发光元件及显示器件的制作方法

专利名称：发光元件及显示器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过施加电能来发光的发光元件以及包括该发光元件的显示器件。
背景技术：
近年来，以液晶显示器为典型的平板显示器已得到了改进，并已对改进图像质量、低功耗化和改进寿命进行了尝试。然而，用于液晶显示器的液晶没有自发光性，通在一对衬底之间形成液晶层，在一对衬底的一侧设置光源(背光灯)，并且利用液晶来控制来自光源的光透过或遮断，以获得图像。由此，除了进行液晶本身的控制之外，还需要为了使用附设的外部光源的大电能。
因此，作为自发光型发光元件的一个形式，场致发光(ElectroLuminescence)元件(以下称作EL元件)引人注目。除了自发光性之外，EL元件还具有薄而轻等的优点，从而已对其进行了研究。为了实现彩色化，所述液晶显示器需要将称作为滤光片的颜色转换层附设到液晶层的表面上。另一方面，在EL元件中，基于各个材料可以显示红、绿、蓝等各种发光。在液晶显示器中，来自光源的光被滤色器减弱。另一方面，EL元件具有不使用滤色器而容易实现全色化的优点。
根据其发光材料为有机化合物或无机化合物，对发光元件分类。通常，将前者称为有机发光元件，将后者称为无机发光元件。而且，根据其元件结构，将无机发光元件划分为薄膜型无机发光元件和分散型无机发光元件。其差别在于，前者具有由发光材料薄膜制成的发光层，而后者具有将颗粒状的发光材料分散在粘合剂中的发光层。另外，该两种发光元件都可实现如下发光机制一是供体-受体复合(donor-acceptor recombination)型发光，其中利用供体能级和受体能级；另一个是利用金属离子内壳层电子跃迁的局限型发光。一般来说，薄膜型无机发光元件采用局限性发光、且分散型无机发光元件采用供体-受体复合型发光的情况较多。
为将发光元件用于像素中的电致发光面板(以下也称为EL面板)的实际应用，需要实现以低功耗进行明亮且生动的显示的显示器，以便有效地利用发光元件的自发光特性。为此，已通过改善发光元件中使用的材料的电流-亮度特性等，来对功效进行改进。然而，上述方式在功效的改进方面有限制。
从发光元件的发光层发射的光不都射出到外部，而在穿过具有不同折射率的膜的界面时部分发生全反射。而且，该全反射光在发光元件中被吸收且衰减，因此提出到外部的光提取效率低下。
专利文献1描述了通过减小全反射的量而提高光提取效率的EL元件。在专利文献1中，通过在透明电极层上设置具有分散颗粒的膜并利用该颗粒散射经过薄膜中的光，来使射入到透明电极层与低折射率膜之间的界面的光不超过临界角。
专利文献1特开2004-303724号公报发明内容本发明的目的是通过使用与上述专利文献1不同的手段，减少从发光层发射的光的全反射量，并且提高提出到外部的光提取量，以提供具有高光提取效率的发光元件。另外，本发明的目的是提供实现高亮度化和低功耗化的发光元件及显示器件。
本发明的发光元件包括在彼此相对的第一电极与第二电极之间的发光层。此外，至少在第一电极与发光层之间具有电介质层，该电介质层中分散有光散射微粒。从发光层发射的光从第一电极而提取到外部。
另外，在上述结构的发光元件中，还可以在第二电极和发光层之间设置电介质层。另外，可以在第一电极和发光层之间设置两层分散有光散射微粒的电介质层。
本发明的发光元件的另一结构包括在彼此相对的第一电极和第二电极之间的发光层，在所述发光层中颗粒状的发光材料和光散射微粒分散到粘合剂中。从发光层发射的光从第一电极而提取到外部。
另外，在上述结构的发光元件中，也可以在第一电极和发光层之间还设置分散有光散射微粒的电介质层。
光散射微粒是使用有机材料或无机材料形成的微粒子。另外，光散射微粒的折射率优选为等于或高于提取光的第一电极的折射率。此外，当电极为单层膜时，电极的折射率是指该单层膜的折射率，而当电极为多层膜时，电极的折射率是指处于对发光元件最外侧的层的折射率。
光散射微粒的尺寸(粒径)优选设定为能够使发光层发射的光折射和散射，以便将该光穿过电介质层与第一电极的界面。具体而言，光散射微粒的尺寸为平均2nm以上，优选为20nm以上。另外，微粒的尺寸优选超过可见光的波长。具体来说，光散射微粒的尺寸优选为平均800nm或更小，并考虑到发光元件的光学设计，更优选为平均100nm或更小。
另外，为了提取从发光层发射的光，第一电极优选为具有透光性的电极。
在本发明中，通过将具有预定折射率的多个微粒设置在电介质层或发光层中，使来自发光层且穿过电介质层的光的临界角或来自分散在发光层中的发光材料且穿过发光层的光的临界角多样化。由此，可以将传统上与电极之间的界面中被全反射的光提取到外部。从而，可以提高发光元件的光提取效率。
为了防止穿过光散射微粒在与电极之间的界面处产生全反射，光散射微粒的折射率优选为等于或大于电极的折射率。
本发明的显示器件包括在彼此相对的第一衬底和第二衬底之间的具有上述结构的发光元件，来自发光元件的光从第一衬底提取。此外，在第一衬底和第二衬底之间设置有用于密封发光元件的密封材料。
密封材料被设置在第一衬底和第二衬底的周边部。并且，优选的是，在该第一衬底和第二衬底之间且由密封材料围绕的区域中填充有气体或者设置有固体。当填充气体时，优选使用惰性气体诸如氮和氩等作为气体。当设置固体时，优选使用树脂作为固体。
另外，为了提取来自发光元件的发光，优选使用对可见光具有高透光率的衬底作为第一衬底。具体而言，第一衬底优选对可见光具有80％或更高的透光率。
通过本发明，当从发光层发射的光从电极提取时，全反射的光的量得到减少，因此，可以提高发光元件的光提取效率。而且，通过设置具有高光提取效率的发光元件，可以实现显示器件的高亮度化和低功耗化。


图1A和1B是显示器件的剖视图(实施方式1)；图2A和2B是显示器件的剖视图(实施方式2)；图3A至3D是显示器件的剖视图(实施方式3)；图4A至4D是显示器件的剖视图(实施方式4)；图5是显示器件的剖视图(实施方式5)；图6是显示器件的剖视图(实施方式6)；
图7是显示器件的剖视图(实施方式7)；图8是显示器件的剖视图(实施方式8)；图9A至9C是显示器件的剖视图(实施方式9)；图10A至10C是显示器件的剖视图(实施方式10)；图11是显示器件的正视图(实施方式11)；图12是描述显示器件的像素的电路的图(实施方式11)；图13是显示器件的像素的剖视图(实施方式11)；图14是描述显示器件的驱动方法的图(实施方式11)；图15A至15F是描述将显示器件适用于电子设备的模式的图(实施方式12)；图16是描述将显示器件适用于平面照明器件的模式(实施方式13)；图17A和17B是显示器件的立体图以及剖视图(实施方式11)。
具体实施例方式
以下参照附图描述本发明的实施方式。此外，本发明可用各种方式实施。本领域技术人员容易理解可在不背离本发明的概念和范围的情况下对形式和细节进行各种改变。因此，本发明并不局限于以下实施方式的描述。
此外，有可能在不背离本发明的概念的情况下适当地组合各个实施方式。由于将相同的参考标号给予各实施方式中的相同组件来进行说明，因此有时略去其描述。
实施方式1在本实施方式中示出了使用本发明的发光元件之一的薄膜型无机发光元件的方式。图1A示出使用顶部发射结构的显示器件的剖视图。另外，图1B示出使用底部发射结构的显示器件的剖视图。此外，在本说明书中，顶部发射结构是指从上方(密封衬底一侧)提取发光元件的发光的结构。另一方面，底部发射结构是指从下方(设置有发光元件的衬底一侧)提取发光元件的发光的结构。
在下面的本实施方式中，图1A和图1B之间的差别只在于，反射电极103和透光电极105的位置以及第一电介质层107和第二电介质层108的位置颠倒，该部分的形成顺序也相反。因此，在没有特别记载的情况下，使用顶部发射结构的图1A来进行说明。
图1A示出包括本发明的发光元件的显示器件的剖视图。衬底101上设置有发光元件120。
发光元件120从衬底101一侧依次层叠有反射电极103、第一电介质层107、发光层104、第二电介质层108、透光电极105。第二电介质层108中分散有多个光散射微粒106。
另外，优选使用覆盖反射电极103的一部分的绝缘层114以及隔壁层115，使发光元件120的发光层104分开。在本实施方式中，通过绝缘层114以及隔壁层115使第一电介质层107、发光层104、第二电介质层108、透光电极105分开。另外，在隔壁层115上层叠有分开了的第一电介质层157、发光层154、第二电介质层158、透光电极155。该隔壁层115具有倾斜，即越靠近衬底表面，一个侧面和另一个侧面的距离就越窄。就是说，隔壁层115的短边方向的横截面是梯形，并且其底边(朝向与绝缘层114的面方向相同的方向，且与绝缘层114接触的一边)的宽度短于其上边(朝向与绝缘层114的面方向相同的方向，且与绝缘层114不接触的一边)。通过如此设置隔壁层115，可以将透光电极105与相邻的透光电极相绝缘。此外，不一定必须设置绝缘层114和隔壁层115。
密封衬底112通过在衬底101的周边部设置的密封材料111固定在衬底101上，以密封发光元件120。在本实施方式中，被衬底101、密封材料111和衬底112气密的空间填充有气体113。优选使用诸如氮气或氩气的惰性气体作为气体113。
衬底101只要用作发光元件120的支撑基底即可，可以使用石英衬底、半导体衬底、玻璃衬底、塑料衬底、具有柔性的塑料薄膜等。
作为密封衬底112，可以使用石英衬底、半导体衬底、玻璃衬底、塑料衬底、具有柔性的塑料薄膜等。虽然在本实施方式中使用具有平板形状的衬底作为密封衬底112，但是形状并不局限于该形状，只要能够密封发光元件即可。例如，可以使用类似密封罐的帽状衬底。
当将密封衬底112作为提取光的衬底时，优选使用对可见光具有高透光率的衬底。具体来说，优选使用对可见光具有80％或更高的透光率的衬底。在此，相当于图1A所示的顶部发射结构的情况，从而与衬底112最靠近的电极为具有透光性的电极(透光电极105)。这时，与衬底101最靠近的电极为具有反射性的电极(反射电极103)，从而，衬底101为不提取光一侧的衬底。因此衬底101无需透明，且可着色或不透明。
当将衬底101作为光提取一侧的衬底时，优选使用对可见光具有高透光率的衬底。具体来说，优选使用对可见光具有80％或更高的透光率的衬底。在此，相当于图1B所示的底部发射结构的情况，从而与衬底101最靠近的电极为具有透光性的电极(透光电极105)。这时，与衬底112最靠近的电极为具有反射性的电极(反射电极103)，从而，衬底112为不提取光一侧的衬底。因此衬底112无需透明，且可着色或不透明。
另外，当将衬底101或密封衬底112作为光提取一侧的衬底时，可以通过在该光提取一侧的衬底上设置滤色器，以提高发光元件的色彩纯度或改变发光元件的发光颜色。
虽然图1A和1B所示的显示器件采用无源矩阵型的像素，但是例如当在有源矩阵型的像素中设置图1A和1B所示的显示器件时，也可以在发光元件120下方设置包含晶体管和电容器等的电路。该电路用于控制发光元件120的亮度和发光时序。
反射电极103在衬底101上形成。反射电极103具有反射从发光层发射的光的功能并用作阴极。反射电极103由金属或合金等的具有反射性的导电膜形成。对于该金属膜，可以使用金(Au)、铂(Pt)、镍(Ni)、钨(W)、铬(Cr)、钼(Mo)、铁(Fe)、钴(Co)、铜(Cu)、钯(Pd)、铝(Al)等。对于合金膜，可以使用镁和银的合金、铝和锂的合金等。用于形成反射电极103的膜通过溅射法、气相沉积法制成。
另外，作为反射电极103，也可使用将透明导电膜层叠于上述金属膜或合金膜上的多层膜或者将上述金属膜或合金膜夹在两个透明导电膜之间的多层膜。而且，作为反射电极103，也可以使用由具有不同折射率的透明导电膜制成的多层膜。通过利用光多重干涉，可以获得高反射性。
第一电介质层107在反射电极103上形成。第一电介质层107由绝缘材料制造，且不受具体限制，但是其优选具有高绝缘耐压和致密的膜质量。此外，其优选具有高电介质常数。例如，可以采用氧化钇、氧化钛、氧化铝、氧化铪、氧化钽、钛酸钡、钛酸锶、钛酸铅、氮化硅或氧化锆等、所述材料的混合膜或包括这些膜中的两种或更多种的叠层膜。第一电介质层107可以通过溅射法、气相淀积法、CVD法、液滴喷射法(典型为喷墨法)等使用上述材料而形成。
发光层104在第一电介质层107上形成。发光层104是由发光材料的薄膜制造的层。可以用于本实施方式的发光材料由母体材料和杂质元素构成。可以通过使用各种各样的杂质元素，而获得具有各种颜色的发光。作为发光材料的制造方法，可以使用固相法、液相法(共沉淀法)等的各种方法。此外，还可以使用喷雾热分解法、复分解法、利用前驱体的热分解反应的方法、反胶团法、组合上述方法和高温度焙烧的方法、或冷冻干燥法等的液相法等。
在固相法中，通过如下方法使母体材料包含杂质元素对母体材料和杂质元素或包含杂质元素的化合物的重量进行秤量，在研钵中混合，在电炉中加热，并且进行焙烧而使它们反应。焙烧温度优选为700至1500℃。这是因为在温度过低的情况下固相反应不能进行，而在温度过高的情况下母体材料会分解的缘故。此外，也可以在粉末状态下进行焙烧，然而优选在颗粒状态下进行焙烧。该方法需要在相对高的温度下进行焙烧，然而，因为该方法很简单，所以生产率好，因而适合于大量生产。
液相法(共沉淀法)是如下方法在溶液中使母体材料或包含母体材料的化合物与杂质元素或包含杂质元素的化合物反应，并使它干燥，然后进行焙烧。通过该方法，由于发光材料的粒子均匀地分布，其粒径小，所以即使在焙烧温度低的情况下，也可以进行反应。
作为用于发光材料的母体材料，可以使用硫化物、氧化物或氮化物。作为硫化物，例如可以使用硫化锌、硫化镉、硫化钙、硫化钇、硫化镓、硫化锶或硫化钡等。此外，作为氧化物，例如可以使用氧化锌或氧化钇等。此外，作为氮化物，例如可以使用氮化铝、氮化镓或氮化铟等。而且，可以使用硒化锌或碲化锌等，也可以使用硫化钙-镓、硫化锶-镓或硫化钡-镓等的三元混晶。
在本实施方式所示的发光元件120为局限型发光元件的情况下，作为杂质元素可以使用锰(Mn)、铜(Cu)、钐(Sm)、铽(Tb)、铒(Er)、铥(Tm)、铕(Eu)、铈(Ce)或镨(Pr)等。此外，作为电荷补偿，可以添加有氟(F)或氯(Cl)等卤元素。
另一方面，当本实施方式所示的发光元件120为供体-受体复合型发光元件时，可以使用包含形成供体能级的第一杂质元素及形成受体能级的第二杂质元素的发光材料。作为第一杂质元素，例如可以使用氟(F)、氯(Cl)、铝(Al)等。作为第二杂质元素，例如可以使用铜(Cu)、银(Ag)等。
在使用固相法来合成呈现供体-受体复合型发光的发光材料的情况下，在分别对母体材料、第一杂质元素或包含第一杂质元素的化合物、以及第二杂质元素或包含第二杂质元素的化合物的重量进行秤量，并且在研钵中混合之后，在电炉中加热，并且进行焙烧。作为母体材料，可以使用上述的母体材料；作为第一杂质元素或包含第一杂质元素的化合物，例如可以使用氟(F)、氯(Cl)、硫化铝等；并且作为第二杂质元素或包含第二杂质元素的化合物，例如可以使用铜(Cu)、银(Ag)、硫化铜、硫化银等。焙烧温度优选为700至1500℃。这是因为在温度过低的情况下固相反应不能进行，而在温度过高的情况下母体材料会分解的缘故。此外，也可以在粉末状态下进行焙烧，然而优选在颗粒状态下进行焙烧。
此外，作为当利用固相反应时的杂质元素，可以组合使用由第一杂质元素和第二杂质元素构成的化合物。在此情况下，容易扩散杂质元素并且容易进行固相反应，所以可以获得均匀的发光材料。再者，不需要的杂质元素不会进入，所以可以获得纯度高的发光材料。作为由第一杂质元素和第二杂质元素构成的化合物，例如可以使用氯化铜或氯化银(AgCl)等。
此外，这些杂质元素的浓度对母体材料有0.01atom％至10atom％即可，优选在0.05atom％至5atom％的范围内。
本实施方式的发光元件120是薄膜型无机发光元件，并且其发光层104包含上述发光材料。该发光层104通过使用电阻加热气相沉积法、电子束气相沉积(EB气相沉积)法等的真空气相沉积法；溅射法等的物理气相成长法(PVD)；有机金属CVD法、氢化物传输减压CVD法等的化学气相成长法(CVD)；原子层外延法(ALE)等来形成。
第二电介质层108在发光层104上形成。在该第二电介质层108中分散有光散射微粒106。第二电介质层108由绝缘材料构成，并该材料不受具体限制，但是其优选具有高绝缘耐压和致密的膜质量。此外，其优选具有高电介质常数。例如，可以采用氧化钇、氧化钛、氧化铝、氧化铪、氧化钽、钛酸钡、钛酸锶、钛酸铅、氮化硅或氧化锆等、所述材料的混合膜或包括这些膜中的两种或更多种的叠层膜。第二电介质层108使用上述材料并通常采用湿式法来形成。例如，通过使用液滴喷射法、旋涂法、浸涂法、印刷法等形成分散有光散射微粒106的第二电介质层108。
光散射微粒106由具有等于或高于透光电极105的折射率的材料构成，可以使用有机材料或无机材料。例如，可以使用从锌(Zn)、铟(In)、和锡(Sn)中选择的元素的氧化物、或者将掺杂物添加到这些氧化物中的化合物。作为氧化锌的掺杂物，可以举出Al、Ga、B、In等。含有这些掺杂物的氧化锌(ZnO)分别称为AZO、GZO、BZO和IZO。作为氧化铟的掺杂物，可以使用Sn、Ti等。掺杂有Sn的氧化铟称为ITO(氧化铟锡)。作为氧化锡的掺杂物，可使用Sb、F等。另外，氧化锶、氧化铝、氧化钛、氧化钇或氧化铯等的金属氧化物可用作该材料。而且，也可以使用各种铁电材料。例如，可举出钛酸钡、铌酸钾或铌酸锂等的氧化物铁电材料。此外，可以使用无机材料诸如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅(SiNxOy，0＜x＜4/3，0＜y＜2，0＜3x+2y≤4)、锆、DLC(类金刚石碳)或碳纳米管等。但是，该光散射微粒被分散到电介质层中，所以优选使用具有高电介质性能的材料。
光散射微粒106的尺寸(粒径)有必要是能够获得如下效应的尺寸使具有传统上在电介质层与透光电极之间的界面中被全反射的入射角的光折射和散射，以便将该光穿过所述电介质层与透光电极之间的界面。具体而言，光散射微粒106的尺寸为平均2nm以上，更优选为20nm以上。而且，光散射微粒106的尺寸优选不超过可见光的波长，且尺寸的上限为平均800nm。在考虑发光元件的光学设计时，尺寸的上限优选为平均100nm。
光散射微粒106的形状优选具有使光汇聚或散射的作用。例如，可举出柱状、多面体状、诸如三角锥体的多边锥体状、圆锥状、凹透镜状、凸透镜状、拱起(hog-backed)状、棱镜状、球状、半球状等。
多个光散射微粒106被设置在第二电介质层108中。此时，没有必要使所有光散射微粒106具有相同的材料、相同大小和相同形状，并且它们中的每一个可以具有不同材料、大小或形状。
透光电极105在第二电介质层108上形成。透光电极105用作阳极，并可透过从发光层104发射的光。从发光层104发射的光经过第二电介质层108或在由反射电极反射之后经过第二电介质层108，而从第二电极105提取。
透光电极105由透明导电膜形成。作为用于透光电极105的材料，可以举出对可见光范围内(400至800nm)的光具有高透光率的材料，典型为金属氧化物。例如，可使用从锌(Zn)、铟(In)、和锡(Sn)中选择的元素的氧化物、或者将掺杂物添加到这些氧化物中的化合物。作为氧化锌的掺杂物，可以举出Al、Ga、B、In等。含有这些掺杂物的氧化锌分别称为AZO、GZO、BZO和IZ0。作为氧化铟的掺杂物，可以使用Sn、Ti等。掺杂有Sn的氧化铟称为ITO(氧化铟锡)。作为氧化锡的掺杂物，可以使用Sb、F等。而且，对于透明导电膜，可以使用将从上述氧化锌、氧化铟、氧化锡和含有掺杂物的上述氧化物中选择的两种氧化物混合的混合物。
另外，在本实施方式中，形成覆盖反射电极103的一部分的绝缘层114及隔壁层115，以使发光元件120分开。可以通过光刻法以及蚀刻法使用无机绝缘材料或有机绝缘材料等而形成绝缘层114。隔壁层115的材料没有特别的限制，但是优选通过光刻法使用未曝光部分保留的正型光敏树脂而形成隔壁层115。在此情况下，可以通过调节曝光量或显影时间以更快地蚀刻隔壁层115的下部，来形成具有良好倾斜角度的隔壁层。当然，也可以通过光刻法以及蚀刻法且使用无机绝缘材料、有机绝缘材料等而形成隔壁层115。
此外，将隔壁层115的高度(膜厚)设定为高于第一电介质层107、发光层104、第二电介质层108和透光电极105的厚度的总和。其结果，只要通过在衬底101的整个面上形成发光层104、第二电介质层108以及透光电极105的步骤，就可以形成被分离成多个电独立的区域的发光元件120。因此，可以减少步骤数目。此外，第一电介质层157、发光层154、第二电介质层158以及透光电极155形成在隔壁层115上，但是，它们与构成发光元件120的第一电介质层107、发光层104、第二电介质层108以及透光电极105分离。
为了密封发光元件120，制备其周边部设置有未固化密封材料111的衬底112。未固化的密封材料111通过印刷法、分配器法等以预定形状设置在衬底112的周边部。该密封材料111也可以在形成透光电极105之后设置在衬底101一侧。
作为密封材料111，可以使用诸如环氧树脂或丙烯酸树脂的通过紫外线等固化的光固化树脂或者热固化树脂。优选的是，根据发光层104的特性适当地使用光固化树脂和热固化树脂。
将形成有各个层的衬底101和衬底112重叠在一起。对衬底101和衬底112施加压力，并用紫外线照射未固化密封材料111以固化树脂，且贴附衬底101与衬底112。显然，当用热固化树脂作为密封材料111时，进行热处理。此外，优选从将衬底101和衬底112重叠之后到固化密封材料111之前的期间中，进行处理的气氛压强比大气压略小。另外，优选的是，进行处理的气氛含有尽可能少的湿气，例如可以采用氮气气氛。
通过固化密封材料111，衬底101与衬底112之间的空间处于气密状态、并填充有气体113。
在用衬底112对衬底101进行密封之后，通过分割衬底112来形成任意大小的面板。
在本实施方式中，通过在设置于透光电极105和发光层104之间的第二电介质层108中分散多个光散射微粒106，可以提高来自发光元件120的光提取效率。这是因为，从发光层104发射的光的入射角在经过第二电介质层108时由于光散射微粒106取决于位置而改变，并且具有传统上在第二电介质层108与透光电极105之间的界面中被全反射的入射角的光被折射并散射，从而光可穿过该界面。这样，本发明的特征在于，通过将光散射微粒106分散到第二电介质层108中，减少在第二电介质层108与透光电极105之间的界面全反射的光量，来提高发光元件120的光提取效率。
此外，在专利文献1中，提出了通过在透明电极层上设置微粒分散其中的含粒子透光电极层来提高光提取效率的工艺。具体地，在专利文献1中，通过用含粒子透光电极层中的微粒散射光，将该光的角度改变为不引起全反射的角度而改进提取效率。另一方面，本说明书中提出的本发明是，通过使用在设置于透光电极105和发光层104之间的第二电介质层108中分散的光散射微粒106，改变朝向透光电极105界面的光的入射角，来提高光提取效率。因此，本说明书中提出的本发明与专利文献1中描述的完全不同。
根据本实施方式的发光元件可以减少从发光层发射的光在透光电极和电介质层之间的界面被全反射的光量，从而可以提高提取到外部的光提取效率。
另外，根据本实施方式的显示器件包括具有高光提取效率的发光元件，所以可以实现高亮度化和低功耗化。
实施方式2在本实施方式中示出了将本发明应用于发光元件之一的分散型无机发光元件的模式。图2A示出使用顶部发射结构的显示器件的剖视图。另外，图2B示出使用底部发射结构的显示器件的剖视图。图2A和图2B之间的差别只在于，反射电极103和透光电极105的位置颠倒，并该部分的形成顺序也相反。因此，在没有特别记载的情况下，使用顶部发射结构的图2A来进行说明。
在实施方式1中说明了如下结构在衬底101和衬底112之间形成有发光元件120，并且该发光元件包括反射电极103、第一电介质层107、发光层104、分散有光散射微粒106的第二电介质层108、透光电极105。本实施方式的与实施方式1不同之处在于，将第一电介质层107、发光层104、分散有光散射微粒106的第二电介质层108为一层，即采用使用所谓的分散型无机发光元件的模式而实施。也就是说，本实施方式所示的发光元件130包括夹在反射电极103和透光电极105之间的发光层109，并该发光层109分散有粒子状的发光材料110和光散射微粒106。
首先，根据实施方式1所描述的工序，准备一直到形成反射电极103的衬底101。
然后，在反射电极103上形成发光层109。发光层109是通过将粒子状的发光材料110分散在粘合剂中而制成的层。另外，在发光层109的粘合剂中，还分散有光散射微粒106。粘合剂是用于将粒子状的发光材料固定于分散状态并保持发光层的形状的物质。粒子状的发光材料110通过粘合剂均匀分散并固定在发光层中。
作为粒子状的发光材料110，可以使用被加工成粒子状的上述实施方式1所描述的发光材料。当具有足够理想尺寸的粒子不能通过发光材料的制造方法获得时，发光材料可在研钵等中研磨并加工成颗粒状态。
另外，对于光散射微粒106，可以使用上述实施方式1所描述的光散射微粒106。
作为用于发光层109的粘合剂，可以使用有机材料或无机材料。此外，还可以使用有机材料及无机材料的混合材料。作为有机材料，可以使用如下树脂材料像氰乙基纤维素树脂那样具有相对高的电介质常数的聚合体、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯树脂、硅酮树脂、环氧树脂或聚偏二氟乙烯等。此外，还可以使用芳香族聚酰胺或聚苯并咪唑等的耐热高分子材料；或硅氧烷树脂。硅氧烷树脂相当于包含Si-O-Si键的树脂。硅氧烷的骨架结构由硅(Si)-氧(O)键构成。作为取代基，使用至少包含氢的有机基(例如烷基或芳烃)。还可以使用氟作为取代基。此外，还可以使用至少包含氢的有机基和氟作为取代基。作为有机材料，还可以使用如下树脂材料聚乙烯醇和聚乙烯醇缩丁醛等的乙烯树脂、酚醛树脂、酚醛清漆树脂、丙烯树脂、三聚氰胺树脂、聚氨酯树脂或噁唑树脂(聚苯并噁唑)等。可以对这些树脂适度混合钛酸钡、钛酸锶等的高电介质常数的微粒子，而调整电介质常数。
无机材料可以由选自下述的材料形成氮化硅(SiNx)、包含氧及氮的硅、氮化铝、包含氧及氮的铝、氧化铝、氧化钛、钛酸钡、钛酸锶、钛酸铅、铌酸钾、铌酸铅、氧化钽、钽酸钡、钽酸锂、氧化钇、氧化锆、硫化锌或含有其他无机材料的物质。通过将电介质常数高的无机材料包含在有机材料中，可以控制由分散有粒子状的发光材料110的粘合剂构成的发光层109的电介质常数，从而可以进一步增大该电介质常数。
在制造工序中，粒子状的发光材料110分散在包含粘合剂的溶液中。作为可以用于本实施方式的含有粘合剂的溶液的溶剂，适当地选择如下溶剂即可，即可以溶解粘合剂材料，并且能够制造具有适合于形成发光层的方法(各种湿式法)及所希望的膜厚度的粘度的溶液。作为溶剂，可以使用有机溶剂等，例如在使用硅氧烷树脂作为粘合剂的情况下，可以使用丙二醇单甲醚、丙二醇甲醚醋酸酯(也称为PGMEA)或3-甲氧基-3甲基-1-丁醇(也称为MMB)等。
本实施方式的发光元件130是分散型无机发光元件，并且发光层109是将多个上述粒子状的发光材料110以及光散射微粒106分散在粘合剂中的层。作为其形成方法，通常可以利用湿式法。例如，可以通过液滴喷射法、印刷法(丝网印刷、凹版印刷等)、诸如旋涂法的涂布法、浸涂法、分配器法等形成发光层109。而且，在发光层109中，粒子状的发光材料110的比例优选为50wt％以上且80wt％以下。
通过使用实施方式1所示的材料在发光层109上形成透光电极105。另外，与实施方式1同样地，在反射电极103上形成覆盖该反射电极103的一部分的绝缘层114和隔壁层115。而且，在隔壁层115上层叠有互相分离的发光层159、透光电极155。在形成透光电极105之后，根据实施方式1所示的工序，贴附衬底101和衬底112，并将衬底112分割为任意的面板尺寸。
在本实施方式中，通过在发光层109中分散多个光散射微粒106，可以提高发光元件130的光提取效率。这是因为，从分散在发光层109中的粒子状的发光材料110发射的光的入射角在经过发光层109时由于光散射微粒106取决于位置而改变，并且具有在没有光散射微粒的情况下在发光层109与透光电极105之间的界面被全反射的入射角的光被折射并散射，从而光可穿过该界面。也就是说，具有在没有光散射微粒的情况下在透光电极105中被全反射的入射角的光可以穿过透光电极105。这样，本发明的特征在于，通过将光散射微粒106分散到发光层109中，减少从分散在发光层109中的粒子状发光材料110发射的光在与透光电极105之间的界面全反射的光量，来提高发光元件130的光提取效率。
这样，根据本实施方式的发光元件可以提高提取到外部的光提取效率。而且，根据本实施方式的显示器件包括具有高光提取效率的发光元件，所以可以实现高亮度化和低功耗化。
实施方式3参照图3描述本实施方式。在实施方式1中，衬底101和衬底112之间的气密空间中填充有气体113。然而，在本实施方式的显示器件中，该空间填充有通过填充液态材料并将其固化而制备的固体材料。将固体材料设置在衬底之间的显示器件的密封结构称为固体密封结构，且该术语有时用于将其与填充有气体的结构进行区分。在本说明书中，也将该术语用于区分填充有固体的结构与填充有气体的结构。
根据在实施方式1中描述的工序，准备一直到形成透光电极105的衬底101(图3A)。另外，与实施方式1同样地，在反射电极103上形成覆盖该反射电极103的一部分的绝缘层114和隔壁层115。而且，在隔壁层115上层叠有互相分离的第一电介质层157、发光层154、第二电介质层158、透光电极155。
接着，与实施方式1同样地，通过印刷法、分配器法等在衬底101的周边部以预定形状设置未固化密封材料111(图3B)。
在本实施方式中，将填充材料201设置在衬底101与衬底112之间通过密封材料111气密的空间中。作为填充材料201的材料，可以使用诸如环氧树脂或丙烯酸树脂的紫外线固化树脂、可见光固化树脂或热固化树脂。根据发光层104的材料的耐热性，来选择紫外线固化树脂、可见光固化树脂或热固化树脂。在设置密封材料111之后，将未固化(液态)填充材料201滴在由密封材料111围绕的区域中(图3C)。
接着，将制备有未固化密封材料111和填充材料201的衬底101与衬底112重叠在一起。在向衬底101和衬底112施加压力的同时，用光照射或加热未固化密封材料111和填充材料201以进行固化，以贴附衬底112和衬底101。固化了的填充材料201被设置为与透光电极105的表面以及衬底101的表面接触，并将衬底112固定于衬底101。在固化密封材料111和填充材料201之后，将衬底112分割成任意的面板尺寸(图3D)。
根据本实施方式的发光元件具有高光提取效率，而且，包括这种发光元件的显示器件可以实现高亮度化和低功耗化。另外，在根据本实施方式的显示器件中，通过填充液态的材料并固化该填充的液态材料来形成固体密封结构。由此，可以通过无空隙地密闭衬底之间来实现发光元件的密封，从而可以防止水蒸气等进入发光元件。因此，可以抑制发光元件的退化。
此外，在本实施方式中对于顶部发射结构进行说明，但不言而喻，也可以采用底部发射结构。在图3A至3D所示的结构中，在使用底部发射结构的情况下，只要使反射电极103和透光电极105的位置以及第一电介质层107和第二电介质层108的位置互换，并使该部分的形成顺序颠倒即可。
实施方式4将使用图4描述本实施方式。在实施方式2中，衬底101和衬底112之间的气密空间中填充有气体113。然而，在本实施方式的显示器件中，该空间填充有通过填充液态材料并将其固化而制备的固体材料。
根据在实施方式2中描述的工序，准备一直到形成透光电极105的衬底101(图4A)。另外，与实施方式2同样地，在反射电极103上形成覆盖该反射电极103的一部分的绝缘层114和隔壁层115。而且，在隔壁层115上层叠有互相分离的发光层159和透光电极155。
接着，通过实施方式3所描述的工序，在衬底101的周边部设置密封材料111(图4B)，并且设置填充材料201(图4C)。然后，贴附衬底101和衬底112，并将衬底112分割成任意的面板尺寸(图4D)。
根据本实施方式的发光元件具有高光提取效率，而且，包括这种发光元件的显示器件可以实现高亮度化和低功耗化。另外，在根据本实施方式的显示器件中，通过填充液态的材料并固化该填充的液态材料来形成固体密封结构。由此，可以通过无空隙地密闭衬底之间来实现发光元件的密封，从而可以防止水蒸气等进入发光元件。因此，可以抑制发光元件的退化。
此外，在本实施方式中对于顶部发射结构进行说明，但不言而喻，也可以采用底部发射结构。在使用底部发射结构的情况下，只要在图4A至4D所示的结构中，使反射电极103和透光电极105的位置互换，并使该部分的形成顺序颠倒即可。
实施方式5将用图5说明本实施方式。本实施方式基本上具有与实施方式1(图1A)相同的结构。但是，在本实施方式中附加有第三电介质层202。
根据实施方式1所描述的工序，准备一直到形成光散射微粒106分散在其中的第二电介质层108的衬底101。然后，在第二电介质层108上形成分散有光散射微粒203的第三电介质层202。
在第三电介质层202上形成透光电极105。另外，与实施方式1同样地，在反射电极103上形成覆盖该反射电极103的一部分的绝缘层114和隔壁层115。而且，在隔壁层115上层叠有互相分离的第一电介质层157、发光层154、第二电介质层158、第三电介质层252、透光电极155。在形成透光电极105之后，与实施方式1同样地，贴附衬底101和衬底112，并将衬底112分割为任意的面板尺寸。
对于光散射微粒106，使用具有高电介质常数和高绝缘性并且具有低折射率的材料。例如，可以使用二氧化硅(硅石)粒子等作为光散射微粒106。为了补偿光散射微粒106的低折射率，优选使用折射率高的材料作为分散在第三电介质层202中的光散射微粒203。在此，光散射微粒203只要是具有高折射率的材料即可，从而可以使用具有低电介质常数和低绝缘性的材料。例如，可以使用ITO等作为光散射微粒203。在本实施方式中，通过使用第二电介质层108和第三电介质层202实现双层结构来形成设在透光电极和发光层之间的电介质层，以形成具有所希望的电介质常数、绝缘性和折射率的电介质层。
另外，第三电介质层202可以用与第二电介质层108相同的材料形成。也就是说，第三电介质层202由绝缘材料构成，并该材料不受具体限制，但是其优选具有高绝缘耐压和致密的膜质量。此外，其优选具有高电介质常数。例如，可以采用氧化钇、氧化钛、氧化铝、氧化铪、氧化钽、钛酸钡、钛酸锶、钛酸铅、氮化硅或氧化锆等、所述材料的混合膜或包括这些膜中的两种或更多种的叠层膜。第三电介质层202使用上述材料并通常采用湿式法来形成。例如，通过使用液滴喷射法、旋涂法、浸涂法、印刷法等形成分散有光散射微粒203的第三电介质层202。此外，在本实施方式中，采用由分散有光散射微粒106的第二电介质层108和分散有光散射微粒203的第三电介质层202构成的双层结构，但也可以设置三层或更多层的电介质层。如本实施方式所示，通过以双层或更多层的结构形成设在透光电极105和发光层104之间的电介质层，可以获得所希望的电介质常数。从而，可以将充分大的电能施加到发光层中，因此可以获得稳定的发光。
另外，在本实施方式中，以实施方式1(图1A)的结构作为基础，但也可以以实施方式1(图1B)的结构作为基础。也就是说，可以使反射电极103和透光电极105的位置以及第一电介质层107和第二电介质层108的位置互换，并使该部分的形成顺序颠倒，而在透光电极105和第二电介质层108之间设置分散有光散射微粒203的第三电介质层202。
根据本实施方式的发光元件可以提高提取到外部的光提取效率。包括这种发光元件的显示器件可以实现高亮度化和低功耗化。
另外，根据本实施方式的发光元件通过采用叠层结构的电介质层可以获得所希望的电介质常数，并且可以获得稳定发光。此外，根据本实施方式的显示器件由于包括能够稳定发光的发光元件，因此可以实现高亮度化。
实施方式6将用图6描述本实施方式。本实施方式基本上具有与实施方式2(图2A)相同的结构。但是，在本实施方式中附加有电介质层602。
根据实施方式2所描述的工序，准备一直到形成粒子状的发光材料110和光散射微粒106分散在其中的发光层109的衬底101。然后，在发光层109上形成分散有光散射微粒603的电介质层602。
在电介质层602上形成透光电极105。另外，与实施方式2同样地，在反射电极103上形成覆盖该反射电极103的一部分的绝缘层114和隔壁层115。而且，在隔壁层115上层叠有互相分离的发光层159、电介质层652、透光电极155。在形成透光电极105之后，根据与实施方式2相同的工序，进行衬底101和衬底112的固定等，并将衬底112分割为任意的面板尺寸。
对于光散射微粒106，使用具有高电介质常数和高绝缘性并且具有低折射率的材料。例如，可以使用二氧化硅(硅石)粒子等作为光散射微粒106。为了补偿光散射微粒106的低折射率，优选使用折射率高的材料作为分散在电介质层602中的光散射微粒603。在此，光散射微粒603只要是具有高折射率的材料即可，从而可以使用具有低电介质常数和低绝缘性的材料。例如，可以使用ITO等作为光散射微粒603。在本实施方式的电介质层中，通过用发光层109和电介质层602的双层结构来实现能够获得所希望的电介质常数、绝缘性和折射率的结构。
电介质层602由绝缘材料构成，并该材料不受具体限制，但是其优选具有高绝缘耐压和致密的膜质量。此外，其优选具有高电介质常数。例如，可以采用氧化钇、氧化钛、氧化铝、氧化铪、氧化钽、钛酸钡、钛酸锶、钛酸铅、氮化硅或氧化锆等、所述材料的混合膜或包括这些膜中的两种或更多种的叠层膜。电介质层602使用上述材料并通常采用湿式法来形成。例如，通过使用液滴喷射法、旋涂法、浸涂法、印刷法等形成分散有光散射微粒603的电介质层602。另外，电介质层602也可以具有双层或更多层的结构。如本实施方式所示，通过在透光电极105和发光层109之间进一步设置电介质层602，可以获得所希望的电介质常数。从而，可以将充分大的电能施加到发光层上，因此可以获得稳定的发光。
另外，在本实施方式中，以实施方式2(图2A)的结构作为基础，但也可以以实施方式2(图2B)的结构作为基础。也就是说，可以使反射电极103和透光电极105的位置互换，并使该部分的形成顺序颠倒，而在透光电极105和发光层109之间设置分散有光散射微粒603的电介质层602。
根据本实施方式的发光元件可以提高提取到外部的光提取效率。包括这种发光元件的显示器件可以实现高亮度化和低功耗化。
另外，根据本实施方式的发光元件通过采用叠层结构的电介质层可以获得所希望的电介质常数，并且可以获得稳定发光。此外，根据本实施方式的显示器件由于包括能够稳定发光的发光元件，因此可以实现高亮度化。
实施方式7将用图7描述本实施方式。本实施方式具有与实施方式3同样的固体密封结构。本实施方式与实施方式3的不同之处在于，在分散有光散射微粒106的第二电介质层108和透光电极105之间形成分散有光散射微粒203的第三电介质层202。
根据实施方式3所描述的工序，准备一直到形成光散射微粒106分散在其中的第二电介质层108的衬底101。然后，在第二电介质层108上形成分散有光散射微粒203的第三电介质层202。光散射微粒203和第三电介质层202可以通过上述实施方式5所示的材料和制造方法而形成。
然后，在第三电介质层202上形成透光电极105。另外，与实施方式3同样地，在反射电极103上形成覆盖该反射电极103的一部分的绝缘层114和隔壁层115。而且，在隔壁层115上层叠有互相分离的第一电介质层157、发光层154、第二电介质层158、第三电介质层252、透光电极155。在形成透光电极105之后，通过实施方式3所描述的工序，使用密封材料111及填充材料201贴附衬底101与衬底112。
根据本实施方式的发光元件具有高光提取效率，并且可以获得稳定发光。包括这种发光元件的显示器件可以实现高亮度化和低功耗化。
实施方式8将用图8描述本实施方式。本实施方式具有与实施方式4同样的固体密封结构。本实施方式与实施方式4的不同之处在于，在分散有发光材料110和光散射微粒106的发光层109和透光电极105之间形成分散有光散射微粒603的电介质层602。
根据实施方式4所描述的工序，准备一直到形成发光材料110和光散射微粒106分散在其中的发光层109的衬底101。然后，在发光层109上形成分散有光散射微粒603的电介质层602。光散射微粒603和电介质层602可以通过上述实施方式6所示的材料和制造方法而形成。
然后，在电介质层602上形成透光电极105。另外，与实施方式4同样地，在反射电极103上形成覆盖该反射电极103的一部分的绝缘层114和隔壁层115。而且，在隔壁层115上层叠有互相分离的发光层159、电介质层652、透光电极155。在形成透光电极105之后，通过实施方式4所描述的工序，使用密封材料111及填充材料201贴附衬底101与衬底112。
根据本实施方式的发光元件具有高光提取效率，并且可以获得稳定发光。包括这种发光元件的显示器件可以实现高亮度化和低功耗化。
实施方式9将用图9描述本实施方式。本实施方式将描述一种具有固体密封结构的显示器件。在实施方式3、4、7、8中示出了设置有通过固化液态材料形成的固体的固体密封结构。在本实施方式中，使用通过固化在薄膜基底上设置的片状(膜状)密封材料形成的固体的固体密封结构。
根据在实施方式1中描述的工序，准备一直到形成透光电极105的衬底101(图9A)。另外，与实施方式1同样地，在反射电极103上形成覆盖该反射电极103的一部分的绝缘层114和隔壁层115。而且，在隔壁层115上层叠有互相分离的第一电介质层157、发光层154、第二电介质层158、透光电极155。
为了将衬底112贴附到衬底101，准备片状密封材料301。未固化的片状密封材料301由具有粘合功能的树脂材料形成。紫外线固化树脂、可见光固化树脂或热固化树脂可以用作片状密封材料301。为了保护粘合表面，密封材料301的两面都覆盖有薄膜基底302。将片状密封材料301的一个表面上的薄膜基底302剥除，且将该表面置于衬底101的表面上(图9B)。
接着将其它表面上的薄膜基底302剥除，然后，将衬底112置于衬底101上。在向衬底101和衬底112施加压力的同时，通过紫外线照射或加热固化片状密封材料301，并将衬底112贴附于衬底101(图9C)。
通过如此使用片状密封材料301，可以容易地将衬底112贴附于衬底101，并且可以形成具有固体密封结构的显示器件。
此外，在如图9B所示的步骤中，片状密封材料301可不设置在衬底101上而设置在密封衬底112一侧。也就是说，可以将片状密封材料301的一个表面上的薄膜基底302剥除，并将该表面置于衬底112上之后，将其它表面上的薄膜基底302剥除，而将衬底101置于衬底112上。
根据本实施方式的发光元件具有高光提取效率，而且，包括这种发光元件的显示器件可以实现高亮度化和低功耗化。此外，通过使用片状密封材料，可以简单地将所述衬底相互贴附在一起，并且可以密封发光元件。
实施方式10将用图10描述本实施方式。与实施方式9类似，本实施方式将描述使用通过固化片状密封材料形成的固体的固体密封结构。
根据在实施方式2中描述的工序，准备一直到形成透光电极105的衬底101(图10A)。另外，与实施方式2同样地，在反射电极103上形成覆盖该反射电极103的一部分的绝缘层114和隔壁层115。而且，在隔壁层115上层叠有互相分离的发光层159、透光电极155。
为了将衬底112贴附到衬底101，准备片状密封材料301。片状密封材料301是与实施方式9相同的，其两面都被薄膜基底302覆盖。而且，通过实施方式9所描述的步骤，将片状密封材料301的一个表面上的薄膜基底302剥除，且将该表面置于衬底101的表面上(图10B)。
接着将其它表面上的薄膜基底302剥除，然后，将衬底112置于衬底101上。在向衬底101和衬底112施加压力的同时，通过紫外线照射或加热固化片状密封材料301，并将衬底112贴附于衬底101(图10C)。
通过如此使用片状密封材料301，可以容易地将衬底112贴附于衬底101，并且可以形成具有固体密封结构的显示器件。
此外，在如图10B所示的步骤中，片状密封材料301可不设置在衬底101上而设置在密封衬底112一侧。也就是说，可以将片状密封材料301的一个表面上的薄膜基底302剥除，并将该表面置于衬底112上之后，将其它表面上的薄膜基底302剥除，而将衬底101置于衬底112上。
根据本实施方式的发光元件具有高光提取效率，而且，包括这种发光元件的显示器件可以实现高亮度化和低功耗化。此外，通过使用片状密封材料，可以简单地将所述衬底相互固定在一起，并且可以密封发光元件。
实施方式11参照图11至14、图17描述本实施方式。在本实施方式中，描述将有源矩阵型EL面板用作显示器件的示例。
图11是有源矩阵型EL面板的俯视模式图。用于密封的衬底801通过密封材料802贴附于衬底800。衬底800与衬底801之间的空间是气密的。此外，在本实施方式中，EL面板的密封结构是固体密封结构，且该空间填充有由树脂制成的填充材料。
在衬底800上，设置有像素部803、写入栅极信号线驱动电路部804、擦除栅极信号线驱动电路部805和源极信号线驱动电路部806。驱动电路部804至806分别通过布线组连接到作为外部输入端子的FPC(柔性印刷电路)807。源极信号线驱动电路部806、写入栅极信号线驱动电路部804和擦除栅极信号线驱动电路部805分别从FPC807接收视频信号、时钟信号、启动信号、复位信号等。此外，印刷布线板(PWB)808附加于FPC807。
像素部803和驱动电路部804至806中的晶体管由薄膜晶体管(TFT)形成。此外，与上述示例不同，驱动电路部804至806不必与像素部803设置在同一衬底800上。例如，驱动电路部804至806可以通过使用将IC芯片设置在其上形成布线图案的FPC上的TCP(带载封装)等设置在衬底外。此外，驱动电路部804至806的一部分可设置在衬底800上，且它们的另一部分可设置在衬底800外。
图12是表示用于操作一个像素的电路的图。多个像素平面排列在像素部803中。在一个像素中，包括第一晶体管811、第二晶体管812和发光元件813。此外，设置有沿列方向延伸的源极信号线814和电流供应线815以及沿行方向延伸的栅极信号线816。作为发光元件813可以使用在实施方式1至10中描述的发光元件。在此，将描述应用实施方式1的图1A所示的顶部发射结构的发光元件的例子。具体而言，将描述从衬底801一侧提取光的实例。
第一晶体管811和第二晶体管812的每一个是包括栅电极、漏区和源区的三端子元件，并且在源区和漏区之间包括沟道形成区。在此，由于源区和漏区根据晶体管的结构、操作条件等改变，因此很难确定哪个区域是源区或漏区。因此，在本说明书中，为便于区分，晶体管的三个端子称为栅电极、第一电极和第二电极。
在写入栅极信号线驱动电路部804中，栅极信号线816通过开关818电连接于写入栅极信号线驱动电路819。通过控制开关818，选择栅极信号线816电连接或不电连接于写入栅极信号线驱动电路819。
在擦除栅极信号线驱动电路部805中，栅极信号线816通过开关820电连接于擦除栅极信号线驱动电路821。通过控制开关820，选择栅极信号线816电连接或不电连接于擦除栅极信号线驱动电路821。
在源极信号线驱动电路部806中，源极信号线814通过开关822电连接于源极信号线驱动电路823和电源824的任一个。
在第一晶体管811中，其栅电极电连接于栅极信号线816、第一电极电连接于源极信号线814、且第二电极电连接于第二晶体管812的栅电极。
在第二晶体管812中，其栅电极如上所述地电连接于第一晶体管的第二电极、第一电极电连接于电流供应线815、且第二电极电连接于发光元件813的第一电极。发光元件813的第二电极具有恒定电位。
参照图13说明本实施方式的像素结构。由于本实施方式示出具有固体密封结构的EL面板的情形，衬底800与密封衬底801之间的气密空隙填充有由树脂制成的填充材料830。在衬底800上，形成结构体831和发光元件813。作为结构体831，如图12所示的第一晶体管811和第二晶体管812在基底模832上形成。层间绝缘膜833在第一晶体管811和第二晶体管812上形成。发光元件813和用作隔壁的绝缘层834在层间绝缘膜833上形成。
第一晶体管811和第二晶体管812是顶栅型薄膜晶体管，其中以形成有沟道形成区的半导体层为中心将栅电极设置在与衬底800相反一侧。第一晶体管811和第二晶体管812的薄膜晶体管的结构不受特殊限制，例如可以使用底栅型。在底栅型的情形中，可以使用在形成沟道的半导体层上形成保护膜的结构(沟道保护型)，也可以使用形成沟道的半导体层的一部分具有凹陷形状的结构(沟道蚀刻型)。
此外，第一晶体管811和第二晶体管812的其中形成沟道形成区域的半导体层可以采用晶体半导体或非晶半导体。
作为在使用晶体半导体作为半导体层时的具体示例，可以举出包括单晶硅或多晶硅、锗硅等的材料的半导体层。这些材料可以通过激光结晶化或通过使用例如镍等的固态生长法的结晶化形成。
在半导体层由诸如非晶硅的非晶半导体形成的情形中，构成像素部803的所有晶体管优选都是N沟道型薄膜晶体管。在其它情形中，可以用N沟道型晶体管和P沟道型晶体管中的任一种晶体管构成像素部803，也可以用两种晶体管构成像素部803。
另外，在驱动电路部804至806中使用的晶体管的结构的多样性也与像素部803的第一晶体管811和第二晶体管812的情况一样。根据晶体管的性能，可以用薄膜晶体管构成所有驱动电路部804至806，或者也可以用薄膜晶体管构成该电路的一部分且用IC芯片构成其他部分。此外，可以用N沟道型晶体管和P沟道型晶体管中的任一种构成所有驱动电路部804至806，也可以用两种晶体管构成驱动电路部804至806。
图13示出将实施方式1的图1A所示的发光元件120用作发光元件813的实例。发光元件813包括第一电极835与第二电极836之间的发光层837。此外，还包括在第一电极835与发光层837之间的第一电介质层826、以及在发光层837与第二电极836之间的分散有光散射微粒827的第二电介质层828。第一电极835是具有反射性的电极并用作阴极。第二电极836是具有透光性的电极并用作阳极。从发光层837发射的光从第二电极836提取。这里采用如下结构在层间绝缘膜833上顺序层叠形成第一电极835、第一电介质层826、发光层837、分散有光散射微粒827的第二电介质层828和第二电极836。在本实施方式中，通过分散在第二电介质层828中的光散射微粒827，入射到第二电介质层828与第二电极836之间界面的光的全反射量得到减少。因此，可以提高发光元件813的光提取效率。
此外，第一电极835相当于反射电极103，第一电介质层826相当于第一电介质层107，发光层837相当于发光层104，分散有光散射微粒827的第二电介质层828相当于分散有光散射微粒106的第二电介质层108，第二电极836相当于透光电极105。不用说，本实施方式的发光元件结构不受特殊限制，显然可应用其它实施方式的发光元件。发光元件813只要至少包括夹在一对电极之间的发光层和分散有光散射微粒的电介质层、或者夹在一对电极之间的分散有光散射微粒及粒子状发光材料的发光层，就可以。
第一电极835通过设置在层间绝缘膜833中的接触孔连接到第二晶体管812的第二电极。
不用说，虽然在本实施方式中采用实施方式3所示的固体密封结构作为EL面板的密封结构，但也可以使用其它实施方式的密封结构。此外，虽然在本实施方式中采用顶部发射结构的发光元件813，但是也可以使用底部发射结构的发光元件。在该底部发射结构中，反射电极的第一电极835与透光电极的第二电极836的位置以及第一电介质层826与分散有光散射微粒827的第二电介质层828的位置颠倒。
参照图14描述本实施方式的EL面板的驱动方法。图14是表示伴随时间推移的帧的动作。在图14中，横轴方向表示时间推移，而纵轴方向表示栅极信号线的扫描阶段的数目。
当使用本实施方式的EL面板来显示图像时，在显示周期内重复执行图像的改写操作和显示操作。对于所述改写操作的次数没有特别的限定。然而，优选至少每秒执行大约六十次重写操作，以便观看图像的人不会发现闪烁(flicker)。这里，执行一个图像(一个帧)的改写操作和显示操作的周期称为一个帧周期。
如图14中所示，一个帧在时间上分为四个子帧841、842、843以及844，该四个子帧包括写入周期841a、842a、843a以及844a和保持周期841b、842b、843b以及844b。接收了用于发光的信号的发光元件在保持周期中处于发光状态。每个子帧的保持周期的长度比率为第一子帧841∶第二子帧842∶第三子帧843∶第四子帧844＝23∶22∶21∶20＝8∶4∶2∶1。由此，可以实现4比特灰度级显示。然而，比特数和灰度级不局限于这里所述的数值。例如，可以通过设置八个子帧来执行8比特灰度级显示。
下面说明一个帧中的操作。首先，在子帧841中按从第一行到最后一行的顺序执行写入操作。因此，写入周期的起始时间因行而不同。从写入周期841a完成的行顺序地开始保持周期841b。在所述保持周期中，接收了用于发光的信号的发光元件处于发光状态。而且，从保持周期841b完成的行顺序地开始接下来的子帧842，并且与子帧841中的情况一样，按从第一行到最后一行的顺序执行写入操作。
重复地执行上述操作直到完成子帧844的保持周期844b。当子帧844中的操作完成后，开始接下来的帧周期的操作。如此，每个子帧中的发光时间的总和是一个帧中的每个发光元件的发光时间。通过组合具有不同发光时间的像素，可以获得具有不同亮度和色度的各种显示颜色。
如子帧844那样，当在最后一行的写入结束之前需要强制终止已经完成写入且进入保持周期的行的保持周期时，优选在保持周期844b之后设置擦除周期844c来进行控制，以便强制停止发光。其中，发光被强制停止的行在固定周期中保持非发光状态(将该周期作为非发光周期844d)。在完成了最后一行的写入周期时，立即从第一行按顺序开始接下来的子帧周期(或帧周期)的写入周期。因此，可防止子帧844的写入周期与接下来的子帧的写入周期重叠。
此外，在本实施方式中，子帧841至844按从最长保持周期开始的顺序布置，然而，本发明不局限于本实施方式的布置方式。例如，子帧841至844可按从最短保持周期开始的顺序布置。或者可以以随机组合长子帧和短子帧的方式布置子帧841至844。此外，子帧可进一步分成为多个帧周期。也就是说，在给出相同视频信号的周期可多次执行栅极信号线的扫描。
接着，将描述在写入周期和擦除周期中图12中所示的电路的操作。首先，将描述在写入周期中的操作。在写入周期中，第n行(n为自然数)的栅极信号线816通过开关818与写入用栅极信号线驱动电路819电连接。另一方面，栅极信号线816通过开关820不与擦除用栅极信号线驱动电路821电连接。
源极信号线814通过开关822与源极信号线驱动器电路823电连接。在此，信号被输入到与第n行(n为自然数)的栅极信号线816连接的第一晶体管811的栅极，因此第一晶体管811导通。此时，视频信号被同时输入到从第一列到最后一列的源极信号线814中。另外，向每列的源极信号线814输入的视频信号相互无关。
向源极信号线814输入的视频信号通过连接于每个源极信号线814的第一晶体管811输入到第二晶体管812的栅电极。而且，由该电流值确定发光元件813发光或不发光。例如，当第二晶体管812是P沟道型时，通过将低电平(Low Level)信号输入到第二晶体管812的栅电极，发光元件813发光。另一方面，当第二晶体管812是N沟道型时，通过将高电平(High Level)信号输入到第二晶体管812的栅电极，电流流过发光元件813，从而发光元件813发光。
接下来，说明在擦除周期中的操作。在擦除周期中，第n行(n为自然数)的栅极信号线816通过开关820与擦除用栅极信号线驱动电路821电连接。另一方面，栅极信号线816通过开关818不与写入用栅极信号线驱动电路819电连接。源极信号线814通过开关822与电源824电连接。信号被输入到与第n行的栅极信号线816连接的第一晶体管811的栅极，因此第一晶体管811导通。此时，擦除信号被同时输入到从第一列到最后一列的源极信号线814中。
向源极信号线814输入的擦除信号通过连接于每个源极信号线814的第一晶体管811输入到第二晶体管812的栅电极。根据输入到第二晶体管812的信号，截止从电流供应线815供应到发光元件813的电流，因此该发光元件813被强制性地处于非发光状态。例如，当第二晶体管812是P沟道型时，通过将高电平(High Level)信号输入到第二晶体管812的栅电极，发光元件813不发光。另一方面，当第二晶体管812是N沟道型时，通过将低电平(Low Level)信号输入到第二电极812的栅电极，发光元件813不发光。
在擦除周期中，通过上述操作将用于擦除的信号输入到第n行(n为自然数)中。然而，如上所述，还存在第n行处于擦除周期中，而另一行(第m行(m为自然数))处于写入周期中的情况。在这种情况下，需要利用同一列的源极信号线814将用于擦除的信号输入到第n行中而将用于写入的信号输入到第m行中。因此，优选执行如下所述的操作。
通过在上述擦除周期中的操作使第n行的发光元件813不发光之后，立即使栅极信号线816和用于擦除的栅极信号线驱动电路821不连接，同时转换开关822使源极信号线814和源极信号线驱动电路823连接。然后，通过开关818使栅极信号线816和用于写入的栅极信号线驱动电路819连接起来。而且，信号从写入用栅极信号线驱动电路819被选择性地输入到第m行的栅极信号线816中，以使第一晶体管811导通，同时用于写入的信号从源极信号线驱动电路823被输入到从第一列到最后一列的源极信号线814中。第m行的发光元件根据所述信号发光或不发光。
在如上所述那样完成了第m行的写入周期之后，立即开始第n+1行的擦除周期。为此，通过开关818使栅极信号线816与写入用栅极信号线驱动电路819处于断开状态，同时通过开关820使栅极信号线816与擦除用栅极信号线驱动电路821处于连接状态。而且，通过转换开关822使源极信号线814与电源824相连接。当信号从擦除用栅极信号线驱动电路821被选择性地输入到第n+1行的栅极信号线816中，使第一晶体管811导通的同时，擦除信号从电源824被输入。如此，在完成了第n+1行的擦除周期之后，立即开始第m行的写入周期。下面，可重复地执行擦除周期和写入周期，直到完成最后一行的擦除周期。
虽然在本实施方式中对于有源矩阵型EL面板进行说明，但也可以将实施方式1至10的显示器件适用于无源矩阵型EL面板中。例如，图17A示出了应用本发明而制造的无源矩阵型EL面板的立体图的例子。另外，图17B示出沿图17A的虚线X-Y的剖视图的实例。
在图17A和17B中，在衬底951上依次层叠形成了电极952、层955、电极956。电极952和电极956之中的任一个是具有反射性的电极，另一个是具有透光性的电极。层955至少包括实施方式1、3、5、7、9所示的发光层以及分散有光散射微粒的电介质层、或者实施方式2、4、6、8、10所示的分散有粒子状发光材料及光散射微粒的发光层。此外，分散有光散射微粒的电介质层或分散有光散射微粒的发光层被设置为与具有透光性的电极连接。通过采用上述结构，由于分散在电介质层或发光层中的光散射微粒，射入到电介质层或发光层与具有透光性的电极之间的界面中的光的全反射量得到减少，因此可以提高发光元件的光提取效率。
此外，绝缘层953覆盖电极952的端部和电极952的一部分。绝缘层953具有多个开口部，并该开口部中依次层叠有电极952、层955、电极956。而且，在绝缘层953的没有形成开口部的区域中设置有隔壁层954。隔壁层954的侧壁具有越接近于衬底表面，一方侧壁和另一方侧壁的间隔越小的坡度。换句话说，隔壁层954的短边方向的截面为梯形，其底边(朝与绝缘层953的面方向相同的方向且与绝缘层953接触的一边)短于上边(朝与绝缘层953的面方向相同的方向且不与绝缘层953接触的一边)。这样，通过提供隔壁层954，可以将电极956与相邻的电极相绝缘。
实施方式12实施方式1至10中描述的显示器件通过提高发光元件的光提取效率可以实现高亮度化和低功耗化。因此，通过安装这些显示器件作为显示部，可以低功耗地实现生动且明亮的显示。
实施方式1至10的显示器件可适用于电池驱动的电子设备的显示部、具有大尺寸屏幕的显示器件或电子设备的显示部。例如，可以举出电视装置(TV或电视接收器)、诸如数码相机或数码视频相机的相机、手机装置(手机)、诸如PDA的便携信息终端、便携游戏机、显示器、计算机、诸如车载音频的音频再现装置、诸如家用游戏机的设置有记录媒体的图像再现装置等。参照图15将说明其具体例子。在显示部中使用的显示器件可以是有源矩阵型或无源矩阵型。
本发明的显示器件用于图15A所示的便携信息终端装置的显示部911。
本发明的显示器件用于图15B所示的数码视频相机中的取景器914和用于显示所拍摄图像的显示部913。
本发明的显示器件可适用于图15C所示的手机的显示部915。
上述实施方式的显示器件用于图15D所示的便携电视装置的显示部916。此外，上述实施方式的显示器件可以广泛地适用于电视装置的显示部，所述电视装置包括安装在手机等的便携终端的小型的电视装置、可以搬运的中型的电视装置、以及大型的(例如，40英寸或更大)电视装置。
本发明的显示器件可适用于图15E所示的笔记本或膝上型电脑的显示部917。
本发明的显示器件可适用于图15F所示电视装置的显示部918。上述实施方式的显示器件可以广泛地适用于电视装置的显示部，所述电视装置包括安装在诸如图15C所示的手机等的便携终端的小型的电视装置、可以搬运的中型的电视装置、以及大型的(例如，40英寸或更大)电视装置。
根据本实施方式的电子设备通过将本发明的发光元件以及具有该发光元件的显示器件用于其显示部，可以实现高亮度化和低功耗化。
实施方式13本实施方式描述将显示器件用于平面照明器件的模式。实施方式1至10的显示器件不仅可用于显示部，而且可用作平面照明器件。例如，在上述实施方式中作为示例的电子设备的显示部中使用液晶面板的情形中，上述实施方式的显示器件可安装作为液晶面板的背光灯。在使用显示器件作为照明器件的情形中，优选使用如图17所示那样的无源矩阵型显示器件。
图16示出使用显示器件作为背光灯的液晶显示器件的一个示例。图16所示的液晶显示器件包括外壳921、液晶层922、背光灯923和外壳924，并且液晶层922连接于驱动器IC925。本发明的显示器件用作背光灯923，并且电流通过终端926提供。
包括本实施方式的背光灯的液晶显示器件可用作如实施方式12中所述的各种电子设备的显示部。
通过使用应用本发明的显示器件，可以获得具有高亮度和低功耗的背光灯。此外，应用本发明的显示器件是具有平面发射的照明器件，并可大面积化。因此，背光灯可实现大面积化且液晶显示器件也可实现大面积化。而且，显示器件具有薄的形状且功耗低，因此，可以实现其薄型化和低功耗化。
本说明书根据2006年6月2日在日本专利局受理的日本专利申请号2006-154154而制作，所述申请内容包括在本说明书中。
权利要求
1.一种发光元件，其特征在于，包括夹在第一电极和第二电极之间的发光层，从所述发光层发射的光通过所述第二电极而提取；以及夹在所述第二电极和所述发光层之间的电介质层，多个光散射微粒分散在所述电介质层中。
2.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，所述光散射微粒中的至少一个具有在2nm至800nm范围内的直径。
3.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，所述光散射微粒具有等于或高于所述第一电极的折射率。
4.一种发光元件，其特征在于，包括夹在第一电极和第二电极之间的发光层，该发光层包括粘合剂、多个发光材料粒子和多个光散射微粒，所述多个发光材料粒子和所述多个光散射微粒分散在所述粘合剂中。
5.根据权利要求4所述的发光元件，其特征在于，所述光散射微粒中的至少一个具有在2nm至800nm范围内的直径。
6.根据权利要求4所述的发光元件，其特征在于，所述光散射微粒具有等于或高于所述第一电极的折射率。
7.一种发光元件，其特征在于，包括第一电极；在所述第一电极上的发光层；在所述发光层上的第一电介质层；在所述第一电介质层上的第二电介质层；以及在所述第二电介质层上的第二电极，从所述发光层发射的光通过所述第二电极而提取，多个第一光散射微粒分散在所述第一电介质层中，多个第二光散射微粒分散在所述第二电介质层中。
8.根据权利要求7所述的发光元件，其特征在于，所述第一光散射微粒中的至少一个具有在2nm至800nm范围内的直径。
9.根据权利要求7所述的发光元件，其特征在于，所述第二光散射微粒中的至少一个具有在2nm至800nm范围内的直径。
10.根据权利要求7所述的发光元件，其特征在于，所述第一光散射微粒具有等于或高于所述第一电极的折射率。
11.根据权利要求7所述的发光元件，其特征在于，所述第二光散射微粒具有等于或高于所述第一电极的折射率。
12.一种发光器件，其特征在于，包括夹在一对衬底之间的发光元件，该发光元件包括夹在第一电极和第二电极之间的发光层，从所述发光层发射的光通过所述第二电极而提取，所述发光元件还包括夹在所述第二电极和所述发光层之间的电介质层，多个光散射微粒分散在所述电介质层中。
13.根据权利要求12所述的发光器件，其特征在于，所述光散射微粒中的至少一个具有在2nm至800nm范围内的直径。
14.根据权利要求12所述的发光器件，其特征在于，所述光散射微粒具有等于或高于所述第一电极的折射率。
15.根据权利要求12所述的发光器件，其特征在于，还包括在所述发光元件和所述一对衬底中的一个衬底之间的固体填充材料。
16.一种发光器件，其特征在于，包括夹在一对衬底之间的发光元件，该发光元件包括夹在第一电极和第二电极之间的发光层，所述发光层包括粘合剂、多个发光材料粒子和多个光散射微粒，所述多个发光材料粒子和所述多个光散射微粒分散在所述粘合剂中。
17.根据权利要求16所述的发光器件，其特征在于，所述光散射微粒中的至少一个具有在2nm至800nm范围内的直径。
18.根据权利要求16所述的发光器件，其特征在于，所述光散射微粒具有等于或高于所述第一电极的折射率。
19.根据权利要求16所述的发光器件，其特征在于，还包括在所述发光元件和所述一对衬底中的一个衬底之间的固体填充材料。
20.一种发光器件，其特征在于，包括夹在一对衬底之间的发光元件，该发光元件包括第一电极；在所述第一电极上的发光层；在所述发光层上的第一电介质层；在所述第一电介质层上的第二电介质层；以及在所述第二电介质层上的第二电极，从所述发光层发射的光通过所述第二电极而提取，多个第一光散射微粒分散在所述第一电介质层中，多个第二光散射微粒分散在所述第二电介质层中。
21.根据权利要求20所述的发光器件，其特征在于，所述第一光散射微粒中的至少一个具有在2nm至800nm范围内的直径。
22.根据权利要求20所述的发光器件，其特征在于，所述第二光散射微粒中的至少一个具有在2nm至800nm范围内的直径。
23.根据权利要求20所述的发光器件，其特征在于，所述第一光散射微粒具有等于或高于所述第一电极的折射率。
24.根据权利要求20所述的发光器件，其特征在于，所述第二光散射微粒具有等于或高于所述第一电极的折射率。
25.根据权利要求20所述的发光器件，其特征在于，还包括在所述发光元件和所述一对衬底中的一个衬底之间的固体填充材料。
26.一种电子器件，其特征在于，包括显示部，该显示部包括根据权利要求1所述的发光元件。
27.一种电子器件，其特征在于，包括显示部，该显示部包括根据权利要求4所述的发光元件。
28.一种电子器件，其特征在于，包括显示部，该显示部包括根据权利要求7所述的发光元件。
29.一种电子器件，其特征在于，包括显示部，该显示部包括根据权利要求12所述的发光器件。
30.一种电子器件，其特征在于，包括显示部，该显示部包括根据权利要求16所述的发光器件。
31.一种电子器件，其特征在于，包括显示部，该显示部包括根据权利要求20所述的发光器件。
全文摘要
本发明的目的是提供具有高光提取效率的发光元件。另外，本发明的目的是提供实现高亮度化和低功耗化的发光元件及显示器件。本发明的发光元件包括在彼此相对的第一电极和第二电极之间的发光层。此外，至少包括在第一电极和发光层之间的电介质层，该电介质层中分散有光散射微粒。由发光层发射的光被从第一电极而提取到外部。
文档编号H01L51/50GK101083294SQ20071010987
公开日2007年12月5日 申请日期2007年6月1日 优先权日2006年6月2日
发明者佐藤阳辅 申请人:株式会社半导体能源研究所