CN1310480A - 自发光器件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

消除因电极孔46中有机EL材料的有缺陷的膜结构造成的EL元件的发光故障。象素电极上的电极孔46中埋入绝缘体后形成有机EL材料和形成保护部分41b,能防止电极孔46中的膜结构缺陷。能防止因EL元件的阴极与阳极之间短路而造成的电流集中,并能防止EL层的发光故障。

Description

自发光器件及其制造方法
本发明总的涉及自发光器件(也叫EL器件)。实际上涉及这样一种自发光器件，其中，EL元件由形成在绝缘体上的阳极，阴极，和夹在阳极与阴极之间的具有EL(电荧光)的发光有机材料(以下叫做有机EL材料)构成。本发明还涉及有作为显示部分(显示器或显示监视器)的自发光器件的电器设备的制造方法。注意，本说明书中，将说明作为上述自发光器件的EL显示器。
近年来，在用EL元件(EL显示器)作为利用发光有机材料的EL现象的自发光元件的显示器的开发方面已有了进步。该EL显示器是一种自发光器件。因而，它不需要像液晶显示器所需的那种背面光。此外，EL显示器的视角宽。结果，EL显示器作为电器设备的显示部分看来是大有希望的。
EL显示器分为两类：无源型(简单矩阵型)和有源型(有源矩阵型)；这两种类型的显示器均得到了积极的开发。特别地，有源矩阵EL显示器件最近已被关注。关于被认为是EL元件的核心部分的EL层的有机EL材料，已研究出了低分子量有机EL材料和高分子(聚合物)有机EL材料。低分子量有机EL材料用真空淀积或相似的方法形成，而高分子有机EL材料要用旋涂法形成。
就低分子量有机EL材料和高分子(聚合物)有机材料而言，当形成EL材料的表面不平时，会出现形成的EL材料的厚度不均匀的问题。
而且，在EL层的厚度不均匀的情况下，在台阶部分局部地不会形成EL层，当EL元件是由阴极、EL层和阳极构成时，则会使阴极和阳极短路。
阴极和阳极短路时，电流集中流过阴极和阳极之间，几乎没有电流流过EL层，使EL层不发光。
考虑到上述的问题，本发明的一个目的是，改进EL元件的结构，提供EL显示器的制造方法。而且，本发明的另一个目的是，提供有这种EL显示器作为显示部分的电器设备。
为了达到上述目的，按本发明，采用这样的结构，当用形成EL层的有机EL材料形成EL层时，在要形成有机EL层的表面上埋入绝缘体，使表面上不均匀的部分平整，以此防止在EL元件的阴极和阳极间发生短路。图1A至1C示出了按本发明的EL显示器的象素部分的剖视结构。
图1A示出用子控制电流的TFT，它电连接到象素电极40。在衬底11上形成底膜12之后，形成用于控制电流的TFT，使TFT具有包含源区31，漏区32，沟道形成区34，的有源层；栅绝缘膜18，栅电极35，第一层间绝缘膜20，源布线36和漏布线37。注意，尽管栅电极35在图中是单栅结构，但它也可以是多栅结构。
之后，形成厚度为10nm至1μm，最好是200nm至500nm的第一钝化膜38。用含硅的绝缘膜作为材料。(具体说是氧氮化硅膜，最好是氮化硅膜)。
在第一钝化膜38上形成第二层间绝缘膜39(也可叫做平整膜)，以覆盖各个TFT，平整由TFT形成的台阶。有机树脂膜，如聚酰亚胺树脂膜、聚酰胺树脂膜、丙烯酸(类)树脂膜或含高分子硅氧烷化合物的树脂膜用作第二层间绝缘膜39是最好的。当然，无机膜如果能进行足够的平整化处理也可以用。
用第二层间绝缘膜39和用TFT形成的台阶来进行平整是很重要的。由于以后要形成的EL层极薄，台阶的存在会引起发光中断。因此，最好在形成象素电极之前进行平整化处理，以使其上要形成EL层的表面尽可能平整。
而且，参考数字40指示用透明导电膜形成的象素电极(相当于EL元件的阳极)，并使它经第二层间绝缘膜39和第一钝化膜38中形成的接触孔(开口)与用于控制电流的TFT的漏布线37相连接。
按本发明，用氧化铟和氧化钨的化合物形成的导电膜作象素电极。化合物中也可掺入少量的镓。而且，也能用氧化铟和氧化锌的化合物，或者用氧化锌和氧化镓的化合物。
注意，象素电极形成后在这里叫做电极孔的接触孔中形成凹入的部分46。象素电极形成后，形成EL材料，以形成EL层。这种情况下，如图1B所示。电极孔46中的EL层的厚度变得比薄膜层47中的EL层的厚度更薄。尽管膜厚的减薄程度与电极孔的锥度角有关，但在膜形成表面中，不垂直于形成方向的膜的部分导致很难形成膜，而往往导致膜厚更薄。
但是，如果这里形成的EL层变得更薄，此外，还形成了不连接的部分，EL元件中的阴极和阳极短路，电流集中流过该短路部分。这就防止了电流流过EL层，使EL层不发光。
因此，为了防止EL元件中的阴极和阳极之间短路，则在象素电极上形成有机树脂膜，以完全填充电极孔46。对形成的有机树脂膜构图，形成保护部分41b。换言之，形成保护部分41b以填充电极孔。注意，在象素电极之间的间隙中同样形成有机树脂膜类似保护部分(没画)以填充间隙。
用旋涂法形成有机树脂膜。用抗蚀层掩模对有机树脂膜曝光后，进行腐蚀，形成保护部分41b，如图1C所示。
注意，保护部分41b的横截面中从象素电极升高的部分(图1C中所画的Da部分)的厚度是0.1至1μm，较好的是0.1至0.5μm，0.1至0.3μm更好。
而且，保护部分41b的材料最好是有机树脂，如聚酰亚胺树脂，聚酰胺树脂，丙烯酸类树脂，或含硅氧烷的高分子化合物的树脂。而且，所用的这些有机树脂的粘度最好是10-3Pa·s至10-1Pa·s。
保护部分41b形成后，如图1C所示，形成EL层42，而且，形成阴极43。注意，形成EL层42的EL材料可以是低分子量有机EL材料，也可以是高分子有机EL材料。
如上所述，经过形成如图1C所示的结构，能克服在电极孔46中台阶部分的EL层42被断开时引起在象素电极40与阴极43之间出现的短路问题。
图1A至1C是象素部分的剖视图；
图2是象素部分的剖视图；
图3A和3B分别是象素部分的顶部表面图和结构图；
图4A至4C是象素部分的剖视图；
图5A至5C是象素部分的剖视图；
图6A至6E是EL显示器的制造工艺过程流程图；
图7A至7D是EL显示器的制造工艺过程流程图；
图8A至8C是EL显示器的制造工艺过程流程图；
图9是样品电路的元件结构图；
图10是EL显示器的外观图；
图11是EL显示器的电路方块结构图；
图12A和12B是有源矩阵型EL显示器的剖视图；
图13A至13D是象素部分的剖视图；
图14是无源型EL显示器的剖视图；
图15A至15F是电器设备的具体实例图；和
图16A和16B是电器设备的具体实例图。
用图2和图3A和3B说明本发明的实施模式。图2是按本发明的EL显示器的象素部分的剖视图。图3A是象素部分的顶视图。图3B是象素部分的电路结构图。实际上，象素部分(图像显示部分)是由设置成矩阵形的多个象素构成的。注意，图2是沿图3A中A-A’线的剖视图。图2、图3A和图3B中用相同的参考符号，因此，两个图可以适当地参考。而且，图3A的顶视图中示出了两个象素，但它们的结构相同。
图2中数字11指示衬底，数字12指示要变成底层(以下叫底膜)的绝缘膜。用玻璃、玻璃陶瓷、石英、硅、陶瓷、金属或塑料制成的衬底作衬底11。
而且，尽管底膜12在含移动离子的衬底，或用导电衬底的情况下有特殊的作用，但用石英衬底时不需要形成底膜12。可形成含硅的绝缘膜作为底膜12。注意，本说明书中，术语“含硅的绝缘膜”的具体内容是指那些例如按预定的比例含硅、氧和氮的氧化硅膜、氮化硅膜，或氮氧化硅膜(用SiOxNy表示)的绝缘膜。
而且，底膜12的热辐射作用可使TFT产生的热有效地散去，以防止TFT或EL元件损坏。有热辐射作用的所有已知材料均可使用。
这种情况下，在象素中形成两个TFT。201所指的开关TFT用n-沟道TFT构成，202所指的电流控制TFT用P-沟道TFT构成。
注意，本发明并没有限制开关TFT是n-沟道TFT，和电流控制TFT是P-沟道TFT，也可以用P-沟道TFT形成开关TFT，用n-沟道TFT形成电流控制TFT。也可以两个都用n-沟道TFT或两个都用P-沟道TFT形成。
用含有源区13，漏区14,LDD区15a至15d，高浓度杂质区16和沟道形成区17a和17b的有源层；栅绝缘膜18；栅电极19a和19b，第一层间绝缘膜20，源布线21和漏布线22来构成开关TFT201。
而且，图3A和3B中是双栅结构，其中，栅电极19a和19b是用不同材料(其电阻值比栅电极19a和19b的电阻值小的材料)构成的栅布线211进行电连接。当然，除了双栅结构之外，也可以用单栅结构和多栅结构(结构包含有两个或更多的串联连接的沟道形成区)。多栅结构对减小截止电流数值极其有效。因而，根据本发明，用有多栅结构的开关元件201能制成截止电流小的开关元件。
而且，有源层用含结晶结构的半导体膜制成。通常，可用单晶半导体膜、多晶半导体膜或微晶半导体膜形成有源层。而且，可用含硅的绝缘膜制成栅绝缘膜18。此外，所有的导电膜均可用作栅电极、源布线和漏布线。
此外，开关TFT201中的LDD区15a至15d可用开关栅绝缘膜18形成，以不覆盖栅电极19a和19b。这种结构对减小截止电流数值极其有效。
注意，为了减小截止电流数值，在沟道形成区与LDD区之间还要额外地形成漂移区(该区有与沟道形成区的组分相同的半导体层，该区不加栅电压)。更进一步，当用有两个或更多的栅电极的多栅结构时，为了有效地减小截止电流，还要在沟道形成区之间形成高浓度杂质区。
以下，用含有源区31、漏区32和沟道形成区34的有源区；栅绝缘膜18；栅电极35；第一层间绝缘膜20；源布线36；和漏布线37等形成电流控制TFT202。注意，栅电极35具有单栅结构，但是，也可以用多栅结构。
如图2所示，开关TFT201的漏与电流控制TFT202的栅电连接。具体说，电流控制TFT202的栅电极35经漏布线22(也叫连接布线)电连接到开关TFT201的漏区14。而且，源布线36连接到电源线212。
电流控制TFT202是控制注入EL元件203中的电流总量的元件。但是，如果考虑EL元件损坏的问题，最好不要允许太大的电流流过它。因此，应把沟道长度(L)设计成不会使过量的电流流进电流控制TFT。每个象素的电流数量为0.5至2μA，在1至1.5μA之间更好。
而且，开关TFT201中形成的LDD区的长度(宽度)可设定在0.5至3.5μm的范围内，通常在2.0至3.5μm之间。
而且，如图3所示，50所指的区域中，经过栅绝缘膜，变成控制电流的TFT202的栅电极35的布线36覆盖与有源层同时形成的半导体膜51。此时，在区域50中，形成电容器，作为储存加到控制电流用的TFT202的栅电极35上的电压的储能电容器50。此外，由变成栅电极的布线36，第一层间绝缘膜(没画)和电源线212构成的电容器也形成储能电容器50。注意，用于控制电流的TFT的漏极被连接到电源线212，并给漏始终加恒定电压。
而且，从提高允许流过的电流总量的观点看，使用于控制电流的TFT202的有源层(具体说是沟道形成层)的膜厚度变厚是有效的。(50至100nm最好，60nm至80nm之间更好)。相反，以使开关TFT201的截止电流更小的观点出发，使有源层(具体说，是沟道形成区)的膜厚度变薄也是有效的，(20至50nm最好，在25至40nm之间更好)。
以下，38是指第一钝化层，它的膜厚设为10nm至1μm(20至500nm之间最好)。可用含硅的绝缘膜(特别是最好用氮氧化硅膜或氮化硅膜)作钝化膜材料。
在第一钝化膜38上形成第二层间绝缘膜(也叫平整膜)，以覆盖每个TFT，并进行TFT台阶的平整化处理。可用有机树脂膜作第二层间绝缘膜39，可用诸如丙烯酸类树脂，含聚酰亚胺，聚酰胺和硅氧烷的高分子化合物的树脂的树脂材料。也可用无机膜，当然，它必须有足够的平整度。
用第二层间绝缘膜39使TFT的台阶平整是极重要的。形成的EL层极薄，因此，有台阶存在的情况下会引起发光故障。因此，在形成象素电极之前最好进行平整处理，以形成尽可能平的EL层。
而且，数字40所指的象素电极(相当于EL元件的阳极)用透明导电膜制成。在第二层间绝缘膜39和第一钝化膜38中开了接触孔以后，形成象素电极40，以连接到开口部分中形成的电流控制TFT202的漏布线37。
用氧化铟和氧化锡的化合物制成的导电薄膜作为本实施方法中的象素电极。而且，也可加少量的镓。此外，也可用氧化铟和氧化锌的化合物。
之后，用旋涂法在象素电极上形成有机树脂的有机树脂膜，以填充象素电极上的电极孔46。注意，该情况下，用丙烯酸树脂作有机树脂膜。
而且，尽管在象素电极上形成了有机树脂的有机树脂膜，但也能用可以是绝缘膜的绝缘体。注意，含硅的无机材料，如氧化硅、氮氧化硅，或氮化硅，也能用作绝缘体。
整个表面上形成丙烯酸类树脂膜之后，用防腐蚀掩模进行曝光，和腐蚀，形成保护部分41a和41b，如图2所示。
保护部分41b是象素电极的填充了丙烯酸类树脂的电极通孔部分。保护部分41a设在象素电极之间的间隙中。象素电极之间的间隙是没有形成象素电极的部分，在该象素部分，例如，是象素电极之间的部分中形成有多个象素电极。当为了形成保护部分而进行腐蚀时，如果在象素电极间形成第二层间绝缘膜用的材料是用于形成保护部分的材料，就有可能第二层间绝缘膜也同时被腐蚀。
注意，保护部分41a和41b的横截面中对象素电极升高的部分的厚度是0.1至1μm，0.1至0.5μm更好，0.1至0.3μm最好。
尽管用丙烯酸类树脂作形成保护部分41a和41b的有机树脂的情况已被叙述，但是，形成保护部分41a和41b所用的材料也可以是聚酰亚胺树脂、聚酰胺树脂、或含硅氧烷的高分子化合物的树脂，例如，CYCLOTEN。而且，用的这种有机树脂的粘度是100-3Pa·s至10-1Pa·s。
如上所述，通过设置保护部分41b和用有机树脂填充的电极孔，就能解决EL层42断开时象素电极40(阳极)与阴极43之间出现的短路问题。
现在参见图4说明保护部分41b的制造方法。
图4A示出在象素电极40上形成有机树脂膜后，用构图形成的保护部分41b。Da指有机树脂膜的厚度。当厚度薄时，作为图4A的保护部分41b中的上部中的气孔扩大。
气孔的扩大程度与电极孔的锥形斜角和有机树脂膜的厚度有关。如果有机树脂膜的厚度太薄。电极孔就不能被完全填充，有机树脂膜就起不到保护部分的作用。
另一方面，如果有机树脂膜的厚度厚，就会再产生台阶。
解决该问题的方法是，如图4B所示，形成Db厚的有机树脂膜之后，用构图形成保护部分41b。进而，腐蚀整个表面使其厚度达到Da。这就有可能形成有平整的上部和适当的厚度的保护部分41b，如图4C所示。
但是，如果用图4B所示的方法，当构图之后还腐蚀保护部分41b时，象素电极会暴露到表面易受蚀刻。图5示出了考虑这一点时用的制造方法。
首先，如图5A所示，在象素电极4D上形成Db厚的有机树脂膜。之后，腐蚀整个表面，使厚度变成Da。而且，构图以形成保护部分41b。
保护部分41b可以在形成有机树脂之后经构图来形成，如图4A所示。或者，在构图之后再腐蚀整个表面来形成，如图4B所示。而且，如图5A所示，它可以在腐蚀了整个表面之后再构图来形成。
如图5所示，保护部分41b的外部直径Rb与电极孔46的内部直径Ra之间的关系是Rb＞Ra。注意，参见图4或图5说明了的保护部分41b有图5C所示的结构。更具体的说，图5C中的实线41a代表保护部分41b的外径，而虚线41b代表电极孔46的内径。
之后，形成EL层42。这里，说明经旋转涂覆使溶解在溶剂中的高分子有机EL材料形成EL层的方法。注意，尽管作为例子叙述的方法中，是用高分子有机EL材料作形成EL层的有机EL材料，但是，低分子量的有机EL材料也可以使用。
聚对苯乙烯(PPV)，聚乙烯咔唑(PVK)和聚芴可以作为典型的高分子有机材料。
注意，有各种类型的PPV有机EL材料，如已经报道了的以下化学式表示的PPV。(见H.Shenk,H.Becker,O.Gelsen,E.Kluge,W.Dreuder,和H.Spreitzer,“Polgmer for Light Emitting Diodes”,Euro Display,Proceedings,1999,PP 33-7)。
[化学式1][化学式2]
Figure A0110474800132
而且，在日本专利No.Hei10-92576中公开的有化学式的聚苯基乙烯基(Polyphenylvinyl)亦可应用，其化学式如下。[化学式3]
Figure A0110474800141
[化学式4]
Figure A0110474800142
此外，以下化学式包括在内的材料作为PVK有机EL材料。[化学式5]
Figure A0110474800143
溶于溶剂中的材料作为聚合物时，可涂覆聚合物有机EL材料。而且，材料作为单体溶在溶剂中并涂覆后，材料还能聚合。当它以单体状态涂覆时，首先形成聚合物前体。它在真空中加热，进行聚合化，以形成聚合物。
就具体的EL层而言，氰基对苯乙烯可用在发红光的EL层中；聚苯乙烯可用在发绿光的EL层中；聚苯乙烯或聚烷基苯可用在发蓝光的EL层中。膜厚可设为30至150nm(最好在40和100nm之间)。
注意，上述的一些材料只是用作本发明中的EL层的有机EL层的一个实例的典范，但并不限于这些材料。
而且，甲苯、二甲苯，氯苯、二氯苯、苯甲醚，三氯甲烷、二氯甲烷，a-butylractone，丁基溶纤剂，环己烷，NMP(N-甲基-2-吡咯烷酮)，环己酮、二噁烷和THF(四氢荧烷)是典型的溶剂范例。
此外，形成EL层42时，随着氢或氧的存在，EL层42容易降解，因而，最好在惰性气体中进行膜形成，例如，在有少量的氢和氧的氮或氩气作为处理环境的气氛中进行膜形成。此外，涂覆过程中用的溶剂环境也可用作处理气氛，因为能使EL材料溶解的溶剂的蒸发速度可以控制。注意，为了在该气氛中进行发光层的膜形成，最好把图1所示的薄膜形成设备放在充有惰性气体的清洁小室中。
形成EL层的方法，除了用旋涂法外，也可以用喷墨法或类似的方法。
而且，用低分子量有机EL材料形成EL层时，也可以用蒸发淀积法或类似的方法。注意，可用已知的材料作低分子量有机EL材料。
在上述形成EL层42之后，用覆盖导电膜保护电极44制成阴极43，之后，形成第二钝化膜45。本实施模式中，用MgAg制成的导电膜作阴极43。铝制成的导电膜用作保护电极44。而且用10nm至1μm，(最好是200至500nm)厚的氮化硅膜作为第二钝化膜45。
注意，如上所述状态，EL层加的热量小，因此，可以在尽可能低的温度下，最好在室温范围到120℃的温度下进行阴极43和第二钝化膜45的膜形成。因此，可用等离子CVD，真空蒸发，溶液涂覆(旋涂)等方法作为膜淀积法。
由此制成了有源矩阵衬底，并形成对着有源矩阵衬底的相对衬底(未画出)。本实施模式中，玻璃衬底用作相对衬底。注意，用塑料或陶瓷制成的衬底也能用作相对衬底。
而且，用密封膜(没画出)把有源矩阵衬底和相对衬底粘接在一起，结果，形成了密闭的间隙(没画出)。本实施模式中，用氩气填充密闭间隙。当然，也可以在密闭间隙中充入干燥剂，如氧化钡，充入抗氧化剂。
而且，在有源矩阵衬底的侧边上的相对衬底的表面上形成有低功函数的易于氧化或能吸水的金属膜，使它具有吸氧和吸水的功能。注意，如果是在用例如光敏丙烯酸树脂的有机树脂使相对衬底上形成不均匀层之后，形成这种金属膜，则能很有效的使表面积变得更大。
实施例
(实施例1)
现在，参见图6至8，说明根据本发明的实施例中同时形成象素部分中的TFT和设在其周边上的驱动电路部分中的TFT的方法。注意，为了简化说明，关于驱动器电路只以CMOS电路作为基本电路来进行说明。
首先，如图6A所示，在玻璃衬底300上形成300nm厚的底膜301。本实施例中，用100nm厚的氮氧化硅膜和叠置其上的200nm厚的氮氧化硅膜作为底膜301。这种情况下，与玻璃衬底300接触的膜的氮浓度最好是10至25％。当然，元件也可以直接形成在不设这种底膜的石英衬底上。
之后，用现有的膜形成方法在底膜301上形成50nm厚的非晶硅膜(没画出)。注意，这里形成的膜不限于非晶硅膜。也可以是含非晶结构的半导体膜(包括微晶半导体膜)。而且，膜也可以是含非晶结构的化合物半导体膜，例如，非晶硅锗膜。膜厚最好是20至100nm。
之后，用已知技术使非晶硅膜结晶以形成结晶硅膜302，也叫多晶硅膜或聚硅膜。已知的结晶技术包括：用电炉的热结晶，用激光的激光退火结晶和用红外光的灯退火结晶。本实施例中，用采用Xecl气的准分子激光进行结晶。
注意，尽管本实施例中使用线性处理的脉冲振荡型准分子激光，但激光也可以是矩形的。而且，也可以用连续振荡型氩气激光或连续振荡型准分子激光。
尽量本实施例中用结晶硅膜作TFT的有源层，但也能用非晶硅膜。而且，也可以用非晶硅膜作要求更小的截止电流的开关TFT的有源层，用结晶硅膜作电流控制TFT的有源层。由于非晶硅膜的载流子迁移率小，它导通的电流较小，因此，能流过的截止电流也较小，因此，能利用非晶硅膜导通较小电流的优点和结晶硅膜导通更大的电流的优点。
如图6B所示，在结晶硅膜302上形成130nm厚的氧化硅膜的保护膜303。保护膜303的厚度可在100nm至200nm的范围内选择，最好是130nm至170nm。保护膜303可以是含硅的任何绝缘膜。设置保护膜303，因此当掺杂时，结晶膜不会直接暴露到等离子体中，并可以精确控制浓度。
之后，在保护膜303上形成抗蚀掩模304a和304b，赋予n-型的杂质元素(以下称为n型杂质元素)经保护膜303掺杂。N-型杂质元素的代表性元素属于元素周期表中的第5族元素，可用的典型元素是磷或砷。注意，本实施例中，不用物质分裂而用等离子体(离子)激励的氢化磷(PH3)按1×1018原子/cm3浓度进行磷等离子掺杂.当然，也可用物质分裂的离子注入法。
控制掺杂剂量，使该处理中形成的n型杂质区305中含的n型杂质元素的浓度为2×1016至5×1019原子/cm3，典型的浓度范围是5×107至5×1018原子/cm3。
之后，如图6c所示，除去保护膜303和抗蚀掩模304a和304b，并激活所加的5族元素。可用已知的技术进行激活。本实施例中，用准分子激光辐照进行激活。当然，准分子激光可以是脉冲振荡型，也可是连续振荡型，激活方法不限于准分子激光。但是，由于目的是激活掺入的杂质元素，因此，能量辐照的程度最好是使结晶硅膜不熔化止。注意，可以不去掉保护膜303而进行激光辐照。
注意，用激光激活杂质元素可与用热处理激活同时进行。用热处理激活的情况下，要考虑衬底的耐热性，最好在450℃至550℃进行热处理。
该处理使n-型杂质区305的末端部分，即n-型杂质区305与包围它的没掺n-型杂质元素的区域之间的界面部分(结部分)变得清晰了。这就是说，在以后制成TFT时，LDD区和沟道形成区能形成令人满意的结部分。
之后，如图6D所示，去掉结晶硅膜的不需要的部分，以形成岛状半导体膜，(以后称为有源层)306至309。
之后，如图6E所示，形成覆盖有源层306至309的栅绝缘膜310。用厚10nm至200nm的，最好用厚50nm至150nm的含硅的绝缘膜作栅绝缘膜310。膜310可以是单层结构，也可以是多层叠层结构。本实施例中，用110nm厚的氮氧化硅膜。
之后，形成厚200nm至400nm的导电膜，并对它构图，以形成栅电极311至315。栅电极311至315的末端部分可以是锥形的。注意，本实施例中，栅电极用的材料与电连接到栅电极的布线(以后称为栅布线)用的材料不同。它具体地说，栅布线用的材料的电阻值小于栅电极用的材料的电阻值。这是因为用于栅电极的材料要能精确地处理，而电阻值低的材料用于栅布线不能精确处理。当然，也可用相同材料形成栅电极和栅布线。
尽管可用单层导电膜形成栅电极，但可按要求用两层或多层的叠层膜形成栅电极。可用任何已知的导电膜作为栅电极材料。但是，如上所述，最好用能精确处理的材料。更具体的说，材料最好能构成线宽在2μm或更小的图形。
可用选自以下元素形成的膜，这些元素是：钽(Ta)、钛(Ti)、钼(Mo)、钨(W)、铬(Cr)和硅(Si)，也能用上述元素的氮化物形成的膜，典型的膜是：氮化钽膜，氮化钨膜，或氮化钛膜；上述元素的合金形成的膜，典型的合金形成膜是：Mo-W合金膜或Mo-Ta合金膜；或者，用上述元素的硅化物形成的膜。典型的硅化物膜是硅化钨膜或硅化钛膜。当然，这些膜可以用单层膜、还可以用叠层膜。
本实施例中，用50nm厚的氮化钽(TaN)膜和350nm厚的钽(Ta)膜的叠层膜。可用溅射法形成该膜。加入惰性气体如Xe或Ne气作溅射气体，能防止膜由于应力作用而剥离。
而且，在这种情况下，形成栅电极312以覆盖n-型杂质区305的一部分，而在它们之间夹有栅绝缘膜310。该覆盖部分变成覆盖栅电极的LDD区。注意，尽管栅电极313和314是按分段隔开的；但它们实际上是相互电连接的。
之后，如图7A所示，用栅电极311至315作掩模按自对准方式掺入n-型杂质元素(本实施例中用磷)。按n型杂质区305中的1/2到1/10(典型的是1/3至1/4)的方式控制形成的杂质区316至323中掺入的磷的浓度。更具体的说，浓度是1×1016至5×1018原子/cm3(通常是3×1017至3×1018原子/cm3)。
之后，如图7B所示，形成覆盖栅电极的抗蚀掩模324a至324d，并掺杂n-型杂质元素(本实施例中是磷元素)，形成含高浓度磷的杂质区325至329。这种情况下，也用氢化磷进行离子掺杂。该区域中的磷浓度控制在1×1020至1×1021原子/cm3(典型浓度是2×1020至5×1021原子/cm3)。
该处理形成n-沟道型TET的源区和漏区。但是，就开关TFT而言，图7A的处理中形成的n-型杂质区319至321中的一部分。留下的部分分别相当于图2中的开关TFT201的LDD区15a至15d。
之后，如图7C所示，去掉抗蚀掩模324a至324d，重新形成新的抗蚀掩模332。之后，掺杂P-型杂质元素(本实施例中是硼B)，形成含高浓度硼的杂质区333至336。这种情况下，用乙硼烷(B2H6)离子掺杂掺入硼，硼浓度是3×1020至3×1021原子/cm3(典型的硼浓度是5×1020至1×1021原子/cm3)。
注意，杂质区333至336中已掺入了浓度为1×1020至1×1021原子/cm3的磷，该处理中掺入的硼的浓度至少是磷浓度的3倍。因此先前形成的n-型杂质区完全反转成P-型，有P-型杂质区的功能。
之后，去掉抗蚀掩模332，激活按它们的各自浓度掺杂的n-型和P-型杂质元素。可用电炉退火，激光退火或灯光退光进行激活。本实施例中，电炉中在氮气气氛中在550℃的温度经4小时热退火。
这种情况下，尽可能多地除去气氛中的氧气是很重要的。这是因为，如果任何氧完全存在都会使栅电极的露出表面氧化，导致电阻值增大，而且以后不能形成欧姆接触。而且，要求在上述的激活处理中的处理气氛中的氧浓度在1ppm以下，最好在0.1ppm以下。
激活处理完成之后，形成300nm厚的栅布线337，如图7D所示。栅布线337的材料是以铝(Al)或铜(Cu)为主要成分的金属(含50至100％的Al或Cu的金属)。关于设置的方式，如图3所示，形成了栅布线211与开关TFT的栅电极19a和19b(图6E中的313和314)的电连接。
采用这种结构可使栅布线的布线电阻极小，因此，能形成大面积的图像显示区(象素部分)。更具体地说，按本例的象素结构能极有效地制成荧屏的对角线尺寸为10英寸以上的EL显示器，而且，还能制成荧屏对角线尺寸为30英寸或更大的EL显示器。
之后，如图8A所示，形成第一层间绝缘膜338。可用含硅的单层绝缘膜作第一层间绝缘膜338，或者，可用含硅的两种或多种的绝缘膜叠层的组合膜作第一层间绝缘膜338。膜厚可以是400nm对1.5μm。本实施例中，可用厚800nm的氧化硅膜叠在200nm厚的氮氧化硅膜上的组合结构。
而且，在300℃至450℃在含3至100％的氢的气氛中进行1至12小时的氢处理。该处理是用热激励的氢给半导体膜中的悬空键加氢而终止的处理，也可用等离子体加氢(用等离子体氢)。
注意，可在第一层间绝缘膜338形成过程中进行加氢。更具体的说，可在形成200nm厚的氮氧化硅膜之后，在形成800nm厚的氧化硅膜之前进行上述的加氢。
之后，在第一层间绝缘膜338和栅绝缘膜310中形成接触孔，并形成源布线339至342和漏布线343至345。注意，本实施例中，电极是用溅射100nm厚的Ti膜300nm厚的含Ti的Al膜和150nm厚的Ti膜连续形成的3层结构的叠层膜。当然，也可用其它的导电膜。
随后，形成厚50至500nm(典型的厚200nm至300nm)的第一钝化膜346。本实施例中，厚300nm的氮氧化硅膜用作第一钝化膜346。也可用氮化硅膜代替氮氧化硅膜。
注意，在氮氧化硅膜形成之前，用含氢的气体如H2或NH3等离子处理是有效的。把经该预处理而激励的氢供给第一层间绝缘膜338，并进行热处理，能提高第一钝化膜346的质量。同时，掺入第一层间绝缘膜338的氢扩散到下层边。因此，有源层能有效加氢。
之后，如图8B所示，形成有机树脂的第二层间绝缘膜347。聚酰亚胺树脂，聚酰胺树脂、丙烯酸类树脂，或含硅氧烷的高分子化合物的树脂可用作有机树脂。实际上，由于第二层间绝缘膜347更需要进行平整处理，平整性优异的丙烯酸类树脂更合适。本实施例中，形成了其厚度能使TFT形成的台阶完全平整的丙烯酸类树脂膜。丙烯酸类树脂膜的厚度应在1至5μm(2至4μm更好)。
之后，在第二层间绝缘膜347和第一钝化膜346中形成了接触孔，并形成电连接到漏布线345的象素电极348。本实施例中，形成110nm厚的氧化铟锡(ITO)膜，并对它构图，形成象素电极。也可用混有2至20％的氧化锌(ZnO)的氧化铟透明导电膜。该象素电极变成EL元件的阳极。
之后，如图8C所示，形成了有机树脂保护部分349a和349b。保护部分349a和349b也可用厚1μm至2μm的丙烯酸类树脂膜或聚酰亚胺膜经构图而形成。如图3所示，保护部分349a和349b分别形成在象素电极之间的间隙中和电极孔中。
之后，形成EL层350。更具体地说，把要变成EL层350的有机EL材料溶解在溶剂中例如三氯甲烷、二氯甲烷、二甲苯、甲苯、四氢呋喃，或N-甲基吡咯烷酮，并用旋涂法加溶液。之后，用热处理使溶剂挥发。按该方法，形成有机EL材料膜(EL)层。
本实施例中，形成80nm厚的EL材料之后，用加热板在80℃至150℃进行1至5分钟的热处理，使溶剂挥发。
注意，可用已知的材料作EL材料。考虑到驱动电压，这种已知材料最好是有机材料。注意，由于在本例中EL层350是单层结构，按需要它也可以是有电子注入层、电子传输层、空穴传输层、空穴注入层、电子阻挡层、或空穴元件层的多层叠层结构。而且，在本实施例中，用MgAg电极作所述EL元件的阴极351时，也可用其它已知的材料。
EL层350形成之后，用真空蒸发形成阴极(MgAg电极)351。注意，EL层350的厚度是80至200nm(通常是100至120nm)。阴极351的厚度是180至300nm(通常是200至250nm)。
而且，在阴极351上设保护电极352。用含Al为主要成分的导电膜作保护电极352。可用掩膜真空蒸发法形成保护电极352。
最后，形成300nm厚的氮化硅膜第二钝化膜353。尽管实际上用保护电极352保护EL层不吸湿，但是通过再形成第二钝化膜353可提高EL元件的可靠性。
本实施例中，如图8c所示，n沟道型TFT205的有源层包含源区355，漏区356,LDD区357，和沟道形成区358。LDD区357覆盖栅电极312，它们之间夹有栅绝缘膜310。
为了不降低运行速度，只在漏区一侧上形成LDD区。而且，就n-沟道型TFT205而言，它不必考虑截止电流，而且，运行速度更重要。因此，要求LDD区357被栅电极完全覆盖，使电阻分量尽可能小。换句话说，最好没有所谓的偏移。
按该方式制成了有图8c所示结构的有源矩阵衬底。
而且，不仅在象素部分中而且在驱动电路部分中设置极适当地构成的TFT，按本发明的有源矩阵衬底是极可靠的。而且，能提高它的工作特性。
首先，用能降低热载流子注入而又使运行速度尽可能不减小的结构的TFT作构成驱动电路部分的CMOS电路的n沟道型TFT205。注意这里的驱动电路中包括：移相寄存器，缓冲器，电平移相器。和取样电路(取样-和-保持电路)。进行数字式驱动时，可引入信号变换电路，如D/A变换器。
注意，驱动器电路中，取样电路与其它电路稍有不同，大量的电流双向流过沟道形成区。换句话说，源区的功能和漏区的功能可以颠倒。而且，必须尽可能大的抑制截止电流。就此而言，要求设置有开关TFT的功能与电流控制TFT的功能之间的功能的TFT。
而且，要求设置有图9所示结构的TFT作为形成取样电路的n-沟道型TFT。如图9所示，LDD区901a和901b的一部分经栅绝缘膜902覆盖栅电极903。为了防止电流流过时引起的热载流子注入而损坏测试。取样电路与其它电路不同点在于这样的LDD区有两个侧边提供，以夹住通道形成区904。
注意，实际上，完成了图8c的处理之后，器件应封装在包封材料中，例如，密闭玻璃、石英或塑料中，使器件不要暴露在外部空气中。这种情况下，包封材料里应放置如氧化钡的吸湿剂或抗氧化剂。
包封处理而提高了密封性之后，加上连接件(软印刷电路：FPC)。把从衬底上形成的元件或电路引出的引出端连接到外部信号引出端，制成成品器件。这种状态的器件，即，可以装运的器件，这里称作EL显示器，或EL模块。
这里，参见图10的透视图说明按本发明的有源矩阵EL显示器的衬底。按本实施例的有源矩阵EL显示器包括：形成在玻璃衬底601上的象素部分602，栅边驱动器电路603，和源边驱动器电路604。象素部分中的开关TFT605是n-沟道型TFT，它位于连接到栅边驱动器电路603的栅布线606与连接到源边驱动器电路604的源布线607的相交处。开关TFT605的漏连接到电流控制TFT608的栅。
而且，电流控制TFT608的源边连接到电源线609。本实施例的结构中，电源线609是地电位(地电动势)。而且，电流控制TFT608的漏连接到EL元件610。给EL元件610的阳极加上给定的电压3V至12V(最好是3V至5V)。
而且，变成外部输入/输出端的FPC611设有用于把信号传输到驱动器电路部分的连接布线612和613和连接到电源线609的连接布线614。
图11示出了图10所示的EL显示器的电路结构的实例。按本实施例的EL显示器有源边驱动器电路801，栅边驱动器电路(A)807，栅边驱动器电路(B)811，和象素部分806。注意，这里用的驱动器电路部分是通用名字，它包括源边驱动器电路和栅边驱动器电路。
源边驱动器电路801设有移相寄存器802，电平移相器803，缓冲器804和取样电路(取样和保持电路)805。而且，栅边驱动器电路(A)807设有移相寄存器808，电平移相器809，和缓冲器810。同样构成栅边驱动器电路(B)811。
这种情况下，移相寄存器802和808的驱动电压是5V至16V(典型电压是10V)。图8C所示的结构适合于构成电路的CMOS电路中用的n-沟道型TFT205。
包括图8C所示的n-沟道型TFT205的CMOS电路同样适合于移相寄存器802，电平移相器803和809，和缓冲器804和810。注意，使栅布线有多栅结构，如双栅结构或三栅结构，能有效提高各个电路的可靠性。
此外，关于取样电路805，由于源区和漏区可以颠倒，此外，需要减小截止电流，因此，包括图9所示的n沟道型TFT208的CMOS电路是合适的。
在象素部分806中设有图2所示构成的象素。
注意，按图6至8所示的制造工艺制造TFT，容易制成上述结构。本例中尽管只画出象素部分和驱动器电路部分的结构，按本实施例的制造工艺，除驱动器电路之外的逻辑电路，如信号分配电路，D/A转换电路，操作取样电路，和r校正电路都能形成在同一衬底上。也希望能形成存储器单元，微处理器等。
而且，参见图12A和12B，说明包括包封材料的按本发明的EL模块。图10和11中用的参考数字这里也需要使用。
图12A是设有密封结构的图10所示状态的顶视图。虚线602、603和604分别指示象素部分，栅边驱动器电路、和源边驱动器电路。图10所示状态的按本发明的密封结构是设有填充剂(没画)包封材料1101，密封材料(没画)，和框架材料1102的结构。
这里，图12B是沿图12A中A-A′线的截面图；注意，图12A和12B中相同的部分用相同的参考数字指示。
如图12B所示，在衬底601上形成象素部分602和栅边驱动器电路603。多个象素构成的象素部分602包括电流控制TFT202和与它电连接的象素电路348。用n-沟道型TFT205和P-沟道型TFT206互补组成的CMOS电路构成栅边驱动器电路603。
象素电极348有EL元件的阳极功能。并在象素电极348的两端形成保护膜349a。保护膜349a上形成EL层350和阴极351。要在其上形成保护电极352和第二钝化膜353。如上述实施模式中所述。EL元件的结构可以颠倒，象素电极也可以是阴极。
本实施例中，保护电极352也有所有象素公用的经连接布线612电连接到FPC611的布线的功能。而且，用第二钝化膜353覆盖象素部分602和栅边驱动器电路603中包括的全部元件。尽管可以省去第二钝化膜353，但为了使各个元件与外部隔开，最好还是设第二钝化膜353。
之后，加入覆盖EL元件的填充剂1103，填充剂1103起到粘接包封材料1101的粘接剂的作用。PVC(聚氯乙烯)，环氧树脂，硅树脂，PVB(聚乙烯醇缩丁醛)，或EVA(乙烯乙酸乙烯酯)可用作填充剂1103。填充剂1103中最好加吸湿剂(没画)，因为能保护吸湿效果。这种情况下，吸湿剂可以加到填充剂中，也可以封入填充剂中。
本实施例中，玻璃、塑料或陶瓷可用作包封材料1101。注意，填充剂1103中预先加入诸如氧化钡的吸湿剂是有效的。
之后，用填充剂1103粘接包封材料1101之后，用框架材料1102覆盖填充剂1103的侧表面(露出表面)。用密封材料(有粘接剂功能)1104粘接框架材料1102。这种情况下，尽量使用光固化树脂作密封材料1104，如果EL层的耐热性允许，也可用热固性树脂。注意，密封材料1104应是透湿和透氧尽可能小的材料。而且，密封材料1104中可加入吸湿剂。
用上述方法把EL元件密封进填充剂1103中，使EL元件与外部完全隔绝，因此，能完全防止像湿气和氧这些物质引起的氧化而加速EL层的损坏。而且，能制成有高可靠性的EL显示器。
(实施例2)
实施例1中所述的制造方法、是在象素电极的整个表面上涂覆有机树脂后，用曝光机构图，并在有机树脂填充的电极孔和象素电极之间的间隙处形成部分保护部分，之后，形成EL层。但是，由于有曝光处理，因此造成生产率不足。本实施例所述的制造方法中，是在象素电极整个表面上涂覆有机树脂后，不进行构图，而用深腐蚀进行平整处理之后，腐蚀除有机树脂填充的电极孔和象素电极之间的间隙以外的部分。
这里，图13示出了按本实施例的EL显示器的象素部分的剖视结构。
图13A示出象素电极1040和电连接到象素电极1040的电流控制TFT。衬底1011上形成底膜1012后，形成电流控制TFT，它有包括源区1031，漏区1032，和沟道形成区1034的有源层；栅绝缘膜1018；栅电极1035；第一层间绝缘膜1020；源布线1036和漏布线1037。注意，尽管图中栅电极1035是单栅结构，但它也可以是多栅结构。
之后，形成10nm至1μm，最好是200nm至500nm，厚的第一钝化膜1038。用含硅的绝缘膜，(具体说，是用氮氧化硅膜或氮化硅膜)作为材料。
第一钝化膜1038上形成覆盖各个TFT的第二层间绝缘膜(它也叫平整膜)，使TFT形成的台阶平整。有机树脂膜，如聚酰亚胺，聚酰胺，聚丙烯酸类树脂、或含硅氧烷的高分子化合物的树脂适合于作第二层间绝缘膜1039。当然，能进行充分平整的无机膜也可以用。
用第二层间绝缘膜1039平整TFT形成的台阶是很重要的。因为以后要形成的EL层极薄，台阶的存在会使发光中断。因而，应在象素电极形成之前进行平整处理，以便使其上要形成EL层的表面尽可能地平整。
而且，第二层间绝缘膜1039和第一钝化膜1038中形成接触孔(开口)后，在所形成的开口处连接到电流控制TFT的漏布线1037，形成透明导电膜构成的象素电极1040(相当于EL元件的阳极)。
本实施例中，氧化铟和氧化锡的化合物形成的导电膜用作象素电极。化合物中也可掺入少量的镓。而且，氧化铟和氧化锌的化合物也能用。
之后，象素电极上形成有机树脂的有机树脂膜1041。尽管聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、丙烯酸类树脂、含硅氧烷的高分子化合物的树脂都能用作有机树脂。这里，用丙烯酸类树脂，如，丙烯酸酯树脂、丙烯酸盐树脂、甲基丙烯酸酯树脂、甲基丙烯酸树脂。
注意，含硅氧烷的高分子化合物的树脂包括CYCLOTEN。
而且，尽管这种情况下，在象素电极上形成有机树脂的有机树脂膜，但也可用能成为绝缘膜的绝缘体。
含硅的绝缘膜，如氧化硅和氧氮化硅或氮化硅可用作绝缘体。
有机树脂膜1041的厚度(Dc)是0.1至2μm，0.2μm至0.6μm更好。
有机树脂膜1041形成后，腐蚀有机树脂膜1041的整个表面，直到Dc=0为止。此时完成腐蚀。按该方法，留下丙烯酸树脂填充的电极孔，以形成保护部分1041b。
注意，就腐蚀方法而言，干腐蚀是适用的。首先把能腐蚀有机树脂的腐蚀气引入真空室，之后，电极上加高频电压，以产生腐蚀气体的等离子体。
腐蚀气的等离子体中漫射地存在带电粒子，如正离子，负离子，电子和中性激活物质。被腐蚀材料吸收腐蚀物时，表面上引起化学反应。产生腐蚀产物。去掉腐蚀产物，进行腐蚀。
而且，丙烯酸类树脂用作保护膜材料时，最好用以氧为主要成分的腐蚀气。
注意，本实施例中，用氮、氦和四氟化碳制成的腐蚀气用作以氧为主要成分的腐蚀气。其它材料，含氟化碳的气体，如六氟化碳也能用。
注意，这些腐蚀气中，氧占整个腐蚀气的60％以上。
如本例所示，象素电极上用旋涂法形成有机树脂后，按图13B中的箭头所示的方向腐蚀整个表面，在电极孔1046中形成保护部分1041b。注意，如图13B所示，这里形成的保护部分1041b的露出表面与象素电极1040的露出表面齐平。
注意，要预先检测腐蚀速率，腐蚀时间设定成多象素电极1040(除保护部分1040b之外)上的有机树脂膜去掉时，腐蚀恰好结束。按该方法，象素电极1040的上表面与保护部分1041b的上表面齐平。
用这些有机树脂时，有机树脂的粘度是10-3Pa·s至10-1Pa·s。
保护部分1041b形成之后，如图13c所示，用旋涂法将溶于溶剂中的EL材料形成EL层1042。
EL层1042形成后，再形成阴极1043和保护电极1044。
如上所述，通过形成图13c所示结构，可解决EL由于层1042在电极孔中的台阶部分断开时造成的象素电极1040与阴极1043之间的短路问题。
图13D是顶视图，在该情况下，象素电极1040上的保护部分1041b的形状与本例中所述的电极孔1046的形状相同。
而且，本实施例的结构可与实施例1的结构自由组合。
(实施例3)
实施例2中已说明了用腐蚀法，即深腐蚀法，形成保护膜的方法。但是，由于深腐蚀对某些类型的保护膜不合适，而且，深腐蚀法的腐蚀范围只限于几微米到几十微米，因此，还要求用化学机械抛光(CMP)形成保护部分。现在参见图13说明这种方法。
本实施例中，如实施例2的图13A所示，当形成厚度Dc＞0的有机树脂1041后，有机树脂膜1041逆对着抛光盘被施压，该盘在恒定压力之下在对着有机树脂膜1041的面板上延伸，磨料(砂浆)流过衬底与旋转面板之间，对有机树脂膜1041抛光，直到Dc=0为止。用叫做CMP的方法形成保护部分1041b。
CMP中用的砂浆是把叫做磨料的抛光颗粒分散在水溶液中并调节PH值以后而制成的。砂浆最好随抛光膜而改变。
本实施例中，用丙烯酸类树脂作被抛光的膜，可用含二氧化硅(SiO2)，二氧化铈(CeO2)或含四氯化硅的砂浆。但是，其它砂浆，如含氧化铝(Al2O3)或含沸石的砂浆也能用。
而且，由于浆料中的液体与磨料(二氧化硅颗粒)之间的电位(Z电位，或者叫0电位)影响处理精度，因此用最佳的PH值来检测Z电位。
用CMP进行抛光时，很难确定抛光结束，如果抛光得太狠，可使象素电极抛得太多，随着CMP停止，膜形成的处理速度太慢，或者，通过试验预先了解所用方法的处理时间与处理速度之间的关系，预定的处理时间一到就结束CMP，以防止抛得太多。
如上所述，用CMP形成保护部分1041b。而与被抛光膜的厚度和类型无关。
注意，本实施例的结构能与例1和例2的结构自由组合。
(实施例4)
在本实施例中，参见图14说明在无源型(简单矩阵型)EL显示器中使用本发明的情况。
图14中，用塑料制成衬底1301，用透明导电膜形成阳极1306。注意，衬底1301也能用玻璃，石英或类似物制成。
本实施例中，用真空淀积形成的氧化铟和氧化锌的化合物作透明导电膜。注意，尽管图14中没画出，可按垂直于图的平面方向设置多个条形阳极。
而且，形成按本发明的保护部分1303，以填充条形设置的阳极1302之间的间隙。按垂直于图的平面的方向沿阳极1302形成保护部分1303。注意，可按实施例1至3中所述的方法，用相同的材料，形成本实施例的保护部分1303。
之后，形成高分子有机EL材料的EL层1304。可用与实施例1所述的材料相同的有机EL材料。由于EL层沿保护部分1303形成的槽形成，EL层也可以沿垂直于图的平面的方向设置成条形。
此后，尽管图14中没画出，把多个阴极和保护电极设置成条形，它们的长度方向平行于图的平面，与各个阳极1302垂直。注意，本实施例中，阴极1305用真空淀积MgAg构成，保护电极1306用真空淀积铝合金膜形成。而且，尽管图中没画出，从保护电极1306伸出的布线伸到后来要加的FPC部分，把预定的电压加到保护电极1306。
而且，尽管图中没画出，保护电极1306形成后，还要加作为钝化膜的氮化硅膜。
按此方法，在衬底1301上形成EL元件。注意，本实施例中，由于下电极是透明的阳极，从EL层1304a至1304c发射的光辐射到下表面(衬底1301)。但是，EL元件的结构可以颠倒，下电极可以是挡光的阴极。这种情况下，由EL层发射的光辐射到上表面(与衬底1301相对的边)。
之后，陶瓷衬底制备成包封材料1307。尽管本实施例的结构中，用挡光的陶瓷衬底，如果像上述的，EL元件的结构颠倒，当然，包封材料透光是更好。在这种情况下，可用塑料、玻璃等材料制成的衬底。
这种制备好包封材料1307之后，用加有吸湿剂氧化钡(没画)的填充剂1308粘接包封材料1307。此后，用在紫外线下能固化的树脂制成的密封材料1309连接框架材料1310。本实施例中，用不锈钢作框架材料1310。最后经各向异性导电膜1311连接FPC1312，制成无源型EL显示器。
注意，本实施例的结构能与实施例1至3中的任何一个结构自由组合。
(实施例5)
按本发明制造有源矩阵EL显示器时，用硅衬底(硅晶片)作衬底是有效的。用硅衬底作衬底时，可用IC和LSI中用的制造MOSFET的已知方法制造象素部分中的开关元件和电流控制元件，和驱动电路部分中的驱动元件。
MOSFET能构成干扰极小的电路，如已知的IC或LSI中看到的电路。特别是，在构成以电流值代表灰度标度的模拟驱动有源矩阵EL显示器对MOSFET是有效的。
注意，由于硅衬底挡光，必须把器件构成为使EL层发出的光辐射到与衬底相反的一边。按本实施例的EL显示器的结构与图12所示结构相同。但有不同之处是，用MOSFET代替形成象素部分602和驱动电路部分603的TFT。
注意，本实施例的结构可与实施例1至4中的任何结构自由组合。
(实施例6)
用本发明构成的EL显示器是自发光类型的显示器，与液晶显示器相比，它在透明区有极好的可见度，还有广的视角。因此，它能用作各种电子设备的显示器。例如，按本发明的自发光器件可用作对角线尺寸在30英寸以上(通常是40英寸以上)的用于欣赏TV广播的EL显示器的显示部分(装在外壳中的EL显示器)，或用于类似的大屏幕显示器。
注意，用于显示信息的全部显示器，如，个人计算机显示器，用于接收TV广播的显示器，用于显示广告的显示器，均包括在EL显示器中。而且，按本发明的自发光器件还能用到各种其他的电子设备的显示部分中。
以下给出了按本发明的这类电子设备：电视摄像机；数码照像机；护目型显示器(热安装显示器)；导航系统、声音重放装置(如汽车语音系统或语音部件系统)；笔记本型个人电脑；游戏设备；便携式信息终端(如，移动式计算机，蜂窝式电话，便携式游戏机，或电子图书)；和装有记录介质的放像机(具体说是配备回放记录介质显示的装置，如数字式视盘(DVD)和图像显示器)，特别是对于常常要从斜角看的便携式信息终端而言，广的视角很重要，因此，用EL显示器最合适。这些电子装置的具体实例示于图15A至15F和16A和16B。
图15A是EL显示器，它包括框架2001，支承架2002和显示部分2003等。本发明能用在显示部分2003中。EL显示器是自发光型显示器，因此，不需要背面光，显示部分可以做得比液晶显示器薄。
图15B是电视摄像机，包括主机2101，显示部分2102，声音输入部分2103，操作开关2104，电池2105，图像接收部分2106等。本发明的EL显示器可用在显示部分2102中。
图15C是热安装的EL显示部分(右边)，包括主机2201，信号电缆2202，热固定带2203，显示部分2204，光学系统2205,EL显示器2206等。本发明可用在EL显示部分2206中。
图15D是装有记录介质的图像回放机(具体说是DVD放像机)，包括主机2301，记录介质2302(如DVD)，操作开关2303，显示部分(a)2304和显示部分(b)2305等。显示部分(a)2304主要用于显示图像信息，显示部分(b)主要用于显示字符信息，本发明的EL显示器用在显示部分(a)和(b)中。注意，装有记录介质的图像回放机包括家用游戏机之类的装置。
图15E是便携式(移动式)计算机，包括主机2401，摄像机部分2402，图像接收部分2403，操作开关2404，和显示部分2405。本发明的EL显示器能用在显示部分2405中。
图15F是个人计算机，包括主机2501，框架2502，显示部分2503和键盘2504。本发明的EL显示器用到显示部分2503中。
注意，在未来如果EL材料发射的光亮度进一步增大，就有可能用前式或背式投影仪来扩大，并用透镜或类似装置放映包括输出图像信号的光。
而且，上述电子装置常常显示由电子通信网如因特网和CATV(有线电视)发布的信息。实际上，电子设备有越来越多的机会显示动态的图像信息。由于EL材料的响应速度极高，因此，EL显示器适合于显示动态的图像。但是，如果象素之间的外形模糊不清，那么，整个动态图像也变得模糊。因为本发明的EL显示器的象素之间的外形清晰。因此，它用作电子装置的显示部分是很有效的。
此外，由于EL显示器在发光区耗电，因此，用EL显示器显示信息时可使发光区做得尽可能小。因此，当显示部分中用EL显示器主要显示字符信息时，如用在便携式信息终端中，特别是用在蜂窝电话中时，或用在放音器中时，最好用发光部分驱动，以形成字符信息，而不发光的部分用作背景。
图16A是蜂窝电话，包括主机2601，声音输出部分2602，声音输入部分2603，显示部分2604，操作开关2605，和天线2606。本发明的EL显示器能用在显示部分2604中。注意，通过在黑色背景上显示白色字符，显示部分2604能遏止蜂窝式电话的功耗。
图16B是放音机，具体说是汽车语言系统，包括主机2701，显示部分2702，操作开关2703和2704。本发明的EL显示器能用在显示部分2702中。本实施例中示出了汽车语音系统，但本发明的EL显示器也能用到便携式或家用放音机中。注意，在黑色背景中显示白色字符能使显示部分2704节省功耗。在便携式声音回放装置中这一点是特别有效的。
因此，本发明适用的范围极宽，本发明可以用在所有领域中的电子设备中。因此，用例1至5中构成的任一EL显示器也能制成本实施例中的电器设备。
(实施例7)
应用本发明制成的EL元件中，有可能用三元组激励的磷光现象发光的EL材料，有能用磷光现象发光的EL材料的发光器件，能显著提高外部发光量的效率。这就有可能减小EL元件的功耗，延长EL元件的寿命和减轻它的重量。
下文报道了用三元组激励提高外部发光量的效率。
由T.Tsutsui,C.Adachi,and S.Saito in PhotoChemicalProcesses in Organized Molecular Systems,ed.K.Honda(ElsevierSci.Pub.,Tokyo.1991),p.437报道的EL材料(香豆素颜料)的结构式如下：
由M.A.Baldo,D.F.O′Brien,Y.You,A.Shoustikov,S.Sibley,M.E.Thompson,and S.R.Forrestin Nature 395(1998),p.151报道的EL材料(Pt络合物)的结构式如下：
由M.A.Baldo,S.Lamansky,P.E.Burrows,M.E.Thompson,andS.R.Forrest in Appl.Phys.Lett.,75(1999),p.4,由T.Tsutsui,M.J.Yang,M.Yahiro,K.Nakamura,T.Watanabe,T.Tsuji,Y.Fukuda,T.Wakimoto,and S.Mayaguchi in Jpn.Appl.Phys.,38(12B)(1999)L1502.报道的EL材料(Ir络合物)的结构式如下：
如果能用上述的三元组激励的磷光现象，原则上，外部发光量效率达到用单元组激励的荧光的3至4倍是可能实现的。
注意，本实施例的结构能与实施例1至6中的任何一个结构自由组合。
按本发明，在形成有机EL材料膜时引起的电极孔的膜构造的缺陷能被改善。而且，按本发明，因为电极孔能有各种方法和各种形状的保护部分填充，因此，可以按条件和目的进行膜形成，能防止由于阴极和阳极之间的短路造成EL层的发光故障。
尽管已结合本发明的优选实施例说明了本发明，但发明不限于这些实施例。例如，本发明也可用于有不同类型的开关元件的EL器件中或用于驱动EL元件的电路中。

Claims (34)

1．一种有EL元件的自发光器件，所述EL元件包括：
TFT；
电连接到TFT的象素电极；
象素电极上形成的EL层；和
所述EL层上形成的阴极，
其中，电极孔中设有绝缘体形成的保护部分。
2．一种有EL元件的自发光器件，所述EL元件包括：
TFT；
电连接到所述TFT的象素电极；
在所述象素电极上形成的EL层；和
在所述EL层上形成的阴极；
其中，电极孔中设置的保护部分夹在所述象素电极与所述EL层之间。
3．一种有EL元件的自发光器件，所述EL元件包括：
TFT；
电连接到所述TFT的象素电极；
在所述象素电极上形成的EL层；和
在所述EL层上形成的阴极；
其中，设在电极孔中的保护部分由所述象素电极和所述保护部分的表面上形成的绝缘体和所述EL层构成。
4．一种有EL元件的自发光器件，所述EL元件包括：
TFT；
电连接到所述TFT的象素电极；
在所述象素电极上形成的EL层；
在所述EL层上形成的阴极；
其中，所述EL层和保护部分夹在所述象素电极和所述阴极之间。
5．一种有EL元件的自发光器件，所述EL元件包括：
TFT；
电连接到所述TFT的象素电极；
在所述象素电极上形成的EL层；和
在所述EL层上形成的阴极；
其中，在象素部分中形成多个所述的象素电极，和在所述象素电极之间的间隙中形成保护部分。
6．按权利要求1至5中任一项的自发光器件，其中，所述象素电极的表面与所述保护部分的表面要相互齐平。
7．电器设备，它用按权利要求1至5中任一项的自发光器件作显示部分或光源。
8．一种自发光器件的制造方法，包括以下步骤：
在衬底上形成TFT和与所述TFT电连接的象素电极；
在所述象素电极上形成绝缘膜；和
经有选择性地腐蚀所述绝缘膜以形成保护部分。
9．一种自发光器件的制造方法，包括以下步骤：
在衬底上形成TFT和电连接到所述的TFT的象素电极；
在所述象素电极上形成有机树脂膜；和
经有选择性地腐蚀所述有机树脂膜以形成保护部分。
10．一种自发光器件的制造方法，包括以下步骤：
在衬底上形成TFT，和电连接到所述TFT的象素电极；
在所述象素电极上形成有机树脂膜；和
在电极孔中和所述象素电极之间的间隙中经有选择性地腐蚀所述的有机树脂膜形成保护部分。
11．一种自发光器件，包括：
在衬底上形成的至少两个第一电极，所述的第一电极之间有间隙；
在所述第一电极之间的间隙中形成绝缘层；
在所述第一电极和所述绝缘层上形成的EL层；
与所述的至少两个第一电极相对的第二电极，所述的第一与第二电极之间夹有所述EL层。
12．按权利要求11的自发光器件，其中，所述第一电极作为阳极，而所述第二电极作为阴极。
13．按权利要求11的自发光器件，其中，所述自发光器件是无源显示器件。
14．按权利要求11的自发光器件，其中，所述EL层包含有机电致发光材料。
15．一种自发光器件，包括：
至少一个开关元件；
所述开关元件上形成的至少一层层间绝缘膜；
开在所述开关元件中的接触孔；
在所述层间绝缘膜上形成的并经所述接触孔电连接到所述开关元件的象素电极；
在所述接触孔中的所述象素电极的一部分上形成的绝缘层；
在所述象素电极和所述绝缘层上形成的EL层；和
所述EL层上形成的第二电极。
16．按权利要求15的自发光器件，其中，所述开关元件包括一个薄膜晶体管。
17．按权利要求15的自发光器件，其中，所述开关元件包括在硅衬底中形成的晶体管。
18．按权利要求15的自发光器件，其中，所述象素电极是阳极，而所述第二电极是阴极。
19．按权利要求15的自发光器件，其中，所述象素电极是阴极，而所述第二电极是阳极。
20．按权利要求15的自发光器件，其中，所述EL层包括至少一层有机EL层。
21．按权利要求15的自发光器件，其中，所述绝缘层的表面与所述象素电极的表面基本齐平。
22．一种自发光器件，包括：
至少一个第一和第二开关元件；
在所述第一和第二开关元件上形成的至少一层层间绝缘膜；
在所述层间绝缘膜上形成的至少一个第一和第二象素电极，其中，所述第一和第二象素电极分别电连接到所述第一和第二开关元件；
所述第一与第二象素电极之间的间隙中形成的绝缘层；
所述第一和第二象素电极和所述绝缘层上形成的EL层；和
在所述第一和第二象素电极相对的所述EL层上形成的第三电极。
23．按权利要求22的自发光器件，其中，所述开关元件包括薄膜晶体管。
24．按权利要求22的自发光器件，其中，所述开关元件包括硅衬底中形成的晶体管。
25．按权利要求22的自发光器件，其中所述第一和第二象素电极中的每一个电极是阳极，而所述的第三电极是阴极。
26．按权利要求22的自发光器件，其中，所述的第一和第二象素电极中的每一个是阴极，而所述的第三电极是阳极。
27．按权利要求22的自发光器件，其中，所述EL层包括至少一层有机EL层。
28．按权利要求22的自发光器件，其中，所述绝缘层的表面与所述第一和第二象素电极的表面基本齐平。
29．具有按权利要求11的自发光器件的电子装置。
30．具有按权利要求15的自发光器件的电子装置。
31．具有按权利要求22的自发光器件的电子装置。
32．按权利要求29的电子装置，其中，所述电子装置选自：电视摄像机；热安装的EL显示器；放像机；便携式计算机；个人计算机；蜂窝电话和放音机。
33．按权利要求30的电子装置，其中，所述电子装置选自：电视摄像机；热安装的EL显示器；放像机；便携式计算机；个人计算机；蜂窝电话和放音机。
34．按权利要求31的电子装置，其中，所述电子装置选自：电视摄像机；热安装的EL显示器，放像机；便携式计算机；个人计算机；蜂窝电话和放音机。
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