专利名称：有源矩阵型显示设备及驱动方法
技术领域：
本发明涉及在每个像素中具有一个有源器件并用该有源器件控制像素单元中的显示的有源矩阵型显示设备及其驱动方法，特别是涉及用有机材料电致发光(以后称为有机EL(电致发光))器件作为电光器件的有源矩阵型有机EL显示设备及其驱动方法。
用液晶单元作为像素的显示器件的液晶显示器，例如，具有大量的安排成矩阵形式的像素，并根据要被显示的图象的信息控制每个像素中的光强度，从而实施对图象显示器的驱动。通过用电流控制型电光器件，例如作为像素的显示器件的有机EL器件的有机EL显示器实施相同的显示驱动。
有机EL器件具有将包括光发射层在内的有机材料构成的有机层夹在2个电极之间形成的结构。当在该器件上加上电压时，电子从阴极注入有机层，空穴从阳极注入有机层，然后电子与空穴相互复合发射出光。有机EL器件在10V或更低的驱动电压下提供数百到数万cd/m2的亮度，并且是自发光器件。有机EL器件具有如高的图象对比度和高的响应速度这样的优点。于是，我们认为用有机EL器件作为像素的显示器件的有机EL显示器作为下一代平板显示器是非常有前途的。
作为有机EL显示器的驱动方法，具有无源矩阵法和有源矩阵法。无源矩阵法只在选出每个像素的光发射器件的时刻发射光。虽然无源矩阵法具有简单的构造，但是无源矩阵法具有难以实现大的高清晰度显示那样的问题。另一方面，有源矩阵法能够在一个帧的期间在每个像素中保持有机EL器件的光发射，所以可以说它是适合于增加显示的尺寸，分辨率和亮度的驱动方法。
在有源矩阵型有机EL显示器中，一般用多晶硅薄膜晶体管(TFT)作为用于控制每个像素的亮度的像素电路中的有源器件。用电路方法控制薄膜晶体管特性中的变化和补偿薄膜晶体管特性中的变化是在像素电路中用薄膜晶体管的有源矩阵型有机EL显示器的主要问题。这就是下面提出的理由。
用液晶单元作为像素的显示器件的液晶显示器用电压值控制每个像素的亮度数据。另一方面，有机EL显示器用电流值控制每个像素的亮度数据。用电压写入型像素电路的最简单的有源矩阵型有机EL显示器的配置简略地如图1所示。电压写入型像素电路的电路配置如图2所示。
如图1所示，有源矩阵型有机EL显示器具有安排成矩阵形式的大量的像素电路101，和通过数据线105-1到105-m从电压驱动型数据线驱动电路104以电压的形式提供亮度数据而同时用扫描线驱动电路103序列地选择扫描线102-1到102-n，重复写入亮度数据。在这种情形中画出m列和n行的像素安排。当然，在这种情形中，数据线的数目为m，扫描线的数目为n。
如从图2可以看到的那样，电压写入型像素电路101包括一个具有与第1电源(例如负电源)连接的阴极的有机EL器件111；一个具有与有机EL器件111的阳极连接的漏极和与第2电源(例如地)连接的源极的P-沟道TFT 112；一个连接在TFT 112的栅极和第2电源之间的电容器113；和一个具有与TFT 112的栅极连接的漏极，与数据线105(105-1到105-m)连接的源极，和与扫描线102(102-1到102-n)连接的栅极的N-沟道TFT 114。
在这样形成的像素电路101中，TFT 114选择用于写入亮度数据的像素，和控制电容器113保持亮度数据电压。电容器113保持通过TFT 114提供的亮度数据电压。TFT 112根据由电容器113保持的亮度数据电压驱动有机EL器件111。
在这种情形中，令Le1为有机EL器件111的发光亮度，Ie1为流过有机EL器件111的电流，Vth为TFT 112的阈值电压，k为比例常数，和Vdata为由电容器113保持的数据电压，当TFT 112用于饱和区域时，下列公式成立Le1∝Ie1＝k(Vdata-Vth)2(1)其中k＝1/2·μ·Cox·W/L，μ是TFT 112的迁移率；Cox是每单位面积的栅极电容；W是栅极宽度；和L是栅极长度。
如从公式(1)可以看到的那样，加到有机EL器件111的电流值，即有机EL器件111的发光亮度受到TFT 112的迁移率μ(∝k)和阈值电压Vth中的变化的影响。事实上，我们知道用于形成TFT的非晶形硅和多晶硅与单晶硅比较具有低劣的结晶度和低劣的导电机构的可控性，于是TFT在晶体管特性中具有很大的变化。所以，很难制造出高质量的具有许多灰度等级的有机EL显示器，这些灰度等级使得用电压写入型像素电路可以显示出自然图象。
作为用于解决上述问题的方法，本专利申请人已经提出一种电流写入型像素电路，以电流形式将亮度数据写入该电路(请参见国际出版物01/06484号)。电流写入型像素电路配置的一个例子如图3所示。
如从图3可以看到的那样，电流写入型像素电路包括一个具有与第1电源(例如负电源)连接的阴极的有机EL器件121；一个具有与有机EL器件121的阳极连接的漏极和与第2电源(例如地)连接的源极的P-沟道TFT 122；一个连接在TFT 122的栅极和第2电源之间的电容器123；一个具有与数据线128连接的漏极，和与第1扫描线127A连接的栅极的N-沟道TFT 124；一个具有与TFT 124的源极连接的漏极和栅极，和与第2电源连接的源极的P-沟道TFT 125；和一个具有与TFT 125的漏极和栅极连接的漏极，与TFT 122的栅极连接的源极和与第2扫描线127B连接的栅极的N-沟道TFT 126。
在这样形成的电流写入型像素电路中的TFT 124和126每个都起着模拟开关的作用。TFT 125将要被写入的亮度数据电流变换成电压。电容器123保持通过将亮度数据电流变换成电压由TFT 125得到的亮度数据电压。TFT 122将由电容器123保持的亮度数据电压变换成电流，并将由这个变换得到的电流馈送给有机EL器件121。TFT 125和TFT 122形成一个电流镜电路。
图4所示的有源矩阵型有机EL显示器是通过将这种电流写入型像素电路安排成矩阵形式形成的。在图4中，对于安排成矩阵形式的数量上与m列×n行对应的电流写入型像素电路131的每一行既安排第1扫描线127A-1到127A-n中的一条又安排第2扫描线127B-1到127B-n中的一条。在每个像素中，图3中的TFT 124的栅极与第1扫描线127A-1到127A-n连接，图3中的TFT 126的栅极与第2扫描线127B-1到127B-n连接。
第1扫描线驱动电路132A位于像素单元的左边，驱动第1扫描线127A-1到127A-n，而第2扫描线驱动电路132B位于像素单元的右边，驱动第2扫描线127B-1到127B-n。对于像素电路131的每一列安排数据线133-1到133m中的一条。每条数据线133-1到133m的一端与对于电流驱动型数据线驱动电路134的每一列的一个输出终端连接。数据线驱动电路134通过数据线133-1到133m将亮度数据电流写入每个像素。
在这样形成的有源矩阵型有机EL显示器中与第i列数据线128-i连接的许多像素电路131-k-1到131-k+2的电路配置如图5所示。在许多像素电路之间的驱动定时关系如图6所示。
当通过数据线128-i将亮度数据电流写入一个选出的像素电路时，选出一条第1扫描线(在图中由WS(Write Scan(写入扫描))表示)和一条第2扫描线(在图中由ES(Erase Scan(擦除扫描))表示)以便接通TFT 124和TFT 126(请参见图3)。在这种情形中，TFT 125将亮度数据电流变换成电压。电容器123保持由该变换得到的电压。TFT 122将由电容器123保持的亮度数据电压变换成亮度数据电流并将亮度数据电流馈送给有机EL器件121，从而驱动有机EL器件121。
令W1为TFT 125的栅极宽度，L1为TFT 125的栅极长度，W2为TFT 122的栅极宽度，L2为TFT 122的栅极长度，每个像素电路131-k-1到131-k+2的有机EL器件121的写入数据电流Iw，发光亮度Le1，和流过有机EL器件121的电流Ie1满足下列关系式Le1∝Ie1＝(w2/L2)/(W1/L1)·Iw(2)如从公式(2)可以看到的那样，写入数据电流Iw与流过有机EL器件121的电流Ie1成正比。当放置在像素内的一个局域区域中并形成电流镜电路的TFT 125和122的晶体管特性中没有变化时，在显示器的发光亮度中的变化被补偿。于是，通过用电流写入型像素电路，可以实现具有大量显示灰度等级的有机EL显示器，即，许多灰度等级使得有机EL显示器可以显示出自然图象。
然而，当用上述的电流写入型像素电路将低亮度数据写入在有源矩阵型有机EL显示器中的一个像素电路时，使数据线的阻抗增加，所以使写入数据电流的所需的写入时间变长。实际上，当一个像素尺寸为数百μm□或更小时，流过一个像素的有机EL器件的电流最大为数十μA或更小。为了显示许多灰度等级，例如256个灰度等级，需要控制数nA到数十nA或更小的电流。
为了缩短数据电流写入时间，使电流镜电路的镜像比为(w2/L2)＜(W1/L1)和增加写入数据电流就足够了。然而，增加写入电流意味着需要大电流通过TFT 124和125。于是，需要增大TFT 124和125的尺寸，这导致像素电路尺寸的增加。这样一来，在用电流写入型像素电路的有机EL显示器中，缩短数据写入时间和减小像素电路尺寸是相互折衷的关系。
令扫描线的数目为Nscan和帧频率为f，数据写入时间Twrite由下列公式表示Twrite＝1/(f.Nscan) (3)
如从公式(3)可以看到的那样，为了增加有机EL显示器的尺寸和分辨率，需要缩短数据写入时间Twrite，并同时减小像素电路尺寸。于是，需要同时满足在折衷的关系中的缩短数据写入时间和减小像素电路尺寸两者。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种有源矩阵型显示设备，有源矩阵型有机EL显示设备及其驱动方法，该驱动方法能够通过减小数据写入时间增加显示器尺寸和分辨率而同时防止当使用一个电流写入型像素电路时增加在一个像素电路中的晶体管的尺寸。
为了达到上述目的，根据本发明，提供一种有源矩阵型显示设备，它包括一个通过将像素电路安排成矩阵形式形成的像素单元，每个都具有一个电光器件的像素电路；用于向像素电路提供亮度数据作为通过数据线的数据线电流的数据线驱动装置；和用于驱动从数据线驱动装置提供的数据线电流作为用于将亮度数据写入每个像素电路的数据电流和余下的旁路电流的电流控制装置(以后在实施例中称为“数据线控制电路”)。
电流控制装置，它是本发明的特征部分，处理数据线电流的旁路电流。从而可以极大地减少用于写入流过提供给像素电路的TFT的数据电流的时间。此外，当设置写入时间不变时，能够减小提供给像素电路的TFT的晶体管尺寸。例如，可以将具有第1电极，第2电极和包括在第1电极与第2电极之间的光发射层的有机层的有机EL器件用作本发明的电光器件。
图1是表示用电压写入型像素电路的有源矩阵型有机EL显示器的配置的方框图；图2表示电压写入型像素电路的电路配置；
图3表示电流写入型像素电路的电路配置；图4是表示用电流写入型像素电路的有源矩阵型有机EL显示器的配置的方框图；图5表示在常规例子中许多与第i列数据线连接的像素电路的电路配置；图6是表示在常规例子中在第i列中驱动定时关系的定时图；图7是表示根据本发明的第1实施例的有源矩阵型显示设备的配置的概略图；图8A表示在第1实施例中许多与第i列数据线连接的像素电路的电路配置，图8B是本发明的电路工作的概念图；图9是表示在第1实施例中在第i列中驱动定时关系的定时图；图10表示在第2实施例中许多与第i列数据线连接的像素电路的电路配置；图11是表示在第2实施例中在第i列中驱动定时关系的定时图(1)；图12是表示在第2实施例中在第i列中驱动定时关系的定时图(2)；图13是表示不同于像素电路的4个晶体管配置的配置例的电路图；图14是表示当在2个像素之间共有一个扫描TFT和一个电流到电压变换TFT时驱动定时关系的定时图；图15是表示根据本发明的第3实施例的有源矩阵型显示设备的配置的概略图；图16表示在第3实施例中许多与第i列数据线连接的像素电路的电路配置；图17是表示在第3实施例中在第i列中驱动定时关系的定时图；图18表示在第4实施例中许多与第i列数据线连接的像素电路的电路配置。
具体实施例方式
在下文中我们将参照附图详细描述本发明的优先实施例。
图7是表示根据本发明的第1实施例的有源矩阵型显示设备的配置的概略图。下面我们将通过用有机EL器件作为电流控制型电光器件和多晶硅薄膜晶体管作为有源器件，并在形成多晶硅薄膜晶体管的基片上形成有机EL器件形成的有源矩阵型EL显示设备作为一个例子进行描述。这对于以后描述的那些实施例也是一样的。
在图7中，将在数量上与m列×n行对应的电流写入型像素电路11安排成矩阵形式。对于像素电路11的每一行既安排第1扫描线12A-1到12A-n中的一条又安排第2扫描线12B-1到12B-n中的一条。第1扫描线驱动电路13A位于像素单元的左边，驱动第1扫描线12A-1到12A-n，而第2扫描线驱动电路13B位于像素单元的右边，驱动第2扫描线12B-1到12B-n。
对于像素电路11的每一列安排数据线14-1到14-m中的一条。每条数据线14-1到14-m的一端与对于数据线驱动电路15的每一列的一个输出终端连接。数据线驱动电路15通过数据线14-1到14-m将亮度数据电流写入每个像素电路11。数据电流控制电路16例如在像素单元的上端部分对像素单元的每一列提供例如一个数据电流控制电路16。通常将电流控制扫描线17配置给数据电流控制电路16。电流控制扫描线17由第1扫描线驱动电路13A进行驱动。
在这样形成的有源矩阵型有机EL显示设备中与第i列数据线14-i连接的许多像素电路11-k-1到11-k+2的电路配置如图8A和8B所示。
像素电路11-k包括一个具有与第1电源(例如负电源)连接的阴极的有机EL器件21；一个具有与有机EL器件21的阳极连接的漏极和与第2电源(例如地)连接的源极的P-沟道TFT 22；一个连接在TFT 22的栅极和第2电源之间的电容器23；一个具有与数据线14-i连接的漏极和与第1扫描线12A-k连接的栅极的N-沟道TFT 24；一个具有与TFT 24的源极连接的漏极和栅极，和与第2电源连接的源极的P-沟道TFT 25；和一个具有与TFT 25的漏极和栅极连接的漏极，与TFT 22的栅极连接的源极和与第2扫描线12B-k连接的栅极的P-沟道TFT 26。
在这样形成的电流写入型像素电路11-k中的TFT 24和26每个都起着模拟开关的作用。TFT 25将要被写入的亮度数据电流变换成电压。电容器23保持通过将亮度数据电流变换成电压由TFT 25得到的亮度数据电压。TFT 22将由电容器23保持的亮度数据电压变换成电流，并从而驱动有机EL器件21。TFT 25和TFT 22具有基本上相同的特性，并这样地形成一个电流镜电路。
在这种情形中，令W11为TFT 24的栅极宽度，L11为TFT 24的栅极长度，W12为TFT 25的栅极宽度，L12为TFT 25的栅极长度。又，令Iw1为流过TFT 24和25的电流。因为栅极长度一般由器件制造过程控制，所以下面的描述假定栅极长度L不变。
如从图8A可以看到的那样，数据电流控制电路16包括一个具有与数据线14-i连接的漏极和与电流控制扫描线17连接的栅极的N-沟道TFT 27；一个具有与TFT 27的源极连接的漏极和栅极，和接地的源极的P-沟道TFT 28。将数据电流控制电路16中的TFT 27和28之间的尺寸比设置得与像素电路11-k中的TFT 24和25之间的尺寸比相同。在这种情形中，令W21为TFT 27的栅极宽度，L21为TFT27的栅极长度，W22为TFT 28的栅极宽度，L22为TFT 28的栅极长度。又，令Iw2为流过TFT 27和28的电流。
图8B是表示本发明的电路工作的概念图。如图8B所示，在流过数据线的数据线电流(I数据线)，流过数据线控制电路16的旁路电流(I旁路)，和流过像素电路的数据电流(I数据)之间的关系能够由下列公式表示出来I数据线＝I数据+I旁路(优先地I数据≤I旁路)
流过数据线控制电路16的旁路电流和流过像素电路的数据电流分别由数据线控制电路16和像素电路的输入阻抗确定。(将由数据线控制电路16的输入阻抗确定的电流定义为旁路电流。)这样，通过用旁路电流作为数据线电流的一部分，可以将数据线电流设置得大于流过像素电路11中的TFT 24和25的数据电流，从而减少了亮度数据写入时间。此外，当设置写入时间不变时，能够减小并任意地设置提供给像素电路的TFT 24和25的晶体管尺寸。
图9表示在第i列像素电路11-k-1到11-k+2之间的驱动定时关系。在图8A和图9中，将第1扫描线12A-k-1到12A-k+2表示为WSK-1到WSK+2；将第2扫描线12B-k-1到12B-k+2表示为ESK-1到ESK+2；将电流控制扫描线17表示为LS。
假定将亮度数据写入第k行中的像素电路，选择第1扫描线WSK和第2扫描线ESK两者。在所有时间选择电流控制扫描线LS。假定用于驱动数据线14-i的数据线电流为Iw0，在像素电路11-k中流动的数据线电流Iw0的数据电流Iw1与在数据电流控制电路16中流动的数据线电流Iw0的剩余电流Iw2之间的比R为R＝Iw1/Iw2，下列关系式成立R∶1∶(R+1)＝Iw1∶Iw2∶Iw0令W01为与TFT 24对应的TFT 124的栅极宽度，L01为TFT 124的栅极长度，W02为与TFT 25对应的TFT 125的栅极宽度，L02为在根据常规例子(请参见图3)的像素电路中TFT 125的栅极长度，则下列关系式成立R∶1∶(R+1)＝(W11/L11)∶(W21/L21)∶(W01/L01)＝(W12/L12)∶(W22/L22)∶(W02/L02)在这种情形中，例如设置R＝1，并如上所述假定栅极长度不变，则
W11＝W21＝1/2·W01L11＝L21＝L01W12＝W22＝1/2·W02L12＝L22＝L02这样，假定具有与电流Iw2相同电流值的数据电流Iw1通过像素电路11-k，能够将在像素电路11-k中TFT 24和25的栅极宽度W11和W12减小到在常规电路中TFT 124和125的栅极宽度W01和W02的1/2(一半)。换句话说，当将像素电路中的晶体管尺寸设置得与常规电路中的相同时，能够使用于驱动数据线14-i的数据线电流Iw0极大地增加。
如上所述，在用电流写入型像素电路11的有源矩阵型有机EL显示设备中，对每条数据线14-1到14-m提供数据电流控制电路16，将用于驱动数据线14-1到14-m的数据线电流Iw0的一部分提供给用于写入亮度数据的像素电路，使数据线电流Iw0的余下电流通过数据电流控制电路16。从而可以将数据线电流Iw0设置得大于流过像素电路11中TFT 24和25的数据电流Iw1，而同时能够防止TFT 24和25的尺寸增大。从而可以极大地减小数据写入时间，并因此增加有机EL显示设备的尺寸和分辨率。
然而，为了补偿晶体管特性中的变化，在形成电流镜电路的写入一侧上的TFT 25和28需要具有与在驱动一侧上的TFT 22相同的晶体管特性。换句话说，当将包括TFT 28的数据电流控制电路16配置在远离像素电路11的位置上时，晶体管特性中的变化不能被完全补偿。
因此，当将像素电路11在列方向中分成某些区域，从而将许多像素电路组合成一些块，即，将许多与同一条数据线连接的像素电路组合成一些块，例如对单条数据线中的每个块提供一个数据电流控制电路16时，可以完全补偿晶体管特性中的变化。在这种情形中，将沿通过将像素电路11安排成矩阵形式形成的像素单元中的数据线14-1到14-m的方向，即，垂直方向定义为列方向。
下面我们描述根据本发明的第2实施例的有源矩阵型显示设备。根据第2实施例的有源矩阵型显示设备用通过除去如图7所示的根据第1实施例的有源矩阵型显示设备中的数据电流控制电路16得到的电路配置，即，与如图4所示的根据常规例子的有源矩阵型显示设备相同的配置。
有了这种配置，通过用对其不实施写入的像素电路作为数据电流控制电路(旁路电流)，根据第2实施例的有源矩阵型显示设备实现与根据第1实施例的有源矩阵型显示设备相同的功能。下面我们将具体描述根据第2实施例的有源矩阵型显示设备的驱动方法。
在根据第2实施例的有源矩阵型显示设备中与第i列数据线14-i连接的许多像素电路11-k-1到11-k+2的电路配置如图10所示。每个像素电路11-k-1到11-k+2都具有备有4个晶体管(TFT)的电流写入型像素电路的配置，该像素电路与根据第1实施例的像素电路相同。图11和图12表示在许多像素电路11-k-1到11-k+2之间的驱动定时关系。
在图11和图12的两个例子中，同时选择在列方向中连续的x(在这两个例子中x＝2)个像素电路。当这样地同时选择2个像素电路时，将用于驱动数据线的数据线电流的一部分作为亮度数据电流写入一个像素电路。在这种情形中，尽管不将亮度数据电流写入其它的像素电路部分，但是将像素电路用作旁路电流电路(数据电流控制电路)，将数据线电流的余下部分馈送给该旁路电流电路。
在图12的例子中，特别是当在列方向中连续的x(在这个例子中x＝2)个像素电路组合成一个块和将数据电流写入该块中的一个像素电路时，不将数据电流写入同一个块中的其它像素电路，但是将其它像素电路用作旁路电流电路。在这种情形中，选择被写入数据电流的像素电路的第1扫描线WS和第2扫描线ES两者。假定图10中的像素电路11-k-1是被写入数据电流的像素电路，例如选择WSk-1和ESk-1两者。
另一方面，在不被写入数据电流但是被用作旁路电流电路的像素电路中，只选择第1扫描线WS。在图10的例子中，选择第1扫描线WSk而不选择第2扫描线ESk。这样，TFT 24和25都起着用于旁路电流的数据电流控制电路(旁路电流电路)的作用。
特别是，因为不选择图10所示的像素电路的第2扫描线ESk，于是TFT 26处于断开状态，所以与亮度数据对应的并由电容器23保持的电荷不通过TFT 26放电，而是继续被保持。在这种情形中，只有电路的一部分，或TFT 24和25起着数据电流控制电路(旁路电流电路)的作用。
TFT 24的栅极宽度为W11；TFT 24的栅极长度为L11；TFT 25的栅极宽度为W12；TFT 25的栅极长度为L12；和流过TFT 24和25的数据电流为Iw1。在这种情形中，在数据电流Iw1和数据线电流Iw0之间下列关系式成立Iw0＝x·Iw1于是1∶x＝Iw1∶Iw0在TFT 24的栅极宽度W11与栅极长度L11，TFT 25的栅极宽度W12与栅极长度L12，和根据常规例子的像素电路(请参见图3)中的TFT 124的栅极宽度W01与栅极长度L01，和TFT 125的栅极宽度W02与栅极长度L02之间，下列关系式成立Iw0＝x·Iw1＝(W11/L11)∶(W01/L01)＝(W12/L12)∶(W02/L02)例如，如上所述，假定栅极长度不变，则W11＝1/x·W01L11＝L01
W12＝1/x·W02L12＝L02这样，假定将具有与旁路电流相同电流值的数据电流写入像素电路11-k，则能够将在像素电路11-k中TFT 24和25的栅极宽度W11和W12减小到在常规电路中TFT 124和125的栅极宽度W01和W02的1/x。换句话说，当将像素电路中的晶体管尺寸设置得与常规电路中的相同时，能够使数据线电流Iw0极大地增加。
如上所述，在用电流写入型像素电路11的有源矩阵型有机EL显示设备中，同时选择在列方向上彼此相邻的2个像素电路，将数据线电流Iw0的一部分加到像素电路以便写入亮度数据，将余下的电流作为旁路电流馈送给其它像素电路部分。从而可以将数据线电流Iw0设置得大于流过像素电路11中TFT 24和25的数据电流Iw1，而同时能够防止TFT 24和25的尺寸增大。从而可以极大地减小数据写入时间，并因此增加有机EL显示设备的尺寸和分辨率。
我们注意到当写入数据电流时，第2实施例同时选择2(x＝2)个在列方向上彼此相邻的像素电路。本发明不限于2个像素电路，能够同时选择更多的像素电路。通过增加选出的像素电路的数目和这样地增加用作数据电流路径的像素电路的数目，可以进一步减小像素电路中的晶体管尺寸，或进一步增加数据线电流Iw0的电流值。然而，从折衷关系出发，因为在形成电流镜电路的晶体管之间的距离增加，所以补偿薄膜晶体管特性中的变化的作用相应地减小。
然而，当在第2实施例中，不被写入亮度数据但是被选出作为用作旁路电流电路的像素电路的像素电路是在列方向上与用于写入亮度数据的像素电路相邻的像素电路，该像素电路不一定限于相邻的像素电路。
而且，甚至当如在第2实施例中那样同时选择在列方向上彼此相邻的2个像素电路时，也可能使形成电流镜电路的晶体管的特性发生变化，于是提出了一个问题。一般我们知道在用薄膜晶体管作为像素电路中的晶体管的情形中，当N-型晶体管特性变得较强时，P-型晶体管特性变得较弱；或者当P-型晶体管特性变得较强时，N-型晶体管特性变得较弱；P-型晶体管和当N-型晶体管特性中的这种变化是在彼此相反的方向上发生的。
所以，通过用相反导电类型的场效应晶体管作为TFT 24用于扫描开关，和作为TFT 25用于电流到电压变换，例如在图10所示的像素电路中N-型场效应晶体管作为TFT 24和P-型场效应晶体管作为TFT 25，在晶体管特性中的变化彼此抵消，从而能够控制数据线的电位中的变化。因为上述原因，我们希望用相反导电类型的场效应晶体管作为TFT 24和25。
虽然在上面我们将具有4个晶体管配置的电流写入型像素电路的有源矩阵型显示设备作为一个例子描述了第2实施例，但是电流写入型像素电路不限于4个晶体管配置的像素电路。下面我们将描述不同于4个晶体管配置的像素电路。
图13是表示不同于电流写入型像素电路的4个晶体管配置的其它配置例的电路图。根据本例的像素电路是使得例如在每一列中2个彼此相邻的像素之间共有一个扫描TFT 24和一个电流到电压变换TFT25那样地配置的。特别是，关于第1扫描线线2A，对每2个像素安排扫描线12Ak-1，12Ak+1，......中的1条。例如，在k-1和k像素的情形中，扫描TFT 24的栅极与扫描线12Ak-1连接，扫描TFT 24的源极与电流到电压变换TFT 25的漏极和栅极以及2个像素的TFT 26和26的漏极连接。
图14表示当用在2个像素之间共有扫描TFT 24和电流到电压变换TFT 25的像素配置时的驱动定时关系。在这种情形中的基本工作与上述例子相同。在这种情形中，因为只在写入数据电流时用TFT 25，所以能够在2个像素之间共有电流到电压变换TFT 25。
通过用这样的其中在2个彼此相邻的像素之间共有扫描TFT 24和电流到电压变换TFT 25的像素配置，例如，可以在每2个像素中除去2个晶体管。在2个像素中的晶体管数目是6，所以每个像素的晶体管数目是3。
流过数据线14-i电流比流过有机EL器件21的电流大得多。所以，用大的晶体管作为直接处理大电流的扫描TFT 24和电流到电压变换TFT 25，这样就不可避免地导致晶体管占有大的面积。
另一方面，通过如根据本例的像素电路中那样，用其中在2个像素之间共有扫描TFT 24和电流到电压变换TFT 25的像素配置，可以很大地减少由TFT占有像素电路的面积，于是可以扩大光发射单元的堆叠安排或减小像素尺寸，从而增大分辨率。
虽然本例是在2个像素之间共有扫描TFT 24和电流到电压变换TFT 25的电路例，但是显然能够在3个或更多的像素之间共有扫描TFT 24和电流到电压变换TFT 25，在这种情形中，进一步增大了减少晶体管数目的作用。此外，代替共有扫描TFT 24和电流到电压变换TFT 25两者，可以在许多像素之间只共有1个TFT。
图15是表示根据本发明的第3实施例的有源矩阵型显示设备的配置的概略图。
正如根据第2实施例的有源矩阵型显示设备的情形一样，配置根据第3实施例的有源矩阵型显示设备是为了当在1个块中形成在列方向上连续的x个像素电路并同时被选择时，在同一个块中的x个像素电路之间共有第1扫描线WS，并将数据电流写入1个像素电路，而将其它的像素电路用作旁路电流电路。
如上面对根据第2实施例的有源矩阵型显示设备的描述那样，当同时选择在同一个块中的2个像素电路时，驱动电路的扫描线WS以相同的方式进行工作，所以能够在同一个块中共有扫描线WS。在本例中，其中x＝2，在第1行和第2行像素电路之间共有扫描线12A-1，12A-2，.......，在第(n-1)行和第n行像素电路之间共有扫描线12A-n-1，12A-n。
在根据第3实施例的有源矩阵型显示设备中许多与第i列数据线14-i连接的像素电路11-k-1到11-k+2的电路配置如图16所示。每个像素电路11-k-1到11-k+2具有与根据第1实施例的像素电路相同的配置，即，具有4个晶体管(TFT)的电流写入型像素电路的配置。图17表示许多像素电路11-k-1到11-k+2的驱动定时。
如上所述，在有源矩阵型有机EL显示设备中，其中在1个块中形成在列方向上连续的x个像素电路并同时被选择，和其中将数据线电流的一部分作为数据电流写入像素电路以便写入亮度数据，而将其它的像素电路用作旁路电流电路，在同一个块中的x个像素电路之间共有第1扫描线WS。从而可以将第1扫描线的数目减少到1/x。于是除了由第2实施例得到的效果外，可以使列方向(垂直方向)中的显示器尺寸减少一个与在扫描线WS的数目中的减少相对应的量。
虽然在第3实施例中，在1个块中形成在列方向上连续的x个像素电路，但是像素电路不一定需要在列方向上连续；可以在1个块中形成离散的x个像素电路。又在这种情形中，尽管在每个像素电路中都需要布线，但是在同一个块中的x个像素电路之间可以共有第1扫描线WS。
下面我们将描述根据本发明的第4实施例的有源矩阵型显示设备。根据第4实施例的有源矩阵型显示设备的配置基本上与图15所示的根据第3实施例的有源矩阵型显示设备的配置相同。
在根据第4实施例的有源矩阵型显示设备中许多与第i列数据线14-i连接的像素电路11-k-1到11-k+2的电路配置如图18所示。根据本例的像素电路11-k-1到11-k+2，作为摸拟开关，用通过将一个N-型沟道TFT 24A和一个P-型沟道TFT 24B相互平行地连接起来，代替图16所示的像素电路中的N-型沟道TFT 24形成的CMOS晶体管27。将第1扫描线WSk-1，k的电位直接加到N-型沟道TFT 24A的栅极上，并通过倒相器28倒相，然后加到P-沟道TFT 24B的栅极上。
通常，因为面积限制等像素电路用单极开关作为模拟开关。另一方面，如第2实施例的效果所描述的，例如，通过同时选择在列方向彼此相邻的2个像素电路，将数据电流写入1个像素电路，而不将数据电流写入另一个像素电路，但是用另一个像素电路作为旁路电流电路，可以将写入数据电流设置得大于流过像素电路的晶体管的电流，而同时能够防止晶体管尺寸增大。换句话说，当设置写入数据电流的电流值不变时，可以减小像素电路的晶体管面积。于是能够将CMOS晶体管27用作像素电路的模拟开关。
当低电流通过根据第3实施例的像素电路中的TFT 24和25时，TFT 24的源极电位增加，TFT 24的栅极到源极电位减小，使得TFT24可能未完全接通。另一方面，在根据第4实施例的像素电路中，用CMOS晶体管27形成模拟开关。所以，当低电流通过CMOS晶体管27和TFT 25时，即便TFT 24A未完全接通，TFT 24B也能完全接通，使得CMOS晶体管27能够完全接通。
注意我们已经通过将有机EL器件用作像素的显示器件，将多晶硅薄膜晶体管用作像素的有源器件，使得本发明应用于通过在其上形成多晶硅薄膜晶体管的基片上形成有机EL器件得到的有源矩阵型有机EL显示设备作为一个例子描述了上述实施例；然而，本发明不限于对有源矩阵型有机EL显示设备的应用，本发明也可以应用于有源矩阵型显示设备，一般地该设备用所属的电流控制型电光器件作为像素的显示器件，该电流控制型电光器件根据其中流动的电流改变它的亮度。
如上所述，根据本发明的有源矩阵型显示设备或有源矩阵型有机EL显示设备提供用于驱动数据线的数据线电流的一部分作为旁路电流。从而可以将数据线驱动电流设置得大于流过提供给像素电路的TFT的数据电流，于是极大地减少了亮度数据写入时间。此外，当设置写入时间不变时，能够减小提供给像素电路的TFT的晶体管尺寸。这样，可以增加显示器的尺寸和分辨率。
虽然我们已经用特定的术语描述了本发明的优先实施例，但是这种描述只是为了说明的目的，我们懂得可以对本发明作出许多变化和改变而没有偏离下列权利要求书的精神和范围。
权利要求
1.有源矩阵型显示设备，它包括一个通过将像素电路安排成矩阵形式形成的像素单元，所述像素电路每个都具有一个电光器件；用于将亮度数据提供给所述像素电路作为通过数据线的数据线电流的数据线驱动装置；和用于将从所述数据线驱动装置提供的数据线电流分成用于将亮度数据写入所述像素电路的每一个的数据电流和余下的旁路电流，并这样地驱动数据线电流的电流控制装置。
2.权利要求1中所述的有源矩阵型显示设备，其中将所述电流控制装置提供给由与所述像素单元的同一条数据线连接的许多像素电路形成的每个块。
3.权利要求1中所述的有源矩阵型显示设备，其中所述数据线电流的所述旁路电流等于所述数据电流，或所述旁路电流大于所述数据电流。
4.权利要求1中所述的有源矩阵型显示设备，其中所述像素电路包括具有与所述数据线连接的一个终端并被选出的和不选出的第1扫描线控制的第1模拟开关；与所述第1模拟开关的另一个终端连接的电流到电压变换装置，用于将通过所述第1模拟开关输入的数据电流变换成数据电压；具有与所述电流到电压变换装置的一个输出终端连接的一个终端并被选出的和不选出的第2扫描线控制的第2模拟开关；与所述第2模拟开关的另一个终端连接的数据保持装置，用于保持通过所述第2模拟开关从所述电流到电压变换装置提供的数据电压；和根据由所述数据保持装置保持的数据电压驱动所述电光器件的驱动装置。
5.权利要求4中所述的有源矩阵型显示设备，其中所述第1模拟开关和所述第2模拟开关分别是由一个第1场效应晶体管和一个第2场效应晶体管形成的；所述电流到电压变换装置是由一个第3场效应晶体管形成的，该第3场效应晶体管具有相互电连接的漏极和栅极，用于通过所述第1模拟开关从所述数据线提供数据电流在它的栅极和源极之间产生数据电压；所述数据保持装置是由一个用于保持在所述第3场效应晶体管的栅极和源极之间产生的数据电压的电容器形成的；和所述驱动装置是由一个与所述电光器件串联连接的并与所述第3场效应晶体管一起形成一个电流镜电路的第4场效应晶体管形成的。
6.权利要求5中所述的有源矩阵型显示设备，其中所述第1模拟开关是由一个CMOS晶体管形成的。
7.权利要求5中所述的有源矩阵型显示设备，其中所述电流镜电路具有一个这样设置的镜像比，使得在所述第3场效应晶体管中流动的漏极电流大于在所述第4场效应晶体管中流动的漏极电流。
8.权利要求5中所述的有源矩阵型显示设备，其中所述第1场效应晶体管和所述第3场效应晶体管具有彼此相反的导电类型。
9.权利要求5中所述的有源矩阵型显示设备，其中所述第1场效应晶体管，所述第2场效应晶体管，所述第3场效应晶体管和所述第4场效应晶体管每个都是由多晶硅薄膜晶体管形成的。
10.有源矩阵型显示设备，它包括一个电光器件；一个通过将像素电路安排成矩阵形式形成的像素单元，所述像素电路每个都由通过数据线提供的数据电流将亮度数据写入所述电光器件；和用于使得将用于驱动所述数据线的数据线电流的一部分作为数据电流提供给像素电路以便写入亮度数据和使余下的旁路电流通过另一个与同一条数据线连接的像素电路的一部分那样地实施控制的电流控制装置。
11.权利要求10中所述的有源矩阵型显示设备，其中所述数据线电流的所述旁路电流等于所述数据电流，或所述旁路电流大于所述数据电流。
12.权利要求10中所述的有源矩阵型显示设备，其中所述像素电路每个都包括具有与所述数据线连接的一个终端并被选出的和不选出的第1扫描线控制的第1模拟开关；与所述第1模拟开关的另一个终端连接的电流到电压变换装置，用于将通过所述第1模拟开关输入的数据电流变换成数据电压；具有与所述电流到电压变换装置的一个输出终端连接的一个终端并被选出的和不选出的第2扫描线控制的第2模拟开关；与所述第2模拟开关的另一个终端连接的数据保持装置，用于保持通过所述第2模拟开关从所述电流到电压变换装置提供的数据电压；和用于根据由所述数据保持装置保持的数据电压驱动所述电光器件的驱动装置。
13.权利要求12中所述的有源矩阵型显示设备，其中在写入亮度数据的像素电路和不写入亮度数据的像素电路之间共有所述第1扫描线。
14.权利要求12中所述的有源矩阵型显示设备，其中所述第1模拟开关和所述第2模拟开关分别是由第1场效应晶体管和第2场效应晶体管形成的；所述电流到电压变换装置是由第3场效应晶体管形成的，该第3场效应晶体管具有相互电连接的漏极和栅极，用于通过所述第1模拟开关从所述数据线提供数据电流在它的栅极和源极之间产生数据电压；所述数据保持装置是由一个用于保持在所述第3场效应晶体管的栅极和源极之间产生的数据电压的电容器形成的；和所述驱动装置是由一个与所述电光器件串联连接的并与所述第3场效应晶体管一起形成一个电流镜电路的第4场效应晶体管形成的。
15.权利要求12中所述的有源矩阵型显示设备，其中所述第1模拟开关是由一个CMOS晶体管形成的。
16.权利要求14中所述的有源矩阵型显示设备，其中所述电流镜电路具有一个这样设置的镜像比，使得在所述第3场效应晶体管中流动的漏极电流大于在所述第4场效应晶体管中流动的漏极电流。
17.权利要求14中所述的有源矩阵型显示设备，其中所述第1场效应晶体管和所述第3场效应晶体管具有彼此相反的导电类型。
18.权利要求14中所述的有源矩阵型显示设备，其中所述第1场效应晶体管，所述第2场效应晶体管，所述第3场效应晶体管和所述第4场效应晶体管每个都是由多晶硅薄膜晶体管形成的。
19.有源矩阵型显示设备的驱动方法，所述有源矩阵型显示设备包括一个电光器件；安排成矩阵形式的电流写入型像素电路，所述像素电路每个都用通过数据线提供的数据电流将亮度数据写入所述电光器件，所述驱动方法包括将用于驱动所述数据线的数据线电流分成用于将亮度数据写入每个所述像素电路的数据电流和余下的旁路电流，并这样地提供数据线电流。
20.有源矩阵型显示设备的驱动方法，所述有源矩阵型显示设备包括一个电光器件；安排成矩阵形式的电流写入型像素电路，所述像素电路每个都用通过数据线提供的数据电流将亮度数据写入所述电光器件，所述驱动方法包括将用于驱动所述数据线的数据线电流的一部分作为数据电流提供给像素电路以便写入亮度数据和使数据线电流的余下部分作为旁路电流通过另一个与同一条数据线连接的像素电路的一部分。
21.有源矩阵型有机电致发光显示设备，它包括一个通过将电流写入型像素电路安排成矩阵形式形成的像素单元，所述像素电路每个都具有一个有机电致发光器件，该器件具有第1电极，第2电极，和包括在第1电极与第2电极之间的光发射层的有机层，所述像素电路每个都用通过数据线提供的数据电流写入亮度数据；数据线驱动装置，用于将亮度数据提供给所述像素电路作为通过数据线的数据线电流；和电流控制装置，用于将从所述数据线驱动装置提供的数据线电流分成用于将亮度数据写入每个所述像素电路的数据电流和余下的旁路电流，并这样地驱动数据线电流。
22.权利要求21中所述的有源矩阵型有机电致发光显示设备，其中将所述电流控制装置提供给由与所述像素单元的同一条数据线连接的许多像素电路形成的每个块。
23.权利要求21中所述的有源矩阵型有机电致发光显示设备，其中所述数据线电流的所述旁路电流等于所述数据电流，或所述旁路电流大于所述数据电流。
24.权利要求21中所述的有源矩阵型有机电致发光显示设备，其中所述像素电路包括一个具有与所述数据线连接的一个终端并被选出的和不选出的第1扫描线控制的第1模拟开关；与所述第1模拟开关的另一个终端连接的电流到电压变换装置，用于将通过所述第1模拟开关输入的数据电流变换成数据电压；一个具有与所述电流到电压变换装置的一个输出终端连接的一个终端并被选出的和不选出的第2扫描线控制的第2模拟开关；与所述第2模拟开关的另一个终端连接的数据保持装置，用于保持通过所述第2模拟开关从所述电流到电压变换装置提供的数据电压；和根据由所述数据保持装置保持的数据电压驱动所述电光器件的驱动装置。
25.权利要求24中所述的有源矩阵型有机电致发光显示设备，其中所述第1模拟开关和所述第2模拟开关分别是由一个第1场效应晶体管和一个第2场效应晶体管形成的；所述电流到电压变换装置是由一个第3场效应晶体管形成的，该第3场效应晶体管具有相互电连接的漏极和栅极，用于通过所述第1模拟开关从所述数据线提供数据电流在它的栅极和源极之间产生数据电压；所述数据保持装置是由一个用于保持在所述第3场效应晶体管的栅极和源极之间产生的数据电压的电容器形成的；和所述驱动装置是由一个与所述电光器件串联连接的并与所述第3场效应晶体管一起形成一个电流镜电路的第4场效应晶体管形成的。
26.权利要求25中所述的有源矩阵型有机电致发光显示设备，其中所述第1模拟开关是由一个CMOS晶体管形成的。
27.权利要求25中所述的有源矩阵型有机电致发光显示设备，其中所述电流镜电路具有一个这样设置的镜像比，使得在所述第3场效应晶体管中流动的漏极电流大于在所述第4场效应晶体管中流动的漏极电流。
28.权利要求25中所述的有源矩阵型有机电致发光显示设备，其中所述第1场效应晶体管和所述第3场效应晶体管具有彼此相反的导电类型。
29.权利要求25中所述的有源矩阵型有机电致发光显示设备，其中所述第1场效应晶体管，所述第2场效应晶体管，所述第3场效应晶体管和所述第4场效应晶体管每个都是由多晶硅薄膜晶体管形成的。
30.有源矩阵型有机电致发光显示设备，它包括一个通过将电流写入型像素电路安排成矩阵形式形成的像素单元，所述像素电路每个都具有一个有机电致发光器件，该器件具有第1电极，第2电极，和包括在第1电极与第2电极之间的光发射层的有机层，所述像素电路每个都用通过数据线提供的数据电流写入亮度数据；和电流控制装置，用于使得用于驱动所述数据线的数据线电流的一部分作为数据电流提供给像素电路以便写入亮度数据和使余下的旁路电流通过另一个与同一条数据线连接的像素电路的一部分那样地实施控制。
31.权利要求30中所述的有源矩阵型有机电致发光显示设备，其中从所述电流控制装置提供给所述像素电路的数据电流大于由驱动装置驱动的电流。
32.权利要求30中所述的有源矩阵型有机电致发光显示设备，其中所述像素电路每个都包括一个具有与所述数据线连接的一个终端并被选出的和不选出的第1扫描线控制的第1模拟开关；与所述第1模拟开关的另一个终端连接的电流到电压变换装置，用于将通过所述第1模拟开关输入的数据电流变换成数据电压；一个具有与所述电流到电压变换装置的一个输出终端连接的一个终端并被选出的和不选出的第2扫描线控制的第2模拟开关；与所述第2模拟开关的另一个终端连接的数据保持装置，用于保持通过所述第2模拟开关从所述电流到电压变换装置提供的数据电压；和根据由所述数据保持装置保持的数据电压驱动所述电光器件的驱动装置。
33.权利要求32中所述的有源矩阵型有机电致发光显示设备，其中在写入亮度数据的像素电路和不写入亮度数据的像素电路之间共有所述第1扫描线。
34.权利要求32中所述的有源矩阵型有机电致发光显示设备，其中所述第1模拟开关和所述第2模拟开关分别是由一个第1场效应晶体管和一个第2场效应晶体管形成的；所述电流到电压变换装置是由一个第3场效应晶体管形成的，该第3场效应晶体管具有相互电连接的漏极和栅极，用于通过所述第1模拟开关从所述数据线提供数据电流在它的栅极和源极之间产生数据电压；所述数据保持装置是由一个用于保持在所述第3场效应晶体管的栅极和源极之间产生的数据电压的电容器形成的；和所述驱动装置是由一个与所述电光器件串联连接的并与所述第3场效应晶体管一起形成一个电流镜电路的第4场效应晶体管形成的。
35.权利要求32中所述的有源矩阵型有机电致发光显示设备，其中所述第1模拟开关是由一个CMOS晶体管形成的。
36.权利要求34中所述的有源矩阵型有机电致发光显示设备，其中所述电流镜电路具有一个这样设置的镜像比，使得在所述第3场效应晶体管中流动的漏极电流大于在所述第4场效应晶体管中流动的漏极电流。
37.权利要求34中所述的有源矩阵型有机电致发光显示设备，其中所述第1场效应晶体管和所述第3场效应晶体管具有彼此相反的导电类型。
38.权利要求34中所述的有源矩阵型有机电致发光显示设备，其中所述第1场效应晶体管，所述第2场效应晶体管，所述第3场效应晶体管和所述第4场效应晶体管每个都是由多晶硅薄膜晶体管形成的。
39.有源矩阵型有机电致发光显示设备的驱动方法，所述有源矩阵型有机电致发光显示设备包括安排成矩阵形式的电流写入型像素电路，所述像素电路每个都具有一个有机电致发光器件，该器件具有第1电极，第2电极，和包括在第1电极与第2电极之间的光发射层的有机层，所述像素电路每个都用通过数据线提供的数据电流写入亮度数据；所述驱动方法将用于驱动所述数据线的数据线电流分成用于将亮度数据写入每个所述像素电路的数据电流，和余下的旁路电流，并这样地提供数据线电流。
40.有源矩阵型有机电致发光显示设备的驱动方法，所述有源矩阵型有机电致发光显示设备包括安排成矩阵形式的电流写入型像素电路，所述像素电路每个都具有一个有机电致发光器件，该器件具有第1电极，第2电极，和包括在第1电极与第2电极之间的光发射层的有机层，所述像素电路每个都用通过数据线提供的数据电流写入亮度数据；所述驱动方法将用于驱动所述数据线的数据线电流的一部分作为数据电流提供给像素电路用于写入亮度数据和使数据线电流的余下部分作为旁路电流通过另一个与同一条数据线连接的像素电路的一部分。
全文摘要
根据本发明的用电流写入型像素电路的有源矩阵型有机EL显示设备具有用于与像素电路连接的每条数据线的电流控制电路。电流控制电路将数据线电流的一部分提供给像素电路作为旁路电流。电流控制电路处理由(数据线电流=数据电流+旁路电流)表示的数据线电流的旁路电流。从而可以将数据线驱动电流设置得大于流过提供给像素电路的TFT的数据电流,于是减少了亮度数据写入时间。又,当设置写入时间不变时,能够减小提供给像素电路的TFT的晶体管尺寸。
文档编号G09G3/20GK1389839SQ02121778
公开日2003年1月8日 申请日期2002年5月31日 优先权日2001年5月31日
发明者浅野慎 申请人:索尼株式会社