JP2006106284A - アクティブマトリクス駆動表示素子 - Google Patents

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Abstract

【課題】 複数の画素と、複数の走査線と、複数の信号線とを有する高輝度で均一な発光で高密度なアクティブマトリクス型蛍光表示管を提供する。
【解決手段】 各画素の列アドレス選択回路及び入力データ及びロジック制御回路からなるロジック回路部と、画素毎に設けられたアノード電極を駆動するための保持部と、前記保持部に保持された信号と入力データ信号線からのブランキングの反転信号を積算するのＡＮＤ回路部と、前段の出力トランジスタを駆動するプリドライバー回路と、前記プリドライバー回路に接続されたドライバ出力回路からなる画素駆動部を有し、前記プリドライバー回路はエンハンスメント型Ｐチャンネル電界効果型トランジスタとディプレッション型Ｐチャンネル電界効果型トランジスタで構成されている表示素子。
【選択図】 図１

Description

本発明は、個々に駆動される複数個の陽極がマトリクス状に形成された半導体装置を、真空容器の内面に形成した構造のアクティブマトリックス駆動表示素子に関し、高精細化、高輝度化、を可能とする蛍光表示管やＥＬＤ(Electro Luminescence Display) やＦＥＤ(Field Emission Display)に関する。
現在、フラットパネルディスプレイとしては、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＥＬＤ、蛍光表示管、ＦＥＤ等が実用化されている。この中で、蛍光表示管、ＥＬＤ及びＦＥＤは自発光型のディスプレイであり、しかも高精細化が可能なため、ＣＲＴに代わる次世代のテレビ受像機として開発が進められている。
特にアクティブマトリクス駆動蛍光表示管は、高輝度が得られることからヘッドアップディスプレイ用表示素子として期待されている。
しかし、これらのディスプレイを単純マトリックスにより駆動を行なうと、表示が高精細になるに従い、デューティ比が小さくなり、十分な輝度が得られないという問題が生じていた。また十分な輝度を得るために電流を増大させると、発光素子の劣化や発光材料（蛍光体等）の劣化が生じるという問題があった。
蛍光表示管は、少なくとも一方が透明な真空容器（外囲器）の中でカソードから放出される電子をアノード上に塗布された蛍光体に衝突させてこの蛍光体を発光させ、所望のパターンを表示する電子管である。このような蛍光表示管の１つに、蛍光体を塗布した複数のアノードをマトリクス状に配列した発光表示部と、発光表示部の発光を制御する駆動回路とが一体に形成された半導体チップを絶縁基板上に配列して得られる発光表示面を備えたアクティブマトリクス型蛍光表示管がある。
アクティブマトリクス駆動蛍光表示管を構成する駆動回路は、特許文献１に記載されているような、単結晶基板に集積した電界効果トランジスタ（Field Effect Transistor、ＦＥＴ）素子のソース電極に蛍光体を塗布して表示ドットを構成し、カソード電極から放出される電子を受けて蛍光体を発光させて表示すると共に、その輝度をゲート電極あるいはドレイン電極の電位により制御するようにしたものがある。
また、特許文献２には、高速化、低消費電力化のために正相と逆相とからなる一対の入力信号を電流駆動能力の大きい正相と逆相とからなる一対の出力信号にすることが出来る４つのＮチャンネル金属酸化膜型トランジスタ（Metal Oxide Semiconductor ＭＯＳ）を組み合わせたトーテムポールタイプのＭＯＳトランジスタ回路を単位回路とした液晶駆動装置が開示されている。
更に、高速低消費電力対応としたアクティブマトリクス駆動表示素子構成として、ＰチャネルＭＯＳとＮチャネルＭＯＳの２種類のトランジスタ素子を使用したＣＭＯＳトランジスタが一般に使用されている。
また、特許文献３には、隣接する走査線に電圧供給線の役割をもたせることにより、電圧供給線の配線面積を不要にして、画素選択用トランジスタ、画素電流制御用トランジスタ、及び信号電圧保持用キャパシタを有する発光維持型のディスプレイにおいて、開口率あるいは画素電極面積の低下を最小限に抑えて、十分な表示輝度が得られる画像表示装置を提供することを課題として、画素選択用トランジスタは、ゲートが一方の走査線に、ソースが信号線に、ドレインがキャパシタの一方の電極と画素電流制御用トランジスタのゲートにそれぞれ接続され、画素電流制御用トランジスタは、ドレインが画素電極に接続され、ソースがキャパシタの他方の電極とともに、他方の走査線に接続される画像表示装置が開示されている。
アクティブマトリクス型蛍光表示装置は、前述したように蛍光体を塗布したアノード電極をマトリクス状に配列した発光表示部とこの発光表示部の発光を制御する駆動回路とが一体に形成された半導体チップで発光表示面を構成しているので、半導体集積回路の製造技術におけるフォトリソグラフィーやエッチングなどの製造方法が利用でき、シリコンチップに微細な配線やアノード電極などを容易に形成することができる。すなわち、アノード電極よりなるドットの集積度を高くすることが可能となり、このアノード電極上にフォトリソグラフィー又は印刷技術を用いて蛍光体を配置することで、より高精細なドットマトリクス構成を実現できる。
さらに、アクティブマトリクス駆動蛍光表示管の発光表示部は、ガラス基板上に形成されたシリコン膜上に形成された駆動回路に接続された陽極上面に蛍光体が塗布されて形成されている。該蛍光体が塗布された陽極は前記シリコン膜に形成されて該絶縁膜に形成されたスルーホールを介して駆動回路と接続されている。このようにシリコン膜上面の絶縁層に形成されたスルーホールを介して陽極に接続することにより陽極を拡大することができたために画素間隔を０．３１ｍｍピッチにすることが可能する技術が開示されている。（例えば、特許文献４、５）
また、特許文献６には、陽極基板の陽極電極形成面に各陽極電極を囲む平面グリッドとしての補助電極を設け、この補助電極を接地又は正電圧源に接続することにより発光表示部の発光を均一にする技術が開示され、特許文献７には、陽極基板とフィラメント状陰極との間に配置したグリッド電極と、陽極基板とフィラメント状陰極とグリッド電極とを内蔵する少なくとも一面が透光性を有する真空外囲器とを備えた蛍光表示装置において、陽極基板の陽極電極形成面に各陽極電極を囲む補助電極を設け、この補助電極を接地又は正電圧源に接続することにより発光表示部の発光を均一にする技術が開示されている。
このように、従来のアクティブマトリクス型蛍光表示管は、蛍光体の付着した陽極をマトリクス状に配列した発光表示部とこの発光表示部の発光を制御する制御回路とが一体に形成された陽極基板を用いているので、スタティック表示が可能である。このため、＋１５Ｖ程度の陽極電圧で３０００〜４０００ｃｄ／ｍ2 の高輝度の表示が実現でき、かつ画素の密度を高くできるので高精細なドットマトリクス構成を実現できるという優れた効果を有している。
高輝度の表示が実現でき、かつ画素の密度が高くできるものであるため、高精細なドットマトリクス構成を実現できるという優れた効果有効に活用するために、ヘッドアップディスプレイ用として使用することを目的として、更に高輝度のアクティブマトリクス型蛍光表示管を得るために、フィラメントバイアス電圧を負側にし、グリッド及びアノードの電圧を２４Ｖとすると、ＶＦＤの輝度は８４００ｃｄ／ｍ2 であり、さらに高輝度化が可能となる技術が開示されている。しかし、フィラメントバイアス電圧を負側とした場合、非表示時にもフィラメントの電圧に対してグリッド及びアノードの電圧には電位差があるので非表示部も３００ｃｄ／ｍ2 の輝度で発光していた（例えば、特許文献８）。
特公昭５６−２４９９３号公報 特公平６−７１２０２号公報 特開２００２−２４４５８８号公報 特開２００２−８５７１号公報 特開２００２−２１５０９８号公報 特開平１１−３２９３１０号公報 特開２００４−８７４０４号公報 特開平１１−１７４９８９号公報
しかしながら、上記アクティブマトリックス駆動の場合には、トランジスタの数と配線数が多いという問題が生じていた。従来のアクティブマトリックス駆動の蛍光表示管やＦＥＤやＥＬＤの場合には、走査線と信号線に加え定電圧線または電圧供給線が必要となり、また画素選択用のトランジスタと信号電圧保持用キャパシタ以外に電流駆動用のトランジスタが必要となる。従って、アクティブマトリックス駆動の場合には、トランジスタ数及び配線数増大による、画素電極面積の減少や開口率の低下が生じる問題があった。
特に、定電圧線は電流を流すための配線であるため、十分に低抵抗化する必要があり、画素面積に占める割合が大きかった。例えば、画素寸法が１００μｍ×３００μｍの場合、配線幅が１０μｍで配線長が３００μｍとすると、画素面積に占める定電圧線の割合は１０％と、非常に大きな割合を占めることになる。その結果、有機ＥＬＤの場合には、開口率が低下して暗い表示となるという問題が生じていた。
また、前述した従来のアクティブマトリクス駆動蛍光表示管は、各陽極からなる発光表示部のピッチは３１０μｍが限界であり、周辺部の発光が不均一となり表示品位が低下を防止するための各陽極を囲む補助電極を配置するために各陽極の間隙として３２μｍ補助電極と陽極の間隙と合わせ７０μｍが必要であるために表示画素は一辺２４０μｍとなり、表示面に対して発光面の占有率は５９％が限界であることとなり、画素の大きさ及び発光面積の占有率に限界があり、繊細な表示が難しいという問題があった。
本発明者は、上記課題を解決し、アクティブマトリクス駆動蛍光表示装置の陽極の微細化を図るため、陽極の微細化、陽極上面に形成される蛍光体の間隙の狭小化及び発光の均一化について、検討を行った。
従来のＮチャンネルＭＯＳＦＥＴによる回路の場合、ＩＣチップ全体での電源ラインが増加すること、表示画素部分において低電圧と高電圧の２つの電源線が必要あること、高耐圧トランジスタ数の増加等の理由からＩＣチップ面積が大きくなる。
又、ＣＭＯＳＦＥＴによる回路の場合は、低電圧・高電圧の２つの電源線が必要となり、ＰチャネルＭＯＳとＮチャネルＭＯＳの２トランジスタ素子を作成のためにマスク枚数が増えウエハコストは下がらない問題がある。
ＮチャネルＭＯＳトランジスタでアクティブマトリクス駆動素子を構成した場合のアクティブマトリクス駆動装置の回路構成を図５に基いて説明する。
アクティブマトリクス駆動装置５０は、表示画素の列選択回路５１及びロジック制御回路５２と、表示画素ごとに設けられたアノード電極を駆動するための保持部５３及び駆動回路部５９と表示画素部６１のドライバ出力回路６０、アドレス信号線５５、データ信号線５６、電源６３、フィラメント６２により構成され、１画素の駆動回路のみを示している。なお、デプレションＭＯＳＦＥＴ５８は、最終出力段のゲートをＨｉｇｈレベルにするためのものであり、デプレションＭＯＳＦＥＴにかえて高抵抗体でもよい。
入力信号は列アドレス選択信号とロジック制御信号と表示データ信号からなる。列アドレス信号はデコーダにより１列のアドレス信号線５５のみが選択される。表示データは行ごとにデータが入力される。
上記の列アドレス信号とデータ信号によりマトリクス状に配置された各画素へのデータが保持部５３に保持される。これが１列分のデータであり、列アドレス信号は順次インクリメントさせ、全列にデータが書き込まれるまで繰り返し行われる。
保持データとブランク信号との和により出力されたデータが駆動回路部５８、５９と表示画素部６１のドライバ出力回路６０に入力されて、表示データとなる。
駆動回路はエンハンスメント型ＮチャネルＭＯＳトランジスタ５９とディプレッション型ＮチャネルＭＯＳトランジスタ５８、最終段のドライバ回路は、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ６０で構成されている。なお、これら３つのＮチャネルＭＯＳトランジスタ５８、５９、６０は全て高耐圧ＮチャネルＭＯＳトランジスタである。
ドライバ回路にＮチャネルＭＯＳトランジスタを用いる場合、表示をＯＦＦする場合にはＧＮＤあるいはＯＰＥＮとする必要がある。そのため、ＮチャネルＭＯＳ出力には出力前段は接地電圧（ＧＮＤ）から高電圧ＶＨの範囲で電圧を変える必要があり、最終段のドライバ回路に加えて駆動回路部５９も高耐圧のＮチャネルＭＯＳトランジスタが必要である。この結果、ＮチャネルＭＯＳトランジスタによって構成された回路では、消費電流が大きくなってしまうこと、電源も低電圧以外に高電圧が必要であること、画素毎に電源は２電源必要であること、さらに高耐圧トランジスタ数も３個必要であること等のため、画素部分の面積は小さくするには限界がある。
次に、本発明者は、蛍光体の間隙の狭小化及び発光の均一化を図るために、来のアクティブマトリクス駆動蛍光表示管である、各陽極からなるドット状の多数の画素に青緑色に発光するＺｎＯ：Ｚｎ蛍光体層を形成した発光部のピッチを３１０μｍとして、各陽極を囲む幅３２μｍの補助電極を配設して、各陽極の間隙として補助電極と陽極の間隙と合わせ７０μｍを確保して、一辺２４０μｍの正方形の表示画素を形成したアクティブマトリクス基板を配設して、更に該陽極の上方にグリッドを配設した蛍光表示管を作製した。
前記アクティブマトリクス駆動蛍光表示管の該陽極基板の裏面にヒートシンクを取り付けてグリッドに２１．５Ｖ、陽極に６０Ｖ印加して表示状態を確認したところ、２００００ｃｄ／ｍ2 が得られたが、グリッドが変形してフィラメントと接触してしまい信頼性のあるアクティブマトリクス駆動蛍光表示管が得られなかった。
そこで、２００００ｃｄ／ｍ2 以上の高輝度で信頼性のあるアクティブマトリクス駆動蛍光表示管を得るためには、メッシュグリッドを無くすることでグリッドの熱変形による制限を無くするとともに、平面グリッドを無くして蛍光体面積占有率を向上させるには、必須であることがわかった。
しかしながら、単純にメッシュグリッド及び、平面グリッドを無くしてだけでは従来技術の問題点の字欠けが発生する恐れがある。
そこで、狭ピッチフィラメントにすることでフィラメント−フィラメント間の画素の発光が十分でなくなる字欠けも改善できるものと推量して、検討をした。
前記字欠けが低減出来る原因として以下の要因があったものと推量し、解決策を得た。
（１）フィラメント直下に配設された蛍光体が被着されてなる画素と、フィラメント−フィラメント間の下方に配設された蛍光体が被着されてなる画素が均一に発光した要因として、フィラメントと陽極の距離を例えば１ｍｍとして、フィラメントとフィラメントの張架間隔を例えば１．５ｍｍとすることでフィラメント張架間隔の中央の陽極とフィラメント距離がフィラメントとフィラメントとの距離よりも長くなるように張架することになる。フィラメント間隔を狭くすることで、フィラメントから放射状に放出される熱電子の速度成分Ｖ//（フィラメントから放射状に放出される熱電子の画素平面に平行な速度成分）がさほど小さくならない。従って、フィラメント電位を同電位となるウェハや隣接する非駆動画素の影響を小さくできる。
（２）更に、フィラメントの中間の陽極においても、フィラメントからの熱電子を十分に受け、隣接アノードが非点灯時においても十分な電子が供給されてフィラメント−フィラメント間の下方に配設された蛍光体が被着されてなる画素の字欠けが低減して表示が均一する個々が出来る。
本発明は、上述の知見に基づき、蛍光表示管や有機ＥＬＤやＦＥＤ等のアクティブマトリックス駆動ディスプレイにおいて、開口率の低下及び画素電極面積の低下を最小限に抑えて、十分な表示輝度が得られる画像表示装置を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、蛍光体を塗布した複数の各陽極からなる発光表示部のピッチの狭小化、各陽極間隙の狭小化を可能にしたマトリクス状に配置した発光表示部と陽極電極を選択駆動し発光表示部の発光を制御する駆動回路とが基板上に一体に形成された陽極基板を備えた微細陽極を形成して、発光表示部の発光が均一なアクティブマトリクス駆動蛍光表示管、マルチカラーアクティブマトリクス駆動蛍光表示管、ヘッドアップディスプレイに対応できる高輝度アクティブマトリクス駆動蛍光表示管の提供することにある。
本発明は前記課題を解決するためになされたものであり、複数の画素と、複数の走査線と、複数の信号線とを有するアクティブマトリクス駆動表示素子において、列アドレス選択回路及びロジック制御回路からなるロジック回路部と、画素毎に設けられた保持部と、前記保持部に保持された信号と入力データ信号線からのブランキングの反転信号を積算するＡＮＤ回路部と、エンハンスメント型Ｐチャンネル電界効果型トランジスタとディプレッション型Ｐチャンネル電界効果型トランジスタで構成されているプリドライバー回路と、前記プリドライバー回路に接続された出力ドライバ回路とから構成される。
さらに本発明は、プリドライバー回路がエンハンスメント型Ｐチャンネル電界効果型トランジスタと高抵抗素子で構成されている。
また、本発明は、複数の画素と、複数の走査線と、複数の信号線とを有するアクティブマトリクス駆動表示素子において、表示画素の列アドレス及びロジック制御回路からなるロジック回路と、表示画素ごとに設けられたアノード電極を駆動するための保持部及び駆動回路と表示画素部のドライバ出力回路で構成され、入力信号は列アドレス選択信号とロジック制御信号と表示データ信号からなり、列アドレス信号はデコーダにより１列のみ選択されて表示データは行ごとにデータが入力され、前記列アドレス信号とデータ信号線のＡＮＤ回路によりマトリクス状に配置された各画素へのデータが保持された１列分のデータであり、前記列アドレス信号は順次インクリメントさせ、全列にデータが書き込まれるまで繰り返し行われ、保持データとブランク信号とのＡＮＤ回路により出力されたデータが駆動回路を経由して最終段のドライバ回路に入力され表示データとするように構成されている。
本願発明は、駆動回路を小さくすることができるため、蛍光体が搭載される画素の大きさを小さくすることができ、さらに、画素の下にメモリ部及び出力ドライバ回路を配置できるため、光によるＩＣ誤動作の防止及び電子線の飛び込みを防止することができる。
さして、画素の小型化によりドット間ギャップを小さくすることが可能となり、高精度のアクティブマトリクス駆動蛍光表示管により表示品位が向上し、面輝度アップによりハーフミラー（コンバイナ）に投影される表示部の高輝度化、及び画素数の増加が容易となる。
２色発光の陽極により前記画素を構成することにより高精度マルチカラー発光アクティブマトリクス駆動蛍光表示管の高輝度化が実現でき、３色発光の陽極により前記画素を構成することにより高精度フルカラー発光アクティブマトリクス駆動蛍光表示管の高輝度化が実現できる。
本発明の実施例であるＰチャネルＭＯＳトランジスタにって構成して陽極を微細化したアクティブマトリクス駆動装置に付いて、図１を用いて、以下に説明する。
図１のアクティブマトリクス駆動装置は表示画素の列アドレス及びロジック制御回路からなるロジック回路と、表示画素ごとに設けられたアノード電極を駆動するための保持部及び駆動回路と表示画素部のドライバ出力回路で構成されている。
アクティブマトリクス駆動装置１０は、表示画素の列選択回路１１及びロジック制御回路１２と、表示画素ごとに設けられたアノード電極を駆動するための保持部１３及び駆動回路部１９と表示画素部２１のドライバ出力回路２０、アドレス信号線１５、データ信号線１６、電源２３、フィラメント２２により構成され、１画素の駆動回路のみを示している。なお、デプレションＭＯＳＦＥＴ１８は、最終出力段のゲートをＬｏｗレベルにするためのものであり、デプレションＭＯＳＦＥＴにかえて高抵抗体でもよい。
入力信号は列アドレス選択信号とロジック制御信号と表示データ信号からなる。列アドレス信号はデコーダにより１列のアドレス信号線１５のみが選択される。表示データは行ごとにデータが入力される。
上記の列アドレス信号とデータ信号によりマトリクス状に配置された各画素へのデータが保持部１３に保持される。これが１列分のデータであり、列アドレス信号は順次インクリメントさせ、全列にデータが書き込まれるまで繰り返し行われる。
保持データとブランク信号との和により出力されたデータが駆動回路部１８、１９と表示画素部２１のドライバ出力回路１０に入力されて、表示データとなる。
駆動回路はエンハンスメント型ＰチャネルＭＯＳトランジスタ１９とディプレッション型ＰチャネルＭＯＳトランジスタ１８、最終段のドライバ回路は、ＰチャネルＭＯＳトランジスタ２０で構成されている。なお、ＰチャネルＭＯＳトランジスタ５８のみ、高耐圧ＮチャネルＭＯＳトランジスタである。
入力信号は列アドレス選択信号とロジック制御信号と表示データ信号からなる。列アドレス信号はデコーダにより１列のみ選択される。表示データは行ごとにデータが入力される。
上記の列アドレス信号とデータ信号線のＡＮＤ回路によりマトリクス状に配置された各画素へのデータが保持される。これが１列分のデータであり、列アドレス信号は順次インクリメントさせ、全列にデータが書き込まれるまで繰り返し行われる。
保持データとブランク信号とのＡＮＤ回路により出力されたデータが駆動回路を経由して最終段のドライバ回路に入力され表示データとなる。
駆動回路はエンハンスメント型ＰチャネルＭＯＳトランジスタとディプレッション型ＰチャネルＭＯＳトランジスタのＰチャネルＭＯＳトランジスタのみで構成されている。
最終段のドライバがＰチャネルＭＯＳトランジスタで構成しているため、
陽極駆動に際して、フィラメントセンタータップ電圧に重畳した信号レベル電圧が陽極に印加される構成となり、
駆動回路より出力される信号レベルは低電圧でよいことになる。
従って、最終段のトランジスタを除けば高耐圧を必要とするトランジスタは不要である。
本構成は全てＰチャネルＭＯＳ構造で成立するため、各表示画素部分に必要な電源は低電圧電源及びＧＮＤのみでよい。
以上の点より、デザインルールの大きい高耐圧トランジスタは各画素に１つ有すればよいため、消費電流は小さく抑えることができる。まや、画素サイズも電源ラインが低電圧とＧＮＤの２本のみでよいために小さくすることができる。このため、ドライバ出力部の画素を構成する陽極の下に保持回路及び駆動回路、ドライバ回路をレイアウトすることができる。また、画素を狭ピッチ化することができ、高精細な表示を可能にできる。
１画素内の構成図を図２に示す。
１画素内はメモリ保持回路とドライバ駆動回路とドライバで構成されている。蛍光体を塗布するピクセル部は２層Ａｌになっており、上記の回路はすべてこの２層Ａｌパターンの直下にレイアウトされている。
このため、光及び電子線の飛び込みに対し、回路部は遮蔽された構造になっているため、ＩＣの信頼性を上げている。
アクティブマトリクス駆動表示素子を実装した蛍光表示管システムを、図４に示す。
蛍光表示管システムは、表示パネル部３０とそれを駆動するコントローラ部３１（コントロールＩＣ）で構成される。コントロールＩＣ３１は、ＣＩＧ（Ｃｈｉｐ Ｉｎ Ｇｌａｓｓ）用のシリパラドライバを使用しているが、これもまたメモリ機能を搭載したコントローラＩＣを使用してもよい。
このシステムでは、ＣＰＵ３２からはＣＬＫ信号に同期したシリアルデータ信号（ＳＩ）を入力している。ＬＡＴ信号はコントローラ部３１のＩＣにデータを書き込む信号であり、ＢＫ信号はコントローラ部より出力幅を決定する信号である。また、ＷＥ信号及びＢＫＤ信号は直接表示パネル部に入力されている。WE信号はデータ書き込み制御信号であり、ＢＫＤは表示部３０の輝度調整をおこなう信号である。
本回路構成に示すようにＩＣの駆動用電源は低電圧電源のみである。その他の電源としてはフィラメント３５のセンタータップ用の電源（Ｖｃｔ）が必要となる。本表示パネル回路ではＰｃｈトランジスタのみの回路構成であるため、ドライバは低電圧で駆動できる利点がある。
本発明の蛍光表示管システムに備えられるアクティブマトリクス駆動表示素子は、一辺２２６μｍの正方形のＡｌ薄膜からなる電極が間隙２０μｍをおいてマトリクス状に配設したドット状の多数の画素に青緑色に発光するＺｎＯ：Ｚｎ蛍光体層を形成した発光部をマトリクス状に形成した。
前記一辺２２６μｍの正方形のＡｌ薄膜からなる電極は、シリコンウエハーの上面形成した絶縁層に形成したスルーホールを介して各アクティブマトリクス駆動素子の出力ドライバのドレインに接続されている。
このときの、一辺２２６μｍの正方形のＡｌ薄膜からなる電極に対する各アクティブマトリクス駆動素子の面積占有率は約４３％でありＡｌ薄膜からなる電極は更に微細化が可能である。
前記前記アクティブマトリクス駆動表示素子の上面に形成された電極の上面に蛍光体を周知の方法で形成したアクティブマトリクス駆動素子を真空管容器内面に載置した陽極基板を作製する。
前記一辺２２６μｍの正方形のＡｌ薄膜からなる電極を、間隙２０μｍをおいてマトリクス状に配設したドット状の多数の発光部がマトリクス状に形成したアクティブマトリクス駆動ＩＣを蛍光表示管内に配設して、 前記蛍光体上方にフィラメント間隔を１．５ｍｍ、フィラメントと蛍光体面の距離を１．０ｍｍとしたアクティブマトリクス駆動蛍光表示管を作製して、該蛍光表示管の陽極基板の裏面にヒートシンクを取り付けて陽極に２０Ｖ印加して表示状態を確認したところ陽極は均一に発光した。
アクティブマトリクス駆動素子の画素が形成される陽極に接続されるドライバのゲートがＯＦＦのときのドレインはオープンの状態になる。さらにアクティブ駆動素子の表面には絶縁層が形成されているために表面にカソードからの電子が蓄積されてフィラメントとほぼ同電位になるために、点灯信号が供給された陽極に２０Ｖ以上印加したときはフィラメントからの熱電子を十分に受けることにより表示が均一になると推量出来る。
本願発明のアクティブマトリクス駆動蛍光表示管は、メッシュグリッドが無いのでメッシュ変形が無くなるとに、メッシュによる光の遮蔽はなくなること、及び、平面グリッドを設けないことから発光面積の占有率が高くなって４００００ｃｄ／ｍ2 以上の輝度がえられた。
アクティブマトリクス駆動ＩＣ上に平面グリッドが無いので、アクティブマトリクス駆動ＩＣの小型化が可能となり、ＩＣのコストダウンが可能となった。
マルチ駆動の回路構成を図３に示す。
図３のマルチ（２色）駆動の場合、データ信号線は共通で使用しているが、同一箇所で色分割された画素へのデータはセレクタ１２ａにより切替えることができる。
列アドレス信号とセレクタのＡＮＤ回路より出力された信号及びデータ信号線のＡＮＤ回路によりマトリクス状に配置された各画素へのデータが保持される。それ以降の回路構成は図１と同様ＰチャネルＭＯＳトランジスタのみで構成している。
また、ブランク信号はマルチ毎に替えることができるようにそれぞれ別信号で入力する。したがって、色バランスを調整することができる。
ＦＥＤのアノード基板に本願発明のアクティブマトリクス駆動ＩＣを使用した場合の実施の形態を説明する。
ディスプレイ画素部は、画素電極はＩＴＯ等の透明電極で形成し、その上に発光層となる蛍光体を形成し、対向面に周知の製造方法で形成したスピント型冷陰極電子放出素子が形成された陰極基板を配せつして内部を高真空にしたＦＥＤを形成する。蛍光体からの発光は、透明電極及びガラス基板を通して利用する。この場合、画素の開口率が輝度に大きく影響する。本発明では、素子面積を少なくするにより開口率を４０％〜５０％改善することができたので、高輝度のアノードアクティブマトリクス駆動ＦＥＤを形成できるようになった。
有機ＥＬディスプレイを駆動させる場合の実施の形態を説明する。
ディスプレイ画素部は、画素電極はＩＴＯ等の透明電極で形成し、その上に発光層となる有機薄膜を形成し、最上層に陰極を形成する。有機発光層からの発光は、透明電極及びガラス基板を通して利用する。この場合、画素の開口率が輝度に大きく影響する。本発明では、本発明では、素子面積を少なくするにより開口率を４０％〜５０％改善することができたので、高輝度の有機ＥＬディスプレイを形成できるようになった。
図４に示す本発明アクティブマトリクス駆動素子を蛍光表示管に実装した実施例を詳細に説明する。。
本例のアクティブマトリクス駆動蛍光表示管３０は、個々に駆動される複数個の陽極がマトリクス状に形成された半導体チップであるシリコンウエハーを、外囲器の基板の内面に固定した構造を有する。表示管の基板はガラス等の絶縁性の基板と、基板の上に封着された箱型の容器部とからなる外囲器を有している。外囲器の内部は高真空雰囲気に排気され、保持されている。
外囲器の内部において、基板の上面には、矩形のシリコンウエハーが固定されている。このシリコンウエハーの上面には、ＳｉＮとリン酸系ガラスからなる絶縁層が形成され、該絶縁層に形成されたドレインに接続されるスルーホールを介して一辺２２６μｍ正方形のＡｌ薄膜からなる電極が間隙２０μｍをおいてマトリクス状に配設されたのドット状の多数の発光部がマトリクス状に形成・配設されている。この矩形のシリコンウエハーは、精製された円柱形の高純度シリコン単結晶を円板状にスライスしたシリコン基板から作られる。即ち、マトリクス状の発光ドット、発光ドットごとに設けられるスイッチング素子としてのトランジスタ、各発光ドットをアクティブマトリクス駆動するための接続配線構造とドライバ、メモリ等の駆動素子等、必要な構造を作り込んだ矩形の素子を、円板状のシリコンウエハーに複数個形成し、各矩形の素子を切り出して形成する。
図４において、矩形のシリコンウエハーは基板に対してダイボンドペーストで接着されている。シリコンウエハーの上面には、陽極導体とＺｎＯ：Ｚｎ蛍光体が被服された蛍光体層からなる陽極がマトリクス状に配置されている。図示しないが、各陽極の下にはスイッチング素子としてのトランジスタが設けられている。外囲器内において、シリコンウエハーの上方には電子源としてのフィラメント状の陰極が張設されている。陰極は、通電により発熱するタングステン等の芯線の周りに、電子放出物質を被着したものである。電子放出物質としては、Ｂａを含むアルカリ土類金属の酸化物等がある。
前記フィラメント状の陰極は、フィラメント張架間隔の中央の陽極とフィラメント距離がフィラメントとフィラメントとの距離よりも長くなるように張架した。具体的には、フィラメントと陽極の距離を１ｍｍとして、フィラメントとフィラメントの張架間隔を１．０ｍｍとすることでフィラメント張架間隔の中央の陽極とフィラメント距離がフィラメントとフィラメントとの距離よりも長くなるように張架した。
これにより、フィラメントの中間の陽極においても、フィラメントからの熱電子を十分に受け、隣接アノードが非点灯時においても十分な電子が供給されて表示が均一になる。
次に、本例の表示管１の製造工程を説明する。
（１） スライスした円形のシリコンウエハー（直径８インチ、厚さ０．６ｍｍ）に、表示管１に使う矩形の素子を作り込む。一例をあげれば、１枚の円形シリコンウエハーには、１７個の矩形素子（前記シリコンウエハー）が形成される。
（２） 円形シリコンウエハーの上面に、紫外線感光樹脂を含むスラリー蛍光体を一様に塗布する。
（３） 発光ドットの形状に対応した開口部を有するマスクを介してＵＶランプで円形シリコンウエハーの上面に紫外線を露光する。
（４） 水現像を行い、固まっていないスラリー蛍光体を洗い流す。
（５） 蛍光体のパターンが形成された円形シリコンウエハーの上面にアセトンに分散したアクリルを塗布・乾燥させ、アクリルの保護層を形成する。このアクリル保護層は、円形シリコンウエハーから矩形の素子を切り出す時に、切り屑を流すために水を流すが、この水によって蛍光体が剥がされることを防ぐためである。アクリルは低温で分解するので、後工程の焼成により除去される。
（６） ダイシング、即ちダイヤモンドカッター等により円形シリコンウエハーから矩形の素子（前記シリコンウエハー）を切り出す。
（７） ダイボンド、即ち切り出した矩形の素子を、Ａｇと有機Ｔｉを混合したダイボンドペーストで表示管の基板の上面に接着固定する。Ａｇと有機Ｔｉからなるダイボンドペーストは分解しやすいので、製品完成後に外囲器内に残ることがない。
（８）コントロールＩＣはＣＩＧ（Ｃｈｉｐ Ｉｎ Ｇｌａｓｓ）用のシリパラドライバをダイボンドペーストで同一基板上面に接着固定する。
（９）ここまでの工程で使用した蛍光体層中の樹脂、蛍光体を覆うアクリル樹脂、ダイボンドペーストが熱で分解除去される。前記アルミナゾルは焼成されて固化し、絶縁被覆膜となる。
（１０）ワイヤーボンディングを行う。即ち、矩形素子と基板上面に形成されたの電極、矩形素子と基板上面に形成されたの電極其々ワイヤーで接続する。
（１１）面付けを行う。即ち、完成したリードフレームを前記基板上の所定位置に置き、その上から完成した容器部を重ね、これらを固定手段（クリップ等）で仮固定する。
（１２）約４５０℃で焼成し、封着を行う。容器部と基板の間にあるシールガラスが溶けて容器部とリードフレームと基板を固着する。
（１３）外囲器の内部を排気し、所定の高真空雰囲気になったところで排気管を封止する。ゲッターを飛ばして外囲器の内面にゲッター膜を形成する。
（１４）オーブンにより１６０℃〜３００℃位で焼成し、残留したガスをゲッター膜に吸着させる。
（１５）表示管のエージングを行う。
以上のようにして製造された表示管の駆動は、外囲器内に設けられたシリコンウエハー上の所望の陽極をスイッチング素子により選択し、陰極から放出された電子を選択した陽極の蛍光体層に射突させて行う。マトリクス内の所望の陽極を選択的に発光させることにより、任意のグラフィック表示が行える。
蛍光表示管の陽極基板の裏面にヒートシンクを取り付けて陽極に６０Ｖ印加して表示状態を確認したところ、蛍光体は均一に発光して４００００ｃｄ／m2の表示が得られた。
メッシュグリッドが無いので、メッシュ変形が無くなると供にメッシュによる光の遮蔽はなくなることで４００００ｃｄ／ｍ2 以上の輝度がえられた。
アクティブマトリクス駆動ＩＣ上に平面グリッドが無いので、アクティブマトリクス駆動ＩＣの小型化が可能となり、ＩＣのコストダウンが可能となった。
蛍光表示管の陽極基板の裏面にヒートシンクを取り付けて陽極に１５Ｖ印加して表示状態を確認したところ、４０００ｃｄ／ｍ2 が得られたが、フィラメントの中間の陽極の周変部の輝度が低下していたが、陽極に２０Ｖ印加して表示状態を確認したところ陽極は均一に発光していた。
陽極に２０Ｖ以上印加したときは、フィラメントからの熱電子を十分に受けることによりアクティブマトリクス基板の電位はフィラメントと同電位になるために、隣接アノードが非点灯時においても十分な電子が供給されて表示が均一になるとおもわれる。
図３のマルチ（２色）駆動の、アクティブマトリクス駆動ＩＣのドライバのドレインに接続された１の画素に青緑色に発光するＺｎＯ：Ｚｎ蛍光体層を形成し、他の画素に赤橙に発光するＺｎＣｄＳ：Ａｇ，Ｃｌ蛍光体層を形成して実施例１と同様にアクティブマトリクス駆動蛍光表示管を作製して陽極に１５Ｖ印加して表示状態を確認したところ、青緑色に発光するＺｎＯ：Ｚｎ蛍光体は４０００ｃｄ／ｍ2 で均一に発光し、赤橙に発光するＺｎＣｄ：Ａｇ，Ｃｌ蛍光体は４００ｃｄ／ｍ2 で均一に発光した。
この構成に、更に青色発光蛍光体を形成する陽極を追加することにより、フルカラー（３色）の構成が容易にできる。
ポリシリコンＳｉを使用した実施例を説明する。
この実施例では、真空外囲器を構成するガラス部材に後述する陽極基板の基体であるホウケイ酸ガラスを用いる。
陽極基板は、発光表示部とこの発光表示部の発光を制御する駆動回路とが一体に形成されたアクティブマトリクス基板である。この陽極基板は、ガラス基板を基体とし、このガラス基板の表面に多結晶シリコン膜が形成されている。この多結晶シリコン膜には薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を含む半導体集積回路が形成されており、この半導体集積回路により駆動回路が構成されている。多結晶シリコン膜に形成された薄膜トランジスタは、移動度が非晶質シリコン膜に形成された薄膜トランジスタに比し２桁から３桁程度高い高性能な特性が得られるので、特に表示面積の大型化に有効である。
ここで、多結晶シリコン膜には、ガラス基板の歪点以下の処理温度で形成された、いわゆる低温多結晶シリコン膜を用いている。この低温多結晶シリコン膜は、通常４５０℃〜６００℃で形成されるものであり、例えば化学的気相成長法（ＣＶＤ）などの周知の技術で形成されている。また、ガラス基板には、トランジスタ特性に悪影響を及ぼすナトリウムなどを含まないホウケイ酸ガラスを用いる。多結晶シリコン膜に形成する半導体集積回路は、低温多結晶シリコン膜を用いた周知の製造プロセスで製造される。
多結晶シリコン膜の表面はパッシベーション膜（絶縁膜）で覆われており、このパッシベーション膜の上に発光表示部が形成されている。発光表示部は、パッシベーション膜上に所定のピッチでマトリクス状に配置された陽極電極と、各陽極電極上に塗布されたドット状の蛍光体と、各陽極電極を囲むようにパッシベーション膜上に配置された格子状の補助電極とで構成されている。
各陽極電極の直下には駆動回路の一部をなす陽極駆動部の薄膜トランジスタ形成部が形成されており、パッシベーション膜に設けられたスルーホールを介して陽極電極と接続されている。この場合、陽極電極、及びボンディングパッドはアルミニウムで構成され、蛍光体は従来の蛍光表示装置で使用されている蛍光体材料で構成されている。これらパッシベーション膜、陽極電極、蛍光体、及びボンディングパッドの形成には周知の従来技術を用いることができる。
この蛍光表示装置は、通電加熱されたフィラメント陰極から放出された熱電子が陽極基板に照射されており、照射された電子はアクティブマトリクス駆動により正電圧が印加された陽極に入射して蛍光体を発光させ、入力データの画面表示を行う。
画素ピッチが２５０μｍ以下で画素間隙が２０μｍ以下のアクティブ駆動蛍光表示管が提供できると供に、陽極基板の裏面にヒートシンクを取り付けて陽極に６０Ｖ印加して表示状態を確認したところ、蛍光体は均一に発光して４００００ｃｄ／m2の画素が均一に発光する高輝度アクティブマトリクス駆動蛍光表示管が得られる。
従来の高輝度アクティブマトリクス駆動蛍光表示管が約１００００ｃｄ／m2で有った所、４倍の輝度向上がえられたことから、高輝度アクティブマトリクス駆動蛍光表示管を使用することにより高輝度ドットマトリクスヘッドアップディスプレイの実用化ができる。
更に、高輝度マルチカラーアクティブマトリクス駆動蛍光表示管を提供することができる。
その上、本願発明のアクティブマトリクス駆動ＩＣの構成をとることにより高輝度微細パターンの有機ＥＬＤ、高輝度微細パターンのＦＥＤ用アノード基板を提供することができる。
本発明のＰチャンネルＭＯＳＦＥＴの回路構成図 １画素内の構成図。 本発明のマルチ駆動用回路の構成図。 本発明の蛍光表示管システムを示す回路構成図。 従来のＮチャンネルＭＯＳＦＥＴの回路構成図。
符号の説明
１０ アクティブマトリクス駆動装置、１１ 表示画素の列選択回路、１２ ロジック制御回路、１３ 保持部、１５ アドレス信号線、１６ データ信号線１６、１８ デプレションＭＯＳＦＥＴ、１８ 駆動回路部、１９ 駆動回路部（エンハンスメント型ＰチャネルＭＯＳトランジスタ）、２０ ドライバ出力回路、２１ 蛍光体（アノード）、
２２ フィラメント、２３ 電源

Claims (13)

  1. 複数の画素と、複数の走査線と、複数の信号線とを有するアクティブマトリクス駆動表示素子において、
    列アドレス選択回路及びロジック制御回路からなるロジック回路部と、
    画素毎に設けられた保持部と、
    前記保持部に保持された信号と入力データ信号線からのブランキングの反転信号を積算するＡＮＤ回路部と、
    エンハンスメント型Ｐチャンネル電界効果型トランジスタとディプレッション型Ｐチャンネル電界効果型トランジスタで構成されているプリドライバー回路と、
    前記プリドライバー回路に接続された出力ドライバ回路と
    からなる画素駆動部を有することを特徴とするアクティブマトリクス駆動表示素子。
  2. 複数の画素と、複数の走査線と、複数の信号線とを有するアクティブマトリクス駆動表示素子において、
    列アドレス選択回路及びロジック制御回路からなるロジック回路部と、
    画素毎に設けられた保持部と、
    前記保持部に保持された信号と入力データ信号線からのブランキングの反転信号を積算するＡＮＤ回路部と、
    エンハンスメント型Ｐチャンネル電界効果型トランジスタと高抵抗素子で構成されているプリドライバー回路と、
    前記プリドライバー回路に接続された出力ドライバ回路と
    からなる画素駆動部を有することを特徴とするアクティブマトリクス駆動表示素子。
  3. 前記複数の画素毎に設けられたドライバ出力回路は高耐圧トランジスタからなり、アノード電極を駆動するための保持部と前段の出力トランジスタを駆動するプリドライバー回路は低電圧トランジスタから構成されることを特徴とする請求項１、２に記載のアクティブマトリクス駆動表示素子。
  4. 前記画素毎に設けられたアノード電極を駆動するための保持部と、前記保持部に保持された信号と入力データ信号線からのブランキングの反転信号を積算するのＡＮＤ回路部と、前段の出力トランジスタを駆動するプリドライバー回路と、前記プリドライバー回路に接続されたドライバ出力回路からなる画素駆動部を構成するＰチャンネル電界効果型トランジスタがＰチャンネルＭＯＳ電界効果型トランジスタであり、画素電極は前記出力ドライバ回路のドレイン電極に接続された画素の発光材料を発光させることを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載のアクティブマトリクス駆動表示素子。
  5. 前記ＰチャンネルＭＯＳ電界効果型トランジスタ、のＩ層がＳｉの酸化物からなるＰチャンネルＭＯＳ電界効果型トランジスタことを特徴とする請求項４に記載のアクティブマトリクス駆動表示素子。
  6. 複数の画素と、複数の走査線と、複数の信号線とを有するアクティブマトリクス駆動表示素子において、
    表示画素の列アドレス及びロジック制御回路からなるロジック回路と、表示画素ごとに設けられたアノード電極を駆動するための保持部及び駆動回路と表示画素部のドライバ出力回路で構成され、
    入力信号は列アドレス選択信号とロジック制御信号と表示データ信号からなり、列アドレス信号はデコーダにより１列のみ選択されて表示データは行ごとにデータが入力され、
    前記列アドレス信号とデータ信号線のＡＮＤ回路によりマトリクス状に配置された各画素へのデータが保持された１列分のデータであり、前記列アドレス信号は順次インクリメントさせ、全列にデータが書き込まれるまで繰り返し行われ、
    保持データとブランク信号とのＡＮＤ回路により出力されたデータが駆動回路を経由して最終段のドライバ回路に入力され表示データとすることを特徴とするアクティブマトリクス駆動表示素子。
  7. 複数の画素と、複数の走査線と、複数の信号線とを有するアクティブマトリクス駆動表示素子において、
    同一箇所で色分割されたピクセルへのデータは、データ信号線は共通で使用され、該データ信号をセレクタにより切替え、列アドレス信号とセレクタのＡＮＤ回路より出力された信号及びデータ信号線のＡＮＤ回路によりマトリクス状に配置された各ピクセルへのデータが保持され、ブランク信号はマルチ毎に替えることができるようにそれぞれ別信号で入力することを特徴とする請求項１乃至請求項６に記載のアクティブマトリクス駆動表示素子。
  8. データ信号線と列選択された信号線とのＡＮＤ回路の保持回路以降は各セル毎に存在して、各画素の下に前記回路がレイアウトされている請求項１乃至請求項７に記載のアクティブマトリクス駆動表示素子。
  9. 前記駆動回路がＳｉウェハに形成された電界効果型トランジスタから構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項８に記載のアクティブマトリクス駆動表示素子。
  10. 前記駆動回路がアモルファスＳｉに形成された電界効果型トランジスタであることを特徴とする請求項１乃至請求項９に記載のアクティブマトリクス駆動表示素子。
  11. 前記駆動回路及び該駆動回路を駆動するＩＣを真空容器内に搭載し、ドレイン電極に蛍光体を塗布した陽極により画素を構成することを特徴とする請求項１乃至請求項１０に記載のアクティブマトリクス駆動表示素子を備えた蛍光表示管。
  12. 請求項１１のフィラメント−フィラメント間の間隔をフィラメント−陽極の間隔の１．５倍以下とした蛍光表示管。
  13. 請求項１１のフィラメント−フィラメント間の間隔を１．５ｍｍ以下としたアクティブマトリクス駆動蛍光表示管。
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