DE4401866A1 - Aktive Matrix für Flüssigkristallanzeigen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Flüssigkristallanzeigen, genauer gesagt, Aktivmatrix-Flüssigkristallanzeigen mit Redundanz der Matrix­ elemente.

Die Anforderungen in bezug auf Flüssigkristallanzeigen (LCDs) für Fernseh-, Video- und Computer-Ausstattungen sind rasch gewachsen. Um eine hohe Bildqualität zu erreichen, erreicht die Aktivmatrix-LCD eine hohe Funktionszuverlässigkeit ihrer Bildelemente, indem sie in bezug auf das Matrixelement Redundanz vorsieht. Die offengelegte japanische Patentanmeldung N 60-192369, HOlL 29/78 beschreibt eine solche Aktivmatrix-LCD.

Wie man Fig. 1 entnehmen kann, umfaßt die Schaltung für eine solche aktive Matrix eine Vielzahl von Bildelementen, die auf einem Isolatorsubstrat in einer Matrix von n Zeilen und m Spalten, die senkrecht zueinander verlaufen, ausgebildet sind. Jedes Bildelement besitzt einen Schalt-Dünnfilmtransistor ("TFT") 3 und eine Anzeigeelektrode 4. Die Matrix umfaßt des weiteren eine Vielzahl von Adreßbussen 1-1, 1-2, 1-3 . . . 1-n, die parallel zu den Zeilen der Bildelemente verlaufen, sowie eine Vielzahl von Datenbussen 2-1, 2-2, 2-3 . . . 2-m, die parallel zu den Spalten der Bildelemente verlaufen.

Die Anzeigeelektrode 4 ist über den TFT 3 an einen entsprechenden Adreßbus, d. h. 1-1, und einen entsprechenden Datenbus, d. h. 2-m, angeschlossen. Das Adreßsignal wird extern an den Adreßbus angelegt, und das Videosignal wird an den Datenbus gelegt. Das Gate des TFT 3 ist an den Adreßbus angeschlossen, während der Drain an den Datenbus und die Source an die Anzeigeelektroden 4 angeschlossen sind.

Eine solche Aktivmatrix-LCD besitzt eine geringe Funktionszuverlässig­ keit, da ein Versagen des TFT 3 und/oder der Anzeigeelektrode 4 ein Versagen des Bildelementes während des Betriebes verursacht. Wenn des weiteren der Adreßbus und/oder der Datenbus fehlerhaft werden, führt dies zum Versagen sämtlicher Bildelemente, die an einen derartigen fehlerhaften Adreßbus und/oder Datenbus angeschlossen sind.

Es wurden Versuche unternommen, um diese Nachteile zu beseitigen. Beispielsweise beschreibt die russische Patentanmeldung N 5019570/24 vom 21. Januar 1992 eine Aktivmatrix-LCD, die Redundanz in bezug auf die Aktivmatrixelemente aufweist. Wie in Fig. 2 gezeigt, besitzt jedes Bildelement vier Anzeigeelektroden 4I, 4II, 4III und 4IV sowie vier TFT-Transistoren 3I, 3II, 3III und 3IV. Jede dieser vier Anzeige­ elektroden ist an einen entsprechenden Transistor der vier TFTs und dann an ein entsprechendes Paar von Adreß- und Datenbussen angeschlossen.

Die Matrix besitzt eine Vielzahl von Adreßbussen 1-1, 1-2 . . . 1-n und Datenbussen 2-1, 2-2 . . . 2-m, die senkrecht zueinander verlaufen. Jeder Adreßbus umfaßt ein Paar von Unterbussen, die parallel zu den Zeilen verlaufen, während jeder Datenbus ein Paar von Unterbussen aufweist, die parallel zu den Spalten der Bildelemente verlaufen. Ein Paar der Adreßunterbusse und ein entsprechendes Paar der Datenunterbusse umgibt ein entsprechendes Bildelement, das vier Anzeigeelektroden aufweist.

Beispielsweise umfaßt der Adreßbus 1-1 die Unterbusse 1-1′ und 1-1′′, während der Datenbus 2-1 die Unterbusse 2-1′ und 2-1′′ aufweist. Daher werden die Adreß- und Datensignale dem Bildelement über ein entsprechendes Paar der Paare der Adreßunterbusse, beispielsweise 1-1′ & 1-1′′, 1-2′ & 1-2′′ . . . 1-n′ & 1-n′′, und über ein entsprechendes Paar der Paare der Datenunterbusse, beispielsweise 2-1′ & 2-1′′, 2-2′ & 2-2′′ . . . 2-m′ & 2-m′′, zugeführt.

Des weiteren ist eine seitliche elektrische Verbindung 5 vorgesehen, die jedes Paar der Datenunterbusse, d. h. 2-1′ und 2-1′′, elektrisch verbindet, wobei die vier Anzeigeelektroden 4I, 4II, 4III und 4IV in eine erste Gruppe von 4I und 4II auf einer Seite und eine zweite Gruppe von 4III und 4IV auf der gegenüberliegenden Seite unterteilt werden. In entsprechender Weise ist eine vertikale elektrische Verbindung 6 vorgesehen, die das Paar der Adreßbusse, d. h. 1-1′ und 1-1′′, elektrisch verbindet, wobei die vier Anzeigeelektroden in eine dritte Gruppe von 4I und 4III auf einer Seite und eine vierte Gruppe von 4II und 4IV auf der gegenüberliegenden Seite unterteilt werden.

Die seitliche elektrische Verbindung 5 ist mit der Source sämtlicher vier TFTs 3I, 3II, 3III und 3IV eines jeden Bildelementes verbunden. Wenn daher irgendeiner der Datenunterbusse fehlerhaft wird, weicht die seitliche elektrische Verbindung dem fehlerhaften Bus aus und sichert somit die Zuführung der Videosignale zu den TFTs 3 über nicht fehlerhafte Teile des Datenbusses. Wenn irgendeiner der Adreßunterbusse fehlerhaft wird, sichert in entsprechender Weise die vertikale Verbindung 6 die Zuführung des Adreßsignales zum TFT 3 über nicht fehlerhafte Teile des Adreßunterbusses. Wenn einer der TFTs 3 oder eine der Anzeigeelektroden 4 fehlerhaft wird, wird nur 1/4 des Bildelementes außer Betrieb gesetzt, so daß die Gesamtfunktionszuverlässigkeit der Matrix verbessert wird.

Die Matrix der Fig. 2 besitzt jedoch Nachteile. Da einige der Datenunterbusse, beispielsweise 2-1′′ und 2-2′ . . . 2-(m-1)′′ und 2-m′, in enger Nachbarschaft zwischen den Bildelementen liegen, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, daß diese Datenunterbusse kurzgeschlossen werden. Ein solches Kurzschließen bewirkt den Ausfall von benachbarten Spalten der Bildelemente während ihres Betriebes, so daß die Funktionszuverlässigkeit der Matrix verschlechtert wird. Darüber hinaus wird es durch das Erfordernis der Anordnung eines Bildelementes zwischen den Datenunterbussen und den Adreßunterbussen unpraktisch, eine solche Aktivmatrixeinheit für Farb-LCDs, die eine dreieckförmige Anordnung von Farbbildelementen besitzen, einzusetzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend aufgeführten Nachteile der herkömmlichen Matrix auszuschalten.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung besitzt die aktive Matrix für Flüssigkristallanzeigen eine Vielzahl von Bildelementen, eine Vielzahl von Adreßbussen und eine Vielzahl von Datenbussen, die senkrecht zu den Adreßbussen verlaufen. Jeder Adreßbus umfaßt ein Paar von Adreßunterbussen, die im Abstand voneinander angeordnet sind, und jeder Datenbus besitzt ein Paar von Datenunterbussen, die im Abstand voneinander angeordnet sind. Jedes Bildelement weist ein Paar von Anzeigeelektroden, eine erste Schalteinrichtung, die zwischen jede Anzeigeelektrode und einen ersten des Paares der Adreßunterbusse eines entsprechenden Adreßbusses und eines entsprechenden Datenbusses geschaltet ist, und eine zweite Schalteinrichtung auf, die zwischen die Anzeigeelektrode und einen zweiten des Paares der Adreßunterbusse des entsprechenden Adreßbusses und des entsprechenden Datenbusses geschaltet ist, wobei jeder Datenunterbus vom anderen über mindestens eine Anzeigeelektrode getrennt ist.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt die aktive Matrix für Flüssigkristallanzeigen eine Vielzahl von Bildelementen, die in Zeilen und Spalten angeordnet sind, welche rechtwinklig zueinander verlaufen. Jedes Bildelement repräsentiert eine entsprechende Farbe aus einer Vielzahl von Farben, die zusammen ein Farbbildelement bilden. Jedes Bildelement umfaßt mindestens ein Paar von Anzeigeelektroden, wobei die Position des Paares von Anzeigeelektroden, das eine Farbe auf einer Zeile der Bildelemente repräsentiert, relativ zur Position des Paares von Anzeigeelektroden, das eine andere Farbe auf einer benachbarten Zeile repräsentiert, um mindestens eine Anzeigeelektrode seitlich verschoben ist, so daß eine dreieckförmige Einheit gebildet wird, die das Farbbildelement zwischen benachbarten Zeilen wiedergibt.

Die Ziele und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor oder werden bei Ausführung der Erfindung verständlich. Diese Ziele und Vorteile können durch die Elemente und Kombinationen erreicht werden, die insbesondere in den beigefügten Patentansprüchen angegeben sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Schaltung einer bekannten Aktivmatrix-LCD;

Fig. 2 die Schaltung einer anderen bekannten Aktivmatrix-LCD mit Redundanz der Matrixelemente;

Fig. 3 die Schaltung einer aktiven Matrix gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 eine Draufsicht auf das Layout eines Abschnittes der Aktivmatrix-LCD der Fig. 3; und

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 4.

Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, von der ein Ausführungs­ beispiel in den Zeichnungen dargestellt ist, wird nunmehr im einzelnen erläutert. Wann immer möglich, werden gleiche Bezugszeichen zur Bezeichnung von gleichen oder entsprechenden Teilen verwendet.

Fig. 3 zeigt die Schaltung einer Aktivmatrix-LCD gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Matrix umfaßt eine Vielzahl von Bildelementen in einer Matrix von n Zeilen und m Spalten. Jede Zeile der Bildelemente wiederholt sich jede übernächste Zeile. Beispielsweise wiederholen sich die Bildelemente der Zeile 1 (entsprechend dem Adreßbus 1-1 in Fig. 3) in Zeile 3 (entsprechend dem Adreßbus 1-3). Zeile 2 wiederholt sich in Zeile 4, während sich Zeile (n-2) (nicht gezeigt) in Zeile n wiederholt. Jedes Bildelement umfaßt erste und zweite Anzeigeelektroden 4′, 4′′ einer gleichen Form.

Die Matrix umfaßt des weiteren eine Vielzahl von Adreßbussen 1-1, 1-2, 1-3 . . . 1-n, die parallel zu den Zeilen der Bildelemente verlaufen und im Abstand voneinander angeordnet sind, sowie eine Vielzahl von Datenbussen 2-1, 2-2, 2-3, . . . 2-m, die parallel zu den Spalten der Bildelemente verlaufen und über eine entsprechende Anzeigeelektrode im gleichen Abstand voneinander angeordnet sind. Jeder Adreßbus, beispielsweise 1-1, umfaßt des weiteren einen ersten und zweiten Adreßunterbus 1-1′ und 1-1′′, die auf gegenüberliegenden Seiten der Anzeigeelektrode des Bildelementes über eine entsprechende Anzeigeelektrode voneinander getrennt sind. Jeder Datenbus, beispielsweise 2-1, besitzt einen ersten und zweiten Datenunterbus 2-1′ und 2-1′′, die auf gegenüberliegenden Seiten der Anzeigeelektrode des Bildelementes über eine entsprechende Anzeigeelektrode voneinander getrennt sind.

Jede Anzeigeelektrode 4′, 4′′ besitzt zwei Schalttransistoren 3I & 3III, 3II & 3IV. Die Anzeigeelektrode 4′ ist über den Schalttransistor 3I mit dem ersten Adreßunterbus 1-1′ und über den Schalttransistor 3III mit dem zweiten Adreßunterbus 1-1′′ verbunden. Die Anzeigeelektrode 4′′ ist über den Schalttransistor 3II mit dem ersten Adreßunterbus 1-1′ und über den Schalttransistor 3IV mit dem zweiten Adreßunterbus 1-1′′ verbunden.

Der Drain-Anschluß eines jeden der vier Transistoren des Bildelementes ist an eine entsprechende Anzeigeelektrode angeschlossen. Das Gate ist an einen entsprechenden Adreßunterbus angeschlossen, während die Source an einen entsprechenden Datenunterbus angeschlossen ist. Der Drain- Anschluß und die Source des Transistors können austauschbar sein.

Jedes Bildelement wird gleichzeitig durch ein entsprechendes Paar der Adreßunterbusse 1-1′ & 1-1′′ . . . 1-n′ & 1-n′′ und durch ein entsprechendes Paar der Datenunterbusse 2-1′ & 2-1′′ . . . 2-m′ & 2-m′′ aktiviert. Für jedes Paar der Adreßunterbusse sind ein oder mehrere elektrische Verbindungen 6 vorgesehen, die das Paar der Adreßunterbusse elektrisch miteinander verbinden, um die Zuführung des Adreßsignales zu den Transistoren sicherzustellen, wenn irgendeiner der Adreßunterbusse fehlerhaft wird. In entsprechender Weise sind für jedes Paar der Datenunterbusse ein oder mehrere seitliche elektrische Verbindungen 5 vorgesehen, die das Paar der Datenunterbusse elektrisch miteinander verbinden. Die seitliche Verbindung 5 wirkt als Source der Schalt­ transistoren 3I, 3III auf einem Pfad und 3II und 3IV auf einem benachbarten Pfad des Bildelementes.

Um ein Kurzschließen von benachbarten Datenunterbussen (oder benach­ barten Datenbussen) zu vermeiden, ist jedes Paar von Unterbussen vom anderen über eine Anzeigeelektrode der beiden Anzeigeelektroden 4I, 4II des Bildelementes getrennt. Um eine dreieckförmige Anordnung der Farbbildelemente der aktiven Matrix zu erhalten, ist des weiteren jedes Bildelement einer Zeile relativ zu einem Bildelement der benachbarten Zeile um einen halben Abstand des Bildelementes seitlich verschoben, so daß drei Bildelemente (die jeweils ein Paar von Anzeigeelektroden umfassen), die den Farbelementen R, G und B entsprechenden, eine dreieckförmige Einheit bilden, wie durch den schraffierten Bereich in Fig. 3 angedeutet ist.

Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf das Layout eine Abschnittes der aktiven Matrix der Fig. 3 mit den elektrischen Verbindungen 5 und 6 und mit Schalttransistoren, die zwischen den Datenunterbussen der j-ten und (j+1)-ten Spalte angeordnet sind. Strichpunktierte Linien bezeichnen die Halbleiterbereiche der Schalttransistoren 3I, 3II, 3III und 3IV, die aus a-Silicium resultieren. Die Adreßunterbusse 1-i′′ und 1-(i+1)′ dienen als Gates der Schalttransistoren, während die elektrischen Verbindungen 5 als Sources der Transistoren 3II und 3III dienen. Die elektrischen Verbindungen 5 und die Sources der Transistoren 3I und 3IV sind mit Hilfe von Kontakten 7 mit den Datenbussen 2-j′, 2-j′′ und 2-(j+1)′ verbunden.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch das Layout der Fig. 4 entlang der Linie A-A. Das Herstellverfahren wird nachfolgend in Verbindung mit Fig. 5 erläutert. Ein Chromfilm wird durch Vakuumverdampfung auf einem Glassubstrat ausgebildet. Die Adreßunterbusse 1-i′′ und 1-(i+i)′ sowie die elektrische Verbindung 6 werden aus diesem Film fotolithografisch hergestellt. Diese Unterbusse dienen gleichzeitig als Gates der Schalttransistoren. Dann wird Siliciumnitrid 9 aufgesprüht, um ein dielektrisches Gate zu bilden. Ein a-Silicium-Film wird über dem dielektrischen Gate abgeschieden. Aus diesem werden die Halbleiter­ bereiche der Schalttransistoren fotolithografisch hergestellt.

Danach werden Filme 11, 12 aus N⁺a-Si : H und Chrom hintereinander abgeschieden, und die Source- und Drain-Bereiche der Schalttransistoren sowie die elektrische Verbindung 5 werden fotolithografisch und durch selektives Ätzen aus diesen Filmen hergestellt. Dann wird ein transparenter leitender Film aus Indiumoxid abgeschieden, und die Anzeigeelektroden werden fotolithografisch aus diesem Film erzeugt. Dann wird ein Siliciumnitridfilm 14, der als Schutzdielektrikum dient, abgeschieden, und die Kontaktfenster zu den elektrischen Verbindungen und den Sourcen der Schalttransistoren werden in diesem Film geöffnet. Danach wird ein Aluminiumfilm abgeschieden, aus dem die Datenunterbusse (in der Figur nicht gezeigt) fotolithografisch hergestellt werden.

Die erfindungsgemäß ausgebildete aktive Matrix für LCDs der vorliegenden Erfindung besitzt das spezielle Merkmal, daß jedes Bildelement in der Matrix mindestens zwei Anzeigeelektroden und jede Anzeigeelektrode zwei dieser zugeordnete Schalttransistoren aufweist. Jeder einem Bildelement zugeordnete Adreßbus umfaßt ein Paar von Unterbussen, die durch die Anzeigeelektrode voneinander getrennt sind. Jeder Datenbus besitzt ein Paar von Datenunterbussen, und jeder Datenbus ist vom benachbarten Datenbus über die Anzeigeelektrode der Bildelemente getrennt.

Der Drain-Anschluß eines jeden Schalttransistors in jedem Bildelement ist an eine entsprechende Anzeigeelektrode angeschlossen. Das Gate ist an einen entsprechenden Adreßunterbus angeschlossen, während die Source an einen entsprechenden Datenunterbus angeschlossen ist. Für jedes Paar von Adreßunterbussen sind ein oder mehrere vertikale elektrische Verbindungen vorgesehen, die jeweils das Paar elektrisch verbinden und als Gate der zugehörigen Schalttransistoren dienen. In entsprechender Weise sind für jedes Paar von Datenunterbussen ein oder mehrere seitliche elektrische Verbindungen vorgesehen, die jeweils das Paar der Datenunterbusse elektrisch verbinden und als Source der zugehörigen Schalttransistoren dienen.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wiederholt sich jede Zeile der Bildelemente jede übernächste Zeile. Jedes Bildelement auf jeder Zeile ist relativ zu einem entsprechenden Bildelement auf der benachbarten Zeile um einen halben Abstand des Bildelementes verschoben, um die Konstruktion eines dreieckförmigen Musters der Farbbildelemente zu erleichtern. Mit der Aktivmatrixeinheit der vorliegenden Erfindung wird daher ein Kurzschließen zwischen benachbarten Datenbussen vermieden. Darüber hinaus wird die Anwendung für Farb-LCDs einfacher.

Claims (8)

1. Aktive Matrix für Flüssigkristallanzeigen mit einer Vielzahl von Bildelementen, einer Vielzahl von Adreßbussen und einer Vielzahl von Datenbussen, die senkrecht zu den Adreßbussen verlaufen, wobei jeder Adreßbus ein Paar von beabstandeten Adreßunterbussen und jeder Datenbus ein Paar von beabstandeten Datenunterbussen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Bildelement umfaßt:
ein Paar von Anzeigeelektroden (4′, 4′′),
eine erste Schalteinrichtung, die zwischen jede Anzeigeelektrode (4′, 4′′) und einen ersten aus dem Paar der Adreßbusse (1-1′, 1-1′′) eines entsprechenden Adreßbusses (1-1 . . . 1-n) und eines entsprechendes Datenbusses (2-1 . . . 2-m) geschaltet ist, und
eine zweite Schalteinrichtung, die zwischen jede Anzeigeelektrode (4′, 4′′) und einen zweiten aus dem Paar der Adreßunterbusse (1-1′, 1-1′′) des entsprechenden Adreßbusses (1-1 . . . 1-n) und des entsprechenden Datenbusses (2-1 . . . 2-m) geschaltet ist, wobei jeder Datenunterbus (2-1′ . . . 2-1′′) vom anderen über mindestens eine Anzeigeelektrode (4′, 4′′) getrennt ist.

2. Aktive Matrix nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Paar der Datenunterbusse (2-1′, 2-1′′) eines jeden Datenbusses (2-1 . . . 2-m) ein oder mehrere Einrichtungen zum elektrischen Verbinden miteinander aufweist.

3. Aktive Matrix nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Paar der Adreßunterbusse (1-1′, 1-1′′) eines jeden Adreßbusses (1-1 . . . 1n) ein oder mehrere Einrichtungen zum elektrischen Verbinden miteinander aufweist.

4. Aktive Matrix für Flüssigkristallanzeigen, gekennzeichnet durch:
eine Vielzahl von Bildelementen, die in senkrecht zueinander verlaufenden Zeilen und Spalten angeordnet sind, wobei jedes Bildelement eine entsprechende Farbe aus einer Vielzahl von Farben repräsentiert, die zusammen ein Farbbildelement bilden, und wobei jedes Bildelement mindestens ein Paar von Anzeigeelektroden (4′, 4′′) umfaßt,
wobei die Position des mindestens einen Paares von Anzeigeelektroden (4′, 4′′), das jede Farbe auf einer Zeile der Bildelemente repräsentiert, relativ zur Position des Paares von Anzeigeelektroden (4′, 4′′), das eine andere Farbe auf einer benachbarten Zeile repräsentiert, seitlich um mindestens eine solche Anzeigeelektrode verschoben ist, so daß eine dreieckförmige Einheit gebildet wird, die das Farbbildelement zwischen den benachbarten Zeilen darstellt.

5. Aktive Matrix nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich jede Zeile der Bildelemente in jeder übernächsten Zeile wiederholt.

6. Aktive Matrix nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie des weiteren eine Vielzahl von Adreßbussen (1-1 . . . 1-n) und eine Vielzahl von Datenbussen (2-1 . . . 2-m) umfaßt, wobei jeder Adreßbus ein Paar von Adreßunterbussen (1-1′, 1-1′′) und jeder Datenbus ein Paar von Datenunterbussen (2-1′, 2-1′′) aufweist und wobei jede Anzeigeelektrode (4′, 4′′) über einen Datenunterbus von der anderen getrennt ist.

7. Aktive Matrix nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Paar von Datenunterbussen (2-1′, 2-1′′) eines jeden Datenbusses ein oder mehrere Einrichtungen zum elektrischen Verbinden miteinander aufweist.

8. Aktive Matrix nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Paar der Adreßunterbusse (1-1′, 1-1′′) eines jeden Adreßbusses im Abstand voneinander angeordnet ist und ein oder mehrere Einrichtungen zum elektrischen Verbinden miteinander umfaßt.