CN1448911A - 液晶显示装置的输入输出保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供具有更为稳定的输入输出保护功能的液晶显示装置的输入输出保护电路。本发明的输入输出保护电路，具有设置于输入输出端子垫片(11)和输入输出第一级TFT(12)之间的电阻(13)、连接输入输出端子垫片(11)和电阻(13)的配线、在接地端子(20)和电源端子(21)之间串联连接的2个输入输出保护TFT(14)、(15)。在2个输入输出保护TFT(14)、(15)的连接部，所述配线被连接，2个输入输出保护TFT(14)、(15)分别具有连接于沟道层的N型基板电位固定端子(16)、(18)及P型基板电位固定端子(17)、(19)，N型基板电位固定端子(16)、(18)及P型基板电位固定端子(17)、(19)与接地端子(20)连接。

Description

液晶显示装置的输入输出保护电路
                             技术领域
本发明涉及对于液晶面板的输入输出第一级薄膜晶体管，作为有关电流浪涌及电压干扰等的静电对策，具备输入输出保护功能的液晶显示装置的输入输出保护电路。
                             背景技术
以往由在低温下制造的多结晶硅层(多晶硅层)构成薄膜晶体管(以下，将薄膜晶体管记为TFT)，在包含有该薄膜晶体管的液晶显示装置中，设置于各像素位置的开关用TFT，液晶面板的驱动电路，及输入输出保护电路含有N沟道轻掺杂漏极TFT(LDD MOS TFT)。
图5显示以往的液晶显示装置的输入输出保护电路的等价电路图。
如图5所示，经由输入输出端垫片41，供给对向电极等的电压施加于该输入输出保护电路。
所述输入输出保护电路，具有输入输出保护TFT42、输入电阻R1、和连接于输入输出保护TFT42的栅极G和漏极D之间的电阻R2，其输出部设置有输入输出第一级TFT43、和电阻R3、R4、R5。输入输出保护TFT42及输入输出第一级TFT43，为具有LDD结构的TFT。由输入输出保护TFT42的扩散层构成的源极S，连接于电源Vss。输入输出第一级TFT43，为向液晶面板的对向电极施加电压(电流)的缓冲器，其漏极D经由电阻R3连接于栅极G，同时连接于电源Vdd。又，输入输出第一级TFT43的源极S，在经由电阻R4与电源Vss连接的同时，共同连接于输入输出保护TFT42的漏极D，经由电阻R5与输入电路连接。
输入输出保护TFT42及输入输出第一级TFT43，不是如同一般的半导体元件那样，在硅(Si)等的半导体基板上构成的，而是在玻璃基板上使用光刻法由多晶硅形成的TFT。在液晶显示装置的TFT中，由于沟道层由真性半导体(非掺杂的Si)构成，所以对基板，即对沟道层不给予基准电位的情形很多。
但是，在上述的构成中，由于没有充分确保流入输入输出保护电路的电流的宣泄口，其结果在构成输入输出保护电路的输入输出保护TFT的绝缘膜或结合部发生静电破坏，造成使输入输出保护电路不能起到原本应起的作用的问题。
这里，就MOSTFT的迅速返回(snapback)现象，用图6及图7进行说明。
在图6所示构造的MOSTFT中，在氧化绝缘膜51上形成多晶硅层57，在其上形成栅极绝缘膜52，在其上形成栅极电极53。利用这一栅极电极53的图形在多晶硅层57掺入杂质，形成漏极区域54和源极区域55。其中间区域为沟道区域56。在这样的LDD结构的TFT中，将源极区域55与电源Vss连接，将漏极区域54与栅极电极53连接在一起，施加控制电压Vcnt。
通过将控制电压Vcnt设为可变，控制漏极区域54与源极区域55间的外加电压Vds，对漏极区域54与源极区域55间的电流Ids作了调查。其结果，外加电压Vds和电流Ids的关系，如图7中实线所示那样变化。这里，将施加电压Vds一旦设置为击穿电压(breakout电压)BVds以上时，电流Ids一下开始流动，即使将施加电压Vds降至击穿电压BVds以下时电流Ids也不降低。然后，发生以较低的施加电压Vds使电流Ids增大的2次击穿现象。这样的现象称为迅速返回。
就电压电流特性而言，图中P点的电压称为保持(Hold)电压，电流称为保持电流。这样的迅速返回特性，被称为MOSTFT的双极作用(bipolar action)。若TFT的漏极和基板(即沟道)的杂质浓度差大，则特性如图中由实线向虚线所示发生变化。即，击穿电压BVds降低，保持电压也降低。这种类型的TFT，这里称为非LDD TFT。
将这样的提高了击穿电压BVds和保持电压的TFT，作为液晶面板的驱动用TFT使用最为适合，但不适合作为输入输出保护用TFT使用。另外，液晶显示装置中使用的TFT，因为不能固定基板电位，因此在基板侧的基底膜，半导体层及栅极绝缘膜中存在的固定电荷等的影响下，基板电位发生变化，所以产生TFT特性不稳定的问题。
又，如前所述，由于以往液晶显示装置的输入输出保护电路中，流入输入输出保护电路的电流没有宣泄口，因此，不能以LDD TFT构成用于驱动液晶面板各像素的开关元件或输入输出第一级TFT，同时以分别低于此LDD TFT的击穿电压BVds及迅速返回时的保持电压的非LDD TFT构成保护用TFT。
                        发明内容
本发明是鉴于上述问题而作出的，其目的在于提供一种具有更为稳定的输入输出保护功能的液晶显示装置的输入输出保护电路。
为了解决上述课题，在本发明中采用如本专利权利要求书所记载的构成。
即，权利要求1所述的液晶显示装置的输入输出保护电路，其特征为，具备具有连接于沟道层的P型基板电位固定端子及N型基板电位固定端子的输入输出保护TFT，所述P型基板电位固定端子及所述N型基板电位固定端子与接地端子连接。
又，权利要求2所述的液晶显示装置的输入输出保护电路，其特征为，具有设置于输入输出端子垫片和输入输出第一级TFT之间的电阻、连接所述输入输出端子垫片和所述电阻的配线、在接地端子和电源端子之间串联连接的2个输入输出保护TFT，在所述2个输入输出保护TFT的连接部，所述配线被连接，所述2个输入输出保护TFT分别具有连接于沟道层的P型基板电位固定端子及N型基板电位固定端子，所述P型基板电位固定端子及所述N型基板电位固定端子与接地端子连接。
又，权利要求3所述的液晶显示装置的输入输出保护电路，其特征为，在如权利要求2所述的液晶显示装置的输入输出保护电路中，所述输入输出第一级TFT具有连接于沟道层的P型基板电位固定端子及N型基板电位固定端子，所述P型基板电位固定端子及所述N型基板电位固定端子与基板偏压发生电路连接。
又，权利要求4所述的液晶显示装置的输入输出保护电路，其特征为，在如权利要求1、2或3所述的液晶显示装置的输入输出保护电路中，所述输入输出保护TFT的击穿电压、保持电压分别构成为低于输入输出第一级TFT、或所述液晶显示装置的像素驱动用开关元件的TFT的击穿电压、保持电压。
                       附图说明
图1所示为本发明实施例1的液晶显示装置的输入输出保护电路的电路图。
图2为显示对应图1所示电路的本实施例1的液晶显示装置的输入输出保护电路的结构的平面图。
图3所示为本发明实施例2的液晶显示装置的输入输出保护电路的电路图。
图4为显示对应图3所示电路的本实施例2的液晶显示装置的输入输出保护电路结构的平面图。
图5所示为以往的液晶显示装置的输入输出保护电路的等价电路图。
图6所示为用于进行MOS TFT的迅速返回特性的测定方法的连接图。
图7所示为MOS TFT的迅速返回特性的图。
                       具体实施方式
以下，用图面对本发明的实施例进行详细说明。又，在以下说明的图面中，对具有同一功能的赋予同一符号，省略其重复的说明。实施例1
图1显示本发明实施例1液晶显示装置的输入输出保护电路的电路图，图2为显示对应图1电路的本实施例1液晶显示装置的输入输出保护电路的结构的平面图。
在图1、图2中，11表示输入输出端子垫片，12表示输入输出第一级TFT，13表示输入输出保护用的电阻，14、15表示输入输出保护TFT，16表示连接于输入输出保护TFT14沟道层的N型基板电位固定端子(即，设置于与沟道层连接的区域内的N型杂质区域所连接的、由金属电极形成的基板(沟道层)电位固定用电极端子)，17表示同样连接于输入输出保护TFT14沟道层的P型基板电位固定端子，18表示同样连接于输入输出保护TFT15沟道层的N型基板电位固定端子，19表示同样连接于输入输出保护TFT15沟道层的P型基板电位固定端子，20表示接地端子(接地端)，21表示电源端子。
有关输入输出第一级TFT12以后的构成，由于为公知，省略图示。
在输入输出端子垫片11和输入输出第一级TFT之间，设置有由例如扩散层(例如与在源极区域、漏极区域等使用的同样的高浓度N型层)构成的电阻13(例如，具有大约从3000Ω至2.0kΩ范围内的电阻值的电阻)。又，电阻13，可在所述电路中设置2个以上(例如，连接输入输出端子垫片11和电阻13的配线的、与2个输入输出保护薄膜晶体管14、15的连接部，与输入输出端子垫片11之间)。电阻13是为了使响应特性恶化(例如，延迟响应)将浪涌电流导入至该输入输出保护电路而使用的，能使浪涌电流在流入输入输出第一级TFT12(构成输入输出电路的一部分)、及与输入输出第一级TFT12相连的输入输出电路等之前，流入该输入输出保护电路。
电阻13和输入输出端子垫片11之间，连接有输入输出保护TFT14、15。输入输出保护TFT14、15的击穿电压BVds及迅速返回特性中的保持电压，设定为较输入输出第一级TFT12(或所述液晶显示装置的像素驱动用开关元件的TFT)小。即，所述输入输出保护电路在所述输入输出电路导通动作前动作。还有，为了使在大电流的浪涌发生时不造成电路破坏，输入输出保护TFT14、15的栅极宽度设置为较输入输出第一级TFT12的栅极宽度大。栅极宽度取决于供给电力，但最好为100μm以上。
输入输出保护TFT14为对正极一侧的浪涌干扰的保护TFT，如图1所示，源极连接于接地端子20。另外，输入输出保护TFT14的沟道层中，连接有N型基板电位固定端子16、P型基板电位固定端子17。即，N型基板电位固定端子16及P型基板电位固定端子17如图2所示，由分别电连接于N型杂质区域及P型杂质区域(省略图示)上的金属电极所构成，所述N型及P型杂质区域设于与输入输出保护TFT14的沟道层连接的区域内。
输入输出保护TFT15为对负极一侧的浪涌干扰的保护TFT，源极连接于电源(Vdd)端子21。另外，输入输出保护TFT15的沟道层中，连接有N型基板电位固定端子18、P型基板电位固定端子19。即，N型基板电位固定端子18及P型基板电位固定端子19如图2所示，由分别电气连接于N型杂质区域及P型杂质区域(省略图示)上的金属电极构成，所述N型及P型杂质区域设置于与输入输出保护TFT15的沟道层连接的区域内。
输入输出端子垫片11由金属，例如Ti(下层)/Al(上层)(上下可相反)构成。
输入输出第一级TFT12，具有由金属例如MoW、Al等构成的栅极电极、由N型半导体层的Si构成的源极及漏极。输入输出第一级TFT12的含有源极及漏极的半导体层，由绝缘膜使其与栅极电极电气分离，源、漏极通过接触孔与例如Al的金属膜相连。
电阻13，由例如N型Si层构成，但也可以由P型Si层或其他材料构成。
输入输出保护TFT14、15，其栅极、源极、漏极的构造，也与输入输出第一级TFT12相同。但是，有关输入输出保护TFT14，该TFT14的栅极电极下的真性半导体层(I层)，连接有N型基板电位固定端子16、P型基板电位固定端子17。同样，有关输入输出保护TFT15，该TFT15的栅极电极下的真性半导体层(I层)，连接有N型基板电位固定端子18、P型基板电位固定端子19。这些个基板电位固定端子16、17、18、19，如图2所示，通过例如由栅极电极材料构成的配线归纳成一个，通过接触孔与接地端子20连接。
这样，有关输入输出保护TFT14，基板(即沟道)的电位，由N型基板电位固定端子16、P型基板电位固定端子17所固定。又，有关输入输出保护TFT15，基板电位由N型基板电位固定端子18、P型基板电位固定端子19所固定。
由这些个N型基板电位固定端子16、P型基板电位固定端子17、N型基板电位固定端子18、P型基板电位固定端子19，可以使输入输出保护TFT14、15的特性稳定。又，在浪涌电流流过的场合下，电流也从这些个N型基板电位固定端子16、P型基板电位固定端子17、N型基板电位固定端子18、P型基板电位固定端子19流过，由此可防止输入输出保护TFT14、15在一次浪涌电流作用下被破坏。
进一步，输入输出保护TFT14、15，由于分别设置有2个N型基板电位固定端子16、18，2个P型基板电位固定端子17、19，所以难以将界面能级与主体能级分开评价，在TFT的评价中，通过对通常的纵向的N型(或P型)TFT在横向设置PIN二极管，加上源极、漏极、栅极电极的3个端子，成为合计5个端子的构造，能实现纵向TFT的特性评价及横向的PIN二极管评价。
如上所述，本实施例1的液晶显示装置的输入输出保护电路，其特征为，具备具有连接于沟道层的N型基板电位固定端子16、18及P型基板电位固定端子17、19的输入输出保护TFT14、15，N型基板电位固定端子16、18及P型基板电位固定端子17、19与接地端子20连接(对应权利要求1)。
又，本实施例1的液晶显示装置的输入输出保护电路，其特征为，具有设置于输入输出端子垫片11和输入输出第一级TFT12之间的电阻13、连接输入输出端子垫片11和电阻13的配线、在接地端子20和电源端子21之间串联连接的2个输入输出保护TFT14、15，在2个输入输出保护TFT14、15的连接部连接着所述配线，2个输入输出保护TFT14、15分别具有连接于沟道层的N型基板电位固定端子16、18及P型基板电位固定端子17、19，N型基板电位固定端子16、18及P型基板电位固定端子17、19与接地端子20连接(对应权利要求2)。
又，本实施例1的液晶显示装置的输入输出保护电路，其特征为，输入输出保护TFT14、15的击穿电压、保持电压分别低于输入输出第一级TFT12、或该液晶显示装置的像素驱动用开关元件的TFT的击穿电压、保持电压(对应权利要求4)。
实施例2
图3为显示本发明实施例2的液晶显示装置的输入输出保护电路的电路图。图4是显示对应图3所示电路的本实施例2的液晶显示装置的输入输出保护电路的构造的平面图。
图3、图4中，22为连接于输入输出第一级TFT12的沟道层的N型基板电位固定端子(即，设置于与沟道层连接的区域内的N型杂质区域，由连接于该区域的金属电极形成的基板电位固定用电极端子)，23为同样连接于输入输出第一级TFT12沟道层的P型基板电位固定端子，24为与连接于输入输出第一级TFT12沟道层的N型基板电位固定端子22及P型基板电位固定端子23连接的基板偏压发生电路(基板电位发生电路、基板偏压修正电路)。
前述显示实施例1的图1、图2与显示本实施例2的图3、图4，自输入输出端子垫片11至与输入输出保护电路连接的接地端子20，其构造相同，故省略其说明。
图3、图4中，输入输出第一级TFT12上连接着P型基板电位固定端子23及N型基板电位固定端子22，P型基板电位固定端子23及N型基板电位固定端子22连接在基板偏压发生电路24上。由基板偏压发生电路24向前述端子23、22施加所定的电压。将输入输出第一级TFT12的击穿电压BVds设定为比输入输出保护TFT14、15要高，由此输入输出保护TFT14、15稳定工作。另外，基板偏压发生电路24，例如如图3所示，在电容前具有例如由保险丝等构成的电阻，可以调整输入输出第一级TFT12的基板电位。
这样，在本实施例2中，对于因输入输出保护TFT14、15的基板电位未被固定所导致的电气不稳定性，也通过设置N型基板电位固定端子16、18及P型基板电位固定端子17、19，使电气特性得到稳定，另外，浪涌电流不只流向源极一侧，同时也流向基板一侧，可防止输入输出保护TFT14、15在一次的浪涌电流作用下被破坏。
又，在本实施例2中，输入输出第一级TFT12的沟道层上连接着N型基板电位固定端子22、P型基板电位固定端子23，通过由基板偏压发生电路24将经过调整的基板电位施加于输入输出第一级TFT12，可以设定得使输入输出第一级TFT12的击穿电压BVds一定高于输入输出保护电路的击穿电压BVds。
进一步，输入输出保护TFT14、15及输入输出第一级TFT12，由于分别设置有2个N型基板电位固定端子16、18、22及P型基板电位固定端子17、19、23，所以对于难以将界面能级与主体能级分开评价的TFT的评价，通过对通常的纵向的N型(或P型)TFT在横向设置PIN二极管，加上源极、漏极、栅极电极的3个端子，成为合计5个端子的结构，能实现纵向TFT的特性评价及横向的PIN二极管评价。
如上所述，本实施例2的液晶显示装置的输入输出保护电路，其特征为，输入输出第一级TFT12具有连接于沟道层的N型基板电位固定端子22及P型基板电位固定端子23，N型基板电位固定端子22及P型基板电位固定端子23与基板偏压发生电路24连接(对应权利要求3)。
以上对本发明基于实施例进行了具体的说明，但是不用说本发明也不只局限于上述实施例，只要在不脱离其要点的范围内，可作种种变更。
如以上说明，由本发明，能提供具有更为稳定的输入输出保护功能的液晶显示装置的输入输出保护电路。
符号说明
11               输入输出端子垫片
12               输入输出第一级TFT
13               输入输出保护用的电阻
14、15           输入输出保护TFT
16               输入输出保护TFT14的N型基板电位固定端子
17               输入输出保护TFT14的P型基板电位固定端子
18               输入输出保护TFT15的N型基板电位固定端子19                  输入输出保护TFT15的P型基板电位固定端子20                  接地端子21                  电源端子22                  输入输出第一级TFT12的N型基板电位固定端子23                  输入输出第一级TFT12的P型基板电位固定端子24                  基板偏压发生电路41                  输入输出端子垫片42                  输入输出保护TFT43                  输入输出第一级TFTR1，R2，R3，R4，R5  电阻G                   栅极S                   源极D                   漏极Vdd，Vss          电源51                  氧化绝缘膜52                  栅极绝缘膜53                  栅极电极54                  漏极区域55                  源极区域56                  沟道区域57                  多晶硅层Vcnt               控制电压

Claims (4)

1、一种液晶显示装置的输入输出保护电路，其特征在于，具备具有连接于沟道层的P型基板电位固定端子及N型基板电位固定端子的输入输出保护薄膜晶体管，所述P型基板电位固定端子及所述N型基板电位固定端子与接地端子连接。
2、一种液晶显示装置的输入输出保护电路，其特征在于，具有：设置于输入输出端子垫片和输入输出第一级TFT之间的电阻、连接所述输入输出端子垫片和所述电阻的配线、在接地端子和电源端子之间串联连接的2个输入输出保护薄膜晶体管，在所述2个输入输出保护薄膜晶体管的连接部连接所述配线，所述2个输入输出保护薄膜晶体管分别具有连接于沟道层的P型基板电位固定端子及N型基板电位固定端子，所述P型基板电位固定端子及所述N型基板电位固定端子与接地端连接。
3、如权利要求2所述的液晶显示装置的输入输出保护电路，其特征在于，所述输入输出第一级薄膜晶体管具有连接于沟道层的P型基板电位固定端子及N型基板电位固定端子，所述P型基板电位固定端子及所述N型基板电位固定端子与基板偏压发生电路连接。
4、如权利要求1、2或3所述的液晶显示装置的输入输出保护电路，其特征为，所述输入输出保护薄膜晶体管的击穿电压、保持电压分别低于输入输出第一级薄膜晶体管、或所述液晶显示装置的像素驱动用开关元件的薄膜晶体管的击穿电压、保持电压。
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