CN1048559C - 有源矩阵液晶显示器 - Google Patents

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Abstract

具有多个画面元素、多条地址线和多条数据线的有源矩阵液晶显示器,其中每个画面元素包括至少一个显示电极装置;一个第一开关装置,它将显示电极装置与地址线的第一对应地址线和数据线的对应数据线相连;以及一个第二开关装置,它将显示电极装置与地址线的第二对应地址线和上述相对应数据线相连,第二开关装置包括一个防止显示电极放电的装置,从而使显示电极上的电压在地址信号从高电平变为低电平期间保持大体相同。

Description

有源矩阵液晶显示器
本发明涉及具有有源矩阵的液晶显示器,更具体地涉及能够对其中的开关晶体管引起的闪烁效应进行补偿的有源矩阵LCDS。
最近,计算机技术和民用电子技术对具有高图象质量的液晶显示器(以下称”LCD”)的需求大大增加。已经知道使用薄膜开关晶体管(以下称“TFTs”)作为开关元件的LCDs能提供高质量图像。例如参见公开的日本专利申请N 60-192369,H01L 29-78。
参考图1,这样的有源矩阵LCD包括多条地址线1-1、1-2、1-3、……、1-n,多条与地址线正交的数据线2-1、2-2、2-3、……、2-m以及多个在n行与m列矩阵中的画面元素。每个画面元素被一对相邻的地址线和一对相邻的数据线所围绕,每个图象元素含有一个TFT3和一个显示电极4。显示电极4通过TFT3与相应的地址线和相应的数据线相连。更具体地说,就每个画面元素而言,TFT3的漏极与相邻的数据线连接,栅极与相邻的地址线连接,源极与显示电极4连接。由于在生产过程中信号线中存在的缺陷使画面元素不能运行,这样的有源矩阵LCD的工作可靠性和图象质量都很低。
已知在有源矩阵的电路元件中装备冗余元件可提高有源矩阵LCD的工作可靠性,例如参见发明专利申请N 2582431 G09F 3/20(Demand de brevet d′invention,N 2582431 G09F 3/20)。参考图2,为改变上述由有缺陷的信号线引起的故障,这样的有源矩阵LCD电路中的每个图象元素除第一TFT3外,还包括“冗余”TFT5,这样显示电极4和两条与该画面元素相邻的地址线相连:两条地址线的第一条通过第一TFT3连接,第二条通过第二TFT5连接。由于当两条地址线中有一条出现故障时,画面元素的显示电极仍能通过两个开关晶体管中相关的一个与剩下的无故障地址线连接,而从数据线上获取视频信号,因此这种方法改善了画面元素的工作可靠性。
然而,这种方法仍存在着闪烁效应的弊端,闪烁效应是由于开关晶体管栅极和源极之间固有的电容影响显示电极4的电压而引起的。例如,图3示出了与TFT3对应的电路示意图。参考号1指的是数据线,U1是施加在数据线上的视频信号;2是地址线,U2是加在其上的地址信号;6是在显示电极4(图2)与LCD公共电极(未示出)之间形成的液晶单元电容;7是TFT3栅极与源极之间形成的寄生电容。U0为施加在LCD公共电极上的电压,它可以等于公共“地”电压(即为0)。
图4示出了U1、U2和Ud的电压波形,其中Ud是显示电极4上的电压,T为地址信号U2的时间周期,t为地址信号U2的具有峰-峰电压U2m的正脉冲的宽度。当这个地址信号U2的正脉冲施加到TFT3的栅极时,TFT3被触发,从而使TFT3的漏极与源极之间形成的沟道电阻降低到某种程度,在这种程度下,显示电极被充电,其电压可达到数据线1所提供的视频信号U1的电平。
在地址信号U2的正脉冲施加在TFT3上的期间,寄生电容7被充电为电压差U1-U2,LC单元电容6被充电至电压差U1-U0。此后,当地址信号从正脉冲的高状态(即U2m)变到低稳定状态时,TFT3去掉触发,电容6与电容7被二次充电,使得显示电极4上的视频信号电压变化一个量ΔU:
ΔU=(U2*C7)/(C6+C7)    (1)其中C6是LC单元电容6的电容值,C7是寄生电容7的电容值。
在时间周期T内,如果加到数据线1上的视频信号U1是正极性,那么显示电极上的电压Ud的绝对值为U1-ΔU;但是,若视频信号U1是负极性,显示电极上的电压绝对值则为U1+ΔU。因此,在时间周期T内,即使电压绝对值相同的视频信号施加于数据线上时,LCD显示电极的电压值(即施加于液晶单元上的电压值)可能因视频信号的极性而与视频信号U1不同。因此所获得的LCD图象的亮度可能变化,发生不希望的闪烁,从而降低所传输的图象质量。
本发明的目是通过提供一种有源矩阵液晶显示器来克服上述问题,该有源矩阵液晶显示器具有多个画面元素,多条地址线,一个具有高信号电平和低稳定电平的地址信号施加其上,以及多条与址线正交的数据线。每个画面元素包括至少一个显示电极装置;一个在显示电极装置与数个地址线的第一对应地址线以及数个数据线的对应数据线之间连接的第一开关装置;以及一个在显示电极装置与数个地址线的第二对应地址线以及上述对应数据线之间的连接的第二开关装置。第二开关装置还包括防止显示电极放电的装置,从而在地址信号由高电平转变为低电平期间,使显示电极上能保持大体相同的电压。
本发明的目的和优点将部分体现在说明书中,部分在说明书中是显而易见的或通过实施而得以理解。本发明的目的与优点将通过所附的权利要求书中具体指明的元件和结合而得到理解和实现。
加在详细说明中并构成该详细说明一部分所附图与文字叙述一起讲解了本发明的一个实施例,并用来解释本发明的原理。
图1是已知的LCD有源矩的线路图。
图2是已知的装备了冗余元件的LCD有源矩阵线路图。
图3是对应于图2中矩阵的一个部分的线路示意图。
图4示出与图3的线路示意图有关的电压波形。
图5是根据本发明的第一实施例的有源矩阵LCD的线路图。
图6是在一种条件下对应于图5中矩阵的一部分的线路示意图。
图7是在另一条件下与图5中的矩阵的一部分相对应的线路示意图。
图8是图5中有源矩阵LCD的一部分的平面布置图。
图9是沿图8A-A′的剖视图。
图10是根据本发明的第二实施例的有源矩阵电路的线路图。
详细参考本发明的最佳实施例,其中的例子与附图一起进行说明。在所有图中尽可能使用同样的参考号指定同一个或类似部件。
图5示出了根据本发明的第一实施例的有源矩阵LCD的线路图。该矩阵包括多个按n行与m列且相互正交排列的画面元素,每个画面元素又包括显示电极4、第一TFT3、第二TFT5和二极管8。该矩阵包括多条地址线1-1、1-2、1-3……、1-n、1-(n+1)和数据线2-1、2-2、2-3、……2-(m+1)。显示电极4与两条相邻的地址线相连。例如,它通过第一TFT3与第一相邻地址线1-1相连,通过第二TFT5与第二相邻地址线1-2相连。显示电极还通过第-TFT3与第二TFT5与一条相邻数据线2-m耦合。
图5的结构与图2的不同,其中二极管8置于显示电极4与第二TFT5之间。更具体地说,TFT3与TFT5的漏极都与数据线2-m连接,第一TFT3的栅极与第一地址线1-1连接,第二TFT5的栅极与第二地址线1-2连接,且第一TFT3的源极与显示电极连接,而二极管8置于第二TFT5的源极与显示电极之间。每个TFT3与TFT5的栅极和源极都可互换。
本发明的有源矩阵的工作情况将参考图4在下文中具体说明。时间周期为T的地址信号U2以图4所示方式按时间顺序接续不断地提供给每条地址线。在第一时间周期中在时间历程t期间,地址信号的正脉冲施加于第一地址线1-1,显示电极4通过第一TFT3与数据线2-m电连接。
在紧接着第一时间周期T的第二时间周期T中,在时间历程t期间,地址信号的下一个正脉冲施加于第二地址线1-2,显示电极通过第二TFT5与二极管8连接于数据线2-m。在第一时间周期T期间,显示电极4通过TFT3被充电至电压U1-ΔU,然后,在第二时间周期T期间,显示电极通过第二TFT5和二极管8被再充电至电压U1,这是由于二极管8阻止电容6放电。
图6示出了在地址信号施加于第二TFT5的栅极时,本发明矩阵的液晶(LC)单元的功能性电路示意图。图7示出了,由于第二地址线的缺陷,而使地址信号在第二TFT5的栅极消失时LC单元的功能性电路示意图。液晶单元电容的充放电参考图6和图7说明于下。
参考号6指的是LC单元电容,7是第二TFT5的栅极和源极之间形成的寄生电容,9是第一TFT3的栅极和源极之间形成的寄生电容,10是第二TFT5的漏极和源极之间形成的电阻,11是第一TFT3的漏极和源极之间形成的电阻。Ra是有关的TFT被触发时TFT5的电阻值,Rb是当有关的TFT去掉触发时TFT5的阻值。
参考图6,当地址信号的电平为U2m的脉冲提供给第二TFT5的栅极时,电容6,7′和9被充电至视频信号电压U1,由于时间常数(Ra*C6)<<t,t即是地址信号的脉冲宽度,因此电压经过电阻10出现在点“a”和“b”。C6指的是电容6的容量,这样,电容C7′(即第二TFT5的栅极和源极之间形成寄生电容)被充至电压U1-U2m。
参考图7,参考号12指的是第二TFT5的漏极与源极之间形成的电阻,当TFF5去掉触发时,它的阻值为Rb。当地址信号的电压从U2m变到低稳定电压时,图7中点“a”的电压减少至值U1-U2m,二极管8被除去触发,电阻12的阻值增加至Rb。然后点“a”的电压以时间常数(Rb*C7′)增加到U1,同时由于二极管8保持“关”的非导电状态,点“b”上的电压U1保持大体相同。C7′指的是电容7′的容量。
显示电极4通过第一TFT5和二极管8被充电至电压值等于数据线的视频信号电压值U1,且该电压值在时间周期T的其余时间内保持不变。由于二极管8在第二TFT5的源极和显示电极4之间,因此防止了电容9和电容6的再充电。
管脚型二极管(pin diode)、肖特基二极管和栅极与漏极互相连接的MIS晶体管可作为二极管8。对于第二开关晶体管8与二极管的组合结构来说,具有肖特基二极管或栅极与漏极相互连接的MIS(金属绝缘半导体)晶体管的薄膜晶体管在设计上与技术上是简单的。
参考图8和图9,具有肖特基二极管的本发明的有源矩阵的举例性制造过程描述于下。图8示出了图5中有源矩阵LCD的对应于一个画面元素的部分布置图。参考号3和5分别指的第一第和第二TFT,4指的是显示电极,1-2和1-3是地址线,2-2和2-3是数据线,8是肖基特基二极管。阴影线区域代表非晶体硅膜。图8是图9沿A-A′线的横剖面。
参考图9,铬膜蒸发于绝缘基片12上,地址线(未示出)和开关晶体管的栅极13用光刻法在该膜上形成。然后为了绝缘栅极,沉积一层氮化硅膜14。随后沉积一层N+a-SiH膜和一层和铬膜,且开关晶体管5的源极接点15用光刻法形成。源极接点15同时作为肖特基二极管的接点。
然后沉积一层非晶体硅膜16,且开关晶体管的半导体区域用光刻法在该膜上形成。随后,沉积透明的导电氧化铟膜,显示电极4用光刻法从该膜上形成,然后沉积N+a-SiH18、铬19和铝20膜,数据线与显示电极与开关晶体管之间的连线用光刻法形成。
图10示出了根据本发明的第二实施例的有源矩阵电路LCD的线路图。图10中的有源矩阵与图5中的不同,其中画面元素的显示电极4通过第一TFT3与第一套相邻的地址线(1-1)和数据线(2-m)相连,并且通过第二TFT5和二极管8与一套相邻的地址线(1-2)和数据线(2-(m+1))耦合。更具体地说,图10中的第二TFT5的源极与数据线2-(m+1)耦合,而不是像图5那样与第一数据线2-m耦合。如果数据线2-m、2-(m+1)中有任一根出现故障,那么与有故障数据线连接的TFT可从该故障数据线上除去,而不影响所对应的画面元素的可工作性,这样就改善了工作可靠性。可用激光切削、化学蚀刻和机械加工完成分离。图10中有源矩阵的工作方式与图5中的矩阵相同,它的制造工艺也与图9所示的相同。
本发明的有源矩阵中,在显示电极与第二开关晶体管的源极(或者是漏极)之间加上了一个二极管。就是说,在液晶单元电容与TFT的栅极与源极之间形成的寄生电容之间加上了一个二极管,二极管的极性这样来选择,即若显示电极的电压小于数据线上的视频信号电压时,液晶单元电容能被充电至该视频信号电压,而不会放电为与TFT栅极与源极之间容量有关的电压,因此显示电极上的视频信号电压甚至在第二TFT5除去触发时也不会变化。
对于本领域的技术人员来说,很明显,不违反本发明的精神或范畴的修改和变更可在摄象机和本发明的方法中进行。因此本发明的意图包括本发明的修改和变更,只要它们未超出所附的权利要求书的范围及其等效物的范围。

Claims (7)

1.一种有源矩阵液晶显示器,它具有多个画面元素、多条地址线和多条数据线,其中具有高信号电平和低稳定状态信号电平的地址信号施加于上述多条地址线,数据线与地址线正交,每个画面元素包括:
至少一个显示电极装置;
第一开关装置,它连接于所述显示电极装置和地址线的第一对应地址线以及数据线的对应数据线之间;以及
第二开关装置,它连接于所述显示电极装置和地址线的第二对应地址线以及所述相关数据线之间,所述第二开关装置包括防止所述显示电极放电的装置,从而使显示电极上的电压在地址信号从高电平变到低电平期间保持大体相同。
2.根据权利要求1所述的有源矩阵显示器,其中所述防止放电的装置包括一个二极管。
3.根据权利要求2所述的有源矩阵显示器,其中所述二极管包括肖特基二极管。
4.根据权利要求2所述的有源矩阵显示器,其中所述二极管包括漏极与栅相互连接的MIS晶体管,即金属绝缘半导体晶体管。
5.根据权利要求2所述的有源矩阵,其中所述第二开关装置包括一个漏极与所述对应数据相连,栅极与所述第二地址线相连,源极与所述二极管的一端相连的薄膜晶体管,其中所述二极管的另一端按照防止所述显示电极放电的方式与显示电极连接,从而在地址信号从高电平变为低电平期间使显示电极上的电压保持大体相同。
6.根据权利要求2所述的有源矩阵显示器,其中所述第二开关装置包括一个源极与所述对应数据线相连,栅极与所述第二地址线相连,漏极与所述二极管的一端相连的薄膜晶体管,其中所述二极管的另一端按照防止所述显示电极放电的方式与显示电极连接,从而在地址信号从高电平变为低电平期间使显示电极上的电压保持大体相同。
7.根据权利要求5或权利要求6所述的有源矩阵显示器,其中所述薄膜晶体管包括一个MIS晶体管,即金属绝缘半导体二极管。
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