发光元件及其制造方法和使用该发光元件的发光器件.pdf

一种发光元件，具有在第一电极和第二电极之间包括有机材料的层，且还具有在第二电极和包括有机材料的该层之间包括金属氧化物的层，其中层叠这些电极和层，以便第二电极形成得比第一电极晚。抑制了发光元件在淀积期间由溅射引起的对包括有机材料的层损伤、和例如这些电极之间短路的现象。

1.  一种发光元件，包括：
第一电极；
第二电极；
在第一电极和第二电极之间包括有机材料的第一层；以及
在第二电极和第一层之间包括金属氧化物的第二层。

2.  根据权利要求1的发光元件，其中第二电极比第一电极更晚形成。

3.  根据权利要求1的发光元件，其中第二层有10nm至200nm的厚度。

4.  根据权利要求1的发光元件，其中金属氧化物通过蒸发形成。

5.  根据权利要求1的发光元件，其中金属氧化物是氧化钼、氧化钒、氧化钌、氧化钨和氧化锰中之一。

6.  根据权利要求1的发光元件，其中第二电极通过溅射形成。

7.  根据权利要求1的发光元件，其中将发光元件结合到选自由膝上型个人电脑、蜂窝电话、电视、汽车导航系统和照明设备构成的组中的至少一种中。

8.  一种发光元件，包括：
包括有机材料的第一层；
在第一层之上包括金属氧化物的第二层；和
通过溅射在第二层之上形成的第三层。

9.  根据权利要求8的发光元件，其中第二层有10nm至200nm的厚度。

10.  根据权利要求8的发光元件，其中金属氧化物通过蒸发形成。

11.  根据权利要求8的发光元件，其中金属氧化物是氧化钼、氧化钒、氧化钌、氧化钨和氧化锰中之一。

12.  根据权利要求8的发光元件，其中将发光元件结合到选自由膝上型个人电脑、蜂窝电话、电视、汽车导航系统和照明设备构成的组中的至少一种中。

13.  一种制造在一对电极之间包括第一层和第二层的发光元件的方法，该第一层包括有机材料，该第二层包括金属氧化物，
其中在形成第一层之后形成第二层。

14.  根据权利要求13的方法，其中通过溅射形成第二层。

15.  一种发光元件的制造方法，包括如下步骤：
形成第一电极；
在第一电极之上形成包括有机材料的第一层；
在第一层之上形成包括金属氧化物的第二层；以及
在第二层之上形成第二电极。

16.  根据权利要求15的方法，其中通过蒸发形成金属氧化物。

17.  根据权利要求15的方法，其中通过溅射形成第二电极。

18.  一种包括根据权利要求1的发光元件的发光器件。

19.  一种包括根据权利要求8的发光元件的发光器件。

发光元件及其制造方法和使用该发光元件的发光器件
技术领域
本发明涉及一种具有在一对电极之间插入多层的结构的发光元件，特别是涉及一种多层结构。
背景技术
利用由电致发光元件(发光元件)发光的发光器件，作为例如用于显示或照明的器件已引起关注。
作为用于发光器件的发光元件，众所周知一种具有在一对电极之间插入多层的结构，各层包括例如发光或载流子输运材料的材料。
在该发光元件的情况下，一个电极用作阳极而另一个电极用作阴极，从阳极侧注入的空穴和从阴极侧注入的电子在激发态复合形成分子，且当分子回到基态时发光。通过该对电极中的一个或两个将发射的光提取到外部。
至于上述发光元件的制造方法，一般公知的是形成其中一个电极、在其上形成多层机再在其上形成另一电极。
在以这种方式制造发光元件的情况下，在形成多层之后形成电极的工艺中，该多层有时受到损伤以致不能获得好的特性。在使用溅射形成电极的情况下，特别频繁地观察到这种现象。认为这是因为在使用溅射形成电极的工艺中高能量原子损伤了层。
因此，已开开发出一种发光元件及其制造方法，该元件包括即使在使用溅射形成电极的情况下也较少受到损伤的结构。
例如，专利文献1或专利文献2显示出可以通过提供包括酞菁的层，来抑制对有机层的损伤，该损伤是在淀积期间由溅射所造成的。另外，专利文献3也公开了可以通过提供包括AgLi的层来抑制对有机层的损伤，该损伤是在淀积期间由溅射所造成的。
然而，在专利文献1或专利文献2中示出的方法有如下问题，例如，为了在电子输运层和电子注入电极之间提供包括酞菁的层而增加了工艺，以及由于酞菁容易吸收长波长范围的光而造成发红光的发光效率降低。另外，专利文献3中示出的方法有如下问题，例如，随着AgLi的膜厚度变厚，光的透射率变得更低，从而降低了发射光的外部提取效率。
[专利文献1]日本专利特开No.2002-75658
[专利文献2]日本专利特开No.2002-359086
[专利文献3]日本专利特开No.2003-249357
发明内容
本发明的一个目的是提供一种为了抑制损伤而形成的发光元件，该损伤是对于在淀积期间通过溅射的包括有机材料的层。另外，本发明的一个目的是提供一种为抑制损伤、且抑制电极之间例如短路的现象而形成的发光元件，该损伤是对于在淀积期间通过溅射的包括有机材料的层。
为了抑制可能在淀积期间由溅射所引起的对包括有机材料的层的损伤，根据本发明的发光元件设置有一对电极之间包括金属氧化物的层。
根据本发明的发光元件具有在第一电极和第二电极之间包括有机材料的层，且还具有在第二电极和包括有机材料的层之间包括金属氧化物的层，其中层叠这些电极和层，以便第二电极比第一电极形成得晚。
包括有机材料的层可以是单层或多层。优选，结合例如高载流子(电子或空穴)输运材料的材料和高载流子注入材料，以形成包括有机材料的层，以便在远离第一电极和第二电极的部分中形成发光区。而且，包括有机材料的层可包括金属元素例如锂或镁，或者在其部分中的其它金属元素。
另外，金属氧化物的特定例子包括氧化钼(MoOx)、氧化钒(VOx)、氧化钌(RuOx)、氧化钨(WOx)、氧化锰(MnOx)等，且优选的是这些通过蒸发形成。
在根据本发明的发光元件的情况下，如上所述，其具有其中在第二电极和包括有机材料的层之间提供包括金属氧化物的层的结构，第二电极可以通过溅射形成。
因此，作为第二电极，变得易于使用通过比蒸发更容易的溅射来淀积的材料，例如氧化铟锡(ITO)、含硅的氧化铟锡(ITSO)或混合有2至20％氧化锌(ZnO)的氧化铟的IZO(氧化铟锌)，且用于形成第二电极的材料具有很宽的选择范围。
另外，甚至在具有在第二电极和包括金属氧化物地层之间通过溅射形成的膜的结构的发光元件的情况下，可以以与如上所述相同的方式抑制由于通过溅射的淀积所引起的对包括有机材料的层的损伤。在该情况下，未必总是有必要通过溅射形成第二电极。只要发光元件具有其中依次层叠包括有机材料的层、包括金属氧化物的层和通过溅射形成的层，就能获得本发明的优点。
根据本发明，能够获得其中抑制了由于通过溅射淀积所引起的缺陷的发光元件。另外，能够获得抑制由于通过溅射淀积所引起的缺陷，且还抑制电极之间的短路的发光元件。
附图说明
在附图中：
图1是示出根据本发明的发光元件和根据比较例的发光元件的电压-亮度特性的图；
图2A至2C是说明根据本发明的发光元件的多层结构的图；
图3是说明根据本发明的发光元件的多层结构的图；
图4是示出根据本发明的发光元件和根据比较例的发光元件的电压-电流特性的图；
图5是示出根据本发明的发光元件的亮度-电流效率特性的图；
图6是示出根据本发明的发光元件的电压-亮度效率特性的图；
图7是示出根据本发明的发光元件的电压-电流特性的图；
图8是示出根据本发明的发光元件的亮度-电流效率特性的图；
图9A-9C是说明根据本发明的发光器件的横截面结构的图；
图10A和10B是说明根据本发明的发光器件的横截面结构的图；
图11是根据本发明的发光器件的像素部分的顶视图；
图12是根据本发明的发光器件的像素部分的顶视图；
图13A和13B是根据本发明的发光器件的像素部分的电路图；
图14是说明根据本发明的发光器件的横截面结构的图；
图15是示出根据本发明的发光器件的框架形式的视图；以及
图16是安装有根据本发明的发光器件的电子器件的图。
具体实施方式
[实施例模式]
根据本发明的发光元件具有包括在一对电极之间的有机材料的层。包括有机材料的层具有单层或多层。优选，结合包括高载流子注入材料的层和包括高载流子输运材料的层以形成包括有机材料的层，以便远离电极形成发光区，也就是说在远离电极的部分中复合载流子。
参考图2A至2C以下将描述根据本发明的发光元件的一种模式。
在本实施例模式中，在用于支撑发光元件210的基板200之上提供发光元件210，且该发光元件210具有第一电极201、依次层叠于第一电极201上的第一至第五层202至206以及还在其上提供的第二电极207，以便第一电极201用作阴极而第二电极207用作阳极。
作为基板200，可以使用例如玻璃或塑料。只要该材料在发光元件的制造工艺中用于支撑，就可以使用与这些不同的其它材料。
优选的是，形成第一电极201以包括有小功函数(功函数为3.8eV或更小)的材料，例如金属、合金、导电化合物或这些的混合物，其特别包括属于元素周期表中第1族或第2族的元素，即诸如锂(Li)或铯(Cs)的碱金属和诸如镁(Mg)、钙(Ca)或锶(Sr)的碱土金属，以及包括该元素的合金，例如铝合金(Al∶Li)或银合金(Mg∶Ag)。然而，通过在第一电极201和第二电极207之间提供与第一电极201接触并具有促进电子注入功能的层，不管功函数的大小，可以使用各种导电材料例如Al、Ag、氧化铟锡(ITO)和包括硅(Si)的ITO作为第一电极201。然而，在这点上，可以使用除了本实施例中提到的材料之外的其它材料。
第一层202是包括高电子注入材料的层，例如碱金属或碱土金属的化合物，如氟化锂(LiF)、氟化铯(CsF)或氟化钙(CaF₂)。另外，第一层202可以是包括高电子输运材料以及碱金属或碱土金属的层，例如包括Alq₃和镁(Mg)的层。
第二层203是包括高电子输运材料的层，例如，有喹啉部分或苯并喹啉部分的金属络合物，例如三(8-羟基喹啉)铝(缩写为：Alq₃)、三(5-甲基-8-羟基喹啉)铝(缩写为：Almq₃)、二(10-苯并羟基[h]-羟基喹啉)铍(缩写为：BeBq₂)或二(2-甲基-8-羟基喹啉)-4-苯基苯酚合(phenylphenolato)-铝(缩写为：BAlq)。另外，可以使用具有例如恶唑或噻唑配位体的金属络合物，例如，二[2-(2-羟苯基)-苯并恶唑合(benzoxazolato)]锌(缩写为：Zn(BOX)₂)或二[2-(2-羟苯基)-苯并噻唑合(benzothiazolato)]锌(缩写为：Zn(BTZ)₂)。而且，除了金属络合物外，也可以使用2-(4-联苯基)-5(4-叔-丁基苯)-1，3，4-恶二唑(缩写为：PBD)、1，3-二[5-(p-叔-丁基苯)-1，3，4-恶二唑-2-yl]苯(缩写为：OXD-7)、3-(4-叔-丁基苯)-4-苯基-5-(4-联苯基)-1，2，4-三唑(缩写为：TAZ)、3-(4-叔-丁基苯)-4-(4-乙基苯)-5-(4-联苯基)-1，2，4-三唑(缩写为：p-EtTAZ)、红菲咯啉(缩写为：BPhen)和浴铜灵(bathocuproin)(缩写为：BCP)。然而，在这方面，可以使用除了本实施例模式中提到的材料之外的其它材料。
第三层204是包括高发光材料的层。例如，诸如N，N′-二甲基喹吖啶酮(缩写为：DMQd)或2H-苯并吡喃-2-一(缩写为：香豆素)的高发光材料和例如三(8-羟基喹啉)铝(缩写为：Alq₃)或9，10-二(2-萘基)蒽(缩写为：DNA)的高载流子输运材料进行自由结合，以形成第三层204。然而，由于Alq₃和DNA也是高发光材料，所以这些材料不常用作第三层204。
第四层205是包括高空穴输运材料的层，例如，芳族胺化合物(即，具有苯环-氮键的化合物)，诸如4，4′-二[N-(1-萘基)-N-苯基-氨基]-联苯(缩写为：α-NPD)、4，4′-二[N-(3-甲基苯基)-N-苯基-氨基]-联苯(缩写为：TPD)、4，4′，4″-三(N，N-联苯-氨基)-三苯胺(缩写为：TDATA)、或4，4′，4″-三[N-(3-甲基苯基)-N-苯基-氨基]-三苯胺(缩写为：MTDATA)。然而，在这方面，可以使用除了本实施例模式中提到的材料之外的其它材料。
第五层206是包括金属氧化物例如氧化钼(MoOx)、氧化钒(VOx)、氧化钌(RuOx)、氧化钨(WOx)或氧化锰(MnOx)的层。通过以该方式提供包括金属氧化物的层，能够抑制对分别包括有机化合物的层(本实施例中的第一至第四层)的损伤，其是在形成第二电极207的工艺中利用溅射的情况下引起的。在本实施例模式中，优选地，通过蒸发形成包括金属氧化物的层。另外，优选地，包括金属氧化物的层的膜厚度为10nm或更大。为了抑制由于溅射所引起的损伤，有效的是形成包括金属氧化物的层以具有上述膜厚度。可以使用本实施例模式中提到的材料之外的其它材料作为包括金属氧化物的层。
例如，第五层206可以是包括金属氧化物和高空穴输运材料的层。引用上述的材料例如α-NPD和TPD作为高空穴输运材料。通过以这种方式包括高输运材料，对于第五层206变得容易注入空穴。此外，通过改变包括高空穴输运材料的第五层206的厚度来调节在包括高发光材料的层(本实施例中的第三层204)和第二电极207之间的距离，变得更易于将显示优选光谱的光发射提取到外部。这是因为可以通过包括高空穴输运材料，来降低由使第五层206的厚度更厚所产生的驱动电压的增加。
而且，在形成具有100nm或更厚膜厚度的包括金属氧化物的层的情况下，能够抑制第一电极201和第二电极207之间的短路，该短路是由于例如在第一电极201或第二电极207的膜表面处形成的突起、或由于这些电极之间混合的外来物所引起的。由于金属氧化物有高的光透射特性，所以即使当膜厚变得更厚时也可以充分地提取发射的光。
优选的是，形成第二电极207以包括具有大的功函数(功函数为4.0eV或更大)的材料，例如金属、合金、导电化合物或这些的混合物。特别地，除了氧化铟锡(ITO)、含硅的氧化铟锡、和混合有2至20％氧化锌(ZnO)的氧化铟的IZO(氧化铟锌)之外，还可以使用例如金(Au)、铂(Pt)、镍(Ni)、钨(W)、铬(Cr)、钼(Mo)、铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)、钯(Pd)和金属的氮化物(例如TiN)的材料。以这种方式，使用可以通过溅射淀积的导电材料来形成第二电极207。然而，在这方面，可以使用与本实施例模式中提到的材料不同的其它材料。
在根据本发明的发光元件中，其有以上描述的结构，由于在第一电极201和第二电极207之间产生的电位差而引起电流流动，在第三层204也就是包括高发光材料的层中，空穴和电子复合，然后发射光。换句话说，发光元件具有如此结构以致在第三层204中形成发光区。然而，没有必要将第三层204全部用作发光区，例如，可以只在第三层204中第四层205侧处或第二层203侧处形成发光区。
通过第一电极201和第二电极207中之一或两者将发射的光提取到外部。因此，形成第一电极201和第二电极207中之一或两者以包括光透射材料。
在形成第一电极201和第二电极207以包括光透射材料的情况下，如图2A所示，通过第一电极201和第二电极207从基板侧和与基板相对的侧提取发射的光。在只形成第二电极207以包括光透射材料的情况下，和在形成第一电极201和第二电极207以包括光透射材料且在第一电极201侧提供反射膜的情况下，如图2B所示，通过第二电极207从与基板相对的侧提取发射的光。在只形成第一电极201以包括光透射材料的情况下，和在形成第一电极201和第二电极207以包括光透射材料且在第二电极207侧提供反射膜的情况下，如图2C所示，通过第一电极201从基板侧提取发射的光。
在第一电极201和第二电极207之间提供的层结构并不限于上述结构。可以使用除了上述结构之外的结构，只要该结构中在远离第一电极201和第二电极207的部分中提供空穴和电子复合的区域，以便抑制由制备发光区所引起的骤冷(quenching)，且金属彼此接近并且该结构具有包括金属氧化物的层。换句话说，并不特别限定层叠的结构，可以将分别包括例如高电子输运材料、高空穴输运材料、高电子注入材料、高空穴注入材料和双极材料(高电子和空穴输运材料)的各层与包括金属氧化物的层自由结合，来制备该层叠结构。而且，通过提供包括例如极薄的二氧化硅膜的层可以控制载流子的复合区。
通过在基板200之上形成第一电极201、依次在其上层叠第一至第五层202至206、且还在其上形成第二电极207来制造上述发光元件。虽然没有特别限定形成各层的方法，但优选的是使用蒸发、喷墨和旋涂的任意一种来形成该层。
图3示出根据本发明的发光元件的特定例子，其有与上述结构不同的结构。在基板300上提供第一电极301，并在第一电极301上通过依次层叠而提供第一至第五层302至306。而且，在第五层306上提供第二电极307。
这里，形成第一层302以包括高空穴注入材料，形成第二层303以包括高空穴输运材料，形成第三层304以包括高载流子输运材料，该高载流子输运材料包括光发射体，形成第四层305以包括高电子输运材料。第五层306是包括金属氧化物的层，另外，可包括高电子注入材料，例如碱金属或碱土金属，例如锂或镁。同样在具有该结构的发光元件的情况下，能够抑制由于通过溅射淀积对包括有机化合物的层所引起的损伤，如上所述。当发光元件具有该结构时，第一电极301和第二电极307分别用作阳极和阴极。图3中示出的发光元件也是根据本发明的发光元件中的一种模式，且根据本发明的发光元件的结构并不限于此。
在根据本发明如此描述的发光元件中，可以抑制由于溅射所引起的对包括有机材料的层的损伤。另外，通过控制包括金属氧化物的层的膜厚度，可以抑制电极之间的短路。而且，在将根据本发明的发光元件应用到其中的发光器件中，抑制了由于溅射或电极之间的短路而引起的发光元件的缺陷，例如在显示器件中，可以获得满意的显示图像。
在本实施例模式中，描述了通过溅射形成电极的情况。然而，例如，即使在具有通过在电极和包括金属氧化物的层之间溅射以形成膜的结构的发光元件的情况下，可以获得以下优点：以与本实施例模式中相同的方式可以抑制由溅射引起的对包括有机材料的层的损伤。在任一种情况下，只要发光元件具有其中依次层叠包括有机材料的层、包括金属氧化物的层和由溅射形成的层，且在形成由溅射形成的层之前形成包括有机材料的层的结构，就可以获得提供包括金属氧化物的层的优点。
[实施例1]
将描述根据本发明的发光元件的制造方法和该发光元件的特性。根据本发明的发光元件的结构或制造工艺并不限于本实施例，且可以适当地改变例如膜的厚度或材料。
在玻璃基板上，通过溅射淀积氧化铟锡(ITO)以形成第一电极，其中淀积的ITO含有非晶成分作为其主要成分。然后，在将ITO蚀刻以便分离成多个元件后，在200℃下进行热处理1小时。而且，在涂敷作为正型光刻胶的丙烯酸后，进行曝光和显影以形成分隔层。之后，在220℃进行热处理1小时。
接着，在湿法清洗后，在UV臭氧处理之后，在1×10^-6Pa的真空大气压下在150℃下处理淀积有ITO的玻璃基板30分钟。
接着，共同淀积4，4′-二(5-甲基苯并恶唑-2-基)芪(缩写为：BzOs)和锂(Li)以在第一电极上形成第一层。控制BzOs与Li的重量比为1∶0.02。另外，控制第一层的膜厚度为20nm。
接着，在第一层上淀积Alq₃形成第二层。控制第二层的膜厚度为20nm。
接着，在第二层上共同淀积Alq₃和DMQD形成第三层。控制Alq₃和DMQD的重量比为1∶0.01。另外，控制第三层的膜厚度为40nm。
接着，在第三层上淀积α-NPD形成第四层。控制第四层的膜厚度为40nm。
以这种方式，在第一电极上形成分别包括有机材料的各层(第一至第四层)。包括于各层中的材料并不限于本实施例中提到的材料，且可以使用其它材料。
接着，在第四层上淀积为金属氧化物的氧化钼来形成第五层。控制第五层的膜厚度为50nm。
接着，在第五层上通过溅射来淀积ITO，从而形成第二电极。在淀积期间(在等离子体产生期间)基板温度为40℃至50℃。淀积的ITO含有非晶成分作为其主要成分。控制第二电极的膜厚度为110nm。
由图1中的圆点示出根据本发明如此制造的发光元件的特性。图1示出电压-亮度特性，其中水平轴表示电压(V)，垂直轴表示亮度(cd/m²)。图1显示出驱动电压(在该电压下开始1cd/m²或更大的光发射的电压作为驱动电压)大约为5.5V。图4示出电压-电流特性，其中水平轴表示电压(V)，垂直轴表示电流(mA)。图5示出亮度(cd/m²)-电流效率(cd/A)特性，其中水平轴表示亮度，垂直轴表示电流效率。
(比较例1)
将描述与实施例1中示出的根据本发明的发光元件相关的比较例。
本比较例的发光元件有如下结构，其中包括BzOs和Li的混合层(20nm)、包括Alq₃的层(20nm)、包括DMQD和Alq₃的混合层(40nm)、包括α-NPD的层(40nm)和包括CuPc的层(20nm)依次层叠在包括ITO的第一电极上，以及在其上进一步层叠包括ITO的第二电极。在各个情况下，通过以与上述相同方式的溅射形成用于电极的ITO。另外，BzOs与Li的重量比为1∶0.02，且Alq₃和DMQD的重量比为1∶0.01。
由图1中的三角点示出本比较例的发光元件的特性。图1示出电压-亮度特性，其中水平轴表示电压(V)，垂直轴表示亮度(cd/m²)。图1显示出驱动电压(在该电压下开始1cd/m²或更大的光发射的电压作为驱动电压)大约为13V。图4示出电压-电流特性，其中水平轴表示电压(V)，垂直轴表示电流(mA)。图5示出亮度(cd/m²)-电流效率(cd/A)特性，其中水平轴表示亮度，垂直轴表示电流效率。从第二电极侧提取的光发射中获得发光元件的特性。
如上所述，实施例1和比较例1的发光元件的特性显示出以下各项。在使用CuPc的比较例的发光元件的情况下，由于在通过溅射淀积ITO的工艺中而引起对一部分元件(包括有机材料的层)造成损伤，因而发光元件的驱动电压很高(13V)，而根据本发明的发光元件则没有这种趋势。换句话说，在根据本发明的发光元件的情况下，与比较例的发光元件的情况相比，可以更大地抑制由于溅射所引起的发光元件的缺陷。
[实施例2]
在本实施例中，将描述具有与实施例1中示出的结构相同的发光元件，除了包括氧化钼的第五层具有与实施例1中的膜厚度不同的膜厚度之外。本实施例中示出的发光元件的制造方法也与实施例1中相同。因此，省略了制造方法的描述。
至于本实施例的发光元件，包括氧化钼的第五层具有10nm(实施例2-1)、100nm(实施例2-2)和200nm(实施例2-3)的膜厚度。
图6示出本实施例的发光元件的特性。图6示出电压-亮度特性，其中水平轴表示电压(V)，垂直轴表示亮度(cd/m²)。图6显示出在由实施例2-1、2-2和2-3表示的发光元件的各个情况中，驱动电压(在该电压下开始1cd/m²或更大光发射的电压作为驱动电压)大约为5V。图7示出电压-电流特性，其中水平轴表示电压(V)，垂直轴表示电流(mA)。图8示出亮度(cd/m²)-电流效率(cd/A)特性，其中水平轴表示亮度，垂直轴表示电流效率。图6至8显示出在施加低电压时，发光元件的特性彼此可相比，而不论第五层的膜厚度，以及指示出当施加较高电压时，具有较厚膜厚度的第五层的发光元件倾向于显示出较高的亮度。由此向前，认为在具有较厚膜厚度的第五层的发光元件的情况下，可以更多地抑制由于溅射所引起的损伤。从第二电极侧提取的发光中获得了发光元件的特性。
如上所述，至于本实施例中示出的发光元件，确定了即使当将包括金属氧化物的层的膜厚度制备得较厚时，也可以获得满意的特性。因此，通过将包括金属氧化物的层的膜厚度加厚，可以抑制电极之间的短路。而且，至于本实施例中示出的发光元件，确定了即使当包括金属氧化物的层的膜厚度更厚时，也可以有效地将发射的光提取到外部。
[实施例3]
在本实施例中，将描述根据本发明的发光器件的结构。
在图9A至9C的各图中，由虚线围绕的部分是提供用于驱动发光元件12的晶体管11。形成发光元件12以包括第一电极13、第二电极14和介于这些电极之间的发光层15。由穿过第一层间绝缘膜16a至16c延伸的布线17将第一电极13和晶体管11的漏极彼此电连接。另外，通过分隔层18将发光元件12与邻接提供的另一发光元件隔开。在基板10之上提供具有根据本发明的结构的发光器件。
在具有如上所述结构的发光器件中，发光元件12是根据本发明的发光元件，且特别地，发光层15包括上述包括金属氧化物作为成分的层。
晶体管11包括在顶栅型中。然而，并不特别限定晶体管11的结构。例如，可以使用如图10A所示的反转交错TFT。在反转交错TFT的情况下，可以使用其中在形成沟道的半导体层上形成保护膜的TFT(沟道-保护TFT)，如图10B所示，或可以使用其中形成沟道的一部分半导体层为凹陷的TFT(沟道-蚀刻TFT)。这里，参考数字21、22、23、24、25和26分别表示栅电极、栅极绝缘膜、半导体层、n型半导体层、电极和保护膜。
另外，形成晶体管11的半导体层可以是结晶或非晶的，或可选地可以是半非晶的。
以下将描述半非晶半导体。半非晶半导体是具有在非晶和结晶(例如单晶或多晶)结构之间的中间结构的半导体，且具有在自由能方面稳定的第三态，其包括有近程有序和晶格应变的结晶区。而且，从0.5至20nm的晶粒包含于半非晶半导体膜中的至少一个区域中。半非晶半导体的拉曼光谱具有向比520cm^-1更低的波数侧的漂移。在X射线衍射中，观察到由于Si晶格所引起的(111)和(220)的衍射峰。在半非晶半导体中包括1原子％或更多的氢或卤素，以终上悬挂键。因此，半非晶半导体也称作微晶半导体。通过辉光放电(等离子体CVD)分解氮化物气体，来形成半非晶半导体。作为氮化物气体，除了SiH₄之外，还可以使用例如Si₂H₆、SiH₂Cl₂、SiHCl₃、SiCl₄或SiF₄的气体。可以用H₂或H₂和选自He、Ar、Kr和Ne中一种或多种稀有气体元素来稀释该氮化物气体，其中稀释比在2∶1至1000∶1的范围内。在辉光放电期间压强大约在0.1Pa至133Pa的范围内，电源频率在1MHz至120MHz的范围内，优选13MHz至60MHz。基板加热温度可以是300℃或更小，优选100℃至250℃。希望控制诸如氧、氮或碳的大气杂质组分以便具有1×10²⁰/cm³或更小的浓度，作为膜中的杂质元素，特别地，控制氧浓度为5×10¹⁹/cm³或更小，优选1×10¹⁹/cm³或更小。另外，使用半非晶半导体的TFT(薄膜晶体管)有大约1至10m²/Vsec的迁移率。
而且，用于半导体层的特定例子的结晶半导体包括单晶或多晶硅和硅-锗，其可以通过激光结晶化形成，或可以通过使用例如镍的元素具有固相生长的结晶化形成。
在使用非晶材料，例如非晶硅形成半导体层的情况下，优选的是发光器件具有其中晶体管11和其它晶体管(形成用于驱动发光元件的电路的晶体管)都是n沟道晶体管的电路。除了该情况之外，发光器件可以有包括n沟道晶体管和p沟道晶体管中之一的电路，或者可以有包括n沟道晶体管和p沟道晶体管两者的电路。
而且，第一层间绝缘膜16a至16c可以是如图9A和9C中所示的多层，或者可以是单层。第一层间绝缘膜16a包括无机材料例如氧化硅或氮化硅，第一层间绝缘膜16b包括可以在涂覆中用于淀积使用的具有自平面度(self-flatness)的材料，例如丙烯酸、硅氧烷(具有由硅(Si)和氧(O)之间的键形成的框架结构并至少包括氢作为取代基的材料)和氧化硅。另外，第一层间绝缘膜16c有包括氩(Ar)的氮化硅膜。并不特别限定包括于各层中的材料，且因此可以使用除了这里提到的材料以外的材料。而且，可以结合包括除这些材料以外的材料的层。以这种方式，可以使用无机材料和有机材料两者、或无机材料和有机材料中之一来形成第一层间绝缘膜16。
至于分隔层18，优选的是边界部分具有曲率半径连续变化的形状。另外，使用例如丙烯酸、硅氧烷、抗蚀剂或氧化硅的材料来形成分隔层18。可以使用无机材料和有机材料中一种或两种来形成分隔层18。
在图9A和9C的各图中，在晶体管11和发光元件12之间仅提供第一层间绝缘膜16。然而，如图9B所示，除了第一层间绝缘膜16(16a和16b)之外，还可以提供第二层间绝缘膜19(19a和19b)。在图9B中示出的发光器件中，第一电极13穿过第二层间绝缘膜19连接至布线17。
第二层间绝缘膜19以与第一层间绝缘膜16相同的方式可以是多层或单层。第二层间绝缘膜19a包括可以在涂覆中用于淀积使用的具有自平面度的材料，例如丙烯酸、硅氧烷(具有由硅(Si)和氧(O)之间的键形成的框架结构并至少包括氢作为取代基的材料)和氧化硅。另外，第二层间绝缘膜19b有包括氩(Ar)的氮化硅膜。并不特别限定包括于各层中的材料，且因此可以使用除了这里提到的材料之外的材料。而且，可以结合包括除这些材料之外的材料的层。以这种方式，可以使用无机材料和有机材料两者、或无机材料和有机材料中之一来形成第二层间绝缘膜19。
在发光元件12中，在形成第一电极13和第二电极14以包括发光材料的情况下，可以如由图9A的轮廓箭头所指示的，从第一电极13侧和第二电极14侧提取发射的光。在仅形成第二电极14以包括发光材料的情况下，可以如由图9B的轮廓箭头所指示的，仅从第二电极14侧提取发射的光。在该情况下，优选的是第一电极13包括高反射材料，或在第一电极13下方提供包括高反射材料的膜(反射膜)。在仅形成第一电极13以包括发光材料的情况下，可以如由图9C的轮廓箭头所指示的，仅从第一电极13侧提取发射的光。在该情况下，优选的是第二电极14包括高反射材料或在第二电极14上方提供反射膜。
另外，在发光元件12的情况下，第一电极13用作阳极而第二电极14用作阴极，或可选地，第一电极13用作阴极而第二电极14用作阳极。然而，在前一种情况下晶体管11为p沟道晶体管，在后一种情况下晶体管11为n沟道晶体管。
本实施例的发光器件有多个发光元件(然而，在图中未示出)。在各个发光元件的发射波长与发光元件12的发射波长相同的情况下，发光器件发射单色光。在各个发光元件的发射波长不同的情况下，发光器件能够发射多种颜色，例如红(R)、绿(G)和蓝(B)色的光。
在上述发光器件的情况下，由电连接至各个发光元件的晶体管控制发光或非发光态。通过控制各个发光元件的发光或非发光态，能够进行图像显示等等。在发光器件中，通过应用本发明，抑制了由于例如溅射或电极之间短路的因素所引起的缺陷，其可能是由在发光元件的制造工艺中所导致的，且能够显示满意的图像。
[实施例4]
在本实施例中，参考图11和12的顶视图以及图13A和13B的电路图，将描述根据本发明的发光器件。
图11示出有显示功能的发光器件的像素部分的顶视图。在像素部分中，提供了发光元件、根据图像信号确定发光元件的发光或非发光态的驱动晶体管7001、控制图像信号输入的开关晶体管7002、不考虑图像信号而控制发光元件为非发光态的擦除晶体管7003、源极信号线7004、第一扫描线7005、第二扫描线7006和供电线7007。在区域7008中形成根据本发明的发光元件。另外，图13A示出具有图11中所示像素结构的发光元件的像素部分的驱动器电路图。
当在写入周期内选择第一扫描线7005时，接通具有连接于第一扫描线7005栅极的开关晶体管7002。接着，当将输入到源极信号线7004的视频信号经由开关晶体管7002输入至驱动晶体管7001的栅极时，电流从供电线7007流到发光元件从而发光。在保持周期内，通过控制第一扫描线7005的电位来关断开关晶体管7002以保持在写入周期内写入的视频信号的电位。在擦除周期内，由于选择第二扫描线7006来接通擦除晶体管7003，从而关断驱动晶体管7001，所以会强迫地产生其中没有电流供给发光元件的状态。
图12示出具有显示功能的发光器件的像素部分的顶视图，其具有不同于图11的电路结构。在像素部分中，提供了具有固定栅极电位的驱动晶体管7101、控制图像信号输入的开关晶体管7102、不考虑图像信号而控制发光元件为非发光态的擦除晶体管7103、控制提供给发光元件的电流的电流控制晶体管7104、源极信号线7105、第一扫描线7106、第二扫描线7107、供电线7108和电源线7109。在区域7110中形成根据本发明的发光元件。另外，图13B示出具有示于图12中的像素结构的发光元件像素部分的驱动器电路图。
当在写入周期内选择第一扫描线7106时，接通具有连接于第一扫描线7106的栅极的开关晶体管7102。接着，当将输入到源极信号线7105的视频信号经由开关晶体管7102输入至电流控制晶体管7104的栅极时，电流从供电线7108经由驱动晶体管7101流到发光元件以发光。驱动晶体管7101具有连接到电源线7109的栅电极。在保持周期内，通过控制第一扫描线7106的电位来关断开关晶体管7102，以保持在写入周期内写入的视频信号的电位。在擦除周期内，由于选择第二扫描线7107来接通擦除晶体管7103，从而关断电流控制晶体管7104，所以会强迫地产生其中没有电流供给发光元件的状态。
在上述的发光器件中，并没有特别的限定各个晶体管的结构。可以使用单栅极结构或多栅极结构。另外，可以使用LDD结构，或者可以使用其中LDD部分与栅极电极交迭的栅极交迭LDD结构。
在本实施例中示出的发光器件中，通过应用本发明，抑制了由于例如溅射或电极之间短路的因素所引起的缺陷，以便可以显示满意的图像。
[实施例5]
在附加了外部输入端并且密封之后，将示于实施例3和4中根据本发明的发光器件安装于各种电子器件中。
在根据本发明的这些电子器件中，抑制了由于发光元件的缺陷而引起的显示的缺陷(对发光元件的损伤)，且可以显示满意的图像。
在本实施例中，参考图14、15和16将描述根据本发明的发光器件和安装有该发光器件的电子器件。然而，图14、15和16中示出的发光器件和电子器件仅是一个例子，且并不认为将发光器件的结构限定于本实施例。
图14是密封后的发光器件的横截面图。用密封剂6502接合基板6500和密封基板6501，从而将晶体管和根据本发明的发光元件夹在中间。将用作外部输入端的FPC(柔性印刷电路)6503附着到基板6500的边沿。另外，夹在基板6500和密封基板6501之间的区域填充有例如氮气的惰性气体或树脂材料。
图15是示出根据本发明发光器件的框架形式的俯视图。在图15中，由虚线示出的部分6510、6511和6512是驱动器电路部分(源极侧驱动器电路)、像素部分和驱动器电路部分(栅极侧驱动器电路)。在像素部分6511中，提供了根据本发明的发光元件。通过FPC 6503和在基板6500上形成的一组布线连接驱动器电路部分6510和6512，该FPC 6503用作外部输入端。通过接收来自FPC(柔性印刷电路)6503的信号，例如视频信号、时钟信号、启动信号和复位信号，将这些信号输入到源极侧驱动器电路6510或栅极侧驱动器电路6512。而且，将印刷线路板(PWB)6513附着到FPC 6503。在驱动电路器部分6510中，提供了移位寄存器6515、开关6516和存储器(锁存器)6517和6518。在驱动器电路部分6512中，提供了移位寄存器6519和缓冲器6520。除了这些之外，还可以提供其它的功能。
图16示出安装有根据本发明的发光器件的电子器件的例子。
图16示出根据本发明制造的膝上型个人电脑，其包括主体5521、框架主体5522、显示部分5523和键盘5524。通过将具有根据本发明发光元件的发光器件结合到个人电脑中来完成显示器件。
在本实施例中，描述了膝上型个人电脑。然而，另外可以将具有根据本发明发光元件的发光器件安装到诸如蜂窝电话、电视、汽车导航系统或照明设备中的器件。
本申请以2003年10月3日在日本专利局申请的日本专利申请序列No.2003-345579为基础，其内容并入这里以作参考。
虽然参考附图以实例的方式全面地描述了本发明，但要理解的是，对于本领域技术人员各种改变和修改将是显而易见的。因此，除非这种改变和修改脱离了下文定义的本发明的范围，否则将应当它们理解为包括于其中。