用于提高motft中的穩定性的驅動方法

用于提高motft中的穩定性的驅動方法
【專利摘要】一種驅動顯示裝置的方法，該方法包括提供包括像素行和像素列的像素陣列，每個像素包括開關/驅動晶體管電路和至少一個發光裝置。每行像素具有掃描線，并且每列像素具有數據線。該方法進一步包括限定幀周期并且將幀周期劃分成寫入子幀、顯示子幀和休眠子幀，在幀周期期間，在像素陣列中的每個像素被尋址。在寫入子幀期間，掃描脈沖被供應至每條掃描線，數據信號被供應至每條數據線，并且發光裝置被禁用。發光裝置在顯示子幀期間被啟用，并且開關/驅動晶體管電路被禁用。在休眠子幀期間，休眠脈沖被供應至所有的掃描線并且發光裝置被禁用。
【專利說明】用于提高MOTFT中的穩定性的驅動方法
【技術領域】
[0001]本發明總體涉及MOTFT中的穩定性，并且更具體地，涉及用于提高MOTFT中的穩定性的驅動方法。
【背景技術】
[0002]金屬氧化物薄膜晶體管(MOTFT)在各種裝置中被使用，但主要在并入到顯示器中的有源矩陣的有源電路中。MOTFT的穩定性(B卩，MOTFT接通或斷開的閾值電壓)在由MOTFT執行的許多操作中是關鍵的。參見例如在2010年10月29日提交的、序號為12/915，712、題為“Metal Oxide TFT with Improved Stability (具有改進的穩定性的金屬氧化物TFT)”的同時待審美國專利申請中關于TFT中的正閾值電壓漂移的討論，上述專利申請通過引用被并入本文。
[0003]MOTFT的穩定性受到金屬氧化物的抗氧化和抗還原的控制。MOTFT在正偏置下的不穩定性是由于易于氧化。MOTFT在負偏置下的不穩定性是由于易于還原。由于氧化是還原的逆向操作，所以抗氧化與抗還原相反。正偏置下的穩定性(抗氧化)通常以犧牲負偏置下的穩定性(抗還原)為代價，并且反之亦然。
[0004]難以提供在正偏置和負偏置兩者下均穩定的金屬氧化物。為了實現在正偏置下穩定的MOTFT (尤其是具有大能隙的那些)，TFT溝道必須是抗氧化的。另一方面，為了實現在負偏置穩定的M0TFT，TFT溝道必須是抗還原的。一個重要挑戰是提供對于正負偏置均穩定的 MOTFT。
[0005]因為金屬氧化物的離子屬性，所以MOTFT的穩定性在平衡的AC驅動條件下比在DC驅動條件下更好。能夠在平衡的AC條件下驅動MOTFT是有利的。
[0006]在負偏置下，在MOTFT中的還原過程相對慢并且會受到脈沖偏置的阻撓。在短于例如大約20毫秒的周期內，通過施加正偏置持續短時間以阻撓還原過程，能夠消除負偏置或甚至使負偏置反向。已經觀察到，例如，通過以50%占空比消除負偏置(例如，恢復到零偏置)，穩定性大大提高。當脈沖周期短于20毫秒時，例如，已經觀察到，閾值電壓穩定性能夠被維持更小的占空比，甚至短至周期的1%。這與在共價半導體中，諸如由a-Si或LTPS形成的TFT中產生的那些器件形成強烈對比。另一方面，在MOTFT的穩定性上，脈沖正偏置移除的效應不太顯著。
[0007]在MOTFT的主要用途或使用興趣方面，晶體管能夠被用作簡單的晶體管開關或用作驅動器晶體管。在LCD或Ero應用中，例如，MOTFT被用作開關(如圖1所示)。開關晶體管(在正偏置下)被接通持續短時間，并且在休眠時間(在負偏置下)被斷開。占空比小于1%并且能夠更少。在該應用中，MOTFT開關晶體管需要在大多數負偏置下的穩定性。
[0008]對于OLED應用，需要額外的驅動晶體管來將電流傳送至OLED 二極管(圖2所示)。驅動晶體管的特征在于，電流在大多數時間對應于像素的亮度流動。在該應用中，MOTFT大多數時間在正偏置下。MOTFT驅動晶體管在該應用中需要在正偏置下的穩定性。
[0009]此外，如在圖2中能夠看到的，對于OLED應用，還使用MOTFT開關晶體管。開關晶體管(在正偏置下)被接通持續短時間并且在休眠時間(在負偏置下)被斷開。為了驅動晶體管的穩定性，MOTFT驅動器被優化，這是更關鍵的，因為驅動晶體管的模擬屬性。如上文所解釋的，MOTFT在負偏置條件下的穩定性受損。因此，對于具有為驅動功能被優化的MOTFT的OLED驅動應用，負偏置開關晶體管可能變得有問題。
[0010]對于新一代的IXD，需要高遷移率MOTFT背板。為了實現高遷移率，金屬氧化物應具有高的自由電子密度并且應當是抗氧化的(氧化作用減少自由電子)。因此，高遷移率MOTFT在負偏置下趨向于不太穩定。此外，隨著在顯示器中的掃描線的數量的增加，負偏置消除的占空比變小，使得開關晶體管幾乎總是在負偏置下。
[0011]在典型的視頻顯示應用中，開關晶體管已經在脈沖偏置操作下，也就是，在每個幀中負偏置被移除(轉變到正偏置)持續短的持續時間。負偏置消除的持續時間是幀時間(由每秒的幀數確定)除以掃描線的數量。負偏置消除的占空比是掃描線的數量的倒數。例如，在1000條掃描線顯示器中，占空比是0.1%。這樣的低占空比對于在MOTFT中提供期望的穩定性可能是不充分的。即，在普通開關/驅動條件下的自然負偏置可能未提供使開關晶體管穩定的足夠的負偏置消除。通過提供獨立于掃描線的數量的負偏置消除時間，來提供幫助制造更加穩定的開關晶體管的新的驅動方法和設備將是有利的。
[0012]因此，本發明的一個目的是為顯示器提供新的且改進的驅動方法。

【發明內容】

[0013]簡短地說，為了根據本發明的優選實施例實現本發明的期望目的，提供了一種驅動顯示裝置的方法，該方法包括提供具有像素的行和列的像素陣列，每個像素包括開關/驅動晶體管電路和至少一個發光裝置。各行像素具有掃描線，并且各列像素具有數據線。該方法進一步包括定義幀周期并且將幀周期劃分成寫入子幀、顯示子幀和休眠子幀，在幀周期期間，在像素陣列中的每個像素被尋址。在寫入子幀期間，掃描脈沖被供應至每條掃描線，數據信號被供應至每條數據線，并且發光裝置被禁用。發光裝置在顯示子幀期間被啟用，并且開關/驅動晶體管電路被禁用。在休眠子幀期間，休眠脈沖被供應至所有的掃描線并且發光裝置被禁用。因此，通過提供獨立于掃描線的數量的負偏置消除時間，新的驅動方法使得開關晶體管更加穩定。
[0014]本發明的期望的目的進一步根據具有驅動裝置的顯示裝置來實現，該顯示裝置包括:像素陣列和相關聯的電路，像素陣列和相關聯的電路具有限定顯示器的像素的行和列，在像素陣列中的每個像素包括開關/驅動晶體管電路和至少一個發光裝置，每行像素具有耦合到在該行中的每個像素的每個開關/驅動晶體管電路的掃描線，并且每列像素具有耦合到在該列中的每個像素的每個開關/驅動晶體管電路的數據線。像素陣列包括幀周期，在幀周期期間，像素陣列中的每個像素被尋址，并且幀周期被劃分成寫入子幀、顯示子幀和休眠子幀。相關聯的電路被設計成在寫入子幀期間，將掃描脈沖供應至每條掃描線、將數據信號供應至每條數據線，并且禁用發光裝置。相關聯的電路進一步被設計成在顯示子幀期間啟用發光裝置并且禁用開關/驅動晶體管電路。相關聯的電路進一步被設計成在休眠子幀期間將休眠脈沖供應至所有的掃描線并且禁用發光裝置。因此，通過提供獨立于掃描線的數量的負偏置消除時間，新的驅動設備有助于使得開關晶體管更加穩定。【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]對于本領域的技術人員而言，本發明的前述和進一步的更加具體的目的和優勢將從結合附圖對其優選實施例作出的下列詳細描述而變得顯而易見，在附圖中:
[0016]圖1是單個IXD/Ero顯示元件的MOTFT開關電路的簡化示意圖；
[0017]圖2是單個OLED顯示元件的MOTFT開關/驅動電路的一個示例的簡化示意圖；
[0018]圖3是單個OLED顯示元件的MOTFT開關/驅動電路的另一個示例的簡化示意圖；
[0019]圖4示出根據本發明的顯示器的數據線上的波形；以及
[0020]圖5示出根據本發明的顯示器的掃描線上的脈沖波形。
【具體實施方式】
[0021]總的來說，本公開適用于包括像素行和像素列的顯示裝置。這里，應理解，每個像素包括至少一個光產生(例如，OLED)或傳導(例如，IXD或EPD)裝置，并且能夠包括多達四個、五個或更多(例如，對于全色顯示器而言)。光產生和/或光傳導裝置在下文中被稱為“發光裝置”。此外，每行像素將具有耦合到其的至少一條掃描線，并且每列像素將具有耦合到其的至少一條數據線。為了方便理解，將描述對于每行單條掃描線和對于每列單條數據線，應理解該描述旨在包括多個掃描和數據線，如果使用的話。另外，在使用術語“行”和“列”時，應理解，能夠旋轉任何顯示器，由此，排和列反轉，使得掃描線和數據線反轉，并且本公開和權利要求旨在包括這樣的變化。
[0022]具體參照圖1，圖示出用于IXD或EH)顯示器的典型的開關/驅動電路10。開關/驅動電路10包括金屬氧化物薄膜晶體管(MOTFT) 12，其中源極/漏極電路將數據輸入線連接至存儲電容器14的一個端子。電容器14的相對的端子連接到回路(return)。M0TFT12的柵極連接到掃描輸入線。M0TFT12的源極/漏極電路還連接至以16指定的IXD或EPD的一個端子。IXD或EPD16的相對端子連接到回路，該回路可以與連接至電容器14的回路相同或者可以是不同的回路，取決于系統的具體構造。在運行中，在數據被存儲在電容器14中的同時，掃描線將M0TFT12接通持續很短的一段時間。然后，存儲在電容器14中的數據(電荷)被施加到IXD或EPD16以根據正在顯示的圖像來控制亮度。如所理解的，IXD或ETO16通過電容器上的電荷被激活，以引導來自某種形式的背光的光從中穿過，并且通過接通或斷開背光能夠啟用或禁用IXD或EPD16。
[0023]現在參照圖2，圖示出用于OLED顯示器的典型的開關/驅動電路20。開關/驅動電路20包括開關晶體管(M0TFT)22，其中源極/漏極電路將數據輸入線連接至存儲電容器24的一個端子和驅動M0TFT25的柵極。開關晶體管22的柵極22連接到掃描輸入線。M0TFT25的源極/漏極電路將功率端子27上的電壓源Vdd連接至0LED26的正端子。電容器24的另一端子也連接至功率端子27。0LED26的負端子連接至公共回路28 (通常被稱為共陰極)。在運行中，在數據被存儲在電容器24中的同時，掃描線將M0TFT22接通持續很短的一段時間。存儲在電容器24中的數據(電荷)被施加到驅動M0TFT25的柵極，驅動M0TFT25將驅動電流供應至0LED26以根據正在顯示的圖像來控制亮度。如所理解的，0LED26和驅動M0TFT25由施加到端子27 (B卩，在端子27與28之間)的電壓來啟用或激活，以為顯示器的像素產生光。
[0024]現在參照圖3，圖示出用于OLED顯示器的另一個開關/驅動電路30。開關/驅動電路30包括開關晶體管(MOTFO32，其中源極/漏極電路將數據輸入線連接至存儲電容器34的一個端子和驅動MOTFT35的柵極。開關晶體管32的柵極連接到掃描輸入線。功率端子(Vdd)37連接到OLED36的正端子。MOTFT35的源極/漏極電路將OLED36的陰極連接至公共負極或回路38 (通常被稱為公共陽極)。電容器34的另一端子也連接至功率端子37。OLED36的負端子連接到公共負極或回路38。在運行中，在數據被存儲在電容器34中的同時，掃描線將MOTFT32接通持續很短的一段時間。存儲在電容器34中的數據(電荷)被施加到驅動MOTFT35的柵極，驅動MOTFT35將驅動電流供應至OLED36以根據正在顯示的圖像來控制亮度。如所理解的，OLED36和驅動MOTFT35由施加到端子37 (B卩，在端子37與38之間)的電壓來啟用或激活，以為顯示器的像素產生光。
[0025]此外，參照圖4和圖5，圖示出對于根據本發明的驅動方案施加到數據線的波形和施加到掃描線的波形。每個波形表示在單個幀期間的單個像素的操作，并且根據本發明，每個幀被劃分成三個子幀:寫入子幀、顯示子幀和休眠子幀。
[0026]在寫入子幀期間，隨著顯示器和顯示裝置被禁用，掃描脈沖被施加到開關晶體管的柵級，并且在數據線上的數據被寫入到像素存儲電容器中。在本公開中，術語“禁用(disable)”或“禁用的(disabled)”指的是特定裝置或電路通過其而斷開或處于暫時無功能狀態的任何處理或方法。如上所解釋的，例如，通過斷開背光來禁用IXD或EPD，并且通過消除或斷開Vdd電源連接來禁用0LED。例如，僅通過不對數據線施加數據和/或不對掃描線施加掃描脈沖(例如，使掃描線恢復至靜態)，能夠禁用開關/驅動晶體管電路。在寫入子幀期間將數據寫入到存儲電容器類似于傳統有源矩形驅動方案的操作。在寫入子幀期間，存儲在存儲電容器中的數據可能不在顯示器上反映圖像或顯示圖像，直至所有寫入完成為止(即，直至寫入子幀的終點)，這就是為什么在寫入子幀期間禁用顯示裝置的原因。寫入子幀占總幀的百分比從大約5%至大約50%。應理解，寫入脈沖在寫入子幀期間從顯示器的第一掃描線依次循環至顯示器的最后一條掃描線。另外，數據線將時間多路復用視頻信號傳送至空間多路復用存儲電容器以恢復圖像。因為短的時間段，所以開關晶體管必須提供更多的電流，MOTFT能夠容易地實現這點。
[0027]在顯示子幀中，通過使所有的掃描線在顯示子幀期間恢復至靜態電壓來禁用所有開關晶體管，并且啟用顯示裝置。在顯示子幀期間在數據線上的任何信號是不相關的，因為所有的存儲電容器由禁用或斷開的開關晶體管隔離。如上所解釋的，例如，通過接通背光來啟用IXD或EPD，并且通過施加或連接Vdd電源來啟用0LED。所顯示的圖像由存儲電容器上的電荷來表示，該電荷在顯示子幀期間被很好地保存，因為所有的開關晶體管被禁用或被斷開。顯示器將如像素電容器在顯示裝置上表明(manifest)的那樣來顯示圖象。顯示子幀占總幀的百分比從大約40%至大約90%。如將理解的，通常顯示子幀的大小或范圍與其它兩個子幀相比是大的。
[0028]在休眠子幀中，所有的開關晶體管被接通，并且所有的存儲電容器被寫入到休眠電壓或脈沖。在休眠子幀期間，所有的掃描線接收接通所有開關晶體管的休眠脈沖。通常休眠脈沖充分長，以為開關晶體管提供足以使開關晶體管充分完全穩定的反向補償。休眠脈沖的幅度可以不同于寫入脈沖。另外，在休眠子幀期間，所有的顯示裝置被禁用。休眠子幀占總幀的百分比從大約1%至大約50%。三個子幀必須總計達到單個幀。休眠子幀的持續期間以及由此的休眠脈沖的持續期間取決于整個系統中的多個變量，包括例如掃描線的數量、每個幀的長度、休眠脈沖的幅度、所使用的特定開關晶體管(例如，材料大小等)、以及系統中的任何其它變量。數據線對存儲電容器和對在OLED顯示器中的驅動晶體管的柵極提供休眠信號。休眠信號也能夠被用來為驅動晶體管提供一些反向補償。
[0029]因此，已經公開了用于顯示器的新的且改進的驅動方法。驅動方案被特別地設計成提高開關晶體管并且尤其是開關MOTFT的穩定性。驅動方法被設計成為MOTFT開關晶體管產生獨立于在相關聯的顯示器中的掃描線的數量的負偏置消除時間。另外，用于顯示器的新的且改進的驅動方法不會增加成本并且易于實現。此外，已經發現，在每個幀期間的休眠時間或消隱時間實際上提高或有助于出瞳距離(eye relief )，并且因此，提高觀看期間的舒適度。
[0030]本領域的技術人員將容易想出出于說明的目的而挑選的對本文中的實施例的各種改變和修改。在這樣的修改和變化不脫離本發明的精神的程度下，這樣的修改和變化旨在被包括在本發明的范圍內，僅通過隨附權利要求的合理解釋來評估本發明的范圍。
[0031]已經以如此清晰簡明的術語充分描述了本發明，以使得本領域的技術人員能夠理解和實踐本發明，本發明要求保護的是:
【權利要求】
1.一種驅動顯示裝置的方法，所述方法包括以下步驟: 提供包括限定顯示器的像素的行和列的像素陣列，在所述像素陣列中的每個像素包括開關/驅動晶體管電路和至少一個發光裝置，每行像素具有耦合到在所述行中的每個像素的每個開關/驅動晶體管電路的掃描線，并且每列像素具有耦合到在所述列中的每個像素的每個開關/驅動晶體管電路的數據線； 限定幀周期并且將所述幀周期劃分成寫入子幀、顯示子幀和休眠子幀，在所述幀周期期間，在所述像素陣列中的每個像素被尋址； 在所述寫入子幀期間，將掃描脈沖供應至每條掃描線，將數據信號供應至每條數據線，并且禁用所述發光裝置； 在所述顯示子幀期間啟用所述發光裝置并且禁用所述開關/驅動晶體管電路；以及在所述休眠子幀期間，將休眠脈沖供應至所有掃描線并且禁用所述發光裝置，由此，通過提供獨立于掃描線的數量的負偏置消除時間，驅動所述顯示裝置的方法使得所述開關晶體管更加穩定。
2.如權利要求1所述的方法，其中，所述掃描線在所述顯示子幀期間恢復至靜態電壓以斷開所有的開關/驅動晶體管電路。
3.如權利要求1所述的方法，其中，所述寫入子幀是總幀周期的大約5%至大約50%。
4.如權利要求1所述的方法，其中，所述顯示子幀是總幀周期的大約40%至大約90%。
5.如權利要求1所述的方法，其中，所述休眠子幀是總幀周期的大約1%至大約50%。
6.如權利要求1所述的方法，其中，所述休眠脈沖通常充分長以為所述開關/驅動晶體管電路中的開關晶體管提供反 向補償足以充分使所述開關晶體管完全穩定。
7.如權利要求1所述的方法，其中，所述掃描脈沖和所述休眠脈沖接通所述開關/驅動晶體管電路。
8.如權利要求1所述的方法，其中，所述休眠脈沖為所述開關/驅動晶體管電路中的驅動晶體管提供一些反向補償。
9.如權利要求1所述的方法，其中，所述提供開關/驅動晶體管電路的步驟包括在所述開關/驅動晶體管電路中提供MOTFT開關晶體管。
10.一種驅動顯示裝置的方法，所述方法包括以下步驟: 提供包括限定顯示器的像素的行和列的像素陣列，在所述像素陣列中的每個像素包括開關/驅動晶體管電路和至少一個發光裝置，每行像素具有耦合到在所述行中的每個像素的每個開關/驅動晶體管電路的掃描線，并且每列像素具有耦合到在所述列中的每個像素的每個開關/驅動晶體管電路的數據線； 限定幀周期并且將所述幀周期劃分成寫入子幀、顯示子幀和休眠子幀，在所述幀周期期間，在所述像素陣列中的每個像素被尋址，所述寫入子幀為總幀周期的大約5%至大約50%,所述顯示子幀為總幀周期的大約40%至大約90%，并且所述休眠子幀為總幀周期的大約1%至大約50% ； 在所述寫入子幀期間，將掃描脈沖供應至每條掃描線，將數據信號供應至每條數據線，并且禁用所述發光裝置； 在所述顯示子幀期間啟用所述發光裝置并且禁用所述開關/驅動晶體管電路；以及 在所述休眠子幀期間將休眠脈沖供應至所有掃描線并且禁用所述發光裝置，所述休眠脈沖通常充分長以為所述開關/驅動晶體管電路中的開關晶體管提供反向補償足以充分使所述開關晶體管完全穩定。
11.如權利要求10所述的方法，其中，所述掃描脈沖和所述休眠脈沖接通所述開關/驅動晶體管電路。
12.如權利要求10所述的方法，其中，所述休眠脈沖為所述開關/驅動晶體管電路中的驅動晶體管提供一些反向補償。
13.如權利要求10所述的方法，其中，所述掃描線在所述顯示子幀期間恢復至靜態電壓以斷開所有的開關/驅動晶體管電路。
14.如權利要求10所述的方法，其中，所述提供開關/驅動晶體管電路的步驟包括在所述開關/驅動晶體管電路中提供MOTFT開關晶體管。
15.一種具有驅動設備的顯示裝置，所述顯示裝置包括: 像素陣列和相關聯的電路，所述像素陣列和相關聯的電路包括限定顯示器的像素的行和列，在所述像素陣列中的每個像素包括開關/驅動晶體管電路和至少一個發光裝置，每行像素具有耦合到在所述行中的每個像素的每個開關/驅動晶體管電路的掃描線，并且每列像素具有耦合到在所述列中的每個像素的每個開關/驅動晶體管電路的數據線； 所述像素陣列包括幀周期，在所述幀周期期間，在所述像素陣列中的每個像素被尋址，并且所述幀周期被劃分成寫入子幀、顯示子幀和休眠子幀； 所述相關聯的電路被設計成在所述寫入子幀期間將掃描脈沖供應至各掃描線、將數據信號供應至各數據線、并且禁用所述發光裝置； 所述相關聯的電路被設計成在`所述顯示子幀期間啟用所述發光裝置并且禁用所述開關/驅動晶體管電路；以及 所述相關聯的電路被設計成在所述休眠子幀期間將休眠脈沖供應至所有掃描線并且禁用所述發光裝置，由此，通過提供獨立于掃描線的數量的負偏置消除時間，所述驅動設備使得所述開關晶體管更加穩定。
16.如權利要求15中所述的具有驅動設備的顯示裝置，其中，所述相關聯的電路被設計成在所述顯示子幀期間使所述掃描線恢復至靜態電壓以斷開所有開關/驅動晶體管電路。
17.如權利要求15中所述的具有驅動設備的顯示裝置，其中，所述相關聯的電路被設計成供應接通所述開關/驅動晶體管電路的掃描脈沖和休眠脈沖。
18.如權利要求15所述的具有驅動設備的顯示裝置，其中，所述至少一個發光裝置包括LCD、EPD或OLED中的一種。
19.如權利要求15所述的具有驅動設備的顯示裝置，其中，所述開關/驅動晶體管電路包括MOTFT開關晶體管。
【文檔編號】H01L29/10GK103443923SQ201280010478
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2012年1月27日 優先權日:2011年2月24日
【發明者】謝泉隆, 俞鋼 申請人:希百特股份有限公司