Активная отображающая матрица для жидкокристаллических экранов

 

Использование: в области производства матриц для жидкокристаллических экранов и решает задачу обеспечения надежности функционирования активной матрицы при появлении дефектов в шинах данных, вызывающих отсутствие сигнала на шинах данных. Сущность изобретения: в активной матрице, содержащей множество адресных шин, расположенных параллельно друг другу, множество шин данных, расположенных перпендикулярно адресным шинам, множество сформированных в виде матриц строк и столбцов элементов изображения, каждый из которых содержит по крайней мере один электрод изображения и два переключающих элемента, причем каждый электрод изображения через первый переключающий элемент подключен к первой адресной шине и к первой шине данных, через второй переключающий элемент подключен ко второй шине данных, второй переключающий элемент выполнен в виде электронного ключа с токовой проводимостью в одном направлении. 3 з.п.ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к жидкокристаллическим экранам с активной матрицей в частности к жидкокристаллическим экраном с резервированием элементов матрицы.

В настоящее время значительно возросла потребность в жидкокристаллических экранах (далее ЖКЭ), используемых в телевидении, в видеотехнике, в вычислительной технике. При этом для получения качественного изображения требуется высокая надежность функционирования активной матрицы. Высокая надежность функционирования обычно достигается за счет резервирования отдельных элементов матрицы. Известна конструкция активной матрицы (I), которая содержит множество элементов изображения, сформированных на изолирующей подложке в виде матрицы строк и столбцов. Каждый элемент изображения содержит один электрод изображения и один переключающий элемент, в качестве которого используется тонкопленочный транзистор. Активная матрица содержит множество адресных шин, расположенных между строками элементов изображения и множество шин данных, расположенных между столбцами ортогонально адресным шинам. Электроды изображения подключаются к адресным шинам и шинам данных через переключающие транзисторы.

Cканирующие сигналы подаются в ТПТ через адресные шины, а видеосигналы через шины данных. При этом затворы ТПТ подключаются к адресным шинам, стоки ТПТ подключаются к шинам данных, а истоки ТПТ подключаются к электродам изображения.

Существенным недостатком такой активной матрицы является ее низкая надежность в работе вследствие того, что отказ любого переключающего транзистора приводит к отказу в работу данного элемента изображения, а появление дефектов (обрывов) в адресных шинах или шинах данных приводит к отказу элементов изображения, подключенных к дефектному участку адресной шины или шины данных. Указанных недостаток частично устраняется в другой известной конструкции активной матрицы для ЖКЭ (2), в которой используется резервирование отдельных элементов активной матрицы и которая выбрана авторами в качестве прототипа.

Резервирование заключается в том, что каждый элемент изображения содержит два переключающих элемента, причем каждый электрод изображения через первый переключающий элемент подключен к первой адресной шине и к первой шине данных, а через второй переключающий элемент присоединен ко второй последующей адресной шине и ко второй шине данных. В этой матрице в качестве переключающих элементов использованы переключающие тонкопленочные МДП транзисторы (ТПТ), с помощью которых электрод изображения подключен к двум адресным шинам и к двум шинам данных.

При такой конструкции активной матрицы отказ одного из двух ТПТ любого элемента изображения не приводит к отказу данного элемента изображения, т.к. видеосигнал на электрод изображения поступает от другого работающего ТПТ. При необходимости дефектный ТПТ может быть отключен от схемы с помощью лазерного луча, механического воздействия или химического травления.

При появлении дефекта (обрыва) в одной из двух адресных шин, к которым подключается любой элемент изображения нарушения работоспособности элемента изображения так же не происходит, т.к. в этом случае видеосигнал на электрод изображения поступает с помощью другой адресной шины не имеющей дефекта и от другой шины данных.

Однако, недостатком такой конструкции активной матрицы является то, что появление дефекта в одной и двух шин данных, обслуживающих элементы изображения, любого одного столбца, а именно шины данных, к которой электроды изображения подключаются через переключающий транзистор, приводит к отказу элементов изображения указанного столбца матрицы.

Кроме того, возможны и другие виде дефектов шин данных, связанные с плохим контактом между шинами данных и схемой управления, которая формирует видеосигналы для шин данных. Возможны также дефекты в выходных элементах схемы управления. Эти дефекты приводят к отсутствию видеосигнала на шинах данных. В этом случае при подключении электрода изображения через ТПТ к такой шине данных происходит обнуление напряжения электрода изображения, т. е. элементы изображения, которые подключаются к указанной шине данных через ТПТ становятся также неуправляемыми, т.е. дефектными.

Таким образом, разрядка электрода изображения на дефектную шину данных является результатом того, что второй переключающий элемент в активной матрице имеет токовую проводимость в двух направлениях и через него может производиться как зарядка электрода изображения, так и разрядка.

Предлагаемое изобретение устраняет указанные устраняет выше недостатки и решает задачу создания активной матрицы для жидкокристаллических экранов, обладающей высокой надежностью функционирования при появлении дефектов в шинах данных, вызывающих отсутствие сигнала на шинах данных.

На фиг. 1 показана схема активной матрицы, выполненной в соответствии с п. 1 формулы изобретения; на фиг.2 показана схема активной матрицы, выполненной в соответствии с п. 2 формулы изобретения; на фиг.3 показана форма напряжения в различных местах активной матрицы фиг.2: U_g напряжение сигнала на адресных шинах; U_d напряжение видеосигнала на шинах данных; U₁ - напряжение на электроде изображения, когда первая и вторая шина данных функционируют; U₂ напряжение на электроде изображения, когда первая шина данных является дефектной; U₃ напряжение на электроде изображения, когда вторая шина данных является дефектной; U₄ - напряжение на электроде изображения в случае отсутствия диода во втором переключающем элементе при дефектной второй шине данных; на фиг.4 показана топология участка активной матрицы, выполненной в соответствии с п. 3 формулы изобретения с использованием диода Шоттки; на фиг. 5 показано поперечное сечение вдоль оси А-А фиг.4; на фиг.6 показана схема активной матрицы для цветного жидкокристаллического экрана с треугольных расположением цветных элементов изображения, выполненной в соответствии с п. 1 и п.2 формулы изобретения; на фиг.7 показана схема активной матрицы для цветного жидкокристаллического экрана с треугольным расположением цветных элементов изображения, с уменьшенным числом шин данных, выполненной в соответствии с п.1 и п.2 формулы изобретения.

Активная отображающая матрица (фиг. 1, 2) содержит множество адресных шин 1 1^oC 1-(n+1) и шин данных 2 1^oC 2-(m+1), а также множество строк и множество столбцов элементов изображения, каждый из которых содержит электрод изображения 3, два переключающих элемента, один из которых выполнен на транзисторе 4, а второй на транзисторе 5 и диоде 6.

Активная матрица функционирует следующим образом. Адресные сигналы U_g подаются на адресные шины последовательно во времени как показано на фиг.3, где Т это период повторения адресных сигналов, подаваемых на одну и ту же адресную шину, а t это длительность адресного сигнала. Следовательно, любой электрод изображения подключается последовательно во времени сначала к адресной шине данных через переключающий транзистор 4 на время t, а затем ко второй шине данных через переключающий транзистор 5 и диод 6. На фиг.3 изображена форма напряжения на адресных шинах U_g, напряжения на шинах данных U_d; U₁; U₂; U₃, U₄ напряжения на электроде изображения, подключенного к адресным шинам 1 2, 1 3 и шинам 2 - 2, 2 3.

И₁ форма напряжения на электроде изображения, когда электрод последовательно заряжается от двух функционирующих шин данных 2 2 и 2 3. В период времени t₂ через переключающий транзистор 4 электрод изображения заряжается до напряжения .

За время t₃ через переключающий транзистор 5 и диод 6 перезарядки электрода изображения не происходит, т.к. . Напряжение сохраняется на электроде изображения в течение периода Т. С приходом следующей пары адресных сигналов t₅ и t₆ электрод изображения перезаряжается до напряжения и соответственно. Если произошел обрыв в шине данных 2 2 (фиг.3, напряжения U₂), то дефектный участок шины удерживается при напряжении U_n, равном минимальному сигналу шины данных, с помощью шины 8 и диода 7.

В частном случае диоды 7 могут быть подключены непосредственно к "земле". В период времени t₂ электрод изображения 3 заряжается до напряжения дефектного участка шины, т.е. до нуля. Затем за время t₃ электрод изображения заряжается до напряжения работающей шины данных 2 3 . Далее за время t₅ электрод снова разряжается до нуля, а за время t₆ заряжается до напряжения шины данных 2 -3 .

Таким образом на электроде изображения в течение периода Т сохраняется напряжение видеосигнала, поступающего от второй шины данных 2 3.

Случай, когда обрыв произошел в шине 3 3, показан на фиг.3 формой напряжения U₃. При включении переключающего транзистора 5 разрыв электрода изображения до напряжения дефектной шины 2 3 не происходит, т.к. полярность напряжения электрода изображения противоположно полярности диода 6 и диод находится в "закрытом" состоянии. В период времени электрод изображения перезаряжается до напряжения работающей шины данных 2 2.

Для сравнения на фиг. 3 U₄ показывает форму напряжения на электроде изображения в случае отсутствия в активной матрице диода 6 при дефектной шине данных 2 3.

Таким образом, в данной конструкции активной матрицы в отличие от прототипа отказа в работе элементов изображения не происходит в случае обрыва второй шины данных при функционирующей первой шине данных. Кроме того, если произошел отказ в работе одного из "выходов" схемы управления видеосигналами шин данных и на какую-либо шину данных сигнал не поступает, то элементы изображения, подключенные к этой шине данных не выходят из строя, т.к. на указанные элементы изображения будет поступать сигнал данных от другой шины данных.

В качестве диода в конструкции активной матрицы могут быть использованы pin-диоды, диоды Шоттки, а также полевые транзисторы с замкнутыми затвором и истоком. Простая конструкция и технология изготовления тонкопленочного переключающего транзистора с диодом это формирование тонкопленочного полевого транзистора с диодом Шоттки или формирование тонкопленочного переключающего транзистора с МДП транзистором, у которого замкнуты между собой затвор и сток.

Пример изготовления активной матрицы, в которой использован в качестве второго переключающего элемента МДП транзистор с диодом Шоттки, показан на фиг.4 и фиг.5.

На фиг.4 показана топология элемента изображения активной матрицы, где 4 и 5 переключающие транзисторы, 3 электрод изображения, 1 2 и 1 3 адресные шины, 2 2 и 2 3 шины данных, 6 диод Шоттки, сформированный на пленке аморфного кремния 9 между проводящим контактом из легированной фосфором пленки аморфного кремния к стоку транзистора 5 и металлическим контактом 10 из пленки хрома к шине данных.

На фиг.5 показано поперечное сечение вдоль оси А А фиг.4. Структуру, показанную на фиг. 5, изготавливали описываемым ниже образом. На изолирующую подложку 11 с помощью вакуумного напыления наносили пленку хрома. Используя фотолитографию, из этой пленки формовали адресные шины, не показанные на фиг.5, и затворы 12 переключающих транзисторов. Затем осаждали пленку нитрида кремния 13, используемую в качестве затворного диэлектрика. Далее наносили прозрачную проводящую пленку окиси индия, из которой с помощью фотолитографии формировали электроды изображения 3. Затем напыляли легированную фосфором пленку аморфного кремния для получения в дальнейшем низкоомного контакта к аморфному кремнию. С помощью фотолитографии из этой пленки формировали контактные истоки 14 стока 15 переключающих транзисторов и контакт к электроду изображения 3. Далее наносили пленку аморфного кремния 16, из которой используя фотолитографию формировали полупроводниковые области переключающих транзисторов. После этого наносили пленку нитрида кремния 17, служащую защитным диэлектриком, в которой с использованием фотолитографии вскрывали контактные окна к аморфному кремнию для формирования диодов Шоттки в переключающих транзисторах 5 и контактные окна к стокам переключающих транзисторов 4. Затем напыляли последовательно пленку хрома 18 и алюминия 19 и с помощью фотолитографии формировали шины данных.

На фиг.6 и фиг.7 показаны два варианта использования изобретения в конструкциях активных матриц, в которых элементы изображения подключены к двум адресным шинам и к двум шинам данных.

Эти активные матрицы используются в жидкокристаллических цветных экранах с треугольным расположением цветных элементов изображения. Каждый элемент изображения указанных матриц содержит два электрода изображения 3 и 20 и четыре переключающих транзистора 4, 5, 21, 22. Электроды изображения через переключающие транзисторы подключены к двум адресным шинам 1 и к двум шинам данных 2.

В соответствии с изобретением стоки транзисторов 5 и 22 подключены к шине данных через диод 6, а шины данных через диод 7 подключены к шине 8, находящейся под напряжением U_п, или подключены непосредственно к "земле". Индексами R, G, B обозначено расположение соответствующих цветных фильтров на дисплейной панели.

Активные матрицы, изображенные на фиг.6 и 7 функционируют аналогично матрице, ранее рассмотренной и показанной на фиг.2.

Технологический маршрут реализации активных матриц, изображенных на фиг. 6 и фиг.7 аналогичен технологическому маршруту реализации структуры, рассмотренной и показанной на фиг.5. 2

Формула изобретения

1. Активная отображающая матрица для жидкокристаллических экранов, каждый элемент отображения которой содержит электрод отображения, соединенный с выходами двух переключающих элементов, адресные входы которых подключены к двум смежным горизонтальным адресным шинам, а информационные входы - соответственно к двум смежным вертикальным шинам данных, отличающаяся тем, что второй переключающий элемент выполнен в виде электронного тока с токовой проводимостью в одном направлении, информационный и адресный входы которого являются соответственно информационным и адресным входами переключающего элемента.

2. Матрица по п. 1, отличающаяся тем, что электронный ключ с токовой проводимостью в одном направлении выполнен в виде МДП-транзистора и диода, один электрод которого является информационным входом электронного ключа, а другой электрод соединен со стоком МДП-транзистора, исток которого является выходом электронного ключа, а затвор является адресным входом электронного ключа, шины данных через ограничительный элемент подключены к шине опорного напряжения.

3. Матрица по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что диод электронного ключа представляет собой диод Шоттки.

4. Матрица по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что диод электронного ключа представляет собой МДП-транзистор с замкнутыми между собой затвором и стоком.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7