CN1981318A - 用于有源矩阵发光显示器的低功耗电路及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种具有多个像素的平板显示器(图4c)，每个像素包括被配置为根据流经该发光装置的电流来发光的发光装置，连接到该发光装置并被配置为提供流经该发光装置的电流的晶体管，该电流随施加到晶体管的控制端上的斜线电压而增大，以及被配置为响应于发光装置的亮度已达到特定等级而断开的切换装置，从而把斜线电压从晶体管断开并将亮度锁定在特定等级。该切换装置还被配置为保持关断，从而允许发光装置的亮度保持在特定的等级，直到该像素在不同的帧内被重写。

Description

用于有源矩阵发光显示器的低功耗电路及其控制方法

相关申请的交叉引用

本发明要求2004年4月12日提交的名为“用于有源矩阵发光平板显示器的低功耗电路”的美国临时专利申请No.60/561,474的优先权，该专利申请的全部公开内容在此并入作为参考。

本发明涉及2005年4月6日提交的名为“与平板显示器的传感器阵列集成的色彩滤波器”的、共同受让的美国专利申请代理机构卷号186351/US/2/RMA/JJZ(47425-35)，2004年6月17  提交的名为“用于控制有源矩阵显示器的方法和装置”的、共同受让的美国专利申请序号10/872,344，以及2004年5月6日提交的名为“用于控制像素发光的方法和装置”的、共同受让的美国专利申请序号10/841,198，均在此并入作为参考。

技术领域

本发明涉及有源矩阵发光显示器，尤其是涉及用于有源矩阵发光显示器的低功耗电路及其操作方法。

背景技术

有源矩阵显示器在每个像素上应用一个薄膜电路，以允许显示器中的每个像素都可被直接寻址。在通常的有源矩阵液晶显示器(AMLCD)中，每个像素电路都包括连接在数据线V_data和液晶显示单元LCD之间的数据薄膜晶体管(TFT)T1以及存储电容C的电容对，如图1所示。该薄膜晶体管具有一个连接到使能电压V_enable的控制栅极G1。在工作期间，数据电压被施加到晶体管T1的漏极D，当栅极G1被激活时，数据电压V_data被传递到存储电容C，并通过TFT T1传递到液晶单元LCD。在电容器C和液晶显示单元LCD的充电期间耗散的功率通常是可以忽略的。AMLCD中的功率问题通常发生在提供LCD要调整的光线的背光电路中。在有源矩阵显示器，特别是有源矩阵有机发光显示器(AMOLED)的情况下，要消耗相当大量的功率以从像素产生光发射，还需要额外的功率来操作有源矩阵中用于控制光发射的驱动电路。

参照图2，有机发光二极管(OLED)有源矩阵发光显示器的常规的驱动电路包括一个OLED D1和一个在电压源V_DD和地之间彼此串联耦合的功率TFT T2。TFT T2具有连接到OLED D1的源极S，连接到电压源V_DD的漏极D，以及连接到TFT T1的栅极G2。电容C耦合在TFT T2的源极S和栅极G2之间。OLED D1具有寄生电阻R_D和寄生电容C_D。TFT T2为OLED D1提供电流I_D。从OLED D1发光的级别，或者更准确地说，OLED D1的亮度与电流I_D成正比。由于跨接在TFT T2和OLED D1两端的电压等于V_DD，所以TFT T2和OLEDD1消耗的功率P等于V_DD乘以电流I_D。而电压源V_DD在TFT T2和OLEDD1之间分配，TFT T2和OLED D1均流过相同的电流I_D。因此，功率P在TFT T2和OLED D1之间依照二者电压V_DD的分配比例进。行分配。

在TFT T2提供任何电流给OLED D1之前，TFT T2的源极S处于接地状态，导致电压V_DD在TFT T2两端几乎彻底下降。OLED D1中的电流I_D增大时，TFT T2两端的电压V_D减小，而OLED D1两端的电压与电压V_D之和等于V_DD。由于OLED D1是TFT T2的负载且该负载在操作期间不断变化，这就出现了一个问题，因为OLED D1的亮度的每种级别都要求特定的电流I_D，因此就表现为TFT T2的不同的负载。为了准确无误地将数据电压V_data转换为特定的电流I_D以及对应于V_data的OLED D1的特定的亮度，则由于OLED D1的亮度变化而引起的TFT T2的负载的变化就不应当致使TFT T2输出的电流I_D发生变化。即，TFT T2应为电流源，在负载变化时不改变电流输出。为了使TFT T2成为电流源，TFT T2两端的电压V_D必须以饱和模式对TFTT2进行偏置。如图3所示，饱和模式对应于每个I_D相对于V_D的曲线的平坦部分，而通向该平坦部分的陡坡对应于非饱和模式。

在饱和模式下，I_D几乎完全取决于TFT T2的栅极G上的电压V_D，如公式1所示：

$I_D=\frac{\mathrm{\μ}\·{\mathrm{\ϵ}}_0\·{\mathrm{\ϵ}}_r\·W}{2\·d\·l}{(V_G-V_{\mathrm{th}})}^2---\left(1\right)$

其中μ，ε₀，ε_r，w，l，d和V_th是与TFT T2相关的参数。其中μ是有效电子迁移率，ε₀是真空介电常数，ε_r是栅极电介质的介电常数，w是TFT的通道宽度，l是TFT的通道长度，d是栅极电介质的厚度，以及V_th是门限电压。

对处于饱和模式的TFT，V_D必须大于V_G-V_th。因此，对特定的电流I_D有：

$V_D>V_G-V_{\mathrm{th}}=\sqrt{I_D\frac{2\·d\·l}{\mathrm{\μ}\·({\mathrm{\ϵ}}_0\·{\mathrm{\ϵ}}_r\·W)}}---\left(2\right)$

通常，1μA电流足以使OLED像素发出亮光。以下为TFT参数的例子：

V_th≈1V

μ≈075cm²/V·sec

ε_r≈4

w≈25μm

l≈5μm

d≈0.18μm

由此可以进行估计，对I_D＝1μA有：

V_D＞V_G-V_th≈5.206V。

这意味着对1μA的漏极电流或I_D＝1μA来说，使TFT T2处于饱和所要求的最小的V_D约为5.2V，TFT T2消耗的功率约为5.2微瓦。这是对理想饱和所做的评估。实际上，OLED老化时需要OLED两端的电压较大，以使得1μA的电流流过OLED。例如，在OLED较新时，流过1μA电流仅需要OLED两端的电压约为4V，但当它老化时该电压可能增加到6伏。这意味着通常要2伏额外的电压添加到V_DD以确保TFT T2在显示器的寿命内保持在饱和状态。另外，如果希望更高的OLED亮度，则需要更高的V_D来确保饱和。而且，由于门限电压的漂移可能要求更高的V_D来保持TFT T2饱和，这在非晶硅TFT时经常发生。因此，所要求的总的电压V_D对理想情况来说约为5.2V，此时饱和模式下产生的漏极电流为1μA，加上门限电压漂移约2伏，以及由于OLED老化和最大OLED亮度的额外的2伏。这就意味着V_DD需要高达13.2伏。这还表示在显示器较新时，对流经OLED D1的1微安的电流来说，OLED两端的电压约有4伏且OLED将消耗约4微瓦的功率，而TFT T2两端的电压约为9.2伏且TFT消耗的功率约为9.2微瓦，高于OLED本身消耗的功率的两倍。

因此，需要能提供良好的像素亮度控制而无需TFT消耗额外功率的显示器。

发明内容

本发明的实施例提供了具有多个像素的显示器。每个像素包括一个发光装置，该发光装置被配置为响应流经该发光装置的电流发射光线或光子。发光装置的亮度取决于流经该发光装置的电流。每个像素还包括一个耦合到所述发光装置的晶体管，该晶体管被配置为提供流经该发光装置的电流，所述电流随施加到该晶体管的控制端的斜线电压(ramp voltage)而增加，以及一个切换装置，该切换装置被配置为响应已达到特定级别的发光装置的亮度而断开，从而把斜线电压从晶体管断开并将亮度锁定在特定级别。该切换装置还被配置为保持关断，从而允许发光装置的亮度保持在特定级别，直至该像素在下一帧内被重写。

在一些实施例中，晶体管和发光装置在可变电压源和地之间彼此串联连接。所述可变电压源被配置为输出随显示器使用年限而变化的电压。从可变电压源输出的电压基于使得从发光装置发出的光线在显示器的一些或全部像素中的亮度达到特定级别所需的斜线电压的变化的统计评估而变化。

本发明的实施例还提供了用于控制显示器的像素亮度的一种方法。该方法包括通过将第一控制电压施加到切换装置的第一控制端并将第二控制电压施加到第二控制端从而接通切换装置，通过该切换装置将斜线电压施加到与发光装置串联连接的晶体管的栅极上，从而使得从发光装置发射的光线的亮度随斜线电压而增加。来自发光装置的光线照射光传感器，从而使得与该光传感器相关的电参数随光线亮度的变化而变化，并且第二控制电压与该电参数有关，并响应于发光装置的亮度已经达到该像素的特定亮度而变为一个不同的值，从而断开切换装置。

在一些实施例中，所述晶体管和发光装置在可变电压源和地之间彼此串联连接，该方法还包括随显示器的使用年限而改变从可变电压源输出的电压。电压输出的改变是通过以下方式实现的：记录使得显示器中每个像素中的发光装置达到该像素的亮度的特定级别所需的斜线电压的数值，并从显示器中一些或全部像素的所记录的数值变化来计算出统计量度，从而确定何时并在多大程度上改变电压输出。

这里描述的实施例提供了相当大的功率节省，这是通过以下方式实现的：允许为显示器的一个像素中的如OLED的发光装置提供电流的功率TFT工作在与其电流-电压特性相关的非饱和区域，因为根据本发明的实施例的发光装置的亮度并不取决于功率TFT的电流-电压关系，而是取决于像素亮度本身。在使用可变电源的实施例中实现了进一步的功率节省。

附图说明

图1是示出了常规AMLCD像素驱动电路的示意图。

图2是示出了常规AMOLED像素驱动电路的电路图。

图3是功率TFT中漏极电流相对于源极-漏极电压的曲线图。

图4A是根据本发明的一个实施例的显示器中发射反馈电路的方框图。

图4B是根据本发明的一个实施例的具有多个像素的显示器中的发射反馈电路的方框图。

图4C是根据本发明的一个实施例的发射反馈电路中两个独立元件的方框图。

图5是根据本发明的一个实施例的显示电路的一部分的示意图。

图6是根据本发明的一个实施例的显示电路的更大一部分的示意图。

图7是示出了根据本发明的其它实施例的显示电路中的功率调整单元的示意图。

具体实施方式

本发明的实施例提供了用于发射显示器的低功耗电路以及操作该电路的方法。这里所描述的实施例通过允许功率TFT工作在非饱和区域，节省了为显示器中的发光装置提供电流的功率TFT所消耗的功率。

图4A是根据本发明的一个实施例的显示器、如平板显示器的一部分示例性电路100的方框图。如图4A所示，显示器电路100包括光发射源110，被配置为改变发射源110的亮度的发射驱动器120，被定位用来接收从发射源110发射的部分光线、并具有与接收到的光线有关的相关电参数的光传感器130，被配置为基于传感器130的电参数的变化来控制驱动器120的控制单元140，以及被配置为向控制单元140提供对应于发射源110的所需亮度级别的信号的数据输入单元150。可选地，显示电路110还可包括被配置为调整可变电源170所产生的功率大小的功率调整单元160，所述可变电源是用于发射源110的功率源，以解决发射源的变化问题，还包括显示器电路100中的其它电路组件。

传感器130可包括具有与接收到的发射有关的可测量属性的任何传感器材料，所述可测量属性如电阻、电容、电感等。在一个例子中，传感器130包括其电阻随入射的光通量而变化的光敏电阻器。又如另一个例子，传感器130包括已校准的光通量积分器，如2004年12月17日提交的名为“用于反馈稳定的平板显示器的有源矩阵显示器和像素结构”的、共同受让的美国专利申请序号11/016,372中所公布的，该中请在此全部并入作为参考。传感器130还可以包括、或者作为替代地包括一种或多种其它的辐射敏感传感器，这些传感器包括但并不局限于光二极管和/或光学晶体管。因此，传感器130可包括至少一种类型的材料，该材料具有一种或多种根据落在或碰撞到该材料表面的辐射强度而变化的电气属性。这些材料包括但并不限于非晶硅(a-Si)、硒化镉(CdSe)，硅(Si)以及硒(Se)。传感器130还可包括其它的电路组件，如下面将更具体地讨论的用于避免有源矩阵显示器中多个传感器130之间的串扰的隔离晶体管。

控制单元140可以用硬件、软件或二者的结合来实现。在一个实施例中，使用电压比较器来实现控制单元140。其它的比较电路或软件也可以使用，或者作为替代来使用。驱动器120可包括适合为发射源110提供驱动信号的任何硬件、软件、固件或它们的结合。驱动器120可与在其上形成发射源110的显示器底板集成在一起，或者可以与显示器底板相分离。在一些实施例中，驱动器120的一些部分在显示器底板上形成。

在显示电路100工作期间，数据输入端150从发射源110接收对应于所希望的光线亮度的图像电压数据，然后将该图像电压数据转换为参考电压以供控制单元140使用。像素驱动器120被配置为改变发射源110的光发射，直至传感器130中的电参数达到对应于该参考电压的特定数值，此刻控制单元140将控制信号耦合到驱动器120以停止光发射的改变。驱动器120还包括用于在光发射的改变停止之后使发射源110的光发射保持在所希望的亮度的机构。作为替代，在发射源110的光发射被改变时，功率调整单元中的一种电量度也相应地发生变化，来自控制单元140的控制信号也被耦合到功率调整单元160以停止电量度8的变化。基于电量度停止时的数值，功率调整单元160确定是否要调整可变电源170，并确定需要进行多大程度上的调整，例如通过使用在下面更具体地阐述的统计技术。

图5示出了图4A的实施例中显示电路110的实现。如图5所示，显示电路100包括一个晶体管512以及如光发射源110的发光装置514。显示电路100还包括作为驱动器120的一部分的切换装置512和电容器524，作为传感器130的光传感器(OS)530和可选的隔离装置532，以及作为控制单元140的一部分的分压电阻器542和比较器544。OS 530耦合到线选器输出电压V_OS1，分压电阻器542在V_OS1和地之间与OS 530相耦合。比较器544具有耦合到数据输入单元的第一输入端P1，耦合到OS 530和分压电阻器542之间的电路节点546的第二输入端P2，以及输出端P3。切换装置522具有耦合到V_OS1的第一控制端G1a，耦合到比较器544的输出端P3的第二控制端G1b，耦合到斜线电压输出VR的输入端DR1，以及耦合到晶体管512的控制端G2的输出端S2。电容器524耦合在控制端G2和晶体管512与发光装置514之间的电路节电S2之间。电容器524可交替地耦合在晶体管512的控制端G2和地之间。

每个OS 530都可以是具有与接收到的辐射有关的可测量属性的任何适当的传感器，所述可测量属性如电阻、电容、电感或类似参数、属性或特征。OS 230的一个例子是光敏电阻器，它的电阻随入射的光通量而变化。在另一个例子中，每个OS都是已校准的光通量积分器，如2004年12月17日提交的名为“用于反馈稳定的平板显示器的有源矩阵显示器和像素结构”的、共同受让的美国专利申请序号11/016,372中所公布的，该申请在此全部并入作为参考。因此，每个OS 230可包括至少一种类型的材料，该材料具有一种或多种根据落在或碰撞到该材料表面的辐射强度而变化的电气属性。这些材料包括但并不限于非晶硅(a-Si)、硒化镉(CdSe)，硅(Si)以及硒(Se)。其它辐射敏感的传感器包括但并不限于光二极管和/或光学晶体管。

如隔离晶体管的隔离装置530可被提供以隔离光传感器530。隔离晶体管532可以是具有第一和第二端和控制端的任何类型的晶体管，第一和第二端之间的传导率由施加到控制端上的控制电压来控制。在一个实施例中，隔离晶体管532是TFT，其第一端是漏极DR3，第二端是源极S3，控制端是栅极G3。隔离晶体管532与位于V_OS1和地之间的OS 530串联相连，其中G3的控制端连接到V_OS1而第一和第二端分别连接到电阻器542和OS 530，或者分别连接到OS 530和V_OS1。在下面的讨论中，OS 530和隔离晶体管530可一起称为传感器130。

发光装置514通常可以是产生辐射的本领域内熟知的任何发光装置，所产生的辐射如响应于电量度的光发射，所述电量度如流经该装置的电流或该装置两端的电压。发光装置514的例子包括但并不限于可发射任何波长或多种波长的光线的发光二极管(LED)和有机发光二极管(OLED)。还可使用其它的发光装置，包括场致发光元件、无机发光二极管、以及用在真空荧光显示器中的那些发光装置、场发射显示器、等离子体显示器。在一种实施例中，OLED被用作发光装置514。

发光装置514在此之后有时被称为OLED。但应理解的是，本发明并不限于使用OLED作为发光装置514。此外，虽然本发明有时是相对于平板显示器作的描述，但应理解的是，这里所描述的实施例的许多方面都适用于非平坦的或构建为面板式的显示器。

晶体管512可以是具有第一端、第二端和控制端的任何类型的晶体管，第一和第二端之间的电流与施加到控制端上的控制电压有关。在一个实施例中，晶体管512是一个TFT，其第一端是漏极D2，第二端是源极S2，控制端是栅极G2。隔离晶体管512与发光装置514在电源V_DD和地之间串联连接，晶体管512的第一端连接到V_DD晶体管512的第二端连接到发光装置514，控制端通过切换装置522连接到斜线电压输出端VR。

在一个实施例中，切换装置522是双选通TFT，即TFT具有一个单个通道但具有两个栅极G1a和G1b。双选通的作用就像逻辑上的“与”功能，因为对于TFT 522的处理来说，需要将逻辑高电平同时施加到两个栅极上。虽然双选通TFT是优选的，但用于实现逻辑“与”功能的任何切换装置都适于用作切换装置522。例如，两个串联相连的TFT或其它类型的晶体管可以用作切换装置522。实现逻辑“与”功能的、用作切换装置522的双选通TFT或其它装置有助于减小像素间的串扰，下面将更具体地进行阐述。如果串扰无关紧要，或者使用了其它的装置来减小或消除串扰，那么就不需要栅极G1a以及它到V_OS1的连接，可以将具有与比较器544的输出端P3相连的单个控制栅极的TFT用作切换装置522，如图7所示。

在本发明的一个实施例中，显示器100包括多个像素115，每个像素具有一个驱动器120和发射源120，还包括多个传感器130，每个传感器对应于一个像素，如图4B所示。显示器100还包括一个列控制电路44和一个行控制电路46。每个像素115都经由一条列线55连接到列控制电路44，并经由一条行线55连接到行控制电路46。每个传感器130均经由一条传感器行线70连接到行控制电路46，并经由一条传感器列线71连接到列控制电路44。在一个实施例中，控制单元140、数据输入单元150和功率调整单元160中的至少一部分包含在所述列控制电路44中。

在一个实施例中，每个传感器130都分别与一个相应的像素115相关联，并被定位以接收从该像素发出的光线的一部分。像素通常为如图4B所示的方形，但也可以是任意形状，如矩形、圆形、椭圆形、六边形、多边形或任意其它形状。如果显示器11是彩色显示器，那么像素33还可以是按照多个组组织起来的子像素，每个组对应于一个像素。一组中的子像素应当包含一定数目的子像素(如3个)，每个子像素占用为相应的像素指定的一部分区域。例如，如果每个像素都为方形，那么子像素通常与像素一样高，但宽度仅为该方形的一部分(例如1/3)。子像素的大小或形状可以相同，或者它们可具有不同的大小或形状。每个子像素可包括与像素115相同的电路组件，且显示器中的子像素可彼此互连，并连接到列和行控制电路44与46，如图4B中所示的像素115那样。在彩色显示器中，一个传感器130与每个子像素相关联。在下面的讨论中，所指的像素既可以是像素也可以是子像素。

行控制电路46被配置为开启一个选定的行传感器60，例如通过提高把选定的传感器行连接到行控制电路46的选定传感器行线70上的电压。列控制电路44被配置为检测与选定的传感器行相关联的电参数的变化，从而基于所述电参数的变化来控制相应的像素115行的亮度。这样，基于来自传感器130的反馈，可以将每个像素的亮度控制在特定的级别上。在其它实施例中，传感器130可用于不同于或者除了对像素亮度的反馈控制之外的目的，传感器130的数目可多于或少于一个显示器中的像素或子像素115。

传感器和像素可以在相同的或不同的衬底上形成。在一个实施例中，显示器100包括如图4C所示的传感器元件100和显示元件110。显示元件110包括在第一衬底上112形成的像素115、列控制电路44、行控制电路46、列线55和行线56，而传感器元件100包括在第二衬底102上形成的传感器130、传感器行线70和传感器列线71当传感器130与显示器的颜色滤波器集成在一起时，传感器元件100还可包括颜色滤波器组件20、30和40，如相关的专利申请代理机构卷号186351/US/2/RMA/JJZ(474125-35)。

当这两个元件组合起来形成显示器11时，显示元件110上的电接触垫或管脚114与滤波器/传感器平板100上的电接触垫104相配合，如虚线aa所示，从而将传感器行线70连接到行控制电路46。同样，显示元件110上的电接触垫或管脚116与滤波器/传感器平板100上的电接触垫106相配合，如虚线bb所示，从而将传感器行线71连接到行控制电路44。可以理解的是，显示元件110可以是任意类型的显示器，包括但不限于LCD、场致发光显示器、等离子体显示器、LED、基于OLED的显示器、基于微机电系统(MEMS)的显示器，如数字光投影仪等等。为了便于说明，图1B中仅显示了显示元件100的一组列线55和一组行线56。实际上，可能有超过一组的列线和/或超过一组的行线与显示元件100相关联。例如，在基于OLED的有源矩阵发光显示器中，如下面所讨论的，显示元件110可包括将每个像素33连接到相应的一个接触垫114的另外一组行线。

图6示出了显示器100的一个实施例的实现。如图6所示，显示器100包括多个排列成行和列的像素500，其中像素PIX1.1、PIX1.2等在行1内，像素PIX2.1、PIX2.2等在行2内，对于显示器内的其它行也是如此。每个像素500包括一个晶体管512、一个发光装置514、一个切换装置522和一个电容器524。图6还显示了包含有排列成行和列的多个传感器的传感器阵列，每个传感器对应于一个像素，且每个传感器均包括一个光传感器OS 530和一个隔离晶体管532。

仍然参照图6，显示器100还包括斜线选择器(RS)610，它被配置为接收一个斜线电压VR，并选择行线VR1、VR2等中的一个行线来输出斜线电压。VR1、VR2等中的每条线均连接到像素500的每个对应行中的切换装置522的漏极D1。电路100还包括一个线路选择器(V_OSS)，其被配置为接收线选电压V_OS，并选择传感器行线V_OSSV_OS1、V_OS2等中的一个行线来输出线选电压V_OS。V_OS1、V_OS2等中的每条线均连接到光传感器530以及连接到像素500的每个对应行中的切换装置522的栅极G1a。RS 610和V_OSS 620是行控制电路46的一部分，并可以用移位寄存器实现。

包含OS 530和TFT 532的每个传感器都可以是显示器中像素的一部分，并与像素形成在相同的衬底上。可选地，传感器被构造在与形成像素的衬底不同的衬底上，如图4C所示。在这种情况下，当这两个衬底彼此相配合时，提供了另一组行线(未显示)以允许栅极G1a连接到接触垫114，从而连接到传感器行线V_OS1、V_OS2等。

图6还示出了显示器包括分别与像素500的一列相关联的多个比较器544和电阻器522。图6还显示了数据输入单元150的方框图，该单元包括被配置为将接收到的图像电压数据转换为相应的数字值的模数转换器(A/D)630，连接到A/D 630并被配置为生成相应于该数字值的灰度级的可选灰度级计算器(GL)631，被配置为为所述图像电压数据产生行号和列号的行与列跟踪单元(RCNT)632，连接到RCNT 632并被配置为输出对应于该行号和列号的显示器电路100的地址的校准查询列表寻址器(LA)，以及连接到GL 631和LA 633的第一查询列表(LUT1)。数据输入单元150还包括连接到LUT1 635的数模转换器(DAC)636，以及连接到DAC 636的第一线缓冲器(LB1)。在一个实施例中，比较器544、电阻器522以及数据单元150的至少一部分被包括在列控制电路44中。

在一个实施例中，LUT1 635存储在校准处理期间获取的校准数据，该校准处理过程用于针对具有已知亮度的光源来校准显示电路100中的每个光传感器。前面相关的专利申请序号10/872,344和申请序号10/841,198描述了一种示例性校准处理过程，该描述在此引入作为参考。该校准处理过程在每个像素中的电路节点546处为每种灰度级产生一个分压电压水平。如一个非限制性的例子，一个8比特灰度级具有0-256个亮度等级，其中第255个等级是所选中的等级，如用于电视机屏幕为300尼特(nit)。其余的255个等级中每个的亮度等级根据人眼的对数响应进行分配。零等级对应于无发射。每个亮度值都将在位于光传感器OS 530和分压电阻器542之间的电路节点546上产生特定的电压。这些电压值作为校准数据存储在查询列表LUT1中。这样，基于LA 633提供的地址和GL 631提供的亮度等级，LUT1635就能从存储的校准数据中生成一个已校准的电压，并将这个已校准的电压提供给DAC 636，这样就把已校准的电压转换为模拟电压值，并将该模拟电压值下载到LB1 637。LB1 637将该模拟电压值作为参考电压提供给与地址相对应的列相关的比较器544的输入端P1。

最初，根据特定应用，所有的线路V_OS1、V_OS2等均为零或者甚至为负电压。因此无论比较器544的输出端P3为何种状态，每个像素500中的切换装置522都关断。而且，每个像素中的隔离晶体管532也关断，这样就没有传感器连接到比较器544的P2。还应注意电压比较器544的P2上的电压为零(或接地)，因为没有电流流经与地相连的电阻器542。在一个实施例中，比较器544为电压比较器，它比较自身的两个输入端P1和P2处的电压水平，当P1大于P2时在它的输出端P3处产生正的供电轨(例如+10伏)，当P1小于P2时在输出端P3处产生负的供电轨(例如-10伏)。正的供电轨对应于切换装置522的逻辑高电平，而负的供电轨对应于切换装置522的逻辑低电平。最初，在OLED 514发光之前，OS 530对电流有最大的电阻；且VC 544的输入管脚P2上的电压最小，因为分压电阻器542的电阻R相对于OS 530的电阻来说较小。因此，包含有像素PIX1.1、PIX1.2等的第一行(行1)的参考电压被写入行缓冲器657，像素中的所有栅极G1b都打开，因为每个比较器544中的输入端P1都施加了参考电压，而每个比较器544的输入端P2均接地，从而使比较器544在输出端P3处产生正的供电轨。

显示器100的行1的图像数据电压被连续发送到A/D转换器630，并且每个图像数据电压被转换成参考电压并存储在LB1 637内，直到LB1存储了行中每个像素的参考电压。大约同时，移位寄存器V_OS620把V_OS电压(例如+10伏)发送到线路V_OS1，开启行1中每个切换装置524的栅极G1b，这样就开启了转换装置522自身(由于栅极G1a已经开启)。线路V_OS1上的电压V_OS还施加到OS 530并施加到第一行中每个像素内的晶体管532的栅极G3，从而使晶体管532导通并使电流流过OS 530。而且大约同时，移位寄存器RS 610将斜线电压VR(例如从0到10伏)发送到行VR1，因为切换装置522导通，所以该斜线电压被施加到存储电容器524以及施加到行1中每个像素内的晶体管512的栅极G2。当线路VR1上的电压呈斜线上升时，电容器524逐渐充电，流经第一行中每个像素内的晶体管512和OLED 514的电流也增加。来自行1中每个像素内的OLED 514的不断增加的光发射落在与该像素相关联的OS 530上，使得与该OS 530相关联的电阻减小，这样电阻器542两端的电压或者比较器544的输入端P2处的电压就增大。

当像素中的OLED 514的亮度随着斜线电压VR的增大呈斜线上升时，这种情况将在行1的每个像素中继续，直到OLED 514达到对于该像素所希望的亮度，并且输入端P2处的电压等于比较器544的输入端P1处的参考电压时。作为响应，比较器544的输出端P3从正的供电轨变为负的供电轨，关断像素中切换装置522的栅极G1b，从而关断切换装置本身。切换装置522被关断后，VR的进一步增大并不施加到像素中晶体管512的栅极G，这样栅极G2和晶体管512的第二端S2之间的电压就被像素中的电容器524保持为恒定。因此，像素中OLED的发射等级就被冻结或固定在由设置在与该像素相关的电压比较器544的管脚P1上的已校准的参考电压所确定的希望的级别上。

斜线电压VR1开始上升到其最大值期间的时间段称为行寻址时间。在具有500行且每秒运行60帧的显示器中，该行寻址时间大约为33微秒或更短。因此，第一行中的所有像素在行寻址时间结束时分别处于各自所希望的发射水平。这就完成了显示器100中行1的写入。在写入行1后，两个水平移位寄存器V_OSS 620和RS610分别关断线路VR1和V_OS1，使得切换装置切换装置522和隔离晶体管532关断，从而锁定存储电容器524上的电压，并将行1中的光传感器530与和每列相关联的电压比较器隔离开。当这种情况发生时，由于没有电流流过电阻器R，每个比较器544的管脚P2上的电压被传导至地V_OS1，从而使电压比较器544的输出端P3回到正的供电轨，再次开启每个相关的像素中的切换装置522的栅极G1b，做好显示器100中第二行像素的写入准备。

在写入第二行期间，与第二行相关联的图像数据被提供给A/D630，斜线选择器RS 610选择线路VR2来输出斜线电压VR，线路选择器V_OSS 620选择线路V_OS2来输出线选电压V_OS，然后对第二行像素重复先前的操作，直到第二行被开启。斜线选择器RS 610和V_OSS 620移动到第3行，以此类推，直至显示器中的所有行都被开启，然后该帧被重复。在图6描绘的实施例中，每个切换装置522都具有双选通，即栅极G1a和栅极G1b，行1中每个切换装置522的栅极G1a被线路V_OS1所保持。这样，在写入后续的行期间，虽然栅极G1b可能导通，但由于V_OS1未被选中，行1中的切换装置522仍保持关断。因此，第一行中每个像素内的电容器524与行1中其它像素内的电容器524保持断开连接。这就消除了该行中刚写入的不同像素内的电容器524之间的串扰，这样行中每个像素在写入后续行期间均能继续输出所希望的发射水平。

由于显示器100中每个像素500的亮度都与和晶体管512相关联的电压-电流关系无关，但受到指定图像灰度级和像素亮度自身反馈的控制，以上描述的实施例允许晶体管512工作在非饱和区，从而为显示器100的操作节约了功率。使用在背景技术部分中所讨论的示例性OLED和TFT参数，低至9伏的V_DD就足以操作显示器100了，因为晶体管TFT 512不需要工作在饱和模式下。在9伏之外，大约6伏用于在OLED 514的最大使用年限时在OLED 514中产生1μA的电流，对于在显示器的使用寿命期间内门限电压的漂移需要大约2伏的额外电压，并且最小约1伏用作晶体管512两端的源极/漏极电压。因此，现在功率TFT 512的功率消耗就约为5微瓦，而不是工作在饱和模式下的常规的功率TFT所要求的约9.2微瓦。这对功率TFT来说有大约46％的显著功率节省。

使用下面与典型功率TFT相关的参数：

V_th≈1V

μ≈0.75cm²/V·sec

ε_r≈4

w≈25μm

l≈5μm

d≈0.18μm

其中μ是有效电子迁移率，ε₀是真空介电常数，ε_r是栅极电介质的介电常数，w是TFT通道宽度，l是TFT通道长度，d是栅极电介质的厚度，以及V_th是门限电压，可以估计，典型的功率TFT 512以1μA电流工作在非饱和区所要求的最大栅极电压V_G2应约为15伏。这样，斜线电压VR的最大值就应设置为15伏以上。功率TFT 512所要求的栅极电压在TFT 512工作在非饱和区时更高，但这不产生显著的功率消耗问题。

如上所述，额外的电压或电压范围容量可有利地包括在电源VDD中，以允许OLED 1的效率的恶化以及允许功率TFT 512中门限电压的漂移。这些额外的电压总计可以是3到4伏，这将导致大相当的功率消耗。进一步的功率节省可通过使用可变电源获得，其允许电压V_DD最初设置得较低，而随着像素的使用年限或门限电压的漂移或者这二者的结合而增加。

图7示出了根据本发明的一个实施例的显示器100中的功率调整单元160。如图7所示，功率调整单元160包括分别与一列像素相关联的多个晶体管710以及分别连接到一个相应的晶体管710的多个电容器712。每个晶体管710都可以是具有第一和第二端以及控制端的任意晶体管，第一和第二端之间的导电率可由施加到控制端上的电压来控制。在一个实施例中，每个晶体管710均为TFT，其第一端是漏极D4，第二端是源极D4，控制端是TFT的栅极G4。每个电容器712均连接在相应的TFT 710的源极S4和地之间。每个TFT 710的栅极G4均连接到一个相应的电压比较器544的输出端P3，并且TFT的漏极D4连接到斜线电压输出端VR。

功率调整单元160还包括行缓冲器(LB2)720，斜线逻辑模块(RL)730，在其中存储查询列表(LUT2)的存储介质740，以及在其中存储差分斜线电压列表(DRV)的存储介质750。在工作期间，斜线电压值每次被锁定在行中被寻址的像素内的存储电容器524上时，相同的电压就被锁定在包括该像素在内的列的最前面的存储电容712上。

第一次使用显示器时，加载到LB2 720中的斜线电压的设置表明该显示器在发生任何像素恶化或TFT门限电压漂移之前的最初状态和新的状态。斜线电压的初始设置被存储在查询列表LU2 740中。初始斜线电压设置被斜线逻辑RL 730引导至查询列表LUT2。在显示器的后续使用期间，加载到LB2中的斜线电压与存储在查询列表LUT2中的斜线电压的初始设置相比较，比较的差值被存储在DRV750中。当显示器老化时，功率TFT 512就需要更高的栅极电压以产生相同的流经OLED 514的电流或产生OLED 514相同亮度。因此，DRV 750中的数值设置表示了显示器的老化，并且这些数值将随着显示器100继续使用而增加。

随着差分斜线电压的增大，由可变电源170输出的电压V_DD也增大，使用已知的技术来补偿像素的老化和功率TFT门限电压的漂移。有许多方法可以确定何时增大V_DD以及应当增大的程度。作为一种非限制性的例子，当存储在DRV 750中的一定百分比(例如20％)的差分斜线电压分别已经改变了超过一定量时(例如0.25伏)，V_DD就可增大一定的增量(例如0.25伏)。作为另一个例子，当存储在DRV 750中的差分斜线电压的平均值已经增大了超过一定量时(例如0.25伏)，V_DD就可增加一定的增量(例如0.25伏)。

由上述内容可以理解，虽然出于说明的目的已经在此描述了本发明的特定实施例，但还可以进行多种修改而不偏离本发明的主旨和范围。相应地，本发明仅仅受所附的权利要求的限制。

Claims (20)

1.一种具有多个像素的显示器，每个像素包括：

发光装置，被配置为响应流经该发光装置的电流来发光，该发光装置的亮度取决于该电流；

连接到所述发光装置的晶体管，该晶体管被配置为提供流经该发光装置的电流，该电流随着施加到晶体管的控制端上的斜线电压而增大；以及

第一切换装置，被配置为响应发光装置的亮度已经达到特定等级而关断，从而将斜线电压从晶体管断开；以及

其中第一切换装置还被配置为保持关断，从而允许发光装置的亮度保持在特定等级，直到该像素被重写。

2.如权利要求1中的显示器，其中所述发光装置是有机发光二极管。

3.如权利要求1中的显示器，其中每个像素还包括连接到发光装置上的电容器，该电容器被配置为当斜线电压从晶体管断开之后仍将发光装置的亮度保持在特定等级。

4.如权利要求1中的显示器，还包括与每个像素相关联的光传感器，所述光传感器被定位用来接收从发光装置发射的部分光线，并具有与发光装置的亮度有关的电参数。

5.如权利要求4中的显示器，其中像素排列成行和列，并且所述显示器还包括与每列相关联、并与该列中的每个像素内的光传感器串联连接的电阻器。

6.如权利要求5中的显示器，其中每个像素还包括与所述光传感器串联连接的第二切换装置，所述第二切换装置具有连接到与一行像素相关联的导电线路的控制端。

7.如权利要求6中的显示器，其中第一和第二切换装置为薄膜晶体管。

8.如权利要求4中的显示器，其中像素排列成行和列，并且每个像素内的第一切换装置具有连接到与一行像素相关联的导电线路的第一控制端，以及连接到与发光装置的亮度有关的电压的第二控制端。

9.如权利要求8中的显示器，还包括与每列像素相关联的电压比较器，该电压比较器具有一个连接到该列中每个像素内的第一切换装置的第二控制端的输出端，一个接收对应于该列内一个像素的特定亮度的参考电压的第一输入端，以及一个连接到与该列中的每个像素相关联的光传感器的第二输入端。

10.一种用于控制显示器中像素亮度的方法，该方法包括：

通过将第一控制电压施加到切换装置的第一控制端并将第二控制电压施加到第二控制端从而接通该切换装置；

通过该切换装置将一个斜线电压施加到与发光装置串联连接的晶体管的栅极上，从而使得从发光装置发射的光线亮度随斜线电压而增加；以及

用来自发光装置的光线照射光传感器，从而使得与该光传感器相关的电参数根据发光装置的亮度而变化；以及

其中第二控制电压取决于所述电参数，并响应于发光装置的亮度已经达到该像素所需的特定等级而变为不同的值，从而断开切换装置。

11.如权利要求10的方法，还包括：

用斜线电压为连接到晶体管的电容器充电，该电容器在切换装置断开后仍使光的亮度保持在特定的等级。

12.如权利要求10的方法，还包括：

改变第一控制电压以使切换装置保持关断并且使光的亮度保持在特定的等级上。

13.如权利要求10的方法，其中晶体管和发光装置在一个可变电压源和地之间彼此串联连接，并且该方法还包括：

随显示器的老化而改变可变电压源的电压输出。

14.如权利要求13的方法，其中改变电压输出还包括：

记录使显示器中每个像素内的发光装置对于该像素的亮度达到特定等级所需的斜线电压数值；以及

根据从对于显示器中一些或全部像素所记录的数值变化所计算出的统计量度来改变电压输出。

15.一种具有多个像素的显示器，每个像素包括：

发光装置，被配置为响应流经该发光装置的电流来发光，该发光装置的亮度取决于该电流；

晶体管，被配置为提供流经所述发光装置的电流，该电流随施加到电流源的控制端上的斜线电压而增大；以及

第一切换装置，被配置为响应于发光装置的亮度已达到特定等级而从晶体管断开斜线电压；以及

其中所述晶体管和发光装置在一个可变电压源和地之间彼此串联连接。

16.如权利要求15的显示器，其中所述可变电压源被配置为输出随显示器的老化而变化的电压。

17.如权利要求16的显示器，其中来自所述可变电压源的电压输出根据使发光装置的亮度对于显示器的一些或全部像素达到特定等级所需的斜线电压变化的统计评估而变化。

18.如权利要求15的显示器，还包括：

存储电容器，被配置为用斜线电压来充电；

第二切换装置，被配置为响应于发光装置的亮度已达到特定数值而从电容器断开第二斜线电压；以及

缓冲器，被配置为在存储电容器从第二斜线电压断开后记录所述存储电容器两端的电压。

19.如权利要求15的显示器，还包括：

连接到所述晶体管的电容器，被配置为用斜线电压来充电，直到发光装置的亮度已经达到特定的等级，并被配置为将发光装置的亮度保持在特定的等级上。

20.一种具有多个像素的显示器，每个像素包括：

发光装置；

用于允许斜线电压控制流经该发光装置的电流以使发光装置的亮度随斜线电压增大的装置；

用于响应于亮度已经达到特定等级别而将斜线电压从发光装置断开的装置；以及

用于在斜线电压断开后仍将亮度保持在特定等级上的装置；以及

其中用于保持的装置包括用于使该像素与显示器中的其它像素隔离开的装置。

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