JP2005039236A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガラス基板上に形成された結晶構造を有する半導体膜を用いて構成される半導体装置に係り、該装置内における信号の伝達を、光インターコネクションにより行なう半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device configured using a semiconductor film having a crystal structure formed on a glass substrate, and relates to a semiconductor device that transmits signals in the device by optical interconnection.
絶縁基板又は絶縁膜上に形成される薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）は、シリコンウェハに形成されるＭＯＳトランジスタに比べて製造方法が簡単であり、大型の基板を用いて低コストで製造できるという特徴がある。特に、活性層が多結晶シリコン膜で形成されるＴＦＴ（多結晶ＴＦＴ）は、非晶質シリコンを用いたＴＦＴに比べて移動度が大きいので、表示装置や光電変換だけでなく集積回路の分野も含めたより広汎な機能素子への適用が望まれている。 A thin film transistor (TFT) formed over an insulating substrate or an insulating film has a feature that it is easier to manufacture than a MOS transistor formed over a silicon wafer and can be manufactured at a low cost using a large substrate. In particular, a TFT (polycrystalline TFT) in which an active layer is formed of a polycrystalline silicon film has higher mobility than a TFT using amorphous silicon. Application to a wider range of functional elements including the above is desired.
しかし、多結晶ＴＦＴの電気的特性は、所詮単結晶のシリコンウェハに形成されるＭＯＳトランジスタ（単結晶トランジスタ）の特性に匹敵するものではなかった。特にオン電流や移動度は、結晶粒界における欠陥の存在により、多結晶ＴＦＴが単結晶トランジスタに比べ劣っていた。そのため、多結晶ＴＦＴを用いて集積回路の作製を試みた場合、十分なオン電流を得ようとするとＴＦＴのサイズを抑えることができなかった。さらに、大型のガラス基板上に微細なパターンを高速で描画するのは困難であり、これらのことが集積回路の高集積化の妨げとなっていた。 However, the electrical characteristics of the polycrystalline TFT are not comparable to those of a MOS transistor (single crystal transistor) formed on a single crystal silicon wafer. In particular, the on-current and mobility of the polycrystalline TFT were inferior to those of the single crystal transistor due to the presence of defects at the grain boundaries. For this reason, when an attempt was made to fabricate an integrated circuit using a polycrystalline TFT, the size of the TFT could not be reduced if sufficient on-current was to be obtained. Furthermore, it is difficult to draw a fine pattern on a large glass substrate at high speed, which hinders high integration of integrated circuits.
集積回路において十分に高集積化がなされないと、各素子を接続している配線が長くなり、配線抵抗が高まる。配線抵抗が高まると、信号の遅延や波形の乱れを引き起こし、信号の伝送量を低下させてしまう。よって、該集積回路の情報処理の性能が制限され、高性能で高速動作が可能な集積回路の実現を阻むこととなる。また、配線の長距離化に伴い配線間の寄生容量が増大し、配線への充放電エネルギーが増加して消費電力が増大してしまう。 If the integrated circuit is not sufficiently highly integrated, the wiring connecting the elements becomes long and the wiring resistance increases. When the wiring resistance increases, signal delay and waveform disturbance are caused, and the amount of signal transmission is reduced. Therefore, the information processing performance of the integrated circuit is limited, and the realization of an integrated circuit capable of high performance and high speed operation is hindered. In addition, the parasitic capacitance between the wires increases with the increase in the distance of the wires, the charge / discharge energy to the wires increases, and the power consumption increases.
また１枚のガラス基板上に様々な半導体回路を一体形成することは、歩留りの低下を招く要因になる。さらに集積回路は様々な機能を有する回路で構成されており、各回路ごとにＴＦＴに求められる性能に違いが生じることは当然予測される。そこで、所望の性能を得るため、同一基板上の各回路ごとにＴＦＴの構成を最適化しようとすると、プロセスが複雑になり、さらに工程数も増大する。そのため、歩留りが低下し、また製品を完成させるまでかかる時間（ＴＡＴ：Ｔｕｒｎ Ａｒｏｕｎｄ Ｔｉｍｅ）を短縮化するのが難しくなる。 In addition, forming various semiconductor circuits integrally on a single glass substrate causes a decrease in yield. Furthermore, the integrated circuit is composed of circuits having various functions, and it is naturally predicted that a difference in performance required for the TFT will occur for each circuit. Therefore, in order to obtain a desired performance, an attempt to optimize the TFT configuration for each circuit on the same substrate complicates the process and increases the number of steps. For this reason, the yield decreases, and it becomes difficult to shorten the time required for completing the product (TAT: Turn Around Time).
逆に複数の基板に形成された半導体回路どうしをＦＰＣ等で電気的に接続すると、接続している部分は物理的な衝撃に弱いため、機械的強度における信頼性が低くなる。またＦＰＣ等によって接続した場合、半導体装置が処理する信号の情報量が増加するにつれ、接続端子の数が増え、接点不良の発生確率が高まる。そして、半導体装置が処理する情報量のさらなる増加により接続端子の数が増えると、基板の端部において接続端子を配置しきれなくなる事態も起こり得る。しかし、接続端子の配置場所を確保するためだけに基板の面積を拡大することは、半導体装置の小型化を妨げる要因ともなり望ましくない。 Conversely, when semiconductor circuits formed on a plurality of substrates are electrically connected by FPC or the like, the connected portions are vulnerable to physical shock, and thus the reliability in mechanical strength is reduced. Further, in the case of connection by FPC or the like, as the amount of information of signals processed by the semiconductor device increases, the number of connection terminals increases and the probability of occurrence of contact failure increases. If the number of connection terminals increases due to a further increase in the amount of information processed by the semiconductor device, a situation may arise in which the connection terminals cannot be arranged at the end of the substrate. However, it is not desirable to increase the area of the substrate only for securing the location of the connection terminals, which may hinder downsizing of the semiconductor device.
本発明は上述したことに鑑み、安価なガラス基板を用い、情報量の増加に対応でき、なおかつ高性能で高速動作が可能な集積回路を有する半導体装置の提供を課題とする。 In view of the above, it is an object of the present invention to provide a semiconductor device including an integrated circuit that uses an inexpensive glass substrate, can cope with an increase in the amount of information, and is capable of high performance and high speed operation.
本発明では上記課題を解決するために、集積回路を構成する種々の回路を複数のガラス基板上に形成し、各ガラス基板間の信号の伝送は、光信号を用いる所謂光インターコネクションで行なう。具体的には、あるガラス基板に形成された上段の回路の出力側に発光素子を設け、別のガラス基板に形成された後段の回路の入力側に、該発光素子と対向するように受光素子を形成する。そして上段の回路から出力された電気信号から変換された光信号が発光素子から出力され、該光信号を受光素子が電気信号に変換し、後段の回路に入力される。 In the present invention, in order to solve the above problems, various circuits constituting an integrated circuit are formed on a plurality of glass substrates, and signal transmission between the glass substrates is performed by so-called optical interconnection using optical signals. Specifically, a light emitting element is provided on the output side of an upper circuit formed on a glass substrate, and a light receiving element is provided on the input side of a subsequent circuit formed on another glass substrate so as to face the light emitting element. Form. Then, an optical signal converted from the electrical signal output from the upper circuit is output from the light emitting element, the light receiving element converts the optical signal into an electrical signal, and is input to the subsequent circuit.
このように光インターコネクションを用いることで、ガラス基板間でデータの伝送を行なうことができる。また、受光素子が設けられたガラス基板を更に積層すれば、一つの発光素子の信号を複数の受光素子で受光することができる。つまり一つのガラス基板から同時に複数の他のガラス基板に伝送することができ、非常に高速な光バスを形成することができる。 By using the optical interconnection in this way, data can be transmitted between the glass substrates. Further, if a glass substrate provided with a light receiving element is further laminated, a signal of one light emitting element can be received by a plurality of light receiving elements. That is, it is possible to transmit from one glass substrate to a plurality of other glass substrates at the same time, and it is possible to form a very high-speed optical bus.
また本発明では、ＴＦＴと共に基板上に形成できる有機エレクトロルミネセンス（ＥＬ）素子を、発光素子として用いる。有機ＥＬ素子から発せられる光は、指向性の高いレーザ光であることが望ましい。しかし一般的に有機ＥＬ素子から発せられる光は、波長帯域が比較的広く（色純度が悪く）、しかも指向性が劣っていることから、レーザ光として用いることができなかった。さらに、従来の有機ＥＬ素子では、レーザ発振するために必要とされる高密度の電流を流すことができない。 In the present invention, an organic electroluminescence (EL) element that can be formed on a substrate together with a TFT is used as a light emitting element. The light emitted from the organic EL element is desirably laser light with high directivity. However, in general, light emitted from an organic EL element cannot be used as laser light because of its relatively wide wavelength band (poor color purity) and poor directivity. Furthermore, in the conventional organic EL element, it is not possible to flow a high-density current required for laser oscillation.
そこで本発明では、発光素子として用いる有機ＥＬ素子からのレーザ光の放射を可能とするために、その波長を考慮して積層構造と各層の膜厚を決定する。本発明において、一対の電極（陽極と陰極）間に形成される、有機化合物を主成分とする薄膜を、総称して電界発光層と呼ぶ。電界発光層は、一対の電極間に挟まれるように形成されるものであり、好ましくはキャリア輸送特性、発光波長の異なる複数の層を用いて形成される。さらに本発明で用いる有機ＥＬ素子は、一対の電極間に形成された電界発光層に電流を流すことによりレーザ光の発振が可能であるように、電界発光層において発光可能な複数の層が接して形成されている。 Therefore, in the present invention, in order to enable emission of laser light from the organic EL element used as the light emitting element, the laminated structure and the film thickness of each layer are determined in consideration of the wavelength. In the present invention, a thin film mainly composed of an organic compound formed between a pair of electrodes (anode and cathode) is generically called an electroluminescent layer. The electroluminescent layer is formed so as to be sandwiched between a pair of electrodes, and is preferably formed using a plurality of layers having different carrier transport characteristics and emission wavelengths. Furthermore, the organic EL element used in the present invention is in contact with a plurality of layers capable of emitting light in the electroluminescent layer so that laser light can be oscillated by passing a current through the electroluminescent layer formed between the pair of electrodes. Is formed.
この有機ＥＬ素子において、一対の電極間の内側であって、その電界発光層の両方または一方の面に反射体が備えられた、所謂共振器構造とすることは、好ましい形態である。すなわち、一対の電極間の内側であって、電界発光層で発光した特定波長の光に対して定在波が立つように電界発光層の少なくとも一方の面には反射体が備えられていることは好ましい形態である。さらに電界発光層の厚さは、レーザ発振する波長の１／２倍（半波長）、またはその整数倍とすることが望ましい。 In this organic EL element, a so-called resonator structure in which a reflector is provided on both or one surface of the electroluminescent layer inside a pair of electrodes is a preferable mode. That is, at least one surface of the electroluminescent layer is provided with a reflector so that a standing wave is generated with respect to light having a specific wavelength emitted from the electroluminescent layer, between the pair of electrodes. Is a preferred form. Further, it is desirable that the thickness of the electroluminescent layer is ½ times (half wavelength) of the wavelength of laser oscillation or an integral multiple thereof.
そして本発明で用いる有機ＥＬ素子は、複数の発光ピークを有し、少なくとも一つの発光ピークの半値幅が１０ｎｍ以下である光を放射する電界発光層が、一対の電極間に備えられているである。 The organic EL device used in the present invention has an electroluminescent layer that emits light having a plurality of emission peaks and a half-value width of at least one emission peak being 10 nm or less between a pair of electrodes. is there.
またこの有機ＥＬ素子において、一対の電極間の内側であって、その電界発光層の両方または一方の面には、反射体が備えられ、所謂共振器構造としておくことは好ましい形態である。すなわち、一対の電極間の内側であって、発光ピークの半値幅が１０ｎｍ以下の光に対して、定在波が立つように前記電界発光層の少なくとも一方の面には反射体が備えられていることは好ましい形態となる。さらに電界発光層の厚さは、レーザ発振する波長の１／２倍、すなわち半波長、またはその整数倍とすることが望ましい。 Further, in this organic EL element, it is preferable that a so-called resonator structure be provided with a reflector on the inner side between the pair of electrodes and on both or one surface of the electroluminescent layer. That is, a reflector is provided on at least one surface of the electroluminescent layer so that a standing wave is generated with respect to light having a half-value width of an emission peak of 10 nm or less inside a pair of electrodes. It is a preferable form. Further, it is desirable that the thickness of the electroluminescent layer is ½ times the wavelength of laser oscillation, that is, a half wavelength, or an integer multiple thereof.
本発明は、電流注入により発光層で発光する光の波長帯域よりも短波長側であって、ピーク波長の半値幅が１０ｎｍ以下の発光ピークを有する光を放射するように、発光層に接してホール輸送層が形成されている有機ＥＬ素子である。発光層には、発光色を変化させるために金属錯体や、もしくは有機色素材料、各種誘導体などを含ませたものが適用可能である。 The present invention is in contact with the light emitting layer so as to emit light having a light emission peak shorter than the wavelength band of light emitted from the light emitting layer by current injection and having a peak wavelength half width of 10 nm or less. It is an organic EL element in which a hole transport layer is formed. The light emitting layer can be applied with a metal complex, or an organic dye material, various derivatives, etc. in order to change the emission color.
本発明に適用される電界発光層は、ホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層などを適宣組み合わせた構造となっている。この分類において、ホール移動度などホール輸送性に適した材料をホール注入層、ホール輸送層と呼び、電子移動度など電子輸送性に適した材料を電子注入層、電子輸送層と呼ぶ。なお、ホール注入層とホール輸送層とを区別して表記しているが、これらはホール輸送性が特に重要な特性である意味において同じである。便宜上区別するために、ホール注入層は陽極に接する側の層であり、発光層に接する側の層はホール輸送層と呼んでいる。また、陰極に接する層を電子注入層と呼び、発光層に接する側の層を電子輸送層と呼んでいる。発光層は電子輸送層を兼ねる場合もあり、発光性電子輸送層と呼ぶこともできる。また、ホール注入層、ホール輸送層、電子注入層、電子輸送層なども、発光層と兼用することができる。 The electroluminescent layer applied to the present invention has a structure in which a hole injection layer, a hole transport layer, a light emitting layer, an electron transport layer, an electron injection layer, and the like are appropriately combined. In this classification, materials suitable for hole transport properties such as hole mobility are called hole injection layers and hole transport layers, and materials suitable for electron transport properties such as electron mobility are called electron injection layers and electron transport layers. Note that the hole injection layer and the hole transport layer are distinguished from each other, but these are the same in the sense that the hole transport property is a particularly important characteristic. For the sake of convenience, the hole injection layer is a layer in contact with the anode, and the layer in contact with the light emitting layer is called a hole transport layer. The layer in contact with the cathode is called an electron injection layer, and the layer in contact with the light emitting layer is called an electron transport layer. The light-emitting layer may also serve as an electron transport layer, and can also be referred to as a light-emitting electron transport layer. In addition, a hole injection layer, a hole transport layer, an electron injection layer, an electron transport layer, and the like can also be used as the light emitting layer.
このような電界発光層の積層構造を適用した場合、陰極から注入された電子と、陽極から注入されたホールが発光層で再結合して励起子を形成し、その励起子が基底状態に戻る時に光を放出する、所謂エレクトロルミネセンスにより発光も得られる。本発明で用いる有機ＥＬ素子では、電流注入により発光層で発光する光の波長帯域よりも短波長側であって、ピーク波長の半値幅が１０ｎｍ以下の発光ピークを有する光を放射するように、発光層に接してホール輸送層が形成することにより、レーザ光を発振させることを可能としている。 When such a laminated structure of electroluminescent layers is applied, electrons injected from the cathode and holes injected from the anode recombine in the light emitting layer to form excitons, and the excitons return to the ground state. Light emission is also obtained by so-called electroluminescence, which sometimes emits light. In the organic EL device used in the present invention, so as to emit light having a light emission peak that is shorter than the wavelength band of light emitted from the light emitting layer by current injection and has a half width of the peak wavelength of 10 nm or less. By forming a hole transport layer in contact with the light emitting layer, it is possible to oscillate laser light.
本発明は、電流注入によりピーク波長の半値幅が１０ｎｍ以下である光を放射する電界発光層が一対の電極間に備えられ、電流密度に対する発光ピーク強度の変化が、傾きの異なる二つの線形領域で区分可能であり、傾きの大きい領域は、傾きの小さい領域に対して高電流密度側にある有機ＥＬ素子である。特に、本発明では、傾きのことなる二つの線形領域の閾値が、５乃至２０ｍＡ／ｃｍ2の間にあることを特徴としている。また、電界発光層に注入する電流密度が閾値に達するまでに、発光ピークの半値幅が２０％以上変化することを特徴としているものである。 In the present invention, an electroluminescent layer that emits light having a peak wavelength half-width of 10 nm or less by current injection is provided between a pair of electrodes, and the change in emission peak intensity with respect to the current density has two linear regions with different slopes. The region having a large inclination is an organic EL element on the high current density side with respect to the region having a small inclination. In particular, the present invention is characterized in that the threshold values of two linear regions having different inclinations are between 5 and 20 mA / cm 2 . In addition, the half-value width of the emission peak changes by 20% or more before the current density injected into the electroluminescent layer reaches the threshold value.
上記構成により、電流励起でレーザ光を発振することができる有機ＥＬ素子を得ることができる。よって、基板間において、光が対応しない受光素子に入射する、所謂クロストークが抑えられ、光信号の送受を確実に行なうことができる。 With the above configuration, an organic EL element capable of oscillating laser light by current excitation can be obtained. Therefore, so-called crosstalk, in which light enters a light-receiving element that does not correspond between the substrates, is suppressed, and an optical signal can be transmitted and received reliably.
そして単結晶のシリコンウェハとは異なり、ガラス基板は光を透過するので、３枚以上のガラス基板間の、信号の伝送を比較的容易に行なうことが可能である。そして、上述したようにガラス基板上に形成されたＴＦＴは単結晶トランジスタに比べて動作速度が低い。しかし、ガラス基板間の信号の伝送に光信号を用いることで、基板間を伝送する信号のバス幅を大きく取ることができ、複数のガラス基板上の回路で効率の良い並列動作をさせることが可能になるので、単結晶トランジスタと比較したときのガラス基板上に形成されたＴＦＴの動作速度の低さをカバーすることが可能である。 Unlike a single crystal silicon wafer, a glass substrate transmits light, so that signal transmission between three or more glass substrates can be performed relatively easily. As described above, the TFT formed on the glass substrate has a lower operation speed than the single crystal transistor. However, by using optical signals to transmit signals between glass substrates, it is possible to increase the bus width of signals transmitted between substrates, and to make efficient parallel operation with circuits on multiple glass substrates. Therefore, it is possible to cover the low operating speed of the TFT formed on the glass substrate as compared with the single crystal transistor.
また、単結晶のシリコンウェハの場合に比べてガラス基板上に形成された回路の集積度が低くても、基板間の信号の伝送に光信号を用いることで複数のガラス基板を積層することができるので、装置が水平方向に嵩張るのを防ぐことができる。さらに配線の長距離化を防ぐことができ、配線容量に起因する消費電力の増加を抑えられる。 In addition, even if the degree of integration of circuits formed on a glass substrate is lower than that of a single crystal silicon wafer, a plurality of glass substrates can be stacked by using an optical signal for signal transmission between the substrates. As a result, it is possible to prevent the apparatus from becoming bulky in the horizontal direction. Further, it is possible to prevent the wiring from being increased in distance, and to suppress an increase in power consumption due to the wiring capacity.
また、基板ごとにプロセスを変更すれば、各回路のＴＦＴの構成を容易に最適化することができるので、最適化に際し、基板１枚ごとの工程数の増加を抑え、製品を完成させるまでかかる時間（ＴＡＴ：Ｔｕｒｎ Ａｒｏｕｎｄ Ｔｉｍｅ）を抑えることができる。また、安価なガラス基板を用いることでコストを抑えることができ、簡単な製造方法で作製することが可能である。 In addition, if the process is changed for each substrate, the TFT configuration of each circuit can be easily optimized. Therefore, in the optimization, it is necessary to suppress the increase in the number of steps for each substrate and complete the product. Time (TAT: Turn Around Time) can be suppressed. In addition, by using an inexpensive glass substrate, the cost can be suppressed and it can be manufactured by a simple manufacturing method.
そして、各基板に形成された回路を組み合わせて１つの集積回路を構成するので、１つの基板上に集積回路を形成する場合に比べて、歩留りを高めることができる。また、基板間の信号の伝送に光信号を用いることで、回路間を電気的に接続するための、ＦＰＣ等の端子の数を抑えることができ、機械的強度における信頼性を高めることができる。さらに、処理する信号の情報量が増加しても、端子の部分における接点不良の発生による歩留りの低下を抑えることができる。 Since one integrated circuit is configured by combining circuits formed on each substrate, the yield can be increased as compared with the case where the integrated circuit is formed on one substrate. In addition, by using an optical signal for signal transmission between substrates, the number of terminals such as FPC for electrically connecting circuits can be suppressed, and the reliability in mechanical strength can be improved. . Furthermore, even if the information amount of the signal to be processed increases, it is possible to suppress a decrease in yield due to the occurrence of contact failure in the terminal portion.
そして、光信号の送受を行なう発光素子及び受光素子は、ＦＰＣの端子と異なり必ずしも基板の端部に配置する必要がないので、レイアウト上の制約が小さくなり、処理する情報量のさらなる増加に対応しやすい。 Unlike the FPC terminal, the light emitting element and the light receiving element that transmit and receive optical signals do not necessarily have to be arranged at the edge of the substrate, so layout restrictions are reduced and the amount of information to be processed is further increased. It's easy to do.
このように本発明は、高性能で高速動作が可能な集積回路を有する半導体装置の提供を可能とする。 As described above, the present invention can provide a semiconductor device having an integrated circuit capable of high performance and high speed operation.
本発明は透光性を有する基板を用いることで、３枚以上の基板間の、信号の伝送を比較的容易に行なうことが可能である。また、基板間を伝送する信号のバス幅を大きく取ることができ、複数のガラス基板上の回路で効率の良い並列動作をさせることが可能になるので、単結晶トランジスタと比較したときのガラス基板上に形成されたＴＦＴの動作速度の低さをカバーすることが可能である。 In the present invention, by using a light-transmitting substrate, signal transmission between three or more substrates can be performed relatively easily. In addition, it is possible to increase the bus width of signals transmitted between the substrates, and it is possible to perform efficient parallel operation with circuits on a plurality of glass substrates, so that the glass substrate when compared with a single crystal transistor It is possible to cover the low operation speed of the TFT formed above.
また、単結晶のシリコンウェハの場合に比べてガラス基板上に形成された回路の集積度が低くても、基板間の信号の伝送に光信号を用いることで複数のガラス基板を積層することができるので、装置が水平方向に嵩張るのを防ぐことができる。さらに配線の長距離化を防ぐことができ、配線容量に起因する消費電力の増加を抑えられる。 In addition, even if the degree of integration of circuits formed on a glass substrate is lower than that of a single crystal silicon wafer, a plurality of glass substrates can be stacked by using an optical signal for signal transmission between the substrates. As a result, it is possible to prevent the apparatus from becoming bulky in the horizontal direction. Further, it is possible to prevent the wiring from being increased in distance, and to suppress an increase in power consumption due to the wiring capacity.
また電流励起でレーザ光を発振することができる有機ＥＬ素子を得ることができる。よって、基板間において、光が対応しない受光素子に入射する、所謂クロストークが抑えられ、光信号の送受を確実に行なうことができる。 In addition, an organic EL element that can oscillate laser light by current excitation can be obtained. Therefore, so-called crosstalk, in which light enters a light-receiving element that does not correspond between the substrates, is suppressed, and an optical signal can be transmitted and received reliably.
また、基板ごとにプロセスを変更すれば、各回路のＴＦＴの構成を容易に最適化することができるので、最適化に際し、基板１枚ごとの工程数の増加を抑え、製品を完成させるまでかかる時間を抑えることができる。また、安価なガラス基板を用いることでコストを抑えることができ、簡単な製造方法で作製することが可能である。 In addition, if the process is changed for each substrate, the TFT configuration of each circuit can be easily optimized. Therefore, in the optimization, it is necessary to suppress the increase in the number of steps for each substrate and complete the product. Time can be saved. In addition, by using an inexpensive glass substrate, the cost can be suppressed and it can be manufactured by a simple manufacturing method.
そして、各基板に形成された回路を組み合わせて１つの集積回路を構成するので、１つの基板上に集積回路を形成する場合に比べて、歩留りを高めることができる。また、基板間の信号の伝送に光信号を用いることで、回路間を電気的に接続するための、ＦＰＣ等の端子の数を抑えることができ、機械的強度における信頼性を高めることができる。さらに、処理する信号の情報量が増加しても、端子の部分における接点不良の発生による歩留りの低下を抑えることができる。 Since one integrated circuit is configured by combining circuits formed on each substrate, the yield can be increased as compared with the case where the integrated circuit is formed on one substrate. In addition, by using an optical signal for signal transmission between substrates, the number of terminals such as FPC for electrically connecting circuits can be suppressed, and the reliability in mechanical strength can be improved. . Furthermore, even if the information amount of the signal to be processed increases, it is possible to suppress a decrease in yield due to the occurrence of contact failure in the terminal portion.
そして、光信号の送受を行なう発光素子及び受光素子は、ＦＰＣの端子と異なり必ずしも基板の端部に配置する必要がないので、レイアウト上の制約が小さくなり、処理する情報量のさらなる増加に対応しやすい。 Unlike the FPC terminal, the light emitting element and the light receiving element that transmit and receive optical signals do not necessarily have to be arranged at the edge of the substrate, so layout restrictions are reduced and the amount of information to be processed is further increased. It's easy to do.
このように本発明は、高性能で高速動作が可能な集積回路を有する半導体装置の提供を可能とする。 As described above, the present invention can provide a semiconductor device having an integrated circuit capable of high performance and high speed operation.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention can be implemented in many different modes, and those skilled in the art can easily understand that the modes and details can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Is done. Therefore, the present invention is not construed as being limited to the description of this embodiment mode.
（実施の形態１）
本発明の半導体装置の構成について、以下詳しく説明する。
(Embodiment 1)
The configuration of the semiconductor device of the present invention will be described in detail below.
図１（Ａ）に、本発明の半導体装置が有するガラス基板の構成を、一例として示す。図１（Ａ）において、ガラス基板１０上には、半導体素子で形成された１つまたは複数の回路１１が形成されている。さらに、ガラス基板１０上には、光信号の送受を行なう光入出力部１２と、該光入出力部１２に出入りする電気信号を処理するインターフェース１３とを有している。
FIG. 1A illustrates an example of a structure of a glass substrate included in a semiconductor device of the present invention. In FIG. 1A, on a
光入出力部１２は、光信号を受信するための受光素子が形成された光入力部１４と、光信号を送信するための発光素子が形成された光出力部１５とを有している。図１（Ａ）では、説明を分かり易くするため、光入力部１４と光出力部１５とを区分けして示しているが、光信号を受信する機能を有する素子と、光信号を送信する機能を有する素子とが混在していても良い。
The optical input /
また図１（Ａ）では、他基板との間の信号の送受を光信号のみによって行なう場合について示しているが、信号の一部を電気信号のまま送受しても良く、電気信号のまま送受用の機能、例えば端子などを有していても良い。 Further, FIG. 1A shows a case where signals are transmitted / received to / from other substrates only by optical signals. However, part of the signals may be transmitted / received as electrical signals, or transmitted as electrical signals. It may have a receiving function, such as a terminal.
図１（Ｂ）に、図１（Ａ）に示したガラス基板を重ね合わせ、各基板間で光信号の送受信を行なっている様子を示す。各基板どうしで光入出力部１２が重なり合っており、各基板間で光信号の送受を行なうことで、各ガラス基板１０に形成された回路１１からなる集積回路が構築される。
FIG. 1B illustrates a state in which the glass substrate illustrated in FIG. 1A is overlaid and an optical signal is transmitted and received between the substrates. The optical input /
図２（Ａ）に、光入出力部１２のより具体的な構成を示す。図２（Ａ）では、基板間で１つの発光素子１６に対して少なくとも１つの受光素子１７が対応している様子を示している。発光素子１６は、ガラス基板上に形成することができ、なおかつ指向性を有する発光が得られる素子であることが望ましい。
FIG. 2A shows a more specific configuration of the light input /
なお図２（Ａ）では光入出力部１２に発光素子１６と受光素子１７のみ示しているが、実際には電気信号により発光素子１６を発光させるための駆動部と、受光素子１７から得られた電気信号を増幅する回路や、得られた電気信号の波形を整形するための回路を設ける。なおこれらの機能をインターフェース１３が備えるようにしても良い。
In FIG. 2A, only the
図２（Ｂ）に、光入力部１４と光出力部１５の具体的な構成を示す。光出力部１５は、発光素子１６と、インターフェース１３から出力された電気信号（出力信号）を用いて該発光素子１６を発光させるための発光素子駆動部１８を有している。発光素子駆動部１８の具体的な構成は、発光素子１６の構成に合わせて適宜決めることができる。
FIG. 2B shows a specific configuration of the
光入力部１４は、受光素子１７と、該受光素子１７において得られた電気信号を増幅するための増幅回路１９と、電気信号の波形を整形するための波形整形回路２０とを有している。なお、増幅回路１９と波形整形回路２０は必ずしも設ける必要はなく、またこれらの回路の他に、電気信号の波形に何らかの処理を加える回路を有していても良い。図２（Ｂ）では、波形整形回路２０から出力された電気信号がインターフェース１３に入力される。
The
なお、図２（Ａ）では、発光素子１６と受光素子１７が一対一で対応している例について示したが、本発明はこの構成に限定されない。２つ以上の発光素子１６が１つの受光素子１７に対応していても良いし、１つの発光素子１６が２つ以上の受光素子１７に対応していても良い。
2A shows an example in which the light-emitting
図３（Ａ）に、それぞれ異なる基板に形成された２つの発光素子が、さらに別の基板上に形成された１つの受光素子に対応している様子を示す。発光素子３０は、発せられる光が、発光素子３１の形成されているガラス基板３３を透過して受光素子３２に入射するように配置されている。上記構成により、発光素子３０から光信号を受光素子３２に送っている間に、発光素子３１が形成されているガラス基板３３において別の動作を行なうことができ、逆に発光素子３１から光信号を受光素子３２に送っている間に、発光素子３０が形成されている基板において別の動作を行なうことができる。
FIG. 3A shows a state in which two light emitting elements formed on different substrates correspond to one light receiving element formed on another substrate. The
逆に、それぞれ異なる基板に形成された２つの受光素子が、さらに別の基板上に形成された１つの発光素子に対応している場合、複数の基板へ同時に光信号を送信することができる。 Conversely, when two light receiving elements formed on different substrates correspond to one light emitting element formed on another substrate, optical signals can be transmitted to a plurality of substrates simultaneously.
また図３（Ｂ）に、複数の受光素子で得られた電気信号のいずれかを選択し、例えば増幅回路のような光入力部内のほかの回路や、インターフェースに送る機能を有する選択回路を設けた場合を示す。図３（Ｂ）では、それぞれ異なる基板上に形成された２つの発光素子３５、３６から発せられた光信号を、さらに別の基板上に形成された２つの受光素子３７、３８において電気信号に変換する。そして得られる２つの電気信号のいずれか一方を、選択回路３９において選択し、後段の回路に送信する。上記構成により、図３（Ａ）の場合と同様に、発光素子１つあたりの発振周波数を低くすることができ、発光素子の駆動を制御する発光素子駆動部の負担を小さくすることができる。
Further, in FIG. 3B, there is provided a selection circuit having a function of selecting any one of electrical signals obtained by a plurality of light receiving elements and sending it to another circuit in an optical input unit such as an amplifier circuit or an interface. Indicates the case. In FIG. 3B, optical signals emitted from two light emitting
なお、ガラス基板間で光信号によるデータの伝送を並列に行なうためには、光信号の経路を夫々独立させる必要がある。よって、光の指向性が高いレーザ光を用いることは、クロストークを抑えるのに非常に有効である。以下、本発明の半導体装置において発光素子として用いる、有機ＥＬ素子の構成について説明する。 In order to transmit data by optical signals in parallel between the glass substrates, it is necessary to make the paths of the optical signals independent. Therefore, using laser light with high light directivity is very effective in suppressing crosstalk. Hereinafter, the structure of an organic EL element used as a light emitting element in the semiconductor device of the present invention will be described.
図４に、本発明の半導体装置において用いられる、有機ＥＬ素子の断面図を示す。基板６１は、透光性を有し、半導体素子の形成やその他のプロセスにおける処理温度に耐え得る基板であれば、プラスチック基板など、ガラス基板以外の基板も用いることは当然可能である。この基板６１上に陽極６２が形成される。ここでは、縦モードの共振とし、共振による光の増幅は膜面に対して平行な発光成分のみに着目する。従って、電極の透光性や反射率は無視することができるので、仕事関数を主たるパラメータとして選択すればよい。具体的には、ＡｇやＰｔ、Ａｕなどの大きな仕事関数を有する金属、あるいは合金を用いればよい。もちろん、仕事関数の大きな透明性電極であるＩＴＯやＺｎＯも用いても良いが、面方向に出る光の回り込みを考慮すると、透光性のない電極が好ましい。
FIG. 4 shows a cross-sectional view of an organic EL element used in the semiconductor device of the present invention. The
陽極６２の上には、電界発光層が形成されている。電界発光層は、陽極６２からのホール注入に優れるホール注入層６３、ホール注入層６３から発光層６５へホールを効率よく輸送するためのホール輸送層６４、陰極６８からの電子注入障壁を軽減する機能を有する電子注入層６７であり、注入された電子を発光層６５へ効率よく輸送するための電子輸送層６６が含まれている。そして注入されたキャリア（ホールと電子）は発光層６５で再結合する。これらのキャリア注入、輸送、再結合から発光に至る機構は、通常の有機ＥＬ素子と同様である。したがって、通常の有機ＥＬ素子で用いることができる材料を上述した各機能層で用いることができる。なお、本実施の形態では、電界発光層として５つの機能層を用いることとしているが、本発明はこれに限定されず、複数の機能を同一の層で担うことにより、層の数を減らすことも可能である。なお、これらの電界発光層、ならびに前記した陽極６２の膜厚は、効率よく発光するに適切な膜厚を選択すればよい。電子注入層６７の上には陰極６８が設けられる。陰極６８の材料としては透光性や反射率を考慮する必要はなく、主として仕事関数をパラメータとして選択すればよい。
An electroluminescent layer is formed on the
なおホール注入層６３に用いられるホール注入材料としては、イオン化ポテンシャルの小さな材料が用いられ、大別すると金属酸化物、低分子有機化合物、および高分子系化合物に分けられる。金属酸化物の例としては、酸化バナジウムや酸化モリブデン、酸化ルテニウム、酸化アルミニウムなどを用いることができる。低分子有機化合物の例としては、ｍ−ＭＴＤＡＴＡに代表されるスターバースト型アミンや金属フタロシアニンなどが挙げられる。一方高分子系化合物材料としては、ポリアニリンやポリチオフェン誘導体などの共役高分子を用いることができる。これらの材料をホール注入層６３として用いることにより、ホール注入障壁が低減し、効率よくホールが注入される。
In addition, as a hole injection material used for the
ホール輸送層６４としても公知の材料を用いることができ、芳香族アミンが良い例である。例えば４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］−ビフェニル（以下、α−ＮＰＢと示す）や、４，４’，４’’−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニル−アミノ）−トリフェニルアミン（以下、ＴＤＡＴＡと示す）などを用いることができる。一方、高分子材料としては良好なホール輸送性を示すポリ（ビニルカルバゾール）などを用いてもよい。
A known material can also be used for the
発光層６５でも既知の材料が使用可能である。例えばトリス（８−キノリノラト）アルミニウム（以下、Ａｌｑ3と示す）、トリス（４−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（以下、Ａｌｍｑ3と示す）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［η］−キノリノラト）ベリリウム（以下、ＢｅＢｑ2と示す）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）−（４−ヒドロキシ−ビフェニリル）−アルミニウム（以下、ＢＡｌｑと示す）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）−ベンゾオキサゾラト］亜鉛（以下、Ｚｎ（ＢＯＸ）2と示す）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）−ベンゾチアゾラト］亜鉛（以下、Ｚｎ（ＢＴＺ）2と示す）などの金属錯体の他、各種蛍光色素が有効である。また、白金オクタエチルポルフィリン錯体やトリス（フェニルピリジン）イリジウム錯体、トリス（ベンジリデンアセトナート）フェナントレンユーロピウム錯体などのりん光材料も有効である。特にりん光材料は蛍光材料と比較して励起寿命が長いため、レーザ発振に不可欠な、反転分布、すなわち、基底状態にある分子数よりも励起状態にある分子数が多い状態を作り出すことが容易になる。
For the
なお、上述した発光層６５では、発光材料をドーパントとして用いても構わない。すなわち、発光材料よりもイオン化ポテンシャルが大きく、かつバンドギャップの大きな材料をホストとし、これに上述した発光材料を少量（０．００１％から３０％程度）混合しても構わない。
In the
電子輸送層６６も公知材料を使用することが可能である。具体的には、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（以下、Ａｌｑ3と記す）に代表されるような、キノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体やその混合配位子錯体などが好ましい。さらに、金属錯体以外にも、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（以下、ＰＢＤと示す）、１，３−ビス［５−（ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（以下、ＯＸＤ−７と示す）などのオキサジアゾール誘導体、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−フェニル−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（以下、ＴＡＺと示す）、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−（４−エチルフェニル）−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（以下、ｐ−ＥｔＴＡＺと示す）などのトリアゾール誘導体、バソフェナントロリン（以下、ＢＰｈｅｎと示す）、バソキュプロイン（以下、ＢＣＰと示す）などのフェナントロリン誘導体を用いることができる。
A known material can also be used for the
電子注入層６７では、フッ化カルシウムやフッ化リチウム、臭化セシウムなどのアルカリ金属、アルカリ土類金属塩を使用すればよい。この上に陰極６８が形成される。陰極６８は通常の有機ＥＬ素子で用いられるような仕事関数の小さい金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などでよい。具体的には、１族または２族の典型元素、すなわちＬｉやＣｓ等のアルカリ金属、およびＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む合金（Ｍｇ／Ａｇ、Ａｌ／Ｌｉ）の他、希土類金属を含む遷移金属を用いて形成することができるが、Ａｌ、Ａｇ、ＩＴＯ等の金属（合金を含む）との積層により形成することもできる。ただし、本実施の形態では発光層から得られる発光を陽極と陰極上の反射体の間で共振器構造を形成する必要がある。したがって、陰極材料としては可視光の吸収が小さく、反射率の大きな金属が好ましい。具体的にはＡｌやＭｇ、あるいはこれらの合金が好ましい。また、この陰極では反射率が限りなく１００％に近いことが好ましいので、可視光が透過しない程度の膜厚は必要である。 In the electron injection layer 67, an alkali metal or alkaline earth metal salt such as calcium fluoride, lithium fluoride, or cesium bromide may be used. A cathode 68 is formed thereon. The cathode 68 may be a metal, an alloy, an electrically conductive compound, a mixture thereof, or the like having a low work function as used in a normal organic EL device. Specifically, Group 1 or Group 2 typical elements, that is, alkali metals such as Li and Cs, and alkaline earth metals such as Mg, Ca, and Sr, and alloys containing them (Mg / Ag, Al / Li) In addition, it can be formed using a transition metal containing a rare earth metal, but can also be formed by lamination with a metal (including an alloy) such as Al, Ag, or ITO. However, in the present embodiment, it is necessary to form a resonator structure between the reflectors on the anode and the cathode for light emission obtained from the light emitting layer. Therefore, the cathode material is preferably a metal having low visible light absorption and high reflectance. Specifically, Al, Mg, or an alloy thereof is preferable. In addition, since the reflectance of the cathode is preferably as close as possible to 100%, a film thickness that does not transmit visible light is required.
なお、上述した有機材料は、湿式、乾式、いずれの方法を適用して形成しても構わない。高分子材料の場合では、スピンコート法やインクジェット法、ディップコート法、印刷法などが適している。一方低分子材料であれば、ディップコート法やスピンコート法だけでなく、真空蒸着などによっても成膜される。陽極材料及び陰極材料は、蒸着法、スパッタリング法等によって形成される。 Note that the organic material described above may be formed by applying any one of a wet method and a dry method. In the case of a polymer material, a spin coating method, an ink jet method, a dip coating method, a printing method, or the like is suitable. On the other hand, in the case of a low molecular material, the film is formed not only by the dip coating method and the spin coating method, but also by vacuum deposition. The anode material and the cathode material are formed by vapor deposition, sputtering, or the like.
なお、本実施の形態では電界発光層の端面からレーザ発振する。従って、電界発光層の幅は短くても良く、通常幅数μｍ、長さ数百μｍで十分である。ここで重要なことは、複数の縦モードの制御である。電界発光層の横方向から発振する場合、通常の電界発光層の長さよりも波長の方が短いので、多くの縦モードが生じ、その結果、何本もの縦モードが発生する。そこで図４に示すように、発光層６５付近に回折格子６９を作製する。例えば図４では、ホール輸送層６４の上面は平坦とせず、縞状にして回折格子６９を形成する。すると、発光層６５内で発生した光はこの回折格子６９の格子間隔によって周期的に反射されて共振・増幅され、単色性の高い光を増幅することができる。ここで電界発光層の屈折率をｎ、発振させる波長をλとすると、（λ／２ｎ）の格子間隔を作製すれば良い。
In this embodiment mode, laser oscillation occurs from the end face of the electroluminescent layer. Therefore, the width of the electroluminescent layer may be short, and usually a width of several μm and a length of several hundred μm are sufficient. What is important here is control of a plurality of longitudinal modes. When oscillating from the lateral direction of the electroluminescent layer, since the wavelength is shorter than the length of the normal electroluminescent layer, many longitudinal modes are generated, and as a result, many longitudinal modes are generated. Therefore, as shown in FIG. 4, a
上記構成により、単一の縦モードが実現でき、単色性の良いレーザ光を電界発光層の側面から得ることができる。 With the above configuration, a single longitudinal mode can be realized, and laser light with good monochromaticity can be obtained from the side surface of the electroluminescent layer.
次に、図４に示した有機ＥＬ素子を半導体装置の発光素子として用いる際に、該有機ＥＬ素子から得られるレーザ光の向きを、基板と交差する方向に変更するための構成について説明する。 Next, when the organic EL element shown in FIG. 4 is used as a light emitting element of a semiconductor device, a configuration for changing the direction of laser light obtained from the organic EL element to a direction intersecting the substrate will be described.
図５（Ａ）に、有機ＥＬ素子の断面図を示す。図５（Ａ）において、有機ＥＬ素子に電流を供給するためのＴＦＴを覆うように、層間絶縁膜８０３が形成されている。該層間絶縁膜８０３は開口部を有しており、該開口部においてＴＦＴの不純物領域８０１が層間絶縁膜８０３上に形成された配線８０９と接している。
FIG. 5A shows a cross-sectional view of the organic EL element. In FIG. 5A, an
配線８０９は複数の導電膜を積層することで形成されており、本実施の形態では、ＴａＮからなる第１の導電膜８０２、Ａｌからなる第２の導電膜８０４が順に積層されている。第１の導電膜８０２と第２の導電膜８０４はこの材料に限定されないが、第２の導電膜８０４は光を透過せずに反射するような材料を用いる。
The
そして配線８０９を覆って有機樹脂膜を成膜して、部分的にエッチングすることで開口部を有するバンク８０５を形成する。このとき有機樹脂膜のエッチングと共に、配線８０９の第２の導電膜８０４も一部エッチングすることで、第１の導電膜８０２を部分的に露出させる。
Then, an organic resin film is formed so as to cover the
その後、バンク８０５の開口部に陽極８０６、電界発光層８０７を成膜する。本実施の形態では、電界発光層８０７が、バンク８０５の開口部の端部において第２の導電膜８０４が一部露出するように成膜されているが、第２の導電膜８０４が露出しないように電界発光層８０７で完全に覆っていても良い。
Thereafter, an
そして電界発光層８０７上に陰極８０８を成膜する。本実施の形態では陰極８０８としてＡｌＬｉを用いた。陽極８０６と、電界発光層８０７と、陰極８０８とが重なる部分において、有機ＥＬ素子８１０が形成される。
Then, a
さらに陰極８０８は、バンク８０５の開口部の端部において光が第２の導電膜８０４に反射して上に放射するように、電界発光層８０７を一部露出させて成膜されている。上記構成により、電界発光層８０７において生成されたレーザ光が、バンク８０５の開口部の端部において電界発光層８０７の一部露出したところから放射され、なおかつバンク８０５の開口部の端部において第２の導電膜８０４によって反射されるので、指向性の良い光が得られる。
Further, the
なお、電界発光層８０７の劣化を防ぐために、光が放射される部分を完全に露出させるのではなく、光を透過する程度の薄い金属膜や、透光性を有するその他の膜で覆い、電界発光層８０７内に水分や酸素が混入するのを防ぐようにしても良い。
In order to prevent deterioration of the
図５（Ｂ）に、有機ＥＬ素子の、図５（Ａ）とは異なる断面図を示す。図５（Ｂ）において、有機ＥＬ素子に電流を供給するためのＴＦＴを覆うように、層間絶縁膜８２３が形成されている。該層間絶縁膜８２３は開口部を有しており、該開口部においてＴＦＴの不純物領域８２１が層間絶縁膜８２３上に形成された配線８２９と接している。
FIG. 5B is a cross-sectional view of the organic EL element, which is different from that in FIG. In FIG. 5B, an
配線８２９は複数の導電膜を積層することで形成されており、本実施の形態では、ＴｉＮまたはＴｉからなる第１の導電膜８２２、Ａｌからなる第２の導電膜８２４が順に積層されている。第１の導電膜８２２と第２の導電膜８２４はこの材料に限定されないが、第２の導電膜８２４は、その一部を有機ＥＬ素子の陽極として用いるので、陽極として用いるのに十分な程度に、仕事関数の高い材料を用いる。
The
そして配線８２９を覆って有機樹脂膜を成膜して、部分的にエッチングすることで開口部を有するバンク８２５を形成する。このとき有機樹脂膜のエッチングと共に、配線８２９の第２の導電膜８２４も一部エッチングすることで、第１の導電膜８２２を部分的に露出させる。
Then, an organic resin film is formed so as to cover the
その後、バンク８２５の開口部に電界発光層８２７を成膜する。本実施の形態では、電界発光層８２７が、バンク８２５の開口部の端部において第２の導電膜８２４が一部露出するように成膜されているが、第２の導電膜８２４が露出しないように電界発光層８２７で完全に覆っていても良い。
Thereafter, an
そして電界発光層８２７上に陰極８２８を成膜する。本実施の形態では陰極８２８としてＡｌＬｉを用いた。陽極として用いる配線８２９と、電界発光層８２７と、陰極８２８とが重なる部分において、有機ＥＬ素子８３０が形成される。
Then, a
さらに陰極８２８は、バンク８２５の開口部の端部において光が第２の導電膜８２４に反射して上に放射するように、電界発光層８２７を一部露出させて成膜されている。上記構成により、電界発光層８２７において生成されたレーザ光が、バンク８２５の開口部の端部において電界発光層８２７の一部露出したところから放射され、なおかつバンク８２５の開口部の端部において第２の導電膜８２４によって反射されるので、指向性の良い光が得られる。
Further, the
なお、電界発光層８２７の劣化を防ぐために、光が放射される部分を完全に露出させるのではなく、光を透過する程度の薄い金属膜や、透光性を有するその他の膜で覆い、電界発光層８２７内に水分や酸素が混入するのを防ぐようにしても良い。
In order to prevent deterioration of the
なお、本実施の形態で示す有機ＥＬ素子は、電界発光層で生成された光が陽極に形成された開口部から放射されているが、陰極に形成された開口部から放射するようにしても良い。 Note that in the organic EL element shown in this embodiment mode, light generated in the electroluminescent layer is emitted from the opening formed in the anode, but may be emitted from the opening formed in the cathode. good.
また有機ＥＬ素子では、陽極と陰極に透光性を有するような材料を用いても良いが、陽極または陰極側から漏れ出る光によって、縦モードのレーザ光を用いた光信号の送受が妨げられないように、陽極または陰極は透光性を有さず、光を反射するような材料で形成しても良い。また、透光性を有する材料で、陽極または陰極を形成する場合でも、陽極または陰極側から漏れ出る光を遮蔽できるような膜（遮蔽膜）を形成することで、縦モードのレーザ光を用いた光信号の送受が妨げられないようにすることができる。 In the organic EL element, a material having translucency may be used for the anode and the cathode. However, light leaking from the anode or cathode side hinders transmission / reception of an optical signal using a longitudinal mode laser beam. The anode or cathode may be formed of a material that does not transmit light and reflects light. Even when an anode or a cathode is formed of a light-transmitting material, a longitudinal mode laser beam can be used by forming a film (shielding film) that can shield light leaking from the anode or cathode side. It is possible to prevent the transmission / reception of the received optical signal from being hindered.
なお光信号として指向性の高いレーザ光を用いる場合でも、光信号の経路における媒質の屈折率によっては、クロストークが起こってしまう場合もあり得ないとは言い切れない。よって、受光素子と発光素子のレイアウト、基板の厚さ、基板間の距離、基板間の媒質等を、クロストークが抑えられるように考慮して、適宜設定することが望ましい。またクロストークを防ぐために、光信号の経路に、円筒形またはそれに近い断面をもつ光ファイバーや、平面状の誘電体薄膜にそって光を伝える薄膜導波路等の光導波路を設けても良い。 Even when laser light with high directivity is used as the optical signal, it cannot be said that there is no possibility of crosstalk depending on the refractive index of the medium in the optical signal path. Therefore, it is desirable to appropriately set the layout of the light receiving element and the light emitting element, the thickness of the substrate, the distance between the substrates, the medium between the substrates, and the like so that crosstalk can be suppressed. In order to prevent crosstalk, an optical waveguide such as an optical fiber having a cylindrical shape or a cross section close thereto or a thin film waveguide that transmits light along a planar dielectric thin film may be provided in the optical signal path.
なお、半導体装置に用いる基板は、透光性を有し、半導体素子の形成やその他のプロセスにおける処理温度に耐え得る基板であれば、プラスチック基板など、ガラス基板以外の基板も用いることは当然可能である。 Note that a substrate other than a glass substrate, such as a plastic substrate, can be used as long as the substrate used in the semiconductor device can transmit light and can withstand the processing temperature in the formation of semiconductor elements and other processes. It is.
（実施の形態２）
本実施の形態では基板の上面、すなわち陰極側からレーザ光を取り出す構成について示す。図１７において、４１は基板であり、特に材料は選ばない。ガラスや石英、プラスチックのみならず、紙や布などの柔軟な基板でも用いることができる。もちろん、透明である必要はない。
(Embodiment 2)
In this embodiment mode, a structure in which laser light is extracted from the upper surface of the substrate, that is, the cathode side is described. In FIG. 17,
４２は陽極である。これは電界発光層にホールを注入するため、ならびに反射体として機能する。したがって、可視光の吸収が少なく、反射率が高く、かつ仕事関数の大きい（仕事関数４．０ｅＶ以上）材料が必要である。これらの条件を満たすものとしては、例えばＡｇやＰｔ、あるいはＡｕなどが用いることが可能である。なお、この陽極は反射体として用いるため、可視光を透過しない程度以上の膜厚が必要である。具体的には、数十ｎｍから数百ｎｍとすればよい。
陽極４２の上には電流を流すことによって発光に至らしめる有機ＥＬ素子と同様の構造を用いることができる。つまり、ホール注入層４３、ホール輸送層４４、発光層４５、電子輸送層４６を設ける。これらは実施の形態１で示されるような公知の材料を用いればよい。電子輸送層４６の上には通常電子注入層４７を設けるが、ＬｉやＣｅなどのアルカリ金属がドープされた有機化合物を使用するのが好ましい。有機化合物としては、実施の形態１に示した電子輸送材料を併用することができる。この後、陰極４８を形成する。陰極４８としては実施の形態１で示したような公知材料を用いればよい。あるいは、電子注入層４７を設けず、電子注入性に優れたＭｇＡｇ合金を陰極４８として直接積層してもよい。なお、この構造では上面からレーザ光を取り出すので、陰極４８は出力鏡として機能する。したがって、発振するレーザ光に対して透過率が５０〜９５％となるように陰極を形成する。例えばＭｇとＡｇとの合金の場合は１０〜２０ｎｍ程度となる。
On the
陽極４２上の反射体と陰極４８の間隔は、定常波を形成して光を増幅させるために、半波長の整数倍の間隔が必要である。例えば４００ｎｍの光を増幅させるためには、少なくとも２００ｎｍの間隔が必要である。同様に、８００ｎｍの光を増幅させるためには、４００ｎｍの間隔が必要である。上述した有機発光材料の発光波長は、主として可視光領域に存在する。したがって、４００ｎｍから８００ｎｍと定義される可視光を増幅させるためには、反射体と陰極４８の間隔、すなわち機能層の膜厚を２００ｎｍ以上にする必要がある。なお、光速は材料の屈折率分小さくなることを考慮する必要があるため、実際には膜厚を屈折率で割った値が２００ｎｍよりも大きいことが必要である。
The interval between the reflector on the
このようにして形成された本実施の形態の有機ＥＬ素子に電流を供給することにより、電界発光層から発した光が誘導放射によって増幅され、陰極４８と陽極４２の間で共振し、レーザ光を素子上面（陰極側）から取り出すことができる。
By supplying current to the organic EL element of the present embodiment formed in this way, light emitted from the electroluminescent layer is amplified by stimulated emission, resonates between the
なお本実施の形態では、陰極側からレーザ光を取り出す構成について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。陽極側からレーザ光を取り出すことができる有機ＥＬ素子を、光信号を生成するための発光素子として用いることができる。 Note that in this embodiment mode, a structure in which laser light is extracted from the cathode side has been described; however, the present invention is not limited to this structure. An organic EL element that can extract laser light from the anode side can be used as a light emitting element for generating an optical signal.
（実施の形態３）
本発明で用いられる有機ＥＬ素子の一形態について、説明する。
(Embodiment 3)
One mode of the organic EL element used in the present invention will be described.
図１６（Ａ）に、有機ＥＬ素子の断面図を示す。図１６（Ａ）において、有機ＥＬ素子に電流を供給するためのＴＦＴを覆うように、層間絶縁膜９０３が形成されている。該層間絶縁膜９０３は開口部を有しており、該開口部においてＴＦＴの不純物領域９０１が層間絶縁膜９０３上に形成された配線９０９と接している。
FIG. 16A shows a cross-sectional view of the organic EL element. In FIG. 16A, an
配線９０９は光を透過せずに反射するような導電性を有する材料を用いて形成されており、実施の形態ではＡｌを用いている。本実施の形態において配線９０９に用いる材料はＡｌに限定されず、光を透過せずに反射するような導電性を有する材料であれば良い。
The
そして配線９０９を覆って有機樹脂膜を成膜して、部分的にエッチングすることで開口部を有するバンク９０５を形成する。その後、バンク９０５の開口部に陽極９０６、電界発光層９０７を成膜する。そして電界発光層９０７上に陰極９０８を成膜する。本実施の形態では陰極９０８としてＡｌＬｉを用いた。陽極９０６と、電界発光層９０７と、陰極９０８とが重なる部分において、有機ＥＬ素子９１０が形成される。
Then, an organic resin film is formed so as to cover the
なお陰極９０８は、バンク９０５の開口部において、電界発光層９０７と配線９０９と重なる領域において、開口部を有し、該開口部において電界発光層９０７が一部露出するように成膜されている。上記構成により、電界発光層９０７において生成された光が、配線９０９と陰極９０８間において反射を繰り返し、電界発光層９０７の一部露出したところから放射されるので、指向性の良いレーザ光が得られる。
Note that the
なお、電界発光層９０７の劣化を防ぐために、光が放射される部分を完全に露出させるのではなく、光を透過する程度の薄い金属膜や、透光性を有するその他の膜で覆い、電界発光層９０７内に水分や酸素が混入するのを防ぐようにしても良い。
In order to prevent the
図１６（Ｂ）に、有機ＥＬ素子の、図１６（Ａ）とは異なる断面図を示す。図１６（Ｂ）において、有機ＥＬ素子に電流を供給するためのＴＦＴを覆うように、層間絶縁膜９２３が形成されている。該層間絶縁膜９２３は開口部を有しており、該開口部においてＴＦＴの不純物領域９２１が層間絶縁膜９２３上に形成された配線９２９と接している。
FIG. 16B shows a cross-sectional view of the organic EL element, which is different from FIG. In FIG. 16B, an
配線９２９は光を透過せずに反射するような導電性を有する材料を用いて形成されており、本実施の形態ではＴｉＮまたはＴｉを用いている。本実施の形態において配線９２９に用いる材料はＴｉＮまたはＴｉに限定されず、光を透過せずに反射するような導電性を有する材料であれば良い。また配線９２９はその一部を有機ＥＬ素子の陽極として用いるので、陽極として用いるのに十分な程度に、仕事関数の高い材料を用いる。
The
そして配線９２９を覆って有機樹脂膜を成膜して、部分的にエッチングすることで開口部を有するバンク９２５を形成する。その後、バンク９２５の開口部に電界発光層９２７を成膜する。そして電界発光層９２７上に陰極９２８を成膜する。本実施の形態では陰極９２８としてＡｌＬｉを用いた。陽極として用いる配線９２９と、電界発光層９２７と、陰極９２８とが重なる部分において、有機ＥＬ素子９３０が形成される。
Then, an organic resin film is formed so as to cover the
なお陰極９２８は、バンク９２５の開口部において、電界発光層９２７と配線９２９とが重なる領域に開口部を有し、該開口部において電界発光層９２７が一部露出するように成膜されている。上記構成により、電界発光層９２７において生成された光が、配線９２９と陰極９２８の間において反射を繰り返し、電界発光層９２７の一部露出したところから放射されるので、指向性の良いレーザ光が得られる。
Note that the
なお、電界発光層９２７の劣化を防ぐために、光が放射される部分を完全に露出させるのではなく、光を透過する程度の薄い金属膜や、透光性を有するその他の膜で覆い、電界発光層９２７内に水分や酸素が混入するのを防ぐようにしても良い。
In order to prevent deterioration of the
また、本実施の形態で示す有機ＥＬ素子は、電界発光層で生成された光が陽極に形成された開口部から放射されているが、陰極に形成された開口部から放射するようにしても良い。 In the organic EL element shown in this embodiment mode, light generated in the electroluminescent layer is emitted from the opening formed in the anode, but may be emitted from the opening formed in the cathode. good.
また本実施の形態では、陽極または陰極に開口部を形成し、該開口部から電界発光層で発生した光を取り出す構成について説明したが、バンクの開口部を小さくすることで、発光素子から発せられる光の指向性を高めるようにしても良い。 In this embodiment mode, the structure in which an opening is formed in the anode or the cathode and light generated in the electroluminescent layer is extracted from the opening has been described. However, by reducing the opening of the bank, the light emitting element emits light. The directivity of the emitted light may be increased.
また有機ＥＬ素子では、陽極と陰極に透光性を有するような材料を用いても良いが、陽極または陰極側から漏れ出る光によって、縦モードのレーザ光を用いた光信号の送受が妨げられないように、陽極または陰極は透光性を有さず、光を反射するような材料で形成しても良い。また、透光性を有する材料で、陽極または陰極を形成する場合でも、陽極または陰極側から漏れ出る光を遮蔽できるような膜（遮蔽膜）を形成することで、縦モードのレーザ光を用いた光信号の送受が妨げられないようにすることができる。 In the organic EL element, a material having translucency may be used for the anode and the cathode. However, light leaking from the anode or cathode side hinders transmission / reception of an optical signal using a longitudinal mode laser beam. The anode or cathode may be formed of a material that does not transmit light and reflects light. Even when an anode or a cathode is formed of a light-transmitting material, a longitudinal mode laser beam can be used by forming a film (shielding film) that can shield light leaking from the anode or cathode side. It is possible to prevent the transmission / reception of the received optical signal from being hindered.
なお光信号として指向性の高いレーザ光を用いる場合でも、光信号の経路における媒質の屈折率によっては、クロストークが起こってしまう場合もあり得ないとは言い切れない。よって、受光素子と発光素子のレイアウト、基板の厚さ、基板間の距離、基板間の媒質等を、クロストークが抑えられるように考慮して、適宜設定することが望ましい。またクロストークを防ぐために、光信号の経路に、円筒形またはそれに近い断面をもつ光ファイバーや、平面状の誘電体薄膜にそって光を伝える薄膜導波路等の光導波路を設けても良い。 Even when laser light with high directivity is used as the optical signal, it cannot be said that there is no possibility of crosstalk depending on the refractive index of the medium in the optical signal path. Therefore, it is desirable to appropriately set the layout of the light receiving element and the light emitting element, the thickness of the substrate, the distance between the substrates, the medium between the substrates, and the like so that crosstalk can be suppressed. In order to prevent crosstalk, an optical waveguide such as an optical fiber having a cylindrical shape or a cross section close thereto or a thin film waveguide that transmits light along a planar dielectric thin film may be provided in the optical signal path.
なお、半導体装置に用いる基板は、透光性を有し、半導体素子の形成やその他のプロセスにおける処理温度に耐え得る基板であれば、プラスチック基板など、ガラス基板以外の基板も用いることは当然可能である。 Note that a substrate other than a glass substrate, such as a plastic substrate, can be used as long as the substrate used in the semiconductor device can transmit light and can withstand the processing temperature in the formation of semiconductor elements and other processes. It is.
本実施例では、マイクロプロセッサに代表されるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）のＣＰＵコアを複数のガラス基板上に形成し、各基板間を光インターコネクションによって接続する例について説明する。 In the present embodiment, an example in which CPU cores of CPUs (Central Processing Units) represented by a microprocessor are formed on a plurality of glass substrates and the substrates are connected by optical interconnection will be described.
ガラス基板上に形成されたＴＦＴは単結晶トランジスタに比べて動作速度が遅い。そのため、ガラス基板上にＣＰＵを形成した場合、処理内容が複雑化すると単一のＣＰＵコアでは、十分な速度で処理を実行することが困難である。そこでＣＰＵコアの一連の処理を、その目的別にいくつかの処理に分け、各処理に一つの基板上に形成されたＣＰＵコアを割り当てる。そして各ＣＰＵコアが形成された複数の基板を光インターコネクションで接続することで、単一のＣＰＵコアを用いた場合と同じく一連の処理を行なうことができる。それぞれの基板上に形成されたＣＰＵコアは割り当てられた処理だけを行なえばよく、単一のＣＰＵコアですべての処理を行なう場合にくらべて処理速度が向上する。 A TFT formed over a glass substrate has a lower operation speed than a single crystal transistor. Therefore, when the CPU is formed on the glass substrate, if the processing contents become complicated, it is difficult to execute the processing at a sufficient speed with a single CPU core. Therefore, a series of processes of the CPU core is divided into several processes according to the purpose, and a CPU core formed on one substrate is assigned to each process. Then, by connecting a plurality of substrates on which each CPU core is formed by optical interconnection, a series of processes can be performed as in the case of using a single CPU core. The CPU cores formed on the respective substrates only need to perform assigned processing, and the processing speed is improved as compared with the case where all processing is performed with a single CPU core.
図１３に、本実施例のマイクロプロセッサの斜視図を示す。マイクロプロセッサ１００は、ガラス基板を用いた複数のＣＰＵコア用基板１０１、メインメモリ１０２、クロックコントローラ１０３、キャッシュコントローラ１０４、シリアルインターフェース１０５、Ｉ／Ｏポート１０６等から構成される。勿論、図１３に示すマイクロプロセッサ１００は簡略化した一例であり、実際のマイクロプロセッサはその用途によって多種多様な構成を有している。
FIG. 13 is a perspective view of the microprocessor of this embodiment. The
ＣＰＵコア用基板１０１は透光性を有する基板で形成されており、本実施例ではガラス基板を用いている。そして、ＣＰＵコア用基板１０１は、光入出力部１０７と、インターフェース１０８と、ＣＰＵコア１０９と、キャッシュメモリ１１０とをそれぞれ有している。
The
なお光入出力部１０７には、電気信号を光信号として出力する機能を有する発光素子と、光信号を電気信号に変換する機能を有する受光素子の両方を有していても良いし、基板によっては片方だけ有していても良い。そして、マイクロプロセッサ１００を構成する他の回路との間で、電気信号を光信号に変換せずにそのまま送受信するための端子を有していても良い。
Note that the optical input / output unit 107 may include both a light emitting element having a function of outputting an electrical signal as an optical signal and a light receiving element having a function of converting the optical signal into an electrical signal. May have only one of them. And you may have a terminal for transmitting / receiving as it is, without converting an electrical signal into an optical signal between the other circuits which comprise the
キャッシュメモリ１１０は、ＣＰＵコア１０９とメインメモリ１０２の間に介在した、小容量で高速のメモリである。高速動作のＣＰＵコアは高速動作のメモリを必要とする。しかし、ＣＰＵコア１０９の動作スピードにあったアクセスタイムをもつ高速の大容量メモリを使用した場合、一般的にコストが高くなってしまう。ＣＰＵコア１０９はキャッシュメモリをアクセスすることによりメインメモリのスピードによらず、高速で動作することが可能となる。
The
以下、各ＣＰＵコア１０９の動作の一例について説明する。
Hereinafter, an example of the operation of each
例えば、まず実行初期において、プログラムをメインメモリ１０２や他の外付メモリなどから、各ＣＰＵコア用基板１０１のキャッシュメモリ１１０（ＳＲＡＭ）にダウンロードする。マスターとなるＣＰＵコア１０９がこれを行っても良い。
For example, in the initial stage of execution, the program is downloaded from the
次に、スレーブとなる各ＣＰＵコア１０９は、同じＣＰＵコア用基板１０１のキャッシュメモリ１１０に格納されたプログラムを順に実行する。同じＣＰＵコア用基板１０１のキャッシュメモリ１１０は、プログラムを格納するだけでなく、ワーク領域としても機能し、ＣＰＵコア１０９の計算結果等を一時的に格納する。
Next, each
各ＣＰＵコア１０９が、他のＣＰＵコア１０９の出力結果や、メインメモリ１０２といった、ＣＰＵコア用基板１０１内のキャッシュメモリ１１０以外との信号のやりとりが必要となる場合には、光入出力部１０７を経由して、これを行なう。
When each
ＣＰＵコア１０９の数に応じて全体の動作速度は向上する。特に、ＣＰＵコア１０９間の信号や、ＣＰＵコア用基板１０１外への信号のやりとりが少ない場合に、並列化の効果が高い。
The overall operation speed is improved according to the number of
プログラム例としては、例えば、非常に多くの極小値をもつ位相空間内において最小値を探すような最適化問題（例えば、自動配線、セールスマンの巡回問題）や、バラツキの評価（回路シミュレーション、等）において、モンテカルロ法やシミュレーテッドアニーリングなどを適用する場合が挙げられる。 Examples of programs include optimization problems such as finding the minimum value in a phase space having a very large number of local minimum values (for example, automatic wiring, salesman circulation problems), and evaluation of variations (circuit simulation, etc.) ), The case where the Monte Carlo method, simulated annealing, or the like is applied.
これらのプログラムでは、基本的には、独立に、多数回、同じサブプログラムを実行する構造となっており、各サブプログラムを異なるＣＰＵコア１０９に担当させる事で、実質的には、各ＣＰＵコア用基板１０１内のＣＰＵコア１０９とキャッシュメモリ１１０で完結したプログラムを実行することができ、理想的な並列計算を行なうことが可能となる。
These programs basically have a structure in which the same subprogram is executed many times independently, and by assigning each subprogram to a
なお、ＣＰＵコア間の処理速度がまちまちだと処理全体で見たときに不都合が起きる場合があるので、スレーブとなる各ＣＰＵコア間の処理速度のバランスを、マスターとなるＣＰＵコアでとるようにしても良い。 Note that if the processing speed between CPU cores varies, there may be inconveniences when viewed as a whole process, so that the processing speed balance between each CPU core serving as a slave is balanced by the CPU core serving as a master. May be.
図７は本実施例で作製する試料の素子構造を示す。電極や発光層などの被膜を形成するための支持体上に、陽極３０１としてＩＴＯ膜をスパッタリング法で１００ｎｍの厚さで形成した。
FIG. 7 shows an element structure of a sample manufactured in this example. An ITO film having a thickness of 100 nm was formed by sputtering as an
その上にホール輸送層３０２として、α−ＮＰＤを真空蒸着により１３５ｎｍの厚さで成膜した。続いて、ホール輸送層３０２の上に、回折格子３０７を形成した後、ホスト材料である４，４’−ビス（Ｎ−カルバゾリル）−ビフェニル（以下、ＣＢＰと略す）と三重項発光材料であるイリジウム錯体、Ｉｒ（ｔｐｙ）2（ａｃａｃ）とを共蒸着して、３０ｎｍの厚さの発光層３０３を形成した。ＣＢＰとイリジウム錯体は重量比で１０：１である。これらの膜上に電子輸送層３０４としてＢＣＰ、電子注入層３０５としてフッ化カルシウム（ＣａＦ2）、ならびに陰極３０６としてＡｌを蒸着によって成膜してサンドイッチ構造とした。なお、実際に半導体装置に用いる有機ＥＬ素子の大きさは、設計者が適宜決めることができるが、本実施例では試験的に２ｍｍ×２ｍｍとした。
An α-NPD film having a thickness of 135 nm was formed thereon as a
有機材料で形成する各層の膜厚は、発生した光を電界発光層中で増幅する事を目的として設定している。すなわち、ＣＢＰ層中に添加されたＩｒ錯体、またはα−ＮＰＤ層からの発光が、ＩＴＯと電界発光層が接する界面と、ＢＣＰ層とＣａＦ2層が接する界面、あるいはＣａＦ2とＡｌとが接する界面で反射を繰り返しながら定常波を形成するようにすることが好ましい。 The thickness of each layer formed of an organic material is set for the purpose of amplifying the generated light in the electroluminescent layer. That is, the light emission from the Ir complex added to the CBP layer or the α-NPD layer causes the interface between the ITO and the electroluminescent layer to contact, the interface between the BCP layer and the CaF 2 layer, or CaF 2 and Al to contact each other. It is preferable to form a standing wave while repeating reflection at the interface.
本実施例で用いた有機材料のうち、発光可能なものはＩｒ錯体とα−ＮＰＤである。これらは可視光領域（４００〜８００ｎｍ）に発光を示す。定常波を形成するためには、回折格子の間隔が半波長の整数倍であることが必要条件である。例えば、４００ｎｍの光の定常波を形成するためには、回折格子の間隔を２００ｎｍおよびこれの整数倍の長さにすることが必要である。つまり回折格子の間隔を、２００、４００、６００ｎｍというように、２００の整数倍にする必要がある。同様に、８００ｎｍの光の定常波を形成させるためには、回折格子の間隔は４００、８００、１２００ｎｍというように、４００ｎｍの整数倍であることが必須条件である。 Among the organic materials used in this example, those capable of emitting light are Ir complex and α-NPD. These emit light in the visible light region (400 to 800 nm). In order to form a standing wave, it is a necessary condition that the interval between the diffraction gratings is an integral multiple of a half wavelength. For example, in order to form a standing wave of 400 nm light, it is necessary to set the distance between the diffraction gratings to 200 nm and an integral multiple of this. That is, the interval between the diffraction gratings needs to be an integral multiple of 200, such as 200, 400, and 600 nm. Similarly, in order to form a standing wave of light having a wavelength of 800 nm, it is an essential condition that the interval between the diffraction gratings is an integer multiple of 400 nm, such as 400, 800, and 1200 nm.
なお、図７で示す有機ＥＬ素子は、電界発光層の合計膜厚を２７０ｎｍに設定しているが、本発明において有機ＥＬ素子の膜厚はこれに限定されない。図７で示す有機ＥＬ素子の場合、有機化合物の屈折率を１．７と仮定すると、定常波を形成できる光の波長は９２０ｎｍを整数で割った波長であり可視光領域では４６０ｎｍとなる。 In the organic EL element shown in FIG. 7, the total film thickness of the electroluminescent layer is set to 270 nm, but the film thickness of the organic EL element is not limited to this in the present invention. In the case of the organic EL element shown in FIG. 7, assuming that the refractive index of the organic compound is 1.7, the wavelength of light capable of forming a standing wave is a wavelength obtained by dividing 920 nm by an integer and is 460 nm in the visible light region.
図８（Ａ）、図８（Ｂ）に、図７に示した構成を有する有機ＥＬ素子の発光スペクトルを示す。両スペクトルに於いて、強度は規格化している。図８（Ａ）は、ＩＴＯ表面から観測した面発光のスペクトルである。一方、図８（Ｂ）は有機ＥＬ素子の横方向から観測した発光のスペクトルである。図８（Ａ）では、４７５〜６５０ｎｍの波長帯域に強い発光が観測される。この発光はＩｒ錯体からの発光に基づくものである。また、４００〜４７５ｎｍ付近には別の発光が観測される。この発光はα−ＮＰＤからの発光に基づくものである。 8A and 8B show emission spectra of the organic EL element having the configuration shown in FIG. In both spectra, the intensity is normalized. FIG. 8A is a spectrum of surface emission observed from the ITO surface. On the other hand, FIG. 8B is a light emission spectrum observed from the lateral direction of the organic EL element. In FIG. 8A, strong light emission is observed in the wavelength band of 475 to 650 nm. This light emission is based on the light emission from the Ir complex. Further, another light emission is observed in the vicinity of 400 to 475 nm. This light emission is based on the light emission from α-NPD.
この結果は、キャリア（ホールと電子）は主としてＣＢＰ層中で再結合してＩｒからの発光に寄与するが、一部のキャリアはα−ＮＰＤ層の中でも再結合していると考察される。この面発光では、発光強度は電流密度の変化に比例して変化する。したがって、いずれの電流密度においても、スペクトルは全く同一の形状となり、強度だけが電流密度の増大に比例して直線的に増大する。 This result is considered that carriers (holes and electrons) mainly recombine in the CBP layer and contribute to light emission from Ir, but some carriers are recombined in the α-NPD layer. In this surface emission, the emission intensity changes in proportion to the change in current density. Therefore, at any current density, the spectra have exactly the same shape, and only the intensity increases linearly in proportion to the increase in current density.
図８（Ａ）のスペクトルに対し、有機ＥＬ素子の側面から得られる発光スペクトルは二つの特徴を有する。まず一つは、４７５〜６５０ｎｍの波長帯域における発光スペクトルの波形が異なる点である。もう一点は４６０ｎｍ付近に鋭い発光スペクトルが観測されることである。前者の原因は明らかでないが、後者の発光スペクトルは有機ＥＬ素子の電界発光層で定常波が形成され、この波長の光のみが増幅されているためと考えられる。実際、上述したように、この有機ＥＬ素子の膜厚で定常波が許容される波長は４６０ｎｍである。最も特徴的なことは、４７５〜６５０ｎｍの波長帯域における発光は、電流密度の増大に比例して強度が変化するのに対し、４６０ｎｍ付近にピークのある別の発光スペクトルは電流密度の増大よりもさらに大きく発光強度が増大する事である。したがって、規格化された図８（Ｂ）では、４６０ｎｍの発光のみが相対的に増大することになる。 The emission spectrum obtained from the side surface of the organic EL element has two characteristics with respect to the spectrum of FIG. The first is that the waveform of the emission spectrum in the wavelength band of 475 to 650 nm is different. Another point is that a sharp emission spectrum is observed around 460 nm. Although the cause of the former is not clear, the latter emission spectrum is considered to be because a standing wave is formed in the electroluminescent layer of the organic EL element, and only light of this wavelength is amplified. In fact, as described above, the wavelength at which a standing wave is allowed in the film thickness of the organic EL element is 460 nm. Most characteristically, the emission in the wavelength band of 475 to 650 nm changes in intensity in proportion to the increase in current density, whereas another emission spectrum having a peak near 460 nm is higher than the increase in current density. Furthermore, the emission intensity is greatly increased. Therefore, in the standardized FIG. 8B, only 460 nm emission is relatively increased.
以上のことから、この有機ＥＬ素子内で４６０ｎｍの波長を持つ光は定常波を形成しているものと考えられる。すなわち、この有機ＥＬ素子が４６０ｎｍの光の共振器として働き、光を増幅させていると言える。さらに電流密度１２０ｍＡ／ｃｍ2まで増大させると、面発光のスペクトル形状は全く変化しないのに対し、４６０ｎｍの発光はさらに強度が増大し、鋭い発光シグナルを与える（図９）。 From the above, it is considered that light having a wavelength of 460 nm in this organic EL element forms a standing wave. That is, it can be said that this organic EL element functions as a resonator of 460 nm light and amplifies the light. When the current density is further increased to 120 mA / cm 2 , the spectral shape of the surface emission does not change at all, whereas the emission at 460 nm further increases in intensity and gives a sharp emission signal (FIG. 9).
図１０は、４６０ｎｍの光の発光強度を電流密度に対してプロットした図であり、図１０（Ａ）は有機ＥＬ素子の面側から、図１０（Ｂ）は有機ＥＬ素子の側面側から放射される光を測定したものである。いずれの特性においても、電流密度の増大に伴って発光強度は直線的に増大する。しかしながら、それは単調な増加ではなく、いずれの発光に於いても、電流密度が５〜１０ｍＡ／ｃｍ2付近でその傾きが変化する閾値があることが示されている。このとき、電流密度が閾値よりも低い場合には自然放出による発光であり、高い場合には誘導放出により発光しているということができる。 FIG. 10 is a diagram in which the emission intensity of light at 460 nm is plotted with respect to the current density. FIG. 10A is emitted from the surface side of the organic EL element, and FIG. 10B is emitted from the side surface side of the organic EL element. Measured light. In any characteristic, the emission intensity increases linearly with increasing current density. However, it is not a monotonous increase, and it has been shown that there is a threshold at which the slope changes when the current density is around 5 to 10 mA / cm 2 in any emission. At this time, when the current density is lower than the threshold value, light is emitted by spontaneous emission, and when it is high, light is emitted by stimulated emission.
図１０（Ｂ）では、発光ピーク４６０ｎｍの発光スペクトルの半値幅を電流密度に対してプロットした図も示している。閾値に達するまでの間、半値幅は急激に減少し、閾値以上の電流密度では徐々に半値幅が減少する。なお、有機ＥＬ素子の断面からの発光を、角度を変えて測定したが、発光波長には変化がなかった。このことは、半値幅の減少は、屈折率が波長に依存するためではないと考察することができる。換言すると、発光のごく一部の波長のみを選択的に絞って観測したために発光スペクトルが見かけ上シャープになっているのではないと言える。 FIG. 10B also shows a diagram in which the half width of the emission spectrum at the emission peak of 460 nm is plotted against the current density. Until the threshold is reached, the full width at half maximum decreases rapidly, and at a current density equal to or higher than the threshold, the full width at half maximum gradually decreases. In addition, although light emission from the cross section of the organic EL element was measured at different angles, the light emission wavelength did not change. This can be considered that the decrease in the half width is not because the refractive index depends on the wavelength. In other words, it can be said that the emission spectrum is not apparently sharp because only a small part of the emission wavelength is selectively observed.
一方、面側からの発光および側面側からの発光のいずれの場合においても、４７５〜６５０ｎｍの発光には閾値を見出すことはできなかった。この波長帯域の発光は、電流密度の増大に伴って直線的に強度が増大し、高電流領域に至ると発光の増大率が低下する現象を示していた。これは通常の有機ＥＬ素子の典型的な挙動と同じである。なお、素子のＩＴＯ側から観測される４６０ｎｍの発光はいずれの電流密度でもブロードなスペクトルを与えるため、半値幅を求めることができなかった。 On the other hand, in any case of light emission from the surface side and light emission from the side surface side, no threshold value could be found for light emission of 475 to 650 nm. The light emission in this wavelength band showed a phenomenon that the intensity increased linearly as the current density increased, and the increase rate of the light emission decreased when reaching a high current region. This is the same as a typical behavior of a normal organic EL element. In addition, since 460 nm light emission observed from the ITO side of the device gives a broad spectrum at any current density, the half width could not be obtained.
表１は本実施例で作製した試料のレーザ発振特性を示している。これは、３個の試料について測定した結果を示しているが、ピーク波長は４６２〜４６４ｎｍ、半値幅は１０ｎｍ以下であり、閾値は１０〜１２．５ｍＡ／ｃｍ2となっている。なお、この特性は室温において測定された値である。 Table 1 shows the laser oscillation characteristics of the sample manufactured in this example. This shows the results of measurement for three samples, the peak wavelength is 462 to 464 nm, the half width is 10 nm or less, and the threshold is 10 to 12.5 mA / cm 2 . This characteristic is a value measured at room temperature.
以上の結果から、以下のような結論を導き出すことができる。本実施例の有機ＥＬ素子では、４６０ｎｍ付近の発光に対して共振器構造を有しており、この波長の光の定常波が形成される。また、４６０ｎｍの発光は電流密度に対して閾値を示す。こうした挙動は、所謂固体レーザと同様に挙動である。この閾値が、所謂反転分布が始まった閾値であるとすると、これよりも大きな電流密度ではレーザ光が発振していることになる。 From the above results, the following conclusions can be drawn. The organic EL element of this example has a resonator structure for light emission near 460 nm, and a standing wave of light having this wavelength is formed. In addition, light emission at 460 nm shows a threshold value with respect to current density. Such a behavior is similar to a so-called solid-state laser. If this threshold is a threshold at which a so-called inversion distribution has begun, laser light is oscillated at a current density higher than this.
このようにレーザ光が発振する理由について、図１１で示すバンド図を用いて考察する。 The reason why the laser light oscillates will be discussed with reference to the band diagram shown in FIG.
ホールはα−ＮＰＤに注入された後、ＣＢＰ（Ｉｒが添加されている）へ輸送される。そしてドープされたＩｒへホールが注入される。しかし、ＣＢＰとの間にエネルギー障壁があるので、ある程度ホールはα−ＮＰＤにも存在する。ＣＢＰに輸送されたホールは、ＢＣＰにはエネルギー障壁が大きいため殆んど入らない。 Holes are injected into α-NPD and then transported to CBP (Ir added). Holes are then injected into the doped Ir. However, since there is an energy barrier with CBP, some holes are also present in α-NPD. Holes transported to CBP hardly enter the BCP because of its large energy barrier.
ＢＣＰに注入された電子は、ＣＢＰへ輸送され、ドーパントであるＩｒに注入される。ここでホールと電子が再結合してＩｒの励起子が生成する。もちろん、一部はＣＢＰにホールと電子が注入され、再結合によりＣＢＰの励起子も生成するが、ＣＢＰは殆んど発光しないので、ＣＢＰからの発光は観測されない。ＣＢＰからα−ＮＰＤへの電子輸送は、エネルギー障壁が比較的小さいので、ある程度進む。このため、α−ＮＰＤでの発光も一部生じる。 Electrons injected into the BCP are transported to the CBP and injected into the dopant Ir. Here, holes and electrons recombine to generate Ir excitons. Of course, some holes and electrons are injected into CBP, and CBP excitons are also generated by recombination. However, since CBP hardly emits light, light emission from CBP is not observed. Electron transport from CBP to α-NPD proceeds to some extent because the energy barrier is relatively small. For this reason, a part of light emission by α-NPD also occurs.
大量の電流が流れると、まずＣＢＰ層にホールと電子が溜まるが、再結合によってＩｒの励起子が生成する。Ｉｒの励起寿命はとても長いので、Ｉｒの励起子は飽和する。すると、Ｉｒは全て励起状態になる。さらに電流が注入されると、ＣＢＰにホールと電子が溜まり、ＣＢＰもＣＢＰとして存在できず、ＣＢＰカチオンラジカル、あるいはＣＢＰアニオンラジカルとなる。これらが再結合することもありえるが、発光はしない。 When a large amount of current flows, holes and electrons first accumulate in the CBP layer, but Ir excitons are generated by recombination. Since the excitation lifetime of Ir is so long, the exciton of Ir is saturated. Then, all Ir becomes an excited state. When a current is further injected, holes and electrons accumulate in CBP, and CBP cannot exist as CBP, and becomes a CBP cation radical or a CBP anion radical. They may recombine but do not emit light.
さらに電流が流れると、α−ＮＰＤにホールが溜まりだす。そして、α−ＮＰＤ層のＣＢＰよりは全てα−ＮＰＤのカチオンラジカルになり、基底状態が存在しない。ここで電子ＣＢＰから注入されると、励起状態の分子数が基底状態の分子数よりも大きくなるため、反転分布が形成されてレーザ発振となる。 When current further flows, holes accumulate in α-NPD. All of the CBP of the α-NPD layer become α-NPD cation radicals, and there is no ground state. Here, when injected from the electron CBP, the number of molecules in the excited state becomes larger than the number of molecules in the ground state, so an inversion distribution is formed and laser oscillation occurs.
本実施例では、本発明の半導体装置の１つである半導体表示装置の一実施例について説明する。 In this embodiment, an embodiment of a semiconductor display device which is one of the semiconductor devices of the present invention will be described.
図１２に本実施例の半導体表示装置の構成をブロック図で示す。図１２では２枚のガラス基板を用いており、第１の基板２００には外部入力端子２２５、ＶＲＡＭ（Ｖｉｄｅｏ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２０１、タイミング信号発生回路２０２、映像信号処理回路２０３、制御信号用光出力部２０４及び映像信号用光出力部２０５が設けられている。
FIG. 12 is a block diagram showing the configuration of the semiconductor display device of this embodiment. In FIG. 12, two glass substrates are used. The
制御信号用光出力部２０４及び映像信号用光出力部２０５には、それぞれ１つまたは複数の発光素子２２０と、それに対応する発光素子駆動部２２１とが形成されている。なお、１つの発光素子駆動部２２１が複数の発光素子２２０に対応していても良いし、一対一で対応していても良い。
Each of the control signal
また、第２の基板２１０には、制御信号用光入力部２１１、映像信号用光入力部２１２、信号線駆動回路２１３、走査線駆動回路２１４及び画素部２１５が設けられている。
In addition, the
制御信号用光入力部２１１及び映像信号用光入力部２１２には、それぞれ１つまたは複数の受光素子２２２と、それに対応する増幅回路２２３及び波形整形回路２２４とが形成されている。
Each of the control signal
ＶＲＡＭ２０１には外部入力端子２２５から入力された画像情報を有するデータが記憶されており、映像信号処理回路２０３では、信号線駆動回路２１３の規格に合わせて、該データをに何らかの処理を加え、映像信号として映像信号用光出力部２０５に送る。映像信号用光出力部２０５の発光素子駆動部２２１では、送られた映像信号を用いて発光素子２２０の発光を制御する。
The
一方、タイミング信号発生回路２０２では、映像信号処理回路２０３、信号線駆動回路２１３、走査線駆動回路２１４の駆動のタイミングを制御するクロック信号（ＣＬＫ）、スタートパルス信号（ＳＰ）、ラッチ信号等の信号が生成される。映像信号処理回路２０３の駆動を制御する信号は直接該回路に与えられるが、第２の基板２１０に形成された回路、ここでは信号線駆動回路２１３、走査線駆動回路２１４に与える信号は、制御信号用光出力部２０４において光信号に変換され、制御信号用光入力部２１１において再び電気信号に変換される。そして電気信号に変換された各種制御信号は、信号線駆動回路２１３、走査線駆動回路２１４に与えられる。
On the other hand, the timing
信号線駆動回路２１３は与えられた制御信号のタイミングに同期して駆動し、映像信号をサンプリングして画素部２１５に入力する。また走査線駆動回路２１４も入力された制御信号に同期して、画素部２１５の各画素に映像信号が入力されるタイミングを制御する。
The signal
なお、本実施例では画像情報を有するデータを、外部入力端子２２５を介して電気信号として伝送しているが、電気信号としてではなく光信号として伝送するようにしても良い。
In this embodiment, data having image information is transmitted as an electrical signal via the
図６に、本実施例で用いたアクティブマトリクス型の半導体表示装置の信号線駆動回路２１３、走査線駆動回路２１４、画素部２１５の具体的な構成を示す。なお図６では、画素部２１５に画像を表示する素子の１つである発光素子として、ＯＬＥＤ（ＯＬＥＤ：Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ）を用いた場合を示す。
FIG. 6 shows specific structures of the signal
図６（Ａ）において信号線駆動回路２１３は、シフトレジスタ２１３＿１、ラッチＡ２１３＿２、ラッチＢ２１３＿３、Ｄ／Ａ変換回路２１３＿４を有している。シフトレジスタ２１３＿１は、入力されたクロック信号（ＣＬＫ）およびスタートパルス（ＳＰ）に基づき、タイミング信号を順に発生させ、後段の回路へタイミング信号を順次供給する。
In FIG. 6A, the signal
なおシフトレジスタ２１３＿１からのタイミング信号を、バッファ等によって緩衝増幅し、後段の回路へ緩衝増幅したタイミング信号を順次供給しても良い。タイミング信号が供給される配線には、多くの回路あるいは素子が接続されているために負荷容量（寄生容量）が大きい。この負荷容量が大きいために生ずるタイミング信号の立ち上がりまたは立ち下がりの”鈍り”を防ぐために、このバッファが設けられる。 Note that the timing signal from the shift register 213_1 may be buffered and amplified by a buffer or the like, and the buffered timing signal may be sequentially supplied to a subsequent circuit. Since many circuits or elements are connected to the wiring to which the timing signal is supplied, the load capacitance (parasitic capacitance) is large. This buffer is provided in order to prevent “blunting” of the rising edge or falling edge of the timing signal caused by the large load capacity.
シフトレジスタ２１３＿１からのタイミング信号は、ラッチＡ２１３＿２に供給される。ラッチＡ２１３＿２は、デジタルの映像信号を処理する複数のステージのラッチを有している。ラッチＡ２１３＿２は、前記タイミング信号が入力されると同時に、映像信号を順次書き込み、保持する。 A timing signal from the shift register 213_1 is supplied to the latch A 213_2. The latch A213_2 includes a plurality of stages of latches that process digital video signals. The latch A 213_2 sequentially writes and holds video signals at the same time as the timing signal is input.
なお、ラッチＡ２１３＿２に映像信号を取り込む際に、ラッチＡ２１３＿２が有する複数のステージのラッチに、順に映像信号を入力する。 Note that when a video signal is captured into the latch A 213_2, the video signal is sequentially input to the latches of the plurality of stages included in the latch A 213_2.
ラッチＡ２１３＿２の全ステージのラッチへの映像信号の書き込みが一通り終了するまでの時間を、ライン期間と呼ぶ。すなわち、ラッチＡ２１３＿２中で一番左側のステージのラッチに映像信号の書き込みが開始される時点から、一番右側のステージのラッチに映像信号の書き込みが終了する時点までの時間間隔がライン期間である。実際には、上記ライン期間に水平帰線期間が加えられた期間を含むことがある。 The time until video signal writing to all the latches of the latch A 213_2 is completed is called a line period. That is, the time interval from the time when the writing of the video signal to the latch of the leftmost stage in the latch A213_2 to the time of the end of the writing of the video signal to the latch of the rightmost stage is a line period. . Actually, a period in which a horizontal blanking period is added to the line period may be included.
１ライン期間が終了すると、ラッチＢ２１３＿３にラッチ信号（Ｌａｔｃｈ Ｓｉｇｎａｌ）が供給される。この瞬間、ラッチＡ２１３＿２に書き込まれ保持されている映像信号は、ラッチＢ２１３＿３に一斉に送出され、ラッチＢ２１３＿３の全ステージのラッチに書き込まれ、保持される。 When one line period ends, a latch signal (Latch Signal) is supplied to the latch B 213_3. At this moment, the video signals written and held in the latch A213_2 are sent all at once to the latch B213_3, and are written and held in the latches of all the stages of the latch B213_3.
映像信号をラッチＢ２１３＿３に送出し終えたラッチＡ２１３＿２は、シフトレジスタ２１３＿１からのタイミング信号に基づき、再び映像信号の書き込みを順次行なう。 The latch A 213_2 that has finished sending the video signal to the latch B 213_3 sequentially writes the video signal again based on the timing signal from the shift register 213_1.
この２順目の１ライン期間中には、ラッチＢ２１３＿３に書き込まれ、保持されている映像信号がＤ／Ａ変換回路２１３＿４においてアナログに変換され、画素部２１５に設けられた信号線に入力される。
During the second line period, the video signal written and held in the latch B 213_3 is converted to analog by the D / A conversion circuit 213_4 and input to the signal line provided in the
なお、Ｄ／Ａ変換回路２１３＿４は必ずしも用いる必要はなく、時分割階調を行なう場合は、Ｄ／Ａ変換回路２１３＿４を用いずに、デジタルの映像信号をそのまま画素部２１５に設けられた信号線に入力する。
Note that the D / A conversion circuit 213_4 is not necessarily used. When time-division gray scale is used, a digital video signal is directly provided to the
なお、映像信号用光入力部２１２における光信号のバス幅を広く取ることができるので、映像信号用光入力部２１２における入力信号数が１ライン分の信号線の数と同じにすることも可能である。この場合、タイミング信号で順にラッチを選択して書き込まなくとも、一度に全ステージのラッチへの書き込みができるので、シフトレジスタ２１３＿１を用いなくても駆動が可能である。また、映像信号用光入力部２１２における入力信号数が１ライン分の全信号線に対応していなくとも、いずれにしろ光入出力部における光信号のバス幅を広く取ることができるので、端子を用いたときよりも信号線駆動回路２１３の駆動周波数を十分落とすことができる。
Since the bus width of the optical signal in the video signal
また、映像信号用光入力部２１２における入力信号数が１ライン分の信号線の数と同じ場合、ラッチＢ２１３＿３を設けなくとも駆動が可能である。
In addition, when the number of input signals in the video signal
一方、走査線駆動回路２１４は、それぞれシフトレジスタ２１４＿１、バッファ２１４＿２を有している。また場合によっては、さらにレベルシフタを有していても良い。 On the other hand, the scan line driver circuit 214 includes a shift register 214_1 and a buffer 214_2, respectively. In some cases, a level shifter may be further provided.
走査線駆動回路２１４において、シフトレジスタ２１４＿１からの選択信号がバッファに供給され、対応する走査線に供給される。 In the scan line driver circuit 214, the selection signal from the shift register 214_1 is supplied to the buffer and supplied to the corresponding scan line.
図６（Ｂ）に画素部の一部を示す。各走査線には、１ライン分の画素の、ＴＦＴ２３０のゲートが接続されている。そして、１ライン分の画素のＴＦＴ２３０を一斉にＯＮにしなくてはならないので、バッファ２１４＿２は大きな電流を流すことが可能なものが用いられる。
FIG. 6B illustrates part of the pixel portion. Each scanning line is connected to the gate of the
次に、本実施例の半導体表示装置の外観について説明する。図１４（Ａ）は、図１２に示した半導体表示装置の斜視図の一実施例である。また図１４（Ｂ）はその断面を示したものである。 Next, the appearance of the semiconductor display device of this embodiment will be described. FIG. 14A is an example of a perspective view of the semiconductor display device shown in FIG. FIG. 14B shows a cross section thereof.
第１の基板２００上に形成された外部入力端子２２５は、ＦＰＣ２３１に接続されており、ＦＰＣ２３１を介して画像情報を有するデータが外部入力端子２２５に入力される。また図１４（Ｂ）に示すように、第１の基板２００上にはＶＲＡＭ２０１、映像信号処理回路２０３、映像信号用光出力部２０５が設けられている。なお、図１４（Ｂ）で示した以外に、第１の基板２００上にはタイミング信号発生回路２０２と、制御信号用光出力部２０４が形成されている。
The
第１の基板２００は、接着剤２３３により第２の基板２１０と対向するように貼り合わされている。この接着剤２３３は、光を透過し、なおかつクロストークを考慮した上での最適な屈折率を有する材料であれば良い。
The
第２の基板２１０上には、画素部２１５と、信号線駆動回路２１３と、映像信号用光入力部２１２とが形成されている。なお、図１４（Ｂ）で示した以外に、第２の基板２１０上には走査線駆動回路２１４と、制御信号用光入力部２１１が形成されている。
A
第２の基板２１０上に形成された画素部２１５は、第２の基板２１０とカバー材２３２との間に、不活性ガスまたは樹脂等と共に密封されている。なお第２の基板２１０とカバー材２３２とは、シール材２３４で封止されている。
The
第１の基板２００上に形成された映像信号用光出力部２０５は、接着剤２３３と第２の基板２１０を間に挟んで、映像信号用光入力部２１２と重なり合っている。また、制御信号用光出力部２０４と制御信号用光入力部２１１も、接着剤２３３と第２の基板２１０を間に挟んで重なり合っている。
The video signal
なお本実施例では、発光素子を表示素子として用いた半導体表示装置について説明したが、半導体表示装置はこれに限定されず、発光素子以外の素子を表示素子として用いた半導体表示装置であっても良いし、液晶表示装置（ＬＣＤ）、ＰＤＰ、ＤＬＰやその他の半導体表示装置であっても良い。 In this embodiment, a semiconductor display device using a light emitting element as a display element has been described. However, the semiconductor display device is not limited to this, and a semiconductor display device using an element other than a light emitting element as a display element may be used. It may be a liquid crystal display (LCD), PDP, DLP, or other semiconductor display device.
本発明の半導体装置は、様々な電子機器への適用が可能である。その一例は、携帯情報端末（電子手帳、モバイルコンピュータ、携帯電話等）、ビデオカメラ、デジタルカメラ、パーソナルコンピュータ、テレビ受像器、投影型表示装置等が挙げられる。それら電子機器の具体例を図１５に示す。 The semiconductor device of the present invention can be applied to various electronic devices. Examples thereof include a portable information terminal (electronic notebook, mobile computer, mobile phone, etc.), a video camera, a digital camera, a personal computer, a television receiver, a projection display device, and the like. Specific examples of these electronic devices are shown in FIGS.
図１５（Ａ）は表示装置であり、筐体２００１、表示部２００２、スピーカー部２００３等を含む。本発明により、表示部２００２またはその他信号処理用の回路を作製して、表示装置を完成させることができる。なお、表示装置には、コンピュータ用、テレビジョン放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用表示装置が含まれる。
FIG. 15A illustrates a display device, which includes a
図１５（Ｂ）はデジタルスチルカメラであり、本体２１０１、表示部２１０２、受像部２１０３、操作キー２１０４、外部接続ポート２１０５、シャッター２１０６等を含む。本発明の半導体装置を表示部２１０２またはその他の回路に用いることで、本発明のデジタルスチルカメラが完成する。
FIG. 15B illustrates a digital still camera, which includes a
図１５（Ｃ）はノート型パーソナルコンピュータであり、本体２２０１、筐体２２０２、表示部２２０３、キーボード２２０４、外部接続ポート２２０５、ポインティングマウス２２０６等を含む。本発明の半導体装置を表示部２２０３またはその他の回路に用いることで、本発明のノート型パーソナルコンピュータが完成する。
FIG. 15C illustrates a laptop personal computer, which includes a
図１５（Ｄ）はモバイルコンピュータであり、本体２３０１、表示部２３０２、スイッチ２３０３、操作キー２３０４、赤外線ポート２３０５等を含む。本発明の半導体装置を表示部２３０２またはその他の回路に用いることで、本発明のモバイルコンピュータが完成する。
FIG. 15D illustrates a mobile computer, which includes a
図１５（Ｅ）は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置（具体的にはＤＶＤ再生装置）であり、本体２４０１、筐体２４０２、表示部Ａ２４０３、表示部Ｂ２４０４、記録媒体（ＤＶＤ等）読み込み部２４０５、操作キー２４０６、スピーカー部２４０７等を含む。表示部Ａ２４０３は主として画像情報を表示し、表示部Ｂ２４０４は主として文字情報を表示する。なお、記録媒体を備えた画像再生装置には家庭用ゲーム機器なども含まれる。本発明の半導体装置を表示部Ａ２４０３、表示部Ｂ２４０４またはその他の回路に用いることで、本発明の画像再生装置が完成する。
FIG. 15E illustrates a portable image reproducing device (specifically, a DVD reproducing device) provided with a recording medium, which includes a
図１５（Ｆ）はゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）であり、本体２５０１、表示部２５０２、アーム部２５０３を含む。本発明の半導体装置を表示部２５０２またはその他の回路に用いることで、本発明のゴーグル型ディスプレイが完成する。
FIG. 15F illustrates a goggle type display (head mounted display), which includes a
図１５（Ｇ）はビデオカメラであり、本体２６０１、表示部２６０２、筐体２６０３、外部接続ポート２６０４、リモコン受信部２６０５、受像部２６０６、バッテリー２６０７、音声入力部２６０８、操作キー２６０９、接眼部２６１０等を含む。本発明の半導体装置を表示部２６０２またはその他の回路に用いることで、本発明のビデオカメラが完成する。
FIG. 15G illustrates a video camera, which includes a main body 2601, a
ここで図１５（Ｈ）は携帯電話であり、本体２７０１、筐体２７０２、表示部２７０３、音声入力部２７０４、音声出力部２７０５、操作キー２７０６、外部接続ポート２７０７、アンテナ２７０８等を含む。なお、表示部２７０３は黒色の背景に白色の文字を表示することで携帯電話の消費電流を抑えることができる。本発明の半導体装置を表示部２７０３またはその他の回路に用いることで、本発明の携帯電話が完成する。
Here, FIG. 15H shows a mobile phone, which includes a
以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に用いることが可能である。また、本実施例は実施例１〜３に示したいずれの構成とも組み合わせて実施することが可能である。 As described above, the applicable range of the present invention is so wide that it can be used for electronic devices in various fields. In addition, this embodiment can be implemented in combination with any of the configurations shown in Embodiments 1 to 3.
１０ ガラス基板
１１ 回路
１２ 光入出力部
１３ インターフェース
１４ 光入力部
１５ 光出力部
１６ 発光素子
１７ 受光素子
１８ 発光素子駆動部
１９ 増幅回路
２０ 波形整形回路
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記複数の各ガラス基板は、発光素子と、受光素子の両方またはいずれか一方を有し、
前記発光素子は、一対の電極間に形成された電界発光層に電流を流すことによりレーザ光が発振されるように、前記電界発光層において発光可能な複数の層が接して形成されており、
前記発光素子から発振された前記レーザ光を用いて光信号を生成し、前記光信号を前記受光素子において電気信号に変換することで、前記複数のガラス基板に形成された前記各回路間の信号の伝送が行なわれることを特徴とする半導体装置。 A plurality of glass substrates each having a circuit having a semiconductor element formed thereon;
Each of the plurality of glass substrates has a light emitting element and / or a light receiving element,
The light emitting element is formed in contact with a plurality of layers capable of emitting light in the electroluminescent layer so that laser light is oscillated by passing a current through the electroluminescent layer formed between a pair of electrodes.
A signal between the circuits formed on the plurality of glass substrates by generating an optical signal using the laser light oscillated from the light emitting element and converting the optical signal into an electric signal in the light receiving element. The semiconductor device is characterized in that transmission is performed.
前記複数のガラス基板の少なくとも１つに、複数の画素を有する画素部が形成されており、
前記複数の各ガラス基板は、発光素子と、受光素子の両方またはいずれか一方を有し、
前記発光素子は、一対の電極間に形成された電界発光層に電流を流すことによりレーザ光が発振されるように、前記電界発光層において発光可能な複数の層が接して形成されており、
前記発光素子から発振された前記レーザ光を用いて光信号を生成し、前記光信号を前記受光素子において電気信号に変換することで、前記複数のガラス基板に形成された前記各回路と前記画素部間の信号の伝送が行なわれることを特徴とする半導体装置。 A plurality of glass substrates each having a circuit having a semiconductor element formed thereon;
A pixel portion having a plurality of pixels is formed on at least one of the plurality of glass substrates,
Each of the plurality of glass substrates has a light emitting element and / or a light receiving element,
The light emitting element is formed in contact with a plurality of layers capable of emitting light in the electroluminescent layer so that laser light is oscillated by passing a current through the electroluminescent layer formed between a pair of electrodes.
The circuit and the pixels formed on the plurality of glass substrates by generating an optical signal using the laser light oscillated from the light emitting element and converting the optical signal into an electric signal in the light receiving element. A semiconductor device, wherein signals are transmitted between parts.
前記複数の各ガラス基板は、発光素子と、受光素子の両方またはいずれか一方を有し、
前記発光素子は、一対の電極間に形成された電界発光層に電流を流すことによりレーザ光が発振されるように、前記電界発光層において発光可能な複数の層が接して形成されており、
前記複数のガラス基板のうち、いずれか１つのガラス基板において、前記回路から出力された第１の電気信号が前記発光素子によって前記レーザ光を用いた光信号に変換され、
前記複数のガラス基板のうち、前記１つのガラス基板以外の１つまたは複数のガラス基板において、前記光信号が前記受光素子において第２の電気信号に変換され、前記第２の電気信号が波形整形されて前記回路に入力されることを特徴とする半導体装置。 A plurality of glass substrates each having a circuit having a semiconductor element formed thereon;
Each of the plurality of glass substrates has a light emitting element and / or a light receiving element,
The light emitting element is formed in contact with a plurality of layers capable of emitting light in the electroluminescent layer so that laser light is oscillated by passing a current through the electroluminescent layer formed between a pair of electrodes.
In any one of the plurality of glass substrates, the first electric signal output from the circuit is converted into an optical signal using the laser light by the light emitting element,
Among the plurality of glass substrates, in one or a plurality of glass substrates other than the one glass substrate, the optical signal is converted into a second electric signal in the light receiving element, and the second electric signal is waveform-shaped. And being input to the circuit.
前記複数の各ガラス基板は、発光素子と、受光素子の両方またはいずれか一方を有し、
前記発光素子は、一対の電極間に形成された電界発光層に電流を流すことによりレーザ光が発振されるように、前記電界発光層において発光可能な複数の層が接して形成されており、
前記複数のガラス基板の少なくとも１つに、複数の画素を有する画素部が形成されており、
前記複数のガラス基板のうち、前記画素部が形成されたガラス基板以外のいずれか１つのガラス基板において、前記回路から出力された第１の電気信号が前記発光素子によって前記レーザ光を用いた光信号に変換され、
前記画素部が形成されたガラス基板において、前記光信号が前記受光素子において第２の電気信号に変換され、前記第２の電気信号により前記画素部に画像が表示されることを特徴とする半導体装置。 A plurality of glass substrates each having a circuit having a semiconductor element formed thereon;
Each of the plurality of glass substrates has a light emitting element and / or a light receiving element,
The light emitting element is formed in contact with a plurality of layers capable of emitting light in the electroluminescent layer so that laser light is oscillated by passing a current through the electroluminescent layer formed between a pair of electrodes.
A pixel portion having a plurality of pixels is formed on at least one of the plurality of glass substrates,
In any one glass substrate other than the glass substrate on which the pixel portion is formed among the plurality of glass substrates, the first electric signal output from the circuit is light that uses the laser light by the light emitting element. Converted to a signal
In the glass substrate on which the pixel portion is formed, the optical signal is converted into a second electric signal in the light receiving element, and an image is displayed on the pixel portion by the second electric signal. apparatus.
前記一対の電極は金属を含み、なおかつ光を反射し、
前記一対の電極のいずれか一方に形成された開口部から放射される光を用いて、前記光信号が形成されることを特徴とする半導体装置。 In any one of Claims 1 thru | or 4,
The pair of electrodes includes a metal and reflects light;
A semiconductor device, wherein the optical signal is formed using light emitted from an opening formed in one of the pair of electrodes.
前記電界発光層は発光層を有しており、前記発光層にドーパントとして金属錯体が含まれていることを特徴とする半導体装置。 In any one of Claims 1 thru | or 5,
The electroluminescent layer has a light emitting layer, and the light emitting layer contains a metal complex as a dopant.
9. The semiconductor device according to claim 8, wherein the laser light oscillates from a direction crossing a current injection direction.
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