CN1541345A - 有源矩阵显示装置 - Google Patents

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J·R·赫克托
胡格赫斯
J·R·胡格赫斯
埃德瓦德斯
M·J·埃德瓦德斯
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Abstract

一种有源矩阵显示装置，包括像素阵列，例如液晶像素；分别沿行方向和列方向延伸并且与像素相连的第一和第二组地址导线(16，18)；以及沿与一组地址导线(18)相同方向延伸的连接导线(30’)，连接导线(30’)中的每一条与另一组导线(16)中相应的一条相连，通过其将地址信号输送给另一组。为了避免不希望的显示赝像，每条连接导线(30’)从阵列一侧延伸，并且在与其相关的地址导线(16)的连接点(32)附近终止，并且提供从连接点(32)附近延伸到阵列相对一侧的相应的辅助导线(30”)，辅助导线与连接导线(30’)电分离，并与参考信号源(40)相连。

Description

有源矩阵显示装置
技术领域
本发明涉及有源矩阵显示装置，具体涉及具有行和列像素阵列的有源矩阵显示装置，每个像素包括设置在支撑板上的像素电极和相关的开关元件；第一和第二组与像素相连并且分别沿行和列方向延伸的地址导线，通过它寻址像素；以及设置在支撑板上的一组连接导线，各连接导线沿一组中各相邻地址导线之间的方向延伸、并与另一组地址导线中相应的一条导线相连，并且寻址信号通过它输送给另一组地址导线。
背景技术
欧洲专利申请No.01200466.9(PHNL 010074)中描述了适用于例如便携设备如移动电话，摄像机，电子个人备忘记事本等的这类有源矩阵液晶显示装置(AMLCD)的一个例子。在此装置中，每条连接导线从阵列一侧延伸到相对一侧，并在其长度方向在导线上延伸的某一位置处与相关的地址导线相连。
设置与一组地址导线相连的连接导线，能在支撑板的公共边，或者支撑板的相对、平行的边，而非如传统AMLCD等中在两个相互垂直的边提供用于驱动像素的寻址信号，寻址信号包括施加给行地址导线的选择(扫描)信号和施加给列地址导线的显示数据信号。一般在传统AMLCD中，为了能与地址导线组电接触，携带选择信号的一组行地址导线和携带数据信号的一组列地址导线，各自在矩形支撑板上除限定该装置显示区域的像素电极区域以外的区域上延伸至其上设置有它们的支撑板的各边缘区域，并包括支撑板的两个相邻边缘部分。例如，行和列驱动电路IC可以直接安装在支撑板的这些周围边界区域上，其输出端与延伸出的地址导线相连，或者行和列驱动电路IC可以安装在金属箔上，其输出端通过金属箔上的印制线(track)与地址导线相连。通过上述方式使用连接导线组能将IC转而设置在仅沿支承物一侧的公共***边界区域或者设置在沿支承物相对、平行两侧的相应***边界区域，或者能在这些部位实现金属箔连接。
如上述申请中所描述，使用该特征能例如使给定尺寸支撑板的有效显示区域在一个尺度上增大，这在该显示装置用于小的便携式产品中时是有益的。在R.Greene等人题为“Manufacturing of Large Wide-ViewAngle Seamless Tiled AMLCDs for Business and ConsumerApplications”，IDMC 2000，p.191-194的文章中描述了类似种类连接机制。这种情形的优点在于，通过允许仅从一边驱动地址导线而便于各显示板的平铺(tiling)。
不过已经发现，连接导线的存在会对这类显示装置的操作性质造成不利影响。特别是，发现该显示装置具有像素不均匀和图像余象的问题。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种起始段落中所述类型的改进的显示装置。
本发明的另一目的在于提供一种至少在某种程度上缓解上述问题的显示装置。
根据本发明，提供一种起始段落中所述类型的有源矩阵显示装置，其中每条连接导线从阵列一侧延伸到其与另一组相关地址导线相连的连接点，其中设置与每条连接导线相应的辅助导线，该辅助导线从连接点附近延伸到阵列的相对一侧，并与参考信号源相连。
设置与连接导线有关的辅助导线，导致可显著减小上面所述的不希望的显示赝象问题，从而具有像素输出的非均匀性减小和图像余象影响减小的改进的显示质量。本发明源于认识到连接导线的存在引起的某种寄生电容效果是这些问题的原因。寄生电容的本质意味着处于连接点位置并与在这些点同连接导线相连的地址导线连接的像素，表现出与阵列中其他位置的像素不同的效果。当分别施加数据信号和选择信号的一组地址导线包括列地址导线，另一组包括行地址导线时，连接导线的存在意味着连接点位置处像素的回扫效果将不同，结果是，对于给定的外加数据信号电压，其显示输出将与其他像素的显示输出不同。此外，这些像素会受到在LC材料中产生老化效果的均方根(rms)直流电压和图像余象问题的影响。
辅助导线实际上用作“伪”连接导线，从而对于与一条连接导线和其相关的辅助导线有关的像素而言，就各位置处存在的寄生电容而言，连接点上的像素与连接点后面的像素均具有相似环境。
因此，通过施加给辅助导线的适当参考信号，例如与行驱动波形(包括选择和非选择电压电平)的非选择电平相应的参考信号，这里连接导线将该波形传输给行地址导线，确保所有像素受到基本上相似的回扫作用。
阵列中像素的行数可以与列数不同，并且像素列(或行)的数量可以超过所需的连接导线数量。在这种情形中，可以为不与连接导线相关的每列(或行)像素设置一辅助导线，该导线从阵列一侧延伸到另一侧，从而相关的像素类似地与具有相关连接导线的像素具有相似的电容环境，从而保证阵列上像素均匀。
最好以相同方式设置辅助导线和连接导线，例如通过将所沉积的导电材料层制成图案成为沿长度方向在由其各连接点确定的适当位置处具有一个断点，以限定分别构成连接导线和辅助导线的两个部分，而形成连接导线与其各自相关的辅助导线。可以想到在不同处理阶段例如从不同沉积层形成连接导线和辅助导线，使两条导线相对像素电极等的定位不相同。不过，除了使制造过程复杂以外，该方法可能会引起相关电容性质的极大差异。
连接和辅助导线可以在像素电极下面延伸，并且通过介电层与其分隔。或者，可以将这些导线设置成在像素电极附近横向延伸，例如在一组地址导线附近。这将减小这些导线与像素电极之间的电容，这是一个重要的因素。在像素电极包括透明导电材料如ITO等的透射型显示装置的情形中这也是很有利的，否则当设置于像素电极下面时导线同样需要为透明材料。不过，靠近像素电极横向设置这些导线可能会导致像素孔径减小。
虽然本发明特别适用于有源矩阵液晶显示装置，不过也可以用于使用其他电光材料作为像素的不同种类的有源矩阵显示装置，如电泳，电致变色和电致发光(所谓的聚合物和有机型)显示装置。
附图说明
现在将参照附图通过例子描述根据本发明的有源矩阵显示装置，特别是液晶显示装置的实施例。
图1示意地表示出传统AMLCD结构中相邻像素组的典型排列；
图2示意地表示出另一种AMLCD结构中像素典型组合的排列；
图3示意地表示图2中所示AMLCD类型中驱动电路的一种可能配置；
图4示意地表示本发明AMLCD的一个实施例中像素典型组合的排列；
图5和6分别表示图2和4的装置中像素组的等效电路；
图7为图4装置中像素的示意平面图，表示元件的布置；以及
图8表示元件的另一种布置。
具体实施方式
应该理解，附图仅是示意性的，并非依照比例绘制。在附图中使用相同附图标记表示相同或相似元件。
参照图1，表示具有单独可寻址像素10的矩阵阵列11的传统类型有源矩阵液晶显示装置的一部分，每个像素10均包括分立的像素电极12和相关的薄膜晶体管型开关装置TFT14，开关装置TFT14可以为非晶硅(a-Si)或多晶硅类型。例如在US-5130829中描述了这类装置的一般结构和操作，引用其作为参考并且此处包含其这些方面的内容。简而言之，像素电极12构成行和列，并且第一和第二组相互垂直的地址导线，即行选择地址导线16与列数据地址导线18在像素电极12之间延伸，每个电极设置在各对地址导线的交点附近。像素电极，地址导线组和TFT均设置在支撑板20如玻璃板上。第二支撑板例如依然为玻璃板(未示出)设置在支撑板20上面并平行于支撑板20，并设置有公共电极。两个支撑板彼此间隔开，并将液晶材料设置在支撑板之间，通过围绕阵列边缘延伸的密封条而将液晶材料包含在支撑板之间。每个像素电极以及公共电极与其间的液晶材料的重叠部分一起限定各显示元素。
为了驱动像素，行驱动电路26和列驱动电路28分别与行地址导线组16和列地址导线组18的一端相连。在依次打开每行TFT14之后，行驱动电路26将选择(扫描)信号提供给每个行地址导线16，在行选择的同时，列驱动电路28将例如通过取样输入视频信号获得的数据(视频)信号提供给每列地址导线18。驱动电路26和28一般为IC型，可以如图1中所示安装在阵列两个相邻侧与支撑板相应边缘之间的支撑板20区域上，或者当使用COF(金属箔上芯片)或TCP(载带封装)技术时，安装在金属箔或带上，使金属箔或带在沿支撑板两相邻边周围区域与地址导线组互相连接。对于多晶硅AMLCD而言，可以实际上在支撑板20的边缘区域上使用相同过程制造驱动电路，同时作为包括TFT和地址导线等的有源矩阵电路，从而完全集成在支撑板上。
正如所理解的，需要贡献支撑板沿两相邻边的***部分来安装IC，或者用于提供与带或金属箔的互连，这是有一定限制的，因为支撑板20高度和宽度的总体尺寸必须远大于所包含的阵列。已经提出了在这方面较优的另一种结构。图2表示使用所述另一种结构原理的像素阵列的一部分。该阵列类似地具有像素电极12和相关的与行地址导线组16和列地址导线组18相连的TFT14。不过在这种结构中，行地址导线16在像素阵列的相对边缘附近立即终止，并且设置一组平行于列地址导线18延伸的辅助列导线形式的连接导线30，每条导线30从阵列一侧沿相应列的像素电极12延伸到相对侧，并在连接点32处与相应的一个行地址导线16相连。该连接点的位置相当于导线30与其相关的地址导线16之间的交点，并且对于每一条导线而言连接点的位置不同。辅助连接导线30将行选择信号能从阵列一侧施加给行地址导线16，该阵列侧与施加数据信号的列地址导线18一侧相对应或相对，例如如图3中显示装置的示意平面图中所示，此情形下行驱动电路IC26和列驱动电路IC28设置在像素阵列11相对侧上支撑板20的相应边缘部分处，并且列地址导线18和导线30的末端分别与列驱动电路IC和行驱动电路IC相连。结果，无需将支撑板20沿行地址导线16组附近一侧的周围边缘区域用于行驱动电路IC或相互连接。这意味着对于给定显示尺寸可以减小支撑板的面积，导致可从例如一个经过一次处理的初始较大面积的玻璃片获得更大数量的用于显示装置的有源板。并且，在许多应用中在相对侧具有最小剩余面积的显示装置的对称性是有利的，对于移动电话等中所使用的小面积显示装置而言尤为有利。
欧洲专利申请No 0 1200 466.9中描述了这类显示装置的例子和使用这种结构得到的其他优点，将其引作参考并且此处包含其内容。
在R.G.Greene等人题为“Manufacturing of Large Wide-ViewAngle Seamless Tiled AMLCDs for Business and ConsumerApplications”，IDMC2000，p.191-194的文章中，描述了一种LC板，其中从阵列的同一侧接触行和列地址导线，并且为了能将各显示板平铺在一起以更加方便地制造大面积显示器，使用辅助连接导线。在这种显示板中，辅助连接导线在列地址导线附近、并且在相邻像素电极列之间延伸。
在图2中所示的结构中，导线30在像素电极列下面并且近似中心处延伸。在显示装置为使用反射金属电极12的反射显示器的情形中，可由金属如铝形成导线，并且为了方便起见，由与列地址导线18相同的沉积金属层形成导线。在电极12包括透明导电材料如ITO的透射显示器的情形中，最好同样由透明导电材料形成导线30。
在这类显示装置的操作过程中，可能会发生不希望的显示赝像，特别是像素不均匀。现在认为在较大程度上这种赝像是由辅助导线30的存在引入的电容效应引起的。
现在将参照图4说明根据本发明显示装置的一个实施例，其中至少显著减小了这种赝像，图4表示与图2相似的装置的有源矩阵板的一部分，不过具有一定改变。显然，此处使与连接导线30等效的导线在其各自的连接点32的区域处电中断，以便在所有情况下都形成在连接点处或连接点附近终止的第一部分30’以及第二部分30”。连接点32上的每一部分30’在其靠近阵列一侧的端部与行驱动电路26相连，并且该部分与上述连接导线30在输送选择信号波形至其相关行地址导线16时起相同的作用。
与部分30’电分离的其余部分30”，从第一部分30’的端部和连接点32附近延伸至阵列的相对一侧，通过所有这些部分30”公用的导线38与参考信号源40相连。
部分30”最好与部分30’同时形成，并且通过与前面所述导线30相同的方式，一般以单线形式从阵列一侧在各列像素电极12下面延伸至相对侧，不过通过对用于形成导线的沉积导电层适当制成图案，在每条导线中紧靠其连接点处引入一个断点，从而定义相关的一对电中断部分30’和30”。不过，如果需要也可以在不同步骤中独立形成部分30’组和部分30”组。换句话说，每对相关的部分30’和30”可以与前面所述的导线30等效，不过沿其长度方向形成一个断点，或者形成分离的部件。在每种情形中，部分30’构成与导线30相应的连接导线，并且部分30”构成辅助导线，每一个辅助导线与各连接导线30’和像素电极12的列有关。
实际上，以这种方式中断导线30以便确定连接导线30’和辅助导线30”，导致有害的显示赝像明显减弱，现在将参照图5和6解释其原因，图5和6示意性地表示分别使用图2和4结构的像素阵列典型部件的等效电路，该像素阵列包括一组9个相邻的像素10，标号为1到9。
参照图5，连接导线30的存在在每个像素10处引入寄生电容，最显著的是，寄生电容是像素电极12与下面导线30部分之间的电容C1。在导线30与行地址导线16之间在其交点处形成另一个不太重要的寄生电容(未示出)。一般在任何情况下在像素电极12与其相关的行地址导线16之间都存在寄生电容，这归因于此处称作Co的TFT栅/源电容。LC显示元件本身的电容表示为Cp，由LC电容和相关的存储电容器的电容Cs组成，通常设置存储器电容并且与LC元件并联，设置在相对支撑板上的公共电极的附图标记为36。
与连接点32相应的像素位置处，即图5中与行地址导线16相连的在该列中产生连接点的像素1，5和9的电容C1的作用很重要，因为该电容与通常的寄生电容Co并联。在所有其他像素中，它与存储电容Cs并联。当施加给行地址导线的波形从选择电压电平Von(在该电压时导通TFT以选择像素)下降到更低的保持电平Voff(在该电压时TFT保持截止)时下降的行转换(falling row transition)产生的回扫误差电压通过Co耦合到像素电容Cp上，不过对于像素1，5和9而言，这种回扫误差电压通过Co和C1耦合，因为在相关的连接导线30上也产生行地址导线16的转换。对于这些像素，由下式给出回扫电压Vkb：
    Vkb＝[Von-Voff]×(C1+Co)/(Co+Cp)      (1)
对于所有其他像素，由下式给出回扫电压：
    Vkb＝[Von-Voff]×Co/(Co+Cp+C1)        (2)
因此，像素1，5和9以及连接点位置处其他像素的回扫与所有其他像素不同。对于使用a-Si型TFT的显示装置的典型驱动电压电平和电容值，对于小显示装置而言该差别可以为例如大约1.5V。除了由于连接点位置处像素的操作对于给定数据信号值产生与其他像素不同的亮度大小而引起不均匀性的这种回扫差别以外，回扫电压还可以表现为所有像素上的均方根直流电压，也可以引起老化和图像余象问题。
如图4中的结构所示在各连接点32处连接导线30’的终止，表明原来受行地址导线16附加电容影响的像素现在不再受同样的影响，因为不再存在电容C1。不过用这种方法简单地终止导线是不能令人满意的，因为列中除连接点以外的像素的电容环境与连接点上的像素不同，从而可能会发生图像质量下降。辅助导线30”通过使一列中的像素共享相似电容环境而避免发生这种可能。在操作过程中，这些辅助导线30”通过公共导线38而保持在电源40提供的参考电压电平，取决于所采用的特定类型的驱动机制，该参考电压电平可以例如相当于地电平或施加给行地址导线的选择信号波形的保持电平，或者如果所采用的驱动机制使用公共电极调制，则相当于施加给设置在相对支撑板上的公共电极36的相同的AC电压。
参照图6，图6表示图4的装置中几个像素的有效等效电路，将其与图5的电路比较，可以看出连接点32位置处(此处与前面一样标记为1，5和9)的像素10与其他像素具有相同的到与其相关的行地址导线16的电容耦合，并且寄生电容C1不再与像素电极12和行地址导线16之间的寄生电容Co并联。因此，导线16和耦合在这些特定像素的电极12上的导线30”的转换与所有其他像素基本相同，并且所有像素受到的回扫电压基本相同。由下式给出此情形下的回扫电压大小：
  Vkb＝[Von-Voff]×Co/(Co+Cp+C1)    (3)
因为所有像素受到类似的回扫，在所有像素上其效果基本相同，并且前面发现的像素1，5和9的不均匀性不再存在。
在某些显示装置中，像素阵列中的列数可能大于行数，从而并非所有像素列都具有相关的连接导线30’。在这种情形中，可以仅为没有相关连接导线的像素列设置沿整列长度方向从阵列一侧延伸到另一侧的辅助导线30”。这将保证这些列中的像素与具有连接导线的列中的像素经受相似的电容环境。
图7中用平面图示意地表示出连接点32位置处一个完整像素的结构。本示例结构中电极12设置成通过提供***的介电层(未示出)而与紧邻的行和列地址导线16和18稍稍重叠。连接导线30’和其相关的辅助导线30”包括行地址导线16和一列中的像素电极12下面延伸的靠近电极12的中线设置的分别对准的条形导电材料。由相同导电材料沉积层，用与产生行和列地址导线相似的方式，通过对该层进行适当的光刻制作图案，形成成对导线30’和30”以及与其他像素列有关的相应导线。此处，以在阵列相对侧之间延伸的单条导电材料的方式形成各导线30’及其相应的辅助导线30”，其中如50所示，在将构成导线30’与30”的部分彼此电分离的连接点32处并紧邻行地址导线16处确定一个短中断。在连接点处，在沉积和制作该层的图案形成行地址导线之前，在分隔行地址导线16与下部导线30’的介电层中形成通道，从而在形成通道时，通过通道与导线30’电连接。
在电极12包括透明导电材料如ITO的透射型显示装置中，导线30’和30”最好由相同材料形成。在电极由不透明的反射金属构成的反射型显示装置中，导线30’和30”可以由不透明金属如铝形成，并且为了简单起见，可以由与列地址导线18相同的沉积金属层构成。
虽然在上例中，将导线30’和30”表示成在该列像素电极12下面延伸，不过并非必须为这种情形。导线可以设置在像素电极12的列的一侧，并且沿列地址导线18安排，如图8中像素的平面示意图中所示。这种结构的优点在于可以相当大地减小上述寄生电容C1。不过，其缺点在于在透射显示装置的情形中，也减小了有效像素孔径尺寸，从而减小了孔径。
虽然上述例子中使用常规的矩形像素阵列，不过可以想到阵列可以为不同形状，例如半圆形。沿阵列同一侧或相对侧设置行和列驱动电路或连接区域的能力，使所用阵列形状的选择和实现具有更大自由度。
虽然针对特定AMLCD描述了本发明，不过可以想到其同样适用于其他类型的有源矩阵显示装置如AMLED显示装置。
通过阅读本说明书，本领域技术人员显然可以想到其它变型。这种变型可以包括有源矩阵显示装置领域中已经公知的其他特征和部件，从而可以取代此处所述的特征，或者使用此处所述特征以外的特征。

Claims (8)

1、一种具有行和列像素阵列的有源矩阵显示装置，每个像素包括设置在支撑板上的像素电极和相关的开关元件；与像素相连并分别沿行和列方向延伸的第一和第二组地址导线，通过其对像素进行寻址；以及设置在支撑板上的一组连接导线，每条导线沿一组地址导线中各相邻对地址导线之间的方向延伸，并与另一组地址导线中相应的一条相连，通过其将寻址信号输送给另一组地址导线，其中每条连接导线从阵列一侧延伸到其与另一组相关地址导线相连的连接点，并且设置与每条连接导线相应的辅助导线，该辅助导线从连接点附近延伸到阵列的相对一侧，并且与参考信号源相连。
2、根据权利要求1所述的装置，其中连接导线和辅助导线在像素电极下面延伸，并且通过介电层分隔开。
3、根据权利要求1所述的装置，其中连接导线和辅助导线在像素电极附近横向延伸。
4、根据权利要求3所述的装置，其中连接导线和其相关的辅助导线沿一组中相应的地址导线延伸。
5、根据权利要求1到4中任何一个所述的装置，其中每条连接导线和与其相关的辅助导线设置成在阵列相对侧延伸的沿其长度方向靠近连接点处具有一个中断的单根导线。
6、根据前面任何一个权利要求所述的装置，其中驱动电路与连接导线组相连，用于将包括选择和非选择电压电平的寻址信号波形提供给像素的切换元件。
7、根据权利要求6所述的装置，其中用于辅助导线的参考信号相当于非选择电压电平。
8、根据权利要求1到7中任何一个所述的装置，其中像素包括液晶像素。
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