专利名称：有源矩阵型液晶显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种有源矩阵型液晶显示器，具体来说，涉及一种比常规的液晶显示器消耗更少电能的有源矩阵型液晶显示器。
在有源矩阵型液晶显示器中，象素排列在矩阵结构中的每个交叉点处。每个象素配有一个开关装置。象素的信息通过接通或断开开关装置来显示。在这样的一种显示装置中将液晶用作显示介质。本发明中，将具有三个电极即栅极、源极、漏极的薄膜晶体管(TFTs)用作开关装置。
在本文的详细描述中，矩阵结构的行表示扫描线(门线)，该扫描线与行平行伸展并在该行内与TFT的门极相连。矩阵结构的列表示信号线(源线)，该信号线与列平行延伸并在该列内与TFT的源(或漏)极相连。用来驱动扫描线的电路称作扫描线驱动电路。用来驱动信号线的电路称作信号线驱动电路。
图2表示一个常规的有源矩阵型液晶显示器。信号线驱动电路21安装在上部、扫描线驱动电路22安装在左侧分别驱动信号线23和扫描线24。扫描线驱动电路22和信号线驱动电路21接收信号发生电路(如时钟发生器)产生的信号(如时钟脉冲)。
通常采用如图3(a)所示使用移位寄存器的扫描线驱动电路22。每当输入一个时钟脉冲(CL1，CL2)时，输出脉冲就移一位。输出脉冲经过NAND门33和缓冲电路34输送到扫描线32。这样，连续驱动扫描线32。
图3(b)表示扫描线驱动电路22的时间图。
在视频图像阵列(VGA)的情况下，对每个扫描线扫描约31μs。
图4表示信号线驱动电路21的一个例子。用与扫描线驱动电路22相同的方法，信号线驱动电路21通常使用移位寄存器41。然而，与扫描线驱动电路22不同的是，信号线驱动电路21不直接驱动信号线44。移位寄存器41的输出信号经过缓冲电路42驱动采样模拟开关43。模拟视频信号45被采样并被输送到信号线44。
在VGA情况下，理想的采样时间是约为40nsec。如果信号线驱动电路21由TFTs组成的话，考虑到TFT的特性，将采样时间设定为320nsec或640nsec。在此情况下，采用彼此移相40nsec的4-相或8-相时钟脉冲。
另一种常规的有源矩阵型液晶显示器在日本专利公开号186281/1992中有所描述并用图5表示。在此结构中，信号线50被分成多组。从显示装置的两端驱动信号线50。由于信号的负载电容和负载电阻减半，很容易驱动信号线50。
使用有源矩阵型液晶显示器的商品例子包括笔记本计算机和便携式灵活终端设备。这些商品需要用电池驱动。然而，现有的有源矩阵型液晶显示器的运行时间受显示器消耗电能总量的限制。因此，要获得更长的运行时间减少有源矩阵型液晶显示器消耗的电能是十分重要的。
当今的世界趋势是节约资源。被看成有良好远景的下一代显示装置有源矩阵型液晶显示器必须达到较低的能源消耗。
减少电能消耗的一种可能方法是降低作用电压或操作频率。然而，这种方法会损坏操作性能。因此，人们一直在寻找一种减少电能消耗而又保持操作性能的方法。
已同图5一起所描述的常规方法中，信号线电容被减半，当驱动信号线时，P2表示所消耗的电能。当用上述同图2一起所描述的结构驱动信号线时，P1作为所消耗的电能。有下列关系式成立P2＝C1/2×V2×f＝P1/2其中C1是信号线的电容，V2是信号的振幅，f是操作频率。
由此可见，同图2所示的结构消耗的电能相比图5所示结构消耗的电能能被减少一半。然而，需要两个驱动电路分别配置在显示设备的相对端。因此，同图2所示驱动电路消耗的电能相比，驱动电路消耗的总电能增加一倍。因此，消耗的电能相应地增加。就驱动电路来说，负载减半。然而，每个驱动电路一定有同图2所示结构中驱动电路相同级数的移位寄存器。因此，用来驱动移位寄存器的电能增加一倍。进一步，用于将时钟脉冲作用到移位寄存器、驱动公共时钟端所需的电能增加一倍。此外，需要驱动视频信号输入端的电能也增加一倍。这些电能等于或大于驱动信号线的电能。
最初研制上述引用的日本专利公开号186281/1992中所描述的方法是用来驱动大面积显示器的。因此，这种方法在减少电能消耗中是不利的。
本发明的目的是提供一种具有信号线的有源矩阵型液晶显示器，这些信号线在观看屏上产生图象画面并以如图5所示惯用的构成相同的方式将信号线分成上、下两组以降低信号线负载电容消耗的电能。
我们已注意到当从上到下连续扫描观看屏时，例如，当扫描上半屏幕时，不需要驱动下半屏幕的驱动电路。因此，本发明提供一个装置用于暂停下部信号线的驱动电路或让该驱动电路作备用。很显然，当扫描显示屏的下半部时，上部信号线的驱动电路暂停或作为备用。
本发明的其它目的和特征在以下的描述过程中将会清楚。
图1是按本发明的有源矩阵型液晶显示器方框图；图2是已知的有源矩阵型液晶显示器方框图；图3是一般的扫描线驱动器电路图；图4是一般的信号线驱动器电路图；图5是另一个已知的有源矩阵型液晶显示器方框图；图6是按本发明用于交替暂停两个信号线驱动电路状态开关电路的电路图；图7是按本发明用于交替使两个信号线驱动电路失去作用的另一个状态开关电路的电路图；图8是按本发明采用译码电路的信号线驱动电路的电路图；图9是按本发明用于交替停止对两个信号线驱动电路提供地址信号的又一个状态开关电路的电路图；图10(A)-10(D)是一种有源矩阵型液晶显示器的截面图，用图解说明用于制造显示器的低温多晶硅的一些工序步骤；图11(A)和11(B)说明低温多晶硅后面的工序步骤的截面图；图12(A)-12(D)说明在图11(A)和11(B)说明的步骤之后所执行的高温多晶硅工序步骤的截面图；以及图13(A)和13(B)说明高温多晶硅后面的工序步骤截面图。
参考图1，表示了一个体现本发明思想的有源矩阵型液晶显示器。该液晶显示器具有信号线10，信号线10在液晶显示器观看屏显示图象画面中心线的相对侧驱动上部象素矩阵结构11a以及下部象素矩阵结构11b。用上部信号线驱动电路12a驱动上部象素矩阵11a的信号线10a。用下部信号线驱动电路12b驱动下部象素矩阵11b的信号线10b。该液晶显示器进一步包括扫描线驱动电路13和用于交替暂停两个信号线驱动电路12a、12b的状态开关电路14。
图6表示按本发明状态开关电路的一个例子。该例中，将作用到扫描线驱动电路的时钟脉冲60首先作用到状态开关电路。该状态开关电路包括分频电路61、与分频电路61输出相连的上部与门62a以及与分频电路61输出相连的反相器63。在VGA(视频图象阵列)情况下，分频电路是一个1∶240的分频电路。上部与门62a的输出与上部信号线驱动电路12a的时钟输入端64a相连。类似地，下部与门62b的输出与下部信号线驱动电路12b的时钟输入端64b相连。开关电路14控制作用到信号线驱动电路12的时钟脉冲65。
如图6(b)的时间图所示，当扫描上半部图象时，禁止时钟脉冲65输入到下部信号线驱动器电路12b。当扫描下半部图象画面时，禁止时钟脉冲65输入到上部信号线驱动电路12a。通过增加开关电路14，能够消除一个信号线驱动电路12无用的电能消耗。
图7表示按本发明的状态开关电路14的又一个例子。作用到两个信号线驱动电路70a、70b的电源在扫描观看屏上半部图象画面和扫描下半部图象画面之间接通或断开。正如结合图6已描述的方法相同的方式，用于在图象画面的上半部和下半部之间接通或断开的信号用来交替使移位寄存器失去作用。
图8表示将译码电路用在信号线驱动电路中的一个例子。
图9表示按本发明的状态开关电路14的又一个例子。通过对译码电路停止提供地址信号能够停止目前设有使用的信号线驱动电路的操作。
下面描述按本发明使用有源矩阵电路制造液晶显示器TFT衬底的一种方法。
图10(A)-10(D)和11(A)-11(B)说明了用于制造该例中单片有源矩阵电路的低温多晶硅的工序。制造形成外围逻辑电路TFT的工序表示在图10(A)-10(D)的左侧。制造有源矩阵电路的工序表示在右侧。首先，在玻璃衬底1001上形成厚度为1000到3000的氧化硅膜1002作为缓冲氧化膜1002。这层氧化硅膜可以在氧气环境中通过溅镀或等离子体化学汽相淀积(CVD)形成。
然后，通过等离子体CVD或LPCVD形成厚度为300-1500最好为500-1000的非晶硅膜。非晶硅膜在高于500℃最好为500-600℃的温度下热退火以结晶非晶硅膜或增加结晶度。结晶之后，利用激光进行光退火可以进一步增加结晶度。此外，在利用热退火结晶期间，正如日本专利公开号244103/1994和244104/1994中所述，可以加入一种元素(如镍)(或一种催化元素)以加速硅结晶。
然后，对硅膜进行刻蚀形成成为驱动电路P-沟道TFT的有源层1003小岛、N沟道TFT的有源层1004小岛、以及成为矩阵电路的象素TFT的有源层1005小岛。此外，通过在氧气环境中溅镀形成厚度为500-2000A的氧化硅栅绝缘膜1006。也可以通过等离子体CVD形成栅绝缘膜。在用等离子体CVD形成氧化硅膜之处，使用一氧化氮(N2O)作为气体原料是令人满意的。另外，也可以采用氧气(O2)和单硅烷(SiH4)。
接着，在整个叠层表面上通过溅镀形成厚度为2000-6000的铝层。铝可以含有硅、钪、钯或其它物质以避免在以后的热处理步骤中产生异常析出。对栅绝缘膜1006进行刻蚀形成栅极1007、1008和1009(图10(A))。
然后，对铝层进行阳极氧化在铝层的表面形成氧化铝1010、1011和1012。这些铝区充当绝缘体(图10(B))。
接着，形成覆盖P沟道TFTs有源层的感光性树脂掩膜1013。当使用磷化氢作为掺杂气体时通过离子掺杂掺入磷离子。剂量是1×1012到5×1013个原子/厘米2。这样形成高掺杂N-型区、或源极1014以及漏极1015。
此后，形成覆盖N沟道TFT有源层以及象素TFT有源层的感光性树脂掩膜1016。使用乙硼烷(B2H6)作掺杂气体通过离子掺杂又掺入硼离子。剂量是5×1014到8×1015个原子/厘米2。因此形成P-型区1017。由于至此所描述的掺杂步骤，已形成了高掺杂N-型区(源极和漏极1014和1015)和高掺杂P-型区(源极和漏极1017)(图10(D))。
然后，该叠层板在450-850℃的温度下热退火0.5至3个小时来补偿掺杂所产生的损耗。这样，激活了掺杂物，同时，恢复了硅的结晶度。此后，如图11(A)所示，通过等离子体CVD形成厚度为3000至6000的氧化硅膜作为整个表面的介电中间膜1018。该膜可以是氮化硅膜或氧化硅层和氮化硅层的多层膜。用湿式刻蚀处理或干式刻蚀处理来侵蚀介电中间膜1018以在源极/漏极区形成接触孔。
然后，通过溅镀技术形成厚度为2000-6000的铝膜或钛和铝的多层膜。对该层膜进行刻蚀以便产生外围电路的电极/互连1019、1020和1021以及象素TFT的象素/互连1022和1023(图11(A))。
接着，通过等离子体CVD形成厚度为1000～3000的氮化硅膜1024作为一层钝化膜。对该层氮化硅膜进行刻蚀产生延伸到象素TFT电极1023的接触孔。通过溅镀形成厚度为500-1500的ITO(氧化铟锡)膜。最后，对氧化铟锡膜进行刻蚀形成象素电极1025。这样，整体地形成了外围驱动电路和有源矩阵电路(图11(B))。
参考图12(A)-12(D)作为用于制造硅栅电极多晶硅TFT的高温工序的一个例子，对该例工序加以描述。
用于制造形成外围逻辑电路TFT的工序表示在图12(A)-12(D)的左侧。制造有源矩阵电路的工序表示在右侧。首先，在石英衬底1101上形成厚度为1000-3000的氧化硅膜作为缓冲氧化膜1102。该层氧化硅膜可以通过溅镀或等离子体CVD在氧气环境中形成。
然后，通过等离子体CVD或LPCVD形成厚度为300-1500最好为500-100的非晶或多晶硅膜。将硅膜在高于500℃最好为800-950℃的温度下进行热退火使硅膜结晶或增加结晶度。结晶之后，可以通过进行光退火进一步增加结晶度。另外，在利用热退火结晶期间，正如日本专利公开号244103/1994和244104/1994中所述，可以加入一种元素如镍(或一种催化元素)以加速硅的结晶。
然后，对硅膜进行刻蚀形成成为驱动电路P沟道TFT的有源层1103小岛、N沟道TFT的有源层1104小岛以及成为矩阵电路象素TFT的有源层1105小岛。另外，在氧气环境下通过溅镀形成厚度为500-2000的氧化硅栅绝缘膜1106。栅绝缘膜也可以通过等离子体CVD形成。氧化硅膜通过等离子体CVD形成之处，使用一氧化氮(N2O)作为气体原料是令人满意的。另外，也可以采用氧气(O2)和单硅烷(SiH4)。
接着，在整个叠层表面上通过LPCVD形成厚度为2000-5μm最好为2000-6000的多晶硅膜。为了增加导电性，给多晶硅膜增加微量的磷。对该层多晶硅膜进行侵蚀形成栅极1107、1108和1109(图12(A))。
然后，使用磷化氢作掺杂气体通过自对准离子注入技术将磷离子掺入到有源层整个小岛。同时，将栅极用作掩膜。剂量是1×1012-5×1013个原子/厘米2。结果，形成低掺杂N-型区1110、1111和1112(图12(B))。
然后，形成覆盖P-通道TFT有源层的感光性树脂掩膜1113。形成另一覆盖象素TFT有源层的感光性树脂掩膜1114，该掩膜一直延伸到距离栅极边界3μm的区域。使用磷化氢(PH3)作掺杂气体通过离子掺杂再掺入磷离子。剂量是1×1012到5×1013原子/厘米2。这样，形成高掺杂N-型区或源极和漏极1115和1116。同时，对被覆以掩膜的象素TFT有源层的低掺杂N-型区不注入磷离子，这样这些区保持低掺杂N-型(图12(C))。
然后，形成覆盖N-通道TFT有源层的感光性树脂掩膜1117。使用乙硼烷(B2H6)作掺杂气体通过离子掺杂再掺入硼离子。剂量是5×1014到8×1015原子/厘米2。结果，硼的剂量超过磷的剂量。前面所形成的低掺杂N-型区变成高掺杂P-型区1118。这些掺杂步骤的结果是形成高掺杂区(源极和漏极1115和1116)、高掺杂P-型区(源极和漏极1118)以及低掺杂N-型区1112(图12(D))。
然后，在450-850℃温度下对该叠层板进行热退火0.5至3个小时以补偿掺杂产生的损伤。这样，掺杂物被激活。同时，恢复了硅的结晶度。此后，如图13(A)所示，在整个表面上通过等离子体CVD形成厚度为3000-6000的氧化硅膜作为介电中间层1119。该膜可以是氮化硅膜或氧化硅层和氮化硅层的多层膜。通过湿式刻蚀处理或干式刻蚀处理对介电中间层1119进行刻蚀在源/漏极区形成接触孔。
然后，通过溅镀形成厚度为2000-6000的铝膜或钛和铝的多层膜。对该层膜进行侵蚀以便产生外围电路的电极/互连1120、1121和1122以及象素TFT的电极/互连1123和1124(图13(A))。
接着，通过等离子体CVD形成厚度为1000-3000的氮化硅膜1125作为钝化膜。对该层氮化硅膜进行刻蚀产生延伸到象素TFT电极1124的接触孔。通过溅镀形成厚度为500-1500的170(氧化铟锡)膜。最后，对ITO膜进行刻蚀形成象素电极1126。这样，整体形成了外围驱动电路和有源矩阵电路(图13(B))。
至此所描述的例子中，能够整体形成驱动电路和象素矩阵电路。因此，如果提供两个独立的分别驱动两套信号线的信号线驱动电路，该两套信号线分别指定给观看屏显示图象画面的上半部和下半部，就不需要大的面积。因此，能够实现尺寸缩小的液晶显示器。另外，由于信号线垂直分成两组，信号线的负载电容和负载电阻被减半。因此，能够在短时间内用较小的驱动能力来驱动显示设备。能够用一次一点扫描系统制成驱动电路。这样省去了在一次一行扫描方法中通常必须采用的模拟缓冲器和大的采样-保持电容。因此，能够减小驱动电路本身所占的面积。这是实现小型化的又一有利条件。
上述例子中，驱动电路是单片结构。也能够将本发明同连接在玻璃衬底外部上的外部驱动电路一起应用于包括由非晶TFT组成的有源矩阵电路的显示设备。
至此所述，在本发明中，将信号线分成两套，它们与显示图象画面的上半部和下半部对应。分别用两个信号线驱动电路驱动两套信号线。当其中的一个驱动电路在运行时，另一个停止运行。因此，能够大幅度减少电能消耗。
权利要求
1.一种有源矩阵型液晶显示器包括多象素区，每个象素区具有呈矩阵形式的象素；用于分别驱动所说象素区的多个驱动电路；用于根据显示器的扫描至少暂停其中一个所说驱动电路的装置。
2.一种有源矩阵型液晶显示器包括多象素区，每个象素区具有呈矩阵形式的象素；用于分别驱动所说象素区的多个驱动电路；用于根据显示器的扫描至少使其中一个所说驱动电路备用的装置。
3.一种有源矩阵型液晶显示器包括具有呈矩阵形式的第一象素的第一象素区；用于驱动所说第一象素区的第一驱动电路；具有呈矩阵形式第二象素的第二象素区；用于驱动所说第二象素区的第二驱动电路；用于根据显示器的扫描暂停所说第一和第二驱动电路之一的装置。
4.一种有源矩阵型液晶显示器包括具有呈矩阵形式第一象素的第一象素区；用于驱动所说第一象素区的第一驱动电路；具有呈矩阵形式第二象素的第二象素区；用于驱动所说第二象素区的第二驱动电路；用于根据显示器的扫描使所说第一和第二驱动电路之一备用的装置。
5.一种有源矩阵型液晶显示器包括具有呈矩阵形式第一象素的第一象素区；用于对所说第一象素提供图象信号的第一信号线；用于驱动所说第一信号线的第一信号线驱动电路；具有呈矩阵形式第二象素的第二象素区；用于将图象信号提供给所说第二象素的第二信号线；用于驱动所说第二信号线的第二信号线驱动电路；根据扫描信号与所说第一和第二象素区相连接的扫描线驱动电路；用于交替接通或断开所说第一和第二信号线驱动电路的装置。
6.权利要求5的显示器，其中所说开关装置包括用于控制对第一和第二信号线驱动电路提供时钟信号的第一控制装置。
7.权利要求6的显示器，其中所说第一控制装置包括用于将作用到所说扫描线驱动电路的第一时钟脉冲进行分频的分频电路；第一与门，将所说分频电路的输出和第二时钟脉冲输入到该与门，并将该与门的输出信号作为所说时钟脉冲输入到所说第一信号驱动电路；第二与门，将所说分频电路的反相输出和第二时钟脉冲输入到该与门，并将该与门的输出信号作为所说时钟脉冲输入到所说第二信号驱动电路。
8.权利要求5的显示器，其中所说开关装置包括用于控制所说第一和第二信号线驱动电路电源的第二控制电路。
9.权利要求8的显示器，其中所说第二控制装置包括用于将作用到所说扫描线驱动电路的第一时钟脉冲进行分频的分频电路；用于根据所说分频电路的输出控制所说第一信号驱动电路电源的第一开关电路；用于根据所说分频电路的输出控制所说第二信号驱动电路电源的第二开关电路；其中当所说第二开关电路在关断状态时所说第一开关电路是导通状态，而当所说第二开关电路在导通状态时所说第一开关电路是关断状态。
10.权利要求5的显示器，其中所说开关装置包括用于控制给所说第一和第二信号线驱动电路提供地址信号的第三控制装置。
11.权利要求10的显示器，其中所说第一和第二信号驱动电路分别包括译码电路；所说地址信号输入到所说译码电路；以及与处于非操作状态的所说信号线驱动电路相对应，所说第三控制装置中止给所说译码电路提供所说地址信号。
12.一种有源矩阵型液晶显示器包括(a)第一象素矩阵区，它包括以矩阵形式排列的第一象素；与所说第一象素相连的第一薄膜晶体管；用于根据所说第一晶体管给所说第一象素提供图象信号的第一信号线，所说第一信号线排成列；用于将扫描信号输入到所说第一晶体管的第一扫描线，所说第一扫描线排成行；(b)用于驱动所说第一信号线的第一信号线驱动电路；(c)第二象素矩阵区，包括排列呈矩阵形式的第二象素；与所说第二象素相连的第二薄膜晶体管；根据所说第二晶体管给所说第二象素提供图象信号的第二信号线，所说第二信号线排成列；用于将扫描信号输入到所说第二晶体管的第二扫描线，所说第二扫描线排成行；(d)用于驱动所说第二信号线的第二信号线驱动电路；(e)用于驱动所说第一和第二扫描线的扫描线驱动电路；(f)用于交替接通或断开所说第一和第二信号线驱动电路操作的装置。
13.权利要求12的显示器，所说开关装置包括用于根据显示器的扫描暂停所说第一和第二信号线驱动电路之一操作的装置。
14.权利要求12的显示器，所说开关装置包括用于根据显示器的扫描使所说第一和第二信号线驱动电路之一备用的装置。
15.权利要求12的显示器，其中所说第一和第二晶体管在同一衬底上整体形成。
16.一种有源矩阵型液晶显示器包括与所显示图象上部相对应的上部象素区；用于驱动所说上部象素区的上部驱动电路；与图象下部相对应的下部象素区；用于驱动所说下部象素区的下部驱动电路；用于根据扫描所说上部图象和下部图象控制为所说上部和下部驱动电路提供时钟脉冲的装置。
17.权利要求16的显示器，在扫描所说下部象素区期间其中所说控制装置暂停为所说上部驱动电路提供所说时钟脉冲。
18.权利要求16的显示器在扫描所说上部象素区期间其中所说控制装置暂停为所说下部驱动电路提供所说时钟脉冲。
全文摘要
一种只消耗少量电能的有源矩阵型液晶显示器。该液晶显示器有两个驱动电路分别驱动两套信号线。一套信号线产生观看屏显示图象的上半个画面，而另一套信号线产生下半个图象画面。将产生图象画面的图象信号交替作用到两个驱动电路以便当一个驱动电路工作时，另一个暂停或备用。
文档编号G02F1/133GK1163444SQ96107308
公开日1997年10月29日 申请日期1996年3月16日 优先权日1995年3月17日
发明者山根康邦, 小山润, 千村秀彦 申请人:株式会社半导体能源研究所, 夏普公司