專利名稱：矩陣顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種矩陣顯示裝置，它包括多個行和列尋址導(dǎo)線，多個象素，每一個象素都包括一個電光顯示元件，該電光顯示元件在一個行導(dǎo)體和一個列導(dǎo)線之間與一個相關(guān)的雙端非線性電阻器件串聯(lián)連接，該雙端非線性電阻器件包括一個二極管環(huán)式電路，從而在所說的兩個端子之間并聯(lián)提供了第一和第二傳導(dǎo)線路，每一個傳導(dǎo)線路表現(xiàn)一個閾值特性，并且包含至少三個串聯(lián)的二極管元件，從而使電流分別以相反方向流過該電路。
這種主動矩陣顯示裝置適于顯示字母數(shù)字信息或影象信息例如電視信息。
上述這種使用二極管元件且其中電光顯示元件是由液晶顯示元件構(gòu)成的矩陣顯示裝置是已知的，盡管其它諸如電泳或電致變色材料等被動電光介質(zhì)可被代替使用。
附

圖1表示了一種已知類型的矩陣液晶顯示裝置的一個典型象素及其相關(guān)的行和列導(dǎo)線的基本電路結(jié)構(gòu)的兩個例子。在這些電路中，每個液晶顯示元件12由一對間隔開的其間充有液晶介質(zhì)的電極構(gòu)成，并且在一個行掃描導(dǎo)線16和一個列數(shù)據(jù)導(dǎo)線18之間與一個雙向非線性電阻器件14的二極管環(huán)式電路串聯(lián)連接，在這些例子中該電路由一對極性相反的并聯(lián)二極管組成。這兩種形式的電路結(jié)構(gòu)在電學(xué)上是等效的且以相同方式工作。它們之間的選擇純粹基于工藝上的考慮。
圖2表示液晶介質(zhì)的透射(T)-均方根電壓(Vlc)曲線，圖3表示二極管環(huán)式電路的電流(I)電壓(VR)特性，圖4表示加到行導(dǎo)線和列導(dǎo)線上的驅(qū)動波形。
二極管環(huán)式電路的用途是作為一個與顯示元件串聯(lián)的開關(guān)。當(dāng)該顯示裝置的一個給定行要被尋址時，施加到該相應(yīng)行導(dǎo)線上的電壓如圖4a中的波形所示取Vs的兩個可選值之一。與大多數(shù)其它液晶顯示系統(tǒng)相同，施加到液晶顯示元件兩電極上的電壓極性是每場(即對于PAL電視系統(tǒng)每20毫秒)翻轉(zhuǎn)的，以防止不希望有的液晶介質(zhì)的損害，否則通常使圖象質(zhì)量變差。因?yàn)橄笏卦谡芷诤拓?fù)周期的工作是完全相同的，所以為了簡單，以下討論將只考慮一個極性的一個周期。
在“選擇”時期ts(圖4a)，相應(yīng)于電視顯示的行周期的最大值的情況，施加在二極管環(huán)式電路及其相關(guān)的顯示元件(以及其它在這同一行中的二極管環(huán)和顯示元件)兩端的電壓使二極管環(huán)工作在由圖3中C所示的二極管環(huán)電路特性的充電部分。在這個區(qū)域二極管環(huán)電路電流是大的并且顯示元件的電容迅速充電達(dá)到電壓Vp，電壓Vp由下式給定Vp＝Vcol-Vs-Vd(1)其中Vcol和Vs分別是在那個時間加到列導(dǎo)線18上的電壓和加到行導(dǎo)線16上的選擇電壓，而Vd是在充電時期結(jié)束時二極管環(huán)電路二端的正向電壓降。在電視顯示的情況中，Vcol通常是通過對輸入視頻信號的合適行進(jìn)行取樣取得的。在選擇時期ts結(jié)束時，行電壓降到一個新的、較低的且恒定的值Vh(圖4a)，Vh的選擇應(yīng)使得接下來約20毫秒中，相應(yīng)于通常電視顯示場周期減去時間ts的持續(xù)時間，在該行緊接著又被一個選擇電壓尋址時，加在二極管環(huán)電路兩端的平均電壓減為最小。理論上，假定一個理想情況，保持電壓Vh等于均方根飽和電壓與閾值電壓(如圖2所示)的平均值，即
Vh＝(Vsat+Vth)/2 (2)在這些條件下，出現(xiàn)在二極管環(huán)電路兩端的兩種極性的最大電壓等于列導(dǎo)線上的峰-峰電壓，該電壓本身又等于均方根飽和電壓Vsat與閾值電壓Vth之間的差值。隨著二極管環(huán)電路兩端電壓的增大，漏電流流過該二極管并且出現(xiàn)垂直串?dāng)_。對于一個給定的顯示性能水平，能夠得到一個如圖3中Vdm所示的最大可接受的二極管電壓。這意味著如果滿足下式條件顯示才能正確操作Vsat-Vth＝Vdm(3)可以通過對每一個顯示元件使用較多數(shù)目的二極管或者通過改變二極管的制造方法以改變二極管I-V曲線的斜率來控制Vdm。因?yàn)樯鲜鲋圃旆椒ㄖ辉试S進(jìn)行小小改變，所以使二極管環(huán)電路特性與液晶匹配的主要方法是增加所使用的二極管元件的數(shù)目直到組合的Vdm滿足上式。使用較多數(shù)目二極管元件的典型象素電路的已知例子如圖5a和圖5b所示。如圖5a所示的雙向非線性電阻器件由兩組二極管元件組成，每組各有多個用于單向傳導(dǎo)的極性相同串聯(lián)連接的二極管元件，而這兩組則極性相反地并聯(lián)連接在一起。圖5b表示一種實(shí)施電路的替換形式，它包括多個串聯(lián)的二極管環(huán)，每個二極管環(huán)各包括一對極性相反并聯(lián)連接的二極管元件。這兩種形式的電路功能相類似。
英國2129183A號專利說明書描述了使用上述類型二極管環(huán)電路的液晶矩陣顯示裝置。關(guān)于這種類型顯示裝置的制造和操作的進(jìn)一步詳細(xì)內(nèi)容，請參看該說明書。
顯然，Vsat與Vth之間的差別越小，所需要的二極管元件則越少。然而，一定的差別對于使灰度級精確地重現(xiàn)是必需的。希望使用最小數(shù)目的二極管元件有兩個理由。第一，產(chǎn)生不合格二極管元件的機(jī)會隨其數(shù)目的增加而增加，所以好的顯示裝置的產(chǎn)額隨二極管數(shù)目的增加而降低。第二，對于以透射方式操作的顯示裝置來說，要記住二極管元件通常是一側(cè)一側(cè)地制造并且在該器件的一個基片上鄰接其所聯(lián)結(jié)的顯示元件的一個電極來設(shè)置，使用較多二極管元件就減小了有效光透射顯示面，對于一個給定的背景光光源來說則使顯示變暗。
以上述方式操作而產(chǎn)生的顯示元件兩端的電壓具有如圖6a所示的波形。
如果采用如圖5a和5b中所示的已知形式的二極管環(huán)電路，在電路成為開路時對二極管元件的效果是對于趨動電壓的極性之一該二極管環(huán)電路不能導(dǎo)通并且在這種情況下該顯示元件兩端的電壓于是具有一種如圖6b所示的波形。這個信號有一個與正確值不同的均方根值。該信號還有一個大的25Hz成分以及一個大的直流成分。這些特性的綜合效果是該象素具有一個不同的亮度，顯示一個25Hz的閃爍，并且不能象一個正常象素那樣以同一方式響應(yīng)驅(qū)動信號的變化。因此這樣的一個象素被看作是顯示圖象中的一種目視缺陷并且使該顯示裝置不能認(rèn)為是高質(zhì)量的顯示。為了緩解這個問題，前面提到的英國2129183A號專利說明書建議對每個象素使用兩個二極管環(huán)電路，萬一一個二極管環(huán)電路由于一個二極管元件開路而失效時，另一個二極管環(huán)電路可以按要求控制該顯示元件以提供滿意的操作。這個建議有這樣的缺點(diǎn)，即由于所需要的非線性電阻器件的加倍使制造變得復(fù)雜并且使顯示裝置面積的較大部分由非線性電阻器件占據(jù)并因此而減小了有效顯示面積。
本發(fā)明的一個目的是提供一種改進(jìn)的開頭段落中所述的矩陣顯示裝置。
本發(fā)明的一個目的特別是提供一種使用二極管環(huán)電路作為象素開關(guān)器件的矩陣顯示裝置，它或者提供了一定程度的故障容限能力而不依賴于以上所述開關(guān)器件的加倍，或者使用較少的二極管元件而維持相同或類似的操作性能以減少故障發(fā)生的機(jī)會。
按照本發(fā)明，一種如前面段落所述的矩陣顯示裝置，其特征在于至少連接有一個二極管元件，它位于使電流以某一個方向流過電路的第一傳導(dǎo)線路的第一個和最后一個二極管元件中間，以便形成第二傳導(dǎo)線路的一部分，這一部分位于能使電流以相反方向流過該電路的第二傳導(dǎo)線路的第一個和最后一個二極管元件中間。
通過安排一個傳導(dǎo)線路中的至少一個二極管元件與另一個傳導(dǎo)線路共同作用，可出現(xiàn)兩種可能性，即使得該非線性電阻器件具有一定程度的故障容限能力，或者使得要達(dá)到與前面所述已知形式的二極管環(huán)電路相同或類似的操作性能所需的二極管元件數(shù)目比用于已知電路的二極管元件數(shù)目少，從而減少由于失效二極管元件或二極管元件之間的相互連接而發(fā)生故障的機(jī)會。
談到一定程度故障容限的可能性，在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，假定，為此目的該非線性電阻器件包括一個二極管環(huán)電路，該電路具有兩組至少三個串聯(lián)連接的二極管元件，而兩組之間則極性相反地并聯(lián)連接，該第一傳導(dǎo)線路中的至少一個二極管元件可以在第二傳導(dǎo)線路中與該第二傳導(dǎo)線路中另外二極管元件中的至少一個并且最好是相應(yīng)數(shù)目的二極管元件并聯(lián)地相互連接。如果該非線性電阻器件中的所有二極管元件都在正確工作，那么這種安排就如已知形式電路的情況那樣以相同方式工作，其中兩個傳導(dǎo)線路中的二極管元件都只用于它們各自的線路，除了該至少一個二極管元件總是與第二傳導(dǎo)線路中另外二極管元件中的相應(yīng)數(shù)目的二極管元件并聯(lián)。然而，萬一這些另外二極管元件中的一個或多個成為開路，那么第一傳導(dǎo)線路中并聯(lián)的一個或多個二極管元件則用來維持第二傳導(dǎo)線路的正常工作。反之，如果構(gòu)成這種并聯(lián)安排的一部分的第一傳導(dǎo)線路中的一個或多個二極管元件成為開路，那么第二傳導(dǎo)線路的另外二極管元件中并聯(lián)連接的一個或多個二極管元件則用來維持第一傳導(dǎo)線路的正常工作。由此看來，該非線性電阻器件具有一定程度的故障容限，并且由于第一傳導(dǎo)線路中的一個或多個二極管元件是與第二傳導(dǎo)線路共同作用，從而使得達(dá)到一定程度的故障容限不是靠增加二極管元件的數(shù)目而是簡單地靠提供合適的相互連接，除了以這個方式能夠容許二極管元件開路之外，該非線性電阻器件還能夠容許并聯(lián)二極管元件中產(chǎn)生的或確定的一個二極管元件的缺陷或差錯，這些二極管元件導(dǎo)致了比預(yù)期要大的正向電壓降。任何這樣的缺陷或差錯對顯示元件電壓都沒有有效的影響，因此圖象顯示亮度的均勻性如所期望的那樣保持著而并不減弱。
此外，如果并聯(lián)二極管元件中的一個短路，則可使用例如激光劃線技術(shù)來把它從電路中切斷，從而把短路轉(zhuǎn)換成開路以使該器件能夠容許。
作為例子，每一個傳導(dǎo)線路都可以包括一組三個串聯(lián)連接的二極管元件，這兩個組在顯示元件以及一個行導(dǎo)線之間并聯(lián)連接并且它們的二極管元件具有相反極性。每個組中間的二極管元件的端頭交叉連接，從而形成與該兩組之間的并聯(lián)無關(guān)地相互并聯(lián)連接。如果這中間二極管元件中的一個發(fā)生故障，那么另一組中并聯(lián)連接的中間二極管元件就保證這個受到影響的傳導(dǎo)線路的正常工作。這樣，在這個例子中，按照本發(fā)明的這個非線性電阻器件能夠容許6個二極管元件中2個元件的任何一個發(fā)生故障。
對于液晶矩陣顯示器件來說這就更為常見了，即對于該非線性電阻器件的每一個傳導(dǎo)線路都使用多于三個的二極管元件以便匹配普遍可得的液晶材料的特性。
對于包括兩組而每組各有相同數(shù)目n的串聯(lián)連接的二極管元件且其中n大于3的非線性電阻器件來說，可以獲得更大優(yōu)點(diǎn)。在這種情況下，某一組中的位于第一個和最后一個二極管元件中間的兩個或多個二極管元件可以與另一組中的位于第一個和最后一個二極管元件中間的兩個或多個二極管元件并聯(lián)連接。這種并聯(lián)連接可以在單個的一對一的基礎(chǔ)上進(jìn)行，或者可以使某一組中鄰接的兩個或多個二極管元件為一小組來與另一組中相應(yīng)數(shù)目的鄰接的二極管元件并聯(lián)連接。在上述兩種情況下，該非線性電阻器件都能夠按照并聯(lián)相互連接的二極管元件的數(shù)目而容許兩個或多個二極管元件發(fā)生故障。
例如，在由兩組而每組各由5個串聯(lián)連接的二極管元件構(gòu)成的非線性電阻器件的情況下，某一組中的第二個和第4個二極管元件可以分別與另一組中的第二個和第4個二極管元件并聯(lián)地互相連接，從而使該器件冗余而防止10個二極管元件中的4個失效?；蛘哂昧硪环N方法，由某一組中第二、第三和第四個二極管元件組成的小組可以與另一組中相應(yīng)小組的二極管元件并聯(lián)地相互連接，從而使該器件冗余而防止10個二極管元件中的6個失效。這后者的安排具有進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)，即它能夠容許或者第一組或者第二組中第二、第三和第四個二極管元件中的兩個或三個失效。在一個對這后一種安排的特別有利的改進(jìn)中，把二極管元件組成的小組相互連接，另外還把該小組內(nèi)的各個二極管元件分別相互連接。對于上述每組具有5個二極管元件且位于二極管元件中間的那3個為一小組地相互連接的例子來說，某一組中的第三個二極管元件還可以分別與另一組中的第三個二極管元件并聯(lián)連接。這種改進(jìn)的安排于是能夠允許兩組中6個位于中間的二極管元件中的任何一個變成開路，還能夠容許這些二極管元件中的幾個的各種組合成為開路。
為了改善成品率，最好，在可能的情況下，在該器件的一個基片上形成相互連接一起的每個非線性電阻器件的二極管元件，從而用一種物理安排提供所需的第一和第二傳導(dǎo)線路以避免該基片上的相互連接的交迭。
這可以方便地用下述方法來實(shí)現(xiàn)，即物理地安排每個非線性電阻器件的二極管元件以形成兩行串聯(lián)的二極管元件，其中一行的兩個端頭連到有關(guān)的地址導(dǎo)線，而另一列的兩個端頭則連到有關(guān)的顯示元件，要把該兩行中的二極管元件安排得使它們的某些接點(diǎn)之間相互連接從而提供所需的第一和第二傳導(dǎo)線路。
為了提供更進(jìn)一步的故障容限，該非線性電阻器件可以包括另外的4個二極管元件，每一個都分別與每一組中的第一個和最后一個二極管元件并聯(lián)連接。這樣，上面所述的這種安排就提供了冗余以防止兩組中10個二極管元件中的6個失效。這另外的4個二極管元件的提供意味著由此獲得的非線性電阻器件變成能夠容許任何一個二極管元件開路并且任何短路都可以被補(bǔ)救。雖然必須提供另外的二極管元件來獲得這種高度的容限能力，但是在上述例子中所使用的總數(shù)為14個的二極管元件，仍然大大少于早先方案中為了達(dá)到類似程度的容限能力所需要的數(shù)目，在這種早先方案中全并聯(lián)二極管環(huán)電路在并聯(lián)中需要總數(shù)為20個的二極管元件。
除了以上述方式提供故障容限能力以外，本發(fā)明還如前面所提到的那樣提供與已知二極管環(huán)電路相比減少所需二極管元件數(shù)目的可能性而仍然具有基本相同的工作特性。這樣的一種減少意味著，對于一個二極管失效的一個給定概率來說，在給定尺寸的顯示裝置中一個象素發(fā)生故障的機(jī)會也同樣減小了。
在該顯示裝置的另一個實(shí)施例中，這種減少是這樣獲得的，即第一傳導(dǎo)線路包括一組使電流以第一方向流過該非線性電阻器件的串聯(lián)連接的二極管元件，如前所述，而第二傳導(dǎo)線路獨(dú)自由一組串聯(lián)連接的二極管元件構(gòu)成，它包括第一傳導(dǎo)線路中所說的至少一個位于中間的二極管元件，所說的至少一個位于中間的二極管元件在第二傳導(dǎo)線路中兩個二極管元件之間串聯(lián)地相互連接，從而使電流在與第一傳導(dǎo)線路相反的方向流過并且形成反方向電流的唯一通路。
這個實(shí)施例除了省去了第二傳導(dǎo)線路中并聯(lián)連接的二極管元件之外可被視為類似于前面所述的實(shí)施例。換句話說就是沒有使用前面所述其電路具有故障容限能力的實(shí)施例中的那些二極管元件。雖然由此缺少了故障容限能力，但是這個實(shí)施例具有這種優(yōu)點(diǎn)，即通過與第二傳導(dǎo)線路共用第一傳導(dǎo)線路中多個二極管元件而減少了所需二極管元件的總數(shù)目，從而首先減少了失效二極管元件存在的機(jī)會。
盡管本發(fā)明特別適用于液晶矩陣顯示裝置，但是它還可有利地被用于使用其它被動電光材料的矩陣顯示裝置。
現(xiàn)在將借助例子并參照下述附圖描述按照本發(fā)明的矩陣顯示裝置。
圖1a和圖1b表示兩種形式的電路，在一種使用二極管環(huán)電路作為雙向非線性電阻器件的已知的液晶矩陣顯示裝置中，在各自的行和列尋址導(dǎo)線之間連接有一個典型象素;
圖2表示一個液晶顯示元件的透射-電壓特性;
圖3表示具有一種閾值特性的一個雙向非線性電阻器件的電流-電壓曲線;
圖4a和圖4b表示分別施加到一個行和一個列尋址導(dǎo)線上以便驅(qū)動該已知顯示裝置的象素的波形的例子;
圖5a和圖5b表示兩個用于液晶矩陣顯示裝置的非線性電阻器件的已知二極管環(huán)電路類型的例子，它們使用所需的較多的二極管元件以匹配該液晶顯示材料的特性;
圖6a和圖6b表示，在一個使用圖5a和圖5b的非線性電阻器件的顯示裝置中并且在采用圖4a和圖4b所示的驅(qū)動波形驅(qū)動時，分別對于所有器件的二極管元件都在正常工作以及該器件的一個二極管元件開路這兩種情況下在一個象素的顯示元件兩端出現(xiàn)的電壓波形。
圖7是一個用于顯示電視圖象的按照本發(fā)明的一種液晶矩陣顯示裝置的簡略框圖，它包括由可單個尋址的象素組成的一個陣列，其中每一個象素包括一個在有關(guān)的行和列導(dǎo)線之間與一個非線性電阻器件串聯(lián)的顯示元件。
圖8a、b、c、d、e、f和g表示用于按照本發(fā)明提供故障容限能力的一個矩陣顯示裝置的一個實(shí)施例的一個非線性電阻器件的電路的各種形式。
參照圖7，它示意地表示了一種液晶電視矩陣顯示裝置的一個簡略形式的框圖，它的主動矩陣尋址液晶顯示板30包括m(1至m)行，每一行有n(1至n)個水平象素32。實(shí)際上，在行和列的矩陣陣列中象素(m·n)的總數(shù)可以是200，000或更多。每個象素32包括與一個雙向非線性電阻器件31串聯(lián)連接的一個液晶顯示元件37，該非線性電阻器件31表現(xiàn)一種閾值特性并且在一個行導(dǎo)線34和一個列導(dǎo)線35之間作為一個開關(guān)元件。該器件31的電流/電壓特性如圖3所示。象素32經(jīng)由這些成組的行和列導(dǎo)線34和35來尋址，這些行和列導(dǎo)線34和35是附在兩塊間隔開的玻璃支撐板(未示出)各自相對的表面上的導(dǎo)線，該玻璃支撐板也附有該液晶顯示元件的電極。這兩組導(dǎo)線相互垂直地延伸，而象素則位于它們的交迭區(qū)。
行導(dǎo)線34作為掃描電極而由一個行驅(qū)動電路40來控制，行驅(qū)動電路40依次順序地把一個掃描信號施加給每一個行導(dǎo)線34。利用計(jì)時電路42把數(shù)據(jù)信號與掃描信號同步地從列導(dǎo)線驅(qū)動電路43施加給列導(dǎo)線35，列導(dǎo)線驅(qū)動電路43與一個視頻處理電路50的輸出端相連，以便在行導(dǎo)線34被掃描時從與該行導(dǎo)線34相關(guān)聯(lián)的象素的行中產(chǎn)生所需的顯示。在一個視頻或電視顯示系統(tǒng)的情況中這些數(shù)據(jù)信號包括視頻信息。通過合適地選擇掃描和數(shù)據(jù)信號電壓，可以控制一行的顯示元件37的光學(xué)透射率以便產(chǎn)生所需的目視顯示效果。顯示元件37具有一個一般如圖2所示的透射/電壓特性，并且只響應(yīng)借助非線性器件31把掃描和數(shù)據(jù)信號加給象素元件32，從而被驅(qū)動以產(chǎn)生顯示效果。象素32的這種一次尋址一行的各個顯示效果組合而成一場中的完整圖象，該象素在下一場時被刷新。
使用如圖2所示的一種液晶顯示元件的透射/電壓特性可以獲得灰度級。
雙端非線性器件31的電壓/傳導(dǎo)特性是雙向的并且相對于零電壓基本上是對稱的，從而在例如每一個完整的場以后通過翻轉(zhuǎn)該掃描和數(shù)據(jù)信號電壓的極性，可以避免該顯示元件兩端的純直流偏壓。
使用與顯示元件串聯(lián)的雙端非線性電阻器件作為開關(guān)元件的主動矩陣液晶顯示系統(tǒng)一般已是公知的，因此為了簡單起見前面所述的關(guān)于圖7的顯示裝置的主要特征和一般操作故意保持簡短。進(jìn)一步的信息資料可參見說明這種類型的顯示系統(tǒng)的較早公開物，諸如美國專利說明書4，223，308和英國專利說明書2，147，135，這兩個說明書都說明了作為非線性開關(guān)器件的二極管結(jié)構(gòu)的使用，其中的詳細(xì)內(nèi)容被綜合在這里。
在圖7的顯示裝置中非線性器件31包括二極管環(huán)型電路。在這個方案中，該顯示裝置與較早提到的英國2129183A號專利說明書所述的那些相類似，它的詳細(xì)內(nèi)容被綜合在這里，不過就如將要描述的那樣，按照本發(fā)明所使用的二極管環(huán)電路的特性是不同的。
該矩陣顯示裝置的行掃描一般使用這樣一種波形來完成，如圖4a所示，它包括一個持續(xù)時間為ts而幅度為Vs的行選擇信號部分，在它后面緊跟著一個用于該場周期余部的較低的然而極性相同的電壓Vh的保持信號部分。列導(dǎo)線35用例如在圖4b中所示的數(shù)據(jù)(視頻)信號波形來尋址。該尋址信號的符號是每場之后翻轉(zhuǎn)。
按照本發(fā)明，該顯示裝置取一種改進(jìn)形式的二極管環(huán)電路。該二極管環(huán)電路如同英國2129183A號專利說明書所述的已知類型的電路一樣，包括一種二極管元件的安排，它在該電路連接到一個行導(dǎo)線34的第一端頭以及連接到該顯示元件37的一個電極的第二端頭之間提供了第一和第二傳導(dǎo)線路，其中每條傳導(dǎo)線路包括一組串聯(lián)連接的至少三個二極管元件并且表現(xiàn)一種電壓/電流閾值特性。安排每條線路的二極管元件以使單方向電流分別以相反方向流過。
然而，本發(fā)明的用作為非線性電阻器件的二極管環(huán)電路與前面所述的已知二極管環(huán)電路的區(qū)別在于，在使電流以某一方向流過該電路的某一條傳導(dǎo)線路中位于第一個和最未一個二極管元件中間的至少一個二極管元件被相互連接，以便還構(gòu)成能使電流以另一方向流過該電路的第二傳導(dǎo)線路中位于第一個和最末一個二極管元件中間的第二傳導(dǎo)線路的一部分。這種二極管環(huán)電路安排可被用于或者提供故障容限能力，或者通過減少所需二極管元件總數(shù)與類似性能的已知二極管環(huán)電路相比而簡化了該二極管環(huán)電路。
對于前者，在另一傳導(dǎo)線路中的一個傳導(dǎo)線路的一個或多個二極管元件的交叉連接可以意味著，在該另一傳導(dǎo)線路已經(jīng)包含一組串聯(lián)連接的二極管元件時，對于該顯示元件充電電流來說可以得到通過該電路的另一支路，從而，萬一某一個或多個二極管元件由于該二極管元件本身或其相互連接方面的缺陷而開路時，該二極管環(huán)電路能夠按照需要使用這另一個支路來繼續(xù)工作。
對于后者，某一傳導(dǎo)線路中的一個或多個二極管元件與另一傳導(dǎo)線路的相互連接是以這種方式進(jìn)行的，即這一個或多個二極管元件正好構(gòu)成在另一傳導(dǎo)線路中一個可能的電流流路，由于這一個或多個二極管實(shí)際上為兩個傳導(dǎo)線路所共有并且共用于兩個傳導(dǎo)線路，所以為獲得一個普通二極管環(huán)電路的操作性所需的二極管元件的數(shù)目被減少了，這使得一個開路二極管元件發(fā)生的機(jī)會相應(yīng)減少了。
圖8a至8g表示了對于本發(fā)明提供故障容限的一個實(shí)施例的二極管環(huán)電路的各種例子。
參照圖8a，它表示使用按照本發(fā)明的一種形式的二極管環(huán)電路的顯示裝置的典型象素電路。該二極管環(huán)電路31具有兩個端頭60和61，它們分別與一個行導(dǎo)線34和一個相關(guān)聯(lián)的顯示元件37的一個電極相連接。在這兩個端頭之間，兩組三個串聯(lián)連接的二極管元件A1、B1、C1和A2、B2、C2如圖所示地極性相反地并聯(lián)連接，從而形成第一和第二傳導(dǎo)線路，通過該二極管環(huán)電路分別使極性相反的電流如同已知二極管環(huán)電路那樣給顯示元件37充電。然而該電路與已知電路的區(qū)別在于，每組中間的二極管元件B1和B2用兩條交叉耦合連接線如圖8a所示地交叉連接，從而使二極管元件B2與某一組中的二極管元件B1并聯(lián)連接，反之，二極管元件B1與另一組中的二極管元件B2并聯(lián)連接。如果所有的二極管元件都在正確地工作，那么除了二極管元件B1和B2總是并聯(lián)以外該二極管環(huán)電路相當(dāng)于已知的二極管環(huán)電路。然而，這種并聯(lián)意味著，如果二極管元件B1和B2之中的一個成為開路，例如如果在該二極管元件中存有一種缺陷或者在其相互連接的某處例如圖8a中64所示的相互連接處存有一個斷路從而影響了二極管元件B2，那么該二極管環(huán)電路仍然能夠借助二極管元件B1使電流按照需要以合適的方向流過這第二傳導(dǎo)線路。另外，在二極管元件B1和B2之一中產(chǎn)生的任何缺陷或差錯都導(dǎo)致比正常時要大的正向電壓降，對該顯示元件兩端獲得的電壓卻沒有明顯的影響。最后，如果發(fā)現(xiàn)二極管元件B1和B2之中的一個短路，則可使用一種激光劃線技術(shù)來把它從該電路中切斷，從而把短路轉(zhuǎn)換成開路以使該電路能夠允許。
由此可以看出所述的6個二極管元件電路能夠允許該二極管元件中的兩個之中的任何一個發(fā)生故障。
對于普遍可得的液晶材料，二極管環(huán)電路的每一條傳導(dǎo)線路通常必須使用多于三個的二極管元件以便匹配該材料的特性。在一條傳導(dǎo)線路中一般需要4個、5個或者可能6個甚至更多個二極管元件。這些二極管環(huán)電路能夠獲得較大的優(yōu)點(diǎn)。
圖8b表示一個按照本發(fā)明的一個象素的電路圖，它具有一個二極管環(huán)電路31，該電路31在兩個端頭60和61之間的每條傳導(dǎo)線路中都包括一組4個串聯(lián)連接的二極管元件A1、B1、C1、D1和A2、B2、C2、D2。在第一傳導(dǎo)線路中位于第一個和最末一個二極管元件A1和D1中間的兩個鄰接的二極管元件B1和C1與另一組中間的兩個二極管元件B2和C2并聯(lián)地與第二傳導(dǎo)線路交叉連接，從而形成第二傳導(dǎo)線路的一部分。萬一二極管元件B2或C2成為開路，第二傳導(dǎo)線路借助相互連接的二極管元件B1和C1而維持。反之，如果二極管元件B1或C1成為開路，則第一傳導(dǎo)線路使用二極管元件B2和C2而繼續(xù)工作，這樣，該電路能夠容許有關(guān)的8個二極管元件中的4個之中的一個故障。
圖8C和8D表示按照本發(fā)明的二極管環(huán)電路的兩種可能的例子，它在每一條傳導(dǎo)線路中都具有一組5個串聯(lián)連接的二極管元件。在圖8C的電路中，在構(gòu)成第一傳導(dǎo)線路的這一組中位于第一個和最末一個二極管元件A1和E1中間的三個串聯(lián)的二極管元件B1、C1、D1組成的小組與第二組的三個位于中間的二極管元件B2、C2、D2組成的相應(yīng)小組并聯(lián)地在第二組中交叉連接，從而形成第二傳導(dǎo)線路的一部分。在圖8D的電路中，這一組中的二極管元件B1和D1各自與第二組中的二極管元件B2和D2并聯(lián)地交叉連接。
圖8C的二極管環(huán)電路冗余防止所含的10個二極管元件中的6個(B1、B2、C1、C2、D1或D2)失效，而圖8D的二極管環(huán)電路則冗余防止10個二極管元件中的4個(B1、B2、D1或D2)失效。圖8C的電路還能夠允許二極管元件B1、C1和D1或者B2、C2和D2之中的兩個或三個同時失效。
圖8e表示圖8C的二極管環(huán)電路的一種改進(jìn)形式的電路，其中4個另外的二極管元件F、G、H和I以其相同極性分別與二極管元件A1、E1、A2和E2并聯(lián)連接。由于以這種方式附加的4個二極管元件，使得該二極管環(huán)電路能夠允許任何一個二極管元件開路，并且可以通過例如激光刻線把有關(guān)的二極管元件從電路中除掉來修復(fù)任何一個短路二極管元件的效果，以使該元件實(shí)際上成為開路。
圖8f表示環(huán)電路的另一種形式，它如同圖8C的非線性元件安排而具有5個串聯(lián)連接的二極管對，但是它具有兩條另外的連接。除了于一組中三個二極管元件B1、C1和D1組成的串聯(lián)小組與另一組中的三個二極管元件B2、C2和D2組成的串聯(lián)小組并聯(lián)地相互連接以外，二極管元件C1和C2還分別地并聯(lián)相互連接。這種安排比圖8a的安排能夠允許二極管元件的更多組合發(fā)生開路故障。例如二極管元件B2和C1失效時，這在圖8a的電路中會產(chǎn)生開路，而在圖8f的電路中則經(jīng)由E2、D2、C2、D1、A2和A1、B1、C2、D1、E1而仍然保持著可操作的傳導(dǎo)通路。
圖8f所示的這種特殊電路結(jié)構(gòu)包含多個交迭，結(jié)果可能在制造中由于在交迭處發(fā)生短路而引起成品率問題。然而，圖8g表示了一種二極管環(huán)電路，它的電特性是相同的而它的電路設(shè)計(jì)則是不同的，從而避免了交迭以及由此而來的相關(guān)問題。該二極管元件形成為兩串，某一串的兩個端頭與行導(dǎo)線34連接在一起，而另一串的兩個端頭則與顯示元件37連接在一起。通過以特殊的次序安排該兩串中的二極管元件并且如圖所示地在兩串中二極管元件的接點(diǎn)之間提供相互連接的導(dǎo)線，可以獲得與圖8f的電路在電學(xué)上等效的所希望的兩個傳導(dǎo)線路。
這種對于元件的類似的重新安排同樣可以應(yīng)用于圖8a、b、c和e的電路以便削除交迭。例如，對于圖8a的電路結(jié)構(gòu)，分別連接到行導(dǎo)線34和顯示元件37的二極管元件串可以包括A1、B1和A2以及C2、B2和C1，它按次序在兩串的二極管元件之間相應(yīng)的接點(diǎn)之間相互連接。類似地，對于圖8c的電路結(jié)構(gòu)，分別連接到行導(dǎo)線34和顯示元件37的二極管元件串可以包括A1、B1、C1、D1和A2以及E2、D2、C2、B2和E1，它按次序在A1和B1的接點(diǎn)以及E2和D2的接點(diǎn)之間，在D1和A2的接點(diǎn)以及B2和E1的接點(diǎn)之間連接。
本發(fā)明提出減少所需二極管元件數(shù)目的一個實(shí)施例是一種與普通二極管環(huán)電路相比而獲得給定性能的二極管環(huán)電路，并且它相應(yīng)減少了該顯示裝置的非線性電阻器件中一個二極管元件發(fā)生故障的機(jī)會，現(xiàn)在將參照圖9a和9b描述該實(shí)施例，圖9a和9b表示在二極管環(huán)電路的每條傳導(dǎo)線路中分別提供5個和3個串連二極管元件的兩個二極管環(huán)電路的例子。
參照圖9a，一組以相同極性串聯(lián)連接的5個二極管元件A1、B1、C1、D1和E1被連接在端頭60和61之間并且構(gòu)成第一傳導(dǎo)線路。兩個另外的二極管元件A2和B2分別并聯(lián)地然而極性相反地與二極管元件A1、B1、C1和D1小組以及二極管元件B1、C1、D1和E1小組相連接?？梢钥闯?，該電路與圖8c電路的二極管元件B2、C2和D2之中的一個為開路時的情況等效。
在這個例子中該電路的第二傳導(dǎo)線路包括串聯(lián)連接的二極管元件A2、D1、C1、B1和B2。這樣，二極管元件B1、C1和D1小組為兩個傳導(dǎo)線路所共有。
與圖8c的電路相比，圖9a所示的二極管環(huán)電路缺少所希望的故障容限能力然而卻具有把所使用的二極管元件數(shù)目從10個減為7個而實(shí)際上仍然保持相同電流-電壓特性的優(yōu)點(diǎn)。與一種簡單包括極性相反并聯(lián)連接且沒有交叉連接的兩組5個串聯(lián)二極管元件的已知形式的二極管環(huán)電路相比，圖9a的電路因此達(dá)到了故障容限能力，實(shí)質(zhì)上相同的局部性能，然而卻只使用了7個二極管元件。當(dāng)然，二極管元件A1、B1、C1、D1和E1，以及A2和B2的極性分別可以是與示出的方向相反。
圖9b表示一種類似的電路安排，然而在這個例子中二極管環(huán)電路的每條傳導(dǎo)線路只包括三個串聯(lián)連接的二極管元件。
這個原則可以應(yīng)用于在兩條傳導(dǎo)線路的每一條中需要三個或更多個串聯(lián)連接的二極管元件的二極管環(huán)電路。對于一種在兩條并聯(lián)傳導(dǎo)線路的每一條中具有n個串聯(lián)連接的二極管元件的已知形式的二極管環(huán)電路的方案來說，總共有2n個二極管元件，而使用這個原則的二極管環(huán)電路的等效方案則只有n+2個二極管元件。較少數(shù)目的二極管元件意味著，對于一個二極管元件失效的一個給定概率來說，該顯示裝置發(fā)生象素故障的機(jī)會減少了。另外，所需的二極管元件的數(shù)目減少了，就使得顯示元件的面積增大了，并由此增強(qiáng)了顯示透射。
本發(fā)明因此在一個實(shí)施例中引出了一種顯示裝置，它的二極管環(huán)電路能夠容許許多開路故障并且可以彌補(bǔ)許多短路二極管元件故障。此外，只需要非常小的另外的空隙來容納這種額外必需的相互連接以便實(shí)現(xiàn)由這種冗余方案提供的重要優(yōu)點(diǎn)，從而對透明的顯示元件表面以及由此對顯示透射和圖象亮度的影響都是微不足道的。
本發(fā)明在另一個實(shí)施例中引出在二極管環(huán)電路中減少二極管元件的數(shù)目，從而減少了一個象素發(fā)生故障的機(jī)會并且提供了較大透射面的可能性。
構(gòu)成二極管環(huán)電路的二極管元件及其相互連接可以使用任何合適的普通技術(shù)，例如以類似于英國2129183A號專利說明書所述的方式來制造。該二極管元件最好形成為非晶硅p-i-n器件。
同時在這個說明書中提到行和列導(dǎo)線，可以看出，本發(fā)明適用于這種顯示裝置，即其中所述的行和列導(dǎo)線可以互換而使行導(dǎo)線成為列導(dǎo)線，且反之亦然。
權(quán)利要求
1.一種矩陣顯示裝置，它包括多個行和列尋址導(dǎo)線，多個象素，每個象素包括一個電光顯示元件，該電光顯示元件在一個行導(dǎo)線和一個列導(dǎo)線之間與一個相關(guān)的雙端非線性電阻器件串聯(lián)連接，該雙端非線性電阻器件包括一個在這兩個端頭之間并聯(lián)地提供第一和第二傳導(dǎo)線路的二極管環(huán)型電路，每條傳導(dǎo)線路表現(xiàn)一種閾值特性并且包含至少三個串聯(lián)連接的二極管元件，它們被安排得使電流以各自相反方向流過該電路，其特征在于，在使電流以某一方向流過該電路的第一傳導(dǎo)線路中位于第一個和最末個二極管元件中間的至少一個二極管元件被連接，從而形成能使電流以相反方向流過該電路的第二傳導(dǎo)線路中位于第一和最末個二極管元件中間的第二傳導(dǎo)線路的一部分。
2.按照權(quán)利要求1的一種矩陣顯示裝置，其中每個非線性電阻器件包括一個具有兩組至少三個串聯(lián)連接的二極管元件的二極管環(huán)型電路，這兩個組極性相反地并聯(lián)連接，其特征在于，第一傳導(dǎo)線路中的至少一個二極管元件與第二傳導(dǎo)線路中至少一個另外的二極管元件在第二傳導(dǎo)線路中并聯(lián)地相互連接。
3.按照權(quán)利要求2的一種矩陣顯示裝置，其特征在于，第一傳導(dǎo)線路中的至少一個二極管元件與第二傳導(dǎo)線路中相應(yīng)數(shù)目的另外二極管元件并聯(lián)地相互連接。
4.按照權(quán)利要求3的一種矩陣顯示裝置，其中每條傳導(dǎo)線路包含至少四個二極管元件，其特征在于，第一傳導(dǎo)線路中的多個二極管元件與第二傳導(dǎo)線路中的多個二極管元件在各個成對的基礎(chǔ)上相互連接。
5.按照權(quán)利要求3的一種矩陣顯示裝置，其中每條傳導(dǎo)線路包含至少四個二極管元件，其特征在于，第一傳導(dǎo)線路中的兩個或多個鄰接的二極管元件的小組與第二傳導(dǎo)線路中相應(yīng)數(shù)目的二極管元件的小組并聯(lián)地相互連接。
6.按照權(quán)利要求5的一種矩陣顯示裝置，其特征在于，所說的小組包括至少三個鄰接的二極管元件，并且第一傳導(dǎo)線路中二極管元件小組中的至少一個二極管元件同樣分別與第二傳導(dǎo)線路中二極管元件小組中相應(yīng)的二極管元件并聯(lián)地相互連接。
7.按照權(quán)利要求2至6中的任何一個權(quán)利要求的一種矩陣顯示裝置，其特征在于，每個非線性電阻器件另外包括與第一和第二傳導(dǎo)線路中的第一個和最末個二極管元件并聯(lián)連接的相應(yīng)的二極管元件。
8.按照權(quán)利要求2至7中的任何一個權(quán)利要求的一種矩陣顯示裝置，除了當(dāng)?shù)谝粋鲗?dǎo)線路中的二個或更多個二極管元件的每一個與第二傳導(dǎo)線路中的相應(yīng)的二極管元件單個地相互連接的情況外，其特征在于，每個非線性電阻器件的二極管元件用一種物理安排相互連接一起形成在一個基片上提供第一和第二傳導(dǎo)線路，這種物理安排避免了在該基片上該相互連接的交迭。
9.按照權(quán)利要求8的一種矩陣顯示裝置，其特征在于，每個非線性電阻器件的二極管元件被物理地安排形成兩串二極管元件，一串的兩個端頭與一個有關(guān)的地址導(dǎo)線相連接，而另一串的兩個端頭與有關(guān)的顯示元件相連接，該二極管元件被排列在這兩串中以使兩串中二極管元件的某些接點(diǎn)之間的相互連接提供所需的第一和第二傳導(dǎo)線路。
10.按照權(quán)利要求1的一種矩陣顯示裝置，其中第一傳導(dǎo)線路包括使電流以第一方向流過該非線性電阻器件的一組至少三個串聯(lián)連接的二極管元件，其特征在于，第二傳導(dǎo)線路只由包括所說的第一傳導(dǎo)線路中至少一個位于中間的二極管元件的一組串聯(lián)連接的二極管元件所構(gòu)成，這個所說的至少一個位于中間的二極管元件在第二傳導(dǎo)線路中兩個二極管元件之間串聯(lián)地相互連接，從而使電流在與第一傳導(dǎo)線路相反的方向上流過并形成反方向電流的唯一通路。
11.按照權(quán)利要求10的一種矩陣顯示裝置，其特征在于，第二傳導(dǎo)線路包括一組第一傳導(dǎo)線路中的相鄰的串聯(lián)連接的二極管元件。
12.按照權(quán)利要求1至11中的任何一個權(quán)利要求的一種矩陣顯示裝置，其特征在于，該電光顯示元件包括液晶顯示元件。
全文摘要
一種主動的矩陣尋址顯示裝置，包括一個由顯示元件(37)例如液晶顯示元件組成的陣列，每個顯示元件在相關(guān)的行和列尋址導(dǎo)線(34、35)之間與一個二極管環(huán)型非線性器件(31)串聯(lián)連接，該非線性器件包括兩條并聯(lián)傳導(dǎo)線路，每條線路包含至少三個串聯(lián)連接的二極管元件(例如A
文檔編號G02F1/1365GK1037423SQ8910286
公開日1989年11月22日 申請日期1989年2月21日 優(yōu)先權(quán)日1988年2月24日
發(fā)明者艾倫·喬治·納普 申請人:菲利浦光燈制造公司