TWI430003B - 電晶體陣列基板 - Google Patents

Description

電晶體陣列基板

本發明是有關於一種應用於顯示器的主動元件陣列基板(active array substrate)，且特別是有關於一種電晶體陣列基板。

現今的液晶顯示器(Liquid Crystal Display,LCD)多半使用多個半導體電晶體(semiconductor transistor)來顯示影像。一般而言，液晶顯示器具有多個液晶電容(liquid crystal capacity)，而這些液晶電容通常是由多個畫素電極(pixel electrode)、液晶層與彩色濾光基板(color filter substrate)所形成。這些半導體電晶體能輸入電流至這些液晶電容，以對液晶電容進行充電。如此，液晶層內的液晶分子得以轉動，促使液晶顯示器顯示影像。

承上述，半導體電晶體輸入至液晶電容的電流以及半導體電晶體的電子遷移率(electron mobility)二者基本上是呈正比，而電子遷移率會受到溫度的影響而改變。當半導體電晶體處於溫度偏高的環境時，電子遷移率會增加，而輸入至液晶電容的電流也會增加。當半導體電晶體處於溫度偏低的環境時，電子遷移率會降低，而輸入至液晶電容的電流也會降低。

因此，當液晶顯示器處於溫度偏低的環境時，液晶電容從半導體電晶體所接收到的電流會減少，以至於容易發生液晶電容充電不足的情形。一旦發生液晶電容充電不足的情形，則液晶顯示器不能顯示正確的灰階顏色，導致液晶顯示器所顯示的影像發生色彩失真的問題。

本發明提供一種電晶體陣列基板，以減少液晶顯示器處於溫度偏低的環境時，液晶電容發生充電不足的情形。

本發明提供一種電晶體陣列基板，包括一基板、一畫素陣列(pixel array)、多個電阻與多個半導體電晶體。畫素陣列、這些電阻與這些半導體電晶體皆配置在基板上。畫素陣列包括多條掃描線(scan line)。各個電阻電性連接其中一掃描線，而各個半導體電晶體電性連接其中一掃描線與其中一電阻。這些掃描線能一第一電壓與一第二電壓。第二電壓大於第一電壓。

在本發明一實施例中，上述畫素陣列更包括多條資料線(data line)以及多個畫素單元(pixel unit)。這些資料線與這些掃描線彼此交錯，而這些畫素單元電性連接這些掃描線與這些資料線。

在本發明一實施例中，上述電晶體陣列基板更包括一第一配線以及一第二配線。第一配線配置在基板上，並電性連接這些半導體電晶體，其中第一配線能傳輸第一電壓至這些半導體電晶體。第二配線配置在基板上，並電性連接這些電阻，其中第二配線能傳輸第二電壓至這些電阻。

在本發明一實施例中，上述第一配線與第二配線彼此並列，並且皆與這些資料線並列。

在本發明一實施例中，各個半導體電晶體為場效電晶體(field-effect transistor)，並且包括一閘極(gate)、一源極(source)以及一汲極(drain)。閘極用於接收一脈衝訊號(pulse signal)。源極電性連接第一配線。汲極電性連接電阻與掃描線。

在本發明一實施例中，各個畫素單元包括一畫素電晶體(pixel transistor)以及一畫素電極。畫素電晶體電性連接其中一掃描線與其中一資料線，而畫素電極電性連接畫素電晶體。

在本發明一實施例中，這些畫素電晶體與這些半導體電晶體皆為薄膜電晶體(Thin-film Transistor,TFT)。

藉由這些半導體電晶體與電阻，以及半導體電晶體隨溫度而改變的電子遷移率，在液晶顯示器處於溫度偏低的環境時，本發明能提高畫素電晶體對液晶電容的充電能力，進而減少液晶電容發生充電不足的情形。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

圖1A是本發明一實施例之電晶體陣列基板的電路示意圖。請參閱圖1A，電晶體陣列基板100可以應用於液晶顯示器，並且包括一基板110、一畫素陣列120、多個電阻130與多個半導體電晶體140。畫素陣列120、這些電阻130與這些半導體電晶體140皆配置在基板110上，且這些半導體電晶體140與電阻130皆電性連接畫素陣列120。

詳細而言，畫素陣列120包括多條掃描線122s、多條資料線122d以及多個畫素單元124，而各個畫素單元124包括一畫素電晶體242以及一畫素電極244，其中這些畫素電晶體242可皆為半導體電晶體，且可以是薄膜電晶體。各個畫素電極244可以是透明導電層，例如銦錫氧化物層(Indium Tin Oxide layer,ITO layer)或銦鋅氧化物層(Indium Zinc Oxide layer,IZO layer)。

這些資料線122d與這些掃描線122s彼此交錯，其中各個畫素電晶體242電性連接其中一掃描線122s與其中一資料線122d，而各個畫素電極244電性連接其中一畫素電晶體242。詳細而言，畫素電晶體242更可以是一種場效電晶體，所以畫素電晶體242可以包括一閘極G1、一汲極D1以及一源極S1，其中閘極G1連接掃描線122s，源極S1連接資料線122d，而汲極D1連接畫素電極244。

這些畫素電晶體242皆具有一臨界電壓(threshold voltage)。當其中一掃描線122s所傳輸至閘極G1的電壓大於臨界電壓時，與此掃描線122s電性連接的畫素電晶體242會被開啟，並使從資料線122d而來的畫素電壓(pixel voltage)輸入到畫素電極244。藉此，畫素電極244可以與彩色濾光基板(未繪示)之間產生電場，以使液晶分子轉動，促使液晶顯示器顯示影像。

各個電阻130電性連接其中一掃描線122s，且電阻130例如是彎彎曲曲或粗細不一的導線，或是源極與閘極相連的電晶體。各個半導體電晶體140電性連接其中一掃描線122s與其中一電阻130。此外，一第一電壓V1能輸入至這些半導體電晶體140，而一第二電壓V2能輸入至這些電阻130。此外，這些掃描線122s能接收第一電壓V1與第二電壓V2。

第二電壓V2大於第一電壓V1，而且第二電壓V2大於畫素電晶體242的臨界電壓，第一電壓V1的電壓值小於畫素電晶體242的臨界電壓。因此，當掃描線122s接收第一電壓V1時，畫素電晶體242處於關閉的狀態，此時畫素電壓基本上不會輸入至畫素電極244。當掃描線122s接收第二電壓V2時，畫素電晶體242處於開啟的狀態，此時畫素電壓可輸入至畫素電極244。

各個半導體電晶體140可以是薄膜電晶體，且更可以是場效電晶體，所以各個半導體電晶體140也可包括一閘極142g、一源極142s以及一汲極142d。閘極142g用於接收一脈衝訊號V3，源極142s用於接收第一電壓V1，而汲極142d電性連接電阻130與掃描線122s，其中脈衝訊號V3可以是由驅動電路(driver circuit,未繪示)所輸出，而此驅動電路例如是積體電路(integrated circuit,IC)。

電晶體陣列基板100可以更包括一第一配線150以及一第二配線160，而第一第一配線150與第二配線160皆配置在基板110上。第一配線150電性連接這些半導體電晶體140，而第二配線160電性連接這些電阻130，如圖1A所示。此外，第一配線150可以與第二配線160彼此並列，並且皆可與這些資料線122d並列。

第一電壓V1與第二電壓V2例如是由驅動電路所提供，而此驅動電路可為積體電路，其中第一配線150與第二配線160皆可以連接此驅動電路，而第一配線150能傳輸第一電壓V1至這些半導體電晶體，第二配線160能傳輸第二電壓V2至這些電阻130。如此，掃描線122s得以接收第一電壓V1與第二電壓V2。

圖1B是圖1A中區域A內的脈衝訊號與掃描線所傳輸的電壓的時序示意圖。請參閱圖1A與圖1B，脈衝訊號V3具有一低電壓脈衝L1與一高電壓脈衝H1，其中低電壓脈衝L1的電壓小於半導體電晶體140的臨界電壓，而高電壓脈衝H1的電壓大於半導體電晶體140的臨界電壓。

因此，當半導體電晶體140的閘極142g接收到低電壓脈衝L1時，半導體電晶體140會處於關閉的狀態，以至於掃描線122s能接收第二電壓V2，進而讓畫素電壓輸入至畫素電極244。

當半導體電晶體140的閘極142g接收到高電壓脈衝H1時，半導體電晶體140會處於開啟的狀態。此時，源極142s與汲極142d二者之間處於電性導通的狀態，所以掃描線122s能接收第一電壓V1。

由此可知，當其中一半導體電晶體140接收到高電壓脈衝H1時，電性連接此半導體電晶體140的掃描線122s會輸出關閉畫素電晶體242的第一電壓V1；當其中一半導體電晶體140接收到低電壓脈衝L1時，電性連接此半導體電晶體140的掃描線122s會輸出開啟畫素電晶體242的第二電壓V2。可見，彼此電性連接的一個半導體電晶體140與一個電阻130可以形成一反向器(inverter)。

圖1C是圖1A中區域A內的等效電路示意圖，其中電阻R1為半導體電晶體140的內電阻(internal resistance)，而端點O1為掃描線122s的輸入端。請參閱圖1A與圖1C，半導體電晶體140的電子遷移率會受到溫度的影響而改變。當半導體電晶體140處於溫度偏低的環境時，電子遷移率會減少，所以電阻R1會變大。

從圖1C來看，可以得知，電阻R1與電阻130串聯，所以通過電阻R1的電流與電阻130的電流，二者的電流值基本上是相等的，因此利用歐姆定律(Ohm's law)以及克希荷夫電流定律(Kirchhoff's current laws)，可以推導出以下的公式(1)：

Vo=(Vh×R1)/(R1+R2)........................公式(1)

Vo是端點O1的電壓值，其相當於第二電壓V2剛經過電阻130之後的電壓值；Vh是第二電壓V2與第一電壓V1二者的差值；R2是電阻130的電阻值；而R1是電阻R1的電阻值，其中R2與Vh皆為定值(constant)。

從公式(1)可以得知，當電阻R1的電阻值變大時，端點O1的電壓值(即Vo)也會變大，因此即使電晶體陣列基板100處於溫度偏低的環境，掃描線122s會接收到較高電壓的第二電壓V2。如此，可以增加液晶電容所接收到的電流，提高畫素電晶體242對液晶電容的充電能力，進而減少液晶電容發生充電不足的情形。

綜上所述，由於本發明的電晶體陣列基板所包括的這些半導體電晶體以及這些電阻能形成多個分別電性連接這些掃描線的反向器，且在等效電路中，半導體電晶體的內電阻與電阻串聯，因此即使電晶體陣列基板處於溫度偏低的環境，本發明能提高畫素電晶體對液晶電容的充電能力。如此，當液晶顯示器處於溫度偏低的環境時，本發明能減少液晶電容發生充電不足的情形。

雖然本發明以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，所作更動與潤飾之等效替換，仍為本發明之專利保護範圍內。

100．．．電晶體陣列基板

110．．．基板

120．．．畫素陣列

122d．．．資料線

122s．．．掃描線

124．．．畫素單元

130．．．電阻

140．．．半導體電晶體

142d、D1．．．汲極

142g、G1．．．閘極

142s、S1．．．源極

150．．．第一配線

160．．．第二配線

242．．．畫素電晶體

244．．．畫素電極

A．．．區域

H1．．．高電壓脈衝

L1．．．低電壓脈衝

O1．．．端點

R1．．．電阻

V1．．．第一電壓

V2．．．第二電壓

V3．．．脈衝訊號

圖1A是本發明一實施例之電晶體陣列基板的電路示意圖。

圖1B是圖1A中區域A內的脈衝訊號與掃描線所傳輸的電壓的時序示意圖。

圖1C是圖1A中區域A內的等效電路示意圖。

100．．．電晶體陣列基板

110．．．基板

120．．．畫素陣列

122d．．．資料線

122s．．．掃描線

124．．．畫素單元

130．．．電阻

140．．．半導體電晶體

142d、D1．．．汲極

142g、G1．．．閘極

142s、S1．．．源極

150．．．第一配線

160．．．第二配線

242．．．畫素電晶體

244．．．畫素電極

A．．．區域

V1．．．第一電壓

V2．．．第二電壓

V3．．．脈衝訊號

Claims (7)

1. 一種電晶體陣列基板，包括：一基板；一畫素陣列，配置在該基板上，並且包括：多條掃描線，該些掃描線用以接收一第一電壓及一第二電壓之一者，其中該第二電壓大於該第一電壓；以及多個畫素單元，各個畫素單元包括一畫素電晶體；多個電阻，配置在該基板上，且各該電阻電性連接其中一掃描線；以及多個半導體電晶體，配置在該基板上，並位於該畫素陣列外，且各該半導體電晶體電性連接其中一掃描線與其中一電阻，當該半導體電晶體接收到一高電壓脈衝時，電性連接該半導體電晶體的該掃描線會輸出關閉該畫素電晶體的該第一電壓；當該半導體電晶體接收到一低電壓脈衝時，電性連接此該半導體電晶體的掃描線會輸出開啟該畫素電晶體的該第二電壓，其中該低電壓脈衝的電壓小於該半導體電晶體的臨界電壓，而該高電壓脈衝的電壓大於該半導體電晶體的臨界電壓。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電晶體陣列基板，其中 該畫素陣列更包括：多條資料線，與該些掃描線彼此交錯；其中該些畫素單元電性連接該些掃描線與該些資料線。
3. 如申請專利範圍第2項所述之電晶體陣列基板，更包括：一第一配線，配置在該基板上，並電性連接該些半導體電晶體，其中該第一配線能傳輸該第一電壓至該些半導體電晶體；以及一第二配線，配置在該基板上，並電性連接該些電阻，其中該第二配線能傳輸該第二電壓至該些電阻。
4. 如申請專利範圍第3項所述之電晶體陣列基板，其中該第一配線與該第二配線彼此並列，並且皆與該些資料線並列。
5. 如申請專利範圍第3項所述之電晶體陣列基板，其中各該半導體電晶體為場效電晶體，並包括：一閘極，用於接收一脈衝訊號；一源極，電性連接該第一配線；以及一汲極，電性連接該電阻與該掃描線。
6. 如申請專利範圍第2項所述之電晶體陣列基板，其中：該畫素電晶體電性連接其中一掃描線與其中一資料線；以及 各該畫素單元包括一畫素電極，電性連接該畫素電晶體。
7. 如申請專利範圍第6項所述之電晶體陣列基板，其中該些畫素電晶體與該些半導體電晶體皆為薄膜電晶體。