复原非晶硅薄膜晶体管器件 阈值电压漂移的装置 本发明一般涉及关于非晶硅(α—Si：H)薄膜晶体管(TFT)器件的阈值电压漂移复原装置。更具体地说，本发明涉及在诸如数据驱动器和扫描驱动器电路那样的LED显示器中或者在象素开关元件中使用的α—Si：HTFT器件。
因为非晶硅TFT有良好的开关特性，所以它们广泛地用于有源矩阵LCD显示器。然而，阈值电压Vth在工作时漂移，显示出非晶硅的不稳定，象温度和施加电压那样的因素可能在利用LCD显示器期间引起它的特性变化。通过研究发现，阈值电压随时间漂移是由于栅偏压引起的。当器件在越来越高的温度条件下工作时，将加速阈值电压的漂移。
当用图形表示时，阈值电压Vth可以由横座标(TFT的栅电压Vg)与TFT漏电流地平方根沿纵座标的交叉点来限定。在LCD显示器运行中，比Vth大的栅压Vg是提供足以驱动LCD显示器的TFT象素元件的电流所必需的。整个期间的Vth的漂移以及其随着温度增加而加速的现象减少了栅、源之间的有效驱动电压，还减少了源、漏电流Ids，这导致了LCD TFT显示器性能的降低。
因此，在LCD显示器使用期内，保持阈值Vth稳定是很重要和所希望的，因为Vth的漂移使Vg不能正常把开关象素TFT。
例如，如图1所示，当把正40伏直流电压在25℃时加到TFT栅极上约15小时，阈值电压可能漂移6—7伏。如图2所示，在把具有50％占空度的30伏交流脉冲加到TFT栅极大约88小时的情况下，Vth可能漂移大约5伏。阈值电压漂移的方向取决于一给定TFT的栅源间电压的正负号。当把负的直流电压加到TFT栅极一定时间周期时，则产生一负的阈值电压漂移。例如，如图1所示，当把负的20伏电压加到TFT栅极时，Vth漂移大约为负的2.3伏。
通常用于描述Vth漂移ΔVth的方程可以如下所示：
ΔVth＝Aexp(-Ea/KT)(logt)αVgβ其中，A是常数，K是波尔兹曼常数，T是TFT的绝对温度，t是偏压Vg加到TFT栅极的时间。激活能数值Ea，参数α和β是通过实验利用公知的最小二乘方近似法最佳获得的，因为这些参数取决于非晶硅样品和显示器中使用的绝缘体的性质。
上述方程清楚地表示Vth与温度、时间、栅电压之间的依从关系。解释这种现象的理论之一是ΔVth是由于氮化物所俘获的电荷引起的。另一种理论是由非晶硅膜的积累层中产生亚稳的Si悬挂键所引起的。
在TFT—LCD于80℃运行大约10,000小时后，观察到大约4伏的电压漂移。通常，为了保持足够大的驱动电流，在显示器使用期内，要求ΔVth小于2伏。在象投影式TV那样的苛刻应用中，TFT处于恒定的高温状态，ΔVth在较短时期内就变得比较明显。ΔVth会达到相当大的其它应用包括飞机制造业和汽车制造业。
在TFT—LCD显示器运行中，由于α—SiTFT的迁移率低，故需要高的栅电压Vg以便产生足够大的电流来驱动显示器的象素元件或其它元件。Vth的漂移减少了栅源之间的有效驱动电压，从而减少了源漏电流Ids，导致性能降低。因此非常希望在显示器使用期间保持低的Vth。
有几种公知方法可以减少和/或减慢阈值电压Vth的漂移。一种公知方法是采用高温退火减慢阈值电压的偏移，例如，在高温炉中把LCD显示器烘焙一预定时间。然而，在TFT—LCD显示器被装配好后再使它退火，那是不实际的，并且费用昂贵。
控制ΔVth的另一种方法是减少所加的栅电压Vg，因为ΔVth正比于Vg。然而，由于非晶硅TFT的迁移率低，所以要求高的栅电压以便产生足够的电流来驱动其它的元件。所以，低的栅电压将导致于LCD显示器性能的大大降低。
第三种方法采用负偏压使正漂移Vth“返回”。此方法是在不激励TFT的扫描线时把栅压加到扫描线上。该方法为了使Vth的漂移减到最小而需要进行复杂的分析，这是因为对所加的负栅压的幅度和时间间隔有实际的限制。其原因是，对于每一帧，每个扫描线都必需在1/60秒内开启。这使得为了具有适当漂移的Vth值而需要的电路很复杂。
因此，本发明的目的是提供一种装置，用于改良非晶硅TFT—LCD显示器的阈值电压漂移的复原。
本发明的另一个目的是提供一种简单易行的装置，以便减小阈值电压的漂移。
本发明的又一个目的是提供一种装置，用于在TFT—LCD显示器关闭和不被使用的同时复原阈值电压的漂移。
本发明提供一种用于复原薄膜非晶硅晶体管的阈值电压Vth的装置，所述晶体管淀积在一个显示器的衬底上，在使用期间将一个栅压Vg加到各晶体管上而引起Vth随时间而增加，该装置包括：
检测部件，其可操作地与显示器相连接，用于检测何时显示器不在使用；
电压产生部件，其可操作地与所述检测部件相连接，用于在不利用显示器时产生与Vg极性相反的电压Vg′，其中，
仅当显示器不用时，才把所述电压Vg′旋加到显示器晶体管的栅极上面，使Vth随时间减小，从而保持显示器的该次执行中有效的驱动电压。由此，保持对LCD显示器象素元件的有效驱动电压。
结合下列附图将更清楚地理解本发明的这些和其它目的。
图1是TFT阈值电压漂移与所加栅电压的曲线图。
图2是工作88小时后TFT阈值电压漂移的曲线图。
图3是施加负20伏电压16小时后TFT阈值电压复原的曲线图。
图4是本发明用于控制Vth的装置的方框图。
图2表示对一非晶硅体管的栅极加30V交流电，大约经过88小时后，典型的阈值电压漂移情况。由图2可见，在这88小时的使用期间，Vth漂移大约为5伏。
图3是本发明提供的阈值电压复原的曲线图。图3表示在关闭TFT—LCD显示器期间，TFT的栅极加负20伏电压大约16小时后，Vth复原到离初始Vth大约不超出0.9伏，如果在较长时间和/或把较高负电压施加到栅电极上，则可使阈值电压完全复原到初始Vth。
可以根据显示器的用途设计加到TFT器件栅极的负DC电压的幅度和持续时间。
图4公开了本发明的复原电路的方框图。示出了其上淀积了薄膜晶体管1 2的TFT玻璃衬底10。衬底10上还表示出有一个、温度传感器14，最好为热电偶、二极管或者电阻传感器，它可以直接淀积在衬底10上，也可以固定在显示器中，以使该传感器与衬底10相邻接。电压产生电路16连接到TFT12的栅极上。计时器、温度传感器和检测电路18连接到温度传感器14和电压产生电路16上，用于控制电路16的运行。
提供一电路20，用于在使用TFT12时指示检测电路18。电路20包括一正常开启的继电器22和on/OFF开关24。当开启开关24时，使常开继电器22闭合，由此能使检测电路18激励计时器开始检测LCD显示器的使用。也就是说，检测电路18检测继电器22何时开启。于是，电路18使电路16能仅当它检测到LCD显示器处于不工作状态时，把一电压Vg′加到TFT12的栅极上，以便引起Vth在与LCD显示器处于工作状态时由Vg所引起的漂移方向相反的方向漂移。
在利用本发明期间，可以以固定的时间和固定的幅度简单地把电压Vg′施加到非晶硅晶体管12的栅极上面，以便稳定地每当LCD处于关闭状态就使电压阈值的漂移偏移。
本发明的新颖方法需要下列步骤：检测LCD显示器处于关闭状态的时间的步骤；仅仅当显示器处于关态时，把一负偏压加到TFT晶体管的栅极以便复原LCD显示器在工作状态期间产生的阈值电压漂移。该方法还包括下述步骤：在LCD显示器处于关闭状态一预定的时间周期内把恒定值的负电压加到TFT晶体管的栅极上面。
在另一个实施例中，该方法还包括下述步骤：按下述方程式把一负电压加到TFT晶体管的栅极持续一段时间
ΔVth＝Aexp(-Ea/KT)(logt)αVβ
如此，公开了涉及非晶硅TFT器件的关于使阈值电压漂移复原的方法和装置。特别是在把该器件用于数据驱动器和扫描驱动器电路或者象素开关元件中的LCD显示器时。仅当LCD显示器处于关态或者未被使用时，这种新颖的方法和装置利用LCD显示部件中本身产生的负电压信号并把该负电压信号加到非晶硅TFT的栅极上。这种方法和装置将使器件的阈值漂移复原，从而增强了运行能力和延长了显示器的使用寿命。
但是，在更高级的应用方面，为了更精确地计算需要加到晶体12上的电压Vg的幅度和时间，能通过其计算值包括衬底10的温度的电路18来计算LCD显示器处于关态时加于其上的适当电压和所需的时间。上述计算在诸如HD—TV投影等应用中可能是必需的，这种应用中TFT被暴露于相当高的温度下。