TWI514056B - 顯示裝置和其製造方法 - Google Patents

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TWI514056B
TWI514056B TW100100647A TW100100647A TWI514056B TW I514056 B TWI514056 B TW I514056B TW 100100647 A TW100100647 A TW 100100647A TW 100100647 A TW100100647 A TW 100100647A TW I514056 B TWI514056 B TW I514056B
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Shunpei Yamazaki
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Semiconductor Energy Lab
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Description

顯示裝置和其製造方法
本發明的一個實施例關於一種包括使用氧化物半導體形成的場效應電晶體的顯示裝置及其製造方法。
將使用非晶矽形成的薄膜電晶體用作用來驅動液晶的元件的液晶顯示面板被廣泛用於電腦的顯示器或液晶電視等的商品中。使用非晶矽形成的薄膜電晶體的製造技術已被確立，並且已經生產出超過60英寸的液晶面板。
但是，使用非晶矽形成的薄膜電晶體的工作速度慢，並且已經不能使其更高性能化，因此對使用多晶矽形成的薄膜電晶體也進行了開發。但是，當製造多晶矽時需要進行晶化製程，該晶化製程是導致電晶體特性的偏差或阻礙面板尺寸的大面積化的主要原因。
相比之下，氧化物半導體材料作為矽類以外的電晶體材料引人注目。作為氧化物半導體的材料，已知氧化鋅或以氧化鋅為成分的物質。並且，已公開了使用電子載子濃度低於1018 /cm3 的非晶氧化物(氧化物半導體)形成的薄膜電晶體(專利文獻1至專利文獻3)。
[專利文獻1]　日本專利申請公開第2006-165527號公報
[專利文獻2]　日本專利申請公開第2006-165528號公報
[專利文獻3]　日本專利申請公開第2006-165529號公報
雖然電子載子濃度低於1018 /cm3 ，但是在氧化物半導體中實質上呈現n型，並且上述專利文獻所公開的薄膜電晶體的導通截止比只是103 。薄膜電晶體的導通截止比如此低的原因是截止電流高。
例如，在液晶面板的各像素中與驅動液晶的像素電極並聯地設置有儲存電容。並且，藉由使電晶體處於導通狀態並將圖像信號施加到像素電極及儲存電容，對液晶施加電位而將儲存電容充電到所定的電位。並且，當該寫入工作結束時，到被施加其次的像素信號為止電晶體處於截止狀態。此時，如果電晶體的截止電流高，則施加到液晶的電位變動而儲存在儲存電容中的電荷放電。
在某個像素中，可以利用CV=iT表示電晶體的截止電流i、儲存電容C、電壓變動V及儲存時間T的關係。例如，當將電晶體的截止電流設定為0.1pA，將儲存電容的靜電電容設定為0.1pF，將一幀期間設定為16.6ms時，一個幀中的像素的電壓變動V是如下值，即：
0.1[pF]×V=0.1[pA]×16.6[ms]
V=16.6[mV]
當將液晶的最大驅動電壓設定為5V進行256灰度的顯示時，一個灰度的灰度電壓是大約20mV。當如上所述像素的電壓變動是16.6mV時，該值相當於一個灰度的灰度電壓。另外，當利用1024灰度進行圖像顯示時，因為一個灰度的灰度電壓是大約5mV，所以當像素的電壓變動是16.6mV時，該值相當於四個灰度的灰度電壓，因此不能忽略截止電流所造成的電壓變動的影響。如此，至於用於顯示面板的電晶體，不僅需要考慮導通狀態的特性(導通電流或場效應遷移率等)，而且需要考慮截止電流的影響。
本發明的一個實施例的目的在於提供利用具有穩定的電特性(例如，截止電流極為降低)的電晶體構成的顯示裝置。
本發明的一個實施例藉由使用將其截止電流降低到極低水準的電晶體，提供圖像品質高的顯示裝置。在本發明的一個實施例中，作為用來形成電晶體的半導體材料，使用其禁止帶寬度(帶隙)大於矽半導體的半導體材料，以降低成為該半導體材料的載子施體的雜質的濃度，而實現截止電流的降低。因此，作為電晶體的半導體層(形成通道區的層)，使用能隙為2eV以上，最好為2.5eV以上，更佳的為3eV以上的氧化物半導體，而降低該氧化物半導體中的成為載子施體的雜質的濃度。由此，可以將電晶體的截止電流降低到極低水準，即通道寬度1μm的室溫下的截止電流低於10zA/μm，85℃下的截止電流低於100zA/μm。
本發明的一個實施例是一種顯示裝置，包括以矩陣狀配置有具有一個或多個單元的像素而顯示圖像的顯示面板，所述單元包括：其中隔著閘極絕緣層重疊於閘極電極地設置有氧化物半導體層的電晶體；連接到電晶體的源極電極一側或汲極電極一側的驅動液晶的像素電極；與像素電極相對地設置的對置電極；以及設置在像素電極和對置電極之間的液晶層，其中，作為電晶體的截止電流，在室溫下通道寬度1μm的截止電流低於10zA/μm，在85℃下其低於100zA/μm。在該顯示裝置中，通常也可以省略以與驅動液晶的像素電極連接並與液晶層並聯的方式設置的儲存電容，或者也可以適當地設置儲存電容。
另外，源極電極及汲極電極還可以包括金屬氮化物。此外，電晶體的閘極電極隔著絕緣層設置在氧化物半導體層的下側(基板一側)、上側(與基板相反一側)或兩側即可。另外，作為電晶體的特性，不僅考慮到截止狀態的特性，而且還考慮到導通狀態的特性，使用場效應遷移率的最大值是5cm2 /Vsec以上，最好是10cm2 /Vsec以上且150cm2 /Vsec以下的電晶體。這是因為藉由使電晶體的工作高速化，即使使像素高密度化也可以進行高速的寫入工作等。
根據本發明的一個實施例，藉由使用截止電流被充分地降低了的電晶體，可以穩定地保持施加到像素的信號電壓。由此，因為可以將輸入到像素的信號保持為一定狀態(寫入有圖像信號的狀態)，所以可以進行穩定的圖像顯示。另外，藉由降低像素的電壓變動，可以容易實現多色調顯示。
下面，關於發明的實施例模式參照附圖進行說明。但是，本說明書所公開的發明並不侷限於以下說明。所屬技術領域的普通技術人員可以很容易地理解一個事實就是本發明的方式和詳細內容在不脫離其宗旨及其範圍的條件下可以被變換為各種各樣的形式。因此，本說明書所公開的發明不應該被解釋為僅限於以下所示的實施例模式的記載內容。
當在實施例模式中參照附圖進行說明時，有時在不同附圖之間共同使用相同的參考符號來表示相同的構成要素。另外，在各實施例模式的說明中，為了明確起見，有時誇大表示附圖所示的各構成要素，即，層或區域等的厚度、幅度以及相對位置關係等。
實施例模式1
在本實施例模式中，使用圖1對本發明的液晶顯示裝置的一個實施例進行說明。
圖1的方塊圖示出本實施例模式所例示的液晶顯示裝置100的各結構。液晶顯示裝置100具有電源116、顯示控制電路113、顯示面板120。當採用透過型液晶顯示裝置或半透過型液晶顯示裝置時，最好還設置照明單元(背光燈)部作為光源。
與液晶顯示裝置100連接的外部設備向液晶顯示裝置100供應圖像信號(圖像信號Data)。另外，藉由使液晶顯示裝置的電源116處於導通狀態而開始電力供應來供應電源電位(高電源電位Vdd 、低電源電位Vss 及公共電位Vcom )，並且顯示控制電路113供應控制信號(起始脈衝SP及時鐘信號CK)。
注意，高電源電位Vdd 是指高於參考電位的電位，並且低電源電位Vss 是指參考電位以下的電位。另外，最好高電源電位Vdd 及低電源電位Vss 都是能夠使電晶體工作的程度的電位。另外，有時將高電源電位Vdd 和低電源電位Vss 總稱為電源電壓。
公共電位Vcom 只要是相對於供應到像素電極的圖像信號的電位成為基準的固定電位即可。作為一個例子，公共電位Vcom 也可以是接地電位。
只要根據點反轉驅動、源極線反轉驅動、閘極線反轉驅動、幀反轉驅動等適當地使圖像信號Data反轉而將其供應到液晶顯示裝置100，即可。另外，當圖像信號是模擬時，只要藉由A/D轉換器等將模擬信號轉換為數位信號並將其供應到液晶顯示裝置100，即可。
在本實施例模式中，從電源116藉由顯示控制電路113將作為固定電位的公共電位Vcom 供應到公共電極128和電容元件210中的一方的電極。
顯示控制電路113是向顯示面板120供應顯示面板圖像信號(Data)、控制信號(明確而言，用來控制切換的信號，切換是指起始脈衝SP及時鐘信號CK等的控制信號的供應或停止)、電源電位(高電源電位Vdd 、低電源電位Vss 及公共電位Vcom )的電路。
顯示面板120具有在一對基板(第一基板和第二基板)之間夾持液晶元件215的結構，並且在第一基板上設置有驅動電路部121、像素部122。另外，在第二基板上設置有公共連接部(也稱為公共接觸)以及公共電極128(也稱為共同電極或對置電極)。另外，公共連接部電連接第一基板和第二基板，並且公共連接部也可以設置在第一基板上。
在像素部122中設置有多個閘極線124(掃描線)及源極線125(信號線)，並且多個像素123由閘極線124及源極線125圍繞並以矩陣狀設置。另外，在本實施例模式例示的顯示面板中，閘極線124從閘極線側驅動電路121A延伸地設置，而源極線125從源極線側驅動電路121B延伸地設置。
另外，像素123包括用作切換元件的電晶體214、連接到該電晶體214的電容元件210及液晶元件215。
液晶元件215是藉由液晶的光學調變作用控制光的透過或非透過的元件。施加到液晶的電場控制液晶的光學調變作用。施加到液晶的電場方向根據液晶材料、驅動方法及電極結構不同，因此可以適當地選擇上述條件。例如，當使用在液晶層的厚度方向(所謂縱方向)上施加電場的驅動方法時，以夾持液晶的方式在第一基板上設置像素電極且在第二基板上設置公共電極即可。另外，當使用在基板面內方向(所謂橫電場)上對液晶施加電場的驅動方法時，在同一基板上設置像素電極和公共電極即可。另外，像素電極及公共電極也可以具有多樣的開口圖案。在本實施例模式中，只要是根據光學調變作用控制光的透過或非透過的元件，對液晶材料、驅動方法及電極結構沒有特別的限制。
至於電晶體214，閘極電極連接到設置在像素部122中的多個閘極線124中的一個，源極電極和汲極電極中的一方連接到多個源極線125中的一個，源極電極和汲極電極中的另一方連接到電容元件210中的一方的電極以及液晶元件215的一方的電極(像素電極)。
作為電晶體214，最好使用降低了截止電流的電晶體。當電晶體214處於截止狀態時，儲存在連接到電晶體214的液晶元件215以及電容元件210中的電荷不容易藉由電晶體214洩漏，並且可以到下次寫入信號為止穩定地保持在電晶體214成為截止狀態之前寫入的狀態。因此，也可以構成像素213而不使用電容元件210。
藉由採用上述結構，電容元件210可以十分穩定地保持施加到液晶元件215的電壓。注意，電容元件210的電極也可以連接到另行設置的電容線。
驅動電路部121具有閘極線側驅動電路121A、源極線側驅動電路121B。閘極線側驅動電路121A、源極線側驅動電路121B是用來驅動具有多個像素的像素部122的驅動電路，並具有移位暫存器電路(也稱為移位暫存器)。
另外，閘極線側驅動電路121A及源極線側驅動電路121B可以與像素部122形成在相同基板上或不同基板上。
另外，向驅動電路部121供應由顯示控制電路113控制的高電源電位Vdd 、低電源電位Vss 、起始脈衝SP、時鐘信號CK、圖像信號Data。
端子部126是將顯示控制電路113所輸出的所定的信號(高電源電位Vdd 、低電源電位Vss 、起始脈衝SP、時鐘信號CK、圖像信號Data、公共電位Vcom 等)等供應到驅動電路部121的輸入端子。
公共電極128在公共連接部中電連接到供應由顯示控制電路113控制的公共電位Vcom 的公共電位線。
作為公共連接部的具體的一個例子，藉由在公共電極128和公共電位線之間夾有利用金屬薄膜覆蓋絕緣球體而成的導電粒子，可以實現公共電極128與公共電位線的電連接。另外，也可以在顯示面板120內設置多個公共連接部。
另外，液晶顯示裝置也可以具有測光電路。設置有測光電路的液晶顯示裝置可以檢測出放置有該液晶顯示裝置的環境的亮度。其結果是，連接有測光電路的顯示控制電路113可以根據從測光電路輸入的信號控制背光燈、側光燈等光源的驅動方法。
另外，當進行彩色顯示時，藉由使用濾色片來可以進行顯示。另外，也可以使用其他光學薄膜(偏振薄膜、相位差薄膜、反射防止薄膜等)。根據液晶顯示裝置100的用途使用在透過型液晶顯示裝置或半透過型液晶顯示裝置中所使用的背光燈等光源即可，例如可以使用冷陰極管或發光二極體(LED)等。另外，也可以使用多個LED光源或多個電致發光(EL)光源等構成面光源。作為面光源，可以使用三種以上的LED或白色發光的LED。另外，當採用配置RGB的發光二極體等作為背光燈並藉由分時進行彩色顯示的繼時加法混色法(場序制法)時，不設置濾色片。
實施例模式2
在本實施例模式中，對具備上述實施例模式1所說明的液晶顯示裝置的電子設備的例子進行說明。
圖2A示出作為電子設備的電視接收機的外觀圖。圖2A示出安裝有使用上述實施例模式1所述的顯示面板製造的顯示模組701的框體700具有揚聲器702、操作鍵703、外部連接端子704、照度感測器705等的結構。
圖2A所示的電視接收機除了可以顯示動態圖像以外，還可以顯示文字資訊或靜態圖像。另外，也可以採用僅顯示部的一部分區域顯示動態圖像而其他區域顯示靜態圖像的結構。注意，靜態圖像的顯示包括文字、圖形、符號、照片、圖案、繪畫、它們的結合或者它們與色彩的結合。
圖2B示出電視接收機的主要結構的方塊圖。圖2B所示的電視接收機710包括調諧器711、數位解調變電路712、視頻信號處理電路713、音頻信號處理電路714、顯示調節電路715、顯示控制電路716、顯示面板717、閘極線側驅動電路718、源極線側驅動電路719、揚聲器720。
調諧器711接收來自天線721的視頻信號和音頻信號。數位解調變電路712是將來自調諧器711的信號解調為數位信號的視頻信號和音頻信號的電路。視頻信號處理電路713是進行將數位信號的視頻信號轉換為對應於紅、綠、藍的各色的彩色信號等處理的電路。音頻信號處理電路714是進行將數位信號的音頻信號轉換為利用揚聲器720輸出聲音時所需要的信號等的處理的電路。顯示調節電路715是從外部輸入部722接收接收站(接收頻率)及音量的控制資訊，並將信號傳送到調諧器711或音頻信號處理電路714的電路。
另外，顯示控制電路716、顯示面板717、閘極線側驅動電路718、源極線側驅動電路719分別相當於上述實施例模式1所說明的顯示控制電路113、顯示面板120、源極線側驅動電路121B、閘極線側驅動電路121A。換言之，虛線部723是相當於上述實施例模式1所述的液晶顯示裝置100的結構。另外，上述視頻信號處理電路713也可以兼作顯示控制電路716的功能。
接著，圖3A示出用於作為電子設備的電子電腦(個人電腦)的顯示器(也稱為PC顯示器)的外觀圖。圖3A示出安裝有使用上述實施例模式1所述的顯示面板製造的顯示模組801的框體800具有揚聲器802、外部連接端子803等的結構。另外，在圖3A中，為了明顯示出PC顯示器，示出視窗型顯示部804。
注意，雖然圖3A示出所謂臺式PC顯示器的結構，但是也可以是用於筆記型個人電腦的PC顯示器。注意，PC顯示器的顯示除了動態圖像以外還包括包含文字、圖形、符號、照片、圖案、繪畫、它們的結合或者它們與色彩的結合的靜態圖像。
圖3B示出PC顯示器的主要結構的方塊圖。圖3B所示的PC顯示器810具有視頻信號處理電路813、音頻信號處理電路814、顯示控制電路816、顯示面板817、閘極線側驅動電路818、源極線側驅動電路819、揚聲器820。
視頻信號處理電路813是進行將來自CPU等的外部計算電路821的視頻信號轉換為對應於紅、綠、藍的各色的顏色信號等的處理的電路。音頻信號處理電路814是進行將來自CPU等的外部計算電路821的音頻信號轉換為利用揚聲器820輸出聲音時所需要的信號等的處理的電路。另外，視頻信號處理電路813及音頻信號處理電路814根據操作鍵等的外部操作單元822的操作使輸出信號變化。
另外，顯示控制電路816、顯示面板817、閘極線側驅動電路818、源極線側驅動電路819分別相當於上述實施例模式1所說明的顯示控制電路113、顯示面板120、源極線側驅動電路121B、閘極線側驅動電路121A。換言之，虛線部823是相當於上述實施例模式1所述的液晶顯示裝置100的結構。另外，上述視頻信號處理電路813也可以兼作顯示控制電路816的功能。
本實施例模式可以與其他實施例模式所記載的結構適當地組合而實施。
實施例模式3
在本實施例模式中，使用圖4A至圖5C對可以用於本說明書所公開的液晶顯示裝置的背光燈(背光燈部、背光燈單元)的結構的例子進行說明。
圖4A示出包括所謂的邊緣照明方式的背光燈部5201和顯示面板5207的液晶顯示裝置的一個例子。邊緣照明方式是指在背光燈部的端部配置光源且從整個發光面輻射該光源的光的方式。
背光燈部5201包括擴散板5202(也稱為擴散片)、導光板5203、反射板5204、燈反射器5205及光源5206。另外，背光燈部5201還可以設置有亮度提高薄膜等。
光源5206具有根據需要發射光的功能。例如，可以使用冷陰極管(CCFL:Cold Cathode Fluorescent Lamp)、發光二極體或EL元件等作為光源5206。
圖4B是示出邊緣照明式背光燈部的詳細結構的圖。注意，省略擴散板、導光板及反射板等的說明。
圖4B所示的背光燈部5201具有使用發光二極體(LED)5223作為光源的結構。例如，發射白光的發光二極體(LED)5223以一定的間隔配置。此外，為了高效地反射來自發光二極體(LED)5223的光，設置燈反射器5222。另外，當與場序制法組合而進行顯示時，也可以使用各色RGB的發光二極體(LED)作為光源。
圖4C示出具有所謂的直下式背光燈部和液晶面板的液晶顯示裝置的一個例子。直下型是指藉由在發光面的正下面配置光源來從整個發光面發射該光源的光的方式。
背光燈部5290包括擴散板5291、遮光部5292、燈反射器5293、光源5294和液晶面板5295。
光源5294具有根據需要發射光的功能。例如，可以使用冷陰極管、發光二極體或作為發光元件的EL元件(例如有機電致發光元件)等作為光源5294。
另外，藉由在被稱為直下式的背光燈部中使用EL元件作為光源，可以實現背光燈部的薄型化。圖5A示出使用EL元件的背光燈部的一個例子。
圖5A所示的背光燈部5290包括設置在基板1020上的EL元件1025。EL元件1025具有在一對電極(陽極1001、陰極1002)之間夾有包括發光區域的EL層1003的結構。另外，也可以覆蓋EL元件1025地設置基板或保護膜等而密封EL元件1025。
在本實施例模式中，因為採用將來自EL層1003的光藉由陽極1001照射到顯示面板5295的結構，所以使用透過光的材料，例如氧化銦錫(ITO)等的材料構成陽極1001即可。另外，使用反射光的材料，例如鋁膜等的材料構成陰極1002即可。
圖5B和圖5C示出圖5A所示的EL元件1025的元件結構的例子。
EL層1003至少包含發光層1013而形成即可，也可以採用包括發光層1013以外的功能層的疊層結構。作為發光層1013以外的功能層，可以使用包含電洞注入性高的物質、電洞傳輸性高的物質、電子傳輸性高的物質、電子注入性高的物質、雙極性的物質(電子及電洞的傳輸性高的物質)等的層。明確而言，可以將電洞注入層1011、電洞傳輸層1012、發光層1013、電子傳輸層1014、電子注入層1015等功能層適當地組合而使用。
接著，具體說明可以用於上述EL元件1025的材料。
作為陽極1001，最好使用具有高功函數(明確而言，功函數最好為4.0eV以上)的金屬、合金、導電性化合物、這些材料的混合物等。明確而言，例如可以舉出氧化銦-氧化錫(ITO：Indium Tin Oxide；銦錫氧化物)、包含矽或氧化矽的氧化銦-氧化錫、氧化銦-氧化鋅(IZO：Indium Zinc Oxide；銦鋅氧化物)、包含氧化鎢和氧化鋅的氧化銦等導電金屬氧化物。
雖然通常藉由濺射形成這些導電金屬氧化物膜，但也可以應用溶膠-凝膠法等來製造這些導電金屬氧化物膜。例如，可以使用對氧化銦添加有1wt%至20wt%的氧化鋅的靶材並藉由濺射法而形成氧化銦-氧化鋅(IZO)。另外，可以使用使氧化銦含有0.5wt%至5wt%的氧化鎢以及0.1wt%至1wt%的氧化鋅的靶材並藉由濺射法而形成含有氧化鎢及氧化鋅的氧化銦。
除此之外，作為用於陽極1001的材料，還可以舉出金(Au)、鉑(Pt)、鎳(Ni)、鎢(W)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、鐵(Fe)、鈷(Co)、銅(Cu)、鈀(Pd)、鈦(Ti)、金屬材料的氮化物(如氮化鈦等)、鉬氧化物、釩氧化物、釕氧化物、鎢氧化物、錳氧化物、鈦氧化物等。
作為陰極1002，可以使用具有低功函數(明確而言，功函數最好為3.8 eV以下)的金屬、合金、導電性化合物、這些材料的混合物等。作為這些陰極材料的具體例子，可以舉出屬於元素週期表第1族或第2族的元素，即：鹼金屬諸如鋰(Li)或銫(Cs)等；鹼土金屬諸如鎂(Mg)、鈣(Ca)和鍶(Sr)等；以及含有這些元素的合金(MgAg、AlLi)；稀土金屬諸如銪(Eu)和鐿(Yb)等；以及含有這些元素的合金等。另外，可以使用真空蒸鍍法形成包括鹼金屬、鹼土金屬、包含它們的合金的膜。此外，也可以藉由濺射法形成含有鹼金屬或鹼土金屬的合金的膜。另外，也可以藉由噴墨法等形成銀膏等的膜。
此外，藉由層疊鹼金屬化合物、鹼土金屬化合物或稀土金屬化合物(例如，氟化鋰(LiF)、氧化鋰(LiOx)、氟化銫(CsF)、氟化鈣(CaF2 )、氟化鉺(BrF3 )等)的薄膜和鋁等的金屬膜，可以形成陰極1002。
下面，以下示出用於構成EL層1003的各層的材料的具體例子。
電洞注入層1011是包含電洞注入性高的物質的層。作為電洞注入性高的物質，例如可以使用鉬氧化物、釩氧化物、釕氧化物、鎢氧化物、錳氧化物等。另外，也可以使用如下材料形成電洞注入層1011，即：酞菁類化合物諸如酞菁(簡稱：H2 Pc)或酞菁銅(簡稱：CuPc)等；芳香胺化合物諸如4,4'-雙[N-(4-二苯基氨基苯基)-N-苯基氨基]聯苯(簡稱：DPAB)、N,N'-雙[4-[雙(3-甲基苯基)氨基]苯基]-N,N'-二苯基-[1,1'-聯苯]-4,4'-二胺(簡稱：DNTPD)等；或高分子諸如聚(3,4-乙烯二氧噻吩)/聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT/PSS)等。而且，可以使用如下材料形成電洞注入層1011，即：三(對烯胺取代-氨基苯基)胺化合物、2,7-二氨基-9-亞芴基化合物、三(對N-烯胺取代-氨基苯基)苯化合物、一個或兩個乙烯基取代的芘化合物，在該乙烯基中至少一個芳基取代、N,N'-二(聯苯-4-基)-N,N'-二苯基聯苯-4,4'-二胺、N,N,N',N'-四(聯苯-4-基)聯苯-4,4'-二胺、N,N,N',N'-四(聯苯-4-基)-3,3'-二乙基聯苯-4,4'-二胺、2,2'-(亞甲基二(methylenedi)-4,1-亞苯基)雙[4,5-雙(4-甲氧基苯基)-2H-1,2,3-***]、2,2'-(聯苯-4,4'-二基)雙(4,5-二苯基-2H-1,2,3-***)、2,2'-(3,3'-二甲基聯苯-4,4'-二基)雙(4,5-二苯基-2H-1,2,3-***)、雙[4-(4,5-二苯基-2H-1,2,3-***-2-基)苯基](甲基)胺等。
此外，作為電洞注入層1011可以使用複合有機化合物和無機化合物(最好為對有機化合物呈現電子接受性的物質)而構成的電洞注入性複合材料。在電洞注入性複合材料中，在有機化合物和無機化合物之間進行電子的授受，從而載子密度增大，因此該複合材料的電洞注入性和電洞傳輸性優異。
此外，由於在使用電洞注入性複合材料作為電洞注入層1011時，能夠與陽極1001歐姆接觸，所以可以不考慮其功函數而選擇形成陽極1001的材料。
作為用於電洞注入性複合材料的無機化合物，最好使用過渡金屬的氧化物。另外，可以舉出屬於元素週期表中第4族至第8族的金屬的氧化物。明確而言，氧化釩、氧化鈮、氧化鉭、氧化鉻、氧化鉬、氧化鎢、氧化錳及氧化錸由於其電子接收性高所以是較佳的。其中尤其是氧化鉬在大氣中穩定，吸濕性低，並且容易處理，因此是較佳的。
作為用於電洞注入性複合材料的有機化合物，可以使用各種化合物諸如芳香胺化合物、咔唑衍生物、芳烴、高分子化合物(低聚物、樹枝狀聚合物、聚合物等)等。此外，作為用於電洞注入性複合材料的有機化合物，最好使用電洞傳輸性高的有機化合物。明確而言，最好使用具有10-6 cm2 /Vs以上的電洞遷移率的物質。但是，只要是其電洞傳輸性高於其電子傳輸性的物質，就可以使用這些以外的物質。以下舉出可以用於電洞注入性複合材料的有機化合物的具體例子。
例如，作為芳香胺化合物，可以舉出N,N'-二(對甲苯基)-N,N'-二苯基-對苯二胺(簡稱：DTDPPA)、4,4'-雙[N-(4-二苯基氨基苯基)-N-苯基氨基]聯苯(簡稱：DPAB)、N,N'-雙[4-[雙(3-甲基苯基)氨基]苯基]-N,N'-二苯基-[1,1'-聯苯]-4,4'-二胺(簡稱：DNTPD)、1,3,5-三[N-(4-二苯基氨基苯基)-N-苯基氨基]苯(簡稱：DPA3B)等。
作為可以用於電洞注入性複合材料的咔唑衍生物，明確而言，可以舉出3-[N-(9-苯基咔唑-3-基)-N-苯基氨基]-9-苯基咔唑(簡稱：PCzPCA1)、3,6-雙[N-(9-苯基咔唑-3-基)-N-苯基氨基]-9-苯基咔唑(簡稱：PCzPCA2)、3-[N-(1-萘基)-N-(9-苯基咔唑-3-基)氨基]-9-苯基咔唑(簡稱：PCzPCN1)等。
此外，可以使用4,4'-二(N-咔唑基)聯苯(簡稱：CBP)、1,3,5-三[4-(N-咔唑基)苯基]苯(簡稱：TCPB)、9-[4-(N-咔唑基)]苯基-10-苯基蒽(簡稱：CzPA)、1,4-雙[4-(N-咔唑基)苯基]-2,3,5,6-四苯基苯等。
此外，作為可以用於電洞注入性複合材料的芳烴，例如可以舉出2-叔丁基-9,10-二(2-萘基)蒽(簡稱：t-BuDNA)、2-叔丁基-9,10-二(1-萘基)蒽、9,10-雙(3,5-二苯基苯基)蒽(簡稱：DPPA)、2-叔丁基-9,10-雙(4-苯基苯基)蒽(簡稱：t-BuDBA)、9,10-二(2-萘基)蒽(簡稱：DNA)、9,10-二苯基蒽(簡稱：DPAnth)、2-叔丁基蒽(簡稱：t-BuAnth)、9,10-雙(4-甲基-1-萘基)蒽(簡稱：DMNA)、2-叔丁基-9,10-雙[2-(1-萘基)苯基]蒽、9,10-雙[2-(1-萘基)苯基]蒽、2,3,6,7-四甲基-9,10-二(1-萘基)蒽、2,3,6,7-四甲基-9,10-二(2-萘基)蒽、9,9'-聯蒽(bianthryl)、10,10'-二苯基-9,9'-聯蒽、10,10'-雙(2-苯基苯基)-9,9'-聯蒽、10,10'-雙[(2,3,4,5,6-五苯基)苯基]-9,9'-聯蒽、蒽、並四苯、紅熒烯、二萘嵌苯、2,5,8,11-四(叔丁基)二萘嵌苯等。此外，還可以使用並五苯、暈苯等。如此，更最好使用具有1×10-6 cm2 /Vs 以上的電洞遷移率且碳數為14至42的芳烴。
此外，可以用於電洞注入性複合材料的芳烴也可以具有乙烯基骨架。作為具有乙烯基的芳烴，例如可以舉出4,4'-雙(2,2-二苯基乙烯基)聯苯(簡稱：DPVBi)、9,10-雙[4-(2,2-二苯基乙烯基)苯基]蒽(簡稱：DPVPA)等。
另外，也可以使用高分子化合物如聚(N-乙烯基咔唑)(簡稱：PVK)或聚(4-乙烯基三苯基胺)(簡稱：PVTPA)等。
電洞傳輸層1012是包含電洞傳輸性高的物質的層。作為電洞傳輸性高的物質，例如最好是芳香胺(即，具有苯環-氮鍵的物質)的化合物。作為被廣泛地使用的材料，可以舉出星爆式(starburst)芳香胺化合物如4,4'-雙[N-(3-甲基苯基)-N-苯基氨基]聯苯；作為其衍生物的4,4'-雙[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]聯苯(以下稱為NPB)、4,4',4"-三(N,N-二苯基-氨基)三苯胺、4,4',4"-三[N-(3-甲基苯基)-N-苯基氨基]三苯胺等。這裏所述的物質主要是具有10-6 cm2 /Vs 以上的電洞遷移率的物質。但是，只要是其電洞傳輸性高於其電子傳輸性的物質，就可以使用這些以外的物質。此外，電洞傳輸層1012既可以採用單層結構，又可以使用上述物質的混合層或層疊兩層以上的疊層結構。
另外，也可以對如PMMA等電惰性高分子化合物添加電洞傳輸材料。
另外，也可以使用以下高分子化合物：聚(N-乙烯基咔唑)(簡稱：PVK)或聚(4-乙烯基三苯胺)(簡稱：PVTPA)、聚[N-(4-{N'-[4-(4-二苯基氨基)苯基]苯基-N'-苯基氨基}苯基)甲基丙烯醯胺](簡稱：PTPDMA)、聚[N,N'-雙(4-丁基苯基)-N,N'-雙(苯基)聯苯胺](簡稱：Poly-TPD)等。此外，也可以對上述高分子化合物適當地添加上述電洞傳輸材料。另外，作為電洞傳輸層1012，也可以使用三(對烯胺取代-氨基苯基)胺化合物、2,7-二氨基-9-亞芴基化合物、三(對N-烯胺取代-氨基苯基)苯化合物、一個或兩個乙烯基取代的芘化合物，其中該乙烯基是至少一個芳基取代的、N,N'-二(聯苯-4-基)-N,N'-二苯基聯苯-4,4'-二胺、N,N,N',N'-四(聯苯-4-基)聯苯-4,4'-二胺、N,N,N',N'-四(聯苯-4-基)-3,3'-二乙基聯苯-4,4'-二胺、2,2'-(亞甲基二-4,1-亞苯基)雙[4,5-雙(4-甲氧基苯基)-2H-1,2,3-***]、2,2'-(聯苯-4,4'-二基)雙(4,5-二苯基-2H-1,2,3-***)、2,2'-(3,3'-二甲基聯苯-4,4'-二基)雙(4,5-二苯基-2H-1,2,3-***)、雙[4-(4,5-二苯基-2H-1,2,3-***-2-基)苯基](甲基)胺等。
發光層1013是包含發光物質的層，可以使用各種材料。例如，作為發光物質，可以使用發射螢光的螢光化合物或發射磷光的磷光化合物。以下對可以用於發光層的有機化合物材料進行說明。但是，可以用於EL元件1025的材料不侷限於此。
例如可以將二萘嵌苯、2,5,8,11-四-叔丁基二萘嵌苯(簡稱：TBP)、9,10-二苯基蒽等用作客體材料，並將其分散在適當的主體材料中來得到藍色至藍綠色的發光。另外，可以使用苯乙烯亞芳衍生物如4,4'-雙(2,2-二苯基乙烯基)聯苯(簡稱：DPVBi)等；或蒽衍生物如9,10-二-2-萘基蒽(簡稱：DNA)、9,10-雙(2-萘基)-2-叔丁基蒽(簡稱：t-BuDNA)等。另外，也可以使用聚(9,9-二辛基芴)等的聚合物。另外，作為藍色發光的客體材料，最好使用苯乙烯胺衍生物，可以舉出N,N'-雙[4-(9H-咔唑-9-基)苯基]-N,N'-二苯基芪-4,4'-二胺(簡稱：YGA2S)或N,N'-二苯基-N,N'-雙(9-苯基-9H-咔唑-3-基)芪-4,4'-二胺(簡稱：PCA2S)等。尤其最好使用YGA2S，因為它在450nm附近具有峰值。此外，作為主體材料，最好使用蒽衍生物，最好使用9,10-雙(2-萘基)-2-叔丁基蒽(簡稱：t-BuDNA)或9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(簡稱：CzPA)。尤其最好使用CzPA，因為它在電化學上穩定。
例如可以將香豆素類色素如香豆素30、香豆素6等、或雙[2-(2,4-二氟苯基)吡啶(pyridinato)]吡啶甲醯合銥(picolinatoiridium)(簡稱：FIrpic)、雙[2-苯基吡啶]乙醯丙酮銥(簡稱：Ir(ppy)2 (acac))等用作客體材料，並將其分散在適當的主體材料中來可以得到藍綠色至綠色的發光。另外，藉由將上述二萘嵌苯或TBP以5wt%以上的高濃度分散在適當的主體材料中，也可以得到藍綠色至綠色的發光。此外，使用金屬複合物如BAlq、Zn(BTZ)2 、雙(2-甲基-8-羥基喹啉(quinolinolato))氯鎵(Ga(mq)2 Cl)等也可以得到藍綠色至綠色的發光。另外，也可以使用聚(對亞苯基亞乙烯基)等的聚合物。另外，最好使用蒽衍生物作為藍綠色至綠色的發光層的客體材料，因為它可得到高效的發光。例如，藉由使用9,10-雙{4-[N-(4-二苯基氨基)苯基-N-苯基]氨基苯基}-2-叔丁基蒽(簡稱：DPABPA)，可以得到高效的藍綠色發光。此外，由於可以得到高效的綠色發光，所以最好使用2位由氨基取代的蒽衍生物，其中最好使用N-(9,10-二苯基-2-蒽基)-N,9-二苯基-9H-咔唑-3-胺(簡稱：2PCAPA)，因為它的使用壽命尤其長。作為上述材料的主體材料，最好使用蒽衍生物，其中因為上述的CzPA的電化學特性穩定，所以CzPA是較佳的。另外，在組合綠色發光和藍色發光來製造藍色至綠色的波長區域具有兩個峰值的EL元件1025的情況下，若使用CzPA之類的電子傳輸性蒽衍生物作為藍色發光層的主體並且使用NPB之類的電洞傳輸性芳香胺化合物作為綠色發光層的主體，則可以在藍色發光層和綠色發光層的介面得到發光，因此是較佳的。換言之，在此情況下，作為2PCAPA之類的綠色發光材料的主體，最好使用如NPB之類的芳香胺化合物。
例如，將紅熒稀、4-(二氰基亞甲基)-2-[對(二甲基氨基)苯乙烯基)-6-甲基-4H-吡喃(簡稱：DCM1)、4-(二氰基亞甲基)-2-甲基-6-(9-久洛尼定基(julolidyl))乙烯基-4H-吡喃(簡稱：DCM2)、雙[2-(2-噻吩基)吡啶]乙醯丙酮銥(簡稱：Ir(thp)2 (acac))、雙(2-苯基喹啉(phenylquinolinato))乙醯丙酮銥(簡稱：Ir(pq)2 (acac))等用作客體材料，並將其分散在適當的主體材料中來得到黃色至橙色的發光。尤其是，最好作為客體材料使用紅熒烯之類的並四苯衍生物，因為它具有高效率且在化學上很穩定。作為在此情況下的主體材料，最好使用NPB之類的芳香胺化合物。作為其他主體材料，也可以使用雙(8-羥基喹啉)鋅(II)(簡稱：Znq2 )或雙[2-肉桂醯-8-羥基喹啉]鋅(簡稱：Znsq2 )等的金屬複合物。此外，也可以使用聚(2,5-二烷氧基-1,4-亞苯基亞乙烯基)等的聚合物。
例如，可以將4-(二氰基亞甲基)-2,6-雙[對(二甲基氨基)苯乙烯基]-4H-必喃(簡稱：BisDCM)、4-(二氰基亞甲基)-2,6-雙[2-(久洛尼定-9-基)乙烯基]-4H-吡喃(簡稱：BisDCJ)、4-(二氰基亞甲基)-2-甲基-6-(9-久洛尼定基)乙烯基-4H-吡喃(簡稱：DCM2)、雙[2-(2-噻吩基)吡啶)乙醯丙酮銥(簡稱：Ir(thp)2 (acac))等用作客體材料，並將其分散在適當的主體材料中來可以得到橙色至紅色的發光。也可以利用雙(8-羥基喹啉)鋅(II)(簡稱：Znq2 )、雙[2-肉桂醯-8-羥基喹啉]鋅(簡稱：Znsq2 )等的金屬複合物得到橙色至紅色的發光。此外，也可以使用聚(3-烷基噻吩)等的聚合物。作為呈現紅色發光的客體材料，最好使用4H-吡喃衍生物如4-(二氰基亞甲基)-2,6-雙[對(二甲基氨基)苯乙烯基]-4H-吡喃(簡稱：BisDCM)、4-(二氰基亞甲基)-2,6-雙[2-(久洛尼定-9-基)乙烯基]-4H-吡喃(簡稱：BisDCJ)、4-(二氰基亞甲基)-2-甲基-6-(9-久洛尼定基)乙烯基-4H-吡喃(簡稱：DCM2)、{2-異丙基-6-[2-(2,3,6,7-四氫-1,1,7,7-四甲基-1H,5H-苯並[ij]喹嗪-9-基)乙烯基]-4H-吡喃-4-亞基}丙二腈(簡稱：DCJTI)、{2,6-雙[2-(2,3,6,7-四氫-8-甲氧基-1,1,7,7-四甲基-1H,5H-苯並[ij]喹嗪-9-基)乙烯基]-4H-吡喃-4-亞基}丙二腈(簡稱：BisDCJTM)，因為它具有高效性。尤其是，DCJTI、BisDCJTM由於在620nm附近具有發光光譜的峰值，因此是較佳的。
此外，作為發光層1013可以採用將上述發光物質(客體材料)分散在另一物質(主體材料)中的結構。作為用於分散發光性高的物質的物質，可以使用各種各樣的材料，但最好使用其最低空分子軌道能級(LUMO能級)高於發光性高的物質的最低空分子軌道能級而其最高佔據分子軌道能級(HOMO能級)低於發光性高的物質的最高佔據分子軌道能級的物質。
作為用於分散發光物質的物質，明確而言，可以使用如下材料：金屬複合物諸如三(8-羥基喹啉)鋁(Ⅲ)(簡稱：Alq)、三(4-甲基-8-羥基喹啉)鋁(Ⅲ)(簡稱：A1mq3 )、雙(10-羥基苯並[h]喹啉)鈹(Ⅱ)(簡稱：BeBq2 )、雙(2-甲基-8-羥基喹啉)(4-苯基苯酚(pheny1phenolato))鋁(Ⅲ)(簡稱：BAlq)、雙(8-羥基喹啉)鋅(Ⅱ)(簡稱：Znq2 )、雙[2-(2-苯並噁唑基)苯酚(phenolato)]鋅(Ⅱ)(簡稱：ZnPBO)以及雙[2-(2-苯並噻唑基)苯酚]鋅(Ⅱ)(簡稱：ZnBTZ)等；雜環化合物諸如2-(4-聯苯基)-5-(4-叔丁基苯基)-1,3,4-噁二唑(簡稱：PBD)、1,3-雙[5-(對叔丁基苯基)-1,3,4-噁二唑基-2-基]苯(簡稱：OXD-7)、3-(4-聯苯基)-4-苯基-5-(4-叔丁基苯基)-1,2,4-***(簡稱：TAZ)、2',2',2"-(1,3,5-苯三基)三(1-苯基-1H-苯並咪唑)(簡稱：TPBI)、紅菲繞啉(簡稱：BPhen)以及浴銅靈(簡稱：BCP)等；或稠合芳香族化合物諸如9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(簡稱：CzPA)、3,6-二苯基-9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑(簡稱：DPCzPA)、9,10-雙(3,5-二苯基苯基)蒽(簡稱：DPPA)、9,10-二(2-萘基)蒽(簡稱：DNA)、2-叔丁基-9,10-二(2-萘基)蒽(簡稱：t-BuDNA)、9,9'-聯蒽(bianthryl)(簡稱：BANT)、9,9'-(芪-3,3'-二基)二菲(簡稱：DPNS)、9,9'-(芪-4,4'-二基)二菲(簡稱：DPNS2)以及3,3',3''-(苯-1,3,5-三基)三芘(簡稱：TPB3)、9,10-二苯基蒽(簡稱：DPAnth)、6,12-二甲氧基-5,11-二苯基屈(chrysen)等；芳香胺化合物諸如N,N-二苯基-9-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑-3-胺(簡稱：CzAlPA)、4-(10-苯基-9-蒽基)三苯胺(簡稱：DPhPA)、N,9-二苯基-N-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]-9H-咔唑-3-胺(簡稱：PCAPA)、N,9-二苯基-N-{4-[4-(10-苯基-9-蒽基)苯基]苯基}-9H-咔唑-3-胺(簡稱：PCAPBA)、N-(9,10-二苯基-2-蒽基)-N,9-二苯基-9H-咔唑-3-胺(簡稱：2PCAPA)、NPB(或α-NPD)、TPD、DFLDPBi、BSPB等。
另外，可以使用多種用於分散發光物質的物質。例如，為了抑制晶化還可以添加抑制晶化的物質如紅熒稀等。此外，為了更有效地將能量移動到發光物質，還可以添加NPB或Alq等。
藉由採用將發光物質分散在其他物質中的結構，可以抑制發光層1013的晶化。另外，也可以抑制由於發光物質的濃度高而導致的濃度猝滅。
電子傳輸層1014是包含電子傳輸性高的物質的層。作為電子傳輸性高的物質，例如三(8-羥基喹啉)鋁(III)(簡稱：Alq)、三(4-甲基-8-羥基喹啉)鋁(III)(簡稱：Almq3 )、雙(10-羥基苯並[h]-喹啉)鈹(簡稱：BeBq2 )、雙(2-甲基-8-羥基喹啉)(4-苯基苯酚)鋁(簡稱：BAlq)等由喹啉骨架或苯並喹啉骨架的金屬複合物等構成的層。此外，除了這些以外，也可以使用雙[2-(2-羥基苯基)苯並噁唑]鋅(簡稱：Zn(BOX)2 )、雙[2-(2-羥基苯基)苯並噻唑]鋅(簡稱：Zn(BTZ)2 )等具有噁唑配位體或噻唑配位元體的金屬複合物等。另外，除了金屬複合物以外，也可以使用2-(4-聯苯基)-5-(4-叔丁基苯基)-1,3,4-噁二唑(簡稱：PBD)或1,3-雙[5-(對叔丁基苯基)-1,3,4-噁二唑-2-基]苯(簡稱：OXD-7)、3-(4-聯苯基)-4-苯基-5-(4-叔丁基苯基)-1,2,4-***(簡稱：TAZ)、紅菲繞啉(簡稱：BPhen)、浴銅靈(簡稱：BCP)、雙[3-(1H-苯並咪唑-2-基)芴-2-羥基(olato)]鋅(Ⅱ)、雙[3-(1H-苯並咪唑-2-基)芴-2-羥基(olato)]鈹(Ⅱ)、雙[2-(1H-苯並咪唑-2-基)二苯並[b,d]呋喃-3-羥基(olato)](苯酚)鋁(Ⅲ)、雙[2-(苯並噁唑-2-基)-7,8-亞甲二氧基二苯並[b,d]呋喃-3-羥基(olato)](2-萘酚)鋁(Ⅲ)等。上述的物質主要是具有10-6 cm2 /Vs以上的電子遷移率的物質。此外，只要是電子傳輸性比電洞傳輸性高的物質，也可以使用除了上述以外的物質作為電子傳輸層1014。此外，電子傳輸層1014不侷限於單層，也可以層疊由上述物質形成的兩層以上的層。
電子注入層1015是包含電子注入性高的物質的層。作為電子注入性高的物質，可以舉出如氟化鋰(LiF)、氟化銫(CsF)、氟化鈣(CaF2 )等鹼金屬或鹼土金屬或它們的化合物。此外，也可以使用將有機化合物較佳的是具有電子傳輸性的有機化合物)和無機化合物(較佳的是鹼金屬、鹼土金屬、稀土金屬或它們的化合物)複合而成的電子注入性複合材料。作為電子注入性複合材料，例如可以使用使Alq中包含鎂(Mg)的材料。藉由採用這種結構，可以進一步提高從陰極1002的電子注入效率。
此外，在作為電子注入層1015使用上述電子注入性複合材料的情況下，可以不考慮功函數地使用各種導電材料，如Al、Ag、ITO、包含矽或氧化矽的ITO等作為陰極1002的材料。
藉由適當地組合層疊上述層，可以形成EL層1003。此外，也可以將發光層1013作成兩層以上的疊層結構。藉由將發光層1013作成兩層以上的疊層結構，並改變用於各發光層的發光物質的種類，可以得到各種各樣的發光顏色。另外，藉由使用發光顏色不同的多種發光物質作為發光物質，可以得到具有寬光譜的發光或白色發光。尤其是當用於需要高亮度的背光燈時，最好採用層疊發光層的結構。
此外，作為EL層1003的形成方法，根據使用的材料可以適當地選擇各種各樣的方法(例如，乾法或濕法)。例如，可以利用真空蒸鍍法、濺射法、噴墨法、旋塗法等。另外，也可以對各層採用不同的方法來形成。
此外，作為本實施例模式所示的EL元件1025的製造方法，不管乾製程(例如，真空蒸鍍法、濺射法)還是濕製程(例如，噴墨法、旋塗法等)，都可以利用各種方法來形成。
此外，本實施例模式所示的EL元件1025的結構也可以是圖5C所示那樣在一對電極之間層疊多個EL層1003的結構，即所謂疊層型元件的結構。但是，在EL層1003例如有n(n是2以上的自然數)個層的疊層結構時，有如下結構：在第m(m是自然數，m是1以上且n-1以下)EL層和第(m+1)EL層之間分別夾有中間層1004。
此外，中間層1004具有如下功能：在對陽極1001和陰極1002施加了電壓時，對與中間層1004接觸地形成的陽極1001一側的一方的EL 層 1003注入電子，而對陰極1002一側的另一方的EL層1003注入電洞。
中間層1004除了上述有機化合物和無機化合物的複合材料(電洞注入性複合材料或電子注入性複合材料)之外，還可以適當地組合金屬氧化物等的材料來形成。另外，更佳地將電洞注入性材料和其他材料組合而使用。由於用於中間層1004的這些材料具有優良的載子注入性、載子傳輸性，所以可以實現EL元件1025的低電流驅動及低電壓驅動。
在疊層型元件的結構中，在層疊有兩層的EL層時，藉由使從第一EL層得到的發光的發光顏色和從第二EL層得到的發光的發光顏色處於互補色關係，可以將白色發光取出到外部。此外，當第一EL層和第二EL層分別具有處於互補色關係的多個發光層時，也可以得到白色發光。作為互補色關係，可以舉出藍色和黃色或藍綠色和紅色等。作為發射藍色光、黃色光、藍綠色光和紅色光的物質，例如從上面列舉的發光物質中適當地選擇出即可。
以下，示出第一EL層及第二EL層分別具有彼此處於互補色關係的多個發光層，並可以得到白色發光的結構的一個例子。
例如，第一EL層具有呈現在藍色至藍綠色的波長區域具有峰值的發光光譜的第一發光層以及呈現在黃色至橙色的波長區域具有峰值的發光光譜的第二發光層，第二EL層具有呈現在藍綠色至綠色的波長區域具有峰值的發光光譜的第三發光層以及呈現在橙色至紅色的波長區域具有峰值的發光光譜的第四發光層。
在此情況下，由於來自第一EL層的發光是組合了來自第一發光層及第二發光層的兩者的發光的發光，因此呈現在藍色至藍綠色的波長區域及黃色至橙色的波長區域的兩者具有峰值的發射光譜。即，第一EL層呈現2波長型的白色或接近白色的顏色的發光。
此外，由於來自第二EL層的發光是組合了來自第三發光層及第四發光層的兩者的發光的發光，因此呈現在藍綠色至綠色的波長區域及橙色至紅色的波長區域的兩者具有峰值的發射光譜。也就是，第二EL層呈現與第一EL層不同的2波長型的白色或接近白色的顏色的發光。
因此，藉由重疊來自第一EL層的發光及來自第二EL層的發光，能夠得到包括藍色至藍綠色的波長區域、藍綠色至綠色的波長區域、黃色至橙色的波長區域、橙色至紅色的波長區域的白色發光。
另外，在上述疊層型元件的結構中，藉由在層疊的EL層之間配置中間層，可以在保持低電流密度的狀態下實現高亮度區域中的長壽命元件。此外，由於可以減少電極材料的電阻所引起的電壓降低，因此可以實現大面積的均勻發光。
另外，圖4A至圖4C以及圖5A至圖5C所說明的背光燈部也可以採用調整亮度的結構。例如，既可以採用根據液晶顯示裝置周圍的光度調整亮度的結構，也可以採用根據所顯示的圖像信號調整亮度的結構。
另外，在進行彩色顯示時，藉由組合濾色片來可以進行顯示。另外，也可以組合其他光學薄膜(偏振薄膜、相位差薄膜、反射防止薄膜等)而使用。注意，在採用配置RGB的發光二極體等作為背光燈且藉由分時實現彩色顯示的繼時加法混色法(場序制法)時，不設置濾色片。
此外，本實施例模式可以與其他實施例模式適當地組合。
實施例模式4
在本實施例模式中，示出可以用於本說明書所公開的液晶顯示裝置的電晶體的例子。對能夠用於本說明書所公開的液晶顯示裝置的電晶體沒有特別的限制，例如，可以使用閘極電極隔著閘極絕緣層設置在氧化物半導體層的上側的頂閘型結構；或者閘極電極隔著閘極絕緣層設置在氧化物半導體層的下側的底閘型結構的交錯型及平面型電晶體等。另外，電晶體既可以採用形成有一個通道形成區的單閘型結構，也可以採用形成有兩個通道形成區的雙閘型結構，還可以採用形成有三個通道形成區的三閘型結構。此外，還可以採用在通道形成區的上下隔著閘極絕緣層設置有兩個閘極電極層的雙閘型結構。另外，以下在圖6A至圖6D中示出電晶體的截面結構的一個例子。在圖6A至圖6D所示的電晶體中，作為半導體使用氧化物半導體。使用氧化物半導體的優點在於：可以在電晶體處於導通狀態時獲得場效應遷移率(最大值5cm2 /Vsec以上，最好為最大值10cm2 /Vsec至150cm2 /Vsec)，並在電晶體處於截止狀態時獲得低截止電流(小於1aA/μm，更佳的為在室溫下小於10zA/μm，並且在85℃時小於100zA/μm)。
圖6A所示的電晶體410是底閘型結構電晶體的一種也稱為反交錯型電晶體。
電晶體410包括在具有絕緣表面的基板400上的閘極電極層401、閘極絕緣層402、氧化物半導體層403、源極電極層405a及汲極電極層405b。另外，覆蓋電晶體410設置有層疊於氧化物半導體層403的絕緣膜407。絕緣膜407上還形成有保護絕緣層409。
圖6B所示的電晶體420是被稱為通道保護型(也稱為通道停止型)的底閘型結構的一種也稱為反交錯型電晶體。
電晶體420包括在具有絕緣表面的基板400上的閘極電極層401、閘極絕緣層402、氧化物半導體層403、覆蓋氧化物半導體層403的通道形成區的用作通道保護層的絕緣膜427、源極電極層405a及汲極電極層405b。另外，覆蓋電晶體420形成有保護絕緣層409。
圖6C所示的電晶體430是底閘型電晶體，並且在具有絕緣表面的基板400上包括閘極電極層401、閘極絕緣層402、源極電極層405a、汲極電極層405b及氧化物半導體層403。另外，覆蓋電晶體430設置有接觸於氧化物半導體層403的絕緣膜407。絕緣膜407上還形成有保護絕緣層409。
在電晶體430中，閘極絕緣層402以接觸於基板400及閘極電極層401的方式設置在基板400及閘極電極層401上，並且在閘極絕緣層402上與其接觸地設置主動電極層405a及汲極電極層405b。並且，在閘極絕緣層402及源極電極層405a及汲極電極層405b上設置有氧化物半導體層403。
圖6D所示的電晶體440是頂閘型結構電晶體的一種。電晶體440在具有絕緣表面的基板400上包括絕緣層437、氧化物半導體層403、源極電極層405a及汲極電極層405b、閘極絕緣層402以及閘極電極層401，其中接觸於源極電極層405a、汲極電極層405b分別設置有與其電連接的佈線層436a、佈線層436b。
在本實施例模式中，如上所示作為半導體層使用氧化物半導體層403。作為用作氧化物半導體層403的氧化物半導體，可以使用：四元金屬氧化物的In-Sn-Ga-Zn-O類氧化物半導體；三元金屬氧化物的In-Ga-Zn-O類氧化物半導體、In-Sn-Zn-O類氧化物半導體、In-Al-Zn-O類氧化物半導體、Sn-Ga-Zn-O類氧化物半導體、Al-Ga-Zn-O類氧化物半導體、Sn-Al-Zn-O類氧化物半導體；二元金屬氧化物的In-Zn-O類氧化物半導體、Sn-Zn-O類氧化物半導體、Al-Zn-O類氧化物半導體、Zn-Mg-O類氧化物半導體、Sn-Mg-O類氧化物半導體、In-Mg-O類氧化物半導體；以及In-O類氧化物半導體、Sn-O類氧化物半導體、Zn-O類氧化物半導體等。此外，還可以使上述氧化物半導體含有SiO2 。這裏，例如，In-Ga-Zn-O類氧化物半導體是指含有銦(In)、鎵(Ga)、鋅(Zn)的氧化膜，對其化學計量比沒有特別的限制。另外，也可以含有In、Ga及Zn之外的元素。
另外，氧化物半導體層403可以使用由化學式InMO3 (ZnO)m (m>0且m不為整數)表示的薄膜。在此，M表示選自Ga、Al、Mn及Co中的一種或多種金屬元素。例如，作為M，可以採用Ga、Ga及Al、Ga及 Mn或Ga及Co等。
使用氧化物半導體層403的電晶體410、420、430、440，可以降低截止狀態中的電流值(截止電流值)。由此，可以延長圖像信號等的電信號的保持時間，在電源開啟狀態時可以將寫入間隔設定得較長。所以，可以減少刷新工作的頻率從而起到抑制耗電量的效果。
另外，由於使用氧化物半導體層403的電晶體410、420、430、440能夠獲得較高的場效應遷移率，所以可以進行高速工作。由此，藉由將該電晶體用於液晶顯示裝置的像素部，可以抑制顏色分離從而可以提供高圖像品質的圖像。另外，由於該電晶體可以在同一基板上分別製造驅動電路部、像素部，由此可以減少液晶顯示裝置的部件個數。
對能夠用於具有絕緣表面的基板400的基板沒有大的限制，而使用鋇硼矽酸鹽玻璃、鋁硼矽酸鹽玻璃等玻璃基板。
在底閘型結構的電晶體410、420、430中，還可以將成為基底膜的絕緣膜設置在基板與閘極電極層之間。基底膜具有防止雜質元素從基板擴散的作用，並且可以由選自氮化矽膜、氧化矽膜、氮氧化矽膜或氧氮化矽膜中的一種或多種膜的疊層結構來形成。
作為閘極電極層401，可以使用鉬、鈦、鉻、鉭、鎢、鋁、銅、釹、鈧等的金屬材料或以這些金屬材料為主要成分的合金材料的單層或疊層來形成。
至於閘極絕緣層402，可以使用利用電漿CVD法或濺射法等形成的氧化矽層、氮化矽層、氧氮化矽層、氮氧化矽層、氧化鋁層、氮化鋁層、氧氮化鋁層、氮氧化鋁層或氧化鉿層的單層或疊層來形成。例如，利用電漿CVD法形成厚度為50nm以上200nm以下的氮化矽層(SiNy (y>0))作為第一閘極絕緣層，並且在第一閘極絕緣層上層疊厚度為5nm以上300nm以下的氧化矽層(SiOx (x>0))作為第二閘極絕緣層，來形成總厚度為200nm的閘極絕緣層。
作為用作源極電極層405a及汲極電極層405b的導電膜，例如可以使用含有選自Al、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo、W中的元素的金屬膜或以上述元素為成分的金屬氮化物膜(氮化鈦膜、氮化鉬膜、氮化鎢膜)等。另外，還可以在Al、Cu等的金屬膜的下側或上側的一方或兩者層疊Ti、Mo、W等的高熔點金屬膜或它們的金屬氮化物膜(氮化鈦膜、氮化鉬膜、氮化鎢膜)。
連接於源極電極層405a、汲極電極層405b的佈線層436a、佈線層436b等導電膜可以使用與源極電極層405a及汲極電極層405b相同的材料來形成。
另外，可以使用導電金屬氧化物形成用作源極電極層405a及汲極電極層405b(還包括使用與源極電極層405a及汲極電極層405b相同層形成的佈線層)的導電膜。作為導電金屬氧化物可以使用氧化銦(In2 O3 )、氧化錫(SnO2 )、氧化鋅(ZnO)、氧化銦氧化錫合金(In2 O3 -SnO2 、簡稱為ITO)、氧化銦氧化鋅合金(In2 O3 -ZnO)或使上述金屬氧化物材料包含氧化矽的材料。
作為絕緣膜407、427、437，典型地可以使用氧化矽膜、氧氮化矽膜、氧化鋁膜或氧氮化鋁膜等的無機絕緣膜。
另外，作為設置在氧化物半導體層的上方的保護絕緣層409，可以使用氮化矽膜、氮化鋁膜、氮氧化矽膜或氮氧化鋁膜等的無機絕緣膜。
另外，為了減少起因於電晶體的表面凹凸可以在保護絕緣層409上形成平坦化絕緣膜。作為平坦化絕緣膜可以使用聚醯亞胺、丙烯酸樹脂、苯並環丁烯樹脂等有機材料。此外，除了上述有機材料之外，還可以使用低介電常數材料(low-k材料)等。另外，也可以層疊多個由上述材料形成的絕緣膜來形成平坦化絕緣膜。
圖13及圖14示出使用該電晶體的液晶顯示裝置的像素的一個例子。圖13示出像素的平面圖，圖14示出對應於圖13中所示的A-B線的截面圖。另外，圖13示出形成有電晶體410的基板400的平面圖，圖14除了示出設置有電晶體410的基板400一側的結構之外，還示出設置有對置基板416及液晶層414的結構。在以下說明中，參照圖13及圖14進行說明。
電晶體410的結構與圖6A所示的相同，其包括閘極電極層401、閘極絕緣層402及氧化物半導體層403。當構成像素時，閘極電極層401以沿一個方向延伸的方式形成。氧化物半導體層403以隔著閘極絕緣層402重疊於閘極電極層401的方式設置。源極電極層405a及汲極電極層405b設置在氧化物半導體層403的上層一側(注意，這裏源極電極層405a與汲極電極層405b的名稱是用來方便區別連接於電晶體410的電極而使用的)。源極電極層405a在與閘極電極層401交叉的方向上延伸。在保護絕緣層409上設置有像素電極411，並藉由接觸孔412連接到汲極電極層405b。像素電極411由氧化銦錫、氧化鋅、氧化錫等透光性電極材料形成。
另外，可以適當地設置儲存電容器419，當設置儲存電容器419時，可以利用由與閘極電極層401相同層形成的電容佈線層417及電容電極層418來形成。在電容佈線層417與電容電極層418之間延伸有用作電介質的閘極絕緣層402，藉由上述結構形成儲存電容器419。
可以藉由在像素電極411中設置狹縫來對液晶的取向進行控制。這種結構被用於VA(Vertical Alignment；垂直配向)方式。VA方式是用來控制液晶面板的液晶分子排列的方式之一。並且VA方式是在未施加電壓時液晶分子朝垂直於面板表面的方向排列的方式。另外，除了VA方式之外，還可以使用TN(Twisted Nematic：扭轉向列)方式、MVA(Multi-domain Vertical Alignment：多象限垂直配向)方式、IPS(In-Plane-Switching：平面內切換)方式、CPA(Continuous Pinwheel Alignment：連續焰火狀排列)方式、PVA(Patterned Vertical Alignment：垂直取向構型)方式等。
對置基板416一側設置有對置電極415。在基板400與對置基板416之間設置有液晶層414。另外，接觸於液晶層414設置有取向膜413。利用光取向法或摩擦法進行取向膜413的取向處理。液晶層414的液晶相可以使用向列相、近晶相、膽固醇相、藍相等。
由氧化物半導體層403以隔著閘極絕緣層402重疊於閘極電極層401的方式設置的電晶體410、驅動與電晶體410的源極電極一側或汲極電極一側連接的液晶的像素電極411、以與像素電極411對置的方式設置的對置電極415及設置在像素電極411與對置電極415之間的液晶層414構成一個單元。可以使用一個或多個該單元形成像素(pixel)，並且藉由將其排列為矩陣狀可以構成進行圖像等的顯示的顯示面板。
像這樣，在本實施例模式中，藉由使用包括場效應遷移率高且截止電流值低的氧化物半導體層的電晶體，可以提供低耗電量的液晶顯示裝置。
實施例模式5
在本實施例模式中，使用圖7A至圖7E對包括氧化物半導體層的電晶體及其製造方法的一個例子進行詳細說明。與上述實施例模式相同的部分或具有相同功能的部分可以與上述實施例模式同樣地進行，所以省略重複說明。此外，省略相同部分的詳細說明。
圖7A至圖7E示出電晶體的截面結構的一個例子。圖7A至圖7E所示的電晶體510是與圖6A所示的電晶體410相同的底閘型結構的反交錯型電晶體。
下面，使用圖7A至圖7E對在基板505上製造電晶體510的製程進行說明。
首先，在具有絕緣表面的基板505上形成導電膜，然後利用第一光微影製程形成閘極電極層511。另外，還可以利用噴墨法形成抗蝕劑掩模。當利用噴墨法形成抗蝕劑掩模時不需要光掩模，由此可以降低製造成本。
具有絕緣表面的基板505可以使用與實施例模式4所示的基板400相同的基板。在本實施例模式中使用玻璃基板作為基板505。
也可以將成為基底膜的絕緣膜設置在基板505與閘極電極層511之間。基底膜具有防止雜質元素從基板505擴散的作用，並且可以由選自氮化矽膜、氧化矽膜、氮氧化矽膜或氧氮化矽膜中的一種或多種膜的疊層結構來形成。
另外，作為閘極電極層511，可以使用如鉬、鈦、鉭、鎢、鋁、銅、釹、鈧等的金屬材料或以這些金屬材料為主要成分的合金材料的單層或疊層來形成。
接著，在閘極電極層511上形成閘極絕緣層507。至於閘極絕緣層507，可以使用利用電漿CVD法或濺射法等形成的氧化矽層、氮化矽層、氧氮化矽層、氮氧化矽層、氧化鋁層、氮化鋁層、氧氮化鋁層、氮氧化鋁層或氧化鉿層的單層或疊層來形成。
本實施例模式的氧化物半導體使用去除了雜質的被I型化或實質上被I型化的氧化物半導體。由於上述被高純度化的氧化物半導體對介面態、介面電荷極為敏感，所以氧化物半導體層與閘極絕緣層之間的介面十分重要。因此，接觸於高純度化的氧化物半導體的閘極絕緣層被要求高品質化。
例如，藉由使用μ波(例如，頻率為2.45GHz)的高密度電漿CVD可以形成緻密且絕緣耐壓高的高品質的絕緣層，所以是較佳的。這是由於藉由高純度化的氧化物半導體與高品質的閘極絕緣層接觸可以降低介面態密度而形成良好的介面特性的緣故。
當然，只要作為閘極絕緣層能夠形成優質的絕緣層，也可以使用濺射法或電漿CVD法等其他的成膜方法。另外，還可以使用藉由成膜後的加熱處理閘極絕緣層的膜質及與氧化物半導體之間的介面特性得到改善的絕緣層。總之，只要作為閘極絕緣層膜質良好並能夠降低與氧化物半導體膜之間的介面態密度從而形成良好的介面的絕緣層即可。
另外，為了儘量不使閘極絕緣層507、氧化物半導體膜530中含有氫、羥基及水分，最好作為形成氧化物半導體膜530的預處理，在濺射裝置的預熱室對形成有閘極電極層511的基板505或形成到閘極絕緣層507的基板505進行預加熱，來使吸附在基板505的氫或水分等雜質脫離並排氣。另外，設置在預熱室中的排氣單元最好使用低溫泵。此外，還可以省略該預熱處理。另外，還可以在形成絕緣層516之前，對形成到源極電極層515a及汲極電極層515b的基板505進行這樣的加熱處理。
接著，在閘極絕緣層507上形成厚度為2nm以上200nm以下，最好為5nm以上30nm以下的氧化物半導體膜530(參照圖7A)。
另外，在利用濺射法形成氧化物半導體膜530之前，最好藉由進行引入氬氣生成電漿的反濺射來去除附著在閘極絕緣層507表面的粉狀物質(也稱為微粒、塵屑)。反濺射是指不對靶材一側施加電壓而使用RF電源在氬氣圍中對基板一側施加電壓來在基板附近形成電漿以進行表面改性的方法。另外，也可以使用氮、氦、氧等代替氬氣圍。
用作氧化物半導體膜530的氧化物半導體可以使用實施例模式4所示的氧化物半導體。另外，還可以使上述氧化物半導體含有SiO2 。在本實施例模式中，藉由濺射法使用In-Ga-Zn-O類氧化物靶材形成氧化物半導體膜530。圖7A相當於這個步驟的截面圖。此外，氧化物半導體膜530可以在稀有氣體(典型為氬)氣圍下、氧氣圍下或者稀有氣體和氧的混合氣圍下利用濺射法來形成。
作為用於利用濺射法來製造氧化物半導體膜530的靶材，例如可以使用組成比為In2 O3 :Ga2 O3 :ZnO=1:1:1[摩爾數比]的金屬氧化物靶材而形成的In-Ga-Zn-O膜。另外，不侷限於該靶材及組成比，例如，還可以使用In2 O3 : Ga2 O3 : ZnO=1:1:2[摩爾數比]的金屬氧化物靶材。
另外，金屬氧化物靶材的填充率為90%以上100%以下，最好為95%以上99.9%以下。藉由採用填充率高的金屬氧化物靶材可以形成緻密的氧化物半導體膜。
最好使用去除了含有氫、水、羥基的化合物或氫化物等的雜質的高純度氣體作為形成氧化物半導體膜530時的濺射氣體。
在維持減壓狀態的沉積室內保持基板，並且將基板溫度設定為100℃以上600℃以下，最好為200℃以上400℃以下。藉由邊加熱基板邊進行成膜，可以降低形成的氧化物半導體膜中含有的雜質濃度。另外，可以減輕由於濺射帶來的損傷。另外，邊去除殘留在沉積室內的水分邊引入去除了氫及水分的濺射氣體並使用上述靶材在基板505上形成氧化物半導體膜530。最好使用吸附型真空泵，例如，低溫泵、離子泵、鈦昇華泵來去除殘留在沉積室內的水分。另外，作為排氣單元，也可以使用配備有冷阱的渦輪泵。由於利用低溫泵進行了排氣的沉積室中，如氫原子、水(H2 O)等的包含氫原子的化合物(最好還包括包含碳原子的化合物)等被排出，由此可以降低利用該沉積室形成的氧化物半導體膜中含有的雜質濃度。
作為成膜條件的一個例子，可以採用如下條件：基板與靶材之間的距離為100mm；壓力為0.6Pa；直流(DC)電源為0.5kW；氧(氧流量比率為100%)氣圍。另外，當使用脈衝直流電源時，可以減少成膜時產生的粉狀物質(也稱為微粒、塵屑)，並且膜厚度分佈也變得均勻，所以是較佳的。
接著，利用第二光微影製程將氧化物半導體膜530加工為島狀的氧化物半導體層。另外，也可以利用噴墨法形成用於形成島狀氧化物半導體層的抗蝕劑掩模。當使用噴墨法形成抗蝕劑掩模時不需要光掩模，由此可以降低製造成本。
另外，當在閘極絕緣層507中形成接觸孔時，可以在對氧化物半導體膜530進行加工的同時進行該製程。
另外，這裏作為氧化物半導體膜530的蝕刻方法，可以採用乾蝕刻及濕蝕刻中的一方或者兩者。例如，作為用於氧化物半導體膜530的濕蝕刻的蝕刻液，可以使用磷酸、醋酸以及硝酸的混合溶液或ITO-07N(日本關東化學公司製造)等。
接著，對氧化物半導體層進行第一加熱處理。利用該第一加熱處理，可以使氧化物半導體層脫水化或脫氫化。將第一加熱處理的溫度設定為400℃以上750℃以下，或者400℃以上並低於基板的應變點的溫度。這裏，將基板放入作為加熱處理裝置之一的電爐中，在氮氣圍下以450℃對氧化物半導體層進行1小時的加熱處理之後，不使其接觸於大氣以防止水、氫再次混入到氧化物半導體層，由此獲得氧化物半導體層531(參照圖7B)。
注意，加熱處理裝置不侷限於電爐，還可以利用電阻發熱體等的發熱體所產生的熱傳導或熱輻射對被處理物進行加熱的裝置。例如，可以使用GRTA(Gas Rapid Thermal Anneal：氣體快速熱退火)裝置、LRTA(Lamp Rapid Thermal Anneal：燈快速熱退火)裝置等的RTA(Rapid Thermal Anneal：快速熱退火)裝置。LRTA裝置是利用從燈如鹵素燈、金鹵燈、氙弧燈、碳弧燈、高壓鈉燈或高壓汞燈等發出的光(電磁波)的輻射加熱被處理物的裝置。GRTA裝置是使用高溫的氣體進行加熱處理的裝置。作為高溫氣體，使用如氬等的稀有氣體或氮那樣的即使進行加熱處理也不與被處理物產生反應的惰性氣體。
例如，作為第一加熱處理，也可以進行如下GRTA，即將基板放入加熱為650℃至700℃的高溫的惰性氣體中，加熱幾分鐘之後從加熱為高溫的惰性氣體中取出基板。
此外，在第一加熱處理中，最好不使氮或氦、氖、氬等稀有氣體中含有水、氫等。另外，最好將引入加熱處理裝置中的氮或氦、氖、氬等的稀有氣體的純度設定為6N(99.9999%)以上，最好設定為7N(99.99999%)以上(即，將雜質濃度設定為1ppm以下，最好設定為0.1ppm以下)。
另外，可以在利用第一加熱處理對氧化物半導體層進行加熱之後，對相同爐內引入高純度的氧氣體、高純度的N2 O氣體或超乾燥空氣(露點為-40℃以下，最好為-60℃以下)。最好不使氧氣體或N2 O氣體包含水、氫等。或者，最好將引入到加熱處理裝置的氧氣體或N2 O氣體的純度設定為6N以上，最好為7N以上(也就是說，將氧氣體或N2 O氣體中的雜質濃度設定為1ppm以下，最好設定為0.1ppm以下)。藉由利用氧氣體或N2 O氣體來供給由於脫水化或脫氫化處理中的雜質排出製程而同時被減少的作為構成氧化物半導體的主要成分材料的氧，來使氧化物半導體層高純度化並在電性上I型(本徵)化。
另外，也可以對加工為島狀的氧化物半導體層之前的氧化物半導體膜530進行第一加熱處理。在此情況下，在第一加熱處理之後從加熱裝置取出基板，並進行光微影製程。
另外，除了上述情況之外，只要是在形成氧化物半導體層之後，就也可以在在氧化物半導體層上層疊源極電極層及汲極電極層之後，或者在源極電極層及汲極電極層上形成絕緣層之後進行第一加熱處理。
另外，當在閘極絕緣層507中形成接觸孔時，也可以在對氧化物半導體膜530進行第一加熱處理之前或之後進行該形成製程。
此外，無論基底構件的材料是氧化物、氮化物還是金屬等的材料，藉由分兩次形成氧化物半導體層，並分兩次進行加熱處理，可以形成具有較厚的結晶區(非單晶區)即與膜表面垂直地進行c軸取向的結晶區的氧化物半導體層。例如，可以形成3nm以上15nm以下的第一氧化物半導體膜，並在氮、氧、稀有氣體或乾燥空氣的氣圍下以450℃以上850℃以下，最好為550℃以上750℃以下進行第一加熱處理，以形成表面的區域中具有結晶區(包括板狀結晶)的第一氧化物半導體膜。並且，可以形成比第一氧化物半導體膜厚的第二氧化物半導體膜，並以450℃以上850℃以下，最好為600℃以上700℃以下進行第二加熱處理，由此以第一氧化物半導體膜為結晶生長的種子而使其向上方進行結晶成長來使第二氧化物半導體膜晶化，從而形成具有較厚的結晶區的氧化物半導體層。
接著，在閘極絕緣層507及氧化物半導體層531上形成成為源極電極層及汲極電極層(包括由與它們相同的層形成的佈線)的導電膜。作為用於源極電極層及汲極電極層的導電膜，可以使用用作實施例模式4所示的源極電極層405a、汲極電極層405b的材料。
利用第三光微影製程在導電膜上形成抗蝕劑掩模，並藉由進行選擇性的蝕刻來形成源極電極層515a及汲極電極層515b，然後去除抗蝕劑掩模(參照圖7C)。
作為利用第三光微影製程形成抗蝕劑掩模時的曝光，可以使用紫外線、KrF雷射或ArF雷射。在氧化物半導體層531上的相鄰的源極電極層的下端部與汲極電極層的下端部之間的間隔寬度決定後面形成的電晶體的通道長度L。另外，當通道長度L短於25nm時，最好使用波長極短的幾nm至幾十nm的超紫外線(Extreme Ultraviolet)進行第三光微影製程中的形成抗蝕劑掩模時的曝光。利用超紫外線的曝光的解析度高且聚焦深度大。因此，也可以將後面形成的電晶體的通道長度L設定為10nm以上且1000nm以下，這樣可以實現電路的工作速度的高速化。
此外，為了縮減用於光微影製程的光掩模數及製程數，也可以使用由透過的光成為多種強度的曝光掩模的多色調掩模形成的抗蝕劑掩模進行蝕刻製程。由於使用多色調掩模形成的抗蝕劑掩模成為具有多種厚度的形狀，且藉由進行蝕刻進一步改變形狀，因此可以用於加工為不同圖案的多個蝕刻製程。由此，可以使用一個多色調掩模形成至少對應於兩種以上的不同圖案的抗蝕劑掩模。從而，可以縮減曝光掩模數，並還可以縮減與其對應的光微影製程，所以可以實現製程的簡化。
注意，當進行導電膜的蝕刻時，最好將蝕刻條件最適化以防止氧化物半導體層531被蝕刻而分斷。但是，很難僅蝕刻導電膜而完全不使氧化物半導體層531蝕刻，所以有時當對導電膜進行蝕刻時氧化物半導體層531的一部分也被蝕刻，而成為具有槽部(凹部)的氧化物半導體層。
在本實施例模式中，由於使用Ti膜作為導電膜，並使用In-Ga-Zn-O類氧化物半導體作為氧化物半導體層531，所以作為Ti膜的蝕刻劑使用氨水-過氧化氫混合液(31wt%過氧化氫水：28wt%氨水：水=5:2:2)。
接著，也可以進行使用N2 O、N2 、Ar等的氣體的電漿處理，來去除附著到露出的氧化物半導體層的表面的吸附水等。在進行電漿處理的情況下，在不使氧化物半導體層接觸於大氣的情況下形成與氧化物半導體層的一部分接觸的成為保護絕緣膜的絕緣層516。
作為絕緣層516，至少將其厚度形成為1nm，並可以適當地採用濺射法等的不使水、氫等的雜質混入的方法來形成。當絕緣層516包含氫時，有如下憂慮：因該氫侵入到氧化物半導體層或該氫抽出氧化物半導體層中的氧而發生氧化物半導體層的背通道的低電阻化(N型化)，而形成寄生通道。因此，為了使絕緣層516成為儘量不包含氫的膜，在成膜方法中不使用氫是十分重要的。
作為以接觸於氧化物半導體層的方式形成的絕緣層516，使用不含有水分、氫離子或OH- 等雜質並阻止上述雜質從外部侵入的無機絕緣膜，典型地可以使用氧化矽膜、氧氮化矽膜、氧化鋁膜或氧氮化鋁膜等。在本實施例模式中，作為絕緣層516利用濺射法形成厚度為200nm的氧化矽膜。將成膜時的基板溫度設定為室溫以上300℃以下，即可。在本實施例模式中設定為100℃。可以在稀有氣體(典型的是氬)氣圍下、氧氣圍下或稀有氣體和氧的混合氣圍下，藉由濺射法形成氧化矽膜。此外，作為靶材，可以使用氧化矽靶材或矽靶材。例如，可以在包含氧的氣圍下藉由濺射法並使用矽靶材形成氧化矽。作為與氧化物半導體層接觸地形成的絕緣層516，使用不包含水分、氫離子、OH- 等的雜質並阻擋這些雜質從外部侵入的無機絕緣膜，典型的是，氧化矽膜、氧氮化矽膜、氧化鋁膜或氧氮化鋁膜等。
與形成氧化物半導體膜530時同樣，為了去除絕緣層516的沉積室中的殘留水分，最好使用吸附型的真空泵(低溫泵等)。可以降低在使用低溫泵排氣的沉積室中形成的絕緣層516所包含的雜質的濃度。此外，作為用來去除絕緣層516的沉積室中的殘留水分的排氣單元，也可以採用配備有冷阱的渦輪泵。
作為形成絕緣層516時使用的濺射氣體，最好使用去除了含有氫、水、羥基的化合物或氫化物等雜質的高純度氣體。
接著，在惰性氣體氣圍下或氧氣體氣圍下進行第二加熱處理(最好為200℃以上400℃以下，例如為250℃以上350℃以下)。例如，在氮氣圍下以250℃進行一個小時的第二加熱處理。藉由第二加熱處理，氧化物半導體層在其一部分(通道形成區)與絕緣層516接觸的狀態下受到加熱。
藉由上述製程，可以對氧化物半導體層進行第一加熱處理來從氧化物半導體層意圖性地去除氫、水分、羥基或氫化物(也稱為氫化合物)等的雜質，並供給伴隨雜質的消除製程同時減少的構成氧化物半導體的主要成分材料之一的氧。因此，氧化物半導體層被高純度化並在電性上I型(本徵)化。
藉由上述製程形成電晶體510(參照圖7D)。
此外，當作為絕緣層516使用包含缺陷多的氧化矽層時，藉由在形成氧化矽層之後進行加熱處理，可以使氧化物半導體層所包含的氫、水分、羥基或氫化物等的雜質擴散，從而降低氧化物半導體層所包含的雜質。
也可以在絕緣層516上還形成保護絕緣層506。作為保護絕緣層，使用不包含水分等的雜質並阻擋這些雜質從外部侵入的無機絕緣膜，而可以使用氮化矽膜、氮化鋁膜等。在本實施例模式中，由於RF濺射法具有高量產性，所以作為保護絕緣層506利用RF濺射法形成氮化矽膜(參照圖7E)。
在本實施例模式中，作為保護絕緣層506，將形成到絕緣層516的基板505加熱到100℃至400℃，引入去除了氫及水分的包含高純度氮的濺射氣體並使用矽半導體的靶材形成氮化矽膜。在此情況下，也最好與絕緣層516同樣地一邊去除處理室中的殘留水分一邊形成保護絕緣層506。
也可以在形成保護絕緣層之後，進一步在大氣氣圍中以100℃以上200℃以下進行一個小時以上三十個小時以下的加熱處理。在該加熱處理中，既可以保持一定的加熱溫度地進行加熱，又可以反復多次地進行從室溫至100℃以上200℃以下的加熱溫度的升溫及從加熱溫度至室溫的降溫。
像這樣，由於根據本實施例模式製造的包括高純度化的氧化物半導體層的電晶體能夠獲得高場效應遷移率，所以能夠進行高速驅動。由此，藉由在液晶顯示裝置的像素部中使用包括高純度化的氧化物半導體層的電晶體，可以抑制顏色分離，從而可以提供高圖像品質的圖像。另外，因為可以將包括高純度化的氧化物半導體層的電晶體的驅動電路部及像素部形成在同一基板上，所以可以減少液晶顯示裝置的部件個數。
下面，對求出的使用高純度化的氧化物半導體的電晶體的場效應遷移率的結果進行說明。
根據上述本實施例模式的製造方法使用高純度化氧化物半導體(厚度50nm的In-Ga-Zn-O類氧化物半導體膜)製造電晶體(L/W=10μm/50μm)，並對基板溫度為室溫、源極電極-汲極電極間電壓(以下，稱為汲極電極電壓或Vd )為10V、源極電極-閘極間電壓(以下，稱為閘極電壓或Vg )從-30V變至+30V時的源極電極-汲極電極電流(以下稱為汲極電極電流或Id )的變化特性，即對Vg -Id 特性進行測量。另外，在圖8中示出-5V至+30V的範圍內的Vg 。如圖8所示，可以確認包括高純度化的氧化物半導體層的電晶體的場效應遷移率的最大值為10.7cm2 /Vsec。
藉由使用包括高純度化的氧化物半導體的電晶體，可以進一步降低截止狀態下的電流值(截止電流值)。由此，可以延長圖像信號等的電信號的保持時間，並將寫入間隔設定得長。由此，可以進一步減少刷新工作的頻度，從而可以提高抑制功耗的效果。
對求出的使用高純度化的氧化物半導體的電晶體的截止電流的結果進行說明。
根據上述本實施例模式的製造方法製造使用高純度化氧化物半導體的電晶體。首先，考慮到使用高純度化的氧化物半導體的電晶體的截止電流非常小，準備通道寬度W為1cm的足夠大的電晶體進行截止電流的測量。圖9示出對通道寬度W為1cm的電晶體進行測量的結果。在圖9中，橫軸示出閘極電壓Vg ，縱軸示出汲極電極電流Id 。當汲極電極電壓Vd 為+1V或+10V時，閘極電壓Vg 為-5V至-20V的範圍內，電晶體的截止電流為檢出限1×10-13 A以下。另外，可知電晶體的截止電流(這裏，單位通道寬度(1μm)的值)為10aA/μm(1×10-17 A/μm)以下。
接著，對進一步準確地求出的使用高純度化氧化物半導體的電晶體的截止電流的結果進行說明。如上所述，已知使用高純度化的氧化物半導體的電晶體的截止電流為測量器的檢出限1×10-13 A以下。在此，製造特性評價用元件，並對利用該元件求出的更為準確的截止電流的值(上述測量中測量器的檢出限以下的值)的結果進行說明。
以下對在電流測量方法中使用的特性評價用元件進行說明。
特性評價用元件使用三個並聯的測量系統。每個測量系統分別包括電容元件、第一電晶體、第二電晶體、第三電晶體及第四電晶體。第一電晶體、第二電晶體、第三電晶體及第四電晶體根據本實施例模式製造，並使用與圖7D所示的電晶體510相同的結構。
在一個測量系統中，第一電晶體的源極端子和汲極電極端子中的一方、電容元件的端子的一方及第二電晶體的源極端子和汲極電極端子中的一方連接到電源(提供V2的電源)。另外，第一電晶體的源極端子和汲極電極端子中的另一方、第三電晶體的源極端子和汲極電極端子中的一方及電容元件的端子的另一方與第二電晶體的閘極端子連接。此外，第三電晶體的源極端子和汲極電極端子中的另一方、第四電晶體的源極端子和汲極電極端子中的一方及第四電晶體的閘極端子連接到電源(提供V1的電源)。另外，第二電晶體的源極端子和汲極電極端子中的另一方與第四電晶體的源極端子和汲極電極端子中的另一方連接到輸出端子。
另外，對第一電晶體的閘極端子提供控制第一電晶體的導通狀態及截止狀態的電位Vext_b2 ，並對第三電晶體的閘極端子提供控制第三電晶體的導通狀態及截止狀態的電位Vext_b1 。此外，從輸出端子輸出電位Vout 。
接著，使用上述測量系統測量截止電流。
首先，在初期化期間在第一電晶體的源極端子與汲極電極端子之間以及第三電晶體的源極端子與汲極電極端子之間施加電位差。在初期化期間結束之後，由於第一與第三電晶體的截止電流，隨著時間的推移第二電晶體的閘極端子的電位發生變化。所以，隨著時間的推移輸出端子的輸出電位Vout 的電位也發生變化。藉由利用這樣獲得的輸出電位Vout 可以算出截止電流。
第一電晶體、第二電晶體、第三電晶體及第四電晶體分別是通道長度L=10μm、通道寬度W=50μm的使用高純度化氧化物半導體的電晶體。另外，在彼此並聯的三個測量系統中，第一測量系統的電容元件的電容值為100fF,第二測量系統的電容元件的電容值為1pF，第三測量系統的電容元件的電容值為3pF。
另外，為了在第一電晶體的源極端子與汲極電極端子之間以及第三電晶體的源極端子與汲極電極端子之間施加電位差，將V1與V2適當地設定為5V或0V的電壓。另外，每隔10sec至300sec在100msec的期間中進行電位Vout 的測定。另外，進行該測定直到初期化結束後經過30000sec 。
圖10示出根據上述電流測量算出的截止電流。另外，圖10示出源極電極-汲極電極電壓V與截止電流I之間的關係。由圖10可知：當源極電極-汲極電極電壓為4V時，截止電流大約為40 zA/μm。此外，當源極電極-汲極電極電壓為3.1V時，截止電流為10 zA/μm以下。另外，1zA表示10-21 A。
以上，根據本實施例模式，可以確認在使用高純度化的氧化物半導體的電晶體中截止電流充分變小。
實施例模式6
本說明書所公開的液晶顯示裝置可以適用於各種電子設備(包括遊戲機)。作為電子設備，例如可以舉出電視裝置(也稱為電視或電視接收機)、用於電腦等的顯示器、數位相機、數位攝像機等影像拍攝裝置、數位相框、行動電話機(也稱為行動電話、行動電話裝置)、可攜式遊戲機、移動資訊終端、聲音再現裝置、彈珠機等大型遊戲機等。下面對備有上述實施例模式中說明的液晶顯示裝置的電子設備的例子進行說明。
圖11A示出電子書閱讀器(也稱為E-book)，該電子書閱讀器可以包括框體9630、顯示部9631、操作鍵9632、太陽能電池9633、充放電控制電路9634。圖11A所示的電子書閱讀器可以具有如下功能：顯示各種資訊(靜態圖像、動態圖像、文字圖像等)；在顯示部上顯示日曆、日期或時刻等；對顯示部上顯示的資訊進行操作或編輯；利用各種軟體(程式)控制處理等。另外，作為充放電控制電路9634的一個例子，在圖11A中示出包括電池9635及DCDC轉換器(以下簡稱為轉換器)9636的結構。藉由將實施例模式1至5中任一實施例模式所示的液晶顯示裝置用於顯示部9631，可以製造耗電量更低的電子書閱讀器。
藉由採用圖11A所示的結構，當使用半透過型或反射型液晶顯示裝置作為顯示部9631時，可以預想是在較亮的條件下進行使用，此時可以效率良好地利用太陽能電池9633進行發電並對電池9635進行充電，所以是較佳的。另外，由於可以將太陽能電池9633適當地設置在框體9630的空餘處(表面或背面)，由此能夠有效地對電池9635進行充電，所以是較佳的。此外，當作為電池9635使用鋰離子電池時，具有能夠實現小型化等的優點。
另外，使用圖11B示出的方塊圖來對圖11A所示的充放電控制電路9634的結構及工作進行說明。圖11B示出太陽能電池9633、電池9635、轉換器9636、轉換器9637、開關SW1至SW3以及顯示部9631，其中電池9635、轉換器9636、轉換器9637及開關SW1至SW3相當於充放電控制電路9634。
首先，對利用外光由太陽能電池9633進行發電時的工作的例子進行說明。利用太陽能電池發的電藉由轉換器9636被升壓或降壓，以將其轉換為用於對電池9635進行充電的電壓。另外，當利用太陽能電池9633的電力使顯示部9631工作時，使開關SW1處於導通狀態並利用轉換器9637進行升壓或降壓以將電力轉換為顯示部9631所需要的電壓。另外，當不利用顯示部9631進行顯示時，使SW1處於截止狀態並使SW2處於導通狀態來對電池9635進行充電即可。
接著，對太陽能電池9633不進行利用外光的發電時的工作的例子進行說明。藉由使開關SW3處於導通狀態，被蓄電到電池9635的電力藉由轉換器9637被升壓或降壓。並且，利用電池9635的電力進行顯示部9631的工作。
另外，作為電池9635的充電方法，雖然作為一個例子示出利用太陽能電池9633進行充電的例子，但是也可以採用其他的方法。另外，還可以組合其他的充電方法進行充電。
圖12示出筆記本型個人電腦，其包括主體3001、框體3002、顯示部3003及鍵盤3004等。藉由將實施例模式1至5中任一實施例模式所示的液晶顯示裝置用於顯示部3003，可以提供低耗電量的筆記本型個人電腦。
本實施例模式可以與其他實施例模式所記載的結構適當地組合而電施。
100．．．液晶顯示裝置
113．．．顯示控制電路
116．．．電源
120．．．顯示面板
121．．．驅動電路部
121A．．．閘極線側驅動電路
121B．．．源極線側驅動電路
122．．．像素部
123．．．像素
124．．．閘極線
125．．．源極線
126．．．端子部
128．．．公共電極
210．．．電容元件
213．．．像素
214．．．電晶體
215．．．液晶元件
225．．．電洞注入層
400．．．基板
401．．．閘極電極層
402．．．閘極絕緣層
403．．．氧化物半導體層
405a．．．源極電極層
405b．．．汲極電極層
407．．．絕緣膜
409．．．保護絕緣層
410．．．電晶體
411．．．像素電極
412．．．接觸孔
413．．．取向膜
414．．．液晶層
415．．．對置電極
416．．．對置基板
417．．．電容佈線層
418．．．電容電極層
419．．．儲存電容器
420．．．電晶體
427．．．絕緣層
430．．．電晶體
436a．．．佈線層
436b．．．佈線層
437．．．絕緣層
440．．．電晶體
505．．．基板
506．．．保護絕緣層
507．．．閘極絕緣層
510．．．電晶體
511．．．閘極電極層
515a．．．源極電極層
515b．．．汲極電極層
516．．．絕緣層
530．．．氧化物半導體膜
531．．．氧化物半導體層
700．．．框體
701．．．顯示模組
702．．．揚聲器
703．．．操作鍵
704．．．外部連接端子
705．．．照度感測器
710．．．電視接收機
711．．．調諧器
712．．．數位解調變電路
713．．．視頻信號處理電路
714．．．音頻信號處理電路
715．．．顯示調節電路
716．．．顯示控制電路
717．．．顯示面板
718．．．閘極線側驅動電路
719．．．源極線側驅動電路
720．．．揚聲器
721．．．天線
722．．．外部輸入部
723．．．虛線部
800．．．框體
801．．．顯示模組
802．．．揚聲器
803．．．外部連接端子
804．．．視窗型顯示部
810．．．PC顯示器
813．．．視頻信號處理電路
814．．．音頻信號處理電路
816．．．顯示控制電路
817．．．顯示面板
818．．．閘極線側驅動電路
819．．．源極線側驅動電路
820．．．揚聲器
821．．．外部計算電路
822．．．外部操作單元
823．．．虛線部
1001．．．陽極
1002．．．陰極
1003．．．EL層
1004．．．中間層
1011．．．電洞注入層
1012．．．電洞傳輸層
1013．．．發光層
1014．．．電子傳輸層
1015．．．電子注入層
1020．．．基板
1025．．．EL元件
3001．．．主體
3002．．．框體
3003．．．顯示部
3004．．．操作鍵
5201．．．背光部
5202．．．擴散板
5203．．．導光板
5204．．．反射板
5205．．．燈反射器
5206．．．光源
5207．．．顯示面板
5222．．．燈反射器
5223．．．發光二極體(LED)
5290．．．背光部
5291．．．擴散板
5292．．．遮光部
5293．．．燈反射器
5294．．．光源
5295．．．液晶面板
9630．．．框體
9631．．．顯示部
9632．．．操作鍵
9633．．．太陽能電池
9634．．．充放電控制電路
9635．．．電池
9636．．．轉換器
9637．．．轉換器
在附圖中：
圖1是說明根據實施例模式1的液晶顯示裝置的各結構的方塊圖；
圖2A和圖2B是說明根據實施例模式2的電視接收機的結構的圖；
圖3A和圖3B是說明根據實施例模式3的顯示器的結構的圖；
圖4A至圖4C是說明液晶顯示裝置的背光燈的結構例子的圖；
圖5A至圖5C是說明液晶顯示裝置的背光燈的結構例子的圖；
圖6A至圖6D是說明可以應用於液晶顯示裝置的電晶體的一個例子的圖；
圖7A至圖7E是說明包括氧化物半導體層的電晶體和其製造方法的一個例子的圖；
圖8是示出利用氧化物半導體製造的電晶體的Vg -Id 特性的一個例子的圖表；
圖9是用來對利用氧化物半導體製造的電晶體的Vg -Id 特性中的截止狀態的特性進行說明的圖表；
圖10是示出源極電極-汲極電極電壓V和截止電流1的關係的圖表；
圖11A和圖11B是說明根據本發明的電子書閱讀器的一個例子的圖；
圖12是對根據本發明的電腦的一個例子進行說明的圖；
圖13是示出液晶顯示裝置的像素的一個例子的平面圖；以及
圖14是示出液晶顯示裝置的像素的一個例子的截面圖。
400．．．基板
401．．．閘極電極層
402．．．閘極絕緣層
403．．．氧化物半導體層
405a．．．源極電極層
405b．．．汲極電極層
407．．．絕緣膜
409．．．保護絕緣層
410．．．電晶體

Claims (11)

  1. 一種包含像素的液晶顯示裝置，該像素包含：電晶體；以及電連接到該電晶體的液晶元件，其中該電晶體包含：閘極電極；該閘極電極上的第一絕緣層；該第一絕緣層上的氧化物半導體層；該氧化物半導體層上的源極端子及汲極端子；以及該源極端子及該汲極端子上的第二絕緣層，以及其中該氧化物半導體層包含具有與該氧化物半導體層的表面的垂直方向對準之C軸取向的結晶區。
  2. 根據申請專利範圍第1項之液晶顯示裝置，其中在85℃時的該電晶體的截止電流低於100zA/μm。
  3. 根據申請專利範圍第1項之液晶顯示裝置，其中在該源極端子與該汲極端子之間的區域中，該第二絕緣層接觸於該氧化物半導體層。
  4. 根據申請專利範圍第1項之液晶顯示裝置，還包含照明單元，其中該照明單元包含光源，以及其中該光源選自發光二極體及有機電致發光元件。
  5. 根據申請專利範圍第1項之液晶顯示裝置，其中該氧化物半導體層包含銦、鋅及選自Ga、Fe、 Ni、Mo及Co的金屬。
  6. 根據申請專利範圍第1項之液晶顯示裝置，其中該源極端子及該汲極端子包含金屬氮化物。
  7. 根據申請專利範圍第1項之液晶顯示裝置，其中該源極端子及該汲極端子包含氮化鎢、氮化鈦或氮化鉬。
  8. 根據申請專利範圍第1項之液晶顯示裝置，其中當該電晶體處於導通狀態時，該電晶體的最大場效應遷移率為大於或等於5cm2 /Vsec。
  9. 根據申請專利範圍第1項之液晶顯示裝置，其中當該電晶體處於導通狀態時，該電晶體的最大場效應遷移率為10cm2 /Vsec至150cm2 /Vsec。
  10. 根據申請專利範圍第1項之液晶顯示裝置，其中該氧化物半導體層是本徵半導體或實質上是本徵半導體，以及其中在該氧化物半導體層中形成有通道形成區。
  11. 根據申請專利範圍第1項之液晶顯示裝置，其中在室溫下的該電晶體的截止電流低於10zA/μm。
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