JPH0757871A - 電場発光表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】一画素を構成する駆動回路素子数を低減し、高
密度、高信頼性のアクティブマトリクス電場発光表示装
置を実現する。 【構成】基板上に電圧制御可能な１個の３端子型発光素
子２３と１個の薄膜トランジスタ２４とで一画素を構成
する駆動回路を形成する。３端子型発光素子２３として
は、例えばガラス基板１上にゲート電極２、ゲート絶縁
膜３、金属電極（ソース電極）４、発光層５及び透明電
極６を順次積層した構造とする。 【効果】３端子型発光素子を使用するため、電圧制御で
発光強度を制御することができ駆動トランジスタを従来
の２個から１個とすることができ、所期の目的が達成で
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電場発光表示装置に係
り、特に電場発光素子を画素として同一平面上に二次元
的に配設したアクティブマトリクスに好適な電場発光表
示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】平面板状ディスプレイとしては、液晶デ
ィスプレイ、プラズマディスプレイ、ＥＬ（エレクトロ
ルミネッセンスの略）ディスプレイ（以下、電場発光表
示装置と云う）などが実用化されているが、このうち電
場発光表示装置はカラー化できない、駆動電圧が高い、
消費電力が大きい等の問題点があった。

【０００３】ところが発光層に有機薄膜を用いたＥＬ素
子（電場発光素子）では約１０Ｖの電圧で駆動すること
が可能であり、また３原色の発光が可能でカラー化する
ことができ、しかも低消費電力であるため、個々のＥＬ
素子における問題点は、研究開発レベルではほぼ解決し
ていると云える。

【０００４】そこで、この種の有機薄膜を用いたＥＬ素
子を用いて表示装置を作れば液晶表示素子以上の性能と
低価格を実現できる可能性がある。有機薄膜ＥＬ素子の
特性向上は発光層の薄膜化に負うところが大きく、膜欠
陥のない電気絶縁耐圧の高い有機物薄膜を形成する技術
の向上によって支えられていた。その成膜方法としては
蒸着法が主体であり、他には単分子膜作成法としてのラ
ングミュア・ブロジェット法、キャスティング法等も知
られているが、これらは主たるものではなかった。

【０００５】しかし、有機物の蒸着、ランミュア・ブロ
ジェット法は研究開発レベルでは検討されてきたが量産
プロセス中で実用化された例はほとんど無く、また有機
薄膜を発光層とする電場発光表示装置を製造するための
微細加工プロセスも検討されていない等、従来技術は発
光層に有機薄膜を用いた電場発光表示装置を製造するた
めのプロセス技術については考慮されていなかった。

【０００６】さらに、発光強度の面で単純マトリクス駆
動方式で用いるには少し発光強度が不足するという問題
もあった。単純マトリクス駆動方式は、ＴＶと同一原理
で走査点のみが順次発光するものであることから、実用
レベルの明るさを得るには数万Ｃｄ／ｍ²の発光強度が
必要である。しかし、現状では数百Ｃｄ／ｍ²のものが
ほとんどであり、最高でも４０００Ｃｄ／ｍ²程度であ
る。この程度の発光強度では単純マトリクスにすると暗
すぎるためアクティブマトリクスにする必要がある。

【０００７】単純マトリクス駆動方式では上記のように
走査線が走査している間だけ発光し残りの時間は発光し
ないため平均的には大変暗くなる。それに対しアクティ
ブマトリクス駆動方式では映画の画面と同一原理で、各
画素はほとんど常に発光しているので輝度の低いＥＬ素
子でも実用可能なディスプレイを作ることができる。

【０００８】このアクティブマトリクス駆動方式による
と、ＥＬ素子は、電流により発光強度が変化するので、
ＥＬ素子に流れる電流を制御する薄膜トランジスタ、そ
の素子に流れる電流を制御する信号を記憶するメモリ
ー、メモリーに信号を送る手段等が必要である。従って
一画素当たり、ＥＬ素子の他に少なくとも２つの素子を
組み込み、それに配線を施す必要があった。配線もＥＬ
発光素子に電流を流すための電源線と電流を制御する信
号をメモリー素子に送るマトリクスが必要となった。

【０００９】図１０は、従来のＥＬ素子を用いたアクテ
ィブマトリクス電場発光装置の一例を示した回路図であ
る。同図において、１０５はＥＬ発光素子、１０３、１
０４は共に薄膜トランジスタ（通常、アモルファスシリ
コン）、１０１は走査線、１０２はデータ線を示してお
り、図示のように一画素は１個のＥＬ素子とこれを駆動
する２個の薄膜トランジスタで構成されている。

【００１０】なお、この種のアクティブマトリクス駆動
方式に関連ものとしては、例えば特開平２ー１４８６８
７号公報が挙げられる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】図１０に示したよう
に、従来のアクティブマトリクス電場発光装置において
ＥＬ発光素子１０５は、ダイオードと同様に２端子の発
光素子からなり、一画素を構成する素子数は、１個のＥ
Ｌ素子に対し２個の薄膜トランジスタが必要となる。特
にＥＬ発光素子１０５に流れる電流を制御する薄膜トラ
ンジスタ１０３は、電力供給線を兼ねた走査線１０１を
通して大きな電流が流れるため、劣化を起こし易く信頼
性を著しく低下させる。また、電流が大きいのでゲート
幅も大きくなり、一画素に占めるトランジスタ１０３の
面積も大きくなり、そのため発光面の面積が小さくな
り、高密度化による発光強度の増大に支障を来たしてい
た。

【００１２】したがって、本発明の目的はこの様な従来
技術の問題点を解消することにあり、量産化に対処で
き、しかも信頼性の高い改良されたアクティブマトリク
ス電場発光表示装置を実現することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の特徴とするところはアクティブマトリクス
電場発光表示装置の一画素を、１個のＥＬ発光素子に対
し１個の薄膜トランジスタで形成できるように構成した
ものであり、特に電場発光素子の構造を３端子の電場発
光素子で構成したことにある。好ましい代表的な３端子
型ＥＬ発光素子の構成例としては、基板上にゲート電
極、ゲート絶縁膜、金属電極、発光層及び透明電極の順
序で順次積層形成してなる３端子型電場発光素子とした
構造、もしくは基板上にｎ型半導体、ｐ型半導体、発光
層及び透明電極の順序で順次積層形成してなる３端子型
電場発光素子とした構造が挙げられる本発明において、
一画素を１個のＥＬ発光素子に対し１個の薄膜トランジ
スタで形成できるようになったのは、３端子型電場発光
素子を用いて信号電圧により発光強度を制御するように
したことにより、発光のための電力供給と発光強度を決
める信号とを分離した構成としたからである。

【００１４】従来のＥＬ発光素子が電流により発光強度
を制御していたため電流制御用の回路を必要としたのに
対し、本発明によれば発光強度は電圧制御となるため電
流制御用の回路は不要となる。そのため前述のように発
光素子と小容量の薄膜トランジスタ１個でアクティブマ
トリクスの一画素を形成することができ、製造プロセス
を簡略化できる。

【００１５】アクティブマトリクスの場合、薄膜トラン
ジスタを形成する必要があるが、ゲート絶縁膜や半導体
膜の形成は２００〜３００℃の高温を要し、また平坦性
の高い下地の上に成膜する必要性がある。そのためプリ
ント基板上に薄膜トランジスタを形成するのは困難な点
が多い。そこで薄膜トランジスタは、耐熱性のフィルム
上やガラス基板上に形成するのが容易であり、実用的で
ある。フィルムとしてはポリエチレンテレフタレートや
ポリイミドのフィルムなどが好ましい。ガラスとしては
低ソーダガラスが好ましく、例えばホウ珪酸ガラスなど
が使用できる。これらの上に薄膜トランジスタを形成
し、その上に発光素子を形成すれば良い。

【００１６】次にＥＬ発光素子の発光層の形成方法につ
いて述べる。従来、有機薄膜ＥＬ素子の発光層の形成方
法としては蒸着法が主たる方法であった。これは発光層
の膜厚が素子の特性上、重要な要素であり、膜厚が１０
０ｎｍ以下で、ピンホールがなく、均一性の高い膜を形
成する方法として蒸着法が適していたからに他ならな
い。

【００１７】カラー表示装置においては１００〜２００
μｍ間隔で赤、緑、青の発光層を並べて形成する必要が
ある。この発光層を形成するプロセスは液晶表示素子で
用いられるカラーフィルタ形成プロセスと類似した方法
で可能であるが、いくつかの点で発光層特有の問題点が
ある。カラーフィルタ形成法のうち、染色法は使用でき
ない。ホトリソグラフィー法は可能であるが、似たよう
な有機物を重ねることになるのでパターン形成工程にお
けるエッチングの際、高い選択比が得られ難いためさき
に形成した発光層の保護を考慮する必要がある。

【００１８】カラーフィルタの場合、保護層は加工後も
除去されず残っても差し支えないが、発光層の場合は保
護層が導電性であるなど特殊な条件を満たさない限り除
去する必要がある。カラーフィルタに関してはこの他に
印刷法、電着法などの手法があるが、これらについては
膜厚１００ｎｍのピンホールの無い、均一性の高い膜を
形成することは困難である。これらの方法を使用可能に
するためには、膜厚を約１μｍくらいにする必要がある
がそうすると駆動電圧が約１００Ｖとなり汎用集積回路
で駆動できなくなる。これは膜の抵抗値が高くなり、電
流が流れなくなるためである。従って、膜を構成する有
機物の抵抗率が５×１０⁶Ω・ｃｍ以下であれば膜厚１
μｍであっても１０Ｖくらいで充分な電流を得ることが
でき実用可能な発光強度を得ることができる。

【００１９】そこで例えば印刷法で発光層を形成する場
合、導電性ポリマーをベースに用いて、これに蛍光染
料、電子輸送剤などを混合したものを発光層として印刷
すれば膜厚が厚くても低電圧で駆動できる発光素子が形
成できる。印刷法においてはこの問題の他に膜厚分布の
問題がある。すなわち、印刷された樹脂組成物が表面張
力などにより丸くかたまり膜厚の均一性が著しく損なわ
れる場合が多い点である。印刷法による有機ＥＬ発光素
子の形成においてはこの問題を解決する工夫が必要であ
る。

【００２０】透明電極としては、インジウムとスズの酸
化物（ＩＴＯと略称）をターゲットとしてスパッタ法に
より膜形成し、これをパターンニングして用いる。ＩＴ
Ｏのパターンニングは、ＩＴＯの加工性が悪いため、し
ばしば不良が発生する。また、ＥＬ素子の発光層は有機
物を用いるためこの上にＩＴＯを形成すると発光層がプ
ラズマのダメージを受け特性が悪くなる。そこでＩＴＯ
は予め薄膜トランジスタマトリックスを形成したプリン
ト板とは別のガラス基板または耐熱性の透明フィルム上
に形成しておき、後で両者を貼り合わせ、発光層の有機
物をＩＴＯに溶着させるなどの組立方法による方がプロ
セスとして容易である。

【００２１】アクティブマトリックス形成時のパターン
の形成方法としては、ホトレジストを用いたホトリソグ
ラフィー法が一般である。また、透明電極を除きたい部
分に凸部を設け、透明導電膜を形成した後ならい研磨に
より凸部の上の透明導電膜を除去し透明電極パターンを
得ることもできる。また、表示装置の面積が大きくなる
と配線長が長くなりＩＴＯの抵抗による電圧降下が問題
となる。そこでＩＴＯ配線と平行に抵抗率の小さい金属
配線を設置しＩＴＯの導電率の不足を補う必要を生じ
る。この場合、金属配線をブラックマトリクスの１部と
して利用することができる。

【００２２】この透明電極を発光層を形成した上に貼り
合わせるのであるが、発光層は膜厚の均一性が重要であ
り、貼り合わせの際に膜厚が一定となるようにする必要
がある。それには膜厚が一定になるようにスペーサを用
い、ホットプレスにより膜厚が均一になるように貼り合
わせれば良い。スペーサとしては液晶表示素子を作る場
合に用いられているようなガラスファイバーやビーズを
発光層上にばらまいておき、ホットプレスの際に発光層
に埋め込んで発光層の厚さをスペーサの大きさに揃えれ
ば良い。ただし、従来の有機薄膜ＥＬ素子の発光層は膜
厚が１００ｎｍ程度しかなく、これに１０Ｖの電圧を加
えるとスペーサに沿って沿面放電を起こし絶縁破壊を起
こしてしまう。これを防ぐには膜厚を厚くすれば良い
が、それでは抵抗が大きくなり電流が流れなくなって、
発光強度が著しく低下する。そこで発光層の膜厚を厚く
するためには発光層の電気抵抗を低くし膜厚が厚くても
充分な電流が得られるようにすれば良い。膜厚を１〜２
μｍの範囲で印加電圧１０Ｖで１００ｍＡ／ｃｍ²の電
流密度を得るために、抵抗率は１〜２×１０⁶Ω・ｃｍ
であれば良く、このくらいの抵抗率の導電性高分子をベ
ースポリマーに用いれば良い。

【００２３】ＥＬ発光素子を構成する金属電極材料とし
ては、Ｍｇ、Ｉｎ、ＭｇＡｇ、Ａｌ等比較的仕事関数が
小さい金属が電子を注入するのに都合がよい。しかし、
配線抵抗を考慮するとＡｌやＣｕがよい。Ａｌはそのま
までも使えるがＭｇと比べると駆動電圧がやや高くな
る。Ａｌは真空蒸着法で成膜した後、ホトリソグラフィ
により配線パターンに加工する。Ｃｕは表面をＭｇ等で
コーティングして用いれば良い。Ｃｕも真空蒸着法で膜
形成できるが、鍍金による法が安価である。Ｍｇも真空
蒸着法により成膜する。その後でやはりホトリソグラフ
ィにより配線パターンを形成する。画素の大きさは０．
３ｍｍ×０．３ｍｍ以下であれば良い。カラーの場合は
その３分１の０．３ｍｍ×０．１ｍｍの画素が３つ１組
で１画素となる。

【００２４】有機薄膜ＥＬ発光素子は、発光時蛍光体や
電荷輸送剤が励起状態となるため酸化され易い、従って
発光層を酸素から守るパッシベーションの配慮が必要で
ある。これには酸素を遮断する能力の大きい高分子のフ
ィルムをパッシベーション膜として表示装置パネル全体
を被う方法がある。また、窒素等の不活性気体中でのパ
ッケージ化はかなり有効な方法である。また、他の簡単
な方法としては溶けたパラフィンに浸してパラフィンで
被ってもよい。この場合、パラフィン中に脱酸素剤を混
入しておけば更に有効なパッシベーション法となる。

【００２５】なお、有機ＥＬ表示装置といえども通常の
表示装置と同様に、各画素の周辺をとりまくようにブラ
ックマトリクスを設けることにより画質を引き締めた
り、反射防止膜をもうけて外部光が目に入らないように
することにより、画像の視認性を向上することができ
る。

【００２６】以上のように構成された本発明のアクティ
ブマトリクス電場発光表示装置は、用途に応じて平面型
は勿論のこと、所定の曲率を有する曲面型とすることも
でき、例えばパーソナルコンピュータ、ワードプロセッ
サ、ポータブルテレビ等の電子装置の表示装置として、
その他種々の商業用、工業用の表示装置として広く用い
ることができる。

【００２７】

【作用】アクティブマトリクスにおいては、各画素はほ
とんど常に発光しているので輝度の低いＥＬ発光素子で
も十分に使用できる。そのかわり各画素のデータを記憶
し、それに従って輝度を制御する機構が必要となる。具
体的には薄膜トランジスタを各画素毎に作りつけること
になる。従来の有機ＥＬ発光素子は２端子型のため輝度
は電流に依存しており、これを制御するためには電流制
御用に１つ、電流制御のデータを保持するために１つ都
合２つの薄膜トランジスタを各画素毎に必要とした。

【００２８】一方、本発明の３端子発光素子は、電界効
果トランジスタに似た原理構成となっており、電界効果
によりソース電極近傍にキャリアを誘起し集めることに
より広い面積にわたって電流が流れるようにするもので
ゲート電圧が高いほど広い面積にわたって発光するよう
になるものである。すなわち、発光面積を変えることに
より各画素の発光強度を変え画像情報を表示するもので
ある。この３端子型の発光素子を用いれば各画素に作り
つける薄膜トランジスタは一つずつで済み、構造を簡略
化できる。

【００２９】アクティブマトリクスの場合、電力を送る
配線と画像データを送る配線および画像データの書き込
みのタイミングを送る走査線に相当する配線が必要とな
る。すなわち、走査線、データ線の他に、電力線が必要
となり、従来の２端子発光素子による単純マトリクスよ
り１本多い配線が必要となる。実際には、共通電極がも
う１つ必要なので２本増えることになる。この様に沢山
の配線を行うことは手間がかかり、不良率が上がり、コ
スト高の原因となる。これを避ける方法としては電力線
を走査線としても活用する方法がある。

【００３０】有機薄膜ＥＬ素子の場合、各発光素子が整
流特性を有しているため逆方向に電圧が加えられても電
流が流れずそのため発光しない。この性質を利用して、
電力線に逆電圧を印加しその電圧で制御トランジスタの
ゲートを開くようにすれば良い。

【００３１】また、抵抗率の低い導電性高分子をベース
ポリマーに用いることにより、発光層の膜厚が１〜２μ
ｍの範囲でＥＬ素子を作製することができるので、発光
層の形成方法として印刷法や電着法、浸積法等様々な手
法が利用できる。さらに透明導電膜を後で接着する場合
にもスペーサ等を使用して発光層膜厚を一定にするにも
好適である。

【００３２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面にしたがって
説明する。 〈実施例１〉図１〜図４により第１の実施例を説明す
る。図１は３端子型電場発光素子の要部断面図、図２は
この３端子型電場発光素子を用いたアクティブマトリク
ス電場発光表示装置の平面回路図、図３は画素部断面
図、図４は画素部平面図をそれぞれ示している。

【００３３】（１）装置の構成 図１に示す３端子型電場発光素子は、輝度が電圧で制御
される点が特徴であり、電界効果トランジスタに似た原
理構成となっている。即ち、周知のパターン形成工程に
したがってガラス基板１上にゲート電極２を形成し、そ
の上にゲート絶縁膜３を形成する。次いで、ゲート絶縁
膜３上に網目状のソース電極４を形成し、その上に発光
層５、さらに透明導電膜のドレイン電極６の順に積層す
る。

【００３４】ゲート電極２に電荷を注入すると電界効果
により網目状のソース電極４近傍にキャリアが誘起し集
められ、チャンネルがソース電極４の周囲に広がって広
い面積にわたって電流が流れるようになる。従って、ゲ
ート電圧が高いほど広い面積にわたって発光することに
なり、各画素の発光面積を変えることにより画像情報を
表示することができる。この３端子型電場素子を用いれ
ば、発光強度を電圧で制御することができるため、１画
素当たり、この素子と薄膜トランジスタ一つの合計２個
の素子で構成することが可能となる。

【００３５】図２は、この構成によるアクティブマトリ
クス電場発光表示装置の平面回路図を示したものであ
り、図中の２３が３端子型電場発光素子、２４が薄膜ト
ランジスタである。２１は電力供給を兼ねた走査線であ
り、発光素子２３のソース電極４と画像情報書き込み用
トランジスタ２４のゲート電極とを接続している。こう
することで配線を１本少なくすることができる。

【００３６】発光素子２３が発光しているときは、素子
２３のソース電極４には０Ｖまたは負の電圧が加えら
れ、共通電極としているドレイン電極（透明電極）６に
は正の電圧が加えられている。このとき薄膜トランジス
タ２４のゲート電圧は発光素子２３のソース電圧と同じ
く０Ｖまたは負であり、トランジスタ２４のゲートは閉
ざされ電流は流れない。

【００３７】一方、画像情報の書き込みの時には、走査
線２１を介してトランジスタ２４のゲートに正の電圧を
加え、トランジスタ２４のゲートを開く、このとき発光
素子２３のソース電極４にはトランジスタ２４のゲート
と同じ正の電圧が加えられ発光素子２３は発光しない。
この状態でデータ線２２に画像情報を流すとトランジス
タ２４のソースからドレインを通って発光素子２３のゲ
ート電極２に画像情報が書き込まれる。次に、走査線電
圧を０Ｖまたは負にするとトランジスタ２４のゲートは
閉じ発光素子２３は画像情報に従った発光を開始する。

【００３８】（２）製造方法 以下、図３及び図４にしたがってこの電場発光表示装置
の製造方法の一例を説明する。図３は要部断面を、図４
は一画素分の平面パターンをそれぞれ示している。図３
の断面図に示したように、ガラス基板３１上にアルミニ
ウム膜をスパッタ法で成膜し、ホトリソグラフィにより
発光素子２３（図２参照）のゲートパターン３２（２）
とデータ線３３（２２）パターンを形成した。この上に
アモルファスシリコン３４、窒化珪素３５を続けてプラ
ズマＣＶＤ法で成膜し、ホトリソグラフィにより薄膜ト
ランジスタ２４（図２参照）を設けるためのアイランド
を形成した。その上にプラズマＣＶＤ法により窒化珪素
３５を成膜した後、トランジスタ２３のゲートとなり、
発光素子２３のソース電極４（図２参照）となるアルミ
ニウム、マグネシウム合金３６をスパッタ法で成膜し、
ホトリソグラフィにより網目状のソース電極３６（４）
を含む配線パターンを形成した。

【００３９】次いでその上に発光層３７（５）を形成し
た。形成方法としては、前処理として希塩酸でソース電
極３６の表面を洗い表面酸化膜を除いた後、窒素気流下
で乾燥し、そのまま空気に曝すこと無く熱転写法により
予め準備した発光層を熱転写フィルムから基板上に転写
し、赤、青、緑の三原色の発光層３７を形成した。この
方法によれば１μｍ以下の薄膜を平坦性良く形成するこ
とができる。但し、ひび割れやピンホールなどの欠陥が
でき易く、これらはショートの原因となるため電着法に
より電気的に抵抗の低い部分に絶縁性の高分子膜を形成
した。この例ではカラー表示装置とするため赤、青、緑
の三原色の発光層３７を設けたが、単色表示装置とする
こともでき、その場合には単純な構造となる。

【００４０】最後に、透明導電膜３８（６）をつけたフ
ィルムを別途準備しておき、透明導電膜３８側を発光層
３７に対向させホットプレスにより溶着した。

【００４１】発光層３７に用いる蛍光材料、ベースポリ
マ、電子輸送剤および正孔輸送剤としては表１、表２に
挙げたものが利用できる。アクティブマトリクスの場
合、発光強度が弱い、例えば１００〜３００Ｃｄ／ｍ²
発光層でも利用可能となる。透明電極３８（６）は耐熱
性の透明フィルム上にＩＴＯをスパッタ法で全面に均一
に成膜されたもので、全画素共通の電極として用いる。

【００４２】なお、本実施例に於いて３端子型発光素子
のゲート電極３２（２）として透明導電膜を用いると半
透明の表示装置となる。例えば青、赤、緑の単色表示装
置を作り、青、緑、赤の順に上から重ねてカラー表示装
置とすることが可能である。単色表示装置は発光層を蒸
着法などで全面に形成しそのままパターンニング無し透
明導電膜付きのフィルムを貼り合わせることにより容易
に作ることができる。また、半透明のカラー表示装置を
等間隔に並べて立体画像を表示することも可能である。
また、本実施例による３端子型発光素子は、電圧により
発光強度を制御することができるのでディスプレイとし
ての用途に限らず、その他、例えば光通信などの光源と
しても利用可能である。

【００４３】

【表１】

【００４４】

【表２】

【００４５】〈実施例２〉図５は、さらに異なる構成の
３端子型発光素子の断面図を、図６はこの発光素子を用
いて構成した電場発光表示装置の一画素分の等価回路図
をそれぞれ示したものであり、第２の実施例となるもの
である。先ず図５について説明すると、この３端子型発
光素子は、輝度が微少電流で制御される点が特徴であ
り、バイポーラトランジスタと似た原理構成となってい
る。すなわち、透明導電膜５１からホールを、ｐ型半導
体層（微結晶シリコンカーバイド）５３から電子を発光
層５２に注入し、発光層内で再結合させて発光させるも
のである。このとき電子は金属電極５５からエミッター
であるｎ型半導体層（微結晶シリコンカーバイド）５４
を経てベースであるｐ型半導体層５３に注入される。こ
こで電子はホールと再結合し消滅し空乏化するので通常
は電流が流れない。ｐ型半導体層５３に外部から小量の
電子を注入するとｐ型半導体層内を電子が流れ、電流が
流れる。そしてｐ型半導体層５３からコレクタに相当す
る発光層５２に電子が注入される。一方、透明電極５１
から発光層５２にはホールが注入され、電子と結合し
て、光を発する。

【００４６】この素子は、ガラス基板５０上に金属電極
５５を形成し、その上にｎ型半導体層５４、ｐ型半導体
層５３の微結晶シリコンカーバイド膜をプラズマＣＶＤ
法により順次成膜し、さらに発光層５２を形成した後、
透明導電膜５１を成膜したフィルムを透明導電膜５１側
を発光層５２に対向させてホットプレスにより溶着して
作製した。

【００４７】なお、本実施例ではｎ型半導体層５４、ｐ
型半導体層５３にシリコンカーバイドを用いているが、
これはバンドギャップが広く電子の注入に有利であるた
めであり、不純物による価電子制御が可能な半導体でバ
ンドギャップが２ｅＶ以上あればその他の半導体でも使
用可能である。

【００４８】発光層５２に用いる蛍光材料、ベースポリ
マ、電子輸送剤および正孔輸送剤等については、実施例
１の場合と同様に表１、表２に挙げたものが利用でき
る。発光層としては、アクティブマトリクスの場合、単
純マトリクスと異なり発光強度が１００〜３００Ｃｄ／
ｍ²程度の弱い材料であっても利用可能となる。

【００４９】本実施例ではシリコンカーバイドのｐｎ接
合上に発光層５２を形成するので、実施例１のように電
着法で欠陥を修正することは困難となる。そのため欠陥
の少ない形成方法を選択する必要がある。蒸着法、スピ
ン塗布法などにより全面成膜した後、ホトリソグラフィ
ーの技法によりパターン形成する等の必要がある。本実
施例ではスピン塗布により、全面に膜形成した後パター
ン形成する方法によった。

【００５０】この発光素子を用いたアクティブマトリク
ス電場発光表示装置では、図６に示したような回路を組
んで薄膜トランジスタ６１、コンデンサー６２と組み合
わせて一つの画素を形成する。薄膜トランジスタ６１を
オンしたときにコンデンサー６２に画素情報として電荷
を蓄え、薄膜トランジスタ６１がオフした後はこの電荷
を少しずつ３端子型発光素子６３のベースに流して発光
させる。従って発光強度は常に変動し、またコンデンサ
ー６２の容量も比較的大きなものを必要とするので、表
示装置としては実施例１に挙げた３端子型発光素子の方
がより好適である。なお、コンデンサー６２は薄膜トラ
ンジスタ６１の製造工程の中で容易に形成することがで
きる。

【００５１】本実施例による３端子型発光素子６３は、
微少電流により発光強度を制御することができるのでデ
ィスプレイとしての用途に限らず、その他例えば光通信
などにも利用可能である。

【００５２】〈実施例３〉図７の回路図および図８の断
面図により第３の実施例を説明する。これは実施例１と
同様な３端子型発光素子２３と薄膜トランジスタ２４か
らなるアクティブマトリクス電場発光表示装置の例であ
る。実施例１では同じ行内に配列された画素の発光素子
を駆動する電力を送る配線（走査線）２１を、薄膜トラ
ンジスタ２３のゲート信号としても用いたが、本実施例
では隣の行の画素の発光素子を駆動する電力を送る配線
を薄膜トランジスタのゲート信号として用いている。

【００５３】実施例１では画像情報を書き込む時、発光
素子２３のソース電極４に薄膜トランジスタ２４をオン
する正の電圧が加わるため、その電圧分だけ高い電圧を
３端子型発光素子２３のゲート２に加えなければ画像情
報の書き込みが出来ないのに対し、本実施例のように隣
の画素の電力供給線電圧を正にすることによりトランジ
スタ２４のゲートをオンするようにすれば、より低い電
圧で情報を書き込むことができる。

【００５４】〈実施例４〉図９はさらに異なる構成とな
る第４の実施例を説明するもので、アクティブマトリク
ス電場発光表示装置の要部断面図を示している。実施例
１の薄膜トランジスタ２４の代わりに電界効果型の３端
子発光素子２３と類似の構造を有する３端子素子を用い
るものである。すなわち、同図において、９１は実施例
１の発光素子２３と同一構造の発光素子であり、９２は
有機薄膜トランジスタである。この有機薄膜トランジス
タ９２は、基本的には発光素子２３と同一構造であるが
トランジスタの役割を果たせばよく、発光素子２３より
も極端に小さい面積の素子で構成している。

【００５５】この構造の利点は薄膜トランジスタを形成
するのにａ−Ｓｉを用いない点である。そのためａ−Ｓ
ｉの成膜及びアイランド形成が不要になる。問題点とし
てはａ−Ｓｉを用いた薄膜トランジスタにくらべ電流が
とれないため動作速度が遅くなる点が挙げられる。その
他、発光層を形成する蛍光材料、ベースポリマ、電子輸
送剤および正孔輸送剤等は、いずれも実施例１に挙げた
ものと同一のものが利用できる。

【００５６】

【発明の効果】以上、本発明により所期の目的を達成す
ることができた。すなわち、高密度にＥＬ発光素子を配
列することができ、しかも駆動回路が簡素化されたこと
により信頼性の高いアクティブマトリクス電場発光表示
装置を容易に実現することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例となる３端子発光素子の
断面図。

【図２】同じく３端子発光素子を用いたアクティブマト
リクス電場発光表示装置の回路図。

【図３】同じく３端子発光素子を用いたアクティブマト
リクス電場発光表示装置の画素部断面図。

【図４】同じく３端子素子を用いたアクティブマトリク
ス電場発光表示装置の画素部平面図。

【図５】同じく第２の実施例となる３端子発光素子の断
面図。

【図６】同じく３端子発光素子を用いたアクティブマト
リクス電場発光表示装置の画素部回路図。

【図７】同じく第３の実施例となるアクティブマトリク
ス電場発光表示装置の回路図。

【図８】同じくその画素部断面図。

【図９】同じく第４の実施例となるアクティブマトリク
ス電場発光表示装置の画素部断面図。

【図１０】従来の２端子発光素子を用いたアクティブマ
トリクス電場発光表示装置の回路図。

【符号の説明】

１…ガラス基板、 ２…ゲート、
３…ゲート絶縁膜、４…ソース電極、 ５…
発光層、 ６…透明電極、２１…走査線、
２２…データ線、 ２３…発光素子、２
４…薄膜トランジスタ、 ３１…ガラス基板、 ３
２…ゲート、３３…データ線、 ３４…アモ
ルファスシリコン、３５…絶縁膜（窒化珪素）、 ３６
…ソース電極、 ３７…発光層、３８…透明電極、
５０…ガラス基板、 ５１…透明電極、５
２…発光層、 ５３…ｐ型層、 ５
４…ｎ型層、５５…金属電極、 ６１…薄膜
トランジスタ、６２…コンデンサ、 ６３…発
光素子、 ９１…発光素子、９２…有機物半導体薄
膜トランジスタ、 １０１…走査線、１０
２…データ線、 １０３、１０４…薄膜トラン
ジスタ、１０５…発光素子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 裕 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】３端子型電場発光素子を備えたアクティブ
   マトリクス電場発光表示装置。
2. 【請求項２】基板上にゲート電極、ゲート絶縁膜、金属
   電極、発光層及び透明電極の順序で順次積層形成してな
   る３端子型電場発光素子を備えたアクティブマトリクス
   電場発光表示装置。
3. 【請求項３】基板上にｎ型半導体、ｐ型半導体、発光層
   及び透明電極の順序で順次積層形成してなる３端子型電
   場発光素子を備えたアクティブマトリクス電場発光表示
   装置。
4. 【請求項４】一画素当たり１個の３端子型電場発光素子
   と１個の薄膜トランジスタとで構成してなるアクティブ
   マトリクス電場発光表示装置。
5. 【請求項５】電力供給線と走査線とを兼ね備えた請求項
   １乃至４何れか記載のアクティブマトリクス電場発光表
   示装置。
6. 【請求項６】薄膜トランジスタを有機物半導体薄膜トラ
   ンジスタで構成してなる請求項４記載のアクティブマト
   リクス電場発光表示装置。
7. 【請求項７】電場発光表示装置を平面板状として成る請
   求項１乃至６何れか記載のアクティブマトリクス電場発
   光表示装置。
8. 【請求項８】基板上にゲート電極、ゲート絶縁膜、金属
   電極、発光層及び透明電極の順序で順次積層形成してな
   る３端子型電場発光素子。
9. 【請求項９】基板上にｎ型半導体、ｐ型半導体、発光層
   及び透明電極の順序で順次積層形成してなる３端子型電
   場発光素子。