一种 TFT 有源阵列周边电路的设计方法 【技术领域】
本发明涉及一种电路设计方法， 尤其涉及一种 TFT 有源阵列周边电路的设计方法。 背景技术
目前， TFT 有源阵列显示装置配合柔性电路板控制已经得到了广泛应用。为了满 足一个 TFT 有源阵列显示装置适用于多款产品的需要， 常规技术是将控制电路设计在柔性 电路板上， TFT 有源阵列显示装置仅承担显示功能。
在柔性电路板上设计控制电路时， 有两种实现方法 ：
1、 先将所有的元件、 开关线路都设计在柔性电路板上， 对暂不使用功能元件采取 预留安装位置而暂不制作方式， 可以兼容多种控制电路， 其缺点是一个 TFT 有源阵列显示 器适用的产品越多， 柔性电路板上需要安装元件的位置就越多， 相应的元件槽就越大， 以致 没有足够的空间来制作元件槽， 需要修改方案， 导致设计周期延长， 由于元件位置多， 柔性 电路板尺寸增大， 增加了产品成本 ； 或选用非最佳参数的小体积元件， 导致性能降低。
2、 按所需求的产品制作多款柔性电路板， 每一种产品对应一种柔性电路板。这种 设计方法使柔性电路板上的元件少， 体积小， 但没有兼容多种控制电路， 需多次开模， 增加 了成本， 制作周期长。
例如， 在柔性控制电路板的方案 1 中， 为实现一种驱动功能而需将第 9 引脚和第 10 引脚与第 11 引脚短接 ； 在方案 2 中， 为实现另一种驱动功能而需在第 9 引脚和第 10 引脚与 第 11 引脚之间串联接入电容。按照目前的做法是 ： 1、 在柔性电路板上， 留出短接的接口和 串接电容的接口， 在需要时进行短接或者串接入电容 ； 2、 分别做成两款柔性电路板。 前者造 成柔性电路板的体积变大， 后者需多次开模， 都造成资源浪费和成本增加。
另外， 柔性电路板上的元件安装在背光装置上的元件槽中， 受元件槽尺寸的影响， 容易产生元件因挤压受损、 元件将元件槽顶起， 背光装置无法安装固定等品质缺陷， 柔性电 路板元件的采购也会带来设计周期的延迟。
按照目前的情况， 一个 TFT 有源阵列显示装置在制作完成后， 其完成的功能就已 经确定下来， 要增加或转变显示功能， 就需要更换其它柔性电路板或是对 TFT 有源阵列显 示装置进行重新开模设计， TFT 有源阵列显示装置重新开模， 以及柔性电路的更换， 这些都 增加了成本。 发明内容 本发明所要解决的技术问题是提供一种 TFT 有源阵列周边电路的设计方法， 这种 TFT 有源阵列周边电路的设计方法能够兼容多种控制功能， 可以根据不同的功能随时修改， 在不需要重新开模制造的情况下就能完成不同功能的转换或新增功能， 而相配合的柔性电 路板则仅需实现连接功能， 无需在柔性电路板上安装元件， 柔性电路板的尺寸和层结构也 可以减少， 减少了元件采购， 降低了成本， 提高了生产良率。采用的技术方案如下 ：
一种 TFT 有源阵列周边电路的设计方法， 其特征是 ： 包括如下步骤 ：
步骤一、 在制作 TFT 有源阵列显示装置时， 在 TFT 有源阵列显示装置有效显示区域 之外的无效区域上， 预留出能够用于设置周边兼容控制电路的空白区域。
一般的 TFT 有源阵列显示装置都划分为一个有效显示区域和一个无效区域， 有效 显示区域用于显示图像， 而无效区域可以用来设置 IC 驱动线、 数据线、 扫描线、 检测线等功 能线及 TFT 器件、 电阻、 储存电容等元件， 设置完上述功能线及元件后所剩下的空白区域可 以用来设置周边兼容控制电路 ； 因此在制作 TFT 显示装置时， 预留出空白区域， 就可以将周 边兼容控制电路设置到空白区域上。
步骤二、 根据空白区域的大小及形状， 并根据周边兼容控制电路的综合原理图， 在 空白区域上绘制线路图， 具体的做法是 ： 将多个控制电路的电路原理图一一列出， 并取各张 电路原理图的并集， 形成周边兼容控制电路的综合原理图， 并根据周边兼容控制电路的综 合原理图在空白区域上绘制线路图。
每一张控制电路的电路原理图都代表使用该原理图的产品在制作时需要使用电 路原理图上指定的元件组， 在制造完成后可实现既定的一组功能。不同控制电路的电路原 理图代表产品在制作时需要使用不同的元件组， 在制造完成后可实现不同的一组功能。取 各张控制电路的电路原理图的并集， 即对于各张控制电路的电路原理图上相同的部分只保 留一份， 而对不同的部分进行合并， 从而形成一张周边兼容控制电路的综合原理图， 并根据 周边兼容控制电路的综合原理图在空白区域上绘制线路图， 使产品在制作时可选择使用某 一或某几个元件组， 在制造完成后可实现的一组或多组功能。 步骤三、 根据周边兼容控制电路的综合原理图、 线路图、 元件参数及电磁兼容性的 要求进行元件设计和线路连接， 将周边兼容控制电路制作到空白区域上， 同时制作连接器 件接口。
在空白区域上设置多个导电层来等效电阻、 电容和导线， 在导电层之间设置绝缘 层。 电阻可以用单个导电层或多个导电层来等效， 当用多个导电层来等效电阻时， 导电层之 间通过连接孔 (CROSS) 连接 ； 电容可以由导电层和绝缘层构成， 其中任意两个或多个位置 相应的导电层作为电容的电极， 而导电层间的绝缘层则作为电容的介质层， 电容可以是两 个导电层配合至少一个绝缘层的方式， 也可以是多个导电层配合多个绝缘层的方式 ； 导线 可以通过在导电层上刻蚀来表示， 而跨层的导线则通过连接孔 (CROSS) 连接。设计连接器 件接口时， 应根据最后选择的连接器件是热压纸、 单层柔性电路板或金属脚等情况进行设 计， 通常需考虑的是方便与连接器件连接。 导电层的材料可以采用铁、 铜、 铝等金属， 也可以 是其合金或其氧化物。
通过上述设置， 空白区域上的周边兼容控制电路包含上述多个控制电路。
步骤四、 根据所需实现的功能， 采用电路刻断或连线增补方式选择制作对应的控 制电路。
在空白区域上根据周边兼容控制电路的综合原理图绘制线路图时， 采用的是各个 控制电路的电路原理图的并集， 集合了所选各个控制电路的所有功能。但是有的控制电路 的功能在具体要求中并不需要 ； 而经常又出于对空白区域的有限空间和整体的布局的考 虑， 在空白区域上并没有过于复杂的布线， 只是在相应位置留出设置元件的空间。对于具 体要求中不需要的那些功能， 需要去掉相应的功能组件， 以免对整个电路造成影响， 常采用
化学气相淀积法或电子束蒸发仪对不需要的那些连接进行电路刻断， 去掉不需要的功能组 件； 对于原来只留设置位置， 没有连线的， 则需采用连线增补方式进行连接。连接增补的方 式可以采用飞线连接或其它电连接方式。
步骤五、 设计或选择连接器件， 并将连接器件与连接器件接口连接。
由于所有控制电路都设置到空白区域上， 因此， 连接器件的结构相当简单， 只是实 现简单的连接功能。连接器件可以是柔性电路板、 热压纸或金属脚等。
将 TFT 有源阵列显示装置与连接器件连接在一起， 得到相应控制功能的 TFT 有源 阵列显示装置。
TFT 有源阵列显示装置可以是非晶硅有源阵列显示装置、 多晶硅有源阵列显示装 置或有机电致发光 (OLED) 有源阵列显示装置等。
本发明的主要设计思路是 ： 在制作 TFT 有源阵列显示装置时， 在无效区域上预留 出空白区域， 然后在空白区域上根据周边兼容控制电路的综合原理图绘制线路图、 元件设 置、 功能组件选择等一系列工艺， 将多个控制电路的控制功能转移到 TFT 有源阵列显示装 置上， 使得在 TFT 有源阵列显示装置完成之后， 可进行一些驱动功能的设置和选择， 而并没 有严格限定本发明所进行的步骤与 TFT 有源阵列显示装置的制造在时间上的先后顺序。如 在制作 TFT 有源阵列显示装置之前就可以设计周边兼容控制电路的综合原理图 ； 在已知周 边兼容控制电路的综合原理图的情况下， 可以在制作 TFT 有源阵列显示装置的中间过程， 在空白区域上绘制线路图和对某些功能组件的设置。
为达到扩大空白区域、 便于设置周边兼容控制电路的目的， 作为本发明的优选方 案， 其特征是 ： 采用层叠的引线方式设置有效显示区域的 IC 驱动线、 数据线、 扫描线和检测 线， 以增大空白区域的面积。 一方面由于工艺水平决定了引线的宽度和间距， 所以在相同的 空间里， 采用多层 (N 层 ) 的引线方式所能容纳引线的数量是单层引线的数量的 N 倍 ； 在引 线总数量相同的情况下， 采用层叠引线方式， 明显占用的面积小， 因而可以明显增大空白区 域的面积 ； 另一方面， 不同导电层的电阻率不同， 由于控制电路对线路电阻有严格要求， 所 以在电阻率低的导电层中的引线宽度远比电阻率高的导电层中的引线宽度要宽， 占用的面 积大， 而采用层叠引线方式， 可以充分利用电阻率高的导电层的导电优势， 减小引线宽度， 明显增大空白区域的面积 ； 由于空白区域的面积的大小决定了控制电路的制作数量， 所以 采用层叠引线方式可以设置含有更多控制电路的周边兼容控制电路。
为了达到设置更多的 TFT 周边控制电路和更方便容性元件的设置的目的， 作为本 发明进一步的优选方案， 其特征是 ： 在空白区域上， 导电层与绝缘层叠合设置， 导电层与绝 缘层的总数至少为四层。导电层与绝缘层之间应设置一个或多个绝缘层。为了能够使用导 电层和绝缘层来等效电容， 须包括两个作为电容电极的导电层和一个作为电容介质的绝缘 层， 绝缘层设于两个导电层之间， 还应在最上面导电层的上表面之间设置一个绝缘层， 总共 至少四层。为了能够设置更多 TFT 周边控制电路， 可以设置更多的导电层和绝缘层， 如增加 一个绝缘层和一个导电层， 就多出一个导电层来设置 TFT 周边控制电路， 从而达到设置更 多 TFT 周边控制电路的目的。同时， 增加导电层和绝缘层， 更方便设置电容的串联或并联。
为了达到简化制作流程， 不增加 TFT 显示装置的生产难度的目的， 作为本发明更 进一步的优选方案， 其特征是 ： 在空白区域上， 导电层与绝缘层的总数为五层。通过优选导 电层与绝缘层的累加之和为五层， 这样既兼顾设置 TFT 周边控制电路的数量和容性问题，也兼顾了制作的难易程度。 例如， 这五层包括三个导电层和两个绝缘层， 如果增加一个导电 层和一个绝缘层， 即制作七层 ( 包括四个导电层和三个绝缘层的结构 )， 则可以多出一个导 电层进行周边兼容控制电路中电阻和电容元件的制作， 绝缘层的增加有利于容性元件的制 作， 同时能设置更多的周边兼容控制电路， 对于本发明的实现更为容易。但是这样一来就 增加了制造的难度。因为， 一方面是制作一个导电层或绝缘层都需要进行不同的版面设计 和严格的工业控制， 层数的增加， 就增加了设计内容和工业控制量 ； 另一方面， 由于线宽距 或间距均控制在微米级， 容易出现断路或短路等缺陷， 膜层增加容易出现更多缺陷 ； 第三方 面， 对厂房和设备的净化要求高， 制造时间越长， 越容易出现产品污染， 导致良率下降。
本发明通过将所有控制电路设置到 TFT 有源阵列显示装置的空白区域上， 实现兼 容控制电路从柔性电路板到 TFT 有源阵列显示装置的转移 ； 而采用导电层和绝缘层来等效 电阻、 电容和导线， 省去购买元件， 节约成本 ； 在 TFT 有源阵列显示装置制作完成之后， 对某 些特定部位进行电路刻断或连线修补， 实现功能选择， 能够兼容多种控制功能 ； 而连接器仅 实现连接功能， 无需在连接器上安装元件， 尺寸也可以相应做小， 提高了生产良率 ； 背光装 置无需制造元件槽， 减少了加工环节， 提高了产品抗冲击性能。 附图说明
图 1 是在 TFT 有源阵列显示装置的无效区域上留出空白区域的结构示意图。 图 2 是图 1 的侧视图。 图 3 是一种周边兼容控制电路的综合原理图。 图 4 是将图 3 所示的周边兼容控制电路的综合原理图绘制到空白区域上的线路图。 图 5 是图 4 的 A 部分局部放大图。
图 6 是一种五层结构的电阻示意图。
图 7 是一种五层结构的电容示意图。
图 8 是一种单导电层结构的电阻示意图。
图 9 是一种四层结构的电容示意图。
图 10 是一种六层结构的电容示意图。
图 11 是电容的线路图。
图 12 是接触孔电阻的线路图。
图 13 是绕线电阻的线路图。
图 14 是实现短接的电路刻断示意图。
图 15 是实现接入电容的示意图。
图 16 是一种连接器件的线路原理图。
图 17 是 TFT 有源阵列显示装置与连接器件连接的示意图。
图 18 是采用层叠的引线方式后空白区域的示意图。
图 19 是采用单层引线方式后空白区域的示意图。
图 20a 是图 18 的 A-A 剖视图， 表示采用双层引线方式时， 引出线与 TFT 有源阵列 显示装置各层的关系。
图 20b 是图 19 的 B-B 剖视图， 表示采用单层引线方式时， 引出线与 TFT 有源阵列
显示装置各层的关系。
图 21 是第一种控制电路的功能组件的示意图。
图 22 是第二种控制电路的功能组件的示意图。
图 23 是第三种控制电路的功能组件的示意图。
图 24 是综合图 21、 图 22 和图 23 而形成的周边兼容控制电路的综合原理图。
图 25 是对图 24 进行电路刻断后实现图 21 所示的控制电路功能的示意图。 具体实施方式
下面结合附图和本发明的优选实施方式做进一步的说明。
这种 TFT 有源阵列周边电路的设计方法， 包括如下步骤 ：
步骤一、 如图 1 和图 2 所示， 在制作 TFT 有源阵列显示装置时， 在 TFT 有源阵列显 示装置有效显示区域 1 之外的无效区域 2 上， 设置好 IC 驱动线、 数据线、 扫描线、 检测线等 功能线及 TFT 器件、 电阻、 储存电容等元件之后， 预留出能够用于设置兼容控制电路的空白 区域 3。
步骤二、 根据空白区域 3 的大小及形状， 并根据周边兼容控制电路的综合原理图， 在空白区域 3 上绘制线路图， 具体的做法是 ： 将多个控制电路的电路原理图一一列出， 并取 各张电路原理图的并集， 形成周边兼容控制电路的综合原理图， 并根据周边兼容控制电路 的综合原理图在空白区域上绘制线路图。在控制电路的方案 1 中， 为实现一种驱动功能而 需将第 9 引脚和第 10 引脚 (CM31) 与第 11 引脚 (C21P) 短接 ； 在控制电路的方案 2 中， 为实 现另一种驱动功能而需在第 9 引脚和第 10 引脚 (CM31) 与第 11 引脚 (C21P) 之间串联接入 电容 ； 取这两张控制电路原理图的并集， 对于两张控制电路的电路原理图上相同的部分只 保留一份， 而对不同的部分进行合并， 形成如图 3 所示的周边兼容控制电路的综合原理图 ； 根据图 3 所示的周边兼容控制电路的综合原理图在空白区域 3 上绘制线路图， 如图 4 和图 5 所示， 图 5 是图 4 中 A 部分的局部放大图。绘制到空白区域 3 上的电容 4、 接触孔电阻 5 和 绕线电阻 6， 分别如图 11、 图 12 和图 13 所示。
步骤三、 根据周边兼容控制电路的综合原理图、 线路图、 元件参数及电磁兼容性的 要求进行元件设计和线路连接， 将周边兼容控制电路制作到空白区域 3 上， 同时制作连接 器件接口。 在空白区域上设置总数为五层的导电层和绝缘层来等效电阻、 电容和导线， 在导 电层之间设置绝缘层。如图 6 所示， 电阻由三个导电层 7 和两绝缘层 8 构成， 两绝缘层 8 设 置在相邻两导电层 7 之间， 相邻两导电层 7 通过连接孔 9 连接 ； 如图 7 所示， 电容由三个导 电层 7 和两绝缘层 8 构成， 两绝缘层 8 设置在相邻两导电层 7 之间， 导电层 7 作为电容的电 极， 绝缘层 8 作为电容的介质层 ； 导线可以通过在导电层上刻蚀来表示， 而跨层的导线则通 过连接孔连接 ； 按图 3 所示的周边兼容控制电路的原理图及所标定的元件参数以及电磁兼 容的要求将周边兼容控制电路设置到空白区域上 ； 制作连接器件接口。
步骤四、 根据所需实现的功能， 采用电路刻断或连线修补方式选择制作对应的控 制电路。通过化学气相淀积法对图 14 所示部位 10 的电路刻断， 实现 CM31( 第 9 引脚、 第 10 引脚 ) 与 C21P( 第 11 引脚 ) 短接， 形成方案 1 的控制电路 ； 或通过化学气相淀积法对图 15 所示部位 11 的电路刻断实现在 CM31( 第 9 引脚、 第 10 引脚 ) 与 C21P 之间串联接入电容， 形成方案 2 的控制电路。步骤五、 设计或选择连接器件， 连接器件与连接器件接口连接。连接器件如图 16 所示， 由于所有控制电路都设置到空白区域 3 上， 因此， 连接器件只是实现连接功能， 结构 相当简单 ； 如图 17 所示， 连接器件与连接器件接口连接。
在另一种实施方式中， 如图 18 和图 20a 所示， 采用层叠的引线方式设置有效显示 区域的 IC 驱动线、 数据线、 扫描线和检测线， 以增大空白区域的面积， 图 20a 是图 18 的 A-A 剖视图， 图 20a 可以看出， 采用双层的引线方式， 两层引出线 12 间设有绝缘层 13。图 19 所 示是采用单层引线方式的示意图， 图 20b 是图 19 的 B-B 剖视图， 图 20b 可以看出， 只有单层 引出线 12。对比图 20a 和图 20b， 采用单层引线方式是在一个平面上排列引线， 而采用层叠 的引线方式将引线区域扩展到该平面的上方空间， 采用 N 层引线时， 在同一平面范围内的 引线数量是采用单层引线的 N 倍 ； 而在引线的总数量相同的情况下， 采用 N 层引线占用的平 面区域是采用单层引线的 N 分之一 ； 对比图 18 和图 19， 图 18 所示是采用双层引线方式后 所留出的空白区域， 图 19 是采用单层引线方式后所留出的空白区域， 图 18 的空白区域的面 积明显大于图 19 的空白区域的面积 ； 图 18 所示采用双层引线方式后所留出的空白区域， 可 以设置更多的兼容控制电路。
在另一种实施方式中， 如图 21、 图 22 和图 23 所示三张控制电路的原理图， 取这三 张控制电路原理图的并集， 形成如图 24 所示的周边兼容控制电路的综合原理图， 在 TFT 有 源阵列显示装置制作完成后， 如仅需实现控制电路原理图 21 的功能， 则采用化学气相淀积 法对图 24 作相应电路刻断， 形成如图 25 所示电路。 在其它实施方式中， 还可以采用电子束蒸发仪对不需要的那些连接进行电路刻 断， 去掉不需要的功能组件 ； 对于原来只留设置位置， 没有连线的， 则需采用连线修补方式 进行连接。
在其它实施方式中， 电阻可以是如图 8 所示的单个导电层 7 和绝缘层 8 组成的结 构。
在其它实施方式中， 电容可以是如图 9 所示包括两导电层 7， 和设置在两导电层 7 之间的绝缘层 8 的多层结构。
在其它实施方式中， 电容可以是如图 10 所示， 在两个导电层间夹有多个绝缘层的 结构。
在其它实施方式中， 导电层与绝缘层累加之和可以是三、 四、 六、 七等其它数量， 如 图 10 所示的多层结构的电容， 导电层 7 和绝缘层 8 累加之和是六层。
优选上述导电层的材料采用钼， 在其它实施方式中， 导电层的材料可以采用铁、 铝、 钼、 钽、 钛、 钕、 钨或其合金， 或铁、 铝、 铜的氧化物， 也可以采用铟锡氧化物、 铟锌氧化物 等其它导电材料。