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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Displayanordnung mit
einer Vielzahl von Pixeln, die auf einer Substratoberfläche getragen
werden, wobei jedes Pixel Folgendes umfasst: ein stromgetriebenes
Displayelement, das zwischen eine erste leitende Schicht und eine
zweite leitende Schicht gekoppelt ist, wobei die zweite leitende
Schicht über eine
schaltbare Anordnung mit einer Dünnfilmkomponente
auf einem ersten Teil der Substratoberfläche an eine Stromversorgung
gekoppelt ist.
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Displayanordnungen
mit stromgetriebenen Elektrolumineszenz-Displayelementen wie auf
Reihe III–V
Halbleitermaterialien basierten Leuchtdioden (LEDs), organischen
Leuchtdioden (OLEDs) oder polymeren Leuchtdioden (Poly-LEDs) ziehen
eine Menge Aufmerksamkeit auf sich, weil die Displaycharakteristiken
solcher Anordnungen das Potenzial haben, etabliertere spannungsgetriebene
Displayanordnungen wie Flüssigkristalldisplays
(LCDs) hinsichtlich Kontrast und Helligkeitsleitung zu übertreffen.
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Die
Pixels von beispielsweise OLED- und Poly-LED-Displayanordnungen
enthalten typisch ein zwischen eine erste leitende Schicht und eine
zweite leitende Schicht gekoppeltes Displayelement, wobei die zweite
leitende Schicht über
eine schaltbare Anordnung an eine Stromversorgung gekoppelt ist.
Abhängig
von dem Kanaltyp der schaltbaren Anordnung agiert die erste leitfähige Schicht
als Kathode and die zweite leitfähige
Schicht agiert als Anode oder umgekehrt. Wenn aktiviert, arbeitet
die schaltbare Anordnung als Stromquelle mit einer an die schaltbare
Anordnung, z.B. ein Transistor, angelegte Gatespannung, die den
tatsächlichen
Ausgangsstrom der schaltbaren Anordnung definiert, wobei der tatsächliche
Ausgangsstrom den Helligkeitspegel des Displayelements definiert.
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1 zeigt
eine bekannte Pixelschaltung für eine
Elektrolumineszenz-Displayanordnung
mit aktiv adressierter Matrix. Die Displayanordnung umfasst eine
Tafel mit einem Reihen- und Spaltenmatrixfeld von Pixeln in gleichmäßigem Abstand,
mit den Blöcken 1 bezeichnet,
die Elektrolumineszenz-Displayelemente 2 mit zugehörigen Schaltmitteln
umfassen, die an den Schnittpunkten zwischen sich kreuzenden Sätzen von
Reihen- (Selektion)
und Spalten- (Daten) Adressleitern 4 und 6 angeordnet
sind. In der Figur sind der Vereinfachung halber nur einige Pixel
gezeigt.
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In
der Praxis kann es mehrere Hundert Reihen und Spalten von Pixeln
geben. Die Pixel 1 werden über die Sätze von Reihen- und Spaltenadressleitern
durch eine periphere Treiberschaltung mit einer Reihen-Abtast-Treiberschaltung 8 und
eine Spalten-Daten-Treiberschaltung 9,
die an die Enden der jeweiligen Sätze von Leitern angeschlossen
sind, adressiert.
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Das
Elektrolumineszenz-Displayelement 2 umfasst eine organische
Leuchtdiode. Die Displayelemente des Feldes werden zusammen mit
den zugehörigen
aktiven Matrixschaltkreisen auf einer Seite eines isolierenden Trägers, d.h.
eines Substrats, getragen. Entweder die Kathoden oder die Anoden
des Displayelements sind aus transparentem leitenden Material gebildet.
Der Träger
ist aus transparentem Material wie Glas und die dem Substrat am
nächsten Elektroden
des Displayelements 2 können
aus transparentem leitfähigen
Material wie ITO bestehen, sodass durch die Elektrolumineszenzschicht
erzeugtes Licht durch diese Elektroden und den Träger durchgelassen
wird, um so für
den Betrachter auf der anderen Seite des Substrats sichtbar zu sein.
Typisch ist die Dicke des organischen Elektrolumineszenzmaterials
zwischen 100 nm und 200 nm.
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Typische
Beispiele passender organischer Elektrolumineszenzmaterialien, die
für die
Elemente 2 verwendet werden können, sind bekannt und in EP-A-O
717446 beschrieben. Konjugierte Polymermaterialien wie in WO96/36959
beschrieben können auch
verwendet werden.
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Die
zuvor erwähnte
schaltbare Anordnung in einem Pixel 1 der in 1 gezeigten
Displayanordnung kann mithilfe eines Niedrigtemperaturpolysilizium-
(LTPS) Dünnfilmtransistors
(TFT) realisiert werden. LTPS-TFTs haben den Vorteil, dass die Schwellenspannung
(Vth) des individuellen TFTs während der
Lebensdauer der Displayanordnung relativ stabil ist. Leider können die
Absolutwerte der Schwellenspannungen der individuellen TFTs erheblich
variieren, da diese Werte eine Funktion der Polysiliziumkornverteilung über dem
Displayanordnungssubstrat sind. Solche Variationen zwischen den
individuellen TFT-Schwellenspannungen sind höchst unerwünscht, da sie zu sichtbaren
Abweichungen von der beabsichtigten Lichtemissionsintensität aus den stromgetriebenen
Displayelementen führen
können. Da
der Betrag des Ausgangsstroms (I) direkt im Verhältnis zu der Differenz zwischen
der Gate-Source-Spannung (Vgs) des TFTs
und Vth, (I ~ (Vgs-Vth)2) stehen, wird es deutlich sein, dass Abweichungen von
dem beabsichtigten Wert von Vth zu einer
Abweichung des beabsichtigten Werts des tatsächlichen Ausgangstroms des
TFTs und zu den zuvor erwähnten
Artefakten in dem Ausgang des Displayelements führen.
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Alternativ
können
amorphe Siliziumdünnfilmtransistoren
(a-Si TFTs) als schaltbare Anordnungen verwendet werden. Die Verwendung
von a-Si TFTs ist attraktiv, nicht nur weil sie billig produziert
werden können,
sondern wichtiger, weil die Schwellenspannungen der individuellen
a-Si TFTs geringe Variationen zeigen, was so den zuvor erwähnten Nachteil von
LTPS-TFTs verweidet. Leider leiden a-Si TFTs unter einer Zunahme
der Schwellenspannung (Vth), die aus dem
Einbau von Defekten, wie durch Hot-Carrier-Injektion verursachte Pinholes, in das amorphe
Silizium während
des Betriebs des a-Si TFTs resultiert. Solche Alterungseffekte,
die wahrscheinlich von einem individuellen a-Si TFTs zu einem anderen
aufgrund unterschiedlicher Verwendungsintensität variieren, können auch
die zuvor erwähnten
Displayartefakte verursachen.
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Es
gibt mehrere Arten, die Vth-Abweichung oder
Verschlechterung einer schaltbaren Anordnung wie ein LTPS-TFT oder
ein a-Si TFT zu kompensieren. Eine mögliche Lösung ist in der nicht vorveröffentlichten
Britischen Patenanmeldung 0301659.0 offenbart und in 2 gezeigt.
Das Pixel der in 2 gezeigten Displayanordnung
umfasst ein stromgetriebenes Displayelement 2, das zwischen
eine Stromversorgungsleitung 26 und eine Masseleitung 28 gekoppelt
ist. Das Displayelement 2 ist über einen Treibertransistor 12 an
die Stromversorgungsleitung 26 gekoppelt. Das Gate des
Treibertransistors 12 ist über eine Serienverbindung einer
ersten Kondensatoranordnung 32 und einer zweiten Kondensatoranordnung 34 an
dessen Source gekoppelt. Kondensatoranordnung 32 und 34 können unter
Verwendung weiterer Transistoren 13–16 programmiert werden, die
tatsächliche
Schwellenspannung des Treibertransistors 12 beziehungsweise
eine Datenspannung, die den beabsichtigten Helligkeitspegel des
Displayelements 2 repräsentiert,
zu speichern. Dies resultiert darin, dass die an das Gate des Treibertransistors 12 tatsächlich angelegte
Gatespannung um die tatsächliche
Schwellenspannung des Treibertransistors 12 korrigiert
wird. Folglich ist der an das Displayelement 2 angelegte
Strom weitgehend unempfindlich gegen Änderungen in der Schwellenspannung des
Treibertransistors 12.
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Eine
andere Lösung,
Alterungseffekte in a-Si TFTs zu kompensieren, ist in der nicht
vorveröffentlichten
Britischen Patenanmeldung 0307475.4 offenbart, die eine Displayanordnung
mit einem Pixel wie in 3 gezeigt offenbart. Das stromgetriebene
Displayelement 2 ist über
einen Treibertransistor 12 zwischen eine Stromversorgungsleitung 26 und
eine Masseleitung 28 gekoppelt, wobei eine Serienverbindung
einer ersten Kondensatoranordnung 32 und einer zweiten
Kondensatoranordnung 34 zwischen das Gate und die Source
des Treibertransistors 12 gekoppelt ist. Die erste Kondensatoranordnung 32 wird über Transistor 13 und
Datenleitung 24 mit der Datenspannung für das Displayelement 2 versorgt. Transistoren 13 und 16 sind
zum Programmieren der kapazitiven Anordnungen auf ihre beabsichtigten
Zustände
notwendig. Die Displayanordnung umfasst weiter ein Dummy-Pixel (nicht
gezeigt), das mit einem Datensignal versorgt wird, das einen Mittelwert der
Vielzahl von Datensignalen repräsentiert,
die in der Vielzahl von Pixeln in der Displayanordnung repräsentiert
werden. Die Alterung des Treibertransistors des Dummy-Pixels kann
als Mittelwert der Alterung in den verschiedenen Treibertransistoren 12 in den
Pixeln der Displayanordnung betrachtet werden. Das Vth des
Treibertransistors in dem Dummy-Pixel wird gemessen und über die
Dummy-Datensignalleitung 60 und Transistor 62 an
die zweite Kondensatoranordnung 34 geliefert. Folglich
enthält
die an das Gate des Treibertransistors 12 angelegte Gatespannung
eine auf einer durchschnittlichen Vth-Verschlechterung
basierte Kompensation.
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Eine
andere Lösung
ist von Fish et. al. unter „Invited
Paper: A comparison of pixel circuits for active matrix polymer/organic
LED displays" – 2002 SID International
Symposium, Boston, MA, Vol. 33/2, Seiten 968–971 offenbart.
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Die
Leistung von Pixeln wie die in 2 und 3 gezeigten
Schaltungen, in denen Kondensatoranordnungen verwendet werden, um
sich physikalische Eigenschaften wie eine Schwellenspannung einer
schaltbaren Anordnung wie ein Treibertransistor einzuprägen, kann
durch die Anwesenheit von Streu- oder parasitären Kapazitäten zwischen der Kondensatoranordnung
und anderen Teilen des Pixels beeinträchtigt werden. Beispielsweise
kann die in 2 gezeigte Schaltung eine signifikante
parasitäre
Kapazität 42 zwischen
dem Gate des Transistors 14 und der ersten Kondensatoranordnung 32 haben. Die
parasitäre
Kapazität 42 kann
einen störenden
Effekt auf die auf der ersten Kondensatoranordnung 32 gespeicherte
Ladung haben, der die auf der ersten Kondensatoranordnung 32 gespeicherten
Daten zerstören
kann, wenn der störende
Effekt groß genug ist.
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Eine
andere signifikante parasitäre
Kapazität,
die die auf der ersten Kondensatoranordnung 32 gespeicherten
Daten zerstören
kann, ist die parasitäre
Kapazität 52 zwischen
dem Drainkontakt des Treibertransistors 12 und der ersten
Kondensatoranordnung 32. Die parasitären Kapazitäten 42 und 52 sind besonders
unerwünscht,
wenn die Schwel lenspannung des Treibertransistors 12 auf
der ersten Kondensatoranordnung 32 gespeichert wird. Während der
Schwellenspannungsmessung des Treibertransistors 12 ist
Knoten A auf dem Versorgungsspannungspegel, während Knoten B auf dem Schwellenspannungspegel
ist. Nach Komplettierung der Messung werden Transistoren 14 und 15 abgeschaltet, was
dazu führt,
dass Knoten B durch die Daten auf der Datenspalte 24 definiert
wird. Folglich muss Knoten A einen Spannungswert der Schwellenspannung über dieser
Datenspannung aufweisen. In anderen Worten: die Spannung an Knoten
A wird von der Versorgungsspannung auf einen Spannungspegel bewegt,
der durch die Datenspannung plus die Schwellenspannung des Treibertransistors 12 definiert
wird. An diesem Punkt können
sich die auf den parasitären Kapazitäten 42 und 52 gespeicherten
Ladungen zu der ersten Kondensatoranordnung 32 bewegen,
wobei sie das Schwellenspannungsmessungsergebnis zerstören, was
zu den zuvor erwähnten
unerwünschten
sichtbaren Artefakten in dem Ausgang der Displayanordnung führen kann.
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Es
ist unter anderem eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
verbesserte Displayanordnung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Displayanordnung
mit einer Vielzahl von Pixeln mit Kondensatoranordnungen zum Steuern
des Strommodus eines Treibertransistors mit einer reduzierten Empfindlichkeit
gegen störende
parasitäre
Kapazitäten
zu schaffen.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Displayanordnung mit
einer Vielzahl von Pixeln geschaffen, die auf einem Substrat getragen
werden, wobei jedes Pixel Folgendes umfasst: ein stromgetriebenes
Displayelement, das zwischen eine erste leitende Schicht und eine
zweite leitende Schicht gekoppelt ist, wobei die zweite leitende Schicht über eine
schaltbare Anordnung mit einer Dünnfilmkomponente
auf einer ersten Fläche
des Substrats an eine Stromversorgung gekoppelt ist; eine erste
kapazitive Anordnung mit: einer ersten Kondensatorplatte auf einer
zweiten Fläche
des Substrats, wobei die erste Kondensatorplatte leitend an die
Dünnfilmkomponente
gekoppelt ist; einer zweiten Kondensatorplatte, die über der
ersten Kondensatorplatte liegt; und einer ersten Isolationsschicht
zwischen der ersten Kondensatorplatte und der zweiten Kondensatorplatte;
wobei jedes Pixel weiter eine zweite kapazitive Anordnung umfasst,
die die zweite Kondensatorplatte der ersten kapazitiven Anordnung teilt,
wobei die zweite kapazitive Anordnung weiter eine dritte Kondensatorplatte
umfasst, die über
der zweiten Kondensator platte liegt, wobei die dritte Kondensatorplatte
mindestens einen Teil der zweiten leitenden Schicht und eine zweite
Isolationsschicht zwischen der zweiten Kondensatorplatte und der
dritten Kondensatorplatte umfasst.
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Durch
Aufeinanderstapeln der ersten Kondensatoranordnung und der zweiten
Kondensatoranordnung anstatt sie lateral nebeneinander anzuordnen,
können
die individuellen Kapazitäten
dieser Kondensatoranordnungen signifikant erhöht werden, da sich die Kondensatoranordnungen
nicht eine verfügbare
Substratoberfläche
zwischen sich teilen müssen,
was die individuellen Kapazitäten
der Kondensatoranordnungen begrenzen würde. Folglich hat eine parasitäre Kapazität zwischen
einer Komponente des Pixels und einer der Kondensatoranordnungen
aufgrund der Tatsache, dass die beteiligte Kondensatoranordnung
eine größere Kapazität hat und deshalb
die Menge parasitärer
Ladung einen kleineren Anteil der Gesamtladung der beteiligten Kondensatoranordnung
repräsentiert,
einen kleineren Einfluss auf die auf der beteiligten Kondensatoranordnung
gespeicherten Daten hat, was so eine geringere Störung auf
die auf der beteiligten Kondensatoranordnung gespeicherten Ladung
verursacht.
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In
einer Ausführungsform
hat die erste Isolationsschicht eine unterschiedliche Dicke als
die erste Isolationsschicht. Die Verwendung unterschiedlicher Dicken
für die
erste Isolationsschicht und die zweite Isolationsschicht, die Dielektrizitätskonstanten
dieser Schichten und so die jeweilige Kapazität der ersten und zweiten Kondensatoranordnung
können
so auf die spezifischen Anforderungen ihrer Funktionalität eingestellt
werden.
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Vorteilhafterweise
hat die erste Isolationsschicht eine erste Dicke über der
ersten Kondensatorplatte und eine zweite Dicke über der Dünnschichtkomponente, wobei
die erste Dicke dünner
als die zweite Dicke ist. Normalerweise würde die Isolationsschicht zwischen
der Dünnfilmkomponente
und der Kanalstruktur der schaltbaren Anordnung auch dafür verwendet,
die Isolationsschicht zwischen den Kondensatorplatten einer beteiligten
Kondensatoranordnung bereitzustellen. Aber durch Verwenden einer dünneren Schicht
für die
erste Kondensatoranordnung kann die Kapazität dieser Kondensatoranordnung
weiter erhöht
werden, was so die Widerstandsfähigkeit
der ersten Kondensatoranordnung gegen parasitäre Kapazitäten erhöht, oder die Menge an der von
der Kondensatoranordnung bedeckten Substratoberfläche kann
reduziert werden, was so die Apertureigenschaften der Pixel im Falle
einer Displayanordnung, die Lichtemission durch das Substrat einsetzt,
verbessert. Alternativ kann die erste Isolationsschicht ein erstes
Material umfassen und die zweite Isolationsschicht ein zweites Material
umfassen, wobei die ersten und zweiten Mate rialien unterschiedliche
Dielektrizitätskonstanten
haben. Anstatt nur die Dicken der ersten und zweiten Isolationsschichten
zu variieren, um die Kapazitäten
der ersten und zweiten Kondensatoranordnung einzustellen, können unterschiedliche
Materialien mit unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten für die erste
und die zweite Isolationsschicht verwendet werden, um die Kapazitäten der
ersten und zweiten Kondensatoranordnung einzustellen.
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Es
ist ein Vorteil, wenn die erste Kondensatorplatte eine leitende
Kopplung an eine weitere schaltbare Anordnung hat, wobei die leitende
Kopplung sich durch die erste Isolationsschicht erstreckt, jedes
Pixel weiter eine leitende Schicht umfasst, die einen Teil der zweiten
Isolationsschicht bedeckt, der sich über der leitenden Kopplung
beifindet, um eine Kapazität
zwischen der leitenden Kopplung und der Leitung in der ersten leitenden
Schicht zu reduzieren. Eine solche weitere schaltbare Anordnung
kann beispielsweise der Transistor 14 von 2 sein,
der leitend unter Verwendung eines Durchkontakts an die erste Kondensatoranordnung
gekoppelt ist. Um das Auftreten parasitärer Kapazitäten zwischen der leitenden
Kopplung und der ersten leitenden Schicht des Pixels zu verhindern,
ist die leitende Kopplung durch eine zusätzliche leitende Schicht wie
ein transparentes Indiumzinnoxid-Pad, das sich über die leitende Kopplung erstreckt,
von der ersten leitenden Schicht abgeschirmt, was so die Menge parasitärer Kapazitäten, die
die erste Kondensatoranordnung beeinflusst, reduziert.
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Vorzugsweise
erstreckt sich die zweite leitende Schicht nicht über die
Dünnfilmkomponente. Dies
reduziert die Menge an parasitärer
Kapazität zwischen
der Dünnfilmkomponente
und der zweiten leitenden Schicht, was die Steuerbarkeit der Dünnfilmkomponente
mit der über
der ersten und zweiten Kondensatoranordnung gespeicherten Spannung verbessert.
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Die
Erfindung wird detaillierter und als nicht beschränkende Beispiele
mit Bezug auf die zugehörige
Zeichnung beschrieben. In dieser zeigen:
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1 schematisch
eine Displayanordnung mit einer Vielzahl von Pixeln;
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2 und 3 schematisch
Pixel nach dem Stand der Technik;
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4 einen
Querschnitt einer Ausführungsform
eines Pixels der Displayanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;
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5 einen
Querschnitt einer anderen Ausführungsform
eines Pixels der Displayanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;
und
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6 einen
anderen Querschnitt eines Pixels der Displayanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Es
sei verstanden, dass die Figuren nur schematisch und nicht maßstabsgerecht
gezeichnet sind. Es sei auch verstanden, dass in allen Figuren gleiche
Bezugzeichen verwendet werden, um gleiche oder ähnliche Teile anzuzeigen.
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Die
vorliegende Erfindung wird anhand des Pixels in 2 erklärt. Es sei
aber betont, dass dies nur als nicht beschränkendes Beispiel getan wird;
jedes Pixel mit zwei Kondensatoranordnungen in Serie zwischen dem
Gate und der Source oder Drain eines Treibertransistors kann aus
den Lehren der vorliegenden Erfindung profitieren.
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In 4 ist
ein Pixel mit einem zwischen eine erste leitende Schicht 28 und
eine zweite leitende Schicht 27 gekoppelten stromgetriebenen
Displayelement 2 gezeigt. Die erste leitende Schicht 28 agiert
als eine Kathode und die zweite leitende Schicht agiert als eine
Anode für
das Displayelement 2, obwohl betont sei, dass die Schichtfunktionalitäten umgekehrt
werden können,
wenn angebracht. Das stromgetriebene Displayelement 2 kann
jedes bekannte LED-Material wie ein bekanntes OLED- oder Poly-LED-Material
umfassen. Der Treibertransistor 12 hat eine Dünnfilmkomponente 122,
die das Gate des Treibertransistors 12 sein kann, die eine
erste Fläche
des Substrats 120 bedeckt, wobei die schaltbare Anordnung 12,
die ein a-Si Treibertransistor 12 von 1 sein
kann, zwischen Stromversorgungsleitung 26 und die zweite
leitenden Schicht 27 gekoppelt ist. Eine erste Kondensatoranordnung,
die die erste Kondensatoranordnung 32 von 2 sein kann,
wird durch eine erste Kondensatorplatte 132 und eine zweite
Kondensatorplatte 133 gebildet, wobei eine erste Isolationsmaterialschicht 130 eine
erste Dielektrizitätskonstante
zwischen den zwei Platten hat. Die erste Kondensatorplatte 132,
die leitend durch eine leitende Kopplung (nicht gezeigt) mit der Dünnfilmkomponente 122 gekoppelt
ist, wird typisch in dem gleichen Depositionsschritt leitenden Materials
realisiert wie die Dünnfilmkomponente 122.
Die leitende Kopplung zwischen der ersten Kondensatorplatte 132 und
der Dünnfilmkomponente 122 kann auch
in diesem Depositionsschritt realisiert werden. Die erste Isolationsschicht 130 wird
in dem folgenden Prozessschritt deponiert und bedeckt sowohl die Dünnfilmkomponente 122 als
auch die erste Kondensatorplatte 132. Die erste Isolationsschicht 130 kann eine
Siliziumnitridschicht (SiN) sein, oder kann aus einem anderen bekannten
Isolationsmaterial sein. Die zweite Kondensatorplatte 133 wird
typisch durch eine Deposition eines leitenden Materials und Strukturierung
oben auf der ersten Isolationsschicht 130 gebildet. Dieses
leitende Material kann, im Falle einer Matrixfelddisplayanordnung
mit Reihen und Spalten zum Adressieren der verschiedenen Pixel,
in dem gleichen Schritt deponiert werden wie das zur Implementierung
der Datenleitung 24 aus 2 verwendete
Spaltenmaterial. Die leitenden Materialien können jedes passende leitende
Material wie ein Metall sein.
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Die
zweite Kondensatoranordnung, die die zweite Kondensatoranordnung 34 von 2 sein kann,
wird oben auf die erste Kondensatoranordnung gestapelt und wird
durch Teilen der zweiten Kondensatorplatte 133 der ersten
Kondensatoranordnung und durch eine dritte Kondensatorplatte mit
mindestens einem Teil der zweiten leitenden Schicht 27 gebildet.
Die zweite und dritte Kondensatorplatten werden durch eine zweite
Isolationsschicht 140 mit einer zweiten Dielektrizitätskonstante
getrennt. Der Hauptvorteil des Aufeinanderstapelns der ersten und
zweiten Kondensatoranordnung anstatt sie nebeneinander in derselben
Schicht des Pixels zu realisieren ist, dass folglich die Kapazitäten dieser
Anordnungen signifikant erhöht
werden können.
Die Kapazität
C einer Kondensatoranordnung kann durch die Gleichung C = εA/d ausgedrückt werden,
wobei ε die
Dielektrizitätskonstante
des isolierenden Materials zwischen den Platten ist, A die Plattenfläche und
d der Abstand zwischen diesen Platten sind. Das Stapeln der zwei
Kondensatoranordnungen erlaubt eine Erhöhung der Fläche der Kondensatorplatten 132 und 133,
was zu einer erhöhten
Kapazität
der Kondensatoranordnung führt.
Im Falle eines nach oben emittierenden Pixels muss das von dem stromgetriebenen Displayelement 2 emittierte
Licht nicht durch das Substrat gehen, sodass die Kondensatorplatten
so geformt sein können,
dass sie im Wesentlichen alle Substratfläche bedecken können, die
von anderen Schaltungselementen des Pixel unbedeckt gelassen werden.
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Die
größeren Kapazitäten macht
die Kondensatoranordnung widerstandsfähiger gegen den Einfluss von
parasitären
Kapazitäten
wie die Kapazität
zwischen der leitenden Schicht inklusive der ersten Kondensatorplatte 132 und
der Stromversorgungsleitung 26, was die parasitäre Kapazität von 2 ist.
Der Einfluss der parasitären
Kapazitäten auf
die Schwellenspannung kann mit der folgenden Formel ausgedrückt werden: ΔV
= (C42 + C52)·Vth/(C32 + C42 + C52)
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Mit ΔV gleich
der Variation in Vth, verursacht durch den
Einfluss der Kapazitäten
C42 und C52 der parasitären Kapazitäten 42 beziehungsweise
52 auf die Kapazität
C32 der ersten Kondensatoranordnung. Dieser
Ausdruck zeigt deutlich, dass das Kapazitätsverhältnis zwischen C32 einerseits
und C42 und C52 andererseits
maximiert werden sollte, um den Einfluss der parasitären Kapazitäten auf
Vth zu minimieren.
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Es
kann wünschenswert
sein, eine gestapelte Kondensatorstruktur wie in 4 gezeigt
zu haben, in der eine der zwei Kondensatoranordnungen eine größere Kapazität hat als
die andere. Dies kann durch Auswahl unterschiedlicher Materialien
mit unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten für die erste Isolationsschicht 130 und
die zweite Isolationsschicht 140 erreicht werden. Beispielsweise
kann die erste Isolationsschicht 130 eine SiN-Schicht mit
einer relativ hohen Dielektrizitätskonstanten
sein und die zweite Isolationsschicht 140 kann eine Polymerschicht mit
einer relativ niedrigen Dielektrizitätskonstanten sein, was so der
ersten Kondensatoranordnung eine höhere Kapazität gibt als
der zweiten Kondensatoranordnung. Natürlich können die Schichten, abhängig von
Schaltungsanforderungen, auch umgekehrt werden, was der zweiten
Kondensatoranordnung eine größere Kapazität gibt als
der ersten Kondensatoranordnung.
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Unterschiedliche
Kapazitäten
für die
erste Kondensatoranordnung und die zweite Kondensatoranordnung können auch
durch Auswahl unterschiedlicher Abstände zwischen der ersten Kondensatorplatte 132 und
der zweiten Kondensatorplatte 133 beziehungsweise der zweiten
Kondensatorplatte 133 und der zweiten leitenden Schicht 27 erreicht werden.
Das kann durch Deposition einer ersten Isolationsschicht 130 bei
einer ersten Dicke und einer zweiten Isolationsschicht 140 bei
einer zweiten Dicke realisiert werden. Die Isolationsschichten 130 und 140 können aus
demselben Material sein oder können
aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
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Eine
modifizierte Ausführungsform,
die unterschiedliche Dicken für
die erste Isolationsschicht 130 und die zweite Isolationsschicht 140 verwendet, um
eine erste Kondensatoranordnung mit einer unterschiedlichen Kapazität zu der
zweiten Kondensatoranordnung zu erreichen, ist in 5 gezeigt.
Die erste Isolationsschicht 130 hat zwei unterschiedliche Dicken;
eine erste Dicke zwischen der ersten Kondensatorplatte 132 und
der zweiten Kondensatorplatte 133, die sehr dünn gehalten
ist, und eine zweite Dicke zwischen der Dünnfilmkomponente 120 und
der schaltbaren Anordnung 12. Die zweite Dicke entspricht
vorzugsweise einer typischen Dicke für das Dielektrikum zwischen
dem Gate und dem Halbleitermaterial für ein TFT wie die schaltbare
Anordnung 12, z.B. 0,33 Mikron. Dies kann beispielsweise
erreicht werden, indem man zuerst eine Schicht des ersten Isolationsmaterials
mit einer ersten Dicke deponiert, in der in einem nachfolgenden
Schritt Löcher für die Dünnfilmkomponente 122 und
die erste Kondensatorplatte 132 strukturiert werden. Die
Komplettierung dieser Strukturierung ist gefolgt von einer Deposition der
Isolationsschicht 130',
um die Schicht über
der Dünnfilmkomponente 122 auf
die beabsichtige zweite Dicke zu erhöhen. Dieser Prozess garantiert,
dass der dünne
Teil der ersten Isolationsschicht 130 nicht die Ränder irgendwelcher
Metallstrukturen kreuzen muss, was eine Verschlechterung der Leistung
der ersten Kondensatoranordnung verursachen würde. Aber es kann vorteilhaft
sein, auf andere Teile des Pixels dickere Isolationsschichten aufzubringen,
beispielsweise um eine ausreichende Stufenbedeckung der Metallleitungen
(nicht gezeigt) der Pixel sicherzustellen.
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Der
Hauptvorteil davon, eine sehr dünne
dielektrische Schicht zwischen der ersten Kondensatorplatte 132 und
der zweiten Kondensatorplatte 133 zu verwenden, ist, dass
für die
erste Kondensatoranordnung eine sehr große Kapazität erreicht werden kann, ohne
dass man die Fläche
der ersten Kondensatorplatte 132 und der zweiten Kondensatorplatte 133 über einen
großen
Teil des Substrats 120 ausweiten muss. Dies ist besonders
vorteilhaft für
nach unten emittierende Displayanordnungen, die Licht durch das
Substrat 120 emittieren. Reduzieren der Fläche der
Kondensatorplatten 132 und 133 erhöht die Apertur
des Pixels, was zu einer verbesserten Lichtemissionsausbeute durch
das Substrat 120 für nach
unten emittierende Displayanordnungen führt.
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An
diesem Punkt sei betont, dass es, um das Kapazitätsverhältnis zwischen der ersten und
zweiten Kondensatoranordnung einerseits und den parasitären Kapazitäten anderseits
zu verbessern, nützlich
ist, das Vorhandensein parasitärer
Kapazitäten
in den in 4 und 5 gezeigten
Pixeln zu begrenzen. Zu diesem Zweck wird die Isolationsschicht 150, die
die schaltbare Anordnung 12 bedeckt, so dick wie praktisch
möglich
gemacht, um die Anwesenheit jeglicher signifikanter parasitärer Kapazität zwischen der
ersten leitenden Schicht 28 und der Dünnfilmkomponente 122 der
schaltbaren Anordnung 12 zu verhindern. Die Isolationsschicht 150 kann
jede bekannte passende Isolationsschicht, wie eine Polymerschicht,
eine Siliziumnitrid- oder eine Siliziumoxidschicht sein. Aus demselben
Grund sollte die zweite leitende Schicht 27 nicht lateral über die Dünnfilmkomponente 122 der
schaltbaren Anordnung 12 ausgedehnt werden, weil eine solche
Ausdehnung auch Anlass zu einer erheblichen parasitären Kapazität zwischen
der zweiten leitenden Schicht 27 und der Dünnfilmkomponente 122 der
schaltbaren Anordnung 12 geben könnte.
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6 zeigt
einen Querschnitt eines anderen Pixels gemäß der vorliegenden Erfindung,
in dem eine weitere Maßnahme,
um den Einfluss parasitärer Kapazitäten zu begrenzen,
enthalten ist. Der Querschnitt in 6, in dem
die Displayanordnung nicht zu sehen ist, zeigt die gestapelte Kondensatoranordnungsstruktur
der vorliegenden Erfindung mit einer leitenden Kopplung 144,
z.B. ein Durchkontakt, die sich durch die erste Isolationsschicht 130 von
der ersten Kondensatorplatte 132 der ersten Kondensatoranordnung
zu einer weiteren schaltbaren Anordnung 14 erstreckt. Die
weitere schaltbare Anordnung 14, die der TFT von 2 sein
kann, hat auch eine Dünnfilmkomponente 142 auf
dem Substrat 120. Die Dünnfilmkomponente 142 kann
das Gate der weiteren schaltbaren Anordnung 14 sein. Die
leitende Kopplung 144 bildet einen Teil der Kapazität der ersten
Kondensatoranordnung, aber da sie sich durch die erste Isolationsschicht 130 erstreckt,
gibt die leitende Kopplung 144 wahrscheinlich mehr Anlass
zu einer größeren parasitären Kapazität mit der
ersten leitenden Schicht 28 als die erste Kondensatorplatte 132,
die von der ersten leitenden Schicht 28 weiter entfernt
ist.
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Um
diese unerwünschte
parasitäre
Kapazität zu
reduzieren, wird die leitende Kopplung 144 durch eine leitende
Schicht 160, die mindestens einen Teil der zweiten leitenden
Schicht 140 bedeckt, von der ersten leitenden Schicht 28 abgeschirmt.
Die leitende Schicht 160 ist leitend durch eine leitende
Kopplung 162, z.B. ein Durchkontakt, an die zweite Kondensatorplatte 133 gekoppelt.
Die leitende Schicht 160 kann unter Verwendung von ITO
als leitendes Material realisiert werden, was den Vorteil hat, dass
für nach
unten emittierende Anordnungen die Apertur des Pixels nicht ungünstig beeinflusst
wird, obwohl andere leitende Materialien, speziell im Fall von nach oben
emittierende Displayanordnungen, verwendet werden können.
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Es
sei bemerkt, dass die oben erwähnten Ausführungsformen
die Erfindung mehr illustrieren als sie zu beschränken, und
dass Fachleute in der Lage sein werden, viele alternative Ausführungsformen
zu designen, ohne von dem Rahmen der beigefügten Ansprüche abzuweichen. Die Erfindung
kann mittels Hardware mit mehreren verschiedenen Elementen implementiert
werden. In dem Anordnungsanspruch, der mehrere Mittel aufzählt, können mehrere
dieser Mittel durch einen und denselben Teil an Hardware ausgeführt werden.
Die bloße
Tatsache, dass bestimmte Maßnahmen
in untereinander verschiedenen abhängigen Ansprüchen genannt
werden, indiziert nicht, dass eine Kombination dieser Maßnahmen
nicht vorteilhaft verwendet werden kann.
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Text in der Zeichnung:
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1–3:
Prior
art – Stand
der Technik