用于提高motft中的稳定性的驱动方法

用于提高motft中的稳定性的驱动方法
【专利摘要】一种驱动显示装置的方法，该方法包括提供包括像素行和像素列的像素阵列，每个像素包括开关/驱动晶体管电路和至少一个发光装置。每行像素具有扫描线，并且每列像素具有数据线。该方法进一步包括限定帧周期并且将帧周期划分成写入子帧、显示子帧和休眠子帧，在帧周期期间，在像素阵列中的每个像素被寻址。在写入子帧期间，扫描脉冲被供应至每条扫描线，数据信号被供应至每条数据线，并且发光装置被禁用。发光装置在显示子帧期间被启用，并且开关/驱动晶体管电路被禁用。在休眠子帧期间，休眠脉冲被供应至所有的扫描线并且发光装置被禁用。
【专利说明】用于提高MOTFT中的稳定性的驱动方法
【技术领域】
[0001]本发明总体涉及MOTFT中的稳定性，并且更具体地，涉及用于提高MOTFT中的稳定性的驱动方法。
【背景技术】
[0002]金属氧化物薄膜晶体管(MOTFT)在各种装置中被使用，但主要在并入到显示器中的有源矩阵的有源电路中。MOTFT的稳定性(B卩，MOTFT接通或断开的阈值电压)在由MOTFT执行的许多操作中是关键的。参见例如在2010年10月29日提交的、序号为12/915，712、题为“Metal Oxide TFT with Improved Stability (具有改进的稳定性的金属氧化物TFT)”的同时待审美国专利申请中关于TFT中的正阈值电压漂移的讨论，上述专利申请通过引用被并入本文。
[0003]MOTFT的稳定性受到金属氧化物的抗氧化和抗还原的控制。MOTFT在正偏置下的不稳定性是由于易于氧化。MOTFT在负偏置下的不稳定性是由于易于还原。由于氧化是还原的逆向操作，所以抗氧化与抗还原相反。正偏置下的稳定性(抗氧化)通常以牺牲负偏置下的稳定性(抗还原)为代价，并且反之亦然。
[0004]难以提供在正偏置和负偏置两者下均稳定的金属氧化物。为了实现在正偏置下稳定的MOTFT (尤其是具有大能隙的那些)，TFT沟道必须是抗氧化的。另一方面，为了实现在负偏置稳定的M0TFT，TFT沟道必须是抗还原的。一个重要挑战是提供对于正负偏置均稳定的 MOTFT。
[0005]因为金属氧化物的离子属性，所以MOTFT的稳定性在平衡的AC驱动条件下比在DC驱动条件下更好。能够在平衡的AC条件下驱动MOTFT是有利的。
[0006]在负偏置下，在MOTFT中的还原过程相对慢并且会受到脉冲偏置的阻挠。在短于例如大约20毫秒的周期内，通过施加正偏置持续短时间以阻挠还原过程，能够消除负偏置或甚至使负偏置反向。已经观察到，例如，通过以50%占空比消除负偏置(例如，恢复到零偏置)，稳定性大大提高。当脉冲周期短于20毫秒时，例如，已经观察到，阈值电压稳定性能够被维持更小的占空比，甚至短至周期的1%。这与在共价半导体中，诸如由a-Si或LTPS形成的TFT中产生的那些器件形成强烈对比。另一方面，在MOTFT的稳定性上，脉冲正偏置移除的效应不太显著。
[0007]在MOTFT的主要用途或使用兴趣方面，晶体管能够被用作简单的晶体管开关或用作驱动器晶体管。在LCD或Ero应用中，例如，MOTFT被用作开关(如图1所示)。开关晶体管(在正偏置下)被接通持续短时间，并且在休眠时间(在负偏置下)被断开。占空比小于1%并且能够更少。在该应用中，MOTFT开关晶体管需要在大多数负偏置下的稳定性。
[0008]对于OLED应用，需要额外的驱动晶体管来将电流传送至OLED 二极管(图2所示)。驱动晶体管的特征在于，电流在大多数时间对应于像素的亮度流动。在该应用中，MOTFT大多数时间在正偏置下。MOTFT驱动晶体管在该应用中需要在正偏置下的稳定性。
[0009]此外，如在图2中能够看到的，对于OLED应用，还使用MOTFT开关晶体管。开关晶体管(在正偏置下)被接通持续短时间并且在休眠时间(在负偏置下)被断开。为了驱动晶体管的稳定性，MOTFT驱动器被优化，这是更关键的，因为驱动晶体管的模拟属性。如上文所解释的，MOTFT在负偏置条件下的稳定性受损。因此，对于具有为驱动功能被优化的MOTFT的OLED驱动应用，负偏置开关晶体管可能变得有问题。
[0010]对于新一代的IXD，需要高迁移率MOTFT背板。为了实现高迁移率，金属氧化物应具有高的自由电子密度并且应当是抗氧化的(氧化作用减少自由电子)。因此，高迁移率MOTFT在负偏置下趋向于不太稳定。此外，随着在显示器中的扫描线的数量的增加，负偏置消除的占空比变小，使得开关晶体管几乎总是在负偏置下。
[0011]在典型的视频显示应用中，开关晶体管已经在脉冲偏置操作下，也就是，在每个帧中负偏置被移除(转变到正偏置)持续短的持续时间。负偏置消除的持续时间是帧时间(由每秒的帧数确定)除以扫描线的数量。负偏置消除的占空比是扫描线的数量的倒数。例如，在1000条扫描线显示器中，占空比是0.1%。这样的低占空比对于在MOTFT中提供期望的稳定性可能是不充分的。即，在普通开关/驱动条件下的自然负偏置可能未提供使开关晶体管稳定的足够的负偏置消除。通过提供独立于扫描线的数量的负偏置消除时间，来提供帮助制造更加稳定的开关晶体管的新的驱动方法和设备将是有利的。
[0012]因此，本发明的一个目的是为显示器提供新的且改进的驱动方法。

【发明内容】

[0013]简短地说，为了根据本发明的优选实施例实现本发明的期望目的，提供了一种驱动显示装置的方法，该方法包括提供具有像素的行和列的像素阵列，每个像素包括开关/驱动晶体管电路和至少一个发光装置。各行像素具有扫描线，并且各列像素具有数据线。该方法进一步包括定义帧周期并且将帧周期划分成写入子帧、显示子帧和休眠子帧，在帧周期期间，在像素阵列中的每个像素被寻址。在写入子帧期间，扫描脉冲被供应至每条扫描线，数据信号被供应至每条数据线，并且发光装置被禁用。发光装置在显示子帧期间被启用，并且开关/驱动晶体管电路被禁用。在休眠子帧期间，休眠脉冲被供应至所有的扫描线并且发光装置被禁用。因此，通过提供独立于扫描线的数量的负偏置消除时间，新的驱动方法使得开关晶体管更加稳定。
[0014]本发明的期望的目的进一步根据具有驱动装置的显示装置来实现，该显示装置包括:像素阵列和相关联的电路，像素阵列和相关联的电路具有限定显示器的像素的行和列，在像素阵列中的每个像素包括开关/驱动晶体管电路和至少一个发光装置，每行像素具有耦合到在该行中的每个像素的每个开关/驱动晶体管电路的扫描线，并且每列像素具有耦合到在该列中的每个像素的每个开关/驱动晶体管电路的数据线。像素阵列包括帧周期，在帧周期期间，像素阵列中的每个像素被寻址，并且帧周期被划分成写入子帧、显示子帧和休眠子帧。相关联的电路被设计成在写入子帧期间，将扫描脉冲供应至每条扫描线、将数据信号供应至每条数据线，并且禁用发光装置。相关联的电路进一步被设计成在显示子帧期间启用发光装置并且禁用开关/驱动晶体管电路。相关联的电路进一步被设计成在休眠子帧期间将休眠脉冲供应至所有的扫描线并且禁用发光装置。因此，通过提供独立于扫描线的数量的负偏置消除时间，新的驱动设备有助于使得开关晶体管更加稳定。【专利附图】

【附图说明】
[0015]对于本领域的技术人员而言，本发明的前述和进一步的更加具体的目的和优势将从结合附图对其优选实施例作出的下列详细描述而变得显而易见，在附图中:
[0016]图1是单个IXD/Ero显示元件的MOTFT开关电路的简化示意图；
[0017]图2是单个OLED显示元件的MOTFT开关/驱动电路的一个示例的简化示意图；
[0018]图3是单个OLED显示元件的MOTFT开关/驱动电路的另一个示例的简化示意图；
[0019]图4示出根据本发明的显示器的数据线上的波形；以及
[0020]图5示出根据本发明的显示器的扫描线上的脉冲波形。
【具体实施方式】
[0021]总的来说，本公开适用于包括像素行和像素列的显示装置。这里，应理解，每个像素包括至少一个光产生(例如，OLED)或传导(例如，IXD或EPD)装置，并且能够包括多达四个、五个或更多(例如，对于全色显示器而言)。光产生和/或光传导装置在下文中被称为“发光装置”。此外，每行像素将具有耦合到其的至少一条扫描线，并且每列像素将具有耦合到其的至少一条数据线。为了方便理解，将描述对于每行单条扫描线和对于每列单条数据线，应理解该描述旨在包括多个扫描和数据线，如果使用的话。另外，在使用术语“行”和“列”时，应理解，能够旋转任何显示器，由此，排和列反转，使得扫描线和数据线反转，并且本公开和权利要求旨在包括这样的变化。
[0022]具体参照图1，图示出用于IXD或EH)显示器的典型的开关/驱动电路10。开关/驱动电路10包括金属氧化物薄膜晶体管(MOTFT) 12，其中源极/漏极电路将数据输入线连接至存储电容器14的一个端子。电容器14的相对的端子连接到回路(return)。M0TFT12的栅极连接到扫描输入线。M0TFT12的源极/漏极电路还连接至以16指定的IXD或EPD的一个端子。IXD或EPD16的相对端子连接到回路，该回路可以与连接至电容器14的回路相同或者可以是不同的回路，取决于系统的具体构造。在运行中，在数据被存储在电容器14中的同时，扫描线将M0TFT12接通持续很短的一段时间。然后，存储在电容器14中的数据(电荷)被施加到IXD或EPD16以根据正在显示的图像来控制亮度。如所理解的，IXD或ETO16通过电容器上的电荷被激活，以引导来自某种形式的背光的光从中穿过，并且通过接通或断开背光能够启用或禁用IXD或EPD16。
[0023]现在参照图2，图示出用于OLED显示器的典型的开关/驱动电路20。开关/驱动电路20包括开关晶体管(M0TFT)22，其中源极/漏极电路将数据输入线连接至存储电容器24的一个端子和驱动M0TFT25的栅极。开关晶体管22的栅极22连接到扫描输入线。M0TFT25的源极/漏极电路将功率端子27上的电压源Vdd连接至0LED26的正端子。电容器24的另一端子也连接至功率端子27。0LED26的负端子连接至公共回路28 (通常被称为共阴极)。在运行中，在数据被存储在电容器24中的同时，扫描线将M0TFT22接通持续很短的一段时间。存储在电容器24中的数据(电荷)被施加到驱动M0TFT25的栅极，驱动M0TFT25将驱动电流供应至0LED26以根据正在显示的图像来控制亮度。如所理解的，0LED26和驱动M0TFT25由施加到端子27 (B卩，在端子27与28之间)的电压来启用或激活，以为显示器的像素产生光。
[0024]现在参照图3，图示出用于OLED显示器的另一个开关/驱动电路30。开关/驱动电路30包括开关晶体管(MOTFO32，其中源极/漏极电路将数据输入线连接至存储电容器34的一个端子和驱动MOTFT35的栅极。开关晶体管32的栅极连接到扫描输入线。功率端子(Vdd)37连接到OLED36的正端子。MOTFT35的源极/漏极电路将OLED36的阴极连接至公共负极或回路38 (通常被称为公共阳极)。电容器34的另一端子也连接至功率端子37。OLED36的负端子连接到公共负极或回路38。在运行中，在数据被存储在电容器34中的同时，扫描线将MOTFT32接通持续很短的一段时间。存储在电容器34中的数据(电荷)被施加到驱动MOTFT35的栅极，驱动MOTFT35将驱动电流供应至OLED36以根据正在显示的图像来控制亮度。如所理解的，OLED36和驱动MOTFT35由施加到端子37 (B卩，在端子37与38之间)的电压来启用或激活，以为显示器的像素产生光。
[0025]此外，参照图4和图5，图示出对于根据本发明的驱动方案施加到数据线的波形和施加到扫描线的波形。每个波形表示在单个帧期间的单个像素的操作，并且根据本发明，每个帧被划分成三个子帧:写入子帧、显示子帧和休眠子帧。
[0026]在写入子帧期间，随着显示器和显示装置被禁用，扫描脉冲被施加到开关晶体管的栅级，并且在数据线上的数据被写入到像素存储电容器中。在本公开中，术语“禁用(disable)”或“禁用的(disabled)”指的是特定装置或电路通过其而断开或处于暂时无功能状态的任何处理或方法。如上所解释的，例如，通过断开背光来禁用IXD或EPD，并且通过消除或断开Vdd电源连接来禁用0LED。例如，仅通过不对数据线施加数据和/或不对扫描线施加扫描脉冲(例如，使扫描线恢复至静态)，能够禁用开关/驱动晶体管电路。在写入子帧期间将数据写入到存储电容器类似于传统有源矩形驱动方案的操作。在写入子帧期间，存储在存储电容器中的数据可能不在显示器上反映图像或显示图像，直至所有写入完成为止(即，直至写入子帧的终点)，这就是为什么在写入子帧期间禁用显示装置的原因。写入子帧占总帧的百分比从大约5%至大约50%。应理解，写入脉冲在写入子帧期间从显示器的第一扫描线依次循环至显示器的最后一条扫描线。另外，数据线将时间多路复用视频信号传送至空间多路复用存储电容器以恢复图像。因为短的时间段，所以开关晶体管必须提供更多的电流，MOTFT能够容易地实现这点。
[0027]在显示子帧中，通过使所有的扫描线在显示子帧期间恢复至静态电压来禁用所有开关晶体管，并且启用显示装置。在显示子帧期间在数据线上的任何信号是不相关的，因为所有的存储电容器由禁用或断开的开关晶体管隔离。如上所解释的，例如，通过接通背光来启用IXD或EPD，并且通过施加或连接Vdd电源来启用0LED。所显示的图像由存储电容器上的电荷来表示，该电荷在显示子帧期间被很好地保存，因为所有的开关晶体管被禁用或被断开。显示器将如像素电容器在显示装置上表明(manifest)的那样来显示图象。显示子帧占总帧的百分比从大约40%至大约90%。如将理解的，通常显示子帧的大小或范围与其它两个子帧相比是大的。
[0028]在休眠子帧中，所有的开关晶体管被接通，并且所有的存储电容器被写入到休眠电压或脉冲。在休眠子帧期间，所有的扫描线接收接通所有开关晶体管的休眠脉冲。通常休眠脉冲充分长，以为开关晶体管提供足以使开关晶体管充分完全稳定的反向补偿。休眠脉冲的幅度可以不同于写入脉冲。另外，在休眠子帧期间，所有的显示装置被禁用。休眠子帧占总帧的百分比从大约1%至大约50%。三个子帧必须总计达到单个帧。休眠子帧的持续期间以及由此的休眠脉冲的持续期间取决于整个系统中的多个变量，包括例如扫描线的数量、每个帧的长度、休眠脉冲的幅度、所使用的特定开关晶体管(例如，材料大小等)、以及系统中的任何其它变量。数据线对存储电容器和对在OLED显示器中的驱动晶体管的栅极提供休眠信号。休眠信号也能够被用来为驱动晶体管提供一些反向补偿。
[0029]因此，已经公开了用于显示器的新的且改进的驱动方法。驱动方案被特别地设计成提高开关晶体管并且尤其是开关MOTFT的稳定性。驱动方法被设计成为MOTFT开关晶体管产生独立于在相关联的显示器中的扫描线的数量的负偏置消除时间。另外，用于显示器的新的且改进的驱动方法不会增加成本并且易于实现。此外，已经发现，在每个帧期间的休眠时间或消隐时间实际上提高或有助于出瞳距离(eye relief )，并且因此，提高观看期间的舒适度。
[0030]本领域的技术人员将容易想出出于说明的目的而挑选的对本文中的实施例的各种改变和修改。在这样的修改和变化不脱离本发明的精神的程度下，这样的修改和变化旨在被包括在本发明的范围内，仅通过随附权利要求的合理解释来评估本发明的范围。
[0031]已经以如此清晰简明的术语充分描述了本发明，以使得本领域的技术人员能够理解和实践本发明，本发明要求保护的是:
【权利要求】
1.一种驱动显示装置的方法，所述方法包括以下步骤: 提供包括限定显示器的像素的行和列的像素阵列，在所述像素阵列中的每个像素包括开关/驱动晶体管电路和至少一个发光装置，每行像素具有耦合到在所述行中的每个像素的每个开关/驱动晶体管电路的扫描线，并且每列像素具有耦合到在所述列中的每个像素的每个开关/驱动晶体管电路的数据线； 限定帧周期并且将所述帧周期划分成写入子帧、显示子帧和休眠子帧，在所述帧周期期间，在所述像素阵列中的每个像素被寻址； 在所述写入子帧期间，将扫描脉冲供应至每条扫描线，将数据信号供应至每条数据线，并且禁用所述发光装置； 在所述显示子帧期间启用所述发光装置并且禁用所述开关/驱动晶体管电路；以及在所述休眠子帧期间，将休眠脉冲供应至所有扫描线并且禁用所述发光装置，由此，通过提供独立于扫描线的数量的负偏置消除时间，驱动所述显示装置的方法使得所述开关晶体管更加稳定。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述扫描线在所述显示子帧期间恢复至静态电压以断开所有的开关/驱动晶体管电路。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述写入子帧是总帧周期的大约5%至大约50%。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述显示子帧是总帧周期的大约40%至大约90%。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述休眠子帧是总帧周期的大约1%至大约50%。
6.如权利要求1所述的方法，其中，所述休眠脉冲通常充分长以为所述开关/驱动晶体管电路中的开关晶体管提供反 向补偿足以充分使所述开关晶体管完全稳定。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述扫描脉冲和所述休眠脉冲接通所述开关/驱动晶体管电路。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述休眠脉冲为所述开关/驱动晶体管电路中的驱动晶体管提供一些反向补偿。
9.如权利要求1所述的方法，其中，所述提供开关/驱动晶体管电路的步骤包括在所述开关/驱动晶体管电路中提供MOTFT开关晶体管。
10.一种驱动显示装置的方法，所述方法包括以下步骤: 提供包括限定显示器的像素的行和列的像素阵列，在所述像素阵列中的每个像素包括开关/驱动晶体管电路和至少一个发光装置，每行像素具有耦合到在所述行中的每个像素的每个开关/驱动晶体管电路的扫描线，并且每列像素具有耦合到在所述列中的每个像素的每个开关/驱动晶体管电路的数据线； 限定帧周期并且将所述帧周期划分成写入子帧、显示子帧和休眠子帧，在所述帧周期期间，在所述像素阵列中的每个像素被寻址，所述写入子帧为总帧周期的大约5%至大约50%,所述显示子帧为总帧周期的大约40%至大约90%，并且所述休眠子帧为总帧周期的大约1%至大约50% ； 在所述写入子帧期间，将扫描脉冲供应至每条扫描线，将数据信号供应至每条数据线，并且禁用所述发光装置； 在所述显示子帧期间启用所述发光装置并且禁用所述开关/驱动晶体管电路；以及 在所述休眠子帧期间将休眠脉冲供应至所有扫描线并且禁用所述发光装置，所述休眠脉冲通常充分长以为所述开关/驱动晶体管电路中的开关晶体管提供反向补偿足以充分使所述开关晶体管完全稳定。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述扫描脉冲和所述休眠脉冲接通所述开关/驱动晶体管电路。
12.如权利要求10所述的方法，其中，所述休眠脉冲为所述开关/驱动晶体管电路中的驱动晶体管提供一些反向补偿。
13.如权利要求10所述的方法，其中，所述扫描线在所述显示子帧期间恢复至静态电压以断开所有的开关/驱动晶体管电路。
14.如权利要求10所述的方法，其中，所述提供开关/驱动晶体管电路的步骤包括在所述开关/驱动晶体管电路中提供MOTFT开关晶体管。
15.一种具有驱动设备的显示装置，所述显示装置包括: 像素阵列和相关联的电路，所述像素阵列和相关联的电路包括限定显示器的像素的行和列，在所述像素阵列中的每个像素包括开关/驱动晶体管电路和至少一个发光装置，每行像素具有耦合到在所述行中的每个像素的每个开关/驱动晶体管电路的扫描线，并且每列像素具有耦合到在所述列中的每个像素的每个开关/驱动晶体管电路的数据线； 所述像素阵列包括帧周期，在所述帧周期期间，在所述像素阵列中的每个像素被寻址，并且所述帧周期被划分成写入子帧、显示子帧和休眠子帧； 所述相关联的电路被设计成在所述写入子帧期间将扫描脉冲供应至各扫描线、将数据信号供应至各数据线、并且禁用所述发光装置； 所述相关联的电路被设计成在`所述显示子帧期间启用所述发光装置并且禁用所述开关/驱动晶体管电路；以及 所述相关联的电路被设计成在所述休眠子帧期间将休眠脉冲供应至所有扫描线并且禁用所述发光装置，由此，通过提供独立于扫描线的数量的负偏置消除时间，所述驱动设备使得所述开关晶体管更加稳定。
16.如权利要求15中所述的具有驱动设备的显示装置，其中，所述相关联的电路被设计成在所述显示子帧期间使所述扫描线恢复至静态电压以断开所有开关/驱动晶体管电路。
17.如权利要求15中所述的具有驱动设备的显示装置，其中，所述相关联的电路被设计成供应接通所述开关/驱动晶体管电路的扫描脉冲和休眠脉冲。
18.如权利要求15所述的具有驱动设备的显示装置，其中，所述至少一个发光装置包括LCD、EPD或OLED中的一种。
19.如权利要求15所述的具有驱动设备的显示装置，其中，所述开关/驱动晶体管电路包括MOTFT开关晶体管。
【文档编号】H01L29/10GK103443923SQ201280010478
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2012年1月27日 优先权日:2011年2月24日
【发明者】谢泉隆, 俞钢 申请人:希百特股份有限公司