薄膜晶体管液晶显示器的静电放电保护电路和方法 【发明领域】
本发明涉及一种保护液晶显示器(LCD)设备中的薄膜晶体管(TFT)以防静电放电的电路。
相关技术讨论
阴极射线管(CRT)已经是用于许多应用的主流显示设备。然而，已经开发了各种更小、更轻、并且耗电更少的平板显示设备。特别地，非常薄而且具有极好的色彩特性的薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)已经高度发展，而且已经变得普通了。
通常，液晶显示器设备是一种用于根据单独施加到以矩阵排列的像素上的数据信号来显示图像的设备。这些像素控制透光率以产生一幅图像。因此，一个液晶显示器设备包括一个像素矩阵和用于驱动这些像素的驱动器集成电路(IC)。
图1是一个显示了一个TFT-LCD显示器的部分剖视图的剖面图，而图2是一个显示了一个TFT-LCD的电路原理图。在下文中，相应的组件将通过参考附图加以描述。
在TFT一阵列显示器中，一个TFT衬底(在图1中的下衬底)是用两个或多个金属层形成的，一个绝缘层、一个非晶硅层、一个铟锡氧化物(ITO)层及其它所需元件被淀积在一个玻璃衬底102上以形成一个TFT 107，一个存储电容器108、一个像素电极104、及其它结构，从而形成一个单独的像素。此外，TFT衬底包括与多个像素互连以形成一个像素矩阵的数据线。此外，在各个数据线末端的焊盘106用来施加数据信号。
图1还显示了在一个玻璃衬底101上形成的一个滤色衬底(在图1中地上衬底)。滤色衬底在TFT衬底的相应像素上包括一个有选择地阻挡光的黑色基质109(有利地，由Cr形成)和RGB滤色器110。此外，横跨滤色衬底的底部淀积一个形成公共电极的ITO薄膜103。
在衬底上有用于沿预定方向排列液晶分子的定位膜(alignment film)111。TFT和滤色衬底形成一个由间隔物112均匀保持的间隙。液晶被布置在该间隙中。
在TFT衬底的一个电压施加端和ITO薄膜103之间由银点114形成一个电连接。这允许电压被施加到公共电极(ITO薄膜103)上。
位于衬底周围的一个构图密封件113起到一个粘结剂的作用，它把TFT-阵列衬底和滤色衬底固定在一起。密封件113还保持在这两个衬底之间的液晶。
下面参考图2，在TFT衬底102上有多条用于从一个数据驱动器集成电路201向像素传输数据信号的数据线，以及多条用于从一个选通驱动器集成电路202向像素传输选通信号的选通线。数据线和选通线是相互垂直形成的。被施加了数据信号和选通信号的焊盘106(参见图1)在这些数据线和选通线的末端部分形成。这些单独的像素位于这些数据线和选通线的交叉点附近。
选通驱动器集成电路202施加选通信号到多条选通线上，从而使得像素被逐行选择，同时数据信号被施加到在所选择行中的像素上。
TFT 107(参见图1)被用作开关器件，而且是在这些单独的像素中形成的。当一个选通信号经由一条选通线被施加到一个TFT的栅电极上时，在这个TFT的源和漏极之间形成一个导电沟道。然后，经由一条数据线施加到TFT漏极上的一个外加数据信号控制那个像素的透光率。
由于玻璃衬底101和102是绝缘体，所以在TFT-阵列的制造过程期间产生的静电能够在该玻璃上聚集。而且，静电能够由施加到各种衬底上的各种处理产生。这种静电能够导致对TFT-阵列的静电放电损害。此外，静电能够导致粉尘颗粒被吸附到玻璃衬底上，这会污染TFT-阵列和滤色器阵列。
为了减少静电，可以处理用于生产TFT LCD的制造设备和各种工艺以使静电最小化。然而，一个良好设计的TFT-阵列仍然必须包括对静电放电的防护。
由于栅绝缘膜很容易被相对能级破坏，所以在TFT-阵列中使用的TFT器件易于遭受静电损害，因此静电是一个特殊的难题。因此，为了保护TFT-阵列，必须阻止在选通线和数据线中的静电感应。这样做的一种方法是把选通信号线和数据信号线一起电短接。例如，如果静电是在一条选通线和一条相邻的数据线之间产生的，则通过使这两条线具有一个等电势就能够防止损害。
虽然把选通线和数据线直接连接在一起是有效的，但是这种直接连接阻止了用于确定在信号线中的断开或者损坏的TFT的电测试。此外，不能执行操作测试。因此，已经开发了一个防止静电放电损害但是允许单独像素检验的保护电路。该保护电路包括：位于各条选通线和一条选通短接线之间、以及各条数据线和一条数据短接线之间的多个元件。该保护电路如图3所示。
图3显示了在一个衬底102上沿行方向形成的多条选通线(G1到G768)。图3还显示了在该衬底102上沿列方向形成的多条数据线(D1到D3072)。此外还显示了一条选通短接线GSL、一条数据短接线DSL、以及形成公共电极的ITO层。选通短接线接收一个选通低电平电压(Vg1)，而数据短接线DSL接收一个公共电压(Vcom)。
图3还显示了多个选通线ESD保护单元、GESD1到GESD768与GLESD1到GLESD768，以及多个数据线ESD保护单元、DESD1到DESD3072与DLESD1到DLESD3072。选通线ESD保护单元把选通线G1到G768的前端连接到选通短接线GSL，而数据线ESD保护单元把数据线D1到D3072的前端连接到数据短接线DSL。此外，ESD保护连接单元CESD1与CESD2把选通短接线GSL连接到数据短接线DSL。最后，ESD保护感应单元IESD1与IESD2把数据线ESD保护单元DESD1与DESD3072连接到ITO。
当一幅图像正被产生时，一个低电平电压Vg1被施加到除目前正被驱动的那条选通线之外的所有选通线上。那条被驱动的线接收一个高选通电压，它导通连接到那条线的TFT。因此，选通线电压是Vg1或者一个高选通电压。因为在图3中所示的保护电路防护高(静电)电压，所以把选通短接线GSL连接到选通低电平电压Vg1是有利的。那样，保护设备(诸如GESD1到GESD768)由在高选通电压与Vg1之间的差值(而不是在高选通电压与地之间的差值)加压。如果在ESD保护单元两端产生了一个异常信号、诸如噪音、或者低电平静电，则ESD保护单元可以导电而且影响相邻的选通线。否则，在选通电压Vg1施加到选通短接线GSL上的情况下，ESD保护单元(除了接收高电平电压的那个之外)两端没有电压。这使得ESD保护单元的状态稳定。此外，通过施加Vcom到数据短接线DSL，连接到DSL的ESD保护单元被稳定。
在下文中，将描述在图3中所示的ESD保护电路的操作。首先，当在选通线G1到G768中的一个中产生高压静电时，连接在选通线G1到G768的前端上的相关选通线ESD保护单元GESD1到GESD768被导通，因此通过选通短接线GSL和其它ESD保护单元(双向作用)把静电分散到所有的选通线。另外，连接到选通线G1到G768后端的选通线ESD保护单元GLESD1到GLESD768被导通，因此把静电分散到选通短接线GSL(并且因此到其它选通线)。此外，静电由连接ESD保护单元CESD1和CESD2分散到数据短接线DSL。
通过连接ESD保护单元CESD1和CESD2的电荷然后经由数据短接线DSL分散到感应ESD保护单元IESD1，然后经由数据保护单元DESD1到DESD3072分散到数据线D1-D3072。此外，在该数据短接线DSL上的电荷通过数据线ESD保护单元DLESD1到DLESD3072分散到数据线D1-D3072。上述过程因此把在一条选通线上的电荷分散到所有的选通线和数据线。此外，由于所有的保护单元都是双向的，所以在一条数据线上的电荷被分散到所有的选通线和数据线。
虽然在图3中显示的保护方案证明是有用的，但是还发现了问题。例如，感应ESD保护单元IESD1实质上把数据线ESD保护单元DESD1到DESD3072连接到连接ESD保护单元CESD1。该感应ESD保护单元IESD1具有一个内电阻。此外，通过实验已经发现，实际上，通过该连接ESD保护单元CESD1的、大部分静电产生的电荷经由该银点114分散到上衬底(ITO)里。这被认为是因为该上衬底对于静电荷具有比感应ESD保护单元IESD1更低的阻抗。因此，静电的分散不是最优的，这增加了由静电引起损害的可能性。
因此，一种改进的ESD保护电路将是有利的。尤其是，一种更好地把静电电荷分布到数据线中以及分布来自数据线中的静电电荷的、改进的ESD保护电路将是有利的。
发明概述
因此，本发明的一个目的是提供一种用于TFT-LCD的静电放电保护电路，其更有效地在选通线和数据线之间分散静电。
为了实现依据本发明目的的优点，如在这里体现和广义描述的那样，提供了一种用于LCD的静电放电保护电路，该LCD具有在一个衬底上的多条交叉的选通线和数据线。该衬底进一步包括一条数据短接线(DSL)和一条选通短接线(GSL)。该衬底进一步包括：多个第一ESD保护单元，用于把该选通短接线连接到选通线；多个第二ESD保护单元，用于把该数据短接线连接到数据线；第三ESD保护单元，用于把该选通短接线连接到数据短接线；以及一个在第二衬底上的公共电极。该保护电路进一步包括一个第四ESD保护单元，其直接把该公共电极连接到第三ESD保护单元。
结合下列本发明的详细描述及其附图，本发明的上述及其他目的、特征、方面和优点将变得更为清楚。
附图简要说明
被包括在内以提供对本发明的进一步理解、并且被结合进来构成这个说明书一部分的附图，显示了本发明中的实施例，并和说明书一起用于解释本发明原理。
在附图中：
图1是一个薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)板的剖面图；
图2是一个TFT-LCD的电路原理图；
图3是一个电路原理图，显示了依据传统技术的一个静电放电(ESD)保护电路；
图4是一个电路原理图，显示了依据本发明原理的一个静电放电(ESD)保护电路；
图5是一个电路图，显示了在图4中使用的一个ESD保护单元的一个实施例；以及
图6是一个电路图，显示了在图4中使用的一个ESD保护单元的另一个实施例。
实施例的详细描述
下面将对本发明的一个实施例进行详细说明，其例子显示在附图中。
图4是一个电路原理图，显示了依据本发明原理、用于一个薄膜晶体管液晶显示器的一个静电放电(ESD)保护电路。为了方便起见，使用了图1中的参考数字。
如图所示，ESD保护电路包括一个第一衬底，其具有多条选通线，G1到G768，以及交叉的数据线，D1到D3072。第一衬底进一步包括：一条选通短接线GSL，其接收一个选通低电平电压(Vg1)，以及一条数据短接线DSL，其接收一个公共电压(Vcom)。多个选通线ESD保护单元GESD1到GESD768把选通线(G1到G768)的前端连接到选通短接线GSL，而多个选通线ESD保护单元GLESD1到GLESD768把选通线(G1到G768)的后端连接到选通短接线GSL。此外，多个数据线ESD保护单元DESD1到DESD3072把数据线(D1到D3072)的前端连接到数据短接线DSL，而多个数据线ESD保护单元DLESD1到DLESD3072把数据线(D1到D3072)的后端连接到数据短接线DSL。
仍然参见图4，该保护电路进一步包括把选通短接线GSL连接到数据短接线DSL的连接ESD保护单元CESD1和CESD2。此外，在第二衬底上形成一个公共电极ITO。公共电极ITO直接连接到连接ESD保护单元CESD1和CESD2。此外，一个感应保护单元IESD直接把该公共电极ITO连接到连接ESD保护单元CESD1和CESD2。在实践上，多个银点114用来在第二衬底上的公共电极和在第一衬底上的连接ESD保护单元CESD1和CESD2之间进行连接。
在下文中，将更详细地描述在图4中所示的保护电路的操作。首先，如果高电压静电在一条选通线上，则选通线ESD保护单元(单元GESD1到GESD768中的一个和单元GLESD1到GLESD768中的一个)把电荷分散到选通短接线GSL上。此外，选通线ESD保护单元(单元GESD1到GESD768和单元GLESD1到GLESD768)把电荷从选通短接线GSL分散到选通线G1到G768中。因此，静电分散在所有的选通线中。
此外，在选通短接线GSL上的静电通过连接ESD保护单元CESD1和CESD2分散到数据短接线DSL上。然后，分散在该数据短接线DSL上的静电通过数据线ESD保护单元DESD1到DESD3071和单元DLESD1到DLESD3072分散到数据线D1到D3072中。此外，通过连接ESD保护单元CESD1和CESD2分散的静电可以直接传递到公共电极ITO中，或者可以通过一个感应保护单元IESD直接传递到公共电极ITO中。
有利地，因为不再存在该感应保护单元IESD1，所以通过连接ESD保护单元CESD1和CESD2的电荷直接施加到数据线ESD保护单元(DESD1到DESD3071和单元DLESD1到DLESD3072)中。实验已经显示：在现有技术中使用的该感应保护单元IESD1实际上不利于最大化ESD保护，因为它趋向于把静电产生的电荷引导到该公共电极ITO中。
然而，通过使用一个图4所示、不使用一个感应ESD保护单元IESD1的不对称结构，允许静电更稳定和有效的分散。即，可以增加通过数据线D1到D3072分散的静电数量。
因为所有的保护单元都是双向的，所以在一条数据线上产生的静电被类似地分散到公共电极ITO、数据线和选通线中。
依据本发明操作的一个TFT-LCD设备受益于改进的对静电所产生损害的抵抗力。图5是一个电路图，显示了一个ESD保护单元的一个实施例。ESD保护单元由TFT晶体管组成，其中TFT晶体管可以与TFT-阵列一起形成。如图所示，ESD保护单元包括：一个第一晶体管TR1，它具有一个第一栅极603和一个第一源极604，它们都连接到第一行601，以及一个第一漏极605。ESD保护单进一步包括：一个第二晶体管TR2，它具有一个连接到第一漏极605的第二栅极606，一个连接到第一行601的第二源极607，以及一个连接到第二行602的第二漏极608。ESD保护单元进一步包括：一个第三晶体管TR3，它具有一个连接到第一漏极605和第二栅极606的第三源极609，以及一个第三栅极610和一个第三漏极611，它们都连接到第二行602。
当一个比第一晶体管TR1的阈值电压高的电压(诸如通过静电)被施加到第一行601时，第一晶体管TR1导通，这使得导通第二晶体管TR2。因此，第一行601和第二行602被连接起来，形成一个等电势。当一个比第三晶体管TR3的阈值电压高的电压(诸如通过静电)被施加到第二行602上时，第三晶体管TR3导通，这使得导通第二晶体管TR2。因此，第一行601和第二行602被连接起来，形成一个等电势。然而，当第一晶体管TR1和第三晶体管TR3都没有被导通时，第一行601和第二行602没有被连接。
图6是一个电路图，显示了一个ESD保护单元的另一个实施例。如图所示，ESD保护单元由二极管D1和D2组成，它们被并联连接在第一行701和第二行702之间，但是具有相反的极性。这些二极管不是在正常情况下操作的。然而，当施加一个比二极管的阈值电压高的电压时，电荷能够在第一行701和第二行702之间流动。
虽然提供了ESD保护单元的两个实例，但是本发明的原理完全可适用于其它类型的ESD保护单元。
依据本发明的一个TFT显示设备包括一个ESD保护电路，该电路有效地分散外加的静电。
由于本发明可以在没有背离它的精神或者基本特征的情况下以几种形式实现，因此还应当明白，除非另有说明，否则以上描述的实施例不被上述说明书中的任何细节限制，而是应该在它的如附加权利要求中定义的精神和范围内被广义地解释，因此属于权利要求公认范围以内的所有变化和修改、或是这种公认范围的等效都应被附加权利要求所涵盖。