显示设备及其控制方法

专利名称：显示设备及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种具有发光元件的显示设备(发光设备)，特别涉及一种具有采用电流驱动方法的显示部分的显示设备。
背景技术：
在一个具有发光元件的显示设备中，可以采用数字分级方法(数字驱动方法)和模拟分级方法(模拟驱动方法)作为多色显示的驱动方法。在上述的数字分级方法中，用 ON(亮度几乎为100%)和OFF (亮度几乎为O%) 二进制驱动一个发光元件，通过控制发光区域和每个像素发光的时间长度获得分级。在模拟分级方法中，将一个模拟输入数据写入发光元件，从而以模拟方式调节分级。此外，分级的显示可以通过两种方法实现，一种是恒定电压驱动，依赖于提供给发光元件的电压，另外一种是恒定电流驱动，依赖于提供给发光元件的电流。在电流驱动方法中，采用一个晶体管(以下称为驱动晶体管)控制流经发光元件的电流。图8所示的V-I特征解释了驱动晶体管的工作。在驱动晶体管有两个工作区域， 一个称为饱和区域，一个称为线性区域。在线性区域中，电流值根据源极和漏极之间的电压(Vds)和栅极和源极之间的电压(Vgs)进行改变。(IvdsI < IVgs-V1J)在线性区域中，下面的表达式⑴成立。请注意，Ids 为流经沟道形成区的电流量。还请注意，β = uc^w/l，并且其中μ为驱动晶体管的迁移率，C0为每个单位体积的栅极电容，W/L为沟道形成区的沟道宽度W与长度L的比。Ids = β {(Vgs-Vlh) Vds-l/2 · Vds2}……(I)根据以上表达式(I)，Vds和Vgs获取在线性区域中的电流值。在线性区域中，Vds越小，电流值也变得越小，即使Vgs增加，电流值也几乎不增加。当驱动晶体管主要工作在线性区域时，在发光元件的两个电极间流动的电流量根据Vgs和Vds两个值而进行变化。驱动晶体管用作一个开关，和如果有必要，可以将一个电源线和发光元件短路，从而使电流流到发光元件中。连接至驱动晶体管的发光元件的特性 (制作工艺中的变化和老化)直接影响流经发光元件的电流值。在饱和区域中，电流值不根据源极和漏极之间的电压(Vds)而改变，换句话说，该电流值仅仅根据栅极和源极之间的电压(Vgs)进行变化。(Ivds > Vgs-V1J)在饱和区域，下面的表达式(2)成立Ids = β (VgS-Vlh)2......(2)如表达式(2)所述，在饱和区域的电流值很大程度上依赖于Vgs的变化，但是不依赖于Vds的变化。因此，连接至驱动晶体管的发光元件的特性不影响饱和区域的电流值。另一方面，当驱动晶体管主要工作在饱和区域时，在发光元件的两个电极间流动的电流量很大程度上依赖于驱动晶体管的Vgs的变化，但是不依赖于Vds的变化。对驱动晶体管的栅极电压进行控制，从而使必需的电流量流入发光元件。换句话说，驱动晶体管用作一个压控电流源，对驱动晶体管进行该设置，可以在电源线和发光元件之间形成一个恒定电流。在采用上述特性的恒流驱动中，在驱动晶体管工作在饱和区域时，电流值不依赖于Vds的变化。因此，流经发光元件的电流量能够保持恒定，而跟发光元件的特性(制作工艺中的变化、老化和温度变化)无关。当驱动晶体管的Vgs适当改变后，驱动晶体管能够主要工作在线性区域，或者主要工作在饱和区域。在饱和区域，驱动晶体管的工作在专利文件I中得到说明。专利文件I日本专利公开号No. Hei 14-108285在上述恒流驱动中，一旦由于发光元件的老化使Vds降低到一个特定值，则晶体管的工作区域进入线性区域。为了避免这种情况，根据估计的发光元件老化情况(对于老化的电压，电压α)设定Vds的一个设定电压(工作中的驱动晶体管的Vds)。电压α依赖于发光元件的老化情况。简而言之，在一个传统的设定电压中，因为由发光元件老化前(810)和老化后(811)之间的特性得到上述变化容限的一个估计值(812)，因此需要将Vds的值设高。
(I Vdsl ^ VgS_VTh+ α I)因此，施加到发光元件的阴极和阳极的电压不可避免的升高，导致产生热量和高功耗。本发明的一个目的是提供一种像素结构，它不需要为发光元件的老化对设定电压增加电压α时而能够正常工作。即提供了一种像素结构，其设定电压在饱和区域和线性区域之间的边界附近(图8中813)。本发明的另一个目的是提供采用上述像素的显示设备及其控制方法。

发明内容
本发明是为了解决上述问题而产生的，它的一个目的是通过提供一个电源压控器以修改设定电压，该压控器对由于发光元件老化形成的电流值的变化进行反馈，从而对设定电压进行设定。因此，可以提供在饱和区域和线性区域之间的边界附近的设定电压，而不再需要特别在初始化设定电压中对老化的容限电压α。为了具体地实施，本发明使用一个元件(以下称为监控元件)来检查应发光元件的老化并根据监控元件的老化来控制电源电压。即，通过固定监控元件的驱动晶体管的栅极和源极的电压，并根据发光元件的老化来控制漏极(漏极端子)电压，修改在源极和漏极间的电压使之成为一个恒量。图I是一个本发明结构的模式图，示出了一个像素部分103，它有一个监控元件 101和一个像素102。监控元件101有连接到像素的一个发光元件和一个驱动晶体管。像素 102也有连接至像素的一个发光元件和一个驱动晶体管。本发明具有连接至监控元件101 和像素102的第一电极104和第二电极105。第一电极的电势示为V1，第二电极的电势示为V2。注意监控元件可以设置在包括像素部分外部的任何部位上。此外，本发明有一个电源压控器106以通过识别由监控元件的老化造成的电流值的变化来保持电流值的恒定。即，由监控元件101老化造成的电流值的变化被反馈到像素的电源电压上，固定第一电极的电势v1;并且改变了第二电极的电势v2。由于第二电极 105连接至监控元件101和像素102，像素102的电流值通过改变V2而保持恒定。对于图1，像素和监控元件的布置和元件的结构是相同的，而连接(有或无连接) 情况可以变化。然而，对于本发明，像素和监控元件的结构没有必要是相同的。然而，在采用相同的结构和不同的连接形成监控元件的情况下，它的制作可以更加简单，不需要改变工艺，仅仅是接触方式或者类似内容的设计需要进行改变。现在参考图2的流程图解释控制电源电压的操作。首先，设定提供给监控元件的发光元件和一个像素的电压(发光元件的驱动电压)。在该时刻，驱动晶体管被设定为工作在饱和区域，但是不需要老化容限(电压α )。这就是说，传统方法中必须的电压α在本发明中是不必要的或者可以减小的。然后，将一个信号输入监控元件和像素的发光元件以进行发光。在像素上进行多色显示的分级方法可以是时间分级方法或者模拟分级方法。监控元件的发光元件和像素的发光元件都是随时间流失而逐渐老化的。由于在该时刻，像素的发光元件都是分级显示的，因此它们当中没有几个可以恒定发光。从另外一个方面，监控元件的发光元件总是受控发光。这就是说，监控元件的发光元件老化的最快。考虑该因素，控制电源电压从而根据监控元件的发光元件的老化对设定电压进行设定。这样， 设定电压可以根据像素的发光元件的老化而改变。监控元件的发光元件的老化增加了发光元件的电阻值，降低了驱动晶体管的电流 Ids，并降低了驱动晶体管的电压Vds。此时，电源压控器调整设定电压，以使电流值为设定电流。这就是说，减小V2，并且提升提供给发光元件的电压。此外，监控元件和像素有相同的电压V2，从而使像素的设定电压也同时被修改。在本发明中应当注意的是，通过识别由于监控元件老化造成的电压值的变化或者特性，可以控制电源电压。除了由于监控元件老化造成的电压值和电流值的变化，还可以通过其他变化来控制电源电压。如上所述，本发明可以使驱动晶体管工作在饱和区域，而不必在发光元件开始发光时为设定电压增加老化容限(电压α)。因此，就不再需要由于发光元件老化引起的设定电压的容限。通常，用于老化容限的电压α被估计为2到6V，其引起驱动电压会降低很多。从而，可以避免像素的发热和高功耗。驱动晶体管的发热能够显著的降低，因此可以减少发光元件的老化。


图I是本发明一个像素部分的模式图。图2是一个流程图，示出了本发明的一个显示设备的操作。图3Α和3Β是本发明的一个显示设备的一个像素部分的模式图。图4是本发明的一个显示设备的一个像素部分的一个模式图。图5是本发明的一个显示设备的一个像素部分的等效电路图。图6是本发明的一个显示设备的一个像素部分的一个俯视平面图。图7Α和7Β是本发明的一个显示模块的俯视平面图。
图8是一个视图，示出了一个晶体管的一个V-I特性。图9A到9H的视图，示出了具有本发明的显示设备的像素部分的电子设备。图10是本发明的一个显示设备的一个像素部分的一个模式图。图IlA和IlB是本发明的一个显示设备的一个像素部分的模式图。图12是一个视图，示出了本发明的一个试验电路。图13是一个图表，不出了阳极电压(VPJ3极)随时间(小时)的变化。图14是一个图表，示出了应用在一个发光元件上的一个电流值(I)随时间(小时)的变化。
具体实施例方式以下，参考附图描述本发明的优选实施例。注意，一个有源兀件有一个栅极，一个源极和一个漏极，但是由于元件结构，不可能区别源极和漏极。因此，当解释在端子间的连接时，为了方便，源极和漏极中的任何一个都可以作为第一电极，另一个则作为第二电极。实施方式I以下，参考图3解释一个例子，在该例子中，将一个运算放大器用作电源压控器。 注意在该实施例中，采用了 P沟道型驱动晶体管，但是也可以使用η沟道型驱动晶体管。同时，作为本发明的一个例子，将像素311的阳极电势(Vma)称为V1，将像素311和监控元件 301的阴极电压(V_)称为V2。图3A示出了本发明的像素结构的一个等效电路图。监控元件301有一个驱动晶体管302和一个发光元件303，发光元件303连接至驱动晶体管302的第二电极。像素311 有一个驱动晶体管312和一个发光元件313，发光元件313连接至驱动晶体管312的第二电极。发光元件303和313连接至运算放大器320的一个输出端子，并有一个电压V2。同时， 驱动晶体管302和312的第一电极有电势V1,与发光兀件的电极有相同的电势。运算放大器320的一个非反相输入端子(+侧)连接至像素的驱动晶体管312的第一电极，一个反相输入端子(_侧)连接至监控元件的驱动晶体管302的第一电极。监控元件的驱动晶体管通过一个电阻(R)连接至一个参考电源(VMf)。注意，Vref KV1(Vma)高。下一步，解释监控元件的驱动晶体管的电压(Vds)的设定方法。首先，基于显示设备的规格设定V1(即，监控元件的Vp_)。普通显示设备的规格中规定V1为2到6V。设定驱动晶体管302的栅极电压(Vnroni)，从而使在饱和区域预先设定的电流(IMf)能够流入监控元件。然后，将驱动晶体管312的栅极电压(Vpix)设为与￥ ^相同或者比它较高的值。下一步，设定参考电源VMf和电阻R的值，从而使预先设定的电流(IMf)能够流入监控元件301并且驱动晶体管302能够工作在饱和区域。注意，除了参考电源V,ef和电阻R 外，也可以使用其他装置实现提供流经监控元件的预先设定电流。例如，可以使用图3B所示的一个电流源321提供预先设定的电流(IMf)。g卩，由实施者确定V1, Vref, Vmoni, Vpin和R的值，并从外部控制监控元件的驱动晶体管 302 的 Ids0如上所述，一个显示操作是通过设定监控元件开始(称为一个工作状态或者驱动状态)。之后，监控元件的发光元件303随时间流逝而老化。类似的，像素的发光元件313也老化。此外，由于发光元件的老化，电阻值升高，从而使流经监控元件的电流值降低。下面解释运算放大器。运算放大器320基本起到输入电压近乎为O和非反相输入端子和反相输入端子有几乎相同的电压的功能。因此，以下表达式成立. Iref = (Vref-V1) /R = (V1-V2) /Rffloni... V2 = (Rmoni/R+l) · V1-(RffloniZR) · VrefRmoni为驱动晶体管302的第一电极和发光元件303的电源侧之间的电阻值。在 Rmoni发生变化时运算放大器改变V2的值并且保持Iref的值恒定。该运算放大器改变设定电压，并且还改变像素的驱动晶体管的Vds,这是因为监控元件和像素共同地有电势V2 (Vm)。同时，在该实施例中，即使是在驱动晶体管的电特性由于温度或者类似原因发生改变时，Vds仍然设定在饱和区域，这是因为由运算放大器确定并控制Ids。以下，将根据像素和发光元件之间的老化速度的不同，说明监控元件的设定电流。以数字分级方法的情况为例，像素的发光元件基于一个信号电流(视频信号)反复执行发光和不发光(擦写)。同时，监控元件的发光元件持续发光。因此，监控元件的发光元件的老化速度大于像素。这就意味着，监控元件的发光元件的老化速度最快。S卩，当运算放大器设定驱动晶体管的Vds时，可以在每个像素的驱动晶体管中对应发光元件的估计的老化程度设定电压，从而可以补偿大多数老化的监控元件的发光元件的老化。因此，不要求控制对应于像素的发光元件的发光和不发光的监控元件的发光元件。然而，优选的方案是，计算每帧的像素的发光元件的发光比率(占空比)，使监控元件的发光元件根据占空比进行发光。即，在数字分级系统中，监控元件的设定电流优选地设定在(在发光在占空比X时的电流值)。在模拟分级系统中，如上所述，由流经发光元件的电流量控制分级。因此，在模拟分级系统中，在最大发光时，优选地需要高于像素平均电流值的电流值。这就是说，根据本发明，可以通过测量监控元件的老化情况和将监控元件的设定电压设定在饱和区域，获取一个设定电压，对应于所有像素的发光元件的估计老化。此外，发光元件的老化率根据材料而不同红(R)，绿(G)和蓝(B)。在该情况下， 通过使监控元件的发光元件的老化等于或者大于每个发光元件中的大部分老化元件，可以使V2 (Vsw)有足够大的值。如上，根据本发明，可以获取一个设定电压而没有老化容限(电压α )。因此，不需要依照发光元件的老化的设定电压的容限，从而，可以避免发热和降低功耗。由于驱动晶体管的功耗能够显著的降低，可以避免发光元件的老化。实施方式2以下，参考图4解释与实施方式I不同的一个像素结构。注意，在实施例中，驱动晶体管为P沟道型，发光元件的阳极电势(Vwa)称为V1，发光元件的阴极电势(Vsw)称为图4示出了一个像素结构的等效电路图。与实施方式I相同，监控元件401有一个驱动晶体管402和一个发光元件403，发光元件403连接至驱动晶体管402的第二电极。 像素411有一个驱动晶体管412和一个发光元件413，发光元件413连接至驱动晶体管412 的第二电极。发光元件403和413连接至运算放大器420的一个输出端子，并有电势V2。同时，驱动晶体管402和412的第一电极有电势V1,与发光兀件的电极有相同的电势。与实施方式I不同，运算放大器420的一个非反相输入端子(+侧)连接至一个偏置电源\，一个反相输入端子(_侧)连接至监控元件的驱动晶体管402和发光元件403之间。下一步，解释监控元件的驱动晶体管的电压(Vds)的设定方法。首先，基于显示设备的规格设定V1。然后，设定驱动晶体管402的栅极电压(Vnwni)， 从而使在饱和区域，预先设定的电流(Iref)能够流入监控元件。同样，将驱动晶体管412的栅极电压(Vpix)设为与Vnwni相同或者比它较高的值。接着，确定Vb使监控元件的驱动晶体管402能工作在饱和区域。即确定驱动晶体管的Vds。如上所述，确定通过由运算放大器确定流入监控元件401的电流和V2(Vsw),使得流入监控元件401的电流可以流入发光元件403。S卩，在外部确定V1和Vb的值，并且控制监控元件的驱动晶体管的Vds。当由上述设定开始一个显示操作时，电阻值由于发光元件的老化而上升。然后，随着流入监控元件的电流值的下降，驱动晶体管402的Vds本身也出现下降趋势。然而，由于运算放大器的输入端子之间的电势差理想状态为0，因此Vds保持恒定。则由于Vgs和Vds恒定，Ids保持恒定，因此由Ids自动选择V2。监控元件和像素共同地有电SV2(Vsw)。这意味着同样也设定了像素的驱动晶体
管的Vds。以这种方式，本实施方式的特征是确定Vds。此外，与确定Ids的实施方式I相对比， 直接对Vds进行控制的实施方式提供了一个设定电压的简单的方法。如上所述，根据本发明，在从发光元件开始发光时，可以获取设定电压而没有老化容限(电压α )。因此，不需要根据发光元件老化的设定电压的容限，从而，可以避免发热和降低功耗。特别的，由于驱动晶体管的发热能够降低，可以防止发光元件的老化。实施方式3以下解释与实施方式I和实施方式2不同的一个像素结构。图10示出了实施方式2中所述的一个电路图，其中采用一个开关调节器3000代替运算放大器作为电源压控器。对于采用运算放大器的情况，需要用于运算放大器的一个电源电路。该实施方式采用一个开关调节器，将运算放大器和电源电路合为一体。下面描述一个采用开关调节器的像素结构。在图10中，开关调节器3000包括一个误差放大器3001，一个PWN比较器3002，一个参考电源3003和3010，一个振荡电路3004， 一个开关晶体管3008，一个电感器3009，一个二极管3006，一个平滑电容器3005和一个电池3007。如同实施方式2，监控元件有一个驱动晶体管3011和一个发光元件3012，发光元件3012连接至驱动晶体管3011的第一电极。像素有一个驱动晶体管3013和一个发光元件3014，发光元件3014连接至驱动晶体管3013的第一电极。驱动晶体管3011和3013的栅极连接至电源3015，晶体管3011和3013的第二电极连接至电源3016。接着，解释开关调节器的操作。在操作开始时，作为开关调节器的一个输出的平滑电容器3005的电势为O。将平滑电容器的电势输入到误差信号放大器3001的一个反相输入端，并且将发光元件的电压输入一个非反相输入端。晶体管3011的电流流入发光元件 3012,且在发光兀件中产生一个电压。当该电压高于参考电源3010的电压时,误差信号放大器3001工作以降低输出。然后，PWN比较器3002工作，从而通过改变振荡的负载来降低电感器3009的电压。因此，平滑电容器3005的电势被降低，发光元件3012的阳极电势也被降低到与电源3010的电势几乎相同的值。同时，当发光元件3012的阳极电势低于参考电源3010的电势时，进行相反操作，阳极电势也被升高到与电源3010的电势几乎相同的值。这样，通过使用开关调节器3000能够得到和运算放大器相同的效果。同样，减少了电源。实施方式4以下，参考图5和6解释具有一个监控元件的像素部分。注意，在该实施方式中， 采用了一个在绝缘表面上形成的薄膜晶体管(以下称为TFT)作为有源元件的晶体管。图5所示为一个像素部分500的等效电路图，该像素部分依次具有第一哑像素 (dummy pixel) 501，一个监控元件502，第二哑像素503和像素504。提供第一和第二哑像素使得整个像素部分在包括边缘处的像素和它们周围的像素的相同的条件下。哑像素，监控元件和像素有类似的结构，都有第一 TFT (选择TFT) 511，第二 TFT (擦写TFT) 512，第三TFT (驱动TFT) 513，一个电容器元件514，和一个发光元件515，该发光元件515在信号线521和第一扫描线522的交叉部分。注意，在本实施方式中，选择TFT和擦写TFT是采用η沟道型TFT形成的，驱动TFT采用ρ沟道型TFT形成的。同样，第二扫描线 523连接至擦写TFT的栅极，电流供应线524连接至擦写TFT的第一电极和驱动TFT的第一电极。然而，哑像素、监控元件和像素各自结构中的连接情况不同。第一和第二哑像素不与选择TFT511的第一电极和信号线521相连。第二，驱动TFT513的第一电极不与发光元件515的第一电极相连。提供这些哑像素以便在包括边缘处的像素和它们周围的像素的相同的情况下操作整个像素。因此，哑像素既不需要发光，将数据从信号线写入像素，也不需要使发光元件发光。然而，在本发明中，哑像素可以发光。哑像素的信号线521和电流供应线524相互连接以有相同的电势。在监控元件中，选择TFT511的第一电极不与信号线521连接。然而，信号线521 连接至发光元件515的第一电极。这使发光元件恒定发光，从而使其老化快速进行。因此， 信号线提供的作为亮度的信息的电压并不一定要经过选择TFT511被输入发光元件。监控元件的信号线521和电流供应线524各自连接至一个运算放大器。在像素中，选择TFT511的第一电极连接至信号线521，驱动TFT513的第一电极连接至发光元件515的第一电极。这趋向于在像素中，发光元件515基于来自信号线的信号电压通过驱动TFT513发光。此外，像素的信号线521和电流供应线524各自连接至一个驱动电路和一个FPC。在图6中，示出了图5所示的像素部分的俯视平面图。示出了第一条线的第一哑像素501，监控元件502，第二哑像素503和像素504。在信号线521、电流供应线524、第一扫描线522和第二扫描线523的交叉部分处，这些哑像素，监控元件和像素具有选择TFT511， 擦写TFT512，驱动TFT513，和发光元件515 (仅示出了它的第一电极)。如所需要的，提供一个电容器元件514 (配置有TFT513的一个栅极金属和一个半导体薄膜)。注意，当驱动TFT 的栅极电容器对于TFT的漏电流太小时，添加另一个电容器元件。如上参考图5所述，这些哑像素，监控元件和像素有相同的结构，然而，也存在着接触不同。也就是，哑像素，监控元件和像素之间的不同在于，是否存在选择TFT511和信号线521之间的连接，和驱动TFT513和发光元件515之间的连接。在第一和第二哑像素中，在选择TFT511和信号线521的接触部分中以及驱动 TFT513和发光元件515的第一电极的接触部分中，不存在接触。然而，尽管在选择TFT511 和信号线521的接触部分中不存在接触，但是在驱动TFT513和发光元件515的接触部分中提供具有与信号线521接触601的监控元件。在像素中，在选择TFT511和信号线521的接触部分中有一个接触602，在驱动TFT513和发光元件515的接触部分中有一个接触603。此外，提供导线将监控元件的信号线和电流供应线连接至运算放大器。而且，像素的信号线和电流供应线分别连接至一个FPC端子506或者一个驱动电路。哑像素的信号线和电流供应线相互连接并有相同的电势。在整个一线上的监控元件并不是必须的，但是仅仅能够有一个。这取决于监控元件所连接的运算放大器的性能。可以提供多个监控元件，并且它们可以对称于像素部分分布。监控元件可以以任何形式分布。一线的监控元件通过电流供应线相互并行连接，多个监控元件可以看作一个大的监控元件。采用这种方式，可以通过改变元件的布局设计形成本发明的监控元件，而不改变像素的工艺。同样，通过使用采用该方法形成的监控元件，像素的设定电压总是设定在饱和区域中的最优电压。因此，可以降低发热和功耗，从而延长发光元件的寿命。实施方式5上述实施方式中所示的像素部分中有发光元件，并且被密封而不暴露在空气中， 从而形成了一块面板。包含一个运算放大器，一个控制器，一个电源电路等的IC放置在面板上，从而形成了一个显示模块。这里解释显示模块的具体结构。图IlA示出了一个模式图，信号线驱动电路705附近有一线的监控元件751。图 IlA中示出的监控元件包括一个信号线驱动电路4001，一个扫描线驱动电路4002，多个哑像素4003，多个像素4004和一个监控元件4005。当在图IlA中所示的一线上提供监控元件时，本发明有单色发光元件。因此，希望将它应用于采用一个颜色转换层显示RGB的一个显示设备。此外，如图IlB所示，可以在多个线或者多个部分中提供监控元件。图IlA中所示的监控元件包括一个信号线驱动电路4001，一个扫描线驱动电路4002，多个哑像素4003， 多个像素4004，第一监控元件(R) 4006，第一监控元件(G) 4007，和第一监控元件(B) 4008。 特别是当在一个大面板上提供监控元件时，尽管取决于运算放大器的性能，但是期望在多个线上提供监控元件。同时，考虑到图IlB所示的用于每种颜色(RGB)的材料之间的老化差异，最好提供第一到第三监控元件。每个监控元件的放置位置并不局限于图IlB所示。可以放置在像素的任意外围区域，包括在它的外部。图7A中示出了图IlA中的结构的显示模块的一个简略图。显示模块安装有一个运算放大器750，一个控制器701和一个电源电路702。安装一个其中在每个像素中形成一个发光元件的像素部分703，一个监控元件751和一个哑像素752，在面板700中形成一个扫描线驱动电路704，用于在像素部分703中选择像素，和一个信号线驱动电路705，用于为被选择的像素提供一个视频信号。监控元件751放置在如像素部分703的一个侧的信号线驱动电路705附近，并且连接至运算放大器750。此外，哑像素752放置在像素部分703周围(外围)，从而使边缘处的像素(多数外部像素。在有mXn个像素时，在第一行和第一列上的一个像素，在第m行和第η列上的一个像素)在和周围像素相同的情况下。类似地，尽管在图中哑像素752放置在像素部分703的周围，但是它可以仅仅放置在必要的外围区域。同样，信号线驱动电路和扫描线驱动电路放置的位置和数量并不局限于图7Α所示。此外，运算放大器750，控制器701和电源电路702形成在一块印刷电路板706上。 通过一个FPC707，将每一类型的信号和来自控制器701或者电源电路702的一个电源电压提供给面板700的像素部分703，扫描线驱动电路704和信号线驱动电路705。通过一个接口(I/F)部分708，将电源电压和每一类型的信号提供给印刷电路板 706，在接口 708上布置了多个输入端子。注意，尽管在该实施方式中，印刷电路板706通过一个FPC707安装在面板700上， 但是该结构并不局限于此。也可以采用COG(玻璃上芯片)方法，将控制器701和电源电路 702直接安装在面板700上。此外，由于在印刷电路板706中的导线之间形成的电容、布线本身的电阻等造成电源电压和信号可能附带噪声，以及信号上升时间变得缓慢。可以在印刷电路板706上形成各种类型的元件，例如电容器和缓冲器，从而可以抑制附加在电源电压或信号上的噪声和信号上升时间的缓慢。图7Β示出了印刷电路板706的结构方框图。将接口 708提供的每一类型的信号和电源电压提供给控制器701和电源电路702。控制器701有一个Α/D转换器709，一个锁相环(PLL) 710，一个控制信号发生部分711，和SRAM (静态随机存取存储器)712和713。注意，尽管这里使用SRAM，也可以使用 SDRAM或者DRAM (动态随机存取存储器)替代SRAM，只要DRAM能够在高速下读写数据。通过接口 708提供的视频信号在Α/D转换器709中进行一个并行-串行转换，然后作为对应于颜色R，G，和B (R视频信号714，G视频信号715，B视频信号716)的一个视频信号被输入到控制信号发生部分711。此外，在Α/D转换器709中，基于通过接口 708提供的每一种信号生成一个Hsync信号717，一个Vsync信号718，一个时钟信号CLK(CLK1719 和CLK2720)，和一个交流电压(AC Cont 721)，然后将其输入到控制信号发生部分711。锁相环710工作以将控制信号发生部分711的工作频率的相位与通过接口 708提供的每一信号的频率对准。控制信号发生部分711的工作频率没有必要与通过接口 708提供的每一信号的频率相同。控制信号发生部分711的工作频率在锁相环710中被调节，从而使这些频率同步。输入到控制信号发生部分711的视频信号暂时写入在SRAM 712和713中并且保存。从存储在SRAM712中的视频信号的所有比特中，一次一个比特地读出对应于所有像素的视频信号，并将其提供给面板700的信号线驱动电路705。控制信号发生部分711提供与发光元件对于每个比特的发光时间有关的信息给面板700的扫描线驱动电路704。电源电路702给面板700的信号线驱动电路705、扫描线驱动电路704和像素部分 703提供一个预定的电源电压。
采用监控元件，像这样形成的显示模块能够在饱和区域中设定最优设定电压。因此，可以降低发热和功耗，从而延长发光元件的寿命。实施方式6采用根据本发明所制造的显示设备的电子设备的例子是摄像机，数码相机，护目镜式显示器(头戴式显示器)，导航系统，音频播放设备(汽车音响，音频元件等)，笔记本型个人计算机，游戏机，便携式信息终端(移动计算机，移动电话，移动型游戏机，电子词典等)，装配有记录介质的图像再现设备(特别的，装配有能够将诸如数字化视频光盘(DVD) 等的记录介质再现和显示其图像的显示设备的设备)等等。图9中示出了这些电子设备的例子。图9A是一个显示设备，它包括一个框架2001，一个支持底座2002，一个显示部分 2003，一个扬声器部分2004，一个视频输入端子2005等等。将使用本发明的监控元件的像素部分用于显示部分2003以制造显示设备。注意，在制造大尺寸的显示设备时，在每个RGB 处的多个行或者优选更多中提供行监控元件。当将本发明用于上述显示设备时，特别是用于大尺寸的显示设备时，可以实现低功耗，因此可以解决发热问题和发光元件老化问题。注意，术语显示设备包括所有的用于显示信息的显示设备，例如用于个人计算机的显示设备， 用于接收TV广播的显示设备和用于广告的显示设备。图9B是一个数码相机，它包括一个主体2101，一个显示部分2102，一个图像接收部分2103，操作键2104，一个外部连接端口 2105，一个快门2106等等。将具有本发明的监控元件的像素部分用于显示部分2102以制造数码相机。图9C是一个笔记本型个人计算机，它包括一个主体2201，一个框架2202，一个显示部分2203，一个键盘2204，一个外部连接端口 2205，一个指示鼠标2206等等。将具有本发明的监控元件的像素部分用于显示部分2203以制造笔记本型个人计算机。图9D是一个移动计算机，它包括一个主体2301，一个显示部分2302，一个开关 2203，操作键2304，一个红外端口 2305等等。将具有本发明的监控元件的像素部分用于显示部分2302以制造移动计算机。具有本发明的监控元件的像素部分的诸如笔记本型个人计算机和移动计算机之类的移动设备的优势是，降低了功耗，并且延长了电池的使用时间。图9E是一个提供有记录介质的便携式图像再现设备(特别的，一个DVD播放设备)，它包括一个主体2401，一个框架2402，一个显示部分A 2403，一个显示部分B 2404，一个记录介质(例如DVD)读入部分2405，操作键2406，一个扬声器部分2407等。显示部分 A 2403主要显示图像信息，显示部分B2404主要显示字符信息，将具有本发明的监控元件的像素部分用于显示部分A 2403和显示部分B 2404以制造便携式图像再现设备。注意， 提供有记录介质的便携式图像再现设备包括家用的游戏机等等。图9F是一个护目镜式显示器(头戴式显示器)，它包括一个主体2501，一个显示部分2502，一个臂2503。将具有本发明的监控元件的像素部分用于显示部分2502以制造护目镜式显示器。图9G是一个摄像机，它包括一个主体2601，一个显示部分2602，一个框架2603， 一个外部连接端口 2604，一个远端控制接收部分2605，一个图像接收部分2606，一个电池 2607，一个音频输入部分2608，操作键2609，一个目镜部分2610等等。将具有本发明的监控元件的像素部分用于显示部分2602以制造摄像机。图9H是一个移动电话，它包括一个主体2701，一个框架2702，一个显示部分2703， 一个音频输入部分2704，一个音频输出部分2705，操作键2706，，一个外部连接端口 2707， 一个天线2708等等。将具有本发明的监控元件的像素部分用于显示部分2703以制造移动电话。注意，在黑色背景上显示白色字符，显示部分2703能减少移动电话的功耗。如上所述，本发明的应用范围很广，从而它可以用于各种领域的电子设备，特别是用于平面显示设备。实施例I以下解释的是一个试验结果，它是关于对应于长期变化的阴极电压(阴极电势) 和提供给发光元件的电流的变化。附带地，该实施例所采用试验电路，使用了图10所示的电路。图12示出了本实施例的一个电路图，本实施例使用了图10所示的电路。对于电源电路，使用了一个μ PCl 100 (NEC公司生产)。设定了一个电阻R1，从而使VMO端子的电压大约为I. 05到I. 45V。设定了一个电阻R2，从而使监控元件的驱动TFT能够工作在饱和区域。设定了一个电阻R3，从而使DTC端子的电压大约为1.87V。电源电压V。。设定为 7V。一个CATHODE端子连接至像素的发光元件的阴极和监控元件的发光元件的阴极。一个 MONITOR端子连接至监控元件的发光元件的阳极。同时，没有与发光元件相连的像素和监控元件的驱动TFT的第二电极固定在5V。图13和图14所示的为采用图12所示的电路所产生的试验结果。图13示出了随时间流逝(小时)阴极电势(Vsw)的变化。能够确定的是，随时间流逝，阴极电势(Vsw) 的绝对值上升了。同时，图14示出了随时间流逝(小时)，提供给一个发光元件的电流值
(I)。能够确定的是，提供给发光元件的电流值为恒定值。注意，提供给发光元件的电流值等于电流损耗。发光元件的发光时间越长，发光元件的老化越快，所需要的阴极电压的绝对值也就变得越高。然而，提供给发光元件的电流值不变。因此，本发明的电路能够控制阴极电压， 通常是为了保持提供给发光元件的电流值不变。通过使用采用本发明的电路的像素结构，可以使一个驱动TFT工作在饱和区域， 而不需要一个发光元件的老化容限，或者使用一个小于传统容限的较小容限。因此，可以降低发热和功耗。本发明可以将电压设定在饱和区域，而在发光元件开始发光时，不需要一个发光元件的老化容限，或者使用一个小于传统容限的较小容限。因此，不需要根据发光元件的老化的设定电压的容限，从而可以降低发热和功耗。此外，由于降低了驱动晶体管的发热，显著地避免了发光元件的老化。
权利要求
1.一种显示设备，包括第一晶体管；第二晶体管；第三晶体管，电连接至所述第二晶体管；第一发光兀件，包含第一电极；以及第二发光元件，包含第二电极；其中，所述第一电极与所述第一晶体管的至少一部分重叠，其中，所述第二电极与所述第二晶体管的至少一部分重叠，其中，所述第一晶体管电连接至所述第一电极，其中，所述第二晶体管未电连接至所述第二电极，其中，信号线与所述第三晶体管的一部分重叠，以及其中，所述第三晶体管未电连接至所述信号线。
2.根据权利要求I所述的显示设备，其中，所述第一晶体管和所述第二晶体管为薄膜晶体管。
3.一种显示设备，包括第一晶体管；第二晶体管；第三晶体管，电连接至所述第二晶体管；绝缘膜，在所述第一晶体管和所述第二晶体管上；第一发光元件，包含所述绝缘膜上的第一电极；以及第二发光元件，包含所述绝缘膜上的第二电极；其中，所述第一电极与所述第一晶体管的至少一部分重叠，其中，所述第二电极与所述第二晶体管的至少一部分重叠，其中，接触孔设置在所述绝缘膜中，并且所述第一晶体管通过所述接触孔电连接至所述第一电极，其中，所述第二晶体管未电连接至所述第二电极，其中，信号线与所述第三晶体管的一部分重叠，以及其中，所述第三晶体管未电连接至所述信号线。
4.根据权利要求3所述的显示设备，其中，所述第一晶体管和所述第二晶体管为薄膜晶体管。
5.一种发光设备，包括第一晶体管和具有第一电极的第一发光元件，所述第一发光元件的第一电极连接至所述第一晶体管的第一电极；监控元件，具有第二晶体管和具有第一电极的第二发光元件，所述第二发光元件的第一电极连接至所述第二晶体管的第一电极；以及电源压控器，其中，所述电源压控器的输入端子分别连接至所述第一和第二晶体管的第二电极；以及其中，所述电源压控器的输出端子连接至所述第一和第二发光元件的第二电极。
6.根据权利要求5所述发光设备，其中，所述电源压控器为运算放大器。
7.根据权利要求5所述发光设备，其中，所述电源压控器为开关调节器。
8.一种显示设备，包括第一晶体管；第二晶体管；第三晶体管，电连接至所述第二晶体管；第一发光兀件，包含第一电极；以及第二发光元件，包含第二电极，其中，所述第一电极与所述第一晶体管的至少一部分重叠，其中，所述第二电极与所述第二晶体管的至少一部分重叠，其中，所述第一晶体管电连接至所述第一电极，其中，所述第二晶体管未电连接至所述第二电极，其中，信号线与所述第三晶体管的一部分重叠，以及其中，所述第三晶体管未电连接至所述信号线。
9.根据权利要求8所述的显示设备，其中，所述第一晶体管和所述第二晶体管为薄膜晶体管。
10.一种显不设备，包括第一晶体管；第二晶体管；第三晶体管，电连接至所述第二晶体管；绝缘膜，在所述第一晶体管和所述第二晶体管上；第一发光元件，包含所述绝缘膜上的第一电极；以及第二发光元件，包含所述绝缘膜上的第二电极；其中，所述第一电极与所述第一晶体管的至少一部分重叠，其中，所述第二电极与所述第二晶体管的至少一部分重叠，其中，接触孔设置在所述绝缘膜中，并且所述第一晶体管通过所述接触孔电连接至所述第一电极，其中，所述第二晶体管未电连接至所述第二电极，其中，信号线与所述第三晶体管的一部分重叠，以及其中，所述第三晶体管未电连接至所述信号线。
11.根据权利要求10所述的显示设备，其中，所述第一晶体管和所述第二晶体管为薄膜晶体管。
12.—种发光设备,包括第一晶体管和具有第一电极的第一发光元件，所述第一发光元件的第一电极连接至所述第一晶体管的第一电极；监控元件，具有第二晶体管和具有第一电极的第二发光元件，所述第二发光元件的第一电极连接至所述第二晶体管的第一电极；以及电源压控器，其中，所述电源压控器的输入端子分别连接至所述第一和第二晶体管的第二电极；以其中，所述电源压控器的输出端子连接至所述第一和第二发光元件的第二电极。
13.根据权利要求12所述发光设备，其中，所述电源压控器为运算放大器。
14.根据权利要求12所述发光设备，其中，所述电源压控器为开关调节器。
全文摘要
本发明为显示设备及其控制方法。一个传统的设定电压是带有一个发光元件的特征变化的估计容限的值。因此在驱动晶体管的源极和漏极间的电压Vds必须要设定得较高(Vds＞Vfs-VTh+a)。这就造成了由施加给发光元件的电压所产生的高发热和高能耗。本发明的特点是，根据由于发光元件的老化，反馈一个电流值的变化，并且有一个电源压控器，它可以改变设定电压。即，根据本发明，可以将设定电压设定在饱和区域和线性区域的边界(临界部分)附近，而针对初始设定电压不再需要对老化的电压容限。
文档编号G09G3/32GK102610189SQ20121004904
公开日2012年7月25日 申请日期2003年10月21日 优先权日2002年10月31日
发明者宫川惠介, 小山润 申请人:株式会社半导体能源研究所