DE69027069T2

DE69027069T2 - Anzeigesystem

Info

Publication number: DE69027069T2
Application number: DE69027069T
Authority: DE
Inventors: Masaaki Kitajima; Takashi Suzuki
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-08-04
Filing date: 1990-08-01
Publication date: 1997-01-09
Anticipated expiration: 2010-08-02
Also published as: EP0411928B1; EP0411928A2; JPH03129319A; JP2515887B2; EP0411928A3; DE69027069D1; US5475396A

Description

Die Erfindung betrifft ein Anzeigesystem und ein Verfahren zum Betreiben eines Anzeigesystems.
Es ist bekannt, Anzeigesysteme zu schaffen, die eine Anzahl von Abrasterleitungen und eine Anzahl von Signalleitungen aufweisen, die so angeordnet sind, daß sie eine Matrix bilden. Die Abrasterleitungen erstrecken sich im wesentlichen rechtwinklig zu den Signalleitungen im Array, und an jeder Schnittstelle zwischen einer Signalleitung und einer Abrasterleitung befindet sich ein Anzeigepixel. Jedes Anzeigepixel ist mit der unmittelbar benachbarten Abraster- und Signalleitung verbunden und kann dadurch adressiert werden, daß geeignete Signale an diese Abraster- und Signalleitungen angelegt werden. So ist es ersichtlich, daß durch sequentielles Anlegen derartiger Signale an die Signalleitungen und anschließendes, während jeweils ein Signal an eine Signalleitung angelegt ist, Anlegen von Signalen an die Abrasterleitungen jedes Anzeigeelement einzeln und sequentiell adressiert wird.
Für ein Anzeigesystem kann jedes Anzeigepixel ein Anzeigeelement wie z. B. ein Flüssigkristall-Anzeigeelement enthalten, wobei das Anzeigeelement über ein Schaltelement mit der unmittelbar benachbarten Schaltleitung verbunden ist. Das Schaltelement kann z. B. ein Dünnfilmtransistor (nachfolgend als "TFT" bezeichnet) sein, und die Gateelektrode dieses TFT ist mit der benachbarten Abrasterleitung verbunden. Demgemäß wird, wenn Signale an die mit einem Anzeigepixel verbundenen Abraster und Signalleitungen angelegt werden, der TFT leitend geschaltet, so daß das Anzeigeelement aktiviert werden kann.
Eine Schwierigkeit bei einem derartigen System besteht darin, daß dann, wenn ein Kurzschluß des Schaltelements besteht, direkte Verbindung zwischen den zugehörigen Signalund Abrasterleitungen besteht, was eine Fehlfunktion des Bauteils hervorrufen kann. Um dies zu verhindern, wurde es im Dokument JP-A-61-250 969 (1986) vorgeschlagen, eine Strombegrenzungseinrichtung in Form eines Widerstandselements zwischen der Sourceelektrode des TFT (d.h. der Treiberelektrode, die nicht mit dem Anzeigeelement verbunden ist) und der benachbarten Signalleitung anzuordnen. Diese Strombegrenzungseinrichtung verhindert eine Wechselwirkung zwischen der Abrasterspannung und der Signalspannung, jedoch führt das Bereitstellen einer derartigen Strombegrenzungseinrichtung zu weiteren Schwierigkeiten.
Erstens hat der Widerstand der Strombegrenzungseinrichtung die Wirkung einer Verlängerung der zum Einschreiben eines an die Signalleitung angelegten Signals in das Anzeigeelement erforderlichen Zeit. Wenn das Anzeigeelement ein Flüssigkristall ist und dieser Flüssigkristall eine große Fläche aufweist, steigt die Kapazität der Flüssigkristallschicht an, was die effektive Abrasterzeit verringert. Wenn dies mit einer Zeitverlängerung zum Einschreiben aus der Signalleitung in die Anzeigeeinheit kombiniert wird, reicht die in das Flüssigkristall-Anzeigeelement eingeschriebene Spannung nicht aus, so daß der Kontrast des Flüssigkristall-Anzeigeelements eines Anzeigepixels nicht ausreichend hoch ist. Ferner bewirkt jegliche Schwankung des Widerstands der Strombegrenzungseinrichtung eine Schwankung hinsichtlich dieses Effekts, so daß die Helligkeit der Anzeigeelemente über die Matrix des Anzeigesystems schwanken kann.
Daher wurde auch vorgeschlagen, nämlich im Dokument JP-A-60- 97 384 (1985), eine Strombegrenzungseinrichtung zwischen der Steuerelektrode (Gate) eines TFT und der Abrasterleitung anzubringen.
Die Erfinder hinsichtlich der vorliegenden Anmeldung haben ein Anzeigesystem untersucht, bei dem die Strombegrenzungseinrichtung zwischen der Abrasterleitung und der Steuerelektrode des Schaltelements liegt, und sie haben herausgefunden, daß eine Schwierigkeit existiert. Um diese Schwierigkeit zu verstehen, ist es zunächst erforderlich zu erkennen, daß zwei Arten von Flüssigkristalldisplays bestehen. Erstens existiert ein Typ, der als "im Normalzustand weiß" bekannt ist, bei dem jedes Anzeigeelement im Normalzustand hell ist, wenn kein Signal an seinen zugehörigen Abraster- und Steuerleitungen anliegt. Der zweite Typ, der als "im Normalzustand schwarz" bekannt ist, arbeitet auf entgegengesetzte Weise, wobei jedes Anzeigepixel beim Fehlen zweckentsprechender Signale dunkel ist. Es sei darauf hingewiesen, daß die Einteilung eines Bauteils als "im Normalzustand weiß" oder "im Normalzustand schwarz" nicht von charakteristischen Eigenschaften des Anzeigeelements selbst abhängt, sondern von Eigenschaften der Polarisatoren, die in Verbindung mit den Flüssigkristallkomponenten verwendet werden. Bei einer derartigen Anordnung durchdringt Licht einen ersten Polarisator, den Flüssigkristall, der die Polarisation des Lichts abhängig von seinem Zustand ändert, und einen zweiten Polarisator. Wenn, beim Fehlen geeigneter Signale am Flüssigkristalldisplay-Element, das Licht, das durch dieses hindurchgelaufen ist, den zweiten Polarisator erreicht, dessen Polarisation in bezug auf die Polarisation des ersten Polarisators überkreuzt ist, arbeitet das Anzeigesystem im Modus mit im Normalzustand schwarzer Anzeige. Wenn dagegen derartiges Licht den zweiten Polarisator erreicht, wobei seine Polansationsrichtung mit derjenigen des ersten Polarisators übereinstimmt, arbeitet das System im Modus mit im Normalzustand weißer Anzeige. Selbstverständlich hängt, wenn geeignete Signale an die Flüssigkristalldisplay-Elemente angelegt werden, die Helligkeit des jeweiligen Elements von diesen Signalen ab.
Wenn ein Kurzschluß am Schaltelement besteht, wie oben beschrieben, kann kein Signal an das Anzeigeelement angelegt werden, und dann hängt die Helligkeit dieses Elements davon ab, ob das System vom Typ mit im Normalzustand weißer oder schwarzer Anzeige ist. Wenn das System vom Typ mit im Normalzustand weißer Anzeige ist, zeigt ein fehlerhaftes Anzeigepixel, d.h. ein Anzeigepixel, an dem der oben genannte Kurzschluß besteht, einen hellen Punkt in der Anzeige, was der Betrachter leicht erkennt. Daher müssen Maßnahmen ergriffen werden, um dies zu überwinden.
Die Erfinder betreffend die vorliegende Erfindung haben herausgefunden, daß es dann erforderlich ist, eine geeignete Spannung an das Signalelement ausgehend von der Signalleitung anzulegen, um den Zustand des Anzeigeelements so zu steuern, daß unabhängig davon, ob das System vom Typ mit im Normalzustand weißer oder schwarzer Anzeige ist, das Anzeigeelement des fehlerhaften Anzeigepixeis dunkel ist.
Selbstverständlich wird ein beliebiges Signal, wie es an die Signalleitung angelegt wird, auch an die Treiberelektroden der Schaltelemente beliebiger anderer Anzeigepixel angelegt, wie sie mit dieser Signalleitung verbunden sind, und dies kann zu einer fehlerhaften Anzeige führen, wenn, während dieses Signal angelegt wird, ein Signal auch an die entsprechende Abrasterleitung angelegt wird. Daher schlägt die Erfindung vor, daß das Signal zu einem anderen Zeitpunkt an die Signalleitung angelegt wird als dem, zu dem die Abrasterspannungen an die Abrasterleitungen angelegt werden.
Es sei darauf hingewiesen, daß die Erfindung zwar hinsichtlich eines Defekts bei einem Anzeigesystem vom Typ mit im Normalzustand weißer Anzeige beschrieben wurde, daß jedoch die Einteilung von Systemen in solche mit im Normalzustand weißer oder schwarzer Anzeige nicht von den elektrischen Komponenten des Anzeigesystems abhängt, weswegen davon auszugehen ist, daß die Erfindung allgemeine Anwendung hat. Ferner wurde die Erfindung oben zwar in Verbindung mit einem Flüssigkristalldisplay-Element beschrieben, jedoch kann sie auf andere Typen von Anzeigeelementen angewandt werden, die durch Kurzschlüsse im Schaltelement beeinflußt werden, mit dem sie verbunden sind.
Das Dokument EP-A-0 075 651 offenbart ein Anzeigesystem mit Abraster- und Signalleitungen, die eine Anzahl von Anzeigepixeln miteinander verbinden. Jedes Anzeigepixel verfügt über ein Schaltelement in Form eines FET, wobei eine Treiberelektrode des Schaltelements mit einer Signalleitung verbunden ist. Mit der zweiten Treiberelektrode ist ein Anzeigeelement verbunden, und eine Strombegrenzungseinrichtung in Form eines Widerstands ist zwischen eine Steuerelektrode (Gateelektrode) des Schaltelements und eine Abrasterleitung geschaltet. Um das Anzeigesystem zu steuern, werden Signalspannungen und Abrasterspannungen durch eine geeignete Steuerung an die Signal- bzw. Abrasterleitungen angelegt, um die Anzeigeelemente durchzurastern. So entspricht dieses Dokument dem oberbegriffsteil der Ansprüche 1 und 3.
Das Dokument DE-A-3 329 130 offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines Anzeigesystems mit Abraster- und Signalleitungen, die Anzeigepixel miteinander verbinden. Ein zusammengesetztes Videosignal wird den Signalleitungen synchron mit den Abrastersignalen zugeführt, jedoch ist dieses Videosignal benachbart zur Vertikalaustastlücke gesperrt. Dabei wird dafür gesorgt, daß der Spannungspegel der Abrastersignale im wesentlichen der Spannung auf den Signalleitungen entspricht, wodurch der Kontrast zwischen den Betriebsmodi mit und ohne Auswahl verbessert ist.
Die erste Erscheinungsform der Erfindung betrifft das Anzeigesystem selbst.
Gemäß der ersten Erscheinungsform ist ein Anzeigesystem mit folgendem geschaffen:
- mindestens einer Abrasterleitung;
- mindestens einer Signalleitung;
- mindestens einem Anzeigepixel&sub1; das ein Schaltelement mit einer ersten und einer zweiten Treiberelektrode und einer Steuerelektrode aufweist, wobei die erste Treiberelektrode mit der mindestens einen Signalleitung verbunden ist, wobei dieses mindestens eine Anzeigepixel ferner ein mit der zweiten Treiberelektrode verbundenes Anzeigeelement und eine Strombegrenzungseinrichtung zwischen der Steuerelektrode und der mindestens einen Abrasterleitung aufweist;
- das Anzeigesystem ferner eine Steuereinrichtung mit einer ersten Einrichtung zum Anlegen einer Signalspannung an die mindestens eine Signalleitung und einer Abrasterspannung an die mindestens eine Abrasterleitung aufweist, um das mindestens eine Anzeigeelement abzurastern, wobei die Steuereinrichtung eine zweite Einrichtung zum Anlegen einer vorgege benen Spannung an die mindestens eine Signalleitung zu einem anderen Zeitpunkt als dem Anlegezeitpunkt der Abrasterspannung aufweist, das Anzeigeelement einen von der an es angelegten Spannung abhängigen Helligkeitszustand aufweist und die vorgegebene Spannung dergestalt ist, daß der Hellig keitszustand dieses Anzeigeelements zwischen 0% und 10% der maximal möglichen Helligkeit des Anzeigeelements gehalten wird, wenn ein Kurzschluß über die Steuerung des Schaltelements zu der mindestens einen Signalleitung besteht.
Es ist auch ein Anzeigesystem mit folgendem geschaffen:
- mehreren Abrasterleitungen;
- mehreren Signalleitungen, die mit den diese Signalleitung schneidenden Abrasterleitungen in einer Matrix angeordnet sind;
- mehreren Anzeigepixeln, von denen jedes an der Schnittstelle einer jeweiligen der Abrasterleitungen und einer jeweiligen der Signalleitungen liegt, wobei jedes Anzeigepixel ein Schaltelement mit einer ersten und einer zweiten Treiberelektrode und einer Steuerelektrode aufweist, wobei die erste Treiberelektrode mit der jeweiligen Signalleitung verbunden ist, und wobei jedes Anzeigepixel ferner ein mit der zweiten Treiberelektrode des Schaltelements verbundenes Anzeigeelement und eine zwischen die Steuerelektrode des Schaltelements und die jeweilige Abrasterleitung geschaltete Strombegrenzungseinrichtung aufweist;
- wobei das Anzeigesystem ferner eine Steuereinrichtung mit einer ersten Einrichtung zum gleichzeitigen Anlegen von Signalspannungen sequentiell an die mehreren Signalleitungen und von Abrasterspannungen sequentiell an die mehreren Abrasterleitungen aufweist, um die Anzeigeelemente sequentiell durchzurastern, wobei die Steuereinrichtung eine zweite Einrichtung zum Anlegen einer vorgegebenen Spannung an mindestens einige der Signalleitungen zu einem anderen Zeitpunkt als dem Anlegezeitpunkt der Abrasterspannung an die entsprechende Abrasterzeile aufweist; wobei das Anzeigeelement einen von der an es angelegten Spannung abhängigen Helligkeitszustand aufweist, und die vorgegebene Spannung dergestalt ist, daß der Helligkeitszustand des Anzeigeelements zwischen 0% und 10% der maximal möglichen Helligkeit des Anzeigeelements gehalten wird, wenn ein Kurzschluß über die Steuerung des Schaltelements zu den mindestens einigen Signalleitungen besteht.
Die zweite Erscheinungsform betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Anzeigesystems.
Gemäß der zweiten Erscheinungsform ist ein Verfahren zum Betreiben eines Anzeigesystems geschaffen, das mit folgendem versehen ist:
- mindestens einer Abrasterleitung;
- mindestens einer Signalleitung;
- mindestens einem Anzeigepixel, das ein Schaltelement mit einer ersten und einer zweiten Treiberelektrode und einer Steuerelektrode aufweist, wobei die erste Treiberelektrode mit der mindestens einen Signalleitung verbunden ist, wobei dieses mindestens eine Anzeigepixel ferner ein mit der zweiten Treiberelektrode verbundenes Anzeigeelement und eine Strombegrenzungseinrichtung zwischen der Steuerelektrode und der mindestens einen Abrasterleitung aufweist;
wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist
a) Anlegen einer Signalspannung an die mindestens eine Signalleitung und einer Abrasterspannung an die mindestens eine Abrasterleitung, um das mindestens eine Anzeigeelement abzurastern; und
b) Anlegen einer vorgegebenen Spannung an die mindestens eine Signalleitung zu einem anderen Zeitpunkt als dem Anlegezeitpunkt der Abrasterspannung; wobei das Anzeigeelement einen von der an es angelegten Spannung abhängigen Heiligkeitszustand aufweist und die vorgegebene Spannung dergestalt ist, daß der Helligkeitszustand dieses Anzeigeelements zwischen 0% und 10% der maximal möglichen Helligkeit des Anzeigeelements gehalten wird, wenn ein Kurzschluß über die Steuerung des Schaltelements zu der mindestens einen Signalleitung besteht.
Es ist auch ein Verfahren zum Betreiben eines Anzeigesystems geschaffen, das mit folgendem versehen ist:
- mehreren Abrasterleitungen;
- mehreren Signalleitungen, die mit den diese Signalleitung schneidenden Abrasterleitungen in einer Matrix angeordnet sind;
- mehreren Anzeigepixeln, von denen jedes an der Schnittstelle einer jeweiligen der Abrasterleitungen und einer jeweiligen der Signalleitungen liegt, wobei jedes Anzeigepixel ein Schaltelement mit einer ersten und einer zweiten Treiberelektrode und einer Steuerelektrode aufweist, wobei die erste Treiberelektrode mit der jeweiligen Signalleitung verbunden ist, und wobei jedes Anzeigepixel ferner ein mit der zweiten Treiberelektrode des Schaltelements verbundenes Anzeigeelement und eine zwischen die Steuerelektrode des Schaltelements und die jeweilige Abrasterleitung geschaltete Strombegrenzungseinrichtung aufweist;
- wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
a) sequentielles Anlegen von Signalspannungen an die mehreren Signalleitungen;
b) sequentielles Anlegen von Abrasterspannungen an die mehreren Abrasterleitungen, wobei die Signal- und Abrasterspannungen so angelegt werden, daß jedes Anzeigepixel gleichzeitig eine jeweilige der Signalspannungen und eine jeweilige der Abrasterspannungen erhält; und
c) Anlegen einer vorgegebenen Spannung an mindestens einige der Signalleitungen zu einem anderen Zeitpunkt als dem Anlegezeitpunkt der Abrasterspannung an die entsprechende Abrasterzeile aufweist; wobei das Anzeigeelement einen von der an es angelegten Spannung abhängigen Helligkeitszustand aufweist, und die vorgegebene Spannung dergestalt ist, daß der Helligkeitszustand des Anzeigeelements zwischen 0% und 10% der maximal möglichen Helligkeit des Anzeigeelements gehalten wird, wenn ein Kurzschluß über die Steuerung des Schaltelements zu den mindestens einigen Signalleitungen besteht.
Es muß auch die Spannung berücksichtigt werden, die an die Signalleitung angelegt werden muß, um ein fehlerhaftes Anzeigepixel in den korrekten Zustand zu versetzen. Hinsichtlich eines fehlerhaften Flüssigkristalls hängt die Helligkeit desselben von der an ihn angelegten Spannung ab, und zwar nicht nur für die gemäß der Erfindung angelegte Spannung, sondern auch für andere Spannungen, die während des Betriebs des Anzeigesystems an die zugehörige Signalleitung angelegt werden. Normalerweise hängt die Helligkeit eines Flüssigkristalldisplay-Elements vom Effektivwert der an die Signalleitung angelegten Spannungen ab, weswegen die Größe der gemäß der Erfindung angelegten Spannung so ausgewählt wird, daß der Effektivwert konstant bleibt. Auf diese Weise kann die Helligkeit des fehlerhaften Anzeigeelements eines fehlerhaften Anzeigepixels im wesentlichen konstant gehalten werden. Es ist erwünscht, zumindest theoretisch, daß die Spannung so gewählt wird, daß dieser Helligkeitszustand im wesentlichen null ist, jedoch ist in der Praxis ein Helligkeitspegel zwischen 0 Prozent und 10 Prozent der maximal möglichen Helligkeit des Anzeigeelements ausreichen.
Normalerweise ist die Strombegrenzungseinrichtung jedes Anzeigepixels ein Widerstand, vorzugsweise mit einem Widerstandswert von 1 MΩ und 10 MΩ. Der Widerstand kann durch eine dotierte Halbleiterschicht oder eine Polysiliziumschicht erzeugt werden.
Wenn die Strombegrenzungseinrichtung eine Widerstandseinrichtung ist, kann das Funktionsvermögen des Anzeigesystems von der Beziehung zwischen diesem Widerstand und den Anschlußwiderständen der Signal- und Abrasterleitungen in bezug auf die Steuerschaltungen und von den Innenwiderständen dieser Steuerschaltungen selbst abhängen. Da diese letzteren Faktoren nicht festgelegt sind, schlägt der zugehörige weitere Gesichtspunkt der Erfindung vor, daß der Widerstand der Strombegrenzungseinrichtung abhängig vom Widerstand der Steuerschaltungen eingestellt wird. Vorzugsweise erfolgt dies durch Einstellen der Längen der Widerstände.
Gemäß der obigen Beschreibung ist es deutlich&sub1; daß es wichtig ist, daß Signale an die Anzeigepixel angelegt werden können, jedoch ist es auch deutlich, daß jeder Bruch in einer Abraster- oder Signalleitung das Adressieren zumindest einiger der Anzeigepixel verhindert. Daher wird, um diese Schwierigkeit zu überwinden, vorgeschlagen, daß die Abraster- und Signalleitungen jeweils über zumindest einen Teil ihrer Länge ein Paar Leiter aufweisen, wobei das Anzeigepixel mit diesen beiden Leitern verbunden ist, um die Anzeigeeinheit mit der Signalleitung zu verbinden und um es mit der Abrasterleitung zu verbinden. Wenn dann eine Unterbrechung in einem Leiter des Paars existiert, entweder für die Abraster- oder die Schaltleitung, kann immernoch ein Signal an die Anzeigeeinheit angelegt werden. Es ist möglich, daß die Abraster- und Signalleitungen über ihre Gesamtlängen in Form eines Paars Leiter vorliegen. Jedoch bedeutet dies, daß an der Schnittstelle jeder Abraster- und Signalleitung vier Leiterschnittpunkte existieren, was die Gefahr von Kurzschlüssen zwischen den Abraster- und Signalleitungen an diesen Schnittpunkten erhöht. Daher ist es bevorzugt, daß die Abraster- und Signalleitungen an diesen Schnittpunkten in Form eines einzelnes Leiters vorliegen, der dann zwischen den Schnittpunkten in ein Paar Leiter verzweigt wird.
Es werden nun Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft im einzelnen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 ein Diagramm ist, das eine Anzeigeeinheit mit Fehler zeigt, und das zum Verstehen der Erfindung von Nutzen ist;
Fig. 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Anzeigesystem, an Hand dessen die Probleme mit dem unter Bezugnahme auf Fig. 1 erörterten Fehler veranschaulicht werden;
Fig. 3 veranschaulicht Signalverläufe von Spannungen, wie sie an die Anordnung von Fig. 2 angelegt werden;
Fig. 4 zeigt den optischen Aufbau einer Flüssigkristalldisplay-Komponente, wie sie bei der Erfindung verwendet werden kann;
Fig. 5 zeigt die Helligkeitsänderung einer Flüssigkristallkomponente abhängig von der an sie angelegten Effektivspannung;
Fig. 6 zeigt die Änderung der an einen Flüssigkristall angelegten Spannung abhängig von Beziehungen hinsichtlich der zeitlichen Lage der in Fig. 3 veranschaulichten Signalverläufe;
Fig. 7 und 8 sind Schaltbilder bekannter Anzeigepixel, und sie sind zum Verstehen der Erfindung von Nutzen;
Fig. 9 zeigt ein erstes praktisches Ausführungsbeispiel eines die Erfindung enthaltenden Anzeigesystems;
Fig. 10 zeigt zeitbezogene Signalverläufe für das in Fig. 9 dargestellte Ausführungsbeispiels;
Fig. 11 zeigt eine erste praxisgerechte Anordnung eines Anzeigepixels, wie bei der Erfindung verwendbar;
Fig. 12 zeigt eine zweite praxisgerechte Anordnung eines Anzeigepixels wie bei der Erfindung verwendbar;
Fig. 13 bis 20 veranschaulichen weitere Anzeigepixelanordnungen, wie sie bei der Erfindung verwendbar sind;
Fig. 21 bis 29 sind Schnittansichten, die alternative Strukturen eines Teils eines Anzeigepixels veranschaulichen, wie bei der Erfindung verwendbar;
Fig. 30 veranschaulicht Schritte beim Herstellprozeß eines Anzeigepixels, wie bei der Erfindung verwendbar;
Fig. 31 zeigt eine Schaltung, die zum Verstehen der zweiten Erscheinungsform der Erfindung von Nutzen ist;
Fig. 32 veranschaulicht ein praxisgerechtes Verfahren zum Variieren des Widerstands des bei der Erfindung verwendeten Strombegrenzungselements;
Fig. 33 ist ein Ersatzschaltbild der in Fig. 3 dargestellten Anordnung und
Fig. 34 bis 41 veranschaulichen weitere Anzeigepixelanordnungen, wie sie bei der Erfindung verwendbar sind, einschließlich solcher Anordnungen, die die dritte Erscheinungsform der Erfindung enthalten.
Bevor detaillierte Ausführungsbeispiele der Erfindung erörtert werden, werden die ihr zugrunde liegenden Prinzipien zunächst unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 8 erörtert.
In Fig. 1(a) ist ein Teil eines Anzeigesystems dargestellt, wie bei der Erfindung verwendbar. Eine Abrasterleitung 20 und eine Signalleitung 21 erstrecken sich im wesentlichen rechtwinklig zueinander, und eine Strombegrenzungseinrichtung in Form eines Widerstands 22 ist mit der Gateelektrode 23a eines Schaltelements in Form eines TFT 23 verbunden. Eine Ansteuerelektrode 23b des TFT 23 ist mit der Signalleitung 21 verbunden, und die andere Ansteuerelektrode 23c ist mit einem Anzeigeelement 24 wie einem Flüssigkristalldisplay-Element verbunden. Dieses Flüssigkristalldisplay-Element 24 ist mit einer Bezugsspannung VCOM(40) verbunden, und eine Gatespannung VG und eine Treiberspannung VD werden an die Abrasterleitung 20 bzw. die Signalleitung 21 angelegt.
Nun sei angenommen, daß über das Schaltelement 23 hinweg ein Kurzschluß besteht, wie durch die gestrichelte Linie in Fig. 1(a) dargestellt. In diesem Fall ist das Ersatzschaltbild das in Fig. 1(b) dargestellte, wobei die Gateelektrode 23a und die Ansteuerelektrode 23b des Schaltelements 23 miteinander verbunden sind. Im Ergebnis kann keine Abrasterspannung von der Abrasterleitung 20 angelegt werden, und das Flüssigkristalldisplay-Element 24 kann nicht adressiert werden. Es ist ferner ersichtlich, daß die Signalspannung VD in diesem Stadium um die Schwellenspannung VTH des TFT-Schaltelements 23 erniedrigt ist und demgemäß als Spannung VLC am Flüssigkristalldisplay-Element 24 auftritt. Bei einem TFT- Schaltelement 23 aus amorphem Silizium (a-Si), hat VTH den Wert 1 bis 2 V, so daß das Flüssigkristalldisplay-Element 23 aktiviert werden kann, wenn die Signalspannung VD ungefähr 5 bis 6 V beträgt. Demgemäß kann das Flüssigkristalldisplay-Element 24 in einen Zustand versetzt werden.
Wie es nun beschrieben wird, ist es möglich, eine geeignete Spannung an ein Anzeigepixel anzulegen, in dem ein Kurzschluß besteht, wie oben angegeben, um das Flüssigkristalldisplay-Element 24 so anzusteuern, daß es dunkel erscheint, wenn es als Teil des Anzeigesystems gesehen wird, unabhängig davon, ob das System vom Typ mit im Normalzustand weißer oder schwarzer Anzeige ist.
Nun sei das in Fig. 2 dargestellte Anzeigesystem betrachtet, das eine Anzahl von Signalleitungen 21 und eine Anzahl von Abrasterleitungen 20 in einer Matrix 30 zeigt. Die Signalleitungen 21 sind mit einer Signalleitungs-Adressensteuerung 21 verbunden, und die Abrasterleitungen 20 sind mit einer Abrasterleitungs-Adressensteuerung 32 verbunden, wobei beide Steuerungen 31 und 32 mit einer geeigneten Steuerschaltungen 4 verbunden sind. An den Schnittstellen zwischen den Abraster- und Steuerleitungen 20, 21 befinden sich Anzeigepixel, von denen jedes ein Anzeigeelement 24, eine Schalteinrichtung 23 und ein Strombegrenzungselement in Form eines Widerstands 22 aufweist, der die Gateelektrode des Schaltelements 23 mit der Signalleitung verbindet. Der Einfachheit halber sind nur zwei derartige Anzeigepixel dargestellt. Jedoch beträgt im allgemeinen die Anzahl von Anzeigepixeln M x N für N Abrasterleitungen und M Signalleitungen, und das Schaltelement 23 wird durch Abrasterspannungen VG1 bis VGN und Signalspannungen VD1 bis VDM betrieben, um die Helligkeit der Anzeigeelemente 24 zu steuern.
Fig. 3 zeigt die zeitlichen Signalverläufe der Abraster- und Signalspannungen. Der Anlegevorgang für die Abraster- und Signalspannungen ist in eine Anzahl aufeinanderfolgender Rahmen unterteilt, wobei jeder Rahmen die Dauer TF aufweist. Diese Periode TF eines Rahmens umfaßt eine Abrasterzeit T&sub1; zum Einschreiben von Spannungen in die Flüssigkristalldisplay-Elemente 24 sowie eine Nichtabrasterzeit (Rücklaufzeit) T&sub0;. Dann hat die Abrasterzeit TL für eine Zeile den folgenden Wert:
TL = (TF - T&sub0;) / N.
So ist ersichtlich, daß Abrasterimpulse während jedes Rahmens als Spannungsimpulse VG1 bis VGN sequentiell an Abrasterleitungen angelegt werden.
Während der Zeit T&sub0; werden keine Abrasterimpulse an die Abrasterleitungen angelegt, weswegen die Erfindung vorschlägt, daß diese Zeit dazu verwendet wird, ein konstantes Signal VON an die die Anzeigeelemente 24 anzulegen, um sie in den gewünschten Zustand zu versetzen. Da der Zweck der Spannung VON darin besteht, solche Anzeigepixel in einen unauffälligen Zustand zu versetzen, die mit Schaltelementen verbunden sind, in denen ein Kurzschluß existiert, ist kein dauerndes Anlegen an alle Signalleitungen erforderlich (obwohl dies die einfachste Vorgehensweise sein könnte) , sondern die Spannung muß nur an diejenigen Signalleitungen angelegt werden, die mit jeweils einem Anzeigepixel verbunden sind, in dem ein Kurzschluß existiert.
Aus Fig. 3 ist es erkennbar, daß die an die Signalleitungen angelegten Spannungen für aufeinanderfolgende Rahmen entgegengesetzte Werte aufweisen. Dann ist die Helligkeit jedes Bildelements 24 durch den Effektivwert der angelegten Spannung bestimmt.
Es zeigt sich, daß der Effektivwert VRMS durch die folgende Gleichung gegeben ist:
Demgemäß kann der Wert von VRMS dadurch eingestellt werden, daß entweder die Größe des Signals VON eingestellt wird oder die Relativlänge von T&sub0; und TF variiert wird. Obwohl es möglich ist, dieses letztere Verhältnis zu variieren, erfordern einige Anzeigeanordnungen, wie in Fernsehgeräten, eine festliegende Zeit T&sub0;, so daß es praxisgerechter ist, daß Signal VON zu variieren.
Bevor das Signal VON detaillierter erörtert wird, muß der allgemeine Aufbau eines Anzeigesystems mit einem Flüssigkristalldisplay-Element betrachtet werden. Fig. 4 veranschaulicht in einer schematischen Schnittansicht eine Anzeigekomponente vom Feldeffekttyp mit nematischem Flüssigkristall Diese Komponente enthält ein Paar transparenter Substrate 61a und 61b, die voneinander beabstandet durch ein Abdichtungsmaterial 65, das auch als Abstandshalter dient, dicht miteinander verbunden sind, ein Paar transparenter Elektroden 62a und 62b, ein Paar Flüssigkristallmolekül-Ausrichtungsschichten 63a und 63b, eine Schicht aus einem verdrillt-nematischen Flüssigkristall 64 sowie ein Paar Polansationsfilter 66a und 66b, wobei die transparenten Elektroden 62a und 62b elektrisch mit einer Treiberschaltung 67 verbunden sind. Nun sei ein Lichtstrahl betrachtet, der durch die Komponente von Fig. 4 in der Abwärtsrichtung in der Figur läuft. Das einzige Licht, das durch den ersten Polarisator 66a läuft, ist dasjenige, das in derselben Richtung wie der des Polarisators 66a polarisiert ist. Wenn das dann polarisierte Licht durch die Flüssigkristallschicht 4 läuft, wird seine Polarisationsrichtung gedreht, und der anschließende Pfad dieses Lichts hängt von der Ausrichtung seiner Polarisation in bezug auf die Polarisationsrichtung des zweiten Polarisators 66b ab. Wenn die Polarisationsrichtung mit derjenigen des Polarisators 66b übereinstimmt, läuft das Licht durch, und daher erscheint die Komponente, von unten betrachtet, hell, wohingegen dann, wenn die Polarisationsrichtung des Lichts nicht mit der der Polarisation des Polarisators 66b übereinstimmt, die Komponente dunkel erscheint. Selbstverständlich wird die Wirkung der Flüssigkristallschicht 64 hinsichtlich der Drehung der Lichtpolarisation durch die Treiberschaltung 67 variiert, jedoch kann die Komponente so eingestellt werden, daß beim Fehlen jeglichen Signals von der Treiberschaltung 67 die Flüssigkristallschicht 64 entweder die Polarisation des Lichts so verdreht, daß sie mit der Polarisationsrichtung des Polarisators 66b übereinstimmt, oder daß dies nicht der Fall ist. Diese zwei Typen, wie sie oben erörtert sind, sind als Typen mit im Normalzustand weißer oder schwarzer Anzeige eines Flüssigkristalldisplay-Systems bekannt. Aus Fig. 4 ist erkennbar, daß diese Einteilung nur von der Ausrichtung der Polarisatoren 66a, 66b abhängt.
Fig. 5 zeigt die Beziehung zwischen dem Effektivpegel VLC, der an das Flüssigkristalldisplay-Element 24 angelegten Spannung und der (relativen) Helligkeit des Anzeigeelements 24 für ein Bauteil, das im Modus mit im Normalzustand weißer Anzeige arbeitet. Im allgemeinen erscheint ein Anzeigeelement, wenn es visuell betrachtet wird, dunkel, wenn seine relative Helligkeit 10 % oder weniger der maximalen Helligkeit ist, und demgemäß erscheint das Anzeigeelement dunkel, wenn VLC dem Wert entspricht, oder größer ist, wie er dazu erforderlich ist, eine Helligkeit von 10 % für das Anzeigeelement zu erzielen. Dieser Wert von VLC ist als VLC(10) bekannt. Selbstverständlich ist es möglich, höhere Spannungen zu verwenden, jedoch reicht VLC(10) für praxisbezogene Zwekke aus.
Fig. 6 zeigt die Änderung des Pegels der an das Anzeigeelement 24 angelegten Spannung VLC abhängig vom Verhältnis der Gesamtzeitlänge eines Abrasterrahmens TF zur Nichtabrasterzeit T&sub0; in Fig. 3. In Fig. 6 ist angenommen, daß das Signal VON den Wert 8 V hat und das TFT-Schaltelement 23 eine Schwellenspannung VTH von 2 V aufweist. In Fig. 6 ist angenommen, daß die Signalspannung während der Abrasterzeit T&sub1; den Wert 0 V hat. Demgemäß hat, wenn T&sub0;/TF den Wert 0,15 hat oder größer ist, VLC den Wert VLC(10), und dies kann das Flüssigkristalldisplay-Element 24 so einstellen, daß es dunkel erscheint. Selbstverständlich kann der Wert T&sub0;/TF dadurch verringert werden, daß die Amplitude V&sub1; der Signalspannung auf 8 V oder mehr eingestellt wird. Wenn T&sub0;/TF 0,15 und T&sub0; = 2,5 ms für eine Rahmenfrequenz von 60 Hz gelten und die Anzahl N von Abrasterzeilen den Wert 480 hat, wird die Abrasterzeit TL pro Zeile von 35 µs auf 30 µs verringert, wenn 0 auf 2,5 ms gesetzt wird. Diese Verringerung um 5 µs führt zu keinerlei Schwierigkeiten in der Praxis.
Demgemäß sollte, um ein dunkles Anzeigeelement bei einem Anzeigesystem vom Typ mit im Normalzustand weißer Anzeige zu erhalten, wenn das Anzeigepixel dieses Anzeigeelements auf Grund eines Kurzschlusses fehlerhaft ist, wie unter Bezugnahme auf Fig. 1 erörtert, die an dieses Anzeigeelement angelegte Effektivspannung größer als VLC(10) sein, weswegen die Parameter für VON die folgenden sind:
Es ist zu beachten, daß das Problem, das durch die Erfindung überwunden werden soll, dann nicht entsteht, wenn die Strombegrenzungseinrichtung zwischen der Signalleitung und der Treiberelektrode der Schalteinrichtung vorhanden ist. Es wird auf Fig. 7 Bezug genommen, in der eine Anordnung dargestellt ist, bei der ein Schaltelement 200 mit einem Anzeigeelement 201 bzw. Signal- und Abrasterleitungen 211 bzw. 220 verbunden ist. Das Gate 205 des Schaltelements 200 ist mit der Abrasterleitung 220 verbunden, eine Ansteuerelektrode 203 des Schaltelements 200 ist mit dem Anzeigeelement 201 verbunden, und die andere Ansteuerelektrode 204 ist über eine Strombegrenzungseinrichtung in Form eines Widerstands 202 mit der signalleitung 211 verbunden. Wenn ein Kurzschluß am Schaltelement 200 besteht, wie durch die gestrichelte Linie dargestellt, ist die sich ergebende Schaltung die in Fig. 8 dargestellte. Es ist erkennbar, daß das Anzeigeelement 201 keine an die Signalleitung 211 angelegten Signale beeinflussen kann. Stattdessen wird die an das Schaltelement 200 angelegte Abrasterspannung VG an das Flüssigkristalldisplay- Element 201 angelegt. Im Ergebnis weist das Flüssigkristalldisplay-Element 201 eine Spannung zwischen der Abrasterspannung VG und dem Substratpotential VCOM auf, und das Flüssigkristalldisplay-Element 201 zeigt schwankende Eigenschaften. Daher existiert ein unzufriedenstellender Effekt.
Nun wird unter Bezugnahme auf Fig. 9 ein detailliertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Matrixanzeigesystems beschrieben. Das Ansteuersystem besteht aus einer Treibertafelmatrix 30, einer Abrasterleitungs-Adressensteuerung 32, einer Signalleitungs-Adressensteuerung 31, einer Steuerschaltung 4 und einer Systemschaltung 5.
Die Treibertafelmatrix 30 verfügt über Abrasterleitungen 20a bis 20c, Signalleitungen 21a bis 21c, Schaltelemente 8a bis 8e, Strombegrenzungseinrichtungen 6a bis 6i und Anzeigeelemente 7a bis 7i, die mit den Schaltelementen 8a bis 8i verbunden sind.
Die Schaltelemente 8a bis 8i der Treibertafelmatrix 30 können durch Transistoren gebildet sein, die z. B. aus amorphem Silizium (a-Si) , polykristallinem Silizium (p-Si) oder einkristallinem Silizium bestehen.
Bei dieser Ausführungsform sind die Schaltelemente 8a bis 8i beispielhaft durch TFTs (d.h. Dünnfilmtransistoren) mit drei Elektroden, d.h. einer Gateelektrode G, einer Drainelektrode D und einer Sourceelektrode 5 gegeben. Die Anzeigeelemente 7a bis 7i sind beispielhaft durch Speicherbauteile zum Einspeichern von Information, Bauteile zum Umsetzen der Menge des auf die Treibertafelmatrix 30 auffallenden Lichts in elektrische Signale, Lichtemissionsbauteile oder als optische Schalter wirkende Bauteile gegeben, jedoch soll keine Beschränkung hierauf bestehen.
Diese Ausführungsform wird so beschrieben, daß als Beispiele Flüssigkristalle mit den Funktionen optischer Schalter verwendet werden.
In der folgenden Beschreibung sind die in Fig. 9 dargestellten Schaltelemente 8a bis 8i beispielhaft durch TFTs 8a bis 8i gegeben, und die Anzeigeelemente 7a bis 7i sind beispielhaft als Flüssigkristall-Bildelemente 7a bis 7i gegeben.
Die TFTs 8a bis 8i werden durch von der Abrasterleitungs- Adressensteuerung 32 erzeugte Abrasterspannungen VG1 bis VG3 ein- oder ausgeschaltet. Die Signalleitungs-Adressensteuerung 31 erzeugt Signalspannungen VD1 bis VD3 zum Steuern der Helligkeit der Flüssigkristalldisplay-Elemente 7a bis 7i. Die Steuerschaltung 4 erzeugt Signale zum Steuern der Abrasterleitungs-Adressensteuerung 32 und der Signalleitungs Adressensteuerung 31 aus dem Bildsignal und einem Zeitsteuerungssignal, wie sie von der Systemschaltung 5 eingegeben werden.
Fig. 10 zeigt den zeitlichen Signalverlauf der Abrasterspannungen und der Signalspannungen, wenn die in Fig. 9 dargestellten Flüssigkristalldisplay-Elemente 7a, 7b und 7c hell sind, wohingegen die anderen Flüssigkristalldisplay-Elemente dunkel sind.
Die TFTs 8a bis 8i werden eingeschaltet, wenn die Abrasterspannungen VG1 bis VG3 auf VGH ansteigen und sie werden ausgeschaltet, wenn dieselben auf VGL fallen.
Andererseits nehmen die Signalspannung VD1 bis VD3 abhängig vom zeitlichen Verlauf der Abrasterspannungen einen Pegel VONP (für einen ersten Rahmen 1) oder VONN (für einen zweiten Rahmen 2) ein, wenn die Flüssigkristalldisplay-Elemente hell sind. Wenn die Flüssigkristalldisplay-Elemente dunkel sind, nehmen die Signalspannungen VD1 bis VD3 dagegen einen Pegel VOFF ein.
Durch Einstellen der Abrasterspannungen VG1 bis VG3 und der Signalspannungen VD1 bis VD3 können die Flüssigkristalldisplay-Elemente wahlweise hell oder dunkel geschaltet werden, so daß ein Bild auf der Treibertafelmatrix 30 angezeigt werden kann.
Die in Fig. 9 dargestellten Widerstände 5a bis 5i sind vorhanden, um die Widerstandswerte der Abrasterleitungen 20a 5 bis 20c anzuzeigen, und die Widerstände 9a bis 9i sind vorhanden, um die Widerstandswerte der Signalleitungen 21a bis 21c anzuzeigen, und sie sind für die einzelnen Flüssigkristalldisplay-Elemente unterteilt, wie dargestellt. Diese Widerstände sollten wünschenswerterweise einen Wert so niedrig wie möglich aufweisen, um Signalverlaufsverzerrungen, wie Verzerrungen der Spannungsverläufe, zu verringern, und sie können einen Flächenwiderstand von z. B. 0,1 Ω/ bis 10 Ω/ aufweisen.
Die Widerstände 2a bis 2c sind die Ausgangs(ON)-Widerstände der Abrasterleitungs-Adressensteuerung 32, und die Widerstände 3a bis 3c sind die Ausgangs(ON)-Widerstände der Signalleitungs-Adressensteuerung 31. Erneut sollten diese Widerstände einen Wert so niedrig wie möglich aufweisen, um Signalverlaufsverzerrungen der Ausgangsspannungen zu verringern, so daß zufriedenstellende Bildqualität erhalten werden kann. Der Wert der Widerstände 2a bis 2c sowie 3a bis 3c beträgt in der Praxis 0,5 kΩ bis 5 kΩ. Dieser Wert bildet den Hauptfaktor für den Schaltungsaufbau, wie das Integrations ausmaß der Abraster- und Signalleitungs-Adressensteuerungen 32, 33 sowie für die Kosten in wirtschaftlicher Hinsicht.
Beim in Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispiel sind durch Aufbaudefekte der TFTs 8a bis 8i verursachte Anzeigedefekte durch zwei Merkmale verhindert.
Erstens existieren Strombegrenzungselemente 6a bis 6i mit dem bereits erörterten Effekt, und zweitens wird das System unter der Steuerung der Steuerschaltung 4 gemäß der Erfindung betrieben.
Fig. 11 zeigt eine erste praxisgerechte Anordnung der TFTs.
Fig. 11(a) zeigt ein Ersatzschaltbild eines Anzeigepixels. Wie in Fig. 11 verfügt diese Schaltung über eine Abrasterleitung 20, eine Signalleitung 21, einen TFT 23 mit einer Gateelektrode 23a, einer Drainelektrode 23b und einer Sourceelektrode 23c, ein Flüssigkristalldisplay-Element 24 und eine Strombegrenzungseinrichtung 22 zum Begrenzen des Stroms, wie er zwischen der Abrasterleitung 20 und der Gateelektrode 23a fließt.
Fig. 11(b) ist eine Draufsicht, die ein Muster zum Realisieren des Ersatzschaltbilds von Fig. 11(a) zeigt. In Fig. 11(b) ist eine Anzeigeelementelektrode 18 elektrisch mit einer Sourceelektrode (S) 19 verbunden. Die Anzeigeelementelektrode 18 bildet einen Teil des Anzeigeelements. Die Drainelektrode (D) 23b ist elektrisch mit der Signalleitung 21 verbunden, und die Gateelektrode (G) ist elektrisch über das Strombegrenzungselement 22 mit der Abrasterleitung 20 verbunden.
Die Sourceelektrode (S) 19 besteht aus einer Halbleiterschicht, deren Widerstand durch die an die Gateelektrode 23a angelegte Abrasterspannung VG variiert wird.
Die Halbleiterschicht der Sourceelektrode 19 kann aus a-Si oder p-Si bestehen, jedoch ist diese Wahl für die Erfindung nicht von Bedeutung.
Bei der in Fig. 11 dargestellten Anordnung kann die Halbleiterschicht eine Fremdstoffschicht, wie eine n&supmin;-Schicht aufweisen, die eine bevorzugte Auswirkung auf eine Verringerung der Verbindungswiderstände der Sourceelektrode (S) und der Drainelektrode (D) mit der Halbleiterschicht 19 hat.
Die Strombegrenzungseinrichtung 22 soll den Gleich- oder Wechselstrom begrenzen, jedoch ist ihr Material nicht wesentlich.
Darüber hinaus ist das Strombegrenzungselement 22 so ausgebildet, wie es in Fig. 11(b) dargestellt ist, daß es sich in einen Zwischenraum L1 zwischen mindestens einem Anschluß der Drainelektrode 23(b) und der Abrasterleitung 20 erstreckt. Dieser Anschluß soll diejenige Seite darstellen, der die Abrasterspannung VG zugeführt wird. Demgemäß kann das Strombegrenzungselement 22 in einem Zwischenraum L2 zwischen einem Anschluß der Halbleiterschicht 19 und der Abrasterleitung 20 ausgebildet sein.
In Fig. 11(c) ist ein Schnitt entlang der Linie A-A' in Fig. 11(b) dargestellt.
Die Fig. 12(a) und 12(b) zeigen eine andere TFT-Anordnung. Das Ersatzschaltbild mit diesem TFT ist in Fig. 12(a) dargestellt, und es ist dasselbe wie das in Fig. 11(a). Wie es in Fig. 12(b) dargestellt ist, ist das Strombegrenzungselement 22 entweder im Zwischenraum L1 zwischen einem Anschluß der Drainelektrode 23b und der Abrasterleitung oder im Zwischenraum L2 zwischen einem Anschluß der Halbleiterschicht 19 und der Abrasterleitung ausgebildet. Ansonsten ist die Anordnung dieselbe wie die in den Fig. 11(a) bis 11(c).
Wie oben erörtert, verfügt der TET 23 über eine mit ihm verbundene Strombegrenzungseinrichtung mit nicht überlagertem Aufbau. Im Ergebnis können Wechselwirkungen zwischen der Abrasterspannung und der Signalspannung selbst dann verhindert werden, wenn ein Gateisolierfilm 26 und die Halbleiterschicht 19 teilweise einem Durchschlag unterliegen oder sie durch ein Hindernis mit niedrigem Widerstand ersetzt sind, so daß die Gateelektrode 23a und die Drainelektrode 23b über einen relativ niedrigen Widerstand elektrisch verbunden sind.
Für praktische Zwecke sind die Flüssigkristalldisplay-Elemente vorzugsweise zu allen Nichtbetriebszeiten dunkel. Trotz dieser Tatsache sind jedoch, auch trotz der Erfindung, nicht alle Anzeigeelement(oder Punkt)-Defekte beseitigt. Diese Anzeigeelementdefekte können durch Maßnahmen beseitigt werden, wie sie in Fig. 13 dargestellt sind.
Fig. 13 zeigt den Anzeigeelementaufbau für ein Anzeigepixel eines zweiten praxisbezogenen Ausführungsbeispiels der Erfindung. Strombegrenzungseinrichtungen 43 und 44 sind mit Abrasterleitungen 42 verbunden, und die Gateelektroden der TFTs 45 und 46 sind mit den Strombegrenzungseinrichtungen verbunden. Darüber hinaus sind die einzelnen Drainelektroden der vorstehend genannten TFTs 45, 46 mit Signalleitungen 41 verbunden.
Wenn bei diesem Ausführungsbeispiel das einer Anzeigeelementelektrode 47 entsprechende Anzeigeelement auf Grund eines Kurzschlusses wie des unter Bezugnahme auf Fig. 1 erörterten fehlerhaft ist, kann dieses Anzeigeelement dadurch dunkel gemacht werden, daß der Anzeigemodus des Flüssigkristalls in denjenigen mit im Normalzustand weißer Anzeige versetzt wird und die Signalspannung gemäß dem in Fig. 3 dargestellten Status gesteuert wird.
Wenn jedoch das der Bildelementelektrode 48 entsprechende Flüssigkristall-Flement nicht fehlerhaft ist, ist die Gesamtauswirkung des kombinierten Elements 49 normal.
Hierbei ist das kombinierte Element 49 zweigeteilt, wie in Fig. 13 dargestellt, jedoch kann es dreigeteilt oder noch höher unterteilt sein.
Um die Helligkeit des kombinierten Elements 49 mit der der Standardanzeigeelemente in Übereinstimmung zu bringen, wird vorteilhafterweise der Pegel der Signalspannung eingestellt. Genauer gesagt, soll die Amplitude der Signalspannung kleiner als die für die Standardanzeigeelemente sein.
Die Fig. 14 und 15 zeigen andere Anordnungen von Anzeigeelementaufbauten, die kombinierte Elemente verwenden, wobei die Fig. 13 bis 15 nur die Geometrie variieren, und es sind dieselben Bezugszahlen zum Kennzeichnen entsprechender Teile verwendet. Da die Anordnungen der Fig. 14 und 15 auf ähnliche Weise wie die Anordnung von Fig. 13 arbeiten, ist keine weitere Beschreibung erforderlich. Fig. 16 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem das kombinierte Element viergeteilt ist. Im Ergebnis verfügt das kombinierte Element für jedes Anzeigepixel über Anzeigeelemente 53 bis 56; der TFT ist in Teile 57 bis 60 unterteilt und die St,rombegrenzungs einrichtung ist in Teile 49' bis 52 unterteilt.
Die Fig. 17 bis 20 sind Draufsichten, die Teile eines bei der Erfindung verwendbaren Anzeigepixels zeigen. Ein MOS- Dünnfilm-Halbleiterbauteil ist eine Halbleiterschicht 101 mit einem Drain 102, einer Source 103 und einem Gate 106. Eine Strombegrenzungseinrichtung 104 ist über eine Anschlußverdrahtungsleitung 109 zwischen das Gate 106 und eine Gateverdrahtungsleitung 110 geschaltet. Der Drain 102 ist mit einer Drainverdrahtungsleitung 108 verbunden. Die Source 103 ist mit einer Anzeigeelement-Ansteuerelektrode 111 verbunden, die aus einem transparenten, leitenden Film besteht.
Nachfolgend wird jeder Aufbau im einzelnen unter Bezugnahme auf die Schnittansichten in den Fig. 21 bis 30 beschrieben.
Die Fig. 21(a) und 21(b) bis 24(a) und 24(b) sind Schnittansichten entlang Linien B-B' und A-A' in Fig. 18. Fig. 21 zeigt einen coplanaren Aufbau, bei dein der Drain 102 und die Source 103 über der Halbleiterschicht 101 ausgebildet werden und, nachdem sie mit einem Gateisolierfiln 105 beschichtet wurden, ein Gate 106 darauf hergestellt wird. Die Strombegrenzungseinrichtung 104 verfügt über einen dotierten Halbleiter als Widerstandselement, um die Source und den Drain zu bilden und um Kontaktlöcher in einem Passivierungsfilm 107 über den Bereichen des Drains 102, der Source 103 und des Gates 106 und der Strombegrenzungseinrichtung 104 auszubilden, um durch diese hindurch Verdrahtungsanschlüsse auszubilden. Die Strombegrenzungseinrichtung ist beispielhaft durch ein Widerstandselement aus einem dotierten Halbleiter gegeben, jedoch könnte die Strombegrenzungseinrichtung alternativ z. B. ein mit einer Dünnfilm-Halbleitereinheit versehener Last-MOS sein.
Fig. 22 ist ein Schnitt, der einen invertierten, coplanaren Aufbau zeigt, bei dem die Laminatfolge der einzelnen Schichten gegenüber der beim coplanaren Aufbau von Fig. 21 umgedreht ist, der aber ansonsten derselbe ist.
Fig. 23 ist eine Schnittansicht, die einen Schichtaufbau zeigt, bei dem das Gate 106, der Drain 102 und die Source 103 die Halbleiterschicht 101 und den Gateisolierfilm 105 einbetten und bei dem die Halbleiterschicht 101 näher als das Gate 106 an der Substratfläche liegt.
Fig. 24 ist ein Schnitt, der einen invertierten Schichtaufbau zeigt, bei dem die Laminatreihenfolge der einzelnen Schichten des Schichtaufbaus von Fig. 23 umgekehrt ist, der aber ansonsten derselbe wie der der Anordnung in Fig. 23 ist.
Fig. 25(a) und 25(b) bis Fig. 28(a) und 28(b) sind Schnitte entlang den Linien B-B' und A-A' in Fig. 19. Der Aufbau des in diesen Figuren dargestellten Dünnfilmtransistors ist ähnlich denjenigen, die in den Fig. 21 bis 24 dargestellt sind, mit der Ausnahme, daß die Drainverdrahtungsleitung 108, die Gateverdrahtungsleitung 110 und die Anzeigeelement-Ansteuerelektrode 111 unter dem Passivierungsfilm 107 ausgebildet sind und daß die Strombegrenzungseinrichtung 104 und das Gate 106 über eine Anschlußverdrahtungsleitung 109 dadurch verbunden sind, daß Kontaktlöcher im Passivierungsfilm 107 ausgebildet sind. Fig. 25 zeigt einen coplanaren Aufbau; Fig. 26 zeigt einen invertierten, coplanaren Aufbau; Fig. 27 zeigt einen Schichtaufbau und Fig. 28 zeigt eine Anordnung mit einer MOS-Dünnfilm-Halbleitereinheit mit invertiertem Schichtaufbau.
Die Fig. 29(a) und 29(b) sind Schnittansichten entlang der Linien B-B' und A-A' in Fig. 20, und sie veranschaulichen eine Matrixtreibereinheit aus einem MOS-Dünnfilm-Halbleiterbauteil mit coplanarem Aufbau, wobei die Drainverdrahtungsleitung 108 und die Gateverdrahtungsleitung 110 unter dem Passivierungsfilm 107 ausgebildet sind, wie in Fig. 25, und bei dem die Anzeigeelement-Ansteuerelektrode 111 auf der Oberfläche des Passivierungsfilins 107 ausgebildet ist. Es ist ein nur ein coplanarer Aufbau dargestellt, jedoch kann, wie dies für die Fig. 24 bis 28 gilt, der Schnittaufbau von Fig. 28 verwendet werden, um einen invertierten, coplanaren Aufbau, einen Schichtaufbau oder ein invertierten Schichtaufbau zu schaffen, wie zuvor.
Nachfolgend wird ein Prozeß zum Herstellen der Treibereinheit des MOS-Dünnfilm-Halbleiterbauteils mit coplanarem Aufbau gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Die Fig. 30(a) bis 30(f) sowie 30(g) bis 30(1) sind Schnittansichten entlang der Linien B-B' und A-A' von Fig. 17, und sie zeigen die Herstellschritte.
Über einem isolierenden Substrat aus Glas, Quarz oder Kunststoff wird z. B. durch ein Vakuum-CVD-Verfahren, ein Plasma- CVD-Verfahren, ein optisches CVD-Verfahren oder ein Sputterverfahren ein überzug aus einem Halbleiterfilm 101 hergestellt und es werden durch z. B. Photoätzen Halbleiterinseln 101 und 104 ausgebildet (wie in den Fig. 30(a) und 30(g) dargestellt) . Alternativ kann das Substrat ein leitendes Substrat sein, beä dem die Oberfläche durch einen Isolierfilm isoliert wird. Danach können die Haibleiterinseln 101 und 104 z. B. durch ein atmosphärisches CVD-Verfahren, ein Vakuum-CVD-Verfahren, ein Plasma-CVD-Verfahren, ein optisches CVD-Verfahren oder ein Sputterverfahren mit einem Gateisolierfilm 105 beschichtet werden. Dann wird der Gateisolierfilm 105 mit einem Halbleiterfilm oder einem Metallfilm zum Herstellen eines Gates 106c beschichtet, und es wird nur der Gateteil mit einem Photoresistmuster 112 versehen (wie in den Fig. 30(b) und 30(h) dargestellt). Danach wird der Photoresistfilm 112 als Maske zum Ätzen des Halbleiterfilms oder des Metallfilms 106 verwendet, um das Gate herzustellen, und der Gateisolierfilm 105 wird geätzt. Dann wird der Gateisolierfilm 105 geätzt und mit einem Fremdstoff dotiert, um Source- und Drainbereiche im Halbleiter 101 auszubilden (wie in den Fig. 30(c) und 30(i) dargestellt), wobei das Gate als Maske verwendet wird, und zwar unter Verwendung eines Jonenimplantationsverfahrens oder eines Plasmadotierverfahrens. Danach wird das vorstehend genannte Gate 106 mit einem Passivierungsfilin 107 aus SiO oder Phosphorsilikatgias (PSG) überzogen. Um den ionenimplantierten Fremdstoff zu aktivieren, wird das Bauteil durch ein Heißtemperverfahren in einem Ofen oder durch ein optisches Temperverfahren unter Verwendung z. B. eines Laserstrahls getempert (wie in den Fig. 30(d) und 30(j) dargestellt). Danach wird der Passivierungsfilm 107 über dem Drainbereich der Halbleiterschicht 101 und über dem Gatebereich und der Strombegrenzungseinrichtung 104 mit Kontaktlöchern versehen und mit einem Metall wie Aluminium mit niedrigem Widerstand überzogen, um die Drainverdrahtungsleitung 108, die Anschlußverdrahtungsleitung 109 und die Gateverdrahtungsleitung 110 durch Photoätztechnologie auszubilden (wie in den Fig. 30(e) und 30(k) dargestellt. Abschließend werden im Passivierungsfilin 107 über dem Sourcebereich des Halbleiters 101 Kontaktlöcher ausgebildet und das sich ergebende Bauteil wird mit einem transparenten, leitenden Film aus ITO (d.h. Indiumzinnoxid), SrO&sub2; oder InOx überzogen. Das Ergebnis wird zu einem geeigneten Muster geätzt, um eine Bildelement-Ansteuerelektrode 111 auszubilden, (wie in den Fig. 30(f) und 30(l) dargestellt)
So ist ein Anzeigepixel ausgebildet, zu dem eine Strombegrenzungseinrichtung hinzugefügt ist.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung, das das Verfahren zum Herstellen der Anzeigematrix des Anzeigesystems betrifft, wird nun beschrieben. Wie bereits erwähnt, schlägt die Erfindung vor, daß jede Anzeigeeinheit der Matrix über eine Strombegrenzungseinrichtung zwischen dem Schaltelement und der Abrasterleitung verfügt. Wie bereits angegeben, kann diese Strombegrenzungseinrichtung eine Widerstandseinrichtung sein, in welchem Fall es ein Gesichtspunkt der Erfindung vorschlägt, daß der Widerstand dieser Widerstandseinrichtung auf einen Wert eingestellt wird, der von den Widerständen der Steuereinrichtung abhängt. Dieser Gesichtspunkt wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 31 bis 35 detaillierter beschrieben.
Fig. 31 zeigt ein vereinfachtes Ersatzschaltbild eines Anzeigesystems mit einer Anzeigematrix 30 und einer Steuereinrichtung in Form einer Signalleitungs-Adressensteuerung 31 und einer Abrasterleitungs-Adressensteuerung 32. Der Ausgangswiderstand der Signalleitungs-Adressensteuerung 31 ist schematisch durch einen Ausgangswiderstand (RON(d)) 34 gekennzeichnet und der Ausgangswiderstand der Abrasterleitungs-Adressensteuerung 32 ist durch einen Widerstand (RON(G)) 33 gekennzeichnet. Der Widerstand der Abrasterleitung ist durch einen Widerstand (RL(G)) 35 gekennzeichnet, und der Widerstand der Steuerleitung ist durch einen Widerstand (RL(D)) 36 gekennzeichnet. Fig. 31 zeigt auf die Strombegrenzungseinrichtung in Form eines Widerstands 22 und das Schaltelement des Anzeigeelements, wie durch den TFT 38 gekennzeichnet.
Wenn der TFT 38 einen Mangel aufweist, wie den, daß seine Gateelektrode und seine Drainelektrode tatsächlich verbunden sind (über einen niedrigen Widerstand), liegt die Position, an der die Abrasterspannung VG am meisten schwankt, am rech ten oberen Ende (mit A gekennzeichnet), wohingegen die Position, an der die Signalspannung VD am meisten schwankt, am linken unteren Ende liegt (mit B gekennzeichnet).
Um die Schwankungsspannung ΔVG der Abrasterspannung und die Schwankungsspannung ΔVD der Signalspannung zu bestimmen, kann daher die Schaltung von Fig. 31(a) als Widerstandsnetzwerk angesehen werden, wie es in Fig. 31(b) dargestellt ist. In Fig. 31(b) sind die Schwankungsspannungen ΔVG und ΔVD wie in den folgenden Gleichungen bestimmt:
und
In diesen Gleichungen (1) und (2) sind die einzelnen Bezugsbuchstaben so, wie es in Fig. 31(b) gekennzeichnet ist, und sie sind bereits definiert, mit der Ausnahme des Widerstands RG, der der Widerstand der Strombegrenzungseinrichtung 22 ist.
Wenn die Schwankungsspannungen ΔVG und ΔVD aus den Gleichungen (1) und (2) bestimmt sind, können die Bedingungen für den Kurzschlußwiderstand RG ermittelt werden. Wenn z. B. RON(G) = 1 kΩ, RON(d) = 2 kΩ, RL(G) = 4,5 kΩ, RL(D) = 1,5 kΩ, VG = 25 V und VD = 0 V gelten, ergeben sich RG ≥ 100 kΩ für ΔVG ≤ 1 V und RG ≥ 1 MΩ für ΔVD ≤ 70 mV.
Die Schwankungsbedingungen für die letztgenannte Spannung VD werden aus den Bedingungen bestimmt, wenn acht Graustufen unter Verwendung des vorhandenen verdrillt-nematischen (TN) Flüssigkristalls angezeigt werden.
Gemäß den vorstehend angegebenen Ergebnissen kann die Untergrenze des Widerstands der Strombegrenzungseinrichtung 22 der größere der aus den Gleichungen (1) und (2) bestimmten Werte sein.
Der Widerstand RG der Strombegrenzungseinrichtung 22 und die Gatekapazität CG pro Stufe des TFT bestimmen die Anstiegsund Abfallzeiten der an die Gateelektrode anzulegenden Abrasterspannung. Sie verursachen einen Anstieg dieser Zeit, so daß die an den Flüssigkristall angelegte Spannung unzureichend ist, was zu einem Kontrastabfall führt.
Die Anstiegszeit (die Abfallzeit) tr ist hierbei durch die folgende Gleichung gegeben:
tr CG x RG (3).
Demgemäß ist die Obergrenze des Widerstands RG bestimmt, wenn der Wert von tr festgelegt ist.
Für tr = 5 µs und CG = 0,5 pF ergibt sich z. B. RG ≤ 10 Mtt.
Der obige Wert tr beträgt ungefähr 15 % der Abrasterzeit tr (= 35 µs) pro Zeile für eine Anzahl N = 480 von Abrasterzeilen und eine Vollbildfrequenz fF von 60 Hz, und in der Praxis ergeben sich keine Schwierigkeiten.
Andererseits weist die Kapazität CG einen Wert auf, der durch die Größe des TFT und die dann vorliegende Streukapazität bestimmt ist.
Die bisher beschriebenen speziellen Werte bestimmen die Bedingungen, wenn sie z. B. bei einer Farbanzeige für einen PC oder einen Textprozessor verwendet werden, jedoch ist die Erfindung nicht auf diese Werte beschränkt.
Demgemäß sollte der Widerstand der Strombegrenzungseinrichtung als Wert gewählt werden, der durch den Widerstand der Steuereinrichtung, insbesondere der Signal- und Abrasterleitungs-Adressensteuerungen 31, 32 bestimmt ist. In der Praxis variieren die Widerstände käuflich erhältlicher Steuerschaltungen, weswegen es nicht möglich ist, für alle derartige Steuerschaltungen den optimalen Widerstand der Strombegrenzungseinrichtung vorauszubestimmen, sondern stattdessen schlägt die Erfindung vor, daß der Widerstand der Strombegrenzungseinrichtung während der Herstellung des Anzeigesystems abhängig von den Widerständen der Steuerschaltung eingestellt wird.
Nun wird eine Weise des Einstellens einer derartigen Steuerung unter Bezugnahme auf Fig. 32 beschrieben.
Fig. 32 ist eine Draufsicht, die ein Anzeigepixel des Anzeigesystems mit Strombegrenzungseinrichtung und vier Dünnfilmtransistoren zeigt. Bei der in Fig. 32 dargestellten Anordnung ist das Anzeigeelement zweigeteilt, um für Redundanz zu sorgen, und Fig. 33 ist ein Ersatzschaltbild zu Fig. 32. Der Widerstand kann durch Verwenden des Widerstands des Gates 106 selbst als Strombegrenzungselement und durch Verstellen der Halbleiterschicht 101 über das Gate 106 hinweg variiert werden. Beim Aufbau von Fig. 32 wird die an die Anzeigeelement-Ansteuerelektrode 111 anzulegende Spannung selbst dann immer auf einem vorbestimmten Pegel gehalten, wenn ein Gate und der Drain kurzgeschlossen sind und wenn eine Gateverdrahtungsleitung 110 unterbrochen ist.
Demgemäß kann dadurch, daß die Halbleiterschicht 101 näher zur oder weiter weg von der Gateverdrahtungsleitung 110 bewegt wird, der Widerstand RR eingestellt werden. Die Einstellung des Orts der Halbleiterschicht 101 ist ein relativ unkomplizierter Prozeß, wie durch den Ätzschritt bestimmt, der diese Schicht erzeugt. Selbstverständlich existieren, da die Anordnung von Fig. 32 zweigeteilt ist, um für Redundanz zu sorgen, zwei Halbleiterschichten 101, deren Positionen eingestellt werden sollten.
Fig. 34 ist eine Draufsicht, die einen Dünnfilmtransistor mit Schmetterlingsaufbau zeigt, bei dem die Signalverdrahtungsleitung und die gemeinsamen Verdrahtungsleitungen über das gegenüberstehende Substrat hinweg angeordnet sind, ohne irgendeine Schnittstelle der Abrasterverdrahtungsleitung und der Signalverdrahtungsleitung auf dem Bezugssubstrat, um Defekte auf Grund von Kurzschlüssen zwischen der Abrasterverdrahtungsleitung und der Signalverdrahtungsleitung auszuschließen. Die Fig. 35 und 36 sind Schnitte entlang den Linien A-A' bzw. B-B' in Fig. 34. Die Abrasterverdrahtungsleitung ist über das den Dünnfilmtransistor benachbarte Substrat hinweg angeordnet, und die Signalverdrahtungsleitung 115 und die gemeinsame Verdrahtungsleitung 116 sind über die gegenüberstehenden Substrate hinweg angeordnet. Die Anordnung in den Fig. 34 bis 36 verfügt über ein Anzeigesystem, bei dem als Widerstand ein Halbleiter 104 verwendet ist, der mit demselben Fremdstoff wie die Source/Drain-Bereiche dotiert ist, um die Strombegrenzungseinrichtung zu bilden, und bei dem der Passivierungsfilin 107 über der Strombegrenzungseinrichtung und dem Gate 106 ein Kontaktloch aufweist, durch das hindurch eine Verbindungsverdrahtungsleitung 109 aus Gateverdrahtungsmaterial ausgebildet ist.
Wenn die Strombegrenzungseinrichtung auf einem Widerstand, z. B. einem mit einem Fremdstoff dotierten Si-Halbleiter beruht, bildet ein Widerstand aus n-Silizium mit einer Breite W, einer Länge L bei W/L = 1 und einer Dicke von 100 nm, der mit einem Fremdstoff wie Phosphor (P), Arsen (As) oder Antimon (Sb) dotiert ist, einen Widerstand von 1 MΩ bei einer Fremdstoffkonzentration von 4 x 10&supmin;¹&sup4; cm&supmin;³. Alternativ liefert ein Widerstand aus p-Silizium, das mit dem Fremdstoff Bor (B) dotiert ist, einen Widerstand von 1 MΩ bei einer Fremdstoffkonzentration von 1 x 10&supmin;¹&sup5; cm&supmin;³. Für W/L = 0,1 bis 1,0 liefert der vorstehend angegebene Widerstand einen Widerstandswert von 1 bis 10 MΩ.
Außerdem nimmt der Widerstand ab, wenn die Fremdstoffkonzentration zunimmt, und er nimmt zu, wenn die Konzentration abnimmt. Daher variiert der Widerstandswert proportional zur Filindicke, wenn diese Fumdicke variiert wird. Zum Beispiel wird ein Widerstand von 10 MΩ erhalten, wenn die Dicke des Films von 1 MΩ auf 10 nm verringert wird.
Fig. 37 zeigt eine weitere Anordnung eines Anzeigepixels, wie bei der Erfindung verwendbar. In Fig. 37 verfügt jedes Anzeigeelement über Strombegrenzungselemente 62 und 65, TFTs 63 und 64 und ein Flüssigkristall-Bildelement 66.
Durch diese Anordnung kann ein normales Bild durch das Flüssigkristalldisplay-Element 66 selbst dann angezeigt werden, wenn einer der mit der Signalleitung 41 verbundenen TFTs 63 und 64 kurzgeschlossen ist, so daß er zu allen Zeitpunkten nicht leitet.
Darüber hinaus besteht geringe Wahrscheinlichkeit, daß die beiden TFTs 63 und 64 beide nichtleitend sind (d.h., daß beide gleichzeitig fehlerhaft sind). Daher ist die Wahrscheinlichkeit, daß an das Flüssigkristalldisplay-Element 66 keine Signalspannung angelegt wird, praktisch null.
Fig. 38 zeigt eine andere Anordnung eines Anzeigepixels. Jedes Anzeigeelement besteht aus Strombegrenzungseinrichtungen 68 und 69, TFTs 70 und 71 und einem Flüssigkristalldisplay- Element 72.
Selbst wenn einer der mit der Signalleitung 41 verbundenen TFTs 70 und 71 auf Grund eines Kurzschlusses ausfällt, so daß der eine oder der andere dauernd nichtleitend ist, wird durch das Flüssigkristalldisplay-Element 72 ein normales Bild angezeigt.
Erneut ist die Wahrscheinlichkeit, daß beide TFTs 70 und 71 nichtleitend (beide fehlerhaft) sind, niedrig. Daher ist erneut die Wahrscheinlichkeit, daß an das Flüssigkristall- Bildelement 72 keine Signalspannung angelegt wird, praktisch null.
Fig. 39 zeigt noch eine andere Anzeigepixelanordnung. Signalleitungen 73a und 73b, 74a und 74b sowie 75a und 75b bilden jeweils einzeln versorgte Paare, wobei die Leitungen jedes Paars gemeinsame Signalspannungen empfangen. Andererseits bilden die Abrasterleitungen 76a und 76b sowie 77a und 77b einzeln versorgte Paare und die Leitungen der Paare empfangen gemeinsame Abrasterspannungen.
Darüber hinaus besteht ein Bildelement aus Strombegrenzungseinrichtungen 78 und 79, TFTs 80 und 81 sowie einem Flüssigkristalldisplay-Element 82.
In Fig. 39 wird das Flüssigkristalldisplay-Element 82 normalerweise mit einer Signalspannung versorgt, unabhängig davon, welche der Abrasterleitungen und der Signalleitungen unterbrochen sein könnte. Da darüber hinaus geringe Wahrscheinlichkeit besteht, daß zwei Leitungen gleichzeitig unterbrochen sind, ist die Wahrscheinlichkeit, daß an das Flüssigkristall-Bildelement 82 keine Signalspannung angelegt wird, im wesentlichen null.
Wie es aus dem Vorstehenden ersichtlich ist, ist es wünschenswert, daß Unterbrechungen in den Signalleitungen keine Fehifunktion eines Anzeigepixels verursachen. Die Anordnung von Fig. 39 erzielt dies, jedoch nur durch Bereitstellen zweiter Schalteinheiten 80, 81 und zweier Strombegrenzungseinrichtungen 78, 79 für jedes Anzeigeelement 82. Dies erhöht die Anzahl von Komponenten und ist allgemein nicht bevorzugt. Stattdessen wird vorgeschlagen, daß die Signal- und Abrasterleitungen durch Leiterpaare gebildet werden, und zwar zumindest über einen wesentlichen Teil ihrer Länge. Anordnungen, bei denen dies erzielt ist, werden nun unter Bezugnahme auf die Fig. 40 und 41 beschrieben, die die Matrix der Signalleitungen und Abrasterleitungen veranschaulichen. Selbstverständlich muß eine derartige Matrix mit einer geeigenten Steuerschaltung verbunden sein, um zu arbeiten.
Die Matrix von Fig. 40 verfügt über Steuer- und Abrasterleitungen, die, über im wesentlichen ihre gesamte Länge über die Matrix hinweg, durch sich im wesentlichen parallel zueinander erstreckende Leiterpaare gebildet sind. So kann ein Paar Abrasterleiter 84a, 84b existieren, die beide mit der Strombegrenzungseinrichtung 85 verbunden sind, und es kann ein entsprechendes Paar Signalleiter 83a, 83b existieren, die beide mit der Ansteuerelektrode des Schaltelements 86 verbunden sind. Bei dieser Anordnung kann das Anzeigeelement 87 ein Flüssigkristall sein, oder es kann ein anderes geeignetes Anzeigeelement sein.
Jedoch besteht bei der Anordnung von Fig. 40 der Nachteil, daß sich an jeder Schnittstelle zwischen einer Signalleitung und einer Abrasterleitung vier Schnittpunkte ergeben. Dies erhöht die Gefahr von Kurzschlüssen zwischen den Leitungen an diesen Überkreuzungspunkten, und um dies zu überwinden, kann die Anordnung in Fig. 41 verwendet werden, bei der die Signalleitungen und die Abrasterleitungen durch Paare von Leitern 83a, 83b bzw. 84a, 84b über einen Teil ihrer Länge gebildet sind, wobei jedoch diese Leiterpaare an den Überkreuzungspunkten zusammengeführt sind. Bei dieser Anordnung sollten die Leitungen zumindest an der Anschlußstelle zum Anzeigepixel und benachbart hierzu durch Leiterpaare gebildet sein, vorzugsweise jedoch im wesentlichen über ihre gesamte Länge zwischen den Schnittpunkten.
Demgemäß ist es gemäß der Erfindung möglich, ein Anzeigesystein zu konzipieren, bei dein die Gefahr von Defekten verringert oder beseitigt ist. Insbesondere können Defekte auf Grund von Kurzschlüssen in den Anzeigeelementen durch geeignetes Anlegen von Spannungen an die Anzeigepixel überwunden werden, speziell durch Anlegen von Spannungen an die Signalleitungen zu anderen Zeitpunkten als denen, zu denen Spannungen an die Abrasterleitungen angelegt werden, aber auch, gesondert oder zusätzlich, durch Bereitstellen von Redundanz von Komponenten für jedes Pixel, und innerhalb der Leitungen selbst durch Ausbilden dieser Leitungen aus verzweigten Leitern. Ferner können die Pixel selbst abhängig von der Steuereinrichtung eingestellt werden, mit der das Anzeigesystem verbunden ist, um die Gefahr einer Fehlanpassung zu verringern. Die Erfindung wurde speziell für Anzeigesysteme mit Flüssigkristallen konzipiert. Jedoch ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt, sondern sie kann in Verbindung mit anderen Typen von Anzeigeelementen verwendet werden, wozu sowohl Anzeigeelemente gehören, die dazu vorgesehen sind, ein angezeigtes Bild zu erzeugen, wie auch Anzeigeelemente, die dazu vorgesehen sind, Bilder zu erfassen.

Claims

1. Anzeigesystem mit

- mindestens einer Abrasterleitung (20);

- mindestens einer Signalleitung (21);

- mindestens einem Anzeigepixel, das ein Schaltelement (23) mit einer ersten und einer zweiten Treiberelektrode (23b, 23c) und einer Steuerelektrode (23a) aufweist, wobei die erste Treiberelektrode (23b) mit der mindestens einen Signalleitung (21) verbunden ist, wobei dieses mindestens eine Anzeigepixel ferner ein mit der zweiten Treiberelektrode (23c) verbundenes Anzeigeelement (24) und eine Strombegrenzungseinrichtung (22) zwischen der Steuerelektrode (23a) und der mindestens einen Abrasterleitung (20) aufweist;

- das Anzeigesystem ferner eine Steuereinrichtung (4, 31, 32) mit einer ersten Einrichtung (32, 31) zum Anlegen einer Signalspannung an die mindestens eine Signalleitung (21) und einer Abrasterspannung an die mindestens eine Abrasterleitung (20) aufweist, um das mindestens eine Anzeigeelement abzurastern;

dadurch gekennzeichnet, daß - die Steuereinrichtung (4, 31, 32) eine zweite Einrichtung (4, 31) zum Anlegen einer vorgegebenen Spannung an die mindestens eine Signalleitung (21) zu einem anderen Zeitpunkt als dem Anlegezeitpunkt der Abrasterspannung aufweist, das Anzeigeeleinent (24) einen von der an es angelegten Spannung abhängigen Helligkeitszustand aufweist und die vorgegebene Spannung dergestalt ist, daß der Helligkeitszustand dieses Anzeigeeleinents (24) zwischen 0% und 10% der maximal möglichen Helligkeit des Anzeigeelements (24) gehalten wird, wenn ein Kurzschluß über die Steuerung des Schaltelements (23) zu der mindestens einen Signalleitung (21) besteht.

2. Anzeigesystem nach Anspruch 1, bei dem das mindestens eine Anzeigepixel ein weiteres Schaltelement aufweist, das zwischen das Anzeigeelement und die mindestens eine Signalleitung geschaltet ist, und bei dem eine weitere Strombegrenzungseinrichtung zwischen dem weiteren Schaltelement und der mindestens einen Abrasterleitung vorhanden ist.

3. Anzeigesystem mit

- mehreren Abrasterleitungen (20);

- mehreren Signalleitungen (21), die mit den diese Signalleitung (21) schneidenden Abrasterleitungen (20) in einer Matrix (30) angeordnet sind;

- mehreren Anzeigepixeln, von denen jedes an der Schnittstelle einer jeweiligen der Abrasterleitungen (20) und einer jeweiligen der Signalleitungen (21) liegt, wobei jedes Anzeigepixel ein Schaltelement (23) mit einer ersten und einer zweiten Treiberelektrode (23b, 23c) und einer Steuerelektrode (23a) aufweist, wobei die erste Treiberelektrode (23b) mit der jeweiligen Signalleitung (21) verbunden ist, und wobei jedes Anzeigepixel ferner ein mit der zweiten Treiberelektrode (23c) des Schaltelements (23) verbundenes Anzeigeelement (24) und eine zwischen die Steuerelektrode (23a) des Schaltelements (23) und die jeweilige Abrasterleitung (20) geschatete Strombegrenzungseinrichtung (22) aufweist;

- wobei das Anzeigesystem ferner eine Steuereinrichtung (4, 31, 32) mit einer ersten Einrichtung (31, 32) zum gleichzeitigen Anlegen von Signalspannungen sequentiell an die mehreren Signalleitungen (21) und von Abrasterspannungen se quentiell an die mehreren Abrasterleitungen (20) aufweist, um die Anzeigeelemente sequentiell durchzurastern;

dadurch gekennzeichnet, daß - die Steuereinrichtung eine zweite Einrichtung (4, 31) zum Anlegen einer vorgegebenen Spannung an mindestens einige der Signalleitungen (21) zu einem anderen Zeitpunkt als dem Anlegezeitpunkt der Abrasterspannung an die entsprechende Abrasterzeile (20) aufweist; wobei das Anzeigeelement (24) einen von der an es angelegten Spannung abhängigen Helligkeitszustand aufweist, und die vorgegebene Spannung dergestalt ist, daß der Helligkeitszustand des Anzeigeelements (24) zwischen 0% und 10% der maximal möglichen Helligkeit des Anzeigeelements (24) gehalten wird, wenn ein Kurzschluß über die Steuerung des Schaltelements (23) zu den mindestens einigen Signalleitungen besteht.

4. Anzeigesystem nach Anspruch 3, bei dein jedes Anzeigepixel ein weiteres, zwischen das Anzeigeelement und die jeweilige Signalleitung geschaltetes Schaltelement und eine weitere Stroinbegrenzungseinrichtung aufweist, die zwischen das weitere Schaltelement und die jeweiligen Abrasterleitungen geschaltet ist.

5. Anzeigesystem nach Anspruch 3, bei dein jedes Anzeigepixel ein weiteres, zwischen das Anzeigeelement und die jeweilige Signalleitung geschaltetes Schaltelement und eine weitere Strombegrenzungseinrichtung zwischen dein weiteren Schaltelement und einer weiteren der Abrasterleitungen aufweist.

6. Anzeigesystem nach Anspruch 3, bei dem jedes Anzeigeelement ein weiteres Schaltelement zwischen ihm und einer weiteren der Signalleitungen sowie eine weitere Strombegrenzungseinrichtung zwischen dem weiteren Schaltelement und einer weiteren der Abrasterleitungen aufweist.

7. Anzeigesystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Strombegrenzungseinrichtung eine dotierte Halbleiterschicht ist.

8. Anzeigesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Strombegrenzungseinrichtung eine Polysiliciumschicht ist.

9. Anzeigesystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Strombegrenzungseinrichtung ein Widerstand ist.

10. Anzeigesystem nach Anspruch 9, bei dem der Widerstand zwischen 1MΩ und 10MΩ beträgt.

11. Anzeigesystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die eine oder mindestens eine Abrasterleitung (20) und die eine oder mindestens eine Signalleitung (21) zumindest an und in der Nähe der jeweiligen Verbindungen zur Strombegrenzungseinrichtung (22) und zum Schaltelement (23) jeweils in der Form eines Paars Leiter (83, a, 83b; 84a, 84b) vorliegen, wobei die Strombegrenzungseinrichtung (22) und das Schaltelement (23) jeweils mit den beiden Leitern (83a, 83b; 84a, 84b) der entsprechenden Leitung (20, 21) verbunden sind.

12. Anzeigesystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dein das Anzeigeelement einen Flüssigkristall (24) enthält.

13. Anzeigesystem nach Anspruch 12, bei dem das Anzeigeelement ferner ein Paar Polarisatoren (66a, 66b) aufweist, wobei der Flüssigkristall (64) zwischen dein Paar Polarisatoren liegt.

14. Anzeigesystem nach Anspruch 13, bei dem das Paar Polarisatoren (66a, 66b) und der Flüssigkristall (64) so angeordent sind, daß, solange das Anzeigepixel nicht fehlerhaft ist, dieses Paar Polarisatoren (66a, 66b) und der Flüssigkristall (64) Licht beim Fehlen einer Spannung am Flüssigkristall (64) durchlassen.

15. Verfahren zum Betreiben eines Anzeigesystems, wobei das Anzeigesystem mit folgendem versehen ist:

- mindestens einer Abrasterleitung (20);

- mindestens einer Signalleitung (21);

wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist

a) Anlegen einer Signalspannung an die mindestens eine Signalleitung (21) und einer Abrasterspannung an die mindestens eine Abrasterleitung (20), um das mindestens eine Anzeigeelement (24) abzurastern; und

b) Anlegen einer vorgegebenen Spannung an die mindestens eine Signalleitung (21) zu einem anderen Zeitpunkt als dem Anlegezeitpunkt der Abrasterspannung; wobei das Anzeigeelement (24) einen von der an es angelegten Spannung abhängigen Helligkeitszustand aufweist und die vorgegebene Spannung dergestalt ist, daß der Helligkeitszustand dieses Anzeigeelements (24) zwischen 0% und 10% der maximal möglichen Helligkeit des Anzeigeelements (24) gehalten wird, wenn ein Kurzschluß über die Steuerung des Schaltelements (23) zu der mindestens einen Signalleitung (21) besteht.

16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die Schritte a) und b) sequentiell wiederholt werden.

17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem für jede Wiederholung der Schritte a) und b) mindestens die Signalspannung und die vorgegebene Spannung entgegengesetzte Polarität zur Signalspannung und zur vorgegebenen Spannung bei der vorangehenden Wiederholung der Schritte a) und b) aufweisen.

18. Verfahren zum Betreiben eines Anzeigesystems, wobei dieses Anzeigesystem mit folgendem versehen ist:

- mehreren Abrasterleitungen (20);

- wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

a) sequentielles Anlegen von Signalspannungen an die mehreren Signalleitungen (20);

b) sequentielles Anlegen von Abrasterspannungen an die mehreren Abrasterleitungen (20) , wobei die Signal- und Abrasterspannungen so angelegt werden, daß jedes Anzeigepixel gleichzeitig eine jeweilige der Signalspannungen und eine jeweilige der Abrasterspannungen erhält; und

c) Anlegen einer vorgegebenen Spannung an mindestens einige der Signalleitungen (21) zu einem anderen Zeitpunkt als dem Anlegezeitpunkt der Abrasterspannung an die entsprechende Abrasterzeile (20) aufweist; wobei das Anzeigeelement (24) einen von der an es angelegten Spannung abhängigen Helligkeitszustand aufweist, und die vorgegebene Spannung dergestalt ist, daß der Helligkeitszustand des Anzeigeelements (24) zwischen 0% und 10% der maximal möglichen Helligkeit des Anzeigeelements (24) gehalten wird, wenn ein Kurzschluß über die Steuerung des Schaltelements (23) zu den mindestens einigen Signalleitungen besteht.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, bei dem das Anzeigeeleinent (24) einen von der an es angelegten Spannung abhängigen Helligkeitszustand aufweist.

20. Verfahren nach Anspruch 19, bei dein die Beziehung zwischen der vorgegebenen Spannung VON, der Spannung VLC(10), die, angelegt an das Anzeigeelement (24) eine Helligkeit von 10% der maximalen Helligkeit desselben ergibt, der Dauer T&sub0; der vorgegebenen Spannung und der Dauer T&sub1; der Bildspannung die folgende ist