发光装置显示器电路及其驱动方法

专利名称：发光装置显示器电路及其驱动方法
技术领域：
本发明涉及包括让驱动电流通过发光材料，如有机半导体薄膜而发光的发光装置的有源矩阵显示器的像素电路和驱动方法。上述像素电路包括控制各个发光装置发光的有源元件，例如薄膜晶体管。更具体地说，本发明提供包括多功能控制电极的像素电路和使上述像素电路工作的方法。此外，本发明的像素电路由交替的导电沟道构成，由上述多功能控制电极控制。本发明的较好应用是提供能够执行电流控制驱动且比已有的技术方案的复杂度小的像素电路。
背景技术：
近年来，有机发光二极管显示器的商业应用引起了人们的广泛兴趣。形态佳，反应快，重量轻，运行电压低以及如打印般的画质使其成为从手机屏幕到大屏幕电视的广泛应用范围内的理想显示装置。低分辨率的无源有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode以下简称OLED)显示器已与商业上的手机产品相结合。采用有源矩阵OLED的新一代高分辨率和高性能装置正在开发中。有源矩阵OLED显示器的最初引入可见如数码相机和小型视频装置的产品。大屏幕OLED显示器的演示进一步推动了商业用有源矩阵OLED技术的开发。实现上述商业化的主要挑战包括(1)改善材料和装置的工作寿命，(2)减小装置在显示区内的变化。已提出一些方法，即通过使单个像素包括更多的有源开关装置或采用外部供应线开关来解决第二个问题。在上述解决方案中与单个像素结合的更精细的控制电路将不可避免地导致装置复杂性的增加。
OLED显示器与液晶显示器(LCD)的不同之处在于OLED显示器中任一个像素都产生光输出。像素的光输出更容易受到流入像素的电流的控制。与之相比，由于LCD的光学特性是直接对施加的电压做出反应，故LCD容易受电压信号控制。虽然典型的存储装置保存电压信息，但是使有源矩阵OLED显示器通过典型的存储元件工作需要另外的将存储电压数据转换为明确的电流输出的传输方法。实用的转换方法应当是可靠的并不由影响上述转换的因素，如像素-像素的特性变化决定，以使得OLED显示器有良好的一致性。
采用有机材料形成LED的基本示例可见第5482896号美国专利，第5,408,109号美国专利和第5,663,573号美国专利，采用有机发光二极管形成有源矩阵显示装置的示例可见第5,684,365号美国专利和第6,157,356号美国专利，所有上述这些都作为参考文件引用于此。
有源矩阵OLED显示器(图1)典型地由选择行的“选择”电极，设置像素状态的“数据”电极，驱动像素的电源电极VDD和提供共用电压电平的参考电压VREF构成。有源矩阵显示器中的基本像素还包括至少一个控制数据的晶体管和至少一个存储元件，存储元件用于保存数据信息的长度足以使得在一个画面帧的一个数据状态中，像素保持稳定。图2中对有源矩阵OLED显示器中的基本像素100的电流图表进行了进一步详细描述。带有与图2中构造相似的像素电路的有源矩阵允许在地址周期内根据数据电极传输的数据信号在存储电容器204中写入数据并保存，而供电VDD根据电容器204中设置的数据通过n沟道晶体管201持续驱动OLED205。由与晶体管203栅极连接的选择电极的电压控制的n沟道晶体管203控制接收数据信息的像素的选择。有源矩阵驱动允许驱动晶体管201保持数据状态并继续在数据电极输入数据与像素断开之后的一个延长的期间内传输所需的驱动电流。因而，要达到一定亮度所需的峰值电流与无源矩阵相比会减小。有源矩阵显示器中的峰值驱动电流与无源矩阵中的分辨率不成比例，故其适合于高分辨率的应用。有源矩阵显示器的稳定性也有所改善。如以上实例所示，产生光输出的电流流经至少一个校准电流的控制元件。在传统的发光装置显示器中，上述控制元件在玻璃上的非晶硅薄膜上制造。上述控制元件消耗的电力转换为热量而不产生光。为减小上述电力消耗，应采用迁移性比非晶硅好的多晶硅。更精细的使用适合于以多晶硅为基底材料的像素电路的自调节多阶变换方法可见第6,501,466号美国专利和第6,580,408号美国专利。上述方法中给出的电流驱动在很大程度上消除了材料和典型不匀称地结合玻璃上的薄膜多晶硅的晶体管的碰撞。在上述方法中，需要最少四个晶体管来实现上述自调节多阶变换，以获得显示用的与像素无关的电流驱动。上述方法的一实例如图3所示，其中每个带有存储电容器304和OLED30的像素都采用四个晶体管301，302，303和307，以及3个入口线，数据，选择和VDD。
图4A所示的电路表示自校准电流驱动的另一方法。显示电路包括在两个电压电平VDD1和VDD2之间交换源电压的供电电极开关。与图3所示的实例相比，图4A的晶体管数目比图3的少，但需要一个另外的具有转换功能的入口电极以在电流驱动中使像素工作并将电流传输到发光二极管。
图4B表示将像素参数读入包括存储器和调节线路的外部处理电路的另一种方法。上述外部调节可以消除像素参数的变化，如阈值电压变化。像素电路包括5个晶体管和5个入口电极。
已有技术的上述实例大致上回顾了上述技术中解决一致性问题的已有解决方案。与图2所示的基本像素电路相比，很显然一致性问题的任何已有解决方案都包括像素电路复杂性的实质上的增加，从而有可能减小有用发光区，功效和产品收益。

发明内容
本发明提供了在同一总线上带有传统的像素选择功能和输电功能的像素入口的多功能扫描-电源电极，因而减小了显示器的复杂性。本发明还提供了在一个像素中的多个既设置数据电压又传输数据电流的导电沟道。如此构造的像素结构包括从扫描-电源电极到发光元件之间的直流电通道和从数据电极到参考电压源之间的直流电通道。上述通道的开启和关断完全由施加于扫描-电源电极的电压控制。
本发明通过构造像素解决复杂性问题，将传统的扫描电极设置成如发光装置的供电电极一样在部分循环中传输全部驱动电力，而不为电路增加任何附加的开关电极或信号。此外，具有多个由单一信号扫描-电源电极控制的导电沟道的结构还简化了电流驱动模式的运行。
本发明提供了像素电路和驱动上述像素电路的方法，其中上述像素电路由在显示器运行的扫描期间内为输入数据而选择像素，而在驱动期间内作为供电电极向发光元件传输驱动电流的多功能扫描-电源电极构成。此外，本发明的像素电路包括两个交替的导电沟道，一个位于数据电极和参考电压源之间，另一个位于扫描-电源电极和上述参考电压源之间并经过上述发光元件。
在本发明的较佳实施例中使显示器工作的电流驱动消除了对阈值电压的变化和OLED特性的依赖。本发明的特定优点是以OLED的应用为例进行说明的。本发明还采用将传统的电力传输电极和扫描电极合并为一个单一的入口电极(扫描-电源电极)的驱动方法。采用三个晶体管的较佳实施例说明了本发明的电流驱动的解决方案的应用。其他的实施例则说明了更广泛的实施原理。
本发明的其他特性和优点将由下面的说明给出，或从本发明的实施中得出。本发明的目的和其他优点将通过说明书和权利要求以及附图特别指出的结构实现或达到。


图1是已有技术中有源矩阵发光装置显示器的示意图。
图2是已有技术中有源矩阵发光装置中的像素电路的示意图。
图3是已有技术中有源矩阵发光装置中的像素电路的示意图。
图4A是已有技术中有源矩阵发光装置中的像素电路的示意图。
图4B是已有技术中有源矩阵发光装置中的像素电路的示意图。
图5是本发明一较佳实施例的像素电路的示意图。
图6是本发明的三个晶体管的实施例中的像素电路的示意图。
图7是本发明另一实施例的像素电路的示意图。
图8是本发明另一实施例的带有附加阻塞二极管的像素电路的示意图。
图9是本发明另一实施例的像素电路的示意图。
图10是本发明一较佳实施例的像素电路的示意图。
图11是本发明另一实施例的像素电路的示意图。
图12是本发明另一实施例的像素电路的示意图。
图13是本发明另一实施例的像素电路的示意图。
图14是本发明一较佳实施例的像素电路的示意图。
具体实施例方式
本发明及其要求保护的主题是使得一种包括发光元件的显示器工作。
本发明提供了主动矩阵像素电路及其驱动方法。该电路包括由施加在同一控制电极的信号交替导通的一个像素中的两个导电沟道。本发明的较佳实施例消除了已有的驱动对阈值电压变化和OLED特性的依赖。本发明还采用将传统的电力传输电极和扫描电极合并为一个单一的入口电极(扫描-电源)的驱动方法。在三个晶体管的实施方式中的较佳实施例用于说明本发明中电流驱动的解决方案的简易性。其他的实施例用于说明实施原理。
在此说明的是本发明的较佳实施例采用有机发光二极管作为示例。利用有机材料形成LED的实例可见专利号为5,482,896的美国专利和专利号为5,408,109的美国专利，利用有机发光二极管以形成矩阵显示装置的实例可见专利号为5,684,365的美国专利和专利号为6,157,356的美国专利，所有上述专利都作为参考文件引用于此。
已有技术中已证实了传统的构造发光装置显示器并使其工作的方法涉及扫描电极(或被称为选择线，栅极线，或其他带有类似意义的名称)和供电电极(VDD)。扫描电极通过像素中开关元件的高阻抗栅极与像素互动，不参与向发光装置传输驱动电流。
本发明提供了一种无需外部电源电极的驱动有源矩阵显示器中发光装置的方法。由同一电极选择要写入数据的像素的电极与在随后的工作过程中传输所有驱动电流。这样构造的像素采用扫描-电源电极，其在一时间段内传输驱动电流，同时阻止数据在上述数据电极与上述像素之间传输，而在另一时间段内使数据依照扫描信号从数据电极写入上述像素。这样构造的像素包括在扫描-电源电极与为像素中的发光装置提供驱动电源的电压源之间的导电沟道(现称为SP)。导电沟道SP的使能和断开完全由施加在扫描-电源电极上的电压信号控制。
此外，本发明的像素还包括数据电极和上述电压源之间的导电沟道(现称为DP)。根据施加在上述扫描-电源电极的电压来使能和断开导电沟道DP。
沟道SP也称为第二导电沟道，沟道DP称为第一导电沟道。
在本发明的说明中，直流电通路是不被电容中断或终止的导电通路，其可以包括，例如电阻器，晶体管的漏极到源极或发射器到集电器，二极管的阳极到阴极和使恒定电流连续的导线等元件。本说明中的直流电通路也表示在显示装置工作的至少一个工作周期内使能和传导所需的电流。电容上或通过电容终止的充电电流不构成直流电通路。应当知道的是由输入栅极或寄生电容器产生的瞬态电流不产生有效电流通路。还应当知道的是二极管的反转泄漏，晶体管关断状态的漏电流和通过高阻抗输入接点(如基底或栅极)的电流也不是有效电流通路。在这个意义上，本说明中的直流电通路是为了运行显示像素而传导所需的电流，并且只要设置的条件持续，电流便持续的电流通路。
扫描-电源电极代表入口线，其构造使其在一个工作时间段内完成传输扫描信号以使数据输入到选择的像素的扫描工作，在另一工作时间段内完成将驱动电流传输给发光装置的驱动工作。扫描电极表示仅完成传统的扫描(或选择)工作的传统的入口线。扫描(或写数据)周期是一个选择像素以使数据从数据电极传输到选定像素的期间。传输的数据信息保存在像素的存储元件中。
只要合适，有机发光二极管(OLED)用于大部分较佳实施例中；在上述实施例中出现的该装置不应解释为对本发明的一般的发光装置的限制。MOS装置在较佳实施例中用作开关元件。类似的二极管完成与MOS装置相同的功能。通过用任意的发光装置代替上述有机发光二极管，所属技术领域的技术人员可以迅速地进行改变。应当知道的是的是最佳实施条件和最佳数据形式不构成对于工作上述电路的限制。
图5表示一实施例，其中电容器504采用参考电压570作为固定的参考电压。在扫描(写入)周期中，扫描-电源电极设为低，导通p沟道晶体管503使得数据能够在电容器和501中的栅极更新。在驱动周期中，扫描-电源电极设为高，关断晶体管503，正向偏置n沟道晶体管501。电容器的参考电压恒定，因而更快地响应写入电容器中的数据。在上述电路工作时，需要通过近似等于OLED505的平均起始电压的附加偏移电压升高数据电压，以确保晶体管501适当导通，并位于数据输入周期中的饱和区。
如上文的详细描述，作为第一观点，较佳实施例包括扫描-电源电极，其利用第一(扫描)信号和第二信号控制进行数据写入和数据保存的像素的选择(扫描)。在采用第二(驱动)信号的周期中，同一扫描-电源电极向发光元件传输驱动电流。
如上文所述，作为第二观点，图5提供的较佳实施例是通过晶体管501和发光元件505连接上述扫描-电源电极和上述参考电压的直流电通路的实施例。在上述驱动周期内，这样的直流电通路根据电容器504中保存的电压传导驱动电流。应当注意的是在上述直流电通路中还可插入多种电子元件以进一步改变工作情况。上述进一步的改变不违反，如本发明所述，传统的在扫描电极和电压源之间的结合同一扫描-电源电极的驱动功能的直流电通路供应。
本发明一较佳实施例的像素电路如图6所示，包括第一晶体管601，第二晶体管602，第三晶体管603，OLED605，存储电容器604，和公共参考电压源VREF。图6所示的较佳实施方式具有两个用于数据控制的P-沟道晶体管602和603，和一个用于驱动的n-沟道晶体管601。
参照图6，在较佳实施模式中，数据信息的形式为电流源lw的形式。该实施例的较佳工作模式如下所述。
1.数据信号和所需的输出。当电流在OLED中导通时，OLED的光输出传统上被认为与驱动电流呈线性关系。为了保持均匀化控制对像素到像素的变化不敏感的光输出，十分需要设计一种将数据电极的输入信号线性转换为OLED上的输出电流的像素电路。这样的转换功能需要独立于像素电路中的主要参数，例如控制晶体管的阈值电压和OLED的正向电压的变化。如已有技术所示，已经知道可利用电流源形式的数据信号更好地完成上述技术中这种不受位置决定的转换。因此，在此讨论的焦点在于利用传输到数据电极的电流源lw产生OLED上的电流输出ID的工作。例如，在较佳形式中，任意数据信息都形成数据电流的形式，其中数据电流与显示信息的相应数据点的亮度成比例。例如，为显示一个64位的灰度图像，每个灰度的增量都与全部亮度值相对应的最大电流的1/(64-1)相对应。最佳电路及其工作可望在驱动周期内由在扫描周期内输入的数据电流线性转换而产生输出电流。
2.扫描和数据写入周期。扫描电压信号VLO施加至扫描-电源电极610，其中VLO等于或略小于VREF，并且在显示系统工作时设置为最低电势。因而，通过扫描-电源电极将低电压VLO施加于栅极，P沟道晶体管603和602导通。上述扫描电压VLO也通过扫描-电源电极610施加于发光装置605的阳极，在相反的方向偏置发光二极管605，从而阻止二极管的电流。将VLO扫描电压设置为系统的最低工作电压以确保a)两个P-沟道晶体管602和603在扫描周期内导通，b)无论其他情况如何改变，LED605保持为0或反向偏置。在此实施例中，IW中编码的数据与输出电流可以有多种功能相关。用于说明的较佳功能相关是线性相关，即编码IW使其与需要的输出电流线性成比例。当p沟道晶体管603和602导通时，电流lw流向电容器604，电容器604充电，因而升高了电容器的电压(Vc)。当电容器的电压超过601的阈值电压时，晶体管601导通，通过601开通电流通路。由于电容器与栅极连接，电容器604电压的任何增加都直接施加到晶体管601的栅极，进一步地增加了NMOS601中的电流，从而加速系统达到稳定状态。当像素达到其最终状态时，通过602的电容器604的充电电流减小到0，602的源极接点“A”和漏极接点“B”接近同一电压值。这是为确保NMOS601的栅极(与602的漏极连接)和601的漏极(与602的源极接点连接)具有相同的电势，并且VGS＝VDS(1)根据MOS晶体管的特性，上述偏置电压确保601在饱和区，并且通过601的电流(ID)由栅极电压根据下述公式控制ID＝C1(VGS-VTH)2(2)其中VG是晶体管601的栅极电压，VTH是601的阈值电压，C1是由宽度，长度和内部参数，例如硅的迁移率、晶体管601的栅氧化物的厚度和绝缘常量决定的常量。在扫描周期要结束时，分入电容器的电流减小至0，并且除通过晶体管601电流外，所有像素中的电流通路都终止。从而促使全部数据电流通过晶体管601，因此给出ID＝IW(3)3.驱动周期。在将数据写入像素并将电容器604充电至设置晶体管601到饱和区的电压VGS之后，设置电极610的电压(VHI)高至足以使LED605完全正向偏置，保持晶体管601在饱和区。较好的电压(VHI)典型地等于或高于LED的最大正向工作电压与数据电极输出的最大电压之和。对于包括工作于7.5伏特范围的OLED、典型的NMOS TFT和3伏特的动态数据范围的像素，较好的电压在比VREF高11-13伏特的范围内。VDD的这种条件确保在驱动周期中穿过晶体管601的漏极和源极的压降VDS比在扫描周期存储于电容器604的写入电压VGS高，因而促使晶体管601进入其饱和区。由于设置电极610为高，故两个P沟道晶体管603和602都关断，因而将电容器604与外部数据电极和晶体管601的漏极接点完全隔离。扫描周期内在电容器604中积累的电荷因此得以一直保持到寄生漏电流允许的时间。同时，LED605的正极相对于VREF为正电势，故其正向偏置。通过上面提供的VDD情况和对晶体管的工作情况的I-V分析，可以证明在驱动周期内VDS≥VGS。因而晶体管601保持在饱和模式，通过与上面相似的公式得到IDID＝C2(VGS-VTH)2(4)因为C2由同一晶体管601的一组相同参数决定，近似得到十分接近的关系式C2＝C1，并引出ID＝IW。因而在驱动周期内，上述工作传输与输入数据电流IW相等的的输出电流。
上文中描述的工作表示利用本发明较佳实施例的电流驱动模式。在这种电流驱动模式中，输入数据以电流的形式传输。该输入电流首先转换为数据-VREF导电沟道中的数据电压，然后经驱动晶体管转换为与输入电流呈线性关系的输出电流。总而言之，像素中的控制电路将输入电流转换为驱动像素中的发光装置的输出电流。在该最佳实施方式中该转换为线性转换。对于其光输出由电流线性决定的发光装置，这里所述的工作仅提供了仅由输入电流线性控制的光输出。因而上述较佳实施例和工作为发光装置提供了电流驱动模式的解决方案，消除了OLED的特性和驱动晶体管的阈值电压的影响。
应当注意到输入和输出的线性关系是较佳工作模式，而非实施本发明的必须条件。还应当注意到的是条件C2＝C1是本实施例的较佳实施方式，而非线性转换的必要条件。典型地，如果在驱动周期内Vds从伏安曲线上的饱和开始点增加并进一步漂移至饱和，则C2要比C1高一点，其中上述曲线中的VDS等于VGS且上述电压作为扫描周期内的数据电压并存储于电容器。这种增加典型地归结于沟道长度的调整、漏极结点的高反馈和薄膜晶体管内的反向沟道传导。在驱动工作中，当输入数据接近数据范围的最大值且略高于其他的VGS时，VDS等于VGS。
从上述工作方式中，图6所示的较佳实施例表示根据施加的信号使能或阻止数据输入并且向发光二极管传输驱动电流的扫描-电源电极610。
在此实施例中使发光元件工作的驱动电流是流向扫描-电源电极610和参考电压源VREF之间的导电沟道的电流。该驱动电流经由驱动晶体管601流至发光元件605，并由601的栅极电压校准，其中，晶体管601的栅极电压与电容器604提供的数据电压相同。
图6所示的实施例进一步表示数据电极与参考电压源VREF(从P3至A，至P2，至VREF)之间的第一导电沟道DP，和扫描-电源电极和参考电压源VREF(从P1至P2，至VREF)之间的第二导电沟道SP。在扫描期间内使能导电沟道DP，根据数据电流ID从数据电极向VREF传导数据电流并设置存储电容器的电压。
图6所示的较佳实施例还表示在驱动周期内导电沟道SP传导所需的驱动发光二极管发光的驱动电流，而在数据写入(扫描)周期内，导电沟道DP传导在存储电容器中设置数据电压的所需的数据电流。
通过在上述较佳工作模式中说明的施加一组具体的信号，在驱动周期内导电沟道DP被阻止而导电沟道SP被使能。在扫描(数据)周期内通道DP被使能而通道SP被阻止。
在该较佳工作模式中，应当说明的是上述导电沟道DP将输入数据电流ID转换为电容器604的电压并存储于上述电容器。
更具体地说，让数据电流ID经由晶体管601通过导电沟道DP，便会在晶体管601的漏极接点处产生电压；在上述晶体管601的栅极接点处会产生同样的电压，因为晶体管602在扫描期间完全开启且没有穿越它的稳态压降。因此，该工作方式而在晶体管601的栅极将数据电流转换为数据电压，供存储。更具体地说，该较佳实施例中的存储电压是产生于栅极接点和源极接点之间的、用于上述电容器的电压。
有源矩阵显示器可以由本实施例提供的像素单元构成，方法是通过在多个数据电极和多个扫描-电源电极之间的接口处形成的上述像素。作为完全显示单元的实例，数目与输出接点相配的电流驱动电路单元装在上述矩阵显示器的一边，其中每个数据电极都连接数据驱动单元的输出接点以提供数据电流信号。扫描-电源驱动器安装在上述显示器矩阵的另一边，其中上述扫描-电源电极连接扫描-电源驱动单元的输出接点以接收扫描脉冲和驱动电流。
在图6所示的实施例的较佳实施方式中，晶体管是形成于透明玻璃基板的一层非晶或多晶硅上的薄膜晶体管(TFT)。晶体管也可以形成于单晶硅基板，可以是MOS或二极元件。公共参考电压源典型地通过连接任一个像素的导电材料的连续层670供给。有机发光二极管可以形成有小分子或聚合体有机材料层堆栈。上述发光结构典型地包括阴极层，电子传输层，空穴传输层和阳极层。一个附加发射层通常位于电子传输层和空穴传输层之间以提高发光功效。典型地，首先通过沉积或涂覆一层或多层导电材料形成数据和扫描-电源电极，接着由标准的光刻和蚀刻处理技术限定上述电极的类型。在一较佳实施方式中，存储元件是由顺序制备的第一导电膜、绝缘膜、第二导电膜形成的平行板电容器，接着由标准的光刻和蚀刻处理限定上述电容器的结构。典型地用于连接显示电路中多种装置结构的较佳方法如本发明的图6所示，通过光刻和蚀刻处理限定元件类型和接触点。用于产生实现图6所示的电路所需的结构和连接的各种技术是已有是，其实例可见于作为参考文件引用的文件。
该较佳实施例中的存储元件也可以构成为栅极结构的一部分，其中晶体管601的栅极电极与晶体管601的源区在此处交迭。以重掺N型或P型硅为代表的源区用作电容器底电极，而栅电极用作顶电极。栅氧化物构成电容器的绝缘层。这样的栅极-源极电容器可以直接制造或作为固有或寄生电容元件的一部分制造。
图6所示的电路表示另一较佳实施例，其中第一导电沟道连接数据电极和扫描-电源电极，第二导电沟道连接扫描-电源电极和参考电压源。图7所示的像素电路采用n沟道驱动晶体管701、作数据控制的n沟道702和p沟道703、存储电容器704和OLED705。在最佳工作方式中，VREF设置成与系统中的低参考电压相同。写入数据的扫描周期由在扫描-电源电极710上设置的低电压(VLO)开始，驱动电源由设置在扫描-电源电极上的高电压VHI使能；其中，低电压等于或略小于VREF，而VHI比VREF高出部分的值近似等于数据电压的最大值和OLED正向电压的最大值之和。可从图6所示的电路中类推得出工作过程和传输功能。应当注意的是在上述实施例中，(a)在扫描电压(VLO)施加于扫描-电源电极的扫描期间内，由数据电极和扫描-电源电极之间的第一导电沟道设置数据电压，(b)数据电极和扫描-电源电极之间的导电沟道中的晶体管702在相同时刻将数据电流转换为数据电压，并设置存储元件704中的数据电压。更加明确的是，在本较佳实施方式中该晶体管的栅极连接漏极接点作为较佳工作方式。在扫描-电源电极的电压为高的驱动周期内，晶体管702和703关断，阻止数据通路并隔离存储电容器。扫描-电源电极控制两个导电沟道的使能和阻止。此外，在驱动周期内晶体管702的工作中，漏极和源极的接点功能与扫描期间的限定相反。
图8中的另一较佳实施例为图6的扩展，其中包括附加的二极管806。在较佳实施方式中，像素电路包括两个P沟道晶体管803和802，一个n沟道晶体管801，存储电容器804和OLED805。在扫描(写入)周期内，扫描-电源电极810上施加低电压，开启P沟道晶体管803和802，更新电容器和801的栅极的数据。电极810上的低电压同时反向偏置二极管806，因而阻塞任意经二极管流入电极810的电流。在驱动周期内，电极810上施加高压，关断晶体管802和803，正向偏置二极管806和n沟道晶体管801，从而根据晶体管801栅极上设置的电压传输驱动电流。本实施例类似地提供了两个导电沟道，其通过在扫描-电源电极上施加控制信号，由数据-VREF沟道设置数据电压并经由扫描-电源电极驱动发光元件来工作。该实施例提供了n沟道驱动，共阴极结构。然而，写入电容器804并控制驱动晶体管801的栅极的数据电压总是包括发光二极管805的工作电压。因此该实施例交替使用a)与OLED805的平均导通电压大致相等的偏移电压应当产生的数据电压，以确保晶体管801适当导通并位于其饱和区b)一个附加的二极管和c)控制驱动晶体管801栅极的数据电压中含有的OLED电压。
应当注意到当用双向导电的双向发光装置代替OLED805时，图8所示的电路工作良好。该电路的工作方式提供了在本发明范围内进一步应用的实例。
图9所示的实施例是对图8的改进。图9所示的较佳实施例具有两个p沟道晶体管903和902，一个n沟道晶体管901，电容器904，二极管906和OLED905。参照图9，存储电容器904的第二接点连接晶体管901的源极接点，因而消除对OLED的依赖并为共阴极模式下的n沟道驱动晶体管提供电流驱动。该实施例的另一优点在于OLED905在扫描周期内根据数据电流持续输出光且几乎不间断。数据电流也引起光输出，从而增加功效。
图9的实施例的扫描周期启始于向扫描-电源电极910上施加电压，导通两个p沟道晶体管903和902，从扫描-电源电极处去掉OLED的电源，以及反转设置二极管906。扫描周期的低压的较佳电平等于或略低于VREF，如上述图6中讨论的。晶体管902开启时，n沟道晶体管901栅极的电势与电容器904第一接点的电势同901的漏极的电势相同，或者VDS＝VGS，促使901如图6所示的电路一样达到饱和区开端。因而上述与前述出处相同的关系式(1)，(2)，(3)，(4)有效。因而驱动周期内OLED905的输出电流等于输入数据信号IW。
图9提供了n沟道驱动共阴极结构。交替使用另一个二极管。此外，图9所示的实施例需要较高的工作数据电压范围以设置像素的数据状态。因扫描周期内数据电流流经OLED905而使905的正向电压下降，故电压偏移应补偿总数据电压所需的增加，并保证写入电容器904和晶体管901的栅极的电压合适。可以通过由P沟道晶体管代替901来改变图9，由n沟道晶体管代替902和903，反转二极管的电极、数据电流和电压VREF。
本发明另一实施例通过图10表示，其中，像素电路包括三个n沟道晶体管1001，1002和1003。像素电路包括从数据电极至VREF的第一导电沟道，以及从扫描-电源电极至VRED的经由发光元件1005的第二导电沟道。在与图6中讨论的工作方式类似的较佳工作方式中，VREF设定得比数据电压范围高，数据电流从VREF流向数据电极。在扫描周期内扫描-电源电极带有等于或略大于VREF的信号VHI，导通晶体管1002和1003使得数据电流在数据电极和VREF之间流动，设置晶体管1001的栅极电压与其漏极电压相等。设置电容器1004电压的数据电压由在饱和模式下通过晶体管1001传导的数据电流产生。在驱动周期，该数据电压是在饱和模式内以与图6的电路工作方式相似的方式控制电流流经驱动晶体管1001的VGS，。
图11所示的实施例表示本发明的像素电路工作于驱动晶体管1101的线性区。在较佳工作方式中，两个p沟道晶体管1103和1102通过在扫描-电源电极上施加低电压而导通。这使得数据电流通过晶体管1101，1102和1103流向电压源VREF。因为对于两个晶体管而言VDS小于VGS，所以晶体管1101和1102在其线性工作区。1101的栅极电压，即存储于电容器1104的电压，从1101的漏极经由1102转移。如果阈值电压的漂移导致1101的VT升高，则1101的漏极电压也向高漂移；这使得1101的VGS升高并抵消VT的部分变化。在驱动期间内，扫描-电源电极的电压设为高，关断晶体管1102和1103并隔离电容器1104。图11所示的电路包括两个交替导电沟道，第一导电沟道从数据电极至VREF，第二导电沟道从扫描-电源电极至VRED，并经由发光元件1005，带有扫描信号或驱动信号的扫描电源电极开启其中的一个而断开另一个。
图6，图7和图10所示的较佳实施例及其较佳工作方式以一个像素中有三个开关元件的方式实现了与图3-图5所示的已有技术相似的像素无关电流驱动方案。本发明的结构和工作方式不依赖其他外部开关和电源电极。可通过改变像素的偏移方向、配线或与邻近像素之间的结合来进一步扩展本发明。下面的实施例将给出更多变化的实例。
图12所示的像素电路包括3个n沟道晶体管1203，1202和1201，存储电容器1204，OLED1205，二极管1206和参考电压VREF.VREF的较佳工作方式和安置与图6，图7和图9所示的实施例相似。在扫描周期内，扫描-电源电极1210上施加高电压，开启晶体管1202和1203；在驱动周期内，施加低电压。根据相似的工作方式分析，可以证明图12所示的像素电路提供与图9的电路相同的电流驱动控制，并在驱动周期内传输等于输入数据信号的电流的驱动电流。此外，由于电路中装有二极管，电压元件的工作不依赖于发光装置1205的极性。因而上述电路为发光二极管工作和为置于1205的双向发光装置工作同样好。通过用p沟道晶体管代替三个晶体管1201，1202和1203，反转二极管的极性，数据电流的方向和工作的高低电压可以得到如图12所示的p沟道变化形式。上述两个像素电路均包括一个附加的减小反转偏置漏电流的二极管，且发光装置可以是二极管或双向发光装置。上述实施例的较佳实施方式与图6，9和10所示的实施例类似。所属技术领域的技术人员从上文的上述实施例中能够很快地类推。
在此要注意的是图6和10中的电路使三个晶体管工作，而图8，9和10中的电路依靠发光装置的二极管的特性使三个晶体管和另一个的二极管工作。增加的二极管减弱了工作电路对发光元件的二极管特性的依赖，从而使得电路控制更独立，双向发光装置应用更广。
关于发光范围(开孔率)的功效，像素电路中的存储电容器的较佳实施例是形成有作为电容器结构的一部分的扫描-电源电极导体的电容器。其典型实例是沿像素一侧在扫描-电源电极下方形成的的电容器，其具有在扫描-电源电极和另一个下方导电层之间形成的绝缘材料薄层。具有上述电容器结构的像素电路的实施例如图13所示，其中像素电路包括晶体管1301，1302和1303，电容器1304，OLED1305，其中在像素内由第n个nTH扫描-电源电极驱动的电容器1304连接第n-1(n-1)th个扫描-电源电极。该像素电路是图6中的像素电路的直接扩展，与图6的电路的工作原理和过程相同，除了电容器的电压引用相邻的扫描-电源电极处的高侧电压，其在相邻阵列的扫描周期内瞬时波动至低电压。施加于扫描-电源电极的扫描脉冲为每行像素顺序地设置数据电压。
为进一步表示本发明的应用，图14提供了另一较佳实施例。该实施例用于使晶体管1401的栅电压在扫描周期内追踪扫描-电源电极。在较佳工作方式中，如果设置扫描电压等于或略高于VREF，则在扫描电压施加在扫描-电源电极1410上时，n沟道晶体管1402导通并在扫描期间偏移至其饱和区。因而在扫描期间晶体管1401的栅极与VREF电平相同，该电流随后的工作方式与图10所示的电路和工作方式类似。然而上述实施例允许将晶体管1401的栅极电压设置在任何选定的偏移点，允许通过调节扫描电压而进一步调节偏移电压。在较佳实施例中，所有的晶体管都是n沟道晶体管。在扫描期间内，当n沟道晶体管1401，1402和1403都被扫描-电源电极的电压VHI开启时，像素提供从数据电极至VREF的第一导电沟道，在驱动期间内，当晶体管1401正向偏置并按照其栅极的正向数据电压继续保持时，像素提供从VREF至扫描-电源电极的第二导电沟道。如果晶体管1402和1403被扫描-电源电极上的电压VLO关断，则第一导电沟道在驱动期间内关断。
这里用在每个实施例中晶体管和OLED极性的具体结合来说明本发明。上述这些实施例表示用上述这些方案实现像素电路的驱动方案和方法。从上述实施例中可望获得的变化和扩展仍在本发明的范围内。例如，在一个像素中采用四个晶体管，采用向发光元件传输驱动电流的方法，并用同样的入口电极完成扫描选择，其中由电流源设置栅电压并流入将数据电极与电压源相连接的电流通路，或从饱和区的驱动晶体管转换为数据电压，达到如本发明所述的像素无关电流控制的实施方式将落在本发明的范围内。所属技术领域的技术人员还容易知道的是图8，9和12所示的实施例中的电路工作方式不依赖二极管作为发光元件的特性。例如，在用双向发光装置代替OLED后，上述电路运行良好并取得的优点与上述讨论一样。此外，可以通过连接一个如图13所示的邻近的扫描-电源电极构成类似于图6，7，9，10的实施例所表示的存储电容器。
尽管已在此详细描述了采用本发明原理的多种实施例并提供了多种最佳实施方式，所属技术领域的技术人员可以容易地推导出许多变化、更改和扩展而仍是本发明公开的原理的具体表现。本发明的范围包括所有上述变化，且不应解释为受上述有源元件的数目、配线选择或发光装置的极性的限制。
权利要求
1.一种显示器，至少包括传输输入数据的数据电极；扫描-电源电极；上述显示器工作时，上述扫描-电源电极至少传输第一信号和第二信号；参考电压源；位于上述扫描-电源电极和上述数据电极的交叉处的像素；上述像素包括发光元件；上述发光元件根据供给它的电流发光；具有第一和第二末端的保存数据信息的存储元件；控制电路，根据上述数据信息校准流入上述发光元件的驱动电流，并控制上述数据电极输入的数据；其中上述扫描-电源电极通过承载至少第一和第二信号来控制输入到上述像素的数据；其中，上述控制电路通过承载上述第一信号使得上述存储元件接收上述数据电极的数据信息；其中，上述控制电路通过承载上述第二信号阻止上述数据电极对上述存储元件的影响，并且保持上述存储元件中保存的数据信息；其中上述控制电路还包括连接上述扫描-电源电极、上述数据电极和上述参考电压源的两个导电沟道；其中上述第一导电沟道在上述第一信号施加到上述扫描-电源电极时设置数据电压；以及其中在上述第二信号施加到上述扫描-能力电极的期间，上述第二导电沟道在上述扫描-电源电极和上述参考电压源之间经由上述发光元件传导电流。
2.根据权利要求1所述的显示器，其特征在于上述第一导电沟道连接上述数据电极和上述参考电压源，以便在上述数据电极和上述参考电压源之间经由上述控制电路引导电流；其中上述第二导电沟道连接上述扫描-电源电极和上述参考电压源，以便在上述扫描-电源电极和上述参考电压源之间经由上述发光元件引导电流；其中，上述第一导电沟道在使能时提供经由上述控制电路连接上述数据电极与上述参考电压源的第一直流电通路；其中，上述第一导电沟道在使能时为上述存储元件设置与上述数据信息相对应的电压；其中，上述第二导电沟道在使能时提供经由上述控制电路和上述发光元件连接上述扫描-电源电极与上述参考电压源的第二直流电通路；其中，上述第二导电通道使能时，根据上述存储元件的上述数据信息使驱动电流流向上述发光元件。
3.根据权利要求2所述的显示器，其特征在于上述第一导电沟道使能，使得上述第二导电沟道断开，其中上述第一导电沟道断开，使得上述第二导电沟道使能。
4.根据权利要求2所述的显示器，其特征在于上述导电沟道的使能和断开由上述扫描-电源电极控制。
5.根据权利要求4所述的显示器，其特征在于载有第一信号的上述扫描-电源电极使能上述第一导电沟道而断开上述第二导电沟道；其中载有第二信号电压的上述扫描电源电极使能上述第二导电沟道而断开上述第一导电沟道；其中上述第一信号电压和第二信号电压的至少相差因晶体管导通或关断时的电压差。
6.根据权利要求2所述的显示器，其特征在于在上述扫描-电源电极上施加上述第一信号使能上述导电沟道，从而使得数据电流从上述数据电极经由上述控制电路流至上述参考电压源。
7.根据权利要求6所述的显示器，其特征在于在上述扫描-电源电极上施加上述第一信号阻止了上述第二导电沟道。
8.根据权利要求6所述的显示器，其特征在于在使能时上述第一导电沟道将上述数据电流转换为上述存储元件的两端数据电压，其中上述转换根据上述数据电流设置上述存储元件上的电压。
9.根据权利要求8所述的显示器，其特征在于上述第一导电沟道包括具有栅极接点、第二接点和第三接点的第一有源元件；其中上述存储元件的上述第一末端连接上述栅极；其中上述有源元件将上述数据电路转换为上述栅极和上述有源元件的上述第二接点之间的数据电压；其中上述存储元件存储上述数据电压。
10.根据权利要求6所述的显示器，其特征在于上述控制电路还包括控制上述第二导电沟道的电流的开关元件；上述开关元件具有栅极，第二和第三接点；上述控制电路在将上述数据电流转换为上述开关元件的栅极的数据电压。
11.根据权利要求2所述的显示器，其特征在于上述扫描-电源电极上的第二信号使能上述第二导电沟道，因而通过上述扫描-电源电极使电流流入上述发光元件。
12.根据权利要求11所述的显示器，其特征在于在扫描-电源电极上施加上述第二信号阻止上述导电沟道。
13.根据权利要求2所述的显示器，其特征在于上述控制电路包括上述第二导电沟道中的第一有源元件，上述第一有源元件具有控制栅极，以及第二和第三接点之间的通道；其中上述第一有源元件形成经由上述第二和第三接点的部分上述第二直流电通路；其中上述第一有源元件根据上述存储元件的数据电压校准通过上述第二导电沟道流入上述发光元件的驱动电流；其中上述第一有源元件形成经由上述第一有源元件的上述第二和第三接点的部分第一导电沟道。
14.根据权利要求2所述的显示器，其特征在于上述控制电路包括上述第二导电沟道中的第一有源元件，上述第一有源元件具有控制栅极，以及第二和第三接点之间的通道；其中上述第一有源元件形成经由上述第二和第三接点的部分上述第二直流电通路；其中上述第一有源元件根据上述存储元件的数据电压校准通过上述第二导电沟道流入上述发光元件的驱动电流；其中上述存储元件连接上述第一有源元件的上述栅极；其中上述控制电路将沿上述第一导电沟道流动的数据电流转换为数据电压，并提供上述存储元件和上述第一有源元件的控制栅极接点处的数据电压。
16.根据权利要求2所述的显示器，其特征在于上述控制电路包括校准流入上述发光元件的驱动电流的驱动晶体管，其中上述存储元件的第一端连接上述驱动晶体管的栅极；通过在上述扫描-电源电极上施加上述第一信号使得上述驱动晶体管的栅极电压与扫描-电源电极的电压相同。
15.根据权利要求2所述的显示器，其特征在于上述控制电路包括校准流入上述发光元件的驱动电流的驱动晶体管，其中上述存储元件的上述第一端连接上述驱动晶体管的栅极；通过在上述扫描-电源电极上施加上述第一信号使得上述驱动晶体管的栅极电压等于上述驱动晶体管漏极的电压。
17.根据权利要求2所述的显示器，其特征在于上述控制电路包括校准流入上述发光元件的驱动电流的驱动晶体管，其中上述存储元件的第一末端连接上述驱动晶体管的栅极；其中上述驱动晶体管在上述第一信号施加于上述扫描-电源电极的数据输入期间内还用作转换晶体管；上述转换晶体管将数据输入期间从上述数据电极流到上述像素的数据电流转换为上述转换晶体管栅极的数据电压。
18.根据权利要求2所述的显示器，其特征在于上述第二导电沟道在使能时根据上述数据信息提供驱动上述发光元件的全部驱动电流。
19.根据权利要求2所述的显示器，其特征在于上述存储元件是电容器；上述电容器是两个平行的导电层和其之间的绝缘体形成的电容器、晶体管中的寄生电容器、二极管的固有电容器中的一个或其组合。
20.根据权利要求2所述的显示器，其特征在于上述存储元件是电容器；其中上述控制电路包括第一晶体管，具有栅极接点和第二接点与第三接点之间的通道；其中上述第一晶体管的上述通道组成上述第一导电沟道和上述第二导电沟道的一部分；第二晶体管，具有栅极接点和第二接点和第三接点之间的通道；其中上述第二晶体管的上述栅极连接扫描-电源电极，其中上述第二晶体管的上述通道组成上述第一导电沟道的一部分；其中上述电容器连接上述第一晶体管的上述栅极。
21.根据权利要求20所述的显示器，其特征在于上述发光元件是有机发光装置。
22.根据权利要求20所述的显示器，其特征在于上述控制电路还包括具有栅极、第二接点和第三接点的第三晶体管；其中上述第三晶体管的上述栅极连接上述扫描-电源电极；以及其中上述第三晶体管的第二接点连接上述第一晶体管的上述栅极。
23.根据权利要求22所述的显示器，其特征在于在将上述第二信号施加到上述扫描-电源电极的驱动期间内，上述第一晶体管控制流向上述发光元件的驱动电流；其中在上述第一信号施加到上述扫描-电源电极的扫描期间内，上述第一晶体管将上述数据电流转换为上述第一晶体管的栅极和源极之间的上述数据电压；其中上述所有晶体管都是n沟道晶体管。
24.根据权利要求1所述的显示器，其特征在于上述第一连接通道连接上述扫描-电源电极和上述数据电极；其中上述第二导电沟道连接上述扫描-电源电极和上述参考电压源。
25.根据权利要求24所述的显示器，其特征在于在上述扫描-电源电极载有上述第一信号的期间内，上述第一导电沟道设置存储元件的电压。
26.根据权利要求25所述的显示器，其特征在于上述第二导电沟道包括具有栅极接点、第二接点和第三接点的晶体管；上述栅极连接到上述第二接点。
27.根据权利要求24所述的显示器，其特征在于上述第一导电沟道包括转换晶体管，其中在上述第一信号施加到上述扫描电极的期间内，上述转换晶体管将从上述数据电极流向上述像素的数据电流转换为上述转换晶体管栅极的数据电压。
28.一种显示器的工作方法，上述显示器包括传输输入数据的数据电极；扫描-电源电极；上述显示器工作时，上述扫描-电源电极至少传输第一信号和第二信号；参考电压源；位于上述扫描-电源电极和上述数据电极的交叉处的像素；上述像素包括发光元件；上述发光元件根据供给它的电流发光；具有第一和第二末端的保存数据信息的存储元件；控制电路根据上述数据信息校准流入上述发光元件的电流；其中上述存储元件连接上述控制电路；其中上述扫描-电源电极通过至少载有第一和第二信号来控制输入到上述像素的数据；其中，上述控制电路通过载有上述第一信号使得上述存储元件接收上述数据电极的数据信息；其中，上述控制电路通过载有第二信号阻止上述数据电极对上述存储元件的影响，并且保持上述存储元件中保存的数据信息；其中上述方法包括以下步骤施加第一信号到上述扫描-电源电极上以选择在数据写入期间内输入数据的上述像素；同一上述第一信号使能上述数据电极和上述参考电压源之间的第一导电沟道；通过使能上述导电沟道，提供直流电通路使得数据电流从上述数据电极流向上述参考电压源；施加第二信号到上述扫描-电源电极使能上述扫描-电源电极和上述参考电压源之间的第二导电沟道；上述第一信号阻止上述第二导电沟道；上述第二信阻止上述第一导电沟道。
29.根据权利要求28所述的方法，其特征在于上述信号使得上述存储元件的两末端之间产生数据电压。
30.根据权利要求28所述的方法，其特征在于上述控制电路包括第一晶体管，其中上述第一晶体管的漏极到源极沟道是第一导电沟道的一部分；其中施加到上述扫描-电源电极的上述第一信号使得上述第一晶体管的栅极与上述第一晶体管的漏极的电压相同。
31.根据权利要求28所述的方法，其特征在于上述控制电路包括第一晶体管；其中上述第一晶体管的漏极到源极通道是上述第一导电沟道的一部分；其中施加到上述扫描-电源电极的上述第一信号使得上述第一晶体管的栅极与上述扫描-电源电极的电压相同。
32.根据权利要求28所述的方法，其特征在于上述输入数据以电流形式由上述数据电极传输。
33.根据权利要求2所述的显示器，其特征在于进一步包括多个上述数据电极，多个扫描-电源电极，多个位于上述数据电极和上述扫描-电源电极的交叉处的像素；数据驱动电路；扫描-电源驱动电路；每个上述像素中的每个上述控制电路包括校准上述驱动电流的有源元件和控制从上述数据电极输出的数据的有源元件；其中上述驱动电流至少包括多个与上述数据电极的数目相配的输出接点；每个输出接点连接一个上述数据电极；其中上述扫描-电源驱动电路至少包括多个与上述扫描-电源电极的数目相配的输出接点；每个输出接点连接一个上述扫描-电源电极；上述数据驱动电流在上述输出接点处将上述电流电平形式的数据信号传输到上述数据电极；上述扫描-电源驱动电路在工作期间传输扫描电压以导通连接上述扫描-电源电极的有源元件的栅极，使能数据输入；在运行上述显示器以关断与上述扫描-电源电极连接的所有选定的晶体管的其他期间，上述扫描-电源驱动电路传输驱动电压；上述驱动电压根据上述像素中的各自的数据信息将驱动电流传输到所有像素中与上述扫描-电源电极连接的发光元件；其中由上述扫描-电源驱动电路产生的上述扫描电压和上述驱动电压至少相差导通和关断晶体管时的电压差。
34.一种显示器，包括传输输入数据的数据电极；扫描-电源电极；上述显示器工作时，上述扫描-电源电极至少传输第一信号和第二信号；参考电压源；位于上述扫描-电源电极和上述数据电极的交叉处的像素；上述像素包括发光元件；其中上述发光元件根据供给它的电流发光；具有第一和第二末端的保存数据信息的存储元件；控制电路，连接上述数据电极，至少一个扫描-电源电极，上述存储元件和上述发光元件；上述控制电路包括具有高阻抗控制接点、第二接点和第三接点的开关元件；上述高阻抗控制接点是晶体管的栅极或基底；上述控制接点连接上述存储元件的第一末端；在上述第一信号施加到上述扫描-电源电极的期间内，上述控制电路从上述数据电极写入上述数据信息到上述存储元件；在上述第二信号施加到上述扫描-电源电极时，对经由上述同一扫描-电源电极传输的上述第二信号作出响应的上述控制电路阻止上述数据电极和上述存储元件之间的数据传输；上述控制电路还包括通过上述发光元件在上述扫描-电源电极(S1)和上述电压源之间传导电流的导电沟道；其中在上述显示器工作时，通过施加驱动信号到上述扫描-电源电极(S1)使能上述导电沟道，其中上述导电沟道在使能时由通过上述控制电路的上述开关元件的上述数据信息调制；其中在上述显示器工作时，通过施加关断信号到上述扫描-电源电极(S1)阻止上述导电沟道；其中在上述导电沟道阻止时，上述发光元件关断；其中在使能时，上述导电沟道包括至少一个不在上述像素的电容器处终止的直流电通路；上述显示器工作时，上述导电沟道的上述使能和阻止工作由(1)施加到上述扫描-电源电极的上述驱动电压和上述关闭信号和(2)在上述导电沟道使能时，由通过上述开关元件的上述数据信息所作的调制完全控制。
全文摘要
本发明提供了在显示器像素中的多个受单一入口电极控制的导电沟道。这样的像素电路通过使数据电流流入上述导电沟道中的一个设置像素数据电压，而通过其他导电沟道将驱动电流传输到像素中的发光装置。本发明得到了不由阈值电压决定而由电流控制的驱动方案，不需实质上增加像素复杂性。上述合并的像素结构提供了简化的且更灵活的电流驱动像素结构的实施方式。
文档编号G09G3/36GK101019166SQ200580027802
公开日2007年8月15日 申请日期2005年8月22日 优先权日2004年8月21日
发明者周庆盈 申请人:周庆盈