專利名稱：控制發(fā)光元件尤其是有機發(fā)光二極管的驅(qū)動器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制發(fā)光元件尤其是有機發(fā)光二極管OLED的驅(qū)動器和 方法。這些OLED可用作微顯示器(micro display)中的像素。有機發(fā)光二極 管(OLED)是一種特殊類型的發(fā)光二極管(LED)，其中，發(fā)射層包括某種 有機化合物的薄膜。發(fā)射電致發(fā)光層可以包括聚合物基片，通過使用簡單的 "印制(printing)"方法，該聚合物基片允許例如在載體上成行和成列地沉積 適當(dāng)?shù)挠袡C化合物，從而創(chuàng)建可以發(fā)出不同顏色的光的像素矩陣。
背景技術(shù)：
OLED顯示器可以用于電視屏幕、計算機顯示器、便攜式系統(tǒng)屏幕、以 及廣告與信息與指示應(yīng)用等。OLED還可以用于通常照明的光源。OLED適 合于實現(xiàn)大面積的發(fā)光元件。OLED顯示器相對于傳統(tǒng)LCD顯示器的一個大 的優(yōu)勢在于OLED不要求背光起作用。這意味著它們吸收更少的功率， 并且當(dāng)從電池供電時，對于相同電量，它們可以操作得更久。
微顯示器可以基于單晶硅基片，在該單晶硅基片上，布置有驅(qū)動所需要 的電子電路。在該基片的一個表面上沉積OLED材料的各層。
微顯示器面臨幾個技術(shù)問題，其中，
-在可用單元面積中用于電路元件的有限空間；
-高電壓操作(3.5V);
-非常小的OLED 二極管電流、例如〈lnA需要例如晶體管的亞閾值(sub threshold)操作，并導(dǎo)致對漏電流的敏感性；
-OLED的I/U特性影響電流并由此影響畫面的一致性；以及 -由于小電流引起的在所要求的像素編程的動態(tài)方面的困難。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于控制發(fā)光元件(DO)的改進的驅(qū)動器，其 克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷。通過用于控制發(fā)光元件、具體地是根據(jù)所附權(quán)利要求的有機發(fā)光二極管 的驅(qū)動器，來解決該目的。該驅(qū)動器包括可與發(fā)光元件連接的電容器、用于 對該電容器充電的充電部件、以及開關(guān)部件。該開關(guān)部件被適配為交替性地 從發(fā)光元件斷開電容器以及將電容器連接到發(fā)光元件。該電容器被交替性地 充電和放電。來自電容器的充電電流或放電電流驅(qū)動發(fā)光元件的電流。所述 充電部件包括至少一個用于對該電容器充電的充電晶體管。
根據(jù)在下面描述的本發(fā)明的電路提出了一種產(chǎn)生OLED 二極管電流的新 電路。通過以給定時鐘頻率對電容器充電和放電來設(shè)置該電流。
在下文中參考附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，在附圖中 圖l描述本發(fā)明的基本原理； 圖2示出本發(fā)明的第一實施例； 圖3示出本發(fā)明的第二實施例； 圖4示出本發(fā)明的第三實施例； 圖5示出本發(fā)明的第四實施例； 圖6示出本發(fā)明的第五實施例； 圖7示出本發(fā)明的第六實施例； 閨8示出本發(fā)明的第七實施例； 圖9示出本發(fā)明的第八實施例； 圖IO示出本發(fā)明的第九實施例； 圖11示出用于仿真電壓和電流的電路； 圖12示出本發(fā)明實施例的第一仿真的波形； .圖13示出本發(fā)明實施例的第二仿真的波形； 圖14示出本發(fā)明實施例的第三仿真的波形；以及 圖15示出根據(jù)本發(fā)明的電路又一發(fā)展的示意表示。
具體實施例方式
在圖1中例示了本發(fā)明的基本原理。圖1示出了用于控制有機發(fā)光二極 管DO的驅(qū)動器。該電路由電壓源Vdc、電容器C0、開關(guān)S以及有機發(fā)光二 極管DO構(gòu)成。該二極管DO具有陽極和陰極。陰極連接到地電勢。二極管DO的陽極經(jīng)由開關(guān)S可連接到電容器CO的一個電極。電容器的另一電極連 接到地電勢。此外，電壓源Vdc還可以經(jīng)由開關(guān)S連接到電容器。電壓源與 地電勢有關(guān)。僅為了便利才選擇地電勢。替代地，可以選擇任何預(yù)定參考電 勢。開關(guān)S或者將電壓源Vdc與電容器連接、或者將二極管DO與電容器連 接。電壓源和二極管從不同時連接到電容器CO。
通過交替地將電壓源Vdc和二極管DO連接到電容器來操作圖1的電路。 只要電壓源連接到電容器，其就將電容器CO充電到其輸出電壓。當(dāng)電容器連 接到二極管DO時，經(jīng)由二極管DO對該電容器放電。電流流過二極管，其 取決于電容器電壓與地電勢之間的電勢差。通過對電容器C0施加期望的充 電、產(chǎn)生對應(yīng)電壓，其繼而產(chǎn)生確定二極管亮度的流過二極管的電流，可以 控制二極管的亮度。
圖1中示出了基本原理。由下式給出二極管電流(理想化的)
IDO=C0*Vdc*fs
其中，fs開關(guān)S的開關(guān)頻率,C0是電容器C0的電容，Vde是電壓源Vdc的電-壓。電流Iix)正比于充電電壓，或者更準(zhǔn)確地該電流正比于電容器的充電狀 態(tài)與放電狀態(tài)之間的電壓差。由于在窄容差內(nèi)可以實現(xiàn)頻率控制和穩(wěn)定性、 電容器匹配、以及良好的電壓精度，所以可以實現(xiàn)良好的畫面一致性。
上述原理可以應(yīng)用于有源矩陣OLED顯示器的電路，由于與無源矩陣 OLED顯示器相比具有固有的較小操作電流，因此，其允許更好的顯示性能 以及OLED的壽命。有源矩陣OLED顯示器(AMOLED )是這樣的一種顯示 器，其使用用于切換顯示器的各個發(fā)光元件的各晶體管。
除了發(fā)光元件之外，有源矩陣顯示器可以包含薄膜晶體管(TFT)矩陣。 這些器件存儲顯示器上單個像素的電狀態(tài)而同時所有的其它像素正在被更 新。該方法比相同尺寸的無源矩陣提供更亮、更清楚的顯示。
薄膜晶體管可被用于構(gòu)造有源矩陣。然而，薄膜晶體管僅僅是有源矩陣
中的一個組件，并且一些設(shè)計已經(jīng)使用了諸如二極管的其它有源組件。無源 矩陣顯示器使用簡單的導(dǎo)電網(wǎng)格(conductive grid)來將電流傳輸?shù)侥繕?biāo)區(qū)域 中的發(fā)光元件，而有源矩陣顯示器使用具有在有限的時間段內(nèi)保持電荷的能 力的晶體管與電容器的網(wǎng)格，其可以與薄膜晶體管集成在一起。由于晶體管 的開關(guān)動作，僅僅與期望像素相關(guān)聯(lián)的電容器接收電荷，并且該電容器將電 荷保持到下一刷新周期，相對于無源矩陣改善了圖像質(zhì)量。集成MOS電容器典型地具有每面積電容在每平方微米5fF的范圍內(nèi)。對 于5x5pm像素的示例而言，當(dāng)2x2pm的面積被用作電容器時，可以假設(shè)充 電電容器為20fF。以32kHz操作開關(guān)S并假設(shè)滿量程(Full Scale, FS )電壓 為2V，平均二極管電流將具有FS值為
lDO，max=1.28nA
為了避免開關(guān)閉合時的高峰電流，可以使用類斜坡控制電壓。也就是說，
當(dāng)電壓源連接到開關(guān)時，可以控制電壓源vdc的輸出電壓連續(xù)增加。當(dāng)電壓
源與電容器之間的電壓差最大時，出現(xiàn)峰電流。即為如下情況當(dāng)電壓源連 接到電容器C0時。與以類步階方式施加的輸出電壓相比，類斜坡輸出電壓減 小峰電流。
詳細分析示出了 Vth失配即各個MOS晶體管的閾值電壓Vth之間的變化 的影響。第一粗略分析已經(jīng)示出在單晶硅上，并且假設(shè)2V的FS (滿量程) 電壓幅度，Vth失配基本上可忽略?？傊谝韵乱恍╇娐分邪艘恍┦?配補償。
圖2示出了使用n溝道FET (場效應(yīng)晶體管)的示例電路。在圖2中， 用相同參考符號表示對應(yīng)元件。
圖2中示出的電路表示有源矩陣顯示器中的單個元件。可以使用列與行 線來尋址顯示器中的每個發(fā)光元件。列線連接到該矩陣的一列中的每個發(fā)光 元件，行線連接到該矩陣的一行中的每個發(fā)光元件。由圖2中的參考符號Col (列)和Row (行)表示列線和行線。
圖2包括發(fā)光二極管DO，其具有連接到恒定參考電壓Vdio的陽極。在 這方面,圖2的電路不同于圖1的電路，在圖2的電路中，到二極管DO的 陽極的電流受控。發(fā)光二極管DO的陰極經(jīng)由場效應(yīng)晶體管N2和N4連接到 電容器C1。晶體管N2的源極s連接到晶體管N4的漏極。晶體管N2的漏極 電流對應(yīng)于流過發(fā)光二極管DO的電流。此外，N2的漏極電流粗略對應(yīng)于晶 體管N4的源極電流s。通過對連接到晶體管N4的源極的電容器Cl充電和 放電來控制二極管DO的發(fā)光度。
流過二極管DO的電流量取決于施加到晶體管N2的柵極的電壓與晶體管 N2的漏極d和源極s上的電壓降之間的電壓差。電流由晶體管的柵極電壓g 控制，而該晶體管的柵極電壓g繼而由列信號和行信號控制。晶體管Nl連 接到列線和行線、以及晶體管N2的柵極。晶體管N1的柵極連接到行線。如果行線承載高壓信號，則使晶體管Nl的漏極-源極溝道導(dǎo)通。連接到晶體 管Nl的漏極的列線上的電壓信號傳輸?shù)骄w管Nl的源極以及晶體管N2的 柵極。在此情況下，晶體管N2操作于飽和區(qū)。在編程階段，節(jié)點g被設(shè)置 為編程電壓。這是通過將編程電壓施加到列線Col并將高脈沖施加到行線Row 來完成的。通常逐行地利用輸入的視頻信號同步進行編程。
晶體管N2的源極s處的電壓等于C0上的電壓減去柵極-源極電壓降。 通過使N4導(dǎo)通一定時間，將電容器C1重復(fù)地充電到近似CO上的電壓。源 極跟隨器晶體管N2和C0上的電壓確定充電何時完成。流過晶體管N2和N4 的電流也是流過發(fā)光二極管DO的電流。
在已經(jīng)對電容器C1充電之后，使用晶體管N4柵極上的低電壓將該電容 器從晶體管N2的源極斷開。在此期間，對C1放電。這通過將晶體管N4的 源極連接到地來實現(xiàn)。因此，與電容器C1并聯(lián)操作的晶體管N3在其柵極處 接收高電壓Vres。通過將低電壓Vres施加到晶體管N3的柵極并將高電壓Von 施加到晶體管N4的柵極，來恢復(fù)對電容器Cl充電的過程。
在圖2中，表格示出了 Von和Vcapl的示例電壓信號。表格中的每個項 目表示作為時間的函數(shù)的電壓信號Von和Vcapl的幅度。Vcap是施加到電容 器C0的、與連接到晶體管N2柵極的電極相對的電極的電壓。
控制Vcapl也有助于在編程期間將列Col上的可能電壓移動到適當(dāng)范圍， 并且之后移動到用于最佳電荷泵操作的不同電平。具體地，晶體管Nl的柵 極接收低信號，可以使用電壓Vcapl來調(diào)節(jié)電容器C0的電壓。電壓Von表 示施加到晶體管N4柵極的電壓。高電壓Von增大流到電容器Cl的電流。在 該表格的第一行中， 一段的電壓Von遵循方波函數(shù)，而電壓Vcapl具有鋸齒 形狀。鋸齒電壓逐漸增加晶體管N2柵極的電壓以及流到電容器C1的電流， 而晶體管N4的柵極接收高信號。由此，可以降低流到電容器與發(fā)光二極管 的峰電流。因此，當(dāng)電容器C1帶載時，發(fā)光二極管.DO的電流和亮度基本上 恒定。
在圖2的表格的第二行中，電壓Von具有鋸齒狀，而電壓Vcapl連接到 地電勢。在此情況下,使用晶體管N4來降低流到電容器C1的峰電流。如果 立即將高壓施加到晶體管N4的柵極，則將流過高的峰電流。在此例子中， 晶體管的漏極與源極之間的電壓差是最大的，導(dǎo)致了峰電流。由于電容器C1 被逐漸充電，因此晶體管的源極和漏極之間的電壓差逐漸降低。峰電流降低，并且通常通過逐漸增加晶體管N4的柵極電壓Von來控制進入電容器Cl的電 流。在此情況下，晶體管N4操作為可控電阻器，由此可以以適當(dāng)方式控制 跨越晶體管N2的漏極和源極的電壓降.。
圖2的電路另外可以包括晶體管N5或二極管D1。在該圖中，晶體管N5 充當(dāng)二極管，這是因為晶體管N5的漏極連接到晶體管N5的柵極。二極管 Dl的陽極與充當(dāng)二極管的晶體管N5連接到發(fā)光二極管DO的陰極。利用供 電電壓Vdd來驅(qū)動二極管Dl的陰極。該附加二極管可以用于不同目的，具 體地是
-在高電壓操作和低電壓CMOS工藝(process)的情況下，如果電壓 Vdio超過最大允許的IC供電電壓Vdd,則二極管例如N5限制出現(xiàn)在晶體管 N2的漏極電極處的電壓。
-為了提供一定程度的測試能力(testability),在制造步驟期間、例如在 尚未在晶體管陣列或矩陣之上沉積OLED器件的情況下，可以使用二極管N5 或D1來形成電流通路。帶有合理測試區(qū)(coverage )的生晶片(raw wafer) 的制造測試因此是可能的。在此情況下，供電電壓Vdd例如可以被施加到單 獨的列或行線。
-為了提供一定程度的Vth補償，可以例如提供一時間段，在該時間段 期間通過二極管有意地將OLED短路。這可以通過拉低Vdio來實現(xiàn)。接下來， 電壓Vcapl以及因此晶體管N2的柵極電壓稍稍上升(rampup),從而晶體管 N2開始導(dǎo)通。在該例子中，場效應(yīng)晶體管N2操作在飽和區(qū)與歐姆區(qū)之間的 邊界。電容器Cl以及等效的晶體管N2的源極達到比晶體管N2的柵極電壓 低N2的Vth的電壓。Vth是晶體管N的閾電壓，由于生產(chǎn)容差該閾電壓可以 改變。產(chǎn)生的電流與晶體管N2的閾電壓Vth及其容差無關(guān)。
電壓Vcap2以及Vcapl可以連接到供電電壓Vdd或地電壓GND。為了 避免由附加AC電流分量在供電線上引起的有害影響，連接到地電壓GND是 優(yōu)選的。然而，對于電容器實施原因，也可以使用供電電壓Vdd。
圖3示出了本發(fā)明的第二實施例。圖3的實施例大致對應(yīng)于圖2的實施 例。在圖2和圖3中，相同的組件用相同的參考標(biāo)號表示。圖2和圖3之間 僅有的區(qū)別是晶體管N4相對于發(fā)光二極管DO、晶體管N2和電容器C1 的布置。在圖3的第三實施例中，在二極管DO和晶體管N2之間布置晶體管 N4。交換了晶體管N2和N4的位置。電路總的功能是相同的。對于布局原因，在圖2或圖3中呈現(xiàn)的電路之一可以是優(yōu)選地。晶體管N5以及D5的可選擇 的添加與圖2是相同的。此外，使用在圖3附表中表示的信號的晶體管N4 和電容器Vcapl的所提出的操作與圖2是相同的。
圖4示出了與圖2類似的拓樸。圖2的N溝道晶體管Nl、 N2、 N3和 N4分別對應(yīng)于圖4的P溝道晶體管Pl、 P2、 P3和P4。與圖2的實施例不同， 輸入到每個晶體管PI -P4的柵極的信號被反向。因為必須用相對于P溝道晶 體管的源極電極為負的柵極電壓來操作該P溝道晶體管，而N溝道晶體管要 求正的柵極電壓，所以才這樣做。此外，發(fā)光二極管DO的陽極而不是陰極 串聯(lián)連接到晶體管P2、 P4以及電容器C1。 P溝道晶體管的源極-漏極電流 的方向相對于對應(yīng)N溝道晶體管的電流方向是反向的。因此，在圖4的實施 例中選擇發(fā)光二極管的陽極而不是陰極。電容器C0和Cl將其參考端子連接 到Vdd或GND。這里，與圖3情況下的描述類似，交換P2和P4的順序也 是一種選擇。
因為許多常見OLED顯示器使用共用的頂部電極，其是陰極(Vdio),所 以使用P溝道MOS器件可以是優(yōu)選的。對于圖2和圖3的N溝道電路，可 以交換P4和P2的順序。圖4另外示出了隨時間變化的示例電壓信號Vres和 Von,它們分別驅(qū)動晶體管P3和P4。由方波信號驅(qū)動晶體管P3。該信號的 作用是將電容器C1和供電電壓Vdd連接從而對電容器Cl放電?？商鎿Q地， 晶體管P3的源極還可以連接到地電勢GND。方波脈沖周期性地對電容器Cl 進行放電。間歇地，通過施加被施加到電容器P4的柵極的鋸齒形電壓Von 來對電容器C1充電。鋸齒形導(dǎo)致相對恒定的電流，如上面進一步解釋的，該 電流驅(qū)動發(fā)光二極管DO并對電容器Cl充電。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明第四實施例的、用于控制發(fā)光元件DO的電路的 表示。圖5的電路使用N溝道晶體管來驅(qū)動二極管。圖5的電路布置大致對 應(yīng)于根據(jù)圖2的電路。與圖2不同，在圖5中省略了晶體管N4。除此之外， 晶體管和電容器的布置在圖2和圖5中是相同的。由于在圖5中省略了開關(guān) 晶體管N4，所以圖5的電路的操作與圖2的電路的操作不同。圖5還包括隨 著時間變化的電壓信號Vcap、 Vres和Row的表示，這些電壓分別被施加到 電容器C0、晶體管的柵極Vres以及行線。示出了每個電壓的幅度是隨時間 變化的。初始地，通過矩形脈沖行電壓信號，將列線上的電壓施加到晶體管 N2的柵極。此后，電壓Vcap以類步階的方式降低。因此，晶體管N2操作方波電壓信號Vres施加到晶體管N3的 柵極，來將電容器C1連接到地。當(dāng)使用晶體管N3將電容器C1連接到地時， 必須將電壓Vcap驅(qū)動為低以便防止晶體管N2變?yōu)閷?dǎo)通。接下來，打開N溝 道晶體管N3，即晶體管N3不導(dǎo)通，使用電容器CO處的斜坡電壓信號Vcap 逐漸增加晶體管N2的柵極電壓。因此，在一定時間萃殳上，即貫穿驅(qū)動周期， 建立流過發(fā)光二極管的實質(zhì)上恒定的電流。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動器的第五實施例。圖6的電路由n溝道晶 體管N1到N5、電容器C0和C1、以及發(fā)光二極管DO組成。圖6中電容器 C0和晶體管N1的布置對應(yīng)于圖5的布置。與圖5不同，電容器C1直接連 接到發(fā)光二極管DO的陽極。晶體管N2源極串聯(lián)連接到電容器C1。當(dāng)通過 將高壓施加到晶體管Nl的柵極而使晶體管Nl操作在飽和區(qū)時，通過列線驅(qū) 動晶體管N2的柵極。晶體管N3連接到電容器Cl,以便對電容器放電。晶 體管N3的漏極連接到地電勢。
在本電路中，已經(jīng)將晶體管N5和N4添加到圖5的電路。通過將晶體管 N5的源極和柵極連接到地電勢，晶體管N5操作為二極管。晶體管N5的漏 極也連接到發(fā)光二極管DO的陽極。西此，晶體管基本上防止發(fā)光二極管 DO的陽極電勢降低得遠低于地電勢。當(dāng)晶體管N3將電容器與地電勢連接以 便重置時，通過流過在該圖中由晶體管N5形成的二極管的充電電流來拉升 發(fā)光二極管的陽極電勢。因為與DO的陽極電壓相對應(yīng)的N5的漏極電壓應(yīng)近 似等于地電勢減去閾電壓Vth,因此該重置創(chuàng)建了對晶體管N5的閾電壓Vth 的依賴'P。將發(fā)光二極管DO的陰極連接到二極管電壓Vdio。應(yīng)以如下方式 選擇陰極電壓Vdio: —旦已經(jīng)將電容器Cl放電了，就不再有電流流過二極 管DO。
該電路具有呈現(xiàn)一個真正基于n溝道的解決方案的優(yōu)點。然而，在該電 路中，NMOS的柵極處于高壓，而不僅僅是漏極節(jié)點處于高電壓。此外，發(fā) 光二極管DO處于晶體管N2的源極通路上，從而其電特性例如發(fā)光二極管 DO的U/I特性或前向電壓具有影響。此外，電容器C1的節(jié)點都不處于供電 電平Vdd。
后一點要求列線Col上的電壓必須比跨越發(fā)光二極管DO的陽極和陰極 的電壓降要高。在一個示例實施例中，選擇陰極電壓Vdio為相對于地電壓為 負的電壓。當(dāng)發(fā)光二極管DO的陽極處于襯底地電平時，發(fā)光二極管DO可以不導(dǎo)通。
圖7示出了本發(fā)明的第六實施例的圖示。圖7的電路大致對應(yīng)于圖6的 電路。與圖6不同，晶體管N3將晶體管N2的源極和發(fā)光二極管DO的陽極 連接。因此，通過將電容器C1的兩側(cè)短路來對電容器放電。替代晶體管N5， 二極管Dl連接到發(fā)光二極管DO的陽極。二極管Dl與圖6中的操作為二極 管的晶體管N5執(zhí)行相同的功能。二極管D1可以是晶體管N3的一部分，并 且然后通過將晶體管的有源n+區(qū)連接到p點(p-doted)襯底來形成。使用晶 體管N2和N4對電容器充電。為了在驅(qū)動期間供應(yīng)實質(zhì)上恒定的電 流5 晶 體 管N4的柵極電壓是斜坡形狀的。正在被充電的電容器驅(qū)動電流流過發(fā)光二 極管DO。
圖8例示了本發(fā)明的第七實施例。圖8的電路基本對應(yīng)于圖7的電路。 與圖7不同，圖8的電流不包括開關(guān)晶體管N4。替代地，晶體管N2的漏極 連接到供電電壓Vdd。除此之外，兩個實施例第七實施例和第八實施例是 相同的。在圖8的實施例中，在晶體管Cl重置期間，必須注意避免任何電流 流過晶體管N2。因此，必須適當(dāng)?shù)剡x擇施加到電容器CO的電壓Vcap。為了 降低晶體管N2柵極處的電勢，必須下拉Vcap。因此，晶體管操作在截止區(qū)， 同時對電容器C1放電。在該電路中，在編程期間，可以要求一個充電脈沖。
圖9示出了根據(jù)本發(fā)明第八實施例的用于控制發(fā)光二極管的電路基于 NMOS器件的且具有共用陰極類型的OLED的像素電路。類似于在上面詳細 描述的實施例，可以交換晶體管N2和N4的順序。晶體管N1和N2、電容器 C0、以及列線Col與行線Row的布置與圖8的實施例的布置相同。在第八實 施例中，發(fā)光二極管DO的陽極連接到二極管Dl的陰極與晶體管N3的源極。 充電電容器連接到晶體管N3的漏極，晶體管N3通過柵極電壓Von驅(qū)動。與 圖8的實施例不同，電容器Cl沒有直接連接到發(fā)光二極管DO的陽極。
通過逐漸增加晶體管N3的柵極電壓Von來對二極管Cl放電，在圖9中 圖示了電壓信號Von隨時間的變化。電容器C1和晶體管N3的漏極兩者都連 接到晶體管N4的源極，晶體管N4通過柵極電壓Vres驅(qū)動。當(dāng)通過斜坡上 升柵極電壓Von而對電容器Cl放電時，晶體管N4的柵極電壓Vres處于低 態(tài)，即晶體管N4操作在截止區(qū)。因此，晶體管N4的源極電流為零，電容器 Cl的整個放電電流流過發(fā)光二極管DO，放電電流沒有流過二極管Dl,這是 因為二極管D1利用其陰極連接到晶體管N3 。通過在截止區(qū)中操作晶體管N3來實現(xiàn)電容器C1的充電，使得來自晶體 管N4的電流完全流到電容器Cl的電路節(jié)點g。將矩形脈沖電壓信號Vres施 加到晶體管N4的柵極，而晶體管N3的柵極電壓Von為低。充電電流的幅度 依賴于晶體管N2的柵極電壓以及施加到晶體管N2的漏極的供電電壓Vdd。 柵極電壓不是斜坡上升的，這是因為不需要提供恒定電流來對電容器Cl充 電。為了對電容器C1充電，晶體管Vres筒單操作為開關(guān)。當(dāng)使用適當(dāng)?shù)男?線電壓而使晶體管N2操作在飽和區(qū)中時，晶體管N2的柵極電壓基本等于列 線Col上的電壓。
電容器CO利用一個電極連接到晶體管N2的柵極，并且利用另一電極連 接到電壓VcapO。電容器CO存儲來自列線Col的電壓。可以選擇VcapO等于 供電電壓Vdd或地電勢GND。電容器Cl的一個電極連接到晶體管N4的源 極以及晶體管N3的漏極；電容器C1的另一電極連接到電壓Vcapl，可以選 擇該電壓Vcapl等于供電電壓Vdd或地電勢。當(dāng)VcapO和Vcapl連接到供電 電壓Vdd時，電容器CO和Cl可以被有利地實施為PMOS電容器。可以通 過晶體管N3的內(nèi)在二極管形成二極管D1 。該實施例有利地沒有漂移電容器。
圖10示出了根據(jù)本發(fā)明第九實施例的電路。保留了兩個例外之外，圖 10的電路對應(yīng)于圖4的電路。首先，在圖4中，電容器CO連接到電勢Vcapl, 而在圖10中，電容器CO連接到地。其次，圖4中的電容器Cl連接到電壓 Vcap2,而圖10中的對應(yīng)電容器C1也連接到地。通過對電容器C1充電或放 電來控制圖10的發(fā)光二極管DO的二極管電流。
圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的用于仿真電荷泵的電壓和電流的示例電路。該 仿真電路基本對應(yīng)于圖10的電路。與上述電路相比，通過DC電壓源V2替 代編程晶體管Pl和存儲電容器C0，這是因為仿真的主要興趣是分析電荷泵 功能。已經(jīng)通過5個硅二極管D4、 D6、 D8、 D9和D10的串聯(lián)連接替換了 OLEDDO,以便考慮硅二極管的OLED的較高的前向電壓。當(dāng)沒有電流流過 時，二極管D1避免驅(qū)動晶體管M1的漏極處的過壓擊穿，該驅(qū)動晶體管M1 對應(yīng)于圖10的晶體管P2。在示例的仿真中，可以以例如100kHz頻率對與圖 10中的電容器Cl相對應(yīng)的電容器CO充電和放電。發(fā)光二極管DO的陰極連 接到可以等于-2V的電壓Vdio。在圖ll中通過電壓源Vl來表示圖10的Vdio。 在圖11中通過電壓源V0來表示的供電電壓Vdd優(yōu)選地等于3.3V。重置電壓 Vres是方形脈沖信號，將其施加到晶體管M3的柵極，該晶體管M3對應(yīng)于圖10中的晶體管P3?？梢赃x擇充電電容器C1的電容等于10fF。將泵電容器 CO (圖10中的CI)充電到近似2V-Vth, 2V-Vth對應(yīng)于最大亮度情況。
圖12示出了圖11的電路的仿真結(jié)果。圖12中的波形示出在較上部分 中，電壓包括被施加到電路的控制電壓。底部的線表示流入OLED的電流。 可以看出在每個10ps時間段的中央部分中，電流基本上恒定在3nA。平均 電流在lnA左右。這可以在第二和第三時間段中最好地看出，這是因為在第 一時間段中可以看到一些電壓初始化。
圖13示出了泵電容器C1被充電到1.5V-Vth情況下的仿真波形。與圖11 中的波形相比，明顯地示出了更低的平均電流。原因主要是電流流過的時間 縮短。
圖14示出交換了與圖11中的晶體管P2和P4相對應(yīng)的晶體管的位置的 電路的仿真波形。沒有看出大的區(qū)別。
圖15示出根據(jù)本發(fā)明的電路的另一發(fā)展的圖示表示。在該另一實施例 中，在充電和放電期間，電容器C0耦接到發(fā)光部件DO，然而，在充電和放 電期間，該電容器CO具有各自的相對電極。在電容器充電期間，充電電流使 得發(fā)光部件耦接到電容器的一個電極以便發(fā)光。另 一電極當(dāng)然耦接到充電電 壓源，優(yōu)選地是經(jīng)由允許調(diào)節(jié)期望電壓波形的可控電壓調(diào)節(jié)器耦接到充電電 壓源。如果充電電壓具有適當(dāng)波形，例如如上所述的鋸齒形，則充電電流以 及因而流過二極管的電流基本恒定。否則，可以提供電流控制部件來在充電 期間控制電流。 一旦將電容器C1充電到期望電平，將用于充電的電壓源從電 容器斷開。電容器的具有較高電勢的電極現(xiàn)在耦接到發(fā)光部件DO,而不是耦 接到電壓源。電容器的另 一電極耦接到比跨越電容器的電壓低的參考電勢。 為了允許到電容器的完全放電，參考電勢可以是地、或者基本對應(yīng)于發(fā)光部 件的前向電壓降的電壓源。放電電流現(xiàn)在流過發(fā)光部件，使得其在該操作階 段期間也發(fā)光。如果控制放電電流基本是線性的，則發(fā)出期望亮度的光的總 時間可以近似地加倍。當(dāng)然需要控制開關(guān)Sl和S2,使得它們交替地將電容
器連接到發(fā)光部件，并且盡管不會引起可能危險的DC短路，但也要避免充 電電壓與參考電勢的交叉連接。
通過優(yōu)化出現(xiàn)在晶體管P4處的鋸齒信號的波形，可以增加電流流動占空 比。電容器尺寸、時鐘速率、以及時鐘信號的幅度之間的權(quán)衡(trade-off)將 影響動態(tài)損耗。過壓二極管D1實際上是有用的。該仿真證明不需要5V晶體管。在有 源器件方面，可以例如使用像0.18pl.8V/3.3V的標(biāo)準(zhǔn)邏輯工藝，使得該電路 的制造是容易的和廉價的。還可以想象到僅適用3.3V器件，進一步降低生 產(chǎn)工藝的復(fù)雜度。
權(quán)利要求
1. 一種用于控制發(fā)光元件(DO)的電路，該發(fā)光元件具體地為有機發(fā)光二極管，該電路包括電容器(C0)，其可與發(fā)光元件(DO)連接，充電部件，用于對該電容器(C0)充電，開關(guān)部件，被適配為交替性地將電容器(C0)連接到充電部件以及將電容器(C0)從充電部件斷開，并且用于相應(yīng)地將電容器(C0)連接到發(fā)光元件(DO)，其中交替性地對該電容器(C0)充電和放電，并且其中來自電容器(C0)的充電電流或放電電流驅(qū)動發(fā)光元件(DO)的電流，所述充電部件包括電流控制部件，以便可控地對電容器(C0)充電。
2. 如權(quán)利要求1所述的用于控制發(fā)光元件(DO)的電路，其中，電流 控制部件包括至少一個充電晶體管(Nl, Pl)。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的用于控制發(fā)光元件(DO)的電路，其中， 所述充電部件被適配為將預(yù)定電流提供給電容器(CO)。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的用于控制發(fā)光元件(DO)的電路，其中， 所述充電部件被適配為將預(yù)定編程電壓提供給電容器。
5. 如權(quán)利要求1到4之一所述的用于控制發(fā)光元件(DO )的電路，其 中，所述電容器可與發(fā)光元件(DO)的陽極或陰極連接。
6. 如權(quán)利要求1到5之一所述的用于控制發(fā)光元件(DO )的電路，其 中，充電晶體管的漏極或源極連接到電容器，所述充電部件被適配為連續(xù)地 增加或降低充電晶體管的柵極電壓，以便提供基本恒定的漏極或源極電流。
7. 如權(quán)利要求1到6之一所述的用于控制發(fā)光元件(DO)的電路，包 括用于對電容器放電的放電部件(N3， P3),所述放電部件包括開關(guān)晶體 管，該開關(guān)晶體管被適配為選擇性地將電容器連接到預(yù)定電勢、具體為地 電勢，使電容器的兩側(cè)短路，或者以反向方式將電容器連接在參考電勢和發(fā) 光元件(DO)之間。
8. 如權(quán)利要求1到7之一所述的用于控制發(fā)光元件(DO)的電路，包 括二極管(Dl)或者被適配來操作為二極管的晶體管(N5)，將二極管(Dl) 或二極管晶體管(N5)連接到發(fā)光元件的陽極或陰極，以便控制發(fā)光元件的 陽極或陰極的電勢。
9. 一種有源矩陣顯示器，包括多個發(fā)光元件(DO)和如權(quán)利要求1到 8之一所述的多個電路，其中，為每個發(fā)光元件(DO)提供單獨的電路。
10. —種用于控制發(fā)光元件(DO)的方法，該發(fā)光元件(DO)具體地 為有機發(fā)光二極管，該方法包括以下步驟提供可與發(fā)光元件(DO)連接的電容器(CO);提供充電部件，用于對電容器(CO)充電，所述充電部件包括至少一個 充電晶體管以便可控地對電容器(CO)充電；使用開關(guān)部件交替性地將電容器(CO)與充電部件連接以及將電容器 (CO)與充電部件斷開，并且相應(yīng)地將電容器(CO)連接到發(fā)光元件(DO), 其中，交替性地對該電容器(CO)充電和放電；以及使用來自電容器的充電電流或放電電流驅(qū)動發(fā)光元件(DO)的電流。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于控制發(fā)光元件的電路，該發(fā)光元件具體地為有機發(fā)光二極管。該電路包括可與發(fā)光元件連接的電容器、用于對該電容器充電的充電部件、以及開關(guān)部件。該開關(guān)部件被適配為交替性地將電容器從發(fā)光元件斷開以及將電容器連接到發(fā)光元件。交替性地對該電容器充電和放電。來自電容器的充電電流或放電電流驅(qū)動發(fā)光元件的電流。所述充電部件包括至少一個用于對該電容器充電的充電晶體管。
文檔編號G09G3/32GK101449314SQ200780018031
公開日2009年6月3日 申請日期2007年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月18日
發(fā)明者岡瑟·哈斯, 海因里?！ぶx曼, 菲利普·勒羅伊 申請人:湯姆森特許公司