專利名稱：具有帶nmos晶體管的像素的電致發(fā)光顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電致發(fā)光顯示裝置，尤其涉及具有與每個(gè)像素相關(guān)的薄膜開(kāi)關(guān)晶體管的有源矩陣顯示裝置。
采用電致發(fā)光、發(fā)光、顯示元件的矩陣顯示裝置是公知的。顯示元件可以包括例如采用聚合物材料的有機(jī)薄膜電致發(fā)光元件，或是利用傳統(tǒng)的III-V族半導(dǎo)體化合物的發(fā)光二極管(LED)。有機(jī)電致發(fā)光材料、尤其是聚合物材料的最近發(fā)展已經(jīng)證明了它們?cè)谝曨l顯示裝置中的實(shí)用性。這些材料典型地包括夾置在一對(duì)電極之間的一層或多層半導(dǎo)體共軛聚合物，其中一層是透明的，其它層是適于把空穴或電子注入到聚合物層中的材料。聚合物材料可以利用CVD工藝或是簡(jiǎn)單地通過(guò)利用可溶共軛聚合物的旋覆技術(shù)制作。也可以采用噴墨打印。有機(jī)電致發(fā)光材料顯示出二極管類的I-V特性，使得它們既能夠提供顯示功能又能夠提供開(kāi)關(guān)功能，并因此可以用在無(wú)源型顯示器中?？商鎿Q地，這些材料可以用于有源矩陣顯示裝置，每個(gè)像素包括顯示元件和控制通過(guò)顯示元件的電流的開(kāi)關(guān)裝置。
此類顯示裝置具有電流尋址的顯示元件，以致于常規(guī)的模擬驅(qū)動(dòng)方案包括向顯示元件供給可控的電流。已知提供電流源晶體管作為像素結(jié)構(gòu)的一部分，柵極電壓供給決定流經(jīng)顯示元件的電流的電流源晶體管。存儲(chǔ)電容保持尋址相位之后的柵電壓。但是，穿過(guò)基底的不同晶體管特性引起柵極電壓和源-漏極電流之間不同的關(guān)系，并且在顯示的圖象結(jié)果中產(chǎn)生偽影(artefact)。
極低的電子遷移率和閾值電壓隨時(shí)間的變化禁止了非晶硅TFT在有源矩陣像素中的使用。作為低遷移率的結(jié)果，非晶硅不能用于實(shí)現(xiàn)PMOS TFT。因而像素電路中使用只有NMOS的晶體管限制了非晶硅的利用。
TFT陣列技術(shù)的發(fā)展被液晶顯示器中該陣列的廣泛使用所推動(dòng)。實(shí)際上，在改進(jìn)用于形成平板液晶顯示器的開(kāi)關(guān)晶體管的薄膜晶體管(TFT)陣列方面人們表現(xiàn)出了很大的興趣。
氫化非晶硅目前被用作有源矩陣液晶顯示器中薄膜晶體管(TFT)的有源層。這是因?yàn)樗梢酝ㄟ^(guò)等離子增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積(PECVD)沉積在大面積上的均勻薄層中。但是，上述極低的載流子遷移率降低了器件的開(kāi)關(guān)速度并防止了這些晶體管在顯示驅(qū)動(dòng)器電路中的使用。非晶硅TFT也較不穩(wěn)定，因?yàn)檎伎毡容^低，只可用于顯示器應(yīng)用。
對(duì)于較高速的驅(qū)動(dòng)器電路需要晶體硅，其對(duì)于顯示裝置中的驅(qū)動(dòng)電路板和顯示板都是必需的，晶體硅互連在這兩類電路之間。
微晶硅TFT已被提議作為可適用于液晶驅(qū)動(dòng)器電路和像素晶體管的技術(shù)。這一提議是由把驅(qū)動(dòng)器電路集成到與液晶顯示器的有源板同一基底上的期望所驅(qū)使的。但是，也不可能用微晶硅形成合適的PMOSTFT，以致于在像素電路的設(shè)計(jì)中存在同樣的限制。
圖1表示有源矩陣尋址的電致發(fā)光顯示裝置的已知像素電路。顯示裝置包括具有規(guī)律間隔的像素的行和列矩陣陣列的板，該規(guī)律間隔的像素用塊1表示并且包括電致發(fā)光顯示元件2以及相關(guān)的開(kāi)關(guān)裝置，該開(kāi)關(guān)裝置位于行(選擇)和列(數(shù)據(jù))尋址導(dǎo)體4和6交叉組的交點(diǎn)處。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，圖中只示出了幾個(gè)像素。實(shí)際上可以有幾百個(gè)像素行和列。像素1通過(guò)外圍驅(qū)動(dòng)電路的行和列尋址導(dǎo)體組被尋址，其中外圍驅(qū)動(dòng)電路包括行、掃描、驅(qū)動(dòng)器電路8和與各組導(dǎo)體的端部連接的列、數(shù)據(jù)、驅(qū)動(dòng)器電路9。
電致發(fā)光顯示元件2包括有機(jī)發(fā)光二極管，此處用二極管元件(LED)代表并且包括一對(duì)電極，電極之間夾置一個(gè)或多個(gè)有機(jī)電致發(fā)光材料的有源層。陣列的顯示元件與相關(guān)的有源矩陣電路一起承載在絕緣支撐體的一側(cè)上。顯示元件的陰極或陽(yáng)極由透明的導(dǎo)電材料形成。支撐體為透明材料，如玻璃，顯示元件2的最接近基底的電極可以由透明的導(dǎo)電材料如ITO組成，使得由電致發(fā)光層產(chǎn)生的光透過(guò)這些電極和支撐體傳輸，從而使其對(duì)于支撐體另一側(cè)的觀眾來(lái)說(shuō)是可見(jiàn)的。典型地，有機(jī)電致發(fā)光材料層的厚度處于100nm和200nm之間。歐洲專利EP-A-0717446中給出并描述了可用于元件2的合適的有機(jī)電致發(fā)光材料的典型例子。也可以采用WO 96/36959中所述的共軛聚合物材料。
圖2以簡(jiǎn)化的示意性形式表示已知像素和驅(qū)動(dòng)電路配置。每個(gè)像素1包括EL顯示元件2和相關(guān)的驅(qū)動(dòng)器電路。驅(qū)動(dòng)器電路有一個(gè)由行導(dǎo)體4上的行尋址脈沖導(dǎo)通的尋址晶體管16。當(dāng)尋址晶體管16導(dǎo)通時(shí)，列導(dǎo)體6上的電壓可以傳到其余的像素。特別是，尋址晶體管16給電流源20供給列導(dǎo)體電壓，該電流源20包括驅(qū)動(dòng)晶體管22和存儲(chǔ)電容器24。列電壓提供給驅(qū)動(dòng)晶體管22的柵極，甚至在行尋址脈沖結(jié)束后柵極仍由存儲(chǔ)電容器24保持在此電壓。
此電路中的驅(qū)動(dòng)晶體管22用作PMOS TFT，以致于存儲(chǔ)電容器24保持柵極-源極電壓固定。這導(dǎo)致固定的源極-漏極電源流過(guò)晶體管，因此提供理想的像素電流源工作。
用NMOS器件(會(huì)被要求能夠?qū)崿F(xiàn)非晶硅或微晶硅)來(lái)代替驅(qū)動(dòng)晶體管22不能提供像素電路的正確工作，因?yàn)闁艠O-源極電壓將依賴于顯示元件2(連接到NMOS TFT源極)的陽(yáng)極電壓。因此電容器不能按照需要保持柵極-源極電壓恒定。另外，希望維持LED陽(yáng)極側(cè)上的電路，因?yàn)楹茈y模制陰極金屬，以致于不適于簡(jiǎn)單地反轉(zhuǎn)電路以允許驅(qū)動(dòng)晶體管象NMOS器件一樣工作。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種包括顯示像素陣列的有源矩陣電致發(fā)光顯示裝置，每個(gè)像素包括電致發(fā)光顯示元件；連接在顯示元件的陽(yáng)極和電源線之間的非晶硅或微晶硅第一驅(qū)動(dòng)NMOS晶體管；顯示元件的陽(yáng)極和驅(qū)動(dòng)晶體管的柵極之間的存儲(chǔ)電容器；和用于向顯示元件的陽(yáng)極供給保持電壓的非晶硅或微晶硅第二驅(qū)動(dòng)NMOS晶體管。
此配置能夠保持顯示元件兩端的電壓，同時(shí)晶體管柵極驅(qū)動(dòng)電壓存儲(chǔ)在存儲(chǔ)電容器上。當(dāng)驅(qū)動(dòng)晶體管為NMOS器件時(shí)，源極連接到顯示元件的陽(yáng)極，以致于此配置具有將晶體管源極電壓保持在已知電平的作用，同時(shí)將驅(qū)動(dòng)電壓存儲(chǔ)在存儲(chǔ)電容器上。這樣能夠利用NMOS晶體管實(shí)現(xiàn)精確的電流源像素電路。
優(yōu)選的是第二驅(qū)動(dòng)晶體管連接在電源線和顯示元件的陽(yáng)極之間。通過(guò)這種方式，電源線可以供給保持電壓和用于驅(qū)動(dòng)顯示元件的驅(qū)動(dòng)電壓。
可替換地，可以在第二電源線和顯示元件的陽(yáng)極之間連接第二驅(qū)動(dòng)晶體管。此第二電源線可以在陣列行中的像素之間共享。
第一驅(qū)動(dòng)晶體管的柵極可以通過(guò)由行導(dǎo)體驅(qū)動(dòng)的尋址晶體管耦合到例如列導(dǎo)體的數(shù)據(jù)信號(hào)線。像素驅(qū)動(dòng)信號(hào)由此以已知的方式耦合到像素。
第一和第二驅(qū)動(dòng)晶體管(以及電路中所有的其它晶體管)優(yōu)選的是微晶硅TFT，其包括非晶硅矩陣中40nm-140nm大小的硅晶體。這些晶體管具有提高的載流子遷移率并仍可以利用PECVD工藝沉積。如果晶體足夠大，則比非晶硅層增強(qiáng)了延伸態(tài)的導(dǎo)電性并增大了遷移率大約10倍。
本發(fā)明還提供了一種驅(qū)動(dòng)有源矩陣電致發(fā)光顯示裝置的方法，其中有源矩陣電致發(fā)光顯示裝置包括顯示像素陣列，每個(gè)顯示像素具有電致發(fā)光顯示元件，該方法包括通過(guò)經(jīng)由第一非晶硅或微晶硅NMOS晶體管施加保持電壓來(lái)保持顯示元件兩端的電壓，保持電壓保持第二非晶硅或微晶硅NMOS晶體管的源電壓；在保持顯示元件兩端電壓的同時(shí)，在連接于第二晶體管的柵極和源極之間的存儲(chǔ)電容器上存儲(chǔ)理想的柵極-源極電壓，柵極-源極電壓對(duì)應(yīng)于用于驅(qū)動(dòng)顯示元件的理想的源極-漏極電流；從顯示元件中除去保持電壓；和驅(qū)動(dòng)理想的源極-漏極電流經(jīng)過(guò)電致發(fā)光顯示元件。
在此方法中，施加保持電壓，使得驅(qū)動(dòng)晶體管的源極保持在固定電勢(shì)，以致于可以在存儲(chǔ)電容器上精確地存儲(chǔ)理想的柵極-源極電壓。然后通過(guò)對(duì)第二晶體管施加第一電源電壓而驅(qū)動(dòng)理想的源極-漏極電流經(jīng)過(guò)第二晶體管。
現(xiàn)在參考附圖通過(guò)實(shí)例描述本發(fā)明，其中圖1顯示已知的EL顯示裝置；圖2是用于電流尋址EL顯示像素的已知像素電流的簡(jiǎn)化示意圖；圖3顯示根據(jù)本發(fā)明的像素電路的第一實(shí)例；和圖4顯示根據(jù)本發(fā)明的像素電路的第二實(shí)例。
應(yīng)該注意，這些附圖是概略的而不是按比例畫(huà)出的。為了附圖的清楚和方便，這些圖中的部分的相對(duì)尺寸和比例是以放大或縮小的尺寸示出的。
根據(jù)本發(fā)明，在像素結(jié)構(gòu)內(nèi)使用非晶硅或微晶硅晶體管。這要求TFT為NMOS器件，如上所述。
圖3表示本發(fā)明像素分布的第一實(shí)例。用相同的附圖標(biāo)號(hào)表示與圖2中相同的組件，并且該像素電路用在如圖1所示的顯示器中。
在本發(fā)明的像素配置中，驅(qū)動(dòng)晶體管22以非晶硅或微晶硅NMOSTFT實(shí)施。像素電路設(shè)置在EL顯示元件2的陽(yáng)極側(cè)的基底上，并且因此NMOS驅(qū)動(dòng)晶體管的源極與EL顯示元件的陽(yáng)極電接觸。
存儲(chǔ)電容器24設(shè)置在顯示元件2的陽(yáng)極和驅(qū)動(dòng)晶體管22的柵極之間，并由此在尋址時(shí)對(duì)驅(qū)動(dòng)晶體管22的柵極-源極電壓充電。因?yàn)樵礃O連接到EL顯示元件，EL顯示元件上沒(méi)有恒定的電壓降，所以源極的電勢(shì)會(huì)改變，從而使得來(lái)自列導(dǎo)體6的給定電壓不一定導(dǎo)致存儲(chǔ)于存儲(chǔ)電容器24上的相同的柵極-源極電壓。為了確保列導(dǎo)體上的電壓具有已知的與最終的柵極-源極電壓一對(duì)一的關(guān)系，必需保持E1顯示元件陽(yáng)極的電壓。
為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，本發(fā)明的像素電路包括用于向顯示元件2的陽(yáng)極供給保持電壓的第二驅(qū)動(dòng)NMOS晶體管30。當(dāng)柵極-源極電壓傳遞到存儲(chǔ)電容器24時(shí)供給此保持電壓。
在圖3所示的實(shí)例中，第二驅(qū)動(dòng)晶體管30連接在第二電源線32和顯示元件2的陽(yáng)極之間。第二電源線32在陣列行中的像素之間共享，并且第二驅(qū)動(dòng)晶體管由也在一行中的像素之間共享的柵極線34控制。因而此配置除了需要行導(dǎo)體4之外還需要兩個(gè)附加的行導(dǎo)體。
在尋址階段期間，第二驅(qū)動(dòng)晶體管30導(dǎo)通，以便將EL顯示元件的陽(yáng)極保持到第二電源線上的電壓(小于任何源極-漏極電壓降)。然后，列導(dǎo)體6上的信號(hào)數(shù)據(jù)電壓對(duì)存儲(chǔ)電容器24充電到對(duì)應(yīng)于理想的第一驅(qū)動(dòng)晶體管22的源極-漏極電流的已知柵極-源極電壓，所述源極-漏極電流又對(duì)應(yīng)于EL顯示元件2的理想照明等級(jí)。在尋址階段結(jié)束時(shí)，行導(dǎo)體4變低以截止尋址晶體管16，并且因此柵極線34變低，由此允許EL顯示元件上的電勢(shì)改變。隨著該電勢(shì)的變化，柵極電壓也因柵極-源極電壓被存儲(chǔ)電容器24保持而改變。
此電路要求晶體管30很大，以致于來(lái)自驅(qū)動(dòng)晶體管22的所有電流可以沒(méi)有任何電壓降地導(dǎo)向第二電源線32。大的附加晶體管可以利用像素孔(aperture)，并且圖4顯示一種替換的像素結(jié)構(gòu)，以避免需要第二驅(qū)動(dòng)晶體管30來(lái)通過(guò)大電流。
在圖4中，第二驅(qū)動(dòng)晶體管30連接在(唯一的)電源線26和顯示元件2的陽(yáng)極之間。這降低了對(duì)第二驅(qū)動(dòng)晶體管30的電流要求。
在此像素電路的尋址階段，電源線26保持在低電勢(shì)，以致于第一驅(qū)動(dòng)晶體管22不導(dǎo)通。因而，只需要第二驅(qū)動(dòng)晶體管30放掉EL顯示元件2上的任何殘留電荷并為存儲(chǔ)電容器24提供充電路徑。尋址所有像素的同時(shí)電源線26保持為低。當(dāng)尋址結(jié)束時(shí)，所有的地址線(行導(dǎo)體4和柵極線34)變低并且電源線26然后變高，使得LED點(diǎn)亮。電源線26的閃爍具有減少樣本的優(yōu)點(diǎn)并適用于動(dòng)態(tài)模糊減少。
在此電路中，行導(dǎo)體4和柵極線34可以連接到一起，以致于不需要行導(dǎo)體數(shù)量的增加。電源線26可以逐行或逐個(gè)圖象地調(diào)制。
在上述兩個(gè)電路中，所有的晶體管都為NMOS晶體管，該晶體管可以由非晶硅形成。但是，優(yōu)選的技術(shù)是微晶硅TFT。這包括非晶硅矩陣中40nm-140nm大小的硅晶體。EL顯示元件可以是任何已知的有機(jī)EL顯示元件，包括聚合物EL顯示元件。
這些像素分布利用一種方法尋址，通過(guò)該方法顯示元件兩端的電壓在尋址階段期間保持，繼而保持驅(qū)動(dòng)晶體管的源極電壓。在此源極電壓得以保持的同時(shí)，在存儲(chǔ)電容器上存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)于驅(qū)動(dòng)顯示元件的理想源極-漏極電流的理想的柵極-源極電壓。然后從顯示元件中去除保持電壓，并且驅(qū)動(dòng)源極-漏極電流經(jīng)過(guò)電致發(fā)光顯示元件。
雖然以兩個(gè)電路實(shí)例展示了如何實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，但還存在其它各種可能性并且它們落在權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。各種改進(jìn)對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將是顯而易見(jiàn)的。
權(quán)利要求
1.一種包括顯示像素(1)的陣列的有源矩陣電致發(fā)光顯示裝置，每個(gè)像素包括電致發(fā)光顯示元件(2)；連接在顯示元件(2)的陽(yáng)極和電源線(26)之間的非晶硅或微晶硅第一驅(qū)動(dòng)NMOS晶體管(22)；顯示元件(2)的陽(yáng)極和第一驅(qū)動(dòng)晶體管(22)的柵極之間的存儲(chǔ)電容器(24)；和用于向顯示元件(2)的陽(yáng)極供給保持電壓的非晶硅或微晶硅第二驅(qū)動(dòng)NMOS晶體管(30)。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中第二驅(qū)動(dòng)晶體管(30)連接在電源線(26)和顯示元件(2)的陽(yáng)極之間。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中第二驅(qū)動(dòng)晶體管(30)連接在第二電源線(32)和顯示元件(2)的陽(yáng)極之間。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中第二電源線(32)在陣列行中的像素之間共享。
5.如前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中第一驅(qū)動(dòng)晶體管(22)的柵極通過(guò)尋址晶體管(16)耦合到數(shù)據(jù)信號(hào)線(6)。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其中數(shù)據(jù)信號(hào)線(6)包括在陣列的列中的像素之間共享的列導(dǎo)體。
7.如權(quán)利要求5或6所述的裝置，其中尋址晶體管(16)的柵極耦合到在陣列行中的像素之間共享的行導(dǎo)體(4)。
8.如前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中第一和第二驅(qū)動(dòng)晶體管(22，30)包括微晶硅TFT，微晶硅TFT包括在非晶硅矩陣中40nm-140nm大小的硅晶體。
9.一種驅(qū)動(dòng)有源矩陣電致發(fā)光顯示裝置的像素的方法，其中有源矩陣電致發(fā)光顯示裝置包括顯示像素(1)的陣列，每個(gè)顯示像素(1)具有電致發(fā)光顯示元件(2)，該方法包括通過(guò)經(jīng)由第一非晶硅或微晶硅NMOS晶體管(30)施加保持電壓來(lái)保持顯示元件(2)兩端的電壓，保持電壓保持第二非晶硅或微晶硅NMOS晶體管(22)的源電壓；在保持顯示元件(2)兩端電壓的同時(shí)，在連接于第二晶體管(22)的柵極和源極之間的存儲(chǔ)電容器(24)上存儲(chǔ)理想的柵極-源極電壓，該柵極-源極電壓對(duì)應(yīng)于用于驅(qū)動(dòng)顯示元件(2)的理想的源極-漏極電流；從顯示元件(2)中除去保持電壓；和驅(qū)動(dòng)理想的源極-漏極電流經(jīng)過(guò)電致發(fā)光顯示元件(2)。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中通過(guò)對(duì)第二晶體管(22)施加第一電源電壓(26)而驅(qū)動(dòng)理想的源極-漏極電流經(jīng)過(guò)第二晶體管(22)。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中保持顯示元件兩端電壓的同時(shí)不對(duì)第二晶體管施加第一電源電壓。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中第一電源電壓和保持電壓由共享的電源線(26)提供。
13.如權(quán)利要求9-12中任一所述的方法，其中在存儲(chǔ)電容器(24)上存儲(chǔ)理想的柵極-源極電壓包括通過(guò)尋址晶體管(16)將來(lái)自數(shù)據(jù)信號(hào)線(6)的數(shù)據(jù)耦合到存儲(chǔ)電容器(24)。
全文摘要
有源矩陣電致發(fā)光顯示裝置具有利用連接在顯示元件(2)的陽(yáng)極和電源線(26)之間的非晶硅或微晶硅驅(qū)動(dòng)NMOS晶體管(22)的像素。存儲(chǔ)電容器(24)連接在顯示元件的陽(yáng)極和驅(qū)動(dòng)晶體管(22)的柵極之間。非晶硅或微晶硅第二驅(qū)動(dòng)NMOS晶體管(30)向顯示元件(2)的陽(yáng)極供給保持電壓。此配置能夠使晶體管柵極驅(qū)動(dòng)電壓被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)電容器上的同時(shí)，保持顯示元件兩端的電壓。這樣能夠利用NMOS晶體管實(shí)現(xiàn)精確的電流源像素電路。
文檔編號(hào)G09G3/20GK1675669SQ03818658
公開(kāi)日2005年9月28日 申請(qǐng)日期2003年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月6日
發(fā)明者M·J·蔡爾茲, D·A·菲什, J·R·赫克托爾 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司