專利名稱：包括允許存儲數(shù)據(jù)的像素陣列的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及像素型裝置，例如，液晶顯示器。詳細地說，本發(fā)明涉及其中把存儲能力與像素結構結合在一起的裝置。
已有人提出將存儲器的存儲元件集成到大面積電子器件的結構中。也已認識到引入存儲單元不一定需要增加器件襯底的面積和復雜度。例如，液晶顯示器件通常包括在行和列的交叉點的顯示元件。每個顯示元件包括用來調(diào)制一部分液晶材料兩端的信號的像素電極。像素電極上的信號由驅(qū)動晶體管和(任選的)存儲電容器來控制，并且像素電極所占用的面積比驅(qū)動晶體管/電容器大得多。如果能將像素電極疊置在驅(qū)動晶體管/電容器之上，就有可能在驅(qū)動晶體管鄰近引入其它元件而不改變像素電極的尺寸。
對于其存儲元件與顯示像素相關聯(lián)的有源矩陣液晶顯示器的有源板，已提出各種不同結構。在所有情況下，存儲元件的作用是存儲像素數(shù)據(jù)、使得像素電極不僅可以由集成的存儲元件驅(qū)動而且可以由所加的信號數(shù)據(jù)驅(qū)動。
這種可能性的主要優(yōu)點是可以減少功率消耗。具體地說，傳統(tǒng)顯示器的一個問題是需要將液晶驅(qū)動電壓反相，通常每一幀都要反相。作為60Hz的幀速率的結果，交變極性產(chǎn)生30Hz的信號，從而產(chǎn)生閃爍。為了減少這種閃爍，已知可以將相鄰像素行的像素驅(qū)動信號的極性反轉。但這會導致一種功率消耗較高的驅(qū)動方案。
在EP 0797182中，使用與每個像素相關聯(lián)的存儲元件，由于當像素數(shù)據(jù)不變時不需要重寫每一個像素的數(shù)據(jù)，從而能夠降低功耗。US 5952991也使用與每個像素相關聯(lián)的存儲元件來降低功耗。像素可以有兩種驅(qū)動模式—一種是將信號數(shù)據(jù)加到像素上，一種是將存儲數(shù)據(jù)加到像素上。
US 6140983為每個像素配備多個存儲單元，以便能夠存儲子圖像、使得可以在不重寫所有像素并且在子圖像之間不寫入存儲單元的情況下從顯示器輸出視頻序列。
雖然這些方法對于顯示器性能的不同方面提供了特定的優(yōu)點，但是，在每種情況下存儲能力的潛在優(yōu)點都受到具體像素/存儲單元布局的限制。
本發(fā)明提出一種電子裝置，它包括像素陣列，它設置在襯底上、排列成行和列并且包括像素驅(qū)動電路；多根像素行和列地址線，用來對每個像素尋址，從而將向每個像素提供信號數(shù)據(jù)或從每個像素讀出信號數(shù)據(jù)；存儲單元陣列，它設置在襯底上并且與像素驅(qū)動電路交替地設置，其中設置存儲器地址電路、使得能夠?qū)?shù)據(jù)寫入每個存儲單元并且能夠從每個存儲單元讀出數(shù)據(jù)，與信號數(shù)據(jù)無關。
本發(fā)明將存儲單元與像素驅(qū)動電路交替地設置。但是，每個存儲單元都可獨立于像素數(shù)據(jù)尋址。這樣，存儲單元不直接與像素電連接、也不一定與像素相關聯(lián)。因此，存儲單元并不構成像素電路的一部分，從而可以以靈活的方式使用存儲器。例如，存儲器可以用于一些與裝置的像素驅(qū)動或?qū)ぶ凡恢苯酉嚓P聯(lián)的目的。
最好，使用形成像素電路以及行和列地址線的同樣的工藝步驟來形成存儲單元。
在一個實例中，存儲器地址電路包括多根行和列存儲器地址線，用于對每個存儲單元尋址。在這種情況下，為存儲單元配備完全獨立的地址線。或者，存儲單元可使用像素列地址線與專用的存儲器行地址線相結合。這樣，列地址線可在像素和存儲單元之間共用。這些存儲單元仍可由行和列地址的唯一組合來識別。在這種情況下，在共用的列導線上的信號將被時間交錯、以便區(qū)分像素尋址信號和存儲器尋址信號。
或者，可以為存儲單元配備專用的存儲器列地址線，而像素行地址線用來對存儲單元的行尋址。
每個存儲單元可包括晶體管和電容器，晶體管使電容器可以由電源線充電、否則使電容器與電源線隔離。這提供典型的動態(tài)存儲元件。于是，可以將存儲元件內(nèi)容的刷新結合到電子器件像素的正常循環(huán)操作中。
所述裝置可包括液晶顯示器，其中每個像素包括尋址晶體管和存儲電容器，還有一部分液晶材料。
存儲單元的數(shù)量可以與像素相等，這樣在每個像素附近設置一個存儲單元?；蛘撸鄠€存儲單元與一個像素相關聯(lián)(就位置而論)，這樣存儲單元的數(shù)量是像素數(shù)量的整數(shù)倍。
下面將參考附圖詳細地描述本發(fā)明的實例，附圖中

圖1示出本發(fā)明的一種電子裝置；圖2示出本發(fā)明的電子裝置的第二實例；圖3示出本發(fā)明可應用于其中的液晶顯示器；圖4示出圖2裝置中一個像素區(qū)的像素和存儲單元的電路圖，其中像素包括液晶顯示像素；以及圖5是圖4的像素和存儲單元布局的詳圖。
在所有附圖中同樣元件使用同樣的標號。
圖1示出本發(fā)明的電子裝置10。所述裝置包括設置在共用襯底上并且排列成行和列的像素陣列12。每個像素12具有有效的像素區(qū)14，雖然與每個像素關聯(lián)的電子線路16僅占極小的面積。例如，像素區(qū)14可以由像素電極限定，而像素電子線路16包括將像素電極驅(qū)動到所需電壓的電子元件。每一行像素共用一個共用行地址線18，每一列像素共用一個共用列地址線20。行和列線18，20使信號數(shù)據(jù)能夠被提供給每個像素，或者使每個像素上的信號數(shù)據(jù)能夠被讀出。行驅(qū)動電路19和列驅(qū)動電路21控制著行線和列線上的信號。
在每個像素區(qū)14中，有一個或多個存儲單元22。在圖1所示的實例中，在每個像素區(qū)14中有四個存儲單元22。按照本發(fā)明，設置存儲器地址電路24、26，以便將數(shù)據(jù)寫入每個存儲單元并從每個存儲單元讀出數(shù)據(jù)，而與每個像素所關聯(lián)的信號數(shù)據(jù)無關。
如圖1所示，存儲器地址電路包括行地址電路24和列地址電路26。每個存儲單元22與唯一的行和列存儲器地址線對28，30相關聯(lián)。存儲單元22不形成電路16的一部分，也不直接與像素的電路16相連接。代之以，如果要將存儲單元22的數(shù)據(jù)提供給像素，就需要進行像素和存儲單元二者的行和列驅(qū)動電路之間的通信。
在圖1的實例中，存儲單元22與分開的存儲器地址電路24、16相關聯(lián)。而且，為存儲單元22提供分開的行和列地址線28、30。但是，在像素電路16和存儲單元22之間共用像素的行或列地址線也同樣有可能。
在圖2的實例中，在每個像素區(qū)14設置一個像素電路16和兩個存儲單元22。存儲單元22與像素陣列的列導線20相關聯(lián)，但卻有專用的行導線28。每個存儲單元22仍與唯一的行和列的導線組合相關聯(lián)，但需要的導線總數(shù)減少。在向列地址線20提供信號或從中讀出信號時，與存儲單元22相關聯(lián)信號必須與像素電路16相關聯(lián)的信號在時間上加以分離。在圖2中，像素的行地址電路與存儲單元的行地址電路相結合，形成組合的行驅(qū)動器40。同理，像素的列地址電路與存儲單元的列地址電路相結合，形成組合的列驅(qū)動器42。
圖1和圖2的像素型裝置可以采用各種形式。本質(zhì)上，如果存儲單元可以由類似于像素電路中16所使用的器件來制造，則任何排列成像素陣列的裝置都可從本發(fā)明受益。
例如，像素電路可以包括圖像傳感像素。每個像素的的大區(qū)域14可以有效地包括光電二極管的光接收區(qū)，而電路16包括能將電荷提供給光電二極管或從中取出電荷的開關裝置。或者，所述裝置可包括液晶顯示器。還有其他一些本發(fā)明可以用于其中的大面積像素裝置，但現(xiàn)僅詳細說明液晶顯示器的實例。
圖3示出液晶顯示器，它具有有源板50，有源板50包括襯底51，其上設置有具有關聯(lián)的開關晶體管的像素電極陣列52。提供給像素電極的信號由也設置在襯底上的行和列驅(qū)動電路54控制。在有源板50的上面設置有液晶材料層55。另一襯底56覆蓋在液晶材料層上面。所述另一襯底56的一面上配備有濾色裝置57和限定液晶材料的共用電極64的板(以下結合圖4說明)。還在襯底56的另一面上設置偏振板58。
圖4示出當每個像素附近有兩個存儲單元時(如圖2所示)，位于液晶顯示裝置的一個像素區(qū)中的元件。
每個像素區(qū)包括像素電路16和兩個存儲單元22。像素電路16包括薄膜晶體管60和液晶單元62，二者串聯(lián)在列導線20和共用電極64之間。晶體管60由行導線18上提供的信號接通和斷開。因此行導線18連接到關聯(lián)的像素行的每個晶體管60的柵極上。每個像素還包括存儲電容器66，在本例中所述存儲電容器連接到單獨的電容器電極68上。也有可能將存儲電容器連接到前一個行導線上，這對于本專業(yè)的技術人員來說是顯而易見的。所述電容器存儲驅(qū)動電壓、使得即使在晶體管60斷開之后信號仍可保持在液晶單元62上。
為了將液晶單元62驅(qū)動到所需電壓以獲得所需的灰度，與行導線18上的行地址脈沖同步地在列導線20上提供適當?shù)男盘?。所述行地址脈沖使薄膜晶體管60導通，使列導線20可以將液晶單元62充電到所需電壓，并且將存儲電容器66也充電到同一電壓。在行地址脈沖結束時，晶體管60斷開。存儲電容器66保持液晶單元62兩端的電壓并減小了液晶的漏電效應，而且減小了由液晶單元電容的電壓依賴關系引起的像素電容的百分比變化。
像素區(qū)的每個存儲單元22與不同的行導線28相關聯(lián)，但列導線是共用的。因此每個存儲單元與行和列地址線的唯一組合相關聯(lián)，故可獨立于像素電路16對其進行尋址。
每個存儲單元22包括薄膜晶體管70和存儲電容器72。薄膜晶體管70仍由關聯(lián)的行導線28接通或斷開，這樣列導線20上的信號就能使存儲電容器72充電(或放電)。每個存儲單元的存儲電容器與共用電極73連接，電極73與像素電路的共用電極64可以是同一電極。
可以看出，存儲單元可以由與像素電路16的元件相類似的元件來制造。這使得能夠在不電路之間共用所述結構內(nèi)的各層、使得存儲單元的引入僅對制造過程引入極少的附加復雜性。具體地說，可使用同樣的工藝步驟來形成像素電路和存儲單元。有可能不增加工藝步驟，雖然在某些情況下需要在工藝中引入附加步驟。例如為了簡化存儲單元電路的布局，可以增加一個額外的金屬化層。
在液晶顯示裝置的情況下，本發(fā)明對反射型顯示裝置特別有利。在這種裝置中，像素附近有附加電路不會影響顯示器的光學特性，因為這些電路都在反射像素電極的下面。
圖5示意地示出用來形成圖4電路的各層的可能結構。所述結構淀積在共用襯底上，所述襯底可以在其上表面上面配備有平面化層。在襯底上淀積限定圖5所示區(qū)域80的、已形成圖案的半導體(多晶硅)層。
然后用附加的摻雜步驟來處理半導體層80，以便將摻雜劑注入所述多晶硅區(qū)域中除了將形成半導體晶體管60、70溝道的那些多晶硅區(qū)域之外的區(qū)域。這形成具有足夠用來形成電路中電極的導電率的n-型摻雜半導體區(qū)域。
柵極介質(zhì)層疊加在所述已形成圖案并部分地摻雜的半導體層上，而行電極18、28和電容器上板68、73以共用的金屬化層的形式淀積在柵極介質(zhì)層上。在行導線18、28橫貫未摻雜的半導體圖案的位置形成晶體管60、70。用這種方法形成上柵極晶體管結構(具有未摻雜溝道)。較高導電率的摻雜半導體區(qū)形成下電容器電極。
因此，由形成一個電容器電極的共用電極68和形成電容器的相對電極的摻雜半導體層80之間的柵極介質(zhì)層形成像素電容器66。由共用電極73和存儲單元22的晶體管70的摻雜半導體層80之間的柵極介質(zhì)層形成每個存儲單元電容器72。也可使用多層介質(zhì)層、以便可以為柵極介質(zhì)層并且為電容器介質(zhì)層形成不同的介質(zhì)層厚度。
列導線20疊加到所述結構上，并通過通孔82與每個晶體管的源或漏相接觸。像素電極61疊加到所述結構上(在平面化的絕緣體上)，并通過通孔84與晶體管60相接觸。這樣，圖5所示的結構提供了圖4的電路布局。
也可不對半導體層作選擇性摻雜使其形成電容器電極，而是將DC電壓加到像素上金屬電極上，它足以使下面的硅反轉、從而使下面的硅導電。
通過提供獨立的存儲單元而在存儲單元和像素的布局方面提供更大的靈活性，因為它們僅僅是間接聯(lián)系的。不需要將與某一像素相關聯(lián)的存儲單元設置在所述像素范圍之內(nèi)。
將存儲單元與像素相關聯(lián)以便存儲像素數(shù)據(jù)的現(xiàn)有建議需要轉換電路，以便能夠在存儲單元所存儲的數(shù)字數(shù)據(jù)號和像素的模擬信號數(shù)據(jù)之間進行轉換。這要求將轉換電路結合到像素陣列中。本發(fā)明提出的對存儲單元和像素的分別(獨立)存取不再需要將數(shù)據(jù)轉換電路結合到顯示器的像素之內(nèi)。代之以，可以將所需的任何轉換電路包括在有源矩陣顯示器的列地址電路(即存儲器地址電路/像素地址電路)中，從而增加了顯示器的有源矩陣中(或有源矩陣下面)可以用于存儲單元的區(qū)域。
所述存儲器結構可以用作簡單的幀存儲器，用以保存要在顯示器上顯示的視頻信息。但是，本發(fā)明電路中的存儲單元還可以用來完成除保存與任何特定的顯示器像素相關聯(lián)的視頻信息之外的其他功能。這樣，存儲單元可以用來以各種方式增加顯示器的功能。例如，存儲器可以用來存儲與像素信息無關的信息，例如可以在顯示器上作為附加信息查看的諸如ASCII字符的信息頁面等?；蛘?，存儲器結構可以用來存儲完全與要顯示的信息無關的信息，例如關于顯示器工作的信息，甚至可涉及包含所述顯示器的裝置的其他部分的信息。
存在許多技術可以用來形成所述存儲單元。本質(zhì)上，可以使用形成MOS存儲器所用的傳統(tǒng)技術，雖然將會用薄膜晶體管取代傳統(tǒng)的結晶硅晶體管。甚至可以利用能以受控方式在兩種穩(wěn)定狀態(tài)之間轉換的鐵電或其他材料形成所述存儲單元。使用某些類型的存儲元件可能需要使用附加的電極來驅(qū)動存儲器電路，例如在靜態(tài)RAM型存儲單元情況下的電源。
所述存儲單元可以提供讀寫功能，類似于傳統(tǒng)的SRAM，DRAM或EEPROM存儲器，但所述存儲器也可以作為只讀存儲器、以提供顯示器內(nèi)數(shù)據(jù)的永久存儲。
對于本專業(yè)的技術人員來說，驅(qū)動顯示器中像素的方法以及驅(qū)動存儲單元的方法是眾所周知的，不再詳述。當然，如果在存儲單元和像素電路之間共用行或列地址線，在對顯示像素尋址時，對存儲單元的數(shù)據(jù)讀或?qū)懢托枰跁r間上交錯。
在上述實例中，每個像素電路與兩個或四個存儲單元相關聯(lián)。實際上可以有更多的存儲單元與每個像素相關聯(lián)，視每個像素區(qū)中可用的空間量而定。
具體實例示出像素電路和存儲單元電路之間共用的層、使得像素和存儲單元實際上處在襯底上面的同一平面上。也有可能在襯底上面的不同平面上形成像素電路和存儲單元電路，雖然這會增加制造的復雜程度，但應認為屬于本發(fā)明范圍之內(nèi)。
對于本專業(yè)技術人員，各種修改是顯而易見的。
權利要求
1.一種電子裝置，它包括像素陣列，它形成在襯底上、排列成行和列并包括像素驅(qū)動電路；多根像素行和列地址線，用來對每個像素尋址、從而將信號數(shù)據(jù)提供給每個像素或從每個像素讀出數(shù)據(jù)；以及存儲單元陣列，它設置在所述襯底上，與像素驅(qū)動電路交替，其中設置存儲器地址電路、使得能夠?qū)?shù)據(jù)寫入每個存儲單元并且能夠從每個存儲單元讀出數(shù)據(jù)，與信號數(shù)據(jù)無關。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于所述存儲器地址電路包括多根行和列存儲器地址線，用來對每個存儲單元尋址。
3.如權利要求1所述的裝置，其特征在于所述存儲器地址電路包括多根存儲器行地址線，以及其中利用關聯(lián)的存儲器行地址線和所述像素列地址線之一對每個存儲單元尋址。
4.如權利要求1所述的裝置，其特征在于所述存儲器地址電路包括多根存儲器列地址線，以及其中利用關聯(lián)的存儲器列地址線和所述像素行地址線之一對每個存儲單元尋址。
5.如上述權利要求中任何一項所述的裝置，其特征在于每個存儲單元包括晶體管和電容器，所述晶體管使得可以由共用電源向所述電容器充電、否則使所述電容器與所述共用電源隔離。
6.如上述權利要求中任何一項所述的裝置，其特征在于包括液晶顯示裝置，其中每個像素包括尋址晶體管和存儲電容器，所述尋址晶體管使得可以由共用電源向所述電容器充電、否則使所述電容器與所述共用電源隔離。
7.如上述權利要求中任何一項所述的裝置，其特征在于包括同等數(shù)量的存儲單元和像素。
8.如上述權利要求中任何一項所述的裝置，其特征在于包括許多存儲單元，其數(shù)量是像素數(shù)量的整數(shù)倍，所述整數(shù)等于或大于2。
9.如上述權利要求中任何一項所述的裝置，其特征在于所述存儲器地址電路包括變換電路，用以在信號數(shù)據(jù)和存儲單元數(shù)據(jù)格式之間變換。
全文摘要
一種像素型裝置(10)，例如顯示器具有像素的行和列地址線(18，20)，用來對每個像素尋址，從而對每個像素(12)提供信號數(shù)據(jù)或從每個像素讀出信號數(shù)據(jù)。在襯底上形成與像素驅(qū)動電路(16)交替的存儲單元陣列(22)，其中形成存儲器地址電路(24，26，28，30)、它使得能夠?qū)?shù)據(jù)寫入每個存儲單元并從每個存儲單元(22)讀出數(shù)據(jù)，與信號數(shù)據(jù)無關。因此，每個存儲單元(22)都是可以獨立于像素數(shù)據(jù)而尋址的。這樣，存儲單元不構成像素電路的一部分，從而可以以靈活的方式使用存儲器。例如，存儲器可用于一些與裝置的像素驅(qū)動或?qū)ぶ凡恢苯酉嚓P聯(lián)的目的。
文檔編號G02F1/1362GK1476596SQ02803028
公開日2004年2月18日 申請日期2002年7月25日 優(yōu)先權日2001年7月26日
發(fā)明者M·J·愛德華茲, J·R·A·艾雷斯, A 艾雷斯, M J 愛德華茲 申請人:皇家菲利浦電子有限公司