(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電流漏れの減少を実現させるミラードライバーセルであって：
下にある回路構造の少なくともある部分をカバーする最上部の第一のミラー金属層M4；
該第一のミラー金属層M4の下に存在する第二の金属層M3；
該第二の金属層M3から前記第一のミラー金属層M4を分離させる第一の誘電体層；
前記第二の金属層M3の下に存在する第三の金属層M2；
該第三の金属層M2から前記第二の金属層M3を分離させる第二の誘電体層；
前記第三の金属層M2の下に存在する第四の金属層M1；
該第四の金属層M1から第三の金属層M2を分離し、かつ光電流漏れを実質的に減少させる反射型ミラー素子として機能する第三の誘電体層；
を有するミラードライバーセル。
【請求項２】
前記第一の誘電体層が、前記第二の金属層M3の陽極酸化されたアルミニウム誘電体コーティングを有する請求項１記載のドライバーセル。
【請求項３】
前記第一のミラー金属層M4、前記第一の誘電体層及び前記第二の金属層M3は、光を減衰させ、ブロッキングする経路を有する請求項１記載のドライバーセル。
【請求項４】
前記第一の誘電体層は二酸化ケイ素層を有する請求項１記載のドライバーセル。
【請求項５】
前記第一のミラー金属層M4と前記第四の金属層M1との間を接続するビアを更に有する請求項１記載のドライバーセル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の背景
発明の分野
本発明は、液晶表示方法及び反射型アクティブピクセルマトリックスを具備するシステムに係り、より詳細には、改良型アクティブマトリックスピクセル回路を実現させる方法、装置及びシステムに係り、更に詳細には、シリコンディスプレイの反射型アクティブマトリックス液晶でのダイナミック若しくはスタティックメモリセルのようなミラードライバーセルに関し、改良された光ブロッキング、高い光許容度と高容量が実現できる。
発明の背景
アクティブマトリックスダイナミックミラードライバーセルは、光の流れに非常に影響を受け易い。従来のダイナミックミラードライバーセルでの問題は、光電流誘導電荷漏れに関する。つまり、ミラードライバー回路では、周辺の光により発生した光電子がドライバートランジスターゲートで保存された電荷の急速な漏れを生じさせる。光電流漏れにより、ダイナミック及びスタティック回路双方には起こり得る問題が提起される。ダイナミック回路では、ディスプレイコントラスト比の動作は内部保存ノードでの光電流漏れに悩まされる。スタティック回路では、正しい電圧での信号ノードを保持することが可能であるトレードオフが存在するが、光の流れにより零入力及び動作電流に著しい増加が生じる。大きな光の流れでは大きな電流ドロー（current draw）が生じる。的確な保護がなければ、これによりデバイスは最終的にラッチアップされ、潜在的に破壊され得る。
【０００２】
シリコンアクティブマトリックスバックプレインドライバーの液晶を設計する現在の実用では、共通に利用可能である３層金属の集積回路製造工程を利用することである。本技術で製造されたデバイスは、金属１（Ｍ１）層と金属２（Ｍ２）層からの光ブロッキング構造を形成し、迷走光電流が下にある集積回路に悪影響を与えないようにする。反射型ミラーが上記デバイスの金属３（Ｍ３）層に形成される。この構造技法には、金属１及び金属２層がアクティブ回路領域に達する前に、光を十分に減衰させるように幅広いことが必要とされる欠点を有する。ある設計では、光電子を捕捉する目的で、回路に加えた追加のｎウエルが存在する。上記幾何学的形態制限の結果には、別に必要なとき以外は物理的に大きいミラードライバーセルがある。上記光の漏れの結果には、スタティックドライバー設計での高い動作電流、若しくはダイナミックドライバー設計での短いホールドアップ時間がある。ダイナミック設計の場合、短いホールドアップ時間はブライトとダークピクセル間のディスプレイコントラストの低下を更に引き起こす。
【０００３】
図１Aおよび図１Bは、夫々、シリコンディスプレイの反射型アクティブマトリックス液晶のような応用で利用される、従来のミラードライバー回路の平面図と側面図を概念的に示す。図１Aを参照するに、従来のミラードライバーセル１０は水平金属線M1と垂直金属線M2とを具備し、M1は水平の光ブロッキング
に利用され、M2は垂直光ブロッキングに利用される。反射型ミラー金属層M3
は金属層M2をカバーする。
【０００４】
図２は、１４から１６までの光線のさまざまな角度を含む円錐形の光１２が従来のドライバーセル１０のミラーギャップ開口部を経由して、どのように浸透するかを説明する。その円錐内での光の分布は外部光学システムにより設定された範囲であり、その強度分布は外部光学システムにより設定される。最悪の場合を考慮すると、つまり円錐形での縁部での光では、ミラードライバーセル回路の動作を邪魔しないように、光が十分に減衰するのに何回跳ね返るかを計算することが可能である。図２に表わすように、例えば、光線１４はミラーギャップ１８に入り、金属層M2に達して上に跳ね返り、金属層M3に当たる。金属層M２の反射防止金属を利用することは、８から１０回の跳ね返りを必要とし、金属レベルM1以下の下にある回路に影響を及ぼさない点へ光電流を減少させる。更に、光
電流漏れの効果を低減させるために、金属層１以下のレイアウトに光電子捕捉用として働くｎウエル２０を含む。ｎウエル２０は、セルがその電荷を十分に保持する時間を増大させる。しかしながら、追加のｎウエル２０を利用することに関連する問題は、ｎウエル２０が占める空間である。したがって、全体のセルの大きさを変化させずに、セル内に多くのｎウエルを適合させることは、追加のｎウエルの配置に関して、非常に選択的である必要がある。
【０００５】
よって、設計される回路は、８から１０回の跳ね返りが最悪の入射光の角度で起こることを保証するのに十分広い金属層M1及びM2線を含む。上記角度が垂直な入射の角度になるにつれて、跳ね返りの回数は非常に増加する。所望の程度の光電流の減少のために跳ね返り回数を増加させるために、金属線は４ミクロン幅程度の大きさが必要である。したがって、これにより、保護用にドライバーセル空間を著しく浪費する。この光ブロッキング空間に必要な要件は、設計を最適以下のものにする。
発明の要約
従前のミラードライバーセル設計での構造に対してかなり改良された光ブロッキング構造を提供することにより、光電流漏れを阻止又は実質的に減少させる方法及びシステムへの要望が強くある。
【０００６】
更に、ミラードライバーセルによって、スタティック及びダイナミック回路の改良された性能を付与させることにより、光電流を減少させる、若しくは実質的に排除させることも要望されている。
【０００７】
また、光誘導電流によるミラードライバーセル回路で発生するラッチアップ問題を排除した方法及び装置も望まれている。
【０００８】
光電流誘導漏れが低減することに起因して、動作に必要とされる電流が減少した改良型スタティックミラードライバーセルに対する要望も存在する。
【０００９】
本発明の一つの態様によれば、光電流漏れを低減させ、回路のセル内接続用の金属１層を具有する高容量ミラーセルを提供する。金属２層には追加のインターコネクトがあり、そのコネクとは金属１層上に及び金属１層と関連する位置にある。金属３層は光をブロックして光ブロックと、接地面と、金属４層とを確立し、その金属４層は殆ど全ての誘電体材料と金属３層をカバーする。この配置は光ブロッキング容量的素子を形成し、ミラードライバーセル内の光電流漏れを実質的に減少させる。
【００１０】
下にある金属３層の接地面で金属４層を設け、下にある回路からミラーへの接続ビアの最小の大きさの開口部を設けることにより、本発明はドライバーセルの光電流漏れを著しく減少させる。
【００１１】
選択的には、本発明は、金属３層と金属４層との間に非常に薄い誘電体層を利用して、金属４層のミラーと金属３層の接地面との間に高容量を付与する。薄い誘電体として陽極酸化アルミニウムを使用することは、好もしいアプローチである。関係するより小さな配置に起因して、より薄い誘電体層が反射光の多くの跳ね返りを行うので、これには、ミラーギャップを進入してくる光を更に減衰させる付加的利益がある。
【００１２】
本発明による技術的利点は、双方の光電流漏れを排除する、若しくは実質的に減少させることと、従前のミラーセル設計における層よりもかなり大きい反射防止光ブロッキング層を設けることによる効果とにある。この利点はスタティック及びダイナミック回路の双方に恩恵をもたらす。スタティック応用では、本発明は増加する零入力電流の光電流を防止するために十分な光ブロックを提供する。ダイナミック回路動作では、本発明は、セルホールドアップ時間を増大させ、著しく光電流を減少させる高容量ミラー素子を含み、よって下にあるアクティブ回路での電荷漏れの量を減少させる。
【００１３】
本発明の更に別の技術的利点は、他のミラードライバーセル回路で発生するラッチアップ問題を解決することにある。これにより、従来のダイナミックミラードライバーセルでしばしば必要とされる各セルでの深いｎウエルの必要性が更になくなる。
【００１４】
本発明の更なる技術的利点は、厚い又は深いミラー金属層がダイナミックミラードライバーセルの埋め込み光ブロッキング層に達する光の許容角度を制限する必要性を排除することにある。
【００１５】
本発明の更に別の技術的利点は、光電流誘導漏れの減少により、作動させるのに必要な電流が低下したので、同じ程度の回路動作を達成させるための電力線及び接地線の数及びサイズに対する要望が減少する。従来の設計では、光ブロッキング層としての利用のため、必要ならば、より多くの電力線とより多くの接地線が必要とされる。これにより一対のセルに対する電力線と、一対のセルに対する接地線が利用可能になる。本発明では、レイアウト図からより効率的に空間がある。その結果は一層効率的であり、対コスト効率の良いミラードライバーセルであり、最終的には反射型アクティブマトリックス液晶ディスプレイの改良された動作を行う。
【００１６】
本発明の改良された構造により、金属の四つの層を利用可能にする技術を使用し、よって四層金属構造を利用し、金属３層は光ブロッキング面として働き、金属４層はミラーとしての役目をする。金属３層の表面は陽極酸化されているので、光に対して不透明であり、ダイナミックロジックに対して、すこぶる改良されたドライバーセルになる。
【００１７】
現在の構造では、光はドライバーセルに進入し、周辺で跳ね返る。しかしながら、下の回路に影響を及ぼす前、数ミクロン移動する代わりに、本発明では、光は急速に発散する間に重要な距離（例えば、１０μｍ）移動しなければならない。加えて、本発明では、光が下の回路に達する点は、金属４ミラー層から下にある集積回路構造との間の接続し、中心に位置するビア周辺の非常に小さな空間である。
【００１８】
本発明は、公知のミラードライバーセルの構造よりもかなり良い構造である反射防止光ブロックを提供することにより、光電流を排除する、若しくは実質的に減少させる。公知のドライバーセルは、約３１/２ミクロンの長さである光減衰経路を提供する効果を有し、おおよそ３１/２ミクロン幅である金属ブロッキング層を設ける。本発明では、減少経路はエッジから中心の１０ミクロンほどである。この追加の減衰長さにより、著しく改善された光電流減少が実現できる。
【００１９】
更に、本発明は二つの重要な面を提供する。一方はスタティック回路に関し、他方はダイナミック回路に関する。本発明では、金属３層と金属４層との間の材料は従来の二酸化ケイ素の絶縁体材料である。ダイナミック回路では、金属３層は陽極酸化された絶縁層を有するアルミニウムからなる。陽極酸化された層は、例えば、１ミクロンの１/１０ほどの薄さである。これにより、両側に金属の２片で約１００ナノメータの薄い絶縁体が生じる。結果は単位面積当たりの容量が非常に高い値になる。
【００２０】
本発明は、光電流を減少させることにより、従来の装置のラッチアップ問題を解決させる。光電流を実質的に減少させることにより、各セルでの深いｎウエル電子捕捉の必要性が排除される。ブロッキング用の厚い又は深い金属層の必要性も同時になくなる。
【００２１】
本発明のより完全な理解と本発明の効果の理解のため、同じ参照番号は同じ特徴を示す添付図面と共に、以下の詳細に説明する。
発明の詳細な説明
本発明の好ましい実施態様を図面に示し、同じ参照番号は全ての図面で同じ、若しくは対応する部分を表わす。
【００２２】
図３はCMOSダイに形成された本発明の高容量ミラードライバーセル３０を示す。本発明の高容量ミラードライバーセル３０は、従来のCMOSダイに形成され、最近開発され、実施されている集積回路処理技術を利用して、CMOSダイに四つの金属レベルを設ける。ミラードライバーセル３０では、M1金属層３２、又は選択的にM2金属層３６はビア３４に取付けられる。他のM2金属層３６はM１金属層３２上にパターン化される。誘電体層３８はM2金属層３６をM1金属層３２から分離させる。誘電体層４０はM2金属相違３６をM3金属層４２から分離させる。ビア３４は開口部４５を通り、M３金属層４２の光通過を最小にしＭ３金属層４２がM4金属層４４と接続する。コンデンサーC２はM３金属層４２とM４金属層４４との間に誘電体層４６を配設させることにより形成された容量素子を表わす。誘電体層４６はM３金属層４２の陽極酸化された表面４８として形成される。
【００２３】
ミラードライバーセル層が金属３層から形成される従来型のデバイスとは対照的に、本発明のミラー層はM４金属層４４に形成される。周知のミラードライバーセルでの光ブロッキングは、金属２層と金属１層との組合わせを利用する。対照的に、本発明での光ブロッキングはM３金属層４２で行われる。M３金属層４２とM４金属層４４は光電流減少に貢献し、典型的なミラーセル応用に対して、１０μｍ又はそれ以上ほどの光跳ね返り経路を形成する。集積回路素子及び動作にとって、これによりM１金属層３２とM２金属層３６を完全に自由にする。
【００２４】
製造において、周知のミラードライバーセルにはしばしば深いｎウエルが必要とされるが、ミラードライバーセル３０はM４金属層４４の堆積に依存し、M３金属層４２とM４金属層４４との間の薄い誘電体に依存することが好ましい。M３金属層４２及びM4金属層４４は夫々約０．１μｍの個々の厚さを有するが、それ以上若しくはそれ以下厚さは従来の設計のように光角度を減少させる以外の理由の際には望ましい。誘電体層４６は標準的二酸化ケイ素インターレベル金属誘電体材料である。
【００２５】
図４は、本発明の動作を説明するための電気的に等価な回路図５０を示す。電気的に等価な図５０では、PRE―B入力５２はFET５４のゲートに接続する。PチャンナルFET５４はそのソースで供給電圧５６に接続し、そのドレインでノード５８に接続する。N‐チャンネルFET６０のソースはノード５８に接続するのに対し、FET６０ゲートはノード６２で入力を受信する。FET６０ドレインが接地されている。コンデンサー６４はFET６０ゲートから接地へ電荷保存ノードを提供し、そのゲートはFET６６ドレインに接続している。ワード線６８はFET６６のノード７０に接続している。FET６６ソースはビット線７２から入力を受信する。ノード５８はピクセルミラー７４に接続しており、そのミラーは金属ミラー７４とインジウムスズ酸化物（ITO）層７６との間にコンデンサーC１を形成し、そのITOは透明金属導電性層を提供し、コンデンサC２は金属ミラー７４と金属３接地面との間に形成される。
【００２６】
図４では、FET６６はビット線７２に接続し、ワードアクセス中にデータを移動させるパスゲートとして働く。これにより、各クロックでピクセルの水平走査線を書込むことが可能となる。ビット線の状態はFET６０のゲートに複製される。コンデンサー６４は保存ノードとして働き、FET６０のゲートに電荷を保持させる。セルのレイアウトでは、C１及びC２の高容量により、たとえコンデンサー６４に保持された電荷が漏れても、ミラー状態が重要な時間保持される。FET６６はワードが電荷コンデンサー６４に書込まれている最中にスイッチが入り、それからFET６６はスイッチが切れる。結果として、コンデンサ６４は電荷を保持する。コンデンサとFETに達する光は急速に電荷を漏洩させるので、コンデンサ６４及びFET６０を光から保護することが特に重要である。
【００２７】
作動中、PチャンネルFET５４にまずスイッチが入り、ミラー７４に予め電荷をかけて既知の状態へもっていく。FET５４はミラー７４にレール電圧、例えば５ボルトまで前もって電荷をかける。予め電荷をかけた後に、ワード信号６８をハイの状態にし、データがFET６６を介してFET６０ゲートに書込まれる。ミラー７４をゼロボルトにしたいなら、少なくとも接地以上の閾値である電圧をFET６０のゲートに印加すると、FET６０はミラー７４を接地にもっていく。仮にミラー７４に高い電圧にしたいなら、接地以上の閾値電圧以下でFET６０のゲートに印加され、FET６０はオフのままであり、その予め電荷が印加された状態からミラー７４は放電しない。この状態では、ノード６２は、FET６０のゲートに漏れる光電子により発生した光電流に非常に影響を受け易い。FET６０のゲートへ漏れる光電子の名目的な量では、コンデンサーC１及びC２に保持された電荷は、ミラーノード５８の電圧が上記漏れによる著しい変化を受けないという点で有益である。したがって、C１及びC２で保持された電荷が、装置の性能を限定するほど極端に大きくなく、かなり大きいことは望ましい。
【００２８】
要約すると、本発明は下にあるM３金属接地面層４２がある金属構造を提供する。本発明はビア用の最小の開口部を提供し、最適アプローチとして陽極酸化されたアルミニウム誘電体コーティング４８を使用して、M３金属層４２とM４金属層４４との間に非常に薄い誘電体材料を最適に利用する。本発明は、物理的光ブロッキング空間の増大した量と、漏れ電流を捕捉するためにｎウエルを使用する従来の試みよりも効率的なレイアウトという有益を有しており、光漏れ問題を解決させる。
【００２９】
本発明は実施態様の説明を引用して、本願で詳細に説明したが、上記説明は例に限定されるように解釈されるべきではないことは理解される。したがって、本発明の実施態様の詳細における数々の変更態様や本発明の追加の実施態様は、上記説明を参照すれば当業者には行うことが可能であり、明白であろう。全てのかかる変更態様及び追加の実施態様は、本発明の特許請求の範囲及びその精神内で考慮される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１Aおよび図１Bは、夫々、従来のミラードライバー回路の概念的平面図と切断側面図を示す。
【図２】  従来のミラードライバー回路で実行された光保護の仕組みを表わす。
【図３】  本発明の教示により形成されたミラードライバー回路の切断側面の概念図を提供する。
【図４】  本発明の教示を利用したダイナミックミラードライバー回路の電気的に等価な回路図を提供する。
【図１Ａ】
0004628542.tif 000002
【図１Ｂ】
0004628542.tif 000003
【図２】
0004628542.tif 000004
【図３】
0004628542.tif 000005
【図４】
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