用於液晶顯示器的有源矩陣的製作方法
2023-12-10 01:24:36 1
專利名稱：用於液晶顯示器的有源矩陣的製作方法
技術領域：
本發明涉及有源矩陣液晶顯示器，並更具體地涉及帶有矩陣元素的冗餘的液晶顯示器。
對用於電視、視頻及計算設備的液晶顯示器(LCD)的需求已大大增加。對於高的圖象質量，一般通過提供顯示器的矩陣元素的冗餘，獲得有源矩陣LCD的高操作可靠性。
具有在絕緣襯底上形成彼此正交的n行和m列矩陣的多個圖象元素的有源矩陣LCD，已是已知的。參見諸如公開的日本專利申請N60-192369，H01L29/78。參見
圖1，矩陣中的各圖象元素包括顯示電極3和諸如開關薄膜電晶體「TFT」4的開關元件。
更具體地，有源矩陣LCD包括多個地址線1-1、1-2、1-3、…，各地址線對應於相應的一行圖象元素;有源矩陣LCD還包括多個與地址線正交的數據線2-1、2-2、2-3、…、2-m，各數據線對應於相應的一列圖象元素。
各圖象元素的顯示電極3通過TFT4與相應的地址和數據線相連。掃描信號被加到地址線上;視頻信號被加到數據線上。各TFT4的柵極G與相應的地址線相連;漏極D連到相應的數據線;源極S連到顯示電極3。
這種有源矩陣LCD有其缺點，成了低的操作可靠性，即雖然有缺陷的開關電晶體僅造成包含此缺陷電晶體的圖象元素失效，但是地址或數據線中出現的缺陷(如斷線)將使連到此缺陷地址或數據線的所有圖象元素失效。
已進行了努力以克服為種缺陷。參見諸如Demanddebrevetd′invention，N2582431.GO9F3/20(發明專利申請)。在這種努力中，有源矩陣LCD提供了矩陣元素的冗餘。參見圖2，各圖象元素在包括兩個開關元件，即鄰接顯示電極3且位於其相對兩側的第一和第二開關TFT4和5。
在這種構造中，顯示電極3經兩個開關元件連到兩組地址和數據線。第一TFT4連在顯示電極3和第一組地址和數據線(即分別為1-1和2-m)之間，而第二TFT5連在顯示電極3和第二組地址和數據線(即分別為1-2和2-(m+1))之間。
在這種有源矩陣LCD結構中，若圖象元素的TFT4和5中的任一個發生故障，它將不會造成圖象的失效，因為信號仍可經其餘的、未出故障的TFT被提供到顯示電極。另外，可藉助雷射束、機械加工或化學侵蝕從矩陣中除去出故障的TFT。還有，若鄰近圖象元素的兩個地址線中的任一個出了故障，圖象元素的操作將不會出故障，因為掃描(或地址)信號仍可經其餘的無故障地址線而被提供給顯示電極。然而，上述有效源矩陣LCD的缺點，在於若數據線中的任一個出了故障，與此出故障的數據線相連的所有圖象元素的操作都將出故障，因為沒有替代通路來傳送本應經出故障的數據線提供給顯示電極的視頻信號。
參見圖2，假設掃描信號被加到第一地址線1-1上，且在此時間中顯示電極3經TFT4連到第一數據線2-m。隨後，顯示電極3將被充電到加到第一數據線2-m的視頻信號的電壓。另外，假設另一掃描信號隨後被加到第二地址線1-2，且在此時間中顯示電極經TFT5與出故障的第二數據線2-(m+1)相連。則顯示電極3將被放電至出故障的第二數據線2-(m+1)的電壓(即可是浮動的)。因此，由於出故障的第二數據線處的電壓可是浮動的(即不穩定的)，與出故障的第二數據線相連的所有圖象元素的操作都將變得不可控制。
數據線出故障，可以是由於數據線與向該數據線提供視頻信號的驅動電路間的電接觸不良而引起的。驅動電路的輸出元件的缺陷，也會造成數據線出故障。這些故障會使數據線上的視頻信號消失。由於數據線的故障性質可能是不可預測的，當顯示電極3與出故障的數據線相連時，與其相連的所有圖象元素的操作都會變得不可控制，並在某些情況下使顯示電極接地。
另外，在上述有源矩陣中，由於第二開關TFT5可沿兩個相反的方向(即正向和反向)傳導電流，顯示電極3經TFT5不僅能充電而且還能放電。換言之，顯示電極3可經TFT5放電至出故障的數據線的電壓。
本發明的目的，是克服上述缺點，以得到高度的操作可靠性。
根據本發明的一個實施例，並且如在此概略地限定的，用於液晶顯示器的有源矩陣，有多個圖象元素、多個地址線、及多個與地址線正交的數據線。每個圖象元素包括至少一個顯示電極;第一開關裝置，它耦合在顯示電極和第一條相應的地址線及第一條相應的數據線之間;第二開關裝置，它耦合在顯示電極和第二條相應的地址線和第二條相應的數據線之間，第二開關裝置包括用於在一旦第二條相應的數據線出故障時便阻止顯示電極放電的裝置。
根據本發明的另一實施例，用於液晶顯示器的有源矩陣的各圖象元素均包括彼此間隔的第一和第二顯示電極;耦合在第一顯示電極和第一條相應的地址線之間的第一開關裝置;耦合在第二顯示電極和第一條相應的地址線之間的第二開關裝置;耦合在第一顯示電極和第二條相應的地址線及相應的一條數據線之間的第三開關裝置;耦合在第二顯示電極和第二條相應的地址線及相應的數據線之間的第四開關裝置，第三和第四開關裝置中的至少一個包括用於在相應的數據線出故障時阻止顯示電極放電的裝置。
根據本發明的另一實施例，用於液晶顯示器的有源矩陣的各個圖象元素包括彼此間隔的第一和第二顯示電極;耦合在第一顯示電極和第一條相應的地址線及第一條相應的數據線之間的第一開關裝置;耦合在第二顯示電極和第一條相應的地址線及第一條相應的數據線之間的第二開關裝置;耦合在第一顯示電極和第二條相應的地址線及第二條相應的數據線之間的第三開關裝置;耦合在第二顯示電極和第二條相應的地址線及第二條相應的數據線之間的第四開關裝置，第三和第四開關裝置中的至少一個包括用於在第二條相應的數據線出故障時阻止顯示電極放電的裝置。
本發明的目的和優點，一部分將在以下描述中給出，一部分將從該描述中顯而易見，或可從實施本發明中獲得。本發明的目的和優點，將藉助在所附權利要求書中具體指出的元件和組合，而得到實現。
包含在本說明書中並構成本說明書的一部分的附圖，顯示了本發明的實施例，並與說明書一起說明了本發明原則。
圖1是已知的有源矩陣LCD的電路。
圖2是另一種已知的有源矩陣LCD的電路。
圖3是發明第一實施例的、用於有源矩陣LCD的電路。
圖4是圖3的有源矩陣LCD的更詳細說明。
圖5是與圖4的有源矩陣LCD相關的時序圖。
圖6是圖4的有源矩陣LCD的一部分的平視圖。
圖7是沿圖6的A-A′線取的剖視圖。
圖8是根據本發明第二實施例的用於彩色有源矩陣LCD的電路。
圖9是圖8的彩色有源矩陣LCD的一個變形。
下面將詳細描述本發明的最佳實施例，其例子示於附圖。在可能時，在所有圖中將用相同的標號表示相同或類似的部件。
如以上結合圖2所示，在傳統有源矩陣LCD電路中任何數據線的故障，將使經第二開關TFT5與該故障數據線相連的所有圖象元素的操作失靈。在傳統電路中，在掃描或地址信號經第二TFT5被加到顯示電極3上的期間，若鄰接圖象元素的第二數據線(即2-(m+1))出現故障，則由於第二TFT5可沿充電和故電方向傳導電流，顯示電極3將被放電至出故障的第二數據線的電壓，使圖象元素的操作不可控制。
本發明克服了這個問題。例如，發明的第一實施例並參見圖3，矩陣象在圖2的矩陣中那樣提供了第二開關元件5′。然而，圖3的開關元件5′包括只沿一個方向傳導電流的電子開關裝置。因此，當顯示電極3通過開關元件5′耦合到第二數據線2-(m+1)時，若第二數據數據線2-(m+1)的電壓高於顯示電極3的電壓，顯示電極3被充電到第二線2-(m+1)的電壓。然而，若第二數據線2-(m+1)出了故障，即第二數據線2-(m+1)的電壓變得低於顯示電極3的電壓，由於開關元件5′的電子開關裝置不允許沿放電方向的電流傳導，所以顯示電極3不會被放電到第二數據線的電壓。
換言之，即使當第二數據線2-(m+1)出了故障時，由於開關元件5′僅沿一個方向傳導電流，所以顯示電極3將不會放電至出故障的數據線的電壓。結果，即使第二數據線2-(m+1)出了故障，也在顯示電極3維持了從第一數據線2-m經第一開關TFT4提供的電壓。以此方式，即使在圖象元素的第二開關元件5′與出故障的第二數據線2-(m+1)相連時，也保證了該圖象元素的正常運行。
圖4顯示了圖3電路的變形，其中圖3的第二開關元件5′在這裡最好包括MIS(金屬絕緣半導體)5″和二極體6。二極體6可以被歸入上述電子裝置。另外，每條數據線最好經過二極體7(或電阻)及線8而與具有電壓Un的公用LCD電極相連(或以其為終端)。電壓Un最好等於地電壓，或等於或小於數據線上的視頻信號的最小電壓電平。
圖4的二極體6和MIS5″一同構成圖3的第二開關元件5′。二極體6的極性，使顯示電極3可經第二開關元件5′而被充電到第二數據線2-(m+1)的電壓，但在視頻信號因線中的缺陷而從第二數據母線2-(m+1)中失去時，卻不能經第二開關元件5′而被放電至第二數據線2-(m+1)的電壓。換言之，當第二數據線2-(m+1)出故障時，第二數據線提供了足夠的電壓使二極體僅沿充電方向傳導電流，即反向偏置二極體，從而阻止顯示電極3經MIS5″和二極體6而放電至出故障的第二數據線2-(m+1)的浮動電壓。這裡所用的二極體6最好包括肖特基二極體或其柵極和漏極彼此相連的電晶體。
參見圖5，Ug表示加到與一圖象元素相鄰的第一和第二地址線1-1和1-2的掃描(或地址)信號。Ud表示加到與同一圖象元素相鄰的第一和第二數據線2-m和2-(m+1)上的視頻信號。U1表示當鄰近顯示電極3的第一和第二數據線2-m和2-(m+1)運行(即沒出故障)時，本發明的矩陣的同一圖象元素的顯示電極3處的電壓，該顯示電極3與第一和第二地址線1-1和1-2及第一和第二數據線2-m和2-(m+1)相耦合;U2表示當第一數據線2-m出故障時同一顯示電極3的電壓;U3是當第二數據線2-(m+1)出故障時同一顯示電極的電壓。為比較起見，U4表示當第二數據線2-(m+1)出故障時圖2(它沒有二開關裝置中的二極體)的傳統有源矩陣的顯示電極的電壓。
各地址信號Ug有一脈衝，後者具有正極性的幅度U2m和相等的寬度t，並有時間周期T，其中t＝T/n(n是矩陣中圖象元素的行數)。例如，在第一時間周期T的時間t1中，這種地址信號的脈衝被加到第一地址線1-1上，且隨後在第二時間周期T的時間t3中，同一脈衝被加到同一地址線上。類似地，在第一時間周期T的時期t2中，脈衝被加到第二地址線1-2，且在第二時間周期T的時期t4中，該脈衝被加到同一地址線上。
在脈衝被加到第一地址線1-1的第一時間周期T的時期t1中，與第一地址線1-1相連的TFT4被激活，且顯示電極3經TFT4被充電到第一數據線2-m的視頻信號電壓Ud1。在脈衝被加到第二地址線1-2的第一時間周期T的時期t2中，第二開關元素5′(如由MIS5″和二極體8組成的)被激活。然而，此時顯示電極3未被再充電，因為顯示電極開始時的充電電壓Ud1大於從第二數據線2-(m+1)提供的視頻信號電壓Ud3。因此，在第一時間周期T的其餘時間，顯示電極3的電壓仍是同一電壓Ud1。類似地，在第二時間周期T的時期t3中，顯示電極被再充電到第一數據線2-m的視頻信號電壓Ud2，且類似地，在第二時間周期T的時期t4中，顯示電極被再充電至第二數據線2-(m+1)的視頻信號電壓Ud4，因為Ud4＞Ud2。
U2表示第一數據線(2-m)出故障時的情況。在此情況下，第一數據線2-m出故障的部分的電壓是浮動的，即處於電壓Un。如上所述，電壓Un表示液晶單元電極處的電壓，並經過二極體7和線8給出，其電平等於或小於提供給數據線的視頻信號的電平。或者，二極體7也可直接連到「公共」地，即Un被給出為零電壓。
在第一時間周期T的時期t1中，由於出故障的第一數據線2-m被設在Un，則顯示電極的電壓保持在Un。然後，在第一時間周期T的時期t2中，顯示電極被充電至Ud3，即未出故障的第二數據線2-(m+1)的視頻信號電壓。在第一時間周期的其餘時間，顯示電極的電壓被維持在Un。隨後，在第二時間周期T的時期t3中，由於第一數據線2-(m+1)出故障的部分給出電壓Un，顯示電極被放電至Un。在第二時間周期T的時期t4中，顯示電極被充電到未出故障的第二數據線2-(m+1)提供的視頻信號電壓Ud4。然後，在第三時間周期T的其餘時間，電壓Ud4被維持在顯示電極。
U3表示第二數據線2-(m+1)出故障的情況。由於在第一時間周期T的時期t1和t2及第二時間周期T的時期t3中MIS5″被激活，電路的運行基本上與U1相同。然而，在第二時間周期T的時期t4中，顯示電極3被再充電到Ud2，即未出故障的第二數據線2-m的視頻信號電壓。然而，在t4中，由於顯示電極3的電壓極性與二極體6的相反，且二極體6處於「關斷」的非導通狀態，顯示電極3不被放電到Un，即第二數據線2-(m+1)的出故障部分的電壓電平。
為比較起見，U4表示當第二數據線2-(m+1)出故障時第二開關元件5中沒有二極體的傳統矩陣。在此情況下，在時期t2和t4中，顯示電極被放電至Un，即第二數據線2-(m+1)的出故障部分的電壓。
因而，與傳統的有源矩陣LCD結構不同，在本發明的矩陣中，如在本實施例中，即使當第二數據線2-3出故障時，只要第一數據線2-2仍可運行，圖象元素就不會失效。另外，若與數據線有關的視頻信號驅動電路的輸出元件失效，即視頻信號沒被提供到此數據線，與該數據線相連的圖象元素不一定失效，因為視頻信號可由相鄰的未出故障的數據線提供。
對二極體6(圖4)，可採用多種二極體，如針式二極體、肖特基二極體、和柵極與源極連在一起的場效應電晶體。對於第二開關元件5′，薄膜開關電晶體與肖特基二極體的組合或薄膜開關電晶體與柵極和漏極連在一起的MIS電晶體的組合，結構簡單且易於製造。
圖6顯示了本發明的有源矩陣LCD的一個示例部分中的一種布置，該電路包括組成第二開關元件5′的MIS電晶體和肖特基二極體。標號3表示顯示電極;4表示第一開關元件;5表示第二開關MIS電晶體;1-2和1-3分別表示第一和第二地址線;6表示肖特基二極體。肖特質基二極體6形成在從摻磷非晶矽膜至MIS5的漏極的導電觸點與從鉻膜到數據線的金屬觸點9之間的非晶矽膜9上。
圖7是沿圖6的A-A′線取的剖視圖。圖7的結構製作如下。在絕緣材料11上蒸發一層鉻膜。從鉻膜光刻形成地址線和柵極12。然後，在其上澱積一氮化矽膜13，以形成柵極介質。然後澱積一層透明的導電氧化銦膜，並在此膜上形成顯示電極3。然後，逐步蒸發摻磷的非晶矽膜15，以形成與非晶矽的低阻觸點。從這些通過光刻形成開關電晶體的漏極觸點和源極觸點及至顯示電極的觸點。
隨後，澱積非晶矽膜15，並從矽膜15用光刻法形成開關電晶體的半導體區。接著，澱積氮化矽膜17以形成保護介質，其中用光刻法開出至非晶矽的接觸窗口，以形成開關電晶體5中的肖特基二極體和至開關電晶體4的漏極的接觸窗口。然後，相繼蒸發鉻膜18和鋁膜19，並用刻法形成地址線。
圖8顯示了本發明的第二實施例，且圖9是其另一種變形，其中各圖象元素與一對地址線1和一對數據線2相耦合。這些類型的有源矩陣LCD，均以彩色圖象元素的三角形設置，被用於彩色顯示。
參見圖8，各圖象元素包括一對顯示電極。各顯示電極有第一和第二開關元件。各顯示電極的第一開關元件耦合到第一條相應的地址線，且各顯示電極的第二開關元件耦合到第二條相應的地址線，並一同經一二極體耦合到相應的一條數據線。二極體在相應的數據線出故障時阻止了顯示電極的放電。
參見圖9，各圖象元素包括一對顯示電極，即第一顯示電極3和第二顯示電極20。第一顯示電極3經第一開關電晶體4耦合到一對地址線1中的第一條，並經第二開關電晶體5耦合到一對地址線1中的第二條。類似地，各第二顯示電極20經第三開關電晶體21耦合到地址線1中的第一條，並經第四開關電晶體22耦合到地址線1中的第二條。第一和第二顯示電極經第一和第三開關電晶體4、21一同耦合到一對數據線2中的第一條，並經第二和第四開關電晶體5、22耦合到一對數據線2中的第二條。
在此實施例中，第四開關電晶體22包括在第二顯示電極20和數據線2的第二條之間的二極體6。如結合圖4所述的，此二極體6隻允許開關電晶體22中的電流沿一個方向傳導，從而阻止顯示電極放電到出故障的地址線2的浮動電壓。
各數據線均經過二極體7耦合到公共線8。公共線8被保持在電壓Un或是接地。標號R、G、B(圖8)表明顯示面扳上相應的彩色濾波器的設置。圖8和9的有源矩陣的操作方法與圖4的矩陣相似。另外，圖8和9的有源矩陣的製作方法，與圖4的結構相似。
在本發明的有源矩陣LCD中，如在本實施例並在此大略限定的那樣，各圖象元素均包括一顯示電極和兩個開關元件，其中各顯示電極經開關元件中的第一個而連到第一組地址和數據線，並經開關元件中的第二個連到第二組地址和數據線。第二開關元件包括只沿一個方向傳導電流的電子開關。
在這種電子開關的組合中，第二開關元件可最好包括MIS電晶體。電子開關最好包括設在MIS電晶體的漏極和第二數據線之間的二極體，而MIS電晶體的柵極連到第二數據線。MIS的漏和源極可以互換。各條數據線均最好經二極體或電阻及線，與公共地相連或與等於或小於加到數據線信號的視頻信號最小電壓電平的電壓相連。第二開關元件的二極體最好包括肖特基二極體或其柵極與漏極彼此相連的MIS電晶體。
本領域的技術人員應理解，在不脫離本發明的精神和範圍的前提下，可在本發明的攝象機和方法中進行多種修正和變形。因此，本發明覆蓋了本發明的這些修正和變形，只要它們屬於所附權利要求書及其等同物的範圍之中。
權利要求
1.用於具有多個圖象元素、多條地址線、以及多條與地址線正交的數據線的液晶顯示器有源矩陣，各圖象元素包括至少一個顯示電極；耦合在顯示電極和第一條相應的所述地址線及第一條相應的所述數據線之間的第一開關裝置；耦合在顯示電極和第二條相應的所述地址線及第二條相應的所述數據線之間的第二開關裝置，所述第二開關裝置包括用於每當所述第二條相應的數據線出故障時阻止顯示電極放電的裝置。
2.權利要求1的有源矩陣，其中所述第二阻止裝置包括二極體。
3.權利要求2的有源矩陣，其中所述第二開關裝置包括與所述二極體組合的MIS(金屬絕緣半導體)電晶體。
4.權利要求2的有源矩陣，其中所述二極體包括肖特基二極體。
5.權利要求2的有源矩陣，其中所述二極體柵和漏極連在一起的MIS電晶體。
6.權利要求3的有源矩陣，其中所述MIS電晶體有與顯示電極相連的源極、與第二條相應的地址線相連的柵極、以及與二極體相連的漏極;且二極體連到第二條相應的數據線以使二極體中的電流只沿一個方向傳導，當第二條相應的數據器線出故障時阻止顯示電極放電。
7.權利要求3的有源矩陣，其中所述MIS電晶體有與顯示電極相連的漏極、與第二條相應的地址線相連的柵極、以及與二極體相連的源極;且二極體與第二條相應的數據線相連，以使二極體中的電流只沿一個方向傳導，當第二條相應的數據線出故障時阻止顯示電極放電。
8.用於具有多個圖象元素、多條地址線、以及與地址線正交的多條數據線的液晶顯示器的有源矩陣，各圖象元素包括彼此間隔的第一和第二顯示電極;耦合在第一顯示電極和第一條相應的地址線之間的第一開關裝置;耦合在第二顯示電極和第一條相應的地址線之間的第二開關裝置;耦合在第一顯示電極和第二條相應的地址線及相應的數據線之間的第三開關裝置;耦合在第二顯示電極和第二條相應的地址線及相應的數據線之間的第四開關裝置，所述第三和第四開關裝置中的至少一個包括用於當相應的數據線出故障時阻止所述顯示電極放電的裝置。
9.用於具有多個圖象元素、多條地址線、以及多條與地址線正交的數據線的液晶顯示器的有源矩陣，各個圖象元素包括彼此間隔的第一和第二顯示電極;耦合在第一顯示電極和第一條相應的地址線及第一條相應的數據線之間的第一開關裝置;耦合在第二顯示電極和第一條相應的地址線及第一條相應的數據線之間的第二開關裝置;耦合在第一顯示電極和第二條相應的地址線及第二條相應的數據線之間的第三開關裝置;耦合在第二顯示電極和第二條相應的地址線及第二條相應的數據母線之間的第四開關裝置;第三和第四開關裝置中的至少一個包括用於當第二條相應的數據線出故障時阻止所述顯示電極放電的裝置。
10.權利要求8的有源矩陣，其中所述防止裝置包括在相應的數據線和所述第三和第四開關裝置的所述至少一個之間的二極體。
11.權利要求9的有源矩陣，其中所述防止裝置包括在第二條相應的數據線和所述第三和第四開關裝置的所述至少一個之間的二極體。
12.權利要求8或9的有源矩陣，其中所述防止裝置包括二極體。
13.權利要求12的有源矩陣，其中所述第二開關裝置包括與所述二極體相組合的MIS(金屬絕緣半導體)電晶體。
14.權利要求13的有源矩陣，其中所述MIS電晶體具有與顯示電極相連的源極、與第二條相應的地址線相連的柵極、及與二極體相連的漏極;且二極體與相應的(或第二條相應的)數據線相連從而使電流只沿一個方向傳導，以在相應的(或第二條相應的)數據線出故障時阻止顯示電極的放電。
15.權利要求12的有源矩陣，其中所述二極體包括肖特基二極體。
16.權利要求12的有源矩陣，其中所述二極體包括柵極和漏極彼此相連的MIS電晶體。
全文摘要
用於具有多個圖元素、多條地址線及與地址線正交的多條數據線的液晶顯示器的有源矩陣。各圖象元素包括至少一個顯示電極；耦合在顯示電極和第一條相應的地址線和第一條相應的數據線之間的第一開關裝置；耦合在顯示電極和第二條相應的地址線和第二條相應的數據線之間的第二開關裝置，第二開關裝置包括用於每當第二條相應的地址線出故障時阻止顯示電極放電的裝置。
文檔編號G06F11/16GK1089366SQ9312149
公開日1994年7月13日 申請日期1993年12月28日 優先權日1992年12月30日
發明者包力斯I·卡朱羅夫, 奧列格F·奧古爾德索夫, 見納迪Y·克拉斯尼柯夫, 包力斯P·切爾諾羅託夫 申請人:株式會社金星社