CN1188820C - 显示设备、驱动显示设备的方法和电子装置 - Google Patents

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Abstract

一种显示设备，包括在帧周期中调节象素接通状态占空比的驱动电路。优选地该驱动电路包括比较器，而且更优选地该比较器由薄膜晶体管组成的微分对和反向器构成。还提供了一种驱动显示设备的方法，包括在帧周期中调节象素接通状态占空比的步骤。有利地，该显示设备是有机电荧发光有效矩阵显示设备。

Description

显示设备、驱动显示设备的方法和电子装置
技术领域
本发明涉及显示设备，具体说涉及提高其显示质量。本发明还涉及一种方法和一种电子装置。
背景技术
本发明所涉及显示设备的一种实例是有机电致发光显示设备。有机电致发光设备(OELD)包括通常是光发射聚合物的有机光发射材料层(活性层)，夹在两个用于使电流通过该活性材料的电极之间。该设备基本上起二极管的作用而且光发射的强度是所施加的正向偏置电流的函数。该设备是制造显示屏很好的候选物。
显示屏的基本要求是能够显示高质量的图形图象。这依赖于单个象素产生亮度强度范围的能力。当灰度等级升高时图象质量改善。传统所使用的标准是3×8位颜色，等同于每种颜色有256个灰度级。这种标准用于许多当前应用中。
已经为OELD显示器推荐了各种用模拟驱动电路产生灰度级的方法。传统技术是用依赖于电流的电压来驱动OELD，这使得有源矩阵OELD显示器能够实现。一种典型的布置如图1所示。
如图1所示，当晶体管T1被选(由电压Vsel)时，它接通并且数据电压(Vdat)被传送到晶体管T2的栅极。假定T2被偏置在饱和区，数据电压Vdat被转换成电流，该电流驱动OELD到要求的亮度强度。
然而，晶体管阈值电压的变化在上述显示屏的实际实现中是一个非常重要的问题。另一个重要的问题是这些电路的高功耗。
一种提供灰度计数的可选方法是使用一种区域抖动技术，其中每个象素都分成了许多子象素，优选地用二进制加权区域。每个子象素被驱动至完全接通或完全断开。这样可以使用一种数字驱动器并且使功耗下降。然而，这种技术有缺点，它增加了面板尺寸(因为每个象素都被许多子象素代替，而且在极限情况下，每个子象素都和传统象素有相同的大小)，而且所需信号线的数量增加了许多(因为需要为每个子象素寻址)。
US 5,977,942中公开了一种使用LCD的彩色显示器。EP0 953959A2中公开了一种基于电光材料的显示设备。
发明内容
鉴于这个背景，本发明的一个目的是提供一种带优良灰度级能力的显示设备，它减轻了上述缺点。
根据本发明，提供了一种显示设备，包括在帧周期中调节象素接通状态占空比的驱动电路。
这样，本发明提供了象素接通期间的脉宽调制，而人眼的积分功能感觉就像发射光线强度的调节。接通阶段的调节与传统的亮度控制，即所提供电流瞬时幅值的控制有明显的差别。
根据第一方面，本发明提供了一种有源矩阵电致发光显示设备，包括：多条扫描线；多条数据线；多个像素，其中的每个像素包括：由所述多条扫描线中的一条相应扫描线控制的第一通过开关；一个比较器；以及第二通过开关；一个数据信号通过所述第一通过开关以及所述多条数据线中的一条相应数据线提供到所述比较器，将所述数据信号与一个随时间变化的信号进行比较并且基于该比较来输出一个输出信号的比较器，以及所述输出信号提供到所述第二通过开关。
根据第二方面，本发明提供了一种驱动包括多个像素的有源矩阵电致发光显示设备的驱动方法，该驱动方法包括：通过包括在所述多个像素中的一个相应像素中的第一通过开关以及多条数据线中的一条相应数据线来提供一个数据信号到所述相应像素；将所述数据信号与一个随时间变化的信号进行比较；将利用所述比较所获得的一个输出信号输出到包括在所述相应像素中的第二通过开关；以及通过所述第二通过开关来将一个电流提供到包括在所述相应像素中的一个发光元件，所述第二通过开关由所述输出信号来控制。
附图说明
下面通过进一步举例并参考附图，对本发明的实施例作更加详细的描述，其中：
图1是OELD显示屏中传统象素水平驱动器的电路图；
图2是根据本发明一种实施例的OELD显示屏中象素水平驱动器的电路图；
图3说明了图2电路中所示比较器的一种实现的详细电路图和工作波形；
图4说明了图2电路中的驱动波形；
图5是说明使用一种集成波形发生器的电路图；
图6说明了一种普及的同步驱动方案；
图7说明了一种普及的异步驱动方案；
图8A和图8B示出了在异步驱动方案中使用较高频率的重要性；
图9A和图9B说明将伽马校正结合到驱动电压中；
图10是一种锯齿波发生器的详细电路图；
图11示出了图10电路的输入波形；
图12A和图12B示出了在一具体实例中获得的灰度级；
图13是结合了带根据本发明的象素驱动显示设备的便携式个人电脑的示意图，
图14是结合了具有根据本发明的象素驱动显示设备的移动电话的示意图，及
图15是结合了具有根据本发明的象素驱动显示设备的数码相机的示意图。
具体实施方式
首先将给出根据本发明一种实施例的象素水平配置的描述。这样，图2是在有源矩阵OELD显示屏中单个象素10的电路图。该电路利用多晶硅TFT元件实现并且包括一个MOS输入比较器12和两个通过开关SW1和SW2。通过开关的使用避免了所谓“馈通”，即与其它电路电压的耦合。比较器12的倒相输入(+)连到波形源Vsaw。非倒相输入(-)连到储能电容器C1和通过开关SW1。通过开关SW1由波形Vsel来控制。比较器的输出连到通过开关SW2。通过开关SW2控制流进有机光发射元件14的电流。通过向Vsaw施加一个时变信号，根据数据电压Vdat的值，光发射元件14接通一段时间，其中Vdat施加到通过开关SW1的与电容C1和比较器12不同的另一侧。
在每次一行的驱动方案中，Vsel在同一行设置象素元件通过开关SW1的状态。当通过开关SW1关闭时，数据电压Vdat传送到比较器12的倒相输入端和电容器C1。当通过开关SW1打开时，该数据电压由电容器C1存储。于是波形Vsaw被初始化。当比较器12倒相输入端的电压V+比其非倒相输入端的电压V-低时，比较器输出一个使光发射元件14进入接通状态的LO信号。当比较器12倒相输入端的电压V+比其非倒相输入端的电压V-高时，比较器输出一个使光发射元件14进入断开状态的HI信号。结果，由电容器C1存储的数据电压就可以调节一个帧周期中光发射元件14保持接通状态的时间。
帧周期一般为20ms，随着光发射元件14的响应时间达到纳秒级，多晶硅TFT和任何杂散电容的速度成为该驱动方案工作中的限制因素。即，可以获得特别有效的转换。
在图2所示的电路中，公共的工作电压VOELD用于同类型的所有OELD象素。电压VOELD在外部设置并且与驱动电路的供电电压VDD无关。这显著地提高了控制OELD偏置条件的灵活性。
现在描述应用到用于图2电路中比较器12的实际实现的详细考虑。
由于为每个象素都提供了独立的比较器，比较器的电路面积和功耗应该保持尽可能小。此外，为了达到更高的灰度级，比较器必须能够区别输入电压的微小差别。例如，如果期望电压在0V至5V之间摆动的情况下实现256级灰度，那么很清楚需要大约ΔV＝19.5mV。这样，转换必须非常快，但是从前面的讨论中，这正好在所述电路的能力范围之内。
图2中比较器12的一种实现的详细电路图在图3中进行了说明。图3的电路包括两级：CMOS微分放大器16，及CMOS反相器18。CMOS反相器18迅速地完全接通或完全关闭通过开关SW2。为了电平移动的目的，反相器级18的电源可以不同于微分级16的电源。
微分级16包括连接在VDD干线和地之间的晶体管20、21和23的漏极-源极串联电路，及类似连接的晶体管20、22和24的电路，其中晶体管22和24与晶体管21和23并联。晶体管21和22各自的栅极提供了比较器12的两个输入端(+)、(-)，而晶体管20的栅极接收偏置电压Vbias。输出级18包括连接在VDD干线和地之间的源极-漏极串联的两个晶体管25和26。比较器的输出Vout取自晶体管25和26之间的连接点，而晶体管25和26的栅极从晶体管21和23之间的连接点接收输入。
图3所示电路使用了七个TFT。SW1和SW2各自使用TFT使每个象素使用TFT的总数达到了九个。
现在将描述结合了上述象素水平电路实施例的显示屏实现的各个方面。
图4说明了可以用于图2中电路的波形。图4包括两个图，(a)和(b)，其中示出了波形Vscan、Vsaw和Vout。Vout是施加到OELD的驱动脉冲。图4(a)和(b)的区别在于用于Vsaw的波形形状。在图4(a)中Vsaw的波形是锯齿波，而在图4(b)中Vsaw的波形是三角波。使用图4(a)的锯齿波，输出脉冲总在每一帧的开始启动。这样，图4(a)的锯齿波提供了线性灰度级，同样它为眼睛提供了参考时间点以开始每一帧的累积。对于图4(b)的三角波，输出脉冲的中心总在周期中部。
基本上在矩阵同一行中的所有象素共用一个由Vsaw/m表示的驱动波形，其中m表示它是所考虑矩阵的第m行。当对行顺序寻址时，由Vsaw/m+1表示的下一行的驱动波形应该加入一个Tframe/M的延迟或相移，其中Tframe是帧周期而M是矩阵的总行数。这样，如果显示器在外部驱动，需要全部M个互连。对高分辨率显示器来说这是个问题。因此，根据本发明的一种实施例，提供了一种集成的波形发生器，通过它可以减少所需的互连数。
图5是说明使用集成波形发生器的电路图。波形发生器30接收独立的主控输入和参考电压输入Vmaster和Vref。波形发生器30还接收来自Vscan/m的输入。发生器的输出Vsaw/m施加到矩阵一特定行的所有象素10。
然而理论上发生器的功能是为每行象素元素提供具有唯一相移的相同波形。当考虑显示屏上TFT特性的空间变化时，精确的定时和数据电压关系成为一个主要的难题。不过，这个问题可以解决，通过提供主控时钟Vmaster和参考电压源Vref以确保所有波形发生器的输出除了相移不同之外都一样。
波形发生器应该与Vscan/m同步，这样信号Vscan/m可以用作触发器。
由前面的描述，在图6中说明了一种普及的同步驱动方案。说明了有两行六列的象素。R、G、B代表红、绿和蓝；每个象素中的光发射元件可以设计为发射不同颜色的光，从而实现了全彩色的显示器。象素由数据驱动器32和行驱动器34来驱动。为每一行都提供了独立的波形发生器WG，而且所施加的信号如图6中所示。每个波形发生器都与扫描线信号同步，而且最小工作频率与帧频相同。
显示器也可以异步驱动。一种异步驱动方案如图7所示。这种装置与图6说明的装置区别在于单个波形发生器用于整个显示器，而不是每行用一个。利用这种装置，波形发生器可以集成到显示屏上或在面板外部很容易地提供。波形独立于扫描线信号而且因此可以使用更高的工作频率，从而获得更好的图象质量。使用更高频率的重要性可以由图8A和8B理解，即图8B(高频VDRV)提高了的灰度级精确度，与图8A(低频VDRV)相比是显而易见的。这种现象对移动的图象很重要，但对静止的图象实际上可以忽略。
对驱动波形加入伽马补偿也是可能的。这在图9A和9B进行了说明，其中示出了加入到驱动电压VDRV中的伽马校正。
图10是一种锯齿波发生器的详细电路图，如可以用于上述本发明实施例的那一种。该电路接收施加到电容器C20一端的输入信号Vgray。电容器C20的另一端连接到每个开关SW10和SW20的一端。这些开关SW10和SW20分别由信号φ1和φ2来控制。开关SW20的另一端通过电容器C10，还通过由信号Vscan控制的开关SW30接地。开关SW20、SW30和电容器C10连接到单位增益缓冲器36的输入端。开关SW10控制来自缓冲器36输出的反馈回路。缓冲器36的输出施加到包括一个电阻和一个电容的低通滤波器L.P.。滤波器L.P.的输出提供发生器的输出Vsaw。
如上面所指出的，该电路有四个输入(Vgray、φ1、φ2和Vscan)和一个输出(Vsaw)。输入波形在图11中示出。
波形Vgray工作在0V至最大电平h之间。波形φ1和φ2是非重叠的时钟脉冲，而Vscan是与扫描线中相同的信号。当Vscan到达HI时，数据传送到如上所述的象素储能电容器。同时，Vscan发信号使SW30关闭，以便单位增益缓冲器的输入为0V而且C10放电。实际上，这起到了复位和使输出归零的作用。当Vscan到达LO时，SW30打开。当SW20关闭而且SW10打开时，波形Vgray＝0V。Vgray从0V至h的过渡会提高单位增益缓冲器的输入电压。如果C10＝C20，该增量等于h/2。当Vgray＝h时，SW20打开而SW10关闭。单位增益缓冲器32的输入电压由C10储存。当Vgray返回0V时，这个电压由单位增益缓冲器的输出来反映而且连接到C20。接下来SW10打开而SW20关闭，而且Vgray将从0V过渡到h。这将进一步提高单位增益缓冲器32输入端的电压。如果C10＝C20，该增量等于h/2，结果电压变成了h。继续进行以上步骤，单位增益缓冲器36的输出呈现阶梯形。如果使该输出通过低通滤波器L.P.，该输出信号变成平滑的斜线。
应该理解所述根据本发明的装置可以利用现有的模拟视频信号作为输入信号。
实例
一种实例利用上述带多晶硅TFT的电路来实现。利用值域为0V至5V的数据电压，可以实现256级灰度。
数据传输后，帧周期被分为256个区间，其中数据传输一般发生在前20μs。对于50周/m的帧频，每个附加灰度级的时间差由Δt＝1/50÷256＝78.125μs来给出，而相应的数据电压差由ΔV＝5÷256＝19.53mV来给出。应该注意对于灰度级＝0，OELD根本不能接通。
图12A和12B分别示出了前五个(GS＝1至5)和后五个(GS＝252至256)灰度级。脉冲下的面积被计算并相对于灰度级来绘制。如图12A和12B中所示，在灰度范围内，象素亮度有良好的线性度。然而注意到斜率有区别。相信这是由于电路杂散电容造成的脉冲轨迹边缘的圆角引起的。这导致对于较低灰度级值的亮度有一个比较小的改变。这不是一个严重的问题，可以通过调节输入信号来校正。
驱动器所需的电流比流进电致发光元件的电流要小。
总体上说，在本发明中可以获得的图象质量被发现优于传统液晶显示器而且至少等同与传统CRT显示器。此外，本发明显示设备所需的低功耗使其对于移动或便携式装置是理想的。
改进
如已经被理解的，尽管以上给出的关于特定实施例的许多细节是就有机电致发光显示设备而言的；但是本发明也适用于其它类型的显示设备。此外，尽管上述实施例说到利用TFT技术的具体实现，通常是在多晶硅中；但是本发明不限于使用TFT技术。本发明不仅可以应用于薄膜晶体管技术，还可以应用于硅基晶体管。硅基晶体管可以利用一些不同的方法安装在显示衬底上。例如，可以安装在液体中。
本发明对于在小型、可移动电子产品中的使用很方便，如移动电话、计算机、CD播放器、DVD播放器等等-尽管并不仅限于此。
现在将对一些使用根据本发明显示设备的电子装置进行描述。
<1：便携式计算机>
现在描述将根据以上本发明一种实施例的显示设备应用到便携式个人电脑的实例。
图13是说明这种个人电脑配置的等比例示意图。在该图中，个人电脑1100提供了包括键盘1102和显示单元1106的主体1104。显示单元1106是利用上述根据本发明制造的显示屏来实现的。
<2：移动电话>
接下来，描述将该显示设备应用到移动电话显示部件的实例。图14是说明这种移动电话配置的等比例示意图。在该图中，移动电话提供了多个操作键1202、听筒1204、话筒1206和显示屏100。显示屏100是利用上述根据本发明制造的显示屏来实现的。
<3：数码相机>
接下来，将描述使用OEL显示设备作为取景器的数码相机。图15是说明这种数码相机配置及简单地与外部设备连接的等比例示意图。
一般的照相机根据目标的光学图象使胶片感光，而数码相机1300通过使用例如电荷耦合设备(CCD)的光电变换从目标的光学图象生成成象信号。该数码相机1300在壳体1302的背面提供OEL元件100以完成基于来自CCD成象信号的显示。这样，显示屏100充当显示目标的取景器。在壳体1302的前面(在本图的背面)提供了包括光学透镜和CCD的照片接收单元1304。
当摄影师确定了显示在OEL元件面板100中的目标图象而且按下快门后，来自CCD的图象信号被传送并储存到电路板1308的存储器中。在数码相机1300中，在壳体1302的一侧提供了用于数据通信的视频信号输出端子1312和输入/输出端子1314。如图中所示，如果有必要，电视监视器1430和个人电脑1440可以分别连接到视频信号端子1312和输入/输出端子1314。通过给定的操作，储存在电路板1308存储器中的成象信号输出到电视监视器1430和个人电脑1440。
除了图13所示的个人电脑、图14所示的移动电话和图15所示的数码相机，电子装置的实例还包括电视机、探视器类型和监视类型的磁带录象机、汽车导航系统、寻呼机、电子笔记本、便携式计算器、文字处理器、工作站、电视电话、电子收款系统(POS)终端和提供触摸屏的设备。当然，上述本发明实施例可以应用到这些电子装置的显示部件。

Claims (15)

1、一种有源矩阵电致发光显示设备，包括：
多条扫描线；
多条数据线；
多个像素，其中的每个像素包括：
由所述多条扫描线中的一条相应扫描线控制的第一通过开关；
一个比较器；以及
第二通过开关；
一个数据信号通过所述第一通过开关以及所述多条数据线中的一条相应数据线提供到所述比较器，
所述比较器将所述数据信号与一个随时间变化的信号进行比较并且基于该比较来输出一个输出信号，以及
所述输出信号提供到所述第二通过开关。
2、根据权利要求1中所述的显示设备，其中所述比较器由薄膜晶体管构成。
3、根据权利要求2中所述的显示设备，其中所述薄膜晶体管由多晶硅构成。
4、根据权利要求1至3任一项中所述的显示设备，其中所述像素中的每一个还包括一个数据存储电容，该数据存储电容存储通过所述第一通过开关提供的数据信号。
5、根据权利要求4中所述的显示设备，其中所述数据存储电容连接到所述比较器的一个输入端，并且经其提供所述随时间变化的信号的一条随时间变化的信号线连接到所述比较器的另一个输入端。
6、根据权利要求1至3任一项中所述的显示设备，其中所述比较器包括一个微分放大器和一个反相器。
7、根据权利要求1至3任一项中所述的显示设备，其中所述像素中的每一个还包括一个发光元件。
8、根据权利要求7中所述的显示设备，其中所述发光元件连接到所述第二通过开关。
9、根据权利要求1至3任一项中所述的显示设备，其中所述随时间变化的信号具有一个锯齿波形。
10、根据权利要求1至3任一项中所述的显示设备，还包括一个共用工作电压线路和独立于该共用工作电压线路的驱动电路电源电压线路。
11、一种驱动包括多个像素的有源矩阵电致发光显示设备的驱动方法，该驱动方法包括：
通过包括在所述多个像素中的一个相应像素中的第一通过开关以及多条数据线中的一条相应数据线来提供一个数据信号到一个比较器；
将所述数据信号与一个随时间变化的信号进行比较；
将利用所述比较所获得的一个输出信号输出到包括在所述相应像素中的第二通过开关；以及
通过所述第二通过开关来将一个电流提供到包括在所述相应像素中的一个发光元件，所述第二通过开关由所述输出信号来控制。
12、根据权利要求11中所述的方法，其中所述随时间变化的信号采用锯齿波的形式。
13、根据权利要求11中所述的方法，其中所述随时间变化的信号采用三角波的形式。
14、根据权利要求11中所述的方法，其中利用共用波形发生器驱动矩阵的行，该波形发生器在施加到所述行的随时间变化的信号中提供相移。
15、一种电子装置，包括如权利要求1至3任一项中所述的有源电致发光显示设备。
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