JPH032309B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、絶縁ゲイト型電界効果半導体装置
（以下IGFという）を用いて、マトリツクス配列
がなされた絵素群のそれぞれを制御して表示する
アクテイブマトリツクス方式の平面型デイスプレ
ー装置、特に電界発光または電圧駆動型の発光体
例えばエレクトロルミネツセンス（ELという）
のデイスプレー装置に関する。

この発明は、自ら発光するエレクトロルミネツ
センスをアクテイブエレメントとして用い、それ
ぞれの絵素の第１の電極とこの絵素に電圧または
電流を印加したその電気信号の有無を制御する半
導体装置特にIGFを一方の基板に設け、ELを他
方の基板の第２の電極上に設け、さらにこのEL
の裏面に第３の電極を設け、この第３の電極と第
１の電極とを導電材料を充填することにより連結
したものである。

この発明はこの導電製材料を充填するに際し、
それぞれのアクテイブエレメントをマスクプロセ
スにより充填材を区別（アイソレイシヨン）して
設けたのではなく、一体化して充填していること
を特長としている。即ち、あるエレメントにおけ
る第１の電極と第３の電極との間の導電率（連結
抵抗）が隣の絵素の第３の電極との導電率（アイ
ソレイシヨン抵抗）に比べて十分大きく（十分小
さく）（好ましくは10²以上の値を有する）せしめ
ることにより、それぞれの絵素間を意図的モホロ
ジカルに絶縁（アイソレイシヨン）することなく
何等の余分の工程を必要とすることなしに実質的
にアイソレイシヨンさせ、かつ一体化して設けて
しまうことを特長としている。

従来、かかる半導体表示装置において、表示回
路におけるマトリツクス配列された絵素群は１つ
のIGF２と表示素子（ここではLCDとする）を直
列に連結し、このIGFのゲイト電極をＸ方向に、
またソース、ドレインをＹ方向に配列していた。

しかしかかるアクテイブエレメントはLCDま
たはECD用（エレクトロクロミツク）等、非発
光素子のマトリツクス化は可能であつたが、それ
自体が発光するものはまつたくマトリツクス化で
きないのが現状であつた。

また表示装置における基板は２つ存在するにも
かかわらず、一方の基板上にIGFを設け、他方は
単に全面にCTFを設けたのみであり、かつその
間にLCDを充填するにとどまつていた。

本発明は緑色発光する発光体（勿論他の色また
はフルカルー化させた発光体でもよい）特に電圧
駆動型の発光体（以下単にELという）をマトリ
ツクス化して半導体表示装置として用いている。

第１図は本発明のELを用いた半導体表示装置
の回路図を示す。

図面より明らかなごとく、エレメントは１つの
IGF２と１つのEL１より設けられている。

しかしIGF２の一方の電極（第１の電極２２）
とEL１との間にELに密接して設けられた第３の
電極３３が設けられ、この第３の電極とIGFが連
結した第１の電極２２との間間に抵抗性の導電材
料６を充填させている。

他方、ELにおけるIGFに連結されていない側
の電極（第２の電極）３は共通して接地レベルに
保持され、その電圧レベルはすべてのエレメント
に対し共通している。

本発明はかかる回路構成におけるIGFと第１の
電極とを第１の基板上に設けている。このIGFの
製造には、一般に６〜８枚のマスクを用いる。他
方、ELは第２の基板上およびその上のCTF（透
光性導電膜）電極上に真空蒸着、スパツタ法等に
より作製させる。さらにその上に選択的にELの
裏面電極としての第３の電極を作製させた。即ち
EL材料の作製する基板は、IGFが形成されてい
る基板とは異なるため、IGF自体の信頼性低下、
歩留り低下をまつたく誘発しない。

さらにこのELの裏面の第３の電極と第１の電
極との間に抵抗性導電材料を充填し、これらの各
エレメントでの２つの電極間を１つづつハンダ付
等で連結することなく一体物として充填してしま
う。

この時ELは電圧駆動型であるため、この導電
材料の抵抗がEL自体の抵抗に比べて小さいこと
が重要である。即ち、第１、第３の電極間の抵抗
（以下連結抵抗という）は隣の絵素の電極との間
の抵抗（以下アイソレイシヨン抵抗という）に比
べて小さな値を有せしめたことを特徴としてい
る。

さらに本発明は電圧駆動型発光体（以下単に
ELという）に関し、第１の電極をRGB（赤、緑、
青の三原色）に分割し、それらをＸまたはＹ方向
に連結することにより、いわゆるフルカラー型デ
イスプレーを構成せしめることを可能としてい
る。

そして１つのIGFに連結した絵素の第１の電極
および第３の電極は１つであるが、この電極に対
をなして対抗した他方の電極である第２の電極は
RGBを設けた為、３つとしたものである。その
結果、製造に関しては、それぞれの２つの独立し
た基板をまず製造し、品質検査をした後、それぞ
れの製品における良品同志を重合わせることによ
り最終完成品を高い歩留りで作ることができる。
その結果、半導体表示装置としての歩留りの向上
を大幅に図ることができるという大きな特徴を有
する。

第２図はフルカラー表示を行なわしめた本発明
の回路図である。図面は簡略のため、３×３
（RGBを分けると３×３×３）のマトリツクス配
列をしている。即ち独立した絵素は27ケあるにも
かかわらず、マトリツクス内のIGFは９ケでよい
という大きな特長を有する。

第２図において、第２の電極である対抗電極
３，３′，３″の隣同志の間隔即ち３，３′，３″間
の間隔は30〜100μである。これに対し、前記材
料が充填された領域６は１〜5μときわめて薄い。
このためIGFにより加えられた電圧は導電材料６
を経てEL本体１に十分な電圧として加えること
ができた。そしてこの導電材料６は隣同志連続し
ているにもかかわらず、隣の絵素の電極とのアイ
ソレイシヨン抵抗が10²倍以上も連結抵抗に比べ
て大きいため、ある絵素を動作させている時、隣
の絵素を同時に動作させてしまういわゆるゴース
トが発生せず、使用者に不快感を与えないことが
判明した。

第２図において、アクテイブエレメントは１つ
のIGF２のソースまたはドレインに直結した第１
の電極２２と、電圧駆動型表示素子（ここでは
EL）１，１′，１″に密接した第３の電極３３，
３３′，３３″とを有し、それらの間は導電材料６
が充填されている。このELはそれぞれに第３の
電極をマスクとしてエツチング除去しても、また
抵抗的にアイソレイシヨン抵抗よりも大きいなら
ば、そのまま残しておいてもよい。さらに他方は
Ｒ，Ｇ，Ｂの色フイルタの大きさに対応して第２
図における第２の電極を構成し、３，３３′，３
３″として色制御用デコーダ９に１１，１２，１
３……１１″，１２″，１３″として連結している
時、IGFの他方のドレインまたはソースはＹ方向
のリード５，５′，５″に連結されている。また
IGFのゲート電極は、Ｘ方向４，４′，４″に連結
されている。

図面において、一方の第１の基板にはデコーダ
７，８、IGF１および表示素子用の一方の第１の
電極を設け、他方の透光性の第２の基板側には
CTFの第２の電極を３つに分別させ、かつそれ
をＸ方向に連結させた。

この第２図はＸ方向に連結しているRGB用の
電極、リードを設け、それらは色分別用制御回路
（デコーダ）９に連結されたものである。

さらにこの第２の電極上に第１図と同様にEL
を蒸着法、スパツタ法で形成し、さらに第３の電
極を構成せしめた。第３の電極を反射性電極と
し、EL材との間には発光源の二分の一波長に合
わせこんだ反射助長膜を設け、第３の電極側に発
生した光を十分に反射させ、第１の電極側より外
部へと光の放散を行わしめた。

第３図、第４図は本発明の半導体表示装置の平
面図、縦断面図を示す。

この図面は第１図の回路構成が対応している。

図面において、絶縁表面を有する基板２５上に
IGF２は対（ペア）を構成した並列構成して２つ
のIGF２，２′が設けられている。これはIGFの
駆動能力を高めるために重要であるに加え、一方
のIGFがシヨートまたはオープン不良（特にシヨ
ート不良）を発生しても、そのIGFをレーザトリ
ミング法により除去し、他方のみで表示素子を駆
動せしめた冗長性を有せしめたものである。

この縦チヤネル型IGFに関し、第３図Ａにおけ
るＡ−A′の縦断面図を第３図Ｂに示す。

図面において、IGF２の下側電極１４は第１の
電極２２，２２′と連結している。この電極１４
上に同一形状を有する積層体としてソースまたは
ドレイン１５（厚さ500〜3000Å）積層体１６
（厚さ0.5〜5μ）（実際は窒化珪素膜を用いた）、ド
レインまたはソース１７（厚さ500〜3000Å）、Ｙ
方向のリードを兼ねた電極１８（厚さ1000〜5000
Å）、層間絶縁膜１９（0.5〜3μ）（実際にはPIQ
を用いた）が設けられている。さらにこれらを覆
つて水素またはハロゲン元素（好ましくは弗素）
が添加された非単結晶半導体（アモルフアス構造
を含む）２１が0.1〜0.4μの厚さでこれらの積層
体を覆つている。

この非単結晶半導体における耐圧を大きくする
ため、炭素を一部添加したMS（メチルシラン）
例えばH₂Si（CH₃）₂とSiH₄と混合気体を用いてプ
ラズマ気相法により200〜300℃の温度で作製し
た。ELの電極には100V近い電圧をこの実施例で
は加えることを必要とするため、チヤネル形成領
域２１での耐圧の向上を図つた。

この半導体２１とＰまたはＮ型のソース、ドレ
インを構成する層１５，１７とはオーム接触をし
ている。この半導体層にゲイト絶縁物としての酸
化珪素または窒化珪素膜（厚さ500〜3000Å）お
よびその上に半導体、クロム、チタン、モリブデ
ン、タングステンまたはこれらの化合物のゲイト
電極（厚さ300〜3000Å）２０を設けている。こ
のゲイト電極はＸ方向のバスラインを構成するリ
ード４，４′，４″と連結しており、このリードは
0.5〜3μの厚さを有する。そのシート抵抗は0.5
Ω／□以下にしている。

この後、第１の電極２２，２２′の部分を除き、
他のリード４″、IGF２，２′等を絶縁体３９で覆
つた、特にその後の工程で、IGF２，２′と電極
３３等との間で電気的シヨートが発生することを
防ぐため、有機樹脂絶縁体で覆つた。

また第２の基板２６には第２の電極としての
CTF３を弗素が添加されたSnO₂またはITOによ
り形成した。

EL材料はこの実施例ではセレン化亜鉛
（ZnSe）、硫化亜鉛（ZnS）の積層体をスパツタ
法または電子ビーム法で形成した。この実施例で
は緑色の発光をさせるためにTbFをZnS中に混合
した。かくしてEL発光体４１を構成せしめた。

さらにこの上面（第３図Ｂでは下側）にマスク
を用い、緑色の反射を大きくするため、厚さ1400
Åと緑色の二分の一波長に合わせ込んだ反射助長
膜４２を、Y₂O₃、BaTiO₃等の誘電体またはITO
またはSiO₂を用いEL上に設けた。加えてその上
面に反射性金属３３，３３′ここではアルミルユ
ームを0.2μ〜0.5μの厚さに作製した。

かくして第１の基板２５上にはIGFおよび第１
の電極２２を、また第２の透光性基板２６上（第
３図Ｂでは下方）には第２の電極としてのCTF
３、EL発光体４１、第３の電極３３，３３′を設
けた。

次に、これらをそれぞれ予めテストして良品で
あることを確認した後、IGF２，２′がマトリツ
クス状に形成された第１の基板２５上に導電材料
４０を液状にして設けた。例えばエポキシ系導電
性ペースト、例えば銅ペーストまたは銀ペースト
を、さらにまたは導電性ゴムを用いた。これらを
一方の基板上に塗付し、互いに合わせ込んで設け
た。

この結果、それぞれのエレメントにおける第１
の電極２２，２２′と第３の電極３３とを電気的
にボンデイングを行なわなくても連結させること
ができた。

この導電材料４０は厚さ0.3〜5μ例えば1μを有
し、その面積は第１の電極面積を有するため、結
果としてこの抵抗は10〜100Ωであつた。しかし
他方、第３の電極，３３，３３′は50μ以上も互
いに離間しており、加えて面積（３３，３３′の
厚さ巾）と小さいため、そのアイソレイシヨン抵
抗３６は10KΩ〜200KΩを有していた。即ちそ
れぞれを形状的にアイソレイシヨン構造としなく
ても１つのIGFによりそれに対応したELを発光
させることができた。

このELも全体が１つ４１として形成されてい
るにもかかわらず、一方の電極３３，３３′をマ
トリツクス化した各ドツト部分が対応したIGFに
印加された電圧のオン、オフにより駆動させるこ
とができた。

第４図は第３図ＡにおけるＢ−B′の縦断面図
を示す。図面より、IGF２は基板２５上に積層し
て設けられ、また、EL表示素子４１の電極３３，
３３′は第１の電極２２，２２′と電気的に連結さ
れている。表示素子４１におけるEL発光体を反
射型にしてコントラストを向上させるため、一方
の基板２６は透明であり、ガラスまたは住友ベー
クライト社製スミラート1300（PESと略記する）
を用いてもよい。そして他方の基板２５はステン
レス基板上に絶縁膜をプラスチツク等で設けた基
板を用いることは有効である。

以上の構成によつて20インチまたはそれ以上の
固体表示装置を得ることができた。

ここでは試験的には100×100素子を５cm×５cm
に設けた場合、第１の電極即ち電流ライン５，
５′，５″と第２の電極３との間には80Vを加え、
ゲイト電圧０または＋10Vを４，４′，４″に選択
的に印加、制御して所定の番地のみを選択的に発
光させるアクテイブエレメントとさせることがで
きた。かくしてEL発光体を用いたマトリツクス
化した半導体デイスプレー装置を得ることができ
た。

本発明はそれぞれの基板を有効に用いており、
一方に予めEL部、他方の制御部を設け、その良
品を一体化しているため、その歩留り向上が著し
かつた。従来方法では100×100パネルで欠陥数が
１％以下を良品とすると、歩留り３％しか期待で
きない。しかし本発明構造においては、10％を越
えるロツトすらも得ることができた。

このため、この素子数が525×640と大きくなつ
た時、本発明はその効果をますます増すことが期
待できることが判明した。

本明細書における第３図の構成において、第２
図の回路を設けることは若干の変更で可能であ
る。

即ち、第２の電極３のCTFを１つまたは複数
に各絵素の第３の電極の大きさに合わせて分割す
ればよい。

さらに本発明において、人が見る側例えば基板
２６上面に反射防止膜２７を設けることは有効で
ある。

加えて本発明においては、IGFは縦チヤネル型
であり、２つの対として用いた。しかしこれを１
つのみとしても、また横チヤネル型のIGFであつ
てもよいことはいうまでもない。

この発明の実施例は緑色発光体（発光電圧70〜
90V）を用いた。しかしZnSe、TbF₃における結
晶化をより完全にすることには５〜10Vの駆動を
可能とする。また第２図の回路においては基板の
一方にRGBのフイルタを設けないならば単色の
高解像度型のデイスプレー装置として用いること
も可能である。

第３図においては人が見る側を上側とした。し
かしこの側を下側（２５側）とすることも可能で
ある。かかる場合は、基板２１、充填材４０、第
１、第３の電極２２，３３を透光性とし、第２の
電極３を反射助長膜が形成された反射性電極とし
て設ければよい。

またかかる場合において、EL自体が低圧駆動
化及び高効力化が可能となつた曉には、充填材４
０をLCDとし、さらに４１をELとしたLCD／EL
一体化構造を構成せしめることも可能となること
はいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の表示装置の回路図を示す。第２
図は本発明の表示装置の回路図を示す。第３図、
第４図は第１図の回路に対応して設けた本発明の
半導体表示装置の電気図および縦断面図を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 絶縁表面を有する第１の基板上にマトリツク
   ス状に第１の電極と、該電極への電気信号の有無
   を制御する半導体装置とが設けられ、前記基板と
   離間して設けられた第２の電極を有する基板上
   に、第２の電極、発光体、第３の電極とがマトリ
   ツクス状に設けられ、前記第１の電極と、前記第
   ３の電極は１：１に対を有して互いに対面して配
   設され、前記第１の電極と前記第３の電極は、導
   電製材料により電気的連結がなされたことを特徴
   とする半導体装置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、第３の電極
   と第１の電極間の抵抗は隣に位置する絵素との抵
   抗に比べて十分少なく設けられたことを特徴とす
   る半導体表示装置。 ３ 特許請求の範囲第１項において、第１の電極
   に対を構成して配列された１つまたは複数の第２
   の電極はＸ方向またはＹ方向に連結されて設けら
   れたことを特徴とする半導体表示装置。