专利名称：一种双薄膜晶体管像素结构的液晶显示器的制作方法
技术领域：
本发明提供一种双薄膜晶体管(TFT)像素结构的液晶显示器，特别是一种具有高分辨率以及高显示频率的液晶显示器。
背景技术：
薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)，主要是利用呈矩阵状排列的薄膜晶体管，再配合以适当的电容、连接垫等电子组件来驱动液晶像素，进而产生丰富亮丽的图像。传统的薄膜晶体管液晶显示器基本上包含有一透明基板(transparent substrate)，其上具有许多排列成多组的薄膜晶体管、像素电极(pixel electrode)、互相垂直交错(orthogonal)的扫瞄线(scan or gate line)以及讯号线(data or signal line)、一滤光板(colorfilter)、以及填充于透明基板与滤光板之间的液晶材料，并辅以适当的电子组件来驱动液晶像素，以产生丰富亮丽的图形。由于TFT-LCD具有外型轻薄、耗电量少以及无辐射污染等特性，因此被广泛地应用在笔记型计算机(notebook)、个人数字助理(PDA)等携带式信息产品上，甚至已有逐渐取代传统桌上型计算机之CRT监视器的趋势。
请参考图1与图2，图1为一TFT-LCD示意图，图2A为现有技术中一像素20的等效电路示意图，图2B为现有技术中一像素20的上视图。如图1所示，一TFT-LCD 10包含有一扫描线驱动电路区12、一讯号线驱动电路区14以及一像素阵列(pixel array)区16，其中像素阵列区16内还包含有多个像素(未显示)。
如图2A与图2B所示，每一个设于像素阵列区16内的像素20均包含有一填充有液晶分子(liquid crystal molecules，未显示)的液晶单元(liquid crystal unit，LC unit)22，且液晶单元22电连接至一共通电极(common counter electrode，CE)与一薄膜晶体管(thin film transistor，TFT)24。薄膜晶体管24的一闸极26电连接于一扫描线Gn，一源极28电连接于一讯号线Sn，一漏极32电连接于一像素电极(pixel electrode，未显示)。此外，像素20还包含有一储存电容SC(storage capacitor)电连接液晶单元22与共通电极，一闸极-漏极电容GD(gate-drain capacitor)电连接薄膜晶体管24的闸极26与漏极32。其中，储存电容SC的功用之一是减少漏电流对液晶单元22的电压的影响，亦即协助液晶单元22储存电荷，而闸极-漏极电容GD则为一寄生电容(parasitic capacitor)。
请参考图3，图3为现有技术中对图2的像素20充电的示意图。如图3所示，一第一电压脉冲(first voltage pulse)依照其脉冲时序(time)先被施加于前一列扫描线Gn-1之上，再依照其脉冲时序于下一周期(nextperiod)被施加于后一列扫描线Gn之上，同时间，一第二电压脉冲(secondvoltage pulse)亦依照其脉冲时序先被施加于前一行讯号线Sn+1之上，再依照其脉冲时序于下一周期被施加于后一行讯号线Sn之上。而当第一电压脉冲以及第二电压脉冲被同时施加于后一列扫描线Gn以及后一行讯号线Sn之上时，薄膜晶体管24将被开启(turn-on)以对像素电极(未显示)充电(charge)，使所谓的像素电压(pixel voltage)上升，进而将像素20中填充于液晶单元(未显示)内的液晶分子(未显示)旋转(rotate)至预期的角度，以控制光的穿透度。
为因应高分辨率以及高显示频率的液晶显示器的规格要求，扫描线与讯号线的数量必需被大量增加，而当扫描线与讯号线的数量被大量增加时，相对的每一个像素的充电时间(Ton)将被缩短。由于液晶分子的旋转，需要一定大小的像素电压，也就是说，当充电时间不足以至于像素电压不够大时，便无法提供足够的电场(electric field)来将液晶分子旋转至预期的角度，这将严重影响光对各个像素的穿透度，甚至造成不良品。
现有技术中解决此种问题的方法提高薄膜晶体管的信道宽度(channel width)对信道长度(channel length)的比值(W/L value)，藉由提高信道宽度对信道长度的比值以增加流过薄膜晶体管信道(channel)内的电流(current)，使达到相同像素电压时所需的时间被缩短，进而避免因为充电时间不够所衍生的无法到达预期辉度电压的问题。
然而，引用这种解决方法的现有技术却会衍生出其它的问题。请参考图4，图4为现有液晶显示器中薄膜晶体管60产生闸极-漏极电容的示意图。如图4所示，由于薄膜晶体管60的闸极62以及漏极64为导电的材质，同时闸极62与漏极64之间被绝缘的材质(未显示)所隔绝，因此薄膜晶体管60闸极62与漏极64的重叠区域(overlapped region)66，便形成了一个寄生的(parasitic)闸极-漏极电容(GD)，而且当薄膜晶体管60的信道宽度对信道长度的比值被增加时，闸极-漏极电容的电容值(Cgd)也会被增加。
请再参照回图2可知，施加在液晶单元22上的电压为共通电极CE与像素电极(未显示)之间的电压差，当薄膜晶体管24因充电完成而关闭(turn-off)时，像素电极(未显示)并未连接至任何电压源，因而处在浮动(floaring)状态，此时像素电极(未显示)的周围若有任何电压变动，此电压变动会透过寄生的电容而耦合至像素电极(未显示)，并改变其电压，因而使得施加在液晶单元22上的电压偏离原先设定的值。而此电压变动量称为馈通电压(Feed-through voltage，VFD)，其可表示为
VFD＝[CGD/(CLC+CSC+CGD)]*/ΔVG(1)其中，方程式(1)内的CLC为液晶单元22的电容值，CSC为储存电容SC的电容值，CGD为薄膜晶体管24的闸极-漏极电容的电容值，ΔVG则为施加于扫描线上的脉冲电压的振幅。因此，当薄膜晶体管60的信道宽度对信道长度的比值被增加时，闸极-漏极电容的电容值也因而被增加，进而造成VFD值的改变。尤其是当制作大尺寸的液晶显示器时，由于面板太大，现行制程大多是将面板分为好几个区域分次曝光，在这种情形之下，每一区于曝光对准(alignment)时往往会有不同的偏移，再加上信道宽度对信道长度比值被增加的效应，便相当容易产生线缺陷(stitching defect)，使得最后完成的液晶显示器产生线波纹(shotmura)的现象，成为制程上一项难以克服的障碍。
因此，如何能发展出一种高分辨率以及高显示频率的液晶显示器，不但能解决充电时间过短的问题，又能避免因为闸极-漏极电容的电容值被增加而造成的线波纹(shot mura)现象，便成为十分重要的课题。
发明内容
本发明的目的是提供一种双薄膜晶体管像素结构的液晶显示器(two TFT pixel structure liquid crystal display，two TFT pixel structureLCD)，尤指一种具有高分辨率(high resolution)以及高显示频率(highdisplay frequency)的液晶显示器。
本发明的具有高显示频率的液晶显示器包含有至少一第一扫描线、至少一第二扫描线、至少一第一讯号线、至少一第二讯号线以及至少一像素。在本发明的最佳实施例中，该像素电连接于该第一扫描线、该第二扫描线、该第一讯号线以及该第二讯号线，且该像素包含有一填充有多个液晶分子的液晶单元、一像素电极、一用以控制对该像素电极充电的第一开关晶体管以及一用以控制对该像素电极充电的第二开关晶体管。该第一开关晶体管的一闸极电连接于该第一扫描线、一源极电连接于该第一讯号线、一漏极电连接于该像素电极；且该第二开关晶体管的一闸极电连接于该第二扫描线、一源极电连接于该第二讯号线、一漏极电连接于该像素电极。其中，该第一开关晶体管具有一第一信道长度(L1)以及一第一信道宽度(W1)，该第二开关晶体管具有一第二信道长度(L2)以及一第二信道宽度(W2)，且该第一信道宽度对该第一信道长度的比值(W1/L1)小于该第二信道宽度对该第二信道长度的比值(W2/L2)。
由于本发明的液晶显示器，利用增加一个薄膜晶体管，于前一列扫描线以及前一行讯号线接收电压脉冲时，便预先对像素电极充电，然后再于后一列扫描线以及后一行讯号线接收电压脉冲时，继续对像素电极充电，使像素电压上升至预期的电压值，因此不仅每一个像素的充电时间会从Ton增加至2Ton，显示画面的画质也不会受影响，同时也不容产生辉点。另外，本发明方法不必受限于现有因应高分辨率与高显示频率的规格要求而被迫采取提高薄膜晶体管的信道宽度对信道长度比值的做法，因此闸极-漏极电容的电容值不会被增加，故可大幅降低馈通电压(Feed-through voltage，VFD)，而且利用本发明于实际生产线时，亦可有效制作出具高分辨率、高显示频率、无线波纹(shot mura)的大尺寸面板。
图1为一TFT-LCD的示意图。
图2A为现有技术中一像素的等效电路示意图。
图2B为现有技术中一像素的上视图。
图3为现有技术中对图2的像素充电的示意图。
图4为现有液晶显示器中薄膜晶体管产生闸极-漏极电容的示意图。
图5A为本发明的各个像素的等效电路示意图。
图5B为本发明的各个像素的上视图。
图6为本发明中对图5的像素充电的示意图。
具体实施例方式
请参考图5，图5A为本发明的各个像素100的等效电路示意图，图5B为本发明的各个像素100的上视图。如图5A与图5B所示，本发明的每一个像素100均包含有一填充有液晶分子(liquid crystalmolecules，未显示)的液晶单元(liquid crystal unit，LC unit)102、一像素电极(pixel electrode，未显示)、一第一薄膜晶体管(first thin film transistor，first TFT)104以及一第二薄膜晶体管(second thin film transistor，secondTFT)106。液晶单元102电连接至一共通电极(common counterelectrode，CE)，而第一薄膜晶体管104以及第二薄膜晶体管106均用来作为开关(switch)之用，以控制对像素电极(未显示)的充电。其中，第一薄膜晶体管104的闸极108电连接于前一列扫描线Gn-1，第一薄膜晶体管104的源极112电连接于前一行讯号线Sn+1，第一薄膜晶体管104的漏极114电连接于像素电极(未显示)；而第二薄膜晶体管106的闸极118电连接于后一列扫描线Gn，第二薄膜晶体管106的源极122电连接于后一行讯号线Sn，第二薄膜晶体管106的漏极124电连接于像素电极(未显示)。
值得注意的是，第一薄膜晶体管104具有一第一信道长度(L1)以及一第一信道宽度(W1)，第二薄膜晶体管106具有一第二信道长度(L2)以及一第二信道宽度(W2)，且第一信道宽度对第一信道长度的比值(W1/L1)小于第二信道宽度对第二信道长度的比值(W2/L2)。此外，像素100还包含有至少一储存电容SC(storage capacitor)，图5A中所示的为一种常见的情形，即一储存电容SC电连接液晶单元102与共通电极的情形，一由第一薄膜晶体管104的闸极108与漏极114的重叠区域(未显示)所衍生的第一闸极-漏极电容GD1(first gate-drain capacitor)电连接第一薄膜晶体管104的闸极108与漏极114，以及一由第二薄膜晶体管106的闸极118与漏极124的重叠区域(未显示)所衍生的第二闸极-漏极电容GD2(second gate-drain capacitor)电连接第二薄膜晶体管106的闸极118与漏极124。储存电容SC的功用之一是用来减少漏电流对液晶单元102的电压的影响，亦即协助液晶单元102储存电荷，而第一闸极-漏极电容GD1以及第二闸极-漏极电容GD2均为寄生电容(parasitic capacitor)。
请参考图6，图6为本发明中对图5的像素100充电的示意图。如图6所示，一第一电压脉冲依照其脉冲时序(time)先被施加于前一列扫描线Gn-1之上，然后再依照其脉冲时序于下一周期被施加于后一列扫描线Gn之上，同样地，一第二电压脉冲(second voltage pulse)亦依照其脉冲时序先被施加于前一行讯号线Sn+1之上，然后再依照其脉冲时序于下一周期被施加于后一行讯号线Sn之上。当第一电压脉冲以及第二电压脉冲被同时施加于扫描线Gn-1以及讯号线Sn+1之上时，第一薄膜晶体管104将被开启(turn-on)以对像素电极(未显示)充电(charge)，使所谓的像素电压上升至一定的程度。而当第一电压脉冲以及第二电压脉冲被同时施加于扫描线Gn以及讯号线Sn之上时，第二薄膜晶体管106将被开启(turn-on)以继续对像素电极(未显示)充电(charge)，使像素电压继续上升，进而推动像素100中填充于液晶单元(未显示)内的液晶分子(未显示)旋转(rotate)至预期的角度，以控制光的穿透度。
由于在第一薄膜晶体管104被开启时，像素100便已经开始被充电，换句话说，当第一电压脉冲被施加于前一列扫描线Gn-1之上，与前一行讯号线Sn+1之上时，像素电压便已经开始上升至一特定值，而当第二电压脉冲被施加于后一列扫描线Gn之上，与后一行讯号线Sn之上时，像素电压便很容易并快速地上升至预期的电压值。换句话说，本发明的作法，相当于是将每一个像素的充电时间从Ton增加至2Ton，而因为每一个像素的充电时间均被拉长成为两倍，故于高分辨率的要求下，本发明液晶显示器的显示频率将可以明显被提高。此外，由于第一信道宽度对第一信道长度的比值(W1/L1)小于第二信道宽度对第二信道长度的比值(W2/L2)，所以第二薄膜晶体管106的充电速率(chargingrate)将明显大于第一薄膜晶体管104的充电速率，同时由于整个充电时间2Ton非常的短暂，因此在第一与第二电压脉冲分别施加于前一列扫描线Gn-1与前一行讯号线Sn+1的预冲阶段(pre pump stage)时，显示画面的画质(display quality)将不会因为第一薄膜晶体管104已被开启并对像素电极做预充而变差。
另外，值得注意的是，因为第一薄膜晶体管104以及第二薄膜晶体管106均用来对像素电极(未显示)充电，故当其中有一颗晶体管故障时，仍有另外一颗可以用来充电，而不至于有辉点(light defect)的现象产生，故可有效提高良率，甚至能制作出零缺陷(zero defect)的产品。而且本发明的液晶显示器更因为可以利用第一薄膜晶体管104来做预充，所以充电的时间将相对地被拉长，因此本发明不必像前述的现有技术一般，需藉由提高第二薄膜晶体管106的信道宽度对信道长度的比值(W2/L2)来解决达不到辉度电压的问题，如此一来，不仅闸极118与漏极124重叠部份所形成的第二闸极-漏极电容GD2的电容值(Cgd2)不会被增加以降低馈通电压(Feed-through voltage，VFD)，相对而言，本发明制程上也较不容易产生线波纹(shot mura)的现象。
简而言之，由于本发明的液晶显示器利用增加一个薄膜晶体管，于前一列扫描线以及前一行讯号线接收电压脉冲时，便预先对像素电极充电，再于后一列扫描线以及后一行讯号线接收电压脉冲时，继续对像素电极充电，使像素电压上升至预期的电压值，不但可以增加充电时间，又可以保持闸极-漏极电容的电容值不被增加。
相较于现有技术，本发明乃是利用增加一个薄膜晶体管，于前一列扫描线以及前一行讯号线接收电压脉冲时，便预先对像素电极充电，然后再于后一列扫描线以及后一行讯号线接收电压脉冲时，继续对像素电极充电，使像素电压上升至预期的电压值，因此不仅每一个像素的充电时间会从Ton增加至2Ton，显示画面的画质也不会受影响，同时也不容产生辉点。另外，本发明方法不必受限于现有因应高分辨率与高显示频率的规格要求而被迫采取提高薄膜晶体管的信道宽度对信道长度比值的做法，因此闸极-漏极电容的电容值不会被增加，故可大幅降低馈通电压(Feed-through voltage，VFD)，而且利用本发明于实际生产线时，亦可有效制作出具高分辨率、高显示频率、无线波纹(shot mura)的大尺寸面板。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。
附图标记说明10TFT-LCD 12扫描线驱动电路区14讯号线驱动电路区 16像素阵列区20像素 22液晶单元
24薄膜晶体管 26闸极28源极 32漏极60薄膜晶体管 62闸极64漏极 66重叠区域100像素 102液晶单元104第一薄膜晶体管106第二薄膜晶体管108闸极 112源极114漏极 118闸极122源极 124漏极
权利要求
1.一种具有高显示频率的液晶显示器，其包含有至少一第一扫描线；至少一第二扫描线；至少一第一讯号线；至少一第二讯号线；以及至少一像素，该像素电连接于该第一扫描线、该第二扫描线、该第一讯号线以及该第二讯号线，且该像素包含有一填充有多个液晶分子的液晶单元；一像素电极；一用以控制对该像素电极充电的第一开关晶体管，且该第一开关晶体管的一闸极电连接于该第一扫描线、一源极电连接于该第一讯号线、一漏极电连接于该像素电极；以及一用以控制对该像素电极充电的第二开关晶体管，且该第二开关晶体管的一闸极电连接于该第二扫描线、一源极电连接于该第二讯号线、一漏极电连接于该像素电极；其中该第一开关晶体管具有一第一信道长度(L1)以及一第一信道宽度(W1)，该第二开关晶体管具有一第二信道长度(L2)以及一第二信道宽度(W2)，且该第一信道宽度对该第一信道长度的比值(W1/L1)小于该第二信道宽度对该第二信道长度的比值(W2/L2)。
2.如权利要求1所示的液晶显示器，其特征在于，当一第一电压脉冲被施加于该第一扫描线以及一第二电压脉冲被施加于该第一讯号线时，该第一开关晶体管将被开启以对该像素电极充电。
3.如权利要求2所示的液晶显示器，其特征在于，于该第一扫描线接收该第一电压脉冲之后，该第二扫描线依照该第一电压脉冲的时序于下一周期接收该第一电压脉冲，并且于该第一讯号线接收该第二电压脉冲之后，该第二讯号线依照该第二电压脉冲的时序于下一周期接收该第二电压脉冲。
4.如权利要求3所示的液晶显示器，其特征在于，当该第一电压脉冲被施加于该第二扫描线以及该第二电压脉冲被施加于该第二讯号线时，该第二开关晶体管将被开启以对该像素电极充电。
5.如权利要求1所示的液晶显示器，其特征在于，所述液晶显示器为一双薄膜晶体管像素结构的液晶显示器。
6.如权利要求1所示的液晶显示器，其特征在于，该第一开关晶体管的该闸极与该漏极之间具有一第一重叠区域，且该第二开关晶体管的该闸极与该漏极之间具有一第二重叠区域。
7.如权利要求6所示的液晶显示器，其特征在于，该第一重叠区域造成一第一开关晶体管的该闸极与该漏极间的寄生电容，该第二重叠区域造成一第二开关晶体管的该闸极与该漏极间的寄生电容。
8.如权利要求1所示的液晶显示器，其特征在于，该第一开关晶体管以及该第二开关晶体管均用以对该像素电极充电，以推动该液晶单元内的各该液晶分子的旋转。
9.如权利要求1所示的液晶显示器，其特征在于，该第一信道宽度对该第一信道长度的比值小于该第二信道宽度对该第二信道长度的比值，以使该第二开关晶体管的充电速率大于该第一开关晶体管的充电速率。
10.如权利要求1所示的液晶显示器，其特征在于，该像素另包含有至少一储存电容，用以协助该液晶单元储存电荷。
全文摘要
本发明提供一种双薄膜晶体管像素结构的液晶显示器，其包含有第一、第二扫描线、第一、第二讯号线与像素。像素包含有像素电极与第一、第二晶体管。第一、第二晶体管的闸极与源极分别电连接于第一、第二扫描线、第一、第二讯号线，二晶体管的漏极电连接于像素电极。第一晶体管的信道宽度/长度的比值小于第二晶体管的信道宽度/长度的比值。
文档编号H01L29/66GK1536415SQ0310847
公开日2004年10月13日 申请日期2003年4月11日 优先权日2003年4月11日
发明者蔡居宏 申请人:广辉电子股份有限公司