JP2001085984A - 発光素子アレイのための制御回路 - Google Patents

発光素子アレイのための制御回路

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 発光素子行を低電力で動作する回路を提供
し、複雑さを減らして発光素子行に対する制御回路を実
現する。 【解決手段】 前記課題は、発光素子の列中の各発光素
子に接続された第1の列線路と、第1の列線路に接続さ
れた第1の電流源および第1の列線路に接続された第2
の電流源を有する第1の列回路とを有し、発光素子列か
らの第1の発光素子をターンオンすべき場合、第1の列
線路の電圧が所定の電圧に等しくなるまで前記第1の電
流源がターンオンされ、次いで当該第1の電流源はター
ンオフされ、前記第2の電流源は第1の輝度レベルにま
で発光素子を発光させるのに十分な電流を供給する発光
素子アレイのための制御回路を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は発光素子を駆動させ
るための回路に関し、特に有機発光ダイオードの低電流
ドライブに関する。
【0002】
【従来の技術】有機発光ダイオード(OLED)技術は
低電流放射ディスプレイ技術を提供する。しかしなが
ら、OLEDの大規模なアレイは大きな静電容量を有す
る。この静電容量はマルチプレキシ動作時に充電および
放電する必要がある。
【0003】OLEDピクセルの等価回路は発光ダイオ
ードおよびこれと並列に接続されたキャパシタである。
概して、各OLEDのアノードは電流源によって駆動さ
れる。それというのもピクセルVf(活性化電圧)はO
LEDアレイ全体にわたって個々のOLEDごとに異な
ることがあるためである。
【0004】OLEDのアレイを駆動させる回路の典型
的な実現例は、電流源を使用してOLEDアレイのそれ
ぞれの列線路を駆動させることである。各OLEDのア
ノードは相応する列線路に接続されている。各OLED
のカソードはOLEDマトリクスの相応する行線路に接
続されている。それぞれの行線路はスイッチを有してい
る。このスイッチは1つの行だけを同時にイネーブルに
する。
【0005】OLEDを駆動させる回路における背景情
報に関しては、例えば1998年10月27日付けで、
ディスプレイに使用される有機電界ルミネセンス素子の
ための駆動回路(DRIVING CIRCUIT FOR AN ORGANIC ELE
CTROLUMINESCENT ELEMENT USED IN A DISPLAY)に関し
てヨヒユキ オクダ(Yohiyuki Okuda)に発行された米
国特許第5828181号明細書を参照のこと。
【0006】本発明の有利な実施例によれば、発光素子
のアレイに対する制御回路は発光素子列において各発光
素子に接続された第1の列線路を含む。第1の列回路は
第1の電流源および第2の電流源を含む。第1の電流源
は第1の列線路に接続されている。第2の電流源は第1
の列線路に接続されている。発光素子列からの第1の発
光素子をターンオンすべき場合には、第1の列線路にお
ける電圧が所定の電圧に等しくなるまで第1の電流源を
ターンオンする。次いで第1の電流源をターンオフし、
かつ第2の電流源は第1の発光素子を第1の輝度レベル
にまで発光させるのに十分な電流を供給する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は発光素
子行を低電力で動作する回路を提供することである。ま
た本発明の課題は、複雑さを減らして発光素子行に対す
る制御回路を実現することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記課題は、発光素子ア
レイのための制御回路において、回路が第1の列線路
と、第1の列回路とを有し、前記第1の列線路は、発光
素子の列中の各発光素子に接続されており、前記第1の
列回路は、第1の列線路に接続された第1の電流源と、
第1の列線路に接続された第2の電流源とを有し、発光
素子列からの第1の発光素子をターンオンすべき場合、
第1の列線路の電圧が所定の電圧に等しくなるまで前記
第1の電流源がターンオンされ、次いで当該第1の電流
源はターンオフされ、前記第2の電流源は第1の輝度レ
ベルにまで発光素子を発光させるのに十分な電流を供給
することを特徴とする、発光素子アレイのための制御回
路によって解決される。
【0009】図1は発光素子のアレイの駆動のために使
用される回路を示す図である。例えば、各発光素子は有
機発光ダイオード(OLED)素子である。発光素子列
は発光素子23および発光素子27によって表されてい
る。発光素子23は該列の第1の発光素子であり、かつ
発光素子27は該列の最後の発光素子である。発光素子
23と発光素子27の間の列中に任意の数の発光素子が
接続されていてもよい。発光素子の典型的なアレイは合
計6400個の発光素子のために100個の列および6
4個の行を有している。
【0010】各発光素子はキャパシタとこれに並列に接
続されたダイオードによって表されている。例えば、発
光素子23はダイオード25とキャパシタンス24を含
み、図示のように接続されている。発光素子27はダイ
オード29とキャパシタンス28を含み、図示されるよ
うに接続されている。
【0011】駆動回路を使用してそれぞれの列に電流が
供給される。発光素子23と発光素子27が接続されて
いる列線路20のための駆動回路は電流源15、比較器
16、電流源14およびトランジスタ17から構成され
ている。例えば電流源14は60μAの電流を発生す
る。電流源15は、例えばターンオンするとピクセル高
電圧線(high pixel voltage line)10と列線路20
とを接続するスイッチとして実現できる。
【0012】行線路は各発光素子に1つの行で接続され
ている。このように行線路21は同じ行の全ての発光素
子に、発光素子23のように接続されている。行線路2
2は同じ行の全ての発光素子に、発光素子27のように
接続されている。それぞれの行に接続されているスイッ
チは、1つの行だけが同時にイネーブルとなることを保
証する。行線路21は、図示されるようなインバータ構
成で接続されたトランジスタ33およびトランジスタ3
4からなるスイッチによって制御される。該スイッチは
スイッチ入力31によって制御される。行線路22は、
図示されるようなインバータ構成で接続されたトランジ
スタ35およびトランジスタ36からなるスイッチによ
って制御される。該スイッチはスイッチ入力32によっ
て制御される。
【0013】ピクセル高電圧線10には、発光素子のV
fに十分に適合する電圧が印加される。概して、該電圧
は8〜10Vである。論理高電圧線(high logic volta
ge line)19には、デバイス上の他の論理回路に十分
に適合する電圧が印加される。概して、該電圧は2.7
〜5Vである。電圧はアース11から測定する。キャパ
シタ18は高い論理電圧を供給する論理電源(logic po
wer supply)のキャパシタンスを表している。制御入力
側13はトランジスタ17のスイッチングを制御する。
制御入力側13における信号はパルス幅変調されてお
り、これは輝度の制御を可能にする。
【0014】それぞれの列に対して2つの電流源を使用
することで、パルス幅変調を使用して広範な輝度の制御
の実現が容易になる。特に、各発光素子のダイオードは
発光のために少量の電流を必要とするに過ぎないが、発
光素子内のキャパシタの充電のためには相対的に大量の
電流が必要である。電流源14を単一の電流源として使
用して発光素子の発光に必要な少量の電流を発生させる
場合には、電流源14により発生されるピクセル電流
は、それぞれの行をイネーブルにしてアクティブな発光
素子の必要な活性化電圧(Vf)にまで列を充電するか
なりの時間を費やすこととなる。制御入力側13におけ
る信号のパルス幅変調によって、少量の電流であって
も、これを列の充電のために利用することができる。
【0015】大電流源15の付加により、それぞれの列
サイクルの開始時に大量の電流が提供され、所定の電圧
にまで列を充電する。充電期間の間に、所定の電圧に相
当する基準電圧を基準電圧線12に印加する。所定の電
圧に一度到達すると、比較器16は電流源15を遮断す
る。次いで、電流源15は“急速充電”電流を提供し、
列においてアクティブな発光素子のキャパシタを充電さ
せ、電流源14への引継が可能になると、所望のピクセ
ル電流が供給される。これにより、電流源14は十分な
電流を提供し、アクティブな発光素子は、列サイクルの
大部分で発光する。これはパルス幅変調による初期の輝
度の制御を可能にする。
【0016】典型的な低電力の適用例では2.7V〜5
Vの論理電源を有する。しかしながら典型的に、発光素
子は発光素子のVfに適合するために8V〜10Vが必
要である。このように、高電圧線10に印加すべき高電
圧を発生させるために、電圧倍増器を使用する。
【0017】図2は、示されるように接続された抵抗4
1、抵抗42、比較器44、発振器45、インバータ4
6、トランジスタ48、インダクタ49、ダイオード5
1およびキャパシタ52を含む電圧倍増器を示してい
る。
【0018】例えば、抵抗41は62kΩの値を有す
る。抵抗42は455kΩの値を有する。インダクタ4
9は22μHの値を有する。キャパシタ52は10μF
の値を有する。ダイオード51はショットキダイオード
である。比較器44からの信号によってディスエーブル
されてない場合、発振器45は60kHzの周波数を有
する信号を発生する。1.2Vの基準電圧が基準電圧線
43に印加される。接地線11は0Vである。論理高電
圧線19には、電圧2.7Vが印加される。電圧倍増器
はピクセル高電圧線10に10VのDC信号を印加す
る。ピクセル高電圧線10のDC信号はキャパシタ52
に蓄えられる。
【0019】図3は、図1に示した回路の動作を説明す
る簡易化したタイミング線図を示している。波形61は
“n”行に対する行線路の信号を表す。例えば“n”行
は発光素子23を有する行を表す。従って波形61は行
線路21での信号を表す。波形62は“n+1”行に対
する行線路の信号を表す。波形63は“n+2”行に対
する行線路の信号を表す。波形64は“n+3”行に対
する行線路の信号を表す。波形65は“n+4”行に対
する行線路の信号を表す。
【0020】波形66は列線路20に印加される信号を
表している。列データ67はアクティブな行中の発光素
子が特定の時間の間にオンであるか、またはオフである
かを示している。“ON”は列中の発光素子がターンオ
ンすべきであることを示す。“OFF”は列中の発光素
子がターンオンすべきでないことを示す。
【0021】それぞれの列に対して同時には、多くても
1つの発光素子だけがターンオンされる。発光素子をタ
ーンオンするために、発光素子に接続された列線路にお
ける電圧はVf(例えば6〜8V)以上であるべきであ
り、かつ行線路における電圧が低電圧(例えば0V)で
あるべきである。従って発光素子23をターンオンする
ために、列線路20がVf以上(例えば6〜8V)であ
るべきであり、かつ行線路21が低電圧(例えば0V)
であるべきである。発光素子27をターンオンするため
には、列線路20がVf以上(例えば6〜8V)である
べきであり、かつ行線路22が低電圧(例えば0V)で
あるべきである。
【0022】行線路に低電圧をもたらす時間は、発光素
子がそれぞれの列に対して多くても1つだけが一度にオ
ンになるようにずらされている。このように、期間71
では、n行に対する行線路(すなわち行線路21)が低
電圧である。全ての他の行は高い電圧に維持する。期間
72では、n+1行に対する行線路が低電圧である。全
ての他の行は高電圧に維持する。期間73では、n+2
行に対する行線路が低電圧である。全ての他の行線路は
高電圧に維持する。期間74では、n+3行に対する行
線路が低電圧である。全ての他の行は高電圧に維持す
る。期間75では、n+4行に対する行線路が低電圧で
ある。全ての他の行は高電圧に維持する。
【0023】列充電時間が発光素子アレイの先行状態と
独立であるようにするために、それぞれの列サイクルの
開始時では、全ての行線路は高電圧であり、かつ先行の
列サイクルでターンオンされた線路を含む全ての列線路
を列低電圧におく。この結果として、全ての発光素子は
新たな列サイクルの開始時に逆バイアスされる。このこ
とは図3に示されており、波形66は期間71と期間7
2の間、期間72と期間73の間、期間73と期間74
の間ならびに期間74と期間75の間で列低電圧(例え
ば2.7V)である。
【0024】それぞれの列に対して、それぞれの行線路
を低電圧に導く期間の間に、この行線路に接続された列
の発光素子をターンオンすべき場合、この列線路はVf
以上に導かれる。それ以外の場合には列線路を列低電圧
に維持する。
【0025】例えば期間71においては、n行(すなわ
ち行線路21に接続されている)中の発光素子(すなわ
ち発光素子23)をターンオンすべきである。従って、
期間71において、列20はVf以上の電圧に駆動され
る。期間72においては、n+1行中の発光素子をター
ンオンすべきである。従って、期間72で、列20がV
f以上の電圧に駆動される。期間73においては、n+
2行中の発光素子をターンオフすべきである。従って、
期間73では、列20は列低電圧に維持される。期間7
4においては、n+3行中の発光素子をターンオンすべ
きである。従って、期間74で、列20はVf以上の電
圧に駆動される。期間75においては、n+4行中の発
光素子をターンオフすべきである。従って、期間75
で、列20は列低電圧に保持される。
【0026】列線路20がVf以上である場合、1つの
行線路は低電圧に切り換えられ、かつ全ての他の行線路
は高い電圧に切り換えられる。これによって、電源から
実際に引き出される電流が低減される。例えば発光素子
23をターンオフする場合、トランジスタ31は行線路
21を高電圧線10に接続する。発光素子21を流れる
全ての電流は高電圧線10に流れ、そして図2に示した
高電圧倍増器のキャパシタ52に逆流する。
【0027】発光素子23をターンオンする場合、列線
路20はVf以上であり、かつ行線路21をアース11
に接続する。これによりキャパシタ24が充電される。
キャパシタ24の電圧が一度Vf以上になればダイオー
ド25は発光する。列中の他の発光素子のキャパシタを
流れる全ての電流は高電圧線10に流れ、そして図2に
示した高電圧倍増器のキャパシタ52に逆流する。
【0028】有利な実施例において、列低電圧は2.7
Vである。これは論理回路に対する論理高電圧に相当す
る。このようにする理由は、論理電源が供給する電圧
2.7Vが発光素子をターンオンするのに必要な最低V
fより低いからである。列をVf以上から列低電圧に移
行させる場合、“オン”であった発光素子に対するキャ
パシタ中に電荷が保持され、かつ電荷は他の発光素子に
対するキャパシタ中ではより低い程度に保持される。こ
の電荷を使用して論理電圧供給のキャパシタを充電す
る。
【0029】例えば期間71において、発光素子23が
ターンオンされる。期間72の終了時に、トランジスタ
17をターンオンし、列線路20を論理高電圧線19を
通して、論理電源のキャパシタ18に電気的に接続す
る。従ってキャパシタ24はキャパシタ18に放電す
る。
【0030】一方、有利な実施例においては、それぞれ
の列サイクルの開始時に、列の先行のサイクルでオンで
あった列線路を低電流で駆動させる。本発明の択一的な
実施例において、列の充電および放電電流の更なる減少
は、1つの列線路が1つの行線路の活性化の間にオンで
あり、かつ次の行線路の活性化の間にもオンに保持され
ることを論理的に検出することによって達成される。こ
れが検出される場合、列線路は放電されないで、Vfに
保持される。この実施例において、図3に示した波形6
6は期間71と期間72との間でVfに保持される。但
し波形66は依然として、期間72と期間73との間、
期間73と期間74との間ならびに期間74と期間75
との間で列低電圧(例えば2.7V)である。
【0031】また、有利な実施例において、比較器はそ
れぞれの列に対する高電流供給部に接続されている。こ
のように、列の数と同数の比較器が存在する。本発明の
択一的な実施例において、アレイのそれぞれの列をモニ
タするのに別々の比較器を使用する代わりに1つの比較
器だけを使用する。この単一の比較器を電流源ならびに
急速充電電流および列静電容量を反映するキャパシタに
接続させる。これを図4および図5に示す。
【0032】図4は有利な実施例を示している。この有
利な実施例においては、比較器をそれぞれの列に対する
高電流供給部に接続する。従って列線路20に対する駆
動回路はパルス幅変調される電流源14、高電流源15
および比較器16を含む。列線路120に対する駆動回
路は、パルス幅変調される電流源114、高電流源11
5および比較器116を含む。
【0033】図5は択一的な実施例を示している。この
択一的な実施例においては、1つだけの比較器216が
使用される。比較器216は電流源215およびキャパ
シタ221に接続されている。電流源215およびキャ
パシタ221は急速充電電流および列静電容量を反映し
ている。比較器216を使用して、列線路20に接続さ
れた高電流源15ならびに列線路120に接続された高
電流源115を制御する。比較器16および比較器11
6は最早必要ない。
【0034】有利な実施例の前記の説明においては、有
機発光ダイオードのアレイを制御する回路が記載されて
いる。しかしながら、当業者によって理解されるよう
に、前記の回路を使用することは、発光素子をターンオ
ンする前に充電される幾つかのキャパシタが存在する任
意の型の発光素子のアレイを駆動させることにおいて非
常に有利である。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の有利な実施例による発光素子ア
レイを駆動させるために使用する回路を示す図である。
【図2】図2は図1に示した発光素子アレイに高電圧を
提供するために使用される電圧倍増器を示している。
【図3】図3は本発明の有利な実施例による図1に示し
た発光素子アレイ内の信号に関するタイミング線図を示
している。
【図4】図4は本発明の有利な実施例による発光素子ア
レイの駆動のために使用される付加的な回路を示す図で
ある。
【図5】図5は本発明の択一的な有利な実施例による発
光素子アレイの駆動のために使用される付加的な回路を
示している。
【符号の説明】
10 ピクセル高電圧線、 11 アース、 12,4
3 基準電圧線、 13 制御入力、 14,15,1
14,115,215 電流源、 16,44,11
6,216 比較器、 17,33,34,35,3
6,48 トランジスタ、 18,24,28,52,
221 キャパシタ、 19 論理高電圧線、 20,
120 列線路、 21,22 行線路、 23,27
発光素子、25,29,51 ダイオード、 31,
32 スイッチ入力、 41,42抵抗、 45 発振
器、 46 インバータ、 49 インダクタ、 6
1,62,63,64,65,66,67 波形、 7
1,72,73,74,75期間
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 399035836 1730 North First Stre et、San Jose、CA、USA (72)発明者 ジェフリー エー シューラー アメリカ合衆国 カリフォルニア サン ホセ ウェストモアランド ドライヴ 2193 (72)発明者 ヤン ツァオ アメリカ合衆国 カリフォルニア フレモ ント ヤンパ ウェイ 660 (72)発明者 ジョン ブラマー アメリカ合衆国 カリフォルニア サラト ガ ヘリミン アヴェニュー 20261

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発光素子(23,27)アレイのための
    制御回路において、回路が第1の列線路(20)と、第
    1の列回路とを有し、 前記第1の列線路(20)は、発光素子(23,27)
    の列中の各発光素子(23,27)に接続されており、 前記第1の列回路は、第1の列線路(20)に接続され
    た第1の電流源(15)と、第1の列線路(20)に接
    続された第2の電流源(14)とを有し、 発光素子(23,27)列からの第1の発光素子(2
    3,27)をターンオンすべき場合、第1の列線路(2
    0)の電圧が所定の電圧に等しくなるまで前記第1の電
    流源(15)がターンオンされ、次いで当該第1の電流
    源(15)はターンオフされ、前記第2の電流源(1
    4)は第1の輝度レベルにまで発光素子(23,27)
    を発光させるのに十分な電流を供給することを特徴とす
    る、発光素子アレイのための制御回路。
  2. 【請求項2】 前記第1の列回路は、第1の列線路(2
    0)ならびに低電圧電源の出力キャパシタ(18)に接
    続されたスイッチ(17)を有し、 第1の列線路(20)における電圧を放電すべき場合、
    スイッチ(17)をターンオンして、低電圧電源の出力
    キャパシタ(18)に電圧を放電させる、請求項1記載
    の制御回路。
  3. 【請求項3】 第2の列線の(120)と第2の列回路
    とを有し、 該第2の列回路は、前記第2の列線路(120)に接続
    された第3の電流源(115)と、前記第2の列線路
    (120)に接続された第4の電流源(114)とを有
    する、請求項1または2記載の制御回路。
  4. 【請求項4】 キャパシタ(221)と、該キャパシタ
    (221)を充電する第5の電流源(215)と、基準
    電圧線(12)における基準電圧とキャパシタ(22
    1)の電圧とを比較する比較器(216)とを有し、前
    記比較器(216)は、第1の電流源(15)、第3の
    電流源(115)ならびに第5の電流源(215)を制
    御し、 前記比較器(216)は、キャパシタ(221)の電圧
    が基準電圧に等しい場合、前記第1の電流源(15)を
    ターンオフする、請求項3記載の制御回路。
  5. 【請求項5】 電源と、複数の行線路(21,22)
    と、複数のスイッチ(33〜36)とを有し、 前記電源は、発光素子(23,27)アレイの発光素子
    (23,27)をターンオンするのに十分に高い電圧を
    備えた信号を出力し、 前記複数のスイッチ(33〜36)は、複数の行線路
    (21,22)からの関連の行線路に接続されており、 各スイッチ(33〜36)は、前記関連の行線路(2
    1,22)を電源(10)の出力またはアース(11)
    のいずれかに接続する、請求項1から4までのいずれか
    1項記載の制御回路。
  6. 【請求項6】 発光素子(23,27)アレイの制御方
    法において、回路が以下のステップを有する: (a)発光素子(23,27)列からの第1の発光素子
    (23,27)をターンオンすべき場合、第1の発光素
    子(23,27)のキャパシタ(24,28)を第1の
    電流源(15)を使用して、第1の発光素子(23,2
    7)における電圧が所定の電圧に等しくなるまで充電す
    るステップ; (b)第1の発光素子(23,27)における電圧が所
    定の電圧に等しくなるとき、第1の電流源(15)を遮
    断するステップ; (c)第2の電流源(20)を使用して、第1の輝度レ
    ベルにまで発光素子(23,27)を発光させるのに十
    分な電流を供給するステップ;を有することを特徴とす
    る方法。
  7. 【請求項7】 以下のステップを有する: (d)第1の発光素子(23,27)をターンオフすべ
    き場合、第1の発光素子(23,27)のキャパシタ
    (24,28)を低電圧電源の出力キャパシタ(18)
    にまで放電させるステップ;を有する、請求項6記載の
    方法。
  8. 【請求項8】 前記のステップ(a)が、以下のサブス
    テップを有する: (a.1)第1の発光素子(23,27)のキャパシタ
    (24,28)を充電する際に、第3の電流源(21
    5)を使用してミラーキャパシタ(221)を充電する
    ステップ; (a.2)基準電圧線(12)における基準電圧とミラ
    ーキャパシタ(221)における電圧とを比較するステ
    ップ;を有する、請求項6または7記載の方法。
  9. 【請求項9】 以下のステップを有する: (d)第1の発光素子(23,27)をターンオフする
    場合、発光素子(23,27)中に蓄えられた電荷が電
    圧供給部におけるキャパシタ(18)に逆流するよう
    に、第1の発光素子(23,27)を逆バイアスするス
    テップ;を有する、請求項6から8までのいずれか1項
    記載の方法。
  10. 【請求項10】 発光素子(23,27)のアレイが有
    機発光ダイオードのアレイである、請求項6から9まで
    のいずれか1項記載の方法。
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