以将寻址序列流水线化，或者在场消隐周期内测量阈值电压。

在上面图3、7和9的共阴极电路中，需要结构化阴极以便在寻址周期期间能够将各单独行的阴极切换到不同的电压。

图13表示图3电路的第一种修改，其中不需要结构化阴极。在电源线26与第一驱动晶体管T_D之间，提供与第一驱动晶体管T_D串联的第二驱动晶体管T_S。

在该电路中，在电源线26(而不是阴极线28)上提供可切换的电压，这是用来将第二驱动晶体管T_S切换成截止。图14中表示出操作定时。

如图所示，该电路的操作与图4电路的操作类似。取代用于切断显示元件的阴极28，使电源线26在寻址序列期间处于低电平。这样就将第二驱动晶体管T_S截止，第二驱动晶体管T_S是一种通过将其栅极与漏极连接在一起的二极管连接。

在晶体管A₂-A₄导通时，在周期的初始部分电源线26为高电平，因为在此期间使用电源线对电容C₁充电，并且在此期间第二驱动晶体管T_S必须是导通的。该初始周期对于要被充电的电容C₁来说足够长。

当电源线被切换到低电平时，第二地址晶体管T_S截止。结果，不需要将第四晶体管A₄切换成截止。

同样，按照与参照图5所述相似的方式，如图15中所示，寻址可以是流水线式的。

图15的寻址方案不允许光输出有任何操作循环(duty cycling)。这是一种由此并非在所有时间都照射驱动晶体管的技术。这样就能够减小阈值电压漂移，并且还能够改善运动描绘(motion portrayal)。为了提供驱动晶体管的操作循环，如图16中表示地那样修改图15的操作定时。

如参照图14所描述的那样，在电容C₁被充电之后，使电源线26上的电压处于低电平，从而切断到显示元件2的电流。第一驱动晶体管T_D依然将具有高于阈值的栅极-源极电压，并且通过晶体管A₂和A₃来去除该电压，从而驱动晶体管T_D的源极-漏极电流去除电容C₁上的电荷，直至达到阈值电压为止。

在图16的方案中，电源线仅在一部分(例如一半)帧周期内保持高电平。如图16中所示，在帧周期中随后的某一时刻，电源线26被切换到低电平。为了确保在帧周期的其余时间内驱动晶体管T_D被切换成截止，在电源线被切换到低电平之后，如图所示的那样在控制线上提供用于晶体管A₂和A₃的脉冲。

在图13的例子中，第四晶体管A₄连接到地线。不过，该晶体管可以与前一行的电源线26相连(而非如图13中那样与地相连)。图16的定时可实现这一点，因为当测量前一行的各驱动TFT的阈值电压时，电源线处于地电平。在第四晶体管导通的时间内，可使用该周期(图16中标记为27)来充当下一像素行的地线。从而，当用于前一行的电源线为低电平时，A₄的寻址周期处于该周期内。

图13的电路在电源线26与第一驱动晶体管T_D之间添加了第二驱动晶体管。该第二驱动晶体管将通过与第一驱动晶体管T_D相同的电流，从而不需要阈值补偿。栅极-源极电压将浮动到第二驱动晶体管所需的电平，以便提供第一驱动晶体管T_D所要求的电流。

另一种选择是在第一驱动晶体管T_D与显示元件之间添加第二驱动晶体管，这同样是为了不需要提供结构化阴极。此外，同样不需要对第二驱动晶体管进行特定补偿。

图17中表示出该电路的一个例子。第二驱动晶体管T_S的栅极通过第四晶体管A₄接地，第五晶体管A₅连接在第五晶体管的栅极与漏极之间。在其它方面，该电路与图3相同，并且按照相同方式操作。

从下面的描述显然可以看出，该电路不需要在显示元件的公共阴极端或在电源线上提供切换电压。

如图18中所示，在寻址阶段开始时，晶体管A₂-A₅都被切换成导通。对于图3的电路，这样做将电容C₁充电到使驱动晶体管T_D导通的电平，并将电容C₂短路。驱动晶体管T_D的源极通过第四和第五晶体管A₄、A₅接地。在此期间，第二驱动晶体管T_S截止，这是因为栅极通过第四晶体管A₄耦合到地。

然后使第五晶体管A₅的栅极处于低电平，从而将其切换成截止。按照与图3电路相同的方式，通过驱动晶体管(因为源极-栅极电压不变)的驱动电流对电容C₁进行放电，直至阈值电压被存储为止。从而，驱动晶体管源极上的电压为低于阈值电压的电源线电压，其在C₁两端下降。

然后将晶体管A₂和A₃切换成截止，以便将各电容隔离。在A₁上施加寻址脉冲之前，第五地址晶体管再次被导通。这样做通过第四和第五晶体管将驱动晶体管T_D的源极(从而将数据存储电容C₂的一端)拉到地电平，从而在寻址阶段期间可将数据电压存储到C₂上。

在寻址脉冲结束时晶体管A₄截止，以便允许第二驱动晶体管T_S导通(因为其栅极不再保持地电平)，并且驱动显示元件。

在寻址结束时晶体管A₅也截止。这样A₅就保持短占空比，以防止操作过程中发生显著的老化。A₅的栅极-源极和栅极-漏极寄生电容能够使第二驱动晶体管保持导通。

按照与上面所述相同的方式，可使用流水线式寻址，并且在图19中表示出流水线式寻址。

图20表示对参照图18所述的时序的一种修改。在此情形中，在晶体管A₂和A₃被切换成截止以将电容隔离之后，与用于A₁的寻址脉冲同时，第五地址晶体管被导通。在寻址脉冲的开始部分，数据线32带有地电压(如底部曲线所示)。从而，在寻址阶段的开始部分，电容C₁与C₂之间的结点也接地，从而使电容C₂的两侧都接地。因此，即使A₃截止，在C₂两端也没有电压。这样有助于确保在将数据信号加载到C₂上之后，驱动晶体管T_D的阈值电压被保留在C₁两端。

所述具体电路布局存在可以按照相同方式工作的其它修改。本质上，本发明提供一种能将阈值电压存储到一个电容上并且将数据信号存储到另一电容上的电路，这些电容串联连接在驱动晶体管的栅极与源极或漏极之间。为了将阈值电压存储到第一电容上，该电路能使用来自第一电容的电荷驱动该驱动晶体管，直至该驱动晶体管截止为止，此时第一电容存储一个从所述阈值栅极-源极电压得出的电压。

所述电路可用于目前可获得的LED装置。不过，电致发光(EL)显示元件可包括电致磷光有机电致发光显示元件。本发明可将a-Si:H用于有源矩阵OLED显示器。

上面仅示出用n型晶体管实现上述电路，并且这些都将是非晶硅装置。尽管优选用非晶硅制造n型装置，不过当然可以用p型装置来实现供替换的电路。

本领域技术人员显然可想到多种其它修改。

Claims (36)

1.一种包括显示像素阵列的有源矩阵装置，每个像素包括：

电流驱动的发光显示元件(2)；

用于驱动电流流过显示元件的非晶硅驱动晶体管(T_D)；

串联连接在驱动晶体管的栅极与源极或漏极之间的第一和第二电容(C₁，C₂)，输入到像素的数据被提供给第一与第二电容(C₁，C₂)之间的结点，从而将第二电容(C₂)充电到一个从像素数据电压得出的电压，并且将一个从驱动晶体管阈值电压得出的电压存储到第一电容(C₁)上。

2.如权利要求1所述的装置，其中每个像素还包括连接在输入数据线(32)与第一和第二电容(C₁，C₂)间的结点之间的输入第一晶体管(A₁)。

3.如权利要求1或2所述的装置，其中驱动晶体管(T_D)的漏极与电源线(26)相连。

4.如前面任一权利要求所述的装置，其中每个像素还包括连接在驱动晶体管的栅极与漏极之间的第二晶体管(A₂)。

5.如权利要求4所述的装置，其中由在一个像素行之间共享的第一栅极控制线来控制第二晶体管(A₂)。

6.如前面任一权利要求所述的装置，其中第一和第二电容(C₁，C₂)串联连接在驱动晶体管(T_D)的栅极与源极之间。

7.如权利要求6所述的装置，其中每个像素还包括连接在第二电容(C₂)两端的第三晶体管(A₃)。

8.如权利要求7所述的装置，其中由在一个像素行之间共享的第三栅极控制线来控制第三晶体管。

9.如权利要求8所述的装置，其中第二和第三栅极控制线包括单个共享的控制线。

10.如权利要求1到5其中任何一个所述的装置，其中第一和第二电容(C₁，C₂)串联连接在驱动晶体管(T_D)的栅极与漏极之间。

11.如权利要求10所述的装置，其中每个像素还包括连接在输入端与驱动晶体管(T_D)的源极之间的第三晶体管(A₃)。

12.如权利要求11所述的装置，其中由在一个像素行之间共享的第三栅极控制线来控制第三晶体管(A₃)。

13.如权利要求12所述的装置，其中第二和第三栅极控制线包括单个共享的控制线。

14.如前面任一权利要求所述的装置，其中每个像素还包括连接在驱动晶体管源极与地电势线之间的第四晶体管(A₄)。

15.如权利要求14所述的装置，其中由在一个像素行之间共享的第四栅极控制线来控制第四晶体管(A₄)。

16.如权利要求15所述的装置，其中地电势线在一个像素行之间共享，并包括用于相邻像素行的第四晶体管的第四栅极控制线。

17.如权利要求1或2所述的装置，其中所述电容安排(C₁，C₂)连接在驱动晶体管(T_D)的栅极与源极之间，并且驱动晶体管的源极连接到地线。

18.如权利要求17所述的装置，其中驱动晶体管(T_D)的漏极与显示元件(2)的一端相连，显示元件的另一端与电源线相连。

19.如权利要求17或18所述的装置，其中每个像素还包括连接在第二电容(C₂)两端的第二短路晶体管(A₂)。

20.如权利要求17到19其中任何一个所述的装置，其中每个像素还包括连接在驱动晶体管的栅极与漏极之间的第三晶体管(A₃)。

21.如权利要求20所述的装置，其中由在一个像素行之间共享的栅极控制线来控制第三晶体管(A₃)。

22.如权利要求17或21其中任何一个所述的装置，其中每个像素还包括连接在电源线(50)与驱动晶体管的漏极之间的第四充电晶体管(A₄)。

23.如权利要求1到16其中任何一个所述的装置，其中每个像素还包括第二驱动晶体管(T_S)。

24.如权利要求23所述的装置，其中在电源线(26)与第一驱动晶体管(T_D)之间提供所述第二驱动晶体管。

25.如权利要求24所述的装置，其中第二驱动晶体管的栅极与漏极连接在一起。

26.如权利要求23所述的装置，其中在第一驱动晶体管(T_D)与显示元件(2)之间提供所述第二驱动晶体管。

27.如权利要求26所述的装置，其中晶体管(A₅)连接在第二驱动晶体管(T_S)的栅极与漏极之间。

28.如权利要求26或27所述的装置，其中每个像素还包括连接在第二驱动晶体管(T_S)的栅极与地电势线之间的第四晶体管(A₄)。

29.如前面任一权利要求所述的装置，其中驱动晶体管(T_D)包括n型晶体管。

30.如前面任一权利要求所述的装置，其中所述显示元件包括电致发光(EL)显示元件。

31.如权利要求30所述的装置，其中所述电致发光(EL)显示元件包括电致磷光有机电致发光显示元件。

32.一种用于驱动一个包括电流驱动的发光显示像素阵列的有源矩阵显示装置的方法，其中每个像素包括一个显示元件(2)和一个用于驱动电流流过该显示元件的非晶硅驱动晶体管(T_D)，该方法对于每个像素包括：

驱动电流通过驱动晶体管(T_D)到达地，并将第一电容(C₁)充电到所产生的栅极-源极电压；

对第一电容(C₁)进行放电，直至驱动晶体管截止为止，从而第一电容存储阈值电压；

将在驱动晶体管的栅极与源极或漏极之间与第一电容串联的第二电容(C₂)充电到数据输入电压；以及

利用从第一和第二电容(C₁，C₂)两端的电压得出的栅极电压，使用驱动晶体管(T_D)来驱动电流流过显示元件。

33.如权利要求32所述的方法，其中通过将连接在数据线与像素输入端之间的地址晶体管(A₁)切换成导通，实施所述对第二电容进行充电的步骤。

34.如权利要求33所述的方法，其中通过公共行地址控制线将一行中每个像素的地址晶体管同时切换成导通。

35.如权利要求34所述的方法，其中在用于相邻行的地址晶体管被截止之后基本上立即将用于一行像素的地址晶体管导通。

36.如权利要求32所述的方法，其中对每个像素的第一电容(C₁)进行充电，以在显示帧周期的初始阈值测量周期存储像素驱动晶体管的相应阈值电压，帧周期的像素驱动周期在阈值测量周期之后。

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