显示装置和显示装置的驱动方法

专利名称：显示装置和显示装置的驱动方法
技术领域：
本发明涉及显示装置及其驱动方法，所述显示装置包括多条相互 交叉的信号线和扫描线、提供有保持电容器和开关元件的像素电路、
以及发光元件。特别地，本发明涉及诸如有机电致发光(EL)元件的 含耦合电容的电流驱动型发光元件的显示装置及其驱动方法。
背景技术：
近年来，显示装置得到积极开发。在这样的显示装置中，具有用 于发光元件的有机EL元件的显示装置正受到关注。有机EL元件是 使用如下原理的自发光元件其中，通过施加电压分别从阳极和阴极 注入的空穴和电子之间的复合能量导致从由有机材料制成的发光层发 光。
图24示出基本的有机EL元件的截面图。有机EL元件201具有 在衬底2501上层叠的阳极2502、发光层2503和阴极2504。图中未示
连接，使得通过驱动电路产生的电压被施加到阳极和阴极。所述电压 :故施加到有机EL元件201并由此电流流动，l吏得以希望的亮度进行 发光。
迄今为止，已提出了具有有机EL元件的显示装置的各种驱动方 法。但是，随着显示器的分辨率和驱动速度增加，对于提高要输入到 各个像素的(写入)图像数据的程序速度的要求增加。 一般将驱动方 法分为电压编程方法和电流编程方法，并且，特别地，低灰度 (gradation)时的慢编程速度是电流编程方法中的问题。另一方面， 在电压编程方法中难以补偿有机EL元件的电流-电压特性的变化以 及开关元件的迁移率的变化。
首先，将简要说明电压编程方法的显示装置。图25是布置有像素 107的基于电压编程方法的显示装置的例子，所述像素107分别具有 多个有机EL元件201、保持电容器301、选择晶体管302和驱动晶体 管303。
在图25中，以矩阵的形式布置大量的像素107以配置显示区域。 这里，为了使图简化，示出用于涵盖第i行到第i+l行和第i列到第i+l 列的两行和两列的像素布置的例子。为显示区域中的像素电路IOI分 别布i更扫描线202。扫描信号X(i) X(i+l)被依次输入扫描线202。由 此，对于各行选择各个像素107。另外，布设向各个像素供给图像数 据即亮度数据Y(i) Y(i+l)的信号线103。
在以下的说明中，将通过举例说明用于第i行和第i列的像素(i， i)的像素电路来说明像素电路IOI。这里，其它像素的像素电路将具
有完全相同的电路配置。另外，有机EL元件201被用作显示元件并 且薄膜晶体管被用作像素电路中的开关元件。
如图25所示，像素电路101包括用于选择像素107的选择晶体管 302、用于保持数据电压的保持电容器301和用于驱动有机EL元件 201的驱动晶体管303。保持电容器301是将用于显示图像的图像数据 编程为电压并在通过扫描线的信号对下一图像数据进行编程之前保持 该电压的电容器。从信号线103以电压的形式给出亮度数据。与数据 电压对应的电流在有机EL元件201中流动。
作为特定的连接关系，有机EL元件201的阳极2502与电源电压 305 (以下称为Vdd)连接。驱动晶体管303 4皮连接在有机EL元件 201的阴极2504和共用的接地线304之间。保持电容器301被连接在 驱动晶体管303的栅极和共用的接地线304之间。选择晶体管302被 连接在信号线103和驱动晶体管303的栅极之间。栅极与扫描线202 连接。
在利用上述的电压编程方法的显示装置中，为了补偿有机EL元 件、选择晶体管和驱动晶体管的性能变化，提出了各种电路配置和驱 动方法。
在电压编程方法的情况下，可通过添加用于补偿的晶体管和保持
电容器来补偿有机EL元件、选择晶体管和驱动晶体管的阈值电压变 化。
但是，难以补偿有机EL元件的电流-电压特性变化和晶体管的 迁移率变化。为了补偿这些变化，提出了包含像素电路外面的恒流源 的、利用电流编程方法的显示装置的驱动方法。
由于通过使得用于获得希望的亮度的数据电流在像素电路中的晶 体管和有机EL元件之一中流动而确定保持电容器的电压，因此，电 流编程方法能够更精确地补偿有机EL元件和晶体管的性能变化。
图3是示出Nathan等人在美国专利申请公开No. 2007/080908说 明书中提出的电流编程方法的显示装置的像素的示图。
该4象素电路包括开关电路401和电流反射镜(current mirror )电 路402，所述开关电路401包含两个选择晶体管Tl和T2，所述电流 反射镜电路402包含参考晶体管T3和驱动晶体管T4。参考晶体管T3 和驱动晶体管T4的控制端子(栅极)均与保持电容器的端子连接。 晶体管T3和T4中的每一个的一个主电极(源极)与有机EL元件201 连接。
这里，晶体管Tl T4是n型薄膜晶体管。
这里的像素电路的第 一技术优点在于，由于该像素电路是电流反 射镜电路，因此，能够将选择晶体管T1和T2以及驱动晶体管T4承 担的负载分开。即，由于电流可从电源电压Vdd305仅通过驱动晶体 管T4在有机EL元件201中流动，因此，可使得电力消耗小。第二技 术优点在于，由于可以在数据电流403在有才几EL元件201中流动时 进行电流编程，因此能够补偿有机EL元件201的性能变化。
将简要说明在图3中示出的像素电路的电流编程方法。首先，用 要被激活的扫描线202的信号来选择选择晶体管Tl和T2。同步地， 图中未示出的恒流源向信号线103供给预定的数据电流403，使得通 过选择晶体管T2在保持电容器301中将电荷充电。当保持电容器301 被充电以达到预定的电压时，参考晶体管T3和驱动晶体管T4被激活，
使得电流开始在有机EL元件201中流动。这里，有机EL元件201 还具有耦合电容器。因此，这里耦合电容器被充电，使得在端子达到 预定电压之前所述预定的数据电流403不在有机EL元件201中流动。
随后，即使完成电流编程操作使得用扫描线202的信号使选择晶 体管Tl和T2以及参考晶体管T3失活(inactivate)，驱动晶体管 T4也利用保持电容器301的电压而维持ON状态。因此，与预定的数 据电流403对应的电流可继续从电源电压Vdd 305通过驱动晶体管T4 在有才几EL元件201中流动直到下一循环电流程序。
但是，图3示出的像素电路出现以下的问题。
这里的原因是，在低灰度时，对于保^T电容器和有机EL元件的 耦合电容器的充电不能跟上编程时间，从而导致充电不足。在上述的 电流程序中，在低灰度时，微电流必须对保持电容器和有机EL元件 的耦合电容充电。因此，要花费时间用于编程。因此，在低灰度时， 保持电容器和有机EL元件的耦合电容器变得充电不足。因此，不能 获得精确的灰度显示，而在面板显示屏中出现黑色浮动(black floating)，从而出现问题。
为了解决在电流编程方法中引起低灰度时的充电不足的问题，作 为现有技术提出称为预充电的技术。
预充电是在开始电流编程操作之前给信号线施加预定电压并因此 事先对电容器部件进行充电的技术。例如，在Nishigaki等人的美国 专利No. 6310589说明书中提出如图26~28所示的包含用于预充电的 充电电路的有机EL元件的驱动电路。
图26示出在图27中示出的无源矩阵(passive matrix)有机EL 元件201的像素107、与信号线103连接的恒流源501、和用于预充电 的充电电路502。
这里，将用图27简要说明无源矩阵驱动电路。如图27所示，通 过多个有机EL元件201、多条信号线103和多条扫描线202配置无源 矩阵驱动电路。为了使得像素107以预定的亮度发光，可以在相互交 叉的信号线103和扫描线202之间施加电压，4吏得预定的电流在有机
EL元件201中流动。
返回图26继续说明。各条信号线103在像素电路外面的面板外围 电路中提供有图26中的恒流源501和充电电路502。将说明图26中 的驱动电路的操作。首先，与恒流源501的输出同步，脉冲发生器503 的输出将变高，以将来自充电电路502的预充电电压V 504施加到信 号线103。预充电电压可在短时间内对有才几EL元件201的耦合电容 器进行充电，并可缩短直到有机EL元件201的发光的开始的时间。
图28示出图26中的驱动电路的时序图。图26示出无源矩阵驱动 电路。因此，当扫描线202的信号为低时，电压被施加到有机EL元 件201。在初始的预充电期间中，脉沖发生器503的输出变高以激活 充电电路502的开关SW。由此，信号线103的驱动波形迅速升高以 达到对有机EL元件201进行充电的预充电电压V 504。然后，在恒流 驱动期间中，脉冲发生器503的输出变低，以向信号线103供给仅来 自恒流源501的数据电流。
但是，本发明的发明人发现，即使对于图3中的有源矩阵的驱动 电路应用该预充电的方法，也不〗象缩短无源矩阵那样缩短有机EL元 件开始发光的时间，从而出现问题。
用包含图3所示的开关电路401、电流反射镜电路402和有机EL 元件201的像素代替图26和图27中的像素107。扫描线的信号从高 变为低或从低变为高。然后，可用图28中的时序图进行预充电。
但是，在有源矩阵的情况下，预充电电压不^L直接施加到有机EL 元件的耦合电容器，而被施加到保持电容器301。因此，用端子到端 子电压(terminal-to國terminal voltage )对有才几EL元件进行充电要花 费时间。因此，不像缩短无源矩阵那样缩短直到开始发光的时间。
除非在电流信号流入之前将有机EL元件的端子到端子电压充电 到一定程度，否则充电要花费时间。用于该期间的有机EL元件的端 子到端子电压的变化改变了参考晶体管T3的源极到漏极电压，以使 得没有精确的数据电流流动。因此，用于电流编程的时间将变长。因 此，对有机EL元件的耦合电容器进行充电在有源矩阵的有机EL元
件的像素电路中较慢，并且，电流编程要花费时间。
在低灰度时，与有机EL元件连接的参考晶体管T3和驱动晶体管 T4的栅极电压较低。在该时间，从参考晶体管T3和驱动晶体管T4 供给到有机EL元件的电流受到限制。因此，在低灰度时充电将花费 更长的时间。

发明内容
本发明的一个方面是提供能够在短时间内对发光元件的耦合电容 器和保持电容器进行充电的显示装置和该显示装置的驱动方法。
根据本发明的一个方面，本发明的显示装置包括扫描线；信号 线；以及被布置在扫描线与信号线交叉的位置中的像素电路，该像素 电路控制发光元件和要供给到该发光元件的电流，其中，根据施加到 扫描线的信号选择像素电路，并且，从信号线向选择的像素电路输入 信号，并且，像素电路包含保持电容器；根据施加到扫描线的信号 来打开和关闭发光元件的一个端子和信号线之间的连接的第一开关； 和根据施加到扫描线的信号来打开和关闭保持电容器的一个端子和信 号线之间的连接的第二开关，其中，第一和第二电压供给可切换地与 信号线连接，并且，在选择像素电路的期间中，第一电压供给与信号 线连接并且第一开关被闭合，使得第一电压供给的电压被施加到发光 元件的端子，并且，第二电压供给与信号线连接并且第二开关被闭合， 使得第二电压供给的电压被施加到保持电容器的一个端子。
根据本发明的另一方面，提供一种显示装置的驱动方法，该显示 装置包括扫描线；信号线；和被布置在扫描线与信号线交叉的位置 中的像素电路，该像素电路控制发光元件和要供给到该发光元件的电 流，其中，像素电路包含保持电容器；用施加到扫描线的信号来打 开和关闭发光元件的一个端子和信号线之间的连接的第一开关；根据 施加到扫描线的信号来打开和关闭保持电容器的一个端子和信号线之 间的连接的第二开关，并且，第一和第二电压供给可切换地与信号线 连接，该驱动方法包括以下步骤给扫描线施加信号以闭合第一开关
并将第一电压供给连接到信号线以给发光元件的一个端子施加第一电
压供给的电压的步骤；以及给扫描线施加信号以闭合第二开关并将第 二电压供给连接到信号线以给保持电容器的一个端子施加第二电压供 给的电压的步骤。
电容器和保持电容器进行充电。因此，编程速度可被加速。
本发明应用于有源矩阵显示器和该显示器的驱动方法，特别是可 用于当电流在诸如有机EL元件和无才几EL元件的发光元件中流动时 发光的显示装置。例如，可对于选自由数字照相机、 <更携式电话、PDA 和电视机构成的组的显示装置利用本发明。
从参照附图对示例性实施例的以下说明，本发明的其它特征将变 得明显。


图1示出本发明的显示装置的配置。
图2示出本发明的显示装置的像素电路的配置。
图3示出电流编程方法的像素电路。
图4示出本发明的显示装置的电压编程方法的像素电路。
图5示出发光元件的端子到端子电压、保持电容器电压和发光元
件的电流之间的关系。
图6是示出本发明的显示装置的操作的时序图。
图7示出本发明的实施例1和2的像素电路。
图8是本发明的实施例1和3的时序图。
图9是用于说明实施例1的发光元件充电时间的示图。
图IO是用于说明实施例l和2的保持电容器充电时间的示图。
图11是用于说明实施例1和2的电流编程的示图。
图12是示出本发明的显示装置的发光元件电压和保持电容器电
压的时间变化的示图。
图13是示出常规的显示装置的发光元件电压和保持电容器电压
的时间变化的示图。
图14是本发明的实施例2的时序图。
图15是用于说明实施例2的发光元件充电时间的示图。
图16是示出本发明的显示装置的发光元件电压和保持电容器电
压的时间变化的示图。
图17示出本发明的实施例3的像素电路。
图18是用于说明实施例3的发光元件充电时间的示图。
图19是用于说明实施例3的保持电容器充电时间的示图。
图20是用于说明实施例3的电流编程的示图。
图21是示出常规的显示装置的发光元件电压和保持电容器电压
的时间变化的示图。
图22是本发明的实施例4的时序图。
图23是示出本发明的实施例4的发光元件电压和保持电容器电压 的时间变化的示图。
图24是有机EL元件的截面图。
图25示出常规的显示装置的驱动电路。
图26示出常规的像素电路和常规的预充电电路。
图27是用于说明常规的无源矩阵显示面板的驱动电路的示图。
图28是常规的预充电和常规的电流编程操作的时序图。
具体实施例方式
图1示出与本发明的示例性实施例之一有关的显示装置的配置。 这里，在图1中，仅示出一个像素，而实际上多个像素被布置以形成 矩阵的形状。
本示例性实施例的显示装置的像素107包括像素电路101、被像 素电路101驱动的发光元件102、和开关元件106，所述像素电路IOI 包含图中未示出的保持电容器和图中未示出的开关元件。
像素电路101和发光元件102被设置在多条互相交叉的信号线 103与第一和第二扫描线104和105互相交叉的位置上。 一个像素提
供有两条扫描线。例如对于发光元件102使用有机电致发光(EL)元 件，但不限于有机电致发光(EL)元件。当对于扫描线施加选择脉冲 时，选择像素电路101。从信号线输入图像信号，并且，像素电路保 持该图像信号，这被称为编程。像素电路给发光元件提供与已经受编 程的信号对应的驱动电流。
像素电路包含作为第一开关的开关元件106。
开关元件106是晶体管。控制端子与两条扫描线中的一条(第二 扫描线105)连接。两个主电极分别与信号线103和发光元件102连 接。当给第二扫描线施加选择信号以使得信号线103和发光元件102 电连接时，被施加到第二扫描线105的信号控制以打开和闭合的开关 元件106闭合。
在开关元件是薄膜晶体管(TFT)的情况下，控制端子是栅极。 这里，在本申请中，在晶体管是场效应晶体管的情况下，控制端子是 栅极。主电极端子与源极或漏极对应。并且，信号线103与用作用于 根据输入的信号来供给预定的电流信号的电流供给单元的电流源 108、用作电压供给单元的第一电压供给109、和第二电压供给110连 接。
图2示出图1所示的像素电路IOI的配置。像素电路IOI包含作 为第二开关的开关电路2401和驱动发光元件的驱动电路2402。开关 电路2401包含开关元件中的至少一个，并且与两条扫描线中的一条 (第一扫描线104)、与信号线103并与驱动电路2402连接。开关电 路2401被施加到第一扫描线104的信号控制以打开和闭合，并在给所合。
开关电路2401控制编程操作的ON/OFF。驱动电路2402包含保 持电容器中的至少一个和开关元件中的至少一个，并与开关电路 2401、电源电压Vdd、发光元件102和开关元件106连接。驱动电路 2402在编程期间中在保持电容器上写入数据电压，以导致恒定电流在 编程期间之后的保持期间中继续在发光元件102中流动。
作为用于本发明的显示装置的像素电路101，可以使用如要在后 面说明的图7所示的包含电流反射镜电路的像素电路。另外，如图4 所示，可以使用包含晶体管Tl和T2以及保持电容器的电压编程方法 的像素电路。
采用电压编程方法的示例性实施例
下面作为例子说明图4中的电路。
图4示出图1中的显示装置的特定电路。
通过晶体管T3配置第一开关以用第一扫描线104的信号来打开 和闭合。通过晶体管Tl配置第二开关以用第二扫描线105的信号来 打开和闭合。通过保持电容器301和驱动有机EL元件201的晶体管 T2配置像素电路。
第一电压供给109和第二电压供给110用开关分别地并且可开关 地与信号线连接。开关中的任一个闭合以使第一或第二电压供给与信 号线103连接。
第一电压供给109和第二电压供给110分别被设置以便可变地改 变输出。第二电压供给的输出电压是在像素中编程的电压信号，并且 根据图像信号而改变。第一和第二电压供给的输出电压被如下所述那 样地确定。
第一电压供给109输出的电压对发光元件102的耦合电容器进行 充电。电压将被如下确定。
在图5中，实线代表发光元件的端子到端子电压(横轴)和流过 发光元件的电流(纵轴)之间的关系。
如果给予图像信号使得在发光元件中流动的电流被确定为纵轴中 的电流I，那么经过电流I的水平线与指示电流-电压特性的实线交叉 的交点处的横轴坐标VI是作为发光元件102的端子的目标电压的发 光元件到发光元件电压。第一电压供给109的输出电压被设为目标电 压VI。
第二电压供给110输出的电压对保持电容器301进行充电。将如 下"^兌明确定所述电压的方法。
图5中的虚线代表保持电容器301的端子到端子电压(横轴)和 从像素电路的晶体管(图4中的T2)流向发光元件的电流(纵轴)之 间的关系。如果在发光元件中流动的电流被给定为纵轴的电流I，那 么经过电流I的水平线与指示电流-电压特性的虚线交叉的交点处的 横轴坐标V2是作为保持电容器301的目标电压的保持电容器的电压。 第二电压供给110的输出电压被设为目标电压V2。
如上面说明的那样设定第一和第二电压供给的输出电压VI和 V2，那么，当第一电压供给109与信号线103连接时，电压V1被施 加到发光元件201，并且在发光元件的端子到端子电容器(耦合电容) 中充电有输出电压VI的电压。然后，第二电压供给110与信号线103 连接。输出电压V2被施加到保持电容器。在保持电容器中编程输出 电压V2。当完成将电压V2充电到保持电容器时，第一和第二开关均 被断开，使得信号线103和像素电路被断开。但是，由于保持电容器 的电压V2被维持，因此，电流从电源305通过驱动晶体管T2在发光 元件201中流动，使得发光继续。
在图4的电路中，输出电压V2是确定发光元件的驱动电流的信 号电压，并且是根据亮度在恒定的范围中可变化的电压。
另一方面，设置输出电压V1，使得当电流流过发光元件时由输出 电压V2确定的电流尽可能地等于发光元件的端子到端子电压。即， 在信号电压的情况下，基于信号电压VI或流过发光元件的电流I确 定输出电压V2。
如用图5说明的那样，当在保持电容器中编程电压V2使得电流 流动时的发光元件的端子到端子电压与发光元件的预充电电压VI匹 配。因此，发光元件的耦合电容器的电荷在编程电压V2前后不变化。 即，不必在编程期间中对发光元件的耦合电容器进行充电或放电。
因此，由于在将电压切换到输出电压V2之后对耦合电容器进行 充电的时间变为不必要的，因此，预定的电流立即在发光元件中流动， 以《更以快速的引导(leading)进行编程。
发光元件的预充电电压VI的值不必精确地与编程期间或发光期
间中当电流在发光元件中流动时发光元件的端子到端子电压匹配。当 电流在发光元件中流动时接近端子到端子电压的电压优选经受预充
电，使得在施加编程电压V2时在短时间内完成对耦合电容器的充电 或放电。
如图5所示，对于电流-电压特性，发光元件的端子到端子电压 与保持电容器的端子到端子电压相差晶体管T2的栅极-源极电压。 对于电流-电压特性，例如存储器可具有表格数据，并且对于具有图 中未示出的机制的、在发光元件中流动的电流可参考发光元件的目标 电压和保持电容器的目标电压，以便通过第一和第二电压供给来控制 输出的电压。
第一和第二电压供给109和110是用于输出两个电压的单元并可 包含两个电源电路，而两个电压可被布置为被切换并从一个电源电路 被输出。
釆用电流编程方法的示例性实施例
到目前为止，假定电压编程进行了说明。对于用于将信号线连接 到电流源以在保持电容器中对电流信号进行编程的电流编程方法，以 下说明应用本发明的实施例。
在电流编程中，使用图7示出的像素电路。
图7中的像素电路包括第一开关(图2中的开关电路2401 )和电 流反射镜电路(图2中的驱动电路2402)，所述第一开关包含两个晶 体管T1和T2，所述电流反射镜电路包含保持电容器301、参考晶体 管T3和驱动晶体管T4。
参考晶体管T3和驱动晶体管T4包含均与保持电容器的端子连接 的控制端子(栅极)和均与有机EL元件201连接的晶体管的一个主 电极(源极)。参考晶体管T3的另一电极端子(漏极)通过开关元 件Tl和T2连接到信号线。驱动晶体管T4的另 一主电极端子(漏极) 与Vdd电源连接。
在信号线103中，布置要与作为第一和第二电压供给单元的电压 供给109和110 —起成为电流供给单元的电流供给端子108。电流供
给端子108与第一和第二电压供给109和110并联地连接到信号线。 在电流编程方法中，信号电流被输入到像素电路，使得在保持电容器 中保持与信号电流的值对应的电压。由电流供给端子108供给的电流
将变为信号。在电流供给端子108中包含的恒流源501输出用于一个 信号的恒定电流。但是，由于电流信号是根据亮度可变的，因此，恒 流源501是可根据信号而改变输出电流的电流源。 图6是关于电流编程操作的时序图。
在图6中，在电流编程期间之前提供预充电期间。预充电期间由 发光元件充电时间和保持电容器充电时间构成。
在发光元件充电时间中通过信号线103从第一电压供给109施加 到像素电路的电压VI被设为等于信号电流在随后的电流编程期间中 在发光元件中流动时的发光元件的端子到端子电压。电压不必与电压 匹配但被设为尽可能地接近该电压。
在保持电容器充电时间中通过信号线103从第二电压供给110施 加到像素电路的电压V2被设为等于在随后紧接着的电流编程期间中 在保持电容器中充入的电压。电压不必与电压匹配但被设为尽可能地 接近该电压。
取信号电流I，由信号电流I确定的电压V1和V2建立图5所示 的关系。与电压编程方法的不同在于，基于信号电流I不仅确定电压 VI而且确定电压V2。
将如下依次说明电流编程的各个步骤。
首先，将在图6中的发光元件充电时间中如下进行第一步骤。 第一扫描线104的信号将变低。第二扫描线105的信号将变高。 从第一电压供给109向信号线103施加电压。这里，即^f吏第一扫描线 104的信号为高，也可获得类似的效果，因此，低和高中的任一种都 是可应用的。信号线103的驱动波形将变为发光元件的目标电压。目 标电压通过已被激活的开关元件106被施加到发光元件102。因此， 发光元件102的耦合电容器被充电以提供目标电压。
然后，在保持电容器充电时间中如下进行第二步骤。
第一扫描线104的信号将变高。第二扫描线105的信号将变低。 从第二电压供给110向信号线103施加电压。信号线103的驱动波形 将变为保持电容器的目标电压。目标电压通过图2中的开关电路2401 被施加到驱动电路2402内的保持电容器。因此，保持电容器被充电以 提供保持电容器的目标电压。要由第一和第二电压供给输出的电压是 相互不同的。由此，在低灰度时也可在短时间内对发光元件的耦合电 容器和保持电容器进行充电。
到目前为止，电流编程与已说明的电压编程相同。 随后将在图6所示的电流编程期间中如下进行第三步骤。 只有第一扫描线104的信号变高，以失活使第一和第二电压供给 与信号线103同时连接的开关。仅从电流供给端子108给信号线103 供给电流。电流通过开关电路2401和驱动电路2402流入发光元件102 中。由电流供给端子108输出的电流是发光元件102以希望的灰度发 光所需要的数据电流。在电流编程期间中，在第二目标电压中充入的 保持电容器电压被调整为用于补偿有机EL元件和晶体管的性能变化 的精确值。
在完成电流编程期间之后的保持期间中，第一扫描线的信号变低。 电流不在开关电路2401中流动，并且保持电容器电压被保持，由此， 预定的电流继续从电源电压Vdd通过驱动电路2402在发光元件102 中流动。通过重复该循环显示灰度。
例子
第一实施例
将详细说明本发明的第一实施例。
图7示出与本发明的第一实施例有关的显示装置的驱动电路的配置。
通过像素电路IOI、作为发光元件的有机EL元件201、和开关元 件106来配置像素107。包含恒流源501的电流供给单元108、第一电 压供给109和第二电压供给110分别与信号线103连接。
本实施例的像素107对图3中电流编程方法的像素电路中有机EL
元件201的耦合电容器进行充电，并提供有用于将一个端子设为预定 的电压的晶体管T5。并且,提供用于扫描晶体管T5的笫二扫描线105。 这里，晶体管Tl T5是n型薄膜晶体管。通过可变电压源V1和 用于根据第一脉冲而使电压输出开关的开关来配置第一电压供给 109。可变电压源VI的电压是用于对有机EL元件201的耦合电容器 进行充电的第一目标电压，并参照关于在图5所示的有机EL元件中 流动的电流和有机EL元件的一个端子的电压的电流-电压特性的表 格数据被控制。
另外，通过可变电压源V2和用第二脉冲而使电压输出开关的开 关来配置第二电压供给110。可变电压源V2的电压是用于对保持电容 器301进行充电的第二目标电压，并参照关于在至少一个薄膜晶体管 和图5所示的有机EL元件中流动的电流和保持电容器电压的电流-电压特性的表格数据被控制。
然后，用图8详细说明图7的驱动电路中本发明的第一实施例的 编程操作。图8是本发明的第一实施例的时序图。该时序图一般包含 预充电期间和电流编程期间。预充电期间包含有机EL元件充电时间 和保持电容器充电时间。在各个期间中分别对有机EL元件201的耦 合电容器和保持电容器301进行充电，以获得预定的电压。
首先，在有机EL元件充电时间中，第二扫描线105的信号和第 一脉冲将变高。因此，图7中的晶体管T1和T2将被失活并且晶体管 T5将被激活。
此时，通过晶体管T5从与信号线103连接的恒流源501和第一 电压供给109给有机EL元件201供给电流。在图9中示出这种情况。 即，给有机EL元件201供给的电流将是流过晶体管T5的电流。这里， 晶体管T5的栅极电压足够大。因此，从晶体管T5给有机EL元件201 供给的电流较大。因此，有机EL元件201的耦合电容器在短时间内 被充电以获得第一目标电压(电压V1)。
然后，在保持电容器充电时间中，第一扫描线104的信号和第二 脉冲将变高。第二扫描线105的信号和第一脉冲将变低。因此，图7
中的晶体管T1和T2将被激活并且晶体管T5将被失活。此时，通过 晶体管T2从与信号线103连接的恒流源501和第二电压供给110给 保持电容器301供给电流，使得进行充电以获得第二目标电压(电压 V2)。在图10中示出这种情况。
上述的有机EL元件充电时间和保持电容器充电时间中的操作导 致预充电期间中的信号线的驱动波形电压如图8所示的那样偏移到电 压V1和V2。原因是，有机EL元件的耦合电容器和保持电容器的目 标电压相差晶体管T3的栅极-源极电压。
这里，在上述的说明中，电压V2被描述为比电压VI高。但是， 有时候，电压V1和V2偶尔相等，或者电压VI偶尔比电压V2高。 例如，在TFT的栅极和源极之间施加反向偏压的情况下和在TFT的 电压Vth为OV或处于负侧的情况下，电压V1和V2变为相等或者电 压VI将达到比电压V2高的电压。
最后，在电流编程期间中，第二脉冲变低，并且只有第一扫描线 104的信号变高。图7中的晶体管Tl和T2被激活，并且晶体管T5 被失活。第一和第二电压供给109和110与信号线103被断开，使得 仅从恒流源501给信号线103供给电流。在图11中示出这种情况。由 恒流源501输出的电流是有机EL元件201以希望的灰度发光所需要 的数据电流。因此，在该期间中进行补偿晶体管和有机EL元件的性 能变化的精确编程操作。
本发明的发明人已通过SPICE模拟用图8中的时序图驱动图7中 的驱动电路，并已确认效果。首先，说明关于SPICE模拟的计算条件。
信号线103的布线电容是12.6 pF。信号线103的布线电阻是7.125 kQ。第一和第二扫描线104和105的布线电容是21 pF。第一和第二 扫描线104和105的布线电阻是11.875 kQ。电源电压Vdd 305的布 线的布线电容是37.8 pF。电源电压Vdd 305的布线的布线电阻是427.5 Q。保持电容器301是1 pF。有机EL元件201的耦合电容是12.3 pF。 n型薄膜晶体管T1 T4的寄生电容是1.73 fF。另外，薄膜晶体管T1 T5 的栅极长度均为5 pm。晶体管Tl和T2的栅极宽度为25 pm。晶体
管T3的栅极宽度为40 nm。晶体管T4的栅极宽度为240 ^un。晶体 管T5的栅极宽度为25 nm。这里，栅绝缘层厚度为200 nm，迁移率 为7.5 cm2/Vs。
在上述的条件中，用6.3 V的可变电压源VI的电压、6.6 V的可 变电压源V2的电压和100 nA的恒流源501的数据电流值来模拟20 微秒的预充电期间中的操作。这里，有机EL元件充电时间为2微秒， 保持电容器充电时间为18微秒。
在图12中示出上述计算条件下的模拟结果。图12说明了有机EL 元件的一个端子的电压和保持电容器电压在预充电期间中的时间变 化。
如图12所示，保持电容器电压和有机EL元件的一个端子的电压 很明显地均在5微秒内收敛(converge)于固定值。常规的预充电需 要10微秒或更长的时间。但是，在本实施例中，预充电期间可缩短到 5微秒。例如，在以每秒120帧操作全HD ( 1920x1080像素)面板的 情况下，用于一条线的编程期间是7.7微秒，因此，5微秒的改进效果 是十分明显的。因此，已确认通过采用本实施例的配置可以提供在低 灰度时也能够迅速编程的显示装置。
比较实施例
本发明的发明人已将具有上述的常规预充电的驱动方法应用于图 3的驱动电路，并已通过SPICE模拟确认效果。
首先，说明关于SPICE模拟的计算条件。信号线103的布线电容 是12.6pF。信号线103的布线电阻是7.125 kQ。扫描线202的布线电 容是21pF。扫描线202的布线电阻是11.875 kfi。用于供给电源电压 Vdd的布线的布线电容是37.8pF。用于供给电源电压Vdd的布线的 布线电阻是427.5 Q。保持电容器301是lpF。有机EL元件201的耦 合电容是12.3 pF。晶体管T1 T4的寄生电容是1.73 fF。晶体管T1 T4 的栅极长度均为5 pm。晶体管Tl和T2的栅极宽度为25 nm。晶体 管T3的栅极宽度为40 pm。晶体管T4的栅极宽度为240 pm。这里， 晶体管T1 T4的栅绝缘层厚度为200 nm,迁移率为7.5 cm2/Vs。
在所述条件中，用6.6V的预充电电压和100nA的恒流源的数据 电流值来模拟20微秒的预充电期间中的编程操作。图13示出说明有 机EL元件的一个端子的电压和保持电容器电压在预充电期间的时间 变化的模拟结果。每当在各个像素上对预定的数据电流进行编程时就 进行预充电操作，因此要求尽可能地缩短关于设计驱动电路的预充电 期间。但是，根据模拟结果，发现有机EL元件的一个端子的电压收 敛于固定值要花费时间。另一方面，保持电容器电压在短时间内收敛。 考虑到直到有机EL元件的一个端子的电压收敛的时间，不能使得预 充电期间比10孩t秒短。
第二实施例
下面说明本发明中的第二实施例。
在图7中示出第二实施例中的显示装置的驱动电路，该驱动电路 与用于第一实施例的电路相同，因此省略对于该电路的说明。
将用图14详细说明第二实施例的编程操作。图14是本发明的第 二实施例的时序图。
通过将图14中的时序图与图8中的时序图相比较，明显地，本实 施例和第一实施例之间的不同在于，在有机EL元件充电时间中，第 一扫描线104的信号为高。
在有机EL元件充电时间中，第一扫描线104的信号、第二扫描 线105的信号和第一脉沖将变高。因此，图7中的晶体管T1、 T2和 T5将^L激活。另一方面，从恒流源501和第一电压供给109向信号线 103供给电流。在图15中示出这种情况。即，供给到有机EL元件201 的电流将是流过晶体管T3、 T4和T5的电流的和。这里，晶体管T3 和T4的栅极电压在低灰度时为低。因此，从晶体管T3和T4供给到 有机EL元件201的电流是小的。相反，由于晶体管T5的栅极电压足 够大，因此，从晶体管T5向有机EL元件201供给的电流是大的。因 此，有机EL元件的耦合电容器在短时间内被充电以获得第一目标电 压(电压VI)。
然后，在保持电容器充电时间中，第一扫描线104的信号维持为
高；第二脉沖将变高；并且，第二扫描线105的信号和第一脉冲将变 低。因此，图7中的晶体管T1和T2将被激活，并且晶体管T5将被 失活。此时，通过晶体管T2从与信号线103连接的恒流源501和第 二电压供给110向保持电容器301供给电流，4吏得进行充电以获得第 二目标电压(电压V2)。在图10中示出这种情况。
上述的有机EL元件充电时间和保持电容器充电时间中的操作导 致预充电期间中的信号线103的驱动波形电压如图14所示的那样偏移 到电压V1和V2。原因是，有机EL元件的耦合电容器和保持电容器 301的目标电压相差晶体管T3的栅极-源极电压。
在电流编程期间中最后进行的操作与已说明的第 一实施例中的操 作相同。
本发明的发明人已通过SPICE模拟用图14中的时序图驱动图7 中的驱动电路并已确认效果。关于SPICE模拟的计算条件与用于第一 实施例的计算条件相同。
在图16中示出与第一实施例相同的计算条件下的模拟结果。图 16说明了有机EL元件的一个端子的电压和保持电容器电压在预充电 期间中的时间变化。
如图16所示，保持电容器电压和有机EL元件的一个端子的电压 如图12所示的实施例1的模拟结果那样明显地均在5微秒内收敛于固 定值。如图13所示，常规的预充电需要10微秒或更长的时间。但是， 对于本实施例中的配置，预充电期间可缩短到5微秒。因此，已确认 通过采用本实施例的配置可以提供在低灰度时也能够迅速编程的显示 装置。
第三实施例
将说明本发明中的第三实施例。
图17示出本发明的第三实施例的显示装置的驱动电路的配置。 通过将图17中的驱动电路与图7中的驱动电路相比较，明显地， 本实施例和第一实施例之间的不同在于，选择晶体管Tl与信号线103 直接连接。因此，电流可以在电流反射镜电路中流动而不通过晶体管T2。因此，可使得负载小。驱动电路的其它配置与图7中的驱动电路 的配置相同，因此，将省略关于驱动电路的说明。
图8和图14中的任何时序图可应用于图17的驱动电路中的编程 操作。这里，通过图8中的时序图的驱动方法进行操作。编程操作与 第一实施例的操作相同，因此，将省略对于操作的说明。
图18与图9对应，并且示出通过晶体管T5从与信号线103连接 的恒流源501和第一电压供给109向有机EL元件201供给电流的情 况。图19与图10对应，并且示出通过晶体管T2从与信号线103连 接的恒流源501和第二电压供给110向保持电容器301供给电流并且 充电直到达到第二目标电压(V2电压)的情况。图20示出仅从恒流 源501向信号线103供给电流的情况。
本发明的发明人已通过SPICE模拟用图8中的时序图驱动图17 中的驱动电路并已确认效果。
关于SPICE模拟的计算条件与第一实施例相同。
图21示出模拟的结果，并示出有机EL元件的一个端子的电压和 保持电容器电压在预充电期间中的时间变化。与实施例1的模拟结果 类似，保持电容器电压和有机EL元件的一个端子的电压明显地均在 5微秒内收敛于固定值。如图13所示，常规的预充电需要IO微秒或 更长的时间。但是，在本实施例中，预充电期间可缩短到5微秒。因 此，确认了通过应用本实施例的配置可以提供在低灰度时也能够迅速 编程的显示装置。
第四实施例
将说明本发明的第四实施例。第一到第三实施例说明了用于编程 电流信号的电流编程方法，而本实施例将说明用于编程电压信号的电 压编^呈方法。
图4示出本发明的第四实施例中的显示装置的驱动电路。 通过包含晶体管Tl和T2及保持电容器的像素电路、晶体管T3 和有才几EL元件201来配置^f象素107。这里，本实施例中的〗象素电路 与图1中的像素电路101对应。本实施例中的晶体管T3与图1中的
开关元件106对应。第一电压供给109和第二电压供给110分别与信 号线103连接。另外，与图7类似，像素包含用于对有机EL元件201 的耦合电容进行充电并获得用于一个端子的预定电压的晶体管T3、以 及用于扫描晶体管T3的第二扫描线105。这里，晶体管T1 T3是n 型薄膜晶体管。通过可变电压源VI和用于根据第一脉冲而使电压输 出开关的开关来配置第一电压供给109。可变电压源VI的电压是用于 对有机EL元件201的耦合电容器进行充电的第一目标电压，并参照 关于在图5所示的有机EL元件中流动的电流和有机EL元件的一个 端子的电压的电流-电压特性的表格数据被控制。
另外，通过可变电压源V2和根据第二脉冲而使电压输出开关的 开关来配置第二电压供给110。可变电压源V2的电压是用于对保持电 容器301进行充电的第二目标电压，并参照关于在至少一个薄膜晶体 管和图5所示的有机EL元件中流动的电流和保持电容器电压的电流 —电压特性的表格数据被控制。
将说明图4的驱动电路的编程操作。这里，本第四实施例基于电 压编程方法。图22是第四实施例的时序图。该时序图一般包含电压编 程期间和保持期间。另外，电压编程期间包含有机EL元件充电时间 和保持电容器充电时间。在各个期间中分别对有机EL元件201的耦 合电容和保持电容器301进行充电以获得预定的电压。
首先，在有机EL元件充电时间中，第二扫描线105的信号和第 一脉沖将变高。因此，图4中的晶体管T1将被失活并且晶体管T3将 被激活。此时，通过晶体管T3从与信号线103连接的第一电压供给 109向有机EL元件201供给电流。即，供给到有机EL元件201的电 流将是流过晶体管T3的电流。这里，晶体管T3的栅极电压足够大。 因此，从晶体管T3供给到有机EL元件201的电流是大的。因此，有 机EL元件201的耦合电容在短时间内被充电以获得第 一 目标电压(电 压VI)。
然后，在保持电容器充电时间中，第一扫描线104的信号和第二 脉沖将变高。第二扫描线105的信号和第一脉沖将变低。因此，图4
中的晶体管T1将被激活并且晶体管T3将被失活。此时，通过晶体管 Tl从与信号线103连接的第二电压供给110向保持电容器301供给电 流，使得进行充电以获得第二目标电压(电压V2)。
上迷的有机EL元件充电时间和保持电容器充电时间中的操作导 致电压编程期间中的信号线的驱动波形电压如图22所示的那样偏移 到电压V1和V2。原因是，有机EL元件的耦合电容和保持电容器的 目标电压相差晶体管T2的栅极-源极电压。
最后，在保持期间中，第一扫描线104的信号将变低，并且第二 脉沖将变低。图4中的晶体管T1和T3将被失活，并且作为数据电压 的保持电容器电压被保持，由此，预定的电流继续从Vdd通过晶体管 T2在有机EL元件201中流动。
本发明的发明人已通过SPICE模拟用图4中的时序图驱动图22 中的驱动电路并已确认效果。首先，将说明关于SPICE模拟的计算条 件。
信号线103的布线电容是12.6 pF。信号线103的布线电阻是7.125 kQ。第一和第二扫描线的布线电容是21 pF。第一和第二扫描线的布 线电阻是11.875 kQ。电源电压Vdd 305的布线的布线电容是37.8 pF。 电源电压Vdd 305的布线的布线电阻是427.5 O。保持电容器301是1 pF。有机EL元件201的耦合电容是12.3pF。 n型薄膜晶体管Tl T3 的寄生电容是1.73 fF。另外，薄膜晶体管T1 T3的栅极长度均为5 nm。 晶体管Tl和T3的栅极宽度为25 nm。晶体管T2的栅极宽度为240 pm。这里，栅绝缘层厚度为200 nm，迁移率为7.5 cm2/Vs。
在上述的条件中，用6.3 V的可变电压源VI的电压、6.6 V的可 变电压源V2的电压和100 nA的恒流源501的数据电流值来模拟20 微秒的电压编程期间中的操作。这里，有机EL元件充电时间为2微 秒，保持电容器充电时间为18微秒。
在图23中示出上述计算条件下的模拟结果。图23说明了有机EL 元件的一个端子的电压和保持电容器电压在预充电期间中的时间变 化。保持电容器电压和有机EL元件的一个端子的电压明显地均在5
微秒内收敛于固定值。因此，确认了通过应用本实施例在电压编程方 法的显示装置中也能够获得本发明的效果。
在主要包含非晶硅的半导体被用作薄膜晶体管的活性(active )层 的情况下以及在主要包含金属氧化物和含多种氧化物的复合氧化物中 之一的半导体被用作活性层的情况下，本发明被适当地用于上面已说 明的各个实施例。作为例子，主要包含金属氧化物的材料选自由氧化 锡、氧化锆、氧化铟和包含多种这些氧化物的复合氧化物构成的组。 可以在这些材料中掺杂杂质。
在使用迁移率比低温多晶硅TFT小并且驱动力次于低温多晶硅 TFT的非晶硅TFT和非晶氧化物半导体TFT的情况下(用于大屏幕 显示器等的应用被迫满足这样的要求)，难以在饱和区域中使用TFT。 原因在于，用上述的材料最初不能获得足够的饱和性能，并且，驱动 电压的增加(饱和区域中的操作)增加太多的电力消耗。因此，在使 用驱动力较次的非晶硅TFT和非晶氧化物半导体TFT的情况下，必 须在TFT不充分饱和的区域中采用可补偿TFT和有机EL元件的性 能变化的驱动方法。
在使用迁移率比单晶和多晶硅TFT之一低并且驱动力次于单晶 和多晶硅TFT之一 的晶体管的情况下，如在由主要包含非晶硅和非晶 金属氧化物的活性层制成的薄膜晶体管的情况下，本发明也是有效的。
因为即使在晶体管的饱和性能不充分而发光元件发生性能漂移的 情况下，根据本发明也能够获得优异的补偿功能。
另外，作为发光元件，使用主要包含有机材料的有机EL元件。 但是，可以使用主要包含无机材料的无机EL元件。
虽然已参照示例性实施例说明了本发明，但应理解，本发明不限 于公开的示例性实施例。所附的权利要求的范围应被赋予最宽的解释， 以包含所有这样的改变以及等同的结构和功能。
权利要求
1. 一种显示装置，包括:扫描线；信号线；和被布置在所述扫描线与所述信号线交叉的位置中的像素电路，所述像素电路控制发光元件和要供给到所述发光元件的电流，其中，根据施加到所述扫描线的信号来选择所述像素电路，并且，从所述信号线向选择的像素电路输入信号，并且，所述像素电路包含:保持电容器；根据施加到所述扫描线的信号而打开和关闭所述发光元件的一个端子和所述信号线之间的连接的第一开关；和根据施加到所述扫描线的信号而打开和关闭所述保持电容器的一个端子和所述信号线之间的连接的第二开关，其中，第一和第二电压供给可切换地与所述信号线连接，并且，在选择所述像素电路的期间中，所述第一电压供给与所述信号线连接且所述第一开关被闭合，使得所述第一电压供给的电压被施加到所述发光元件的端子，并且，所述第二电压供给与所述信号线连接且所述第二开关被闭合，使得所述第二电压供给的电压被施加到所述保持电容器的一个端子。
2. 根据权利要求l的显示装置，其中，所述扫描线包含用于分别 给所述第一开关和所述第二开关施加信号的两条扫描线。
3. 根据权利要求l的显示装置，其中，所述像素电路包含给所述 发光元件供给与所述保持电容器的电压对应的电流的晶体管。
4. 根据权利要求1的显示装置，其中，基于当所述第二电压供给 的电压被施加到所述保持电容器并且电流在所述发光元件中流动时所 述发光元件的端子到端子电压来确定所述第一电压供给的电压。
5. 根据权利要求l的显示装置，其中，电流供给端子与所述信号 线连接，并且，当从所述信号线断开所述第一和第二电压供给时，所 述电流供给端子通过所述第二开关给所述发光元件供给电流。
6. 根据权利要求5的显示装置，其中，基于当所述电流供给端子 的电压被输入到所述像素电路且电流在所述发光元件中流动时所述发 光元件的端子到端子电压来确定所述第一和第二电压供给的电压。
7. 根据权利要求l的显示装置，其中，所述像素电路包含电流反 射镜电路，所述电流反射镜电路包含两个晶体管，所述两个晶体管的 控制端子均与所述保持电容器的一个端子连接，且所述晶体管中的每 一个的一个主电极端子与所述发光元件的一个端子连接，并且，所述 笫二开关将所述信号线连接到所述保持电容器的一个端子，并将所述 信号线连接到所述两个晶体管之一的另一主电极端子。
8. 根据权利要求l的显示装置，其中，所述像素电路包含薄膜晶 体管，并且所述薄膜晶体管由主要包含非晶硅的半导体制成。
9. 根据权利要求l的显示装置，其中，所述像素电路包含薄膜晶 体管，并且，所述薄膜晶体管由主要包含金属氧化物和复合氧化物之 一的半导体制成，所述复合氧化物包含多种氧化物。
10. 根据权利要求l的显示装置，其中，所述发光元件是主要包 含无机材料和有机材料之一的电致发光元件。
11. 一种显示装置的驱动方法，所述显示装置包括扫描线；信 号线；和被布置在所述扫描线与所述信号线交叉的位置中的像素电路， 所述像素电路控制发光元件和要供给到所述发光元件的电流，其中， 所述像素电路包含保持电容器；根据施加到所述扫描线的信号而打 开和关闭所述发光元件的一个端子和所述信号线之间的连接的第一开 关；和根据施加到所述扫描线的信号而打开和关闭所述保持电容器的 一个端子和所述信号线之间的连接的第二开关，并且，第一和第二电 压供给可切换地与所述信号线连接，所述驱动方法包括以下步骤给所述扫描线施加信号以闭合所述第一开关，将所述第一电压供 给连接到所述信号线并给所述发光元件的一个端子施加所述第一电压 供给的电压；和 给所述扫描线施加信号以闭合所述第二开关，将所述第二电压供 给连接到所述信号线并给所述保持电容器的一个端子施加所述第二电 压供给的电压。
12.根据权利要求ll的显示装置的驱动方法，其中，电流供给源 与所述显示装置的所述信号线连接，并且，进一步执行以下步骤给 所述扫描线施加信号以闭合所述第二开关、从所述信号线断开所述第 一和第二电压供给、并将电流供给端子连接到所述信号线以导致电流 从电流供给端子流向所述发光元件。
全文摘要
本发明公开一种显示装置和显示装置的驱动方法。所述显示装置包括像素电路，所述像素电路包含被布置在扫描线与信号线交叉的位置中的发光元件；保持电容器；根据施加到所述扫描线的信号而打开和关闭所述发光元件的一个端子和所述信号线之间的连接的第一开关；根据施加到所述扫描线的信号而打开和关闭所述保持电容器的一个端子和所述信号线之间的连接以控制要供给到所述发光元件的电流的第二开关，其中，在通过所述扫描线的信号而选择的像素电路中，所述第一开关被闭合以从与所述信号线连接的第一电压供给向所述发光元件的一个端子施加电压，并且所述第二开关被闭合以从与所述信号线连接的第二电压供给向所述保持电容器的一个端子施加电压。
文档编号G09G3/30GK101383124SQ200810128979
公开日2009年3月11日 申请日期2008年6月27日 优先权日2007年6月29日
发明者住冈润, 冈本薰, 平井匡彦 申请人:佳能株式会社