[发明专利]用于提高MOTFT中的稳定性的驱动方法

说明书

技术领域

本发明总体涉及MOTFT中的稳定性，并且更具体地，涉及用于提高MOTFT中的稳定性的驱动方法。

背景技术

金属氧化物薄膜晶体管（MOTFT）在各种装置中被使用，但主要在并入到显示器中的有源矩阵的有源电路中。MOTFT的稳定性（即，MOTFT接通或断开的阈值电压）在由MOTFT执行的许多操作中是关键的。参见例如在2010年10月29日提交的、序号为12/915,712、题为“Metal Oxide TFT with Improved Stability（具有改进的稳定性的金属氧化物TFT）”的同时待审美国专利申请中关于TFT中的正阈值电压漂移的讨论，上述专利申请通过引用被并入本文。

MOTFT的稳定性受到金属氧化物的抗氧化和抗还原的控制。MOTFT在正偏置下的不稳定性是由于易于氧化。MOTFT在负偏置下的不稳定性是由于易于还原。由于氧化是还原的逆向操作，所以抗氧化与抗还原相反。正偏置下的稳定性（抗氧化）通常以牺牲负偏置下的稳定性（抗还原）为代价，并且反之亦然。

难以提供在正偏置和负偏置两者下均稳定的金属氧化物。为了实现在正偏置下稳定的MOTFT（尤其是具有大能隙的那些），TFT沟道必须是抗氧化的。另一方面，为了实现在负偏置稳定的MOTFT，TFT沟道必须是抗还原的。一个重要挑战是提供对于正负偏置均稳定的MOTFT。

因为金属氧化物的离子属性，所以MOTFT的稳定性在平衡的AC驱动条件下比在DC驱动条件下更好。能够在平衡的AC条件下驱动MOTFT是有利的。

在负偏置下，在MOTFT中的还原过程相对慢并且会受到脉冲偏置的阻挠。在短于例如大约20毫秒的周期内，通过施加正偏置持续短时间以阻挠还原过程，能够消除负偏置或甚至使负偏置反向。已经观察到，例如，通过以50%占空比消除负偏置（例如，恢复到零偏置），稳定性大大提高。当脉冲周期短于20毫秒时，例如，已经观察到，阈值电压稳定性能够被维持更小的占空比，甚至短至周期的1%。这与在共价半导体中，诸如由a-Si或LTPS形成的TFT中产生的那些器件形成强烈对比。另一方面，在MOTFT的稳定性上，脉冲正偏置移除的效应不太显著。

在MOTFT的主要用途或使用兴趣方面，晶体管能够被用作简单的晶体管开关或用作驱动器晶体管。在LCD或EPD应用中，例如，MOTFT被用作开关（如图1所示）。开关晶体管（在正偏置下）被接通持续短时间，并且在休眠时间（在负偏置下）被断开。占空比小于1%并且能够更少。在该应用中，MOTFT开关晶体管需要在大多数负偏置下的稳定性。

对于OLED应用，需要额外的驱动晶体管来将电流传送至OLED二极管（图2所示）。驱动晶体管的特征在于，电流在大多数时间对应于像素的亮度流动。在该应用中，MOTFT大多数时间在正偏置下。MOTFT驱动晶体管在该应用中需要在正偏置下的稳定性。

此外，如在图2中能够看到的，对于OLED应用，还使用MOTFT开关晶体管。开关晶体管（在正偏置下）被接通持续短时间并且在休眠时间（在负偏置下）被断开。为了驱动晶体管的稳定性，MOTFT驱动器被优化，这是更关键的，因为驱动晶体管的模拟属性。如上文所解释的，MOTFT在负偏置条件下的稳定性受损。因此，对于具有为驱动功能被优化的MOTFT的OLED驱动应用，负偏置开关晶体管可能变得有问题。

对于新一代的LCD，需要高迁移率MOTFT背板。为了实现高迁移率，金属氧化物应具有高的自由电子密度并且应当是抗氧化的（氧化作用减少自由电子）。因此，高迁移率MOTFT在负偏置下趋向于不太稳定。此外，随着在显示器中的扫描线的数量的增加，负偏置消除的占空比变小，使得开关晶体管几乎总是在负偏置下。

在典型的视频显示应用中，开关晶体管已经在脉冲偏置操作下，也就是，在每个帧中负偏置被移除（转变到正偏置）持续短的持续时间。负偏置消除的持续时间是帧时间（由每秒的帧数确定）除以扫描线的数量。负偏置消除的占空比是扫描线的数量的倒数。例如，在1000条扫描线显示器中，占空比是0.1%。这样的低占空比对于在MOTFT中提供期望的稳定性可能是不充分的。即，在普通开关/驱动条件下的自然负偏置可能未提供使开关晶体管稳定的足够的负偏置消除。通过提供独立于扫描线的数量的负偏置消除时间，来提供帮助制造更加稳定的开关晶体管的新的驱动方法和设备将是有利的。

因此，本发明的一个目的是为显示器提供新的且改进的驱动方法。

发明内容