CN1543587A - 有源矩阵液晶显示器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种有源矩阵液晶显示器，尤其涉及一种包含用于行(13)和列(9)电极的驱动电路(3)的有源矩阵板。在基板(1)上设置位于行电极(13)和列电极(9)下面的驱动电路(3)，驱动电路(3)通过通道(33)与行和列电极(9，13)相连。设置反射像素电极(21)。最好驱动电路(3)沿二维阵列分布，从而每个行和/或列电极与驱动电路(3)相连。

Description

有源矩阵液晶显示器

本发明涉及一种有源矩阵液晶显示器，具体涉及一种包含有用于行和列电极的驱动电路的有源矩阵液晶显示器。

有源矩阵液晶显示器是众所周知的。在这种装置中，有源板与通道板(passage plate)将液晶夹在中间。有源板包括多个将电场施加给液晶的电极；电极一般设置成阵列。沿像素电极的行和列延伸的行和列电极连接并驱动薄膜晶体管，而薄膜晶体管驱动相应的像素电极。

驱动行和列电极以控制薄膜晶体管，从而控制存储在相应像素电极上的电荷。每个像素还包括用于保持该像素上电荷的电容。

一个难题在于设置用于解码输入信号并驱动行和列电极的必要电路。通常，围绕像素阵列外部设置这种驱动电路。

有些有源矩阵显示器的设计除与阵列内每个像素有关的薄膜晶体管以外，还包括一个或多个电路元件。例如，US 5,926,158具有与每个像素相关的像素电容，存储单元和开关。在薄膜晶体管层面上形成这些电路元件。

然而，尽管提供这种与每个像素有关的附加电路在某种程度上会改变对驱动电路的要求，但仍然需要行和列驱动器，并且需要为它们提供空间。

需要一种改进结构以减小有源矩阵显示器的行和列驱动器所占的面积。

根据本发明提供一种用于有源矩阵液晶显示器的有源板，包括基板；像素阵列，每个像素具有用于控制液晶的像素电极；在基板上沿基本垂直的行和列方向延伸的与像素电极相连的多个行电极和列电极；在基板上在像素阵列与基板之间延伸的驱动器单元子阵列，驱动器单元均包括至少一个用于驱动行电极或列电极的驱动电路；以及处于驱动器单元子阵列与象素阵列之间的绝缘层；其中子阵列中的每个驱动电路通过绝缘层中限定的从驱动电路延伸到相应一个行和列电极的通道与相应一个行和列电极相连。

因此，在本发明中，在像素阵列下面驱动电路设置成阵列，并通过通道与像素阵列的行或列电极相连。这样，围绕阵列边缘的行和列驱动电路所需的空间量可大大小于传统结构中所需的空间量。

另外，根据本发明的结构，使驱动电路与行和列电极之间的连接更加容易。

注意由于所需的驱动电路数量等于行电极或列电极数，或者等于两者，这远小于等于行数与列数乘积的像素数量。因此，驱动电路的尺寸明显大于各像素，从而易于使用现有的光刻方法来实现电路。

最好，通道分布在几乎阵列的整个面积上，而非设置在特定位置，例如围绕阵列外部设置。由此，在尤为优选的的实施例中，行或列电极通过通道直接与驱动电路相连，驱动器单元子阵列中不使用任何横向连线。

本发明的实施例在驱动器单元子阵列的相同层面上可以设置其他处理元件。具体来说，这些其他处理元件可以包括例如用作帧存储的存储器，以在不显示高质量图像时显示器以低能量模式运行。

可知在本发明的实施例中，子阵列可包括所有行驱动器，所有列驱动器或者两者。可以将未设置在像素阵列下面的行或列驱动器设置在像素阵列边缘周围。由此，与要求行和列驱动器都围绕像素阵列外部设置的结构相比可减小驱动器和驱动电路所需的基板面积。

可以用边缘密封剂来密封单元，而非使用扩散到玻璃块内大约1.5mm的更普通的密封剂。

本发明还涉及一种包括上述有源板的液晶显示器。本发明使象素能正好扩展到设置显示器有源板的基板边缘。

本发明还涉及一种包括设置在平面中的上述有源板阵列的反射液晶显示器，有源板的基板在阵列平面内延伸；与二维阵列横向间隔的至少一个无源板；以及处于有源板与无源板之间的液晶。

本发明还涉及一种用于液晶显示器的有源板制造方法，包括：在基板上定义驱动器单元子阵列，该驱动器单元均包括至少一个用于驱动行和/或列电极的驱动器；在驱动电路的子阵列上沉积一绝缘层；确定通过绝缘层的通道图案，通道分布在驱动电路子阵列上；在绝缘层上定义像素阵列，该像素阵列包括多个在基板上沿基本垂直的行方向和列方向延伸的与像素相连的行电极和列电极；其中子阵列中的每个驱动电路通过绝缘层中定义的相应通道与相应一个行和列电极相连。

为了更好地理解本发明，现在将参照附图仅通过例子描述实施例，其中：

图1表示根据本发明的有源板的顶视图；

图2表示沿图1中A-A通过所示有源板的横截面图；

图3更详细地表示出图1的有源板的一个像素；

图4表示n个象素乘m个象素的阵列；

图5表示用于16乘16象素阵列的通道图案；

图6表示驱动器单元中的具有行和列驱动器的另一实施例中，用于16乘12象素阵列的另一种通道图案；

图7表示根据本发明的液晶显示器的侧视图；以及

图8表示本发明液晶显示器中所使用的有源板阵列的顶视图。

应该注意的是，附图并没有依照比例绘制。一般用相同附图标记表示不同附图中的相同或相应部件。

将参照图1到3描述本发明第一实施例的有源板。

在可由任何传统材料构成的基板1上形成该结构。该结构分成两层：包括驱动电子设备的下部驱动器层15，和包括像素20和薄膜晶体管23的上部像素层17，其中在有源矩阵结构中每个像素都包括薄膜晶体管23。绝缘层7分隔驱动器层15与像素层17。

像素层17包括在基本上基本彼此平行延伸的行电极13，和在基板上基本垂直于行电极13延伸的列电极9。在行电极与列电极相交的地方设置绝缘间隔物11，使行电极13与列电极9绝缘。

行电极9和列电极13形成象素20的阵列19，为行和列电极的每个交点设置一个像素20。每个像素具有一通过经由通道30连接的薄膜晶体管23驱动的反射像素电极21。

从而该结构为反射结构，其中入射光反射离开像素电极。这避免了在透射结构中使用本发明时可能遇到的任何问题，在透射结构中光必须穿过显示器，从而不仅必须穿过像素层17而且还必须穿过驱动器层15。

正如可以看出，像素电极21基本覆盖每个像素的整个顶层，与行电极9和列电极13以及薄膜晶体管23重叠，使反射表面最大，从而使最终显示器的亮度最大。

由从相应行电极13横向延伸的栅极25形成晶体管23。半导体层27将相应列电极9与像素电极21相连。栅极25通过栅极电介质29例如SiN与半导体层27绝缘。

所示的薄膜晶体管为一种底部栅(bottom-gated)结构，不过如果需要也可以使用其他底部栅结构或顶部栅结构。

图1中的虚线表示在有源板下部驱动器层上驱动器单元子阵列5的各个驱动器单元3。正如可以看出，每个驱动器单元3处于多个像素下面。为了清楚起见，每个驱动器单元3表示成仅处于四个像素下面，不过应该理解实际中数量可能远大于此。

驱动器单元3包括可由任何传统方法形成的电子电路。例如，基板1可以为传统的单晶半导体基板，并且通过传统的结晶半导体技术形成电子电路。或者，可以在基板上以薄膜的形式形成电路，基板可以为玻璃，半导体或者实际上为任何适当的支撑材料。

在所示实施例中，驱动器单元3均包括用于驱动像素阵列19的相应列电极9的单个列驱动器31。列驱动器31通过相应导电通道33与相应列电极9相连。以绝缘层7中限定的通孔35的形式形成导电通道33。通孔35分布在阵列19的区域上，从而每个列电极9通过一个相应通道33与一个相应的列驱动器31相连。金属37填充通孔35。行驱动器39设置在像素阵列19区域的外部，并通过与每个行驱动器39上的驱动器衬垫43连接的互连线41与相应行电极13相连。设置数据总线45穿过每个驱动器单元3。

可以通过已知方式在基板1上图案化并形成驱动单元3的子阵列5而制造有源板。然后，可以沉积绝缘层7，并形成通道33的图案。

之后通过与在基板上传统地形成反射像素有源板相同的方式，在绝缘层7上形成象素层17。唯一特别要求的是行和列电极9，13必须对准通道33。应该注意到，夸大了图2的垂直刻度，从而通道的纵横比没有图2中所示那样大互，因此所沉积的用于形成行和列电极9和13的金属也填充到通道33中，以形成互连金属37。

如图所示，行驱动器39当设置在阵列一侧时会占有大量空间，列驱动器将占据比这更大的空间。因此，在根据本发明的结构中通过将行驱动器，列驱动器或者两者设置在阵列下面，可以显著减小显示器边缘所需的面积。

因此本发明缓解了驱动器单元3与列电极9相互连接存在的问题，同时减小了驱动器电子设备所需的阵列周围的面积。

本发明的驱动器单元3分布在沿分别平行于行和列导线的行方向和列方向延伸的规则子阵列5中。这也有助于将驱动器单元3封装在像素阵列19下面的可用空间中。每列驱动器单元上设置若干列电极9。在图1中，表明两个列电极9在驱动单元的第一列47上。实际上可能更多。第一列单元47上面的每个列电极13通过通道33与一个驱动器单元3相连。

在根据本发明的结构中，可以通过多种方法中的任何一种来制造和分布单元。不过，感兴趣的是使与驱动列电极相符的单元数量最少，因为这使每个驱动单元的面积最大，简化驱动器单元的设计。

考虑具有m列和n行象素20的像素阵列19的例子(图4)，并且在行方向中阵列上有k个驱动器单元3。从而，每个驱动器单元处于m/k个不同列电极9下面，从而每列中需要m/k个驱动器单元，从而每个单元可以驱动一列。因此总共有m个驱动器单元3。

由于每行和每列中单元数量必须均为整数，所以m，n，k，m/k和nk/m必须均为整数。例如如果m＝10000，n＝5000，n/m＝1/2，则k的适当数值为20，50，100，200。

本发明的实施例也可以使用正方形阵列17和子阵列5。即n＝m， $k=\sqrt{m}.$ 对于正方形阵列来说，数学上相当简单。对于m×m阵列，子阵列的水平和垂直方向均有 个单元，一共产生m个单元，每个单元必须包含一列驱动器和一行驱动器以寻址整个阵列。

图5中示意出，对于16×16行和列的正方形阵列来说，重叠的像素阵列与列驱动器子阵列之间的相互连接。行驱动器39设置在阵列一侧，并且处于与像素阵列17不同的层面。小圆表示在介电层中形成的通道33，介电层将驱动器子阵列与象素阵列分隔开，并允许两者电连接。(也可以选择矩形阵列，不过由于上述原因，正方形阵列尤为简单。)

上面的描述涉及最少m个驱动器单元3，其中每个驱动器单元3包括一列驱动器31。还可以将象素阵列19的行电极9与驱动器单元3中的行驱动器39相连，诸如使用通道53，如图6中所示。对于m×n阵列，仅需要n个行驱动器39(假设n小于m)，从而m个驱动器单元3足以容纳n个行驱动器39。实际上，子阵列中每个水平单元行具有k个单元3，不过仅驱动nk/m＜k行。用包括行驱动器的足够多的单元驱动这nk/m行，从而可以将其余k(1-n/m)个单元3上的空间用于其他目的。

在本例中，每个驱动器单元3同时包含行和列驱动器，每个驱动器单元3必须与像素阵列19具有两条连线。应该理解的是，可以为其他结构。例如，并非所有的驱动器单元3都包括行驱动器39，或者行驱动器39与列驱动器31可以设置在不同的单元中。

图7表示完整的液晶显示器，其中如前面所述，有源板61由基板1，驱动器层15，绝缘体7和像素层17构成。无源板63与有源板相对，并且液晶65夹在其中。在液晶边缘处设置边缘密封剂67，以便将各部分密封在一起。

该显示器通过反射光工作。这避免了任何有关驱动器层中的电子设备干扰光通过该装置的问题。

本发明使象素阵列可以完全扩展到基板边缘。无需在包含驱动器电子设备的液晶装置的边缘周围设置空白区域。这可以使液晶显示器的可视图像区域完全扩展到该装置边缘。

因此，可以并排设置多个有源板61以形成板的阵列81，如图8中的顶视图中所示。阵列81为在与各有源板61的基板1的平面相同的平面内扩展的二维阵列。在所示例子中，形成2×2阵列。小边缘区域83包括用于连接驱动导线85的互连电子设备。阵列81可以与一个或多个无源板63结合，将液晶61夹在中间，通过与图7中所示相同的方式形成液晶显示器。

可以将有源板61组合在一起的原因在于，通过使用本发明，有源板像素阵列19的区域可以扩展到非常接近于板边缘。在安装有驱动电路的有源板61的边缘处不必提供较大面积。

虽然参考若干特定示例描述了本发明，不过本领域技术人员可以想到有若干其他方法可以实现本发明。

具体来说，所有附图都表示有限数量的像素，然而实际装置中的像素数量可以多得多。

通过阅读本说明书，本领域技术人员显然可以想到其他改变和变型。这些改变和变型可以包括在半导体装置的设计、制造和使用中已知的等同特物和其他特征，可以使用除此处所述特征以外的等同物和其他特征或者代替此处所述特征使用等同物或其它物征。虽然本申请中已经明确地将权利要求表示为特定的特征组合，不过应该理解，所披露的范围也包括此处明显或隐含披露的任何新颖特征或特征的任何新颖组合，或者其任何概括，无论其是否如本发明那样解决了任何或所有相同技术问题。从而本申请人注意到，在本申请或者源于本申请的任何进一步申请的实现过程中可以对任何这些特征和/或这些特征的组合构思新的权利要求。

Claims (10)

1.一种用于有源矩阵液晶显示器的有源板，包括：

基板；

像素阵列，每个像素具有一用于控制液晶的像素电极；

在基板上在大体正交的行方向和列方向延伸的与像素相连的多个行电极和列电极；

在基板上在像素阵列与基板之间延伸的驱动器单元子阵列，该驱动器单元均包括至少一个用于驱动行电极或列电极的驱动电路；以及

处于驱动器单元子阵列与象素阵列之间的绝缘层，

其中子阵列中的每个驱动电路通过绝缘层中限定的从驱动电路延伸到相应一个行和列电极的相应通道与相应一个行和列电极相连。

2.根据权利要求1所述的有源板，其中连接子阵列中驱动电路的通道分布在像素阵列区域上。

3.根据权利要求1或2所述的有源板，其中在预定数量列电极下面驱动器单元排成列，并且处于一列驱动器单元上的每个列电极与在该列驱动器电极的驱动单元不同的一个驱动单元中的列驱动器相连。

4.根据前面任何一个权利要求所述的有源板，其中像素阵列扩展到基板边缘。

5.根据权利要求4所述的有源板，还包括用于密封基板边缘的边缘密封剂。

6.根据前面任何一个权利要求所述的有源板，其中子阵列的每个驱动器单元包括一个列驱动器。

7.根据前面任何一个权利要求所述的有源板，其中子阵列的每个驱动器单元包括一个行驱动器。

8.一种反射液晶显示器，包括根据前面任一权利要求所述的有源板，无源板和处于有源板与无源板之间的液晶。

9.一种反射液晶显示器，包括：

根据权利要求1到8的任何一个设置在平面中的有源板阵列，有源板的基板在阵列平面中延伸；

与二维阵列横向间隔开的至少一个无源板；以及

处于有源板与无源板之间的液晶。

10.一种用于液晶显示器的有源板的制造方法，包括：

在基板上定义驱动器单元子阵列，该驱动器单元均包括至少一个用于驱动行和/或列电极的驱动器；

在驱动电路子阵列上沉积一绝缘层；

确定穿过绝缘层的通道图案，该通道分布在驱动电路子阵列上；

在绝缘层上定义像素阵列，该像素阵列包括在基板上沿基本上垂直的行方向和列方向延伸的与像素相连的多个行电极和列电极；其中子阵列中的每个驱动电路通过绝缘层中确定的相应通道与相应一个行和列电极相连。

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