TW582013B - Circuit and system for driving organic thin-film EL elements - Google Patents

Description

A7 B7 五、發明説明（ 發明領域 本發明係關於一種用以驅動有機薄膜電激發光 (electroluminescent EL)顯示器以發出光線的電路與系統，且 更明確地，係關於一種在一恆定驅動電流下，用以驅動有 機薄膜電激發光元件以發出光線的電路與系統。 發明背景 有機薄膜電激發光元件之發光亮度隨著流入元件之驅動 電流改變而變化。為了控制有機薄膜電激發光元件發光亮 度的一致性’流入元件之驅動電流必須予控制並維持在一 怪定電流位準上。 圖1顯示一種習知的驅動電路。在圖1中，怪定電流j 3 由笔力供應源1 1供應給發光元件1 2，用以改變驅動電 流。請注意，當開關1 4如實線所示般開路時，該發光元件 1 2發光；而當開關1 4如虛線所示般閉路時，該發光元件 12停止發光。 圖2顯示另一種習知的驅動電路。在此組態中，一高電 阻1 5串接於該發光元件1 2與電力供應源1 1之間，用以控 制流經遠發光元件1 2的驅動電流為一怪定值。請注音，合 開關1 6處於實線所示的位置時，該發光元件丨2發光；而 當該開關1 6改變為虛線所示的另一位置時，該發光元件 12停止發光。 圖3顯示一有機薄膜電激發光元件之等效電路，共包含 並聯之二極體3 2與寄生電容3丨。該等效電路内的寄生電 容3 1經常造成回應速度的問題尤其是在有機薄膜電激發光

B7 五、發明説明（2 元件矩陣内。除非有機薄膜電激發光元件兩端之間的電壓 差超過某正向電壓Vf，否則該有機薄膜電激發光元件將： 去正¥發光。發光二極體（LED)之正向電壓Vf在+ 到+ 2 V之低私壓下仍相當穩足。反之，有機薄膜電激發光 元件之正向電壓高達+ 5¥到+ 12¥，且隨著亮度、溫度與 時間差異而大幅改變。此外，由於具有較高的正向電壓 Vf，而使有機薄膜電激發光元件之寄生電容效應比在二極 體中更嚴重。正向電壓^須被提昇超過某電壓值才能發 光，且提昇時間視寄生在有機薄膜電激發光元件内的所有 f生電容j整體充電時間而t。一般而言，電力供應須被 提升到一冋於正向電壓~的電位ν“，以便驅動有機薄膜 電激發光元件使其發光。 圖4顯示一種用以驅動發光元件之習知驅動系統4()。在 圖4中，該習知驅動系統4〇係一 ΝχΜ的矩陣排列方式（圖 4例示6x5個有機薄膜電激發光元件）’其中陰極掃描單 兀包含Ν條陰極掃描線。有機薄膜電激發光元件的陰極透 過陰極掃描線乂1到1連接至開關乃到八以選擇電源電位 vB或接地電位。陽極資料驅動單元包含的陽極陽極資 料驅動線，且該陽極資料驅動線乙到¥〇1各自連接至開關 1 1 1到1 1 m，以連接至恆定電流i i到丨〇 m或接地。習知之 驅動系統4 0係在一固足之時間間隔依序選擇並掃描陽極線 與陰極線，使位於該陽極線及陰極線交錯點處的發光元件 發光。 然而一旦使用習知的有機薄膜電激發光元件矩陣來驅動 O:\71\71773.DOC _ ^ 本紙張尺度適财@ ®家標準(CNS) A4規格(21〇 X 297公----- 3 五、發明説明（ 照明，往往會造成問題。主要的問題在掃描速率會因上述 的寄生電容而變慢。特別當使用有機薄膜電激發光元件作 為發光元件時，因為其需要大電容來產生表面發光，所以 此，題變得更嚴重1上述問題在發光元件數目增加時將 更嚴重，因為有機薄膜電激發光元件會累積所有的寄生電 容。此外，連接至陰極線的所有發光元件之寄生電容均^ 被充電，且用以驅動連接至各陽極線的發光元件之電流= 須被設計到大得足以滿足適#的回應時間。該大電流^ 製作並不利於電路小型化的設計方向。 圖5是圖4中所示驅動系統之時序圖。圖5顯示開關' 丨, 7" 7…與7』在切換作業中因寄生電容所產生的問題。γ: 資料電極之電位由於至少（η_υ個像素的逆向偏壓方向」 寄生電容之存在，而不能立刻增加。-延遲時間td發生， 直到一正向偏壓加至像素D(1，」）至發光為丨。此外，電 流源會限制\資料電極之電位增加率，並造成更大的 時間延遲t d。 圖6顯示當輸人電壓脈衝加至有機薄膜電激發光元件時 的電流反應特性。在圖6中，曲線61代表有機薄膜電激發 光元件的電流反應特性，且曲線62代表電壓脈衝。很清楚 的是上升時間比下降時間長。护 长乂顯π在有機薄膜電激發光 兀件中電容放電時間比電容充電時間短。電容放電時間較 短的優點可用來開發-種有機薄膜電激發光顯示器的快速 反應驅動電路。在圖4中所示習知技藝的驅動系統内，恆 足電流源^連接至—組並聯有機薄膜電激發光元件D(1，

O:\71\71773.DOC —____-6 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4规格(210X297公着「 五、發明説明（4 J)到D(n，j)，跟著到D(i 1 nr. J)内的接地電位及其餘D(1到 卜1，J)與D(…到内的反向電源電位 ， 值定電流源係用於產生電流以 又：5 :更：：：’並聯的有機薄膜電激發光元件之寄生電容效 的有機薄膜電激發光元件。電流源偈限了電 光-件二、接上％源％位時’孩被掃描的有機薄膜電激發 /牛〇(1，”的發光反應將因上述寄生電容效應而變差。 ::第6,201，52。號與第5,844,368號之專利說明書中曾 '出放棄有機薄膜電激發光顯示器驅動系統的方法，但是 上述方法仍未能真正解決現存的問題。 璧Α之簡要說也 本發明的目的料解決習知技藝的問題與缺點。本發明 提供-種用以驅動有機薄膜電激發光元件以發光的驅動電 各此外由本發明《驅動電路組成的驅動系統被應用來 驅動有機薄膜顯示器。 在本發明的第-種具體實施例中，用以驅動有機薄膜電 激發光元件的驅動電路包含陽極掃描開關、有機薄膜電激 發光元件、恆定電流源及陰極資料驅動開關。陽極掃描開 關在被掃描期間連接至電源電位，否則即連接至接地電 位。有機薄膜電激發光元件連接至陽極掃描開關。恆定； =連接至有機薄膜電激發光元件。陰極資料驅動開關: 杨連接至恆足電流源，另一端在該有機薄膜電激發光元 件被選擇期間連接至接地電@，否則該另—端連接至 電位。 、

O:\71\71773.DOC 在本發明的第二種具體實施例中，用以驅動有機薄膜電 激發光元件的驅動電路包含陽極掃描Ml x n有機薄 膜電激發光元件矩陣、時怪定電流源、陰極資料驅動單 元與信號控制單元。陽極掃描單元包h列陽極掃描開 關，每個陽極掃描開關在被掃描期間連接至電源電位，否 貝::即連接至接地電位，纟中m是整數。在同列内的有機二 膜電激發光元件連接至一相對的陽極掃描開關。在同行内 的有機薄膜電激發光元件連接至—相關怔定電流源。陰柘 資料驅動單元包含η行陰極資料驅動開關，每個陰極資料 驅動開關的-端連接錄定電流源，陰極資料驅動開關的 另一端在該有機薄膜電激發光元件被選擇期間連接至接地 電位，否則即被連接至電源電位。信錄制單元被使用以 切換陽極掃描開關與陰極資料驅動開關。 為了提昇有機薄膜電激發光元件構成之像素在線掃描期 間的發光反應特性，用以驅動有機薄膜電激發光顯示器的 驅動系統包含排列成矩陣的複數個互相交錯的陽極盥陰極 線、有機薄膜電激發光元件矩陣、複數個恆定電流源及信 號控制單元。在此驅動系統中，陽極線是掃描線而陰極線 是對應於本發明之第-具體實施例中驅動電路的資二驅動 線；各個有機薄膜電激發光元件在掃描線與驅動線互相交 錯的點上連接至-掃描線與—驅動線。所有掃描線與驅動 線連接至信號控制單元’並受其控制。每條驅動線在連接 至信號控制單it之前連接錄定電流源，信號控制單元可 藉由在掃描程序中逐一掃描每一掃描線一段預定時間，且

O:\71\71773.DOC 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公董） 五、發明説明（6 =至：料驅動緣’而使至少一個有機薄膜 二二=有機薄膜電激發光顯示器内的發光反應: 貝科脈衝被設定至少比掃 間。信號控制單元將電源電位設時 的掃描線連接至接地電位。 田7 私/、餘 精:^相結構’當掃描位置被切換到具有電源電位 =知描線’且其餘㈣描線被設定錢地電 (有機薄膜電激發光元件的寄生 食先 夯泰，日τ 1丄 谷被知描源透過掃描線 " <有機薄膜電激發光元件的寄生電容同睹 逆向偏壓電壓τ充電。此種結構讓發光之 發光元件正向電壓可瞬間建立，且有機薄膜 屯激發先几件可迅速反應以發光。 本發明將依照後附圖式來說明，其中： 圖1顯示一種習知之驅動電路； 圖2顯示另一種習知之驅動電路； 圖3顯不有機薄膜電激發光元件的等效電路； 圖4顯示一種用以驅動發光元件之習知驅動系統； 圖5是圖4中所示之驅動系統的時序圖； 圖6顯示當輸入電壓脈衝加至有機薄膜電激發光元件時 的電流反應特性； 圖7顯示根據本發明之第一具體實施例的有機薄膜電激 發光元件驅動電路； 圖8顯示本發明之第一具體實施例之等效電路； 本紙張尺度適财® a家料(CNS) Μ規格(21G χ 297公爱）

O:\71\71773.DOC 582013 A7 B7 五、發明説明（ 圖9顯示本發明之第一具體杂 /、把灵施例之另一等效電路 圖1 〇顯示由圖7中所示驅動— 勒電路建構的驅動系統； 圖11顯示圖10之驅動系統的時序圖·， 圖12顯示圖10之結構的等效驅動系統；且 圖13顯示圖10之結構的等效驅動系統。 元件符號說明 11 電力供應源 12 發光元件 13 恆定電流供應 14 開關 15 高電阻 16 開關 3 1 寄生電容 32 二極體 40 習知技藝驅動系統 61 曲線 62 曲線 70 驅動電路 71 發光元件 72 陽極掃描開關 73 恆定電流源 74 陰極資料驅動開關 8 1 CMOS反向器 82 C Μ 0 S反向器 83 恆定電流N通道Μ 0 S F E T 84 基準電阻器 85 基準Ν通遒MOSFET 86 電流反射鏡電路 9 1 CMOS反向器 92 CMOS反向器 100 驅動系統 102 信號控制單元 103 陽極掃描單元 104 陰極資料驅動單元 105 方塊 120 等效驅動系統 130 等效驅動系統 較佳實施例說明 圖7顯示根據本發明之第一具體實施例的有機薄膜電激 發光元件之驅動電路70。在此驅,動電路7〇 φ，士

O:\71\71773.DOC ^有機薄膜 1\/ I / _ 丄以 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X 297公釐) 582013

582013 A7 B7 五、發明説明（9 通道MOSFET 83的閘極電壓電位。基準電阻器⑷勺歐姆值 可改變流入該有機薄膜電激發光元件71之㈣電流。 訂 圖1 〇顯不圖7所示驅動電路7〇建構而成的驅動系統 100。在驅動系統100中，陽極掃描線分別連接至 開關7』7η。當相對應於一開關之一陽極掃描線被選擇 時’㈣關連接至電源電位Vb，或相對應之陽極掃描線未 被選擇時’該開關連接至接地電位。資料驅動線 分別連接至恆足電流源i 〇〗到i 〇m，該等恆定電流源進而 連接至開關ll』Um。資料驅動線被設定成電源 電位VB，用以關閉該有機薄膜電激發光元件71 ;或被設 定成接地電位，用以啟動有a薄膜電激發光元件71。在圖 10中，開關到7n形成陽極掃描單元1〇3，開關i h到 lU，成陰極資料驅動單元1〇4，且開關乃到^和^!到 1 1 m由信號控制單元1 0 2控制。 圖1 1顯示驅動系統i 00之時序圖。在圖丨丨中列出開關 7^〗，7" 71 + 1與的操作，及陽極掃描線&與資料驅動 線乙隨著時間變化的電位改變。在時段Tiq期間，陽極掃 描線因為開關7ι ΐ切換至電源電位而連接至電源電 位，且透過恆定電流源丨〇」連接至開關〗丨」的陰極資料驅動 線\根據顯示資料而呈現電源電位或接地電位。在此時點 極貧料驅動線Y」·如圖1 〇中實線所示般連接至電 源電位，則零偏壓加至像素DGd，J)，且逆向偏壓加至 像素D(l，j^D(1_2, υ及像素D(1，“到^，，用以 將這些像素的並聯電容以逆向偏壓方向充電。在具有至少 I O:\71\71773.DOC _ ^ 本紙張尺度適财關冢標準(CNS)_ A4規格_χ29ϋ

O:\71\71773.DOC 五、發明説明（10 一個時脈時間的睡& x』xn拉下到接二’，71到7n將整個陽極掃描線 向偏壓充電的像素::存：以；在時段 電，而；Γ其&、 ，予％谷在此時段t期間快速地放 私，而不f恆疋電流源^ 其後，在時段T.期間…y 貝科線之電位。 … j /、 極掃描線X1被開關7 i選擇，且連 接至陰極貧料驅動線γ 播、中、 關…切換至接地電位。陽極 知描、、泉X i《電位立刻增力 遲發生。 幻象素D。，J)之發光沒有延 圖12與圖"顯示圖1〇之結構的等效驅動系統與 "0。在圖12中，陽極掃描單元1〇3内的各個開關？!到' =陰極資料㈣單元1〇4内的各個開關到心被展開 、CMOS反向态，各個恆定電流源1〇』i〇m被展開成圖8 所示的結構86，且所有恆定電流源1〇1到i〇m被群集成方 塊1〇5。相對地，在圖13中，陽極掃描單元…内的各個 開關乃到7n與陰極資料驅動單元1〇4内的各個開關i丨^到 llm被展開成兩級的CM0S反向器，各個恆定電流源1〇1 到l〇m被展開成圖8所示的結構83。信號控制單元1〇2則 根據圖1 1所示之時序圖產生X與γ脈衝。 本發明之技術内容及技術特點巳揭示如上，然而熟悉本 項技術之人士仍可能基於本發明之教示及揭示而作種種不 背離本發明精神之替換及修飾。因此，本發明之保護範圍 應不限於實施例所揭示者，而應包括各種不背離本發明之 替換及修飾，並為以下之申請專利範圍所涵蓋。 -13 -

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Claims (1)

1. 582013 A8 11 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1 . 一種用以驅動有機薄膜電激發光元件之電路，包含： 一陽極掃描開關，當該有機薄膜電激發光元件被掃描時 該陽極掃描開關電氣連接至電源電位，否則電氣連接 至接地電位； 一有機薄膜電激發光元件，電氣連接至該陽極掃描開 關； 一恆定電流源，電氣連接至該有機薄膜電激發光元件； 及 一陰極資料驅動開關，其一端電氣連接至該恆定電流 源；另一端在該有機薄膜電激發光元件被選擇時電氣 連接至接地電位，否則電氣連接至電源電位。 2 .如申請專利範圍第1項之電路，其中該陽極掃描開關包 含至少一個CMOS反向器。 3 .如申請專利範圍第1項之電路，其中該陰極資料驅動開 關包含至少一個C Μ Ο S反向器。 4 .如申請專利範圍第1項之電路，其中該恆定電流源包含 一電流反射鏡電路。 5 .如申請專利範圍第4項之電路，其中該電流反射鏡電路 包含： 一恆定電流Ν通道MOSFET ; 一基準電阻器，其一端電氣連接至電源電位，而另一端 電氣連接至該恆定電流Ν通道MOSFET的閘極；及 一基準N通道MOSFET，其源極電氣連接至接地電位，且 其閘極與汲極電氣連接至該恆定電流N通道MOSFET 的閘極。 _O:\71\71773.DOC_ _- 14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印策 12 12 A8 B8 C8 D8 其中該陽極掃描開關 申請專利範圍 6 . —種用以驅動有機 -陽極掃描單元，t 發光元件之系統’包含： 接至一陽極掃心：列的陽極掃描間關’當電氣連 連接至接地電位，電位’否則電氣 η行的謎電流源，其中η為整數； m X η矩陣之有機薄 + 膜電激發光元件電氣::，件:在同:“㈣ ·:連接土相對應之陽極掃描開 關’且在同行的有機薄膜電激發光元件電氣連接至一 相對應之恆定電流源； 一陰極資料驅動單元，包含η行的陰極資料驅動開關， 每個陰極資料驅動開關的—端電氣連接至該怪定電流 源，而當一相對應之有機薄膜電激發光元件被選擇 時’該陰極資料‘驅動開關的另-端電氣連接至接地電 位’否則電氣連接至電源電位；及 仏唬控制單元，用以產生控制信號以切換陽極掃描開 關與陰極資料驅動開關。 7 ·如申請專利範圍第6項之系統 含至少一個CMOS反向器。 8 ·如申請專利範圍第6項之系統，其中該陰極資料驅動 關包含至少一個C Μ 0 S反向器。 9 ·如申凊專利範圍第6項之系統，其中該怪定電流源包 一電流反射鏡電路。 1 0.如申請專利範圍第9項之系統，其中該電流反射鏡電 包含： O:\71\71773.DOC 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） --:-------0------、玎------$· (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 15 582013 8 8 8 8 ABCD 六、申請專利範圍 一恆定電流N通道MOSFET ; 一基準電阻器，其一端電氣連接至電源電位，而另一 端電氣連接至該恆定電流N通道MOSFET的閘極；及 一基準N通道MOSFET，其源極電氣連接至接地電位， 且其閘極與汲極電氣連接至該恆定電流N通道 MOSFET的閘極。 1 1 .如申請專利範圍第6項之系統，其中相鄰之陽極掃描開 關連接至電源電位的時間存有一時間間隙。 1 2 .如申請專利範圍第9項之系統，其中該被選擇之陰極資 料驅動開關在該時間間隙啟始時電氣連接至接地電 位0 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 O:\71\71773.DOC_- 16 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）