CN104952404B - 液晶显示单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种液晶显示单元，包括：绝缘基板；对置绝缘基板；以及设置于绝缘基板与对置绝缘基板之间的液晶；像素矩阵，其包括多个像素；以及外围电路，其包括控制部和输出部，用以驱动各像素中的像素TFT的栅极线。像素矩阵和外围电路一体地形成在绝缘基板上，使得输出部设置在比控制部更靠近像素矩阵的位置上。液晶显示单元还包括：设置在各像素的像素TFT的绝缘基板侧的遮光金属；以及设置在外围电路中的TFT内的、至少输出部中的各TFT的绝缘基板侧的遮光金属。

Description

液晶显示单元
技术领域
本发明涉及液晶显示单元，具体地涉及驱动电路和像素矩阵一体化的液晶显示单元的结构。
背景技术
用于投影仪(PJ)和平视显示器(HUD)等特定应用的液晶显示单元为了使透镜和棱镜等高价的光学部件的尺寸较小，要求具有较小的显示尺寸。同时，由于为了获得明亮的图像而照射极强的光，因此这种液晶显示单元还被要求应对由光的照射引起的画质劣化。为了响应这些要求，上述的应用中所使用的液晶显示单元大多数由多晶硅薄膜晶体管工艺或多晶硅TFT工艺制造。作为其理由，可认为是以下方面。首先，多晶硅TFT的场效应迁移率比非晶硅薄膜晶体管(a－Si TFT)的场效应迁移率大100倍或更多。通过使用多晶硅TFT构成液晶显示单元的外围电路，能够使液晶显示单元小型化。另外，多晶硅TFT的光敏度比a－SiTFT的光敏度低。因此，多晶硅TFT难以由光漏电流引起画质劣化。通常，如果在像素TFT中发生光漏电流，则像素电压易于波动，由此引起对比度的下降和闪烁。
然而，即使在这种液晶显示单元中使用多晶硅TFT的情况下，如果像在投影仪(PJ)中那样照射几百万lux或更多的光，则不能忽视多晶硅TFT中的光漏电流。由于多晶硅TFT具有平面型结构，各TFT的通道部经由玻璃基板被直接照射光，这可以是引起光漏电流的原因之一。为了应对上述问题，日本未审查的专利申请公开(JP-A)No.H02-15676提出了一种减小这种TFT中的光漏电流的技术。
图12表示JP-A No.H02-15676中披露的多晶硅TFT的截面结构。在TFT基板101上，由高融点金属或其氧化物制成的遮光膜320通过层间膜330配置在多晶硅膜340的下方。另外，在多晶硅膜340上形成有栅极绝缘膜350、栅电极360、层间膜370、以及配线金属380。在使用具有上述结构的TFT的像素部中，栅电极360下方的TFT通道部没有从TFT基板101侧被直接照射光，由此能够大幅减小TFT的光漏电流。上述结构主要应用于像素部中的TFT，而不应用于外围电路部中的TFT。这是因为配置在TFT通道部下方并具有导电性的遮光膜可引起相应的TFT的阈值电压的波动。在像素部的TFT中，施加于源极和漏极之间的电压比施加于源极和栅极之间的电压小。因此，即使发生上述的阈值电压波动，TFT也正常地工作。另一方面，在外围电路部的TFT中，在多数情况中，源极与漏极之间的电压和栅极与源极之间的电压相等。因此，由于阈值电压的波动，电路特性变动，由此引起外围电路部的输出电压的下降和误动作。
因此，对于外围电路部，提出使用封装部件进行遮光的方法。图13是JP-A No.H06-202160(对应于US2003/0025659A1)中披露的投影仪用液晶显示模块的剖视图。液晶显示模块包括由TFT基板101、CF基板102、液晶103、密封部件104组成的液晶面板，并构成为通过由黑色填充树脂或陶瓷等不透光的材料形成的封装部件106覆盖液晶面板的外围部。封装部件106上设有开口部107，像素矩阵200可经由开口部107被照射光。另一方面，外围电路105设置在被封装部件106覆盖的位置上，由此外围电路105不受光影响。
虽然通过上述的方法改善了由TFT的光漏电流引起的问题，但产生液晶显示模块的成本提高的另一问题。其原因如下。根据上述的方法，需要准备像素部(像素矩阵)没有被封装部件覆盖并且外围电路被封装部件覆盖的液晶显示模块。因此，如果液晶面板中像素部与外围电路之间的距离小，则需要以极高精度组装液晶面板和封装部件。然而，液晶面板的外部尺寸包括切断加工中的公差，并且封装部件的尺寸也包括公差。另外，在液晶面板和封装部件的层叠加工中也产生公差。上述公差分别为约0.2mm至0.5mm。为了准备像素部一定没有被封装部件覆盖并且外围电路一定被封装部件覆盖的结构，需要图13中距离M1和距离M2的值分别等于或大于上述的公差的总值，距离M1和M2通常分别为约1mm，其中M2表示像素矩阵200的端部到封装部件106的开口部107的端部的距离，M1表示封装部件106的开口部107的端部到外围电路105的端部的距离。因此，像素矩阵200的端部到外围电路105的端部的必要的距离为约2mm。在包括设置在像素矩阵200的两侧的外围电路105的液晶面板中，需要确保延伸超过4mm的总长度的无效的区域，由此扩大了液晶面板。如果液晶面板的外形变大，则能够设置在一个母基板上的液晶面板的基板数量减少。因此，特别是在平视显示器的液晶面板的情况下，其显示区域的对角尺寸为约2英寸并且比投影仪用液晶显示单元的对角尺寸大，可设置在一个母基板上的基板的数量显著地减少，由此使成本提高。
作为解决上述问题的方法，可使用JP-A No.2008-165029披露的方法。在该方法中，对像素部的TFT和外围电路的TFT中的每一者设置遮光膜，其中对像素部的各TFT的遮光膜供给地电位，对外围电路的各TFT的遮光膜供给栅极电位。根据该方法，不需要必须用遮光性的封装部件覆盖外围电路，可使面板尺寸变小。
另外，作为降低液晶显示单元的成本的技术，例如，如JP-A No.2006-351165(对应于US2006/0262074A1)披露的，可以使用将像素部的TFT和外围电路的TFT形成为单一的导电型的多晶硅TFT的方法。图14表示JP-A No.2006-351165中披露的由p型多晶硅TFT构成的栅极驱动器的电路图，其中Tr1至Tr8表示晶体管，IN表示输入信号，OUT表示输出信号，CL1和CL2表示时钟信号，RST表示复位信号，VDD表示电源，VSS表示接地，N表示节点。
在将JP-A No.2008-165029中披露的TFT的遮光方法与JP-A No.2006-351165中披露的由单一导电型的多晶硅TFT构成外围电路的方法组合的情况下，形成外围电路所需的区域大幅增大。其结果，发明人通过研究发现面板尺寸几乎不能小型化。其原因如下。
在JP-A No.2008-165029中披露的方法中，设置在构成外围电路的各TFT的下方的遮光膜需要被供给与相应的TFT的栅电极相同的电位。在图14所示的电路的示例中，在构成扫描电路的一个模块中使用8个TFT，其中TFT Tr1和TFT Tr2这两者的栅电极电位是共同的，TFT Tr3和TFT Tr4的栅电极电位是共同的，同样地，TFT Tr7和TFT Tr8的栅电极电位是共同的。考虑到上述的情况，遮光膜设置成相互电气独立的至少5个独立的岛状膜。图15是表示包括用于连接栅电极360和遮光膜320的接触孔325的单一TFT的布局图，图16表示沿图15中的线XVI－XVI剖开的剖视图。在图15和图16中，101表示TFT基板，330和370表示层间膜，340表示多晶硅膜，350表示栅极绝缘膜，360表示栅电极，380表示配线金属。在本文表示的示例中，遮光膜320经由贯穿层间膜330和栅极绝缘膜350的接触孔325与栅电极360电连接。即，需要在作为五个独立的岛状膜的遮光膜中的每个遮光膜中形成这种接触孔325。因此，构成电路需要的面积大幅增加。由于需要将用于一个模块的栅极驱动器设置在与像素间距相同的宽度内，因此在像素间距小的液晶显示单元中电路面积的增加量显著增大。
另外，在由单一的导电型的TFT构成电路的液晶面板中，使用自举(bootstrap)法使得输出电压的振幅与电源电压相等。在图14中所示的电路中，通过自举法(使用p型TFT的情况)降低TFT Tr7的栅极电位，并以使输出信号OUT的振幅与电源VDD和VSS之间的电压相等的方式工作。如果稍微详细地进行描述，在自举法中，首先，使与TFT Tr7的栅极连接的节点N的电位成为使Tr7为导通状态的电位。之后，使节点N处于浮置状态，时钟信号CL1转变到低电平，由此通过TFT Tr7的源极和栅极之间的电容耦合，节点N的电位与源极电位(OUT)的电位变化一起降低。在此，如果将JP-A No.2008-165029中披露的方法应用于该电路，则在TFT Tr7的下方设置在平面视图中与TFT Tr7的源极和漏极区域重叠的遮光膜，并且遮光膜与栅电极电连接。因此，节点N的寄生电容变得极大。这是因为TFT Tr6和TFT Tr7被构成为形成该电路中的输出部，为了在规定时间内对作为负载的像素区域的栅极线进行充放电，TFT Tr7的通道宽度设定为极大。如果节点N的寄生电容大，则耗费很长时间使节点N具有使TFT Tr7处于导通状态的电位。因此，产生不能进行高速工作的另一问题。即使外围电路由n型TFT构成，也同样产生这些问题。
本发明致力于解决这些问题。
发明内容
鉴于上述问题，提供一种如本发明的实施方式所示的示例性液晶显示单元。在这种液晶显示单元中，由TFT构成的外围电路与像素一体地形成在同一基板上，液晶显示单元被照射来自光源的极强的光。示例性液晶显示单元具备以下的结构：不会发生由强光引起的外围电路的动作故障，使得液晶面板的尺寸变小，并且能够实现低成本。
与本发明的一个方面有关的示例性液晶显示单元包括：绝缘基板；面向所述绝缘基板的对置绝缘基板；以及设置于所述绝缘基板与所述对置绝缘基板之间的液晶。液晶显示单元还包括：像素矩阵，其包括多个像素，每个像素包括像素电容和像素TFT；以及外围电路，其包括控制部和输出部，用以驱动各像素中的所述像素TFT的栅极线，其中所述控制部和所述输出部分别包括TFT。像素矩阵和外围电路形成为一体并形成在所述绝缘基板上，其中，当从所述绝缘基板的法线方向观察时，所述输出部设置在比所述控制部更靠近所述像素矩阵的位置上。所述像素的像素TFT和所述外围电路中的TFT具有顶栅结构。所述液晶显示单元还包括：设置在各像素的像素TFT的绝缘基板侧的遮光金属(或遮光膜)；以及设置在所述外围电路中的TFT当中的至少在所述输出部中的各TFT的绝缘基板侧的遮光金属。可选地，所述控制部可包括在绝缘基板侧未设置遮光金属的TFT。
在示例性液晶显示单元中，所述外围电路中的TFT可以是相同导电型的TFT。所述输出部中的TFT可包括第一TFT，所述第一TFT的栅极电压通过自举法被升压或降压，形成在所述第一TFT的绝缘基板侧的遮光金属可具有与所述输出部的输出端子的电位相同的电位。
在示例性液晶显示单元中，所述外围电路中的TFT可包括在绝缘基板侧设置有遮光金属的第二TFT，其中所述第二TFT与所述第一TFT不同。设置在所述第二TFT的绝缘基板侧的遮光金属可具有与所述第二TFT的源电极的电位相同的电位。
示例性液晶显示单元还可包括由不透光的材料制成的封装部件，其中，所述封装部件覆盖所述绝缘基板和所述对置绝缘基板，并且在所述封装部件上形成有开口部。另外，当从所述绝缘基板的法线方向观察时，所述开口部的端面可与所述输出部重叠。另外，当从所述绝缘基板的法线方向观察时，所述开口部的端面可位于所述控制部的像素矩阵侧的端部与所述像素矩阵的外围电路侧的端部的中央。
下面将说明示例性实施方式的其他特征。
附图说明
现在参照示例性而非限制性的附图仅以示例的方式说明实施方式，其中在各图中相同的元件用相同的附图标记表示。
图1是表示本发明的一个实施方式涉及的液晶显示单元的结构的俯视图；
图2是表示本发明的一个实施方式涉及的液晶显示单元的结构的剖视图；
图3是表示本发明的一个实施方式涉及的液晶显示单元的结构的框图；
图4是表示可应用于本发明的一个实施方式涉及的液晶显示单元的栅极驱动器的结构的框图；
图5是表示本发明的一个实施方式涉及的液晶显示单元的结构的剖视图；
图6是表示可应用于本发明的一个实施例涉及的液晶显示单元的栅极驱动器的结构的电路图；
图7是表示可应用于本发明的一个实施例涉及的液晶显示单元的栅极驱动器的一部分的布局的俯视图；
图8是表示本发明的一个实施例涉及的液晶显示单元的结构的剖视图；
图9是表示本发明的一个实施例涉及的液晶显示单元的结构的剖视图；
图10是表示本发明的一个实施例涉及的液晶显示单元的遮光膜的配置图案的示意图；
图11是表示可应用于本发明的一个实施例涉及的液晶显示单元的栅极驱动器的动作的时序图；
图12是表示常规液晶显示单元的结构的剖视图；
图13是表示常规液晶显示单元的结构的剖视图；
图14是表示常规液晶显示单元的栅极驱动器的结构的电路图；
图15是表示常规液晶显示单元的栅极驱动器的一部分的布局的俯视图；
图16是表示常规液晶显示单元的结构的剖视图。
具体实施方式
下面参照附图作为本发明的实施方式对示例性液晶显示单元进行说明。对于本领域的普通技术人员显而易见的是，本文参照这些附图给出的说明仅用于示例性目的，而绝不旨在限制潜在的实施方式的范围，本发明的范围由所附权利要求书限定。
在示例性的液晶显示单元中，即使液晶显示单元被照射极强的光，也能够防止画质劣化以及与像素一体形成在TFT基板上的栅极驱动器的误动作。
另外，在示例性液晶显示单元中，能够实现使用小尺寸的液晶面板并且能够使成本降低。
接下来，参照附图对本发明的一个实施方式进行详细说明。为了确保附图的可视性，对各图的各构成部件的大小和比例适当调整。
图1是表示与本实施方式有关的液晶显示单元的结构的俯视图。该液晶显示单元具有使用由实质上不透光的材料制成的封装部件106覆盖包括两个面对的绝缘基板的液晶面板100的结构。封装部件106包括开口部107，在开口部107，液晶面板100的显示部未被覆盖并露出。用于供应来自外部设备或部件的驱动信号的柔性板108连接到液晶面板100。图2是表示沿图1中的线II－II剖开的剖面结构的剖视图。液晶面板100具有TFT基板101和CF基板102相互重叠的结构。在TFT基板101中，在玻璃基板等绝缘基板上形成TFT，在CF基板102中，在玻璃基板等另一绝缘基板上形成彩色滤光片(CF)。液晶103被放置并封入被TFT基板101、CF基板102、以及贴合TFT基板101和CF基板102的密封部件104包围的空间中。在TFT基板101上形成有分别包括TFT的像素矩阵200和外围电路105，其中像素矩阵200包括以矩阵布置的多个像素，外围电路105设置为驱动像素矩阵200，特别是每个像素中的像素TFT的栅极线。像素矩阵200设置在封装部件106的开口部107的位置上，并且不被封装部件106遮光。当从TFT基板101的法线方向观察时，像素矩阵200的端部与封装部件106的开口部107的端部之间具有距离“d”。
虽然在图2中所示的示例中外围电路105设置在像素矩阵200的两侧，但外围电路105可以仅设置在一侧。另外，密封部件104可以设置于在平面图中密封部件104与外围电路105重叠的位置上，或者像素矩阵200与外围电路105之间的位置上。另外，在不需要液晶面板自身具有选择颜色的功能的情况下，当然，也不需要在CF基板102上设置彩色滤光片。
图3是表示液晶面板100的结构的框图。液晶面板100包括像素矩阵200、作为外围电路的栅极驱动器600、以及数据驱动器800。像素矩阵200包括至少分别包含像素TFT 300和像素电容500的像素的矩阵。各栅极驱动器600用作驱动与像素TFT 300的各栅极端子连接的栅极线(G1～G3)的外围电路。数据驱动器800驱动与像素TFT 300的各漏极端子连接的数据线(D1～D4)。栅极驱动器600由TFT构成，数据驱动器800由TFT或由晶体Si制成的IC构成。像素TFT 300和至少构成栅极驱动器600的TFT是单一的相同导电型的多晶硅TFT。栅极驱动器600可采用图4所示的结构。
图4中所示的电路通过使用二相时钟CLK1和CLK2、电源VGH和VGL以及未示出的启动信号驱动。栅极驱动器600具有分别包括控制部610和输出部620的模块630串联连接的结构，并设置为与时钟CLK1和时钟CLK2同步地将启动信号依次传递到下一模块。模块630的输出(OUTn－1～OUTn+2)与像素矩阵200的各个不同的栅极线连接。因此，栅极驱动器600的模块630的数量等于或大于像素矩阵200的栅极线的数量。图4示出了四个模块的电路。例如，在输出表示为OUTn－1的模块是初始阶段的模块的情况下，启动信号被供给到图4中的表示为OUTn－2的端子。输出部620由至少两个TFT构成。虽然图4示出了输出部620由n型TFT构成的示例，但输出部620也可由p型TFT构成。
图5表示液晶显示单元的封装部件106的开口部107的端部B附近的截面。在像素矩阵200的各像素TFT以及构成栅极驱动器600的输出部620的TFT的下方(称作下侧、TFT基板101侧或后通道侧)，在至少与相应的其中一个TFT的通道部在平面图中重叠(或遮蔽)(即，当从TFT基板101的法线方向观察时)的位置上设置遮光膜320(遮光金属)。构成控制部610的TFT包括在TFT基板侧未设置遮光膜320的一个或多个TFT。设置在构成输出部620的各TFT的下方的遮光膜320与栅极驱动器600的其他模块630中的其他部件电气独立，并与相应的其中一个模块630的输出端子电连接。可以使设置在各像素TFT的下方的遮光膜320处于电气浮置状态，或者处于使其与栅极线同电位的状态。另外，栅极驱动器600的输出部620设置在像素矩阵200与控制部610之间。并且，当从TFT基板101的法线方向观察时，封装部件106的开口部的端面与输出部620重叠，其中开口部的端面设置在控制部610的像素矩阵侧的端部与像素矩阵200的外围电路侧的端部的中间。具体地，封装部件106的开口部的端部B设置在控制部610的端部中靠近像素矩阵200的端部A与像素矩阵200的端部中靠近输出部620的端部C之间。端部A和端部B之间的距离Dab以及端部B和端部C之间的距离Dbc的值设为接近液晶面板100的外形尺寸精度、封装部件106的尺寸精度、以及将液晶面板100组装到封装部件106时的位置精度的总值的值。
本实施方式的液晶显示单元的上述结构使用小尺寸的液晶面板能够实现如下的液晶显示单元，该液晶显示单元即使在液晶显示单元被极强光照射的状况下也不会产生画质劣化和由TFT构成的栅极驱动器电路的误动作。下面对其理由进行说明。
如果对各像素中设置有TFT的液晶显示单元照射极强光，则由光引起的漏电流流经像素TFT，并且像素电容中保持的电压波动。这种电压波动可以引起闪烁、串扰发生或对比度下降。但是，在本实施方式的结构中，由于遮光膜设置在各像素TFT的后通道侧(TFT基板侧)，因此通道部未被直接照射光。因此，能够大幅减小由光引起的漏电流，由此能够防止画质的劣化。
另外，如果构成栅极驱动器的TFT被照射极强的光，则光漏电流流经构成电路的TFT。因此，电路内的电位可能波动，其可能引起误动作。但是，在本实施方式的液晶显示单元中，栅极驱动器的控制部610被封装部件106遮光，输出部620被遮光膜320遮光。因此，构成栅极驱动器的TFT未被直接照射光。因此，不会发生由光漏电流引起的误动作。
另外，如果使遮光膜320和构成输出部620的TFT的多晶硅膜之间的层间膜330变薄，则由于遮光膜320的影响，TFT的阈值电压波动。例如，在使用n型TFT的情况下，遮光膜320的电位的变化比TFT的源电极的电位更大时，TFT的阈值电压以变小的方式变化。在遮光膜320的电位向相反方向变化时，阈值电压以变大的方式变化。在仅由单一的导电型的TFT构成的栅极驱动器中，可能存在TFT的漏电极和源电极各自的电位变化到超过电源电压的范围的情况。因此，在遮光膜320处于浮置状态的情况下，遮光膜320的电位由于与漏电极的电容耦合而大幅波动，TFT的阈值电压也大幅波动，由此可能引起误动作。但是，在本实施方式的结构中，由于控制部610未被直接照射光，因此不需要对控制部610中的各TFT设置遮光膜320，并且不会产生阈值波动。另外，在构成输出部620的TFT中，由于遮光膜320被施加与输出端子的电压相同的电压，因此能够控制阈值电压的波动量。
在图4中所示的电路中，由于使用n型TFT，因此构成输出部620的其中一个TFT适于在作为液晶显示单元写入与一个画面相对应的数量的视频信号的写入期间的一帧期间，输出一次高电平脉冲，另一个TFT适于在将脉冲输出的期间以外进行输出低电平电压的动作。在本实施方式的结构中，由于使遮光膜320的电位与输出端子的电位相同，因此，在输出高电平脉冲的期间中，随着输出电压升高，遮光膜电位也变高，TFT的阈值电压变小，由此能够使电位的上升时间缩短。在输出变为低电平的期间中，遮光膜的电位变低，TFT的阈值电压变高，但输出低电平所需的栅极与源极之间的电压不大。因此，即使阈值电压变高，也能够充分地驱动TFT。另外，如果事先估计由于遮光膜电位引起的阈值电压的波动量，即使阈值电压波动的情况下，通过将电源电压设定为能够充分输出低电平电压的值，也能够应对波动。另外，虽然遮光膜在其与TFT的通道部、源电极、漏电极之间具有寄生电容，但构成输出部620的TFT的通道宽度设定为足以驱动栅极线的较大的尺寸。这使得遮光膜能够在短时间内对其寄生电容进行充电和放电。因此，不限制电路的最高动作频率。
在栅极驱动器使用封装部件遮光的情况下，液晶面板的尺寸变大。其结果是，液晶显示单元的成本提高。必须增大液晶面板的尺寸的理由如下。即，即使液晶面板的外形、封装部件的尺寸、以及将液晶面板组入封装部件时的位置精度等产生公差，栅极驱动器需要始终被封装部件覆盖，像素矩阵需要始终未被封装部件覆盖。为了达到上述要求，需要将封装部件的开口部的端部与栅极驱动器的端部之间的距离、以及封装部件的开口部的端部与像素矩阵的端部之间的距离设定为接近上述的公差的总值的值。通常，由于这些公差的总值为约1mm，需要在像素矩阵与栅极驱动器之间的位置上设置总共延伸超过约2mm的长度的无用区域。因此，由于液晶面板的大小与无用区域的长度成比例增大，因此能够设置在单一的母基板上的液晶面板的数量减少。由此，成本提高。但是，在本实施方式的液晶显示单元中，对构成栅极驱动器中的输出部的各TFT设置遮光膜，并在控制部与像素矩阵之间的中间位置上设置输出部。
另外，在构成栅极驱动器的电路部的区域中，用于配置构成输出部的TFT的区域最大。原因是因为需要在某一给定的时间内对成为负载的栅极线进行充放电，构成输出部的TFT的通道宽度与其他通道宽度相比极大。如果要示出一例，在以60Hz的帧频率(1帧期间的倒数)驱动具有VGA分辨率(640×480)像素的液晶显示单元的情况下，当控制部的TFT的通道宽度是5μm时，输出部的TFT的通道部可能是500μm。当然，TFT的通道宽度根据TFT的特性、用于确定栅极线的寄生电容的装置结构而变化。但是，输出部的TFT的通道宽度与其他通道宽度相比显著变大的情况没有改变。在本实施方式的液晶显示单元中，由于对至少在输出部中的各TFT设置遮光膜，因此不需要用封装部件覆盖输出部。由于可以将输出部设置在像素矩阵与控制部之间的位置上，因此可以使液晶面板的尺寸与用于设置至少输出部的电路的面积成比例变小。随着像素数增多，需要增大输出部的TFT的尺寸。另外，栅极驱动器的模块需要设置在像素间距的宽度内。因此，随着像素间距变小，用于设置电路的长度变长。因此，液晶显示单元的分辨率越高，其效果越大。
实施例
对示例性液晶显示单元的一个实施例进行说明。图6表示在上述实施方式中所述的仅由n型TFT构成的栅极驱动器的一个模块所对应的电路图。该电路由二相时钟CLK1、CLK2、输入信号IN、以及两个电源VGH和VGL驱动。在此，设定VGH为高电压侧的电源，VGL为低电压侧的电源。另外，在所述模块是在多个串联连接的模块中的第一阶段的情况下，第一阶段模块的输入信号IN是启动信号，除第一阶段模块以外的各模块的输入信号IN是来自之前阶段模块的输出。分别与控制部610和输出部620连接的时钟之间的关系针对每个模块发生改变。在图6中所示的模块前后分别连接的各模块中，时钟CLK2与控制部连接，时钟CLK1与输出部连接。时钟CLK1和时钟CLK2以及启动信号各自的振幅范围为VGH和VGL之间的电压。
栅极驱动器的一个模块由控制部610和输出部620构成，输出部620由两个TFT Tr1和TFT Tr2构成，控制部610由三个TFT Tr3、TFT Tr4和TFT Tr5构成。构成输出部620的TFTTr1的栅极电压被设置为通过自举法升压从而成为高于VGH的电压。电容器Cb具有用于该升压的电容。但是，当在TFT Tr1中源极和栅极之间的寄生电容充分大的情况下，不一定必须设置电容器Cb。
如在上述实施方式的说明中所述，在构成输出部620的各TFT Tr1和TFT Tr2的下方设置遮光膜，输出部620设置于在平面视图中控制部610与像素矩阵之间。图7表示输出部620的布局，图8和图9表示沿图7中的线VIII－VIII和IX－IX剖开的各剖面。
接下来，参照图8对输出部620的剖面结构进行说明。在由玻璃等具有绝缘性且能够透光的材料制成的TFT基板101上，形成并图案化遮光膜320。对于遮光膜320，可以使用熔点高的材料，例如W、Cr、Ti以及包含这些金属的合金。在遮光膜320上形成将用作多晶硅膜的基层的层间膜330。对于层间膜，可以使用SiO2膜或SiNX膜或包括这些材料的层的层叠膜。在层间膜330上，形成并图案化多晶硅膜340。多晶硅膜可通过形成a－Si膜以及之后用准分子激光等对a－Si膜退火来形成。在多晶硅膜340上形成栅极绝缘膜350。对于栅极绝缘膜，可以使用SiO2膜、SiNX膜或包括这些材料的层的层叠膜。在栅极绝缘膜350上形成并图案化栅极金属层，由此形成栅电极360。栅极金属的示例包括Cr、Al等。在从多晶硅膜340的形成到栅电极360的形成的期间，可以进行将杂质注入到各TFT的源极区域和漏极区域中的工序、用于在各TFT的源极和漏极区域与通道形成区域之间形成LDD(Lightly Doped Drain：轻掺杂漏极)的低浓度杂质注入工序、用于控制阈值的通道剂量等工序、以及用于激活的工序。在栅极金属层上形成层间膜370。对于层间膜370，可以使用SiO2或SiNX的膜以及包括这些材料的层的层叠膜。在层间膜370上形成并图案化配线金属380。对于配线金属380，可以使用Al或包含Al的合金。在像素矩阵区域中，形成与图12中所示的结构相同结构的像素TFT。虽然未示出，但在配线金属380的层上形成与上述层间膜不同的层间膜、由ITO(IndiumTin Oxide：铟锡氧化物)等用于透明电极的材料制成的像素电极等。配线金属380上方的结构可根据液晶的模式适当地变更。另外，在各TFT中，配线金属380通过接触孔与TFT的源极和漏极区域电连接，并且在配线区域中，根据需要，配线金属380和栅电极360也经由接触孔电连接。由于下面的原因，期望遮光膜320的大小等于或大于相应的多晶硅膜的大小。即，需要使遮光膜320与形成有TFT的通道的栅电极360与多晶硅膜340在平面视图中相互重叠的区域重叠。在TFT具有LDD结构的情况下，还需要使遮光膜320与LDD区域在平面视图中相互重叠。另外，需要遮光膜320遮挡从倾斜方向照射到TFT的光。对于构成控制部610的TFT，不一定必须在各TFT的下方设置遮光膜320。即，控制部610可包括采用图8中省略遮光膜320的结构的TFT。
在栅极驱动器的各模块中，供应给设置在构成输出部620的两个TFT中的每一TFT下方的遮光膜320的电压是成为与相应的模块中的输出端子的电位相同电位的电压。但是，为了可靠地抑制误动作，优选地，成为与输出端子的电位相同电位的电压被供应给设置在TFT Tr1(栅极电压通过自举法被升高或降低的第一TFT)下方的遮光膜320，并且成为与电源VGL(相应TFT的源电极)的电位相同电位的电压被供应给设置在TFT Tr2(栅极电压通过自举法被升高或降低的与第一TFT不同的第二TFT)的下方的遮光膜320。如参照图9所述，对用于向遮光膜320供给电位的结构进行说明。图9表示沿图7的线IX－IX剖开的剖视图，并表示TFT Tr1的遮光膜320和形成输出端子的配线金属380之间的电连接。在从TFT Tr1下方的位置延伸的遮光膜320与形成输出端子的配线金属380在平面视图中重叠的区域上，形成接触孔325使其贯穿用作基层的层间膜330、栅极绝缘膜350、以及层间膜370。遮光膜320和配线金属380经由接触孔325相互电连接。在TFT Tr2中，同样地，从TFT Tr2下方的位置延伸的遮光膜320经由接触孔电连接到具有与电源VGL的电位相同电位的配线金属380。
在像素矩阵200中，设置在各像素TFT 300下方的遮光膜320可具有与任何一个配线都不电连接的浮置结构，或者可与被电连接以便具有与栅极线的电位相同的电位。但是，在具有大量像素的液晶显示单元中，优选地，为了使栅极线的寄生电容较小，使设置在各像素TFT 300下方的遮光膜320处于浮置状态。
图10示意性示出在上述的结构中设置在液晶显示单元的TFT基板101上的遮光膜320的图案。在像素矩阵200中，遮光膜320设置为孤立图案，使得孤立的遮光膜320设置在相应的其中一个像素TFT 300下方的位置上，并且当从TFT基板101的法线方向观察时遮盖相应的像素TFT 300的半导体层。在构成栅极驱动器600的输出部620的区域中，遮光膜320也设置为孤立图案，使得孤立的遮光膜320设置在构成输出部620的相应的其中一个TFT下方的位置上，并且当从TFT基板101的法线方向观察时遮盖相应的TFT的半导体层。但是，在控制部610的区域中，由于不一定必须在各TFT下方设置遮光膜320，因此在本文所示的实施例中不设置遮光膜320。在由TFT构成的保护元件设置在像素矩阵200和输出部620之间的结构(未示出)中，遮光膜320优选设置在与各TFT的位置相对应的位置上。另外，在由TFT构成的保护元件在像素矩阵200的附近设置在数据线上的结构中，遮光膜320也优选设置在与各TFT的位置相对应的位置上。除保护元件以外，在检测电路等采用TFT的其他电路设置在经由开口部107照射光的位置上的结构中，遮光膜320也优选设置在与各TFT的位置相对应的位置上。
接下来，参照时序图对栅极驱动器的动作进行说明。图11是表示可应用于本实施例的液晶显示单元的、图6中所示的栅极驱动器的一个模块的动作的时序图。由于假设该模块为串联连接的多个模块中的第n个模块，因此由图6中的符号IN表示的输入信号成为第(n－1)个模块的输出信号。时段T1～T4分别表示将视频信号写入到液晶显示单元的一像素行的一个水平时段。在此所述的一像素行是指在图3中与任意一个栅极线连接的像素行。另外，假设时钟CLK1和时钟CLK2各自的高电平与电源VGH的电位为相同电位，低电平与电源VGL的电位为相同电位。
在时段T1中，由于输入信号IN为低电平，因此与TFT Tr1的栅电极连接的节点C1的电位为低电平。另外，与TFT Tr2的栅电极连接的节点C2的电位保持高电平。时段T2包括输入信号为高电平并且时钟CLK1也为高电平的时段。因此，TFT Tr3成为导通状态，节点C1的电位上升至V1。在此，V1的电位是比VGH的电压小TFT Tr3的阈值电压的值。在该时段中节点C1为高电平、节点C2为高电平，这意味着TFT Tr1和TFT Tr2分别处于导通状态。另一方面，由于时钟CLK2为低电平，输出OUTn为低电平。在时段T2中，在时钟CLK1为高电平的时段中，栅电极连接到节点C1的TFT Tr5也处于导通状态。另一方面，在时钟CLK1为高电平的时段，节点C2保持高电平。当CLK1向低电平变化时，TFT Tr4成为非导通状态，由于TFT Tr5保持导通状态，节点C2的电位与时钟CLK1的电位一起向低电平变化。伴随于此，TFT Tr2也从导通状态向非导通状态变化。但是，由于CLK2为低电平，输出OUTn在整个时段T2经由TFT Tr1保持低电平。在时段T3，由于时钟CLK1为低电平，因此TFT Tr4处于非导通状态。即使TFT Tr5为导通状态，由于时钟CLK1为低电平，因此节点C2维持低电平，TFT Tr2仍为非导通状态。另外，由于时钟CLK1为低电平，因此TFT Tr3为非导通状态，并且节点C1处于浮置状态。随着时钟CLK2向高电平变化，由于基于TFT Tr1的栅极和源极之间的寄生电容以及电容Cb的电容耦合，与输出OUTn的电位上升一起，节点C1的电位上升到V2。V2的电位为将作为时钟CLK2的电压振幅的VGH－VGL之间的电压累加到V1的电位得到的值，由此可使V2的电位高于通过将TFT Tr1的阈值电压累加到VGH的电位得到的值。因此，使输出OUTn的电位V4最终上升到VGH的电位。之后，当时钟CLK1向低电平变化时，输出OUTn的电位也向低电平变化，由于上述的电容耦合，节点C1的电位也下降。但是，由于节点C1的电位未下降直到使TFT Tr1处于非导通状态，输出OUTn达到VGL的电位，VGL的电位是CLK1的低电平电位。在时段T4中，时钟CLK1成为高电平，各TFT Tr3和TFT Tr4成为导通状态，节点C1的电位成为VGL的电位，VGL的电位是输入IN的电位，节点C2的电位被TFT Tr4充电到高电平。此时的节点C2的电位V3为比VGH的电位小TFT Tr4的阈值电压的值，TFT Tr2成为导通状态。其结果是，输出OUTn维持VGL的电位。
这种动作在多个串联连接的模块的各模块中依次执行，由此栅极驱动器能够进行依次输出与时钟同步的脉冲的动作。
如上所述，能够提供本实施例的液晶显示单元，该液晶显示单元使用小尺寸的液晶面板，即使在其被照射极强光的状况下也不会引起画质劣化。
另外，能够比上述实施方式中所示的液晶显示单元进一步防止栅极驱动器电路的误动作的发生。
实施例中所示的液晶显示单元具有与实施方式中的液晶显示单元相同的效果的理由与实施方式中所示的理由相同。下面说明能够比实施方式中所示的液晶显示单元进一步防止栅极驱动器电路的误动作的理由。
在采用栅极驱动器电路仅由单一的导电型的TFT构成的结构的液晶显示单元中，即使当栅极驱动器的输出部620输出高电平信号时，该信号电平也没有变得充分高。因此，可能产生输出部620的输出不能传递到下一阶段的误动作。这种误动作可能由当TFT Tr1向导通状态变化时由于某些原因TFT Tr2成为导通状态的情形引起。在实施方式中所示的液晶显示单元中，向设置在TFT Tr1和TFT Tr2各自的下方的遮光膜供给与输出端子的电位相同的电位。这意味着，当该模块的输出成为高电平时，遮光膜的电位也成为高电平。当设置在n型TFT的后通道侧的导体的电位向高电平变化时，阈值电压向阈值电压降低的方向变化。在此，如果由于制造上的波动导致TFT Tr2的阈值电压较小，则由于遮光膜电位的影响，即使栅极电压为低电平的状况下，电流也可能流经源极和漏极之间。在这种情况下，由于输出的电位在VGH与VGL的各电位之间的电位处被分压，因此输出的电位比VGH的电位小。以这种方式，在TFT Tr2的阈值电压小的一系列模块中，每当输出传递到下一模块时，输出电压逐渐减小，最终输出电压小到其不能被传递。
在本实施例的液晶显示单元中，向分别设置在构成输出部的TFT Tr1(第一TFT)和TFT Tr2(第二TFT)的下方的遮光膜供给不同的电位。向设置在其漏极端子连接到时钟线的TFT Tr1(第一TFT)下方的遮光膜供给与输出部的输出端子的电位相同的电位。另一方面，向设置在其源极端子连接到电源VGL的TFT Tr2(第二TFT)的下方的遮光膜供给电源VGL的电位。因此，输出端子的电压向高电平的变化只是引起仅TFT Tr1的阈值电压向阈值电压变小的方向的变化，其未使输出端子的电位降低。因此，不会产生误动作的其中一个模式，由此难以引起误动作。
在至此所示的实施例中，所有的像素TFT和构成栅极驱动器的所有的TFT是n型TFT。但是，可以对它们仅使用p型TFT。在使用p型TFT的情况下，可向设置在构成栅极驱动器的输出部并且其漏极端子连接到时钟线的TFT的下方的遮光膜供给输出部的输出端子的电位，并向设置在其源极端子连接到电源VGH的TFT的下方的遮光膜供给电源VGH的电位。对于构成控制部的TFT的连接关系，TFT可连接为使电源VGH与VGL之间的关系颠倒，控制时钟可构成为使高电平与低电平之间的关系颠倒。
另外，在栅极驱动器仅由n型TFT构成的情况和栅极驱动器仅由p型TFT构成的情况的任一情况下，控制部可采用图4和图6中所示的电路结构以外的电路结构。例如，控制部可采用增加了切换栅极驱动器的扫描方向的功能的结构、或者以三相或更多相的时钟进行控制的结构。另外，输出部也可以采用具有两个或更多个TFT的结构，在每个TFT中，源极端子连接到电源。在这种情况下，在源极端子分别连接到电源的所有的TFT中，向设置在相应的TFT下方的遮光膜供给电源电位，向设置在漏极端子连接到时钟线的TFT的下方的遮光膜供给输出端子的电压。
即，上述实施方式和实施例的液晶显示单元的特征如下所述。将被供应给形成在输出部中的TFT的下方的遮光膜的电位如下设定。输出部包括：TFT(第一TFT)，至少其漏极端子与时钟线连接，并且其栅极端子的电位通过自举效果与电源电压的范围相比被升压或降压；TFT(第二TFT)，其源极端子连接到电源。在输出部中，在设置于第一TFT的下方的遮光膜与设置于第二TFT的下方的遮光膜之间，供给到遮光膜的电位变化。具体地，向设置在通过自举效果其栅极端子的电位被升压或降压的TFT(第一TFT)的下方的遮光膜供给输出端子的电位。另外，以仅在构成输出部的TFT的下方设置遮光膜并且不需要在构成控制部的TFT的下方设置遮光膜的方式，设定被封装部件覆盖的位置。
本发明不限于上述的实施方式和实施例，只要不背离本发明的主旨，则可对液晶显示单元的结构适当进行变更。
本发明的上述实施方式和实施例的液晶显示单元可应用于液晶显示单元被照射极强光的显示单元，诸如液晶投影仪和平视显示器。

Claims (7)

1.一种液晶显示单元，包括：
绝缘基板；
面向所述绝缘基板的对置绝缘基板；
设置于所述绝缘基板与所述对置绝缘基板之间的液晶；
像素矩阵，所述像素矩阵包括多个像素，每个所述像素包括像素电容和像素TFT；以及
外围电路，所述外围电路包括控制部和输出部，用以驱动每个所述像素中的所述像素TFT的栅极线，所述控制部和所述输出部分别包括TFT，
其中，所述像素矩阵和所述外围电路形成为一体并且形成在所述绝缘基板上，
当从所述绝缘基板的法线方向观察时，所述输出部设置在比所述控制部更靠近所述像素矩阵的位置上，
所述像素的所述像素TFT和所述外围电路中的所述TFT具有顶栅结构，以及
所述液晶显示单元还包括：设置在每个所述像素的所述像素TFT的绝缘基板侧的遮光金属；以及设置在所述外围电路中的所述TFT中的至少在所述输出部中的每个所述TFT的绝缘基板侧的遮光金属。
2.根据权利要求1所述的液晶显示单元，其中，
所述控制部包括在所述绝缘基板侧未设置所述遮光金属的TFT。
3.根据权利要求1所述的液晶显示单元，其中，
所述外围电路中的所述TFT是相同导电型的TFT，
所述输出部中的所述TFT包括第一TFT，所述第一TFT的栅极电压通过自举法被升压或降压，
形成在所述第一TFT的所述绝缘基板侧的所述遮光金属具有与所述输出部的输出端子的电位相同的电位。
4.根据权利要求3所述的液晶显示单元，其中，
所述外围电路中的所述TFT包括在所述绝缘基板侧设置有遮光金属的第二TFT，所述第二TFT与所述第一TFT不同，
设置在所述第二TFT的所述绝缘基板侧的所述遮光金属具有与所述第二TFT的源电极的电位相同的电位。
5.根据权利要求1所述的液晶显示单元，其中，
当从所述绝缘基板的法线方向观察时，设置在每个所述像素的所述像素TFT的所述绝缘基板侧的所述遮光金属遮挡相应的所述像素TFT的半导体层，
当从所述绝缘基板的法线方向观察时，设置在所述外围电路的所述TFT中的至少在所述输出部的每个所述TFT的所述绝缘基板侧的所述遮光金属遮挡相应的所述TFT的半导体层。
6.根据权利要求1所述的液晶显示单元，还包括由不透光的材料制成的封装部件，
其中，所述封装部件覆盖所述绝缘基板和所述对置绝缘基板，并且在所述封装部件上形成有开口部，以及
当从所述绝缘基板的法线方向观察时，所述开口部的端面与所述输出部重叠。
7.根据权利要求6所述的液晶显示单元，其中，
当从所述绝缘基板的法线方向观察时，所述开口部的所述端面位于所述控制部的像素矩阵侧的端部与所述像素矩阵的外围电路侧的端部的中央。
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