專利名稱：帶有光敏元的矩陣陣列顯示裝置的制作方法
這一發(fā)明涉及帶有光敏元的矩陣陣列顯示裝置。更具體地說，本發(fā)明是關于具有可尋址像素的矩陣陣列顯示裝置，這些像素包括顯示元和光敏元。本發(fā)明特別是但不僅僅是關于使用場致發(fā)光顯示元件，尤其是有機場致發(fā)光顯示元件OLED，包括聚合物場致發(fā)光元件PLED的矩陣顯示裝置。
在英國專利申請0005811.5中描述了矩陣顯示裝置的一個實例，該裝置的像素包含場致發(fā)光(EL)顯示元和光敏元。所描述的裝置包含一個有源矩陣顯示裝置，它有一個帶在基片上的像素陣列，其中每個像素包括由電流驅(qū)動的場致發(fā)光顯示元，該顯示元包括置于兩個電極之間的發(fā)光EL材料，這兩個電極之一是透明的；所描述的裝置還包括一個開關裝置，它根據(jù)前一個地址周期中加到像素上的驅(qū)動(數(shù)據(jù))信號，在驅(qū)動周期中控制流過該顯示元的電流，從而控制它的光輸出。
如在其他有源矩陣EL顯示裝置中那樣，顯示元需要連續(xù)通過電流以產(chǎn)生光輸出，在各自的行地址周期中對像素尋址，以該地址周期中存儲于像素中的數(shù)據(jù)信號的電平確定這一驅(qū)動周期中像素的輸出，在此之后一個延續(xù)的時間段，可長達一幀時間，這些顯示元件能被供給能量。薄膜晶體管(TFT)形式的驅(qū)動裝置負責控制流過顯示元的電流，而施加的數(shù)據(jù)信號作為電荷存儲在與該驅(qū)動TFT的柵極耦合的電容器中，于是TFT的操作依賴于所存儲的電荷。
在英國專利申請0005811.5的裝置中的像素進一步包括一個光敏裝置，它含有(PiN)光電二極管或光敏(photo-responsive)TFT并與存儲電容耦合，該光敏裝置被安排成在像素工作期間被反偏并響應于像素顯示元在驅(qū)動周期發(fā)出的光，從而使電荷從電容器泄漏，其泄漏速率取決于顯示元件的光輸出水平。這樣，依靠光敏裝置，提供了光電子反饋，它逐步地調(diào)節(jié)驅(qū)動TFT的工作，控制在驅(qū)動周期對顯示元的激勵，通過使電容器(假定它在尋址時被充電)逐步放電來減小流過顯示元的電流，進而減小其光輸出。所以，顯示元被激勵的整個可用的驅(qū)動周期比例依賴于和受制于根據(jù)光元輸出做出的這一反饋安排。以這種方式，使驅(qū)動(幀)周期中由顯示元件輸出的總光量受到控制，從而，尤其是，能阻止顯示元場致發(fā)光材料的老化或退化的影響，特別是阻止在一段操作時間之后可能發(fā)生的對于給定的驅(qū)動電流水平其光輸出水平的降低，而且還能補償向像素供給電流的線路中發(fā)生的電壓下降的影響。
在保證像素的光輸出總是能恒定和均一從而實現(xiàn)高質(zhì)量顯示方面，這種技術是有價值的。然而，這種像素電路的實現(xiàn)是會有問題的，如果要避免使用大容量電容器，則需要光敏裝置產(chǎn)生的光電流很小才能在幀周期適當?shù)乜刂芓FT的柵極電位。需要小心地確定電容器和光敏器件有效面積之間的關系。使用薄膜技術在每個像素電路中提供光敏元理想情況下不應使制造過度復雜。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一個矩陣顯示裝置，它包括放在基片上的可尋址像素矩陣，每個像素有顯示元和控制該顯示元操作的顯示元控制電路，其中該顯示元控制電路包括一個電荷存儲電容器和一個相關聯(lián)的薄膜光敏半導體裝置，該薄膜光敏半導體裝置與存儲電容器耦合，用于根據(jù)落在該光敏裝置上的光來調(diào)節(jié)存儲電容器上存儲的電荷，其中該光敏裝置包括一個半導體材料條，帶有橫向分布在基片上的摻雜接觸區(qū)和一個介入?yún)^(qū)，而且這里的存儲電容器包括基本上相對于半導體條橫向延伸并放在一個接觸區(qū)上方，以絕緣材料放在該導體層和接觸區(qū)之間的一個導體層。
這樣，存儲電容器的一側或者說一個極板是由光敏裝置的一個接觸區(qū)構成的，從而不需要提供單獨的導體軌道使這兩個部件互連，因而形成一個緊湊的結構。更重要的是，由于光敏裝置的接觸區(qū)形成電容器的一側，因而能更可靠地保證像素中存儲電容器和光敏裝置之間，特別是存儲電容器的電容值和光敏裝置的操作光響應特性之間具有所希望的關系。由于薄膜裝置技術中制造容限帶來的問題，特別是在光刻形成圖案過程中使用的通常用于確定薄膜層的遮掩和蝕刻步驟所產(chǎn)生的問題，如在放置掩膜時的小位置誤差，都能導致在確定的各層中的尺度變化。由于電容器和光敏裝置二者共用同一個臨界層，即半導體條，因而在使用這種工藝所確定的形成這一條帶的層中任何線寬尺度變化對于電容器和光敏裝置二者都是共同的。這樣光敏裝置的有效面積和存儲電容器的電容將一同按比例計算。于是，以存儲電容器的電容量和光敏裝置的有效面積來衡量變化而言，這種變化的影響趨于彼此抵消其中電容量主要取決于接觸區(qū)和導體層之間的重疊面積(因為其介電層的厚度能被更精確地控制)，而有效面積通常取決于一個接觸區(qū)處對應于半導體條寬度的結的尺寸。所以在電容和光敏裝置工作特性之間能達到所希望的、預先確定的關系。
提供光敏裝置和電容器部件完全與制造矩陣顯示裝置(特別是使用TFT的有源矩陣顯示裝置)所用的標準薄膜技術相兼容，并能以簡單的方式實現(xiàn)。光敏裝置的基本結構總體上類似于TFT的結構，因此能容易地使用公共薄膜層與陣列中的TFT同時制造出來。該光敏裝置最好包含一個柵控裝置，還可以包含一個有類似地摻雜的接觸區(qū)以及在接觸區(qū)之間的固有半導體區(qū)，其上設置柵介電層和柵極的TFT結構。或者，該裝置可以包含一個有類似結構的橫向的柵控針狀二極管裝置，只是接觸區(qū)為相對摻雜。
本發(fā)明特別適用于這樣一類顯示裝置，其中的顯示元是發(fā)光的，而光敏裝置根據(jù)像素顯示元發(fā)出的光并用于控制電路中，以控制顯示元的工作，如英國專利申請0005811.5中描述的裝置那樣。這樣，在本發(fā)明的一個實施例中，顯示元件包含一個發(fā)光元，例如OLED或PLED元之類的場致發(fā)光顯示元，而控制電路包括一個驅(qū)動TFT，其柵極接存儲電容器，并根據(jù)加到像素上以電荷存儲在存儲電容器上的驅(qū)動信號在驅(qū)動周期控制流過顯示元的電流，該光敏裝置響應顯示元件發(fā)出的光從而控制電容器上存儲的電荷。在像素工作中，光敏裝置被安排成反偏，從而根據(jù)入射光產(chǎn)生的光電流作為泄漏裝置工作。為此目的，在柵控光敏裝置的情況中，柵極被加以適當?shù)钠珘阂允寡b置保持在其“斷”狀態(tài)。為了適當?shù)乜刂圃隍?qū)動周期上驅(qū)動TFT柵極電位，如果希望存儲電容器保持小尺寸的話，則光敏裝置中產(chǎn)生的光電流需要很小。利用上述結構安排，能容易地同時保持電容器電容值和光敏裝置有效面積之間有所需要的關系，決定了根據(jù)給定輸入光水平所產(chǎn)生的光電流的水平。
盡管本發(fā)明對實現(xiàn)上面討論的一類像素電路特別有益，但可以預期它能用于使其他顯示裝置受益，在這些裝置中像素包括存儲電容器和相關的光敏裝置，但它們被安排成以不同的方式工作而且不一定作為驅(qū)動控制電路中光電反饋結構的一部分。例如，光敏裝置可以是響應輸入光的，而顯示元可以是光調(diào)制的而不是發(fā)光的，例如液晶顯示元件。
現(xiàn)在將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明的矩陣顯示裝置實施例，特別是有源矩陣EL顯示裝置，這些附圖中

圖1是根據(jù)本發(fā)明的有源矩陣EL顯示裝置的一個實施例的簡化示意圖；圖2顯示圖1裝置中幾種典型像素的等效電路；圖3和圖4分別是像素一部分的平面和截面示意圖；圖5是在又一個實施例中貫穿像素另一種形式的一部分的示意圖；以及圖6顯示在這又一個實施例中一個典型像素的等效電路。
這些圖只是示意性的。在所有這些圖中相同的標號表示相同或類似的部分。
參考圖1，有源矩陣場致發(fā)光顯示裝置包含一個具有規(guī)則分布像素的行、列矩陣陣列的面板，用方框10表示，每個像素包含一個場致發(fā)光顯示元和相應的控制流過該顯示元的電流的驅(qū)動裝置，這些像素位于交叉的行(選擇)和列(數(shù)據(jù))地址導體組(或者說線12和14)之間的交叉點上。為簡單計，這里只顯示了少量像素。像素10由外圍驅(qū)動電路經(jīng)由地址導體組尋址，該外圍驅(qū)動電路包含連接到各自導體組端點的行掃描驅(qū)動器電路16和列數(shù)據(jù)驅(qū)動器電路18。
利用由電路16加到相關行導體12上的選擇信號使每行像素被尋址，從而以各數(shù)據(jù)信號加載該行像素，在跟隨地址周期之后的幀周期中，根據(jù)由電路18并行加到列導體上的各數(shù)據(jù)信號，確定它們各自的顯示輸出。由于每行被尋址，電路18以適當?shù)耐教峁?shù)據(jù)信號。
圖2顯示幾種典型像素的電路。每個像素10包括一個發(fā)光有機場致發(fā)光顯示元20，這里由一個二極管元件(LED)代表，它包含一對電極，其間夾有一個或多個有效的(active)有機場致發(fā)光發(fā)光材料層。在這個具體實施例中，該材料包含聚合物LED材料，當然也能使用其他有機場致發(fā)光材料，如低分子量材料。陣列顯示元連同相關的有源矩陣電路一起置于絕緣基片的表面上。該基片是由諸如玻璃的透明材料制成的，而最靠近基片的單個顯示元20由諸如ITO的透明導電材料構成，從而使場致發(fā)光層產(chǎn)生的光能穿過這些電極和基片，于是可被基片另一側的觀看者看見。顯示元件的陰極包含功函數(shù)低的金屬，如鈣、鎂銀合金或鋇/鋁雙金屬層。在WO 96/36959中描述了能使用的合適的有機綴合聚合物材料實例。其他低分子量有機材料的實例在EP-A-0717446中描述，它還描述了有源矩陣場致發(fā)光裝置的典型已知形式的結構和操作，它在這些方面公開的內(nèi)容在此引作參考。
每個像素10包括一個低溫多晶硅TFT 22形式的驅(qū)動裝置，這里是P型導電的，它負責根據(jù)加到像素上的數(shù)據(jù)信號電壓來控制通過顯示元20的電流，并因此控制顯示元20的操作。經(jīng)由一列像素共用的列導體14提供像素的數(shù)據(jù)信號電壓。列導體14通過地址TFT 26(也是P型的)與電流控制驅(qū)動TFT 22的柵極相連。一行像素的地址TFT26的柵極都與共同的行導體12相連。
每行像素10也共用一個公共的電壓供給線30，它保持在預先確定的電位而且通常作為對所有像素公用的連續(xù)電極，還共用一個公共電流線32。顯示元20和驅(qū)動TFT22串聯(lián)在電壓供給線30和公共電流線32之間，公共電流線32的作用是流經(jīng)顯示元20的電流的電流源。例如線30可處在地電位，而線12相對于供給線30為正電位(例如12V左右)。通過顯示元20的電流由驅(qū)動TFT 22調(diào)節(jié)，并且是TFT 22上柵極電壓的函數(shù)，該柵極電壓取決于由數(shù)據(jù)信號確定的存儲控制值。
由行驅(qū)動器電路16把選擇脈沖加到它的相應行導體12上，從而選擇和尋址單個一行像素，該選擇脈沖使像素的地址TFT 26導通并定義各行地址周期。從提供給驅(qū)動電路18的視頻信息中導出并由驅(qū)動電路18提供給列導體14的電壓電平形式的數(shù)據(jù)信號，它由地址TFT 26傳送到驅(qū)動TFT 22的柵極節(jié)點24。在行地址周期結尾，地址晶體管26截止，由連在TFT 22的柵極與公共電流線32之間的像素存儲電容器36保持柵節(jié)點24上的電壓，從而在其后的驅(qū)動周期期間維持顯示元件的操作。
TFT 22的柵極與公共電流線32之間的電壓決定通過顯示元20的電流，流過顯示元的電流是驅(qū)動TFT 22的柵-源極電壓的函數(shù)(p通道型TFT 22的源極與公共電流線32相連，而該TFT 22的漏極與顯示元件20相連)。這一電流又控制像素的光輸出水平(灰度)。TFT 22被加偏壓以做為電流源，并在飽和狀態(tài)下操作，從而使流過該TFT的電流對漏極-源極電壓不敏感，而是取決于柵-源極電壓。于是，漏極電壓的輕微變化不影響流過顯示元20的電流。所以，在電壓供給線30上的電壓對于像素的正確操作不是關鍵性的。
在各行地址面板中以這種方式對每行像素尋址，從而以各自的驅(qū)動信號依次對每行像素加載，并在其后的驅(qū)動周期(近似地對應于幀周期)中讓像素提供所希望的顯示輸出，直至它們下一次被尋址為止。
在每個像素中，利用光電子結構補償顯示元件退化的影響，這種影響會在給定驅(qū)動電流下產(chǎn)生的光輸出水平方面降低其工作效率。由于這種退化，已被驅(qū)動很長時間且強度較大的顯示元將呈現(xiàn)亮度降低的情況，造成顯示不均一。光電子結構通過控制驅(qū)動周期中元件的集成總光輸出而把這些影響壓制到相應的程度。像素電路在這方面類似于英國專利申請0005811.5中描述的電路，為得到對這種操作的更充分的描述，請參考該申請，該申請在這方面公開的內(nèi)容在此引作參考。簡要地說，在驅(qū)動周期使用光電反饋來調(diào)節(jié)存儲電容器上的電荷，即在這一周期中以一定速率對電容器放電，該速率取決于顯示元的瞬時光輻射量。于是，對于給定的數(shù)據(jù)信號值，根據(jù)顯示元實在的驅(qū)動電流/光輻射水平特征以及施加的數(shù)據(jù)信號電平，在地址周期之后的驅(qū)動周期中調(diào)節(jié)為產(chǎn)生光而對顯示元加能的時間長度，從而能減小退化的影響，特別是關于顯示不均一方面的影響，使單個像素的光輸出能基本上與非退化的元件在需要時將會得到的光輸出相同。
參考圖2，在一裝置中的光電放電裝置包括一個柵控光敏薄膜裝置40，這里它是以另一個TFT的形式構成，它的載流源極和漏極跨過存儲電容器36與驅(qū)動晶體管22的柵節(jié)點24以及電流線32相連，而且它的柵極與驅(qū)動TFT 22及顯示元20之間的節(jié)點41相連。在這一具體實施例中，驅(qū)動TFT 22(以及地址TFT 26)包括一個P型低溫多晶硅MOS TFT，于是裝置40是一個反向?qū)щ娦偷?，即n型多晶硅MOS TFT。
如將要更詳細描述的那樣，像素的構成和安排方式使得柵控光敏裝置40在像素操作中暴露于顯示元20發(fā)出的光中。在尋址階段的結尾，根據(jù)所加數(shù)據(jù)信號的電平，在驅(qū)動TFT 22的柵節(jié)點22上設置一個電壓，而充電到這一電壓水平的電容器36在其后的驅(qū)動階段保持TFT 22的柵電壓，至少是在初始時是如此。連到線32的光敏裝置40的漏極結被加以反向偏壓并對光有反應，于是在驅(qū)動周期由顯示元發(fā)出的光使裝置40中產(chǎn)生小的光電流，它與顯示元的瞬時光輸出水平近似成線性比例關系。這一光電流的作用是使存儲電容器36緩慢放電，其光電流量，以及放電速率，都依賴于顯示元件的光輸出水平。TFT 40的柵極被加以正偏壓，其電壓對應于節(jié)點41處的電壓，它相對于節(jié)點24總為零或負，相對于線32總為負，這保證TFT 40保持在其斷(不導通)狀態(tài)。于是，晶體管40只是作為一個泄漏裝置，以反向偏壓光二極管的方式使電容器36上的電荷泄漏。在驅(qū)動周期中造成的電容器36放電導致驅(qū)動TFT 22柵極上的電壓逐漸降低，它與顯示元光輸出的逐漸降低相對應地逐步降低流過顯示元20的電流，直至TFT 22達到它的閾值切斷電平為止。流過顯示元20的電流的減小導致節(jié)點41處(正)電壓水平的逐漸增高，盡管這只是保證TFT 40連續(xù)保持斷狀態(tài)。當柵極節(jié)點24上的電壓最終降低到TFT閾值電壓以下時，光輸出被終止。作為像素操作中存在的典型電壓的實例，例如假定TFT 22有-5V閾值，電壓供給線30可以在0伏左右，公共電流線32可以在12伏，當晶體管22的柵極節(jié)點處電壓從4伏變化到12伏時，在節(jié)點41處的電壓能從4伏變化到0伏。
通過調(diào)節(jié)在驅(qū)動周期內(nèi)由顯示元發(fā)出的光的總集成量(觀看者感覺為亮度)，能阻止顯示元退化的影響。集成光輸出(亮度)取決于在驅(qū)動周期內(nèi)顯示元被激勵的時間長度以及它的初始光水平。由于在驅(qū)動周期中放電裝置對控制顯示元件激勵的持續(xù)時間所起的作用，所以在陣列中被加以相同數(shù)據(jù)信號值的不同像素將會產(chǎn)生類似的感覺到的亮度水平，不管由于退化使像素的單個顯示元的特性有怎樣的變化。換句話說，由施加相同數(shù)據(jù)信號值的單個顯示元發(fā)出的光輸出總量將是類似的，即使在驅(qū)動周期開始時由于退化作用它們各自的光輸出水平可能不同。這樣，便可能得到改善的均一的顯示輸出。
通常，對所加數(shù)據(jù)信號的電平進行適當?shù)恼{(diào)整，以提供來自像素的不同灰度水平。如果數(shù)據(jù)信號增大，因而柵極節(jié)點24上的電荷增多，則在驅(qū)動周期，在使TFT 22切斷之前，需要從顯示單元發(fā)出更多的光子，從而達到更高的灰度水平，反之亦然。
這種操作方式還能有效地自動補償陣列中不同像素的TFT 22操作特性的變化，這種變化是由于形成TFT所用薄膜制造工藝的性質(zhì)造成它們的閾值電壓、尺寸以及牽移率(mobility)等的改變的結果。這樣，整個陣列上由顯示元輸出的光輸出的均勻性能進一步得到改善。
現(xiàn)在參考圖3和圖4，圖中顯示典型像素包括光敏TFT 40的一部分的示意性平面圖和截面圖，并說明在這一區(qū)域像素構成方式。圖4對應于沿圖3中線IV-IV的截面圖。除了TFT 40，所顯示部分還包括顯示元20和存儲電容器部分，但不包括尋址和驅(qū)動TFT 26和22。當然，將會理解，尋址和驅(qū)動TFT 26和22這些部件是與所示部件一起使用相同處理過程和由共同的沉積層制造的。
在透明絕緣基片50上提供了一個長條形半導體島52，它包含一個低溫多晶硅層。這是使CVD沉積的非晶體硅層激光重結晶，并使用掩膜和光刻工藝對這一層適當?shù)匦纬蓤D案而得到的。該半導體條通常為長方形，主要側邊基本平行，因而沿其長度方向有基本上不變的寬度。這一島區(qū)的相對端部被摻雜(n+)，以分別構成橫向分開的漏和源接觸電極區(qū)53和54，它們由固有半導體材料的一個共平面區(qū)分開，這個共平面區(qū)形成TFT 40的柵極控通道區(qū)。與此同時，而且與尋址和驅(qū)動TFT 26和22的半導體島一起，在基片上其他預期的像素位置形成相應的、類似形狀的多晶硅島，但這些尋址和驅(qū)動TFT 26和24的這些構成源和漏電極的區(qū)域是相反地摻雜(p+型)。諸如二氧化硅或氮化硅層的一個絕緣層56連續(xù)地沉積在基片上復蓋這些島區(qū)作為柵極介電層。
諸如鋁或鋁合金的一個金屬層沉積在層56之上并形成圖案，從而留下構成TFT 26和22的柵極(未畫出)以及復蓋在每個光敏TFT位置處的(漏極)區(qū)域53之上的區(qū)域58。與此同時，由這一金屬層形成所需要的互連線。如從圖3和圖4中顯然可見，區(qū)域58限定為長方指形或條形，基本上與半導體島52橫交延伸。所以，在它們交叉的區(qū)域，島52和指58側邊平行而且寬度基本不變。金屬指條58和n+區(qū)54的重疊部分以及介電層56的插入部分總體構成像素的存儲電容器36，它的電容值決定于指條58和島區(qū)52之間的交叉面積以及層56的厚度和介電常數(shù)。
諸如氧化硅或氮化硅層的另一個介電層60形成于這一基片上，特別是復蓋金屬層的限定區(qū)域58上。然后，沉積又一個金屬化層并形成圖案，留下區(qū)域62形成電流線32以及其他需要的互連。在沉積這一層之前，在源區(qū)53和漏區(qū)54之上通過蝕刻穿透介電層56和60形成接觸開口64和65，并在區(qū)域58的端部上穿過層60形成接觸開口66，從而在沉積這一金屬層并形成圖案之后，在電流線32(經(jīng)由一個集成延伸臂67)和漏極53之間，在源區(qū)54和柵極節(jié)點24之間(經(jīng)由金屬化層62的形成電流線的部分)(穿過未畫出的又一些接觸開口)，以及在電流線32和金屬指條58之間提供互連。
然后沉積如ITO的透明導電材料并形成圖案，以留下區(qū)域構成顯示元的下(陽)電極，它們被適當?shù)爻尚我韵薅@示元有所希望的形狀。這一電極的一部分形成一個集成腿70，它從主顯示元區(qū)71(圖中只顯示了它的一小部分)向外延伸并且正是在柵控區(qū)55和漏結點之上的半導體島52上方橫向穿過。
諸如氮化硅層的又一個較厚的、連續(xù)的介電層73，或者甚至更厚(1-2μm)的絕緣聚合物層，完全地沉積在該結構上，并在這一層中形成開口74，開口74在形成圖案的ITO區(qū)之上，處在腿70和主顯示元區(qū)。
然后由諸如旋涂(spin coating)沉積聚合物發(fā)光材料，作為一個連續(xù)層80在介電層73上延伸并進入在那里形成的開口74，從而與下層的ITO直接接觸。在這一層80之上，沉積鈣、鎂銀合金或鋇/鋁連續(xù)層82，以形成構成顯示元陰極以及供給線30的公共電極層。
每個顯示元20包含各自的ITO區(qū)域71以及其上覆蓋的層80和82部分，將會理解，集成ITO腿70與直接覆蓋的層80和82部分構成顯示單元的集成延伸，當在底電極和頂電極之間加以適當?shù)碾娢徊顣r，它以主顯示元區(qū)發(fā)光。
直接覆蓋在柵控區(qū)55上的ITO腿70部分與下層的提供柵極介電功能的組合層56和60一起作為光敏TFT 40的柵極。
在像素操作中，當電極71和82之間通過電流時，由層80發(fā)出的光通過ITO下電極和基片50傳輸，產(chǎn)生顯示輸出。顯示元件的腿類似地產(chǎn)生光，這一束光穿過ITO延伸部分70及其下層的透明介電層56和60，從而入射到光敏TFT 40的柵控區(qū)55上。落在漏結點上的光產(chǎn)生光電流。這樣，顯示元件腿延伸到區(qū)域55上，而且發(fā)光聚合材料80直接處在TFT 40的柵極上并把光直接發(fā)射到TFT基片中，結果，保證了在顯示元件和光敏TFT 40之間有好的光耦合，而且這是以簡單而可靠的方式實現(xiàn)的。
再有，由于TFT 40的柵極是由顯示元件陽極的一部分構成的，所以該柵極相對于源極和漏極總是處在所需要的(負)偏壓，從而保證TFT 40保持在“斷”狀態(tài)(即在其高電阻、不導通狀態(tài))，于是只有由此產(chǎn)生的光電流造成的泄漏電流在其源極和漏極之間流過。
在根據(jù)典型的輸入光水平而產(chǎn)生的光電流水平和存儲在存儲電容器36上的電荷方面，光敏TFT 40和存儲電容器36之間的關系需要嚴密地控制，以便最有效地實現(xiàn)光電反饋控制。在這方面TFT 40的有效區(qū)域包含橫向(n+-i)漏結點的邊緣，而且正是在漏結點處的這個比較窄的區(qū)域?qū)怆娏饔胸暙I。這個有效區(qū)域基本上等效于一個光二極管，而且希望是很小的，以便保證所產(chǎn)生的典型的光電流水平足夠低，從而以所希望的方式在驅(qū)動(幀)周期控制驅(qū)動TFT 22的柵極電位，并避免需要使用較大的存儲電容器。因為存儲電容器36在其結構中只使用層56作為電容器介電層，所以為使電容器結構提供給定電容值所需的面積要比使用層56和60兩層的情況小得多。
當使用薄膜技術時，要形成具有精確尺寸值的部件會是困難的，這是因為用于確定部件的工藝過程的性質(zhì)，例如在光刻形成圖案過程中使用的遮掩和蝕刻步驟。將會理解，在上文描述的結構中，存儲電容器36和光敏TFT 40二者共用同一個臨界層，即半導體島52，而且二者在空間上靠近。于是，由于制造容差在這一部件中造成的任何線寬度變化對于二者是共同的。因為這一關鍵性幾何結構，即在圖3中由X表示的條形島52的寬度對TFT 40和存儲電容器二者而言都是常數(shù)，于是這一公用部件的這一物理尺寸相對于預期值的任何偏離都會以類似的、相對應的方式影響TFT的有效面積和存儲電容器的電容值二者。更確切地說，TFT的有效面積和電容值一起進行比例縮放。島52的任何趨于增大尺寸的寬度變化，因而造成存儲電容器電容的變化，其結果將是TFT有效面積的尺寸也增大，反之亦然，所以將維持這兩個部件電特性之間的平衡。這樣，便保證了這兩個部件之間具有所希望的預先確定的相互關系。
能方便地使用柵控橫向p-i-n二極管代替TFT 40。這種裝置的結構總體上類似于圖3中所示結構，只是半導體島52的區(qū)域53將與區(qū)域54相反地摻雜，即為p+型。以反向偏壓，使p+區(qū)53比n+區(qū)54更為正偏壓。在這種情況中，穿過整個裝置的入射光能產(chǎn)生光電流。這樣，與先前的TFT結構的情況相比，這個光敏結點將穿過該裝置擴展到更遠。
在上述像素實施例中，光敏TFT 40對于地址TFT 26和驅(qū)動TFT 22是反向?qū)щ娦偷?，借助對TFT 40的柵極加偏壓的方式，能保證TFT 40在驅(qū)動周期保持“斷”狀態(tài)并且只是以反向偏壓光二極管的方式起作用以泄漏電容器26上的電荷。
然而，在這個像素電路的另一種形式中，TFT 40可以是與驅(qū)動TFT22相同類型的，而且還可以作為開關裝置進行工作而不僅僅是一個泄漏裝置。在這個另一種電路的工作中，這時至少是在驅(qū)動周期開始階段，與顯示元件較低的電極/節(jié)點41電位相對應的柵極電位將是保證該TFT表現(xiàn)為一個簡單的、反向偏壓的泄漏裝置的電位。然后，隨著這一放電過程的繼續(xù)，所造成的流過顯示元的電流的減小將導致節(jié)點41(圖2)處(負)電壓水平的逐漸升高。當電流水平達到某一較低限時，在節(jié)點41處相對于線32的電壓將達到TFT 40的閾值電壓，使它突然接通(導電)并使電容器26迅速放電，從而使驅(qū)動TFT 22截止，于是終止對顯示元的激勵。TFT 40以這種方式進行的開關工作的好處在于能以更精確的控制方式確定顯示元件的光輸出。如果沒有這種開關，斷掉顯示元的控制將不夠好，這是由于光敏TFT 22在響應比較低的光輸入水平時的表現(xiàn)，如在接近顯示元激勵階段結尾時發(fā)生的那樣，會變得不那么好確定和不那么可預測。
希望光敏TFT 40被屏蔽以免受周圍光落在其上的影響，從而使任何光電流都只是由于發(fā)自顯示元件的光造成的。為此目的，金屬電極5 2用作屏蔽該裝置免受面板一側的周圍光的影響。對來自另一側穿過透明基片50的光的屏蔽，可通過在半導體島52和基片表面之間沉積光屏蔽層來實現(xiàn)。
然而，在根據(jù)本發(fā)明的另一實施例中，最好是修改像素的結構，從而使存儲電容器結構的一部分還用作光屏蔽。圖5示意性顯示穿過修改后像素結構一部分的截面，以與圖4比較。在這一結構中，在基片50的表面上沉積一個金屬層并形成圖案，以在每個像素處形成光屏蔽90，它的總尺寸稍大于其后形成的用于TFT 40(或者橫向針狀二極管)的半導體島52的尺寸。一個絕緣層92(例如氮化硅)作為一個連續(xù)層完全地沉積在基片表面以及那些金屬層90上以形成一個平表面，然后在它上面制造像素結構，總體上如前面描述的那樣，但在這種情況中略去先前使用的金屬指條58，并安排用于接觸半導體島52的區(qū)域53的金屬層62也穿過介電層60和92與光屏蔽層90的一端接觸，這是經(jīng)由這些層中形成的與島52離開的接觸孔實現(xiàn)的。在這種實現(xiàn)方式中介電層56不是必需的。
在這一結構中，存儲電容器36是由光屏蔽層90的一部分覆蓋在島52的接觸區(qū)54上并以絕緣層92的一部分夾在其間作為介電層一起形成的。這個象素的等效電路示于圖6。在這種情況中光敏TFT 40在效果上有一個雙柵極，以光屏蔽層90構成一個底部柵極。這個第二柵極相對于溝道55為正的，于是需要絕緣層92足夠厚，以保證不會達到TFT閾值水平而且使TFT免于被導通。
可以不象上述結構中那樣完全地覆蓋島52，而代之以構成層90使其適當?shù)馗采wTFT 40的光有效區(qū)53以達到光屏蔽的目的，其作法是在漏接點區(qū)域上和源區(qū)54上完全地延伸以形成電容器，但在通道區(qū)上不延伸到任何顯著的程度。為達到這一目的，層90可以有一個中開口覆蓋在限定的溝道區(qū)55上，并以集成臂平行于該島延伸到溝道區(qū)兩側，從而使覆蓋在兩個接觸區(qū)上的層90的兩個區(qū)域互連。以這種結構，因為該層不直接延伸到溝道區(qū)55之上，因而避免了它起第二柵極的作用的危險。
在另一個實施例中，TFT 40和存儲電容器36二者再次共用同一個臨界層，即島52，于是由于制造過程容差造成的任何空間變化對這兩個部件都是共同的，因而它們一起成比例縮放。
本發(fā)明還能用于以電流數(shù)據(jù)信號驅(qū)動的象素，而不是象上述實施例中那樣以電壓數(shù)據(jù)信號驅(qū)動，例如以WO 99/65012中描述的方式進行驅(qū)動。
總之，一個矩陣陣列顯示裝置在一基片上有一個像素陣列，每個像素有一個顯示元，例如一個場致發(fā)光顯示元件，以及相應的控制電路，該控制電路包括一個存儲電容器和與其相連的光敏元件用于調(diào)節(jié)存儲在電容器上的電荷并響應諸如由顯示元發(fā)出的光，從而調(diào)節(jié)顯示元的工作。該光敏元件包含薄膜半導體裝置，每個薄膜半導體裝置有帶有橫向分離的、摻雜的接觸區(qū)的一個半導體材料條，而相關聯(lián)的存儲電容器是由一個基本上相對于該半導體材料條橫向延伸的導體層放在一個接觸區(qū)上，并在中間插入介電材料形成的。于是，即使由于制造容差可能引起各部件層的尺寸變化，也能保證存儲電容器和光敏裝置特性之間具有預先確定的關系。最好是，該光敏裝置包含一個柵控裝置，它的柵極在接觸區(qū)之間的半導體條區(qū)上延伸。柵極介電層和存儲電容器介電層可以包含一個共同層的組成部分。另一種作法是，可以在半導體條的與柵極相對一側提供導電層，并且還用作對環(huán)境光的屏蔽。
通過閱讀這里公開的內(nèi)容，對于本領域的技術人員而言，其他變型將是顯然的。這些變型可能涉及有源矩陣場致發(fā)光顯示裝置領域已經(jīng)知道的其他特征以及為實現(xiàn)這些特征所用的部件，它們可用來替代這里已經(jīng)描述的特征或附加在這些特征之上。
權利要求
1.一種矩陣顯示裝置，包含放在基片上的可尋址像素矩陣，每個像素有顯示元和控制該顯示元工作的顯示元控制電路，其中該顯示元控制電路包括一個電荷存儲電容器和一個相關的薄膜光敏半導體裝置，該薄膜光敏半導體裝置與存儲電容器耦合，用于根據(jù)落在該光敏裝置上的光來調(diào)節(jié)存儲電容器上存儲的電荷，其中該光敏裝置包含一個半導體材料條，帶有橫向分布在基片上的摻雜接觸區(qū)和一個介入?yún)^(qū)，且其中的存儲電容器包含實質(zhì)上相對于半導體條橫向延伸并置于接觸區(qū)上方的一個導體層，以絕緣材料層置于該導體層和該接觸區(qū)之間。
2.根據(jù)權利要求1的矩陣顯示裝置，其特征在于該光敏裝置包含一個柵控光敏裝置，它有一個在半導體條的介入?yún)^(qū)上方延伸并由介電材料將其分開柵極。
3.根據(jù)權利要求2的矩陣顯示裝置，其特征在于該光敏裝置的柵極介電層和存儲電容器的介電材料中包含一個公共層的部分。
4.權利要求2或3的矩陣顯示裝置，其特征在于該柵控光敏裝置包括一個TFT結構，其具有彼此相似地摻雜的接觸區(qū)和在接觸區(qū)之間延伸的固有半導體區(qū)。
5.根據(jù)權利要求2或3的矩陣顯示裝置，其特征在于該柵控光敏裝置包含一個橫向柵控針狀裝置，其具有彼此相反摻雜的接觸區(qū)和在接觸區(qū)之間延伸的固有半導體區(qū)。
6.根據(jù)權利要求2至5中任何一個的矩陣顯示裝置，其特征在于所提供的存儲電容器的導體層位于該光敏裝置半導體條的與該光敏裝置柵極相對的一側并覆蓋至少是該半導體條的一部分，從而屏蔽那一部分使其免受來自那一側的光。
7.根據(jù)權利要求2至6中任何一個的矩陣顯示裝置，其特征在于該光敏裝置的柵極被設成加偏壓，使得在介入?yún)^(qū)中的電流是由所產(chǎn)生的光電流造成的。
8.根據(jù)以上權利要求中任何一個的矩陣顯示裝置，其特征在于該半導體材料條和在其覆蓋一個接觸區(qū)的部分處的導體層各有實質(zhì)上平行的側邊而且總體上彼此成直角延伸。
9.根據(jù)以上權利要求中任何一個的矩陣顯示裝置，其特征在于該顯示元包含一個電流驅(qū)動的發(fā)光元，且該光敏裝置設成能響應于由該顯示元發(fā)出的光。
10.根據(jù)權利要求9的矩陣顯示裝置，其特征在于該顯示元控制電路包括一個驅(qū)動TFT，用于在驅(qū)動周期根據(jù)一個驅(qū)動信號來控制流過顯示元的電流，該驅(qū)動信號是加到該像素上并作為電荷存儲在存儲電容器上的，該電容器與驅(qū)動TFT的柵極耦合，且該光敏裝置可調(diào)節(jié)存儲電容器上的電荷，從而調(diào)節(jié)驅(qū)動TFT的工作。
11.根據(jù)權利要求9或10的矩陣顯示裝置，其特征在于該顯示元包含一個場致發(fā)光顯示元。
全文摘要
一種在基片(50)上有像素陣列(10)的矩陣陣列顯示裝置，每個像素有一個，諸如一個場致發(fā)光顯示元的顯示元(20)，以及相關的控制電路，該控制電路包括一個存儲電容器(36)和與其相連的光敏元件(40)，用于調(diào)節(jié)存儲在電容器上的電荷并響應諸如由顯示元發(fā)出的光，調(diào)節(jié)顯示元的工作。光敏元件(40)包含薄膜半導體裝置，每個薄膜半導體裝置有一個帶有橫向隔開的、摻雜的接觸區(qū)(53、54)的半導體材料條(52)，而相關聯(lián)的存儲電容器(36)是由一個在接觸區(qū)上實質(zhì)相對于該半導體材料條橫向延伸的導體層(58)，并在接觸區(qū)中間插入介電材料形成的。于是，即使由于制造容差可能使各部件層的尺寸變化，也能保證存儲電容器和光敏裝置特性之間具有預先確定的關系。該光敏裝置最好包含一個柵控裝置，其柵極在接觸區(qū)之間的半導體條區(qū)上延伸。柵極介電層和電容器介電層可以包含一個共同層(56)的部分。另一種作法是，可以在半導體條的與柵極相對一側提供導電層，并且還用作對環(huán)境光的屏蔽。
文檔編號G09G3/20GK1411609SQ01802384
公開日2003年4月16日 申請日期2001年6月7日 優(yōu)先權日2000年6月20日
發(fā)明者N·D·楊, J·M·香農(nóng) 申請人:皇家菲利浦電子有限公司