(57)【要約】【課題】大型のフラットパネルディスプレイに好適に用いられる能動素子およびそれを備えた発光素子ならびに表示装置を提供する。【解決手段】第１方向Ｄ１に沿って所定の間隔で配置され、互いの間で放電を発生させるカソード電極１およびアノード電極２と、これらの間に流れる放電電流の大きさを制御する放電制御電極３であって、その電位に応じて放電電流の大きさを制御する放電制御電極３とを備えた能動素子である。放電制御電極３は、カソード電極１とアノード電極２との間で発生する放電の経路１０１の側方に設けられ、カソード電極１とアノード電極２との電位差に応じて生成される電位構造に対して放電制御電極３の電位が及ぼす影響の強さが、第１方向Ｄ１に略直交する第２方向Ｄ２に沿って変化する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１方向に沿って所定の間隔で配置され、互いの間で放電を発生させるカソード電極およびアノード電極と、
前記カソード電極と前記アノード電極との間に流れる放電電流の大きさを制御する放電制御電極であって、その電位に応じて放電電流の大きさを制御する放電制御電極と、を備え、
前記放電制御電極は、前記カソード電極と前記アノード電極との間で発生する放電の経路の側方に設けられ、
前記カソード電極と前記アノード電極との電位差に応じて生成される電位構造に対して前記放電制御電極の電位が及ぼす影響の強さが、前記第１方向に略直交する第２方向に沿って変化する、能動素子。
【請求項２】
前記カソード電極および前記アノード電極は、前記第２方向に平行に長手方向が規定される形状を有する、請求項１に記載の能動素子。
【請求項３】
第１方向に沿って所定の間隔で配置され、互いの間で放電を発生させるカソード電極およびアノード電極と、
前記カソード電極と前記アノード電極との間に流れる放電電流の大きさを制御する放電制御電極であって、その電位に応じて放電電流の大きさを制御する放電制御電極と、を備え、
前記カソード電極および前記アノード電極は、前記第１方向に略直交する第２方向に平行に長手方向が規定される形状を有し、
前記放電制御電極は、前記カソード電極および前記アノード電極から、前記第２方向に沿って離れた位置に設けられている、能動素子。
【請求項４】
前記放電制御電極は、前記第１方向に平行に長手方向が規定される形状を有する、請求項１から３のいずれかに記載の能動素子。
【請求項５】
前記カソード電極と前記アノード電極との間の距離ｄ1、前記カソード電極と前記放電制御電極との間の距離ｄ2、および、前記アノード電極と前記放電制御電極との間の距離ｄ3が、ｄ1＜ｄ2かつｄ1＜ｄ3の関係を満足する請求項１から４のいずれかに記載の能動素子。
【請求項６】
前記カソード電極と前記放電制御電極との間の距離ｄ2と、前記アノード電極と前記放電制御電極との間の距離ｄ3とが略等しい、請求項１から５のいずれかに記載の能動素子。
【請求項７】
互いの間で放電を発生させるカソード電極およびアノード電極と、
前記カソード電極と前記アノード電極との間に流れる放電電流の大きさを制御する放電制御電極であって、その電位に応じて放電電流の大きさを制御する放電制御電極と、を備え、
前記カソード電極と前記アノード電極との間の距離ｄ1、前記カソード電極と前記放電制御電極との間の距離ｄ2、および、前記アノード電極と前記放電制御電極との間の距離ｄ3が、ｄ1＜ｄ2かつｄ1＜ｄ3の関係を満足し、
前記カソード電極と前記放電制御電極との間の距離ｄ2と、前記アノード電極と前記放電制御電極との間の距離ｄ3とが略等しい、能動素子。
【請求項８】
前記カソード電極と、前記アノード電極と、前記放電制御電極とが略同一平面上に設けられている、請求項１から７のいずれかに記載の能動素子。
【請求項９】
前記放電制御電極は、前記カソード電極と前記アノード電極との間に位置しないように設けられている、請求項１から８のいずれかに記載の能動素子。
【請求項１０】
前記カソード電極と前記放電制御電極との間の距離ｄ2と、前記カソード電極と前記アノード電極との間の最長距離ｄ1’とが、ｄ2≧ｄ1’の関係を満足する、請求項１から９のいずれかに記載の能動素子。
【請求項１１】
少なくとも前記カソード電極と前記アノード電極との間にイオン化可能な放電ガスをさらに備える、請求項１から１０のいずれかに記載の能動素子。
【請求項１２】
前記放電ガスの圧力は、前記カソード電極と前記アノード電極との間における放電開始電圧よりも、前記カソード電極と前記放電制御電極との間における放電開始電圧が高くなるように設定されている、請求項１１に記載の能動素子。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれかに記載の能動素子と、前記能動素子の近傍に配置された蛍光体層とを備えた発光素子。
【請求項１４】
マトリクス状に配列された複数の画素を有し、
前記複数の画素ごとに設けられた請求項１３に記載の発光素子と、
前記発光素子が有する前記能動素子の前記カソード電極に電気的に接続された走査配線と、
前記能動素子の前記放電制御電極に電気的に接続された信号配線と、
を備えた表示装置。
【請求項１５】
マトリクス状に配列された複数の画素を有し、
前記複数の画素ごとに設けられた請求項１から１２のいずれかに記載の能動素子と、
前記能動素子の前記カソード電極に電気的に接続された走査配線と、
前記能動素子の前記放電制御電極に電気的に接続された信号配線と、
前記能動素子の前記アノード電極に電気的に接続された画素電極と、
前記画素電極に対向する対向電極と、
前記画素電極と前記対向電極との間に設けられた表示媒体層と、
を備えた表示装置。
【請求項１６】
前記放電制御電極に入力された電気信号を増幅して前記カソード電極から出力する増幅素子として機能する、請求項１から１２のいずれかに記載の能動素子。
【請求項１７】
前記複数の画素を駆動するための信号を出力する駆動回路と、
前記駆動回路から出力される信号を増幅して前記複数の画素に供給する複数の増幅素子とをさらに備え、
前記複数の増幅素子のそれぞれは請求項１６に記載の能動素子である請求項１４または１５に記載の表示装置。
【請求項１８】
マトリクス状に配列された複数の画素を有し、
前記マトリクスの行方向または列方向に沿って延びる複数の放電セルと、
前記複数の画素を駆動するための信号を出力する駆動回路と、
前記駆動回路から出力される信号を増幅して前記複数の画素に供給する複数の増幅素子と、を備えたプラズマディスプレイパネルまたはプラズマアドレス液晶表示装置であり、
前記複数の増幅素子のそれぞれは請求項１６に記載の能動素子である表示装置。
【請求項１９】
前記複数の増幅素子は、前記駆動回路から出力される信号を直接増幅する第１の増幅素子と、前記第１の増幅素子で増幅された信号をさらに増幅する第２の増幅素子とを含む請求項１７または１８に記載の表示装置。
【請求項２０】
互いの間で放電を発生させるカソード電極およびアノード電極と、
前記カソード電極と前記アノード電極との間に流れる放電電流の大きさを制御する第１および第２放電制御電極であって、それらの電位に応じて放電電流の大きさを制御する第１および第２放電制御電極と、を備え、
前記第１放電制御電極は、前記第２放電制御電極よりも、前記カソード電極と前記アノード電極との間で発生する放電の経路に近い、能動素子。
【請求項２１】
前記第１放電制御電極は、前記カソード電極と前記アノード電極との間に設けられている、請求項２０に記載の能動素子。
【請求項２２】
前記第２放電制御電極は、前記カソード電極と前記アノード電極との間で発生する放電の経路の側方に設けられている、請求項２０または２１に記載の能動素子。
【請求項２３】
前記カソード電極および前記アノード電極は、第１方向に沿って所定の間隔で配置され、前記第１方向に略直交する第２方向に平行に長手方向が規定される形状を有し、
前記第２放電制御電極は、前記カソード電極および前記アノード電極から、前記第２方向に沿って離れた位置に設けられている、請求項２０から２２のいずれかに記載の能動素子。
【請求項２４】
前記第１放電制御電極は、前記第２方向に平行に長手方向が規定される形状を有する、請求項２３に記載の能動素子。
【請求項２５】
前記第２放電制御電極は、前記第１方向に平行に長手方向が規定される形状を有する、請求項２３または２４に記載の能動素子。
【請求項２６】
前記カソード電極と前記アノード電極との間の距離ｄ4、前記カソード電極と前記第２放電制御電極との間の距離ｄ5、および、前記アノード電極と前記第２放電制御電極との間の距離ｄ6が、ｄ4＜ｄ5かつｄ4＜ｄ6の関係を満足する請求項２０から２５のいずれかに記載の能動素子。
【請求項２７】
前記カソード電極と前記第２放電制御電極との間の距離ｄ5と、前記アノード電極と前記第２放電制御電極との間の距離ｄ6とが略等しい、請求項２０から２６のいずれかに記載の能動素子。
【請求項２８】
前記カソード電極と、前記アノード電極と、前記第１および第２放電制御電極とが略同一平面上に設けられている、請求項２０から２７のいずれかに記載の能動素子。
【請求項２９】
前記第２放電制御電極は、前記カソード電極と前記アノード電極との間に位置しないように設けられている、請求項２０から２８のいずれかに記載の能動素子。
【請求項３０】
前記カソード電極と前記第２放電制御電極との間の距離ｄ5と、前記カソード電極と前記アノード電極との間の最長距離ｄ4’とが、ｄ5≧ｄ4’の関係を満足する、請求項２０から２９のいずれかに記載の能動素子。
【請求項３１】
少なくとも前記カソード電極と前記アノード電極との間にイオン化可能な放電ガスをさらに備える、請求項２０から３０のいずれかに記載の能動素子。
【請求項３２】
前記放電ガスの圧力は、前記カソード電極と前記アノード電極との間における放電開始電圧よりも、前記カソード電極と前記第２放電制御電極との間における放電開始電圧が高くなるように設定されている、請求項３１に記載の能動素子。
【請求項３３】
請求項２０から３２のいずれかに記載の能動素子と、前記能動素子の近傍に配置された蛍光体層とを備えた発光素子。
【請求項３４】
マトリクス状に配列された複数の画素を有し、
前記複数の画素ごとに設けられた請求項３３に記載の発光素子と、
前記発光素子が有する前記能動素子の前記第１放電制御電極に電気的に接続された走査配線と、
前記能動素子の前記第２放電制御電極に電気的に接続された信号配線と、
を備えた表示装置。
【請求項３５】
マトリクス状に配列された複数の画素を有し、
前記複数の画素ごとに設けられた請求項２０から３２のいずれかに記載の能動素子と、
前記能動素子の前記第１放電制御電極に電気的に接続された走査配線と、
前記能動素子の前記第２放電制御電極に電気的に接続された信号配線と、
前記能動素子の前記アノード電極に電気的に接続された画素電極と、
前記画素電極に対向する対向電極と、
前記画素電極と前記対向電極との間に設けられた表示媒体層と、
を備えた表示装置。
【請求項３６】
前記表示媒体層は液晶層である請求項１５、１７、１８、１９および３５のいずれかに記載の表示装置。
【請求項３７】
前記表示媒体層は有機エレクトロルミネッセンス材料層である請求項１５、１７、１８、１９および３５のいずれかに記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、能動素子およびそれを備えた発光素子ならびに表示装置に関し、特に、大型の表示装置に好適に用いられる能動素子およびそれを備えた発光素子ならびに表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像表示装置は、コンピュータやテレビジョンなどの表示部として、現在広く用いられている。画像表示装置の代表例としては、例えば、陰極線管（CRT；cathode ray tube）ディスプレイ、液晶ディスプレイ、有機電界発光（EL；electro luminescence）ディスプレイ、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）が知られている。
【０００３】
近年では、従来非常に広く用いられてきたＣＲＴディスプレイにかわり、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ、ＰＤＰなどのフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）が幅広く利用されるようになってきている。その理由は、ＦＰＤが軽量・薄型であるため携帯性や省スペース性に優れるからである。
【０００４】
これまで、ＦＰＤにおいてアクティブマトリクス駆動を実現するために、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が能動素子として、ＴＦＴ基板がアドレス装置として広く用いられてきた。
【０００５】
ＴＦＴ基板上にマトリクス状に配列されたＴＦＴは、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極を備えており、ゲート電極およびソース電極にそれぞれゲート信号およびアドレス信号が供給されて線順次走査されることによって画像の２次元情報を正確に表現する。このような画像の表示方法は、アクティブマトリクス型駆動法と呼ばれる。
【０００６】
このＴＦＴ基板は、絶縁性基板上に、半導体膜や絶縁膜あるいは導体膜などをプラズマ励起化学蒸着装置、スパッタリング装置、ドライエッチング装置等の真空装置を用いて堆積・パターニングすることによって製造される。ＴＦＴ基板は、このように複雑で多くの製造工程を経て製造されるので、高価である。特に、大型の基板を作製するためには、非常に高価な大型の真空装置が必要とされるので、製造コストがさらに高くなる。ここで、大型の基板とは、主に対角２０インチ以上の大きさの基板を指し、このような大型の基板を備えるディスプレイを大型のディスプレイとよぶ。
【０００７】
近年では、大型（対角２０インチ以上）且つ薄型のテレビジョンを実現するために大型のＦＰＤの開発が望まれており、現在の大型ＦＰＤ市場では、高価で大型化が困難なＴＦＴ基板に代わるものとしてＰＤＰが広まり出している。
【０００８】
ＰＤＰは、単純マトリクス型の駆動法で駆動される（例えば特許文献１参照）。つまり、ＰＤＰでは、列方向に延びる配線と行方向に延びる配線とは単純に交差しているだけであり、これらの交点に能動素子は存在しない。そして、これらの交点に放電を起こすか起こさないかで１画素分の表示が実現される。階調表示を行うためには、幅の異なる放電パルスを組み合わせて用いるパルス幅変調法という手法が採用されている。
【特許文献１】特開昭６３−１５１９９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、ＰＤＰでは、パルス幅変調法により階調表示を行うので、以下のような問題があった。
【００１０】
パルス幅変調法では、例えば８ビット表示を行うためには、表示の１周期（１６ｍｓｅｃ）を８つの区間に分割してその１区間をさらにアドレス期間と表示期間とに分け、アドレス期間に各画素に表示のオンオフ情報を書き込む、という方法が用いられている。従って、表示期間の長さが、８つのアドレス期間によって制限されてしまい、表示装置としての輝度を高くすることができない。
【００１１】
また、表示階調を１０ビットに上げたり、画面を高精細化したりすると、アドレス期間が長くなりさらに表示期間の長さが減少するので、十分な輝度を得ることができない。従って、高画質化に対応することが非常に困難である。
【００１２】
さらに、外部に取り付ける駆動回路が非常に複雑となるので、製造コストが高くなってしまうという問題もある。
【００１３】
このような問題を解決するために、特開２００１−３５０４４５号公報は、アドレス期間に電極上に蓄えられる電荷量を調整することによって、１つの表示期間をさらに複数の期間に分けてオンオフの切り替えをする手法を開示している。この手法によると、十分な輝度を確保しつつ階調数を多くすることができる。
【００１４】
しかしながら、この手法では、駆動回路がさらに複雑になるので、階調数の増加と駆動回路の単純化とがトレードオフの関係となってしまう。
【００１５】
一方、ＴＦＴ基板を用いて液晶層や有機ＥＬ層を表示媒体として用いる場合には、アクティブマトリクス駆動法が採用されているので上記のような問題は発生しないが、先に述べたように作製そのものに非常に手間がかかり、大型化が困難であるので、設備投資の額やパネルコストの低減が難しい。
【００１６】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、大型のフラットパネルディスプレイに好適に用いられる能動素子およびそれを備えた発光素子ならびに表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明による能動素子は、第１方向に沿って所定の間隔で配置され、互いの間で放電を発生させるカソード電極およびアノード電極と、前記カソード電極と前記アノード電極との間に流れる放電電流の大きさを制御する放電制御電極であって、その電位に応じて放電電流の大きさを制御する放電制御電極と、を備え、前記放電制御電極は、前記カソード電極と前記アノード電極との間で発生する放電の経路の側方に設けられ、前記カソード電極と前記アノード電極との電位差に応じて生成される電位構造に対して前記放電制御電極の電位が及ぼす影響の強さが、前記第１方向に略直交する第２方向に沿って変化する構成を有しており、そのことによって上記目的が達成される。
【００１８】
前記カソード電極および前記アノード電極は、前記第２方向に平行に長手方向が規定される形状を有することが好ましい。
【００１９】
あるいは、本発明による能動素子は、第１方向に沿って所定の間隔で配置され、互いの間で放電を発生させるカソード電極およびアノード電極と、前記カソード電極と前記アノード電極との間に流れる放電電流の大きさを制御する放電制御電極であって、その電位に応じて放電電流の大きさを制御する放電制御電極と、を備え、前記カソード電極および前記アノード電極は、前記第１方向に略直交する第２方向に平行に長手方向が規定される形状を有し、前記放電制御電極は、前記カソード電極および前記アノード電極から、前記第２方向に沿って離れた位置に設けられており、そのことによって上記目的が達成される。
【００２０】
前記放電制御電極は、前記第１方向に平行に長手方向が規定される形状を有することが好ましい。
【００２１】
前記カソード電極と前記アノード電極との間の距離ｄ1、前記カソード電極と前記放電制御電極との間の距離ｄ2、および、前記アノード電極と前記放電制御電極との間の距離ｄ3が、ｄ1＜ｄ2かつｄ1＜ｄ3の関係を満足することが好ましい。
【００２２】
前記カソード電極と前記放電制御電極との間の距離ｄ2と、前記アノード電極と前記放電制御電極との間の距離ｄ3とが略等しいことが好ましい。
【００２３】
あるいは、本発明による能動素子は、互いの間で放電を発生させるカソード電極およびアノード電極と、前記カソード電極と前記アノード電極との間に流れる放電電流の大きさを制御する放電制御電極であって、その電位に応じて放電電流の大きさを制御する放電制御電極と、を備え、前記カソード電極と前記アノード電極との間の距離ｄ1、前記カソード電極と前記放電制御電極との間の距離ｄ2、および、前記アノード電極と前記放電制御電極との間の距離ｄ3が、ｄ1＜ｄ2かつｄ1＜ｄ3の関係を満足し、前記カソード電極と前記放電制御電極との間の距離ｄ2と、前記アノード電極と前記放電制御電極との間の距離ｄ3とが略等しい構成を有し、そのことによって上記目的が達成される。
【００２４】
前記カソード電極と、前記アノード電極と、前記放電制御電極とが略同一平面上に設けられていることが好ましい。
【００２５】
前記放電制御電極は、前記カソード電極と前記アノード電極との間に位置しないように設けられていることが好ましい。
【００２６】
前記カソード電極と前記放電制御電極との間の距離ｄ2と、前記カソード電極と前記アノード電極との間の最長距離ｄ1’とが、ｄ2≧ｄ1’の関係を満足することが好ましい。
【００２７】
本発明による能動素子は、典型的には、少なくとも前記カソード電極と前記アノード電極との間にイオン化可能な放電ガスをさらに備えている。
【００２８】
前記放電ガスの圧力は、前記カソード電極と前記アノード電極との間における放電開始電圧よりも、前記カソード電極と前記放電制御電極との間における放電開始電圧が高くなるように設定されていることが好ましい。
【００２９】
本発明による発光素子は、上記の構成を有する能動素子と、前記能動素子の近傍に配置された蛍光体層とを備えており、そのことによって上記目的が達成される。
【００３０】
本発明による表示装置は、マトリクス状に配列された複数の画素を有し、前記複数の画素ごとに設けられた上記構成を有する発光素子と、前記発光素子が有する前記能動素子の前記カソード電極に電気的に接続された走査配線と、前記能動素子の前記放電制御電極に電気的に接続された信号配線と、を備えており、そのことによって上記目的が達成される。
【００３１】
あるいは、本発明による表示装置は、マトリクス状に配列された複数の画素を有し、前記複数の画素ごとに設けられた上記構成を有する能動素子と、前記能動素子の前記カソード電極に電気的に接続された走査配線と、前記能動素子の前記放電制御電極に電気的に接続された信号配線と、前記能動素子の前記アノード電極に電気的に接続された画素電極と、前記画素電極に対向する対向電極と、前記画素電極と前記対向電極との間に設けられた表示媒体層と、を備えており、そのことによって上記目的が達成される。
【００３２】
ある好適な実施形態において、本発明による能動素子は、前記放電制御電極に入力された電気信号を増幅して前記カソード電極から出力する増幅素子として機能する。
【００３３】
本発明による表示装置は、前記複数の画素を駆動するための信号を出力する駆動回路と、前記駆動回路から出力される信号を増幅して前記複数の画素に供給する複数の増幅素子とをさらに備え、前記複数の増幅素子のそれぞれが増幅素子として機能する上記の能動素子である構成を有してもよい。
【００３４】
また、本発明による表示装置は、マトリクス状に配列された複数の画素を有し、前記マトリクスの行方向または列方向に沿って延びる複数の放電セルと、前記複数の画素を駆動するための信号を出力する駆動回路と、前記駆動回路から出力される信号を増幅して前記複数の画素に供給する複数の増幅素子と、を備えたプラズマディスプレイパネルまたはプラズマアドレス液晶表示装置であり、前記複数の増幅素子のそれぞれが増幅素子として機能する上記の能動素子である構成を有してもよい。
【００３５】
前記複数の増幅素子は、前記駆動回路から出力される信号を直接増幅する第１の増幅素子と、前記第１の増幅素子で増幅された信号をさらに増幅する第２の増幅素子とを含んでもよい。
【００３６】
また、本発明による能動素子は、互いの間で放電を発生させるカソード電極およびアノード電極と、前記カソード電極と前記アノード電極との間に流れる放電電流の大きさを制御する第１および第２放電制御電極であって、それらの電位に応じて放電電流の大きさを制御する第１および第２放電制御電極と、を備え、前記第１放電制御電極は、前記第２放電制御電極よりも、前記カソード電極と前記アノード電極との間で発生する放電の経路に近い構成を有しており、そのことによって上記目的が達成される。
【００３７】
前記第１放電制御電極は、前記カソード電極と前記アノード電極との間に設けられていることが好ましい。
【００３８】
前記第２放電制御電極は、前記カソード電極と前記アノード電極との間で発生する放電の経路の側方に設けられていることが好ましい。
【００３９】
前記カソード電極および前記アノード電極は、第１方向に沿って所定の間隔で配置され、前記第１方向に略直交する第２方向に平行に長手方向が規定される形状を有し、前記第２放電制御電極は、前記カソード電極および前記アノード電極から、前記第２方向に沿って離れた位置に設けられていることが好ましい。
【００４０】
前記第１放電制御電極は、前記第２方向に平行に長手方向が規定される形状を有することが好ましい。
【００４１】
前記第２放電制御電極は、前記第１方向に平行に長手方向が規定される形状を有することが好ましい。
【００４２】
前記カソード電極と前記アノード電極との間の距離ｄ4、前記カソード電極と前記第２放電制御電極との間の距離ｄ5、および、前記アノード電極と前記第２放電制御電極との間の距離ｄ6が、ｄ4＜ｄ5かつｄ4＜ｄ6の関係を満足することが好ましい。
【００４３】
前記カソード電極と前記第２放電制御電極との間の距離ｄ5と、前記アノード電極と前記第２放電制御電極との間の距離ｄ6とが略等しいことが好ましい。
【００４４】
前記カソード電極と、前記アノード電極と、前記第１および第２放電制御電極とが略同一平面上に設けられていることが好ましい。
【００４５】
前記第２放電制御電極は、前記カソード電極と前記アノード電極との間に位置しないように設けられていることが好ましい。
【００４６】
前記カソード電極と前記第２放電制御電極との間の距離ｄ5と、前記カソード電極と前記アノード電極との間の最長距離ｄ4’とが、ｄ5≧ｄ4’の関係を満足することが好ましい。
【００４７】
本発明による能動素子は、典型的には、少なくとも前記カソード電極と前記アノード電極との間にイオン化可能な放電ガスをさらに備えている。
【００４８】
前記放電ガスの圧力は、前記カソード電極と前記アノード電極との間における放電開始電圧よりも、前記カソード電極と前記第２放電制御電極との間における放電開始電圧が高くなるように設定されていることが好ましい。
【００４９】
本発明による発光素子は、上記構成を有する能動素子と、前記能動素子の近傍に配置された蛍光体層とを備えており、そのことによって上記目的が達成される。
【００５０】
本発明による表示装置は、マトリクス状に配列された複数の画素を有し、前記複数の画素ごとに設けられた上記構成を有する発光素子と、前記発光素子が有する前記能動素子の前記第１放電制御電極に電気的に接続された走査配線と、前記能動素子の前記第２放電制御電極に電気的に接続された信号配線と、を備えており、そのことによって上記目的が達成される。
【００５１】
あるいは、本発明による表示装置は、マトリクス状に配列された複数の画素を有し、前記複数の画素ごとに設けられた上記構成を有する能動素子と、前記能動素子の前記第１放電制御電極に電気的に接続された走査配線と、前記能動素子の前記第２放電制御電極に電気的に接続された信号配線と、前記能動素子の前記アノード電極に電気的に接続された画素電極と、前記画素電極に対向する対向電極と、前記画素電極と前記対向電極との間に設けられた表示媒体層と、を備えており、そのことによって上記目的が達成される。
【００５２】
前記表示媒体層は液晶層であってもよい。
【００５３】
前記表示媒体層は有機エレクトロルミネッセンス材料層であってもよい。
【発明の効果】
【００５４】
本発明によると、製造が容易で優れた素子特性を有する能動素子が提供される。本発明による能動素子は、発光素子や表示装置を含む各種の電子デバイスに好適に用いられ、特に大型のフラットパネルディスプレイに好適に用いられる。
【００５５】
本発明による能動素子、それを備えた発光素子および表示装置は、スクリーン印刷法などの厚膜形成法を用いて製造することができるので、製造コストの低減が可能であり、また、表示装置の大型化も容易に実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
まず、本発明による「第１の能動素子」と、本発明による「第２の能動素子」とに共通する基本的な構成とその作用・効果を説明する。
【００５７】
本発明による能動素子（第１および第２の能動素子）は、互いの間で放電を発生させるカソード電極およびアノード電極（これらを統括して「一対の放電発生電極」とも呼ぶ。）と、これらの間に流れる放電電流の大きさを制御する放電制御電極とを備えている。
【００５８】
カソード電極とアノード電極とは、ある方向に沿って所定の間隔で配置されている。カソード電極とアノード電極との間に所定の電位差が与えられると、その電位差に応じた電位構造（電気力線や等電位面の分布であらわされる）がこれらの間に形成され、この電位構造に応じて放電の発生の有無および放電電流の大きさが決定される。この電位構造は、放電制御電極の電位によって変化する（乱される）ので、カソード電極とアノード電極とが導通している状態（これらの間に放電電流が流れている状態）と、導通していない状態（これらの間に放電電流が流れていない状態）とを切り替えることができ、また、カソード電極とアノード電極との間に流れる放電電流の大きさを変化させることができる。すなわち、放電制御電極の電位に応じて（より厳密には、カソード電極、アノード電極および放電制御電極間の相対的な電位の高低関係に応じて）、放電電流の大きさを制御することができる。
【００５９】
本発明による能動素子は、例えば、アノード電極を受動素子に電気的に接続されることによって、受動素子への電荷や電流の供給を制御するスイッチング素子として機能する。ここでいう受動素子は、例えば、一対の電極とそれらの間に挟持された液晶層とから構成される液晶容量や、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子である。あるいは、本発明による能動素子は、その近傍に蛍光体層を備えていることによって、プラズマ放電により蛍光体層を発光させる発光素子として機能する。
【００６０】
従来能動素子として用いられてきた薄膜トランジスタは、ゲート電極、ゲート絶縁膜、半導体層、ソース電極およびドレイン電極などの薄膜が多数積層されて構成されている。これに対して、本発明による能動素子は、上述したように簡単で簡素な構成を有しているので、簡便な製造プロセスで製造することができる。
【００６１】
また、薄膜トランジスタが半導体層を流れる電流を制御するのに対して、本発明による能動素子は、放電電流を制御するので、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のようにオフ電流が発生することがない。
【００６２】
さらに、カソード電極、アノード電極および放電制御電極が絶縁膜を介して互いに重ならない構成とすることが容易であり、これらが重なった部分に形成される容量に起因する電気信号の遅延やなまりの発生を防止することができる。
【００６３】
本発明による能動素子は、上述したような利点を有しているため、大型の表示装置（例えばフラットディスプレイパネル）に好適に用いることができる。
【００６４】
次に、本発明による「第１の能動素子」に特有の構成を説明する。
【００６５】
本願発明者は、一対の放電発生電極と放電制御電極との相対的な配置関係と、放電の制御の容易さとの関係を詳細に検討した。その結果、放電制御電極を所定の位置、より具体的には、放電の経路の側方で、且つ、放電発生電極間に生成される電位構造に対して放電制御電極の電位が及ぼす影響の強さが放電発生電極の配列方向に略直交する方向に沿って変化するような位置に設けることによって、放電電流の大きさを容易にかつ効果的に制御できることを見出した。本発明による「第１の能動素子」は、上記知見に基づいて想到されたものである。なお、本願明細書において、「放電経路の側方」は、放電経路から、放電電流が流れる方向（カソード電極とアノード電極との電位差に応じて生成される電気力線に平行な方向）に略直交する方向に沿って離れた領域を指すものとする。
【００６６】
本発明による「第１の能動素子」では、放電制御電極が放電経路の側方に設けられ、且つ、カソード電極とアノード電極との電位差に応じて生成される電位構造に対して放電制御電極の電位が及ぼす影響の強さが、カソード電極およびアノード電極の配列方向（「第１方向」と称する。）に略直交する方向（「第２方向」と称する。）に沿って変化する。従って、カソード電極とアノード電極との電位差に応じて生成される電気力線（第１方向に平行であり、第２方向に沿って複数並ぶ）に対して放電制御電極が及ぼす影響の強さが第２方向（電気力線の並ぶ方向）に沿って変化する。そのため、カソード電極とアノード電極との間に生成される電気力線の数（すなわち電界強度）を容易にかつ効果的に制御することができ、その結果、放電電流の大きさを容易にかつ効果的に制御することができる。
【００６７】
「第１の能動素子」は、例えば、カソード電極およびアノード電極が、第２方向に平行に長手方向が規定される形状を有し、放電制御電極が、カソード電極およびアノード電極から第２方向に沿って離れた位置に設けられている構成を採用することによって実現される。
【００６８】
また、「第１の能動素子」は、カソード電極とアノード電極との間の距離ｄ1、カソード電極と放電制御電極との間の距離ｄ2、および、アノード電極と放電制御電極との間の距離ｄ3が、ｄ1＜ｄ2かつｄ1＜ｄ3の関係を満足し、カソード電極と放電制御電極との間の距離ｄ2と、アノード電極と放電制御電極との間の距離ｄ3とが略等しい構成を採用することによっても実現される。
【００６９】
続いて、本発明による「第２の能動素子」に特有の構成を説明する。
【００７０】
本願発明者は、さらに詳細な検討を重ねた結果、放電経路の近傍に放電制御電極を設けるとともに、放電経路から比較的離れた位置にさらなる放電制御電極を設けることによって、放電電流の制御を容易かつ効果的に行うことができることを見出した。本発明による「第２の能動素子」は、本願発明者が見出した上記知見に基づいて想到されたものである。
【００７１】
本発明による「第２の能動素子」は、放電制御電極として「第１放電制御電極」と「第２放電制御電極」とを有しており、「第１放電制御電極」は、「第２放電制御電極」よりも放電経路に近い。従って、放電経路に近い第１放電制御電極によって専ら放電電流のオン／オフ制御を行い、放電経路に遠い第２放電制御電極によって放電電流の大きさをなめらかに制御することができる。そのため、放電電流の制御を容易かつ効果的に行うことができる。さらに、放電発生電極間に印加する放電発生電圧として直流定電圧を用い、第１放電制御電極および第２放電制御電極に印加する第１放電制御電圧および第２放電制御電圧として比較的低い電圧を用いた駆動が可能になるので、高電圧をパルス的に印加できる高耐圧ドライバを電源として用いる必要がなく、製造コストを低減することができる。
【００７２】
ここで、本発明による能動素子において制御される放電現象（プラズマ現象）を説明する。「放電」とは、電極間に電圧を印加することによってガスが充満している空間に生ずる絶縁破壊現象であり、放電発生後はこの空間には正イオンと電子とがほぼ等量存在するプラズマ状態が現れる。そして、「放電電流」とは、そのようなプラズマ状態（放電状態）において、正電荷をもつ正イオンおよび負電荷をもつ電子がキャリアとしての役割を果たす電流のことである。
【００７３】
以下、放電現象（プラズマ現象）をより詳しく説明する。
【００７４】
ガスが充満している空間の電界値（通常、電界値／ガス圧力という値が用いられる）が大きくなり、空間に存在する電子が加速されてガス原子（分子）に衝突することによって正イオンと電子とが生じる現象と、空間に存在する正イオンが負電位側の電極（カソード電極）表面に衝突して２次電子が発生する現象とが組合わされることによって、正イオンと電子とが生成され、それぞれの粒子は空間に存在する電界によって互いに逆方向に移動する。粒子の移動（電流のキャリアの移動）の形態としては、このような電界によるドリフト現象の他、粒子の不均一分布に起因する拡散現象も存在する。
【００７５】
上述したような放電電流の流れ方は、同じように空間に電流を流す真空管や電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）とは異なる機構である。真空管では、熱せられたフィラメントから放出された電子が電流のキャリアとなる。また、ＦＥＤでは、鋭利なカソード電極から電界放出を利用して引き出された電子が電流のキャリアとなる。
【００７６】
真空管やＦＥＤと比較して、放電（プラズマ）が異なる点は他にもあり、その例として、電流が流れる空間に存在する電気力線や等電位面の分布の様子が挙げられる。真空管やＦＥＤでは、電子流の引き出し用電極近傍を除いてはカソード電極とアノード電極（正電位側の電極）との間を電気力線はほぼ直線状に存在する必要があり、そのような電気力線に沿って電子が移動する。従って、カソード電極およびアノード電極は基本的には互いに対向するように設けられている必要がある。また、等電位面は、カソード電極とアノード電極との間の空間にほぼ等間隔で存在している。
【００７７】
これに対して、放電（プラズマ）の場合は、電気力線はカソード電極とアノード電極との間を結ぶものの、その形状が直線状である必要はなく、例えばアーチ状（後述する図１などを参照）であってもよい。また、等電位面はカソード近傍に偏って多く、すなわち、等電位面の間隔がカソード近傍で短く、その部分で電位勾配が急で電界が強いという放電特有の分布となる。
【００７８】
放電（プラズマ）の場合には、上述したような独特の電位構造が形成されるので、逆に言うと、そのような電位構造が維持できなければ放電は発生しない。このような放電現象の特性を利用すると、外部からの外乱電位の印加によって放電を制御することが可能になる。なお、真空管やＦＥＤでは、電極間の電位構造が多少変化しても電流は依然として流れる。
【００７９】
また、放電（プラズマ）状態では、正電荷をもつ正イオンと負電荷をもつ電子とが等量存在するので、巨視的に見た場合には電気的に中性の状態となっている。つまり、電気的に安定な状態が実現されている。これに対して、真空管やＦＥＤでは、電子のみが存在するので、適切に電子の流れを制御しないと電子同士の負電荷が反発し合って電子流が膨張してしまう。つまり、真空管やＦＥＤでは、電子が流れている状態は、電気的に不安定な状態であり、電流を十分に得るためには、高電圧で電子を加速する必要が生じてしまう。
【００８０】
以下、図面を参照しながら、本発明による実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００８１】
（実施形態１）
まず、図１（ａ）および（ｂ）を参照しながら本発明による実施形態１の能動素子１００の構造を説明する。図１（ａ）は、能動素子１００を模式的に示す斜視図であり、図１（ｂ）は、能動素子１００を模式的に示す上面図である。
【００８２】
能動素子１００は、図１（ａ）および（ｂ）に示すように、互いの間で放電を発生させるカソード電極１およびアノード電極２と、カソード電極１とアノード電極２との間に流れる放電電流の大きさを制御する放電制御電極３とを備えている。カソード電極１とアノード電極２との間に流れる放電電流の大きさは、後述するように放電制御電極３の電位に応じて制御される。なお、図１（ａ）において参照符号１０１は、カソード電極１とアノード電極２との間で放電が発生している様子（放電の経路）を模式的に示している。
【００８３】
カソード電極１とアノード電極２とは、ある方向（第１方向）Ｄ１に沿って所定の間隔で設けられている。また、放電制御電極３は、カソード電極１およびアノード電極２から、第１方向Ｄ１に略直交する第２方向Ｄ２に沿って離れた位置に設けられている。本実施形態では、カソード電極１、アノード電極２および放電制御電極３は、略同一平面上に形成されており、より具体的には、絶縁性表面を有する基板１０上に形成されている。
【００８４】
さらに、能動素子１００は、少なくともカソード電極１とアノード電極２との間にイオン化可能な放電ガス（不図示）を有している。放電ガスは、例えば、基板１０上に形成されたガス封入構造（不図示）の内部に封入されている。
【００８５】
能動素子１００は、例えば、以下のようにして製造される。
【００８６】
まず、基板１０上に、カソード電極１、アノード電極２および放電制御電極３を形成する。ここでは、基板１０として、厚さ３ｍｍのソーダガラスからなるガラス基板を用いる。勿論、基板１０の材質や厚さはこれに限定されず、能動素子１００の製造プロセスに耐え得る基板であればよい。能動素子１００の用途によっては、透明性を有する基板を用いる。例えば、バックライトからの光を表示に用いる透過型液晶表示装置や透過反射両用型液晶表示装置に用いる場合には、透明性を有する基板を用いる。反射型液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置に用いる場合には、金属や樹脂等の材料からなる不透明性の基板であってもよい。
【００８７】
また、電極の材料としてニッケルを用い、スクリーン印刷法によってカソード電極１、アノード電極２および放電制御電極３を形成する。まず、ニッケル粉末やバインダー材料などを含んで構成されるニッケルペーストを、所定のパターンを有するスクリーン版のメッシュ部を通過させて基板１０上に塗布する。次に、基板上に塗布されたニッケルペーストを約３００℃で乾燥・固化させる。その後、約６００℃で焼成を行うことによって導電性が得られる。
【００８８】
ここでは、カソード電極１、アノード電極２および放電制御電極３を、直方体状（基板１０法線方向から見て長方形状）に以下の寸法で形成する。なお、ここで例示する寸法は、２０インチ以上で６０インチ程度までの表示装置が画素ごとに備えるスイッチング素子として好適な寸法であるが、勿論これに限定されるものではない。
カソード電極１：幅Ｗ１５０μｍ×長さＬ１８０μｍ、厚さ１５μｍ
アノード電極２：幅Ｗ２５０μｍ×長さＬ２８０μｍ、厚さ１５μｍ
放電制御電極３：幅Ｗ３５０μｍ×長さＬ３１５０μｍ、厚さ１５μｍ
【００８９】
カソード電極１とアノード電極２とは、図１に示すように、互いに長辺が対向するように設けられている。そして、放電制御電極３は、カソード電極１とアノード電極２との間に位置しないように設けられており、その長辺がカソード電極１およびアノード電極２の短辺に対向するように設けられている。また、カソード電極１、アノード電極２および放電制御電極３は、以下のような間隔をあけて形成されている。
【００９０】
カソード電極１とアノード電極２との間の距離ｄ1＝５０μｍ
カソード電極１と放電制御電極３との間の距離ｄ2＝１５０μｍ
アノード電極２と放電制御電極３との間の距離ｄ3＝１５０μｍ
カソード電極１とアノード電極２との間の最長距離ｄ1’＝１５０μｍ
【００９１】
なお、本願明細書において、２つの部材間の「距離」は、特にことわらない限り、２つの部材の近接する端部間の距離である「最短距離」を指すものとする。また、部材間の「最長距離」は、２つの部材の離隔した端部間の距離を指す。
【００９２】
上述の電極の材料としては、ニッケルに限定されず、導電性があり、適当な２次電子放出係数をもつ金属を用いることができ、銀やアルミニウムなどを用いてもよい。また、電極の形成方法もスクリーン印刷法に限定されず、サンドブラスト法や感光性ペースト法などを用いて厚さ１μｍ以上の厚膜として形成してもよい。さらに、スパッタ法や電子ビーム蒸着法を用いて厚さ１μｍ以下の薄膜を形成し、ドライエッチングまたはウエットエッチングプロセスによって所定の電極パターン（形状）に形成してもよい。本実施形態のようにスクリーン印刷法を用いると、簡便に電極の形成を実行することができ、基板上に多数のスイッチング素子が形成された装置の大型化が容易に実現される。
【００９３】
さらに、上述のようにして形成された電極の表面に、六ホウ化ランタンや六ホウ化ガドリニウムあるいは酸化マグネシウムなどの、２次電子放出係数が高く、高い耐スパッタ性を有する材料からなる被覆膜を形成してもよい。このような被覆膜は、例えば、電着法やスパッタ法あるいは電子ビーム蒸着法などを用いて形成することができる。
【００９４】
次に、上述のようにして電極が形成された基板１０上に、ガス封入構造を形成する。まず、カソード電極１、アノード電極２および放電制御電極３を取り囲むように、ガラスを主成分とするフリット材を塗布する。続いて、ガス封入構造の高さを規定するスペーサ（高さ約２００μｍ）と封止用ガラス板とを所定の位置に配置し、約６００℃で焼成することによって、電極が形成された基板とガラス板とがフリット材によって接着されたガス封入構造が形成される。その後、ガス封入構造の内部を真空引きし、放電ガスとしてキセノンが５％混入されたネオンを１５ｋＰａの圧力で封入・封止する。基板１０上に能動素子１００を複数個形成する場合には、それらを取り囲むようにガス封入構造を形成すればよい。
【００９５】
なお、放電ガスとしては、ここで例示したものに限定されず、電極が腐食されたり、電極に付着したりすることがないガスであればよい。ヘリウム、アルゴン、ネオン、キセノンなどの希ガスや、これらの混合物を用いると、比較的低い電圧で放電を発生させることができる。また、放電ガスとして、大気を大気圧で用いると、ガス封入構造とその作製工程を省略することができるので、より簡易な構成が実現され、製造プロセスを簡略化することができる。
【００９６】
以下、上述のようにして形成された本実施形態の能動素子１００の特性と動作原理を説明する。
【００９７】
能動素子１００は、例えば、受動素子を駆動するスイッチング素子として機能する。能動素子１００を用いて受動素子（被駆動部）を駆動する場合、例えば、図１（ａ）に示すように、放電発生電圧（ここではゲート電圧Ｖｇ）を供給する電源６とカソード電極１とを電気的に接続し、放電制御電圧（ここではデータ電圧Ｖｄ）を供給する電源７と放電制御電極３とを電気的に接続し、アノード電極２と被駆動部（受動素子）４とを電気的に接続する。被駆動部４が等価的に容量である場合、例えば、一対の電極（画素電極および対向電極）とこれらの間に挟持された液晶層とからなる液晶容量である場合には、能動素子１００がオンとされると、被駆動部４に電荷が蓄積される。また、被駆動部４が等価的に抵抗である場合、例えば有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子である場合には、能動素子１００がオンとされると、被駆動部４に電流が流れる。
【００９８】
また、能動素子１００は、その近傍に蛍光体層を備えていることによって、プラズマ放電により蛍光体層を発光させる発光素子として機能する。放電電流の大きさ（量）とプラズマ中の励起ガス（例えばキセノン）からの紫外線放射が単調増加の関係にあれば、能動素子１００から発生する紫外線量を放電制御電極３の電位に応じて制御することができるので、フォトルミネッセンス効果による発光の輝度を制御することができる。
【００９９】
本実施形態の能動素子１００の特性を図２（ａ）および（ｂ）を参照しながら説明する。図２（ａ）および（ｂ）は、カソード電極１に印加する放電発生電圧Ｖｇおよび放電制御電極３に印加する放電制御電圧Ｖｄの一方を一定とし、他方を変化させたときの、被駆動部４に供給される（すなわちカソード電極１とアノード電極２との間を流れる）電流Ｉの変化を示すグラフである。
【０１００】
図２（ａ）に示すように、カソード電極１に印加する放電発生電圧Ｖｇを一定（Ｖｇ＝−２５０Ｖ）とし、放電制御電極３に印加する放電制御電圧Ｖｄを変化させると、被駆動部４に供給される電流Ｉの大きさがゼロから所定の大きさまでなめらかに線形的に変化する。
【０１０１】
また、図２（ｂ）に示すように、放電制御電極３に印加する放電制御電圧Ｖｄを一定（Ｖｄ＝０ＶまたはＶｄ＝＋３０Ｖ）とし、カソード電極１に印加する放電発生電圧Ｖｇを変化させると、被駆動部４に供給される電流Ｉの大きさがゼロから所定の大きさまでなめらかに線形的に変化する。
【０１０２】
このように、本発明による能動素子１００においては、被駆動部４に供給される電流Ｉの大きさを制御することができる。これは、カソード電極１、アノード電極２および放電制御電極３のそれぞれの電位の相対的な高低関係によって、カソード電極１とアノード電極２との間に流れる放電電流の大きさが変化するためである。以下、図３（ａ）〜（ｃ）を参照しながらさらに詳しく説明する。図３（ａ）〜（ｃ）は、電極間の電位差に応じて発生する電気力線Ｅを模式的に示す図である。
【０１０３】
まず、放電制御電極３の電位Ｖ３が、カソード電極１の電位Ｖ１とアノード電極２の電位Ｖ２との間にあってアノード電極２の電位Ｖ２よりも低いとき（Ｖ２＞Ｖ３＞Ｖ１であるとき）には、カソード電極１とアノード電極２との間の電位差（Ｖ２−Ｖ１）が、カソード電極１と放電制御電極３との間の電位差（Ｖ３−Ｖ１）よりも大きい。従って、図３（ａ）に示すように、電気力線Ｅは、カソード電極１とアノード電極２との間に主に存在する。そのため、このような電位になるようにそれぞれの電極に電圧を印加したときには、カソード電極１とアノード電極２との間で放電が発生し、これらの間に放電電流が流れる。
【０１０４】
また、放電制御電極３の電位Ｖ３が、カソード電極１の電位Ｖ１とアノード電極２の電位Ｖ２との間になくアノード電極２の電位Ｖ２よりも高いとき（Ｖ３＞Ｖ２＞Ｖ１であるとき）には、カソード電極１と放電制御電極３との間の電位差（Ｖ３−Ｖ１）が、カソード電極１とアノード電極２との間の電位差（Ｖ２−Ｖ１）よりも大きくなる。従って、電気力線Ｅは、図３（ｂ）に示すように、カソード電極とアノード電極２との間だけでなく、カソード電極１と放電制御電極３との間にも存在する。そのため、このような電位になるようにそれぞれの電極に電圧を印加したとき、カソード電極１とアノード電極２との間に発生する放電は、図３（ａ）に示した場合に比べて弱く、これらの間に流れる放電電流の大きさは図３（ａ）に示した場合に比べて小さい。
【０１０５】
そして、放電制御電極３の電位Ｖ３が、カソード電極１の電位Ｖ１とアノード電極２の電位Ｖ２との間になくアノード電極２の電位Ｖ２よりも十分に高いときには、カソード電極１と放電制御電極３との間の電位差（Ｖ３−Ｖ１）が、カソード電極１とアノード電極２との間の電位差（Ｖ２−Ｖ１）よりも十分に大きくなる。従って、電気力線Ｅは、図３（ｃ）に示すように、カソード電極１と放電制御電極３との間に主に存在し、カソード電極１とアノード電極２との間にはほとんど存在しない。従って、このような電位になるようにそれぞれの電極に電圧を印加したとき、カソード電極１とアノード電極２との間には、放電はほとんど発生せず、これらの間には放電電流がほとんど流れない。
【０１０６】
このように、放電制御電極３は、カソード電極１とアノード電極２との間に生成される電気力線Ｅを選択的に放電制御電極３に導き、それによってカソード電極１とアノード電極２との間の電気力線Ｅの数（すなわち電界強度）を減らす機能を奏する。従って、本発明による能動素子１００においては、カソード電極１とアノード電極２との間に印加される放電発生電圧と、放電制御電極３に印加される放電制御電圧とを調整することによって、カソード電極１とアノード電極２との間に流れる放電電流の大きさを変化させることができ、そのことによって、被駆動部４に供給される電流Ｉの大きさを制御することができる。すなわち、本発明による能動素子１００は、プラズマ放電部をチャネルとした３端子能動素子（トランジスタ）であるとも言える。ただし、薄膜トランジスタとは異なり、本発明による能動素子１００は、半導体層やゲート絶縁層を備える必要がなく、これらと同等の効果を放電（プラズマ放電）およびその発生特性により実現しているので、その製造に際して半導体層やゲート絶縁膜を作製するための高価な真空装置を必要としない。そのため、設備投資の額を少なくすることができるし、素子自体の製造コストを低くすることができる。
【０１０７】
上述したように、能動素子１００が備える放電制御電極３は、カソード電極１とアノード電極２との間の電位差に応じて放電空間内に生成される電位構造に影響を及ぼし、そのことによって放電電流の大きさを制御する。放電制御電極３が放電空間内のある場所（点）の電位構造に及ぼす影響の強さは、放電制御電極３とその場所（点）との距離に応じて変化し、近いほど強く、遠いほど弱い。能動素子１００では、図１（ａ）および（ｂ）に示したように、放電制御電極３は、放電経路１０１の側方、より具体的には、カソード電極１およびアノード電極２から第２方向Ｄ２に沿って離れた位置に設けられている。従って、カソード電極１とアノード電極２との電位差に応じて生成される電位構造に対して放電制御電極３の電位が及ぼす影響の強さが、第２方向Ｄ２に沿って変化する。すなわち、カソード電極１とアノード電極２との電位差に応じて生成される電気力線Ｅ（第１方向に平行であり、第２方向に沿って複数並ぶ）に対して放電制御電極３の電位が及ぼす影響の強さが第２方向Ｄ２（電気力線の並ぶ方向）に沿って変化する。そのため、カソード電極１とアノード電極２との間（放電空間内）に生成される電気力線を選択的に放電制御電極３に導いて電界強度を調整することが容易となり、その結果、放電電流の大きさを容易にかつ効果的に制御することができる。
【０１０８】
また、本実施形態では、カソード電極１およびアノード電極２が、配列方向である第１方向Ｄ１に略直交する第２方向に平行に長手方向が規定される形状を有しているので、放電電流の大きさをより効果的に制御することができる。この理由は以下の通りである。放電空間内に発生する電気力線の数を効果的に制御するためには、放電制御電極３の電位が放電空間内の電位構造に与える影響の強さが、放電空間内で大きく変化することが好ましい。カソード電極１およびアノード電極２の長手方向が第２方向Ｄ２に平行であるということは、放電制御電極３がカソード電極１およびアノード電極２から長手方向に沿って離れているということなので、放電空間と放電制御電極３との最短距離と、放電空間と放電制御電極３との最長距離との差を大きく確保することができる。従って、放電制御電極３が放電空間内の電位構造に与える影響の強さを放電空間内で大きく変化させることができる。そのため、電気力線Ｅを選択的に放電制御電極３に導いて放電電流を制御することがより容易となる。
【０１０９】
また、放電制御電極３が長手方向を有する形状である場合には、その長手方向が第１方向Ｄ１に平行であると、放電空間内に生成される電位構造に対して放電制御電極３が効果的に影響を及ぼすことができる。
【０１１０】
ここまでは、カソード電極１およびアノード電極２の配列方向と、カソード電極１およびアノード電極２に対して放電制御電極３が位置する方向との関係という観点から本発明を説明したが、ここで、各電極間の間隔（距離）という観点から本発明を説明する。
【０１１１】
本実施形態では、カソード電極１とアノード電極２との間の距離ｄ1（＝５０μｍ）よりも、カソード電極１と放電制御電極３との間の距離ｄ2（＝１５０μｍ）およびアノード電極２と放電制御電極３との間の距離ｄ3（＝１５０μｍ）が大きく、また、カソード電極１と放電制御電極３との間の距離ｄ2と、アノード電極２と放電制御電極３との間の距離ｄ3とが等しい。
【０１１２】
放電電流の大きさを効果的に制御するためには、既に述べたように、放電制御電極３が電位構造に対して及ぼす影響の強さが、第２方向Ｄ２に沿って変化することが好ましい。そのため、放電制御電極３は、カソード電極１とアノード電極２との間に位置しないことが好ましい。放電制御電極３がカソード電極１とアノード電極２との間に位置すると、放電制御電極３の影響の強さを第２方向Ｄ２に沿って変化させることが難しいからである。また、同様の理由から、放電制御電極３が放電経路の前方や後方、すなわち、カソード電極１およびアノード電極２からこれらの配列方向（第１方向Ｄ１）に沿って離れた位置に設けられていないことが好ましい。
【０１１３】
カソード電極１とアノード電極２との間の距離ｄ1よりも、カソード電極１と放電制御電極３との間の距離ｄ2およびアノード電極２と放電制御電極３との間の距離ｄ3が大きいと、カソード電極１とアノード電極２との間に放電制御電極３が位置することがない。また、カソード電極１と放電制御電極３との間の距離ｄ2と、アノード電極２と放電制御電極３との間の距離ｄ3とが略等しいと、放電経路の前方や後方、つまり、カソード電極１およびアノード電極２からこれらの配列方向（第１方向Ｄ１）に沿って離れた位置に放電制御電極３が位置することがない。
【０１１４】
従って、カソード電極１とアノード電極２との間の距離ｄ1、カソード電極１と放電制御電極３との間の距離ｄ2、および、アノード電極２と放電制御電極３との間の距離ｄ3が、ｄ1＜ｄ2かつｄ1＜ｄ3の関係を満足し、カソード電極１と放電制御電極３との間の距離ｄ2と、アノード電極２と放電制御電極３との間の距離ｄ3とが略等しい構成を採用することによって、放電電流の制御を容易にかつ効果的に行うことができる構造を容易に実現することが可能になる。
【０１１５】
次に、カソード電極１、アノード電極２および放電制御電極３の好ましい配置を説明する。
【０１１６】
本実施形態のように、カソード電極１とアノード電極２と放電制御電極３とが略同一平面上に設けられていると、同一の基板上に同一のプロセスでこれらの電極を形成することができる。従って、これらの電極を同一のマスクや同一のスクリーン板を用いて同時に形成することができ、能動素子１００の製造を簡略化することができる。
【０１１７】
また、本実施形態のように、カソード電極１と放電制御電極３との間の距離ｄ2と、カソード電極１とアノード電極２との間の最長距離ｄ1’とが、ｄ2≧ｄ1’の関係を満足することが好ましい。カソード電極１とアノード電極２との間で放電が発生する際には、近接する端部間だけではなく、離隔した端部間でも放電が発生する。カソード電極１と放電制御電極３との間の距離ｄ2が、カソード電極１とアノード電極２との間の最長距離ｄ1’以上であることで、カソード電極１と放電制御電極３との間の電界強度が相対的に弱くなり、カソード電極１と放電制御電極３間での放電が発生しにくくなる。そのため、カソード電極１と放電制御電極３との間に放電電流が流れることを抑制でき、カソード電極１とアノード電極２との間での放電を制御するために消費する電力をほとんどゼロとすることができる。その結果、高入力インピーダンス状態が実現され、消費電力を低減することができる。
【０１１８】
また、放電ガスの圧力は、カソード電極１とアノード電極２との間における放電開始電圧よりも、カソード電極１と放電制御電極３との間における放電開始電圧が高くなるように設定されていることが好ましい。この理由を図４を参照しながら説明する。図４は、能動素子１００における放電開始電圧の圧力依存性を示す図であり、図中の実線１０３はカソード電極１とアノード電極２との間（電極間距離は約５０μｍ）における放電開始電圧を示し、実線１０４はカソード電極１と放電制御電極３との間（電極間距離は約１５０μｍ）における放電開始電圧を示している。なお、放電開始電圧とは、所定の条件下において放電が発生する電圧の最小値である。
【０１１９】
放電ガスの圧力が、実線１０４が実線１０３よりも高電圧側に位置している領域に設定されていると、すなわち、カソード電極１とアノード電極２との間における放電開始電圧よりも、カソード電極１と放電制御電極３との間における放電開始電圧が高くなる領域（例えば、図４に示す破線で囲まれた領域１０２）に設定されていると、カソード電極１とアノード電極２との間では放電が発生しやすいのに対して、カソード電極１と放電制御電極３との間では放電が発生しにくい。従って、カソード電極１と放電制御電極３との間に放電電流が流れることを抑制でき、カソード電極１とアノード電極２との間での放電を制御するために消費する電力をほとんどゼロとすることができる。そのため、放電ガスの圧力が上述のように設定された能動素子１００は、低消費電力性に優れている。
【０１２０】
なお、本実施形態においては、放電ガスとしてヘリウムを備えている能動素子１００について説明したが、放電ガスとして大気（窒素および酸素）を大気圧で用いてもよい。大気を大気圧で利用する場合には、ガス封入構造を形成する工程および放電ガスを封入する工程を省略することができ、製造コストを下げることができる。
【０１２１】
また、カソード電極１、アノード電極２および放電制御電極３は、同一の平面上に設けられていなくてもよいし、それぞれが別々の支持体（例えば基板）上に設けられていてもよい。例えば、図５および図６に示すように、誘電体材料からなる隔壁８を介して基板１０に対向する対向基板１１が設けられている場合、放電制御電極３は、図５に示したように隔壁８内に（例えば厚さＴ＝５０μｍ、基板１０との間隔ｓ１＝２０μｍで）作り込まれてもよいし、図６に示したように対向基板１１上に（例えば基板１０との間隔ｓ２＝１５０μｍとなるように）配置されてもよい。
【０１２２】
能動素子１００は、表示装置の画素ごとに設けられたスイッチング素子として好適に用いられるが、勿論、他の用途にも用いることができる。例えば、増幅素子としても用いることができる。具体的には、テレビジョンの表示画素ごとに能動素子１００をスイッチング素子として設けるとともに、表示部の周辺にアンプの音声増幅素子として能動素子１００を設けることができ、このような構成とすることで表示部とアンプ部とを同時に（同一工程で）形成することが可能になる。また、能動素子１００は、後述するように、その近傍に蛍光体層を設けることによって、発光素子としても用いられる。
【０１２３】
（実施形態２）
図７を参照しながら、本実施形態の発光素子２００の構造を説明する。
【０１２４】
発光素子２００は、実施形態１の能動素子１００と、能動素子１００の近傍に配置された蛍光体層５とを備えている。以下、より具体的な構造を説明する。
【０１２５】
基板（例えばガラス基板）１０上に能動素子１００が形成されており、誘電体材料からなる隔壁８を介して基板１０に対向するように対向基板（例えばガラス基板）１１が設けられている。本実施形態では、隔壁８の高さは２００μｍである。そして、対向基板１１の基板１０側（能動素子１００側）の表面に、紫外線を吸収して可視光を放射する蛍光体層５が設けられている。なお、ここでは、アノード電極２は接地されている。
【０１２６】
また、図中では省略したが、能動素子１００の外周にフリット材を環状に塗布した後に基板１０と対向基板１１とを貼り合わせることによって能動素子１００の周囲に閉空間が形成されており、この閉空間内に放電ガスが封入（例えばキセノンが５％混合されたネオンが圧力１５ｋＰａで封入）されている。放電ガスとしては、ヘリウム、アルゴン、ネオンなどの希ガスやこれらの混合ガスと、キセノンとを混合したガスを好適に用いることができる。キセノンを含むガスを放電ガスとして用いる場合には、キセノンの真空紫外領域（波長が１４０〜１８０ｎｍ）の放射を蛍光体層５の励起に用いる。勿論、キセノン以外のガスを混合してもよく、紫外線を放射する他のガス（例えば水銀ガス等）を用いてもよい。
【０１２７】
発光素子２００では、能動素子１００のカソード電極１とアノード電極２との間に放電（プラズマ放電）が発生すると、放電ガスに含まれるキセノンが励起される。そして、励起されたキセノンから放射される紫外線が蛍光体層５に吸収され、蛍光体層５が発光する。
【０１２８】
能動素子１００を図２（ａ）および（ｂ）に示したように駆動したところ、放電電流の大きさ（放電電流量）と、蛍光体層５の発光輝度とがほぼ比例関係にあることが確認された。蛍光体層５の発光輝度をこのように制御できるのは、放電電流の大きさとキセノンからの紫外線放射量とが単調増加の関係にあり、紫外線１０３の放射量を放電制御電極３の電位によって制御することができるからである。上述したように、蛍光体層５を能動素子１００の近傍に配置することによって、フォトルミネッセンス効果で発生する光の量をアナログ的に制御できる。
【０１２９】
（実施形態３）
発光素子２００を備えた表示装置３００を図８（ａ）および（ｂ）と、図９（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。図８（ａ）は、表示装置３００を模式的に示す上面図であり、図８（ｂ）は、表示装置３００の１つの画素に対応する領域を拡大して示す上面図である。また、図９（ａ）〜（ｃ）は、図８（ｂ）中の９Ａ−９Ａ’線、９Ｂ−９Ｂ’線、９Ｃ−９Ｃ’線に沿った断面図である。
【０１３０】
表示装置３００は、図８（ａ）に示すように、行および列を有するマトリクス状に配列された複数の画素Ｐを有し、複数の画素Ｐごとに、図７に示した発光素子２００を有している。なお、図８（ａ）は模式図であり、表示装置３００の実際の画素数はここでは６４０×４８０個である。また、１つの画素Ｐのサイズは９６０μｍ×３２０μｍである。それぞれの画素Ｐに設けられた発光素子２００は、図７にも示したように、能動素子１００を備えており、表示装置３００はアクティブマトリクス駆動される。能動素子１００のカソード電極１、アソード電極２および放電制御電極３は、図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、基板（例えばガラス基板）１０上に形成された誘電体層（典型的には厚膜誘電体層）２４上に配置されている。
【０１３１】
また、表示装置３００は、カソード電極１に電気的に接続された走査配線（ゲート信号線）２１と、放電制御電極３に電気的に接続された信号配線（データ信号線）２２とを有しており、さらに、アノード電極２に電気的に接続された接地配線２３を有している。なお、図８および図９では、わかりやすさのために、信号配線２２を一点鎖線、接地配線２３を破線で示している。
【０１３２】
走査配線２１および信号配線２２は、それぞれ行ごとおよび列ごとに設けられている。走査配線２１は、表示領域外に設けられたゲートドライバに電気的に接続され、ゲートドライバから走査電圧（ゲート電圧）を供給される。また、信号配線２２は、表示領域外に設けられたデータドライバに電気的に接続され、データドライバから信号電圧（データ電圧）を供給される。さらに、接地配線２３は、表示領域外において接地されている。
【０１３３】
本実施形態では、走査配線２１および接地配線２３は、それぞれ図９（ｂ）、図９（ｃ）に示したように誘電体層２４下でガラス基板１０上に形成されており、誘電体層２４に設けられた開口部（スルーホール）２４ａを介してカソード電極１、アノード電極２に電気的に接続されている。また、信号配線２２は、図９（ａ）〜（ｃ）に示したように誘電体層２４上に形成されている。
【０１３４】
表示装置３００が有する能動素子１００、発光素子２００は、既に述べたようにして製造することができ、フォトリソグラフィ法やスクリーン印刷法などの公知の手法を用いて製造することができる。また、誘電体層２４、走査配線２１、信号配線２２および接地配線２３も、公知の材料を用いて公知の手法により製造することができる。スクリーン印刷法などの厚膜形成法を用いると、高価な真空装置を用いる必要がないので、コスト的な利点が大きい。走査配線２１に走査電圧を供給するゲートドライバや、信号配線２２に信号電圧を供給するデータドライバとしては、一般的なアクティブマトリクス駆動の液晶表示装置に用いられるものを用いることができる。ただし、ゲートドライバとしては、放電を発生させるのに必要な電圧に耐え得るように、耐圧の大きなもの（例えば耐圧３００Ｖのもの）を用いることが好ましい。図８および図９に例示した構造においては、カソード電極１、アソード電極２、放電制御電極３および信号配線２２をスクリーン印刷法によって同時に形成することができるし、また、走査配線２１と接地配線２３とを同時に形成することもできる。そのため、能動素子としてＴＦＴを備える従来の表示装置を製造する場合に比べて、マスク枚数、フォトリソグラフィ工程などを大幅に削減されることができ、製造コストを低減することができる。
【０１３５】
図１０（ａ）、（ｂ）および（ｃ）を参照しながら、表示装置３００の駆動方法を説明する。図１０（ａ）に模式的に示すように、表示装置３００は、マトリクス状に配列された複数の画素を有する。図１０（ａ）においては、ｎ行目ｍ列目の画素をｎｍと表記している。
【０１３６】
まず、ゲートドライバから、行ごとに設けられた走査配線２１に、１行目から順に走査電圧（ゲート電圧）Ｖｇｎ（Ｖｇ１、Ｖｇ２、Ｖｇ３、・・・）が供給され、カソード電極１に走査配線２１を介して放電発生電圧としての走査電圧Ｖｇｎが供給される。ゲートドライバは、図１０（ｂ）に示すように、振幅（電圧の大きさ）が一定（ここでは−２５０Ｖ）でパルス幅が一定（ここでは１０μｓ）のパルス電圧を発生させる。
【０１３７】
これと同期して、データドライバから、列ごとに設けられた信号配線２２に所定のタイミングで信号電圧（データ電圧）Ｖｄｎｍ（Ｖｄｎ１、Ｖｄｎ２、Ｖｄｎ３、・・・）が供給され、放電制御電極３に信号配線２２を介して放電制御電圧としての信号電圧Ｖｄｎｍが供給される。データドライバは、図１０（ｃ）に示すように、パルス幅が一定で、個々のデータに対応した振幅（電圧の大きさ；Ｖｄ１１、Ｖｄ２１、Ｖｄ３１・・・）のパルス電圧を発生させる。ここでは、データ電圧が０Ｖのときが白階調表示、５０Ｖのときが黒階調表示に対応し、データ電圧が０Ｖより大きく５０Ｖ未満であるときが中間調表示に対応している。勿論、データドライバは、振幅が一定で、パルス幅が個々のデータに対応して変化するようなパルス電圧を発生させてもよい。
【０１３８】
各画素は、放電制御電極３に印加された放電制御電圧としての信号電圧Ｖｄｎｍに応じて、所定の表示状態となる。放電制御電極３に印加された放電制御電圧が、カソード電極１およびアソード電極２間で放電が発生しないような電圧、すなわちオフ電圧である場合には、能動素子１００から紫外線が放射されないので、発光素子２００は発光しない。また、放電制御電極３に印加された放電制御電圧が、カソード電極１およびアソード電極２間で放電が発生するような電圧、すなわちオン電圧である場合には、能動素子１００から紫外線が放射されるので、発光素子２００は発光する。このとき、カソード電極１とアノード電極２との間に流れる放電電流の大きさと能動素子１００から放射される紫外線の量とは、放電制御電圧に応じて変化するので、発光素子２００の発光輝度をアナログ的に変化させることができる。
【０１３９】
本発明による表示装置３００は、上述したように、蛍光体のフォトルミネッセンス効果を利用した自発光型の表示装置であって、かつ、その発光輝度をアナログ的に制御できる表示装置である。
【０１４０】
表示装置３００は、表示の１周期について１つのアドレス期間で多階調表示を行うことができるので、表示期間が複数のアドレス期間によって制限されることがない。そのため、輝度の向上が容易であり、明るい表示を実現することができる。また、表示の１周期について１つのアドレス期間で多階調表示を行うことができるので、パルス幅変調法を用いるＰＤＰと比べて駆動回路を単純化できる。そのため、製造コストを低減することができる。
【０１４１】
さらに、放電制御電圧に対してほぼ連続的に変化する放電電流の大きさと蛍光体層５の発光輝度とが単調増加の関係にあるので、輝度をアナログ的に変化させることができる。そのため、階調数を多くすることが容易であり、階調数の増加と駆動回路の単純化とがトレードオフの関係となることがない。
【０１４２】
また、表示装置３００は、半導体層やゲート絶縁膜を形成する際に用いる高価な真空装置を用いることなく、スクリーン印刷などの厚膜形成法を用いて製造することができるので、アクティブマトリクス駆動を行う表示装置であるにも関わらず安価に製造することができる。
【０１４３】
なお、能動素子１００、発光素子２００を備えた表示装置の構成は、ここで例示したものに限定されない。ここでは、図９（ｂ）および（ｃ）に示したように、カソード電極１およびアノード電極２が誘電体層２４上に形成されており、これらがスルーホール２４ａを介して走査配線２１、接地配線２３に電気的に接続されている場合を説明したが、例えば、図１１（ａ）および（ｂ）と図１２（ａ）〜（ｃ）に示す表示装置３００’のように、誘電体層２４に設けた開口部２４ａ内の走査配線２１上、接地配線２３上にカソード電極１、アノード電極２を直接形成してもよい。なお、この場合、図１２（ｂ）および（ｃ）に示したように、カソード電極１およびアノード電極２は凹部に位置しているが、能動素子１００（発光素子２００）が図９（ｂ）および（ｃ）に示した構成と同様の特性を示すことは確認されている。
【０１４４】
（実施形態４）
まず、図１３（ａ）および（ｂ）を参照しながら本実施形態の能動素子４００の構造を説明する。図１３（ａ）は、能動素子４００を模式的に示す斜視図であり、図１３（ｂ）は、能動素子４００を模式的に示す上面図である。
【０１４５】
能動素子４００は、図１（ａ）および（ｂ）に示すように、互いの間で放電を発生させるカソード電極１およびアノード電極２と、カソード電極１とアノード電極２との間に流れる放電電流の大きさを制御する第１放電制御電極３ａおよび第２放電制御電極３ｂとを備えている。カソード電極１とアノード電極２との間に流れる放電電流の大きさは、後述するように第１放電制御電極３ａおよび第２放電制御電極３ｂの電位に応じて制御される。
【０１４６】
カソード電極１とアノード電極２とは、ある方向（第１方向）Ｄ１に沿って所定の間隔で設けられている。また、第１放電制御電極３ａは、放電経路１０１の近傍に設けられており、第２放電制御電極３ｂは、放電経路から比較的離れた位置に設けられている。より具体的には、第１放電制御電極３ａは、カソード電極１とアノード電極２との間に設けられており、第２放電制御電極３ｂは、カソード電極１およびアノード電極２から、第１方向Ｄ１に略直交する第２方向Ｄ２に沿って離れた位置に設けられている。さらに、本実施形態では、カソード電極１、アノード電極２、第１放電制御電極３ａおよび第２放電制御電極３ｂは、略同一平面上に形成されており、より具体的には、絶縁性表面を有する基板１０上に形成されている。
【０１４７】
また、能動素子４００は、少なくともカソード電極１とアノード電極２との間にイオン化可能な放電ガス（不図示）を有している。放電ガスは、例えば、基板１０上に形成されたガス封入構造（不図示）の内部に封入されている。
【０１４８】
能動素子４００は、例えば、以下のようにして製造される。
【０１４９】
まず、基板１０上に、カソード電極１、アノード電極２、第１放電制御電極３ａおよび第２放電制御電極３ｂを形成する。ここでは、基板１０として、厚さ３ｍｍのソーダガラスからなるガラス基板を用いる。勿論、基板１０の材質や厚さはこれに限定されず、能動素子４００の製造プロセスに耐え得る基板であればよい。能動素子４００の用途によっては、透明性を有する基板を用いる。例えば、バックライトからの光を表示に用いる透過型液晶表示装置や透過反射両用型液晶表示装置に用いる場合には、透明性を有する基板を用いる。反射型液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置に用いる場合には、金属や樹脂等の材料からなる不透明性の基板であってもよい。
【０１５０】
また、電極の材料としてニッケルを用い、スクリーン印刷法によってカソード電極１、アノード電極２、第１放電制御電極３ａおよび第２放電制御電極３ｂを形成する。まず、ニッケル粉末やバインダー材料などを含んで構成されるニッケルペーストを、所定のパターンを有するスクリーン版のメッシュ部を通過させて基板１０上に塗布する。次に、基板上に塗布されたニッケルペーストを約３００℃で乾燥・固化させる。その後、約６００℃で焼成を行うことによって導電性が得られる。
【０１５１】
ここでは、カソード電極１、アノード電極２、第１放電制御電極３ａおよび第２放電制御電極３ｂを、直方体状（基板１０法線方向から見て長方形状）に以下の寸法で形成する。なお、ここで例示する寸法は、２０インチ以上で６０インチ程度までの表示装置が画素ごとに備えるスイッチング素子として好適な寸法であるが、勿論これに限定されるものではない。
カソード電極１：幅Ｗ１５０μｍ×長さＬ１８０μｍ、厚さ１５μｍ
アノード電極２：幅Ｗ２５０μｍ×長さＬ２８０μｍ、厚さ１５μｍ
第１放電制御電極３ａ：幅Ｗ３ａ５０μｍ×長さＬ３ａ８０μｍ、厚さ１５μｍ
第２放電制御電極３ｂ：幅Ｗ３ｂ５０μｍ×長さＬ３ｂ２５０μｍ、厚さ１５μｍ
【０１５２】
カソード電極１、第１放電制御電極３ａおよびアノード電極２は、図１に示すように、この順に所定の間隔で互いに長辺が対向するように設けられている。そして、第２放電制御電極３ｂは、カソード電極１とアノード電極２との間に位置しないように設けられており、その長辺がカソード電極１およびアノード電極２の短辺に対向するように設けられている。また、カソード電極１、アノード電極２、第１放電制御電極３ａおよび第２放電制御電極３ｂは、以下のような間隔をあけて形成されている。
【０１５３】
カソード電極１とアノード電極２との間の距離ｄ4＝１５０μｍ
カソード電極１と第２放電制御電極３ｂとの間の距離ｄ5＝２５０μｍ
アノード電極２と第２放電制御電極３ｂとの間の距離ｄ6＝２５０μｍ
カソード電極１とアノード電極２との間の最長距離ｄ4’＝２５０μｍ
カソード電極１と第１放電制御電極３ａとの間の距離ｄ7＝５０μｍ
アノード電極２と第１放電制御電極３ａとの間の距離ｄ8＝５０μｍ
【０１５４】
上述の電極の材料としては、ニッケルに限定されず、導電性があり、適当な２次電子放出係数をもつ金属を用いることができ、銀やアルミニウムなどを用いてもよい。また、電極の形成方法もスクリーン印刷法に限定されず、サンドブラスト法や感光性ペースト法などを用いて厚さ１μｍ以上の厚膜として形成してもよい。さらに、スパッタ法や電子ビーム蒸着法を用いて厚さ１μｍ以下の薄膜を形成し、ドライエッチングまたはウエットエッチングプロセスによって所定の電極パターン（形状）に形成してもよい。本実施形態のようにスクリーン印刷法を用いると、簡便に電極の形成を実行することができ、基板上に多数のスイッチング素子が形成された装置の大型化が容易に実現される。
【０１５５】
さらに、上述のようにして形成された電極の表面に、六ホウ化ランタンや六ホウ化ガドリニウムあるいは酸化マグネシウムなどの、２次電子放出係数が高く、高い耐スパッタ性を有する材料からなる被覆膜を形成してもよい。このような被覆膜は、例えば、電着法やスパッタ法あるいは電子ビーム蒸着法などを用いて形成することができる。
【０１５６】
次に、上述のようにして電極が形成された基板１０上に、ガス封入構造を形成する。まず、カソード電極１、アノード電極２、第１放電制御電極３ａおよび第２放電制御電極３ｂを取り囲むように、ガラスを主成分とするフリット材を塗布する。続いて、ガス封入構造の高さを規定するスペーサ（高さ約２００μｍ）と封止用ガラス板とを所定の位置に配置し、約６００℃で焼成することによって、電極が形成された基板とガラス板とがフリット材によって接着されたガス封入構造が形成される。その後、ガス封入構造の内部を真空引きし、放電ガスとしてキセノンが５％混入されたネオンを１５ｋＰａの圧力で封入・封止する。基板１０上に能動素子１００を複数個形成する場合には、それらを取り囲むようにガス封入構造を形成すればよい。
【０１５７】
なお、放電ガスとしては、ここで例示したものに限定されず、電極が腐食されたり、電極に付着したりすることがないガスであればよい。ヘリウム、アルゴン、ネオン、キセノンなどの希ガスや、これらの混合物を用いると、比較的低い電圧で放電を発生させることができる。また、放電ガスとして、大気を大気圧で用いると、ガス封入構造とその作製工程を省略することができるので、より簡易な構成が実現され、製造プロセスを簡略化することができる。
【０１５８】
以下、上述のようにして形成された本実施形態の能動素子４００の特性と動作原理を説明する。
【０１５９】
能動素子４００は、例えば、受動素子を駆動するスイッチング素子として機能する。能動素子４００を用いて受動素子（被駆動部）を駆動する場合、例えば、図１３（ａ）に示すように、放電発生電圧（ここでは直流定電圧Ｖｐ）を供給する電源６とカソード電極１とを電気的に接続し、第１放電制御電圧（ここではゲート電圧Ｖｇ）を供給する電源７ａと第１放電制御電極３ａとを電気的に接続する。また、第２放電制御電圧（ここではデータ電圧Ｖｄ）を供給する電源７ｂと第２放電制御電極３ｂとを電気的に接続し、アノード電極２と被駆動部（受動素子）４とを電気的に接続する。ここで、放電発生電圧は、第１放電制御電極３ａと第２放電制御電極３ｂとに電圧が印加されていない状態で、カソード電極１とアノード電極２との間に放電を発生させるのに十分な大きさの電圧である。被駆動部４が等価的に容量である場合、例えば、一対の電極（画素電極および対向電極）とこれらの間に挟持された液晶層とからなる液晶容量である場合には、能動素子４００がオンとされると、被駆動部４に電荷が蓄積される。また、被駆動部４が等価的に抵抗である場合、例えば有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子である場合には、能動素子４００がオンとされると、被駆動部４に電流が流れる。
【０１６０】
また、能動素子４００は、その近傍に蛍光体層を備えていることによって、プラズマ放電により蛍光体層を発光させる発光素子として機能する。放電電流の大きさ（量）とプラズマ中の励起ガス（例えばキセノン）からの紫外線放射が単調増加の関係にあれば、能動素子４００から発生する紫外線量を第１放電制御電極３ａおよび第２放電制御電極３ｂの電位に応じて制御することができるので、フォトルミネッセンス効果による発光の輝度を制御することができる。
【０１６１】
本実施形態の能動素子４００の特性を図１４（ａ）および（ｂ）を参照しながら説明する。図１４（ａ）および（ｂ）は、カソード電極１に−２５０Ｖの一定の直流電圧Ｖｐを印加した状態で、第１放電制御電極３ａに印加する第１放電制御電圧Ｖｇおよび第２放電制御電極３ｂに印加する第２放電制御電圧Ｖｄの一方を一定とし、他方を変化させたときの、被駆動部４に供給される（すなわちカソード電極１とアノード電極２との間を流れる）電流Ｉの変化を示すグラフである。
【０１６２】
図１４（ａ）に示すように、第１放電制御電極３ａに印加する第１放電制御電圧Ｖｇを一定（Ｖｇ＝−４０Ｖ）とし、第２放電制御電極３ｂに印加する第２放電制御電圧Ｖｄを変化させると、被駆動部４に供給される電流Ｉの大きさがゼロから所定の大きさまでなめらかに線形的に変化する。
【０１６３】
このように、能動素子４００においては、被駆動部４に供給される電流Ｉの大きさを制御することができる。これは、カソード電極１、アノード電極２、第１放電制御電極３ａおよび第２放電制御電極３ｂのそれぞれの電位の相対的な高低関係によって、カソード電極１とアノード電極２との間に流れる放電電流の大きさが変化するためである。以下、図１５（ａ）〜（ｃ）を参照しながら、カソード電極１、アノード電極２および第２放電制御電極３ｂの電位の高低関係と放電電流の大きさとの関係と、第２放電制御電極３ｂの機能とをさらに詳しく説明する。図１５（ａ）〜（ｃ）は、電極間の電位差に応じて発生する電気力線Ｅを模式的に示す図である。
【０１６４】
まず、第２放電制御電極３ｂの電位Ｖ３ｂが、カソード電極１の電位Ｖ１とアノード電極２の電位Ｖ２との間にあってアノード電極２の電位Ｖ２よりも低いとき（Ｖ２＞Ｖ３ｂ＞Ｖ１であるとき）には、カソード電極１とアノード電極２との間の電位差（Ｖ２−Ｖ１）が、カソード電極１と第２放電制御電極３ｂとの間の電位差（Ｖ３ｂ−Ｖ１）よりも大きい。従って、図１５（ａ）に示すように、電気力線Ｅは、カソード電極１とアノード電極２との間に主に存在する。そのため、このような電位になるようにそれぞれの電極に電圧を印加したときには、カソード電極１とアノード電極２との間で放電が発生し、これらの間に放電電流が流れる。
【０１６５】
また、第２放電制御電極３ｂの電位Ｖ３ｂが、カソード電極１の電位Ｖ１とアノード電極２の電位Ｖ２との間になくアノード電極２の電位Ｖ２よりも高いとき（Ｖ３ｂ＞Ｖ２＞Ｖ１であるとき）には、カソード電極１と第２放電制御電極３ｂとの間の電位差（Ｖ３−Ｖ１）が、カソード電極１とアノード電極２との間の電位差（Ｖ２−Ｖ１）よりも大きくなる。従って、電気力線Ｅは、図１５（ｂ）に示すように、カソード電極とアノード電極２との間だけでなく、カソード電極１と第２放電制御電極３ｂとの間にも存在する。従って、このような電位になるようにそれぞれの電極に電圧を印加したとき、カソード電極１とアノード電極２との間に発生する放電は、図１５（ａ）に示した場合に比べて弱く、これらの間に流れる放電電流の大きさは図１５（ａ）に示した場合に比べて小さい。
【０１６６】
そして、第２放電制御電極３ｂの電位Ｖ３ｂが、カソード電極１の電位Ｖ１とアノード電極２の電位Ｖ２との間になくアノード電極２の電位Ｖ２よりも十分に高いときには、カソード電極１と第２放電制御電極３ｂとの間の電位差（Ｖ３ｂ−Ｖ１）が、カソード電極１とアノード電極２との間の電位差（Ｖ２−Ｖ１）よりも十分に大きくなる。従って、電気力線Ｅは、図１５（ｃ）に示すように、カソード電極１と第２放電制御電極３ｂとの間に主に存在し、カソード電極１とアノード電極２との間にはほとんど存在しない。従って、このような電位になるようにそれぞれの電極に電圧を印加したとき、カソード電極１とアノード電極２との間には、放電はほとんど発生せず、これらの間には放電電流がほとんど流れない。
【０１６７】
このように、第２放電制御電極３ｂは、カソード電極１とアノード電極２との間に生成される電気力線Ｅを選択的に第２放電制御電極３ｂに導き、それによってカソード電極１とアノード電極２との間の電気力線Ｅの数（すなわち電界強度）を減らす機能を奏する。
【０１６８】
また、図１４（ｂ）に示すように、第２放電制御電極３ｂに印加する第２放電制御電圧Ｖｄを一定（Ｖｄ＝０ＶまたはＶｄ＝＋３０Ｖ）とし、第１放電制御電極３ａに印加する第１放電制御電圧Ｖｇを変化させると、約−６０Ｖを境として電流Ｉの大きさがゼロから所定の大きさまで急激に変化し、能動素子４００のオン状態とオフ状態とが約−６０Ｖを境に切り替わる。
【０１６９】
このように、能動素子４００においては、第１放電制御電圧Ｖｇを変化させることによって被駆動部４に供給される電流Ｉのオン・オフを制御することができる。以下、図１６（ａ）〜（ｅ）を参照しながら、この理由と、第１放電制御電極３ａの機能とを説明する。
【０１７０】
第１放電制御電極３ａが存在しない場合には、プラズマ放電が発生すると、図１６（ａ）に示すように、負電位側の電極（カソード電極１）近傍で等電位面ＥＱが集中した（等電位面の間隔が狭い）強い電界が発生する一方、その他の部分では弱い電界が発生し、放電空間には安定な電位構造が形成される。
【０１７１】
一方、第１放電制御電極３ａが存在する場合には、第１放電制御電極３ａに与えられる電位に応じて、放電空間の電位構造（放電空間の等電位面ＥＱの分布）は図１６（ｂ）〜（ｅ）に示すように変化する。
【０１７２】
第１放電制御電極３ａの電位Ｖ３ａがアノード電極２の電位Ｖ２とほぼ同じである（Ｖ３ａ＝Ｖ２＞＞Ｖ１）と、図１６（ｂ）に示したように、放電空間の電位構造は第１放電制御電極３ａの電位Ｖ３ａによって若干乱され、等電位面ＥＱが主にカソード電極１と第１放電制御電極３ａとの間に存在するような電位構造が形成される。そのため、放電電流は流れるものの、その大きさは図１６（ａ）に示した場合に比べて小さい。
【０１７３】
第１放電制御電極３ａの電位Ｖ３ａがカソード電極１の電位Ｖ１とアノード電極２の電位Ｖ２との間にあり、アノード電極２の電位Ｖ２よりも少し低い（Ｖ２＞Ｖ３ａ＞＞Ｖ１）と、図１６（ｃ）に示したように、放電空間の電位構造は、図１６（ａ）に示した場合（第１放電制御電極３ａが存在しない場合）に近い安定な電位構造であり、放電経路１０１が太く確保されるので、放電電流がもっとも大きく流れる。
【０１７４】
第１放電制御電極３ａの電位Ｖ３ａがカソード電極１の電位Ｖ１とアノード電極２の電位Ｖ２との間にあり、アノード電極２の電位Ｖ２よりも十分低い（Ｖ２＞＞Ｖ３ａ＞＞Ｖ１）と、図１６（ｄ）に示したように、放電空間の電位構造は第１放電制御電極３ａの電位Ｖ３ａによって若干乱されるので、放電経路１０１が第１放電制御電極３ａから離れて細くなり放電電流が減少する。第１放電制御電極３ａの電位Ｖ３ａをさらに低くすると、図１６（ｅ）に示したように、放電空間の電位構造は第１放電制御電極３ａの電位Ｖ３ａによって著しく乱されるので、放電経路に沿って放電維持に好ましい電位構造が存在せず、そのため、放電電流が流れない。
【０１７５】
上述したように、第１放電制御電極３ａは、カソード電極１とアノード電極２との間に発生する放電の電位構造を乱す機能、すなわち、カソード電極１とアノード電極２との間に発生する放電に起因した等電位面ＥＱの分布を変化させる機能を有しており、そのことによって、カソード電極１とアノード電極２との間での放電を制御することが可能になる。なお、図１６（ｃ）〜（ｅ）に示した状態では、カソード電極１と第１放電制御電極３ａとの間の電位差よりも、カソード電極１とアノード電極２との間の電位差の方が大きいので、カソード電極１と第１放電制御電極３ａとの間では放電が発生しにくく、カソード電極１とアノード電極２との間では放電が発生しやすい。
【０１７６】
放電発生電圧Ｖｐ＝−２５０Ｖ、第２放電制御電圧Ｖｄ＝０Ｖのときの能動素子４００の素子特性を図１７に示す。図１７においては、図１６（ｂ）〜（ｅ）の状態に相当する点を参照符号（ｂ）〜（ｅ）を用いて示している。
【０１７７】
図１７に示したように、能動素子４００は、図１６（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）に示した状態をオン状態、図１６（ｅ）に示した状態をオフ状態として機能する。つまり、図１６（ｃ）に示した状態（第１放電制御電極３ａに印加される電圧が−４０Ｖ）と、図１６（ｅ）に示した状態（第１放電制御電極３ａに印加される電圧が−７０Ｖ）とを切り替えることによって、放電電流をオン／オフ制御することができる。従って、高耐圧のドライバを用いてカソード電極１に高い電圧（例えば−２５０Ｖ）をパルス的に印加する必要はなく、カソード電極１に直流定電圧を印加した状態で第１放電制御電極３ａに印加する電圧を比較的低い電圧域で切り替える（例えば−４０Ｖと−７０Ｖとで切り替える）ことによって、放電電流のオン／オフを制御することができる。
【０１７８】
上述したように、本発明による能動素子４００においては、カソード電極１とアノード電極２との間に放電発生電圧が印加された状態で、第１放電制御電極３ａに印加される第１放電制御電圧と、第２放電制御電極３ｂに印加される第２放電制御電極３ｂとを調整することによって、カソード電極１とアノード電極２との間に流れる放電電流の大きさを変化させることができ、そのことによって、被駆動部４に供給される電流Ｉの大きさを制御することができる。すなわち、本発明による能動素子４００は、プラズマ放電部をチャネルとした４端子能動素子であるとも言える。ただし、本発明による能動素子４００は、既存の能動素子（例えば薄膜トランジスタ）のように、半導体層やゲート絶縁層を備える必要がなく、これらと同等の効果を放電（プラズマ放電）およびその発生特性により実現しているので、その製造に際して半導体層やゲート絶縁膜を作製するための高価な真空装置を必要としない。そのため、設備投資の額を少なくすることができるし、素子自体の製造コストを低くすることができる。
【０１７９】
また、本発明による能動素子４００は、第１放電制御電極３ａと第２放電制御電極３ｂとを有し、第１放電制御電極３ａは第２放電制御電極３ｂよりも、カソード電極１とアノード電極２との間で発生する放電の経路１０１に近い。言い換えると、能動素子４００は、放電経路１０１に比較的近い第１放電制御電極３ａと、放電経路１０１に比較的遠い第２放電制御電極３ｂとを有している。従って、図１６（ｂ）〜（ｅ）に示したように放電経路１０１に近い第１放電制御電極３ａによって専ら放電電流のオン／オフ制御を行い、図１５（ａ）〜（ｃ）に示したように放電経路１０１に遠い第２放電制御電極３ｂによって放電電流の大きさをなめらかに制御することができる。従って、放電発生電圧として直流電圧を用い、第１放電制御電圧および第２放電制御電圧として比較的低い電圧を用いた駆動が可能になる。そのため、高電圧をパルス的に印加できる高耐圧ドライバを電源として用いる必要がなくなるので、製造コストを低減することができる。
【０１８０】
上述したように、本発明による能動素子４００では、第１放電制御電極３ａと第２放電制御電極３ｂとが協同的に放電電流の大きさを制御する。以下、第１放電制御電極３ａと第２放電制御電極３ｂの好ましい配置を説明する。
【０１８１】
第１放電制御電極３ａを、放電経路１０１にできるだけ近い位置に設けることによって、カソード電極１とのアノード電極２との電位差に応じて生成される電位構造を効果的に（比較的低い電圧の印加により）崩すことができる。例えば、本実施形態のように、第１放電制御電極３ａをカソード電極１とアノード電極２との間に設けることによって、放電電流を効果的に（比較的低い電圧の印加により）オン／オフ制御できる。
【０１８２】
また、本実施形態のように、第２放電制御電極３ｂを、放電経路１０１の側方、より具体的には、カソード電極１およびアノード電極２から第２方向Ｄ２に沿って離れた位置に設けることによって、放電電流の大きさを容易にかつ効果的に制御することができる。この理由は以下の通りである。第２放電制御電極３ｂが放電空間内のある場所（点）の電位構造に及ぼす影響の強さは、第２放電制御電極３ｂとその場所（点）との距離に応じて変化し、近いほど強く、遠いほど弱い。第２放電制御電極３ｂが、放電経路１０１の側方、より具体的には、カソード電極１およびアノード電極２から第２方向Ｄ２に沿って離れた位置に設けられていると、カソード電極１とアノード電極２との電位差に応じて生成される電位構造に対して第２放電制御電極３ｂの電位が及ぼす影響の強さが、第２方向Ｄ２に沿って変化する。すなわち、カソード電極１とアノード電極２との電位差に応じて生成される電気力線Ｅ（第１方向に平行であり、第２方向に沿って複数並ぶ）に対して第２放電制御電極３ｂの電位が及ぼす影響の強さが第２方向Ｄ２（電気力線の並ぶ方向）に沿って変化する。そのため、カソード電極１とアノード電極２との間（放電空間内）に生成される電気力線を選択的に第２放電制御電極３ｂに導いて電界強度を調整することが容易となり、その結果、放電電流の大きさを容易にかつ効果的に制御することができる。
【０１８３】
さらに、本実施形態のように、カソード電極１およびアノード電極２が、配列方向である第１方向Ｄ１に略直交する第２方向Ｄ２に平行に長手方向が規定される形状を有していると、放電電流の大きさをより効果的に制御することができる。この理由は以下の通りである。放電空間内に発生する電気力線の数を効果的に制御するためには、第２放電制御電極３ｂの電位が放電空間内の電位構造に与える影響の強さが、放電空間内で大きく変化することが好ましい。カソード電極１およびアノード電極２の長手方向が第２方向Ｄ２に平行であるということは、第２放電制御電極３ｂがカソード電極１およびアノード電極２から長手方向に沿って離れているということなので、放電空間と第２放電制御電極３ｂとの最短距離と放電空間と第２放電制御電極３ｂとの最長距離との差を大きく確保することができる。従って、第２放電制御電極３ｂが放電空間内の電位構造に与える影響の強さを放電空間内で大きく変化させることができる。そのため、電気力線Ｅを選択的に第２放電制御電極３ｂに導いて放電電流を制御することがより容易となる。
【０１８４】
また、カソード電極１およびアノード電極２が第２方向Ｄ２に平行に長手方向が規定される形状を有している場合には、第１放電制御電極３ａが第２方向Ｄ２に平行に長手方向が規定される形状を有していると、より効果的に電位構造を崩すことができ、放電電流をより容易にオン／オフ制御することができる。
【０１８５】
さらに、第２放電制御電極３ｂが長手方向を有する形状である場合には、その長手方向が第１方向Ｄ１に平行であると、放電空間内に生成される電位構造に対して第２放電制御電極３ｂがより効果的に影響を及ぼすことができる。
【０１８６】
また、本実施形態では、カソード電極１とアノード電極２との間の距離ｄ4（＝１５０μｍ）よりも、カソード電極１と第２放電制御電極３ｂとの間の距離ｄ5（＝２５０μｍ）およびアノード電極２と第２放電制御電極３ｂとの間の距離ｄ6（＝２５０μｍ）が大きく、また、カソード電極１と第２放電制御電極３ｂとの間の距離ｄ5と、アノード電極２と第２放電制御電極３ｂとの間の距離ｄ6とが等しい。
【０１８７】
放電電流の大きさを効果的に制御するためには、既に述べたように、第２放電制御電極３ｂが電位構造に対して及ぼす影響の強さが、第２方向Ｄ２に沿って変化することが好ましい。そのため、第２放電制御電極３ｂは、カソード電極１とアノード電極２との間に位置しないことが好ましい。第２放電制御電極３ｂがカソード電極１とアノード電極２との間に位置すると、第２放電制御電極３ｂの影響の強さを第２方向Ｄ２に沿って変化させることが難しいからである。また、同様の理由から、第２放電制御電極３ｂが放電経路の前方や後方、すなわち、カソード電極１およびアノード電極２からこれらの配列方向（第１方向Ｄ１）に沿って離れた位置に設けられていないことが好ましい。
【０１８８】
カソード電極１とアノード電極２との間の距離ｄ4よりも、カソード電極１と第２放電制御電極３ｂとの間の距離ｄ5およびアノード電極２と第２放電制御電極３ｂとの間の距離ｄ6が大きいと、カソード電極１とアノード電極２との間に第２放電制御電極３ｂが位置することがない。また、カソード電極１と第２放電制御電極３ｂとの間の距離ｄ5と、アノード電極２と第２放電制御電極３ｂとの間の距離ｄ6とが略等しいと、放電経路の前方や後方、つまり、カソード電極１およびアノード電極２からこれらの配列方向（第１方向Ｄ１）に沿って離れた位置に第２放電制御電極３ｂが位置することがない。
【０１８９】
従って、カソード電極１とアノード電極２との間の距離ｄ4、カソード電極１と第２放電制御電極３ｂとの間の距離ｄ5、および、アノード電極２と第２放電制御電極３ｂとの間の距離ｄ6が、ｄ4＜ｄ5かつｄ4＜ｄ6の関係を満足し、カソード電極１と第２放電制御電極３ｂとの間の距離ｄ5と、アノード電極２と第２放電制御電極３ｂとの間の距離ｄ6とが略等しい構成を採用することによって、放電電流のなめらかな制御を容易にかつ効果的に行うことができる構造を容易に実現することが可能になる。
【０１９０】
引き続き、カソード電極１、アノード電極２、第１放電制御電極３ａおよび第２放電制御電極３ｂの好ましい配置を説明する。
【０１９１】
本実施形態のように、カソード電極１とアノード電極２と第１放電制御電極３ａと第２放電制御電極３ｂとが略同一平面上に設けられていると、同一の基板上に同一のプロセスでこれらの電極を形成することができる。従って、これらの電極を同一のマスクや同一のスクリーン板を用いて同時に形成することができ、能動素子４００の製造を簡略化することができる。
【０１９２】
また、本実施形態のように、カソード電極１と第２放電制御電極３ｂとの間の距離ｄ5と、カソード電極１とアノード電極２との間の最長距離ｄ4’とが、ｄ5≧ｄ4’の関係を満足することが好ましい。カソード電極１とアノード電極２との間で放電が発生する際には、近接する端部間だけではなく、離隔した端部間でも放電が発生する。カソード電極１と第２放電制御電極３ｂとの間の距離ｄ5が、カソード電極１とアノード電極２との間の最長距離ｄ4’以上であることで、カソード電極１と第２放電制御電極３ｂとの間の電界強度が相対的に弱くなり、カソード電極１と第２放電制御電極３ｂ間での放電が発生しにくくなる。そのため、カソード電極１と第２放電制御電極３ｂとの間に放電電流が流れることを抑制でき、カソード電極１とアノード電極２との間での放電を制御するために消費する電力をほとんどゼロとすることができる。その結果、高入力インピーダンス状態が実現され、消費電力を低減することができる。
【０１９３】
また、放電ガスの圧力は、カソード電極１とアノード電極２との間における放電開始電圧よりも、カソード電極１と第２放電制御電極３ｂとの間における放電開始電圧が高くなるように設定されていることが好ましい。この理由を図１８を参照しながら説明する。図１８は、能動素子４００における放電開始電圧の圧力依存性を示す図であり、図中の実線４０３はカソード電極１とアノード電極２との間（電極間距離は約１５０μｍ）における放電開始電圧を示し、実線４０４はカソード電極１と第２放電制御電極３ｂとの間（電極間距離は約２５０μｍ）における放電開始電圧を示している。なお、放電開始電圧とは、所定の条件下において放電が発生する電圧の最小値である。
【０１９４】
放電ガスの圧力が、実線４０４が実線４０３よりも高電圧側に位置している領域に設定されていると、すなわち、カソード電極１とアノード電極２との間における放電開始電圧よりも、カソード電極１と第２放電制御電極３ｂとの間における放電開始電圧が高くなる領域（例えば、図１８に示す破線で囲まれた領域４０２）に設定されていると、カソード電極１とアノード電極２との間では放電が発生しやすいのに対して、カソード電極１と第２放電制御電極３ｂとの間では放電が発生しにくい。従って、カソード電極１と第２放電制御電極３ｂとの間に放電電流が流れることを抑制でき、カソード電極１とアノード電極２との間での放電を制御するために消費する電力をほとんどゼロとすることができる。そのため、放電ガスの圧力が上述のように設定された能動素子４００は、低消費電力性に優れている。
【０１９５】
なお、本実施形態においては、放電ガスとしてヘリウムを備えている能動素子４００について説明したが、放電ガスとして大気（窒素および酸素）を大気圧で用いてもよい。大気を大気圧で利用する場合には、ガス封入構造を形成する工程および放電ガスを封入する工程を省略することができ、製造コストを下げることができる。
【０１９６】
また、カソード電極１、アノード電極２、第１放電制御電極３ａおよび第２放電制御電極３ｂは、同一の平面上に設けられていなくてもよいし、それぞれが別々の支持体（例えば基板）上に設けられていてもよい。例えば、図１９および図２０に示すように、誘電体材料からなる隔壁８を介して基板１０に対向する対向基板１１が設けられている場合、第２放電制御電極３ｂは、図１９に示したように隔壁８内に（例えば厚さＴ’＝５０μｍ、基板１０との間隔ｓ３＝５０μｍで）作り込まれてもよいし、図２０に示したように対向基板１１上に（例えば基板１０との間隔ｓ４＝１５０μｍとなるように）配置されてもよい。
【０１９７】
能動素子４００は、表示装置の画素ごとに設けられたスイッチング素子として好適に用いられるが、勿論、他の用途にも用いることができる。例えば、増幅素子としても用いることができる。具体的には、テレビジョンの表示画素ごとに能動素子４００をスイッチング素子として設けるとともに、表示部の周辺にアンプの音声増幅素子として能動素子４００を設けることができ、このような構成とすることで表示部とアンプ部とを同時に（同一工程で）形成することが可能になる。また、能動素子４００は、後述するように、その近傍に蛍光体層を設けることによって、発光素子としても用いられる。
【０１９８】
（実施形態５）
図２１を参照しながら、本実施形態の発光素子５００の構造を説明する。
【０１９９】
発光素子５００は、実施形態４の能動素子４００と、能動素子４００の近傍に配置された蛍光体層５とを備えている。以下、より具体的な構造を説明する。
【０２００】
基板（例えばガラス基板）１０上に能動素子４００が形成されており、誘電体材料からなる隔壁８を介して基板１０に対向するように対向基板（例えばガラス基板）１１が設けられている。本実施形態では、隔壁８の高さは２００μｍである。そして、対向基板１１の基板１０側（能動素子４００側）の表面に、紫外線を吸収して可視光を放射する蛍光体層５が設けられている。なお、ここでは、アノード電極２は接地されている。
【０２０１】
また、図中では省略したが、能動素子４００の外周にフリット材を環状に塗布した後に基板１０と対向基板１１とを貼り合わせることによって能動素子４００の周囲に閉空間が形成されており、この閉空間内に放電ガスが封入（例えばキセノンが５％混合されたネオンが圧力１５ｋＰａで封入）されている。放電ガスとしては、ヘリウム、アルゴン、ネオンなどの希ガスやこれらの混合ガスと、キセノンとを混合したガスを好適に用いることができる。キセノンを含むガスを放電ガスとして用いる場合には、キセノンの真空紫外領域（波長が１４０〜１８０ｎｍ）の放射を蛍光体層５の励起に用いる。勿論、キセノン以外のガスを混合してもよく、紫外線を放射する他のガス（例えば水銀ガス等）を用いてもよい。
【０２０２】
発光素子５００では、能動素子４００のカソード電極１とアノード電極２との間に放電（プラズマ放電）が発生すると、放電ガスに含まれるキセノンが励起される。そして、励起されたキセノンから放射される紫外線が蛍光体層５に吸収され、蛍光体層５が発光する。
【０２０３】
能動素子４００を図１４（ａ）および（ｂ）に示したように駆動したところ、放電電流の大きさ（放電電流量）と、蛍光体層５の発光輝度とがほぼ比例関係にあることが確認された。蛍光体層５の発光輝度をこのように制御できるのは、放電電流の大きさとキセノンからの紫外線放射量とが単調増加の関係にあり、紫外線１０３の放射量を第２放電制御電極３ｂの電位によって制御することができるからである。上述したように、蛍光体層５を能動素子４００の近傍に配置することによって、フォトルミネッセンス効果で発生する光の量をアナログ的に制御できる。また、第１放電制御電極３ａの電位を比較的低い電圧域（例えば−４０Ｖから−７０Ｖ）で変化させることによって、発光をオン／オフ制御できた。つまり、本発明による発光素子５００を駆動するのに、ＰＤＰで使用されるような高電圧、高耐圧のドライバを用いる必要はない。
【０２０４】
（実施形態６）
発光素子５００を備えた表示装置６００を図２２（ａ）および（ｂ）と、図２３（ａ）〜（ｄ）とを参照しながら説明する。図２２（ａ）は、表示装置６００を模式的に示す上面図であり、図２２（ｂ）は、表示装置６００の１つの画素に対応する領域を拡大して示す上面図である。また、図２３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、図２２（ｂ）中の２３Ａ−２３Ａ’線、２３Ｂ−２３Ｂ’線、２３Ｃ−２３Ｃ’線、２３Ｄ−２３Ｄ’線に沿った断面図である。
【０２０５】
表示装置６００は、図２２（ａ）に示すように、行および列を有するマトリクス状に配列された複数の画素Ｐを有し、複数の画素Ｐごとに、図２１に示した発光素子５００を有している。なお、図２２（ａ）は模式図であり、表示装置６００の実際の画素数はここでは６４０×４８０個である。また、１つの画素Ｐのサイズは９６０μｍ×３２０μｍである。それぞれの画素Ｐに設けられた発光素子５００は、図２１にも示したように、能動素子４００を備えており、表示装置６００はアクティブマトリクス駆動される。能動素子４００のカソード電極１、アソード電極２、第１放電制御電極３ａおよび第２放電制御電極３ｂは、図２３（ａ）〜（ｄ）に示すように、基板（例えばガラス基板）１０上に形成された誘電体層（典型的には厚膜誘電体層）２４上に配置されている。
【０２０６】
また、表示装置６００は、第１放電制御電極３ａに電気的に接続された走査配線（ゲート信号線）２１と、第２放電制御電極３ｂに電気的に接続された信号配線（データ信号線）２２とを有しており、さらに、アノード電極２に電気的に接続された接地配線２３と、カソード電極１に電気的に接続された定電圧配線２６とを有している。なお、図２２および図２３では、わかりやすさのために、走査配線２１を一点鎖線、信号配線２２を二点鎖線、接地配線２３を破線で示している。
【０２０７】
走査配線２１および信号配線２２は、それぞれ行ごとおよび列ごとに設けられている。走査配線２１は、表示領域外に設けられたゲートドライバに電気的に接続され、ゲートドライバから走査電圧（ゲート電圧）を供給される。また、信号配線２２は、表示領域外に設けられたデータドライバに電気的に接続され、データドライバから信号電圧（データ電圧）を供給される。さらに、接地配線２３は、表示領域外において接地されており、定電圧配線２６は、共通の定電圧電源から直流の定電圧（例えば−２５０Ｖ）を供給される。
【０２０８】
本実施形態では、定電圧配線２６、走査配線２１および接地配線２３は、それぞれ図９（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示したように誘電体層２４下でガラス基板１０上に形成されており、誘電体層２４に設けられた開口部（スルーホール）２４ａを介してカソード電極１、第１放電制御電極３ａ、アノード電極２に電気的に接続されている。また、信号配線２２は、図９（ａ）〜（ｄ）に示したように誘電体層２４上に形成されている。
【０２０９】
表示装置６００が有する能動素子４００、発光素子５００は、既に述べたようにして製造することができ、フォトリソグラフィ法やスクリーン印刷法などの公知の手法を用いて製造することができる。また、誘電体層２４、走査配線２１、信号配線２２、接地配線２３および定電圧配線２６も、公知の材料を用いて公知の手法により製造することができる。スクリーン印刷法などの厚膜形成法を用いると、高価な真空装置を用いる必要がないので、コスト的な利点が大きい。走査配線２１に走査電圧を供給するゲートドライバや、信号配線２２に信号電圧を供給するデータドライバとしては、一般的なアクティブマトリクス駆動の液晶表示装置に用いられるものを用いることができる。また、定電圧配線２６に定電圧を供給する定電圧電源としては、例えば、出力定格電圧が４００Ｖで定格電流が１Ａのものを用いることができる。図２２および図２３に例示した構造においては、カソード電極１、アソード電極２、第１放電制御電極３ａ、第２放電制御電極３ｂおよび信号配線２２をスクリーン印刷法によって同時に形成することができるし、また、走査配線２１と接地配線２３と定電圧配線２６とを同時に形成することもできる。そのため、能動素子としてＴＦＴを備える従来の表示装置を製造する場合に比べて、マスク枚数、フォトリソグラフィ工程などを大幅に削減されることができ、製造コストを低減することができる。
【０２１０】
図２４（ａ）、（ｂ）および（ｃ）を参照しながら、表示装置６００の駆動方法を説明する。図２４（ａ）に模式的に示すように、表示装置６００は、マトリクス状に配列された複数の画素を有する。図２４（ａ）においては、ｎ行目ｍ列目の画素をｎｍと表記している。
【０２１１】
表示装置６００の駆動は、定電圧電源から定電圧配線２６を介してカソード電極１に直流定電圧（ここでは−２５０Ｖ）が印加されている状態で行われる。
【０２１２】
まず、ゲートドライバ（ここでは耐圧６０Ｖで−７０Ｖに直流バイアスされたもの）から、行ごとに設けられた走査配線２１に、１行目から順に走査電圧（ゲート電圧）Ｖｇｎ（Ｖｇ１、Ｖｇ２、Ｖｇ３、・・・）が供給され、第１放電制御電極３ａに走査配線２１を介して第１放電制御電圧としての走査電圧Ｖｇｎが供給される。ゲートドライバは、図２４（ｂ）に示すように、ここでは、バイアス電圧を−７０Ｖとして振幅（電圧の大きさ）が一定（３０Ｖ）でパルス幅が一定（１０μｓ）のパルス電圧を発生させる。
【０２１３】
これと同期して、データドライバから、列ごとに設けられた信号配線２２に所定のタイミングで信号電圧（データ電圧）Ｖｄｎｍ（Ｖｄｎ１、Ｖｄｎ２、Ｖｄｎ３、・・・）が供給され、第２放電制御電極３ｂに信号配線２２を介して第２放電制御電圧としての信号電圧Ｖｄｎｍが供給される。データドライバは、図２４（ｃ）に示すように、パルス幅が一定で、個々のデータに対応した振幅（電圧の大きさ；Ｖｄ１１、Ｖｄ２１、Ｖｄ３１・・・）のパルス電圧を発生させる。ここでは、データ電圧が０Ｖのときが白階調表示、５０Ｖのときが黒階調表示に対応し、データ電圧が０Ｖより大きく５０Ｖ未満であるときが中間調表示に対応している。なお、データドライバは、振幅が一定で、パルス幅が個々のデータに対応して変化するようなパルス電圧を発生させてもよい。
【０２１４】
各画素は、第２放電制御電極３ｂに印加された第２放電制御電圧としての信号電圧Ｖｄｎｍに応じて、所定の表示状態となる。カソード電極１とアノード電極２との間に流れる放電電流の大きさと能動素子４００から放射される紫外線の量とは、第２放電制御電圧に応じて変化するので、発光素子５００の発光輝度をアナログ的に変化させることができる。
【０２１５】
本発明による表示装置６００は、上述したように、蛍光体のフォトルミネッセンス効果を利用した自発光型の表示装置であって、かつ、その発光輝度をアナログ的に制御できる表示装置である。
【０２１６】
表示装置６００は、表示の１周期について１つのアドレス期間で多階調表示を行うことができるので、表示期間が複数のアドレス期間によって制限されることがない。そのため、輝度の向上が容易であり、明るい表示を実現することができる。また、表示の１周期について１つのアドレス期間で多階調表示を行うことができるので、パルス幅変調法を用いるＰＤＰと比べて駆動回路を単純化できる。そのため、製造コストを低減することができる。
【０２１７】
さらに、第２放電制御電圧に対してほぼ連続的に変化する放電電流の大きさと蛍光体層５の発光輝度とが単調増加の関係にあるので、輝度をアナログ的に変化させることができる。そのため、階調数を多くすることが容易であり、階調数の増加と駆動回路の単純化とがトレードオフの関係となることがない。
【０２１８】
また、放電経路１０１に近い第１放電制御電極３ａと放電経路１０１に遠い第２放電制御電極３ｂとが協同的に放電を制御するので、放電発生電圧として直流定電圧を用い、第１放電制御電圧および第２放電制御電圧として比較的低い電圧を用いた駆動が可能になる。そのため、高電圧をパルス的に印加できる高耐圧ドライバを電源として用いる必要がなく、製造コストを低減することができる。具体的には、耐圧６０Ｖ程度のドライバを問題なく用いることができる。
【０２１９】
さらに、表示装置６００は、半導体層やゲート絶縁膜を形成する際に用いる高価な真空装置を用いることなく、スクリーン印刷などの厚膜形成法を用いて製造することができるので、アクティブマトリクス駆動を行う表示装置であるにも関わらず安価に製造することができる。
【０２２０】
なお、能動素子４００、発光素子５００を備えた表示装置の構成は、ここで例示したものに限定されない。ここでは、図２３（ｂ）〜（ｄ）に示したように、カソード電極１、アノード電極２および第１放電制御電極３ａが誘電体層２４上に形成されており、これらがスルーホール２４ａを介して定電圧配線２６、走査配線２１、接地配線２３に電気的に接続されている場合を説明したが、例えば、図２５（ａ）および（ｂ）と図２６（ａ）〜（ｄ）とに示す表示装置６００’のように、誘電体層２４に設けた開口部２４ａ内の定電圧配線２６上、走査配線２１上、接地配線２３上にカソード電極１、第１放電制御電極３ａ、アノード電極２を直接形成してもよい。なお、この場合、図２６（ｂ）〜（ｄ）に示したように、カソード電極１、第１放電制御電極３ａおよびアノード電極２は凹部に位置しているが、能動素子４００（発光素子５００）が図２３（ｂ）〜（ｄ）に示した構成と同様の特性を示すことは確認されている。
【０２２１】
（実施形態７）
図２７（ａ）および（ｂ）を参照しながら、本発明による実施形態７の表示装置７００を説明する。図２７（ａ）および（ｂ）は、それぞれ表示装置７００の１画素に対応する領域を模式的に示す斜視図および断面図である。
【０２２２】
表示装置７００は、行および列を有するマトリクス状に配列された複数の画素を有し、複数の画素ごとに、有機ＥＬ素子３０と、有機ＥＬ素子３０に接続された実施形態１の能動素子１００とを有する有機ＥＬ表示装置である。
【０２２３】
能動素子１００が有するカソード電極１、アノード電極２および放電制御電極３は、基板１０上に形成されており、基板１０と、基板１０に対向する対向基板１１との間に放電ガスが封入されている。
【０２２４】
また、表示装置７００は、能動素子１００のカソード電極１に電気的に接続された走査配線（ゲート配線）２１と、放電制御電極３に電気的に接続された信号配線（データ配線）２２とを有しており、アノード電極２に有機ＥＬ素子３０が接続されている。
【０２２５】
走査配線２１および信号配線２２は、それぞれ行ごとおよび列ごとに設けられている。走査配線２１は、表示領域外に設けられたゲートドライバに電気的に接続され、ゲートドライバから走査電圧（ゲート電圧）を供給される。また、信号配線２２は、表示領域外に設けられたデータドライバに電気的に接続され、データドライバから信号電圧（データ電圧）を供給される。さらに、表示装置７００は、対向電極３３に電気的に接続された接地配線（不図示）を有し、この接地配線は、表示領域外において接地されている。
【０２２６】
有機ＥＬ素子３０は、アノード電極２に電気的に接続された画素電極３１と、画素電極３１に対向する対向電極３３と、画素電極３１と対向電極３３との間に設けられた表示媒体層としての有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）材料層３２とを有し、電流を供給されることによって発光する。
【０２２７】
表示装置７００は、実施形態３の表示装置３００とほぼ同様に駆動することができる。例えば図１０（ｂ）および（ｃ）に示したものと同様の波形の電圧をカソード電極１および放電制御電極３に印加されることによって駆動される。
【０２２８】
各画素は、放電制御電極３に印加された放電制御電圧に応じて、所定の表示状態となる。放電制御電極３に印加された放電制御電圧が、カソード電極１およびアノード電極２間で放電が発生しないような電圧、すなわちオフ電圧である場合には、被駆動部としての有機ＥＬ素子３０に電流が供給されず、有機ＥＬ素子３０は発光状態とならない。また、放電制御電極３に印加された放電制御電圧が、カソード電極１およびアノード電極２間で放電が発生するような電圧、すなわちオン電圧である場合には、有機ＥＬ素子３０に電流が供給され、有機ＥＬ素子３０が発光状態となる。このとき、有機ＥＬ素子３０に供給される電流の大きさは、放電制御電圧に応じて変化するので、有機ＥＬ素子３０の発光輝度を変化させることができ、多階調表示が実現される。
【０２２９】
本実施形態の表示装置７００は、公知の材料を用いて公知のフォトリソグラフィプロセスやスクリーン印刷法などにより製造することができる。表示装置７００は、能動素子として実施形態１の能動素子１００を備えているので、画素ごとにＴＦＴを備えた従来の有機ＥＬ表示装置よりも製造工程を簡略化でき、また、製造コストも低減することができる。
【０２３０】
なお、本実施形態においては、被駆動部として、有機ＥＬ素子３０を備えている場合について説明したが、これに限定されず、自発光型素子や光変調型素子などを好適に用いることできる。また、被駆動部は、有機ＥＬ素子３０のような抵抗性の素子であってもよいし、一対の電極に挟持された液晶層のような容量性の素子であってもよい。
【０２３１】
図２８（ａ）および（ｂ）に、被駆動部として、画素電極４１および対向電極４３とこれらに挟持された液晶層４２とからなる液晶容量４０を備える表示装置７００’を示す。
【０２３２】
表示装置７００’は、液晶容量４０を備えている点以外は、表示装置７００とほぼ同じ構成を有している。以下の説明においては、表示装置７００と異なる点を中心に説明する。
【０２３３】
表示装置７００’は、被駆動部として液晶容量４０を有しており、液晶容量４０は、能動素子１００を用いて駆動される。表示装置７００’が備える被駆動部は、光変調型素子であるので、表示装置７００’においては、バックライトからの光を用いて表示を行うか、あるいは周囲光（外光）を反射板（あるいは反射電極）により反射させて表示を行う。
【０２３４】
液晶容量４０が有する液晶層４２は、基板１０と、基板１０上に設けられた液晶封止壁１６と、対向基板１１とによって囲まれた領域に封入されている。
【０２３５】
基板１０の液晶層４２側に画素電極４１が設けられており、対向基板１１の液晶層４２側にＩＴＯからなる対向電極４３が設けられている。また、基板１０および対向基板１１上には、液晶層４２に接するように設けられ、ラビング処理が施された配向層（不図示）が形成されている。典型的には、対向基板１１はさらに、液晶層４２側とは反対側に偏光制御層およびカラーフィルタ層（いずれも不図示）を有する。
【０２３６】
液晶層４２に液晶封止壁１６を隔てて設けられた空間１５に放電ガスが封入されており、この空間１５の大きさが放電に適した大きさとなるように、対向基板１１はダイシング加工されている。
【０２３７】
表示装置７００’においても、表示装置７００と同様にアクティブマトリクス駆動が実現され、表示装置７００と同様の利点が得られる。
【０２３８】
（実施形態８）
図２９（ａ）および（ｂ）を参照しながら、本発明による実施形態８の表示装置８００を説明する。図２９（ａ）および（ｂ）は、それぞれ表示装置８００の１画素に対応する領域を模式的に示す斜視図および断面図である。
【０２３９】
表示装置８００は、行および列を有するマトリクス状に配列された複数の画素を有し、複数の画素ごとに、有機ＥＬ素子３０と、有機ＥＬ素子３０に接続された実施形態４の能動素子４００とを有する有機ＥＬ表示装置である。
【０２４０】
能動素子４００が有するカソード電極１、アノード電極２、第１放電制御電極３ａおよび第２放電制御電極３ｂは、基板１０上に形成されており、基板１０と、基板１０に対向する対向基板１１との間に放電ガスが封入されている。
【０２４１】
また、表示装置８００は、能動素子４００のカソード電極１に電気的に接続された定電圧配線２６と、第１放電制御電極３ａに電気的に接続された走査配線（ゲート配線）２１と、第２放電制御電極３ｂに電気的に接続された信号配線（データ配線）２２とを有しており、アノード電極２に有機ＥＬ素子３０が接続されている。
【０２４２】
走査配線２１および信号配線２２は、それぞれ行ごとおよび列ごとに設けられている。走査配線２１は、表示領域外に設けられたゲートドライバに電気的に接続され、ゲートドライバから走査電圧（ゲート電圧）を供給される。また、信号配線２２は、表示領域外に設けられたデータドライバに電気的に接続され、データドライバから信号電圧（データ電圧）を供給される。また、定電圧配線２６は、表示領域外に設けられた定電圧電源から直流定電圧を供給される。さらに、表示装置８００は、対向電極３３に電気的に接続された接地配線（不図示）を有し、この接地配線は、表示領域外において接地されている。
【０２４３】
有機ＥＬ素子３０は、アノード電極２に電気的に接続された画素電極３１と、画素電極３１に対向する対向電極３３と、画素電極３１と対向電極３３との間に設けられた表示媒体層としての有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）材料層３２とを有し、電流を供給されることによって発光する。
【０２４４】
表示装置８００は、実施形態６の表示装置６００とほぼ同様に駆動することができる。例えば図２４（ｂ）および（ｃ）に示したものと同様の波形の電圧を第１放電制御電極３ａおよび第２放電制御電極３ｂに印加されることによって駆動される。
【０２４５】
各画素は、第２放電制御電極３ｂに印加された第２放電制御電圧に応じて、所定の表示状態となる。有機ＥＬ素子３０に供給される電流の大きさは、第２放電制御電圧に応じて変化するので、有機ＥＬ素子３０の発光輝度を変化させることができ、多階調表示が実現される。
【０２４６】
本実施形態の表示装置８００は、公知の材料を用いて公知のフォトリソグラフィプロセスやスクリーン印刷法などにより製造することができる。表示装置８００は、能動素子として実施形態４の能動素子４００を備えているので、画素ごとにＴＦＴを備えた従来の有機ＥＬ表示装置よりも製造工程を簡略化でき、また、製造コストも低減することができる。
【０２４７】
なお、本実施形態においては、被駆動部として、有機ＥＬ素子３０を備えている場合について説明したが、これに限定されず、自発光型素子や光変調型素子などを好適に用いることできる。また、被駆動部は、有機ＥＬ素子３０のような抵抗性の素子であってもよいし、一対の電極に挟持された液晶層のような容量性の素子であってもよい。
【０２４８】
図３０（ａ）および（ｂ）に、被駆動部として、画素電極４１および対向電極４３とこれらに挟持された液晶層４２とからなる液晶容量４０を備える表示装置８００’を示す。
【０２４９】
表示装置８００’は、液晶容量４０を備えている点以外は、表示装置８００とほぼ同じ構成を有している。以下の説明においては、表示装置８００と異なる点を中心に説明する。
【０２５０】
表示装置８００’は、被駆動部として液晶容量４０を有しており、液晶容量４０は、能動素子４００を用いて駆動される。表示装置８００’が備える被駆動部は、光変調型素子であるので、表示装置８００’においては、バックライトからの光を用いて表示を行うか、あるいは周囲光（外光）を反射板（あるいは反射電極）により反射させて表示を行う。
【０２５１】
液晶容量４０が有する液晶層４２は、基板１０と、基板１０上に設けられた液晶封止壁１６と、対向基板１１とによって囲まれた領域に封入されている。
【０２５２】
基板１０の液晶層４２側に画素電極４１が設けられており、対向基板１１の液晶層４２側にＩＴＯからなる対向電極４３が設けられている。また、基板１０および対向基板１１上には、液晶層４２に接するように設けられ、ラビング処理が施された配向層（不図示）が形成されている。典型的には、対向基板１１はさらに、液晶層４２側とは反対側に偏光制御層およびカラーフィルタ層（いずれも不図示）を有する。
【０２５３】
液晶層４２に液晶封止壁１６を隔てて設けられた空間１５に放電ガスが封入されており、この空間１５の大きさが放電に適した大きさとなるように、対向基板１１はダイシング加工されている。
【０２５４】
表示装置８００’においても、表示装置８００と同様にアクティブマトリクス駆動が実現され、表示装置８００と同様の利点が得られる。
【０２５５】
（実施形態９）
図３１、図３２（ａ）および（ｂ）を参照しながら、本実施形態における表示装置９００を説明する。
【０２５６】
表示装置９００は、マトリクス状に配列された複数の画素Ｐと、これらの画素Ｐを駆動するための信号を出力する駆動回路（例えばドライバＩＣ）５３とを有している。
【０２５７】
複数の画素Ｐによって規定される表示領域は、例えば、実施形態３、６、７および８において説明した表示装置の表示領域と同様の構造を有している。あるいは、表示装置９００の表示領域は、ＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）やＰＡＬＣ（プラズマアドレス液晶ディスプレイ）の表示領域と同様の構造を有している。なお、ＰＡＬＣの構造は、例えば、伊藤福三郎、外２名，「プラズマアドレス液晶（ＰＡＬＣ）ディスプレイ」，シャープ技報，１９９９年８月，第７４号，ｐ．３５−４０ に開示されており、プラズマアドレスの原理は、例えば特開平１−２１７３９６号公報に開示されている。
【０２５８】
表示装置９００は、さらに、実施形態１において説明した能動素子１００を表示領域と駆動回路５３との間に有している。能動素子１００のカソード電極１は、画素Ｐに向かって延びる配線５５に接続されており、アノード電極２は一定の高電圧を供給する定電圧配線５４に接続されており、放電制御電極３は駆動回路５３に接続されている。各電極がこのように接続された能動素子１００は、図３２（ｂ）に示すように、放電制御電極３に入力される電気信号を増幅してカソード電極１から出力することができる。つまり、能動素子１００は、駆動回路５３から出力される信号を増幅して複数の画素Ｐに供給する増幅素子として機能し得る。従来の増幅用トランジスタになぞらえると、カソード電極１がコレクタ、アノード電極２がエミッタ、放電制御電極３がベースとしての役割を果たす。なお、図３１に例示する構成では、複数の画素Ｐを有する基板５０が絶縁性基板（例えばガラス基板）５１とその上に形成された絶縁層５２とを備えており、絶縁層３２上にカソード電極１、アノード電極２、放電制御電極３および配線５５が形成され、絶縁性基板５１と絶縁層５２との間に定電圧配線５４が形成されている。
【０２５９】
従来、ＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）やＰＡＬＣ（プラズマアドレス液晶ディスプレイ）などの放電現象を利用して表示を行う表示装置では、放電を発生させるための高電圧のパルス信号を画素に供給する必要があるので、駆動回路として耐圧の高いドライバＩＣが用いられてきた。しかし、高耐圧のドライバＩＣは高価であるので、高耐圧のドライバを用いることは製造コストの増加を招いてしまう。
【０２６０】
これに対し、本実施形態における表示装置９００は、増幅素子として機能する能動素子１００を有しているので、画素Ｐの駆動に高電圧の信号が必要であっても、駆動回路５３としては耐圧の低い素子（例えばドライバＩＣ）を用いることができる。そのため、製造コストの低減を図ることができる。なお、能動素子１００は、実施形態１において説明したように簡素な構成を有しているので、表示装置の製造工程において新たなプロセスをほとんど追加することなく基板上に作り込むことができる。従って、増幅素子としての能動素子１００を設けることによる製造コストの増加はほとんどない。特に、表示領域が、ＰＤＰやＰＡＬＣ、あるいは実施形態３、６、７および８において説明した表示装置などのように、もともとガス封入構造を備えている場合には、増幅素子としての能動素子１００をも取り囲むように（図３１中にガス封入構造の一部５６を例示している）ガス封入構造を形成することによって、増幅素子としての能動素子１００のために別途にガス封入構造を形成したり放電ガスを封入したりする工程を省略できるので、実質的に製造プロセスの増加を伴うことなく能動素子１００を設けることができる。
【０２６１】
ここで、図３３を参照しながら、表示装置９００のより具体的な構造を例示して説明する。図３３に例示する表示装置９００はＰＤＰであり、表示領域が３電極型のＰＤＰと同様の構造を有している。
【０２６２】
表示装置９００は、マトリクス状に配列された画素Ｐの行方向または列方向に沿って延びる複数の放電セル９０を有している。複数の放電セル９０のそれぞれは、一対の基板と、これらの間に設けられ、所定の方向に沿って延びる複数の隔壁のうちの隣接した２つの隔壁とによって規定され、各放電セル９０内には放電ガスが封入されている。一方の基板上に、放電セルごとに一対の表示電極９１および９２が設けられており、他方の基板上に、これら表示電極９１および９２に交差するようにアドレス電極９３が設けられている。なお、図３３には、短冊状の表示電極９１および９２を示したが、これに限定されず、例えば、放電セル９０の延びる方向に沿って延びる配線を設け、この配線と一体に形成された矩形の表示電極を画素Ｐごとに設けてもよい。
【０２６３】
各放電セル９０の一対の表示電極９１および９２のうちのカソード電極９２は、増幅素子としての能動素子１００のカソード電極１に接続され、スキャン電極として機能する。また、アノード電極９１は、表示領域外で共通の電位（例えば接地電位）を与えられ、共通電極として機能する。
【０２６４】
ＰＤＰである表示装置９００においては、各放電セル９０で放電を発生させるために一対の表示電極９１および９２間に高電圧を印加する必要があるが、表示装置９００は駆動回路５３から出力される信号を増幅する（増幅素子として機能する）能動素子１００を備えているので、駆動回路５３としては耐圧の低いもの（例えば、一般的な液晶表示装置用のドライバＩＣ）を用いることができる。そのため、製造コストの低減を図ることができる。また、増幅素子としての能動素子１００は、ＰＤＰの製造工程において実質的に新たなプロセスを追加することなく基板上に作り込むことができるため、能動素子１００を設けることによる製造コストの増加はほとんどない。
【０２６５】
なお、本実施形態では、能動素子１００によって増幅された信号がスキャン電極として機能するカソード電極９２に供給される構成を示したが、増幅された信号がアドレス電極９３に供給される構成としてもよい。ただし、アドレス電極９３よりもカソード電極９２の方が高い電圧を印加する必要があるので、駆動回路５３の耐圧を低くして製造コストの低減を図る観点からは、増幅された信号がカソード電極９２に入力されることが好ましい。
【０２６６】
また、図３１や図３３では、駆動回路５３から出力された信号が、画素Ｐに供給される前に能動素子１００によって１回増幅される構成を例示したが、本発明はこれに限定されない。図３４に示すように、駆動回路５３から出力された信号を複数回増幅する構成としてもよい。
【０２６７】
図３４に示す構成では、駆動回路５３から出力される信号を直接増幅する第１の増幅素子１００ａと、第１の増幅素子１００ａで増幅された信号をさらに増幅する第２の増幅素子１００ｂとが設けられている。
【０２６８】
第１の増幅素子１００ａおよび第２の増幅素子１００ｂは、それぞれ能動素子１００と同じ構造を有しており、第１の増幅素子１００ａのカソード電極１と、第２の増幅素子１００ｂの放電制御電極３とが電気的に接続されており、第１の増幅素子１００ａのカソード電極１から出力された信号が第２の増幅素子１００ｂの放電制御電極３に入力される。従って、第１の増幅素子１００ａで増幅された信号を、第２の増幅素子１００ｂでさらに増幅することが可能になる。もちろん、図３４に示すように信号を２段階で増幅する構成に限定されず、さらに多段階で（３回以上）信号を増幅するような構成としてもよい。
【０２６９】
増幅素子としての能動素子１００は、実施形態１において説明した製造方法によって製造することができる。能動素子１００の各電極は、厚さ1μｍ以下の薄膜であってもよいし、厚さ1μｍを超える厚膜であってもよい。また、各電極の材料としては、例えば、ＩＴＯ、銀、ニッケル、アルミニウムなどを用いることができる。また、各電極は、積層電極（例えばＣｒ層／Ｃｕ層／Ｃｒ層）であってもよい。各電極の大きさ（面積）は、画素Ｐで必要とされる電流量などに応じて適宜決定される。また、電極間の距離（電極間隔）は、放電ガスの種類や所望する増幅率などに応じて適宜決定される。
【０２７０】
このようにして製造される能動素子による信号増幅の具体的な効果を説明する。例えば、ガス封入構造内にネオンとキセノンの混合ガス（キセノン５％）を約１００Ｔｏｒｒ（約１３．３ｋＰａ）で封入した構成において、アノード電極２に定電圧配線５４から約ー３００Ｖの電圧を印加し、放電制御電極３に駆動回路５３からバイアス電圧を含む振幅約―１０Ｖ、パルス幅４０μｓのパルス信号を入力すると、カソード電極１から振幅約―５０Ｖ、パルス幅４０μｓのパルス信号を出力することができる。このようにして、振幅が約５倍に増幅された信号を出力することが可能になる。また、図３４に示す構成を採用し、第１の増幅素子１００ａで振幅が約―５０Ｖに増幅された信号を、第２の増幅素子１００ｂの放電制御電極３に入力すれば、振幅を約―２５０Ｖにまで増幅することが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【０２７１】
本発明によると、製造が容易で優れた素子特性を有する能動素子が提供される。本発明による能動素子は、発光素子や表示装置を含む各種の電子デバイスに好適に用いられ、特に大型のフラットパネルディスプレイに好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【０２７２】
【図１】（ａ）は、本発明による実施形態１の能動素子１００を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は、能動素子１００を模式的に示す平面図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は、実施形態１の能動素子１００において、放電発生電圧（Ｖｇ）および放電制御電圧（Ｖｄ）の一方を一定とし、他方を変化させたときの、被駆動部４に供給される電流Ｉの変化を示すグラフである。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、実施形態１の能動素子１００において、電極間の電位差に応じて発生する電気力線（電界）Ｅを模式的に示す図である。
【図４】実施形態１の能動素子１００における放電開始電圧の圧力依存性を示すグラフである。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、実施形態１の能動素子１００が備える放電制御電極３の他の配置例を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）は、実施形態１の能動素子１００が備える放電制御電極３のさらに他の配置例を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図７】（ａ）は、本発明による実施形態２の発光素子２００を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は、発光素子２００を模式的に示す断面図である。
【図８】（ａ）は、本発明による実施形態３の表示装置３００を模式的に示す上面図であり、（ｂ）は、表示装置３００の１画素に対応する領域を模式的に示す上面図である。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、図８（ｂ）中の９Ａ−９Ａ’線、９Ｂ−９Ｂ’線、９Ｃ−９Ｃ’線に沿った断面図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は、実施形態３の表示装置３００の駆動方法を説明するための図である。
【図１１】（ａ）は、本発明による実施形態３の他の表示装置３００’を模式的に示す上面図であり、（ｂ）は、表示装置３００’の１画素に対応する領域を模式的に示す上面図である。
【図１２】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、図１１（ｂ）中の１２Ａ−１２Ａ’線、１２Ｂ−１２Ｂ’線、１２Ｃ−１２Ｃ’線に沿った断面図である。
【図１３】（ａ）は、本発明による実施形態４の能動素子４００を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は、能動素子４００を模式的に示す平面図である。
【図１４】（ａ）および（ｂ）は、実施形態４の能動素子４００において、第１放電制御電圧（Ｖｇ）および第２放電制御電圧（Ｖｄ）の一方を一定とし、他方を変化させたときの、被駆動部４に供給される電流Ｉの変化を示すグラフである。
【図１５】（ａ）〜（ｃ）は、実施形態４の能動素子４００において電極間の電位差に応じて発生する電気力線（電界）Ｅを模式的に示す図である。
【図１６】（ａ）〜（ｅ）は、実施形態４の能動素子４００において放電空間に存在する電位構造（等電位面の分布）を模式的に示す図である。
【図１７】実施形態４の能動素子４００の素子特性を示すグラフである。
【図１８】実施形態４の能動素子４００における放電開始電圧の圧力依存性を示すグラフである。
【図１９】（ａ）および（ｂ）は、実施形態４の能動素子４００が備える第２放電制御電極３ｂの他の配置例を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図２０】（ａ）および（ｂ）は、実施形態４の能動素子４００が備える第２放電制御電極３ｂのさらに他の配置例を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図２１】（ａ）は、本発明による実施形態５の発光素子５００を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は、発光素子５００を模式的に示す断面図である。
【図２２】（ａ）は、本発明による実施形態６の表示装置６００を模式的に示す上面図であり、（ｂ）は、表示装置６００の１画素に対応する領域を模式的に示す上面図である。
【図２３】（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、図２２（ｂ）中の２３Ａ−２３Ａ’線、２３Ｂ−２３Ｂ’線、２３Ｃ−２３Ｃ’線、２３Ｄ−２３Ｄ’線に沿った断面図である。
【図２４】（ａ）〜（ｃ）は、実施形態６の表示装置６００の駆動方法を説明するための図である。
【図２５】（ａ）は、本発明による実施形態６の他の表示装置６００’を模式的に示す上面図であり、（ｂ）は、表示装置６００’の１画素に対応する領域を模式的に示す上面図である。
【図２６】（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、図２５（ｂ）中の２６Ａ−２６Ａ’線、２６Ｂ−２６Ｂ’線、２６Ｃ−２６Ｃ’線、２６Ｄ−２６Ｄ’線に沿った断面図である。
【図２７】（ａ）および（ｂ）は、本発明による実施形態７の表示装置７００の１画素に対応する領域を模式的に示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図２８】（ａ）および（ｂ）は、本発明による実施形態７の他の表示装置７００’の１画素に対応する領域を模式的に示す図であり、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図２９】（ａ）および（ｂ）は、本発明による実施形態８の表示装置８００の１画素に対応する領域を模式的に示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図３０】（ａ）および（ｂ）は、本発明による実施形態８の他の表示装置８００’の１画素に対応する領域を模式的に示す図であり、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図３１】本発明による実施形態９の表示装置９００を模式的に示す斜視図である。
【図３２】（ａ）および（ｂ）は、表示装置９００に増幅素子として用いられる能動素子１００を模式的に示す平面図である。
【図３３】本発明による実施形態９の表示装置９００を模式的に示す上面図である。
【図３４】表示装置９００に用いられる第１の増幅素子１００ａおよび第２の増幅素子１００ｂを模式的に示す平面図である。
【符号の説明】
【０２７３】
１    カソード電極
２    アノード電極
３    放電制御電極
３ａ    第１放電制御電極
３ｂ    第２放電制御電極
４    被駆動部（受動素子）
５    蛍光体層
６、７、７ａ、７ｂ    電源
８    隔壁
１０    基板
１１    対向基板
２１    走査配線（ゲート配線）
２２    信号配線（データ配線）
２３    接地配線
２４    誘電体層
２４ａ    開口部（スルーホール）
２６    定電圧配線
３０    有機ＥＬ素子
３１    画素電極
３２    有機ＥＬ材料層
３３    対向電極
４０    液晶容量
４１    画素電極
４２    液晶層
４３    対向電極
５３    駆動回路
１００、４００    能動素子
１００ａ    第１の増幅素子
１００ｂ    第２の増幅素子
１０１    放電経路
２００、５００    発光素子
３００、３００’、６００、６００’    表示装置
７００、７００’、８００、８００’    表示装置
９００    表示装置
【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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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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