發光閘流晶體管矩陣陣列及其驅動電路的制作方法

專利名稱：發光閘流晶體管矩陣陣列及其驅動電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及在芯片上形成的發光閘流晶體管矩陣陣列，特別是能夠減小芯片的面積的發光閘流晶體管矩陣陣列及其驅動電路。
特別是，由于一個引線鍵合焊盤的面積通常是一個發光元件面積的幾倍以上，所以發光元件密度的增加直接導數芯片面積的增加。
為了避免這些問題，提出了內裝移位寄存器的發光元件、發光二極管(LED)矩陣陣列、發光閘流晶體管矩陣陣列等。


圖1中示出發光閘流晶體管矩陣陣列之一例。如果用該矩陣陣列，則多個三端子發光閘流晶體管T1、T2、T3、…直線狀排列。這些發光閘流晶體管分成每4個一組，各組的發光閘流晶體管的陽極分別共同連接到陽極端子A1、A2、A3、…，各組的發光閘流晶體管的各柵極分別對應地連接到柵選擇線G1～G4，各發光閘流晶體管的陰極共同連接到陰極線K。
由柵選擇線G1～G4的電壓平、陽極端子A1、A2、A3、…的電壓平的組合來決定發光閘流晶體管T1、T2、T3、…的點亮狀態。由于該矩陣陣列是陰極共用型，所以在把陰極線取為L電平，把柵選擇線中的一根Gj取為L電平，把其他取為H電平的狀態下，如果把陽極端子Ai取為H電平，則發光閘流晶體管Tj+4(j-1)點亮。
雖然在現有的N個(N是大于等于2的整數)發光元件排列成的發光元件陣列中，為了控制N個發光元件，有必要引出N根控制端子，但是在有M根柵選擇線的發光閘流晶體管矩陣陣列中，成為(N/M+M)個控制端子數。在發光閘流晶體管矩陣陣列中，能夠同時發光的發光閘流晶體管的個數等于陽極端子數。此外，發光占空比為1/M。在圖1的構成中，如令N＝128，則因為柵選擇線為4根，所以陽極端子數為32個。
通過用該發光閘流晶體管矩陣陣列，可以減少矩陣陣列芯片上的引線鍵合焊盤的個數。在能夠減少引線鍵合焊盤個數的該構成中，柵選擇線的根數M如下選擇。也就是說，在發光閘流晶體管的個數為N的場合，M選擇成接近于N1/2的整數，而且N/M為整數。例如N＝128時，選擇M＝8或M＝16時引線鍵合焊盤的個數總共24個為最小。因而，減小芯片面積成為可能，可以降低芯片的成本。
再者，采用發光閘流晶體管的圖1的電路構成也是本申請人提出的，已經取得專利權(日本專利第2807910號)。該專利的內容引入本申請作為參考。
如前所述，雖然可以使引線鍵合焊盤的個數最小，但是在該場合芯片面積未必就成為最小。一般來說矩陣陣列芯片由晶片切成平行四邊形(通常是矩形)。芯片長邊的長度由發光閘流晶體管的排列間距與個數之積來確定，短邊的長度主要由發光閘流晶體管和配線和鍵合焊盤的寬度之和來確定。因為一個鍵合焊盤所需的面積取決于引線鍵合機的性能等，故如果不減少鍵合焊盤的行數就不能縮短芯片短邊的長度，所以即使減少鍵合焊盤的個數也不能減小芯片面積。
為要減小芯片面積，有必要把鍵合焊盤與芯片長邊平行地配置成一行，減小芯片短邊的長度。通過增加柵選擇線的根數M，減少鍵合焊盤的個數，使把鍵合焊盤配置成一行成為可能。但是，由于柵選擇線與芯片長邊相平行地從芯片的一端配置到另一端，所以如果增加柵選擇線，則芯片的短邊長度增加。因此，有必要把鍵合焊盤配置成一行，并確定柵選擇線根數，以便柵選擇線的根數M盡可能少。
在N個(N為大于等于2的整數)三端子發光閘流晶體管排列成一行的發光閘流晶體管矩陣陣列中，把N個發光閘流晶體管的陰極或陽極連接到公用端子，有M根(M為2以上的整數)柵選擇線，把第k號發光閘流晶體管的柵極連接到第i號〔i＝{(k-1)MOD M}+1〕柵選擇線(這里，(k-1)MOD M表示把(k-1)除以M時的余數)，把第k號發光閘流晶體管的未連接到公用端子的陽極或陰極連接到第j號〔j＝{(k-i)/M}+1〕陽極端子Aj，或陽極端子Kj。
在該場合，令L為芯片長邊長度，令p為鍵合焊盤的排列間距臨界值時，選擇M的值以便滿足L/{(N/M)+M}＞p。此時，p的值，雖然如果使用高精度鍵合機則可以減小，但是因為如果是過小的值則作業時間加長，故實用上可以考慮75μm左右。
如果用本發明，則也可以是把陽極或陰極連接到選擇線的構成。在該場合，成為把N個三端子發光閘流晶體管的陰極或陽極連接到公用端子，有M根陽極選擇線或陰極選擇線，把第k號發光閘流晶體管的未連接到公用端子的陽極或陰極連接到第i號〔i＝{(k-1)MOD M}+1〕陽極選擇線Ai或陰極選擇線Ki，把柵極連接到第j號〔j＝{(k-i)/M}+1〕柵極端子Gi的構成。
在有平行于芯片的長邊排列成一行的鍵合焊盤的發光閘流晶體管矩陣陣列中上，鄰接地配置著驅動集成電路，發光閘流晶體管矩陣陣列芯片與驅動集成電路各自的端子間靠引線鍵合直接連接起來。
在像這樣發光閘流晶體管矩陣陣列芯片與驅動集成電路靠引線鍵合直接連接起來的結構中，必須把芯片一側的鍵合焊盤的排列間距與驅動集成電路一側的鍵合焊盤的排列間距取為幾乎相同。因此，每當發光閘流晶體管矩陣陣列的分辨率改變，就需要準備另外的驅動集成電路。因此，多個種類的驅動集成電路成為必要的，招致成本提高。
因而，本發明的另一個目的在于提供一種能夠對于分辨率不同的多個發光閘流晶體管矩陣陣列通用的驅動集成電路。
在三端子發光閘流晶體管矩陣陣列的場合，如前所述，通過選擇柵選擇線的根數來減少發光元件上的鍵合焊盤的個數，可以把鍵合焊盤配置成一行。因此，在針對某種分辨率確定柵選擇線的根數時，陽極端子的個數確定。若是把分辨率取為兩倍時，準備僅柵選擇線的根數加倍的發光閘流晶體管矩陣陣列芯片就可以了。因而并不改變必須供給大電流的陽極端子驅動電路的數量，而是通過額外擁有僅施加電壓信號就可以了的柵選擇線驅動電路，可以用同一個驅動集成電路來驅動不同分辨率的發光閘流晶體管矩陣陣列芯片。由此，可以減少準備的驅動集成電路的種類，可以降低成本。
圖2表示本發明的發光閘流晶體管矩陣陣列的一個實施例的芯片。
圖3A和圖3B是表示圖2的發光閘流晶體管矩陣陣列的結構。
圖4表示在具有600dpi、128發光點的發光閘流晶體管矩陣陣列中，使柵選擇線的根數M改變的場合計算芯片的短邊長度的結果。
圖5表示在具有600dpi、192發光點的發光閘流晶體管矩陣陣列中，使柵選擇線的根數M改變的場合計算芯片的短邊長度的結果。
圖6表示在具有1200dpi、256發光點的發光閘流晶體管矩陣陣列中，使柵選擇線的根數M改變的場合計算芯片的短邊長度的結果。
圖7表示在具有2400dpi、512發光點的發光閘流晶體管矩陣陣列中，使柵選擇線的根數M改變的場合計算芯片的短邊長度的結果。
圖8表示驅動集成電路之一例。
圖9表示128發光點/600dpi/4柵極配線的發光閘流晶體管矩陣陣列與驅動集成電路的鍵合引線的連接例。
圖10表示192發光點/900dpi/6柵極配線的發光閘流晶體管矩陣陣列與驅動集成電路的鍵合引線的連接例。
圖11表示256發光點/1200dpi/8柵極配線的發光閘流晶體管矩陣陣列與驅動集成電路的鍵合引線的連接例。
圖12表示驅動集成電路的另一個例子。
圖13表示128發光點/600dpi/4柵極配線的發光閘流晶體管矩陣陣列與驅動集成電路的鍵合引線的連接例。
圖14表示128發光點/600dpi/4柵極配線的發光閘流晶體管矩陣陣列與驅動集成電路的鍵合引線的另一個連接例。
圖15表示現有的發光閘流晶體管矩陣陣列的另一個例子。
(第1實施例)圖2中示出發光閘流晶體管矩陣陣列的一個實施例的芯片。圖3A和圖3B示出用于該發光閘流晶體管矩陣陣列的發光閘流晶體管的結構。
首先，參照圖3A和圖3B來說明發光閘流晶體管的結構。圖3A是俯視圖，圖3B是沿圖3A的X-X’線截取的剖視圖。發光閘流晶體管20在n型半導體基板21上依次疊層n型半導體層22、p型半導體層23、n型半導體層24、p型半導體層25，在p型半導體層25上形成陽極26，在n型半導體層24上形成柵極27。雖然未畫出，但是在n型半導體基板21的背面上設有陰極。
圖2中所示的發光閘流晶體管矩陣陣列芯片8把上述這種發光閘流晶體管20按128個、600dpi(點每英寸)排列成一行，鍵合焊盤10與之平行地排列成一行，并把多根柵選擇線與發光閘流晶體管的陣列平行地配置而構成。
鍵合焊盤10的排列間距因為引線鍵合機的精度，必須是75μm以上的間距。鍵合焊盤10沿芯片短邊方向的寬度為150μm。此外，一根柵選擇線30的寬度為15μm。
計算在這種構成的芯片中，使柵選擇線的根數M變化的場合的芯片的短邊長度。計算結果示于圖4的曲線圖。因為M是能夠整除128的整數，所以可以從1、2、4、8、16、32、64、128中選取。從圖4的曲線圖看出，在柵選擇線根數M＝2時芯片短邊長度最小。但是在M＝2時如果鍵合焊盤的排列間距大約80μm，則鍵合焊盤排列間距的臨界值p就到極限了，需要精度高的連接。如果選取M＝4、8，則與M＝2的場合相比因為鍵合焊盤的個數減少，故可以加大鍵合焊盤的排列間距。因而，柵選擇線的根數M從4或8中選擇是合適的。
(第2實施例)考慮具有600dpi、192發光點的發光閘流晶體管矩陣陣列。與第1實施例同樣，使柵選擇線的根數M變化的場合計算芯片的短邊長度的結果示于圖5的曲線圖。在該矩陣陣列中，因為192＝26×3，所以具有素因數3，故能夠整除192的值M的個數增加，M可以從1、2、3、4、6、8、12、16、24、32、48、64、96、192中選取。雖然在M＝2時芯片短邊長度最小，但是出于與第1實施例同樣的理由，因為如果M的值加大則有可以加大鍵合焊盤的排列間距這樣的優點，故與第1實施例同樣把M的選擇對象擴大到M≤8。也就是說，柵選擇線根數M可以從3、4、6、8中選取。
(第3實施例)考慮具有256發光點、1200dpi的發光閘流晶體管陣列。與第1實施例同樣，使柵選擇線的根數M變化的場合計算芯片的短邊長度的結果示于圖6的曲線圖。從圖6的曲線圖看出，M從4、8、16中選取某一個就可以了。
(第4實施例)考慮具有512發光點、2400dpi的發光閘流晶體管矩陣陣列。與第1實施例同樣，使柵選擇線的根數M變化的場合計算芯片的短邊長度的結果示于圖7的曲線圖。從圖7的曲線圖看出，M從8、16、32中選取某一個就可以了。
(第5實施例)考慮具有32×n(n＝4、6、8)發光點的矩陣陣列用的驅動電路(集成電路)。圖8示出128發光點/600dpi/4柵選擇線、192發光點/900dpi/6柵選擇線、256發光點/1200dpi/8柵選擇線等3種發光閘流晶體管矩陣陣列芯片上能夠通用的驅動集成電路。
驅動集成電路由柵選擇線驅動電路40和陽極端子驅動電路50組成。柵選擇線驅動電路40由8位串行輸入/并行輸出移位寄存器100組成。131～138是柵選擇信號輸出端子，連接到發光閘流晶體管矩陣陣列芯片的柵選擇線G1～Gn用的鍵合焊盤。
用復位端子102使移位寄存器100復位(所有位H電平)之后，把輸出端子101取為L電平，把時鐘送到端子103，使該L電平狀態依次移位，使輸出端子131～138依次成為L電平。在發光閘流晶體管矩陣陣列的第i根柵選擇線Gi成為L時，與柵選擇線Gi相連接的發光閘流晶體管能夠點亮。這樣一來，輸出端子131～138因為選擇一根柵選擇線，故把“選擇”信號輸出到一個輸出端子，把“未選擇”信號輸出到其他輸出端子。
再說，由于在具有發光點數為32×n(n＝4、6、8)個的發光點的發光閘流晶體管矩陣陣列中柵選擇線為n根，所以在使柵選擇線Gn為L電平之后，接著打算把柵選擇線G1再次取為L電平。因此，把柵選擇線Gn取為L電平的下一個定時里把輸入端子101再次取為L電平，把時鐘送到端子103，把柵選擇線G1取為L電平。
陽極端子驅動電路50能夠同時驅動32個發光點。發光閘流晶體管的光輸出由電流驅動電路400的電流源420來調整。根據向電流值數據輸入端子422的電流值數據(6位)輸入，可以調整電流源420的電流值，根據電流輸出許可端子421的狀態，電流從輸出端子501～532輸出。
通過具有復位端子202和時鐘端子203的移位寄存器200，從輸入到數據輸入端子201的串行信號劃分32組6位數據，生成電流值數據，由具有鎖存端子231的鎖存器230來保持，輸入到電流值數據輸入端子422。在移位寄存器200上有數據輸出端子210，可以把該輸出端子連接到相鄰的驅動集成電路的數據輸入端子201。由此可以減少光寫入頭內的電流數據線的根數。
通過具有復位端子302和時鐘端子303的移位寄存器300，從輸入到數據輸入端子301的串行信號劃分32組1位數據，生成圖像數據，由具有鎖存端子331的鎖存器330來保持，輸入到與門410的輸入端子。與門410的一個輸入端子連接到發光許可端子430。與門410的輸出端子構成上述電流輸出許可端子421。在移位寄存器300上有數據輸出端子310，可以把該輸出連接到相鄰的驅動集成電路的數據輸入端子301。由此可以減少光寫入頭內的圖像數據線的根數。
圖9中示出把上述構成的驅動集成電路600用鍵合引線連接到128發光點/600dpi/4柵選擇線的發光閘流晶體管矩陣陣列芯片700的例子。驅動集成電路600的陽極端子驅動電路50的輸出端子501、502、…、532用鍵合引線45分別連接到矩陣陣列芯片700的陽極端子A1、A2、…、A32，驅動集成電路600的柵選擇線驅動電路40的輸出端子131、132、133、134用鍵合引線55分別連接到矩陣陣列700的柵選擇端子G1、G2、G3、G4。
圖10中示出把驅動集成電路600用鍵合引線連接到192發光點/900dpi/6柵選擇線的發光閘流晶體管矩陣陣列芯片710的例子。驅動集成電路600的輸出端子501、502、…、532用鍵合引線45分別連接到矩陣陣列芯片710的陽極端子A1、A2、…、A32，驅動集成電路600的輸出端子131、132、133、134、135、136用鍵合引線55分別連接到矩陣陣列710的柵選擇端子G1、G2、G3、G4、G5、G6。
圖11中示出把驅動集成電路600用鍵合引線連接到256發光點/1200dpi/8柵選擇線的發光閘流晶體管矩陣陣列芯片720的例子。驅動集成電路600的輸出端子501、502、…、532用鍵合引線45分別連接到矩陣陣列芯片720的陽極端子A1、A2、…、A32，驅動集成電路600的輸出端子131、132、133、134、135、136、137、138用鍵合引線55分別連接到矩陣陣列720的柵選擇端子G1、G2、G3、G4、G5、G6、G7、G8。
(第6實施例)考慮具有32×n(n＝4、6、8)發光點的矩陣陣列用的驅動集成電路的另一個例子。圖12示出128發光點/600dpi/4柵選擇線、192發光點/900dpi/6柵選擇線、256發光點/1200dpi/8柵選擇線等3種發光閘流晶體管矩陣陣列芯片上能夠通用的驅動集成電路。驅動集成電路由陽極端子驅動電路60組成，柵選擇線驅動電路設在驅動集成電路的外部。
陽極端子驅動電路60能夠同時驅動32個發光點。發光閘流晶體管的光輸出由電流驅動電路400的電流源420來調整。根據向電流值數據輸入端子422電流值數據(6位)輸入，可以調整電流源420的電流值，根據電流輸出許可端子421的狀態，電流從輸出端子501～532輸出。
通過具有復位端子202和時鐘端子203的移位寄存器200，從輸入到數據輸入端子201的串行信號劃分32組6位數據，生成電流值數據，由具有鎖存端子231的鎖存器230來保持，輸入到電流值數據輸入端子422。在移位寄存器200上有數據輸出端子210，可以把該輸出端子連接到相鄰的驅動集成電路的數據輸入端子201。由此可以減少光寫入頭內的電流數據線的根數。
通過具有復位端子302和時鐘端子303的移位寄存器300，從輸入到數據輸入端子301的串行信號劃分32組1位數據，生成圖像數據，由具有鎖存端子331的鎖存器330來保持，輸入到與門410的輸入端子。與門410的一個輸入端子連接到發光許可端子430。與門410的輸出端子構成上述電流輸出許可端子421。在移位寄存器300上有數據輸出端子310，可以把該輸出連接到相鄰的驅動集成電路的數據輸入端子301。由此可以減少光寫入頭內的圖像數據線的根數。
圖13中示出把上述構成的驅動集成電路601用鍵合引線連接到128發光點/600dpi/4柵選擇線的發光閘流晶體管矩陣陣列芯片730的例子。矩陣陣列芯片730的陽極端子A1、A2、…、A32用鍵合引線65分別連接到驅動集成電路601的輸出端子501、502、…、532。柵選擇端子G1、G2、G3、G4用鍵合引線直接連接到印刷配線板(未畫出)上的鍵合焊盤。再者，圖中620表示圖12中所示的電路部分。
(第7實施例)在第6實施例中，發光閘流晶體管矩陣陣列芯片730的柵選擇端子G1、G2、G3、G4連接到印刷配線板上的鍵合焊盤，陽極端子A1、A2、A3、…、A32連接到驅動集成電路601上的鍵合焊盤。在這種場合，因為印刷配線板的高度與驅動集成電路的高度不同，故鍵合安裝困難。
因此，在本實施例中，如圖14中所示，在驅動集成電路601上設置通過柵選擇線的線740。用鍵合引線75把柵選擇端子G1、G2、G3、G4與線740連接起來。
(第8實施例)在以上的第1～7實施例中，作為發光閘流晶體管矩陣陣列用圖1中所示的。雖然在圖1的發光閘流晶體管矩陣陣列中，把發光閘流晶體管的柵極連接到選擇線，但是也可以是把陽極連接到選擇線的結構。圖15示出把陽極連接到選擇線的發光閘流晶體管矩陣陣列。
各組發光閘流晶體管的柵極分別共同連接到柵極端子G1、G2、G3、…，各組發光閘流晶體管的陽極分別對應地連接到陽極選擇線A1～A4，各發光閘流晶體管的陰極共同連接到陰極線K。
在該發光閘流晶體管矩陣陣列中，在把陰極端子K取為L電平，把一個柵極端子Gi取為L電平，把其他取為H電平的狀態下，如果把陽極選擇線Aj取為H電平，則發光閘流晶體管Tj+4(i-1)點亮。
與圖1的構成相比，由于陽極端子數減少，所以電流容量大的緩沖電路的數量減少，驅動電路變得簡單。
雖然在以上所有的實施例中共同地連接發光閘流晶體管的陰極，但是取為共同地連接陽極的結構也是可以的。產業實用性如果采用本發明，則可以實現面積小的發光閘流晶體管矩陣陣列芯片，可以實現能夠運用于分辨率不同的多種發光閘流晶體管矩陣陣列的驅動電路。
權利要求
1.一種在芯片上形成的發光閘流晶體管矩陣陣列，其特征在于備有與上述芯片的長邊平行地排列成一行的N個(N為大于等于2的整數)三端子發光閘流晶體管，以及與上述芯片的長邊平行地排列成一行的多個鍵合焊盤。
2.權利要求1所述的發光閘流晶體管矩陣陣列，其特征在于還備有連接上述N個發光閘流晶體管的陰極或陽極的公用端子，以及M根(M為大于等于2的整數)柵選擇線，把第k號發光閘流晶體管的柵連接到第i號〔i＝{(k-1)MOD M}+1〕柵選擇線Gi，把第k號發光閘流晶體管的未與上述公用端子連接的陽極或陰極連接到第j號〔j＝{(k-i)/M}+1〕陽極端子Aj、或陽極端子Kj。
3.權利要求2所述的發光閘流晶體管矩陣陣列，其特征在于上述柵選擇線的根數M滿足L/{(N/M)+M}＞p(L是芯片長邊的長度，p是鍵合焊盤的排列間距臨界值)。
4.權利要求3所述的發光閘流晶體管矩陣陣列，其特征在于上述鍵合焊盤的排列間距臨界值為約75μm。
5.權利要求3所述的發光閘流晶體管矩陣陣列，其特征在于，N的素因數僅由2組成時，上述柵選擇線的根數M為最小的整數或第2小、或第3小的整數。
6.權利要求3所述的發光閘流晶體管矩陣陣列，其特征在于，N的素因數僅由2和3組成時，上述柵選擇線的根數M為最小的整數或第2小、或第3小、或第4小、或第5小的整數。
7.權利要求1所述的發光閘流晶體管矩陣陣列，其特征在于還備有連接上述N個三端子發光閘流晶體管的陰極或陽極的公用端子，以及M根(M為2以上的整數)陽極選擇線或陰極選擇線，把第k號發光閘流晶體管的陽極或陰極連接到第i號〔i＝{(k-1)MOD M}+1〕陽極選擇線Ai或陰極選擇線Ki，把第k號發光閘流晶體管的柵極連接到第j號〔j＝{(k-i)/M}+1〕柵極端子Gj。
8.權利要求7所述的發光閘流晶體管矩陣陣列，其特征在于，上述陽極配線或陰極配線數M滿足L/{(N/M)+M}＞p(L是芯片長邊長度，p是鍵合焊盤的排列間距臨界值)。
9.權利要求8所述的發光閘流晶體管矩陣陣列，其特征在于，上述鍵合焊盤的排列間距臨界值為約75μm。
10.權利要求8所述的發光閘流晶體管矩陣陣列，其特征在于，N的素因數僅由2組成時，上述陽極配線或陰極配線數M為最小的整數或第2小、或第3小的整數。
11.權利要求8所述的發光閘流晶體管矩陣陣列，其特征在于，N的素因數僅由2和3組成時，上述陽極配線或陰極配線數M為最小的整數或第2小、或第3小、或第4小、或第5小的整數。
12.一種驅動權利要求2～6中的任一項所述的發光閘流晶體管矩陣陣列的電路，其特征在于備有驅動上述柵選擇線的電路，以及驅動上述陽極端子或陰極端子的電路，驅動上述柵選擇線的電路有偶數個柵選擇信號輸出端子，以及把“選擇”信號輸出到上述柵選擇信號輸出端子中的一個端子，把“未選擇”信號輸出到其他端子，對輸出上述“選擇”信號的端子依次切換的電路。
13.權利要求12所述的驅動電路，其特征在于，在驅動上述柵選擇線的電路中采用串行輸入/并行輸入的移位寄存器。
14.權利要求13中所述的驅動電路，其特征在于，上述柵選擇信號輸出端子的個數為4、6、8、12、16中的某一個。
全文摘要
提供一種能夠減小芯片面積的發光閘流晶體管矩陣陣列。把多個三端子發光閘流晶體管與芯片長邊平行地排列成一行，把多個鍵合焊盤與芯片長邊平行地排列成一行。由此可以使芯片面積最小化。
文檔編號H01L27/15GK1419714SQ01800018
公開日2003年5月21日 申請日期2001年1月31日 優先權日2000年1月31日
發明者大野誠治, 楠田幸久 申請人:日本板硝子株式會社