CN100483783C - 光发射元件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

根据本发明，一个绝缘的或半绝缘的具有隧道电流能流过的厚度的壁垒层设置在空穴注入电极和带有空穴传输特性的有机化合物层(空穴注入层或空穴传输层)之间。具体地说，含有硅或二氧化硅的绝缘的或半绝缘的薄壁垒层；硅或二氧化硅和光传送导电氧化物材料；或硅或二氧化硅，光传送导电氧化物材料，以及碳可以被设置在由光传送导电氧化物材料形成的光传送导电氧化物薄膜和含有有机化合物的空穴注入层之间。

Description

光发射元件及其制造方法
发明背景
发明领域
本发明涉及应用电致发光材料的光发射元件。更具体地说，本发明涉及一种光发射元件的元件结构，在该结构中，一对电极以及一个在电极对之间的有机化合物层互相堆积。
相关技术描述
一种应用一对主要夹有一包含有机化合物层的电极产生电致发光(下文也称之为EL)的光发射元件已经引起注意。该光发射元件应用了下面的现象：从一个电极发射的空穴和从另一个电极发射的电子经复合而激发发光中心，然后，当该发光中心返回基态时就发出光。也就是，光发射元件被形成为带有不同的载流子传输特性的有机化合物被堆积在一对电极之间，空穴从一个电极发射，电子从另一个电极发射。形成电极的材料的功函数的度被看作为空穴和电子被发射进有机化合物的发射特性的指标。具有高功函数的材料最好被用作发射空穴的电极，具有低功函数的材料最好被用作发射电子的电极。
通常，具有约5eV功函数的氧化铟锡(ITO)被用作发射空穴的电极，该电极被称为阳极，使该阳极和具有高空穴传输性能的有机化合物接触。同时，在铝等材料中含有诸如Li或Mg的碱金属或碱土金属的材料被用作发射电子的电极，该电极被称为阴极，使该阴极和具有高电子传输性能的材料接触。
有机化合物被用于一个空穴注入层，空穴传输层和电子发射层或电子传输层以外的光发射层，空穴注入层由CuPc形成，空穴传输层由作为一种芳香胺材料的4，4’-二-[N-(萘基)-N-苯基-氨基]联苯(α-NPD)形成，电子发射层或电子传输层为三-8-喹啉根合(喹啉根合)铝复合物(Alq3)；在光发射层中诸如喹吖酮的辅助材料被加到诸如Alq3和红荧烯(rubrene)的光发射材料或基质材料中。
需要提高光发射元件的从电极高效率地发射电子和空穴的性能，所发射的电荷被高效率地传输到光发射层提高电子和空穴的复合效率以及提高复合以后的发射效率。
但是，在具有有机化合物堆积在由无机化合物形成的电极之上的常规结构的光发射器件的情况下不能得到充分的亮度。还有，这样的光发射元件有诸如高功率消耗和短亮度半寿命的相关于稳定性的有待解决的问题。
本发明的概述
鉴于上述问题而提出了本发明，本发明的一个目的是提供一种带有高稳定性，良好的光发射特性和高亮度低功耗的光发射元件。
本发明提供的光发射元件中，一个绝缘的或半绝缘的隧道电流流过的壁垒层设置在发射空穴的电极(阳极，下文被称为空穴注入电极)和含有带有空穴传输特性的有机化合物的层(空穴注入层或空穴传输层)之间。具体地说，本发明提供一种光发射元件，该光发射元件中，含有硅或二氧化硅以及光传送导电氧化物材料的绝缘或半绝缘的壁垒层被设置在由ITO代表的光传送导电氧化物薄膜和含有有机化合物的空穴注入层之间。替代上述壁垒层，可设置除了硅或二氧化硅外还含有碳的绝缘或半绝缘的薄壁垒层以及光传送导电氧化物材料。
对于根据本发明的光发射元件，用含有硅或二氧化硅的光传送导电氧化物层形成空穴注入电极；由有机化合物形成空穴注入层或空穴传输层；以及隧道电流流过的绝缘或半绝缘的壁垒层设置在空穴注入电极和空穴注入层或空穴传输层之间。
对于根据本发明的光发射元件，用含有硅或二氧化硅的光传送导电氧化物层形成空穴注入电极；由有机化合物形成空穴注入层或空穴传输层；以及提高空穴注入效率的绝缘或半绝缘的壁垒层设置在空穴注入电极和空穴注入层或空穴传输层之间。
对于根据本发明的光发射元件，用含有硅或二氧化硅的光传送导电氧化物层形成空穴注入电极；由有机化合物形成空穴注入层或空穴传输层；以及设置隧道电流流过的绝缘或半绝缘的壁垒层以防止空穴注入电极和空穴注入层或空穴传输层互相接触。
对于根据本发明的光发射元件，用含有硅或二氧化硅的光传送导电氧化物层形成空穴注入电极；由有机化合物形成空穴注入层或空穴传输层；以及设置提高空穴注入效率的绝缘或半绝缘的壁垒层以防止空穴注入电极和空穴注入层或空穴传输层互相接触。
对于根据本发明的光发射元件，用含有硅或二氧化硅的光传送导电氧化物层形成空穴注入电极；由有机化合物形成空穴注入层或空穴传输层；以及含有硅或二氧化硅的壁垒层设置在空穴注入电极和空穴注入层或空穴传输层之间的空穴注入电极的表面。
对于根据本发明的光发射元件，用含有硅或二氧化硅的光传送导电氧化物层形成空穴注入电极；由有机化合物形成空穴注入层或空穴传输层；以及含有硅或二氧化硅的壁垒层设置在空穴注入电极的表面以防止空穴注入电极和空穴注入层或空穴传输层互相接触。
本发明包括的步骤为：在用含有硅或二氧化硅的光传送导电氧化物层形成的空穴注入电极的表面形成一个绝缘或半绝缘的隧道电流流过的壁垒层；和形成一个空穴注入层或一个空穴传输层，该两层的任一层都在壁垒层上面由有机化合物形成。
本发明包括的步骤为：在用含有硅或二氧化硅的光传送导电氧化物层形成的空穴注入电极的表面形成一个绝缘或半绝缘的提高空穴注入效率的壁垒层；和形成一个空穴注入层或一个空穴传输层，该两层的任一层都在壁垒层上面由有机化合物形成。
本发明包括的步骤为：用含有硅或二氧化硅的氧化铟锡形成一个空穴注入电极；通过选择性地去除氧化铟锡留下硅或二氧化硅在空穴注入电极的表面形成一个壁垒层；和在壁垒层上面由有机化合物形成空穴注入层或空穴传输层。
本发明包括的步骤为：在绝缘的表面上面形成含有硅或二氧化硅的光传送导电氧化物层的导电层；在导电层上涂覆感光有机树脂材料以后进行曝光显影以去除非曝光部分；形成具有一个暴露空穴注入电极的开口的有机树脂层；以及在热处理以后在导电层上面形成由有机化合物形成的空穴注入层。
光传送导电氧化物层可以应用光传送导电氧化物材料，诸如氧化铟锡(ITO)，氧化锌(ZnO)，氧化铟锌(IZO)，添加镓的氧化锌(GZO)等。最好通过溅射含有光传送导电氧化物材料和二氧化硅的靶材料形成空穴注入电极。
对于如上构成的光发射元件，空穴注入电极和空穴注入层不直接互相接触。因此可以获得空穴注入电极的初始功函数，提高空穴发射进空穴注入层的效率；这样，光发射特性可以增强。
附图的简短叙述
图1A到1C为叙述应用根据本发明的光发射元件的光发射器件的制造方法的示意图。
图2A和2B为显示根据本实施例和对比实例的光发射器件的显示器的实验室结果的图表。
图3为显示根据本实施例和对比实例的光发射器件的显示器的实验室结果的图表。
图4显示一个曲线，该曲线显示根据本实施例和对比实例的光发射器件的显示器的实验室结果并显示亮度相对于电流之比(任意标度)。
图5为显示常规的光传送导电氧化物层和空穴注入层之间的接触的能带模型的示意图。
图6A和6B为显示说明含有硅或二氧化硅的绝缘或半绝缘壁垒层形成在光传送导电氧化物层和空穴注入层之间的边界的每一种状态的能带模型的示意图。
图7为具有包括有不同发射颜色的像素A，像素B和像素C的像素区域的光发射器件的剖面图。
图8A到8C为显示一种光发射器件，该光发射器件内相对面的衬底和元件衬底形成一体的示意图。
图9为更详尽地显示元件衬底的结构的顶视图。
图10A到10G为显示根据本发明的电子器件的实例的示意图。
本发明的详尽叙述
实施例模式
本发明的实施例模式将结合附图进行详尽叙述。本发明不限于下文的叙述。在本技术领域熟练的人员很容易理解，对本发明的实施例模式及细节可以做出各种变化而不背离本发明的精神和范围。本发明不应被理解为局限于下文的对实施例模式的叙述。在下文将叙述的模式中，指明相同部分的参考数字通常都用于不同的图中。
一种光发射元件具有如下的结构，该结构中由光传送导电氧化物层形成的空穴注入电极和具有电子发射特性，含有碱金属或碱土金属的电极(阴极，下文称之为电子发射电极)和一个包含有机化合物的在两电极之间产生EL的层互相堆积。包含有机化合物的层最好为包括一个空穴传输层，一个光发射层和一个电子传输层的堆积层。另外，一个空穴注入层可设置在空穴注入电极和空穴传输层之间。一个电子发射电极可设置在电子发射电极和电子传输层之间。没有必要去精确求证空穴注入层以及空穴传输层和电子发射层以及电子传输层之间的差别，由于空穴传输特性(空穴迁移率)或电子特性(电子迁移率)尤其重要，因此这些层可以认为是相同的。可以应用一种空穴阻挡层设置在电子传输层和光发射层之间的结构。光发射层可以有这样的结构，诸如颜料或金属复合物的辅助材料被添加到基质材料中以改变发射的颜色。因此，光发射层可以形成为包含磷光的或荧光的材料。
鉴于载流子的传输特性，一个含有有机化合物的层或一个有机化合物层包括一个空穴注入层，一个空穴传输层，一个光发射层，一个电子传输层和一个电子发射层。没有必要去精确求证空穴注入层和空穴传输层之间的差别，由于空穴传输特性(空穴迁移率)尤其重要，因此空穴注入层和空穴传输层可以认为是相同的。一个和空穴注入层接触的层被称为空穴传输层是为了方便，这样可以和与阳极接触的空穴注入层相区别。相类似，一个和阴极接触的层被称为电子发射层，一个和电子发射层接触的层被称为电子传输层。间或，光发射层也被用作电子传输层；相应地，这样的光发射层就被称为光发射电子传输层。另外，光发射元件可用各种材料取代有机化合物，诸如为有机材料和无机材料的复合物的材料，金属复合物被添加到有机化合物中的材料等，只要能得到相似的功能即可。
空穴注入电极用光传送导电氧化物层制作，该光传送导电氧化物从由诸如氧化铟锡(ITO)，氧化锌(ZnO)，氧化铟锌(IZO)，添加镓的氧化锌(GZO)等组成的组合中选择，并被添加1％到10％原子数的二氧化硅。最好，在空穴注入电极和有机化合物接触的表面二氧化硅的浓度增加；这样，绝缘或半绝缘的壁垒层可以形成在空穴注入电极的表面。壁垒层有载流子能在空穴注入电极和有机化合物层之间移动的厚度。
或者，由二氧化硅或二氧化硅和光发射导电氧化物层的复合物制作的壁垒层被形成到隧道电流可流过的厚度。壁垒层有不同于作为基层的空穴注入电极的构成。因此，甚至在其设置在空穴注入层和有机化合物层之间时，壁垒层也显示出非矫正的特性。壁垒层使载流子能移动，也将空穴注入电极和有机化合物层分离。当设置壁垒层时，使空穴注入电极和有机化合物层不直接接触。在这样的结构中，空穴注入电极的初始功函数可以发挥作用。因此，空穴发射到有机化合物层内的效率可以提高，发射特性可以增强。
用光传送导电氧化物层形成的空穴注入电极可以用含有光传送导电氧化物材料和二氧化硅的靶材料通过溅射形成。靶材料可在光传送导电氧化物层中具有二氧化硅的1％到20％的重量百分比，最好是2％到10％。当二氧化硅的浓度上升时，空穴注入电极的电阻率上升，因此，空穴注入电极可被形成在上述范围。这样，就得到在光传送导电氧化物层中含有1％到20％重量百分比，最好是2％到10％的硅的空穴注入电极。空穴注入电极可以通过用真空共同淀积的方法淀积光传送导电氧化物材料和二氧化硅，只要能得到相似的构成即可。
壁垒层可通过从含有二氧化硅的光传送导电氧化物层选择性地去除光传送导电氧化物材料形成。具体地说，壁垒层可通过提升添加到光传送导电氧化物层中的二氧化硅的成分比形成。形成方法之一为光传送导电氧化物层的表面用能选择性地去除光传送导电氧化物材料的溶液处理的方法。除此之外，壁垒层可用从氢，氧和氟中选择的一种或多种元素通过等离子处理，或用诸如氮或氩的惰性气体通过等离子处理形成在光传送导电氧化物层的表面。绝缘或半绝缘的壁垒层可以是通过真空淀积，溅射或气相晶体生长法形成在光传送导电氧化物层上面的硅或二氧化硅的涂覆层。另外，壁垒层可以是通过旋转涂覆含有硅或二氧化硅的溶液，然后经烘烤形成的涂覆层。在任何一种情况中，壁垒层都可以是硅或二氧化硅和光传送导电氧化物材料的复合物，或硅或二氧化硅，光传送导电氧化物材料和碳的复合物。
聚3，4-亚乙基二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸酯(PEDOT：PSS)溶液可被用作空穴注入层的聚合物基化合物，替代CuPc；作为一种芳香胺材料的4，4’-二-[N-(萘基)-N-苯基-氨基]联苯(α-NPD)；或4，4’，4”-三[N-3-甲基苯基-N-苯基-氨基]三苯胺(MTDATA)。这样的空穴注入层可以通过真空淀积或旋转涂覆形成。
在空穴注入层形成之前，空穴注入电极可在100℃到300℃的温度下进行热处理，或可为清洁的目的先进行擦拭，提高平面度。
有时壁垒层在光传送导电氧化物层精细形成的情况下将难以形成。壁垒层最好粗略地形成到亚微米级的水平。具体地说，当形成光传送导电氧化物层的图形时形成和光传送导电氧化物层接触的抗蚀树脂以及在其上形成一个有机树脂层的过程中，可以通过组合光传送导电氧化物材料的组成成分的金属氧化物，二氧化硅以及含碳材料形成壁垒层。
如上所述构型的光发射元件可以发挥空穴注入电极的初始功函数的效应，因为空穴注入电极不直接接触有机化合物的空穴注入层或空穴传输层。空穴发射到空穴注入层的效率得到提高，因为在载流子的使用中效率得到提高；这样光发射特性得到增强。
图5显示了常规的光传送导电氧化物层(下文也称为CTO)和空穴注入层(HIL)之间的接触的能带模型。当CTO和HIL之间未得到稳固的接触时，空穴注入层的能带因为界面势能而弯曲以形成以阻挡电子的壁垒。因此，空穴在界面附近堆积起来。然后，根据表面受污染的状态光传送导电氧化物层的功函数发生改变(减小)。在这样的情况下，空穴发射特性减小，向光发射的发射的空穴的贡献比例减小；这样，电流效率也减小。
图6A和6B每一幅图都显示了含有硅或二氧化硅的绝缘或半绝缘的壁垒层形成在CTO和HIL之间的界面的状态。壁垒层有对于载流子隧道穿越的足够厚度；该厚度为0.5nm到5nm。壁垒层如图6A所示将能带展平或如图6B所示将能带弯向下侧以便不堆积空穴。这样，通过壁垒层的功能空穴发射特性得到提高。另外，发射向光发射层的空穴的贡献比例可得到提高。
接着将参考图1A到1C叙述用根据本发明的光发射元件制造光发射器件的方法。图1A显示形成在元件衬底100上面的晶体管101。晶体管101是向以后将形成的光发射元件提供电流的驱动晶体管。晶体管101由第一间隔层绝缘薄膜103和第二间隔层绝缘薄膜104覆盖。另外，晶体管101通过形成在第一间隔层绝缘薄膜103和第二间隔层绝缘薄膜104上的接触孔被连接到形成在第二间隔层绝缘薄膜104上的连线105和106。
第一间隔层绝缘薄膜103可以由有机树脂薄膜，无机材料或含有Si-O键和用硅氧烷的Si-CHx晶体的绝缘薄膜形成。第二间隔层绝缘薄膜104可以用几乎不能使潮气或氧气穿过的薄膜形成。例如，可以用通过RF溅射形成的氮化硅薄膜。或者可用类金刚石碳(DLC)薄膜，氮化铝薄膜等。
连线105和106形成以后形成空穴注入电极107。空穴注入电极107可以通过使用光传送导电氧化物薄膜形成。最好，空穴注入电极107由通过溅射含有2％到10％重量百分比的二氧化硅的ITO靶材料得到的含有二氧化硅的氧化铟锡(下文也称为“ITSO”)形成。除了ITSO以外，可以用含有二氧化硅的光传送导电氧化物薄膜，其中氧化铟锡被混合2％到20％的氧化锌(ZnO)。
空穴注入电极107可以通过CMP抛光，因此其表面可以平面化。通过CMP抛光以后，空穴注入电极107的表面可以经过UV照射处理，氧等离子处理等。另外，可以用聚乙烯基乙醇的多孔物体进行擦拭。经过这样的处理，空穴注入电极107的突起可以被消除，光发射元件中的短路可以被避免。另外，留在空穴注入电极107上的外来物质可以有效地去除。
接着，如图1B所示，形成一个隔离108以便覆盖连线105和106，第二间隔层绝缘薄膜104和空穴注入电极107的一部分。有机树脂薄膜，无机材料或含有Si-O键和用硅氧烷的Si-CHx晶体的绝缘薄膜可以被用作隔离108。隔离108有一个开口117，空穴注入电极107部分暴露在该开口内。
理想的是隔离108的开口的端部有弯曲的表面。隔离108的开口的端部有逐渐的和平缓的曲线，因此在该部分的有机化合物层109的覆盖可以得到改进。弯曲的表面可以有渐进的曲率半径，理想的是在0.2到2μm的范围。通过上述结构，形成在隔离108上面的有机化合物层109的覆盖可以得到改进。结果，空穴注入电极107和形成在有机化合物层109上面的电子发射电极之间的短路可以被防止。另外，当有机化合物层109的应力被缓解时，被称为收缩，因为其而使光发射区域缩小的缺陷可被抑制，因此可靠性能得到提高。
图1B显示隔离108由正型感光丙烯酸树脂形成的一个实例。在该情况下，或者隔离也可由负型感光丙烯酸树脂形成。例如，在隔离108由负型感光丙烯酸树脂形成的情况下，开口处的截面形状通常是弯曲的。该弯曲的形状最好是带有渐进曲率半径的形状。此时，在开口的上下端部分处的每个曲率半径都有利地处在0.2μm到2μm的范围内。
为了在形成有机化合物层109之前去除所吸收的潮气和氧气，隔离108在真空的气氛下加热。具体地说，热处理在真空的气氛下从100℃到200℃的温度中进行约0.5小时到1小时。压力被有利地设定在4×10-5Pa或更小，如果可能，最好为4×10-6或更小。通过在减压下的热处理能更有效地去除吸收的潮气和氧气。在真空下对有机绝缘薄膜进行热处理后形成有机化合物层的情况下，通过直到薄膜即刻形成之前都保持真空的气氛，能进一步提高可靠度。
在空穴注入电极107的形成和有机化合物层109的形成之间，壁垒层可通过UV照射或氧等离子处理形成在空穴注入电极107的表面上。UV照射和氧等离子处理的任一种都加速了氧化反应。例如，壁垒层可通过用UV照射或氧等离子处理组合在形成空穴注入电极107的图形时和空穴注入电极107紧密接触下形成的抗蚀树脂的成分和空穴注入电极107的成分而形成。还有，壁垒层可以形成在空穴注入电极107的表面，其时隔离108形成在空穴注入电极上面。
如图1C所示，有机化合物层109和电子发射电极110相继形成在空穴注入电极107上面。有机化合物层109有包括单光发射层或堆积的多个其中包括一个光发射层的层的结构。
例如，有机化合物层109可以通过适当地堆积一个空穴注入层，一个空穴传输层，一个光发射层，一个电子传输层和一个电子发射层而形成。带有小离子化势能的材料可用于空穴注入层，该材料可从由金属氧化物，低分子量有机化合物和聚合物基化合物组成的组合中选择。作为金属氧化物，可用氧化钒，氧化钼，氧化钌，氧化铝等。作为低分子量有机化合物，可用由m-MTDATA代表的星芒(starburst)胺，由CuPc代表的金属茂酞菁(metallophthalocyanine)等。作为聚合物基化合物，可用诸如聚苯胺或聚噻吩的共轭聚合物。通过使用上述空穴注入层的材料，空穴发射的壁垒减小，因此空穴可有效地发射进形成在光发射层的侧面的有机化合物层。
作为空穴传输层，可用诸如芳香胺的已知材料。例如，4，4’-二-[N-(1-萘基)-N-苯基-氨基]-联苯(缩写为α-NPD)；4，4’，4”-三(N，N-联苯基-氨基)-三苯胺(缩写为TDATA)等。或者可用在高分子量材料中具有优良空穴传输性能的聚(乙烯基咔唑)。
诸如三(8-喹啉根合)铝(缩写为Alq3)，三(4-甲基-8-喹啉根合)铝(缩写为Almq3)，二(10-羟基苯并[η]-喹啉根合)铍(缩写为BeBq2)，二(2-甲基-8-喹啉根合)-(4-羟基-联苯基)-铝(缩写为BAlq)，二[2-(2-羟基苯基)-苯并口恶唑(oxazolate)]锌(缩写为Zn(BOX)2)，二[2-(2-羟基苯基)-苯并噻唑(thiazolate)]锌(缩写为Zn(BTZ)2)等金属复合物有效地用于光发射层。或者可用各种类型的荧光染料。另外，诸如铂八乙基卟啉复合物，三(苯基吡啶)铟复合物或三(苯亚甲基-丙酮根合)菲铕复合物的磷光材料也可以有效地使用。因为磷光材料比荧光材料有更长的激发寿命，粒子数翻转，即激发态的分子数大于基态的分子数的状态可以建立得更容易，这在激光器振荡中是基本的要求。
另外，在光发射层中光发射材料可用作辅助材料。具体地说，具有比光发射材料更大的离子势能和更大的能带隙的材料被用作基质材料，而小量的上述光发射材料(约占0.001％到30％)可混合到该基质材料中去。
作为电子传输层，可用具有喹啉骨架或邻磺酰苯甲酰亚胺骨架的金属复合物，或其由三(8-喹啉根合)铝(缩写为Alq3)代表的混合配位体复合物。或者，可用诸如2-(4-联苯)-5-(4-叔丁基苯基)-1，3，4-氧杂二唑(oxadiazole)(缩写为PBD)，或1，3-二[5-(p-叔丁基苯基)-1，3，4-氧杂二唑-2-基]苯(缩写为OXD-7)的氧杂二唑，诸如3-(4-叔丁基苯基)-4-苯基-5-(4-联苯基)-1，2，4-三唑(缩写为TAZ)，或3-(4-叔丁基苯基)-4-(4-乙基苯基)-5-(4-联苯基)-1，2，4-三唑(缩写为p-EtTAZ)的三唑，诸如红菲咯啉的菲咯啉(缩写为BPhen)，或浴铜灵(缩写为BCP)。
作为电子发射材料，可用诸如氟化钙，氟化锂或溴化铯的碱金属或碱土金属盐。电子发射层可具有一种金属元素包含在另一种金属或包含在电子传输材料之中的结构。
电子发射电极110可用另一种已知的带有低功函数的导电材料通过气相淀积形成。例如，Ca，Al，CaF，MgAg和AlLi都是很理想的。光发射元件111形成在空穴注入电极107，有机化合物层109和电子发射电极110在其中重叠的隔离108的开口中的区域里。
电子发射电极110形成以后，可形成一个保护薄膜以覆盖光发射元件111。在该情况下，和其他的绝缘薄膜相比，保护薄膜用几乎不允许诸如潮气或氧气的可加速光发射元件恶化的物质通过的薄膜形成。通常，通过RF溅射形成的DLC薄膜，氮化碳薄膜和氮化硅薄膜等被理想地用于保护薄膜。几乎不允许诸如潮气或氧气的物质通过的薄膜和与上述薄膜相比容易使诸如潮气或氧气的物质通过的薄膜的层叠薄膜也可以用作保护层。
另外，最好用具有高度气密性，几乎不释放气体的保护薄膜(层叠的薄膜，UV固化树脂薄膜等)进行包装(密封)，从而避免暴露到外界空气或光传输密封衬底。
如上所述，在光发射器件中，来自光发射元件111的光可从元件衬底100的侧面释放。
图7显示了包括具有发射不同颜色光的像素A，像素B和像素C的像素区域的光发射器件的剖面图。在元件衬底100中，像素A配备一个连接到晶体管101a的光发射元件111a，像素B配备一个连接到晶体管101b的光发射元件111b，像素C配备一个连接到晶体管101c的光发射元件111c。
图7中的晶体管和光发射元件具有和图1A到1C中相似的结构。第一间隔层绝缘薄膜103和第二间隔层绝缘薄膜104形成在晶体管101a到101c和光发射元件111a到111c的层之间。空穴注入电极107a到107c形成在第二间隔层绝缘薄膜104上面。第二间隔层绝缘薄膜104用氮化硅薄膜或氧化氮化硅薄膜形成。空穴注入电极107a和晶体管101a连接。空穴注入电极107b和晶体管101b连接。空穴注入电极107c和晶体管101c连接。
光发射元件111a由在两者之间相夹一个有机化合物层109a的空穴注入电极107a和电子发射电极110形成。光发射元件111b由在两者之间相夹一个有机化合物层109b的空穴注入电极107b和电子发射电极110形成。光发射元件111c由在两者之间相夹一个有机化合物层109c的空穴注入电极107c和电子发射电极110形成。有机化合物层109a到109c的结构可以相应于每个像素的发射颜色变化。同时，光发射层以外的层，即空穴注入层，空穴传输层，电子发射层和电子传输层可由像素A到C共同所有。
密封衬底120设置在光发射元件111a到111c的对面。密封衬底120和元件衬底100之间的间隔可以填充树脂或干燥的惰性气体，或间隔内部的压力可以减小。晶体管101a到101c可用薄膜晶体管形成。或者，可以形成在单晶半导体衬底或SOI(绝缘体上的硅)衬底上面形成的MOS晶体管，或用诸如硅的无定形半导体薄膜形成的薄膜晶体管。
图8A到8C显示一种元件衬底10和相对面的衬底11形成一体的光发射器件。图8A是显示没有外部电路等的光发射器件的结构的透视图。图8B是取自图8A中的A-A’线的剖面图。图8C是取自图8A中的B-B’线的剖面图。
如前述各图所示，光发射器件具有配备图象显示区域12的元件衬底10，扫描线驱动电路13，数据线驱动电路14输入终端15等。元件衬底10被固定到相对面的衬底11，该相对面的衬底11配备带有密封部件19的彩色滤光器18。
玻璃，石英，塑料等被用于元件衬底10。玻璃，石英，塑料等被用作相对面的衬底11的部件。该衬底可以形成任何形状，诸如单层结构或多层结构的平板，薄膜或薄片。对于玻璃衬底，最好使用诸如商业销售的无碱玻璃的光传送玻璃。或者，可用涂覆二氧化硅膜的碱玻璃。在使用塑料的情况下，可用聚萘二羧酸乙二酯(PEN)，聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，聚醚砜(PES)，透明聚酰亚胺等。另外，也可以使用诸如光传送氧化铝或ZnS烧结体的光传送陶瓷。
密封部件19和相对面的衬底11一起形成。所形成的密封部件19在和元件衬底10的位置关系上和扫描线驱动电路13和数据线驱动电路14重叠以及两者之间间隔层绝缘薄膜16。所形成的间隔层绝缘薄膜16有平整的表面，其顶表面和侧表面用氮化硅或氧化氮化硅形成。
在图象显示区域12中，用从扫描线驱动电路13或数据线驱动电路14延伸的数据线和扫描线形成一个矩阵图形。置于适当位置的开关元件组和与开关元件组电气连接的有机光发射元件组17构型成一个像素矩阵。这里，扫描线驱动电路13从图象显示区域12的两侧驱动，但如果信号延迟不成为问题的话扫描线驱动电路13可仅从图象显示区域12的任一侧驱动。
输入终端15形成在元件衬底10的四周。输入终端15从外部电路接收各种信号并连接到电源。元件衬底10，相对面的衬底11和密封部件19包围的空间被充以惰性气体。这样，保护有机光发射元件组17免受腐蚀。在该空间中可设置诸如氧化钡的干燥剂。
图9是更详尽地显示元件衬底10的结构的顶视图。具体地说，显示了围住图象显示区域12两侧的扫描线驱动电路13和相邻于图象显示区域12的其他侧的数据线驱动电路14以及输入终端15的排列。
被分隔在图象显示区域中的像素部分23的区域被排列成矩阵，为了方便，矩阵的行和列可以分开看待。第一附属连线20形成为平行于列的带形。第一附属连线20的任一端或两端延伸到图象显示区域的外面。所形成的第一附属连线20不和一个像素部分23的区域重叠；这样可保持引出所产生的光的效率。电气连接到第一附属连线20的第二附属连线21平行于行延伸。第二附属连线21的任一端或两端电气连接到从输入终端15延伸的连线22。恒定电势或交变电势可施加到连线22，取决于有机光发射元件的驱动方法。
附属连线最好用具有最大电阻率为1×10-5Ωcm的材料形成。每1cm的附属连线的电阻值最好不超过100Ω。除了所使用的材料以外，附属连线的电阻值由线宽和线厚确定。例如，在像素行之间的间距为200μm的情况下，假设像素电极的宽度约为120μm，形成在隔离层上面的第一附属连线适当地形成为具有从20μm到40μm的宽度。在附属连线用具有4×10-6Ωcm电阻率的铝合金形成到0.4μm厚的情况下，当线宽为20μm时，每1cm的电阻值为50Ω。
有关如上形成的光发射元件，空穴注入电极和空穴注入层不直接接触。因此，空穴注入电极的初始功函数可以发挥作用，空穴发射到空穴注入层的效率可以提高，因此光发射特性可以增强。
配备这样的光发射元件作为如上所述的器件的电子装置包括电视系统(也称为电视或电视接收机)，数字照相机，数字视频摄象机，蜂窝电话，诸如PDA的便携式信息终端，游戏机，计算机监视器，计算机，以及诸如汽车音响系统的声音回放装置。其实例显示在图10中。
在图10A显示的便携式信息终端中，显示区域202等被包括在主体201的一部分中。明亮的显示区域可以通过用本实施例模式的光发射器件形成显示区域202而得到，便携式信息终端的功率消耗可以减小。
在图10B中显示的数字视频摄象机中，显示区域204被包括在主体203中。明亮的显示区域可以通过用本实施例模式的光发射器件形成显示区域204而得到，数字视频摄象机的功率消耗可以减小。
在图10C中显示的蜂窝电话中，显示区域206被包括在主体205中。明亮的显示区域可以通过用本实施例模式的光发射器件形成显示区域206而得到，蜂窝电话的功率消耗可以减小，该蜂窝电话可以用更长的时间。
在图10D显示的游戏机中，显示区域208被包括在主体207中。通过该游戏机，诸如游戏软件的程序可用无线互联网连接下载。另外，通过和其他游戏机的互相联通可得到各种信息。明亮的显示区域可以通过用本实施例模式的光发射器件形成显示区域208而得到，游戏机的功率消耗可以减小，因此该游戏机可以用更长的时间。
如图10E所示的计算机包括主体209和显示区域210。明亮的显示区域可以通过用本实施例模式的光发射器件形成显示区域210而得到，计算机的功率消耗可以减小。
在图10F显示的电视系统中，显示区域212被包括在主体211中。明亮的显示区域可以通过用本实施例模式的光发射器件形成显示区域212而得到，电视系统的功率消耗可以减小，热量的产生可以被抑制。
实施例1
下文将参考图1说明根据本实施例制造的光发射器件。
第一间隔层绝缘薄膜103用氧化氮化硅薄膜形成。具体地说，通过用等离子CVD将30nm厚的第一氧化氮化硅薄膜和200nm厚的第二氧化氮化硅薄膜层叠到230nm的总厚度而形成第一间隔层绝缘薄膜103。用硅作为靶材料通过溅射生成100nm厚的氮化硅薄膜而形成第二间隔层绝缘薄膜104。
通过溅射将ITSO薄膜生成到110nm的厚度而形成空穴注入电极107，溅射靶材料(934mm×158mm)具有85％重量百分比的氧化铟(In2O3)，10％的氧化锡(SnO2)，5％的二氧化硅(SiO2)的成分比例，溅射气体为120sccm的氩和5sccm的氧，压力0.26Pa，DC电功率3.3kW。通过曝光工艺以后将ITSO薄膜的图形形成到预先确定的形状而形成空穴注入电极107。去除光刻胶掩模以后用热处理炉进行200℃60分钟的热处理。
用感光丙烯酸树脂将隔离108形成到1500nm厚。通过旋转涂覆施加丙烯酸树脂后，在大气压下温度85℃进行烘烤170秒的处理时间。接着，曝光工艺以后，将隔离108的图形形成到预先确定的形状。另外，用热处理炉在220℃进行热处理60分钟。
接着，用水银灯等作为光源进行紫外线(UV)照射。另外，在减压下在150℃通过30分钟热处理形成有机化合物层。关于有机化合物层109，用形成的CuPc(20nm)作为空穴注入层，α-NPD(40nm)作为空穴传输层，Alq3：DMQd(375nm)作为光发射层(DMQd：喹啉酮)，以及Alq3(375nm)作为电子传输层。
电子发射电极110由氟化钙(CaF2)形成到1nm厚，200nm厚的铝薄膜堆积在其上以形成光发射元件111。
#(对比实例)
作为对比实例，制造用ITO形成空穴注入电极107的光发射器件。每种有机化合物层109和电子发射电极110都有和实施例1相似的结构。
图2A和2B显示了本实施例和对比实例的光发射器件的显示器的实验室结果。两种光发射器件都包括112200像素(一个像素的尺寸为32μm×140μm)，并对当所有的像素都被点亮时相对于电流的亮度进行计算。如图2所示，在本实施例的用ITSO作为空穴注入电极的样品中，亮度相对于电流的比(电流效率)极端地大。
图3显示了根据本实施例和应用以相似方式形成的其他样品的结果的对比实例的光发射器件的显示器的实验室结果。图3的图表显示了区号，从衬底提取的面板的位置，电流和亮度。在每种样品的对比中，根据本实施例的用ITS0作为空穴注入电极的样品具有亮度相对于电流(电流效率)的更高的比值。图4显示了16种样品中亮度相对于电流的比值(任意单位)。对于所有的样品，根据本实施例每种都用ITSO作为空穴注入层的样品有平均1.47倍于对比实例的更高的比值。
如上所述，应用根据本发明的光发射器件能得到高电流效率。
本申请基于2003年8月29日向日本专利局申请的日本专利申请系列号2003-308126，该申请的内容通过引用而结合在本文中。
虽然本发明全文通过实施例模式的方法并参考附图进行了叙述，可以理解的是，对于本技术领域熟练的人员而言，各种变化和修改是显而易见的。因此，除非这样的变化和修改背离了在下文中限定的本发明的范围，否则都将被包括在本发明中。

Claims (21)

1.一种光发射元件包括：
包括光传送导电氧化物材料和硅或二氧化硅的空穴注入电极；
空穴传输层；和
设置在空穴注入电极和空穴传输层之间的壁垒层，
其中所述壁垒层包括光传送导电氧化物材料和二氧化硅，并且
其中在所述壁垒层中的二氧化硅的浓度比在所述空穴注入电极中的二氧化硅的浓度要高。
2.一种光发射元件包括：
包括光传送导电氧化物材料和硅或二氧化硅的空穴注入电极；
空穴注入层；和
设置在空穴注入电极和空穴注入层之间的壁垒层，
其中所述壁垒层包括光传送导电氧化物材料和二氧化硅，并且
其中在所述壁垒层中的二氧化硅的浓度比在所述空穴注入电极中的二氧化硅的浓度要高。
3.一种光发射元件包括：
包括光传送导电氧化物材料和硅或二氧化硅的空穴注入电极；
空穴传输层；和
设置在空穴注入电极和空穴传输层之间的壁垒层，
其中所述壁垒层提高了空穴注入效率，
其中所述壁垒层包括光传送导电氧化物材料和二氧化硅，并且
其中在所述壁垒层中的二氧化硅的浓度比在所述空穴注入电极中的二氧化硅的浓度要高。
4.一种光发射元件包括：
包括光传送导电氧化物材料和硅或二氧化硅的空穴注入电极；
空穴注入层；和
设置在空穴注入电极和空穴注入层之间的壁垒层，
其中所述壁垒层提高了空穴注入效率，
其中所述壁垒层包括光传送导电氧化物材料和二氧化硅，并且
其中在所述壁垒层中的二氧化硅的浓度比在所述空穴注入电极中的二氧化硅的浓度要高。
5.一种光发射元件包括：
包括光传送导电氧化物材料和硅或二氧化硅的空穴注入电极；
空穴传输层；和
设置在空穴注入电极和空穴传输层之间的壁垒层，
其中隧道电流流过该壁垒层，
其中所述壁垒层被设置成防止空穴注入电极和空穴传输层互相接触，
其中所述壁垒层包括光传送导电氧化物材料和二氧化硅，并且
其中在所述壁垒层中的二氧化硅的浓度比在所述空穴注入电极中的二氧化硅的浓度要高。
6.一种光发射元件包括：
包括光传送导电氧化物材料和硅或二氧化硅的空穴注入电极；
空穴注入层；和
设置在空穴注入电极和空穴注入层之间的壁垒层，
其中所述壁垒层被设置成防止空穴注入电极和空穴注入层互相接触，
其中所述壁垒层包括光传送导电氧化物材料和二氧化硅，并且
其中在所述壁垒层中的二氧化硅的浓度比在所述空穴注入电极中的二氧化硅的浓度要高。
7.一种光发射元件包括：
包括光传送导电氧化物材料和硅或二氧化硅的空穴注入电极；
空穴传输层；和
设置在空穴注入电极和空穴传输层之间的壁垒层，
其中所述壁垒层提高了空穴注入效率，
其中所述壁垒层被设置成防止空穴注入电极和空穴传输层互相接触，
其中所述壁垒层包括光传送导电氧化物材料和二氧化硅，并且
其中在所述壁垒层中的二氧化硅的浓度比在所述空穴注入电极中的二氧化硅的浓度要高。
8.一种光发射元件包括：
包括光传送导电氧化物材料和硅或二氧化硅的空穴注入电极；
空穴注入层；和
设置在空穴注入电极和空穴注入层之间的壁垒层，
其中所述壁垒层提高了空穴注入效率，
其中所述壁垒层被设置成防止空穴注入电极和空穴注入层互相接触，
其中所述壁垒层包括光传送导电氧化物材料和二氧化硅，并且
其中在所述壁垒层中的二氧化硅的浓度比在所述空穴注入电极中的二氧化硅的浓度要高。
9.一种光发射元件包括：
包括光传送导电氧化物材料和硅或二氧化硅的的空穴注入电极；
空穴传输层；和
设置在空穴注入电极和空穴传输层之间的壁垒层，
其中壁垒层设置在空穴注入电极的表面上，
其中所述壁垒层包括光传送导电氧化物材料和二氧化硅，并且
其中在所述壁垒层中的二氧化硅的浓度比在所述空穴注入电极中的二氧化硅的浓度要高。
10.一种光发射元件包括：
包括光传送导电氧化物材料和硅或二氧化硅的空穴注入电极；
空穴注入层；和
设置在空穴注入电极和空穴注入层之间的壁垒层，
其中壁垒层设置在空穴注入电极的表面上，
其中所述壁垒层包括光传送导电氧化物材料和二氧化硅，并且
其中在所述壁垒层中的二氧化硅的浓度比在所述空穴注入电极中的二氧化硅的浓度要高。
11.一种光发射元件包括：
包括光传送导电氧化物材料和硅或二氧化硅的空穴注入电极；
空穴传输层；和
设置在空穴注入电极和空穴传输层之间的壁垒层，
其中壁垒层设置在空穴注入电极的表面上，
其中壁垒层被设置成防止空穴注入电极和空穴传输层互相接触，
其中所述壁垒层包括光传送导电氧化物材料和二氧化硅，并且
其中在所述壁垒层中的二氧化硅的浓度比在所述空穴注入电极中的二氧化硅的浓度要高。
12.一种光发射元件包括：
包括光传送导电氧化物材料和硅或二氧化硅的空穴注入电极；
空穴注入层；和
设置在空穴注入电极和空穴注入层之间的壁垒层，
其中壁垒层设置在空穴注入电极的表面上，
其中壁垒层被设置成防止空穴注入电极和空穴注入层互相接触，和
其中所述壁垒层包括光传送导电氧化物材料和二氧化硅，并且
其中在所述壁垒层中的二氧化硅的浓度比在所述空穴注入电极中的二氧化硅的浓度要高。
13.如权利要求1至12所述的光发射元件，其特征在于，其中光传送导电氧化物材料包括至少一种从由氧化铟锡，氧化锌，氧化铟锌和添加镓的氧化锌组成的组合中选择的物质。
14.如权利要求9至12所述的光发射元件，其特征在于，其中壁垒层包括碳。
15.一种制造光发射元件的方法，包括的步骤为：
形成一隧道电流在其中流过的绝缘的或半绝缘的壁垒层；和
在壁垒层上面形成包括有机化合物的空穴注入层或空穴传输层；
其中壁垒层形成在包括含有硅或二氧化硅的光传送导电氧化物层的空穴注入电极的表面上。
16.一种制造光发射元件的方法，包括的步骤为：
形成提高空穴注入效率的绝缘的或半绝缘的壁垒层；和
在壁垒层上面形成包括有机化合物的空穴注入层或空穴传输层；
其中壁垒层形成在包括含有硅或二氧化硅的光传送导电氧化物层的空穴注入电极的表面上。
17.一种制造光发射元件的方法，包括的步骤为：
用含有硅或二氧化硅的氧化铟锡形成空穴注入电极；
选择性地去除氧化铟锡留下硅或二氧化硅，从而形成壁垒层；和
在壁垒层上面形成包括有机化合物的空穴注入层或空穴传输层。
18.一种制造光发射元件的方法，包括的步骤为：
在绝缘表面上面形成含有硅或二氧化硅的光传送导电氧化物层的导电层；
在该导电层上涂覆感光有机树脂材料；
进行显影以去除未曝光部分；
形成具有导电层暴露在其中的开口的有机树脂层；和
热处理后在导电层上面形成包括有机化合物的空穴注入层。
19.如权利要求1至12所述的光发射元件，其特征在于，其中光发射元件被结合进从由电视系统，数字照相机，数字视频摄象机，蜂窝电话，PDA，游戏机，计算机，以及声音回放装置组成的组合中选择的至少一种装置中。
20.如权利要求15或16所述的制造光发射元件的方法，其特征在于，其中壁垒层由UV照射或氧等离子体处理形成。
21.如权利要求1至12所述的光发射元件，其特征在于，所述势垒层是绝缘体或者半绝缘体。
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