发光元件驱动电路的制作方法

专利名称：发光元件驱动电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于控制在显示板上以矩阵方式设置的发光元件的开/关状态的驱动电路。
背景技术：
个人计算机和数据终端都具有显示板，该显示板包括多个发光元件(或显示单元)以显示各种类型的信息，例如图像和数据。这些发光元件通常以矩阵方式设置。通常将有机电致发光元件(在下文中称为“有机EL元件”)用作为这些发光元件。这些发光元件通常由TFT(薄膜晶体管)电路来驱动。TFT电路可以与这些发光元件一起形成在显示板上。
设置在普通硅半导体晶片上的一对相邻的晶体管具有基本相同的特性。然而，低温多晶硅TFT驱动电路(一种最常用的有机EL元件驱动电路)具有以下缺点驱动电路上的晶体管在电特性方面往往具有很大的不均匀性。因此，在这种TFT电路中，即使是相邻的晶体管也可能在互感系数(所谓的Vg-Id特性)方面有很大的差异。这样，当将这种TFT驱动电路用于显示板的有机EL元件时，各个有机EL元件的驱动电流是不同的。这降低了所显示图像的质量。
为了消除有机EL元件驱动电流之间的不均匀性，分别在2001年5月29日和2001年3月30日公开的日本专利申请公开No.2001-147659和No.2001-85988公开了使用电流镜电路。具体而言，使用电流镜电路以由基准电流来替代有机EL元件的驱动电流。在附图的图1中示意性地显示了这种电路。
在图1中，标号Qa和Qb表示TFT电路上的一对晶体管。各晶体管的漏极端子连接到电源。晶体管Qa的源极端子与基准电流源Iref相连，而晶体管Qb的源极端子与有机EL元件相连。该有机EL元件作为负载。晶体管Qa的栅极端子与晶体管Qb的栅极端子相连。晶体管Qa的栅极端子还与其源极端子相连。通过这种方式，晶体管Qa和Qb形成一电流镜电路。图1中的虚线方框表示显示板中的单个单元(或一个像素)。换句话说，图1显示了该单个单元的驱动电路构成。
图1的驱动电路如下进行工作。当由符号Ida和Idb表示晶体管Qa和Qb的漏电流时，由于电流镜电路中的镜像电流效应，以下方程成立IdaIdb各晶体管的漏电流与源电流基本相同。晶体管Qa的源电流为基准电流Iref，而晶体管Qb的源电流为有机EL元件的驱动电流Iel。因此，建立以下方程IdaIrefIdbIel从上述方程可以得到以下方程IrefIel因此，该单个单元中的有机EL元件的驱动电流Iel不受驱动电路中的晶体管Qa和Qb的特性的影响，而只由基准电流源的值Iref确定。
在图1所示的驱动电路中，有机EL元件驱动电流Iel变得与显示板中的各单元中的预定基准电流Iref相等。结果，可以将单元之间在发光亮度方面的不均匀性抑制在一定的程度。
然而，当使用低温多晶硅TFT电路时，相邻晶体管之间在特性方面会出现很大的不均匀性，因而图1所示的电流镜电路的两个晶体管Qa和Qb不具有相同的电特性。因此，反射系数(mirror ratio)Mr不为1，该反射系数表示电流镜电路中的次级电流(次级晶体管Qb中的电流)与初级电流(初级晶体管Qa中的电流)的比率。理想地，该反射系数Mr(＝次级电流/初级电流)应该为1。
因此，即使在电流镜电路中初级电流(即，基准电流Iref)稳定，次级电流(即，有机EL元件驱动电流Iel)也会变为Iel＝Iref×Mr≠Iref因此，在显示板的各个单元之间，有机EL元件驱动电流不同。这样，这些单元就不能以均匀的亮度发光，并且会在显示画面上出现令人不快的图案，有时将具有这种图案的显示画面称为“撒沙画面(sand-spreading screen)”。

发明内容
本发明的一个目的是提供一种发光元件驱动电路，该驱动电路可以减少显示板的发光单元之间在亮度方面的波动。
根据本发明的一个方面，提供了一种驱动电路，用于使用具有预定值的电流来驱动发光元件，该驱动电路包括电流镜电路，包括初级晶体管和次级晶体管；基准电流源，用于提供具有预定电流值的电流；切换元件，用于将初级晶体管交替地连接到发光元件和基准电流源之一，并且用于将次级晶体管交替地连接到发光元件和基准电流源中的另一个；以及切换控制器，用于在次级晶体管与基准电流源相连时，控制切换元件将初级晶体管连接到发光元件，以及在次级晶体管与发光元件相连时，控制切换元件将初级晶体管连接到基准电流源。
还提供了一种显示板，其包括以矩阵方式设置的多个发光元件和单元。一个驱动电路与一个发光单元相关联。由于这些驱动电路可以在各个发光单元中提供均匀的驱动电流，所以可以减少像素(单元)之间在亮度方面的波动，并提高显示在屏幕上的图像的质量。


图1显示了使用电流镜电路的有机EL元件驱动电路的电路图；图2显示了根据本发明第一实施例的有机EL元件的驱动电路的电路图；图3说明了反射系数变化和反射系数偏差之间的关系；图4显示了与图2类似的驱动电路，但具有TFT结构；图5显示了根据本发明第二实施例的有机EL元件的驱动电路；图6显示了与图5类似的驱动电路，但具有TFT结构；图7显示了根据本发明第三实施例的有机EL元件的驱动电路；以及图8显示了与图7类似的驱动电路，但具有TFT结构。
具体实施例方式
以下参照图2到图8描述本发明的实施例。
首先参照图2，显示了根据本发明的有机EL元件驱动电路的第一实施例。
首先将描述第一实施例的电路构成。在图2中，元件Q1 10和Q2 20都作为TFT晶体管元件。该TFT晶体管元件可以是双极晶体管或FET(场效应晶体管)。在以下的描述中，将所有作为晶体管的元件都称为“晶体管”。
晶体管Q1 10和Q2 20的漏极端子分别与电源连接。晶体管Q1 10和Q2 20的栅极端子相互连接，并分别通过切换元件SW1和SW2与源极端子相连。因此，晶体管Q1 10和Q2 20形成了电流镜电路，并且产生基本上与初级晶体管Q1 10中的漏电流相等的电流，作为漏电流始终在次级晶体管Q2 20中流动。
切换元件SW1 30和切换元件SW2 40为TFT切换元件。如同晶体管Q1(或Q2)，各切换元件SW1(或SW2)可以是双极晶体管或FET。切换元件SW1 30和SW2 40用作为交替切换元件，它们根据从一个源(未示出)提供的切换信号的电平同时切换。各切换元件包括一个公共端子(称为端子“c”)和两个独立端子“a”和“b”。端子c根据切换信号电平交替地连接到端子a/b。在本实施例中，当该切换信号电平为高电平时，端子c与端子a连接，而当该切换信号电平为低电平时，端子c与端子b连接。
切换元件SW1 30的端子c与晶体管Q1 10的源极端子相连。切换元件SW2 40的端子c与晶体管Q2 20的源极端子相连。切换元件SW1 30的端子a和切换元件SW2 40的端子b与基准电流源50、晶体管Q1 10的栅极端子和晶体管Q2 20的栅极端子相连。切换元件SW1 30的端子b和切换元件SW2 40的端子a与有机EL元件60相连。
切换元件SW1在端子a(基准电流源)和端子b(有机EL元件)之间的切换操作优选地高速进行。同样地，切换元件SW2在端子a(有机EL元件)和端子b(基准电流源)之间的切换操作高速进行。切换元件SW1的切换操作与切换元件SW2的切换操作同步地进行。
基准电流源50为包含TFT晶体管元件的恒流电路，与施加给该基准电流源的电压值无关地提供恒定电流Iref。
有机EL元件60为使用有机电致发光材料的发光元件，并且在施加预定的驱动电流Iel时发光。
现将描述图2所示的电路的操作。
应该注意，显示板包括多个单元，每个单元都包括发光元件(有机EL元件)，并且选择至少一个发光元件进行发光。提供给显示板的选择信号选择一个或多个发光元件。
在本实施例中，切换元件SW1 30和SW2 40的切换信号为交替地具有高低电平的脉冲信号。例如，对于显示画面的每一帧或每一子帧，该脉冲信号的高电平和低电平交替。
假设首先将该脉冲信号的高电平施加给切换元件SW1 30和SW2 40。如前所述，当切换信号为高电平时，切换元件SW1 30的端子c与端子a相连。同时，切换元件SW2 40的端子c与端子a相连。因此，晶体管Q110的源极端子与基准电流源50连接，而晶体管Q2 20的源极端子与有机EL元件60连接。
结果，在晶体管Q1 10出现栅-源电压，以使晶体管Q1 10中的漏电流变为基准电流值50的电流Iref。由于晶体管Q1的栅极端子与晶体管Q2的栅极端子相连，所以该栅-源电压也施加给了晶体管Q2。因此使得在晶体管Q2中流过与该栅-源电压相对应的漏电流。此时的晶体管Q1和Q2的漏电流由Id1和Id2表示。包括晶体管Q1和Q2的电流镜电路的反射系数偏差由x(0≤|x|＜＜1)表示。然后，建立以下方程Id1∶Id2＝1∶(1+x) (1)因此，当反射系数偏差x的绝对值减小时，漏电流Id1和Id2之差减小。如果该电流镜电路中的两个晶体管Q1和Q2的特性相同，则反射系数偏差x为0，即，Id1＝Id2。
如上所述，在该电流镜电路中的初级和次级晶体管中的每一个中，漏电流基本上等于源电流。因此，通过分别由源电流Iref和Iel替代晶体管漏电流Id1和Id2，方程(1)可以表示如下Iel＝Iref×(1+x) (2)现假设施加给切换元件SW1和SW2的切换脉冲信号从高电平变化为低电平。
在这种情况下，切换元件SW1的端子c从端子a切换到端子b，并且切换元件SW2的端子c从端子a切换到端子b。确切地说，晶体管Q1 10的源极端子与有机EL元件60相连，且晶体管Q2 20的源极端子与基准电流源50相连。随后，在晶体管Q2上出现栅-源电压，并且漏电流变成Iref。该栅-源电压也施加给了晶体管Q1，并且在晶体管Q1中产生相应的漏电流。
因此，在有机EL元件60中的驱动电流Iel和基准电流源50的基准电流Iref之间可以建立以下方程Iel＝Iref/(1+x)(3)以与得到方程(1)和(2)类似的方式得到该方程。
如上所述，施加给切换元件SW1和SW2的切换信号为对于显示画面的每一帧或每一子帧都具有交替的高低电平的脉冲信号。如果该脉冲波形的占空系数为1/2，则高电平与低电平具有相同的周期(时间长度)。
在本实施例中，由Iel(AV)表示每单位时间的有机EL元件驱动电流Iel的平均值。然后，由方程(2)和(3)的总和的平均给出Iel(AV)，并建立以下方程(4)Iel(AV)＝Iref×{(1+x)+1/(1+x)}/2＝Iref×{1+x2/2×(1+x)} (4)方程(2)和(4)中的反射系数偏差x可以以下面的方式由反射系数Mr(或Mr(AV))表示。换句话说，反射系数Mr(或Mr(AV))可以如下所述由反射系数偏差x表示。
如上所述，反射系数Mr(或Mr(AV))为该电流镜电路的次级电流Iel(或其平均值Iel(AV))与初级电流Iref的比率。反射系数偏差x表示实际反射系数与理论值(1)的偏差。
因此，方程(2)中的反射系数Mr可以表示如下Iel＝Iref×Mr∴Mr＝1+x该方程的反射系数Mr为图1所示驱动电路中的电流镜电路的反射系数。
另一方面，方程(4)中的反射系数Mr(AV)(该反射系数代表了本发明的本实施例)可以表示如下Iel(AV)＝Iref×Mr(AV)∴Mr(AV)＝1+x2/2×(1+x)图3说明了与反射系数偏差x相关联的反射系数Mr和Mr(AV)，这些反射系数由以上方程计算。由图3的特性曲线可以很清楚地知道反射系数Mr(AV)的波动大大小于反射系数Mr的波动。
因此，即使在使用低温多晶硅TFT的电流镜电路中的两个相邻晶体管(一对晶体管)具有不同的特性并具有大的反射系数偏差x，也可以通过使用图2所示的电路将反射系数变化(该反射系数变化由反射系数偏差引起)抑制在很小的范围内。换句话说，即使这两个晶体管具有不同的特性，有机EL元件的驱动电流Iel也非常接近于基准电流源的电流值Iref。因此，在显示板上以矩阵方式设置的有机EL元件的亮度变得均匀，并且在显示画面上不会出现“撒沙”图案。
参照图4，显示了在图2的电路的基础上设计的TFT电路的示例。图4的晶体管Q31和Q32以及反相电路(INV)对应于图2的切换元件SW1。图4的晶体管Q41和Q42以及该反相电路(INV)对应于图2的切换元件SW2。因此，当切换信号电平为高电平时，晶体管Q31和Q41导通，而晶体管Q32和Q42截止。另一方面，当切换信号电平为低电平时，晶体管Q32和Q42导通，而晶体管Q31和Q41截止。
由于图4中的其它电路元件(例如晶体管Q1和Q2)与图2中的相同，所以在这里不对它们进行描述。
将参照图5描述本发明的第二实施例。
使用相似的标号和符号表示图2和图5中的相似元件，并且不详细描述这些元件。
在根据第二实施例的有机EL元件驱动电路中，以与第一实施例相似的方式连接晶体管Q1 10和Q2 20、切换元件SW1 30和SW2 40以及有机EL元件60。
第一实施例和第二实施例之间的一个区别在于在第二实施例中使用电阻器元件R1 70替代基准电流源50。这是因为当在电子电路中的电流相对小时，往往使用简单的电阻器来替代该电子电路中的恒流源。这种电子电路的一个典型实例为差分放大器电路。另一个原因是因为由于显示板包括多个单元，并且每个单元都需要基准电流源50，所以使用电阻器来替代基准电流源50是非常实用的。
应该注意，在图5中很明显地显示了切换元件SW3 72。该切换元件SW3接通和切断显示单元中的有机EL元件。该切换元件SW3也包括在图2的电路中，但是没有示出。
通过来自显示控制电路(未示出)的开/关信号(控制信号)来控制该切换元件SW3。该显示控制电路与显示板相连。切换元件SW3的一端与电源相连，而另一端与晶体管Q1 10和Q2 20的栅极端子相连。晶体管Q1 10的栅极端子与晶体管Q2 20的栅极端子相连。
在本实施例中，通过这些切换元件高速切换该电流镜电路的初级和次级晶体管，并且以与图2的第一实施例相似的方式减小反射系数偏差的影响。因此，省略了第二实施例在这方面的操作的详细描述。
图6显示了一TFT电路的示例，该TFT电路基本上相当于图5的电路。图6的晶体管Q31和Q32以及反相电路(INV)对应于图5的切换元件SW1。图6的晶体管Q41和Q42以及该反相电路(INV)对应于图5的切换元件SW2。因此，当切换信号电平为高电平时，晶体管Q31和Q41导通，而晶体管Q32和Q42截止。另一方面，当切换信号电平为低电平时，晶体管Q32和Q42导通，而晶体管Q31和Q41截止。
图6中的晶体管Q3对应于图5中的切换元件SW3 72。
将参照图7描述本发明的第三实施例。
使用相似的标号和符号表示图2和图7中相似的元件，并且不详细描述这些元件。
在根据第三实施例的有机EL元件驱动电路中，将基准电流源50设置在单元的外部，以使显示板的多个单元共享该基准电流源50。该基准电流源50应该是高精度的，并且需要复杂的电路结构。通过由多个单元共享一个电流源50，可以减少显示板中的电流源的总数。通过控制该基准电流源50来进行各个单元的开/关控制，以发光/熄灭。因此，无需图5中的切换元件SW3 72。
然而，应该注意，由于由多个单元共享该基准电流源50，所以只有在来自图像显示控制单元(未示出)的行选择信号(line selectionsignal)通过行寻址(line address)指定了一目标单元时，才从该基准电流源50向该目标单元提供基准电流Iref。因此，应该提供一电压保持元件，用于在选择了目标单元并将基准电流Iref供应给该目标单元时，保持由该基准电流承载的电荷。该电压保持元件还保持从该基准电流的电荷得到的电压，以将该电压用作为电流镜电路的晶体管的栅电压。此外，还应该提供一切换元件，用于在通过行寻址指定目标单元时将该电压保持元件连接到基准电流源50，并且用于在通过行寻址指定了另一个单元时将该电压保持元件从基准电流源50断开。
在本实施例中，电容器C1 80用作为该电压保持元件，而切换元件SW4 82和SW5 84用作为该切换元件。
具体而言，从外部图像显示控制单元(未示出)将行选择信号施加给切换元件SW4和SW5的控制端子，以通过该行选择信号进行切换元件SW4和SW5的开/关控制。切换元件SW5 84的一端与基准电流源50连接，而该切换元件SW5的另一端与切换元件SW1 30的端子a、切换元件SW2 40的端子b以及切换元件SW4 82的一端连接。切换元件SW4 82的另一端与电容器C1 80的一端、晶体管Q1 10的栅极端子以及晶体管Q2 20的栅极端子连接。电容器C1 80的另一端与电源连接。
本实施例的驱动电路的其它元件和结构与第一和第二实施例的相似。这些元件的工作原理也与第一和第二实施例的相同。因此，省略其描述。
图8显示了在图7的电路的基础上构造的TFT电路。图8的晶体管Q31和Q32以及反相电路(INV)对应于图7的切换元件SW1。图8的晶体管Q41和Q42以及该反相电路(INV)对应于图7的切换元件SW2。因此，当切换信号电平为高电平时，晶体管Q31和Q41导通，而晶体管Q32和Q42截止。另一方面，当切换信号电平为低电平时，晶体管Q32和Q42导通，而晶体管Q31和Q41截止。图8中的晶体管Q4和Q5对应于图7中的切换元件SW4和SW5。
将有机EL元件用作为要由以上实施例中的驱动电路驱动的发光元件。然而，该发光元件不限于有机EL元件。例如，可以使用无机EL发光元件和发光二极管。还可以使用液晶显示元件。
本申请基于日本专利申请No.2001-286064，并且在此全文引入作为参考。
权利要求
1.一种驱动电路，用于使用具有预定值的电流驱动发光元件，该驱动电路包括电流镜电路，包括初级晶体管和次级晶体管；基准电流源，用于提供所述的具有预定值的电流；切换元件，用于交替地将所述初级晶体管连接到所述发光元件和所述基准电流源中的一个，并交替地将所述次级晶体管连接到所述发光元件和所述基准电流源中的另一个；以及切换控制器，用于在所述次级晶体管与所述基准电流源相连时，控制所述切换元件以将所述初级晶体管连接到所述发光元件，并且在所述次级晶体管与所述发光元件相连时，控制所述切换元件以将所述初级晶体管连接到所述基准电流源。
2.根据权利要求1的驱动电路，还包括第二切换元件，用于在提供所述发光元件的开/关控制的控制信号的基础上进行所述电流镜电路的开/关控制。
3.根据权利要求1的驱动电路，其中所述基准电流源为电阻器。
4.根据权利要求1的驱动电路，其中所述切换控制器响应于预定的外部信号而控制所述切换元件。
5.根据权利要求4的驱动电路，其中所述预定外部信号为包含在提供给所述驱动电路的视听信号中的同步信号。
6.根据权利要求4的驱动电路，其中所述预定外部信号为与子帧同步的信号，所述子帧是通过将视听信号划分为多个子帧而获得的。
7.根据权利要求1的驱动电路，其中所述发光元件为有机电致发光元件、无机电致发光元件、发光二极管以及液晶显示元件之一。
8.根据权利要求1的驱动电路，其中所述初级晶体管为双极晶体管和FET之一。
9.根据权利要求1的驱动电路，其中所述切换控制器允许在所述发光元件与所述基准电流源之间进行高速交替切换。
10.一种用于使用具有预定值的电流驱动多个发光元件的装置，该装置包括基准电流源，用于提供所述的具有预定值的电流，该基准电流源由所述多个发光元件共用；多个驱动电路，该多个驱动电路分别与该多个发光元件相关联；每一个驱动电路包括电流镜电路，具有初级晶体管和次级晶体管，第一切换元件，用于交替地将所述电流镜电路的所述初级晶体管连接到所述发光元件和所述基准电流源中的一个，并且交替地将所述次级晶体管连接到所述发光元件和所述基准电流源中的另一个，切换控制器，用于在所述次级晶体管与所述基准电流源相连时，控制所述第一切换元件以将所述电流镜电路的初级晶体管连接到所述发光元件，并且在所述次级晶体管与所述发光元件相连时，控制所述第一切换元件将所述初级晶体管连接到所述基准电流源，电荷保持元件，用于保持从所述基准电流源提供的电荷，并将对应于该电荷的电压施加给所述电流镜电路的各个所述初级和次级晶体管的栅极，以及第二切换元件，用于基于选择所述驱动电路的信号使所述电荷保持元件与所述基准电流源连接或者断开。
11.根据权利要求10的驱动电路，其中各个切换控制器响应于预定的外部信号而控制所述第一切换元件。
12.根据权利要求11的驱动电路，其中所述预定的外部信号为包含在提供给所述驱动电路的视听信号中的同步信号。
13.根据权利要求11的驱动电路，其中所述预定的外部信号是与子帧同步的信号，所述子帧是通过将视听信号划分为多个子帧而获得的。
14.根据权利要求10的驱动电路，其中所述发光元件为有机电致发光元件、无机电致发光元件、发光二极管以及液晶显示元件中的一种。
15.根据权利要求10的驱动电路，其中所述基准电流源为电阻器。
16.根据权利要求10的驱动电路，其中所述初级晶体管为双极晶体管和FET中的一种。
17.根据权利要求10的驱动电路，其中所述切换控制器提供所述发光元件与所述基准电路源之间的高速交替切换。
18.一种显示板的显示单元，其包括电流镜电路，包括初级晶体管和次级晶体管；发光元件，其响应于预定的电流而发光；切换元件，用于交替地将所述初级晶体管连接到所述发光元件和基准电流源中的一个，并且交替地将所述次级晶体管连接到所述发光元件和所述基准电流源中的另一个；以及切换控制器，用于在所述次级晶体管与所述基准电流源相连时，控制所述切换元件以将所述初级晶体管连接到所述发光元件，并且在所述次级晶体管与所述发光元件相连时，控制所述切换单元将所述初级晶体管连接到所述基准电流源。
19.根据权利要求18的显示单元，还包括基准电流源，用于提供所述预定电流。
20.根据权利要求18的显示单元，其中所述切换控制器提供所述发光元件和所述基准电流源之间的高速交替切换。
全文摘要
一种显示板，其包括以矩阵方式设置的多个发光单元。至少一个驱动电路与这些发光单元相关联。各个单元包括一个发光元件。在该驱动电路中使用了电流镜电路。该电流镜电路具有用来驱动基准电流源的初级晶体管和用来驱动该发光元件的次级晶体管。脉冲信号交替地选择初级晶体管和次级晶体管中的一个。由该脉冲信号进行的切换操作减小了各发光单元中的两个晶体管之间的反射系数的不均匀性。结果，该驱动电路可以抑制显示板的发光单元之间在亮度方面的波动。
文档编号H05B33/14GK1555548SQ0281829
公开日2004年12月15日 申请日期2002年9月11日 优先权日2001年9月20日
发明者奥田义行 申请人:先锋株式会社