CN1892774A - 用于有机场致发光显示器的电流抽样电路 - Google Patents

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Abstract

一种在包括编程阶段和再现阶段的多个阶段下运行的驱动电路，该电路包括：多个各通过该电路的电流通路，一个电流驱动元件，一个连接成运行上控制提供给所述元件的电流的晶体管，一个连接成在编程阶段期间用来存储该晶体管的操作电压的电容器，以及控制这些电流通路的开关装置，其配置是使多个电流通路之一不包含所述元件。在编程阶段期间通过该电流控制晶体管不对该电流驱动元件提供电流，从而减小总功耗。此外，该电路可由常规电源电压运行不再需要高偏置电压。在编程阶段期间，该电路使用陷流器而不是使用电流源。该电流驱动元件最好是场致发光元件。

Description

用于有机场致发光显示器的电流抽样电路
本申请是申请日为2001年7月9日、申请号为200510071345、发明名称为“用于有机场致发光显示器的电流抽样电路”的申请的分案申请。
技术领域
本发明尤其涉及驱动电路。这种驱动电路的一种具体应用是用于驱动有机场致发光部件的象素。
背景技术
有机场致发光(OEL)元件包括一个夹在阳极层和阴极层之间的发光材料层。电学上，这种元件的工作类似于二极管。光学上，当正向加偏压时它发出光并且随着正向偏置电流提高发射强度。有可能构造带有OEL元件矩阵的显示屏面，其制造于透明基底上并带有至少一层的透明电极层。还可能通过使用低温多晶硅薄膜晶体管(TFT)技术把驱动电路集成在同一决屏面上。
在用于有源矩阵式OEL显示器的基本模拟驱动方式下，每个象素最少需要二个晶体管(图1)：T1用于对象素定址而T2用于把数据电压信号变换成把OEL元件驱动到指定亮度的电流。当象素未被定址时通过存储电容器Cstorage存储数据信号。尽管在图中示出了p沟道TFT，该原理同样可应用于采用n沟道TFT的电路。
TFT模拟电路伴有各种问题，从而0EL元件不能象完美二极管那样工作。然而，发光材料却具有相对一致的特性。由于TFT制造技术的本质，在显示屏面的整个范围上存在TFT特性的空间变化。TFT模拟电路中最重要的要考虑的问题之一是不同部件之间的阈电压的变化ΔVT。在非完美二极管特性的加重下，这种变化在OEL显示器上造成屏面的显示区中的不均匀象素亮度，这严重影响图象质量。从而，需要一种用来补偿晶体管特性分散的内置电路。
图2中示出的电路是作为一种补偿晶体管特性变化的内置电路提出的。在该电路中，为定址象素而设置T1。T2起模拟电流控制的作用以便提供驱动电流。T3连接在T2的漏极和栅极之间并且把T2触发为二极管或者触发成饱和方式。T4充当一个开关。T1或T4之一在任何时刻都可以为ON(导通)。初始地，T1和T3为OFF(截止)，而T4为ON。当T4为OFF时，T1和T3为ON，并且允许通过T2使其值已知的电流流入OEL元件。这是一个编程阶段，因为利用起二极管作用的T2(T3为ON)测量T2的阈电压，并且同时允许编程电流流过T1、T2并进入OEL元件。T3将T2的漏极和栅极短路并且把T2转变成一个二极管。当T3和T1切换到OFF时用连接在T2的栅极和源极端之间的电容器C1存储检测出的T2的阈电压。接着T4转为ON，现在则由VDD提供电流。假如输出特征曲线的斜率是平的，对于T2的任何检测出的阈电压该再现的电流应该和该程控电流相同。通过把T4转成ON，T2的漏—源电压上拉，从而平的输出特性曲线会把再现电流保持为和该程控电流为相同的电平。请注意图2中示出的ΔVT2是假想的而不是真实的。
理论上在图2的计时图中的t2至t5的有源编程阶段期间提供恒定的电流。再现阶段从时刻t6开始。
图2的电路是有优点的，但是人们总希望不断减小功耗。实际上，图2电路中的电流源的应用，除了需要电流电压(VDD)外还需要偏置电压(VBIAS)。虽然可以提高电源电压(VDD)以覆盖所需的偏置电压(VBIAS)——这会具有减小元部件数量的好处，但仍存在着为了用数据电流(IDAT)的任何值编程整体增加了系统功耗的问题。
发明内容
本发明注意力集中到所有通过图2的电流都通过OEL元件的这一事实。从下面给出的说明中，其对本发明而言的重要性会变得清楚。
依据本发明的第一方面，提供一种在包括编程阶段和再现阶段的多个阶段下运行的驱动电路，该电路包括：多条各通过该电路的电流通路，一个电流驱动元件，一个连接成在运行上控制提供给所述元件的电流的晶体管，一个连接成在编程阶段期间用来存储该晶体管的操作电压的电容器，以及控制这些电流通路的开关装置，其配置方式是使电流通路之一不包括所述元件。
依据本发明的第二方面，提供一种用于驱动场致发光部件的象素的驱动电路，该象素包括一个场致发光元件，并且该电路包括：一个连接成在运行上控制提供给该场致发光元件的电流的晶体管，一个连接成用于在编程阶段期间存储该晶体管的操作电压的电容器，连接成运行时在编程阶段期间建立一条经过该晶体管的电流通路的第一开关装置，以及连接成运行时在再现阶段期间建立一条经过该晶体管和该场致发光元件的电流通路的第二开关装置，其中第一开关装置连接成在该编程阶段期间该电流通路不经过该场致发光元件。
依据本发明的第三方面，提供一种用于驱动场致发光部件的象素的驱动电路，该象素包括一个场致发光元件，并且该电路包括：一个连接成在运行上控制提供给该场致发光元件的电流的晶体管，一个连接成用于在编程阶段期间存储该晶体管的操作电压的电容器，连接成运行时在编程阶段期间建立一条经过该晶体管的电流通路的第一开关的装置，连接成运行时在再现阶段期间建立一条经过该晶体管和该场致发光元件的电流通路的第二开关装置，以及一个陷流器(currentsink)，该第一开关装置连接成使得在编程阶段期间该电流通路通过该晶体管到达该陷流器。
依据本发明的第四方面，提供一种控制至场致发光元件的电流供应的方法，其包括步骤：在编程阶段期间提供不经过该场致发光元件的电流通路，以及在再现阶段期间提供经过该场致发光元件的电流通路。
依据本发明的第五方面，提供一种控制至场致发光元件的电流供应的方法，其包括步骤：在编程阶段期间提供和一个陷流器相连接的电流通路，以及在再现阶段期间提供经过该场致发光元件的电流通路。
依据本发明的第六方面，提供一种包含一个或多个依据本发明的第一方面至第三方面中任一方面的驱动电路的场致发光显示部件。
依据本发明的第七方面，提供一种含有依据本发明的第六方面的场致发光显示部件的电子设备。
依据本发明的第八方面，提供一种包括一个电流驱动元件的电路，该电路提供包含该电流驱动元件的第一电流通路和不包含该电流驱动元件的第二电流通路。
依据本发明的第九方面，提供一种包括一个电流驱动元件的电路，该电路提供使电流流过该电流驱动元件的第一电流通路和不使电流流过该电流驱动元件的第二电流通路。
依据本发明的第十方面，提供一种用于驱动包括着一个电流驱动元件和一个控制提供给该电流驱动元件电流的晶体管的电路的方法，该方法包括根据预定电流确定该晶体管的栅极电压的步骤。
请注意，依据本发明在编程阶段期间通过该电流控制晶体管不向该电路驱动元件施加电流。依据本发明在场致发光部件中可以实现一种象素驱动电路，其不降低场致发光部件所呈现的可见图象的质量。与在编程阶段和再现阶段期间都向OEL元件施加相同电流的现有技术相比，它具有减小总功耗的好处。另外，该电路可以由常规电源电压操作，而不象现有技术中需要一个高偏置电压。在效果上，本发明提供了编程电流通路和再现电流通路的分离。这使得能达到若干优点。例如，如果在编程阶段期间不存在流过OEL元件的电流，则编程阶段运行得更快—因为这种结构避免OEL元件的寄生电容造成的速度降低。
附图说明
现只作为进一步的例子并参照各附图说明本发明，其中：
图1示出使用二个晶体管的常规OEL元件象素驱动电路，
图2示出已知的带有阈电压补偿的电流程控OEL元件驱动电路，
图3示出依据本发明的第一实施例的象素驱动电路，
图4示出依据本发明的第二实施例的象素驱动电路，
图5示出矩阵式显示器中的数个象素，其中每个象素使用图4的电路，
图6是依据本发明的一个实施例的OEL元件以及象素驱动电路的示意剖面图，
图7是包含着本发明的OEL显示屏面的简化平面图，
图8示出依据本发明的象素驱动电路的另一实施例，
图9示出依据本发明的象素驱动电路的另一实施例，
图10是包含着带有依据本发明的象素驱动器的显示部件的手提个人计算机的示意图，
图11是包含着带有依据本发明的象素驱动器的显示部件的移动电话的示意图，
图12是包含着有依据本发明的象素驱动器的显示部件的数码相机的示意图，
图13表示本发明的驱动电路对磁RAM的应用，
图14表示本发明的驱动电路对磁阻元件的应用，
图15表示本发明的驱动电路对电容传感器或电荷传感器的应用，
图16表示本发明的驱动电路对夜视摄象机的应用，以及
图17是图4电路的一种替代实现的概要。
具体实施方式
图3是示出依据本发明的第一实施例的象素驱动电路。晶体管T2充当模拟电流控制而运行，以便提供至OEL元件的驱动电流。而且，在晶体管T2的栅极和源极之间连接存储电容器C1。在图2的电路中，电流源在编程阶段期间通过晶体管T1在运行上与晶体管T2的源极相连接，并且从而向OEL元件施加电流。在本发明的该实施例中，在编程阶段期间晶体管T1在运行上将晶体管T2与一个陷流器相连接。亦即，依据本发明，在编程阶段期间不通过晶体管T2向OEL元件提供电流。在图3的电路中，晶体管T2的漏极通过晶体管T3的源极/漏极通路与晶体管T1的源极连接。晶体管T1的源极和晶体管T2的栅极连接，并把晶体管T1和T3的栅极连接在一起。编程电压Vp施加到T1和T3的栅极上。在编程阶段期间截止的晶体管T4把T2的漏极以及T3的源极连接到OEL元件。在编程阶段期间，晶体管T1在运行上使晶体管T2和一个接地或与基准电压相连的陷流器相连接。
图3的电路在运行上在编程阶段中使T4截止而T1及T3导通。切换成导通的T3具有使T2充当一个二极管的作用并且T1把该二极管连接到该数据陷流器。结果是，电容器C1充电(或放电，这取决于前一帧期间存储的电压)。电容器C1充电到晶体管T2的栅极/源极电压并因而存储该电压(VGS2，和数据电流IDAT相对应)，在再现阶段期间该电压将控制对OEL元件的电流供应。编程阶段结束时，T1和T3切换成截止。电压VGS2在该帧周期的剩余时间中存储在C1上。如从该电路图和本说明中可以清楚地看到的那样，依据本发明不需要为偏置电压设置电流源。即，图3中的电源电压(VDD)由T2和OEL元件确定，并且不需要对一电流源供电的高电压。从而和图2的电路相比，该电路所需的最大电压大大减小。
在编程阶段的开始时刻，随着T4切换成截止，已经知道该OEL元件展示出通过该元件放电的寄生电容。C1的放电速度决定编程阶段所用的时间。在采用本发明的电路中，C1的电容值可以相对地小，从而放电可以非常快。其后果是，和整个帧相比，T2不对该OEL元件施加电流的时间非常短。这些因素以及人眼睛的视觉暂留意味着被显示图象不存在可觉察的下降。
T3的截止电阻是非常重要的，因为在C1已经充电并且T3切换到截止后，T3的截止电阻会在帧周期的剩余时间里影响C1二端的电压。从而，T3的栅极/源极电容最好要比C1小。
再现电压VR施加到晶体管T4的栅极。在再现阶段的开始时刻，在图3的电路中，T4切换成导通并且T1和T3保持截止。结果是，在C1的偏置T2充当带有VGS2的电流源，从而向该OEL元件提供电流。在再现阶段结束时，T4截止，而T1和T3保持截止。这便完成一个周期。驱动波形在图3中示出。
图4示出依据本发明的第二实施例。图4的电路在晶体管T3的连接上不同于图3的电路。在图4的电路中，T1经过T3的漏/源通路和C1连接。由于在编程阶段期间T3不在电流通路中，图4的电路优于图3的电路。在其它方面第二实施例的操作和作用类似于第一实施例。
图5的电路图示出有源矩阵式显示器中的若干象素，其中每个象素是依据图4的电路实现的。为了简化例示，示出了单色显示部件。由于该电路为有源矩阵，同时对同一行上的各个象素定址。晶体管T3负责象素定址，从而它的源极端与由一列象素共享的电流数据线相连接。因此应把T3的漏电流保持为最小。这可通过对T1采用多栅极结构来保障。除多栅极结构之外，轻掺杂漏极(LDD)结构也可以减小漏电极。
图6是OEL元件结构中的象素驱动电路的物理实现的示意剖面图。在图6中，数字132表示空穴注入层，数字133表示有机EL层，而数字151表示保护或隔离结构。薄膜开关晶体管121以及n沟道型薄膜电流晶体管122采用这种结构并且该工艺通常用于低温多晶硅薄膜晶体管，例如用于周知的诸如顶栅结构的薄膜晶体管液晶显示部件中和其最大温度为600℃或以下的制造工艺中。不过也可应用其它结构和工艺。
正向定向的有机EL显示元件131的组成是：用A1构成的象素电极115，用ITO构成的反向电极116，空穴注入层132以及有机EL层133。在该正向定向有机EL显示元件131中，该有机EL显示部件的电流方向可置为从由ITO构成的反向电极116到由A1构成的象素电极115。
可以利用墨喷印刷法并把保护层151作为象素间的隔离结构来形成空穴注入层132和有机EL层133。可以利用溅射法形成由ITO构成的反向电极116。不过，也可以利用其它方法来形成所有的这些部分。
图7中示意地示出采用本发明的完整显示屏面的典型布局。该屏面包括：带有模拟电流程控象素的有源矩阵OEL元件200，带有电平移位器的集成TFT扫描驱动器210，柔性TAB带220以及带有集成的RAM/控制器的外部模拟驱动器LSI230。当然，这只是其中可使用本发明的屏面布局的一种可能的例子。
有机EL显示部件的结构不受本文所说明的这种结构的限制。也可采用其它结构。
例如参照图3的电路，可理解本发明提供一种数据电流源——在该情况下用于OEL元件。该电路很容易扩展从而提供放大的和/或多电平(电流)输出。可以通过参照图8理解这种电路的原理。图8的电路包括图3的电路并且添加了附加的驱动晶体管T5和附加的开关晶体管T6。T5的源极和VDD连接并且它的栅极接收与施加到晶体管T2的栅极相同的驱动电压信号。晶体管T5的漏极和晶体管T6的漏极相串联连接，并且T6的源极和晶体管T2、T3、T4的公用的连接点相连接。晶体管T6的栅极和晶体管T4的栅极连接。如果假定晶体管T2的特性曲线为W/L并且把晶体管T5的特性曲线选择为(N-1)W/L，则达到：
Iout＝Iin×N的电流放大。Iin是流过陷流器的电流，即图3和4中的IDAT。Iout是流过OEL元件的电流。从而和图3和4的电路相比，图8的电路可用于减小IDAT的值，但同时保证流过OEL元件的电流相同。降低IDAT的值具有使得能提供高电路的操作速度的好处。降低IDAT的值还具有减小象素矩阵上的传输损耗的好处，对于大尺寸显示屏面这是尤为重要的。
当然，可以增加多个附加级——每级增加其自己的附加晶体管T5和T6电路。通过各开关晶体管T6串联连接并且各接收其自己的栅极驱动信号——如图9中所示(A，B等)——可以选择不同的电流值通过OEL元件，从而造成光输出中的不同强度。
图3至9中所示的电路最好利用薄膜晶体管(TFT)技术实现，用多晶硅则更好。
本发明特别益于用在小型移动电子产品中，例如移动电话，计算机，CD机，DVD机等等——尽管不受此限制。
现描述一些使用上面的有机场致发光显示部件的电子设备。
<1：手提计算机>
现说明其中把依据上面实现例之一的显示部件应用于手提个人计算机的例子。
图10是示出该个人计算机的配置的立体图。在该图中，个人计算机1100带有包括键盘1102和显示部件的机身1104。该显示部件1106利用依据本发明的按上面所说明制造的显示屏面实现。
<2：便携电话>
接着，说明其中把该显示部件应用于便携电话的显示部分的例子。图11是示出该便携电话的配置的立体图。在该图中，便携电话1200带有多个操作键1202，一个听筒1204，一个话筒1206和一个显示屏面100。该显示屏面100利用依据本发明的按上面所说明制造的显示屏面实现。
<3：数码相机>
接着，说明一种把OEL显示部件用作为取景器的数码相机。图12是一个示出该数码相机的配置和与外部部件的大致连接的立体图。
典型相机基于来自被摄对象的光图象感光胶卷，而数码相同1300则通过例如使用电荷耦合部件(CCD)的光电变换生成来自被摄对象的光图象的成象信号。数码相机1300在机身1302的背面备有OEL元件100以进行基于来自CDD的成象信号的显示。这样，显示屏面100充当用于显示对象的取景器。可在机身1302的正面(图的后面)设置有包括光透镜和CCD的光接收部件1304。
当拍摄者确定OEL元件屏面中显示的对象图象并且按下快门时，来自CCD的图象信号被传送并存储到电路板1308上的存储器中。在该数码相机1300上，在机身1302的一个侧面上设有用于数据通信的视频信号输出端子组1312和输入/输出端子组1314。如图中所示，若需要，电视监视器1430和个人计算机1440分别和视频信号端子组1312或输入/输出端子组1314连接。在某给定操作下，电路板1308的存储器中存储的成象信号输出到电视监视器1430和个人计算机1440。
除了图10中示出的个人计算机、图11中示出的便携电话和图12中示出的数码相同之外的电子设备的例子还可以包括：OEL元件式电视机，拾景型和监视式录象带机、汽车导航系统、寻呼机、电子笔记本、便携计算机、字处理器、工作站、电视电话、销售点系统(POS)终端以及带有触屏的设备。当然，可以把上面的OEL部件应用于这些电子设备的显示部分。
本发明的驱动电路不仅可以设置在显示部件的象素中而且可设置在显示部件外面配置的驱动器中。
在上面，通过参照各种显示部件说明了本发明的驱动电路。本发明的驱动电路的应用远远要比只在显示部件中广得多，并且例如包括其在磁阻RAM、电容传感器、电荷传感器、DNA传感器、夜视摄象机以及许多其它部件中的应用。
图13示出本发明的驱动电路对磁RAM的应用。在图13中用参考符号MH表示磁头。
图14示出本发明的驱动电路对磁阻元件的应用。在图14中磁头是用参考符号MH表示的，并且用参考符号MR表示磁阻器。
图15示出本发明的驱动电路对电容传感器或电荷传感器的应用。在图15中用参考符号Csense表示感测电容器。图15的电路还可应用于其它应用，例如指纹传感器和DNA传感器。
图16示出本发明的驱动电路对夜视摄象机的应用。在图16中用参考符号R表示光电导体。
在根据上面的具体说明示出的各实施例中，各晶体管示成是P沟道型晶体管。这不是对本发明的限制。例如，图17是图4电路的一种替代实现的概要图示。在图17中，除了驱动晶体管保持为一个P沟道晶体管外，整个电路都使用n沟道晶体管。
应能理解到，在不背离本发明的范围的情况下，业内人士可以对根据图3至16说明的电路的做出各种变型和修改。

Claims (17)

1.一种驱动一驱动电流元件的电路，包括：
具有第一端、第二端和第一栅极的第一晶体管；
与所述第一栅极耦合的电容器；
具有第三端、第四端和第二栅极的第二晶体管；
当所述第二晶体管处于导通状态时，所述第一端通过所述第二晶体管电连接到所述第一栅极；
所述第一端与所述第三端耦合；
所述第四端与所述电容器耦合；并且
所述第二晶体管具有减小漏电流的结构。
2.根据权利要求1的电路，其中所述第一栅极的第一电压是由流过所述第一晶体管的数据电流确定的。
3.根据权利要求2的电路，进一步包括与所述第一端连接的第三晶体管，所述第一栅极电压是由流过所述第一晶体管和第三晶体管的数据电流确定的。
4.根据权利要求3的电路，其中所述第三晶体管具有减小漏电流的结构。
5.根据权利要求4的电路，其中所述结构是多栅极结构和轻掺杂漏极结构之一。
6.根据权利要求1的电路，其中所述第二栅极和第三端之间的电容低于所述电容器的电容。
7.根据权利要求1的电路，其中当所述第一端通过所述第二晶体管电连接到所述电容器时，所述第一栅极的第一栅极电压是由流过所述第一晶体管的数据电流确定的。
8.一种包括根据权利要求1的电路的光电设备。
9.一种具有多个像素的光电设备，所述多个像素的每个具有包括：
电流驱动元件；
具有第一端、第二端和第一栅极的第一晶体管；
与所述第一栅极耦合的电容器；
具有第三端、第四端和第二栅极的第二晶体管；
当所述第二晶体管处于导通状态时，所述第一端通过所述第二晶体管电连接到所述第一栅极；
所述第一端与所述第三端耦合；
所述第四端与所述电容器耦合；
所述第二晶体管具有减小漏电流的结构；
当所述第二晶体管处于导通状态时，所述第一栅极的第一栅极电压是由流过所述第一晶体管的数据电流确定的；并且
由所述数据电流确定所述第一栅极电压确定提供给所述电流驱动元件的驱动电流的电流水平。
10.根据权利要求9的光电设备，其中所述多个像素的每个进一步包括第三晶体管，所述第二晶体管和第三晶体管的至少一个具有减小漏电流的结构。
11.根据权利要求9的光电设备，其中所述多个像素的每个进一步包括与所述第一端耦合的第三晶体管，所述数据电流流过所述第一晶体管和第三晶体管。
12.根据权利要求9的光电设备，其中减小漏电流的所述结构是多栅极结构和轻掺杂漏极结构之一。
13.根据权利要求9的光电设备，其中所述电流驱动元件是电致发光元件。
14.根据权利要求9的光电设备，其中所述第二栅极和第三端之间的电容低于所述电容器的电容。
15.根据权利要求11的光电设备，其中所述第二晶体管和第三晶体管是由相同的信号控制的。
16.一种包括根据权利要求9的光电设备的电子装置。
17.根据权利要求9的光电设备，其中所述电流驱动元件被耦合到所述第一端。
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