专利名称：用于液晶显示器的有源矩阵的制作方法
技术领域：
本发明涉及有源矩阵液晶显示器，并更具体地涉及带有矩阵元素的冗余的液晶显示器。
对用于电视、视频及计算设备的液晶显示器(LCD)的需求已大大增加。对于高的图象质量，一般通过提供显示器的矩阵元素的冗余，获得有源矩阵LCD的高操作可靠性。
具有在绝缘衬底上形成彼此正交的n行和m列矩阵的多个图象元素的有源矩阵LCD，已是已知的。参见诸如公开的日本专利申请N60-192369，H01L29/78。参见
图1，矩阵中的各图象元素包括显示电极3和诸如开关薄膜晶体管“TFT”4的开关元件。
更具体地，有源矩阵LCD包括多个地址线1-1、1-2、1-3、…，各地址线对应于相应的一行图象元素;有源矩阵LCD还包括多个与地址线正交的数据线2-1、2-2、2-3、…、2-m，各数据线对应于相应的一列图象元素。
各图象元素的显示电极3通过TFT4与相应的地址和数据线相连。扫描信号被加到地址线上;视频信号被加到数据线上。各TFT4的栅极G与相应的地址线相连;漏极D连到相应的数据线;源极S连到显示电极3。
这种有源矩阵LCD有其缺点，成了低的操作可靠性，即虽然有缺陷的开关晶体管仅造成包含此缺陷晶体管的图象元素失效，但是地址或数据线中出现的缺陷(如断线)将使连到此缺陷地址或数据线的所有图象元素失效。
已进行了努力以克服为种缺陷。参见诸如Demanddebrevetd′invention，N2582431.GO9F3/20(发明专利申请)。在这种努力中，有源矩阵LCD提供了矩阵元素的冗余。参见图2，各图象元素在包括两个开关元件，即邻接显示电极3且位于其相对两侧的第一和第二开关TFT4和5。
在这种构造中，显示电极3经两个开关元件连到两组地址和数据线。第一TFT4连在显示电极3和第一组地址和数据线(即分别为1-1和2-m)之间，而第二TFT5连在显示电极3和第二组地址和数据线(即分别为1-2和2-(m+1))之间。
在这种有源矩阵LCD结构中，若图象元素的TFT4和5中的任一个发生故障，它将不会造成图象的失效，因为信号仍可经其余的、未出故障的TFT被提供到显示电极。另外，可借助激光束、机械加工或化学侵蚀从矩阵中除去出故障的TFT。还有，若邻近图象元素的两个地址线中的任一个出了故障，图象元素的操作将不会出故障，因为扫描(或地址)信号仍可经其余的无故障地址线而被提供给显示电极。然而，上述有效源矩阵LCD的缺点，在于若数据线中的任一个出了故障，与此出故障的数据线相连的所有图象元素的操作都将出故障，因为没有替代通路来传送本应经出故障的数据线提供给显示电极的视频信号。
参见图2，假设扫描信号被加到第一地址线1-1上，且在此时间中显示电极3经TFT4连到第一数据线2-m。随后，显示电极3将被充电到加到第一数据线2-m的视频信号的电压。另外，假设另一扫描信号随后被加到第二地址线1-2，且在此时间中显示电极经TFT5与出故障的第二数据线2-(m+1)相连。则显示电极3将被放电至出故障的第二数据线2-(m+1)的电压(即可是浮动的)。因此，由于出故障的第二数据线处的电压可是浮动的(即不稳定的)，与出故障的第二数据线相连的所有图象元素的操作都将变得不可控制。
数据线出故障，可以是由于数据线与向该数据线提供视频信号的驱动电路间的电接触不良而引起的。驱动电路的输出元件的缺陷，也会造成数据线出故障。这些故障会使数据线上的视频信号消失。由于数据线的故障性质可能是不可预测的，当显示电极3与出故障的数据线相连时，与其相连的所有图象元素的操作都会变得不可控制，并在某些情况下使显示电极接地。
另外，在上述有源矩阵中，由于第二开关TFT5可沿两个相反的方向(即正向和反向)传导电流，显示电极3经TFT5不仅能充电而且还能放电。换言之，显示电极3可经TFT5放电至出故障的数据线的电压。
本发明的目的，是克服上述缺点，以得到高度的操作可靠性。
根据本发明的一个实施例，并且如在此概略地限定的，用于液晶显示器的有源矩阵，有多个图象元素、多个地址线、及多个与地址线正交的数据线。每个图象元素包括至少一个显示电极;第一开关装置，它耦合在显示电极和第一条相应的地址线及第一条相应的数据线之间;第二开关装置，它耦合在显示电极和第二条相应的地址线和第二条相应的数据线之间，第二开关装置包括用于在一旦第二条相应的数据线出故障时便阻止显示电极放电的装置。
根据本发明的另一实施例，用于液晶显示器的有源矩阵的各图象元素均包括彼此间隔的第一和第二显示电极;耦合在第一显示电极和第一条相应的地址线之间的第一开关装置;耦合在第二显示电极和第一条相应的地址线之间的第二开关装置;耦合在第一显示电极和第二条相应的地址线及相应的一条数据线之间的第三开关装置;耦合在第二显示电极和第二条相应的地址线及相应的数据线之间的第四开关装置，第三和第四开关装置中的至少一个包括用于在相应的数据线出故障时阻止显示电极放电的装置。
根据本发明的另一实施例，用于液晶显示器的有源矩阵的各个图象元素包括彼此间隔的第一和第二显示电极;耦合在第一显示电极和第一条相应的地址线及第一条相应的数据线之间的第一开关装置;耦合在第二显示电极和第一条相应的地址线及第一条相应的数据线之间的第二开关装置;耦合在第一显示电极和第二条相应的地址线及第二条相应的数据线之间的第三开关装置;耦合在第二显示电极和第二条相应的地址线及第二条相应的数据线之间的第四开关装置，第三和第四开关装置中的至少一个包括用于在第二条相应的数据线出故障时阻止显示电极放电的装置。
本发明的目的和优点，一部分将在以下描述中给出，一部分将从该描述中显而易见，或可从实施本发明中获得。本发明的目的和优点，将借助在所附权利要求书中具体指出的元件和组合，而得到实现。
包含在本说明书中并构成本说明书的一部分的附图，显示了本发明的实施例，并与说明书一起说明了本发明原则。
图1是已知的有源矩阵LCD的电路。
图2是另一种已知的有源矩阵LCD的电路。
图3是发明第一实施例的、用于有源矩阵LCD的电路。
图4是图3的有源矩阵LCD的更详细说明。
图5是与图4的有源矩阵LCD相关的时序图。
图6是图4的有源矩阵LCD的一部分的平视图。
图7是沿图6的A-A′线取的剖视图。
图8是根据本发明第二实施例的用于彩色有源矩阵LCD的电路。
图9是图8的彩色有源矩阵LCD的一个变形。
下面将详细描述本发明的最佳实施例，其例子示于附图。在可能时，在所有图中将用相同的标号表示相同或类似的部件。
如以上结合图2所示，在传统有源矩阵LCD电路中任何数据线的故障，将使经第二开关TFT5与该故障数据线相连的所有图象元素的操作失灵。在传统电路中，在扫描或地址信号经第二TFT5被加到显示电极3上的期间，若邻接图象元素的第二数据线(即2-(m+1))出现故障，则由于第二TFT5可沿充电和故电方向传导电流，显示电极3将被放电至出故障的第二数据线的电压，使图象元素的操作不可控制。
本发明克服了这个问题。例如，发明的第一实施例并参见图3，矩阵象在图2的矩阵中那样提供了第二开关元件5′。然而，图3的开关元件5′包括只沿一个方向传导电流的电子开关装置。因此，当显示电极3通过开关元件5′耦合到第二数据线2-(m+1)时，若第二数据数据线2-(m+1)的电压高于显示电极3的电压，显示电极3被充电到第二线2-(m+1)的电压。然而，若第二数据线2-(m+1)出了故障，即第二数据线2-(m+1)的电压变得低于显示电极3的电压，由于开关元件5′的电子开关装置不允许沿放电方向的电流传导，所以显示电极3不会被放电到第二数据线的电压。
换言之，即使当第二数据线2-(m+1)出了故障时，由于开关元件5′仅沿一个方向传导电流，所以显示电极3将不会放电至出故障的数据线的电压。结果，即使第二数据线2-(m+1)出了故障，也在显示电极3维持了从第一数据线2-m经第一开关TFT4提供的电压。以此方式，即使在图象元素的第二开关元件5′与出故障的第二数据线2-(m+1)相连时，也保证了该图象元素的正常运行。
图4显示了图3电路的变形，其中图3的第二开关元件5′在这里最好包括MIS(金属绝缘半导体)5″和二极管6。二极管6可以被归入上述电子装置。另外，每条数据线最好经过二极管7(或电阻)及线8而与具有电压Un的公用LCD电极相连(或以其为终端)。电压Un最好等于地电压，或等于或小于数据线上的视频信号的最小电压电平。
图4的二极管6和MIS5″一同构成图3的第二开关元件5′。二极管6的极性，使显示电极3可经第二开关元件5′而被充电到第二数据线2-(m+1)的电压，但在视频信号因线中的缺陷而从第二数据母线2-(m+1)中失去时，却不能经第二开关元件5′而被放电至第二数据线2-(m+1)的电压。换言之，当第二数据线2-(m+1)出故障时，第二数据线提供了足够的电压使二极管仅沿充电方向传导电流，即反向偏置二极管，从而阻止显示电极3经MIS5″和二极管6而放电至出故障的第二数据线2-(m+1)的浮动电压。这里所用的二极管6最好包括肖特基二极管或其栅极和漏极彼此相连的晶体管。
参见图5，Ug表示加到与一图象元素相邻的第一和第二地址线1-1和1-2的扫描(或地址)信号。Ud表示加到与同一图象元素相邻的第一和第二数据线2-m和2-(m+1)上的视频信号。U1表示当邻近显示电极3的第一和第二数据线2-m和2-(m+1)运行(即没出故障)时，本发明的矩阵的同一图象元素的显示电极3处的电压，该显示电极3与第一和第二地址线1-1和1-2及第一和第二数据线2-m和2-(m+1)相耦合;U2表示当第一数据线2-m出故障时同一显示电极3的电压;U3是当第二数据线2-(m+1)出故障时同一显示电极的电压。为比较起见，U4表示当第二数据线2-(m+1)出故障时图2(它没有二开关装置中的二极管)的传统有源矩阵的显示电极的电压。
各地址信号Ug有一脉冲，后者具有正极性的幅度U2m和相等的宽度t，并有时间周期T，其中t＝T/n(n是矩阵中图象元素的行数)。例如，在第一时间周期T的时间t1中，这种地址信号的脉冲被加到第一地址线1-1上，且随后在第二时间周期T的时间t3中，同一脉冲被加到同一地址线上。类似地，在第一时间周期T的时期t2中，脉冲被加到第二地址线1-2，且在第二时间周期T的时期t4中，该脉冲被加到同一地址线上。
在脉冲被加到第一地址线1-1的第一时间周期T的时期t1中，与第一地址线1-1相连的TFT4被激活，且显示电极3经TFT4被充电到第一数据线2-m的视频信号电压Ud1。在脉冲被加到第二地址线1-2的第一时间周期T的时期t2中，第二开关元素5′(如由MIS5″和二极管8组成的)被激活。然而，此时显示电极3未被再充电，因为显示电极开始时的充电电压Ud1大于从第二数据线2-(m+1)提供的视频信号电压Ud3。因此，在第一时间周期T的其余时间，显示电极3的电压仍是同一电压Ud1。类似地，在第二时间周期T的时期t3中，显示电极被再充电到第一数据线2-m的视频信号电压Ud2，且类似地，在第二时间周期T的时期t4中，显示电极被再充电至第二数据线2-(m+1)的视频信号电压Ud4，因为Ud4＞Ud2。
U2表示第一数据线(2-m)出故障时的情况。在此情况下，第一数据线2-m出故障的部分的电压是浮动的，即处于电压Un。如上所述，电压Un表示液晶单元电极处的电压，并经过二极管7和线8给出，其电平等于或小于提供给数据线的视频信号的电平。或者，二极管7也可直接连到“公共”地，即Un被给出为零电压。
在第一时间周期T的时期t1中，由于出故障的第一数据线2-m被设在Un，则显示电极的电压保持在Un。然后，在第一时间周期T的时期t2中，显示电极被充电至Ud3，即未出故障的第二数据线2-(m+1)的视频信号电压。在第一时间周期的其余时间，显示电极的电压被维持在Un。随后，在第二时间周期T的时期t3中，由于第一数据线2-(m+1)出故障的部分给出电压Un，显示电极被放电至Un。在第二时间周期T的时期t4中，显示电极被充电到未出故障的第二数据线2-(m+1)提供的视频信号电压Ud4。然后，在第三时间周期T的其余时间，电压Ud4被维持在显示电极。
U3表示第二数据线2-(m+1)出故障的情况。由于在第一时间周期T的时期t1和t2及第二时间周期T的时期t3中MIS5″被激活，电路的运行基本上与U1相同。然而，在第二时间周期T的时期t4中，显示电极3被再充电到Ud2，即未出故障的第二数据线2-m的视频信号电压。然而，在t4中，由于显示电极3的电压极性与二极管6的相反，且二极管6处于“关断”的非导通状态，显示电极3不被放电到Un，即第二数据线2-(m+1)的出故障部分的电压电平。
为比较起见，U4表示当第二数据线2-(m+1)出故障时第二开关元件5中没有二极管的传统矩阵。在此情况下，在时期t2和t4中，显示电极被放电至Un，即第二数据线2-(m+1)的出故障部分的电压。
因而，与传统的有源矩阵LCD结构不同，在本发明的矩阵中，如在本实施例中，即使当第二数据线2-3出故障时，只要第一数据线2-2仍可运行，图象元素就不会失效。另外，若与数据线有关的视频信号驱动电路的输出元件失效，即视频信号没被提供到此数据线，与该数据线相连的图象元素不一定失效，因为视频信号可由相邻的未出故障的数据线提供。
对二极管6(图4)，可采用多种二极管，如针式二极管、肖特基二极管、和栅极与源极连在一起的场效应晶体管。对于第二开关元件5′，薄膜开关晶体管与肖特基二极管的组合或薄膜开关晶体管与栅极和漏极连在一起的MIS晶体管的组合，结构简单且易于制造。
图6显示了本发明的有源矩阵LCD的一个示例部分中的一种布置，该电路包括组成第二开关元件5′的MIS晶体管和肖特基二极管。标号3表示显示电极;4表示第一开关元件;5表示第二开关MIS晶体管;1-2和1-3分别表示第一和第二地址线;6表示肖特基二极管。肖特质基二极管6形成在从掺磷非晶硅膜至MIS5的漏极的导电触点与从铬膜到数据线的金属触点9之间的非晶硅膜9上。
图7是沿图6的A-A′线取的剖视图。图7的结构制作如下。在绝缘材料11上蒸发一层铬膜。从铬膜光刻形成地址线和栅极12。然后，在其上淀积一氮化硅膜13，以形成栅极介质。然后淀积一层透明的导电氧化铟膜，并在此膜上形成显示电极3。然后，逐步蒸发掺磷的非晶硅膜15，以形成与非晶硅的低阻触点。从这些通过光刻形成开关晶体管的漏极触点和源极触点及至显示电极的触点。
随后，淀积非晶硅膜15，并从硅膜15用光刻法形成开关晶体管的半导体区。接着，淀积氮化硅膜17以形成保护介质，其中用光刻法开出至非晶硅的接触窗口，以形成开关晶体管5中的肖特基二极管和至开关晶体管4的漏极的接触窗口。然后，相继蒸发铬膜18和铝膜19，并用刻法形成地址线。
图8显示了本发明的第二实施例，且图9是其另一种变形，其中各图象元素与一对地址线1和一对数据线2相耦合。这些类型的有源矩阵LCD，均以彩色图象元素的三角形设置，被用于彩色显示。
参见图8，各图象元素包括一对显示电极。各显示电极有第一和第二开关元件。各显示电极的第一开关元件耦合到第一条相应的地址线，且各显示电极的第二开关元件耦合到第二条相应的地址线，并一同经一二极管耦合到相应的一条数据线。二极管在相应的数据线出故障时阻止了显示电极的放电。
参见图9，各图象元素包括一对显示电极，即第一显示电极3和第二显示电极20。第一显示电极3经第一开关晶体管4耦合到一对地址线1中的第一条，并经第二开关晶体管5耦合到一对地址线1中的第二条。类似地，各第二显示电极20经第三开关晶体管21耦合到地址线1中的第一条，并经第四开关晶体管22耦合到地址线1中的第二条。第一和第二显示电极经第一和第三开关晶体管4、21一同耦合到一对数据线2中的第一条，并经第二和第四开关晶体管5、22耦合到一对数据线2中的第二条。
在此实施例中，第四开关晶体管22包括在第二显示电极20和数据线2的第二条之间的二极管6。如结合图4所述的，此二极管6只允许开关晶体管22中的电流沿一个方向传导，从而阻止显示电极放电到出故障的地址线2的浮动电压。
各数据线均经过二极管7耦合到公共线8。公共线8被保持在电压Un或是接地。标号R、G、B(图8)表明显示面扳上相应的彩色滤波器的设置。图8和9的有源矩阵的操作方法与图4的矩阵相似。另外，图8和9的有源矩阵的制作方法，与图4的结构相似。
在本发明的有源矩阵LCD中，如在本实施例并在此大略限定的那样，各图象元素均包括一显示电极和两个开关元件，其中各显示电极经开关元件中的第一个而连到第一组地址和数据线，并经开关元件中的第二个连到第二组地址和数据线。第二开关元件包括只沿一个方向传导电流的电子开关。
在这种电子开关的组合中，第二开关元件可最好包括MIS晶体管。电子开关最好包括设在MIS晶体管的漏极和第二数据线之间的二极管，而MIS晶体管的栅极连到第二数据线。MIS的漏和源极可以互换。各条数据线均最好经二极管或电阻及线，与公共地相连或与等于或小于加到数据线信号的视频信号最小电压电平的电压相连。第二开关元件的二极管最好包括肖特基二极管或其栅极与漏极彼此相连的MIS晶体管。
本领域的技术人员应理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可在本发明的摄象机和方法中进行多种修正和变形。因此，本发明覆盖了本发明的这些修正和变形，只要它们属于所附权利要求书及其等同物的范围之中。
权利要求
1.用于具有多个图象元素、多条地址线、以及多条与地址线正交的数据线的液晶显示器有源矩阵，各图象元素包括至少一个显示电极；耦合在显示电极和第一条相应的所述地址线及第一条相应的所述数据线之间的第一开关装置；耦合在显示电极和第二条相应的所述地址线及第二条相应的所述数据线之间的第二开关装置，所述第二开关装置包括用于每当所述第二条相应的数据线出故障时阻止显示电极放电的装置。
2.权利要求1的有源矩阵，其中所述第二阻止装置包括二极管。
3.权利要求2的有源矩阵，其中所述第二开关装置包括与所述二极管组合的MIS(金属绝缘半导体)晶体管。
4.权利要求2的有源矩阵，其中所述二极管包括肖特基二极管。
5.权利要求2的有源矩阵，其中所述二极管栅和漏极连在一起的MIS晶体管。
6.权利要求3的有源矩阵，其中所述MIS晶体管有与显示电极相连的源极、与第二条相应的地址线相连的栅极、以及与二极管相连的漏极;且二极管连到第二条相应的数据线以使二极管中的电流只沿一个方向传导，当第二条相应的数据器线出故障时阻止显示电极放电。
7.权利要求3的有源矩阵，其中所述MIS晶体管有与显示电极相连的漏极、与第二条相应的地址线相连的栅极、以及与二极管相连的源极;且二极管与第二条相应的数据线相连，以使二极管中的电流只沿一个方向传导，当第二条相应的数据线出故障时阻止显示电极放电。
8.用于具有多个图象元素、多条地址线、以及与地址线正交的多条数据线的液晶显示器的有源矩阵，各图象元素包括彼此间隔的第一和第二显示电极;耦合在第一显示电极和第一条相应的地址线之间的第一开关装置;耦合在第二显示电极和第一条相应的地址线之间的第二开关装置;耦合在第一显示电极和第二条相应的地址线及相应的数据线之间的第三开关装置;耦合在第二显示电极和第二条相应的地址线及相应的数据线之间的第四开关装置，所述第三和第四开关装置中的至少一个包括用于当相应的数据线出故障时阻止所述显示电极放电的装置。
9.用于具有多个图象元素、多条地址线、以及多条与地址线正交的数据线的液晶显示器的有源矩阵，各个图象元素包括彼此间隔的第一和第二显示电极;耦合在第一显示电极和第一条相应的地址线及第一条相应的数据线之间的第一开关装置;耦合在第二显示电极和第一条相应的地址线及第一条相应的数据线之间的第二开关装置;耦合在第一显示电极和第二条相应的地址线及第二条相应的数据线之间的第三开关装置;耦合在第二显示电极和第二条相应的地址线及第二条相应的数据母线之间的第四开关装置;第三和第四开关装置中的至少一个包括用于当第二条相应的数据线出故障时阻止所述显示电极放电的装置。
10.权利要求8的有源矩阵，其中所述防止装置包括在相应的数据线和所述第三和第四开关装置的所述至少一个之间的二极管。
11.权利要求9的有源矩阵，其中所述防止装置包括在第二条相应的数据线和所述第三和第四开关装置的所述至少一个之间的二极管。
12.权利要求8或9的有源矩阵，其中所述防止装置包括二极管。
13.权利要求12的有源矩阵，其中所述第二开关装置包括与所述二极管相组合的MIS(金属绝缘半导体)晶体管。
14.权利要求13的有源矩阵，其中所述MIS晶体管具有与显示电极相连的源极、与第二条相应的地址线相连的栅极、及与二极管相连的漏极;且二极管与相应的(或第二条相应的)数据线相连从而使电流只沿一个方向传导，以在相应的(或第二条相应的)数据线出故障时阻止显示电极的放电。
15.权利要求12的有源矩阵，其中所述二极管包括肖特基二极管。
16.权利要求12的有源矩阵，其中所述二极管包括栅极和漏极彼此相连的MIS晶体管。
全文摘要
用于具有多个图元素、多条地址线及与地址线正交的多条数据线的液晶显示器的有源矩阵。各图象元素包括至少一个显示电极；耦合在显示电极和第一条相应的地址线和第一条相应的数据线之间的第一开关装置；耦合在显示电极和第二条相应的地址线和第二条相应的数据线之间的第二开关装置，第二开关装置包括用于每当第二条相应的地址线出故障时阻止显示电极放电的装置。
文档编号G06F11/16GK1089366SQ9312149
公开日1994年7月13日 申请日期1993年12月28日 优先权日1992年12月30日
发明者包力斯I·卡朱罗夫, 奥列格F·奥古尔德索夫, 见纳迪Y·克拉斯尼柯夫, 包力斯P·切尔诺罗托夫 申请人:株式会社金星社