專利名稱：具有使灰度等級控制更便利的功能的顯示設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及顯示設備并尤其涉及改進有源型矩陣型顯示設備現實質量的技術。
背景技術：
筆記本個人計算機和便攜式終端的使用正快速擴展。主要用于該設備的顯示器是液晶顯示器，但是希望看作為下一代平板顯示器的是有機EL(電致發光)顯示器。液晶顯示設備還是沒有解決諸如視角窄和響應速度慢的問題。另一方面，有機EL顯示設備不僅克服了LCD這樣的缺陷，而且達到了高亮度和高有效性。
它是一種針對這樣顯示方法的有源矩陣驅動系統。使用該系統的顯示器稱為有源矩陣顯示器，其中多重像素縱向和橫向地置于矩陣中，并且對每一像素提供開關元件。通過開關元件把圖像數據連續寫入每一像素。
當提出了各種像素電路，對于設計實用有機EL顯示器的研究和開發現進入前沿階段。這種電路的一個例子就是在日本專利申請公開文件No.Heill-219146揭示的像素電路，它以下將參照圖7簡要說明。
該電路包括數據傳輸晶體管Tr11和驅動晶體管Tr12(它們是兩個n溝道的晶體管)、為光學元件的有機發光二極管(下文簡稱為OLED)、存儲電容SC11、掃描線SL、供電線Vdd和輸入亮度數據的數據線DL。
該電路工作如下。為了寫入OLED 10的亮度數據，掃描線SL轉為高電平且數據傳輸晶體管Tr11導通，并且在驅動晶體管Tr12和存儲電容SC11都設置輸入到數據線DL的亮度數據。在亮度的時刻，掃描線變為低電平，因而截止了數據傳輸晶體管Tr11并保持驅動晶體管Tr12的柵極電壓，這樣OLED 10根據所設置的亮度數據發光。
另一方面，用戶迫切需要高質量的顯示。事實上，用戶希望顯示設備具有更多重的灰度等級。然而，這樣需要大量的灰度等級意味著必須進行細調控制。換言之，把亮度數據的信號范圍分為如此多的級別會產生各級之間更小的信號差別，由此使灰度等級控制更困難。
發明內容
本發明針對以上情況而作，并且其目的在于提供使灰度等級控制更簡便的新穎電路。
根據本發明的較佳實施例涉及一種顯示設備。該設備包括光學元件；驅動光學元件的驅動電路；以及轉換驅動電路驅動能力的轉換電路，其中由轉換電路轉換的驅動能力工作于光學元件上。這里，假設為光學元件的可以是有機發光二極管或液晶設備，但不僅限于此。
對應于光學元件亮度數據的數據信號需要根據所需灰度等級數量來設置。如果灰度等級數量大，那么各級間數據信號差別就小，這樣其控制就變得困難。因此在設置數據信號時使用相對大的信號，而由轉換電路轉換所述信號，這樣就把光學元件的亮度設置為期望值。例如，當亮度級別為10而把數據信號范圍設為1V時，每個級別就需要以0.1V為單位的控制。另一方面，當把數據信號的范圍設為10V時，每個級別就需要以1V為單位的控制，其控制就變得簡便了。
此外，轉換電路包括電流鏡像電路，并且由電流鏡像電路用預定因子乘流經驅動電路的電流后，把所述電流饋送到光學元件。特別地，由于有機發光二極管是電流驅動型光學元件，因此在有機EL顯示設備中通過這樣的電流鏡像電路的控制是有效的。
例如，在電流鏡像電路包括晶體管時，就按這些驅動晶體管能力的比值轉換流經電路的電流量。這樣，如果驅動晶體管能力的比值為10∶1，那么流經這些晶體管的電流比值也是10∶1。一般驅動能力與晶體管的柵極長度成反比并與其柵極寬度成正比。
此外，轉換電路進一步包括切斷裝置，它基本切斷流到電流鏡像電路的電流，并且通過控制切斷裝置控制光學元件的亮度。例如，如果電流鏡像電路包括兩個薄膜晶體管(以下稱為TFT)，那么切斷裝置工作于連接兩個柵極的節點。這樣，截止這些TFT并且基本切斷流到電流鏡像電路的電流。這里，它需要切斷裝置用作開關元件，且例如晶體管用作該目的。
此外，轉換電路包括電流支路，并且可把部分流到驅動電路的電流饋送到光學元件。隨后，并聯電阻元件以根據其電阻值的比值分流。此外，可并聯其導通狀態電阻值互相不同的晶體管，并且通過導通和截止這些晶體管對電流進行分流。
根據本發明的另一較佳實施例也涉及一種顯示設備。該設備通過模擬灰度等級法在驅動器元件中設置亮度數據，并在驅動光學元件的顯示設備中提供轉換電路以加寬亮度數據的設置范圍。
要指出在方法、設備、系統等之間改變的以上描述的結構元件和表述的任意組合或再組合都是有效的并由本實施例包含。
此外，本發明概述不需要描述所有必要特征，這樣本發明也是這些所描述特征的子組合。
圖1根據本發明第一實施例示出一種包括電流鏡像電路的像素電路。
圖2根據本發明第二實施例示出一種像素電路。
圖3根據本發明第三實施例示出一種像素電路。
圖4根據本發明第四實施例示出一種像素電路。
圖5根據本發明第五實施例示出一種像素電路。
圖6根據本發明第六實施例示出一種像素電路。
圖7根據常規實踐示出一種像素電路。
圖8示出了在圖5所示的像素電路上的修正像素電路。
圖9示出了在圖5所示的像素電路上的另一修正像素電路。
圖10示出了在圖6所示的像素電路上的修正像素電路。
圖11示出了在圖6所示的像素電路上的另一修正像素電路。
具體實施例方式
根據較佳實施例描述本發明，不希望這些實施例限制本發明的范圍，而只是對本發明進行示例。在實施例描述的其所有特征和組合不一定對本發明是必不可少的。
在根據本發明的較佳實施例中，把有源矩陣型有機EL顯示設備假設為顯示設備，并且轉換直接轉換并流自其中設置亮度數據的驅動器元件的電流以減小流到作為光學元件的OLED的電流。這通過在設置亮度數據時加寬信號范圍使得更便于進行灰度等級控制。
第一實施例根據本發明的第一實施例，提供電流鏡像電路控制流到OLED的電流。圖1示出了包括電路鏡像電路的像素電路。像素包括數據傳輸晶體管MN1、驅動晶體管MN2、第一電流鏡像晶體管MN3、第二電流鏡像晶體管MN4、OLED 10和存儲電容SC。此外，由同一像素行共用掃描線SL，并且類似地同一像素列也共用數據線DL和供電線Vdd。當數據傳輸晶體管MN1和驅動晶體管MN2是n溝道TFT時，第一電流鏡像晶體管MN3和第二電流鏡像晶體管MN4是p溝道TFT。用作開關元件的數據傳輸晶體管MN1可包括多個TFT并且實現期望驅動能力的其組合是任意的。
數據傳輸晶體管MN1的柵極連接于掃描線SL，MN1剩余電極的其中之一連接于數據線DL，而剩余電極的另一個連接于驅動晶體管MN2的柵極。第一電流鏡像晶體管MN3的柵極和漏極以及第二電流鏡像晶體管MN4的柵極連接于驅動晶體管MN2的漏極。第一電流鏡像晶體管MN3的源極和第二電流鏡像晶體管MN4的源極連接于供電線Vdd。這樣，第一電流鏡像晶體管MN3和第二電流鏡像晶體管MN4組成電流鏡像電路。
驅動晶體管MN2的源極接地。驅動晶體管MN2的柵極通過存儲電容SC連接于具有固定電位的固定電位線SCL。第二電流鏡像晶體管MN4的漏極連接于OLED 10的陽極，而OLED 10的陰極接地。要指出，這里連接于固定電位線SCL的存儲電容SC可連接于驅動晶體管MN2的源極所連接的地。此外這里都接地的驅動晶體管MN2的源極和OLED 10的陰極可連接于負電位。
以下說明如上所述構造的電路的工作。當掃描線SL到高電位時，導通數據傳輸晶體管MN1。從而，在驅動晶體管MN2中以數據電壓的形式設置應用于數據線DL的亮度數據。由此對應數據電壓的電流流向驅動晶體管MN2，并且同時同一電流流向第一電流鏡像晶體管MN3。
通過電流鏡像電路的工作，對應第二電流鏡像晶體管MN4的驅動能力與第一電流鏡像晶體管MN3的驅動能力之比的電流流向第二電流鏡像晶體管MN4。例如假設，第一電流鏡像晶體管MN3的驅動能力與第二電流鏡像晶體管MN4的驅動能力之比為10∶1。那么，流向驅動晶體管MN2的電流的1/10的電流將流向第二電流鏡像晶體管MN4，即流向OLED 10。
要指出，這里是n溝道TFT的數據傳輸晶體管MN1可以是p溝道TFT。此外，在第二電流鏡像晶體管MN4之上可提供OLED 10。換言之，根據第一實施例從供電線到地順序的第二電流鏡像極管MN4和OLED 10的通路可由從供電線到地順序的OLED 10和第二電流鏡像極管MN4的通路替代。
第二實施例根據本發明第二實施例不同于第一實施例，在于驅動晶體管MN2變為p溝道TFT并且在于添加了電位限定晶體管MN5，它把驅動晶體管MN2源極處的電位在把數據電壓寫入驅動晶體管MN2柵極時確定為供電線Vdd處的電位，如圖2所示。電位限定晶體管MN5是p溝道TFT。此外，在驅動晶體管MN2的柵極和源極之間提供存儲電容SC。
電位限定晶體管MN5的漏極連接于第一電流鏡像晶體管MN3的柵極和漏極以及第二電流鏡像晶體管MN4的柵極，而MN5的源極連接于供電線Vdd。電位限定晶體管MN5的柵極連接于控制線CL，而MN5的導通和截止由與掃描線SL互補的信號控制。除此之外該電流的結構都與圖1所示的電路相同。
以下說明如上所述構造的電路的工作。當掃描線SL到高電位時，導通數據傳輸晶體管MN1。同時，控制線CL到低電位且電位限定晶體管MN5導通。從而，驅動晶體管MN2源極處的電位與供電線Vdd的電位相等，并且在驅動晶體管MN2中以數據電壓的形式設置應用于數據線DL的亮度數據。此時，第一電流鏡像晶體管MN3的柵極和第二電流鏡像晶體管MN4的柵極也得到與供電線Vdd相同的電位。這樣，第一電流鏡像晶體管MN3和第二電流鏡像晶體管MN4都截止，這樣電流不會流向OLED 10。即OLED 10停止發光。
接著，當掃描線SL到低電位時，截止數據傳輸晶體管MN1。同時，控制線CL到高電位且電位限定晶體管MN5截止。從而，對應數據電壓集的電流流向驅動晶體管MN2，并且同時同一電流也流向第一電流鏡像晶體管MN3。通過電流鏡像電路的工作，對應第二電流鏡像晶體管MN4的驅動能力與第一電流鏡像晶體管MN3的驅動能力之比的電流流向第二電流鏡像晶體管MN4。
這里，應用于控制線CL的信號(它是與應用于掃描線SL的信號互補的信號)可以是任何信號，以使電位限定晶體管MN5導通同時數據傳輸晶體管MN1導通。此外，在OLED 10發光期間，其亮度可通過控制控制線CL來控制。OLED10一般顯示出隨時間而快速退化。尤其是彩色顯示設備，對于不同顏色OLED 10的退化進度有所不同，而連續使用可導致損失顯示設備的白色平衡。然而，可修正亮度的變化并通過對于每種顏色控制控制線CL來調節白色平衡。
第三實施例根據本發明第三實施例不同于第一實施例，在于驅動晶體管MN2是p溝道TFT，第一電流鏡像晶體管MN3和第二電流鏡像晶體管MN4是n溝道TFT，而在第二電流鏡像晶體管MN4之上提供OLED 10，如圖3所示。根據第三實施例的電路工作與圖1所示的第一實施例的電路工作相同，且這里省略其描述。
第四實施例根據本發明第四實施例不同于第二實施例，在于驅動晶體管MN2是n溝道TFT，第一電流鏡像晶體管MN3和第二電流鏡像晶體管MN4是n溝道TFT，電位限定晶體管是n溝道TFT，而在第二電流鏡像晶體管MN4之上提供OLED10，如圖4所示。根據第四實施例的電路工作與圖2所示的第二實施例的電路工作相同，且這里省略其描述。
第五實施例根據第五實施例，流到OLED的電流由互相并聯的電阻元件控制。圖5示出了具有如此配備電阻元件的電路。像素包括數據傳輸晶體管MN1、驅動晶體管MN2、第一電阻元件11、第二電阻元件12、OLED 10和存儲電容SC。盡管數據傳輸晶體管MN1是n溝道的TFT，但驅動晶體管MN2是p溝道的TFT。
數據傳輸晶體管MN1的柵極連接于掃描線SL，MN1剩余電極的其中之一連接于數據線DL，而MN1剩余電極的另一個連接于驅動晶體管MN2的柵極。驅動晶體管MN2的漏極分別連接于第一電阻元件11的其中一個電極和第二電阻元件12的其中一個電極，而MN2的源極連接于供電線Vdd。第一電阻元件11的另一個電極接地。OLED 10的陽極連接于第二電阻元件12的另一個電極，而OLED 10的陰極接地。因此，第一電阻元件11和第二電阻元件12互相并聯。
現在，流向驅動晶體管MN2的電流根據第二電阻元件12和OLED 10的電阻值之和與第一電阻元件11的電阻值之比分流。即如果流向驅動晶體管MN2的電流表示為IMN2，第一電阻元件11電阻值表示為R1，第二電阻元件12的電阻值表示為R2，而OLED 10具有的電阻值表示為ROLED，那么流縣OLED 10的電流或IOLED可表示為IOLED＝IMN2×R1/(R1+R2+ROLED)因此，通過配置使第一電阻元件11的電阻值R1小于R2+ROLED(它是第二電阻元件12的電阻值R2和OLED 10具有的電阻值ROLED之和)而使IOLED小于IMN2。
第六實施例根據第六實施例，如圖6所示，在第五實施例中提供的兩個電阻元件，第一電阻元件11和第二電阻元件12分別由都為n溝道TFT的第一支流晶體管MN6和第二支流晶體管MN7替代。由這兩個TFT共用連接于其柵極并控制它們的控制線CL。
這里，如果第一支流晶體管MN6和第二支流晶體管MN7的導通狀態電阻值分別表示為R1和R2，那么流經OLED 10的電流與第五實施例中所表示的相同。
如上所示，根據第一到第六實施例，可使實際流到OLED 10的電流小于通過由設置亮度的驅動晶體管MN2直接轉換產生的電流。因此，可使待設置的亮度數據范圍更寬，并使每個灰度等級的亮度數據更大，由此更便于進行亮度的更細致的分級控制。此外，根據第二和第四實施例，在OLED 10發光期間，流向電流鏡像電路的電流由電位限定晶體管MN5控制，這樣可控制OLED10的亮度。此外，該亮度控制可以補償亮度的降級。
根據只是示范性的實施例描述本發明。本領域技術人員可以理解對于每一部件的組合以及它們的操作存在其它各種修改，并且這樣的修改包含在本發明范圍中。下文將描述這樣修改的例子。
在第六實施例中，第一支流晶體管MN6和第二支流晶體管MN7共用控制線CL，但并不限于該安排和配置。例如，可提供獨立的控制線，并且可分別控制第一支流晶體管MN6和第二支流晶體管MN7以調節亮度。
由于如上提到的作為有機EL顯示設備光學元件的OLED隨時間顯示顯著的退化，它就可提供一種優點以分別控制支流晶體管。例如，當由于OLED退化而無法得到期望亮度時，可通過第二支流晶體管MN7提供更大的電流。這可以補償亮度降級。類似，可通過對第二實施例的電阻元件使用可變電阻元件補償亮度降級。
圖8是修正例，其中圖5示出的置于驅動晶體管MN2和地之間的OLED 10、第一電阻元件11和第二電阻元件12現在置于供電線Vdd和驅動晶體管MN2之間。此外，把驅動晶體管MN2變為n溝道TFT。這些元件之間的配置和連接如下。即，OLED 10的陽極和第一電阻元件11的其中一個電極連接于供電線Vdd。OLED 10的陰極連接于第二電阻元件12的其中一個電極。第一電阻元件11的另一個電極和第二電阻元件12的另一個電極連接于驅動晶體管MN2的漏極。驅動晶體管MN2的源極接地。該修正例的余下結構與圖5所示的像素電路結構相同。圖8所示的修正電路的工作與圖5所示的像素電路的工作相同，且這里省略其描述。
圖9是另一修正例，其中在第五實施例的圖5所示的像素電路中，把驅動晶體管MN2變為n溝道的TFT，并把作為p溝道TFT的電流切斷晶體管MN8串聯于驅動晶體管MN2和第二電阻元件12之間。電流切斷晶體管MN8用作開關元件，并且MN8的柵極連接于掃描線SL。此外，由于驅動晶體管MN2現在變為n溝道這一事實，就把存儲設置于驅動晶體管MN2柵極中的亮度數據的存儲電容置于相對第一電阻元件11的接地端的電極和驅動晶體管MN2柵極之間。這樣，這里就不再需要置于圖5像素電路中的固定電位線SCL。
以下描述圖9所示的像素電路的工作。當選擇掃描線并且數據傳輸晶體管MN1導通時，加到數據線DL的數據電壓，即亮度數據在驅動晶體管MN2的柵極和存儲電容SC中設置。此時，電流切斷晶體管MN8在截止狀態。這樣，電氣切斷了供電線Vdd和OLED 10之間的路徑，以使存儲電容和第一電阻元件11所連接的節點為地電位。此外，OLED 10陽極處的電位變為地電位，并初始化OLED 10的亮度數據。
之后，在發光時刻，數據傳輸晶體管MN1截止，并且電流切斷晶體管MN8導通。隨后，0LED 10陽極處的電位改變自地電位，但保持存儲電容SC的電量。這樣，保持在驅動晶體管MN2中設置的柵源電壓，即亮度數據，并且期望的電流流經驅動晶體管MN2。
這里，電流切斷晶體管MN8連接于掃描線SL并由其選擇信號控制導通截止。然而，電流切斷晶體管MN8可由不同控制信號控制。在這樣的情況下，電流切斷晶體管MN8的極性可以是n溝道或p溝道。然而，此時電流切斷晶體管MN8的導通持續時間需要包含并覆蓋數據傳輸晶體管MN1導通持續時間，即設置亮度數據的時間。注意電流切斷晶體管MN8放置的位置是任意的，只要MN8放置在供電線Vdd與OLED 10之間。例如電流切斷晶體管MN8可設置在第二電阻元件12和OLED 10之間，或供電線Vdd和驅動晶體管MN2之間。
圖10示出了在圖6所示的像素電路上的修正像素電路。即，在驅動晶體管MN2和地電位之間以及驅動晶體管MN2和OLED 10之間放置的第一和第二支流晶體管現在置于供電線Vdd和驅動晶體管MN2之間，如圖10所示。此外，先把第一和第二支流晶體管MN6和MN7變為p溝道TFT，并把第一和第二支流晶體管MN6和MN7的柵極連接于控制線CL。OLED 10的陽極和第一支流晶體管MN6剩余電極之一連接于供電線Vdd，而OLED 10的陰極連接于第二支流晶體管MN7剩余電極之一。第一支流晶體管MN6另一剩余電極和第二支流晶體管MN7另一剩余電極分別連接于驅動晶體管MN2的漏極。這樣，以這樣順序連接的OLED 10、第二支流晶體管MN7和驅動晶體管MN2形成從供電線到地電位的串聯通路，而第一支流晶體管MN6形成對OLED 10和第二支流晶體管MN7的并聯通路。圖10所示像素電路的工作與圖6所示的像素電路的工作相同。
圖11是另一修正像素電路，其中，在第六實施例的圖6所示的像素電路中，把驅動晶體管MN2從p溝道的TFT變為n溝道的TFT，而存儲電容SC置于驅動晶體管MN2的柵極和OLED 10的陽極之間。這樣，這里不需要固定電位線SCL。
以下描述圖11所示的像素電路的工作。當選擇掃描線并且數據傳輸晶體管MN1導通時，加到數據線DL的數據電壓，即亮度數據在驅動晶體管MN2的柵極和存儲電容SC中設置。此時，控制線CL在切斷狀態，并且OLED 10陽極處的電位降至由OLED 10時間常數和就在這之前的電位所確定的電位。之后，在發光時刻，數據傳輸晶體管MN1截止，并且控制線CL變為高電平。隨后，OLED 10陽極處的電位改變自地電位，但保持存儲電容SC的電量。這樣，保持在驅動晶體管MN2中設置的柵源電壓，即亮度數據，并且期望的電流流經驅動晶體管MN2。流經OLED 10的電流與第六實施例中的相同。
注意第一支流晶體管MN6和第二支流晶體管MN7可以是n溝道TFT。在這樣的情況下，這兩個TFT的柵極可連接于掃描線SL并可由掃描線SL的選擇信號控制導通截止。
此外，雖然在圖5和圖6所示的像素電路中存儲電容SC的電極之一連接于專用的固定電位線SCL，其配置和連接并不限于此且它可連接于供電線Vdd。此外，在圖8和圖10所示的像素電路中，連接于固定電位線SCL的存儲電容SC的電極之一可連接于地電位，它是驅動晶體管MN2的源極處的電位。在此處的任意情況下，都不需要固定電位線SCL。
雖然通過示范實施例描述了本發明，但本領域的技術人員應該理解可進行許多進一步的變化和替換，而不離開由所附權利要求書限定的本發明范圍。
權利要求
1.一種顯示設備，包括光學元件；驅動所述光學元件的驅動電路；以及轉換所述驅動電路驅動能力的轉換電路，其中由所述轉換電路轉換的驅動能力工作于所述光學元件上。
2.按權利要求1所述的顯示設備，其特征在于所述轉換電路包括電流鏡像電路，并且其中由電流鏡像電路用預定因子乘流經所述驅動電路的電流后，電流流向所述光學元件。
3.按權利要求2所述的顯示設備，其特征在于所述轉換電路進包括切斷裝置，它基本切斷流到電流鏡像電路的電流，并且通過控制切斷裝置控制所述光學元件的亮度。
4.按權利要求1所述的顯示設備，其特征在于所述轉換電路包括電流支路，它把部分流向所述驅動電路的電流送到所述光學元件。
5.一種顯示設備，該設備通過模擬灰度等級法在驅動器元件中設置亮度數據，并包括轉換電路，它在驅動光學元件的顯示設備中加寬亮度數據的設置范圍。
6.按權利要求1所述的顯示設備，其特征在于所述驅動電路包括薄膜晶體管。
7.按權利要求2所述的顯示設備，其特征在于所述驅動電路包括薄膜晶體管。
8.按權利要求3所述的顯示設備，其特征在于所述驅動電路包括薄膜晶體管。
9.按權利要求4所述的顯示設備，其特征在于所述驅動電路包括薄膜晶體管。
10.按權利要求5所述的顯示設備，其特征在于所述驅動電路包括薄膜晶體管。
11.按權利要求1所述的顯示設備，其特征在于所述光學元件是有機發光二極管。
12.按權利要求2所述的顯示設備，其特征在于所述光學元件是有機發光二極管。
13.按權利要求3所述的顯示設備，其特征在于所述光學元件是有機發光二極管。
14.按權利要求4所述的顯示設備，其特征在于所述光學元件是有機發光二極管。
15.按權利要求5所述的顯示設備，其特征在于所述光學元件是有機發光二極管。
16.按權利要求6所述的顯示設備，其特征在于所述光學元件是有機發光二極管。
17.按權利要求7所述的顯示設備，其特征在于所述光學元件是有機發光二極管。
18.按權利要求8所述的顯示設備，其特征在于所述光學元件是有機發光二極管。
19.按權利要求9所述的顯示設備，其特征在于所述光學元件是有機發光二極管。
20.按權利要求10所述的顯示設備，其特征在于所述光學元件是有機發光二極管。
全文摘要
當數據傳輸晶體管導通時，在驅動晶體管中以數據電壓的形式設置應用于數據線DL的亮度數據。由此對應數據電壓的電流流向驅動晶體管，并且同時同一電流流向第一電流鏡像晶體管。隨后，對應第二電流鏡像晶體管的驅動能力與第一電流鏡像晶體管的驅動能力之比的電流流向第二電流鏡像晶體管。
文檔編號H01L51/50GK1521712SQ0310292
公開日2004年8月18日 申請日期2003年1月20日 優先權日2002年2月4日
發明者野口幸宏 申請人:三洋電機株式會社