近年来，有机发光二极管显示器的商业应用引起了人们的广泛兴趣。 形态佳，反应快，重量轻，运行电压低以及如打印般的画质使其成为从手 机屏幕到大屏幕电视的广泛应用范围内的理想显示装置。低分辨率的无源 有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode以下简称OLED)显 示器已与商业上的手机产品相结合。采用有源矩阵OLED的新一代高分辨 率和高性能装置正在开发中。有源矩阵OLED显示器的最初引入可见如数 码相机和小型视频装置的产品。大屏幕OLED显示器的演示进一步推动了 商业用有源矩阵OLED技术的开发。实现上述商业化的主要挑战包括(1) 改善材料和装置的工作寿命，(2)减小装置在显示区内的变化。已提出一些 方法，即通过使单个像素包括更多的有源开关装置或采用外部供应线开关 来解决第二个问题。在上述解决方案中与单个像素结合的更精细的控制电 路将不可避免地导致装置复杂性的增加。
OLED显示器与液晶显示器(LCD)的不同之处在于OLED显示器中 任一个像素都产生光输出。像素的光输出更容易受到流入像素的电流的控 制。与之相比，由于LCD的光学特性是直接对施加的电压做出反应，故 LCD容易受电压信号控制。虽然典型的存储装置保存电压信息，但是使有 源矩阵OLED显示器通过典型的存储元件工作需要另外的将存储电压数 据转换为明确的电流输出的传输方法。实用的转换方法应当是可靠的并不 由影响上述转换的因素，如像素-像素的特性变化决定，以使得OLED显 示器有良好的一致性。
采用有机材料形成LED的基本示例可见第5482896号美国专利，第 5,408,109号美国专利和第5,663,573号美国专利，采用有机发光二极管形 成有源矩阵显示装置的示例可见第5,684,365号美国专利和第6,157,356号 美国专利，所有上述这些都作为参考文件引用于此。
有源矩阵OLED显示器(图1)典型地由选择行的“选择”电极，设 置像素状态的“数据”电极，驱动像素的电源电极VDD和提供共用电压 电平的基准电压VREF构成。有源矩阵显示器中的基本像素还包括至少一 个控制数据的晶体管和至少一个存储元件，存储元件用于保存数据信息的 长度足以使得在一个画面帧的一个数据状态中，像素保持稳定。图2中对 有源矩阵OLED显示器中的基本像素100的电流图表进行了进一步详细描 述。带有与图2中构造相似的像素电路的有源矩阵允许在地址周期内根据 数据电极传输的数据信号在存储电容器204中写入数据并保存，而供电 VDD根据电容器204中设置的数据通过n沟道晶体管201持续驱动 OLED205。由与晶体管203栅极连接的选择电极的电压控制的n沟道晶体 管203控制接收数据信息的像素的选择。有源矩阵驱动允许驱动晶体管 201保持数据状态并继续在数据电极输入数据与像素断开之后的一个延长 的期间内传输所需的驱动电流。因而，要达到一定亮度所需的峰值电流与 无源矩阵相比会减小。有源矩阵显示器中的峰值驱动电流与无源矩阵中的 分辨率不成比例，故其适合于高分辨率的应用。有源矩阵显示器的稳定性 也有所改善。
如以上实例所示，产生光输出的电流流经至少一个校准电流的控制元 件。在传统的发光装置显示器中，上述控制元件在玻璃上的非晶硅薄膜上 制造。上述控制元件消耗的电力转换为热量而不产生光。为减小上述电力 消耗，应采用迁移性比非晶硅好的多晶硅。更精细的使用适合于以多晶硅 为基底材料的像素电路的自调节多阶变换方法可见第6,501,466号美国专 利和第6,580,408号美国专利。上述方法中给出的电流驱动在很大程度上 消除了材料和典型不匀称地结合玻璃上的薄膜多晶硅的晶体管的碰撞。在 上述方法中，需要最少四个晶体管来实现上述自调节多阶变换，以获得显 示用的与像素无关的电流驱动。上述方法的一实例如图3所示，其中每个 带有存储电容器304和OLED30的像素都采用四个晶体管301，302，303 和307，以及3个入口线，数据，选择和VDD。
图4所示的电路表示自校准电流驱动的另一方法。显示电路包括在两 个电压电平VDD1和VDD2之间交换源电压的供电电极开关。与图3所 示的实例相比，图4的晶体管数目比图3的少，但需要一个另外的具有转 换功能的入口电极以在电流驱动中使像素工作并将电流传输到发光二极 管。
图5表示将像素参数读入包括存储器和调节线路的外部处理电路的另 一种方法。上述外部调节可以消除像素参数的变化，如阈值电压变化。像 素电路包括5个晶体管和5个入口电极。
已有技术的上述实例大致上回顾了上述技术中解决一致性问题的已 有解决方案。与图2所示的基本像素电路相比，很显然一致性问题的任何 已有解决方案都包括像素电路复杂性的实质上的增加，从而有可能减小有 用发光区，功效和产品收益。
本发明提供了在同一总线上带有传统的像素选择功能和输电功能的 像素入口的多功能扫描-电源电极，因而减小了显示器的复杂性。本发明 还提供了在一个像素中的多个既设置数据电压又传输数据电流的导电沟 道。如此构造的像素结构包括从扫描-电源电极到发光元件之间的直流电 通道和从数据电极到基准电压源之间的直流电通道。上述通道的开启和关 断完全由施加于扫描-电源电极的电压控制。
本发明通过构造像素解决复杂性问题，将传统的扫描电极设置成如发 光装置的供电电极一样在部分循环中传输全部驱动电力，而不为电路增加 任何附加的开关电极或信号。此外，具有多个由单一信号扫描-电源电极 控制的导电沟道的结构还简化了电流驱动模式的运行。

在传统的像素驱动电路中，扫描电极具有导通或关断像素中的控制开 关以使能或断开数据电极的数据输入。上述扫描电极并不参与设定像素中 存储元件的实际数据信息值，也不直接和数据电极连接。本发明提供了驱 动有源矩阵发光装置显示器的方法，其中在扫描过程中，扫描电极直接和 数据电极连接，并提供参考电位以设定像素中的实际数据值。
本发明提供了像素电路和驱动上述像素电路的方法，其中上述像素包 括数据电极和扫描电极之间的导电沟道；施加于上述扫描电极的控制信号 完全控制上述导电沟道的使能和阻止。此外，本发明的像素电路包括两个 交替的导电沟道，一个位于数据电极和扫描电极之间，另一个位于扫描电 极和上述基准电压源之间并经过上述发光元件。
如本发明的较佳实施例所述，位于数据电极和扫描电极之间的导电沟 道将流入的数据电流转换成保存于存储元件中的数据电压。上述保存的数 据电压控制通过发光元件的驱动电流。位于扫描电极和基准电压源之间的 导电沟道提供了将驱动电流经扫描电极(以下称为扫描-电源电极)送至发 光元件的方法，简化了上述像素电路并使单一控制电极具有额外的控制功 能。
在本发明的较佳实施例中，使显示器工作的电流驱动消除了对阈值电 压的变化和OLED特性的依赖。本发明还采用将传统的电力传输电极和扫 描电极合并为一个单一的入口电极(扫描-电源电极)的驱动方法。采用 三个晶体管的较佳实施例说明了本发明的电流驱动的解决方案的应用。其 他的实施例则说明了更广泛的实施原理。
本发明的其他特性和优点将由下面的说明给出，或从本发明的实施中 得出。本发明的目的和其他优点将通过说明书和权利要求以及附图特别指 出的结构实现或达到。

图1是已有技术中有源矩阵发光装置显示器的示意图。
图2是已有技术中有源矩阵发光装置中的像素电路的示意图。
图3是已有技术中有源矩阵发光装置中的像素电路的示意图。
图4是已有技术中有源矩阵发光装置中的像素电路的示意图。
图5是已有技术中有源矩阵发光装置中的像素电路的示意图。
图6是本发明一较佳实施例的数据控制电路的示意图
图7A是本发明一较佳实施例的数据控制电路的示意图。
图7B是本发明一较佳实施例的数据控制电路的示意图。
图8是一较佳实施例的像素电路结合本发明数据控制电路的示意图。
图9是本发明一较佳实施例的共阴极结构像素电路的示意图。
图10是本发明另一实施例的包括一般类型的发光装置的像素电路的 示意图。
图11是本发明另一实施例的包括一般类型的发光装置的像素电路的 示意图。
图12是本发明另一实施例的像素电路的示意图。
图13是本发明另一较佳实施例的像素电路的示意图。
图14是本发明另一较佳实施例的像素电路的示意图。
图15是本发明另一较佳实施例的像素电路的示意图。

本发明及其要求保护的主题是使得一种有源矩阵发光元件的显示器 工作。
本发明提供了有源矩阵像素电路及其驱动方法。该电路包括连接 数据电极和扫描电极的第一导电沟道，由施加在扫描电极的信号控制。此 外，本发明提供由施加在同一扫描控制电极的信号交替使能的一个像素中 的两个导电沟道，其中第二导电沟道提供像素中发光元件的驱动电流。传 统的扫描(扫描-电源)电极因此作扫描选择和电力传输的双重功能。本 发明的较佳实施例消除了已有的驱动对阈值电压变化和OLED特性的依 赖。在三个晶体管的实施方式中的较佳实施例用于说明本发明中电流驱动 的解决方案的简易性。其他的实施例用于说明广义实施原理。
在此说明的是本发明的较佳实施例采用有机发光二极管作为示例。利 用有机材料形成LED的实例可见专利号为5,482,896的美国专利和专利号 为5,408,109的美国专利，利用有机发光二极管以形成矩阵显示装置的实 例可见专利号为5,684,365的美国专利和专利号为6,157,356的美国专利， 所有上述专利都作为参考文件引用于此。
已有技术中已证实了传统的构造发光装置显示器并使其工作的方法 涉及扫描电极(或被称为选择线，栅极线，或其他带有类似意义的名称) 和供电电极(VDD)。扫描电极通过像素中开关元件的高阻抗栅极与像素互 动，不参与向发光装置传输驱动电流。
本发明提供了一种像素电路及操作方法，其中扫描电极与数据电极经 由导电沟道互通电流。上述导电沟道由施加于扫描电极的电压信号控制， 且可通过设置该导电沟道来提供将输入电流信号转换为电压并将内部存 储元件设置为上述电压的转换功能。
本发明还结合了经由扫描电极使传输驱动电源工作的扫描-电源电 极。为数据输入选择像素的同一扫描-电源电极在随后的工作期间所有驱 动电流。上述构造的像素利用传输驱动电流的扫描-电源电极，在某一期 间内阻止数据电极与像素之间的数据传送，而另一期间内根据扫描信号使 数据从数据电极写入上述像素。
这种构造的像素包括扫描电极与数据电极之间的导电沟道(现称为 DS)。组合电路还包括在扫描-电源电极与为像素中的发光装置提供驱动 电源的电压源之间的导电沟道(现称为SP)。导电沟道SP的使能和断开 完全由施加在扫描-电源电极上的电压信号控制。
沟道DS也称为第一导电沟道，沟道SP称为第二导电沟道。
扫描-电源电极代表入口电极，其构造使其在一个工作时间段内完成 传输扫描信号以使数据输入到选择的像素的扫描工作，在另一工作时间段 内完成将驱动电流传输给发光装置的驱动工作。扫描电极表示仅完成传统 的扫描(或选择)工作的传统的入口电极。扫描(或写数据)周期是一个 选择像素以使数据从数据电极传输到选定像素的期间。传输的数据信息保 存在像素的存储元件中直至下一个扫描期间。
在本发明的说明中，直流电通路表示不被电容中断或终止的导电沟 道，其包括下列元件，电阻器，晶体管的漏-源极和发射器-集电器沟道， 二极管的阳极-阴极和使电流持续的导线。该说明书中的直流电通路表示 在至少一个工作期间，其为使显示器装置工作而使能和传导需要的电流。 经过电容器或在此终止的充电电流不构成直流电通路。输入栅极或寄生电 容器的电荷引起的瞬态电流增加不产生有效电流通路。二极管的反向泄 漏，晶体管截止区的漏电流，经由高阻抗输入接点(例如基极和栅极)的 电流都不是有效的电路。因此，本说明中的直流电通路是为了运行显示像 素而传导所需电流，并且只要设置的条件持续，电流便持续的电流通路。
有源元件含高阻抗控制端和连接第二及第三接点的沟道。操作时，高 阻抗控制端接收控制信号并按控制信号校准通过沟道的电流。具有作为控 制接点的栅极和其他两个作为源极和漏极的接点之间的沟道的MOS晶体 管在较佳实施例中用作开关元件。类似的双极晶体管以及JFET都可作为 较佳实施例中的替换品。上述所有有源元件的结果都类似，可以采用上述 MOS的工作方式作为例证。
只要合适，有机发光二极管(OLED)用于大部分较佳实施例中；在 上述实施例中出现的该装置不应解释为对本发明的一般的发光装置的限 制。MOS装置在较佳实施例中用作开关元件。类似的双极晶体管完成与 MOS装置相同的功能。通过用任意的发光装置代替上述有机发光二极管， 所属技术领域的技术人员可以迅速地进行改变。应当知道的是的是最佳实 施条件和最佳数据形式不构成对于工作上述电路的限制。
下面结合附图详述本发明的较佳实施例。
图6表示本发明一较佳实施例的电路元件，表示了介于数据电极(D) 和扫描电极(VSC)之间的导电沟道，其中晶体管602和603顺导电通路 而连接。602的栅极连接603的两个漏极-源极接点之一，即接点A。晶体 管603的栅极由扫描电极VSC直接控制。两个晶体管都导通时，通导602 和603提供从VSC经B和A至D的导电沟道以形成直流电通路。
在一较佳实施方式中，可以指定602为n沟道晶体管，603为p沟道 晶体管。当VSC相对D为正向时，接点A用作n沟道晶体管602的源极 而B用作漏极；当VSC相对D为负向时，接点A作为漏极而B用作源极。 通过设置VSC实质上相对于D为负(典型为几伏特)，p沟道晶体管603 导通。接点B上的正向电压使得接点B为晶体管602的源极而接点A为 漏极。此外，由电路连接得到VGS＝VDS，晶体管602导通并设置于饱和区。 而且因为晶体管602在饱和点(VGS＝VDS)用作两个接点设备，故VDS 由从VSC流入D的电流而唯一确定。
当将VSC设为高于(正于)D，p沟道603关断。接点A的电压因此 设置在VSC和D之间而相对VSC为负值，n沟道晶体管602也在其截止 区并与接点B相比为负。电路600的适当工作条件是将扫描电压VSC调 整在VHI和VLO之间，其中高压和低压之差必需大于数据信号的动态电 压范围和VREF的电压范围构成的总的动态范围。电容器的基准电压 VREF在像素工作方式中可以是动态变换的电压。
图6所示实施例提供包括：
数据电极和扫描电极之间的导电沟道连接；
通过设置扫描电极VSC的高电压或低电压控制上述导电沟道；
由晶体管的饱和区状态决定从输入电流到输出电压的转换；
上述传输特性的一个特殊指令在于根据上面提到得条件，输出电压由 输入电流确定。
图7A和7B提供连接数据电极和扫描电极的导电沟道的其他较佳实 施例。图7A中，沿扫描电极VSC和数据电极D之间的导电沟道设置两 个晶体管。两个晶体管的栅极连接在同一漏极-源极接点。在一较佳工作 方式中，一个晶体管为n沟道晶体管，而另一个为p沟道晶体管。设置702a 为n沟道晶体管，703a为p沟道晶体管，在VSC的电压小于D时导电沟 道导通，开启p沟道703a和n沟道702a，而电压相反时则关断导电沟道。 工作方式和电压转换可由图6类推得到。
图7B改变了图7A，将两个晶体管的方向设为同相。通过类推图6可 以得到与图6和图7A类似的工作方式的较佳实施例，其中二晶体管702b 和703b皆为n沟道晶体管，或皆为p沟道晶体管。
本发明另一较佳实施例的包括图6所示电路的像素电路如图8所示， 其中802和803相当于602和603并带有存储电容器804。存储电容器 804连接晶体管801的栅极以提供控制流入发光元件805的电流所需的数 据信号。
图8所示的较佳实施方式具有P-沟道晶体管803，和n-沟道晶体管801 和802。扫描-电源电极的电压是以VLO和VHI之间的脉冲，其中VHI为系统 的最大正向电压，而VLO为系统的最低电平。而VHI典型值为数据电极的最 大电压与发光元件805的最大正向压降之和。以高分子发光二极管805为 例，有源矩阵应用的典型正向工作压降在5V以内，而动态数据范围为5V。 设置VLO为0V，则在上述有源矩阵显示器的实际操作中，扫描-电源电极 的脉冲电压是0至10V。
参照图8中的电路，在较佳工作方式中，数据信息的形式为电流源Iw 的形式。上述电路的较佳工作方式如下所述。
本发明及其要求保护的主题是使得一种包括发光元件的显示器工作。
本发明提供了有源矩阵像素电路及其驱动方法。该电路包括由施加在 同一控制电极的信号交替导通的一个像素中的两个导电沟道。本发明的较 佳实施例消除了已有的驱动对阈值电压变化和LED特性的依赖。本发明 还采用将传统的电力传输电极和扫描电极合并为一个单一的入口电极(扫 描-电源)的驱动方法。在三个晶体管的实施方式中的较佳实施例用于说 明本发明中电流驱动的解决方案的简易性。其他的实施例用于说明实施原 理。
此说明的是本发明的较佳实施例采用有机发光二极管作为示例。利用 有机材料形成LED的实例可见专利号为5,482,896的美国专利和专利号为 5,408,109的美国专利，利用有机发光二极管以形成矩阵显示装置的实例可 见专利号为5,684,365的美国专利和专利号为6,157,356的美国专利，所有 上述专利都作为参考文件引用于此。
已有技术中已证实了传统的构造发光装置显示器并使其工作的方法 涉及扫描电极(或被称为选择线，栅极线，或其他带有类似意义的名称) 和供电电极(VDD)。扫描电极通过像素中开关元件的高阻抗栅极与像素互 动，不参与向发光装置传输驱动电流。
本发明提供了一种无需外部电源电极的驱动有源矩阵显示器中发光 装置的方法。由同一电极选择要写入数据的像素的电极与在随后的工作过 程中传输所有驱动电流。这样构造的像素采用扫描-电源电极，其在一时 间段内传输驱动电流，同时阻止数据在上述数据电极与上述像素之间传 输，而在另一时间段内使数据依照扫描信号从数据电极写入上述像素。这 样构造的像素包括在扫描-电源电极与为像素中的发光装置提供驱动电 源的电压源之间的导电沟道(现称为SP)。导电沟道SP的使能和断开完 全由施加在扫描-电源电极上的电压信号控制。
此外，本发明的像素还包括数据电极和上述电压源之间的导电沟道 (现称为DP)。根据施加在上述扫描-电源电极的电压来使能和断开导电 沟道DP。
沟道SP也称为第二导电沟道，沟道DP称为第一导电沟道。
在本发明的说明中，直流电通路是不被电容中断或终止的导电通路， 其可以包括，例如电阻器，晶体管的漏极到源极或发射器到集电器，二极 管的阳极到阴极和使恒定电流连续的导线等元件。本说明中的直流电通路 也表示在显示装置工作的至少一个工作周期内使能和传导所需的电流。电 容上或通过电容终止的充电电流不构成直流电通路。应当知道的是由输入 栅极或寄生电容器产生的瞬态电流不产生有效电流通路。还应当知道的是 二极管的反转泄漏，晶体管关断状态的漏电流和通过高阻抗输入接点(如 基底或栅极)的电流也不是有效电流通路。在这个意义上，本说明中的直 流电通路是为了运行显示像素而传导所需的电流，并且只要设置的条件持 续，电流便持续的电流通路。
扫描-电源电极代表入口线，其构造使其在一个工作时间段内完成传 输扫描信号以使数据输入到选择的像素的扫描工作，在另一工作时间段内 完成将驱动电流传输给发光装置的驱动工作。扫描电极表示仅完成传统的 扫描(或选择)工作的传统的入口线。扫描(或写数据)周期是一个选择 像素以使数据从数据电极传输到选定像素的期间。传输的数据信息保存在 像素的存储元件中。
只要合适，有机发光二极管(LED)用于大部分较佳实施例中；在上 述实施例中出现的该装置不应解释为对本发明的一般的发光装置的限制。 MOS装置在较佳实施例中用作开关元件。类似的二极管完成与MOS装置 相同的功能。通过用任意的发光装置代替上述有机发光二极管，所属技术 领域的技术人员可以迅速地进行改变。应当知道的是的是最佳实施条件和 最佳数据形式不构成对于工作上述电路的限制。
本发明的较佳实施例将在下文中结合附图详细描述。
图5表示一实施例，其中电容器504采用基准电压570作为固定的基 准电压。在扫描(写入)周期中，扫描-电源电极设为低，导通p沟道晶 体管503使得数据能够在电容器和501中的栅极更新。在驱动周期中，扫 描-电源电极设为高，关断晶体管503，正向偏置n沟道晶体管501。电 容器的基准电压恒定，因而更快地响应写入电容器中的数据。在上述电路 工作时，需要通过近似等于LED505的平均起始电压的附加偏移电压升高 数据电压，以确保晶体管501适当导通，并位于数据输入周期中的饱和区。
如上文的详细描述，作为第一观点，较佳实施例包括扫描-电源电极， 其利用第一(扫描)信号和第二信号控制进行数据写入和数据保存的像素 的选择(扫描)。在采用第二(驱动)信号的周期中，同一扫描-电源电 极向发光元件传输驱动电流。
如上文所述，作为第二观点，图5提供的较佳实施例是通过晶体管501 和发光元件505连接上述扫描-电源电极和上述基准电压的直流电通路的 实施例。在上述驱动周期内，这样的直流电通路根据电容器504中保存的 电压传导驱动电流。应当注意的是在上述直流电通路中还可插入多种电子 元件以进一步改变工作情况。上述进一步的改变不违反，如本发明所述， 传统的在扫描电极和电压源之间的结合同一扫描-电源电极的驱动功能 的直流电通路供应。
本发明另一较佳实施例的像素电路如图6所示，包括第一晶体管601， 第二晶体管602，第三晶体管603，LED605，存储电容器604，和公共基 准电压源VREF。图6所示的较佳实施方式具有两个用于数据控制的P-沟 道晶体管602和603，和一个用于驱动的n-沟道晶体管601。
参照图6，在较佳实施模式中，数据信息的形式为电流源1w的形式。 该实施例的较佳工作模式如下所述。
1.数据信号和所需的输出。当电流在OLED中导通时，其光输出传统 上被认为与驱动电流呈线性关系。为了保持均匀化控制对像素到像素的变 化不敏感的光输出，十分需要设计一种将数据电极的输入信号线性转换为 OLED上的输出电流的像素电路。这样的转换功能需要独立于像素电路中 的主要参数，例如控制晶体管的阈值电压和OLED的正向电压的变化。如 已有技术所示，已经知道可利用电流源形式的数据信号更好地完成上述技 术中这种不受位置决定的转换。因此，在此讨论的焦点在于利用传输到数 据电极的电流源1w产生OLED上的电流输出ID的工作。最佳电路及其工 作可望在驱动周期内由在扫描周期内输入的数据电流线性转换而产生输 出电流。
2.扫描和数据写入周期。扫描电压信号VLO施加至扫描-电源电极 810，从而导通P沟道晶体管803并使数据电流1w流入像素，其中VLO 等于VREF，并且在显示系统工作时设置为最低电势。由于电容器与栅极 连接，此数据电流1w流向n沟道晶体管802的栅极及电容器804，非零电 流使得电容器804和晶体管802的栅极上的正电荷(和电压)持续累积， 因而导通802使得电流流经802，使系统达到稳定状态。因802的接点B 设置为VLO，而VLO为系统的最低工作电压，因此接点A和B分别为802 的漏极和源极，如以上图6所讨论。晶体管802因此构成漏极-源极短路， 并且：
VGS2＝VDS2    (1)
根据MOS的特性，该偏置电压使得601在饱和区，而且根据公式得 到由栅极电压控制的通过601的电流，
其中VGS2是晶体管802的栅极-源极电压，而V DS2是漏极-源极压降。
根据MOS晶体管的特性，公式(1)的条件确保802在饱和区开端，并 且通过802的电流(ID)由栅极电压根据下述公式控制：
ID2＝C2(VGS2-VTH2)2    (2)
其中VTH2是802的阈值电压，C2是由宽度，长度和内部参数，例如 硅的迁移率、晶体管802的栅氧化物的厚度和绝缘常量决定的常量。在扫 描周期要结束时，分入电容器804的电流减小至0，并且除通过晶体管802 电流外，所有通过晶体管802的数据电流为
ID2＝IW    (3)
应当注意的是电容器804的压降Vc与VGS2相等，因为在扫描周期内， 810上的线电压等于VREF。
3.驱动周期。在将数据写入像素并将电容器804充电至设置晶体管 802到饱和区的电压VC＝VGS2之后，设置电极810的电压(VHI)(驱动电压) 高至足以使LED805完全正向偏置，保持晶体管801在饱和区。较好的电 压(VHI)典型地等于或高于LED的最大正向工作电压与数据电极输出的最 大电压之和。对于包括工作于7.5伏特范围的小分子OLED、驱动电容器 的典型的NMOS TFT和3伏特的动态数据范围，较好的电压(VHI)在比 VREF高11-13伏特的范围内。VHI的这种条件确保在驱动周期中穿过晶 体管801的漏极和源极的压降VDS1比在扫描周期存储于电容器804的写入 电压VC高，因而促使晶体管801进入其饱和区。由于设置电极810为高， 故P沟道晶体管803关断。如以上图6所作相关说明，因扫描-电源电极 810电压设置高于容器电压VC，晶体管802的漏极和的方向与扫描周期相 反。因晶体管802的栅极与源极(A)电势相同而关断晶体管802。这便 将容器804与外部影响完全隔离。扫描周期内在电容器804中积累的电荷 因此得以一直保持到寄生漏电流允许的时间。同时，LED805的正极相对 于VREF为正电势，故其正向偏置。通过上面提供的VHI情况和对晶体 管801的工作情况的I-V分析，可以证明在驱动周期内VDS≥VGS。因而晶 体管801保持在饱和区，通过与上面相似的公式得到ID：
ID1＝C1(VGS1-VTH1)2    (4)
其中ID1是晶体管801的漏极电流，C2是由宽度，长度和内部参数， 例如硅的迁移率、晶体管801的栅氧化物的厚度和绝缘常量决定的常量， VGS1是晶体管801在驱动周期内的栅极-源极电压，而VGS1＝VC＝VGS2。
因为晶体管801与晶体管801位置靠近，所有上述内部参数和氧化物 得厚度因此也大致相似。因此VTH1＝VTH2，而参数C1与C2的差别主要 是在设计中二者长宽不同。因此，所属技术领域的技术人员可直接得出驱 动周期电流ID1与IW线性关系：
ID1/IW＝C1/C2＝W1L2/W2L1  (5)
或
ID1∝IW
此处的像素电路及方法提供了在发光装置显示器的电流驱动模式中 利用三个晶体管的解决方法，其不受电路元件特性改变的影响。等式5中 得尺寸参数的比率根据设计决定，对于过程变化的第一阶保持为常数，从 而因进程的非单一而产生不由几何变换压缩而产生的压缩。应当注意到输 入和输出的线性关系是较佳工作模式，而非实施本发明的必须条件。还应 当注意到的是C2/C1的比率不一定在所有电流水平处皆相同。典型的是 C2/C1在低电流IW处比在高电流IW处高。这是因为穿过发光元件805和晶 体管801的总电压恒定的条件，导致驱动晶体管的源极-漏极的压降VDS1 因设置VC的VDS2而增加。产生于低电流IW的上述背离比高电流IW的多， 因此在低电流IW处将801从开始点推入饱和区。表现于不完全饱和区的晶 体管使得C1增加而C2/C1背离。对于工作方式的第一阶，该背离可以忽 略；对于增加的图像再现，该背离可以由输入的IW或其他偏移元件补偿。
如上文所述，作为第一附加观点，图8的较佳实施例表示了通过晶体 管802的A接点和B接点与晶体管803的源极和漏极连接作为第一入口 电极的上述扫描-电源电极与作为第二入口电极的上述数据电极的电流 通路(P1-P2-P3-P4)。上述电流通路在扫描周期内传导的电流与数据电流相 等。扫描周期由施加于扫描-电源电极的扫描电压确定。
应当注意的是在上述直流电通路中还可插入或隔开多种电子元件以 进一步改变工作方式。上述进一步的改变应被理解为不会使本发明所述 的，在扫描电极和数据电极之间、使同一扫描-电源电极具有驱动功能的 直流电通路不复存在。
作为第二观点，图8所示的较佳实施例还对晶体管802的接点A和B 作为漏极和源极在不同的工作周期中的变化作了功能说明。A和B接点作 为漏极和源极的功能在像素电路的设计时并非静态恒定，而是根据施加 在上述扫描-电源电极上的工作电压而改变。在这个方面，在本说明书和 权利要求书中将上述接点称作为(栅极接点以外的)第二和第三接点更加 合适。
作为第三观点，图8所示的较佳实施例还提供了如图6所示的控制电 路，包括将输入的电流形式的信号转换为电压形式并将上述电压传送到存 储电容器804的晶体管802和803。连接扫描-电源电极和数据电极的电 流通路经由上述控制电路。
在向上述扫描-电源电极施加驱动电压(VHI)期间，阻止所有流向存储 元件804的通路，使电容器(和晶体管801的栅极)不受其他影响。
有源矩阵显示器可以由本实施例提供的像素单元构成，方法是通过在 多个数据电极和多个扫描-电源电极之间的接口处形成上述像素。作为完 全显示单元的实例，数目与输出接点相配的电流驱动单元装在上述矩阵显 示器的一边，其中每个数据电极都连接数据驱动单元的输出接点以提供数 据电流信号。扫描一电源驱动器安装在上述显示器矩阵的另一边，其中上 述扫描-电源电极连接扫描-电源驱动单元的输出接点以接收扫描脉冲 和驱动电流。
在图6所示的实施例的较佳实施方式中，晶体管是形成于透明玻璃基 板的一层非晶或多晶硅上的薄膜晶体管(TFT)。晶体管也可以形成于单晶 硅基板，可以是MOS或二极元件。公共基准电压源典型地通过连接任一 个像素的导电材料的连续层670供给。有机发光二极管可以由小分子或聚 合体有机材料层堆栈形成。上述发光结构典型地包括阴极层，电子传输层， 空穴传输层和阳极层。一个附加发射层通常位于电子传输层和空穴传输层 之间以提高发光功效。典型地，首先通过沉积或涂覆一层或多层导电材料 形成数据和扫描-电源电极，接着由标准的光刻和蚀刻处理技术限定上述 电极的类型。在一较佳实施方式中，存储元件是由顺序制备的第一导电膜、 绝缘膜、第二导电膜形成的平行板电容器，接着由标准的光刻和蚀刻处理 限定上述电容器的结构。典型地用于连接显示电路中多种装置结构的较佳 方法如本发明的图6所示，通过光刻和蚀刻处理限定元件类型和接触点。 用于产生实现图6所示的电路所需的结构和连接的各种技术是已有的，其 实例可见于作为参考文件引用的文件。
图9所示的本发明的较佳实施例带独立的第二电源VDD。图9所示 的电路包括发光装置905，数据电极，扫描电极910，存储元件904，驱动 晶体管901，数据电极和扫描电极之间的通过两个晶体管902和903的P1 经由P3至P4的导电沟道，第一电压源VREF和第二电压源VDD。在较 佳工作方式中，图9所示的像素电路通过两个N沟道晶体管901和902， 和一个P沟道晶体管903运行。图9所示的实施例的上述电路最好用于显 示器电流控制驱动模式。在上述工作方式中，扫描电极传输等于或略小于 VREF的扫描信号VLO，在扫描期间将数据输入返回晶体管903。将VLO 设为系统的最低电压，确保P沟道晶体管903因VLO而在其栅极开启，正 向偏置晶体管902使其栅极连接漏极。从而根据数据输入使数据电流从数 据电极流向扫描-电源电极。由于在902处于饱和状态时，902的栅极和 漏极处于同一电压，所以上述数据电流在晶体管902的栅极和漏极产生电 压。而上述产生的数据电压决定晶体管904的电压。
在其他扫描电极控制数据写入像素的非选择期间，施加等于VDD的 逻辑高电平到上述扫描-电源电极910，关断晶体管902和903。如上所 述，较佳情况是设置VDD为11-13伏，设置VLO等于或部分小于VREF， 其中设置VLO为系统的最小电压。上述工作电压和数据范围的数字实例与 上面的图8中的实例相似。
在扫描期间，N沟道晶体管902偏置构成A结点为漏极而B结点为 源极的结构，并在饱和区工作直至VGS＝VDS。在非选择期间，晶体管903 处于关断状态使得数据电极与像素隔离。因B结点正于A结点，故设置 晶体管的结构使902的栅极电压小于源极或VGS＝0，使得扫描电极也与 上述像素隔离。同上述图8中分析的工作方式相同，图9的电路提供了输 出电流与输入电流线性成比例的较佳电流驱动方案。上述电流驱动不受晶 体管的阈值电压或发光装置905的正向电压的影响。此处应注意的是在该 实施例中，驱动电流不因数据输入中断而是持续传输。
图9所示的较佳实施例表示了数据电极和扫描电极之间的导电沟道 (从P1经P3到P4)。
上述实施例中的导电沟道包括电路元件，其设置使得从上述数据电极 流入上述扫描电极的输入数据电流通过上述导电沟道转换为数据电压。此 外，由晶体管902的栅极产生的上述转换电压设置存储元件904的电压。
此外，当设置扫描电极910的电压VLO低于数据电极的电压时，晶体 管902工作为漏极。
在扫描-电源电极施加取消选择电压期间，阻止所有流向存储元件 804的通路，使电容器(和晶体管801的栅极)不受任一外部影响。
图8和图9中像素电路的工作方式不依赖于VDD，VREF和发光元件 的具体极性。因此，图10和11表示一般的功能像素电路的较佳实施例， 其中1005和1105表示发光装置。参考图11，共阳极结构包括一个P沟道 晶体管1103，两个N沟道晶体管1101和1102，阳极连接VDD的发光装 置1105，其中VDD正于VREF。另一方面，共阴极结构可以容易地由N 沟道晶体管1103，两个P沟道晶体管1101和1102，阴极性能比VREF好 的VDD，与905的极性相反的LED，正向的扫描电压和流出像素的数据 电流得到。可以对图10做类似的较好分配以得到较佳工作方式和结构。 应当注意的是即使1005和1105都是双向发光装置，上述较佳实施方式依 然工作良好。
本发明的进一步扩展提供一种对存储电容器采用不同电压基准的结 构。图12表示上述像素电路的较佳实施例，其中电容器1204的一个末端 连接两个相邻的扫描-电源总线电极之一。图12中的像素电路采用N沟 道1203，P沟道1201和1202的任一极性，扫描电压VHI，与VHI相等的 VREF，驱动电压VLO和像素中流出的数据电流。图12中的像素电路的工 作方式可用与图8相同的框架解释。在扫描周期，原有扫描-电源电极为 VLO。存储电容器1204的基准电压为P沟道晶体管的漏极电压VLO。这改 变了存储电容器1204的压降，而实际上的工作方式没有差异。上述像素 电路的优点在于有效利用区域。上述像素电路的存储电容器可以有作为电 容器结构的一部分的扫描-电源电极导体。其典型实例是沿像素一侧在扫 描-电源电极下方形成的电容器，其具有在扫描-电源电极和另一个下方 导电层之间形成的绝缘材料薄层。
图13提供了本发明另一实施例，其中数据电极到扫描-电源电极之 间的导电通道包括两个晶体管1302和1303。该较佳实施例包括图7A中 提供数据电极到扫描-电源电极之间的导电通道的电路元件。在一较佳实 施模式中，将两个晶体管的栅极接点连接到晶体管的第二接点。工作过程 与图8所示的电路类似。施加低扫描电压来选择数据写入的像素。上述低 电压等于或略小于VREF，并被设为上述显示系统的最低工作电压。在向 扫描-电源电极施加低电压扫描信号的数据写入期间，由于N沟道晶体管 1302和1303的栅极接点与漏极接点连接，故其设在饱和情况。此外，由 1302的栅极产生的电压与饱和模式下驱动N沟道晶体管1302传输数据电 流的栅极电压对应，并由该电压设置电容器1304的电压。如以上对图8 的分析说明，在向扫描-电源电极施加高电压VDD的驱动期间内，N沟 道晶体管1301正向偏置并驱动与输入数据电流成比例的类似的饱和电流。
图14提供了另一较佳实施例，包括两个N沟道晶体管1401和1402， 一个P沟道晶体管1402。P沟道晶体管1403的配线使得扫描-电源电极 开启和关闭1403的方法与扫描-电源电极开启和关闭晶体管1303的方法 相同。其他工作方式以及输出驱动电流与输入数据电流的关系与图13和 图18中所示的类似。该较佳实施例采用图7B中的元件，提供从数据电极 到扫描-电源电极之间的导电沟道。
图15进一步提供了本发明的较佳实施例，其中存储元件的连接方式 使得将要向存储元件写入数据电压的基准电压动态参考扫描-电源电极 的瞬时电压。在较佳实施方式和工作方式中，图15中的电路包括两个N 沟道晶体管1501和1502，一个P沟道晶体管1503，电容器1504，发光 元件1505和电压源VREF。较佳实施例的情况和各自电压值的设置与图8 和图9中的实施例类似，在各自的说明中已详细讨论。电容器1504的第 一端既连接晶体管1501的栅极，又与连接数据电极和扫描-电源电极的 第一导电沟道(P1经由P3到P4)中的接点P3连接。因数据电流产生的 P3处的数据电压设置电容器1504的第一端的电压。电容器1504第二端 连接N沟道晶体管1501的源-漏极接点的接点F。在扫描期间，接点F 作为漏极接点工作，而相对的源极-漏极接点由用于扫描-电源电极的扫 描低电压(VLO)设置，其中选择VREF为VLO或小于数据电压范围。在驱 动期间，向扫描-电源电极施加高电压，使作为1501的源极的F接点工 作。
此外，由于设置的VREF比任一数据电压低，扫描期间内当扫描-电 源电极设为VREF或较低的部分电压时，晶体管1501由数据电压开启。 驱动晶体管1501提供电容器1504的第二端和扫描-电源电极之间的导电 沟道。因此，经由导电晶体管1501将电容器1504第二端的电压设为扫描 -电源电极的电压。
这里用在每个实施例中晶体管和OLED极性的具体结合来说明本发 明。上述较佳实施例表示用图6中的基本电路元件实现像素电路并受益的 驱动方案和方法。从上述实施例和其提供的实施方式中可获得的变化和扩 展仍在本发明的范围内。例如，在一个像素中采用四个晶体管，并采用图 6所示的驱动方法的实施方式将落在本发明的范围内。所属技术领域的技 术人员还容易知道的是图8-14所示的实施例的电路功能不依赖发光元件 的特性和供电电压的极性。例如，在改变OLED1205的极性或将其用双向 发光装置代替后，图12所示的电路运行良好并取得与上述讨论一致的优 点。如另一实例所示，可以通过连接一个如图12所示的相邻的扫描-电 源电极构成类似于图9，10的实施例所表示的存储电容器。
此外，如现有技术中的通用做法，在预设信号之前向提供的电路中的 多个接点处插入晶体管或电容器，改变晶体管的特性，或提供合适的压降 调整，只要这些基本电路的实施方式与上述说明书中讨论的相同，便仍然 属于本发明的范围内。
尽管已在此详细描述了采用本发明原理的多种实施例，所属技术领域 的技术人员可以容易地推导出许多变化、更改和扩展而仍是本发明公开的 原理的具体表现。本发明的范围包括所有上述变化，且不应解释为受上述 有源元件的数目、配线选择或发光装置的极性的限制。
本申请要求于2004年9月3日提出的第60/522,239号美国临时专利 申请和于2004年9月24日提出的第60/522,396号美国临时专利申请的优 先权，所有上述这些都作为参考文件引用于此。