(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎｍ（ナノメータ）サイズの絶縁被膜結晶微粒子とｎｍサイズの蛍光体微粒子とを積層または混合した発光薄膜と、この発光薄膜を挟持する下部電極及び透明な上部電極と、からなる発光部を有し、
上部電極と下部電極との間に印加する直流または交流電圧を上記絶縁被膜結晶微粒子の絶縁被膜部分に分配し、この電圧によって上記電極から注入した電子を加速して上記絶縁被膜をトンネリングさると共に上記絶縁被膜結晶微粒子をフォノン散乱なく通過させ、この過程を上記絶縁被膜結晶微粒子毎に繰り返すことにより、上記電子の運動エネルギーを高め、
この電子を上記蛍光体微粒子に衝突させて上記蛍光体微粒子中に自由励起子、又は束縛励起子を生成し、これらの励起子の濃度を上記蛍光体微粒子の閉じこめ作用により濃度を高めることにより、低消費電力、且つ、高輝度の発光表示が可能なことを特徴とする、固体自発光表示装置。
【請求項２】
前記ｎｍサイズの絶縁被膜結晶微粒子は、ｎｍサイズの半導体と、この単結晶微粒子の表面を覆うｎｍ厚さの絶縁被膜とからなることを特徴とする、請求項１に記載の固体自発光表示装置。
【請求項３】
前記ｎｍサイズの単結晶微粒子は、真性または不純物をドープしたｎｍサイズのＳｉ単結晶微粒子であり、前記絶縁被膜は上記Ｓｉ単結晶微粒子の表面を覆うｎｍ厚さのＳｉＯ2 膜であることを特徴とする、請求項２に記載の固体自発光表示装置。
【請求項４】
前記ｎｍサイズの蛍光体微粒子は、紫外光から可視光領域に対応するバンドギャップエネルギーを有する半導体微粒子であることを特徴とする、請求項１に記載の固体自発光表示装置。
【請求項５】
前記ｎｍサイズの蛍光体微粒子は、ドナーまたはアクセプター、或いは、ドナー及びアクセプターを有することを特徴とする、請求項４に記載の固体自発光表示装置。
【請求項６】
前記ｎｍサイズの蛍光体微粒子は、発光原子または発光原子イオンをドープした半導体微粒子であることを特徴とする、請求項４または５に記載の固体自発光表示装置。
【請求項７】
前記上部電極と下部電極がマトリックス状電極に形成され、この上部電極と下部電極との交差部分を画素として単純マトリックス駆動することを特徴とする、請求項１に記載の固体自発光表示装置。
【請求項８】
走査配線と信号配線がマトリックス状電極に形成され、この走査配線と信号配線との交差部分に薄膜トランジスタが配設され、この薄膜トランジスタのゲート電極が上記走査配線に接続され、上記薄膜トランジスタのドレイン電極が上記信号配線に接続され、上記薄膜トランジスタのソース電極が画素電極に接続され、この画素電極と前記上部電極とで前記発光薄膜が挟持され、上記走査配線と信号配線とを選択して画素毎に上記薄膜トランジスタによるアクティブ駆動することを特徴とする、請求項１に記載の固体自発光表示装置。
【請求項９】
ＳｉＨ4 ガスを熱分解して空間に浮遊状態のｎｍ（ナノメータ）サイズのＳｉ単結晶微粒子を生成し、このＳｉ単結晶微粒子を浮遊状態のままＯ2 ガス雰囲気中に搬送して、上記Ｓｉ単結晶微粒子の表面をｎｍ厚さのＳｉＯ2 膜で被覆し、このＳｉＯ2 膜で被覆したＳｉ単結晶微粒子とｎｍサイズの蛍光体微粒子をそれぞれの溶媒に溶かし、それぞれの溶媒に基板を浸漬して引き上げ、この浸漬・引き上げを繰り返して、この基板上に上記ＳｉＯ2 膜で被覆したＳｉ単結晶微粒子層と上記蛍光体微粒子層とを積層し、この積層薄膜を発光薄膜とする固体自発光装置を得ることを特徴とする、固体自発光装置の製造方法。
【請求項１０】
ＳｉＨ4 ガスを熱分解して空間に浮遊状態のｎｍ（ナノメータ）サイズのＳｉ単結晶微粒子を生成し、このＳｉ単結晶微粒子を浮遊状態のままＯ2 ガス雰囲気中に搬送して、上記Ｓｉ単結晶微粒子の表面をｎｍ厚さのＳｉＯ2 膜で被覆し、このＳｉＯ2 膜で被覆したＳｉ単結晶微粒子とｎｍサイズの蛍光体微粒子とを共通の溶媒に溶かし、この溶媒に基板を浸漬して引き上げ、この浸漬・引き上げを繰り返して、この基板上に上記ＳｉＯ2 膜で被覆したＳｉ単結晶微粒子と上記蛍光体微粒子とを混合した層を積層し、この積層薄膜を発光薄膜とする固体自発光装置を得ることを特徴とする、固体自発光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、量子サイズ効果を利用した固体自発光表示装置並びにその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶を使用した表示装置が広く普及しているが、液晶表示装置は原理上バックライトを使用するため、省電力、輝度といった特性で十分であるとは言えない。このため、液晶よりも高輝度、省電力、薄型、かつ、環境高耐性を実現できる表示装置として、全て固体部材で構成され、自ら発光する固体自発光表示装置の研究開発が盛んに行なわれている。
従来の固体自発光表示装置には、ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）表示装置がある。ＥＬ表示装置は、発光中心原子を有する半導体層とこの半導体層を挟む絶縁層で構成されている。発光中心原子には可視光の蛍光を発する元素、例えばＭｎ、あるいは希土類元素が用いられ、半導体層には可視光より大きなバンドギャップエネルギーを有する半導体、例えばＺｎＳ等が用いられ、絶縁層には半導体層の絶縁破壊を防止する薄膜、例えばＳｉＯ２  、Ｓｉ３  Ｎ４  薄膜等が用いられている。
ＥＬ表示装置は、絶縁層を介して印加される高電界により半導体中の電子を加速して、発光中心原子を衝突励起して蛍光を発生させるものであり、電気エネルギーを直接光エネルギーに変換できることが特徴である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＥＬを発光させるためには、半導体中の電子をフォノン散乱に抗して高エネルギー状態（ホットエレクトロン状態）まで加速しなければならないため発光効率が悪く、かなりの高電界（〜１０６  Ｖ／ｃｍ以上）を必要とすると共に、絶縁破壊がおきやすいといった課題がある。また半導体層に有機材料を用いたＥＬ表示装置も存在するが、有機材料が不安定なために劣化しやすく発光効率がすぐ低下してしまうと言った課題がある。
また、加速電子（弾道電子）により発光中心原子を衝突励起して蛍光を発生させる表示装置としては、他に、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅ）表示装置がある。しかしながら、ＦＥＤ表示装置は、電界放射型の電子銃を用いて電子を真空中に放出し、真空中で加速するため、比較的低電界で発光させることはできるが、真空の空間を必要とし、薄型にできないと言った課題がある。
【０００４】
上記課題に鑑み、本発明は、従来の表示装置に比べ飛躍的に高輝度、高効率、、高信頼性、かつ薄型の固体自発光表示装置を提供し、また低コストで製造できるその製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の固体自発光表示装置は、ｎｍ（ナノメータ）サイズの絶縁被膜結晶微粒子とｎｍサイズの蛍光体微粒子とを積層または混合した発光薄膜と、発光薄膜を挟持する下部電極及び透明な上部電極と、からなる発光部を有し、上部電極と下部電極との間に印加する直流または交流電圧を絶縁被膜結晶微粒子の絶縁被膜部分に分配し、この電圧によって電極から注入した電子を加速して絶縁被膜をトンネリングさると共に絶縁被膜結晶微粒子をフォノン散乱なく通過させ、この過程を絶縁被膜結晶微粒子毎に繰り返すことにより、電子の運動エネルギーを高め、この電子を蛍光体微粒子に衝突させて上記蛍光体微粒子中に自由励起子、又は束縛励起子を生成し、これらの励起子の濃度を蛍光体微粒子の閉じこめ作用により濃度を高めることにより、低消費電力、且つ、高輝度の発光表示が可能であることを特徴とする。
【０００６】
上記構成によれば、下部電極と上部電極に印加された電圧は発光薄膜中のｎｍサイズの絶縁被膜結晶微粒子のｎｍ厚さの絶縁膜に分配され、下部電極から注入された電子は絶縁膜の電界によって加速され、絶縁膜をトンネリングまたは共鳴トンネリングして通過し、ｎｍサイズの単結晶微粒子をフォノンによる散乱を受けることなく通過する（例えば特願２０００−１５１４４８号明細書参照）。隣接する絶縁被膜結晶微粒子ごとに上記過程を繰り返し、電子は大きな運動エネルギーを獲得しｎｍサイズの蛍光体微粒子に衝突する。電子の運動エネルギーが蛍光体微粒子のバンドギャップエネルギー以上であれば、蛍光体微粒子中に電子とホールを生成し、電子とホールが自由励起子を形成する。
蛍光体微粒子はｎｍサイズであるので、電子とホールは互いにｎｍサイズの空間に閉じ込められるから自由励起子の濃度が高まり、自由励起子の消滅による発光強度が大きくなる。
また、蛍光体微粒子がドナーまたはアクセプター、或いは、ドナー及びアクセプターを有している場合には、生成した電子とホールがドナーまたはアクセプター、或いは、ドナー及びアクセプターを介して束縛励起子を形成する。
蛍光体微粒子はｎｍサイズであるので、電子とホールは互いにｎｍサイズの空間に閉じ込められるから、束縛励起子の濃度が高まり、束縛励起子の消滅による発光強度が大きくなる。
また、絶縁被膜結晶微粒子によって大きな運動エネルギーを有する電子が多量に生成されるので、蛍光体微粒子中の発光原子または発光原子イオンが多量に励起されて発光強度が大きくなる。
このように本発明によれば、無損失で電子を加速でき、かつ励起子濃度が高いので発光効率が高く、かつ輝度が高い。また、発光薄膜が薄くかつ発光薄膜自身が発光するので極めて薄くできる。また、印加電圧が低いので信頼性が高い。
【０００７】
また、本発明の固体自発光表示装置は、上部電極と下部電極がマトリックス状電極に形成され、上部電極と下部電極との交差部分を画素として単純マトリックス駆動することを特徴とする。
この構成によれば、高効率、高輝度、薄型、かつ信頼性の高い、画像表示装置を提供することができる。
【０００８】
さらに、本発明の固体自発光表示装置は、走査配線と信号配線がマトリックス状電極に形成され、走査配線と信号配線との交差部分に薄膜トランジスタが配設され、薄膜トランジスタのゲート電極が走査配線に接続され、薄膜トランジスタのドレイン電極が信号配線に接続され、薄膜トランジスタのソース電極が画素電極に接続され、画素電極と上部電極とで発光薄膜が挟持され、走査配線と信号配線とを選択して画素毎に薄膜トランジスタによるアクティブ駆動することを特徴としている。
この構成によれば、隣り合う画素との消光比を高くできるので、高効率、高輝度、薄型、信頼性の高い、かつ極めて高分解能の画像表示装置を提供することができる。
【０００９】
つぎに、本発明の固体自発光装置の製造方法は、ＳｉＨ4 ガスを熱分解して空間に浮遊状態のｎｍ（ナノメータ）サイズのＳｉ単結晶微粒子を生成し、このＳｉ単結晶微粒子を浮遊状態のままＯ2 ガス雰囲気中に搬送して、Ｓｉ単結晶微粒子の表面をｎｍ厚さのＳｉＯ2 膜で被覆し、このＳｉＯ2 膜で被覆したＳｉ単結晶微粒子とｎｍサイズの蛍光体微粒子をそれぞれの溶媒に溶かし、それぞれの溶媒に基板を浸漬して引き上げ、この浸漬・引き上げを繰り返して、この基板上に上記ＳｉＯ2 膜で被覆したＳｉ単結晶微粒子層と上記蛍光体微粒子層とを積層し、この積層薄膜を発光薄膜とする固体自発光装置を得ることを特徴とする。
この方法によれば、Ｓｉ単結晶微粒子が空間に浮遊状態で生成されるから、また、浮遊状態でＳｉ単結晶微粒子の表面にＳｉＯ2 膜が形成されるから、Ｓｉ単結晶微粒子同士が接触して結合してしまうことがなく、互いに分離したＳｉＯ2 被膜Ｓｉ単結晶微粒子を得ることができ、極めて緻密な、ｎｍサイズの絶縁被覆結晶微粒子からなる層と、極めて緻密な、ｎｍサイズの蛍光体微粒子からなる層が積層された発光薄膜を有する固体自発光装置が製造できる。
【００１０】
また、本発明の固体自発光装置の製造方法は、ＳｉＨ4 ガスを熱分解して空間に浮遊状態のｎｍ（ナノメータ）サイズのＳｉ単結晶微粒子を生成し、このＳｉ単結晶微粒子を浮遊状態のままＯ2 ガス雰囲気中に搬送して、Ｓｉ単結晶微粒子の表面をｎｍ厚さのＳｉＯ2 膜で被覆し、このＳｉＯ2 膜で被覆したＳｉ単結晶微粒子とｎｍサイズの蛍光体微粒子とを共通の溶媒に溶かし、溶媒に基板を浸漬して引き上げ、この浸漬・引き上げを繰り返して、基板上に上記ＳｉＯ2 膜で被覆したＳｉ単結晶微粒子と上記蛍光体微粒子とを混合した層を積層し、この積層薄膜を発光薄膜とする固体自発光装置を得ることを特徴とするものである。この方法によれば、Ｓｉ単結晶微粒子が空間に浮遊状態で生成されるから、また、浮遊状態でＳｉ単結晶微粒子の表面にＳｉＯ2 膜が形成されるから、Ｓｉ単結晶微粒子同士が接触して結合してしまうことがなく、互いに分離したＳｉＯ2 被膜Ｓｉ単結晶微粒子を得ることができ、ｎｍサイズの絶縁被覆結晶微粒子とｎｍサイズの蛍光体微粒子とが極めて緻密に混合した発光薄膜を有する固体自発光装置が製造できる。
【００１２】
好ましくは、ｎｍサイズの単結晶微粒子は、真性または不純物ドープのｎｍサイズのＳｉ単結晶微粒子であり、絶縁被膜はＳｉ単結晶微粒子の表面を覆うｎｍ厚さのＳｉＯ2 膜とからなる。
また、ｎｍサイズの蛍光体微粒子は、紫外光から可視光領域に対応するバンドギャップエネルギーを有する半導体微粒子であってもよい。
また、ｎｍサイズの蛍光体微粒子は、ドナーまたはアクセプター、或いは、ドナー及びアクセプターを有する半導体微粒子であってもよい。
さらに、ｎｍサイズの蛍光体微粒子は、発光原子または発光原子イオンをドープした半導体微粒子であってもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の図面において実質的に同一または対応する部材については同一符号を使用して説明する。
図１は本発明の固体自発光表示装置の発光部の構成を示す模式断面図である。図１（ａ）は、絶縁被膜結晶微粒子層と蛍光体微粒子層を二層構造に積層する構成を示す図であり、図１（ｂ）は、絶縁被膜結晶微粒子層と蛍光体微粒子層とを交互に一層ずつ積層する構成を示す図であり、図１（ｃ）は、絶縁被膜結晶微粒子と蛍光体微粒子とからなる混合層を積層する構成を示す図である。
図１において、発光部１は、下部電極２と下部電極２に積層した発光薄膜３と発光薄膜３上に形成した透明な上部電極４で構成されている。
【００１４】
発光薄膜３は、図１（ａ）の場合、絶縁被膜結晶微粒子５から成る絶縁被膜結晶微粒子層６と、蛍光体微粒子７からなる蛍光体微粒子層８とを積層して構成されている。また、図１（ｂ）の場合、発光薄膜３は、絶縁被膜結晶微粒子層の一層から成る絶縁被膜結晶微粒子層６と蛍光体微粒子層の一層から成る蛍光体微粒子層８とを交互に一層づつ積層して構成されている。さらに、図１（ｃ）の場合、発光薄膜３は、絶縁被膜結晶微粒子５と蛍光体微粒子７とが混合した層を積層して構成されている。
下部電極２は、例えばｎ型高導電率Ｓｉ基板２であり、上部電極４は、導電性を有しかつ可視光に透明なＩＴＯ膜である。
【００１５】
図２は、本発明の固体自発光表示装置の動作原理を説明するための模式図であり、図２（ａ）は絶縁被膜結晶微粒子層を拡大して示し、図２（ｂ）は蛍光体微粒子層を拡大して示している。
図２（ａ）において、絶縁被膜結晶微粒子層６は絶縁被膜結晶微粒子５が互いに密に配列して構成されており、この図は、絶縁被膜結晶微粒子５を、ｎｍサイズのＳｉ単結晶微粒子５ａとＳｉ単結晶微粒子５ａの表面を覆うｎｍ厚さのＳｉＯ２  膜５ｂとで構成した例を示している。典型的な例では、Ｓｉ単結晶微粒子５ａの径は７ｎｍであり、ＳｉＯ２  膜５ｂの厚さは３ｎｍである。
図２（ｂ）において、蛍光体微粒子層８は蛍光体微粒子７が互いに密に配列して構成されており、この蛍光体微粒子７は、紫外光から可視光に対応するバンドギャップエネルギーを有する半導体であり、例えばＺｎＳである。
【００１６】
次に、発光部の発光メカニズムについて説明する。
下部電極２と上部電極４との間に、上部電極４側の電位が高くなるように電圧を印加する。電圧は絶縁被膜結晶微粒子層６を構成するそれぞれの絶縁被膜結晶微粒子５、すなわちＳｉＯ２  被膜Ｓｉ単結晶微粒子５のＳｉＯ２  膜５ｂに分配される。下部電極２から引き出された電子９は、ＳｉＯ２  膜５ｂに印加されている電界によって加速され、ＳｉＯ２  膜５ｂの厚さが薄いので、トンネリングまたは共鳴トンネリングによってＳｉＯ２  膜５ｂを通過する。Ｓｉ単結晶微粒子５ａ中の電子は、Ｓｉ単結晶微粒子５ａの径が小さいので、量子サイズ効果によりフォノンによる散乱を受けることなく、すなわち運動エネルギーを失うことなく通過する。図２（ａ）に示すように、電子９はＳｉＯ２  被膜Ｓｉ単結晶微粒子５を通過する毎にＳｉＯ２  膜５ｂで加速、及びＳｉ単結晶微粒子５ａ中の無損失通過をくり返し、蛍光体微粒子７を励起し蛍光を発生させるのに十分な運動エネルギーを獲得してＳｉＯ２  被膜Ｓｉ単結晶微粒子層６を出射する。
【００１７】
図２（ｂ）に示すように、蛍光体微粒子７を励起し蛍光を発生させるのに十分な運動エネルギーを獲得した電子９は、ｎｍサイズの蛍光体微粒子７に衝突し、衝突励起によって蛍光体微粒子７の伝導帯に電子１１を、及び価電子帯にホール１２を生成する。これらの電子１１とホール１２は互いの電荷に基づくクーロンポテンシャルによって自由励起子１３を形成する。これらの電子１１とホール１２は蛍光体微粒子７内、すなわちｎｍサイズの空間に閉じ込められるのでクーロン相互作用が強く、自由励起子１３の生成確率が増大し自由励起子濃度が増大する。自由励起子濃度が大きいので、自由励起子１３の消滅に伴って発生する発光強度が増大する。
自由励起子エネルギーは母体の半導体結晶のバンドギャップエネルギーに依存するから、半導体の種類を選択することによって発光波長を選択できる。例えば、ＺｎＳを用いれば青色が、ＧａＡｓを用いれば赤色が発光する。
【００１８】
このように、本発明によれば、蛍光体を励起するための高エネルギー電子の生成効率が極めて高く、また、励起子濃度が極めて高いので、高効率発光及び高輝度発光が可能になる。
また、電子９を加速する過程で電子９がフォノンによる散乱を受けないので、絶縁被膜結晶微粒子５の絶縁破壊が生じにくい。従って、発光薄膜３の厚さを極めて薄くして電界強度を高めることができ、また、極めて薄型にできると共に信頼性が高い。
【００１９】
また、蛍光体微粒子７にドナーあるいはアクセプターがドープされている場合には、ドナーあるいはアクセプターを介した励起子、すなわち束縛励起子１３が生成される。また、ドナー及びアクセプターがドープされている場合には、ドナー及びアクセプターを介して束縛励起子１３が生成される。この場合にも電子１１とホール１２は蛍光体微粒子７内、すなわちｎｍサイズの空間に閉じ込められるのでクーロン相互作用が強く、束縛励起子１３の生成確率が増大し、束縛励起子濃度が増大する。このように束縛励起子濃度が大きいので、束縛励起子１３の消滅に伴って発生する発光強度が増大する。また、この場合には、ドナーとアクセプターのエネルギー準位の深さに応じた発光波長が得られる。例えば、ＺｎＳにドナーとしてＡｌ、アクセプターとしてＣｕをドープすれば緑色の発光が得られる。
【００２０】
また、蛍光体微粒子７に発光原子または発光原子イオンをドープした半導体微粒子を使用すれば、加速された電子９が発光原子または発光原子イオンを衝突励起し、発光原子または発光原子イオンの励起状態から基底状態に遷移するときに特定の波長の蛍光を発生する。例えば、ＺｎＳにＭｎを発光原子としてドープすれば、黄橙色発光が得られる。
本発明によれば、極めて高効率で電子９を加速できるので、発光中心原子を有する蛍光体微粒子層８を高輝度に発光させることができる。
【００２１】
以上のように、本発明によれば極めて効率よく電子を加速することができる。原理的には、無損失で電子を加速することができるので、蛍光体微粒子のバンドギャップエネルギーに対応する程度の印加電圧で発光させることができる。例えば、蛍光体微粒子の母体半導体にＺｎＳを用いれば、ＺｎＳのバンドギャップエネルギーが３．７ｅＶ程度であるので、約４Ｖ程度の印加電圧で発光させることが可能である。従って、図１（ｂ）及び（ｃ）の構成でも高輝度で発光させることができる。
【００２２】
次に、単純マトリクス駆動による本発明の固体自発光表示装置を説明する。
図３は、単純マトリクス駆動による本発明の固体自発光表示装置の構成を示すもので、図３（ａ）は断面図、図３（ｂ）は平面図である。
固体自発光表示装置３０は、基板３１と、基板３１上に形成した複数の互いに平行なストライプ状の下部電極２と、下部電極２を形成した基板３１上に積層した発光薄膜３と、発光薄膜３上に下部電極２と直交マトリクスを成すように形成した複数の互いに平行なストライプ状の上部電極４とから構成されている。上部電極４は透明のＩＴＯ膜で形成されている。
下部電極２と上部電極４の交差部分を画素とし、複数の下部電極２と複数の上部電極４の内から任意の一組を選択し、下部電極２と上部電極４の間に電圧を印加することによって任意の位置の画素を発光させる。
このようにして、画像、動画像を表示することができる。図１及び図２に説明した発光薄膜３を使用しているので、高効率発光、高輝度発光、薄型、かつ信頼性の高い固体自発光表示装置３０が得られる。
【００２３】
次に、アクティブ駆動による本発明の固体自発光表示装置を説明する。
図４は、アクティブ駆動による本発明の固体自発光表示装置の構成を示すもので、図４（ａ）は断面図、図４（ｂ）は平面図である。
本発明の固体自発光表示装置４０は、基板３１上に形成した複数の互いに平行なストライプ状の走査配線４１と、走査配線４１を形成した基板３１上に積層した第１の絶縁層４２と、第１の絶縁層４２上に走査配線４１と直交マトリクスを成すように形成した複数の互いに平行なストライプ状の信号配線４３と、信号配線４３を形成した第１の絶縁層４２上に積層した第２の絶縁層４４と、第２の絶縁層４４上に形成しかつマトリクス交点近傍に形成した画素電極４５と、画素電極４５を形成した第２の絶縁層４４上に積層した発光薄膜３と、発光薄膜３上に形成した表示面全体を覆う透明な上部電極４と、を有している。
【００２４】
走査配線４１上のマトリクス交点には、薄膜トランジスタのゲート電極４６が第１の絶縁層４２中に突出して設けられており、第１の絶縁層４２上のゲート電極４６に対向する位置に薄膜トランジスタのチャネル４７が設けられており、チャネル４７の一端はドレイン電極４８を介して信号配線４３に接続され、チャネル４７の他端はソース電極４９を介して画素電極４５に接続されている。
複数の走査配線４１と複数の信号配線４３の内から任意の一組を選択し、電圧を印加することによって任意の画素電極４５と上部電極４との間に電圧が印加され、発光薄膜３の画素電極４５に対応する部分が発光する。
このようにして、画像、動画像を表示することができる。本発明では、図１及び図２に説明した発光薄膜を使用しているので、高効率発光、高輝度発光、薄型で、かつ信頼性の高い固体自発光表示装置が得られる。
また、この構成によれば、薄膜トランジスタがｏｎしている画素電極とｏｆｆしている画素電極の電圧比を大きくできるので画素間の消光比が大きくなり、高分解能表示が可能になる。また、単純マトリクス方式に比べ僅かな電力で駆動できるので高速表示が可能になる。
【００２５】
次に、本発明の固体自発光表示装置の製造方法を説明する。
始めに、Ｓｉ単結晶微粒子とＳｉＯ２  膜からなる絶縁被膜単結晶微粒子の製造方法を説明する。
図５は、本発明のＳｉＯ２  被膜Ｓｉ単結晶微粒子の製造方法を説明する図である。図において、製造装置５０は、Ｓｉ単結晶微粒子生成部５１と、ＳｉＯ２  被膜形成部５２とを有する開管構造を有しており、入り口５３からＳｉＨ４  （シラン）ガス５４を流入させ、ＳｉＨ４  ５４の熱分解温度に保ったＳｉ単結晶微粒子生成部５１でＳｉＨ４  ガス５４を熱分解し、空間に浮遊した状態のｎｍサイズのＳｉ単結晶微粒子５ａを生成する。生成したＳｉ単結晶微粒子５ａは気体の流れ、すなわち流気体によって、または重力によってＳｉＯ２  被膜形成部５２に搬送され、ＳｉＯ２  被膜形成部５２に導入する酸素ガス５５によって空間に浮遊状態のＳｉ単結晶微粒子５ａの表面にｎｍ厚さのＳｉＯ２  被膜５ｂが形成される。このようにして形成したＳｉＯ２  被膜Ｓｉ単結晶微粒子５を、流気体または重力によって出口５６へ搬送し、収集する。
この方法によってＳｉＯ２  被膜Ｓｉ単結晶微粒子を生成すると、Ｓｉ単結晶微粒子同士が接触と同時に結合して、隙間が多いＳｉ単結晶微粒子の固まりとなることがなく、個々に分離したＳｉＯ２  被膜Ｓｉ単結晶微粒子が得られる。
【００２６】
次に、絶縁被膜単結晶微粒子及び蛍光体微粒子を基板上に積層して発光薄膜を形成する方法を説明する。
図６は、本発明の絶縁被膜単結晶微粒子及び蛍光体微粒子を基板上に積層する方法を説明する図である。
図は、絶縁被膜単結晶微粒子５または蛍光体微粒子７を溶かした溶媒６１中に、下部電極２または画素電極４５を形成した基板６２を浸積し、基板６２を引き上げつつある状態を示している。
溶媒６１中の絶縁被膜単結晶微粒子５または蛍光体微粒子７である微粒子６３は、溶媒６１の表面張力、微粒子６３の基板６２への吸着エネルギー等からなる表面自由エネルギーを最小にするように基板６２に付着し、その結果、基板６２上には微粒子６３が互いに密に配列した微粒子６３一層からなる微粒子層６４が形成される。
基板６２の浸積と引き上げを繰り返すことによって、くり返し回数分の微粒子層６４を互いに密に積層することができる。
【００２７】
図１（ａ）に示した構成の発光薄膜３を形成する場合は、絶縁被膜単結晶微粒子５と蛍光体微粒子７とを別々の溶媒にとかし、一方の溶媒で上記工程を繰り返して所望の膜厚に積層し、次に、他方の溶媒で上記工程を繰り返して所望の膜厚に積層して形成する。
図１（ｂ）に示した構成の発光薄膜３を形成する場合は、絶縁被膜単結晶微粒子５と蛍光体微粒子７とを別々の溶媒にとかし、それぞれの溶媒で交互に上記工程を繰り返し、絶縁被膜単結晶微粒子層６と蛍光体微粒子層８とを交互に一層づつ積層して形成する。
図１（ｃ）に示した構成の発光薄膜３を形成する場合は、絶縁被膜単結晶微粒子５と蛍光体微粒子７を同一の溶媒にとかし、上記工程を繰り返して所望の膜厚に積層して形成する。
このようにして形成した発光薄膜は、微粒子が緻密に配列して隙間が少ないため、電界分布が均一になり、トンネル確率も増大し、効率よく電子を加速することができる。また、蛍光体微粒子が緻密に配列しているので輝度が高い。
【００２８】
【発明の効果】
上記説明から理解されるように本発明によれば、従来の表示装置に比べ飛躍的に高輝度、高効率、高信頼性、かつ薄型の固体自発光表示装置を提供することができる。また、本発明によれば、低コストでこの固体自発光表示装置を製造することができる。
したがって、本発明を携帯機器等のディスプレイ装置として用いれば、従来の液晶ディスプレイに比べて、遙かに低消費電力、高輝度、薄型、かつ信頼性が高いので、極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体自発光表示装置の発光部の構成を示す模式断面図であり、（ａ）は、絶縁被膜結晶微粒子層と蛍光体微粒子層とを２層構造に積層する構成を示す図、（ｂ）は、絶縁被膜結晶微粒子層と蛍光体微粒子層とを交互に一層ずつ積層する構成を示す図、（ｃ）は、絶縁被膜結晶微粒子と蛍光体微粒子とからなる混合層を積層する構成を示す図である。
【図２】本発明の固体自発光表示装置の動作原理を説明するための模式図で、（ａ）は絶縁被膜結晶微粒子層を拡大して示しており、（ｂ）は蛍光体微粒子層を拡大して示している。
【図３】単純マトリクス駆動による本発明の固体自発光表示装置の構成を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
【図４】アクティブ駆動による本発明の固体自発光表示装置の構成を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
【図５】本発明のＳｉＯ２  被膜Ｓｉ単結晶微粒子の製造方法を説明する図である。
【図６】本発明の絶縁被膜単結晶微粒子及び蛍光体微粒子を基板上に積層する方法を説明する図である。
【符号の説明】
１      発光部
２      下部電極
３      発光薄膜
４      上部電極
５      絶縁被膜結晶微粒子（ＳｉＯ２  被膜Ｓｉ単結晶微粒子）
５ａ    Ｓｉ単結晶微粒子
５ｂ    ＳｉＯ２  被膜
６      絶縁被膜結晶微粒子層
７      蛍光体微粒子
８      蛍光体微粒子層
９      電子
１１    伝導帯に励起された電子
１２    価電子帯に励起されたホール
１３    励起子
３０    単純マトリクス駆動型の固体自発光表示装置
３１    基板
４０    アクティブマトリクス駆動型固体自発光表示装置
４１    走査配線
４２    第１の絶縁層
４３    信号配線
４４    第２の絶縁層
４５    画素電極
４６    ゲート電極
４７    チャネル
４８    ドレイン、ドレイン電極
４９    ソース、ソース電極
５０    製造装置
５１    Ｓｉ単結晶微粒子生成部
５２    ＳｉＯ２  被膜形成部
５３    入り口
５４    ＳｉＨ４  ガス
５５    Ｏ２  ガス
５６    出口
６１    溶媒
６２    基板
６３    微粒子
６４    微粒子層
【図１】
0003613792.tif 000002
【図２】
0003613792.tif 000003
【図３】
0003613792.tif 000004
【図４】
0003613792.tif 000005
【図５】
0003613792.tif 000006
【図６】
0003613792.tif 000007