專利名稱：液晶顯示器有源矩陣的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有有源矩陣的液晶顯示器，更具體地涉及能夠?qū)ζ渲械拈_關(guān)晶體管引起的閃爍效應(yīng)進行補償?shù)挠性淳仃嘗CDS。
最近，計算機技術(shù)和民用電子技術(shù)對具有高圖象質(zhì)量的液晶顯示器(以下稱“LCD”)的需求大大增加。已經(jīng)知道使用薄膜開關(guān)晶體管(以下稱“TFTs”)作為開關(guān)元件的LCDs能提供高質(zhì)量圖像。例如參見公開的日本專利申請N60-192369，H01L29-78。
參考

圖1，這樣的有源矩陣LCD包括多條地址線1-1、1-2、1-3、……、1-n，多條與地址線正交的數(shù)據(jù)線2-1、2-2、2-3、……、2-m以及多個在n行與m列矩陣中的畫面元素。每個畫面元素被一對相鄰的地址線和一對相鄰的數(shù)據(jù)線所圍繞，每個圖象元素含有一個TFT3和一個顯示電極4。顯示電極4通過TFT3與相應(yīng)的地址線和相應(yīng)的數(shù)據(jù)線相連。更具體地說，就每個畫面元素而言，TFT3的漏極與相鄰的數(shù)據(jù)線連接，柵極與相鄰的地址線連接，源極與顯示電極4連接。由于在生產(chǎn)過程中信號線中存在的缺陷使畫面元素不能運行，這樣的有源矩陣LCD的工作可靠性和圖象質(zhì)量都很低。
已知在有源矩陣的電路元件中裝備冗余元件可提高有源矩陣LCD的工作可靠性，例如參見發(fā)明專利申請N2582431G09F3/20(Demanddebrevetd′invention，N2582431G09F3/20)。參考圖2，為改變上述由有缺陷的信號線引起的故障，這樣的有源矩陣LCD電路中的每個圖象元素除第一TFT3外，還包括“冗余”TFT5，這樣顯示電極4和兩條與該畫面元素相鄰的地址線相連兩條地址線的第一條通過第一TFT3連接，第二條通過第二TFT5連接。由于當兩條地址線中有一條出現(xiàn)故障時，畫面元素的顯示電極仍能通過兩個開關(guān)晶體管中相關(guān)的一個與剩下的無故障地址線連接，而從數(shù)據(jù)線上獲取視頻信號，因此這種方法改善了畫面元素的工作可靠性。
然而，這種方法仍存在著閃爍效應(yīng)的弊端，閃爍效應(yīng)是由于開關(guān)晶體管柵極和源極之間固有的電容影響顯示電極4的電壓而引起的。例如，圖3示出了與TFT3對應(yīng)的電路示意圖。參考號1指的是數(shù)據(jù)線，U1是施加在數(shù)據(jù)線上的視頻信號;2是地址線，U2是加在其上的地址信號;6是在顯示電極4(圖2)與LCD公共電極(未示出)之間形成的液晶單元電容;7是TFT3柵極與源極之間形成的寄生電容。U0為施加在LCD公共電極上的電壓，它可以等于公共“地”電壓(即為0)。
圖4示出了U1、U2和Ud的電壓波形，其中Ud是顯示電極4上的電壓，T為地址信號U2的時間周期，t為地址信號U2的具有峰-峰電壓U2m的正脈沖的寬度。當這個地址信號U2的正脈沖施加到TFT3的柵極時，TFT3被觸發(fā)，從而使TFT3的漏極與源極之間形成的溝道電阻降低到某種程度，在這種程度下，顯示電極被充電，其電壓可達到數(shù)據(jù)線1所提供的視頻信號U1的電平。
在地址信號U2的正脈沖施加在TFT3上的期間，寄生電容7被充電為電壓差U1-U2，LC單元電容6被充電至電壓差U1-U0。此后，當?shù)刂沸盘枏恼}沖的高狀態(tài)(即U2m)變到低穩(wěn)定狀態(tài)時，TFT3去掉觸發(fā)，電容6與電容7被二次充電，使得顯示電極4上的視頻信號電壓變化一個量△U△U＝(U2＊C7)/(C6+C7)(1)其中C6是LC單元電容6的電容值，C7是寄生電容7的電容值。
在時間周期T內(nèi)，如果加到數(shù)據(jù)線1上的視頻信號U1是正極性，那么顯示電極上的電壓Ud的絕對值為U1-△U;但是，若視頻信號U1是負極性，顯示電極上的電壓絕對值則為U1+△U。因此，在時間周期T內(nèi)，即使電壓絕對值相同的視頻信號施加于數(shù)據(jù)線上時，LCD顯示電極的電壓值(即施加于液晶單元上的電壓值)可能因視頻信號的極性而與視頻信號U1不同。因此所獲得的LCD圖象的亮度可能變化，發(fā)生不希望的閃爍，從而降低所傳輸?shù)膱D象質(zhì)量。
本發(fā)明的目的是通過提供一個液晶顯示有源矩陣來克服上述問題，該液晶顯示有源矩陣具有多個畫面元素，多條地址線，一個具有高信號電平和低穩(wěn)定電平的地址信號施加其上，以及多條與地址線正交的數(shù)據(jù)線。每個畫面元素包括至少一個顯示電極裝置;一個在顯示電極裝置與數(shù)個地址線的第一對應(yīng)地址線以及數(shù)個數(shù)據(jù)線的對應(yīng)數(shù)據(jù)線之間連接的第一開關(guān)裝置;以及一個在顯示電極裝置與數(shù)個地址線的第二對應(yīng)地址線以及上述對應(yīng)數(shù)據(jù)線之間的連接的第二開關(guān)裝置。第二開關(guān)裝置還包括防止顯示電極放電的裝置，從而在地址信號由高電平轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖狡陂g，使顯示電極上能保持大體相同的電壓。
本發(fā)明的目的和優(yōu)點將部分體現(xiàn)在說明書中，部分在說明書中是顯而易見的或通過實施而得以理解。本發(fā)明的目的與優(yōu)點將通過所附的權(quán)利要求書中具體指明的元件和結(jié)合而得到理解和實現(xiàn)。
加在詳細說明中并構(gòu)成該詳細說明一部分所附圖與文字敘述一起講解了本發(fā)明的一個實施例，并用來解釋本發(fā)明的原理。
圖1是已知的LCD有源矩的線路圖。
圖2是已知的裝備了冗余元件的LCD有源矩陣線路圖。
圖3是對應(yīng)于圖2中矩陣的一個部分的線路示意圖。
圖4示出與圖3的線路示意圖有關(guān)的電壓波形。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的有源矩陣LCD的線路圖。
圖6是在一種條件下對應(yīng)于圖5中矩陣的一部分的線路示意圖。
圖7是在另一條件下與圖5中的矩陣的一部分相對應(yīng)的線路示意圖。
圖8是圖5中有源矩陣LCD的一部分的平面布置圖。
圖9是沿圖8A-A′的剖視圖。
圖10是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的有源矩陣電路的線路圖。
詳細參考本發(fā)明的最佳實施例，其中的例子與附圖一起進行說明。在所有圖中盡可能使用同樣的參考號指定同一個或類似部件。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的有源矩陣LCD的線路圖。該矩陣包括多個按n行與m列且相互正交排列的畫面元素，每個畫面元素又包括顯示電極4、第一TFT3、第二TFT5和二極管8。該矩陣包括多條地址線1-1、1-2、1-3……、1-n、1-(n+1)和數(shù)據(jù)線2-1、2-2、2-3、……2-(m+1)。顯示電極4與兩條相鄰的地址線相連。例如，它通過第一TFT3與第一相鄰地址線1-1相連，通過第二TFT5與第二相鄰地址線1-2相連。顯示電極還通過第一TFT3與第二TFT5與一條相鄰數(shù)據(jù)線2-m耦合。
圖5的結(jié)構(gòu)與圖2的不同，其中二極管8置于顯示電極4與第二TFT5之間。更具體地說，TFT3與TFT5的漏極都與數(shù)據(jù)線2-m連接，第一TFT3的柵極與第一地址線1-1連接，第二TFT5的柵極與第二地址線1-2連接，且第一TFT3的源極與顯示電極連接，而二極管8置于第二TFT5的源極與顯示電極之間。每個TFT3與TFT5的柵極和源極都可互換。
本發(fā)明的有源矩陣的工作情況將參考圖4在下文中具體說明。時間周期為T的地址信號U2以圖4所示方式按時間順序接續(xù)不斷地提供給每條地址線。在第一時間周期中在時間歷程t期間，地址信號的正脈沖施加于第一地址線1-1，顯示電極4通過第一TFT3與數(shù)據(jù)線2-m電連接。
在緊接著第一時間周期T的第二時間周期T中，在時間歷程t期間，地址信號的下一個正脈沖施加于第二地址線1-2，顯示電極通過第二TFT5與二極管8連接于數(shù)據(jù)線2-m。在第一時間周期T期間，顯示電極4通過TFT3被充電至電壓U1-△U，然后，在第二時間周期T期間，顯示電極通過第二TFT5和二極管8被再充電至電壓U1，這是由于二極管8阻止電容6放電。
圖6示出了在地址信號施加于第二TFT5的柵極時，本發(fā)明矩陣的液晶(LC)單元的功能性電路示意圖。圖7示出了，由于第二地址線的缺陷，而使地址信號在第二TFT5的柵極消失時LC單元的功能性電路示意圖。液晶單元電容的充放電參考圖6和圖7說明于下。
參考號6指的是LC單元電容，7是第二TFT5的柵極和源極之間形成的寄生電容，9是第一TFT3的柵極和源極之間形成的寄生電容，10是第二TFT5的漏極和源極之間形成的電阻，11是第一TFT3的漏極和源極之間形成的電阻。Ra是有關(guān)的TFT被觸發(fā)時TFT5的電阻值，Rb是當有關(guān)的TFT去掉觸發(fā)時TFT5的阻值。
參考圖6，當?shù)刂沸盘柕碾娖綖閁2m的脈沖提供給第二TFT5的柵極時，電容6，7′和9被充電至視頻信號電壓U1，由于時間常數(shù)(Ra＊C6)＜＜t，t即是地址信號的脈沖寬度，因此電壓經(jīng)過電阻10出現(xiàn)在點“a”和“b”。C6指的是電容6的容量，這樣，電容C7′(即第二TFT5的柵極和源極之間形成寄生電容)被充至電壓U1-U2m。
參考圖7，參考號12指的是第二TFT5的漏極與源極之間形成的電阻，當TFT5去掉觸發(fā)時，它的阻值為Rb。當?shù)刂沸盘柕碾妷簭腢2m變到低穩(wěn)定電壓時，圖7中點“a”的電壓減少至值U1-U2m，二極管8被除去觸發(fā)，電阻12的阻值增加至Rb。然后點“a”的電壓以時間常數(shù)(Rb＊C7′)增加到U1，同時由于二極管8保持“關(guān)”的非導電狀態(tài)，點“b”上的電壓U1保持大體相同。C7′指的是電容7′的容量。
顯示電極4通過第一TFT5和二極管8被充電至電壓值等于數(shù)據(jù)線的視頻信號電壓值U1，且該電壓值在時間周期T的其余時間內(nèi)保持不變。由于二極管8在第二TFT5的源極和顯示電極4之間，因此防止了電容9和電容6的再充電。
管腳型二極管(pindiode)、肖特基二極管和柵極與漏極互相連接的MIS晶體管可作為二極管8。對于第二開關(guān)晶體管8與二極管的組合結(jié)構(gòu)來說，具有肖特基二極管或柵極與漏極相互連接的MIS(金屬絕緣半導體)晶體管的薄膜晶體管在設(shè)計上與技術(shù)上是簡單的。
參考圖8和圖9，具有肖特基二極管的本發(fā)明的有源矩陣的舉例性制造過程描述于下。圖8示出了圖5中有源矩陣LCD的對應(yīng)于一個畫面元素的部分布置圖。參考號3和5分別指的第一第和第二TFT，4指的是顯示電極，1-2和1-3是地址線，2-2和2-3是數(shù)據(jù)線，8是肖基特基二極管。陰影線區(qū)域代表非晶體硅膜。圖8是圖9沿A-A′線的橫剖面。
參考圖9，鉻膜蒸發(fā)于絕緣基片12上，地址線(未示出)和開關(guān)晶體管的柵極13用光刻法在該膜上形成。然后為了絕緣柵極，沉積一層氮化硅膜14。隨后沉積一層N+a-SiH膜和一層和鉻膜，且開關(guān)晶體管5的源極接點15用光刻法形成。源極接點15同時作為肖特基二極管的接點。
然后沉積一層非晶體硅膜16，且開關(guān)晶體管的半導體區(qū)域用光刻法在該膜上形成。隨后，沉積透明的導電氧化銦膜，顯示電極4用光刻法從該膜上形成，然后沉積N+a-SiH18、鉻19和鋁20膜，數(shù)據(jù)線與顯示電極與開關(guān)晶體管之間的連線用光刻法形成。
圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的有源矩陣電路LCD的線路圖。圖10中的有源矩陣與圖5中的不同，其中畫面元素的顯示電極4通過第一TFT3與第一套相鄰的地址線(1-1)和數(shù)據(jù)線(2-m)相連，并且通過第二TFT5和二極管8與一套相鄰的地址線(1-2)和數(shù)據(jù)線(2-(m+1))耦合。更具體地說，圖10中的第二TFT5的源極與數(shù)據(jù)線2-(m+1)耦合，而不是像圖5那樣與第一數(shù)據(jù)線2-m耦合。如果數(shù)據(jù)線2-m、2-(m+1)中有任一根出現(xiàn)故障，那么與有故障數(shù)據(jù)線連接的TFT可從該故障數(shù)據(jù)線上除去，而不影響所對應(yīng)的畫面元素的可工作性，這樣就改善了工作可靠性?？捎眉す馇邢?、化學蝕刻和機械加工完成分離。圖10中有源矩陣的工作方式與圖5中的矩陣相同，它的制造工藝也與圖9所示的相同。
本發(fā)明的有源矩陣中，在顯示電極與第二開關(guān)晶體管的源極(或者是漏極)之間加上了一個二極管。就是說，在液晶單元電容與TFT的柵極與源極之間形成的寄生電容之間加上了一個二極管。二極管的極性這樣來選擇，即若顯示電極的電壓小于數(shù)據(jù)線上的視頻信號電壓時，液晶單元電容能被充電至該視頻信號電壓，而不會放電為與TFT柵極與源極之間容量有關(guān)的電壓，因此顯示電極上的視頻信號電壓甚至在第二TFT5除去觸發(fā)時也不會變化。
對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，很明顯，不違反本發(fā)明的精神或范疇的修改和變更可在攝象機和本發(fā)明的方法中進行。因此本發(fā)明的意圖包括本發(fā)明的修改和變更，只要它們未超出所附的權(quán)利要求書的范圍及其等效物的范圍。
權(quán)利要求
1.一種液晶顯示有源矩陣，它具有多個畫面元素、多條地址線和多條數(shù)據(jù)線，其中具有高信號電平和低穩(wěn)定狀態(tài)信號電平的地址信號施加于上述多條地址線，數(shù)據(jù)線與地址線正交，每個畫面元素包括至少一個顯示電極裝置；第一開關(guān)裝置，它連接于所述顯示電極裝置和地址線的第一對應(yīng)地址線以及數(shù)據(jù)線的對應(yīng)數(shù)據(jù)線之間；以及第二開關(guān)裝置，它連接于所述顯示電極裝置和地址線的第二對應(yīng)地址線以及所述相關(guān)數(shù)據(jù)線之間，所述第二開關(guān)裝置包括防止所述顯示電極放電的裝置，從而使顯示電極上的電壓在地址信號從高電平變到低電平期間保持大體相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有源矩陣，其中所述防止放電的裝置包括一個二極管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的有源矩陣，其中所述二極管包括肖特基二極管。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的有源矩陣，其中所述二極管包括漏極與柵相互連接的MIS晶體管，即金屬絕緣半導體晶體管。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的有源矩陣，其中所述第二開關(guān)裝置包括一個漏極與所述對應(yīng)數(shù)據(jù)相連，柵極與所述第二地址線相連，源極與所述二極管的一端相連的薄膜晶體管，其中所述二極管的另一端按照防止所述顯示電極放電的方式與顯示電極連接，從而在地址信號從高電平變?yōu)榈碗娖狡陂g使顯示電極上的電壓保持大體相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的有源矩陣，其中所述第二開關(guān)裝置包括一個源極與所述對應(yīng)數(shù)據(jù)線相連，柵極與所述第二地址線相連，漏極與所述二極管的一端相連的薄膜晶體管，其中所述二極管的另一端按照防止所述顯示電極放電的方式與顯示電極連接，從而在地址信號從高電平變?yōu)榈碗娖狡陂g使顯示電極上的電壓保持大體相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或權(quán)利要求6所述的有源矩陣，其中所述薄膜晶體管包括一個MIS晶體管，即金屬絕緣半導體二極管。
全文摘要
具有多個畫面元素、多條地址線和多余數(shù)據(jù)線的液晶顯示有源矩陣，其中每個畫面元素包括至少一個顯示電極裝置；一個第一開關(guān)裝置，它將顯示電極裝置與地址線的第一對應(yīng)地址線和數(shù)據(jù)線的對應(yīng)數(shù)據(jù)線相連；以及一個第二開關(guān)裝置，它將顯示電極裝置與地址線的第二對應(yīng)地址線和上述相對應(yīng)數(shù)據(jù)線相連，第二開關(guān)裝置包括一個防止顯示電極放電的裝置，從而使顯示電極上的電壓在地址信號從高電平變?yōu)榈碗娖狡陂g保持大體相同。
文檔編號G09G3/36GK1089041SQ9312149
公開日1994年7月6日 申請日期1993年12月28日 優(yōu)先權(quán)日1992年12月30日
發(fā)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·切爾諾羅托夫 申請人:株式會社金星社