发光元件及发光装置的制作方法

专利名称：发光元件及发光装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及显示装置、照明装置中使用的发光元件及发光装置。
背景技术：
现在，具有所谓的薄、平特征的液晶显示器、等离子显示器等各种显示装
置作为代替电子束管的显示装置广泛普及。近年来，使用了被期待为下一代显 示器主体的有机EL的显示器的研究取得进展。由于有机EL利用场致发光将电 转变为光、因此几乎不产生热、耗电少。而且，与液晶显示器不同，具有不论 何种视野角都能显示鲜明图像的特征。
图9 (a)和(b)为在刚性衬底上形成吋，由使用了以往有机EL的发光区 域和驱动用的SIT构成的发光元件的剖面图，以及与此相对的电路图。在玻璃 衬底100上，依次层压源极区域IOI、通道区域102、发光区域104、漏极区域 105。源极区域101使用ITO等透明电极材料。发光区域104的材料使用了 ZnS、 SrS等无机材料，Alq3、 NPB等低分子系的有机EL， PPV、聚(3-垸基噻吩)等 高分子系的有机EL。驱动用的SIT由半导体区域102、栅极103以及漏极区域 105构成，上述半导体区域102由源极区域101、 P型导电性聚合体构成；在半 导体区域102内使源极区域101与发光区域104平行、形成梳齿状的N型导电 性聚合体，构成了栅极103。例如，将电极区域101作为接地电位，在漏极区域 105上施加负的偏压，在栅极103上施加正的控制电压。从源极区域101被注入的空穴与从漏极区域105被注入的电子在发光区域104内复合，由此发光区域
104发光。发光强度通过施加于栅极103的控制电压控制。
图10为在挠性衬底上形成时，使用了以往有机EL的发光区域和驱动用的 SIT构成的发光元件的剖面图。在塑料衬底106上，依次层压电极区域107、半 导体区域108、发光区域110、漏极区域111。在半导体区域108内形成梳齿状 的栅极109。如图10所示的以往发光元件，与如图9所示的以往发光元件同样， 从电极区域107被注入的空穴与从漏极区域111被注入的电子在发光区域110 内再结合，由此发光区域110发光。发光层110的发光强度受施加于栅极109 的控制电压控制。
另外，为了显示图像、控制照明，将发光元件排成阵列状实施驱动控制的 方法，现在己知的有将驱动电路设在外部的被动阵列方式，以及各发光元件带 有驱动元件的主动阵列方式。主动阵列方式与被动阵列方式相比，发光元件的 构造变得复杂，但可以低电压驱动、耗电低、发光元件的寿命延长。具有不需 外部驱动电路的特点。
图20为以往SIT作为驱动元件的有机EL发光元件的剖面图。如图20所示 的以往发光元件，通过在玻璃衬底1201上依次层压漏极1202、半导体层1204、 栅极1203、发光层1205、源极1206进而形成。相对于漏极1202、在源极1206 上施加负的偏压，则从源极1206注入了电子、从漏极1202注入了空穴，被注 入的电子与空穴在发光层1205中复合，发光层1205发光。发光的强度受控于 空穴的注入量，而空穴注入量由在栅极1203上所施加的正的控制电压控制。
图21为带有以往MOS构造的控制部的有机EL发光元件的剖面图。在发 光层1220的上部配置阴极1219，在下部配置阳极1218，在侧部插入栅极绝缘 膜1216、 1217，再配置栅极1214、 1215。相对于阳极218，在阴极219上施加 负的偏压，则从阳极218注入空穴、从阴极1219注入电子，被注入的电子与空 穴在发光层1220中复合，发光层1220发光。在栅极1214上施加负的控制电压、 栅极1215上施加正的控制电压，则由发光层1220注入的电子的一部分被栅极绝缘膜1217捕获、注入的空穴的一部分被栅极绝缘膜1216捕获，因此在发光 层1220中复合的空穴和电子的数量减少，可以控制发光强度。
如图20所示的将SIT作为驱动元件的以往发光元件，由于通过导电性有机 膜的印刷、蒸镀等形成梳子型栅极1203，因此不能使得栅极1203的间隔L3充 分变小，被注入的空穴的控制性低，因此为了驱动发光元件需要施加比较高的 电压。
另一方面，如图21所示的带有MOS构造的控制部的以往发光元件，为阴 极1219和阳极1218间隔的通道长度决定于发光层的膜厚T2，因此即便不使用 微细工序也能够使通道长度达到以下、以低电压使发光元件发光。但是， 需要在发光层的侧壁上形成绝缘膜、在两侧面形成的栅极上施加正和负的控制 电压，制造工序复杂，控制方法也变得复杂，成为缺点。

发明内容
发明所要解决的课题
以往的发光元件，是在玻璃衬底等刚性平面状的衬底、或者塑料衬底等挠 性平面状的衬底上形成的。因此，使用刚性衬底时，由于形状没有柔软性、衬 底重，因此应用被限制，成为问题。另外，即便在塑料衬底等挠性衬底上形成 时，由于多个发光元件在平面上连续形成，因此如果至少一个的发光元件有故 障，不能仅将故障部分换为合格品，则应用装置全体发生故障。因此，为了没 有缺陷地制造整个发光元件，需要及其严密的进行提高工序洁净度等工序管理， 随着制造的发光装置的大型化，提高成品率的难度加速增加，成为问题。
本发明的目的在于不使用微细加工、以简单工序实现具有带有0.5toi以下 通道长度的驱动用有机薄膜晶体管的发光元件，使发光元件的低电压驱动成为 可能。
解决课题的方法
技术领域：
本发明涉及的发光元件的特征在于，其为发光区域及发光控制区域在长度方向上连续、或间断地形成的线状发光元件。
在衬底上依次层压栅极层和栅极绝缘层，在栅极绝缘层上配置第一电极， 然后在栅极绝缘层和第一电极上配置发光膜，在发光膜上配置了第二电极的发 光元件的构造中，将第二电极配置在第一电极的斜上方，或者在宽度方向上离 开第一电极进行配置。
发明效果
l.将发光区域和发光控制区域组合，形成有柔软性的线状发光元件。将形成 的线状发光元件织成或编成布状，由此能够制作平面状的发光装置。因此，得 到下述l) 6)所述的效果。
1) 由于能够将发光区域和发光控制区域编入到一根线状体中，因此具有不 需外部驱动电路、低电压驱动成为可能等的效果。
2) 由于通过织或编线状发光元件、进而制成的平面状发光装置具有柔软性、 轻，因此具有薄型电视、电脑的画面，手机的显示器，电子纸等多样用途。具 有即便作为复杂形状的墙壁照明进行使用，也没有影子的特点。
3) 由于组合线状的发光元件能够制作平面状的发光装置，因此能够不依赖
于制造设备的规模，制造大型显示器或者照明。例如，能够制造半圆形建筑物 的照明、或者显示器。
4) 能够检查线状的发光元件、仅使用选择过的合格品制造平面状的显示装 置或者照明装置。或者，能够制造了平面状的发光装置之后再进行检查，将不 合格的线状发光元件换掉，因此在将发光装置大型化时，即便不特别进行严密 的工序管理，也能够提高发光装置的成品率。这种效果特别对各发光区域中带 有发光控制区域的主动阵列型发光装置有益。
5) 在一根线状发光元件中，配置红色、绿色、蓝色的发光层，或者红色、 绿色、蓝色的光滤光片，通过独立控制分别与发光层或过滤光片相对应的控制 元件，能够用一根线状发光元件进行全彩色显示。因此，分辨率高的彩色显示 成为可能。6)作为线状发光元件的电子注入层或者电子传输层，通过使用碱金属内包 富勒烯或者掺杂有碱金属内包富勒烯的有机材料，发光元件制造工序的工序管 理变得容易，由于能够使用简易型的封闭构造封闭发光元件或发光装置，因此 在线状发光元件的制造中特别有益。并且，也具有发光元件的寿命被延长的效 果。
2. 有机EL膜作为发光膜，具有驱动用元件的发光元件可通过印刷技术、蒸 镀技术等的常温、常压的简单工序制成。
3. 即便不使用微细加工技术，也能够将有机薄膜晶体管的通道长度达到 0.5Mm以下，使得提高发光效率、低电压驱动成为可能。
4. 以低成本的工序可以制造低耗电、发光元件寿命长的主动阵列方式的发光 装置。


图1 (a)、 (b)和(c)分别为本发明实施例1所涉及的线状发光元件的剖 面图、电路图及透视图。
图2 (a)和(b)为本发明实施例2所涉及的线状发光元件的剖面图及电路图。
图3为本发明实施例3所涉及的线状发光元件的剖面图。 图4为本发明实施例4所涉及的线状发光元件的剖面图。 图5为本发明实施例5所涉及的线状发光元件的剖面图。 图6为本发明实施例6所涉及的线状发光元件的剖面图。 图7为本发明实施例7所涉及的线状发光元件的剖面图。 图8 (a)和(b)分别为本发明实施例8所涉及的线状发光元件的剖面图及 电路图。
图9 (a)和(b)分别为以往发光元件的剖面图及电路图。 图10为以往发光元件的剖面图。
8图11为显示线状发光元件制造装置的概念主视图。
图12为显示线状发光元件的制造中所使用的挤出装置的主视图及铸模的平 面图。
图13 (a) ~ (d)为显示本发明线状发光元件的制造工序的透视图。
图14 (a)和(b)为由本发明线状发光元件制成的发光装置的透视图和电 路图。
图15为本发明实施例9所涉及的发光元件的剖面图。 图16为本发明实施例IO所涉及的发光元件的剖面图。 图17为本发明实施例11所涉及的发光元件的剖面图。 图18为本发明实施例12所涉及的发光元件的剖面图。 图19 (a) ~ (g)的任一个均为用于说明本发明实施例12所涉及的发光元 件的制造工序的剖面图。
图20为以往发光元件的剖面图。 图21为以往发光元件的剖面图。
图22 (a)和(b)均为用于说明本发明发光元件的工作原理的剖面图。 附图标记说明
1、 10、 11、 16、 25、 39、 49:源极区域。
2、 7、 12、 17、 26、 40、 53:半导体区域。3、 8、 13:栅极。
4、 9、 14、 54:发光区域。
5、 6、 15、 24、 48、 55:漏极区域。
18、 27、 41、 50:第一栅极。
19、 28、 42、 51:第二栅极。
20、 29、 43、 52:第三栅极。
21、 30、 45:红色发光区域。
22、 31、 46:绿色发光区域。23、 32、 47:蓝色发光区域。 33:第一漏极区域。 34:第二漏极区域。 35:第三漏极区域。
36、 37、 38:绝缘区域。 44:反射区域。
56 :红色滤光片。
57 :绿色滤光片。
58 :蓝色滤光片。
59 :线状中间体。
62 :线状二次中间体。
60 :分离区域。
61 :元件区域。 63:离子照射。 64:加热部。
65 :栅极。 66:栅极绝缘膜。 67 :阳极。 68:发光区域。
100 :玻璃衬底。 106:塑料衬底。
101、 107:源极区域。
102、 108:半导体区域。
103、 109:栅极。
104、 110:发光区域。105、 111:漏极区域。
120:挤出装置。
121:原料1容器。
122:原料2容器。
123:原料3容器。
124:铸模。
125:滚筒。
126:线状体。
1001、1015、 1026、1101、1301、1311
1002、1009、 1016、1027、1102、1302
1003、1010、 1017、1028、1103、1303
1004、1011、 1020、1029、1106、1305
1005、1012、 1023、1032:保护绝缘膜1006、1113、 1024、1030、1104、1308
1007、1014、 1025、1031、1105、1307
1008:塑料衬底。
1018:空穴注入层
1019、1306、 1314 :空穴传输层。
1021、1304、 1316:电子传输层。
1022:电子注入层。
1105、1106:掩模。
1201:玻璃衬底。
1202:漏极。
1203:栅极。
1204:半导体层。
1205:发光层。
玻璃衬底。
1312:栅极。
1313:栅极绝缘膜。
1315:发光层。
1317:阳极。 1318:阴极。1206:源极。
1211:玻璃衬底。
1212、 1213:分离区域。
1214、 1215:栅极。
1216、 1217:栅极绝缘膜。
1218:阳极。 1219:阴极。 1220:发光层。
具体实施例方式
实施本发明的最佳方案 (发光元件的形成)
本发明中，发光元件是在长度方向上连续或者间断形成的。即，在长度方 向的垂直剖面中具有多个区域，配置该多个区域形成一个发光元件，该剖面在 长度方向上以线状连续或者间断连续。
作为其配置方法，可考虑如使各区域形成同心圆状，从中心按顺序进行配 置的方法。即，可从中心按顺序形成源极区域、含有通道的半导体区域、栅极、 发光区域、漏极区域。当然也考虑了其他配置，也可适当使用在拓扑学上相同 的配置。
连接于各区域的电极，可从线状元件的端面与各区域连接。或者也可以从 一开始就埋在各区域中。即，将各半导体区域配置成上述同心圆状时，可与各 半导体区域同样，在源极区域中心及漏极区域外周分别在长度方向、连续地形 成源极和漏极。
(连续形成、间断形成)
连续形成发光元件时，使任何剖面都为同一形状。俗称"金太郎糖"的状态。
12该发光元件，既可以同一元件在线状的长度方向连续形成，也可以间断形成。
(线状)
本发明的线状发光元件中的外径，优选为10mm以下，更优选5mm以下。 优选lmm以下，更优选10Pm以下。通过进行延伸加工，也可以成为14m、甚 至O.Wm以下。为了编入线状发光元件、成为织物状，也优选外径小。
欲从铸模的孔中吐出形成具有以下外径的极细线状体时，有时会发生 孔的堵塞、线状体断裂。此种情况下，首先形成各区域的线状体。接着，将此 线状体作为岛、制成多个岛，其周围(海)用可溶性物质包围，将其用旋转状 的接头绑好，作为一根的线状体从小口被吐出。增加岛成分、减小海成分，则 可以制作极细的线状体元件。
作为其他方法，还可以是制作粗的线状体元件，在其长度方向上延伸。而 且，也可将熔融的原料借助喷气流进行熔流，来试图极细化。
另外，通过挤出成型，可以使平面形状比成为任何数值。利用纺线时，作 为线状优选为1000以上。例如还可以是100000或者以上。切断后使用的情况 下，可以成为10 10000、 10以下、甚至1以下、0.1以下，也可作为小单位的 线状元件使用。
(间断形成)
在间断形成同一元件时，可以使在长度方向上邻接的元件为不同的元件。 例如，可在长度方向上依次形成发光元件(1)、元件间分离层(1)、发光元件 (2)、元件间分离层(2)——发光元件(n)、元件间分离层(n)。
此时，发光元件(k) (k=l~n)与其他发光元件的长度可相同也可不同。根 据需要的电路元件的特性，可进行适当选择。元件间分离层的长度也同样。
当然，在发光元件和元件间的分离层之间还可存在其他层。
(剖面形状)
线状元件的剖面形状没有特别限定。例如，可以是圆形、多边形、星形的其他形状。例如，可以是多个顶角为锐角的多边形。
另外，还可使各区域的剖面为任意。即，如图1所示构造的情况下，可以 使源极区域为星形、线状发光元件的外侧型状为圆形。在想扩大元件与邻接的 层接触面时，优选为顶角是锐角的多边形。
为了使剖面形状成为需要的形状，只要使挤出铸模的形状与该所需形状一 致，即可容易地实现。
将最外层的剖面做成星形或者顶角为锐角的形状时，在挤出成型后，在各 顶角之间的空间中，可通过浸渍埋入其他任意材料，可根据元件的用途改变元 件的特性。
当想向半导体层掺入杂质时，可预先使得在熔融原料中含有杂质，但也可 以在挤出成型后，以线状的原状通过真空室内，在真空室内也可以通过如离子 注入法等掺入杂质。不在最外层形成半导体层、而是在内部形成时，也可通过 控制离子照射能量仅向为内层的半导体层注入离子。
(制造例后加工成型)
上述制造例为通过挤出将具有多层的元件形成为一体的例子，但也可以通 过挤出，将元件的基本部形成为线状，其后在该基本部上通过适宜的方法实施 被覆，进而形成。
(原材料)
作为电极、半导体层等材料，优选使用导电性高分子。例如，聚乙炔、聚
并苯、(寡并苯)、聚噻唑、聚噻吩、聚(3-烷基噻吩)、寡噻吩、聚吡咯、聚苯
胺、聚苯撑等。可考虑导电率，从这些物质中选择电极或者半导体层。
作为半导体材料，优选使用如聚对苯撑、聚噻吩、聚(3-甲基噻吩)等。 作为源极 漏极的材料，可以使用在上述半导体材料中混入了掺杂剂的物
质。为了成为n型，例如可以混入碱金属(Na、 K、 Ca)等。有时也会将AsF5/AsF3、
C1CV作为掺杂剂使用。
发光区域可作为(1)发光层构成的单层膜、(2)层压了发光层、电子传输
14层的2层膜、(3)依次层压了空穴传输层、发光层、电子传输层的3层膜、(4)
依次层压了空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子注入层的4层膜、或者(5) 依次层压了空穴注入层、空穴输送层、发光层、电子传输层、电子注入层的5 层膜形成。多层膜的情况下，在半径方向上依次层压。层压的顺序为，例如5 层膜时，当与线状体的外周侧相比在其中心侧施加正的偏压时，从中心层向外 周的方向上，依次层压空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子 注入层。当与线状体的外周侧相比在其中心侧施加负的偏压时，从中心层向外 周的方向上，依次层压电子注入层、电子传输层、发光层、空穴传输层、空穴 注入层。5层膜以外的多层膜，即在3层膜、4层膜时也与5层膜同样，进行层 压。
作为发光层的材料，例如使用Alq3、 NPB等低分子系有机EL材料，或者 PPV、聚(3-垸基噻吩)等高分子系有机EL材料。作为空穴注入层的材料，例 如使用铜酞菁染料、PEDOT等聚噻吩、聚苯胺等有机材料。作为空穴传输层的 材料，例如使用TPD、 TPAC等有机材料。作为电子传输层的材料，例如使用 Na、 K等碱金属内包富勒烯，或掺杂有碱金属内包富勒烯的有机材料，或者使 用BND、 PBD、 p-EtTAZ、 BCP等有机材料。作为掺杂有碱金属内包富勒烯材 料，例如使用聚对苯撑、聚噻吩、聚(3-甲基噻吩)等。作为电子注入层，使用 Na、K等碱金属内包富勒烯，或掺杂有碱金属内包富勒烯的有机材料，或者LiF、 Mg等无机材料。
在电子注入层或者电子传输层中，使用掺杂有碱金属的有机材料，则产生 有机分子的游离阴离子，在施加电场时作为内部载体发挥作用，因此能够降低 有机EL的驱动电压。但是，碱金属的反应性高，有容易变为氢氧化物的问题， 工序管理困难。另一方面，使用与掺杂有碱金属的有机材料同样可以降低驱动 电压的碱金属内包富勒烯、或者掺杂有碱金属内含富勒烯有机材料时，由于碱 金属内包富勒烯是被封闭在碱金属为球形碳簇的富勒烯中的构造的分子，因此 与掺杂有碱金属的有机材料相比，与大气中的水分或其他杂质的反应性低。因此，工序管理变得容易，可以使用简易型的封闭构造封闭发光元件、或者发光 装置。并且具有能够延长发光元件寿命的效果。
作为绝缘性材料，可以使用一般的树脂材料。另外还可以使用Si02及其他 无机材料。
在中心部具有半导体区域或者导电性区域结构的线状元件时，中心部的区 域也可以由非晶型材料(铝、铜等金属材料；硅等半导体材料)构成。可将线 状的非晶型材料插入铸模的中心部、移动线状非晶型材料，在其外周，也可以 通过射出将所需要的区域覆盖成形。在使由高分子有机材料构成的导电体区域 成为线状体的中心区域时，优选在导电体区域中混入富勒烯、或者内包富勒烯。
作为富勒烯，优选为Cn (n=60~80)。作为内包富勒烯的内包原子，优选为Na、 Li、 H、 N、 F。 实施例1
图l (a)为本发明实施例l所涉及的线状发光元件的剖面图，图l (c)为 本发明实施例1所涉及的线状发光元件的透视图。在由导电性高分子材料构成 的源极区域1周围依次层压形成由P型高分子材料构成的半导体区域2、发光区 域4、漏极区域5。在半导体区域2中，配置由多个N型高分子材料构成的栅极 3，使得源极区域l被包围。由源极区域l、半导体区域2、栅极3、漏极区域5 构成的发光控制区域在线状体的剖面内将发光区域4包围，控制发光区域4的 发光强度。
另外，即便当源极区域1还在其中心具有中空区域时，或者具有由不同于 源极区域构成材料的材料构成的绝缘体区域、半导体区域、或导电体区域时， 图l所示的本发明的线状元件作为发光元件发挥机能、能够得到本发明的效果。
图1 (b)为本发明的实施例1所涉及的线状发光元件的电路图。例如，将 源极区域1与接地电位连接，在漏极区域5上施加负的偏压。在栅极3上施加 正的控制电压。从源极区域1注入空穴，从漏极区域5注入电子，被注入的空 穴和电子在发光区域4中复合，发光区域4发光，发光的强度受控于空穴的注入量，而空穴注入量由施加在栅极3上的正的控制电压控制。
在本发明的实施例1中，将半导体区域2和栅极3分别作为由P型高分子 材料构成的区域及由N型高分子材料构成的区域进行了说明，但即便是使半导
体区域2成为N型高分子材料构成的区域、使栅极3成为由P型高分子材料构 成的区域，只要适当选择施加于源极区域、漏极区域、栅极上的电压的极性， 作为发光元件进行操作，能够同样得到本发明的效果。 (制造装置、制造方法)
图11所示为用于形成本发明线状发光元件的挤出装置的一般构成。
挤出装置120具有为了将用于构成多个区域的原料保持在熔融状态或溶解 状态、或者凝胶状态的原料容器121、 122、 123。图ll所示的例子中，显示了 3个原料容器，但可根据制造的线状元件的构成进行适当设计。
原料容器123中的原料被送至铸模124。在铸模124中，根据预制造的线状 发光元件的剖面形成射出孔。从射出孔被射出的线状体被滚筒125巻取、或者 根据需要以线状的原状被送至接下来的工序。
在制造图1所示构造的线状元件时，可采用如图11所示的构成。
在原料容器121、 122、 123中，源极、漏极材料、半导体材料、栅极材料 分别被保持在熔融或者溶解状态、凝胶状态。另一方面，在铸模124中形成孔， 与分别的材料容器连通。
如图12所示，在中心部形成了用于射出源极材料的多个孔。在其外侧周围， 形成了用于射出半导体材料及栅极材料的多个孔。然后在其外周进步形成用于 射出漏极材料的多个孔。
将熔融或溶解状态、凝胶状态的原料从各原料容器中送入至铸模124中， 当从铸模中射出原料时，原料从各孔射出、固化。通过牵引其端部，形成了连 续成为线状的线状发光元件。
线状发光元件被滚筒125巻取。或者根据需要以线状的原状被送至接下来 的工序。首先，挤出源极区域、半导体区域、栅极，形成线状中间体59 (图13 (a))。
接着，在熔融或溶解状态、凝胶状态下，将发光层材料、漏极区域形成用
的半导体材料涂布于半导体区域的外侧，成为二次中间体62 (图13 (b))。此 涂布可以在熔融或溶解状态、凝胶状态下，使线状的中间体通过半导体材料的 槽中央。或者可以采用蒸镀等方法。
接着， 一边使线状二次中间体62通过减压室内， 一边控制射程距离、选择 地进行氧等的离子注入，使线状体59的一部分表面成为由绝缘物构成的分离区 域60 (图13 (c)、 (d))。
然后，通过使其通过热处理室64进行退火，半导体区域的杂质被活化，形 成了源极区域、漏极区域。
通过上述工序，形成了线状体内部的源极区域与栅极在长度方向上连续形 成、漏极区域间断形成的线状体(图13 (c))。
如此，可以根据形成区域的配置、材料适宜组合挤出和外部加工，本实施 例中，对仅是漏极区域为间断形成，源极区域、栅极区域为连续形成的情况进 行了说明，但本发明的线状发光元件的效果不限于此种情况，元件区域在长度 方向上连续形成的情况，源极区域、栅极、漏极区域任一个为间断形成时的情 况都能得到同样的效果。
图14 (a)禾卩(b)为由本发明的线状发光元件制作的发光装置的透视图以 及电路图。在图14 (a)中，将间断形成发光装置的多数线状发光元件作为竖线、 成为漏极配线的导电性线状体作为横线，编成织物，形成了由配置为阵列状的 发光元件构成的平面状发光装置。例如，将各竖线的源极区域与接地电位连接， 栅极与控制配置于各列的发光元件的外部栅极电压控制装置连接。另外，各横 线连接的漏极区域与外部的漏极电压控制装置相连接。对应的发光装置部分的 电路图如图14 (b)所示。在某时间上，例如在连接于D2配线的漏极上施加偏 压，关掉其它漏极配线上的偏压。这时，通过栅极电压控制装置则仅可控制配 置于第2行的发光元件。通过将施加漏极配线的电压按照D1、 D2、 D3-—进行
18切换，则能够控制阵列状发光元件全体的发光强度。
以往的发光装置是在连续的平坦的衬底上形成的。因此，具有想要将装置 大型化时、制造设备也必须变为大规模的问题；由于即便一个构成装置的发光 元件有缺陷、则装置全体出故障，因此具有伴随着大型化、提高成品率变得困 难的问题。但是，由本发明的线状发光元件构成的发光装置中，由于能够组合 制得的线状发光元件、制作平面状的发光装置，因此能够不依赖于制造设备的 规模、制造大型显示装置、照明装置。而且，由于可以仅选择合格的线状发光 元件制造平面状的发光装置，或者制作了平面状的发光装置后、将故障部分换 为合格品，因此即便将发光装置大型化时，仍能提高成品率。
实施例2
图2 (a)为本发明实施例2所涉及的线状发光元件的剖面图。在由导电性 高分子材料构成的漏极区域6的周围依次层压由N型高分子材料构成的半导体 区域7、发光区域9、源极区域IO，进而形成。在半导体区域7中，配置由多个 P型高分子材料构成的栅极8，将漏极区域6包围。
图2 (b)为本发明实施例2所涉及的线状发光元件的电路图。例如，将漏 极区域6与接地电位相连接，在源极区域10上施加正的偏压。在栅极8上施加 负的控制电压。从源极区域10空穴被注入、从漏极区域6电子被注入，被注入 的空穴与电子在发光区域9中复合，发光区域9发光。发光的强度受控于电子 的注入量，而电子的注入量由施加在栅极8上的负的控制电压控制。
实施例3
图3为本发明实施例3所涉及的线状发光元件的剖面图。在由导电性高分 子材料形成的源极区域11的周围依次层压由P型高分子材料构成的半导体区域 12、发光区域14、漏极区域15，进而形成。在半导体区域12中，配置由导电 性材料构成的栅极13，将源极区域ll包围。
例如，将源极区域11与接地电位相连接，在漏极区域15上施加负的偏压。 在栅极13上施加正的控制电压。从源极区域ll空穴被注入、从漏极区域15电子被注入，被注入的空穴与电子在发光区域14中复合，发光区域14发光。发
光的强度受控于空穴的注入量，而空穴的注入量由施加在栅极13上的正的控制
电压控制。
另外，本发明的实施例3中，将半导体区域12作为P型高分子材料构成的 区域进行了说明，但即便使半导体区域12成为N型高分子材料构成的区域时， 只要适宜选择施加在源极区域、漏极区域、栅极上的电压的极性，作为发光元 件操作，也能同样得到本发明的效果。
实施例4
图4为本发明实施例4所涉及的线状发光元件的剖面图。在由导电性高分 子材料形成的源极区域16的周围依次层压由P型高分子材料构成的半导体区域 17，发光区域21、 22、 23，漏极区域24，进而形成。将发光区域沿着圆周分割 成为3份，配置红色发光区域21、绿色发光区域22、蓝色发光区域23。在半导 体区域17中，将由多个N型高分子半导体材料构成的第一栅极18、第二栅极 19、第三栅极20分别配置于与红色发光区域21、绿色发光区域22、蓝色发光 区域23相对应的位置，将源极区域16包围。
将源极区域16与接地电位相连接，在漏极区域24上施加负的偏压。在栅 极21、 22、 23上施加正的控制电压。从源极区域16空穴被注入、从漏极区域 24电子被注入，被注入的空穴与电子在发光区域21、 22、 23中复合，发光区域 21、 22、 23发光。红色、绿色、蓝色的发光层的发光强度独立受控于相应的空 穴注入量，而空穴注入量分别由施加在相应栅极21、 22、 23上的正的控制电压 控制。
因此，用一根发光元件控制全彩色的发光成为可能。 实施例5
图5为本发明实施例5所涉及的线状发光元件的剖面图。在由导电性高分 子材料形成的源极区域25的周围依次层压由P型高分子材料构成的半导体区域 26，发光区域30、 31、 32，漏极区域33、 34、 35，进而形成。将发光区域沿着
20圆周分割成为3份，配置红色发光区域30、绿色发光区域31、蓝色发光区域32。 在半导体区域26中，将由N型高分子半导体材料构成的第一栅极27、第二栅 ^7S、第2祸-极29分别ffiS-于-与tf^^g^-3D、-纟^发光区域31、蓝色发 光区域32相对应的位置，将源极区域25包围。另外，漏极区域33、 34、 35也 分别配置于与红色发光区域30、绿色发光区域31、蓝色发光区域32相对应的 位置，在漏极区域之间用绝缘区域36、 37、 38进行电分离，使得各漏极不发生 短路。
将源极区域25与接地电位相连接。在漏极区域33上施加负的偏压、在栅 极27上施加正的控制电压，则红色发光区域30发光。在漏极区域34上施加负 的偏压、在栅极28上施加正的控制电压，则绿色发光区域31发光。在漏极区 域35上施加负的偏压、在栅极29上施加正的控制电压，则蓝色发光区域32发 光。
因此，用一根发光元件控制全彩色的发光成为可能。实施例5所涉及的线 状发光元件，由于将施加于漏极区域的偏压关闭则能关闭各发光元件，因此与 实施例4涉及的线状发光元件相比，构造变得复杂，但各发光区域的发光控制 变得容易、更加鲜艳的全彩色发光成为可能。
实施例6
图6为本发明实施例6所涉及的线状发光元件的剖面图。在由导电性高分 子材料形成的源极区域39的周围依次层压由P型高分子材料构成的半导体区域 40，发光区域45、 46、 47，反射区域44，漏极区域48，进而形成。将发光区域 沿着半圆周分割成为3份，配置红色发光区域45、绿色发光区域46、蓝色发光 区域47。沿着另外一半圆周，形成由铝等构成的反射区域。在半导体区域40内， 将由多个N型高分子半导体材料构成的第一栅极41、第二栅极42、第三栅极 43分别配置于与红色发光区域45、绿色发光区域46、蓝色发光区域47相对应 的位置，将源极区域39包围。
将源极区域39与接地电位相连接，在漏极区域48上施加负的偏压。在栅
21极41、 42、 43上施加正的控制电压。从源极区域39空穴被注入、从漏极区域 48电子被注入，被注入的空穴与电子在发光区域45、 46、 47中复合，发光区域 45、 46、 47发光。红色、绿色、蓝色的发光层的发光强度独立受控于相应的空 穴注入量，而空穴注入量分别由施加在相应栅极41、 42、 43上的正的控制电压 控制。
因此，用一根发光元件控制全彩色的发光成为可能。并且，在从侧面观察 线状发光元件时，配置线状发光元件、使配置了发光层的部分向正面靠近，则 可以平衡性良好地看到红色、绿色、蓝色的各发光层的光。由于在发光层里面 配置了反射区域，因此能够效率良好地利用发自线状发光元件的光。
实施例7
图7为本发明实施例7所涉及的线状发光元件的剖面图。在由导电性高分 子材料形成的源极区域49的周围依次层压由P型高分子材料构成的半导体区域 53、白色发光区域54、漏极区域55，进而形成。在漏极区域55的周围，沿着 圆周分割成为3份，配置红色滤光片56、绿色滤光片57、蓝色滤光片58。在半 导体区域53内，将由多个N型高分子半导体材料构成的第一栅极50、第二栅 极51、第三栅极52分别配置于与红色滤光片56、绿色滤光片57、蓝色滤光片 58相对应的位置，将源极区域49包围。
将源极区域49与接地电位相连接，在漏极区域54上施加负的偏压。在栅 极50、 51、 52上施加正的控制电压。红色、绿色、蓝色的发光层的发光强度独 立受控于相应空穴注入量，而空穴注入量分别由施加在相应栅极50、 51、 52上 的正的控制电压控制。
因此，用一根发光元件控制全彩色的发光成为可能。
实施例8
图8为本发明实施例8所涉及的线状发光元件的剖面图。图8 (a)中，在 线状的栅极65周围配置栅极绝缘膜66，在其周围依次层压具有开口部的阳极 67、发光区域68。在发光区域68的周围、在与阳极67的开口部相对应的位置上，配置阴极69。由栅极65、栅极绝缘膜66、阳极67、阴极69构成的发光控 制区域，在线状体的剖面内仅将发光区域68包围，控制发光区域68的发光强度。
另外，即便栅极65还在中心具有中空区域，或者具有由不同于源极区域构 成材料的材料构成的绝缘体区域、半导体区域或导电体区域时，图8所示的本 发明的线状元件作为发光元件发挥作用，可以得到本发明的效果。
图8 (b)为本发明实施例8所涉及的线状发光元件的电路图。将阳极67 与接地电位相连接，在阴极69上施加负的偏压。在栅极65上施加负的控制电 压。发光区域68不仅仅是由发光层构成的单层膜，还可以是由发光层、空穴注 入层、空穴传输层、电子传输层、电子注入层组合而成的多层膜。从阳极67空 穴被注入、从阴极69电子被注入，在发光层中复合，发光层发光。在栅极65 上施加负的控制电压时，则由阳极67注入的空穴被栅极绝缘膜66捕获、复合 的空穴减少，因此通过施加于栅极65上的控制电压可以控制发光强度。
实施例9
图15为本发明实施例9所涉及的发光元件的剖面图。在玻璃衬底1001上 依次层压栅极1002、栅极绝缘膜1003。在栅极绝缘膜1003上形成阳极1006， 覆盖阳极1006，在栅极绝缘膜1003上形成发光层1004。在发光层1004上设置 阴极1007，使得发光层1004夹在阳极1006和阴极1007之间。进步将发光层 1004和阴极1007覆盖，形成保护绝缘膜1005。阴极1007与阳极1006之间的 距离L1决定于发光层1004的膜厚T1。由于薄膜材料有变质的危险，因此在不 使用照相平板印刷技术的有机薄膜晶体管的形成技术中，也可使用如通常的印 刷技术、蒸镀技术等的常温或常压的技术，使得通道长度为0.5Wn以下。 接下来，使用图22 (a)、 (b)说明本发明的发光元件的工作原理。 图22 (a)为发光膜是从下开始按顺序层压了电子传输层、发光层、空穴传 输层的3层膜时的发光元件的剖面图。在玻璃衬底1301上，形成栅极1302、栅 极绝缘膜1303、阴极1307、电子传输层1304、发光层1305、空穴传输层1306、阳极1308，构成发光元件。例如将阴极1307作为接地电极，在阳极1308上施 加正的偏压，在栅极1302上施加正的控制电压。电子从阴极1307被注入到电 子传输层1304、空穴从阳极1308被注入到空穴注入层1306，被注入的电子和 空穴在发光层1305中复合，发光层1305发光。由于从阴极被注入的电子的一 部分通过施加于栅极的正的偏压在栅极绝缘膜1303侧被捕获，因此加大施加于 栅极1302的控制电压，则被注入到发光层1305的电子数量减少，发光强度变 小，可以控制发光强度。
图22 (b)为发光膜是从下开始按顺序层压了空穴传输层、发光层、电子传 输层的3层膜时的发光元件的剖面图。在玻璃衬底1311上，形成栅极1312、栅 极绝缘膜1313、阳极1317、空穴传输层1314、发光层1315、电子传输层1316、 阴极1318，构成发光元件。例如将阳极1317作为接地电极，在阴极1318上施 加负的偏压，在栅极1312上施加负的控制电压。空穴从阳极1317被注入到空 穴传输层1314、电子从阴极1318被注入到电子注入层1316，被注入的电子和 空穴在发光层1315中复合，发光层1315发光。由于从阴极被注入的空穴的一 部分通过施加于栅极的负的偏压在栅极绝缘膜1313侧被捕获，因此加大施加于 栅极1312的控制电压，则被注入到发光层1315的空穴数量减少，发光强度变 小，可以控制发光强度。
在图15中，作为阴极1007与阳极1006适宜的相对位置关系优选为各自间 隔为-5tai 10toi。间隔为负时是阴极与阳极具有重叠部分的情况，但间隔小于 -5toi、即重叠过大时，施加于栅极的控制电压对空穴电流的控制性恶化；相反 阴极与阳极过于分开，间隔大于10l^m时，则发光元件的像素尺寸变大，使用于 如显示装置时分辨率恶化。另外，由于阴极与阳极的间隔变大，以低电压进行 驱动变得困难。并且，作为阴极7与阳极6适宜的相对位置关系优选各自间隔 为0.5Mm 3Wn。如果垂直线的间隔为0.5Mm 3tai，则发光强度的控制性变高、 像素尺寸变小、以低电压进行驱动变得容易。
实施例10图16为本发明实施例IO所涉及的发光元件的剖面图，与图15所示的本发
明的实施例所不同的是，在塑料衬底上形成发光元件。本发明实施例io所涉及 的发光元件，在塑料衬底1008上依次层压栅极1009、栅极绝缘膜1010进而形 成。在栅极绝缘膜1010上形成阳极1013，覆盖阳极1013，在栅极绝缘膜IOIO 上形成发光层1011。在发光层1011上配置阴极1014，使得发光层1011夹在阳 极1013和阴极1014之间。进步将发光层1011和阴极1014覆盖，形成保护绝 缘膜1012。由于在塑料衬底上形成发光元件，因此是具有柔软性、轻的发光元 件，在手机等的应用广泛。 实施例11
图17为本发明实施例11所涉及的发光元件的剖面图，作为发光膜使用了 由空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层构成的5层膜。 在玻璃衬底1015上依次层压栅极1016、栅极绝缘膜1017。作为栅极的材料使 用ITO (Indium Tin Oxide)等透明电极。作为栅极绝缘膜的材料，使用了如Si02、 Ta02等绝缘性无机材料，绝缘性有机材料。在栅极绝缘膜1017上形成阳极1024、 空穴注入层1018、空穴传输层1019、发光层1020、电子传输层1021、电子注 入层1022、阴极1025、保护绝缘膜1023。作为阳极1024、阴极1025的材料使 用聚乙炔、聚并苯、寡并苯、聚噻唑、聚噻吩、聚(3-烷基噻吩)、寡噻吩、聚 吡咯、聚苯胺、聚苯撑等导电性有机材料，铝等导电性无机材料。在空穴注入 层1018中使用铜酞菁染料、PEDOT等聚噻吩、聚苯胺等有机材料。在空穴传 输层1019中使用TPD、 TPAC等有机材料。在发光层1020中使用Alq3、 NPB 等低分子系有机EL材料，或者PPV、聚(3-烷基噻吩)等高分子系有机EL材 料。在电子传输层1021中使用BND、 PBD、 p-EtTAZ、 BCP等有机材料。在电 子注入层1022中使用LiF、 Mg等无机材料，BND、 PBD、 p-EtTAZ、 BCP等有 机材料。
图17所示实施例中，发光膜使用了由空穴注入层、空穴传输层、发光层、 电子传输层、电子注入层构成的5层膜，但并不限定于5层膜，也可以使用层压了发光层、电子传输层的2层膜，层压了空穴传输层、发光层、电子传输层 的3层膜，层压了空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子注入层的4层膜构
成本发明的发光元件，能够得到与使用5层膜时同样的效果。另夕卜，如图22(a)、 (b)中说明的那样，即便改变阳极、空穴注入层、空穴传输层及电子传输层、 电子注入层、阴极的上下关系，只要改变施加于发光元件的偏压与控制电压的 极性，即可作为发光元件发挥机能、同样得到本发明的效果。另外，实施例中 在发光层及阴极上配置了保护绝缘膜1023,但可代替保护绝缘膜使用彩色滤光 片。此时，如在发光层中使用白色发光材料，使用红色、绿色、蓝色的滤光片， 则可分别进行红色、绿色、蓝色的发光。
实施例12 ,
图18为本发明实施例12所涉及的发光元件的剖面图，在宽度方向上配置 多个阳极和多个阴极，夹着发光膜构成发光元件。通过配置多个阳极和阴极， 可以控制面积更广的发光元件。
图19 (a) ~ (g)任何一个都是用于说明本发明实施例12所涉及发光元件 的制造工序的剖面图。图19 (a)为在玻璃衬底1101上层压了栅极1102、栅极 绝缘膜1103的发光元件的剖面图。接着，介由掩模1105将导电性材料蒸镀、 形成阳极1104 (图19 (b)、 (c))。阳极1104的形成也可不使用蒸镀法，而使用 印刷法等其他方法。然后，通过旋转涂布法等方法，在栅极绝缘膜1103及阳极 1104上形成发光膜1106 (图19 (d))。接着，介由掩模1108，蒸镀导电性材料 形成阴极1107 (图19 (e)、 (f))。阴极1107的形成也可不使用蒸镀法，而使用 印刷法等其他方法。然后在发光层1103及阴极1107上通过旋转涂布法等方法 形成保护绝缘膜108，完成发光元件。
产业实用性
1、 由于能够将发光区域和发光控制区域编入在一根线状体中，因此具有不 需外部电路、低电压驱动成为可能的效果。
2、 由于通过织或编线状发光元件而制成的平面状发光装置具有柔软性、轻，
26因此具有薄型电视、电脑的画面，手机的显示器，电子纸等多种用途。具有即 便是作为复杂形状的墙壁照明进行使用，也不会有影子的特点。
3、 由于组合线状的发光元件，能够制作平面状的发光装置，因此可以不依 赖于制造设备的规模，制造大型的显示器或照明。例如，可以制造半圆形建筑 物的照明或者显示器。
4、 能够检查线状的发光元件、仅使用选择过的合格品制造平面状的显示装 置或照明装置。或者，在制造了平面状的发光装置后，可以进行检査将故障部 的线状发光元件换掉。因此，在将发光装置大型化时，即便不特别进行严密的 工序管理，也能够提高发光装置的成品率。此效果特别在各发光区域中带有发 光控制区域的主动阵列型的发光装置时，有益。
5、 通过在一根线状发光元件中配置红色、绿色、蓝色的发光层，或者红色、 绿色、蓝色的光滤光片，通过独立控制与各自发光层或者滤光片相对应的控制 元件，可以用一根线状发光元件表示全彩色。因此分辨率高的彩色显示成为可 能。
6、 作为线状发光元件的电子注入层、或电子传输层，通过使用碱金属内包
富勒烯或者掺杂有碱金属内包富勒烯的有机材料，发光元件制造工序的工序管 理变得容易，可以使用简易型的封闭构造封闭发光元件或发光装置，因此特别 在线状发光元件的制造中有益。另外，还具有可延长发光元件寿命的效果。
7、 将有机EL膜作为发光膜，具有驱动用元件的发光元件可通过印刷技术、 蒸镀技术等常温、常压的简单工序制成。
8、 能够不使用微细加工技术、使有机薄膜晶体管的通道长度达到0.5toi以 下，可提高发光效率、可低电压进行驱动。
9、 能够以低成本的工序制造低耗电、发光元件寿命长的主动阵列方式的发 光装置。
权利要求
1.一种发光元件，其由衬底、在上述衬底上配置的栅极层、在上述栅极层上配置的栅极绝缘层、在上述栅极绝缘层上配置的第一电极、上述栅极绝缘层和在上述第一电极上配置的发光膜、以及在上述发光膜上配置的第二电极构成的发光元件；其特征在于，在上述第一电极的斜上方配置上述第二电极，或者在宽度方向上离开上述第一电极进行配置。
2. 如权利要求1所述的发光元件，其特征在于，上述第一电极和上述第二 电极的间隔为-5 Pm 10Pm 。
3. 如权利要求1所述的发光元件，其特征在于，上述第一电极和上述第二 电极的间隔为0.5Pm 3l^m。
4. 如权利要求1或3所述的发光元件，其特征在于，上述第一电极为阳极， 上述第二电极为阴极。
5. 如权利要求1或3所述的发光元件，其特征在于，上述第一电极为阴极， 上述第二电极为阳极。
6. 如权利要求4所述的发光元件，其特征在于，上述发光膜为由空穴传输 层、在上述空穴传输层上配置的发光层、在上述发光层上配置的电子传输层构 成的3层膜。
7. 如权利要求5所述的发光元件，其特征在于，上述发光膜为由电子传输 层、在上述电子传输层上配置的发光层、和在上述发光层上配置的空穴传输层 构成的3层膜。
8. 如权利要求4所述的发光元件，其特征在于，上述发光膜为由空穴注入 层、在上述空穴注入层上配置的空穴传输层、在上述空穴传输层上配置的发光 层、和在上述发光层上配置的电子注入层构成的4层膜。
9. 如权利要求5所述的发光元件，其特征在于，上述发光膜为由电子注入 层、在上述电子注入层上配置的发光层、在上述发光层上配置的空穴传输层、和在上述空穴传输层上配置的空穴注入层构成的4层膜。
10. 如权利要求4所述的发光元件，其特征在于，上述发光膜为由空穴注入 层、在上述空穴注入层上配置的空穴传输层、在上述空穴传输层上配置的发光 层、在上述发光层上配置的电子传输层、和在上述电子传输层上配置的电子注 入层构成的5层膜。
11. 如权利要求5所述的发光元件，其特征在于，上述发光膜为由电子注入 层、在上述电子注入层上配置的电子传输层、在上述电子传输层上配置的发光 层、在上述发光层上配置的空穴传输层、和在上述空穴传输层上配置的空穴注 入层构成的5层膜。
12. —种发光装置，其特征在于，将如权利要求l至ll任一项所述的发光 元件构成的多个发光元件配置成阵列状。
13. 如权利要求12所述的发光装置，其特征在于，为显示装置。
14. 如权利要求12所述的发光装置，其特征在于，为照明装置。
15. 如权利要求1至11任一项所述的发光元件，其特征在于，在上述发光 膜和上述第二电极上配置保护绝缘膜。
16. 如权利要求1至11任一项所述的发光元件，其特征在于，在上述发光 膜和上述第二电极上配置彩色滤光片膜。
全文摘要
使用于显示装置、照明装置的发光元件，由于通常形成于平坦的衬底上，因此在将装置大型化时也必须使制造装置大型化。并且即便一个发光元件有缺陷，装置整体都出故障，具有难以提高成品率的问题。本发明为了解决上述问题，将发光元件作为线状的元件形成，将该线状元件组合，形成平面状的发光装置。由此，可以仅选择合格的线状发光元件制作发光装置，可期待装置的大型化、成品率的提高。
文档编号H01L51/50GK101540376SQ20091011978
公开日2009年9月23日 申请日期2004年7月12日 优先权日2003年7月10日
发明者笠间泰彦, 表研次 申请人:理想星株式会社