[发明专利]有源矩阵显示器和电光元件

说明书

本发明涉及有源矩阵显示器的结构，具体地说涉及改善观察屏上显示的图像质量的电路和器件的结构。    

图2示意地表示出一个常规的有源矩阵显示器。图2，虚线包围的区204是一个显示区。在区204中，薄膜晶体管201(图中只示出一个)按行和列排列。图像信号线或数据信号线206与薄膜晶体管201的源极相互连通。选通信号线205(图中只示出了一个)与薄膜晶体管201的栅极相互连通。

现在，我们来看驱动器装置。薄膜晶体管201的作用是转接数据并驱动液晶盒203。用附加电容器202(仅示出了其中的一个)来增大液晶盒的电容，并用于保持图像数据。使用薄膜晶体管201来转接用加在液晶盒两端的电压表示的图像数据。令V_GS是每个薄膜晶体管的栅极电压。令I_D是漏极电流。图3表示V_GS-I_D之间的关系。具体来说，若栅极电压V_GS处在薄膜晶体管的截止区，则漏极电流I_D增加，并称之为截止电流。

对于N沟道薄膜晶体管，通过流过在P型层和N型层间形成的PN结的电流来规定栅极电压V_GS负偏置时流过的截止电流。P型层是在薄膜半导体的表面上形成的。N型层是在源极和漏极区形成的。因为在薄膜晶体管中存在许多陷阱，所以这种PN结是不完整的，因此PN结有产生漏电流的趋势。随着栅极偏置更负，截止电流也随之增加，其理由如下。在薄膜半导体表面上形成的P型层中的载流子浓度增加了，因此减小了PN结中能量位垒的宽度。结果，使电场集中，因而增大了从PN结漏出的电流。

按这种方式产生的截止电流在很大程度上取决于源/漏电压。例如，众所周知，当加在薄膜晶体管的源极和漏极之间的电压增加时，截止电流急骤地增大。即，加10伏电压时的截止电流不仅仅是源极和漏极间加5伏电压时的截止电流的两倍。这种非线性还取决于栅极电压。一般而言，只要加到栅极的反向偏置很大(对于N沟道类型，为一个很大的负压)，这个比例是很大的。

为了解决这个问题，提出了一种多栅极方法，如在日本专利出版物No.44195/1993和No.44196/1993所述。按此方法，薄膜晶体管是串联连接的。这种方法旨在通过减小加在每个薄膜晶体管的源极和漏极之间的电压来减小每个薄膜晶体管的截止电流。如，两个薄膜晶体管如图2(b)所示串联连接，加在每个薄膜二极管的源极和漏极之间的电压减半。由于上述的原理，这将使截止电流减小10倍，甚至100倍。

TFT(薄膜晶体管)、源极接线、以及栅极接线都是在一个有源矩阵电路中形成的，这些元件阻碍光的透射。可用来显示图像的区域的面积与整个面积的比(孔径比)很小。孔径比的典型数值是30-60％。特别是在包括有源矩阵电路的用强光背照明的背照明显示器件中，若孔径比很小，则入射光的大部分都被TFT和液晶材料吸收，因此使TFT和液晶材料发热。结果使它们的特性变坏。

但由于对在液晶显示器上显示的图像的特性的要求较为严格，因此通过上述多栅极方法将截止电流减小到要求的数量是比较困难的。具体而论，如果将栅极的数目(或者，薄膜晶体管的数目)增至3、4和5个时，则加在每个TFT的源极和漏极间的电压就相应减小到1/3、1/4、和1/5。按这种方式减小电压不会很迅速。因此，若将源极和漏极间的电压减小100倍，则需要高达100个栅极。这就是说，按这种方法，在栅极数量2时的优点是最明显的。

鉴于上述问题，特提出本发明。    

本发明的一个目的是提供一种象素电路，该电路将加在与象素电极相连的每个TFT(薄膜晶体管)的源极和漏极之间的电压降低到小于在正常情况下获得的电平的1/10左右，并且最好为1/100左右，从而减小了截止电流。这个象素电极的特征在于：用于上述目的的TFT的数目得以充分减小。TFT的数目最好小于5，小于3则更好。

本发明的另一目的是提供包括TFT的有源矩阵显示器，它能在不降低孔径比的情况下防止TFT受到光的照射。

用图2(C)来说明本发明构思所依据的理论，其中的TFT221和222是串联连接的。电容器223插在TFT221和222之间，以降低TFT222(尤其是位于象素电极一侧的TFT222)的源极和漏极之间产生的电压。这样就降低了TFT222的截止电流。图中所示的电容器224并非总是必要的。相反，电容器224增加了写入期间的负荷。因此，如果象素盒225的电容和电容器223的电容之比适当，则可望省去电容器224。