JPS60198580A - 半導体表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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Ｉ
ＧＦという）を用いて、マトリッ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ィブマトリッ
クス方式の平面型ディスプレー装置、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ッセンス
（１！Ｌという）のディ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ッセンスを
アクティ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ＨＬ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
のアクティブエレメントをマスクプロセスにより充填材
を区別（アイソレイション）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
（アイソレイション抵抗）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（アイソレイション）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ョン
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
るマトリックス配列された絵素群は１つのＩＧＦ　（２
）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ィブエレメントはＬＣＤまたはＬＣ
Ｄ用（エレクトロクロミック）等、非発光素子のマトリ
ックス化は可能であったが、それ自体が発光するものは
まったくマトリックス化できないのが現状であった。

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Ｃ
ＴＦを設けたのみであり、かつその間にＬＣＤを充填す
るにとどまっていた。

本発明は緑色発光する発光体（勿論他の色またはフルカ
ラ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）をマトリッ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ＩＧＦ　
（２）と１つのＨＬ（１）より設けられている。

しかしＩＧＦ　（２）の一方の電極（第１の電極（２２
）　）とＥＬ（１）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ＩＧ
Ｆが連結した第１の電極（２２）　との間に抵抗性の導
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卿ける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、スパッタ法等により作製させる。さらにそ
の上に選択的にｉ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、歩留り低下をまったく誘発しない。

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（昼下連結抵抗という
）は隣の絵素の電極との間の抵抗（以下アイソレイショ
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ィ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、３Ｘ３（ＲＧＩを分けると
３Ｘ３Ｘ３）のマトリッ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、マトリックス内
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′ｆ＞の隣同志の間隔即ち（３）、＜　３
３（３つ間の間隔は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
イション抵抗が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、アクティブエレメントは１つのＩＧＦ
　（２）のソースまたはドレインに直結した１　第１の
電極（２２）と、電圧駆動型表示素子（ここではＩＩし
＞（１）、（１’）　（１つに密接した第３の電極（３
３）、＜３３’＞、　（３３つとを有し、それらの間に
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ョ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の色フィ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）、＜　３　’入（３”）と
して色制御用デコーダ（９）に（１１）、（１２＞。

（１３）　・・・・　（１１Ｗ）、　（１２つ、（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つ
に連結されている。またＩＧＦのゲイト電極は、Ｘ方向
（４）、＜　４　ｔ）。

（４つに連結されている。

図面において、一方の第１の基板に゛はデコーダ（７）
、＜８＞、ＩＧＦ　（１）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ＣＴ
Ｆの第２の電極を３９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Ｌ）、それらは色分別用５ｌｊＪ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ＲＬを蒸着法
、スパッタ法で形成し、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ＩＧ
Ｆ　（２）は対（ペア）を構成した並列構成しえ、一方
のＩＧＦがショートまたはオープン不良（特にショート
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。

この縦チャネル型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、ＩＧＦ　（２）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（１５Ｘ厚さ５００〜３０００人）、積層
体（１６＞＜厚さ０．５〜５μ〉（実際は窒化珪素膜を
用いた入ドレインまたはソース（１７Ｘ厚さ５００〜３
０００人とＹ方向のリードを兼ねた電極（１Ｂ）〈厚さ
ｉｏｏ。

〜５０００人）、層間絶縁Ｊｌｉｌ　（１９〉〈０．５
〜３　ｕＸ実際にはＰＩＧを用いた）が設けられている
。さらにこれらを覆っ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（アモルファ
ス構造を含むＸ２１）が０．１−０．４μの厚さでこれ
らの積層体を覆っている。

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ＨｌＳ
ｉ　（ＣＩＩＪ　）ＺとＳｎＩ２との混合気体を用いて
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、チャネル形成領域（２１
）での耐圧の向上を図った。

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）ｔ（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５００〜３０００人）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３００〜３
０００人０２０）を設けている。

このゲイト電極はＸ方向のパスラインを構成するリード
（４）、（４’入（４つと連結しており、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／口以下にしている。

また第２の、基板（２６）にはＣＴＦ　（３）を弗素が
添加されたＳｎＯよまたは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ｌ一体をスパッタ法または電
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Ｅ
Ｌ発光体（４１）を構成せしめた。

さらにこの上面にマスクを用い、緑色の反射を大きくす
るため、厚さ１４００人と緑色の部分の一波長に合わせ
込んだ反射助長膜を、’１１０３　＊　ｋＴｉＯ＊　等
の誘電体またはＩＴＯまたは５ｔ（ｂを用いＥＬ上に設
けた。加えてその上面に反射性金属ここではアルミルニ
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の透光性基板上にはＣＴＦ、
ＥＬ発光体、第３の電極を設けた。

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、第１の基板上に導電材料（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）と第３の電極（３３）とを電気的にボンディング
を行なわな（ても連結させることができた。

この導電材料（４１）は厚さ０．３〜５〃例えｑ１μ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であった。

しかし他方、第２の電極（３３）、＜　３３９は５０μ
以上も互いに離間しており、加えて面積（電極（３３）
、＜３３′）の厚さＩ’ｌｌ）と小さいため、そのアイ
ソレイション抵抗（３Ｇ）はＩＯＫΩ〜２００にΩを有
していた。即ちそれぞれを形状的にアイソレイション構
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’）の面積
においてドツト部分がＩＧＦの電圧により印加すること
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、ＩＧＦ　（２）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（３
３）も第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ＨＬ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、ガラスまたは住人ベークライト
社製スミラード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ック等で設けた基板を用いること
は有効である。

以上の構成によって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　Ｘ１００素子を５ｃｍ　Ｘ
　５ｃｍに設Ｌ）た場合、第１の電極即ち電流ライン（
５）（５’）、（５りと第２の電極（３）との間には８
０Ｖを加え、ゲイト電圧０または＋ＩＯＶにて制御して
所定の番地のみを選択的に発光させるアクティブエレメ
ントとさせることができた。かくしてＥＬ発光体を用い
たマトリックス化した半導体ディ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ＢＬ部、他方に制御部を設け、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った。従来方法では
１００　Ｘ１００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％を越えるロフトすらも得ることがで
きた。

このため、この素子数が５２５　Ｘ６４０と大きくなっ
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ＣＴＰ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は縦チャネル型であり
１．２つの対として用いた。しかしこれを１つのみとし
ても、また横チャネル型のＩＧＦであってもよいことは
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Ｚｎ五ＴｂＦ３　における結晶化を
より完全にすることには５〜ＩＯＶ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ＲＧＨのフ
ィルタを設けないならば単色の高解像度型のディスプレ
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為
効力化が可能となった暁には、充填材（４０）をＬＣＤ
とし、さらに（４１）をＢＬ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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、絶縁表面を有する基板上にマトリックス配列をした
   絵素群における各絵素に対応した一方の第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、前
   記絵素の第１の電極に対を構成して配列された他方の第
   ２の電極とを有し、前記第１および第２の電極間には発
   光体が設けられた表示素子において、前記発光体下の第
   ３の電極と前記第１の電極間には導電製材料が充填され
   て電気的連結がなされたことを特徴とする半導体表示装
   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
   構成して配夕ｉ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。