CN1741697A - 发光元件以及利用此的发光器件 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供降低起因于尘粒等的缺陷的发光元件以及其制造方法。本发明的特征之一是，一种发光元件包括：在第一电极和第二电极之间的与所述第一电极连接而设置的第一层、以及与所述第一层连接而设置的第二层，并且，在第二层和第二电极之间提供有发光层。其中，第一电极、第二电极、第一层、第二层和发光层按第一层比第二层先形成的顺序层叠形成。在此，第一层包含有机化合物，且优选是具有导电性的有机化合物。另外，第二层包含无机化合物，且优选是具有空穴传输性能。

Description

发光元件以及利用此的发光器件
技术领域
本发明属于涉及一种发光器件的技术领域，其中该发光器件在其衬底上设置有由阳极、阴极、以及夹在该阳极和阴极之间的根据被称为场致发光(Electroluminescence，下文中称为‘EL’)现象来发光的薄膜构成的元件。
背景技术
EL元件是在阳极和阴极之间形成包含有机化合物或无机化合物的薄膜或结晶，通过通电到阳极和阴极之间来获取发光的元件。近年来，尤其积极地开发将以有机化合物为主要结构成分的薄膜(下文中称为有机薄膜)设置在阳极和阴极之间的EL元件，即有机EL元件。
有机EL元件被期待着应用于各种各样的领域，其用途从简单的照明器件到手机或个人计算机的显示器等。甚至一部分被实际应用于车载型显示器或小型电器的显示部分等。
然而，无论任何用途，有机EL元件依然存在着几个问题。其中一个是起因于制造步骤的显示不良。以下参照图1A具体地描述。有机EL元件是将包含有机化合物的薄膜设置在两个电极之间的器件，其通过使电子从一方电极注入、并使空穴从另一方的电极注入来驱动。然后，空穴和电子在薄膜中重新结合，从而形成执行发光的化合物、即发光体的激发态。当该激发态经过辐射步骤回到基态时可以获取发光。也就是说，有机EL元件是只有当电流流过时才驱动的发光元件。因此，当电流不流到像素、或者因两个电极短路而使均匀的电流流不到像素时，就不能获取作为元件的发光。
尤其是电极之间的短路是个大问题。一般来说，该短路被认为有几个原因，其中主要原因是由膜中材料的结晶化以及电极表面的凹凸，即电极表面上的表面粗糙引起的电场集中。前者的原因通过选择不易结晶化的材料可以得到解决，但是后者的原因由于起因于制造步骤所以不能只通过在材料上下功夫来解决。例如，在制造衬底的步骤中产生微小的尘粒，并在该尘粒附着的情况下形成第一电极时(图1B)，该电极上产生突出部分。在具有这样粗糙表面的像素电极上形成EL元件的情况下，电场集中到该突出部分而不能使发光所需要的电流流到其他区域，从而使像素的发光产生斑点。而且，如果电场集中进一步发展下去，就会导致元件被破坏，从而使两个电极之间发生短路。结果，该像素在大部分的区域不能发光。
当例如将有机EL元件应用于高精度的显示器时，在单纯矩阵型(下文中称为无源矩阵)或有源矩阵型的任一个衬底上的每个像素中制造EL元件。通过由外部电路控制流到各个像素的电流，可以进行显示。此时，如起因于上述步骤的问题引起像素短路，则该像素在屏幕上被识别为黑点(下文中称为暗点)，从而使显示质量大幅度降低。
当有机EL元件被应用于照明时，由于制造衬底的步骤比较简单，所以可以相对容易地去除在制造步骤中产生的尘粒。然而，当有机EL元件被应用于显示器时，由于制造有源矩阵型衬底的步骤非常复杂，所以完全去除在制造步骤中产生的微小尘粒是很不容易的。尤其是，随着面板的大型化，微少量的尘粒给成品率带来很大的影响，因此，开发形成不受起因于尘粒的像素电极的表面粗糙影响的EL元件的方法成为当务之急的课题。
在图2A所示的常规型的像素结构上，参考数字201表示数据信号线，202表示栅信号线，203表示电源线，204表示开关TFT，205表示电容器，206表示驱动TFT，207表示驱动TFT的漏电极，208表示与驱动TFT的漏电极连接的像素电极，该像素电极208用作发光元件的阳极。
图2B表示此时的沿线A-A’切割的剖面的图。另外，设置以网络状被图案化的绝缘体209，其覆盖与驱动TFT 206连接形成的像素电极208的边缘部分，并至少覆盖驱动TFT 206和开关TFT 204。
在图2A和2B中，在像素电极之下不存在尘粒，从而可以提供具有高平坦性的像素电极208。因此，在像素电极208上形成的发光层211a至211c并不需要被形成为厚度厚的膜。此时发光层的厚度一般为10nm至40nm，即使厚也在100nm左右。在其上形成阴极212。
另一方面，图3A表示在像素电极之下存在着的起因于制造步骤的尘粒使像素电极失去平坦性时的模式图。在图3A中，参考数字300表示衬底，301a至301c表示像素电极，图3A模式地表示出在像素电极301a之下存在着起因于制造步骤的尘粒302的情况。由于不能完全去除尘粒302，所以在该像素部分形成的像素电极301a没有平坦性，形成有很大的突出部分。
一般来说，EL元件的膜厚为0.1μm至0.2μm，即使厚也在0.5μm左右。因此，在通过一般方法在具有突出部分的阳极上制作EL元件的情况下，如图3B所示，在像素电极301b和301c上形成具有高平坦性的发光层303b和303c，而在像素电极301a上形成的发光层303a没有平坦性，形成有很大的突出部分。在如此形成的发光层上进一步形成阴极304。如在各个像素中通流电流，从像素电极301b和301c存在的发光区域中可以取得发光，但是在像素电极301a存在的区域中，在突出部分容易发生电场集中，这样的像素的可靠性明显降低，实际上，不能从该像素获取发光。也就是说，该像素区域成为暗点。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供降低起因于尘粒等的缺陷的发光元件以及其制造方法。
本发明的一种发光元件包括，在第一电极和第二电极之间的与所述第一电极连接而设置的第一层、以及与所述第一层连接而设置的第二层，并且在第二层和第二电极之间有发光层。关于第一电极、第二电极、第一层、第二层和发光层的顺序，按第一层、第二层的顺序层叠形成。在此，第一层包含有机化合物，并优选是具有导电性的有机化合物。另外，第二层包含无机化合物，并优选是具有空穴传输性能的无机化合物。
本发明的制造发光元件的方法之一包括以下步骤，即形成第一电极后，在该第一电极上形成第一层，然后在与所述第一电极重叠的所述第一层上选择性地形成第二层。而且，以第二层为掩模蚀刻第一层。在此，第一层包含有机化合物，并优选是具有导电性的有机化合物。另外，第二层包含无机化合物，并优选是具有空穴传输性能的无机化合物。
通过将具有高导电性的材料淀积为厚度厚的膜，能够大幅度地减缓像素电极的表面粗糙，从而可在平坦的表面上形成有机层。因此，能够抑制部分性的电场集中，结果是能够防止产生被识别为暗点的像素缺陷。
另外，通过在像素部分形成具有耐蚀刻性、载流子传输性能、且较佳的是具有空穴传输性能的保护膜之后进行蚀刻，可以不蚀刻像素部分而选择性地仅去除在绝缘体上形成的导电膜。不需要去除该保护膜，因为该保护膜用作对于发光层的载流子注入层或载流子传输层、更具体地是空穴注入层或空穴传输层。因此，在该保护膜上形成发光层就可以制造EL元件，并且可以抑制发生暗点和串扰现象，而不引起步骤的复杂化。
附图说明
图1A至1E是描述本发明发光器件的制造方法的附图。
图2A和2B是描述利用常规技术的发光元件的附图。
图3A和3B是描述利用常规技术的发光元件的附图。
图4是描述利用本发明的发光器件的附图。
图5是描述包含在利用本发明的发光器件中的电路的附图。
图6是利用本发明的发光器件的俯视图。
图7是描述利用本发明的发光器件的帧操作的附图。
图8A至8C是利用本发明的电子器件的附图。
图9是描述在一个水平周期内同时选择多个栅信号线的方法的附图。
具体实施方式
在下文中将描述本发明的实施方式。本发明可以用许多不同的模式来实现。在不背离本发明的目的和范围的情况下，可用各种方法来修改在本文揭示的实施方式和细节，这对本领域技术人员是显而易见的。因此，不应把本发明解释为受将在下面给出的实施方式描述的限制。
实施方式1
在图1A-1E中，描述在提供有为了进行有源矩阵驱动的电路的衬底上形成EL元件的情况，但是本发明不受衬底的形态局限，也可以使用提供有为了进行无源矩阵驱动的电路的衬底或只包含单独像素的衬底。
首先，由于有机EL元件有必要获取发光，因此需要使阳极和阴极中至少一个是透明的。将在下文中说明在衬底上形成透明阳极，从而从阳极一侧获取发光的发光元件。然而，本发明不局限于这种结构，也适用于例如只使阴极为透明的结构，或使阴极和阳极都为透明来从元件的上面和下面获取发光的结构。
接下来，将说明本发明的发光元件。注意，在图1A中，参考数字412是衬底，其具有包含晶体管410等且进行有源矩阵驱动的电路。晶体管410通过连接部分411与发光元件的第一电极400电连接。衬底412可以利用玻璃衬底、石英衬底、塑料衬底或其他透光性衬底。
在本发明中，首先，在暴露于有开口部分的绝缘层402的第一电极400上用导电性能良好的材料形成厚导电层401(图1B)。形成的导电层401的厚度优选是0.1μm-2μm，更优选是0.2μm-1.5μm。
在此可使用的导电性材料大致分为高分子材料和低分子材料。导电性能良好的高分子材料的优选例子包括掺杂樟脑磺酸(camphorsulfonic acid)、甲苯磺酸(toluenesul fonic acid)、或聚(苯乙烯磺酸)等的聚苯胺(polyaniline)衍生物或聚塞吩(polythiophene)衍生物等。尤其是，聚塞吩衍生物的聚(3，4-二氧基噻吩)是优选的，这是因为其很低的氧化电位使空穴容易注入，有即使形成厚膜也有几乎不提高驱动电压的优点。这些高分子材料不能通过蒸发淀积等的干式方法来淀积，因此利用诸如旋涂法或喷雾法等的湿式方法。
作为低分子导电性材料，优选使用供体化合物和受体化合物的混合物。通过共蒸发方法淀积该两种化合物。或者可以通过湿式方法用混合溶液进行淀积。供体化合物优选利用含硫化合物如四硫富瓦烯，或芳香胺化合物。另一方面，受体化合物优选用具有吸电子基的化合物如四氰基醌二甲烷，更优选醌衍生物。
然而，优选的是，通过湿式方法用高分子材料来形成导电层401。其原因如下。当通过湿式方法淀积低分子化合物时，在大多数情况下容易引起凝集和晶化，因此很难形成非晶性膜。从而，优选用干式方法如真空蒸发淀积法等。但是，通过蒸发淀积方法形成微米级的薄膜原本是非常困难的。与此相反，高分子材料虽然不能用干式淀积，但通过利用湿式方法可以容易形成具有非晶性均匀的层，并且容易控制厚度。由于上述原因，为了实现本发明的目的，优选通过湿式方法将高分子材料淀积为厚膜。
另外，第一电极400优选利用对可见光透明的导电膜，以便透过从发光体发出的光。优选的是，采用氧化物导电膜诸如ITO(氧化铟和氧化锡的化合物)或氧化铟和氧化锌的化合物。通常上述金属氧化物导电膜由溅射法来形成，也可以应用溶胶-凝胶方法等而形成。另外，作为金属氧化物之外的材料，可以使用功函数大的金属如金。但是，在此情况下，考虑到光透过性能，形成超薄薄膜。
接下来，在像素部分形成导电层401。在本发明中，当将厚度厚的导电膜形成在衬底上时，有可能在图案化成网格并覆盖驱动TFT和开关TFT的绝缘层402之上也形成导电层401。尤其是，当通过湿式方法如旋涂法或喷雾法形成导电层401时，有可能在绝缘层402上也淀积该导电层。为了抑制像素之间的串扰，优选通过蚀刻处理去除涂敷在绝缘体上的导电膜。然而，需要防止因蚀刻处理而去除与第一电极400重叠的导电层401。于是首先在像素上提供用作对抗蚀刻的保护层403，其包含具有耐蚀刻性能且具有载流子传输性能，并优选有空穴传输性能的无机化合物(图1C)。在此情况下，优选通过蒸发淀积法用遮挡掩模等在与第一电极400重叠的部分上选择性地形成保护层403。此外，通过使用蒸发淀积法能够防止导电层401的损伤。保护层403的具体例子包括过渡金属氧化物诸如氧化钴、氧化钛、氧化铌、氧化镍、氧化钕、氧化钡、氧化钼、氧化镧、氧化钌、氧化铼等。或者，可以使用各种含有金属的化合物。例如，可以使用归属于元素周期表的从第4族到第7族的过渡金属的氧化物、氮化物或者卤化物。这些金属的氧化物、氮化物或卤化物等被预计具有比有机化合物更高的耐蚀刻性，从而在进行后面所描述的蚀刻处理之后，该保护层还存在于像素部分。由于该保护层具有载流子传输性能，尤其具有空穴传输性能，所以来自导电膜的载流子注入到该保护层中，并且能够将载流子、特别是空穴注入到形成在该保护层上的发光层。
注意，通过使用所述过渡金属的氧化物、氮化物或卤化物中的一种材料也可以注入空穴，因为，在该材料与发光层连接的界面中产生电子迁移反应而形成所谓电荷转移络合物。因此，可以给所述材料掺杂适当的供体，以积极形成电荷转移络合物。作为供体包括过剩电子型的有机化合物，诸如四硫富瓦烯和咔唑衍生物等。另外，优选用分类到有机EL元件的所谓空穴传输材料或空穴注入材料的芳香胺化合物类。具体包括4，4’-双[N-(3-甲基苯基)-N-苯基-氨基]-联苯(TPD)，4，4’-双[N-(1-萘基)-N-苯基-氨基]-联苯(NPB)等。
如上所述，在形成保护层403之后，以保护层403为掩模执行蚀刻，去除形成在绝缘层402上的导电层401。蚀刻方法粗略地分类为干式蚀刻和湿式蚀刻，该两种方法都可以被采用(图1D)。在此，优选被蚀刻了的导电层401覆盖绝缘层402的边缘。
如此这样，选择性地在像素部分形成导电层401和可传输载流子的保护层403。接着，在保护层403上形成发光层404(图1E)。该发光层404主要由有机化合物形成，也可以用单一组成的薄膜而形成。例如，可以使用典型金属络合物如三(8-喹啉醇合)铝(以下称Alq3)、三(4-甲基-8-喹啉醇合)铝(以下称Almq3)、双(10-羟基苯并[h]-喹啉醇合)铍(以下称BeBq2)、双(2-甲基-8-喹啉醇合)-(4-羟基-联苯基)-铝(以下称BAlq)、双[2-(2-羟苯基)-苯并噁唑醇合]锌(以下称 Zn(BOX)2)、和双[2-(2-羟苯基)-苯并噻唑醇合]锌(以下称Zn(BTZ)2)等。另外，也适宜采用含有碳化氢的化合物如9，10-diphenylanthracene、4，4’-二(2，2-二苯基乙烯基)联苯。
发光层404可采用多种材料的混合层。通过将少量荧光颜料或磷光颜料(以下称作掺杂物(dopant))加入到上述发光体中，能够提高发光效率。作为荧光材料包括香豆素衍生物、二氢喹吖啶二酮衍生物、吖啶酮衍生物、芘衍生物、苝衍生物、蒽衍生物、吡降衍生物等。作为磷光颜色，可举出包括三(2-苯基吡啶)铱(以下称作Ir(ppy)3)、2，3，7，8，12，13，17，18-八乙基-21H，23H卟啉铂(以下称作PtOEP)等的三重发光材料、和Ir、Ru、Rh、Pt或稀土金属等的过渡金属络合物。
另一方面，发光层404可以采用叠层结构的膜。如果所述单一组成的发光层或混合发光层难以控制电子和空穴的注入平衡，为了改善这种情况，可通过层叠多种材料以改善发光效率。例如，除了由上述单一组成或混合组成的发光层之外，优选提供用来将被注入的空穴高效地运输到发光层的空穴传输层、以及用来将被注入的电子高效地运输到发光层的电子传输层。适合于空穴传输层的材料是含有芳香胺(即，具有苯环-氮的结合)的化合物。广泛使用的材料包括，TPD、其衍生物的NPB、星形芳族胺化合物，诸如4，4’，4”-三(N，N-联苯-氨基)-三苯基胺、以及4，4’，4”-三[N-(3-甲基苯基)-N-苯基-氨基]-三苯基胺。适合于电子传输层的材料是上述典型金属化合物，此外可以使用三唑衍生物，如3-(4-叔丁基苯基)-4-(4-乙基苯基)-5-(4-联苯基)-1，2，4-三唑，以及菲咯啉衍生物，如红菲绕啉和浴铜灵。
除了真空蒸发淀积法之外，可以采用旋涂法、浸涂法、喷雾法等的所谓湿式方法作为该发光层404的淀积方法。
另外，以少量混合到空穴传输层或电子传输层中的所述掺杂物不限于一种，可以同时使用两种或更多种的掺杂物。例如，通过采用其发光颜色彼此属于辅助关系的两种掺杂物，可以获取白色发光。
并且，通过在经过上述步骤形成的发光层404上形成促进电子注入的层，可以在更低电压下驱动EL。适合于电子注入层的材料包括，功函数低的金属和该金属的化合物，比如，Mg-Ag合金、Al-Li合金、Mg-Li合金、Ca3N2、Mg3N2等。还可举出上述金属之外的将供体掺杂到有机半导体中的材料。该有机半导体优选用具有受体性的化合物，即可以使用经常利用于发光元件中的电子传输性能材料。例如，包括比如以Alq为代表的典型金属络合物、菲咯啉衍生物、三嗪衍生物、恶唑衍生物、喹啉衍生物、喹恶啉衍生物等。此外，优选使用电子受体性化合物，如四氰基醌二甲烷、四氰基乙烯、四氯醌等。作为其他例子包括缩合芳族碳化氢，诸如红荧烯(rubrene)和苝衍生物。另外，可以使用导电性材料如石墨。也可以使用共轭高分子，诸如聚亚苯基亚乙烯基(polyphenylene vinylene)、聚亚苯基乙炔撑(polyphenylene ethynylene)、聚吡啶(polypyridine)。作为掺杂到有机半导体中的供体，优选用功函数小的金属，如碱金属、碱土金属。或者也可以使用过剩电子型有机化合物如四硫富瓦烯(tetrathiafulvalene)等。注意，有机半导体必须具有极强的受体性。这是因为，过剩电子型有机化合物的供体性能比碱金属和碱土金属更低。作为有机半导体之外的例子，优选使用碱金属、碱土金属、稀土金属、以及具有该金属的化合物。具体来说，可以包括氟化钙、氧化锂、氯化锂、氟化锂、氟化镁、氧化钡等。
在发光层404之上形成第二电极405(图1E)。第二电极405可以使用功函数低的金属以及该金属的化合物，例如，Mg-Ag合金、Al-Li合金、Mg-Li合金等。注意，在使用电子注入层时，由于电子注入能垒被降低，所以可以使用功函数小的金属Al。
在根据上述步骤形成的元件中，通过在像素电极之间通上电流，电子从第二电极405注入到发光层404，并空穴从第一电极400注入到发光层404，从而获取发光。而且，由于厚度厚的导电膜可以消除因在制造衬底的步骤中混进的尘粒而产生的阳极表面粗糙度，所以可以从整个像素获取均匀的发光来抑制产生暗点。
实施方式2
由于本发明的发光元件很少有起因于尘粒等的不良，所以通过将本发明的发光元件用于像素等而可以得到的发光器件没有起因于发光元件的缺陷的显示不良等。
在本实施方式中，参照图4-7描述包含本发明的发光元件、并具有显示功能的发光器件的电路构造及其驱动方法。
图4是采用本发明的发光器件的模式的俯视图。在图4中，衬底6500上提供有像素部分6511、源信号线驱动电路6512、用于写入的栅信号线驱动电路6513、用于擦除的栅信号线驱动电路6514。源信号线驱动电路6512、用于写入的栅信号线驱动电路6513以及用于擦除的栅信号线驱动电路6514分别通过一组布线连接至作为外部输入端口的FPC(柔性印刷电路)6503。此外，源信号线驱动电路6512、用于写入的栅信号线驱动电路6513以及用于擦除的栅信号线驱动电路6514分别从FPC 6503接收信号，例如视频信号、时钟信号、起始信号和复位信号等。另外，印刷线路板(PWB)6504安装于FPC 6503。应当注意，并不需要如上所述那样在与像素部分6511的同一衬底上提供所述驱动电路部分。例如，通过采用在形成有布线图案的FPC上安装有IC芯片的TCP等，所述驱动电路部分可以提供在所述衬底之外部。
在像素部分6511中，多个沿列延伸的源信号线按行排列，电流供应线按行排列。此外，在像素部分6511中，多个沿行延伸的栅信号线按列排列，并且还排列了多个包括发光元件的像素电路。
图5表示为了操作一个像素的电路。图5所示的电路包括第一晶体管901、第二晶体管902以及发光元件903。
第一晶体管901和第二晶体管902都是三端元件，其中每个包括栅电极、漏区、源区，并且漏区和源区之间具有沟道区。在此，由于源区和漏区根据晶体管的结构或操作条件相互转换，因而很难确定哪个是源区，哪个是漏区。因此，在本实施方式中用作源区或漏区的区域被分别称为第一电极和第二电极。
提供通过开关918电连接或断开连接的栅信号线911和用于写入的栅信号线驱动电路913。提供通过开关919电连接或断开连接的栅信号线911和用于擦除的栅信号线驱动电路914。提供通过开关920电连接到源信号线驱动电路915或电源916的任一个的源信号线912。此外，第一晶体管901具有与栅信号线911电连接的栅，与源信号线912电连接的第一电极，以及与第二晶体管902的栅电极电连接的第二电极。第二晶体管902具有与电流供应线917电连接的第一电极，以及与发光元件903中所包括的一个电极电连接的第二电极。应当注意，开关918可以包括在用于写入的栅信号线驱动电路913中，开关919可以包括在用于擦除的栅信号线驱动电路914中，开关920可以包括在源信号线驱动电路915中。
另外，关于在像素部分中的晶体管、发光元件等的布置没有特别的限制，例如，可以采用图6的俯视图所示的布置。在图6中，第一晶体管1001具有连接至源信号线1004的第一电极，以及连接至第二晶体管1002的栅电极的第二电极。此外，第二晶体管1002具有连接至电流供应线1005的第一电极和连接至发光元件的电极1006的第二电极。一部分栅信号线1003用作第一晶体管1001的栅电极。
接下来，描述一种驱动方法。图7描述了伴随时间推移的帧的操作。图7中，横轴表示时间的推移，纵轴表示栅信号线的扫描序数。
当使用本发明的发光器件进行显示图像时，在显示期间内，重复图像的改写操作和图像的显示操作。尽管关于改写的次数没有特别的限制，但是改写的次数至少优选为每秒大约60次，以使在看图像时看不到闪烁。在此，将进行一个屏面(一帧)内的改写操作和显示操作的周期称为一帧周期。
如图7所示，一个帧周期分为(周期分割)四个亚帧周期501，502，503和504，每个分别包括写入周期501a、502a、503a、504a以及保留周期501b，502b，503b和504b。在保留周期中，接受发光信号的发光元件处于发光状态。每个亚帧周期的保留周期长度之比为第一亚帧周期501∶第二亚帧周期502∶第三亚帧周期503∶第四亚帧周期504＝23∶22∶21∶20＝8∶4∶2∶1。据此可进行4位等级的显示。然而，所述位数和等级并不限于本文所述。例如，可以采用8个亚帧周期，从而执行8位等级的显示。
以下描述在一个帧周期内的操作。首先，在亚帧周期501中，从第一行至最后一行按顺序进行写入操作。因此，根据所述行，写入周期501a的开始时间是不同的。当写入周期501a结束时，所述行按结束顺序进入保留周期501b。在保留周期501b中，接受为发光的信号的发光元件处于发光状态。然后，当所述保留周期501b结束时，按所述行结束顺序移动至下一亚帧周期502中，并如在亚帧周期501中一样，按从第一行至最后一行的顺序进行写入操作。重复上述操作直到完成亚帧周期504的保留周期504b。当在亚帧周期504的操作结束时，移动到下一帧。因此，在每个亚帧周期中发光的总时间为在一个帧周期中的每个发光元件的发光时间。通过相对于每个发光元件改变所述发光时间而在一个像素中各样地组合起来，则可以得到具有各种不同亮度和色度的显示颜色。
如在亚帧周期504中一样，当到最后一行的写入结束之前需要强制终止其中已经完成写入并且进入保留周期的行的保留周期时，优选在保留周期504b之后提供擦除周期504c，并迫使其行处于不发光状态地进行控制。进一步，被强制地处于不发光状态的行在一定周期保持不发光状态(该周期称为不发光周期504d)。然后，就在最后一行的写入周期结束之后，立即从第一行起按顺序进入下一写入周期(或下一帧周期)。注意，为了如此在某一行的像素中进行写入、而向另一行的像素中输入使像素处于不发光状态的擦除信号，如图9所示，将一个水平周期分割两个部分，其中一个周期用作写入，另一个周期用作擦除。在被分割的水平周期内，选择各个栅信号线911，将对应于此时的信号输入到源信号线912。例如，在某一个水平周期内，前半和后半分别选择第i行和第j行，从而能够犹如在一个水平周期内同时选择两行分量地操作。也就是说，利用各个水平周期的写入周期在写入周期501a-504a将信号写入到像素。而且，在此情况的一个水平周期的擦除周期内，不选择像素。另外，利用其他的水平周期的擦除周期，在擦除周期504c擦除写入到像素的信号。在此情况的一个水平周期的写入周期内不选择像素。由此，可以提供具有高孔径率的像素的显示器件，从而可以提高成品率。
尽管在本实施方式中亚帧周期501至504按照保留周期从最长至最短的顺序排列，但是并不需要如本实施方式所述那样排列。例如，亚帧周期501至504可以按照保留周期从最短至最长的顺序排列，或者随机排列。另外，所述亚帧可以进一步地分为多个帧周期。即，可以在发出相同的图像信号的周期内，进行多次栅信号线的扫描。
在此，描述图5所示的电路在写入周期和擦除周期的操作。
首先描述在写入周期中的操作。在写入周期中，第i行(i为自然数)的栅信号线911通过开关918与用于写入的栅信号线驱动电路913电连接，并与用于擦除的栅信号线驱动电路914断开连接。另外，源信号线912通过开关920与源信号线驱动电路915电连接。在此情况下，信号输入到与第i行的栅信号线911连接的第一晶体管901的栅电极，从而启动第一晶体管901。此时，图像信号一齐输入到第一至最后一列的每个源信号线。应注意，从各列的源信号线912输入的图像信号是相互独立的。从源信号线912输入的图像信号通过与各个源信号线相连接的第一晶体管901被输入到第二晶体管902的栅电极。此时，根据输入到第二晶体管902的栅电极的信号控制第二晶体管902的开关状态。然后，第二晶体管902一起动电压就施加在发光元件903，从而使发光元件903中流过电流。也就是说，根据输入到第二晶体管902的栅电极的信号来确定发光元件903是否发光。例如，当第二晶体管902为p沟道晶体管时，通过将低电平信号输入到第二晶体管902的栅电极，使发光元件903发光。另一方面，当第二晶体管902为n沟道晶体管时，通过将高电平信号输入第二晶体管902的栅电极，使发光元件903发光。
接下来描述在擦除周期中的操作。在擦除周期中，第j行(j为自然数)的栅信号线911通过开关919与用于擦除的栅信号线驱动电路914电连接，并与用于写入的栅信号线驱动电路913断开连接。另外，源信号线912通过开关920与电源916电连接。在此情况下，信号输入至与第j行的栅信号线911连接的第一晶体管901的栅电极，从而起动第一晶体管901。此时，擦除信号一齐输入到第一至最后一列的每个源信号线。从各个源信号线912输入的擦除信号通过与各个源信号线相连接的第一晶体管901被输入到第二晶体管902的栅电极。此时，根据输入到第二晶体管902的栅电极的擦除信号，从而关闭第二晶体管902，从电流供应线917至发光元件903的电流供应被阻断。然后，迫使发光元件903处于不发光状态。例如，当第二晶体管902为p沟道晶体管时，通过将高电平信号输入第二晶体管902的栅电极，使发光元件903不发光。另一方面，当第二晶体管902为n沟道晶体管，通过将低电平信号输入第二晶体管902的栅电极，使发光元件903不发光。
应注意，在擦除周期中，对于第j行，通过上述操作输入用于擦除的信号。然而，如上所述，第j行为擦除周期的同时，另一行(称为第i行(i为自然数))可以为写入周期。在上述情况下，需要通过使用同一列的源信号线，将用于擦除的信号输入第j行，并将用于写入的信号输入第i行。因此，以下所述的操作是优选的。
在通过上述擦除周期的操作使第j-1行的发光元件903不发光之后，立即使栅信号线911和用于擦除的栅信号线驱动电路914处于相互断开连接的状态，同时转换开关920使源信号线912和源信号线驱动电路915连接。然后，将源信号线912和源信号线驱动电路915连接，同时转换开关918使栅信号线911和用于写入的栅信号线驱动电路913连接起来。然后，选择性地将信号从用于写入的栅信号线驱动电路913输入至第i行的栅信号线911，从而起动第一晶体管901，同时将用于写入的图像信号从源信号线驱动电路915输入到第一至最后一列的每个源信号线912。该图像信号使得第i行的发光元件903处于发光或不发光状态。
按照上述步骤在第i行的写入周期结束之后，立即开始第j行的擦除周期。出于该目的，转换开关918使所述栅信号线911和用于写入的栅信号线驱动电路913处于相互断开连接的状态，同时转换开关920从而连接源信号线912和电源916。进一步地，使栅信号线911与用于写入的栅信号线驱动电路913互相断开连接，同时转换开关919从而连接栅信号线911与用于擦除的栅信号线驱动电路914。然后，选择性地将信号从用于擦除的栅信号线驱动电路914输入到第j行的栅信号线911，从而起动第一晶体管901，同时输入来自电源916的擦除信号。然后，擦除信号迫使发光元件903不发光。如此，在第j行的擦除周期结束之后，立即进入第i+1行的写入周期。以下，可以以相同方式重复擦除周期和写入周期，直至最后一行的擦除周期结束。
注意，尽管在本实施方式中描述了在第j-1行的擦除周期和第j行的擦除周期之间提供第i行的写入周期的例子，但是本发明并不局限于此。也可以在第j行的擦除周期和第j+1行的擦除周期之间提供第i行的写入周期。
另外，在本实施方式中，当如在亚帧周期504中那样提供不发光周期504d时，重复以下操作，即，使用于擦除的栅信号线驱动电路914和某一个栅信号线处于相互断开连接的状态，同时使用于写入的栅信号线驱动电路913和另一个栅信号线处于相互连接的状态。该类型的操作可以在其中并不提供不发光周期的帧周期中进行。
实施方式3
由于包含本发明的发光元件的发光器件可以进行良好的图像显示，所以通过将本发明的发光器件应用于电子器件的显示部分，从而可以得到能够提供良好显示的电子器件。
图8A至8C示出了安装有采用本发明的发光器件的电子器件的一些例子。
图8A显示了根据本发明而制造的个人计算机，其由主体5521、框体5522、显示部分5523以及键盘5524等来构成。通过将具有本发明发光元件的发光器件结合至所述显示部分5523来可以得到所述个人计算机。
图8B显示了根据本发明而制造的手机，其主体5552由显示部分5551、声音输出部分5554、声音输入部分5555、操作键5556和5557、以及天线5553等来构成。通过将具有本发明发光元件的发光器件结合至所述显示部分5551，可以得到所述手机。
图8C显示了根据本发明而制造的电视机，其由显示部分5531、框体5532以及扬声器5533等来构成。通过将具有本发明发光元件的发光器件结合至所述显示部分5531，可以得到所述电视机。
如上所述，根据本发明的发光器件非常适合用作各种电子器件的显示部分。
注意，尽管在本实施方式中，描述了便携式个人计算机、手机和电视机，但是另外还可以在例如汽车导航系统和照明设备等中安装具有本发明发光元件的发光器件。
本说明书根据2004年8月25日在日本专利局受理的日本专利申请编号2004-244803而制作，所述申请内容包括在本说明书中。

Claims (26)

1.一种发光元件，包括：
第一电极；
形成在所述第一电极上的包含有机化合物且具有导电性的第一层；
形成在所述第一层上的包含无机化合物且具有空穴传输性能的第二层；
形成在所述第二层上的发光层；以及
形成在所述发光层上的第二电极。
2.根据权利要求1的发光元件，其中所述有机化合物是包含选自樟脑磺酸、甲苯磺酸、以及聚(苯乙烯磺酸)中至少一个的化合物的聚塞吩衍生物。
3.根据权利要求1的发光元件，其中所述无机化合物是从氧化钴、氧化钛、氧化铌、氧化镍、氧化钕、氧化钡、氧化钼、氧化镧、氧化钌、氧化铼中选择的至少一个的化合物。
4.根据权利要求1的发光元件，其中所述第一层的厚度为0.1μm至2μm。
5.一种包括根据权利要求1的发光元件的电子器件，其中所述电子器件选自个人计算机、电话和电视机。
6.一种发光元件，包括：
第一电极；
形成在所述第一电极上的绝缘层；
形成在所述第一电极上以便覆盖所述绝缘层的边缘的包含有机化合物且具有导电性的第一层；
形成在所述第一层上的包含无机化合物且具有空穴传输性能的第二层；
形成在所述第二层上的发光层；以及
形成在所述发光层上的第二电极。
7.根据权利要求6的发光元件，其中所述有机化合物是包含选自樟脑磺酸、甲苯磺酸、以及聚(苯乙烯磺酸)中至少一个的化合物的聚塞吩衍生物。
8.根据权利要求6的发光元件，其中所述无机化合物是从氧化钴、氧化钛、氧化铌、氧化镍、氧化钕、氧化钡、氧化钼、氧化镧、氧化钌、氧化铼中选择的至少一个的化合物。
9.根据权利要求6的发光元件，其中所述第一层的厚度为0.1μm至2μm。
10.一种包括根据权利要求6的发光元件的电子器件，其中所述电子器件选自个人计算机、电话和电视机。
11.一种发光元件，包括：
形成在衬底上的薄膜晶体管；
形成在所述薄膜晶体管上的第一电极；
形成在所述第一电极上的包含有机化合物且具有导电性的第一层；
形成在所述第一层上的包含无机化合物且具有空穴传输性能的第二层；
形成在所述第二层上的发光层；以及
形成在所述发光层上的第二电极。
12.根据权利要求11的发光元件，其中所述有机化合物是包含选自樟脑磺酸、甲苯磺酸、以及聚(苯乙烯磺酸)中至少一个的化合物的聚塞吩衍生物。
13.根据权利要求11的发光元件，其中所述无机化合物是从氧化钴、氧化钛、氧化铌、氧化镍、氧化钕、氧化钡、氧化钼、氧化镧、氧化钌、氧化铼中选择的至少一个的化合物。
14.根据权利要求11的发光元件，其中所述第一层的厚度为0.1μm至2μm。
15.一种包括根据权利要求11的发光元件的电子器件，其中所述电子器件选自个人计算机、电话和电视机。
16.一种发光元件，包括：
形成在衬底上的薄膜晶体管；
形成在所述薄膜晶体管上的第一电极；
形成在所述第一电极上的绝缘层；
形成在所述第一电极上以便覆盖所述绝缘层的边缘的包含有机化合物且具有导电性的第一层；
形成在所述第一层上的包含无机化合物且具有空穴传输性能的第二层；
形成在所述第二层上的发光层；以及
形成在所述发光层上的第二电极。
17.根据权利要求16的发光元件，其中所述有机化合物是包含选自樟脑磺酸、甲苯磺酸、以及聚(苯乙烯磺酸)中至少一个的化合物的聚塞吩衍生物。
18.根据权利要求16的发光元件，其中所述无机化合物是从氧化钴、氧化钛、氧化铌、氧化镍、氧化钕、氧化钡、氧化钼、氧化镧、氧化钌、氧化铼中选择的至少一个的化合物。
19.根据权利要求16的发光元件，其中所述第一层的厚度为0.1μm至2μm。
20.一种包括根据权利要求16的发光元件的电子器件，其中所述电子器件选自个人计算机、电话和电视机。
21.一种发光元件的制造方法，包括以下步骤：
在衬底上形成第一电极；
在所述第一电极上形成绝缘层；
在所述绝缘层中形成开口部分以便使第一电极从所述开口部分暴露出；
形成第一层以覆盖所述第一电极；
选择性地在所述第一电极和所述第一层重叠的所述第一层上的部分形成第二层；以及
以所述第二层为掩模蚀刻所述第一层。
22.根据权利要求21的发光元件的制造方法，其中所述第一层包含有机化合物且具有导电性。
23.根据权利要求21的发光元件的制造方法，其中所述第二层包含无机化合物且具有空穴传输性能。
24.根据权利要求21的发光元件的制造方法，其中所述第一层通过湿式方法而形成。
25.根据权利要求21的发光元件的制造方法，其中所述第一层形成为0.1μm至2μm。
26.一种包括根据权利要求21的发光元件的发光器件，其中所述发光元件被组合在像素中。
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