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
技術領域：
本發(fā)明涉及電致發(fā)光顯示裝置，尤其涉及具有與每個像素相關的薄膜開關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薄膜電致發(fā)光元件，或是利用傳統(tǒng)的III-V族半導體化合物的發(fā)光二極管(LED)。有機電致發(fā)光材料、尤其是聚合物材料的最近發(fā)展已經證明了它們在視頻顯示裝置中的實用性。這些材料典型地包括夾置在一對電極之間的一層或多層半導體共軛聚合物，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工藝或是簡單地通過利用可溶共軛聚合物的旋覆技術制作。也可以采用噴墨打印。有機電致發(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關功能，并因此可以用在無源型顯示器中。可替換地，這些材料可以用于有源矩陣顯示裝置，每個像素包括顯示元件和控制通過顯示元件的電流的開關裝置。
此類顯示裝置具有電流尋址的顯示元件，以致于常規(guī)的模擬驅動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構的一部分，柵極電壓供給決定流經顯示元件的電流的電流源晶體管。存儲電容保持尋址相位之后的柵電壓。但是，穿過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系，并且在顯示的圖象結果中產生偽影(artefact)。
極低的電子遷移率和閾值電壓隨時間的變化禁止了非晶硅TFT在有源矩陣像素中的使用。作為低遷移率的結果，非晶硅不能用于實現(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陣列技術的發(fā)展被液晶顯示器中該陣列的廣泛使用所推動。實際上，在改進用于形成平板液晶顯示器的開關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。這是因為它可以通過等離子增強的化學氣相沉積(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關速度并防止了這些晶體管在顯示驅動器電路中的使用。非晶硅TFT也較不穩(wěn)定，因為占空比較低，只可用于顯示器應用。
對于較高速的驅動器電路需要晶體硅，其對于顯示裝置中的驅動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動器電路和像素晶體管的技術。這一提議是由把驅動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計中存在同樣的限制。


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以及相關的開關裝置，該開關裝置位于行(選擇)和列(數(shù)據(jù))尋址導體4和6交叉組的交點處。為了簡單起見，圖中只示出了幾個像素。實際上可以有幾百個像素行和列。像素1通過外圍驅動電路的行和列尋址導體組被尋址，其中外圍驅動電路包括行、掃描、驅動器電路8和與各組導體的端部連接的列、數(shù)據(jù)、驅動器電路9。
電致發(fā)光顯示元件2包括有機發(fā)光二極管，此處用二極管元件(LED)代表并且包括一對電極，電極之間夾置一個或多個有機電致發(fā)光材料的有源層。陣列的顯示元件與相關的有源矩陣電路一起承載在絕緣支撐體的一側上。顯示元件的陰極或陽極由透明的導電材料形成。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電材料如ITO組成，使得由電致發(fā)光層產生的光透過這些電極和支撐體傳輸，從而使其對于支撐體另一側的觀眾來說是可見的。典型地，有機電致發(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以簡化的示意性形式表示已知像素和驅動電路配置。每個像素1包括EL顯示元件2和相關的驅動器電路。驅動器電路有一個由行導體4上的行尋址脈沖導通的尋址晶體管16。當尋址晶體管16導通時，列導體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供給列導體電壓，該電流源20包括驅動晶體管22和存儲電容器24。列電壓提供給驅動晶體管22的柵極，甚至在行尋址脈沖結束后柵極仍由存儲電容器24保持在此電壓。
此電路中的驅動晶體管22用作PMOS TFT，以致于存儲電容器24保持柵極-源極電壓固定。這導致固定的源極-漏極電源流過晶體管，因此提供理想的像素電流源工作。
用NMOS器件(會被要求能夠實現(xiàn)非晶硅或微晶硅)來代替驅動晶體管22不能提供像素電路的正確工作，因為柵極-源極電壓將依賴于顯示元件2(連接到NMOS TFT源極)的陽極電壓。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陽極側上的電路，因為很難模制陰極金屬，以致于不適于簡單地反轉電路以允許驅動晶體管象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，每個像素包括電致發(fā)光顯示元件；連接在顯示元件的陽極和電源線之間的非晶硅或微晶硅第一驅動NMOS晶體管；顯示元件的陽極和驅動晶體管的柵極之間的存儲電容器；和用于向顯示元件的陽極供給保持電壓的非晶硅或微晶硅第二驅動NMOS晶體管。
此配置能夠保持顯示元件兩端的電壓，同時晶體管柵極驅動電壓存儲在存儲電容器上。當驅動晶體管為NMOS器件時，源極連接到顯示元件的陽極，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，同時將驅動電壓存儲在存儲電容器上。這樣能夠利用NMOS晶體管實現(xiàn)精確的電流源像素電路。
優(yōu)選的是第二驅動晶體管連接在電源線和顯示元件的陽極之間。通過這種方式，電源線可以供給保持電壓和用于驅動顯示元件的驅動電壓。
可替換地，可以在第二電源線和顯示元件的陽極之間連接第二驅動晶體管。此第二電源線可以在陣列行中的像素之間共享。
第一驅動晶體管的柵極可以通過由行導體驅動的尋址晶體管耦合到例如列導體的數(shù)據(jù)信號線。像素驅動信號由此以已知的方式耦合到像素。
第一和第二驅動晶體管(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，則比非晶硅層增強了延伸態(tài)的導電性并增大了遷移率大約10倍。
本發(fā)明還提供了一種驅動有源矩陣電致發(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，每個顯示像素具有電致發(fā)光顯示元件，該方法包括通過經由第一非晶硅或微晶硅NMOS晶體管施加保持電壓來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，在連接于第二晶體管的柵極和源極之間的存儲電容器上存儲理想的柵極-源極電壓，柵極-源極電壓對應于用于驅動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；和驅動理想的源極-漏極電流經過電致發(fā)光顯示元件。
在此方法中，施加保持電壓，使得驅動晶體管的源極保持在固定電勢，以致于可以在存儲電容器上精確地存儲理想的柵極-源極電壓。然后通過對第二晶體管施加第一電源電壓而驅動理想的源極-漏極電流經過第二晶體管。
現(xiàn)在參考附圖通過實例描述本發(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化示意圖；圖3顯示根據(jù)本發(fā)明的像素電路的第一實例；和圖4顯示根據(jù)本發(fā)明的像素電路的第二實例。
應該注意，這些附圖是概略的而不是按比例畫出的。為了附圖的清楚和方便，這些圖中的部分的相對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，在像素結構內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例。用相同的附圖標號表示與圖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，驅動晶體管22以非晶硅或微晶硅NMOSTFT實施。像素電路設置在EL顯示元件2的陽極側的基底上，并且因此NMOS驅動晶體管的源極與EL顯示元件的陽極電接觸。
存儲電容器24設置在顯示元件2的陽極和驅動晶體管22的柵極之間，并由此在尋址時對驅動晶體管22的柵極-源極電壓充電。因為源極連接到EL顯示元件，EL顯示元件上沒有恒定的電壓降，所以源極的電勢會改變，從而使得來自列導體6的給定電壓不一定導致存儲于存儲電容器24上的相同的柵極-源極電壓。為了確保列導體上的電壓具有已知的與最終的柵極-源極電壓一對一的關系，必需保持E1顯示元件陽極的電壓。
為了實現(xiàn)這一點，本發(fā)明的像素電路包括用于向顯示元件2的陽極供給保持電壓的第二驅動NMOS晶體管30。當柵極-源極電壓傳遞到存儲電容器24時供給此保持電壓。
在圖3所示的實例中，第二驅動晶體管30連接在第二電源線32和顯示元件2的陽極之間。第二電源線32在陣列行中的像素之間共享，并且第二驅動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體4之外還需要兩個附加的行導體。
在尋址階段期間，第二驅動晶體管30導通，以便將EL顯示元件的陽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，列導體6上的信號數(shù)據(jù)電壓對存儲電容器24充電到對應于理想的第一驅動晶體管22的源極-漏極電流的已知柵極-源極電壓，所述源極-漏極電流又對應于EL顯示元件2的理想照明等級。在尋址階段結束時，行導體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顯示元件上的電勢改變。隨著該電勢的變化，柵極電壓也因柵極-源極電壓被存儲電容器24保持而改變。
此電路要求晶體管30很大，以致于來自驅動晶體管22的所有電流可以沒有任何電壓降地導向第二電源線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構，以避免需要第二驅動晶體管30來通過大電流。
在圖4中，第二驅動晶體管30連接在(唯一的)電源線26和顯示元件2的陽極之間。這降低了對第二驅動晶體管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，以致于第一驅動晶體管22不導通。因而，只需要第二驅動晶體管30放掉EL顯示元件2上的任何殘留電荷并為存儲電容器24提供充電路徑。尋址所有像素的同時電源線26保持為低。當尋址結束時，所有的地址線(行導體4和柵極線34)變低并且電源線26然后變高，使得LED點亮。電源線26的閃爍具有減少樣本的優(yōu)點并適用于動態(tài)模糊減少。
在此電路中，行導體4和柵極線34可以連接到一起，以致于不需要行導體數(shù)量的增加。電源線26可以逐行或逐個圖象地調制。
在上述兩個電路中，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，繼而保持驅動晶體管的源極電壓。在此源極電壓得以保持的同時，在存儲電容器上存儲對應于驅動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，并且驅動源極-漏極電流經過電致發(fā)光顯示元件。
雖然以兩個電路實例展示了如何實現(xiàn)本發(fā)明，但還存在其它各種可能性并且它們落在權利要求的范圍之內。各種改進對于本領域的技術人員將是顯而易見的。
權利要求
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，每個像素包括電致發(fā)光顯示元件(2)；連接在顯示元件(2)的陽極和電源線(26)之間的非晶硅或微晶硅第一驅動NMOS晶體管(22)；顯示元件(2)的陽極和第一驅動晶體管(22)的柵極之間的存儲電容器(24)；和用于向顯示元件(2)的陽極供給保持電壓的非晶硅或微晶硅第二驅動NMOS晶體管(30)。
2.如權利要求1所述的裝置，其中第二驅動晶體管(30)連接在電源線(26)和顯示元件(2)的陽極之間。
3.如權利要求1所述的裝置，其中第二驅動晶體管(30)連接在第二電源線(32)和顯示元件(2)的陽極之間。
4.如權利要求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.如前述任一權利要求所述的裝置，其中第一驅動晶體管(22)的柵極通過尋址晶體管(16)耦合到數(shù)據(jù)信號線(6)。
6.如權利要求5所述的裝置，其中數(shù)據(jù)信號線(6)包括在陣列的列中的像素之間共享的列導體。
7.如權利要求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體(4)。
8.如前述任一權利要求所述的裝置，其中第一和第二驅動晶體管(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。
9.一種驅動有源矩陣電致發(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，每個顯示像素(1)具有電致發(fā)光顯示元件(2)，該方法包括通過經由第一非晶硅或微晶硅NMOS晶體管(30)施加保持電壓來保持顯示元件(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，在連接于第二晶體管(22)的柵極和源極之間的存儲電容器(24)上存儲理想的柵極-源極電壓，該柵極-源極電壓對應于用于驅動顯示元件(2)的理想的源極-漏極電流；從顯示元件(2)中除去保持電壓；和驅動理想的源極-漏極電流經過電致發(fā)光顯示元件(2)。
10.如權利要求9所述的方法，其中通過對第二晶體管(22)施加第一電源電壓(26)而驅動理想的源極-漏極電流經過第二晶體管(22)。
11.如權利要求10所述的方法，其中保持顯示元件兩端電壓的同時不對第二晶體管施加第一電源電壓。
12.如權利要求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.如權利要求9-12中任一所述的方法，其中在存儲電容器(24)上存儲理想的柵極-源極電壓包括通過尋址晶體管(16)將來自數(shù)據(jù)信號線(6)的數(shù)據(jù)耦合到存儲電容器(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)的陽極和電源線(26)之間的非晶硅或微晶硅驅動NMOS晶體管(22)的像素。存儲電容器(24)連接在顯示元件的陽極和驅動晶體管(22)的柵極之間。非晶硅或微晶硅第二驅動NMOS晶體管(30)向顯示元件(2)的陽極供給保持電壓。此配置能夠使晶體管柵極驅動電壓被存儲在存儲電容器上的同時，保持顯示元件兩端的電壓。這樣能夠利用NMOS晶體管實現(xiàn)精確的電流源像素電路。
文檔編號G09G3/20GK1675669SQ03818658
公開日2005年9月28日 申請日期2003年7月22日 優(yōu)先權日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 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司