CN100568570C - 向有机发光二极管提供电流的电路 - Google Patents

Abstract

用于提供电流给一有机发光二极管的电路，包括：(a)一非晶硅场效应晶体管(1000)(1050)(1200)(1250)，其具有一栅电极和一漏电极，通过该漏电极电流被提供给所述有机发光二极管；以及(b)一控制器，用于控制所述栅电极和所述漏电极之间的偏压，以把阈值电压偏移保持为小于约1V。所述有机发光二极管优选地是一有源矩阵中的元件。

Description

向有机发光二极管提供电流的电路

本发明要求申请日为2001年11月20日的第60/331,918号美国临时专利申请的优先权。

技术领域

本发明一般涉及非晶硅场效应晶体管(FET)的偏压条件和几何结构。更具体地，本发明涉及一像素中直接向有机发光二极管(OLED)提供电流的一非晶硅FET结构，以及该FET的偏压条件，该偏压条件减少了阈值电压随时间的不稳定性，并且不降低该器件提供所需的电流和灰度的性能。所得到的FET器件和偏压条件尤其可用于矩阵寻址的(matrixaddressed)的有机发光二极管(OLED)。

背景技术

尽管存在大量相反的猜测，但已经第一次证明非晶硅(a-Si)技术完全适用于有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)显示器的像素电流驱动的需要。通常的看法，几乎完全基于业界对AMLCD a-Si底板的熟悉，认为即使可以使用a-Si薄膜晶体管(TFT)来满足电流驱动的需要，这种器件人所共知的阈值不稳定性却排除了它们在电压编程的有源矩阵设计中的使用，因为OLED单元中任何电流驱动的损失都将直接造成亮度的损失，而在AMLCD中，TFT电流的损失只造成像素电容充电时间(其数量级为μs)的增加，而不是最终电压的改变，因此对于AMLCD，当电压偏移高达10V时，亮度级仍保持不变。然而，应当指出的是，在AMOLED显示器中的电流驱动TFT的电压范围和驱动模式(drive regime)是而且事实上必然是极其不同的。参照图1A，其示出了典型的单TFT的AMLCD像素电路的示意图，以及示意性的图1B，其示出了双TFT的AMOLED像素。考虑图1A中的TFT，其只用作向像素LC电容(CLC)与存储电容(CS)的并行组合进行充电时的切换开关。该切换开关具有100/#R的占空比，其中#R是显示器的总行数，对于当前可获得的最常见的、具有VGA到SXGA的像素内容的设计来说，该值的范围是640到1200。在60Hz的刷新速率下，这相当于范围为26到14μs的切换时间。为了写适当的数据电压V_d，该电压的范围通常为2V到12V(在交替显示的帧上，在约为7V的公共电压上下的+5到-5V的范围)，该切换TFT的栅极电压V_g通常取自从约-5V的关断水平到约+25V的导通水平的范围。在此情形中，切换TFT在像素进行充电时总是运行在V_g-V_th＞V_d的线性模式下，只当在V_d保持恒定的同时开启或关闭切换栅极脉冲时，才短暂地经历饱和模式，其中V_th是该TFT的阈值电压。

在AMOLED显示器中，亮度级不是施加在LC单元上的最终电压的函数，而是由一驱动TFT(见图1B)提供的电流水平的函数。该切换TFT以与AMLCD单元中的单个TFT相同的方式运行。然而，数据电压是写到与电流驱动晶体管的栅极相连的一存储电容器中，并且是该电流驱动TFT的阈值稳定性必须在一个长的运行期间(即帧周期的很大部分)保持稳定，AMOLED显示器才能在商业中应用。

在该技术领域人们一直相信，非晶硅TFT不具有纳入矩阵寻址的像素中以驱动OLED所需的性能(J.Kanicki等人，SID第20届IDRC会议录，9月25-28，佛罗里达州棕榈滩，第354-358页)，并且迄今所有的原型和产品都通过使用多晶硅TFT技术而反映了这种看法。

本发明人研发了下述一些独特的驱动方案，这些方案被明确地适应于克服阈值偏移，从而使在AMOLED中使用非晶硅技术变得可行。如本发明所提供的那样，通过提供非晶硅TFT来满足AMOLED的需要，较低廉的非晶硅(a-Si)TFT技术将提供与较昂贵的多晶硅TFT技术相比低得多的制造成本。

本发明还提供了很多其他优点，这些优点将在以下描述中显示出来。

发明内容

本发明涉及一像素中直接向有机发光二极管(OLED)提供电流的一非晶硅FET结构，以及该FET的偏压条件，该偏压条件减少了阈值电压随时间的不稳定性，并且不降低该器件提供所需的电流和灰度的性能。所得到的FET器件和偏压条件尤其可用于矩阵寻址的有机发光二极管(OLED)。

本发明是用于向有机发光二级管提供电流的电路，包括：(a)具有栅电极和漏电极的非晶硅场效应晶体管，通过所述漏电极将所述电流提供给所述有机发光二极管；以及(b)用于控制所述栅电极和所述漏电极之间的偏压以将阈值电压随时间的偏移保持在约1V以内的控制器。所述有机发光二极管最好是一有源矩阵中的元件。

所述偏压是选自由以下各项组成的组中的一条件：在所述栅电极和所述漏电极之间施加的电压的范围，以及在所述栅电极和所述漏电极之间施加的电压的持续时间。在所述漏电极和所述栅电极之间施加的电压差的范围是在约-V_th到20V之间。在所述栅电极和所述漏电极之间施加电压的持续时间的范围是在帧时间的约1％到99.9％之间。

对于平均亮度(在约50到500Cd/m²范围中)的平均分辨率AMOLED显示器(即，约75每英寸像素数(ppi)到150ppi)的情况，所述电流最好是在约10nA到10μA的范围内。所述电流与OLED的像素填充系数成反比，与发光占空比(即OLED发光的开启时间与帧时间的比值乘以100％)成反比，与该像素的面积成正比，与有机薄膜的效能成反比，并与像素的亮度成正比。

所述场效应晶体管典型地是一薄膜晶体管。所述场效应晶体管包括：一基片；在所述基片的一表面上沉积的栅电极；在所述栅电极上沉积的第一非晶SiO_x层；在所述第一非晶SiO_x层的至少一部分上沉积的第二非晶SiO_x或SiN_x层；在所述第二非晶SiO_x或SiN_x层上沉积的第一非晶硅层；在所述第一非晶硅层的至少一部分上沉积的第三非晶SiN_x层；在所述第三非晶SiN_x层的第一和第二侧面部分沉积的第二非晶硅层；在所述第二非晶硅层的或者所述第一侧面部分或者所述第二侧面部分上沉积的漏电极；以及在所述第二非晶硅层的与沉积了所述漏电极的侧面部分不同的侧面部分上沉积的源电极，其中所述漏电极和所述源电极可以同时沉积并由同一光刻步骤所规定。

通过结合附图参考以下说明，可以理解本发明的其他和进一步的目的、优点和特点，在附图中同样的部件被赋予同样的标号。

附图说明

图1a示出了传统的单薄膜晶体管(TFT)有源矩阵液晶显示器(AMLCD)像素；

图1b示出了传统的双薄膜晶体管(TFT)有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)像素；

图2a的图形示出了对于具有宽/长(W/L)等于50/7、且在线性模式下(V_g＝25V、V_d＝1V和V_s＝0V)被驱动的TFT，作为从0到40,000秒的施压(stress)时间的函数的漏极电流与栅极偏压的关系，以及施压电流与时间的关系；

图2b的图形示出了对于具有W/L等于50/7、且在饱和模式中(V_g＝V_d＝10V)被驱动的TFT，漏极电流与偏压的关系以及施压电流与时间的关系；

图3a和3b的图形示出了作为V_d的函数的阈值偏移和施压时间的关系，它们分别以半对数图和双对数图显示了在固定的V_g＝15V和V_s＝0V时TFT的稳定性；

图4的图形示出了对于固定的V_d＝10V(100％的占空比)，阈值偏移与用于产生TFT漏极电流以及相应的阈值偏移的栅极偏压的关系；

图5的图形示出了对于各种V_d偏压，栅极驱动前因子与TFT沟道位置之间的关系，其中沟道位置0％和100％分别相应于源极与沟道的接触点和漏极与沟道的接触点；

图6a的图形示出了对于单层PECVD SiN_x栅极绝缘体薄膜，偏压条件V_g＝10V以及两种漏极电压V_d＝1V和V_d＝10V，TFT阈值电压偏移与施压时间的关系；

图6b的图形示出了对于双层SiO_x/SiN_y栅极绝缘体薄膜，偏压条件V_g＝10V以及两种漏极电压V_d＝1V和V_d＝10V，TFT阈值电压偏移与施压时间的关系；

图7的图形示出了75℃的加速偏压温度施压情况，显示出即使在较高的温度下，在TFT饱和模式中也存在栅极驱动前因子减少的好处；

图8的图形示出了在各种偏压条件下在35℃时的AC/DC结果。在实际的显示屏操作(平均为中等灰度(midgray))中，持续的温度上升10℃很可能应当被认为是一个上限，因为假定采取了诸如吸热装置和强制空气流动等热量均匀化和消除管理措施。从SiO_x/SiN_y栅极绝缘体TFT得到的数据表明，负的栅极偏压补偿很可能进一步提高这些器件的稳定性；

图9是复合SiO_x/SiN_x栅极绝缘体的带图，示出了SiN_x的电场相对于SiO_x的减少，电子从a-Si注入到SiN_x，以及正电荷穿过SiO_x。

图10a和10b是具有相同的处理过的薄膜的TFT的两个横截面图，只不过与a-Si TFT沟道相邻的栅极界面薄膜或者是(a)CVD SiO_x(10a)，或者是(b)CVD SiN_x(10b)；

图11a-11d的图形示出了两个TFT的作为施压时间函数的源极到漏极的导通电流的归一化的时间依赖关系(左)，以及TFT阈值电压偏移与施压时间的关系(右)，这两个TFT的横截面分别相应于图10a、10b的TFT横截面，包含与或者CVD SiO_x(图11a-b)或者CVD SiN_x(图11c-d)的a-Si TFT沟道相邻的栅极绝缘体界面；

图12a是具有相同的处理过的薄膜的TFT的横截面图，只不过与Mo栅电极相邻的栅极界面薄膜是高温、高压CVD SiO_x；

图12b是具有相同的处理过的薄膜的TFT的横截面图，只不过与Mo栅电极相邻的栅极界面薄膜是低温、低压CVD SiO_x；

图13的图形示出了作为施压时间的函数的源极到漏极导通电流的归一化时间依赖关系，其相应于图12b的TFT横截面(即在靠近Mo栅电极处具有低温低压的SiO_x层)；

图14的图形示出了作为施压时间的函数的源极到漏极导通电流的归一化时间依赖关系，其相应于图12a的TFT横截面(即在靠近Mo栅电极处具有高温高压的SiO_x层)；

图15a的图形示出了对于图12b的TFT横截面(即在靠近Mo栅电极处具有低温低压的SiO_x层)，总的阈值电压偏移(菱形)与施压时间的关系，所述总的阈值电压偏移由界面处的电荷俘获(正方形)和体绝缘体的电荷俘获(圆圈)构成；以及

图15b的图形示出了对于图12a的TFT横截面(即在靠近Mo栅电极处具有高温高压的SiO_x层)，总的阈值电压偏移(菱形)与施压时间的关系，所述总的阈值电压偏移由界面处的电荷俘获(正方形)和体绝缘体的电荷俘获(圆形)构成。

具体实施方式

作为引言，下面考虑图2a和2b。两图示出了对于同一基片上几何形状相同、相邻但处于相当不同的运行模式下的两个TFT，其阈值偏移和驱动电流的结果。图2a示出了处于线性运行模式下的第一个TFT，其中V_g＝+25V和V_d＝+1V(源极接地)。图2b示出了处于饱和模式下的相邻TFT，其中V_g＝V_d＝+10V。应注意这些电压产生相当相似的驱动电流，该驱动电流对于图2a的TFT开始于约1.40μA，而对于图2b的TFT开始于约1.55μA。显然，这些条件在标称相同的器件中产生了极其不同的阈值稳定性，即，当在室温下经过连续40,000秒的(DC)施压之后，第一个TFT的阈值偏移(ΔV_T)是约4.0V，而第二个TFT的阈值偏移仅是约0.25V。显然，当稳定性是主要考虑时，有某些电压范围明显更适合于驱动一给定电流。

由于已经证实阈值不稳定性既可能来自于载流子注入SiN_x栅极绝缘体，也可能来自于在a-Si/SiN_x界面处的弱键的断裂(F.R.Libsch和J.Kanicki，应用物理快报(Applied Physics Letters)，第62卷，第11期，第1286-1288页)，所以存在这样一种观念，即认为a-Si不适合于电流驱动，因为上述两种机制都无法充分减轻。因为良好的OLED亮度需要持续的TFT电流密度，所以认为a-Si沟道的靠近界面的区域的退化只会恶化阈值偏移问题。如下面将说明的，通过正确地调整单元TFT和存储电容器的大小，可以满足OLED的电流密度要求。此外，图3清楚地显示出，与某些人可能预期的相反，对于足够高质量的PECVD材料，对于任何实际的V_g的值，在饱和模式下被驱动的TFT对于阈值偏移实际上远远比在线性模式下被驱动的同一TFT更稳定。在图3中，V_g固定在15V，当漏极电压从1V增加到15V时，存在着稳定性增加的明显趋势。应当注意的是，在V_d＝1时，电流是0.8μA，而在V_d＝15时，电流是8.0μA。尽管电流密度有10倍的增加，我们却看到，在任何给定的时间，ΔV_T有超过2倍的减少。稳定性的进一步的两倍的改善来自于如图所示将占空比从100％减少到50％。因此，在a-Si AMOLED设计中，TFT饱和模式偏压和占空比是重要的考虑因素。

以上结果使我们得出这样的结论，即实用的AMOLED驱动方案必须通过同时控制施加到栅电极和漏电极二者之上的电压的范围和持续时间，来确保很少或不发生电流驱动TFT的偏移。实际上，这要求规定一组栅极偏压的范围、相应的漏极偏压的范围以及适当的一组波形(亦即每个波形的占空比)，以便最终结果导致偏移不稳定性的净补偿。该组偏压范围和波形确切是什么将取决于a-Si和SiN_x材料的特性，因而这些特性必须进行最优化，并且必须知道薄膜的沉积条件。从图4可以理解，这样的方案是可行的。在这里，使用一固定的10V的漏极偏压和一可变的从0到10V的栅极偏压(在该例中都为DC)的一简单实验表明了如何简单地通过驱动TFT更深地进入饱和状态而获得部分补偿。对于从3到10V的栅极偏压，存在着从约50nA直到超过1.5μA(灰度)的有用的一组驱动电流，并且我们注意到，对于小于约4V的V_g，阈值偏移是负的。一般来说，为适应各种像素尺寸设计，由面积归一化的像素电流可能是更有用的。一般来说，有用的像素电流密度小于20mA/cm²。对于NTSC类型的应用，预期显示屏偏压条件在显示屏的使用期中平均到中等灰度，因此可以选择适当的一组信号，以在目标电流水平上给出零偏移。

实验结果

发明人通过实验确定出，对于一给定的V_g，在饱和模式下被驱动的a-SiTFT总是表现出比在线性模式(小的V_d，通常为0.1到1.0V)下被驱动时更小的阈值偏移。这一点被发现是普遍正确的，并且已在很多单PECVD栅极绝缘体材料组合的情况下以及在采用复合的SiO_x/SiN_x栅极绝缘体(GI)的器件中得到证实。所有的SiN_x栅绝缘体在饱和模式下通常表现出在线性模式下的偏移的一半，尽管此时沟道中的电流通常大一个数量级，其中V_d＝V_g。事实上，很快就确定出，对于一给定的器件，当V_d从0增加V_g甚至更大时，阈值稳定性会有持续的改进。这一趋势在图3显示出来，该图表示的是AMOLED中的一蛇形驱动器TFT。双对数图显示出，增加V_d时，斜率没有很大的改变，而是常数前因子有显著的减少-最终结果是获得一特定ΔV_T所需的施压时间有高达一个数量级的差别。

不需要很长时间就可以认识到，这样的实验结果是完全可以预期的，虽然这种好处的大小需要一些计算。阈值偏移模型采取如方程1所示的形式，

ΔV_T＝|V₀|{1-exp(-t/τ)^β}             (1)

其中，假设前因子V₀是栅极驱动，或者说V₀～(V_g-V_T0)，其中V_T0等于该器件在施压前的初始阈值。只要在施压实验期间满足条件V_d＜＜V_g(例如V_s＝0V，V_d＝0.1V，V_g＞5V)，则穿过栅极绝缘体的电场从源极到漏极是大体相同的，因而方程1可直接应用。然而，当V_d增加时，必须考虑沿着沟道的电压降V(y)，其从漏极处的V(y)＝V_d变到源极处的V(y)＝V_s，并且通过以函数[Vg-V_T0-V(y)]取代方程1的常数前因子，来将这一考虑因素纳入该模型中。计算由三部分组成。首先，使用包括Id@t＝0在内的初始条件，通过方程2给出的标准长沟道逼近法(standard long channelapproximation)，计算出从源极到漏极的初始电压分布。

dV(y)/dy＝I_d/[WμCi(V_g-V_T-V(y))           (2)

一有用的办法是为V(y)假设一多项式形式，并通过自相一致迭代法(self-consistent iteration)进行处理，直到获得满意的精度。图5给出了使用起始的诸D/S沟道电压计算的一族依赖于位置的“驱动力”电压。在模拟过程的第二部分，起始前因子分布随后被馈入方程1，并使用对数时间步间隔开始I_d的数值计算。在每次偏移重计算后，沿沟道的任何一点的前因子都会改变，并且方程2的数值积分产生V_d的一值，该值必须通过按比例减少I_d来缩小到其常数值。这种模拟所得的结果是一I_d衰减曲线。图6a中示出了它们的一些例子。在模拟过程的最后部分，通过比较常数栅极电场情况下(即起初的V_d＜＜V_g的模型)的I_d衰减曲线与所述模拟曲线，来计算有效阈值偏移ΔV_T。这样做之所以有必要，是因为从源极到漏极的沟道长度上的每一项已经以不断减少的量进行了偏移，从而产生了与原来的电压降相似的穿越该器件的阈值偏移分布。因此，必须基于该电流计算“积分的”偏移。图6b示出了作为V_d的函数的有效阈值偏移的例子。

图6a和图6b示出了使用将D/S电压纳入考虑的修改后的理论的模拟(线)和数据(点)电流衰减曲线。图6a和图6b每个都显示了两种不同的偏置条件，其相应于当TFT在(1)线性区域(例如，V_d＝1，V_g＝10V)，其中施压是穿过GI的沿着沟道一致的驱动电场，以及(2)饱和区域(例如，V_d＝V_g＝10V)进行偏置时将会产生的有效TFT阈值电压偏移。两组曲线之间的差异显示了当V_d趋向V_g时所获得的稳定性的相对改进。

图6b示出了当V_d趋向饱和时模拟的有效阈值偏移。衰减参数β和τ是从图3所示的V_d＝1的数据曲线中提取的。两图的比较显示出栅极绝缘体薄膜的附加影响。图6a示出了具有GI薄膜的一TFT的阈值电压与时间的关系的结果，该GI薄膜由在沉积第一非晶硅层之前的一非晶SiN_x构成。图6b示出了具有GI薄膜的一TFT的阈值电压与时间的关系的结果，该GI薄膜由在栅电极之上设置的第一非晶SiO_x层以及随后的在沉积第一非晶硅层之前的第二非晶SiN_x构成。

此时，当饱和一旦达到，我们无法精确计算偏移，因为沟道电场将在靠近漏极处完全崩溃，因而这要求另外的修改来计算当V_d进一步增加时夹断点离开漏极有多快。但无论如何，边界条件表明，穿过栅极绝缘体的靠近漏极的电场必须实际上返回到传统的夹断点，这保证了只要在靠近漏极处没有发生a-Si的退化，驱动TFT更深地进入饱和状态只会有好处。看起来这是a-Si很可能优越于多晶硅的地方，因为已知靠近多晶硅TFT的漏极的大的电场会造成不稳定性的问题。在图3中首先看到、并在图6a和6b中得到证实的最后一个观察结果是当V_d增加时，双对数图上的有效阈值偏移与时间的关系曲线的斜率并没有显著的变化，而是整个曲线下沉，即“有效的”前因子降低了。对于上面模拟的条件(V_g＝15，V_T0＝2)，我们发现，当V_d从一小的值分别增加到5、8和11.5V时，前因子降低到其原始值的80％、68％和54％。该趋势证实了这样的实验结果，即(对于V_g＝15的数据)在V_d＝V_g的情况下任何时间的偏移略小于V_d＜＜V_g时其值的一半。

通过使用高温BTS来加速偏移，可以验证有效ΔV_T前因子的降低确实在TFT的整个使用期都是存在的。图7示出了在75℃时在饱和模式下驱动TFT的稳定化效果。应注意当对于一固定的栅极偏压V_g＝10V，当V_d从1V分别增加到10、15V时，有效前因子是如何降低的。所有其他偏移模型参数保持恒定。如图7所示，75℃时的加速偏移结果显示出饱和驱动的好处在TFT的整个使用期都是存在的。

基于DC和AC施压的推测的a-Si TFT使用期：寻找一运行窗口

处在a-Si可行性问题的核心的是一个根本的挑战，即使用所有掌握中的参数建立可接受的稳定性的一窗口，这些参数有PECVD材料特性、最大偏压值、占空比和可能包括补偿的驱动方案。很快确定出，对于“标准的”TFT SiN_x栅极绝缘体特性，超过约10V的栅极电压会导致大得无法接受的偏移。例如，图6a和6b中的V_g＝15V、V_d＝11.5V情况下的模拟显示出，仅仅27小时后，导通电流衰减到其起始值的80％，并在推测的440小时时衰减到50％。因此，我们开始把精力集中于较低的栅极偏压模式，其中的导通电流仍然足以明亮地驱动OLED。表1显示了对于各种不同的GI配比、GI厚度、偏压和占空比，基于对TFT数据的幂律拟合的、外推的室温下使用期(暂时定义为饱和驱动电流到达其初始值的一半所需的小时数)。应注意，所推测的诸使用期在这样的意义上是保守的，即它们只是简单的幂律拟合，就是说它们在双对数图上是线性的。从理论上得知(并由高温实验验证)，诸边界条件要求当ΔV_T增加到超过V_g的约10％时，双对数曲线开始明显地向下弯曲。换言之，我们是基于已知将随时间而减少的早期偏移率来外推半使用期的。因此，可以认为推测的诸时间是它们特定条件下的上限。

表1(各种TFT和偏压条件下的、推测的电流半使用期)

^＊表示AC低电平被设置为-2V而不是0V，以便研究补偿。

尽管收集了很多种板的数据，表1只特别显示了三种板的数据集合。板4306具有使用我们的“标准的”TEL PECVD SiN_x沉积的厚的栅极绝缘体，板4492具有采用H₂稀释的薄的TEL SiN_x GI，而板4668具有所有Balzers Kai PECVD材料以及三者之中最薄的GI SiN_x。为W/L＝100/7的驱动器TFT指定了起始的导通电流Id₀，该驱动器TFT与在40mmAMOLED显示器中使用的相同。应注意，每1.0μA的驱动电流相当于实际的显示器中的约9mA/cm²的像素电流密度，因此这些试验条件完全足够获得根据ZRL数据的良好的AMOLED亮度。某些项目相应于60Hz/50％占空比的数据，而不是DC数据。除非另外说明，AC低电平是零伏。有几个相当明显的趋势：1)对于同样的偏压条件，AC运行比DC运行导致高得多的稳定性，2)对于同样的偏压条件，较厚的GI(亦即穿过GI的最大电场较低)一般导致更大的稳定性，3)对于给定的栅极绝缘体厚度，较低的栅极偏压(亦即穿过GI的最大电场较低)导致更大的稳定性，以及4)在AC运行过程的一部分，以低的负的栅极偏压代替零偏压可以导致更低的TFT阈值电压偏移。所有这些结果都是与包含在上述阈值偏移模型中的诸基本假设一致的。而且，这些数据的趋势表明，确实可以规定一运行窗口，其中a-Si TFT将足以提供所需的AMOLED驱动电流，并同时足够稳定以用于TV应用中。存在若干理由作出这种乐观的断言。首先，来自表1的数据显示出，通过把占空比从100％减少到50％而得到的半使用期的改进不是简单地线性的；这些数据显示出，对于同样的偏压条件，使用期增加的范围为约3到8倍。因为预期所感觉到的亮度仅减少50％，所以可以通过对驱动器TFT的适当设计，利用使用期的改进。还应注意到，当OLED材料的效能随时间而改进时，占空比的进一步减少应当导致使用期的进一步超线性的改进。抱乐观态度的另一个理由是，对于电视(TV)应用来说，整个显示器应当平均到某种中等灰度，而不是由10V的数据(驱动器TFT的V_g)所给出的“完全导通”状态，因此范围为从约1600到2500小时的、50％占空比的使用期是最差情况(每个像素都导通)，而不是典型情形。在这方面，更接近4000小时的某种更长的时间是更合理的。然而，有一个更强的理由来预期a-Si技术是可行的，该理由基于这样的事实，即在施压之下，并非所有的栅极绝缘体的行为方式都是相同的-如事实所表明的那样，SiO_x/SiN_x的复合GI层积表现出与由单纯SiN_x沉积而成的GI层积极显著的差异。图6a和6b分别示出了在相同的线性和饱和偏压条件下的全SiN_x GI TFT和SiO_x/SiN_x GI TFT。在线性模式下(例如，V_d＝1V、V_g＝10V的曲线所表示的)，这两种器件表现出几乎相同的随时间的偏移，这说明了它们不仅有共同的控制机制，而且有相似的诸参数值。然而，在饱和模式下(例如，V_g＝V_d＝10V的曲线所表示的)，只有单纯SiN_x沉积而成的GI层积的器件遵循上述修改后的模型；SiO_x/SiN_x GI器件则显示出完全不同的行为，这表明某种强大的补偿机制在发挥着作用。

图8示出了在各种偏压条件下在35℃时在SiO_x/SiN_x GI TFT上施加AC/DC的结果。在实际的显示屏操作(平均到中等灰度)过程中，持续的10℃的温度上升很可能应当认为是上限。关于SiO_x/SiN_x GI TFT的历史数据表明，负的栅极偏压补偿很可能进一步提高这些器件的稳定性。从直到约600小时的时间中采集的这些数据是很令人鼓舞的，这是因为前已描述的几个理由。首先，它们与在沉积了单层SiN_x的GI TFT中看到的趋势相一致，其中减少占空比一半将减少阈值偏移远大于2倍(在本例中为3到4倍)。其次，它们是在高出室温约10℃的温度下采集的，该温度被认为是上限，因为只有当处于相当于“全导通”运行的绝对最高的偏压值时，才在AMOLED显示器中看到过显著的热效应-对于全视频(full video)、平均到中等灰度的驱动，预期不会有如此大的热效应。再次，OLED材料和a-Si TFT二者都具有正的温度系数-如果温度开始增加该数量而没有某种自动的亮度反馈控制以限制数据电压，则实际的显示器的亮度将会有确实显著的增加。当一般性地试验和确定AMOLED显示器的最大亮度和使用期的时候，这是一个必须纳入考虑的重要因素。最后，存在着关于SiO_x/SiN_x栅极绝缘体中的电荷补偿行为的大量数据，这些数据表明在至今看到的数据或推测之外还有改进稳定性的大量余地。借助于图9所示的带图，这种补偿可能得到最好的理解。

图9所示的复合SiO_x/SiN_x栅极绝缘体的带图显示出SiN_x电场相对于SiO_x的减少、电子从a-Si向SiN_x的注入、以及正电荷穿过SiO_x。补偿流仅是示意性的。因为相对于SiO_x，PECVD SiN_x具有更高的介电常数(约为7对4.5)，与SiN_x相比，所以更多的栅极电压降落在SiO_x上，因此穿过GI的SiN_x部分的电场(我们知道，该电场驱动SiN_x中电子的注入和俘获)被成比例地降低了。这一点本身显然是有益的，然而数据显示出强烈的复合行为(有时导致在某个初始时间段内的负的阈值偏移)的事实表明，在GI的SiO_x端一定有相反符号电荷载流子的相竞争的机制发挥着作用。该图旨在显示补偿可以发生，虽然没有明确地说明在SiO_x中空穴通过陷阱(trap site)跳跃，其方式如电子通过Poole-Frenkel机制在SiN_x中跳跃的一样。应当尽可能多地理解和利用这种行为，因为它尤其对于所提出的AMOLED负栅极脉冲补偿驱动方案是很好的预兆。

从图9可以理解在减少TFT阈值电压偏移方面通过限制电子注入到SiN_x层而获得的进一步改进，这是通过提供高质量的SiN_x薄膜而实现的，该种薄膜在邻近非晶硅层的SiN_x层区域中表现出低的界面和本体状态。作为说明，图10a和图10b分别显示了两个TFT的横截面，它们具有相同的处理过的薄膜，只不过靠近非晶硅TFT沟道的栅极界面薄膜显示为低质量的栅极层界面薄膜，例如CVD SiO_x，以及高质量的栅极层界面薄膜，例如CVD SiN_x。

在比较图11b和图11d中的、分别对应于1000和1050的、作为恒定栅极偏压施压时间函数的TFT源极电流与栅极电压特性的关系时，显而易见的是，1000与1050相比，其阈值电压偏移约大三倍，这种阈值电压偏移与源极电流与栅极电压特性的关系的偏移成比例。作为进一步的说明，分别对应于1000和1050的、图11a和图11c中的源极到漏极的导通电流的归一化的时间依赖关系也显示出导通电流的约三倍大的降低速率。

从图9可以理解在减少TFT阈值电压偏移或减少导通电流的降低速率方面的进一步改进，这是通过使用将空穴注入到SiO_x薄膜所引起的相反极性的阈值电压偏移效应，来匹配由电子注入到SiN_x层所引起的阈值电压偏移效应。作为说明，在图12a和图12b中分别显示了两个TFT的横截面图，它们具有相同的处理过的薄膜，只不过与栅电极相邻的栅极界面薄膜显示为具有允许空穴注入的SiO_x薄膜，例如高温、高压的CVD SiO_x，以及具有空穴阻挡性能良好的SiO_x层，例如低温、低压的CVD SiO_x。

在比较分别与1250和1200对应的、图13和图14中的源极到漏极导通电流的归一化的时间依赖关系时，显然，1250与1200相比，它的与导通电流偏移成比例的阈值电压偏移较小。在提高的80℃温度下施加恒定的25V的栅极偏压50,000秒之后，导通电流降低的差别大约为1250降低了两倍，而1200降低了超过三倍。

图15a的图形量化了对于图12b的TFT横截面(即在靠近Mo栅电极处有低温低压SiO_x层)，由界面处的电荷俘获(正方形)和体绝缘体的电荷俘获(圆圈)所构成的总的阈值电压偏移(菱形)与施压时间的关系。

图15b的图形量化了对于图12a的TFT横截面(即在靠近Mo栅电极处有高温高压SiO_x层)，由界面处的电荷俘获(正方形)和体绝缘体的电荷俘获(圆圈)所构成的总的阈值电压偏移(菱形)与施压时间的关系。

尽管已按照本发明显示和描述几个实施例，应当清楚地理解，可以对这些实施例进行多种改变，这些改变对于本领域技术人员是显而易见的。因此，不希望受限于所显示和描述的实施例，而是旨在显示落入所附权利要求的范围之内的所有改变和修改。

Claims (8)

1.一种用于向有机发光二极管提供电流的电路，包括：

具有栅电极和漏电极的非晶硅场效应晶体管，所述电流经过所述漏电极被提供给所述有机发光二极管；以及

控制器，用于通过控制所述栅电极和所述漏电极之间的偏压，将所述非晶硅场效应晶体管驱动在饱和模式下工作，以把阈值电压偏移保持为小于1V。

2.根据权利要求1的电路，其中所述有机发光二极管是在一有源矩阵中的元件。

3.根据权利要求1的电路，其中所述偏压是从由以下各项构成的一组中选择的一条件，该组包括：在所述栅电极和所述漏电极之间施加的电压范围，以及在所述栅电极和所述漏电极之间施加的电压的持续时间。

4.根据权利要求3的电路，其中施加在所述漏电极和所述栅电极之间的所述电压范围是在-V_th到20V的范围中。

5.根据权利要求3的电路，其中施加在所述栅电极和所述漏电极之间的电压的所述持续时间范围是在帧时间的1％到99.9％之间。

6.根据权利要求1的电路，其中所述电流是处在10nA到10μA之间的范围。

7.根据权利要求1的电路，其中所述场效应晶体管是一薄膜晶体管。

8.根据权利要求1的电路，其中所述场效应晶体管包括：

一基片；

在所述基片的一个表面上沉积的所述栅电极；

在所述栅电极上沉积的第一非晶SiO_x层；

在所述第一非晶SiO_x层的至少一部分上沉积的第二非晶SiO_x或SiN_x层；

在所述第二非晶SiO_x或SiN_x层上沉积的第一非晶硅层；

在所述第一非晶硅层的至少一部分上沉积的第三非晶SiN_x层；

在所述第三非晶SiN_x层的第一和第二侧面部分沉积的第二非晶硅层；

在所述第二非晶硅层的或者所述第一侧面部分或者所述第二侧面部分上沉积的所述漏电极；以及

在所述第二非晶硅层的与沉积了所述漏电极的侧面部分不同的侧面部分上沉积的源电极。

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