專利名稱:光圖形檢測(cè)器及其操作方法、以及觸摸檢測(cè)顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及光圖形檢測(cè)器及其操作方法、以及觸摸檢測(cè)顯示器,特別 是驅(qū)動(dòng)有源矩陣有機(jī)發(fā)光二極管顯示器用的電路。
背景技術(shù):
有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)有一個(gè)特別有利的電一光顯示器形式,它 們光亮、多彩、切換迅速、視角寬,并能方便而廉價(jià)地裝配在各種襯底上。 有機(jī)LED可以用聚合物或者用小分子材料制成各種顏色(或多色顯示), 這取決于所用的材料?;诰酆衔锏挠袡C(jī)LED的例子在WO 90 / 13148、 WO 95 / 06400和WO 99 / 48160中有所描述;基于所謂小分子的例子則在 US 4,535,507中有所描述。
典型的有機(jī)LED的基本結(jié)構(gòu)IOO表示在圖la中。玻璃或塑料襯底102 支持包括例如銦錫氧化物(ITO)的透明陽(yáng)極層104,其上是淀積的空穴遷 移層106,場(chǎng)致發(fā)光層108和陰極110。場(chǎng)致發(fā)光層108可包含例如PPV (聚(p—亞苯基亞乙烯基)),空穴遷移層106,其幫助匹配陽(yáng)極層104和場(chǎng) 致發(fā)光層108的空穴能級(jí),場(chǎng)致發(fā)光層108可包含例如PEDOT: PSS (聚 苯乙烯一磺化一摻雜一聚乙烯一二氧噻吩)。陰極層110 —般包含低工作性 能的金屬例如鈣,并可包括緊鄰場(chǎng)致發(fā)光層108的附加層,以改善電子能 級(jí)的匹配。至陽(yáng)極和陰極的接觸線114禾Q 116分別提供至電源118的連接。 同樣的基本結(jié)構(gòu)也可應(yīng)用于小分子器件。
在圖la所示的實(shí)例中,光線120經(jīng)過(guò)透明陽(yáng)極104和襯底102發(fā)射,
這種器件稱為"底部發(fā)射體"。器件也能構(gòu)成經(jīng)過(guò)陰極發(fā)射,例如保持陰極 層110的厚度小于50—100nm左右,使陰極基本上是透明的。有機(jī)LED可在襯底上淀積為象素矩陣,形成單色或多色象素化顯示。 利用紅、綠和藍(lán)色發(fā)射象素組可構(gòu)成多色顯示。在這類顯示器中, 一般通 過(guò)激活行(或列)線對(duì)各個(gè)元件尋址,選擇象素,寫(xiě)入象素的行(或列), 建立顯示??梢钥闯?,對(duì)這種安排來(lái)說(shuō),希望備有與每一象素并聯(lián)的存儲(chǔ) 元件,使寫(xiě)入象素的數(shù)據(jù)被保存,而其他象素被尋址。 一般可通過(guò)存儲(chǔ)電 容器實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn),其保存設(shè)置在驅(qū)動(dòng)器晶體管柵極上的電壓。這類器件稱
為有源矩陣顯示器;聚合物和小分子有源矩陣顯示器驅(qū)動(dòng)器的實(shí)例可分別 在WO 99 / 42983和EP 0,717,446A中找到。
圖lb示出這樣一種典型的OLED驅(qū)動(dòng)器電路150。電路150是為顯 示器的每個(gè)像素提供的,提供的地線152、 Vss 154、行選擇線164和列數(shù) 據(jù)線166母線互聯(lián)各個(gè)象素。因此每一象素有電源和地的連接線,每行象 素有共用的行選擇線164,每列象素有共用的數(shù)據(jù)線166。
每一象素帶有有機(jī)LED 156,其與驅(qū)動(dòng)器晶體管158串聯(lián)連接在地線 和電源線152和154之間。驅(qū)動(dòng)器晶體管158的柵極連接線159耦連至存 儲(chǔ)電容器160,在行選擇線164的控制下,控制晶體管162將柵極159耦 連至列數(shù)據(jù)線166。晶體管162是一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)開(kāi)關(guān),它在行 選擇線164激活時(shí),將列數(shù)據(jù)線166連接至柵極159和電容器160。因此 當(dāng)開(kāi)關(guān)162接通時(shí),列數(shù)據(jù)線166上的電容能保存在電容器160上。這個(gè) 電壓在電容器上至少保持幀刷新周期,因?yàn)橹硫?qū)動(dòng)器晶體管158柵極連接 線與處于"斷開(kāi)"狀態(tài)的開(kāi)關(guān)晶體管162之間有相當(dāng)高的阻抗。
驅(qū)動(dòng)器晶體管158—般是FET晶體管,其上通過(guò)取決于晶體管的柵極 電壓小于閾值電壓的(漏一源)電流。因此在控制節(jié)點(diǎn)159上的電壓控制 流過(guò)OLED156的電流,因而控制OLED的亮度。
圖lb的標(biāo)準(zhǔn)電壓控制電路有一些缺點(diǎn)。主要問(wèn)題是因?yàn)镺LED 156 的亮度取決于OLED和驅(qū)動(dòng)它的晶體管158的特性。 一般來(lái)說(shuō),這些特性 在顯示區(qū)域有所變化,并且隨時(shí)間、溫度和使用年限而變化。因此就難以 在實(shí)際中預(yù)測(cè)當(dāng)用列數(shù)據(jù)線166上給定電壓驅(qū)動(dòng)時(shí), 一個(gè)象素亮到什么程 度。在彩色顯示中,顏色表示的精確度也可能受影響。
圖2a和2b示出部分地針對(duì)這些問(wèn)題的兩個(gè)電路。圖2a示出電流控制 的象素驅(qū)動(dòng)器電路200,其中,流經(jīng)OLED 216的電流是通過(guò)利用參考電流接收器224設(shè)置OLED驅(qū)動(dòng)器晶體管212的漏一源電流,并監(jiān)測(cè)這個(gè)漏 —源電流所需要的驅(qū)動(dòng)器晶體管柵極電壓來(lái)設(shè)置的。因此,OLED 216的 亮度決定于流入可調(diào)參考電流接收器224的電流Ie。,,其被設(shè)置為所尋址的 象素的希望值??梢钥闯?,為每一列數(shù)據(jù)線210而不是每一象素,提供一 個(gè)電流接收器224。
更詳細(xì)地說(shuō),電源線202、 204、列數(shù)據(jù)線210和行選擇線206是按參 考圖lb的電壓控制象素驅(qū)動(dòng)器那樣來(lái)提供的。此外還提供有反相行選擇線 208,當(dāng)行選擇線206為低時(shí),反相行選擇線208為高,反之亦然。驅(qū)動(dòng)器 晶體管212有一個(gè)耦連至它的柵極連接線的存儲(chǔ)電容器218,用來(lái)保存驅(qū) 動(dòng)晶體管流過(guò)所希望的漏一源電流所需的柵極電壓。驅(qū)動(dòng)器晶體管212和 OLED 216串聯(lián)連接在電源線202和地線204之間,此外,另一開(kāi)關(guān)晶體 管214連接在驅(qū)動(dòng)器晶體管212和OLED 216之間,晶體管214有耦連至 反相行選擇線208的柵極連接線。另外兩個(gè)開(kāi)關(guān)晶體管220、 222由非反相 行選擇線206控制。
在圖2a所示的電流控制的象素驅(qū)動(dòng)器電路200的實(shí)施例中,所有晶體 管是PMOS,優(yōu)選它是因?yàn)樗鼈兊妮^高穩(wěn)定性和抗熱電子效應(yīng)的能力。但 NMOS晶體管也能使用。根據(jù)下面描述的本發(fā)明,這也是確實(shí)可行的電路。
在圖2a的電路中,晶體管的源極連線連向地線GND,對(duì)于現(xiàn)用的 OLED器件來(lái)說(shuō),Vss—般為一6伏左右。當(dāng)行激活時(shí),行選擇線206在— 20伏被驅(qū)動(dòng),反相行選擇線208在0伏被驅(qū)動(dòng)。
當(dāng)行選擇激活時(shí),晶體管220和222接通,晶體管214斷開(kāi)。 一旦電 路己到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài),流入電流接收器224的電流Ie。,流過(guò)晶體管222和晶體 管212 (212的柵極呈現(xiàn)高阻抗)。因此,晶體管212的漏一源電流實(shí)質(zhì)上 等于由電流接收器224設(shè)置的參考電流,這個(gè)漏一源電流所需要的柵極電 壓保持在電容器218上。然后,當(dāng)行選擇變成不激活時(shí),晶體管220和222 斷開(kāi),晶體管214接通,結(jié)果是同樣的電流流過(guò)晶體管212、晶體管214 和OLED 216。因此,流過(guò)OLED的電流被控制到基本上與參考電流接收 器224設(shè)置的相同。
在這個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)到達(dá)之前,電容器218上的電壓一般與所要求的電壓 不同,因此,晶體管212將不通過(guò)等于電流U由參考接收器224設(shè)置的)的漏一源電流。當(dāng)這種失配存在時(shí),和參考電流與晶體管212的漏一源電 流之差相等的電流,經(jīng)過(guò)晶體管220流進(jìn)或流出電容器218,從而改變晶 體管212的柵極電壓。柵極電壓的變化直至晶體管212的漏一源電流等于 由接收器224設(shè)置的參考電流為止,這時(shí),失配狀態(tài)消除,沒(méi)有電流流過(guò) 晶體管220。
圖2a的電路解決了與圖lb的電壓控制電路有關(guān)的一些問(wèn)題,正如流 過(guò)OLED 216的電流能不管象素驅(qū)動(dòng)器晶體管212的特性變化而設(shè)置。但 是,圖2a的電路仍有OLED216特性變化的傾向,表現(xiàn)在象素之間,有源 矩陣顯示器件之間以及隨時(shí)間的變化。OLED的一個(gè)特殊的問(wèn)題是它們的 光輸出有隨時(shí)間而減小的趨勢(shì),取決于驅(qū)動(dòng)它們的電流(這可能涉及經(jīng)過(guò) OLED的電子流通)。這種惡化在象素化顯示中尤其明顯,在象素化顯示中 容易比較出相鄰象素的相對(duì)亮度。還有一個(gè)問(wèn)題的出現(xiàn)是因?yàn)榫w管212、 214和222實(shí)際上都必須足夠大,以對(duì)付流經(jīng)OLED 216的電流,它等于 參考電流I^。基于有源矩陣器件的結(jié)構(gòu),大的晶體管通常是不希望的,因 為可能顯得笨拙或防礙部分象素面積的利用。
為解決這些增加的問(wèn)題,已有若干嘗試采用光反饋來(lái)控制OLED電流。 這些嘗試在WO 01 / 20591 ,EP 0,923,067A, EP 1,096,466A和JP 5—035,207 中有所描述,全都采用基本上相同的技術(shù)。取自WO 01 / 20591的圖2b說(shuō) 明了這種技術(shù),它是在存儲(chǔ)電容器上跨接一個(gè)光電二極管。
圖2b示出具有光反饋路徑252的電壓控制的驅(qū)動(dòng)器電路250。圖2b 的驅(qū)動(dòng)器電路250的主要部分與圖lb的電路150相對(duì)應(yīng),即OLED254與 帶有耦連至其柵極的存儲(chǔ)電容器258的驅(qū)動(dòng)器晶體管256串聯(lián)。開(kāi)關(guān)晶體 管260被行線262控制,當(dāng)開(kāi)關(guān)接通時(shí),允許電容器258上的電壓向列線 264施加一個(gè)電壓信號(hào)。但光電二極管266跨接在存儲(chǔ)電容器上,它是反 向偏置的。因此,光電二極管266在黑暗的情況下基本上是不導(dǎo)通的,而 呈現(xiàn)取決于光照程度的很小的反向電流。象素的實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)置為致使 OLED 254照射光電二極管266 ,因而提供了光反饋路徑252。
經(jīng)過(guò)光電二極管266的光電流與OLED 254的瞬時(shí)光輸出強(qiáng)度之間近 似于線性比例關(guān)系。因此,保存在電容器258上的電荷、電容器上的電壓 以及OLED254的亮度,隨時(shí)間作近似指數(shù)的衰變。因此,OLED254的整體光輸出即發(fā)射的光子總量和OLED象素由此而覺(jué)察的亮度,大致上是由 保存在電容器258上的初始電壓確定的。
圖2b的電路解決了前述的涉及驅(qū)動(dòng)器晶體管256和OLED 254的線性 和變異性的問(wèn)題,但在其具體實(shí)現(xiàn)中表現(xiàn)出一些重大的缺點(diǎn)。主要缺點(diǎn)是 每一顯示象素在每一幀都需要刷新,因?yàn)榇鎯?chǔ)電容器258正是在這個(gè)周期 內(nèi)放電。與此有關(guān),圖2b的電路補(bǔ)償老化效應(yīng)的能力有限,還因?yàn)閺腛LED 254發(fā)射的光脈沖不能超出幀周期。同樣地,因?yàn)镺LED脈沖式地接通和 斷開(kāi),它必須在對(duì)給定的光輸出加大電壓的情況下操作,這引起電路效率 的降低。電容器258也常呈現(xiàn)非線性,以致保存的電荷不能線性正比于加 在列線264上的電壓。這導(dǎo)致當(dāng)光電二極管266通過(guò)取決于它所接收的光 照強(qiáng)度的光電流(因此充電)時(shí),象素的電壓一亮度關(guān)系上的非線性。
應(yīng)用光反饋的另一問(wèn)題是環(huán)境光影響反饋?lái)憫?yīng),除非仔細(xì)考慮相關(guān)部 件的實(shí)際布局。最后,所有現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計(jì)缺乏操作上的靈活性。
發(fā)明內(nèi)容
因此,有必要改進(jìn)存在上述問(wèn)題的有機(jī)LED顯示器驅(qū)動(dòng)器電路。 根據(jù)本發(fā)明的第一方面,提供用來(lái)驅(qū)動(dòng)電一光顯示元件的顯示元件驅(qū) 動(dòng)器電路,電路有第一和第二控制線和數(shù)據(jù)線,電路包括驅(qū)動(dòng)器,其根 據(jù)驅(qū)動(dòng)電壓對(duì)電一光顯示元件進(jìn)行驅(qū)動(dòng);光敏器件,其光耦至電一光顯示 元件,其上通過(guò)取決于到達(dá)光敏器件的光照的電流;第一控制器件,其連 在光敏器件與數(shù)據(jù)線之間,響應(yīng)第一控制線上的第一控制信號(hào),將光敏器 件耦連至數(shù)據(jù)線;和第二控制器件,其耦連在光敏器件與驅(qū)動(dòng)器之間,響 應(yīng)第二控制線上的第二控制信號(hào),將光敏器件耦連至驅(qū)動(dòng)器。
這種配置為驅(qū)動(dòng)器電路提供了靈活性,使其能根據(jù)所要求的功能、環(huán) 境光條件和其他因素以若干不同的方式操作。這些不同方式的操作將在下 面作更詳細(xì)的說(shuō)明,它允許電路以例如亮光照射條件下的第一方式,或減 弱環(huán)境光條件下的第二方式操作。另外,因?yàn)楣饷羝骷?shí)質(zhì)上能與驅(qū)動(dòng)器 分離,所以同一電路可用于驅(qū)動(dòng)電一光顯示的象素和檢測(cè)或讀出圖象(例 如將顯示器操作為掃描儀的傳感器)兩者。同樣,光敏器件也能用來(lái)測(cè)量 環(huán)境光強(qiáng)度,然后接通有關(guān)的象素,從而在設(shè)置象素亮度時(shí),對(duì)環(huán)境光強(qiáng)度進(jìn)行補(bǔ)償,特別是寫(xiě)入驅(qū)動(dòng)器電路以設(shè)置象素亮度的數(shù)據(jù)時(shí),能考慮到 在電一光顯示元件與光敏器件之間光耦中可能存在的有效環(huán)境光。
驅(qū)動(dòng)器的輸入端一般將會(huì)有相應(yīng)的輸入電容,但電路可進(jìn)一步包括與 驅(qū)動(dòng)器的輸入端和第二控制器件耦連的附加存儲(chǔ)元件,用以記憶保存顯示 元件的驅(qū)動(dòng)電壓。存儲(chǔ)元件最好包含一個(gè)電容器,對(duì)微顯示器來(lái)說(shuō),它可 以是數(shù)字電容器。這個(gè)電容器可以和耦連于驅(qū)動(dòng)器輸入端的場(chǎng)效應(yīng)晶體管 的控制柵整合在一起。第一和第二控制器件最好各包含一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (FET),以提供一對(duì)可控開(kāi)關(guān)。這樣可簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)器電路的總體。
具有多個(gè)象素的有源矩陣顯示器可通過(guò)給每一象素提供這種顯示元 件驅(qū)動(dòng)器電路而構(gòu)成。數(shù)據(jù)線可連接至顯示器的列(或行)線,控制線則 連接至行(或列)控制電路。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中,連接至數(shù)據(jù)線的每一 列(或行)線都帶有開(kāi)關(guān),允許數(shù)據(jù)線或者連接至數(shù)據(jù)線驅(qū)動(dòng)器以驅(qū)動(dòng)數(shù) 據(jù)線上的電壓或電流,或者連接至測(cè)量電路,從與各個(gè)象素相關(guān)的光敏器 件讀取一個(gè)或多個(gè)光照強(qiáng)度。這種測(cè)量電路也能用來(lái)檢驗(yàn)光敏器件的正確 操作,例如保證漏電流低于允許的閾值。
這種有源矩陣顯示器最好也包括控制電路,用于驅(qū)動(dòng)第一和第二控制 線,使顯示器在多種方式下操作。在器件設(shè)置到電路中時(shí),通過(guò)有效的硬 線連接方式選擇,可選擇這些方式之一種或多種,或者例如根據(jù)現(xiàn)行的操 作條件,可以動(dòng)態(tài)選擇操作方式。
在一種操作方式中,在數(shù)據(jù)寫(xiě)入顯示器之前,控制顯示器的象素測(cè)量 環(huán)境光強(qiáng)度。利用電路,可用電流控制方式或者電壓控制方式寫(xiě)入數(shù)據(jù), 電壓控制方式可以帶有或不帶有光反饋。因此,例如帶有初始測(cè)量操作周
期的電流控制方式,可用于明亮的環(huán)境光照,而帶有沿圖2b所繪路線的
光反饋的電壓控制方式則可在暗淡的環(huán)境光照條件下、在具有或不具有測(cè) 量操作周期的情況下使用。
與上述任何方式有關(guān),顯示器象素的驅(qū)動(dòng)器電路也可以這樣來(lái)構(gòu)成, 即利用光敏器件作為圖像檢測(cè)器或掃描器,例如當(dāng)適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)電壓已經(jīng)由 存儲(chǔ)元件保存時(shí)。這種方式也可用來(lái)例如提供觸摸檢測(cè)顯示,那里,從顯 示器讀出的光圖形,已有足夠的清晰度檢測(cè)屏幕上變暗的區(qū)域,這個(gè)區(qū)域 相應(yīng)于由例如指尖遮擋環(huán)境光照所致的顯示區(qū)域。換句話說(shuō),可以采用帶反射式尖端的輸入筆,而一個(gè)象素的光敏器件用來(lái)測(cè)量由尖端散射的從鄰 近象素來(lái)的光。例如,通過(guò)監(jiān)測(cè)從鄰近象素至有關(guān)象素區(qū)域的反饋(反射 光),可以實(shí)現(xiàn)從光反饋信號(hào)中去除上述光信號(hào)的褶合。或者說(shuō),對(duì)于給 定要求的光電流,可以使用比以前的操作周期充分降低了的電壓驅(qū)動(dòng),因 為光敏器件增加了反饋。
在相關(guān)的方面,本發(fā)明也提供操作上述顯示元件驅(qū)動(dòng)器電路的方法, 所述方法包括控制所述電路將所述光敏器件耦連至所述數(shù)據(jù)線;利用所 述光敏器件測(cè)量光強(qiáng)度;控制所述電路將所述驅(qū)動(dòng)器耦連至所述數(shù)據(jù)線;
和用取決于所述測(cè)量的信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述數(shù)據(jù)線。
利用光敏器件測(cè)量光強(qiáng)度,使控制電路能驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)線補(bǔ)償測(cè)得的光強(qiáng) 度,因而補(bǔ)償背景光強(qiáng)度,其可能是由環(huán)境光照或由附近的發(fā)射電一光顯
示元件或兩者引起的。方法最好包括在測(cè)量光強(qiáng)度之前,將顯示元件關(guān)
斷,并任選地將附近其他顯示元件關(guān)斷,以改進(jìn)精確度。在選擇電路的其 他操作方式之一時(shí),可在將光強(qiáng)度信號(hào)寫(xiě)入顯示元件之前,采用這一方法。
在第一操作方式中,顯示元件驅(qū)動(dòng)器電路的操作包括同時(shí)控制所述 第一和第二控制線,對(duì)所述第一和第二控制信號(hào)進(jìn)行認(rèn)定或去除認(rèn)定;和
當(dāng)所述驅(qū)動(dòng)器、所述光敏器件和所述顯示元件全部耦連時(shí),以參考電流驅(qū) 動(dòng)所述數(shù)據(jù)線,設(shè)置所述顯示元件的亮度。
在第二操作方式中,顯示元件驅(qū)動(dòng)器電路的操作包括同時(shí)控制所述
第一和第二控制線,對(duì)所述第一和第二控制信號(hào)進(jìn)行認(rèn)定或去除認(rèn)定;和
當(dāng)所述驅(qū)動(dòng)器、所述光敏器件和所述顯示元件全部耦連時(shí),以參考電壓驅(qū) 動(dòng)所述數(shù)據(jù)線,設(shè)置所述顯示元件的亮度。
在第三操作方式中,顯示元件驅(qū)動(dòng)器電路的操作包括同時(shí)控制所述
第二控制線認(rèn)定所述第二控制信號(hào)將所述光敏器件耦連至所述驅(qū)動(dòng)器;控 制所述第一控制線將光敏器件耦連至數(shù)據(jù)線,以選擇顯示元件;當(dāng)所述驅(qū) 動(dòng)器、所述光敏器件和所述數(shù)據(jù)線全部耦連時(shí),以參考電壓驅(qū)動(dòng)所述數(shù)據(jù) 線,設(shè)置所述顯示元件的亮度;和控制所述第一控制線,從數(shù)據(jù)線去除光 敏器件的耦連,從而去除對(duì)顯示元件的選擇,與此同時(shí),維持所述第二控 制信號(hào),以維持所述光敏器件至所述驅(qū)動(dòng)器的耦連。
本發(fā)明也提供將有源矩陣顯示器操作為光圖形或圖像檢測(cè)器的方法,該有源矩陣顯示器包括多個(gè)顯示元件,每個(gè)顯示元件具有相關(guān)的顯示元件 驅(qū)動(dòng)器電路,方法包括控制多個(gè)所述顯示元件的顯示元件驅(qū)動(dòng)器電路, 將每個(gè)顯示元件的光敏器件耦連至數(shù)據(jù)線;和利用每個(gè)光敏器件的數(shù)據(jù) 線,從顯示器中讀出光圖形。
在又一方面,本發(fā)明提供有源矩陣場(chǎng)致發(fā)光顯示器象素光輸出的方 法,象素包括場(chǎng)致發(fā)光顯示元件和光耦至場(chǎng)致發(fā)光顯示元件的光檢測(cè)器, 以提供用于控制場(chǎng)致發(fā)光顯示元件的光輸出的光反饋路徑,方法包括利 用光檢測(cè)器測(cè)量環(huán)境光強(qiáng)度;和將光強(qiáng)度信號(hào)寫(xiě)入修正的象素,以補(bǔ)償所 述環(huán)境光強(qiáng)度。
在本發(fā)明的所有上述各方面,電一光或場(chǎng)致發(fā)光顯示元件最好包括有 機(jī)發(fā)光二極管。
下面將參考附圖,僅借助于實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明的這些和其他方 面,附圖中
圖la和lb分別示出基本的有機(jī)LED結(jié)構(gòu),和典型的電壓控制OLED 驅(qū)動(dòng)器電路;
圖2a和2b分別示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電流控制OLED驅(qū)動(dòng)器電路,和 帶有光反饋的電壓控制OLED驅(qū)動(dòng)器電路;
圖3示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的有機(jī)LED電路;和
圖4a和4b示出帶有合并有光反饋的驅(qū)動(dòng)器電路的OLED顯示元件的 器件結(jié)構(gòu)垂直截面圖。
具體實(shí)施例方式
參考圖3,其示出可用許多不同方式操作的有機(jī)LED驅(qū)動(dòng)器電路300。 在有源矩陣顯示器中, 一般每個(gè)象素都提供這樣的驅(qū)動(dòng)器電路和其它電路 (未示),以便逐行對(duì)象素尋址,將每一行設(shè)置為希望的亮度。為了提供 電源和控制驅(qū)動(dòng)器電路和OLED顯示元件,有源矩陣顯示器設(shè)置有包括 所示的地(GND)線302、電源或Vss線304、行選擇線306、 307和列數(shù) 據(jù)線308的電極的控制網(wǎng)線。在圖示的實(shí)施例中,列數(shù)據(jù)線308連接至開(kāi)關(guān)330,以便有選擇地將 列數(shù)據(jù)線連接至參考電流源(接收器)324或連接至測(cè)量電路328,參考 電流源(或接收器)324最好是可編程恒流產(chǎn)生器,以使列數(shù)據(jù)線308中 的電流可被調(diào)節(jié)至為設(shè)置象素象素亮度所希望的程度,如下面所詳述的。 在其他實(shí)施例中,可添加可編程電壓產(chǎn)生器,或者用它代替電流產(chǎn)生器 324,以使驅(qū)動(dòng)器電路能用在其他方式。當(dāng)開(kāi)關(guān)330將列數(shù)據(jù)線308連接 至測(cè)量電路時(shí),測(cè)量電路328允許所使用的驅(qū)動(dòng)電路測(cè)量環(huán)境光的強(qiáng)度。 行驅(qū)動(dòng)器電路332根據(jù)驅(qū)動(dòng)器電路300的操作方式,控制第一和第二行選 擇線306和307。
驅(qū)動(dòng)器電路300包括驅(qū)動(dòng)器晶體管310,其與地線(GND) 302和 Vw線304之間的有機(jī)LED顯示元件312串聯(lián)。存儲(chǔ)電容器314 (其可與 晶體管310的柵極整合)保存與存儲(chǔ)的柵極電壓相應(yīng)的電荷,以控制經(jīng)過(guò) OLED元件312的驅(qū)動(dòng)電流。
用作驅(qū)動(dòng)器的控制電路包括兩個(gè)開(kāi)關(guān)晶體管320、 322,有分開(kāi)的獨(dú) 立可控的柵極分別耦連至第一和第二選擇線306和307。光電二極管316 耦連至晶體管320與322之間的節(jié)點(diǎn)317。晶體管320將節(jié)點(diǎn)317切換連 接至列數(shù)據(jù)線308。晶體管322將節(jié)點(diǎn)317切換連接至節(jié)點(diǎn)315,存儲(chǔ)電 容器314和晶體管310的柵極連接至節(jié)點(diǎn)315。在圖3的電路中,所有晶 體管都是PMOS。
光電二極管316耦連在地線302與線317之間,它是反向偏置的。光 電二極管實(shí)際上與OLED顯示元件312對(duì)應(yīng)排列,所以在OLED312與光 電二極管316之間存在光反饋路徑318。換句說(shuō)話,OLED312照射光電 二極管316,這使得隨照射變化的電流反向流經(jīng)光電二極管316,也就是 從地線302流向Vss。正如技術(shù)人員會(huì)了解的,概括地說(shuō),每個(gè)光子在光 電二極管316內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)電子,提供給光電流。
當(dāng)?shù)谝贿x擇線306激活時(shí),晶體管320接通,也就是開(kāi)關(guān)"閉合", 在列數(shù)據(jù)線308與節(jié)點(diǎn)317之間形成相當(dāng)?shù)偷淖杩惯B接。當(dāng)?shù)谝贿x擇線 306不激活時(shí),晶體管302斷開(kāi),光電二極管316有效地與列數(shù)據(jù)線308 隔離。當(dāng)?shù)诙x擇線307激活時(shí),晶體管322接通,節(jié)點(diǎn)315與317耦連; 當(dāng)?shù)诙x擇線307不激活時(shí),晶體管322斷開(kāi),節(jié)點(diǎn)315有效地與節(jié)點(diǎn)317隔離。
可以看出,當(dāng)晶體管320和322兩者都斷開(kāi)時(shí)(即第一和第二選擇線 306和307兩者都不激活)時(shí),光電二極管316有效地與驅(qū)動(dòng)器電路的其 余部分隔離。類似地,當(dāng)晶體管322斷開(kāi)(第二選擇線307不激活)和晶 體管320接通(第一選擇線306激活)時(shí),光電二極管316有效地連接在 地(GND)線302與列數(shù)據(jù)線308之間。由此可見(jiàn),光電二極管316可 有效地與驅(qū)動(dòng)器電路的其余部分隔離,而當(dāng)開(kāi)關(guān)330將列數(shù)據(jù)線308連接 至測(cè)量電路328時(shí),光電二極管316可用作傳感器,測(cè)量局部環(huán)境光強(qiáng)度。 這一環(huán)境光強(qiáng)度可由局部顯示環(huán)境中的環(huán)境條件,或者由來(lái)自O(shè)LED312 或鄰近象素中相應(yīng)OLED的發(fā)射而引起。換句話說(shuō),多個(gè)象素的光電二 極管可用來(lái)讀取顯示的圖像圖形。
驅(qū)動(dòng)器電路300可按照帶光反饋的電流控制方式、帶光反饋的電壓控 制方式以及不帶光反饋的電壓控制方式操作。這些方式中的任意一種或全 部都可以帶有光測(cè)量方式,以便在數(shù)據(jù)寫(xiě)入象素之前進(jìn)行環(huán)境光的測(cè)量, 或者在數(shù)據(jù)寫(xiě)入象素之后輸入圖像。
在第一操作方式中,第一和第二選擇線306和307連接在一起,或由 行驅(qū)動(dòng)器332級(jí)聯(lián)驅(qū)動(dòng),以致使電路作為帶光反饋的電流控制驅(qū)動(dòng)器操 作。當(dāng)開(kāi)關(guān)330處于圖3所示的位置時(shí),可編程參考電流產(chǎn)生器324企圖 產(chǎn)生將被稱作I^的參考電流,流入空閑象素Vss連接線326。在這一方式 中,線317可稱作電流檢測(cè)線,其上流過(guò)電流Ise^,而線315可稱作控制 線,其上流過(guò)電流IOT。r,用以設(shè)置控制OLED 312的電容器314上的電壓。 當(dāng)?shù)谝缓偷诙?(行)選擇線306和307激活時(shí),晶體管320和322接通,
Ic。l二Is畫(huà)+ Ierr。r,因此,電流Ierr。r或者流進(jìn)或者流出電容器314,直至OLED 312照射光電二極管316使Is面e二Ie。,。從這一點(diǎn)說(shuō),第一和第二選擇線306
和307可以不激活,這個(gè)亮度等級(jí)所需要的電壓由電容器314記憶保持。 在電容器314上建立穩(wěn)定的電壓所需要的時(shí)間取決于許多因素,該時(shí) 間可以根據(jù)所要求的器件特性而變化,可以是幾微秒。大概地說(shuō),典型的 OLED驅(qū)動(dòng)電流為lpA的量級(jí),而典型的光電流約為驅(qū)動(dòng)電流的0.1%, 或?yàn)閘nA的量級(jí)(部分地取決于光電二極管的面積)。因此可以看出,控 制晶體管320和322所需要的功率與要求相當(dāng)高的驅(qū)動(dòng)晶體管310相比可以忽略不計(jì)。為了加速電路的建立時(shí)間,最好使用數(shù)值相當(dāng)小的電容器 314和面積相當(dāng)大的光電二極管,以提高光電流。這也有助于在很低亮度 下減小與列數(shù)據(jù)線308上的雜散或寄生電容有關(guān)的噪聲和穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)。
在第二方式中,驅(qū)動(dòng)器電路300是電壓控制的,以類似于圖lb現(xiàn)有 技術(shù)電路的方式操作,即沒(méi)有光反饋。如在第一操作方式中那樣,第一和 第二選擇線連接在一起,或由行驅(qū)動(dòng)器332級(jí)聯(lián)驅(qū)動(dòng),而不是由參考電流 產(chǎn)生器324所驅(qū)動(dòng)的列數(shù)據(jù)線308驅(qū)動(dòng),線308由電壓參考源驅(qū)動(dòng),從而 可編程調(diào)節(jié)象素的亮度。電壓源最好是低內(nèi)阻,近似恒壓源。
在這一第二操作方式中,當(dāng)?shù)谝缓偷诙x擇線306和307激活時(shí),電 容器314耦連至列數(shù)據(jù)線308,因此,充電至參考電壓源輸出的電壓。由 OLED 312照射引起的流經(jīng)光電二極管316的小的反向電流,對(duì)線308基 本上沒(méi)有影響,因?yàn)殡妷涸词堑蛢?nèi)阻的。 一旦電容器314已充電至所需要 的電壓,因未認(rèn)定第一和第二選擇線306和307,晶體管320和322被斷 開(kāi),因而電容器314不通過(guò)光電二極管316放電。在這一操作方式中,成 對(duì)的晶體管320和322有效地執(zhí)行與圖lb電路中晶體管162相同的功能。
在第三操作方式中,電路再一次由可編程參考電壓源驅(qū)動(dòng),但第二選 擇線被控制,以致它總是激活(因此晶體管322總是導(dǎo)通),與此同時(shí)OLED 312導(dǎo)通。在這一操作方式中,光電二極管316跨接于存儲(chǔ)電容器314上, 結(jié)果電路實(shí)質(zhì)上以與上述圖2b的電路相同的方法進(jìn)行操作。晶體管320 執(zhí)行圖2b中晶體管260的功能。在簡(jiǎn)單的實(shí)施例中,第二選擇線307可 簡(jiǎn)單地約束于固定的電壓源,以確保這條線總是激活。不過(guò)晶體管322需 要足夠長(zhǎng)的時(shí)間以確保電容器314有足夠時(shí)間放電,因此在這一方式中, 仍能時(shí)常斷開(kāi)電容器322,使光電二極管316能通過(guò)晶體管320連接在線 302與308之間,用作傳感器。
在這一操作方式的改進(jìn)中,可編程參考電壓源可安排成將預(yù)定的電荷 輸送至電容器314,因?yàn)楫?dāng)光電二極管316跨接至電容器314時(shí),是在電 容器314上充電,其決定OLED312的視在亮度而不是電壓本身。將預(yù)定 的電荷輸送至電容器314而不是將電容器充電至參考電壓,可減小電容器 的電荷 一 電壓特性的非線性效應(yīng)。
在優(yōu)選的操作方式中,在象素光照數(shù)據(jù)寫(xiě)入電路以設(shè)置OLED312的亮度之前,驅(qū)動(dòng)器電路300受到控制以提供一個(gè)測(cè)量操作周期。為了實(shí)現(xiàn)
這一點(diǎn),行驅(qū)動(dòng)器電路332最好借助于控制線334,控制第一和第二選擇 306、 307和開(kāi)關(guān)330,使晶體管322斷開(kāi),晶體管320接通,從而將光電 二極管316連接至測(cè)量電路328。測(cè)量電路328因此能測(cè)量光電二極管316 附近的環(huán)境光強(qiáng)度,并任選地執(zhí)行附加任務(wù),例如通過(guò)檢查光電二極管的 漏電流,檢査光電二極管的功能特性。
測(cè)量電路可以被設(shè)置成測(cè)量通過(guò)光電二極管316的光電流,或者當(dāng)光 電二極管受到亮光照射時(shí),可以采用光電二極管的光致電壓操作方式,光 電二極管操作為光電池而測(cè)量電路328測(cè)量電壓。光強(qiáng)度測(cè)量可用來(lái)確定 OLED或鄰近象素的OLED的光照程度,或者例如用來(lái)確定驅(qū)動(dòng)電路或 OLED312的特性。特別是,為了考慮環(huán)境光強(qiáng)度,通過(guò)將修正的參考電 流或電壓寫(xiě)入象素,由光電二極管316測(cè)量的光強(qiáng)度可用來(lái)補(bǔ)償在上述帶 光反饋的方式操作中的任何干擾。
因此,在優(yōu)選的實(shí)施例中,用光電二極管316進(jìn)行測(cè)量之前,OLED312 被斷開(kāi)。在上述第三操作方式中,正是在一個(gè)幀周期之后OLED312將自 動(dòng)地?cái)嚅_(kāi),但在第一和第二操作方式中,通過(guò)將暗電平信號(hào)寫(xiě)入象素,可 使OLED斷開(kāi)。
從上述各種操作方式中可以看出,第一選擇線306實(shí)際上作為行選擇 線操作,而第二選擇線307作為組合方式和行選擇線操作。因此,為了執(zhí) 行選擇行的(寫(xiě)入黑色) 一 (測(cè)量) 一 (寫(xiě)入電平)這樣一個(gè)操作周期, 第一選擇線306被保持激活狀態(tài),與此同時(shí),第二選擇線307在寫(xiě)周期內(nèi) 從激活狀態(tài)被切換為不激活狀態(tài),或在測(cè)量周期內(nèi)被去除認(rèn)定。
現(xiàn)在參考圖4,其概略示出兩種可替換的并入光反饋的OLED象素驅(qū) 動(dòng)器電路的實(shí)際結(jié)構(gòu)(這些圖未作標(biāo)度)。圖4a示出底部一發(fā)射結(jié)構(gòu)400, 圖4b示出頂部一發(fā)射結(jié)構(gòu)450。
在圖4a中,OLED結(jié)構(gòu)406與多晶硅驅(qū)動(dòng)器電路404同時(shí)淀積在玻 璃襯底402上。驅(qū)動(dòng)器電路404將光電二極管408并入于OLED結(jié)構(gòu)406 的一側(cè)。光線410經(jīng)過(guò)襯底的底部(陽(yáng)極)發(fā)射。
圖4b示出可替換的結(jié)構(gòu)450的截面圖,它從它的頂部(陰極)表面 發(fā)射光線460。玻璃襯底452支持包括驅(qū)動(dòng)器電路并含有光電二極管458的第一層454。 OLED象素結(jié)構(gòu)456然后淀積在驅(qū)動(dòng)器電路454上。鈍化 或阻擋層可包含在層454和456之間。在利用(晶狀)硅而不是多晶硅或 非晶硅制造驅(qū)動(dòng)器電路的情況下,需要圖4b所示類型結(jié)構(gòu),襯底452是 硅襯底。
在圖4a和4b的結(jié)構(gòu)中,象素驅(qū)動(dòng)器電路可用常規(guī)方法制造。有機(jī) LED可利用墨水噴射淀積技術(shù)例如文獻(xiàn)EP 880303中所述技術(shù),以淀積基 于聚合物材料的方法制造,或者利用蒸發(fā)淀積技術(shù)淀積小分子材料的方法 制造。因此,例如有圖4b所示類型結(jié)構(gòu)的顯示器,可利用墨水噴射法將 OLED材料印制到其上己事先制造好CMOS象素驅(qū)動(dòng)器電路的常規(guī)硅襯 底上。
圖示的驅(qū)動(dòng)器電路實(shí)施例使用PMOS晶體管,但電路也可以反相, 采用NMOS,或換一方式,采用PMOS和NMOS的組合。晶體管可包括 玻璃或塑料襯底上用非晶或多晶硅制造的薄膜晶體管(TET),或使用常 規(guī)CMOS電路。在其他實(shí)施例中,使用塑料晶體管,例如文獻(xiàn)W0 99/ 54936中所述的晶體管,光電二極管可包括反向偏置的OLED,以便整個(gè) 電路可用塑料制造。類似地,雖然己經(jīng)參考過(guò)場(chǎng)效應(yīng)晶體管描述過(guò)電路, 但也可采用雙極晶體管。
上面已參考在驅(qū)動(dòng)有機(jī)LED方面的應(yīng)用,描述過(guò)顯示元件驅(qū)動(dòng)器電 路,但電路也可應(yīng)用于其他類型場(chǎng)致發(fā)光顯示器例如無(wú)機(jī)TFEL (薄膜場(chǎng) 致發(fā)光)顯示器,硅一鎵砷化物顯示器,多孔硅顯示器,UK專利申請(qǐng) No. 0121077.2中描述的熒光消隱顯示器等。雖然驅(qū)動(dòng)器電路主要應(yīng)用在 有源矩陣顯示器中,但也可用在其他類型顯示器,例如分段顯示器或混合 半有源顯示器中。
優(yōu)選的光傳感器是光電二極管,它可包括TFT工藝的PN 二極管或晶 狀硅制成的PIN二極管。但是,其他光敏器件例如光敏電阻、光敏雙極晶 體管和FET也可以釆用,只要它們具有其中的光電流取決于它們的光照 程度的特性。
對(duì)技術(shù)人員來(lái)說(shuō),無(wú)疑還有許多有效的替代實(shí)例,應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到,本發(fā) 明并不局限于上面所描述的實(shí)施例。
權(quán)利要求
1. 一種將有源矩陣顯示器操作為光圖形檢測(cè)器的方法,該有源矩陣顯示器包括多個(gè)顯示元件,每一個(gè)顯示元件具有用于驅(qū)動(dòng)電-光顯示元件的顯示元件驅(qū)動(dòng)器電路,該顯示元件驅(qū)動(dòng)器電路具有第一控制線、第二控制線、以及數(shù)據(jù)線,其特征在于該電路包括驅(qū)動(dòng)器,根據(jù)驅(qū)動(dòng)電壓對(duì)電—光顯示元件進(jìn)行驅(qū)動(dòng);光敏器件,該光敏器件光耦至電—光顯示元件,并設(shè)置成取決于到達(dá)光敏器件的光照而通過(guò)電流;第一控制器件,耦連在光敏器件與數(shù)據(jù)線之間,響應(yīng)第一控制線上的第一控制信號(hào),將光敏器件耦連至數(shù)據(jù)線;和第二控制器件,耦連在光敏器件與驅(qū)動(dòng)器之間,響應(yīng)第二控制線上的第二控制信號(hào),將光敏器件耦連至驅(qū)動(dòng)器,所述方法包括控制多個(gè)所述顯示元件的顯示元件驅(qū)動(dòng)器電路,將每個(gè)顯示元件的光敏器件耦連至相應(yīng)的數(shù)據(jù)線;和利用每個(gè)光敏器件的數(shù)據(jù)線,從顯示器中讀出光圖形。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法,還包括耦連至第二控制器件的存儲(chǔ)元件, 所述方法包括在存儲(chǔ)元件上記憶驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電壓。
3. —種有源矩陣顯示器形式的光圖形檢測(cè)器,該有源矩陣顯示器包括 多個(gè)顯示元件,每一個(gè)顯示元件具有用于驅(qū)動(dòng)電-光顯示元件的顯示元件驅(qū) 動(dòng)器電路,該顯示元件驅(qū)動(dòng)器電路具有第一控制線、第二控制線、以及數(shù) 據(jù)線,其特征在于該電路包括驅(qū)動(dòng)器,根據(jù)驅(qū)動(dòng)電壓對(duì)電-光顯示元件進(jìn)行驅(qū)動(dòng);光敏器件,該光敏器件光耦至電一光顯示元件,并設(shè)置成取決于到達(dá) 光敏器件的光照而通過(guò)電流;第一控制器件,耦連在光敏器件與數(shù)據(jù)線之間,響應(yīng)第一控制線上的 第一控制信號(hào),將光敏器件耦連至數(shù)據(jù)線;和第二控制器件,耦連在光敏器件與驅(qū)動(dòng)器之間,響應(yīng)第二控制線上的 第二控制信號(hào),將光敏器件耦連至驅(qū)動(dòng)器,其中多個(gè)所述顯示元件的顯示元件驅(qū)動(dòng)器電路被設(shè)置為將每個(gè)顯示 元件的光敏器件耦連至相應(yīng)的數(shù)據(jù)線,從而利用每個(gè)光敏器件的數(shù)據(jù)線, 從顯示器中讀出光圖形。
4. 如權(quán)利要求3所述的光圖形檢測(cè)器,還包括耦連至第二控制器件的 存儲(chǔ)元件,從而在存儲(chǔ)元件上記憶驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電壓。
5. 如權(quán)利要求4所述的光圖形檢測(cè)器,其中,存儲(chǔ)元件包括電容器。
6. 如權(quán)利要求5所述的光圖形檢測(cè)器,其中,驅(qū)動(dòng)器包括場(chǎng)效應(yīng)晶體 管,所述電容器包括所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極連接線和所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管 的漏極連接線或源極連接線之間的柵極電容。
7. 如權(quán)利要求3至6中任一項(xiàng)所述的光圖形檢測(cè)器,其中,所述第一 和第二控制器件各包括場(chǎng)效應(yīng)晶體管開(kāi)關(guān)。
8. 如權(quán)利要求3至7中任一項(xiàng)所述的光圖形檢測(cè)器,還包括有選擇地 將所述數(shù)據(jù)線耦連至數(shù)據(jù)線驅(qū)動(dòng)器和信號(hào)檢測(cè)電路的開(kāi)關(guān)。
9. 如權(quán)利要求3至8中任一項(xiàng)所述的光圖形檢測(cè)器,還包括控制電路, 驅(qū)動(dòng)所述第一和第二控制線以多種方式操作顯示器
10. 如權(quán)利要求9所述的光圖形檢測(cè)器,其中所述方式包括環(huán)境光補(bǔ) 償方式,其中在向顯示器寫(xiě)入數(shù)據(jù)之前,所述控制電路控制顯示元件驅(qū)動(dòng) 器電路以測(cè)量環(huán)境光強(qiáng)度。
11. 如權(quán)利要求8或9所述的光圖形檢測(cè)器,其中所述方式包括電流 驅(qū)動(dòng)方式,其中,用所述數(shù)據(jù)線上的參考電流設(shè)置所述顯示元件的亮度。
12. 如權(quán)利要求9、 10或11所述的光圖形檢測(cè)器,其中所述方式包括 第一電壓驅(qū)動(dòng)方式,其中,用所述數(shù)據(jù)線上的電壓設(shè)置所述顯示元件的亮 度。
13. 如權(quán)利要求9至12中任一項(xiàng)所述的光圖形檢測(cè)器,其中所述方式 包括第二電壓驅(qū)動(dòng)方式,其中,用所述數(shù)據(jù)線上的電壓設(shè)置所述顯示元件 的亮度,其中所述第二控制線被驅(qū)動(dòng)成將所述光敏器件與所述驅(qū)動(dòng)器耦連, 而所述顯示元件接通。
14. 一種觸摸檢測(cè)顯示器,包括如權(quán)利要求3至13中任一項(xiàng)所述的光 圖形傳感器,其中所述光圖形檢測(cè)器被設(shè)置為從顯示器讀出光圖形以檢測(cè) 顯示器上的觸摸。
15.如權(quán)利要求14所述的觸摸檢測(cè)顯示器,被設(shè)置為與具有反射式尖 端的輸入筆一起使用,其中一個(gè)象素的光敏器件用來(lái)測(cè)量由反射式尖端散 射的來(lái)自鄰近象素的光。
全文摘要
一種有源矩陣顯示器形式的光圖形檢測(cè)器,該有源矩陣顯示器包括多個(gè)顯示元件,每個(gè)顯示元件具有顯示元件驅(qū)動(dòng)器電路,該顯示元件驅(qū)動(dòng)器電路被設(shè)置為將每個(gè)顯示元件的光敏器件耦連至相應(yīng)的數(shù)據(jù)線,從而利用每個(gè)光敏器件的數(shù)據(jù)線,從顯示器中讀出光圖形。該光圖形檢測(cè)器能操作于若干不同的方式,并提供對(duì)電-光元件如有機(jī)LED象素的靈活控制。
文檔編號(hào)H01L51/50GK101471034SQ200910001898
公開(kāi)日2009年7月1日 申請(qǐng)日期2002年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月31日
發(fā)明者保羅·理查德·勞特利, 尤安·克里斯托弗·史密斯 申請(qǐng)人:劍橋顯示技術(shù)公司