(57)【要約】従来よりも簡便な方法で製造され得るアクティブマトリクス型の表示装置を提供する。表示装置１００は、複数の第１電極１１と、複数の双方向二端子素子１２と、それぞれが、複数の第１電極１１のいずれか１つに複数の双方向二端子素子１２のうちの少なくとも１つの双方向二端子素子１２を介して電気的に接続された複数の画素電極１４と、複数の第２電極１７と、複数の画素電極１４と複数の第２電極１７との間に設けられた表示媒体層とを有する。複数の画素電極１４のそれぞれと少なくとも１つの双方向二端子素子１２との配置関係はランダムである。
2003049068.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の第１電極と、複数の双方向二端子素子と、それぞれが、前記複数の第１電極のいずれか１つに前記複数の双方向二端子素子のうちの少なくとも１つの双方向二端子素子を介して電気的に接続された複数の画素電極と、複数の第２電極と、前記複数の画素電極と前記複数の第２電極との間に設けられた表示媒体層とを有し、
前記複数の画素電極のそれぞれと前記少なくとも１つの双方向二端子素子との配置関係はランダムである、表示装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つの双方向二端子素子は、一対の電極と、前記一対の電極の間に形成された半導体積層構造とを有する、請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記複数の第１電極のそれぞれと前記少なくとも１つの双方向二端子素子とは、前記少なくとも１つの双方向二端子素子の前記一対の電極の内の一方と、前記第１電極との間に設けられた導電性樹脂層を介して電気的に接続されている、請求項２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記導電性樹脂層は、導電性材料と感光性樹脂とを含む、請求項３に記載の表示装置。
【請求項５】
前記複数の双方向二端子素子のそれぞれは、さらに前記半導体積層構造の側面を覆う遮光層を有する、請求項１から４のいずれかに記載の表示装置。
【請求項６】
前記複数の双方向二端子素子の幅は前記複数の画素電極の隣接間距離よりも小さい、請求項１から５のいずれかに記載の表示装置。
【請求項７】
前記複数の双方向二端子素子の幅は前記複数の第１電極の隣接間距離よりも小さい、請求項１から６のいずれかに記載の表示装置。
【請求項８】
前記複数の双方向二端子素子は、前記複数の第１電極の上に選択的に配置されている、請求項１から７のいずれかに記載の表示装置。
【請求項９】
前記複数の画素電極のうち前記複数の第１電極と重なっている部分の面積は、前記複数の画素電極全体の面積の半分以下である、請求項８に記載の表示装置。
【請求項１０】
複数の第１電極と、複数の双方向二端子素子と、それぞれが、前記複数の第１電極のいずれか１つに前記複数の双方向二端子素子のうちの少なくとも１つの双方向二端子素子を介して電気的に接続された複数の画素電極と、複数の第２電極と、前記複数の画素電極と前記複数の第２電極との間に設けられた表示媒体層とを有する表示装置の製造方法であって、
（ａ）複数の第１電極が形成された主面を有する基板を用意する工程と、
（ｂ）それぞれが互いに対向する一対の電極を有する複数の双方向二端子素子を用意する工程と、
（ｃ）それぞれが前記一対の電極の内の一方の電極を介して前記複数の第１電極のいずれかと電気的に接続されるように、前記複数の双方向二端子素子を前記複数の第１電極上に所定の密度でランダムに配置する工程と、
（ｄ）それぞれが、前記複数の第１電極のいずれか１つに、前記複数の双方向二端子素子の内の少なくとも１つを介して電気的に接続された複数の画素電極を形成する工程と、
（ｅ）前記複数の画素電極と複数の第２電極との間に表示媒体層を介して、互いに対向するように、前記複数の第２電極と前記表示媒体層を設ける工程と、
を包含する、表示装置の製造方法。
【請求項１１】
工程（ｃ）は、
（ｃ−１）導電性材料と樹脂材料とを含む塗布材料中に前記複数の双方向二端子素子を所定の密度で分散させる工程と、
（ｃ−２）前記複数の双方向二端子素子を含む前記塗布材料を前記基板の前記複数の第１電極上に付与する工程と、
（ｃ−３）前記基板の前記複数の第１電極と前記複数の双方向二端子素子との間に存在する前記塗布材料を選択的に残す工程と、を包含する請求項１０に記載の表示装置の製造方法。
【請求項１２】
前記樹脂材料はポジ型感光性樹脂を含み、前記塗布材料を選択的に残す工程は、前記基板の前記主面側から光照射する工程を含む、請求項１１に記載の表示装置の製造方法。
【請求項１３】
工程（ｄ）は、
前記複数の第１電極上に配置された前記複数の双方向二端子素子を覆うように絶縁材料を付与する工程と、
前記複数の双方向二端子素子上の絶縁材料を選択的に除去することによって、前記複数の双方向二端子素子のそれぞれの他方の電極を露出させる工程と、
それぞれが、前記露出された前記他方の電極に電気的に接続された複数の画素電極を形成する工程と、
を包含する、請求項１０から１２のいずれかに記載の表示装置の製造方法。
【請求項１４】
前記絶縁材料はネガ型感光性樹脂を含み、前記他方の電極を露出する工程は、前記基板の裏面側から光照射する工程を含む、請求項１３に記載の表示装置の製造方法。
【請求項１５】
前記複数の双方向二端子素子のそれぞれは前記一対の電極の間に半導体積層構造を有し、前記半導体積層構造の側面は遮光層によって覆われている、請求項１０から１４のいずれかに記載の表示装置の製造方法。
【請求項１６】
工程（ｃ−２）は、前記塗布材料を前記複数の第１電極上にインクジェット法によって付与することによって行われる、請求項１１から１５のいずれかに記載の表示装置の製造方法。
【請求項１７】
工程（ａ）において、前記複数の第１の電極は前記基板の前記主面上にインクジェット法によって形成されたものである、請求項１０から１６のいずれかに記載の表示装置の製造方法。
【請求項１８】
複数の第１電極と、複数の双方向二端子素子と、それぞれが、前記複数の第１電極のいずれか１つに前記複数の双方向二端子素子のうちの少なくとも１つの双方向二端子素子を介して電気的に接続された複数の画素電極と、複数の第２電極と、前記複数の画素電極と前記複数の第２電極との間に設けられた表示媒体層とを有する表示装置の製造方法であって、
（ａ）主面を有する基板を用意する工程と、
（ｂ）それぞれが互いに対向する一対の電極を有する複数の双方向二端子素子を用意する工程と、
（ｃ）前記第１電極を形成するための導電性微粒子と前記複数の双方向二端子素子とを含む溶液を前記基板の前記主面に付与することにより、前記主面上に前記複数の第１電極を形成するとともに、それぞれが前記一対の電極の内の一方の電極を介して前記複数の第１電極のいずれかと電気的に接続されるように、前記複数の双方向二端子素子を前記複数の第１電極上にランダムに配置する工程と、
（ｄ）それぞれが、前記複数の第１電極のいずれか１つに、前記複数の双方向二端子素子の内の少なくとも１つを介して電気的に接続された複数の画素電極を形成する工程と、
（ｅ）  前記複数の画素電極と複数の第２電極との間に表示媒体層を介して、互いに対向するように、前記複数の第２電極と前記表示媒体層を設ける工程と、
を包含する、表示装置の製造方法。
【請求項１９】
工程（ｃ）は、前記溶液を前記基板の前記主面上にインクジェット法によって付与する工程を含む、請求項１８に記載の表示装置の製造方法。
【請求項２０】
前記溶液はさらにバインダーを含み、工程（ｃ）は、前記付与された溶液に含まれる前記バインダーを焼成する工程をさらに包含する、請求項１９に記載の表示装置の製造方法。
【請求項２１】
絶縁層と前記絶縁層上に半導体層を有する基板を用意する工程と、
前記絶縁層上に、前記半導体層を含む所定の形状の双方向半導体積層構造を形成する工程と、
前記双方向半導体層構造上に第１電極層を形成する工程と、
前記第１電極層を他の基板に接着させる工程と、
前記第１電極層を接着させた状態で、前記絶縁層を除去することによって、前記双方向半導体積層構造を前記基板から分離する工程と、
前記双方向半導体積層構造の前記半導体層上に第２電極層を形成する工程と、
を包含する、双方向二端子素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は表示装置において、表示装置に用いるスイッチング素子と表示装置の製造方法に関する。
背景技術
近年、液晶表示装置や有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置など薄型表示装置の利用が急速に進展している。これらの薄型表示装置（ＦＰＤ）の内で特に高品位の表示が可能なアクティブマトリクス型表示装置には、アモルファスシリコンＴＦＴ（薄膜トランジスタ）、ポリシリコンＴＦＴなどの３端子素子や、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ）などの２端子素子がスイッチング素子として用いられている。
これらのスイッチング素子は、表示装置を製造する工程において、表示装置を構成する基板上に形成されている。また、スイッチング素子は、一般に、薄膜堆積工程と、パターニング工程とを複数回繰り返すことによって形成されている。例えば、ＴＦＴの場合、少なくとも３回繰り返す必要があり、通常４回から８回繰り返されており、ＭＩＭの場合でも、２回以上、通常は３回から４回繰り返されている。
スイッチング素子は、画素に対応して形成され、スイッチング素子の面積は、画素の面積よりも小さいので、基板のほぼ全面に堆積された各種の薄膜（例えば、金属層、絶縁層や半導体層）は、パターニング工程においてその大半が除去される。例えば、透過型の液晶表示装置の場合には、画素開口率を大きくするために、金属層や半導体層の９０％近くが除去されている。
また、パターニング工程の多くは、フォトマスクを用いたフォトリソグラフィプロセスで実行されており、素子特性のばらつきを抑制するためにはそれぞれの工程で高い精度でフォトマスクを位置合わせすることが必要となっている。
さらに、表示装置の大型化、あるいは製造効率の向上のために、基板の大型化が進んでおり、薄膜堆積工程やパターニング工程を実行するための装置が大型化している。
上述したように、従来のアクティブマトリクス型ＦＰＤでは、スイッチング素子を形成する材料の大半は除去されているので、資源やエネルギーをロスしており、コストの上昇を招くとともに、環境への負荷も増大することになる。
また、基板の大型化に対応するために、スイッチング素子を形成するための高価な薄膜堆積装置やフォトリソグラフィ用の装置が大型化し、そのために、製造コストが上昇するとともに、大面積に亘って素子特性のばらつきが小さいスイッチング素子を形成することが難しくなる。
本発明は、上記の諸点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、従来よりも簡便な方法で製造され得るアクティブマトリクス型の表示装置およびそのような表示装置の製造方法を提供することにある。また、そのような表示装置のスイッチング素子として好適に用いられる双方向二端子素子の製造方法を提供することを目的とする。
発明の開示
本発明による表示装置は、複数の第１電極と、複数の双方向二端子素子と、それぞれが、前記複数の第１電極のいずれか１つに前記複数の双方向二端子素子のうちの少なくとも１つの双方向二端子素子を介して電気的に接続された複数の画素電極と、複数の第２電極と、前記複数の画素電極と前記複数の第２電極との間に設けられた表示媒体層とを有し、前記複数の画素電極のそれぞれと前記少なくとも１つの双方向二端子素子との配置関係はランダムであることを特徴とし、そのことによって上記目的が達成される。
前記少なくとも１つの双方向二端子素子は、一対の電極と、前記一対の電極の間に形成された半導体積層構造とを有することが好ましい。
前記複数の第１電極のそれぞれと前記少なくとも１つの双方向二端子素子とは、前記少なくとも１つの双方向二端子素子の前記一対の電極の内の一方と、前記第１電極との間に設けられた導電性樹脂層を介して電気的に接続されていることが好ましい。
前記導電性樹脂層は、導電性材料と感光性樹脂とを含む構成としても良い。
前記複数の双方向二端子素子のそれぞれは、さらに前記半導体積層構造の側面を覆う遮光層を有する構成としても良い。
前記複数の双方向二端子素子の幅は前記複数の画素電極の隣接間距離よりも小さいことが好ましい。
前記複数の双方向二端子素子の幅は前記複数の第１電極の隣接間距離よりも小さいことが好ましい。
ある好ましい実施形態において、前記複数の双方向二端子素子は、前記複数の第１電極の上に選択的に配置されている。この場合、前記複数の画素電極のうち前記複数の第１電極と重なっている部分の面積は、前記複数の画素電極全体の面積の半分以下であることが好ましい。
本発明による表示装置の製造方法は、複数の第１電極と、複数の双方向二端子素子と、それぞれが、前記複数の第１電極のいずれか１つに前記複数の双方向二端子素子のうちの少なくとも１つの双方向二端子素子を介して電気的に接続された複数の画素電極と、複数の第２電極と、前記複数の画素電極と前記複数の第２電極との間に設けられた表示媒体層とを有する表示装置の製造方法であって、（ａ）複数の第１電極が形成された主面を有する基板を用意する工程と、（ｂ）それぞれが互いに対向する一対の電極を有する複数の双方向二端子素子を用意する工程と、（ｃ）それぞれが前記一対の電極の内の一方の電極を介して前記複数の第１電極のいずれかと電気的に接続されるように、前記複数の双方向二端子素子を前記複数の第１電極上に所定の密度でランダムに配置する工程と、（ｄ）それぞれが、前記複数の第１電極のいずれか１つに、前記複数の双方向二端子素子の内の少なくとも１つを介して電気的に接続された複数の画素電極を形成する工程と、（ｅ）前記複数の画素電極と複数の第２電極との間に表示媒体層を介して、互いに対向するように、前記複数の第２電極と前記表示媒体層を設ける工程と、を包含することを特徴とし、そのことによって上記目的が達成される。
工程（ｃ）は、（ｃ−１）導電性材料と樹脂材料とを含む塗布材料中に前記複数の双方向二端子素子を所定の密度で分散させる工程と、（ｃ−２）前記複数の双方向二端子素子を含む前記塗布材料を前記基板の前記複数の第１電極上に付与する工程と、（ｃ−３）前記基板の前記複数の第１電極と前記複数の双方向二端子素子との間に存在する前記塗布材料を選択的に残す工程とを包含することが好ましい。
前記樹脂材料はポジ型感光性樹脂を含み、前記塗布材料を選択的に残す工程は、前記基板の前記主面側から光照射する工程を含んでもよい。
工程（ｄ）は、前記複数の第１電極上に配置された前記複数の双方向二端子素子を覆うように絶縁材料を付与する工程と、前記複数の双方向二端子素子上の絶縁材料を選択的に除去することによって、前記複数の双方向二端子素子のそれぞれの他方の電極を露出させる工程と、それぞれが、前記露出された前記他方の電極に電気的に接続された複数の画素電極を形成する工程とを包含することが好ましい。
前記絶縁材料はネガ型感光性樹脂を含み、前記他方の電極を露出する工程は、前記基板の裏面側から光照射する工程を含んでもよい。
前記複数の双方向二端子素子のそれぞれは前記一対の電極の間に半導体積層構造を有し、前記半導体積層構造の側面は遮光層によって覆われていてもよい。
工程（ｃ−２）は、前記塗布材料を前記複数の第１電極上にインクジェット法によって付与することによって行ってもよい。
工程（ａ）において、前記複数の第１の電極は前記基板の前記主面上にインクジェット法によって形成されたものであってもよい。
本発明による表示装置の製造方法は、複数の第１電極と、複数の双方向二端子素子と、それぞれが、前記複数の第１電極のいずれか１つに前記複数の双方向二端子素子のうちの少なくとも１つの双方向二端子素子を介して電気的に接続された複数の画素電極と、複数の第２電極と、前記複数の画素電極と前記複数の第２電極との間に設けられた表示媒体層とを有する表示装置の製造方法であって、（ａ）主面を有する基板を用意する工程と、（ｂ）それぞれが互いに対向する一対の電極を有する複数の双方向二端子素子を用意する工程と、（ｃ）前記第１電極を形成するための導電性微粒子と前記複数の双方向二端子素子とを含む溶液を前記基板の前記主面に付与することにより、前記主面上に前記複数の第１電極を形成するとともに、それぞれが前記一対の電極の内の一方の電極を介して前記複数の第１電極のいずれかと電気的に接続されるように、前記複数の双方向二端子素子を前記複数の第１電極上にランダムに配置する工程と、（ｄ）それぞれが、前記複数の第１電極のいずれか１つに、前記複数の双方向二端子素子の内の少なくとも１つを介して電気的に接続された複数の画素電極を形成する工程と、（ｅ）前記複数の画素電極と複数の第２電極との間に表示媒体層を介して、互いに対向するように、前記複数の第２電極と前記表示媒体層を設ける工程とを包含することを特徴とし、そのことによって上記目的が達成される。
工程（ｃ）は、前記溶液を前記基板の前記主面上にインクジェット法によって付与する工程を含むことが好ましい。
前記溶液はさらにバインダーを含み、工程（ｃ）は、前記付与された溶液に含まれる前記バインダーを焼成する工程をさらに包含してもよい。
本発明による双方向二端子素子の製造方法は、絶縁層と前記絶縁層上に半導体層を有する基板を用意する工程と、前記絶縁層上に、前記半導体層を含む所定の形状の双方向半導体積層構造を形成する工程と、前記双方向半導体層構造上に第１電極層を形成する工程と、前記第１電極層を他の基板に接着させる工程と、前記第１電極層を接着させた状態で、前記絶縁層を除去することによって、前記双方向半導体積層構造を前記基板から分離する工程と、前記双方向半導体積層構造の前記半導体層上に第２電極層を形成する工程とを包含することを特徴とし、そのことによって上記目的が達成される。
発明を実施するための最良の形態
［表示装置］
まず、本発明による実施形態の表示装置１００及び１０１とそれらの製造方法を説明する。
本発明による実施形態の表示装置１００の模式的な断面図を図１に、その上面図を図２に示す。
表示装置１００は、複数の第１電極１１と、複数の双方向二端子素子と、複数の画素電極１４とが主面に形成された第１基板１０と、複数の第２電極１７が主面に形成された第２基板１６と、画素電極１４と複数の第２電極１７との間に設けられた表示媒体層２０とを有する。複数の画素電極１４は、それぞれ、複数の第１電極１１のいずれか１つに複数の双方向二端子素子１２のうちの少なくとも１つを介して電気的に接続されている。図２に示したように、画素電極１４と双方向二端子素子１２との配置関係はランダムである。１つの画素電極１４と１つの第１電極１１との間に複数の双方向二端子素子１２が存在することもある。なお、画素電極１４と第１電極１１との電気的な接続に寄与しない双方向二端子素子１２が存在してもよい（例えば図１中の右から２つ目の双方向二端子素子１２ａ）。
双方向二端子素子１２は、例えば、図１２（ａ）および（ｂ）ならびに図１３（ａ）〜（ｅ）を参照しながら後述するような、一対の電極２６および２７と、一対の電極２６および２７の間に形成された半導体積層構造１２Ａとを有するサイリスタであることが好ましい。なお、光を用いてアドレスする場合を除いて、双方向二端子素子１２の動作安定性の観点から、半導体積層構造１２Ａの側面は遮光層２８で覆われていることが好ましい。
この表示装置１００は、第１電極１１に印加された電圧に応じて、双方向二端子素子（例えば双方向サイリスタ）１２がオン・オフすることによって、画素電極１４と第２電極１７との間の表示媒体層２０に所定の電圧が印加され（あるいは、電流が供給され）、表示が行われる。表示媒体層２０としては、液晶層や有機ＥＬ層など種々の種類の表示媒体層を用いることが出来る。表示媒体の種類に応じた具体的な表示装置の構造は後述する。
次に、図３（ａ）〜（ｅ）を参照しながら、表示装置１００の製造方法を説明する。ここでは、図１２（ａ）または（ｂ）に示す双方向二端子素子１２を用いる。双方向二端子素子１２の構成および製造方法は後述する。
まず、図３（ａ）に示したように、絶縁性表面を有する第１基板１０の表面に第１電極１１を形成する。第１電極１１は、ランダムに配置される双方向二端子素子１２との接続が確実に行えるように、ある程度の面積を有していることが好ましい。少なくとも双方向二端子素子１２の電極が形成されている面の面積（以下、双方向二端子素子１２の「大きさ」と言う。）よりも大きい必要があり、画素電極１４と同程度の幅に設定することが好ましい。また、製造プロセスを簡略化するためには、互いに隣接する画素電極１４の間隔を双方向二端子素子１２の最大幅よりも大きくすることが好ましく、互いに隣接する第１電極１１の間隔を双方向二端子素子１２の最大幅よりも大きくすることが好ましい。
次に、図３（ｂ）に示したように、双方向二端子素子１２を基板１０の主面にランダムに配置する。このとき、図２に示したように、個々の画素電極１４が少なくとも１つの双方向二端子素子１２によって対応する第１電極１１と電気的に接続されるように、双方向二端子素子１２を配置する。１つの画素電極１４に対して、平均で約３つの双方向二端子素子１２が配置されるような面密度（単位面積当たりの素子１２の数）で双方向二端子素子１２を基板１０の主面にランダムに配置する。
双方向二端子素子１２は、双方向二端子素子１２の一方の電極（図１２の電極２６または２７）が第１電極１１と電気的に接続されるように配置されなければならない。双方向二端子素子１２を基板１０の主面上に安定に配置するためには、円柱状の双方向二端子素子１２を用いることが好ましい。底面および上面に電極を形成した円柱状の双方向二端子素子１２を用いると、底面または上面でのみ主面上に安定に配置されるので、電気的な接続も確実に達成される。
例えば、第１電極１１が形成された基板１０の主面に双方向二端子素子１２をランダム配置する具体的なプロセスを図３（ｂ）および（ｃ）を参照しながら説明する。
まず、導電性材料と樹脂材料とを含む塗布材料中に双方向二端子素子１２を所定の密度で分散させる。例えば、樹脂材料、好ましく感光性を有する樹脂材料の中にＩＴＯの粉末を分散させた塗布材料を用意する。なお、粘度や膜厚を調整するためにさらに溶剤を混合してもよい。塗布材料は、最終的な状態で双方向二端子素子１２と第１電極１１とを電気的に接続できる導電性を発揮すればよい。双方向二端子素子１２を含む塗布材料５２を基板１０の主面上に付与する（図３（ｂ））。付与する方法は、公知の塗布方法や印刷方法を広く用いることが出来る。
次に、双方向二端子素子１２と基板１０の主面との間に存在する塗布材料を選択的に残す。この工程を実行することによって、図３（ｃ）に示したように、双方向二端子素子１２が基板１０の主面上に固定される。
例えば、塗布材料５２が含む樹脂材料がポジ型感光性樹脂の場合、図３（ｂ）の状態で、上側から感光性樹脂を分解する光を照射すると、双方向二端子素子１２の下部に存在する感光性樹脂（不図示）は光照射されないので分解されず、その後の現像工程を経ることによって、図３（ｃ）に示したように、双方向二端子素子１２の下部に存在する感光性樹脂だけが残り、それによって双方向二端子素子１２が固定される。
なお、基板１０が上記光を透過する場合には、上記光照射工程の後で、第１電極１１の少なくとも一部を遮光するフォトマスクを用いて基板１０の裏面から光照射することによって、第１電極１１の間隙または隣接する第１電極にまたがって存在する双方向二端子素子１２の下部の感光性樹脂を分解し、不要な双方向二端子素子１２を除去することもできる。勿論、第１電極１１が遮光性を有する場合には、フォトマスクを省略することもできる。
この後、図３（ｄ）に示すように、第１電極１１上に配置された双方向二端子素子１２を覆うように絶縁材料５４を付与する。絶縁材料に５４によって形成される層間絶縁膜（図１中の参照符号１３）が、双方向二端子素子１２の高さより厚くなるようにする。絶縁材料５４の付与は公知の塗布方法や印刷方法を広く用いることができる。絶縁材料５４は感光性樹脂を含むことが好ましい。
続いて、双方向二端子素子１２上の絶縁材料５４を選択的に除去することによって、双方向二端子素子１２の他方の電極を露出させる。絶縁材料５４としてネガ型感光性樹脂を用いると、基板１０の裏面（主面と対向する面）側から光照射すると、双方向二端子素子１２上に位置する感光性樹脂は光照射されないので、その後の現像工程を経ることによって、双方向二端子素子１２の上部にある他方の電極が露出される。すなわち、図１に示した表示装置１００の絶縁層１３が形成される。
また、絶縁材料５４としてポジ型感光性樹脂を用いることもできる。この場合、以下のような工程を経る。
まず、ポジ型感光性樹脂を塗布し、基板１０の主面側からポジ型感光性樹脂を露光する。双方向二端子素子１２の上面には電極（典型的には金属電極）が形成されているので、電極からの反射光により、双方向二端子素子１２上のポジ型感光性樹脂の露光量が増加し、双方向二端子素子１２以外の部分と露光量に差異が生じる。この露光量の差を利用して、双方向二端子素子１２上のポジ型感光性樹脂を選択的に除去することができる。
絶縁材料５４が感光性を有しない材料を用いる場合、基板１０の主面に絶縁材料５４を付与した後、ネガ型感光性樹脂またはポジ型感光性樹脂を塗布し、上記方法と同様の露光、現像することで、双方向二端子素子１２上に開口部を有する感光性樹脂層を形成することが出来る。この開口部を有する感光性樹脂層をエッチングマスクとして、絶縁材料５４をエッチングすることによって、上記と同じ構造の層間絶縁膜１３を形成することが出来る。
なお、層間絶縁膜１３を形成する過程で、双方向二端子素子１２上の絶縁材料５４を選択的に除去する工程において、第１電極１１の端子部（不図示）上の絶縁材料５４を同時に除去することが好ましい。第１電極１１の端子部は、表示領域外に設けられ、第１電極１１に例えばデータ信号を供給するための回路に接続される。
絶縁材料５４としてネガ型感光性樹脂を用いる場合および感光性を有しない絶縁材料５４とネガ型感光性樹脂を組み合わせて用いる場合には、第１電極１１の端子部を露出するために、基板１０の裏面からネガ型感光性樹脂を露光する際に、第１電極１１の端子部を遮光するマスクを配置すればよい。絶縁材料５４としてポジ型感光性樹脂を用いる場合および感光性を有しない絶縁材料５４とポジ型感光性樹脂を組み合わせて用いる場合には、第１電極１１の端子部だけが露光されるようなマスクを用いればよい。いずれの場合でも、マスクの位置合わせの精度は非常に緩く、０．１ｍｍ程度の位置合わせ精度があればよい。
なお、ネガ型感光性樹脂を用いる場合には、第１基板１０および第１電極１１が透光性を有している必要があるが、ポジ型感光性樹脂を用いる場合には、これらの構成要素に透光性は必要ない。
この後、基板１０のほぼ全面を覆うように、導電材料（例えばＩＴＯ）を堆積しパターニングすることによって、それぞれが露出された他方の電極に電気的に接続された複数の画素電極１４を形成する。この工程は、公知の薄膜堆積プロセスとパターニング工程（例えばフォトリソグラフィ工程）で実行することができる。
次に、例えば、第２電極１７が形成された基板１６を用意し、画素電極１４と第２電極１７との間に表示媒体層２０を介して、互いに対向するように第１基板１０と第２基板１６とを貼り合せる。貼り合せる前に表示媒体層２０を形成しても良いし、貼り合わせた後、表示媒体層２０を形成しても良い。このようにして、表示装置１００が得られる。
また、表示媒体層２０が固体からなる場合（例えば、有機ＥＬ表示装置の発光層）には、上述のようにして得られた第１基板１０上に表示媒体層２０および第２電極を順次形成しても良い。さらに、必要に応じて、保護層や対向基板を配置してもよい。表示媒体層２０や第２電極１７の形成方法は、表示装置１００の用いる材料に応じて適宜変更され得る。
次に、本発明による実施形態の表示装置１０１について説明する。図１７及び図１８（ｄ）にそれぞれ表示装置１０１の上面図及び模式的な断面図を示す。
表示装置１０１の基本的な構成は表示装置１００と同じであるが、表示装置１０１では、図１７に示すように、双方向二端子素子１２が第１電極１１上に選択的に配置されている点で異なっている。すなわち、第１電極１１上以外の領域には双方向二端子素子１２は存在しない。従って、全ての双方向二端子素子１２が画素電極１４と第１電極１１との電気的な接続に寄与するため、表示装置の製造に用いる双方向二端子素子の数を低減できる。
表示装置１０１の構成では、双方向二端子素子１２は確実に第１電極１１と接続するように配置されるので、表示装置１００の場合のように、第１電極１１と双方向二端子素子１２との接続の確実性を向上させるために第１電極１１の面積を大きく設定する必要はない。典型的には、画素電極１４のうち第１電極１１と重なる部分の面積は、画素電極１４全体の面積の半分以下である。画素電極１４のうち第１電極１１と重なる部分を上記のように小さくすることにより、第１電極１１と画素電極１４との間の寄生容量を低減できる。その結果、シャドーイング等の表示品位の低下を防ぐことが可能になる。
次に、図１８（ａ）〜（ｄ）及び図２０（ａ）〜（ｆ）を参照しながら、表示装置１０１の製造方法を説明する。
まず、導電性微粒子と複数の双方向二端子素子１２とを溶媒に分散させた溶液（以下、「塗布溶液」とする）を用意する。導電性微粒子として、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｗ等を用いて作製された金属微粒子やＩＴＯ等を用いて作製された金属酸化物微粒子を単独でまたは二種類以上組み合わせて用いることができる。また、絶縁性微粒子の表面に上記の導電性微粒子に用いられる金属や金属酸化物からなる膜が形成された微粒子を用いてもよい。導電性微粒子の粒径は、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下が好ましく、典型的には３０ｎｍ程度である。上記塗布溶液の導電性微粒子の密度は、例えば５質量％以上５０質量％以下である。なお、必要に応じて、上記塗布溶液にバインダーを混合してもよい。例えば、導電性粒子のみでは成膜性が乏しく、電極を形成し難い場合には、バインダーを混合することが好ましい。バインダーとして、例えば、種々の樹脂材料など公知の材料を用いることができる。双方向二端子素子１２としては、例えば、図１２（ａ）または（ｂ）に示す双方向二端子素子を用いる。また、上記塗布溶液の溶媒として、水、ＩＰＡ、ｎ−メチルピロリドン、ｎ−オクタノール、イソブタノール、エチレングリコール、トルエン等を用いることができる。
基板１０の主面に塗布溶液を付与することによって、図１８（ａ）に示すように、第１電極１１と双方向二端子素子１２とを基板１０の主面に一体的に形成する。形成された双方向二端子素子１２はいずれも、いずれかの第１電極１１上にランダムに配置され、かつその第１電極１１と電気的に接続されている。塗布溶液を付与する方法は、公知の塗布方法や印刷方法を広く含むが、好ましくはインクジェット法である。インクジェット法を用いると、基板１０のうちの所望の領域にのみ塗布溶液を付与することができるので、材料の利用効率を高めることができる。また、インクジェット法によって塗布溶液を付与すると、その後にパターニング工程を行う必要がなくなる利点がある。
塗布溶液を付与した後、塗布溶液に含まれる溶媒を除去する。溶媒を除去する方法としては、特に限定されず、減圧や加熱による公知の除去方法を用いることができる。なお、塗布溶液がバインダーを含む場合は、必要に応じてバインダーを焼成してもよい。
第１電極１１と双方向二端子素子１２とを一体的に形成する工程の代わりに、図２０（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１電極１１と双方向二端子素子１２とを順次形成することもできる。
第１電極１１と双方向二端子素子１２とを順次形成する場合は、まず、図２０（ａ）に示すように、基板１０の主面に第１電極１１を形成する。例えば、インクジェット法により、導電性微粒子を溶媒に分散させた溶液（以下、「導電性塗布溶液」とする）をガラス基板１０の主面上に付与する。導電性塗布溶液を付与する方法は、特に限定せず、公知の方法を適用できる。なお、インクジェット法を用いると、パターニング工程が不要となるため有利である。次いで、導電性塗布溶液に含まれる溶媒を除去する。導電性塗布溶液がバインダー（例えば樹脂材料）を含む場合は、導電性塗布材料を付与した後、必要に応じてバインダーを焼成する。これにより、第１電極１１が形成される。導電性塗布溶液に用いる導電性微粒子として、例えばＡｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｗ等の金属微粒子やＩＴＯ等の金属酸化物粒子を単独で又は二種類以上組み合わせて用いることができる。また、導電性微粒子の粒径は１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましく、典型的には３０ｎｍ程度である。導電性塗布溶液に用いる溶媒は、例えば水、ＩＰＡ、ｎ−メチルピロリドン、ｎ−オクタノール、イソブタノール、エチレングリコール、トルエン等である。なお、ガラス基板１０の主面上に、Ａｌ、Ｍｏ、Ｔａ等の金属材料を用いて、スパッタリング法にて例えば３００ｎｍ程度の厚さの金属膜を形成し、次いでフォトエッチング法により金属膜をパターニングすることにより、第１電極１１を形成することもできる。
この後、図２０（ｂ）に示すように、インクジェット法を用いて、双方向二端子素子１２を含む塗布材料５２’を第１電極１１上にのみ付与する。塗布材料５２’として、図３（ｂ）を参照して説明した塗布材料５２と同様の塗布材料を用いることができる。塗布材料５２’の粘度は、溶媒やバインダーの材料の種類および量を調整して、８ｃｐ以上２０ｃｐ以下とすることが好ましい。なお、塗布材料５２’の双方向二端子素子１２の密度は、塗布材料５２の双方向二端子素子１２の密度と同程度で良く、好ましくは５質量％以上５０質量％以下である。
次いで、図３（ｂ）を参照して説明した方法と同様の方法で、双方向二端子素子１２と第１電極１１との間に存在する塗布材料１２を選択的に残す。これにより、双方向二端子素子１２が第一電極１１上に固定される。
上述の工程によって、基板１０の主面に第１電極１１及び双方向二端子素子１２を一体形成（図１８（ａ））または順次形成（図２０（ａ）及び（ｂ））した後、層間絶縁膜１３を形成する。層間絶縁膜１３の材料は、図３（ｄ）を参照しながら説明した絶縁材料５４と同じでよい。層間絶縁膜１３の形成は、絶縁材料５４を公知の方法により基板１０の主面に付与することによって行うことができる。層間絶縁膜１３の厚さは、第１電極１１を覆い、かつ双方向二端子素子１２の上面にある電極が露出するように設定する。なお、双方向二端子素子１２の高さよりも厚くなるように絶縁材料５４を付与した後、エッチングを行って双方向二端子素子１２の上面にある電極を露出させても良い。
この後、表示装置１００について既に説明した工程と実質的に同じ工程を行うことによって、表示装置１０１が得られる。
本発明の実施形態による表示装置１００及び１０１は、上述のように製造され得るので、表示装置１００及び１０１の製造工程中に双方向二端子素子１２を作製する必要がなく、別途作製した双方向二端子素子１２を用いることができる。すなわち、双方向二端子素子１２は、表示装置の大きさや、画素の大きさあるいは画素の配置の影響を受けず、独立に作製され得る。従って、双方向二端子素子１２を高密度で作製することができるので、材料やエネルギーの無駄がなく、且つ、特性にばらつきのない双方向二端子素子１２を高い製造効率で作製することができる。
また、上述の表示装置１００及び１０１の製造方法として例示したプロセスによれば、基板１０の主面上または第１電極１１上にランダムに配置された双方向二端子素子１２をフォトマスクとして塗布材料５２や絶縁材料５４を露光することによって、自己整合的に所望の構造を形成することができる。または、基板１０の主面上に第１電極１１と双方向二端子素子１２とを一体的に形成することにより、双方向二端子素子１２を配置する工程や露光等の双方向二端子素子１２を固定する工程を別個に行う必要がなくなる。そのため、高価なフォトリソグラフィ装置は不要で、且つ、フォトマスクの位置合わせも不要となる。
従って、本発明の実施形態による表示装置１００及び１０１の製造方法によれば、従来よりも安価に、且つ簡便にアクティブマトリクス型の表示装置を製造することができる。
以下、図４から図１６、図１９及び図２１を参照しながら、本発明の実施形態による表示装置のさらに具体的な構成および製造方法を説明する。なお、簡単のために、実質的に同じ機能を有する構成要素は同じ参照符号で示し、その説明を以下では省略する。図４から図１１に示す種々の表示装置の上面図は図２と実質的に同じである。また、図１９及び図２１に示す表示装置の上面図は図１７と実質的に同じである。
図４は、本発明の実施形態による液晶表示装置１００Ａの模式的な断面図である。液晶表示装置１００Ａは、表示媒体層として液晶層２０を有している。
基板１０は、例えば、ガラス基板、石英基板やプラスチック基板などの透明基板である。第１電極１１は、例えば、ＩＴＯやＳｎＯ２などの透明導電材料から形成されており、厚さは約１００ｎｍ以上で、ストライプ状に形成されている。双方向二端子素子１２は、例えば直径が約１１μｍの円柱状で、第１電極１１の間隔は約１１μｍを超えるように形成されている。従って、ランダムに配置される双方向二端子素子１２によって、隣接する第１電極１１が短絡することが防止される。
双方向二端子素子１２を配置した絶縁性基板１０上に層間絶縁膜１３が形成されている。双方向二端子素子１２の高さは約３μｍで、層間絶縁膜１３の厚さはこれよりも大きく形成されている。層間絶縁膜１３は、図３を参照しながら説明した方法で形成される。
続いて画素電極１４を形成する。透過光を利用する場合はＩＴＯ等の透明導電膜を例えば１００〜２００ｎｍの厚さに成膜し、フォトリソグラフィプロセスによりパターニング行い、例えば塩化鉄および塩酸を含む溶液によりエッチングを行い、画素電極１４を形成する。また、反射光を利用する場合は、Ａｌ等の金属膜、Ａｌ／Ｍｏ等の積層金属膜を成膜する。例えばＡｌの場合１００〜２００ｎｍ程度の厚さ、積層金属膜の場合Ａｌ／Ｍｏ＝１００〜１５０ｎｍ／５０〜１００ｎｍ程度の厚さに成膜する。その後、フォトリソグラフィプロセスによりパターニングを行い、シュウ酸等を含む溶液によりエッチングを行い、画素電極１４を形成する。
続いて、必要に応じて、第１配向膜１５を形成する。第１配向膜１５は、例えばポリイミド膜をスクリーン印刷により成膜して、所定の方向にラビングを行うことによって形成される。
第２基板１６も、基板１０と同様、例えば、ガラス基板、石英基板やプラスチック基板などの透明基板である。但し、反射型表示装置とする場合には、基板１０および１６の内の観察側に配置される基板が少なくとも透光性を有していればよい。また、基板１０および１６はフィルム状であってもよい。
第２基板１６の液晶層２０側に設けられている第２電極１７は、ストライプ状の透明電極１７である。透明電極１７はＩＴＯやＳｎＯ２等から形成されており、約１００ｎｍ以上の厚さを有している。第２電極１７の延びる方向は、第１電極１１の延びる方向に対して直交し、それぞれの第２電極１７が画素電極１４と重なり、重なった部分が個々の画素を構成する。第２電極１７上には第２配向膜１８が必要に応じて形成されている。第２配向膜１８のラビング方向と第１配向膜１５のラビング方向と所定の角度（例えばＴＮモードの場合は、約９０°）を成すように、第１基板１０と第２基板１６が配置されている。
画素電極１４と第２電極１７とが互いに対向するように、スペーサ１９を介して、第１基板１０と第２基板１６とを貼り合わせる。スペーサ１９の直径を調整することによって、液晶層２０の厚さを決める。液晶層２０の厚さは、例えば、３．５μｍ〜５μｍ程度とする。第１基板１０と第２基板１６との間に液晶材料を注入、封止することよって液晶層２０が形成される。このようにして液晶表示装置１００Ａが得られる。
上述したように、液晶表示装置１００Ａの製造工程で双方向二端子素子１２を製造する必要はないので、例えば既存の半導体工場で別途作製した双方向二端子素子１２を用いることが出来る。従って、液晶表示装置の製造工程において従来不可欠であったプラズマＣＶＤ装置などの高価な装置が不要となる。さらに、正確な位置合わせが必要なフォトリソグラフィプロセスは、画素電極１４をパターニングする工程のみとなり、フォトマスクの正確な位置合わせを必要とする工程が従来よりも著しく減少するため、高額なフォトリソグラフィプロセス装置の数を削減することができるとともに、スループットも向上する。このように、本発明の実施形態の液晶表示装置１００Ａは、従来よりも低コストで製造することが出来る。
図５に本発明の実施形態による有機ＥＬ表示装置１００Ｂの模式的な断面図を示す。
有機ＥＬ表示装置１００Ｂは、表示媒体層２０として発光層３５を有している。表示媒体層２０は、発光層３５に加え正孔輸送層および／または電子輸送層をさらに含んでも良く、公知の有機ＥＬ素子の構成を広く採用できる。画素電極１４と第２電極３６との間に設けられた表示媒体層２０（発光層３５）に電流を供給することによって表示が行われる。なお、表示媒体層２０を保護するための保護層３７が第１基板１０のほぼ全面を覆うように形成されている。また、保護層３７に代わって第２基板（不図示）を配置し、第１基板１０と第２基板とをシール剤などを用いて貼り合わせて、発光層３５を保護してもよい。
光の出射方向は、第１基板１０側でもよいし、保護層３７側でもよい。第１基板１０側に光を出射させる場合は、第１基板１０、第１電極１１および画素電極１４を透明な材料で構成し、第２電極３６を反射電極とする。一方、保護層３７側に光を出射する場合は、画素電極１４を反射電極とし、第２電極３５を透明電極とする。
有機ＥＬ表示装置１００Ｂは、例えば以下の方法で製造される。なお、画素電極１４の形成および双方向二端子素子１２の配置までは、図３を参照しながら上述した方法によって実行されるので、ここでは説明を省略する。
画素電極１４をＩＴＯで形成した場合、画素電極１４上に、例えば、銅フタロシアニンを１００〜２００ｎｍ、α−ＮＰＤ等の正孔輸送材料を５０ｎｍ程度、Ａｌｑ３（８−ｈｙｄｒｏｘｙｑｕｉｏｎｏｌｉｎｅ  ａｌｕｍｉｎｕｍ）等の発光材料を５０ｎｍ程度の厚さで順次積層し、発光層３５を形成する。あるいは、画素電極１４上にＡｌｑ３等の発光材料を５０ｎｍ程度、α−ＮＰＤ（Ｎ，Ｎ−Ｄｉ（ｎａｐｈｔｈａｌｅｎｅ−１−ｙｌ）−Ｎ，Ｎ’−ｄｉｐｈｅｎｙｌ−ｂｅｎｚｉｄｉｎｅ）等の正孔輸送材料を５０ｎｍ程度、銅フタロシアニンを１００〜２００ｎｍ順次積層し、発光層３５を形成してもよい。
次に第２電極３６を形成する。第２電極３６がＡｌｑ３と接触する場合は、Ａｌを電極材料とし、その膜厚は１００〜２００ｎｍ程度とする。その後、フォトリソグラフィプロセスで第１電極１１に直交し、かつ画素電極１４と重なるようにストライプ状のパターニングを行い、ストライプ状の第２電極３６を形成する。なお、このとき発光層３５も第２電極３６をマスクとしてエッチングすることによってストライプ状にパターニングしてもよい。
第２電極３６が銅フタロシアニンと接触する場合は、Ａｕを電極材料とし、その膜厚は１００〜２００ｎｍとする。その後、フォトリソグラフィプロセスで第１電極１１に直交し、かつ画素電極１４と重なるようにストライプ状のパターニングを行い、ストライプ状の第２電極３６を形成する。このとき発光層３５も第２電極３６をマスクとしてエッチングすることによってストライプ状にパターニングしてもよい。
また、画素電極１４をＡｌもしくはＡｌ／Ｍｏを用いて形成する場合、Ａｌ上にＡｌｑ３等の発光材料を５０ｎｍ程度、α−ＮＰＤ等の正孔輸送材料を５０ｎｍ程度、銅フタロシアニンを１００〜２００ｎｍの厚さで順次積層し、発光層３５を形成する。
次に第２電極３６をＩＴＯにより形成し、その膜厚は１００ｎｍ以上とし、フォトリソグラフィプロセスで第１電極１１に直交し、かつ画素電極１４と重なるようにストライプ状のパターニングを行い、ストライプ状の第２電極３６を形成する。このとき発光層３５も第２電極３６をマスクとしてエッチングすることによってストライプ状にパターニングしてもよい。
続いて、保護膜３７を形成する。保護膜３７は水分を透過させない性質を有する必要があるため、例えば、ＣＶＤ法等により窒化シリコン膜を成長させ、その膜厚は３μｍ程度とする。その後、第１電極１１および第２電極３６へ電気信号を印加するため端子部を露出させる。表示領域外に位置する第１電極１１および第２電極３６上の保護層３７および残存していれば発光層３５を除去する。例えば、このとき窒化シリコン膜はバッファードフッ酸等によるウェットエッチングにより除去してもよいし、ＣＦ４によるドライエッチングにより除去してもよい。
図６は、本発明の実施形態によるマイクロカプセル型の電気泳動表示装置１００Ｃの模式的な断面図である。
電気泳動表示装置１００Ｃの表示媒体層２０はマイクロカプセル３８を有する。この透明な材料で形成されているマイクロカプセル３８の内には白色微粒子３８ａと青色の液体３８ｂとが封入されている。このマイクロカプセル３８としては、例えば、特開平１−８６１１６号公報に開示されているものを好適に用いることが出来る。画素電極１４と第２電極１７との間に電圧を印加し、白黒の色粒子を電気泳動させることによって、白と青からなる画像を表示する。
表示媒体層２０としてマイクロカプセル３８を用いること以外は、図３を参照しながら説明した方法と同様の方法で作製することができるので、製造方法の説明は省略する。なお、画素電極１４は、透明電極であっても良いし、反射電極であっても良い。また、マイクロカプセル３８から形成される表示媒体層２０は、公知の塗布法などを用いて実行され得る。
図７は、本発明の実施形態によるトナー表示装置１００Ｄの模式的な断面図である。
トナー表示装置１００Ｄの表示媒体層２０は、黒トナー３９と白色粒子４０とを有している。例えば、黒トナー３９にはカーボンブラック顔料を含有した真球状樹脂粒子を用い、白色粒子には酸化チタン顔料を含有した真球状樹脂粒子を用いる。画素電極１４と第２電極１７との間に電圧を印加し、白黒の粒子を基板間で移動させることによって、白と黒とからなる画像を表示する。トナー表示装置の基本的な動作原理は、例えば、Ｊａｐａｎ  Ｈａｒｄｃｏｐｙ  ２００１  論文集に記載されている。
表示媒体層２０として黒トナー３９と白色粒子４０との混合物を用いること以外は、図３を参照しながら説明した方法と同様の方法で作製することができるので、製造方法の説明は省略する。なお、表示媒体層２０は、例えば、黒トナー３９と白色粒子４０とを第１基板１０または第２基板１６の表面に散布した後、これらの基板を所定の間隙を設けて貼り合わせることによって形成される。画素電極１４は、透明電極であっても良いし、反射電極であっても良い。
図８は、本発明の実施形態によるツイストボール方式の表示装置１００Ｅの模式的な断面図である。
ツイストボール方式の表示装置１００Ｅは、表示媒体層２０として、２色粒子４１が樹脂（例えばシリコーン樹脂）中に分散された層を有している。２色粒子４１は、例えば、白側が負、黒側が正に帯電し、双極子を形成する。画素電極１４と第２電極１７との間の電圧に応じて、２色粒子４１の配向が変化することによって表示を行う。ツイストボール方式の表示装置の基本的な動作原理は、例えば、米国特許４、１２６、８５４号明細書に記載されている。
表示媒体層２０として、２色粒子４１を分散した樹脂層を用いること以外は、図３を参照しながら説明した方法と同様の方法で作製することができるので、製造方法の説明は省略する。なお、表示媒体層２０は、例えば、２色粒子４１を分散した樹脂層を第１基板１０または第２基板１６の表面に塗布した後、これらの基板を貼り合わせることによって形成される。画素電極１４は、透明電極であっても良いし、反射電極であっても良い。
図９は、本発明の実施形態によるエレクトロクロミック表示装置１００Ｆの模式的な断面図である。
エレクトロクロミック表示装置１００Ｆの表示媒体層２０は、厚さ約０．３μｍ〜１．０μｍのＷＯ３層４２と、過塩素酸リチウム等の電解質層４３とで構成されている。画素電極１４と第２電極１７の間に印加される電圧に応じて、ＷＯ３層のエレクトロクロミック反応によって表示を行う。エレクトロクロミック表示装置の基本的な動作原理は、例えば、Ｐｈｉｌｏｓ．Ｍａｇ．ｖｏｌ．２７、ｐ．８０１（１９７３）に記載されている。
表示媒体層２０として、ＷＯ３層４２と電解質層４３とを用いること以外は、図３を参照しながら説明した方法と同様の方法で作製することができるので、製造方法の説明は省略する。なお、表示媒体層２０は、例えば、画素電極１４上にＷＯ３層４２を形成した第１基板１０と第２基板１６とを貼り合わせた後、これらの間隙に電解質を注入することによって作製することができる。画素電極１４は、透明電極であっても良いし、反射電極であっても良い。
図１０は、本発明の実施形態による多孔質シリコンを用いた表示装置１００Ｇの模式的な断面図である。
多孔質シリコンを用いた表示装置１００Ｇの表示媒体層２０は、画素電極１４上に形成されたＳｉ層４４と、Ｓｉ４４層上に形成された多孔質Ｓｉ層４５と、多孔質Ｓｉ層４５上に形成されたＳｉＮｘ層４６とから形成されている。画素電極１４と第２電極３６との間に印加した電圧に応じて、多孔質Ｓｉ層４５が発光することによって表示を行う。本来Ｓｉは間接遷移型半導体であり一般に発光しないが、Ｓｉの結晶粒径が約１０ｎｍ以下になると電子とホールが閉じ込められ、直接遷移的な再結合が起こり発光する（例えば、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、ｖｏｌ．５７、ｐ．１０４６、１９９０やＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、ｖｏｌ．６０、ｐ．３４７、１９９２参照）。なお、表示装置１００Ｇでは、表示媒体層２０を保護するための保護層３７が第１基板１０のほぼ全面を覆うように形成されている。
表示媒体層２０として、Ｓｉ層４４、多孔質Ｓｉ層４５およびＳｉＮｘ層４６を用いること以外は、図３を参照しながら説明した方法と同様の方法で作製することができるので、製造方法の説明は省略する。なお、Ｓｉ層４４は公知の薄膜堆積技術を用いて堆積した後、例えば、ＨＣｌ＋ＳＦ６混合ガスによるドライエッチング法等でパターニングすることによって形成される。多孔質Ｓｉ層４５は例えば、多結晶ＳｉをＨＦ水溶液中で陽極化成（例えば電流密度２０ｍＡ／ｃｍ２）することによって形成される。あるいは、プラズマＣＶＤ法によってＳｉをドット状に堆積することによって形成することもできる。画素電極１４は、透明電極であっても良いし、反射電極であっても良い。
図１１は、本発明の実施形態による光走査型の液晶表示装置１００Ｈの模式的な断面図である。
液晶表示装置１００Ｈは、第１電極１１と平行に設けられた導光路４９を有している。導光路４９は、第１電極１１の幅方向の一端に配置されており、導光路４９のコア４７を覆うクラッド４８の第１電極１１の幅方向の他端側に高屈折率部４８ａを有している。この高屈折率部４８ａ側から出射される光が、双方向二端子素子１２の半導体積層構造の側面から入射することによって双方向二端子素子１２がＯＮ状態となる。ここで用いる双方向二端子素子１２は側面に遮光層２８を有していない。高屈折率部４８ａは、例えばクラッド４８を部分的にイオン交換することによって形成される。その他の構成は、図４に示した液晶表示装置１００Ａと実質的に同じであってよい。
表示装置１００Ｈは、例えば、次のようにして製造される。図３を参照しながら説明したように、第１電極１１を形成した後、予め作製された導光路（光ファイバ）４９を第１電極１１に平行に配置する。その後の工程は、液晶表示装置１００Ａと同様の工程を経て、表示装置１００Ｈを得る。なお、画素電極１４は、反射電極とする。
光走査型の液晶表示装置を例示したが、光を用いたアドレス方法は他の表示装置にも適用することが出来る。本発明を適用することができる光アドレス表示装置は例えば特開平６−３０１０５０号公報に記載されている。
図１９（ａ）〜（ｆ）は、本発明の実施形態による表示装置１０１の製造方法を説明するための模式的な断面図である。なお、図１９に示す表示装置は液晶表示装置であるが、本実施形態はこれに限定されない。
まず、図１９（ａ）に示すように、ガラス基板等の基板１０の主面上にバンク６０を形成する。バンク６０の形成は、例えば以下のようにして行う。まず、基板１０の主面上に感光性樹脂を塗布する。この後、塗布された感光性樹脂を公知の方法で露光及び現像することにより、基板１０の主面のうち第１電極１１を形成しようとする各領域（以下、「第１電極形成領域」とする）を囲むような形状に感光性樹脂をパターニングする。このパターニングされた感光性樹脂を必要に応じて焼成することにより、バンク６０が形成される。バンク６０の基板１０と垂直方向の高さは、塗布溶液が第１電極形成領域以外の領域にまで広がることを確実に防止できるように設定される。
続いて、図１９（ｂ）に示すように、バンク６０によって囲まれた領域ごとに、第１電極１１と第１電極に接続された双方向二端子素子１２とを一体的に形成する。まず、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｗ等の金属やＩＴＯなどの金属酸化物から作製された粒径３０ｎｍ程度の導電性粒子と双方向二端子素子とを水、ＩＰＡ、ｎ−メチルピロリドン、ｎ−オクタノール、イソブタノール、エチレングリコール、トルエンなどからなる溶媒に分散させた塗布溶液を用意する。
次いで、塗布溶液をインクジェット法によりガラス基板１０の主面に付与する。このとき、バンク６０によって、付与された塗布溶液が第１電極形成領域以外の領域にまで広がることを防止できる。この後、付与された塗布溶液に含まれる溶媒の除去（及びバインダーの焼成）を行う。例えば、市販の塗布型ＩＴＯ溶液に双方向二端子素子を混合した塗布溶液を用いる場合、例えば１６０℃で３０分間加熱する。バインダーを焼成する場合は、焼成温度は例えば１５０℃以上２００℃以下であり、焼成時間は例えば３０分以上６０分以下である。これにより、第１電極形成領域に、第１電極１１が形成されるとともに、第１電極１１上に双方向二端子素子１２がランダムに配置される。
次に、図１９（ｃ）に示すように、バンク６０を除去する。バンク６０の除去方法は特に限定しない。例えば、ＳＰＸ、ＤＭＳＯ等の溶剤を用いてバンク６０を剥離しても良いし、酸素雰囲気中でのプラズマ処理によりバンク６０を除去しても良い。
この後、図１９（ｄ）に示すように、第１電極１１の上に、等の感光性樹脂を含む絶縁材料を用いて層間絶縁膜１３を形成する。層間絶縁膜１３は、図１８を参照して説明した方法と同様の方法で形成される。層間絶縁膜１３を形成した後に、双方向二端子素子１２と画素電極１４の接続を確実にするため、酸素雰囲気中にてプラズマ処理を行っても良い。
続いて、図１９（ｅ）に示すように、層間絶縁膜１３上に画素電極１４を形成する。画素電極１４は、双方向性二端子素子１２を介して第１電極１１と電気的に接続するように形成される。画素電極１４は、図３を参照しながら説明した表示装置１００の画素電極１４の形成方法と同様の方法により、ＩＴＯ等の透明電極膜（透過光を利用する場合）またはＡｌ、Ａｇ等の反射率の高い金属膜（反射光を利用する場合）を用いて形成することができる。
この後の工程は、図４を用いて説明した工程と実質的に同じであっても良い。以下にその一例を示す。
画素電極１４上には、図４を用いて説明した方法と同様の方法で、配向膜１５を形成する。
一方、さらなる絶縁性透明基板１６を用意し、基板１６上に第２電極１７を形成する。例えば、ＩＴＯ等の透明導電材料を用いて、スパッタリング法により基板１６の表面に約１００ｎｍ以上の厚さを有する導電膜を形成する。続いて、フォトエッチング法により導電膜をパターニングし、ストライプ状の第２電極１７を形成する。第２電極１７の上には、必要により配向膜１８を形成する。
この後、画素電極１４と第２電極１７とが互いに対向するように、スペーサ１９を介して、第１基板１０と第２基板１６とを張り合わせる。第１基板１０と第２基板１６との間に液晶材料を注入、封止することによって液晶層２０を形成する。このようにして、図１９（ｆ）に示す液晶表示装置が得られる。
図２１（ａ）〜（ｈ）は、本発明の実施形態による表示装置１０１の製造方法を説明するための模式的な断面図である。なお、図２１に示す表示装置は液晶表示装置であるが、本実施形態はこれに限定されない。
まず、図１９（ａ）を参照しながら説明した方法と同様の方法で、ガラス基板１０の主面上に、バンク６０を形成する（図２１（ａ））。バンク６０は、基板１０の主面のうち第１電極１１を形成しようとする各領域（第１電極形成領域）を囲むように、基板１０の主面に略垂直に形成する。
次いで、図２１（ｂ）に示すように、基板１０の主面のうちバンク６０に囲まれた各領域のみに、粒径３０ｎｍ程度のＡｌ等の金属微粒子を水等の溶媒に分散させた導電性塗布溶液をインクジェット法により付与する。導電性塗布溶液として、図２０（ａ）を参照しながら説明した導電性塗布溶液と同じものを用いることができる。この後、付与された導電性塗布溶液に含まれる溶媒を除去（及びバインダーの焼成）を行う。これにより、第１電極１１が第１電極形成領域に形成される。
次いで、図２１（ｃ）に示すように、第１電極１１上のみに双方向二端子素子１２を配置する。まず、Ａｌ、Ｃｕ、ＩＴＯ等の導電性微粒子（粒径３０ｎｍ程度）と、ポジ型感光性樹脂等の感光性材料と、双方向二端子素子とを、水等の溶媒に分散させることにより、塗布材料５２’を用意する。塗布材料５２’は、図２０（ｂ）を参照しながら説明した塗布溶液５２’と同じものであっても良い。この塗布材料５２’を、インクジェット法を用いて第１電極１１上にのみ付与する。これにより、双方向二端子素子１２が第１電極１１上にランダムに配置される。
この後、図３（ｃ）を参照しながら説明した方法と同様の方法で、第１電極１１と双方向二端子素子１２との間に存在する塗布材料５２’を残し、それ以外の塗布材料５２’を選択的に除去する（図２１（ｄ））。前述したように、塗布材料５２’がポジ型感光性樹脂を含んでいると、双方向二端子素子１２をフォトマスクとして塗布材料５２’を露光することができるので、自己整合的に図２１（ｄ）のような構造が得られる。
続いて、図２１（ｅ）に示すように、バンク６０を除去する。バンク６０は、例えば、図１９（ｃ）を参照しながら説明した方法と同様の方法で除去する。
図２１（ｆ）〜（ｈ）に示す工程は、例えば、図１９（ｄ）〜（ｆ）を参照しながら説明した工程と実質的に同じである。
［双方向二端子素子］
図１２（ａ）および（ｂ）ならびに図１３（ａ）〜（ｅ）を参照しながら、本発明の実施形態による双方向二端子素子１２の構造と製造方法を説明する。ここでは、双方向サイリスタを例示するが、同様の機能を有する双方向二端子素子であれば、上述の表示装置に用いることができる。
本実施形態の双方向二端子素子１２および１２’は、図１２（ａ）および（ｂ）にその段面構造を模式的に示すように、一対の電極２６および２７と、その間に形成された半導体積層構造１２Ａを有している。半導体積層構造１２Ａは、上下方向に対称な構造が隣接して形成されている。さらに、半導体積層構造１２Ａの側面には、遮光層２８が形成されている。表示装置１００Ｈのように、双方向二端子素子１２を光アドレスする場合には、遮光層２８は省略される。
双方向二端子素子１２を基板上に配置するときに電極２６または２７が基板の表面に接して安定に配置されるように、例えば円柱状であることが好ましい。また、円柱の直径は、高さよりも大きい方が好ましく、３倍以上であることが好ましい。例えば、直径が１１μｍ程度で、高さが３μｍ程度である。
半導体積層構造１２Ａは、電極２７と電極２６との間に、電極２７側から、第１導電型の第１半導体層２１ａ／第２導電型の第２半導体層２２／第１導電型の第３半導体層２３／第２導電型の第４半導体層２４ａ／第２導電型の第５半導体層２４ｂがこの順で積層された領域と、第２導電型の第１半導体領域２２ａ／第２導電型の第２半導体層２２／第１導電型の第３半導体層２３／第２導電型の第４半導体層２４ａ／第１導電型の第２半導体領域２５がこの順で積層された領域とを有している。
本発明の実施形態による双方向二端子素子は、以下の方法によって好適に製造される。
まず、絶縁層とこの絶縁層上に半導体層を有する基板を用意する。この絶縁層上に、上記半導体層を含む所定の形状の双方向半導体積層構造を形成する。双方向半導体積層構造の形成方法は後述する方法を好適に用いることが出来る。得られた双方向半導体層構造上に第１電極層を形成し、第１電極層を他の基板に接着させる。第１電極層を接着させた状態で、上記絶縁層を除去することによって双方向半導体積層構造を上記基板から分離する。すなわち、双方向半導体積層構造を他の基板に転写する。この後、双方向半導体積層構造の上記半導体層上に第２電極層を形成し、双方向二端子素子を得る。
図１３（ａ）〜（ｅ）を参照しながら、双方向二端子素子１２の第１の製造方法を説明する。
まず、図１３（ａ）に示すように、絶縁層１ｂと絶縁層１ｂ上に第１導電型（ｎ）の第１半導体層２１ａを有する基板１を用意する。絶縁層１ｂは、例えば埋め込み酸化層である。この１半導体層２１ａに、開口部２ａを有するマスク２を介して、選択的に不純物を注入することによって、第２導電型の第１半導体領域２２ａを形成する。
次に、図１３（ｂ）に示したように、第１半導体領域２２ａを含む第１半導体層２１ａ上に、第２導電型の第２半導体層２２を堆積する。続いて、第２半導体層２２上に第１導電型の第３半導体層２３を堆積する。さらに、第３半導体層２３上に第２導電型の第４半導体層２４ａと、第４半導体層２４ａ上に、第４半導体層２４ａよりも不純物濃度が高い第２導電型の第５半導体層２４ｂを形成する。
次に、図１３（ｃ）に示したように、開口部３ａを有するマスク３を介して、選択的に不純物を注入することによって、第５半導体層２４ｂの、第１半導体領域２２ａ上に位置する領域に、第１導電型の第２半導体領域２５を形成する。
次に、図１３（ｄ）に示したように、第２半導体領域２５を含む第５半導体層２４ｂ上に第１電極層２６を形成する。その後、所定の形状のマスク４を用いて、絶縁層１ｂまでエッチングすることによって、第１電極層２６、第２半導体領域２５、第５半導体層２４ｂ、第４半導体層２４ａと、第３半導体層２３、第２半導体層２２、第１半導体領域２２ａおよび第１半導体層２１ａを所定の形状にパターニングすることによって、絶縁層１ｂ上に所定の形状の半導体積層構造１２Ａを得る。
この後、図１３（ｅ）に示すように、第１電極層２６を他の基板１’に接着させる。第１電極層２６を他の基板１’に接着させた状態で、絶縁層１ｂを除去することによって、半導体積層構造１２Ａを基板１’から分離する。その後、分離された半導体積層構造１２Ａを覆うように遮光層２８を形成する。
続いて、遮光層２８の一部を除去することによって、半導体積層構造１２Ａの第１半導体層２１ａおよび第１半導体領域２２ａの表面を露出させ、露出された半導体積層構造１２Ａの第１半導体層２１ａおよび第１半導体領域２２ａの表面上に第２電極層２７を形成する。その後、所定の形状のマスク５を用いて、第２電極層２７と遮光層２８の一部を所定の形状にパターニングすることによって、図１２（ａ）に示した双方向二端子素子１２が得られる
半導体積層構造１２Ａを構成する各層（あるいは領域）の材料、厚さおよび不純物濃度を制御することによって、双方向二端子素子１２のターンオン電圧を調整することができる。
以下に、上述した表示装置１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｆ〜１００Ｈ、１０１に好適に用いられる双方向二端子素子１２の具体的な製造方法を再び図１３（ａ）〜（ｅ）を参照しながら説明する。
埋め込み酸化膜層１ｂを持つｎ型シリコンウェファー１に第１ｎ型領域２１ａを保護するように酸化膜２等でマスクし、ｐ型層を形成できるボロン等の不純物を導入し、第１ｐ型領域２２ａを形成する。このとき第１ｐ型領域２２ａの不純物濃度は第２金属電極２７との間でオーミック接触となるようにする。
マスク除去後、第２ｐ型領域２２をＣＶＤ法等により成長させる。その後第２ｎ型領域２３をＣＶＤ法等により成長させる。このとき第２ｎ型領域２３の不純物濃度と膜厚を適当に選択することで双方向二端子素子１２のターンオン電圧を駆動に適当な電圧にする。例えば第２ｎ型領域２３の不純物濃度を素子作製完了時に５．７×１０１６ｃｍ−３程度とし、膜厚を５９０ｎｍ以上程度となるようにすることで、双方向二端子素子のターンオン電圧が１５Ｖ程度にできる。
第２ｎ型領域２３を形成後、第３ｐ型領域２４ａをＣＶＤ法等により成長させる。このとき第３ｐ型領域２４ａの上部領域２４ｂの不純物濃度を第１金属電極２６との間でオーミック接触となるようにする。
その後、第４ｐ型領域２４ｂ上に第３ｎ型領域２５に該当する位置に開口部３ａのある酸化膜３を形成し、ｎ型層を形成できるリン等の不純物を導入し、第３ｎ型領域２５を形成する。
その後、第１金属電極２６をスパッタリング法等により成膜する。このとき第１金属電極２６は第４ｐ型領域２４ｂと第３ｎ型領域２５とオーミック接触となるように、例えばＴｉ、Ｗ等を選択する。またＡｌ／Ｔｉ、ＩＴＯ／Ｔｉ等の積層構造にしてもよい。
その後、フォトリソグラフィプロセス等によりパターニングを行い、ドライエッチング等により埋め込み酸化膜１ｂに達するまでエッチングを行う。このときパターニングの形状は円形状が好ましいが、他の形状でも構わない。
その後、第１金属電極２６を別基板１’に接着し、埋め込み酸化膜１ｂをバッファードフッ酸等により除去し、半導体積層構造１２Ａを別基板１’に転写する。
その後、遮光が可能な樹脂等で遮光層２８を成膜する。遮光層２８成膜後、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）法等により第１ｎ型領域２１ａおよび第１ｐ型領域２２ａが現れるまで研磨を行い、出現後金属膜２７を成膜する。このとき金属膜２７は第１ｐ型領域２２ａと第１ｎ型領域２１ａとオーミック接触となるように、例えばＴｉ、Ｗ等を選択する。またＡｌ／Ｔｉ、ＩＴＯ／Ｔｉ等の積層構造にしてもよい。
その後フォトリソグラフィプロセス等によりパターニングを行い、ドライエッチング等で第１金属電極２６を接着した別基板１’に達するまでエッチングを行い、第２金属電極２７と遮光層２８を形成する。このときパターニング形状は円形とするが、上記パターニング時の任意の形状に対応していれば形状は任意で構わない。また、図１２では遮光層２８は垂直となっているが、傾斜していても構わない。また遮光層２８と各半導体層との間に半導体層の保護膜として酸化膜、窒化膜等を形成しておいても良い。
なお、上記の製造方法において、半導体積層構造１２Ａを別基板１’に転写した後については、別基板１’として透明な基板を用いる場合、以下に示す方法を用いても良い。以下の方法を用いた場合、図１２（ｂ）に示す構造を有する双方向二端子素子１２’が得られる。
半導体積層構造１２Ａを別基板１’に転写後、ネガ型のフォトレジストを塗布し別基板１’の裏面側から露光を行い、現像する。これにより、半導体積層構造１２Ａに対応した部分のフォトレジストが除去される。
その後、第２金属電極２７をスパッタリング法等により成膜する。このとき第２金属電極２７は、第１ｐ型領域２２ａと第１ｎ型領域２１ａとオーミック接触となるように、例えばＴｉ、Ｗ等を選択する。またＡｌ／Ｔｉ、ＩＴＯ／Ｔｉ等の積層構造にしてもよい。
その後フォトレジストを除去することにより、フォトレジスト上の第２金属電極２７はリフトオフされ、半導体積層構造１２Ａ上にのみ残留する。以下、上述した方法と同様に、遮光層２８を形成し、パターニングを行う。
第１金属電極２６を別基板１’から剥離することで、双方向二端子素子１２’を得ることができる。
双方向二端子素子１２および１２’の不純物濃度は、ＮＡ２２ａ≧ＮＡ２４ｂ＞ＮＤ２５≧ＮＤ２１ａ≧ＮＡ２２≒ＮＡ２４ａ＞ＮＤ２３＝１．５×１０１７ｃｍ−３となるように形成する。このときＮＡ２２ａ、ＮＡ２４ｂ、ＮＤ２５、ＮＤ２１ａ、ＮＡ２２、ＮＡ２４ａ、ＮＤ２３は、それぞれ半導体層または領域２２ａ、２４ｂ、２５、２１ａ、２２、２４ａ、２３の不純物濃度である。また、双方向二端子素子１２の各層の膜厚は、ｄ２１ａ＝４００ｎｍ、ｄ２２ａ＝４００ｎｍ、ｄ２２＝４００ｎｍ、ｄ２４ｂ＝４００ｎｍ、ｄ２４ａ＝４００ｎｍ、ｄ２５＝４００ｎｍ、ｄ２６＝４００ｎｍ、ｄ２７＝４００ｎｍ程度となるように形成し、ｄ２３については５９０ｎｍ以上となるよう形成する。このとき、ｄ２１ａ、ｄ２２ａ、ｄ２２、ｄ２３、ｄ２４ｂ、ｄ２４ａ、ｄ２５はそれぞれの領域２１ａ、２２ａ、２２、２３、２４ｂ、２４ａ、２５の膜厚であり、ｄ２６、ｄ２７は第１金属電極２６および第２金属電極２７の膜厚である。また遮光層２８の厚みは３００ｎｍ程度となるように形成する。遮光層２８は、垂直であっても傾斜していてもよい。但し、表示装置１００Ｈのような光走査型表示装置に用いる双方向二端子素子１２および１２’には遮光層２８を形成しない。
以上の方法により、双方向二端子素子１２を高密度で作製することで従来の方法により表示装置を作製するより材料の効率的な利用が可能となる。
例えば、半導体積層構造１２Ａの直径を１０μｍとし、１１μｍ周期で作製すると、無駄となる金属膜、半導体膜は３０％程度となる。従来のように例えば液晶表示装置の製造工程でスイッチング素子を作製する場合は、開口率を大きくするため金属膜、半導体膜を９０％近く無駄にしていたのに対し、効率が格段に向上する。
双方向二端子素子１２の第２の製造方法を説明する。
厚さ１μｍ程度の厚みを持つ単結晶シリコン膜２１ａがシリコン酸化膜１ｂを介して基材１ａに貼り合せてある基板１を用いる。このとき、単結晶シリコン膜２１ａはｎ型半導体であり、その不純物濃度を適当に選択することで、双方向二端子素子１２のターンオン電圧を駆動に適当な電圧にする。例えば、不純物濃度を１．５×１０１７ｃｍ−３程度にすることで、双方向二端子素子１２のターンオン電圧を７．５Ｖ程度にできる。
この基板１にイオンドーピング法により、ｐ型層を形成できるボロン等の不純物を導入し、第１ｐ型領域２２ａに対応したｐ型層を形成する。このときイオン打ち込みの加速電圧を調整することにより、所望の深さに所望の膜厚の第１ｐ型領域２２ａに対応したｐ型層を形成できる。またこのｐ型層の不純物濃度は第１ｐ型領域２２ａと第２金属電極２７との間でオーミック接触となるようにする。
次にイオンドーピング法により、ｐ型層を形成できるボロン等の不純物を導入し第２ｐ型領域２２を形成する。このときイオン打ち込みの加速電圧を調整することにより、所望の深さに所望の膜厚の第２ｐ型領域２２を形成できる。
次にイオンドーピング法により、ｐ型層を形成できるボロン等の不純物を導入し第３ｐ型領域２４ａを形成する。このときイオン打ち込みの加速電圧を調整することにより、所望の深さに所望の膜厚の第３ｐ型領域２４ａを形成できる。
次にイオンドーピング法により、ｐ型層を形成できるボロン等の不純物を導入し第４ｐ型領域２４ｂに対応したｐ型層を形成する。このときイオン打ち込みの加速電圧を調整することにより、所望の深さに所望の膜厚の第４ｐ型領域２４ｂに対応したｐ型層を形成できる。またこのｐ型層の不純物濃度は第４ｐ型領域２４ｂと第１金属電極２６との間でオーミック接触となるようにする。
次に基板表面に第１ｐ型領域２２ａに対応した位置に酸化膜等でマスクを形成し、イオンドーピング法を用いて加速電圧の調整により第１ｐ型領域２２ａに対応するｐ型層に対応する深さと膜厚になるように、ｎ型層を形成できるリン等の不純物を導入する。これにより第１ｐ型領域２２ａおよび第１ｎ型領域２１ａが形成される。
その後、酸化膜を除去し、続いて基板表面に第４ｐ型領域２４ｂに対応した位置に酸化膜等でマスクを形成する。その後、イオンドーピング法を用いて加速電圧の調整により、第４ｐ型領域２４ｂに対応するｐ型層に対応する深さと膜厚になるように、ｎ型層を形成できるリン等の不純物を導入する。これにより第４ｐ型領域２４ｂおよび第３ｎ型領域２５が形成される。
次に、酸化膜を除去する。その後上記において導入した不純物を活性化するため、適当な温度によりアニールを行う。
上記において、第４ｐ型領域２４ｂに対応したｐ型層の形成工程の以降で下記に示す方法を用いても良い。
イオンドーピング法により、ｎ型層を形成できるリン等の不純物を導入し第３ｎ型領域２５に対応したｎ型層を形成する。このときイオン打ち込みの加速電圧を調整することにより、所望の深さに所望の膜厚の第３ｎ型領域２５に対応したｎ型層を形成できる。
次に、基板表面に第１ｐ型領域２２ａに対応した位置に酸化膜等でマスクを形成し、イオンドーピング法を用いて加速電圧の調整により、所定の深さと膜厚になるように、リン等のｎ型層を形成できる不純物を導入し、第１ｐ型領域２２ａ、第１ｎ型領域２１ａが形成される。
続いてイオンドーピング法を用いて加速電圧の調整により、第３ｎ型領域２５に対応したｎ型層に対応する深さと膜厚になるように、ｐ型層を形成できるボロン等の不純物を導入する。これにより第３ｎ型領域２５、第４ｐ型領域２４ｂが形成される。このとき第４ｐ型領域２４ｂの不純物濃度は、第１金属電極２６との間でオーミック接触となるようにする。
次に、酸化膜を除去する。その後上記において導入した不純物を活性化するため、適当な温度によりアニールを行う。
その後、第１金属電極２６をスパッタリング法等により成膜する。このとき第１金属電極２６は第４ｐ型領域２４ｂと第３ｎ型領域２５とオーミック接触となるように、例えばＴｉ、Ｗ等を選択する。またＡｌ／Ｔｉ、ＩＴＯ／Ｔｉ等の積層構造にしてもよい。
その後フォトリソグラフィプロセス等によりパターニングを行い、ドライエッチング等によりシリコン酸化膜に達するまでエッチングを行う。このときパターニングの形状は円形状が好ましいが、他の形状でも構わない。
以下、上述したのと同様に、別基板１’に半導体積層構造１２Ａを転写し、第２金属電極２７および遮光層２８を形成し、双方向二端子素子１２または１２’を得ることができる。
双方向二端子素子１２および１２’の不純物濃度は、ＮＡ２２ａ≧ＮＡ２４ｂ＞ＮＤ２５≧ＮＤ２１ａ≧ＮＡ２２≒ＮＡ２４ａ＞ＮＤ２３となるように形成する。このときＮＡ２２ａ、ＮＡ２４ｂ、ＮＤ２５、ＮＤ２１ａ、ＮＡ２２、ＮＡ２４ａ、ＮＤ２３はそれぞれ領域２２ａ、２４ｂ、２５、２１ａ、２２、２４ａ、２３の不純物濃度である。双方向二端子素子１２の各層の膜厚は、ｄ２１ａ＝２００ｎｍ、ｄ２２ａ＝２００ｎｍ、ｄ２２＝２００ｎｍ、ｄ２４ｂ＝２００ｎｍ、ｄ２４ａ＝２００ｎｍ、ｄ２５＝２００ｎｍ、ｄ２６＝４００ｎｍ、ｄ２７＝４００ｎｍ程度となるように形成し、ｄ２３については２６０ｎｍ以上となるよう形成する。このとき、ｄ２１ａ、ｄ２２ａ、ｄ２２、ｄ２３、ｄ２４ｂ、ｄ２４ａ、ｄ２５はそれぞれの領域２１ａ、２２ａ、２２、２３、２４ｂ、２４ａ、２５の膜厚であり、ｄ２６、ｄ２７は第１金属電極２６および第２金属電極２７の膜厚である。また遮光層２８の厚みは３００ｎｍ程度となるように形成する。遮光層２８は、垂直であっても傾斜していてもよい。但し、表示装置１００Ｈのような光走査型表示装置に用いる双方向二端子素子１２および１２’には遮光層２８を形成しない。
電気泳動表示装置１００Ｃおよびトナー表示装置１００Ｄに好適に用いられる双方向二端子素子１２および１２’は、５０Ｖ程度のターンオン電圧を有することが好ましい。各層の不純物濃度は、例えば、ＮＡ２２ａ≧ＮＡ２４ｂ＞ＮＤ２５≧ＮＤ２１ａ≧ＮＡ２２≒ＮＡ２４ａ＞ＮＤ２３≒１．１６×１０１６ｃｍ−３となるように形成する。各層の膜厚は、ｄ２１ａ＝１．６μｍ、ｄ２２ａ＝１．６μｍ、ｄ２２＝１．６μｍ、ｄ２３＝２．４μｍ以上、ｄ２４ｂ＝１．６μｍ、ｄ２４ａ＝１．６μｍ、ｄ２５＝１．６μｍ、ｄ２６＝３８０ｎｍ、ｄ２７＝３８０ｎｍ程度となるように形成する。
ツイストボール型１００Ｅに好適に用いられる双方向二端子素子１２および１２’は、２５０Ｖ程度のターンオン電圧を有することが好ましい。各層の不純物濃度は、ＮＡ２２ａ≧ＮＡ２４ｂ＞ＮＤ２５≧ＮＤ２１ａ≧ＮＡ２２≒ＮＡ２４ａ＞ＮＤ２３≒１．３６×１０１５ｃｍ−３となるように形成する。各層の膜厚は、ｄ２１ａ＝１０μｍ、ｄ２２ａ＝１０μｍ、ｄ２２＝１０μｍ、ｄ２３＝１５．５μｍ以上、ｄ２４ｂ＝１０μｍ、ｄ２４ａ＝１０μｍ、ｄ２５＝１０μｍ、ｄ２６＝３８０ｎｍ、ｄ２７＝３８０ｎｍ程度となるように形成する。また遮光層２８の厚みは３００ｎｍ程度となるように形成する。遮光層２８は、垂直であっても傾斜していてもよい。但し、表示装置１００Ｈのような光走査型表示装置に用いる双方向二端子素子１２および１２’には遮光層２８を形成しない。
このように、半導体層の材料、不純物濃度および厚さを調整することによって、種々のターンオン電圧の双方向二端子素子１２および１２’を作製することができる。
［表示装置の駆動方法］
上述のように作製された双方向二端子素子１２を備える表示装置１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｆ〜１００Ｈ、１０１の駆動方法を説明する。
まず、液晶表示装置１００Ａ及び１０１は、例えば、以下のようにして駆動される。図１４を参照しながら、双方向二端子素子１２のターンオン電圧を１５Ｖとし、液晶層２０に最大電圧を５Ｖとして、任意の階調電圧を印加する場合を例に説明する。
全部でｋ本ある第１電極１１のうちのｎ本目の第１電極１１に双方向二端子素子１２のターンオン電圧である１５Ｖをごく短い時間印加する。双方向二端子素子１２をオン状態にするための電圧（走査電圧）の印加時間は例えば１〜２μｓｅｃである。これによって、ｎ本目の第１電極１１上にある双方向二端子素子１２がオン状態となり、ｎ本目の第１電極１１に対応して設けられた画素電極１４がｎ本目の第１電極１１と電気的に接続される。なお、ｎ本目の第１電極１１に１５Ｖの電圧をごく短い時間印加した後は、ｎ本目の第１電極１１へ印加する電圧は０Ｖにする。
ｎ本目の第１電極１１に走査電圧が印加されている期間（すなわち、ｎ本目の第１電極１１が選択されている期間）に、第１電極１１と交差する複数の第２電極１７のそれぞれに所望の電圧（信号電圧）を印加する。図１４には、ｍ本目とｍ＋１本目の第２電極１７に印加されている電気信号（信号電圧）を示している。信号電圧の極性はｎ本目の第１電極１１に印加された電圧（走査電圧）と逆極性とし、印加する時間は１／（６０×ｋ）ｓｅｃとする。
ｎ本目の第１電極１１が選択されている期間に、ｎ本目の第１電極１１に接続されたそれぞれの画素電極１４と、これらの画素電極１４のそれぞれに対向する第２電極１７との間の液晶層２０に、第２電極１７に印加された所望の電圧が充電される。液晶層２０への充電が十分に行われてくると、それぞれの画素電極１４に接続されている双方向二端子素子１２に流れる電流が小さなり、ある電流値を下回ると双方向二端子素子１２がオフ状態になる。これによりｎ本目の第１電極１１上の画素電極１４とそれぞれに対応する第２電極１７との間の液晶層２０に充電された電圧が維持される。また、双方向二端子素子１２がオフ状態であるので、第２電極１７の電圧が変化しても、ｎ本目の第１電極１１に対応する画素電極１４とそれに対向する第２電極１７との間の液晶層２０に印加されている電圧は変化することが無い。
続いて、ｎ本目の第１電極に電圧を印加してから１／（６０×ｋ）ｓｅｃ後に、（ｎ＋１）本目の第１電極１１についても上記と同様の操作を行うことにより、（ｎ＋１）本目の第１電極１１上の画素電極１４とそれぞれに対向する第２電極１７との間の液晶層に所望の電圧が充電される。
これをｋ回順次繰り返すことで、１画面（１フレームまたはフィールド）の表示を行う。ここでは、典型的な例として、１画面（１フレーム）を構成するために必要な時間を１／６０（ｓｅｃ）としている。
なお、図１４に示したように、ｎ本目と（ｎ＋１）本目の第１電極１１に印加される走査電圧の極性を逆にすることが好ましく、高品質の画像を得ることができる。さらに、液晶層２０に同極性の電圧が印加され続けると表示の「焼付け」を起こすので、次の画面（フレーム）を表示するために印加される電圧は、第１電極１１および第２電極１７のそれぞれについて、逆極性とすることが好ましい（フレーム反転駆動またはフィールド反転駆動）。
図５に示した有機ＥＬ表示装置１００Ｂは、例えば、以下のようにして駆動される。第２電極３６側に銅フタロシアニン等の正孔注入層が接続され、画素電極１４側にＡｌｑ３等の発光材料が接続されている場合を例に、双方向二端子素子１２のターンオン電圧を−１５Ｖとし、有機ＥＬ層（発光層）３５に印加する電圧を０〜＋５Ｖの間で任意とした場合の駆動方法を、図１５を参照しながら説明する。
全部でｋ本ある第１電極１１のうちのｎ本目の第１電極１１に双方向二端子素子１２のターンオン電圧である１５Ｖをごく短い時間印加する。双方向二端子素子１２をオン状態にするための電圧（走査電圧）の印加時間は例えば１〜２μｓｅｃである。印加時間がこの程度であれば視認上の問題は無い。これによって、ｎ本目の第１電極１１上にある双方向二端子素子１２がオン状態となり、ｎ本目の第１電極１１に対応して設けられた画素電極１４がｎ本目の第１電極１１と電気的に接続される。なお、ｎ本目の第１電極１１に１５Ｖの電圧をごく短い時間印加した後は、ｎ本目の第１電極１１へ印加する電圧は０Ｖにする。
ｎ本目の第１電極１１に走査電圧が印加されている期間に、第１電極１１と交差する複数の第２電極１７のそれぞれに所望の電圧（信号電圧）を印加する。
ｎ本目の第１電極１１が選択されている期間に、ｎ本目の第１電極１１に接続されたそれぞれの画素電極１４と、これらの画素電極１４のそれぞれに対向する第２電極３６との間の発光層３５に、第２電極３６に印加された所望の電圧に応じた電流が流れ、発光する。
次に、発光を所望の時間後に停止するために、＋５Ｖ程度の電圧をｎ本目の第１電極１１に１〜２μｓｅｃ程度印加することによって、ｎ本目の第１電極１１上の画素電極１４に接続された双方向二端子素子１２に流れる電流が反転もしくは減少し、これにより双方向二端子素子１２がオフ状態になり、発光が停止する。ｎ本目の第１電極１１に−１５Ｖの電圧が印加されてから＋５Ｖの電圧が印加され終わるまでの時間は例えば１／（６０×ｋ）ｓｅｃとする。
続いて、ｎ本目の第１電極１１に電圧を印加してから１／（６０×ｋ）ｓｅｃ後に（ｎ＋１）本目の第１電極１１についても上記と同様の操作を行うことにより、（ｎ＋１）本目の第１電極１１上の画素電極１４とそれぞれに対向する第２電極３６との間の有機ＥＬ層３５が発光する。これをｋ回順次繰り返すことで、１画面（１フレームまたはフィールド）の表示を行う。
第２電極３６にＡｌｑ３等の発光材料が接続され、画素電極１４に銅フタロシアニン等の正孔注入層が接続されている場合には、上記の印加電圧の極性は全て反対の極性とすればよい。
図１０に示した多孔質シリコンを用いた表示装置１００Ｇの場合は、第１電極１１側に負極性の電圧が印加され、第２電極３６側に正極性の電圧が印加されるようにし、上記と同様の駆動方法により、多孔質シリコン層４５を発光させることによって表示をおこうなうことができる。
次に、図６に示したマイクロカプセル型の電気泳動表示装置１００Ｃの駆動方法を図１６を参照しながら説明する。ここでは、双方向二端子素子１２のターンオン電圧を５０Ｖとし、表示媒体層２０（マイクロカプセル３８）に印加する電圧を２０Ｖとする。
全部でｋ本ある第１電極１１のうちのｎ本目の第１電極１１に双方向二端子素子１２のターンオン電圧である−５０Ｖをごく短い時間印加する。双方向二端子素子１２をオン状態にするための電圧（走査電圧）の印加時間は例えば１〜２μｓｅｃである。これによって、ｎ本目の第１電極１１上にある双方向二端子素子１２がオン状態となり、ｎ本目の第１電極１１に対応して設けられた画素電極１４がｎ本目の第１電極１１と電気的に接続される。なお、ｎ本目の第１電極１１に１５Ｖの電圧をごく短い時間印加した後は、ｎ本目の第１電極１１へ印加する電圧は０Ｖにする。
ｎ本目の第１電極１１に走査電圧が印加されている期間（すなわち、ｎ本目の第１電極１１が選択されている期間）に、第１電極１１と交差する複数の第２電極１７のうち白表示を行う画素を含む第２電極１７に２０Ｖを印加する。信号電圧を印加する時間は例えば５００ｍｓｅｃとする。
ｎ本目の第１電極１１が選択されている期間に、ｎ本目の第１電極１１に接続された画素電極１４と、白表示のための電圧が印加された第２電極１７との間のマイクロカプセル３８に、第２電極１７に印加された所望の電圧が充電される。マイクロカプセル３８への充電が十分に行われてくると、それぞれの画素電極１４に接続されている双方向二端子素子１２に流れる電流が小さなり、ある電流値を下回ると双方向二端子素子１２がオフ状態になる。これによりｎ本目の第１電極１１上の画素電極１４とそれぞれに対応する第２電極１７との間のマイクロカプセル３８に充電された電圧が維持され、白表示が行われる。また、双方向二端子素子１２がオフ状態であるので、第２電極１７の電圧が変化しても、ｎ本目の第１電極１１に対応する画素電極１４とそれに対向する第２電極１７との間のマイクロカプセル３８に印加されている電圧は変化することが無い。
ｎ本目の第１電極のうち青表示を行う画素については、ｎ本目の第１電極１１に白表示のための上記電圧を印加してから５００ｍｓｅｃ後に、ｎ本目の第１電極１１に５０Ｖの電圧を印加し、第２電極１７には−２０Ｖの電圧を印加する。信号電圧を印加する時間は上記と同様に５００ｍｓｅｃとする。
ｎ本目の第１電極１１に電圧を印加してから５００×２ｍｓｅｃ後に（ｎ＋１）本目の第１電極１１についても上記と同様の操作を行うことにより、（ｎ＋１）本目の第１電極１１上の画素電極１４とそれぞれに対向する第２電極１７との間のマイクロカプセル３８に所望の電圧が充電される。
これをｋ回順次繰り返すことで、１画面（１フレームまたはフィールド）の表示を行う。１画面（フレーム）を構成するために必要な時間は（５００×２ｋ）ｍｓｅｃである。
図７に示したトナー表示装置１００Ｄは、上述の電気泳動表示装置１００Ｃと同様の駆動方法で駆動される。但し、第２電極１７に信号電圧を印加する時間は１ｍｓｅｃ程度でよい。また、トナー表示装置１００Ｄは白黒表示を行う。
図８に示したツイストボール表示装置１００Ｅも、上述の電気泳動表示装置１００Ｃと同様の駆動方法で駆動される。但し、双方向二端子素子１２のターンオン電圧を２５０Ｖとし、第１電極１１に印加する走査電圧を±２５０Ｖ、第２電極１７に印加する信号電圧を±１００Ｖ、信号電圧の印加時間を１００ｍｓｅｃとすればよい。
図９に示したエレクトロクロミック表示装置１００Ｆも、上述の電気泳動表示装置１００Ｃと同様の駆動方法で駆動される。但し、双方向二端子素子１２のターンオン電圧を１５Ｖとし、第１電極１１に印加する走査電圧を±１５Ｖ、第２電極１７に印加する信号電圧を±５Ｖ、信号電圧の印加時間を５００ｍｓｅｃとすればよい。
図１１に示した光走査型の液晶表示装置１００Ｈの場合、上述した液晶表示装置１００Ａ（図４）と異なり、第１電極１１に走査電圧を印加せず、第１電極１１は常に０Ｖの状態とする。第１電極１１に走査電圧を印加する代わりに、光ファイバ４９に光を導入し、導入された光が高屈折率部４８ａから双方向二端子素子１２に照射され、双方向二端子素子１２がオン状態になる。光によって第１電極１１を選択すること以外は、上記液晶表示装置１００Ａと同様に駆動される。
液晶表示装置以外の他の表示媒体層を使用した表示装置も同様に光走査型表示装置とし、同様に駆動される。
産業上の利用可能性
本発明によると、従来よりも簡便な方法で製造され得るアクティブマトリクス型の表示装置およびそのような表示装置の製造方法が提供される。
また、本発明によると表示装置のスイッチング素子として好適に用いられる双方向二端子素子の簡便な製造方法が提供される。
本発明によると、材料やエネルギーの利用効率が高まるとともに、表示装置の製造工程を簡略化することができ、従来よりも安価なアクティブ型の表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明による実施形態の表示装置１００の模式的な断面図である。
図２は、本発明による実施形態の表示装置１００の模式的な上面図である。
図３（ａ）〜（ｅ）は、本発明による実施形態の表示装置１００の製造方法を説明するための模式的な断面図である。
図４は、本発明による実施形態の液晶表示装置１００Ａの模式的な断面図である。
図５は、本発明による実施形態の有機ＥＬ表示装置１００Ｂの模式的な断面図である。
図６は、本発明による実施形態のマクロカプセル電気泳動表示装置１００Ｃの模式的な断面図である。
図７は、本発明による実施形態のトナー表示装置１００Ｄの模式的な断面図である。
図８は、本発明による実施形態のツイストボール表示装置１００Ｅの模式的な断面図である。
図９は、本発明による実施形態のエレクトロクロミック表示装置１００Ｆの模式的な断面図である。
図１０は、本発明による実施形態の多孔質Ｓｉを用いた表示装置１００Ｇの模式的な断面図である。
図１１は、本発明による実施形態の光走査型液晶表示装置１００Ｈの模式的な断面図である。
図１２（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の実施形態による双方向二端子素子１２および１２’の模式的な断面図である。
図１３（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ本発明の実施形態による双方向二端子素子１２および１２’の製造工程を説明するための模式的な断面図である。
図１４は、液晶表示装置１００Ａの駆動方法を説明するための電気信号の波形およびタイミングを示す図である。
図１５は、有機ＥＬ表示装置１００Ｂの駆動方法を説明するための電気信号の波形およびタイミングを示す図である。
図１６は、マイクロカプセル型の電気泳動表示装置１００Ｃの駆動方法を説明するための電気信号の波形およびタイミングを示す図である。
図１７は、本発明による実施形態の表示装置１０１の模式的な上面図である。
図１８（ａ）〜（ｄ）は、本発明による実施形態の表示装置１０１の製造方法を説明するための模式的な断面図である。
図１９（ａ）〜（ｆ）は、本発明による実施形態の表示装置１０１の製造方法を説明するための模式的な断面図である。
図２０（ａ）〜（ｆ）は、本発明による実施形態の表示装置１０１の製造方法を説明するための模式的な断面図である。
図２１（ａ）〜（ｈ）は、本発明による実施形態の表示装置１０１の製造方法を説明するための模式的な断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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