JP2000298440A

JP2000298440A - マトリックス表示装置

Info

Publication number: JP2000298440A
Application number: JP6284299A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Yano; 義彦矢野
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1999-02-08
Filing date: 1999-03-10
Publication date: 2000-10-24

Abstract

(57)【要約】【課題】開口率を向上させることにより、高輝度、低
消費電力、高品位のマトリックス表示装置を実現する。【解決手段】スイッチング素子本体として透明である
ｐ−ｎ接合またはＭＩＳ（金属導電性層−絶縁性層−半
導性層）接合を有し、かつこのスイッチング素子が表示
画素とともに面上に多数配置され、前記各表示画素とス
イッチング素子とが電気的接続され、かつ各表示画素が
スイッチング素子によりマトリックス駆動されるマトリ
ックス表示装置とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置、有
機ＥＬ表示装置などの構造中に透明電子デバイスを配置
した改良されたマトリックス表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在主流の平面表示装置は、ガラス上に
設けられた対向する２つの電極間に液晶や発光材料を挟
んで、両電極間に電圧を加えることにより、液晶の透過
特性を変化させたり、また、発光材料を発光させたりす
ることにより、文字ないし画像を表示する。一対の対向
電極とそれに挟まれた液晶部、または、発光部を画素と
呼ぶ。対向電極を画面のＸ−Ｙ方向に、対向する電極を
それぞれならべることにより、マトリックスを構成し、
各画素を駆動し、画面に表示する。画素の数を増してゆ
けば表示できる文字数、画像の鮮明度が増加する。しか
し、最も単純な、いわゆる単純マトリックス駆動方式で
は、画素数の増大とともに画素間のクロストークの影響
が大きくなり、コントラストが低下する。これを改善す
る方法として、各画素に直列にスイッチング素子を接続
する方法が用いられている。この方式は、単純マトリッ
クス駆動に対し、アクティブマトリックス駆動といわれ
ている。

【０００３】このようなスイッチングアレイとして、例
えば、東芝レビュー、Vol.５０、No. ９、６７１ペー
ジ、樋口豊喜、”ＴＦＴ液晶ディスプレーの高い開口率
画素設計技術”、特開昭５７−１４４５８４に述べられ
ているように、a-Si薄膜トランジスタ（a-SiＴＦＴ）、
薄膜の金属−絶縁体−金属（ＭＩＭ）ダイオードが使用
され、これら素子を用いて駆動している表示装置は、通
称、ＴＦＴ液晶ディスプレー、ＴＦＤ（薄膜ダイオー
ド）液晶ディスプレーといわれ現在の高品質表示装置の
主流となっている。

【０００４】このような表示装置では、ＴＦＴアレイ、
ＴＦＤアレイ等のスイッチング素子の開口率を向上させ
ることが重要である。

【０００５】例えば液晶表示装置（ＬＣＤ）では、液晶
それ自身が発光するのではなく液晶を通る光を制御して
表示を行うものであるから、その消費電力はバックライ
ト消費電力の割合が圧倒的に大きい。バックライトの消
費電力を低減するには、液晶画面の透過率を改善するこ
とが重要である。

【０００６】また、有機ＥＬ表示装置などでは、自発光
画素によるものであるから、発光面積を大きくとること
により、高輝度が達成される。

【０００７】いずれの場合も、画素に付属した、スイッ
チングアレイの開口率を高めることにより、高輝度化、
低消費電力化が図られる。開口率を大きくするのは光の
透過しない部分をどのように減らすかがポイントであ
る。

【０００８】現状のＬＣＤ用ＴＦＴアレイでは、開口率
は５０％前後であり、大きく改善の余地が残されてい
る。開口率を現状の１．５倍に向上させその他それに付
随する効果も見込むと、輝度を２倍にでき、従って、消
費電力を半減することができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、開口
率を向上させることにより、高輝度、低消費電力、高品
位のマトリックス表示装置を実現することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】現状のアクティブマトリ
クス駆動に用いられるＴＦＴはa-Si、ＴＦＤは金属膜を
用い、不透明である。本発明者らは、スイッチングアレ
イとして用いる、ＴＦＴ、ＴＦＤ等のスイッチング素子
を、透明な材料で構成することが可能であることを見い
だした。この、透明なスイッチング素子を利用して、開
口率を大幅に向上させることができる。

【００１１】すなわち、上記目的は、下記（１）〜
（６）のいずれかの構成により達成される。（１）スイッチング素子本体として透明であるｐ−ｎ
接合またはＭＩＳ（金属導電性層−絶縁性層−半導性
層）接合を有するスイッチング素子が表示画素とともに
面上に多数配置され、前記各表示画素とスイッチング素
子とが電気的に接続され、かつ各表示画素がスイッチン
グ素子によりマトリックス駆動されるマトリックス表示
装置。（２）前記スイッチング素子は、少なくともＣｕを含
有する複合酸化物を有する無機物層と、ｎ型導電性を示
すｎ型半導体層によるｐ−ｎ接合を有する上記（１）の
マトリックス表示装置。（３）前記スイッチング素子は、少なくともＣｕを含
む複合酸化物を有する無機物層と絶縁層によるＭＩＳ
（金属導電性層−絶縁性層−半導性層）構造を有する上
記（１）のマトリックス表示装置。（４）前記スイッチング素子は、少なくともバンドギ
ャップ２．５eV以上であって、ｎ型導電性を示すｎ型半
導体層と絶縁層によるＭＩＳ構造を有する上記（１）の
マトリックス表示装置。（５）前記表示画素は、有機ＥＬ素子で構成されてい
る上記（１）〜（４）のいずれかのマトリックス表示装
置。（６）前記スイッチング素子は、無機物層、半導体層
または、半導性層が電極層を介さずに直接表示画素に接
続されている上記（１）〜（５）のいずれかのマトリッ
クス表示装置。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明のマトリックス表示装置
は、スイッチング素子本体が透明であるｐ−ｎ接合また
はＭＩＳ（金属導電性層−絶縁性層−半導性層）接合で
あるダイオード素子を有し、かつこのスイッチング素子
が表示画素とともに面上に多数配置され、前記各表示画
素とスイッチング素子とが電気的接続され、かつ各表示
画素をスイッチング素子を用いてマトリックス駆動する
マトリックス表示装置である。

【００１３】本発明のスイッチング素子は、ＴＦＴや、
ｐ−ｎ接合ダイオードまたは、ＭＩＳ型ダイオード等の
ＴＤＦを用いることができる。

【００１４】本発明のスイッチング素子は、少なくと
も、１価のＣｕを含む複合酸化物を含有する無機物層
と、少なくともｎ型導電性を示す層が積層されている構
造体を有する。また、好ましくは無機物層のバンドギャ
ップが２．５eV以上であり、さらに好ましくは無機物層
がｐ型半導体である。

【００１５】本発明におけるスイッチング素子は、少な
くとも、Ｃｕを含む複合酸化物を含有する無機物層と、
ｎ型導電性を示すｎ型半導体層によるｐ−ｎ接合を有す
る。例えば、ガラス基板／ＩＴＯ電極／ＳｒＣｕ₂Ｏ₂
薄膜（無機物層）／ＺｎＯ薄膜（ｎ型半導体層）／ＩＴ
Ｏ電極の構造のｐ−ｎ接合ダイオードなどである。

【００１６】また、本発明のスイッチング素子は、少な
くとも、Ｃｕを含む複合酸化物を含有する無機物層と絶
縁層によるＭＩＳ（金属導電性層−絶縁性層−半導性
層）構造を有する。例えば、ガラス基板／ＩＴＯ電極／
ＳｒＣｕ₂Ｏ₂薄膜（無機物層）／ＳｉＯ₂薄膜（絶縁
層）／ＩＴＯの構造のＭＩＳダイオードなどである。

【００１７】また、本発明のスイッチング素子は、少な
くとも、バンドギャップ２．５ｅＶ以上であり、ｎ型導
電性を示すｎ型半導体層と絶縁層によるＭＩＳ構造を有
する。例えば、ガラス基板／ＩＴＯ電極／ＺｎＯ薄膜
（ｎ型半導体層）／ＳｉＯ₂薄膜（絶縁層）／ＩＴＯの
構造のＭＩＳダイオードなどである。

【００１８】以上のようなダイオードは、全てエネルギ
ーギャップ２．５eV以上の材料を用いているため、素子
本体を透明にすることが可能である。また、このように
素子自体が透明であることから、後述のようにスイッチ
ング素子自体に直接表示素子を形成し、ＩＴＯ等の透明
電極を省略することも可能である。

【００１９】以上の構成における無機物層、ｎ型半導体
層、絶縁層およびその他の本発明の実施の形態を説明す
る。

【００２０】本発明に用いる無機物層は、基板上に、１
価のＣｕを含む複合酸化物を含有することが好ましい。
また、好ましくは無機物層のバンドギャップが２．５eV
以上であり、さらに好ましくは無機物層がｐ型半導体で
ある。

【００２１】１価のＣｕを含む複合酸化物のうち、デラ
フォサイト化合物、例えば、ＣｕＡｌＯ₂化合物では、
１価のＣｕと、３価のＡｌによるＣｕ⁺、ＡｌＯ₂ ^-が
それぞれｃ軸に垂直な２次元平面を形成し、交互に積層
している。ＳｒＣｕ₂Ｏ₂は、Ｏ−Ｃｕ−Ｏのダンベル
構造のユニットがジグザグにつながり、１次元のチェー
ンを結晶構造中で形成している。デラフォサイト化合物
またはＳｒＣｕ₂Ｏ₂は、エピタキシャル膜でもよいが、
非晶質、多結晶の薄膜においてもｐ型導電性を示す薄膜
が容易に得られる。ドーピングも可能である。また通電
や温度による電気的特性変化も少なく、電極材との電気
化学反応も少ないない。さらに透光性にも優れている。

【００２２】本発明で用いる１価のＣｕを含む複合酸化
物としては、デラフォサイト化合物であるＣｕＡｌＯ₂
に代表されるＩ−ＩＩＩ−VＩ₂あるいはＺｎＡｌ₂Ｏ₄
に代表されるＩＩ−ＩＩＩ₂−VＩ₄（ここでＩ族元素と
してはＣｕ、Ａｇなど、ＩＩＩ族元素としてはＡｌ、Ｇ
ａ、Ｉｎ、Ｔｌなど、VＩ族元素としては、Ｏ、Ｓ、Ｓ
ｅ、Ｔｅなど、ＩＩ族元素としては、Ｚｎ、Ｃｄなど、
ＩV族元素としてはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎなど、また、Ｖ族
元素としてはＰ、Ａｓ、Ｓｂなど）などの化合物または
ＳｒＣｕ₂Ｏ₂、または、ＳｒＣｕ₂Ｏ₂において、Ｓｒ
の代わりに他のアルカリ土類金属、または、Ｓｃ、Ｙお
よび他のアルカリ金属を用いた、例えば、ＢａＣｕ₂Ｏ
₂等のＡＣｕ₂Ｏ₂（Ａ：アルカリ土類金属、または希
土類金属）で表されるものが好ましい。さらに、および
これらの化合物を用いた複数成分の組み合わせの混晶化
合物が好ましい。

【００２３】これらの化合物の組成比は厳密に上記した
値をとるのではなく、それぞれの元素に関してある程度
の固溶限を有している。従って、ＣｕＡｌＯ₂、ＳｒＣ
ｕ₂Ｏ₂などの酸化物は、その範囲の組成比であればよ
い。

【００２４】以上のような化合物の中でも、ＣｕＡｌＯ
₂、ＣｕＧａＯ₂、ＡＣｕ₂Ｏ₂（Ａ：アルカリ土類金
属、または希土類金属で、特にＳｒ、Ｂａが好ましい）
およびこれらの混晶化合物は、組成制御が容易でワイド
ギャップの半導体となるため特に好ましい。

【００２５】また、本発明の無機物層は、バンドギャッ
プが２．５eV以上、より好ましくは２．７eV以上、さら
には３．０eV以上、特に３．２eVであるものであること
が好ましい。その上限は、特に規制されるものではない
が、通常、４eV程度である。バンドギャップが２．５eV
以上であると可視光で透明性を有する素子が得られる。
バンドギャップが２．５eV以上の無機物層に用いる材料
は、上述した１価のＣｕを含む複合酸化物中より適宜選
択して用いればよい。

【００２６】さらに本発明の無機物層は、ｐ型半導体で
あるとさらに好ましい。ｎ型半導体層に対し、Ｃｕを含
む複合酸化物を含有する無機物層は、その界面のｎ型半
導体側および／またはこの無機物層側に、空乏層を発生
させる役割を果たす。ｐ型半導体の無機物層に用いる材
料は、上述したデラフォサイト化合物中より適宜選択し
て用いればよい。これらの化合物の中には、そのままで
ｐ型半導体の性質を示すものもあるが、これらの化合物
の作製時に公知のドーピング物質またはガスを添加して
ｐ型化を行うことが好ましい。また、ドーピングを行わ
ず、組成をずらすことによりｐ型化を行うことが特に好
ましい。ｐ型半導体か否かはホール測定、またはゼーベ
ック効果により判断することができる。

【００２７】ｐ型化する場合のドーパントとしては、例
えば、１価の金属、特にカリウム等が挙げられる。これ
らは単独で用いてもよいし、２種以上を混合して用いて
もよい。またドーピング量としては、全体の５at％以
下、特に３at％以下程度であることが好ましい。

【００２８】無機物層の形態としては、非晶質薄膜、微
結晶薄膜、多結晶薄膜、エピタキシャル薄膜、単結晶薄
膜、または、これらの入り交じった薄膜、またこれらの
積層薄膜や人工格子薄膜が用いられる。特に、ガラス基
板上で素子を用いる場合には、多結晶薄膜が好ましい。
多結晶薄膜は大面積に形成可能でかつ結晶性であるた
め、無機物層の半導体的特性を効果的に利用することが
可能である。

【００２９】無機物層の厚みとしては、特に制限はない
が、１０nm〜３μm 程度が使用され目的の電子デバイス
により使い分ける。大面積でピンホールフリーとするた
めおよび結晶性を高めるために１００nm〜１μm が好ま
しい。

【００３０】上記の無機物層の製造方法としては、スパ
ッタ法、蒸着法、ＭＢＥ法、ＣＶＤ法などの各種の物理
的または化学的な薄膜形成方法などが用いられ、また、
特性向上のため、ポスト還元アニール法などの薄膜形成
後に後処理を使用してもよい。

【００３１】本発明で用いるｎ型半導体層は、以下のｎ
型半導体中バンドギャップが２．５eV以上であるものを
用いる。ａ−Ｓｉ、ａ−ＳｉＣおよびその混晶系、Ａｓ
₂Ｓ₃ などアモルファスカルコゲナイド、Ｃ、Ｓｉ、Ｇ
ｅ、ＳｉＣ及びその混晶系、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮお
よびその混晶系、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＡｌＰおよびその混
晶系、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＡｌＡｓおよびその混晶
系、ＧａＳｂ、ＩｎＳｂ、ＡｌＳｂおよびその混晶系、
ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＺｎＴｅ、ＺｎＳｅおよびその混晶
系、ＣｄＳ、ＣｄＯ、ＣｄＴｅ、ＣｄＳｅおよびその混
晶系、ＰｂＳ、ＰｂＯ、ＰｂＴｅ、ＰｂＳｅおよびその
混晶系、ＳｎＳ、ＳｎＴｅ、ＳｎＳｅおよびその混晶
系、ＣｕＧａＳ₂、ＣｕＩｎＳｅ₂、ＡｇＧａＳ₂など
のカルコパイライト化合物、ＴＩＯなどＳｎＯ₂、Ｉｎ
₂Ｏ₃およびその化合物、ＡｇＩｎＯ₂、ＳｎドープＡｇ
ＩｎＯ₂などのデラフォサイト化合物、ＡｇＳｂＯ₃、
Ｃｄ₂ＧｅＯ₄、Ｃｄ₂ＰｂＯ₄、ＭｇＩｎ₂Ｏ₄、Ｚｎ
Ｇａ₂Ｏ₄、Ｖ₂Ｏ₅系の酸化物半導体など。さらに、お
よび以上の化合物を用いた複数成分の組み合わせの混晶
化合物。

【００３２】以上の中でも、ＺｎＯを主成分とする化合
物、ＩＴＯなどＳｎＯ₂、Ｉｎ₂Ｏ₃ およびその化合物、
デラフォサイト化合物など酸化物、ＣｕＧａＳ₂、Ｃｕ
ＩｎＳｅ₂、ＡｇＧａＳ₂などのカルコパイライト化合
物は、ガラス基板上に３００℃程度の低温で多結晶薄膜
が得られるために、特に好ましい。

【００３３】これらの化合物の作製時に、公知のドーピ
ング物質またはガスを添加してｎ型化を行ってもよい。
また、ドーピングを行わず、組成をずらすことによりｎ
型化を行ってもよい。ｎ型半導体か否かはホール測定、
またはゼーベック効果により判断することができる。

【００３４】ｎ型半導体層の形態としては、非晶質薄
膜、微結晶薄膜、多結晶薄膜、エピタキシャル薄膜、単
結晶薄膜、または、これらの入り交じった薄膜、また、
これらの積層薄膜や人工格子薄膜が用いられる。多結晶
薄膜は大面積に形成可能でかつ結晶性であるため、ｎ型
半導体層の半導体的特性を効果的に利用することが可能
である。

【００３５】本発明で用いる基板の材料は特に限定され
ないが、非晶質基板たとえばガラス、石英、有機物シー
トなどを用いることが好ましい。

【００３６】本発明において、無機物層とｎ型半導体層
の積層順序は任意である。ｎ型半導体層に結晶性の優れ
る層を用いる場合には、単結晶の基板上にｎ型半導体層
をエピ成長させ、その上に無機物層を形成すればよい。

【００３７】無機物層の厚みとしては、特に制限はない
が、１０nm〜３μm 程度が使用される目的の素子により
使い分ける。大面積でピンホールフリーとするためおよ
び結晶性を高めるために１００nm〜１μm が好ましい。

【００３８】上記の無機物層の製造方法としては、スパ
ッタ法、蒸着法、ＭＢＥ法、ＣＶＤ法などの各種の物理
的または化学的な薄膜形成方法などが用いられ、また、
特性向上のため、ポストアニール法などの薄膜形成後に
後処理を使用してもよい。

【００３９】本発明に用いる絶縁層は、特に限定されな
いが、透明すなわち、バンドギャップが大きく絶縁性に
優れたものが好ましい。たとえば酸化シリコン、酸化タ
ンタル、酸化アルミニウム、酸化チタン、窒化シリコ
ン、窒化タンタル、酸化マグネシウム、チタン酸ストロ
ンチウム（ＳｒＴｉＯ₃）、ジルコニア、安定化ジルコ
ニア等を用いることができる。

【００４０】以上のような積層薄膜は目的とする機能を
得るために、各層に透明電極を形成して表示装置の駆動
用のスイッチングアレイとすることができる。

【００４１】用いる電極材料は、高仕事関数の物質が好
ましく、例えば、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｃｏ、Ｃ
ｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｇ、
Ｔａ等の金属元素単体、または安定性を向上させるため
にそれらを含む２成分、３成分の合金系を用いることが
好ましい。また、低抵抗の半導体たとえばＺｎＯ、ＩＴ
Ｏ、ＧａＮ等が好ましい。特に、本発明での積層薄膜
は、ガラス基板上で透明の積層薄膜とすることを特徴と
しているため、金属を使用する場合は、十分薄く透明性
を保つ程度に形成する。また、ＺｎＯ、ＩＴＯなどの透
明電極を用いることが特に好ましい。ＩＴＯは、通常Ｉ
ｎ₂Ｏ₃とＳｎＯとを化学量論組成で含有するが、Ｏ量
は多少これから偏倚していてもよい。Ｉｎ₂Ｏ₃に対す
るＳｎＯ₂の混合比は、１〜２０wt％、さらには５〜１
２wt％が好ましい。また、ＩＺＯでのＩｎ₂Ｏ₃に対す
るＺｎＯの混合比は、通常、１２〜３２wt％程度であ
る。

【００４２】このように、透明電極を用いると、完全に
透明なスイッチングアレイを構成できる。

【００４３】電極薄膜の厚さは、電子、ホール注入を十
分行える一定以上の厚さとすれば良く、０．１nm以上、
好ましくは０．５nm以上、特に１nm以上とすればよい。
また、その上限値には特に制限はないが、通常膜厚は１
〜５００nm程度とすればよい。特に金属材料を電極とし
てを使用する場合は、十分薄く透明性を保つ程度０．５
nm〜５０nm程度に形成する。電子、ホール注入電極の上
には、さらに補助電極（保護電極）を設けてもよい。

【００４４】補助電極の厚さは、電子およびホール注入
効率を確保し、水分や酸素あるいは有機溶媒の進入を防
止するため、一定以上の厚さとすればよく、好ましくは
５０nm以上、さらには１００nm以上、特に１００〜１０
００nmの範囲が好ましい。補助電極層が薄すぎると、そ
の効果が得られず、また、補助電極層の段差被覆性が低
くなってしまい、端子電極との接続が十分ではなくな
る。一方、補助電極層が厚すぎると、補助電極層の応力
が大きくなるため、断線など信頼性の低下を招く。

【００４５】電子およびホール注入電極と補助電極とを
併せた全体の厚さとしては、特に制限はないが、通常１
００〜１０００nm程度とすればよい。

【００４６】上記のスイッチングアレイは、半導体プロ
セスにより加工して、平面上に多数並べ、発光セル（例
えば有機ＥＬ）または液晶のセル等とともに面上に複数
並べ、各画素とし、アクティブマトリックス駆動の表示
装置となる。この装置においては、スイッチングアレイ
は透明であるので、スイッチングを多数形成しても開口
率の低下がない。

【００４７】次に図を参照しつつ本発明のマトリックス
表示装置について説明する。図１は透明ダイオードアレ
イを用いた液晶等の画素を有する表示装置の等価回路図
である。縦、横のデータ線、走査線が画素を介して直交
した配置になっている。各画素は、容量分Ｃ_TFDと非線
形抵抗分Ｒ_TFDとが並列なった薄膜ダイオード（ＴＦ
Ｄ）１と、容量分Ｃ_LCDと抵抗分Ｒ_LCDとが並列なった液
晶部分２とが直列に接続されている。このような表示装
置は、各画素をデータ線、走査線を用いて、アクティブ
マトリックス駆動し、画像を表示する。つまり、各画素
に与えられる電圧が、薄膜ダイオードの電圧以上となっ
たときに、薄膜ダイオードはスイッチし、選択画素がア
クティブとなる。

【００４８】本発明の特徴は、スイッチング素子を透明
にできることである。本発明で用いるスイッチング素子
において、１画素１スイッチング素子で用いる場合の構
造は、例えば、図２，３のように形成することができ
る。なお、図３は、図２のＡ−Ａ’断面矢視図である。
図２，３では、基板３上に、ＩＴＯなどの下部透明電極
４を成膜し、その上にｐ型半導体層５、ｎ型半導体層
６、絶縁膜７を順次積層し、さらにその上にＩＴＯなど
の上部透明電極８を積層し、さらにその上に液晶、有機
ＥＬ等の画素を形成する構成となっている。

【００４９】このような１画素１スイッチング素子を、
さらに２スイッチング素子で用いる場合の構造は、例え
ば、図４，５のように形成すればよい。なお、図５は、
図４のＡ−Ａ’断面矢視図である。図４，５では、基板
３上に、ＩＴＯなどの接続電極１５を成膜し、その上に
ｐ型半導体層５、ｎ型半導体層６、このｎ型半導体層６
にかかるように下部透明電極４を成膜した後、絶縁膜７
を積層し、さらにその上にＩＴＯなどの上部透明電極８
を積層し、さらにその上に液晶、有機ＥＬ等の画素を形
成する構成となっている。

【００５０】この構成では、２つのダイオード機能が平
面構造でバックtoバックに接続されている。これらの構
造ではダイオードアレイが透明に作製できるため、液晶
等の画素側の透明電極の下に形成可能となる。図では、
ｐ−ｎ接合ダイオードの一例を示したが、ＭＩＳダイオ
ードの場合、図のｐ型半導体層５を無機物層または、ｎ
型半導体層とし、ｎ型半導体層６を絶縁層とすればよ
い。

【００５１】また、ＬＣＤなど交流駆動動作が必要な場
合、スイッチングアレイのＶ−Ｉ特性に対称なものが要
求される。この場合には、上記、ｐ−ｎダイオード、Ｍ
ＩＳダイオードを図６のようにバックtoバック型あるい
は、図７のようにリング型に接続すればよい。例えば、
本発明の構造は、バックtoバックに接続する場合、図８
に示すように、基板３上に、下部透明電極９、無機物層
１０、ｎ型半導体層１１、無機物層１０、上部透明電極
１２と順次積層した構成とするか、あるいは図９に示す
ように、基板３上に、下部透明電極９、ｎ型半導体層１
１、無機物層１０、ｎ型半導体層１１、上部透明電極１
２と順次積層した構成とすればよい。

【００５２】また、上記のように薄膜を積層する他、本
発明者らが特許２５６２０４０号ですでに考案した平面
構造の素子を用いてもよい。例えば、図１０に示すよう
に、基板３上に、無機物層１０、ｎ型半導体層（または
絶縁層）１１、２つの上部透明電極１２と順次積層した
構成とするか、あるいは、図１１に示すように、基板３
上に、中間電極１５、無機物層１０、ｎ型半導体層（ま
たは絶縁層）１１、２つの上部透明電極１２と順次積層
した構成としてもよい。あるいは、図１２に示すよう
に、基板３上に、ｎ型半導体層１４、無機物（または絶
縁層）１３、２つの上部透明電極１２と順次積層した構
成とするか、あるいは図１３に示すように、基板３上
に、中間電極１５、ｎ型半導体層１４、無機物層（また
は絶縁層）１３、２つの上部透明電極１２と順次積層し
た構成としてもよい。これらの場合、図中２つの上部透
明電極１２をダイオードの２端子とする。

【００５３】また、本発明のスイッチングアレイは、素
子本体が透明であるため、以下のような構成とすること
ができる。

【００５４】図２の構成では、画素と接する部分は図
中、上部透明電極８となり、スイッチング素子は、その
電極部の一部に形成されている。本発明では、素子本体
が透明であるため、画素と接する領域全面にスイッチン
グ素子を形成することができる。例えば図２のスイッチ
ング素子の形成領域を画素側の上部透明電極８とほぼ同
型の大きさで形成可能である。さらに、本発明のｐ−ｎ
型、ＭＩＳ型のスイッチング素子では、半導体層を用い
ているため、画素と接する層に半導体層がくる構成とす
ることにより、画素とスイッチング素子との間の電極層
を不要とすることができる。すなわち、図２の構成にお
いて、スイッチング素子の形成領域を画素とほぼ同型の
大きさで形成し、スイッチング素子の最上部の半導体層
に直接液晶等の画素を接触させればよい。

【００５５】また上記のような構成とすることにより、
以下の様な特徴のあるプロセスで製造することができ
る。図１４〜１６は、このような製造プロセスを示した
一部平面図である。

【００５６】まず、図１４に示すように、ガラス等基板
３上にＩＴＯ透明電極４、スイッチング素子膜、例え
ば、ＺｎＯ膜５および無機物層６を順に形成する。これ
らの薄膜構造体をエッチングし、図１４のようにパター
ニングする。

【００５７】さらに、図１５に示すように、その上にポ
リイミド等の絶縁膜７を形成し、この絶縁膜を図１６の
ようにパターニングする。ここで、絶縁膜７の長方形の
穴を介して、スイッチング素子の半導体層（ＺｎＯ₅膜
５＋無機物層６）と画素、例えば液晶を接触させれば表
示素子を構成することができる。このような構成によれ
ば、スイッチング素子の形成は、わずかにマスク２枚で
行うことができ、工程の簡略化、コストダウンに寄与す
る役割は極めて大きい。

【００５８】本発明のスイッチングアレイは、有機ＥＬ
素子と組み合わせて用いてもよい。

【００５９】有機ＥＬ素子の電子注入電極としては、低
仕事関数の物質が好ましく、例えば、Ｋ、Ｌｉ、Ｎａ、
Ｍｇ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ａｌ、Ａｇ、Ｉ
ｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｚｒ等の金属元素単体、または安定性
を向上させるためにそれらを含む２成分、３成分の合金
系を用いることが好ましい。合金系としては、例えばＡ
ｇ・Ｍｇ（Ａｇ：１〜２０at％）、Ａｌ・Ｌｉ（Ｌｉ：
０．３〜１４at％）、Ｉｎ・Ｍｇ（Ｍｇ：５０〜８０at
％）、Ａｌ・Ｃａ（Ｃａ：５〜２０at％）等が好まし
い。また、これらの酸化物を、補助電極と組み合わせて
形成してもよい。なお、電子注入電極は蒸着法やスパッ
タ法で形成することが可能である。

【００６０】電子注入電極薄膜の厚さは、電子注入を十
分行える一定以上の厚さとすればよく、０．１nm以上、
好ましくは１nm以上とすればよい。また、その上限値に
は特に制限はないが、通常膜厚は１〜５００nm程度とす
ればよい。

【００６１】有機ＥＬ素子において、いわゆる正積層の
ときには、電子注入電極上に保護電極を設けてもよい。
保護電極の厚さは、電子注入効率を確保し、水分や酸素
あるいは有機溶媒の進入を防止するため、一定以上の厚
さとすればよく、好ましくは５０nm以上、さらには１０
０nm以上、特に１００〜１０００nmの範囲が好ましい。
保護電極層が薄すぎると、その効果が得られず、また、
保護電極層の段差被覆性が低くなってしまい、端子電極
との接続が十分ではなくなる。一方、保護電極層が厚す
ぎると、保護電極層の応力が大きくなるため、ダークス
ポットの成長速度が速くなってしまう。

【００６２】電子注入電極と保護電極とを併せた全体の
厚さとしては、特に制限はないが、通常１００〜１００
０nm程度とすればよい。なお、電極の光透過率を重視す
る場合には、膜厚を薄くするか、上記透明電極を用いて
もよい。

【００６３】次に、有機ＥＬ構造体の有機物層について
詳述する。発光層は、少なくとも発光機能に関与する１
種類、または２種類以上の有機化合物薄膜の積層膜から
なる。

【００６４】発光層は、ホール（正孔）および電子の注
入機能、それらの輸送機能、ホールと電子の再結合によ
り励起子を生成させる機能を有する。発光層には、比較
的電子的にニュートラルな化合物を用いることで、電子
とホールを容易かつバランスよく注入・輸送することが
できる。

【００６５】発光層は、必要により、狭義の発光層の
他、さらに有機材料のホール輸送層を設けたり、電子注
入輸送層等を有していても良い。

【００６６】ホール注入輸送層は、ホール注入電極から
のホールの注入を容易にする機能、ホールを安定に輸送
する機能および電子を妨げる機能を有するものであり、
電子注入輸送層は、電子注入電極からの電子の注入を容
易にする機能、電子を安定に輸送する機能およびホール
を妨げる機能を有するものである。これらの層は、発光
層に注入されるホールや電子を増大・閉じこめさせ、再
結合領域を最適化させ、発光効率を改善する。

【００６７】発光層の厚さ、ホール注入輸送層の厚さお
よび電子注入輸送層の厚さは、特に制限されるものでは
なく、形成方法によっても異なるが、通常５〜５００nm
程度、特に１０〜３００nmとすることが好ましい。

【００６８】ホール注入輸送層の厚さおよび電子注入輸
送層の厚さは、再結合・発光領域の設計によるが、発光
層の厚さと同程度または１／１０〜１０倍程度とすれば
よい。電子の注入層と輸送層とを分ける場合は、注入層
は１nm以上、輸送層は１nm以上とするのが好ましい。こ
のときの注入層、輸送層の厚さの上限は、通常、注入層
で５００nm程度、輸送層で５００nm程度である。このよ
うな膜厚については、注入輸送層を２層設けるときも同
じである。

【００６９】有機ＥＬ素子の発光層には、発光機能を有
する化合物である蛍光性物質を含有させる。このような
蛍光性物質としては、例えば、特開昭６３−２６４６９
２号公報に開示されているような化合物、例えばキナク
リドン、ルブレン、スチリル系色素等の化合物から選択
される少なくとも１種が挙げられる。また、トリス（８
−キノリノラト）アルミニウム等の８−キノリノールま
たはその誘導体を配位子とする金属錯体色素などのキノ
リン誘導体、テトラフェニルブタジエン、アントラセ
ン、ペリレン、コロネン、１２−フタロペリノン誘導体
等が挙げられる。さらには、特開平８−１２６００号公
報（特願平６−１１０５６９号）に記載のフェニルアン
トラセン誘導体、特開平８−１２９６９号公報（特願平
６−１１４４５６号）に記載のテトラアリールエテン誘
導体等を用いることができる。

【００７０】また、それ自体で発光が可能なホスト物質
と組み合わせて使用することが好ましく、ドーパントと
しての使用が好ましい。このような場合の発光層におけ
る化合物の含有量は０．０１〜１０wt% 、さらには０．
１〜５wt% であることが好ましい。ホスト物質と組み合
わせて使用することによって、ホスト物質の発光波長特
性を変化させることができ、長波長に移行した発光が可
能になるとともに、素子の発光効率や安定性が向上す
る。

【００７１】ホスト物質としては、キノリノラト錯体が
好ましく、さらには８−キノリノールまたはその誘導体
を配位子とするアルミニウム錯体が好ましい。このよう
なアルミニウム錯体としては、特開昭６３−２６４６９
２号、特開平３−２５５１９０号、特開平５−７０７３
３号、特開平５−２５８８５９号、特開平６−２１５８
７４号等に開示されているものを挙げることができる。

【００７２】具体的には、まず、トリス（８−キノリノ
ラト）アルミニウム、ビス（８−キノリノラト）マグネ
シウム、ビス（ベンゾ｛ｆ｝−８−キノリノラト）亜
鉛、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）アルミニウ
ムオキシド、トリス（８−キノリノラト）インジウム、
トリス（５−メチル−８−キノリノラト）アルミニウ
ム、８−キノリノラトリチウム、トリス（５−クロロ−
８−キノリノラト）ガリウム、ビス（５−クロロ−８−
キノリノラト）カルシウム、５，７−ジクロル−８−キ
ノリノラトアルミニウム、トリス（５，７−ジブロモ−
８−ヒドロキシキノリノラト）アルミニウム、ポリ［亜
鉛（ＩＩ）−ビス（８−ヒドロキシ−５−キノリニル）
メタン］等がある。

【００７３】また、８−キノリノールまたはその誘導体
のほかに他の配位子を有するアルミニウム錯体であって
もよく、このようなものとしては、ビス（２−メチル−
８−キノリノラト）（フェノラト）アルミニウム(ＩＩ
Ｉ) 、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（オルト
−クレゾラト）アルミニウム(ＩＩＩ) 、ビス（２−メ
チル−８−キノリノラト）（メタークレゾラト）アルミ
ニウム(ＩＩＩ) 、ビス（２−メチル−８−キノリノラ
ト）（パラ−クレゾラト）アルミニウム(ＩＩＩ) 、ビ
ス（２−メチル−８−キノリノラト）（オルト−フェニ
ルフェノラト）アルミニウム(ＩＩＩ) 、ビス（２−メ
チル−８−キノリノラト）（メタ−フェニルフェノラ
ト）アルミニウム(ＩＩＩ) 、ビス（２−メチル−８−
キノリノラト）（パラ−フェニルフェノラト）アルミニ
ウム(ＩＩＩ) 、ビス（２−メチル−８−キノリノラ
ト）（２，３−ジメチルフェノラト）アルミニウム(Ｉ
ＩＩ)、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（２，
６−ジメチルフェノラト）アルミニウム(ＩＩＩ) 、ビ
ス（２−メチル−８−キノリノラト）（３，４−ジメチ
ルフェノラト）アルミニウム(ＩＩＩ) 、ビス（２−メ
チル−８−キノリノラト）（３，５−ジメチルフェノラ
ト）アルミニウム(ＩＩＩ) 、ビス（２−メチル−８−
キノリノラト）（３，５−ジ−tert−ブチルフェノラ
ト）アルミニウム(ＩＩＩ) 、ビス（２−メチル−８−
キノリノラト）（２，６−ジフェニルフェノラト）アル
ミニウム(ＩＩＩ) 、ビス（２−メチル−８−キノリノ
ラト）（２，４，６−トリフェニルフェノラト）アルミ
ニウム(ＩＩＩ) 、ビス（２−メチル−８−キノリノラ
ト）（２，３，６−トリメチルフェノラト）アルミニウ
ム(ＩＩＩ) 、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）
（２，３，５，６−テトラメチルフェノラト）アルミニ
ウム(ＩＩＩ) 、ビス（２−メチル−８−キノリノラ
ト）（１−ナフトラト）アルミニウム(ＩＩＩ) 、ビス
（２−メチル−８−キノリノラト）（２−ナフトラト）
アルミニウム(ＩＩＩ) 、ビス（２，４−ジメチル−８
−キノリノラト）（オルト−フェニルフェノラト）アル
ミニウム(ＩＩＩ)、ビス（２，４−ジメチル−８−キノ
リノラト）（パラ−フェニルフェノラト）アルミニウム
(ＩＩＩ) 、ビス（２，４−ジメチル−８−キノリノラ
ト）（メタ−フェニルフェノラト）アルミニウム(ＩＩ
Ｉ) 、ビス（２，４−ジメチル−８−キノリノラト）
（３，５−ジメチルフェノラト）アルミニウム(ＩＩＩ)
、ビス（２，４−ジメチル−８−キノリノラト）
（３，５−ジ−tert−ブチルフェノラト）アルミニウム
(ＩＩＩ) 、ビス（２−メチル−４−エチル−８−キノ
リノラト）（パラ−クレゾラト）アルミニウム(ＩＩＩ)
、ビス（２−メチル−４−メトキシ−８−キノリノラ
ト）（パラ−フェニルフェノラト）アルミニウム(ＩＩ
Ｉ) 、ビス（２−メチル−５−シアノ−８−キノリノラ
ト）（オルト−クレゾラト）アルミニウム(ＩＩＩ) 、
ビス（２−メチル−６−トリフルオロメチル−８−キノ
リノラト）（２−ナフトラト）アルミニウム(ＩＩＩ)
等がある。

【００７４】このほか、ビス（２−メチル−８−キノリ
ノラト）アルミニウム(ＩＩＩ) −μ−オキソ−ビス
（２−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム(ＩＩ
Ｉ) 、ビス（２，４−ジメチル−８−キノリノラト）ア
ルミニウム(ＩＩＩ) −μ−オキソ−ビス（２，４−ジ
メチル−８−キノリノラト）アルミニウム(ＩＩＩ) 、
ビス（４−エチル−２−メチル−８−キノリノラト）ア
ルミニウム(ＩＩＩ) −μ−オキソ−ビス（４−エチル
−２−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム(ＩＩ
Ｉ) 、ビス（２−メチル−４−メトキシキノリノラト）
アルミニウム(ＩＩＩ) −μ−オキソ−ビス（２−メチ
ル−４−メトキシキノリノラト）アルミニウム(ＩＩＩ)
、ビス（５−シアノ−２−メチル−８−キノリノラ
ト）アルミニウム(ＩＩＩ) −μ−オキソ−ビス（５−
シアノ−２−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム
(ＩＩＩ) 、ビス（２−メチル−５−トリフルオロメチ
ル−８−キノリノラト）アルミニウム(ＩＩＩ) −μ−
オキソ−ビス（２−メチル−５−トリフルオロメチル−
８−キノリノラト）アルミニウム(ＩＩＩ) 等であって
もよい。

【００７５】このほかのホスト物質としては、特開平８
−１２６００号公報（特願平６−１１０５６９号）に記
載のフェニルアントラセン誘導体や特開平８−１２９６
９号公報（特願平６−１１４４５６号）に記載のテトラ
アリールエテン誘導体なども好ましい。

【００７６】発光層は電子注入輸送層を兼ねたものであ
ってもよく、このような場合はトリス（８−キノリノラ
ト）アルミニウム等を使用することが好ましい。これら
の蛍光性物質を蒸着すればよい。

【００７７】また、発光層は、必要に応じて、少なくと
も１種のホール注入輸送性化合物と少なくとも１種の電
子注入輸送性化合物との混合層とすることも好ましく、
さらにはこの混合層中にドーパントを含有させることが
好ましい。このような混合層における化合物の含有量
は、０．０１〜２０体積% 、さらには０．１〜１５体積
% とすることが好ましい。

【００７８】混合層では、キャリアのホッピング伝導パ
スができるため、各キャリアは極性的に有利な物質中を
移動し、逆の極性のキャリア注入は起こりにくくなるた
め、有機化合物がダメージを受けにくくなり、素子寿命
がのびるという利点がある。また、前述のドーパントを
このような混合層に含有させることにより、混合層自体
のもつ発光波長特性を変化させることができ、発光波長
を長波長に移行させることができるとともに、発光強度
を高め、素子の安定性を向上させることもできる。

【００７９】混合層に用いられるホール注入輸送性化合
物および電子注入輸送性化合物は、各々、後述のホール
輸送層用の化合物および電子注入輸送層用の化合物の中
から選択すればよい。なかでも、ホール輸送層用の化合
物としては、強い蛍光を持ったアミン誘導体、例えばホ
ール輸送材料であるトリフェニルジアミン誘導体、さら
にはスチリルアミン誘導体、芳香族縮合環を持つアミン
誘導体を用いるのが好ましい。

【００８０】電子注入輸送性の化合物としては、キノリ
ン誘導体、さらには８−キノリノールないしその誘導体
を配位子とする金属錯体、特にトリス（８−キノリノラ
ト）アルミニウム（Ａｌｑ3 ）を用いることが好まし
い。また、上記のフェニルアントラセン誘導体、テトラ
アリールエテン誘導体を用いるのも好ましい。

【００８１】ホール注入輸送性の化合物としては、強い
蛍光を持ったアミン誘導体、例えば上記のホール輸送材
料であるトリフェニルジアミン誘導体、さらにはスチリ
ルアミン誘導体、芳香族縮合環を持つアミン誘導体を用
いるのが好ましい。

【００８２】この場合の混合比は、それぞれのキャリア
移動度とキャリア濃度によるが、一般的には、ホール注
入輸送性化合物の化合物／電子注入輸送機能を有する化
合物の重量比が、１／９９〜９９／１、さらに好ましく
は１０／９０〜９０／１０、特に好ましくは２０／８０
〜８０／２０程度となるようにすることが好ましい。

【００８３】また、混合層の厚さは、分子層一層に相当
する厚み以上で、有機化合物層の膜厚未満とすることが
好ましい。具体的には１〜８５nmとすることが好まし
く、さらには５〜６０nm、特には５〜５０nmとすること
が好ましい。

【００８４】また、混合層の形成方法としては、異なる
蒸着源より蒸発させる共蒸着が好ましいが、蒸気圧（蒸
発温度）が同程度あるいは非常に近い場合には、予め同
じ蒸着ボード内で混合させておき、蒸着することもでき
る。混合層は化合物同士が均一に混合している方が好ま
しいが、場合によっては、化合物が島状に存在するもの
であってもよい。発光層は、一般的には、有機蛍光物質
を蒸着するか、あるいは、樹脂バインダー中に分散させ
てコーティングすることにより、発光層を所定の厚さに
形成する。

【００８５】また、ホール注入輸送層には、例えば、特
開昭６３−２９５６９５号公報、特開平２−１９１６９
４号公報、特開平３−７９２号公報、特開平５−２３４
６８１号公報、特開平５−２３９４５５号公報、特開平
５−２９９１７４号公報、特開平７−１２６２２５号公
報、特開平７−１２６２２６号公報、特開平８−１００
１７２号公報、ＥＰ０６５０９５５Ａ１等に記載されて
いる各種有機化合物を用いることができる。例えば、テ
トラアリールベンジシン化合物（トリアリールジアミン
ないしトリフェニルジアミン：ＴＰＤ）、芳香族三級ア
ミン、ヒドラゾン誘導体、カルバゾール誘導体、トリア
ゾール誘導体、イミダゾール誘導体、アミノ基を有する
オキサジアゾール誘導体、ポリチオフェン等である。こ
れらの化合物は、１種のみを用いても、２種以上を併用
してもよい。２種以上を併用するときは、別層にして積
層したり、混合したりすればよい。

【００８６】ホール注入輸送層をホール注入層とホール
輸送層とに分けて設層する場合は、ホール注入輸送層用
の化合物のなかから好ましい組合せを選択して用いるこ
とができる。このとき、ホール注入電極（ＩＴＯ等）側
からイオン化ポテンシャルの小さい化合物の順に積層す
ることが好ましい。また、ホール注入電極表面には薄膜
性の良好な化合物を用いることが好ましい。このような
積層順については、ホール注入輸送層を２層以上設ける
ときも同様である。このような積層順とすることによっ
て、駆動電圧が低下し、電流リークの発生やダークスポ
ットの発生・成長を防ぐことができる。また、素子化す
る場合、蒸着を用いているので１〜１０nm程度の薄い膜
も均一かつピンホールフリーとすることができるため、
ホール注入層にイオン化ポテンシャルが小さく、可視部
に吸収をもつような化合物を用いても、発光色の色調変
化や再吸収による効率の低下を防ぐことができる。ホー
ル注入輸送層は、発光層等と同様に上記の化合物を蒸着
することにより形成することができる。

【００８７】電子注入輸送層には、トリス（８−キノリ
ノラト）アルミニウム（Ａｌｑ3 ）等の８−キノリノー
ルまたはその誘導体を配位子とする有機金属錯体などの
キノリン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ペリレン誘
導体、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、キノキサリ
ン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、ニトロ置換フルオ
レン誘導体等を用いることができる。電子注入輸送層は
発光層を兼ねたものであってもよく、このような場合は
トリス（８−キノリノラト）アルミニウム等を使用する
ことが好ましい。電子注入輸送層の形成は、発光層と同
様に、蒸着等によればよい。

【００８８】電子注入輸送層を電子注入層と電子輸送層
とに分けて積層する場合には、電子注入輸送層用の化合
物の中から好ましい組み合わせを選択して用いることが
できる。このとき、電子注入電極側から電子親和力の値
の大きい化合物の順に積層することが好ましい。このよ
うな積層順については、電子注入輸送層を２層以上設け
るときも同様である。

【００８９】ホール注入輸送層、発光層および電子注入
輸送層の形成には、均質な薄膜が形成できることから、
真空蒸着法を用いることが好ましい。真空蒸着法を用い
た場合、アモルファス状態または結晶粒径が０．２μm
以下の均質な薄膜が得られる。結晶粒径が０．２μm を
超えていると、不均一な発光となり、素子の駆動電圧を
高くしなければならなくなり、ホールの注入効率も著し
く低下する。

【００９０】真空蒸着の条件は特に限定されないが、１
０^-4Pa以下の真空度とし、蒸着速度は０．０１〜１nm／
sec 程度とすることが好ましい。また、真空中で連続し
て各層を形成することが好ましい。真空中で連続して形
成すれば、各層の界面に不純物が吸着することを防げる
ため、高特性が得られる。また、素子の駆動電圧を低く
したり、ダークスポットの発生・成長を抑制したりする
ことができる。

【００９１】これら各層の形成に真空蒸着法を用いる場
合において、１層に複数の化合物を含有させる場合、化
合物を入れた各ボートを個別に温度制御して共蒸着する
ことが好ましい。

【００９２】本発明の有機ＥＬ素子は、例えば、基板／
スイッチング素子（ホール注入電極を有する）／ホール
注入輸送層／発光層／電子注入輸送層／電子注入電極と
が順次積層された構成としてもよい。また、基板／スイ
ッチング素子（電子注入電極を有する）／電子注入輸送
層／発光層／ホール注入輸送層／ホール注入電極とが順
次積層された構成（逆積層）としてもよい。

【００９３】また、上記素子は、電子注入電極を透明と
するか、膜厚を極端に薄くして他の透明電極と組み合わ
せることで電子注入電極側からの光取り出しが可能とな
り、素子の両面（上下）より光を取り出す構成としても
よい。

【００９４】有機ＥＬ素子は、直流駆動やパルス駆動さ
れ、また交流駆動も可能である。印加電圧は、通常、２
〜３０V 程度である。

【００９５】

【実施例】以下、本発明の具体的実施例を示し、本発明
をさらに詳細に説明する。＜実施例１＞液晶表示装置を作製した。構造は図１に示
したようなＴＦＤと液晶画素との直列型とし、図４，５
のような平面型のバックtoバックダイオードアレイを形
成した。

【００９６】まず、ガラス基板としてコーニング社製商
品名７０５９基板を中性洗剤を用いてスクラブ洗浄し
た。

【００９７】この基板上にＩＴＯ酸化物ターゲットを用
いＲＦマグネトロンスパッタリング法により、基板温度
２５０℃で、膜厚２００nmのＩＴＯ電極層を形成した。
このＩＴＯ電極は、後に示すプロセスで中間電極１５と
なる。

【００９８】次に、このＩＴＯ膜をベタ形成してある基
板上に、多元反応性蒸着法を用いて、以下の手順でＳｒ
Ｃｕ₂Ｏ₂薄膜を無機物層５として形成した。

【００９９】真空槽内に設置された回転および加熱機構
を備えた基板ホルダーに上記基板を固定し、真空蒸着槽
を１０^-6Torrまでポンプにより排気した。酸素をチャン
バー内にノズルから２５cc／分の割合で導入し、基板を
３５０℃に加熱し回転させた。回転数は２０rpm とし
た。

【０１００】その後、金属ＳｒおよびＣｕをそれぞれ独
立した蒸発源からＳｒ／Ｃｕモル比で０．５に制御しつ
つ同時に供給した。この時、チャンバー内の酸素圧は、
１×１０^-4 Torrとし、ＳｒおよびＣｕ金属と酸素を反
応させ、厚さ約３００nmのＳｒＣｕ₂Ｏ₂薄膜を形成し
た。

【０１０１】この薄膜の組成を蛍光Ｘ線分析により調べ
たところ、モル比でＳｒ：Ｃｕ＝３．２：６．８であっ
た。

【０１０２】得られたＳｒＣｕ₂Ｏ₂薄膜について、Ｘ
ＲＤによる評価を行ない、この薄膜のＸＲＤパターンか
ら、形成されたＳｒＣｕ₂Ｏ₂薄膜は多結晶薄膜である
ことが確認できた。

【０１０３】得られたＳｒＣｕ₂Ｏ₂薄膜について光透
過特性を測定し、可視領域、赤外領域で透明であること
を確認した。また、バンドギャップを計算したところ約
３．３eVであった。

【０１０４】ＳｒＣｕ₂Ｏ₂薄膜は、室温でシート抵抗
０．１１ＭΩ／cm²、抵抗率３．３Ωcmであった。ま
た、ゼーベック定数の極性からｐ型の導電性を確認し
た。

【０１０５】このＳｒＣｕ₂Ｏ₂薄膜による無機物層５上
にｎ型半導体層６として、ＺｎＯ薄膜を以下の方法で形
成した。

【０１０６】ＲＦマグネトロンスパッタリング装置を用
いた。基板温度を２５０℃とし、ＺｎＯ焼結体ターゲッ
トを用い、スパッタガスにＡｒ：４Pa導入し、ＲＦパワ
ー：１２０Ｗで膜厚約１μｍのＺｎＯ薄膜を形成した。

【０１０７】Ｘ線回折によるとウルツアイト型の結晶構
造を有し、Ｃ軸に配向した多結晶薄膜であることがわか
った。また、ＺｎＯ薄膜のキャリア濃度は、５×１０¹⁸
（１／cm³）、ゼーベック係数の測定よりｎ型の半導体
膜であり、光透過特性からバンドギャップは３．１ｅＶ
であることがわかった。

【０１０８】ここでは、ＳｒＣｕ₂Ｏ₂薄膜、ＺｎＯ薄
膜の評価のために取り出したが、実際の素子作製では、
ＩＴＯ膜形成、ＳｒＣｕ₂Ｏ₂薄膜形成、ＺｎＯ薄膜形成
を連続して行い、ガラス基板／ＩＴＯ膜／ＳｒＣｕ₂Ｏ
₂薄膜／ＺｎＯ薄膜構造の積層薄膜を得た。

【０１０９】さらに、この積層薄膜をエッチングにより
パターンを形成した。このときＩＴＯ膜による中間電極
１５が形成される。平面型バックtoバックダイオードア
レイとするため、再び前回と同様にＩＴＯを２００nm形
成後エッチングし、透明電極４を形成した。

【０１１０】さらに、ＳｉＯ₂による絶縁膜７を形成、
さらに電極取り出しのための穴をＳｉＯ₂絶縁膜に開け
た後、画素側上部透明電極８として、前回と同様にＩＴ
Ｏ薄膜を２００nm形成した。

【０１１１】得られた構造から評価のために、透明電極
４、画素側上部透明電極８からリードを引き出し、電界
を印加し、Ｖ−Ｉ測定を行った。結果を図１７に示す。
特性は対称なダイオード特性を示していることがわか
る。すなわちこの素子では、ｐ型のＳｒＣｕ₂Ｏ₂薄膜
とｎ型のＺｎＯ薄膜からなるｐ−ｎ接合によるバックto
バックダイオード素子となっている。

【０１１２】また、基板にガラス、電極に透明電極を用
いているため素子は、肉眼で透明であった。

【０１１３】作製したダイオードアレイを用いて、液晶
表示装置を作製し、画像を表示させ、正常に動作するこ
とを確認した。

【０１１４】＜実施例２＞実施例１において、ダイオー
ドアレイが形成された基板の表面をＵＶ／Ｏ₃洗浄した
後、真空蒸着装置の基板ホルダーに固定して、槽内を１
×１０^-4Pa以下まで減圧した。

【０１１５】次いで、蒸着法により、４，４’，４”−
トリス（−Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニル
アミノ）トリフェニルアミン（ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）を蒸
着速度０．１nm／secで５５nmの厚さに蒸着してホール
注入層を形成し、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ｍ
−トリル−４，４’−ジアミノ−１，１’−ビフェニル
（ＴＰＤ）を蒸着速度０．１nm／secで２０nmの厚さに
蒸着してホール輸送層を形成した。

【０１１６】さらに、減圧を保ったまま、Ｎ，Ｎ，
Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（ｍ−ビフェニル）−１，１’
−ビフェニル−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）と、トリ
ス（８−キノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ3 ）と、
ルブレンとを、全体の蒸着速度０．２nm/secとして１０
０nmの厚さに蒸着し、発光層とした。ＴＰＤ：Ａｌｑ3
＝１：１（重量比）、この混合物に対してルブレンを１
０体積％ドープした。

【０１１７】次いで、蒸着法により、トリス（８−キノ
リノラト）アルミニウム（Ａｌｑ3）を蒸着速度０．２n
m/secとして１００nmの厚さに蒸着し、電子注入輸送層
とした。

【０１１８】次いで、減圧を保ったまま、ＡｌＬｉ（Ｌ
ｉ：７at％）を１nmの厚さに蒸着し、続けてＡｌを２０
０nmの厚さに蒸着し、電子注入電極および補助電極とし
た。

【０１１９】得られた有機ＥＬ構造体が積層されている
マトリクス基板に、封止板を固定した。

【０１２０】得られた各有機ＥＬ素子１０サンプルを、
１０mA/cm²の定電流密度で連続駆動させたところ、従来
のマトリックス表示装置と比較して、輝度が向上してい
ることが確認できた。

【０１２１】本発明のマトリックス表示装置は、その構
造から明らかなように、光の透過しない部分がなく、開
口率が大きく、省電力化、高輝度化が達成できる表示装
置が得られることがわかる。

【０１２２】＜実施例３＞実施例１および２において、
ダイオードの構造をｐｎ接続構造から、ＭＩＳ構造のダ
イオード、例えば、少なくとも、Ｃｕを含む複合酸化物
を含有する無機物層と絶縁層によるＭＩＳ（金属導電性
層−絶縁性層−半導性層）構造を有し、ガラス基板／Ｉ
ＴＯ電極／ＳｒＣｕ₂Ｏ₂薄膜（無機物層）／ＳｉＯ₂
薄膜（絶縁層）／ＩＴＯの構造のＭＩＳダイオードや、
バンドギャップ２．５ｅＶ以上であり、ｎ型導電性を示
すｎ型半導体層と絶縁層によるＭＩＳ構造を有し、ガラ
ス基板／ＩＴＯ電極／ＺｎＯ薄膜（ｎ型半導体層）／Ｓ
ｉＯ₂薄膜（絶縁層）／ＩＴＯの構造のＭＩＳダイオー
ドなどに代えても、透明なダイオード素子で、実施例１
および２とほぼ同様の効果が得られることが確認でき
た。

【０１２３】さらに、実施例１，２において、図１４〜
１６に示すように、ＩＴＯ透明電極を省略した構成とし
ても同の効果が得られた。

【０１２４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、開口率を
向上させることにより、高輝度、低消費電力、高品位の
マトリックス表示装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】透明スイッチング素子を用いた液晶表示装置の
等価回路図である。

【図２】透明スイッチング素子の構成例を示す平面図で
ある。

【図３】図２の断面Ａ−Ａ’矢視図である。

【図４】本発明に用いる透明スイッチング素子の構成例
で、バックtoバックの構成例を示す平面図である。

【図５】図４の断面Ａ−Ａ’矢視図である。

【図６】本発明に用いるスイッチング素子のバックtoバ
ック型接続を示す回路図である。

【図７】本発明に用いるスイッチング素子のリング型接
続を示す回路図である。

【図８】本発明に用いるスイッチング素子のバックtoバ
ック型ダイオードの構成例を示す概略断面図である。

【図９】本発明に用いるスイッチング素子のバックtoバ
ック型ダイオードの構成例を示す概略断面図である。

【図１０】本発明に用いるスイッチング素子のバックto
バック型でかつ平面構造を有するダイオードの構成例を
示す概略断面図である。

【図１１】本発明に用いるスイッチング素子のバックto
バック型でかつ平面構造を有するダイオードの構成例を
示す概略断面図である。

【図１２】本発明に用いるスイッチング素子のバックto
バック型でかつ平面構造を有するダイオードの構成例を
示す概略断面図である。

【図１３】本発明に用いるスイッチング素子のバックto
バック型でかつ平面構造を有するダイオードの構成例を
示す概略断面図である。

【図１４】透明スイッチング素子の他の構成例を示す平
面図である。

【図１５】透明スイッチング素子の他の構成例を示す平
面図である。

【図１６】透明スイッチング素子の他の構成例を示す平
面図である。

【図１７】本発明のスイッチングのＶ−Ｉ特性である。

【符号の説明】

１スイッチング素子２液晶部分３ガラス基板４透明電極５無機物層６ｎ型半導体層７絶縁膜８画素側上部透明電極９下部電極１０無機物層１１ｎ型半導体層または絶縁層１２上部電極１３無機物層または絶縁層１４ｎ型半導体層１５中間電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H092 HA28 JA03 JA24 KA03 KA04 KA05 MA04 MA07 MA29 NA07 NA26 PA01 5C094 AA02 AA10 AA22 BA04 BA12 BA27 BA43 CA19 CA24 DA13 DB04 EA04 EA05 EB02 FB12 FB14 FB15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スイッチング素子本体として透明である
ｐ−ｎ接合またはＭＩＳ（金属導電性層−絶縁性層−半
導性層）接合を有するスイッチング素子が表示画素とと
もに面上に多数配置され、前記各表示画素とスイッチング素子とが電気的に接続さ
れ、かつ各表示画素がスイッチング素子によりマトリッ
クス駆動されるマトリックス表示装置。
【請求項２】前記スイッチング素子は、少なくともＣ
ｕを含有する複合酸化物を有する無機物層と、ｎ型導電
性を示すｎ型半導体層によるｐ−ｎ接合を有する請求項
１のマトリックス表示装置。
【請求項３】前記スイッチング素子は、少なくともＣ
ｕを含む複合酸化物を有する無機物層と絶縁層によるＭ
ＩＳ（金属導電性層−絶縁性層−半導性層）構造を有す
る請求項１のマトリックス表示装置。
【請求項４】前記スイッチング素子は、少なくともバ
ンドギャップ２．５eV以上であって、ｎ型導電性を示す
ｎ型半導体層と絶縁層によるＭＩＳ構造を有する請求項
１のマトリックス表示装置。
【請求項５】前記表示画素は、有機ＥＬ素子で構成さ
れている請求項１〜４のいずれかのマトリックス表示装
置。
【請求項６】前記スイッチング素子は、無機物層、半
導体層または、半導性層が電極層を介さずに直接表示画
素に接続されている請求項１〜５のいずれかのマトリッ
クス表示装置。