ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ ЦВЕТНАЯ ДИСПЛЕЙНАЯ ПАНЕЛЬ С АКТИВНОЙ МАТРИЦЕЙ Российский патент 1994 года по МПК G02F1/133 

Изобретение относится к жидкокристаллическим цветным дисплейным панелям с активной матрицей, имеющей треугольное расположение элементов изображения, в частности к цветным жидкокристаллическим дисплейным панелям с резервированием элементов матрицы.

В последнее время значительно возрос спрос на жидкокристаллические панели, с помощью которых можно получать цветное изображение высокого качества. Известно, что жидкокристаллические дисплейные панели с активными матрицами, использующие тонкопленочные транзисторы (ТПТ) в качестве переключающих элементов, являются предпочтительными для получения изображения высокого качества. Активная матрица содержит множество элементов изображения, сформированных на прозрачной изолирующей подложке в виде матрицы строк и столбцов. Каждый элемент изображения содержит по крайней мере один электрод изображения и переключающий транзистор.

Матрица содержит также 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 ТПТ. Сканирующие 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.

В цветной дисплейной панели для передачи цветного изображения электроды изображения покрываются фильтрами, имеющими первичные цветные компоненты - красные, зеленые и голубые. Взаимное расположение элементов изображения первичного цвета в значительной мере определяет качество передаваемого цветного изображения. Высокое качество цветного изображения достигается с помощью треугольного расположения цветных элементов изображения.

Известна жидкокристаллическая цветная дисплейная панель с активной матрицей, имеющая треугольное расположение элементов изображения и обладающая высокой надежностью работы [1] . У этой панели качество изображения не ухудшается при появлении небольшого количества обрывов в адресных шинах. Эта панель выбрана в качестве прототипа. Панель содержит множество шин данных, множество адресных шин, расположенных ортогонально шинам данных и множество элементов изображения, содержащих два электрода изображения. Каждый электрод изображения окружен парой адресных шин и парой шин данных. Электроды изображения через два переключающих транзистора (ТПТ) подключаются к шине данных, проходящей между электродами изображения данного элемента изображения, и к двум соседним адресным шинам. Элементы изображения, расположенные между двумя соседними адресными шинами, образуют строки элементов изображения. Элементы изображения, подключенные к двум соседним шинам данных, располагаются в различных строках. Элементы изображения, адресные шины и шины данных сформированы на стеклянной прозрачной подложке и образуют матрицу ТПТ. Матрица ТПТ покрыта слоем жидкого кристалла, над которым расположен общий электрод, соединенный с опорным потенциалом, и слой цветного фильтра. Цветной фильтр включает элементы красного фильтра R, зеленого фильтра G и голубого фильтра В, размещаемые над соответствующими электродами изображения (фиг.2). В строках элементов изображения размещение элементов красного, зеленого и голубого фильтров повторяется. Повторение расположения элемента фильтра смещается между соседними строками на половину шага повторения. Это смещение обеспечивает получение треугольного расположения цветных элементов изображения.

Таким образом, на каждый электрод изображения видеосигнал поступает через два ТПТ, затворы которых присоединяются к двум соседним адресным шинам. Поэтому, если одна адресная шина имеет обрыв, то видеосигнал на электрод изображения поступает через ТПТ, подключенный к другой адресной шине. Поэтому появление небольшого количества обрывов в адресных шинах не приводит к появлению линейных дефектов на изображении.

Однако в такой конструкции жидкокристаллической цветной дисплейной панели число шин данных в два раза превышает число элементов изображения, находящихся в одной строке. Это приводит к увеличению объема и усложнению конструкции схемы обработки видеосигнала, а, следовательно, и к снижению надежности ее работы. Это приводит также к уменьшению полезной площади (площадь, занимаемая электродами изображения) жидкокристаллической панели, так как увеличение числа шин данных требует увеличения площади, занимаемой шинами данных на панели.

Предлагаемое изобретение устраняет перечисленные выше недостатки и решает задачу создания жидкокристаллической цветной дисплейной панели с активной матрицей, имеющей треугольное расположение элементов изображения, которая обладает уменьшенным количеством шин данных и повышенной надежностью работы элементов изображения.

Поставленная задача решается тем, что в жидкокристаллической цветной дисплейной панели с активной матрицей, содержащей прозрачную изолирующую подложку, множество адресных шин, сформированных на прозрачной изолирующей подложке параллельно одна другой, множество шин данных, сформированных на прозрачной изолирующей подложке перпендикулярно адресным шинам, множество элементов изображения, сформированных на прозрачной изолирующей подложке, причем каждый элемент изображения содержит первый и второй электрод изображения и четыре переключающих тонкопленочных МДП-транзистора, первый и второй электроды изображения расположены на соседних участках в направлении адресных шин и образуют строки элементов изображения между соседними адресными шинами, истоки первого и второго переключающих транзисторов присоединены к первому электроду изображения, а истоки третьего и четвертого - к второму, стоки переключающих транзисторов присоединены к шинам данных, а затворы - к адресным шинам, причем затворы первого и третьего переключающих транзисторов присоединены к адресной шине, расположенной между строкой, в которой расположен данный элемент изображения, и предыдущей строкой, а также набор фильтров, расположенных над соответствующими электродами изображения и содержащий красные, синие и зеленые компоненты, причем пары одноцветных фильтров размещены последовательно в любом порядке, повторяющемся вдоль адресных шин, и образуют строки, одноцветные пары фильтров смещены в каждой последующей строке на половину шага повторения, жидкий кристалл, размещенный между первым и вторым электродами изображения и фильтром, введена дополнительная адресная шина, строки элементов изображения матрицы образуют периодически повторяющиеся группы из двух строк, причем в первой из строк каждой группы стоки всех четырех переключающих транзисторов каждого элемента изображения подключены к шине данных, расположенной между электродами изображения данного элемента изображения, а затворы второго и четвертого переключающих транзисторов присоединены к адресной шине, расположенной между двумя последующими строками элементов изображения, стоки всех четырех переключающих транзисторов элементов изображения второй строки группы присоединены к одной из двух шин данных, расположенной между данным элементом изображения и предыдущим элементом изображения, либо между данным элементом изображения и последующим элементом изображения в этой же строке, а затворы второго и четвертого переключающих транзисторов присоединены к адресной шине, расположенной между двумя последующими строками элементов изображения, затворы второго и четвертого переключающих транзисторов элементов изображения последней строки матрицы присоединены к дополнительной адресной шине.

Таким образом, отличительными признаками изобретения является то, что введена дополнительная адресная шина, строки элементов изображения матрицы образуют периодически повторяющиеся группы из двух строк причем в первой из строк каждой группы стоки всех четырех переключающих транзисторов каждого элемента изображения подключены к шине данных, расположенной между электродами изображения данного элемента изображения, а затворы второго и четвертого переключающих транзисторов присоединены к адресной шине, расположенной между двумя последующими строками элементов изображения, стоки всех четырех переключающих транзисторов элементов изображения второй строки группы присоединены к одной из двух шин данных, расположенной между данным элементом изображения и предыдущим, либо между данным элементом изображения и последующим в этой же строке, а затворы второго и четвертого переключающих транзисторов присоединены к адресной шине, расположенной между двумя последующими строками элементов изображения, затворы второго и четвертого переключающих транзисторов элементов изображения последней строки матрицы присоединены к дополнительной адресной шине.

Как было рассмотрено, в прототипе жидкокристаллическая цветная дисплейная панель содержит такое количество шин данных, которое в два раза превышает число элементов изображения, находящихся в одной строке. Это приводит к увеличению объема и усложнению конструкции схемы обработки видеосигнала, так как удваивается число БИС управления видеосигналами и число контактов между жидкокристаллической панелью и схемой обработки видеосигналов. Кроме того, уменьшается полезная площадь жидкокристаллической панели, так как площадь, занимаемая шинами данных, увеличивается, а площадь, занимаемая элементами изображения, уменьшается.

В отличие от этого в предлагаемой конструкции жидкокристаллической цветной дисплейной панели число шин данных уменьшено практически в два раза и равно числу элементов изображения, находящихся в одной строке матрицы, плюс одна дополнительная шина данных, расположенная по краю матрицы для подключения половинок элементов изображения. Это позволяет уменьшить объем схемы управления видеосигналами в два раза и увеличить полезную площадь жидкокристаллической панели за счет сокращения площади, занимаемой шинами данных.

На фиг.1 показана часть жидкокристаллической цветной дисплейной панели с активной матрицей, имеющей треугольное расположение элементов изображения, вид сверху; на фиг.2 - топология участка матрицы тонкопленочных транзисторов жидкокристаллической цветной дисплейной панели; на фиг.3 дано сечение А-А на фиг.2; на фиг.4 - сечение Б-Б на фиг.2.

Жидкокристаллическая панель представляет собой активную матрицу тонкопленочных МДП транзисторов, сформированных на стеклянной подложке. Матрица содержит множество шин данных 1, множество адресных шин 2, множество элементов изображения, состоящих из двух электродов изображения 3 и 4 и четырех переключающих транзисторов 5-8. Элементы изображения, расположенные между двумя соседними адресными шинами, образуют строки матрицы. Электроды изображения 3 и 4 каждого элемента изображения с помощью переключающих транзисторов 5-8 подключены одновременно к двум адресным шинам и к одной шине данных. Одна из двух указанных адресных шин расположена между строкой, в которой находится данный элемент изображения, и предыдущей строкой, а другая расположена между двумя последующими строками.

Подключение транзисторов 7 и 8 к адресной шине осуществляется с помощью электрической перемычки 9. По принципу подключения переключающих транзисторов 5-8 к шине данных строки элементов изображения образуют периодически повторяющиеся группы из двух строк, обозначенных на фиг.1 цифрами I и II. В первой строке 1 группы стоки переключающих транзисторов 5-8 подключены к шине данных, расположенной между данным элементом изображения и предшествующим элементом изображения в этой же строке. Подключение осуществляется с помощью электрической перемычки 10. Во второй строке II группы стоки переключающих транзисторов 5-8 присоединены к шине данных, расположенной между электродами изображения 3 и 4 данного элемента изображения.

Затворы переключающих транзисторов 7 и 8 последней строки матрицы подключаются к дополнительной адресной шине 2₁.

На фиг. 1 расположение цветных элементов фильтра над электродами изображения 3,4 обозначено индексами R, G, B (красный, зеленый, синий соответственно).

Жидкокристаллическая цветная дисплейная панель функционирует следующим образом.

На любую пару электродов изображения 3 и 4 за один период сканирования матрицы видеосигнал с одной и той же шины данных поступает дважды. Первый видеосигнал поступает через переключающие транзисторы 5 и 6 при появлении адресного сигнала на соответствующей адресной шине, к которой подключены указанные переключающие транзисторы. Второй видеосигнал на электроды изображения поступает через переключающие транзисторы 7 и 8 при появлении адресного сигнала на адресной шине, к которой эти транзисторы подключены. Второй видеосигнал запаздывает по времени относительно первого на время адресации одной строки. В случае появления обрыва в одной из адресных шин видеосигнал на электроды изображения поступает через переключающие транзисторы, подключенные к второй адресной шине.

Таким образом, принцип работы дисплейной панели, показанной на фиг.1, не изменился по сравнению с прототипом и все достоинства прототипа сохранились, но подключение затворов и стоков переключающих транзисторов 5-8 к шинам данных и адресным шинам с помощью электрических перемычек 9 и 10 позволило сократить число шин данных в активной матрице по сравнению с прототипом в два раза. Это обеспечило сокращение объема схемы обработки видеосигнала в два раза. Число контактных площадок на дисплейной панели для присоединения схемы обработки видеосигнала соответственно сократилось также в два раза. Это обеспечило значительное повышение надежности работы жидкокристаллической цветной дисплейной панели. Кроме того, сокращение количества шин данных на дисплейной панели позволило увеличить полезную площадь дисплейной панели (площадь, занимаемая электродами изображения), так как площадь, занимаемая на дисплейной панели электрическими перемычками 9 и 10, более чем в два раза меньше площади, занимаемой соответствующим количеством шин данных, на которое произошло сокращение числа шин данных в практическом примере.

На фиг.2 показана топология участка матрицы тонкопленочных транзисторов жидкокристаллической цветной дисплейной панели, выполненной в соответствии с конструкцией, показанной на фиг.1. Индексами R, G и В обозначены электроды изображения, покрытые соответствующими цветными фильтрами. Заштрихованными участками обозначены контактные площадки алюминия к хрому. Цифровые обозначения шин данных, адресных шин, электродов изображения, ТПТ и электрических перемычек такие же как на фиг.1. Электрические перемычки 9 соединены с затворами ТПТ 7 и 8 с помощью алюминиевой перемычки 11, которая формируется одновременно с шинами данных. Структуру, показанную на фиг.3, изготавливали следующим образом.

На стеклянную подложку 12 с помощью вакуумного напыления наносили пленку хрома. С помощь фотолитографии из этой пленки формировали адресные шины 2, и затворы переключающих транзисторов 13. Затем напыляли пленку 14 нитрида кремния, используемую в качестве затворного диэлектрика. На пленку нитрида кремния наносили пленку аморфного кремния, из которой с помощью фотолитографии формировали полупроводниковые области 15 переключающих транзисторов. Затем наносили прозрачную проводящую пленку окиси индия, из которой с помощью фотолитографии формировали электроды изображения 3 и 4. После этого наносили последовательно пленки силицида молибдена 16 и хрома 17 и с помощью фотолитографии формировали электроды истока и стока переключающих транзисторов, а также электрические перемычки 10. Затем наносили пленку 18 нитрида кремния служащую защитным диэлектриком. В пленке 18 с использованием фотолитографии вскрывали контактные окна к затворам переключающих транзисторов 7 и 8, к стоковым электродам переключающих транзисторов и к электрическим перемычкам 9 и 10 (обозначены на фиг.2 заштрихованными областями). Далее наносили пленку алюминия и с помощью фотолитографии формировали шины данных 1 и электрические перемычки 11. Поверх этой структуры наносили пленку 19 полиимида, служащую ориентантом для жидкого кристалла.

Цветной фильтр 20 формировали на стеклянной подложке 21. Пространство между фильтрами заполняли непрозрачной пленкой 22 хрома, которая выполняет функцию экрана от попадания света на полупроводниковые области переключающих транзисторов. Фильтр покрывали прозрачной проводящей пленкой 23 из окиси индия, служащей общим электродом для жидкокристаллических ячеек дисплейной панели. На общий электрод наносили пленку 19 полиимида, выполняющую функцию ориентанта для жидкого кристалла. Между фильтром и матрицей ТПТ вводили жидкий кристалл 24, завершая таким образом изготовление жидкокристаллической цветной дисплейной панели с активной матрицей.

На фиг. 4 показано расположение алюминиевой перемычки 11, соединяющей электрическую перемычку из хрома 9 и затвор 25 переключающих транзисторов 7 и 8.

На фиг.1-4 показаны топология и структура жидкокристаллической дисплейной цветной панели, у которой стоки переключающих транзисторов в первой строке группы присоединяются к шине данных, проходящей между предшествующим элементом изображения и данным элементом изображения в одной строке. Однако возможно присоединение стоков переключающих транзисторов в первой строке группы к шине данных, расположенной между данным элементом изображения и последующим элементом изображения в этой же строке. При этом сущность изображения не изменится.

Использование: в области производства жидкокристаллических цветных дисплейных панелей с активной матрицей. Сущность изобретения: в предлагаемую жидкокристаллическую цветную дисплейную панель с активной матрицей введена дополнительная адресная шина, строки элементов изображения матрицы образуют периодически повторяющиеся группы из двух строк, причем в первой из строк каждой группы стоки всех четырех переключающих транзисторов каждого элемента изображения подключены к шине данных, расположенной между электродами изображения данного элемента изображения, а затворы второго и четвертого переключающих транзисторов присоединены к адресной шине, расположенной между двумя последующими строками элементов изображения, стоки всех четырех переключающих транзисторов элементов изображения второй строки группы присоединены к одной из двух шин данных, расположенной между данным элементом изображения и предыдущим, либо между данным элементом изображения и последующим в этой же строке, а затворы второго и четвертого переключающих транзисторов присоединены к адресной шине, расположенной между двумя последующими строками элементов изображения, затворы второго и четвертого переключающих транзисторов элементов изображения последней строки матрицы присоединены к дополнительной адресной шине. 4 ил.

ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ ЦВЕТНАЯ ДИСПЛЕЙНАЯ ПАНЕЛЬ С АКТИВНОЙ МАТРИЦЕЙ, содержащая прозрачную изолирующую подложку, множество адресных шин, сформированных на прозрачной изолирующей подложке одна параллельно другой, множество шин данных, сформированных на прозрачной изолирующей подложке перпендикулярно адресным шинам, множество элементов изображения, сформированных на прозрачной изолирующей подложке, причем каждый элемент изображения содержит первый и второй электроды изображения и четыре переключающих тонкопленочных МДП-транзистора, первый и второй электроды изображения расположены на соседних участках вдоль адресных шин и образуют строки элементов изображения между соседними адресными шинами, истоки первого и второго переключающих транзисторов присоединены к первому электроду изображения, а истоки третьего и четвертого - к второму электроду изображения, стоки переключающих транзисторов присоединены к шинам данных, а затворы - к адресным шинам, причем затворы первого и третьего переключающих транзисторов присоединены к адресной шине, расположенной между строкой, в которой расположен данный элемент изображения, и предыдущей строкой, а также набор фильтров, расположенных над соответствующими электродами изображения, и содержащий красные, синие и зеленые компоненты, причем пары одноцветных фильтров размещены последовательно в любом порядке, повторяющемся вдоль адресных шин, и образуют строки, одноцветные пары фильтров смещены в каждой последующей строке на половину шага повторения, жидкий кристалл, размещенный между первым и вторым электродами изображения и фильтром, отличающаяся тем, что в нее введена дополнительная адресная шина, строки элементов изображения матрицы образуют периодически повторяющиеся группы из двух строк, причем в первой строке каждой группы стоки всех четырех переключающих транзисторов каждого элемента изображения подключены к шине данных, расположенной между электродами изображения данного элемента изображения, а затворы второго и четвертого переключающих транзисторов присоединены к адресной шине, расположенной между двумя последующими строками элементов изображения, стоки всех четырех переключающих транзисторов элементов изображения второй строки группы присоединены к одной из двух шин данных, расположенной между данным элементом изображения и предыдущим элементом изображения либо между данным элементом изображения в этой же строке, а затворы второго и четвертого переключающих транзисторов присоединены к адресной шине, расположенной между двумя последующими строками элементов изображения, затворы второго и четвертого переключающих транзисторов элементов изображения последней строки матрицы присоединены к дополнительной адресной шине.