АКТИВНАЯ ОТОБРАЖАЮЩАЯ МАТРИЦА ДЛЯ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ЭКРАНОВ Российский патент 1994 года по МПК G09G3/36 

Изобретение относится к жидкокристаллическим индикаторным устройствам, в частности к активным матрицам для жидкокристаллических экранов (ЖКЭ) с резервированием элементов матрицы.

Известна активная матрица, в которой предусмотрено резервирование элементов изображения. В ней каждый элемент отображения сформирован из четырех электродов изображения, каждый из которых через соответствующий тонкопленочный транзистор подключается к адресной шине и к шине данных. Каждая адресная шина и каждая шина данных в данной матрице разделяется на две шины, проходящие по разным сторонам строк и столбцов матрицы элементов отображения. Таким образом каждый адресный сигнал и каждый сигнал данных поступает в каждый элемент изображения по двум адресным шинам и по двум шинам данных. В результате этого в случае обрыва одной из указанных шин половина элемента отображения продолжает работать, а в случае дефектов в одном из переключающих транзисторов или в одном из электродов отображения из строя выходит только 1/4 часть элемента изображения. Таким образом, в данной конструкции активной матрицы резервирование обеспечивается на трех уровнях: резервирование электродов отображения, резервирование переключающих транзисторов, резервирование шин данных и адресных шин.

Недостатками этой конструкции является то, что отказ одной из двух адресных шин или шин данных, обслуживающих один элемент отображения, приводит к отказу 50% площади элементов изображения, подключенных к дефектным шинам. Недостатком является также использование удвоенного количества адресных шин и шин данных, что приводит к уменьшению полезной площади элементов изображения.

Целью изобретения является создание активной матрицы, обладающей высоким уровнем надежности функционирования благодаря высокой степени резервирования адресных шин и шин данных.

Целью изобретения является также увеличение полезной площади изображения за счет уменьшения площади, занимаемой шинами данных и адресными шинами.

Как было указано, в прототипе обрыв любой адресной шины или шины данных приводит к отказу 50% площади элементов отображения, подключенных к дефектной шине. В отличие от этого электрические перемычки между адресными шинами и шинами данных в случае обрыва любой из указанных шин шунтируют дефектный участок шины и обеспечивают подачу адресных сигналов и сигналов данных к переключающим транзисторам от другой шины. Нарушения в работе элементов отображения при использовании изобретения могут возникнуть только в том случае, когда дефекты появляются одновременно в обеих шинах одной пары на участке между двумя соседними электрическими перемычками. Однако вероятность появления таких дефектов можно сделать достаточно малой величиной путем увеличения количества электрических перемычек в каждой паре адресных шин и шин данных. Практически количество перемычек определяется необходимым уровнем резервирования для каждой конкретной конструкции матрицы, технологии производства и размеров матрицы. Таким образом, количество электрических перемычек между шинами может изменяться в зависимости от вышеуказанных факторов, однако, естественно, что максимальная надежность достигается в том случае, когда электрические перемычки выполняются в каждом элементе отображения.

Одним из недостатков прототипа является использование удвоенного количества адресных шин и шин данных по сравнению с обычными активными матрицами, что приводит к снижению полезной площади матрицы. Изобретение снижает требование к появлению дефектов шин за счет введения электрических перемычек, что позволяет уменьшить ширину шин. Однако, поскольку сами перемычки занимают дополнительную площадь в матрице, то выигрыш полезной площади особенно в случае выполнения электрических перемычек в каждом элементе изображения является незначительным.

С целью увеличения полезной площади активной матрицы, занимаемой элементами отображения, электрические перемычки используются в качестве истоков и затворов переключающих транзисторов. Это позволяет увеличить полезную площадь матрицы, занимаемую элементами изображения.

На фиг. 1 показана активная матрица, выполненная в соответствии с п.1 формулы; на фиг.2 - часть активной матрицы, в которой перемычки между адресными шинами служат в качестве затворов переключающих транзисторов, а перемычки между шинами данных служат в качестве истоков переключающих транзисторов одного элемента отображения; на фиг.3 - топология участка активной матрицы, на которой электрическая перемычка между шинами данных столбцов служит в качестве истоков переключающих транзисторов двух соседних элементов отображения j-го столбца; на фиг.4 - топология участка активной матрицы, на котором в соответствии с п.4 формулы изобретения электрические перемычки между адресными шинами служат в качестве затворов переключающих транзисторов двух соседних элементов отображения j-й строки; на фиг.5 - структура активной матрицы, выполненная в соответствии с топологией фиг.3 по сечению А-А на фиг.3; на фиг.6 - структура активной матрицы, выполненная в соответствии с топологией фиг.4 по сечению Б-Б на фиг.4; на фиг.7 - топология части активной матрицы с электрическими перемычками между адресными шинами и шинами данных, выполненными в каждом элементе отображения и служащими соответственно в качестве затворов и истоков переключающих транзисторов.

Матрица (фиг.1) содержит горизонтальные адресные шины 1 и вертикальные шины 2 данных. Элемент отображения образован совокупностью МДП-транзисторов 3 и электродов 4 отображения. Каждый элемент отображения одновременно возбуждается парой адресных шин 1-1', 1-1'', 1-n', 1-n'' и парой шин 2-1', 2-1'', 2-m', 2-m'' данных, расположенных по обеим сторонам элементов отображения. В элементах отображения между шинами одной пары адресных шин выполнены электрические перемычки 5, а между шинами одной пары шин данных выполнены электрические перемычки 6.

Активная матрица функционирует следующим образом.

При одновременной подаче сигнала по любой одной паре адресных шин и любой одной паре шин данных происходит возбуждение элемента отображения, расположенного на пересечении данных пар шин. При этом сигнал с шин данных через транзисторы 3^I-3^IV поступает на соответствующие электроды 4^I-4^IV отображения.

Появление дефектов (обрывов) в любой шине одной пары как адресных шин, так и шин данных не приводит к отказу в работе элементов отображения строки или столбца, соответствующих указанным парам шин, так как электрические перемычки 6 шунтируют дефектные участки указанных шин.

Нарушения в работе элементов отображения строки или столбца возникают только в случае появления дефектов на участке между двумя соседними электрическими перемычками в каждой шине одной пары соответствующих адресных шин или шин данных. Однако вероятность появления таких дефектов можно сделать сколько угодно малой путем увеличения числа перемычек в каждой паре адресных шин и шин данных. Количество электрических перемычек в каждой паре шин определяется необходимым уровнем резервирования для каждого конкретного случая, а необходимый уровень резервирования определяется допустимой величиной вероятности появления дефектов в адресных шинах и шинах данных, обусловленной используемой конкретной технологией и размерами ЖК-панели.

На фиг. 1 показан один из возможных вариантов выполнения электрических перемычек, когда они формируются между электродами отображения на площади, занимаемой элементами отображения активной матрицы. Однако возможны другие варианты размещения электрических перемычек, в частности размещения последних между элементами отображения строк и столбцов, как это показано на фиг.3 и 4.

На фиг. 2 показан один произвольно выбранный элемент отображения этой матрицы, содержащей четыре электрода отображения 4^I,4^IV, подключенные через переключающие транзисторы 3^I-3^IV к паре адресных шин 1-i' и 1-i'' и паре шин 2-j' и 2-j'' данных. Электрические перемычки 5 между адресными шинами выполняют одновременно функции затворов 7 (фиг.2) переключающих транзисторов 3^I-3^IV. Электрические перемычки 6 между шинами данных выполняют одновременно функции истоков 8 переключающих транзисторов 3^I-3^IV.

Для пояснения фиг.2 на фиг.3 показана топология произвольно выбранного участка активной матрицы с электрической перемычкой 6 между шинами 2-j' и 2-j'' данных, выполняющая одновременно функции истоков переключающих транзисторов 3^I-3^IV двух соседних элементов отображения j-го столбца. Штрихпунктирными линиями на фиг.3 обозначены полупроводниковые области транзисторов 3^I-3^IV, выполненные из пленки &-кремния. Из фиг.3 следует, что адресные шины 1-i'', 1-(i+1)' выполняют функции затворов переключающих транзисторов 3^I-3^IV, электроды отображения 4^I-4^IV - функции стоков указанных транзисторов, а электрическая перемычка 6 - функции истоков этих транзисторов.

На фиг.4 для иллюстрации фиг.2 показана топология произвольно выбранного участка активной матрицы с электрическими перемычками 6 между адресными шинами 1-i' и 1-i'', одновременно выполняющими функции затворов переключающих транзисторов 3^I-3^IV двух соседних элементов отображения i-й строки. Штрихпунктирными линиями, как и на фиг.3, обозначены полупроводниковые области переключающих транзисторов 3^I-3^IV. Из фиг.4 следует, что шины 2-j'' и 2-(j+1)' данных выполняют функции истоков вышеуказанных транзисторов, электроды 4^I-4^IV отображения - функции стоков этих транзисторов, а электрические перемычки 6 - функции затворов.

На фиг. 5 и 6 показана структура активной матрицы, выполненная в соответствии с топологией фиг.3 и 4 по сечениям А-А и Б-Б соответственно.

Структуру фиг.5 и 6 изготавливали описанным ниже образом. На стеклянную подложку 9 с помощью вакуумного напыления наносили пленку хрома. С помощью фотолитографии из этой пленки формировали адресные шины, в данном случае 1-i'' и 1-(i+1)', электрические перемычки 5, которые являются одновременно затворами 7 переключающих транзисторов на фиг.2. Затем наполняли пленку 10 нитрида кремния, используемую в качестве затворного диэлектрика. На пленку затворного диэлектрика наносили пленку & -кремния, из которой с помощью фотолитографии формировали полупроводниковые области 11 переключающих транзисторов. Затем наносили прозрачную проводящую пленку 12 окиси индия, из которой с помощью фотолитографии формировали электроды отображения. После этого наносили пленку 13 нитрида кремния, служащего защитным диэлектриком, в которой вскрывали контактные окна к электродам отображения и областям стоков и истоков переключающих транзисторов. После этого наносили последовательно пленку 14 силицида молибдена, служащего для обеспечения низкоомного контакта к &-кремнию, и пленку 15 алюминия, из которых с помощью фотолитографии формировали шины данных (2-j'' и 2-(j+1)') и электрические перемычки 6, которые одновременно выполняют функции истоков 8 переключающих транзисторов фиг.2.

Таким образом, из фиг.2-6 следует, что в практическом примере электрические перемычки между адресными шинами и шинами данных интегрированы со структурой переключающих транзисторов, выполняя в первом случае функции истоков переключающих транзисторов, а во втором случае - функции затворов переключающих транзисторов. Это позволяет сэкономить площадь на изготовление перемычек. Если добавить к этому, что повышение надежности, обеспечиваемое изобретением, позволяет поддерживать ширину шин в минимальных пределах, то наряду с повышением надежности достигается увеличение полезной площади активной матрицы по сравнению с прототипом.

На фиг. 7 показана топология участка активной матрицы, в которой в каждом элементе отображения сформированы электрические перемычки 6 между шинами данных, выполняющие одновременно функции истоков переключающих транзисторов 3^I-3^IV, и электрические перемычки 5 между адресными шинами, выполняющие одновременно функции затворов переключающих транзисторов 3^I-3^IV. Штрихпунктирными линиями на фиг.7 обозначены полупроводниковые области переключающих транзисторов, выполненные из пленки &-кремния.

Изобретение позволяет обеспечить высокую надежность функционирования активных матриц ЖКЭ за счет введения электрических перемычек между адресными шинами и шинами данных. Кроме того, изобретение по сравнению с прототипом позволяет увеличить полезную площадь активной матрицы, занимаемую элементами отображения, поскольку повышение надежности матрицы позволяет поддерживать ширину сигнальных шин в минимальных пределах, а площадь, занимаемая перемычками, значительно меньше площади, сэкономленной на уменьшении ширины шин. Интегрирование перемычек со структурой переключающих транзисторов приводит к дополнительной экономии полезной площади.

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в системах коллективного пользования на ЖКЭ. Сущность изобретения: устройство содержит горизонтальные адресные шины и вертикальные шины данных, элементы отображения, образованные МДП-транзисторами и электродами отображения, проводящие перемычки между адресными шинами и шинами данных. Изобретение обеспечивает повышение надежности функционирования матрицы ЖКЭ. Интегрирование перемычки со структурой переключающих транзисторов приводит к дополнительной экономии полезной площади. 4 з.п.ф-лы, 7 ил.

1. АКТИВНАЯ ОТОБРАЖАЮЩАЯ МАТРИЦА ДЛЯ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ЭКРАНОВ, каждый элемент отображения которой содержит электроды отображения, подключенные к стокам соответствующих транзисторных ключей, затворы которых подключены соответственно к основной и резервной горизонтальным адресным шинам, а истоки подключены соответственно к основной и резервной вертикальным шинам данных, отличающаяся тем, что основная и горизонтальные адресные шины и основная и резервная вертикальные шины данных соответственно соединены между собой в поле матрицы. 2. Активная матрица для жидкокристаллических экранов, содержащая изолирующую подложку, параллельные горизонтальные адресные шины и ортогонально им вертикальные шины данных, разделенные слоем диэлектрика, элементы отображения образованы расположенными в местах пересечения шин выполненными в слое диэлектрика МДП-транзисторами, стоки которых соединены с электродами отображения, расположенными на слое диэлектрика между горизонтальными и вертикальными шинами, затворы и истоки МДП-транзисторов соединены с соответствующими горизонтальными и вертикальными шинами, отличающаяся тем, что между каждой парой горизонтальных и между каждой парой вертикальных шин в поле матрицы выполнены проводящие перемычки. 3. Матрица по п. 2, отличающаяся тем, что проводящие перемычки между парами горизонтальных и вертикальных шин выполнены в каждом элементе отображения. 4. Матрица по пп. 2 и 3, отличающаяся тем, что истоки МДП-транзисторов являются проводящими перемычками между шинами данных. 5. Матрица по пп. 2 и 3, отличающаяся тем, что затворы МДП-транзисторов являются проводящими перемычками между адресными шинами.