專利名稱：發(fā)光元件及其制造方法和使用該發(fā)光元件的發(fā)光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有在一對電極之間插入多層的結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件，特別是涉及一種多層結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
利用由電致發(fā)光元件(發(fā)光元件)發(fā)光的發(fā)光器件，作為例如用于顯示或照明的器件已引起關(guān)注。
作為用于發(fā)光器件的發(fā)光元件，眾所周知一種具有在一對電極之間插入多層的結(jié)構(gòu)，各層包括例如發(fā)光或載流子輸運材料的材料。
在該發(fā)光元件的情況下，一個電極用作陽極而另一個電極用作陰極，從陽極側(cè)注入的空穴和從陰極側(cè)注入的電子在激發(fā)態(tài)復(fù)合形成分子，且當(dāng)分子回到基態(tài)時發(fā)光。通過該對電極中的一個或兩個將發(fā)射的光提取到外部。
至于上述發(fā)光元件的制造方法，一般公知的是形成其中一個電極、在其上形成多層機(jī)再在其上形成另一電極。
在以這種方式制造發(fā)光元件的情況下，在形成多層之后形成電極的工藝中，該多層有時受到損傷以致不能獲得好的特性。在使用濺射形成電極的情況下，特別頻繁地觀察到這種現(xiàn)象。認(rèn)為這是因為在使用濺射形成電極的工藝中高能量原子損傷了層。
因此，已開開發(fā)出一種發(fā)光元件及其制造方法，該元件包括即使在使用濺射形成電極的情況下也較少受到損傷的結(jié)構(gòu)。
例如，專利文獻(xiàn)1或?qū)＠墨I(xiàn)2顯示出可以通過提供包括酞菁的層，來抑制對有機(jī)層的損傷，該損傷是在淀積期間由濺射所造成的。另外，專利文獻(xiàn)3也公開了可以通過提供包括AgLi的層來抑制對有機(jī)層的損傷，該損傷是在淀積期間由濺射所造成的。
然而，在專利文獻(xiàn)1或?qū)＠墨I(xiàn)2中示出的方法有如下問題，例如，為了在電子輸運層和電子注入電極之間提供包括酞菁的層而增加了工藝，以及由于酞菁容易吸收長波長范圍的光而造成發(fā)紅光的發(fā)光效率降低。另外，專利文獻(xiàn)3中示出的方法有如下問題，例如，隨著AgLi的膜厚度變厚，光的透射率變得更低，從而降低了發(fā)射光的外部提取效率。
日本專利特開No.2002-75658[專利文獻(xiàn)2]日本專利特開No.2002-359086[專利文獻(xiàn)3]日本專利特開No.2003-249357發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個目的是提供一種為了抑制損傷而形成的發(fā)光元件，該損傷是對于在淀積期間通過濺射的包括有機(jī)材料的層。另外，本發(fā)明的一個目的是提供一種為抑制損傷、且抑制電極之間例如短路的現(xiàn)象而形成的發(fā)光元件，該損傷是對于在淀積期間通過濺射的包括有機(jī)材料的層。
為了抑制可能在淀積期間由濺射所引起的對包括有機(jī)材料的層的損傷，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光元件設(shè)置有一對電極之間包括金屬氧化物的層。
根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光元件具有在第一電極和第二電極之間包括有機(jī)材料的層，且還具有在第二電極和包括有機(jī)材料的層之間包括金屬氧化物的層，其中層疊這些電極和層，以便第二電極比第一電極形成得晚。
包括有機(jī)材料的層可以是單層或多層。優(yōu)選，結(jié)合例如高載流子(電子或空穴)輸運材料的材料和高載流子注入材料，以形成包括有機(jī)材料的層，以便在遠(yuǎn)離第一電極和第二電極的部分中形成發(fā)光區(qū)。而且，包括有機(jī)材料的層可包括金屬元素例如鋰或鎂，或者在其部分中的其它金屬元素。
另外，金屬氧化物的特定例子包括氧化鉬(MoOx)、氧化釩(VOx)、氧化釕(RuOx)、氧化鎢(WOx)、氧化錳(MnOx)等，且優(yōu)選的是這些通過蒸發(fā)形成。
在根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光元件的情況下，如上所述，其具有其中在第二電極和包括有機(jī)材料的層之間提供包括金屬氧化物的層的結(jié)構(gòu)，第二電極可以通過濺射形成。
因此，作為第二電極，變得易于使用通過比蒸發(fā)更容易的濺射來淀積的材料，例如氧化銦錫(ITO)、含硅的氧化銦錫(ITSO)或混合有2至20％氧化鋅(ZnO)的氧化銦的IZO(氧化銦鋅)，且用于形成第二電極的材料具有很寬的選擇范圍。
另外，甚至在具有在第二電極和包括金屬氧化物的層之間通過濺射形成的膜的結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件的情況下，可以以與如上所述相同的方式抑制由于通過濺射的淀積所引起的對包括有機(jī)材料的層的損傷。在該情況下，未必總是有必要通過濺射形成第二電極。只要發(fā)光元件具有其中依次層疊包括有機(jī)材料的層、包括金屬氧化物的層和通過濺射形成的層，就能獲得本發(fā)明的優(yōu)點。
根據(jù)本發(fā)明，能夠獲得其中抑制了由于通過濺射淀積所引起的缺陷的發(fā)光元件。另外，能夠獲得抑制由于通過濺射淀積所引起的缺陷，且還抑制電極之間的短路的發(fā)光元件。


在附圖中圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光元件和根據(jù)比較例的發(fā)光元件的電壓-亮度特性的圖；圖2A至2C是說明根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光元件的多層結(jié)構(gòu)的圖；圖3是說明根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光元件的多層結(jié)構(gòu)的圖；圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光元件和根據(jù)比較例的發(fā)光元件的電壓-電流特性的圖；圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光元件的亮度-電流效率特性的圖；圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光元件的電壓-亮度效率特性的圖；圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光元件的電壓-電流特性的圖；圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光元件的亮度-電流效率特性的圖；圖9A-9C是說明根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件的橫截面結(jié)構(gòu)的圖；圖10A和10B是說明根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件的橫截面結(jié)構(gòu)的圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件的像素部分的頂視圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件的像素部分的頂視圖；圖13A和13B是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件的像素部分的電路圖；圖14是說明根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件的橫截面結(jié)構(gòu)的圖；圖15是示出根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件的框架形式的視圖；以及圖16是安裝有根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件的電子器件的圖。
具體實施例方式根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光元件具有包括在一對電極之間的有機(jī)材料的層。包括有機(jī)材料的層具有單層或多層。優(yōu)選，結(jié)合包括高載流子注入材料的層和包括高載流子輸運材料的層以形成包括有機(jī)材料的層，以便遠(yuǎn)離電極形成發(fā)光區(qū)，也就是說在遠(yuǎn)離電極的部分中復(fù)合載流子。
參考圖2A至2C以下將描述根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光元件的一種模式。
在本實施例模式中，在用于支撐發(fā)光元件210的基板200之上提供發(fā)光元件210，且該發(fā)光元件210具有第一電極201、依次層疊于第一電極201上的第一至第五層202至206以及還在其上提供的第二電極207，以便第一電極201用作陰極而第二電極207用作陽極。
作為基板200，可以使用例如玻璃或塑料。只要該材料在發(fā)光元件的制造工藝中用于支撐，就可以使用與這些不同的其它材料。
優(yōu)選的是，形成第一電極201以包括有小功函數(shù)(功函數(shù)為3.8eV或更小)的材料，例如金屬、合金、導(dǎo)電化合物或這些的混合物，其特別包括屬于元素周期表中第1族或第2族的元素，即諸如鋰(Li)或銫(Cs)的堿金屬和諸如鎂(Mg)、鈣(Ca)或鍶(Sr)的堿土金屬，以及包括該元素的合金，例如鋁合金(Al∶Li)或銀合金(Mg∶Ag)。然而，通過在第一電極201和第二電極207之間提供與第一電極201接觸并具有促進(jìn)電子注入功能的層，不管功函數(shù)的大小，可以使用各種導(dǎo)電材料例如Al、Ag、氧化銦錫(ITO)和包括硅(Si)的ITO作為第一電極201。然而，在這點上，可以使用除了本實施例中提到的材料之外的其它材料。
第一層202是包括高電子注入材料的層，例如堿金屬或堿土金屬的化合物，如氟化鋰(LiF)、氟化銫(CsF)或氟化鈣(CaF2)。另外，第一層202可以是包括高電子輸運材料以及堿金屬或堿土金屬的層，例如包括Alq3和鎂(Mg)的層。
第二層203是包括高電子輸運材料的層，例如，有喹啉部分或苯并喹啉部分的金屬絡(luò)合物，例如三(8-羥基喹啉)鋁(縮寫為Alq3)、三(5-甲基-8-羥基喹啉)鋁(縮寫為Almq3)、二(10-苯并羥基[h]-羥基喹啉)鈹(縮寫為BeBq2)或二(2-甲基-8-羥基喹啉)-4-苯基苯酚合(phenylphenolato)-鋁(縮寫為BAlq)。另外，可以使用具有例如惡唑或噻唑配位體的金屬絡(luò)合物，例如，二[2-(2-羥苯基)-苯并惡唑合(benzoxazolato)]鋅(縮寫為Zn(BOX)2)或二[2-(2-羥苯基)-苯并噻唑合(benzothiazolato)]鋅(縮寫為Zn(BTZ)2)。而且，除了金屬絡(luò)合物外，也可以使用2-(4-聯(lián)苯基)-5(4-叔-丁基苯)-1，3，4-惡二唑(縮寫為PBD)、1，3-二[5-(p-叔-丁基苯)-1，3，4-惡二唑-2-yl]苯(縮寫為OXD-7)、3-(4-叔-丁基苯)-4-苯基-5-(4-聯(lián)苯基)-1，2，4-三唑(縮寫為TAZ)、3-(4-叔-丁基苯)-4-(4-乙基苯)-5-(4-聯(lián)苯基)-1，2，4-三唑(縮寫為p-EtTAZ)、紅菲咯啉(縮寫為BPhen)和浴銅靈(bathocuproin)(縮寫為BCP)。然而，在這方面，可以使用除了本實施例模式中提到的材料之外的其它材料。
第三層204是包括高發(fā)光材料的層。例如，諸如N，N′-二甲基喹吖啶酮(縮寫為DMQd)或2H-苯并吡喃-2-一(縮寫為香豆素)的高發(fā)光材料和例如三(8-羥基喹啉)鋁(縮寫為Alq3)或9，10-二(2-萘基)蒽(縮寫為DNA)的高載流子輸運材料進(jìn)行自由結(jié)合，以形成第三層204。然而，由于Alq3和DNA也是高發(fā)光材料，所以這些材料不常用作第三層204。
第四層205是包括高空穴輸運材料的層，例如，芳族胺化合物(即，具有苯環(huán)-氮鍵的化合物)，諸如4，4′-二[N-(1-萘基)-N-苯基-氨基]-聯(lián)苯(縮寫為α-NPD)、4，4′-二[N-(3-甲基苯基)-N-苯基-氨基]-聯(lián)苯(縮寫為TPD)、4，4′，4″-三(N，N-聯(lián)苯-氨基)-三苯胺(縮寫為TDATA)、或4，4′，4″-三[N-(3-甲基苯基)-N-苯基-氨基]-三苯胺(縮寫為MTDATA)。然而，在這方面，可以使用除了本實施例模式中提到的材料之外的其它材料。
第五層206是包括金屬氧化物例如氧化鉬(MoOx)、氧化釩(VOx)、氧化釕(RuOx)、氧化鎢(WOx)或氧化錳(MnOx)的層。通過以該方式提供包括金屬氧化物的層，能夠抑制對分別包括有機(jī)化合物的層(本實施例中的第一至第四層)的損傷，其是在形成第二電極207的工藝中利用濺射的情況下引起的。在本實施例模式中，優(yōu)選地，通過蒸發(fā)形成包括金屬氧化物的層。另外，優(yōu)選地，包括金屬氧化物的層的膜厚度為10nm或更大。為了抑制由于濺射所引起的損傷，有效的是形成包括金屬氧化物的層以具有上述膜厚度?？梢允褂帽緦嵤├Ｊ街刑岬降牟牧现獾钠渌牧献鳛榘ń饘傺趸锏膶印?br> 例如，第五層206可以是包括金屬氧化物和高空穴輸運材料的層。引用上述的材料例如α-NPD和TPD作為高空穴輸運材料。通過以這種方式包括高輸運材料，對于第五層206變得容易注入空穴。此外，通過改變包括高空穴輸運材料的第五層206的厚度來調(diào)節(jié)在包括高發(fā)光材料的層(本實施例中的第三層204)和第二電極207之間的距離，變得更易于將顯示優(yōu)選光譜的光發(fā)射提取到外部。這是因為可以通過包括高空穴輸運材料，來降低由使第五層206的厚度更厚所產(chǎn)生的驅(qū)動電壓的增加。
而且，在形成具有100nm或更厚膜厚度的包括金屬氧化物的層的情況下，能夠抑制第一電極201和第二電極207之間的短路，該短路是由于例如在第一電極201或第二電極207的膜表面處形成的突起、或由于這些電極之間混合的外來物所引起的。由于金屬氧化物有高的光透射特性，所以即使當(dāng)膜厚變得更厚時也可以充分地提取發(fā)射的光。
優(yōu)選的是，形成第二電極207以包括具有大的功函數(shù)(功函數(shù)為4.0eV或更大)的材料，例如金屬、合金、導(dǎo)電化合物或這些的混合物。特別地，除了氧化銦錫(ITO)、含硅的氧化銦錫、和混合有2至20％氧化鋅(ZnO)的氧化銦的IZO(氧化銦鋅)之外，還可以使用例如金(Au)、鉑(Pt)、鎳(Ni)、鎢(W)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、鐵(Fe)、鈷(Co)、銅(Cu)、鈀(Pd)和金屬的氮化物(例如TiN)的材料。以這種方式，使用可以通過濺射淀積的導(dǎo)電材料來形成第二電極207。然而，在這方面，可以使用與本實施例模式中提到的材料不同的其它材料。
在根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光元件中，其有以上描述的結(jié)構(gòu)，由于在第一電極201和第二電極207之間產(chǎn)生的電位差而引起電流流動，在第三層204也就是包括高發(fā)光材料的層中，空穴和電子復(fù)合，然后發(fā)射光。換句話說，發(fā)光元件具有如此結(jié)構(gòu)以致在第三層204中形成發(fā)光區(qū)。然而，沒有必要將第三層204全部用作發(fā)光區(qū)，例如，可以只在第三層204中第四層205側(cè)處或第二層203側(cè)處形成發(fā)光區(qū)。
通過第一電極201和第二電極207中之一或兩者將發(fā)射的光提取到外部。因此，形成第一電極201和第二電極207中之一或兩者以包括光透射材料。
在形成第一電極201和第二電極207以包括光透射材料的情況下，如圖2A所示，通過第一電極201和第二電極207從基板側(cè)和與基板相對的側(cè)提取發(fā)射的光。在只形成第二電極207以包括光透射材料的情況下，和在形成第一電極201和第二電極207以包括光透射材料且在第一電極201側(cè)提供反射膜的情況下，如圖2B所示，通過第二電極207從與基板相對的側(cè)提取發(fā)射的光。在只形成第一電極201以包括光透射材料的情況下，和在形成第一電極201和第二電極207以包括光透射材料且在第二電極207側(cè)提供反射膜的情況下，如圖2C所示，通過第一電極201從基板側(cè)提取發(fā)射的光。
在第一電極201和第二電極207之間提供的層結(jié)構(gòu)并不限于上述結(jié)構(gòu)?？梢允褂贸松鲜鼋Y(jié)構(gòu)之外的結(jié)構(gòu)，只要該結(jié)構(gòu)中在遠(yuǎn)離第一電極201和第二電極207的部分中提供空穴和電子復(fù)合的區(qū)域，以便抑制由制備發(fā)光區(qū)所引起的驟冷(quenching)，且金屬彼此接近并且該結(jié)構(gòu)具有包括金屬氧化物的層。換句話說，并不特別限定層疊的結(jié)構(gòu)，可以將分別包括例如高電子輸運材料、高空穴輸運材料、高電子注入材料、高空穴注入材料和雙極材料(高電子和空穴輸運材料)的各層與包括金屬氧化物的層自由結(jié)合，來制備該層疊結(jié)構(gòu)。而且，通過提供包括例如極薄的二氧化硅膜的層可以控制載流子的復(fù)合區(qū)。
通過在基板200之上形成第一電極201、依次在其上層疊第一至第五層202至206、且還在其上形成第二電極207來制造上述發(fā)光元件。雖然沒有特別限定形成各層的方法，但優(yōu)選的是使用蒸發(fā)、噴墨和旋涂的任意一種來形成該層。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光元件的特定例子，其有與上述結(jié)構(gòu)不同的結(jié)構(gòu)。在基板300上提供第一電極301，并在第一電極301上通過依次層疊而提供第一至第五層302至306。而且，在第五層306上提供第二電極307。
這里，形成第一層302以包括高空穴注入材料，形成第二層303以包括高空穴輸運材料，形成第三層304以包括高載流子輸運材料，該高載流子輸運材料包括光發(fā)射體，形成第四層305以包括高電子輸運材料。第五層306是包括金屬氧化物的層，另外，可包括高電子注入材料，例如堿金屬或堿土金屬，例如鋰或鎂。同樣在具有該結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件的情況下，能夠抑制由于通過濺射淀積對包括有機(jī)化合物的層所引起的損傷，如上所述。當(dāng)發(fā)光元件具有該結(jié)構(gòu)時，第一電極301和第二電極307分別用作陽極和陰極。圖3中示出的發(fā)光元件也是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光元件中的一種模式，且根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)并不限于此。
在根據(jù)本發(fā)明如此描述的發(fā)光元件中，可以抑制由于濺射所引起的對包括有機(jī)材料的層的損傷。另外，通過控制包括金屬氧化物的層的膜厚度，可以抑制電極之間的短路。而且，在將根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光元件應(yīng)用到其中的發(fā)光器件中，抑制了由于濺射或電極之間的短路而引起的發(fā)光元件的缺陷，例如在顯示器件中，可以獲得滿意的顯示圖像。
在本實施例模式中，描述了通過濺射形成電極的情況。然而，例如，即使在具有通過在電極和包括金屬氧化物的層之間濺射以形成膜的結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件的情況下，可以獲得以下優(yōu)點以與本實施例模式中相同的方式可以抑制由濺射引起的對包括有機(jī)材料的層的損傷。在任一種情況下，只要發(fā)光元件具有其中依次層疊包括有機(jī)材料的層、包括金屬氧化物的層和由濺射形成的層，且在形成由濺射形成的層之前形成包括有機(jī)材料的層的結(jié)構(gòu)，就可以獲得提供包括金屬氧化物的層的優(yōu)點。
將描述根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光元件的制造方法和該發(fā)光元件的特性。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)或制造工藝并不限于本實施例，且可以適當(dāng)?shù)馗淖兝缒さ暮穸然虿牧稀?br> 在玻璃基板上，通過濺射淀積氧化銦錫(ITO)以形成第一電極，其中淀積的ITO含有非晶成分作為其主要成分。然后，在將ITO蝕刻以便分離成多個元件后，在200℃下進(jìn)行熱處理1小時。而且，在涂敷作為正型光刻膠的丙烯酸后，進(jìn)行曝光和顯影以形成分隔層。之后，在220℃進(jìn)行熱處理1小時。
接著，在濕法清洗后，在UV臭氧處理之后，在1×10-6Pa的真空大氣壓下在150℃下處理淀積有ITO的玻璃基板30分鐘。
接著，共同淀積4，4′-二(5-甲基苯并惡唑-2-基)芪(縮寫為BzOs)和鋰(Li)以在第一電極上形成第一層?？刂艬zOs與Li的重量比為1∶0.02。另外，控制第一層的膜厚度為20nm。
接著，在第一層上淀積Alq3形成第二層?？刂频诙拥哪ず穸葹?0nm。
接著，在第二層上共同淀積Alq3和DMQD形成第三層?？刂艫lq3和DMQD的重量比為1∶0.01。另外，控制第三層的膜厚度為40nm。
接著，在第三層上淀積α-NPD形成第四層?？刂频谒膶拥哪ず穸葹?0nm。
以這種方式，在第一電極上形成分別包括有機(jī)材料的各層(第一至第四層)。包括于各層中的材料并不限于本實施例中提到的材料，且可以使用其它材料。
接著，在第四層上淀積為金屬氧化物的氧化鉬來形成第五層。控制第五層的膜厚度為50nm。
接著，在第五層上通過濺射來淀積ITO，從而形成第二電極。在淀積期間(在等離子體產(chǎn)生期間)基板溫度為40℃至50℃。淀積的ITO含有非晶成分作為其主要成分?？刂频诙姌O的膜厚度為110nm。
由圖1中的圓點示出根據(jù)本發(fā)明如此制造的發(fā)光元件的特性。圖1示出電壓-亮度特性，其中水平軸表示電壓(V)，垂直軸表示亮度(cd/m2)。圖1顯示出驅(qū)動電壓(在該電壓下開始1cd/m2或更大的光發(fā)射的電壓作為驅(qū)動電壓)大約為5.5V。圖4示出電壓-電流特性，其中水平軸表示電壓(V)，垂直軸表示電流(mA)。圖5示出亮度(cd/m2)-電流效率(cd/A)特性，其中水平軸表示亮度，垂直軸表示電流效率。
(比較例1)將描述與實施例1中示出的根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光元件相關(guān)的比較例。
本比較例的發(fā)光元件有如下結(jié)構(gòu)，其中包括BzOs和Li的混合層(20nm)、包括Alq3的層(20nm)、包括DMQD和Alq3的混合層(40nm)、包括α-NPD的層(40nm)和包括CuPc的層(20nm)依次層疊在包括ITO的第一電極上，以及在其上進(jìn)一步層疊包括ITO的第二電極。在各個情況下，通過以與上述相同方式的濺射形成用于電極的ITO。另外，BzOs與Li的重量比為1∶0.02，且Alq3和DMQD的重量比為1∶0.01。
由圖1中的三角點示出本比較例的發(fā)光元件的特性。圖1示出電壓-亮度特性，其中水平軸表示電壓(V)，垂直軸表示亮度(cd/m2)。圖1顯示出驅(qū)動電壓(在該電壓下開始1cd/m2或更大的光發(fā)射的電壓作為驅(qū)動電壓)大約為13V。圖4示出電壓-電流特性，其中水平軸表示電壓(V)，垂直軸表示電流(mA)。圖5示出亮度(cd/m2)-電流效率(cd/A)特性，其中水平軸表示亮度，垂直軸表示電流效率。從第二電極側(cè)提取的光發(fā)射中獲得發(fā)光元件的特性。
如上所述，實施例1和比較例1的發(fā)光元件的特性顯示出以下各項。在使用CuPc的比較例的發(fā)光元件的情況下，由于在通過濺射淀積ITO的工藝中而引起對一部分元件(包括有機(jī)材料的層)造成損傷，因而發(fā)光元件的驅(qū)動電壓很高(13V)，而根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光元件則沒有這種趨勢。換句話說，在根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光元件的情況下，與比較例的發(fā)光元件的情況相比，可以更大地抑制由于濺射所引起的發(fā)光元件的缺陷。
在本實施例中，將描述具有與實施例1中示出的結(jié)構(gòu)相同的發(fā)光元件，除了包括氧化鉬的第五層具有與實施例1中的膜厚度不同的膜厚度之外。本實施例中示出的發(fā)光元件的制造方法也與實施例1中相同。因此，省略了制造方法的描述。
至于本實施例的發(fā)光元件，包括氧化鉬的第五層具有10nm(實施例2-1)、100nm(實施例2-2)和200nm(實施例2-3)的膜厚度。
圖6示出本實施例的發(fā)光元件的特性。圖6示出電壓-亮度特性，其中水平軸表示電壓(V)，垂直軸表示亮度(cd/m2)。圖6顯示出在由實施例2-1、2-2和2-3表示的發(fā)光元件的各個情況中，驅(qū)動電壓(在該電壓下開始1cd/m2或更大光發(fā)射的電壓作為驅(qū)動電壓)大約為5V。圖7示出電壓-電流特性，其中水平軸表示電壓(V)，垂直軸表示電流(mA)。圖8示出亮度(cd/m2)-電流效率(cd/A)特性，其中水平軸表示亮度，垂直軸表示電流效率。圖6至8顯示出在施加低電壓時，發(fā)光元件的特性彼此可相比，而不論第五層的膜厚度，以及指示出當(dāng)施加較高電壓時，具有較厚膜厚度的第五層的發(fā)光元件傾向于顯示出較高的亮度。由此向前，認(rèn)為在具有較厚膜厚度的第五層的發(fā)光元件的情況下，可以更多地抑制由于濺射所引起的損傷。從第二電極側(cè)提取的發(fā)光中獲得了發(fā)光元件的特性。
如上所述，至于本實施例中示出的發(fā)光元件，確定了即使當(dāng)將包括金屬氧化物的層的膜厚度制備得較厚時，也可以獲得滿意的特性。因此，通過將包括金屬氧化物的層的膜厚度加厚，可以抑制電極之間的短路。而且，至于本實施例中示出的發(fā)光元件，確定了即使當(dāng)包括金屬氧化物的層的膜厚度更厚時，也可以有效地將發(fā)射的光提取到外部。
在本實施例中，將描述根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)。
在圖9A至9C的各圖中，由虛線圍繞的部分是提供用于驅(qū)動發(fā)光元件12的晶體管11。形成發(fā)光元件12以包括第一電極13、第二電極14和介于這些電極之間的發(fā)光層15。由穿過第一層間絕緣膜16a至16c延伸的布線17將第一電極13和晶體管11的漏極彼此電連接。另外，通過分隔層18將發(fā)光元件12與鄰接提供的另一發(fā)光元件隔開。在基板10之上提供具有根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的發(fā)光器件。
在具有如上所述結(jié)構(gòu)的發(fā)光器件中，發(fā)光元件12是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光元件，且特別地，發(fā)光層15包括上述包括金屬氧化物作為成分的層。
晶體管11包括在頂柵型中。然而，并不特別限定晶體管11的結(jié)構(gòu)。例如，可以使用如圖10A所示的反轉(zhuǎn)交錯TFT。在反轉(zhuǎn)交錯TFT的情況下，可以使用其中在形成溝道的半導(dǎo)體層上形成保護(hù)膜的TFT(溝道-保護(hù)TFT)，如圖10B所示，或可以使用其中形成溝道的一部分半導(dǎo)體層為凹陷的TFT(溝道-蝕刻TFT)。這里，參考數(shù)字21、22、23、24、25和26分別表示柵電極、柵極絕緣膜、半導(dǎo)體層、n型半導(dǎo)體層、電極和保護(hù)膜。
另外，形成晶體管11的半導(dǎo)體層可以是結(jié)晶或非晶的，或可選地可以是半非晶的。
以下將描述半非晶半導(dǎo)體。半非晶半導(dǎo)體是具有在非晶和結(jié)晶(例如單晶或多晶)結(jié)構(gòu)之間的中間結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體，且具有在自由能方面穩(wěn)定的第三態(tài)，其包括有近程有序和晶格應(yīng)變的結(jié)晶區(qū)。而且，從0.5至20nm的晶粒包含于半非晶半導(dǎo)體膜中的至少一個區(qū)域中。半非晶半導(dǎo)體的拉曼光譜具有向比520cm-1更低的波數(shù)側(cè)的漂移。在X射線衍射中，觀察到由于Si晶格所引起的(111)和(220)的衍射峰。在半非晶半導(dǎo)體中包括1原子％或更多的氫或鹵素，以終上懸掛鍵。因此，半非晶半導(dǎo)體也稱作微晶半導(dǎo)體。通過輝光放電(等離子體CVD)分解氮化物氣體，來形成半非晶半導(dǎo)體。作為氮化物氣體，除了SiH4之外，還可以使用例如Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4或SiF4的氣體?？梢杂肏2或H2和選自He、Ar、Kr和Ne中一種或多種稀有氣體元素來稀釋該氮化物氣體，其中稀釋比在2∶1至1000∶1的范圍內(nèi)。在輝光放電期間壓強(qiáng)大約在0.1Pa至133Pa的范圍內(nèi)，電源頻率在1MHz至120MHz的范圍內(nèi)，優(yōu)選13MHz至60MHz。基板加熱溫度可以是300℃或更小，優(yōu)選100℃至250℃。希望控制諸如氧、氮或碳的大氣雜質(zhì)組分以便具有1×1020/cm3或更小的濃度，作為膜中的雜質(zhì)元素，特別地，控制氧濃度為5×1019/cm3或更小，優(yōu)選1×1019/cm3或更小。另外，使用半非晶半導(dǎo)體的TFT(薄膜晶體管)有大約1至10m2/Vsec的遷移率。
而且，用于半導(dǎo)體層的特定例子的結(jié)晶半導(dǎo)體包括單晶或多晶硅和硅-鍺，其可以通過激光結(jié)晶化形成，或可以通過使用例如鎳的元素具有固相生長的結(jié)晶化形成。
在使用非晶材料，例如非晶硅形成半導(dǎo)體層的情況下，優(yōu)選的是發(fā)光器件具有其中晶體管11和其它晶體管(形成用于驅(qū)動發(fā)光元件的電路的晶體管)都是n溝道晶體管的電路。除了該情況之外，發(fā)光器件可以有包括n溝道晶體管和p溝道晶體管中之一的電路，或者可以有包括n溝道晶體管和p溝道晶體管兩者的電路。
而且，第一層間絕緣膜16a至16c可以是如圖9A和9C中所示的多層，或者可以是單層。第一層間絕緣膜16a包括無機(jī)材料例如氧化硅或氮化硅，第一層間絕緣膜16b包括可以在涂覆中用于淀積使用的具有自平面度(self-flatness)的材料，例如丙烯酸、硅氧烷(具有由硅(Si)和氧(O)之間的鍵形成的框架結(jié)構(gòu)并至少包括氫作為取代基的材料)和氧化硅。另外，第一層間絕緣膜16c有包括氬(Ar)的氮化硅膜。并不特別限定包括于各層中的材料，且因此可以使用除了這里提到的材料以外的材料。而且，可以結(jié)合包括除這些材料以外的材料的層。以這種方式，可以使用無機(jī)材料和有機(jī)材料兩者、或無機(jī)材料和有機(jī)材料中之一來形成第一層間絕緣膜16。
至于分隔層18，優(yōu)選的是邊界部分具有曲率半徑連續(xù)變化的形狀。另外，使用例如丙烯酸、硅氧烷、抗蝕劑或氧化硅的材料來形成分隔層18?？梢允褂脽o機(jī)材料和有機(jī)材料中一種或兩種來形成分隔層18。
在圖9A和9C的各圖中，在晶體管11和發(fā)光元件12之間僅提供第一層間絕緣膜16。然而，如圖9B所示，除了第一層間絕緣膜16(16a和16b)之外，還可以提供第二層間絕緣膜19(19a和19b)。在圖9B中示出的發(fā)光器件中，第一電極13穿過第二層間絕緣膜19連接至布線17。
第二層間絕緣膜19以與第一層間絕緣膜16相同的方式可以是多層或單層。第二層間絕緣膜19a包括可以在涂覆中用于淀積使用的具有自平面度的材料，例如丙烯酸、硅氧烷(具有由硅(Si)和氧(O)之間的鍵形成的框架結(jié)構(gòu)并至少包括氫作為取代基的材料)和氧化硅。另外，第二層間絕緣膜19b有包括氬(Ar)的氮化硅膜。并不特別限定包括于各層中的材料，且因此可以使用除了這里提到的材料之外的材料。而且，可以結(jié)合包括除這些材料之外的材料的層。以這種方式，可以使用無機(jī)材料和有機(jī)材料兩者、或無機(jī)材料和有機(jī)材料中之一來形成第二層間絕緣膜19。
在發(fā)光元件12中，在形成第一電極13和第二電極14以包括發(fā)光材料的情況下，可以如由圖9A的輪廓箭頭所指示的，從第一電極13側(cè)和第二電極14側(cè)提取發(fā)射的光。在僅形成第二電極14以包括發(fā)光材料的情況下，可以如由圖9B的輪廓箭頭所指示的，僅從第二電極14側(cè)提取發(fā)射的光。在該情況下，優(yōu)選的是第一電極13包括高反射材料，或在第一電極13下方提供包括高反射材料的膜(反射膜)。在僅形成第一電極13以包括發(fā)光材料的情況下，可以如由圖9C的輪廓箭頭所指示的，僅從第一電極13側(cè)提取發(fā)射的光。在該情況下，優(yōu)選的是第二電極14包括高反射材料或在第二電極14上方提供反射膜。
另外，在發(fā)光元件12的情況下，第一電極13用作陽極而第二電極14用作陰極，或可選地，第一電極13用作陰極而第二電極14用作陽極。然而，在前一種情況下晶體管11為p溝道晶體管，在后一種情況下晶體管11為n溝道晶體管。
本實施例的發(fā)光器件有多個發(fā)光元件(然而，在圖中未示出)。在各個發(fā)光元件的發(fā)射波長與發(fā)光元件12的發(fā)射波長相同的情況下，發(fā)光器件發(fā)射單色光。在各個發(fā)光元件的發(fā)射波長不同的情況下，發(fā)光器件能夠發(fā)射多種顏色，例如紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)色的光。
在上述發(fā)光器件的情況下，由電連接至各個發(fā)光元件的晶體管控制發(fā)光或非發(fā)光態(tài)。通過控制各個發(fā)光元件的發(fā)光或非發(fā)光態(tài)，能夠進(jìn)行圖像顯示等等。在發(fā)光器件中，通過應(yīng)用本發(fā)明，抑制了由于例如濺射或電極之間短路的因素所引起的缺陷，其可能是由在發(fā)光元件的制造工藝中所導(dǎo)致的，且能夠顯示滿意的圖像。
在本實施例中，參考圖11和12的頂視圖以及圖13A和13B的電路圖，將描述根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件。
圖11示出有顯示功能的發(fā)光器件的像素部分的頂視圖。在像素部分中，提供了發(fā)光元件、根據(jù)圖像信號確定發(fā)光元件的發(fā)光或非發(fā)光態(tài)的驅(qū)動晶體管7001、控制圖像信號輸入的開關(guān)晶體管7002、不考慮圖像信號而控制發(fā)光元件為非發(fā)光態(tài)的擦除晶體管7003、源極信號線7004、第一掃描線7005、第二掃描線7006和供電線7007。在區(qū)域7008中形成根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光元件。另外，圖13A示出具有圖11中所示像素結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件的像素部分的驅(qū)動器電路圖。
當(dāng)在寫入周期內(nèi)選擇第一掃描線7005時，接通具有連接于第一掃描線7005柵極的開關(guān)晶體管7002。接著，當(dāng)將輸入到源極信號線7004的視頻信號經(jīng)由開關(guān)晶體管7002輸入至驅(qū)動晶體管7001的柵極時，電流從供電線7007流到發(fā)光元件從而發(fā)光。在保持周期內(nèi)，通過控制第一掃描線7005的電位來關(guān)斷開關(guān)晶體管7002以保持在寫入周期內(nèi)寫入的視頻信號的電位。在擦除周期內(nèi)，由于選擇第二掃描線7006來接通擦除晶體管7003，從而關(guān)斷驅(qū)動晶體管7001，所以會強(qiáng)迫地產(chǎn)生其中沒有電流供給發(fā)光元件的狀態(tài)。
圖12示出具有顯示功能的發(fā)光器件的像素部分的頂視圖，其具有不同于圖11的電路結(jié)構(gòu)。在像素部分中，提供了具有固定柵極電位的驅(qū)動晶體管7101、控制圖像信號輸入的開關(guān)晶體管7102、不考慮圖像信號而控制發(fā)光元件為非發(fā)光態(tài)的擦除晶體管7103、控制提供給發(fā)光元件的電流的電流控制晶體管7104、源極信號線7105、第一掃描線7106、第二掃描線7107、供電線7108和電源線7109。在區(qū)域7110中形成根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光元件。另外，圖13B示出具有示于圖12中的像素結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件像素部分的驅(qū)動器電路圖。
當(dāng)在寫入周期內(nèi)選擇第一掃描線7106時，接通具有連接于第一掃描線7106的柵極的開關(guān)晶體管7102。接著，當(dāng)將輸入到源極信號線7105的視頻信號經(jīng)由開關(guān)晶體管7102輸入至電流控制晶體管7104的柵極時，電流從供電線7108經(jīng)由驅(qū)動晶體管7101流到發(fā)光元件以發(fā)光。驅(qū)動晶體管7101具有連接到電源線7109的柵電極。在保持周期內(nèi)，通過控制第一掃描線7106的電位來關(guān)斷開關(guān)晶體管7102，以保持在寫入周期內(nèi)寫入的視頻信號的電位。在擦除周期內(nèi)，由于選擇第二掃描線7107來接通擦除晶體管7103，從而關(guān)斷電流控制晶體管7104，所以會強(qiáng)迫地產(chǎn)生其中沒有電流供給發(fā)光元件的狀態(tài)。
在上述的發(fā)光器件中，并沒有特別的限定各個晶體管的結(jié)構(gòu)?？梢允褂脝螙艠O結(jié)構(gòu)或多柵極結(jié)構(gòu)。另外，可以使用LDD結(jié)構(gòu)，或者可以使用其中LDD部分與柵極電極交迭的柵極交迭LDD結(jié)構(gòu)。
在本實施例中示出的發(fā)光器件中，通過應(yīng)用本發(fā)明，抑制了由于例如濺射或電極之間短路的因素所引起的缺陷，以便可以顯示滿意的圖像。
在附加了外部輸入端并且密封之后，將示于實施例3和4中根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件安裝于各種電子器件中。
在根據(jù)本發(fā)明的這些電子器件中，抑制了由于發(fā)光元件的缺陷而引起的顯示的缺陷(對發(fā)光元件的損傷)，且可以顯示滿意的圖像。
在本實施例中，參考圖14、15和16將描述根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件和安裝有該發(fā)光器件的電子器件。然而，圖14、15和16中示出的發(fā)光器件和電子器件僅是一個例子，且并不認(rèn)為將發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)限定于本實施例。
圖14是密封后的發(fā)光器件的橫截面圖。用密封劑6502接合基板6500和密封基板6501，從而將晶體管和根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光元件夾在中間。將用作外部輸入端的FPC(柔性印刷電路)6503附著到基板6500的邊沿。另外，夾在基板6500和密封基板6501之間的區(qū)域填充有例如氮氣的惰性氣體或樹脂材料。
圖15是示出根據(jù)本發(fā)明發(fā)光器件的框架形式的俯視圖。在圖15中，由虛線示出的部分6510、6511和6512是驅(qū)動器電路部分(源極側(cè)驅(qū)動器電路)、像素部分和驅(qū)動器電路部分(柵極側(cè)驅(qū)動器電路)。在像素部分6511中，提供了根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光元件。通過FPC 6503和在基板6500上形成的一組布線連接驅(qū)動器電路部分6510和6512，該FPC 6503用作外部輸入端。通過接收來自FPC(柔性印刷電路)6503的信號，例如視頻信號、時鐘信號、啟動信號和復(fù)位信號，將這些信號輸入到源極側(cè)驅(qū)動器電路6510或柵極側(cè)驅(qū)動器電路6512。而且，將印刷線路板(PWB)6513附著到FPC 6503。在驅(qū)動電路器部分6510中，提供了移位寄存器6515、開關(guān)6516和存儲器(鎖存器)6517和6518。在驅(qū)動器電路部分6512中，提供了移位寄存器6519和緩沖器6520。除了這些之外，還可以提供其它的功能。
圖16示出安裝有根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光器件的電子器件的例子。
圖16示出根據(jù)本發(fā)明制造的膝上型個人電腦，其包括主體5521、框架主體5522、顯示部分5523和鍵盤5524。通過將具有根據(jù)本發(fā)明發(fā)光元件的發(fā)光器件結(jié)合到個人電腦中來完成顯示器件。
在本實施例中，描述了膝上型個人電腦。然而，另外可以將具有根據(jù)本發(fā)明發(fā)光元件的發(fā)光器件安裝到諸如蜂窩電話、電視、汽車導(dǎo)航系統(tǒng)或照明設(shè)備中的器件。
本申請以2003年10月3日在日本專利局申請的日本專利申請序列No.2003-345579為基礎(chǔ)，其內(nèi)容并入這里以作參考。
雖然參考附圖以實例的方式全面地描述了本發(fā)明，但要理解的是，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員各種改變和修改將是顯而易見的。因此，除非這種改變和修改脫離了下文定義的本發(fā)明的范圍，否則將應(yīng)當(dāng)它們理解為包括于其中。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光元件，包括第一電極；第二電極；在第一電極和第二電極之間包括有機(jī)材料的第一層；以及在第二電極和第一層之間包括金屬氧化物的第二層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光元件，其中第二電極比第一電極更晚形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光元件，其中第二層有10nm至200nm的厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光元件，其中金屬氧化物通過蒸發(fā)形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光元件，其中金屬氧化物是氧化鉬、氧化釩、氧化釕、氧化鎢和氧化錳中之一。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光元件，其中第二電極通過濺射形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光元件，其中將發(fā)光元件結(jié)合到選自由膝上型個人電腦、蜂窩電話、電視、汽車導(dǎo)航系統(tǒng)和照明設(shè)備構(gòu)成的組中的至少一種中。
8.一種發(fā)光元件，包括包括有機(jī)材料的第一層；在第一層之上包括金屬氧化物的第二層；和通過濺射在第二層之上形成的第三層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的發(fā)光元件，其中第二層有10nm至200nm的厚度。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的發(fā)光元件，其中金屬氧化物通過蒸發(fā)形成。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的發(fā)光元件，其中金屬氧化物是氧化鉬、氧化釩、氧化釕、氧化鎢和氧化錳中之一。
12.根據(jù)權(quán)利要求8的發(fā)光元件，其中將發(fā)光元件結(jié)合到選自由膝上型個人電腦、蜂窩電話、電視、汽車導(dǎo)航系統(tǒng)和照明設(shè)備構(gòu)成的組中的至少一種中。
13.一種制造在一對電極之間包括第一層和第二層的發(fā)光元件的方法，該第一層包括有機(jī)材料，該第二層包括金屬氧化物，其中在形成第一層之后形成第二層。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中通過濺射形成第二層。
15.一種發(fā)光元件的制造方法，包括如下步驟形成第一電極；在第一電極之上形成包括有機(jī)材料的第一層；在第一層之上形成包括金屬氧化物的第二層；以及在第二層之上形成第二電極。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中通過蒸發(fā)形成金屬氧化物。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中通過濺射形成第二電極。
18.一種包括根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)光元件的發(fā)光器件。
19.一種包括根據(jù)權(quán)利要求8的發(fā)光元件的發(fā)光器件。
全文摘要
一種發(fā)光元件，具有在第一電極和第二電極之間包括有機(jī)材料的層，且還具有在第二電極和包括有機(jī)材料的該層之間包括金屬氧化物的層，其中層疊這些電極和層，以便第二電極形成得比第一電極晚。抑制了發(fā)光元件在淀積期間由濺射引起的對包括有機(jī)材料的層損傷、和例如這些電極之間短路的現(xiàn)象。
文檔編號H05B33/12GK1607874SQ20041009517
公開日2005年4月20日 申請日期2004年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月3日
發(fā)明者齋藤惠子, 池田壽雄 申請人:株式會社半導(dǎo)體能源研究所