内部多个晶体管工作特性各不相同的显示装置

摘要

制作驱动二极管的驱动晶体管的工作特性，使其根据电流驱动能力与开关晶体管的电流驱动能力不同。该驱动晶体管的电流驱动能力比开关晶体管的电流驱动能力更低。

说明书

技术领域

本发明涉及显示装置，具体涉及包括场效应晶体管的显示装置。

背景技术

最近，使用有机发光二极管(后面称作OLED)作为发光元件的的有机电致发光(EL)显示装置作为取代CRT和LCD而引起了较大的注意。例如，包括，诸如薄膜晶体管(后面简称为TFT)场效应晶体管的显示装置，作为驱动OLED的元件正成为热门的研发主题。在有源点阵型有机EL显示装置中，各个像素由开关TFT支持，其存储亮度数据从而即使在亮度数据没有写入时也能发光。

伴随这些有机EL显示装置，施加到驱动TFT的OLED栅极电极的亮度数据驱动容限随着各个驱动TFT的电流驱动能力而改变，这将在下面讨论。

另一方面，最近这些年来，含有半导体器件的设备变得更小、更轻，这样要求安装的TFT更小。而且，希望通过使用更小的TFT使这些晶体管的耗电更少。

发明内容

本发明考虑了上述情况，其目的是使包含电流驱动型光学元件的显示装置的发光亮度变化减小。本发明的另一个目的是使光学元件驱动晶体管的驱动容限变宽。本发明的另一目的是防止驱动光学元件的晶体管的工作偏离一个工作范围。本发明的另一个目的是使在目标元件中设置数据的开关晶体管的开关功能提高。本发明的另一个目的是实现显示装置开关和驱动晶体管的尺寸小型化和低能耗。

根据本发明的较佳实施例涉及显示装置。该显示装置包括：驱动光学元件的驱动晶体管；在驱动晶体管中设置数据的开关晶体管，其中涉及电流驱动能力的晶体管工作特性各不相同。这里，涉及电流驱动能力的工作特性可以是例如电流转换因子，接通电阻等等。上述电流转换因子是施加到晶体管栅极的电压转换到漏极-源极电流的因子。因此，可以这样设计开关晶体管和驱动晶体管使得他们根据显示装置的特性有关于驱动能力的最佳特性。

该驱动晶体管和开关晶体管可以是场效应晶体管，而且这些晶体管的制作方法使得栅极长度或栅极宽度互不相同。例如，一个晶体管的栅极长度比另一个更短，和/或一个晶体管的栅极宽度比另一个更窄，这样该晶体管的尺寸将更小，耗电能够减少。

驱动晶体管的电流驱动能力可制成比开关晶体管更小。因此，开关晶体管的开关功能将提高而驱动晶体管的驱动容限将变得更宽。

驱动晶体管的制作方法使得栅极宽度比开关晶体管的更窄。而且，该开关晶体管的制作方法使得其栅极长度比驱动晶体管更短。

此外，驱动晶体管的制作方法使得驱动晶体管的栅极宽度比开关晶体管的更窄，同时开关晶体管的制作方法使得开关晶体管的栅极长度比驱动晶体管更短。因此，晶体管的尺寸将更小而能耗可减小。

开关晶体管可以包括多个互相串联的晶体管。这个结构能够提高开关晶体管的存储工作特性。

而且，涉及电流驱动能力的多个晶体管中至少一个的工作特性可以与那些其它晶体管不同。因此，通过至少一个这样的晶体管可以提高存储工作特性，而其它晶体管可以用于提高电流驱动能力并且实现低能耗或更小尺寸。

进而，该显示装置可以进一步包括反偏置电路，其与光学元件并联，其中在光学元件两端的电压通过在预定的时刻控制反偏置电路反转。

而且，该显示装置进一步包括关闭电路，它关闭将电流供应到光学元件的路径，其中通过在关闭该路径的时刻控制所述反偏置电路使光学元件两端的电压反转。

此外，该光学元件可以设计为使得在光学元件一个电极的电位在预定的时刻切换到比光学元件的另一个电极的电位更高或更低。

而且，该显示装置可以进一步包括关闭电路，它关闭对光学元件供电的路径。

请注意，在方法，设备，系统间的上述结构元件和表示的任意组合被本发明实施例所包含并且对其有效。

此外，本发明的概述中不必需描写所有的必要技术特征，这样本发明也是这些描述特征的分组合。

附图说明

图1是根据本发明第一个实施例示出一部分显示装置的电路图。

图2A和2B是在图1示出的显示装置中晶体管工作特性的曲线图。

图3是根据本发明第二个实施例示出一部分显示装置的电路图。

图4是在显示装置中进一步实施反偏压电路的电路图。

图5示出如图4所示的显示装置的修改实例。

图6示出有机发光二极管的通用多层结构。

图7示出另一个多层结构，此处各个元件相对图6所示的有机发光二极管的通用多层结构以相反的次序堆叠。

图8示出了一个结构，此处在图4的显示装置中示出的二极管的阳极和阴极电极由阴极和阳极电极分别置换，并且阳极电极连接到电源电位Vff(这是正电位，也是固定电位)。

图9示出的结构中，在图5显示装置中示出二极管的阳极和阴极电极分别由阴极和阳极电极替换，而阳极电极连接到为固定电压的供电电位Vff。

图10是替换图1的修改电路，此处有机发光二极管有如图7所示的多层结构。

图11是替换图3的修改电路，此处有机发光二极管有如图7所示的多层结构。

具体实施方式

本发明现在将根据较佳的实施例进行描述，这不限制本发明的范围而只是示范本发明。在实施例中描述的所有特征和组合不必是本发明的必要特征。

实施例1

图1是根据本发明第一个实施例示出一部分显示装置的电路图。在第一个实施例中，显示装置10包括开关晶体管Tr1，驱动晶体管Tr2，电容器C和二极管12。例如，该二极管12是用作亮度元件的有机EL光学元件。

驱动晶体管Tr2是TFT，它控制驱动电流流向二极管12。该开关晶体管Tr1也是TFT，它用于在驱动晶体管Tr2中设置数据的开关。

对于开关晶体管Tr1，其栅极电极连接到栅极线14，开关晶体管Tr1的漏极电极(或源电极)连接到数据线16，而源电极(或漏极电极)连接到驱动晶体管Tr2的栅极电极和电容器C的一个电极。电容器C的其它电极设置为预定电位。连接恒压源(没有示出)的数据线16传送确定流向二极管12的电流的亮度数据。

至于驱动晶体管Tr2，漏极连接到供电线18，而驱动晶体管Tr2的源电极连接到二极管12的阳极。二极管12的阴极接地。供电线18连接到电源(没有示出)，在那里施加预定的电压。

图2A和2B是示出在图1中示出的显示装置中晶体管的工作特性图。图2A示出多个驱动晶体管Tr2的有不同电流驱动能力的漏-源电压Vds和流向二极管12的电流Id值之间的关系。在这里示出驱动晶体管Tr2的电流驱动能力越小，晶体管的饱和区域将越宽，而且饱和电流值将越小。

图2B示出有不同电流驱动能力的两个驱动晶体管Tr2的栅-源电压Vgs和流向二极管12的电流Id值之间的关系。这里示出驱动晶体管Tr2的电流驱动能力越小，在所需发送确定电流I₁到二极管12的栅极-源极电压Vgs1和所需发送另一个电流I2到二极管12的栅极-源极电压Vgs2之间的容限越宽。

如上所述，驱动晶体管Tr2的电流驱动能力越小，提供到驱动晶体管栅极的亮度数据的驱动容限将越大。

再看图1，根据本实施例，驱动晶体管Tr2设计为电流驱动能力小于开关晶体管Tr1。例如，电流驱动能力通过电流转换因子β表示，诸如β＝μ(COx/2)×(W/L)。其中，μ是有效载流子迁移率，COx是每单位面积的栅极氧化膜电容量，W是栅极宽度，L是栅极长度。在这个第一实施例中，制作开关晶体管Tr1和驱动晶体管Tr2，使得其栅极长度或栅极宽度各自不同。这样，驱动晶体管Tr2的电流转换因子能够比开关晶体管Tr1的更小。

根据第一个实施例，为了使驱动晶体管Tr2的电流转换因子小于开关晶体管Tr1的因子，在驱动晶体管Tr2中的W/L值需要比在开关晶体管Tr1中的更小。为了实现这个条件，例如：(1)驱动晶体管Tr2的栅极宽度比开关晶体管Tr1的更窄；(2)开关晶体管Tr1的栅极宽度比驱动晶体管Tr2的更短，等等。

上述设计的优点讨论如下：

(1)除了驱动晶体管Tr2尺寸更小、能耗更低的优点外，通过使驱动晶体管Tr2的栅极宽度比开关晶体管Tr1的更窄，通过降低驱动晶体管Tr2的电流驱动能力使驱动容限更大。

(2)除了开关晶体管Tr1尺寸更小，能耗更低的优点外，通过使开关晶体管Tr1的栅极长度比驱动晶体管Tr2的更短，能够提高开关晶体管Tr1的开关功能。

此外，(1)和(2)的设计可以互相结合。这样的结合实现两种晶体管的尺寸小型化并且由于栅极电容的减小而降低能耗。

在上述实施例中的设计使得晶体管更小，但也可以由其它的设计进行改进。例如，饱和区域，也就是驱动晶体管Tr2的工作区域，它可以通过使驱动晶体管Tr2比开关晶体管Tr1的电流驱动能力更小而加宽。而且，通过使驱动容限更宽而使工作范围更宽，以加宽驱动晶体管的工作范围，在显示装置中光学元件间的亮度变化将被减小。此外，通过亮度控制可以进行更精确地灰度控制。通过这些有益效果的设计，可以改进晶体管的可靠性。第二个实施例

图3是根据本发明第二个实施例的示出一部分显示装置的电路图。

在第二个实施例中，显示装置20与第一个实施例不同，其中显示装置20有两个开关晶体管的，并且第一个开关晶体管Tr1a和第二个开关晶体管Tr1b串连。在图3中，和第一个实施例相同的元件用相同的标号指示，关于其描述将适当地省略。需要注意，在第二个实施例中，第一开关晶体管Tr1a和第二个开关晶体管Tr1b基本相同。

至于第一个开关晶体管Tr1a，栅极连接到栅极线14，漏极(或源极)连接到数据线16，源极(或漏极)连接到第二开关晶体管Tr1b的漏极(或源极)。对于第二开关晶体管Tr1b，栅极连接到栅极线14，源极(或漏极)连接到驱动晶体管Tr2的栅极和电容器C电极中的一个。

在第二个实施例中，驱动晶体管Tr2设计为使其电流驱动能力比第一开关晶体管Tr1a和第二开关晶体管Tr1b要小。例如，可以设计成(1/β1a+1/β1b)＜1/β2，其中β1a是第一开关晶体管Tr1a的电流转换因子，β1b是第二开关晶体管Tr1b的的电流转换因子，而β2是驱动晶体管Tr2的电流转换因子。

例如，可以有两种设计使得驱动晶体管Tr2的电流置换因子比两个开关晶体管Tr1a和Tr1b更小：(1)驱动晶体管Tr2的栅极宽度比开关晶体管Tr1a或Tr1b的栅极宽度的一半更窄(不过，这三个晶体管Tr2，Tr1a和Tr1b的栅极长度基本相同)；(2)开关晶体管Tr1a或Tr1b的栅极长度比驱动晶体管Tr2的栅极长度更短(不过，这三个晶体管Tr2，Tr1a和Tr1b的栅极宽度基本相同)；等等。在另一个实例中，如果满足(1/β1a+1/β1b)＜1/β2，可以进行任意的设计。

根据第二个实施例，开关晶体管由两个串联的晶体管Tr1a和Tr1b组成，这样改进了开关晶体管的存储工作特性。在这个实施例中涉及驱动晶体管Tr2驱动能力的工作特性和第一个实施例中的相同。第三个实施例

根据本发明的第三个实施例与第二个实施例不同，其中第一个开关晶体管Tr1a和第二个开关晶体管Tr1b设计成有涉及驱动能力的不同的工作特性，诸如电流转换因子。

在第三个实施例中，举例说，下面的设计将使得驱动晶体管Tr2的电流转换因子小于两个开关晶体管Tr1a和Tr1b，并结合：(1)驱动晶体管Tr2的栅极宽度窄于(W1a×W1b)/(W1a+W1b)，其中W1a是第一开关晶体管的栅极宽度，W1b是第二个开关晶体管Tr1b的的栅极宽度(不过，这三个晶体管Tr1a，Tr1b和Tr2的栅极长度基本相同)；(2)两个晶体管Tr1a和Tr1b的栅极长度之和小于驱动晶体管Tr2的栅极长度(不过，这三个晶体管Tr1a，Tr1b和Tr2的栅极宽度基本相同)，等等。

第三个实施例可以设计成能够极大地减小泄漏电流，例如通过设置第二个开关晶体管Tr1b的(它更靠近驱动晶体管Tr2)电流转换因子低于第一个开关晶体管Tr1a的。此外，通过使关于多个开关晶体管的驱动能力的工作特性不同，可以提高至少一个晶体管的存储特性并提高其余1个或2个晶体管的电流驱动能力，从而能够降低能耗或减小尺寸。而且在这个实施例中，关于驱动晶体管Tr2驱动能力的工作特性与第一个实施例中的相同。

本发明通过只起示范作用的实施例描述。普通技术人员可以理解各个元件的组合和上述处理可以进行其它各种修改，而这些修改包含在本发明的范围中。这些修改的实施例将在下面进一步描述。

在上述实施例中，在所描述的设计中，驱动晶体管Tr2的电流驱动能力小于开关晶体管Tr1的驱动能力。不过相反，也可以把电流驱动能力设计为使驱动晶体管Tr2的大于开关晶体管Tr1的。例如，在该显示装置用于PDA或便携电话的例子中(其特点是相对低速的工作环境)，开关晶体管Tr1的开关功能就不特别重要，这样就可以通过采用降低开关晶体管Tr1的电流驱动能力减小泄漏电流。

在上述实施例中，通过改变晶体管的栅极长度或栅极宽度使开关和驱动晶体管驱动能力的工作特性不同。不过，通过改变栅极隔离器的厚度或改变进入栅极电极的离子数量也可以使这些晶体管驱动能力的工作特性不同。

在上述实施例中，开关晶体管Tr1，Tr1a和Tr1b以及驱动晶体管Tr2表示了n-沟道晶体管，不过他们可以是p-沟道晶体管或p-沟道和n-沟道晶体管的组合。

在第二和第三个实施例中，开关晶体管包括串联的两个晶体管Tr1a和Tr1b，但也可以包括三个或更多的晶体管。

此外，在图1中示出的显示装置10可以进一步包括用于关闭电路的关闭晶体管Tr20和用作反偏置电路的反偏置晶体管Tr30(如图4所示)。在这个例子中，在显示装置10中提供了控制信号线15。该控制信号线15发送一个控制信号，通过它在从供电线18处于关闭二极管12的同时启动关闭晶体管Tr20。该关闭晶体管Tr20用作关闭供电线18和二极管12间路径的开关。

这里，驱动晶体管Tr2的漏极连接到关闭晶体管Tr20的源极，并且驱动晶体管Tr2的源极连接到二极管12的阳极。关闭晶体管Tr20的栅极连接到控制信号线15，而关闭晶体管Tr20的漏极连接到供电线18。

上述结构电路的工作过程将在下面讨论。当栅极线14的扫描信号变高时，开关晶体管Tr1开启。当控制信号线15的控制信号变高时，关闭晶体管Tr20开启。因此，驱动晶体管Tr2的源极与供电线18通电。在数据线16的电位变得和驱动晶体管Tr2的栅极电位相同。这样，驱动晶体管Tr2栅极-源极电压的相应电流流过供电线18和二极管12的阳极之间，这样二极管12以符合电流量的光强度发光。当控制信号线15的控制信号变低时，关闭晶体管Tr20关闭并且在二极管12和供电线18间的路径关闭。这样，不论驱动晶体管Tr2的栅极电极中设置的亮度数据是怎样都关闭二极管12。

这里，反偏置晶体管Tr30的源极可以连接到负电位Vee，它比连接着二极管12的阴极电极的地电位更低。在这样的结构中，当控制信号线15变低时，关闭晶体管Tr20变低而反偏置晶体管Tr30开启。接着，在二极管12阳极的电位变得和负电位Vee相同。当二极管12的阴极接地电位时，阴极电位变得比阳极电位高，二极管12处于反偏状态。

通过使二极管12处于反偏状态，在二极管12中保留的电荷将离开而且能够抑制残留图像现象。在相同时间，能够恢复构成二极管12的有机薄膜的工作特性。作为一般问题，诸如OLED的二极管会遇到有机薄膜的恶化，也就是，如果使用较长的时间亮度会下降，而该下降相对使用液晶的其它光学元件是显著的。这样，通过在亮度数据的更新周期中设置OLED为反偏状态，可以防止显示质量变差，同时将保留有机薄膜的适当工作特性。

而且参考图5，可以设计显示装置把关闭晶体管Tr20设置在驱动晶体管Tr2和二极管12之间。即，开关晶体管Tr20的源极连接到二极管12的阳极，而关闭晶体管Tr20的漏极连接到驱动晶体管Tr2的源极。类似于图4示出的例子，当控制信号线15的控制信号变高时开启关闭晶体管Tr20，而当控制信号线15的控制信号变低时关闭开关晶体管Tr20。在图5中设计的电路工作和定时类似于图4所示的电路。

在图4和图5示出的显示装置中，关闭晶体管Tr20和反偏置晶体管Tr30由控制信号线15，而不是由栅极线14控制开关。不过，该设计不限于此，开关晶体管Tr20和反偏置晶体管Tr30可以由栅极线14替换地控制开关。

通常，诸如OLED的二极管12的多层结构为如图6所示的在诸如玻璃衬底的隔离衬底上从底部到顶部依次堆叠的阳极层310，空穴传输层320，有机EL层330和阴极层340。OLED的多层结构不仅限于图6中所示，还可以是如图7所示的在诸如玻璃衬底的隔离衬底上从底部到顶部依次堆叠的诸如阴极层340，有机EL层330，空孔传输层320和阳极层310。如果OLED多层结构如图6所示，OLED的阴极接地电位(为固定电位)。

不过，如果OLED的多层结构如图7所示，OLED的阳极连接到固定电位。

图8到11是适于有这类多层结构的OLED的显示装置的例子。图7示出了这样OLED多层结构的例子，其中图1示出的显示装置10和图10示出的结构类同。这里，与图1相比，二极管12的阳极由阴极替换，由二极管12的阳极现在连接到供电电位Vff(它是正电位和固定电位)。在类似的情况中，如果OLED的多层结构如图3所示，在图3中示出的显示装置20的结构类同于图11中的结构。

在二极管12的发射时间中，电流从供电电位Vff通过二极管12和驱动晶体管Tr2流向供电线18(它是地电位)。

图8示出的结构中，在如图4的显示装置10中示出的二极管12的阳极和阴极由阴极和阳极分别替换，这样阳极连接到供电电位Vff(它是正电位和供电电位)。不过，连接到负电位Vee的反偏置晶体管Tr30的电极现在连接到比供电电位Vff更高的正电位Vgg。而且，连接到供电线18的关闭晶体管Tr20的电极现在连接到为地位的低电位线Vhh。

在二极管12的发射时间中，电流从供电电位Vff通过驱动晶体管Tr2和关闭晶体管Tr20流向地电位的低电位线Vhh。接着，通过将控制信号线15调低，使关闭晶体管Tr20开启而反偏置晶体管Tr30关闭。当在二极管12的亮度数据更新周期中，控制信号线15调低时，关闭晶体管Tr20关闭而反偏置晶体管Tr30开启。结果是，二极管12的阴极电位成为正电位Vgg，该电位比供电电位Vff高，从而二极管12成为反偏置。

在图9示出的结构中，在图5所示的显示装置中的二极管12的阳极和阴极分别被阴极和阳极替换，这样阳极连接到供电电位Vff(其为固定电位)。在图5中示出的被驱动晶体管Tr2连接的该供电线18(正电位)现在改变为负电位线Vii(它是负电位)。而且，连接到负电位Vee的反偏置晶体管Tr30的电极现在连接到比地电位更高的正电位Vgg。当控制信号线15在二极管12的亮度数据更新周期中变高时，反偏置晶体管Tr30导通而关闭晶体管Tr12关闭。这时，在二极管12阴极的电位成为正电位Vgg，它比代表阳极电位的供电电位Vff高，这样二极管12处于反偏状态。

在图8和9示出的显示装置中，该关闭晶体管Tr20和反偏置晶体管Tr30不由栅极线14控制开关，而是由控制信号线15控制开关。不过，该设计不限于此，该开关晶体管Tr20和反偏置晶体管Tr30可以用栅极线14替代地控制开关。在这样的情况中，晶体管结构最好是这样的类型，即当在驱动晶体管Tr2中设置亮度数据时，关闭晶体管Tr20关闭而反偏置晶体管Tr30开启。

需要注意在图3中示出的显示装置20可以设计为使得在使用关闭电路和反偏置电路的图1显示装置中进一步使用关闭电路Tr20和反偏置电路Tr30。而且，在图8和图9中示出的电路结构可以用于图3中示出的显示装置20。

虽然本发明通过示范实施例进行了描述，可以理解普通技术人员在不背离本发明范围的情况下可以进一步进行各种改变和替换，而本发明的范围由附加权利要求限定。