像素电路及显示装置的制作方法

专利名称：像素电路及显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种像素电路及显示装置，尤其涉及为了驱动有机EL显示器面板等 显示装置所使用的像素电路及其显示装置。
背景技术：
有机EL显示器在能够以低功耗获得高亮度、识别性、响应速度、寿命以及薄型化 等方面具有优势。作为这样的有机EL显示器中的像素的驱动方式，公知有电流控制方式和 电压控制方式。在以电流控制方式驱动显示装置的情况下，对应于低灰度的数据的电流值非常 小，因此导致写入像素电路中的时间延长，从而难以实现大画面的显示装置。另外，在驱动 高精细度的显示装置的情况下，写入一个像素中的时间较短，因此将低灰度的数据正确地 写入像素电路中是困难的。另一方面，在电压控制方式的电路中，由于用于驱动发光元件的 晶体管的阈值电压(Vt)产生偏差，因而显示装置的质量存在问题。因此，为了改善电流控 制方式的情况下成为问题的低灰度数据写入，提出了将电流控制方式和电压控制方式组合 的方式(参照专利文献1、2)。在专利文献1中，根据通过电压控制方式控制的发光时间来调整发光亮度。更具 体地，作为电压控制用的灰度数据，将对发光元件进行点亮、熄灭控制的2值数据存储在电 容元件中，通过电流控制方式写入一定程度的大的电流，以电压控制方式来控制对应于低 灰度的发光元件的发光时间。此外，在专利文献2中记载了如下的电子装置该电子装置将电压信号经由第二 开关晶体管供给至保存电容器中，进行电压编程(Programming)(电压控制方式)，之后，将 电流信号经由第一开关晶体管供给至保存电容器中来进行电流编程(电流控制方式)。专利文献1 日本特开2004-184489号公报专利文献2 日本特开2007-164204号公报本发明给出下面的分析。在专利文献1中，以电压控制方式存储的数据只以二值状态存储。因此，需要在一 次水平期间内对显示装置的所有发光元件写入是发光还是熄灭的信息。由于需要进行电压 控制用灰度数据和电流控制用灰度数据的串行写入，并始终对所有的发光元件的发光、熄 灭进行控制，因此，在构成大型、高精细度的显示装置的情况下，存在定时设计变得严格并 且显示质量产生劣化的担忧。

发明内容
本发明一个方面(侧面)的像素电路，具有发光元件；发光控制开关元件；电流 控制电路，将对应于灰度显示数据的驱动电流经由发光控制开关元件供给至发光元件；以 及电压控制电路，包含第一电容元件，该第一电容元件存储对应于灰度显示数据的电压，并 且电压控制电路根据存储的电压控制发光控制开关元件的导通和截止，在灰度显示数据是用于在发光元件中显示出小于预定亮度的数据的情况下，电流控制电路将用于显示预定亮 度的灰度显示数据所对应的一定的驱动电流供给至发光元件，并且电压控制电路根据存储 的电压控制发光控制开关元件的导通时间。 根据本发明，将电压控制用灰度显示数据模拟地存储在第一电容元件中，因此不 必始终对发光元件的发光进行管理。由此，在构成大型、高精细度的显示装置的情况下，定 时设计能够变得容易，并能够进行高质量的显示。


图1是本发明第一实施例的显示装置的电路图。图2是本发明第一实施例的像素电路的电路图。图3是表示三角波信号和倒相电路的输出的关系的图。图4是表示本发明第一实施例的像素电路的动作的第一时序图。图5是表示本发明第一实施例的像素电路的动作的第二时序图。图6是表示数据写入时间和驱动时间的关系的图。图7是本发明第二实施例的像素电路的电路图。
具体实施例方式本发明的一个实施方式的像素电路，具有发光元件(图2的EL)；发光控制开关 元件(图2的SW5)；电流控制电路(图2中的15)，将对应于灰度显示数据的驱动电流经由 发光控制开关元件供给至发光元件；以及电压控制电路(图2的16)，包含存储对应于灰度 显示数据的电压的第一电容元件(图2的Cl)，并且根据所存储的电压控制发光控制开关元 件的导通和截止。在灰度显示数据是用于在发光元件中显示出小于预定亮度的数据的情况 下，电流控制电路将用于显示预定亮度的灰度显示数据所对应的一定的驱动电流供给至发 光元件，并且电压控制电路与灰度显示数据对应地设定发光控制开关元件的导通时间。在本发明的像素电路中，在灰度显示数据是用于在发光元件中显示出预定亮度以 上的数据的情况下，电流控制电路将与灰度显示数据成比例的驱动电流供给至发光元件， 并且电压控制电路将发光控制开关元件的导通时间设定成一定的值，在灰度显示数据是用 于在发光元件中显示出小于预定亮度的数据的情况下，电压控制电路将发光控制开关元件 的导通时间设定为与第一电容元件的电压成比例。在本发明的像素电路中，电压控制电路根据所输入的发光控制开关元件的导通时 间设定用的三角波信号的电压是否超过与灰度显示数据所对应的电压，设定发光控制开关 元件的导通时间。在本发明的像素电路中，电压控制电路具有倒相电路(图2的INV)，控制发光控 制开关元件的导通和截止；第一开关元件(图2的SWl)，连接在倒相电路的输入端和输出 端之间；以及第一电容元件(图2的Cl)和第二开关元件(图2的SW2)的串联电路，其一 端连接至倒相电路的输入端，串联电路的另一端上供给与灰度显示数据所对应的电压之后 供给三角波信号，将对应于灰度显示数据的电压所对应的电荷蓄积到第一电容元件的期间 内，第一开关元件及第二开关元件为导通状态，在供给三角波信号的期间内，第一开关元件 为截止状态，并且第二开关元件为导通状态。
在本发明的像素电路中，电流控制电路具有第二电容元件(图2的C2)，蓄积与 驱动电流成比例的电荷；第一 M0SFET(图2的Ml)，其源极连接至电源，在源极、栅极之间 连接第二电容元件，漏极经由发光控制开关元件连接至发光元件；第三开关元件(图2的 SW3)，连接在第一 MOSFET的栅极、漏极之间；以及第四开关元件(图2的SW4)，导通或截止 与灰度显示数据所对应的电流向第一 MOSFET的漏极的供给，在向第二电容元件写入电荷 的期间内，第三开关元件及第四开关元件为导通状态。在本发明的像素电路中，电流控制电路具有第二电容元件(图7的C2)，蓄积与 驱动电流成比例的电荷；第一 M0SFET(图7的Ml)，其源极连接至电源，在源极、栅极之间连 接第二电容元件，漏极经由发光控制开关元件连接至发光元件；与第一 MOSFET为同一导电 类型的第二 M0SFET(图7的M2)，其源极连接至电源，漏极、栅极相连接；第三开关元件(图 7的SW3a)，在第一 MOSFET的栅极和第二 MOSFET的栅极之间导通或截止；以及第四开关元 件(图7的SW4a)，导通或截止与灰度显示数据所对应的电流向第二MOSFET的漏极的供给， 在向第二电容元件写入电荷的期间内，第三开关元件及第四开关元件为导通状态。在本发明的一种显示装置中，具有像素矩阵部(图1的10)，其中上述的像素电 路(图1的11)配置为矩阵状；数据线驱动器(图1的13)，对像素矩阵部的列方向上所配 置的多个像素电路供给与灰度显示数据所对应的信号；以及扫描线驱动器(图1的12)，对 像素矩阵部的行方向上所配置的多个像素电路供给与灰度显示数据所对应信号的写入定 时信号以及与发光控制开关元件的导通和截止相关的定时信号。在本发明的显示装置中，扫描线驱动器在将一行或多行像素电路中的各电流控制 电路及电压控制电路分别与灰度显示数据对应地进行写入控制之后，对各电压控制电路进 行控制以使一行或多行像素电路中的各发光控制开关元件导通。根据上面这样的驱动电路，能够将电压控制用灰度数据和电流控制用灰度数据同 时分别写入到电流控制电路和电压控制电路中。进一步，由于能够模拟地存储电压控制用 数据，因此不必始终对发光元件的发光进行管理。由此，在大型及高精细度的显示装置中定 时设计变得容易并能够高质量地进行显示。下面结合实施例并参照附图进行详细说明。[实施例1]图1是本发明第一实施例的显示装置的电路图。在图1中，显示装置具有显示矩 阵部10、扫描线驱动器12、数据线驱动器13、以及定时控制电路14。显示矩阵部10具有配 置成矩阵状的多个像素电路11，对于通过扫描线驱动器12驱动的扫描线21、控制线22和 通过数据线驱动器13驱动的数据线23、24的正交部分别配置像素电路11。灰度显示数据 信号25以及显示同步用定时信号26从外部输入至定时控制电路14，基于灰度显示数据信 号25、定时信号26来生成显示信息以及定时信息以提供至扫描线驱动器12和数据线驱动 器13。图2是本发明第一实施例的像素电路的电路图。在图2中，像素电路11具有电流 控制电路15、电压控制电路16、开关元件SW5以及作为有机EL元件的发光元件EL。电流控制电路15具有PMOS晶体管Ml、电容元件C2以及开关元件SW3、SW4。PMOS 晶体管Ml的源极连接至电源VDD、栅极经由开关元件SW4与漏极连接，漏极经由开关元件 SW5连接至发光元件EL。电容元件C2连接在PMOS晶体管Ml的栅极、源极之间。开关元件
6SW4连接在PMOS晶体管Ml的漏极和数据线23之间。电压控制电路16具有倒相电路(Inverter circuit) INV、电容元件Cl、以及开关 元件SW1、SW2。倒相电路INV的输入端经由电容元件Cl及开关元件SW2连接至数据线24， 并通过输出端来控制开关元件SW5的导通和截止。开关元件SWl连接在倒相电路INV的输 入输出之间。在此，通过控制线22的信号来控制开关元件SW1、SW3及SW4的导通和截止。通过 扫描线21的信号来控制开关元件SW2的导通和截止。此外，开关元件SWl SW5由FET等 所构成。首先，对电流控制电路15的动作进行说明。当开关元件SW3、SW4导通时，与灰度 显示数据对应的显示信号电流(灰度电流)从数据线23供给至PMOS晶体管Ml。由于在 PMOS晶体管Ml中流过了(路径Pl)灰度电流，因此为了使该电流流过所需的栅极、源极间 的电压作为灰度数据存储在灰度控制用电容元件C2中(路径Pl的数据存储)。此后，在开 关元件SW3、SW4截止、开关元件SW5变为导通的情况下，对应于电容元件C2的电压的灰度 电流流入发光元件EL并且发光元件EL发光(路径P2)。接下来，对电压控制电路16的动作进行说明。在开关元件SWl为导通的情况下， 倒相电路INV的输入和输出的电压相等。此时的倒相电路INV的输出(输入)电压为倒 相电路INV的电压特性中逻辑反转的阈值Vt。同时，如果开关元件SW2也导通，则从数据 线24输入灰度数据所对应的显示信号电压Vd。因此，在灰度控制用电容元件Cl中积累与 “Vd-Vt”相对应的电荷。此后，通过截止开关元件SWl来将电压控制用灰度数据存储在电容 元件Cl中。在此，对开关元件SW5的控制方法进行说明。通过倒相电路INV的输出来控制开 关元件SW5。如前所述，使显示信号电压Vd作为“Vd-Vt”存储在电容元件Cl中。将如图 3所示那样的三角波信号Vin施加至数据线24，在“Vin-(Vd-Vt)，，比Vt低的情况下，即在 Vin比Vd小的情况下，倒相电路INV的输出从低电平(L)变为高电平(H)。此时，在开关元 件SW5导通、显示信号电压Vd所对应的期间发光元件EL发光。此外，开关元件SW5在倒相 电路INV的输出在Vt附近的情况下变为截止状态。在电流控制方式中，低灰度的灰度电流非常小，因此将数据存储在灰度控制用电 容元件中需要非常多的时间。因此，在显示装置大画面化、高精细化的情况下，难以获得良 好的显示质量。因而在以低灰度方式控制发光元件的情况下，采用在显示信号电压所对应 的期间使得发光元件EL发光的电压控制方式，而在除此以外的情况下采用电流驱动方式 进行控制。在此，作为一个例子，在控制0 7灰度的情况下采用电压控制方式，在控制8 63灰度的情况下以电流驱动方式来进行控制。也就是说只在0 7灰度通过控制发光时 间来表现灰度，在8灰度以上通过控制在发光元件EL中流过的电流值来控制灰度。例如， 在进行第8灰度的发光的情况下，在电流控制方式下存储第8灰度的电流(存储在电容元 件C2中)，在电压控制方式下存储第8灰度的电压(存储在电容元件Cl中)。此时，将发 光元件EL发光的时间(倒相电路INV的输出成为H的时间)设为Ta。另一方面，在使第1 灰度发光的情况下，在电流控制方式中存储第1灰度的电流，在电压控制方式下存储第1灰 度的电压。如果该第1灰度的时间为1/8 X Ta，则发光元件EL发光的亮度变为第8灰度的1/8从而表现出第1灰度。此外，在此为了说明方便而假定为1/8，但本方式能够模拟地将 电压存储在电容元件Cl中，因此不限于整数分之一。图4是表示本发明第一实施例的像素电路的动作的第一时序图。在一次水平期间 的数据写入期间tl中，当控制线22的信号变为低电平时，开关元件SWl SW4变为导通。 因此，灰度信号(灰度电流)从数据线23供给至PMOS晶体管Ml，并保存在电容元件C2中。 另外，灰度信号(相当于显示信号电压Vd的灰度电压)从数据线24供给至电容元件Cl，并 保存在电容元件Cl中。电容元件Cl两端的电压为Vd-Vt。此后，开关元件SW1、SW3及SW4 截止，数据写入期间tl结束。在一次水平期间的驱动期间t2中，仍然使开关元件SW2导通，从数据线24供给三 角波信号Vin。因此，倒相电路INV输入端的电压变为Vin-(Vd-Vt)。在三角波信号Vin的 下降部中，当变为Vin-(Vd-Vt) < Vt时，倒相电路INV的输出端过渡为高电平(H)，开关元 件SW5导通从而发光元件EL发光。然后，在三角波信号Vin的上升沿处变为Vin-(Vd-Vt) > Vt，倒相电路INV的输出端过渡为低电平(L)，开关元件SW5截止从而发光元件EL熄灭。图5中除了由于Vd的值较大因而发光元件EL的发光时间较长之外与图4相同。 图5是在Vd的值为最大的情况下的时序图。如果以刚才的例子来说，则相当于存储了第8 灰度的电压。这种情况下，在三角波信号Vin的下降部开始后，立即变为Vin-(Vd-Vt) <Vt。 因此，发光元件EL的发光时间最长。在图4、图5中，将一次水平期间分割成数据写入时间和驱动时间，但并不必要在 一次水平期间内对应于数据写入时间和驱动时间。即，也可以在写入多个行的数据之后使 发光元件发光。图6是表示数据写入时间和驱动时间的关系的图。在图6(a)中表示了将一次水 平扫描期间分割为数据写入时间和驱动时间的例子。在图6(b)中表示了根据写入两行数 据的时间以及在同时或分别地驱动两行的情况下的时间来分割两个一次水平扫描期间的 例子。根据上面这样的像素电路，对于通过电流控制、电压控制这两种方法来进行控制 的像素电路，具有电压控制用数据线和电流控制用数据线，并将电压控制用数据模拟地存 储在电容元件Cl中。因此不必在一次水平期间内写入对于显示装置的全部发光元件是发 光还是熄灭的信息，因而定时设计变得容易。因此对于显示装置的大画面化、高精细化能够 实现高质量的显示。[实施例2]图7是本发明第二实施例的像素电路的电路图。在图7中，与图2相同的标号表 示同一部件并省略其说明。像素电路Ila中除了电流控制电路15a以外与像素电路11相 同，因此省略了电压控制电路16及整体动作的说明。电流控制电路15a具有PMOS晶体管Ml和M2、电容元件C2、以及开关元件SW3a和 SW4a0 PMOS晶体管Ml的源极连接至电源VDD，栅极经由开关元件SW3a连接至PMOS晶体管 M2的漏极，漏极经由开关元件SW5连接至发光元件EL。电容元件C2连接在PMOS晶体管Ml 的栅极和源极之间。PMOS晶体管M2的源极连接至电源VDD，栅极和漏极连接，并且漏极经 由开关元件SW4a连接至数据线23。在上面这种结构的像素电路Ila中，当开关元件SW3a、SW4a为导通时，PMOS晶体管Ml、M2构成电流镜。因此，从数据线23供给的灰度电流作为镜像电流流入PMOS晶体管 Ml中。而且，为了使该灰度电流流过所需的栅极、源极间的电压作为表示灰度数据的电荷 存储在电容元件C2中。此后，在开关元件SW3a、SW4a截止、开关元件SW5变为导通的情况 下，在发光元件EL中流过所期望的灰度电流，从而使发光元件EL发光。根据本实施例，将电流控制电路15a构成为电流镜，因此能够通过改变反射系数 (Mirror ratio)来增大发光元件EL中流过的灰度信号的电流。此外，通过引用方式将上述专利文献的各公开内容纳入到本说明书中。在本发明 的全部公开(包括权利要求书)的范围内，能够进一步基于本发明的基本技术思想来实现 实施方式或者实施例的变化和调整。另外，能够在本发明的权利要求书的范围内对各种公 开的要素进行多种组合或选择。即，本发明当然包括本领域技术人员根据包含权利要求书 的全部公开以及技术思想所能得到的各种变形和修正。
权利要求
1.一种像素电路，其特征在于，具有发光元件；发光控制开关元件；电流控制电路，将对应于灰度显示数据的驱动电流经由所述发光控制开关元件供给至 所述发光元件；以及电压控制电路，包含第一电容元件，该第一电容元件存储对应于所述灰度显示数据的 电压，并且所述电压控制电路根据存储的所述电压控制所述发光控制开关元件的导通和截 止，在所述灰度显示数据是用于在所述发光元件中显示出小于预定亮度的数据的情况下， 所述电流控制电路将用于显示所述预定亮度的所述灰度显示数据所对应的一定的驱动电 流供给至所述发光元件，并且所述电压控制电路根据存储的所述电压控制所述发光控制开 关元件的导通时间。
2.根据权利要求1所述的像素电路，其特征在于，在所述灰度显示数据是用于在发光元件中显示出所述预定亮度以上的数据的情况下， 所述电流控制电路将与所述灰度显示数据成比例的驱动电流供给至所述发光元件，并且所 述电压控制电路将所述发光控制开关元件的导通时间设定成一定的值，在所述灰度显示数据是用于在所述发光元件中显示出小于所述预定亮度的数据的情 况下，所述电压控制电路将所述发光控制开关元件的导通时间设定为与所述第一电容元件 的电压成比例。
3.根据权利要求1或2所述的像素电路，其特征在于，所述电压控制电路根据所输入的所述发光控制开关元件的导通时间设定用的三角波 信号的电压是否超过所述灰度显示数据所对应的电压，设定所述发光控制开关元件的导通 时间。
4.根据权利要求3所述的像素电路，其特征在于，所述电压控制电路具有倒相电路，控制所述发光控制开关元件的导通和截止；第一开关元件，连接在所述倒相电路的输入端和输出端之间；以及所述第一电容元件和第二开关元件的串联电路，其一端连接至所述倒相电路的输入端，所述串联电路的另一端上供给与所述灰度显示数据所对应的电压之后供给所述三角 波信号，将对应于所述灰度显示数据的电压所对应的电荷蓄积到所述第一电容元件的期间内， 所述第一开关元件及第二开关元件为导通状态，在供给所述三角波信号的期间内，所述第 一开关元件为截止状态，并且所述第二开关元件为导通状态。
5.根据权利要求2所述的像素电路，其特征在于，所述电流控制电路具有第二电容元件，蓄积与所述驱动电流成比例的电荷；第一 MOSFET，其源极连接至电源，在源极、栅极之间连接所述第二电容元件，漏极经由 所述发光控制开关元件连接至所述发光元件；第三开关元件，连接在所述第一 MOSFET的栅极、漏极之间；以及 第四开关元件，导通或截止与所述灰度显示数据所对应的电流向所述第一 MOSFET的 漏极的供给，在向所述第二电容元件写入电荷的期间内，所述第三开关元件及第四开关元件为导通 状态。
6.根据权利要求2所述的像素电路，其特征在于， 所述电流控制电路具有第二电容元件，蓄积与所述驱动电流成比例的电荷；第一 M0SFET，其源极连接至电源，在源极、栅极之间连接所述第二电容元件，漏极经由 所述发光控制开关元件连接至所述发光元件；与所述第一 MOSFET为同一导电类型的第二 M0SFET，其源极连接至电源，漏极、栅极相 连接；第三开关元件，在所述第一MOSFET的栅极和所述第二 MOSFET的栅极之间导通或截止；以及第四开关元件，导通或截止与所述灰度显示数据所对应的电流向所述第二 MOSFET的 漏极的供给，在向所述第二电容元件写入电荷的期间内，所述第三开关元件及第四开关元件为导通 状态。
7.—种显示装置，其特征在于，具有像素矩阵部，其中权利要求1至6中任意一项所述的像素电路配置为矩阵状； 数据线驱动器，对所述像素矩阵部的列方向上所配置的多个像素电路供给与所述灰度 显示数据所对应的信号；以及扫描线驱动器，对所述像素矩阵部的行方向上所配置的多个像素电路供给与所述灰度 显示数据所对应信号的写入定时信号以及与所述发光控制开关元件的导通和截止相关的 定时信号。
8.根据权利要求7所述的显示装置，其特征在于，所述扫描线驱动器在将一行或多行像素电路中的各所述电流控制电路及所述电压控 制电路分别与所述灰度显示数据对应地进行写入控制之后，对各所述电压控制电路进行控 制以使所述一行或多行像素电路中的各所述发光控制开关元件导通。
全文摘要
一种像素电路及显示装置，防止在构成大型、高精细度的显示装置时显示质量劣化。像素电路(11)具有发光元件(EL)；发光控制开关元件(SW5)；电流控制电路(15)，将对应于灰度显示数据的驱动电流经由发光控制开关元件供给至发光元件；以及电压控制电路(16)，包含存储灰度显示数据所对应的电压的电容元件(C1)，并且根据所存储的电压控制发光控制开关元件的导通和截止。在灰度显示数据是用于在发光元件中显示出小于预定亮度的数据的情况下，电流控制电路将用于显示预定亮度的灰度显示数据所对应的一定的驱动电流供给至发光元件，并且电压控制电路根据所存储的电压控制发光控制开关元件的导通时间。
文档编号G09G3/20GK102005170SQ201010242068
公开日2011年4月6日 申请日期2010年7月29日 优先权日2009年8月26日
发明者米山辉 申请人:瑞萨电子株式会社