CN1619623A - 电流生成电路及其驱动方法、电光学装置以及电子设备 - Google Patents

电流生成电路及其驱动方法、电光学装置以及电子设备 Download PDF

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Abstract

电流输出部(41a)，具有与输入数据的位数相同的由驱动元件(DR)与开关元件(SW)串联连接的电路单元。驱动元件每个栅极共同连接第1节点(N1)。电流输出部在将节点(N1)的电压(V1)设定为驱动电压的状态下，输出将流过驱动元件每个沟道的电流合流的数据电流(Idata)。栅极电压生成部(41b)，通过让至少一个驱动元件成二极管连接，将节点(N1)的电压(V1)设定为与Vth对应的偏置电压。同时，栅极电压生成部通过改变向与节点(N1)电容耦合的端子供给的电压(Vref)，将电压(V1)设定为以偏置电压为基准的驱动电压。由此能够抑制依赖于构成电流生成电路的驱动元件的阈值电压的数据电流的随机散差。

Description

电流生成电路及其驱动方法、电光学装置以及电子设备
技术领域
本发明涉及电流生成电路、电流生成电路的驱动方法、电光学装置以及电子设备，特别涉及构成电流生成电路一部分的驱动元件的Vth补偿。
背景技术
例如，在专利文献1中，公开了一种根据作为输入数据的数字数据，产生数据电流的电流生成电路(参照专利文献1的图6)。按数据线单位设置的电流生成电路，具有与输入数据位数相同数量的由驱动元件与开关元件串联连接的电路单元，其中的驱动元件的增益系数，设定成与相应位的权值对应的值，例如，对于6位数，分别设定成1∶2∶4∶8∶16∶32。另外，各个开关元件，根据相应位的内容被导通控制。数据电流，根据输入数据的内容生成，相当于流过每个驱动元件的沟道的电流的总和。生成的数据电流，通过数据线供给到包括有机EL元件的像素中。
然而，在实际产品中，由于制造上的随机散差和随时间老化等外部因素的影响，让包含在电流生成电路内的各驱动元件的阈值电压(以下，称作「Vth」)完全相同极为困难，因而存在某种程度的随机散差。由此，对于电流生成电路中的数据电流的输出特性，产生依赖于Vth的随机散差，即，产生对Vth依赖性。其结果，在显示相同的灰度时，从每个电流生成电路输出的数据电流产生散差，因而在每个像素的显示灰度中产生偏差。
专利文献1：特开2003-114645号公报。
发明内容
本发明，正是针对上述情况的发明，其目的在于抑制依赖于构成电流生成电路的驱动元件的Vth的数据电流的随机散差。
为了解决上述课题，第一发明，提供一种电流生成电路，包括：电流输出部，其具有与输入数据位数相同个数的由具有与输入数据位的权值对应的增益系数的驱动元件、和根据位的内容导通控制的开关元件串联连接的电路单元，驱动元件的各个栅极与给定节点共同连接，同时在将上述节点的电压设定为驱动电压的状态下，输出将流过驱动元件的各个沟道的电流合流后的数据电流；和栅极电压生成部，其通过让驱动元件的至少一个成二极管连接，将上述节点的电压设定为与驱动元件的阈值电压对应的偏置电压，同时通过改变向与上述节点电容耦合的端子供给的电压，将上述节点的电压设定为以偏置电压为基准的驱动电压。
在此，在第一发明中，优选栅极电压生成部进一步具有第1晶体管，其被设置在上述节点与驱动元件的一方端子之间，进行导通控制以便让驱动元件成二极管连接。这时，也可以是：第1晶体管的一方端子与上述节点连接，同时其另一方端子，与任一个电路单元中的驱动元件的一方端子和开关元件之间的连接端连接。还可以是：第1晶体管的一方端子与上述节点连接，同时其另一方端子，通过介入与驱动元件的每一个对应设置的开关元件，与多个电路单元中的驱动元件的一方端子共同连接。
再有，在第一发明中，栅极电压生成部也可以进一步具有第2晶体管，其在被设置在上述节点、和供给具有比阈值电压高的电压电平的初始电压的端子之间，同时在将上述节点的电压设定为偏置电压的期间之前导通。
进一步，在第一发明中，栅极电压生成部，为了保持上述节点的电压，也可以具有与节点连接的电容器。
第二发明，提供一种电光学装置，包括：多条扫描线；多条数据线；显示部，其由与扫描线和数据线的交差点对应设置的多个像素构成，多个像素的每一个包括写入与数据电流对应的数据的电容器、设定与保持在电容器中的数据对应的驱动电流的晶体管、和设定与驱动电流对应的亮度的电光学元件；扫描线驱动电路，其通过向扫描线输出扫描信号，选择与成为数据写入对象的像素对应的扫描线；和数据线驱动电路，其与扫描线驱动电路协同动作，向与成为写入对象的像素对应的数据线输出数据电流。在该数据线驱动电路中，内置有关上述第一发明的电流生成电路。
第三发明，提供一种电子设备，安装了上述第二发明的电光学装置。
第四发明，提供一种电流生成电路的驱动方法，包括：第1步骤，通过让具有与输入数据位的权值对应的增益系数的多个驱动元件中的至少一个成二极管连接，将与驱动元件的栅极连接的节点的电压设定为与驱动元件的阈值电压对应的偏置电压；第2步骤，通过改变向与上述节点电容耦合的端子供给电压，将上述节点的电压设定为以偏置电压为基准的驱动电压；和第3步骤，在将上述节点的电压设定为驱动电压的状态下，输出将流过驱动元件的每个沟道的电流合流的数据电流。
在此，在第四发明中，优选上述第1步骤包括让设置在上述节点与驱动元件的一方端子之间的晶体管导通的步骤。
在第四发明中，优选进一步具有第4步骤，其在将节点的电压设定为偏置电压的期间之前，将上述节点的电压设定为具有比驱动元件的阈值电压更高的电压电平的初始电压。
根据本发明，预先将共同连接在驱动元件的栅极上的节点电压设定为偏置电压。并且，将以该偏置电压为基准而设定的驱动电压供给到驱动元件的栅极上，对驱动元件驱动。由此，在通过驱动元件生成数据电流时，由于降低数据电流的Vth依赖性，有可能抑制数据电流的随机散差。
附图说明：
图1表示电光学装置的构成框图。
图2表示有关第1实施方式的电流生成电路的电路图。
图3表示有关第1实施方式的电流生成电路的动作时序图。
图4表示有关第2实施方式的电流生成电路的电路图。
图5表示有关第2实施方式的电流生成电路的动作时序图
图中：1-显示部，2-像素，3-扫描线驱动电路，4-数据线驱动电路，5-控制电路，41-电流生成电路，41a-电流输出部，41b-栅极电压生成部，SW-开关元件，DR-驱动元件，C1、C2-电容器，T1、T2-晶体管。
具体实施方式
下面，根据附图说明本发明的各实施方式。
第1实施方式
图1表示有关本实施方式的电光学装置的构成框图。显示部1，例如是通过TFT(Thin Film Transistor)驱动电光学元件的有源矩阵型显示板。在该显示部1中，将m点×n行数量的像素群放置为矩阵状(二维平面)。在显示部1中，设置：分别沿水平方向延伸的扫描线群Y1～Yn、和分别沿垂直方向延伸的数据线群X1～Xm，并且与这些交叉点对应配置像素2。
像素2，具有电流编程方式的像素电路的结构，基本上由有机EL元件、电容器、驱动晶体管以及编程晶体管(不要由驱动晶体管兼用的情况)构成。有机EL元件，是一种根据流过自身的驱动电流设定亮度的典型的电流驱动型元件。编程晶体管，根据供给到数据线X的数据电流Idata生成栅极电压，根据该电压，将数据写入到电容器中。驱动晶体管，自身的栅极与电容器相连，与在电容器中所保持的数据对应的驱动电流流过自身的沟道。而且，由于该驱动电流流过有机EL元件，有机EL元件发光，设定像素2的灰度。关于这种像素2的具体电路的构成，已提出了各种各样的方案，例如，已知驱动晶体管兼有编程晶体管功能的像素电路(特开2003-114645号公报)、驱动晶体管与编程晶体管构成电流反射镜电路的像素电路(特开2001-147659号公报)、或者、随着对驱动晶体管的Vth补偿生成驱动电流的像素电路(特表2002-514320号公报)。
控制电路5，根据在图中没有画出的上位装置所输入的垂直同步信号Vs、水平同步信号Hs、点时钟信号DCLK以及灰度数据D等，同步控制扫描线驱动电路3以及数据线驱动电路4。在该同步控制下，上述驱动电路3、4彼此互动，进行显示部1的控制。
扫描线驱动电路3，以移位寄存器、输出电路等为主体构成，通过向扫描线Y1～Yn输出扫描信号SEL，进行扫描线Y1～Yn的依次扫描。扫描信号SEL，是高电位电平(以下称作「H电平」)或者低电位电平(以下称作「L电平」)的二值信号电平，将与数据的写入对象的像素行对应的扫描线Y设置为H电平，将除此之外的扫描线Y分别设定为L电平。扫描线驱动电路3，在每次显示1帧图像期间(1F)，用给定的选择次序(一般为从上到下)进行顺次选择每条扫描线Y的线顺次扫描。
数据线驱动电路4，以移位寄存器、线锁存电路、输出电路等为主体构成。另外，由于采用电流编程方式，数据线驱动电路4包括电流生成电路41，其作为根据规定像素2的显示灰度的数据，可变生成数据电流Idata的可变电流源(电流DAC)。数据线驱动电路4，在相当于选择1条扫描线Y期间的1水平扫描期间(1H)中，同时将数据电流Idata输出到本次写入数据的像素行，同时进行在下一个1H中有关进行写入的像素行的点顺次的数据锁存。在某个1H中，相当于数据线X条数的m个数据被顺次锁存。并且，在下一个1H中，将锁存的m个数据(数字数据)转换为在电流生成电路41中的电流数据Idata(模拟数据)，并同时输出到对应的数据线X1～Xm。
图2表示有关本实施方式的电流生成电路41的电路图。该电流生成电路41，以电流输出部41a作为主体，其生成应该供给到成为数据的写入对象的像素2中的数据电流Idata，在此基础之上追加电压生成部41b。还有，在本说明书中，关于具备源极、漏极以及栅极的三端子型元件的晶体管，将源极或者漏极中的一方称作「一方端子」，将另一方称作「另一方端子」。
电流输出部41a，被设置在数据线X与基准电压Vss之间，具有开关元件SW与驱动元件DR串联连接的电路单元，电路单元的数目与输入数据D0～D5的位数(本实施方式中是6)一致。每个驱动元件DR具有恒电流源的功能，其产生根据自己的增益系数β流过沟道的电流，这些栅极同时连接节点N1。这些驱动元件DR的增益系数β的比，与构成规定像素2的灰度的数据D0～D5的6位的权值对应，设定为1∶2∶4∶8∶16∶32。还有，这些增益系数的设定，也可以通过将1个驱动元件DR用单一的晶体管构成，使每个晶体管的增益系数不同实现，也可以通过串联或者并联具有相同的增益系数的多个单位晶体管实现。
栅极电压生成部41b，由2个电容器C1、C2，2个晶体管T1、T2构成。第1电容器C1的一方电极，在连接到供给可变设定电压电平的参考电压Vref端子的同时，将其另一方电极连接在共同连接所有驱动元件DR的栅极的第1节点N1上。在该第1节点N1上，也共同连接第2电容器C2的一方电极、通过第1控制信号S1被导通控制的第1晶体管T1的一方端子、以及通过第2控制信号S2被导通控制的第2晶体管T2的一方端子。在第2电容器C2的另一方电极上，供给基准电压Vss。第1晶体管T1的另一方端子，被连接到第2节点N2上，该节点N2，相当于在最低位D0(LSB)的电路单元中的驱动元件DR的一方端子与开关元件SW的一方端子的连接端。另外，在第2晶体管T2的另一方端子上，被供给具有比构成电路输出部41a一部分的驱动元件DR的阈值电压Vth更高电压电平的初始电压Vini。
图3表示图2所示的电流生成电路41的动作时序图。在上述的相当1F期间t0～t4中一系列动作过程，被分为在最初期间t0～t1中的初始化过程，接下来期间t1～t2中的偏置电压设定过程，再接下来期间t2～t3中的驱动电压设定过程、以及在最后期间t3～t4中的数据输出过程。还有，在本实施方式中，在期间t1～t3中，数据D0～D5被设置为与其内容无关的L电平。由此，在该期间t0～t3中，全部的开关元件SW一律截止，将电流生成电路41的输出设定为高阻抗状态。
首先，在初始化期间t0～t1中，将第1节点N1的电压V1设定为初始电压Vini。在该期间t0～t1中，由于第1控制信号S1为L电平，所以第1晶体管T1仍然截止，由于第2控制信号S2上升为H电平，所以第2晶体管T2导通。由此，通过供给到第2晶体管T2的另一方端子上的初始电压Vini，对连接到节点N1的电容器C1、C2等充电，将电压V1设定为比驱动元件DR的Vth更高的初值电压Vini。还有，当考虑到后述的偏置电压设定期间t1～t2的动作，则优选将初始电压Vini设定为(Vss+Vth)。该初始过程，也可以在理论上被忽略，在设置该处理时，在设定下一个偏置电压的过程中，可以让驱动元件DR可靠导通。
接下来，在偏置电压设定期间t1～t2中，将第1节点N1的电压V1设定为与驱动元件DR的Vth对应的偏置电压(Vss+Vth)。首先，由于第2控制信号S2下降为L电平，故第2晶体管T2截止。并且，与第2控制信号S2的下降「同步」，第1控制信号S1上升为H电平，第1晶体管T1导通。在本说明书中，作为「同步」的术语，不仅包括同一时刻的情况，而且也包括由于设计上的余量等而允许的在时间上的偏移的情况。由此，在第1节点N1与初始电压Vini的供给端电隔离的同时，驱动元件DR，通过第1晶体管T1，成为将自身的栅极与自身的漏极电连接的二极管连接。作为使驱动元件DR导通的条件，在电容器C1、C2所积蓄的一部分电荷，通过由3个电路元件T1、SW、DR(SW、DR是位D0的电路单元)形成的路径，向基准电压Vss侧放出。结果，节点N1的电压V1，是停止从先设定的初始电压Vini的电荷放出时的电压，即，强制设定为偏置电压(Vss+Vth)。该偏置电压(Vss+Vth)，根据位D0的电路单元中的驱动元件DR的阈值电压Vth，被唯一特定。
在接下来的驱动电压设定期间t2～t3中，将第1节点N1的电压V1设定为以偏置电压(Vss+Vth)为基准的驱动电压(Vss+Vth+ΔV′)。具体地说，由于第1控制信号S1下降为L电平，第1晶体管T1截止，同时与该下降同步，参考电压Vref以基准电压Vss为基准仅变动(上升)ΔV。在此，参考电压Vref的供给端以及节点N1，通过第1电容器C1电容耦合。因此，节点N1的电压V1，如式(1)所示，以偏置电压(Vss+Vth)为基准变动，该变动量，根据参考电压Vref的电压变化量ΔV，变为α·ΔV。系数α，是通过第1电容器C1的电容Ca与第2电容器C2的电容Cb的电容比被唯一确定的系数(α＝Ca/(Ca+cb))。在电容器C1、C2中，保持相当于驱动电压(Vss+Vth+ΔV′)的电荷。
V1＝Vss+Vth+ΔV′
  ＝Vss+Vth+α·ΔV                     (1)
在最后的数据输出期间t3～t4中，在将驱动电压(Vss+Vth+ΔV′)施加到驱动元件DR的栅极上的状态下，输出本来的数据D0～D5，生成数据电流Idata。具体地说，设定为L电平的数据D0～D5，在时刻t3，根据其内容被转换为H电平或者L电平的任意一个。由此，每个开关元件SW的导通状态，根据相应位的内容，被设定为导通或者截止的任意一个状态。并且，关于与导通的开关元件SW对应的驱动元件DR，与自身的增益系数β的沟道电流流过其沟道。供给数据线X的数据电流Idata，是流过每个驱动元件DR的沟道电流I0～I5的合流电流，其电流电平，相当于这些电流的总和。
在此，以驱动元件DR在饱和区域工作为前提，流过驱动元件DR的沟道电流Isd(＝I0)，根据式(2)计算。在该式(2)中，Vgs是驱动元件DR的栅-源极间的电压。另外，增益系数β，是由驱动元件DR的载流子的移动度μ、栅极电容A、沟道宽度W以及沟道长度L唯一特定的系数(β＝μAW/L)。
Ids＝β/2(Vgs-Vth)2                       (2)
如果将用式(1)算出的作为驱动元件DR的栅极电压Vg的V1带入，那么式(2)可以变形为式(3)。
Ids＝β/2(Vg-Vs-Vth)2
   ＝β/2{(Vss+Vth+α·ΔV)-Vss-Vth}2
   ＝β/2(α·ΔV)2                        (3)
在式(3)中应该注意到，驱动元件DR的沟道电流Isd通过与Vth相抵消而不依赖于Vth，仅与电压变化量ΔV成比例(Ids∝ΔV2)。因此，如果设定以Vth为基准的驱动电压(Vss+Vth+ΔV′)，即使由于制造上的随机散差以及随时间老化等引起驱动元件DR的Vth随机偏差时，也能够生成不受其影响的沟道电流Isd。
由此，根据本发明，预先将在驱动元件DR的栅极上连接的第1节点N1的电压V1设定为偏置电压(Vss+Vth)，将以此为基准设定的驱动电压(Vss+Vth+ΔV′)供给到驱动元件DR的栅极。由此，在通过驱动元件DR的驱动生成数据电流Idata时，由于能够减小数据电流Idata的Vth的依赖性，故能够抑制数据电流Idata的随机散差。结果，在表示相同的灰度时，由于能够将按数据线单位设置的各电流生成电路41所输出的数据电流Idata均匀化，提高显示质量成为可能。还有，在本实施方式中，作为前提是将在电流生成电路41中所包括的全部的驱动元件DR彼此接近配置，几乎没有这些Vth的随机散差。
另外，在本实施方式中，虽然对第1晶体管T1的另一方端子与在最低位D0的电路单元中的驱动元件DR的一方端子连接为例进行说明，这种连接，不只限于D0位的电路单元，也可以是任意一个比它高位的D1～D5的电路单元。
第2实施方式
图4表示有关本实施方式的电流生成电路41的电路图。有关本实施方式的电流生成电路41与图2所示结构的不同点在于，在第1晶体管T1的另一方端子所连接的第2节点N2上，同时连接6个开关元件SW的一方端子。换句话说，具有的特征在于，将第1晶体管T1的另一方端子，通过开关元件SW，共同连接在位D0～D5的电路单元中的全部的驱动元件DR的一方端子上。还有，由于除此之外与图2的结构相同，在此对给出相同符号的部分省略其说明。
图5表示图4所示的电流生成电路41的动作时序图。在图4的构成中，6个驱动元件DR的二极管连接，在通过不仅让第1晶体管T1导通而且让6个开关元件SW导通，而同时形成。为此，在应该形成二极管连接的偏置电压设置期间t1～t2中，除了将第1控制信号S1设定为H电平外，将数据D0～D5也强制设定为H电平。这时，在第1节点N1上出现的偏置电压(Vss+Vth)，依赖于6个驱动元件DR中最低的Vth而被设定。关于在电流生成电路41中所包括的全部的驱动元件DR，如果以这些Vth的随机散差小为前提，即使在这种电路结构中，也可以进行驱动元件DR的Vth补偿。还有，除此之外，由于与图3的动作相同，在此省略其说明。
根据本实施方式，除了与第1实施方式具有同样的效果外，由于在偏置电压(Vss+Vth)的设定过程中采用全部驱动元件DR进行电荷的放出，所以能够在短时间进行该处理。
还有，在上述各实施方式中，作为在像素2中所包括的电光学元件，虽然对采用有机EL元件的电光学装置进行了说明。但是，本发明并不限定于此，也可以广泛适用于FED(场发射显示器)和LED显示、采用有机EL和LED作为光源的光通信装置、采用有机EL和LED作为光源的光打印机头的各种电光学装置中。
有关上述各实施方式的电光学装置，进一步也可以安装在，例如，包括笔记本电脑、移动电话机、取景器、便携式游戏机、电子书籍、摄相机、数码照相机、汽车导航装置、汽车音响、工作机器和运输车辆等的运行操作显示板、个人电脑、打印机、扫描仪、POS、电视接收机、具有视频显示功能的传真机、电子导向板的显示部等的各种各样的电子设备中。如果将上述电光学装置安装在这些电子设备中，那么能够提高电子设备的产品价值，能够提高在市场中电子设备的产品竞争力。

Claims (11)

1、一种电流生成电路，其特征在于，包括：
电流输出部，其具有与输入数据位数相同个数的由具有与所述输入数据位的权值对应的增益系数的驱动元件、和根据所述位的内容导通控制的开关元件串联连接的电路单元，所述驱动元件的各个栅极与给定节点共同连接，同时在将所述节点的电压设定为驱动电压的状态下，输出将流过所述驱动元件的各个沟道的电流合流后的数据电流；和
栅极电压生成部，其通过让所述驱动元件的至少一个成二极管连接，将所述节点的电压设定为与所述驱动元件的阈值电压对应的偏置电压，同时通过改变向与所述节点电容耦合的端子供给的电压，将所述节点的电压设定为以所述偏置电压为基准的所述驱动电压。
2、根据权利要求1所述的电流生成电路，其特征在于，所述栅极电压生成部进一步具有第1晶体管，其被设置在所述节点与所述驱动元件的一方端子之间，进行导通控制以便让所述驱动元件成二极管连接。
3、根据权利要求2所述的电流生成电路，其特征在于，所述第1晶体管的一方端子与所述节点连接，同时所述第1晶体管的另一方端子，与任一个所述电路单元中的所述驱动元件的一方端子和所述开关元件之间的连接端连接。
4、根据权利要求2所述的电流生成电路，其特征在于，所述第1晶体管的一方端子与所述节点连接，同时所述第1晶体管的另一方端子，通过介入与所述驱动元件的每一个对应设置的所述开关元件，与多个所述电路单元中的所述驱动元件的一方端子共同连接。
5、根据权利要求2～4中任一项所述的电流生成电路，其特征在于，所述栅极电压生成部进一步具有第2晶体管，其在被设置在所述节点、和供给具有比所述阈值电压高的电压电平的初始电压的端子之间，同时在将所述节点的电压设定为所述偏置电压的期间之前导通。
6、根据权利要求1～5中任一项所述的电流生成电路，其特征在于，所述栅极电压生成部，为了保持所述节点的电压，具有与所述节点连接的电容器。
7、一种电光学装置，其特征在于，包括：多条扫描线；
多条数据线；
显示部，其由与所述扫描线和所述数据线的交差点对应设置的多个像素构成，所述多个像素的每一个包括写入与数据电流对应的数据的电容器、设定与保持在所述电容器中的数据对应的驱动电流的晶体管、和设定与所述驱动电流对应的亮度的电光学元件；
扫描线驱动电路，其通过向所述扫描线输出扫描信号，选择与成为数据写入对象的像素对应的所述扫描线；和
数据线驱动电路，其与所述扫描线驱动电路协同动作，向与所述成为写入对象的像素对应的所述数据线输出所述数据电流；
在所述数据线驱动电路中，按所述数据线单位设置权利要求1～6中任一项所述的所述电流生成电路。
8、一种电子设备，其特征在于，安装有权利要求7所述的电光学装置。
9、一种电流生成电路的驱动方法，其特征在于，包括：
第1步骤，通过让具有与输入数据位的权值对应的增益系数的多个驱动元件中的至少一个成二极管连接，将与所述驱动元件的栅极连接的节点的电压设定为与所述驱动元件的阈值电压对应的偏置电压；
第2步骤，通过改变向与所述节点电容耦合的端子供给电压，将所述节点的电压设定为以所述偏置电压为基准的驱动电压；和
第3步骤，在将所述节点的电压设定为所述驱动电压的状态下，输出将流过所述驱动元件的每个沟道的电流合流的数据电流。
10、根据权利要求9所述的电流生成电路的驱动方法，其特征在于，所述第1步骤包括让设置在所述节点与所述驱动元件的一方端子之间的晶体管导通的步骤。
11、根据权利要求9或者10所述的电流生成电路的驱动方法，其特征在于，进一步具有第4步骤，其在将所述节点的电压设定为所述偏置电压的期间之前，将所述节点的电压设定为具有比所述驱动元件的阈值电压更高的电压电平的初始电压。
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