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GEBIET DER ERFINDUNG
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Diese Erfindung bezieht sich auf Bildpunkt-Treiberschaltungen für optoelektronische Vorrichtungen mit aktiver Matrix, insbesondere OLED-Anzeigen (Anzeigen mit organischen Leuchtdioden), und die zugeordneten Anzeigen.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die Ausführungsformen der Erfindung werden beschrieben, während sie in OLED-Anzeigen mit aktiver Matrix besonders nützlich sind, obwohl die Anwendungen und die Ausführungsformen der Erfindung nicht auf derartige Anzeigen eingeschränkt sind und mit anderen Typen einer Anzeige mit aktiver Matrix und außerdem in Ausführungsformen in Sensoranordnungen mit aktiver Matrix verwendet werden können.
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Organischen Leuchtdioden, die hier organometallische LEDs enthalten, können unter Verwendung von Materialien, einschließlich Polymeren, kleinen Molekülen und Dendrimern, in einem Bereich von Farben, die von den verwendeten Materialien abhängen, hergestellt werden. Beispiele organischer LED auf Polymerbasis sind in
WO 90/13148 ,
WO 95/06400 und
WO 99/48160 beschrieben; Beispiele von Materialien auf Dendrimer-Basis sind in
WO 99/21935 und
WO 02/067343 beschrieben; und Beispiele von auf sogenannten kleinen Molekülen basierenden Vorrichtungen sind in
US 4.539.507 beschrieben. Eine typische OLED-Vorrichtung umfasst zwei Schichten aus organischem Material, von denen eine eine Schicht eines lichtemittierenden Materials, wie z. B. eines lichtemittierenden Polymers (LEP), eines Oligomers oder eines lichtemittierenden Materials mit niedrigem Molekulargewicht, ist, während die andere von ihnen eine Schicht eines lochtransportierenden Materials, wie z. B. eines Polythiophen-Derivats oder eines Polyanilinderivats, ist.
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Organische LEDs können auf einem Substrat in einer Matrix von Bildpunkten abgeschieden werden, um eine Anzeige mit ein- oder mehrfarbigen Bildpunkten zu bilden. Eine mehrfarbige Anzeige kann unter Verwendung von Gruppen von rot-, grün- und blauemittierenden Unterbildpunkten konstruiert werden. Sogenannte Anzeigen mit aktiver Matrix besitzen ein Speicherelement, typischerweise einen Speicherkondensator und einen Transistor, das jedem Bildpunkt zugeordnet ist (wohingegen Anzeigen mit passiver Matrix kein derartiges Speicherelement besitzen und stattdessen wiederholt abgetastet werden, um den Eindruck eines stationären Bildes zu liefern). Beispiele der Treiber für Anzeigen mit aktiver Matrix mit Polymeren und kleinen Molekülen können in
WO 99/42983 bzw.
EP 0.717.446A gefunden werden.
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Es ist üblich, für eine OLED eine stromprogrammierte Ansteuerung zu schaffen, weil die Helligkeit einer OLED durch den Strom bestimmt ist, der durch die Vorrichtung fließt, wobei dieser die Anzahl der Photonen bestimmt, die sie erzeugt, wohingegen es in einer einfachen spannungsprogrammierten Konfiguration schwierig sein kann, vorherzusagen, wie hell ein Bildpunkt erscheint, wenn er angesteuert wird.
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Ein Beispiel einer spannungsangesteuerten Bildpunkt-Treiberschaltung ist in
US 2006/0244696 beschrieben. Diese verwendet einen Treibertransistor mit einem gekrümmten oder Serpentinenkanal und beschreibt eine Farbanzeige, bei der die blauen Bildpunkte größer als die grünen Bildpunkte sind, so dass die Bildpunktzeilen zwei gegenüberliegende Grenzen besitzen, eine gekrümmte Grenze und eine gerade Grenze. Weiterer Stand der Technik als Hintergrund kann in
US 2005/0116295 gefunden werden, das eine ringförmige Segment-MOSFET-Struktur beschreibt und einen kreisförmigen n-Kanal-MOSFET veranschaulicht. Ein Transistor mit einer gekrümmten Gate-Schicht ist außerdem in
US 6.599.781 beschrieben.
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Der Stand der Technik als Hintergrund bezüglich stromprogrammierter Treiberschaltungen für Bildpunkte mit aktiver Matrix kann in
"Solution for Large-Area Full-Color OLED Television – Light Emitting Polymer and a-Si TFT Technologies", T. Shirasaki, T. Ozaki, T. Toyama, M. Takei, M. Kumagai, K. Sato, S. Shimoda, T. Tano, K. Yamamoto, K. Morimoto, J. Ogura und R. Hattori von Casio Computer Co. Ltd. und Kyushu University, eingeladener Vortrag, AMD3/OLED5 – 1, 11th International Display Workshops, 8.–10. Dezember 2004, IDW '04 Conference Proceedings, S. 275–278, gefunden werden.
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Die 1a und 1b, die aus dem IDW '04-Vortrag entnommen sind, zeigen ein Beispiel einer stromprogrammierten Bildpunktschaltung mit aktiver Matrix und ein entsprechendes Taktdiagramm. Im Betrieb wird in einer ersten Stufe die Datenleitung kurz geerdet, um den Cs und die Sperrschichtkapazität der OLED zu entladen (Vselect, Vreset hoch, Vsource tief). Dann wird eine Datensenke Idata verwendet, so dass ein entsprechender Strom durch T3 fließt und der Cs die Gate-Spannung speichert, die für diesen Strom erforderlich ist (die Vsource ist tief, so dass kein Strom durch die OLED fließt, wobei T1 eingeschaltet ist, daher befindet sich T3 in der Diodenschaltung). Schließlich Wird die Auswahlleitung deaktiviert und wird die Vsource hoch genommen, so dass der programmierte Strom (wie er durch die in Cs gespeicherte Gate-Spannung bestimmt ist) durch die OLED fließt (IOLED).
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1a zeigt eine einzelne Bildpunktschaltung, es ist aber klar, dass es in einer typischen OLED-Anzeige (farbig oder einfarbig), die viele Zeilen und Spalten von Bildpunkten umfasst, mehrere derartiger Bildpunktschaltungen gibt, die mit jeder Datenleitung (in einer Spalte, wie veranschaulicht ist) und mit jeder Auswahlleitung (in einer Zeile, wie veranschaulicht ist) verbunden sind. Ein typischer Programmierstrom für eine OLED liegt der Größenordnung von 1–10 μA, z. B. 2–5 μA, wobei dieser an ein Ende der Datenleitung angelegt wird, wobei er aber verwendet wird, um den Bildpunkt-Speicherkondensator CS zu laden. Folglich ist der Widerstand der Datenleitung und des Schalt-/Auswahltransistors T2 signifikant, wie die Gesamtkapazität auf der Datenleitung signifikant ist, die teilweise durch die Gate-zu-Drain/Source-Kapazität jedes mit der Datenleitung verbundenen Auswahltransistors bestimmt ist. Allgemein gesprochen ist die RC-Zeitkonstante das Produkt aus der Anzahl der Zeilen der Anzeige, dem Widerstand des Schalt-/Auswahltransistors, wenn dieser eingeschaltet ist, und der Ein gangskapazität (Gate-zu-Drain/Source) eines Schalt-/Auswahltransistors. Die spannungsangesteuerten Bildpunktschaltungen, die außerdem einen Schalt-/Strich-Auswahltransistor besitzen, zeigen ähnliche Probleme.
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Es ist erwünscht, die Programmierzeit eines Bildpunktes zu verringern, wobei es eine Anzahl herkömmlicher Zugänge zu diesem Problem gibt. Ein Zugang umfasst das Verringern des Widerstands der Datenleitung durch die Verwendung einer Kupferverbindung. Ein weiterer umfasst das Ansteuern einer größeren Spannungsänderung auf der Programmierleitung (Datenleitung), um den Strom anzusteuern. Es könnte vermutet werden, dass das Breite-Länge-Verhältnis des Schalt-/Auswahltransistors vergrößert werden könnte, um den Widerstand dieses Transistors zu verringern und folglich die Programmierzeit zu verringern, wobei dies aber die unerwünschte Nebenwirkung der Vergrößerung der Eingangskapszität dieses Transistors besitzt, die dazu neigt, gegen die gewünschte Verringerung der Programmierzeit zu arbeiten. Ein noch weiterer Zugang zum Verringern der Programmierzeit besteht darin, einen selbstausgerichteten Prozess zum Herstellen der Dünnschichttransistoren der Bildpunkt-Treiberschaltung zu verwenden, weil durch die Verwendung eines selbstausgerichteten Gates die Überlappung zwischen den Source-/Drain-Bereichen und dem Gate-Bereich effektiv eliminiert werden kann, wobei folglich die interne Kapazität des, Feldeffekttransistors (FET) verringert wird.
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Deshalb sind verbesserte Techniken, um die Programmierzeit eines Bildpunkts mit aktiver Matrix zu verringern, erwünscht.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird deshalb eine Anzeige mit organischer Leuchtdiode (OLED-Anzeige) mit aktiver Matrix geschaffen, wobei die Anzeige mehrere OLED-Bildpunkte, jeder mit einer zugeordneten Bildpunkt-Treiberschaltung, besitzt und die Anzeige mehrere Auswahlleitungen und mehrere Datenleitungen besitzt, um einen OLED-Bildpunkt auszuwählen und um die Daten für die Anzeige in einen ausgewählten OLED-Bildpunkt zu schreiben, wobei jede Bildpunkt-Treiberschaltung an eine Auswahlleitung und an eine Datenleitung gekoppelt ist, wobei die Bildpunkt-Treiberschaltung einen Auswahltransistor mit einem ersten Anschluss, der an die Auswahlleitung gekoppelt ist, und einem zweiten Anschluss, der an die Datenleitung gekoppelt ist, enthält, wobei einer des ersten und des zweiten Anschlusses des Auswahltransistors eine Gate-Verbindung des Auswahltransistors enthält, während der andere des ersten und des zweiten Anschlusses des Auswahltransistors eine Drain- oder eine Source-Verbindung des Auswahltransistors enthält, und wobei der Auswahltransistor einen Transistor mit Source-, Drain- und Gate-Bereichen enthält, wobei der Gate-Bereich die Source- und Drain-Bereiche wenigstens teilweise überlappt, und wobei eine Fläche der Überlappung des Gate-Bereichs mit dem Source-Bereich oder dem Drain-Bereich größer als eine Fläche der Überlappung mit dem jeweils anderen des Source-Bereichs bzw. des Drain-Bereichs ist.
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Die Erfinder haben erkannt, dass durch das Herstellen eines asymmetrischen Auswahltransistors, insbesondere mit einem gekrümmten Gate-Bereich, die Kapazität auf einer Seite des Auswahltransistors auf Kosten der Zunahme der Kapazität auf der anderen Seite des Transistors verringert werden kann. Im Kontext einer Bildpunktschaltung mit aktiver Matrix schafft dies jedoch einen Gesamtleistungsgewinn, weil es die Eingangskapazität ist, die in erster Linie die Programmierzeit bestimmt, wobei folglich durch Verringerung der Eingangskapazität des Schalt-/Auswahltransistors die Programmierzeit insgesamt verringert werden kann, selbst wenn die Kapazität auf der anderen Seite dieses Transistors vergrößert werden kann. In den Ausführungsformen enthält der zweite Anschluss, der an die Datenleitung gekoppelt ist, den Source-/Drain-Bereich mit der kleineren Fläche der Überlappung mit dem Gate-Bereich.
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Der Source-Bereich und der Drain-Bereich können eine Vielfalt verschiedener Formen besitzen, vorausgesetzt, dass einer der Bereiche sich teilweise um den anderen krümmt oder den anderen umgibt. Damit sich ein Bereich um den anderen krümmt, muss er keine glatte Krümmung besitzen, sondern stattdessen z. B. ein Paar von Armen oder Vorsprüngen. Obwohl auch Formen mit glatten Krümmungen für die Leichtigkeit der Herstellung und/oder der Verringerung des elektrischen Feldes bevorzugt sein können, sind sie nicht wesentlich. In Ausführungsformen ist der Kanal des Auswahltransistors nur in einer Richtung gekrümmt – d. h., er besitzt keine Serpentinenform. In den Ausführungsformen ist eine gekrümmte, bogenförmige oder Hufeisenform bevorzugt, weil dies hinsichtlich der Vorrichtungsgeometrie und der eingenommen Fläche relativ effizient ist.
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In einigen bevorzugten Ausführungsformen beträgt das Kapazitätsverhältnis zwischen dem Gate-Bereich und den verschiedenen jeweiligen Source-/Drain-Bereichen wenigstens 1:1,5, vorzugsweise wenigstens 1:2. Die kleinere Fläche der Überlappung kann z. B. eine Fläche im Bereich von 20 μm2 bis 150 μm2 besitzen. In den Ausführungsformen besitzt der Kanal eine Breite von wenigstens 1 μm oder 2 μm; vorzugsweise ist eine maximale seitliche Abmessung des größeren Source-/Drain-Bereichs wenigstens 2 μm, 4 μm oder 6 μm größer als eine maximale seitliche Abmessung des kleineren Source-/Drain-Bereichs.
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In einigen bevorzugten Ausführungsformen ist der Auswahltransistor eine Vorrichtung mit unterem Gate und ist die Anzeige eine oben emittierende Anzeige. Im Allgemeinen enthält die Bildpunkt-Treiberschaltung einen Datenspeicherkondensator, der entweder direkt oder indirekt an einen dritten Anschluss des Auswahltransistors gekoppelt ist (in den Ausführungsformen, in denen der Drain-/Source-Bereich nicht mit der Datenleitung verbunden ist). Die Bildpunkt-Treiberschaltung enthält im Allgemeinen außerdem einen Ansteuertransistor mit einem Steuereingang, der an den Datenspeicherkondensator gekoppelt ist, und einen Ausgang zum Ansteuern einer OLED; typischerweise besitzt dieser einen Source-/Drain-Bereich, der an eine Spannungsquelle gekoppelt ist, während der andere an eine OLED gekoppelt ist. Die Ausführungsformen der Bildpunkt-Treiberschaltung können außerdem in Abhängigkeit von der Implementierung der Schaltung einen oder mehrere weitere Transistoren enthalten. Die Bildpunkt-Treiberschaltung kann eine spannungsgesteuerte Schaltung sein, aber in bevorzugten Ausführungsformen wird eine stromgesteuerte Schaltung verwendet.
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In den Ausführungsformen der Bildpunkt-Treiberschaltung mit wenigstens einem weiteren Transistor (abgesehen von dem Auswahltransistor und dem Ansteuertransistor) kann die Fähigkeit, das Verhältnis der Kapazität zwischen dem Gate-Anschluss und den zwei Drain-/Source-Anschlüssen zu ändern, einen zusätzlichen Grad der Entwurfsfreiheit schaffen. Folglich gibt es typischerweise bei der Programmierung einer Bildpunktschaltung Spannungshübe in der Schaltung, wobei die internen Kapazitäten der Transistoren in der Schaltung eingestellt werden können, um diese zu steuern – tatsächlich besitzt der Entwickler eine Fähigkeit, um Werte für die internen oder ”Streu”-Kapazitäten in der Bildpunktschaltung zu wählen.
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Folglich schafft die Erfindung in einem weiteren Aspekt ein Verfahren zum Entwerfen einer Bildpunktschaltung mit aktiver Matrix, in der ein Verhältnis von einer oder mehreren internen Gate-Source/Drain:Gate-Drain/Source-Kapazitäten der Transistoren der Schaltung eingestellt wird. Es werden außerdem eine Bildpunktschaltung mit aktiver Matrix, die unter Verwendung dieses Verfahren entworfen wird, und eine Anzeige, die mehrere derartige Bildpunktschaltungen enthält, geschaffen.
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In den Ausführungsformen von angenommen einer stromprogrammierten Bildpunkt-Treiberschaltung des in 1 veranschaulichten Typs können z. B. die Verhältnisse der internen Kapazitäten des Schalt-/Auswahltransistors und des Programmiertransistors (T1) eingestellt werden, um die Wirkungen des Spannungshubs auf der Auswahlleitung (der z. B. bis zu 20 V betragen kann), der den Spannungshub auf der Spannungsquellenleitung (der z. B. 5–10 Volt betragen kann) teilweise annulliert, während der Programmierung zu verringern.
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In einem damit in Beziehung stehenden Aspekt schafft die Erfindung eine Bildpunktschaltung für eine Anzeige mit aktiver Matrix, wobei die Bildpunktschaltung eine Auswahlleitung, um den Bildpunkt auszuwählen, und eine Datenleitung zum Lesen oder Schreiben der Bildpunktdaten aus dem oder in den Bildpunkt besitzt, wobei die Bildpunkt-Treiberschaltung ferner einen Bildpunkt-Auswahltransistor mit zwei Kanalverbindungen und einer Gate-Verbindung besitzt, und wobei die Gate-Verbindung an die Datenleitung oder die Auswahlleitung gekoppelt ist, während eine erste der Kanalverbindungen an die jeweils andere der Datenleitung bzw. der Auswahlleitung gekoppelt ist, und wobei eine interne Kapazität des Bildpunkt-Auswahltransistors zwischen der Gate-Verbindung und der ersten der Kanalverbindungen kleiner als die interne Kapazität des Bildpunkt-Auswahltransistors zwischen der Gate-Verbindung und einer zweiten der Kanal verbindungen ist.
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Vorzugsweise ist die kleinere der zwei internen Gate-Source/Drain-Kapazitäten kleiner als 2/3, stärker bevorzugt kleiner als die Hälfte der Größeren. Wie oben beschrieben worden ist, ist in den Ausführungsformen der zweite Kanalbereich wenigstens teilweise um den ersten Kanalbereich gewickelt.
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Die Bildpunktschaltung kann zusätzlich oder alternativ zu einer Bildpunkt-Treiberschaltung eine Sensorschaltung enthalten. In den Ausführungsformen enthält die Schaltung jedoch eine Bildpunkt-Treiberschaltung für eine OLED, wobei die Bildpunktdaten die Bildpunkt-Leuchtdichtedaten für die OLED umfassen. In bevorzugten Ausführungsformen ist die Bildpunkt-Treiberschaltung eine stromgesteuerte Schaltung, wie z. B. oben beschrieben worden ist.
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In einem weiteren damit in Beziehung stehenden Aspekt schafft die Erfindung eine Bildpunktschaltung für eine Anzeige mit aktiver Matrix, wobei die Bildpunktschaltung wenigstens einen Feldeffekttransistor (FET) mit einem gekrümmten Gate-Bereich enthält, so dass eine Gate-Source-Kapazität des FET von einer Gate-Drain-Kapazität des FET verschieden ist.
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In den Ausführungsformen ist der FET um eine Linie längs der Mitte des Kanals zwischen dem Source- und dem Drain-Bereich asymmetrisch, wobei er insbesondere nur in einer Richtung gekrümmt ist (ungleich einer Vorrichtung mit Serpentinenkanal).
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Die Erfindung schafft außerdem eine Anzeige mit aktiver Matrix, insbesondere eine elektroluminiszente Anzeige, spezieller eine OLED-Anzeige, die eine Bildpunktschaltung enthält, wie oben beschrieben worden ist.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Diese und weitere Aspekte der Erfindung werden nun lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren weiter beschrieben, worin:
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1a bis 1g Beispiele der Bildpunktschaltungen gemäß dem Stand der Technik und ein entsprechendes Taktdiagramm und weitere Beispiele von Bildpunkt-Treiberschaltungen mit aktiver Matrix zeigen;
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2a bis 2d eine schematische Veranschaulichung eines herkömmlichen Dünnschichttransistors, eine schematische Veranschaulichung eines Dünnschichttransistors mit gekrümmtem Kanal, eine schematische graphische Darstellung einer OLED-Anzeige mit aktiver Matrix, die mehrere Bildpunkt-Treiberschaltungen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält, und Beispiele alternativer Kanalformen, die mit den Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden können, in dieser Reihenfolge zeigen;
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3a und 3b einen vertikalen Querschnitt durch eine Ausführungsform der Vorrichtung nach 2b bzw. die Schritte bei der Herstellung der Vorrichtung nach 3a zeigen;
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4 die Schaltung nach 1a zeigt und die parasitären/internen Kapazitäten veranschaulicht; und
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5 ein Beispiel einer Sensorschaltung mit aktiver Matrix zeigt, die einen Transistor mit gekrümmtem Gate enthält.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es wird die Verwendung einer asymmetrischen Dünnschichttransistor-Struktur (TFT-Struktur) für die Verringerung der Datenleitungskapazität beschrieben. Die Verwendung eines Transistors mit gekrümmtem, z. B. halbkreisförmigem Kanal ermöglicht die bevorzugte Verringerung der Kapazität zwischen dem Gate und einem der Source-/Drain-Anschlüsse des Transistors. Das Aufnehmen einer derartigen Vorrichtung mit gekrümmtem Kanal in die Bildpunktschaltung einer OLED-Anzeige mit aktiver Matrix ermöglicht es, dass verbesserte Bildpunktschaltungen konstruiert werden. Im Fall eines Auswahl-TFT, der mit einer Programmier-Datenleitung in einer Rückwandplatine einer TFT-Anzeige verbunden ist, kann die Programmierzeit für einen OLED-Bildpunkt verringert werden. In den Ausführungsformen verringert der gekrümmte Kanal die Gate-Kontakt-Kapazität am inneren Radius, während er erlaubt, dass die Gate-Kontakt-Kapazität am äußeren Radius zunimmt, ohne die Gleichstromleistung der Vorrichtung wesentlich zu ändern.
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Bildpunktschaltungen mit aktiver Matrix
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1c zeigt ein Beispiel einer spannungsprogrammierten OLED-Bildpunktschaltung 150 mit aktiver Matrix. Für jeden Bildpunkt der Anzeige ist eine Schaltung 150 vorgesehen, wobei die Stromschienen für die Vdd 152, die Masse 154, die Zeilenauswahl 124 und die Spaltendaten 126 vorgesehen sind, die die Bildpunkte miteinander verbinden. Folglich besitzt jeder Bildpunkt eine Leistungs- und Masseverbindung, wobei jede Zeile der Bildpunkte eine gemeinsame Zeilenauswahlleitung 124 besitzt, während jede Spalte der Bildpunkte eine gemeinsame Datenleitung 126 besitzt.
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Jeder Bildpunkt besitzt eine OLED 152, die zwischen Masse und den Leistungsleitungen 152 und 154 mit einem Treibertransistor 158 in Reihe geschaltet ist. Eine Gate-Verbindung 159 des Treibertransistors 158 ist an einen Speicherkondensator 120 gekoppelt, wobei ein Steuertransistor 122 das Gate 159 unter der Steuerung der Zeilenauswahlleitung 124 an die Spaltendatenleitung 126 koppelt. Der Transistor 122 ist ein Dünnschicht-Feldeffekttransistor-Schalter (TFT-Schalter), der die Spaltendatenleitung 126 mit dem Gate 159 und dem Kondensator 120 verbindet, wenn die Zeilenauswahlleitung 124 aktiviert ist. Wenn folglich der Schalter 122 eingeschaltet ist, kann eine Spannung an der Spaltendatenleitung 126 in einem Kondensator 120 gespeichert werden. Diese Spannung wird infolge der relativ hohen Impedanz der Gate-Verbindung mit dem Treibertransistor 158 und des Schalttransistors 122 in seinem ”Aus”-Zustand wenigstens während der Rahmenauffrischperiode in dem Kondensator gehalten.
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Der Treibertransistor 158 ist typischerweise ein TFT und leitet einen (Drain-Source-)Strom, der von der Gate-Spannung des Transistors abhängig ist, die kleiner als eine Schwellenspannung ist. Folglich steuert die Spannung am Gate-Knoten 159 den Strom durch die OLED 152 und folglich die Helligkeit der OLED.
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Die spannungsprogrammierte Schaltung nach 1c leidet an einer Anzahl von Nachteilen, insbesondere weil die OLED-Emission nichtlinear von der angelegten Spannung abhängt, wobei die Stromsteuerung bevorzugt ist, weil die Lichtausgabe aus einer OLED zu dem Strom proportional ist, der durch sie fließt. 1d (in der die Elemente, die zu denen nach 1c gleich sind, durch die gleichen Bezugszeichen angegeben sind) veranschaulicht eine Variante der Schaltung nach 1c, die die Stromsteuerung verwendet. Insbesondere ”programmiert” ein Strom in der (Spalten-)Datenleitung, der durch den Stromgenerator 166 eingestellt wird, den Strom durch den Dünnschichttransistor (TFT) 160, der wiederum den Strom durch die OLED 152 einstellt, weil, wenn der Transistor 122a eingeschaltet ist, die (angepassten) Transistoren 160 und 158 einen Stromspiegel bilden. 1e veranschaulicht eine weitere Variante, in der der TFT 160 durch eine Photodiode 162 ersetzt ist, so dass der Strom in der Datenleitung (wenn die Bildpunkt-Treiberschaltung ausgewählt ist) durch das Einstellen eines Stroms durch die Photodiode eine Lichtausgabe aus der OLED programmiert.
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1f, die aus der Anmeldung
WO03/038790 entnommen ist, zeigt ein weiteres Beispiel einer stromprogrammierten Bildpunkt-Treiberschaltung. In dieser Schaltung wird der Strom durch eine OLED
152 durch das Einstellen eines Drain-Source-Stroms für den OLED-Treibertransistor
158 unter Verwendung eines Stromgenerators
166, z. B. einer Referenz-Stromsenke, und das Memorieren der Treibertransistor-Gate-Spannung, die für diesen Drain-Source-Strom erforderlich ist, eingestellt. Folglich wird die Helligkeit der OLED
152 durch den Strom I
col, der in die Referenz-Stromsenke
166 fließt, bestimmt, der vorzugsweise einstellbar ist und so eingestellt wird, wie für den adressierten Bildpunkt gewünscht ist. Außerdem ist ein weiterer Schalttransistor
164 zwischen den Ansteuertransistor
158 und die OLED
152 geschaltet, um die OLED-Beleuchtung während der Programmierungsphase zu verhindern. Im Allgemeinen ist eine Stromsenke
166 für jede Spaltendatenleitung vorgesehen.
1g zeigt eine Variante der Schaltung nach
1f.
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Vorrichtungen mit gekrümmtem Kanal.
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Ein Problem bei jeder TFT-Vorrichtung ist die Kapazität, die durch die Überlappung zwischen den Kontakten und dem Gate verursacht wird. Diese kann einen signifikanten Einfluss hinsichtlich der Schaltungsreaktionszeit und des Kriechverlusts besitzen, insbesondere wo eine große Anzahl von Vorrichtungen parallelgeschaltet ist. Wo jedoch das Gate und die Source-/Drain-Kontakte getrennt gemustert werden, sollte es irgendeinen Grad der Überlappung geben, um eine Lücke zu vermeiden, die einen sehr vergrößerten Kontaktwiderstand einführen würde, der eine viel schlechtere Wirkung auf die Leitung besitzen würde.
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Ein besonderer Fall, wo dies ein Problem ist, ist bei der Daten- oder Programmierleitung auf einer Rückwandplatine einer Anzeige. Die Datenleitung ist die Verbindung, durch die die Bildpunktschaltungen programmiert werden. Eine Gate-Leitung für eine spezielle Bildpunktzeile schließt einen Schalttransistor, der die Datenleitung mit der Bildpunktschaltung verbindet. Es gibt einen von diesen Schaltern pro Bildpunktzeile. Jeder der Schalter besitzt irgendeine Eingangskapazität, die, während sie für eine einzelne Vorrichtung klein ist, ein Problem wird, wie die Zeilenanzahl zunimmt, insbesondere mit dem zunehmenden Bedarf an Anzeigen mit immer höherer Auflösung.
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In Abhängigkeit vom Herstellungsprozess kann irgendeine Überlappung zwischen dem Gate-Metall und dem Drain-/Source-Metall unvermeidbar sein, z. B. infolge der Ausrichtungsregeln und der Notwendigkeit, irgendeinen Grad der Toleranz für die Fehlausrichtung vorzusehen. Die Ausführungsformen der Erfindung verwenden deshalb eine asymmetrische Vorrichtungskonstruktion mit einem gekrümmten Gate-Bereich, der vorzugsweise die Kapazität auf der Datenleitungsseite jedes (Auswahl-)Transistors beträchtlich verringert.
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2a und 2b zeigen schematische graphische Darstellungen einer herkömmlichen Vorrichtung (2a) und eines Dünnschichttransistors 200 mit gekrümmtem Kanal (2b), jede mit der gleichen nominellen Gate-Breite. In der Vorrichtung nach 2b enthält der Transistor einen ersten Drain-/Source-Metallbereich 202, einen zweiten Drain-/Source-Metallbereich 204 und einen darüberliegenden Gate-Bereich 206, der, wie entnommen werden kann, die ersten und zweiten Drain-/Source-Bereiche teilweise überlappt. (In dieser Beschreibung bedeuten Hinweise auf einen ”darüberliegenden” Gate-Bereich nicht notwendigerweise, dass sich der Gate-Bereich über den Source-/Drain-Bereichen befindet; bevorzugte Ausführungsformen des Transistors enthalten Vorrichtungen mit unterem Gate.) In 2a sind die Elemente, die die gleichen wie die nach 2b sind, durch die gleichen Bezugszeichen angegeben. Die Überlappung des Gates 206 mit dem Drain-/Source-Bereich 202 verursacht eine erste interne Kapazität Ca; die Überlappung des Gates mit dem Drain-/Source-Bereich 204 verursacht eine zweite, größere interne Kapazität Cb. Durch Untersuchung kann gesehen werden, dass in dem Fall der Vorrichtung nach 2b im Vergleich zu der nach 2a die überlappte Fläche für die Vorrichtung mit gekrümmtem Kanal sehr verringert ist, obwohl die Überlappungsentfernung die gleiche ist; d. h., Ca ist viel kleiner als Cb.
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In einer typischen Vorrichtung kann die Ausrichtungstoleranz in der Größenordnung von ±4 μm liegen, kann die Entfernung x in der Größenordnung von 5–10 μm liegen, kann die Entfernung y in der Größenordnung von 4 μm liegen und kann die Entfernung z in der Größenordnung von 4 μm liegen. Dies ergibt ein Verhältnis von Cb:Ca von etwa 1,5:1 (dem Verhältnis der Flächen).
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2c zeigt einen schematischen Stromlaufplan einer OLED-Anzeige 220 mit aktiver Matrix, die mehrere Bildpunkt-Treiberschaltungen 222 enthält, von denen jede einen Auswahltransistor 200 des in 2b gezeigten Typs enthält. Die Gate-Verbindung des Auswahltransistors ist an eine Auswahlleitung 224 gekoppelt, während die Source-/Drain-Verbindung 202 mit der kleineren internen Kapazität mit der Datenleitung 226 verbunden ist. In dem veranschaulichten Beispiel gibt es mehrere Spaltendatenleitungen (wobei nur eine gezeigt ist) und mehrere Zeilenauswahlleitungen; jede Bildpunktschaltung 222 ist an wenigstens eine Datenleitung 226 und an wenigstens eine Auswahlleitung 224 gekoppelt. Der Fachmann erkennt, dass die Bildpunktschaltung 222 irgendeine der vorher beschriebenen Bildpunkt-Treiberschaltungen enthalten kann, um eine zugeordnete OLED 228 anzusteuern, oder dass irgendeine aus einem Bereich anderer Bildpunkt-Ansteuerschaltungen verwendet werden kann, wobei weitere Beispiele davon den Fachleuten auf dem Gebiet wohlbekannt sind. Außerdem oder alternativ kann der Auswahltransistor 200 einen Teil einer Bildpunkt-Sensorschaltung enthalten, wobei ein veranschaulichendes Beispiel davon später angegeben wird.
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Unter Bezugnahme auf 2c kann gesehen werden, dass durch die Verringerung der Kapazität Ca die Gesamtdatenleitungskapazität verringert werden kann, wobei folglich die Programmierzeit (oder Auslesezeit) eines Bildpunkts außerdem verringert werden kann.
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In einem physikalischen Aufbau der Bildpunktschaltung kann es erwünscht sein, unbesetzte ”Flügel” auf jeder Seite des Source-/Drain-Metallbereichs 204 für den Bildpunktdaten-Speicherkondensator (den Kondensator Cs in 1a) zu verwenden. Folglich können allgemeiner in einem physikalischen Aufbau der Bildpunktschaltung 222 ein oder mehrere Bereiche eines Rechtecks, das nur den Transistor 200 (in der Seitenebene) umgibt, durch wenigstens einen Teil eines Bildpunktdaten-Speicherkondensators der Bildpunktschaltung eingenommen werden.
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2d zeigt einige Beispiele von alternativen, wenn auch weniger bevorzugtengekrümmten Kanalformen. Wie aus der unteren Figur entnommen werden kann, ist es nicht wesentlich, dass der Bereich 204 Arme oder Vorsprünge besitzt, die den Bereich 202 umgeben.
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3a zeigt eine vertikale Querschnittsansicht durch den Transistor 200 nach 2b (in der das Substrat und die Vorrichtungsverbindungen für die Klarheit weggelassen worden sind). Die Vorrichtung umfasst eine Gate-Verbindung 206, die aus irgendeinem geeigneten Gate-Metall hergestellt ist, über der eine Oxidschicht 208 liegt, der in den Ausführungsformen eine Schicht 210 aus amorphem Silizium folgt, gefolgt von einer Source-/Drain-Metallschicht 202, 204. 3b zeigt die Schritte bei der Herstellung der Vorrichtung, die zuerst die Abscheidung und das Mustern der Gate-Metallschicht, dann die Abscheidung einer Oxidschicht und dann die Abscheidung und das Mustern von amorphem Silizium und des Source-/Drain-Metalls, um die Source- und Drain-Kontakte für die Vorrichtung zu schaffen, umfassen.
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4 zeigt die stromgesteuerte Bildpunkt-Treiberschaltung nach 1a, wobei die Knoten 1–6 gekennzeichnet sind, und zeigt die internen parasitären Kapazitäten der Vorrichtungen T1–T3 und der OLED. Das durch diese Kapazitäten gebildete Netzwerk ist auf der rechten Seite der 4 getrennt gezeigt. Die anderen Bildpunktschaltungen besitzen ähnliche Netzwerke der internen Vorrichtungskapazitäten. In dem Beispiel nach 4 und unter Bezugnahme auf 1b steigt die VDD-Leitung (der Knoten 4) im Wesentlichen gleichzeitig wie die Auswahlleitung (der Knoten 2) fällt. Dies kann die (unerwünschte) Wirkung des Änderns der Spannung über der Speicherkapazität Cs besitzen, die die Gate-Source-Spannung des Ansteuertransistors T3 bestimmt. Eine Technik, um dieses Problem anzugehen, ist die Vergrößerung des Wertes des Speicherkondensators, was die Schaltung effektiv ”steifer” macht, aber die Programmierzeit vergrößert. Stattdessen kann es bevorzugt sein, das Verhältnis der Kapazitäten in einem oder mehreren der Transistoren T1, T2 und T3 einzustellen, um die Spannungsänderungen am Speicherkondensator Cs zu verringern und folglich, eine genauere Leuchtdichtesteuerung zu erhalten, ohne die Programmierzeit wesentlich zu beeinträchtigen. Die genauen Werte/Verhältnisse der in dem Netzwerk nach 4 gezeigten Kondensatoren hängen von den Einzelheiten der Schaltungsimplementierung ab und können routinemäßig ausgewählt werden, z. B. unter Verwendung eines Systems für das rechnerunterstützte Entwerfen (CAD-System).
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In einer spannungsprogrammierten Schaltung kann das Erreichen einer schnellen Programmierzeit ein kleineres Problem als die möglichen Änderungen im Wert der im Bildpunktdaten-Speicherkondensator gespeicherten Spannung sein. Abermals kann dies angegangen werden, indem die Verhältnisse der Gate-Source/Drain:Gate-Drain/Source-Kapazität in einem oder mehreren der Transistoren T1, T2 und T3, z. B. unter Verwendung eines CAD-Systems, eingestellt werden. Wird angenommen auf die spannungsprogrammierte Bildpunktschaltung nach 1c Bezug genommen, ist die VDD-Leitung (der Knoten 4) fest, wobei sich aber die Spannung an der Auswahlleitung (dem Knoten 2) ändert, wobei abermals durch das Netzwerk der internen/parasitären Kapazitäten in den Vorrichtungen der Bildpunktschaltung die Spannung am Speicherkondensator 120 nach 1c letzten Endes auf einen anderen Wert als den auf der Datenleitung programmierten gesetzt sein kann.
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In den Ausführungsformen einer Bildpunktschaltung ist es bevorzugt, die oben beschriebenen Techniken für einen oder mehrere Transistoren zu verwenden, die in einer im Wesentlichen linearen Betriebsart arbeiten, die zu einem Widerstand ähnlich ist, wobei in diesem Fall die Gate-Drain/Source-Überlappung effektiv als ein Kondensator arbeitet; in der Sättigungsbetriebsart kann ein komplexeres Verhalten beobachtet werden. Weil der Ansteuertransistor, der die OLED ansteuert, im Allgemeinen eine Vorrichtung mit einer relativ höheren Leistung als die anderen Transistoren der Bildpunktschaltung ist, kann dieser in den Ausführungsformen mit einem breiten kurzen Kanal, z. B. in einer Serpentinenform, hergestellt werden, der einen begrenzten praktischen Umfang zum Einführen einer internen Gate-Source/Drain-Kapazitätsasymmetrie in der Vorrichtung schaffen kann (weil ein derartiger Serpentinenkanal im Allgemeinen eine im Wesentlichen symmetrische Überlappung schafft).
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5 zeigt ein einfaches Beispiel einer Bildpunkt-Sensorschaltung 500, in der die Elemente, die zu den vorher beschriebenen gleich sind, durch die gleichen Bezugszeichen angegeben sind. In dem veranschaulichten Beispiel enthält die Bildpunktschaltung 500 eine organische Photodiode 502.
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Wie der Fachmann versteht, können die oben beschriebenen Schaltungen in entweder den n- oder den p-Kanal-Varianten implementiert werden. Der Fachmann versteht ferner, dass viele weitere Variationen möglich sind und dass z. B. ein oder mehrere der in den
1c bis
1g veranschaulichten Schaltungen außer dem unter Verwendung eines Ansteuertransistors mit schwebendem Gate implementiert werden können (siehe z. B.
GB 0721567.6 und
GB 0723859.5 , die hiermit durch Literaturhinweis eingefügt sind). Allgemeiner kann praktisch jede in der Technik beschriebene Bildpunktschaltung konfiguriert werden, um einen (Schalt-)TFT mit gekrümmtem Gate nach dem oben beschriebenen Vorbild aufzunehmen.
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Zweifellos fallen dem Fachmann viele weitere effektive Alternativen ein. Es ist selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen eingeschränkt ist und die für die Fachleute auf dem Gebiet offensichtlichen Modifikationen einschließt, die im Umfang der beigefügten Ansprüche liegen.
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Zusammenfassung
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OLED-ANZEIGE MIT AKTIVER MATRIX UND TREIBER
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Eine Anzeige besitzt mehrere Bildpunkte einer organischen Leuchtdiode (OLED), jeder mit einer zugeordneten Bildpunkt-Treiberschaltung, mehrere Auswahlleitungen und mehrere Datenleitungen. Jede Bildpunkt-Treiberschaltung ist an eine Auswahlleitung und eine Datenleitung gekoppelt. Die Bildpunkt-Treiberschaltung enthält einen Ansteuertransistor, der konfiguriert ist, um eine OLED anzusteuern, und einen Auswahltransistor, der einen ersten Anschluss, der an eine Auswahlleitung gekoppelt ist, und einen zweiten Anschluss, der an eine Datenleitung gekoppelt ist, besitzt, wobei einer der Anschlüsse des Auswahltransistors eine Gate-Verbindung des Auswahltransistors enthält und der andere Anschluss eine Drain- oder eine Source-Verbindung des Auswahltransistors enthält, und wobei der Auswahltransistor Source-, Drain- und Gate-Bereiche enthält, wobei der Gate-Bereich die Source- und Drain-Bereiche wenigstens teilweise überlappt, wobei eine Fläche der Überlappung des Gate-Bereichs mit dem Source-Bereich oder dem Drain-Bereich größer als eine Fläche der Überlappung mit dem jeweils anderen Bereich ist, so dass eine Kapazität zwischen der Gate-Verbindung und einer der Drain- und Source-Verbindungen kleiner als eine Kapazität zwischen der Gate-Verbindung und der jeweils anderen Verbindung ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 90/13148 [0003]
- WO 95/06400 [0003]
- WO 99/48160 [0003]
- WO 99/21935 [0003]
- WO 02/067343 [0003]
- US 4539507 [0003]
- WO 99/42983 [0004]
- EP 0717446 A [0004]
- US 2006/0244696 [0006]
- US 2005/0116295 [0006]
- US 6599781 [0006]
- WO 03/038790 [0037]
- GB 0721567 [0052]
- GB 0723859 [0052]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- ”Solution for Large-Area Full-Color OLED Television – Light Emitting Polymer and a-Si TFT Technologies”, T. Shirasaki, T. Ozaki, T. Toyama, M. Takei, M. Kumagai, K. Sato, S. Shimoda, T. Tano, K. Yamamoto, K. Morimoto, J. Ogura und R. Hattori von Casio Computer Co. Ltd. und Kyushu University, eingeladener Vortrag, AMD3/OLED5 – 1, 11th International Display Workshops, 8.–10. Dezember 2004, IDW '04 Conference Proceedings, S. 275–278 [0007]