CN1716650A - 发光器件及制造发光器件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一个目的是提供一种用于制造具有高的内量子效率、低功耗、具有高的亮度和具有高可靠性的发光器件的方法。本发明提供一种发光器件的制造方法，包括如下步骤：形成包括导电的光传输氧化物材料和氧化硅的导电的光传输氧化层，在导电的光传输氧化层之上形成其中硅的密度比导电的光传输氧化层中的高的势垒层，形成具有导电的光传输氧化层和势垒层的阳极，在真空气氛下加热阳极，在加热的阳极之上形成电致发光层，以及在电致发光层之上形成阴极，其中在电致发光层和导电的光传输氧化层之间形成势垒层。

Description

发光器件及制造发光器件的方法
1.技术领域
本发明涉及一种发光器件和制造该发光器件的方法，其中每个像素包括发光元件。
2.相关技术
由于发光元件通过自身发光，所以是高可见的且不需要在液晶显示器件(LCD)中必需的背光，因此发光元件最适于薄的器件。而且，发光元件具有比LCD宽的视角。为此，使用发光元件作为CRT和LCD的可选显示器件的发光器件，且试图将发光器件应用到实际已被引起注意。其为发光元件之一的OELD(有机发光二极管)具有阳极、阴极和包括通过施加电场获得发光(电致发光)的电致发光材料的层(下文称作电致发光层)。OELD通过复合自阳极注入的空穴和自阴极注入的电子而发光。
用于形成电极的材料的功函数是一个确定在电致发光层中空穴注入特性和电子注入特性的指标(indicator)。希望使用具有低功函数的材料作为注入电子侧上的电极(阴极)以及使用具有高功函数的材料作为注入空穴侧上的电极(阳极)。特别地，具有大约5eV功函数的氧化铟锡(ITO)通常用作阳极。
由于发光器件不使用背光，所以发光器件的功耗更可能依赖于每个像素的发光元件的性能。也就是说，当发光元件具有较高的外量子效率(提取到外部的光子数/注入的载流子数)时，可以获得较小的功耗。通过增加光提取效率(提取到外部的光子数/发射的光子数)或内量子效率(发射的光子数/注入的载流子数)可以提高外量子效率。内量子效率的增加意味着由给发光元件的电转换成热的能量减少。因此，认为内量子效率的增加不仅缩减了功耗而且抑制了由于加热而引起的可靠性的降低。
作为确定内量子效率的一个因素，给出载流子的注入平衡(注入电子和注入空穴之间的均衡)。注入平衡依赖于电极的功函数、在接触电极的电致发光层之中的层的功函数和在电致发光层中的载流子的迁移率。内量子效率会随着注入平衡接近1而上升。
然而，虽然在常规发光元件中的功耗高，仍不容易得到能够增强注入平衡的电极材料和电致发光材料的组合且难以获得足够的亮度。而且，常规的发光元件具有短的发光半衰期且具有要解决的有关可靠性的问题。为了提取来自发光元件的光，虽然有必要至少一个电极具有光传输特性，但是限制了导电的光传输膜的材料且没有许多的选择。许多导电的光传输膜由ITO形成，且当ITO用作阳极时，有必要使具有空穴传输特性且接触阳极的层的材料最优化。然而，开发新材料花费太多且占用大量的时间。
发明的简要概述
考虑到上述问题制作了本发明，本发明的一个目的是提供一种使用具有高内量子效率、消耗较少的功率、具有高的亮度并具有高可靠性的发光元件的发光器件。而且，本发明的一个目的是提供一种用于制造这种发光器件的方法。
发明人认为注入平衡由于以下原因而变差。当用作阳极的包括氧化物且具有光传输特性的导电层(下文称作导电的光传输氧化层：CTO)接触具有空穴传输特性(空穴注入层或空穴传输层)的层时，载流子移动以致费米电位相当。结果，空穴注入层或空穴传输层的能带弯曲，且该弯曲妨碍了空穴注入特性提高并导致了注入平衡变差。
图2示出了在导电的光传输氧化层接触空穴注入层(HIL)的条件下的能带模型。当HIL没有接触CTO时，HIL和CTO中的费米电位不同，且HIL具有平的能带。然而，当HIL接触CTO时，HIL中的能带在势垒背离电子形成的方向上弯曲，结果费米电位EF相当，且空穴在CTO和HIL之间的界面附近变强，如图2所示。为此，假设抑制空穴注入特性和空穴迁移率，则载流子的注入平衡难以提高，且因此阻碍了内量子效率的增加。
因此，在本发明中，在最靠近空穴注入层或空穴传输层的阳极区中提供了具有隧道电流能够流动的这种厚度程度的高绝缘层(下文称作势垒层)。势垒层由具有比阳极中除势垒层外的层的材料和具有空穴传输特性并接触势垒层的层(空穴注入层或空穴传输层)的材料电阻高的材料构成。具有上述的结构，势垒层的能带的宽度可以制备得比导电光传输氧化层和具有空穴传输特性的层宽。具体地，在本发明中，阳极由导电的光传输氧化物材料形成，对应部分阳极的势垒层由氧化硅和导电的光传输氧化物材料形成或者由薄而绝缘或包括氧化硅的半绝缘材料形成。
图1A和1B示出在CTO的势垒层接触HIL的条件下的能带模型。势垒层包括氧化硅且绝缘或半绝缘。势垒层以载流子能够隧穿的其为0.5至5nm这种程度的厚度形成。通过形成势垒层，CTO和HIL能够物理上隔离。因而，甚至当在如图1A所示的CTO、势垒层和HIL中的费米电位EF相当时，CTO的能带是平的。为此，由于改善了空穴注入特性以及由于增强了空穴迁移率，所以能够增强载流子的注入平衡。结果，内量子效率能够相应地增加。
HIL的能带并不是总是如图1A所示的完全平的，其可以在能量低的方向上弯曲，如图1B所示。然而，与图2中所示的能带弯曲不同，图1B中示出的能带弯曲使得空穴的存储中断。结果，由于改善了空穴注入特性以及由于增强了空穴迁移率，所以增强了载流子的注入平衡，且内量子效率能够相应地增加。
注意到，氧化硅具有通过化学键容易吸收水分子的特征。因此，认为包括氧化硅的CTO比常用的CTO更容易吸收其表面上的湿气。图3A和3B示出了从基板排出气体的量与通过TDS(热解吸能谱学)方法测量的温度的关系。除了还没有形成具有空穴传输特性的层外，还有基板位于其之上形成阳极的情形。
图3A示出了当氧化硅和ITO用作阳极时排出气体的量与温度的关系。图3B示出了当ITO用作阳极时排出气体的量与温度的关系。在两个图3A和3B中，在形成阳极之后，在200℃的温度时在大气下进行热处理达1小时。在图3A中使用的基板中，阳极的成分为O∶Si∶In∶Sn＝61∶3∶34∶2。
在图3A和3B中，水平轴表示在热处理中使用的加热器的温度。基板的实际温度比加热器的温度低，且当加热器的温度较高时这种倾向更显著。
在图3A和3B使用的两个基板中，在大约120℃的温度(基板的温度也是大约120℃)处观察到显示水物理吸收的解吸的峰值，如由图3A和3B中的水平轴所示。然而，与当只有ITO用作阳极时不同，当氧化硅和ITO用作阳极时，如图3A所示，在从大约350至370℃的温度范围(基板的温度大约从300至320℃)又观察到示出水解吸的峰值。认为在从大约350至370℃的温度范围处观察到的峰值表明通过化学键在氧化硅上吸收的湿气的解吸。
由TDS测量的上述结果表明包括氧化硅的势垒层比只包括CTO的势垒层更容易吸收其表面上的湿气。当阳极的表面被湿气等污染时，功函数降低且由此空穴注入特性变坏。因此，注入平衡变差，且内量子效率相应地降低。而且，阳极表面上吸收的湿气会导致电致发光层变差。
从而，在本发明中，在形成具有势垒层的阳极之后和在形成具有空穴传输特性的层之前，为了移除势垒层表面上吸收的湿气，在大气下进行热处理或在真空气氛下进行热处理(真空退火)阳极。具有上述的结构，能够防止载流子的注入平衡变差和由于吸收势垒层上的潮气而引起的可靠性降低。
注意到，在本发明中电致发光层包括多层。就载流子传输特性而言，可以将这些层分成空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层等。一直没有严格区分空穴注入层和空穴传输层，且就空穴传输特性(空穴迁移率)而言它们同样重要。在该说明书中，为了方便起见，接触阳极的层称作空穴注入层，而接触空穴注入层的层称作空穴传输层。以同样的方式，接触阴极的层称作电子注入层，而接触电子注入层的层称作电子传输层。有时发光层也当作电子传输层，且因此也称作发光电子传输层。
电致发光不仅可以由有机材料、而且可以由其中有机材料和无机材料复合的材料、或由其中将金属络合物添加到有机材料的材料形成，此时获得了同样的功能。
在势垒层和导电的光传输氧化层之间的界面不必一直清楚。例如，其之间的界面会逐渐改变，结果阳极中的氧化物的浓度相对于电致发光层较高。虽然在该情况下势垒层和导电的光传输氧化层之间的界面不清楚，但是更接近电致发光层的区域还作为势垒层。
在上述描述的本发明中，导电的光传输氧化层可以由另外的光传输氧化材料形成，诸如氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、氧化铟锌(IZO)或掺杂镓的氧化锌(GZO)。优选，使用包括导电的光传输氧化材料和氧化硅的靶(target)通过溅射方法形成阳极。
[本发明的有益效果]
在本发明中，通过形成势垒层可以改善空穴注入特性和增强空穴迁移率。结果，可以增强载流子的注入平衡且可以相应地提高内量子效率。而且，由于在通过真空退火移除包括氧化硅的势垒层上吸收的湿气之后形成具有空穴传输特性的层，所以能够防止空穴注入特性的降低和防止由于湿气而引起的电致发光层变差。因此，本发明可以提供一种消耗较少功率、具有高的亮度和具有高可靠性的发光元件。
附图的简要说明
图1A和1B是解释其中在导电的光传输氧化层和空穴注入层之间的界面处形成包括硅或氧化硅的绝缘或半绝缘势垒膜状态的能带模型的附图；
图2是用于显示常规导电的光传输氧化层和空穴注入层的接触条件的能带模型的附图；
图3A和3B是用于示出TDS的测量结果的曲线图；
图4A和4B是用于示出在本发明的发光器件中的发光元件结构的图；
图5A至5C是用于示出本发明的发光器件的制造方法的图；
图6A和6B是用于示出本发明的发光器件的制造方法的图；
图7A和7B是通过本发明制造的发光器件的剖面图；
图8是通过本发明制造的发光器件的剖面图；
图9A至9C是发光器件的像素的电路图；
图10A是发光器件的顶视图；
图10B至10F是保护电路的电路图；
图11A是本发明制造的发光器件的顶视图；
图11B是本发明的发光器件的剖面图；
图12A至12C是发光器件的电子设备的图；
图13A和13B是本发明的发光器件的剖面图；
图14A至14C是用于示出电流效率与亮度的测量值的图。
发明的详细说明
在下文中说明了本发明的实施例模式。本发明的发光元件具有在由导电的光传输氧化物材料和氧化硅形成的阳极和包括碱金属或碱土金属的阴极之间提供的电致发光层。通过层叠包括发光有机化合物的层形成电致发光层。根据包括有机化合物的层的载流子的传输特性，可以将包括有机化合物的层分成空穴传输层、发光层和电子传输层。而且，可以在阳极和空穴传输层之间提供空穴注入层，可以在阴极和电子传输层之间提供电子注入层。在空穴注入层和空穴传输层之间以及在电子注入层和电子传输层之间的区别并不严格，且就空穴传输特性(空穴迁移率)或电子传输特性(电子迁移率)而言它们同样重要。另外，在电子传输层之间和发光层之间可以提供空穴阻挡层(hole-blocking layer)。通过将诸如颜料或金属络合物的辅助材料(guest materical)添加到主材料(hostmatericl)，发光层可以发出各种颜色的光。换句话说，可以使用发光材料或磷光材料来形成发光层。
阳极由其中将以1至10原子％范围中的氧化硅添加到导电的光传输氧化物材料的材料形成，该导电的光传输氧化物材料选自由氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、氧化铟锌(IZO)和掺杂镓的氧化锌(GZO)构成的组中。在接触电致发光层的阳极的区域中，提供了绝缘或半绝缘且其中硅的密度比阳极中其它区域高的势垒层。势垒层具有载流子可以从阳极移动到电致发光层这种程度的厚度，其指的是电流通过隧穿电流流动的这种程度的厚度。势垒层与电致发光层和其为阳极中一部分且接触势垒层的导电的光传输氧化层物理上分开，这能够使载流子移动。
可以通过溅射方法使用包括导电的光传输氧化物材料和氧化硅的靶形成包括导电的光传输氧化物材料的阳极。靶中的氧化硅与导电的光传输氧化物材料的含量比在1至20wt.％的范围内，优选在2至10wt.％的范围内。氧化硅的含量比可以适当地确定在上述范围中，因为当氧化硅的密度在上述范围中增加时阳极具有高的电阻。这提供了阳极和导电的光传输氧化物材料，该阳极包括1至10原子％范围内的氧化硅，优选在2至5原子％范围内。当可以获得相同的成分时，可以使用真空淀积方法通过共蒸发(co-evaporation)形成阳极。术语“共蒸发”指的是在淀积步骤同时蒸发、加热源并将不同材料混合在一起的蒸发方法。
可以以移除阳极表面一层中的导电的光传输氧化物材料的这种方式形成势垒层，以便硅的密度比阳极的表面一层中的导电的光传输氧化物材料中的高，该阳极包括氧化硅和导电的光传输氧化物材料。例如，通过其中使用可以选择移除导电的光传输氧化物材料的溶液处理表面的方法可以形成势垒层；使用选自由氢、氧和氢氟酸构成的组中的一种或多种气体的等离子体工艺；使用例如氮或氩的惰性气体的等离子体工艺等。
在通过从阳极的表层移除导电的光传输氧化物材料改变阳极的表层到势垒层中的情况下，优选在某种程度上粗略以亚微米级形成势垒层，因为当以高密度形成导电的光传输氧化层时难以形成势垒膜。具有上述的结构，当选择性地移除导电的光传输氧化层时，与导电的光传输氧化物材料相比会有效地增加添加硅的密度。
当形成导电的光传输氧化层时，通过有意地增加与表面接近的导电的光传输氧化层的区域中的硅的密度形成势垒层。具体地，在以形成导电的光传输氧化层的如下方式形成势垒层以便硅的密度变高，其中硅的重量百分比高的势垒层可以以新的方式形成于导电的光传输氧化层上，该导电的光传输氧化层通过改变在溅射中使用的靶的组分预先形成。
在本发明中，在形成电致发光层之前，在大气或真空气氛下(优选在压力范围大约为10-4至10-8Pa时)、在基板温度范围为200至450℃优选250至300℃时对阳极进行热处理。而且，为了清洁和增强平整度，可以进行清洗工艺或抛光工艺。
在具有上述结构的发光元件中，因为阳极和空穴注入层或空穴传输层没有彼此接触，所以能够获得阳极的功函数的新的有利的效果。换句话说，能够提高空穴注入层的空穴注入效率且能够加强注入平衡。结果，提高了内量子效率。
图4A示出通过本发明获得的发光元件的结构。图4A中示出的发光元件具有形成于基板100上的阳极101、形成于阳极101上的电致发光层102和形成于电致发光层102上的阴极103。
阳极101具有势垒层109a和导电的光传输氧化层109b。势垒层109a在导电的光传输氧化膜109b和电致发光层102之间。
阴极103可以由金属、合金、导电化合物或这些的混合物形成，其中每一个具有低的功函数且通常用作发光材料的阴极。具体地，阴极可以由诸如Li或Cs的碱金属、诸如Mg、Ca或Sr的碱土金属、包括这些诸如Mg:Ag或Al:Li的合金或诸如Yb或Er的稀土金属形成。当形成包括具有高电子注入特性的材料的层使得接触阴极103时，使用铝的常用导电膜、导电光传输氧化物材料等可以用作阴极103。
在图4A中，电致发光层102具有第一至第五层104至108。
由于形成于势垒层109a上的第一层104用作空穴注入层，所以希望第一层104由具有空穴传输特性、具有相对低的电离电势和具有高的空穴注入特性的材料形成。可以将该材料大致分成金属氧化物、低分子有机化合物和高分子有机化合物。对于金属氧化物，例如可以使用氧化钒、氧化钼、氧化钌或氧化铝。对于低分子有机化合物，例如可以使用由M-MTDATA代表的星芒胺(starburstamine)、由铜酞菁(缩写为Cu-Pc)代表的金属(metallo)酞菁、酞菁(缩写为H2-Pc)、2，3-二氧乙烯噻吩(dioxyethylenethiophene)的衍生物。而且，可以使用由共蒸发低分子有机化合物和上述金属氧化物形成的膜。对于高分子有机化合物，例如可以使用聚合物分子，诸如聚苯胺(缩写为：PAni)、聚乙烯咔唑(缩写为：PVK)或聚噻吩的衍生物。可以使用掺杂磺酸基聚苯乙烯酸(缩写为：PSS)的聚乙烯二氧噻吩(缩写为：pEDOT)，其中聚乙烯二氧噻吩是一种聚噻吩衍生物。然而，可以使用与选自由TCQn、FeCl3、C60和F4TCNQ构成的组中的一种或多种材料结合的benzoxyazole的衍生物。
因为第二层105用作空穴传输层，所以优选形成于第一层104上的第二层105由具有高空穴传输特性和具有低结晶度的公知材料构成。具体地，给出诸如4，4-二[N-(3-甲基苯基)-N-苯基-氨基]联苯(缩写为：TPD)、其衍生物4，4-二N-(1-naphtyle)-N-苯基-氨基]联苯(缩写为：α-NPD)等的芳族胺化合物(其指的是具有氮-苯环键的材料)。而且，可以使用诸如4，4′，4″-三(N，N-二苯胺)三苯胺(缩写为：TDATA)或MTDATA的星芒芳族胺。此外，可以使用4，4′，4″-三(N-咔唑基)三苯胺(缩写为：TCTA)。对于高分子材料，可以使用显示出良好空穴传输特性的聚乙烯基咔唑。
因为第三层106用作发光层，所以优选形成于第二层105上的第三层106由具有高电离电势和大带隙的材料形成。具体地，例如，可以使用金属络合物，诸如三(8-喹啉醇(quinolinolato))铝(缩写为：Alq3)、三(4-甲基-8-喹啉醇)铝(缩写为：Almq3)、二(10-苯并羟基(hydroxybenzo)[η]-喹啉醇)铍(缩写为：BeBq2)、二(2-甲基-8-喹啉醇)-(4-羟基-联苯基)-铝(缩写为：BAlq)、二[2-(2-羟基苯基(hydroxyphenyl)-苯并唑(benzooxazolate)]锌(缩写为：Zn(BOX)2)或二[2-(2-羟基苯基)-苯并噻唑(benzothiazolato)]锌(缩写为：Zn(BTZ)2)。而且，可以使用发光颜料(例如，香豆素的衍生物、喹吖(二)酮的衍生物、红荧烯、4，4-氰甲叉(dicyanomethylene)、1-吡喃酮)、均二苯代乙烯的衍生物、冷凝了的芳香族化合物等)。此外，可以使用诸如铂的八乙基卟啉络合物、三(苯基吡啶)铱络合物或三(次苄基丙酮(benzylidyneacetonato))菲铕络合物的磷光材料。
对于第三层106的主材料，可以使用由上述例子代表的空穴传输材料或电子传输材料。而且，可以使用诸如4-4′-N-N′-联咔唑基联苯(dicarbazolylbiphenyl)(缩写为：CBP)的双极材料。
因为第四层107用作电子传输层，所以希望形成于第三层106上的第四层107由具有高电子传输特性的材料形成。具体地，可以使用由Alq3表示的具有喹啉框架(skeleton)或苯并喹啉框架或其混合配位体络合物的金属络合物。具体地，可以给出诸如Alq3、Almq3、BeBq2、BAlq、Zn(BOX)2)或Zn(BTZ)2)的金属络合物。而且，不仅可以使用金属络合物而且可以使用诸如2-(4-联苯基)-5-(4-三元胺-buthylphenyl)-1，3，4-恶二唑(缩写为：PBD)和1，3-二[5-(p-三元胺-buthylphenyl)-1，3，4-恶二唑-2-基]苯(缩写为：OXD-7)的恶二唑衍生物、诸如3-(4-三元胺-buthylphenyl)-4-苯基-5-(4-联苯基)-1，2，4-三唑(缩写为：TAZ)和3-(4-三元胺-buthylphenyl)-4-(4-乙基苯基)-5-(4-联苯基)-1，2，4-三唑(缩写为：p-EtTAZ)的三唑衍生物、诸如TPBI的咪唑衍生物以及诸如红菲绕啉(缩写为：BPhen)和浴铜灵(bathocuproin)的邻二氮杂菲衍生物(缩写为：BCP)。
因为第五层108用作电子注入层，所以希望形成于第四层107上的第五层108由具有高电子注入特性的材料形成。具体地，第五层108常由绝缘体制成的很薄的膜形成，该绝缘体为诸如LiF或CsF的碱金属卤化物、诸如CaF2的碱土金属卤化物或常使用诸如Li2O的碱金属氧化物。而且，诸如乙酰丙酮化锂碱(缩写为：Li(acac))或8-喹啉醇-锂(缩写为：Liq)的金属络合物也是有效的。另外，第五层108可包括苯并唑的衍生物或诸如氧化钼(MoOx)、氧化钒(VOx)、氧化钌(RuOx)或氧化钨(WOx)的金属氧化物，上述氧化物具有选自由碱金属、碱土金属和过渡金属构成的组中的一种或多种材料。
在具有上述结构的发光元件中，通过施加阳极101和阴极103之间的电压和通过供给电致发光层102中的正向偏压的电流，光从第三层106产生。因此，可以从阳极101侧提取光。注意到电致发光层102不总是必须包括所有的这些第一至第五层。在本发明中，电致发光层至少包括发光层以及电子传输层和电子注入层中的一种。另外，不仅可以从第三层106而且可以从其它层获得光。
依赖于光的颜色，磷光材料能够使驱动电压比发光材料的低且能够提供比发光材料高的可靠性。从而，当使用对应三基色中每一色的发光元件进行全色显示时，可以将使用发光材料的发光元件和使用磷光材料的发光元件结合以便使得该变差程度与三基色中的发光元件的变差程度相同。
接下来，说明其中可以从阴极侧提取光的发光元件的结构。图4B示出通过本发明获得的发光元件，其具有形成于基板110之上的阳极111、形成于阳极111上的电致发光层112和形成于电致发光层112上的阴极113。
阳极111可以由单层、两层、三层等形成，其中单层包括选自由TiN、ZrN、Ti、W、Ni、Pt、Cr、Ag等构成的组中的一种或多种元素，两层通过层叠氮化钛膜和主要包括铝的膜形成，三层通过层叠氮化钛膜、主要包括铝的膜和氮化钛膜形成。而且，阳极111可以通过层叠使用ITO的导电的光传输氧化层、包括氧化硅的氧化铟锡(下文称作ITSO)、IZO等以及能够反射光的上述单层、两层和三层中的任何一层上的势垒层。在图4B中，通过从基板110侧依序层叠Al-Si层114、Ti层115、导电的光传输氧化层116和势垒层117形成阳极111。
导电的光传输氧化层116由导电的光传输氧化物材料和氧化硅形成。势垒层117由氧化硅形成或由导电的光传输氧化物材料和氧化硅形成。势垒层117中的硅的密度比导电的光传输氧化层116中的高。
阴极103具有光传输特性。具体地，阴极103可以由选自由氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、氧化铟锌(IZO)、掺杂镓的氧化锌(GZO)等构成的组中的导电的光传输氧化物材料形成或可以由氧化硅和导电的光传输氧化物材料形成。在这种情况下，希望在电致发光层中提供电子注入层以接触阴极103。
阴极103可以由金属、合金、导电的化学化合物或这些的混合物形成，其中其每一种都具有低的功函数和具有可以传输光的这种程度的厚度。具体地，阴极103可以由大约5至30nm厚度的诸如Li或Cs的碱金属、诸如Mg、Ca或Sr的碱土金属、包括这些诸如Mg:Ag或Al:Li的合金或诸如Yb或Er的稀土金属形成。在提供电子注入层的情况下，阴极103可以由其它导电层形成，诸如能够传输光这种程度厚度的Al膜。在形成能够传输光的这种程度厚度的阴极103的情况下，为了抑制阴极的薄层电阻，可以由阴极上的导电的光传输氧化物材料形成导电的光传输氧化层。
电致发光层112可以具有与图4A中示出的电致发光层102相同的结构。然而，当用作阴极的材料的功函数不够低时，希望提供电子注入层。
接下来，详细地说明本发明的发光器件的制造方法。本发明实施例模式说明了其中在同一基板之上制造n沟道TFT和p沟道TFT的例子。
如图5A所示，在基板201上形成基膜202。对于基板201，可以使用诸如硼硅酸钡玻璃或硼硅酸铝玻璃、石英、陶瓷基板等的玻璃基板。另外，可以在表面之上形成硅基板或包括具有绝缘膜的不锈钢基板的金属基板。就耐热而言，虽然由诸如塑料的柔性合成树脂制成的基板倾向于比上述基板差，但当基板能够耐受制造工艺中产生的热时，可以使用由柔性合成树脂制成的基板。
为了防止在基板201中诸如碱土金属或包括Na的碱金属扩散到半导体膜中和防止在诸如TFT的半导体元件特性方面产生的不利影响，提供了基膜202。因此，基膜由诸如氧化硅、氮化硅或氮氧化硅的绝缘膜形成，其能够抑制碱土金属和碱金属扩散到半导体膜中。在本实施例模式中，通过等离子体CVD方法形成10至400nm(优选50至300nm)厚度的氮氧化硅膜。
基膜202可以是通过层叠单层或多层绝缘膜形成的多层。在使用包括以任何方式的碱金属或碱土金属的基板诸如玻璃基板、不锈钢基板或塑料基板的情况下，有效的是在防止杂质扩散方面提供基膜。当杂质的扩散没有引起任何显著的影响时，例如当使用石英基板时，不总是必须提供基膜。
接下来，在基膜202上形成25至100nm(优选30至60nm)厚度的用作有源层的岛状半导体膜203和204。岛状半导体膜203和204可以是非晶半导体、半非晶半导体(微晶半导体)或多晶半导体。另外，硅和锗化硅都可以用作半导体。当使用锗化硅时，优选锗的密度在0.01至4.5原子％的范围内。
在使用多晶半导体的情况下，可以形成非晶半导体然后通过公知的结晶化方法使非晶半导体结晶化。对于公知的结晶化方法，给出通过使用加热器加热的结晶化方法、通过激光照射的结晶化方法、使用催化剂金属的结晶化方法或使用红外光的结晶化方法等。
当使用通过激光照射的结晶化方法时，可以使用脉冲或连续波准分子激光器、YAG激光器、YVO4激光器等。例如，当使用YAG激光器时，优选使用二次谐波，其容易被吸收于半导体膜中。将脉冲重复率设定在30至300kHz的范围内，将能量密度设定在300至600mJ/cm2的范围(通常在350至500mJ/cm2的范围内)内，并可以确定扫描速度以便可以将几次发射照射到任意点。
接下来，通过使用岛状半导体膜203和204形成TFT。尽管在该实施例模式中使用如图5B所示的岛状半导体膜203和204形成了顶栅型TFT205和206，但是TFT的结构并不限于此，且TFT可以为底栅型。
具体地，形成栅极绝缘膜207使得覆盖岛状半导体膜203和204。接下来，在栅极绝缘膜207上形成导电膜并构图，由此形成栅极电极208和209。随后，以使用栅极电极208和209作掩模或使用形成并构图的抗蚀剂作掩模，将赋予(imparting)n型或p型的杂质添加到岛状半导体膜203和204的方式形成源区、漏区、LDD区等。注意到，在本实施例模式中TFT 205为n型，TFT 206为p型。
注意到，栅极绝缘膜207可以通过等离子体CVD方法、溅射方法等由氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等形成。在通过等离子体CVD方法使用氧化硅形成栅极绝缘膜的情况下，可以在使用TEOS(原硅酸四乙酯)和O2的混合气体、反应压力为40Pa、基板温度范围为300至400℃且在高频(13.56MHz)处电荷密度范围在0.5至0.8W/cm2的条件下形成栅极绝缘膜。
可以由氮化铝形成栅极绝缘膜207。氮化铝的热电导率相对较高且因此可以有效地扩散TFT中产生的热量。可以以在形成氧化硅、氮氧化硅或不包括铝之类的物质之后在其上形成氮化铝的方式形成栅极绝缘膜。
上述工艺可以形成n沟道TFT 205和p沟道TFT 206，用于控制供给发光元件的电流。TFT的制造方法并不限于上述的方法。可以通过小滴放电(dropletdischarging)方法形成栅极电极和布线。
接下来，形成钝化膜210使得覆盖TFT 205和206。钝化膜210可以由大约100至200nm的厚度包括硅诸如氧化硅、氮化硅或氮氧化硅的绝缘膜形成。
接下来，进行热处理以激活添加到岛状半导体膜203和204中的杂质元素。可以通过使用退火炉热退火的方法、激光退火方法或快速热退火(RTA)方法进行该处理。例如，当热退火方法用于激活杂质元素时，在其中氧气密度为1ppm或更小优选0.1ppm或更小、在400至700℃的温度范围(优选500至600℃)的氮气氛下进行热处理。而且，在包括3至100％范围的氢的气氛下在温度范围为300至450℃处进行其它热处理达1至12小时以使岛状半导体膜氢化。该工艺通过热激活的氢使悬挂键终止。作为另一种用于氢化的方式可以进行等离子体氢化(使用激活的氢为等离子体)。在形成钝化膜210之前可以进行激活工艺。
接下来，形成第一层间绝缘膜211和第二层间绝缘膜212以覆盖钝化膜210，如图5C所示。第一层间绝缘膜211可以由有机树脂膜、无机树脂膜、由选自硅氧烷基材料制成的包括Si-O键和Si-CHX键的绝缘膜等形成。在本实施例模式中使用选自硅氧烷基的材料形成绝缘膜。对于第二层间绝缘膜212，与其它的绝缘膜相比，使用难以传输用于提升诸如湿气或氧气使发光元件变坏的材料的膜。通常使用通过RF溅射方法形成的氮化硅膜。而且，也可以使用类金刚石的碳(diamond-like-carbon)(DLC)膜、氮化铝膜等。
随后，蚀刻钝化膜210、第一层间绝缘膜211和第二层间绝缘膜212来形成接触孔。接下来，形成与岛状半导体膜203和204接触的布线213至216。
接下来，形成导电的光传输氧化层217以覆盖第二层间绝缘膜212和布线213至216。在本实施例模式中，通过溅射方法由ITSO形成导电的光传输氧化层217。ITSO和包括氧化硅的氧化铟都可以用作导电的光传输氧化层217，其中氧化硅混合有2至20％范围氧化锌(ZnO)。
在使用ITSO的情况下，可以使用包括2至10wt.％范围的氧化硅的ITO作为靶。具体地，在使用包括85wt.％的In2O3、10wt.％的SnO2和5wt.％的SiO2的靶、Ar的流速为50sccm、O2的流速为3sccm、溅射压力为0.4Pa、溅射电功率为1Kw和形成膜速度为30nm/min的条件下，形成105nm厚的导电的光传输氧化层217。
在本实施例模式中，在导电的光传输氧化层217上形成具有Si的密度比导电的光传输氧化层217高的势垒层218。具体地，通过使用包括83wt.％的In2O3、7wt.％的SnO2和10wt.％的SiO2的靶通过溅射方法形成5nm厚的势垒层218。
注意到，在形成势垒层218之前，可以通过CMP方法抛光或通过使用属于聚乙烯酒精族的多孔主体清洗导电的光传输氧化层217的表面，以使导电的光传输氧化层217的表面变平。
可以通过从导电的光传输氧化层的表面选择地移除导电的光传输氧化物材料并通过提高添加的硅的密度来形成势垒层。在该情况下，可以在构图导电的光传输氧化层之后或在形成间隔墙(partition wall)之后形成势垒层。
接下来，如图6A中所示，通过构图导电的光传输氧化层217和势垒层218形成连接布线216的阳极219。附图标记220表示构图的光传输层，附图标记221表示构图的势垒层。
在第二层间绝缘膜212上形成间隔墙222。有机树脂膜、无机绝缘膜、由选自硅氧烷基材料制成的包括Si-O键和Si-CHX键的绝缘膜等可以用作间隔墙222。形成间隔墙222使得覆盖阳极219的边界部分并且具有在与阳极219交迭的区域中的开口。优选，使势垒222的开口的边界部分环绕以便防止其后钻孔形成的电致发光层。更具体地，希望在开口边界处的势垒222的剖面具有在大约0.2到2μm的范围变动的曲率半径。
图6A示出了使用正光敏丙烯酸树脂作为势垒222的例子。在光敏有机树脂中，有移除其中在诸如光、电子、离子等的能量曝光的区域的正型和没有移除其中曝光的区域的负型。本发明可以使用负的有机树脂。而且，可以使用光敏聚酰亚胺形成势垒222。在使用负的丙烯酸形成势垒222的情况下，开口形状的边界部分象字母S。在这场合，希望开口的上部和下部中的曲率半径在0.2至2μm的范围内。
具有上述的结构，可以提高电致发光层和其后形成的阴极的覆盖范围且能够防止电致发光层钻孔(boring)。结果，防止了阳极219和阴极短路。而且，当电致发光层的应力减缓时，能够降低其中发光区减少所引起的称为收缩的缺陷并增强了可靠性。
接下来，为了移除在势垒222和阳极219上吸收的湿气、氧气等，在形成电致发光层之前，在大气下进行热处理或在真空气氛下进行热处理(真空退火)。具体地，在真空气氛下，在基板温度从200至450℃优选250至300℃的范围下进行热处理大约0.5至20小时。希望压力设定为3×10-7乇或更小，如果可能的话最希望压力设定为3×10-8乇或更小。当在真空气氛下进行热处理后形成电致发光层时，通过保持基板在真空气氛下直至恰好在形成电致发光层之前能够进一步增强可靠性。在真空退火之前或之后可以用紫外线照射阳极219。
接下来，如图6B中所示，在阳极219上形成电致发光层223。电致发光层223包括一层或多层且每层都包括有机材料和无机材料。关于图4A和4B的上述说明涉及的是电致发光层223的详细结构。随后，形成阴极224使得覆盖电致发光层223。阳极219、电致发光层223和阴极224与势垒222的开口相交迭。其中这些交迭的区域对应于发光元件225。
在形成发光元件225后，可以在阴极224上形成保护膜。与其它用作保护膜的绝缘膜以及第二层间绝缘膜212相比，该保护膜难以传输促进发光元件的变差诸如湿气或氧气的材料。通常，希望使用通过RF溅射方法等形成的DLC膜、氮化碳膜、氮化硅膜。而且，可以层叠难以传输湿气或氧气的上述的膜和比上述的膜更容易传输湿气或氧气的膜并用作保护膜。
虽然图6B示出了其中从发光元件发出的光照射到基板201侧的结构，但是发光元件可以具有其中光发射到基板相对侧的结构。
注意到，在获得了如图6B示出的发光器件后，优选使用保护膜(层叠的膜、紫外线可固化树脂膜等)或高气密且几乎不除气(degasses)的光传输覆盖构件封装(封入)发光器件。当覆盖构件的内部填充有惰性气氛或在该覆盖构件中设置了具有吸收湿气特性的材料时，增强了发光元件的可靠性。
用于制造本发明的发光器件的方法并不限于上述示出的那些。本实施例模式仅说明了本发明的制造方法的一个例子，且在本发明的范围内可以进行各种改变。
[实施例1]
本实施例说明了通过本发明的制造方法获得的发光器件的像素的例子。
图8是在本发明实施例中说明的发光器件的剖面图。在图8中，在基板7000之上形成晶体管7001至7003。通过第一层间绝缘膜7004覆盖晶体管7001至7003。在第一层间绝缘膜7004上形成穿过接触孔连接晶体管7001至7003的布线7005至7007。
在第一层间绝缘膜7004之上层叠第二层间绝缘膜7008和第三层间绝缘膜7009以便覆盖布线7005至7007。注意到，有机树脂膜、无机绝缘膜、由选自硅氧烷基材料制成的包括Si-O键和Si-CHX键的绝缘膜等可以用作第一层间绝缘膜7004和第二层间绝缘膜7008的材料。在本实施例中，使用非光敏的丙烯酸。与其它的绝缘膜相比，使用难以传输用于提升诸如湿气或氧气使发光元件变坏的材料的膜用作第三层间绝缘膜7009的材料。通常，希望使用通过RF溅射方法等形成的DLC膜、氮化碳膜、氮化硅膜。
在第三层间绝缘膜7009上形成穿过接触孔电连接布线7005至7007的布线7010至7012。布线7010至7012由穿过光不能传输的材料形成。在布线7010至7012之上层叠导电的光传输氧化层7013至7015和势垒层7016至7018。布线7010至7012、导电的光传输氧化层7013至7015和势垒层7016至7018中一部分形成阳极7019至7021。
在图8中，因为以不同的层形成直接连接TFT的阳极7019至7021和布线7010至7012，所以能够放大阳极7019至7021的布图的面积尺寸(squaremeasure)且由此放大了获得来自发光元件的光的区域。
而且，在第三层间绝缘膜7009上使用由选自硅氧烷基材料制成的包括Si-O键和Si-CHX键的绝缘膜、有机树脂膜、无机绝缘膜等形成势垒7040。势垒7040具有开口，在开口中通过交迭阳极7019至7021、电致发光层7022至7024和阴极7025形成发光元件7026至7028。电致发光层7022至7024具有其中层叠多层的结构。阴极7025由光可以传输穿过的材料或以光传输这种程度的厚度形成。可以在势垒7040和阴极7025之上形成保护膜。
附图标记7030表示用于密封发光元件7026至7028的光传输覆盖构件。在覆盖构件7030上形成用于阻挡可见光的具有阻挡膜(blocking film)7031和具有对应每种颜色的像素的显色层7032至7034的滤色片。在图8中，在从发光元件7026发出的光中的红色波长区中的光选择性地穿过显色层(coloring layer)7032传输。在从发光元件7027发出的光中的绿色波长区中的光选择性地穿过显色层7033传输。在从发光元件7028发出的光中的蓝色波长区中的光选择性地穿过显色层7034传输。
在图8中，以在树脂中扩散黑色颜料和干燥剂的方式形成阻挡膜7031。具有上述的结构，可以防止发光元件变差。
在发光元件7026和7027之间以及在发光元件7027和7028之间提供阻挡膜7031。阻挡膜7031防止了发光元件中产生的光穿过邻接像素的显色层传输。
尽管图8说明了电致发光层7022至7024，其每一层包括在对应每种颜色的每个像素中的不同的电致发光材料或具有不同元件结构，但本发明并不限于此。可以使用每层包括在至少对应两种颜色的像素中的包括不同的电致发光材料或具有不同元件结构的电致发光层。
即使从每个发光元件发出的光的色纯度在某些程度上低，滤色片也能够增强从像素提取的光的色纯度。与其它波长区中相比，希望从发光元件发出的光的光谱在相应颜色的波长区中具有相对高的峰值。例如，在红色像素的情况下，优选从发光元件发出的光的光谱在红色波长区中具有相对高的峰值。具有上述的结构，在各种颜色的每个像素中可以抑制被阻挡的(blocked)光的量。因此，与使用白色的发光元件的情况相比，可以有效地提取光。
在覆盖构件7030和基板7000之间形成的气密空间填充有惰性气体或树脂或在空间中设置具有吸收湿气特性的材料(诸如氧化钡)。
尽管在图8中的覆盖构件上提供了滤色片，但本发明并不限于该结构。例如，通过小滴放电方法等可以形成显色层使得与发光元件交迭。在该情况下，可以使用树脂取代覆盖构件。当使用树脂密封发光元件时，与提供了覆盖构件的情况相比，能够增强光的提取效率。
注意到，通过上述的制造方法和通过公知的方法可以制造本发明的发光器件。
[实施例2]
参考图9A至9C，本实施例说明了通过本发明制造的发光器件的像素的电路图。图9A是像素的等效电路图，示出了信号线6114、电源线6115和6117、扫描线6116、发光元件6113、用于控制视频信号到像素中的输入的TFT 6110、用于控制发光元件6113的两个电极之间流过的电流值的TFT 6111和用于保持TFT 6111的栅极和源极之间的电压的电容元件6112。尽管图5B示出了电容元件6112，但是当TFT 6111的栅极电容或其它寄生电容足够时，不需电容元件6112。
图9B是具有其中在图9A中示出的像素中新提供TFT 6118和扫描线6119的结构的像素电路。TFT 6118能够促成其中在发光元件6113中电流没有流动的情形。因此，可以同时或恰在没有等待信号写入所有像素的写入周期开始之后开始发光周期。因此，增加了占空比且特别地能够改善移动图像的显示。
图9C是其中在图9B中示出的像素中提供TFT 6125和布线6126的像素电路。在该结构中，TFT 6125的栅极电极连接到电位保持恒定的布线6126以便固定该栅极电极的电位且TFT 6125在饱和区工作。通过TFT 6110将用于传送像素的发光或不发光信息的视频信号输入到TFT 6111的栅极电极中，其中TFT6111串联连接TFT 6125并在线性区工作。由于在线性区工作的TFT 6111的源极和漏极之间的电压值低，所以TFT 6111的源极和漏极之间的电压的微小波动不会影响在发光元件6113中流动的电流值。因此，在发光元件6113中流动的电流值由在饱和区中工作的TFT 6125确定。在具有上述结构的本发明中，通过改善发光元件6113由于TFT 6125的特性中的变化引起的不均匀发光能够增强图像的质量。当TFT 6125的沟道长为L1及其沟道宽度为W1，TFT 6111的沟道长为L2及其沟道宽为W2时，优选满足L1/W1∶L2/W2＝5至6000∶1。而且，在制造步骤中优选两个TFT具有相同的导电类型。对于TFT 6125，可以使用增强型和耗尽型两种类型。
在通过本发明形成的发光元件中可以使用模拟视频信号和数字视频信号中之一。在数字视频信号中，有使用电压的视频信号和使用电流的视频信号。换句话说，当发光元件发光时，输入到像素中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，施加到发光元件的电压或在发光元件中流动的电流是恒定的。换句话说，当视频信号使用恒定电流时，施加到发光元件的电压或在发光元件中流动的电流是恒定的。其中施加到发光元件的恒定电压的前者称作恒定电压驱动，而其中在发光元件中流动的恒定电流的后者称为恒定电流驱动。恒定电流在由恒定电流驱动的发光元件中流动而没有受到通过发光元件的电阻的改变引起的影响。在发光器件和其驱动方法中可以使用恒定电压的视频信号或者使用恒定电流的视频信号。而且，本发明的发光器件可以使用由恒定电压驱动或者由恒定电流驱动。本实施例可以将实施例模式和其它实施例自由结合。
[实施例3]
参考图10A至10F，本实施例说明了通过本发明制造的发光器件的结构。图10A是发光器件的顶视图，用于说明在基板6200之上具有像素部分6201、信号线驱动电路6202和扫描线驱动电路6203的发光器件的概念。附图标记6204表示用于供给基板6200之上形成的各个电路的电源电位或信号的输入端子。附图标记6205至6207表示用于防止半导体元件受由于信号噪声、静电等引起的损伤的保护电路。不必总是提供所有的保护电路6205至6207并且可以提供它们之间的任意一种或多种保护电路。
尽管在形成像素部分6201的基板6200之上形成信号线驱动电路6202和扫描线驱动电路6203，但本发明并不限于该结构。例如，当非晶半导体或微晶半导体用作用于形成像素部分6201的半导体元件时，分开形成的信号线驱动电路6202和扫描线驱动电路6203通过诸如COG方法或TAB方法的公知方法可以安装于基板6200上。当微晶半导体用作用于形成像素部分6201的半导体元件时，在相同基板之上扫描线驱动电路和像素部分可以由微晶半导体形成，且信号线驱动电路可以安装于该基板上。而且，部分扫描线驱动电路或部分信号线驱动电路与相同基板之上的像素部分一起形成，且其余部分的扫描线驱动电路或其余部分的信号线驱动电路可以安装于该基板上。换句话说，有各种方式形成驱动电路和本发明中能够使用的任意结构。
接着，说明在通过本发明制造的发光器件中使用的保护电路6205至6207的例子。通过选自由TFT、二极管、电阻元件、电容元件等构成的组中的一种或多种半导体元件形成保护电路。以下说明了几种保护电路的结构和它们的工作。
首先，参考图10B中的等效电路图说明在基板之上形成的输入端子和各个电路之间提供的保护申路6205的结构。图10B中示出的保护电路具有p沟道TFT 7220和7230、电容元件7210和7240以及电阻元件7250。电阻元件7250有两个端子。将自输入端子给出的输入电位Vin加到一个端子，并将低电源电位VSS加到另一端子。当没有将Vin加到输入端子时，为了将布线电位降低到VSS提供了电阻元件7250，并设定电阻元件7250的阻值比布线的阻值高。
根据栅极和源极之间的电压关系，当Vin比高的电源电位VDD高时，TFT7220导通而TFT 7230断开。然后，经过TFT 7220将VDD加到布线。因此，即使由于噪声等Vin变得比VDD高，加到布线的电位也不会变得比VDD高。另一方面，根据栅极和源极之间的电压关系，当Vin比VSS低时，TFT 7220断开而TFT 7230导通。然后，VSS加到布线。因此，即使由于噪声等Vin变得比VSS低，加到布线的电位也不会变得比VSS低。而且，通过电容元件7210和7240能够降低在自输入端子的电位中的脉冲噪声，并在某种程度上能够抑制由于噪声引起的电位的突然改变。
具有上述结构中的保护电路的配置，布线的电位保持在VSS和VDD之间，且能够保护以下线路中的电路不受在该范围之外的极高或极低的电位的影响。而且，通过在输入信号的输入端子中提供保护电路，当没有输入信号时信号加到所有布线的电位能够保持恒定(这里为VSS)。换句话说，当没有输入信号时，保护电路具有使布线短路的短路环的功能。因此，能够防止由于布线之间的电位差所引起的静电损伤。而且，由于当输入信号时电阻元件7250的阻值足够高，所以加到布线的信号没有受到VSS的影响。
图10C是其中使用整流二极管7260和7270代替p沟道TFT 7220和7230的保护电路的等效电路图。图10D是其中使用TFT 7350、7360、7370和7380代替p沟道TFT 7220和7230的保护电路的等效电路图。
对于具有不同于上述的结构的保护电路，给出了图10E和10F中示出的保护电路。图10E中示出的保护电路具有电阻7280、7290和n沟道TFT 7300。图10F中示出的保护电路具有电阻7280和7290、p沟道TFT 7310以及n沟道TFT 7320。在图10E和10F的两种结构中，布线等连接至端子7330，且当该布线的电位等突然改变时，通过导通n沟道TFT 7300或通过导通p沟道TFT 7310和n沟道TFT 7320使电流在从端子7330到端子7340的方向中流动。因此，能够减缓连接至端子7330的电位的突然改变并防止半导体元件变差或受到损伤。优选，保护电路的半导体元件由电阻优良的非晶半导体形成。本发明能够与上述实施例模式自由结合。
注意到，信号线驱动电路6202和像素部分6201通过信号线连接，且保护电路6206能够防止信号线的电位受由于噪声或静电的突然改变所引起的损伤。扫描线驱动电路6203和像素部分6201通过扫描线连接，且保护电路6207能够防止扫描线的电位受由于噪声或静电的突然改变所引起的损伤。保护电路6206和6207具有图10B至10F中任意一个中示出的电路结构以及保护电路6205。
[实施例4]
参考图11A和11B，本实施例说明了一种面板，其是通过本发明制造的发光器件的例子。图11A是面板的顶视图，其中通过基板和覆盖构件之间的密封材料密封在基板之上形成的晶体管和发光元件。图11B是沿着图11A中的A-A′截取的侧视图。
提供密封材料4005使得其围绕所有都形成于基板4001之上的像素部分4002、信号线驱动电路4003和扫描线驱动电路4004。而且，在像素部分4002、信号线驱动电路4003和扫描线驱动电路4004之上提供了覆盖构件4006。因此，像素部分4002、信号线驱动电路4003和扫描线驱动电路4004通过基板4001、密封材料4005和覆盖构件4006用填充材料4007密封。
所有都形成于基板4001之上的像素部分4002、信号线驱动电路4003和扫描线驱动电路4004具有多个晶体管，且图11B示出了信号线驱动电路4003中的晶体管4008和4009以及像素部分4002中的晶体管4010。
附图标记4011表示电连接至晶体管4010的发光元件。
引线布线4014是用于供给像素部分4002、信号线驱动电路4003和扫描线驱动电路4004的信号或电源电压的布线。引线布线4014通过引线布线4015连接至连接端子4016。连接端子4016通过各向异性的导电膜4019电连接至FPC4018中的端子。
对于基板4001，不仅可以使用玻璃、金属(通常为不锈钢)和陶瓷，还可以使用以塑料为代表的柔性材料。对于塑料，可以使用FRP(玻璃纤维增强塑料)片、PVF(聚氟乙烯)膜、密拉薄膜、聚酯薄膜或丙烯酸树脂薄膜。而且，可以使用其中通过PVF膜或密拉薄膜将铝箔夹在中间的片。覆盖构件4006由诸如玻璃板、塑料板、聚酯薄膜或丙烯酸树脂薄膜的光传输材料形成。
对于填充材料4007，不但可以使用诸如氮或氩的惰性气体而且可以使用紫外线可固化的树脂或热塑树脂。例如，可以使用PVC(聚氯乙烯)、丙烯酸、聚酰亚胺、环氧树脂、硅树脂、PVB(聚乙烯醇缩丁醛)或EVA(乙烯醋酸乙烯酯)。在本实施例中使用氮作为填充材料。
可以将填充材料4007暴露到具有吸收湿气特性的材料(优选氧化钡)或能够吸收氧的材料。
[实施例5]
在本发明中的发光器件中，虽然功耗低，但外量子效率高，且可以增强图像的对比度。因此，即使当外面的光诸如阳光照射时，当抑制功耗时也可以显示清晰的图像，且由此本发明的发光器件具有在任意位置可以使用的有利效果。为此，本发明不仅适合于电视而且适合于移动电子设备。
具体地，对于使用本发明的发光器件的电子设备，有摄影机、数字照相机、护目镜型显示器(安装头部的显示器)、导航系统和放声器件(汽车音响、组合音响等)、笔记本型个人电脑、博弈机、移动终端器件(移动电脑、移动电话、移动博弈机、电子书籍等)、配备有记录媒体的图像再现器件(具体地，用于播放诸如DVD(数字通用磁盘)的记录媒体和用于显示图像的器件)等。图12A至12C示出了这些电子设备的例子。
图12A是包括底盘2001、支架2002、显示器部分2003、扬声器部分2004、视频输入端子2005等的显示器件。本发明的发光器件可以用作显示器部分2003。由于发光器件自身发光，所以不需要背光且由此显示器部分能够制作得比液晶显示器薄。使用发光元件的显示器件包括用于显示信息的所有显示器件，诸如用于个人电脑、用于TV广播接收或显示广告的显示器件。
图12B是包括主体2201、底盘2202、显示器部分2203、键盘2204、外连接端口2205、鼠标2206等的笔记本型个人电脑。本发明的发光器件可以用作显示器部分2203。
图12C是包括主体2101、显示器部分2102、操作键2103、调制解调器2104等的个人数字助理(PDA)。可以将调制解调器2104并入到主体2102中。本发明的发光器件可以用作显示器部分2102。
如上，本发明可以以宽范围应用且可以应用到各种电子设备。另外，该实施例的电子设备可以具有实施例1至4中示出的任何结构的发光器件。
[实施例6]
在本发明的发光器件中使用的晶体管可以是使用多晶半导体的TFT或可以是使用非晶半导体或半非晶半导体的TFT。该实施例说明了使用非晶半导体或半非晶半导体形成的TFT的结构。
图7A是在驱动电路中使用的TFT的剖面图和在像素部分中使用的TFT的剖面图。附图标记1001表示在驱动电路中使用的TFT的剖面图，附图标记1002表示在像素部分中使用的TFT的剖面图，附图标记1003表示通过TFT 1002将电流供给发光元件的剖面图。TFT 1001和1002是翻转交错(inversely staggered)(底栅极型)的TFT。
驱动电路中的TFT 1001包括基板1000之上的栅极电极1010、覆盖栅极电极1010的栅绝缘膜1011和由半非晶半导体或非晶半导体形成的第一半导体膜1012，其中第一半导体膜1012与具有插入其之间的栅绝缘膜1011的栅极电极1010交迭。而且，TFT 1001具有一对用作源区或漏区的第二半导体膜1013和在第一半导体膜1012和第二半导体膜1013之间提供的第三半导体膜1014。
尽管栅绝缘膜1011由图7A中的两层绝缘膜形成，但本发明并不限于该结构。栅绝缘膜1011可以由单层或三层或更多层的绝缘膜形成。
第二半导体膜1013由非晶半导体或半非晶半导体形成，将赋予(imparting)一种导电类型的杂质添加到第二半导体膜1013中。与插入于其间形成的沟道的第一半导体膜1012中的区域相对地提供该对第二半导体膜1013。
第三半导体膜1014由非晶半导体或半非晶半导体形成。第三半导体膜1014具有与第二半导体膜1013相同的导电类型且具有比第二半导体膜1013低的导电性特性。由于第三半导体膜1014用作LDD区，所以能够减缓用作漏区的第二半导体膜1013的末端中集中的电场并能够防止热载流子效应。尽管不总是需要第三半导体膜1014，但是提供第三半导体膜1014能够提高TFT的耐压并能够增强可靠性。当TFT 1001为n型时，特别是当形成第三半导体膜1014时，第三半导体膜1014可以具有n型导电性而没有添加赋予n型的杂质。因此，当TFT 1001为n型时，赋予n型的杂质不总是必须添加到第三半导体膜1014。然而，将赋予p型导电性的杂质添加到形成有沟道的第一半导体膜，控制导电类型使得尽可能达到I型。
形成两个布线1015使其接触该对第二半导体膜1013。
在驱动电路中的TFT 1002包括基板1000之上的栅极电极1020、覆盖栅极电极1020的栅绝缘膜1011和由半非晶半导体或非晶半导体形成的第一半导体膜1022，其中第一半导体膜1022与具有插入其之间的栅绝缘膜1011的栅极电极1020交迭。而且，TFT 1002具有一对用作源区或漏区的第二半导体膜1023和在第一半导体膜1022和第二半导体膜1023之间提供的第三半导体膜1024。
第二半导体膜1023由非晶半导体或半非晶半导体形成，将赋予一种导电类型的杂质添加到第二半导体膜1023中。与插入于其间形成的沟道的第一半导体膜1022中的区域相对地提供该对第二半导体膜1023。
第三半导体膜1024由非晶半导体或半非晶半导体形成。第三半导体膜1024具有与第二半导体膜1023相同的导电类型且具有比第二半导体膜1023低的导电性特性。由于第三半导体膜1024用作LDD区，所以能够减缓用作漏区的第二半导体膜1023的末端中集中的电场并能够防止热载流子效应。尽管不总是需要第三半导体膜1024，但是提供第三半导体膜1024能够提高TFT的耐压并能够增强可靠性。当TFT 1002为n型时，特别是当形成第三半导体膜1024时，第三半导体膜1024可以具有n型导电性而没有添加赋予n型的杂质。因此，当TFT 1002为n型时，赋予n型的杂质不总是必须添加到第三半导体膜1024。然而，将赋予p型导电性的杂质添加到形成沟道的第一半导体膜，控制导电类型使得尽可能达到I型。
而且，形成布线1025使其接触该对第二半导体膜1023。
另外，第一钝化膜1040和第二钝化膜1041由绝缘膜形成，以便覆盖TFT1001和1002以及布线1015和1025。覆盖TFT 1001和1002的钝化膜不仅可以是两层而且可以是单层或三层或更多层。例如，第一钝化膜1040可以由氮化硅形成，第二钝化膜1041可以由氧化硅形成。当钝化膜由氮化硅或氮氧化硅形成时，能够防止TFT 1001和1002受由于湿气或氧气而引起的变差。
布线1025中之一连接发光元件1003的阳极1030。而且，在阳极1030上接触形成电致发光层1031，在电致发光层1031上接触形成阴极1032。
阳极1030具有导电的光传输氧化层1030a和势垒层1030b，且势垒层1030b接触电致发光层1031。
接着，说明与图7A中示出的TFT不同的本发明的发光器件中的TFT的另一例子。图7B是在驱动电路中使用的TFT的剖面图和在像素部分中使用的TFT的剖面图。附图标记1101表示在驱动电路中使用的TFT的剖面图，附图标记1102表示在像素部分中使用的TFT的剖面图，附图标记1103表示通过TFT 1102将电流供给发光元件的剖面图。
驱动电路中的TFT 1101和像素部分中的TFT 1102分别包括基板1000之上的栅极电极1110和1120、覆盖栅极电极1110和1120的栅绝缘膜1111和由半非晶半导体或非晶半导体形成的第一半导体膜1112和1122，其中第一半导体膜1112与具有插入其之间的栅绝缘膜1111的栅极电极1110和1120交迭。沟道保护膜1133和1134由绝缘膜形成以便覆盖第一半导体膜1112和1122的沟道形成区。为了防止第一半导体膜1112和1122的沟道形成区受在用于制造TFT 1101和1102的工艺中的蚀刻的影响，提供了沟道保护膜1133和1134。而且，TFT 1101具有一对第二半导体膜1113并具有在第一半导体膜1112和第二半导体膜1113之间提供的第三半导体膜1114。TFT 1102具有一对第二半导体膜1123并具有在第一半导体膜1122和第二半导体膜1123之间提供的第三半导体膜1124。
尽管栅绝缘膜1111由图7B中的两层绝缘膜形成，但本发明并不限于该结构。栅绝缘膜1111可以由单层或三层或更多层的绝缘膜形成。
第二半导体膜1113和1123由非晶半导体或半非晶半导体形成，将赋予一种导电类型的杂质添加到第二半导体膜1113和1123中。与插入于其间形成的沟道的第一半导体膜1112和1122中的区域相对地形成该各对第二半导体膜1113和1123。
第三半导体膜1114和1124由非晶半导体或半非晶半导体形成。第三半导体膜1114和1124具有与第二半导体膜1113和1123相同的导电类型且具有比第二半导体膜1113和1123低的导电性特性。由于第三半导体膜1114和1124用作LDD区，所以能够减缓用作漏区的第二半导体膜1113和1123的末端中集中的电场并能够防止热载流子效应。尽管不总是需要第三半导体膜1114和1124，但是提供第三半导体膜1114和1124能够提高TFT的耐压并能够增强可靠性。当TFT 1101和1102为n型时，特别是当形成第三半导体膜1114和1124时，第三半导体膜1114和1124可以具有n型导电性而没有添加赋予n型的杂质。因此，当TFT 1101和1102为n型时，赋予n型的杂质不总是必须添加到第三半导体膜1114和1124。然而，将赋予p型导电性的杂质添加到形成沟道的第一半导体膜，控制导电性的类型使得尽可能达到I型。
形成两个布线1115使其接触该对第二半导体膜1113，形成两个布线1125接触该对第二半导体膜1123。
第一钝化膜1140由绝缘膜形成使得覆盖TFT 1101和布线1115。第二钝化膜1141由绝缘膜形成使得覆盖TFT 1101和布线1125。覆盖TFT 1101和1102的钝化膜不仅可以是两层而且可以是单层或三层或更多层。例如，第一钝化膜1140可以由氮化硅形成，第二钝化膜1141可以由氧化硅形成。当钝化膜由氮化硅或氮氧化硅形成时，能够防止TFT 1101和1102不受由于湿气或氧气而引起的变差。
布线1125中之一连接发光元件1103的阳极1130。而且，在阳极1130上接触形成电致发光层1131，在电致发光层1131上接触形成阴极1132。
阳极1130具有导电的光传输氧化层1130a和势垒层1130b，且势垒层1130b接触电致发光层1134。
尽管本实施例说明了使用通过非晶半导体或半非晶半导体形成的TFT在相同的基板之上形成发光器件的驱动电路和像素部分的例子，但本发明并不限于此。可以通过使用非晶半导体或半非晶半导体的TFT在基板之上形成像素部分，且将分开形成的驱动电路粘贴到形成有像素部分的基板。
而且，可以通过小滴放电放电方法形成栅极电极和布线。图13A示出了通过例如小滴放电方法形成的像素的剖面图。在图13A中，附图标记1201表示电连接至发光元件1202的底栅极TFT。TFT 1201具有栅极电极1203、形成于栅极电极1203上的栅绝缘膜1204、形成于栅绝缘膜1204上的第一半导体膜1205和形成于第一半导体膜1205上的第二半导体膜1206。注意到，第一半导体膜1205用作沟道形成区。将赋予导电类型的杂质添加到第二半导体膜1206，其用作源区或漏区。
形成布线1208接触第二半导体膜1206，且在发光元件1202中布线1208连接阳极1209。另外，发光元件1202中具有阳极1209、形成于阳极1209上的电致发光层1210和形成于电致发光层1210上的阴极1211。阳极1209具有导电的光传输氧化层1209a和势垒层1209b。
在图13A中示出的发光器件中，通过小滴放电方法可以形成栅极电极1203、布线1208、阳极1209、电致发光层1210、用于构图的掩模等。
图13B示出了通过例如小滴放电方法形成的像素的剖面图。在图13B中，为了防止第一半导体膜1221在构图第二半导体膜1222和布线1223时受蚀刻，在底栅极型TFT 1220的第一半导体膜1221上形成绝缘膜(蚀刻阻塞物)1224。
[实施例7]
本实施例说明了绝缘膜和形成于绝缘膜上的阳极的结合。
图14A示出了发光元件的电流效率η(cd/A)与亮度L(cd/m2)的测量值的关系，其中绝缘膜由氮氧化硅形成，且其中阳极由使用在绝缘膜上包括5wt.％氧化硅的ITSO形成。便于比较，图14A也示出了发光元件的电流效率η(cd/A)与亮度L(cd/m2)的测量值的关系，其中绝缘膜由氮氧化硅形成，且其中阳极使用绝缘膜上的ITO形成。
在图14A中示出的测量中使用的样品具有如下结构：其中在包括由选自硅氧烷基材料制成的Si-O键和Si-CHX键具有0.8μm厚的其它绝缘膜上形成使用氮氧化硅的绝缘膜。通过CVD方法以100nm的厚度形成使用氮氧化硅的绝缘膜。
如图14A中所示，已确定使用ITSO作为阳极的样品具有比使用ITO作为阳极的样品高的电流效率。
接着，图14B示出了发光元件的电流效率η(cd/A)与亮度L(cd/m2)的测量值的关系，其中绝缘膜由氮氧化硅形成，且其中阳极由使用在绝缘膜上包括5wt.％氧化硅的ITSO形成。便于比较，图14B也示出了发光元件的电流效率η(cd/A)与亮度L(cd/m2)的测量值的关系，其中绝缘膜由氮氧化硅形成，且其中阳极使用绝缘膜上的ITO形成。
在图14B示出的测量中使用的样品具有其中在包括丙烯酸具有0.8μm厚度的其它绝缘膜上形成使用氮化硅的绝缘膜的结构。通过溅射方法形成使用氮化硅的厚100nm的绝缘膜。
如图14B中所示，已确定使用ITSO作为阳极的样品具有比使用ITO作为阳极以及图14A的样品高的电流效率。
接着，图14C示出了发光元件的电流效率η(cd/A)与亮度L(cd/m2)的测量值的关系，其中绝缘膜由氮氧化硅形成，且其中阳极由使用在绝缘膜上包括5wt.％氧化硅的ITSO形成。便于比较，图14C也示出了发光元件的电流效率η(cd/A)与亮度L(cd/m2)的测量值的关系，其中绝缘膜由氮氧化硅形成，且其中阳极使用绝缘膜上的ITO形成。
在图14C示出的测量中使用的样品中，使用氧化硅形成100nm厚度的绝缘膜。
当将图14A、14B和14C作比较时，在使用ITSO作为阳极的情况下，应理解的是：当使用氮氧化硅或氮化硅作绝缘膜时比当使用氧化硅作绝缘膜时，能够获得高的电流效率且从而能够获得高的内量子效率。
尽管图14A至图14C示出了由单层ITSO形成阳极的情况，认为通过将上述结构与本发明的结构相结合更能够增强发光器件的内量子效率。换句话说，当具有导电的光传输氧化层和势垒层的阳极、电致发光层和阴极顺序形成于包括氮化硅或氮氧化硅的绝缘膜上时，能够获得高的内量子效率。

Claims (23)

1.一种发光器件的制造方法，包括如下步骤：
形成包括导电的光传输氧化物材料和氧化硅的导电的光传输氧化层；
在导电的光传输氧化层之上形成势垒层，其中硅的密度比导电的光传输氧化层中的高；
形成具有导电的光传输氧化层和势垒层的阳极；
在真空气氛下加热阳极；
在加热的阳极之上形成电致发光层；以及
在电致发光层之上形成阴极；
其中在电致发光层和导电的光传输氧化层之间形成势垒层。
2.一种发光器件的制造方法，包括如下步骤：
通过溅射方法使用导电的光传输氧化物材料和氧化硅作靶形成导电的光传输氧化层；
通过溅射方法使用导电的光传输氧化物材料和氧化硅作靶在导电的光传输氧化层之上形成势垒层，其中硅的密度比导电的光传输氧化层中的高；
形成具有导电的光传输氧化层和势垒层的阳极；
在真空气氛下加热阳极；
在加热的阳极之上形成电致发光层；以及
在电致发光层之上形成阴极；
其中在电致发光层和导电的光传输氧化层之间形成势垒层。
3.一种发光器件的制造方法，包括如下步骤：
形成包括导电的光传输氧化物材料和氧化硅的导电的光传输氧化层；
通过移除选自导电的光传输氧化层的表层的导电的光传输氧化物材料，形成具有导电的光传输氧化层和其中硅的密度比导电的光传输氧化层中的高的势垒层的阳极，；
在真空气氛下加热阳极；
在加热的阳极之上形成电致发光层；以及
在电致发光层之上形成阴极；
其中在电致发光层和导电的光传输氧化层之间形成势垒层。
4.根据权利要求1的发光器件的制造方法，
其中导电的光传输氧化物材料为添加镓的氧化锌、氧化铟锡、氧化锌或氧化铟锌。
5.根据权利要求1的发光器件的制造方法，
其中势垒层接触都包含于电致发光层中的空穴注入层和空穴传输层中之一。
6.一种发光器件，包括：
接触绝缘膜形成的阳极；
在阳极之上形成的电致发光层；以及
在电致发光层之上形成的阴极；
其中绝缘膜包括氮和硅；
其中阳极具有接触绝缘膜的导电的光传输氧化层和具有接触电致发光层的势垒层；
其中导电的光传输氧化层和势垒层包括导电的光传输氧化物材料和氧化硅；以及
其中势垒层中的硅的密度比在导电的光传输氧化层中的高。
7.一种发光器件，包括：
第一绝缘膜；
在第一绝缘膜之上形成的第二绝缘膜；
接触第二绝缘膜形成的阳极；
在阳极之上形成的电致发光层；以及
在电致发光层之上形成的阴极；
其中第一绝缘膜由硅氧烷材料或丙烯酸形成；
其中第二绝缘膜包括氮和硅；
其中阳极具有接触绝缘膜的导电的光传输氧化层和具有接触电致发光层的势垒层；
其中导电的光传输氧化层和势垒层包括导电的光传输氧化物材料和氧化硅；以及
其中势垒层中的硅的密度比在导电的光传输氧化层中的高。
8.根据权利要求6的发光器件，
其中导电的光传输氧化物材料为添加镓的氧化锌、氧化铟锡、氧化锌或氧化铟锌。
9.根据权利要求6的发光器件，
其中势垒层接触都包含于电致发光层中的空穴注入层或空穴传输层。
10.根据权利要求2的发光器件的制造方法，
其中导电的光传输氧化物材料为添加镓的氧化锌、氧化铟锡、氧化锌或氧化铟锌。
11.根据权利要求2的发光器件的制造方法，
其中势垒层接触都包含于电致发光层中的空穴注入层和空穴传输层中之一。
12.根据权利要求3的发光器件的制造方法，
其中导电的光传输氧化物材料为添加镓的氧化锌、氧化铟锡、氧化锌或氧化铟锌。
13.根据权利要求3的发光器件的制造方法，
其中势垒层接触都包含于电致发光层中的空穴注入层和空穴传输层中之一。
14.根据权利要求7的发光器件，
其中导电的光传输氧化物材料为添加镓的氧化锌、氧化铟锡、氧化锌或氧化铟锌。
15.根据权利要求7的发光器件，
其中势垒层接触都包含于电致发光层中的空穴注入层或空穴传输层。
16.一种包括发光器件的电子设备，该发光器件包括：
接触绝缘膜形成的阳极；
在阳极之上形成的电致发光层；以及
在电致发光层之上形成的阴极；
其中绝缘膜包括氮和硅；
其中阳极具有接触绝缘膜的导电的光传输氧化层和具有接触电致发光层的势垒层；
其中导电的光传输氧化层和势垒层包括导电的光传输氧化物材料和氧化硅；以及
其中势垒层中的硅的密度比在导电的光传输氧化层中的高。
17.一种包括发光器件的电子设备，该发光器件包括：
第一绝缘膜；
在第一绝缘膜之上形成的第二绝缘膜；
接触第二绝缘膜形成的阳极；
在阳极之上形成的电致发光层；以及
在电致发光层之上形成的阴极；
其中第一绝缘膜由硅氧烷材料或丙烯酸形成；
其中第二绝缘膜包括氮和硅；
其中阳极具有接触绝缘膜的导电的光传输氧化层和具有接触电致发光层的势垒层；
其中导电的光传输氧化层和势垒层包括导电的光传输氧化物材料和氧化硅；以及
其中势垒层中的硅的密度比在导电的光传输氧化层中的高。
18.根据权利要求16的电子设备，
其中导电的光传输氧化物材料为添加镓的氧化锌、氧化铟锡、氧化锌或氧化铟锌。
19.根据权利要求16的电子设备，
其中势垒层接触都包含于电致发光层中的空穴注入层或空穴传输层。
20.根据权利要求17的电子设备，
其中导电的光传输氧化物材料为添加镓的氧化锌、氧化铟锡、氧化锌或氧化铟锌。
21.根据权利要求17的电子设备，
其中势垒层接触都包含于电致发光层中的空穴注入层或空穴传输层。
22.根据权利要求16的电子设备，
其中电子设备是选自由摄影机、数字照相机、安装头部的显示器、导航系统、放声器件、笔记本型个人电脑、博弈机、移动终端器件、图像再生器件构成的组中的一种。
23.根据权利要求17的电子设备，
其中电子设备是选自由摄影机、数字照相机、安装头部的显示器、导航系统、放声器件、笔记本型个人电脑、博弈机、移动终端器件、图像再生器件构成的组中的一种。
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