專利名稱：具有多個發光圖像元素并防止非選擇圖像元素的充電/放電的無源尋址矩陣顯示器的制作方法
技術領域：
本發明涉及無源尋址矩陣顯示器，具有在矩陣中布置的多個發光圖像元素；在矩陣的行中布置的多個地址總線，被提供選擇信號，所述選擇信號具有低信號電平和高的非選擇信號電平；以及與地址總線垂直的多個數據總線，每個所述發光圖像元素在第一和第二顯示電極之間包括發光層。
上述無源尋址矩陣結構的一個問題在于，不想要的電流可以在非選擇的反向偏置的圖像元素上流動，從而使非選擇的像素被充電和放電而不使用。這在數據總線期間在切換過渡中產生高峰值電流和額外的功耗。
這一現象在聚合物-LED和有機-LED顯示器中特別關鍵，其中LED層具有相當大的電容。這是因為LED層很薄(只有10-500nm量級)造成的。特別是在大型顯示器的情況下，電容會妨礙無源矩陣操作，因為偏移電流與用于在LED中發光的電流相比過大。
本發明的目的是克服上述問題并且降低電容性功耗。
這一目的和其他目的是用開頭一段中所述類型的顯示器來實現的，其特征在于，每個發光圖像元素與一個去耦裝置相組合，所述去耦裝置被連接在第一和第二顯示電極之中相應一個電極與地址總線和數據總線之中相應一個總線之間，并且與圖像元素串聯，用于防止所述圖像元素在其處于非選擇狀態而另一圖像元素處于選擇狀態時充電/放電。
通過采用本發明的去耦裝置，能避免非選擇圖像元素的任何不想要的充電/放電。
在具體情況下，避免在像素二極管反向上的放電電流。
對于去耦功能，可以采用一個可電氣控制(例如利用行信號來控制)的有源開關，類似于機電開關，但是優選采用不需要控制信號的無源去耦裝置。
無源去耦裝置的優點在于，可以采用適當布置在相應總線和一個顯示電極之間的(肖特基Schottky)二極管。肖特基二極管可以實施為包括金屬層和半導體聚合物層的層組合。用于肖特基二極管的半導體聚合物層可以有益地具有與圖像元素的發光層相同的成分。二極管可以布置在LED像素的陽極一側或陰極一側上。
本發明可以應用于公共陽極和公共陰極尋址、電壓驅動和電流驅動尋址，并能有益地采用縮微顯示技術來應用，其中顯示器是直接制作在(單一)Si芯片上的。
無論何種情況，都避免明亮列具有較短像素的問題。
在常規的無源尋址中，不需要與像素串聯的去耦開關功能。事實上，這樣做是不自然的。因此，迄今為止還未知具有串聯二極管的無源尋址發射矩陣顯示器。
與像素元素串聯的開關的組合在有源尋址矩陣顯示器中是公知的；實際上這是基本的。在有源尋址中，像素按行脈沖被接通，并且在至少一幀時間內保持有效，直至下一個行脈沖。這樣，像素亮度就始終等于平均顯示亮度。也就是說，要為每個像素增加某些(TFT)電子器件來實現以下功能1.數據切換，用于在像素中插入數據內容2.對至少下一行脈沖存儲內容的存儲器，而在LCD中可以使用單元電容3.用于將像素單元連接到電源的像素開關；這一開關可以和輸入數據開關組合在一起。
USP5,479,280公開了一種每個像素具有兩個開關裝置和放電裝置的有源矩陣尋址液晶顯示器。第二開關是冗余的，并且沒有第一優先權功能，只是為了增加處理流量。然而，按照這種結構，注入電容交擾，用于補償第一開關的初始交擾，同時利用串聯二極管防止泄漏。而且，行轉換也會造成這種交擾，而在本發明的情形下，去耦二極管裝置(晶體管)主要功能是在列激活期間的隔離。
USP4,651,149公開了另一種有源尋址液晶顯示器。在這種顯示結構中，增加了一個額外開關(圖3中的31)，其主要功能是在汲取低DC電流以防止功率耗散的同時執行像素電壓的適當復位。另外，開關31與像素并聯(第3列第14行)，而本發明建議與像素串聯的開關轉換動作。
有源和無源尋址之間的另一個差別是，對于無源尋址，在一幀時間內在許多短的明亮閃光(bright flash)期間生成光；每一秒要執行許多次以避免閃爍效果。另外，本發明中使用的開關功能是為了防止未選擇像素從技術上反向偏置狀態被充電到基本上零偏置狀態(只要不達到材料門限電壓，可以選擇地達到低的正向偏置狀態)。這種狀態不同于USP5,479,280中所述的狀態，其中需要一個開關來防止選定的像素被放電。
在以下的描述中將提出本發明的目的和優點，并且其中一部分根據此說明將是顯而易見的，或可以通過對本發明的實踐而知曉。采用權利要求書中具體指出的元件及其組合將實現和獲得本發明的這些目的和優點。
以下要參照附圖描述本發明的一些實施例。
圖1是用于常規的無源尋址矩陣顯示器的電路部分；圖2是按照本發明的無源尋址矩陣顯示器的一個實施例的電路部分；圖3是通過按照本發明的矩陣顯示器的橫向像素-二極管布局(基本部件)的截面圖；圖4是圖3中基本部件的(平面)圖；圖5是通過按照本發明的矩陣顯示器的垂直像素-二極管布局(基本部件)的截面圖；圖6是圖5中基本部件的(平面)圖；圖7是表示用于尋址LED顯示單元的脈沖的示意圖；和圖8示意地表示按照本發明的矩陣顯示器的一個實施例，其使用機電開關形式的有源去耦裝置。
圖1表示一個無源尋址矩陣(PolyLED)顯示器的一列。用Vlow＝0選擇行1，而利用Vhigh未選擇其它行。為了導通像素1，列電壓Vc必須從零上升到LED操作電壓Vp。在這一過渡期間，C2...Cn上的反向電壓從Vhigh降到Vhigh-Vp。為了防止這些像素被導通，這一電壓應不超過2V的門限電壓，即典型的有機材料值。存儲在列電容中的總電荷包括C1×Vp(＝像素1中的電荷)加上存儲在未被激活、主要被反向偏置的其它2..n個像素中的電荷(C2+...+Cn)×Vp。在發光時間結束時，列電壓被降低回到零，并且放掉所有電荷。對于開關頻率f(＝n×幀速率)，這造成的功率耗散是Pc＝f×n×Cp×Vp×Vp。
盡管通過像素1能夠消除電荷以生成光，或暫時存儲電荷以便在后續充電期間使用，但是未選擇像素2..n仍被充電和放電而不使用。這在列切換過程中產生高峰值電流和額外的功耗。在顯示器中出現如在像素n中用虛線短路所示的所謂的短路時會產生另一個問題。在該像素被選定時，列電流從列線流到低行n電壓，并且不發光，這導致黑像素。更麻煩的是在選中其他行之一的情況下高行n電壓被強加在列線上，無論外部列節點上的數據輸入信號Vc如何，選定的像素始終被導通。在此圖中，Rc代表列電阻。
問題在于不想要的電流會在未選中的反向偏置像素上流動，這在像素短路的情況下導致大電荷存儲和行-行電流。本發明解決上述問題的辦法是增加與每個像素相串聯的去耦裝置，例如二極管或開關，以避免任何不想要的充電/放電。在一種特殊情況下，避免像素二極管反向中的放電電流。僅有選定行像素的開關必須被接通。在上述驅動方案中，簡單的二極管就能提供這一功能，因為它在反向偏置下會自動進入非導通狀態。為了盡量減少存儲的電荷，這一額外二極管應具有比像素電容小的電容，并且具有低的導通電壓。
圖2的示意圖表示用二極管實現去耦功能的一個實施例。這些二極管是按照其作為選擇開關起作用的方式被布置的。二極管電容Cd現在將等效像素電容從Cp降低到Ce＝(Cp×Cd)/(Cp+Cd)。所需的電壓從Vp增大到Vp+Vd。這造成總的電容功耗是P＝f×n×Ce×(Vp+Vd)×(Vp+Vd)對于良好的單一Si/肖特基類型二極管，Cd和Vd分別小于Cp和Vp，這使功耗降低到P＝f×n×Cd×Vp×Vp因而能按因子Cd/Cp降低功耗。與常規的有源矩陣尋址系統相比，還有進一步的優點-沒有像素保持電容造成的孔徑損失-沒有很低的像素電流，其電流效率cd/A的值很低-沒有嚴格的晶體管匹配要求。
圖3和4表示橫向像素-二極管布局結構。在襯底30(例如Si的基底)的表面上布置有-金屬列電極(陽極)31；-第一顯示電極32(在此情況下與列電極31部分重疊)；-二極管元件33；-將二極管元件33連接到LED層疊(stack)36(該層疊36可以包括聚合物或有機發光材料層)的一個(ITO)電極35(陽極)上的第二顯示電極34；-透明行電極(陰極)37；所有這些如圖3的截面圖所示。
在圖4中表示所得到的橫向像素-二極管布局結構的一個平面圖。
圖5和6表示一種垂直像素-二極管布局結構。
在襯底50(例如Si)的表面上布置有-金屬列電極(陽極)51；-LED層疊56(它可以包括聚合物或有機發光材料層)；-(ITO)電極55(LED層疊56的陽極)；-金屬行電極57(LED層疊56的陰極)；-行電極57的頂上的第一顯示電極52；-夾在第一顯示電極52和第二顯示電極54之間的二極管元件53；所有這些表示在圖5的截面圖中。
在圖6中表示所得到的垂直像素-二極管布局結構的平面圖。
圖7表示驅動方案的一個示例。在本示例中，信息被一次一行(line-at-a-time)寫入，并且用脈寬調制來控制亮度。
提供給四個所示的行電極的電壓被表示為11a-d。如圖所示按時間分段劃分的，每次一個地將行設置在零電壓電位上。這些信號不需要調制，因為它們僅僅用于在特定時刻“釋放”特定的行電極。
提供給所示四個列電極之一的電壓用12表示。如圖所示按時間分段劃分的，為電極饋送不同寬度的電壓脈沖12a-d。第一脈沖12a會與給上一行電極饋送零電壓的信號11a吻合，導致LED 13a被激活。第二脈沖12b同樣將引起LED 12b的激活，并且依此類推。由于LED的亮度主要取決于電流，所以建議用電流驅動替代電壓驅動。為了代替固定電流/脈沖寬度調制，也可以用固定寬度/電流調制(“幅度”調制)來控制亮度。為了獲得更多的灰度，可以采用脈沖寬度調制和脈沖高度調制的組合。行、列的切換電壓可以在10V的量級。圖8的示意圖表示其中機電開關S1，S2...Sn用作去耦裝置的一個實施例。
應該注意到，本領域的技術人員能夠實現對上述最佳實施例的許多修改。例如，對于LED層疊或二極管，可以采用其它合適的材料。只要能實現預定的功能，二極管還能按不同的方式布置在電極之間。另外，根據兩組電極之間電流的流動，本發明在理論上還能在任何類型的其中希望實現像素的改善尋址的顯示器上實現。
總之，本發明涉及具有多個發光圖像元素的無源尋址矩陣顯示器。提供驅動電路，具有用于選擇像素元素行的裝置和用于驅動行中的像素的裝置。去耦裝置被連接到每個圖像元素，用于防止所述圖像元素在其處在未選擇狀態而另一同時被驅動的圖像元素處在選擇狀態時的充電/放電。
權利要求
1.一種無源尋址矩陣顯示器，具有在矩陣中布置的多個發光圖像元素；在矩陣的行中布置的多個地址總線，被提供選擇信號，所述選擇信號具有低信號電平和高的非選擇信號電平；以及與地址總線垂直的多個數據總線，每個所述發光圖像元素在第一和第二顯示電極之間包括發光層，其特征在于，每個發光圖像元素與去耦裝置相組合，所述去耦裝置被連接在第一和第二顯示電極之中相應一個電極與地址總線和數據總線之中相應一個總線之間，并且與圖像元素串聯，用于防止所述圖像元素在其處于非選擇狀態而另一圖像元素處于選擇狀態時充電/放電。
2.按照權利要求1的矩陣顯示器，其中所述去耦裝置包括二極管。
3.按照權利要求2的矩陣顯示器，其中所述二極管包括肖特基二極管。
4.按照權利要求2或3的矩陣顯示器，其中每個二極管和其與之組合的圖像元素形成橫向結構。
5.按照權利要求2或3的矩陣顯示器，其中每個二極管和其與之組合的圖像元素形成垂直結構。
6.按照權利要求3的矩陣顯示器，其中肖特基二極管包括由金屬層和半導體聚合物材料層構成的層疊。
7.按照權利要求6的矩陣顯示器，其中圖像元素包括半導體聚合物材料的發光層，所述半導體聚合物材料具有與肖特基二極管的半導體聚合物材料大致相同的成分。
8.按照權利要求1的矩陣顯示器，其中所述去耦裝置包括機電開關。
全文摘要
本發明涉及具有多個發光圖像元素的一種無源尋址矩陣顯示器。提供驅動電路，其具有用于選擇像素元素的行的裝置和用于驅動行中的像素的裝置。去耦裝置連接到每個圖像元素，用于防止所述圖像元素在其處于非選擇狀態而另一同時被驅動的圖像元素處于選擇狀態時充電/放電。
文檔編號H01L51/50GK1615505SQ03802211
公開日2005年5月11日 申請日期2003年1月10日 優先權日2002年1月15日
發明者A·塞姆佩爾, A·吉拉爾多 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司