專利名稱：自發(fā)光設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及包括EL元件的自發(fā)光設備，該EL元件形成在襯底上并包括不透明的電極(陰極)、透明電極(陽極)和夾置于它們之間的有機發(fā)光材料(以下稱為有機EL材料)。具體地說，本發(fā)明涉及從EL元件取光的效率的提高。
近年來，使用作為元件的有機EL材料的EL顯示設備不斷發(fā)展。這是流行的利用光發(fā)射的驅動型自發(fā)光設備，所述光發(fā)射是因施加電壓而從兩個電極表面注入有機薄膜的電子和空穴的復合引起的。發(fā)射的光被取出為面光(sheet luminescent)?？墒?，將具有大折射率的固態(tài)薄膜中產(chǎn)生的光提取到發(fā)光元件外部的取光效率非常低，一般為20％或以下。
如圖2所示，從具有大折射率(n=n1)的“a”層202中的光源A輸出到具有小折射率(n=n2)的“b”層201和203的光中，以大于輻射角θ0的角度(θ1和θ2)進入的光被全反射并且被導入大折射率的“a”層中。這樣，該被導入的光被稱為導入(g1uided)光。導入光的一部分被吸收消失，而其余部分被傳送到“a”層202中并泄漏到邊緣表面。因此，僅僅一部分外光可被取出作為面光。
鑒于上述問題提出了本發(fā)明，因此本發(fā)明的目的是提高發(fā)光元件特別是EL元件的取光效率。并且，本發(fā)明的另一個目的是提供具有高發(fā)光效率的自發(fā)光設備。
在本發(fā)明的自發(fā)光設備的結構中，如

圖1所示，形成包含于EL元件中的各EL層102和透明電極103，使其具有不產(chǎn)生導入光的厚度，和在透明電極與覆蓋材料105之間(由參考標號104表示的區(qū)域)填充惰性氣體。應指出，在整個說明書中參考標號104表示的區(qū)域被稱為“氣體空間”。
在該整個說明書中，EL元件是包括不透明電極構成的陰極、透明電極構成的陽極和夾在它們之間的EL層的元件。在本發(fā)明中，陰極是不透明電極(光屏蔽電極)和陽極是透明電極。并且，應該指出，在整個說明書中稱進行載體注入、輸運和復合的層為EL層。
并且，不產(chǎn)生導入光的膜厚被稱為由d≤λ／(4n)導出的膜厚(d)，其中該膜的折射率是n和在EL元件中產(chǎn)生的光的波長為λ。例如，如果在EL元件中產(chǎn)生的光的波長為560nm和膜的折射率為nx，那么d≤(140／nx)。因此，在其膜厚薄于膜厚(d)的膜中不存在導入光。應該指出，當構成EL層和透明電極的這兩個膜的折射率為nx時，將總膜厚設置為(140／nx)或以下是適當?shù)摹?br> 下面，將說明其中惰性氣體填充在透明電極與覆蓋材料之間的空間的結構。通常已知光按順序穿過氣體空間、固態(tài)層并再次通過氣體空間時，可有效地取出光。因此，形成這樣的結構，使在EL元件中產(chǎn)生的光在透過透明電極之后按順序穿過氣體空間、固態(tài)層和氣體空間，從而可提高取光效率。在本發(fā)明中，EL元件的結構是在透明電極與覆蓋材料之間夾置惰性氣體的結構，并且通過形成上述結構，可有效地取出光。
當使用具有圖1所示結構的EL元件時，期望在僅包括發(fā)光層的EL層102與透明電極103之間或在僅由發(fā)光層構成的EL層102與不透明電極之間提供緩沖層。應該指出，緩沖層表示促進載流子(電子或空穴)注入和遷移的層。換言之，電子注入層、空穴注入層、電子遷移層或空穴遷移層可用作緩沖層。在本說明書中，在提供緩沖層的情況下，緩沖層都包含于EL層中。
提供緩沖層改善了發(fā)光層與電極之間的界面狀態(tài)，由此可改善發(fā)光層中所產(chǎn)生的光的取光效率。在具有本發(fā)明圖1結構的EL層中提供緩沖層的情況下，可進一步增強發(fā)光效率。并且，通過在發(fā)光層與透明電極之間形成夾置的緩沖層，可解決在其上形成透明電極期間損害發(fā)光層的問題。
因此，在本發(fā)明中，形成EL層102的各層的膜厚和在EL元件中所包括的透明電極的膜厚是不產(chǎn)生導入光的膜厚，并且在透明電極與覆蓋材料105之間的空間中有惰性氣體，由此可大大提高取光效率。此外，通過在EL元件內疊置于發(fā)光層上的電極與發(fā)光層之間提供緩沖層，形成由發(fā)光層和緩沖層構成的EL層，可進一步提高取光效率。
圖1是展示本發(fā)明自發(fā)光設備結構的圖；圖2是表示產(chǎn)生導入光的狀態(tài)的圖；圖3是展示本發(fā)明自發(fā)光設備結構的圖；圖4是展示本發(fā)明自發(fā)光設備結構的圖；和圖5是展示本發(fā)明自發(fā)光設備結構的圖。
如圖1所示，本發(fā)明中，EL元件具有這樣的結構，形成所包含的EL層102和透明電極103，使其分別具有不產(chǎn)生導入光的膜厚，在透明電極103和覆蓋材料105之間夾置并形成氣體空間104。對于具體實例，EL層102的膜厚設定為30nm，透明電極103的膜厚設定為100nm。
基于聚合體的有機EL材料或基于單體的有機EL材料被用作EL層102?；诰酆象w的有機EL材料在溶劑中以聚合體狀態(tài)溶解，然后涂敷，或以單體狀態(tài)在溶劑中溶解，然后在涂敷之后聚合。
應指出，氣體空間104指填充有惰性氣體(典型地為氬氣、氮氣、氖氣和氪氣)的空間。覆蓋材料105指透明部件，具體地說，可使用玻璃、石英、塑料等。
此外，為了改善透明電極和僅包括發(fā)光層的EL層的界面狀態(tài)，如圖3所示，該結構具有在發(fā)光層303和透明電極306之間夾置的緩沖層304和在發(fā)光層303和不透明電極301之間夾置的緩沖層302，從而形成包括發(fā)光層303和緩沖層302和304的EL層305。圖4是展示本發(fā)明有源矩陣型自發(fā)光設備的剖面結構圖。圖4中，參考標號401表示襯底，402表示TFT。應指出，已知的TFT被用作TFT402。并且，參考標號403表示鋁(AL)作為其主要成份的電極，聚對乙烯撐(PPV)用作EL層404。參考標號405表示ITO制備的透明電極，氬氣填充在用406表示的氣體空間中。此外，用玻璃作為覆蓋材料407，和在氣體空間406中利用間隔器(spacer)408進行固定。圖5是展示本發(fā)明無源矩陣型自發(fā)光設備的剖面結構圖。圖5中，參考標號501表示襯底，502表示EL層。PPV用于EL層。參考標號503表示條形設置的多個不透明電極(陰極)，和按條形設置多個透明電極(陽極)504，使透明電極504與多個不透明電極503正交。
此外，在多個不透明電極503與多個透明電極504之間夾置形成EL層502。這里，在多個透明電極504上配置由玻璃構成的覆蓋材料506，但其間夾置間隔器507。從而在覆蓋材料506與多個電極504之間形成氣體空間505。在實施例2中，氮氣填充在氣體空間505中。應指出，實施例2的結構可通過與實施例1的結構自由組合來實施。如圖3中所示，EL層305包括發(fā)光層303、作為緩沖層的電子注入層302和空穴注入層304?；诰酆衔锏牟牧嫌糜跇嫵蒃L層305的層。例如，聚對乙烯撐可用于發(fā)光層303，鈦菁銅(phthalocyanine)或PEDOT用于緩沖層(空穴注入層)304，和氟化鋰或鋰用于緩沖層(電子注入層)302。
應指出，在形成EL層305中，期望形成該層的工藝處理氣氛是其濕度盡量小的干式氣氛并在惰性氣體中。這里所述的惰性氣體是例如氮氣或氬氣之類的氣體。由于EL層容易因潮濕或氧而劣化，因而需要在形成該層時盡可能地消除這些因素。此外，對所有象素可共同地配置這些構成EL層305的層，并由此可利用旋涂法或印刷法形成它們。
作為緩沖層的電子注入層302起從陰極301注入電子到發(fā)光層303的作用，和空穴注入層304起從透明電極(陽極)306注入空穴到發(fā)光層303的作用。此外，提供空穴注入層304，期望在形成電極期間可防止發(fā)光層303被損傷。應指出，實施例3的結構可通過與實施例1或2的自由組合來實施。在制造EL元件中，三(8-羥基喹啉醇化物)鋁絡合物(Alq3)用作發(fā)光層，當使用鎂和銀(MgAg)作為陰極時，Alq3和乙酰乙酸鈉絡合物的蒸發(fā)的絡合物可用作發(fā)光層與陰極之間夾置的緩沖層。應指出，實施例4的結構可通過與實施例1到3的任何結構的自由組合來實施。其中有機EL材料用作陰極與陽極之間夾置的發(fā)光層的自發(fā)光設備具有極好的亮度以及低功耗，因此可用作液晶顯示設備的背光等。關于陰極、陽極以及發(fā)光層，可分別形成在襯底的整個表面上，只要在陰極和陽極彼此不直接接觸的區(qū)域中形成陰極和陽極即可。并且，例如PPV和PVK(polyvinyl carabazole)之類的材料可用作有機EL材料。本發(fā)明可用作移動電話、個人計算機(PC)的監(jiān)視器等顯示部分中采用的液晶顯示的背光。應指出，實施例5的結構可通過與實施例1到4的任何結構的自由組合來實施。
權利要求
1．一種自發(fā)光設備，包括在透明電極和不透明電極之間夾置的EL層；和在透明電極與覆蓋材料之間的空間中填充的惰性氣體，其中所述EL層和所述透明電極中的每一個都具有不產(chǎn)生導入光的膜厚(d)。
2．如權利要求1所述的設備，其中當具有由EL層產(chǎn)生的波長λ的光通過折射率為n的介質時，所述膜厚(d)滿足公式d≤λ／(4n)。
3．一種自發(fā)光設備，包括在透明電極和不透明電極之間夾置的EL層；在透明電極與覆蓋材料之間的空間中填充的惰性氣體；和配置在所述發(fā)光層與所述透明電極之間或所述發(fā)光層與所述不透明電極之間的緩沖層，其中所述EL層和所述透明電極中的每一個都具有不產(chǎn)生導入光的膜厚(d)。
4．如權利要求3所述的設備，其中當具有由EL層產(chǎn)生的波長λ的光通過折射率為n的介質時，所述膜厚(d)滿足公式d≤λ／(4n)。
5．一種具有象素部分的自發(fā)光設備，所述象素部分包括在襯底上形成的半導體設備和與半導體設備電連接的EL元件，所述EL元件包括在透明電極和不透明電極之間夾置的EL層；和在透明電極與覆蓋材料之間的空間中填充的惰性氣體，其中所述EL層和所述透明電極中的每一個都具有不產(chǎn)生導入光的膜厚(d)。
6．如權利要求5所述的設備，其中當具有由EL層產(chǎn)生的波長λ的光通過折射率為n的介質時，所述膜厚(d)滿足公式d≤λ／(4n)。
7．一種具有象素部分的自發(fā)光設備，所述象素部分包括在襯底上形成的半導體設備和與半導體設備電連接的EL元件，所述EL元件包括在透明電極和不透明電極之間夾置的EL層，所述EL層具有發(fā)光層；在透明電極與覆蓋材料之間的空間中填充的惰性氣體；和配置在所述發(fā)光層與所述透明電極之間或所述發(fā)光層與所述不透明電極之間的緩沖層，其中所述EL層和所述透明電極中的每一個都具有不產(chǎn)生導入光的膜厚(d)。
8．如權利要求7所述的設備，其中當具有由EL層產(chǎn)生的波長λ的光通過折射率為n的介質時，所述膜厚(d)滿足公式d≤λ／(4n)。
9．一種具有象素部分的自發(fā)光設備，包括按條形排列的多個不透明電極；按條形設置以便與多個不透明電極正交的多個透明電極；在多個不透明電極與多個透明電極之間配置的EL層；和在透明電極與覆蓋材料之間的空間中填充的惰性氣體，其中所述EL層和所述透明電極中的每一個都具有不產(chǎn)生導入光的膜厚(d)。
10．如權利要求9所述的設備，其中當具有由EL層產(chǎn)生的波長λ的光通過折射率為n的介質時，所述膜厚(d)滿足公式d≤λ／(4n)。
11．一種具有象素部分的自發(fā)光設備，包括按條形排列的多個不透明電極；按條形設置以便與多個不透明電極正交的多個透明電極；在多個不透明電極與多個透明電極之間配置的EL層；在透明電極與覆蓋材料之間的空間中填充的惰性氣體；和配置在所述EL層與所述透明電極之間或所述EL層與所述不透明電極之間的緩沖層，其中所述EL層和所述透明電極中的每一個都具有不產(chǎn)生導入光的膜厚(d)。
12．如權利要求11所述的設備，其中當具有由EL層產(chǎn)生的波長λ的光通過折射率為n的介質時，所述膜厚(d)滿足公式d≤λ／(4n)。
全文摘要
提供一種使用有機EL材料的自發(fā)光設備的取光效率的改進方法。在EL層(102)夾置于透明電極(103)和陰極(101)之間的自發(fā)光設備中,使EL層(102)的膜厚和透明電極(103)的膜厚等于不產(chǎn)生導入光的膜厚,和在透明電極(103)與覆蓋材料(105)之間的空間中填充惰性氣體。
文檔編號H01L51/52GK1295425SQ0013370
公開日2001年5月16日 申請日期2000年10月30日 優(yōu)先權日1999年10月29日
發(fā)明者筒井哲夫, 小沼利光, 水上真由美 申請人:株式會社半導體能源研究所