CN101395966A

CN101395966A - 发光元件、发光设备、照明设备和电子器具

Info

Publication number: CN101395966A
Application number: CNA2007800073227A
Authority: CN
Inventors: 大原宏树; 坂田淳一郎; 中村康男
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2006-03-02
Filing date: 2007-02-22
Publication date: 2009-03-25
Also published as: WO2007100020A1; US20070205417A1

Abstract

发光层包含：发光基材，它包括硫族化合物；以及发光中心，它包括两种卤族化合物。硫族化合物包含硫族元素以及选自周期表第2到13族的元素，并且卤族化合物包含卤族元素以及选自典型的金属元素、过渡金属元素或稀土元素中的元素。

Description

发光元件、发光设备、照明设备和电子器具

技术领域

本发明涉及利用电致发光的发光元件。另外，本发明涉及具有该发光元件的发光设备、照明设备和电子器具。

背景技术

近年来，需要薄且平的显示设备作为用于电视机、手机、数码相机等的显示设备。作为一种符合该要求的显示设备，利用自发光式发光元件的显示设备正吸引人们的注意力。利用电致发光的发光元件正是自发光式发光元件之一，其中发光材料被夹在一对电极之间，向其施加电压，使得可以获得来自发光材料的光发射。

这种自发光式发光元件与液晶显示元件相比具有许多优点，比如像素的可视度较高，不需要背光源，并且被认为适合于平板显示元件。另外，这种发光元件可以被制造成薄且轻，这也是很大的优点。此外，响应速度极高，这是这种发光元件的另一个特点。

此外，像这样的自发光式发光元件可以形成一薄膜；因此，通过形成大面积元件，可以很容易地获得平面光发射。该特点是很难从点光源(典型的是白炽灯泡或LED)或线光源(典型的是日光灯管)中获得的。相应地，作为平面光源的自发光式发光元件(可应用于发光***等)的有效值很高。

根据发光材料是有机化合物还是无机化合物，可将利用电致发光的发光元件分成两组。通常，前者被称为有机EL元件，后者被称为无机EL元件。

无机EL元件根据其元件结构而被分成分散型无机EL元件和薄膜无机EL元件。两者的区别在于，前者包括发光材料粒子分散在粘合剂中的发光层，后者包括磷光材料薄膜构成的发光层。然而，其机理是相同的，被高电场加速的电子与基材或发光中心碰撞激发便获得了光发射。出于这个原因，一般的无机EL元件都需要高电场来提供光发射，并且有必要向发光元件施加几百伏的电压。例如，近年来，已开发了用于发射高亮度蓝光(这对全色显示是必需的)的无机EL元件；然而，它需要100～200V的驱动电压(例如，参照文献1：日本应用物理期刊，1999年第38卷第L1291页)。因此，无机EL元件消耗更多的能量，并且很难应用于微型-中型显示器(比如手机等的显示器)。

发明内容

考虑到上述问题，本发明的目的是提供一种能够发射混合颜色光的发光元件、利用这种发光元件的发光设备以及利用这种发光元件的照明设备。此外，另一个目的是提供一种利用这些的发光设备和电子器具。

本发明的一个方面是一种发光设备，它包括：第一电极；形成于第一电极上的发光层，该发光层包括由组成式MX代表的化合物、受主、第一施主、第二施主；以及形成于发光层上的第二电极。该化合物具有晶体结构。M是选自周期表第2族到第13族的元素。X是硫族元素。受主是化合价低于M的离子。发光层还可以包括另一种受主，它是化合价低于M的离子。第一和第二施主可以是化合价低于X的离子。M可以由周期表第2族到第13族的两种或更多种元素组成。此外，晶体结构包括至少一种单位晶胞。该单位晶胞的晶系是下列之一：立方晶系；六方晶系；四方晶系；斜方晶系；单斜晶系；以及三斜晶系；或它们的组合。此外，该化合物是选自下列的一种：ZnO，ZnS，ZnSe，MgS，CaS，SrS和ZnMgS。

在本发明中，各种发光中心化合物被用于制造发光元件的光发射体。该光发射体是一种荧光体，其以硫族化合物为基材并且向其添加了作为荧光中心化合物的卤族元素。按常规，硫化锌(ZnS)这样一种硫族化合物被用作基材，氯化亚铜(I)(CuCl)这样一种卤族化合物被用作发光中心；然而，该光发射体不受这些材料限制，并且具有与常规光发射体等价或更佳的特征。在上面的结构中，成为光发射体基材的硫族化合物是一种包括周期表第16族中的硫族元素以及周期表第2～13族中的金属元素的化合物，其中第16族中的硫族元素即氧(O)、硫(S)、硒(Se)、碲(Te)或钋(Po)。作为示例，可以给出氧化锌(ZnO)、硫化锌(ZnS)、硒化锌(ZnSe)、硫化镁(MgS)、硫化钙(CaS)或硫化锶(SrS)。此外，可以使用像SrGa₂S₄或ZnMgS这样的复合材料，其中混合了两种或更多种硫族化合物。

此外，在上面的结构中，卤族化合物是一种包括周期表第17族中的卤族元素的化合物，第17族中的卤族元素即氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)或砹(At)。例如，上述卤族化合物是一种还包括下列周期表元素中的至少一种的化合物：第11族中的铜(Cu)、银(Ag)或金(Au)，它们是过渡金属元素；铈(Ce)、钐(Sm)、铕(Eu)、铽(Tb)或铥(Tm)，它们是稀土元素；铝(Al)或镓(Ga)，它们是典型的金属元素；等等。因为铜化合物中的铜离子可以变为单价或双价，所以可以给出氟化亚铜(I)(CuF)、氟化铜(II)(CuF₂)、氯化亚铜(I)(CuCl)、氯化铜(II)(CuCl₂)、溴化亚铜(I)(CuBr)、溴化铜(II)(CuBr₂)、碘化亚铜(I)(CuI)、碘化铜(II)(CuI₂)等等。此外，作为银化合物，给出了氟化银、氯化银、溴化银(AgBr)、碘化银(AgI)等。使用银化合物时，可以不像使用铜离子那样受到化合价的限制。此外，可以使用复合材料，其中混合了像上述卤族化合物中的两种或更多种。

本发明涉及一种发光元件，它包括第一电极、在第一电极上的发光层以及在发光层上的第二电极。发光层包括硫族元素和卤族元素。

此外，本发明涉及一种发光元件，它包括第一电极、在第一电极上的第一介电薄膜、在第一介电薄膜上的发光层、在发光层上的第二介电薄膜以及在第二介电薄膜上的第二电极。发光层包括硫族元素和卤族元素。

在本发明中，发光层的发光基材由一种或两种或更多种硫族化合物构成，它们包括硫族元素以及周期表第2～13族的元素。

在本发明中，发光层的发光中心由一种或两种或更多种卤族化合物构成，它们包括卤族元素以及典型的金属元素、过渡金属元素或稀土元素。

此外，本发明涉及一种发光元件，它包括第一电极、在第一电极上的发光层以及在发光层上的第二电极。发光层包括至少两种卤族元素。

此外，本发明涉及一种发光元件，它包括第一电极、在第一电极上的第一介电薄膜、在第一介电薄膜上的发光层、在发光层上的第二介电薄膜以及在第二介电薄膜上的第二电极。发光层包括至少两种卤族元素。

在本发明中，发光层包括选自下列作为添加材料的至少两种元素：典型的金属元素；过渡金属元素；以及稀土元素。

此外，本发明涉及一种包括上述发光元件的发光设备。

此外，在本发明中，上述发光设备可以被用于照明设备。

此外，本发明涉及一种在显示部分中使用上述发光设备的电子器具。

此外，本发明包括一种具有上述发光元件的发光设备。本说明书中的发光设备包括图像显示设备、发光设备或光源(包括照明设备)。另外，本发明的发光设备包括：像FPC(柔性印刷电路)、TAB(卷带自动接合)卷带或TCP(卷带载体包)这样的连接器被附着于具有发光元件的面板的模块；具有在其末端设置有印刷引线板的TAB卷带或TCP的模块；以及通过COG(玻璃上芯片)方法在发光元件上直接安装IC(集成电路)的模块。

本发明包括一种将本发明的发光元件用于显示部分的电子器具。相应地，本发明的电子器具包括：显示部分，它具有上述发光元件；以及控制装置，用于控制发光元件的光发射。

对于本发明的发光元件而言，发光层可以由硫族化合物和卤族化合物构成。此外，在使用本发明的发光元件的情况下，有可能实现混合颜色和白色的光发射，而非单色光发射。

对于像过渡金属这种具有d轨道的离子而言，根据晶格中配体相对于金属离子是形成规则八面体的六配位还是形成规则四面体的四配位，会有晶体场***方面的差异；然而，已知根据光谱化学顺序，配体对过渡金属的晶体场***的影响有多大也是有差异的。如果氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)和碘(I)被视为配体，则即使离子是相同化合价的阴离子，晶体场***的能级也取决于配体的类型，并且已知该能级是I-<Br-<Cl-<F-。即，卤族元素不同，能级也不同，通过使光发射谱向长波长一侧移动或向短波长一侧移动，或者通过获得较宽的峰值范围，混合颜色光发射是可能的。此外，也有可能从这种混合颜色光发射的组合或者使用较宽的光谱范围，获得白光发射。

附图说明

在附图中：

图1A-1C都描绘了本发明的发光元件；

图2描绘了本发明的发光设备；

图3A-3B都描绘了本发明的发光设备；

图4A-4D都描绘了本发明的电子器具；

图5描绘了本发明的电子器具；

图6A-6C都描绘了本发明的电子器具；

图7描绘了本发明的电子器具；

图8描绘了本发明的电子器具；

图9描绘了本发明的发光元件；

图10描绘了本发明的发光设备；

图11描绘了本发明的发光设备；

图12描绘了本发明的发光设备；

图13A和13B描绘了本发明的发光设备；以及

图14A和14B描绘了本发明的发光设备。

具体实施方式

下面参照附图解释本发明的实施方式。然而，本领域技术人员很容易理解，本发明并不限于下面的描述，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以按照各种方式改变本发明的模式和细节。因此，本发明不应该被解释成限于下面的实施方式的描述。

实施方式1

在本实施方式中，参照图1A-1C描述根据本发明的薄膜发光元件。

本实施方式中所描述的发光元件具有一种元件结构，其中第一电极101和第二电极105被设置在基板100之上，同时第一介电层102、发光层103和第二介电层104被***第一电极101和第二电极105之间。注意到，在本实施方式中，下文在描述第一电极101和第二电极105时假定了任一个都可以充当阳极或阴极。

基板100被用作发光元件的支撑基材。对于基板100而言，可以使用玻璃、石英、塑料等。注意到，除此之外的其它材料也可以使用，只要它在发光元件的制造过程中充当支撑基材就可以。

对于第一电极101和第二电极105，可以使用金属、合金、导电化合物、上述的混合物等。具体来讲，其示例是氧化铟锡(ITO)、含硅或氧化硅的氧化铟锡、氧化铟锌(IZO)、含氧化钨和氧化锌的氧化铟锡(IWZO)等。这些导电金属氧化物薄膜通常是通过溅射形成的。例如，通过使用一种将1～20wt％的氧化锌添加到氧化铟的靶，利用溅射就可以形成氧化铟锌(IZO)。通过使用一种相对于氧化铟含0.5～5wt％的氧化钨和0.1～1wt％的氧化锌的靶，利用溅射就可以形成含氧化钨和氧化锌的氧化铟锡(IWZO)。或者，可以使用铝(Al)、银(Ag)、金(Au)、铂(Pt)、镍(Ni)、钨(W)、铬(Cr)、钼(Mo)、铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)、钯(Pd)、金属材料的氮化物(比如氮化钛(TiN))等等。注意到，当第一电极101和/或第二电极105形成后具有透光性时，具有低可见光透光率的材料薄膜在形成厚度约为1nm～50nm，优选5nm～20nm时也是可以用于透光电极的。注意到，该电极也可以通过溅射以外的真空蒸镀、CVD或溶胶-凝胶方法来形成。

然而，因为光发射是通过穿透第一电极101或第二电极105而被提取到外部的，所以有必要使两者中的至少一个由透光材料构成。此外，较佳地，选择一种材料，使得第一电极101的功函数大于第二电极105的功函数。此外，第一电极101和第二电极105没必要都具有单层结构，也可以使用具有双层或更多层的结构。

只要已知的材料被用于第一介电层102和第二介电层104，就没问题，但是使用具有高介电常数的材料是特别有利的。对于这些介电层，可以使用有机材料或无机材料。例如，如果使用有机材料，则可以使用缩醛树脂、环氧树脂、甲基丙烯酸甲酯、聚酯、聚乙烯、聚苯乙烯或氰基乙基纤维素。如果使用无机材料，则可以给出像氮化铝(AlN)、氮化硼(BN)这样的氮化物，或者像钛酸钡(BaTiO₃)、钛酸锶(SrTiO₃)、钛酸锂(LiTiO₃)、钛酸铅(PbTiO₃)、五氧化钽(Ta₂O₅)、氧化铋(Bi₂O₃)、钛酯钙(CaTiO₃)、铌酸钾(KNbO₃)、氧化硅(SiO₂)或氧化铝(Al₂O₃)这样的氧化物。此外，该材料可以是这些无机材料的复合材料。此外，第一介电层102和第二介电层104没必要是一层，也可以提供两层或更多层。此外，第一介电层102和第二介电层104的膜厚度是1nm～10000nm，300nm～800nm则更佳。

在发光层103中，可以使用半导体作为基材。特别使用硫族化合物，比如含周期表第2～13族的金属元素的氧化物、硫化物或硒化物。例如，作为硫化物，可以给出硫化锌(ZnS)、硫化亚铜(Cu₂S)、硫化铝(Al₂S₃)、硫化钙(CaS)、硫化锶(SrS)、硫化锌(ZnS)、硫化镁(MgS)等。作为氧化物，可以给出氧化锌(ZnO)、氧化钇(Y₂O₃)、氧化镓(Ga₂O₃)等。作为硒化物，可以给出硒化锌(ZnSe)、硒化镉(CdSe)、硒化钡(BaSe)等。此外，也可以使用复合材料，其中混合了这些硫族化合物中的两种或更多种。例如，可以给出像SrGa₂S₄、ZnMgS、Y₂O₂S或Zn₂SiO₄这样的复合材料。发光层的膜厚度是10nm～1000nm，30nm～500nm则更佳。

在发光层103中，除了成为基材的硫族化合物以外，还添加了成为发光中心的材料。作为添加的材料，可以给出卤族化合物。卤族化合物是包含周期表第17族中的卤族元素的化合物，第17族中的卤族元素即氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)或砹(At)。此外，例如，卤族化合物是一种还包括下列周期表元素中的至少一种的化合物：第11族中的铜(Cu)、银(Ag)和金(Au)，它们是过渡金属元素；以及铈(Ce)、钐(Sm)、铕(Eu)、铽(Tb)和铥(Tm)，它们是稀土元素。作为铜化合物，有氟化亚铜(CuF)、氯化亚铜(CuCl)、溴化亚铜(CuBr)、碘化亚铜(CuI)等。此外，卤族化合物可以是一种使用像铝(Al)或镓(Ga)这种典型金属元素的卤族化合物。此外，作为发光中心，可以使用复合材料，其中混合了像上述那些卤族化合物中的两种或更多种。卤族化合物具有一种光发射机理，其中氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)或砹(At)充当施主，并且典型的金属元素、过渡金属或稀土元素充当受主，并且通过施主和受主的复合而发射出光。

作为发光层的添加材料，多种上述卤族化合物可以被添加到发光层的基材中。例如，在将硫化锌(ZnS)用作发光层的基材的情况下，碘化亚铜(I)(CuI)可以作为添加材料被添加，同时添加氯化亚铜(I)(CuCl)。结果，不再仅通过氯化亚铜来获得光发射，也可以用不同能级的碘化亚铜获得光发射，并且也可以获得混合颜色光发射。此外，若不同时添加同一金属的不同卤族化合物，比如氯化亚铜(I)和碘化亚铜(I)，则可以同时添加不同金属的卤族化合物。例如，通过相对于基材硫化锌(ZnS)同时添加氯化银(AgCl)和氯化锰(II)(MnCl₂)，也可以获得混合的光发射。此外，也可以同时添加不同金属的不同卤族化合物。例如，通过相对于基材硫化锌(ZnS)同时添加氯化亚铜(CuCl)和氟化锰(II)(MnF₂)，可以获得混合颜色光发射。

根据本发明的发光元件并不限于具有上述结构，并且关于电极上的介电层，可以是这样的，即仅一个介电层形成于第一电极或第二电极上。此外，如图1B所示，该结构可以是这样的，即在基板106上仅发光层108被设置在第一电极107和第二电极109之间，并且不包括介电层。此外，在不包括介电层的结构中，p型半导体和n型半导体可以被堆叠在第一电极和第二电极之间，并且这些半导体之一或两者可以是发光层。

根据本发明在半导体材料中使用添加材料的情况下，通过固态反应使该添加材料被含在硫化物中，该固态反应即这样一种方法，称取硫化物和该添加材料，在研钵中混合，使得晶粒直径足够小、均匀和分散，然后通过加热在电炉中反应。烘烤温度最好是500～2000℃。这是因为，固态反应在温度太低时并不进行，基材在温度太高时会分解。注意到，尽管可以按粉末形式进行烘烤，但是按粉末***形成颗粒形式进行烘烤则更佳。此外，可以首先在高温下进行预烘烤，然后，在添加上述添加材料之后在较低温度下进行烘烤。基材可以在首次烘烤期间被烘烤，在第二次烘烤期间，可以添加上述添加材料并进行烘烤。此外，在进行固态反应的情况下，该反应可以在大气压下的稀有气体氩气(Ar)等中进行，也可以在氮气(N₂)、氧气(O₂)、硫化氢(H₂S)等中进行。此外，有这样一种情况，其中最好在真空态中进行烘烤，并且上述材料被包含在真空气压下的石英管中，然后进行烘烤。此外，上述材料被包含在真空态的石英管中，并且根据利用烘烤电炉的温度分布的化学运输方法，可以实现上述烘烤。通过按上述方式进行烘烤，来激活基材。举例来说，基材由组成式MX代表，其中M是选自周期表第2～13族的元素，X是硫族元素。在烘烤之后，在基材的晶体结构中(该晶体结构包括至少一种单位晶胞。该单位晶胞的晶系是下列之一：立方晶系；六方晶系；四方晶系；斜方晶系；单斜晶系；以及三斜晶系；或它们的组合)，X的第一晶格点被第一卤族元素替代，X的第二晶格点被第二卤族元素替代。第一和第二卤族元素是成为发光中心的材料中所包含的元素，并且充当施主。成为发光中心的材料中所包含的典型金属或过渡金属等金属替代了M的晶格点中的至少一个，或者进入晶体结构中的间隙中，并且充当受主。与第一卤族元素配对的受主以及与第二卤族元素配对的受主可以是相同的或不同的。由基材、充当施主的至少两种卤族元素以及充当受主的金属一起构成的光发射体是一种新颖的复合材料，并且作为一种具有混合颜色光发射的光发射体可以应用于发光层。注意到，M可以由周期表第2～13族中的两种或更多种元素构成，就像ZnMgS。

作为用于形成第一电极、第二电极、第一介电层和第二介电层的方法，可以使用已知的方法。例如，可以使用：真空蒸镀方法，比如电阻加热蒸镀方法、电子束蒸镀(EB蒸镀)方法或热壁方法；物理气相沉积(PVD)方法，比如溅射方法、离子喷镀方法或MEB方法；化学气相沉积(CVD)方法，比如金属有机CVD方法或低压氢化物运输方法；原子层外延(ALE)方法；等等。此外，作为湿法，可以使用喷墨方法、旋转涂敷方法、印刷方法、喷射方法、涂刷方法、阳极氧化方法、溶胶-凝胶方法等。

用于形成发光层的方法可以与用于形成电极或介电层的方法相同。例如，可以使用：真空蒸镀方法，比如电阻加热蒸镀方法、电子束蒸镀(EB蒸镀)方法或热壁方法；物理气相沉积(PVD)方法，比如溅射方法、离子喷镀方法或MEB方法；化学气相沉积(CVD)方法，比如金属有机CVD方法或低压氢化物运输方法；原子层外延(ALE)方法；等等。此外，作为湿法，可以使用喷墨方法、旋转涂敷方法、印刷方法、喷射方法、涂刷方法、阳极氧化方法、溶胶-凝胶方法等。

下面参照图1C，描述一种具有不同结构的发光元件。

该发光元件具有一种元件结构，其中第一电极111和第二电极116被设置在基板110上，同时第一介电层112、第一发光层113、第二发光层114和第二介电层115***在第一电极111和第二电极116之间。注意到，在本实施方式中，下文描述第一电极111和第二电极116时假定了任一个都可以充当阳极或阴极。

上述材料和形成方法可以用于基板110、第一电极111、第二电极116、第一介电层112和第二介电层115。按相似的方式，对于第一发光层113和第二发光层114而言，可以使用上述材料和烘烤方法。

在形成具有两个发光层的发光元件的情况下，当使用第一发光层113和第二发光层114时，通过具有相同颜色的光发射，可以形成发光强度得到提高的发光元件。此外，在光发射具有不同颜色的情况下，可以获得具有混合颜色的发光元件，并且从这种混合颜色的组合，可以获得具有白光发射的发光元件。发光层的数目并非必须限于两层，如有必要，可以形成具有两层或更多发光层的发光元件。

作为发光层的结构，例如，硫化锌(ZnS)被用于第一发光层113的基材，氯化银(AgCl)被用作变为发光中心的添加材料。此外，在第一发光层113上所形成的第二发光层114中，硫化锌(ZnS)被用于基材，氯化亚铜(I)(CuCl)被用作上述添加材料。结果，可以从一个发光元件中获得混合的颜色。这样，通过用相同的基材形成发光元件，可以防止因基材差异而导致的性能退化，并且发光元件的寿命可以被延长。然而，第一发光层和第二发光层中基材并非必须一样。

此外，为了提高光发射强度，在第一发光层113中，硫化钙(CaS)和氯化铕(II)(EuCl₂)被分别用作基材和添加材料，在第二发光层114中，氧化钇(Y₂O₃)和氯化铕(III)(EuCl₃)被分别用作基材和添加材料。结果，可以形成其强度得到提高且具有单色光发射的发光元件。

作为本发明的发光元件，根据用于形成发光层的半导体的迁移率，可以获得能在低驱动电压下工作的发光元件。如果光发射在这种低驱动电压下是可能的，则可以获得其功耗得到减小的发光元件。

注意到，本实施方式可以恰当地与另一个实施方式组合。

实施方式2

在本实施方式中，参照图2，描述了包括本发明的发光元件的发光设备。

本实施方式中所描述的发光设备是一种无源发光设备，其中驱动发光元件时无须特别提供驱动元件(比如晶体管)。图2是通过应用本发明而制造的无源发光设备的透视图。

在图2中，在基板951上，发光层955被设置在第一电极952和第二电极956之间。注意到，发光层955包括实施方式1中所描述的发光层。

第一电极952的边缘部分是用绝缘层953覆盖的。隔离层954被设置在绝缘层953上。隔离层954的侧壁是倾斜的，使得一个侧壁与另一个侧壁之间的距离在朝着基板表面的方向上变得越来越窄。换句话说，在隔离层954的短边方向上的横截面是梯形的，其中底部(与绝缘层953接触的一侧)比顶部(与绝缘层953不接触的一侧)短。这样，设置了隔离层954，由此可以防止因静电等而导致的发光元件的缺陷。此外，在无源发光设备中，通过包括本发明的发光元件(它是在低驱动电压下工作的)，便可以实现低功耗的驱动。

尽管在本实施方式中描述了发光元件的一种结构，但是并非必须限于该结构。介电层可能会形成于电极上，并且发光层可能具有如实施方式1所示的p型半导体和n型半导体的堆叠结构。

实施方式3

在本实施方式中，描述了包括本发明的发光元件的发光设备。

在本实施方式中，将描述一种有源发光设备，其中发光元件的驱动受到晶体管的控制。在本实施方式中，将参照图3A-3B描述一种发光设备，在其像素部分包括了本发明的发光元件。图3A是显示出该发光设备的顶视图，图3B是沿着线A-A′和B-B′截取的图3A的横截面图。标号601表示驱动器电路部分(源极一侧驱动器电路)；602表示像素部分；603表示驱动器电路部分(栅极一侧驱动器电路)，每一个都以虚线表示。标号604表示密封基板；605表示密封剂；密封剂605围绕的一部分是空间607。

注意到，引线608是用于传输将要输入到源极一侧驱动器电路601和栅极一侧驱动器电路603的信号的引线，并且接收来自FPC(柔性印刷电路，它是外部输入端)609的视频信号、时钟信号、启动信号、复位信号等。尽管此处仅示出了FPC，但是该FPC可以具有印刷引线板(PWB)。本说明书中的发光设备不仅包括仅提供发光设备的情况，还包括发光设备连接到FPC或PWB的情况。

接下来，将参照图3B来解释横截面结构。驱动器电路部分和像素部分形成于元件基板610上。此处，示出了源极一侧驱动器电路601(它是多个驱动器电路部分之一)以及像素部分602中的一个像素。

形成了n沟道TFT 623和p沟道TFT 624组合而成的CMOS电路，并以该电路作为源极一侧驱动器电路601。用于形成驱动器电路的TFT可能是已知的CMOS电路、PMOS电路或NMOS电路的TFT。在本实施方式中描述了在基板上形成驱动器电路的驱动器集成类型，但是这并不总是必需的，并且驱动器电路可以不形成于基板上而是形成于基板之外。TFT的结构不受特别限制，并且可以使用交错的TFT，或者可以使用反向交错的TFT。用于TFT的半导体膜的结晶性不受特别限制，可以使用非晶半导体膜，或者可以使用结晶半导体膜。此外，半导体材料层不受特别限制，可以使用无机化合物，或者可以使用有机化合物。

像素部分602包括多个像素，每一个像素包括开关TFT 611、电流控制TFT612以及第一电极613，第一电极613电连接到电流控制TFT 612的漏极。注意到，形成绝缘体614以覆盖第一电极613的边缘部分。此处，使用正型光敏丙烯酸树脂膜。

形成绝缘体614，使其具有曲面，该曲面在上边缘部分或下边缘部分弯曲，以便获得有利的覆盖。例如，在将正型光敏丙烯酸树脂用作绝缘体614的材料的情况下，形成的绝缘体614最好具有曲面，该曲面仅在上边缘部分具有曲率半径(0.2μm～3μm)。负型(经光辐射变得不可在蚀刻剂中溶解)或正型(经光辐射变得可在蚀刻剂中溶解)都可以用作绝缘体614。

在第一电极613上设置包括发光物质的层616(也被称为发光层)和第二电极617，形成发光元件618。第一电极613和第二电极617中的至少一个具有透光性，来自发光层616的光发射可以被提取到外部。注意到，如果第一电极613和第二电极617都由具有透光性的材料构成，则可以从元件基板610一侧和密封基板604一侧提取光发射，并且发光元件618可以被用于双发射设备。

第一电极613、发光层616和第二电极617可以通过各种方法形成。具体来讲，它们可以通过下列方法形成：真空蒸镀方法，比如电阻加热蒸镀方法、电子束蒸镀(EB蒸镀)方法或热壁方法；物理气相沉积(PVD)方法，比如溅射方法、离子喷镀方法或MEB方法；化学气相沉积(CVD)方法，比如金属有机CVD方法或低压氢化物运输CVD方法；原子层外延(ALE)方法；等等。此外，可以使用喷墨方法、旋转涂敷方法、印刷方法、喷射方法、涂刷方法、阳极氧化方法、溶胶-凝胶方法等。另外，每一个电极或每一层都可以用不同的膜形成方法来形成。

通过用密封剂605将密封基板604连接到元件基板610上，发光元件618就被设置在空间607中，该空间607由元件基板610、密封基板604和密封剂605围成。用填充剂来填充空间607，但是也有这样的情况，即用密封剂605或用惰性气体(氮、氩等)来填充空间607。

环氧基树脂最好被用于密封剂605。较佳地，该材料尽可能不允许湿气或氧气穿透进来。作为密封基板604，可以使用由FRP(玻璃纤维增强塑料)、PVF(聚氟乙烯)、迈拉(Mylar)、聚酯或丙烯酸类材料等构成的塑料基板，而不使用玻璃基板或石英基板。

按上述方式，可以获得包括本发明的发光元件的发光设备。

本发明的显示设备包括实施方式1所描述的发光元件。此外，当两种或更多种卤族化合物被用于上述添加材料时，可以制造出混合颜色元件或这种混合颜色组合而得到的白色元件。

实施方式4

在本实施方式中，将描述本发明的电子器具，它包括在其一部分中的上述实施方式3所描述的发光设备。本发明的电子器具包括实施方式1-3所描述的发光元件。

利用本发明的发光设备所制造的电子器具的示例如下：像摄像机或数码相机这样的照相机；护目镜式显示器；导航***；声音再现设备(汽车音频***、音频组件等)；计算机；游戏机；便携式信息终端(便携式计算机、手机、便携式游戏机、电子书等)；具有记录介质的图像再现设备[具体来讲，即用于复制像数字通用光盘(DVD)这种记录介质且具有显示图像的显示设备的设备]；等等。图4A-8显示出这些电子器具的具体示例。

图4A显示出根据本发明的电视机，它包括机壳9101、支撑基座9102、显示部分9103、扬声器部分9104、视频输入端9105等。在这种电视机中，显示部分9103包括与实施方式1-3中所描述的那些相似的发光元件，它们排列成矩阵。结果，对于混合颜色或白色发光元件而言，有必要形成用于液晶的滤色片。

图4B显示出根据本发明的计算机，它包括主体9201、机壳9202、显示部分9203、键盘9204、外部连接端口9205、定点鼠标9206等。在这种计算机中，显示部分9203包括与实施方式1-3所描述的那些相似的发光元件，它们排列成矩阵。

图4C显示出根据本发明的手机，它包括主体9401、机壳9402、显示部分9403、音频输入部分9404、音频输出部分9405、操作按键9406、外部连接端口9407、天线9408等。在这种手机中，显示部分9403包括与实施方式1-3所描述的那些相似的发光元件，它们排列成矩阵。

图4D显示出根据本发明的照相机，它包括主体9501、显示部分9502、机壳9503、外部连接端口9504、远程控制接收部分9505、图像接收部分9506、电池9507、音频输入部分9508、操作按键9509、目镜部分9510等。在这种照相机中，显示部分9502包括与实施方式1-3所描述的那些相似的发光元件，它们排列成矩阵。

按上述方式，本发明的发光设备的应用范围极宽，并且这种发光设备可以应用于各种领域的电子器具。

此外，因为本发明的发光设备包括能发射混合颜色或白色光的发光元件，所以它也可以被用于照明设备。参照图5，描述了一种模式，其中本发明的发光元件被用在照明设备中。

图5显示出一种将本发明的发光设备用作背光源的液晶显示设备的示例。图5所示液晶显示设备包括机壳501、液晶层502、背光源503和机壳504。液晶层502连接到驱动器IC505。本发明的发光设备被用作背光源503，通过端子506向其提供电流。

通过将本发明的发光设备用作液晶显示设备的背光源，可以获得长寿命的背光源，这种长寿命是无机EL所独有的。因为本发明的发光设备是平面发射光发射设备并且可以形成很大的面积，所以可以获得更大面积的背光源，并且也可以获得更大面积的液晶显示设备。此外，因为发光设备很薄，所以显示设备的厚度的减小也是可能的。

此外，因为应用本发明的发光设备可以发射高亮度的光，所以它可以被用作汽车、自行车、轮船等的前灯。图6A-6C显示出一个示例，其中应用本发明的发光设备被用作汽车的前灯。图6B是放大的横截面图，显示出图6A的前灯1000。在图6B中，本发明的发光设备被用作光源1011。从光源1011发射的光在反射器1012处反射并且被提取到外部。如图6B所示，通过使用多个光源，可以获得更高亮度的光。图6C是一个示例，其中按圆柱形制造的本发明的发光设备被用作光源。来自光源1021的光发射在反射器1022处反射并且被提取到外部。

图7显示出一个示例，其中应用本发明的发光设备被用作台灯，它是一种照明***。图7所示台灯包括外壳2001和光源2002，本发明的发光设备被用于光源2002。因为本发明的发光设备能够发射高亮度的光，所以当需要完成精细手工工作等时，这种台灯可以照亮双手。

图8显示出一个示例，其中应用本发明的发光设备被用于室内照明***3001。因为本发明的发光设备具有很大的面积，所以它可以被用于大面积照明***。另外，因为本发明的发光设备很薄且功耗很低，所以它可以被用于低功耗的薄照明***。

这样，在将应用本发明的发光设备用作室内照明***3001时，可以在房间内设置根据本发明的电视机3002(像图4A所描述的那种)，以便观看公共广播和电影。在这种情况下，因为这些设备的功耗很低，所以可以在照明良好的房间内观看视觉冲击力强的图像，而不必担心电费。

照明***并不限于图6A-8所示的那些，并且本发明的发光设备可以应用于各种模式的照明***，其中包括用于房屋和公共设施的照明***。在这种情况下，本发明的照明***的光发射介质是薄膜，这增大了设计自由度。相应地，可以向市场提供各种具有精巧设计的产品。

实施方式5

在本实施方式中，将参照图9描述具有一种结构的发光元件的模式，其中本发明的多个发光单元堆叠在一起(在下文中被称为堆叠式元件)。这种发光元件具有多个位于第一电极和第二电极之间的发光单元。这种发光单元具有一种与实施方式1-3的发光层相似的结构；例如，这种发光单元是插在两个介电层之间的发光层；发光层与一个介电层接触；仅一个发光层；或两个或多个发光层。

在图9中，第一发光单元1411和第二发光单元1412堆叠在第一电极1401和第二电极1402之间。与实施方式1-3中的那些相似的材料可以应用于第一电极1401和第二电极1402。此外，第一电极1401和第二电极1402没有必要具有相同的结构。

电荷产生层1413可以是有机化合物和金属氧化物的络合物，或者它可以是第三电极。有机化合物和金属氧化物的络合物由有机化合物以及像V₂O₅、MoO₃或WO₃这样的金属氧化物构成。作为有机化合物层，可以使用各种化合物，比如芳香胺化合物、咔唑衍生物、芳香烃以及高分子化合物(低聚物、枝状聚合物、聚合物等)。注意到，较佳地，将空穴迁移率为10^-6cm²/Vs或更大的有机化合物用作空穴输运有机化合物。然而，除上述材料以外的其它材料也是可以使用的，只要该材料的空穴输运特性高于电子输运特性。因为有机化合物和金属氧化物的络合物具有卓越的载流子注入特性和载流子输运特性，所以可以实现低电压驱动和低电流驱动。对于电极而言，可以使用透明的材料或反射性材料。

利用有机化合物和金属氧化物的络合物以及其它材料的组合，可以形成电荷产生层1413。例如，可以将下列两层组合起来以形成电荷产生层1413：含有机化合物和金属氧化物的络合物的层；以及含选自电子施予材料的化合物和具有高电子输运性的化合物的层。或者，含有机化合物和金属氧化物的络合物的层以及透明导电膜可以被组合起来，以形成电荷产生层1413。

在任何情况下，这是可接受的，只要当向第一电极1401和第二电极1402施加电压时，插在第一发光单元1411和第二发光单元1412之间的电荷产生层1413能从一侧向发光单元注入电子，并且从另一侧向发光单元注入空穴就可以。

尽管本实施方式中描述了具有两个发光单元的发光元件，但是可以按相似的方式使用堆叠有三个或更多个发光单元的发光元件。通过排列多个发光单元，一对电极之间的电绝缘电荷产生层将它们隔离开，就像根据本实施方式的发光元件中那样，可以在高亮度区域中实现长寿命的元件，同时保持低电流密度。另外，在上述发光元件应用于例如照明***的情况下，大面积的均匀光发射是可能的，因为可以使电极材料的电阻所导致的电压降减小。此外，在上述发光元件应用于显示设备的情况下，可以实现一种驱动电压低、功耗小且对比度高的显示设备。

注意到，本实施方式可以与其它实施方式恰当地组合起来。

实施方式6

在本实施方式中，将描述一种具有通过应用本发明而制造的发光元件的发光设备。

在本实施方式中，将参照图10-13B描述作为发光设备的一个模式的显示设备。图10是显示出该显示设备的主要部分的配置图。

在基板410上，设置了第一电极416以及第二电极418，第二电极418在与第一电极416相交的方向上延伸。与实施方式1-5中所描述的那些相似的EL层被至少设置在第一电极416和第二电极418的相交之处，由此形成了发光元件。在图10的显示设备中，布置了多个第一电极416和多个第二电极418，并且将要成为像素的发光元件排列成矩阵，由此形成了显示部分414。在显示部分414中，通过控制第一电极416和第二电极418的电势，来控制每一个光发射元件的光发射和非光发射。这样，显示部分414就可以显示移动的图像和静止的图像。

在这种显示设备中，用于显示图片的信号被加到第一电极416(它在基板上沿着一个方向延伸)和第二电极418(它与第一电极416相交)上，并且检测发光元件的光发射和非光发射。换句话说，这是一个简单的矩阵显示设备，其中像素主要由外部电路所给出的信号来驱动。像这样的显示设备具有简单的结构，并且即使是面积很大时也很容易制造。

如有必要，可以设置对置基板412，当被调节至显示部分414的位置时，它可以充当保护材料。对置基板412不必是硬的平板材料；并且也可以使用树脂膜或树脂材料。第一电极416和第二电极418被引至基板410的末端，以形成将要连接到外部电路的端子。换句话说，第一电极416和第二电极418与基板410的末端处的第一和第二柔性引线板420和422接触。除了用于控制视频信号的控制器电路以外，外部电路包括电源电路、调谐电路等。

图11是局部放大图，显示出图10中的显示部分414的结构。隔离层424形成于基板410上的第一电极416的边缘部分之上。EL层426至少形成于第一电极416的露出的表面上。第二电极418形成于EL层426之上。第二电极418与第一电极416相交，所以它也在隔离层424上延伸。隔离层424是用绝缘材料形成的，使得可防止第一电极416和第二电极418之间短路。在隔离层424覆盖第一电极416的边缘部分的那一部分中，隔离层424的边缘部分是倾斜的，以免产生很陡的台阶，并且具有所谓的锥形。在隔离层424具有这种形状的情况下，EL层426和第二电极418的覆盖情况得到改善，并且可以防止出现像断裂或撕裂这样的缺陷。

图12是图10中的显示部分414的平面图，它显示出第一电极416、第二电极418、隔离层424和EL层426在基板410上的排列情况。在第二电极418由氧化铟锡、氧化锌等的氧化透明导电膜构成的情况下，最好设置辅助的电极428，以便减小电阻损耗。在这种情况下，辅助电极428可以用难熔金属(比如钛、钨、铬或钽)来构成，或者可以用难熔金属和低电阻金属(比如铝或银)的组合来构成。

图13A和13B显示出沿图12中的线A-B和线C-D截取的横截面图。图13A是排列了图11所示第一电极416的横截面图，图13B是排列了图11所示第二电极418的横截面图。EL层426形成于基板410上第一电极416和第二电极418的相交之处，并且发光元件形成于这些部分中。此外，填充剂432被设置在基板410和对置基板412之间。图13B所示的辅助电极428被设置在隔离层424上并且与第二电极418接触。形成于隔离层424上的辅助电极428并不阻挡来自第一电极416和第二电极418相交之处所形成的发光元件的光；因此，所发射的光被有效地利用。另外，在使用该结构的情况下，可以防止辅助电极428和第一电极416之间短路。

在图14A和14B中，示出了颜色转换层430被布置在图13A和13B中的对置基板412上的示例。颜色转换层430转换来自EL层426的光波长，使得光发射的颜色发生变化。在这种情况下，从EL层426中发射的光最好是具有高能量的蓝光或紫外光。当设置了用于将光转换成红光、绿光和蓝光的颜色转换层430时，可以获得能执行RGB全色显示的显示器。此外，颜色转换层430可以被有色层(滤色片)替代。在这种情况下，EL层426可以被构造用于发射白光。可以适当提供填充剂432，以便将基板410和对置基板412彼此固定到一起。

在利用本实施方式的发光元件的显示设备中，通过使发光元件中的EL层变薄，便可以增大该元件的光发射强度和寿命。

本申请基于2006年3月2日提交到日本专利局的日本专利申请2006-056994，其内容引用在此作为参考。

Claims

1.一种发光设备，包括：

第一电极；

发光层，所述发光层形成于第一电极上并且包括基材和发光中心；以及

第二电极，所述第二电极形成于所述发光层上，

其中，所述基材包含硫族元素以及至少一种选自周期表第2到13族的元素，并且

所述发光中心包含至少一种卤元素以及至少一种选自一般的金属元素、过渡金属元素和稀土元素的元素。

2.如权利要求1所述的发光设备，其特征在于，所述基材是一种选自ZnO、ZnS、ZnSe、MgS、CaS、SrS、SrGa₂S₄和ZnMgS的化合物。

3.如权利要求1所述的发光设备，其特征在于，所述发光中心是一种选自CuF、CuF₂、CuCl、CuCl₂、CuBr、CuBr₂、CuI、CuI₂、AgBr和AgI的化合物。

4.如权利要求1所述的发光设备，其特征在于，所述过渡金属元素是Cu、Ag和Au。

5.一种电子器具，包括权利要求1的发光设备。

6.一种发光设备，包括：

第一电极；

形成于所述第一电极上的介电层；

发光层，所述发光层形成于所述介电层上并且包括基材和发光中心；以及

形成于所述发光层上的第二电极，

7.如权利要求6所述的发光设备，其特征在于，所述基材是一种选自ZnO、ZnS、ZnSe、MgS、CaS、SrS、SrGa₂S₄和ZnMgS的化合物。

8.如权利要求6所述的发光设备，其特征在于，所述发光中心是一种选自CuF、CuF₂、CuCl、CuCl₂、CuBr、CuBr₂、CuI、CuI₂、AgBr和AgI的化合物。

9.如权利要求6所述的发光设备，其特征在于，所述过渡金属元素是Cu、Ag和Au。

10.如权利要求6所述的发光设备，其特征在于，所述介电层包括至少一种选自下组的材料：缩醛树脂、环氧树脂、甲基丙烯酸甲酯、聚酯、聚乙烯、聚苯乙烯、氰基乙基纤维素、氮化铝、氮化硼、钛酸盐、钛酸锶、钛酸锂、钛酸铅、五氧化钽、氧化铋、钛酯钙、铌酸钾、氧化硅和氧化铝。

11.一种电子器具，包括权利要求6的发光设备。

12.一种发光设备，包括：

第一电极；

形成于所述第一电极上的第一介电层；

发光层，所述发光层形成于所述第一介电层上并且包括基材和发光中心；

形成于所述发光层上的第二介电层；以及

形成于所述第二介电层上的第二电极，

13.如权利要求12所述的发光设备，其特征在于，所述基材是一种选自ZnO、ZnS、ZnSe、MgS、CaS、SrS、SrGa₂S₄和ZnMgS的化合物。

14.如权利要求12所述的发光设备，其特征在于，所述发光中心是一种选自CuF、CuF₂、CuCl、CuCl₂、CuBr、CuBr₂、CuI、CuI₂、AgBr和AgI的化合物。

15.如权利要求12所述的发光设备，其特征在于，所述过渡金属元素是Cu、Ag和Au。

16.如权利要求12所述的发光设备，其特征在于，所述第一介电层和第二介电层各自包括至少一种选自下组的材料：缩醛树脂、环氧树脂、甲基丙烯酸甲酯、聚酯、聚乙烯、聚苯乙烯、氰基乙基纤维素、氮化铝、氮化硼、钛酸盐、钛酸锶、钛酸锂、钛酸铅、五氧化钽、氧化铋、钛酯钙、铌酸钾、氧化硅和氧化铝。

17.一种电子器具，包括权利要求12的发光设备。

18.一种照明设备，包括：

第一电极；

第二电极，所述第二电极形成于所述发光层上，

19.如权利要求18所述的照明设备，其特征在于，所述基材是一种选自ZnO、ZnS、ZnSe、MgS、CaS、SrS、SrGa₂S₄和ZnMgS的化合物。

20.如权利要求18所述的照明设备，其特征在于，所述发光中心是一种选自CuF、CuF₂、CuCl、CuCl₂、CuBr、CuBr₂、CuI、CuI₂、AgBr和AgI的化合物。

21.如权利要求18所述的照明设备，其特征在于，所述过渡金属元素是Cu、Ag和Au。

22.如权利要求18所述的照明设备，其特征在于，它还包括在所述第一电极和所述发光层之间的介电层。

23.一种电子器具，包括权利要求18的照明设备。

24.一种发光设备，包括：

第一电极；

发光层，所述发光层形成于所述第一电极上并且包括由组成通式MX所代表的化合物、受主、第一施主、第二施主；以及

形成于所述发光层上的第二电极，

其中，所述化合物具有晶体结构，

M是选自周期表第2到13族的元素，

X是硫族元素，并且

所述受主是化合价低于M的离子。

25.如权利要求24所述的发光设备，其特征在于，所述发光层还包括另一种受主，它是化合价低于M的离子。

26.如权利要求24所述的发光设备，其特征在于，所述第一施主和所述第二施主各自是化合价低于X的离子。

27.如权利要求24所述的发光设备，其特征在于，M由两种或更多种选自周期表第2到13族的元素组成。

28.如权利要求24所述的发光设备，其特征在于，所述晶体结构包括至少一个单位晶胞。

29.如权利要求28所述的发光设备，其特征在于，所述单位晶胞的晶系是下列之一：立方晶系、六方晶系、四方晶系、斜方晶系、单斜晶系、三斜晶系、或者它们的组合。

30.如权利要求24所述的发光设备，其特征在于，所述化合物是下列中的一种：ZnO、ZnS、ZnSe、MgS、CaS、SrS和ZnMgS。

31.一种电子器具，包括权利要求24的发光设备。

32.一种发光设备，包括：

第一电极；

发光层，所述发光层形成于所述第一电极上并且包括由组成通式MX所代表的化合物、第一受主、第二受主、第一施主和第二施主；以及

形成于所述发光层上的第二电极，

其中，所述化合物具有晶体结构，

M是选自周期表第2到13族的元素，

X是硫族元素，

所述第一受主和第二受主各自是选自一般的金属元素、过渡金属元素和稀土元素的元素，

所述第一施主是卤元素，并且

所述第二施主是除第一卤元素外的第二卤元素。

33.如权利要求32所述的发光设备，其特征在于，所述晶体结构包括至少一个单位晶胞。

34.如权利要求33所述的发光设备，其特征在于，所述单位晶胞的晶系是下列之一：立方晶系、六方晶系、四方晶系、斜方晶系、单斜晶系、三斜晶系、或者它们的组合。

35.如权利要求32所述的发光设备，其特征在于，在所述晶体结构中X的第一晶格点被第一施主替代，

在所述晶体结构中X的第二晶格点被第二施主替代，

第一和第二受主各自位于M的晶格点处或者位于晶体结构的间隙处。

36.如权利要求32所述的发光设备，其特征在于，所述化合物是下列中的一种：ZnO、ZnS、ZnSe、MgS、CaS和SrS。

37.如权利要求32所述的发光设备，其特征在于，所述第一受主与所述第二受主相同。

38.一种电子器具，包括权利要求32的发光设备。