专利名称：有机发光二极管驱动电路的方法
技术领域：
本发明是关于有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)的驱动电路，且特别是有关于一种有机发光二极管驱动电路的方法，用于改善有机发光二极管电力消耗问题的驱动方法。
背景技术：
有机发光二极管与一般的发光二极管应用的原理近似。依其所使用的有机薄膜材料的不同，大致可分为二类，一是以小分子组件系统(smallmolecule-based device)来当发光组件的有机发光二极管被称为OLED，另一则是以高分子材料组件系统(polymer-based device)的共轭性高分子为发光组件的高分子发光二极管则被称为PLED。
有机发光二极管的发光原理是利用材料的特性，将利用电子传输层(Electron Transport Layer，ETL)传输的电子与利用电洞传输层(HoleTransport Layer，HTL)传输的电洞在发光材料层(Emitting MaterialLayer，EML)相结合，而将发光材料由电子激发态的形式降回到基态，将多余的能量以光波的形式释出，而依不同组件材料所释放出不同波长的光来达到显示的效果。其基本架构可由薄而透明半导体性质的铟锡氧化物(ITO)为阳极与金属阴极如同三明治般将有机材料层包夹其中，有机材料层包括电洞传输层(HTL)、发光层(EL)、与电子传输层(ETL)。当电池提供适当的电压(低伏特数的特性)，注入正极的电洞与阴极来的电荷在发光层结合时，即可激发有机材料产生光亮(electroluminescence)，有机层的架构与正负极的选择设计是让OLED装置充分发挥发光功效的关键。
有机发光二极管，又称为有机电激发光二极管(OrganicElectroluminescence Diode，OELD)可以提供比现在一般平面显示器更明亮且清晰的全彩影像与更快速的反应速度。平面显示器(Flat PanelDisplay-FPD)为目前最重要的电子信息产品。在多媒体信息依赖度极高的现代社会中，对各种显示器的需求不断增加，尤其对轻、薄、省电的携带式平面显示器信息产品的需求最为殷切，因而带动平面显示器产业的蓬勃发展。OLED所制成的平面显示器具有自发光、广视角(＞170°)、高对比、分辨率高、响应速度快(＜10ms，速度比TFT-LCD要快数百倍以上)、低操作电压、低耗电量、制程简易等优点。此外，OLED的面板厚度约为2mm，除了因组件特性有操作温度广与大尺寸的潜力外，另具备可挠曲的特性。
因此，OLED显示器可开拓的市场空间相当可观。举例来说，LCD显示器在低温的环境中会因为分子特性而无法使用，但OLED则无此困扰；利用OLED自发光的显示特性，在环境光源不足的环境中，其可提供的显示品质与较低的电力需求，远优于需要使用背光源的LCD显示器；而在某些特定的应用领域中，其所需要的显示效果是一般LCD显示器无法满足的，此时低成本、厚度薄、对影像信号反应速度快的OLED显示器相对于LCD显示器来说，未来应有更多适合OLED发挥显示特性的领域被发掘。
欲提供高品质的OLED显示器，除了显示面板研究发展的脚步之外，符合市场需求的驱动芯片亦是一大重要课题。如同前面所述，目前商品化的OLED显示器绝大部份以单色或区域彩色为主，全彩产品则仍属极少量，主要因素是目前红、绿、蓝三原色的发光材料寿命以及发光效率差距仍然过大，红色及蓝色发光材料还不够成熟，离真正能量产化尚有一段距离。此外，目前市场上可见的OLED驱动芯片与LCD驱动芯片相比较，仍属开发中阶段，并多为客制化规格，而彩色驱动芯片更是寥寥可数且价格不菲，所以，驱动芯片开发的配合更是OLED能否成功的一大主要因素。
请参照图1，图1是有机发光二极管13与相关驱动电路的示意图，其中驱动电路包含电源11、电流源12、共同信号15与晶体管16。电容14用来表示有机发光二极管的寄生电容，而在图1中的有机发光二极管13则用来表示理想发光二极管。有机发光二极管13与电容14的结合则可用来表示实际有机发光二极管的等效电路模型。图中，电容14以并联方式连接到有机发光二极管13，其中该有机发光二极管13具有阴极端点与阳极端点。使该有机发光二极管13发光的方式是在该有机发光二极管13的阳极端点接正电压使之与阴极端点产生正电压差。有机发光二极管13的阴极端点连接于晶体管16的漏极端点，其中该晶体管16为N型金氧半导体组件，其栅极连接到共同信号15，当共同信号15超过该晶体管16的临界电压值，该晶体管16的漏极端点与源极端点为导通状态，当共同信号15低于该晶体管16的临界电压值，该晶体管16的漏极端点与源极端点为不导通状态。另外，有机发光二极管13的阳极端点连接到电流源12，其中该电流源12连接到电源11。
请参照图2，图2是传统有机发光二极管驱动电路的控制信号波形示意图，其中波形图211为附加于有机发光二极管阳极端点的电压示意图；波形图212为附加于有机发光二极管阴极端点的电压示意图。波形图211的电压电平21为低电平，其电压电平可为0V~3V或低于发光二极管导通电压；电压电平23为高电平，其电压电平可为9V~12V或更高，其电压电平可依状况调整。波形图212的电压电平29为高电平，其电压电平可为9V~12V或更高，其电压电平可依状况调整；电压电平210为低电平，其电压电平可为0V~3V或低于发光二极管导通电压，其中电压的提供可由电路内部产生或由外部电路控制产生。传统的驱动程序分成四个阶段，第一阶段25为提前充电时间，其中充电时，有机发光二极管阳极端点的电压如波形22所示，电压由电压电平21上升至电压电平23。此时，有机发光二极管阴极端点的电压由电压电平29下降至电压电平210，也就是晶体管16为导通状态；第二阶段26为显示阶段，此时电流流经有机发光二极管；第三阶段27为放电阶段，其中电压的电平可由电路内部产生或由外部电路控制产生，有机发光二极管阳极端点的电压由电压电平23下降至电压电平21，其波形如波形24；第四阶段28为重置阶段，主要为清除寄生电容残余电荷，其中，重置时的电压电平只需降低而不致使有机发光二极管导通即可。另外，有机发光二极管阴极端点的电压由电压电平210上升至电压电平29。
请参照图3，图3是另一种传统有机发光二极管驱动电路的控制信号波形示意图，其中波形图39为附加于有机发光二极管阳极端点的电压示意图；波形图310为附加于有机发光二极管阴极端点的电压示意图。波形图39的电压电平32为低电平，其电压电平可为0V~3V；电压电平31为高电平，其电压电平可为9V或12V，其电压电平可依状况调整。波形图310的电压电平37为高电平，其电压电平可为9V或12V，其电压电平可依状况调整；电压电平38为低电平，其电压电平可为0V~3V。此传统的驱动程序分成三个阶段，第一阶段34是放电阶段，有机发光二极管阳极端点的电压由电压电平31下降至电压电平32，此时，有机发光二极管阴极端点的电压由电压电平37下降至电压电平38，也就是晶体管16为导通状态；第二阶段35为提前充电时间，其中充电时，有机发光二极管阳极端点的电压如波形33所示，电压由电压电平32上升至电压电平31；第三阶段36是显示阶段，此时电流流经有机发光二极管。另外，在第三阶段终了时，有机发光二极管阴极端点的电压由电压电平38上升至电压电平310。
参考美国专利No.6,914,388，该专利揭露一种控制有机发光二极管面板的方法。此美国专利所揭露控制有机发光二极管面板的技术可为本发明所参考的的技术。该专利在共同信号部份增加了高阻抗的状态以改善面板的耗电问题。但仍未解决传统有机发光二极管的驱动方式仍存在的过度充电问题。由于传统提前充电阶段的充电电位皆设定于系统的高电位，因此将造成过多的电荷存在于有机发光二极管的寄生电容，导致灰阶显示效果不佳。由的技术已知，在提前充电阶段时共同信号已经打开而使有机发光二极管阴极端点连接至接地端，因此会有部分电流流经二极管。但是，一旦到达二极管的临界电压值，二极管即会发光，此部份的亮度也会导致显示效果不佳。另外，存在于寄生电容的电荷也会经由二极管流至接地端，二极管在正式显示阶段前即导通发光而会在人眼造成暂留现象，导致灰阶显示效果不佳。从另一角度来说，在提前充电阶段时，因提前充电的动作而使寄生电容上储存过多的电荷，这些过多的电荷也会在提前充电阶段导致二极管发光。综合电源与寄生电容提供的电荷，将使二极管发出较预期亮的亮度。
发明内容
因此，本发明提供一种有机发光二极管驱动电路的方法，用以解决的有机发光二极管的驱动方式仍然存在的过度充电问题并且改善有机发光二极管在驱动时消耗的电力。
为达成上述目的，本发明提出一种有机发光二极管驱动电路的方法，该方法是在第一提前充电时间，驱动有机发光二极管的阳极端点自阳极电压低电平至阳极电压次高电平，该有机发光二极管的阴极端点在第一提前充电时间结束时或结束前保持于阴极电压高电平；在显示阶段，驱动该有机发光二极管的阳极端点自阳极电压次高电平至阳极电压高电平，该有机发光二极管的阴极端点在显示阶段开始时或开始前自阴极电压高电平至阴极电压低电平；在放电阶段，驱动有机发光二极管的阳极端点自阳极电压高电平至阳极电压低电平，该有机发光二极管的阴极端点自阴极电压低电平至阴极电压高电平；其中，该有机发光二极管的阳极端点的电压高电平(称之为阳极电压高电平)可不同于该有机发光二极管的阴极端点的电压高电平(称之为阴极电压高电平)；其中，该有机发光二极管的阳极端点的电压低电平(称之为阳极电压低电平)可不同于该有机发光二极管的阴极端点的电压低电平(称之为阴极电压低电平)；其中，该有机发光二极管的阳极端点的电压次高电平，称之为阳极电压次高电平；其中，该有机发光二极管的阳极电压高电平大于该阴极电压低电平至少一个有机发光二极管临界电压值；以及该有机发光二极管的阳极电压低电平小于该阴极电压高电平至少一个有机发光二极管临界电压值。
另一方面，本发明提出一种有机发光二极管驱动电路的架构，包含电流源，该电流源提供电流于有机发光二极管的一端点；晶体管，其中该晶体管的栅极连接于共同讯号；其中该晶体管的另一端点连接到该有机发光二极管的另一端点；其中，在第一提前充电时间，该电流源驱动有机发光二极管的阳极端点自阳极电压低电平至阳极电压次高电平，该晶体管关闭使该有机发光二极管的阴极端点在第一提前充电时间结束时或结束前保持于阴极电压高电平；其中，在显示阶段，该电流源驱动有机发光二极管的阳极端点自阳极电压次高电平至阳极电压高电平，该晶体管驱动该有机发光二极管的阴极端点在显示阶段开始时或开始前自阴极电压高电平至阴极电压低电平；其中，在放电阶段，该电流源关闭使有机发光二极管的阳极端点自阳极电压高电平至阳极电压低电平，该晶体管关闭使该有机发光二极管的阴极端点自阴极电压低电平至阴极电压高电平；其中，该有机发光二极管的阳极端点的电压高电平(称之为阳极电压高电平)可不同于该有机发光二极管的阴极端点的电压高电平(称之为阴极电压高电平)；其中，该有机发光二极管的阳极端点的电压低电平(称之为阳极电压低电平)可不同于该有机发光二极管的阴极端点的电压低电平(称之为阴极电压低电平)；其中，该有机发光二极管的阳极端点的电压次高电平，称之为阳极电压次高电平；其中，该有机发光二极管的阳极电压高电平大于该阴极电压低电平至少一个有机发光二极管临界电压值；以及该有机发光二极管的阳极电压低电平小于该阴极电压高电平至少一个有机发光二极管临界电压值。
图1是传统有机发光二极管与驱动电路示意图；图2是一种传统驱动电路的驱动波形图；图3是另一种传统驱动电路的驱动波形图；以及图4是依照本发明的实施例的驱动电路产生的驱动波形图。
具体实施例方式
请参照图4，其图示的波形是依照本发明所提供的方法而产生的波形。其中，波形图413是附加于有机发光二极管阳极端点的电压示意图；波形图414是附加于有机发光二极管阴极端点的电压示意图。参考波形图413，驱动有机发光二极管阳极端点的电压可分为第一阶段46，即第一提前充电时间；第二阶段48，即显示阶段，其包括第二提前充电时间47；以及第三阶段49，即放电阶段。与传统技术不同之处在于依照本发明所提供的方法而产生的第一提前充电时间。传统的技术通常是由驱动电路的电力源提供有机发光二极管阳极端点电流及等同于电力源电压值的高电压，如此造成有机发光二极管消耗许多电力在显示阶段之外的时间并且造成有机发光二极管激活过慢影响显示品质。依照本发明所提供的方法，增加第一提前充电时间使得有机发光二极管在第一阶段46当中由驱动电路的电力源或是另一电压调整器产生的电力源提供电流。在此时间内将有机发光二极管阳极端点的电压预先充至次高电压415，其中此次高电压415可以是高于阳极端点电压低电平的电压41，其中此次高电压415在依照本发明所提供的方法的实施例当中可以特别是接近于有机发光二极管临界电压值的电压。
在有机发光二极管阳极端点尚未升高至次高电压415或约略高于次高电压415时，有机发光二极管尚未完全开启。因此，由驱动电路的电力源或是另一电压调整器产生的电力源提供的电流供给可完全输入图1的有机发光二极管寄生电容14而不会有如传统技术中的电流耗损。另外，由于预先对有机发光二极管阳极端点充电至接近于有机发光二极管临界电压值的电压使得在显示阶段时有机发光二极管可以在短时间内点亮。与传统技术相比，本发明对于显示阶段时间更可精准控制以获得更高品质的显示效果。
请再参照图4，波形图413的电压电平41是低电平，其电压电平可约为0V~3V，特别是在0V~1V；电压电平44是高电平，其电压电平可约为3V~18V，其电压电平可依状况调整。波形图414的电压电平411是高电平，其电压电平可约为3V~18V，其电压电平可依状况调整；电压电平412是低电平，其电压电平可约为0V~6V，其电压电平可依状况调整。此外，电压电平415是次高电平，其电压电平可约为1V~17V，特别是在2V~10V或是该有机发光二极管的临界电压值。依据本发明的驱动程序分成四个阶段，第一阶段46是第一提前充电时间，其中充电时，有机发光二极管阳极端点的电压如波形42所示，电压由电压电平41上升至电压电平415。此时，有机发光二极管阴极端点的电压为电压电平411，也就是晶体管16为不导通状态；第二阶段48是显示阶段，此时电流流经有机发光二极管；第三阶段49是放电阶段，有机发光二极管阳极端点的电压由电压电平44下降至电压电平41，其波形如波形45；第四阶段410是重置阶段，主要为清除寄生电容残余电荷。另外，有机发光二极管阴极端点的电压由电压电平412上升至电压电平411。其中，显示阶段48还可包括第二提前充电时间47，其中有机发光二极管阳极端点自电压次高电平415充电至高电压电平44。其中，有机发光二极管阴极端点的电压在显示阶段48与放电阶段49皆为电压电平412，而在重置阶段410是电压电平411。
第一提前充电时间46的目的为预先对于有机发光二极管的寄生电容做充电动作，以提高有机发光二极管的反应速度。在第一提前充电时间46内，驱动电路输入电流使有机发光二极管阳极端点的电压上升至次高电平415。此时，有机发光二极管阴极端点的电压为电压电平411，有机发光二极管阳极端点的电压与有机发光二极管阴极端点的电压为逆向电压，二极管尚未导通，漏电流大幅度减小。因此，电流消耗可进一步改善。更进一步，第一提前充电时间46可经由控制驱动电路输入电流的大小与输入电流的时间来准确控制第一提前充电时间46中第一提前充电时间46的升压波形。
由于在第一提前充电时间46内，驱动电路输入电流使有机发光二极管阳极端点的电压上升至次高电平415。此时进入第二提前充电时间47之后，由于有机发光二极管的寄生电容已预先充电至电压次高电平415也就是已有大量电荷储存于有机发光二极管的寄生电容之中，使得有机发光二极管在第二提前充电时间47具有快速反应的特征，因此，第二提前充电时间47所需时间极短，使得显示品质较原先技术来得优良。
另一方面，在传统技术中，当像素组成信号(Segment)在做提前充电动作时，共同讯号已经打开，也就是有机发光二极管阴极端点已经接地。此过程会导致有机发光二极管导通并且过量的电荷会积存于二极管的寄生电容，而二极管的寄生电容的跨压更可能大于有机发光二极管在显示阶段时的电压电平。此时，在驱动电路对有机发光二极管导入电流时，寄生电容的跨压也会对于产生电流流经有机发光二极管而使有机发光二极管的亮度高于预期中的亮度，灰阶的品质因此受到影响。相反的，在本发明当中，在第一提前充电时间46内，驱动电路输入电流使有机发光二极管阳极端点的电压上升至次高电平415。此时，有机发光二极管阴极端点的电压依然保持于电压电平411，使得有机发光二极管阳极端点与阴极端点仍然保持逆压状态，也就是不导通状态。因此，传统技术中的超量电荷并不会在本发明中产生，所以流经有机发光二极管的电流可保持均匀并且不会有过量的情形发生。
另一方面，依照本发明所产生的充电时间，如图4的第一阶段46与第二提前充电时间47可比传统技术当中的第一阶段25时间更短。另外，总电力消耗计算通常是消耗功率的时间积分，而消耗功率又是电压与电流的乘积或正比于电压值的平方。比较图2与图4的充电阶段，一方面依照本发明的驱动架构可提供较短提前充电时间又可以较低的充电电压值，其中图4中电压波形42的电压值远小于图2中波形22的电压值。理论上可以减少单一有机发光二极管总电力消耗达百分之七十。本发明的驱动架构还可应用于使用有机发光二极管的面板上，可进一步改善通常存在于有机发光二极管面板的高耗电问题。如此，有机发光二极管面板以其高反应速度与高品质的特性，应可取代目前液晶面板以提供更好的显示效果。
权利要求
1.一种发光二极管驱动电路的方法，该方法包括下列步骤在第一提前充电时间内，驱动发光二极管的阳极端点自阳极电压低电平至阳极电压次高电平，所述发光二极管的阴极端点在所述第一提前充电时间结束时或结束前保持于阴极电压高电平；在显示阶段内，驱动所述发光二极管的所述阳极端点自所述阳极电压次高电平至阳极电压高电平，所述发光二极管的所述阴极端点在所述显示阶段开始时或开始前自所述阴极电压高电平至阴极电压低电平；在放电阶段，驱动所述发光二极管的所述阳极端点自所述阳极电压高电平至所述阳极电压低电平，所述发光二极管的阴极端点自所述阴极电压低电平至所述阴极电压高电平。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述发光二极管是有机发光二极管。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述显示阶段步骤更包括第二提前充电时间，在所述第二提前充电时间内，所述发光二极管的所述阳极端点自所述阳极电压次高电平充电至所述阳极电压高电平。
4.如权利要求1所述的方法，其中还包括重置阶段，主要是清除寄生电容残余电荷，所述发光二极管的所述阳极端点自所述阳极电压高电平放电至所述阳极电压低电平，并且所述发光二极管的所述阴极端点自所述阴极电压低电平充电至所述阴极电压高电平。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述阳极电压次高电平是所述发光二极管的临界电压值。
6.一种发光二极管驱动电路的架构，该架构包括电流源，所述电流源提供电流于发光二极管的阳极端点；晶体管，其中所述晶体管的栅极连接到共同讯号；其中所述晶体管的另一端点连接到所述发光二极管的阴极端点，而所述晶体管的再一端点连接到接地端；其中，在第一提前充电时间内，所述电流源驱动所述发光二极管的所述阳极端点自阳极电压低电平至阳极电压次高电平，所述晶体管关闭使所述发光二极管的所述阴极端点在所述第一提前充电时间结束时或结束前保持于阴极电压高电平；其中，在显示阶段内，所述电流源驱动所述发光二极管的所述阳极端点自所述阳极电压次高电平至阳极电压高电平，所述晶体管驱动所述发光二极管的所述阴极端点在该显示阶段开始时或开始前自所述阳极电压高电平至所述阳极电压低电平；以及其中，在放电阶段内，该电流源关闭使所述发光二极管的所述阳极端点自所述阳极电压高电平至所述阳极电压低电平，所述晶体管关闭使所述发光二极管的所述阴极端点自所述阴极电压低电平至所述阴极电压高电平。
7.如权利要求6所述的架构，其中所述发光二极管是有机发光二极管。
8.如权利要求6所述的架构，其中所述显示阶段步骤还包括第二提前充电时间，在所述第二提前充电时间内，所述电流源驱动所述发光二极管的所述阳极端点自所述阳极电压次高电平充电至所述阳极电压高电平。
9.如权利要求6所述的架构，其中还包括重置阶段，主要是清除寄生电容残余电荷，所述电流源关闭使所述发光二极管的所述阳极端点自所述阳极电压高电平放电至所述阳极电压低电平，并且所述晶体管关闭使所述发光二极管的所述阴极端点自所述阴极电压低电平充电至所述阴极电压高电平。
10.如权利要求6所述的架构，其中所述阳极电压次高电平是所述发光二极管的临界电压值。
11.一种发光二极管驱动电路的方法，该方法包括下列步骤在第一提前充电时间内，驱动发光二极管的阳极端点自阳极电压低电平至接近所述发光二极管的临界电压值，所述发光二极管的阴极端点在所述第一提前充电时间结束时或结束前保持于阴极电压高电平；在显示阶段内，驱动所述发光二极管的所述阳极端点自所述接近所述临界电压值的电压电平至阳极电压高电平，所述发光二极管的所述阴极端点在所述显示阶段开始时或开始前自所述阴极电压高电平至阴极电压低电平；以及在放电阶段内，驱动所述发光二极管的所述阳极端点自所述阳极电压高电平至所述阳极电压低电平，所述发光二极管的所述阴极端点自所述阴极电压低电平至所述阴极电压高电平。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述发光二极管是有机发光二极管。
全文摘要
一种有机发光二极管驱动电路的方法，该方法包括下列步骤在第一提前充电时间，驱动有机发光二极管的阳极端点自阳极电压低电平至阳极电压次高电平，该有机发光二极管的阴极端点地第一提前充电时间结束时或结束前保持于阴极电压高电平；在显示阶段，驱动有机发光二极管的阳极端点自阳极电压次高电平至阳极电压高电平，该有机发光二极管的阴极端点在显示阶段开始时或开始前自阴极电压高电平至阴极电压低电平；在放电阶段，驱动有机发光二极管的阳极端点自阳极电压高电平至阳极电压低电平，该有机发光二极管的阴极端点自阴极电压低电平至阴极电压高电平。藉由分段驱动方法，用于改善有机发光二极管电力消耗问题的驱动方法。
文档编号G09G3/30GK101025892SQ200610057678
公开日2007年8月29日 申请日期2006年2月24日 优先权日2006年2月24日
发明者李宣沃, 黄秀如, 江建志 申请人:悠景科技股份有限公司