CN101620824B - 用于发光器件的驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种驱动电路。提供一种用于发光器件的驱动电路，该驱动电路补偿发光器件的亮度降低，并减小老化现象。该驱动电路包括：第一电容，被连接至驱动晶体管的栅极；和第二电容，被形成在第一电容的不与驱动晶体管的栅极连接的一侧和发光器件的一端之间。当发光器件开始发亮时，该驱动电路根据节点的电位改变对第一电容的充电量进行校正，然后，使发光器件根据校正的充电量而发亮。

Description

用于发光器件的驱动电路

技术领域

本发明涉及一种用于通过电流注入而发光的发光器件的驱动电路，更具体地讲，涉及一种用于有机电致发光器件的驱动电路(以下，称为有机EL器件)。

背景技术

第6,373,454号美国专利描述了一种包括用于发光器件的驱动电路的有源矩阵型显示设备，该驱动电路包括驱动晶体管，用于通过与显示像素列对应的信号线和与显示像素行对应的扫描线来控制每个像素的发光。第6,373,454号美国专利描述了一种能够减少驱动晶体管特性的变化的写电流驱动电路的结构。

图12示出驱动电路的结构示例。图12的驱动电路包括发光器件EL、由n型晶体管形成的开关M1至M3、用于驱动p型发光器件EL的驱动晶体管M4和存储电容C1。通过馈电线(feeder)PVdd、信号线DA以及扫描线P1和P2操作驱动电路。

图13是扫描线P1和P2的时序图。在从t1到t2的时段期间，开关M1和M2接通，同时开关M3关断，由此驱动电路执行写操作。在这个时段期间，从信号线DA供应的指示显示亮度的数据电压和驱动晶体管M4的阈值电压被写在存储电容C1中。接着，在从t2到t3的时段期间，开关M1和M2关断，同时开关M3接通。因此，与写在存储电容C1中的数据电压对应的电流从馈电线PVdd供应给发光器件，并且，发光器件EL发亮。随后，在从t3到t4的时段期间，开关M1和M2再次接通，同时开关M3再次关断，由此发光器件EL关断。通过这种操作，可减小由于提供给各个像素的驱动晶体管M4的阈值电压的变化而引起的各个像素之间的亮度变化。

作为发光器件的示例，图1和图2分别示出当以恒定的电流驱动有机EL器件时驱动时间和亮度之间的关系以及驱动时间和电压之间的关系。从图1和图2可看出，当供应电流以使有机EL器件发光时，发生器件的劣化现象，诸如发射强度(亮度)降低或者电压随驱动时间的过去而上升。器件的劣化程度在有源矩阵显示设备的各个像素之间不同，并且各个像素的有机EL器件的劣化作为显示设备的显示区域中的老化现象(burn-in phenomenon)发生。即使当存在小范围的亮度变化(诸如临近像素之间大约2％的变化)时，这种老化现象也是可识别的。

为了解决上述问题，日本专利申请特开第2006-91709号描述了一种显示设备，所述显示设备检测当以与图像数据对应的亮度发光时在每个像素中布置的每个有机EL器件的端子之间的电压，并根据由于器件的劣化而引起的器件端子之间的电压的上升量来补偿每个器件的亮度降低。

然而，根据日本专利申请特开第2006-91709号的显示设备需要在排列有像素的显示面板之外设置有用于保持校正系数以补偿器件的亮度降低的表或用于将图像数据与校正系数相乘的乘法器电路。因此，显示设备的成本增加，对于要求降低成本的小型显示设备，这是一个严重的问题。

发明内容

鉴于上述情况，本发明的目的是提供一种减小老化现象而无需提供用于补偿亮度降低的表或算术电路的驱动电路。

根据本发明，一种用于发光器件的驱动电路包括：

驱动晶体管，在该驱动晶体管中，源极和漏极中的一个被连接至发光器件的一端，而其中的另一个被连接至馈电线；

第一电容，其具有被连接至驱动晶体管的栅极的一端和通过第一开关被连接至馈电线的另一端；和

第二电容，其使第一电容的所述另一端与发光器件的所述一端彼此电耦合，

其中，在第一开关被关断的校正时段期间，当开始发亮时，所述驱动电路根据发光器件的所述一端的电位改变来校正第一电容的充电量，以及，在所述校正时段之后，在第一开关被接通的校正之后的发亮时段期间，所述驱动电路根据校正的充电量使发光器件以驱动晶体管的栅极的电位进行发亮。

从以下参考附图对示例性实施例的描述，本发明的进一步的特征变得清楚。

附图说明

图1是示出以恒定电流驱动的有机EL器件的亮度-时间特性的曲线图。

图2是示出以恒定电流驱动的有机EL器件的电压-时间特性的曲线图。

图3是示出根据本发明的第一实施例的驱动电路的示意图。

图4是用于扫描图3的驱动电路的扫描信号的时序图。

图5是示出在某一时段期间图3的驱动电路的等效电路的示图。

图6是示出发光器件的驱动电流-工作电压(Operation voltage)特性的曲线图。

图7是示出以恒定亮度驱动的发光器件的工作电压-驱动电流特性的曲线图。

图8是示出在饱和区中驱动的驱动晶体管的电流-电压特性的曲线图。

图9是示出根据本发明的第二实施例的驱动电路的示意图。

图10是示出在某一时段期间图9的驱动电路的等效电路的示图。

图11是示出以各种颜色发光的发光器件的亮度-电流特性的曲线图。

图12是用于描述传统情况的驱动电路图的示例。

图13是用于扫描图10的驱动电路的扫描信号的时序图。

具体实施方式

(第一实施例)

(驱动电路的结构)

图3是示出根据本发明的第一实施例的驱动电路的示意图。参考图3，驱动电路包括发光器件EL、开关M1至M3和M5至M7以及用于将电流供应给将被驱动的发光器件EL的驱动晶体管M4。开关M4至M6是p型晶体管，开关M1至M3及M7是n型晶体管。发光器件EL的一端(节点N3)被连接至驱动晶体管M4的漏极，该漏极为一个主电极，馈电线PVdd被连接至它的源极，该源极为另一主电极，第一电容C1作为存储电容被连接至它的栅极，该栅极为控制电极。当驱动晶体管M4的栅-源电压Vgs变得比阈值电压V_TH小时，驱动晶体管M4进入导通状态，由此使漏极电流Id在它的源极和漏极之间流动。发光器件EL的另一端子被连接至预定电位线CGND。在以下描述中使用的“电位”是指以电位线CGND的电位作为基准的电位，该电位线CGND的电位被设置为零。如在图12的驱动电路的情况下那样，通过用于分别控制开关M1至M3和M5至M7的操作的馈电线PVdd、信号线DA、扫描线P1和P2来控制图3中示出的驱动电路。图4是用于描述驱动电路的操作的时序图。

(从t1到t2x的写时段期间的操作)

首先，在时间t1，扫描线P1和P2都达到H电平，从而，开关M1至M3和M7接通，同时开关M5仍然关断。然后，驱动晶体管M4处于二极管连接，第一电容C1的一端和另一端分别被连接至馈电线PVdd和信号线DA。因此，在这个写时段期间，第一电容C1被从信号线DA供应有与显示亮度数据对应的信号电流Idata，并被充电。第三电容C3是信号线DA的寄生电容，并被充有节点N2的电位，即，与驱动晶体管M4的栅极电压Vg对应的电压。

第二电容C2为在位于第一电容C1的未被连接至驱动晶体管M4的栅极的一侧的端子(节点N1)和位于用于发光器件EL的驱动晶体管M4的漏极侧的端子(节点N3)之间形成的寄生电容。节点N1和节点N3彼此电耦合。在从t1到t2x的写时段期间，第二电容C2的所述一侧被电连接至馈电线PVdd。电流不被供应到发光器件EL，从而，当发光器件EL开始发光时，节点N1的电位渐近地接近增加了被应用于发光器件EL的两端的阈值电压VT的值。结果，节点N1具有馈电线PVdd的电位Vdd，节点N3具有VT的电位，由此第二电容C2的充电电压在时间t2x之前渐近地接近通过Vdd-VT而获得的值。

(校正时段t2x到t2期间的操作)

在这个校正时段期间，停止将信号电流Idata从信号线DA供应给第一电容C1。在时间t2x，使扫描线P2变为L电平，由此开关M3和M7关断，同时开关M5接通。作为开关M5接通的结果，使与写入到第一电容C1中的充电量对应的漏极电流Id流过发光器件EL，由此使发光器件EL以与漏极电流Id的量对应的亮度发亮。

图5示出在这个时段期间驱动电路的等效电路。第三电容C3是信号线DA的寄生电容，它的电容量取决于在显示装置的信号线方向上布置的像素的数量或者取决于像素或显示器件的大小，它是第一电容C1的电容量的二十至三十倍那么大。为此，可这样进行近似，即，被连接至信号线DA的驱动晶体管M4的栅极电位(节点N2的电位)相对于前面的状态(栅极电位Vg)没有改变。此外，节点N1与馈电线PVdd断开，它的电位不固定。

图6示出发光器件EL的电流-电压特性。在发光器件EL的发亮开始时间(时间t2x)，节点N3的电位响应于驱动晶体管M4的漏极电流Id而上升电压Ve(Id)。根据发光器件EL的一端(节点N3)在发亮开始时间的电位的上升量Ve(Id)，节点N1的电位通过第二电容C2上升由公式1表达的电压V1(Id)。在公式1中，C1和C2分别表示第一电容C1的电容量和第二电容C2的电容量。

V1(Id)＝C2÷(C1+C2)×Ve(Id)...公式1

同时，节点N2相对于前面的状态没有改变，由此随着节点N1在这个时段期间的电位上升，对第一电容C1的充电量进行校正。

(校正之后的发亮时段t2到t3期间的操作)

然后，在时间t2，扫描线P1处于L电平，由此开关M1和M2关断，同时开关M6接通。因此，信号线DA与驱动晶体管M4的栅极(节点N2)断开，节点N2的电位处于能够改变的状态。另一方面，节点N1再次与馈电线Pvdd短路，其电位再次为Vdd。

在这个场合下，第一电容C1的充电电压相对于在校正时段期间第一电容C1被充电的状态没有改变，节点N2的电位随着节点N1的电位降至Vg-V1。也就是说，随着发光器件EL的驱动，使驱动晶体管M4的栅极电位Vg下降电压V1。然后，p型驱动晶体管M4的漏极电流Id上升，由此发光器件EL以根据上升电流的亮度而发亮。也就是说，通过与第一电容C1的校正的充电量对应的驱动晶体管M4的栅极电位Vg-V1来确定发光器件EL的亮度，结果是发光器件EL以该亮度发亮。

(关断时段t3到t4期间的操作)

在时间t3，开关M5关断，驱动晶体管M4和发光器件EL之间的连接断开，由此发光器件EL关断。

节点N1与馈电线PVdd短路，由此节点N3的电位改变不影响节点N1，并且第一电容C1的充电量没有改变。

发亮/关断占空率被适当地设置，从而，可独立地控制灰度级显示中的显示亮度。

(针对发光器件的劣化的措施)

如图1和图2所示，当以恒定电流驱动有机EL器件时的工作电压和亮度特性根据驱动时间t非线性地改变。

同时，图7示出驱动电流Id(t)和工作电压Vd(t)之间的关系。当以恒定电流驱动发光器件EL时，亮度在时间t降低。假设用于获得初始亮度L(0)所需的驱动电流为Id(t)，假设时间t时的工作电压为Vd(t)。在这种情况下，揭示了驱动电流Id(t)和工作电压Vd(t)之间的关系具有如图7所示的与简单的线性特性类似的特性。时间t1、t2和t3之间的关系是t1＜(t2-t1)＜(t3-t2)。而且，证实了工作电压的上升主要是由于电压Ve的改变量(ΔVe)而引起的(见图6)，ΔVe是由于发光器件EL的动态电阻分量而引起的。

在图3的驱动电路中，当如上所述控制扫描线P1和P2时，栅极电位和栅-源电压Vgs降低V1。在这种情况下，如图6所示，如果发光器件EL劣化，则除了电位的上升量Ve之外，栅-源电压Vgs进一步增加ΔVe，这是由于当发光器件EL没有劣化时的驱动而引起的。因此，栅-源电压Vgs随着发光器件EL的劣化而变小。具体地讲，栅-源电压Vgs减小通过公式2表达的ΔV1。

ΔV1＝C2÷(C1+C2)×ΔVe...公式2

在根据这个实施例的驱动电路中，在发亮开始时间(时间t2x)发光器件EL的一端(节点N3)在校正时段期间的电位的上升量通过还将由于发光器件EL的劣化而导致的电位上升添加到其来获得，变为Ve+ΔVe。根据电位的上升量对第一电容C1的充电量进行校正。在此之后，根据校正的充电量在校正之后的发亮时段期间对驱动晶体管M4的栅极电位Vg进行校正。然后，使与通过Vg-V1-ΔV1而获得的校正的栅极电位对应的漏极电流流过发光器件EL，由此发光器件EL发亮。

驱动晶体管M4的漏极电流Id通常与通过从栅-源电压Vgs减去阈值电压V_TH而获得的值的平方成比例地增加。然而，劣化量ΔVe远小于电压上升量Ve，因而，ΔV1也小。结果，可这样进行近似，即，根据劣化量ΔVe而改变的驱动晶体管M4的漏极电流Id的上升量与劣化量ΔVe成比例地增加。也就是说，第一电容C1和第二电容C2之间的电容量的比率被适当地设置，从而，如图7所示确定发光器件EL的工作电压Vd和驱动电流Id之间的比例系数。然后，控制发光器件EL的操作，由此可补偿亮度。

可将上述响应灵敏度容易地设置为第一电容C1和第二电容C2之间的电容量的比率。因此，响应灵敏度可适应于甚至这样的情况，即，如果为每种颜色设置第二电容C2的电容量，则器件的劣化特性在R、G和B之间不同。

在灰度级显示中，数据电位Vdata在低亮度区增加，根据数据电位Vdata供应给发光器件EL的漏极电流Id减小。因此，如图6所示，工作电压Ve的上升量以及还有节点N1的电压的改变量V1减小。图8示出在饱和区中工作的驱动晶体管M4的漏极电流Id和栅-源电压Vgs之间的关系。将纵轴表示为对数轴，因此，在漏极电流Id小的区中，仅通过栅-源电压Vgs的小电压改变，期望的漏极电流Id就会大大地改变。因此，在灰度级显示中，同样在低亮度区中，由于发光器件EL的劣化而大大地改变漏极电流Id，由此老化现象减少。

在这个实施例中，利用这样的事实，即，作为信号线DA的寄生电容的第三电容C3的电容量比第一电容C1的电容量大，然后，利用这样的事实，即，在校正时段期间，驱动晶体管M4的栅极电位相对于写时段期间的栅极电位几乎没有改变。然而，即使当在这个校正时段期间从信号线DA供应固定电位并且节点N2的电位固定时，也可获得本发明的效果。在这种情况下，理想情况是，从信号线DA供应的特定电位与在写时段期间确定的节点N2的电位相同。

第三电容C3的电容量不必比第一电容C1的电容量大。这是因为，在校正之后的发亮时段期间，在执行上述控制之后，驱动晶体管M4的栅极电位(即，节点N2的电位)从写时段期间的电位下降通过公式3表达的V1′。在公式3中，C1、C2和C3分别表示第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3的电容量。

V1′(Id)＝C2÷(C1+C2)×C3÷(C1+C3)×Ve...公式3

也就是说，当设置第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3的电容量时，可补偿具有图7所示的驱动电流-工作电压特性的发光器件EL的亮度降低。

(第二实施例)

(驱动电路的结构)

图9是示出根据本发明的第二实施例的驱动电路的示意图。第二实施例与第一实施例的不同之处在于，提供了第四电容C4，第四电容C4的一端被连接至节点N1和其另一端被连接至扫描线P2。同样在这个实施例中，如在第一实施例的情况下那样，根据图4所示的时序图将扫描信号发送到扫描线P1和P2，由此控制驱动电路。稍后描述第四电容C4的功能。

(写时段t1到t2x期间的操作)

在这个时段期间，如在第一实施例的情况下那样，第一电容C1被从信号线DA供应有与显示亮度数据对应的信号电流Idata，并被充电，同时第二电容C2以近似为通过Vdd-VT而获得的电压值的电压被充电。第四电容C4被供应有馈电线PVdd的电位Vdd和与扫描线P2的H电平对应的电位之间的电位差。

(校正时段t2x到t2期间的操作)

在这个时段期间，使与写入到第一电容C1中的数据电位Vdata对应的电流Id在驱动晶体管M4的源极和漏极之间流动，并使发光器件EL以与电流Id对应的亮度发亮。

图10示出在这个时段期间驱动电路的等效电路。如在第一实施例的情况下那样，当驱动发光器件EL时，节点N3的电位响应于驱动晶体管M4的瞬时电流Id而上升电压Ve(Id)。节点N1的电位根据电压Ve(Id)的上升量而上升通过公式4表达的电压V2(Id)。在公式4中，C1、C2、C3和C4分别表示第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4的电容量。

V2(Id)＝C2÷(C 1+C2+C4)×Ve(Id)...公式4

公式4与公式1的不同之处在于，第四电容C4影响节点N1的电位。在时间t2x，扫描线P2从H电平变为L电平，第四电容C4的一端的电压下降。结果，如在公式5中所表达的，在第四电容C4的另一端的节点N1的电位下降V3。

V3＝C4÷(C1+C2+C4)×Vp...公式5

这里，Vp表示当扫描线P2从H电平变为L电平时的扫描信号的电位差。

因此，节点N1的电位改变通过V2-V3而获得的量。可这样进行近似，即，通过作为信号线的寄生电容的第三电容C3，节点N2与前面的状态几乎没有改变，结果，第一电容C1的充电量随着在这个时段期间节点N1的电位上升而改变。

(校正之后的发亮时段t2到t3期间的操作)

节点N1再次与馈电线PVdd短路，其电位再次变为Vdd。然后，第一电容C1的充电电压相对于在校正时段期间被充电的状态没有改变，节点N2的电位根据节点N1的电位的下降而变为通过Vg-V2+V3而获得的值。

(关断时段t3到t4期间的操作)

在这个时段期间，发光器件EL关断。

(用于改进显示对比度的措施)

改进灰度级显示中的显示对比度是一个重要的挑战。为了改进显示对比度，仅需要使从信号线DA供应的电流Idata的电流动态范围在将数据写入到第一电容C1中时大。根据本发明的图3和图9的驱动电路是对驱动晶体管特性的改变有抵抗力的写电流驱动电路。因此，需要考虑允许写电流操作在预定的行时段内收敛到期望的电流精度上的写电流能力。写电流能力取决于写电流的量。

因此，当为改进显示对比度而增加写电流的电流动态范围时，通过写电流来增大写电流能力的差异。为此，在这个实施例中目的在于，使用第四电容C4来改进驱动晶体管M4的漏极电流Id的动态范围。

参考图8描述使用第四电容C4改进显示对比度的操作。纵轴指示驱动晶体管M4的漏极电流Id，横轴指示驱动晶体管M4的栅-源电压Vgs。在校正时段期间，如果如上所述扫描线P2在时间t2x从H电平变为L电平，则节点N1的电位响应于这个改变通过第四电容C4下降在公式5中表达的电压V3。然而，节点N2的电位自从写时段起几乎没有改变。结果，节点N1的电位响应于通过从写时段到校正时段的操作而产生的供应给扫描线P2的电位的改变而改变，并且第一电容C1的充电量根据这个改变而改变。然后，在校正之后的发亮时段，第一电容C1的充电量保持不变，节点N2的电位上升电压V3。也就是说，根据这个实施例的驱动电路能够通过第四电容C4使驱动晶体管M4在写时段期间的栅-源电压Vgs在校正之后的发亮时段期间上升电压V3。因此，当用点A指示的信号电流Idata大时，驱动晶体管M4的工作点移动了电压V3，变为点C，并获得用点C点指示的漏极电流Id。另一方面，当用点B指示的信号电流Idata小时，驱动晶体管M4的工作点以相同的方式移动了电压V3，变为点D，并获得用点D指示的漏极电流Id。因此，用点C到点D指示的驱动电流Id的动态范围与用点A到点B指示的信号电流Idata的动态范围相比被更显著地改进。当驱动电流Id的动态范围被改进时，显示对比度比率可被改进。因此，第一电容C1、第二电容C2和第四电容C4的电容量之间的比率或者扫描线P2的扫描信号电平的电位差被适当地设置，由此可确定驱动电流Id的动态范围。

(针对发光器件的劣化的措施)

在这个实施例中，在发光器件EL在校正之后的发亮时段期间没有劣化的情况下，驱动晶体管M4的栅极电位取作通过Vg-V2+V3而获得的值。同时，在发光器件EL劣化的情况下，栅极电位从上述值进一步下降微小的量ΔV2，并且与其劣化对应的漏极电流Id流过发光器件EL。结果，发光器件EL以与漏极电流Id的电流量对应的亮度发亮。以这种方式，如在第一实施例的情况下那样，可补偿由于发光器件EL的劣化而导致的亮度降低。在这种情况下，第一电容C1、第二电容C2和第四电容C4的电容量之间的比率被适当地设置，由此可建立如图7所示的发光器件EL的工作电压Vd和驱动电流Id之间的比例关系。

(针对各颜色的特性差异的措施)

图11示出各颜色的亮度-电流特性。发光器件EL1、EL2和EL3分别具有理想亮度L1和驱动电流Id1之间的关系、理想亮度L2和驱动电流Id2之间的关系以及理想亮度L3和驱动电流Id3之间的关系。在各颜色之间，驱动电流以这种方式而不同。如上所述，写电流能力与写电流的幅度相关联，因此，通过改变写电流(即，信号电流Idata)来处理各颜色的驱动电流差，这是不理想的。为此，可通过适当地设置第四电容C4的电容量来为相应的颜色适当地设置栅极电压的上升量V3，从而根据各发光器件的特性确定驱动晶体管M4的漏极电流Id。此外，也可通过第四电容C4设置各发光器件的驱动电流的动态范围。

只要可实现上述操作，就没有对图3或图9的驱动电路中的扫描线的数量或者晶体管的类型或数量的限制。

此外，对写电流驱动电路进行了描述。然而，由于校正时段期间的操作与写信号的类型无关，所以本发明可应用于写电压驱动电路。

根据本发明，可通过用于发光器件的驱动电路来补偿由于发光器件的劣化而导致的亮度降低，而无需像素外部的表或算术电路。

尽管已参考示例性实施例描述了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。将给予所附权利要求的范围以最广泛的解释以包括所有这样的修改及等同的结构和功能。

Claims (7)

1.一种用于发光器件的驱动电路，包括：

驱动晶体管，在该驱动晶体管中，源极和漏极中的一个被连接至发光器件的一端，以及其中的另一个被连接至馈电线；

第一电容，其具有被连接至驱动晶体管的栅极的一端和通过第一开关而被电连接至馈电线的另一端；和

第二电容，其将第一电容的所述另一端与发光器件的所述一端彼此电耦合，

其中，在第一开关被关断的校正时段期间，当开始发亮时，所述驱动电路根据发光器件的所述一端的电位改变对第一电容的充电量进行校正，以及在所述校正时段之后，在第一开关被接通的校正之后的发亮时段期间根据校正的充电量使发光器件以驱动晶体管的栅极电位进行发亮。

2.根据权利要求1所述的用于发光器件的驱动电路，其中，所述第二电容为在第一电容的所述另一端和发光器件的所述一端之间形成的寄生电容。

3.根据权利要求1所述的用于发光器件的驱动电路，其中，

所述驱动晶体管的栅极与用于通过第二开关为第一电容供应电荷的信号线连接；以及

在校正时段期间，所述第二开关被接通，以及在校正之后的发亮时段期间，所述第二开关被关断。

4.根据权利要求3所述的用于发光器件的驱动电路，其中，在所述校正时段期间，所述驱动晶体管的栅极被从信号线供应有固定电位。

5.根据权利要求3所述的用于发光器件的驱动电路，还包括第三电容，该第三电容是所述信号线的寄生电容。

6.根据权利要求5所述的用于发光器件的驱动电路，其中，所述第三电容具有比第一电容的电容量大的电容量。

7.根据权利要求1所述的用于发光器件的驱动电路，还包括第四电容，该第四电容的一端被连接至第一电容的所述另一端，以及该第四电容的另一端被连接至用于控制第一开关的扫描线，

其中，第一电容的充电量根据在校正时段期间被供应给扫描线的电位的改变而改变。

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