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CN100492702C - 发光器件和电子器具以及制造设备 - Google Patents

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CN100492702C
CN100492702C CNB2004100323502A CN200410032350A CN100492702C CN 100492702 C CN100492702 C CN 100492702C CN B2004100323502 A CNB2004100323502 A CN B2004100323502A CN 200410032350 A CN200410032350 A CN 200410032350A CN 100492702 C CN100492702 C CN 100492702C
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light
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村上雅一
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Abstract

本发明的目的是提供一种新的显示器件的形式,该显示器件使用由阴极、EL层和阳极构成的发光元件。本发明还有一个目的是提供制造该显示器件的制造设备。根据本发明,可以用一个白色发光屏板1001显示两种显示,例如,在表面和背面显示不同的显示(全色显示、单色显示或区域彩色(area color)显示)。另外,在本发明中通过将两个偏光片1002、1003错开成90度而提供在白色发光屏板1001上,防止了外界光透过屏板,并且在不执行显示的状态下实现黑色显示。

Description

发光器件和电子器具以及制造设备
技术领域
本发明涉及一种发光器件及其制造方法,其中采用一种发光元件,它具有夹在一对电极之间的含有机化合物的薄膜(以下称之为“有机化合物层”),并可在受到电场作用后发荧光或磷光。本文中所述发光器件是一种图像显示器件、发光器件或光源(含有照明装置)。另外,和连接器连接的发光器件,比如,附带有柔性印刷电路(FPC:Flexible printed circuit)或带式自动连接(TAB:Tape Automated Bonding)磁带或带状载体封装(TCP:Tape Carrier Package)的模块;印刷电路板固定在TAB磁带或TCP前端的模块;以及集成电路(IC)以“玻璃上载芯片(COG:Chip On Glass)”的方式直接安装在发光元件上的模块全都包括在发光器件中。而且,本发明涉及一种发光器件的制作方法。
背景技术
近几年,对于具有以EL元件作为自发光型发光元件的发光器件的研究非常活跃。该发光器件又被称为有机EL显示器或有机发光二极管。由于这些发光器件有适用于动感画面显示的诸如快速响应速度,低电压、低功耗驱动等特征,它们作为用于新一代手提电话和便携式信息终端(PDA)的下一代显示器备受关注。
注意,EL元件包括借助于施加电场而发光(Electro Luminescence)的含有有机化合物的层(以下称为EL层)、阳极、以及阴极。有机化合物产生的发光是当电子从单重激发态返回到基态时产生的荧光以及当电子从三重激发态返回到基态时产生的磷光。利用本发明的蒸发淀积设备和蒸发淀积方法制作的发光器件可应用于这两种发光中的任何一种。
发光器件由于其不同于液晶显示器件,是自发光性质,所以不存在视角问题。此发光器件因而比液晶显示器件更适合于户外使用,并且已有以各种形式利用发光器件的提案。
而且,由阴极、EL层、阳极形成的发光元件,被称为EL元件。有两种形成EL元件的方法:一种是简单矩阵,其中EL层被夹在两种彼此直交延伸的条形电极之间;另一种是有源矩阵,其中EL层被夹在排列成矩阵且连接到TFT的像素电极与相对电极(counter electrode)之间。当像素密度变高时,由于有源矩阵在各个像素(或各个点)中具有开关而能够在低电压下驱动,故认为有源矩阵优越于简单矩阵。
历来已有装有多个屏板的电子器具。例如,在笔记本计算机上,除了主显示屏幕屏板(全色显示的透射型液晶屏板)以外,还提供有单色透射型液晶屏板用来显示电源或电池余量等简单显示。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的显示器件的形式,该显示器件使用由阴极、EL层和阳极构成的发光元件。
本发明使用透光性材料作为阴极和阳极的材料,并且衬底和密封衬底也使用有透光性的材料。在本发明中,从含有有机化合物的层发射的光,也就是透过阴极而发出的光以及透过阳极而发出的光,能够同时进行两种显示。
在本发明中,来自含有有机化合物的层发射的光是白色光,并且,提供颜色滤光片或颜色转换层以便实现其中一方的全色显示。透过颜色滤光片的发光方向可以选择最终能获得亮度大的显示表面。当采用有源矩阵型发光器件时,一方的发光由于经TFT的层间绝缘膜和保护膜,其发光亮度被减弱,所以优选在没有TFT的密封衬底一侧提供颜色滤光片。
根据本发明,用一个屏板得到两种显示,例如可以在表面和背面进行不同的显示(全色显示、单色显示或区域彩色(area color)显示)。
另外,通过使本发明的发光元件发射白色光,不需要使用对极小的每个R、G、B区域上进行选择性地蒸发淀积而使用的精密度高的金属掩膜,所以可以提高生产率。另外,当分别对R、G、B进行选择性地蒸发淀积时,需要分别提供相应于R、G、B的多个蒸发淀积室,然而如果是白色光,贝则制造设备需要较少的蒸发淀积室。
另外,在本发明中通过将两个偏光片提供在屏板上并使其错开成90度,可以防止外界的光穿过屏板,从而在不进行显示的状态下实现黑色显示。为防止反射而使用的圆偏光片(circular polarization plate)是特殊的光学薄膜,价格昂贵,但偏光片在液晶屏板领域中被大量利用,其价格低廉。
如图1A所示的一个实例,公开在本说明书的本发明的结构是:一种发光器件,它包括:
多个发光元件的像素部分;以及颜色滤光片,
其中,每个所述发光元件包括:有透光性的第一电极;在该第一电极上连接的含有有机化合物的层;在该含有有机化合物的层上连接的有透光性的第二电极,
并且其中,所述发光元件同时发射:蓝色光;从有机金属络合物发射的磷光;以及从该有机金属络合物的受激准分子状态发射的发光,从而生成白色发光,
并且,透过所述第二电极的白色光透过颜色滤光片,从而生成全色显示,
并且,透过所述第一电极的白色光生成单色显示。
另外,如图1B所示的一个实例,本发明的其他结构是:一种发光器件,它包括:有多个发光元件的像素部分;颜色滤光片;第一偏光片;以及第二偏光片,
其中,每个所述发光元件包括:有透光性的第一电极;在该第一电极上连接的含有有机化合物的层;在该含有有机化合物的层上连接的有透光性的第二电极,
并且其中,所述发光元件同时发射:蓝色光;从有机金属络合物发射的磷光;以及从该有机金属络合物的受激准分子状态发射的发光,从而生成白色发光,
并且,透过所述第二电极的白色光透过颜色滤光片和第一偏光片,从而生成全色显示,
并且,透过所述第一电极的白色光借助第二偏光片,从而生成单色显示。
在上述各个结构中,所述含有有机化合物的层包括第一发光层以及第二发光层,其中所述第一发光层发射蓝色光;所述第二发光层包含磷光材料,且从该磷光材料发出的磷光和从该磷光材料的受激准分子状态发出的发光同时发光。另外,在上述各个结构中,所述第二发光层中的磷光材料以不少于10wt%至40wt%,优选的是,以不少于12.5wt%至20wt%的浓度分散在主体材料中。
一般来说,在主体材料中混入少于1wt%的单态化合物,或5wt%-7wt%的三重态化合物,由于仅有几wt%,所以被称为掺杂物(dopant),但本发明的磷光材料以超过10wt%的比例分散在主体材料中,因此不是掺杂物。将掺杂物控制在几wt%是很困难的,针对即使极少量的变化也容易引起发射光谱和电特性的变化,并容易产生不均匀,在本发明中,将超过10wt%的磷光材料混入主体材料,其浓度容易被控制,从而可以获得稳定的发光元件。
而且,在上述各个结构中,所述含有有机化合物的层包括第一发光层、第二发光层、以及电子传输层的三层,其中所述第一发光层发射蓝色光;所述第二发光层的主体材料包含磷光材料,且从该磷光材料发出的磷光和从该磷光材料的受激准分子状态发出的发光同时发光。
而且,在上述各个结构中,其中所述第一偏光片的偏光轴与第二偏光片的偏光轴有90度的差。这些偏光片具有防止透过发光器件看见背景,以及防止反射的效果。
另外,本发明的其他结构是:一种发光器件,它包括:有多个发光元件的像素部分;第一颜色滤光片;以及第二颜色滤光片,
其中,每个所述发光元件包括;有透光性的第一电极;在该第一电极上连接的含有有机化合物的层;在该含有有机化合物的层上连接的有透光性的第二电极,
并且其中,所述发光元件同时发射:蓝色光;从有机金属络合物发射的磷光;以及从该有机金属络合物的受激准分子状态发射的发光,从而生成白色发光,
并且,透过所述第二电极的白色光透过有红色、蓝色、绿色三种类上色层的第一颜色滤光片,从而生成全色显示,
并且,透过所述第一电极的白色光透过有红色、蓝色、绿色中任何一种上色层的第二颜色滤光片,从而生成单色显示。
而且,在上述各个结构中,所述发光器件是包括摄像机、数码相机、个人计算机以及便携式信息终端的电子器具。
另外,为获得到上述各个结构的制造设备也包含在本发明中,其结构为:一种制造设备,包括:
装载室;
与该装载室连接的载运室;
与该载运室连接的多个淀积室;
以及与该每个淀积室连接的安装室,
其中,所述每个淀积室和将淀积室内真空抽气的真空抽气室连接在一起;并包括:固定衬底的装置;给掩膜和衬底的位置定位的定位装置;一个或两个蒸发源;将该蒸发源在所述淀积室内和所述安装室内移动的装置;加热衬底的装置,
并且其中,所述多个淀积室包括:
第一淀积室,用于在衬底上的阳极上用蒸发淀积法形成发射蓝色光的第一发光层;
第二淀积室,用于在所述第一发光层上用共同蒸发淀积方法形成第二发光层,该第二发光层包含磷光材料,且从该磷光材料发出的磷光和从该磷光材料的受激准分子状态发出的发光同时发光;
第三淀积室,用于在所述第二发光层上用蒸发淀积法形成电子传输层。
注意,在本发明书中使用的术语“受激准分子状态”指的是二聚体(激发二聚体)的状态,该二聚体只在同一种类的一个基态分子和一个激发态分子结合而形成激发态的情形中稳定存在。
附图说明
图1A和1B是根据实施方案模式1的双面发射型发光器件的模式图;
图2A至2C是根据实施方案模式1的双面发射型发光器件的模式图;
图3A和3B分别是表示根据实施例1的有源矩阵型EL显示器件结构的俯视图和横截面图;
图4A至4G是根据实施例2的电子器具实例的简图;
图5是根据实施方案模式2的多室制造设备的视图;
图6是根据实施例3的蒸发淀积设备的俯视图;
图7A至图7C是表示根据实施例3的安装室以及载运情况的视图;
图8是根据实施例4的蒸发淀积设备的横截面图;
图9是根据实施例3的淀积室内的俯视图;
图10是根据实施例5的发射光谱图;
图11是根据实施例5的显示发射光谱的电流密度依赖性的简图。
注:本发明的选择图为图1
实施方案模式
下文中将说明本发明的实施方案模式。
实施方案模式1
在此,用图1和图2说明本发明的双面发射型发光器件的例子。
在图1A中,透光性衬底1001a上提供有含有作为开关元件的TFT的层1001b和由含有有机化合物的层、阴极和阳极构成的含有发光元件的层1001c,从而构成白色发光屏板1001。注意,在此为简单起见,用于密封的保护层、衬底或薄膜在这里没有图示出。
本发明中,将该白色发光屏板1001和颜色滤光片1000粘合在一起以便在一个表面上获得全色显示。
而且,图1B中示出了在双面发射型的发光器件中使用光学薄膜以不看见背景的例子。注意,在图1B中,和图1A相同的部分用相同的符号表示。
图1A示出发光器件的横截面图。为了防止外界的光透过,将发光屏板1001夹在偏光片1002和1003之间。当两个偏光片的偏光方向垂直时,能够遮断外光。而且,因从发光屏板1001发射的光只透过一个偏光片,所以能进行显示。
根据上述结构,由于获得发光而进行显示以外的部分显示黑色,所以当从表面或背面上看时,能够防止透过看到背景并容易认识该显示内容。
图1B示出在偏光片1002、1003与发光屏板1001之间有距离的例子,然而本发明不局限于此,也可以在发光屏板上直接提供偏光片。
图2A是像素部分的一部分的横截面图。而且,图2B是发光区域的叠层结构的简单视图。如图2B所示,该发光区域能够从上面和下面同时发射光。另外,发光区域的布置方法,即像素电极的布置方法可以利用条形排列、三角形排列和嵌合型排列。
在图2A中,参考数字300表示第一衬底;301a和301b表示绝缘层;302表示TFT;308表示第一电极(透明导电层);而309表示绝缘体。310表示EL层;311表示第二电极;312表示透明的保护层;313表示间隙;314表示第二衬底;320表示上色层;而321表示遮挡层。
制作在第一衬底300上的TFT 302(p沟道TFT)是用来控制发光EL层310中流动的电流的元件,且参考数字304表示其漏区(或源区)。而且,参考数字306表示连接第一电极与漏区(或源区)的漏电极(或源电极)。而且,用相同的工艺,与漏电极306同时形成诸如电源线或源布线之类的布线307。此处示出了第一电极与漏电极306被分别形成的例子,但它们也可以被同时形成。在第一衬底300上形成作为基底绝缘膜的绝缘层301a(此处氮化物绝缘膜作为下层,氧化物绝缘膜作为上层),并在栅电极305与激活层之间形成栅绝缘膜。而且。参考数字301b表示由有机材料或无机材料组成的层间绝缘膜。而且,虽然此处未示出,但在一个像素中也可以制作额外的TFT,或在一个像素中也可以制作多个TFT(n沟道TFT或p沟道TFT)。而且,虽然此处示出了具有一个沟道形成区303的TFT,但本发明不特别局限于此,也可以采用具有多个沟道的TFT。
另外,参考数字308表示由透明导电膜组成的第一电极,也就是EL元件的阳极(或阴极)。可以用ITO(氧化铟氧化锡合金)、氧化铟氧化锌合金(In2O3-ZnO)、氧化锌(ZnO)作为该透明导电膜。
而且,绝缘体309(也称为堤坝、隔离物、障碍物、势垒等)覆盖着第一电极308的边沿部分(以及布线307)。无机材料(例如氧化硅、氮化硅、以及氮氧化硅)、光敏有机材料或非光敏有机材料(例如聚酰亚胺、丙烯酸、聚酰胺、聚酰亚胺酰胺、抗蚀剂、以及苯并环丁烯)、以及这些材料的叠层等,能够被用作绝缘体309。此处绝缘体309采用被氮化硅膜覆盖的光敏有机树脂。当例如采用正性光敏丙烯酸作为有机树脂材料时,最好仅仅使绝缘体的上边沿部分具有曲率半径的弯曲表面。而且,由于曝光而成为不溶于腐蚀剂的负性光敏有机材料,以及由于曝光而成为可溶于腐蚀剂的正性光敏有机材料,都能够被用作此绝缘体。
而且,用蒸发淀积方法或涂敷方法形成包含有机化合物的层310。在此,用蒸发淀积设备形成有均匀的膜厚的含有有机化合物的层310。注意,在形成包含有机化合物的层310之前,最好执行真空热处理(100至250℃),从而进行除气,以便改善可靠性。例如,若采用蒸发淀积方法,则在已经被抽空到压力等于或小于5×10-3乇(0.665Pa),最好为10-4-10-6Pa的淀积室中执行淀积。当进行淀积时,用电阻加热方法预先使有机化合物气化,并在蒸发时打开闸门使有机化合物向着衬底弥散。被气化了的有机化合物向上弥散,并在穿过制作在金属掩膜中的窗口部分之后,被淀积在衬底上。
注意,如图2B所示的例子,在阳极上按空穴注入层(HIL)、空穴传输层(HTL)、发光层(EML)、电子传输层(ETL)和电子注入层(EIL)的顺序层叠而形成EL层(含有有机化合物的层)310。典型的是用CuPc作为HIL,用α-NPD作为HTL,用含有以铂为主要金属的有机金属络合物(Pt(ppy)acac)的CBP作为EML,用BCP作为ETL,用BCP:Li作为EIL。根据上述叠层结构,得到白色光。注意,4,4’-N,N’-二唑基-二苯(4,4’-N,N’-dicarbazole-biphenyl)简称为CBP。
EL层可以是由通过单重激发态发光(荧光)的发光材料(单态化合物)构成的薄膜或者可以是由通过三重激发态发光(磷光)发光的发光材料(三态化合物)构成的薄膜。
另外,该EL层310具有下述的特征,也就是,本发明通过采用以铂为主要金属的有机金属络合物,根据简单的叠层结构可以获得白色光。本发明至少利用产生蓝色发光的第一发光层和使用同时产生磷光发光和受激准分子发光的磷光材料的第二发光层,以便获取白色光。
应该注意,这时的发射蓝色光的第一发光层可以由单一物质(蓝色发光体)构成的层来形成,也可以由主体材料中分散(或混入)有发射蓝光的客体材料来形成。
受激准分子发光跟通常的发光(如是磷光材料则指磷光发光)相比,一定出现在长波长一侧(具体是在几十nm或更长波长侧),例如,绿色区域的发磷光的磷光材料的受激准分子发光出现在红色区域。所以,可以实现在红、绿、蓝色的各个波长区域中有峰值且高效率的白色有机发光元件。
作为其具体方法,比如,有一个方法是将象铂络合物那样的平面性高的磷光材料作为客体材料,并且提高其添加浓度(更具体地说是不少于10wt%的浓度)。通过添加10wt%或更多的高浓度磷光材料,磷光材料之间的相互作用变大,其结果是导出了受激准分子发光。或者,还有一个可能的方法是不将磷光材料作为客体材料使用,而是将磷光材料作为薄膜状的发光层或点状的发光区域使用。但是,需要注意的是导出受激准分子发光的方法不局限于上述方法。
另外,图2C示出了最简单的叠层结构的例子,即在阳极上按HTL(α-NPD:膜的厚度为30nm)、EML(含有Pt(ppy)acac的CBP:膜的厚度为30nm)和ETL(BCP:膜的厚度为20nm)这样顺序层叠三重叠层的例子。以Pt(ppy)acac为典型的三重态化合物具有高发光效率,从而对大屏板是有效的。因当采用如图2C所示的三层结构时,能够缩减工艺的时间并抑制增加制造设备的淀积室的数量,所以适于批量生产。另外,每个层的厚度极薄(20nm-30nm),所以从材料成本的角度考虑也是有利的。
而且,参考数字311表示由导电膜组成的第二电极,亦即发光元件的阴极(或阳极)。诸如MgAg、MgIn、AlLi、CaF2、CaN之类的合金,或用Ag与周期表1族或2族元素共同淀积形成的有透光性的膜,可以被用作第二电极311的材料。此处因要制造的是通过第二电极发光的双面发射型发光器件,因而采用厚度为1-10nm的Ag膜或MgAg合金膜。若采用Ag膜被用作第二电极311的结构,则有可能利用氧化物之外的材料形成接触包含有机化合物的层310的材料,从而能够提高发光器件的可靠性。而且,在形成1-10nm的Ag膜之前,也可以将具有透光性的由CaF2、MgF2、或BaF2组成的层(膜厚度为1-5nm)形成为阴极缓冲层。
而且,为了使阴极具有较低的电阻,可以在厚度1-10nm的金属薄膜上形成厚度50-200nm的透明导电膜(诸如,ITO(氧化铟氧化锡合金)、氧化铟氧化锌合金(In2O3-ZnO)、氧化锌(ZnO)等)。或者,为了使阴极具有较低的电阻,还可以在不成为发光区的区域的第二电极311上提供辅助电极。而且,在阴极形成时,可以利用借助蒸发淀积的电阻加热方法,并利用蒸发淀积掩膜,选择性地形成阴极。
而且,参考数字312表示用溅射方法或蒸发淀积方法形成的透明保护层,此保护层保护着由金属薄膜组成的第二电极311,并且该保护层被用作防止水分侵入的密封膜。如图2B所示,作为透明保护层312,可以使用通过溅射或CVD得到的氮化硅膜,氧化硅膜,氮氧化硅膜(SiNO膜(成分比N>0)或SiON膜(成分比N<0))和以碳作为主要成分的薄膜(诸如DLC膜,CN膜)。
经上述步骤形成的透明保护层312最合适作以含有有机化合物的层作发光层的发光元件的密封膜。
而且,用密封材料(没有图示出)键合(bonding)第二衬底314与第一衬底300。密封材料包含间隙材料,以便保持一对衬底之间的空间,并且该密封材料被排列成环绕像素部分的形状。并且此处,在间隙313中填充惰性气体,将干燥剂(没有图示出)粘贴在第二衬底上。另外,可以在间隙中填充透明密封材料,这种情况下,可以采用紫外线固化或热固化的环氧树脂。与当一对衬底之间为空间(填充惰性气体)时相比,通过在一对衬底之间填充透明密封材料,可以提高整体的透光率。
另外,配合发光区域的布置场所,粘贴颜色滤光片和第二衬底314。颜色滤光片由R、G、B的三种上色层320、用于实现各个上色层之间的遮光的遮挡层321以及外涂层(没有图示出)组成。虽然在此示出了将颜色滤光片粘贴在第二衬底314的外侧的例子,但也可以粘贴在第二衬底314的内侧面上,这种情况下,白色光的发光路线变成透过颜色滤光片之后透过第二衬底。
根据本发明能够实现一种新的发光显示器件的形式,该发光显示器件在一个屏板上具有两个屏幕,并且,在经阳极的白色光和经阴极的白色光之中,一方的发光显示全色,而另一方的发光显示单色。
实施方案模式2
图5示出了多室系统的制造设备的俯视图。在图5中所示的制造设备,其小室的排列是谋求提高效率的排列。
在图5所示的制造设备中,至少使载运室502、508、514一直保持真空,并且,使淀积室506W1、506W2、506W3一直保持真空。这样,能够省略淀积室内的真空抽气工艺和填充氮气工艺,所以在较短时间就可以完成连续淀积处理。
一个淀积室只淀积EL层中的一层,该EL层由不同的材料层的叠层组成(其中含有空穴传输层、空穴注入层、发光层、电子传输层和电子注入层等)。在各个淀积室中安装有可移动的蒸发源支架。这样的蒸发源支架备有多个,在蒸发源支架上适当地安装多个填充有EL材料的容器(熔化锅),蒸发源支架在此状态下被安装在淀积室。将衬底以面向下的方式固定好,用CCD等对蒸发淀积掩膜的位置实施定位,用电阻加热法等实施蒸发淀积从而可以有选择地形成膜。
在安装室526p、526q、526r、526s中,进行安装其内密封有EL材料的容器(熔化锅)和更换蒸发源支架的部件。EL材料被预先在材料制造商处用容器(有代表性的是熔化锅)来存储。另外,在安装中,优选的是熔化锅不与大气接触,当从材料制造商处转移该熔化锅过来时,将熔化锅在密封在第二容器中的状态下引入到淀积室中。并且,使安装室处于真空,在该气氛下,从第二容器中取出熔化锅,且安装到蒸发源支架上。根据以上步骤,可以防止熔化锅以及包含在熔化锅中的EL材料被污染。
本发明实现了由三层结构的含有有机化合物的层构成的白色发光元件,所以至少是用三个小室来形成含有有机化合物的层。通过用三个小室的结构,能够缩减工艺的时间并降低制造设备的成本。另外,每个层的厚度极薄(20nm至40nm),所以从材料成本的角度考虑也是有利的。
例如,形成白色发光元件的情形中,可以在淀积室506W1形成空穴传输层(HTL)作为第一发光层,在淀积室506W2形成第二发光层,在淀积室506W3形成电子传输层(ETL),然后在淀积室510形成阴极。作为第一发光层中的发光体,可以使用TPD、α-NPD等有空穴输运性的蓝色荧光材料。另一方面,第二发光层的发光体使用以铂为中心金属的有机金属络合体较合适。具体地说,将下面结构公式(1)至(4)中表示的物质以高浓度(10wt%-40wt%,优选为12.5wt%-20wt%)分散在主体材料中,可以导出磷光发光和其受激准分子发光双方的光。注意,本发明不受以上列举材料的限制,只要是能使磷光发光和其受激准分子发光双方的光同时发射出的磷光材料,什么材料都可以被使用。
化学结构式1
Figure C200410032350D00151
化学结构式2
Figure C200410032350D00152
化学结构式3
化学结构式4
Figure C200410032350D00154
作为可以形成电子传输层(ETL)的电子输运材料,包括金属络合物,例如三(8-喹啉醇合)铝(以下称Alq3)、三(4-甲基-8-喹啉醇合)铝(以下称Almq3)以及双(10-羟基苯并[h]-喹啉醇合)铍(以下称BeBq2)、以及双(2-甲基-8-喹啉醇合)-(4-羟基-联苯基)-铝(以下称BAlq)、双[2-(2-羟苯基)-苯并噁唑醇合]锌(以下称Zn(BOX)2)、和双[2-(2-羟苯基)-苯并噻唑醇合]锌(以下称Zn(BTZ)2)。除了金属络合物外,还包括其他能输运电子的材料是噁二唑衍生物,如2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁基苯基)-1,3,4-噁二唑(缩写成PBD)、以及1,3-双[5-(对叔丁基苯基)-1,3,4-噁二唑-2-基]苯(缩写成OXD-7);三唑衍生物,如3-(4-叔丁基苯基)-4-苯基-5-(4-联苯基)-1,2,4-三唑(缩写成TAZ)、以及3-(4-叔丁基苯基)-4-(4-乙基苯基)-5-(4-联苯基)-1,2,4-三唑(缩写成p-EtTAZ),咪唑衍生物,如2,2’,2’’-(1,3,5-benzenetryil)三(1-苯基-1H-苯并咪唑)(缩写成TPBI),以及菲咯啉衍生物,如红菲绕啉(缩写成BPhen)和浴铜灵(缩写成BCP)。
特别是,可以用共同蒸发淀积方法以高浓度(10wt%-40wt%,优选为12.5wt%-20wt%)掺进一种金属络合物来形成第二发光层,所以容易调节浓度,适于批量生产。
注意,作为蒸发淀积掩膜可以利用简单的掩膜,该掩膜用于在取出电极露出的地方(后面工艺中,粘合FPC(柔性印刷电路)的地方)以外的区域进行蒸发淀积。
另外,作为阴极,使用极薄的金属膜和透明导电膜的叠层,以便获得双面发光屏板。因极薄的金属膜(Ag或MgAg)可以用电阻加热方法形成厚度为1-10nm的膜,并透明导电膜用溅射法形成,所以可以在短时间形成阴极。
虽然在此示出了制作白色发光屏板的例子,但也可以制作单色发光(绿色、红色、蓝色等)的屏板。
下文将示出载运预先提供有阳极(第一电极)和用于覆盖该阳极末端部分的绝缘体(隔离物)的衬底到图5所示的制造设备中,以制作发光器件的步骤。另外,在制造有源矩阵型发光器件的情形中,衬底上预先提供多个与阳极连接的薄膜晶体管(用于控制电流的TFT)和其他薄膜晶体管(开关用TFT等),还提供由薄膜晶体管构成的驱动电路。另外,图5所示的制造设备也可用于制作单纯矩阵型发光器件。
首先,上述衬底(600mm×720mm)安装在衬底投入室520中。如320mm×400mm、370mm×470mm、550mm×650mm、600mm×720mm、680mm×880mm、1000mm×1200mm、1100mm×1250mm或1150mm×1300mm这样的大尺寸衬底也可以适用。
载运安装在衬底投入室520的衬底(提供有阳极和用于覆盖该阳极末端部分的绝缘体的衬底)到维持在大气压下的载运室518。注意,在载运室518中提供有用于将衬底载运或反转的载运系统(载运自动装置等)。
另外,在每个载运室508、514、502提供载运系统和真空抽气装置。安装在载运室518的自动装置可以将衬底正面和反面反转,并可以将衬底反转而载运到输送室505。输送室505连接到真空抽气处理室,可以通过真空抽气变成真空,也可以在真空抽气之后通过引入惰性气体使输送室505处于大气压下。
另外,上述真空抽气室提供有磁悬浮型涡轮分子泵、低温泵或干燥泵。由此,连接到每室的载运室的最终真空度可以做到落在10-5至10-6Pa的范围,而且,可以控制杂质从泵侧和抽气系统的反向扩散。为了防止杂质混入到装置的内部,使用氮气或稀有气体等的惰性气体作为要引入的气体。将要引入到装置中的这些气体,在其被引入到设备之前用气体精制器高度提纯,然后被使用。因而,有必要提供气体精制器,使得气体在被高度提纯之后引入到蒸发淀积系统中。由此,包括在气体中的氧、水和其他杂质可以预先被除去,因而,可以防止杂质混入到设备中。
另外,在将衬底安装到衬底投入室520之前,为了减少表面的点缺陷,优选的是,将界面活性剂(弱碱)包含于多孔海绵(典型地,由PVA(聚乙烯醇)或尼龙制成)中,用其擦拭和清洗第一电极(阳极)表面以便去除表面的微粒。作为清洗装置,可使用具有滚刷(用PVA制作)的清洗装置,滚刷与衬底表面接触,同时绕平行于衬底表面的轴线旋转,或也可使用具有圆盘状刷子(用PVA(聚乙烯醇)制作)的清洗装置,圆盘状刷子与衬底表面接触,同时绕垂直于衬底表面的轴线旋转。
接下来,从载运室518载运衬底到输送室505,然后,从输送室505载运衬底到载运室502而不暴露于大气。
此外,优选在蒸发淀积以形成含有有机化合物的膜之前进行真空加热,以便消除皱缩。将衬底从载运室502载送到多阶段真空加热室521,并在真空(等于或低于5×10-3乇(0.665Pa)的压力,优选从10-4到10-6Pa)中进行用于除气的退火,以便完全除去含在衬底中的湿气和其它气体。在多阶段真空加热室521中用平板加热器(典型的是护套加热器)对多个衬底均匀地加热。安装多个这样的平板加热器,用平板加热器将衬底夹在中间从两面对衬底加热,当然,也可以只从单面对衬底加热。特别是,如果有机树脂膜用作层间绝缘膜材料或隔离物的材料,有机树脂材料趋于容易吸收湿气,此外,还有产生除气的危险。因此在形成含有有机化合物的层之前,进行真空加热相当有效,具体是在100至250℃、优选为150℃至200℃的温度下在例如30分钟或更长时间的周期内加热之后,进行30分钟的自然冷却,以便除去吸收的湿气。
另外,除了上述真空加热以外,在惰性气体气氛中200℃至250℃的温度下加热的同时可以实施UV照射。此外,当不进行真空加热时,可以只在惰性气体气氛中200℃至250℃的温度下加热的同时实施UV照射。
如果有必要,可以在大气压下或减压下的淀积室512用喷墨法、旋涂法或喷雾法形成由聚合材料组成的空穴注入层。此外,还可以在使用喷墨法的涂敷后,实施旋涂以求均匀的膜厚度。同样,可以在使用喷雾法的涂敷后,实施旋涂以求均匀的膜的厚度。还可以竖着放置衬底真空中用喷墨法形成膜。
例如,在淀积室512中,将聚(乙烯二氧噻吩)/聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT/PSS)的水溶液、聚苯胺/樟脑磺酸(PANI/CSA)的水溶液、PTPDES、Et-PTPDEK、PPBA等作为空穴注入层(阳极缓冲层)发挥作用的材料涂敷在第一电极(阳极)的整个表面上并焙烧。优选在多阶段加热室523a、523b中进行焙烧。
通过采用旋涂器等涂覆法形成由聚合材料构成的空穴注入层(HIL)的情况还可以提高平坦性,对于在其上形成的膜,可以得到满意的膜的覆盖率和膜的厚度的均匀性。特别是,由于发光层的膜的厚度很均匀,因此可以获得均匀的光发射。在这种情况下,优选在用涂覆法形成空穴注入层之后和用蒸发淀积法淀积形成膜之前进行大气压加热或真空加热(在100℃至200℃)。
比如,用海绵清洗第一电极(阳极)的表面,将衬底载运到衬底投入室520,载运到淀积室512a,通过旋涂在整个表面上形成厚60nm的聚(乙烯二氧噻吩)/聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT/PSS)的水溶液的膜,然后载运到多阶段加热室523a、523b,在80℃的温度下进行预备焙烧10分钟,然后在200℃下进行1小时的正式焙烧,并将衬底载运到在多阶段真空加热室521,一直到淀积即将开始之前实施真空加热(在170℃下加热30分钟,然后冷却30分钟),然后载运衬底到淀积室506W1、506W2、506W3,在不暴露于大气的情况下,用蒸发淀积法形成EL层。特别是,在用ITO膜作为阳极的材料,表面上存在凸凹不平和微小颗粒的情形中,通过将PEDOT/PSS的膜的厚度设定为30nm或更多,可以减少这些影响。此外,为了增加PEDOT/PSS的可湿性,优选在UV处理室531进行紫外线照射。
此外,如果通过旋涂用PEDOT/PSS形成膜时,可以在整个表面上形成膜,因此优选在衬底的边缘表面或周边部分、接线头部分、阴极和下部线路连接的区域选择地除去PEDOT/PSS膜。优选在预处理室503中使用掩膜通过采用O2灰化等有选择地进行除去步骤。预处理室503装备有等离子体发生装置,通过激发选自包含Ar、H、F和O的组中的一种或多种气体产生等离子体进行干刻蚀。通过使用掩膜,可以有选择地只除去不要部分。
在掩膜贮存室524a、524b贮存蒸发淀积掩膜,适当地,在实施蒸发淀积时载运其到淀积室。在利用大尺寸衬底时,掩膜的尺寸也变大,用于固定掩膜的尺寸也随之增大,从而很难贮存大量掩膜,所以在此提供了两个掩膜贮存室524a、524b。也可以在掩膜贮存室524a、524b清洁蒸发淀积掩膜。另外,在蒸发淀积中,因掩膜贮存室处于空闲状态,可以用来贮存膜形成后或处理后的衬底。
接下来,从载运室502载运衬底到输送室507,然后,在不暴露于大气的情况下,从输送室507载运衬底到载运室508。
然后,适当地载运衬底到与载运室508相连接的淀积室506W1、506W2、506W3,适当地形成由低分子(单体)材料制成的有机化合物层诸如空穴传输层、发光层、电子传输层。通过适当地选择EL材料,可以形成一种发光元件,该发光元件整体发射单色(具体为白色)光。注意,在不暴露于大气的情况下,经输送室540、541、511,在各个载运室之间载运衬底。
接下来,借助于安装在载运室514内部的载运系统,衬底被载运到淀积室510中以形成阴极。阴极优选具有透明或半透明性,可以采用使用电阻加热的蒸发淀积法而形成的金属膜(由MgAg、MgIn、CaF2、LiF、CaN等的合金形成;或者属于周期表中I族和II族的元素和铝通过共同淀积方法形成的膜;或这些膜层叠而成的膜)的薄膜(1nm-10nm),或者上述金属膜的薄膜(1nm-10nm)和透明导电膜层叠而成的叠层。然后,将衬底从载运室508经输送室511输送到载运室514之后,输送到淀积室509用溅射法形成透明导电膜。
通过上述步骤,形成具有含有有机化合物的层的层叠结构的发光元件。
另外,载运衬底到与载运室514相连接的淀积室513,在淀积室513形成由氮化硅膜或氮氧化硅膜组成的保护膜用来密封。在此,淀积室513的内部提供由硅制成的靶、或者氧化硅制成的靶,或者氮化硅制成的靶。
此外,相对于被固定的衬底,可以移动棒状的靶来形成保护膜。另外,相对于被固定的棒状的靶,也可以通过移动衬底来形成保护膜。
例如,氮化硅膜可以在阴极上用硅制成的圆盘状靶在由氮气氛或包括氮和氩的气氛构成淀积室的气氛中形成。另外,以碳作为主要成分的薄膜(DLC膜,CN膜,或非晶质石碳膜)也可作为保护膜。或者,另外提供使用CVD法的淀积室。类金刚石石碳膜(也被称为DLC膜)可以用等离子体CVD法(典型地,RF等离子体CVD法,微波CVD法,电子回旋共振(ECR)CVD法,热灯丝CVD法),燃烧炎法,溅射法,离子束蒸发淀积法,激光蒸发淀积法等形成。作为用于形成膜的反应气体,使用氢气和碳氢型气体(例如,CH4、C2H2、C6H6等)。反应气体然后通过辉光放电被离子化。所得到的离子被加速以碰撞负子偏压的阴极以便形成DLC膜。CN膜可以用C2H4、N2作为反应气体而形成。所得到的DLC膜和CN膜对可见光是透明或半透明的绝缘膜。贯穿本技术说明书中,句子“对可见光透明”意思是可见光的透射率是80-100%,句子“对可见光半透明”意思是可见光的透射率是50-80%。
另外,也可以采用在阴极上形成由第一无机绝缘膜、应力缓和膜和第二无机绝缘膜的叠层制成的保护层来代替上述保护层。例如,在形成阴极后,衬底被载运到淀积室513形成厚度为5nm-50nm的第一无机绝缘膜,然后,载运衬底到淀积室506W1、506W2、506W3用蒸发淀积法形成具有吸湿性和透明性的厚度为10nm-100nm的应力缓和膜(无机层或含有有机化合物的层),然后再次载运衬底到淀积室513形成厚度为5nm-50nm的第二无机绝缘膜。
然后,载运其上形成有发光元件的衬底到封闭室519。
从外部安装密封衬底到装载室517中以备用。从装载室517载运密封衬底到载运室527,如果有必要,载运衬底到用于粘贴干燥剂或光学薄膜(诸如,颜色滤光片、偏光膜等)的光学薄膜粘贴室529。另外,可以安装其上预先粘贴有光学薄膜(颜色滤光片、偏光片)的密封衬底到装载室517。
注意,优选预先在多阶段加热室516内进行退火,以便除去密封衬底中的杂质如湿气。在密封衬底上形成密封材料的情形中,其中该密封材料粘接密封衬底到其上形成有发光元件的衬底,在分配室515内形成密封材料,然后,将其上形成有密封材料的密封衬底经过输送室542载运到载运室514,然后载送给密封衬底贮存室530。注意,虽然这里示出了在密封衬底上形成密封材料的例子,但是本发明不限于这种结构,密封材料还可以形成在其上形成有发光元件的衬底上。另外,也可以在密封衬底贮存室530贮存用于蒸发淀积的蒸发淀积掩膜。
注意,本实施例示出了在采用双面发射型结构的情况的例子,由此可以载运密封衬底到光学薄膜粘贴室529,然后将光学薄膜粘合到密封衬底的内侧。或者,将其上提供有发光元件的衬底和密封衬底键合在一起之后,将键合的衬底载运到光学薄膜粘贴室529,然后可以将光学薄膜(颜色滤光片或偏光片)粘贴到密封衬底的外面。
接下来,在密封室519将衬底和密封衬底键合在一起。通过提供在密封室519中的紫外线照射机构用UV光照射与密封衬底键合在一起的衬底以固化密封材料。UV光优选从没有提供遮光的TFT的密封衬底一侧照射。注意,这里虽用紫外线固化+热固化树脂作为密封材料,本发明的密封材料并不特别地限制于此,也可以使用只利用紫外线以进行固化的树脂。
另外,在密闭的空间内可以填充树脂来代替填充惰性气体。在从底面发射型发光元件的密封衬底侧照射紫外线的情况中,因为阴极不能透过光线,所以被用于填充的树脂材料没有特别限制,可以利用紫外线固化树脂或不透明性树脂,但在从双面发射型发光元件的密封衬底侧照射紫外线的情况中,因为紫外线能透过阴极以致破坏EL层,所以优选不使用紫外线固化性的树脂。从而,当采用双面发射型的情形中,优选用具有热固化性和透明性的树脂作为填充树脂。
接下来,从密封室519载运与密封衬底键合在一起的衬底到载运室514并从载运室114经过输送室542载运其到取出室525并取出。
另外,在从取出室525取出衬底之后,进行加热以固化密封材料。当采用顶面发射型并填充热固化性树脂时,能够将密封材料和热固化性树脂同时固化。
如上所述,通过用图5所示的制造设备,直到发光元件完全被密封在密闭的密封空间,发光元件都不暴露于大气中,因而,可以制造高可靠性的发光器件。
此外,这里虽没有示出,本发明的制作设备中提供有控制移动衬底到各个处理室路径的,实现了全自动化的控制系统。
在下面的实施例中,将对具有上述结构的本发明进行更详细的描述。
实施例
实施例1
本实施例用图3示出制作发光器件(双面发射结构)的一个实例,其中,发光器件在有绝缘表面的衬底上具有以有机化合物为发光层的发光元件。
另外,图3A是示出发光器件的俯视图,图3B是沿图3A中线A-A’切割构成的横截面视图。用虚线表示的1101是源信号线驱动电路、1102是像素部分、1103是栅信号线驱动电路。1104是透明的密封衬底、1105是第一密封材料,第一密封材料1105围成的内侧中填充有透明的第二密封材料1107。第一密封材料1105中含有保持衬底间距的间隙材料。
另外,用于传输输入到源信号线驱动电路1101和栅信号线驱动电路1103的信号的线路1108从作为外部输入终端FPC(柔性印刷电路)1109接收视频信号或时钟信号。尽管这里只图示出了FPC,此FPC可以附连有印刷布线板(PWB)。
其次,横截面结构将参考图3B说明。虽然驱动电路和像素部分形成于透明的衬底1110之上,这里,只示出作为驱动电路的源信号线驱动电路1101和像素部分1102。
另外,源信号线驱动电路1101由n沟道型TFT 1123和p沟道型TFT1124组合的CMOS电路形成。另外,形成驱动电路的TFT可以通过众所周知的CMOS电路、PMOS电路或NMOS电路形成。另外,尽管本实施例中,示出在衬底之上形成驱动电路的驱动器集成型,驱动器集成型不是必须需要的,驱动电路可以不形成在衬底之上,可以在其外。另外,以多晶硅膜或非晶硅膜作激活层的TFT结构不受特别限制,其可以是顶栅型TFT,也可以是底栅型TFT。
另外,像素部分1102由多个像素形成,每个像素包括开关TFT 1111、电流控制TFT 1112,和第一电极(阳极)1113,第一电极电连接到电流控制TFT 1112的漏区。作为电流控制TFT 1112,其可以是n沟道型TFT也可以是p沟道型TFT。在其与阳极连接的情形中,优选的是p沟道型TFT。另外,优选的是适当地提供存储电容器(没有图示出)。另外,无数个被排列的像素当中,只有一个像素的横截面被示出,这里虽示出2个TFT用于此一个像素的实例,3个TFT或更多,也可以被适当地用于一个像素。
由于第一电极1113直接接触到TFT的漏区,故第一电极1113的底层由能够与硅组成的漏区形成欧姆接触的材料构成。与含有有机化合物层接触的第一电极1113的表面,最好由功函数大的材料组成。例如,利用透明导电膜(氧化铟氧化锡合金(ITO)、氧化铟氧化锌合金(In2O3-ZnO)、氧化锌(ZnO)等)。
而且,在第一电极(阳极)1113的两端上,形成绝缘体(称为堤坝、隔离物,障碍物,势垒等)1114。绝缘体1114可以由有机树脂膜或含有硅的绝缘膜组成。此处,正型光敏丙烯酸树脂膜被用来形成如图3所示形状的绝缘体1114。
为了获得良好的覆盖度,最好使绝缘体1114的上边沿部分或下边沿部分成为具有曲率半径的弯曲形状。例如,若正型光敏丙烯酸被用作绝缘体1114的材料,则最好仅仅弯曲绝缘体1114的上边沿部分使其具有曲率半径(0.2μm-3μm)。在光照下变成不溶于腐蚀剂的负型光敏材料以及在光照下变成溶于腐蚀剂的正型光敏材料,都能够被用于绝缘体1114。
可以用由氮化铝膜、氮氧化铝膜、以碳为主要成分的薄膜,或氮化硅膜制作的保护膜来覆盖绝缘体1114。
通过蒸发淀积法将含有有机化合物的层1115选择地形成在第一电极(阳极)1113。本实施例用在实施方案模式2所示的制造设备形成有均匀厚度的含有有机化合物的层1115。第二电极(阴极)1116形成在含有有机化合物的层1115之上。阴极可使用功函数小的材料(例如Al、Ag、Li、Ca,或这些材料的合金MgAg、MgIn、AlLi、无机材料比如CaF2、或CaN)。这里,为使光能透射过去,第二电极(阴极)1116使用包括厚度薄的金属薄膜(MgAg:膜的厚度为10nm)和膜的厚度为110nm的透明导电膜(氧化铟氧化锡合金(ITO)、氧化铟氧化锌合金(In2O3-ZnO)、氧化锌(ZnO)等)制成的叠层。通过以上步骤,形成由包括第一电极1113(阳极),含有有机化合物的层1115及第二电极1116(阴极)制成的发光元件1118。本实施例按顺序形成CuPc(厚度为20nm)、α-NPD(厚度为30nm)、含有以铂为主要金属的有机金属络合物(Pt(ppy)acac)的CBP(厚度为30nm)、BCP(厚度为20nm)、BCP:Li(厚度为40nm)的叠层作为含有有机化合物的层1115,以获取白色光。本实施例示出的是发光元件1118发白色光的实例,因而,提供有由上色层1131和光遮挡层(BM:Black Matrix)1132制成的滤色器(为简单起见,外涂层在这里没有图示出)。
为了密封发光元件1118形成透明保护叠层1117。透明保护叠层1117由包括第一无机绝缘膜,应力缓和膜及第二无机绝缘膜的叠层组成。作为第一无机绝缘膜和第二无机绝缘膜,可以使用通过溅射法或CVD法获得的氮化硅膜,氧化硅膜,氮氧化硅膜(SiNO膜(成分比N>0)或SiON膜(成分比N<0))和以碳作为主要成分的薄膜(诸如DLC膜,CN膜)。这些无机绝缘膜虽对水分有很高的封闭效应,但随着膜的厚度的增大膜应力也增大,这样就容易产生剥皮和膜的剥落。但是,如在第一无机绝缘膜和第二无机绝缘膜之间夹上应力缓和膜,即可以缓和应力还吸收水分。而且,即使在膜的形成时,出于某种原因在第一无机绝缘膜上形成微小的气孔(针尖状气孔),应力缓和膜可以填塞这些气孔。然后,进一步在应力缓和膜之上提供第二无机绝缘膜使其对水和氧有极高的封闭效应。作为应力缓和膜,优选的是,使用比无机绝缘膜的应力小而且有吸湿性的材料。更优选的是,同时具有透光性的材料。作为应力缓和膜还可以使用诸如α-NPD(4,4’-二-[N-(萘基)N-苯基-氨基]-联苯),浴铜灵(bathocuproin“BCP”),MTDATA(4,4’,4”-tris(N-3-methylphenyl-N-phenyl-amino)triphenylamine)(三合苯胺三甲基戊烯甲基胺),Alq3(三-8羟基喹啉铝复合体)等含有有机化合物的材料膜。这些材料膜有吸湿性,如果膜的厚度薄,则几乎是透明的。另外,MgO、SrO2、SrO有吸湿性和透光性,可以通过蒸发淀积形成薄膜,该薄膜也可以作为应力缓和膜。在本实施例中,用硅制成的靶在氮和氩的气氛构成的气氛中形成的膜,也就是说,对水和碱性金属等杂质有极高封闭效果的氮化硅膜用于第一无机绝缘膜或第二无机绝缘膜,通过蒸发淀积的Alq3膜用于应力缓和膜。为使光能透射过透明保护叠层,优选的是,使透明保护叠层的膜的总厚度尽可能地薄。
另外,为了密封发光元件1118,在惰性气体气氛中,用第一密封材料1105、第二密封材料1107将衬底和密封衬底1104键合在一起。另外,作为第一密封材料1105,优选的是使用环氧类树脂。另外,若材料具有透光性质,则对第二密封材料1107没有特别的限制,典型地采用紫外线固化的环氧树脂或热固化的环氧树脂。此处采用抗热性高的紫外线环氧树脂(Electrolite公司制造的,产品名为2500 Clear),其折射率等于1.50,粘度等于500cps,肖氏D硬度等于90,抗张强度等于3000psi,Tg点为150℃,体积电阻率等于1×1015Ωcm,而耐电压为450V/mil。而且,借助于在一对衬底之间填充第二密封材料1107,与在一对衬底之间变为空隙(填充惰性气体)相比,能够提高整体的透射率。此外,第一密封材料1105和第二密封材料1107优选尽量不渗透湿气或氧的材料。
另外,根据本实施例,作为构成密封衬底1104的材料,除了玻璃衬底或石英衬底之外,可以使用包括FRP(玻璃纤维增强塑料)、PVF(聚氟乙烯)、迈拉(Mylar)、聚酯、或丙烯酸树脂的塑料衬底。另外,用第一密封材料1105和第二密封材料1107粘接密封衬底1104之后,可以用第三密封材料覆盖侧面(暴露的面)实现进一步的密封。
如上所述,通过密封发光元件于第一密封材料1105和第二密封材料1107中,发光元件可以完全地与外界阻断(block),所以可以防止诸如湿气或氧这样加速有机化合物层退化的物质从外界入侵。因而,可以提供高度可靠的发光器件。
本实施例可以和实施方案模式1自由组合。
实施例2
本实施例用图4A至图4G示出具有两个或更多显示器件的电子器具的例子。根据本发明可以完成具有EL模块的电子器具。这些电子器具的例子包括摄像机、数码相机、风镜式显示器(头戴式显示器)、导航系统、放声器(汽车音响、音响部件等)、笔记本计算机、游戏机、便携式信息终端(移动计算机、手提电话、便携式游戏机、电子图书等)、以及包括记录媒质的放像设备(具体地说是能够处理诸如数字万能碟盘(DVD)之类的记录媒质中的数据并具有能够显示数据图像的显示器的装置)。
图4A是表示一种笔记本计算机的斜透视图,而图4B则表示在折叠状态下的该笔记本计算机的斜透视图。该笔记本计算机包含主体2201、机壳2202、显示部分2203a、2203b、键盘2204、外部接口2205、鼠标2206等。
图4A和4B示出的笔记本计算机具备包括主要用来显示全色图像的高清晰度的显示部分2203a,和主要用来显示文字或符号的利用单色方式的显示部分2203b。
图4C表示一种便携式计算机的斜透视图,而图4D则表示其背面的斜透视图。该便携式计算机包含主体2301、显示部分2302a、2302b、开关2303、操作键2304、红外端口2305等。该移动式笔记本计算机具备包括主要用来显示全色图像的高清晰度的显示部分2302a,和主要用来显示文字或符号的利用单色方式的显示部分2302b。
图4E示出了一种摄像机,它包含主体2601、显示部分2602、机壳2603、外部接口2604、遥控接收单元2605、图像接收单元2606、电池2607、声音输入单元2608、操作键2609等。显示部分2602是双面发光屏板,能够在一方的表面上主要显示全色图像的高清晰度显示,并在另一方的表面上用单色方式主要显示文字或符号。另外,显示部分2602可以在结合部分旋转。本发明被用于显示部分2602。
图4F表示一种手提电话的斜透视图,而图4G则表示在折叠状态下的该手提电话的斜透视图。该手提电话包含主体2701、机壳2702、显示部分2703a、2703b、声音输入单元2704、声音输出单元2705、操作键2706、外部接口2707、天线2708等。
图4F和4G表示的手提电话,其中包括主要用来显示全色图像的高清晰度的显示部分2703a和主要用来显示文字或符号的利用单色显示或区域彩色(areacolor)方式的显示部分2703b。这种情况下,显示部分2703a使用颜色滤光片,而显示部分2703b使用作为区域彩色的光学薄膜。
本实施例可以与实施方案模式或实施例1自由组合。
实施例3
在图6示出了蒸发淀积设备的俯视图的实例。
在图6中,淀积室101包括衬底支撑装置(没有图示出)、提供有蒸发淀积闸门(没有图示出)的第一蒸发源支架104a和第二蒸发源支架104b、移动蒸发源支架的装置(没有图示出)和用于产生低压气氛的装置(真空抽气装置)。淀积室101通过产生低压气氛的装置抽真空到低于5×10-3Torr(0.665Pa)或更低真空度,优选10-4~10-6Pa。
另外,淀积室连接到气体引入系统(没有图示出),以在淀积时将几sccm的材料气体引入到淀积室,并且淀积室连接到惰性气体(Ar、N2等)引入系统(没有图示出),以恢复淀积室中的正常压力。而且,淀积室可以提供清洁气体(选自H2、F2、NF3或O2的一种或多种气体)引入系统。注意,材料气体最好不从气体引入口以最短距离流动到气体排出口。
另外,在形成膜时,可以意向性地引入材料气体而使材料气体的成分包含在有机化合物膜中,从而获得高密度的薄膜,其结果,可以阻挡诸如湿气或氧这样加速有机化合物膜退化的杂质的入侵、扩散。具体地说,材料气体可以利用选自包括硅烷气体(硅烷、乙硅烷、丙硅烷等)、SiF4、GeH4、GeF4、SnH4和烃气体(CH4、C2H2、C2H4、C6H6等)的组中的一种或多种气体。另外,材料气体也包括用氢或氩等稀释上述气体的混合气体。引入到设备内部的这些气体,在其被引入到设备之前用气体精制器高度提纯,然后被使用。因而,有必要提供气体精制器,使得气体在被高度提纯之后引入到蒸发淀积设备中。由此,包括在气体中的残留气体(氧、湿气和其他杂质)可以预先被除去,因而,可以防止这些杂质混入到设备内部。
例如,在淀积时通过引入硅烷气体,使薄膜中包含Si,在完成发光元件之后如存在针孔或短路等的缺陷时,该缺陷部分发热,以使Si起反应形成诸如SiOx、SiCx的绝缘性绝缘体,这样就减少了针孔或短路部分的渗漏,并抑制点缺陷(暗斑,等)的进一步恶化,也就是可以获得自我愈合的效果。
注意,当引入上述材料气体时,除了低温泵以外优选同时提供磁悬浮型涡轮分子泵或干燥泵。
另外,在淀积室101中,可以沿图6的点划线(dot-dashed line)所示的移动路径多次移动蒸发源支架104。注意,在图6所示的移动路径只是一个实例,所以移动路径不局限于此。为了得到均匀的膜厚,优选如图6所示那样挪动移动路径以移动蒸发源支架,以便进行淀积。另外,蒸发源支架也可以往返在相同移动路径上。此外,可以以移动路径的区间为单位来适当地调节蒸发源支架的移动速度,以求均匀的膜厚度,以及淀积薄膜时间的缩短。例如,将蒸发源支架以30cm/分钟至300cm/分钟向X方向或Y方向移动。
另外,也可以如图9所示的对局部进行淀积而制造白色发光元件。通过对局部进行淀积,用于屏板的区域至少包含用于显示区的区域。对局部进行淀积,可以防止在不需要淀积的区域上进行淀积。为了对局部进行淀积,将闸门(没有图示出)适当地打开和关闭,实现淀积而不使用掩膜。图9示出了多个屏板时的实例,参考数字900是大面积的衬底,901是淀积室,904是能够移动的蒸发源支架,906是熔化锅。
另外,蒸发源支架104a、104b上安装填充有蒸发材料的容器(熔化锅106)。在此,表示了一个蒸发源支架104a、104b上安装有两个熔化锅的例子。另外,安装室103安装有膜厚度计(没有图示出)。在此,在移动蒸发源的过程中不用薄膜厚度计监视,因此减少膜厚度计的更换频度。
注意,当多个容器(储藏有机化合物的熔化锅或淀积舟)排列在一个蒸发源支架上时,最好熔化锅的装配角被偏置成使各个蒸发方向(蒸发中心)交叉于其上进行淀积的物体位置处,以便彼此混合各种有机化合物。
而且,蒸发源支架平常等待在熔化锅安装室内,执行加热和保温一直到淀积速度稳定。膜厚度计(没有图示出)设置在熔化锅安装室。当淀积速度稳定后,输送衬底到淀积室102,进行衬底和掩膜(没有图示出)的对准之后,打开闸门移动蒸发源支架。另外,蒸发掩膜和衬底的对准可以用CCD相机(没有图示出)证实。对准控制可以分别在衬底和蒸发掩膜中安装对准标记物来实施。在实施淀积后,将蒸发源支架输送到熔化锅安装室并关闭闸门。在关闭闸门后,将衬底输送到载运室102。
而且,在图6中,多个蒸发源支架104a、104b可以等待在安装室103,当一个蒸发源支架的蒸发材料被用完时,可以用另一个蒸发源支架代替蒸发材料被用完的蒸发源支架,按顺序移动来进行连续的淀积。此外,当一个蒸发源支架移动在淀积室时,没有蒸发材料的蒸发源支架可以补充EL材料。通过利用多个蒸发源支架104,可以提高淀积膜的效率。
而且,虽然蒸发源支架104a、104b上只可以安装两个熔化锅,但也可以用能够安装4个熔化锅的蒸发源支架,在其上只安装两个或一个熔化锅来进行淀积。
根据本发明能够缩短淀积薄膜的时间。传统上,当补充EL材料时,打开淀积室暴露到空气,在给熔化锅补充完EL材料后,由于需要实施真空抽气,因此补充材料所需时间变长,导致生产量减少。
并且,通过抑制EL材料粘附到淀积室内壁,能够减少清洁淀积室内壁等的维修频度。
而且,在安装室103b中熔化锅106被安装到蒸发源支架104a、104b。用图7A和图7B示出了载运的情况。注意,图7与图6对应的部分使用相同的参考数字表示。用真空将熔化锅106密封在一个容器中,该容器由上部部件721a和下部部件721b制成,并在这样的状态下从淀积室103的门扇112被搬入。首先,将被搬入的容器安装在容器安装转动台109,打开钩扣部件702(图7A)。由于容器内部是真空状态,所以在大气压下如果打开钩扣部件702也不会取下上部部件721a。然后,对安装室103a进行真空抽气,使容器盖子(上部部件721a)变为可能取下的状态。
下面将参考图7A给出要载送的容器样式的具体说明。用于载送的被分割成上部(721a)和下部(721b)的第二容器包括:提供在第二容器上部的用于固定第一容器(熔化锅)的固定装置706、用于给固定装置加压的弹簧705、提供在第二容器下部用于构成气体路径来保持第二容器被减压的气体引入口708、用于固定上容器721a和下容器721b的0型环和钩扣部件702。填充有精制的蒸发材料的第一容器106被安装在第二容器中。另外,第二容器可以用含不锈钢的材料形成,第一容器106可以用含钛的材料形成。
在材料制造商处,精制的蒸发材料填充在第一容器106中。第二容器的上部721a和下部721b中间夹O型环吻合在一起,并用钩扣部件702固定上容器721a和下容器721b,这样,第一容器106就被密封在第二容器内部。之后,通过气体引入口708给第二容器的内部减压,并换成氮气氛,调节弹簧705,并用固定装置706固定第一容器106。另外,干燥剂可以安装在第二容器的内部。当第二容器的内部如此被保持在真空、低压或氮气氛中时,可以防止即使少量的氧气或湿气附着到蒸发材料上。
然后,用盖子搬运自动机108提升容器盖子,并载运到盖子安装台107。另外,本发明的载运装置不限于图7B所说明的从第一容器的上方夹住第一容器106以载运的结构,载运装置也可以是夹住第一容器的侧面以载运的结构。
随后,旋转容器安装旋转台109之后,在台上留下下部部件,用熔化锅载运自动机110只将熔化锅提升(图7B)。最后,熔化锅被安装到在安装室103等待的蒸发源支架104a、104b上。
而且,安装室103可以备有清洁气体(选自H2、F2、NF3或O2的一种或多种气体)引入系统,用清洁气体清洁蒸发源支架以及闸门等的部件。另外,安装室可以安装有等离子发生装置,通过产生等离子,或将被等离子离子化的气体引入到该安装室内,以清洁安装室内壁、蒸发源支架和闸门等的部件,然后用真空抽气装置进行抽气。用于清洁的等离子可以利用通过激发选自包含Ar、N2、H2、F2、NF3和O2的组中的一种或多种气体而产生的等离子体。
如上所述,将蒸发源支架104a、104b载运到安装室103来进行清洁,以便维持淀积室的清洁度。
本实施例可以与实施方案模式2自由组合。可以在图5所示的淀积室506W1、506W2、506W3中任何一个安装如图6所示的淀积设备,并且,也可以在图5所示的安装室526a至526n中安装如图7所示的安装室。
实施例4
下面示出了不暴露于空气中能够清洁淀积室内和蒸发淀积掩膜的淀积室的实例。图8示出了本实施例的淀积设备的截面图的例子。
如图8所示,介绍在通过电容器1300b连接到高频电源1300a的蒸发淀积掩膜1302a和电极1302b之间产生等离子体1301的一个例子。
图8中,在靠近安装衬底的部分(图中虚线所示部分)提供有被支架固定的蒸发淀积掩膜1302a,能够分别以相应的温度加热的蒸发源支架1322安装在其下。蒸发源支架1322通过移动装置1328可以向X、Y、Z方向或旋转方向的θ方向移动。
当借助提供在蒸发源支架中的加热装置(典型为电阻加热方法)将材料室内的有机化合物加热到升华温度时,有机化合物被蒸发和淀积在衬底的表面上。顺便提及,淀积时,衬底闸门1320被移动到不会影响淀积的位置。另外,蒸发源支架安装有随蒸发源支架一起移动的闸门1321,在淀积时,闸门1321移动到不会影响淀积的位置。
而且,该淀积室也提供了气体引入系统,其中,在淀积时将用少量的比有机化合物粒子小的粒子,即由原子半径小的材料构成的气体引入,以便将原子半径小的材料包含在有机化合物膜中。具体地说,原子半径小的材料气体可以利用选自包括硅烷气体(硅烷、乙硅烷、丙硅烷等)、SiF4、GeH4、GeF4、SnH4或烃气体(CH4、C2H2、C2H4、C6H6等)的组中的一种或多种气体。另外,原子半径小的材料气体也可以利用用氢或氩等稀释上述气体的混合气体。将要引入到设备内部的这些气体,在其被引入到设备之前用气体精制器高度提纯,然后被使用。因而,有必要提供气体精制器,使得气体在被高度提纯之后引入到蒸发淀积设备中。由此,包括在气体中的残留气体(氧、湿气和其他杂质)可以预先被除去,因而,可以防止杂质混入到设备内部。
例如,在淀积时通过引入硅烷气体,使薄膜中包含Si,在完成发光元件之后如存在针孔或短路等的缺陷时,该缺陷部分发热,以使Si起反应形成诸如SiOx、Six的绝缘性绝缘体,这样就减少了针孔或短路部分的渗漏,并抑制点缺陷(暗斑,等)的进一步恶化,也就是可以获得自我愈合的效果。
另外,也可以用衬底加热用的加热器1304等加热装置来加热衬底,以便在衬底上高效率地淀积被引入的材料气体的成分。
此外,也可以用等离子发生装置进行原子团化。比如,在用硅烷的情形中,由等离子发生装置生成的SiHx、SiHxOy、SiOy等的氧化硅先驱物(precursor)与来自蒸发源的有机化合物材料同时淀积到衬底上。硅烷容易与氧气或湿气产生反应,因此可以减低淀积室内的氧浓度或湿气量。
为了引入各种各样的气体,真空抽气室提供有磁悬浮型涡轮分子泵1326和低温泵1327。由此,淀积室的最终真空度可以做到10-5-10-6Pa的范围。注意,用低温泵1327进行真空抽气之后,关上低温泵1327,边用涡轮分子泵1326进行真空抽气,边引入几sccm的材料气体实施蒸发淀积。另外,还可以用离子镀(Ion Plating)方法在淀积室中使材料气体离子化,然后将材料气体粘附到被蒸发的有机材料而实施淀积。
完成蒸发淀积时,取出衬底,然后进行清洁以去除粘附到提供在淀积设备内部的夹具以及淀积设备内壁的淀积材料,而不暴露到大气。
清洁时,优选将蒸发源支架1322转移到安装室(在此没有图示出)进行清洁。
清洁时,将电极线1302b移动到与蒸发淀积掩膜1302a相对的位置。此外,气体引入到淀积室1303内。要引入到淀积室1303内的气体可以是选自Ar、H2、F2、NF3和O2的一种或多种气体。接下来,从高频电源1300a施加高频电场到蒸发淀积掩膜1302a,以激发气体(Ar、H、F、NF3和O)并产生等离子体1301。以此方式,在淀积室1303中产生等离子体1301,蒸发粘附在淀积室内壁、防附着遮护板1305、以及蒸发淀积掩膜1302a上的淀积物质,并排出淀积室。借助图4所示的淀积设备,在维护时,可以在不打开淀积室或不使蒸发淀积掩膜接触空气的情况下进行清洁。
应该注意,在此,虽然示出了在蒸发淀积掩膜1302a和提供在该掩膜与蒸发源支架1306之间的电极线1302b之间产生等离子体的一个例子,但本发明不特别局限于此,而是包括只要能产生等离子体的任何装置。此外,高频电源可以连接到电极1302b,电极1302b可以形成为平板状或网状电极,或者是可以象淋浴喷头那样引入气体的电极。注意,等离子的产生方法可以适当地利用ECR(电子回旋共振,Electron Cyclotron Resonance)、ICP(电感耦合等离子体,inductively-coupled plasma)、螺旋波(helicon wave)、磁控管(magnetron)、双频率(dual-frequency)、三极管(triode)或LEP(大型正负电子对撞器,large electron-positron collider)等。
此外,可以对每个淀积膜的工艺进行以上提到的等离子体清洁,也可以在多个淀积膜的工艺之后进行清洁。
本实施例可以与实施方案模式2或实施例3自由组合。
实施例5
在本实施例中,将描述有机发光元件(元件结构:ITO/Cu-Pc(20nm)/α-NPD(30nm)/CBP+Pt(ppy)acac:15wt%(20nm)/BCP(30nm)/CaF(2nm)/Al(100nm))的元件特性。另外,有上述结构的有机发光元件的发射光谱在图10的光谱1以及图11中表示。
图10的光谱1是向有上述结构的有机发光元件施加1mA的电流时(约960cd/m2)的发射光谱。从光谱1表示的结果得知能够获得有以下三个组成成分的白色发光,该三个组成成分为:形成第一发光层的α-NPD的蓝色(约450nm)、根据包含在第二发光层中的Pt(ppy)acac的磷光发光而获得的绿色(约490nm以及约530nm)、以及根据包含在第二发光层中的Pt(ppy)acac的受激准分子发光而获得的橙色(约570nm)。CIE色度坐标(chromaticitycoordinate)为(x、y)=(0.346、0.397),从表面上看基本是白色。
在此,测量用于第一发光层的α-NPD以及用于第二发光层主体材料的CBP的电离电势的测量结果为:α-NPD大约是5.3eV;CBP大约是5.9eV,其间的差为0.6eV。换句话说,0.6eV这个值满足了本发明的不少于0.4eV的优选条件,所以可以认为实现了优质的白色发光。顺便提一下,电离电势的测定是使用光电子光谱仪AC-2(理研测量仪公司制造,Riken Keiki Co.,Ltd.)而进行的。
另外,图11表示测定各个光谱的测定结果,该各个光谱是在改变向有上述结构的有机发光元件施加的电流量时获得的。在此,将改变电流值时的测定结果表示在光谱a(0.1mA)、光谱b(1mA)、光谱c(5mA)上。这个测定结果很清楚地表明,即使增加电流值(提高亮度),光谱的形状也几乎不发生变化,由此可以得知本发明的有机发光元件可以发射出稳定的白色发光而不受电流值变化的影响。在图11中,整个光谱的发光密度根据特定的波长的每个发光密度而被规范化。
有上述结构的有机发光元件的电特性,在电流密度为10mA/cm2的情况时可以获得460cd/m2左右的亮度。
比较例1
相对于此,图10的光谱2和光谱3分别表示另一个有机发光元件的发射光谱,该有机发光元件用不同于实施例5所示的包含在发光层中的Pt(ppy)acac的浓度而制成的。Pt(ppy)acac的浓度为7.9wt%时,测定结果为光谱2;Pt(ppy)acac的浓度为2.5wt%时,测定结果为光谱3。另外,不管是哪一种情况,都是向元件施加1mA的电流时的光谱。
如光谱3所示,当Pt(ppy)acac的浓度为2.5wt%时,只能观察到形成第一发光层的α-NPD的蓝色(约450nm)、以及包含在第二发光层中的Pt(ppy)acac的绿色(约490nm以及530nm),其结果是不能形成白色发光。另外,如光谱2所示,当Pt(ppy)acac的浓度为7.9wt%时,虽然在560nm附近因在光谱中加进来极少量的Pt(ppy)acac的受激准分子发光而形成了肩形突出形状(shoulder),但是其峰值不够充足,因而不能获得充分的白色发光。
本实施例可以与实施方案模式1或实施例2自由组合。
根据本发明,可以用一个屏板显示两种显示,例如,在表面和背面显示不同的显示(全色显示、单色显示或区域彩色(area color)显示)。
另外,通过使本发明的发光元件发射白色光,由于分别对R、G、B的极小区域进行选择性地淀积,所以不需要精密度高的金属掩膜,其结果是可以提高生产率。另外,当分别对R、G、B进行选择性地蒸发淀积时,需要分别提供相应于R、G、B的多个蒸发淀积室,然而如果是白色光,则制造设备需要较少的蒸发淀积室。

Claims (10)

1.一种包括像素部分的发光器件,包括:
发光元件,该发光元件包括:第一透明电极;第二透明电极;以及在所述第一和第二透明电极之间的一个层,该层包括含有有机金属络合物的第一发光层;
以及颜色滤光片,
其中,所述发光元件同时发射:蓝色光;从所述有机金属络合物发射的磷光;以及从该有机金属络合物发射受激准分子光,从而生成白色发光,
并且,透过所述第一透明电极的白色光借助所述颜色滤光片,以生成全色显示,
并且,透过所述第二透明电极的白色光生成单色显示。
2.一种包括像素部分的发光器件,包括:
发光元件,该发光元件包括:第一透明电极;第二透明电极;以及在所述第一和第二透明电极之间的一个层,该层包括含有有机金属络合物的第一发光层;
颜色滤光片;
第一偏光片;以及
第二偏光片,
其中,所述发光元件同时发射:蓝色光;从所述有机金属络合物发射的磷光;以及从该有机金属络合物发射受激准分子光,从而生成白色发光,
并且,透过所述第一透明电极的白色光借助所述颜色滤光片和第一偏光片,以生成全色显示,
并且,透过所述第二透明电极的白色光借助所述第二偏光片,以生成单色显示。
3.根据权利要求1和2的发光器件,
其中,所述在第一和第二透明电极之间的一个层还包括发射蓝色光的第二发光层;
并且其中,所述第一发光层同时从所述有机金属络合物发射磷光以及受激准分子光。
4.根据权利要求1和2的发光器件,其中所述第一发光层还包括一个主体材料,其中,所述有机金属络合物以10wt%至40wt%的浓度混合于所述主体材料中。
5.根据权利要求4的发光器件,其中所述有机金属络合物的浓度在12.5wt%至20wt%之间。
6.根据权利要求3的发光器件,其中所述在第一和第二透明电极之间的一个层还包括一个电子传输层。
7.根据权利要求2的发光器件,其中所述第一偏光片的第一偏光轴的第一方向垂直于所述第二偏光片的第二偏光轴。
8.一种包括像素部分的发光器件,包括:
发光元件,该发光元件包括:第一透明电极;第二透明电极;以及在所述第一和第二透明电极之间的一个层,该层包括含有有机金属络合物的第一发光层;
包括红色层、绿色层和蓝色层的第一颜色滤光片;
包括红色层、蓝色层和绿色层中其中之一的第二颜色滤光片;
其中,所述发光元件同时发射:蓝色光;从所述有机金属络合物发射的磷光;以及从该有机金属络合物发射的受激准分子光,从而生成白色发光,
并且,透过所述第一透明电极的白色光借助所述第一颜色滤光片,以生成全色显示,
并且,透过所述第二透明电极的白色光借助所述第二颜色滤光片,以生成单色显示。
9.一种包括根据权利要求1、2和8的发光器件的半导体装置,其中所述半导体装置是选自摄像机、数码相机、个人计算机以及便携式信息终端。
10.一种制造设备,包括:
装载室;
与该装载室连接的载运室;
与该载运室连接的多个淀积室;
以及与该每个淀积室连接的安装室,
其中,所述每个淀积室和将给每个淀积室内真空抽气的真空抽气室连接在一起;并包括:固定衬底的装置;给掩膜和所述衬底的位置定位的定位装置;一个或两个蒸发源;将该蒸发源在所述淀积室内和所述安装室内移动的装置,加热所述衬底的装置,
并且其中,所述制造设备还包括:
第一淀积室,用于在所述衬底上的阳极上用蒸发淀积法形成发射蓝色光的第一发光层;
第二淀积室,用于在所述第一发光层上用共同蒸发淀积方法形成第二发光层,该第二发光层包含磷光材料,且从该磷光材料发出的磷光和从该磷光材料的受激准分子状态发出的发光同时发光;
第三淀积室,用于在所述第二发光层上用蒸发淀积法形成电子传输层。
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