专利名称：发光设备的驱动电路和应用该电路的矩阵显示板的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种流控发光设备的驱动电路和应用该电路的矩阵显示板，提高了电功率的效率，以及质量和可靠性。
背景技术：
现今对体积小的平板显示器的需求越来越强。有机发光设备作为平板显示器的一种，其技术得到了快速发展，几种应用该种显示方式的新产品已经问世。
有机发光设备所需的驱动电压(5-10V)比等离子显示板(PDP)和无机发光设备要低，因此人们对有机发光设备进行了深入研究。而且由于有机发光设备还具有许多优良特性，例如视角宽、响应速度快以及对比度高，因此可用其来构成图像显示器的像素、电视图像显示器的像素或平面光源。此外，与液晶显示器(LCD)不同的是，有机发光设备不需要背景光，因而功率损耗低、色彩敏感度高，适用于更先进的平板显示器。
一种由低温多晶硅(LTPS)形成的薄膜晶体管(TFT)用来驱动有机发光设备。TFT广泛用作有源矩阵显示板的有机发光设备的驱动装置，该矩阵显示板集成在一块绝缘基片上。
在基片上形成TFT的技术已有显著提高。采用这种技术，构成有源矩阵显示板每个像素的有机发光设备和驱动该有机发光设备的TFT可以做在同一块基片上。驱动有机发光设备的TFT集成在和相应的有机发光设备相同的基片上，降低了制作成本，减小了显示板的体积。
然而，采用TFT驱动有机发光设备的方法会受到形成TFT的硅晶体系统的影响，并且该方法中单个TFT的电流-电压Id-Vg特性在饱和区内有很大变化。因此，对于使用TFT的显示板，尽管输入到每个单元的数据信号电压电平是一致的，每个有机发光设备的发光亮度却是不同的，因而很难精确地实现相应单元的亮度值。
此外，由于有机发光设备通过控制流经的电流来驱动，因此可以采用多个TFT。采用多个TFT导致显示板的制造需要进行复杂的工艺。
另外，如果对一个应该通过小电流的区域施加小电流，有机发光设备发出亮度与电流的的增加成正比的光。然而在对该区域施加超出预定值的电流时，发热导致损耗增加，发光效率相应降低。因此，高亮度驱动会降低产品的可靠性。
发明内容
本发明提供一种有机发光设备的驱动电路，该驱动电路的电子器件更为简化，因而能够简化显示板的制造工艺，降低发光设备的功率，提高其可靠性，并实现每个像素精确的亮度值。
本发明还提供了一种采用上述有机发光设备的驱动电路的矩阵显示板。
本发明一方面提供了一种发光设备的驱动电路，该发光设备具有第一极和与第一极相反的第二极，该电路包括包括施加有预定数据信号的第一极和与所述第一极相反且与发光设备的第一极相连的第二极的二极管；以及电容，其包括连接到发光设备的第一极与二极管的第二极之间的接触点的第一端，和施加有预定控制信号的第二端，其中，如果二极管导通、发光设备截止，对应于控制信号电压电平和数据信号电压电平的差值的电荷被充电；如果二极管截止、发光设备导通，则被充电的电荷通过发光设备放电。
本发明另一方面提供了一种矩阵显示板，其中，扫描线和信号线在基片上排列成矩阵形状，在扫描线和信号线之间的交叉点附近至少存在一个单元，每个单元包括具有第一极和与所述第一极相反的第二极的发光设备；包括通过信号线施加有预定数据信号的第一极和与所述第一极相反且与发光设备的第一极相连的第二极的二极管；以及电容，其包括连接到发光设备的第一极与二极管的第二极之间的接触点的第一端，和通过扫描线施加有预定控制信号的第二端，其中，如果二极管导通、发光设备截止，对应两端电压相当于控制信号电压电平和数据信号电压电平的差值的电荷被充电；如果二极管截止、发光设备导通，则被充电的电荷通过发光设备放电。
本发明上述和其他方面的内容以及优点在对参考附图的优选实施方式进行详细说明后会更为清楚。
图1所示为一个传统的矩阵显示板；图2是本发明所述发光设备的驱动电路结构的一个实施例的电路图；图3是图2中控制信号的实施例的波形图；图4是流经图2中的二极管和发光设备的电流波形图；图5是本发明所述发光设备的驱动电路结构的第二个实施例的电路图；图6图5中控制信号的实施例的波形图；图7所示为形成应用本发明的矩阵显示板的每个单元的电子器件；图8所示为施加到矩阵显示板每个单元的一行中的控制信号；图9是实现本发明发光设备的驱动电路的模拟驱动方法的电路图；以及图10是实现本发明发光设备的驱动电路的模拟驱动方法的电路图。
具体实施例方式
下文将结合附图对本发明的具体实施方式
进行详细阐述。
图2是本发明所述发光设备的驱动电路结构的第一个实施例的电路图。如图2，二极管D201包括施加有预定数据信号的第一极，即正极，和连接到发光设备D202的第一极，即正极的第二极，即负极。发光设备D202包括第一极，即正极和第二极，即负极，并且发出亮度与流经的电流值成正比的光。电容C201包括连接到连接到发光设备D202的正极和二极管D201的负极之间的接触点的第一端，和施加有预定控制信号的第二端。如果二极管D201导通而发光设备D202截止，则电容C201充电，两端电压相当于控制信号电压电平和数据信号电压电平的差值；如果二极管D201截止而发光设备D202导通，则充电电荷通过发光设备D202放电。此处二极管D201用作由两端之间的电压差值控制的开关，而发光设备D202可以是有机或无机场致发光设备、激光二极管或发光二极管，其中最佳选择是有机场致发光设备。
以下详细说明具有上述结构的发光设备的驱动电路的运行过程。
首先，将图3所示的控制信号施加到电容C201的第二端。一个周期的控制信号由区间A和区间B组成，区间A中，电压保持预定的低电平；区间B中，首先由区间A的低电平跳变到预定电压，之后按照预定斜率从跳变的电压上升到一个预定的正电平。此处将区间A和B分别称作充电区间和放电区间，对应于电容C201的充电和放电操作。如图3所示，控制信号在从区间A变化到区间B时需要预定幅度的电压跳变。由于电压的跳变，二极管D201截止，从而防止了各个单元之间的串扰。同时，控制信号也可以是与图3不同的更为简单的波形，如方波。
下面根据施加到二极管D201正极的数据信号的电压电平，结合控制信号的充电、放电区间A、B来说明发光设备的驱动电路的运行过程。
首先，在有高电平数据信号施加的充电区间A，高电平数据信号施加到二极管D201的正极，低电平控制信号通过电容C201施加到二极管D201的负极和发光设备D202的正极。这样二极管D201导通，而发光设备D202截止。
同时，在充电区间A，电容C201充电，两端电压为输入控制信号的电压电平和通过二极管D201输入的数据信号的电压电平之差。如图4所示，由控制信号和数据信号之间的电势差产生的电流通过二极管D201给电容C201充电。电容C201上所充电荷Q可由V与C相乘得到，其中V是充电区间A中输入控制信号和通过二极管D201输入的数据信号之间的电势差，C是电容C201的电容值，如等式1所示。
Q＝C×V(1)其次，在放电区间B，施加高电平数据信号，控制信号从预定电压，如0V逐渐升高，通过电容C201输入到二极管D201的负极和发光设备D202的正极。控制信号在由充电区间A变到放电区间B时预定电压发生跳变，因此无论电压是否施加到正极，二极管D201都会截止，而发光设备D202导通。因此，根据随时间以预定斜率升高的控制信号的电压，电容C202在充电区间A中所充电荷通过发光设备D202放电。在这种情况下，二极管D201截止。因此，如图4所示，二极管D201不通过电流，发光设备D202导通，因此，电容C201和发光设备D202之间形成一条电流通路，电流流经发光设备D202。在放电区间B通过发光设备D202的电流值I可由等式2得到I=Qt---(2)]]>
其中，t为控制信号在放电区间B持续的时间，Q为在充电区间A中电容C201上所充的电荷数。
当施加高电平数据信号时，发光设备D202的放电电流I可由组合了等式1和等式2的等式3得出I=C×Vt---(3)]]>即，通过发光设备D202的放电电流I由电容C201的电容值C、在充电区间A施加到相应单元列的控制信号电压电平和施加到该单元所在列的数据信号电压电平之间的电势差V以及控制信号在放电区间B的施加时间t来决定。
总之，当施加高电平数据信号时，在控制信号的放电区间B，发光设备D202的发光亮度与等式3中的电流I成正比。
同时，在施加有低电平数据信号的充电区间A，低电平数据信号被施加到二极管D201的正极，低电平控制信号通过电容C201施加到二极管D201的负极和发光设备D202的正极。这样二极管D201和发光设备D202均截止，因此电容C201不充电。为了使二极管D201在充电区间A截止，应使施加到二极管D201正极的数据信号的低电平不高于充电区间A中施加到二极管D201负极的控制信号的电压电平。
接下来，在施加有低电平数据信号的放电区间B，低电平数据信号施加到二极管D201的正极，高电平控制信号通过电容C201施加到二极管D201的负极和发光设备D202的正极。这样二极管D201截止，而发光设备D202导通。然而在这种情况下，电容C201不充电。换言之，尽管控制信号升高到高电平，但电容C201的两端电压仍保持在低于使发光设备D202导通的电压。因此，发光设备D202没有电流通过，也不发光。总之，当施加低电平数据信号时，发光设备D202不发光。
总而言之，流经形成每个单元的发光设备的电流根据施加到显示板的每个单元所在列的数据信号来控制，因此可以精确得到每个单元的亮度值。在上述实施例中，二极管D201、发光设备D202和电容C201的组成结构相对简单。然而根据使用发光设备驱动电路的视频显示器所需的亮度和分度，至少应串联一个或多个二极管，或至少应并联一个或多个电容，或至少应并联一个或多个发光设备。
图5是本发明所述发光设备的驱动电路结构的第二个实施例的电路图。本实施例是将图2的二极管D201和发光设备D202的正负极反向连接，如图5所示。
参见图5，预定数据信号被施加到二极管D501的负极，二极管D501的正极与发光设备D502的负极连接。同时，电容C501的第一端连接到发光设备D502的负极和二极管D501的正极之间的接触点，第二端施加有预定控制信号。如图6所示，施加到电容C501第二端的控制信号与图3中控制信号的极性相反，而数据信号的极性也与图3的数据信号极性相反。这种情况下，第二实施例中发光设备的驱动电路在充电区间A和放电区间B的工作方式与图2所示的第一实施例相同。
图7为应用了本发明所述发光设备的驱动电路的矩阵显示板。参阅图7所示，扫描线和信号线在基片上形成矩阵形状，在扫描线和信号线之间的交叉点附近的至少一个单元以二维数组Mi×Nj的形式排列。用于扫描每行的控制信号被施加到水平扫描线，与控制信号同步的数据信号(或图像信号)被施加到垂直信号线，即每个单元的所在列。每个单元由按图2所示方法连接的一个二极管、一个发光设备和一个电容组成。因而，信号线中的数据信号被施加到二极管的正极，扫描线中的控制信号被施加到电容。如图8所示，具有预定相位延迟的控制信号被施加到每个单元的所在行，具有预定电压电平的数据信号，与施加到各行的控制信号的充电区间A同步以便获得对应单元的亮度值，被施加到每各单元的所在列。
以下将参考图9详细说明在图2的本发明所述发光设备的驱动电路中，采用模拟方法的数据信号施加到预定单元所在列时是如何驱动发光设备的。
参见图9，采用模拟方法的发光设备驱动电路与图2中发光设备驱动电路的不同之处是在二极管D901的正极和信号线之间增加了一个放大器900。
放大器900将预定数据信号以预定增益放大并输出一个具有预定电平的模拟信号，以便使与对应实现单元最佳亮度值的电流值的电荷在控制信号充电区间A中充入电容C901。经放大器900放大后的模拟数据信号输入到二极管D901的正极，充电区间A中的控制信号输入到二极管D901的负极。
在充电区间A中，二极管D902导通而发光设备D902截止，电容C901充电，其电荷量对应充电区间A的控制信号的电压电平和经放大器900放大后的模拟数据信号的电压电平之间的电势差。
充电区间A结束后，在放电区间B，二极管D901截止而发光设备D902导通，由电容C901所充的电荷量和控制信号的电压升高斜率决定的电流通过发光设备D902放电。此时发光设备D902发光，亮度值对应于电流值。
因此，流经发光设备D902的电流值可由经放大器900放大的模拟数据信号来控制，从而实现对相应单元亮度值的精确控制。
优选的是，施加到预定单元所在行的控制信号的周期的最大值等于显示板的帧周期(frame cycle)，建议将控制信号充电区间A的宽度设置为以控制信号的周期除以显示板的行数所得的值。因而要增加单元的亮度值，应增大电容C901的电容值，或设置控制信号周期使帧周期小于其预定倍数，这样发光设备的驱动方法的重复次数为该预定倍数。
同样，在图9采用模拟方法的发光设备驱动电路中，可以在放大器900的前面增加一个限幅单元(未示)，用来将输入数据信号的电压电平限制到预定值。
以下将参考图10详细说明在图2的本发明所述发光设备的驱动电路中，采用数字方法的数据信号施加到预定单元所在列时是如何驱动发光设备的。
参见图10，采用数字方法的发光设备D102的驱动电路包括一个开关装置100、一个二极管D101、发光设备D102和一个电容C101，其中开关装置100连接在接地点和二极管D101的正极之间。此处二极管D201的正极无需接地，而可以连接到一个电压电源，在图3的充电区间A中，该电压电源的接通电压足以使二极管D201导通。
开关装置100由预定开关信号控制，可以使二极管D101的正极处于以下三种状态之一接地状态、施加接通电压状态和浮动状态。换言之，只有在根据开关信号控制开关装置100导通时，二极管D101的正极才会是0V或输入接通电压。
下文中，当开关装置100导通/截止时，结合控制信号的各个区间详细说明发光设备的驱动电路的工作方式。
开关装置100导通且0V的数字数据信号施加到二极管D101的正极，在充电区间A，低电平控制信号被施加到二极管D101的负极。则二极管D101导通而发光设备D102截止。这时电容C101充电，其两端电压等于充电区间A的控制信号电压电平与数字数据信号电压电平0V之间的电势差。接下来，在放电区间B，控制信号被施加到电容C101，二极管D101截止而发光设备D102导通，电容C101放电，由电容C101所充电荷量和控制信号的电压上升斜率决定的电流流经发光设备D102。发光设备的发光亮度由通过的电流决定。
同时，如果开关装置100截止而二极管D101的正极处于浮动状态，在充电区间A中输入到二极管D101正极的数字数据信号的电压电平与控制信号电压电平之间就不会产生电势差。这样也不产生电流，因而电容C101不充电。同样，尽管在放电区间B控制信号被施加到电容C101，但电容C101也不充电。因此，没有放电电流通过发光设备D102，发光设备D102不发光。
可见，流经发光设备D102的电流是由开关装置100导通和/或截止时产生的数字数据信号来控制的，从而实现对应单元的精确亮度值。每个单元的亮度值是由一个帧周期中电流通过发光设备D102的次数，即发光设备D102的导通次数决定的。例如，在8位灰度级中，相应单元的亮度值是由一个帧周期内控制信号施加到每个单元255次，发光设备D102的发光次数来决定的。
举例说明，若将一个预定单元设置为最低亮度值，则开关装置100在255次扫描中保持为截止状态。另一方面，若将该单元设置为最高亮度值，则开关装置100在255次扫描中保持为导通状态。
因此，当充电区间A中控制信号施加到每个单元所在行时，本发明所述发光设备的驱动电路根据施加到每个单元所在列的数据信号来控制流经发光设备的电流值，从而实现每个单元的精确亮度值。
综上所述，本发明所述发光设备的驱动电路具有以下优点。
首先，通过向形成显示板每个单元的发光设备，如有机场致发光设备施加在一个数组扫描周期中一致的电流，来对每个单元进行驱动，这样提高了显示板的电功率的效率，提高了产品的可靠性。第二，通过采用最佳电流值来驱动发光设备，可以精确实现显示板每个单元的亮度值，从而提高产品的质量。另外，发光设备通过一个二极管和一个电容来驱动，这样可以简化每个单元驱动电路的制作工艺。第三，应用二极管的导通特性实现了高速切换，这样可以很方便地采用数字驱动方法，进一步实现精确的灰度级。第四，控制信号跳变到预定值时，由于二极管截止，电容开始放电。由此可以防止单元之间的串话，发光设备的发光亮度由特定的帧频决定，而且在有源矩阵显示板上也可以达到同样效果。
工业实用性本发明所述发光设备的驱动电路应用于具有矩阵显示板的视频显示器，该矩阵显示板采用流控发光设备，从而降低了电功率的效率，提高了质量和可靠性，并简化了该显示板的制造工艺，降低了制造成本。
虽然结合优选实施例对本发明进行了具体的显示和说明，但本领域技术人员仍然可以在不脱离下述定义的本发明的实质和范围的情况下做出各种形式上和细节上的变化。
权利要求
1.一种发光设备的驱动电路，该发光设备具有第一极和与第一极相反的第二极，该电路包括包括施加有预定数据信号的第一极和与所述第一极相反且与发光设备的第一极相连的第二极的二极管；以及电容，其包括连接到发光设备的第一极与二极管的第二极之间的接触点的第一端，和施加有预定控制信号的第二端，其中，如果二极管导通、发光设备截止，对应于控制信号电压电平和数据信号电压电平的差值的电荷被充电；如果二极管截止、发光设备导通，则被充电的电荷通过发光设备放电。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于所述二极管的第一极和所述发光设备的第一极为正极，所述二极管的第二极和所述发光设备的第二极为负极。
3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于所述控制信号的一个周期包括第一区间和第二区间，第一区间具有预定低电平电压，第二区间具有高电平电压，第一区间的电压跳变到一个预定电压之后，电压以预定斜率上升。
4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于所述发光设备在第二区间发光，流经发光设备的电流量取决于在第一区间施加到所述二极管第一极的数据信号的高电平电压与控制信号的低电平电压之间的电势差、所述电容的电容值以及第二区间的长度。
5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于所述二极管的第一极和所述发光设备的第一极为负极，所述二极管的第二极和所述发光设备的第二极为正极。
6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于所述控制信号的一个周期包括第一区间和第二区间，第一区间具有预定高电平电压，第二区间具有低电平电压，第一区间的电压跳变到一个预定电压之后，电压以预定斜率下降。
7.根据权利要求6所述的电路，其特征在于所述发光设备在第二区间发光，流经发光设备的电流量取决于在第一区间施加到所述二极管第一极的数据信号的低电平电压与控制信号的高电平电压之间的电势差、所述电容的电容值以及第二区间的长度。
8.根据权利要求6所述的电路，还包括开关装置，连接于电压电源和所述二极管的第一极之间，该电压电源的接通电压足以使所述二极管在控制信号的第一区间导通，所述开关装置由预定开关信号控制，使所述二极管的第一极处于施加接通电压状态和浮动状态中的一种。
9.根据权利要求8所述的电路，其特征在于所述发光设备的亮度值由一个帧周期中该发光设备的导通次数决定，该导通次数由所述开关信号控制。
10.根据权利要求1所述的电路，还包括放大器，连接到所述二极管的第一极，放大所述数据信号的电压电平，以使所述发光设备达到期望的亮度值。
11.一种矩阵显示板，其中，扫描线和信号线在基片上排列成矩阵形状，在扫描线和信号线之间的交叉点附近至少存在一个单元，每个单元包括具有第一极和与所述第一极相反的第二极的发光设备；包括通过信号线施加有预定数据信号的第一极和与所述第一极相反且与发光设备的第一极相连的第二极的二极管；以及电容，其包括连接到发光设备的第一极与二极管的第二极之间的接触点的第一端，和通过扫描线施加有预定控制信号的第二端，其中，如果二极管导通、发光设备截止，对应于控制信号电压电平和数据信号电压电平的差值的电荷被充电；如果二极管截止、发光设备导通，则被充电的电荷通过发光设备放电。
12.根据权利要求11所述的显示板，其特征在于所述二极管的第一极和所述发光设备的第一极为正极，所述二极管的第二极和所述发光设备的第二极为负极。
13.根据权利要求12所述的显示板，其特征在于一个具有预定相位延迟的控制信号被施加到每个单元的所在行，该控制信号的一个周期包括第一区间和第二区间，其中第一区间具有预定低电平电压，第二区间具有高电平电压，第一区间的电压跳变到一个预定电压之后，电压以预定斜率上升。
14.根据权利要求13所述的显示板，其特征在于所述发光设备在第二区间发光，流经发光设备的电流量取决于在第一区间施加到所述二极管第一极的数据信号的高电平电压与控制信号的低电平电压之间的电势差、所述电容的电容值以及第二区间的长度。
15.根据权利要求11所述的显示板，其特征在于所述二极管的第一极和所述发光设备的第一极为负极，所述二极管的第二极和所述发光设备的第二极为正极。
16.根据权利要求15所述的显示板，其特征在于一个具有预定相位延迟的控制信号被施加到每个单元的所在行，该控制信号的一个周期包括第一区间和第二区间，其中第一区间具有预定高电平电压，第二区间具有低电平电压，第一区间的电压跳变到一个预定电压之后，电压以预定斜率下降。
17.根据权利要求16所述的显示板，其特征在于所述发光设备在第二区间发光，流经发光设备的电流值取决于在第一区间施加到所述二极管第一极的数据信号的高电平电压与控制信号的低电平电压之间的电势差、所述电容的电容值以及第二区间的长度。
18.根据权利要求13所述的显示板，其特征在于施加到每个单元所在行的所述控制信号的周期的最大值为所述显示板的帧周期。
19.根据权利要求18所述的显示板，其特征在于所述控制信号第一区间的宽度值通过将所述控制信号的周期除以所述显示板的行数而得到。
全文摘要
本发明提供了一种发光设备的驱动电路和一种应用该电路的矩阵显示板。所述具有一个第一极和与第一极相反的第二极的发光设备的驱动电路包括二极管和电容，所述二极管具有一个施加有预定数据信号的第一极和与第一极相反且连接到所述发光设备的第一极的第二极；该电容包括与所述发光设备第一极和所述二极管第二极之间的接触点相连接的第一端，以及施加有预定控制信号的第二端。据此，如果所述二极管导通且所述发光设备截止，对应于所述控制信号电压电平与所述数据信号电压电平之差的电荷被充电；如果所述二极管截止且所述发光设备导通，则被充电的电荷通过发光设备放电。
文档编号G09G3/32GK1623179SQ03802794
公开日2005年6月1日 申请日期2003年1月29日 优先权日2002年1月29日
发明者徐钟旭, 金永宽 申请人:奎斯尔显示器有限公司