CN100479018C - 显示设备的驱动电路和驱动方法 - Google Patents

Abstract

一种驱动电路，向输出端输出输出信号，包括驱动晶体管，被配置为向输出端输出灰度电流；单差分放大器；与驱动晶体管相连的电阻元件；和多个开关。多个开关是受控的，这样在第一周期内，预充电电压从差分放大器输出到输出端，同时阻断了驱动晶体管的输出，这样在第一周期后的第二周期内，灰度电流从驱动晶体管输出到输出端。

Description

显示设备的驱动电路和驱动方法

技术领域

本发明涉及一种驱动电路，特别涉及显示设备的一种驱动电路和方法，显示设备包含象素中的电流驱动型发光元件。

背景技术

伴随计算机技术的进展，人机界面的重要性随之增加。特别地，作为输出端的人机界面的一种，显示设备要求具有更高的性能。多种类型的显示设备在商业上可用并且用于直观地显示计算机输出的电子数据。

作为这些显示器中典型的显示设备，平板显示设备被认为是液晶显示设备和使用有机电致发光的有机EL(电致发光)显示设备。比较有机EL显示设备和液晶显示设备，有机EL显示设备的显示面板由于没有背光，所以能够做得薄。此外，有机EL显示设备能够在更宽的可视角度内显示显示图像。

一种驱动平板显示设备特别是有机EL显示设备的方法，主要分为两部分。一部分是简单矩阵类型的驱动方法，另一部分是有源矩阵类型的驱动方法。前者在象素结构中简单，但是在大尺寸的面板结构和高微缩的象素结构中困难。后者，在该驱动方法的开发中，已经发展到用于一个象素的多个薄膜晶体管(TFT)。然而，在有源矩阵类型显示设备中，由于驱动TFT的老化和驱动TFT的电流特性的偏离使得流过发光元件的电流的数值改变，所以亮度也会变化。

作为一种措施，日本待审公开专利申请(JP-P2002-517806A)中提出了电流复制型象素。图1A是显示了电流复制型象素的配置的电路图。如图1A中所示，象素由发光元件61、驱动晶体管62和开关晶体管63、64和65以及电容元件66组成。发光元件61通过EL(电致发光)现象发光，并且亮度根据电流的数值而改变。然而，在电流复制型电流驱动方法中，因为在低亮度端恒流电路提供的电流的强度特别小，所以不能在预定驱动周期内驱动数据线5和象素6。为此，在日本待审公开专利申请(JP-P2003-195812A和JP-P2005-099745A)中，在电流驱动晶体管62之前提供了和驱动晶体管62近似相等的准晶体管，并向准晶体管提供电流。然后，通过具有高驱动能力的电压跟随器，数据线5和象素6被准晶体管产生的电压预充电。

在日本待审公开专利申请(JP-P2003-195812A)中的恒流电路中，提供了使用二进制加权的多个恒流源，和通过D/A转换产生的灰度电流，并提供给数据线5和象素6。在日本待审公开专利申请(JP-P2005-099745A)中的恒流电路中，当初始电流源的电流值被晶体管和电容元件组成的电路采样时，电流值被提供给象素。另一种情况，在一个水平周期的电流驱动周期之前，数据线5和象素6在电压预充电周期内通过电源跟随器被预充电，并且电流驱动周期内，根据显示数据而确定电流值的电流对数据线5和象素6进行电流驱动。

然而，常规恒流电路中存在一些问题。在日本待审公开专利申请(JP-P2003-195812A)中的恒流电路中，提供了多个已加权的恒流源。因此，由于恒流源电流值的偏差，可能造成单调递增性的损失。与此同时，因为多个恒流源被提供来驱动一条数据线，恒流源的电路区域在电路规模上变大并且具有大的寄生电容，从而延长了电流驱动周期。

此外，在日本待审公开专利申请(JP-P2005-099745A)中，恒流电路是采样保持型，由TFT和电容组成。此外，由于现场流导致的电压偏差，使得在多个恒流源上产生了大的电流偏差。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种具有单调递增性和减少的电流值偏差的驱动电路。

此外，本发明的另一个目的是提供一种电路规模能够被减小的驱动电路。

此外，本发明的另一个目的是提供一种驱动电路，其中作为恒流源一部分的差分放大器在预充电驱动周期和电流驱动周期内被共享。

在本发明的一个方面中，向输出端输出输出信号的驱动电路包括驱动晶体管，被配置为向输出端输出灰度电流；单差分放大器；与驱动晶体管连接的电阻元件；多个开关。多个开关是受控的，致使在第一周期内预充电电压从差分放大器输出到输出端，同时阻断了驱动晶体管的输出，并且在第一周期后的第二周期内灰度电流从驱动晶体管输出到输出端。

这里，差分放大器可以具有差分输入晶体管，并且提供给差分输入晶体管的信号的极性可以在每个预定周期内转换。

此外，连接到差分放大器的第一电源线和连接到电阻元件的第二电源线可以彼此分离。

在本发明的另一方面中，驱动电路包括输出端；差分放大器，被配置为响应第一周期内的输入信号，向输出端输出预充电电压。单驱动晶体管基于响应第一周期后的第二周期内的输入信号的来自差分放大器的输出，向输出端输出灰度电流。

这里，驱动电流还可以包括开关电路，被配置为在每个预定周期内，切换提供给差分放大器内的反相输入和非反相输入的输入信号中的第一和第二信号。

此外，与差分放大器相连的第一电源线和与驱动晶体管相连的第二电源线彼此分离。

此外，在第一周期内提供给差分放大器的输入信号可以是基于显示数据的一部分位确定的。在第二周期内提供给差分放大器的输入信号可以是基于显示数据的所有位确定的。

此外，驱动电路还可以包括第一开关，被配置为在第一周期内阻断驱动晶体管的操作。

此外，驱动电路还可以包括第二开关，被配置为在第一周期内把驱动晶体管和输出端断开。

此外，驱动电路还可以包括第一电阻元件，与驱动晶体管串联；第三开关和第二电阻元件组成的串联电路，串联电路被并联到第一电阻元件。第三开关可以基于第一电阻元件的电阻值被控制。

在本发明的另一方面中，显示设备的驱动方法是通过以下步骤实现的：在第一周期内响应输入信号，把预充电电压从差分放大器输出到输出端；并且在第一周期后的第二周期内，基于响应输入信号的差分放大器的输出，把灰度电流从单驱动晶体管输出到输出端。

这里，驱动方法还可以通过在每个预定周期内切换提供给差分放大器内的反相输入和非反相输入的输入信号中的第一和第二信号而实现。

此外，可以通过不同的电源线分别给差分放大器和驱动晶体管供电。

此外，在第一周期内提供给差分放大器的输入信号可以是基于显示数据的一部分位确定的，在第二周期内提供给差分放大器的输入信号可以是基于显示数据的所有位确定的。

此外，驱动方法还可以通过在第一周期内阻断驱动晶体管的操作而实现。

此外，驱动方法还可以通过在第一周期内断开驱动晶体管和输出端而实现。

此外，驱动方法还可以通过调节和驱动晶体管串联的电阻元件的电阻值而实现。

此外，驱动方法通过驱动电路实现，驱动电路包括与驱动晶体管串联的电阻元件；以及第三开关和第二电阻元件组成的串联电路，串联电路被并联到电阻元件。

驱动方法还包括基于第一电阻元件的电阻值控制第三开关。

在本发明的另一方面中，驱动电路包括输出端；单驱动晶体管，被配置为响应栅极输入信号把驱动电流输出到输出端。在每个预定周期内，选择与从输入信号电压到驱动晶体管的漏极电压之间的差相对应的第一电压和与从漏极电压到输入信号电压之间的差相对应的第二电压两者之一，并将选择的电压提供给驱动晶体管作为栅极输入信号。

附图描述

图1A是显示了通过驱动电路驱动的电流复制型象素的配置的电路图；

图1B是在象素中当预定电流值的电流流过时的等效电路图；

图2是显示了根据本发明第一实施例的驱动电路的配置的电路图；

图3是显示了用于本发明的驱动电路中的差分放大器的配置的电路图；

图4是显示了在本发明中用于提供预充电电压或灰度电压的驱动电路的电源电路的配置的框图；

图5A和5B是显示了本发明的驱动电路中的灰度电压选择器和预充电电压选择器的电路图；

图6是显示了本发明驱动电路中的驱动晶体管的伏安特性的图表；

图7A至7J是显示了根据本发明第一实施例的驱动电路的操作时序图；

图8A至8J是显示了根据本发明第一实施例的驱动电路的另一操作时序图；

图9A至9C是本发明的驱动电路的等效电路；

图10是显示了根据本发明第二实施例的驱动电路的配置的电路图；以及

图11是显示了根据本发明第三实施例的驱动电路的配置的电路图。

具体实施方式

在此之后，将会参考附图对根据本发明的用于显示设备的驱动电路加以描述。在本发明中，假定显示数据是6位的，即“D5、D4、D3、D2、D1、D0”(64个降级等级)，最高位(MSB)是D5，最低位(LSB)是D0。此外，假定最低等级的亮度对应“000000”且最高等级的亮度对应“111111”。应该注意的是，显示数据可以是7位或是5位。

第一实施例

下面将描述根据本发明的第一实施例的驱动电路。首先，显示设备被本发明中的驱动电路10驱动，并且具有电流复制型象素6。参考图1A对象素进行描述。象素6由发光元件61、驱动晶体管(TFT)62和开关晶体管(TFT)63、64和65以及电容66组成。发光元件61的一端与电压电源线7相连，发光元件61的另一端与开关晶体管65的一端相连，并且开关晶体管65的另一端与节点67相连。此外，驱动晶体管62的源极与电压电源线8相连，并且驱动晶体管62的漏极与节点67相连。节点67与每个开关晶体管63、64和65的另一端相连。开关晶体管63的一端与数据线5相连，开关晶体管64的一端与驱动晶体管62的栅极和电容66的一端相连。此外，电容66的另一端与电压电源线8相连。尽管未显示在图中，控制信号被提供给每个开关晶体管63、64和65的栅极。这里，在后面的描述中，电压电源线8的电压将被描述为系统地线GND。

接下来，参考图1A和图1B，对象素6存储电流值的操作进行描述。在电流存储模式中，开关晶体管63和64导通，开关晶体管65截止。这时，电流值为J的电流通过数据线5和开关晶体管63从驱动电路10提供给驱动晶体管62，并且驱动晶体管62的栅极和漏极自偏置到电压Vg，以使电流值为J的电流流过，如图1B所示。然后，开关晶体管64截止并且驱动晶体管62的栅极电压Vg被存储在电容66上。当开关晶体管63截止且开关晶体管65导通时，象素进入发光模式且发光元件61根据电流值J确定的亮度发光。

图2是显示了驱动电路10的配置的电路图，驱动电路10用于根据本发明第一实施例的显示设备。图2所示的驱动电路10由开关11至18、输出端19、驱动晶体管20、电阻21和差分放大器30组成。在本发明中，驱动电路10的差分放大器30在预充电周期和电流驱动周期内被共享。而且，在每个扫描周期或帧周期，由差分放大器30的偏置电压偏差引起的电流值偏差被平均，导致图画质量被提高。

参考图2，将会详细描述驱动电路10的配置。首先，差分放大器30由差分输入晶体管Q1和差分输入晶体管Q2组成，如稍后将要描述的。差分输入晶体管Q1的栅极或节点25与开关14的一端相连。此外，差分输入晶体管Q2的栅极或节点26与开关17的一端相连。然后，开关14和开关17的另一端被短路作为节点27。由选择器43和44选择的预充电电压或灰度电压被提供给节点27。此外，差分放大器30的输出端或节点22与每个开关11、12和16的一端相连。开关11的另一端与输出端19相连，且开关12的另一端与节点26相连，并且开关16的另一端与驱动晶体管20的栅极或节点23相连。此外，驱动晶体管20的漏极与输出端19相连，且驱动晶体管20的源极或节点24与电阻元件21的一端相连。电阻元件21的另一端与电源线29b相连。而且，节点23与开关13一端相连且开关13的另一端与电源线29b相连。节点24与开关18的一端相连且节点25与开关18的另一端相连。此外，节点24与开关15的一端相连且节点26与开关15的另一端相连。开关11至18被控制单元(未显示)控制。

下面将要进行的描述中，假定驱动电路10是流出型灰度电流电路，并且驱动电路10在电源电压VDD＝20V和电源电压VSS＝5V的条件下工作。在此范围之外，驱动电路10可以是取决于象素6的结构的流入型灰度电流电路。

接下来，参考图3对差分放大器30进行描述。差分放大器30由用于差分输入级的差分输入晶体管Q1和Q2、多个开关31至34、电流镜像结构中的晶体管37和38和作为恒流源的晶体管40组成。这里，开关31至34被用于在反相输入模式或非反相输入模式之间切换差分输入晶体管Q1和Q2。用于接通-断开状态的开关31和33的控制和开关32和34的控制相反。开关31至34被控制单元(未显示)控制。输出级由晶体管35和36组成。此外，在差分输入级和输出级之间提供了中间级39，并且理想情况下差分放大器30以推挽方式进行操作。

理想情况下，差分放大器30的电源线29a和与电阻元件21相连的电源线29b是分离的。这是因为使用了多个驱动电路10，所以流过差分放大器30的电流致使电源线上产生电压降，导致了大的电流值偏差。

接下来，参考图4对向驱动电路10提供预充电电压或灰度电压的电路进行描述。在图4中，电路由在预定周期内锁存显示数据的锁存器电路49、对显示数据的一部分位进行译码的译码器47和对显示数据的所有位进行译码的译码器48组成。此外，电路还包括预充电电压发生电路45，用于产生多个预充电电压；灰度电压发生电路46，用于产生多个灰度电压；预充电电压选择器43，用于根据部分显示数据的位来选择多个预充电电压中的一个；以及灰度电压选择器44，用于根据显示数据的所有位来选择多个灰度电压中所期望的一个。此外，电路还包括开关41和42，每一个都用于选择预充电电压或灰度电压；以及控制单元(未显示)。开关41和42被控制单元控制。

灰度电压选择器44由图5A所示的64个开关组成，并且具有64个数值的灰度电压V0至V63被分别提供给64个开关。另一方面，预充电电压选择器43由图5B所示的18个开关组成。由于在灰度电流电路进行电流驱动前要进行预操作，电压预充电操作不需要电压精度。此外，由于驱动晶体管62的电流特性的改变过大，也不需要电压精度。电压预充电只在低亮度发光区域内能够实现，也就是在低电流值驱动的电流区域内。在高电流值时，由于电流值大于低电流值的10倍，数据线和象素能够在预定电流驱动周期内被驱动而不需要进行预充电。因此，基于除了最低位(LSB)和最高位(MSB)的四个位，从16个预充电电压V0至V15中选择预充电电压，以对应低亮度区域。在高亮度区域，预充电电压V15被提供给数据线5和象素6。通过将MSB是“0”时设置为低亮度区域和将MSB是“1”时设为高亮度区域，将亮度区域被分为两部分。

预充电电压发生电路45在电流驱动周期之前产生预充电电压。图6通过圆点线显示了驱动晶体管(TFT)62的特性。由圆点线显示驱动晶体管(TFT)62的伏安特性，通过实线显示了预充电电压的设置实例。当电流值小时，预充电电压依赖于驱动晶体管62的特性，当电流值大时，预充电电压被固定为VC15。例如，因为电流值是0，电流驱动不能在0灰度等级上实现。因此，如果VC0低于驱动晶体管62的阈电压Vt(例如5V)，VC0不需要接近VC1。

灰度电压发生电路46产生多个灰度电压以产生多个灰度电流，进行亮度校正。由驱动电路10中的电阻元件21上的电压降或电压差ΔV使得值为J＝ΔV/R的电流流过。例如，如果电阻元件21的阻值R是500KΩ，产生灰度电压，以致使在第0灰度等级电流为0nA，在第1灰度等级为20nA，...，第63灰度等级为10μA。在这种情况下，产生了多样的灰度电压，V0＝20V(ΔV＝0V)对应第0灰度等级，V1＝19.99V(ΔV＝0.01V)对应第1灰度等级，...，V63＝15V(ΔV＝5V)对应第63灰度等级。

图4所示电路是向驱动电路10提供预充电电压或灰度电压的电路的实例，并且可以具有另一种电路配置。例如，可以向象素和伪象素提供电流，并且从由该电流导致的电压中产生预充电电压。

为显示设备提供了多个数据线5，并提供多个驱动电路10。因此，每个驱动电路10的电流偏差影响了图画质量。驱动电路10的电流偏差的主要原因是电阻元件21的阻值偏离和差分放大器30的偏置电压偏差。差分放大器30的偏置电压偏差是根据差分输入晶体管Q1和差分数据晶体管Q2之间的相对偏差，以及电流镜像配置中的晶体管37和晶体管38之间的相对偏差所确定的。差分放大器30的电压偏差通常大约为±10mV，降低了低亮度区域中的电流精度。具体地说，在第1灰度等级中，电压差ΔV是10mV，当电压偏差是±10mV时则失去了单调递增性。可以认为电压差被设置为使得差分放大器30中的电压偏离±10mV能够被忽略的一值。例如，如果电阻元件21的阻值为2MΩ，ΔV＝20nA×2MΩ＝40mV。然而，为了设置10μA作为第63灰度等级，需要ΔV＝10μA×2MΩ＝20V的电压差。因此，除了驱动电路10的大驱动电压和大消耗功率之外，电路区域也变大。

在本发明中，通过在每帧中对暂时穿过差分放大器30的切换的差分输入晶体管Q1和Q2的偏置电压进行平均，提高了图画质量，所以提供给象素的电流的偏差被暂时平均。

接下来，参考图7A至7J的时序图，对驱动电路10的操作进行详细描述。

首先，在水平周期(扫描周期)的开始部分，显示数据被锁存器电路49锁存。在随后的预充电周期内，基于锁存的显示数据进行数据线5的预充电。在预充电周期内，开关11、12、13、14、31、33和41被接通，开关15、16、17、18、32、34、42被断开。图9C显示了在那时的等效电路。因此，电路以电压跟随器的方式操作，且数据线5通过开关11被预充电为VC0至VC15中任一个值。此时，差分输入晶体管Q1变为非反相输入端且差分输入晶体管Q2变为反相输入端。当开关13接通时，驱动晶体管20的栅极电压变为电源电压29b，所以驱动晶体管20被设置为截止态且驱动晶体管20的输出被阻断。

在下一个电流驱动周期a内，开关11、12、13和41被断开。当开关15、16和42被接通时，差分输入晶体管Q1变为非反相输入端且差分输入晶体管Q2变为反相输入端。根据显示数据选择的灰度电压被提供给差分输入晶体管Q1，且驱动电路以图9A中等效电路中的灰度电流电路A的方式进行操作。由于差分放大器30的操作，使得节点25和节点26的电压是相同的。电源电压29a和灰度电压之间的电压差ΔV被施加到具有阻值R的电阻元件21上，并且灰度电流J＝ΔV/R被输出到输出端19。

接下来，参考图8A至8J的时序图对操作进行描述。首先，在水平周期的开始部分，显示数据被锁存器49锁存。在随后的预充电周期内，开关11、12、13、14、31、33和41被接通，开关15、16、17、18、32、34和42被断开，如图7A至7J的情况，所以数据线5根据锁存的显示数据被预充电。

在下一个电流驱动周期b内，不像电流驱动周期a，开关11、12、13、14、31、33和41被断开，开关16、17、18、32、34和42被接通。因此，差分输入晶体管Q1变为反相输入端，且差分输入晶体管Q2变为非反相输入端。根据显示数据选择的灰度电压被提供给差分输入晶体管Q2，并且驱动电路以图9B所示等效电路中的灰度电流电路B的方式工作。由于差分放大器30的操作，使得节点25和节点26的电压是相同的，电源电压29a和灰度电压之间的电压差ΔV被施加到具有阻值R的电阻元件21上，并且灰度电流J＝ΔV/R被输出到输出端19。

这样，差分放大器30中的差分输入晶体管Q1和Q2在电流驱动周期a和电流驱动周期b内以预定的时序被切换。图9A和9B所示的灰度电流电路A和灰度电流电路B中的灰度电流被提供给象素6，同时灰度电流每帧都被切换。因此，通过平均由差分放大器30的偏置电压关于时间引起的驱动电路10的电流值偏差，可以提高显示设备中图画的质量。

在自发光型显示设备中，期望使用对于每个R(红)、G(绿)和B(蓝)都能独立设置预充电电压和灰度电流的结构。可以为每个R、G和B提供电压发生电路45和46。可代替地，电压发生电路45和46可以被R、G和B共享，并且可以为每个R、G和B提供设置寄存器，以致使设置寄存器被时分地切换。

第二实施例

接下来，参考图10对根据本发明第二实施例的驱动电路加以描述。这里对与第一实施例的差别加以描述，而省略了与第一实施例相同部分的详细描述。在第一实施例中，在差分放大器30的输出节点22和驱动晶体管20的栅极之间提供了开关16。此外，在驱动晶体管20的栅极和电源线29b之间提供了开关13。因此，驱动晶体管20是受控的。

另一方面，在图10所示的第二实施例中，省略了开关13和16，取而代之的是在驱动晶体管20的漏极和输出端19之间提供了开关70。然后，开关70是按照与开关16相同的时序被控制的。开关70是由控制单元(未显示)控制的。

第三实施例

接下来，下面参考图11对根据本发明第三实施例的驱动电路加以描述。这里对第三实施例与第一实施例和第二实施例的差别加以描述，省略了对第三实施例整体的详细描述，因为第三实施例的整体与第一实施例或第二实施例的整体是相似的。

在第一实施例和第二实施例中，连接到驱动晶体管20的电阻元件是单个的。另一方面，在第三实施例中，设置了与电阻元件21并联的校正电阻71和开关72组成的串联电路，并且开关72是根据校正数据被控制。因此，通过使用电阻元件21和71，能够校正电阻值偏差。应该注意的是，校正数据可以被存储在如可重写EEPROM的非易失存储器中。开关72是由控制单元(未显示)控制的。

在第一实施例到第三实施例中，通过短暂地切换差分输入晶体管Q1和Q2，由差分放大器30的电压偏置偏差引起的电流值偏差相对于时间被平均。而且，在第三实施例中，可以通过提供校正电阻元件，以减少由电阻值偏差引起的电流值的偏差来提高图画的质量。应该注意的是，本发明的驱动电路能够被用于除了显示设备之外的打印机头的驱动器中。

在本发明中，可以提供具有单调递增性和减少电流值偏差的电流驱动电路。此外，通过在预充电驱动周期和电流驱动周期内共享作为恒流电路的一部分的差分放大器，能够减少电路规模。

Claims (6)

1.一种驱动电路包括：

输出端；

差分放大器，被配置为在第一周期内响应输入信号，向所述输出端输出预充电电压；以及

单驱动晶体管，被配置为基于在所述第一周期后的第二周期内响应所述输入信号的所述差分放大器的输出，向所述输出端输出灰度电流，

所述驱动电路还包括：

第一开关，其设置在所述驱动晶体管的栅极和电源线之间，并被配置为在所述第一周期禁止所述驱动晶体管的操作，或

第二开关，其设置在所述驱动晶体管的漏极和所述输出端之间，并且被配置为在所述第一周期把所述驱动晶体管从所述输出端断开。

2.根据权利要求1所述的驱动电路，还包括：

开关电路，被配置为在每个预定周期切换向所述差分放大器中的第一晶体管和第二晶体管提供的所述输入信号的第一和第二信号。

3.根据权利要求1所述的驱动电路，其中连接所述差分放大器的第一电源线和连接所述驱动晶体管的第二电源线彼此分离。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的驱动电路，其中在所述第一周期内提供给所述差分放大器的所述输入信号是基于显示数据的一部分位而确定的，以及在所述第二周期内提供给所述差分放大器的所述输入信号是基于所述显示数据的所有位而确定的。

5.根据权利要求1至3中任意一项所述的驱动电路，还包括：

第一电阻元件，与所述驱动晶体管串联；以及

第三开关和第二电阻元件组成的串联电路，所述串联电路与所述第一电阻元件并联，

其中所述第三开关是基于所述第一电阻元件的阻值而被控制的。

6.根据权利要求1至3中任意一项所述的驱动电路，还包括：

第四开关，其设置在所述差分放大器和所述输出端之间；

其中所述第四开关在所述第一周期被接通，在所述第二周期被断开。

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