CN1682268A - 无源矩阵自发光显示元件的驱动电路装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电压驱动的无源矩阵自身发光显示元件(1)的驱动装置；所述驱动装置包括：电压提供装置(3)，对所述自身发光显示元件(1)提供电压，在开和关状态之间切换所述电压的切换装置(4)，电荷监视单元(5)，在一个驱动周期内监视由所述电压提供装置(3)输送给所述自身发光显示元件(1)的总电荷，以及反馈装置(9)，用来在驱动周期内由所述电压提供装置(3)向所述自身发光显示元件(1)输送了预定的总电荷时将所述切换装置(4)切换到关断状态。本发明还涉及一种驱动这种显示元件(1)的方法，以及一种包括多个这种发光元件(1)的无源矩阵自身发光显示器件。

Description

无源矩阵自发光显示元件的驱动电路装置

本发明涉及一种电压驱动的无源矩阵自发光显示元件的驱动电路装置。本发明还涉及驱动这种显示元件的方法，以及一种包括多个这种发光元件的无源矩阵自发光显示器件。

在越来越多的显示设备中采用了诸如有机(小分子或聚合物)发光显示器或无机发光显示器等发光矩阵显示器，它是一种轻薄柔软的替代品，例如是液晶显示器。发光矩阵显示器的基本器件结构主要包括构成的电极即阳极，对立电极即阴极，以及夹在阳极和阴极之间的一个发光层。在无源矩阵显示器中，阳极可以包括各自连接到一个电流或电压源的一组独立的平行阳极条，也被称为阳极列(根据其方向也可以称为阳极行)。在这种情况下，阴极也可以包括一组独立的平行阴极条，也被称为阴极行(根据其方向也可以称为阴极列)，其方向与阳极条或列基本上垂直。由这样的阳极和阴极的交叉点本质上限定所述显示器件的一个象素或发光元件，而所述阳极和阴极的图形就限定了象素的矩阵。

发光象素在通过发光层获取正向电流时就会发光，电流由所述阳极/阴极图形提供。光源发自在活跃区内重组的电子/空穴对，部分额外能量发出光子也就是光。所产生的光子数量(即显示器的亮度)取决于注入活跃区的电子/空穴对的数量，也就是通过器件的电流。其效率(单位电流亮度)与电流本身的关系不大。

电压的形态非常复杂。二极管在正向电流-电压依赖性很强(指数或二次方取决于边界条件)。在设定电压附近和以上，电流随电压急剧增大。由此可以看出亮度对电压的依赖性比电流要大。

如上所述，无源驱动发光矩阵显示器主要有两种驱动方式(图1中表示这种无源驱动矩阵显示器的基本总体方案图)，即电压驱动和电流驱动，这是本领域技术人员公知的基本形式。在各种情况下，为象素提供电压源或电流源，使电流流过发光材料。

电压驱动的主要优点是在设计电压驱动源时不需要额外电压，例如是导致额外损失的顺应电压，并且能对寄生显示器电容快速充电而无需额外措施。然而如上所述，亮度等级对电压变化会很敏感，因此必须设计出一种便于控制的电压源。另外，任何串联电阻都会降低发光元件上的电压。由于这一电阻取决于象素在显示器上的位置和显示器电流，交扰和赝象会明显干扰显示图像的质量。

对于电流驱动，其主要优点是良好的灰度级控制，显示的赝象很少。然而，由于大多数电流源设计需要有顺应电压，这会给显示驱动器带来额外损失(大约为20％)。另外，由于对显示器电容充电要越快越好，在电流驱动的情况下需要额外的增压源。另外，可控电流源需占用大量硅面积因而会增加生产成本。另外，在同时采用电流和电压驱动的情况下，为了获得理想的灰度级值，必须按振幅或脉宽对电流/电压源进行调制。然而这种调制电源会产生一定的成本。

因此需要为无源矩阵自身发光显示元件提供一种改进的驱动装置。

本发明的目的是提供一种无源矩阵自身发光显示元件，用以至少克服所述的某些问题。独立权利要求限定了本发明。从属权利要求限定了有益实施例。

用于电压驱动的无源矩阵自身发光显示元件的一种驱动电路装置(6)能够实现所述及其它的目的；所述驱动装置包括：

电压提供装置，对所述自身发光显示元件提供电压，

在开和关状态之间切换所述电压的切换装置，

电荷监视装置，在一个驱动周期内监视由所述电压提供装置输送给所述自身发光显示元件的总电荷，以及

反馈装置，用来在驱动周期内由所述电压提供装置向所述自身发光显示元件输送了预定的总电荷时将所述切换装置切换到关断状态。这种装置的优点在于可以采用对精度限制要求比较小的电压源，因为仅仅需要考虑输送的总电荷。对于在采用电流源时可以分配所需的顺从电压，而总模数功耗会明显下降。由于可以采用小驱动器(不需要振幅或脉宽调制)，并且比较容易实现电流源，这样能降低显示器的成本。还能实现优良的亮度控制，降低交扰，良好的显示均匀性，并减少赝象。另外，若是采用电压源，就能很快完成对任何电容的充电，从这一方面看不需要额外措施(例如在采用电流源时需要的额外电流脉冲)。

按照本发明的一个最佳实施例，所述电荷监视单元包括一电流传感器，用来检测流经显示元件的电流，它是一种用来测量电荷的比较直接的装置。所述电流传感器包括一电阻或电流跟随器。电阻的量值最好是小于工作点上的象素电阻。所述电荷监视单元还包括一个积分器件，用来对来自所述电流传感器的测量电流信号积分，从而获得输送给所述自身发光显示元件的总监测电荷。其优点在于亮度控制是通过积分量值来执行的，系统对各种干扰不敏感。

所述积分器件包括一个运算放大器。

还可以用一个与自身发光显示元件串联连接的电容来执行电流检测和积分，所述电容上的电压与积分电流即总电荷成正比。

所述反馈装置还包括一个比较器，用来将监测的总电荷与预定总电荷相比较，并在监测总电荷等于所述预定总电荷时立即向所述切换装置发送一关断信号。这是启动所需的关断功能的一种简单方式。所述比较器最好还包括一运算放大器。

自身发光显示元件可以是聚合物，有机或无机发光元件。

还可以用包括以下步骤的一种无源矩阵自身发光显示元件驱动方法来实现所述及其它目的：为所述显示元件提供一驱动电压；

在提供所述驱动电压的同时监测输送给所述显示元件的总电荷；并且

在向所述显示元件输送完预定电荷时中断提供驱动电压。按照上述的同样方式，这种方法有可能使用对精度要求比较低的电压源，因为只有输送给发光元件的总电荷最重要。

最后，实现上述及其它目的的一种无源矩阵自身发光显示元件包括按多行布置的多个发光元件，显示器是按逐行扫描的需要布置的，布置在与行垂直的一列中的各个发光元件由权利要求1所述的驱动装置来驱动，在扫描过程中，一行中的所有发光元件是这样布置的，将其连接到一个公共电压提供装置，对该行中的所有所述元件提供公共电压。这样能简化显示器件的结构，并且按上述方式用电压源为显示器件供电，有关精度符合比较低的要求。

以下要参照附图通过最佳实施例对本发明做出详尽描述，在附图中

图1表示按照公共阴极原理逐行寻址的一种无源驱动发光二极管显示器的示意图；

图2表示一个象素的电压驱动装置的示意图，采用本发明的电荷控制；以及

图3表示一个象素的电压驱动装置的示意图，采用本发明一个实施例的电荷控制。

图1表示发光二极管元件1的行R1，R2，......和列C1，C2......构成的矩阵。

如矩阵的左侧所示，行R1，R2，......依次接收一个脉冲形状的行电压。如果发光元件1通过其对列C1，C2....的连接接收一个正列电压，并且其行电压处在低电平，则电流就会流经元件1使元件1发光。根据图1中例举的波形，用虚线表示元件发光。

以下要按照图2的示意图描述本发明的一个主要实施例。图2表示单个发光二极管元件1的驱动装置。与所述发光二极管元件1并联连接的电容2代表出现在阳极A和B之间的寄生电容。发光二极管元件1和电容2被连接在连接到第一线例如是阳极的第一连接点A与连接到第二线例如是阴极的第二连接点B之间。所述第一线是通过第一开关S1连接到电源电压V⁺的一端，而另一端通过第二开关S2接地。可以通过第一开关S1和第二开关S2控制第一连接点A上的电压。

按照同样的方式，所述第二连接点B是通过驱动装置连接到电压源3的一端，而另一端通过第四开关S4接地。本发明涉及这样的一种驱动电路装置。该驱动电路装置主要包括串联布置在第二连接点B和电压源3之间的切换装置4和电荷监测单元5。切换装置4用来在导通状态和关断状态之间切换。按照图2的实施例，切换装置4是由第三开关S3构成的。电荷监测单元5主要包括布置在第三开关S3和第二连接点B之间的电流传感器7，以及与所述电流传感器7并联连接的一个积分器件8。由所述电流传感器7检测的电流是由所述电压源3输送给所述发光元件1的电荷的一个测量值；并且利用所述积分器件8按时间对这一测量值积分，就能获得输送给所述发光二极管元件1的总电荷的测量值。这一测量值是积分器件8的输出。

该驱动装置还包括一个比较器9，它包括连接到积分器件8的输出的积分值输入13，以及从一个图像发生电路(未表示)接收有关所述发光元件1的理想灰度等级值(即代表一定亮度或灰度级值所需输送的总电荷量的一个值)的信息的灰度值输入14。比较器9用来将所述积分器件8的输出与象素的理想灰度等级值不断比较。比较器9还用来控制切换装置4，根据所述灰度等级值输入14与积分总电荷值的比较在所述导通状态和所述关断状态之间进行切换，并在来自积分器件的输出等于理想值时关断切换装置，从而断开电压源3。

上述驱动装置的功能如下。在开始行扫描操作时，并且最好是在显示器电容充电之后，切换装置4被设置到导通状态，电压源11使电流(电荷)通过所述电荷监测单元5的电流传感器7输送到所述发光二极管元件1。利用所述积分器件8获得输送给发光二极管元件的总电荷，并且不断将总输送电荷信息输送到所述比较器9。比较器9将总输送电荷信息与一个理想灰度等级值相比较，该值代表使象素或发光元件达到一定亮度或灰度等级值所需的理想总输送电荷。只要测得的总输送电荷等于这一理想值，比较器9就向切换装置4发送一个切换信号，使开关变成关断状态，并且中断向所述发光二极管元件1输送电荷。在开始下一行扫描时，切换元件再次被设置为导通状态，积分器8复位，提供对应着下一行象素的亮度所需的新的灰度等级值输入14，并且重复上述程序。

按照本发明的上述原理，电荷监测单元5包括一个电流传感器7，它可以直接由阻值比发光二极管元件1小的一个电阻构成。或是可以将电流传感器7构筑成一个电流跟随器或者其它适当的装置。积分器件8可以包括如图3所示通过所述电流传感器7连接的运算放大器装置10。电流的检测以及积分还可以由与自身发光显示元件串联连接的一个电容来执行，因为所述电容上的电压与积分电流即总电荷成正比。第二运算放大器11还可以构成所述比较器。对积分器件和比较器都采用标准运算放大器能够简化结构并且节约制作成本。

如上所述，图2和3仅仅表示了单个发光二极管元件1的驱动电路装置。然而应该理解，为了产生显示，如图1所示需要在矩阵中安置多个这种发光元件(1)。所述发光元件(1)的各列被连接到本发明的驱动电路装置。然而，电压源3可以是用于显示器一行中所有发光元件的公共电压源。这样就易于在行扫描过程中(逐行扫描显示器)向所有象素提供公共电压，同时用各个驱动电路装置的灰度等级输入13调节各个发光元件的灰度等级值或亮度。

总之，本发明的基本原理是发光二极管器件的发光或多或少取决于通过发光材料的电流。由于每一帧必须产生特定量的光(灰度值)，这就转变成对通过发光元件/象素的总电荷的需求。如果(每个象素的)总电荷受到监测，就能在元件发光的同时实现对各个象素的亮度控制。这就意味着只要能保证在已经输送/产生了足够的电荷/光时精确地关断能量供应，可以使用任何电压源。这一要求比目前对精确电压值非常重要的电压驱动显示器的要求大大降低了。因此，按照本发明的装置可以使用成本上更加经济的电压源。

电荷控制还要考虑到需要充电的任何显示器电容。也就是附加在各个灰度级信息上的电荷偏移。另一种方式是首先对显示器电容充电，然后开始电荷控制。

本发明能够为基于发光技术(例如是聚合物发光二极管)的无源矩阵自身发光显示器提供一种驱动装置，其组合了电压和电流驱动的低功耗，良好亮度控制，低交扰和简易等优点。采用本发明对显示器进行逐行扫描能够明显简化无源驱动发光二极管显示器并提高效率。

应该注意到本发明可以用于多种显示装置，例如有无源驱动聚合物显示器，有机发光显示器或无机发光显示器。

应该注意到以上的实施例并不是对本发明的限制，本领域的技术人员无需脱离权利要求书的范围还能设计出许多实施例。在权利要求书中，括号内的符号并不对权利要求构成限制。所谓“包括”并不排除列在权利要求书中的特征之外的多个其它特征。本发明所指的“一”或“一个”并不排除可有多个。本发明可以用包括若干分立元件的硬件来实现，也可以用适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的产品权利要求中，若干装置可以用同一个硬件来实现。不同的从属权利要求中描述的某些措施并不能说明这些措施不能组合使用。

Claims (10)

1.一种用于电压驱动的无源矩阵自身发光显示元件(1)的驱动电路装置，所述驱动电路装置包括：

电压提供装置(3)，对所述自身发光显示元件(1)提供电压，

在开和关状态之间切换所述电压的切换装置(4)，

电荷监视单元(5)，在一个驱动周期内监视由所述电压提供装置(3)输送给所述自身发光显示元件(1)的总电荷，以及

反馈装置(9)，用来在驱动周期内由所述电压提供装置(3)向所述自身发光显示元件(1)输送了预定的总电荷时将所述切换装置(4)切换到关断状态。

2.按照权利要求1的驱动电路装置(6)，其特征是所述电荷监视单元(5)包括一电流传感器(7)，用来检测流经显示元件(1)的电流。

3.按照权利要求2的驱动电路装置(6)，其特征是所述电流传感器(7)包括一电阻或电流跟随器。

4.按照权利要求2的驱动电路装置(6)，其特征是所述电荷监视单元(5)还包括一个积分器件(8)，用来对来自所述电流传感器(7)的测量电流信号积分，从而获得输送给输送自身发光显示元件(1)的总监测电荷。

5.按照权利要求4的驱动电路装置(6)，其特征是所述积分器件(8)包括一个运算放大器(10)。

6.按照权利要求1的驱动电路装置(6)，其特征是所述反馈装置(9)还包括一个比较器(11)，用来将监测的总电荷与预定总电荷相比较，并在监测总电荷等于所述预定总电荷时立即向所述切换装置(4)发送一关断信号。

7.按照权利要求6的驱动装置(6)，其特征是所述比较器(11)还包括一运算放大器(11)。

8.按照权利要求1的驱动电路装置(6)，其特征是所述自身发光显示元件(1)是一种聚合物、有机或无机发光元件。

9.一种无源矩阵自身发光显示元件(1)驱动方法，包括以下步骤：

为所述显示元件(1)提供一驱动电压；

在提供所述驱动电压的同时监测输送给所述显示元件(1)的总电荷；并且

在向所述显示元件(1)输送完预定电荷时中断提供驱动电压。

10.一种无源矩阵自身发光显示元件，包括按多行布置的多个发光元件(1)，显示器是按逐行扫描的需要布置的，布置在与行垂直的一列中的各个发光元件由权利要求1所述的驱动装置(6)来驱动，在扫描过程中，一行中的所有发光元件是这样布置的，将其连接到一个公共电压提供装置(3)，对该行中的所有所述元件提供公共电压。

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