CN1095486A - 用于液晶显示器的有源矩阵 - Google Patents

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Abstract

一种液晶显示器的有源矩阵，具有多个象素、地 址总线及与之相垂直的数据总线，每一地址总线和数 据总线分别包括相互分离的一对地址子总线和数据 子总线。各象素包括一对显示电极；第一及第二开关 器件，分别耦连在一显示电极、相应的一个地址总线 的一对地址子总线中的第一及第二子总线和相应的 一个数据总线之间；其中由至少一个显示电极把数据 子总线相互分离，并且能够形成表示相邻行之间彩色 象素的三角形结构。

Description

本发明涉及液晶显示器，特别涉及带有冗余矩阵元件的有源矩阵液晶显示器。
对于电视、视频和计算机设备用的液晶显示器（LCD）的需求已经迅速增加。为了获得高的图象质量，通过在矩阵元件中提供冗余部分，使有源矩阵LCD获得其象素的高工作可靠性。已公开的日本专利申请N60-192369，H01L29/78描述了这类有源矩阵LCD。
参考图1，这类有源矩阵电路包括多个在相互垂直的n行和m列矩阵中的绝缘基片上形成的象素。每个象素包括一个开关薄膜晶体管（“TFT”）3和一个显示电极4。该矩阵进一步包括多个平行于象素行的地址总线1-1，1-2，1-3，……1-n，和多个平行于象素列的数据总线2-1，2-2，2-3，……2-m。
显示电极4通过TFT3和相应的地址总线，例如1-1及相应的数据总线，例如2-m相互连接。将地址信号从外部施加到地址总线而将视频信号施加到数据总线。TFT3的栅极连接到地址总线，漏极连接到数据总线，源极则连接到显示电极4上。
这类有源矩阵LCD工作可靠性较低，因为工作期间TFT3和/或显示电极4的失效会引起象素的失效。此外，地址总线和/或数据总线变坏，也会导致所有与这些不良地址和/或数据总线相耦合的象素的失效。
为了消除上述的缺点曾做过多种努力。例如，申请日为1992年1月21日的俄国专利申请No.5019570/24，描述了设有有源矩阵元件冗余部分的有源矩阵LCD。参考图2，每个象素包括4个显示电极4Ⅰ、4Ⅱ、4Ⅲ、4Ⅳ和4个TFT晶体管3Ⅰ、3Ⅱ、3Ⅲ、3Ⅳ。4个显示电极中的每一个和4个TFT晶体管中相应的一个相连接，然后再和相应的一对地址和数据总线相连接。
矩阵包括多个相互垂直的地址总线1-1，1-2，……，1-n和数据总线2-1，2-2，……，2-m。每个地址总线包括一对平行于象素行的子总线，每个数据总线包括一对平行于象素列的子总线。一对地址子总线和相应的一对数据子总线包围一个有4个显示电极的象素。
例如，地址总线1-1包括子总线1-1′和1-1″;数据总线2-1包括子总线2-1′和2-1″。因此，通过相应的一对地址子总线，例如，1-1′和1-1″，1-2′和1-2″，……1-n′和1-n″以及相应的一对数据子总线2-1′和2-1″，2-2′和2-2″，……，2-m′和2-m″把地址和数据信号提供到象素。
而且还设有横向电连线5，用以电接每一对数据子总线，例如2-1′和2-1″，将四个显示电极4Ⅰ，4Ⅱ，4Ⅲ和4Ⅳ分成两组，位于一侧的4Ⅰ和4Ⅱ为第一组，位于相对侧的4Ⅲ和4Ⅳ为第二组。类似地，设有垂直电连线6，用以电连接地址子总线对，例如，1-1′和1-1″，将四个显示电极分成两组，位于一侧的4Ⅰ和4Ⅲ为第三组，位于相对侧的4Ⅱ和4Ⅳ为第四组。
横向电连线5和每一个象素的4个TFT3Ⅰ、3Ⅱ、3Ⅲ和3Ⅳ的全部源极相耦合。因此，如果任何数据子总线变坏，横向电连线51将避开变坏的总线，于是保证使视频信号通过没变坏的数据总线部分传送到TFT3。同样，如果任何地址子总线变坏，垂直连线6保证使地址信号通过没变坏的地址总线部分传送到TFT3。进一步地，如果任何一个TFT3或者任何一个显示电极4变坏，仅仅1/4象素变成不能工作，于是改善了矩阵总的工作可靠性。
然而，图2所示的矩阵存在一些缺点。因为某些数据子总线，例如在两象素之间的2-1″和2-′，……，2-（m-1）″和2-m′非常接近，这就存在非常大的使这些数据子总线短路的可能性。在它们工作期间，当这种短路引起二列相邻象素失效时，会降低矩阵工作的可靠性。此外，必须把象素安排在数据子总线和地址子总线之间，这就使这种有源矩阵结构不适合用于彩色象素呈三角形排列的彩色LCD。
本发明的目的是消除常规矩阵的上述缺点。
按照本发明的一个方面，如本文中具体实施的和广义上限定的，液晶显示器的有源矩阵有多个象素，相互垂直的多个地址总线和多个数据总线。每一地址总线包括一对彼此隔开的地址子总线，每一个数据总线包括一对彼此隔开的数据子总线。每个象素包括一对显示电极;一个第一开关装置，耦连于各显示电极和相应的一个地址总线的第一对地址子总线及相应的一个数据总线之间;以及一个第二开关装置，耦连于显示电极和所述相应地址总线的第二对地址子总线及所述相应的数据总线之间;其中每个数据总线通过至少一个显示电极与其余的数据总线相分离。
根据本发明的另一方面，液晶显示器的有源矩阵包括多个以相互垂直的行和列设置的象素。每个象素代表共同构成一彩色象素的多个颜色中的一种。每个图象单元包括至少一对显示电极，其中，在一象素行上代表一种颜色的该对显示电极的位置，相对于在相邻行上代表一种不同颜色的一对显示电极的位置而言，至少被横向移动一个显示电极，以便形成表示相邻行之间彩色象素的三角形结构。
在下述的说明书中，将部分地陈述本发明的目的和优点，这些目的和优点一部分将从本说明书中明显地看出，或者通过实施本发明而得以了解。本发明的目的和优点可以通过所附的权利要求书特别指出的部件及其组合得以实现。
构成本说明书的一部分的附图，示出本发明的实施例，与说明书相结合，解释本发明的原理。
图1是一个公知的有源矩阵LCD的电路图。
图2是另外一个公知的具有矩阵元件的冗余部分的有源矩阵LCD的电路图。
图3是根据本发明一个实施例的有源矩阵的电路图。
图4是图3中有源矩阵LCD局部分布图的平面图。
图5是沿图4中A-A线的剖面图。
下面将详细地参阅本发明的最佳实施例，在附图中说明其中的一个例子。尽可能地，在全部附图中涉及同样的或相同的部件，都采用同样的标号。
图3表示按照本发明一个实施例的有源矩阵LCD的电路图。该矩阵包括多个在n行和m列矩阵中的象素。各行象素每隔一行被重复。例如，在行3（对应于地址总线1-3）重复象素行1（对应于图3中地址总线1-1）;行4重复行2;在行n重复行（n-2）（图中未示出）。每一象素包括形状相同的第一和第二显示电极4′和4″。
该矩阵进一步包括多个平行于象素行的地址总线1-1，1-2，1-3，……，1-n，并且相互隔开;多个平行于象素列的数据总线2-1，2-2，2-3，2-4，……，2-m，且由相应的一个显示电极相等地隔开。每一地址总线，例如，1-1，还包括第一和第二地址子总线1-1′和1-1″，被相应的一个显示电极在象素的显示电极的对侧相互分开;每一数据总线，例如，2-1包括第一和第二数据子总线2-1′和2-2″，被相应的一个显示电极在象素的对侧，相互分开。
每一显示电极4′，4″各自有两个开关晶体管3Ⅰ和3Ⅲ，3Ⅱ和3Ⅳ。显示电极4′通过开关晶体管3Ⅰ耦合到第一地址子总线1-1′，通过开关晶体管3Ⅲ耦合到第二地址子总线1-1″;显示电极4″通过开关晶体管3Ⅱ耦合到第一地址子总线1-1′，而通过开关晶体管3Ⅳ耦合到第二地址子总线1-1″。
象素的四个晶体管中的每一个的漏极都与对应的显示电极相连接;栅极与对应的地址子总线相连接;源极则与对应的数据子总线相连接。晶体管的漏极和源极可以互相调换。
每一象素同时由地址子总线对1-1′和1-1″，……，1-n′和1-n″中的相应的一对及数据子总线对2-1′和2-1″，……，2-m′和2-m″中的相应一对来驱动。对于每一对地址子总线，设有一个或多个垂直电连线6电连接该对地址子总线，以保证当任何地址子总线失效时把地址信号输送到晶体管。同样，对于每一对数据子总线，设有一个或多个横向电连线5与该对数据子总线进行电连接。横向连线5作为象素的一个通路上的开关晶体管3Ⅰ，3Ⅲ的源极，也作为一相邻通路中的开关晶体管3Ⅱ和3Ⅳ的源极。
为了消除相邻数据子总线（或者相邻数据总线）的短路，由象素的两个显示电极4Ⅰ，4Ⅱ中相应的一个电极，把每对数据子总线与其它的数据子总线相隔开。此外，为了获得有源矩阵彩色象素的三角形布局，把一行上的每一个象素、相对于相邻一行上的相应的一个象素，横向移动半个象素的间距，使得相应于彩色元R，G，B的三个象素（每一个包括一对显示电极）构成三角形结构，如图3中阴影区所示。
图4表示图3中有源矩阵局部布图的平面图，该布图设有电连线5和6及设置在第j列和第（j+1）列数据子总线之间的开关晶体管。点划线表示由α-硅制成的开关晶体管3Ⅰ，3Ⅱ，3Ⅲ和3Ⅳ的半导体区。地址子总线1-i″和1-（i+）′作为开关晶体管的栅极，而电连线5作为晶体管3Ⅱ和3Ⅲ的源极。通过触点7的方式由数据子总线2-j′，2-j″和2-（j+1）′使晶体管3Ⅰ和3Ⅳ的源和电连线5相连接。
图5表示沿图4中A-A线剖开的布图的剖面图。下面参考图5解释制造工艺。采用真空蒸镀法在玻璃基片上形成铬膜。对上述铬膜进行光刻，形成地址子总线1-i″和2-（i+1）′和电连接线6。这些子总线同时作为开关晶体管的栅极。然后溅射氮化硅9以形成栅极绝缘层。在栅极绝缘层上淀积α-硅膜，通过光刻由此形成开关晶体管的半导体区。
然后，连续地淀积N+a-Si∶H 11和铬膜12，用光刻法选择腐蚀这些膜形成开关晶体管的源和漏区以及电连接线5。此后，淀积透明的氧化铟导电膜，通过光刻氧化铟膜形成显示电极。然后淀积氮化硅膜14作为保护性绝缘层，在该膜中开出电连线和开关晶体管源区的接触窗口。然后，淀积铝膜，由此光刻地形成数据子总线（在该图中没有表示）。
本发明的用于LCD的有源矩阵，如此处具体化的那样，其独特的特征在于，矩阵中的每一象素包括至少两个显示电极，每一显示电极具有两个相关联的开关晶体管。与象素相关联的每一地址总线有一对子总线，由显示电极使它们相互分开。每一数据总线有一对数据子总线，每一数据子总线通过象素的显示电极与其它数据子总线相互隔开。
每个象素中的每一开关晶体管的漏极与对应的显示电极相连接;栅极与对应的地址子总线相连接，而源极则与对应的数据子总线相连接。对于每对地址子总线，设有一个或多个垂直电连线，每一垂直电连线都与一对地址子总线相连接，作为相关联的开关晶体管的栅极。同样，对于每对数据子总线，设有与该对数据子总线电连接的一个或者多个横向电连线，作为相关联的开关晶体管的源极。
按照本发明的另一方面，各行的象素每隔一行得以重复。把各行上的每一个象素，相对于相邻行上象素中对应的一个，移动半个象素间距，以利于构成彩色象素的三角形结构。因此，本发明的有源矩阵结构，避免了相邻数据总线之间的短路，使对于彩色LCD的应用变得更容易了。
那些本领域熟练的技术人中将能理解到，在不偏离本发明的构思和范围的情况下，可以在私下对本发明的装置和方法作出各种修改和变化。这样，企图使本发明包含对该发明进行的修改和变化，这些修改和变化包括在附加的权利要求及等同物的保护范围中。

Claims (8)

1、一种用于液晶显示器的有源矩阵，具有多个象素，多个地址总线，多个与地址总线相垂直的数据总线，每一地址总线包括一对相互隔开的地址子总线，每一数据总线包括一对相互隔开的数据子总线，每个象素包括：
一对显示电极；
第一开关装置，耦连在每一显示电极和相应一个地址总线的一对地址子总线中的第一对和相应的一个数据总线之间；
第二开关装置，耦连在显示电极和所述相应地址总线的一对地址子总线中的第二对和所述相应数据总线之间；
其中所述数据子总线通过至少一个显示电极同另外的数据子总线相隔离。
2、根据权利要求1的有源矩阵，其中每一数据总线的数据子总线对包括一个或多个用于相互电连接的装置。
3、根据权利要求1的有源矩阵，其中每一地址总线的地址子总线对包括一个或多个用于相互电连接的装置。
4、一种用于液晶显示器的有源矩阵，包括：
多个以相互垂直的行和列设置的象素，每一象素代表共同构成彩色象素的多种颜色中的相应一种，每个象素包括至少一对显示电极，
其中在一象素行上代表每一种颜色的所述至少该对显示电极的位置，相对于在相邻行上代表不同颜色的一对显示电极的位置而言，至少被横向移动一个显示电极，以便形成表示相邻行之间彩色象素的三角形结构。
5、根据权利要求4的有源矩阵，其中各行象素每隔一行被重复。
6、根据权利要求4的有源矩阵，还包括多个地址总线和多个数据总线，每一地址总线包括一对地址子总线，每一数据总线包括一对数据子总线，其中，通过数据总线把每一显示电极与另外的显示电极相分离。
7、根据权利要求6的有源矩阵，其中每一数据总线的一对数据子总线包括一个或多个用于相互电连接的装置。
8、根据权利要求6的有源矩阵，其中每一地址总线的一对地址子总线相互隔开，并且包括一个或者多个用于相互电连接的装置。
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