專利名稱：自發(fā)光設備及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種帶有在絕緣部件上形成的EL元件的自發(fā)光設備，該EL元件的結構為陽極和陰極之間夾著能夠獲得EL(電發(fā)光)的有機發(fā)光材料(以下稱為有機EL材料)，本發(fā)明還涉及一種具有自發(fā)光設備作為顯示單元(顯示器或顯示監(jiān)視器)的電器的制造方法。應當指出，上述自發(fā)光設備也指OLED(有機發(fā)光二極管)。
背景技術：
近年來，一直在進行關于使用自發(fā)光元件作為EL元件的顯示設備(自發(fā)光設備)的研究，其中自發(fā)光元件利用了有機發(fā)光材料的EL現象。該自發(fā)光設備是自發(fā)射型設備，因此與液晶顯示設備不同，不需要背面光。另外，該自發(fā)光設備視角度寬，因此被看作是未來的電器顯示單元。
EL元件由含有有機化合物的層(以下稱為EL層)、陽極層和陰極層組成，其中從有機化合物可以獲得電發(fā)光(通過施加電場而發(fā)光)。在有機化合物中的發(fā)光有兩種類型，一種是從單線激發(fā)態(tài)返回至基態(tài)的發(fā)光(熒光)，另一種是從三線激發(fā)態(tài)返回至基態(tài)的發(fā)光(磷光)。本發(fā)明可以用于任何一種發(fā)光。
有兩種自發(fā)光設備無源型(簡單矩陣型)和有源型(有源矩陣型)，這兩種類型都發(fā)展得很活躍。實際上，目前有源矩陣型吸引了更多的注意力。對于被稱為EL元件芯的EL層中的EL材料，正在研究小分子的有機EL材料和高分子的有機EL材料(基于聚合物)。聚合物型有機EL材料特別受到歡迎，因為它們易于加工，并且與低分子的有機EL材料相比具有較高的耐熱性。
涂布受電場控制的方法以及Seiko-Epson公司提出的噴墨方法可以引為聚合物型有機EL材料的膜沉積方法。

發(fā)明內容
根據本發(fā)明，采用同樣的方法來形成EL層和由有機材料(有機樹脂)制成的膜(以下該膜稱為覆蓋層)，該膜是在EL元件上形成的，覆蓋了該EL元件。應當指出，覆蓋層是由有機材料制成的層，在由陽極、EL層和陰極構成的EL元件的陰極上形成。提供該覆蓋層有效用于TFT或EL元件的應力松弛。另外可以防止?jié)駳夂脱鯕鉂B透進入EL層，由此防止了EL層的變劣。通過在覆蓋層之上再形成一個由無機材料制成的層(以下稱為阻擋層)，可以防止?jié)駳夂脱鯕鉂B透進入覆蓋層或EL層。
本發(fā)明的一個目的在于提供一種在同一個多室內順次形成EL層、陰極、阻擋層和覆蓋層的方法。
本發(fā)明的另一個目的在于在良好的控制下在理想的位置形成覆蓋層。另外，本發(fā)明的再一個目的在于提供一種采用這種部件的自發(fā)光設備，以及其制造方法，并提供以這種自發(fā)光設備作為顯示單元的電器。
用于實現上述目的的多室是一種膜沉積設備，它具有涂布室，用于通過噴墨法或施加電場法來形成EL層和由有機材料制成的覆蓋層，一個蒸發(fā)室，用于通過蒸發(fā)形成陰極，一個濺射室，用于形成由氮化硅或氧化鉭制成的阻擋層。
應當指出，在本發(fā)明中，在通過涂布一種溶液，形成EL層的情況下，在溶劑中溶解了EL材料，然后在材料室中提供該溶液。在整個說明書中，該溶液被稱為涂布液。當涂布液被霧化并帶有電荷后，通過電極施加的電場控制該涂布液，由此在基片之上在涂布位置形成EL層。
另外，對于覆蓋層，在材料室中提供用于形成有機樹脂膜的有機樹脂液體。該覆蓋層通過與形成EL層類似的涂布方法而形成。
本發(fā)明中可以在EL元件的陰極上形成覆蓋層之后形成阻擋層，或者其結構可以是在EL元件的陰極上形成阻擋層之后形成覆蓋層。


本發(fā)明的以上和其它目的及特點在以下參考附圖的說明中會更加清楚。
圖1A-1C是表述本發(fā)明的薄膜形成方法；圖2是表示象素部分的截面圖；圖3A和3B分別表示象素部分結構的頂視圖以及其構造；圖4A-4E表示自發(fā)光設備的制造方法；
圖5A-5D表示自發(fā)光設備的制造方法；圖6A-6C表示自發(fā)光設備的制造方法；圖7A和7B表示象素部分的TFT結構的截面圖；圖8A和8B表示象素部分的TFT結構的截面圖；圖9A和9B表示自發(fā)光設備的外觀；圖10表示自發(fā)光設備的電路框圖；圖11表示有源矩陣型自發(fā)光設備結構的截面圖；圖12表示薄膜形成方法圖；圖13表示無源矩陣型自發(fā)光設備結構的截面圖；圖14表示無源矩陣型自發(fā)光設備結構的截面圖；圖15A-15F表示電器的具體實施例；圖16A和16B表示電器的具體實施例。
以下參考圖1A-1C解釋本發(fā)明的實施方案。如圖1所示，在同一個多室內順次形成EL層、陰極、阻擋層和覆蓋層。
應當指出，阻擋層表示用于防止?jié)駳夂脱鯕鉂B透進入EL層的一種鈍化膜，它由無機材料制成。
首先，在涂布室中通過電場涂布法或噴墨法來形成EL層。然后在蒸發(fā)室中通過蒸發(fā)形成陰極，在陰極上再形成阻擋層。采用濺射或等離子CVD，由無機膜形成阻擋層，該無機膜由無機材料例如氮化硅、氧化鉭、氮化鋁或由碳形成的類似金剛石的碳(DLC)制成。最后，在阻擋層上，在涂布室中采用類似于形成EL層的方法形成覆蓋層，由此完成了自發(fā)光材料的封閉結構。
如上所述，因為使用相同的方法形成EL層和覆蓋層，因此可以只在理想的位置選擇性地形成這些層，并可以在同一室中進行加工。
圖1B表示本發(fā)明中形成的層壓膜的局部結構。圖1B中，標記101表示玻璃基片，標記102表示電流控制TFT。另外，標記103表示與電流控制TFT電連接的象素電極，該象素電極由透明導電膜制成。采用上述方法在象素電極103上形成EL層104，然后通過蒸發(fā)在EL層104上形成陰極105。
另外，在陰極105上形成阻擋層106，該阻擋層由無機膜例如氮化硅、氧化鉭或由碳形成的DLC膜制成。在形成阻擋層106之后，采用與形成EL層類似的方法在其上形成由有機樹脂膜制成的覆蓋層107。
圖1C表示電場施加方法，其中涂布液受電場控制，用于在EL層和覆蓋層107的形成過程中進行涂布。
圖1C中標記110表示基片，其上形成直至圖1B所示層壓結構的阻擋層。標記111表示材料室，提供用于形成覆蓋層的有機樹脂液體。材料室111中，設有超聲振蕩器112，在材料室111的尖部的噴嘴113上設有電極114，在此將有機樹脂液體放電。
在本發(fā)明中，有機樹脂液體在材料室111中通過超聲振蕩器112的超聲振蕩作用而被霧化。已經在此被霧化的有機樹脂液體由設置在材料室111的噴嘴113上的電極114充電并轉化為帶電顆粒，因此在有源矩陣基片110上所希望的位置上形成EL層和覆蓋層。
前電極115從噴嘴113提取已經變?yōu)閹щ婎w粒的有機樹脂液體，加速電極116將帶電顆粒在飛行方向加速。另外，控制電極117控制涂布位置以將該液體涂布在基片110上所希望的位置。
因此，自發(fā)光設備的封閉結構就完成了，其中如圖1B所示的層壓結構可以在同一室中形成。
圖1B表示由有機材料制成的覆蓋層是在由無機材料制成的覆蓋EL元件的阻擋層形成之后形成的情況。但是，在本發(fā)明中，由無機材料制成的阻擋層可以在由有機材料制成的覆蓋EL元件的覆蓋層形成之后形成。
具體實施例方式圖2表示本發(fā)明EL顯示器的象素部分的截面圖。圖3A是其頂視圖，圖3B是其電路結構圖。實際上，象素設置成矩陣形式，以形成象素部分(影像顯示部分)。圖3A沿A-A’線的截面圖相應于圖2。因此，由于在圖2、圖3A和圖3B中使用相同的標記，因此標記可以指每一幅圖。盡管圖3的頂視圖顯示兩個象素，但是它們具有相同的結構。
圖2中，標記11代表基片；12代表絕緣膜(以下稱為下部膜)，它成為下層。作為基片11，可以使用由玻璃、玻璃陶瓷、石英、硅、陶瓷金屬或塑料制成的基片。
盡管下部膜12在使用包括可移動離子的基片或導電基片的情況下特別有效，但是不必在石英基片上設置該下部膜。作為下部膜12，可使用包含硅的絕緣膜。在本發(fā)明中“含有硅的絕緣膜”表示含有預定比例的硅、氧或氮，例如氧化硅膜、氮化硅膜或氮硅氧化物膜(由SiOxNy表示)。
通過使得下部膜12具有熱輻射效果而將TFT散熱，也能有效地防止TFT的惡化或EL元件的惡化?？梢圆捎萌魏我阎牟牧蟻硖峁彷椛湫Ч?br> 此處在一個象素中形成兩個TFT。標記201代表切換TFT，由n-通道TFT形成；標記202代表電流控制TFT，由p-通道TFT形成。
但是，在本發(fā)明中，不必將切換TFT限制為n-通道TFT，將電流控制TFT限制為p-通道TFT，而可以進行改變，使得切換TFT由p-通道TFT形成，電流控制TFT由n-通道TFT形成，或者都由n-通道TFT或p-通道TFT形成。
切換TFT201包括源區(qū)13，漏電區(qū)14，LDD區(qū)15a-15d，包括高濃度雜質區(qū)16的有源層和通道形成區(qū)17a和17b，門絕緣膜18，門電極19a和19b，第一中間層絕緣膜20，源線路21和漏電線路22。
另外，如圖3A和3B所示，門電極19a和19b具有雙門結構，其中它們與另一種材料(電阻低于門電極19a和19b的材料)形成的門線路211電連接。當然，不止是雙門結構，也可以是單門或所謂的多門結構(包括具有至少兩個串聯連接的通道形成區(qū)的有源層的結構)，例如可以采用三門結構。多門結構對于降低斷開電流值非常有效，在本發(fā)明中，象素的切換元件201由多門結構制成，使得該切換元件具有低斷開電流值。
由含有晶體結構的半導體膜形成有源層。即可以使用單晶半導體膜、多晶半導體膜和微晶半導體膜。門絕緣膜18可以由含有硅的絕緣膜形成。可以使用導電膜作為門電極、源線路或漏電線路。
另外，在切換TFT201中，LDD區(qū)15a-15d被設置成沒有通過門絕緣膜18覆蓋門電極19a和19b。這種結構在降低斷開電流值時非常有效。
應當指出，還優(yōu)選在通道形成區(qū)和LDD區(qū)之間設置偏移區(qū)(由和通道形成區(qū)相同組成的半導體層形成的區(qū)，沒有施加門電壓)，以降低斷開電流值。在具有至少兩個門電極的多門結構的情況下，在通道形成區(qū)之間設置高濃度雜質區(qū)能有效地降低斷開電流值。
電流控制TFT202包括有源層，該有源層包括源區(qū)31、漏電區(qū)32和通道形成區(qū)34、門絕緣膜18、門電極35、第一中間絕緣膜20、源線路36和漏電線路37。盡管門電極35具有單個門結構，但是可以采用多門結構。
如圖3所示，切換TFT的漏電被連接在電流控制TFT202的門上。特別是，電流控制TFT202的門電極35與切換TFT201的漏電區(qū)14通過漏電線路22(也稱為連接線路)電連接。源線路36連接在電源供應線路212上。
電流控制TFT202是用于控制進入EL元件203的電流量的元件，它優(yōu)選不會導致大量電流流動而引起EL元件惡化。因此，優(yōu)選將通道長度(L)設計成足夠長，從而多余的電流不會通過電流控制TFT202流動。理想的設計使得電流為0.5-2μA每象素(優(yōu)選為1-1.5μA)。
在切換TFT201中形成的LDD區(qū)的長度(寬度)為0.5-3.5μm，一般為2.0-2.5μm。
如圖3A所示，含有電流控制TFT202的門電極35的線路在標記50所表示的區(qū)域通過絕緣膜被電源供應線路212覆蓋。存儲電容器(電容器)在標記50所表示的區(qū)域形成?？梢允褂冒雽w膜51、在門絕緣膜同一層的絕緣膜(未顯示)和作為存儲電容器的電源供應線路212形成。存儲電容器50用作保持施加于電流控制TFT202的門電極35的電壓的電容器。
為了提高能夠流動的電流的量，提高電流控制TFT202的有源層(尤其是通道形成區(qū))的厚度(優(yōu)選為50-100nm，更優(yōu)選為60-80nm)是有效的。相反，在切換TFT201的情況下，為了降低斷開電流值，降低有源層(尤其是通道形成區(qū))的厚度(優(yōu)選為20-50nm，更優(yōu)選為25-40nm)是有效的。
標記38表示第一鈍化膜，該膜的厚度為10nm-10μm(優(yōu)選為200-500nm)是適宜的。作為它的材料，可以使用含有硅的絕緣膜(氮硅氧化物膜或氮化硅膜是尤其優(yōu)選的)。
在第一鈍化膜38上形成第二中間絕緣膜39(稱之為平整膜)以覆蓋各自的TFT，從而由TFT形成的臺階變平整。作為第二中間絕緣膜39，有機樹脂膜是優(yōu)選的，優(yōu)選使用聚酰亞胺、聚酰胺、丙烯酸樹脂、BCB(苯并環(huán)丁烯)等。當然，如果足夠平整，也可以使用無機膜。
將由TFT產生的臺階通過第二中間絕緣膜39變平整是非常重要的。因為以后形成的EL層很薄，因此因為有臺階存在會產生不好的發(fā)光。所以，希望在形成電極之前進行平整，從而可以在盡可能最平整的表面上形成EL層。
標記40表示由透明導電膜形成的象素電極(對應于EL元件的陽極)，在第二中間絕緣膜39和第一鈍化膜38中的接觸孔(開口)形成之后，形成象素電極，與在所形成的開口部分與電流控制TFT202的漏電線路37相連接。
在該實施方案中，由銦氧化物和錫氧化物的化合物形成導電膜用作象素電極。另外，可以在其中加入少量的鎵。也可以使用銦氧化物和鋅氧化物的化合物或鋅氧化物和鎵氧化物的化合物。在接觸孔上形成象素電極之后產生的凹陷在本說明書中被稱之為電極孔。
在形成象素電極之后，形成由樹脂材料制成的堤41。堤41是通過使厚度為1-2μm的丙烯酸樹脂膜或聚酰亞胺膜形成圖案而制成的。堤41分別形成類似象素陣列之間的條紋。在該實施方案中，盡管它們沿著源線路21形成，但是可以沿著門線路35形成。
然后采用如圖1C所示的電場施加方法形成EL層42。盡管此處只顯示形成一個象素，但是可以形成對應于R(紅)、G(綠)和B(藍)各個顏色的EL層。
作為用作EL層的有機EL材料，使用聚合材料。典型的聚合材料，是聚對亞乙烯基苯(PPV)、聚乙烯咔唑(PVK)，聚芴等。
盡管有各種類型的PPV有機EL材料，例如以下所公開的分子結構(H.Shenk，H.Becker，O.Gelsen，E.Kluge，W.Kreuder和H.Spreitzer的“用于發(fā)光二極管的聚合物”，Euro顯示器會刊1999年33-37頁)。[化學結構式2] 另外，如在日本專利申請公開平10-92576中公開的分子式的聚苯乙烯也可以使用，該分子式如下 [化學結構式4] 另外，作為PVK有機EL材料，分子式如下[化學結構式5] 聚合有機EL材料當其為聚合物狀態(tài)時可以溶解在溶劑中，并能夠被涂布，或者當其為單體狀態(tài)時溶解在溶劑中在涂布之后能夠被聚合。在其作為單體狀態(tài)涂布時，首先形成聚合物前體，然后通過在真空中加熱而聚合，從而形成聚合物。
作為特殊的EL層，使用氰基聚苯乙烯乙烯作為EL層發(fā)出紅光，使用聚苯乙烯乙烯作為EL層發(fā)出綠光，使用聚苯乙烯乙烯或聚烷基苯乙烯作為EL層發(fā)出藍光。適宜的厚度是30-150nm(優(yōu)選為40-100nm)。
但是，上述實施例只是可以用作本發(fā)明的EL層的有機EL材料的實例，材料不必限于此。在該實施方案中，有機EL材料和溶劑的混合物被利用所示的電場施加系統(tǒng)涂布，揮發(fā)以除去溶劑，從而形成有機EL層。因此，只要其結合使得溶劑揮發(fā)的溫度不超過EL層的玻璃態(tài)轉化溫度，可以使用任何EL材料，此處未顯示的低分子材料，或帶有低分子材料的高分子材料。
甲苯、二甲苯、氯苯、二氯苯、苯甲醚、氯仿、二氯甲烷、γ-丁內酯、丁基乙二醇乙醚、環(huán)己烷、NMP(N-甲基-2-吡咯烷酮)、環(huán)己酮、二惡烷或THF(四氫呋喃)是典型的溶劑。應當指出，溶解上述EL材料的溶液在本發(fā)明中被稱為涂布液。另外，涂布液的粘度優(yōu)選為1×10-3-3×10-2Pa·s。
首先，如圖1C所示，在材料室111制備的涂布液被通過超聲振蕩器112霧化。當該霧化的涂布液因為設置在噴嘴113上的電極114的電場影響而變?yōu)閹щ婎w粒后，從噴嘴113中通過前電極115提取該涂布液。在所提取的涂布液被加速電極116加速后，涂布液受到控制電極117的控制，并涂布在所希望的位置上。因此形成EL層。應當指出，涂布液是受連接在噴嘴113上的電極114的電場的影響，在從材料室111噴出的瞬間而被充電的，因此形成帶電顆粒。
在本發(fā)明中，首先，用于設置在材料室111的紅色EL層的涂布液被電場霧化和被控制，然后被涂布形成一排象素以發(fā)出紅光。然后，在鄰近的象素排方向移動基片三排時，每隔兩排形成一排發(fā)紅光的象素排。然后在材料室111制備的用于綠色EL層的涂布液被以相同的方式涂布，由此每隔兩排形成發(fā)綠光的象素排。然后在材料室111制備的用于藍色EL層的涂布液被以相同的方式涂布，由此形成發(fā)藍光的象素排。
通過以上操作，可以在基片上形成多個條紋形式排列的三排紅綠藍象素。
應當注意每次用于EL層的涂布液的種類改變時，提供用于EL層的涂布液的材料室111可以同時改變，或者可以使用只改變涂布液而不改變材料室111。另外與材料室111連接的噴嘴113不限于一個噴嘴，可以連接兩個或多個噴嘴。
另外，盡管此處沒有使用掩模，但是可以在材料室111和基片之間設置掩模，以通過掩?？刂仆坎家涸诨系奈恢谩斨赋?，材料室111和掩?？梢苑珠_設置，或者它們可以集成在設備中。
在形成EL層42的過程中，用于加工的氣氛是幾乎不含濕氣和氧氣的氣氛，因為EL層容易因為濕氣或氧氣而惡化。即，希望在惰性氣體例如氮氣或氬氣中形成EL層。另外，在制備涂布液中采用的溶劑氣體可以作為加工氣體采用，因為可以控制涂布液的蒸發(fā)速度。
因此，在形成EL層42之后，形成由光屏蔽導電膜制成陰極43以及保護電極44。在實施方案1中，由MgAg制成的導電膜用作陰極43，鋁制成的導電膜用作保護電極44。
應當指出，上述EL層受熱變劣，因此希望在盡可能最低的溫度(優(yōu)選在室溫-120℃的溫度范圍內)形成陰極43。因此，等離子CVD和濺射被認為是理想的膜沉積方法。另外，在本發(fā)明中已經完成這些步驟的基片被稱為有源矩陣基片。
在本發(fā)明中，在由無機膜例如氮化硅、氧化鉭或碳制成的阻擋層45形成之后，采用圖1C所示的電場涂布法形成由有機樹脂制成的覆蓋層46。用于形成覆蓋層46的有機樹脂液體的優(yōu)選粘度被設定為1×10-3-3×10-2Pa·s。另外，覆蓋層的膜厚優(yōu)選為0.1μm-20μm。但是可以通過重復上述涂布該干燥過程使得膜厚大于上述范圍。
當形成覆蓋層46形成后，自發(fā)光設備的密封就完成了。但是可以在覆蓋層46上設置密封的基片例如玻璃基片、石英基片或塑料基片，以完成自發(fā)光設備的密封結構。應當注意，覆蓋層可以被制作得具有用來粘結有源矩陣基片和密封基片的粘合劑的功能。
作為防止會導致EL層惡化的濕氣和氧氣的對策，可以在有機樹脂膜制成的覆蓋層中添加干燥劑或抗氧劑例如氧化鋇。
在本發(fā)明的實施方案2中，參考圖4A-6C，主要解釋象素部分和設置在象素部分周圍的驅動回路的TFT的同時制作方法。但是，為了簡化起見，在圖中顯示用于驅動回路的基本回路CMOS回路。
首先如圖4A所示，在玻璃基片300上形成厚度為300nm的基底膜301。由100nm厚的氮硅氧化物膜和200nm厚的氮硅氧化物膜的層壓膜被用作實施方案2的基底膜301。適宜地將與玻璃基片300接觸的氮硅氧化物膜的氮濃度設定為10-25wt％之間。當然，可以在石英基片上直接形成元件而不用設置基底膜。
然后，在基底膜301上通過采用已知的膜沉積方法形成厚度為50nm的非晶硅膜(圖中未顯示)。本發(fā)明不限于使用非晶硅膜，可以使用含有非晶結構的半導體膜(包括微晶半導體膜)。另外，可以使用含有非晶結構的化合物半導體膜例如非晶硅鍺膜，其膜厚為20-100nm。
然后非晶硅膜通過已知的方法被結晶，以形成晶體硅膜302(也稱為多晶硅膜或聚硅膜)。使用電爐的熱結晶、使用激光的激光退火結晶、使用紅外光的燈退火結晶是已知的結晶方法。在實施方案2中使用利用XeCl氣體的準分子激光器進行結晶。
注意，在實施方案2中使用加工為線形的脈沖發(fā)射型準分子激光器的光，但是可以使用矩形的，也可以使用連續(xù)發(fā)射型氬離子激光和連續(xù)發(fā)射型激光。
在實施方案2中，盡管使用結晶硅膜作為TFT的有源層，但是可以使用非晶硅膜。另外，可以使用非晶硅以形成需要降低斷開電流值的切換TFT的有源層，同時使用結晶硅膜形成電流控制TFT的有源層。在非晶硅膜中載流子移動性低，因此難以使電流在其中流動，結果，難以使斷開電流流動。即可以有利地利用難以使電流在其中流動的非晶硅膜和電流容易在其中流動的結晶硅膜二者的優(yōu)點。
如圖4B所示，在結晶硅膜302上形成厚度為130nm的由氧化硅制成的保護膜303。其厚度可以為100-200nm(優(yōu)選為130-170nm)。另外，其它膜也可以使用，只要它們是含硅的絕緣膜。設置保護膜303使得結晶硅膜不會在雜質摻雜過程中直接曝露于等離子體中，并可以具有靈敏的雜質濃度控制。
然后在保護膜303上形成阻擋掩模304a和304b，在保護膜303中摻雜會賦予n-型導電性的雜質元素(稱為n-型雜質元素)。注意，屬于第15族的元素被通常用作n-型雜質元素。一般的，可以使用磷或砷。也要注意，在實施方案2中，使用磷化氫(PH3)被等離子活化而沒有質量分離的等離子(離子)摻雜方法，磷在1×1018原子/cm3的濃度被摻雜。當然，其中進行了質量分離的離子注入法也可以使用。
在如此形成的n-型雜質區(qū)305中，其中含有的n-型雜質元素的摻雜量被規(guī)定，使得其濃度為2×1016原子/cm3-5×1019原子/cm3(優(yōu)選為5×1017原子/cm3-5×1018原子/cm3)。
如圖4C所示，保護膜303和阻擋304a和304b被除去，以活化其中摻雜的15族的元素。可以使用已知的活化技術進行活化，實施方案2中，通過準分子激光輻射進行活化。不限于使用準分子激光，當然可以同時使用脈沖發(fā)射型準分子激光和連續(xù)發(fā)射型準分子激光。此處的目的是活化摻雜的雜質元素，因此在結晶硅膜不會熔融的任何能量級進行輻射。可以適當的用保護膜303進行激光輻射。
在雜質元素通過激光活化過程中，可以通過熱加工進行活化。當通過熱加工進行活化時，考慮到基片的耐熱性，適宜在450-550℃進行熱加工。
由于該過程，n-型雜質區(qū)305的邊緣部分，即在n-型雜質區(qū)305周邊存在的未被雜質元素摻雜的邊界部分(連接部分)和區(qū)域會變得截然不同。這意味著，當以后完成TFT時，可以在LDD區(qū)和通道形成區(qū)之間形成非常好的連接。
如圖4D所示，然后除去結晶硅膜不必要的部分，以形成島狀半導體膜306-309(以下稱為有源層)。
如圖4E所示，形成門絕緣膜310以覆蓋有源層306-309。厚度為10-200nm，優(yōu)選為50-150nm的含硅絕緣膜可以用作門絕緣膜310。該膜可以是單層結構或多層結構。在實施方案2中使用110nm厚的氮硅氧化物膜。
然后形成200-400nm厚的導電膜并形成圖案，由此形成門電極311-315。門電極311-315的邊緣部分可以是錐形。在實施方案2中，門電極和電連接在門電極上的導線(以下稱為門導線)是由不同材料形成的。特別是，電阻比門電極低的材料被用作形成門導線。其原因在于能夠被微加工的材料被用作門電極，雖然用于門導線的材料不能被微加工，但是用于導線的材料具有低電阻。當然，門電極和門導線可以用相同的材料形成。
另外，可以由單層導電膜形成門電極，如果需要，優(yōu)選使用兩層或三層的層壓膜。所有已知的導電膜可以被用作門電極。但是如上所述，優(yōu)選使用能夠被微加工的材料，特別是，可以形成線寬為2m或更小的圖案的材料。
一般的，可以使用選自以下元素制成的膜，該元素包括鉭(Ta)、鈦(Ti)、鉬(Mo)、鎢(W)、鉻(Cr)和硅(Si)，或者含有以上元素的氮化物膜(一般為氮化鉭膜、氮化鎢膜或氮化鈦膜)，或者具有以上元素結合的合金膜(一般為Mo-W合金，Mo-Ta合金)，或以上元素的硅化物膜(一般為硅化鎢膜或硅化鈦膜)。當然可以使用單層膜或層壓膜。
在實施方案2中使用的層壓膜由50nm厚的氮化鉭(TaN)膜和350nm厚的鉭膜(Ta)構成。這些膜可以通過濺射形成。另外，當惰性氣體例如Xe、Ne等被作為濺射氣體加入時，可以防止由于應力造成的膜剝離。
此時，形成門電極312以覆蓋n-型雜質區(qū)305的一部分，并將門絕緣膜310夾在其中。該覆蓋部分隨后覆蓋門電極的LDD區(qū)。在橫截面視圖中，門電極313和314可以看出是兩個電極，但是實際上它們是電連接的。
然后，如圖5A所示，以自對準的方式采用門電極311-315作為掩模將n-型雜質元素(在實施方案2中使用磷)摻雜。磷的摻雜被調整，使得它可以被摻雜在雜質區(qū)316-323中，由此形成的濃度為雜質區(qū)305和306的濃度的1/10-1/2(一般為1/4和1/3)。特別是，1×1016-5×1018原子/cm3(一般為3×1017-3×1018原子/cm3)的濃度是優(yōu)選的。
如圖5B所示，然后形成阻擋掩模324a-324d覆蓋門電極等，n-型雜質元素(在實施方案2中使用磷)被摻雜，以由此形成含有高濃度磷的雜質區(qū)325-329。此處也進行使用磷化氫(PH3)的離子摻雜，在這些區(qū)的磷的濃度被調整，使其在1×1020-1×1021原子/cm3(一般為2×1020-5×1021原子/cm3)之間。
通過該方法形成N通道TFT的源區(qū)或漏電區(qū)，在切換TFT中，通過圖5A所示的方法形成的n-雜質區(qū)319-321的一部分被保留。這些保留的區(qū)對應于圖5的切換TFT的LDD區(qū)15a-15d。
然后，如圖5C所示，除去阻擋掩模324a-324d，形成新的阻擋掩模332。P-型雜質元素(在實施方案2中使用硼)被摻雜，以形成含有高濃度硼的雜質區(qū)333和336。此處使用乙硼烷(B2H6)通過離子摻雜來摻雜硼，使得其濃度為3×1020-3×1021原子/cm3(一般為5×1020-1×1021原子/cm3)。
應當注意磷在雜質區(qū)333-336已經以1×1020-1×1021原子/cm3的濃度摻雜，但是硼的摻雜濃度至少比磷高三倍。因此，已經在前面形成的n-型雜質區(qū)就完全轉化為p型導電性，因此具有p-型雜質區(qū)的功能。
然后，除去阻擋掩模332之后，分別以各自的濃度摻雜的n-型和p-型雜質元素被活化。爐退火、激光退火或燈退火可以作為活化的方法。在實施方案1中，在氮氣氣氛中在550℃電爐內進行加熱處理4小時。
此時盡可能除去在此氣氛中含有的氧是重要的。這是因為如果有任何痕量的氧存在，電極的曝露表面就會被氧化，導致阻抗提高，同時，它變得更難以進行后面的歐姆接觸。因此，在上述活化過程的處理環(huán)境中優(yōu)選將氧的濃度設定為1ppm或更低，理想的為0.1ppm或更低。
在活化過程完成之后，如圖5D所示形成厚度為300nm的門線路337。有鋁(Al)或銅(Cu)作為主要組分(占組分的50-100％)的金屬膜可以用作門線路337的材料?？紤]到門線路337的布局，它被形成使得切換TFT的門線路211和門電極19a及19b(對應于圖4E的門電極313和314)被如圖3所示電連接。
通過形成這種結構，門線路的線路阻抗可以作的非常小，因此可以形成具有大表面積的象素顯示區(qū)(象素部分)。即實施方案1的象素結構是非常有效的，因為由于這種結構就可以獲得具有10英寸對角線或更大的屏幕尺寸(例如30英寸或更大對角線)的自發(fā)光設備。
如圖6A所示，形成第一中間絕緣膜338。如同第一中間絕緣膜336一樣，可以使用含有硅的單層絕緣膜，也可以使用含有硅的兩種或更多種的絕緣膜結合在一起的層壓膜。另外，適宜地設定該膜的厚度為400nm-1.5m。在實施方案2中使用的結構是在200nm厚的硅氧氮化物膜上層壓形成800nm厚的氧化硅膜。
在含有3％-100％的氫氣的空氣中，進行額外的加熱處理1-12小時，溫度為300℃-450℃，以進行氫化。該過程是為了終止半導體膜中由于熱激發(fā)的氫導致的懸空鍵。等離子氫化(使用等離子激發(fā)的氫)是另一種氫化方法。
注意，氫化步驟也可以插在形成第一中間絕緣膜338的步驟之間。即，例如上述的氫化處理可以在形成200nm厚的硅氧氮化物膜的步驟之后進行，然后形成剩下的800nm厚的氧化硅膜。
然后在第一中間絕緣膜338中和門絕緣膜310中形成接觸孔，以形成源線路339-342和漏電線路343-345。在實施方案2中應當注意，這種電極是由三層結構的層壓膜制成的，該三層結構是由100nm厚的鈦膜、含有鈦的厚度為300nm的鋁膜和厚度為150nm的鈦膜順次濺射而成的。當然，可以使用其它的導電膜。
然后形成第一鈍化膜346，其厚度為50-500nm(一般為200-300nm)。在實施方案2中使用300nm厚的硅氧氮化物膜作為第一鈍化膜346。它可以用氮化硅膜來代替。
請注意，在形成硅氧氮化物膜之前，使用含有氫例如H2或NH3的氣體進行等離子處理是有效的。由該預處理激活的氫被提供給第一中間絕緣膜338，并且第一鈍化膜346的膜質量被熱處理而改善。同時，加在第一中間絕緣膜338的氫擴散至較低的層側，因此活化層能夠被有效地氫化。
如圖6B所示，形成由有機樹脂制成的第二中間絕緣膜347。作為有機樹脂，可以使用例如聚酰亞胺、聚酰胺、丙烯酸樹脂或BCB(苯并環(huán)丁烯)。特別是，因為第二中間絕緣膜347主要用于平整的目的，所以具有優(yōu)異的平整性能的丙烯酸樹脂是優(yōu)選的。在實施方案2中，形成丙烯酸樹脂膜，其厚度足以平整由TFT產生的臺階差異。其優(yōu)選的膜厚度是1-5μm(更優(yōu)選在2-4μm)。
在第二中間絕緣膜347和第一鈍化膜346中形成接觸孔，以形成與漏電線路345電連接的象素電極348。在實施方案2中，形成厚度為110nm的銦錫氧化物(ITO)膜，使其形成圖案，以形成象素電極。順便提一句，作為另一種材料，可以使用2-20％的氧化鋅(ZnO)和銦氧化物混合的化合物，或使用由氧化鋅和氧化鎵構成的化合物作為透明電極。象素電極348作為EL層的陽極。
如圖6C所示，然后形成樹脂材料的堤349。堤349可以由丙烯酸樹脂膜或聚酰亞胺膜形成，總膜厚度為1-2m，并形成圖案。堤349形成為象素排之間的條紋形狀，如圖6C所示。在實施方案2中，沿著源線路341形成堤349，但是也可以沿著門線路337形成。
然后采用參考圖1解釋的電場涂布方法形成EL層350。應當指出盡管此處只顯示了一個象素，但是形成了如實施方案1所解釋的對應于各自顏色R(紅)、G(綠)和B(藍)的EL層。
首先，在材料室提供的形成EL層用的涂布液被通過超聲振蕩器超聲振動而霧化。當該用于形成EL層的霧化涂布液因為施加給電極的電場的電壓而變?yōu)閹щ婎w粒后，該涂布液通過連接在材料室外部的前電極被提取。在所提取的EL層涂布液被加速電極在飛行方向加速后，涂布液受到控制電極的控制，并涂布在基片110所希望的位置上。
在本發(fā)明中，首先，從材料室通過前電極提取用于紅色EL層的涂布液，作為形成EL層的霧化的涂布液。然后被加速電極加速后，涂布液受到控制電極的控制，以在象素排上形成EL層發(fā)出紅光。然后，在橫向方向移動基片后，從材料室提供的用于綠色EL層的涂布液被涂布，以形成發(fā)綠光的象素排。然后，再在橫向方向移動基片，使得從材料室提供的用于藍色EL層的涂布液被涂布，以形成發(fā)藍光的象素排。
通過順次向象素排施加涂布液來發(fā)出紅綠藍各自顏色同時移動基片，可以形成三色條紋狀EL層。應當指出，盡管在實施方案2中只顯示了一個象素，但是一次可以形成一排相同顏色的EL層，或同時形成所有的。另外，如果必要，可以在材料室和基片之間設置掩模，以通過向掩模施加電場而控制涂布液的涂布位置。
作為EL層，在實施方案2中，使用氰基聚苯乙烯乙烯作為EL層發(fā)出紅光，使用聚苯乙烯乙烯作為EL層發(fā)出綠光，使用聚苯乙烯乙烯或聚烷基苯乙烯作為EL層發(fā)出藍光。適宜的厚度是30-150nm(優(yōu)選為40-100nm)。
可以使用已知的材料形成EL層350?？紤]驅動電壓，優(yōu)選使用有機材料。應當指出，在實施方案2中，EL層350是由上述EL材料形成的，即只是發(fā)光層的單層結構。但是，如果需要可以設置電子注入層、電子傳輸層、空穴傳輸層、空穴注入層、電子阻擋層或空穴元件層。盡管在實施方案2中使用MgAg電極作為EL元件的陰極351，但是可以使用熟知的其它材料。
在實施方案2中已經說明了由電場控制的電場涂布方法。但是可以采用其它方法例如噴墨法或其中用于EL層的材料被作為帶電顆粒而控制和涂布的方法。
注意，盡管發(fā)光層涂布和形成了每種顏色，但是在形成電子注入層、電子傳輸層、空穴傳輸層、空穴注入層、電子阻擋層或空穴元件層的情況下，由不同材料制成的層可以通過采用例如旋涂法和涂布方法而一次形成。
陰極(MgAg電極)351是在EL層350形成之后通過真空蒸發(fā)的方法形成的。應當指出，EL層的膜厚適宜地可以在80-200nm之間(一般為100-120nm)，陰極351的厚度為180-300nm之間(一般為200-250nm)。
在陰極351上再設置保護電極352?？梢允褂煤袖X作為其主要成分的導電膜作為保護電極352。保護電極352可以使用掩模采用真空蒸發(fā)方法形成。其頂部形成有保護電極的基片的狀態(tài)在本發(fā)明中被稱為有源矩陣基片。
其上再形成阻擋層353，從而直至形成保護電極352的有源矩陣基片就不會曝露于開放的空氣之中。在實施方案2中，使用氧化鉭作為形成阻擋層353的材料。但是可以使用無機材料例如氮化硅、氮化鋁、或碳、特別是DLC。在實施方案2中阻擋層353通過濺射法形成，當然也可以使用在室溫下的膜沉積方法例如等離子CVD。
在形成阻擋層353之后，在阻擋層353上形成由有機樹脂制成的發(fā)覆蓋層354。將有機樹脂溶解在溶劑中，并適度調整有機樹脂的粘度，以形成有機樹脂液體，然后在材料室中提供該有機樹脂液體，并通過電場涂布方法進行涂布，由此形成覆蓋層354。有機樹脂液體的粘度優(yōu)選為1×10-3-3×10-2Pa·s。
另外，此時向有機樹脂中添加吸收劑和抗氧化劑例如氧化鋇能夠有效地防止會惡化EL元件的濕氣和氧氣滲入EL元件中。
在實施方案2中，如圖6C所示，N通道TFT的有源層包括源區(qū)355、漏電區(qū)356、LDD區(qū)357和通道形成區(qū)358，其中LDD區(qū)357通過夾在LDD區(qū)357和門電極312之間的門絕緣膜310而與門電極312重疊。
只在漏電區(qū)一側形成LDD區(qū)的原因在于不會降低操作速度的考慮。另外，不必非常注意在N通道TFT205中的斷開電流，而是應當更注意操作速度。因此，希望LDD區(qū)357被制作得完全與門電極完全重疊，以將電阻性器件減至最少。即優(yōu)選除去所謂的偏移。
在實施方案2中的有源矩陣基片中，最佳結構的TFT不僅被設置在象素部分，也設置在驅動回路部分。因此，保持了非常高的可靠性，并改善了操作特性。
首先，其結構能夠減少熱載流子注入從而盡可能不降低操作速度的TFT，被用來作為CMOS回路的N通道TFT205來形成驅動回路部分。順便提一句，此處驅動回路包括移位寄存器、緩沖器、電平信號、抽樣回路(抽樣和保持回路)等。在形成數字驅動時，還包括信號轉換回路例如D/A轉換器。
以下參考圖7A和7B解釋作為象素部分TFT的N通道切換TFT的橫截面結構。以下使用的標記對應于圖2中的標記。
首先，在圖7A所示的結構中，設置LDD區(qū)15a-15d，從而與門電極19a和19b通過夾在其中的門絕緣膜18而重疊。這種結構在降低斷開電流值方面非常有效。
另一方面，在圖7B所示的結構中，沒有設置LDD區(qū)15a-15d。在采用圖7B所示結構的情況下，產率提高，因為與形成圖7A的結構相比，處理次數減少。
在本發(fā)明中，TFT作為切換TFT可以是圖7A的結構，也可以是圖7B的結構。
以下，參考圖8A和8B解釋作為象素部分TFT的N通道電流控制TFT的橫截面結構。以下使用的標記對應于圖2中的標記。
在圖8A所示的電流控制TFT中，在漏電區(qū)32和通道形成區(qū)34之間設置LDD區(qū)33。此處所示的電流控制TFT的結構具有LDD區(qū)33與門電極35通過夾在其中的門絕緣膜18而重疊的區(qū)，以及具有LDD區(qū)33沒有與門電極35相重疊的區(qū)。但是，如圖8B所示，在其結構中不需要設置LDD區(qū)33。
電流控制TFT提供用于使得EL元件發(fā)光的電流，同時控制提供的量以能夠漸變顯示。因此，需要采取對策防止由于熱載流子注入引起的惡化，從而即使提供電流時也不會發(fā)生惡化。
對于防止由于熱載流子注入引起的惡化，已經知道其中LDD區(qū)與門電極相重疊的結構非常有效。因此，盡管如圖8A所示的LDD區(qū)與門電極35通過夾在其中的門絕緣膜18而重疊的結構是適宜的，但是作為針對斷開電流值的對策，在此結構中顯示了沒有與門電極相重疊的LDD區(qū)。但是，沒有與門電極重疊的LDD區(qū)沒有必要設置。另外，根據情況，沒有必要在圖8B所示的結構中設置LDD區(qū)。
在圖8A和8B所示的TFT結構中，當被施加給TFT的電壓VDS是10V或更高時，那么在圖8A所示的結構是優(yōu)選的。另一方面，當被施加給TFT的電壓VDS小于10V時，在圖8B所示的結構是優(yōu)選的。
在如圖6C所示形成覆蓋層354并增強氣密性之后，連上用于將在絕緣體上形成的元件或從回路引出的終端連接至外部信號終端的連接器(軟性印刷線路FPC)，由此完成自發(fā)光設備。在本說明書中，完成至這種狀態(tài)用于出售的產品被稱為自發(fā)光設備(或EL模塊)。
以下參考圖9A和9B解釋實施方案2中已經形成至覆蓋層的EL模塊。
實施方案2中的有源矩陣型自發(fā)光設備包括在玻璃基片901上形成的象素部分902，門側驅動回路903，源側驅動回路904。象素部分的切換TFT905是N通道TFT，被設置在連接至門側驅動回路903的門線路906和連接至源側驅動回路904的源線路907的相交之處。另外，切換TFT905的漏電被連接至電流控制TFT908的門處。
另外，電流控制TFT908的源側被連接至電源供應線路909。在例如實施方案2的結構中，接地電極電位(地電位)被賦予電源供應線路909。EL元件910被連接至電流控制TFT908的漏電處。另外，向EL元件910的陽極提供預定的電壓(3-12V，優(yōu)選為3-5V)。
用于向驅動回路部分傳送信號的連接線路912和913以及連接至電源供應線路909的連接線路914被設置在FPC911中，用作外部輸入/輸出終端。
此處，圖9B所示的是對應于圖9A沿A-A’線的截面圖。在圖9A和9B中，相同的標記表示同樣的器件，在其中的一部分，與圖6用相同的標記表示同樣的器件。
如圖9B所示，象素部分902和門側驅動回路903被形成在玻璃基片901上。象素部分902由每一個都包括電流控制TFT202和電連接至電流控制TFT202的象素電極348的多個象素構成。門側驅動回路903被采用CMOS回路形成，其中N通道TFT205和P通道TFT206互補結合。
象素電極348作為EL元件的陽極。堤349在象素電極348的間隙中形成，以在堤349的內側上形成EL層350。陰極351和保護電極352在其上形成。應當指出，EL元件的結構不必限于實施方案2所示的結構，EL元件的結構可以被倒置，象素電極可以作為陰極。
在實施方案2中，保護電極352也可以作為所有象素排的公共線路，并通過連接線路912被電連接至FPC911。所有包括在象素部分902和門側驅動回路903中的元件被阻擋層覆蓋，該阻擋層由無機材料例如氮化硅、氧化鉭或碳(特別是DLC膜)制成。盡管可以省略阻擋層353，但是阻擋層的設置就將各元件與外界隔離而言是優(yōu)選的。
然后，在阻擋層上設置覆蓋層916，以覆蓋EL元件。作為覆蓋層916，可以使用PVC(聚氯乙烯)、環(huán)氧樹脂、有機硅樹脂、丙烯酸樹脂、PVB(聚乙烯縮丁醛)或EVA(乙烯-乙酸乙烯共聚物)。在覆蓋層916中放置的吸收劑(未顯示)保持了濕氣吸收效果，這是優(yōu)選的。
由玻璃、塑料和陶瓷制成的保護基片可以設置在覆蓋層916上。另外，該結構可以是保護基片通過覆蓋層916粘結在有源矩陣基片上(圖中未顯示)。
通過在EL元件910上采用上述方法設置阻擋層353和覆蓋層916，EL元件910可以與外界環(huán)境完全斷開，防止了加速EL層氧化惡化的物質例如濕氣和氧氣的外界侵害。因此，制備了高度可靠的制作自發(fā)光設備。
圖9的自發(fā)光設備的回路結構的實例如圖10所示。實施方案2的自發(fā)光設備包括源側驅動回路1001，門側驅動回路(A)1007，門側驅動回路(B)1011，和象素部分1006。在本說明書中，“驅動回路部分”一詞表示包括源側處理回路和門側驅動回路的一類詞匯。
源側驅動回路1001設有移位寄存器1002、電平信號1003、緩沖器1004和抽樣回路1005(抽樣和保持回路)。另外，門側驅動回路(A)1007設有移位寄存器1008、電平信號1009和緩沖器1010。門側驅動回路(B)1011也具有相同的結構。
此處，移位寄存器1002和1008具有5-16V(一般為10V)的驅動電壓，圖6C標記205所示的結構適用于在CMOS回路中使用的N通道TFT用于形成回路。
此外，包括圖6C中的N通道TFT205的CMOS回路適用于電平信號1003和1009以及緩沖器1004和1010中的每一個，類似于移位寄存器。順便提一句，帶有多門結構例如雙門結構或三門結構的的門線路在改善每一個回路的可靠性方面是有效的。帶有圖2所示結構的象素被設置在象素部分1006。
前述結構通過根據圖4A-6C所示步驟制造TFT就可以容易地實現。在實施方案2中，盡管只顯示了象素部分和驅動回路部分的結構，但是如果根據實施方案2的回路制造方法，可以不止形成驅動回路，也可以在同一絕緣體上形成邏輯回路例如信號分配回路，D/A轉換回路，運算放大回路，ā校正回路。另外，相信存儲部分、微處理部分等也可以形成。
實施方案2的構造可以和實施方案1的構造自由組合。
實施方案3解釋制造與圖1B所示的結構不同的層壓結構的方法。圖11中，電流控制TFT1101在基片1100上形成，如圖所示形成電連接在電流控制TFT1101上的象素電極1102。在實施方案3中，采用噴墨方法在象素電極1102上形成EL層1103。適宜使用與實施方案1中用作EL層涂布的相同材料。
設置在EL層1103上的陰極1104是采用真空蒸發(fā)方法形成的。適宜使用具有小逸出功的材料，例如MaAg和AlLi，用于形成陰極1104。在陰極1104形成之后，再次使用噴墨方法在象素部分均勻地形成由有機樹脂膜制成的覆蓋層1105。優(yōu)選的，覆蓋層1105的膜厚度為10-300nm。
作為形成由有機樹脂制成的覆蓋層1105的材料，適宜使用具有高硬度、不可能使例如濕氣和氧氣滲入并具有平整性的材料。更具體而言，優(yōu)選使用例如環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂、聚酰亞胺、聚酰胺和硅樹脂的有機樹脂。因為覆蓋層1105是采用噴墨方法形成的，因此可以在象素部分上選擇性地形成。
圖12所示的是在有源矩陣基片1200上的象素部分1201上采用噴墨方法形成覆蓋層1202的方法。用于形成EL層的涂布液和用于形成覆蓋層的有機樹脂液體被從此處所示的結構中的頭部1203放電。在已知用于噴墨方法中的壓電方法中，有幾種類型，一種是MLP(多層壓電)型，其它是MLChip(多層陶瓷超集成壓電片斷)型。此處所示的頭部1203是一種稱為按需壓電驅動MLChip方法，由Seiko-Epson公司制造。
MLChip是執(zhí)行元件，由陶瓷制成的振蕩板1204、通訊板1205和形成材料室1207的材料室板1206構成，壓電元件1208在對應于每個材料室的振動板1204上形成。
然后，在MLChip中，三種不銹鋼半(SUS板)被層壓以形成供應孔1209，儲備器1210和形成頭部1203的噴嘴1211。應當指出，圖12表示設有兩個噴嘴1211的狀態(tài)。但是，噴嘴的數量不限于此，可以根據被涂布的區(qū)和涂布液設有一個噴嘴或三個或者更多的噴嘴。
由該MLChip制造的涂布設備的操作原理是，當向頂部電極1212和底部電壓1213施加電壓時，壓電元件1208振動，以導致壓電元件1208和振動板1204的振動效應，即彎曲振動。換句話說，通過該彎曲振動向材料室1207施加壓力，由此在材料室1207中提供的有機樹脂液體被推出并被涂布。
如圖11所示，在形成覆蓋層1105之后，通過濺射形成阻擋層1106來覆蓋覆蓋層1105。在實施方案3中，阻擋層1106由碳膜形成，特別是DLC(類似金剛石的碳)膜。但是用于形成阻擋層1106的材料不必限于此，可以使用例如氧化鉭、氮化鋁或氮化硅。應當指出使用陰罩選擇性地形成阻擋層1106。
因此，通過在有源矩陣基片上形成覆蓋層1105和阻擋層1106，防止了外界的EL元件惡化因素例如濕氣和氧氣的入侵。
實施方案4參考圖13解釋在無源型(簡單矩陣型)自發(fā)光設備中使用本發(fā)明的例子。圖13中，標記1301表示由塑料制成的基片，1302表示由透明導電膜制成的陽極。實施方案4中通過濺射形成氧化銦和氧化鋅的化合物作為陽極1302。盡管在圖13中沒有顯示，但是陽極1302的多個線被設置成平行方向的具有規(guī)定間隔的條紋形。
另外，設置成條紋形的陰極1306在垂直方向以規(guī)定間隔形成。形成堤1303以填充陰極1306之間的間隔。
采用如實施方案1所述的電場涂布方法，順次形成由EL材料制成的EL層1304a-1304c。標記1304a表示發(fā)紅光的EL層，1304b表示發(fā)綠光的EL層，1304c表示發(fā)藍光的EL層。在實施方案1中使用的EL材料可以類似的使用在實施方案4中。由于這些EL層是沿著由堤1303形成的溝槽而形成的，所以這些層被在預定方向以規(guī)定間隔形成。
通過實施該實施方案，三色紅、綠、藍的象素，被以條紋形狀在基片上形成。應當指出，象素不必是三色的，可以是一種或兩種顏色。另外，顏色不限于紅、綠、藍，但是可以使用其它顏色例如黃、橙和灰。
首先，在材料室中制備用于形成紅色EL層的涂布液。然后該涂布液被設置在材料室外部的電極所產生的電場所提取。所提取用于EL層的涂布液被電場控制，因此到達所希望的象素部分。因此形成EL層。
首先涂布用于紅色EL層的涂布液。因為涂布液被電場控制，所以用于EL層的涂布液可以被選擇性地涂布在象素部分的希望位置上。適宜應當在形成一排象素的方向移動噴嘴的同時涂布該涂布液。
然后，在移動噴嘴至鄰近象素排之后，從而進行涂布，涂布用于綠色EL層的涂布液。在進一步移動噴嘴移至下一個鄰近象素排之后，涂布用于形成藍色EL層的涂布液，因此在象素部分形成紅綠藍條紋形狀EL層。
通過重復上述操作，如圖13所示，可以在象素部分形成條紋狀象素。發(fā)出同樣顏色的發(fā)光層可以每次形成一個或同時全部形成。
盡管此處EL層表示只是由發(fā)光層構成的單層結構的EL層，也可以使用由有機EL材料形成的有助于發(fā)光的其它層，例如電荷注入層和電荷傳輸層。有采用發(fā)光層單層的情況。但是，例如在采用由空穴注入層和發(fā)光層構成的層壓層的情況下，層壓膜被優(yōu)選作為EL層。
此時，相同顏色的鄰近象素在一條線上的相互距離(D)被設定為比EL層的膜厚度(t)高5倍或更多(優(yōu)選為10倍或更多)。這是因為在鄰近的象素之間如果D＜5t就會產生串色。應當指出，如果彼此之間的距離(D)過大，那么不能獲得高度微細的影像。因此，將距離(D)設定為5t＜D＜50t(優(yōu)選為10t＜D＜35t)是優(yōu)選的。
另外，可以在水平方向形成條紋形堤，以在水平方向形成發(fā)紅光的EL層，發(fā)綠光的EL層，發(fā)藍光的EL層。此時，在門線路之上穿過絕緣膜并沿著門線路的方向形成堤。
在這種情況下，類似的，適宜將同樣顏色的鄰近象素在要條線上的相互距離(D)設定為比EL層的膜厚度(t)高5倍或更多(優(yōu)選為10倍或更多)，優(yōu)選設定為5t＜D＜50t(優(yōu)選為10t＜D＜35t)。
因此，用于EL層的涂布液被電場控制，以形成EL層，結果使其可以控制涂布位置。
以下，盡管在圖13中沒有顯示，陰極和保護電極被設置成為條紋狀以與陽極1302相垂直，并從而使得陰極和保護電極的多個線在限定空間上的垂直方向變?yōu)榭v向。陰極1305由MgAg制成，保護電極1306由鋁合金膜制成，它們在實施方案4中分別都由蒸發(fā)方法形成。另外，線路(圖中未顯示)被拉至FPC被隨后連接的位置，從而可以向保護電極1306施加預定電壓。
因此在基片1301上形成EL元件。因為在實施方案4中，較低側電極作為透射陽極，因此EL層1304a-1304c所產生的光被輻射至底面(基片1301)。但是，通過倒轉EL元件的結構，較低側電極能夠作為光屏蔽陰極。在那種情況下，EL層1304a-1304c所產生的光被輻射至上面(基片1301相對的一側)。
在形成保護電極1306之后，形成由無機材料制成的阻擋層1307。此處適宜使用無機材料，例如氮化硅、氧化鉭、氮化鋁或碳(特別是DLC膜)。阻擋層可以通過等離子CVD、濺射或蒸發(fā)方法形成。在實施方案4中通過濺射形成氮化硅膜作為阻擋層1307。此時，阻擋層1307的優(yōu)選膜厚為10nm-100nm。
隨后采用與形成EL層所使用的相同方法形成由有機樹脂膜制成的覆蓋層1308。適宜采用的材料例如聚酰胺和聚酰亞胺作為所使用的有機樹脂。另外，氧化鋇可以被摻雜在有機樹脂膜中作為吸收劑(圖中未顯示)。最后，FPC1310通過各向異性的導電膜1309被連接，因此完成無源型自發(fā)光設備。
圖13所示的無源型自發(fā)光設備的結構中，阻擋層1307在EL元件上形成覆蓋基片，覆蓋層1308在阻擋層1307上形成。但是，如圖14所示，可以采用在覆蓋層1407之后形成阻擋層1408的結構。
應當指出，實施方案4的構造可以與實施方案1-3中任何一種自由組合而執(zhí)行。
本發(fā)明中，使用由碳制成的DLC(類似金剛石的碳)膜作為阻擋層。但是，如果其膜厚度過厚，透射率會降低，因此優(yōu)選形成的膜厚度為50nm或更少(優(yōu)選為10-20nm)。
DLC膜的特征在于其拉曼光譜分布具有在約1550cm-1的不對稱峰和在約1300cm-1的肩部。另外，當采用微硬度計測量時，DLC膜顯示的硬度為15-25Gpa，具有優(yōu)異的耐化學性的特征。因此，它有效地用于在EL元件上或在EL元件的覆蓋層上形成例如DLC膜。在任何情況下，適宜的DLC膜可以采用例如濺射、ERC等離子CVD、高頻等離子CVD或離子束蒸發(fā)等方法來形成。
應當指出，實施方案5的構造可以與實施方案1-4中任何一種自由組合而執(zhí)行。
當實施本發(fā)明以制造有源矩陣自發(fā)光顯示設備時，使用硅基片(硅片)作為基片是有效的。在使用硅基片作為基片的情況下，在傳統(tǒng)的IC，LSI等采用的MOSFET制造技術可以被用來制造在象素部分形成的切換元件和電流控制元件，或制造在驅動回路部分形成的驅動元件。
MOSFET能夠形成具有非常小變化的回路，如同在IC和LSI中那樣。特別是，對于具有通過電流值進行分級顯示的模擬驅動器的有源矩陣EL顯示設備來說是非常有效的。
應當指出，硅基片不是透射的，因此，需要形成該結構以使得從EL層的光被輻射至基片相對的一側。實施方案5的EL顯示設備的結構類似與圖9的結構。但是，其差別在于使用MOSFET用于形成象素部分902和驅動回路部分903來代替TFT。
應當指出，實施方案5的構造可以與實施方案1-5中任何一種自由組合而執(zhí)行。
根據本發(fā)明制造的自發(fā)光設備是自發(fā)光型，因此與液晶顯示設備相比，在光位置所顯示的影像具有更優(yōu)異的識別率。另外，自發(fā)光設備具有更寬的觀察角。因此，自發(fā)光設備能夠用于各種電子設備的顯示部分。例如，為了在大尺寸屏幕上觀看TV節(jié)目等，根據本發(fā)明的EL顯示設備可以被用作EL顯示器(即自發(fā)光設備被安裝在框中的顯示器)的顯示部分，具有的對角線大小為30英寸或更大(一般為40英寸或更大)。
EL顯示器包括用于顯示信息的所有類顯示器，例如用于個人計算機的顯示器，用于接收TV轉播節(jié)目的顯示器，用于廣告顯示的顯示器。另外，根據本發(fā)明的自發(fā)光設備可以被用作其它各種電子設備的顯示部分。
這種電子設備包括視頻攝像機，數字攝像機，護目鏡型顯示器(頭部安裝型顯示器)，導航系統(tǒng)，聲音復制設備(汽車聲頻設備和聲頻設施)，筆記本型個人計算機，游戲機，便攜式信息終端(移動式計算機，便攜式電話，便攜式游戲機，電子圖書等)，影像復制裝置包括記錄介質(尤其是可以復制記錄介質例如數字視頻盤DVD的設備等，并包括用于顯示所復制的影像的顯示器)等。實際上，在便攜式信息終端的情況下，使用自發(fā)光設備是優(yōu)選的，因為希望從傾斜方向觀看的便攜式信息終端經常需要具有寬觀察角。圖15A-16B分別顯示了這些電子設備的各種特別的實施例。
圖15A表示的EL顯示器包括框2001，支持臺2002，顯示部分2003等。本發(fā)明可用于顯示部分2003。EL顯示器是自發(fā)光型，因此不需要背面光。因此，顯示部分可以具有比液晶顯示設備更薄的厚度。
圖15B表示的視頻攝像機包括主機2101，顯示部分2102，音頻輸入部分2103，操作開關2104，電池2105，影像接收部分2106等。根據本發(fā)明的自發(fā)光設備可以被用作顯示部分2102。
圖15C表示頭部安裝型EL顯示器的一部分(右半部分)，包括主機2201，信號電纜2202，頭部安裝帶2203，顯示部分2204，光學系統(tǒng)2205，自發(fā)光設備2206等。本發(fā)明用于自發(fā)光設備2206。
圖15D表示包括記錄介質的影像復制設備(尤其是，DVD復制設備)，它包括主機2301，記錄介質(DVD等)2302，操作開關2303，顯示部分(a)2304，另一個顯示部分(b)2305等。顯示部分(a)主要用于顯示影像信息，而顯示部分(b)主要用于顯示字符信息。本發(fā)明的自發(fā)光設備可以用作這些顯示部分(a)和(b)。包括記錄介質的影像復制設備還包括游戲機等。
圖15E表示便攜式(可移動)計算機，包括主機2401，攝像部分2402，影像接收部分2403，操作開關2404，顯示部分2405等。本發(fā)明的自發(fā)光設備可以用作顯示部分2405。
圖15F表示個人計算機，包括主機2501，框架2502，顯示部分2503，鍵盤2504等。本發(fā)明的自發(fā)光設備可以用作顯示部分2503。
當將來從有機EL材料發(fā)出的光可以獲得更亮的照度時，本發(fā)明的自發(fā)光設備將會用于前面型或背面型投影儀，其中包括輸出影像信息的光被透鏡等放大以進行投影。
前述電子設備更傾向被用于通過電信路徑例如互聯網、CATV(有線電視系統(tǒng))傳送的顯示信息，特別是傾向于顯示電影信息。自發(fā)光設備適合用于顯示電影信息，因為有機EL材料能夠具有高響應速度。但是如果象素之間的輪廓不清楚，電影就整體來說就不會被清楚的顯示。因為本發(fā)明的自發(fā)光可以使得象素之間的輪廓清楚，因此將本發(fā)明的自發(fā)光設備用于電子設備的顯示部分具有明顯的優(yōu)勢。
自發(fā)光設備的一部分發(fā)光消耗能量，因此希望顯示信息的方式使得發(fā)光部分變得盡可能小。所以，當自發(fā)光設備被用于主要顯示字符信息的顯示部分時，例如便攜式信息終端顯示部分，尤其是便攜式電話或聲音復制設備，希望驅動自發(fā)光設備使得字符信息由自發(fā)光部分形成，同時不發(fā)光部分對應于背景。
參考圖16A，表示一個便攜式電話，它包括主機2601，音頻輸出部分2602，，音頻輸入部分2603，顯示部分2604，操作開關2605和天線2606。本發(fā)明的自發(fā)光設備可以用作顯示部分2604。顯示部分2604通過在黑色背景上顯示白色字符而可以降低便攜式電話的能量消耗。
圖16B表示聲音復制設備，具體地說是安裝在汽車的音頻設備，包括主機2701，顯示部分2702，操作開關2703和2704。本發(fā)明的自發(fā)光設備可以用作顯示部分2702。盡管在該實施方案中顯示了安裝型汽車音頻設備，但是本發(fā)明也可以用于便攜式和固定式音頻設備。顯示部分2704通過在黑色背景上顯示白色字符而可以降低能量消耗，特別有用于便攜式音頻設備。
如前所述，本發(fā)明可以用于所有領域的各種寬范圍內的電子設備。通過采用由實施方案1-6中構造的自由組合的自發(fā)光設備，可以獲得本實施方案的電子設備。
在該實施方案中，通過采用EL材料可以明顯改善外部發(fā)光量子效率，其中通過該EL材料可以使用來自三線激發(fā)態(tài)的磷光用來發(fā)光。結果，可以降低EL元件的能量消耗，EL元件的壽命可以延長，并且EL元件的重量可以減輕。
以下是一份報告，其中通過采用三線激發(fā)態(tài)而改善了外部發(fā)光量子效率(T.Tsutsui，C.Adachi，S.Saito，有機分子體系的感光化學過程，K.Honda主編(Elsevier Sci.出版社，Tokyo，1991年)第437頁)。
上述文獻中的EL材料(香豆素顏料)的分子結構式如下。
(M.A.Baldo，D.F.O’Brien，Y.You，A.Shoustikov，S.Sibley，M.E.Thompson，S.R.Forrest，自然，395(1998)第151頁)上述文獻中的EL材料(Pt絡合物)的分子結構式如下。
(M.A.Baldo，S.Lamansky，P.E.Burrows，M.E.Thompson，S.R.Forrest，應用物理通信，75(1999)第4頁)
(T.Tsutsui，M.-J.Yang，M.Yahiro，K.Nakamura，T.Watanabe，T.Tsuji，Y.Fukuda，T.Wakimoto，S.Mayaguchi，日本，應用物理，38(12B)(1999)L1502)上述文獻中的EL材料(Ir絡合物)的分子結構式如下。
如上所述，如果能夠使用來自三線激發(fā)態(tài)的磷光，那么在理論上可以外部發(fā)光量子效率能夠是使用來自單線激發(fā)態(tài)的熒光的3-4倍高。
根據實施方案8的結構可以與實施方案1-7的任何結構自由組合而實施。
通過實施該實施方案，可以采用相同的涂布方法來形成EL層和覆蓋層，并且t能夠在同一多室內連續(xù)有效地形成EL層、陰極、阻擋層和覆蓋層，而不用將它們放入大氣中。另外，通過形成阻擋層和覆蓋層，防止了濕氣和氧氣滲透進入EL層。因此，有效地防止了EL層的惡化。另外，完全在密閉結構中形成阻擋層和覆蓋層，因此與普通的密閉結構相比，可以使得本發(fā)明的密閉結構更小，重量更輕。
權利要求
1.一種制造發(fā)光設備的方法，包括形成一個EL元件，該EL元件包括第一電極、位于該第一電極之上的發(fā)光層，以及位于該發(fā)光層之上的第二電極；形成覆蓋所述EL元件的含有無機材料的膜；形成覆蓋所述含有無機材料的膜的含有有機材料的膜，其中所述的發(fā)光層和所述含有有機材料的膜是通過噴墨方法形成的，并且其中的發(fā)光層含有低分子材料。
2.一種制造發(fā)光設備的方法，該方法包括形成一個EL元件，該EL元件包括第一電極、位于該第一電極之上的發(fā)光層，以及位于該發(fā)光層之上的第二電極；形成覆蓋所述EL元件的含有無機材料的膜，以及形成覆蓋所述含有無機材料的膜的含有有機材料的膜，其中所述發(fā)光層和所述含有有機材料的膜是通過電場涂布方法形成的，并且其中的發(fā)光層含有低分子材料。
3.一種制造發(fā)光設備的方法，該方法包括形成一個EL元件，該EL元件包括第一電極、位于該第一電極之上的發(fā)光層，以及位于該發(fā)光層之上的第二電極；形成覆蓋所述EL元件的含有無機材料的膜，以及形成覆蓋所述含有無機材料的膜的含有有機材料的膜，其中所述發(fā)光層和所述含有有機材料的膜是通過同一方法形成的，并且其中的發(fā)光層含有低分子材料，和其中所述的發(fā)光層、第二電極、含有無機材料的膜和含有有機材料的膜是采用同一膜沉積裝置連續(xù)形成的。
4.一種制造發(fā)光設備的方法，該方法包括形成一個EL元件，該EL元件包括第一電極、位于該第一電極之上的發(fā)光層，以及位于該發(fā)光層之上的第二電極；形成覆蓋所述EL元件的含有有機材料的膜，以及形成覆蓋所述含有有機材料的膜的含有無機材料的膜，其中所述發(fā)光層和所述含有有機材料的膜是通過噴墨方法形成的，并且其中的發(fā)光層含有低分子材料。
5.一種制造發(fā)光設備的方法，該方法包括形成一個EL元件，該EL元件包括第一電極、位于該第一電極之上的發(fā)光層，以及位于該發(fā)光層之上的第二電極；形成覆蓋所述EL元件的含有有機材料的膜，以及形成覆蓋所述含有有機材料的膜的含有無機材料的膜，其中所述發(fā)光層和所述含有有機材料的膜是通過電場涂布方法形成的，并且其中的發(fā)光層含有低分子材料。
6.一種制造發(fā)光設備的方法，該方法包括形成一個EL元件，該EL元件包括第一電極、位于該第一電極之上的發(fā)光層，以及位于該發(fā)光層之上的第二電極；形成一層覆蓋所述EL元件的含有有機材料的膜，以及形成覆蓋所述含有有機材料的膜的含有無機材料的膜，其中所述發(fā)光層和所述含有有機材料的膜是通過同一方法形成的，并且其中的發(fā)光層含有低分子材料，和其中所述的發(fā)光層、第二電極、含有無機材料的膜和含有有機材料的膜是采用同一膜沉積裝置連續(xù)形成的。
7.如權利要求1-6任一項所述的制造發(fā)光設備的方法，其中所述含有無機材料的膜包含四氮化三硅、氧化鉭、氮化鋁或碳之一。
8.如權利要求1-6任一項所述的制造發(fā)光設備的方法，其中所述含有有機材料的膜包含聚酰胺、聚酰亞胺、丙烯酸樹脂或苯并環(huán)丁烯之一。
9.如權利要求1-6任一項所述的制造發(fā)光設備的方法，其中所述發(fā)光設備被整合到一種電子設備中，所述電子設備選自視頻攝像機、頭部安裝型顯示器、影像復制裝置、便攜式計算機、個人計算機、便攜式電話和聲音復制設備。
10.一種制造發(fā)光設備的方法，該方法包括在基片上形成多個條紋狀排列的第一電極，在多個第一電極上形成發(fā)光層，在發(fā)光層之上形成多個條紋狀排列的第二電極；在所述多個第二電極上形成含有無機材料的膜，形成覆蓋所述含有無機材料的膜的含有有機材料的膜，其中所述多個第二電極與多個第一電極垂直，并且所述發(fā)光層和所述含有有機材料的膜是通過噴墨方法形成的。
11.一種制造發(fā)光設備的方法，該方法包括在基片上形成多個條紋狀排列的第一電極，在多個第一電極上形成發(fā)光層，在發(fā)光層之上形成多個條紋狀排列的第二電極；在所述多個第二電極上形成含有無機材料的膜，形成覆蓋所述含有無機材料的膜的含有有機材料的膜，其中所述多個第二電極與多個第一電極垂直，并且所述發(fā)光層和所述含有有機材料的膜是通過電場涂布方法形成的。
12.一種制造發(fā)光設備的方法，該方法包括在基片上形成多個條紋狀排列的第一電極，在多個第一電極上形成發(fā)光層，在發(fā)光層之上形成多個條紋狀排列的第二電極；在所述多個第二電極上形成含有無機材料的膜，形成覆蓋所述含有無機材料的膜的含有有機材料的膜，其中所述多個第二電極與多個第一電極垂直，并且所述發(fā)光層和所述含有有機材料的膜是通過同一方法形成的，和其中所述的發(fā)光層、第二電極、含有無機材料的膜和含有有機材料的膜是采用同一膜沉積裝置連續(xù)形成的。
13.一種制造發(fā)光設備的方法，該方法包括在基片上形成多個條紋狀排列的第一電極，在多個第一電極上形成發(fā)光層，在發(fā)光層之上形成多個條紋狀排列的第二電極；在所述多個第二電極上形成含有有機材料的膜，形成覆蓋所述含有有機材料的膜的含有無機材料的膜，其中所述多個第二電極與多個第一電極垂直，并且所述發(fā)光層和所述含有有機材料的膜是通過噴墨方法形成的。
14.一種制造發(fā)光設備的方法，該方法包括在基片上形成多個條紋狀排列的第一電極，在多個第一電極上形成發(fā)光層，在發(fā)光層之上形成多個條紋狀排列的第二電極；在所述多個第二電極上形成含有有機材料的膜，形成覆蓋所述含有有機材料的膜的含有無機材料的膜，其中所述多個第二電極與多個第一電極垂直，并且所述發(fā)光層和所述含有有機材料的膜是通過電場涂布方法形成的。
15.一種制造發(fā)光設備的方法，該方法包括在基片上形成多個條紋狀排列的第一電極，在多個第一電極上形成發(fā)光層，在發(fā)光層之上形成多個條紋狀排列的第二電極；在所述多個第二電極上形成含有有機材料的膜，形成覆蓋所述含有有機材料的膜的含有無機材料的膜，其中所述多個第二電極與多個第一電極垂直，并且所述發(fā)光層和所述含有有機材料的膜是通過同一方法形成的，和其中所述的發(fā)光層、第二電極、含有無機材料的膜和含有有機材料的膜是采用同一膜沉積裝置連續(xù)形成的。
16.如權利要求10-16任一項所述的制造發(fā)光設備的方法，其中的發(fā)光層含有低分子材料。
17.如權利要求10-16任一項所述的制造發(fā)光設備的方法，其中的含有無機材料的膜是使用CVD方法或蒸發(fā)方法形成。
18.如權利要求10-16任一項所述的制造發(fā)光設備的方法，其中所述含有無機材料的膜含有四氮化三硅、氧化鉭、氮化鋁或碳之一。
19.如權利要求10-16任一項所述的制造發(fā)光設備的方法，其中所述含有有機材料的膜含有聚酰胺、聚酰亞胺、丙烯酸樹脂或苯并環(huán)丁烯之一。
20.如權利要求10-16任一項所述的制造發(fā)光設備的方法，其中所述發(fā)光設備被整合到一種電子設備中，所述電子設備選自視頻攝像機、頭部安裝型顯示器、影像復制裝置、便攜式計算機、個人計算機、便攜式電話和聲音復制設備。
21.如權利要求10-16任一項所述的制造發(fā)光設備的方法，其中多個第一電極是透明電極和多個第二電極是光屏蔽電極。
22.如權利要求10-16任一項所述的制造發(fā)光設備的方法，其中多個第二電極是透明電極和多個第一電極是光屏蔽電極。
23.如權利要求10-16任一項所述的制造發(fā)光設備的方法，該方法進一步包括在多個第一電極之間形成堤。
24.如權利要求10-16任一項所述的制造發(fā)光設備的方法，該方法進一步包括形成包括鋁合金膜的保護電極。
全文摘要
提供一種在同一多室內連續(xù)形成EL層、陰極、阻擋層和覆蓋層的方法。通過使用同一膜沉積方法以形成EL層和覆蓋層，如圖1A所示，EL層、陰極、阻擋層和覆蓋層可以在同一多室內順次形成。因此，如圖1B所示，可以形成EL元件的密閉結構。
文檔編號H01L51/00GK1905239SQ20061010022
公開日2007年1月31日 申請日期2001年3月27日 優(yōu)先權日2000年3月27日
發(fā)明者山崎舜平, 柴田典子 申請人:株式會社半導體能源研究所