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CN101385064B - 大面积薄膜电路 - Google Patents

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CN101385064B
CN101385064B CN200780005057.9A CN200780005057A CN101385064B CN 101385064 B CN101385064 B CN 101385064B CN 200780005057 A CN200780005057 A CN 200780005057A CN 101385064 B CN101385064 B CN 101385064B
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Abstract

一种薄膜电路,包括多个薄膜晶体管,其中电路的输出响应至少依赖于第一(36)和第二(34,22)晶体管。第一薄膜晶体管在使用中(36)暴露于照明光源(2),而第二薄膜晶体管(16)该照明光源与屏蔽。第一薄膜晶体管(36)在使用中作为模拟开关而工作,该模拟开关响应于控制输入提供模拟输出。这个晶体管的照明减少了动态阈值电压变化的影响,这个影响可能是对电路性能的限制。

Description

大面积薄膜电路
本发明涉及大面积薄膜电子电路。例如,本发明涉及非晶硅或多晶硅薄膜电路。
这些薄膜电路的运行通常主要依赖于晶体管阈值电压。与这种电路的性能有关的一个问题已经被认识到:晶体管的阈值电压随着时间漂移。
对于基于多晶硅的电路,由于在晶体管沟道中的多晶硅颗粒的统计分布,该晶体管的阈值电压存在变化。然而,多晶硅晶体管在电流和电压应力下相当稳定,从而阈值电压保持基本恒定。
在非晶硅晶体管中,至少在基板上的短程上阈值电压的变化较小,但是该阈值电压对电压应力非常敏感。超过驱动晶体管所需的阈值的高电压的应用导致阈值电压的巨大变化,该变化依赖于显示图像的信息内容。所以,与没有工作的非晶硅晶体管相比,总在工作的非晶硅晶体管的阈值电压将存在很大的差异。这种差异性的老化在用非晶硅晶体管驱动的LED显示器中是个严重的问题。
除了晶体管特性方面的变化,LED本身也有差异性老化。这是因为在电流应力作用下,发光材料的效率降低。在大多数情况下,穿过LED的电流和电荷越多,效率越低。
已经认识到电流寻址像素(而不是电压寻址像素)能减小或消除整个基板上晶体管变化的影响。例如,电流寻址像素可以使用电流发射镜在采样晶体管上采样栅源电压,通过该电压而驱动所期望的像素驱动电流。被采样的栅源电压被用于寻址驱动晶体管。这部分地缓解了设备均匀性的问题,因为该采样晶体管和驱动晶体管在基板上彼此相邻,并且能更准确地相互匹配。另一个电流采样电路采用用于所述采样和驱动的相同的晶体管,从而虽然需要附加的晶体管和寻址路线,但不需要晶体管匹配。
也已经提出将电路用作电致发光显示像素电路,其采用光反馈来为LED的老化提供补偿,同时为主驱动晶体管的阈值电压的变化提供补偿。
因此,已经提出了各种措施,其目的是补偿老化对薄膜晶体管的阈值电压的影响。
采用非晶硅或多晶硅技术构成的薄膜晶体管也受到动态阈值电压漂移的影响,并且已经认识到在设备特性方面的变化是由半导体的陷阱上载流子的捕获和释放所造成的。这是一个短期的影响,当改变晶体管的偏置条件时这是显然的。该影响来自半导体中的缺陷,其引起了阈值电压的暂时增加。载流子对预存陷阱的填充将它们从导电沟道去除,致使阈值电压增加。当设备关闭时,通过载流子从陷阱的缓慢释放这个增加被反转。这个陷阱填充过程的大多数在微秒到毫秒的时间尺度内完成。
动态阈值电压漂移对于晶体管的数字操作(即硬切换ON或OFF)是不重要的。许多电路利用以这种方式工作的薄膜晶体管进行设计。然而,将模拟电路集成到由低温多晶硅或非晶硅构成的一系列设备元件的基板上也受到越来越多的关注。
利用薄膜技术形成的一系列电子器件的最普通的用处是用于显示设备。对于利用低温多晶硅工艺形成的液晶显示设备,例如已经提出了将(模拟)缓冲放大器集成到显示基板上。对于非晶硅电致发光显示设备,已经提出使用在模拟方式下工作的非晶硅薄膜晶体管以形成像素电路。这些是许多例子中的两个仅两个,其中已经认识到集成薄膜设备从而在一系列设备元件的基板上在形成模拟电路是所期望的。
动态阈值电压漂移导致阈值电压随着偏置历史,温度和时间变化。这使得获得准确的电路工作变得非常困难。甚至当电路包括补偿老化引起的阈值电压漂移的补偿电路时,这个动态电压漂移仍然可以影响电路性能。
根据本发明,提供了一种薄膜电路,包括多个薄膜晶体管,其中电路的输出响应至少依赖于第一和第二晶体管,其中第一薄膜晶体管在使用中暴露于照明源下,而第二晶体管与该光源屏蔽,并且其中第一薄膜晶体管在使用中作为模拟设备而工作,其响应于控制输入提供对阈值电压敏感的模拟输出。
第一薄膜晶体管作为模拟开关而工作。因此,它在其阈值电压附近工作,并且响应于达到的阈值电压该开关输出触发。因此,该开关不是作为响应于照明提供电荷流的光电晶体管而工作,并且因此该开关不是用于执行光学反馈功能。对这个晶体管照明导致增加的漏电流,但是当要被填充的陷阱的(短期)响应时间减少时,这是可以忍受的。这使得阈值电压更快设置为更长期的值,并使得电路响应更加可预测。
第二晶体管可以是一个在电容器上采样电压的设备,所以由照明产生的漏电流的增加是不可接受的。然而,在此第二晶体管中,其工作可以是数字的,所以阈值电压的不确定性不是问题。
选择晶体管为被照明的晶体管将依赖于电路功能。一些晶体管的动态阈值电压将影响整个电路响应,而对于其他晶体管而言,其动态阈值电压则没有影响。
因此光照的影响在于与第二晶体管相比,第一晶体管对于动态阈值电压具有较短的响应时间来达到平衡的阈值电压以及更大的漏电流
本发明可以应用于包括显示像素阵列的有源矩阵显示设备,每个像素包括本发明的薄膜电路,其具有的形式为:
电流驱动的发光显示元件;
用于驱动流经显示元件的电流的驱动晶体管;
用于存储被用来寻址驱动晶体管的电压的存储电容器;
用于将驱动电压切换到剩余像素的寻址晶体管;
用于放电存储电容器从而切断驱动晶体管的放电晶体管;和
用于通过根据显示元件的光输出改变应用于放电晶体管的栅电压而控制放电晶体管的工作时机的光敏设备,
其中第一晶体管包括放电晶体管,而第二晶体管包括寻址晶体管
因此,放电晶体管被照亮以加速响应时间,因为发生放电的这个时机描述了补偿电路的性能,并且这依赖于放电晶体管的阈值电压。这个阈值电压随时间的漂移是很小的,因为该晶体管可以在低占空比下被操作,因此这是动态阈值电压的影响,该影响可能变成对该电路性能的限制。
驱动晶体管和放电晶体管可以包括低温多晶硅晶体管或非晶硅晶体管。发光显示元件能提供照明源。
本发明也能应用于有源矩阵液晶显示设备,其包括显示像素阵列和驱动电路,该驱动电路包括本发明的薄膜电路,并且该设备进一步包括提供这个照明源的背光。
因此,驱动器电路而不是像素电路也能从本发明的方法中获益。
在这种情况下,驱动电路可以包括列驱动器电路,其具有数模转换电路和输出缓冲器阵列,其中第一晶体管包括该输出缓冲器的晶体管。
本发明也提供了一种控制包括多个薄膜晶体管的薄膜电路的方法,其中该电路的输出响应至少依赖于第一和第二晶体管,该方法包括:
将第一薄膜晶体管暴露在照明源下;和
将第二薄膜晶体管与照明源屏蔽;和
操作第一薄膜晶体管作为模拟设备,其响应于控制输入提供对阈值电压敏感的模拟输出。
本发明现在将通过参考附图的例子来描述,其中:
图1显示了已知的EL显示设备;
图2是用于电流寻址EL显示像素的已知像素电路的简化框图;
图3显示了已知的像素设计,其补偿了差异性老化;
图4显示了改进的已知像素电路,其用于说明本发明的方法的实例;
图5显示了本发明如何应用于图4的像素电路;
图6显示了可以应用本发明的列驱动器电路的输出缓冲器;
图7显示了本发明的显示设备布置图;和
图8是显示本发明对晶体管特性影响的图。
应该注意到这些图是示意性的并且没有按比例绘制。为了这些图的清晰和方便,这些图的一部分的相对尺寸和比例在大小上已经被放大或缩小地示出了。
本发明一般涉及在模拟工作模式下的薄膜电路设备的使用,特别是薄膜晶体管的使用。
本发明将参照本发明应用的第一实例进行说明,其涉及有源矩阵电致发光显示设备的薄膜晶体管像素电路。
众所周知,矩阵显示设备采用电致发光、光发射显示元件。该显示元件可以包括例如采用聚合材料的有机薄膜电致发光元件,或采用传统III-V半导体化合物的发光二极管(LED)。有机电致发光材料,特别是聚合材料最近的发展,已经证明了它们用在特别是视频显示设备方面的能力。这些材料典型地包括夹在一对电极之间的一层或多层的半导体共轭聚合物,其中一个电极是透明的,而另一个电极是一种适合于将空穴或电子注入到聚合物层的材料。
该聚合材料可以采用CVD工艺来制造,或简单地通过旋转涂层技术采用可溶性共轭聚合物来制造。也可以采用喷墨印刷。有机电致发光材料可以被设置来展示类I-V特性的二极管,从而它们有能力提供显示功能和开关功能,并因此可以用于被动型的显示器。可替换地,这些材料可以用于有源矩阵显示设备,且每个像素包括显示元件和用于控制通过该显示元件的电流的开关设备。
这个类型的显示设备有电流寻址显示元件,从而传统的模拟驱动方案包括为显示元件提供可控电流。众所周知提供电流源晶体管作为像素配置的一部分,提供给电流源晶体管的栅电压确定了通过显示元件的电流。在寻址阶段之后,存储电容器保持栅电压。
图1显示了已知的有源矩阵寻址电致发光显示设备。该显示设备包括具有规则间隔的像素的行和列矩阵阵列的面板,其由块1表示并包括电致发光显示元件2以及相关的开关装置,其位于多组交叉的行(选择)和列(数据)寻址导体4和6之间的交叉处。为简化起见,在图中仅仅显示了少量像素。实际上,可以有几百个行和列的像素。像素1由外围驱动电路通过所述多组行和列寻址导体而被寻址,该外围驱动电路包括连接到各自导体组的末端的行扫描驱动器电路8和列数据驱动器电路9。
电致发光显示元件2包括有机发光二极管,其在这里表示为二极管元件(LED)并包括一对电极,有机电致发光材料的一个或多个有源层夹在这两个电极之间。该阵列的显示元件连同相关的有源矩阵电路被承载在绝缘支撑的一侧。该显示元件的阴极或阳极由透明的导电材料构成。所述支撑是诸如玻璃的透明材料,并且最靠近基板的显示元件2的电极可以由诸如ITO的透明导电材料构成,从而由电致发光层产生的光发射穿过这些电极和支撑,以致于对于位于该支撑另一侧的观测者而言该光是可见的。
图2以简化的示意性形式显示了第一已知像素和用于提供电压寻址操作的驱动电路配置。每个像素1包括EL显示元件2和相关驱动器电路。该驱动器电路有寻址晶体管16,其由行导体4上的行寻址脉冲打开。当寻址晶体管16被打开时,列导体6上的电压可以转到剩余像素。特别地,该寻址晶体管16为电流源20提供列导体电压,电流源20包括驱动晶体管22和存储电容器24。列电压被提供给驱动晶体管22的栅极,并且甚至在行寻址脉冲已经结束之后,该栅极通过存储电容器保持在这个电压。
在这个电路中的驱动晶体管22被实现为p型TFT,从而存储电容器24保持固定的栅源电压。这导致了通过该晶体管的固定的源漏电流,因此其提供了像素的所需电流源操作。
如上所述,晶体管特性的变化限定了电路的寿命。由于在施加电流后发光材料效率的降低,LED本身也存在着差异性老化。多数情况下,通过LED的电流和电荷越多,效率越低。
已经认识到电流寻址像素(而不是电压寻址像素)能降低或消除整个基板上晶体管差异的影响。例如,电流寻址像素可以使用电流反射镜来在采样晶体管上采样栅源电压,通过采样晶体管所需的像素驱动电流被驱动。被采样的栅源电压用于寻址驱动晶体管。这部分地缓解了设备均匀性的问题,因为采样晶体管和驱动晶体管在基板上彼此相邻,并且能更准确地彼此匹配。另一个电流采样电路使用相同的晶体管来采样和驱动,从而虽然需要附加的晶体管和寻址线,但不需要晶体管匹配。
已经提出了关于补偿LED材料老化的电压寻址像素电路的方案。例如,提出了各种像素电路,其中该像素包括光传感元件。这个元件对显示元件的光输出敏感,并且响应于所述光输出使存储电容器上的存储电荷泄漏,从而在寻址周期期间控制显示器的集成的光输出。
图3显示了为此目的的像素配置的一个实例。在WO 01/20591和EP1096466中详细描述了这种类型的像素配置的实例。
在图3的像素电路中,光电二极管27将存储在电容器24上的栅电压放电。当驱动晶体管上的栅电压达到阈值电压时,EL显示元件2将不再发光,并且存储电容器24将停止放电。电荷从光电二极管27泄漏的速度是显示元件输出的函数,从而光电二极管27作为光敏反馈设备而运行。考虑到光电二极管27的影响,集成光输出由下式给出:
L T = C S η PD ( V ( 0 ) - V T ) . . . [ 1 ]
在这个公式中,ηPD是光电二极管的效率,其在显示器上是很均匀的,Cs是存储电容,V(0)是驱动晶体管的初始栅源电压,以及VT是驱动晶体管的阈值电压。因此,该光输出独立于EL显示元件效率,并由此提供老化补偿。然而,VT在该显示器上变化所以它会显示出非均匀性。
为了额外补偿应力诱发的非晶硅驱动晶体管的阈值电压差异,同时避免这个电路中的驱动电流的逐步下降,图4的电路已经由本申请人提出。
图4显示了这个提出的像素配置的实例,并采用非晶硅n型晶体管实现。
驱动晶体管22的栅源电压再次保持在存储电容器30上。然而,这个电容器通过充电晶体管34(T2)从充电线被充电到一个固定电压。因此,该驱动晶体管22被驱动到恒定的水平,当显示元件将要被照亮时,该水平独立于像素的数据输入。通过改变占空比控制亮度,特别地通过改变驱动晶体管关掉的时间来控制亮度。
驱动晶体管22由将存储电容器30放电的放电晶体管36来关掉。当该放电晶体管36打开时,电容器30被迅速放电同时驱动晶体管关闭。
当栅电压达到足够的电压时,该放电晶体管打开。光电二极管38被显示元件2照明,并根据显示元件2的光输出产生光电流。该光电流对放电电容器40充电,并在某一时刻,电容器40上的电压达到放电晶体管的阈值电压并由此开启它。这个时刻将依赖于原始存储在电容器40的电荷以及所述光电流,而该光电流又依赖于显示元件的光输出。
所述光电二极管同样可以实现为光电晶体管,该光电晶体管连接在放电晶体管36的栅极和充电线32之间,并与由用于前一行的寻址线所控制的栅极(即与前一行的寻址晶体管16相关的控制线)相连。所述光电二极管或光电晶体管位于LED2下面。
数据线6上提供给像素的数据信号由寻址晶体管16(T1)提供,并被存储在放电电容器40上。高数据信号代表低亮度(从而为关闭晶体管36只需要少量附加电荷),而低数据信号代表高亮度(从而为关闭晶体管36需要大量的附加电荷)。
因此这个电路具有用于补偿显示元件的老化的光反馈,并且还具有驱动晶体管22的阈值补偿,因为驱动晶体管特性的变化也将导致显示元件输出的差异,其再次由所述光反馈补偿。对于晶体管36,大于阈值的栅电压保持为很小,从而阈值电压的变化非常不明显。
在WO 2004/084168中更详细地说明了这个电路和相关的时机。在这个公开中也显示了对该电路的修改。
寻址晶体管16,其用于将数据值写入要被存储在电容器40上的像素,该晶体管必须有低的电流泄漏以避免垂直串扰。然而,它的阈值电压没有显著影响电路的工作。
所述电路补偿驱动晶体管的阈值电压的漂移和OLED的老化,但是急变晶体管36的阈值电压的任何漂移仍然可以影响显示输出和/或反馈补偿保持功能的时间。经过老化阈值电压的漂移是小的(即使对于非晶硅晶体管),因为该晶体管以低占空比被操作。
上面提出的图4的电路的实现使放电晶体管36与光屏蔽,因为它没有执行任何光反馈功能。
虽然图4的电路工作得很好,但是放电晶体管36的阈值电压的动态本质造成了电路性能的限制。
在打开之后达到TFT内的平衡阈值电压所要求的最大时间常数由下式给出:
t = 1 v exp ( q E g 2 kT ) - - - [ 2 ]
其中t是获得平衡所花费的时间,v是典型的电子尝试频率,q是电子电荷,Eg是半导体带隙,k是玻尔兹曼常数,以及T是绝对温度。
代入非晶硅的典型值(v=1e13Hz,Eg=1.8eV,T=300K),这给出了响应时间t=134s(虽然当曲线是对数曲线时将会更快达到接近平衡的状态)。相似地对于低温多晶硅(Eg=1.1eV)t=175μs。
这些时间常数可以与典型的帧时间(16.6ms)或行时间(10-15μs)比较,而这显示出存在明显的潜在问题。
本发明基于这样的认识:所述问题可以通过将特定TFT以将其照亮的方式进行定位来解决。这导致在半导体中电子空穴对的产生,并导致更快的平衡过程。平衡过程的增速与光电流成正比,所以所述效果可以根据各种应用而调节。
可以显示在这种情况下,陷阱达到平衡的时间为:
t 2 = 1 v exp ( q E fn kT ) - - - [ 3 ]
其中Efn是准费米能级,其可以根据自由载流子浓度nf以及状态有效密度Nc而定义为:
E fn = kT q ln ( N c n f ) - - - [ 4 ]
可以组合这些公式而得到:
t 2 = N c v . n f - - - [ 5 ]
可以看出这个时间值与温度无关。达到平衡的时间根据理想TFT的光电流和暗电流的比例减少(其比实际TFT中获得的低许多个数量级)。
这个照明导致了漏电流的增加,并因此本发明在一些TFT的漏电流和它们的阈值电压的稳定性之间提供了折衷。
对于对应于非晶硅TFT内的大约100pA的光电流(其足够小而不会过度干扰电路的工作)的自由载流能级,所述照明平衡时间可以估计为大约5μs,其比上述非照明的情况快了超过7个数量级。
如上述图4的电路的说明,本发明的实施提供了位于LED下的放电晶体管36。这在图5的电路中示出了,其显示了该放电晶体管36的照明,并且为了补偿也显示了作为光反馈元件38的光电晶体管的使用。
这意味着该放电晶体管展示了在对电路工作的感兴趣时间尺度上的明确的阈值电压。所述漏电流的增加明显降低而不能使电路操作的其他方面退化,并且随着合适的组件尺寸测量,这甚至可以提高电路的校正能力。这能够发生是因为带有高效显示元件的像素在该放电晶体管经历更多的泄漏,其降低了驱动晶体管栅极上的偏置,并从而降低了像素的亮度。
这提供了一种预校正形式,其对于要校正的电路的主要部分进行更少的改变,这导致更好的校正能力,并且从而导致更长的显示寿命。
本发明也可以应用于显示设备的驱动器电路,而非像素电路。在低温多晶硅设备中,驱动器电路被集成到像素阵列基板上(所谓的“系统化面板”),关键问题是制作精确的模拟组件,例如缓冲放大器。
相似的问题适应于上述说明,并且关键TFT可以再次由背光照亮。这可以通过定位这些TFT靠近显示器边缘避免任何光屏蔽而获得,其又一次确保了它们更迅速地平衡。
由于校正电路的设计,增加的光电泄漏电流没有减弱性能。在高质量的视频模式中只需要高精度,其一般采用背光,并因此已经具有可用的所需光源。
作为简化的例子,图6显示了模拟缓冲放大器的输出级,以具有p型上拉晶体管60和n型下拉晶体管62的推挽级的形式。这些晶体管以模拟模式工作,并设置了输出电压,该电压从这两个晶体管的模拟源漏电流的均衡得到。
在以上说明的方式中,这个输出级的校正操作可能对于驱动器电路的性能是重要的,并且它也可能受到以上说明的动态阈值电压瞬变的影响。
图7显示了驱动器电路的选取部分如何被照明。像素区域被显示为70。像素区域的外边界被该结构内部的金属层所屏蔽,显示为72,并且这为图像区域提供了优质的黑色边界。将被照亮的晶体管可以定位在非屏蔽区域内,在像素区域的外边界和金属层屏蔽之间,在这个区域显示为74。
图8被用于显示照明如何影响TFT的性能。该图显示了所述电流流过具有刚好低于阈值电压的栅电压的TFT。这代表在I-V曲线的最陡的点上的晶体管操作,其使得该电流最明显的衰减(产生自动态阈值电压漂移)。
曲线80显示了在40摄氏度下,黑暗中的晶体管响应。曲线82显示了在30摄氏度下,黑暗中晶体管的响应。曲线84显示了照明的晶体管在40摄氏度下的响应,以及曲线86显示了照明的晶体管在30摄氏度下的响应。所有这些曲线都被标准化为具有相同的初始电流。x轴是以秒表示的时间。
栅极信号是2V的脉冲(基于大约2.5V的阈值电压),并且图8是对宽600微米和长6微米的TFT的仿真。
该图显示了照明使得晶体管响应更平坦和更少依赖于温度。这意味着电路性能更少地依赖于先前的历史以及温度。
以上电致发光显示像素电路的更详细的实例提供了对电路性能明显的改进,并且能辅助使得采用非晶硅的大型TV显示器成为实际的主张。然而,本发明的基础技术还可以辅助使用模拟TFT的集成(LTPS或非晶硅)的许多不同的应用。
基本上,本发明可以应用于任何模拟薄膜晶体管电路,并提供所选晶体管的照明,为此漏电流的增长而不是动态阈值电压的减少的时间常数给出了改进的电路的性能。对于其他晶体管,更低的电流泄漏是更加重要的,并且这些没有被照明。
被照明晶体管用作开关设备,而不用作光传感器。因此由被照明晶体管执行的这种功能是独立于光照水平而有利的,并且因此该照明改变了晶体管的特点而不是为另一个晶体管的切换的时间提供控制参数或者提供对应于照明水平的可测电荷流。光电晶体管典型地被设计成正比于该照明的电流,但是这不是通过本发明的方法照明的TFT所需要的。整个电路(照明晶体管形成为其一个组件)可以具有光依赖功能(如上面的光反馈像素电路中)。然而以本发明的方式被照亮的模拟驱动晶体管没有实现任何光学感测或反馈功能。
该被照明晶体管提供了对阈值电压敏感的模拟输出。
各种其他的修正对于本领域的技术人员是明显的。

Claims (11)

1.一种薄膜电路,包括多个薄膜晶体管,其中,该电路的输出响应至少依赖于第一和第二晶体管,其中使用中的第一薄膜晶体管暴露于照明光源下,而第二薄膜晶体管与该照明光源屏蔽,并且其中第一薄膜晶体管在使用中作为模拟设备被操作,其响应于控制输入提供了对阈值电压敏感的模拟输出。
2.如权利要求1所述的电路,其中,与第二晶体管相比,第一晶体管对于动态阈值电压具有更短的响应时间来达到平衡阈值电压,并具有更大的漏电流。
3.一种有源矩阵显示设备,包括显示像素阵列,每个像素包括如权利要求1或2所述的薄膜电路,该薄膜电路包括:
电流驱动的发光显示元件;
用于驱动流经显示元件的电流的驱动晶体管;
用于存储被用来寻址驱动晶体管的电压的存储电容器;
用于将驱动电压切换到剩余像素的寻址晶体管;
用于放电存储电容器从而切断驱动晶体管的放电晶体管;和
用于通过根据显示元件的光输出改变应用于放电晶体管(36)的栅电压而控制放电晶体管的工作时机的光敏设备,
其中第一晶体管包括放电晶体管,而第二晶体管包括寻址晶体管
4.如权利要求3所述的设备,其中驱动晶体管和放电晶体管包括低温多晶硅晶体管。
5.如权利要求3所述的设备,其中驱动晶体管和放电晶体管包括非晶硅晶体管。
6.如权利要求3、4或5所述的设备,其中所述的发光显示元件提供照明光源。
7.一种有源矩阵液晶显示设备,包括显示像素阵列和驱动电路,其中该驱动电路包括如权利要求1或2所述的薄膜电路,并且其中该设备进一步包括提供照明光源的背光。
8.如权利要求7所述的设备,其中所述驱动电路包括具有数模转换电路的列驱动器电路和一系列输出缓冲器,其中第一晶体管包括所述输出缓冲器的晶体管。
9.如权利要求8所述的设备,其中每个输出缓冲器包括串联在电源线之间的相反类型的第一和第二晶体管。
10.一种控制包括多个薄膜晶体管的薄膜电路的方法,其中所述电路的输出响应至少依赖于第一和第二晶体管,该方法包括:
将第一薄膜晶体管暴露于照明光源;和
将第二薄膜晶体管与照明光源屏蔽;和
操作第一薄膜晶体管作为模拟设备,其响应于控制输入提供对阈值电压敏感的模拟输出。
11.如权利要求10所述的方法,其中第一晶体管由照明来控制,使得与第二晶体管相比,其对于动态阈值电压具有更短的响应时间来达到平衡阈值电压,并具有更大的漏电流。
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8358258B1 (en) * 2008-03-16 2013-01-22 Nongqiang Fan Active matrix display having pixel element with light-emitting element
WO2011071573A2 (en) * 2009-09-02 2011-06-16 Arizona Board Of Regents, For And On Behalf Of Arizona State University Amplifiers with depletion and enhancement mode thin film transistors and related methods
TWI534956B (zh) * 2011-05-27 2016-05-21 半導體能源研究所股份有限公司 調整電路及驅動調整電路之方法
TWI459352B (zh) * 2012-06-13 2014-11-01 Innocom Tech Shenzhen Co Ltd 顯示器
CN104112120B (zh) * 2014-06-26 2018-09-18 京东方科技集团股份有限公司 指纹识别显示驱动电路和显示装置
JP6459271B2 (ja) * 2014-07-23 2019-01-30 Tianma Japan株式会社 イメージセンサ及びその駆動方法
CN105977268B (zh) * 2016-05-23 2019-03-26 京东方科技集团股份有限公司 一种光敏器件及显示面板、显示装置
JP6767886B2 (ja) * 2017-01-19 2020-10-14 株式会社Joled 光検出回路、及び光検出装置
CN110459167B (zh) * 2018-05-08 2021-01-26 京东方科技集团股份有限公司 像素电路及其驱动方法和显示装置
CN109273493B (zh) * 2018-08-31 2021-08-31 京东方科技集团股份有限公司 Oled显示基板及其制作方法、显示装置
CN115602107B (zh) * 2022-10-24 2024-12-13 武汉天马微电子有限公司 显示面板的驱动方法及显示面板

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1582463A (zh) * 2001-10-31 2005-02-16 剑桥显示技术公司 显示驱动器

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0990357A (ja) 1995-09-20 1997-04-04 Toshiba Corp 液晶表示装置
JPH10209460A (ja) * 1997-01-27 1998-08-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd 液晶表示装置
JP4181257B2 (ja) * 1998-01-21 2008-11-12 東芝松下ディスプレイテクノロジー株式会社 液晶表示装置
JPH11274509A (ja) * 1998-03-26 1999-10-08 Sanyo Electric Co Ltd 薄膜トランジスタ及び液晶表示装置
JP3395760B2 (ja) * 1999-06-01 2003-04-14 セイコーエプソン株式会社 電圧生成方法、電気光学装置及び電子機器
WO2001020591A1 (en) 1999-09-11 2001-03-22 Koninklijke Philips Electronics N.V. Active matrix electroluminescent display device
US6392617B1 (en) 1999-10-27 2002-05-21 Agilent Technologies, Inc. Active matrix light emitting diode display
US6669338B2 (en) * 2000-02-08 2003-12-30 Brain Power Incorporated Method of using a tablet for introducing tint, UV absorbers and other chemicals into spectacle lens and optical filter tinting systems
KR100481593B1 (ko) * 2000-04-21 2005-04-08 세이코 엡슨 가부시키가이샤 전기 광학 장치
GB0014962D0 (en) * 2000-06-20 2000-08-09 Koninkl Philips Electronics Nv Matrix array display devices with light sensing elements and associated storage capacitors
US7061451B2 (en) * 2001-02-21 2006-06-13 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd, Light emitting device and electronic device
JP2002278504A (ja) * 2001-03-19 2002-09-27 Mitsubishi Electric Corp 自発光型表示装置
JP3687597B2 (ja) * 2001-11-30 2005-08-24 ソニー株式会社 表示装置および携帯端末装置
US7408598B2 (en) * 2002-02-20 2008-08-05 Planar Systems, Inc. Light sensitive display with selected interval of light sensitive elements
US7042162B2 (en) * 2002-02-28 2006-05-09 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Light emitting device
JP3687648B2 (ja) * 2002-12-05 2005-08-24 セイコーエプソン株式会社 電源供給方法及び電源回路
WO2004084168A1 (en) 2003-03-12 2004-09-30 Koninklijke Philips Electronics N.V. Light emissive active matrix display devices with optical feedback effective on the timing, to counteract ageing
GB0313040D0 (en) * 2003-06-06 2003-07-09 Koninkl Philips Electronics Nv Active matrix display device
JP2005004097A (ja) 2003-06-13 2005-01-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd 画像合成装置
GB0315455D0 (en) 2003-07-02 2003-08-06 Koninkl Philips Electronics Nv Electroluminescent display devices
JP4167953B2 (ja) 2003-08-29 2008-10-22 トステム株式会社 接続ユニット内蔵建具と接続ユニット及び接続金具
GB0401035D0 (en) 2004-01-17 2004-02-18 Koninkl Philips Electronics Nv Active matrix display devices
EP1562168A3 (en) * 2004-02-03 2006-07-19 Lg Electronics Inc. Electro-luminescence display device and driving method thereof
GB0405807D0 (en) * 2004-03-16 2004-04-21 Koninkl Philips Electronics Nv Active matrix display devices
JP4207824B2 (ja) * 2004-03-30 2009-01-14 サンケン電気株式会社 スイッチング電源装置
US7248061B2 (en) * 2004-09-14 2007-07-24 Denso Corporation Transmission device for transmitting a signal through a transmission line between circuits blocks having different power supply systems
GB0424112D0 (en) * 2004-10-29 2004-12-01 Koninkl Philips Electronics Nv Active matrix display devices
JP2006178018A (ja) * 2004-12-21 2006-07-06 Renesas Technology Corp 液晶表示駆動用半導体集積回路

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1582463A (zh) * 2001-10-31 2005-02-16 剑桥显示技术公司 显示驱动器

Also Published As

Publication number Publication date
US20090315877A1 (en) 2009-12-24
EP1984906A1 (en) 2008-10-29
US9030461B2 (en) 2015-05-12
JP5538727B2 (ja) 2014-07-02
WO2007091191A1 (en) 2007-08-16
CN101385064A (zh) 2009-03-11
JP2009526393A (ja) 2009-07-16

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