JP4073890B2 - 薄膜回路基板、及びそれを備えた圧電式スピーカ装置及び表示装置並びに音源内蔵型表示装置 - Google Patents
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Description
本発明は、ガラス基板等の絶縁性基板上に形成された薄膜層を用いて駆動回路等の回路部が構成された薄膜回路基板、及びそれを備えた圧電式スピーカ装置並びに表示装置に関するものである。
従来より、振動板等の振動部を、圧電素子よりなる励振源部で音声信号に基づいて振動させて音を出力する圧電式スピーカ装置が用いられている。また、近年、小型・軽量・薄型の表示素子が登場し、これを用いて、外部機器より画像を取り込んで表示する機能をもった携帯型の表示装置が製品化されつつある。このような携帯型の表示装置においては、一般的なクレジットカードや名刺などと同程度のカードサイズ化が望まれている。
そして、本願出願人は、先に、特許文献１において、音声機能付きでカードサイズ化を実現する構成を提案している。これにおいては、外部機器より入力される音声信号に基づいて表示素子を構成する基板自体を振動部とし、これを圧電素子よりなる励振源部にて振動させて音を発生させ、表示装置を大型化することなくスピーカ機能を実現している。
ところで、近年、このような圧電式スピーカや、携帯型の表示装置において、音声出力部を音声信号に基づいて駆動するための音声出力部駆動回路や、表示部に映像信号に基づく画像を表示させるための表示部駆動回路は、ガラス基板等の絶縁性基板上に形成した多結晶シリコン（珪素）薄膜等を含む薄膜層を用いて形成されるようになってきており、薄膜回路基板を構成している。このような薄膜回路基板は、上記した特許文献１においても開示されている。
従来、圧電式スピーカ装置や表示装置における駆動回路は、もっぱら集積回路（ＩＣ）をプリント基板上に貼り付けることで構成されていたが、このように薄膜回路基板とすることで、上述したように、該薄膜回路基板をスピーカ装置における振動部として利用することが可能になり、また、表示装置では、表示部を構成する基板と同一基板に表示部駆動回路を作り込むことなどが可能となる。その結果、装置の小型・軽量・薄型を実現できると共に、同一基板上に回路部を作りこむことで、製造工程の簡素化、接続信頼性の向上などの利点がある。
一方、特許文献２には、一般的な半導体集積回路において、静電保護用のダイオードをモノリシックに設ける構成が記載されている。
特開２００３−２４４７８４号公報（平成１５年８月２９日公開）
特開平１０−５０９３７号公報（平成１０年２月２０日公開）
日経エレクトロニクス（２００３，２，１７） ｐ．１２３−１３０
しかしながら、上記した従来の特許文献１に記載されている構成を始め、従来の駆動回路が薄膜回路基板で構成されている圧電式スピーカ装置や表示装置等の装置では、サージ電圧および電流に対して何らの対策も講じられていない。
そのため、本来、逆圧電効果を用いて、電気信号を、空気に振動を伝える応力振動に変換する動作を行う従来の圧電式スピーカ装置であれば、誤って落下させるなどして強い衝撃を与えると、その衝撃から、圧電素子の持つ正圧電効果から生じる起電力によって、逆に音声出力部に対して多大な電圧（サージ電圧）印加と、このサージ電圧による電流（サージ電流）が発生し、これが経路を逆に伝わり薄膜回路基板における音声出力部駆動回路を破壊させてしまう恐れがある。また、表示装置などの外部機器との接続端子を持つ装置であれば、装置外面に設けられた、外部機器より映像信号を入力するための接続端子にユーザが指で触れるなどした場合に、静電気をソースとしたサージ電圧および電流が発生し、表示部駆動回路を破壊させてしまう恐れがある。
従来、何故にこのような対策が取られていないかというと、これは、特許文献２に記載されているように、一般的な半導体集積回路であれば、静電保護用のダイオードをモノリシックに設けて、これにて静電破壊に対して対策を講じることが可能であるが、本発明が前提としているような薄膜層を用いて駆動回路を構成する薄膜回路基板においては、接合型ではなく、ＭＯＳ−ＦＥＴの薄膜であるので、ＰＮ接合が困難であり、現状では、所定の性能を有する静電保護用のダイオードをモノリシックに形成することができないためである。
サージ対策部を別部材として外付けすることも考えられるが、装置全体が必然的に大きくなり、前述した薄膜回路基板による製造工程の簡素化、接続信頼性を損なうことになり、同様に前述した該薄膜回路基板をスピーカ装置における振動部として利用するような応用ができなくなる。またコスト高となるため、このコスト分と保護対策の必需性の比率からも、装置の大型化やコスト高を伴う対策を講じることも困難になってしまう。
本発明は、上記課題に鑑み成されたものであって、その目的は、サージ電圧に対して回路部を保護し得る機能をモノリシックに形成可能な薄膜回路基板の構成を提供することにあり、また、これを用いることで、サージ電圧に強い、圧電式スピーカ装置、表示装置、音源内蔵型表示装置を提供することにある。
本発明の薄膜回路基板は、上記課題を解決するために、ガラス基板等の絶縁性基板上に薄膜層が形成され、該薄膜層に駆動回路等の回路部の少なくとも一部が形成された薄膜回路基板において、上記絶縁性基板上であって、上記回路部と該回路部の入力端子部または出力端子部との間の配線上に、該配線に対する所定の範囲を超える電圧印加に対して、該配線から過剰な電荷を除去するサージ対策素子が設けられ、上記サージ対策素子が、上記薄膜層を用いて形成されたソース接地型の第１のＭＯＳトランジスタを有する電圧ダンパ手段であって、上記配線の電位の逆相電位の信号を出力する電圧ダンパ手段を備えていることを特徴としている。
このような構成では、回路部とその入力端子部またはその出力端子部との間の配線上に設けられたサージ対策素子が、該配線に印加される電圧が所定の範囲を超えて増大すると、配線をグランドにバイパスするなどして該配線から過剰な電荷を除去するので、回路部に、多大な電圧（サージ電圧）により発生した電流（サージ電流）が流れ込んで破壊されるといったことを阻止して、駆動回路を保護することができる。
しかも、このような該配線から過剰な電荷を除去する構成のサージ対策素子は、ダイオードによる保護回路とは異なり、薄膜回路基板にモノリシックに形成することが容易にできる構成を持っている。このため、薄膜回路基板にサージ対策部材を外付けする構成に比して、装置全体小さく、かつ、低コストにてサージ対策を施すことが可能となる。
また、ソース接地型の第１のＭＯＳトランジスタの動作を利用して、該第１のＭＯＳトランジスタから、配線の電位とは逆相電位の信号が出力され、この出力を、例えば方向性結合素子やソースフォロワ型もしくはゲート接地型の非反転増幅段を備えたバッファ等を介してダンパ出力として取り出すことで、薄膜回路基板外部でサージ電圧をキャンセルすることができる。負荷圧電素子の周波数特性からは、さほどの高周波特性が期待されない場合に有利である。
これにより、ソース接地型のＭＯＳトランジスタを始め、方向性結合素子やソースフォロワ型もしくはゲート接地型の非反転増幅段を備えたバッファ等は、薄膜回路基板における回路部を構成する薄膜層や電極層を用いて構成することができるので、低コストにてサージ対策を講じることができる。
上記サージ対策素子としては、例えば、上記薄膜層を用いて形成された第２のＭＯＳトランジスタを備え、該ＭＯＳトランジスタのゲート端子が上記配線に接続されると共に、ソース端子或いはドレイン端子が接地され、かつ、ゲート絶縁膜は上記配線に印加される電圧の増大に伴ってゲート電極からチャネル領域へと流れ出る漏れ電流量が急峻に増大するように形成されている構成とすることができる。
このような構成では、回路部と入力端子部或いは出力端子部との間に、通常の電圧範囲の信号を超えたサージ電圧がかかり、第２のＭＯＳトランジスタのゲート電極に印加される電圧が高くなると、ゲート絶縁膜の絶縁力が急激に低下し、ゲート電極からチャネル領域へと流れる電流量が急激に増大するため、発生したサージ電流は、ゲート絶縁膜を通してグランドへと流れ込むこととなる。
また、このようなＭＯＳトランジスタよりなるサージ対策素子の場合、電流を流しやすいといった特殊なゲート絶縁膜に対しては成膜並びに加工といった工程は必要であるものの、その他の半導体部となる薄膜層やゲート電極となる電極層は、薄膜回路基板における回路部を構成する薄膜層や電極層を用いて構成することができるので、低コストにてサージ対策を講じることができる。
しかも、第２のＭＯＳトランジスタのゲート絶縁膜をサージ電流の通り道としているので、設定外のサージ電流が発生してゲート絶縁膜が絶縁破壊を起こさない限り、サージ電流を何度でもグランドへ逃がすことができ、繰り返し回路部を保護することができるといった利点もある。
上記した特殊なゲート絶縁膜の材料としては、例えば五酸化タンタルや、窒化シリコンを上げることができる。これらの材料で形成した絶縁膜は、電流を流しやすいといった性質があり、従来あまり好ましくない絶縁膜材料とされていたが、その性質を有効に利用することで、サージ対策素子を実現することが可能となる。
また、上記サージ対策素子においては、上記した電圧ダンパ手段を、第２のＭＯＳトランジスタに組み合わせて具備する構成することも好ましい。
バイアス電圧の制限のために、ダンパ出力として取り出した信号のみでサージ電圧をキャンセルすることが困難な場合は、このように、漏れ電流の利用を行う第２のＭＯＳトランジスタと組み合わせることで、互いの保護作用を補い合って保護効果を高め合うことができる。
さらにこの場合、電圧ダンパ手段における第１のＭＯＳトランジスタと漏れ電流を利用する第２のＭＯＳトランジスタとを共用する、つまり１つのトランジスタで構成することもできる。
また、上記した薄膜層としては、多結晶珪素（シリコン）薄膜を含む薄膜層とすることができ、また、ここで言う多結晶シリコン薄膜には、連続粒界結晶のシリコン薄膜も含まれる。
また、本発明の薄膜回路基板は、上記構成に加えて、さらに、上記回路部の少なくとも一部が、別基板上に形成した能動素子を上記絶縁性基板に貼り合わせることで形成されており、該能動素子を含む上記別基板は水素イオン注入部を有し、該水素イオン注入部が形成された該別基板を上記絶縁性基板に貼り合わせた後、該別基板を熱処理することで、上記能動素子が上記絶縁性基板に貼り付けられていることを特徴とすることもできる。
上記薄膜層のみを用いて回路部を全て作成するよりも、その一部を別基板に形成した能動素子を上記絶縁性基板に貼り付ける構成とすることで、薄膜回路基板のサイズを小さくすることができる。その場合、能動素子の絶縁性基板への貼り付けは、能動素子を含む上記別基板が水素イオン注入部を有しており、該水素イオン注入部が形成された上記別基板を上記絶縁性基板に貼り合わせた後、該別基板を熱処理することでなされていることが好ましい。
このような水素イオン注入部を形成して剥離する水素イオン剥離法を用いた貼り合わせは、能動素子を別基板上に形成し、これを接着剤を用いて貼りあわせる方法に比べて、面倒な貼り付け作業も必要なく生産性に優れ、また、接着剤を用いないので、接着剤の耐熱性が問題となることもなく、簡単に別基板上に形成した能動素子を貼り付けることができる。
また、本発明の圧電式スピーカ装置は、上記課題を解決するために、上記本発明の薄膜回路基板と、音声信号に応じた音を出力する音声出力部とを備え、該音声出力部が振動部及び該振動部を駆動信号に応じて駆動する圧電素子からなる励振源部を有し、上記薄膜回路基板における上記回路部が上記音声出力部を音声信号に応じて駆動する音声出力部駆動部を含んでいることを特徴としている。
これにより、圧電式スピーカ装置を落下させるなどして強い衝撃を与えてしまって、音声出力部に対してサージ電圧が印加され、このサージ電圧によりサージ電流が発生して出力端子部より通常の逆の経路で伝わっても、サージ対策素子が設けられているので、サージ電流はこのサージ対策素子にてグランドへと逃がされ、薄膜回路基板における音声出力部駆動部がサージ電圧で破壊されるといったことがなく、衝撃に強い圧電式スピーカ装置を実現することができる。
しかも、サージ対策素子は、薄膜回路基板にモノリシック形成されているので、装置全体の大型化やコスト高を伴うことなく、サージ対策を講じることが可能となる。
また、このような圧電式スピーカ装置においては、振動部を薄膜回路基板として、励振源部にて該薄膜回路基板自体を振動させて音を出力するようにしてもよく、そのようにすることで振動部を別に備えた構成に比して、一層の小型・軽量・薄型、並びに低コスト化を図ることができる。
本発明の表示装置は、上記課題を解決するために、上記本発明の薄膜回路基板と、映像信号に応じた画像を表示する表示部とを備え、上記薄膜回路基板における上記回路部が上記表示部を映像信号に応じて駆動する表示部駆動部を含んでいることを特徴としている。
これにより、誤って接続端子に触れてしまい、人体に帯電していた静電気にてサージ電圧が印加され、このサージ電圧によりサージ電流が発生して入力端子部より通常の逆の経路で伝わっても、サージ対策素子が設けられているので、サージ電流はこのサージ対策素子にてグランドへと逃がされ、薄膜回路基板における表示部駆動部がサージ電圧にて破壊されるといったことがない。
しかも、サージ対策素子は、薄膜回路基板にモノリシック形成されているので、装置全体の大型化やコスト高を伴うことなく、サージ対策を講じることが可能となる。
本発明の音源内蔵型表示装置は、上記課題を解決するために、上記本発明の薄膜回路基板と、音声信号に応じた音を出力する音声出力部と、映像信号に応じた画像を表示する表示部とを備え、上記薄膜回路基板が該表示部を構成すると共に、該音声出力部が振動部及び該振動部を駆動信号に応じて駆動する圧電素子からなる励振源部を有し、上記振動部が上記薄膜回路基板であり、かつ、上記薄膜回路基板における上記回路部が、上記音声出力部を音声信号に応じて駆動する音声出力部駆動部と、該表示部を映像信号に応じて駆動する表示部駆動部とを含んでいることを特徴としている。
これにより、誤って落下させても、また、静電気が帯電した状態で誤って接続端子に触れてしまったとしても、上述のようにして音声出力部駆動部及び表示部駆動部の破壊を回避可能な音源内蔵型表示装置を実現することができる。
本発明の薄膜回路基板は、以上のように、ガラス基板等の絶縁性基板上に薄膜層が形成され、該薄膜層に駆動回路等の回路部の少なくとも一部が形成された薄膜回路基板において、上記絶縁性基板上であって、上記回路部と該回路部の入力端子部または出力端子部との間の配線上に、該配線に対する所定の範囲を超える電圧印加に対して、該配線から過剰な電荷を除去するサージ対策素子が設けられ、上記サージ対策素子が、上記薄膜層を用いて形成されたソース接地型の第１のＭＯＳトランジスタを有する電圧ダンパ手段であって、上記配線の電位の逆相電位の信号を出力する電圧ダンパ手段を備えている構成である。
このような構成では、回路部とその入力端子部またはその出力端子部との間の配線上に設けられたサージ対策素子が、該配線に印加される電圧が所定の範囲を超えて増大すると、該配線から過剰な電荷を除去するので、回路部にサージ電流が流れ込むことはなく、回路部の破壊を阻止して、駆動回路を保護することができる。
しかも、このような配線から過剰な電荷を除去する構成のサージ対策素子は、ダイオードによる保護回路とは異なり、ＭＯＳトランジスタ等を用いて薄膜回路基板にモノリシックに形成することが容易にできる構成を持っている。このため、薄膜回路基板にサージ対策部材を外付けする構成に比して、装置全体小さく、かつ、低コストにてサージ対策を施すことが可能となる。
本発明の実施の形態について図１ないし図１２に基づいて説明すると以下の通りである。
図１は、本発明の実施の一形態である圧電式スピーカ装置の駆動回路を構成する薄膜回路基板１の機能ブロック図であり、図２は、薄膜回路基板１上の各機能の配置を示すイメージ図である。
図１、図２に示すように、薄膜回路基板１には、音声出力部駆動部４、サージ対策部３、及び出力端子部２が設けられている。薄膜回路基板１は、ガラス等の絶縁性基板上に、多結晶シリコン薄膜を有する薄膜層が形成され、該薄膜層を用いて、音声出力部駆動部４がモノリシックで形成されている。音声出力部駆動部４は、薄膜層を用いて形成された薄膜トランジスタなどの薄膜素子より構成され、該音声出力部駆動部４内に入力された音声信号を、音声出力部５を駆動する駆動信号に変換して出力するものである。
出力端子部２は、音声出力部駆動部４から出力される駆動信号を出力する端子部であり、薄膜回路基板１上にモノリシックで形成されている。該出力端子部２は上記音声出力部５と、図示しないフレキシブル基板等を介して接続されることとなる。
サージ対策部３は、音声出力部駆動部４と出力端子部２との間の配線上に形成された、サージ対策素子が形成されている部分である。サージ対策素子は、音声出力部駆動部４と出力端子部２との間の配線に印加される電圧が所定の電圧を越えて増大すると、つまり該配線にサージ電圧が印加されると、該配線から過剰な電荷を除去するものであり、ここでは、該配線をグランドに接続して、サージ電圧により発生した電流（サージ電流）をグランドに逃がすようになっており、薄膜回路基板上にモノリシックで形成されている。
図３、図４に、上記サージ対策部３に形成されているサージ対策素子３ａの具体例を示す。ここで、サージ対策素子３ａは、音声出力部駆動部４の形成に用いられたものと同じ薄膜層を用いて形成されたＭＯＳトランジスタ（第２のＭＯＳトランジスタ）よりなる。
ＭＯＳトランジスタ１０は、図３に示すように、そのゲート端子１８が音声出力部駆動部４と出力端子部２との間の配線７に接続され、そのソース端子或いはドレイン端子１９がグランドと接続され接地されている。
図４は、ＭＯＳトランジスタ１０の断面図であり、図４において参照符号１２にて示すものが、薄膜回路基板１における上記した絶縁性基板である。該絶縁性基板１２上には、上記薄膜層よりなる半導体部１７が形成されており、該半導体部１７は、ドレイン／ソース領域１３・チャネル領域１４・ドレイン／ソース領域１５に分割されている。そして、半導体部１７を覆うようにゲート絶縁膜１６が形成され、該ゲート絶縁膜１６を介して、チャネル領域１４に対応する部分に、ゲート電極１１が形成されている。
ここで、注目すべきはゲート絶縁膜１６の設計にある。通常のＭＯＳトランジスタの場合、ゲート絶縁膜は、ゲート電極から半導体部へと電流が流れないように設計されているが、ＭＯＳトランジスタ１０のゲート絶縁膜１６は、敢えて、ゲート電極１１から半導体部１７へと電流が、ゲート電極１１に印加される電圧の増大によって流れ易くなるように設計されている。
具体的には、配線７から負荷に印加される電圧によりゲート電極１１に印加される電圧が、音声出力部駆動部４より出力される駆動信号の電圧範囲であれば、ゲート電極１１から半導体部１７へは電流がほぼ流れないが、配線７にかかる電圧の急激な増大に伴い、ゲート電極１１に印加される電圧が急激に増大すると、ゲート電極１１から半導体部１７へと流れる電流量も急峻に増加するように設計されている。
このような特性を実現し得るゲート絶縁膜１６の材料としては、五酸化タンタル或いは窒化シリコンを上げることができる。また、ゲート絶縁膜１６の特性は、その膜厚にもよるので、ここでは、材料並びに膜厚を調整して、上記のような特性を有するようなゲート絶縁膜１６を実現している。
音声出力部５は、音声出力部駆動部４の駆動信号にて駆動されることで、音声信号に応じた音を出力するものであり、振動部及び該振動部を駆動信号に応じて駆動する圧電素子からなる励振源部を有している。なお、音声出力部５の振動部を、後述のように、薄膜回路基板１とすることも可能である。
このような構成を有する薄膜回路基板１を備えた圧電式スピーカ装置では、音声出力部駆動部４より出力される音声信号に基づく駆動信号は、サージ対策部３のサージ対策素子３ａを通って出力端子部２より音声出力部５へと送られ、これにより、音声出力部５より音が出力される。ここで、サージ対策素子３ａを構成する上記ＭＯＳトランジスタ１０は、ゲート端子１８が音声出力部駆動部４と出力端子部２との間の配線７に接続されているので、該駆動信号の電圧がゲート電極１１に印加され、音声出力部駆動部４が音声出力部５を駆動している間は常にオン状態となる。但し、このとき、ゲート電極１１に印加される電圧が低いため、ゲート電極１１から半導体部１７へと流れる電流は非常に小さい。
一方、圧電式スピーカ装置が落下されるなどして強い衝撃を受けると、その衝撃から、圧電素子の持つ正圧電効果から生じる起電力によって、逆に音声出力部に対して多大な電圧（サージ電圧）印加と、このサージ電圧による電流（サージ電流）が発生し、これが経路を逆に伝わり薄膜回路基板１側に伝わるが、このような薄膜回路基板１の構成では、サージ対策部３が設けられているので、発生したサージ電流はこのサージ対策部３にまず入ることとなる。ここで、サージ対策部３のサージ対策素子３ａであるＭＯＳトランジスタ１０は、ゲート電極１１に、サージ電圧の大電圧が印加されることで、ゲート電極１１から半導体部１７へと流れる電流量が急峻に増大し、発生したサージ電流は、ゲート電極１１から半導体部１７を通ってグランドへと流れ込むこととなる。
したがって、このような薄膜回路基板１の構成とすることで、音声出力部５からのサージ電流は、音声出力部駆動部４に入力することはなく、音声出力部駆動部４の破壊を防止することができ、衝撃に強い圧電式スピーカ装置を実現できる。
しかも、このようなサージ電流をグランドに逃がす構成のサージ対策素子３ａは、薄膜回路基板１にモノリシック形成することができるので、薄膜回路基板１にサージ対策回路を外付けする構成に比して、装置全体小さく、かつ、低コストにてサージ対策を施すことが可能となる。
また、上記したＭＯＳトランジスタ１０よりなるサージ対策素子３ａの場合、特殊な性質を有するゲート絶縁膜１６に対しては成膜並びに加工といった工程は必要であるものの、その他の半導体部１７となる薄膜層やゲート電極１１となる電極層は、音声出力部駆動部４等を構成する薄膜層や電極層を用いて構成することができるので、これによっても、低コストにてサージ対策を行うことができる。
さらに、ＭＯＳトランジスタ１０のゲート絶縁膜１６をサージ電流の通り道としているので、ゲート絶縁膜１６が絶縁破壊されない限り、サージ電流を何度でもグランドへ逃がすことができ、繰り返し音声出力部駆動部４を保護することができるといった利点もある。
ここで、上記したサージ対策素子の変形例を図５を用いて説明する。音声出力部５のような圧電素子による落下衝撃のサージの場合、衝撃方向からのリバウンド応力による逆転起電力の発生もあるので、サージ対策素子としては、両極性に対応する構成であることが好ましい。
そこで、図５に示す変形例のサージ対策素子３ｂは、ｎチャネルＭＯＳトランジスタ５１とｐチャネルＭＯＳトランジスタ５２とを相補型接続してなる構成である。ｎチャネルＭＯＳトランジスタ５１及びｐチャネルＭＯＳトランジスタ５２の各ゲート端子がそれぞれ、上記した音声出力部駆動部４（図１参照）と出力端子部２（図１参照）との間の配線７に接続され、それぞれのソース端子或いはドレイン端子がグランドと接続され接地されている。
このような、チャネルＭＯＳトランジスタ５１とｐチャネルＭＯＳトランジスタ５２を相補型接続してなるサージ対策部３ｂでは、グランドに対して正極性のサージ電圧が印加された場合はｎチャネルＭＯＳトランジスタ５１が動作し、一方、グランドに対して負極性のサージ電圧が印加された場合はｐチャネルＭＯＳトランジスタ５２が動作する。これにより、どちらの極性のサージに対しても対応し得るものとなる。
サージ電流を多く流すためにも、絶縁膜の破壊が起こらずに十分な漏れ電流を維持するためにも、サージ対策素子は十分長いゲート長が必要となることが考えられるため、Ｃgd（ゲート−ドレイン間容量）を大きく形成することも可能であり、容量結合による短絡効果も併用することができる。
次に、図６を用いて、本発明の実施の他の形態である薄膜回路基板について説明する。該薄膜回路基板は、圧電式スピーカ装置の駆動回路を構成する薄膜回路基板であって、サージ対策素子の構成のみが前述した実施の形態の薄膜回路基板と異なる。したがって、ここでは、サージ対策素子の構成についてのみ説明する。
音声出力部５である負荷圧電素子の周波数特性から、さほどの高周波特性が期待されない場合は、サージ対策素子として、図６に示すような、薄膜トランジスタのソース接地型の動作を利用した電圧ダンパを形成してなる構成が好ましい。
図６に示すサージ対策素子３ｃは、ゲート端子が配線７に接続されたソース接地型のＭＯＳトランジスタ（第１のＭＯＳトランジスタ）５３と、ソースフォロワ型のＭＯＳトランジスタ５４とを備えている。ソース接地型のＭＯＳトランジスタ５３のゲート端子は、上記配線７に接続され、そのドレイン端子は、ソースフォロワ型のＭＯＳトランジスタ５４のゲート端子に接続されると共に、負荷抵抗Ｒ１を介してバイアス電圧Ｖｄｄに接続されている。ソースフォロワ型のＭＯＳトランジスタ５４はバッファを構成しており、ドレイン端子はバイアス電圧Ｖｄｄに接続され、そのソース端子は、抵抗Ｒ２を介して接地されると共に出力端子ＯＵＴに接続されている。
このような構成において、負荷抵抗Ｒ１は十分小さく設定されており、ゲインを抑えた状態で通常の飽和動作を行うようにバイアス電圧Ｖｄｄをソース接地型のＭＯＳトランジスタ５３のドレイン端子に印加すると、出力インピーダンスを低下すると同時にＭＯＳトランジスタ５２からは逆相電位の出力を得ることができる。得られた出力は、逆相キャンセルしきれないサージ電圧の影響を受けにくくするために、出力インピーダンスを更に抑えられるソースフォロワ型の接続がなされたＭＯＳトランジスタ５４のゲート端子に入力され、出力端子ＯＵＴより電圧ダンパ出力として取り出される。この電圧ダンパ出力は、薄膜回路基板の外部でサージ電圧のキャンセルに利用されるようになっている。なお、ソースフォロワ型のバッファのほかに、外部でトランスやストリップラインを用いた方向性結合素子を用いて電圧ダンパ出力を取り出してもよい。ゲインが不足する場合はＭＯＳトランジスタ５４の前段に適度なゲインのゲート接地型トランジスタ（図示せず）を設けてもよい。
また、この場合、待機時に大きな消費電力を必要とせずに済ませるために、ソース接地型のＭＯＳトランジスタ５３のゲート電圧を検知して、負荷抵抗Ｒ１とバイアス電圧Ｖｄｄとを接続するようなスイッチ回路を付加してもよい。
また、高周波特性が必要な場合や、出力インピーダンスをより低下させて、より大きな負荷圧電素子（音声出力部５）からのサージへの対応能力を向上する場合は、ソース接地型のＭＯＳトランジスタ５３を、ソースフォロワ型とし、ソースフォロワ型のＭＯＳトランジスタ５４をソース接地型としてその動作を用いることも可能である。
また、バイアス電圧Ｖｄｄの制限から、このような電圧ダンパによるサージ対策素子３ｃ単独でサージを完全にキャンセルする効果が期待できない場合は、前述の実施の形態で述べた、図３、図５に示す漏れ電流の利用を行うサージ対策素子３ａ、サージ対策素子３ｂと同時に利用することで、より保護効果を高めることができる。
さらに、漏れ電流型のサージ対策素子３ａ・３ｂに用いるＭＯＳトランジスタ１０・５３・５４を、電圧ダンパを構成する上記ソース接地型のＭＯＳトランジスタ５３と共用することも可能である。すなわち、上記ソース接地型のＭＯＳトランジスタ５３自身が漏れ電流型の特性を備えているＭＯＳトランジスタであってもよい。
このように、ＭＯＳトランジスタをサージ対策素子に用いることで、様々な条件下で負荷の逆起電力特性から想定されるサージの特徴に適応した保護素子系を形成することが可能となる。
次に、図７、図８を用いて、本発明の実施のさらなる他の形態である表示装置の駆動回路を構成する薄膜回路基板２０について説明する。図７は、該薄膜回路基板２０の構成を示す機能ブロック図である。図８は、薄膜回路基板２０上の各機能の配置を示すイメージ図である。なお、説明の便宜上、実施の形態１と同じ機能を有する部材には同じ参照符号を付して、その説明を省略する。
図７又は図８に示すように、薄膜回路基板２０には、映像信号入力部２６及び信号線ドライバ２７及び走査線ドライバ２８からなる表示部駆動部（表示部駆動回路）２２と、表示部２３と、サージ対策３と、入力端子部２１とが設けられている。薄膜回路基板２１は、表示部２３を構成するものでもあり、ガラス等の絶縁性基板上に、多結晶シリコン薄膜を有する薄膜層が形成され、該薄膜層を用いて、表示部２３における画素駆動用素子が形成されると共に、表示部２３の周囲に、表示部駆動部２２がモノリシック形成されている。
入力端子部２１は、表示部駆動部２２へと入力する映像信号が外部より入力される端子部であり、薄膜回路基板２１上にモノリシックで形成されている。この入力端子部２１には、本表示装置と映像信号を出力する装置である外部機器とを電気的に接続するための映像信号用接続端子２５が接続されている。
表示部駆動部２２は、上述したように、映像信号入力部２６及び信号線ドライバ２７及び走査線ドライバ２８からなるが、何れも薄膜層を用いて形成された薄膜トランジスタなどの薄膜素子より構成されており、入力端子部２１より入力された映像信号を映像信号入力部２６にて受け取り、所定の処理を施した後、信号線ドライバ２７及び走査線ドライバ２８へと送り、これら信号線ドライバ２７及び走査線ドライバ２８より駆動信号を出力して、映像信号に応じた画像を表示部２３に表示するものである。
そして、上記表示部駆動部２２と上記入力端子部２１との間には、薄膜回路基板１の場合と同様に、上記したサージ対策素子３ａ、サージ対策素子３ｂ、或いはサージ対策素子３ｃよりなるサージ対策部３がモノリシックで形成されている。
したがって、映像信号用接続端子２５に静電気に帯電した人が触れる等してサージ電圧が印加され、それにてサージ電流が発生したりしても、サージ対策部３にてグランドへと逃がされる、或いは逆相電位の出力にてキャンセルされるなどして配線から過剰な電荷が除去されるので、サージ電圧にて膜回路基板２０における表示部駆動部２２が破壊されるといったことがなく、静電対策に強い表示装置を実現できる。
なお、表示部２３としては、薄膜回路基板２０を用いて作成される薄膜素子にて駆動可能な表示素子であればよく、液晶を用いた液晶表示方式（反射型・透過型）や、ＥＬ(Electro Luminescence)素子を用いて表示を行う方式や、圧電素子やマイクロマシンなどで可動の画素部を制御して入射光の反乱又は散乱の状態を変更することによって表示を行うものや、ＦＥＤ（Field Emission Display）方式を用いたものなどがある。
なお、上述した各実施の形態では、上記した薄膜回路基板１・２０における絶縁性基板上に形成される薄膜層として、多結晶シリコン薄膜を含む薄膜層として説明したが、ここで言う多結晶シリコン薄膜には、非特許文献１に記載されているような、連続粒界結晶のシリコン薄膜も含まれる。
また、上述した各実施の形態では、絶縁性基板上に形成された薄膜層を用いて音声出力部駆動部４或いは表示部駆動部２２をモノリシックで形成した構成としたが、別基板上に形成した能動素子を上記絶縁性基板に貼り合わせる手法を用いて、音声出力部駆動部４或いは表示部駆動部２２を絶縁性基板上に形成してもよい。特に、絶縁性基板に別基板に形成した能動素子を貼り付けるに当たっては、能動素子を含む別基板が水素イオン注入部を有し、水素イオン注入部を有する該別基板を上記絶縁性基板に貼り合わせ、該別基板を熱処理する、水素イオン剥離法を用いた貼り合わせが好ましい。
能動素子を別基板上に形成し、これを基絶縁性基板に貼り付けるにおいて、接着剤を用いて貼りあわせる方法などもあるが、面倒な貼り付け作業が必要であり、また、接着剤の耐熱性が問題となるため、能動素子を貼り付けた後に実施可能な工程が制限されたりする。これに対し、水素イオン剥離法を用いた貼り合わせでは、接着剤を用いないので、このような問題が一切ない。
ここで、水素イオン剥離法でＭＯＳ型の単結晶シリコン薄膜トランジスタを貼り付ける例を説明する。貼り合わされる側の基板である単結晶シリコン基板には、表面にＭＯＳ型の単結晶シリコン薄膜トランジスタの一部を形成する酸化膜、ゲートパターン、不純物イオン注入部が形成され、かつ、表面から所定の深さに水素イオン注入部が設けられている。このような単結晶シリコン基板を、絶縁基板に対して酸化膜側において接合し、熱処理する。熱処理することで、基板間の接合が原子同士の結合に変わり強固な接合となると共に、水素イオン注入部において劈開剥離（熱処理により）が起こり、単結晶シリコン基板における不要部分が除去される。これにより、接着剤を使用しなくても容易にＭＯＳ型の単結晶シリコン薄膜トランジスタを、絶縁性基板上に貼り付けることができる。
次に、図９を用いて、本発明の実施のさらに他の形態である音源内蔵型表示装置の駆動回路を構成する薄膜回路基板３０について説明する。なお、説明の便宜上、実施の形態１、２と同じ機能を有する部材には同じ参照符号を付して、その説明を省略する。
図９は、本実施の形態である、音源内蔵型表示装置に搭載される薄膜回路基板３０上の各機能の配置を示すイメージ図である。
図９に示すように、入力／出力端子部３１は、外部機器より映像信号や音声信号が入力される端子部であって、かつ、音声出力部５を駆動する駆動信号の出力する端子部でもある。音声信号入力部２９は、様々な外部機器からの音声信号の入力を受け付けるものである。また、参照符号３５にて示すものは、本音源内型蔵表示装置と音声信号を出力する装置である外部機器とを電気的に接続するための音声信号用接続端子である。
入力／出力端子部３１と、映像信号入力部２６等を含む表示部駆動部２２との間には、サージ対策部３が設けられ、入力／出力端子部３１と音声信号入力部２９との間、及び入力／出力端子部３１と音声出力部駆動部４との間にも、サージ対策部３が設けられている。
したがって、映像信号用接続端子２５に、静電気を帯びた人が触れる等してサージ電流が発生し、これが映像信号用接続端子２５から入力／出力端子部３１を経て薄膜回路基板３０内に入り込んだとしても、サージ対策部３にてグランドへと逃がされるので、サージ電流による表示部駆動部２２の破壊を防止することができる。
同様に、音声信号用接続端子３５に、静電気を帯びた人が触れる等してサージ電流が発生し、これが音声信号用接続端子３５から入力／出力端子部３１を経て薄膜回路基板３０内に入り込んだとしても、サージ対策部３にてグランドへと逃がされるので、サージ電流による音声信号入力部２９並びに音声出力部駆動部４の破壊を防止することができる。
さらに、本音源内蔵型表示装置を落下するなどして音声出力部５にてサージ電流が発生し、これが入力／出力端子部３１を経て薄膜回路基板３０内に入り込んだとしても、サージ対策部３にてグランドへと逃がされるので、サージ電流による音声信号入力部２９並びに音声出力部駆動部４の破壊を防止することができる。
次に、図１０〜図１２を用いて、上記した薄膜回路基板３０を搭載した音源内蔵型型表示装について説明する。但し、ここでは、入力／出力端子部３１は、映像信号用接続端子２５及び音声信号用接続端子３５には接続されておらず、フレキシブルプリント基板（Flexible Printed Circuit、以下ＦＰＣと記載する）４５にて、外部機器と接続された構成を示す。
図１０は、音源内蔵型表示装置の構成を示す斜視図であり、図１１は、図１０におけるＡ−Ａ’線矢視断面図、図１２は、音源内蔵型表示装置の外観図である。
音源内蔵型表示装置は、図１０に示すように、表示部２３を構成すると共に、音声出力部５の振動部としての機能も有する液晶パネル４０と、音声出力部５における振動部を振動させる励振源部としての機能を有する音声デバイス４１とを備えている。
液晶パネル４０では、上記した薄膜回路基板３０は液晶層を挟む一方の基板として用いられており、薄膜回路基板３０に対向して、もう一方の基板である対向基板４２が配されている。音声デバイス４１は、図１２にも示すように、音源内蔵型表示装置の筐体をなすベゼル４３内部に収容されている。ベゼル４３は、液晶パネル４０の背面を覆うと共に、表示に寄与する表示領域に相当する箇所に開口部が形成されている。
ここで、音声デバイス４１は、表示面側であって、液晶パネル４０における表示領域の周縁部部分に位置するように配置されている。この周縁部が、ベゼル４３にて覆われる音源内蔵型表示装置における額縁部に相当する。音声デバイス４１は、この位置であれば、液晶パネル４０側に固定されていても、ベゼル４３側に固定されていてもよい。
なお、音声デバイス４１は、後述するように、音源内蔵型表示装置の背面側となる液晶パネル４０の裏面側に配することも可能である。この場合の配置位置は例えば反射型液晶の場合などは周縁部部分である必要はなく、液晶パネルの平面領域内に収まるように、液晶パネルに積層して配置すればよい。
ところで、周縁部を大きくすることなく、音声デバイス４１を周縁部に配設するには、音声デバイス４１自体を薄く・小さく・細く形成する必要がある。液晶パネル４０が反射型液晶であり、その裏面に配する場合は、表面の周縁部に配する場合程ではないものの、やはり、他の機能素子の配設空間等を確保するためには、同様のことが望まれる。
また、音声デバイス４１としては、ロッシェル塩の結晶やセラミックの薄板からなる圧電素子を用いているが、該音声デバイス４１を駆動する音声出力部駆動部や、音声信号入力部等の音声系統の回路は、半導体素子等で構成されるため、音声デバイス４１とは一緒に作れず、プリント基板等を用いて別に作る必要がある。しかしながら、音声系統の回路を別途プリント基板等で作って、これを液晶モジュールの中に入れ込むことはサイズ的に不適切である。
そこで、本実施の形態では、上述したように、音声出力部駆動部４等を薄膜回路基板３０に作りこんでいる。このように、音声系統の回路部を液晶パネル４０の薄膜回路基板３０に形成することで、音声系統の回路を構成するプリント基板等を音源内蔵型表示装置内に組み込むことなく、音声デバイス４１を薄く・小さく・細く形成して、音源内蔵型表示装置における額縁部に問題なく配置することができる。また、別基板を必要としない分、コスト削減が可能となる。
また、本実施の形態では、薄膜回路基板３０への音声信号の入力を映像信号と共に、薄膜回路基板３０の入力／出力端子部３１に接続される１枚の柔軟性を有するＦＰＣ４５を共用して入力する構成となっている。したがって、映像信号用と音声信号用とで別々の２枚のＦＰＣが薄膜回路基板３０に接続される構成に比べて、部材点数及び接続工程数を削減でき、これによってもコスト削減が可能となる。
さらに、本実施の形態では、このように液晶パネル４０に積層するように配された音声デバイス４１と、液晶パネル４０の薄膜回路基板３０に形成された上記音声出力部駆動部４との接続において、以下のような工夫を施している。
つまり、薄膜回路基板３０側に形成された音声出力部駆動部４と、薄膜回路基板３０に積層して配された音声デバイス４１との接続とを、図１１により詳細に示されるように、薄膜回路基板３０に接続されている上記した映像信号・音声信号入力用のＦＰＣ４５を接続に利用するようになっており、該ＦＰＣ４５には音声出力部駆動部４から出力される信号を取り出すための配線（図示せず）と、該配線に繋がる接続端子部４５ａをも形成しておく。この接続端子部４５ａは、ＦＰＣ４５の中間位置であり、ベゼル４３内に収まる部分であることが好ましい。そして、音声デバイス４１には、別のＦＰＣ４６の一端を接続しておき、該ＦＰＣ４６のもう一方の端部に形成された接続端子部４６ａを、ＦＰＣ４５の接続端子部４５ａに、対向面同士を貼り合わせるように接続（電気的かつ機械的）している。接続には、ＡＣＦ圧着やはんだ付け等の手法を用いることができる。
つまり、液晶パネル４０と外部機器との接続を行うＦＰＣ４５と、積層されている音声デバイス４１への信号線接続を行うＦＰＣ４６とを備え、上記ＦＰＣ３６の一端が音声デバイス４１に接続され、他方がＦＰＣ４５の中間に接続されることでＦＰＣ４６とＦＰＣ４５との双方のＦＰＣを通じて液晶パネル４０上の音声の回路部と音声デバイス４１自体との接続を行っている。
このようなＦＰＣ４５を利用した接続では、ＦＰＣ４６がＵ字状に湾曲されないので、ＦＰＣ４６と音声デバイス４１及びＦＰＣ４５との接続は高い信頼性を確保することができると共に、ＦＰＣ４６の長さも十分に短くすることができるので、液晶パネル４０の外側へ迫り出す部分を小さくすることができ、額縁部を狭くしようとする技術に見合う結果となる。しかも、ＦＰＣ４５とＦＰＣ４６と貼り合わせるだけの接合（接着）なので、従来の湾曲を伴う接続に比べて接続が容易であり、低コストである。
薄膜回路基板に駆動回路が形成される、圧電式スピーカ装置や、圧電素子を用いたスピーカ機能を内蔵する音源内装型表示装置、或いは外部より映像信号や音声信号が入力される表示装置など、駆動回路が薄膜回路基板に形成されたサージ電流対策の必要な様々な装置に適用できる。
１ 薄膜回路基板
２ 出力端子部
３ サージ対策部
３ａ サージ対策素子
３ｂ サージ対策素子
３ｃ サージ対策素子（電圧ダンパ手段）
４ 音声出力部駆動部
５ 音声出力部
１０ ＭＯＳトランジスタ(第２のＭＯＳトランジスタ)
５１ ｎチャネルＭＯＳトランジスタ(第２のＭＯＳトランジスタ)
５２ ｐチャネルＭＯＳトランジスタ(第２のＭＯＳトランジスタ)
５３ ソース接地型のＭＯＳトランジスタ（第１のＭＯＳトランジスタ）
５４ ソースフォロワ型のＭＯＳトランジスタ
１１ ゲート電極
１２ 絶縁性基板
１６ ゲート絶縁膜
１７ 半導体部
１８ ゲート端子
１９ ソース端子或いはドレイン端子
２０ 薄膜回路基板
２１ 入力端子部
２２ 表示部駆動部
２３ 表示部
２５ 映像信号用接続端子
３５ 音声信号用接続端子
４１ 音声デバイス
２ 出力端子部
３ サージ対策部
３ａ サージ対策素子
３ｂ サージ対策素子
３ｃ サージ対策素子（電圧ダンパ手段）
４ 音声出力部駆動部
５ 音声出力部
１０ ＭＯＳトランジスタ(第２のＭＯＳトランジスタ)
５１ ｎチャネルＭＯＳトランジスタ(第２のＭＯＳトランジスタ)
５２ ｐチャネルＭＯＳトランジスタ(第２のＭＯＳトランジスタ)
５３ ソース接地型のＭＯＳトランジスタ（第１のＭＯＳトランジスタ）
５４ ソースフォロワ型のＭＯＳトランジスタ
１１ ゲート電極
１２ 絶縁性基板
１６ ゲート絶縁膜
１７ 半導体部
１８ ゲート端子
１９ ソース端子或いはドレイン端子
２０ 薄膜回路基板
２１ 入力端子部
２２ 表示部駆動部
２３ 表示部
２５ 映像信号用接続端子
３５ 音声信号用接続端子
４１ 音声デバイス
Claims (11)
- ガラス基板等の絶縁性基板上に薄膜層が形成され、該薄膜層に駆動回路等の回路部の少なくとも一部が形成された薄膜回路基板において、
上記絶縁性基板上であって、上記回路部と該回路部の入力端子部または出力端子部との間の配線上に、該配線に対する所定の範囲を超える電圧印加に対して、該配線から過剰な電荷を除去するサージ対策素子が設けられ、
上記サージ対策素子は、上記薄膜層を用いて形成されたソース接地型の第１のＭＯＳトランジスタを有する電圧ダンパ手段であって、上記配線の電位の逆相電位の信号を出力する電圧ダンパ手段を備えていることを特徴とする薄膜回路基板。 - 上記サージ対策素子が、上記薄膜層を用いて形成された第２のＭＯＳトランジスタを備え、該第２のＭＯＳトランジスタのゲート端子は上記配線に接続されると共に、ソース端子或いはドレイン端子は接地され、かつ、ゲート絶縁膜は上記配線に印加される電圧の増大に伴ってゲート電極からチャネル領域へと流れ出る漏れ電流量が急峻に増大するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の薄膜回路基板。
- 上記ゲート絶縁膜が五酸化タンタルであることを特徴とする請求項２に記載の薄膜回路基板。
- 上記ゲート絶縁膜が窒化シリコンであることを特徴とする請求項２に記載の薄膜回路基板。
- 上記サージ対策素子において、上記第１のＭＯＳトランジスタと第２のＭＯＳトランジスタとが共用されていることを特徴とする請求項２に記載の薄膜回路基板。
- 上記薄膜層が多結晶珪素薄膜を含むことを特徴とする請求項１に記載の薄膜回路基板。
- 上記回路部の少なくとも一部が、別基板上に形成した能動素子を上記絶縁性基板に貼り合わせることで形成されており、該能動素子を含む上記別基板は水素イオン注入部を有し、該水素イオン注入部が形成された該別基板を上記絶縁性基板に貼り合わせた後、該別基板を熱処理することで、上記能動素子が上記絶縁性基板に貼り付けられていることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の薄膜回路基板。
- 上記請求項１に記載の薄膜回路基板と、
音声信号に応じた音を出力する音声出力部とを備え、
該音声出力部が振動部及び該振動部を駆動信号に応じて駆動する圧電素子からなる励振源部を有し、上記薄膜回路基板における上記回路部が上記音声出力部を音声信号に応じて駆動する音声出力部駆動部を含んでいることを特徴とする圧電式スピーカ装置。 - 上記振動部が上記薄膜回路基板であり、上記励振源部は該薄膜回路基板を振動させて音を出力することを特徴とする請求項８に記載の圧電式スピーカ装置。
- 上記請求項１に記載の薄膜回路基板と、
映像信号に応じた画像を表示する表示部とを備え、
上記薄膜回路基板における上記回路部が上記表示部を映像信号に応じて駆動する表示部駆動部を含んでいることを特徴とする表示装置。 - 上記請求項１に記載の薄膜回路基板と、
音声信号に応じた音を出力する音声出力部と、
映像信号に応じた画像を表示する表示部とを備え、
上記薄膜回路基板が該表示部を構成すると共に、該音声出力部が振動部及び該振動部を駆動信号に応じて駆動する圧電素子からなる励振源部を有し、上記振動部が上記薄膜回路基板であり、かつ、上記薄膜回路基板における上記回路部が、上記音声出力部を音声信号に応じて駆動する音声出力部駆動部と、該表示部を映像信号に応じて駆動する表示部駆動部を含んでいることを特徴とする音源内蔵型表示装置。
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