專利名稱：有機(jī)場(chǎng)致發(fā)光元件和有機(jī)場(chǎng)致發(fā)光顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有機(jī)場(chǎng)致發(fā)光(EL)元件和有機(jī)EL顯示器。
背景技術(shù)：
隨著信息社會(huì)的新近發(fā)展，各種類型的移動(dòng)裝置和終端裝置變得日益流行。減小安裝在裝置上的顯示器功耗的要求也不斷地增長(zhǎng)。
有機(jī)EL元件是自發(fā)光元件，并且形成一個(gè)發(fā)光二極管，其中包括發(fā)光層的有機(jī)層夾在陰極和陽(yáng)極之間。
有機(jī)EL元件在10伏或更低的低電壓應(yīng)用時(shí)可以發(fā)光。有機(jī)EL元件還可以實(shí)現(xiàn)各種顏色的發(fā)光，包括藍(lán)、綠和紅三種顏色。從這些觀點(diǎn)來(lái)看，作為代替液晶顯示器的下一代平板顯示器，有機(jī)EL元件已經(jīng)受到極大的注意。然而，許多有機(jī)EL元件在10,000小時(shí)內(nèi)亮度減半。即，當(dāng)前的有機(jī)EL元件都不具有足夠長(zhǎng)的面板壽命，不像液晶顯示器那樣。
有機(jī)EL元件的亮度半衰期τ與它的驅(qū)動(dòng)電流密度J密切相關(guān)，該驅(qū)動(dòng)電流密度是在有機(jī)EL顯示器上得到所需要的板前(panel front)亮度L所必需的。從實(shí)驗(yàn)可知，亮度半衰期τ可以表示為τ∝1/J＝η/L (1)其中η是有機(jī)EL元件的發(fā)光效率。
從公式(1)可以明白，驅(qū)動(dòng)電流密度越高，亮度降低就進(jìn)行得越快。為了增加有機(jī)EL元件的可靠性或壽命同時(shí)使亮度保持在預(yù)定值，應(yīng)該增加發(fā)光效率η。
給出有機(jī)EL元件的發(fā)光效率η如下η＝e-h×R×OUT(2)其中e-h是電子/空穴注入平衡，R是發(fā)光層材料的復(fù)合(recombination)輻射效率，而OUT是輸出耦合效率。R是由R、G、B發(fā)光材料中的每一個(gè)的發(fā)光能力確定的一個(gè)值。OUT是由裝置的三維結(jié)構(gòu)確定的一個(gè)值。為了增加發(fā)光效率η而不改變材料和裝置結(jié)構(gòu)，提高電子/空穴注入平衡φe-h是有效的。
為了增加電子/空穴注入平衡φe-h一般，使陰極結(jié)構(gòu)最優(yōu)化。例如，日本專利申請(qǐng)公開第10-74586號(hào)描述，具有包括接觸層(在下文中稱之為X層)32x和陰極導(dǎo)體層(在下文中稱之為Y層)的Y/X結(jié)構(gòu)的兩層陰極作為有機(jī)EL元件30的陰極，如圖1所示。參考圖1，附圖標(biāo)記31表示陽(yáng)極，而附圖標(biāo)記33表示有機(jī)層。日本專利申請(qǐng)公開第2000-164359號(hào)描述一種三層的陰極，它具有M/Y/X結(jié)構(gòu)，在Y層上又包括了保護(hù)導(dǎo)體層(在下文中稱之為M層)32m，如圖2所示。
在圖1中示出的Y/X陰極32中，使用鋁(Al)作為Y層32y的材料，使用氟化鋰(LiF)作為X層32x的材料。這個(gè)Al/LiF陰極是在包括低分子發(fā)光層的有機(jī)EL元件中使用的典型陰極。對(duì)于與低分子發(fā)光層組合而使用的Alq3電子輸運(yùn)層，Al/LiF陰極具有大的電子注入能力。在這種結(jié)構(gòu)中，已經(jīng)報(bào)告φe-h可達(dá)1。然而，對(duì)于與Alq3或聚合物發(fā)光層不同的低分子電子輸運(yùn)層，Al/LiF陰極的電子注入能力是較低的。根據(jù)本發(fā)明人的研究，確定電子注入量的陰極界面的電子注入勢(shì)壘高度極大地依賴X層32x使用的材料的類型。當(dāng)組合聚合物發(fā)光層和LiF層時(shí)，勢(shì)壘較高，使電子難于注入。為了這個(gè)原因，當(dāng)使用Al/LiF陰極時(shí)，在具有不同于Alq3的電子輸運(yùn)層的聚合物有機(jī)EL元件或低分子有機(jī)EL元件中不能實(shí)現(xiàn)高的發(fā)光效率η。因此，壽命是較短的。
另一方面，在圖2中示出的M/Y/X陰極32中，使用穩(wěn)定和不容易氧化的Al作為M層32m的材料，使用鈣(Ca)作為Y層32y的材料，并且使用LiF作為X層32x的材料。這個(gè)Al/Ca/LiF陰極是在聚合物有機(jī)EL元件中使用的典型陰極。Al/Ca/LiF陰極32具有通過(guò)對(duì)于上述Al/LiF陰極32添加具有較小功函數(shù)的Ca層而得到的一種結(jié)構(gòu)。假定完成Ca層的添加來(lái)減少陰極界面的電子注入勢(shì)壘層高度以增加電子注入量。然而，甚至當(dāng)使用陰極32時(shí)，也不能足夠地提高聚合物發(fā)光層的電子注入能力。為了這個(gè)原因，甚至當(dāng)使用Al/Ca/LiF陰極時(shí)，在具有與Alq3不同的電子輸運(yùn)層的聚合物有機(jī)EL元件或低分子有機(jī)EL元件中也不能像在Al/LiF陰極中那樣實(shí)現(xiàn)高的發(fā)光效率η。因此，壽命是較短的。此外，Al/Ca/LiF陰極具有通過(guò)添加高化學(xué)活性Ca層到Al/LiF陰極而得到的結(jié)構(gòu)。為了這個(gè)原因，當(dāng)時(shí)間消逝時(shí)，Ca原子擴(kuò)散到Al層和LiF層。因此，由于陰極的退化而使壽命縮短。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供壽命特性優(yōu)良的有機(jī)EL元件和有機(jī)EL顯示器。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種有機(jī)EL元件，它包括陽(yáng)極、面對(duì)陽(yáng)極的陰極以及置于陽(yáng)極和陰極之間且包括發(fā)光層的有機(jī)層，其中陰極包括面對(duì)有機(jī)層的保護(hù)導(dǎo)體層、置于保護(hù)導(dǎo)體層和有機(jī)層之間的主導(dǎo)體層以及置于保護(hù)導(dǎo)體層和主導(dǎo)體層之間且由絕緣體或半導(dǎo)體制成的第一阻擋層。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種有機(jī)EL元件，它包括陽(yáng)極、面對(duì)陽(yáng)極的陰極以及置于陽(yáng)極和陰極之間且包括發(fā)光層的有機(jī)層，其中陰極包括面對(duì)有機(jī)層的保護(hù)導(dǎo)體層、置于保護(hù)導(dǎo)體層和有機(jī)層之間且由與保護(hù)導(dǎo)體層的材料不同的材料制成的主導(dǎo)體層以及置于保護(hù)導(dǎo)體層和主導(dǎo)體層之間并抑制保護(hù)導(dǎo)體層的組成元素?cái)U(kuò)散到主導(dǎo)體層的第一阻擋層。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種有機(jī)EL元件，它包括陽(yáng)極、面對(duì)陽(yáng)極的陰極以及置于陽(yáng)極和陰極之間且包括發(fā)光層的有機(jī)層，其中陰極包括面對(duì)有機(jī)層的主導(dǎo)體層、置于主導(dǎo)體層和有機(jī)層之間且由半導(dǎo)體或絕緣體制成的接觸層以及置于主導(dǎo)體層和接觸層之間且由半導(dǎo)體或絕緣體制成的第二阻擋層，接觸層的材料是與第二阻擋層的材料不同的。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供一種有機(jī)EL元件，它包括陽(yáng)極、面對(duì)陽(yáng)極的陰極以及置于陽(yáng)極和陰極之間且包括發(fā)光層的有機(jī)層，其中陰極包括面對(duì)有機(jī)層的主導(dǎo)體層、置于主導(dǎo)體層和有機(jī)層之間且由半導(dǎo)體或絕緣體制成的接觸層以及置于主導(dǎo)體層和接觸層之間并抑制接觸層的組成元素?cái)U(kuò)散到主導(dǎo)體層的第二阻擋層，接觸層的材料是與第二阻擋層的材料不同的。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供一種有機(jī)EL顯示器，它包括根據(jù)第一到第四方面中任何一個(gè)方面的多個(gè)有機(jī)EL元件以及支持有機(jī)EL元件的襯底。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供一種有機(jī)EL顯示器，它包括根據(jù)第一到第四方面中任何一個(gè)方面的多個(gè)有機(jī)EL元件以及支持有機(jī)EL元件的襯底，其中多個(gè)有機(jī)EL元件包括發(fā)光層發(fā)射不同顏色的光的第一到第三有機(jī)EL元件，在第一到第三有機(jī)EL元件中的接觸層的材料是相同的，且在第一到第三有機(jī)EL元件中的第二阻擋層的材料是相同的。


圖1是截面圖，示意地示出傳統(tǒng)的有機(jī)EL元件；圖2是截面圖，示意地示出傳統(tǒng)的有機(jī)EL元件；圖3是截面圖，示意地示出根據(jù)本發(fā)明第一和第二實(shí)施例的有機(jī)EL顯示器；圖4是截面圖，示意地示出可以在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的有機(jī)EL顯示器中使用的有機(jī)EL元件的結(jié)構(gòu)的例子；
圖5是截面圖，示意地示出可以在根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的有機(jī)EL顯示器中使用的有機(jī)EL元件的結(jié)構(gòu)的例子；以及圖6是曲線圖，示出在形成接觸層中有機(jī)EL元件的電流效率和淀積率之間的關(guān)系的例子。
具體實(shí)施例方式
下面將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例。在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同或相似的組成元素，并且省略其重復(fù)說(shuō)明。這里使用的術(shù)語(yǔ)“族”的意思是在把元素分類成1到18個(gè)族的長(zhǎng)周期周期表中的“族”。
首先將討論第一和第二實(shí)施例的共同點(diǎn)。
圖3是截面圖，示意地示出根據(jù)本發(fā)明第一和第二實(shí)施例的有機(jī)EL顯示器。在圖3中示出的有機(jī)EL顯示器1中，密封層4夾在相互面對(duì)的陣列襯底2和密封襯底3中間。沿密封襯底3的周圍形成密封層4。因此，在陣列襯底2和密封襯底3之間形成一個(gè)密封的空間。例如，在該空間中充入諸如氬氣(Ar)之類的稀有氣體或諸如氮?dú)?N2)氣之類的惰性氣體?？梢杂枚鄬颖∧ご婷芊庖r底3直接覆蓋這個(gè)結(jié)構(gòu)。
陣列襯底2具有襯底11，例如，玻璃可制成襯底11。例如，在襯底11上相繼形成氮化硅(SiNX)層12和氧化硅(SiO2)層13作為底襯層。在底襯層13上相繼形成諸如每層具有溝道、源極和漏極的多晶硅層之類的半導(dǎo)體層14、柵極絕緣體15和柵極電極16。這些部件制成頂部柵極薄膜晶體管(在下文中稱之為TFT)。在每個(gè)TFT 20中，可以使用非晶硅層作為代替多晶硅層的有源層。TFT 20可以具有代替頂部柵極結(jié)構(gòu)的反向交錯(cuò)結(jié)構(gòu)。
例如，在柵極絕緣體15和柵極電極16上形成由SiO2制成的夾層介質(zhì)薄膜21。在夾層介質(zhì)薄膜21上形成電極互連(未示出)以及源和漏電極23。例如，把這些部件埋在由SiNX制成的鈍化薄膜24下。源和漏電極23通過(guò)在夾層介質(zhì)薄膜21中形成的接觸孔電連接到TFT 20的源極和漏極。
在鈍化薄膜24上并列有陽(yáng)極(透明像素電極)31和隔離絕緣層26。例如，隔離絕緣層26具有一種結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中相繼形成，例如，由諸如氮化硅或氧化硅之類的無(wú)機(jī)絕緣材料制成的吸水絕緣層26a以及，例如，由有機(jī)絕緣材料制成的防水絕緣層26b。在與陽(yáng)極31對(duì)應(yīng)的位置處，隔離絕緣層26具有開口。
在隔離絕緣層26的開口中的陽(yáng)極31的暴露部分上形成有機(jī)層33。有機(jī)層33包括例如，發(fā)射紅、綠、藍(lán)光的有機(jī)發(fā)光層。在發(fā)光層和陽(yáng)極31之間，有機(jī)層33還可以包括導(dǎo)電有機(jī)層，該層作為引起從陽(yáng)極31到發(fā)光層的空穴注入的媒介，像空穴注入層或空穴輸運(yùn)層一樣。在發(fā)光層和陰極32(下面描述)之間，有機(jī)層33還可以包括導(dǎo)電有機(jī)層，該層作為引起從陰極32到發(fā)光層的電子注入的媒介，像電子注入層一樣。
在隔離絕緣層26和有機(jī)層33上形成作用如公共電極的陰極32。陰極32通過(guò)在鈍化薄膜24和隔離絕緣層26中形成的接觸孔(未示出)電連接到公共電極穿出布線(breakout wiring line)。每個(gè)有機(jī)EL元件30包括陽(yáng)極31、有機(jī)層33、和陰極32接著將分別描述第一和第二實(shí)施例。這些實(shí)施例的不同之處僅在于對(duì)陰極32采用不同的結(jié)構(gòu)。下面主要描述陰極32的結(jié)構(gòu)。
圖4是截面圖，示意地示出可以在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的有機(jī)EL顯示器中使用的有機(jī)EL元件結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。在圖4所示的有機(jī)EL元件30中，陰極32包括面對(duì)有機(jī)層33的主導(dǎo)體層32a、放置在主導(dǎo)體層32a上的保護(hù)導(dǎo)體層32b、置于主導(dǎo)體層32a和有機(jī)層33之間的接觸層32c、以及置于主導(dǎo)體層32a和保護(hù)導(dǎo)體層32b之間的外阻擋層32d。
主導(dǎo)體層32a是陰極32的主要部分，并且它例如，由具有小功函數(shù)的金屬材料制成。主導(dǎo)體層32a的材料的例子是基本金屬，諸如Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或Lu，每一個(gè)都是堿金屬元素、堿土金屬元素或稀土元素、包含上述元素中至少一個(gè)元素的多元素金屬、以及包括多層基本金屬或包含上述元素的多元素金屬的多層金屬。主導(dǎo)體層32a的厚度通常約為1nm到100nm。
保護(hù)導(dǎo)體層32b保護(hù)主導(dǎo)體層32a等不致因?yàn)榻佑|水或氧而導(dǎo)致氧化退化，并且還減小陰極32的電阻。例如，對(duì)于保護(hù)層32b的材料，可以使用功函數(shù)比主導(dǎo)體層32a的功函數(shù)大的金屬材料。這種金屬的例子包括銀(Ag)和鋁(Al)。保護(hù)導(dǎo)體層32b的厚度通常約為10nm到1,000nm。
接觸層32c確定從陰極32注入到有機(jī)層33的電子注入的勢(shì)壘高度，將在下面描述。接觸層32c的材料是半導(dǎo)體或絕緣體。適合于接觸層32c的許多材料具有比主導(dǎo)體層32a的材料的功函數(shù)小的電子親合性。適合于接觸層32c的許多材料不是基本物質(zhì)而是復(fù)合物。接觸層32c的材料的例子包括第1族元素和第16族元素的復(fù)合物、第1族元素和第17族元素的復(fù)合物、第2族元素和第17族元素的復(fù)合物以及第1族元素、第2族元素和第17族元素的復(fù)合物。接觸層32c的厚度通常約為0.1nm到10nm。在第一實(shí)施例中，接觸層32c是一種可選的組成元素。
外阻擋層32d抑制主導(dǎo)體層32a的組成元素?cái)U(kuò)散到保護(hù)導(dǎo)體層32b和抑制保護(hù)導(dǎo)體層32b的組成元素?cái)U(kuò)散到主導(dǎo)體層32a。外阻擋層32d的材料是與主導(dǎo)體層32a或保護(hù)導(dǎo)體層32b的材料不同的無(wú)機(jī)材料。一般，外阻擋層32d是由半導(dǎo)體或絕緣體制成的。適合于外阻擋層32d的許多材料具有比主導(dǎo)體層32a或保護(hù)導(dǎo)體層32b的材料的功函數(shù)小的電子親合性。適合于接觸層32c的許多材料不是基本物質(zhì)而是復(fù)合物。外阻擋層32d的材料的例子包括第1族元素和第16族元素的復(fù)合物、第1族元素和第17族元素的復(fù)合物、第2族元素和第17族元素的復(fù)合物以及第1族元素、第2族元素和第17族元素的復(fù)合物。
例如，在本實(shí)施例中，對(duì)于圖3所示的有機(jī)EL顯示器1的有機(jī)EL元件30，使用圖4所示的結(jié)構(gòu)。當(dāng)使用這種結(jié)構(gòu)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的壽命特性，這將在下面描述。
在具有圖2所示M/Y/X結(jié)構(gòu)的陰極中，在陰極形成之后立刻在包含在Y層32y中的低功函數(shù)金屬和包含在M層32m中的高功函數(shù)金屬之間發(fā)生合金。為了這個(gè)原因，Y層32y的功函數(shù)逐漸增加。因此，電子注入勢(shì)壘增加。即，到有機(jī)層33的電子注入量隨時(shí)間消逝而減少。因此，效率或壽命的降低是由陰極引起的。
相反，在圖4所示的有機(jī)EL元件30中，外阻擋層32d抑制主導(dǎo)體層32a的組成元素?cái)U(kuò)散到保護(hù)導(dǎo)體層32b和抑制保護(hù)導(dǎo)體層32b的組成元素?cái)U(kuò)散到主導(dǎo)體層32a。因此，可以抑制由包含在主導(dǎo)體層32a中的金屬和包含在保護(hù)導(dǎo)體層32b中的金屬之間產(chǎn)生的合金引起的陰極結(jié)構(gòu)的任何退化。因此，可以抑制由陰極引起的發(fā)光效率或壽命的任何降低。即，可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的壽命特性。
下述方法使之有可能確認(rèn)外阻擋層32d抑制包含在保護(hù)導(dǎo)體層32b中的第一金屬和包含在主導(dǎo)體層32a中的第二金屬之間發(fā)生合金，或保護(hù)導(dǎo)體層32b的組成元素?cái)U(kuò)散到主導(dǎo)體層32a中。更具體地，在具有外阻擋層32d的有機(jī)EL元件30和除了沒(méi)有形成外阻擋層32d之外具有相同結(jié)構(gòu)的有機(jī)EL元件之間，在預(yù)定條件下連續(xù)發(fā)光之后，比較在主導(dǎo)體層32a一側(cè)的保護(hù)導(dǎo)體層32b的表面區(qū)域的組成和/或保護(hù)導(dǎo)體層32b一側(cè)的主導(dǎo)體層32a的表面區(qū)域的組成。
例如，假定，在室溫、電流密度為0.1A/cm2，在沒(méi)有外阻擋層32d的有機(jī)EL元件30連續(xù)發(fā)光達(dá)100小時(shí)之后，第二濃度對(duì)第一濃度的比是1/3或更多，以及第三濃度對(duì)第一濃度的比是1/5或更多。注意，第一濃度是在主導(dǎo)體層32a中的主導(dǎo)體層32a的一個(gè)組成元素(例如，第二金屬)的濃度，第二濃度是保護(hù)導(dǎo)體層32b的一個(gè)區(qū)域中的上述組成元素的濃度，定義該區(qū)域?yàn)閺闹鲗?dǎo)體層32a一側(cè)的保護(hù)導(dǎo)體層32b的表面到離開主導(dǎo)體層32a為2nm的一個(gè)平面(level)，而第三濃度是在離開主導(dǎo)體層32a為2nm或更多的保護(hù)導(dǎo)體層32b的區(qū)域中的上述組成元素的濃度。既然這樣，如果在具有外阻擋層32d的結(jié)構(gòu)中，在上述相同條件下連續(xù)發(fā)光之后，如果第二濃度對(duì)第一濃度的比是1/10或更少，則可以認(rèn)為執(zhí)行上述功能?？梢詸z查濃度比，例如，按直到約1nm的空間分辨率，通過(guò)組合斷面TEM(透射電子顯微鏡)和FIB(場(chǎng)離子束)來(lái)露出所需要的斷面，和使用AES(俄歇電子光譜學(xué))或EDXD(能量色散X-射線衍射)執(zhí)行對(duì)于該斷面的分析。
如上所述，在本實(shí)施例中，外阻擋層32d置于主導(dǎo)體層32a和保護(hù)導(dǎo)體層32b之間，從而抑制主導(dǎo)體層32a和保護(hù)導(dǎo)體層32b的組成元素在它們之間運(yùn)動(dòng)。外阻擋層32d的阻擋功能與它所使用的材料有關(guān)。當(dāng)使用具有絕緣、半絕緣或半導(dǎo)電特性的、和在室溫和正常壓力下是穩(wěn)定的固態(tài)材料(即，絕緣體或半導(dǎo)體)作為外阻擋層32d的材料時(shí)，經(jīng)?？梢詫?shí)施特別優(yōu)良的阻擋功能。例如，當(dāng)使用諸如氧化鋰(Li2O)或硫化鈉(Na2S)等第1族元素和第16族元素的復(fù)合物、諸如氟化銫(CsF)或氯化銫(CsCl)等第1族元素和第17族元素的復(fù)合物、諸如氟化鋇(BaF2)、氯化鋇(BaCl2)、或氟氯化鋇(BaClXF2-X)等第2族元素和第17族元素的復(fù)合物、或諸如氟化鉀鎂(KMgF3)等第1族元素、第2族元素和第17族元素的復(fù)合物作為外阻擋層32d的材料時(shí)，尤其，當(dāng)使用諸如CsF或CsCl等第1族元素和第17族7元素的復(fù)合物時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)良的阻擋功能。
外阻擋層32d的阻擋功能還與它的厚度有關(guān)。一般，當(dāng)外阻擋層32d的厚度約為1nm或更大時(shí)，經(jīng)?？梢詫?shí)現(xiàn)特別優(yōu)良的阻擋功能。外阻擋層32d的上述材料例子所具有的導(dǎo)電性比主導(dǎo)體層32a和保護(hù)導(dǎo)體層32b使用的材料的導(dǎo)電性要低數(shù)十個(gè)數(shù)量級(jí)。為了這個(gè)原因，當(dāng)置入外阻擋層32d時(shí)，有機(jī)EL元件30的工作電壓可能增加，導(dǎo)致較高的功率損耗。然而，當(dāng)外阻擋層32d的厚度約為20nm或更小時(shí)，保護(hù)導(dǎo)體層/外阻擋層/主導(dǎo)體層的電壓降幾乎不影響工作電壓。
在本實(shí)施例中，包含在主導(dǎo)體層32a中的金屬元素最好與包含在外阻擋層32d中的金屬元素相同。既然是這樣，有機(jī)EL元件30是容易制造的。此外，甚至當(dāng)主導(dǎo)體層32a和外阻擋層32d的金屬元素的擴(kuò)散在它們之間發(fā)生時(shí)，它們的特性也沒(méi)有很大的變化。
當(dāng)在上述結(jié)構(gòu)中使用下述配置時(shí)，可以更有效地抑制陰極結(jié)構(gòu)的上述退化。此外，可以在發(fā)射不同顏色的光的所有有機(jī)EL元件(例如，發(fā)射紅光的有機(jī)EL元件、發(fā)射綠光的有機(jī)EL元件、以及發(fā)射藍(lán)光的有機(jī)EL元件)中實(shí)現(xiàn)高的發(fā)光效率。因此，可以實(shí)現(xiàn)更優(yōu)良的壽命特性。這將在下面詳細(xì)描述。
研究至今，在圖1和2中示出的陰極32中的X層32x的功能還不十分清楚。根據(jù)本發(fā)明人的研究，X層32x確定陰極金屬(圖1和2中示出的Y層32y)和有機(jī)層33(即，發(fā)光層或電子注入層)中與陰極32最接近的一層的導(dǎo)帶底部的功函數(shù)之間的差異。換言之，X層32x確定電子注入勢(shì)壘高度。當(dāng)電子注入勢(shì)壘高度變低時(shí)，工作電壓變低，更容易把電子注入有機(jī)層33。然而，當(dāng)使用LiF作為X層32x的材料時(shí)，發(fā)光顏色為紅或綠的發(fā)光層的勢(shì)壘高度較大。因此，工作電壓較高，而電子注入量較少。
在半導(dǎo)體領(lǐng)域中，已經(jīng)建議了確定電子注入勢(shì)壘的各種模型。本發(fā)明人通過(guò)有系統(tǒng)地改變X層32x的材料來(lái)研究工作電壓。揭示出下列兩種模型在有機(jī)EL元件中是占優(yōu)勢(shì)的。第一模型是半導(dǎo)體領(lǐng)域中公知的M/I/S結(jié)模型(在圖1中示出的結(jié)構(gòu)中，M/I/S結(jié)構(gòu)的M層、I層和S層分別對(duì)應(yīng)于M層32m、X層32x和Y層32y，而在圖2中示出的結(jié)構(gòu)中，M/I/S結(jié)構(gòu)的M層、I層和S層分別對(duì)應(yīng)于Y層32y、X層32x和有機(jī)層33)。第二模型是通過(guò)X層32x的界面處的電雙層(electric double layer)的勢(shì)壘減少模型(關(guān)于電雙層模型可參考T.E.Feuchtwang，D.Paudyal，以及W.Pong，Phys.Rev.B 26，1608(1982))。在前一個(gè)結(jié)型模型中的X層材料的關(guān)鍵參數(shù)主要是電子親合性。電子親合性越大，電子注入勢(shì)壘高度和工作電壓變得越低。另一方面，在后一個(gè)模型中的X層材料的關(guān)鍵參數(shù)主要是電子的有效質(zhì)量。有效質(zhì)量越小，電子注入勢(shì)壘高度和工作電壓變得越低。
根據(jù)本發(fā)明人的研究，在聚合物發(fā)光材料中，第一和第二模型中占優(yōu)勢(shì)的模型在紅、綠和藍(lán)發(fā)光層之間改變。更具體地，在發(fā)射紅光的發(fā)光層中，工作電壓與X層材料的電子親合性緊密相關(guān)，并且第一模型是占優(yōu)勢(shì)的。在發(fā)射藍(lán)光的發(fā)光層中，工作電壓與有效質(zhì)量緊密相關(guān)，并且第二模型是占優(yōu)勢(shì)的。在發(fā)射綠光的發(fā)光層中，工作電壓與電子親合性和有效質(zhì)量?jī)烧叨加嘘P(guān)，并且第一和第二模型兩者都見效。結(jié)型模型為何在紅、綠和藍(lán)發(fā)光層之間改變的原因仍是未知的。
從上述說(shuō)明可以明白，當(dāng)使用具有大的電子親合性和小的有效電子質(zhì)量的材料作為X層32x(它對(duì)應(yīng)于圖4中示出的結(jié)構(gòu)中的接觸層32c)的材料時(shí)，在所有紅、綠和藍(lán)發(fā)光層中，可以減少電子注入勢(shì)壘高度。例如，當(dāng)使用諸如Li2O等第1族元素和第16族元素的復(fù)合物、或除了LiF和NaF之外的諸如CsF或CsCl等第1族元素和第17族元素的復(fù)合物作為接觸層32c的材料時(shí)，可以在所有紅、綠和藍(lán)發(fā)光層中實(shí)現(xiàn)特別低的電子注入勢(shì)壘高度。甚至當(dāng)對(duì)于紅、綠和藍(lán)像素使用相同的材料時(shí)，可以在所有像素中實(shí)現(xiàn)高發(fā)光效率。因此，可以實(shí)現(xiàn)更優(yōu)良的壽命特性。
接著將描述本發(fā)明的第二實(shí)施例。
如第一實(shí)施例中所述，例如，可以通過(guò)在主導(dǎo)體層32a和保護(hù)導(dǎo)體層32b之間置入外阻擋層32d來(lái)抑制它們之間的組成元素?cái)U(kuò)散導(dǎo)致的陰極退化。然而，在圖4所示的結(jié)構(gòu)中，例如，不能夠抑制在主導(dǎo)體層32a和接觸層32c之間的組成元素?cái)U(kuò)散導(dǎo)致的陰極退化。為了這個(gè)目的，下面描述的結(jié)構(gòu)是有效的。
圖5是截面圖，示意地示出可以在根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的有機(jī)EL顯示器中使用的有機(jī)EL元件的結(jié)構(gòu)的例子。圖5所示的有機(jī)EL元件30除了還包括主導(dǎo)體層32a和接觸層32c之間的內(nèi)阻擋層32e之外，與圖4所示的有機(jī)EL元件30具有相同的結(jié)構(gòu)。
在有機(jī)EL元件30中，內(nèi)阻擋層32e抑制主導(dǎo)體層32a的組成元素?cái)U(kuò)散到接觸層32c和/或接觸層32c的組成元素?cái)U(kuò)散到主導(dǎo)體層32a。因此，例如，可以抑制主導(dǎo)體層32a和接觸層32c之間的擴(kuò)散導(dǎo)致的任何陰極退化。因此，可以抑制陰極導(dǎo)致的任何發(fā)光效率或壽命的降低。即，可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的壽命特征。
例如，可以通過(guò)下述方法來(lái)確認(rèn)內(nèi)阻擋層32e是否抑制主導(dǎo)體層32a和接觸層32c之間的組成元素的擴(kuò)散。更具體地，在具有內(nèi)阻擋層32e的有機(jī)EL元件30與除了沒(méi)有形成內(nèi)阻擋層32e之外具有相同結(jié)構(gòu)的有機(jī)EL元件之間，在預(yù)定條件下連續(xù)發(fā)光之后，比較主導(dǎo)體層32a一側(cè)的接觸層32c的表面區(qū)域的組成和/或接觸層32c一側(cè)的主導(dǎo)體層32a的表面區(qū)域的組成。
例如，假定，在第一實(shí)施例中描述的相同條件下，使沒(méi)有內(nèi)阻擋層32e的有機(jī)EL元件30連續(xù)發(fā)光之后，第五濃度對(duì)第四濃度的比是1/3或更多，以及第六濃度對(duì)第四濃度的比是1/5或更多。注意，第四濃度是在主導(dǎo)體層32a中的主導(dǎo)體層32a的一個(gè)組成元素(例如，第二金屬)的濃度，第五濃度是接觸層32c的區(qū)域(定義該區(qū)域?yàn)閺闹鲗?dǎo)體層32a一側(cè)的接觸層32c的表面到離開主導(dǎo)體層32a為2nm的一個(gè)平面的一個(gè)區(qū)域)中上述組成元素的濃度，而第六濃度是在離開主導(dǎo)體層32a為2nm或更多的接觸層32c的區(qū)域中的上述組成元素的濃度。既然是這樣，如果在具有內(nèi)阻擋層32e的結(jié)構(gòu)中，在上述相同條件下連續(xù)發(fā)光之后，第五濃度對(duì)第四濃度的比是1/10或更少，則可以認(rèn)為執(zhí)行了上述功能?？梢詸z查濃度比，例如，按約1nm的空間分辨率，通過(guò)組合斷面TEM和FIB來(lái)露出所需要的斷面，和使用AES或EDXD執(zhí)行對(duì)于該斷面的分析。
用與主導(dǎo)體層32a或接觸層32c的材料不同的無(wú)機(jī)材料來(lái)制成內(nèi)阻擋層32e。內(nèi)阻擋層32e的阻擋功能取決于它所使用的材料或內(nèi)阻擋層所使用的材料與主導(dǎo)體層32a或接觸層32c所使用的材料的組合。當(dāng)使用具有絕緣、半絕緣或半導(dǎo)電特性的、和在室溫和正常壓力下是穩(wěn)定的固態(tài)材料(即，絕緣體或半導(dǎo)體)作為內(nèi)阻擋層32e的材料時(shí)，可以實(shí)施特別優(yōu)良的阻擋功能。適合于內(nèi)阻擋層32e的許多材料具有比主導(dǎo)體層32a的材料的功函數(shù)或接觸層32c的材料的電子親合性較小的電子親合性。另一種做法，材料的有效電子質(zhì)量比接觸層32c的大。適合于內(nèi)阻擋層32e的許多材料不是基本物質(zhì)而是復(fù)合物。
例如，當(dāng)使用諸如Li2O或Na2S等第1族元素和第16族元素的復(fù)合物、諸如CsF或CsCl等第1族元素和第17族元素的復(fù)合物、諸如BaF2、BaCl2、或BaClXF2-X等第2族元素和第17族元素的復(fù)合物、或諸如KMgF3等第1族元素、第2族元素和第17族元素的復(fù)合物作為內(nèi)阻擋層32e的材料時(shí)，經(jīng)?？梢詫?shí)現(xiàn)優(yōu)良的阻擋功能，雖然它根據(jù)主導(dǎo)體層32a和接觸層32c所使用的材料而改變。
外阻擋層32d的阻擋功能還與它的厚度有關(guān)。一般，當(dāng)內(nèi)阻擋層32e的厚度約為1nm或更大時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)特別優(yōu)良的阻擋功能。
內(nèi)阻擋層32e的上述材料例子和接觸層32c使用的材料所具有的導(dǎo)電性比主導(dǎo)體層32a使用的材料的導(dǎo)電性要低數(shù)十個(gè)數(shù)量級(jí)。為了這個(gè)原因，當(dāng)額外置入內(nèi)阻擋層32e時(shí)，有機(jī)EL元件30的工作電壓(功率損耗)可能增加。然而，一般，當(dāng)內(nèi)阻擋層32e和接觸層32c的總厚度落在0.1到10nm的范圍內(nèi)時(shí)，形成內(nèi)阻擋層32e而產(chǎn)生的電壓降幾乎不影響工作電壓。
假定使用上述材料，例如，分別使用Ba和CsF作為主導(dǎo)體層32a和接觸層32c的材料。當(dāng)使用諸如BaF2等第2族元素和第17族元素的復(fù)合物(與接觸層32c的材料不同)作為內(nèi)阻擋層32e的材料時(shí)，電子注入勢(shì)壘高度可以滿足紅、綠和藍(lán)發(fā)光層之間的平衡。因此，可以實(shí)現(xiàn)更優(yōu)良的壽命特性。
與包含在主導(dǎo)體層32a中的金屬元素與包含在接觸層32c中的金屬元素相同的情況相比較，當(dāng)金屬元素不同時(shí)，由主導(dǎo)體層32a和接觸層32c之間的組成元素的擴(kuò)散導(dǎo)致的陰極退化更為嚴(yán)重。因此，在后一種情況中，內(nèi)阻擋層32e是特別有用的。
在本實(shí)施例中，外阻擋層32d的材料最好與內(nèi)阻擋層32e的材料相同?？梢匀菀椎刂圃炀哂羞@種結(jié)構(gòu)的有機(jī)EL元件30。
在本實(shí)施例中，包含在主導(dǎo)體層32a中的金屬元素最好與包含在外阻擋層32d中的金屬元素相同。既然是這樣，如上所述，有機(jī)EL元件30是容易制造的。此外，甚至當(dāng)主導(dǎo)體層32a和外阻擋層32d的金屬元素的擴(kuò)散在它們之間發(fā)生時(shí)，它們的特性也不會(huì)有很大的變化。相似地，在本實(shí)施例中，包含在主導(dǎo)體層32a中的金屬元素最好與包含在內(nèi)阻擋層32e中的金屬元素相同。既然是這樣，有機(jī)EL元件30是容易制造的。此外，甚至當(dāng)主導(dǎo)體層32a和內(nèi)阻擋層32e的金屬元素的擴(kuò)散在它們之間發(fā)生時(shí)，它們的特性也不會(huì)有很大的變化。
在第二實(shí)施例中，外阻擋層32d和保護(hù)導(dǎo)體層32b是可選的組成元素。即，并非總是需要把外阻擋層32d置入主導(dǎo)體層32a和保護(hù)導(dǎo)體層32b之間的。此外，并非總是需要在主導(dǎo)體層32a上形成外阻擋層32d和保護(hù)導(dǎo)體層32b的。
可以使用諸如蒸發(fā)之類的蒸發(fā)淀積方法來(lái)形成第一和第二實(shí)施例中描述的、形成陰極32的一些層。當(dāng)通過(guò)蒸發(fā)來(lái)形成接觸層32c時(shí)，最好把淀積率設(shè)置成0.05/sec或更小。這將參考圖6進(jìn)行描述。
圖6是曲線圖，示出形成接觸層32c時(shí)有機(jī)EL元件30的電流效率和淀積率之間的關(guān)系的一個(gè)例子。參考圖6，橫坐標(biāo)表示形成圖4所示陰極32的接觸層32c時(shí)的淀積率。縱坐標(biāo)表示按該淀積率形成接觸層32c時(shí)有機(jī)EL元件30的電流效率。圖6示出僅當(dāng)改變淀積率而同時(shí)保持接觸層32c的厚度不變時(shí)得到的數(shù)據(jù)。
如圖6所示，當(dāng)?shù)矸e率大于0.05/sec時(shí)，電流效率隨淀積率變大而降低。相反，當(dāng)?shù)矸e率是0.05/sec或更小時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)大的電流效率而不管淀積率如何。
在上述實(shí)施例中，在鈍化薄膜24上形成陽(yáng)極31?？梢栽趭A層介質(zhì)薄膜21上形成陽(yáng)極31。即，可以在相同平面上形成信號(hào)線和陽(yáng)極31。在上述實(shí)施例中，有機(jī)EL顯示器1是底部發(fā)光型的。作為替代，有機(jī)EL顯示器1可以是頂部發(fā)光型的。當(dāng)通過(guò)反向襯底3來(lái)密封陣列襯底2時(shí)，可以通過(guò)在襯底之間的空間中封裝干燥劑而延長(zhǎng)元件的壽命。另一種做法，可以通過(guò)在反向襯底3和陣列襯底2之間的空間中填充環(huán)氧樹脂而提高散熱特性。在上述實(shí)施例中，有機(jī)EL元件30包括保護(hù)導(dǎo)體層32b。然而，并非總是需要形成保護(hù)導(dǎo)體層32b的。例如，當(dāng)兩層有機(jī)層33堆疊而多個(gè)陰極32置于它們之間，并且堆疊主體夾在一對(duì)陽(yáng)極31之間時(shí)，不需要形成保護(hù)導(dǎo)體層32b。
下面將描述本發(fā)明的例子。
(例子1)在本例子中，通過(guò)下面描述的方法來(lái)制造圖3所示的有機(jī)EL顯示器1。在本例子中，有機(jī)EL元件30使用圖4所示的結(jié)構(gòu)。在本例子中，顯示區(qū)域的對(duì)角尺寸是2.2英寸，而分辨率是130ppi(每英寸像素)。在本例子中，有機(jī)EL元件30包括發(fā)射紅、綠和藍(lán)光的三類元素，以致有機(jī)EL顯示器1是全色顯示器。
如同在一般TFT形成過(guò)程中那樣，在形成底襯層12和13的襯底11的表面上重復(fù)執(zhí)行薄膜形成和圖案形成，以形成TFT 20、夾層介質(zhì)薄膜21、電極互連(未示出)、公共電極穿出布線(未示出)、源和漏電極23以及鈍化薄膜24。
通過(guò)濺射，在鈍化薄膜24上形成氧化銦錫(ITO)薄膜。通過(guò)光刻形成ITO薄膜的圖案，以得到陽(yáng)極31?？梢酝ㄟ^(guò)掩模濺射來(lái)形成陽(yáng)極31。
在形成陽(yáng)極31的襯底11的表面上形成吸水層26a，吸水層26a在對(duì)應(yīng)于像素發(fā)光部分的位置處有開口。把光敏樹脂施加于形成陽(yáng)極31的襯底11的表面。所產(chǎn)生的涂層經(jīng)過(guò)圖案曝光和顯影，以形成防水層26b，防水層26b在對(duì)應(yīng)于像素發(fā)光部分的位置處有開口。
在上述方法中，得到包括吸水層26a和防水層26b的隔離絕緣層26。使用四氟化碳/氧(CF4/O2)氣體對(duì)形成隔離絕緣層26的襯底11執(zhí)行表面處理，從而使防水層26b的表面氟化。
通過(guò)墨水噴射把緩沖層形成墨水射出到由分隔絕緣層26形成的每個(gè)液體貯存器。對(duì)所產(chǎn)生的液體薄膜進(jìn)行加熱，以形成緩沖層。接著，通過(guò)墨水噴射把紅、綠和藍(lán)發(fā)光層形成墨水射出到對(duì)應(yīng)于紅、綠和藍(lán)像素的緩沖層。對(duì)所產(chǎn)生的液體薄膜進(jìn)行加熱，以形成發(fā)光層。在上述方法中，得到有機(jī)層33。
接著，在形成有機(jī)層33的襯底11的表面上通過(guò)真空蒸發(fā)而順序地形成LiF、Ba、BaF2、以及Al(BaF2的電子親合性比Ba和Al的功函數(shù)要小，而LiF的電子親合性比Ba的功函數(shù)要小)。具有這種處理，得到順序地包括接觸層32c、主導(dǎo)體層32a、外阻擋層32d和保護(hù)導(dǎo)體層32b的陰極32，如圖4所示。在本例子中，接觸層32c的厚度是0.5nm。主導(dǎo)體層32a的厚度是7nm。外阻擋層32d的厚度是2nm。保護(hù)導(dǎo)體層32b的厚度是300nm。因此完成了TFT陣列襯底2。
此后，把紫外線(UV)固化樹脂施加于玻璃基片3的一個(gè)主表面的周圍，以形成密封層4。在干燥的氮?dú)鈿夥罩惺共ＡЩ?和陣列襯底2結(jié)合，以致具有密封層4的玻璃基片3的表面面對(duì)具有陰極32的陣列襯底2。通過(guò)UV輻射使密封層固化，從而完成圖3所示的有機(jī)EL顯示器1。

如在表1中所示，紅和藍(lán)有機(jī)EL元件30的發(fā)光效率低于綠有機(jī)EL元件30的發(fā)光效率。所有有機(jī)EL元件30的發(fā)射壽命都超過(guò)11,000小時(shí)。即，可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的壽命特性。
接著，在室溫、電流密度0.1A/cm2時(shí)，使根據(jù)上述相同步驟制造的有機(jī)EL顯示器1連續(xù)發(fā)光達(dá)100小時(shí)。檢查在保護(hù)導(dǎo)體層32b的區(qū)域(這是從主導(dǎo)體層32a一側(cè)的保護(hù)導(dǎo)體層32b的表面到離開主導(dǎo)體層32a為2nm的一個(gè)平面的一個(gè)區(qū)域)中的Ba濃度相對(duì)于主導(dǎo)體層32a中的Ba濃度之比。此外，檢查在主導(dǎo)體層32a的區(qū)域(這是從保護(hù)導(dǎo)體層32b一側(cè)的主導(dǎo)體層32a的表面到離開保護(hù)導(dǎo)體層32b為2nm的一個(gè)平面的一個(gè)區(qū)域)中的Al濃度對(duì)保護(hù)導(dǎo)體層32b中的Al濃度之比。比值小于1/10。
對(duì)于連續(xù)發(fā)光后的有機(jī)EL顯示器1，檢查在接觸層32c的區(qū)域(這是從主導(dǎo)體層32a一側(cè)的接觸層32c的表面到離開主導(dǎo)體層32a為2nm的一個(gè)平面的一個(gè)區(qū)域)中的Ba濃度相對(duì)于主導(dǎo)體層32a中的Ba濃度之比。此外，檢查在主導(dǎo)體層32a的區(qū)域(這是從接觸層32c一側(cè)的主導(dǎo)體層32a的表面到離開接觸層32c為2nm的一個(gè)平面的一個(gè)區(qū)域)中的Li濃度對(duì)接觸層32c中的Li濃度之比。比值大于1/3
此外，檢查在接觸層32c的區(qū)域(這是離開導(dǎo)體層32a為2nm或更多的一個(gè)區(qū)域)中的Ba濃度相對(duì)于主導(dǎo)體層32a中的Ba濃度之比。檢查在主導(dǎo)體層32a的區(qū)域(這是離開接觸層32c為2nm或更多的一個(gè)區(qū)域)中的Li濃度相對(duì)于接觸層32c中的Li濃度之比。比值大于1/5。
(對(duì)比例子)按照上述例子1中的相同步驟來(lái)制造圖3所示的有機(jī)EL顯示器1，除了使用圖2所示的結(jié)構(gòu)作為有機(jī)EL元件30。在本例子中，使用LiF、Ba以及Al作為X層32x、Y層32y以及M層32m的材料。X層32x、Y層32y以及M層32m的厚度與例子1中的有機(jī)EL元件30的接觸層32c、主導(dǎo)體層32a和保護(hù)導(dǎo)體層32b的厚度相同。
在上述相同條件下，測(cè)量有機(jī)EL顯示器1的發(fā)光效率和發(fā)射壽命。表2示出一些結(jié)果。
表2

如表2所示，在這個(gè)對(duì)比例子的有機(jī)EL顯示器1中，效率約為例子1的有機(jī)EL顯示器1的效率的80％，而在所有紅、綠和藍(lán)有機(jī)EL元件30中，壽命約為60％。從這個(gè)結(jié)果可以明白，在增加發(fā)光效率和發(fā)射壽命方面，阻擋層32d是極有用的。
接著，在上述相同條件下，使根據(jù)上述相同步驟制造的有機(jī)EL顯示器1連續(xù)發(fā)光。檢查在M層32m的區(qū)域(這是從Y層32y一側(cè)的M層32m的表面到離開Y層32y為2nm的一個(gè)平面的一個(gè)區(qū)域)中的Ba濃度相對(duì)于Y層32y中的Ba濃度之比。此外，檢查在Y層32y的區(qū)域(這是從M層32m一側(cè)的Y層32y的表面到離開M層32m為2nm的一個(gè)平面的一個(gè)區(qū)域)中的Al濃度相對(duì)于M層32m中的Al濃度之比。比值大于1/10。
檢查在M層32m的區(qū)域(這是離開Y層32y為2nm或更多的一個(gè)區(qū)域)中的Ba濃度相對(duì)于Y層32y中的Ba濃度之比。此外，檢查在Y層32y的區(qū)域(這是離開M層32m為2nm或更多的一個(gè)區(qū)域)中的Al濃度相對(duì)于M層32m中的Al濃度之比。比值大于1/5。
此外，檢查在X層32x的區(qū)域(這是從Y層32y一側(cè)的X層32x的表面到離開Y層32y為2nm的一個(gè)平面的一個(gè)區(qū)域)中的Ba濃度相對(duì)于Y層32y中的Ba濃度之比。檢查在Y層32y的區(qū)域(這是從X層32x一側(cè)的Y層32y的表面到離開X層32x為2nm的一個(gè)平面的一個(gè)區(qū)域)中的Li濃度相對(duì)于X層32x中的Li濃度之比。比值大于1/3。
檢查在X層32x的區(qū)域(這是離開Y層32y為2nm或更多的一個(gè)區(qū)域)中的Ba濃度相對(duì)于Y層32y中的Ba濃度之比。此外，檢查在Y層32y的區(qū)域(這是離開X層32x為2nm或更多的一個(gè)區(qū)域)中的Li濃度相對(duì)于X層32x中的Li濃度之比。比值大于1/5。
(例子2)根據(jù)上述例子1中的相同步驟來(lái)制造圖3所示的有機(jī)EL顯示器1，除了使用CsF作為接觸層32c的材料。在本例子中，使用LiF、Ba以及Al作為X層32x、Y層32y以及M層32m的材料。甚至在上述相同條件下，測(cè)量有機(jī)EL顯示器1的發(fā)光效率和發(fā)射壽命。表3示出一些結(jié)果。
表3

如表3所示，在這個(gè)例子的有機(jī)EL顯示器1中，紅有機(jī)EL元件30的效率約為例子1的有機(jī)EL顯示器1的效率的180％。綠有機(jī)EL元件30的效率約為160％。紅有機(jī)EL元件30的壽命約為例子1的有機(jī)EL顯示器1的壽命的200％。綠有機(jī)EL元件30的壽命約為160％。從上述結(jié)果可以明白，當(dāng)適當(dāng)?shù)剡x擇接觸層32c的材料時(shí)，可以大大地增加發(fā)光效率和發(fā)射壽命。
接著，在上述相同條件下，使根據(jù)上述相同步驟制造的有機(jī)EL顯示器1連續(xù)發(fā)光。檢查在保護(hù)導(dǎo)體層32b的區(qū)域(這是從主導(dǎo)體層32a一側(cè)的保護(hù)導(dǎo)體層32b的表面到離開主導(dǎo)體層32a為2nm的一個(gè)平面的一個(gè)區(qū)域)中的Ba濃度相對(duì)于主導(dǎo)體層32a中的Ba濃度之比。此外，檢查在主導(dǎo)體層32a的區(qū)域(這是從保護(hù)導(dǎo)體層32b一側(cè)的主導(dǎo)體層32a的表面到離開保護(hù)導(dǎo)體層32b為2nm的一個(gè)平面的一個(gè)區(qū)域)中的Al濃度相對(duì)于保護(hù)導(dǎo)體層32b中的Al濃度之比。比值小于1/10。
檢查在接觸層32c的區(qū)域(這是從主導(dǎo)體層32a一側(cè)的接觸層32c的表面到離開主導(dǎo)體層32a為2nm的一個(gè)平面的一個(gè)區(qū)域)中的Ba濃度相對(duì)于主導(dǎo)體層32a中的Ba濃度之比。此外，檢查在主導(dǎo)體層32a的區(qū)域(這是從接觸層32c一側(cè)的主導(dǎo)體層32a的表面到離開接觸層32c為2nm的一個(gè)的一個(gè)區(qū)域)中的Cs濃度相對(duì)于接觸層32c中的Cs濃度之比。比值大于1/3。
此外，檢查在接觸層32c的區(qū)域(這是離開主導(dǎo)體層32a為2nm或更多的一個(gè)區(qū)域)中的Ba濃度相對(duì)于主導(dǎo)體層32a中的Ba濃度之比。檢查在主導(dǎo)體層32a的區(qū)域(這是離開接觸層32c為2nm或更多的一個(gè)區(qū)域)中的Cs濃度相對(duì)于接觸層32c中的Cs濃度之比。比值大于1/5。
(例子3)根據(jù)上述例子1中的相同步驟來(lái)制造圖3所示的有機(jī)EL顯示器1，除了使用圖5所示的結(jié)構(gòu)作為有機(jī)EL元件30。在本例子中，分別使用CsF、BaF2、Ba、BaF2以及Al作為接觸層32c、內(nèi)阻擋層32e、主導(dǎo)體層32a、外阻擋層32d以及保護(hù)導(dǎo)體層32b的材料(BaF2的電子親合性比CsF的電子親合性小，以及CsF中的電子有效質(zhì)量比BaF2中的電子有效質(zhì)量小)。在本實(shí)施例中，接觸層32c的厚度是0.5nm。內(nèi)阻擋層32e的厚度是2nm。主導(dǎo)體層32a的厚度是7nm。外阻擋層32d的厚度是2nm。保護(hù)導(dǎo)體層32b的厚度是300nm。
在上述相同條件下測(cè)量有機(jī)EL顯示器1的發(fā)光效率。表4示出一些結(jié)果。表4還示出對(duì)例子2的有機(jī)EL顯示器1得到的發(fā)光效率。參考表4，在括號(hào)中的數(shù)字值表示標(biāo)準(zhǔn)偏差。
表4

如表4所示，在例子2的有機(jī)EL顯示器1和例子3的有機(jī)EL顯示器1之間，紅和綠有機(jī)EL元件30的發(fā)光效率沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)的差異。然而，例子3的有機(jī)EL顯示器1中的藍(lán)有機(jī)EL元件30的發(fā)光效率大大地大于例子2的有機(jī)EL顯示器1中的藍(lán)有機(jī)EL元件30的發(fā)光效率。
對(duì)于本例子的有機(jī)EL顯示器1，在上述相同條件下測(cè)量發(fā)射壽命。結(jié)果，在例子2的有機(jī)EL顯示器1和例子3的有機(jī)EL顯示器1之間，紅和綠有機(jī)EL元件30的發(fā)射壽命幾乎是相同的。然而，藍(lán)有機(jī)EL元件30的發(fā)射壽命比例子2中的有機(jī)EL顯示器1的大。從上述結(jié)果可以明白，當(dāng)外阻擋層32d和內(nèi)阻擋層32e分別置于保護(hù)導(dǎo)體層32b和主導(dǎo)體層32a之間和主導(dǎo)體層32a和接觸層32c之間時(shí)，可以進(jìn)一步增加發(fā)光效率和發(fā)射壽命。
在例子1中描述的相同條件下，使根據(jù)上述相同步驟制造的有機(jī)EL顯示器1連續(xù)發(fā)光。檢查在保護(hù)導(dǎo)體層32b的區(qū)域(這是從主導(dǎo)體層32a一側(cè)的保護(hù)導(dǎo)體層32b的表面到離開主導(dǎo)體層32a為2nm的一個(gè)平面的一個(gè)區(qū)域)中的Ba濃度相對(duì)于主導(dǎo)體層32a中的Ba濃度之比。此外，檢查在主導(dǎo)體層32a的區(qū)域(這是從保護(hù)導(dǎo)體層32b一側(cè)的主導(dǎo)體層32a的表面到離開保護(hù)導(dǎo)體層32b為2nm的一個(gè)平面的一個(gè)區(qū)域)中的Al濃度相對(duì)于保護(hù)導(dǎo)體層32b中的Al濃度之比。比值小于1/10。
檢查在接觸層32c的區(qū)域(這是從主導(dǎo)體層32a一側(cè)的接觸層32c的表面到離開主導(dǎo)體層32a為2nm的一個(gè)平面的一個(gè)區(qū)域)中的Ba濃度相對(duì)于主導(dǎo)體層32a中的Ba濃度之比。此外，檢查在主導(dǎo)體層32a的區(qū)域(這是從接觸層32c一側(cè)的主導(dǎo)體層32a的表面到離開接觸層32c為2nm的一個(gè)平面的一個(gè)區(qū)域)中的Cs濃度相對(duì)于接觸層32c中的Cs濃度之比。比值小于1/10。
熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員容易發(fā)現(xiàn)另外的優(yōu)點(diǎn)和修改。因此，從本發(fā)明的較寬的方面來(lái)說(shuō)，本發(fā)明不限于這里所示出的和所描述的特定細(xì)節(jié)和代表性的實(shí)施例。因此，可以進(jìn)行各種修改而不偏離所附的權(quán)利要求書和它們的等效物定義的總的發(fā)明構(gòu)思的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種有機(jī)場(chǎng)致發(fā)光元件，它包括陽(yáng)極、面對(duì)陽(yáng)極的陰極以及置于陽(yáng)極和陰極之間和包括發(fā)光層的有機(jī)層，其特征在于，陰極包括面對(duì)有機(jī)層的保護(hù)導(dǎo)體層、置于保護(hù)導(dǎo)體層和有機(jī)層之間的主導(dǎo)體層以及置于保護(hù)導(dǎo)體層和主導(dǎo)體層之間和由絕緣體或半導(dǎo)體制成的第一阻擋層。
2.如權(quán)利要求1所述的有機(jī)場(chǎng)致發(fā)光元件，其特征在于，所述第一阻擋層的電子親合性比保護(hù)導(dǎo)體層的功函數(shù)和主導(dǎo)體層的功函數(shù)要小。
3.如權(quán)利要求1所述有機(jī)EL場(chǎng)致發(fā)光元件，其特征在于，所述第一阻擋層包含復(fù)合物，所述復(fù)合物是從包括第1族元素和第16族元素的復(fù)合物、第1族元素和第17族元素的復(fù)合物、第2族元素和第17族元素的復(fù)合物以及第1族元素、第2族元素和第17族元素的復(fù)合物的組中選擇的。
4.如權(quán)利要求1所述有機(jī)場(chǎng)致發(fā)光元件，其特征在于，所述第一阻擋層的厚度是20nm或更小。
5.如權(quán)利要求1所述有機(jī)場(chǎng)致發(fā)光元件，其特征在于，所述陰極進(jìn)一步包括置于主導(dǎo)體層和有機(jī)層之間和由絕緣體或半導(dǎo)體制成的接觸層。
6.如權(quán)利要求5所述有機(jī)場(chǎng)致發(fā)光元件，其特征在于，所述陰極進(jìn)一步包括置于主導(dǎo)體層和接觸層之間和由絕緣體或半導(dǎo)體制成的第二阻擋層，而接觸層的材料是與第二阻擋層的材料不同的。
7.如權(quán)利要求6所述有機(jī)場(chǎng)致發(fā)光元件，其特征在于，所述第一阻擋層的材料是與所述第二阻擋層的材料相同的。
8.如權(quán)利要求6所述有機(jī)場(chǎng)致發(fā)光元件，其特征在于，所述第一阻擋層、所述主導(dǎo)體層以及所述第二阻擋層包含相同的金屬元素。
9.如權(quán)利要求6所述有機(jī)場(chǎng)致發(fā)光元件，其特征在于，所述第二阻擋層的電子親合性比所述主導(dǎo)體層的功函數(shù)和所述接觸層的電子親合性要小。
10.如權(quán)利要求6所述有機(jī)場(chǎng)致發(fā)光元件，其特征在于，所述第二阻擋層中的電子的有效質(zhì)量比接觸層中的電子的有效質(zhì)量大。
11.如權(quán)利要求6所述有機(jī)場(chǎng)致發(fā)光元件，其特征在于，所述第二阻擋層包含復(fù)合物，所述復(fù)合物是從包括第1族元素和第16族元素的復(fù)合物、第1族元素和第17族元素的復(fù)合物、第2族元素和第17族元素的復(fù)合物以及第1族元素、第2族元素和第17族元素的復(fù)合物的組中選擇的。
12.如權(quán)利要求6所述有機(jī)場(chǎng)致發(fā)光元件，其特征在于，所述第二阻擋層比所述接觸層厚。
13.如權(quán)利要求5所述有機(jī)場(chǎng)致發(fā)光元件，其特征在于，所述接觸層包含復(fù)合物，所述復(fù)合物包含第1族元素和第17族元素。
14.一種有機(jī)場(chǎng)致發(fā)光元件，它包括陽(yáng)極、面對(duì)陽(yáng)極的陰極以及置于陽(yáng)極和陰極之間和包括發(fā)光層的有機(jī)層，其特征在于，陰極包括面對(duì)有機(jī)層的保護(hù)導(dǎo)體層、置于保護(hù)導(dǎo)體層和有機(jī)層之間且由與保護(hù)導(dǎo)體層的材料不同的材料制成的主導(dǎo)體層、以及置于保護(hù)導(dǎo)體層和主導(dǎo)體層之間且抑制保護(hù)導(dǎo)體層的組成元素?cái)U(kuò)散入主導(dǎo)體層的第一阻擋層。
15.如權(quán)利要求14所述有機(jī)場(chǎng)致發(fā)光元件，其特征在于，所述陰極進(jìn)一步包括置于主導(dǎo)體層和有機(jī)層之間且由半導(dǎo)體或絕緣體制成的接觸層、以及置于主導(dǎo)體層和接觸層之間且抑制主導(dǎo)體層的組成元素?cái)U(kuò)散入接觸層和/或接觸層的組成元素?cái)U(kuò)散入主導(dǎo)體層的第二阻擋層。
16.一種有機(jī)場(chǎng)致發(fā)光元件，它包括陽(yáng)極、面對(duì)陽(yáng)極的陰極以及置于陽(yáng)極和陰極之間且包括發(fā)光層的有機(jī)層，其特征在于，陰極包括面對(duì)有機(jī)層的主導(dǎo)體層、置于主導(dǎo)體層和有機(jī)層之間且由半導(dǎo)體或絕緣體制成的接觸層、以及置于主導(dǎo)體層和接觸層之間且由半導(dǎo)體或絕緣體制成的第二阻擋層，接觸層的材料是與第二阻擋層的材料不同的。
17.如權(quán)利要求16所述有機(jī)場(chǎng)致發(fā)光元件，其特征在于，所述陰極進(jìn)一步包括在主導(dǎo)體層上的保護(hù)導(dǎo)體層，它由與主導(dǎo)體層的材料不同的材料制成。
18.如權(quán)利要求16所述有機(jī)場(chǎng)致發(fā)光元件，其特征在于，所述第二阻擋層的電子親合性比所述主導(dǎo)體層的功函數(shù)和所述接觸層的電子親合性小。
19.如權(quán)利要求16所述有機(jī)場(chǎng)致發(fā)光元件，其特征在于，所述第二阻擋層中的電子的有效質(zhì)量比所述接觸層中的電子的有效質(zhì)量小。
20.如權(quán)利要求16所述有機(jī)場(chǎng)致發(fā)光元件，其特征在于，所述接觸層包含復(fù)合物，所述復(fù)合物包含第1族元素和第2族元素。
21.如權(quán)利要求16所述有機(jī)場(chǎng)致發(fā)光元件，其特征在于，所述第二阻擋層包含復(fù)合物，所述復(fù)合物是從包括第1族元素和第16族元素的復(fù)合物、第1族元素和第17族元素的復(fù)合物、第2族元素和第17族元素的復(fù)合物以及第1族元素、第2族元素和第17族元素的復(fù)合物的組中選擇的。
22.如權(quán)利要求16所述有機(jī)場(chǎng)致發(fā)光元件，其特征在于，所述第二阻擋層比所述接觸層厚。
23.一種有機(jī)EL場(chǎng)致發(fā)光元件，它包括陽(yáng)極、面對(duì)陽(yáng)極的陰極以及置于陽(yáng)極和陰極之間且包括發(fā)光層的有機(jī)層，其特征在于，陰極包括面對(duì)有機(jī)層的主導(dǎo)體層、置于主導(dǎo)體層和有機(jī)層之間且由半導(dǎo)體或絕緣體制成的接觸層、以及置于主導(dǎo)體層和接觸層之間且抑制主導(dǎo)體層的組成元素?cái)U(kuò)散入接觸層和/或接觸層的組成元素?cái)U(kuò)散入主導(dǎo)體層的第二阻擋層，接觸層的材料是與第二阻擋層的材料不同的。
24.一種有機(jī)場(chǎng)致發(fā)光顯示器，它包括根據(jù)權(quán)利要求1到23中任何一條的多個(gè)有機(jī)場(chǎng)致發(fā)光元件、以及支持有機(jī)場(chǎng)致發(fā)光元件的基片。
25.如權(quán)利要求24所述有機(jī)場(chǎng)致發(fā)光顯示器，其特征在于，所述多個(gè)有機(jī)場(chǎng)致發(fā)光元件包括發(fā)光層發(fā)射不同顏色的光的第一到第三有機(jī)場(chǎng)致發(fā)光元件。
26.一種有機(jī)場(chǎng)致發(fā)光顯示器，它包括根據(jù)權(quán)利要求6到12和15到23中任何一條的多個(gè)有機(jī)場(chǎng)致發(fā)光元件以及支持有機(jī)場(chǎng)致發(fā)光元件的基片，其特征在于，所述多個(gè)有機(jī)EL場(chǎng)致發(fā)光元件包括發(fā)光層發(fā)射不同顏色的光的第一到第三有機(jī)場(chǎng)致發(fā)光元件，在第一到第三有機(jī)場(chǎng)致發(fā)光元件中的接觸層的材料是相同的，并且在第一到第三有機(jī)場(chǎng)致發(fā)光元件中的第二阻擋層的材料是相同的。
全文摘要
提供一種有機(jī)場(chǎng)致發(fā)光元件(30)，它包括陽(yáng)極(31)、陰極(32)、以及有機(jī)層(33)，其中陰極(32)包括面對(duì)有機(jī)層(33)的保護(hù)導(dǎo)體層(32b)、置于保護(hù)導(dǎo)體層(32b)和有機(jī)層(33)之間的主導(dǎo)體層(32a)、以及置于保護(hù)導(dǎo)體層(32b)和主導(dǎo)體層(32a)之間且由絕緣體或半導(dǎo)體制成的阻擋層(32d)。
文檔編號(hào)H01L51/52GK1714604SQ200380103599
公開日2005年12月28日 申請(qǐng)日期2003年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月20日
發(fā)明者山本和重, 中筋幹夫 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝, 東芝松下顯示技術(shù)有限公司