半导体基板及其驱动方法、半导体显示装置与流程

本公开的实施例涉及一种半导体基板及其驱动方法、半导体显示装置。

背景技术：

1、在半导体技术领域，半导体材料常被制作在基板上以构成半导体基板，半导体基板可以是显示面板或发光面板等。在半导体基板上，设置有半导体晶体管，半导体晶体管采用半导体材料制作且可以具有开启和截止两种状态，并且，在开启状态下还可以具有不同的开启程度。半导体基板常作为显示面板应用到显示装置中。

2、有机发光二极管(organic light-emitting diode，oled)显示装置由于具有视角宽、对比度高、响应速度快以及相比于无机发光显示器件更高的发光亮度、更低的驱动电压等优势而逐渐受到人们的广泛关注。由于上述特点，有机发光二极管(oled)可以适用于手机、显示器、笔记本电脑、数码相机、仪器仪表等具有显示功能的装置。

3、oled显示装置中的像素电路一般采用矩阵驱动方式，根据每个像素单元中是否引入开关元器件分为有源矩阵(active matrix，am)驱动和无源矩阵(passive matrix，pm)驱动。例如，开关元器件可以为半导体晶体管(例如薄膜晶体管等)。

4、pmoled虽然工艺简单、成本较低，但因存在交叉串扰、高功耗、低寿命等缺点，不能满足高分辨率大尺寸显示的需求。相比之下，amoled在每一个像素的像素电路中都集成了一组薄膜晶体管和存储电容，通过对薄膜晶体管和存储电容的驱动控制，实现对流过oled的电流的控制，从而使oled根据需要发光。相比pmoled，amoled所需驱动电流小、功耗低、寿命更长，可以满足高分辨率多灰度的大尺寸显示需求。同时，amoled在可视角度、色彩的还原、功耗以及响应时间等方面具有明显的优势，适用于高信息含量、高分辨率的显示装置。

技术实现思路

1、本公开至少一个实施例提供一种半导体基板，包括阵列基板，其中，所述阵列基板包括多个阵列排布的像素单元，每个像素单元包括像素电路和发光元件；所述像素电路包括驱动电路、数据写入电路、存储电路、感测电路和保护电路；所述驱动电路包括控制端、第一端和第二端，且配置为控制驱动所述发光元件发光的驱动电流，所述驱动电路的第一端接收第一电压端的第一电压；所述数据写入电路与所述驱动电路的控制端连接，且配置为响应于第一扫描信号将数据信号写入所述驱动电路的控制端；所述存储电路的第一端与所述驱动电路的控制端连接，所述存储电路的第二端与所述驱动电路的第二端连接，所述存储电路配置为存储所述数据写入电路写入的所述数据信号；所述感测电路与所述驱动电路的第二端连接，且配置为响应于第二扫描信号将所述驱动电路的第二端与感测信号线连接；所述保护电路包括控制端、第一端和第二端，所述保护电路的第一端与所述驱动电路的第一端连接，所述保护电路的控制端和所述保护电路的第二端均与所述驱动电路的第二端连接，所述保护电路配置为阻止所述感测电路产生的静电流动至所述发光元件，并且与所述驱动电路共同提供所述驱动电流；所述发光元件的第一端与所述驱动电路的第二端连接，所述发光元件的第二端接收第二电压端的第二电压，所述发光元件配置为根据所述驱动电流发光。

2、例如，在本公开一实施例提供的半导体基板中，所述驱动电路包括第一晶体管；所述第一晶体管的栅极作为所述驱动电路的控制端，所述第一晶体管的第一极作为所述驱动电路的第一端，所述第一晶体管的第二极作为所述驱动电路的第二端。

3、例如，在本公开一实施例提供的半导体基板中，所述保护电路包括第二晶体管；所述第二晶体管的栅极作为所述保护电路的控制端，所述第二晶体管的第一极作为所述保护电路的第一端，所述第二晶体管的第二极作为所述保护电路的第二端；所述第二晶体管的第一极与所述第一晶体管的第一极连接；所述第二晶体管的栅极与所述第二晶体管的第二极连接，且连接至所述第一晶体管的第二极。

4、例如，在本公开一实施例提供的半导体基板中，所述第二晶体管构成二极管连接方式。

5、例如，在本公开一实施例提供的半导体基板中，所述第一晶体管与所述第二晶体管均为n型薄膜晶体管或者均为p型薄膜晶体管。

6、例如，在本公开一实施例提供的半导体基板中，所述数据写入电路包括第三晶体管；所述第三晶体管的栅极与第一扫描线连接以接收所述第一扫描信号，所述第三晶体管的第一极与数据线连接以接收所述数据信号，所述第三晶体管的第二极与所述驱动电路的控制端连接。

7、例如，在本公开一实施例提供的半导体基板中，所述感测电路包括第四晶体管；所述第四晶体管的栅极与第二扫描线连接以接收所述第二扫描信号，所述第四晶体管的第一极与所述驱动电路的第二端连接，所述第四晶体管的第二极与所述感测信号线连接。

8、例如，在本公开一实施例提供的半导体基板中，所述存储电路包括存储电容；所述存储电容的第一极作为所述存储电路的第一端，所述存储电容的第二极作为所述存储电路的第二端。

9、例如，在本公开一实施例提供的半导体基板中，所述发光元件包括有机发光二极管，所述有机发光二极管的阳极作为所述发光元件的第一端，所述有机发光二极管的阴极作为所述发光元件的第二端。

10、例如，本公开一实施例提供的半导体基板还包括复位电路，其中，所述复位电路与所述驱动电路的控制端连接，且配置为响应于复位信号将复位电压施加至所述驱动电路的控制端。

11、例如，在本公开一实施例提供的半导体基板中，所述复位电路包括第五晶体管；所述第五晶体管的栅极与复位信号线连接以接收所述复位信号，所述第五晶体管的第一极与所述驱动电路的控制端连接，所述第五晶体管的第二极与复位电压端连接以接收所述复位电压。

12、例如，在本公开一实施例提供的半导体基板中，所述复位电压端与所述第二电压端为同一个电压端，所述复位电压与所述第二电压为同一个电压信号。

13、例如，在本公开一实施例提供的半导体基板中，所述第一晶体管的沟道宽长比的范围是12.6:6至16.2:6。

14、例如，在本公开一实施例提供的半导体基板中，所述阵列基板包括衬底基板、缓冲层、栅绝缘层；所述第一晶体管包括有源层；所述缓冲层设置在所述衬底基板上，所述有源层设置在所述缓冲层上，所述栅绝缘层设置在所述缓冲层上且覆盖所述有源层，所述第一晶体管的栅极设置在所述栅绝缘层上。

15、例如，在本公开一实施例提供的半导体基板中，所述阵列基板还包括层间绝缘层；所述层间绝缘层设置在所述栅绝缘层上且覆盖所述第一晶体管的栅极，所述第一晶体管的第一极和所述第一晶体管的第二极设置在所述层间绝缘层上。

16、例如，在本公开一实施例提供的半导体基板中，所述第一晶体管的第一极和所述第一晶体管的第二极设置在所述栅绝缘层上，所述第一晶体管的第一极、所述第一晶体管的第二极、所述第一晶体管的栅极位于同一层。

17、例如，在本公开一实施例提供的半导体基板中，所述第一晶体管的第一极通过至少贯穿所述栅绝缘层的第一过孔与所述有源层连接，所述第一晶体管的第二极通过至少贯穿所述栅绝缘层的第二过孔与所述有源层连接。

18、例如，在本公开一实施例提供的半导体基板中，所述有源层包括至少一个开槽区，所述开槽区是在垂直于所述衬底基板的方向上贯通所述有源层的孔。

19、例如，在本公开一实施例提供的半导体基板中，所述至少一个开槽区包括第一开槽区和第二开槽区，所述第一开槽区与所述第一过孔相邻，所述第二开槽区与所述第二过孔相邻。

20、例如，在本公开一实施例提供的半导体基板中，所述第一过孔暴露所述有源层的一部分，并且通过所述第一开槽区暴露所述缓冲层的一部分；和/或所述第二过孔暴露所述有源层的一部分，并且通过所述第二开槽区暴露所述缓冲层的一部分。

21、例如，在本公开一实施例提供的半导体基板中，所述第一开槽区和所述第二开槽区的形状均为矩形。

22、例如，在本公开一实施例提供的半导体基板中，所述第一开槽区的尺寸与所述第二开槽区的尺寸相同。

23、例如，在本公开一实施例提供的半导体基板中，所述至少一个开槽区为一个开槽区，所述第一晶体管的第一极和所述第一晶体管的第二极中的一个为所述第一晶体管的源极，所述第一过孔和所述第二过孔中与所述第一晶体管的源极相邻的过孔为目标过孔，所述开槽区与所述目标过孔相邻。

24、例如，在本公开一实施例提供的半导体基板中，所述目标过孔暴露所述有源层的一部分，并且通过所述开槽区暴露所述缓冲层的一部分。

25、例如，在本公开一实施例提供的半导体基板中，所述开槽区的形状为矩形。

26、例如，在本公开一实施例提供的半导体基板中，所述有源层的参照宽度为wd，所述开槽区的宽度为wvia，所述有源层在所述开槽区的位置上的有效宽度为w1，所述有源层在未开槽的部位的有效宽度为w2，w2＝wd，w1＝wd-wvia；所述有源层的参照长度为ld，所述开槽区的长度为l1，所述有源层在未开槽的部位的有效长度为l2，ld＝l1+l2。

27、例如，在本公开一实施例提供的半导体基板中，所述第一晶体管的预设沟道电流表示为i1，所述第一晶体管的挖槽沟道电流表示为i2，

28、例如，在本公开一实施例提供的半导体基板中，i2/i1的数值范围为1～1.5。

29、例如，在本公开一实施例提供的半导体基板中，所述阵列基板还包括遮光层，所述遮光层设置在所述衬底基板上，所述缓冲层设置在所述衬底基板上且覆盖所述遮光层，所述遮光层的材料为金属，所述遮光层的至少部分复用为所述第二晶体管的栅极。

30、例如，在本公开一实施例提供的半导体基板中，所述第一晶体管的第一极复用为所述第二晶体管的第一极，所述第一晶体管的第二极复用为所述第二晶体管的第二极；所述第二晶体管的第二极通过至少贯穿所述缓冲层、所述栅绝缘层的第三过孔与所述遮光层连接。

31、例如，在本公开一实施例提供的半导体基板中，所述第二晶体管的沟道宽度为w3，所述第二晶体管的沟道长度为l3，所述缓冲层的厚度为dbuf，所述栅绝缘层的厚度为dgi；所述第二晶体管的沟道电流为ie，所述第一晶体管的初始沟道电流为id，所述第一晶体管的初始沟道电流id等于所述第一晶体管的挖槽沟道电流i2；

32、例如，在本公开一实施例提供的半导体基板中，id/ie的数值范围为0.5～1。

33、例如，在本公开一实施例提供的半导体基板中，所述第三过孔具有彼此相对的第一侧壁和第二侧壁，所述第一侧壁靠近所述有源层，所述第二侧壁远离所述有源层，所述第一侧壁的坡度与所述第二侧壁的坡度不同。

34、例如，在本公开一实施例提供的半导体基板中，所述第一侧壁的坡度大于所述第二侧壁的坡度。

35、例如，在本公开一实施例提供的半导体基板中，所述阵列基板还包括栅金属层和钝化层；所述栅金属层设置在所述栅绝缘层上，所述第一晶体管的栅极、所述第一晶体管的第一极、所述第一晶体管的第二极均位于所述栅金属层，所述钝化层设置在所述栅金属层上；所述发光元件的第一端为阳极，所述阳极通过贯穿所述钝化层的第四过孔与位于所述栅金属层的转接部连接，所述转接部通过所述第三过孔与所述遮光层和所述第一晶体管的第二极连接。

36、例如，在本公开一实施例提供的半导体基板中，所述第四过孔与所述第三过孔彼此靠近的边缘之间的距离为das，所述第三过孔在所述栅金属层所在平面的孔径为ds，

37、例如，在本公开一实施例提供的半导体基板中，das＝ds。

38、例如，在本公开一实施例提供的半导体基板中，所述第一晶体管的第二极的远离所述第三过孔的边缘与所述第一晶体管的第二极的靠近所述第三过孔的边缘之间的距离为dgs，所述第三过孔在所述栅金属层所在平面的孔径为ds，

39、例如，在本公开一实施例提供的半导体基板中，dgs＝ds。

40、例如，在本公开一实施例提供的半导体基板中，所述阵列基板还包括数据线，所述数据线用于传输所述数据信号，所述数据线设置在所述层间绝缘层上，所述数据线与所述第一晶体管的第一极和所述第一晶体管的第二极位于同一层。

41、例如，在本公开一实施例提供的半导体基板中，所述阵列基板还包括数据线，所述数据线用于传输所述数据信号，所述数据线设置在所述栅绝缘层上，所述数据线与所述第一晶体管的栅极、所述第一晶体管的第一极、所述第一晶体管的第二极位于同一层。

42、例如，在本公开一实施例提供的半导体基板中，所述第三晶体管、所述第四晶体管、所述第一扫描线、所述第二扫描线位于所述第一晶体管的同一侧。

43、例如，在本公开一实施例提供的半导体基板中，所述有源层中被所述第一过孔和/或所述第二过孔暴露的部分为通过等离子体掺杂形成的导体化区域。

44、例如，在本公开一实施例提供的半导体基板中，所述第一晶体管的第一极和所述第一晶体管的第二极中的一个为所述第一晶体管的漏极，所述第一过孔和所述第二过孔中与所述第一晶体管的漏极相邻的过孔与所述第三过孔为同一个过孔，所述第一晶体管的漏极通过所述第三过孔与所述有源层暴露的部分、所述遮光层暴露的部分均连接。

45、例如，在本公开一实施例提供的半导体基板中，所述阵列基板还包括钝化层和平坦化层；所述第一晶体管的第一极和所述第一晶体管的第二极中的一个为所述第一晶体管的漏极；所述钝化层和所述平坦化层依序层叠设置，并且位于所述第一晶体管的漏极之上；所述钝化层和所述平坦化层中具有第五过孔，所述第五过孔暴露所述第一晶体管的漏极。

46、例如，在本公开一实施例提供的半导体基板中，所述第五过孔包括位于所述钝化层与所述平坦化层的交界面的台阶，所述台阶的宽度小于或等于1μm。

47、例如，在本公开一实施例提供的半导体基板中，所述阵列基板还包括遮光层，所述遮光层设置在所述衬底基板上，所述缓冲层设置在所述衬底基板上且覆盖所述遮光层，所述遮光层的材料为金属，所述遮光层复用为所述第二晶体管的栅极；所述第五过孔在垂直于所述衬底基板的方向上的正投影与所述遮光层中复用为所述第二晶体管的栅极的部分在垂直于所述衬底基板的方向上的正投影至少部分交叠。

48、例如，在本公开一实施例提供的半导体基板中，所述感测电路包括第四晶体管，所述第四晶体管的栅极与第二扫描线连接以接收所述第二扫描信号，所述第四晶体管的第一极与所述驱动电路的第二端连接，所述第四晶体管的第二极与所述感测信号线连接；所述遮光层还复用为所述第四晶体管的栅极，并且复用为所述第一电压端；所述遮光层为双层金属结构。

49、本公开至少一个实施例还提供一种半导体显示装置，包括本公开任一实施例所述的半导体基板。

50、本公开至少一个实施例还提供一种用于本公开任一实施例所述的半导体基板的驱动方法，包括：在显示阶段，使所述驱动电路和所述保护电路共同提供所述驱动电流，以驱动所述发光元件发光；在感测阶段，使所述感测电路开启以将所述驱动电路的第二端与所述感测信号线连接，并且利用所述保护电路阻止所述感测电路产生的静电流动至所述发光元件。