CN1137406C - 具有去静电元件的显示设备 - Google Patents

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Abstract

在短路线与每条数据线的上端区域之间放置了一对去静电元件和一个用于抑制静电脉冲的电阻元件，其中短路线用于短路多条数据线。当短暂的静电脉冲从外部施加到一条数据线的上端区域时，电阻元件使脉冲的前沿变缓。因此，去静电元件即使在响应短暂的静电脉冲时也能很好地工作。

Description

具有去静电元件的显示设备
技术领域
本发明涉及显示设备，尤其涉及带半导体元件的有源矩阵式液晶显示设备，这种显示设备包括用于保护半导体元件和绝缘膜免遭静电击穿的去静电元件。
背景技术
图10是一般液晶显示设备中有源元件基片上的电路的示意图。有源元件基片1上以矩阵分别放置了构成显示区域的多个象素电极(没有画出)和连接到相应的一个象素电极上的薄膜晶体管。在有源元件基片1上还有多条扫描线4、多条数据线5、多条辅助电容线6、多条输入线7、一条环状短路线8和多个去静电元件9。其中，扫描线4用于向相应的薄膜晶体管提供扫描信号；数据线5用于向相应的薄膜晶体管提供数据信号；辅助电容线6与扫描线4平行，在辅助电容线6与象素电极之间形成了辅助电容部分；输入线7被放在基片的右下部分(在图10中)；环状短路线8位于构成显示区的象素电极的周围；每一对相邻的去静电元件9被放置在短路线8与相应的一条数据线5之间，它们相互平行。
扫描线4的右端延伸到位于基片1的右区用虚线表示的半导体芯片安装区10中。数据线5的下端延伸到位于基片1的下区用虚线表示的半导体芯片安装区11中。数据线5的上端延伸到基片1的上端。辅助电容线6的左端连接到公共线12上。一些输入线7的伸出端延伸到半导体芯片安装区10而其它输入线7的伸出端则延伸到半导体芯片安装区11。短路线8左侧的上端和下端连接到公共线12上。
例如，假设在象以上那样构成的液晶显示设备中，高压静电从外部施加到位于有源元件基片1的上端表面的最左边那条数据线5的上端部分，那么，连接到最左边那条数据线5上的两个去静电元件9就成为导电的，因此短路线8、公共线12和辅助电容线6就具有与左边那条电容线5相同的电位。这时，连接到其它数据线5上的其它去静电元件9也开始导电并且也具有与短路线8、公共线12和辅助电容线6相同的电位。这样，短路线8，公共线12，辅助电容线6和所有数据线5就具有相同的电位。当任何一条数据线5被充上静电时都是这样。因此，施加到数据线上的静电的电位被降低了，因为它被引导到了短路线8，公共线12，辅助电容线6和其它数据线5。这样，就能保护连接到被充电的数据线5上的薄膜晶体管和绝缘膜免遭静电击穿。
去静电元件9通常为二极管，它的阳极连接到短路线上，阴极连接到数据线5上。不过，这种去静电元件9不能很好地响应上升沿非常陡的静电脉冲。因此，当这种高压静电脉冲作用时，它只能流过数据线5，从而会击穿被连接到数据线5上的薄膜晶体管和/或绝缘膜。这样，去静电元件9就不能完全保护晶体管或绝缘膜。
发明内容
本发明的目的是提供一种即使在响应非常迅速地上升到非常高的电位的静电脉冲时也能迅速转换成导电状态从而更彻底保护设备中的半导体元件和绝缘膜免受击穿的显示设备。
为达到此目的，提供了一种显示设备，它包括：
基片；
制作在基片上的多条导线；
与导线电气连接的半导体元件；
与半导体元件电气耦合的显示元件；
用于将导线相互连接起来的短路线；
放置在短路线和相应的导线之间的去静电元件；和
与各个去静电元件串联的抑制元件，用于抑制静电脉冲。
本发明还提供一种显示设备，它包括：
基片；
制作在基片上的多条导线；
与导线电气耦合的显示元件；
用于将导线相互连接起来的短路线；
放置在短路线与每一条导线之间的去静电元件；和
与每个去静电元件串联的抑制元件，用于抑制静电脉冲；
其中每个去静电元件和抑制元件具有纯半导体层和制作在纯半导体层上的杂质扩散半导体层。
本发明的另外的目的和优点将在后面的说明中阐述，一部分可以从说明中明显看出，或者可以通过实施本发明而被认识到。本发明的目的和优点可以借助于本发明中特地指出的工具和系统来实现或得到。
被收入的作为说明书的一部分的附图说明了目前本发明的优选实施例，它与上述一般说明以及下面将给出的优选实施例的详细说明一起用来解释本发明的原理。
附图说明
图1是按照本发明第一实施例的液晶显示设备中的有源元件基片上的电路方案图；
图2是图1中部分有源元件基片的放大剖视图；
图3A和3B是用于解释图1和图2中所示的电阻性元件的功能的脉冲波形；
图4是图1和图2中所示的电阻元件的放大示意图；
图5A是本发明第二实施例的放大示意图；
图5B是沿图5A的VB-VB线剖开的放大剖视图；
图6是本发明第三实施例的放大示意图；
图7是按照本发明第四实施例的液晶显示设备中的有源元件基片上的电路方案图；
图8是图7中部分有源元件基片的放大示意图；
图9是制作在图1所示的有源元件基片上第一层线的状态的放大示意图；
图10是一般液晶显示设备中有源元件基片上的电路的方案图。
具体实施方式
(第一实施例)
图1是按照本发明第一实施例的液晶显示设备中的有源元件基片上的电路方案图。图2是图1中部分有源元件基片的放大剖视图。如图1和图2所示，薄膜晶体管3的门极G被制作在有源元件基片1上。特别是如图9所示，扫描线4、辅助电容线6、公共线12和短路线8的部分上下侧以及门极G被同时制作在有源元件基片1上。
包含门极G的门极绝缘膜13被制作在有源元件基片1的整个表面上，由纯非晶硅制成的半导体薄膜14被制作在门极绝缘膜13上与各个门极G相对应的区域内。类似地，由纯非晶硅制成的半导体薄膜15被制作在去静电元件9形成区域内的门极绝缘膜13上。由绝缘材料制成的阻塞层16和17分别被制作在半导体薄膜14和15的中间部分上。由n+型掺磷非晶硅制成的接触层18和19被制作在薄膜晶体管3的形成区域内的阻塞层16的上表面的对边区域内。类似地，由n+型非晶硅制成的接触层20和21被制作在去静电元件9的形成区域内的阻塞层17的上表面的对边区域内。
用于抑制静电脉冲的电阻性元件31包括由纯非晶硅制成的制作在门极绝缘膜13的预定区域内的半导体薄膜32和由n+型非晶硅制成制作在半导体薄膜32上的半导体层33。由于电阻性元件31被插在每条数据线5的预定位置上，因此半导体层33的上表面的对边区域被连接到数据线5的两个分开的端上。
上述半导体薄膜14、15和32现时用等离子体CVD形成。因此它们都是由相同的材料制成的，并且具有相同的厚度。此外，接触层18到21和半导体层33是通过同时淀积同样的材料，如等离子体CVD，然后在其中掺杂非晶离子并组成综合层而形成的。这样，那些由相同材料制成的层就具有相同的厚度和离子浓度。
源极S和漏极D分别制作在薄膜晶体管3的区域内的接触层18和19上。类似地，连接端22和23分别制作在去静电元件9的区域内的接触层20和21上。一个连接端22由制作在门极绝缘膜13上的连接孔24连接到短路线8上。另一个连接端23被连接到每条数据线5的一端上，该端在图1中用参考数字5a表示。数据线5和短路线8的左侧部分与右侧部分和源极S、漏极D、连接端22和23制作在一起。这时，短路线8的左、右两侧部分的上端和下端通过制作在门极绝缘膜13上的连接孔(没有画出)连接到短路线8的上、下两侧的右端和左端上。此外，在形成例如源极S之前，由ITO构成的象素电极2被制作在门极绝缘膜13上位于薄膜晶体管3附近的区域内，然后象素电极2被连接到源极S上。这样，有源元件基片1就具有如图1所示的电路结构。
下面将参考图1对任何一条数据线5的上端被施加上升沿很陡的静电脉冲的情况进行说明。如图3A所示，这种急速上升的静电脉冲被看作是矩形脉冲(脉冲宽度为t1)。这种矩形脉冲被施加到数据线5的上端以后就变成了如图3B所示的逐渐上升的斜脉冲，它的宽度t2要比源脉冲的宽度t1宽。经过一段预定时间以后当脉冲电压达到元件9的预定门限值时，与被施加脉冲的数据线5相连接的去静电元件9就开始导电。换句话说，在这种结构中，在静电脉冲的电压上升到很高之前，去静电元件9就开始导电了，因此它能够响应静电脉冲。相应地，流过数据线5和去静电元件9之间的节点5a上的静电电位不会太高，这意味着连接到数据线5上的内层膜或薄膜晶体管实际上能彻底免遭静电击穿。
下面将参考图4举例说明电阻元件31的尺寸。当电阻元件31的n+型非晶硅半导体层33的厚度约为250A、长度L为1000μm、宽度W为6μm时，电阻元件31的电阻约为1MΩ。其中，厚度是指上层数据线和下层数据线之间的距离。
下面将参考图2简要说明电阻元件31的形成方法。首先，在门极绝缘膜13上形成电阻元件31的半导体薄膜32以及薄膜晶体管3的半导体薄膜14和去静电元件9的半导体薄膜15。接着，在半导体薄膜32上形成半导体层33，与此同时还形成了薄膜晶体管3的接触层18与19和形成去静电元件9的接触层20与21。这样，就形成了电阻元件31。由于电阻元件31是与薄膜晶体管3和去静电元件9同时形成的，不需要用专门的处理步骤来形成元件9，因此减少了整个生产处理步骤的数量。
(实二实施例)
图5A是按照本发明第二实施例的一部分液晶显示设备的示意图。图5B是沿图5A的VB-VB线剖开的剖视图。第二实施例中的数据线5包括制作在有源元件基片1上的基片1的预定端附近的实际上按S形弯曲的弯曲段41、从弯曲段41的预定端起的基片1上连续形成的连接块42、制作在有源元件基片1上门极绝缘膜13的预定区域上的数据线主体42、制作在有源元件基片1上门极绝缘膜13的预定区域上数据线主体43和制作在门极绝缘膜13上的用于将相应的数据线主体43连接到相应的连接块42上的连接孔44。用于控制晶格间隙的空数据线45被制作在门极绝缘膜13上相应的弯曲段41内。密封元件(没有画出)被安置在每条数据线45的上面，用于将有源元件基片1粘到对置基片(没有画出)上。间隙材料被扩散在密封材料上，用于确定有源元件基片1与对置基片之间的间隙。如果间隙材料不能与数据线5和扫描线完全成直线，那么间隙就会不均匀。空数据线45实际上具有与数据线5和扫描线4相同的厚度以便保持间隙不变。当空数据线45由同样的材料制成并且具有同样的厚度时，它的吞吐量可以得到增大。
在这个实施例中，弯曲段41主要构成用于抑制静电脉冲的电阻部分。因此，弯曲段41可以象第一实施例中的电阻元件9那样抑制短暂的静电脉冲。在第二实施例中，通过用低电阻的铝或铝合金来制作相应的数据线主体43、连接孔44和空数据线35并同时用高电阻的铬来制作弯曲段41和相应的连接块42，可以将各个弯曲段41制作成高电阻段。
图6示出了第三实施例，其中，弯曲段41实际上是V字形，它具有正方形的弯头，它可作为静电脉冲抑制元件。当弯曲段用金属薄膜来制作时，它除了上述形状以外还可以有各种形状。(第四实施例)
图7和图8示出了本发明的第四实施例。在这些图中，与图1中的元件相同的那些元件用同样的参考数字表示，这里省略对它们的解释。第四实施例中的每条数据线5包括直线段51、连接块52、数据线主体53和连接孔54，其中，直线段51被制作在有源元件基片1的上端区域内；连接块52中被制作在基片1上，它从直线段51的预定端伸出来；数据线主体53被制作在基片1上门极绝缘膜13的预定部分内；连接孔54被制作在门极绝缘膜13上，它用于将数据线主体53的预定端连接到连接块52上。在这种情况下，用于晶格间隙控制的空数据线55也被制作在直线段51上，直线段51被安置在门极绝缘膜13上。
避雷针导线61被制作在门极绝缘膜13上，它位于有源元件基片1与空数据线55之间的中间位置上。避雷针导线61包括导线62、导线63和导线64，其中，导线62沿数据线5的直线段51的垂直方向延伸；导线63从导线62伸到基片1的上端，它位于相邻两个直线段51对和直线段51外面的中间位置上；导线64从导线62的对端伸到短路线8的右上端和左上端。数据线主体53、连接孔54、空数据线55和避雷针导线61都是用低电阻的铝或铝合金制作的，直线段51和连接块52是用高电阻的铬制作的。
在这种液晶显示设备中，当静电施加到有源元件基片1的预定上端区域时，它不是释放到位于预定上端区域附近的高电阻直线段51上，而是释放到位于预定上端区域附近的低电阻避雷针导线61的导线63上。释放的静电经过避雷针导线61中的导线63、62和64流到公共线12和辅助电容线6上，并由于去静电元件9开始导电而进一步流到所有数据线5上。因此可以使连接到所有数据线5上的薄膜晶体管3和绝缘膜免遭静电击穿。当静电是前沿非常陡的脉冲时也能看到同样的效果。为了提高安全等级，可以将图2或图4中所示的电阻元件31安置在每条数据线5的直线段51上。此外，可以将直线段51制作成由图5和图6所示的弯曲段41构成的低电阻段。另外，可以在避雷针导线61的导线64位置上安置与去静电元件9同样结构的高电阻保护元件。
在第一或第二实施例中，尽管在每条数据线5中安置了一个由弯曲段41组成的电阻性元件31或电阻段，但还可以在每条数据线5中安置多个串联连接或并联连接的电阻元件或电阻段。此外在每个实施例中，尽管将静电元件9安置在在每条数据线5中，但也可以将它安置在每条扫描线4中或只安置在每条扫描线4中。在这种情况下，如果在扫描线4中安置由弯曲段41组成的电阻元件31或电阻段，或者如果在扫描线4的预定端附近安置避雷针导线61就已足够了。在这种结构中，当静电被施加到扫描线4时，每个元件的工作方式与在静电被施加到数据线5上的工作方式是相同的。此外，即使当静电被直接施加到短路线8上，它也会流到所有数据线5上，因此可以防止静电击穿。
如上所述，在本发明中，当上升沿很陡的短暂静电脉冲被施加到数据线、扫描线或短路线上时，可以用抑制元件将它变换成上升沿比较缓的脉冲并且在它的电压达到很高之前使它流过去静电元件。因此，当薄膜晶体管之类向半导体元件或绝缘膜被连接到带静电的线上时，它们能可靠地免遭静电击穿。
对技术行家们来说，很容易发现本发明的其它优点和改型。因此，本发明在其各方面都不受以上所述的特定细节和示范性实施例的限制。所以，在本发明及其等同物所规定的一般发明思想的精神范围内可以作各种改变。

Claims (9)

1、一种显示设备，它包括：
基片；
多条制作在基片上的导线；与导线电气连接的半导体元件；与半导体元件电气耦合的显示元件；
用于将导线相互连接起来的短路线；放置在短路线与每一条导线之间的去静电元件；和
与每个去静电元件串联的抑制元件，用于抑制静电脉冲。
2、根据权利要求1所述的显示设备，其中抑制元件是高电阻元件。
3、根据权利要求2所述的显示设备，其中抑制元件具有金属薄膜。
4、根据权利要求1所述的显示设备，还包括制作在抑制元件周围的作为避雷针的金属膜。
5、根据权利要求1所述的显示设备，其中抑制元件具有纯半导体层和制作在纯半导体层上的掺杂半导体层。
6、根据权利要求1所述的显示设备，其中去静电元件具有纯半导体层和制作在纯半导体层上的杂质扩散半导体层。
7、根据权利要求6所述的显示设备，其中抑制元件具有纯半导体层和制作在纯半导体层上的掺杂半导体层。
8、一种显示设备，它包括：
基片；
制作在基片上的多条导线；
与导线电气耦合的显示元件；
用于将导线相互连接起来的短路线；
放置在短路线与每一条导线之间的去静电元件；和
与每个去静电元件串联的抑制元件，用于抑制静电脉冲；
其中每个去静电元件和抑制元件具有纯半导体层和制作在纯半导体层上的杂质扩散半导体层。
9、根据权利要求8所述的显示设备，其中各个去静电元件与抑制元件的纯半导体层和杂质扩散半导体层是用相同的材料制成的并且具有相同的厚度。
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