CN1420568A - 发光器件 - Google Patents

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Abstract

一个目的是提高将TFT与有机发光元件组合构成的发光器件的可靠性。在与发光器件(1200)的结构元件相同的衬底(1203)上形成TFT(1201)和有机发光元件(1202)。在TFT(1201)的衬底(1203)侧上形成起阻挡层作用的第一绝缘薄膜(1205)，在相反的上层侧上形成作为保护薄膜的第二绝缘薄膜(1206)。此外，在有机发光元件(1202)的低层侧上形成起势垒层作用的第三绝缘薄膜(1207)。第三绝缘薄膜是由无机绝缘薄膜如氮化硅薄膜、氮氧化硅薄膜、氮化铝薄膜、氧化铝薄膜或者氮氧化铝薄膜形成的。用相似的无机绝缘薄膜在有机发光元件(1202)的上层侧上形成第四绝缘薄膜(1208)和隔离(1209)。

Description

发光器件
发明领域
本发明涉及配备有能够得到荧光或磷光的发光元件的发光器件。具体来说，本发明涉及一种发光器件，其中在每个像素中形成诸如绝缘栅极晶体管或薄膜晶体管的有源元件和连接到该有源元件的发光元件。
相关技术描述
使用液晶的显示器件的典型结构是使用背光或前光，并且用来自背光或前光的光线显示图像。在各种类型的电子显示设备中，液晶显示器件被用做图像显示装置，但液晶显示器件在结构上有一个缺点，即视角很小。相反，对于用能够获得电致发光的发光器作为显示装置的显示器件来说，视角很宽，并且具有高清晰度。因此，将这样的器件视为下一代显示器件。
用有机化合物作为发光器的发光元件(以下称为有机发光元件)的结构是这样的，其中，在阴极和电极之间，将由有机化合物等形成的空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层和电子注入层等适当地结合。这里将空穴注入层和空穴传输层分开并且分别表示，但具体到它们在空穴传输特性(空穴迁移)方面的重要性则是相同的。为了便于区别，空穴注入层是挨着阳极的层，而将挨着发光层的层称为空穴传输层。另外，将挨着阴极的层称为电子注入层，而将挨着发光层的另一面的层称为电子传输层。发光层也可以用做电子传输层，而在那样的情况下被称为发光电子传输层。
由电致发光而发出光线的机制可以认为是从阴极注入的电子和从阳极注入的空穴在由发光器构成的层(发光层)中重新结合，形成激发子的现象。当激发子返回到基态时发光。荧光和磷光属于电致发光类型，它们可以被理解为单态激发光发射(荧光)和三态激发光发射(磷光)。所辐射出的光的亮度从几千到几万cd/m2，因此可以认为原则上可以将这样的光发射应用于显示设备等。但是，遗留的问题在于存在退化现象，这阻碍了对电致发光的利用。
低分子有机化合物和高分子有机化合物通常是用于构成有机发光元件的有机化合物。低分子有机化合物的例子包括：α-NPD(4，4’-双-[N-(萘基)-N-苯基-氨基]聚苯基(4，4’-bis-[N-(naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl))和MTDATA(4，4’，4”-三-(N-3-甲基苯基-N-苯基-氨基)三苯胺(4，4’，4”-tris-(N-3-methylphenyl-N-phenyl-amino)triphenyl amine))，二者都是铜酞菁(CuPc)芳香胺基材料，用做空穴注入层；以及三-8-喹啉醇化铝(tris-8-quinolinolate aluminum)(Alq3)等，用做发光层。在高分子有机发光材料中，已知的有聚苯胺(polyaniline)、聚噻吩(polythiophene)衍生物(PEDOT)等。
从材料多样性的观点来看，通过蒸发制造的低分子化合物与高分子有机材料相比有很大的差异。但是，不管使用哪种类型，单纯地只由基本结构单元形成的有机化合物是很少的，并且在制造过程中有时会混入不同的键和杂质，有时会加入不同的添加剂如颜料。此外，在这些材料中，有些材料会因潮湿而变质，有些材料容易氧化等。湿气和氧气等能很容易地从空气混入，因此在处理中需要尽量注意。
可以将JP 8-241047 A引用为将薄膜晶体管(TFT)和发光元件结合的例子。这份文献披露了在使用多晶硅的TFT上，通过由二氧化硅形成的绝缘薄膜，形成有机电致发光层的结构。此外，将在阳极上的，末端部分处理成锥形的钝化层安排在有机电致发光层的低层侧。选择功函数等于或低于4eV的材料为阴极。应用了一种材料，在这种材料中，将金属如银或铝与镁熔合。
杂质在由氧气在具有半导体结的半导体元件如二极管中引起的禁止带中形成固定的层，这些固定的层成为结渗漏的因素并且减少载流子的寿命，使半导体元件的性能大大降低。
对于有机发光元件退化可以考虑六种类型的因素：(1)有机化合物的化学变化；(2)由在驱动期间产生的热引起有机化合物熔化；(3)由宏故障引起的电介质击穿；(4)电极退化或者电极与有机化合物层接触面退化；(5)由有机化合物的非晶形结构中的不稳定性引起的退化；以及(6)由应力或者由元件结构引起的变形所导致的不可逆损坏。
上述的因素(1)中化学变化的原因为：当通过激活状态时，可以腐蚀有机化合物的某些气体或水蒸汽等会引起化学变化。因素(2)和(3)是由驱动有机发光元件引起的退化导致的。由于元件中的电流被转化为焦耳热，产生热是不可避免的。如果有机化合物的熔点或玻璃转化温度较低，且电场集中在存在小孔或裂纹的部位，从而导致绝缘击穿的话，就会出现熔化。由于因素(4)和(5)的缘故，即使在室温下，退化也会发生。因素(4)通常为暗点，由阴极氧化和与湿气反应产生。就因素(5)来说，所有在有机发光元件中使用的有机化合物都是非晶形材料，当被长时间储存时，由于发热会发生晶化或老化，因此可以认为几乎都不能稳定地保持它们的非晶形结构。此外，由结构材料的热膨胀系数的差异而产生的变形所导致的不规则如薄膜裂纹或断裂导致了因素(6)。此外，在这些部分中还会产生渐进的缺陷如暗点。
通过提高所使用的密封技术水平可以显著地抑制暗点，但是，实际的退化是由前述的因素共同引起的，很难防范。现在已经发明了一种通过使用密封材料对在衬底上形成的有机发光元件进行密封，在被密封的空间中形成干燥剂如氧化钡的方法，作为典型的密封技术。
已知由于光退化(photo-deterioration)使有机化合物形成双键，变为含氧结构(如-OH、-OOH、＞C＝O、-COOH)。因此可以认为，对于将有机化合物置于含氧的空气中的情况，或者对于在有机化合物中包含作为杂质的氧气和湿气的情况，键合态会改变，退化会发展。
图17为示出了按照次级离子质谱法(SIMS)测量的，在有机发光元件中，氧(O)、氮(N)、氢(H)、硅(Si)和铜(Cu)沿深度方向分布的图。在测量中使用的样本的结构如下：三-8-喹啉醇化铝(Alq3)/咔唑基材料(Ir(ppy)3+CBP)/铜酞菁(CuPc)/导电氧化物材料(ITO)/玻璃衬底。如以下化学方程式(Chem.1)所示，Alq3在其分子中包含氧。
[Chem.1]
另一方面，在下面的(Ir(ppy)3+CBP)和CuPc的化学方程式(Chem.2和Chem.3)中示出的结构的分子中不包含氧。[Chem.2][Chem.3]
最高被占用分子轨道(HOMO)退化，因此氧分子为在基态的三态特殊分子。从三态到单态的激发过程通常成为禁止跃迁(禁止旋转)，因此不易发生。因此不发生单态氧分子。但是，如果在氧分子的***存在能量状态比单态激发更高的三态激发态分子(3M*)，则发生如以下示出的能量转移，这可能导致产生单态氧分子的反应。[eq.1]
         
一般认为，在有机发光元件的发光层中，75％的分子激发状态为三态。因此，在有机发光元件中混入了氧分子的情况下，可以通过Eq.1所示的能量转移生成单态氧分子。单激发状态的氧分子具有离子特性(电荷极化)，因此可以考虑在有机化合物中生成的具有电荷极化的反应的可能性。
例如，在vasocuproin中的甲基(后文中称为BCP)为电子供体，因此直接结合到共轭环的碳被正充电。如果有被正充电的氧，则具有离子特性的单态氧进行如下所示的反应(Chem.4)，并且有如下所示形成碳酸和水的可能性(Chem.5)。因此，可以预料电子传输特性将变差。[Chem.4][Chem.5]
另一方面，用半导体作为活动层的TFT被在有机发光元件中用做阴极材料的碱性金属或碱土金属损坏。即，在这些材料中的移动离子混入栅极绝缘薄膜，或者在活性层里面，从而不可能进行开关操作。在半导体制造过程中，需要将这些金属杂质的浓度减小到等于或者小于109原子/cm2。
发明概述
考虑到上述问题，提出本发明，本发明的一个目的是提高由TFT和有机发光元件组合构成的发光器件的可靠性。
为了防止发光器件退化，本发明提供了一种结构，其中：减少了包含在构成有机发光元件的有机化合物中的含氧杂质如氧气和湿气；防止湿气和氧气从外界侵入；以及在其中这些杂质包围有机化合物层的结构材料成为扩散源，不会发生污染。当然，这要做成使得来自外界的氧气和湿气不会渗入的结构。包含氧气和湿气等作为有机化合物结构元素，对于有机化合物来说，本发明使用的术语“杂质”表示不包含在有机分子结构当中的外来杂质。假设这些杂质以原子态、分子态存在于有机化合物中，如游离基、低聚物。
此外，本发明的特点在于具有防止碱金属和碱土金属如钠、锂和镁污染有源矩阵驱动发光器件的TFT，使阈值电压波动的结构等。
本发明消除杂质，将由在形成有机发光元件中使用的有机化合物制作的层，如空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层和电子注入层，中包含的杂质浓度减小到平均浓度等于或小于5×1019/cm2，最好等于或小于1×1019/cm2。具体来说，需要将减小发光层中的和发光层附近的氧浓度。如果使用酞菁基或芳香烃基胺空穴注入层或空穴传输层，则咔唑基发光层等将包括在有机化合物层中。
如果有机发光元件的流明为1000Cd/cm2的亮度，则当转换为光子时，将对应于1016/sec cm2的辐射量。此时如果将发光层的量子效率假设为1％，则需要的电流密度必须为100mA/cm2。对于其中流过这个量级的电流的元件，为了得到好的特性，根据使用非晶形半导体的半导体元件如光电池或发光二极管的经验规则，需要缺陷级密度等于或小于1016/cm3。为了达到这个值，如上所述，需要形成缺陷级的有害杂质元素的浓度等于或小于5×1019/cm2，最好等于或小于1×1019/cm2。
对于有源矩阵驱动方法，其中由有机发光元件构成像素部分并且由有源元件控制像素部分的每个像素，其结构是这样的，即在衬底上形成具有半导体薄膜、栅极绝缘薄膜和栅极电极的TFT，并且在TFT的上层形成有机发光元件。玻璃衬底是所使用衬底的典型例子，并且在硼硅酸钡玻璃和铝矽酸盐玻璃中包含很少量的碱金属。半导体薄膜由氮化硅和氧氮化硅覆盖，以防止被来自下层侧上的玻璃衬底和上层侧上的有机发光元件的碱金属污染。
另一方面，最好在水平表面上形成有机发光元件，因此，在由有机树脂材料如聚酰亚胺或丙烯酸制成的水平薄膜上形成它们。但是，这些类型的有机树脂材料是吸湿的。有机发光元件由于氧气和湿气而退化，因此被从由氮化硅、氮氧化硅、金刚石类碳(diamond like carbon，DLC)、氮化碳(CN)、氮化铝、氧化铝和氮氧化铝组成的气体阻挡材料组中选择的无机隔离薄膜所覆盖。这些无机隔离薄膜在防止作为阴极材料应用的碱金属或碱土金属扩散到TFT侧也是有效的。此外，使用同样的材料形成在像素部分中形成的隔离层。
图10为用于说明本发明的有源矩阵驱动发光器件的概念的图。在相同的衬底1203上形成作为发光器件1200的结构元件的TFT 1201和有机发光元件1202。TFT 1201的结构元件是半导体薄膜、栅极绝缘薄膜和栅极电极等。在结构元件当中包含硅、氢、氧和氮等，并且使用金属等材料形成栅极电极。另一方面，除了主要的有机化合物材料构成元素碳以外，在有机发光元件1202中包含碱金属如锂和碱土金属。
在TFT 1201的下层侧上(衬底1203侧)形成第一绝缘薄膜1205(衬底1203侧)，作为阻挡层。含氢的氮化硅薄膜和含氢的氮氧化硅薄膜等被用做第一绝缘薄膜1205。在相对的上层侧形成第二绝缘薄膜1206作为保护薄膜。含氢氮化硅薄膜和含氢氮氧化硅薄膜等还被用做第二绝缘薄膜1206。
在有机发光元件1202的下层侧上形成第三绝缘薄膜1207，作为阻挡薄膜。将无机绝缘薄膜如氮化硅薄膜、氮氧化硅薄膜、氮化铝、氧化铝、或氮氧化铝形成为第三绝缘薄膜1207。为了密集地构成这些薄膜，最好将包含在薄膜中的氢的浓度减少到等于或小于1原子百分比。用相似的有机绝缘薄膜在有机发光元件1202的上层侧上形成第四绝缘薄膜1208和隔离层1209。
在第二绝缘薄膜1206和第三绝缘薄膜1207之间形成有机树脂层间绝缘薄膜1204，使三个薄膜成为一体。由第一绝缘薄膜1205和第二绝缘薄膜1206屏蔽TFT 1201最厌恶的碱金属。此外，这些薄膜成为用于提供补偿TFT结构材料的半导体薄膜中的缺陷的氢的来源。另一方面，有机发光元件1202最厌恶氧气和湿气，因此，形成第三绝缘薄膜1207、第四绝缘薄膜1208和隔离层1209，以便将有机发光元件1202与氧气和湿气隔离。此外，这些薄膜还有防止有机发光元件1202中的碱金属和碱土金属向外扩散的功能。
按照本发明的结构，发光器件包括：由氮化硅或氮氧化硅形成的第一绝缘薄膜和第二绝缘薄膜；在第一绝缘薄膜和第二绝缘薄膜之间形成的半导体层、栅极绝缘薄膜和栅极电极；由氮化物制成的无机绝缘材料形成的第三绝缘薄膜和第四绝缘薄膜；由氮化物制成的无机绝缘材料形成的隔离层；由第三绝缘薄膜、第四绝缘薄膜和隔离层包围所形成的有机化合物层；以及接触有机化合物层形成的阴极。
此外，按照本发明的另一种结构，发光器件包括：由氮化硅或氮氧化硅形成的第一绝缘薄膜和第二绝缘薄膜；在第一绝缘薄膜和第二绝缘薄膜之间形成的薄膜晶体管半导体层、栅极绝缘薄膜和栅极电极；由氮化物制成的无机绝缘材料形成的第三绝缘薄膜和第四绝缘薄膜；由氮化物制成的无机绝缘材料形成的隔离层；由第三绝缘薄膜、第四绝缘薄膜和隔离层包围所形成的有机发光元件的有机化合物层；以及接触有机化合物层形成的阴极。
对上述结构中的第一至第四绝缘薄膜以及隔离层的制造方法没有特殊限制。但是，具体的优选实施例是用化学汽相生长法如等离子CVD形成第一绝缘薄膜和第二绝缘薄膜，用物理薄膜形成法如喷镀，用具有良好附着特性的致密薄膜形成第三绝缘薄膜、第四绝缘薄膜和隔离层。特别地，适合于通过高频喷镀形成无机隔离薄膜。具体来说，适合用硅作为目标，通过高频喷镀制造氮化硅。此时，为了增加阻挡性能，最好将所包含的氧和氢的量减小到等于或小于10原子百分比，减小到等于或小于1个原子百分比更好。此外，也可以将氮化铝和氮氧化铝用做其它材料。
在本发明的上述结构中，在第二绝缘薄膜和第三绝缘薄膜之间形成有机树脂层间绝缘薄膜，并且层间绝缘薄膜应用如水平薄膜使用的结构。
为了使通过TFT和有机发光元件组合构成的发光器件具有对杂质污染排斥的性能，通过巧妙地将对氧和氢具有阻挡特性的绝缘薄膜巧妙地进行组合，形成发光器件，由此防止由多种杂质污染引起的退化。
注意，在本说明中使用的术语发光器件表示使用上述发光器的通用器件。此外，在其中将TAB(磁带自动连接tape automated bonding)带或TCP(磁带仓插件tape carrier package)附着到具有包含在阳极和阴极之间的发光器层的元件的模块(以后称为发光元件)，在TAB带和TCP的末端构成印刷电路板的模块，以及在其中由COG(玻璃芯片)法将IC安装到在其上形成发光元件的衬底的模块都包括在发光器件的范围当中。此外，如在本说明书中使用的作为杂质元素的氧的浓度表示由次级离子质谱法(SIMS)测量的最低浓度。
附图的简要说明
在附图中：
图1为用于说明本发明的制造设备结构的图；
图2为用于说明本发明的薄膜形成设备结构的图；
图3为氮化硅薄膜的SIMS(次级离子质谱法)测量数据；
图4为用硅作为目标并且仅用氮气进行高频喷镀形成的氮化硅薄膜的透射率频谱；
图5A到5C为用于说明发光元件的结构的图；
图6为用于说明配备有像素部分和驱动器电路部分的发光器件的结构的部分断面图；
图7为用于说明发光器件的像素部分的结构的部分断面图；
图8为用于说明发光器件的结构的断面图；
图9为用于说明发光器件外观的透视图；
图10为用于说明本发明的发光器件的概念的图；
图11为氮化硅薄膜的FT-IR测量数据，其中FT-IR测量条件为：
测量装置：Nocolet Inc.生产的Magna 560 FT-IR质谱仪
测量模式：透射模式
可测波数范围：4000～400cm-1
分辨能力：8(数据间隔：3.857cm-1)
扫描时间数：100
光源：IR
探测器：DTGS KBr
射束***器：KBr；
图12为氮化硅薄膜的透射率的测量数据；
图13示出了在BT应力实验之前和之后的MOS结构的C-V特性；
图14A和14B示出了在BT应力实验之前和之后的MOS结构的C-V特性；
图15A和15B为用于说明MOS结构的图；
图16为用于说明喷镀设备的图；以及
图17为示出了通过SIMS测量得到的，具有Alq3/Ir(ppy)3+CBP/CuPc/ITO结构的样本的每个元素沿着深度方向的分布曲线。
优选实施例的详细说明
用图1说明能够减少包含在有机化合物中的杂质如氧气和湿气的浓度的制造发光器件的设备的例子。图1示出了用于进行薄膜形成和密封由有机化合物制作的层和阴极的设备。传输室101通过门100a到100f连接到加载室104、预处理室105、中间室106、薄膜形成室(A)107、薄膜形成室(B)108和薄膜形成室(C)109。预处理室105的目的在于对衬底进行脱氢处理、脱气处理和改进表面质量，使在真空中进行热处理或用惰性气体进行等离子处理成为可能。
薄膜形成室(A)107为主要用于通过蒸发形成由低分子的有机化合物制成的薄膜的处理室。薄膜形成室(B)108为用于通过蒸发形成包含碱金属的阴极的薄膜的处理室，薄膜形成室(C)109为用于形成氮化硅薄膜、氮氧化硅薄膜等的处理室，这些薄膜通过对设置为室温的衬底进行高频喷镀成为钝化薄膜。通过门100h和100i将薄膜形成室(A)107和薄膜形成室(B)108分别连接到加载了用作蒸发源的材料的材料交换室112和113。使用材料交换室112和113是为了在不暴露到空气的情况下，用蒸发材料填充薄膜形成室(A)107和薄膜形成室(B)108。
在加载室104中安放在其上沉积薄膜的衬底103，并且通过在传输室101中的传输机械(A)102将衬底103移到预处理室和每个薄膜形成室。通过排气装置将加载室104、传输室101、预处理室105、中间室106、薄膜形成室(A)107、薄膜形成室(B)108、薄膜形成室(C)109以及材料交换室112和113维持在减压状态。排气装置用无油干燥泵进行从大气压强到1Pa数量级级压强的真空排气，通过使用涡轮分子泵或复式分子泵进行真空排气，可以将压强减小得更多。也可以在薄膜形成室中安装低温泵，以便消除湿气。因此可以防止来自排气装置的油蒸汽的倒扩散，提高有机化合物层的纯度。
真空排气室的内墙表面经电解磨光的镜面处理，以便减小表面面积，从而防止气体散发。将不锈钢或铝用作内墙表面。最好，将加热器放在薄膜形成室的外面并且进行烘焙，以便减少来自内墙的气体散发。利用烘焙处理可以大大地减少气体散发。此外，在蒸发期间也可以用制冷剂进行冷却，以便减少由气体散发导致的杂质污染。由此可以使真空达到1×10-6Pa。
通过门100g将中间室106连接到配备有喷嘴111的应用室110。应用室110是主要用于形成由高分子材料旋转涂层制成的有机材料薄膜的处理室，并且处理是在大气压下进行的。因此，通过中间室将衬底带入和带出应用室110，这是通过将压力调节到与衬底要移到的室的压力相同来进行的。通过透析、电渗析或高速液体色层分离法来对提供给应用室的高分子材料进行净化，然后提供。净化是在提供端口进行的。
通过热处理进行的气体发散处理和通过使用氩等离子体进行的表面处理在预处理室105中进行，作为对要被引入薄膜形成室的衬底进行预处理，从而充分地减少来自衬底的杂质。从衬底发散的杂质为吸附在衬底表面的气态成分、湿气和有机物等。通过在预处理室105中对衬底加热，或者通过进行等离子处理增加表面密度来减少污染。通过使用吸气材料的净化装置对引入反应室的氮气和氩气进行净化。
蒸发是电阻加热法，也可以使用Knudsen室来高精度地控制蒸发量。将用于蒸发的材料从专用材料交换室引入反应室。由此可以尽可能避免将反应室暴露到空气中。通过将薄膜形成室暴露到空气中使各种气体如湿气吸附到内墙上，这些气体会由于真空排气而重新释放出来。到吸附气体散发完毕以及真空度稳定在平衡值需要几个小时到几百小时的时间。有效的措施是通过对薄膜形成室的墙进行加热来缩短时间。但是，当反复暴露到空气时，这不是有效的技术，因此如图1所示，最好提供专用的材料交换室。蒸发源主要是有机材料，通过蒸发之前的升华在反应室中进行净化。此外，也可以通过使用区域熔化法进行净化。
另一方面，在形成阴极的全部处理完成之后，由加载室104界定的密封室105通过使用密封材料在不暴露到空气中的情况下对衬底进行密封。对于利用紫外线固定树脂使密封材料硬化的情况，使用紫外线照射室116。在传输室117中提供传输机械(B)118，要在密封室115进行密封的衬底被储存在传输室117中。
图2为用于说明传输室101、预处理室105和薄膜形成室107(A)详细结构的图。在传输室101中提供传输机械102。由复式分子泵或涡轮分子泵207a以及干燥泵208a提供传输室101的排气装置。通过门100b和100d将预处理室105和薄膜形成室107分别连接到传输室101。在预处理室105中提供发散电极201和连接到发散电极201的高频电源202。将衬底103固定在提供给衬底加热装置214的相反电极上。通过使用衬底加热装置214在真空下或者在减压下将温度加热到50到120C°水平，可以吸收吸附在衬底103上的或者在衬底103的结构上的杂质如湿气。连接到预处理室105的气体引入装置由具有汽缸216a、流量调节器216b和吸收材料等的净化器组成。
通过使用净化器203，施加高频电源并且将衬底暴露在等离子空气中来净化惰性气体如氦、氩、氪或氖或者惰性气体和氢气的组合气体，进行使用等离子的表面处理。最好，所使用的气体的纯度是：CH4、CO、CO2、H2O和O2的浓度都等于或小于2ppm，等于或小于1ppm更好。
通过使用涡轮分子泵207b或干燥泵208b，排气装置进行排气。在表面处理期间，通过使用在排气装置中配备的控制阀对排气速度进行控制来对预处理室105中的压力进行控制。
薄膜形成室107配备有蒸发源211、吸附板212、百叶窗218和遮光板217。百叶窗218是开关型的，在蒸发期间是打开的。蒸发源211和吸附板212用于控制温度，分别连接到加热装置213d和213c。排气***包括涡轮分子泵207c和干燥泵208c，还附加了低温泵209，使得能够清除在薄膜形成室中剩余的湿气。进行烘焙处理，这可以减少从反应室里面的墙散发出的气体量。通过使用连接了涡轮分子泵和低温泵的排气***的真空排气进行烘焙，而将薄膜形成室的温度加热到大约50到120℃。通过使用冷却剂将反应室冷却到室温或者大约到液氮的温度可以进行压强大约到1×10-6Pa的真空排放。
在由门100h界定的材料交换室112中提供蒸发源210和219，这是在其中由加热装置213a和213b控制温度的机构。在排气***中使用涡轮分子泵207d和干燥泵208d。蒸发源219可以在材料交换室112和薄膜形成室107之间移动，并且被用作对提供的蒸发材料进行净化的装置。
对于净化蒸发材料的方法没有限制，但是，当在制造设备当中进行净化时，最好使用升华净化法。当然，也可以进行区域提纯法。
在结构上，对通过使用参照图1和图2说明的制造设备制造的有机发光元件没有限制。通过在由透明导电薄膜组成的阳极和包含碱金属的阴极之间形成由有机化合物制成的层，形成有机发光元件。由有机化合物制成的层可以构成为单层，或者为多层叠压。根据层的目的和功能对层进行区别，将这些层称为空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层和电子注入层等。可以通过使用低分子有机化合物材料、中分子量有机化合物材料、高分子有机化合物材料以及这些材料适当量的混合物形成这些层。此外，像在电子传输材料和空穴传输材料的结边界中形成混合区域的混合结一样，也可以形成在其中将电子传输材料和空穴传输材料适当混合的混合层。
为空穴注入层和空穴传输层选择具有优良空穴传输特性的有机化合物材料，典型地使用酞菁或芳族胺。此外，在电子传输层中使用具有优良电子传输性能的金属链等。
在图5A到图5C中示出了有机发光元件结构的例子。图5A是使用低分子有机化合物的发光元件的例子。将由氧化铟锡(ITO)形成的阳极300、由铜酞菁(CuPc)形成的空穴注入层301、由芳族胺材料的MTDATA和α-NPD形成的空穴传输层302和303、由三-8-喹啉醇化铝(Alq3)形成的组合电子注入和发光层304以及由镱(Yb)制成的阴极305叠压在一起。Alq3的光辐射(荧光)可以来自单激发态。此外，由无机绝缘材料如氮化硅形成覆盖阳极300边缘部分的隔离层330。
为了增加亮度，最好，使用三激发态的光辐射(磷光)。在图5B中示出了该种类型元件结构的例子。形成由ITO形成的阳极310、由酞菁材料CuPc形成的空穴注入层311、由芳族胺材料α-NPD形成的空穴传输层312和用咔唑CBP+Ir(ppy)3在空穴传输层312上形成的发光层313。此外，该结构具有使用vasocuproin(BCP)形成的空穴阻挡层314、由Alq3形成的电子注入层315和包含碱金属如镱(Yb)或锂的阴极316。此外，通过使用无机绝缘材料如氮化硅形成覆盖阳极310边缘部分的阻挡层331。
上述的两种结构是使用低分子有机化合物的例子。通过将高分子有机化合物与低分子有机化合物结合也可以得到有机发光元件。图5C为其例子，其中，由ITO形成阳极320，在阳极320上由高分子化合物。聚噻吩衍生物(PEDOT)形成空穴注入层321，由α-NPD形成空穴传输层322，由CBP+Ir(ppy)3形成发光层323，由BCP形成空穴阻挡层324，由Alq3形成电子注入层325，并且形成包含碱金属如镱(Yb)或锂的阴极326。通过改变为PEDOT，改进了空穴注入层的空穴注入特性，并且可以增加发光效率。此外，通过使用无机绝缘材料如氮化硅形成覆盖阳极320边缘部分的阻挡层332。
用作发光层的咔唑CBP+Ir(ppy)3为可以从三激发态获得光辐射(磷光)的有机化合物。在以下论文中讨论的有机化合物可以作为典型的三态化合物材料。(1)T.Tsutsui，C.Adachi，S.Saito，Photochemical Processes in organized Molecular Systems，ed.K.Honda，(Elsevier Sci.Pub.，Tokoy，1991)p.437。(2)M.A.Baldo，D.F.O’Brien，Y.You，A.Shoustikov，S.Sibley，M.E.Thompson，S.R.Forrest，Nature395(1998)p.151。在这篇文章中披露了由下列公式代表的有机化合物。(3)M.A.Baldo，S.Lamansky，P.E.Burrows，M.E.Thompson，S.R.Forrest，Appl.Phys.Lett，75(1999)p.4。(4)T.Tsutsui，M.-J.Yang，M.Yahiro，K.Nakamura，T.Watanabe，T.Tsuji，Y.Fukuda，T.Wakimoto，S.Mayaguchi，Jpn.Appl.Phys.，38(12B)(1999)L1502。
不论使用哪种材料，从三激发态发出的光(磷光)比从单激发态发出的光(荧光)具有更高的发光效率，并且由此可以降低工作电压(使有机发光元件发光所需的电压)，而所发出的光的亮度相同。
酞菁(CuPc)、芳族胺α-NPD、MTDATA和咔唑CBP等是不含氧的有机化合物。由于与进入这些有机化合物的氧气或湿气混合，像利用化学方程式Chem.4和Chem.5说明的一样，发生键状态改变，并且使空穴传输特性和发光特性退化。在构成上述的有机化合物层的过程中，使用了利用图1和图2说明的制造设备。这样，可以将发光元件当中的氧浓度减小到等于或小于1×1019/cm3。此外，也可以将具有酞菁或芳族胺空穴注入层或空穴传输层以及咔唑发光层的有机发光元件中的空穴注入层和空穴传输层的氧浓度减小到等于或小于1×1019/cm3。
注意，虽然在图5A到5C中没有示出，在用于形成层如发光层、空穴注入层、空穴传输层和电子传输层的材料之间有界面，并且可以采用这样的实施例，即其中多个层的材料混合在一起。高分子化合物如聚对亚苯基亚乙烯基(polyparaphenylene vinylenes)、聚对亚苯基(polyparaphenylenes)、聚噻吩(polythiofenes)和聚芴(polyfluorenes)等也可以用做有机化合物层。除了其中每个层都是用有机化合物形成的实施例以外，无机化合物也可以用做空穴注入和传输层以及电子注入和传输层。无机化合物材料包括类似钻石的碳(DLC)、氮化碳、硅、锗以及这些材料的氧化物和氮化物。也可以使用在其中适当搀杂P、B、N等的材料。此外，可以使用二氧化物、氮化物以及碱金属或碱土金属的氟化物，也可以使用化合物、碱金属和碱土金属的合金以及至少锌、锡、钒、钌、钐和铟等。
图6为示出了有源矩阵驱动发光元件结构的例子。在像素部分中以及在像素部分***的各种功能的电路中形成TFT。可以选择非晶形硅或多晶硅作为形成TFT的沟道形成区域时使用的半导体薄膜材料，本发明可以使用该两种材料中的任意一种。
衬底601可以使用玻璃衬底或者有机树脂衬底。与玻璃材料相比，有机树脂材料重量较轻，可以更有效地减轻发光元件本身重量。有机树脂材料如聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯萘(PEN)、聚醚砜(PES)和芳族聚酸胺等是可以用来制造发光器件的材料。玻璃衬底称为非碱性玻璃，最好使用硼硅酸钡玻璃或者硼硅酸铝玻璃。玻璃衬底的厚度采用0.5到1.1mm，为了减轻重量需要使厚度减小。此外，为了进一步减轻重量，最好使用具有2.37g/cc低比重的玻璃衬底。
图6示出一种状态，其中，在驱动电路部分650中形成n沟道TFT652和p沟道TFT 653，并且在像素部分651中形成开关TFT 654和电流控制TFT 655。这些TFT是在由氧化硅、氮化硅或者氮氧化硅薄片制成的第一绝缘薄膜602上，用半导体薄膜603到606、栅极绝缘薄膜607和栅极608等形成的。
在栅极上形成由氮化硅或者氮氧化硅制成的第二绝缘薄膜618，用做保护膜。此外，形成由聚酰亚胺或者丙烯酸制成的有机绝缘薄膜619，作为水平薄膜。这种有机绝缘薄膜具有吸湿特性，拥有吸收湿气的性能。如果湿气被重新发散，则给有机化合物提供氧气，氧气成为引起有机发光元件退化的原因。因此，为了防止吸收湿气和湿气重新发散，在有机绝缘薄膜619上，由从氮化硅、氮氧化硅、氮氧化铝和氮化铝等材料中选择的无机绝缘材料形成第三绝缘薄膜620。
在栅极信号线一侧的驱动电路和数据信号线一侧的驱动电路之间，驱动电路部分650的电路结构不同，但在这里忽略这种区别。接线612和613连接到n沟道TFT 652和p沟道TFT 653，可以利用这些TFT构成移位寄存器、锁存电路和缓冲器电路等。
数据线614连接到开关TFT 654的源极端，漏极端接线615连接到像素部分651中的电流控制TFT 655的栅极611。此外，电流控制TFT 655的源极端连接到电流源接线617，漏极端电极616是这样连接的，即将它连接到有机发光元件的阳极。
由阳极621、有机化合物层623和阴极624制成有机发光元件，其中，在ITO(氧化铟锡)第三绝缘薄膜620上形成的阳极621；有机化合物层623包含空穴注入层、空穴传输层和发光层等的有机化合物层；使用包含碱金属或者碱土金属如MgAg、氟化锂、结晶半导体薄膜、氟化钡或氟化钙的材料形成阴极624。有机发光元件的结构可以是任意的，可以使用图5示出的结构。
由氮化物无机绝缘材料形成隔离层622。具体来说，由从氮化硅、氮化铝和氮氧化铝中选择的无机绝缘材料形成隔离层622。隔离层622的厚度大约为0.1到1μm，并且其边缘部分与锥形的阳极621重叠。形成隔离层622，使其覆盖保留在接线612到617上的光抗蚀剂626的上和侧表面。此外，虽然在图中没有示出，但也可以在阳极621和有机化合物层623之间形成具有0.5到5mm厚度的绝缘薄膜，一个在其中流过隧道电流的层。该绝缘薄膜有效地防止由阳极表面粗糙所引起的短路，并有效地阻止在阴极中使用的碱金属等扩散到低层侧。
有机发光元件的阴极624使用包含镁(Mg)、锂(Li)或钙(Ca)的材料，每种元素具有小的功函数。最好使用MgAg(一种将Mg和Ag按照Mg∷Ag＝10∷1的比例混合的材料)电极。也可以使用MgAgAl电极、LiAl电极和LiFAl电极。此外，使用从氮化硅、DLC、氮氧化铝、氧化铝和氮化铝等中选择的无机绝缘材料在阴极624上形成第四绝缘薄膜625。已知DLC薄膜对氧气、CO、CO2和H2O等具有很高的气障特性。在形成阴极624之后，最好在不暴露在空气中的情况下，接着形成第四绝缘薄膜625。也可以将氮化硅隔离层用做第四绝缘薄膜625的低层。这是因为已知在阴极624和有机化合物层623之间的接触面上的状态对有机发光元件的发光效率有很大的影响。
在图6中，开关TFT 654使用多栅极结构，并且在电流控制TFT 655中形成与栅极重叠的低浓度漏极(LDD)。使用多晶硅的TFT运行速度很高，因此容易发生由热载流子注入引起的退化。因此，如图6所示，在制造具有高可靠性并且能够很好地显示图像(高运行效率)的显示器件过程中，对应于它们在像素中的功能形成具有不同结构的TFT(开关TFT具有相当低的关断电流、而对于热载流子来说，电流控制TFT很坚固)是非常有效的。
如图6所示，在构成TFT 654和655的半导体薄膜的低侧上形成第一绝缘薄膜602。在相反的高层侧上形成第二绝缘薄膜618。另一方面，在有机发光元件656的低层侧上形成第三绝缘薄膜620，此外，在它们之间形成隔离层622。这些薄膜都是由无机绝缘材料构成的。在这些薄膜当中，在第三绝缘薄膜620、第四绝缘薄膜625和隔离层622之间形成有机发光元件656，并且与这些薄膜成为一体。
对于TFT 654和655来说，衬底601和有机发光元件656可以被认为是碱金属如钠污染源，但是，通过用第一绝缘薄膜602和第二绝缘薄膜618包围TFT可以防止这种污染。另一方面，有机发光元件656最厌恶氧气和湿气，因此利用无机绝缘材料形成第三绝缘薄膜620、第四绝缘薄膜625和隔离层622。这些薄膜还起这样的作用，使在有机发光元件656中的碱金属元素不会漏到外面。
具体来说，适合于在形成第三绝缘薄膜620、隔离层622和第四绝缘薄膜625中使用的材料是通过用硅作为目标进行喷镀制造的氮化硅薄膜。详细地说，高频喷镀时，氮化硅薄膜具有非常紧密的薄膜特性，并且按照在以下的表1(在该表中还包括典型的例子)中示出的处理条件形成氮化硅薄膜。注意，在表中的术语“RFSP-SiN”表示通过高频喷镀形成氮化硅。此外，术语“T/S”表示目标和衬底之间的距离。[表1]PFSP-SiN的形成条件
处理条件 典型例子 注释
气体 N2或稀有气体/N2 Ar/N2 纯度4N或更纯
气流比 N2：30～100％、稀有气体：0～70％ Ar∶N2＝20∶20(sccm) 可以将稀有气体作为加热气体从衬底的后表面引入
压强(Pa) 0.1-1.5  0.8
频率(MHz) 13-40  13.56
电功率(W/cm2) 5-20  16.5
衬底温度(℃) RT(室温)～350  200
目标材料 从单晶硅块得到的材料  Si(1～10Ωcm)
T/S(mm) 40-200  60
背景压强(Pa) 1×10-3或更小(最好为3×10-5或更小)  3×10-5  使用涡轮分子泵或者低温泵
将氩气用做喷镀气体，并作为对衬底进行加热的气体引入，吹衬底的后表面。最后，混入N2，促进喷镀。此外，在表1中示出的薄膜形成条件是典型的条件，但薄膜形成条件不限于表1中示出的值。如果所形成的SiN薄膜的特性参数落在后面的表4所示的特性样本范围内，那么这些条件可以由操作者适当地改变。
在图16中示出了在利用高频喷镀形成氮化硅薄膜中使用的喷镀设备的示意图。图16中的参考数字30表示室的墙壁，参考数字31表示用于形成电场的可移动磁铁，参考数字32表示单晶硅目标，参考数字33表示防护板，参考数字34表示要被处理的衬底，参考数字36a和36b表示加热器，参考数字37表示衬底固定装置，参考数字38表示防护罩，参考数字39表示阀门(传导阀或者主阀)。此外，在室墙壁30中提供的气体引入管道40和41为分别用于引入N2(或者惰性气体与N2混合的气体)和惰性气体的管道。
此外，在表2中示出了用常规的等离子CVD形成氮化硅薄膜的薄膜形成条件。注意，在该表中的术语“PCVD-SiN”表示由等离子喷镀形成的氮硅薄膜。
[表2]等离子CVD的条件
  PCVD-SiN
  气体   SiH4/NH3/N2/H2
  气流(sccm)   SiH4∶NH3∶N2∶H2＝31∶240∶300∶60
  压强(Pa)   159
  频率(MHz)   13.56
  电功率(W/cm2)   0.35
  衬底温度(℃)   325
接下来，对在表1的薄膜形成条件下形成的氮化硅薄膜和由表2的薄膜形成条件形成的氮化硅薄膜的典型特性值(特性参数)进行比较，结果示于表3。注意，“RFSP-SiN(No.1)”和“RFSP-SiN(No.2)”之间的区别是由薄膜形成设备不同而引起的，且它们保留用做本发明的势垒薄膜的氮化硅薄膜的作用。此外，虽然内部应力的数字值的参考符号标记在收缩应力和拉伸应力之间变化，但是这里只用绝对值。
[表3]SiN典型参数比较
参数 根据表1的薄膜形成条件形成的SiN 按照表2的薄膜形成条件形成的SiN薄膜       注释
RFSP-SiN(No.1)  RFSP-SiN(No.2) PCVD-SiN薄膜
介电常数 7.02-9.30  ← ～7
折射率 1.91-2.13  ← 2.0-2.1 波长：632.8nm
内部应力(dyn/cm2) 4.17×108  ← 9.11×108
蚀刻速度(nm/min) 0.77-1.31  1-8.6 ～30 LAL500、20℃
Si浓度(原子％) 37.3  51.5 35.0 RBS
N浓度(原子％) 55.9  48.5 45.0 RBS
H浓度(原子/cc) 4×1020  - 1×1022 SIMS
O浓度(原子/cc) 8×1020 - 3×1018  SIMS
C浓度(原子/cc) 1×1019 - 4×1017  SIMS
与PCVD-SiN薄膜相比，RFSP-SiN(No.1)和RFSP-SiN(No.2)之间的共同特性在于蚀刻速度较慢(用LAL500在20℃时的蚀刻速度；后文与此相同)，并且氢气浓度较低。注意，术语“LAL500”表示由HashimotoChemical KK制造的“LAL500SA缓冲氢氟酸”，并且是NH4HF2(7.13％)和NH4F(15.4％)的水溶液。此外，当比较绝对值时，内部应力的值比由等离子CVD形成的氮化硅薄膜更小。
本发明的申请人在表4中汇集了由表1的薄膜形成条件形成的氮化硅薄膜的各种物理特性参数。
[表4]在本发明中使用的SiN的参数
参数 在本发明中使用的SiN薄膜 注释
介电常数 7.0～9.5(最好7.3～7.7)
折射率 1.85～2.20(最好为1.90～2.15) 波长：632.8nm
内部应力(dyn/cm2) 2×1010或更小(最好为5×108或更小)
蚀刻速度(nm/min) 9或更小(最好为0.5～3.5) LAL500、20℃
Si浓度(原子％) 35～55(最好为37～52) RBS
N浓度(原子％) 45～60(最好为48～56) RBS
H浓度(原子/cc) 1×1021或更小(最好为5×1020或更小) SIMS
O浓度(原子/cc) 5×1018～5×1021(最好为1×1019～1×1021) SIMS
C浓度(原子/cc) 1×1018～5×1019(最好为1×1018～2×1019) SIMS
另外，在图3中示出了由SIMS(次级离子质谱法)对氮化硅薄膜进行研究的结果，图11示出了FT-IR结果，图12示出了氮化硅薄膜的透射率。注意，在图12中还示出了在表2的薄膜形成条件下形成的氮化硅薄膜。关于透射率，与常规PCVD-SiN薄膜相比没有下降。
图11示出了只使用氮气，并且应用13.56MHz的高频电功率的喷镀所形成的氮化硅薄膜(#001)的红外吸收频谱。主要的薄膜形成条件是使用1到2sq.的加入了硼的硅目标、只提供氮气、以及800W的高频电功率(13.56MHz)。目标尺寸为直径152.4mm。在这些条件下得到2到4nm/min的薄膜形成。
在图11中输入了作为比较数据的由喷镀制造的氧化硅薄膜(#002)和由等离子CVD制造的氮化硅薄膜(#003)的特性。图中记录了每种薄膜的薄膜形成条件，可以作为参考。只使用氮气作为喷镀气体形成在室温下形成的由样本号#001表示的氮化硅薄膜，并且没有观测到对于N-H键和Si-N键的吸收峰值。由这些特性可以看出，在该薄膜当中的氧气浓度和氮气浓度等于或低于1原子百分比。
图4示出了非碱性玻璃衬底(Corning公司，衬底#1737)上的三种结构的透射率：氮化硅薄膜、丙烯酸树脂薄膜以及丙烯酸树脂薄膜和氮化硅薄膜的叠片。在可见光中发现透射率等于或大于80％。具体来说，400nm波长的透射率等于或大于80％，由此示出了这种薄膜的透明特性。这呈现一种状态，其中将图6中的有机绝缘薄膜619和第三绝缘薄膜620叠压在一起，并且示出了即使将来自有机发光元件的光线照射在玻璃衬底上，在色调方面的变化也将很小。
在用做本发明的无机绝缘层的氮化硅薄膜中，满足图4中示出的参数的氮化硅薄膜是理想的。即，作为无机绝缘薄膜，最好满足以下任意一项：(1)使用具有9nm/min或小于9nm/min蚀刻速度的氮化硅薄膜(最好，0.5到3.5nm/min或小于)，(2)具有1×1021原子/cm-3或小于1×1021原子/cm-3的氢气浓度(最好，为5×1020原子/cm-3或小于5×1020原子/cm-3)，(3)具有1×1021原子/cm-3或小于1×1021原子/cm-3的氢气浓度(最好，为5×1020原子/cm-3或小于5×1020原子/cm-3)以及5×1018到5×1021原子/cm-3或小于5×1018到5×1021原子/cm-3的氧气浓度(最好，为1×1019到1×1021原子/cm-3或小于1×1019到1×1021原子/cm-3)，(4)具有9nm/min或者小于9nm/min的蚀刻速度(最好，为0.5到3.5nm/min或小于0.5到3.5nm/min)，以及(5)具有9nm/min或者小于9nm/min的蚀刻速度(最好，为0.5到3.5nm/min或小于0.5到3.5nm/min)，1×1021原子/cm-3或小于1×1021原子/cm-3的氢气浓度(最好，为5×1020原子/cm-3或小于5×1020原子/cm-3)以及5×1018到5×1021原子/cm-3或小于5×1018到5×1021原子/cm-3的氧气浓度(最好，为1×1019到1×1021原子/cm-3或小于1×1019到1×1021原子/cm-3)。
此外，内部应力的绝对值可以设置为等于或小于2×1010dyn/cm2，等于或小于5×108dyn/cm2更好。如果使内部应力更小，可以减小在与其它薄膜的界面中生成层。还可以防止由内部应力引起的薄膜剥落。
此外，按照在本实施例模式中披露的表1的薄膜形成条件形成的氮化硅薄膜对Na、Li以及其它位于周期表1族和2族中的元素的阻挡作用非常强。可以有效地抑制这些可移动离子等的扩散。例如，虽然考虑到锂的扩散将对晶体管的运行产生不利影响，但是当使用在锂中加入0.2-1.5wt％(最好是0.5到1.0wt％)的铝到的金属薄膜作为本实施方式中的阴极层时，其电子注入特性和其它特性会更好。但是，在本实施方式中，利用无机绝缘层具有完善的保护，因此不需要担心晶体管的锂扩散。
在图13到15B中示出了说明这个事实的数据。图13是示出了在BT应力实验之前和之后的MOS结构的C-V特性的变化，其中，将按照表2的薄膜形成条件形成的氮化硅薄膜(PCVD-SiN薄膜)用做绝缘材料。样本的结构如图15A所示，并且通过在表面电极中使用Al-Li(加入锂的铝)电极可以确定有或者没有锂扩散的影响。根据图13，由于BT应力实验引起的特性变化很大，可以确认，清楚地出现了由于来自表面电极的锂的扩散产生的影响。
接下来，图14A和14B为在BT应力实验之前和之后的MOS结构的C-V特性，在该MOS结构中将在表1的薄膜形成条件下形成的氮化硅薄膜用做绝缘材料。图14A和图14B之间的区别在于，在图14A中将Al-Si(加入硅的铝薄膜)用做表面电极，而在图14B中将Al-Li(加入锂的铝薄膜)用做表面电极。注意，图14B的结果是对图15B示出的MOS结构进行测量的结果。这里使用热氧化薄膜和叠压结构是为了减小氮化硅薄膜和硅衬底之间的界面层的影响。
比较图14A和图14B中的曲线，在进行BT应力试验之前和之后的两个曲线中的C-V特性几乎没有变化，并且不出现由于锂扩散引起的影响。即，可以确认，在表1的薄膜形成条件下形成的氮化硅薄膜有效地起到了作为阻挡薄膜的作用。
在本发明中使用的无机绝缘薄膜是非常致密的，并且具有良好的对Na和Li等不稳定元素的阻挡作用。因此抑制了来自水平薄膜的除气成分的扩散，由此可以得到具有高可靠性的显示器件。本发明的申请人推测，形成致密薄膜的原因在于，在单晶硅目标的表面上形成薄的氮化硅薄膜，并且在薄膜形成期间将氮化硅薄膜叠压在衬底上，因此硅原子团很难混入薄膜。因此使薄膜变得致密。
此外，利用大约为室温到200℃的低温喷镀形成该薄膜。这比等离子CVD更有效之处在于，像使用该薄膜作为本发明的势垒薄膜时一样，可以在树脂薄膜上进行薄膜形成。
注意，前述的氮化硅薄膜也可以用做覆盖有机发光元件的钝化薄膜，并且在由叠压薄膜形成栅极绝缘薄膜的情况下，可以使用一部分氮化硅薄膜。
此外，在制造具有如图6所示结构的发光器件的方法中可以使用后续的薄膜形成处理，通过喷镀，使用典型为ITO的透明导电薄膜制造，形成第三绝缘薄膜620和阳极621。喷镀适合形成致密的氮化硅薄膜或者氮氧化硅薄膜，而不会在有机绝缘薄膜619的表面产生明显损害。
由此，通过形成将TFT和发光器件组合在其中的像素部分，可以完成发光器件。这种类型的发光器件可以用TFT在同一个衬底上形成驱动电路。通过在其下层和上层侧使用由氮化硅薄膜或氮氧化硅薄膜制造的阻挡层和保护薄膜包围TFT的主要结构元件半导体薄膜、栅极绝缘薄膜和栅极电极，形成可以防止由于碱金属和有机物引起的污染的结构。另一方面，有机发光元件包含碱金属。通过用由氮化硅、氮氧化硅或DLC薄膜制造的保护薄膜包围有机发光元件，并且由具有氮化硅或者碳作为其主要成分的绝缘薄膜制成气体隔离层，可以得到防止来自外界的氧气和湿气渗入的结构。
由此提供了完成发光器件的技术，其中，将对于杂质具有不同特性的元素结合起来，而不会发生相互干扰。
图6说明了顶部栅极的TFT结构，当然也可以应用底部栅极的TFT以及交错倒置的TFT。交错倒置的TFT被应用于图7中的像素部分751，并且形成开关TFT 754和电流控制TFT 755。使用钼和钽等在衬底701上形成栅极电极702和703以及接线704，并且在其上形成起栅极绝缘薄膜作用的第一绝缘薄膜705。在形成第一绝缘薄膜过程中，使用厚度为100到200nm的氧化硅、氮化硅等。
在半导体薄膜706和707中，除了沟道形成区域以外，还形成源极或漏极区域以及LDD区域。形成这些区域，并且形成绝缘薄膜708和709，以便保护沟道形成区域。由氮化硅或者氮氧化硅形成第二绝缘薄膜，以使半导体薄膜不被碱金属或有机物等污染。此外，还形成由有机树脂材料如聚酰亚胺制成的水平薄膜。在水平薄膜711上形成由氮化硅或氧化硅制成的第三绝缘薄膜712。在第三绝缘薄膜712上形成接线713到716。
在第三绝缘薄膜712上形成有机发光元件756的阳极717，然后用从包括氮化硅、氮氧化硅、氮氧化铝、氧化铝以及氮化铝的组中选择的无机绝缘材料形成隔离层718。此外，形成隔离层718覆盖光阻材料723的上表面和侧表面，其中，光阻材料723保留在接线713到716上。此外，使隔离层718覆盖阳极717和TFT接线的边缘部分，以防止在这部分中的阴极和阳极之间的短路。与图6所示的结构类似地形成有机化合物层720、阴极721和第四绝缘薄膜，与第三绝缘薄膜712相似地形成第四绝缘薄膜722。这样可以完成具有交错倒置的TFT的发光器件。
虽然在图7中只示出了像素部分，但是，通过使用交错倒置的TFT，在同一个衬底上也可以形成驱动电路。如图7所示，作为TFT的主要结构元件的半导体薄膜，在其上层侧和其下层侧被由氮化硅或者氮氧化硅制成的第一和第二绝缘薄膜包围，这是一种防止碱金属或有机物污染的结构。另一方面，有机发光元件包含碱金属，通过使用第三绝缘薄膜、第四绝缘薄膜和隔离层718得到防止来自外界的氧气和湿气渗入的结构。由此，通过使用交错倒置的TFT，可以提供完成在其中组合了具有与杂质不同的特性的元素的发光器件的技术。
图8示出其中密封了有机发光元件的结构。图8示出了一种状态，其中用密封材料405将在其上用TFT构成驱动电路408和像素部分409的元件衬底401与密封衬底402固定。由从包括氮化硅薄膜、氮氧化硅薄膜、DLC薄膜、氮化碳薄膜、氧化铝薄膜、氮化铝薄膜和氮氧化铝薄膜等材料的组中选择的材料形成保护薄膜406。此外，氮化硅薄膜也可以用做保护薄膜406之下的缓冲层。在元件衬底401和密封衬底402之间的密封区域中形成有机发光元件403，并且也可以在驱动电路408上或者在形成密封材料405的附近放置干燥剂。
将有机树脂材料如聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯萘(PEN)、聚醚砜(PES)和芳族聚酸胺用做密封衬底。密封衬底的厚度大约30到120μm，以提供柔韧性。在边缘部分形成作为气体隔离层407的DLC薄膜。注意，DLC薄膜不是在外部输入端404上形成。将环氧树脂胶用做密封材料。通过在密封材料405、元件衬底401和密封衬底402的边缘部分形成气体隔离层407，可以防止渗入水蒸汽。气体隔离层407不限于DLC薄膜，也可以用与用做保护薄膜406的材料相似的材料形成气体隔离层。
图9为示出了这种类型显示器外观的图。虽然显示图像的方向随有机发光元件的结构不同而不同，但在本例中，光线向上发射，进行图像显示。在图9所示的结构中，用密封材料405将元件衬底401和密封衬底402粘结，其中，在元件衬底401上用TFT形成驱动电路部分408和像素部分409。此外，除了驱动电路部分408以外，也可以形成用于校正视频信号和存储视频信号的信号处理电路606。在元件衬底401的边缘形成输入端404，并且将FPC(柔性印刷电路)连接到这个部分。以500μm的间隔在输入端404中形成用于输入来自外部电路的图像数据信号、各种类型的时间信号和电功率的端子。通过接线410实现与驱动电路部分的连接。此外，当需要时，也可以通过使用COG(玻璃芯片)，将在其中形成了CPU和存储器等的IC芯片411放置在元件衬底401上。
在邻近密封材料的边缘部分形成DLC薄膜，防止渗入来自密封部分的水蒸汽和氧气等，由此防止有机发光元件退化。可以省略输入端部分，对于将有机树脂材料用做元件衬底401和密封衬底402的情况，代之以在整个表面之上形成DLC薄膜。当形成DLC薄膜时，可以预先用遮光板的遮蔽带覆盖输入端部分。
由此可以将有机发光元件密封并形成发光器件。这样就成为这样的结构，其中，用绝缘薄膜将TFT和有机发光元件包围，不会渗入来自外界的杂质。此外，用密封材料将元件衬底粘结，通过用DLC覆盖边缘部分来增加密封度。由此可以防止发光器件退化。
按照以上说明，利用本发明，可以将由在有机发光元件中起空穴注入层、空穴传输层和发光层等作用的有机化合物制成的多个层中的，作为杂质元素的氧的浓度减小到等于或者小于5×1019/cm3的水平，最好等于或者小于1×1019/cm3。此外，按照本发明，由从包括氮化硅、氮氧化硅、氮氧化铝、氧化铝和氮化铝等的组中选择的无机绝缘材料将TFT的主要结构元件的半导体薄膜、栅极绝缘薄膜和栅极电极包围，由此提供在其中防止由碱金属和有机物引起污染的结构。另一方面，有机发光元件包含碱金属，通过利用从包括氮化硅、氮氧化硅、氮氧化铝、氧化铝和氮化铝、DLC和氮化碳等的组中选择的无机绝缘材料将有机发光元件包围，得到在其中防止来自外界的氧气和湿气渗入的结构。按照这种类型的结构，可以完成发光器件，在该器件中，将对杂质具有不同特性的元件组合在一起，而不会发生相互干扰。

Claims (42)

1.一种发光器件，该器件包括：
第一绝缘薄膜，该薄膜包括氮化硅或氮氧化硅；
半导体层，该层在第一绝缘薄膜之上；
栅极绝缘薄膜，该薄膜在半导体层之上；
栅极电极，该电极在栅极绝缘薄膜之上；
第二绝缘薄膜，该薄膜在栅极电极之上，包括氮化硅或氮氧化硅；
第三绝缘薄膜，该薄膜在第二绝缘薄膜之上，包括从包括氮化硅、氮氧化硅、氮氧化铝、氧化铝和氮化铝的组中选择的无机绝缘材料；
隔离层，该层在第三绝缘薄膜之上，包括从包括氮化硅、氮氧化硅、氮氧化铝、氧化铝和氮化铝的组中选择的无机绝缘材料；
第四绝缘薄膜，该薄膜在第三绝缘薄膜和隔离层之上，包括从包括氮化硅、氮氧化硅、氮氧化铝、氧化铝和氮化铝的组中选择的无机绝缘材料；
发光层，该层包括被第三绝缘薄膜、第四绝缘薄膜和隔离层包围的有机化合物；以及
阴极，该阴极与包括有机化合物的发光层接触。
2.一种发光器件，该器件包括：
第一绝缘薄膜，该薄膜包括氮化硅或氮氧化硅；
半导体层，该层在第一绝缘薄膜之上；
栅极绝缘薄膜，该薄膜在半导体层之上；
栅极电极，该电极在栅极绝缘薄膜之上；
第二绝缘薄膜，该薄膜在栅极电极之上，包括氮化硅或氮氧化硅；
有机树脂层间绝缘薄膜，该薄膜在第二绝缘薄膜之上；
第三绝缘薄膜，该薄膜在有机树脂间层绝缘薄膜之上，包括无机绝缘材料，该无机绝缘材料包括氮；
隔离层，该层在第三绝缘薄膜之上，包括无机绝缘材料，该无机绝缘材料包括氮；
第四绝缘薄膜，该薄膜在第三绝缘薄膜和隔离层之上，包括无机绝缘材料，该无机绝缘材料包括氮；
发光层，该层包括被第三绝缘薄膜、第四绝缘薄膜和隔离层包围的有机化合物；以及
阴极，该阴极与包括有机化合物的发光层接触。
3.一种发光器件，该器件包括：
第一绝缘薄膜，该薄膜包括氮化硅或氮氧化硅；
薄膜晶体管，该晶体管在第一绝缘薄膜之上，包括：
半导体层，该半导体层在第一绝缘薄膜之上；
栅极绝缘薄膜，该薄膜在半导体层之上；
栅极电极，该电极在栅极绝缘薄膜之上；
第二绝缘薄膜，该薄膜在栅极电极之上，包括氮化硅或氮氧化硅；
第三绝缘薄膜，该薄膜在第二绝缘薄膜之上，包括无机绝缘材料，该无机绝缘材料包括氮；
隔离层，该层在第三绝缘薄膜之上，包括无机绝缘材料，该无机绝缘材料包括氮；
第四绝缘薄膜，该薄膜在第三绝缘薄膜和隔离层之上，包括无机绝缘材料，该无机绝缘材料包括氮；
发光层，该层包括被第三绝缘薄膜、第四绝缘薄膜和隔离层包围的有机化合物；以及
阴极，该阴极与包括有机化合物的发光层接触。
4.一种发光器件，该器件包括：
第一绝缘薄膜，该薄膜包括氮化硅或氮氧化硅；
薄膜晶体管，该晶体管在第一绝缘薄膜之上，包括：
半导体层，该半导体层在第一绝缘薄膜之上；
栅极绝缘薄膜，该薄膜在半导体层之上；
栅极电极，该电极在栅极绝缘薄膜之上；
第二绝缘薄膜，该薄膜在栅极电极之上，包括氮化硅或氮氧化硅；
有机树脂层间绝缘薄膜，该薄膜在第二绝缘薄膜之上；
第三绝缘薄膜，该薄膜在有机树脂间层绝缘薄膜之上，包括无机绝缘材料，该无机绝缘材料包括氮；
隔离层，该层在第三绝缘薄膜之上，包括无机绝缘材料，该无机绝缘材料包括氮；
第四绝缘薄膜，该薄膜在第三绝缘薄膜和隔离层之上，包括无机绝缘材料，该无机绝缘材料包括氮；
发光层，该层包括被第三绝缘薄膜、第四绝缘薄膜和隔离层包围的有机化合物；以及
阴极，该阴极与包括有机化合物的发光层接触。
5.如权利要求1所述的发光器件，其中，包含在第三绝缘薄膜、第四绝缘薄膜和隔离层中的氢气含量等于或者小于1原子百分比。
6.如权利要求2所述的发光器件，其中，包含在第三绝缘薄膜、第四绝缘薄膜和隔离层中的氢气含量等于或者小于1原子百分比。
7.如权利要求3所述的发光器件，其中，包含在第三绝缘薄膜、第四绝缘薄膜和隔离层中的氢气含量等于或者小于1原子百分比。
8.如权利要求4所述的发光器件，其中，包含在第三绝缘薄膜、第四绝缘薄膜和隔离层中的氢气含量等于或者小于1原子百分比。
9.如权利要求1所述的发光器件，其中，包含在第三绝缘薄膜、第四绝缘薄膜和隔离层中的氧气含量等于或者小于1原子百分比。
10.如权利要求2所述的发光器件，其中，包含在第三绝缘薄膜、第四绝缘薄膜和隔离层中的氧气含量等于或者小于1原子百分比。
11.如权利要求3所述的发光器件，其中，包含在第三绝缘薄膜、第四绝缘薄膜和隔离层中的氧气含量等于或者小于1原子百分比。
12.如权利要求4所述的发光器件，其中，包含在第三绝缘薄膜、第四绝缘薄膜和隔离层中的氧气含量等于或者小于1原子百分比。
13.如权利要求2所述的发光器件，其中，包括氮的无机绝缘材料是氮化硅。
14.如权利要求3所述的发光器件，其中，包括氮的无机绝缘材料是氮化硅。
15.如权利要求4所述的发光器件，其中，包括氮的无机绝缘材料是氮化硅。
16.如权利要求2所述的发光器件，其中，包括氮的无机绝缘材料是蚀刻速度等于或小于9nm/min的氮化硅薄膜。
17.如权利要求3所述的发光器件，其中，包括氮的无机绝缘材料是蚀刻速度等于或小于9nm/min的氮化硅薄膜。
18.如权利要求4所述的发光器件，其中，包括氮的无机绝缘材料是蚀刻速度等于或小于9nm/min的氮化硅薄膜。
19.如权利要求2所述的发光器件，其中，包括氮的无机绝缘材料是氢气浓度等于或小于1×1021原子/cm-3的氮化硅薄膜。
20.如权利要求3所述的发光器件，其中，包括氮的无机绝缘材料是氢气浓度等于或小于1×1021原子/cm-3的氮化硅薄膜。
21.如权利要求4所述的发光器件，其中，包括氮的无机绝缘材料是氢气浓度等于或小于1×1021原子/cm-3的氮化硅薄膜。
22.如权利要求2所述的发光器件，其中，包括氮的无机绝缘材料是氮化硅薄膜，该氮化硅薄膜具有：
等于或小于9nm/min的蚀刻速度；以及
等于或小于1×1021原子/cm-3的氢气浓度。
23.如权利要求3所述的发光器件，其中，包括氮的无机绝缘材料是氮化硅薄膜，该氮化硅薄膜具有：
等于或小于9nm/min的蚀刻速度；以及
等于或小于1×1021原子/cm-3的氢气浓度。
24.如权利要求4所述的发光器件，其中，包括氮的无机绝缘材料是氮化硅薄膜，该氮化硅薄膜具有：
等于或小于9nm/min的蚀刻速度；以及
等于或小于1×1021原子/cm-3的氢气浓度。
25.如权利要求2所述的发光器件，其中，包括氮的无机绝缘材料是氮化硅薄膜，该氮化硅薄膜具有：
等于或小于1×1021原子/cm-3的氢气浓度；以及
从5×1018到5×1021原子/cm-3氧气浓度。
26.如权利要求3所述的发光器件，其中，包括氮的无机绝缘材料是氮化硅薄膜，该氮化硅薄膜具有：
等于或小于1×1021原子/cm-3的氢气浓度；以及
从5×1018到5×1021原子/cm-3氧气浓度。
27.如权利要求4所述的发光器件，其中，包括氮的无机绝缘材料是氮化硅薄膜，该氮化硅薄膜具有：
等于或小于1×1021原子/cm-3的氢气浓度；以及
从5×1018到5×1021原子/cm-3氧气浓度。
28.如权利要求2所述的发光器件，其中，包括氮的无机绝缘材料是氮化硅薄膜，该氮化硅薄膜具有：
等于或小于9nm/min的蚀刻速度；
等于或小于1×1021原子/cm-3的氢气浓度；以及
从5×1018到5×1021原子/cm-3氧气浓度。
29.如权利要求3所述的发光器件，其中，包括氮的无机绝缘材料是氮化硅薄膜，该氮化硅薄膜具有：
等于或小于9nm/min的蚀刻速度；
等于或小于1×1021原子/cm-3的氢气浓度；以及
从5×1018到5×1021原子/cm-3氧气浓度。
30.如权利要求4所述的发光器件，其中，包括氮的无机绝缘材料是氮化硅薄膜，该氮化硅薄膜具有：
等于或小于9nm/min的蚀刻速度；
等于或小于1×1021原子/cm-3的氢气浓度；以及
从5×1018到5×1021原子/cm-3氧气浓度。
31.如权利要求2所述的发光器件，其中，包括氮的无机绝缘材料是包含无机氮的绝缘材料，该绝缘材料也包含铝。
32.如权利要求3所述的发光器件，其中，包括氮的无机绝缘材料是包含无机氮的绝缘材料，该绝缘材料也包含铝。
33.如权利要求4所述的发光器件，其中，包括氮的无机绝缘材料是包含无机氮的绝缘材料，该绝缘材料也包含铝。
34.如权利要求2所述的发光器件，其中，包括氮的无机绝缘材料防止碱金属和碱土金属的扩散。
35.如权利要求3所述的发光器件，其中，包括氮的无机绝缘材料防止碱金属和碱土金属的扩散。
36.如权利要求4所述的发光器件，其中，包括氮的无机绝缘材料防止碱金属和碱土金属的扩散。
37.如权利要求2所述的发光器件，其中，第三绝缘薄膜、第四绝缘薄膜和隔离层是通过将硅作为目标，经高频喷镀制成的氮化硅薄膜。
38.如权利要求3所述的发光器件，其中，第三绝缘薄膜、第四绝缘薄膜和隔离层是通过将硅作为目标，经高频喷镀制成的氮化硅薄膜。
39.如权利要求4所述的发光器件，其中，第三绝缘薄膜、第四绝缘薄膜和隔离层是通过将硅作为目标，经高频喷镀制成的氮化硅薄膜。
40.如权利要求2所述的发光器件，其中，第三绝缘薄膜、第四绝缘薄膜和隔离层是通过使用涡轮分子泵或低温泵，在等于或小于1×10-3Pa的反压力下，用单晶硅目标和N2气或N2气与惰性气体的混合气体喷镀而制成的氮化硅薄膜。
41.如权利要求3所述的发光器件，其中，第三绝缘薄膜、第四绝缘薄膜和隔离层是通过使用涡轮分子泵或低温泵，在等于或小于1×10-3Pa的反压力下，用单晶硅目标和N2气或N2气与惰性气体的混合气体喷镀而制成的氮化硅薄膜。
42.如权利要求4所述的发光器件，其中，第三绝缘薄膜、第四绝缘薄膜和隔离层是通过使用涡轮分子泵或低温泵，在等于或小于1×10-3Pa的反压力下，用单晶硅目标和N2气或N2气与惰性气体的混合气体喷镀而制成的氮化硅薄膜。
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