TW557398B - Active matrix liquid crystal display and method of driving a thin film transistor array in an active matrix liquid crystal display - Google Patents

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557398 A7 B7 五、發明説明（/ ) 發明背景 發明領域 本發;明有關一種液晶顯示器，特別是有關一種活化矩陣 液晶顯示器。 習知技術說明 目前，液晶顯示器己廣泛地用在個人電腦及各種監視器 中作為輕便而低功率耗損的顯示器。恃別是，於各種應用 中因為可以藉由電壓控制而精細地改變每一個像素的亮度 而將在每一個像素内形成薄膜電晶體的活化矩陣液晶顯示 器當作具有高解析度的顯示器。 以下將參照第1圖及第2圖説明習知一般型式之活化矩陣 液晶顯示器（以下將稱為活化矩陣液晶顯示器）的結構及操 作原理。第1圖顯示的是這種習知活化矩陣液晶顯示器的 區段圖示。第2圖顯示的是形成於第1圖中第一絕緣基Μ上 薄膜電晶體陣列之電路構造的略圖。 如第1圖所示之習知活化矩陣液晶顯示器中，第一及第 二絕緣基Μ 1 , 2是相對而互為平行，而當作顯示材料的液 晶1 0則是夾置於這些基Μ之間。含有像素電極6的薄膜電 晶體陣列（第2圖）是形成於第一絕緣基Η 1與液晶]0接觸的 某一主表面上。 將具有紅、綠、藍三原色的彩色層7, 8, 9形成於第二 絕線基片2中與第一絕緣基Η1相對，ft與液晶10接觸的 某一主表面上並對應到第一絕緣基Μ之像素電極6的某一 -3- 木紙張尺度述川中國國家標峰（rNS ) Λ4規格（2丨OX 297公釐） (諳先閱讀背面之注意事項寫本頁) 裝·

557398 A7 B7 五、發明説明（工） 部分内。用以截斷光線的黑色矩陣11是形成於這些彩色層 7, δ, 9之間的邊界内。而由透明導電膜構成的共用電極 12則是1形成於黑色矩陣11之上。 第2圖顯示的是形成於第1圖中第一絕緣基片上薄膜電晶 體陣列之電路構造的略圖。在第一絕緣基Η 1中與液晶1 0 接觸的的主表面上，分別沿列及行的方向形成有掃描線3 及信號線4。顯示用薄膜電晶體5是形成於這些掃描線3及 信號4的交點。每一俩顯示用薄膜電晶體5的閘極、汲極、 和源極分別是連接到掃描線3、信號線4、以及由透明導電 膜構成的像素電極6上。 於具有上述配置的活化矩陣液晶顯示器中，會將用以開 歆顯示用薄膜電晶體5的掃描脈波電壓供應到每一個掃描 線3上。在與這個掃描脈波同步的倩況下，將對應到待顯 示影像的信號電壓供應到信號線4上。因此，得以操作連 接到掃描線3的顯示用薄膜電晶體5 ,且由信號線4將預定 電壓寫入像素電極6之内。保持此寫入電壓直到將掃描脈 波電壓供應到掃描線3上為止。結果，在每一俩像素電極 6與共用電極12 (第1圖）之間會産生對應到所保持電壓的電 場並改變液晶分子的對準情況。這會改變穿透第一絕緣基 Η1、液晶10、及第二絕線基M2的光線數景。而影像是藉 由光線透射狀態的這種改變而得以顯示出。 第3Α圖到第3Ε圖偽用以依步驟次序顯示前述習知活化矩 陣液晶顯示器之製造步驟的區段圖示。第3 A圖到第3E圖中 本紙张尺度過用中國國家標蜱（（卞5)八4規格（210/ 297公漦） .¾——--L (請先閱讀背面之注意事項寫本頁) --訂----- 557398 A7 B7 五、發明説明（3 ) 所顯示的薄膜電晶體具有逆向交錯的結構。如第3E圖所示 ,島狀半導體膜16會經由閘形絕緣膜15而與閘極14相對。 源極id和汲極18是經由歐姆接觸層17而形成於這個半導體 膜16上。 以下將參照第3A圖到第3E圖説明這種習知薄膜電晶體的 製造步驟。首先，藉由濺射法之類將由鋁、鉬、鉻等金屬 構成的第一導電膜澱積於像玻璃之類透明絕緣膜的整個表 面上。這個第一導電膜上塗鍍有光敏阻體層，旦藉由微影 術而執行曝光、顯影、蝕刻、以及阻體層的去除。結果， 完成了對具有預定圖案的第一導電膜例如閘極]4以及掃描 線（未標示）的圖案製作（第3A圖）。 接箸，在第一導電膜之預定圖案的整個表面上藉由濺射 法或電漿C V D法依序形成由氣化矽（S i Ο X )或氮化矽（S i N X ) 構成的閘形絕綠膜15、由非晶矽（以下將稱為「a-矽」）構 成的半導體膜16、以及由η-型矽或a-矽構成的歐姆接觸膜 1 7。之後，執行徼影術以便將半導體膜1 6及歐姆接觸膜1 7 製作成圖案，而於閘極14上方的閘形絕緣膜15上形成扮演 著電晶體通路的預定圖案（第3B圖）。 接下來，以第二導電膜對第一導電膜作電氣連接而藉由 使用例如掃描線輸入襯墊及信號線輸入襯墊（兩者皆未標 示）形成源極、汲極、信號線之類，藉由徹影術將閘形絕 緣膜1 5蝕刻成預定圖案以便在第一導電膜上方的閘形絕緣 膜15内形成孔洞（未標示）。藉由濺射法之類將由鋁、鉬、 -5 - 木紙張尺度適川中國國家標缚（rNS ) Λ4規格（210X 297公釐） •裝--,Γ--- _I (請先閱讀背面之注意事寫本頁) I — ^ < - I . I . : - -- 、v'口 557398 A7 B7 五、發明説明（4 ) 鉻等金屬構成的第一導電膜澱積於整値表面上。箸由徹影 術而形成信號線4(第2圖）、源極19、和汲極18(第3C圖）。 除此之;夕卜，將由洇錫氧化物（ITO )之類構成的透明導電膜 澱積於整個表面上，並藉由微影術形成像素電極6 。之後 ，藉由以源極1 9和汲極1 8為遮罩而執行蝕刻以便從電晶體 通道中去除η-型的a-矽例如歐姆接觸膜17(第3D圖）。最後 ，澱積由氮化矽之類構成的保護膜20 (第3E圖）。藉由徼影 術以去除這個保護膜落在像素電極6上的那呰部分以及用 以接收外部信號的襯墊，因而完成了薄膜電晶體。 這種習知活化矩陣液晶顯示器之薄膜電晶體陣列的製造 步驟中，會在每一個步驟中自薄膜形成裝置或蝕刻裝置的 托盤之類去除絕緣基Μ時發生去除充電現象，或是在薄膜 形成步驟或蝕刻步驟中使導電膜的圖案充電。特別是在絕 緣膜或半導體膜的形成步驟以及使用電漿CVD法的乾燥蝕 刻步驟中，因為基片會長時間暴露於電漿中所以會迅速發 生充電現象。除了這種充電現象之外，有時候發生於使用 電漿C V D法之薄膜形成步驟的不正常放電現象，會在瞬間 將極大量的電荷加到某些特定的信號線或掃描線上。 如第2圖所示，在類似這樣的情況下，若掃描線3和信號 線4不連接且互呈電氣隔離，更有可能使産生於相鄰掃描 線或信號線之間的電荷差，或是由不正Λ放電現象加到某 些特定的信號線或掃描線上的電荷，會變得比絕緣膜的擊 穿電壓還大。結果，.在相鄰掃描線或信線之間的突發電流 -6- 本紙張尺度通州中國國家標彳（（、NS ) Λ4規格（210X297公犛） (請先閱讀背面之注意事項寫本頁) 寫本 557398 A7 ^ ------— 1'發明説明（fe) 線或信號線之間流動的任何突發電流。這也減低了特定導 線發生斷裂或是改變特定薄膜電晶艨之特徵的可能性。 不過;於上述薄膜電晶體陣列中，若保持掃描線3與信號 線4的連接則無法顯示出任何影像。所以，在製造程序的 某〜點上必需令掃描線3與信號線4自其共用導線上斷接以 便使這些導線互相分隔。因此在例如從玻璃基片上切開液 晶顯示面板的步驟中分隔了這些導線時，若靜電在接績的 發驟掃將化 。線 2 會 α 内此墊差 專 陷步個 。活中號墊這象之因襯位 查 缺試一觸許其信襯 。現膜 。入電 審 加測每接允在或入上裂緣陷輸生 未 增的與成而存21輸列斷絕缺線産 本 會器而形上陷墊線陣生形的描間 日 則示 ，22^4缺襯描體發閘類掃之 於 上顯來墊 _ 有入掃晶膜的之在、置 示 線陣進襯 Μ 否輸過電緣中陷矜裝 掲 號矩帶入 Μ 是線透膜.絕分缺 ，的 是 信化類輸3ί測描會薄使部點中觸 術 或活之線線檢掃則到者體像驟接 技 線在針號描而與 ，加或晶生步墊 的 描 ，探信掃因針差荷象電産的襯 題 掃說的個到 ，探位電現到而路與 問 到地置一加像的電將路入值電22α 述 加確裝每號影置生22短注限動墊陷上 荷明試及信出裝産墊生荷臨驅襯缺決 電更測21氣示試間襯發電了部入的解 景 ◦ 器墊電顯測之入或將移外輸似以 大性示襯定器器22輸裂 ，平設線類用 將能顯入預示示墊線斷地，裝號生種 中可將輸的顯顯襯號線代果如信發 一 驟的 ，線別陣於入信導替結例或會有 步生中描俩矩转輸或使可 。於21則 木紙张尺度垧用中國囤家榡今（rNS )八4規格（21 OX 297公釐） 557398 A7 B7 五、發明説明（7 ) 利公告第63 -220298號文件中之活化矩陣顯示器的薄膜電 晶體陣列結構。第5圖僳用以顯示這種薄膜電晶體陣列之 電路構1造略圖的平面圖示。第6圖顯示的是連接到第5圖電 路構造中某一掃描線的雙端子薄膜電晶體。 如第5圖和第6圖所示掲示於日本未審查專利公告第63-2 202 9 8號文件之薄膜電晶體陣列中，每一個掃描線3是藉由 作逆向平行連接的雙端子薄膜電晶體28和2 9而連接到參考 電位導線2 5上。類似地，每一信號線4是藉由作逆向平行 連接的雙端子薄膜電晶體26和27而連接到參考電位導線25 上。驅動電路會將電氣信號加到掃描線3和信號線4上而操 作形成於掃描線3與信號線4交點處的顯示用薄膜電晶體5 上以顯示影像。有一端子將與加在液晶顯示器共用電極上 相同的電位加到參考電位導線25上。當參考電位導線25的 電位等於加在上述共用電極的電位時，也可以將參考電位 導線25當作將電位加到共用電極用的導線。 第7圖顯示的是在加了這種雙端子薄膜電晶體時其掃描 線3和參考電位導線25的電壓-電流特徵。也就是說，若 於薄膜電晶體陣列製程期間，藉由靜電之類於掃描線3上 充以對參考電位導線25而言呈正值或負值的電荷，則會發 生沿抵消這種電荷的方向流動的電流。也就是說，若於掃 描線3上充以正電荷則電流的流動方向是使這些ΪΕ電荷流 到參考電位導線25的方向。若於掃描線3上充以負電荷則 電流的流動方向是使這些負電荷流到參考電位導線25的方 -9- 木紙张尺度適用中國S家標彳（rNS ) Λ4規格（210 X 297公釐） _'"^1 - I. JI1.....1"- 1 \~W I - -I - US-一口 (請先閱讀背面之注意事項^^寫本頁) 557398 A7 B7 五、發明説明（少） 向。這會減少充了電的掃描線3與參考電位導線25之間的 電位差以及充了電的掃描線3與其相鄰掃描線3之間的電位 差。因1此，能夠減少像充了電的掃描線3與參考電位導線 2 5之間交點t絕緣膜的斷裂、充了電的掃描線3的斷裂、 充了電的掃描線3與其相鄰掃描線3間的短路現象、以及平 移連接到充了電的掃描線3上之顯示用薄膜電晶體5的臨限 值之類的缺陷。同樣地這對信號線4而言也會成立。 同時於活化矩陣顯示器的測試步驟或是裝設外部驅動電 路的步驟中，若在探針或裝置等與掃描線輸入襯墊21或信 號線輸入襯墊22之間産生電位差且將電荷加到薄膜電晶體 陣列上則這個電荷就會跑到參考電位導線2 5上。結果，可 以減少在顯示器的測試步驟之後發生的缺陷。此外，這些 雙端子薄膜電晶體2 6, 2 7, 28和29是在相同的步驟中形成 為顯示用薄膜電晶體5 。所以，可以在不增加新的製造步 驟下形成不致因靜電而造成許多缺陷的活化矩陣顯示器。 不幸的是，上述活化矩陣顯示器的薄膜電晶體陣列即使 在正常驅動用以顯示影像的活化矩陣顯示器時也會出現問 題，在參考電位導線2 5與掃描線3之間流動的電流會透過 雙端子薄膜電晶體而增加液晶顯示器的消耗功率。 一般而言，流經雙端子薄膜電晶體的電流I (A )可以表為 1=0 時，或者 1= K (V-Vth)2 當 Vg Vth 時 ···（!_) -10- 本紙张尺度滴用中國國家標峰（CNS ) Λ4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

557398 好滅部中次標導灼妇τ_消贽合竹社印y A7 B7五、發明説明（〒） 其中 K 是常數（K= TC1W/2L), V 是（源極（汲極）電位）-（閘極電位）， 'Vth是雙端子薄膜電晶體的臨限電壓， T 是場效遷移率， W 是電晶體的寬度， L 是電晶體的長度， C 1是電晶體的閘極電容。 假定於上述薄膜電晶體陣列中，將要施加於掃描線上以 開飲顯示用薄膜電晶體5的電壓是+20伏特，將要施加其上 以關閉顯示用薄膜電晶體5的電壓是-5伏特，而參考電位 導線25的電壓是與加在共用電極的電壓相同亦即+5伏特， 而雙端子薄膜電晶體的臨限電壓是2伏特。 同時也假定這種活化矩陣顯示器是一種SVGA面板（信號 線的數冃=2,400而掃描線的數目= 600)。當連接到某一 掃描線3的顯示用薄膜電晶體5是開歆時，會將+20伏特的 電壓加到這俩掃描線3並將-5伏特的電壓加到剩餘的59 9個 掃描線上。將參照第6圖而將在掃描線3與參考電位導線25 之間流動的電流列入考量。 當有-5伏特的電壓加在某一掃描線3上時，雙端子薄膜 電晶體28是關閉的而其中沒有電流。不過，雙端子薄膜電 晶體29是開歆的以致電流從參考電位導線25流向掃描線3。 由方程式（1)得到這個電流1=(10-2)2 K=64K。因此，令 I off為在599個掃描線與參考電位導線25之間流動的電流， -1 1 - (請先閱讀背面之注意事 all. 士 K-- :寫本頁)

線 人紙汰尺店试州巾闽阑家椟冷（CNS ) Λ4规枋（210〆297公婼） 557398 A7 B7 五、發明説明（（ 則 I OFF= 5 9 9 X 6 4 K = 3 8 , 3 3 6 K (安培）〇 當有-5伏特的電壓加在某一掃描線3上時，雙端子薄膜 電晶體‘29是關閉的而其中没有電流。不過，雙端子薄膜電 晶體28是開歆的以致電流從掃描線3流向參考電位導線25。 令此電流為Ion ,則由方程式（1 )得到(1 5 - 2 ) 2 K = 1 6 9 K 。由於I〇FF> > I〇N，故可將在掃描線3與參考電位導線25之 間流動的電流當作幾乎是I〇FF。如上所上述，顯示於第5圖 中的薄膜電晶體陣列在驅動活化矩陣顯示器時會有消耗功 率增加的問題。 發明概述 請 先 閱 讀 背 i 事 項 II f裝"· 不 I 頁

提 ΛΖ 靜由 因藉 在少以 的減可 目以且 且路 ， , 電 處 的護列 出保陣 提湧體 下電晶 題有電 問中膜 知其薄 習 ，繞 述器圍 前示於 量顯成 考陣形 在矩陷 是化缺 明活的 發種成 本一 造 供 電 減 而 值 流 電 的 動 流 間 〇 之率 線功 導耗 位消 電 的 考時 參器 與示 線顯 描陣 掃矩 在化 少活 烕 肋 log 展 一 體 的 晶 供電 提膜 而薄 念的 概線 要號 主信 的及 明線 發描 本掃 據括 根包 , 有 的具 目器 述一不 上顯 成 陣 達矩 了化 為活 til 種 電薄 素用 像示 的顯 内的 域處 區點 之六乂 繞間 圍 之 所線 線號 號信 信 與 及線 線描 描掃 掃近 為接 於於 成成 形形 、 及 列 、 陣極 是括 極包 閘擻 和特 、 其 極 ， 源上 、'線 極描 汲掃 的及 體 、 晶極 伊巨121 巨 霄 ijair 膜素 薄像 用 、 示線 顯號 而信 , 到 體接 晶連 電別 膜分 掃位 S&E tpUT 線考 描參 掃線 於描 直掃 垂到 成接 形連 域線 區描 像掃 影將 之以 列用 阔 、 體線 晶導 電 位 膜電 薄考 繞參 圍線 在描 訂— 本紙张尺度述州十國围家標，（rNS ) Λ4規格（210'〆297公釐） 557398 A7 B7 五、發明説明（/㈠ 導線的電湧保護電路、垂直於信號線的信號線參考電位導 線、以及用以將信號線連接到信號線參考電位導線的電湧 保護電1路，其中當有電湧電壓加到掃描線或信號線上時電 荷會分別跑到掃描線參考電位導線或信號線參考電位導線 Ο 有了這種配置，J1P使在靜電之類將極大的電荷加到掃描 線或信號線h時，電流也會經由雙端子薄膜電晶體而沿抵 消這俩電壓的方向流動而放掉電荷，所以能夠免除因靜電 之類而造成像電介質擊穿或是在充了電的掃描線與掃描線 參考電位導線或是信號線之間交點上導線斷裂、相鄰掃描 線或相鄰信號線之間的短路現象、及電晶體臨限值的平移 之類的缺陷。 於上述活化矩陣液晶顯示器中：可將任意的參考電位加 到掃描線參考電位導線和信號線參考電位導線上。這允許 吾人選取給定的電位以開敗和關閉電湧保護電路。結果， 可以減少因形成電湧保護電路而造成消耗功率的增加且可 以施加較佳的參考電位。 除此之外，每一個電湧保護電路都包括有兩俩雙端子薄 膜電晶體。因此，可以在製造活化矩陣液晶顯示器的薄膜 電晶體陣列的程序中，於形成顯示用薄膜電晶體的同時形 成這些電湧保護電路。結果，可以減少因形成電湧保護電 路而造成之製程步驟數目的增加。 於顯示用薄膜電晶體為關閉時將閘極設定電壓加到掃描 -13- 本紙張尺度適州中國國家標碑（CNS ) Λ4規格（210X 297公你） (請先閱讀背面之注意事項 上良_______丁_____ π本頁) ΊΡΙ 557398 A7 B7 五、發明説明（/厶） 電位導 率並避 地，將 壓加到 考電位 以避免 悉本技 中透過 理後， 點。 單說明 偽顯 圖示； 顯示 體陣列 第3E圖 之薄膜 示； 傺顯 晶體陣 偽掲 膜電晶 係第 線參考 消耗功 同欉 相同電 號線參 外，可 對熟 示，其 明的原 、及優 圖式簡 第1圖 的區段 第2圖 膜電晶 第3A到 顯示器 區段圖 第4圖 薄膜電 第5圖 件之薄 第6圖 線。因此，能夠減少活化矩陣液晶顯示器的 免使設定電壓變複雜。 與加在活化矩陣液晶顯示器之共用電極上的 信號線參考電位導線。這也會允許吾人以信 導線為導線將電位加到共用電極上。除此之 使設定電壓變複雜。 藝者而言，在參照以下的詳細說明及所附圖 描繪性之實例顯示了較佳實施例並結合本發 會明白本發明的上述及很多其他冃的、性質 示根據第一習知設計之活化矩陣液晶顯示器 的是形成於第1圖中活化矩陣液晶顯示器薄 的電路構造略圖的配線圖； 偽用以依步驟次序顯示習知活化矩陣液晶 電晶體陣列中用以製造薄膜電晶髖之步驟的 示根據第二習知設計的活化矩陣液晶顯示器 列之電路構造略圖的配線圖； 示於日本未審查專利公告第63-220298號文 體陣列之電路構造略圖的配線圖； 5圖薄膜電晶體陣列中加到某一掃描線上之 -14- 本紙张尺度過用中國1¾家標彳（rNS ) Λ4規格（210X297公# ) 557398 A7 B7 五、發明説明（) 雙端子薄膜電晶體的電路圖； 第7圖 偽在第5圖中加入雙端子薄膜電晶體時顯示其掃 描線及1參考電位導線之電壓-電流特徵的曲線圖； 第8圖 像根據本發明第一實施例中活化矩陣液晶顯示器 薄膜電晶體陣列之電路構造略圖的配線圖； 第9圖 顯示的是第8圖之薄膜電晶體陣列中加到某一掃 描線上之雙端子薄膜電晶體的電路圖； 第10圖 偽於使用一般的活化矩陣顯示器驅動方法時顯示 其掃描電壓、信號線電壓、及共用電極電壓的時程圖；以 (請先閲讀背面之注意事項寫本頁) r裝· 寫太 法 方 33 驅 器 示 顯 Jml 矩 化 活 的 般 tit 種 一 另 用 使 於 偽 圖 1—I 1i 及第 程 時 的 壓 電 極 電 用 共 及 、 壓 電 線 號 信 、 壓 電 描 掃 其 示 顯 。 時圖 較 的 明 發 本 明 說 圖 11 11 第 到 圖 8 第 /ίν 示 圖 附 所 明照 說參 細將 詳下 明以 發 示 顯 晶 液 BF 矩 化 活 中 例 施 實 個 - 的 明 發 明本 說據 的根 。例偽 例施圖 施實 8 賁佳第 佳較 中 列 GF 體 晶 0 電 圖膜 線薄 配之 的例 圖施 略實 造明 構發 路本 電據 之根 列 ， 陣示 體所 晶 圖 電 8 膜第 薄如 器 絕及汲 明 3 、 透線極 於描閘 成掃的 形此二 5 4 這體 '線於晶 號成電 信形膜 及是薄 3 5 用 線體示 描晶顯 掃電倘 將膜一 向薄每 方用 〇 的示上 行顯點 及。交 列上的 沿 Η 4 別基號 分緣信 、11

木紙張尺度適;fl中國國家標彳（（’NS ) Λ4規格（2l〇 X 297公犛） 557398 A7 B7 五、發明説明（/芦） 極、和源極分別是連接到掃描線3、信號線4、和由透明導 電膜構成的像素電極6 (第1圖）上。將像素電極連接到顯示 用薄膜1電晶體5的源極上並以液晶為介電物質使相對的基 Μ (第1圖中所顯的第一絕緣基H)形成電容37。 圍繞這種薄膜電晶體陣列之影像區域處，每一個掃描線 3都是藉由兩個互呈逆向平行連接的雙端子薄膜電晶體28 和2 9而連接到掃描線參考電位導線3 1。同樣地，每-個信 號線4都是藉由兩俩互呈逆向平行連接的雙端子薄膜電晶 體26和27而連接到信號線參考電位導線32。也就是說如第 8圖所示，加到每一個掃描線3中雙端子薄膜電晶體28和29 之一的閘極是連接到此掃描線3上。另一値雙端子薄膜電 晶體28和29的閘極是連接到掃描線參考電位導線31。類似 地，加到每一個信號線4中雙端子薄膜電晶體26和27之一 的閘極是連接到此信號線4上。另一個雙端子薄膜電晶體 26和2 7的閘極是連接到信號線參考電位導線32 ^ 掃描線參考電位導線3 1是連接到掃描線參考電位線輸入 襯墊30上。可以將任意的參考電壓加到來自驅動電路（未 標示）的掃描線參考電位線輸入襯墊30上。同樣地，信號 線參考電位導線32是連接到信號線參考電位線輸入襯墊33 h。而可以將任意的參考電壓加到來自驅動電路（未標示 )的信號線參考電位線輸入襯墊33上。 以下將要說明這種薄膜電晶體陣列的顯示作業。將用以 依序開敗顯示用薄膜電晶體5的掃描脈波電壓供應給掃描 -16- 木紙张尺度適川中國國家標彳（（’NS ) Λ4規格（210X 297公犛) (讀先閱讀背面之注意事項 -- 項再糊寫本頁)

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經#‘部中少標^-^M 5消贽合仍社印t 557398 A7 B7 五、發明説明（/艾） 線3的掃描線輸入襯墊21。依與這種脈波電壓同步的方式 ，將對應到待顯示影像之信號電壓供應給信號線4的信號 線輸入;襯墊22。結果，操作連接到掃描線3的顯示用薄膜 電晶體5以便將來信號線4的預定電壓寫入像素電極之 内而使電容37充電或放電。冈此，將影像信號電壓加到電 容3 7亦即各液晶層上因而顯示出影像。 接下來，於加入四俩雙端子薄膜電晶體26到29時將掃描 線3與掃描線參考電位導線3 1之間的電壓-電流特徽以及 信號線4與信號線參考電位導線32之間的電壓-電流特歡 説明如下。這些電壓-電流特徵是類似於第7圖中所示的 曲線。也就是說，於掃描線3上進行對掃描線參考電位導 線3 1而言呈正值或負值的充電時，電流會沿能抵消這種電 荷的方向流動。更明確地說當於掃描線3上充以正電時， 電流會沿能讓這個正電荷跑到掃描線參考電位導線3 1的方 向流動。當於掃描線3上充以負電時，電流會沿能讓這個 負電荷跑到掃描線參考電位導線3 1的方向流動。因此，即 使有靜電之類在掃描線3上施加極大的電荷也能夠減小掃 描線3與掃描線參考電位導線3 1之間的任何電位蕹以及掃 描線3與相鄰掃描線3之間的電位差。結果，能夠減少像 掃描線3與掃描線參考電位導線31之間交點上絕緣膜的斷 裂、充了電之掃描線3的斷裂、充了電之掃描線3與相鄰掃 描線3之間的短路現象、以及平移了連接到已充電掃描線 3之顯示用薄膜電晶體5的臨限值等之類的缺陷。 本紙張尺度適川中國國家標冷（rNS ) Λ4規格（210X 297公釐）

經浼部屮次標^->RJg-T.消於合仍私印V 557398 A7 B7 五、發明説明（/έ ) 以下將說明根據本發明實施例之薄膜電晶體陣列的製造 步驟。基本上，只要其薄膜電晶體的結搆是相同的則薄膜 電晶體1之製造步驟的次序就與第3A到第3E圖所示的步驟相 同。 首先，藉由濺射法之類將第一導電膜澱積於像玻璃之類 透明絕緣膜的整個表面上。這俩第一導電膜上塗鍍有光敏 阻體層，且藉由執行徹影術將第一導電膜製作成含顯示薄 膜電晶體5之閘極和雙端子薄膜電晶體26, 27, 28和29、 掃描線3 、以及信號線參考電位導線32等預定圖案。隨後 ，於第一導電膜之預定圖案的整個表面上藉由CVD法之類 依序形成由氧化矽（S丨Ο X )或氮化矽（S丨N X )構成的閘形絕緣 膜、由非晶矽（以下將稱為「a-矽」）構成的半導體膜、以 及由η -型矽或a -矽構成的歐姆接觸膜。之後，執行微影術 以便將η-型a-矽及a-矽製作成圖案，而於閘極上方的閘形 絕緣膜上形成扮演著電晶體通道的預定圖案。 接下來，以第二導電膜對第一導電膜作電氣連接而藉由 使用例如掃描線3及信號線輸入襯墊2 1以形成源極、汲極、 信號線4之類，藉由徼影術將閘形絕緣膜蝕刻成預定圖案 以便在第一導電膜上方的閘形絕緣膜内形成一些孔洞。隨 後，藉由濺射法之類將第一導電膜澱積於整個表面上，並 藉由徹影術而形成信號線4 、源極、汲極、和掃描線參考 電位導線31。除此之外，將由銦錫氣化物（ITO )之類構成 的透明導電膜澱積於整個表面上，並藉由徹影術形成像素 -1 8 _ 木纸张尺度询州中阈1^家標彳（（、化）/\4規格（210、/ 297公势） • 士^> 1= = -I _·-- - \ J II - — - I 、-口 (讀先閱讀背面之注意事項本頁) J^ 557398 A7 B7五、發明説明（1/ ) 電極。之後，藉由以源極和汲極為遮罩而執行蝕刻以便從 電晶體通路中去除η-型的8-矽。然後在整個表而上澱積由 例如氮;化矽構成的保護膜。藉由徼影術以去除這個保護膜 落在像素電極上的那些部分以及用以接收外部信號的襯墊 ，因而完成了薄膜電晶體。 從I:述製造程序可以明顯地看出，根據本發明此一實施 例的薄膜電晶體陣列中可以在形成掃描線3的同時形成掃 描線參考電位導線31,巨可以在形成信號線4的同時形成 信號線參考電位導線3 2。同時，可以在形成顯示用薄膜電 晶體5的同時形成雙端子薄膜電晶體26, 27, 2 8和29。因 此，根據本發明此一實施例的薄膜電晶體陣列實質上可由 與習知薄膜電晶體陣列之製造步驟具有相同數目的步驟製 造出。 以下將參照顯示第一驅動方法的第9圖和第1 0圖說明藉 由在根據本發明實施例之薄膜電晶體陣列上添加預定的驅 動電路（未標示）而於活化矩陣顯示器内執行正常的影像顯 (請先閱讀背面之注意t

裝—1- 穴寫本頁) 訂

線 體 晶 電 膜 薄 子 端線 雙描 過掃 透與 到31 得線 所導 時位 業電 作考 示參 線 描 掃 在 而 9 2 和 流 電 的 33 流 間 之 第 是 的 示 顯 圖 體 晶 電 膜 薄 子 第端 雙 的上 上器 線示 描顯 掃陣 ! 矩 某化 到活 接在 連是 中的 造一不 構顯 路圖 電10 圖第 的 5 像體 影晶線 示電號 顯膜信 用薄於 使用加 時線 法描 方)ί§ 肋 33 驅 般 壓 電 圖線 δ 號 第信 /IV 的 » Ay 上 某壓 <二 接線 連描 於掃 加的 施上 示施第 顯 4、fl(一 電 用 共 於 加 施 及 以 本紙張尺度这•川中國阀家標彳（CNS ) Λ4規枱（210X297公f ) 557398 A7 B7 五、發明説明（θ ) 可以使在信號線參考電位導線3 2與信號線4之間流動的漏 電流變得最小。若將一俩不同於將要供應給掃描線3 、信 號線4 \及共電極的電位且偽特別設定的電位供應給信號 線參考電位導線3 2，則此作業t很複雜。為了避免這種情 形，最好是供應與共用電極相同的電位。此外，將與共用 電極電壓36相同的電位供應給信號線參考電位導線32時， 信號線參考電位導線3 2也可以用作將電位加到共用電極的 導線。 另一方面，有關將要加到掃描線參考電位導線3 1的電位 ，是將能關閉顯示用薄膜電晶體5的電位（第10圖中的掃描 線電壓34 )考量為最能減低液晶顯示器的消耗功率。當然 最好也能避免因為作了不同於將要供應給掃描線3 、信號 線4 、及共用電極等電位的特別電位設定而造成複雜的作 業。 假定將要供應給掃描線以開歆顯示用薄膜電晶體5的掃 描線電壓34是+ 20伏特，將要供應給掃描線以關閉顯示用 薄膜電晶體5的掃描線電壓34是-5伏特，將要供應給掃描 線參考電位導線3 1的電壓是與將要施加於關閉顯示用薄膜 電晶體5的相同電壓-5伏特，而雙端子薄膜電晶體28和29 的V t h則為2伏待。同時假定這種活化矩陣顯示器是一種 SVGA面板（信號線數目= 2,400,掃描線數目= 600)。將掃 描線電壓34加到某一掃描線3旦關閉了連接到此一掃描線3 的顯示用薄膜電晶體5時，是將+20伏特電壓加到此掃描線 本紙張尺度適州中國围家標彳（rNS ) Λ4規格（210X 297公f ) •裝--r---r (請先閱讀背面之注意事项寫本頁) ♦ --丁----- 557398 A7 B7 五、發明説明（>V) 與掃描線參考電位導線31之間流動。因此，在掃描線3與 掃描線參考電位導線3 1之間流動的電流可以減少為前述習 知設計1中3 8 , 3 3 6 K (安培）的1 · 4 %。 「43上述說明可以清楚地看出在根據本發明實施例之活化 矩陣顯示器中，即使由靜電之類將極大的電壓施加於掃描 線3或信號線4上時，電流也會沿抵消這個電壓的方向通過 雙端子薄膜電昌體而放掉電荷。因此，能夠減少像介電擊 穿或是在掃描線與掃描線參考電位導線或是信號線之間交 點上導線斷裂、短路現象、及電晶體臨限值旳平移之類的 缺陷。除此之外，由於可以將任意電位施加於掃描線參考 電位導線31上，故可以在正常驅動狀態中減少在在掃描線 3與掃描線參考電位導線3 1之間流動的電流。結果，可以 提供一種減少了消耗功率的活化矩陣顯示器。 本發明的的特徴是，在圍繞薄膜電晶體陣列之影像區域 形成垂直於掃描線的掃描線參考電位導線，及垂直於信號 線的信號線參考電位導線，而保護電路則形成於每一個掃 描線與掃描線參考電位導線之間，及每一個信號線與信號 線參考電位導線之間。這個保護電路是由一些組件形成的 ,這些組件允許可以當作電湧施加於掃描線或信號線的正 或負電荷流到對應的參考電位導線。雖則上述實施例是使 用兩個雙端子薄膜電晶體以形成這種電湧保護電路，然本 發並不局限於本實施例。同時，即使在使用兩個雙端子薄 膜電晶體時，其電晶體結構也不受本實施例中結構的限制 -24- 本紙张尺度適州中國國家標彳（CNS ) Λ4規格（210X 297公势） •裝--K---r (讀先閱讀背面之注意事項^^寫本育) n u、1TI n In

557398 A7 B7 五、發明説明（>}) Ο 本發明的另一個特徽性質是，可以將給定的參考電位施 加於掃1描線參考電位導線及信號線參考電位導線上。因此 ,能夠為形成於薄膜電晶體陣列内的電湧保護電路選取開 飲或關閉用的電位。由於能夠選擇將要施加的較佳參考電 位，故在正常驅動液晶顯示器時可以減少因電湧保護電路 的形成所導致消耗功率的增加。待選取之參考電位是以例 如液晶顯示器的掃描線電壓、信號線電壓、及共用電極電 壓為基礎以及保護電路中使用的組件而決定的。所以，參 考電位不會受限於本實施例中說明的數值。 主元件之對照表 1,2 絕緣基Μ 3 掃描線 4 信號線 5 顯示用薄膜電晶體 6 像素電極 7,8,9 彩色層 ^__一一__L. (諳先閱讀背面之注意事項寫本頁) 瓣 π項再填 丁____ 、Tn · Μ

0 1 2 3 4 5 1Χ ix r 上 11 1X 膜 膜 陣極線 緣 矩電絕 絕 晶色用明極形 液黑共透閘閘 本紙張尺度遶州中««家標彳（（卞、）/\4規格（2】0'/297公釐） 557398 A7 B7 五、發明説明（>f) ^淖部屮呔^^^妇工消粉合仍^印^· 16 島 狀 半 導 體 膜 17 歐 姆 接 觸 層 18 ! 汲 極 19 源 極 21 掃 描 線 輸 入 襯 墊 22 信 號 線 輸 入 襯 塾 23 掃 描 線 的 共 用 導 線 24 信 號 線 的 共 用 導 線 25 參 考 電 位 導 線 26〜29 雙 上UI m 子 薄 膜 電 晶 體 30 掃 描 線 參 考 電 位 線 輸 入 襯 墊 31 掃 描 線 參 考 電 位 線 32 信 m 線 參 考 電 位 線 33 信 號 線 參 考 電 位 線 輸 入 襯 墊 34 掃 描 線 電 壓 35 信 m 線 電 壓 36 共 用 電 極 電 壓 37 電 容 -26- (請先閱讀背面之注意事‘ __^___!___丁____ US,-'口 :寫本頁)

本紙張尺度通川中阈國家標今（（、NS ) Λ4規格（2】0'X 297公赞）

Claims (1)

1. 557398 ml _ ’ - _年月曰 六、申請專利範圍 - 第87 1 1 7 1 77號「活化矩陣液晶顯示器及活化矩陣液晶顯示器 中之薄膜電晶體的驅動方法」專利案 (92年5月2日修正） 六申請專利範圍： 1 . 一種活化矩陣液晶顯示器，具有包括掃描線及信號 線的薄膜電晶體陣列、形成於爲掃描線及信號線所 圍繞之區域內的像素電極、及形成於接近掃描線與 信號線之間交點處的顯示用薄膜電晶體，而其中顯 示用薄膜電晶體之汲極、源極、和閘極是分別連接 到信號線、像素電極、及掃描線上，其特徵爲在圍 繞薄膜電晶體陣列之影像區域包括有： 垂直於掃描線的掃描線參考電位導線； 用以將掃描線連接到掃描線參考電位導線的電湧 保護電路； 垂直於信號線的信號參考電位導線；以及 用以將信號線連接到信號線參考電位導線的電湧 保護電路； 其中當有電湧電壓加到掃描線或信號線上時電荷 會分別跑到掃描線參考電位導線或信號線參考電位 導線，其中該電湧保護電路包括兩個雙端子薄膜電 晶體，連接於該掃描線之某一個雙端子薄膜電晶體 的閘極是連接到該掃描線上，另一個雙端子薄膜電 晶體的閘極是連接到該掃描線參考電位導線上，連 557398 六、申請專利範圍 接 於 該 信 號 線 之某 一 個雙端子薄 膜電晶 體的閘極是 連 接 到 該 信 號 線上 5 另一個雙端 子薄膜 電晶體的 閘 極 則 連 接 到 該 信號 線 參考電位導 線上， 以及其中 可 以 將 任 意 的 參 考電 位加到掃描線 參考電 位導線和 信 號 線 參 考 電 位 導線 上 ，及顯示用 薄膜電 晶體爲關 閉 時 是 有 一 閘 極 設定 電 壓施加於該 掃描線 參考電位 導 線 上 〇 2 .如 甲 Ξ主 日円 專 利 範 圍第 1 項之顯示器，其中是拿與將要 施 加於 該 活化矩陣 液 晶顯不器之 共用電 極相同的 電 壓 施 加於 信 號 線參 考 電位導線上 〇 3 .如 串 請 專 利 範 圍第 1 項之顯示器 ，其中 該is號線 參 考 電 位 導 線 掃描 線 參考電位導 線、及 雙端子薄 膜 電 晶 體 分別 是 與該 信 號線、掃描 線、及 顯示用薄 膜 電 晶 體 同 時形成的 0 4.- 種 活化矩陣 液晶 顯 示器中之薄 膜電晶 體的驅動 方 法 ， 其 中 該 活化矩陣 液晶顯不器 係如申 請專利範 圍 第 1 項 之 顯 示 器， 其特徵包括在 固定週 期上的預 定 時 間 內 將 用 以 開啓 該 顯示用薄膜 電晶體 的開啓電 壓 加 到 該 掃 描 線 上， 其 餘的時間內 則施加 用以關閉 顯 示 用 薄 膜 電 晶 體的 關 閉電壓，並 在實質 上與該顯 示 用 薄 膜 電 晶 體 之開 啓時段同步的 情況下 將對應到待 顯 示 影 像 且 具 有與共 用電極電壓 有電位 差的預定 信 號 線 電 壓 供 應 到該 信 號線上。 -2- 557398 六、申請專利範圍 5 .如申請專利範圍第4項之驅動方法，其中將要施加 於該掃描線的關閉電壓包含將會在該顯示用薄膜電 晶體之開啓狀態後立即施加的第一關閉電壓以及設 定成比第一關閉電壓高了幾伏特的第二關閉電壓。 6 ·如申請專利範圍第5項之驅動方法，其中第一關閉 電壓的施加時間實質上與該顯示用薄膜電晶體開啓 電壓的施加時間相同。