特别地，有源矩阵(AM)发射显示器和有源矩阵有机发光二极 管(AMOLED)显示器依赖发光二极管中的电流电平生成像素矩阵 中的发光度级(光发射电平)。每个像素是一个单独的发光二极管， 发光二极管是直接寻址的，其中每个像素有一个采样与保持电路，从 而可以在帧的持续时间内连续地向有机发光二极管(OLED)显示驱 动器施加电压。
平板显示器的功能是，利用与表示原始图像或计算机软件创建的 图像的电压电平一致的各种明暗阴影产生图像。当通过使用不同颜色 的发射像素或二极管，或通过使用相同颜色或白色像素和滤波器，把 这些明暗阴影绘制成诸如红色、蓝色和绿色的不同像素类型时，它们 可以形成或生成彩色。有时，利用其各自光子通量的相加性结合来共 同绘制彩色的三个像素的集合称为子像素，但是在下面的描述中，几 乎不区分像素和子像素，因为子像素本身就是像素，而像集合那样被 控制的像素集合只不过是子像素的合作集合。用于产生彩色的像素或 发射器的集合的操作是技术人员熟知的，因此不再赘述。从电压图像 数据到电流生成的OLED光子发射(通量)电平的转换引起若干复杂 问题，包括显示器的生产，运行期间显示器的老化以及用户或消费者 的现场使用。
在典型常规OLED显示器的情况中，图像或数据电压被放置到 显示像素中的功率晶体管(电流电源)的栅极上，栅极提供并控制到 达OLED像素的电流量或大小。栅极电压越高，电流越高，因此，像 素越亮或发光度越强。通常，利用提供给具有源极、漏极和栅极的薄 膜半导体晶体管(TFT)的电压(信号数据)来控制到达像素发射装 置的电流，以绘制适合的灰度级或像素图像发光度。
迄今为止，常规实现中使用的电路、控制方法、甚至材料具有许 多限制，所以OLED显示板性能忍受并限制以消费者可接受的价格将 此类OLED技术应用于更大的高性能显示器。
此类系统和设备的主要问题是，通过使用按上述方式向TFT施 加的电压图像数据，通常很难(如果不是不可能)为显示器中的各像 素生成一致的电流。该问题变得特别尖锐，由于显示器的物理尺寸变 得更大，具有更多像素，迫使更高的电流和发光度，和/或连续地或间 歇地运行，以获得更长的时间段(它们老化)。该问题至少部分起因 于，在特定栅极电压下的TFT供给的电流取决于许多参数，如TFT 阈值电压，有效电子迁移率以及TFT装置的电流增益(随TFT装置 的不同而不同，是由生产变化、操作期间的环境照射和/或操作历史造 成的)。反过来，这三个参数(阈值电压，有效电子迁移率和电流增 益)取决于例如晶粒间和晶粒内的陷阱密度，半导体厚度和半导体对 栅极的介电陷阱密度。其它因素包括：栅极介电厚度，绝缘体的介电 常数，TFT的几何形状，电子/空穴迁移率和其它因素以及其组合。
问题是，如何确定要施加的电压(如TFT电压)，如何将该电 压接到功率TFT以引起正确的电流电平，从而生成正确灰度级。某 些研究提出特定方式，使用特定的像素发光度来校正提供给像素功率 TFT的电压(例如，参见发明人为Kimura且转让给精工—爱普生的 美国专利号6,518,962 B2；转让给飞利浦的美国专利号6,542,138B1 和6,489,631B2，以及麻省理工学院Eko T.Lisuwandi的论文(参见 “Feedback Circuit for Organic LED Active-Matrix Display Drivers”， 作者Eko T.Lisuwandi，麻省理工学院电气和计算机科学系电气工程 和计算机科学工程硕士论文，2002年5月10日)。然而，用于改善 OLED(甚或其它有源发射显示技术)的这些常规努力并不完全有效， 有这样或那样的缺陷。
例如，美国专利号6,542,138 B1(转让给飞利浦)描述了以下方 法，该方法至多试图在帧持续时间上在某种程度上使像素均匀，但是 并未描述或提出可以控制与一系列灰度级相对应的精确发射电平。本 专利中描述的发明例如使用与信号保持电容并联的光敏放电装置，信 号保持电容在帧时间期间保持驱动TFT的OLED电流上的栅极电压。 来自OLED的光子发射使光敏放电装置释放保持电容器上电压，从而 切断驱动TFT的电流，并使OLED熄灭。熄灭速度依赖于光子发射 的电平；因此，如果像素生成过量的光子发射，则该OLED将比光子 发射生成不足的像素更快地熄灭。作为此类系统的另一个改进，光敏 放电装置是光电晶体管，其栅极是用通过OLED的电流控制的。设计 该电路的目的是，当高电流通过OLED时，光电晶体管处于断开状态， 这是由于高OLED电流的缘故，到达光电晶体管的栅极的电压与地线 接近，但是在处于断开状态时，光电晶体管象一个反向偏压光电二极 管，并且保持电容器上的电荷缓慢泄露到地线上，使得通过OLED的 电流减少，因为电流在减少。由于储能电容器上的不断下降的电压， 光电晶体管上栅极上的电压上升。当电流减少到某个点时，会超过光 电晶体管的阈值电压，使得光电晶体管接通并转储储能电容器中的剩 余电荷，由此切断OLED。于是，其快速性，感觉到的OLED的发光 度是由OLED的发光度级确定的。OLED的发光度越高，OLED的切 断速度越快。
该方案有几个缺陷。首先，为切断OLED而接通光电晶体管取 决于光电晶体管的阈值电压。认为该方案改正的一个问题是，像素电 路中使用的TFT的可变阈值电压。这意味着OLED的切断时间随像 素变化，因此，实际上促成显示器的不同像素之间的不均匀性。其次， 处于低发射值时，施加到光电晶体管的栅极上电压接近于帧时间开始 时的阈值电压。因此，阈值电压的任何变化被大大放大，并且根本不 能很好地控制实际的发光度值的不确定性。第三，观众感觉到的实际 亮度依赖于帧期间的总的光子发射。帧期间的总的光子发射至少部分 依赖于向储能电容器提供的数据电压的初始值，光电晶体管断开期间 的储能电容器的放电速度(依赖于初始电压引起的OLED的发射电 平)，用于控制用储能电容器上存储的电压控制其栅极的TFT的电 流的阈值电压，控制TFT的电流的电流增益，控制TFT的电流的有 效电子迁移率，OLED材料的老化点，OLED材料的色谱以及光电晶 体管的阈值电压。制造工艺不能很好地控制所有这些提及的控制参 数，因此，通过使用美国专利号6,542,138 B1(飞利浦)参考文献描 述或指出的结构和方法不能很好地控制像素均匀性。
发明人为Kimura的美国专利号6,518,962 B2(转让给精工-爱普 生)描述了利用与某一个像素关联的传感器在分配用来进行测量的短 的寻址时间内获取电流电平的电路。本质上，这些是瞬时测量，并且 测量时间太短以至于不能给出实际上可接受的信噪比，以从该测量中 抽取用于确定将向TFT(或OLED像素)提供的电压或电流的有用 信息。预计抽取的信号的数量级为几毫微伏(10-9伏)，预计噪声的 数量级为几伏，这是由于长导线实质上是由开路终止的，所以信噪比 (SNR)小于百分之0.1。此外，可以预计显示器的不同区域有不同 的噪声特性，原因在于不同的局部化的电磁场和处于不同时间的相同 像素。
Kimura等人的(美国专利号6,518,962 B2)的另一个限制是， 所描述的系统和方法把预定信号应用于信号数据线，然后利用电压控 制单元改变该信号以使光度接近参考值。因此，预定数据信号引起的 发光度似乎是不正确的发光度，因为它不同于参考值，随后需要用电 压调整单元进行修改以生成仅仅“接近”参考值的发光度。因此， Kimura的专利实际上与参考值或任何其它目标发光度不匹配。
一般地，其概念与美国专利号6,518,962 B2类似的Lisuwandi 等人的研究工作具有非常长的反馈稳定时间(大于150ms)，所以不 实用，特别是对于其各帧有不同动态内容的普通计算机屏幕、电视机 和类似应用的显示。
基本上，试图控制像素发光度的常规系统和方法，试图测量瞬时 光或发光度级，而瞬时光或发光度级太小且噪声太大，以至于不能准 确地、精确地提供此类控制。因此，它们是无效的，并且随着OLED 显示器的尺寸和性能预期的增加，其限制将更加严重。
当使用非晶硅(a-Si)用于显示电子装置时，这些性能问题或许 更加严重。非晶硅是LCD行业使用的半导体，并且已经在其基础设 施方面投资了数十亿美圆。因此，大部分显示器制造商希望使用非晶 硅。早期研制的OLED有源矩阵显示器使用多晶硅，由于多晶硅具有 更快的速度和更好的稳定性。与非晶硅相比，在多晶硅基础设施方面 的投资非常少，所以成本较高。
我们记得电子集成电路通常使用三种形式的硅。晶体硅用在单块 集成电路(IC)中。这种类型的硅没有晶界，因为该材料是固体晶体。 这种类型的硅(x-Si)只有一个电荷聚集区域，该区域是栅极介质和 与该介质接触的硅表面之间的接触面。该接触面区域仅仅是栅极尺寸 的宽度和长度。
多晶硅(p-Si)是由彼此之间有或多或少的密切接触的粗硅粒组 成的。为了使电子从一个硅粒到达另一个硅粒，进而通过场效应晶体 管(FET)中的p-Si沟道，必须增加某些能量。同时，晶粒间的接触 面可以聚集杂散电荷(正(空穴)和负(电子)杂散电荷)，就像介 质和x-Si材料中的硅晶体之间的接触面一样，但是，现在该区域已经 变得很大。p-Si中的晶粒间的区域与晶粒尺寸成反比。因此，晶粒尺 寸越小，接触区域越大，杂散电荷累积的可能性越大。
在非晶硅(a-Si)的情况中，晶界区域的大小大于p-Si的晶界区 域的大小。收集器电荷通常是确定a-Si装置的电子迁移率和阈值电压 的主要特性，因此，与多晶硅(p-Si)或晶体硅(x-Si)相比，晶界 间的电荷密度的变化引起的电子迁移率和阈值电压的波动对非晶硅 (a-Si)的影响更大。
随着显示尺寸增加，更希望使用非晶硅而非多晶硅或晶体硅。然 而，由于电子和空穴迁移率特性、杂散电荷聚集特性以及阈值电压特 性的差异和波动，并且随着显示装置使用非晶硅，越来越难以在任何 一个瞬间在一个较大的显示表面上保持所需的均匀的显示发光度特 性。
人们进行了各种尝试以克服发射显示器中均匀性问题，包括某些 涉及基于电路的尝试，某些尝试今天仍在使用。某些尝试并不成功， 并且不能满足当今和下一代发射显示应用特别是OLED显示应用的 需要和应用需求。
一个方案试图对像素使用所谓的“电流反射镜”以控制光子发射， 而非使用图像电压来驱动或控制通过OLED的电流，进而控制OLED 像素发光度。在一个尝试中，使用图像电流迫使发光度级电流通过给 OLED提供电源的功率TFT。
另一个方案通过提供一个电路来补偿TFT阈值变化，该电路确 定功率TFT阈值电压，  然后向图像数据电压中增加TFT阈值电压 以补偿阈值电压，所以TFT阈值电压的变化或改变不会引起向OLED 像素发光度提供的电流的变化。
这些基于电路的方法不仅复杂而且制造费用昂贵，并且在保持像 素发光度均匀性方面难以令人满意，因为它们不补偿OLED材料降 级，而是仅仅补偿TFT方面的某些有限变化。
可以理解，对于其中使用OLED或其它发射像素的某些装置而 言，与诸如蜂窝电话或个人数字助理(PDA)设备的带有显示屏的设 备的寿命相比，累积的像素点亮时间较短，因为只是有呼叫或用户交 互时，显示屏才点亮。比较起来，用于平板电视的OLED显示器每天 要显示动态变化的图像达5到10小时。与能够在比较低的级别上令 人满意地提供发光度均匀性和色彩准确度的小蜂窝电话显示屏相比， 用于电视的发光度和色彩均匀性需求更大，电视机必须绘制准确的连 续色调的图像。
本领域技术人员知道，其三种彩色子像素集合的红色发射器、绿 色发射器和蓝色发射器使用不同材料的OLED显示器会以不同速率 老化或降级，所以在运行一段时间之后，显示器中的像素(在不校正 的情况下)具有能够观察到的色彩偏移或色差，这取决于像素发光度 值。同时，可以理解，由于色彩和发光度变化是各像素(子像素)特 有的，所以全面或普遍改变具体彩色通道驱动电路通常是无效的，除 非各像素上的累积影响是相同的。
其它方案试图通过基于测量的发光度与参考发光度的比较进行 校正，实现均匀性的测量。已经相对于发明人为Kimura且转让给精 工爱普生的美国专利号6,518,962 B2描述了这类方案中的一个方案。 根据该方面描述的方案，测量像素的亮度并与参考像素亮度的亮度进 行比较，以生成一个差分信号或差分值。(请注意，尽管通常使用术 语“亮度”，但是亮度是一个主观度量，并且需要考虑观众的理解，而 发光度是一个客观度量。)然后，使用差分信号或差分值来改变用来 驱动向像素提供电流的TFT的信号电压，目的是调整像素亮度，以 便最终的或“固定”亮度(实际上是发光度)“接近”参考值。该方案有 许多问题，并且没有解决均匀性问题。该方法的三个主要问题是：(i) 在稳定到固定值之前像素亮度(实际上是发光度)变化或“激振 (ringing)”，(ii)由于低信噪比级别和噪声引起的不准确性，以及 (iii)由于缺乏像素隔离造成的分辨率不足。通过考察Kimura像素 结构的某个结构，可以更好地理解上述问题。
Kimura等人的(美国专利号6,518,962)用框图方式说明了(参 见Kimura图19)与其发明的第十二实施例一致的显示装置的完整排 列并且包括像素的电路图。重新绘制并用图1A所示的方式重新标记 了Kimura的像素电路结构61，以便随后与本发明的像素电路结构62 的实施例进行适当比较。请注意，Kimura的光电二极管D1与电 压电源线相连，以获取其电压。至少从像素发光度稳定性和可重复性 的观点看，该方案是有问题的，因为该电压电源线上的精确电压依赖 于靠近用于该电压的电压电源的线路使用的电流，因为与该线路(该 列中的)相连的所有像素都是使该线路上的电压下降的拉伸电流。该 电压下降依赖于哪些像素是接通的，以及它们经历的电流拉伸的电 平。换句话说，驱动各Kimura像素的电压取决于供该显示器的其它 像素显示的图像数据。同时，请注意，Kimura像素缺少与薄膜二极 管的隔离。这意味着该列中的所有传感器光电二极管同时影响传感器 读取线路上的电流。
此外，包含它的光电二极管配置和像素结构是有问题的，因为没 有该电流(或电荷，电压)来自何处的信息。参照Kimura的原图19， Kimura建议所有的传感器读取线路进入移位寄存器，并且采用与下 一条线路串行(而非并行)的方式读取每条线路。每条线路的串行读 取操作必须在寻址时间内进行，这意味着非常快的读取速率并且只允 许非常短的时间进行电流测量。这种短暂测量是不精确的，容易受到 噪声的影响，并且通常仅仅支持非常小的信噪比。
其它常规方法也不能克服常规限制。特定发光度级在传感器中引 起光电流，光电流的大小或数量表示(在某些实例中，与发光度成比 例或成正比例)发光度(通过传感器的光子通量)。利用要测量的电 流引起的通过电阻元件(如电阻器)的电流或电压标识发光度。
首先，在稳定和到达稳定发光点之前，像素发光度会在参考值周 围“激振”或振荡一段时间。稳定需要时间，时间是重要的，并且比短 寻址时间(tA)允许的时间更长，对于大部分显示应用(如具有640×480 像素阵列的OLED显示器)，寻址时间为显示帧时间(tf)除以显示 行数(NL)。对于诸如首持计算机或信息设备中使用的比较小的 160×120像素显示屏，寻址时间约为0.13ms，对于诸如膝上型计算机 中使用的比较大的800×600像素显示屏，寻址时间约为0.027ms。比 较起来，由MIT的Eko T.Lisuwandi计算的此类反馈系统的稳定时 间(ts)(参见“Feedback Circuit for Organic LED Active-Matrix Display Drivers”，作者Eko T.Lisuwandi，麻省理工学院电气和计算 机科学系电气工程和计算机科学工程硕士论文，2002年5月10日) 超过100ms。因此，该稳定时间是不可接受的，对有源矩阵类型的显 示器太长。上面描述的问题和限制是常规闭环反馈系统和方法特有 的，在这些系统和方法中，测量、检测或读取参数或值，并将读数反 馈给控制装置，后者改变读取的参数(或根据它导出的参数)，应用 或使用改变后的参数进行操作。在该特定显示器上下文中，对用于显 示不断变化的显示内容的任何显示器而言，帧速率必须超过30帧每 秒以才能防止闪烁。对于显示运动图像的大部分显示器，帧速率为60 帧每秒(fps)。帧持续时间(fps的倒数)将小于20ms，如Kimura 描述的闭环反馈控制方法不能用于实现其显示内容的变化速率超过 的显示器，电视机、计算机显示器的视频速度比6-8fps更快。
该方案的第二个问题是，该方法依赖于利用其物理位置位于显示 区域之外(与玻璃分离)的电流测量电路直接读取该像素中的光传感 器。按照惯例，电流测量电流需要位于显示区域之外，因为直接在显 示玻璃上集成高速电路增大产量损失的费用，并且会增加实际使用的 费用；所以其所处位置不仅仅是一个设计选择。这些常规装置使用反 向偏置PIN二极管作为传感器。由于传感器的高阻抗值(通常在1000 兆欧和1兆欧之间)，所以与传感器相连进而与远离玻璃的测量线路 相连的线路或导体拾取的噪声将严重影响准确读取像素发光度。例 如，检测的信号可能是其范围为几毫伏(mv)的信号电压，对于该信 号上的噪声，当它到达测量装置时通常在几毫伏到几伏的范围内。由 于8比特灰度级显示器的像素均匀性需求可能是百分之0.4，所以超 过它的任何噪声将阻止实现所需的均匀性。由于信号电压为几毫伏， 毫伏对伏的噪声级远远超过仅仅准确测量所需的信噪比(不能低于1 比1)。第三，该方案通常特别是美国专利号6,518,962 B2(Kimura) 描述的方案没有描述并且考虑用于各行的传感器的隔离，因此，不能 隔离传感器的读数，因为显示阵列的某一列中的所有传感器读数被组 合成一个电流，该电流传导到与玻璃分离的测量电路。在有源矩阵显 示器中(与每次只有一行接通的无源矩阵显示器相比)，某一列中的 所有像素都是接通的；因此，由于传感器线路沿垂直方向向上扫描显 示器，所以一列中的所有传感器均与该列的传感器线路相连，并且每 个像素的传感器将影响该传感器线路的总电流，从而不能确定任何一 个像素对该电流的影响。
因此，需要能够解决上述问题和现有技术中的限制的系统、装置、 方法以及计算机程序和计算机程序产品，上述问题包括常规闭环控制 的稳定时间、噪声干扰和传感器隔离问题

用于制造、校准和操作平板显示器以便最初并且在显示器的使用 寿命内在显示器的表面上提供均匀像素和显示器发光度发射级(有时 称为亮度)与色彩以及用来延长此类显示器的使用寿命的系统、装置 和方法。
用于在显示装置中维持均匀像素发光度的稳定反馈显示系统和 方法。该系统包括：具有多个发射图形元素(像素)的显示装置，每 个图形元素是由至少一个电路装置形成的；显示驱动电路，接收来自 外部图像源的原始输入图像信号并将经过修正的图像信号应用于显 示；显示发光度检测器，生成至少一个显示装置发光度值；以及处理 逻辑单元，接收该至少一个显示装置发光度值并向该显示驱动电路传 送信息，该显示驱动电路使用该传送的信息生成变换，以便根据该原 始输入图像信号生成该经过修正的图像信号。
用于控制显示器中的像素的发光度的系统和方法。该方法包括： 存储数字图像灰度级值与生成与数字灰度级值相对应的像素的发光 度的显示驱动信号之间的变换；识别用于特定像素的目标灰度级值； 基于存储的变换生成与识别的目标灰度级相对应的显示驱动信号并 且在第一显示帧期间用驱动信号驱动特定像素；在该第一时间后的第 二时间测量表示特定像素的实际测量的发光度的参数；确定识别的目 标发光度和实际测量的发光度之间的差值；基于确定的差值修改存储 的用于特定像素的变换；以及存储并使用修改的变换生成第一帧时间 后的帧时间期间的特定像素的显示驱动信号。用于控制显示装置中的 像素的发光度的控制系统和电路。
用于操作有源矩阵发射像素显示装置的系统、装置和方法。该方 法包括：存储各像素的校准值和内存中的各像素显示的灰度级；在内 存中存储转换以便把灰度级值的第一表示转换成第二表示；接收图像 像素灰度级值的第一灰度级表示；把第一表示转换成各像素的第二表 示；生成图像数据和控制信号以便在本显示帧时间期间驱动各像素； 生成显示器中各像素的积分光子通量信号，该信号表示本显示帧时间 的部分时间期间的积分光子通量；以每个像素为基础比较多个积分光 子通量信号与校准值，并生成表示差值的多个比较结果；以及识别各 像素的偏差并指示在后续时间期间应用所存储的变换的变化。系统提 供灰度级逻辑，校准存储器，比较器和像素偏差逻辑。
具有积分发光度传感器的发射像素装置，以及操作具有积分发光 度或光子通量传感器的发射像素装置的方法。该装置包括：光或光子 发射装置；驱动电路，生成电流以驱动发光装置到达与图像电压相对 应的预定发光度，并且在帧时间期间向发光装置施加驱动电流；光电 传感器，响应于靠近该发光装置的入射光子通量的变化，展示电特性 的变化，以便在发光装置处于发射状态时截取可测量的光子通量；与 传感器相连的电荷存储装置，用于存储或释放电荷，并且同时展示电 容电荷和与该电荷成比例的电压；以及控制电路，响应于在帧时间的 至少一部分期间的传感器的电特性的变化，控制电荷存储装置的充电 和放电。
自校准发射像素电路、装置和用于操作像素的方法。用于操作的 方法包括：在预定起始电压建立传感电容器；向光子发射装置提供电 流以便以预定的目标光子发射电平发射光子；在至少一部分显示帧时 间期间，使其电特性随传感器上的光子通量变化的传感器受到发射的 光子发射；允许传感电容器经由该传感器从预定起始状态充电或放 电，从而该部分帧时间和部分帧时间期间的电阻确定传感电容器上的 电荷量；在该部分帧时间结束时测量传感电容器上的剩余电压或电 荷，作为积分光子通量和像素发光度的读数；以及通过使用测量的电 压作为反馈参数，在后续显示帧时间期间修改施加到像素上的图像电 压和/或电流。
信息电器设备和用于操作与信息设备关联的显示器的方法。信息 设备包括：显示装置，包括以二维阵列的方式排列的多个有源矩阵像 素，每个像素包括一个光子发射器，发射器驱动电路，用于接收每个 像素的输入图像数据并生成像素驱动信号，目的是在帧时间期间生成 相对应的目标像素发光度，以及发射器发光度传感器和测量电路，用 于测量表示部分测量显示帧时间上的每个像素的实际发光度的电子 参数；以及与显示器相连的显示逻辑，用于接收各像素的与像素发光 度有关的电子参数，并且基于目标像素发光度与测量的像素发光度之 间的差值生成校正，以便在后续时间段内应用于各像素的输入图像数 据。光子发射器可以是OLED，电致发光的，等离子体或平板显示器 中的其它发射装置。信息设备包括：电视监控器，电视接收机，CD 播放器，DVD播放器，计算机监控器，计算机系统，汽车仪表盘，航 空器仪表显示盘，视频游戏机，蜂窝电话，个人数字助理(PDA)， 电话，图形系统，打印系统，记分板系统，娱乐系统，家庭或家用电 器，复印机，全球定位系统导航显示屏，动态艺术显示装置，和/或这 些装置和系统组合成的装置。
附图说明
图1A和图1B是表示典型常规像素结构与根据本发明之实施例 的像素结构的比较的图示；
图2是表示SteadylightTM发射像素与显示校准和稳定电路的实 施例的图示；
图3是表示用于操作具有相应像素传感器积分通量检测反馈的 有源矩阵显示装置的反馈控制系统的第一实施例的图示；
图4是表示用于操作具有相应像素积分通量检测反馈的有源矩 阵显示装置且包括用于修改和控制灰度级逻辑单元的操作的校准存 储器和像素偏差存储器的反馈控制系统的第二实施例的图示；
图5是表示像素传感器与积分光子通量检测和使用电压检测放 大器的测量电路的实施例的图示；
图6是表示像素传感器与积分光子通量检测和使用电荷放大器 转移阻抗放大器的测量电路的实施例的图示；
图7是表示包含发射器、传感器和光子通量积分元件的有源矩阵 像素的第一实施例的图示；
图8是表示包含发射器、传感器和光子通量积分元件的有源矩阵 像素的第二实施例的图示；
图9是表示可以执行的用于在显示器生产过程中校准根据本发 明的有源矩阵显示器的第一校准过程的实施例的图示；
图10是表示可以执行的用于在诸如第一次启动或加电期间的在 生产显示器之后校准根据本发明的有源矩阵显示器的第二校准过程 的实施例的图示；
图11是表示用于操作根据本发明之实施例的显示器的过程的实 施例的图示；以及
图12是表示包含有本发明的功能特征的有源矩阵发射像素显示 装置的实施例的图示。

本发明的目的是，用于制造、校准和操作平板显示器以便最初并 且在显示器的使用寿命内在显示器的表面上提供均匀发光度发射级 与色彩以及用来延长此类显示器的使用寿命的系统、装置和方法。
申请日期为2004年5月6日，发明人为Damoder Reddy和W. Edward Naugler，Jr.，题目为Method and Apparatus for Controlling Pixel Emission的美国实用专利申请序列号10/872,268(代理人卷号 34133/US/2[474125-8])(本文全文引用该申请作为参考)描述并教 导了传感器阵列的价值，提高有机发光二极管(OLED)或其它发射 像素图像质量，增加显示器寿命和降低生产成本。该专利申请中描述 的创新通过使用光敏电阻和/或光电二极管和光电晶体管生成发射测 量，以便向位于显示基片外的数据处理电路发送电压或电流信号。
在其中描述和图2所示的一个电路中，也称为SteadylightTM校 准和稳定电路40(Steadylight是Nuelight公司的商标)，在薄膜晶 体管TFT的源极T1 41上施加电压斜线上升55。来自电压比较器VC1 43的输出管脚P3 42的电压为高电压，从而TFT T1 41把电压斜线上 升传导到TFT的栅极T2 46和储能电容器C1 47。这使得OLED D1 48发射强度越来越强的光，这使得光学传感器S1 50的电阻49不断 下降。当传感器S1 50的电阻下降时，通过接地电阻R1 51的电压不 断下降，从而把不断增加的电压施加到电压比较器VC1 43的管脚P1 44上。在寻址周期开始时，把参考电压46施加到电压比较器VC1的 管脚P2 47上。参考电压代表来自OLED D1 48的所需发射值。当管 脚P2 47上的电压达到与管脚P2上的参考电压相同的电压时，管脚 P3 42上输出电压从正的“接通”电压切换到负的“断开”电压，由此切 断TFT T1 41并冻结到达TFT的栅极T2 46的电压，因此，把OLED D1 48的发射冻结到所需的发射电平上。一个困难是，光学传感器的 电阻S1 50在兆欧姆范围内，使得通过接地电阻R1 51的电压可能随 靠近该电路的电压噪声波动。一个最大的电压噪声源来自于用来处理 光学传感器S1的数据的数字处理电路。其原因在于，在高阻抗电路 中，生成较大电压所需的电流通常非常小。因此，应把阻抗限制在该 像素的位置，才能进行没有噪声的测量。
现在描述的本发明提供用于克服一般与常规有源矩阵显示器关 联，更具体地，与任何发射显示方式(包括例如电致发光装置，等离 子发射装置，或任何其它可控制的发射装置)关联，特别是与有机发 光二极管(OLED)显示器关联的限制的装置、系统、方法和其它装 置，其实现方法是，提供装置以测量和跟踪像素的光子发射或发光度 (所定义的时间段上的积分光子通量)并且使用该信息以确保所有的 降级机制得到补偿，不管它们是由于如非晶硅情况中的栅极阈值漂移 引起的像素驱动电路降级，还是OLED材料本身的降级。
考虑到这里提供的描述，可以理解，即使当发射装置是有关发光 二极管(OLED)时，也有几种类型，包括但不限于小分子OLED， 聚合物OLED(PLED)，磷光OLED(PHOLED)，和/或以单层 或多层有机材料和电极的任意组合的方式用任何有机材料构造的任 何其它有机发光二极管。
在本发明的优点中，本发明提供用于测量时间(帧的持续时间) 上的发光度或光子通量并存储该信息以供显示器稍后用来保持均匀 性、颜色平衡和用来延长使用寿命的系统和方法。通过使用光子通量 积分(传感器S1与特定电路结构中的电容器C2相连)降低在反馈系 统上发现的噪声，反馈系统用瞬时光电流和瞬时反馈影响电压驱动系 统。
在本发明的优点中，本发明认识到，像素中的OLED材料发射 的光(实际上，发射的光子通量)生成的瞬时光电流太小以至于不能 用来控制像素上的电压，因此，我们设计了像素内的光子通量积分器， 从而本发明提供用来计算光子通量在显示帧的时间长度上的积分的 装置，而不是试图测量像素发射的瞬时光子通量。这能够消除帧时间 上的光子通量中的随机瞬时噪声波动。同时，本发明提供使用该像素 装置结构的系统和显示板，以及用于校准、控制和操作该显示器的方 法。因此，本发明能够克服与常规系统和方法关联的问题，其中常规 系统和方法试图使用低数量级的、有噪声的、在上下波动的情况下测 量的瞬时光或发光度测量来控制像素发光度。像素内的积分光子通量 测量也可以补偿像素装置材料和电气性能，操作环境和操作历史。
在本发明的至少一个实施例中，特定发光度在传感器中生成光电 流，该光电流的大小或数量指示发光度(通过传感器的光子通量)。 在本发明的至少一个实施例中，光电流与发光度成比例(线性或非线 性)，并且在至少一个实施例中，光电流与发光度成正比例，或者在 可接受的非线性误差内，与其成线性比例。在一个实施例中，测量电 流通过电阻元件(如电阻器)产生的电流或电压，以标识该发光度。 在其它实施例中，测量诸如电容器的电荷存储装置上聚集的电压，以 标识该发光度。
本发明的实施例能够在显示器的寿命内把像素光子通量保持在 绝对光子通量参考电平的一个灰度级内(如果增加位级，可以获得更 高的精度，增加位级是成本问题)，并且把像素对像素的光子通量均 匀性保持在相同精度内。同时，发明的系统、装置和方法能够在比常 规系统和方法更长的时间段上调整每个像素元件的积分光子通量电 平(因此也能调整像素颜色和显示颜色平衡)，从而可以延长显示器 的使用寿命(和/或用预先计划的方式控制老化或降级)，而不管众所 周知的OLED显示器的降级特性。
与定义显示器的使用寿命关联的一个约定是，使用从发光度为最 大值的初始时刻(t0)开始到发光度降到初始发光度的一半时的半衰 期时刻(tx)的时间。因此，如果显示器的使用寿命为10,000小时(时 刻tx)，它通常意味着显示器将是开始时(时刻t0)的亮度的一半(或 具有一半发光度)。
通过延长到达最大发光度的一半的时间的长度(通过补偿导致一 半发光度的降级)，发明的装置、系统和方法实际上可以延长显示器 和显示系统的实际使用寿命。例如，发明的装置、系统和方法可以把 到达半衰期的时间段延长2倍，3倍，4倍或更多倍(变成2tx，3tx， 4tx或更长)。在一个实施例中，其实现方式是对显示器进行编程，以 便随时间的推移对降级进行控制。我们记得，发明的装置、系统和方 法实际上可以100％补偿发光度的降级(当然，可以补偿数量更少的 降级)，但是如果允许显示器缓慢降级，显示器将更耐久。实现100％ 补偿要求把附加电压应用于驱动TFT的OLED电流的栅极。可用电 压确定可以完整地补偿多长的降级。然而，如果老化被部分补偿，则 显示器将最终到达一半发光度，但是是比无补偿的显示器更长的时 间。
这里使用的均匀性意指，普通或一般观众通常不会在视觉上发现 异常像素相对于显示器中的其它像素的发光度(其中在某些常规系统 中，使用发光度或更宽松的“亮度”来描述其特性)或积分光子通量(作 为刻画详细说明书中描述的本发明的实施例的发光度的特殊方式)的 差异或色差。在将要描述的本发明的上下文中，本发明的实施例能够 保持校准，从而所有像素与参考电平的差值不会超过一个灰度级的一 半。在一个实施例中，假设每个彩色数据的每个像素为8比特(256 级灰度)，则均匀性保持在或好于一个灰度级或±0.4％。这是像素量 化水平上的显示器校准，其中如果确定该像素的发光度或积分光子通 量与参考发光度或积分光子通量不同，则该系统和方法驱动该像素到 达与该参考值最接近的灰度级发光度或积分光子通量。本发明的其它 实施例可以在更精细的校准水平上进行量化，但是，即使视频显示器 中有二分之一的灰度级差异时，人的视觉系统通常也不会发现其变 化。
我们记得“亮度”是一个主观术语。发光度是一个客观术语，有其 物理含义和实际物理单位。最常见的今天仍在使用的实际物理单位是 cd/m2(烛光每平方米)，就是所谓的“尼特”。在本发明的装置、系 统和方法中，传感器的作用是，截取光子并将它们变成电荷载体(空 穴和电子)，使得传感器的材料成为良导体，因此具有比较低的电阻。 在本发明的一个实施例中，比较低的传感器电阻排出电容器(C2)上 的电荷。排出的电荷量与在帧时间期间击中该传感器的光子的数量成 正比。亦即，在帧时间期间计数(积分)光子。该积分光子计数是可 以计量的。
现在在不使用严格理论的情况下提供数值示例，并且举例说明本 发明的装置、系统的实施例的操作的各个方面。传感电容器(C2)的 电容在皮可法拉(pf)，即1×10-12法拉范围内。如果电容器的电容为 1×10-12法拉，并且如果电容器C2把帧开始时10伏特的初始电压变成 帧结束时4伏特的结束电压，则通过该传感器将6×10-12库仑的电荷传 送到地线上。(实际上，起始和结束电压可以选择任意值，然而，通 常电压数值在1到10伏特的范围内。)对应的电荷量为6×10-12库仑。 这约等于37,745,000个电子。由于它只需0.25电子伏特把电子引入到 导带中，并且每个可见(light)光子的能量约为2到3电子伏特(取 决于例如光子波长或能量)，可以计算，红色光子可以使约8个电子 进入导带，蓝色光子可以使约12个电子进入导带。这意味着37,745,000 个电子，意指约4,681,000个红色光子在16.7ms的帧时间内击中该传 感器，或约3,121,000个蓝色光子在相同帧时间内击中该传感器。上 述数值和数目是以例子的方式提供的，目的是为了理解其原理，它们 不是以通过严格计算确定的准确值的方式提供的。实际上，使电子进 入导带取决于许多因素。其中最重要的是量子效率，亦即，使电子进 入导带的光子能量与转化用来使半导体材料发射的光子能量的比值。
因此，可以理解，本发明用作为用于电容器、传感器和帧持续时 间积分时间的光子通量积分器。光子通量是通过单位面积(传感器的 面积)的光子的流量，总光子计数是光子通量在传感器面积上和在帧 或其它适合的部分帧或其它积分时间上的积分。同时，本发明提供隔 离，从而测量一个像素的参数并不影响测量另一个像素的参数。
本发明有多个方面，可以独立使用这些方面，或者为了获得最佳 效果，进行组合以提供更大的协同效应。以下列出这些方面的某些方 面，通过阅读本发明的实施例的描述和附图，其它方面将是显然的。
在一个方面，本发明提供用于高性能稳定有源矩阵发射显示器的 反馈控制系统和方法。在另一方面，本发明提供用于反馈稳定的平板 显示器的有源矩阵显示器和像素体系结构。在另一方面，本发明提供 用于校准有源矩阵显示器和像素的方法。特别地，可以有利地组合这 三个方面，从而可以利用与显示玻璃(或其它显示基片)分离的电路， 如与显示器分离的集成电路(IC)，操作具有所发明的像素与传感器 体系结构和电路的显示板，以提供均匀、稳定的显示系统。
仍然在另一方面，本发明提供用于有源矩阵发射反馈稳定的平板 显示器的高阻抗到低阻抗转换系统。
还是在另一方面，本发明提供用于有源矩阵显示像素和传感器的 高阻抗到低阻抗转换电路。
在另一方面，本发明提供用于供反馈控制系统使用的高稳定性集 成光传感器的结构及其设计方法和制造方法。
仍然在另一方面，本发明提供经久耐用的高稳定性的反馈稳定的 基于非晶硅光电导体的OLED显示器。
在另一方面，本发明提供计算机程序，计算机程序产品，数据结 构，以及可以包含在有形介质或存储设备中并且可以在计算机或其它 处理器或硬件上执行或存储的其它计算机构造和方法，其中硬件包括 处理器和与处理器相连的通用或专用计算机的存储器。
考虑到这里提供的描述和引用的附图，本发明的这些和其它方面 和功能特征将变得明显。
首先，把注意力集中到发明的显示像素的实施例与常规像素结构 的比较上，以便在描述控制其操作的方式之前理解发明的像素的各方 面。接着，描述可以用于发明的显示器与像素结构和体系结构以及用 于其它显示器和像素结构的闭环反馈控制系统的各方面。然后，描述 可以与发明的控制系统一起使用的几个典型像素结构，每一个都有一 个发射器和一个传感器。接着，描述为建立基准积分光子通量电平而 校准传感器的方法，以及为提供所需的操作并支持发明的校准与操作 程序和方法而设计具有适合电容与明暗电阻的传感器的某些设计方 法。接着，描述为保持稳定的一致的操作而校准显示器和电子仪器的 操作。
当像素接通并发射时，它以特定速率发射光子，从而在任意时间 点上总有瞬时发光度。在现有技术中，“亮度”指测量的瞬时亮度。正 如在背景技术部分中指出的那样，与常规系统和方法关联的一个问题 是，像素中的传感器截取的光子的功率是如此小以至随机和/或非随机 噪声源淹没该瞬时信号。特别地，当像素的读取时间小时，这是有问 题的，当不能区分来自一个像素与来自其它像素的读取信号时，此类 问题是复合问题。请注意，功率是能量相对于时间的比率，与本发明 相比，在现有技术中，功率是一个问题。光子通量和发光度是或多或 少可互换的术语，因为两个术语都是功率术语。
进一步参照图1A，我们记得，Kimura等人的像素结构将光电二 极管D1连接到电压电源线以获取其电压，该方案是有问题的，因为 电压电源线上的精确电压依赖于与同一列中的线路相连的所有其它 像素引起的电流。有一个电压下降，后者依赖于该显示列中的其它像 素的接通断开状态和灰度级值。同时我们记得，Kimura像素缺少与 不同像素的光电二极管TFT的隔离。这意味着该列中的所有传感器 光电二极管同时影响到达传感器读取线路的电流，所以不能确定各像 素传感器的值。最后，我们记得，Kimura像素和显示器构造仅允许 非常短的时间来进行电流测量(本质上，电流测量是瞬时的)，由于 低功率，低信号强度和高噪声级的缘故，瞬时测量是不精确的。
比较起来，图1B中的发明像素的实施例至少克服了这些问题。 发明的装置、系统和方法解决了与向发射二极管提供电压有关的问 题，传感器隔离问题，以及噪声和低功率问题。在该说明书中的其它 地方详细描述该像素的结构和操作。
光子通量积分器运行以便在电容器中存储OLED向传感器提供 的能量(功率的积分)。其含义是，在显示帧时间的持续时间上对微 弱光子通量进行积分，例如，对光子能量进行的积分达16.7毫秒(16.7 ms)，即16700微秒(16700μs)。在常规装置和系统中，能量是在 行寻址时间的一部分上测量的，通常为5微秒(5μs)。这意味着在 发明的装置、系统和方法中，已经把信号的功率放大了16.7ms除以 5μs的倍数，增益系数约为3,333倍。这代表约35db的增益。
此外，在信噪比增加了35db的增益的时候，有效地消除随机噪 声，这是因为平均而言，在如此长的积分时间期间，通常可以大致认 为正噪声的影响和负噪声的影响一样多。通过在时间上对信号进行积 分，可以消除随机噪声。这些是超越常规系统和方法的主要优势，常 规系统和方法需要并试图获得瞬时发光度的精密测量，然而，它们不 能成功获得精密测量，因为要检测的信号总要加上或减去随机噪声， 并且随机噪声的大小与要测量的信号的大小至少是类似的。另外，如 果该像素中使用的光电传感器具有的阻抗的数量级为或千兆欧姆(109 欧姆)或在更大范围内，则电压噪声可能在伏特级，这将是信号的1000 倍。
正如在详细说明书中的其它地方描述的那样，与常规方法相比， 发明的设备、系统和方法与常规方法之间的附加差别在于，本发明不 再尝试在完全相同的像素写入时间或周期期间控制像素的发光度。事 实上，在本发明的实施例中，以表示一个显示帧时间(或显示帧时间 的一部分时间)期间的像素发光度的方式确定的积分光子通量，被用 来控制某些后续显示像素帧时间(或此类像素显示帧时间的一部分时 间)期间的积分光子通量(并且通过扩充，控制像素发光度)。在一 个实施例中，后续显示时间是下一个帧时间或其一部分，而在其它实 施例中，它可以是任何未来显示时间，如该像素的帧时间的整数倍时 间，或诸如显示器加电之类的事件触发的后续时间。因此，尽管该控 制和调整看起来是实时的并且显示器的用户不能辨别(例如，可以滞 后一个帧时间，如16.7ms帧时间)，不能辨别基于反馈的实时测量 和控制，但是某些解释表明它不是实时的。另一方面，在一个帧写入 周期内的测量以及在下一个帧写入周期内使用该测量生成像素驱动 信号在时间上十分接近，以至其它解释可以认为此类操作是实时的或 几乎是实时的。其中积分光子通量的测量与考虑该测量对像素驱动信 号的调整之间允许的时间可以是许多分钟、许多小时或许多天，因此， 不太可能用实时方式来刻画该装置、系统和方法。
可以理解，由于显示器中使用的OLED像素(以及其它有源光 子或发光发射器)通常在从先前的工作特性起的数十或数百小时内变 化，所以在调整特定像素之后，更新每帧的像素的驱动特性的需求减 少。因此，对每帧进行测量和调整通常不是必要的。
1.典型控制系统和方法描述
在图3的反馈系统的第一实施例中说明典型显示系统200，该系 统包括两个主要元件，具有多个图形元素或像素202和光子通量积分 器电路203的显示装置201，以及驱动和控制显示装置201的显示驱 动和控制电子电路(可选地，包括软件和/或固件)204。驱动和控制 电子电路负责把图像数据205转换成用于像素202的适合的像素驱动 和控制信号206，从而该图像内的表观灰度级或积分光子通量(以及 用于彩色显示器的颜色)是正确的或与指示的积分光子通量和颜色匹 配。可以理解，在适当选择OLED材料的基础集合的地方，通过保持 合适的彩色基础集合(如红，绿，蓝)，积分光子通量也会保持像素 的颜色平衡。显示装置201还包括传感器，传感器与电容器相连，以 形成与各个像素关联的新颖是光子通量积分器电路(在一个实施例 中，传感器S1与电容器C2相连)，用于基于积分周期TPFI上的积分 光子通量测量发光度的感知特性。传感器203生成传感器输出信号207 (在一个实施例中，多个传感器生成多个传感器信号)，将该信号传 送到显示驱动和控制电子电路204，必要时，驱动和控制电子电路204 使用该信号来修改像素驱动和控制信号206，以实现并保持各像素光 子通量电平，实现显示器的多个像素之间的均匀性性能。在一个实施 例中，存在与各像素202关联并且位于该像素内或与该像素邻近的传 感器203，所以像素积分光子通量和均匀性是以每个像素为基础实现 的，而非全局性地处理整个显示器。
有利地，本发明的装置、系统和方法也可以分别提供各像素的积 分光子通量的测量，并且此类测量不限于一行像素，一列像素或像素 的任何其它集合的测量。同时，本发明的实施例提供独立的像素传感 器输出信号，从而不需要在公用传感器线路上逐次检测或测量电流， 电压或其它的光子通量读数，积分光子通量或发光度。
逐一像素的方案特别有利，因为它允许对每个像素进行调整和校 正，以解决每个像素的运行历史差异，从而尽管有这些历史运行差异， 也能实现相同的或所需的像素积分光子通量。对于其任意时间点的积 分光子通量和其它运行参数高度依赖于各像素级别的往昔运行历史 的OLED显示像素或其它显示类型，这解决了显示器老化，显示器和 像素“预烧(burn-in)”问题，以及其它与运行和老化有关的问题。
本发明的另一个实施例包括图3的实施例的至少某些功能特征 以及附加功能特征。在该实施例中，图像数据205是从模拟图像源208 接收的或由其生成的，模拟图像源208提供模拟信号，如RGB复合 信号，单独的合成红(R)、绿(G)、蓝(B)信号，单色或黑/白 信号，或任何其它信号源或类型的图形、文本、符号、图像、图画或 其它数据。该数据可以是动态的(随时间变化)或静态的。此类图像 数据的例子是电视(TV)模拟或数字信号，计算机显示信号(如 half-VGA，VGA，super-VGA，任意一种数字显示接口等)，蜂窝或 移动电话显示数据，手表，仪表，汽车电子显示数据(例如，汽车仪 表，导航和娱乐)，机载航空电子设备和飞行娱乐，固定和便携游戏 设备，广告牌和其它大显示器，以及任何其它类型的显示和数据。
当图像数据是顺序或连续帧或模拟数据段(如常规电视信号)的 形式时，利用串并(S/P)和模数(A/D)处理电路或逻辑209处理数 据信号205(参见图3)以生成数字红色(RD)，数字绿(GD)和数 字蓝色(BD)信号。可以理解，通过为邻近的R、G、B发射器或像 素(有时称为RGB子像素)提供相同的积分光子通量电平，彩色显 示器可以实现单色或黑/白信号。可选地，如果提供仅单色显示器时， 则需要表示该显示图像的唯一一个像素信号，而非三个(RGB)信号。 此外，如果该图像数据已经是并行和/或数字形式，则可以消除串并转 换或模数处理，或消除二者。对以下描述来说，为了方便描述，假设 显示器是彩色显示器并使用红210-1，绿210-2和蓝210-3信号，为方 便起见称为数字图像输入数据210；然而，本发明应用于有唯一一个 数字输入数据信号的单色显示器也是显然的。同时，该描述将使用更 常见的术语R，G，B或简单的RGB信号来描述通常与彩色显示器或 图像关联的三个信号或数据集。可以从描述的上下文看出这些信号或 数据是模拟的还是数字的。RGB术语也可以代表着色、荧光材料、滤 波器或形成一种颜色或多种颜色的材料的任意集合，或用来制造真、 假或伪彩色显示器的其它基础集合(不依赖彩色基础成分的数目)。
利用图4中的块，即，模拟图像数据208，图像A/D转换器209， 灰度级逻辑Z103(经过修改以接受本发明的输入)，显示控制器Z104， 列驱动器238，行选择240和有源矩阵发射显示器292、293、294， 执行正常显示操作。可选地，可以用数字图像数据块208a代替模拟 图像数据块208和图像A/D转换器209。在两种情况中，都需要向灰 度级逻辑块提供数字图像数据。
提供图4的实施例中的各个块的顶级描述，然后是附加细节。显 示控制器Z104控制所有定时信号，将图像电压数据转换为显示电压 数据。列驱动器238把显示电压下装到行中或者向行传递显示电压。 行选择逻辑240每次启用一行，以接收来自列驱动器的数据。当行选 择逻辑对各行寻址时，采样与保持块Z101对各行的传感器数据进行 采样与保持。模数(A/D)转换器270负责把采样与保持块Z101的模 拟数据转换成数字数据。复用器(MUX)270a把A/D转换器的并行 数据转换成串行数据流。校准存储器250按照像素和按照灰度级存储 第一次生产显示器时记录的原始检测数据。比较器260负责比较(如 大小或差值算术比较)像素发射数据和校准数据。数字或像素偏差存 储器Z102存储各像素和灰度级与校准的偏差。灰度级逻辑块Z103 负责：(i)确定灰度级策略(仅电压，空间和/或瞬时抖动等以实现 所需的发光度)，(ii)用于确定何时向显示驱动控制器发送校正， 以及(iii)用于确定或识别如何使用数字偏差存储器中存储的数据校 正显示驱动控制器。模拟图像数据块208作为模拟格式的图像数据的 信源，当用该方式提供数据时(正在变得过时)。数字图像数据208a 作为数字格式的图像数据的信源(现今越来越普遍)。图像A/D转换 器209把模拟图像数据转换成数字图像数据。
灰度级逻辑块Z103把数字图像数据转换成有源矩阵发射显示器 可以使用的格式，以便如实重建与该图像数据相对应的图像。尽管技 术人员熟知具有本发明的灰度级逻辑块的某些功能特征的功能块，但 是它们与发明的系统和方法中使用的功能块不同，至少部分在于，发 明的灰度级逻辑块Z103包括用于接收来自像素偏差存储器Z102(以 下将进行详细描述)的值的输入，以及通过使用图像A/D转换器209 的输出和来自像素偏差存储器Z102的输出向显示控制器Z104提供新 的输入的结构和方法手段。
灰度级像素逻辑功能块Z103是，能够把按照输入的图像数据确 定的数字灰度级转换成计算的电压以使指定像素发射与该图像所需 的灰度级相同的发光度的任何电路、逻辑、数字功能(可选地，包括 软件和/或固件)或任何其它硬件、软件或混合硬件/软件装置。
应该懂得，根据本文提供的描述，有许多方法来重新格式化该图 像数据，以便用合适的灰度级和颜色来生成显示图像。例如，灰度级 逻辑块可以包括伽马函数，该函数将图像电压数据转换成显示电压数 据，显示电压数据将生成从一个灰度级到另一个灰度级的合适的发光 度变化。灰度级逻辑块中可选择包含的另一个函数是通过使用瞬时抖 动实现灰度级的系统；亦即，把每个帧分成两个或多个子帧。当使用 仅一个子帧对x个灰度级起作用时(其它的总是保持黑暗状态)，通 过在接通状态中使用两个子帧可以使级数翻番。灰度级逻辑块也可以 约定对灰度级使用空间抖动。这意味着每个像素将有一组子像素，将 根据灰度级接通或断开各个子像素。该方法的某些有限形态是已经使 用的彩色显示器，通过使用三种原色生成可见光谱内的所有颜色。灰 度级逻辑块也可以使用瞬时抖动和空间抖动的组合，以实现该灰度级 函数。从灰度级逻辑块中出现的数据被发送到显示控制器块。照字面 意义，显示控制器块控制显示器。它提供用来控制向列驱动器发送显 示电压数据的所有定时信号，并且它提供行选择驱动器的定时，以便 为正在从列驱动器下装到显示器的特定数据行选择正确的行。灰度级 逻辑块Z103确定下装多少电压，而显示控制器确定何时下装电压。 列驱动器接收用于帧的第一行的数字电压电平，将数字数据转换成模 拟数据，并且在显示控制器的控制下，将该数据下装到其间由行选择 驱动器选择的第一行像素。由于这是一个有源矩阵显示器，数据电压 存储在储能电容器上并到达控制TFT的电流的门电路，由此接通该 像素中的OLED。接着，显示控制器发送下一行数据并选择显示器的 下一行，直至该帧中的所有行均已启动。接着，折回到第一行，并且 显示控制器开始下装下一帧。这些方面的显示器操作是技术人员熟知 的，因此不再赘述。
分别或一并与本发明的各个方面有关的功能块和结构是，采样与 保持Z101，A/D转换器270，复用器(MUX)270a，比较器260，校 准存储器(Cal Mem)250，以及像素偏差存储器Z102。灰度级逻辑 块Z103还是常规灰度级逻辑的改进，因为它包括允许它接受并利用 像素偏差存储器的输出的结构和方法组件，其本身基于比较器260的 结果。在本发明的该实施例中，有两个存储块—校准存储器250和像 素偏差存储器Z102。在其它实施例中，存储块可以更多或更少。为 了降低成本，存储器越少越好。然而，为了方便理解本发明的原理， 将引用该实施例中的两个存储块。其它实施例可以使用单一存储器。 在本发明中，在像素中添加称为光子通量积分器的光电传感器系统。 当利用列驱动器发送的数据启动该像素时，OLED发射其形式为光子 通量的光。光子通量积分器中的光敏材料截取该光子通量的一部分， 将其转换成电子并利用光子通量积分器中的电容器进行收集。光电子 的收集在帧的完整持续时间内继续(当帧速率为60Hz时，持续时间 为16.7ms)。在下一帧上，利用位于显示区域之外的采样与保持功 能读取光子通量积分器电容器上的电荷或电压。在一个实施例中，读 取电容器上的电压，在另一个实施例中，读取电容器上的电荷。电容 器上的电荷和电压与帧时间期间的像素的发光度成比例，在某些实施 例中，与其成正比例。
技术人员熟知可以用多种方式读取电压和电荷，图5和图6给出 两个实施例的例子。相对于图7和图8中的实施例描述这些电路及其 变更。可以理解，用于读取电压和电荷(或电流)的电路和方法是技 术人员熟知的，并且这里描述的电路和方法可以应用于多种不同的像 素电路和结构，包括不同的像素发射器电路，像素传感器电路，和/ 或像素光子通量积分器电路。
图5中的实施例是电压读取电路。线路L1同时给功率晶体管T2 和传感器S1提供电压。当关掉像素时，传感器S1的暗电阻非常高并 且传感电容器C2通过S1接收非常少的电荷。在OLED或其它发射 装置或二极管D1(如OLED)处于接通状态并且S1接收光子通量的 帧时间期间，S1的传导率显著增加并允许电荷流入传感电容器C2中， 使得C2上出现相对于地线的电压。(请注意，在该电路的剩余部分 中的传感器S1和传感电容器C2的组合是起作用的，以形成光子通量 积分装置。)该电压与D1发射的光子通量电平成比例。为了读取C2 上电压，通过给线路L2施加电压(这是在启动行时发生的)，接通 传感器TFT晶体管T3。随后，把传感电容器C2的电压施加到运算 放大器(op amp)OA1或等效放大器电路的正电极上。运算放大器 OA1的负电极与诸如地线G2的参考点相连。该电压的放大倍数为电 阻R2(在电压读取放大器中)与L4的线电阻的比率，其中L4与运 算放大器OA1的正输入相连。例如，如果线路L4的线电阻为3K欧 姆而电阻器R2的电阻为3兆欧姆，则电容器C2上的电压被放大30dB (1000倍)，该电压出现在节点P4上。把经过放大的电压发送到采 样与保持电路，以便进一步处理。
图6表示另一个实施例。在该实施例中，当向电荷放大器CA1 的正电极施加例如10伏特的电压时，线路L4也快速上升到10伏特。 在电荷放大器的负输入电极和位于节点P3的输出之间连接电阻R1， 并且以并联方式连接电容C3和电阻R3。在节点P3上出现的电压为 偏移电压，它是由电荷放大器CA1的特性和L4上的泄露电流确定的。 该泄露电流通常是由以下事实引起的，在多行显示器中，每一行都有 与线路L4相连的晶体管T3，尽管除启动行之外的每一行中的T3均 处于断开状态，但是仍然存在与每个T3关联的断开状态电流泄露。 当T3接通时，电容器C2被充电，直至到达CA1的正电极上的电压。 进入C2的电荷使C3减少相同数量的电荷，并且节点P3上的电压上 升。电阻R1通常是一个大电阻，该电阻能够在下次读取时恢复C3 上减少的电荷。实际上，在接通晶体管T3之前读取P3是有利的，以 便测量偏移电压。接着，在T3接通之后进行另一个读取，并且从第 二个读数中减去第一个读数，以给出进入C2的电荷量的数值。因此， 正如在图5的电路的实施例中那样，在帧持续时间期间，来自D1的 光子通量使得电荷从C2移动到地线上。当为下一帧再次选择线路L2 时，利用电荷放大器电路读取C2上的电荷。
列驱动单元238与行缓冲器236和行选择单元240一起运行，以 便顺序选择并向该显示器的每个后续行发送像素信号。通常，列驱动 单元238和行选择单元240的操作是技术人员熟知的，因此不再赘述。
传感器294位于或者被布置在像素292内或其附近，从而当利用 其电平可以使像素292发射的列驱动电路驱动该像素时，它可以接收 从该像素发出所有的光、光子或其它发射的至少一部分。传感器294 也可以响应于环境光或辐射电平。传感器294可以是响应于不同级的 入射光或辐射经历可测量的物理或电特性变化的任何类型的传感器。
因此，传感器294生成一个电信号，其形式为光电流，光电流是 测量的帧时间的周期期间传感器上的入射光子通量的量度或其表示。 在本发明的一个实施例中，传感器在定义的时间段上测量积分光子通 量。在本发明的至少一个实施例中，定义的时间段为帧周期。请注意， 大部分显示器的帧速率至少为60Hz，从而显示的内容(如图像)看 起来才不会闪烁。实质上，60Hz的帧速率相当于16.7ms的帧时间 或帧周期。其它显示器可以在更高频率下运行，以进一步降低可能的 闪烁。实质上，100Hz的帧速率相当于10ms的帧时间或帧周期。
本发明并不限于任何特定帧速率，并且适用于非隔行和隔行显示 器类型。此外，尽管许多描述指出光子通量是在严格的真实的显示帧 时间的周期上进行积分的，为什么光子通量积分需要延续到整个帧时 间上是没有原因的，只是时间要足够长，以提供相对于噪声而言其绝 对值足够大的积分光子通量，从而在所需余量内消除随机噪声的正负 影响。可以预料，可以使用其数量级在帧时间的至少四分之一与一个 帧时间之间的光子通量积分时间，也可以使用约为帧时间的十分之一 (如1.67ms)的光子通量积分时间，因为与先前的例子中解释的现 有技术中的典型的5μs的瞬时测量时间相比，仍然可以提供333倍的 增益。即使在帧时间的百分之一与十分之一之间的光子通量积分时间 也可以提供令人满意的性能。通常，积分时间是一个帧时间，从而一 组控制和定时信号可以用于像素写入操作和积分光子通量传感器读 取操作。可以预料，通过使用噪声消除电路，即使与行寻址时间相同 的时帧也是可行的。
请注意，大部分显示器是在至少60Hz的帧速率下运行的，从而 显示的内容(如图像)看起来才不会闪烁。实质上，60Hz的帧速率 相当于16.7ms的帧时间或帧周期。其它显示器可以在更高频率下运 行，以进一步降低可能的闪烁。实质上，100Hz的帧速率相当于10ms 的帧时间或帧周期。本发明并不限于任何特定帧速率，并且适用于非 隔行和隔行显示器类型。
如果光子通量是按照光子/秒/平方米测量的，则传感器积分或计 数在该时段内传感器面积上截取的光子的总数，从而传感器作为光子 计数器，而不是作为光子、电子或其它能量或粒子的瞬时检测器。时 间上的积分允许获取其大小足以克服可能存在的瞬时噪声的信号，获 取在逐帧之间相对稳定的信号，假设显示像素或驱动该显示像素的电 子电路没有变化。
可以理解，每个显示行内的每个像素(实际上，当用三色RGB 彩色显示器实现时，每个子像素)都有相关联的独立传感器294，并 且每个传感器294生成并向显示玻璃以外的电子电路传送传感器输出 信号207。在一个实施例中，该传感器输出信号为电压(V)，但是 在其它实施例中，该传感器信号为电流(I)。可以在像素或子像素 内，在显示器内，或者在显示玻璃之外的处理电路内，提供附加信号 处理结构或电路，以便把一个信号类型转换成另一个信号类型，和/ 或从原始传感器信号中导出不同的信号。为了简化讨论，本描述限于 以下形式，通过驱动和控制电子电路204处理来自单一特定传感器的 传感器信号207，以实现所需的操作和显示均匀性。实际上，每个像 素(和子像素)有一个传感器，用于生成并向显示以外的电子电路传 送传感器输出信号207，从而可以实现每个像素(和每个子像素)的 测量和基于反馈的校正。在该描述的一个独立部分中，校正和操作程 序将描述以下方式，使用像素传感器数据校正显示器的不均匀性。
传感器输出信号207(显示器中的每一列有一个)被采样与保持 Z101捕获，同时由模数(A/D)转换器270和MUX 270a进行处理， 以便把标准的并行模拟信号207转换成串行数字信号或值V 276。该 数字传感器信号276是由信号比较单元260接收的，该单元负责比较 测量的像素积分光子通量(如传感器输出信号276指示的那样)与参 考像素积分光子通量值251，参考像素积分光子通量值251与校准存 储器250中存储的预期像素灰度级相对应。可以理解，可以对信号电 平进行缩放或其它处理，从而比较单元260比较具有相同比例或范围 的信号，所以可以精确地、准确地计算差额。参考值与特定像素的检 测值之间的差额称为差值或Δ灰度级ΔGs量，将其发送到像素偏差存储 器Z102。
校准存储器250中存储的参考电压可以用多种不同方式生成。在 一个实施例中，放入到校准存储器250中的值是在有源矩阵底板已完 成生产但是在该底板上部署OLED材料之前生成的。此时，有源矩阵 完全暴露在环境照度下。因此，可以时显示器顺序暴露在校准的灰度 级下，各传感器就像在正常操作中那样进行扫描，并用电子方式存储 测量的传感器值，稍后导入到校准存储器250中。另一个实施例使用 以下过程，在显示器生产完成时，调整灰度级逻辑块Z103，通过使 用业界熟知的准则生成所需的颜色混合和发光度均匀性。在显示器第 一次开机或加电时，它进入校准模式，在该模式中，假设第一个传感 器值是正确的，因为显示器没有老化历史。把第一个值存储到校准存 储器中，随后利用它们来保持显示器的初始条件。
像素偏差存储器Z102包含关于初始条件或关于生产过程中的初 始校准的所有像素的状态。灰度级逻辑功能块Z103的目的是，生成 能够在显示器上如实再现该图像数据的正确的数字电压。在显示行业 中，其实现过程是众所周知的，因此不再赘述。
在本发明的实施例中，利用像素偏差存储器中存储的数据修改灰 度级逻辑功能所做的判断。例如，在一个实施例中，如果像素偏差存 储器中的数据指示该像素降低了两个灰度级，则灰度级逻辑功能在为 该图像数据确定的正常数字电压电平中增加两种灰度标度(gray scale)。另一个实施例将从所有其它像素中减去两个灰度级，由此保 持颜色平衡，但是这会降低显示器的动态范围。另一个实施例使用以 下方法，增加降级像素的接通时间，以便把感觉到的发光度增加两个 灰度级。其它实施例包括通过使用业界熟知的技术进行空间和/或瞬时 抖动。
本发明的实施例依据某些规则、策略或计划自动在任何时候执行 校准，或者由用户手动执行校准。自动校准是首选。两个特定方案是， 每帧执行校准，在某些整数帧间隔时执行校准，其中间隔可以是任何 数值，在开机时，在关机时，在某些经过的时间间隔(例如，每1小 时)或依据任何其它方案。可以理解，用户不知道校准正在发生，并 且在用于执行校准的结构就位之后，没有或基本没有与校准关联的损 耗或系统开销。诸如存储器的附加写入操作的操作和/或附加切换或逻 辑操作代表唯一的附加活动，但是与发生的其它操作相比，这些操作 是微不足道的。
可以在与显示器相同的基片(如显示玻璃)上，或者在与显示器 分离的独立基片上，用集成电路的方式实现这里描述的这些和其它电 路。通常，在显示基片之外提供控制系统元件是有利的。特别地，发 明的控制系统和电路的实施例提供采样与保持电路Z101，模数转换 器电路270，复用器270a，比较器电路260，校准存储器250，以及 像素偏差存储器Z102a和像素偏差存储器Z102b。有利地，也可以在 显示基片之外用一个或多个集成电路的方式实现显示控制器Z104， 灰度级逻辑Z103以及图像A/D转换器209。下文详细描述的像素电 路的实施例是用显示器玻璃或基片上的各像素的结构的方式实现的。
2.典型像素装置结构和电路
本发明的一个方面提供从高阻抗到低阻抗的转换。从高阻抗到低 阻抗的转换的出现至少部分在于传感电容器的结构，配置和/或操作。 对传感电容器C2进行充放电的传感器操作是高阻抗操作，因为传感 器的电阻为千兆欧姆。在充放电期间，利用传感器晶体管T3使传感 器线路与高阻抗隔离。在读取期间，传感器晶体管T3打开，从而把 传感电容器C2(与传感器线路L4隔离)连接到传感器线路L4。
传感电容器C2与传感器线路L4之间的阻抗仅仅是传感器线路 的电阻，对于典型实现，其值通常仅为3千欧姆。因此，阻抗差异的 数量级为一百万比一(106∶1)。噪声干扰导致毫微安培的电流，在千 兆欧姆的阻抗系统中，噪声的数量级为伏特，但是在千欧姆的阻抗系 统中，噪声的数量级为微伏。由于在典型显示器实现中正是传感器线 路L4的过长长度拾取噪声干扰，所以当传感器线路与高阻抗系统相 连时，最好不要进行测量。当利用传感器TFT T3隔离传感器S1时， 由非常短的像素电路线路拾取影响传感器S1的噪声；因此，非常少 的噪声(如果有的话)影响传感电容器的充放电。这些切换和阻抗特 性影响像素和传感器电路的成功操作。
现在描述可以与发明的显示器、显示控制系统和方法以及传感器 读出电路和方法一起使用的带有传感器电路的两个典型像素。尽管相 对于这两个实施例描述特定像素发射器、传感器和电路拓扑，但是应 该理解，本发明并不限于仅这些特定电路或装置结构，并且可以变更 其设计和修改特定电子电路装置，如把控制器的类型变成不同的特殊 晶体管、TFT、二极管或其它，并替换所有两极或三极控制或开关装 置。尽管把晶体管表示成TFT类型的晶体管，但是本发明并不限于 仅TFT类型的晶体管。此外，可以对像素电路拓扑进行其它改动， 如通过增加附加电路，这并不背离本发明的实质和范围。也可以把发 射装置的类型修改成不同于OLED发射器的类型，例如可以使用有源 发射器，包括但不限于无机光子发射装置或结构；并且可以修改传感 器的特性，从而除光电阻或光电导装置之外，可以替换成经受响应入 射光子通量的变化的任何传感装置。
相对于图7和图8中的实施例描述的两个电路的一个优点是，它 们提供用于诸如OLED显示器的有源矩阵发射反馈稳定的平板显示 器的高阻抗到低阻抗的转换系统。图7和图8中的电路提供该转换的 方式是，在帧时间期间发生的光子通量积分操作期间，隔离显示玻璃 或基片之外的电路(如电压比较放大器VC1和开关晶体管TFT T4) 与该像素中的传感器S1的高阻抗。当传感器电路L4与高阻抗信源相 连时，这种电路设计可以防止在传感器线路L4上产生噪声。
关于这一点，与高阻抗相连的导线将拾取来自环境的电磁干扰是 众所周知的。通过观察在空中敞开其正负导线的电压表的行为，容易 证明这一点。由于无线电和电视干扰，电压将在正负几伏特的范围内 连续变化。由于S1的电阻在千兆欧姆的范围内或更高，所以对于传 感器线路L4它像一个开路，如果不利用传感电容器C2直接连接L4 与传感器S1的话。在光子通量积分时间期间，传感器TFT T3断开。 在该像素电路结构中，尽管电源线L1不与传感器S1隔离，但是电源 线L1上的噪声不影响该像素或显示器的操作，因为功率TFT T2正 在饱和模式下运行，因此，由于噪声引起的功率TFT T2上的电压变 化(即使其数量级为伏特)不会改变通过T2的电流，因此，从该显 示器的所有像素的像素二极管发射器D1发射的光子保持稳定。
此外，当通过传感器S1对传感电容器C2充电时，在帧时间期 间电源线L1拾取的噪声在零伏特周围波动(平均起来，它有围绕零 伏特的基本相等的正负波动)；因此，噪声消除，并且在截取光子时， 在帧时间之后的传感电容器C2上的电压是由仅传感器S1的放电率引 起的。在行寻址时间期间，当线路选择电压线路L2上的电压升高并 接通驱动TFT T1和传感器TFT T3时，用电压比较放大器VC1读取 传感电容器C2上电压，作为P1上的传感器输入。比较位于P1的传 感器输入与其其它输入上的位于P2的参考电压，以便在输出P3生成 差值或误差电压。在读取传感电容器C2上的电压期间，噪声没有干 扰，因为由噪声引起的电流在毫微安培范围内，至多引起电容器C2 上的电荷的轻微变化，但是由于实质上没有电流通过该高阻抗，所以 低级的噪声干扰不产生电压。
图7和图8的实施例的电路之间的一个主要区别是，在图7的电 路实施例中，传感电容器C2上的电压在帧开始时为零伏特，并且是 在行寻址时间期间在读取时间结束时通过接通接地TFT T4提供的。 另一方面，传感电容器C2的电压为线路L1的电压，它是到达功率晶 体管T2的电源电压，例如为+10伏。当传感器S1与传感电容器C2 一起在帧时间上计算来自OLED D1的光子通量的积分时，位于C2 与T3之间的点P5上的电压朝L1上的电源电压方向(即，朝+10伏 方向)上升。传感器S1接收的并用传感器S1与传感电容器C2之组 合计算其积分的光子越多，传感电容器C2与传感器晶体管T3之间的 电压越接近线路L1上的电源电压。尽管该电路比常规电路和方法有 许多优点，但是在其实际实现中该电路的该特定实施例的一个可能缺 点是，由于像素数目和用L1供电的各像素的OLED发射电平的缘故， 线路L2上的电源电压可能有一个小的波动。由于这可能是像素和发 射电平的任意组合，所以传感电容器C2上的电压读数理论上有某些 轻微的不定性，但是该不定性通常较小，因此与常规电路和方法相比， 其性能仍然能够得到改善。
另一方面，图8描述的电路380以地线和Vcap 355的电压为基 准，该电压是在寻址时间期间通过传感器TFT T3 330和TFT T4 340 晶体管提供或传送到传感电容器C2 327。
尽管两个电路有略微不同的结构和操作，但是它们有某些相同特 征。在每个电路中，与地线相连的发射装置(如OLED二极管)是用 可控电流源(如TFT晶体管T2)驱动的。把电压形式的像素数据值 应用到控制电极(TFT栅极)上，从而像素发射(光子数)与其预期 的积分光子通量相关。我们记得，把传感器S1 324和电容器C2 327 连接起来作为带有像素发射元件(OLED二极管)的光子通量积分器 装置339(连同支持电路一起)，以便从发射器发射的有代表性的可 测量的光子数投射到传感器上，并且传感器与电容器的组合生成光子 计数。传感器S1和电容器C2的组合积分或计数它在定义的时段内收 集的光子的总数(在一个实施例中，显示帧时间为16.7毫秒)。该积 分光子通量是一个有用测量，因为它可以比任何瞬时测量提供更大的 可重复性和对噪声的免疫性，提供更大的信号幅度，并且光子通量的 积分性质很可能是观察者感觉到的积分光子通量的更好的表示，这是 因为人的视觉系统有比较慢的响应和等待时间的缘故。
在建立了参考积分光子通量后，向控制系统传送该传感器信号， 并与该参考值一起使用，以调整将在下一个校准时段(如下一帧)期 间应用于该控制器的数据信号，从而实际像素积分光子通量(OLED 二极管或其它发射器发射的有效光子)与所需的积分光子通量(校准 期间确定的光子数)匹配。
在描述了像素电路结构和操作的某些共同方面之后，现在把注意 力集中到图7和图8所示的两个实施例的更详细的描述上。
现在相对于图7描述带有发射器、传感器、光子通量积分和控制 部件的有源矩阵显示像素的实施例。在其漏极(DT1)端子311，像素 二极管驱动晶体管T1 310与图像电压线路L3 301相连，在其源极 (ST1)端子312，与储能电容器C1 314的第一端子315以及功率控 制晶体管TFT T2 320的栅极端子(GT2)323相连，在其栅极(GT1) 或控制端子313，与线路选择电压线路L2 302相连。在其漏极端子 321，功率TFT晶体管T2 320与电源电压线路L1 301相连，同时， 该漏极端子在一个公共结点与传感器S1 324的第一端子325和传感电 容器C2 327的第一端子328相连。储能电容器C1 324的第二端子316 与功率TFT T2 320的源极端子322和发射器(OLED二极管)336 的输入端子337相连。OLED发射器336的输出端子337与地线305 相连。传感器S1 324的第二端子326与传感电容器C2 327的第二端 子329相连。在结点P5 334测量或读取校准读取电压(Vcal)，结点 P5 334是通过按以下描述的方式连接传感器S1输出326和传感电容 器端子329限定的。结点P5还与传感器TFT T3 330的第二端子331 相连。同时，传感器TFT T3 330在其源极端子332与传感器线路L4 304相连，传感器线路L4 304在电压比较器VC1 350的输入端口P1 351提供一个输入信号。电压比较器350在第二输入端口352上接收 参考电压，并生成一个差值或误差信号P3 353，该信号是以P1 351 与P2 352输入之间的差值的方式计算的。在本实施例中，同时，在公 共结点351上，施加作为电压比较器VC1 350的输入施加的传感器输 出，作为接地TFT T4 340的漏极端子341输入。TFT T4 340的源极 端子342与地线306相连，并且在其栅极端子343上接收控制信号344。 这些晶体管提供开关，以便不时连接像素元件，并且在相同或不同时 刻隔离其它像素元件，从而可以精确地、准确地实现小电压、电流、 电荷和/或光子计数的严格管理、控制和/或测量。请注意，依据用于 晶体管的n型或p型材料，可以颠倒TFT的源极和漏极。
在描述的电路的某些元件彼此合作并影响像素发射器的操作、像 素光子通量积分器以及测量和校准操作的时候，可以开发出某些近似 类别以帮助读者理解本发明的各个方面；然而，这些类别并不是用来 限制本发明的范围的，这是因为正如在本说明书中详细描述的那样， 描述的电路元件有时影响不止一个类别，而在另外场合根本没有任何 影响。考虑到这一点，驱动TFT T1、储能电容器C1、功率控制TFT T2和二极管D1主要影响OLED二极管发射器的操作；传感器S1、 传感电容器C2和传感器TFT T3主要影响确定或生成积分光子通量 测量的操作；在本实施例中，电压比较器VC1和接地TFT T4主要影 响读取积分光子通量测量和确定测量值和参考值之间的差值，从而可 以应用校正，以便按测量的积分光子通量的指示调整像素发射器发光 度。
在描述了图7中的电路元件的一般拓扑和连通性之后，现在把注 意力集中到其操作上，以便更好地理解本发明的附加方面和优点。把 通常在10到15伏特范围内的电源电压(VPS)施加到线路L1 301上， 作为用于OLED D1 336的电源和用于传感电容器C2 327的充电电 源。本发明并不限于任何特定范围，可以使用与装置特性一致的更高 或更低的电压。同时，向线路L2 302施加线路选择电压(VLS)，以 使数据驱动TFT T1 301接通。同时，向线路L3 303施加代表要显示 的图像且称为图像电压的图像电压(VIM)，由于数据驱动TFT T1 301 是接通的(即，导电)，所以TFT T1将该图像电压(VIM)传送到 功率控制TFT T2 320的栅极GT2 323和储能电容器C1 314。这使得 将由TFT T2 320传送的装置电流(ID1)到达OLED D1 336，并且从 OLED D1 336发射特定的光发射电平，该发射电平是计算的图像所 需的合适的光发射(ECALC)。当显示器是新显示器并且由厂商进行 初始调整时，图像电压将生成正确的像素/OLED发射值。在一个实施 例中，传感器S1 324所处物理位置与OLED D1 336的阳极接触以便 获得最佳的光耦合，从而在OLED发射时，传感器S1收集或截取 OLED发射的光子的至少一部分，优选地，尽可能收集或截取同样的 发射光子，以提高积分光子计数和信号强度。就发光度而言，在本实 施例中，传感器S1接收与OLED像素发射的发光度相同或基本相同 的发光度，这是因为总体上击中该像素(该像素的传感器部分)的通 量密度与该像素(该像素的发射器部分)发射的通量密度相同，因为 优选地这些部分是(但未必是)接触的。(其它实施例提供其物理位 置与OLED接近的但不与OLED D1的阳极接触的传感器S1，从而它 收集或截取足够的光子，以提供有用的传感器信号。)  在一个实施 例中，传感器S1为光电阻(或光电导)传感器，其中随OLED发射 器发射的光子通量密度的增加，其电阻降低(即，电导率增加)。
在帧持续时间(TFR)期间(在60帧每秒(fps)时帧持续时间 为16.7ms)，从OLED D1 336发射的光照射到传感器S1 324上，使 得传感器S1 324的电阻(Rs1)347元件的电阻下降，其下降与光(光 子)发射的强度成比例。在显示帧时间期间，传感电容器C2 327是 通过传感器S1 324进行充电的。帧持续时间和帧时间期间的传感器 S1的平均电阻(Rave)348确定传感电容器C2放电的电荷量。传感 电容器C2释放的电荷量是一个重要参数，因为它控制或确定连传感 电容器C2和传感器TFT T3的结点P5上电压(VCAL)。该读取的校 准电压将是需要发送到确定校正的电路或其它逻辑的读数值，其中在 正常操作期间，利用该校正来校准和维持显示器的均匀性和颜色平 衡。(本发明的不同实施例提供不同的读取电路，这些读取电路是在 本详细说明书的其它地方描述的。)重要的是请注意，在传感电容器 C2与传感器TFT T3之间的结点P5上测量的电压越高，传感器S1 检测或截取的光子通量(像素发光度)的数值越高。其发生的原因在 于，S1的电阻值越低，传感电容器C2与传感器TFT T3之间的结点 P5上的电压与L1上电源电压越接近(其差值越小)。
参照图8，该图说明本发明的第二实施例。本详细说明书中编号 相同的元件的操作相同或相似，除非描述此类差异。两个电路之间有 许多相似性，并且此处不再重复这些元件的完整拓扑和连通性。在该 实施例中，正如在使用电源线充电的图7的第一实施例中那样，首先 把传感电容器C2 327充电到预定电压，但是在该实施例中，利用TFT T4 340和比较器充电电压电源(Vcap)355通过传感器线路对传感电 容器C2 327进行充电，例如，充电到+10伏特(或任何其它电压值)。 (我们记得，图7的实施例不是如此利用电容器充电电压Vcap的， 并且请注意，TFT T4晶体管能够在电压比较器350的P1输入与Vcap 355之间而非在P1输入与地线306之间交相感应。)
在帧时间期间(例如，对于60帧/秒(fps)的系统，帧时间约为 16.7ms)，来自OLED D1的光或光子使得传感器S1 324的电阻值 下降，从而会加快传感电容器C2 327到接地的放电。与图7的实施 例相比，在图8的实施例中，传感电容器C2 336上的电压朝着位于 G1 305的接地电压(或其它电压)的方向移动，而不是象图7的实施 例中那样朝着正向电源电压的方向移动。因此，从OLED D1发射的 光子通量越多，传感器S1的电阻值越低，帧时间期间的放电电流越 高，并且当在读取时间期间测量传感电容器C2时，传感电容器C2 上的剩余的电压越低。因此，图8的实施例优于图7的实施例，因为 与在电源电压线L1上相比，在传感器线路L4上可以更好地控制充电 电压，但是，两个实施例都是有用的，并且明显优于常规电路和方法。 通常，对于实际实现，电源电压线L1上的电压随线路L1输送的电流 量和正在测量的行变化。对于许多显示器体系结构而言，行数越高， 该行与电源线L1的距离越远，并且到达该行的电源线中的电流乘电 阻(I*R)的电压降落越多。比较起来，在该实施例中，因为在进行 读取或测量时或者在对传感电容器C2再充电时传感器线路L4仅仅输 送电流，所以电压非常稳定，不会像电源电压线那样常有变化。
可以在与显示器相同的基片(如显示器玻璃)上，或者在与显示 器分离的独立基片上，用集成电路的方式实现这里描述的这些和其它 电路。
3.传感器和电路的校准的实施例
显示器校准可以在完成显示器之前的制造期间(制造之前的校 准)或在完成制造之后(或者在两个时刻之间的选定阶段)。校准的 第一实施例是制造期间的校准。图9是表示用于制造之前的校准的校 准流程图的实施例的图示。校准时刻在完成有源矩阵和传感器电路之 后，但是在把OLED结构放置到有源矩阵底板上之前。此时，把完成 的有源矩阵底板插入到测试夹具上，测试夹具把除L1电源电压之外 的所有显示输入均连接到显示控制板上，显示控制板驱动有源矩阵底 板，就如同在具有与显示器相同的全部操作中一样。不需要连接到 L1，因为底板上尚未集成OLED D1。该校准过程是相对于参照图8 说明和描述的像素电路的第二实施例描述的，其中电容器C2通过传 感器线路和Vcap进行充电。
第一(步骤801)，把有源矩阵底板(am底板)加载到与显示 控制系统相连的测试夹具上，显示控制系统如图4所示的控制系统。
第二(步骤802)，利用发光度等于灰度级标度(gray scale)发 光度1的经过校准的实验室均匀光源均匀照射am底板。(该步骤的 执行方式可以是，利用发光度等于不同级的灰度级发光度的光源均匀 照射该底板，不同级的灰度级发光度如另一个低级发光度，只要该级 是已知的并且校准过程考虑该不同级即可，但是该方法不是首选的。)
第三(步骤803)，显示控制器Z104向行选择240发送选择行 1，以接通显示器的行1中的所有的晶体管T3。
第四(步骤804)，由于第三步骤(步骤803)接通行1中的所 有的晶体管T3，所以电荷从传感器线路L4进入电容器C2，将其充 电到某一电压，例如充电到10伏特。
第五(步骤805)，当电容器C2充电时，运算放大器(OP amp) 检测其电流以生成VC1，并且对于行1中的每个像素，用Z101对该 值进行采样与保持。
第六(步骤806)，利用A/D转换器207对采样与保持的电压进 行数字化，利用MUX 207a将其复用(MUX)为串行数据流。可以 互换D/A和MUX的顺序，这并不影响性能。
第七(步骤807)，显示控制器Z104指示将该串行数据流存储 到校准存储器(Cal Mem)250中，作为第零行。称为第零行是因为 该数据在尚未在完整帧时间上对灰度级进行光子通量积分的传感器 上。
接着(步骤808)，对需要校准的显示器中的所有行(通常是每 一行)重复步骤803至步骤807，直至对该帧中的所有行进行了采样。 此时，S1和C2已经在完整的帧时间上计算了第一行的第一灰度级的 发射的积分。
在针对灰度级1值校准了所有行之后，下一步骤(步骤809)针 对要校准的下一个灰度级重复步骤803至步骤807，在优选实施例中， 下一个灰度级通常是灰度级2。步骤806确定的采样与保持值是用于 第一灰度级的特征值，并且在步骤807中存储到用于灰度级1的第一 行值中。
最后(步骤810)，重复前九个步骤(步骤801至步骤809)中 的每个步骤，直至对所有灰度级进行了采样并存储到校准存储器(Cal Mem)205中。请注意，在一个实施例中，最后的或最高的灰度级(例 如，对8比特系统而言，灰度级256)可以用于或涉及两帧，因为在 第256个帧的开始记录的灰度级值用于第255个灰度级，这确保把最 终的值存储到校准存储器250中。
用于校准的第二实施例(在制造之后的校准)，校准生产完成的 显示器，例如在显示器第一次加电时，在系统开始工作时，或者在初 始化或第一次使用时。该校准系统假设，在向显示器用户销售或向其 它设备的OEM制造商发货之前，制造商采用常见方式对显示器进行 调整。因此，就像业界中的惯常作法一样，已经把用来操作显示器的 电压放到伽马表或其它查找表中。这意味着测量的第一个传感器值是 自动校准的。本实施例利用制造商的校准。以下参照图10所示的实 施例描述在生产之后的校准的细节。
第一(步骤831)，模拟图像数据功能逻辑块208向A/D转换器 209发送第一行(行1)中的第一个像素(像素1)的第一灰度级1图 像电压，其中在A/D转换器209中，把模拟电压数字化为灰度级1数 字值。(如果灰度级图像值已经是数字形式，则该模数转换是不必要 的。)
第二(步骤832)，把该数字化的灰度级1电压值发送或输送到 灰度级逻辑功能块Z103。
第三(步骤833)，灰度级逻辑功能块Z103组合来自(i)制造 商的(或用别的方式生成的或可用的)伽马表Z103b与来自(ii)像 素偏差逻辑块内的像素偏差存储器Z102的信息，但是由于像素偏差 存储器中尚未存储任何值或仅存储了默认值，所以依据伽马表确定的 制造商的值没有变化。(以下会更详细地描述像素偏差逻辑块和像素 偏差存储器及其存储的值。)
第四(步骤834)，把数字灰度级1电压发送到显示控制功能逻 辑块Z104。
第五(步骤835)，显示控制功能逻辑块Z104将数字灰度级1 电压值转发到功能逻辑块238内的显示器的第一个列驱动器(列驱动 器1)。
第六(步骤836)，对第一行中的所有像素重复步骤831至步骤 835，直至把行1内的所有的像素数据加载到列驱动器238的行缓冲 器中。
第七(步骤837)，在显示控制器Z104的控制下，把行1中的 像素数据下装到位于各列的最前面的一连串数模转换器(DAC)中， 其中在数模转换器中，把每个数字像素电压转换成模拟电压并装载到 用于各列像素的线路L3。
第八(步骤838)，在等待列线路L3上的模拟电压稳定之后， 显示控制器Z104向行选择功能逻辑块240发送选择行1信号。
第九(步骤839)，行选择功能逻辑块240向线路L2施加高电 压，由此接通行1中的所有晶体管T1的所有栅极，使得当线路L2 上的电压下降时线路L3上的显示电压进入到保持电压的电容器C1 中；同时，晶体管T3接通，使得电荷从传感器线路L4进入到电容器 C2中。
第十(步骤840)，进入电容器C2的电荷的移动，引起要在功 能逻辑块Z 101中进行采样与保持的电压，并且读取用于行1中的各 个传感器S1的值。
第十一(步骤841)，利用A/D转换器207和复用器(MUX) 207a对采样与保持的电压进行数字化并复用(或先复用然后再数字 化)为串行数据流。
第十二(步骤842)，显示控制器Z104指示在校准存储器(Cal Mem)250的行1中存储该串行传感器数据流，用于灰度级0。
第十三(步骤843)，重复步骤836至步骤843，直至对该帧中 的所有行进行了采样和存储，以便用于灰度级0。
第十四(步骤844)，对灰度级2重复步骤831至步骤843。在 该帧上读取的传感器值用于前一个灰度级1，并存储到校准存储器 (Cal Mem)250中，作为用于第一个灰度级即灰度级1的值。
第十五(步骤845)，重复步骤831至步骤844，直至对所有灰 度级进行了采样并保存到校准存储器(Cal Mem)250中。请注意， 正如在制造之前的校准过程中那样，最后的灰度级涉及两帧，从而把 最终的值存储到校准存储器(Cal Mem)250中。
在上面的校准过程中提到过像素偏差存储器。在一个实施例中， 像素偏差存储器存储用来指示变化、差额、历史、老化的数据或其它 信息或与显示操作和校准有关的其它数据或信息。可以用多种方法来 使用诸如像素偏差存储器Z102中存储的老化数据的数据。
例如，在一个实施例中，可以提高其发光度降低的老化像素的电 压，以使它们恢复正确的发光度。在某些实施例中，一个可能的缺点 是，必须在列驱动器238的列驱动器内部加入电压峰值储备，以充分 利用这种类型的校正或补偿。在另一个实施例中，使用像素偏差存储 器中的数据的另一个方法是，降低老化程度较低(或降级程度较低) 的像素的灰度级的数值。另一个方法是，在标称8比特的系统中使用 9比特灰度级，以允许最高灰度级超过灰度级256，从而可以有效地 把老化像素驱动到灰度级257(或其它所需的灰度级值)，所以它将 在为灰度级256规定的发光度下发光。因此，该像素的所有图像灰度 级将提高一个(或适当数值的)灰度级。另一个方法使用空间抖动， 一个众所周知的灰度标度方法，以便在不从逻辑上增加比特数的情况 下增加有效的灰度级数。可选地，可以使用熟知的用于常规显示器的 瞬时抖动，或者可以使用空间抖动和瞬时抖动的组合。可以单独或彼 此组合或与其它技术组合使用这些不同的方法或与此类方法关联的 技术和结构。
4.传感器读取电路和方法的实施例
图5表示电压检测放大器读取电路的典型实施例。当行选择240 选择行时，线路L2上的电压升高，使得晶体管T3接通，从而电容器 C2上电压传递到运算放大器OA1的正电极。依照电阻R2与线路L4 的电阻(RL4)的比率，对该电压进行放大。通常，线路L4的电阻 RL4的数量级为几千欧姆(≈103欧姆)。因此，如果电阻R2为几兆欧 姆(≈106欧姆)，则放大系数为30dB，即1000∶1。因此，电容器C2 上1毫伏读数，在管脚或结点P4上为1伏特，并且将其发送到采样 与保持功能块Z101。该电路的一个可能缺点是，在读出时间期间， 线路L4上的任何寄生电容会降低电容器C2上的电压。因此，该电路 最好用于行数较少的显示器，因此，最好用于分辨率较低的显示器， 但是在任何情况下，即使有此可能存在的限制，相对于其常规电路和 方法而言，也可以改善其性能，这里仅指出此潜在限制，以便全面理 解第二实施例的优点。
图6表示读取电路的第二实施例，并且称为电荷放大器/转移阻 抗(transimpedance)放大器。其得名源自以下事实，把电容器C2 再充电到满电压所需的电荷是用该电路测量的，并且该电路的输入 (电荷放大器CA1上的负输入)在千兆欧姆或更高范围内且位于管 脚或结点P3的输出几乎为零欧姆。事实上，有时可以把位于P3的结 点视为假接地。
现在参照图6描述该电路的该实施例的操作。把例如10伏特(或 其它确定值)的电压施加到第一电荷放大器CA1的正输入管脚上。 由于最初负输入管脚上没有电压，所以10伏特立即出现在管脚P3上 通过C3传递到负输入管脚。随后，从第一电荷放大器CA1的正输入 管脚上的10伏特中减去负管脚上出现的10伏特，使得管脚P3上的 电压变成零(或基本为零)，但是负管脚上的10伏特电压继续存在， 因为如果负输入管脚上的电压下降某个电压量(如下降1伏特)，则 管脚P3上出现该电压差(1伏特)，从而把负管脚上的电压提升到 10伏特(或其它确定值)。这类似于电荷泵的工作原理。
当电路稳定时，电荷放大器CA1的两个输入管脚上的电压为10 伏特(或其它确定值)，且管脚P3上的电压为零伏特。由于某些原 因，结点或管脚P3几乎从来不会恰好为0伏特。首先，电荷放大器 CA1所属的运算放大器系列通常有一个偏移电压，这是因为构成运算 晶体管的一对内部晶体管其特性或性能可能不完全相同，其差异表现 为偏移电压。P3上的电压不为零的另一个原因是，L4与该列中的所 有T3晶体管相连。例如，对于具有1000行的高分辨率显示器，可以 有1000个T3晶体管，对于更大和/或分辨率更高的显示器，其数目 更大。每个T3通常都有数量级为几微微安培(10-12安培)的电流泄 露，这往往会降低电荷放大器CA1的负管脚上的电压，使得管脚P3 上出现在上述偏移电压之上的电压。运行时，在线路L2上的电压升 高之前，对管脚P3上的电压进行采样，以便确定线路L4上的偏移电 压和泄露电流引起的电压。有利地，在线路L2上的电压升高之后， 再次对管脚P3进行采样，并计算两个电压的差(通过使用业界通用 的逻辑函数)以生成电压差。两个读数之间的差是为把线路L4和电 容器C2提升到本例中使用的10伏特(或其它确定值)的电压而进入 到电容器C2中的电荷的度量。
该实施例的一个优点是，利用管脚P3上的电压变化读取的电荷 独立于(或基本独立于)线路L4上的电容。第一电荷放大器CA1不 断对线路L4充电，以保持其正(+)输入管脚上的电压。如果一个电 子离开L4，则从电容器C3中移出一个电子取代它，从电容器C2中 移出电子会使得电荷放大器CA1的负输入管脚上的电压下降，管脚 P3上会有相应的电压变化。在一个实施例中，选择的C3电容量值与 C2电容量值在同一数量级上；因此，如果电容器C2的电容量约为皮 可法拉，则也应选择其电容量约为皮可法拉的C3，但是它们不需要 完全相同。电荷放大器可以是业界中使用的典型运算放大器。通过考 虑线路L4上的泄露，确定电荷放大器的大小(其额定功率)。例如， 有利地，如果1000个T3晶体管的泄露为几毫微安培，则电荷放大器 CA1能够提供几毫微安培，并且优选地，该数量具有某些安全系数。 本发明的实施例提供为泄露电流之两倍或三倍的安全系数，但是可以 实现更低或更高的安全系数。
上述论述专注于发明的传感器电路及其操作。可以理解，传感器 可以使用任何光电导(或光电阻)材料，例如，包括非晶硅、多晶硅、 硒化镉或技术人员熟知的或将来开发的其它光电导或光电阻材料。同 时，可以了解，基于多晶硅的传感器可以比基于非晶硅的传感器提供 固有的更稳定的操作，在显示器中使用多晶硅也会带来更高的生产成 本，因为平板显示器的生产基础设施是为使用非晶硅建立的，但是为 使用多晶硅而进行的重建费用要数十亿美圆。因此，允许在其校准与 反馈稳定化和控制过程中使用非晶硅材料的发明的系统、结构和方法 可以提供截然不同的优点。在本详细说明书的其它地方描述与晶体硅 (x-Si)、多晶硅(p-Si)和非晶硅(a-Si)之间的差别有关的问题。
5.操作显示装置和系统的方法的实施例
在描述了本发明的系统、装置和校准方法以及与其有关的技术的 许多功能特征之后，进一步将注意力集中到显示器的操作方面。把注 意力集中到使用图6的实施例的读取电路和图8的实施例的像素电路 的实施例，其中在图8中，用图6中的电荷放大器CA1取代VC1和 T4。显然，对于本领域的一般技术人员，根据这里提供的描述，已经 描述的不同实施例的其它组合可以用于显示装置和系统。
现在参照图11的流程图描述用于操作显示器和显示系统的系统 和方法的实施例。这些步骤(包括可选步骤)的顺序是示范性的，并 且显然可以用某些方式重新排列这些步骤的顺序，且可以并行执行其 它步骤，这并不背离本发明的实质和范围。
第一(步骤851)，模拟图像数据功能逻辑块208把第一行中的 第一个像素(像素1，行1)的图像电压发送到图像A/D转换器209， 在图像A/D转换器209中，把图像模拟电压转换成代表图像灰度级的 数值，其中在8比特灰度级系统中，该数值在0到255之间。对于支 持不同比特数的像素灰度级数据的灰度级系统，该数值对应于该范围 或更小的范围，如果实际使用少于所有可能的灰度级的话。对本描述 来说，假设各彩色通道为带有256个灰度级的8比特灰度级系统，但 是这决不是用来限制本发明的。(请注意，该过程或任何其它过程的 执行以第一行的第一个像素开始，然后是第一行的后续像素，然后是 所有其它各行，这是逻辑意义上的，但是该过程不要求这种起始点或 顺序，实际上，只要其逻辑被设计成用描述的方式校准和/或操作每个 像素，也可以使用任何排序。)
第二(步骤852)，把介于0到255之间的该图像灰度级值发送 到灰度级逻辑功能块Z103。
第三(步骤853)，灰度级逻辑功能块Z103把第一行中的第一 个像素(像素1，行1)的灰度级值转换成应用于该像素的数字电压， 以使OLED D1发射其发光度等于在第一步骤中输入到显示系统中的 图像灰度级的光子通量。该电压是通过使用制造商的伽马表中的信息 和像素偏差存储器Z102中的信息确定的。最初，显示器是新的，像 素偏差存储器中没有偏差数据或者存储的值为默认值，所以这些值实 际上不会改变制造商的伽马表值，但是随着显示器老化，会在像素偏 差存储器Z102中生成像素偏差值。
第四(步骤854)，把用于第一行的第一个像素(像素1，行1) 的数字电压发送到显示控制器Z104。
第五(步骤855)，显示控制器Z104把用于第一行中的第一个 像素(像素1，行1)的数字电压转发或用其它方式输送到列驱动器 238的行缓冲器中。用于显示器的行缓冲器是技术人员熟知的，因此 不再赘述。把用于第一行中的第一个像素(像素1，行1)的像素电 压加载到位于第一列位置(列位置1)的行缓冲器中。
第六(步骤856)，对该行中的所有像素重复步骤851至步骤855， 直至把该行中的所有像素加载到列驱动器238的行缓冲器中。
第七(步骤857)，在显示控制器Z104的控制下，把第一行(行 1)像素数据下装到一连串的并联DAC(显示器中的每一列有一个 DAC)，DAC把数字像素电压转换成应用于所有L3(每一列一个) 的模拟电压。
第八(步骤858)，在等待施加到L3上的电压足够稳定之后， 显示控制器Z104向行选择逻辑块240发送选择行1信号。
第九(步骤859)，行选择逻辑块240在用于行1的线路L2上 施加高电压，由此接通第一行中的所有T1晶体管，将施加到线路L3 上的电压传送到第一行中的所有像素中的C1电容器。反过来，这使 得功率TFT晶体管T2向第一行中的D1 OLED二极管提供电流。同 时或大致同时，所有的传感器TFT T3接通，促使电荷流入电容器C2 中，直至电容器C2到达再充电电压，例如，在较早的例子中，其典 型值为10V。
第十(步骤860)，进入电容器C2的电荷的移动，引起用于该 行中的每个像素的要在功能逻辑块Z101中进行采样与保持的电压。
第十一(步骤861)，用A/D转换器207对采样与保持的电压进 行数字化，并用复用器MUX 207a复用为串行数据流(可以颠倒数字 化和复用处理的，而不会造成性能损失)。
第十二(步骤862)，显示控制器Z104指示该串行传感器数据 和来自校准存储器(Cal Mem)250的校准数据流在比较器260相遇， 以生成用于像素的串行传感器数据与校准数据的比较结果。
第十三(步骤863)，比较器250从校准数据中减去传感器数据 (即生成其差值)，并将结果发送到第一行(行1)的像素偏差存储 器Z102，在像素偏差存储器Z102中，依据像素号和行(或任何其它 方法)，并按照在第一步骤(步骤851)中建立的像素的灰度级，存 储该数据，其中灰度级是代表图像灰度级的数值。
第十四(步骤864)，对所有行重复步骤856至步骤863，直至 下装完该帧中的所有行以及确定并在像素偏差存储器中存储了偏差 (如果有的话)。
第十五(步骤865)，对每一帧(或根据建立的操作方案对任意 指定帧)重复步骤851至步骤864。尽管一个实施例对每一帧执行该 过程，但是这不是必须的，因为像素不会常老化或以此速率变化。选 择方法包括，在任何预定数目的帧中，在设备加电时，在时钟确定的 一段运行之间之后，响应于自动或手动生成的信号或其它事件，重复 该过程。在一个实施例中，一旦确定了该电路和方法，就对每一帧重 复该过程，为每一帧执行该过程是没有费用的。
6.显示系统的实施例
图12是表示根据本发明之各个方面的显示系统的一个实施例的 图示。在诸如监视器机架、机壳或其它设备的机座604内，固定或安 装其内部用阵列的方式安排了所述类型的多个发射像素603的显示屏 602，并且显示图像605或其它二维图形。(请注意，通过使用本发 明的功能特征也可以制造一维显示器，尽管一维显示器可能是有用 的，但不是令人感兴趣的。)
在显示器基片(通常是玻璃或聚合物材料)上制作的电路或装置 称为玻璃上的电路和装置，而不在显示器基片上制作的那些电路和装 置称为玻璃之外的电路和装置。包括像素发射器D1、传感器S1、传 感电容器C2以及在每个显示像素内制作的其它元件的像素是在玻璃 上制作的。其它元件可以是依照常规显示设计原则在玻璃之外制作 的。玻璃上的电路和装置通过接口608连接到玻璃之外的电路和元件， 如显示驱动和控制电子电路606。可以在监视器外壳604的内部或其 外部安装这些显示驱动和控制电子电路606，但是通常在其内部安装， 从而用户可以插入一个或多个(模拟或数字)视频或图像源(例如， DVD播放器610，计算机612，视频或数字照相机614，或存储卡616)， 然后播放图像或视频。作为选择或另外，显示系统600可以在该系统 的内部包括图像发生器，如TV调谐器或接收器618或其它内部发生 器。当然，可以有各种其它有线或无线接口，用于向系统600发送数 据以便显示。提供开关装置SW 620，以便手动或自动选择播放哪个 信号源，并且可以同时播放多个信号源，如通过使用画中画技术。该 系统也可以支持各种形式的图像处理和增强。
这仅仅是把显示技术应用于图像处理应用的一个例子，应该理 解，尽管该技术的主要应用是针对平板显示器的，但是发明的技术同 样可以应用于具有曲面的显示器。可以应用发明的技术显示应用有无 穷变化。以下举例列出某些应用，但这些应用并非限制性的；它们包 括：各种信息设备，电视监控器，CD播放机，DVD播放机，计算机 监视器，计算机系统，汽车仪表盘，航空仪表显示盘，视频游戏，蜂 窝电话，个人数字助理(PDA)，电话，图形系统，打印系统，记分 板系统，文件和图像扫描仪，娱乐系统，家庭或家用电器，复印机， 全球定位系统导航显示屏，动态艺术显示装置，数字或视频摄像机， 及其任意组合。
7.具有特定功能特征组合的典型实施例
在该详细说明书中描述并在附图中说明了各种结构、装置、系统、 体系结构、方法、过程和计算机程序。根据该描述，可以理解，本发 明提供可以独立使用或用各种方式组合使用的许多不同的功能特征 和元件。这部分描述阐述具有或需要本发明的功能特征和元件的特定 组合的某些特定实施例。阐述的组合仅仅是示范性的，总的来说，可 以独立或组合使用在该部分中或者在该详细说明书中描述的任何功 能特征和元件。同时，应该理解，详细说明书中列出的节标题或次标 题的目的仅仅是充当读者指南，本发明的不同方面、功能特征及其元 件是在整个说明书中阐述的。
在一个方面，本发明提供用于长寿命发光反馈稳定的显示板的系 统和方法。在第一实施例中，本发明提供稳定的反馈显示系统，包括： 具有多个发射图形元素(像素)的显示装置，其中每个图形元素是由 至少一个电子电路装置组成的；显示驱动电路，用于接收来自外部图 像源的原始输入图像信号，并向显示器施加校正的图像信号；显示发 光度检测器，用于生成至少一个显示装置发光度值；以及处理逻辑单 元，用于接收至少一个显示装置发光度值，并向该显示驱动电路传送 信息，该显示驱动电路使用该传送的信息生成一个变换，用于根据该 原始输入图像信号生成该校正的图像信号。
在该系统的第二特定实施例中，每个像素包括：采样与保持电路； 该采样与保持电路控制的电流源；由该电流源供电的光子发射装置； 以及其所处位置与该光子发射装置有一个间距的发光度检测装置，用 于检测该光子发射装置发射的光子。
在第三实施例中，每个像素包括：光子发射器；以及布置在该像 素内的光子通量积分器，用于在指定的时间期间截取来自该光子发射 器的光子的通量，响应于截取的光子经受电特性变化，积分或计数在 该时间期间截取的光子数目，并且生成用来表示在该指定的时间期间 的总的积分光子通量的信号。在第四实施例中，该光子通量积分器包 括：由光电装置构成的传感器，响应于变化的或可变光子通量，展示 变化的或可变特性；适合于存储或释放电荷的电荷存储装置；以及控 制电路，响应于该传感器的电阻或电导的变化，把电荷输送到该电荷 存储装置中或使电荷离开该电荷存储装置。在第五实施例中，该电荷 存储装置包括电容器。在第六实施例中，该控制电路包括晶体管。在 第七实施例中，该光电装置包括光敏电阻，光敏电阻随照射到其表面 上的光子通量的变化改变其电阻值或电导。在第八实施例中，光电装 置包括光电二极管，其泄露随照射到其表面上的光子通量的变化而增 加或降低。在第九实施例中，光电二极管泄露包括电压泄露、电流泄 露或电荷泄露中的一个或多个泄露。在第十实施例中，该光电装置包 括光电晶体管，其电流随照射到该光电晶体管表面上的光子通量的变 化而增加或降低。
在该系统的另一个实施例中，该发光度检测器包括光子通量积分 器。在该系统的另一个实施例中，该图形元素(像素)包括特定的光 子通量积分器，该积分器积分与该光子通量积分器一样的像素内的光 子发射装置发射的光子通量。在该系统的另一个实施例中，每个光子 通量积分器包括：隔离开关装置，用于隔离第一电路结点与第二电路 结点，并有一个输出端(结点)；光敏单元，具有与该隔离开关装置 的输出端(结点)相连的输入和与参考电压结点相连的输出；以及电 荷存储装置，具有与该隔离开关的第一端相连的第一电极和与该参考 电压结点相连的第二电极。在该系统的另一个实施例中，该电荷存储 装置包括电容器。在该系统的另一个实施例中，该隔离开关包括晶体 管。在该系统的另一个实施例中，该隔离开关是在诸如薄膜晶体管 (TFT)的基片上制作的。在该系统的另一个实施例中，该薄膜晶体 管是由非晶硅构成的。在该系统的另一个实施例中，该薄膜晶体管是 由多晶硅构成的。在该系统的另一个实施例中，该薄膜晶体管是由硒 化镉构成的。在该系统的另一个实施例中，该薄膜晶体管是由任意半 导体材料构成的。
在该系统的另一个实施例中，该薄膜晶体管包括在材料中定义的 一个沟道，并且该材料是从由以下沟道组成的材料集合中选择的：非 晶硅沟道，多晶硅沟道，硒化镉沟道，砷化镓沟道，以及在任何其它 半导体材料上制作或定义的沟道。
在该系统的另一个实施例中，该显示装置包括用平面阵列的方式 安排的多个图形元素。在该系统的另一个实施例中，众多独立图形元 素是按列和行寻址的。在该系统的另一个实施例中，该指定的时间小 于等于行寻址时间。在该系统的另一个实施例中，该指定的时间介于 行寻址时间的0.01倍(百分之一)和行寻址时间之间。在该系统的另 一个实施例中，该指定的时间介于行寻址时间的0.1倍(百分之十) 和行寻址时间之间。在该系统的另一个实施例中，该指定的时间小于 等于帧时间。在该系统的另一个实施例中，该指定的时间大于行寻址 时间的0.01倍且小于等于帧时间。在该系统的另一个实施例中，该指 定的时间等于帧时间的数倍。
在该系统的另一个实施例中，该显示发射装置是有机发光二极管 (OLED)。在该系统的另一个实施例中，该有机发光二极管(OLED) 是小分子OLED。在该系统的另一个实施例中，该有机发光二极管 (OLED)是聚合物OLED(PLED)。在该系统的另一个实施例中， 该有机发光二极管(OLED)是磷光OLED(PHOLED)。在该系统 的另一个实施例中，该有机发光二极管(OLED)是以单层或多层有 机材料和电极的任意组合的方式用任何有机材料构造的。在该系统的 另一个实施例中，该有机发光二极管(OLED)是有源矩阵OLED。 在该系统的另一个实施例中，该显示发射装置是电致发光装置。在该 系统的另一个实施例中，该显示发射装置是等离子发射装置。在该系 统的另一个实施例中，该显示发射装置是任何可控制的光子发射装 置。在该系统的另一个实施例中，该有源矩阵是由非晶硅构成的。在 该系统的另一个实施例中，该有源矩阵是由多晶硅构成的。在该系统 的另一个实施例中，该有源矩阵是由硒化镉构成的。在该系统的另一 个实施例中，该有源矩阵是由任何类型的半导体材料构成的。
在另一方面，本发明提供用于使显示系统稳定的方法，包括：提 供具有多个发射图形元素的显示装置，其中每个图形元素是由至少一 个电子电路装置组成的；由显示驱动电路接收来自外部图像源的原始 输入图像信号，并向显示器施加校正的图像信号；检测显示发光度并 且生成至少一个显示装置发光度值；以及由处理逻辑单元接收至少一 个显示装置发光度值，并向该显示驱动电路传送信息，使用该传送的 信息生成一个变换，用于根据该原始输入图像信号生成该校正的图像 信号。
在另一方面，本发明提供用于操作和单独控制有源矩阵发射显示 装置中的每个像素的发光度的方法。在该方法的一个实施例中，本发 明提供用于控制显示装置中的图形元素(像素)的发光度的方法，该 方法包括：存储数字图像灰度级值与显示驱动信号之间的变换，其中 该显示驱动信号生成与该数字灰度级值相对应的像素的发光度；识别 特定像素的目标灰度级值；基于存储的变换生成与识别的目标灰度级 相对应的显示驱动信号，并且在第一显示帧期间用该驱动信号驱动该 特定像素；在第一显示时间结束时测量表示该特定像素的实际测量的 发光度的参数；确定识别的目标发光度与该特定像素的实际测量的发 光度之间的差值；基于确定的差值修改用于该特定像素的存储的变 换；以及存储并使用修改的变换，以便生成在第一帧时间之后的帧时 间期间的该特定像素的显示驱动信号。
在该方法的另一个实施例中，第一显示帧是由软件编程或由显示 器用户抑或由编程和用户的组合指定的任意显示帧。在该方法的另一 个实施例中，在第一帧之后的帧时间为任意后续帧时间。在该方法的 另一个实施例中，第一显示帧是由软件编程或由显示器用户抑或由编 程和用户的组合指定的任意显示帧。在该方法的另一个实施例中，第 一显示时间或者是单一连续时间段，或者由多个不连续的时间段组 成，其中连续时间段或不连续时间段可以出现在单一帧时间期间或出 现在多个帧时间上。在该方法的另一个实施例中，用于生成该特定像 素的显示驱动信号的修改的变换的存储和/或使用是在单一帧的任何 后续部分上或在不同帧上施加的。在该方法的另一个实施例中，用于 生成该特定像素的显示驱动信号的修改的变换的存储和/或使用或者 是在单一连续时间段上进行的，或者是在由多个不连续的时间段组成 的时间段是进行的，其中连续时间段或不连续时间段可以出现在单一 帧时间期间或出现在多个帧时间上。在该方法的另一个实施例中，用 于生成特定像素的显示驱动信号的修改的变换的存储和/或使用或者 是在单一连续时间段上进行的，或者是在由多个不连续的时间段组成 的时间段是进行的，其中连续时间段或不连续时间段可以出现在单一 帧时间期间或出现在多个帧时间上。
在该方法的另一个实施例中，存储的变换包括在显示系统的灰度 级逻辑功能块中存储的变换。在该方法的另一个实施例中，存储的变 换包括在显示装置的伽马表中存储的变换。在该方法的另一个实施例 中，代表在第一显示时间结束时的特定像素的实际测量的发光度的测 量的参数包括，与电荷存储装置上积聚的或其释放出的电子数相对应 的电压测量。在该方法的另一个实施例中，代表在第一显示时间结束 时的特定像素的实际测量的发光度的测量的参数包括，与电荷存储装 置上积聚的或其释放出的电子数相对应的电流测量。在该方法的另一 个实施例中，代表在第一显示时间结束时的特定像素的实际测量的发 光度的测量的参数包括，与电荷存储装置上积聚的或其释放出的电子 数相对应的电荷测量。在该方法的另一个实施例中，电荷存储装置包 括电容器。在该方法的另一个实施例中，积聚或释放的电子与传感器 元件的电阻率或传导率成比例，其中传感器元件的电阻率或传导率随 照射到该传感器上的光子的通量而变化。在该方法的另一个实施例 中，该比例是正比例。
在该方法的另一个实施例中，在第一帧时间之后的帧时间是下一 个后续帧时间。在该方法的另一个实施例中，在第一帧时间之后的帧 时间是任意的后续帧时间。在该方法的另一个实施例中，在第一帧时 间之后的帧时间是显示设备的下一次加电时间。在该方法的另一个实 施例中，在第一帧时间之后的帧时间是相隔预定或动态确定的时间间 隔的帧时间。在该方法的另一个实施例中，为显示设备中的每个像素 存储不同的变换。在该方法的另一个实施例中，为每个可以显示的不 同的灰度级存储不同的变换，每个可显示的不同的灰度级用于该显示 设备中每个可独立寻址的像素。在该方法的另一个实施例中，第一显 示时间是在显示器中点亮像素的持续时间。在该方法的另一个实施例 中，该显示时间实质上是介于8毫秒与36毫秒之间的任何时间。在 该方法的另一个实施例中，该显示时间实质上是介于10毫秒与20毫 秒之间的任何时间。在该方法的另一个实施例中，帧时间的一部分实 质上包括行寻址时间。在该方法的另一个实施例中，该指定的时间小 于等于行寻址时间。在该方法的另一个实施例中，帧时间的一部分介 于行寻址时间的0.01倍(百分之一)和行寻址时间之间。在该方法的 另一个实施例中，帧时间的一部分介于行寻址时间的0.1倍(百分之 十)和行寻址时间之间。在该方法的另一个实施例中，帧时间的一部 分小于等于帧时间。在该方法的另一个实施例中，帧时间的一部分大 于行寻址时间的0.01倍且小于等于帧时间。在该方法的另一个实施例 中，帧时间的一部分等于帧时间的数倍。在该方法的另一个实施例中， 帧时间的一部分包括介于行寻址时间与帧时间之间的时间。
在该方法的另一个实施例中，表示第一显示时间结束时的特定像 素的实际测量的发光度的参数的测量包括，测量朝着已知电压的方向 进行充电或从已知电压开始放电的电容器上存储的电压，并且充电或 放电的电量与从该特定像素内的发射器发射到同一特定像素内的传 感器上的光子通量成比例。
在该方法的另一个实施例中，对于该显示器中的每个像素，重复 用于识别、生成、测量、确定、修改和使用的步骤。在该方法的另一 个实施例中，基于在制造期间或在最初使用时执行的显示器校准过程 中确定的特定像素传感器上的参考积分光子通量，确定识别的目标发 光度与该特定像素的实际测量的发光度之间的差值。在该方法的另一 个实施例中，该方法还包括显示器校准过程，该过程确定并存储可控 制该显示器显示的每个像素和每个灰度级的初始变换。
在另一方面，本发明提供用于控制显示装置内的图形元素(像素) 的发光度的控制系统，该控制系统包括：存储的用于可对其进行控制 以便显示的每个像素和每个灰度级的像素灰度级到显示像素驱动信 号的变换，存储的变换基于在前一个显示帧时间周期期间的显示像素 的性能特征；响应于控制的显示驱动信号发生器，用于接收命令以显 示处于特定像素位置的特定灰度级，并在第一帧时间期间通过使用存 储的变换生成用于该特定像素的驱动信号；用于该显示器中的每个独 立像素的发光度测量电路，用于测量表示在第一显示时间结束时的多 个特定像素中的每一个的实际测量的发光度的参数；比较器电路，用 于确定识别的目标发光度与该特定像素的实际测量的发光度之间的 差值；变换更新逻辑，用于在第一帧时间的一部分期间，基于确定的 差值修改用于每个特定像素的存储的变换；以及使用修改的变换，以 便在第一帧时间之后的第二帧时间的一部分期间生成用于该特定像 素的显示驱动信号。
在该控制系统的另一个实施例中，存储的变换包括在显示系统的 灰度级逻辑功能块中存储的变换。在该控制系统的另一个实施例中， 存储的变换包括在显示设备的伽马表中存储的变换。在该控制系统的 另一个实施例中，发光度测量电路测量表示第一显示时间结束时的特 定像素的实际测量的发光度的参数，并且包括与分别用于显示器的每 个像素的电荷存储装置上积聚的或从中释放的电子数相对应的电压 测量。在该控制系统的另一个实施例中，电荷存储装置包括电容器。 在该控制系统的另一个实施例中，积聚或释放的电子与传感器元件的 电阻率或传导率成比例，其中传感器元件的电阻率或传导率随照射到 该传感器上的光子的通量变化。在该控制系统的另一个实施例中，该 比例是正比例。在该控制系统的另一个实施例中，在第一帧时间之后 的第二帧时间是下一个后续帧时间的一部分。在该控制系统的另一个 实施例中，在第一帧时间的一部分之后的第二帧时间的一部分是后续 帧时间的任何一个或多个帧时间中的一部分。在该控制系统的另一个 实施例中，在第一帧时间之后的帧时间是显示设备的下一次加电时 间。在该控制系统的另一个实施例中，在第一帧时间之后的帧时间是 相隔预定或动态确定的时间间隔的帧时间。在该控制系统的另一个实 施例中，为该显示设备中的每个像素存储不同的变换。在该控制系统 的另一个实施例中，为每个可以显示的不同的灰度级存储不同的变 换，每个可显示的不同的灰度级用于该显示设备中每个可独立寻址的 像素。在该控制系统的另一个实施例中，第一显示时间是在显示器中 点亮像素的持续时间。
在该控制系统的另一个实施例中，该显示时间实质上是介于8 毫秒与36毫秒之间的任何时间。在该控制系统的另一个实施例中， 该显示时间实质上是介于10毫秒与20毫秒之间的任何时间。在该控 制系统的另一个实施例中，帧时间的一部分实质上包括行寻址时间。 在该控制系统的另一个实施例中，帧时间的一部分包括介于行寻址时 间与帧时间之间的时间。在该控制系统的另一个实施例中，帧时间的 一部分实质上包括行寻址时间。在该控制系统的另一个实施例中，帧 时间的一部分小于等于行寻址时间。在该控制系统的另一个实施例 中，帧时间的一部分介于行寻址时间的0.01倍(百分之一)和行寻址 时间之间。在该控制系统的另一个实施例中，帧时间的一部分介于行 寻址时间的0.1倍(百分之十)和行寻址时间之间。在该控制系统的 另一个实施例中，帧时间的一部分小于等于帧时间。在该控制系统的 另一个实施例中，帧时间的一部分大于行寻址时间的0.01倍且小于等 于帧时间。在该控制系统的另一个实施例中，帧时间的一部分等于帧 时间的数倍。在该控制系统和方法的另一个实施例中，帧时间的一部 分包括介于行寻址时间的0.01倍与帧时间之间的时间。
在该控制系统的另一个实施例中，表示第一显示时间结束时的特 定像素的实际测量的发光度的参数的测量包括，测量朝着已知电压的 方向进行充电或从已知电压开始放电的电容器上存储的电压，并且充 电或放电的电量与从该特定像素内的发射器发射到同一特定像素内 的传感器上的光子通量成比例。
在该控制系统的另一个实施例中，对于该显示器中的每个像素， 重复用于识别、生成、测量、确定、修改和使用的步骤。在该控制系 统的另一个实施例中，基于在制造期间或在最初使用时执行的显示器 校准过程中确定的特定像素传感器上的参考积分光子通量，确定识别 的目标发光度与该特定像素的实际测量的发光度之间的差值。在该控 制系统的另一个实施例中，该控制系统还包括显示器校准过程，该过 程确定并存储可控制该显示器显示的每个像素和每个灰度级的初始 变换。在该控制系统的另一个实施例中，代表在第一显示时间结束时 的特定像素的实际测量的发光度的测量的参数包括，与电荷存储装置 上积聚的或其释放出的电子数相对应的电流测量。在该控制系统的另 一个实施例中，代表在第一显示时间结束时的特定像素的实际测量的 发光度的测量的参数包括，与电荷存储装置上积聚的或其释放出的电 子数相对应的电荷测量。在该控制系统的另一个实施例中，第一显示 帧是由软件编程或由显示器用户抑或由编程和用户的组合指定的任 意显示帧。在该控制系统的另一个实施例中，在第一帧之后的帧时间 为任意后续帧时间。在该控制系统的另一个实施例中，第一显示帧是 由软件编程或由显示器用户抑或由编程和用户的组合指定的任意显 示帧。在该控制系统的另一个实施例中，第一显示时间或者是单一连 续时间段，或者由多个不连续的时间段组成，其中连续时间段或不连 续时间段可以出现在单一帧时间期间或出现在多个帧时间上。
在该控制系统的另一个实施例中，用于生成该特定像素的显示驱 动信号的修改的变换的存储和/或使用是在单一帧的任何后续部分上 或在不同帧上施加的。在该控制系统的另一个实施例中，用于生成该 特定像素的显示驱动信号的修改的变换的存储和/或使用或者是在单 一连续时间段上进行的，或者是在由多个不连续的时间段组成的时间 段是进行的，其中连续时间段或不连续时间段可以出现在单一帧时间 期间或出现在多个帧时间上。在该控制系统的另一个实施例中，用于 生成特定像素的显示驱动信号的修改的变换的存储和/或使用或者是 在单一连续时间段上进行的，或者是在由多个不连续的时间段组成的 时间段是进行的，其中连续时间段或不连续时间段可以出现在单一帧 时间期间或出现在多个帧时间上。
在另一方面，本发明提供用于操作高性能的稳定的有源矩阵发射 显示器的反馈控制系统和方法。在该方法的一个实施例中，本发明提 供用于操作具有多个像素的有源矩阵OLED显示设备或其它发射显 示设备的系统，该系统包括：与数字图像数据的外部信号源相连的灰 度级逻辑，该灰度级逻辑包括一个变换，用于把图像像素灰度级值的 第一表示变换成同一图像灰度级像素值的第二表示；显示控制器，能 够接收来自该灰度级逻辑的输入，并向显示矩阵行选择和列驱动电路 传送图像和控制信号，行选择和列驱动器能够在用于多个像素的帧时 间期间促成图像的显示；多个像素的每个像素包括一个像素光子通量 发射器和一个像素光子通量接收器，接收器在该像素显示帧时间的一 部分期间计算从该发射器发射的光子通量的至少一部分的积分，并生 成表示该积分光子通量的输出信号；校准存储器，存储用于每个像素 和该像素可以显示的每个像素值的校准值；比较器，接收来自多个像 素的每个像素和该校准存储器的输出信号，比较接收的输出信号与类 似的来自该校准存储器的多个对应信号，以计算每个像素的差分信 号；以及像素偏差逻辑，接收来自该比较器的差分信号，并且对至少 像素位置和其校准值与测量值之间有差值的像素灰度级值，控制该灰 度级逻辑变换的变化。
在该系统的另一个实施例中，该像素偏差逻辑包括像素偏差存储 器，用于存储校准的像素发光度值与测量的像素发光度值之间的偏 差。在该系统的另一个实施例中，该校准值是电压值，表示该积分光 子通量的输出信号是电压，并且该比较器是电压比较电路。在该系统 的另一个实施例中，该校准值是电流值，表示该积分光子通量的输出 信号是电流，并且该比较器是基于电流的电荷放大器/阻抗变换电路。 在该系统的另一个实施例中，该校准值是电荷值，表示该积分光子通 量的输出信号是电荷，并且该比较器是基于电荷的比较电路。在该系 统的另一个实施例中，该校准值是电压值，表示该积分光子通量的输 出信号是电荷，并且该比较器是电压比较电路。
在该系统的另一个实施例中，表示该积分光子通量的输出信号是 模拟信号，并且该系统还包括：采样与保持电路，对模拟信号进行采 样，作为代表在该像素显示帧时间的一部分期间的每像素积分光子通 量的电压，并保持该采样信号以转换成数字值；模数转换器，把采样 与保持的模拟信号转换成数字值；以及与该模数转换器相连的复用 器，接收数字值，并依照预定格式和顺序把它们传送到该比较器。
在该系统的另一个实施例中，表示该积分光子通量的输出信号是 模拟信号，并且该系统还包括：采样与保持电路，对模拟信号进行采 样，作为代表在该像素显示帧时间的一部分期间的每像素积分光子通 量的电压，并保持该采样信号；与该采样与保持电路相连的复用器， 接收采样与保持的模拟值；以及模数转换器，用于转换从该复用器那 里接收的采样与保持的模拟信号，将该模拟值转换成数字值，并依照 预定格式和顺序把它们传送到该比较器。
在该系统的另一个实施例中，该系统还包括数字图像数据的外部 信号源。在该系统的另一个实施例中，数字图像数据的外部信号源包 括：数字图像数据的信号源，或模拟图像数据与图像模数转换器之组 合。
在该系统的另一个实施例中，帧时间的一部分包括行寻址时间或 更短的时间段。在该系统的另一个实施例中，帧时间的一部分实质上 包括整个帧时间。在该系统的另一个实施例中，帧时间的一部分包括 整个帧时间的至少50％。在该系统的另一个实施例中，帧时间的一部 分至少介于整个帧时间的90％与100％之间。在该系统的另一个实施 例中，帧时间的一部分至少为1毫秒。在该控制系统的另一个实施例 中，帧时间的一部分实质上包括行寻址时间。在该控制系统的另一个 实施例中，帧时间的一部分包括介于行寻址时间与帧时间之间的时 间。在该控制系统的另一个实施例中，帧时间的一部分实质上包括行 寻址时间。在该控制系统的另一个实施例中，帧时间的一部分小于等 于行寻址时间。在该控制系统的另一个实施例中，帧时间的一部分介 于行寻址时间的0.01倍(百分之一)和行寻址时间之间。在该控制系 统的另一个实施例中，帧时间的一部分介于行寻址时间的0.1倍(百 分之十)和行寻址时间之间。在该控制系统的另一个实施例中，帧时 间的一部分小于等于帧时间。在该控制系统的另一个实施例中，帧时 间的一部分大于行寻址时间的0.01倍且小于等于帧时间。在该控制系 统的另一个实施例中，帧时间的一部分等于帧时间的数倍。在该控制 系统的另一个实施例中，帧时间的一部分包括介于行寻址时间的0.01 倍与帧时间之间的时间。
在另一个实施例中，本发明提供用于操作具有多个像素的有源矩 阵显示设备的方法，该方法包括：在校准存储器中存储用于每个像素 和每个像素可以显示的每个灰度级值的校准值；在变换存储器中存储 变换，用于把图像像素灰度级值的第一表示变换成用于每个像素和该 显示器中的每个像素可以显示的每个灰度级的同一图像灰度级像素 值的第二表示；从外部信息源接收用于多个像素的图像像素灰度级值 的第一灰度级表示；根据存储的变换，把该第一灰度级表示变换成数 目相等的用于每个像素的第二灰度级表示；根据该图像灰度级像素值 的第二表示，生成图像数据和控制信号，以便在当前显示帧时间期间 驱动矩阵显示设备中的像素元素；生成用于该显示器中的多个像素的 每个像素的积分光子通量信号，该信号表示在当前显示帧时间的一部 分期间该显示器中的多个像素的每个像素上的积分光子通量；以每个 像素为基础，比较所控制的灰度级的多个积分光子通量信号与每个像 素的同一灰度级的校准值，并生成用来表示所控制的灰度级与测量的 灰度级之间的差值的多个比较结果；以及基于该比较结果识别每个像 素的任何一个偏差，并且对至少像素位置和其校准值与测量值之间有 差值的像素灰度级值，在后续显示帧时间期间控制存储的变换的变 化。
在该方法的一个实施例中，识别任何一个偏差的步骤包括，在像 素偏差存储器中存储校准像素发光度值与测量的像素发光度值之间 的像素偏差。
在该方法的一个实施例中，该校准值是电压值，该积分光子通量 值是电压，并且该比较包括比较电压。在该方法的一个实施例中，该 校准值是电流值，该积分光子通量值是电流，并且该比较包括比较电 流。在该方法的一个实施例中，该校准值是电荷值，该积分光子通量 值是电荷，并且该比较包括比较电荷。
在该方法的一个实施例中，该积分光子通量值是模拟信号，并且 该方法还包括：对模拟信号进行采样，作为代表在该像素显示帧时间 的一部分期间的每像素积分光子通量的电压，并保持该采样信号以转 换成数字值；以及把该模拟采样信号转换成数字信号。
在该方法的一个实施例中，该积分光子通量值是模拟信号，并且 该方法还包括：对模拟信号进行采样，作为代表在该像素显示帧时间 的一部分期间的每像素积分光子通量的电荷，并保持该采样信号以转 换成数字值；以及把该模拟采样信号转换成数字信号。
在该方法的一个实施例中，该积分光子通量值是模拟信号，并且 该方法还包括：对模拟信号进行采样，作为代表在该像素显示帧时间 的一部分期间的每像素积分光子通量的电流，并保持该采样信号以转 换成数字值；以及把该模拟采样信号转换成数字信号。
在该方法的一个实施例中，该方法还包括生成用于多个像素的图 像像素灰度级值的第一灰度级表示。在该方法的一个实施例中，该数 字图像数据包括数字图像数据，或利用图像模数转换器转换成数字数 据的模拟图像数据。在该方法的一个实施例中，帧时间的一部分包括 一个小于等于行寻址时间的时间。
在该方法的一个实施例中，帧时间的一部分实质上包括整个帧时 间。在该方法的一个实施例中，帧时间的一部分包括整个帧时间的至 少50％。在该方法的一个实施例中，帧时间的一部分至少介于整个帧 时间的90％与100％之间。在该方法的一个实施例中，帧时间的一部 分至少为1毫秒。在该方法的另一个实施例中，帧时间的一部分包括 介于行寻址时间与帧时间之间的时间。在该方法的另一个实施例中， 帧时间的一部分实质上包括行寻址时间。在该方法的另一个实施例 中，帧时间的一部分小于等于行寻址时间。在该方法的另一个实施例 中，帧时间的一部分介于行寻址时间的0.01倍(百分之一)和行寻址 时间之间。在该方法的另一个实施例中，帧时间的一部分介于行寻址 时间的0.1倍(百分之十)和行寻址时间之间。在该方法的另一个实 施例中，帧时间的一部分小于等于帧时间。在该方法的另一个实施例 中，帧时间的一部分大于行寻址时间的0.01倍且小于等于帧时间。在 该方法的另一个实施例中，帧时间的一部分等于帧时间的数倍。在该 方法的另一个实施例中，帧时间的一部分包括介于行寻址时间的0.01 倍与帧时间之间的时间。
在该方法的另一个实施例中，后续显示帧时间是在当前显示帧时 间之后的下一个显示时间。在该方法的另一个实施例中，后续显示帧 时间是在当前显示帧时间之后的任何一个显示帧时间。在该方法的另 一个实施例中，后续显示帧时间是显示器初始化或加电时的帧时间。 在该方法的另一个实施例中，该图像数据和控制信号包括，能够在多 个像素的帧时间期间促成图像显示的显示矩阵行和列控制与驱动信 号。
在该方法的另一个实施例中，该像素包括由非晶硅构成的至少一 个薄膜晶体管。在该方法的另一个实施例中，该像素包括由多晶硅构 成的至少一个薄膜晶体管。在该方法的另一个实施例中，该像素包括 由硒化镉构成的至少一个薄膜晶体管。在该方法的另一个实施例中， 该像素包括由半导体材料构成的至少一个薄膜晶体管。
在该方法的另一个实施例中，当前显示帧时间的一部分小于等于 行寻址时间。在该方法的另一个实施例中，当前显示帧时间的一部分 小于等于帧时间。在该方法的另一个实施例中，当前显示帧时间的一 部分等于帧时间的数倍。在该方法的一个实施例中，帧时间的一部分 实质上包括整个帧时间。在该方法的一个实施例中，帧时间的一部分 包括整个帧时间的至少50％。在该方法的一个实施例中，帧时间的一 部分至少介于整个帧时间的90％与100％之间。在该方法的一个实施 例中，帧时间的一部分至少为1毫秒。在该方法的另一个实施例中， 帧时间的一部分包括介于行寻址时间与帧时间之间的时间。在该方法 的另一个实施例中，帧时间的一部分实质上包括行寻址时间。在该方 法的另一个实施例中，帧时间的一部分小于等于行寻址时间。在该方 法的另一个实施例中，帧时间的一部分介于行寻址时间的0.01倍(百 分之一)和行寻址时间之间。在该方法的另一个实施例中，帧时间的 一部分介于行寻址时间的0.1倍(百分之十)和行寻址时间之间。在 该方法的另一个实施例中，帧时间的一部分小于等于帧时间。在该方 法的另一个实施例中，帧时间的一部分大于行寻址时间的0.01倍且小 于等于帧时间。在该方法的另一个实施例中，帧时间的一部分等于帧 时间的数倍。在该方法的另一个实施例中，帧时间的一部分包括介于 行寻址时间的0.01倍与帧时间之间的时间。
在该方法的另一个实施例中，显示装置是有机发光二极管 (OLED)像素显示装置。在该方法的另一个实施例中，该有机发光 二极管(OLED)是小分子OLED。在该方法的另一个实施例中，该 有机发光二极管(OLED)是聚合物OLED(PLED)。在该方法的 另一个实施例中，该有机发光二极管(OLED)是磷光OLED (PHOLED)。在该方法的另一个实施例中，该有机发光二极管 (OLED)以单层或多层有机材料和电极的任意组合的方式用任何有 机材料构造的。在该方法的另一个实施例中，该有机发光二极管 (OLED)是有源矩阵OLED。在该方法的另一个实施例中，该显示 装置是电致发光装置。在该方法的另一个实施例中，该显示装置是等 离子体发射装置。在该方法的另一个实施例中，该显示装置是任何可 控制的光子发射装置。在该方法的另一个实施例中，该有源矩阵显示 装置是由非晶硅构成的。在该方法的另一个实施例中，该有源矩阵显 示装置是由多晶硅构成的。在该方法的另一个实施例中，该有源矩阵 显示装置是由硒化镉构成的。在该方法的另一个实施例中，该有源矩 阵显示装置是由任何类型的半导体材料构成的。
在另一方面，本发明提供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。在一个实施例中，本发明提供具有集成的发光度 传感器的发射像素装置，该像素装置包括：发光装置；驱动电路，用 于生成电流以把该发光装置驱动到与图像电压相对应的预定发光度， 并且在帧时间期间向该发光装置施加该驱动电流；光电传感器，响应 于靠近该发光装置的入射光子通量的变化，展示电特性的变化，以便 在该发光装置处于发射状态时截取可测量的光子通量；与该传感器相 连的电荷存储装置，用于聚集或释放电荷，并且同时展示电容电荷和 与该电荷成比例的电压；以及控制电路或其它控制装置，响应于在帧 时间的至少一部分期间的传感器的电特性的变化，控制电荷存储装置 的充电和放电。
在该装置的一个实施例中，该装置还包括：电压读取电路，用于 测量在显示帧时间的至少一部分的结束时该电荷存储装置上的电压， 测量的电压表示在帧时间的一部分期间的像素的测量的发光度。
在该装置的一个实施例中，该装置还包括：电流读取电路，用于 测量在显示帧时间的至少一部分的结束时该电荷存储装置上的电流， 测量的电流表示在帧时间的一部分期间的像素的测量的发光度。
在该装置的一个实施例中，该装置还包括：电荷读取电路，用于 测量在显示帧时间的至少一部分的结束时该电荷存储装置上的电荷， 测量的电荷表示在帧时间的一部分期间的像素的测量的发光度。
在这些装置的另一个实施例中，该装置还包括反馈控制电路，用 于在后续帧时间期间校正该像素驱动电路，从而与测量帧时间期间的 测量的发光度相比，在后续帧时间期间的测量的发光度和参考发光度 之间的变化更小。
在该装置的一个实施例中，该电荷存储装置上的电压代表控制电 路允许在其间对该电荷存储装置进行充放电的帧时间的一部分期间 的积分光子通量。在该装置的一个实施例中，该电压读取电路还包括 电压比较电路，该电路接收该电荷存储装置上的电压和与目标发光度 相对应的参考电压，并生成用来表示目标发光度和测量的发光度之间 的差值的差分信号。在该装置的一个实施例中，该电流读取电路还包 括电流比较电路，该电路接收该电荷存储装置上的电流和与目标发光 度相对应的参考电流，并生成用来表示目标发光度和测量的发光度之 间的差值的差分信号。在该装置的一个实施例中，该电荷读取电路还 包括电荷比较电路，该电路接收该电荷存储装置上的电荷和与目标发 光度相对应的参考电荷，并生成用来表示目标发光度和测量的发光度 之间的差值的差分信号。在该装置的一个实施例中，该读取电路被配 置成电荷放大器/具有电荷放大器电路的转移阻抗放大器。在该装置的 一个实施例中，电荷放大器/转移阻抗放大器测量把该储能电容器再充 电到满电荷电压所需的电荷，并且该电荷放大器电路的倒相(-)输 入的阻值至少为1千兆欧姆，而该电荷放大器电路的输出的阻值介于 0欧姆与100欧姆之间。在该装置的一个实施例中，该电荷放大器电 路的输出的阻值实质上介于0欧姆与10欧姆之间。在该装置的一个 实施例中，该控制电路包括至少一个晶体管。在该装置的一个实施例 中，该电荷存储装置包括至少一个电容器。在该装置的一个实施例中， 该电荷存储装置包括多个电容器。在该装置的一个实施例中，该传感 装置包括其电阻率或传导率随照射到其上的光子的数目而变化的光 电阻或光电导装置。在该装置的一个实施例中，该发光装置发射光子。 在该装置的一个实施例中，该发光装置包括发光二极管。在该装置的 一个实施例中，该发光装置包括有机发光二极管。在该装置的一个实 施例中，该发光装置包括无机发光二极管。在该装置的一个实施例中， 该发光装置是以二维阵列的方式排列的多个发光装置中的一个，其中 二维阵列被排列成行和列。在该装置的一个实施例中，该发光装置包 括发光二极管。
在该装置的一个实施例中，该发光装置包括有机发光二极管。在 该装置的一个实施例中，该有机发光二极管(OLED)是小分子OLED。 在该装置的一个实施例中，该有机发光二极管(OLED)是聚合物 OLED(PLED)。在该装置的一个实施例中，该有机发光二极管 (OLED)磷光OLED(PHOLED)。在该装置的一个实施例中，该 有机发光二极管(OLED)是以单层或多层有机材料和电极的任意组 合的方式用任何有机材料构造的。在该装置的一个实施例中，该有机 发光二极管(OLED)是有源矩阵OLED。在该装置的一个实施例中， 该显示装置是电致发光装置。在该装置的一个实施例中，该显示装置 是等离子发射装置。在该装置的一个实施例中，该显示装置是任何可 控制的光子发射装置。
在该装置的一个实施例中，该有源矩阵显示装置是由非晶硅构成 的。在该装置的一个实施例中，该有源矩阵显示装置是由多晶硅构成 的。在该装置的一个实施例中，该有源矩阵显示装置是由硒化镉构成 的。在该装置的一个实施例中，该有源矩阵显示装置是由任何类型的 半导体材料构成的。
在该装置的一个实施例中，该光电传感器元件包括一个电阻元 件，并且其电阻变化与照射到其上的光子通量成比例。在该装置的一 个实施例中，该光电传感器元件包括光电二极管，光电二极管响应于 照射到其上的光子通量展示电阻和/或电导的变化。在该装置的一个实 施例中，该光电传感器元件包括光电晶体管，光电晶体管响应于照射 到其上的光子通量展示电阻和/或电导的变化。在该装置的一个实施例 中，该光电传感器截取该发光装置发射的光子，并将它们转换为载荷 子(charge carrier)，使得传感器的材料成为更好的电流导体，因此 具有更低的电阻。在该装置的一个实施例中，电阻较低的光电传感器 排出与该传感器的两端的电阻元件并联的电容器上存储的电荷。在该 装置的一个实施例中，该像素电路包括光子通量计数积分器，后者包 括具有电阻元件和电容器的传感器。在该装置的一个实施例中，排出 的电荷量与在帧时间的一部分期间照射到该传感器上的光子数成比 例，并且在帧时间的一部分的结束时，该电容器上的电压是在帧时间 的一部分期间计数或积分的光子的指示器。
在该装置的一个实施例中，特定发光度在该传感器中引起光电 流，光电流的大小充当发光度指示(通过该传感器的光子通量)。在 该装置的一个实施例中，光电流与发光度成比例。在该装置的一个实 施例中，光电流与发光度成正比例。在该装置的一个实施例中，感光 元件被布置在与该发光二极管相同的像素内。在该装置的一个实施例 中，把感光元件和该发光二极管集成起来，从而该发光二极管发射的 全部或大致全部的光子通量照射到该感光元件上。在该装置的一个实 施例中，该感光元件具有其所处物理位置与该发光装置的半导体阳极 侧接触的表面或分层。
在该装置的一个实施例中，帧时间的一部分包括行寻址时间或更 短的时间段。在该装置的一个实施例中，帧时间的一部分实质上包括 整个帧时间。在该装置的一个实施例中，帧时间的一部分包括整个帧 时间的至少50％。在该装置的一个实施例中，帧时间的一部分至少介 于整个帧时间的90％与100％之间。在该装置的一个实施例中，帧时 间的一部分至少为1毫秒。在该装置的一个实施例中，帧时间的一部 分小于等于行寻址时间。在该装置的一个实施例中，帧时间的一部分 包括介于行寻址时间与帧时间之间的时间。在该装置的另一个实施例 中，帧时间的一部分实质上包括行寻址时间。在该装置的一个实施例 中，帧时间的一部分小于等于行寻址时间。在该装置的一个实施例中， 帧时间的一部分介于行寻址时间的0.01倍(百分之一)和行寻址时间 之间。在该装置的一个实施例中，帧时间的一部分介于行寻址时间的 0.1倍(百分之十)和行寻址时间之间。在该装置的一个实施例中， 帧时间的一部分小于等于帧时间。在该装置的一个实施例中，帧时间 的一部分大于行寻址时间的0.01倍且小于等于帧时间。在该装置的一 个实施例中，帧时间的一部分等于帧时间的数倍。在该装置的一个实 施例中，帧时间的一部分包括介于行寻址时间的0.01倍与帧时间之间 的时间。
在另一方面，本发明提供用于操作具有集成的发光度传感器的发 射像素装置的方法，该方法包括：生成电流以驱动发光装置到达与图 像电压相对应的预定发光度，并且在帧时间期间向该发光装置施加该 驱动电流；与传感器相连的电荷存储装置，用于存储或释放电荷，并 且同时展示电容电荷和与该电荷成比例的电压；照射光电传感器，响 应于帧时间期间该发光装置发射的光子的入射光子通量的变化，展示 其电特性的变化；向与该传感器相连的电荷存储装置中聚集(充电) 或从中排出(放电)电荷，该传感器包括用于在帧时间期间控制电荷 的聚集或释放速度的元件；在帧时间的一部分的结束时测量因该电荷 存储装置上存在电荷引起的电压，测量的电压表示在帧时间的一部分 期间的实际发光度；比较与测量的电压有关的发光度与用于该像素发 射器图像电压和像素发射器驱动电流的参考目标发光度，以生成差 值；以及应用该差值作为校正电路的反馈输入，其中校正电路在后续 帧时间期间修改同一像素的图像电压和驱动电流。
在该方法的一个实施例中，该发光装置包括无机发光二极管。在 该方法的一个实施例中，该发光装置包括有机发光二极管(OLED)。 在该方法的一个实施例中，该有机发光二极管(OLED)是小分子 OLED。在该方法的一个实施例中，该有机发光二极管(OLED)是 聚合物OLED(PLED)。在该方法的一个实施例中，该有机发光二 极管(OLED)是磷光OLED(PHOLED)。在该方法的一个实施例 中，该有机发光二极管(OLED)是以单层或多层有机材料和电极的 任意组合的方式用任何有机材料构造的。在该方法的一个实施例中， 该有机发光二极管(OLED)是有源矩阵OLED。在该方法的一个实 施例中，该显示发射装置是电致发光装置。在该方法的一个实施例中， 该显示发射装置是等离子体发射装置。在该方法的一个实施例中，该 显示发射装置是任何可控制的光子发射装置。
在该方法的一个实施例中，该有源矩阵是由非晶硅构成的。在该 方法的一个实施例中，该有源矩阵是由多晶硅构成的。在该方法的一 个实施例中，该有源矩阵是由硒化镉构成的。在该方法的一个实施例 中，该有源矩阵是由任何类型的半导体材料构成的。
在该方法的一个实施例中，该光电传感器截取该发光装置发射的 光子，并将它们转换为载荷子，使得传感器的材料成为更好的电流导 体，因此具有更低的电阻。在该方法的一个实施例中，聚集或排出的 电荷量与在帧时间的一部分期间照射到该传感器上的光子数成比例， 并且在帧时间的一部分的结束时，该电容器上的电压是在帧时间的一 部分期间计数或积分的光子的指示器。在该方法的一个实施例中，特 定发光度在该传感器中引起光电流，光电流的大小充当发光度指示 (通过该传感器的光子通量)。在该方法的一个实施例中，感光元件 被布置在与该发光二极管相同的像素内。
在该方法的一个实施例中，帧时间的一部分包括行寻址时间或更 短的时间段。在该方法的一个实施例中，帧时间的一部分实质上包括 整个帧时间。在该方法的一个实施例中，帧时间的一部分包括整个帧 时间的至少50％。在该方法的一个实施例中，帧时间的一部分至少介 于整个帧时间的90％与100％之间。在该方法的一个实施例中，帧时 间的一部分至少为1毫秒。在该方法的一个实施例中，帧时间的一部 分小于等于行寻址时间。
在该方法的另一个实施例中，帧时间的一部分包括介于行寻址时 间与帧时间之间的时间。在该方法的另一个实施例中，帧时间的一部 分实质上包括行寻址时间。在该方法的另一个实施例中，帧时间的一 部分小于等于行寻址时间。在该方法的另一个实施例中，帧时间的一 部分介于行寻址时间的0.01倍(百分之一)和行寻址时间之间。在该 方法的另一个实施例中，帧时间的一部分介于行寻址时间的0.1倍(百 分之十)和行寻址时间之间。在该方法的另一个实施例中，帧时间的 一部分小于等于帧时间。在该方法的另一个实施例中，帧时间的一部 分大于行寻址时间的0.01倍且小于等于帧时间。在该方法的另一个实 施例中，帧时间的一部分等于帧时间的数倍。在该方法的另一个实施 例中，帧时间的一部分包括介于行寻址时间的0.01倍与帧时间之间的 时间。
在另一方面，本发明提供用于操作自校准发射像素的装置和方 法。在一个实施例中，本发明提供用于操作自校准像素的发射像素装 置和方法，该方法包括：建立具有预定启动电压的传感电容器；给光 子发射装置提供电流，以便在预定的目标光子发射电平上发射光子； 照射其电性能随其上的光子通量而变化的传感装置，以便在帧时间的 至少一部分期间发射光子；允许该传感电容器通过该传感装置从预定 启动电压开始充电或放电，从而帧时间的一部分和在帧时间的一部分 期间的传感器的平均电阻确定该传感电容器上的电荷量；在帧时间的 一部分的结束时测量该传感电容器上的剩余电压或电荷，作为用于测 量的在帧时间的一部分期间的积分光子通量和像素发光度的指示；以 及通过使用测量的传感电容器电压作为反馈参数，修改将在后续显示 帧时间期间应用于同一像素和灰度级的图像电压和电流。
在该方法的一个实施例中，该传感器包括光电阻装置。在该方法 的一个实施例中，该传感器包括光电导装置。在该方法的一个实施例 中，该传感器包括光电二极管、光电阻、光电导体和光电晶体管中的 至少一种。在该方法的一个实施例中，该传感器包括光电晶体管。在 该方法的一个实施例中，该传感器包括光电二极管。在该方法的一个 实施例中，建立的电容器启动电压是通过把传感电容器充电到预定充 电电压而建立的。在该方法的一个实施例中，建立的电容器启动电压 实质上为零伏特。在该方法的一个实施例中，预定电容器启动电压是 一个具有电压量的非零电压。在该方法的一个实施例中，对于充电到 非零预定启动电压后允许其放电的传感电容器，通过该传感电容器保 持的电压差指示在帧时间的一部分期间的总的光子积分通量。
在该方法的一个实施例中，对于大致为零伏特的不带电的或在不 同电压下充电后允许其在帧积分时间的一部分期间放电的传感电容 器，通过该传感电容器的启动电压与结束电压的差值指示在帧时间的 一部分期间的总的光子积分通量。
在该方法的一个实施例中，修改将在后续显示帧期间应用于同一 像素和灰度级的图像电压和电流的步骤还包括，比较测量的传感电容 器电压与存储器中存储的参考校准电压，以及通过使用这些电压之间 的差值生成校正。
在该方法的一个实施例中，对于二维有源矩阵像素阵列的每个像 素，该方法实质上是并行执行的。
在该方法的一个实施例中，通过向控制设备施加电压提供电流， 该控制设备向光子发射装置提供与该电压相对应的电流，以便以预定 的目标光子发射电平发射光子。
在该方法的一个实施例中，帧时间的一部分包括行寻址时间或更 短的时间段。在该方法的一个实施例中，帧时间的一部分实质上包括 整个帧时间。在该方法的一个实施例中，帧时间的一部分包括整个帧 时间的至少50％。在该方法的一个实施例中，帧时间的一部分至少介 于整个帧时间的90％与100％之间。在该方法的一个实施例中，帧时 间的一部分至少为1毫秒。在该方法的一个实施例中，帧时间的一部 分小于等于行寻址时间。在该方法的另一个实施例中，帧时间的一部 分介于行寻址时间的0.01倍(百分之一)和行寻址时间之间。在该方 法的另一个实施例中，帧时间的一部分介于行寻址时间的0.1倍(百 分之十)和行寻址时间之间。在该方法的另一个实施例中，帧时间的 一部分小于等于帧时间。在该方法的另一个实施例中，帧时间的一部 分大于行寻址时间的0.01倍且小于等于帧时间。在该方法的另一个实 施例中，帧时间的一部分等于帧时间的数倍。在该方法的另一个实施 例中，帧时间的一部分包括介于行寻址时间的0.01倍与帧时间之间的 时间。
在该方法的一个实施例中，该方法还包括，在积分帧时间之前， 利用晶体管和电容器充电电压电源，通过传感器线路，把与传感器相 连的电容器充电到第一预定电压。在该方法的一个实施例中，通过传 感器线路施加电容器充电电压，仅在测量传感电容器电压时，或者仅 在对传感电容器进行再充电并且电压非常稳定且没有变化时，传感器 线路才提供电流。
在另一方面，本发明提供用于计算机、信息设备和娱乐系统的高 性能发射显示设备。在一个实施例中，本发明提供一种信息设备，包 括：包含有以二维阵列的方式排列的多个有源矩阵像素的平板或其它 显示设备，每个像素包括一个有机发光二极管发射器，一个发射器驱 动电路，用于接收每个像素的输入图像数据，并生成像素驱动信号， 以在帧时间期间生成相对应的目标像素发光度，以及一个发射器发光 度传感器和测量电路，测量用来表示测量显示帧时间的一部分上的每 个像素的实际发光度的电动参数；以及与该平板显示设备相连的显示 逻辑子系统，用于接收每个像素的与像素发光度有关的电参数，并且 基于目标像素发光度与测量的像素发光度之间的差值，生成将在测量 显示帧时间之后的帧时间期间应用于每个像素的输入图像数据的校 正。
在一个实施例中，该信息设备还包括至少一个以下设备：电视监 控器，电视接收机，CD播放器，DVD播放器，计算机监控器或显示 器，计算机系统，汽车仪表盘，航空器仪表显示盘，视频游戏机，蜂 窝电话，个人数字助理(PDA)，电话，图形系统，打印系统，记分 板系统，娱乐系统，家庭或家用电器，复印机，全球定位系统导航显 示屏，动态艺术显示装置，照相机，以及其任意组合。
在该信息设备的一个实施例中，每个像素包括：一个发光装置； 一个驱动电路，用于生成电流以把该发光装置驱动到与图像电压相对 应的预定发光度，并且在帧时间期间向该发光装置施加该驱动电流； 一个光电传感器，响应于靠近该发光装置的入射光子通量的变化，展 示电特性的变化，以便在该发光装置处于发射状态时截取可测量的光 子通量；与该传感器相连的电荷存储装置，用于聚集或释放电荷，并 且同时展示电容电荷和与该电荷成比例的电压；控制电路，响应于在 帧时间的至少一部分期间的传感器的电特性的变化，控制该电荷存储 装置的充电和放电；电压读取电路，在显示帧时间的至少一部分的结 束时测量该电荷存储装置上的电压，测量的电压表示在帧时间的一部 分期间的像素的测量的发光度；以及反馈控制电路，用于在后续帧时 间期间校正该像素驱动电路，从而与测量帧时间期间的测量的发光度 相比，在后续帧时间期间的测量的发光度和参考发光度之间的变化更 小。
在另一个实施例中，本发明提供用于操作具有以二维阵列的方式 排列的多个有源矩阵像素的类型的显示设备的方法，每个像素包括一 个发光二极管发射器，和一个发射器驱动电路，用于接收每个像素的 输入图像数据，并生成像素驱动信号，以在每个帧显示时间期间生成 相对应的目标像素发光度；该方法的特征在于该方法还包括：测量用 来表示在第一帧时间的至少一部分期间由发射器发光度测量电路截 取的光子通量的电压；以及比较与测量的发光度相对应的测量的电压 和与参考发光度相对应的参考电压，以生成一个差分信号，通过使用 该差分信号修改在后续帧显示时间期间的每个像素的输入图像数据， 从而在后续显示帧时间期间的像素发光度将更接近该参考发光度。
在该方法的一个实施例中，帧时间的一部分包括行寻址时间或更 短的时间段。在该方法的一个实施例中，帧时间的一部分实质上包括 整个帧时间。在该方法的一个实施例中，帧时间的一部分包括整个帧 时间的至少50％。在该方法的一个实施例中，帧时间的一部分至少介 于整个帧时间的90％与100％之间。在该方法的一个实施例中，帧时 间的一部分至少为1毫秒。在该方法的一个实施例中，帧时间的一部 分小于等于行寻址时间。在该方法的另一个实施例中，帧时间的一部 分介于行寻址时间的0.01倍(百分之一)和行寻址时间之间。在该方 法的另一个实施例中，帧时间的一部分介于行寻址时间的0.1倍(百 分之十)和行寻址时间之间。在该方法的另一个实施例中，帧时间的 一部分小于等于帧时间。在该方法的另一个实施例中，帧时间的一部 分大于行寻址时间的0.01倍且小于等于帧时间。在该方法的另一个实 施例中，帧时间的一部分等于帧时间的数倍。在该方法的另一个实施 例中，帧时间的一部分包括介于行寻址时间的0.01倍与帧时间之间的 时间。
在该方法的一个实施例中，后续帧显示时间是紧接第一显示时间 之后的帧显示。在该方法的一个实施例中，后续帧显示时间是进行发 光度测量的第一帧显示时间之后的预定显示帧数的帧显示，并且其中 预定帧数是任意整数帧数N。在该方法的一个实施例中，后续帧显示 时间是预定或动态确定的事件发生时的帧显示。
在该方法的一个实施例中，发生的预定或动态确定的事件是从显 示器初始化事件，显示器加电事件，显示器操作时间事件，用户发起 的事件，基于任何自动策略或规则的事件以及这些事件的组合中选择 的。
在该方法的一个实施例中，该显示装置包括作为完整系统中的组 成部分的平板显示装置，其中该系统是从由以下系统组成的一组系统 中选择的：任何一种信息设备，电视监控器，CD播放器，DVD播放 器，计算机监控器，计算机系统，汽车仪表盘，航空器仪表显示盘， 视频游戏机，蜂窝电话，个人数字助理(PDA)，电话，图形系统， 打印系统，记分板系统，娱乐系统，家庭或家用电器，复印机，全球 定位系统导航显示屏，动态艺术显示装置，照相机，以及其任意组合。
在该信息设备和方法的一个实施例中，该发光装置包括有机发光 二极管(OLED)。在该信息设备和方法的一个实施例中，该有机发 光二极管(OLED)是小分子OLED。在该信息设备和方法的一个实 施例中，该有机发光二极管(OLED)是聚合物OLED(PLED)。 在该信息设备和方法的一个实施例中，该有机发光二极管(OLED) 是磷光OLED(PHOLED)。在该信息设备和方法的一个实施例中， 该有机发光二极管(OLED)是以单层或多层有机材料和电极的任意 组合的方式用任何有机材料构造的。在该信息设备和方法的一个实施 例中，该有机发光二极管(OLED)是有源矩阵OLED。在该信息设 备和方法的一个实施例中，该发光装置是电致发光装置。在该信息设 备和方法的一个实施例中，该发光装置是等离子体发射装置。在该信 息设备和方法的一个实施例中，该发光装置是任何可控制的光子发射 装置。
在该信息设备和方法的一个实施例中，该显示装置是由非晶硅构 成的。在该信息设备和方法的一个实施例中，该显示装置是由多晶硅 构成的。在该信息设备和方法的一个实施例中，该显示装置是由硒化 镉构成的。在该信息设备和方法的一个实施例中，该显示装置是由任 何类型的半导体材料构成的。
在另一方面，本发明提供一种集成电路。在一个实施例中，该集 成电路包括：采样与保持电路，从多个显示像素那里接收用来特征化 积分光子通量和发光度测量的模拟电压信号；模数转换器，用于接收 采样与保持的模拟电压信号，并将该模拟信号转换成数字信号；校准 值存储器，用于存储每个像素和需要该像素显示的每个灰度级值的参 考值；至少一个比较器，接收用来指示特定的测量的像素发光度的至 少一个转换的数字信号值和用来指示同一像素的参考发光度的至少 一个参考信号值，并且生成用来指示该测量的像素发光度与该参考像 素发光度的偏差的差分信号；以及包含有像素偏差存储器的像素偏差 逻辑，像素偏差存储器用于存储像素的偏差指示。在该集成电路的另 一个实施例中，该像素偏差存储器和该校准值存储器逻辑上是在公用 物理存储器中定义的。在该集成电路的另一个实施例中，该像素偏差 存储器和该校准值存储器是在不同的物理存储器内定义的。
在非常详细地描述了几种方法之后，应该理解，这些描述包括可 以进行组合的可选装置、装置、系统和方法步骤(功能)，从而可以 实现比提及的功能数更少的功能数，以实现相同或基本相同的结果。 同时，应该理解，在许多场合中，可以修改方法权利要求中的步骤的 顺序，以实现相同或基本相同的结果，并且可以经常修改这些电路和 装置的连通性，而仍能实现本发明的性能。
通过上面的描述可以理解，尽管这里举例描述了本发明的特定实 施例，但是可以做出各种修改而并不背离本发明的实质和范围。
相关申请
本申请要求申请日为2004年6月29日，发明人为Damoder Reddy和W.Edward Naugler，Jr.，题目为High-Impedance to  Low-Impedance Conversion System for Active Matrix Emission Feedback Stabilized Flat Panel Display的美国临时专利申请序列号 60/583,744在35 U.S.C.119和/或35 U.S.C.120下的优先权的利益， 本申请全文引用作为参考。
本申请还涉及并要求以下申请在35 U.S.C.120下的优先权的利 益，本申请引用下列申请作为参考：申请日为2004年12月17日， 题目为Feedback Control System and Method for Operating a High-Performance Stabilized Active-Matrix Emissive Display的美国发 明专利申请号11/015,638；申请日为2004年12月17日，题目为 Active-Matrix Display And Pixel Structure For Feedback Stabilized Flat Panel Display的美国发明专利申请号11/016,372；申请日为2004年 12月17日，题目为System And Method For A Long-Life Luminance Feedback Stabilized Display Panel的美国发明专利申请号11/016,164； 申请日为2004年12月17日，题目为Method For Operating And Individually Controlling The Luminance Of Each Pixel In An Emissive Active-Matrix Display Device的美国发明专利申请号11/016,137；申 请日为2004年12月17日，题目为Device And Method For Operating A Self-Calibrating Emissive Pixel的美国发明专利申请号11/016,686以 及申请日期为2004年12月17日，题目为High-Performance Emissive Display Device For Computers，Information Appliances，And Entertainment Systems的美国发明专利申请号11/016,357；兹引用各 申请作为参考。