具有检测电路的薄膜晶体管阵列的制作方法

专利名称：具有检测电路的薄膜晶体管阵列的制作方法
技术领域：
本申请涉及一种薄膜晶体管阵列，诸如用于液晶显示器的具有检测电路的那些薄膜晶体管阵列。
背景技术：
基于无定形硅薄膜晶体管(TFT)和液晶(TFT-LC显示器)的平板显示器具有很高的商业价值，已经占领了平面屏幕电视和电脑显示器市场的绝大部分份额。为了降低成本和提高产量，过程检测(in-process testing) (IPT)是制造过程中最为苛刻的部分。最希望在随后费用昂贵的步骤(填充液晶、定位滤色玻璃以及加入驱动电路)之前能鉴别(如果可能的话校正)出TFT电路内的大多数缺陷。此外，所有成品显示器能够全部不具有象素缺陷是进一步的需求。为了实现这一目标优选对TFT阵列进行可靠的检测和修理。
在一种检测TFT阵列的方法中，经占用了 TFT阵列之间空间的总线电路以某种方式暂时缩短阵列的列(TFT数据线)和行(TFT栅极线)至一组探针垫。例如，在公共玻璃基底(基板)上数个TFT面板内的每隔一个栅极线与一个公共总线电线耦合(栅极偶数总线)以及交替的栅极线与另一个公共总线电线耦合(栅极奇数总线)。类似地，交替的数据线与一对公共总线电线耦合(数据偶数和数据奇数总线)。总线线路及其相关的接触探针垫占据了制造得与单个基底平行的单个TFT阵列(即显示器)之间的空间，并当使单个阵列合缝以最终组装显示器时将被除去。上述布线排列使TFT阵列可根据某一空间和时间图案被驱动，诸如闪光的棋盘形图案，该图案可出于检测故障的目的被成像和分析。

发明内容
提供了一种具有检测电路的薄膜晶体管(TFT)阵列，其包括具有多个象素的薄膜晶体管阵列主体。检测电路与主体集成。检测电路包括经检测电路供给主体电源的电源装置，以及多个无线开关以激活选定的象素。


参看附图这些以及其他特征将变得更为显而易见，这些附图的目的仅仅是示例性的，并不意欲做任何形式的限定，其中
图1是商用TFT方法制得的光电导开关的按相对角度配置的电极几何形状的示意图。
图2是商用TFT方法制得的光电导开关的横截面的示意图。
图3是示出位于TFT阵列上的无定形硅光电导开关的图解的示意图。
图4是示出TFT阵列的示意图，其中任一栅极行线或数据列线可通过控制相关的一对光电导开关耦合至正极或负极电压路轨(rail)。
图5是示出在TFT的栅极和数据线以及一对正极和负极的电压路轨。
图6是示出经与图4示出的设备相比较少数目的光电导开关将TFT阵列的栅极和数据线耦合至一对正和负电压路轨的另一种排列的示意图。
图7是示出检测平行工序中的相邻TFT阵列面板的程序的简化示意图，在平行工序中LED处于两个检测辅助装置中。
图8是传统商业TFT制备方法中制得的垂直耦合的肖特基光电池的示意性横截面图。
图9示出了利用图8示出的传统商业TFT制备方法制得的肖特基光电池的相同的布局示意图的顶视图。
图IO示出了一个横向光电池结构的示意性横截面图。
图11示出了图IO示出的横向光电池结构的示意性横截面的顶视图。
图12是垂直耦合的肖特基光电池的串联互连线路的示意性布局图。
图13是包括串联互连的结点电池的高电压光电池的示意性布局图和符号说明。
图14示出了给在检测中的TFT阵列的一部分供给光电源的示意性布局图，其中检测设备上的光源依次用来驱动嵌入在检测中的基底的光电池和光电导开关。
图15示出了检测处于平行工序中的相邻TFT阵列面板的程序的示意性布局图，其中检测辅助装置上的光源用来控制电源电池流出的电流，电源电池是光电池阵列，也可被两个检测辅助装置上的光源驱动。
图16是示出当a-Si:H层厚度为0. 17|_im以及峰值光电导率为2x10-3S/cm时，在a-Si:H光电导开关的接通阻力与具有指间间隙为3、4和5pm的开关面积之间的关系的图。
7图17示出了经光电导开关使偏置电源路轨和TFT栅极线相互耦合的电路。图18示出了表现出经光电导开关使光电池阵列和TFT栅极或数据线相互耦合的等价
电路，其中加和^是分别光电池阵列的终端电流和电压，&和7>分别是该电池的串
联和并联寄生电阻。
图19示出了现有技术中的单个二极管整流器的电源。
图20示出了具有单个二极管整流器电源的检测装置，该电源具有取代整流器的光学开关元件。
图21示出了图21示出的检测装置，其可将正和负电压利用中心抽头的次级感应器施加在LCD面板上。
图22示出了一种光学开关类调节器的装置，其中该次级具有两个光学开关元件正向感应开关和捕捉换向光学开关，以根据初级交替或脉冲电流和电压创建直流电次级电压。
图23是示出当与图6示出的设备相比时经感应控制电子开关耦合TFT阵列的栅极和数据线与一对正和负电压路轨的另一种布局的示意图。
图24是在商业TFT制造方法中制得的感应地或光学地控制的电子开关的示意图。图25是电源的结构图。
图26是另一种电源的结构图，其中象素电源与检测电路分离地耦合。图27是另一种电源的结构图，其中象素电源与检测电路电源相耦合。图28是另一种电源的结构图，其使用控制器来产生象素电源。
具体实施例方式
现在将参看图1-28描述具有检测电路的薄膜晶体管(TFT)阵列。
以下将描述的检测薄膜晶体管(TFT)阵列的设备和方法通常较现有方法更有效率、节省时间和空间。这种效果源自利用无线开关在给定的时间上仅仅驱动位于检测装置的感应元件下方的象素子集。在一个实施例中，这通过在电源(驱动总线)和栅极行和数据列之间的界面上施加一个具有感光性的光敏层，因此它能够在给定时间上仅仅驱动位于感应和图像分析单元下方的部分TFT阵列得以实现。此外，减少传感器和探针的机械障碍可改善产量。在另一些实施例中，这将利用其他无线开关得以实现。
8在光电导开关中使用了光电导体，光敏层在黑暗和低压中具有较高电阻以缓和光级，结果是通过这种开关的电阻通常非常大以及该开关通常处于接通状态，因此耦合至一个电极的电路与耦合至另一个电极的电路电隔离。这里的原理是基于"光"描述的。可意识到，这种原理还可运用至各种形式的电磁辐射，包括可见光和可见光范围之外的辐射。当光电导体被适当波长的强烈的光源照射时，将有效激发层内的光载体，在反相电极之间的有效电阻将降低数个量级，多于从兆欧(MQ)或千兆欧(GQ)范围到千欧(KQ)范围的数个量级，因此光的照射有效地靠近了开关因而接近短路。通过控制光源的输出、允许对TFT基底内部驱动电流的流动进行控制将光电导开关固定在单个基部上，因此在给定时间打开感应和图像分析单元附近的开关，与此同时，远离感应单元的TFT就不需要绘制驱动电源线了。
在以下的描述中，词语"光"用来描述可用于检测电路目的的任意电磁辐射，包括可见光和其他频率的电磁辐射，诸如无线电频率。通过试验发现，在一个特定的实施例中，利用发出绿光区的LED和该光可激活的光敏材料是非常有利和实用的。然而，这里讨论的原理还适用于可激活其他光敏材料的电磁辐射。以下描述是材料和激活它们的相应电磁辐射的范围的示例性实施例。
另外，还可使用可在装置之间传递信号或能量的其他遥控装置。这些除以下描述的光活化的光敏材料之外还包括感应耦合和电容耦合，诸如在美国专利号6885202 (Slupsky)和PCT专利申请号W02005/076885 (Miller)中讨论的那些。不同的实施例可合并成一个或多个的任意的这种装置。以下将描述使用光活化的应用例子，例如光学开关。然而，通过利用感应或电容耦合部件可获得等价的性能和功能。TFT制作方法的局限性限制了可形成在TFT面板上的电子装置的类型。当使用不同形式的耦合时，这种局限将增加对设计的限制。例如，许多常规TFT方法不允许集成P通道装置。此外装置的参数漂移会超时。
*賴凝乂游来故导开关##/库芬/
由于已知无定形氢化硅(以下简称为a-Si:H)是一种有效的光电导体，因此可通过商业标准的TFT制作方法制作光电导开关。可意识到，有数种可选择的无机和有机半导体材料来取代a-Si :H。例如将用于有源矩阵有机光发光二极管阵列的制作过程的形成在基底上的材料("AM 0LED")。图1示出了可使用的光电导开关11的一个例子。光电导
9开关11形成在TFT基底上，其中反相电极12和14在数据金属层15上形成了图案，其设计来与a-Si:H层16进行欧姆接触。由于a-Si :H在黑暗中或低压中本身具有较高电阻以缓和光级，因此在MQ至GQ范围中，通过这种开关的电阻通常非常大。因而该开关通常处于打开状态，与一个电极相耦合的电路与耦合另一个电极的电路有效电隔离。当a-Si:H被适当波长的强烈光源照射斌更有效激发a-Si:H层内的光电载体时，反相电极之间的有效电阻可降低高达大约6个量级，因此光的照射有效地关闭了开关。例如，强度在10-100W/cmS范围的绿光可导致装置的电阻从MQ或GQ范围降低至KQ范围。由于与TFT阵列内部栅极或数据线相关的电阻通常为若干KQ，因此对于本申请来说，当低于这种照明级别时这种开关将无限接近短路。
在均匀短暂地经过高强度光照射后，由于已知的Staebler-Wronski效应光电导开关11中的a-Si:H层16将被改良。该效应使载体捕捉密度得到较大提升，因此降低了暗电导率大约数个量级。幸运的是，捕捉密度上的这种提高在非常高的光强度下对光电导率的影响非常有限，由于光产生的载体密度极大超过了捕捉密度，甚至在Staebler-Wronski衰减之后。实际效应是光电导开关在短暂的光曝露后显示出较高的打开-关闭对比，因为在强光下"打开"状态电阻保持较为稳定，而"关闭"状态(暗)电阻增大了数个量级。
图2示出了光电导开关11的横截面，该开关完全适于通常的底部栅极TFT制备方法。可选地，栅极金属18可被包括在光敏a-Si:H层16下面，以将未被吸收的光朝a-Si :H层反射回，由此改善开关效率。开关11位于玻璃基底20上，具有栅极绝缘层22。
参看图3，检测程序的基础是在通常用于检测TFT阵列的传感器单元(探针板)26上添加了光源24，诸如足够强度的绿色LED。这些LED源24定位得高于之前描述的形成在TFT基底28上的光电导开关11，以及它们的结点区闭合以更好地与图示的对应的光电导开关的区域相匹配。通过控制LED24的光输出，光电导开关ll固定在单独的基部上。这样，光电导开关11的控制允许控制TFT基底28内的驱动电流的流量。因而，可在给定时间打开位于检测和图像分析单元26附件的开关11，与此同时，远离检测单元26的TFT就不需要绘制驱动电源线了。
图4示出了利用这种开关功能的一个可能的结构，其中每个TFT阵列34内的每个栅极线30和每个数据线32 (图5示出的)具有两个相关的光电导开关ll。参看图5，分别对应于栅极行垫40和数据列垫42的每个栅极行30或数据列32来说，具有一个耦合 正电压路轨(positive supply rail)36的光电导开关11A和另一个耦合负电压路轨38 的光电导开关11B。参看图4，电压路轨36和38分别通过垫37和39给电。通过控制 参看图3描述的高于这些开关的LED24的光输出，给定线可赋予正或负电压。这个结构 和操作方法允许阵列的任意部分依据一些任意的空间和时间的图案被驱动，通常一个是 二进制数字的，诸如闪光棋盘或更复杂的图案。
图5是图4示出的相互耦合关系的更详细的图。图4和5示出的电路与现有TFT阵 列检测设备和策略相比具有以下优势
(i) 供给总线(路轨)36和38可被静电压驱动，允许使用更高电阻的总线30和32。
(ii) 减少了需要的物理接触探针垫40和42的数目。
(iii) 仅仅相关的光电导开关是打开的时，TFT线才能从供给总线(路轨)36和38 获得电流。
在一个实施例中，与栅极行30耦合的开关11A和11B的尺寸接近250x500iam，与数 据列32耦合的开关IIA和11B的尺寸接近50x250^im。然而，可意识到图4和5示出的 元件的几何形状和尺寸仅仅是举的一个例子，还可使用不同几何形状和不同尺寸的其它 涉及，诸如多边形或圆形。
因而，检测电路的复杂性是从TFT基底转移到检测单元或探针板26上，其中在TFT 基底上它大多数由位于合缝通道内的暂时结构构成，而后者是"永久性"的装置。
图4和5示出的方法需要高密度的光电导开关11以及相关的LED24。这限制了开关 11的尺寸以及它们最小的接通状态的电阻，其中开关的尺寸必须与TFT阵列上间隔的内 部栅极线和内部数据线相适应。
图6示出的一种可选的方法解释了从间距绩效的开关中增加的潜在光学干扰。当光 源出于全部关闭时，用于激活给定开关的光可能引起相邻开关中的一些光电导。利用较 低密度的光电导开关11，其中的每个与电压路轨36或38相互耦合形成一组栅极线44 和45或数据线46和47将允许开关变得更大以及因而示出更低的接通状态的电阻。当 使用这种结构时，串话将变得不成问题，也将降低LED和光电导开关之间的光学界面的 复杂性。
图7示意性示出了检测单个玻璃基底48上一组TFT面板28的方法。出于简洁起见，
11未示出图4和5中出现的栅极和数据线30和32、触点40和42、电压路轨36和38。两 个检测子单元26A和26B经适当的机械支持(未示)相互耦合，并到达非常接近TFT基 底49 一部分的上方，对于大多数电压成像或电容感应技术来说通常在10-100|_tm内。第 一检测子单元26A相对于光电导开关11定位并超过该开关，该开关与之前参看图4和5 描述的给定TFT面板28的栅极行线30的一部分相关，或与共享同一基底48的一个或 多个TFT面板28的全部栅极行线相关(如图7所示)。这个第一检测子单元26A包括LED 光源24的阵列及相关的LED驱动电路(未示)。根据一些期望的时间图案驱动这些LED24， 因而对应的栅极行线30 (图5示出的)加载了具有某些期望的时间图案的正或负电源电 压。
以线性或分段的方式扫描TFT阵列28或其栅极线30出于第一检测子单元26A的阵 列上的第二检测子单元26B。第二检测子单元包括具有相关LED驱动电路(未示)的 LED24，以及感应元件50。构建LED来驱动与图5示出的数据列线32相关的在给定时间 接近以及并列地位于第二子单元26B下方的光电导开关。这允许这些数据线依据一些预 定的时间图案充上正或负电源电压。感应元件50监控TFT阵列34或经历上述时间图案 的阵列的一部分中的TFT象素的响应，感应元件可以是各种己知类型的，诸如电光的或 电容耦合的传感器。
通过将数据驱动LED24和象素电荷传感器50定位在同一检测子单元上，仅仅是在给 定时间上与实际上处于检测期间的TFT阵列28的一部分相对应的那些象素通过检测子 单元的直接控制进行充电或放电。
可以意识到，在图7示出的以及上述的检测过程中栅极行线30和数据列线32可以 互换。因而，线性扫描检测子单元26可包括象素传感器50和LED24以驱动与栅极行线 30相关的光电导开关11。这时，第二检测子单元26B可与LED24 —起驱动与数据列线32 相关的光电导开关11，并可以分段和重复的方式用较低的速率被扫描。
在一个可选的检测方法(未示)中， 一个检测子单元26可与全部LED24合并，以驱 动与栅极行线30和数据列线32相关的光电导开关11。然后第二检测子单元可与用来评 估阵列中象素的操作的感应元件组合使用。
在另一个可选的检测方法中，机械探针与检测子单元组合使用，其中机械探针驱动 栅极或数据线，检测子单元驱动对应的数据或栅极线。
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除了 TFT电路之外，a-Si:H的另一种主要的工业应用是在光电池(太阳能电池)中。 光电池需要高质量(较少缺陷)的a-Si:H层和某些类型的整流结点(p-n、 pin、肖特 基等)。第一个需求通过商用TFT制作方法中的高质量a-Si :H层得以满足。第二个需求， 整流结点(rectifying juncition)并不属于TFT制作方法内在固有的，而是通过某些 方式稍微修正TFT制备方法才能得以实现。
基于肖特基结点的光电池具有较简单的结构，并已经在a-Si :H领域中显示了绝佳的 性能。这种设计可用来提供一种可替换的电源以给检测电路供电。图8示出了形成在TFT 基底上的一类肖特基光电池垂直结点电池52的横截面。在这种情况下，在栅极触点18 和a-Si:H层16之间形成了肖特基结点。在栅极接点18顶面上加上一层非常薄的金属 层54，选择来在a-Si:H上体现出光学肖特基特性。该结构需要栅极绝缘层22中有窗口 能打开，以及在沉积a-Si:H16之前沉积肖特基金属54并使之形成图案。栅极绝缘层和 肖特基金属图案可利用相同的掩模和光刻步骤实现。还可采用光学的变型，在肖特基金 属和a-Si:H层之间加入一层薄的绝缘层，以形成所谓的金属绝缘半导体(MIS)光电池 (未示)。如上所示，栅极绝缘层22上还可包括由一层钝化层56。
图9示出了图8的结构的示意性顶视图。顶部触点58是通过标准方法在数据金属层 上形成的欧姆触点。顶部触点58稀疏地散落以最小化光阻碍，在光电池中通常如此。 透明导体60，诸如通常用于TFT制备方法中的氧化铟锡(ITO)，可任选地覆盖在光电池 52的整个活性区域上。这个做法的好处是减少电池52的串联电阻，由此改善其效率和 驱动能力。底部触点62可利用ITO层与栅极金属层18耦合，但与顶部触点58电隔离。
图8和9示出的电池的有益效果包括以下三个效果。第一，可选择肖特基金属以获 得光学结点特性。例如，已知铂能在a-Si:H上形成高质量的肖特基结点(阻挡层电压)。 这将有效率的光电池，且具有较高的开路电压O0.8V)和较高的转换效果(〉5%)。第 二，可选的底部栅极金属触点18对入射在顶面上的光起到有效率的反射镜作用。再次， 如参看图2所述的，a-Si:H层16将加强光的入射和吸收，由此提高电池52的效率。第 三，欧姆和肖特基触点之间的距离很小，即，a-Si:H层16的厚度通常小于200nm，因 此光产生载体，尤其是孔，可在重新组合前被触点60和62选择，因此有助于形成外部 电路。
13可意识到，图8和图9示意性示出的光电池的结构仅仅是在若干可选择的结构中的 一种。
形成在TFT基底上的光电池的一种可选结构是图10 (侧视图)和图11 (顶视图)示 意性示出的横向结点结构61。这样，在a-Si:H层16的顶面上形成了欧姆触点60和肖 特基触点62。此外，在TFT制作方法的最后加入肖特基金属电极64和相关触垫62，这 种可选的结构可对一些应用提供一些优势。在之前的设计中，可选择肖特基金属来获得 任选的电池特性。例如，己知Pt对a-Si:H形成高阻碍触点，导致光电池具有较高的开 路电压。通过使用非常薄( 5-10nm)的肖特基金属层来最小化光阻碍。再次，有利地， 在光电池61的活性a-Si:H区16下方包括有栅极金属18以反射顶部入射光。
肖特基结点电池可选的一种是异质结电池，其中位于a-Si:H和另一种半导体(未示) 之间的结点产生光响应。ITO实质上是较宽带隙、n类半导体，以及如上所述，是大多 数商用TFT制作方法固有使用的。异质结电池可通过用IT0替换图10和11中的肖特基 金属形成在TFT基底上。这种电池的效果是ITO对入射光来说是透明的，以及该电池仅 仅包括用于标准TFT制作方法中的材料。
上述光电池结构，尤其是垂直结构，具有与高质量a-Si:H肖特基太阳能电池相关的 全部特性
(i) 薄的、高质量无定形硅层；
(ii) 最适宜的肖特基金属触点；以及
(iii) 最适宜的欧姆触点。
已知这类光电池示出了良好的特性，包括大于0.8V的开路电压，小于l个太阳照射 的短路电流密度、 100Mw/cm2，大于10mA/cm2，大于10%的转换效率以及大于0. 7的填 充因数。因而，这种电池可提供大于0.5伏的外部负载〉5mA/cm2。在这种情况中还可期 待出现更好的效率，由于在优选的实施例中是用最适宜的LED源来照射光电池的而不是 太阳光辐射。可选择LED源的强度和波带以获得光电池的最高效率响应。
由于TFT阵列检测需要大于10V的电源电压，必须形成光电池阵列，其中要将如上 所述的单个肖特基结点装置的单元电池极可能性串联耦合。图12和13示出了这种形成 在TFT基底上的这类耦合。对第一个顺序的近似值来说，阵列66提供的网电压是每个 单元电池52提供的电压的综合，提供的电流与单个单元电池情况中的则没有发生改变。因而，20个每个提供0.5V的单元电池的阵列可产生 10V，或9个如图13所示的单元 阵列将产生 4.5V。此外，电流驱动容量由阵列中单元电池的面积确定，因为肖特基结 点可提供 10mA/cm2。
通过在TFT基底的TFT阵列28 (即合缝线或巷道)之间的区域中组合入光电池52 和光电导开关ll，可最小化检测期间需要的物理探针垫的数目，甚至减为零。如图14 所示，光电池阵列66 (足够面积和相应驱动电流)可用来提供正和负DC电源至检测下 的TFT面板28的一部分上。这样，参看图7如上所述的检测驱动设备可得到修正，因 此检测设备26上的LED24同时驱动光电导开关11和光电池电源装置66。当光电导开关 ll需要更合适的强度光(>10mA/cm2)来打开低电阻状态(即打开状态)时，用较低 密度的LED ( 0. 1W/cm2)也将足以照射光电池电源装置66。在这两种情况中，LED源 的可选波带将位于可见光谱的绿光部分。
图15示出了与图7示出的相比稍微修正过的框图，以检测一个或多个相邻的TFT 阵列28。再次，出于简洁考虑，未示出图4和5中存在的栅极和数据线30和32、触垫 40和42以及电压路轨36和38。如参看图7所述的，可使用两个相互耦合的检测子单 元26A和26B。第一检测子单元26A用来驱动光电池66和与一个或多个TFT阵列面板28 的栅极线相关的光电导开关ll， TFT阵列面板同时被第二检测子单元26B扫描。第一检 测子单元26A相对于面板28或其他检测下的装置来说可以是静态的或移动的单元。第 二检测子单元26B包括成像或扫描以及检测象素和LED24的操作状态的传感器50，以驱 动光电池66和与检测下的数据线相关的光电导开关11。由于与数据线光电池66和光电 导开关11相关的LED24位于相同检测子单元(扫描设备)26B，因此传感器50在给定 时间产生的电源和电流可被限制在基底的一部分上。第一检测子单元26A和第二检测子 单元26B均可相对于检测下的装置单独移动。根据检测的条件，第一检测子单元26A可 保持不动，可随着第二检测子单元26B移动，或可独立于第二检测子单元26B移动。可 意识到，当第一检测子单元26A和第二检测子单元26B独立移动时，它们可具有相对于 面板28或检测下的其它装置的不同定向。此外，可以平行方式、或按顺序地不同部分 或其他编好的程序来对检测下的装置的各部分进行检测，进行性能检测或缺陷分析，如 检测装置领域技术人员所通晓的。这些特征同样适用于参看图7描述的那种装置。
作为一种替换,作为栅极行和数据列驱动电源的光电池66可设置得位于第一检测子单元26A (未示)下方。在给定时间上由于仅仅是位于扫描检测单元下方的这些数据列
需要电流，因此这将最小化驱动数据列的电池需要的空间。换句话说，可用较小的光电
池电源来驱动耦合了图6中的全部数据列的电压路轨。
如根据图7的讨论所述的，可能有可选的检测方法。在一个可选的实施例中，电路 中栅极行线和数据列线的角色是可互换的。这时，单个检测子单元包括驱动与栅极行线 相关的光电导开关与感应元件，以评估TFT阵列中象素的运行。在另一个可选的实施例 中，驱动光电导开关的全部LED包含在单个检测子单元中。这样，第二检测子单元包括 用来评估TFT阵列中象素的运行的感应元件。
当具有如上所述的非接触产生的电源电压时，需要合并一些检验或监控电源电池产 生的电压水平的装置。例如当TFT阵列中的象素的无接触检测(通过电压程序或电容耦 合等)独立于用于驱动栅极和数据线的电压水平的精确事实时，这是期望出现的。
检验或监控产生的电压水平的一个方法是合并使用触垫，其位于检测子单元下方的 区域外部。在检测程序之前简要地经过探查过这些触垫，以评估电源电池产生的电压水 平。这种测量将反馈至检测子单元，以将信号水平修正到期望的水平上。例如，在光电 池的情况中检测子单元上的LED提供的光强度可调整成朝上或朝下的。
检验或监控电压水平的另一个方法是在检测子单元中合并使用无接触感应。这些感 应元件可以是电压成像类(基于电光效应)、或电容或感应耦合类的。作为另一个选项， 将电压转换成频率的电路可合并在TFT面上的电源产生电池相邻位置上，频率可感应地 耦合检测单元上的无线接收器电路上，以监控电压水平，通常，利用模拟或数字装置通 过感应、光学或磁反馈将转换成另一种模拟或数字形式的电压传递至检测单元。
另一种方法是组合如上所述的接触校正步骤以及上述的无接触反馈技术，因而利用 接触装置来取样电压水平，以校正电压和反馈回路。之后，除去接触控制，根据无接触 反馈回的电压监控和调节电压。
缺陷还可能存在于电源产生电池66中，在一些情况中使得它们无法进行预期的应 用。如果与该部分相关的无接触电源电池无法操作的话，为了减少这种装置故障，可能 合并使用触点(未示)，使之位于检测子单元区域外部，用来提供电源至TFT阵列的一 部分。
减少缺陷的另一种方法是在无接触电源电路中制作冗余。例如，两个独立的光电池
16可以电线耦合对与同组的栅极行线或数据列线相平行。选定这些电池的尺寸，使得这些 电池中的一个能提供足够的驱动电流和电压，因此一个或另外的电池的缺陷不会排斥 TFT阵列的检测。
缺陷还可能存在于光电导开关电池11中，在一些情况中使得它们无法进行预期的应 用。为了减少这种故障，可能合并使用触垫，使之位于检测子单元区域外部，用来提供 具有接触装置的迂回缺陷电池的装置。
减少光电导开关缺陷的另一种方法是在电路中制作冗余。例如，两个独立的光电导 开关电池可以电线耦合对与同组的栅极行线或数据列线相平行。选定这些电池的尺寸， 使得这些电池中的一个能提供足够的驱动电流和电压，因此一个或另外的电池的缺陷不 会排斥TFT阵列的检测。
设W方家，来敏导开关
我们发现计算如图l示出的互成角度配制的光电导开关的最小(即打开状态)电阻 的有用的算式是
其中L是指间间距(假定等于手指宽度)，/I是互成角度配制的电极图案占用的空间， t是a-Si:H层的厚度，以及c^是最大照射下的(峰值)光电导率。如果开关形状是方 形，那么^W2，其中W是开关的侧面长度。我们通过试验发现，a-Si:H层的光电导率 在强度 30W/cm2的绿光照射下可高达 2xl(^S/cm。具有这种级别的强度和高达 lmm2 的结点面积的绿光LED可商业购得。
由于在给定TFT制作方法中t是固定的，cr^受到适合的LED光源的实际强度的限 制，开关的"打开"状态主要由L和W决定。L的最小值由TFT制作方法的数据金属层 的最小特征尺寸决定，通常为3-5pm。参看图16，对于指间间距的三个不同值来说，将 与a-Si:H光电导开关的最大光电导率对应的"打开"状态电阻绘制成随面积而变的曲 线。如上所述的，在一个提出的布局图中的光电导开关的尺寸必须与栅极线之间或数据 线之间的间隔相似，因此尺寸通常在100-500pm范围之间。如图16所示，这种尺寸的 开关"打开"状态的电阻是若干KQ或更少。如上所述，这与TFT阵列内一个典型的栅 极行线或数据列线所具有的有效电阻类似，因此这种尺寸的开关当出于其"打开"状态
17时可有效地在电源路轨和栅极或数据线之间提供短路耦合。
给定光电导开关11需要的"打开"状态电阻以及相应的尺寸由开关的有效负载和电 路需要的开关速度决定。
参看图17，电源路轨36/38和栅极行线30 (或数据线32)经光电导开关11的相互 耦合可由简单的RC等价电路表征。例如，对于常规显示器来说，等价的栅极线电阻和 电容通常是接近3KQ和840pF。此外，在检测期间期望在5-l(Vs范围的时间度量上转 换(即在放电和充电之间)单个栅极线。因而，假定需要的TC时间常数为5ias，驱动 栅极线的光电导开关的"打开"状态电阻通常不低于3KQ ，因此"打开"状态开关电阻 和固有的栅极线电阻的综合不应低于6KQ。再次回到图16，光电导开关必须占据接近 0. 1-0. 25臓2的面积。
模拟电路简图适用于数据列线的情况。然而， 一般TFT阵列内的数据线具有若干K Q的类似的有效负载电阻，但必须具有小得多的有效负载电容，通常是数十pF。假定转 换时间与如上栅极线列举的相同，这意味着可使用更小的光电导开关。例如，假定光电 导开关的数据线电容是20pF以及打开状态电阻是100KQ, RC时间常数将接近2^s。再 次回到图16，面积在0. 01-0. 02皿2范围的开关足以实施本方法。
可使用各种装置诸如接触设备触垫的外部触点或探针、与设备一个或多个部件的固 定接线、感应耦合、光敏材料的照射、以及一个或多个位于或形成在结构或基底上的电 池来给装置的至少一个部件供电。这些方法可单独或组合使用。可在不同时间或出于不 同目的使用不同方法给设备一个或多个部件供电，包括暂时供电、校正、 一个或多个面 板检测的局部检测和全过程。
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图18示出了经光电导开关11通过光电池66的简化的等价电路驱动的栅极行30和 数据列32 (由其Thevenin等价电路表示)。优选地，对于一个高质量电池来说，串联寄 生电阻设计得非常低，并联寄生电阻设计得非常高。我们首先考虑在光电池66情况中 驱动栅极行30或数据列32或一组行/列的电流驱动。为了给一组栅极行32在时间At 上从0开始到电压V充满总电容CG的有效电容，需要的电流(电池66流出的)接近于:如上所述，单个栅极行的电容通常为 840pF，因此需要0. l-lmA的驱动电流来对该 线进行充电，在10-100ns中从0-10V。注意到如上设计的光电导开关11设计来支持这 种水平的电流例如，对于栅极线来说，开关开闭时的初始电流是 2mA (10V/5kQ)。 参看图12，当光电池66可提供10mA/cm2，驱动该栅极线30的光电池源66中的单个单 元电池52的面积必须是大约l-10mm2。由于每个单元电池52可产生 0. 5V的端电压， 因此驱动单个栅极行需要的光电池阵列的总面积是 20-200 mm2。如果N次折叠的多个 栅极行由同一电池阵列驱动，那么该面积必须同样增大N倍。此外，需要的面积必须直 接与需要的电压成比例。
电容 20pF的一般数据列线的类似设计示出对于相同电压(10V)和充电时间(10-100fas)来说，需要的驱动电流是2-20ixA，在10-100ps中给单个数据线充至10V的光 电池阵列66的总尺寸是接近0. 5-5nun2。如上所述，需要的面积与期望的电压和将要被 驱动的平行的数据列的数目成直接比例。根据如上所述依照图8-11示出的结构的描述， 单个光电池66可较这种分析建议能有效驱动大得多数目的数据列，倘若光电导开关11 能以这种方式操作，那么仅仅小子集的数据列32在给定时间能从管电池66得到电流。
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现在我们描述激活TFT阵列的无接触电源装置。出于描述简洁的目的，我们通过描 述感应耦合和开关元件的使用来阐述概念。还可使用其他方法在不接触的情况下提供电 源，包括电容耦合或光活化。
图19示出了分别具有初级和次级变压器绕组68和69的单个二极管整流器电源、源 信号70、整流二极管72以及存储和滤波电容器74。这种结构的输出电压精度是源70 的AC电压和负载全电阻的函数。
图20示出了用光学开关元件11替换图19示出的整流器72的装置。在该装置中， 驱动初级反应器68的源由源控制器70控制。源控制器70经控制信号78控制光学开关 11并给与光76，以定时"打开"以及由此提供次级感应耦合器69的整流。在一个示例 性形式中，LCD面板80形成了具有感应耦合器69的次级绕组以及光学开关11和电容固 定元件74的图案。
图21是图20示出的装置的实施，其中利用中央巻绕次级感应器86分别给LCD面板
1980提供了正和负电压82和84。
图22是图20示出的装置在开关类型调节器中的实施，其中次级具有两个光学开关
元件正向感应开关和捕捉换向光学开关。通过控制这些元件的定时，根据最初交互
或脉冲电流和电压创建直流(DC)次级电压。
本领域技术人员可意识到图19-22示出的装置有许多其他可能的实施，包括全波整 流、次级电压调节、处理多相初级或次级信号以及次级电压反馈。还可一到到，还可 使用其他电源装置，诸如开关模式电源(SMPS)。这种布局还包括buck、 boost和回扫 结构，其中初级位于检测子单元上，次级位于TFT基底上。
利用光学开关的目的和优势是具有更快的开关元件以及更好的容量来容忍较通常 TFT技术中的集成二极管更高的电压，其中图19示出了一个现有技术的例子。通过使 用这类装置，可通过改变光学开关的定时来控制产生的DC潜在电压。
图23是当与图6示出的设备相比，经感应开关将TFT阵列的栅极和数据线与一对正 和负电压电源路轨相耦合的可选的布线。这种方法使用感应耦合接收器106用控制 ixnhao102控制电子开关92。利用均与电源路轨98或100以及一组栅极线94或数据 线98互连的电子开关92，允许开关92更大，以及因此示出更低的打开状态电阻。还 可使用其它类型的接收器诸如磁力控制接收器和无线电频率接收器。
可选地，可使用光活化或无线电频率(RF)接收器来取代感应耦合元件106来控制 电子开关92。这些接收器可被耦合光源或耦合RF源激活。
图24是集成的感应或光控电子开关92的表现。它具有正电源输入98、负电源输入 100和控制输入102和输出104。栅极和数据线的一般操作电压是-25V至+25V，但可以 理解还可使用其他操作电压。操作电压在检测期间可动态变化。可用电子开关来调节 正和负电压的水平，以获得想要的操作电压水平。
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具有检测电路和象素电路的不同的电源装置是有利的。参看图25和26，电源108 由电源耦合器110和分别针对检测电路和象素电路的电源电路112和114组成。在这 种结构中，检测电路和象素电路可从同一电源耦合器或分别的电源耦合器独立地供电。
参看图27，电源108由电源耦合器110和分别针对检测电路和象素电路的电源电路 112和114组成。在这种结构中，象素电源装置114耦合供应检测电路的同一电源装置
20112，因此只需要一个电源耦合器110。
参看图28，电源由电源耦合器110和分别针对检测电路和象素电路的电源电路112 和114组成。在这种结构中，象素电源114利用控制器116由检测电路电源112产生。 依据激励象素的优选方法控制器116可产生静电压或随时间改变的电压或波形。这种 方法可将信号改为系统的噪声特性。
图25、26和27示出的电源耦合器110可利用基于接触的耦合方法或无线技术实施， 前者诸如接触垫或电线，后者诸如感应耦合或光电池。可选地，可从电池(未示)获 得电源，电池可位于TFT基底上或形成在TFT基底上。
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以上描述的设备和方法较现有技术具有以下数个优点 O利用光电导开关极大地减少了检测期间的驱动电源需求。
O可使用静电压电源，因而使之可能利用无接触方法给出于检测的局部区域供电，例 如利用嵌入TFT基底中通过嵌入检测设备的LED源照射的光电池。这些光电池给出 于检测的同一局部区域中的栅极和数据线供电，经如上所述的光电导开关控制电流。
O利用光敏材料，例如活性无定形氢化硅(a-Si:H)，通过在电源装置(驱动总线)和 栅极行和数据列之间的界面上按标准TFT制作方法加入一层作为a-Si:H光电导开 关，可能仅仅驱动在给定时间位于感应和成像分析单元下方的TFT阵列的一部分。
O通过在与光电导开关的附近加入a-Si:H光电池，检测期间需要的电源(给栅极和数 据线充电)可可选地供给检测下的区域。光源，例如适当强度和波长的LED，定位 得高于检测下的区域中的光电池，由此产生嵌入的电源(具有想要的电压和驱动电 流)。
O通过将数据线驱动LED和象素充电传感器设置在相同检测子单元上，可将象素的充
电和放电限制在给定时间实际上处于检测下的TFT阵列的一部分上。 O当仅仅给检测下的给定区域提供电源时，与现有装置相比可极大地减少耗费的电源。
O与现有设备和方法相比，极大地减少了在检测期间的装置的基底上检测电路和辅助 耦合需要的面积(固定的面积)。
O与现有方法相比，上述设备和方法允许更为快速地检测安装在单个基底上的一个或
21多个装置、安装在一个或多个基底上的装置、或装置的一部分。
在这份说明书中，词语"包括"使用的是非限定时态，指的是该项目包括其后的次， 但没有特别提及的项目也没有排除。单数形式的元件并不排除存在多个元件的可能，除 非上下文明确标明有并仅有一个元件。
对本领域技术人员来说在不脱离权利要求限定的精神和范围的情况下对示出的实施 例进行变型是显而易见的。
权利要求
1、一种具有检测电路的薄膜晶体管(TFT)阵列，包括具有多个象素的薄膜晶体管阵列主体；与集成的检测电路，检测电路包括经检测电路供应主体电源的装置；以及起到激活选定象素作用的多个无线开关。
2、 权利要求1的TFT阵列，其中具有多个象素的薄膜晶体管主体被排列成多行限速 和多列象素。
3、 权利要求2的TFT阵列，其中给无线开关激活选定行和选定列的限速以进行检测。
4、 权利要求1的TFT阵列，其中无线开关是经光源激活的光电导开关。
5、 权利要求1的TFT阵列，其中无线开关包括无线接收器和电子开关。
6、 权利要求5的TFT阵列，其中无线接收器是感应耦合的接收器、光耦合的接收器、 光敏接收器和无线电频率接收器中的一种。
7、 权利要求1的TFT阵列，其中检测电路具有一个触点，起到经检测电路供给主体 电源的装置的作用。
8、 权利要求1的TFT阵列，其中检测电路具有一个无线功率接收器，起到经检测电 路供给主体电源的装置的作用。
9、 权利要求8的TFT阵列，其中无线功率接收器是光电池。
10、 权利要求8的TFT阵列，其中无线功率接收器是感应耦合的电路。
11、 权利要求1的TFT阵列，其中检测电路具有电池，起到经检测电路供给主体电源 的装置的作用。
12、 权利要求ll的TFT阵列，其中该电池形成在基底上。
13、 权利要求1的TFT阵列，还包括供给检测电路电源的装置。
14、 权利要求13的TFT阵列，其中经检测电路供给主体电源的装置与供给检测电路 电源的装置相同。
15、 权利要求13的TFT阵列，其中经检测电路供给主体电源的装置与供给检测电路 电源的装置是分开的。
16、 权利要求13的TFT阵列，其中经检测电路供给主体电源的装置包括用来给检测 电路供给电源的可控电源装置。
17、 权利要求13的TFT阵列，其中经检测电路供给主体电源是用来给检测电路供给 电源的可控电源装置。
18、 一种检测具有多个象素的薄膜晶体管(TFT)阵列的设备，该设备包括 电源；多个无线开关，连接在电源和多个象素之间以激活选定象素；以及 位于阵列顶面上方的传感器单元，该传感器单元具有至少一个无线控制器，以选 择性控制与选定象素相关的无线开关。
19、 权利要求18的设备，其中薄膜晶体管阵列具有多行象素和多列象素。
20、 权利要求19的设备，其中无线开关与各行象素和各列象素相耦合。
21、 权利要求18的设备，其中施加在选定象素上的电源是可变的。
22、 权利要求18的设备，其中无线开关是光电导开关，无线控制器是光源。
23、 权利要求18的设备，其中无线开关是感应耦合的电子开关，无线控制器是耦合的 电磁源。
24、 权利要求18的设备，其中无线开关是光学控制的电子开关，无线控制器是耦合的 光源。
25、 权利要求18的设备，其中无线开关是无线电频率可控电子开关，无线控制器是无 线电频率源。
26、 权利要求18的设备，其中供给电源的装置选自与外部电源接触的触垫、机载电 源、感应耦合电路、光电池、电池或其组合。
27、 权利要求18的设备，其中传感器单元以无接触方式与阵列顶面相平行移动。
28、 权利要求18的设备，其中传感器单元包括第一子单元和第二子单元，第一子单元 具有至少一个无线控制器以选择性激活无线开关，第二子单元具有一个接收器以接收 TFT阵列发出的信号。
29、 权利要求28的设备，其中第二子单元还包括至少一个无线控制器。
30、 权利要求29的设备，其中第一子单元选择性激活位于行和列中的一个上的无线开 关，第二子单元选择性激活位于行和列中另一个上的无线开关。
31、 权利要求28的设备，其中第一子单元和第二子单元单独或相依赖地移动。
32、 权利要求22的设备，其中光电导开关包括无定形氢化硅(a-Si:H)的光敏层。
33、 权利要求32的设备，其中栅极金属定位在a-Si:H层之下，因而不被吸收的电磁辐射朝a-Si:H层反射回。
34、 权利要求22的设备，其中光源是发光二极管。
35、 权利要求34的设备，其中发光二极管发绿光。
36、 权利要求23的设备，其中耦合的电磁源是感应器。
37、 权利要求25的设备，其中无线电频率源是无线电频率发射器。
38、 权利要求18的设备，还包括多于一个的无线控制器，以及一个选择性控制无线控制器的控制单元。
39、 权利要求18的设备，还包括接收TFT阵列发出信号的接收器。
40、 权利要求39的设备，还包括控制传感器单元和分析接收器接收的信号的控制单元。
41、 权利要求28的设备，还包括控制第一子单元和第二子单元的控制单元。
42、 权利要求31的设备，还包括控制第一子单元和第二子单元位置的控制单元。
43、 权利要求18的设备，其中电源包括正电压电源和负电压电源，每行和每列均具有与正电压电源耦合的无线开关和与负电压电源耦合的无线开关。
44、 权利要求18的设备，其中电源包括正电压电源和负电压电源，每行和每列均具有与正电压电源耦合的可控电子开关和与负电压电源耦合的无线开关。
45、 权利要求18的设备，还包括多个TFT阵列。
46、 权利要求18的设备，其中各组行耦合至单个无线开关，各组列耦合至单个无线开关。
47、 一种检测薄膜晶体管(TFT)阵列的方法，该TFT阵列包括多个象素，该方法包括以下步骤提供电源；在TFT阵列的象素和电源之间耦合无线开关；在阵列顶面上方定位传感器单元，传感器单元具有至少一个无线控制器以选择性控制无线开关；利用无线控制器控制无线开关激活选定象素。
48、 权利要求47的方法，还包括将传感器单元以无接触方式与阵列的顶面相平行移动的步骤，该传感器单元具有多个控制无线开关的无线控制器。
49、权利要求47的方法，还包括以下步骤-安装在传感器单元上的接收器接收象素发出的信号；以及利用控制单元分析信号。
全文摘要
具有检测电路的薄膜晶体管(TFT)阵列包括具有多个象素的薄膜晶体管阵列主体。检测电路与主体集成。检测电路包括经检测电路供给主体电源的电源装置，以及多个无线开关以激活选定的象素。
文档编号G01R31/28GK101495880SQ200780027143
公开日2009年7月29日 申请日期2007年7月17日 优先权日2006年7月17日
发明者克里斯多夫·V·希拉萨姆伯, 史蒂芳·思拉普斯基, 布莱恩·摩尔, 雷蒙德约翰·迪克比 申请人:斯卡尼迈齐克斯公司