CN100565963C - 发光元件 - Google Patents

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Abstract

本发明的一个目标是提供一种具有驱动电压相对较低的结构的发光元件。此外，本发明的一个目标是通过减轻对发光层的应力提供一种高可靠性的发光器件。另外，本发明的另一个目标是提供一种具有驱动电压随时间增加幅度较小的结构的发光元件。本发明的一个目标是提供一种驱动电压较低且驱动电压随时间增加幅度较小同时还能够经受长期使用的显示设备。在发光元件中，与一电极相接触的层用作空穴生成层，诸如含有P-型半导体或者电子接受材料的有机化合物层，发光层被设置在空穴生成层之间，电子生成层在阴极那一侧上的空穴生成层和发光层之间形成。

Description

发光元件
技术领域
本发明涉及一种发光元件，其中有含发光材料的薄膜插在电极之间并且当施加电流时该发光元件发光。此外，本发明还涉及使用该发光元件的显示设备和电子设备。
背景技术
已经广泛开发了使用当施加电流时自己发光的自发光型薄膜发光元件的显示器。
此种薄膜发光元件是通过在施加电流时使得电极与单层或多层薄膜接触而发光的，其中上述单层或多层薄膜由有机化合物和无机化合物中的一种或两种构成。期望此种薄膜发光元件的功耗更低、占据空间更小且可见度更高，从而期望市场能够进一步扩展。
通过为具有多层结构的发光元件的每一层划分功能就能够制造出发光效率高于以往的元件(例如，参见参考1：C.W.Tang等人发表在Applied Physics Letters卷51，第12号，第913-915页(1987)上的文章)。
具有多层结构的薄膜发光元件具有设置在阳极和阴极之间的发光叠层。该发光叠层包括空穴注入层、空穴输运层、发光层、电子输运层和电子注入层等等。在这些层中，取决于元件结构而无需一定要使用所有的空穴注入层、空穴输运层、电子输运层以及电子注入层。
在上述发光叠层内的空穴注入层由能够相对容易地将空穴从金属电极注入到主要包含有机化合物的层中的材料构成。该发光叠层内的电子输运层由电子输运性优越的材料构成。于是，在该发光叠层中的每一层都通过选择在每个功能上占优势的材料而构成。
然而，主要包含能够相对容易地将电子从电极中注入的有机化合物材料，或者主要包含能够以预定或更高的迁移率输运电子的有机化合物是非常有限的。因为材料限制显而易见，所以将电子从电极注入主要包含有机化合物的层的情况最初极为罕见。于是驱动电压就较高。此外，实验表明驱动电压越高的元件具有随时间升得更高的驱动电压。
发明内容
因此，本发明的一个目标是提供一种具有驱动电压相对较低的结构的发光元件。此外，本发明的另一个目标是提供一种具有驱动电压随时间增加幅度较小的结构的发光元件。
另外，本发明的一个目标是提供一种驱动电压较低且驱动电压随时间增加幅度较小同时还能够经受长期使用的显示设备，
此外，本发明的又一个目标是改善发光元件的可靠性。
根据本发明，在发光元件内与任一电极(第一电极、第二电极)相接触的层是空穴生成层，使得包含P-型半导体的层或者包含带电子接受性的材料的有机化合物层和发光层被设置在空穴生成层之间，并且电子生成层在第二电极那一侧上的空穴生成层和发光层之间形成。这样就能抑制驱动电压。此外，驱动电压随时间的增长幅度也会因为更低的驱动电压而被抑制。
根据本发明所述结构的一个方面的发光元件被提供具有：第一电极和第二电极；各自包含有机材料和无机材料的第一层和第二层；包含发光材料的第三层；以及生成电子的第四层。第一层与第一电极相接触，第二层与第二电极相接触，第三层被设置在第一层和第二层分别位于其间的第一电极和第二电极之间，而第四层被设置在第三层和第二层之间。
具有根据本发明另一方面的结构的发光元件被提供具有：第一电极和第二电极；各自生成空穴的第一层和第二层；包含发光材料的第三层；以及生成电子的第四层。第一层与第一电极相接触，第二层与第二电极相接触，第三层被设置在第一层和第二层分别位于其间的第一电极和第二电极之间，而第四层被设置在第三层和第二层之间。
具有根据本发明另一方面的结构的发光元件被提供具有：第一电极和第二电极；各自包含P-型半导体的第一层和第二层；包含发光材料的第三层；以及包含N-型半导体的第四层。第一层与第一电极相接触，第二层与第二电极相接触，第三层被设置在第一层和第二层分别位于其间的第一电极和第二电极之间，而第四层被设置在第三层和第二层之间。
具有根据本发明另一方面的结构的发光元件被提供具有：第一电极和第二电极；各自包含第一有机化合物以及接受该第一有机化合物的电子的材料的第一层和第二层；包含发光材料的第三层；以及包含第二有机化合物以及将电子施与该第二有机化合物的材料的第四层。第一层与第一电极相接触，第二层与第二电极相接触，第三层被设置在第一层和第二层分别位于其间的第一电极和第二电极之间，而第四层被设置在第三层和第二层之间。
此外，在根据本发明的发光元件的上述结构中，第二层内电子接受材料相对于第一有机化合物的摩尔比与第一层内电子接受材料相对于第一有机化合物的摩尔比之间的差值优选地位于第二层内电子接受材料相对于第一有机化合物的摩尔比的80％以及位于第一层内电子接受材料相对于第一有机化合物的摩尔比的80％的范围之内。更为优选地，第二层内电子接受材料相对于第一有机化合物的摩尔比与第一层内电子接受材料相对于第一有机化合物的摩尔比之间的差值优选地位于第二层内电子接受材料相对于第一有机化合物的摩尔比的40％以及位于第一层内电子接受材料相对于第一有机化合物的摩尔比的40％的范围之内。
此外，在根据本发明的发光元件的上述结构中，第一层和第二层中每一层的厚度为30nm至1μm。
此外，在根据本发明的发光元件的上述结构中，第二层的厚度是第一层厚度的50％至150％，同时第一层的厚度是第二层厚度的50％至150％。
在具有根据本发明的结构的发光元件中，能够降低驱动电压。此外，驱动电压随时间的增长幅度也会因为更低的驱动电压而被抑制。
此外，能够提供一种驱动电压较低且驱动电压随时间增加幅度较小同时还能够经受长期使用的显示设备。
另外，能够减轻发光元件层内的应力。从而能够改善发光元件的可靠性。
附图说明
图1示出了一种根据本发明的发光元件；
图2示出了一种根据本发明的发光元件；
图3示出了一种根据本发明的发光元件；
图4示出了一种根据本发明的发光元件；
图5A至图5E示出了用于制造一种根据本发明的薄膜发光元件的过程；
图6A至图6C示出了用于制造一种根据本发明的薄膜发光元件的过程；
图7A和图7B示出了一种根据本发明的显示设备的结构的示例；
图8A和图8B示出了一种根据本发明的发光元件的顶视图和横截面图；
图9A至图9E示出了可以应用本发明的电子设备的示例；
图10A至图10C示出了一种根据本发明的显示设备的结构的示例；
图11A至图11F示出了一种根据本发明的显示设备的象素电路的示例；
图12示出了一种根据本发明的显示设备的保护电路的示例；
图13是示出了在实施方式1中元件的电压-亮度特征的图；
图14是示出了在实施方式1中元件的电压-电流特征的图；
图15是示出了在实施方式2中元件的电压-亮度特征的图；
图16是示出了在实施方式2中元件的电流密度-亮度特征的图；
图17是示出了在实施方式2中元件的电压-电流特征的图；
图18是示出了在实施方式2中元件电压随时间变化的图；以及
图19是示出了在实施方式2中元件亮度随时间变化的图。
本发明的最佳实施方式
下文将参照附图描述本发明的各种实施方式和实施例。然而，虽然本发明可以按许多不同的方式来实施，但是本领域的技术人员应该理解这些实施方式及细节可以被修改而不背离本发明的精神和范围。应该注意到，不应将本发明解释成仅局限于下文所给出的对实施方式和实施例的描述。
实施方式1
在本发明的该实施方式中，将参考图1和图2描述本发明的发光元件的结构。在根据本发明的发光元件中，包含发光材料的发光层104和电子生成层105层叠，并且发光层104和电子生成层105被设置在第一空穴生成层102和第二空穴生成层103之间。第一空穴生成层102与第一电极相接触，而第二空穴生成层103与第二电极相接触。第一空穴生成层102和第二空穴生成层103还被进一步地设置在第一电极101和第二电极106之间，并被层叠在诸如基片或绝缘膜之类的绝缘体100上。在诸如基片或绝缘膜之类的绝缘体100上，第一电极101、第一空穴生成层102、发光层104、电子生成层105、第二空穴生成层103和第二电极106按顺序层叠(图1)。或者也可将该顺序反向：第二电极106、第二空穴生成层103、电子生成层105、发光层104、第一空穴生成层102和第一电极101按顺序层叠(图2)。注意到在该实施方式中，当施加电压以使得发光元件发光时，施加较高电位的电极是第一电极，而施加较低电位的电极是第二电极。
第一空穴生成层102和第二空穴生成层103各自用相同材料构成，其中这些材料使用同时包含空穴输运材料以及能够接受来自该空穴输运材料的电子的电子接受材料的层、P-型半导体层或者包含P-型半导体的层。第一空穴生成层102和第二空穴生成层103的厚度优选地为30nm至1μm。此外，优选第一空穴生成层102和第二空穴生成层103的厚度几乎相同。第二空穴生成层不会比第一空穴生成层更厚或更薄50％以上。同样地，第一空穴生成层不会比第二空穴生成层更厚或更薄50％以上。换句话说，第二空穴生成层的厚度是第一空穴生成层厚度的50％至150％而第一空穴生成层的厚度是第二空穴生成层厚度的50％至150％。设X表示第一空穴生成层的厚度而Y表示第二空穴生成层的厚度，则满足0.5≤(Y/X)≤1.5以及0.5≤(X/Y)≤1.5。
此外，第一空穴生成层102和第二空穴生成层103优选地用相同材料构成，其中这些材料使用空穴输运材料以及能够接受来自该空穴输运材料的电子的电子接受材料。第二空穴生成层内电子接受材料相对于空穴输运材料的摩尔比与第一空穴生成层内电子接受材料相对于空穴输运材料的摩尔比之间的差值优选地位于第二空穴生成层内电子接受材料相对于空穴输运材料的摩尔比的80％并位于第一空穴生成层内电子接受材料相对于空穴输运材料的摩尔比的80％的范围之内。更为优选地，第二空穴生成层内电子接受材料相对于空穴输运材料的摩尔比与第一空穴生成层内电子接受材料相对于空穴输运材料的摩尔比之间的差值优选地位于第二空穴生成层内电子接受材料相对于空穴输运材料的摩尔比的40％并位于第一空穴生成层内电子接受材料相对于空穴输运材料的摩尔比的40％的范围之内。
因此，设A表示第一空穴生成层内电子接受材料相对于空穴输运材料的摩尔比，而B表示第二空穴生成层内电子接受材料相对于空穴输运材料的摩尔比；则应满足(-0.8×A)≤B-A≤(0.8×A)以及(-0.8×B)≤B-A≤(0.8×B)。
作为空穴输运材料，例如可以使用(具有苯环与氮的键的)芳族胺化合物、酞菁(简称为H2Pc)、或者诸如铜酞菁(简称为CuPc)或氧钒酞菁(简称为VOPc)的酞菁化合物。芳族胺化合物例如可以是4，4′-二[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]联苯(简称为[α]-NPD)、4，4′-二[N-(3-甲基苯基)-N-苯基氨基]联苯(简称为TPD)、4，4′，4″-三(N，N-二苯基氨基)三苯基胺(简称为TDATA)、4，4′，4″-三[N-(3-甲基苯基)-N-苯基氨基]三苯基胺(简称为MTDATA)或者4，4′-二{N-[4-(N，N-二-间-甲苯基氨基)苯基]-N-苯基氨基}联苯(简称为DNTPD)。作为能够接受来自空穴输运材料的电子的电子接受材料，例如可以使用氧化钼(MoOx)、氧化钒、7，7，8，8，-四氰基喹啉并二甲烷(简称为TCNQ)、2，3-二氰基萘醌(简称为DCNNQ)、2，3，5，6-四氟-7，7，8，8，-四氰基喹啉并二甲烷(简称为F4-TCNQ)等等。可以根据与之组合的空穴输运材料来选择能够接受电子的电子接受材料。此外，诸如氧化钼(MoOx)、氧化钒、氧化钌、氧化钴、氧化镍或氧化铜之类的金属氧化物可用作P-型半导体。
此外，可以是使用第一层和第二层代替第一空穴生成层102和第二空穴生成层103，其中各自构成上述第一层和第二层的层包含诸如上述空穴输运材料的有机化合物和无机材料、或者包含从氧化锌、氧化铟、氧化锡、氧化锑、氧化钨、氮化铟、氮化锡、氮化锑、氮化钨和氮化钼中选出的两种或更多的无机材料。第一层和第二层的厚度优选地为30nm至1μm。此外，优选第一层和第二层的厚度几乎相同，并且第二层不会比第一层更厚或更薄50％以上。同样地，第一层不会比第二层更厚或更薄50％以上。换句话说，第二层的厚度是第一层厚度的50％至150％而第一层的厚度是第二层厚度的50％至150％。此外，第一层和第二层优选地分别由包含相同空穴输运材料和相同无机材料的层构成。第二层内电子接受材料相对于第一有机化合物的摩尔比与第一层内电子接受材料相对于第一有机化合物的摩尔比之间的差值优选地位于第二层内电子接受材料相对于第一有机化合物的摩尔比的80％以及位于第一层内电子接受材料相对于第一有机化合物的摩尔比的80％的范围之内。更为优选地，第二层内电子接受材料相对于第一有机化合物的摩尔比与第一层内电子接受材料相对于第一有机化合物的摩尔比之间的差值优选地位于第二层内电子接受材料相对于第一有机化合物的摩尔比的40％以及位于第一层内电子接受材料相对于第一有机化合物的摩尔比的40％的范围之内。
作为电子生成层105，可以使用同时包含电子输运材料以及能够将电子施与给电子输运材料的电子施与材料的层、N-型半导体层或包含N-型半导体的层。作为电子输运材料，例如可以使用的材料如下：具有喹啉骨架或苯并喹啉骨架的金属络合物，诸如三(8-羟基喹啉合)铝(简称为Alq3)、三(4-甲基-8-羟基喹啉合)铝(简称为Almq3)、二(10-羟基苯并[h]-喹啉合)铍(简称为BeBq2)、或者二(2-甲基-8-羟基喹啉合)-4-苯基苯酚合铝(简称为BAlq)。此外，还可以使用具有噁唑或噻唑配合基的金属络合物，诸如二[2-(2-羟基苯基)苯并噁唑合]锌(简称为Zn(BOX)2)或者二[2-(2-羟基苯基)苯并噻唑合]锌(简称为Zn(BTZ)2)。除了金属络合物之外，还可以使用2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁基苯基)-1，3，4-噁二唑(简称为PBD)；1，3-二[5-(对叔丁基苯基)-1，3，4-噁二唑-2-基]苯(简称为OXD-7)；3-(4-叔丁基苯基)-4-苯基-5-(4-联苯基)-1，2，4-三唑(简称为TAZ)；3-(4-叔丁基苯基)-4-(4-乙基苯基)-5-(4-联苯基)-1，2，4-三唑(简称为p-EtTAZ)；红菲绕啉(简称为BPhen)；浴铜灵(简称为BCP)等。作为能够将电子施与电子输运材料的电子施与材料，例如可以使用诸如锂或铯的碱金属、镁、诸如钙的碱土金属、或者诸如铒或镱的稀土金属。可以根据与之结合的电子输运材料来选择能够施与电子的电子施与材料。此外，诸如金属氧化物的金属化合物可以用作N-型半导体，例如可以使用氧化锌、硫化锌、硒化锌或氧化钛等。
包含发光材料的发光层104被分为两类。其中的一类是作为发光中心的发光材料在由比发光材料能隙更宽的材料构成的层中扩散的层。另一类是由发光材料组成的层。前一结构优选是因为浓度淬火难以出现。可以用来作为发光中心的发光材料的物质如下：4-二氰基亚甲基-2-甲基-6-[2-(1，1，7，7-四甲基久洛尼定-9-基)次乙基]-4H-吡喃(简称为DCJT)；4-二氰基亚甲基-2-叔丁基-6-[2-(1，1，7，7-四甲基久洛尼定-9-基)次乙基]-4H-吡喃；periflanthene；2，5-二氰基-1，4-二[2-(10-甲氧基-1，1，7，7-四甲基久洛尼定-9-基)次乙基]苯；N，N′-二甲基喹吖啶酮(简称为DMQd)；香豆素6；香豆素545T；三(8-羟基喹啉合)铝(简称为Alq3)；9，9′-联蒽；9，10-二苯基蒽(简称为DPA)；9，10-二(2-萘基)蒽(简称为DNA)；2，5，8，11-四叔丁基苝(简称为TBP)等。作为当其中有发光材料扩散的层形成时用作基材料的材料，可以使用如下物质：蒽衍生物，诸如9，10-二(2-萘基)-叔丁基蒽(简称为t-BuDNA)；咔唑衍生物，诸如4，4′-二(N-咔唑基)联苯(简称为CBP)；或者金属络合物，诸如三(8-羟基喹啉合)铝(简称为Alq3)、三(4-甲基-8-羟基喹啉合)铝(简称为Almq3)、二(10-羟基苯并[h]-喹啉合)铍(简称为BeBq2)、或者二(2-甲基-8-羟基喹啉合)-4-苯基苯酚合铝(简称为BAlq)、二[2-(2-羟苯基)吡啶合]锌(简称为Znpp2)和二[2-(2-羟基苯基)苯并噁唑合]锌(简称为ZnBOX)等。作为单独组成发光层104的材料，可以使用三(8-羟基喹啉合)铝(简称为Alq3)、9，10-二(2-萘基)蒽(简称为DNA)、或者二(2-甲基-8-羟基喹啉合)-4-苯基苯酚合铝(简称为BAlq)。
发光层104可由单层结构或多层结构构成。空穴输运层可以被设置在第一空穴生成层102和发光层104的发光材料扩散其中的层之间。此外，电子输运层以被设置在电子生成层105和发光层104的发光材料扩散其中的层之间。这些层都不是一定要提供的。或者可以仅提供空穴输运层和电子输运层中的一种。空穴输运层和电子输运层的材料分别与空穴生成层中的空穴输运层和电子生成层中的电子输运层一致；因此在此处就可省略这些描述。可以参考有关那些层的描述。
第一电极101优选地由分别具有高功函(4.0eV或以上功函)的金属、合金、导电化合物或其混合物构成。作为第一电极材料的具体示例，可以使用如下物质：ITO(氧化铟锡)、含硅的ITO或者将2％至20％氧化锌(ZnO)混入氧化铟的IZO(氧化铟锌)、金(Au)、铂(Pt)、镍(Ni)、钨(W)、铬(Cr)、钼(Mo)、铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)、钯(Pd)或者诸如TiN之类的金属氮化物。而作为构成第二电极106的第二电极材料，优选地使用分别具有低功函(3.8eV或以下功函)的金属、合金、导电化合物或其混合物。作为第二电极材料的具体示例，可以使用如下物质：属于元素周期表族1或族2的元素；诸如Li或Cs的碱金属或者诸如Mg、Ca或Sr的碱土金属。此外还可以使用诸如包含上述元素的金属，诸如Mg:Ag或Al:Li；包含上述元素的化合物，诸如LiF、CsF或CaF2；或者包含稀土金属的过渡金属元素。此外，还可以使用上述元素和诸如Al和Ag的其他金属(包括合金)或者ITO的叠层。
除了第一电极101、第一空穴生成层102、发光层104、电子生成层105、第二空穴生成层103和第二电极106之外，发光层还可以具有位于第一空穴生成层102和发光层104之间的第三空穴注入层107(图3和图4)。在此情况下，第三空穴注入层107理想地由与第一空穴生成层102材料不同的材料构成，而第一空穴生成层102与第二空穴生成层103的构成材料相同。此外，第二空穴生成层103的厚度不比第一空穴生成层102的更厚或更薄50％以上。而第一空穴生成层102的厚度不比第二空穴生成层103的更厚或更薄50％以上。换句话说，第一空穴生成层102和第二空穴生成层103的厚度几乎相同。
上述材料仅是一示例，并且只要能获得本发明的优点，就可由专业人员适当选取材料。
在具有根据本发明的上述结构的发光元件内，当施加电压时可以将来自第二空穴生成层103的空穴注入第二电极。此外，还可以将来自电子生成层105的电子注入发光层104。另外，还可以将来自第一空穴生成层102的空穴注入发光层104。于是，注入的电子和空穴就在发光层内复合，并且在受激发光材料返回到基态时发光。此处，在根据本发明的发光元件内，电子并未从电极注入主要包含有机化合物的层，而是从主要包含有机化合物的层注入其他主要包含有机化合物的层。电子难以从电极注入主要包含有机化合物的层。因此，在常规发光元件中，驱动电压在电子从电极注入主要包含有机化合物的层时升高。然而，因为制造根据本发明的发光元件无需这一过程，所以就能提供带有低驱动电压的发光元件。此外，已从实验中得知当发光元件具有更高驱动电压时驱动电压随时间增加也越剧烈；因此根据本发明带有低驱动电压的发光元件也是驱动电压随时间增加幅度较小的发光元件。
对于本发明的发光元件而言，因为发光层104被设置在带有层的电极之间而且这些在两侧的层具有与发光层104和电极几乎相同的应力；所以发光层内的应力能够被减轻。因此，发光元件的可靠性就得到改善。
更具体地，当发光元件具有一种结构，在该结构中与电极相接触的层是空穴生成层，发光层被设置在在发光层两侧带有空穴生成层的电极之间，例如在具有空穴生成层在电极之上、发光层在空穴生成层之上、另一空穴生成层在发光层之上而另一电极在发光层之上的结构时，就能减轻发光层两侧上的应力并改善发光元件的可靠性。附带地，空穴生成层是包含有机材料和金属氧化物的层。例如，优选地是包含上述空穴输运材料和氧化钼(MoOx)、氧化锌或氧化铟的层；包含上述空穴输运材料以及从氧化钼(MoOx)、氧化锌或氧化铟中选出的两种或更多金属氧化物的层。注意到另一层也可设置在空穴生成层和发光层之间。
实施方式2
如下将描述本发明的另一实施方式。本实施方式描述了一个通过适当调整第一空穴生成层102和第二空穴生成层103的厚度来改善发光元件和显示设备视角特征的示例。因为在本实施方式中发光元件的成层结构和材料与实施方式1的相同，所以就省略在此的描述。可以参见实施方式1。注意到，同样在本实施方式中，当施加电压以使得发光元件发光时，施加较高电位的电极是第一电极，而施加较低电位的电极是第二电极。
从发光元件发出的光包括直接从发光层104发出的光以及发出后被一次或多次反射的光。直接发出的光和发出之后被反射的光根据它们之间的相位关系发生干涉使得它们彼此增强或衰减。因此，从发光元件发出的光是已被组合作为干涉结果的光。
反射光的相位在从折射率较低的介质进入折射率较高的介质时被反相。由此，在具有实施方式1中所示结构的发光元件中，当在电极之间的分界面处，诸如在第一电极101或第二电极106处以及在与电极相接触的层处反射光时，光的相位被反相。当用发光层发出的光在电极分界面处被光反射时，在发光层与电极之间的光程(折射率×距离)满足(2m-1)λ/4(m是1或以上的自然数而λ是从发光层中发出的光的中心波长)的情况下，就能够降低取决于光被提取的表面视角而出现的光谱形状变化并且能够增强发光元件的电流效率。电流效率示出了与流动电流有关的亮度。当电流效率较高时，即使在电流量较小的情况下也能获取预定亮度。此外，元件的劣化也趋于较小。
因为在折射率相差较小的膜之间的折射较小，所以除了在电极和与该电极相接触的膜之间的分界面处的折射之外的其他折射可以忽略不计。因此在此实施方式中，仅仅在电极和与该电极相接触的膜之间的分界面处的折射会导致衰减。
在发光元件是从第一电极101那一侧提取光的情况下，光在第二电极106处被反射。由此，为了增加发光元件的电流效率并降低取决于光被提取的表面视角而出现的光谱形状变化，从发光部分到第二电极106表面的光程(折射率×距离)可以是(2m-1)λ/4(m是1或以上的自然数而λ是从发光层中发出的光的中心波长)。
发光层104可以在单层结构中形成，其中该单层结构带有含发光材料的层，或者发光层104可以在多层结构中形成，其中该多层结构包括诸如电子输运层或空穴输运层的层以及含发光材料的层。含有发光材料的层可以是作为发光中心的发光材料在其中扩散的层，或者是由发光材料组成的层。
由不同材料构成的多个层被设置在发光位置和第二电极106之间。在此实施方式中，多个层对应于电子生成层105和第二空穴生成层103。含发光材料的层中厚度是该层一半的部分可以被认为是位于发光位置和第二电极106之间的层。在用多层形成发光层的情况下，可以包括由不同材料形成的更多的层。在这一结构中，发光位置和第二电极106之间的光程可以通过将各个膜的厚度与折射率相乘再将乘积相加而算出。设置该合计值以满足(2m-1)λ/4(m是1或以上的自然数而λ是从发光层中发出的光的中心波长)也就是满足如下的公式(1)。在公式(1)中，假设含发光材料的层是1而假设第二电极106是j(j是4或以上的整数)，在含有发光材料的层与第二电极106之间存在的层由按顺序从含发光材料的层开始编号的数字表示。此外，带给定下标的折射率n与厚度d指示带有相同编号的层的折射率和厚度(即，n1是含发光材料的层的折射率而dj是第二电极的厚度)。
Σ k = 2 j - 1 n k d k ≤ ( 2 m - 1 ) λ 4 ≤ n 1 d 1 + Σ k = 2 j - 1 n k d k (公式1)
在这里有必要控制膜厚度以满足公式(1)。因为主要包含有机化合物的层具有较低的电子迁移率，所以驱动电压在含有电子输运材料(其中电子用作载流子)的电子生成层105较厚时增加。因此，在此实施方式中，在其中迁移率在主要包含有机化合物的的层内相对较高的第二空穴生成层103的厚度受到控制，由此就能够满足公式(1)而不会导致驱动电压的大幅增加。
在发光元件是从第二电极106那一侧提取光的情况下，光在第一电极101处被反射。因此，为了增加发光元件的电流效率并降低取决于光被提取表面的视角而出现的光谱形状变化，从发光部分到第一电极106表面的光程(折射率×距离)可以被设置为(2m-1)λ/4(m是1或以上的自然数而λ是从发光层中发出的光的中心波长)。
发光层104可以用单层结构形成，其中该单层结构带有含发光材料的层，或者发光层104可以用多层结构形成，其中该多层结构包括含发光材料的层以及诸如电子输运层或空穴输运层的层。含有发光材料的层可以是作为发光中心的发光材料在其中扩散的层，或者是由发光材料组成的层。在任一上述结构中，含发光材料的层具有特定次数的厚度但存在无限个数的发光中心；因此就无法确定发光出现的精确位置。因此，在此实施方式中，含发光材料的膜的一半位置，即具有该层一半厚度的位置可以被认为是发光出现的位置。
一层或多层可以被设置在发光出现的位置和第一电极101之间。在此实施方式中，该层对应于第一空穴生成层102。此外，含发光材料的层的一半，即具有该层一半厚度的部分可以是位于发光出现位置和第一电极101之间的层。此外，更多的层可以包括在发光层是由多个层构成的情况中。在这一结构中，从发光位置到第一电极101的光程可以通过将各个膜的厚度与折射率相乘再将乘积相加而算出。也就是满足如下的公式(2)。在公式(2)中，假设含发光材料的层是1而假设第一电极101是j(j是4或以上的整数)，并且在含有发光材料的层与第一电极101之间存在的层由按顺序从含发光材料的层开始编号的数字表示。此外，带给定下标的折射率n与厚度d指示带有相同编号的层的折射率和厚度(即，n1是含发光材料的层的折射率而dj是第一电极的厚度)。
Σ k = 2 j - 1 n k d k ≤ ( 2 m - 1 ) λ 4 ≤ n 1 d 1 + Σ k = 2 j - 1 n k d k (公式2)
在这里有必要控制膜厚度以满足公式(2)。在此实施方式中，通过控制其中迁移率在主要包含有机化合物的的层内相对较高的第一空穴生成层102的厚度就能够满足公式(2)而不会导致驱动电压的大幅增加。
在所述结构从第一电极101和第二电极106从提取光的情况下，就需要同时满足公式(1)和(2)。
使用在此实施方式中示出的发光元件的结构，就能够提供在其中取决于光被提取的表面视角而出现的光谱形状变化降低的发光元件。
本实施方式可与实施方式1组合。
实施方式3
该实施方式将根据在实施方式1或实施方式2的本发明描述一种显示设备，并且参考图5A至图6C示出该设备的制造方法。虽然该实施方式示出了一个制造有源矩阵显示设备的示例，但是本发明的发光元件也可应用于无源矩阵显示设备。
首先，在基片50上形成第一基绝缘层51a和第二基绝缘层51b，随后在第二基绝缘层51b上形成半导体层(图5A)。
作为基片50的材料，可以使用玻璃、石英、塑料(诸如聚酰亚胺、丙烯酸、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚探酸酯、聚丙烯酰胺或聚醚砜)等。这些基片可以按需在CMP抛光或类似工艺之后使用。在此实施方式中使用的是玻璃基片。
提供第一基绝缘层51a和第二基绝缘层51b以防止基片50中会对半导体膜性能产生不利影响的元素(诸如，碱金属或碱土金属)扩散入半导体层。作为这些基绝缘层的材料，可以使用氧化硅、氮化硅、含氮氧化硅、含氧氮化硅等。在此实施方式中，第一基绝缘层51a由氮化硅构成，而第二基绝缘层51b由氧化硅构成。虽然基绝缘层在此实施方式中被形成为包括第一基绝缘层51a和第二基绝缘层51b的两层结构，但是该基绝缘层也可被形成为单层结构或者包括三层或更多层的多层结构。基绝缘层在来自基片的杂质扩散不会导致严重问题时不是必须的。
在此实施方式中，随后形成的半导体层通过用激光束使非晶硅膜结晶而获取。非晶硅膜是由已知方法(诸如，溅射法、减压CVD法或等离子CVD法)形成在第二基绝缘层51b上的厚度为25至100nm(优选地为30至60nm)的膜。其后就在500℃的条件下进行一小时热处理用于脱氢。
接着，用激光辐照装置使非晶硅膜结晶以形成晶体硅膜。在此实施方式中，使用准分子激光器用于激光结晶化。在使用光学系统将发出的激光束成型为线性射束点之后，就用该线性射束点辐照非晶硅膜。于是就形成了可用作半导体膜的晶体硅膜。
另外，非晶硅膜也可由其他方法结晶化，诸如一种仅通过热处理进行结晶的方法或者一种使用催化剂元素诱导结晶化而进行热处理的方法。作为诱导结晶化的元素，可以给出镍、铁、钯、锡、铅、钴、铂、铜、金等。通过使用这些元素，该结晶化与仅由热处理进行的结晶化相比，可以在更低温度更短时间内进行；因此，对玻璃基片的损坏就得到抑制。在仅由热处理进行结晶化的情况下，优选地使用能够抵抗高温的石英基片作为基片50。
随后，按需将少量杂质元素添加至半导体层以控制阈值，此过程就是所谓的沟道掺杂。为了获取所需的阈值，通过离子掺杂法等来添加显示N-型或P-型(诸如磷或硼)的杂质。
之后则如图5A所示，将半导体层图案化成预定的形状以获取岛形半导体层52。图案化通过使用掩膜蚀刻半导体层而得以进行。掩膜形成的方式如下：在半导体层上涂覆光刻胶，并对光刻胶进行曝光和烘烤以便在半导体层上形成具有期望掩膜图案的光刻胶掩膜。
接着就形成栅绝缘层53以覆盖半导体层52。该栅绝缘层53是通过等离子CVD法或溅射法用含硅的绝缘层所形成的厚度为40至150nm的层。在此实施方式中使用的是氧化硅。
随后，在栅绝缘层53上形成栅电极54。栅电极54可由从下组中选出的元素构成：钽、钨、钛、钼、铝、铜、铬和铌，或者可由含有上述元素的合金材料或化合物材料作为其主要成分而构成。此外，还可以使用掺杂了杂质元素(诸如磷)的半导体膜(其典型代表为多晶硅膜)。还可以使用Ag-Pd-Cu合金。
虽然在此实施方式中的栅电极54由单层构成，但是栅电极54也可以具有包括两层或更多层的多层结构，其中例如可由钨作为较低层而由钼作为较高层。即使是在形成栅电极作为多层结构的情况下，仍优选地使用上述材料。还可以恰当选择上述材料的组合。栅电极54通过使用光刻胶构成掩膜的蚀刻而得到处理。
随后，将杂质添加至半导体层52以形成使用栅电极54作为掩膜的高浓度区。根据该步骤，就形成了包含半导体层52、栅绝缘层53和栅电极54的薄膜晶体管70。
薄膜晶体管的制造过程不受具体限制，并且可以进行适当修改以便能够制造出具有期望结构的晶体管。
虽然该实施方式利用了使用经由激光结晶化获取的晶体硅膜的顶栅薄膜晶体管，但是使用非晶半导体膜的底栅薄膜晶体管也可应用于象素部分。不仅是硅，还可以将硅锗用作非晶半导体。在使用硅锗的情况下，锗的浓度范围优选地在约0.01至4.5原子百分比之间。
此外，还可以使用微晶半导体(半非晶半导体)膜，在这些膜中包括在非晶半导体内直径都为0.5至20nm的晶粒。具有直径为0.5至20nm的晶粒的微晶还可以被称为所谓的微晶体(μc)。
属于半非晶半导体的半非晶硅(也可被称为SAS)可由根据辉光放电分解硅化物气体而获取。可以给出SiH4作为典型的硅化物气体。此外，还可以使用Si2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4、SiF4等。通过在用氢或用氢和从氦、氩、氪、氖中选出的一种或多种惰性气体稀释硅化物气体之后使用该硅化物气体，就能轻易形成SAS。稀释硅化物气体的稀释比优选地位于1∶10至1∶1000之间。经由根据辉光放电的分解来形成膜的反应可以在0.1至133Pa范围的压强下进行。可以供应具有范围在1至120MHz，优选地在13至60MHz高频的电功率来形成辉光放电。基片加热温度优选地为300℃或更低，优选地在100至250℃的范围内。
这样被形成的SAS的拉曼光谱向低波数一侧的移动超过520cm-1。根据X射线衍射，可以在(111)和(220)处观察到硅晶格的衍射峰。作为悬空键的终止剂，可以添加至少1原子百分比或更多的氢或卤素。作为膜内的杂质元素，期望空气中诸如氧、氮和碳的杂质浓度为1×1020cm-1或更低，并特别期望氧气浓度为5×1019cm3或更低，优选地为1×1019cm3或更低。用该膜制造的TFT的迁移率是μ＝1至10cm2/Vsec。
该SAS可以在用激光束进一步结晶化后使用。
随后，用氮化硅形成绝缘膜(混合膜)59以覆盖栅电极54和栅绝缘层53。在绝缘膜(混合膜)59形成之后，就在480℃的条件下进行约1小时的热处理以活化杂质元素并为半导体层52氢化。
随后，形成第一间层绝缘膜60以覆盖绝缘膜(混合膜)59。作为用于形成第一间层绝缘膜60的材料，优选地使用氧化硅、丙烯酸、聚酰亚胺、硅氧烷、低k材料等。在此实施方式中，第一间层绝缘膜由氧化硅构成(图5B)。
接下来，形成到达半导体层52的接触孔。通过蚀刻光刻胶掩膜直到半导体层52露出就能够形成接触孔。湿法蚀刻或干法蚀刻都可应用。取决于具体条件可以进行一次或多次蚀刻。当多层进行蚀刻时，还可同时进行湿法蚀刻和干法蚀刻(图5C)。
随后，形成传导层以覆盖接触孔和第一间层绝缘膜60。连接部分61a、连线61b及类似结构可以通过将传导层加工成期望形状而形成。该连线可以是单层的铝、铜或类似物。在此实施方式中，可以在从底部开始按顺序为钼/铝/钼多层结构中形成布线。此外还可以应用钛/铝/钛或者钛/氮化钛/铝/钛结构(图5D)。
形成第二间层绝缘膜63以覆盖连接部分61a、布线61b和第一间层绝缘膜60。作为第二间层绝缘膜63的材料，优选地是具有自平坦性的应用膜，诸如丙烯酸、聚酰亚胺或硅氧烷等的膜。在此实施方式中，第二间层绝缘膜63由硅氧烷构成(图5E)。
接下来，在第二间层绝缘膜63上形成由氮化硅构成的绝缘层。它用来防止第二间层绝缘膜63在随后象素电极的蚀刻步骤中遭受比必要还多的蚀刻。因此，当象素电极和第二间层绝缘膜之间的蚀刻速率相差较大时对该绝缘层就没有特别需要。接着就形成贯穿第二间层绝缘膜63到达连接部分61a的接触孔。
接下来，在形成透光传导层以覆盖接触孔和第二间层绝缘膜63(或绝缘层)之后，就处理该透光传导层以形成薄膜发光元件的第一电极101。此处的第一电极(接受电子的电极)101电接触连接部分61a。作为第一电极101的材料，优选地使用具有高功函(4.0eV或以上功函)的金属、合金、导电化合物或其混合物。例如可以使用ITO(氧化铟锡)、含硅的ITO(ITSO)、或者将2％至20％氧化锌(ZnO)混入氧化铟的IZO(氧化铟锌)、氧化锌、有镓包含在氧化锌之中的GZO(氧化镓锌)、金(Au)、铂(Pt)、镍(Ni)、钨(W)、铬(Cr)、钼(Mo)、铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)、钯(Pd)或者诸如TiN之类的金属氮化物。在此实施例中，使用ITSO构成第一电极101(图6A)。
接下来，用有机材料或无机材料形成绝缘层以便覆盖第二间层绝缘膜63(或绝缘层)和第一电极101。随后对该绝缘层进行处理以部分露出第一电极101，由此形成间壁65。作为间壁65的材料，优选地是光闽有机材料(诸如丙烯酸或聚酰亚胺)。此外，也可以使用非光敏有机材料或无机材料。另外，间壁65在变黑后还可用作黑矩阵，变黑是经由使用扩散材料将诸如钛黑或氮化碳的黑颜料或染料扩散入间壁65的材料的方式而实现的。期望间壁65朝向第一电极的端面呈楔形并带有连续变化的曲率(图6B)。
接下来，形成发光叠层66以覆盖从间壁65中露出的部分第一电极101。在此实施方式中，可以使用蒸镀法等形成该发光叠层66。发光叠层66是由第一空穴生成层102、发光层104、电子生成层105和第二空穴生成层103按顺序层叠形成的。
此外，第一空穴生成层102和第二空穴生成层103优选地由使用空穴输运材料以及能够从空穴输运材料中接受电子的电子接受材料的相同材料构成；或由P-型半导体层或含有P-型半导体的层构成。作为空穴输运材料，例如可以使用(具有苯环与氮的键的)芳族胺化合物、酞菁(简称为H2Pc)、或者诸如铜酞菁(简称为CuPc)或氧钒酞菁(简称为VOPc)的酞菁化合物。芳族胺化合物例如可以是4，4′-二[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]联苯(简称为[α]-NPD)、4，4′-二[N-(3-甲基苯基)-N-苯基氨基]联苯(简称为TPD)、4，4′，4″-三(N，N-二苯基氨基)三苯基胺(简称为TDATA)、4，4′，4″-三[N-(3-甲基苯基)-N-苯基氨基]三苯基胺(简称为MTDATA)、4，4′-二{N-[4-(N，N-二-间-甲苯基氨基)苯基]-N-苯基氨基}联苯(简称为DNTPD)或者1，3，5-三[N，N-二(间甲苯基)氨基]苯(简称为m-MTDAB)。作为能够从空穴输运材料中接受电子的电子接受材料，例如可以使用氧化钼(MoOx)、氧化钒、7，7，8，8，-四氰基喹啉并二甲烷(简称为TCNQ)、2，3-二氰基萘醌(简称为DCNNQ)、2，3，5，6-四氟-7，7，8，8，-四氰基喹啉并二甲烷(简称为F4-TCNQ)等等。可以根据与之组合的空穴输运材料来选择能够接受电子的电子接受材料。此外，诸如氧化钼(MoOx)、氧化钒、氧化钌、氧化钴、氧化镍或氧化铜之类的金属氧化物可用作P-型半导体。注意上述材料仅作为示例并且可由专业人员适当选取材料。能够从空穴输运材料中接受电子的电子接受材料与空穴输运材料之间的混合比可以是0.5或以上，摩尔比则优选地为0.5至2。此外，第二空穴生成层内电子接受材料相对于空穴输运材料的摩尔比与第一空穴生成层内电子接受材料相对于空穴输运材料的摩尔比之间的差值优选地位于第二空穴生成层内电子接受材料相对于空穴输运材料的摩尔比的80％以及位于第一空穴生成层内电子接受材料相对于空穴输运材料的摩尔比的80％的范围之内。更为优选地，第二空穴生成层内电子接受材料相对于空穴输运材料的摩尔比与第一空穴生成层内电子接受材料相对于空穴输运材料的摩尔比之间的差值优选地位于第二空穴生成层内电子接受材料相对于空穴输运材料的摩尔比的40％以及位于第一空穴生成层内电子接受材料相对于空穴输运材料的摩尔比的40％的范围之内。在此实施方式中的第一空穴生成层和第二空穴生成层内，使用α-NPD作为电子输运材料，并使用氧化钼(MoO3)作为从α-NPD中接受电子的电子接受材料。沉积通过共同蒸镀完成以满足α-NPD∶MoO3＝4∶1的重量比(对应于摩尔比1)。
含有多种材料的层可以通过同时沉积各材料形成。例如，可以对经电阻加热的共同蒸镀、经电子束沉积的共同蒸镀、经电阻加热和电子束沉积的共同蒸镀、经电阻加热和溅射的沉积以及经电子束沉积和溅射的沉积的相同方法或不同方法进行组合以形成该层。以上述情况中使用了两种材料，然而也可以使用三种或更多的材料按相同的方式形成该层。
第一空穴生成层和第二空穴生成层的厚度优选地为30nm至1μm；此外，第二空穴生成层不会比第一空穴生成层更厚或更薄50％以上。同样地，第一空穴生成层不会比第二空穴生成层更厚或更薄50％以上。更优选地，第一空穴生成层和第二空穴生成层在此实施方式中的厚度相同。在此实施方式中，将第一空穴生成层的厚度设为50nm而将第二空穴生成层的厚度设为50纳米。第一空穴生成层102和第二空穴生成层103优选地由同时含有空穴输运材料以及能够从空穴输运材料中接受电子的电子接受材料的层构成。第二空穴生成层103内电子接受材料相对于空穴输运材料的摩尔比与第一空穴生成层102内电子接受材料相对于空穴输运材料的摩尔比之间的差值优选地位于第二空穴生成层103内电子接受材料相对于空穴输运材料的摩尔比的80％以及位于第一空穴生成层102内电子接受材料相对于空穴输运材料的摩尔比的80％的范围之内。更为优选地，第二空穴生成层103内电子接受材料相对于空穴输运材料的摩尔比与第一空穴生成层102内电子接受材料相对于空穴输运材料的摩尔比之间的差值优选地位于第二空穴生成层103内电子接受材料相对于空穴输运材料的摩尔比的40％以及位于第一空穴生成层102内电子接受材料相对于空穴输运材料的摩尔比的40％的范围之内。
对于第一空穴生成层102和第二空穴生成层103而言，第一层和第二层中的每一层都由包含诸如上述空穴输运材料和无机材料的层构成，所述无机材料是氧化锌、氧化铟、氧化锡、氧化锑、氮化铟、氮化锡、氮化锑、氮化钨和氮化钼。第一层和第二层的厚度优选地为30nm至1μm。此外，优选第一层和第二层的厚度几乎相同，并且第二层不会比第一层更厚或更薄50％以上。同样地，第一层不会比第二层更厚或更薄50％以上。换句话说，第二层的厚度是第一层厚度的50％至150％而第一层的厚度是第二层厚度的50％至150％。此外，第一层和第二层优选地分别由包含相同空穴输运材料和相同无机材料的层构成。第二层内电子接受材料相对于空穴输运材料的摩尔比与第一层内电子接受材料相对于空穴输运材料的摩尔比之间的差值优选地位于第二层内电子接受材料相对于空穴输运材料的摩尔比的80％以及位于第一层内电子接受材料相对于空穴输运材料的摩尔比的80％的范围之内。更为优选地，第二层内电子接受材料相对于空穴输运材料的摩尔比与第一层内电子接受材料相对于空穴输运材料的摩尔比之间的差值优选地位于第二层内电子接受材料相对于空穴输运材料的摩尔比的40％以及位于第一层内电子接受材料相对于空穴输运材料的摩尔比的40％的范围之内。
当发光层是由作为发光中心的发光材料在含有比发光材料能隙更宽的材料的该层中扩散的层构成时，可以用来作为发光中心的发光材料的材料如下：4-二氰基亚甲基-2-甲基-6-[2-(1，1，7，7-四甲基久洛尼定-9-基)次乙基]-4H-吡喃(简称为DCJT)；4-二氰基亚甲基-2-叔丁基-6-[2-(1，1，7，7-四甲基久洛尼定-9-基)次乙基]-4H-吡喃；periflanthene；2，5-二氰基-1，4-二[2-(10-甲氧基-1，1，7，7-四甲基久洛尼定-9-基)次乙基]苯；N，N′-二甲基喹吖啶酮(简称为DMQd)；香豆素6；香豆素545T；三(8-羟基喹啉合)铝(简称为Alq3)；9，9′-联蒽；9，10-二苯基蒽(简称为DPA)；9，10-二(2-萘基)蒽(简称为DNA)；2，5，8，11-四叔丁基苝(简称为TBP)等。作为其中有发光材料扩散的基材料的材料，可以使用如下物质：蒽衍生物，诸如9，10-二(2-萘基)-叔丁基蒽(简称为t-BuDNA)；咔唑衍生物，诸如4，4′-二(N-咔唑基)联苯(简称为CBP)；或者金属络合物，诸如三(8-羟基喹啉合)铝(简称为Alq3)、三(4-甲基-8-羟基喹啉合)铝(简称为Almq3)、二(10-羟基苯并[h]-喹啉合)铍(简称为BeBq2)、或者二(2-甲基-8-羟基喹啉合)-4-苯基苯酚合铝(简称为BAlq)、二[2-(2-羟苯基)吡啶合]锌(简称为Znpp2)和二[2-(2-羟基苯基)苯并噁唑合]锌(简称为ZnBOX)等。作为单独组成发光层104的材料，可以使用三(8-羟基喹啉合)铝(简称为Alq3)、9，10-二(2-萘基)蒽(简称为DNA)、或者二(2-甲基-8-羟基喹啉合)-4-苯基苯酚合铝(简称为BAlq)等来构成发光层104。
发光层104可由单层结构或多层结构构成。此外，空穴输运层可以被设置在第一空穴生成层102和发光材料在发光层104中扩散的层(或者含有发光材料的层)之间。此外，电子输运层以被设置在电子生成层105和发光材料在发光层104中扩散的层(或者含有发光材料的层)之间。这些层都不是一定要提供的，并且可以仅提供空穴输运层和电子输运层中的一层。空穴输运层和电子输运层的材料分别与空穴生成层中的空穴输运层和电子生成层中的电子输运层一致；因此在此处就可省略这些描述。可以参考有关那些层的描述。
在此实施方式中，按顺序形成空穴输运层、其中扩散有发光材料的层和电子输运层以作为在空穴生成层102之上的发光层104。沉积厚度为10nm的α-NPD作为空穴输运层，沉积厚度为35nm重量比为1∶0.005的Alq和香豆素6作为其中扩散有发光材料的层，并沉积厚度为10nm的Alq作为电子输运层。
作为电子生成层105，可以使用同时包含电子输运材料以及能够将电子施与给电子输运材料的电子施与材料的层、N-型半导体层或包含N-型半导体的层。作为电子输运材料，例如可以使用的材料如下：具有喹啉骨架或苯并喹啉骨架的金属络合物，诸如三(8-羟基喹啉合)铝(简称为Alq3)、三(4-甲基-8-羟基喹啉合)铝(简称为Almq3)、二(10-羟基苯并[h]-喹啉合)铍(简称为BeBq2)、或者二(2-甲基-8-羟基喹啉合)-4-苯基苯酚合铝(简称为BAlq)。此外，还可以使用具有噁唑或噻唑配合基的金属络合物，诸如二[2-(2-羟基苯基)苯并噁唑合]锌(简称为Zn(BOX)2)或者二[2-(2-羟基苯基)苯并噻唑合]锌(简称为Zn(BTZ)2)。除了金属络合物之外，还可以使用2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁基苯基)-1，3，4-噁二唑(简称为PBD)；1，3-二[5-(对叔丁基苯基)-1，3，4-噁二唑-2-基]苯(简称为OXD-7)；3-(4-叔丁基苯基)-4-苯基-5-(4-联苯基)-1，2，4-三唑(简称为TAZ)；3-(4-叔丁基苯基)-4-(4-乙基苯基)-5-(4-联苯基)-1，2，4-三唑(简称为p-EtTAZ)；红菲绕啉(简称为BPhen)；浴铜灵(简称为BCP)等。作为能够将电子施与电子输运材料的电子施与材料，例如可以使用诸如锂或铯的碱金属、诸如镁和钙的碱土金属、或者诸如铒或镱的稀土金属。可以根据与之结合的电子输运材料来选择能够施与电子的电子施与材料。例如，可以使用氧化锌、硫化锌、硒化锌或氧化钛等作为N-型半导体。
电子输运材料与将电子施与该电子输运材料的电子施与材料之间的混合比约为1∶0.5至1∶2，摩尔比优选地为1∶1。在此实施方式中，电子生成层内的电子输运材料由Alq构成而能够向Alq供应电子的电子施与材料是锂(Li)。沉积由共同蒸镀法执行以满足Alq∶Li＝1∶0.01的重量比。该层膜的厚度被设置为10nm。
可以为每个象素形成发出带有不同发射波长的光的发光元件以执行彩色显示。典型地，可以形成分别对应于R(红)、G(绿)和B(蓝)中每一种的发光元件。即使在此情况下，通过在发光象素那一侧提供传送发射波长的光的滤光器(彩色层)，就能够增加色纯度并能够避免象素区的镜像(反射)。通过提供滤光器(彩色层)，就可以省略传统上需要的圆形偏振片并能够降低发光元件的发光损耗。此外，能够减小当以倾斜视角观察象素区(显示屏幕)时被感知的色调的变化。
发光元件可以具有能发出单色光或白光的结构。在使用白光发光元件的情况下，在发出光的象素那一侧设置有滤光器(彩色层)，以便传送特定波长的光。这样就能进行彩色显示。
为了形成发白光的发光层，例如可以通过层叠按顺序汽相沉积的Alq3、掺杂了奈尔红(发红光的染料)的Alq3、p-EtTAZ和TPD(芳香族二胺)来获得白光。
此外，除了使用单态受激发光材料之外，还可以使用含有金属络合物之类的三重受激发光材料来构成发光层。例如，在红光象素、绿光象素和蓝光象素中，半衰期相对较短的红光像素由三重受激发光材料构成，而其他两种则由单态发光材料构成。因为三重受激发光材料具有较高的发光效率，所以获取相同亮度的功耗较低。因此，在将三重受激发光材料应用于红光像素的情况下，可靠性会因为流入发光元件的电流流量较小而得到改善。为了降低功耗，红光像素和绿光象素可由三重受激发光材料构成，而蓝光象素由单态受激发光材料构成。通过同样使用三重受激发光材料来形成视觉灵敏度较高的绿光发光元件，就能够降低功耗。
作为三重受激发光材料的示例，可以使用如下材料：使用金属络合物作为掺杂物的材料，诸如含铂(第三过渡元素中的一种)作为金属中心的金属络合物，或者含铱作为金属中心的金属络合物。三重受激发光材料不限于这些化合物，并且可以使用具有上述结构并含有属于元素周期表第8至第10组中任一组的元素作为金属中心的其他化合物。
由上述材料构成的发光元件发光可被正向偏置。使用该发光元件构成的显示设备的象素可由简单矩阵方法或者有源矩阵方法驱动。用上述任一方法都能够以特定的定时对各象素施加正向偏置，使其在一定周期内不发光。通过在不发光周期内应用反向偏置就能够增加发光元件的可靠性。该发光元件具有劣化模式，在此模式中因为象素内不发光区域的扩展而导致了发光强度降至某一驱动条件之下或者亮度看上去有所降低。然而，当可选驱动经由施加的正向和反向偏置被引入时，就能够减缓劣化的进程并改善发光器件的可靠性。
随后，形成第二电极106以覆盖发光叠层66。因此就能够制造包括第一电极101、发光叠层66和第二电极106对发光元件93。注意到在此实施方式中，当施加电压以使得发光元件发光时，施加较高电位的电极是第一电极，而施加较低电位的电极是第二电极。作为构成第二电极106的第二电极材料，优选地使用各自具有低功函(3.8eV或以下功函)的金属、合金、导电化合物或其混合物。作为第二电极材料的具体示例，可以使用如下物质：属于元素周期表族1或族2的元素，即碱金属，诸如Li或Cs，或者碱土金属，诸如Mg、Ca或Sr的；包含上述元素的合金，诸如Mg:Ag或Al:Li；或者含有上述元素的化合物，诸如LiF、CsF或CaF2。此外，第二电极还可由包含稀土金属的过渡金属构成。另外，还可以含有上述元素和诸如Al和Ag的其他金属(包括合金)或者ITO的多层。在此实施方式中，第二电极由铝构成。
在具有上述结构的发光元件中，驱动电压较低并且驱动电压随时间增加的幅度较小。
此外，对发光层的应力能够被减轻，这就使得发光元件的可靠性得到改善。
在此实施方式中与连接部分61a电接触的电极是第一电极101。然而与连接部分61a电接触的电极也可以是第二电极106。在此情况下，发光叠层66可以通过顺序层叠第二空穴生成层103、电子生成层105、发光层104和第一空穴生成层102而形成，并且第一空穴生成层102可以在发光叠层66上形成。
其后，使用等离子体CVD形成含氮的二氧化硅膜作为第二钝化膜。在使用含氮的二氧化硅膜的情况下，可以优选地形成由等离子体CVD从SiH4、N2O和NH3制成的氧氮化硅膜、由等离子体CVD从SiH4和N2O制成的氧氮化硅膜或者由等离子体CVD从Ar稀释的SiH4和N2O气体制成的氧氮化硅膜。
作为第一钝化膜，还可以使用由SiH4、N2O和H2制成的氧氮化硅混合膜。第一钝化膜的结构不限于单层结构，并且该第一钝化膜可由单层结构或由含硅的另一绝缘层的多层结构构成。可以形成氮化碳膜和氮化硅膜的多层膜、聚苯乙烯、氮化硅膜或金刚石状碳膜的多层膜来代替含氮的二氧化硅膜。
随后，为了保护发光元件不受促劣化材料(诸如，湿气)的影响，就密封显示部分。在使用反基片进行密封的情况下，反基片和元件基片由绝缘密封物质粘贴在一起以便露出外部连接部分。在反基片和元件基片之间的空隙内填充诸如干燥氮气的惰性气体，或者将密封材料应用到象素区的整个表面以粘贴反基片。优选地使用固化树脂等作为密封材料。可以将用于保持基片之间间隙均匀的干燥剂或微粒混入密封材料。随后，将柔性连线基片粘贴在外部连接部分上，由此完成该显示设备。
如下将参考图7A和7B描述被这样制造出的显示设备的结构示例。虽然形状不同，但是具有相同功能的相同部分仍由相同编号指示，并将省略对这些部分的描述。在此实施方式中，具有LDD结构的薄膜晶体管70经由连接部分61a连接至发光元件93。
在图7A中，第一电极101由透光传导层构成并且具有一种结构，在该结构中从基片50那一侧提取发光叠层66发出的光。编号94指示反基片，该反基片将在发光元件93形成之后用密封材料等固定在基片50上。通过向反基片94和元件之间的空隙填充透光树脂88之类等并将该空隙密封，就能够防止发光元件93发生由湿气引起的劣化。此外，树脂88理想地具有吸湿性。另外，期望具有高透光性的干燥剂89在树脂88内扩散，从而进一步抑制湿气的影响。
在图7B中，第一电极101或者第二电极106之一由透光传导层构成并且具有一种结构，在该结构中可以同时朝向基片50和反基片94提取光。使用此结构，就有可能通过分别在基片50和反基片94外提供偏振片90来防止屏幕变得透明。由此增加可见度。优选地在偏振片90外提供保护膜91。
在具有根据本发明的显示功能的显示设备中既可以使用模拟视频信号也可以使用数字视频信号。数字视频信号包括使用电压的视频信号和使用电流的视频信号。当发光元件发光时，输入象素的视频信号使用恒定电压或恒定电流。当视频信号使用恒定电压时，施加给发光元件的电压或者在发光元件内流动的电流是常数。另一方面，当视频信号使用恒定电流时，施加给发光元件的电压或者在发光元件内流动的电流是常数。施加了恒定电压的发光元件由恒定电压驱动，而其内有恒定电流流过的发光元件由恒定电流驱动。恒定电流在由该恒定电流驱动的发光元件中流过而不受发光元件电阻变化的影响。恒定电压驱动或恒定电流驱动以及电压或电流的视频信号皆可用于根据本发明的发光元件及其驱动方法。
在根据本发明由该实施方式所述方法制造的显示设备中，驱动电压较低并且驱动电压随时间增加的幅度较小。此外，该显示设备可靠性高。
实施方式4
该实施方式将参考图8A和8B描述对应于本发明一个方面的发光设备面板的外观。图8A是一面板的顶视图，其中在基片上形成的晶体管和发光元件由在基片和反基片4006之间形成的密封材料所密封。图8B是对应于图8A的横截面视图。安装在此面板上的发光元件具有一种结构，在该结构中与由第一电极和第二电极组成的电极对相接触的各层是空穴生成层，这就使得发光层被夹在空穴生成层之间。此外，在发光元件中，电子生成层被设置在第二电极那一侧上的空穴生成层与发光层之间。在此实施方式中，当施加电压以使得发光元件发光时，施加较高电位的电极是第一电极，而施加较低电位的电极是第二电极。空穴生成层由相同材料构成。在反基片那一侧上形成的空穴生成层不会比在基片那一侧上形成的空穴生成层更厚或更薄50％以上。此外，在基片那一侧上形成的空穴生成层不会比在反基片那一侧上形成的空穴生成层更厚或更薄50％以上。在反基片那一侧上形成的空穴生成层以及在基片那一侧上形成的空穴生成层的厚度为30nm至1μm。
提供密封材料4005用于包围被设置在基片4001上的象素区4002、信号线驱动器电路4003和扫描线驱动器电路4004。此外，反基片4006被设置在象素区4002、信号线驱动器电路4003和扫描线驱动器电路4004上。于是，在象素区4002、信号线驱动器电路4003和扫描线驱动器电路4004就连同填充剂4007一起被基片4001、密封材料4005和反基片4006所密封。
设置在基片4001上的象素区4002、信号线驱动器电路4003和扫描线驱动器电路4004具有多个薄膜晶体管。图8B示出了包括在信号线驱动器电路4003内的薄膜晶体管4008以及包括在象素区4002内的薄膜晶体管4010。
发光元件4011电连接至薄膜晶体管4010。
此外，引线4014对应于向象素区4002、信号线驱动器电路4003和扫描线驱动器电路4004供应信号或电源电压的连线。引线4014经由引线4015a和引线4015b连接至连接端子4016。连接端子4016经由各向异性传导膜4019连接至柔性印刷电路(FPC)4018的一端子。
作为填充剂4007，除了使用诸如氮气或氩的惰性气体之外，还可以使用紫外线固化树脂或热固树脂。例如，可以使用聚氯乙烯、丙烯酸、聚酰亚胺、环氧树脂、硅树脂、聚乙烯醇缩丁醛或乙烯乙酸乙烯酯。
应该注意到根据本发明的显示设备在其范畴内包括其中形成了具有发光元件的象素区的面板，以及其中有IC被安装在该面板上的模块。
在具有此实施方式所示结构的面板和模块中，驱动电压较低并且驱动电压随时间增加的幅度较小。此外，该面板和模块的可靠性较高。
实施方式5
作为根据本发明有模块(例如，已在实施方式4中具体实现的模块)安装其上的电子设备，可以给出如下示例：照相机，诸如摄像机或数码照相机；风镜型显示器(头盔显示器)；导航系统；声音再现设备(车载音频部件等)；计算机；游戏机；移动信息终端(移动计算机、移动电话、移动游戏机、电子书籍等)；装备有记录介质的图像再现设备(特别是再现诸如数字通用盘(DVD)的记录介质并装备有显示图像用显示器的设备)等。图9A至9E示出了这些电子设备的具体示例。
图9A示出了与例如电视接收机或个人计算机的监视器相对应的发光显示设备。根据本发明的发光显示设备包括外壳2001、显示部分2003、扬声器部分2004等。在根据本发明的发光显示设备中，显示部分2003的驱动电压较低并且显示部分2003的驱动电压随时间增加的幅度较小。此外，显示部分2003的可靠性较高。在象素区中，优选地在象素区内设置偏振片或圆形偏振片以改善对比度。例如，优选地按照四分之一波片、半波片和起偏振片的顺序在密封基片上提供各层膜。此外，可以在偏振片上设置抗反射膜。
图9B示出了包括主体2101、外壳2102、显示部分2103、音频输入部分2104、音频输出部分2105、操作键2106、天线2108等的移动电话。在根据本发明的移动电话的显示部分2103中，驱动电压较低并且驱动电压随时间增加的幅度较小。此外，显示部分2103的可靠性较高。
图9C示出了包括主体2201、外壳2202、显示部分2203、键盘2204、外部连接部分2205、指示鼠标2206等的计算机。在根据本发明的计算机的显示部分2203中，驱动电压较低并且驱动电压随时间增加的幅度较小。此外，显示部分2203的可靠性较高。虽然图9C示出了膝上型计算机，但是本发明也可应用于硬盘被集成在显示部分的桌上型计算机。
图9D示出了包括主体2301、显示部分2302、开关2303、操作键2304、红外线端口2305等的移动计算机。在根据本发明的移动计算机的显示部分2302中，驱动电压较低并且驱动电压随时间增加的幅度较小。此外，显示部分2302的可靠性较高。
图9E示出了包括主体2401、显示部分2402、扬声器部分2403、操作键2404、记录介质插入部分2405等的移动游戏机。在根据本发明的移动游戏机的显示部分2402中，驱动电压较低并且驱动电压随时间增加的幅度较小。此外，显示部分2402的可靠性较高。
如上所述，本发明可被广泛地应用，并且可以在各领域的电子设备中使用。
实施方式6
图10A至10C分别示出了底部发射、双向发射和顶部发射的示例。制造过程已在实施方式3中讨论的结构对应于图10C的结构。图10A和10B示出了一种结构，在该结构中图10C所示第一间层绝缘层900由具有自平坦性的材料构成并且连接至薄膜晶体管901以及发光元件的第一电极101的连线在同一间层绝缘层上形成。在图10A中，发光元件内的第一电极101由透光材料构成，并且光朝向该发光器件的下部发出，此种结构就被称为底部发射结构。在图10B中，发光元件内的第二电极106由诸如ITO、ITSO或IZO之类的透光材料构成，并且光从两侧被提取，此种结构就被称为双向发射结构。当膜由较厚的铝或银构成时，该膜就不透光；然而当形成的膜较薄时这些膜仍然透光。因此，通过用其厚度足以让光透过的铝或银来形成第二电极106，就能实现双向发射。注意到在此实施方式中，当施加电压以使得发光元件发光时，施加较高电位的电极是第一电极，而施加较低电位的电极是第二电极。此外，图10C示出了顶部发射结构，其中发光元件内的第二电极106由透光材料构成，并且光朝向该发光器件的上部发出。
实施方式7
本实施方式将讨论在实施方式4所示的面板和模块中的象素电路和保护电路，以及它们的操作。图5A至6C示出了图11A至图11F中驱动器TFT 1403和发光元件1405的横截面视图。
图11A所示的象素包括列方向上的信号线1410、电源线1411和1412以及行方向上的扫描线1414。象素还包括开关TFT 1401、驱动器TFT 1403、流控TFT 1404、电容器1402以及发光元件1405。
图11C所示的象素除了驱动器TFT 1403的栅电极连接至被设置在行方向上的电源线1412之外，其余与图11A所示的象素结构都相同。换句话说，图11A和图11C所示的象素具有相同的等效电路图。然而，在把电源线1412安排在列方向的情况下(图11A)以及在把电源线1412安排在行方向的情况下(图11C)，各电源线是由位于不同层内的传导膜构成。在此应该注意连接至驱动器TFT 1403栅电极的连线，以及分别在图11A和图11C中示出的结构，以显示这些连线被制造在不同的层上。
作为图11A和图11C所示象素的特征，驱动器TFT 1403和流控TFT 1404在象素内串联连接，并且优选地设置驱动器TFT 1403的沟道长L(1403)与沟道宽W(1403)以及流控TFT 1404的沟道长L(1404)与沟道宽W(1404)以满足L(1403)/W(1403)∶L(1404)/W(1404)＝5至6000∶1。
驱动器TFT 1403工作在饱和区并且用于控制流入发光元件1405的电流值。流控TFT 1404工作在线性区并且用于控制供应给发光元件1405的电流。这两个TFT都优选地在制造阶段具有相同的传导率类型，并且在此实施方式中皆为n-沟道型TFT。驱动器TFT 1403可以是增强型或耗尽型。因为根据具有上述结构的本发明，流控TFT 1404工作在线性区，所以流控TFT 1404的Vgs的轻微波动不会影响发光元件1405的电流值。也就是说，发光元件1405的电流值能够由工作在饱和区的驱动器TFT 1403确定。使用上述结构，就能够改善由TFT特性曲线变化所引起的发光元件亮度不均，由此提供图案质量改善的显示设备。
在图11A和图11C所示的象素中，开关TFT 1401控制对该象素的视频信号输入，并且视频信号在开关TFT 1401导通时输入该象素。这样，就在电容器1402内保持视频信号的电压。虽然图11A和图11C示出了其中提供有电容器1402的结构，但是本发明不限于此。当栅电容等可用作保持视频信号的电容器时，就没有必要提供电容器1402。
图11B所示的象素除了添加了TFT 1406和扫描线1415之外，具有与图11A所示相同的象素结构。同样地，图11D所示的象素除了添加了TFT 1406和扫描线1415之外，具有与图11C所示相同的象素结构。
TFT 1406的导通和截止受到被额外提供的扫描线1415的控制。当TFT1406导通时，保持在电容器1402内的电荷就被放电，由此流控TFT 1404截止。换句话说，通过提供TFT 1406，就能够强制性地产生电流不流入发光元件1405的状态。出于这一原因，TFT 1406就被称为擦除器TFT。因此在图11B和图11D所示的结构中，发光周期在信号被写入所有象素之前，与写入周期同时开始或在写入周期开始之后就开始；由此就能够增加占空比。
在图11E所示的象素中，信号线1410和电源线1411被安排在列方向上，而扫描线1414被安排在行方向上。此外，该象素还包括开关TFT 1401、驱动器TFT 1403、电容器1402和发光元件1405。如图11F所示的象素除了添加了TFT 1406和扫描线1415之外，具有与图11E所示相同的象素结构。在图11F所示的结构中，通过提供TFT 1406同样增加了占空比。
如上所述，可以利用各种象素电路。更具体地，在由非晶半导体膜构成薄膜晶体管的情况下，用于驱动器TFT 1403的半导体膜优选地较大。在半导体较大的情况下，在上述象素电路中，其中来自电致发光层的光从密封基片那一侧发出的顶部发射型为优选。
因为在各象素内设置了TFT，所以这一有源矩阵发光设备在象素密度增加时仍能以较低电压驱动。因此可认为该有源矩阵发光设备是有利的。
虽然此实施方式将讨论其中在各象素内分别提供TFT的有源矩阵发光设备，但是也可以形成在每列内提供TFT的无源矩阵发光设备。因为在无源矩阵发光设备中并未在各象素内提供TFT，所以能够获得较高的孔径比。在发光设备中的光发射至电致发光层两侧的情况下，无源矩阵显示设备的透射率有所增加。
在还包括根据本发明的这些象素电路的显示设备中，驱动电压较低并且驱动电压随时间增加的幅度较小。此外，该显示设备具有各自的特性。
随后将使用图11E所示的等效电路讨论在扫描线和信号线上设置二极管作为保护电路的情况。
在图12中，开关TFT 1401、驱动器TFT 1403、电容器1402和发光元件1405被设置在象素区1500内。二极管1561和1562则被提供给信号线1410。按照与开关TFT 1401和驱动TFT 1403类似的方式，二极管1561和1562基于上述实施方式被制造，并且具有栅电极、半导体层、源电极、漏电极等。二极管1561和1562通过将栅电极与漏电极或源电极相连而起到二极管的作用。
连接至二极管的连线1554和1555由与栅电极相同的层构成。因此，为了让连线1554和1555与二极管的源电极或漏电极相连接，就需要在栅绝缘层中形成接触孔。
设置在扫描线1414上的二极管具有类似的结构。
如上所述，根据本发明，能够同时制造设置在输入级上的保护二极管。形成保护二极管的位置不限于此，并且二极管还可以设置在驱动器电路和象素之间。
在具有根据本发明的这一保护电路的显示设备中，除了驱动电压较低之外，驱动电压随时间增加的幅度也较小，并且能够提高显示设备的可靠性。
实施例1
本实施例示出了根据本发明的发光元件的测量数据。
首先将描述在此实施例中发光元件的制造方法。在此实施例中的发光元件遵守实施方式1所示的发光元件的结构。在此实施例中，使用玻璃基片作为绝缘体100。通过溅射法在玻璃基片上形成含硅的ITO，由此形成第一电极101。第一电极101的厚度被设置为110nm。
接下来，通过共同蒸镀氧化钼(VI)和α-NPD而在第一电极101上用氧化钼(MoOx)和α-NPD形成第一空穴生成层102。此处，第一空穴生成层102的厚度被设置为50nm。注意到，α-NPD与氧化钼(MoOx)的摩尔比可以是1∶1。
接下来，在第一空穴生成层102上形成发光层104。发光层104由三层结构构成，其中空穴输运层、其中扩散有发光材料的层和电子输运层按顺序从第一空穴生成层102那一侧被层叠。空穴输运层通过真空蒸镀法由10nm厚的α-NPD构成。其中扩散有发光材料的层通过共同蒸镀法由35nm厚的Alq3和香豆素6构成。电子输运层通过真空蒸镀法仅由10nm厚的Alq3构成。调整扩散有发光材料的层使得Alq3和香豆素6之间的比例为1∶0.005重量比。
随后，通过共同蒸镀Alq3和锂而在发光层104上形成由厚度为10nm的Alq3和锂构成的电子生成层105。调整Alq3和锂使得Alq3和锂之间的重量比为1∶0.01。
接下来，通过共同蒸镀氧化钼(VI)和α-NPD而在电子生成层105上用氧化钼(MoOx)和α-NPD形成第二空穴生成层103。此处，第二空穴生成层103的厚度被设置为20nm。α-NPD与氧化钼(MoOx)之间的摩尔比是1∶1。
用100nm厚的铝在第二空穴生成层105上形成第二电极106。
当对具有根据本发明的上述结构的发光元件施加电压时，来自第二空穴生成层103的空穴就被注入第二电极。此外，还可以将来自电子生成层105的电子注入发光层104。另外，还可以将来自第一空穴生成层102的空穴注入发光层104。于是，注入的电子和空穴就在发光层内复合，由此就提供来自香豆素6的光。
图13示出了按该实施例制造的发光元件的电压-亮度特性曲线，而图14则示出其电压-电流特性曲线。在图13中，水平轴示出了电压(V)，而垂直轴示出了亮度(cd/m2)。在图14中，水平轴示出了电压(V)，而垂直轴示出了电流(mA)。
于是，本实施例中的发光元件就呈现了出众的特性曲线。
注意到在此实施方式中，当施加电压以使得发光元件发光时，施加较高电位的电极是第一电极，而施加较低电位的电极是第二电极。本实施例的发光元件具有一种结构，其中发光层104被设置在与第一电极接触的第一空穴生成层102和与第二电极接触的第二空穴生成层103之间。第二空穴生成层103不会比第一空穴生成层102更厚或更薄50％以上。此外，第一空穴生成层102不会比第二空穴生成层103更厚或更薄50％以上。每一空穴生成层的厚度范围都在30nm至1μm之间。此外，形成第二空穴生成层103的氧化钼(MoOx)相对于α-NPD的摩尔比与形成第一空穴生成层102的氧化钼(MoOx)相对于α-NPD的摩尔比之间的差值位于形成第二空穴生成层103的氧化钼(MoOx)相对于α-NPD的摩尔比的80％并位于形成第一空穴生成层102的氧化钼(MoOx)相对于α-NPD的摩尔比的80％的范围之内。
因此就能减轻对发光层的应力，从而提高发光元件的可靠性。
实施例2
本实施例描述了具有不同的空穴输运材料与电子接受材料混合比的四种发光元件的制造方法，其中电子接受材料对空穴生成层内的空穴输运材料示出了电子接受性。四种发光元件被指示为发光元件(1)、发光元件(2)、发光元件(3)和发光元件(4)。此外，本实施例还将描述这些元件的特征。
首先将描述在此实施例中发光元件的制造方法。在此实施例中，发光元件遵守实施方式1所示的发光元件的结构。在此实施例中，使用玻璃基片作为绝缘体100。通过溅射法在玻璃基片上形成含硅的ITO，由此形成第一电极101。第一电极101的厚度被设置为110nm。
随后，通过真空蒸镀法在第一电极101上用氧化钼形成第一空穴生成层102。此处，第一空穴生成层102的厚度被设置为5nm。
接下来，在第一空穴生成层102上形成发光层104。发光层104由三层结构构成，其中空穴输运层、其中扩散有发光材料的层和电子输运层按顺序从第一空穴生成层102那一侧被层叠。空穴输运层通过真空蒸镀法由55nm厚的α-NPD构成。其中扩散有发光材料的层通过共同蒸镀法由35nm厚的Alq3和香豆素6构成。电子输运层通过真空蒸镀法仅由10nm厚的Alq3构成。调整扩散有发光材料的层使得Alq3和香豆素6之间的比例为1∶0.005重量比。
随后，通过共同蒸镀Alq3和锂而在发光层104上形成由厚度为10nm的Alq3和锂构成的电子生成层105。调整Alq3和锂使得Alq3和锂之间的重量比为1∶0.01。
接下来，通过共同蒸镀氧化钼(VI)和α-NPD而在电子生成层105上用氧化钼(MoOx)和α-NPD形成第二空穴生成层103。此处，调整发光元件(1)使得α-NPD与氧化钼(MoOx)的摩尔比为0.5(＝氧化钼(MoOx)/α-NPD)。调整发光元件(2)使得α-NPD与氧化钼(MoOx)的摩尔比为1.0(＝氧化钼(MoOx)/α-NPD)。调整发光元件(3)使得α-NPD与氧化钼(MoOx)的摩尔比为1.5(＝氧化钼(MoOx)/α-NPD)。调整发光元件(4)使得α-NPD与氧化钼(MoOx)的摩尔比为2.0(＝氧化钼(MoOx)/α-NPD)。第一空穴生成层102的厚度被设置为20nm。
用100nm厚的铝在第二空穴生成层103上形成第二电极106。注意到，在本实施方式中，当施加电压以使得发光元件发光时，施加较高电位的电极是第一电极，而施加较低电位的电极是第二电极。
当对具有根据本发明的上述结构的发光元件施加电压时，来自第二空穴生成层103的空穴就被注入第二电极。此外，还可以将来自电子生成层105的电子注入发光层104。另外，还可以将来自第一空穴生成层102的空穴注入发光层104。于是，注入的电子和空穴就在发光层内复合，由此就提供来自香豆素6的光。
图15示出了本实施例中的发光元件的电压-亮度特性曲线。图16示出其电流密度-亮度特性曲线，而图17则示出其电压-电流特性曲线。在图15中，水平轴示出了电压(V)，而垂直轴示出了亮度(cd/m2)。在图16中，水平轴示出了电压(V)，而垂直轴示出了电流(mA)。在图15到图17中，▲示出了发光元件(1)的特性曲线、·示出了发光元件(2)的特性曲线，ο示出了发光元件(3)的特性曲线而■示出了发光元件(4)的特性曲线。
应该理解从图15至图17中所有这些发光元件都能良好的工作。在空穴生成层中α-NPD与氧化钼(MoOx)的摩尔比(＝氧化钼(MoOx)/α-NPD)范围从1到2的发光元件(2)至(4)中，高亮度通过施加任意电压获取并可获取高电流值。于是通过将α-NPD与氧化钼(MoOx)的摩尔比(＝氧化钼(MoOx)/α-NPD)调整在1到2的范围内就能够获得在低驱动电压下工作的发光元件。
接下来将描述对本实施例中发光元件的连续照明测试的结果。当在氮气氛围下密封如上所述制造的发光元件之后，就按以下方法在常温下进行连续照明的测试。
从图16中显见，当以本发明发光元件的初态发出亮度为3000cd/m2的光时，需要26.75mA/cm2的电流密度。在此实施例中，在某一时间段内保持流过的电流密度为26.75mA/cm2，并且收集流过26.75mA/cm2电流所需电压随时间变化的数据以及亮度随时间变化的数据。图18和19示出了收集的数据。在图18中，水平轴示出了经过的时间(小时)，而垂直轴示出了流过26.75mA/cm2电流所需的电压(V)。在图19中，水平轴示出了经过的时间(小时)，而垂直轴示出了亮度(测量单位任意)。应该注意到，亮度(测量单位任意)是相对于起始亮度的值(假设起始亮度为100)。相对值是通过将某一时刻的亮度除以起始亮度再乘以100的方式而获取的。
从图18中可以看出在经过100小时之后，流动具有26.75mA/cm2电流密度的电流所需的电压仅比起始状态提高了约1V。这就表明了本发明的发光元件是驱动电压随时间增加幅度较低的优良元件。
在实施例1和2所示的发光元件中，除了用作发光层的层之外，还形成了用作空穴注入层、空穴输运层、电子输运层等的层。然而这些层并不总是必须的。此外，在实施例1和2中，在形成了用作发光层的层之后，形成电子生成层并在随后形成空穴生成层。然而，根据本发明的发光元件制造方法不限于此。例如，在形成了空穴生成层之后，可以形成电子生成层，并可在随后形成用作发光层的层。本发明是基于2004年9月30日提交到日本特许厅的日本优先权申请No.2004-288972，其整个内容通过引用结合于此。

Claims (28)

1.一种发光元件，包括：
第一电极和第二电极；
第一层和第二层，各自既包含有机材料也包含无机材料；
含有发光材料的第三层；以及
生成电子的第四层，
其中所述第一层与所述第一电极相接触，
所述第二层与所述第二电极相接触，
所述第三层被设置在所述第一层和所述第二层分别位于其间的第一电极和第二电极之间，以及
所述第四层被设置在所述第三层和所述第二层之间；
其中所述有机材料是空穴输运材料，且所述无机材料是电子接受材料。
2.如权利要求1所述的发光元件，其特征在于，所述无机材料是金属氧化物。
3.如权利要求2所述的发光元件，其特征在于，所述金属氧化物是从氧化钼、氧化锌、氧化铟、氧化锡、氧化锑和氧化钨中选出的一种，或是从中选出的两种或多种金属氧化物。
4.如权利要求1所述的发光元件，其特征在于，所述无机材料是从氮化铟、氮化锡、氮化锑和氮化钼、氮化钨中选出的一种，或是从中选出的两种或多种无机材料。
5.如权利要求1所述的发光元件，其特征在于，所述第一层和所述第二层中每一层的厚度为30nm至1μm。
6.如权利要求1所述的发光元件，其特征在于，所述第二层的厚度是所述第一层厚度的50％至150％，而所述第一层的厚度是所述第二层厚度的50％至150％。
7.如权利要求1所述的发光元件，其特征在于，施加电压以使得所述发光元件发光，施加较高电位的所述电极是所述第一电极，而施加较低电位的所述电极是所述第二电极。
8.一种发光元件，包括：
第一电极和第二电极；
各自生成空穴的第一层和第二层；
含有发光材料的第三层；以及
生成电子的第四层，
其中所述第一层与所述第一电极相接触，
所述第二层与所述第二电极相接触，
所述第三层被设置在所述第一层和所述第二层分别位于其间的第一电极和第二电极之间，以及
所述第四层被设置在所述第三层和所述第二层之间。
9.如权利要求8所述的发光元件，其特征在于，所述第一层和所述第二层中每一层的厚度为30nm至1μm。
10.如权利要求8所述的发光元件，其特征在于，所述第二层的厚度是所述第一层厚度的50％至150％，而所述第一层的厚度是所述第二层厚度的50％至150％。
11.如权利要求8所述的发光元件，其特征在于，施加电压以使得所述发光元件发光，施加较高电位的所述电极是所述第一电极，而施加较低电位的所述电极是所述第二电极。
12.一种发光元件，包括：
第一电极和第二电极；
各自含有P-型半导体的第一层和第二层；
含有发光材料的第三层；以及
含有N-型半导体的第四层，
其中所述第一层与所述第一电极相接触，
所述第二层与所述第二电极相接触，
所述第三层被设置在所述第一层和所述第二层分别位于其间的第一电极和第二电极之间，以及
所述第四层被设置在所述第三层和所述第二层之间，并且
其中所述第一层和所述第二层是空穴生成层，且所述第四层是电子生成层。
13.如权利要求12所述的发光元件，其特征在于，所述P-型半导体是金属氧化物。
14.如权利要求12所述的发光元件，其特征在于，所述P-型半导体是从氧化钒、氧化钼、氧化钴和氧化镍中选出的一种或多种化合物。
15.如权利要求12所述的发光元件，其特征在于，所述N-型半导体是金属氧化物。
16.如权利要求12所述的发光元件，其特征在于，所述N-型半导体是从氧化锌、硫化锌、硒化锌或氧化钛中选出的一种或多种化合物。
17.如权利要求12所述的发光元件，其特征在于，所述第一层和所述第二层中每一层的厚度为30nm至1μm。
18.如权利要求12所述的发光元件，其特征在于，所述第二层的厚度是所述第一层厚度的50％至150％，而所述第一层的厚度是所述第二层厚度的50％至150％。
19.如权利要求12所述的发光元件，其特征在于，施加电压以使得所述发光元件发光，施加较高电位的所述电极是所述第一电极，而施加较低电位的所述电极是所述第二电极。
20.一种发光元件，包括：
第一电极和第二电极；
第一层和第二层，各自既含有第一有机化合物也含有接受所述第一有机化合物的电子的材料；
含有发光材料的第三层；以及
第四层，含有第二有机化合物以及向所述第二有机化合物施与电子的材料；
其中所述第一层与所述第一电极相接触，
所述第二层与所述第二电极相接触，
所述第三层被设置在所述第一层和所述第二层分别位于其间的第一电极和第二电极之间，以及
所述第四层被设置在所述第三层和所述第二层之间，以及
其中所述第一有机化合物是空穴输运有机化合物，且所述第二有机化合物是电子输运有机化合物。
21.如权利要求20所述的发光元件，其特征在于，所述接受电子的材料是金属氧化物。
22.如权利要求21所述的发光元件，其特征在于，所述金属氧化物是氧化钼或氧化钒。
23.如权利要求20所述的发光元件，其特征在于，所述施与电子的材料是碱金属、碱土金属或稀土金属。
24.如权利要求20所述的发光元件，其特征在于，所述第二层内所述接受电子的材料相对于第一有机化合物的摩尔比与所述第一层内所述接受电子的材料相对于第一有机化合物的摩尔比之间的差值是
在所述第二层内所述接受电子的材料相对于第一有机化合物的摩尔比的80％的范围之内，
在所述第一层内所述接受电子的材料相对于第一有机化合物的摩尔比的80％的范围之内。
25.如权利要求24所述的发光元件，其特征在于，所述第二层内所述接受电子的材料相对于第一有机化合物的摩尔比与所述第一层内所述接受电子的材料相对于第一有机化合物的摩尔比之间的差值优选地在所述第二层内所述接受电子的材料相对于第一有机化合物的摩尔比的40％的范围之内，并且
在所述第一层内所述接受电子的材料相对于第一有机化合物的摩尔比的40％的范围之内。
26.如权利要求20所述的发光元件，其特征在于，所述第一层和所述第二层中每一层的厚度为30nm至1μm。
27.如权利要求20所述的发光元件，其特征在于，所述第二层的厚度是所述第一层厚度的50％至150％，而所述第一层的厚度是所述第二层厚度的50％至150％。
28.如权利要求20所述的发光元件，其特征在于，施加电压以使得所述发光元件发光，施加较高电位的所述电极是所述第一电极，而施加较低电位的所述电极是所述第二电极。
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