TW563080B - Method for driving liquid crystal of silicon light valve - Google Patents

Description

07065pif2.doc/012 玖、發明說明： 發明背景 發明領域 本發明是有關於一種用於投影之液晶顯示器（Liquid Crystal Display，簡稱LCD)，且特別是有關於一種用以驅 動矽光閥（Silicon Light Valve，簡稱 SLV)之液晶（Liquid Crystal，簡稱LC)之方法。 相關技藝之背景 通常，在用於投影之LCD之技術中，其中包括傳輸 光閥（Transmission Light Valve，簡稱TLV)技術及砂光閥 (Silicon Light Valve，簡稱 SLV)技術。 目前，TLV技術被廣範地同時使用在前螢幕（front-screen)投 影顯示系統及 後螢幕 (rear-screen)投影顯 τρ: 系統。 然而，SLV技術最近有逐漸受到注意，其有助於使用在未 來的高解析度電視（High Definition Television，簡稱 HDTV)。 SLV技術比TLV技術具有更大的光通量（light throughput)，因爲其在鏡孔比例（aperture ratio)的方面比TLV 技術更有效率。亦即，在SLV技術，因爲一個像素(pixel) 包括一導體(conductor)、一像素電晶體及一電容器，位於 矩陣配置的像素鏡之下，其在高解析度方面更具優點。因 此，鏡孔比例只受限於每一鏡片間之最小間隔。 同時，使用諸如非結晶矽、多晶矽及單晶矽之材料來 作爲顯示系統之底板，於其上形成主動矩陣像素陣列。在 07065pif2.doc/〇l2 這些材料中，有許多對於單晶矽進行的硏究，認爲其具有 很大的載子遷移率（carrier mobility)且其可用於現存的 CMOS製程。 同時，用於顯示視訊信號之液晶顯示器包括液晶板及 驅動器。液晶板包括下電極、上電極、及液晶層。在下電 極中’形成以矩陣配置之像素電極及薄膜電晶體。在上電 極中，形成共電極及色過濾層。液晶層塡充在上電極與下 電極之間。 驅動器包括視訊信號處理器、控制器、資料驅動器、 以及閘極及源極驅動器。視訊信號處理器用來處理外部輸 入之視訊信號，輸出合成同步信號。控制器用以將由視訊 信號產生之合成同步信號分離成水平同步信號及垂直同步 信號，以及依據模式(NTSC、PAL、SECAM)選擇信號來控 制時序。資料驅動器依據控制器的輸出信號提供一信號電 壓至液晶板的資料線。閘極及源極驅動器依據控制器的輸 出信號循序地施加一驅動電壓至液晶板的掃描線及資料 線。 爲了在前述的液晶顯示裝置得到較大的尺寸及較高的 品質，有許多積極進行的硏究是針對如何減少功率消耗。 以下將要參照所附圖式說明用以驅動SLV之液晶之相 關技藝之方法。 第1圖繪示相關技藝之SLV之結構之剖視圖，以及第 2圖繪示相關技藝之SLV之等效電路圖。 如第1圖所繪示，在單晶矽基底11的某個部分形成 場氧化膜12。在單晶矽基底11的未形成場氧化膜12的另 07065pif2.doc/012 外的部分形成閘極絕緣膜（未繪出），以及於其上形成閘極 電:極13 °在單晶矽基底π的閘極電極13兩側的表面內形 成源極/汲極雜質擴散區域14。 此後’在場氧化膜12上依序形成下電極15、介電膜(未 繪出）、及上電極16，藉以構成一電容器。在單晶矽基底11 的整個表面形成第一內插絕緣膜（interleaving insulating film)17 ’蓋住該電容器，以及在第一內插絕緣膜17上形 成第一金屬線18。金屬線18電性地連接源極/汲極雜質擴 散區域14與該電容器的上電極16，以及用來傳送電氣信 號。 此外’在單晶矽基底11的整個表面形成第二內插絕 緣膜19，蓋住第一金屬線18。在第二內插絕緣膜19上形 成第二金屬線20,以及在單晶矽基底11的整個表面形成 第三內插絕緣膜21，蓋住第二金屬線20。 在此時，第二金屬線20的作用爲擋住光線，以及第 三內插絕緣膜21之厚度爲0.4〜0.7^，使其與每一金屬線 不會電性連接。 然後’依序地在第三內插絕緣膜21上形成鏡像素電 極23及ITO電極25。鏡像素電極23與ITO電極25經由 第金屬線18及傳導栓(conductive plug)22彼此電性連接。 在鏡像素電極23與IT0電極25之間形成液晶（Liquid

Crystal，簡稱 LC)24。 金竟ί象素電極23是由能有效地反射入射光的材料形成 的。在鏡像素電極23與LC 24之間以及在LC 24與ΙΤ0 電極25之間形成氧化膜或氮化膜的鈍態膜（passivation 07065pif2.doc/012 film)(未繪出）。 同時，依據施加至ITO電極25及鏡像素電極23的電 壓，LC 24的光學特性會由散射狀態改變至透明狀態，或 是反之亦然。 下面將要詳細地解釋相關技藝之SLV之等效電路及其 運作原理。 如第2圖所繪示，MOSFET 26的閘極連接至形成在一 個方向的字元線WL，以及其汲極連接至垂直於字元線WL 的位元線BL。電容器27串聯地連接至MOSFET 26的源極， 以及鏡像素電極23連接至字元線WL。0V的接地端連接 至ΙΤΟ電極25。 在此時，鏡像素電極23爲LCD的下電極，以及ΙΤΟ 電極25爲其上電極。 前述之相關技藝之SLV具有18〜25V的高驅動電壓。 亦即，將0V施加至ITO電極25，以及18〜25V的電壓施 加至鏡像素電極23，藉以驅動LC 24。 要提供如上述之高電壓，MOSFET 26要具有25V以上 的高崩潰電壓(Breakdown Voltage，簡稱BV)。此外，也要 增加電容器27的介電膜厚度，用以減少其漏電流。 因此，假如要有高崩潰電壓，則MOSFET 26需具有 單一的源極/汲極結構，諸如具有漂移(drift)的修飾的輕度 摻雜汲極(lightly doped drain，簡稱LDD)結構或倍摻雜汲 極(double diffused drain，簡稱 DDD)結構，藉以增加 BV。 特別是，增加介電膜厚度會降低電容量。因而，必須 實質地增加電容器面積，藉以補償減少的電容量。在此相 07065pif2.doc/012 關技藝中，一個像素的面積超過25^>< 25^，並且90% 或更多的面積是被電容器佔用的。 然而，相關技藝之用以驅動SLV之液晶之方法具有下 述之問題。 首先，用以降低MOSFET的崩潰電壓的LDD或DDD 結構必須具有非常長的通道。此外，一個自我校準系統 (self-align system)無法應用在此種結構，而且必須使用用 於高能量之偏向離子植入(tilt ion-implantation)的裝置。 其次，罩幕(masking)製程及照相製版(photolithography) 製程增加了，因而使製程變得複雜且困難。更進一步，由 於非常昂貴的經費，使製程彈性惡化了。 第三，用以減少漏電流而增加介電膜厚度，實質地降 低電容量，因而增加電容器面積，藉以補償減少的電容量。 曼明總結 因此本發明就是在針對一種用以驅動之SLV之液晶之 方法，能夠實質地消除由於相關技藝之限制及缺點所造成 之一個或多個問題。 本發明之一目的爲提供一種用以驅動之SLV之液晶之 方法，用以解決由於高驅動電壓所產生之數種問題，諸如 胞元縮小之限制、效率惡化、以及複雜的生產製程。 本發明之其他特徵及優點將會在後面之說明提出，以 及部分可以從說明中明瞭，或是由本發明之實踐中學習 到。本發明之目的及其他優點可以由其中的文字說明與專 利宣告中特別指出的結構以及所附圖式來瞭解及獲得。 563080 07065piQ.doc/012 爲了達到這些或是其他優點以及依照本發明之目標， 如同具體的及廣範地說明的，一種用以驅動之SLV之液晶 之方法，其做爲投影之LCD，於其中以一導體、一像素電 晶體、及一電容器形成之一像素以一矩陣配置方式配置於 在該LCD之下方，其特徵爲將不同極性之電壓分別施加 至該LCD之上電極及下電極。 必須要瞭解，前面之一般性說明及後面的詳細說明皆 是範例性及解釋性的，以及要做爲提供本發明之宣告之更 進一步之解釋。 圖式之簡單說明 所附圖式，其爲用來提供本發明之更進一步之瞭解以 及結合在及構成此說明書之一部分，繪示本發明之實施例 以及與說明書一起用來解釋本發明之原理° 在這些圖式中： 第1圖繪示相關技藝之SLV之結構之剖視圖； 第2圖繪示相關技藝之SLV之等效電路圖； 第3圖繪示依照本發明之SLV之結構之剖視圖；以及 第4圖繪示依照本發明之SLV之等效電路圖。 圖式中標示之簡單說明 11單晶矽基底 12場氧化膜 13閘極電極 14源極/汲極雜質擴散區域 15下電極 16上電極 11 563080 07065pif2.doc/012 18第一金屬線 20第二金屬線 22傳導栓 25 ITO電極 27電容器

17第一內插絕緣膜 19第二內插絕緣膜 21第三內插絕緣膜 23鏡像素電極 26 MOSFET 31單晶矽基底 32場氧化膜 33閘極電極 34源極/汲極雜質擴散區域 36上電極 38第一金屬線 40第二金屬線 43鏡像素電極 45 ITO電極 35下電極 37第一內插絕緣膜 39第二內插絕緣膜 41第三內插絕緣膜 44傳導栓 較佳實施例之詳細說明 現在將參照附圖繪示之實例來詳細說明本發明之較佳 實施例。 如第3圖所繪示，在單晶矽基底31的某個部分形成 場氧化膜32。在單晶矽基底31的未形成場氧化膜32的另 外的部分形成閘極絕緣膜（未繪出），以及於其上形成閘極 電極33。 在單晶矽基底31的閘極電極33兩側的表面內形成源 極/汲極雜質擴散區域34。 此後，在場氧化膜32上依序形成下電極35、介電膜(未 繪出）、及上電極36，藉以構成一電容器。在單晶矽基底31 12 563080 07065pi£2.doc/012 的整個表形成第一內插絕緣膜37，蓋住該電容器，以及 在第一內插絕緣膜37上形成第一金屬線38。金屬線38電 性地連接源極/汲極雜質擴散區域34與該電容器的上電極 36，以及用來傳送電氣信號。 此外’在單晶矽基底31的整個表面形成第二內插絕 緣膜39，蓋住第一金屬線38。在第二內插絕緣膜39上形 成第二金屬線40,以及在單晶矽基底31的整個表面形成 第二內插絕緣膜41，蓋住第二金屬線4〇。 在此時，第二金屬線40作用爲擋住光線，以及第三 內插絕緣膜41之厚度爲〇·4〜，使其與每一金屬線不 會電性連接。 然後，依序地在第三內插絕緣膜21上形成鏡像素電 極43及ITO電極。鏡像素電極23與ιτο電極25經由第 一金屬線38及傳導栓44彼此電性連接。在鏡像素電極43 與ΠΌ電極45之間形成LC 44。 鏡像素電極43是由能有效地反射入射光的材料形成 的。 在鏡像素電極43與LC 44之間以及在LC 44與ITO 電極45之間形成氧化膜或氮化膜的鈍態膜（passivati〇n film)(未繪出）。 同時，依據施加至IT0電極及鏡像素電極43的電壓， LC 44的光學特性會由散射狀態改變至透明狀態，或是反 之亦然。 如前所述，本發明具有與習知技藝相同之SLV結構。 然而，在本發明中，M0SFET的通道長度及閘極絕緣膜的 13 07065pif2.doc/012 厚度減小了，並且可以得到自我校準源極/汲極結構(sdf-aligned source/drain structure) 。 同時’ 像素電谷器的介電膜 的厚度在150A以下，因此能顯著地減小電容器面積。 在本發明的SLV中，如第4圖所繪示，MOSFET 46的 閘極連接至形成在一個方向的字元線WL，以及其汲極連 接至垂直於字元線WL的位元線BL。同時，電容器串聯地 連接至MOSFET 46的源極，以及鏡像素電極43連接至字 元線WL，以及將負㈠電壓施加至ITO電極45。 在此時，將0V或Vpp/2的電壓施加至電容器47的另 一側，其串聯地連接至MOSFET 46的源極，將5〜10V的 電壓施加至每一字元線WL及位元線BL，以及將5〜10V 的負電壓施加至ITO電極45。 亦即，在本發明中，不同極性的電壓分別施加至形成 在LC 44上的ITO電極45，以及至形成在LC 44下的鏡像 素電極43。 同時，當以正電壓代替負電壓施加至ITO電極45時， 則可以用負電壓施加至鏡像素電極43。 因此，在將負電壓施加至形成在LC 44上的ITO電極 45的情況時，即使將一正電壓，其減去負電壓的大小，施 加至鏡像素電極43，亦可將驅動電壓的總量實際地施加至 LC 44的兩側，和相關技藝一樣。 亦即，在本發明中，其藉由將負電壓施加至LCD的 上電極，使得在LCD的兩側施加的電場強度和相關技藝 一樣，後者是在LCD的上電極施加ov。然而，由於施加 至LCD的上電極的SLV電壓減去施加至[CD的下電極的 563080 07065pif2.doc/012 負電壓的大小，使得SLV的驅動電壓顯著地減少了。 如以上所解釋，本發明之用以驅動SLV之液晶之方法 具有下述優點。 首先，由於施加至LCD的上電極的SLV電壓減去施 加至LCD的下電極的負電壓的大小’使得SLV的驅動電 壓可以顯著地減少。 其次，藉由在LCD的上電極施加負電壓來減少SLV 的驅動電壓，得以使胞元(cell)面積減小。 第三，可以由現存之CMOS製程得到自我校準源極/ 汲極結構，因而簡化生產製程。 第四，在將週邊邏輯電路裝設在像素陣列晶片時，其 在製程及效能方面是有利的。 最後，依照本發明，可以提供高效能，高可靠度及更 進一步，非常小的晶片面積的SLV。 很明顯的，熟習此技藝者可以在不脫離本發明之精神 和範圍內，依照本發明對用以驅動矽光閥之液晶之方法做 不同的修飾及變化。因此本發明之保護範圍當視後附之申 請專利範圍所界定者爲準。 15

Claims (1)

1. 07065pif2.doc/012 拾、申請專利範圍： 1. 一種用以驅動之SLV之液晶之方法，其做爲投影之 LCD，於其中以一導體、一像素電晶體、及一電容器形成 之一像素以一矩陣配置方式形成在該LCD之下方’其特 徵包括： 施加一負電壓於該LCD之上電極，其中該負電壓爲 小於0V之一電壓；以及 施加一正電壓於該LCD之下電極，其中該正電壓爲 大於0V之一電壓，其中該上電極與該下電極之間的一電 壓差，足以驅動該LCD之液晶分子。 2. 如申請專利範圍第1項所述之用以驅動之SLV之液 晶之方法，其中施加至該LCD之該上電極之該電壓係一 5〜10V之負電壓。 3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之用以驅動之 SLV之液晶之方法，其中在將該5〜10V之負電壓施加至該 LCD之該上電極時，將一 5〜10V之正電壓施加至該LCD 之該下電極。 4. 如申請專利範圍第1項所述之用以驅動之SLV之液 晶之方法，其中該電容器串聯地連接至該像素電晶體之源 極，藉以將其當成一個胞元(cell)來使用。 5. 如申請專利範圍第1項或第4項所述之用以驅動之 SLV之液晶之方法，其中將一 0V或Vpp/2之電壓施加至 串聯地連接至該像素電晶體之源極之該電容器之另一側。