專利名稱：有源矩陣顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種顯示裝置，它包含在基板上的選擇電極矩陣和數(shù)據(jù)電極矩陣，具有象素和至少在選擇電極和數(shù)據(jù)電極的交叉區(qū)有第一類場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
此有源矩陣顯示裝置的實(shí)例是用在膝上型計(jì)算機(jī)和資源管理器中的薄膜晶體管液晶顯示器(TFT-LCD)或有源矩陣液晶顯示器(AM-LCD)，但是它們?cè)谌驍?shù)字移動(dòng)電話系統(tǒng)(GSM)電話中的應(yīng)用也日益增多。
在許多便攜式顯示裝置中存在著功率消耗問(wèn)題。這種問(wèn)題也發(fā)生于結(jié)構(gòu)為反射式的顯示裝置中(其中避免了背光的功率消耗)。
在這種便攜式應(yīng)用中，液晶顯示盒所需的驅(qū)動(dòng)電壓是由驅(qū)動(dòng)集成電路(IC)來(lái)提供的，對(duì)它提供的電壓通常是用(電容性的)電壓倍增(升壓)來(lái)獲得的。常規(guī)的AM-LCD通常需要20-25伏量級(jí)的電壓以驅(qū)動(dòng)薄膜晶體管(TFT)，而對(duì)熟知的光電效應(yīng)如超扭曲液晶效應(yīng)10伏或更小的電壓就足夠了。
本發(fā)明的目的是提供一種在開(kāi)頭段落中所描述的那種類型的顯示裝置，它的功率消耗較低以致用單節(jié)電池就能使用較長(zhǎng)的時(shí)間。
為此目的，根據(jù)本發(fā)明的顯示裝置的特征在于它包括，在數(shù)據(jù)電極和象素之間串聯(lián)的第一類型場(chǎng)效應(yīng)晶體管，至少第二相反類型的第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管，連接到選擇電極的一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極。
盡管在數(shù)據(jù)電極上的電壓通常是可變的，但在本應(yīng)用中描述的選擇電極有時(shí)也被看成是供給固定電壓(參考)的電極。
本發(fā)明是基于認(rèn)識(shí)到明顯地，當(dāng)使用多晶硅或甚至單晶硅時(shí)，第一類型的場(chǎng)效應(yīng)晶體管和相反類型的第二類型的場(chǎng)效應(yīng)晶體管(例如，p型和n型)都可以在一種和例如相同的玻璃或合成材料的基板之上制作。與只使用一種類型的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的常規(guī)的AM-LCD相比，由此可以實(shí)現(xiàn)大大降低功率消耗。明顯地當(dāng)使用液晶顯示盒時(shí)，其中單元兩端的極性在每一幀是變?nèi)A的，很低的電壓就足夠了。本發(fā)明也可有利地用于其它類型的顯示裝置如基于(O)發(fā)光二極管(LED)或聚合物發(fā)光二極管的有源矩陣中。
在第一實(shí)施方案中，第一類型的場(chǎng)效應(yīng)晶體管柵極連接到選擇電極上。
根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施方案的特征在于第二類型的第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極接到附加的選擇電極上。以這種方式獲得的該附加選擇的可能性可以用不同的方法加以利用。例如，選擇脈沖可以同時(shí)加到場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極上，但是顯示裝置也可包括供應(yīng)選擇脈沖給第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極并且將經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)的(conditioned)選擇脈沖供應(yīng)給第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極的驅(qū)動(dòng)設(shè)備。這個(gè)經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)的供應(yīng)提供了使(部分的)顯示裝置不工作(暫時(shí)的或非暫時(shí)的)的可能性或在低頻使用它們從而能夠更進(jìn)一步降低消耗。
根據(jù)本發(fā)明的顯示裝置的另一種實(shí)施方案的特征在于第二類型的第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極連接到數(shù)據(jù)電極上。以這種方式，例如，根據(jù)存在的信息，可以使第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管導(dǎo)通或不導(dǎo)通。
參照下文所述實(shí)施方案，本發(fā)明的這些和其它方面是明顯的并且將加以闡明。
這些附圖包括

圖1概略地表示具有象素矩陣的顯示裝置，圖2示出了本發(fā)明中采用圖1的顯示裝置的細(xì)節(jié)，圖3示出如用在圖1顯示裝置中的液晶盒的傳輸和電壓特征曲線，和圖4示出本發(fā)明基于發(fā)光象素的顯示裝置，以及圖5示出圖2的一種變型。
這些圖是概略的并沒(méi)有按比例繪制。相同的元件一般采用相同的參考數(shù)字來(lái)表示。
圖1是可應(yīng)用本發(fā)明的顯示裝置1的電等效裝置。它包括在m行或選擇電極5和n列或數(shù)據(jù)電極6的交叉區(qū)的象素8的矩陣。該行電極通過(guò)行驅(qū)動(dòng)器36依次地選擇，而列電極則通過(guò)數(shù)據(jù)寄存器35供應(yīng)數(shù)據(jù)。為此目的，如必要，進(jìn)來(lái)的數(shù)據(jù)信號(hào)在處理器3中首先被處理。經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)線7進(jìn)行相互同步。
在本實(shí)施方案中，象素8構(gòu)成部分液晶顯示裝置。在常規(guī)的有源矩陣TFT技術(shù)中，與象素關(guān)聯(lián)的TFT晶體管通過(guò)柵極上的選擇脈沖被激活，而連接到TFT晶體管的源極的數(shù)據(jù)電極上的電壓決定連接到漏極的圖象電極(picture electrode)上的電壓。按照本發(fā)明，數(shù)據(jù)電極6(圖2)通過(guò)與第二相反類型(在此實(shí)施方案中為p型)的第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管12相串聯(lián)的第一類型(在此實(shí)施方案中為n型)場(chǎng)效應(yīng)晶體管11連接到象素上。TFT11的漏極連接到TFT12源極上而第一類型的第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管11的柵極連接到選擇電極5上。在本實(shí)施方案中，第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管12的柵極連接到附加的選擇電極4上。制造p型以及n型的TFT的適合的技術(shù)采用多晶硅晶體管(“高溫多晶”或“低溫多晶”)但也不排除使用單晶硅或其它半導(dǎo)體材料。晶體管12的漏極連接到象素8的電極19并且也連接到以常規(guī)方式裝配的存儲(chǔ)電容器15的一個(gè)極板上。存儲(chǔ)電容器的另一個(gè)極板通過(guò)附加電極16連接到電壓源17上。晶體管11、12和電極4、5、6、16存在于例如玻璃或合成材料的第一基板上。象素8的計(jì)數(shù)器電極20通過(guò)電極18連接到電壓源17’上。在本實(shí)施方案中，對(duì)電壓電源17、17’的電壓選取的是同樣的值。
在圖2的實(shí)施方案中，選擇電壓Vg在選擇期間供應(yīng)給選擇電極5(即給第一類型的第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管11的柵極)，而在非選擇期間在此選擇電極上的電壓是0伏。同時(shí)，0伏的選擇電壓在選擇期饋給附加電極4(即供應(yīng)給第二類型的第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管12的柵極)，而該附加電極上的電壓在非選擇期是Vg。因此，兩個(gè)晶體管11、12在選擇期是導(dǎo)通的(假設(shè)TFT晶體管的閾電壓近似為VTn＝1.0V(n溝道TFT11和VTp＝-1.0V(p溝道TFT12)。在非選擇期(參看“保持態(tài)”)該兩個(gè)晶體管都是切斷的。
對(duì)于正的象素電壓，在一個(gè)列電極6上的數(shù)據(jù)電壓Vd是Vth≤Vd≤Vsat，式中Vth和Vsat分別是液晶的閾電壓和飽和電壓(見(jiàn)圖3)。液晶材料的通常值是Vth＝1.5V。對(duì)300∶1的對(duì)比度，在透射顯示裝置中的Vsat通常是4.5V。在反射顯示裝置中，特別是在所謂的自動(dòng)應(yīng)用和電話中，更小的對(duì)比度(例如，10∶1)就足夠了，所以Vsat大概可以選取為3V電壓。計(jì)數(shù)器電極18(和因此同樣的附加線4)有電壓VCE＝0V。當(dāng)選擇線5接收電壓Vg和附加電極同時(shí)接收0V電壓，兩個(gè)晶體管12、13將導(dǎo)通同時(shí)點(diǎn)2 1將充電到電壓Vth≤VA≤Vsat以致象素電容Vp被充電到Vth≤Vp≤Vsat。
在反射顯示裝置的實(shí)施方案中當(dāng)象素有正值電壓(此處，負(fù)的)時(shí)，必須寫入下一幀(或下一行，依賴于驅(qū)動(dòng)模式)，計(jì)數(shù)器電極切換到電壓VCE＝Vsat+Vth即到4.5V。然后點(diǎn)2 1的電壓增加到Vsat+2Vth≤VA≤2Vsat+Vth，這相應(yīng)于6.0V≤VA≤7.5V。
以Vg＝6V值，現(xiàn)在人們認(rèn)為如果電路只用n-溝道TFT作開(kāi)關(guān)，電路維持截?cái)啵?dāng)只用p-溝道TFT作開(kāi)關(guān)電路開(kāi)始導(dǎo)通，由于門在6V并且在點(diǎn)21處的象素接頭能接收7.5V的電壓所以晶體管12的漏極能起電源的作用。由于有n-型和p-型TFT的一連串排布，所以不能有電流流動(dòng)。當(dāng)有關(guān)的行被負(fù)寫入，其中在該列的數(shù)據(jù)電壓Vd’被再次選在區(qū)間Vth≤Vd’≤Vsat以維持全部電壓范圍盡可能小，然后點(diǎn)21的電壓(VA)將是Vth≤VA≤Vsat和象素電壓Vp將是VA-VCE，其中VCE＝Vsat+Vth使得-Vsat≤Vp≤Vth。
當(dāng)在下一幀(或下一行)電壓再次被正寫入時(shí)，那么計(jì)數(shù)器電極20上(以及同樣在附加線16上)的電壓再次切換到0V。然后點(diǎn)21處的電壓將是-Vsat≤VA≤-Vth。如果只用n-溝道TFT13，電路開(kāi)始導(dǎo)通，但是n-型和p-型晶體管的串聯(lián)布置現(xiàn)在也阻止發(fā)生導(dǎo)電。因此，門電壓Vg的范圍也被限于Vsat+2Vth，在相關(guān)的實(shí)施方案中大概是6V。
當(dāng)信息在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不發(fā)生改變時(shí)圖1、2的電路中的功率消耗會(huì)進(jìn)一步降低。在此方面需要注意的是在每幀之后(或每行之后)數(shù)據(jù)需求不一定倒置。直流驅(qū)動(dòng)模式是很可能的。在那種情況下，在驅(qū)動(dòng)電路3，或在寄存器5的輸入或輸出端帶有附加電路中，所能確定的是在列電極6中一個(gè)的數(shù)據(jù)Vd在多個(gè)連續(xù)的選擇期間是不變的。于是該附加的電路被用于使附加電極在較小的頻率(從Vg到0V)切換。然后畫面信息在功耗較少的較低的頻率被刷新。當(dāng)存儲(chǔ)電容器15有較高的電容量時(shí)信息就可以保持較長(zhǎng)的時(shí)間。
在圖4的實(shí)施方案中，在基于電致發(fā)光的顯示裝置中的兩個(gè)互補(bǔ)的TFT晶體管的串聯(lián)排列被用于給電容器15充電(對(duì)應(yīng)于該畫面信息值)。電容器15起存儲(chǔ)元件的作用以及，同晶體管26一起，形成電流電源，根據(jù)加在點(diǎn)21上的電壓，它決定通過(guò)晶體管26和因此通過(guò)象素((O)LED或(P)LED)25在選擇期流動(dòng)的電流。為此目的，例如，概略地表示的開(kāi)關(guān)28在選擇期間是接通的，使得電壓源27提供給電流源15、26和在線29、30之間的發(fā)光二極管25的串聯(lián)布置所需電壓，使得發(fā)光二極管25以所需的強(qiáng)度發(fā)光。加在電容器15上的電壓是由列電極6的數(shù)據(jù)電壓決定的。然而，不但通過(guò)選擇電極5的選擇來(lái)決定供壓而且通過(guò)門14附加電極24也應(yīng)選擇晶體管12。這可以由提供逆向脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)，與圖1、2的實(shí)施方案相類似。電極24處的選擇脈沖也可以以限定的方式提供，從而使信息能夠出現(xiàn)在較低的頻率。由于兩個(gè)晶體管11、12串聯(lián)，因此可以驅(qū)動(dòng)邏輯電路，(這兩個(gè)晶體管都具有與(AND)功能)。借助于裝配一個(gè)有附加的門接頭24’的晶體管(在此實(shí)施方案中為晶體管12)(或兩個(gè)晶體管)，驅(qū)動(dòng)邏輯電路的幾率甚至可以進(jìn)一步擴(kuò)大。由配置一個(gè)或更多的平行于晶體管11、12的晶體管，可以實(shí)現(xiàn)或(OR)功能。
根據(jù)本發(fā)明的一種完全不同的顯示裝置展示在圖5中。三個(gè)n型晶體管11’、11”、11的電源連接到電極6上。晶體管11’、11”、111的漏極連接到關(guān)聯(lián)的電容器31’、31’、31上，它們的電容量之比是4∶2∶1。電極36’、36’、36耦合到，例如，數(shù)字寄存器的輸出，它的輸出在選擇期間傳給柵極13(例如，通過(guò)與門)。根據(jù)寄存器上的數(shù)字值，晶體管11’、11”、11被導(dǎo)通或切斷并且，根據(jù)這些數(shù)字值，在點(diǎn)35的電容器31’、31’、31的組合接收電壓，該電壓可以在0V和一個(gè)給定最大值之間假定8個(gè)值，所給定的最大值帶有6個(gè)中間值(數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換)。為預(yù)先除去電容器31上的電荷，將它們通過(guò)體管33并聯(lián)到地，該晶體管的門受線34的控制。柵極36的反向信號(hào)被供應(yīng)給線34。這也可以在通過(guò)門13選擇之前，通過(guò)選擇所有的晶體管和給線6加0V的電壓，以數(shù)字信息產(chǎn)生放電。
這種器件的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是電極6的電壓是可調(diào)的，它依賴于液晶(或發(fā)光二極管)(可稱的數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換)的性質(zhì)。通過(guò)隨后選擇晶體管12，電壓被傳送到點(diǎn)35并因此決定象素(以及發(fā)射或反射)兩端的電壓。
當(dāng)然本發(fā)明不局限于以上所述的實(shí)施方案。例如，如表述過(guò)的，可以用單晶晶體管代替多晶晶體管。如有必要，也可以使用雙極晶體管。
本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于所述的具體實(shí)施方案。本發(fā)明存在于每一個(gè)和所有新特征以及存在于每一個(gè)和所有特征特點(diǎn)的結(jié)合。在權(quán)利要求中的參考數(shù)字并不限制它們的保護(hù)范圍。動(dòng)詞“包括”的使用以及它的變化不排除該權(quán)利要求所述的那些要素之外的要素的存在。在一個(gè)要素之前使用的冠詞“a”或“an”不排除存在多個(gè)這樣的要素。
權(quán)利要求
1.一種顯示裝置(1)，該裝置包括在基板上的選擇電極(5)和數(shù)據(jù)電極(6)的矩陣，具有象素和至少在選擇電極和數(shù)據(jù)電極的交叉區(qū)的第一類場(chǎng)效應(yīng)晶體管(11)，其特征在于顯示裝置包括，在數(shù)據(jù)電極和象素之間，串聯(lián)第一類場(chǎng)效應(yīng)晶體管(11)，至少第二相反類型的第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管(12)，該場(chǎng)效應(yīng)晶體管的一個(gè)柵極與選擇電極(5)相連接。
2.如權(quán)利要求1所要求的顯示裝置，其特征在于第一類場(chǎng)效應(yīng)晶體管(11)的柵極(13)被連接到選擇電極(5)。
3.如權(quán)利要求2所要求的顯示裝置，其特征在于第二類的第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管(12)的柵極(14)連接到附加的選擇電極(4)上。
4.如權(quán)利要求1所要求的顯示裝置，其特征在于第二類的第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管(12)的柵極(14)連接到數(shù)據(jù)電極(6，24)上。
5.如權(quán)利要求3所要求的顯示裝置，其特征在于該顯示裝置包括驅(qū)動(dòng)設(shè)備(3，7，35，36)以供應(yīng)選擇脈沖給該場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極。
6.如權(quán)利要求5所要求的顯示裝置，其特征在于選擇脈沖同時(shí)供應(yīng)給該場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極。
7.如權(quán)利要求4所要求的顯示裝置，其特征在于該顯示裝置包括驅(qū)動(dòng)設(shè)備(3，7，35，36)以供應(yīng)選擇脈沖給第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管(11)的柵極和將經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)的選擇脈沖供應(yīng)給第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管(12)的柵極。
8.如權(quán)利要求7所要求的顯示裝置，其特征在于第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管的選擇脈沖的持續(xù)時(shí)間不同于第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管的選擇脈沖的持續(xù)時(shí)間。
9.如權(quán)利要求7或8所要求的顯示裝置，其特征在于驅(qū)動(dòng)設(shè)備包括暫時(shí)抑制至少一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的選擇脈沖的設(shè)備。
10.如權(quán)利要求8或9所要求的顯示裝置，其特征在于選擇脈沖以不同的頻率被供應(yīng)給場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極。
11.如權(quán)利要求2中所要求的顯示裝置，其特征在于第二類的第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極連接到數(shù)據(jù)電極。
12.如權(quán)利要求1所要求的顯示裝置，其特征在于顯示裝置包括電容器(15)，與象素電極相連接的電極。
13.如權(quán)利要求1所要求的顯示裝置，其特征在于象素至少包括在兩個(gè)圖象電極之間的液晶材料層。
14.如權(quán)利要求13所要求的顯示裝置，其特征在于該顯示裝置包括電容器(15)，電容器(15)位于象素電極(19)與連接到電源電壓(17)的終端的電極(16)之間。
15.如權(quán)利要求1所要求的顯示裝置，其特征在于該顯示裝置包括電容器(31)，一個(gè)連接到第一類場(chǎng)效應(yīng)晶體管和第二類場(chǎng)效應(yīng)晶體管的公共點(diǎn)的電極。
16.如權(quán)利要求15所要求的顯示裝置，其特征在于該顯示裝置包括多個(gè)第一類場(chǎng)效應(yīng)晶體管，這些第一類場(chǎng)效應(yīng)晶體管位于選擇電極和多個(gè)電容之間，這些電容與每一個(gè)第一類的場(chǎng)效應(yīng)晶體管相關(guān)聯(lián)。
17.如權(quán)利要求16所要求的顯示裝置，其特征在于選擇電極連接到偏壓。
18.如權(quán)利要求17所要求的顯示裝置，其特征在于該偏壓是可變的。
19.如權(quán)利要求1所要求的顯示裝置，其特征在于象素至少包括一個(gè)與調(diào)節(jié)晶體管(26)相串連的發(fā)光元件(25)。
全文摘要
一種新型的用于顯示裝置中的開(kāi)關(guān)電路,對(duì)每個(gè)象素(8,25)它包括互補(bǔ)TFT晶體管(11,12)的一個(gè)串聯(lián)開(kāi)關(guān)。晶體管的同時(shí)選擇了提供低功率應(yīng)用。另一方面,可以執(zhí)行邏輯功能。
文檔編號(hào)H01L29/786GK1386261SQ01802101
公開(kāi)日2002年12月18日 申請(qǐng)日期2001年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月20日
發(fā)明者K·E·基克 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司