专利名称：有机薄膜电致发光元件的驱动电路和系统及其方法
技术领域：
本发明涉及一种用以驱动有机薄膜电致发光(electroluminescent EL)显示器以发出光线的电路和系统及其方法，特别是涉及一种在一恒定驱动电流下用以驱动有机薄膜电致发光元件以发出光线的电路和系统及其方法。
背景技术：
有机薄膜电致发光元件的发光亮度随着流入元件的驱动电流的改变而变化。为了控制有机薄膜电致发光元件发光亮度的一致性，流入元件的驱动电流必须予以控制并维持在一恒定电流值上。
图1示出一种公知的驱动电路。在图1中，恒定电流13由电源11供应给发光元件12，用以改变驱动电流。其中，当开关14如实线所示般开路时，该发光元件12发光；而当开关14如虚线所示般闭路时，该发光元件12停止发光。
图2示出另一种公知的驱动电路。在此电路中，一高电阻15串接于该发光元件12与电源11之间，用以控制流经该发光元件12的驱动电流为一恒定值。其中，当开关16处于实线所示的位置时，该发光元件12发光；而当该开关16改变为虚线所示的另一位置时，该发光元件12停止发光。
图3示出一有机薄膜电致发光元件的等效电路，共包含并联的二极管32与寄生电容31。该等效电路内的寄生电容31经常造成反应速度的问题，尤其是在有机薄膜电致发光元件阵列内。除非有机薄膜电致发光元件两端之间的电压差超过某正向电压Vf，否则该有机薄膜电致发光元件将无法正常发光。发光二极管(LED)的正向电压Vf在+1.5V到+2V的低电压下仍相当稳定。反之，有机薄膜电致发光元件的正向电压高达+5V到+12V，且随着亮度、温度与时间差异而大幅改变。此外，由于具有较高的正向电压Vf，而使有机薄膜电致发光元件的寄生电容效应比在二极管中更为严重。正向电压Vf需被提升超过某电压值才能发光，且提升时间视寄生在有机薄膜电致发光元件内的所有寄生电容的整体充电时间而定。一般而言，电力供应需被提升到一高于正向电压Vf的电位Vcc，以便驱动有机薄膜电致发光元件使其发光。
图4示出一种用以驱动发光元件的公知驱动系统40。在图4中，该公知驱动系统40为一N×M的阵列排列方式(图4例示6×5个有机薄膜电致发光元件)，其中阴极扫描单元包含N条阴极扫描线。有机薄膜电致发光元件的阴极通过阴极扫描线X1到Xn连接至开关71到7n，以选择电源电位VB或接地电位。阳极数据驱动单元包含M条阳极数据驱动线，且该阳极数据驱动线Y1到Ym各自连接至开关111到11m，以连接至恒定电流101到10m或接地。公知的驱动系统40是以一固定的时间间隔依序选择并扫描阳极线与阴极线，使位于该阳极线及阴极线交错点处的发光元件发光。
然而一旦使用公知的有机薄膜电致发光元件阵列来驱动照明，往往会造成问题。主要的问题在于扫描速率会因上述的寄生电容而变慢。特别是当使用有机薄膜电致发光元件作为发光元件时，因为其需要大电容来产生表面发光，所以此问题变得更为严重。而上述问题在发光元件数目增加时将更加严重，因为有机薄膜电致发光元件会累积所有的寄生电容。此外，连接至阴极线的所有发光元件的寄生电容均需被充电，且用以驱动连接至各阳极线的发光元件的电流源需被设计到大得足以满足适当的反应时间。该大电流源的制作并不利于电路小型化的设计方向。
图5是图4中所示驱动系统的时序图。图5示出开关7i-1，7i，7i+1与7j在切换作业中因寄生电容所产生的问题。Yj数据电极的电位由于至少(n-1)个像素的逆向偏压方向的寄生电容的存在，而不能立刻增加。一延迟时间td发生，直到一正向偏压加至像素D(i，j)至发光为止。此外，电流源10j会限制Yj数据电极的电位增加率，并造成更大的时间延迟td。
图6示出当输入电压脉冲加至有机薄膜电致发光元件时的电流反应特性。在图6中，曲线61代表有机薄膜电致发光元件的电流反应特性，曲线62代表电压脉冲。很清楚的是，上升时间比下降时间长。这显示在有机薄膜电致发光元件中电容放电时间比电容充电时间短。电容放电时间较短的优点可用来开发一种有机薄膜电致发光显示器的快速反应驱动电路。在图4中所示公知技术的驱动系统内，恒定电流源10j连接至一组并联的有机薄膜电致发光元件D(1，j)到D(n，j)，跟着连接到D(i，j)内的接地电位及其余D(1到i-1，j)与D(i+1到n，j)内的电源电位。一般而言，恒定电流源用于产生电流以点亮有机薄膜电致发光元件。其中，并联的有机薄膜电致发光元件的寄生电容效应大于单一的有机薄膜电致发光元件。电流源局限了电流，且当连接上电源电位时，该被扫描的有机薄膜电致发光元件D(i，j)的发光反应将因上述寄生电容效应而变差。美国专利号第6,201,520号与第5,844,368号的专利说明书中曾提出有机薄膜电致发光显示器驱动系统的方法，但是上述方法仍未能真正解决现存的问题。
此外，对于灰阶显示而言，通常输入灰阶信号的脉冲宽度正比于灰阶的亮度。然而，由于上述寄生电容效应而导致难以评估整体灰阶度的品质。公知技术在解决上述问题时，是将整体灰阶度的阶数予以缩小，但却因此导致影像显示品质恶化的缺点。
发明内容
本发明的目的是为解决公知技术中存在的问题与缺点。本发明提供一种用以驱动有机薄膜电致发光元件以发光的驱动电路、系统及其方法。其利用对该有机薄膜电致发光元件的预充电步骤而加快整体显示工作速度。此外，因本发明改进了公知技术在信号转换时的非线性失真，因此在显示灰阶时可得到较准确的数值。
在本发明的第一具体实施例中，用以驱动有机薄膜电致发光元件的驱动电路包含一阳极扫描开关、一有机薄膜电致发光元件、一恒定电流源、一预充电开关和一阴极数据驱动开关。当该有机薄膜电致发光元件被扫描时，该阳极扫描开关电连接至电源电位，否则电连接至接地电位。该有机薄膜电致发光元件电连接至该阳极扫描开关。该预充电开关并联于该恒定电流源。该阴极数据驱动开关的一端电连接至该有机薄膜电致发光元件，另一端在该有机薄膜电致发光元件被选择时电连接至该恒定电流源，否则电连接至电源电位。
根据上述的驱动电路，其中该阳极扫描开关包含至少一个CMOS反相器。
根据上述的驱动电路，其中该阴极数据驱动开关包含至少一个CMOS反相器。
根据上述的驱动电路，其中该恒定电流源包含一电流反射镜电路。
根据上述的驱动电路，其中该电流反射镜电路包含一恒定电流N通道MOSFET；一基准电阻器，其一端电连接至电源电位，而另一端电连接至该恒定电流N通道MOSFET的栅极；及一基准N通道MSOFET，其源极电连接至接地电位，且其栅极与漏极电连接至该恒定电流N通道MOSFET的栅极。
根据上述的驱动电路，其中该预充电开关包含一N通道MOSFET开关。
在本发明的第二具体实施例中，用以驱动有机薄膜电致发光元件的驱动系统包含m列的阳极扫描开关、n行的恒定电流源、n行的预充电开关、m×n阵列的有机薄膜电致发光元件、n行的阴极数据驱动开关及一信号控制单元。当电连接至一阳极扫描开关的有机薄膜电致光元件被扫描时，该阳极扫描开关电连接至电源电位，否则电连接至接地电位。各预充电开关并联于该恒定电流源。同列的有机薄膜电致发光元件电连接至一相对应的阳极扫描开关，而在同行的有机薄膜电致发光元件电连接至一相对应的阴极数据驱动开关。各阴极数据驱动开关的一端电连接至一相对应的有机薄膜电致发光元件，另一端在该相对应的有机薄膜电致发光元件被选择时电连接至该恒定电流源，否则电连接至电源电位。该信号控制单元用以产生控制信号以切换阳极扫描开关、阴极数据驱动开关及预充电开关。
根据上述的驱动系统，其中该阳极扫描开关包含至少一个CMOS反相器。
根据上述的驱动系统，其中该阴极数据驱动开关包含至少一个CMOS反相器。
根据上述的驱动系统，其中该恒定电流源包含一电流反射镜电路。
根据上述的驱动系统，其中该电流反射镜电路包含一恒定电流N通道MOSFET；一基准电阻路，其一端电连接至电源电位，而另一端电连接至该恒定电流N通道MOSFET的栅极；及一基准N通道MOSFET，其源极电连接至接地电位，且其栅极与漏极电连接至该恒定电流N通道MSOFET的栅极。
根据上述的驱动系统，其中该预充电开关包含一N通道MOSFET开关，且在该阴极数据驱动开关被启动时同时启动。
本发明的有机薄膜电致发光元件的驱动方法包含步骤(a)至(d)。在步骤(a)，循序输入一扫描信号。在步骤(b)，进行该有机薄膜电致发光元件的预充电。在步骤(c)，以该预充电的停止时间为起点，且以该扫描信号的停止时间为终点，用以计算一灰阶显示的范围。在步骤(d)，依据该有机薄膜电致发光元件欲显示的灰阶度，而输入一脉冲宽度正比于该灰阶度的数据信号。
根据上述的驱动方法，其中该预充电的时间是以一程序参数控制。
本发明将依照附图来说明，其中图1示出一种公知的驱动电路；图2示出另一种公知的驱动电路；图3示出有机薄膜电致发光元件的等效电路；图4示出一种用以驱动发光元件的公知驱动系统；图5是图4中所示的驱动系统的时序图；图6示出当输入电压脉冲加至有机薄膜电致发光元件时的电流反应特性；图7示出根据本发明的第一具体实施例的有机薄膜电致发光元件驱动电路；图8示出本发明的第一具体实施例的等效电路；图9示出由图7中所示驱动电路建构的驱动系统的示意图；图10示出由图7中所示驱动电路建构的驱动系统的另一示意图；图11示出由图7中所示驱动电路建构的驱动系统的另一示意图；图12示出由图7中所示驱动电路建构的驱动系统的另一示意图；图13示出由图7中所示驱动电路建构的驱动系统的另一示意图；图14示出图9至图13的驱动系统的时序图；且图15示出图9的结构的等效驱动系统图。
其中，附图标记说明如下11电源12发光元件13恒定电流源 14开关
15高电阻 16开关31寄生电容32二极管40公知技术的驱动系统61曲线62曲线70驱动电路71发光元件72阳极扫描开关73恒定电流源74阴极数据驱动开关75预充电开关81CMOS反相器 82CMOS反相器83恒定电流N通道MOSFET84基准电阻器 85基准N通道MOSFET86电流反射镜电路 87N通道MOSFET开关90驱动系统91信号控制单元93阳极扫描单元94阴极数据驱动单元100等效驱动系统具体实施方式
图7示出根据本发明的第一具体实施例的有机薄膜电致发光元件的驱动电路70。在此驱动电路70中，有机薄膜电致发光元件71连接于阳极扫描开关72与阴极数据驱动开关74之间，而阳极扫描开关72与阴极数据驱动开关74被用以控制有机薄膜电致发光元件71的发光。该阳极扫描开关72在所连接的有机薄膜电致发光元件71被扫描期间连接至电源电位(PWR)，而在其他期间连接至接地电位(GND)。相对地，该阴极数据驱动开关74在所连接的有机薄膜电致发光元件71被选择期间连接至恒定电流源73，而在其他期间连接至电源电位。该驱动电路70还包含一恒定电流源73，其并联于一预充电开关75。该恒定电流源73的一端电连接至接地电位，另一端电连接至该阴极数据驱动开关74。该预充电开关75的一端电连接至该恒定电流源73，另一端连接至接地电位。根据本发明的驱动电路70的一技术优点在于该有机薄膜电致发光元件71可快速地充电与放电，此优点在包含许多有机薄膜电致发光元件的并联结构中更加显著。一般而言，有机薄膜电致发光元件71在电流通过而发光之前需先被充电，此特性是影响影像的输出速度和品质的原因。
图8示出本发明的第一具体实施例的等效电路。在图8中，阳极扫描开关72与阴极数据驱动开关74被展开成CMOS反相器81与82，至于该CMOS反相器被展开的级数则依据所需的驱动能力而定。在图7中用以驱动有机薄膜电致发光元件的恒定电流源73被展开成图8所示的电流反射镜电路86。该电流反射镜电路86包含一恒定电流N通道MOSFET 83、基准N通道MOSFET 85与基准电阻器84。该基准N通道MOSFET 85与基准电阻器84用来产生指定的恒定驱动电流，且用以控制该恒定电流N通道MOSFET 83的栅极电压电位。该基准电阻器84的欧姆值可改变流入该有机薄膜电致发光元件71的驱动电流。此外，图7所示的预充电开关75可利用一N通道MOSFET开关87予以实现。
图9至图13示出图7所示驱动电路70建构而成的驱动系统90。该驱动系统90中包含一阳极扫描单元93和一阴极数据驱动单元94，其中该阳极扫描单元93包含阳极扫描开关721到72n，而该阴极数据驱动单元94包含阴极数据驱动开关741到74m、恒定电流源731到73m及预充电开关75。阳极扫描线X1到Xn分别连接至阳极扫描开关721到72n。当一阳极扫描线被选择时，该相对应的阳极扫描开关连接至电源电位，否则该相对应的阳极扫描开关连接至接地电位。数据驱动线Y1到Ym分别连接至阴极数据驱动开关741到74m，进而连接至恒定电流源731到73m。m个预充电开关75并联至所述恒定电流源731到73m，用于提供一快速的充电路径。若该数据驱动线Y1到Ym被设定成电源电位，则该有机薄膜电致发光元件将不发光；反之，若被设定成连接至恒定电流源，则发光。在图9中，该阳极扫描开关721到72n、该阴极数据驱动开关741到74m及该预充电开关75是由一信号控制单元91的输出控制信号所控制。
图14出示驱动系统90的时序图。在图14中列出阳极扫描开关721至72n、阴极数据驱动开关741至74m及预充电开关75的操作，还列出连接至阳极扫描开关72i的阳极扫描线Xi与连接至阴极数据驱动开关74j的数据驱动线Yj的电位改变。一般而言，该阳极扫描开关721至72n循序地输入一扫描信号至发光元件所构成的阵列内。如图9所示，其显示阳极扫描开关72i被启动。由于驱动系统90内的寄生电阻和电容效应，将使连接至该阳极扫描开关72i的阳极扫描线Xi的电位变换产生延迟，如时段T1期间所示。在时段T2期间，阴极数据驱动开关741到74m及预充电开关75均被启动，如图10所示，用以对连接至阳极扫描线Xi的所有发光元件进行预充电。由于此时的预充电开关75被启动，可达到缩短充电时间的功效。在时段T3期间，不拟发光的发光元件所连接的阴极数据驱动开关741及74m连接至电源电位，而该预充电开关75可依程序参数的设定而继续处于连接状态，如图11所示。在时段T4期间，以该预充电开关75的断路时间为起点，且以该扫描信号开关72i的断路时间为终点，用以计算灰阶显示的范围，如图12所示。例如共设定有256阶的灰阶度，而在T4期间共有64奈秒(nano second)，因此显示一单位的灰阶度需使一阴极数据驱动开关维持0.25奈秒的启动状态。换言之，在T4期间，依据该发光元件D(i，j-1)和D(i，j)欲显示的灰阶度，而输入一脉冲宽度正比于该灰阶度的数据信号。在T4期间，因该预充电开关75处于断路状态，且恒定电流源处于连线的状态，因此该发光元件D(i，j-1)和D(i，j)将依所设定的灰阶度而发光。之后，当该发光元件D(i，j-1)和D(i，j)显示完毕，其相对应的阴极数据驱动开关74j-1及74j连接至电源电位，如图13所示。
图15示出图9的等效驱动系统100。在图15中，阳极扫描单元93内的各个阳极扫描开关721到72n与阴极数据驱动单元94内的各个阴极数据驱动开关741到74m被展开成CMOS反相器，而各个恒定电流源731到73m被展开成图8所示的电流反射镜电路86。M个预充电开关75被展开成图8所示的N通道MOSFET开关87。信号控制单元91则根据图14所示的时序图产生各个阳极扫描开关721到72n、各个阴极数据驱动开关741到74m及预充电开关75的控制信号。
本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而本领域技术人员仍可基于本发明的教导及揭示而作出种种不背离本发明精神的替换及修饰。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明精神的替换及修饰，并为所附的权利要求的范围所涵盖。
权利要求
1.一种有机薄膜电致发光元件的驱动电路，其中包含一阳极扫描开关，当该有机薄膜电致发光元件被扫描时该阳极扫描开关电连接至电源电位，否则电连接至接地电位；一有机薄膜电致发光元件，电连接至该阳极扫描开关；一恒定电流源；一预充电开关，其并联于该恒定电流源；及一阴极数据驱动开关，其一端电连接至该有机薄膜电致发光元件，另一端在该有机薄膜电致发光元件被选择时电连接至该恒定电流源，否则电连接至电源电位。
2.如权利要求1所述的驱动电路，其中该阳极扫描开关包含至少一个CMOS反相器。
3.如权利要求1所述的驱动电路，其中该阴极数据驱动开关包含至少一个CMOS反相器。
4.如权利要求1所述的驱动电路，其中该恒定电流源包含一电流反射镜电路。
5.如权利要求4所述的驱动电路，其中该电流反射镜电路包含一恒定电流N通道MOSFET；一基准电阻器，其一端电连接至电源电位，而另一端电连接至该恒定电流N通道MOSFET的栅极；及一基准N通道MSOFET，其源极电连接至接地电位，且其栅极与漏极电连接至该恒定电流N通道MOSFET的栅极。
6.如权利要求1所述的驱动电路，其中该预充电开关包含一N通道MOSFET开关。
7.一种有机薄膜电致发光元件的驱动系统，其中包含n列的阳极扫描开关，当电连接至一阳极扫描开关的有机薄膜电致发光元件被扫描时，该阳极扫描开关电连接至电源电位，否则电连接至接地电位，其中n为整数；m行的恒定电流源，其中m为整数；m行的预充电开关，其中各预充电开关并联于该恒定电流源；m行的阴极数据驱动开关，当电连接至一阴极数据驱动开关的有机薄膜电致光元件被选择时，该阴极数据驱动开关电连接至恒定电流源，否则电连接至电源电位；n×m阵列的有机薄膜电致发光元件，在同列的有机薄膜电致发光元件电连接至一相对应的阳极扫描开关，且在同行的有机薄膜电致发光元件电连接至一相对应的阴极数据驱动开关；及一信号控制单元，用以产生控制信号以切换阳极扫描开关、阴极数据驱动开关及预充电开关。
8.如权利要求7所述的驱动系统，其中该阳极扫描开关包含至少一个CMOS反相器。
9.如权利要求7所述的驱动系统，其中该阴极数据驱动开关包含至少一个CMOS反相器。
10.如权利要求7所述的驱动系统，其中该恒定电流源包含一电流反射镜电路。
11.如权利要求10所述的驱动系统，其中该电流反射镜电路包含一恒定电流N通道MOSFET；一基准电阻路，其一端电连接至电源电位，而另一端电连接至该恒定电流N通道MOSFET的栅极；及一基准N通道MOSFET，其源极电连接至接地电位，且其栅极与漏极电连接至该恒定电流N通道MSOFET的栅极。
12.如权利要求7所述的驱动系统，其中该预充电开关包含一N通道MOSFET开关，且在该阴极数据驱动开关被启动时同时启动。
13.一种有机薄膜电致发光元件的驱动方法，其中包含下列步骤循序输入一扫描信号；进行该有机薄膜电致发光元件的预充电；以该预充电的停止时间为起点且以该扫描信号的停止时间为终点所形成的时间区间，作为计算一灰阶度的亮度显示的范围；及依据该有机薄膜电致发光元件欲显示的灰阶度，而输入一脉冲宽度正比于灰阶度的数据信号。
14.如权利要求13所述的驱动方法，其中该预充电的时间是以一程序参数控制。
全文摘要
本发明涉及一种有机薄膜电致发光元件的驱动电路和系统及其方法。其中该有机薄膜电致发光元件的驱动电路包含阳极扫描开关；有机薄膜电致发光元件，电连接至该阳极扫描开关；恒定电流源；预充电开关，其并联于该恒定电流源；及一阴极数据驱动开关。本发明通过对该有机薄膜电致发光元件的预充电步骤而加快整体工作速度。且因利用预充电步骤而改进了公知技术在信号转换时的非线性失真，因此在计算灰阶显示范围时可得到较准确的数值。本发明可依据该有机薄膜电致发光元件欲显示的灰阶度，而正确地输入一脉冲宽度正比于该灰阶度的数据信号。
文档编号H05B33/08GK1811883SQ20051000632
公开日2006年8月2日 申请日期2005年1月26日 优先权日2005年1月26日
发明者钟兆楠, 廖惇雨 申请人:光擎半导体股份有限公司