专利名称：使用氧化物半导体薄膜晶体管的发光器件及使用该发光器件的图像显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使用氧化物半导体薄膜晶体管的发光器件，尤其
涉及一种将有机EL元件或无机EL元件用于发光层的顶部发光、底部发光或两侧发光的发光器件；并且涉及一种使用该发光器件的图像显示装置。
背景技术：
国际公布WO 2005/088726公开了一种使用包含铟、镓、锌和氧的透明非晶态氧化物半导体膜作为薄膜晶体管(TFT)的沟道层(也被称为有源层)的技术。透明非晶态氧化物半导体膜可在低温下形成，并且对于可见光是透明的，从而可在诸如塑料板或塑料膜之类的基片上形成柔性的透明TFT。
Nature, Vol.432， pp.488-492 ( 2004 )公开，根据X射线荧光法的、In:Ga:Zn的成分比为1.1:1.1:0.9的透明非晶态氧化物半导体膜对可见光的透射率为大约80%或更高。还描述可形成透明TFT。才艮据日本专利申请特开第2002-76356号，已经积极开发了使用包含ZnO作为主要成分的透明导电氧化物多晶薄膜作为沟道层的TFT。
近年来，已经积极研究和开发了利用有机电致发光(EL)的发光器件。当有机EL元件应用于显示器时，典型地执行有源矩阵驱动。对于有源矩阵驱动，通常采用非晶硅或多晶硅制成的TFT。
提出了 一种用于提供高质量和高辉度显示的有源矩阵有机EL显示器，其能够防止驱动元件恶化并且能够执行电视视频显示。日本专利申请特开第H09-114398号公开，使用两个MOS场效应晶体管的有机EL显示器获得高质量并防止驱动元件恶化，其中每个所述MOS场效应晶体管包含由单晶硅制成的有源层。
作为本发明人为了使用透明非晶态氧化物半导体膜制造透明场效应晶体管而进行的研究的结果，本发明人已经发现导电率在具有特定波长的可见光下发生改变的现象。
为了详细地检查这一现象，本发明人执行了如下所述的用于测量
在光i普光照射期间的导电率的实验(光语灵敏度测量实验)。结果，本发明人发现，导电率因光吸收而在可见光的短波长范围侧改变(增大)(见图9)。
图9是示出当薄膜晶体管(TFT)以具有恒定强度的可见光的光语中的波长的每隔10nm被照射时，在该TFT的导通操作时和关断操作时的在照射光镨光的每个波长下的漏极电流的绘图的曲线图。在可见光照射的情况下，TFT的关断电流在被光照射、尤其在被短波长侧的光照射时发生很大改变。此改变影响了 TFT的稳定操作。即，本发明人首次发现，在被认为对于可见光透明的实际透明非晶态氧化物中，实际上在可见光范围内发生由光激发导致的导电率的变化、即光载流子的生成。
此外，本发明人已经发现这样的问题，即，即使在通常被认为是透明氧化物(即，不吸收光的氧化物)的材料用于TFT的有源层的情况下，当TFT与发光器件相互组合用于操作时，由于TFT吸收了从该发光器件发出的短波长光的一部分，所以TFT的操作也变得不稳定。
为了防止光影响这种元件的特性，通常提供光屏蔽单元例如光屏蔽膜。但是，当提供光屏蔽单元时，利用有源层的透明度、即将TFT的有源层本身用作窗口层的器件结构的设计自由度会大大降低。
发明内容
鉴于上述情况，本发明的目的是提供一种使用透明氧化物半导体薄膜晶体管的发光器件，该发光器件能够被稳定操作而无需使用光屏蔽单元。
为了实现上述目的，本发明提供了一种发光器件，包含设置在基片上并包含蓝色像素区、绿色像素区和红色像素区的像素区，蓝色像素区、绿色像素区和红色像素区分别对应于三原色蓝色、绿色和红
色的光，该像素区包括具有源电极、漏电极、栅电极、栅绝缘膜和有源层的薄膜晶体管；发光层；以及用于将该发光层夹在中间的下电极和对置电极，其中该有源层包含氧化物；该漏电极与该发光层的一部分电连接；该薄膜晶体管设置在基片上的除蓝色像素区之外的区域中；并且该薄膜晶体管不具有光屏蔽膜。
在根据本发明的发光器件中，该薄膜晶体管可期望地被设置在该绿色像素区和红色像素区中的至少一个中。该有源层可包括对于400nm到800nm的波长范围中的光的透射率为70 。/。或更高的氧化物。该有源层的氧化物可包含In、 Ga和Zn，并且可具有小于1018/cm3的电子载流子浓度，该氧化物的至少一部分可以是非晶态氧化物。
在根据本发明的发光器件中，源电极、漏电极和栅电极中的至少一个可包括透明导电氧化物。下电极可包括透明导电氧化物。源电极、漏电极、栅电极和下电极中的至少一个可包含In、 Ga和Zn,并且可具有1018/ 113或更高的电子载流子浓度，该氧化物的至少一部分可以是非晶态氧化物。该发光层可包括有机EL元件。
根据本发明的图像显示装置可通过使用任何上述发光器件构成。
本发明的另外的特征从下文参照附图对示例性实施例的描述中将变得清晰。
图l是示出根据本发明的实施例的发光器件的结构的示意性剖视图。
图2是示出在TFT设置在红色像素区中的情况下的根据本发明的实施例的发光器件的示意图。
图3是示出在TFT设置在红色像素区和绿色像素区中的情况下的根据本发明的实施例的发光器件的示意图。
图4A、 4B、 4C和4D各是示出用于本发明的实施例的薄膜晶体
5管的示意性剖视图。
图5是在根据本发明的实施例的发光器件用作显示器的情况下的该发光器件的电路图。
图6是示出对本发明的示例1中生产的非晶态氧化物进行光镨灵敏度测量得到的结果的曲线图。
图7是示出本发明的示例2中制造的顶栅MISFET器件的结构的示意图。
图8是示出本发明的示例2中制造的顶栅MISFET器件的电流一电压特性的曲线图。
图9是示出对本发明的示例2中制造的顶栅MISFET器件的导通电流和关断电流进行的测量得到的结果的曲线图。
具体实施例方式
下文，将参照附图描述根据本发明的实施例的发光器件。
本发明的实施例应用于使用上述透明膜的发光器件。具体地说，本实施例应用于被包括半导体膜的TFT驱动的发光器件，该半导体薄膜是上述透明薄膜，并且本发明的实施例尤其应用于这样的发光器件，即该发光器件通过驱动有机EL元件发光并用于使用三原色像素进行彩色显示的光源或显示器。
可见光通常被认为是波长为大约400nm到大约800nm的光。在材料被看作透明的情况下，通常的情况是该材料的透射率为70%或更高。根据上述Nature, Vol.432， pp.489-492(2004)的描述(见图2)，此实施例中使用的氧化物的透射率为至少70%或更高。
因此，此实施例中的透明氧化物被定义为对于波长范围为400nm到800nm的光(可见光)的光透射率为70%或更高的氧化物。此实施例中的透明氧化物不仅包括对于具有400nm到800nm整个波长范围的光的光透射率为70%或更高的氧化物，而且还包括在作为上述波长范围的一部分的波长处的光透射率为70%或更高的氧化物。
关于氧化物的相对于具有上述波长范围的光的透明度高这一点，该氧化物的透射率期望地为80%或更高、更期望地为90%或更高。
图1示出根据此实施例的发光器件的基本结构的示例。该发光器件是底部发光型发光器件，其包括设置在基片上的像素区中的用于发射蓝光、绿光和红光的三原色像素(蓝色像素、绿色像素和红色像素)。
在图1中，本发明中的由特定半导体材料制成的有源层(沟道层)102、漏电极100、源电极105、栅绝缘层103和栅电极104在基片(玻璃基片)101上或上方形成，从而构成位于发光器件的像素区(像素部分区域)中的每个TFT (像素区透明氧化物TFT) 11。在每个TFT11中，源电极105和漏电极100与有源层101直接连接。流过在源电极105和漏电极100之间的有源层101的漏极电流被施加在栅电极104上的栅电压通过栅绝缘层103控制。
下电极107、有机发光层108、对置电极109以及钝化膜112通过层间绝缘层106和平坦化膜110设置在TFT ll上或上方。下电极107位于有机发光层108下面(在基片一侧)。下电极107通过接触孔与TFT 11的漏电极100连接。下电极107通过层间绝缘层106和平坦化膜110与TFT 11的除漏电极100之外的部分电绝缘。对置电极109位于有机发光层108上。当TFT处于导通(ON)状态时，电压施加在位于下电极107和对置电极109之间的有机发光层108上，以从该有机发光层发光。
有机发光层108包含分别设置在蓝色像素区al、红色像素区a2和绿色像素区a3中的蓝光发光层108a、红光发光层108b和绿光发光层108c，这三个像素区构成玻璃基片IOI上的像素区。发光层108a、108b和108c通过元件隔离膜111彼此相邻。
在图l中，玻璃基片IOI上的像素区中设置的每个TFT 11的有源层均由透明氧化物制成。此实施例中的透明氧化物(例如透明非晶态氧化物)引起这样的现象，即在可见光的短波长范围中生成光栽流子。例如，在透明非晶态氧化物的情况下，在光带隙中出现可由非晶态结构或缺陷能级引起的扰动造成的拖尾吸收。甚至，当例如使用具有结晶结构(光带隙3.35 eV: 370nm )的ZnO时出现这样的情况，即在400nm或更大的可见光波长范围中出现由普通多晶体中的晶粒边界或缺陷能级造成的吸收。
因此，在此实施例中，TFT ll被设置在除蓝色像素(理想的蓝光发光峰值为470nm)区al之外的区域中，该区域被波长范围为至少400nm到500nm的光照射。具体地说，TFT 11设置在位于绿色像素区3a或红色像素区a2中的有机发光层108上面或下面。
图l示出TFT 11设置在位于红色像素区a2中的红光发光层108b下面的示例。在图1中，用于蓝色像素的TFT bl、用于红色像素的TFT b2和用于绿色像素TFT的TFT b3位于红色像素区a2中。
图1示出其中有机发光层108的红光发光层108b位于TFT 11上面的示例。但是，本发明并不局限于这种结构。例如，可采用有机发光层108的红光发光层108b和绿光发光层108c在TFT 11上方形成的结构。换句话说，仅需要使用有机发光层108的蓝光发光层108a不位于TFT11上方的结构。
图2和3是示出各个彩色像素区中的TFT 11的配置的示意图。图2和3示出位于使用三原色像素的彩色显示器发光器件的像素区中的TFT的配置。
图2示出透明氧化物TFT11仅位于红色像素区a2中的示例。根据此示例，除了红色像素TFTb2之夕卜，蓝色像素TFTbl和绿色像素TFT b3也仅位于红色像素区a2中。
图3示出透明氧化物TFT 11位于红色像素区a2和绿色像素区a3中的示例。根据此示例，除了红色像素TFT b2之外，蓝色像素TFTbl也位于红色像素区a2中。绿色像素TFT b3位于绿色像素区a3中。
另夕卜，透明氧化物TFTll可仅位于绿色像素区a3中。在此情况下，除了绿色像素TFT b3之外，蓝色像素TFT bl和红色像素TFT b2也位于绿色像素区a3中。换句话说，当透明氧化物TFT11位于除蓝色像素区al之外的区域中时，可釆用任何TFT配置。
因此，根据此实施例，当采用这种结构时可得到这样一种发光器件，该发光器件不需使用光屏蔽单元而消除了由从蓝色像素发出的光
8的强度的变化导致的TFT的操作不稳定，以执行稳定操作。另外，可提供一种使用重量轻且抗破裂的基片例如塑料基片或具有柔性的基片的发光器件，以及具有其中即使在底部发光型的情况下开口率也不会减小的结构或能够执行两侧发光的结构的发光器件。
此实施例示出有机发光层108设置在TFT ll上方的示例。可采用相对于图1所示的结构纵向颠倒的结构，以在红光发光层108b和绿光发光层108c上方形成TFT 11。在此情况下，与有机发光层108相邻的下电极107很明显位于其上面。当下电极107与漏电极100连接时可获得相同功能。平坦化膜110可被省去，这样对于发光器件的制
造成本是有利的。
当有源层102 (In-Ga-Zn-O膜)的位于漏电极100下面的一部分被设定为具有1018/ 113或更高的载流子浓度时，该部分可用作漏电极100和下电极107二者。在此情况下，期望有源层102的In-Ga-Zn-O膜用作空穴注入层，并且与有机发光层108的阳极部分连接。
接下来，将详细说明根据本发明的发光器件的各个构成组件。
1. 基片
一般使用玻璃基片用于发光器件。在此实施例中，使用玻璃基片。本发明中将使用的基片并不局限于此。基本上只需要基片是平坦的。本发明中将使用的TFT可在低温下形成，从而可采用通常难以用于有源矩阵结构的塑料基片。因此，可得到重量轻且抗破裂的发光器件，结果是该发光器件可弯曲一定程度。另外，可使用含Si的半导体基片或陶瓷基片。在考虑平坦性的情况下，可使用在其上设置有绝缘层的金属基片。
2. TFT
TFT包含具有栅极端子、源极端子和漏极端子的三端器件。TFT使用在由陶瓷、玻璃、塑料等制成的绝缘基片上形成的半导体薄膜作为有源层(沟道层)，电子或空穴移动通过该有源层。此外，TFT是有源器件，其具有根据施加在栅极端子上的电压控制流过沟道层的电流，以控制在源极端子和漏极端子之间流动的电流的开关的功能。
如图4A到4D所示，交错(顶栅)TFT (图4A )、反交错(底
9栅)TFT (图4B )、共面TFT (图4C )和反共面TFT (图4D )中 的任一种可应用于该TFT结构。在图4A到4D中，在基片1上或上 方形成有源层(沟道层)2、源极端子(源电极)3、漏极端子(漏电 极)4、栅绝缘膜5和栅极端子(栅电极)6。
单晶氧化物、多晶氧化物、非晶态氧化物及它们的混合物中的任 一种可应用于该透明氧化物。多晶氧化物例如是ZnO或ZnGaO。 WO 2005/088726的出版物中详细描述了所述非晶态氧化物。
在此实施例中，将描述将非晶态氧化物应用于有源层材料的情 况。期望使用电子载流子浓度小于1018/ 113的氧化物膜作为常断TFT 的有源层。具体地说，该氧化物膜包含In、 Ga、 Zn和O，并且其在 结晶态下的组成用InGa03 (ZnO) m表示(其中，m代表小于6的自 然数)。作为替换方案，该氧化物膜包含In、 Ga、 Zn、 Mg和O，并 且其在结晶态下的组成用InGa03 (Ziu.xMgxO) m表示(其中，m代 表小于6的自然数，并且0<xSl)。
此外，氧化物材料的电子迁移率随着传导电子的数量的增加而增 加。玻璃基片、由树脂制成的塑料基片或塑料膜等可用作用于在其上 形成TFT的基片。此外，可4吏用由Zn、 In和Sn中至少一种元素的 氧化物形成的非晶态氧化物生产具有低电子载流子浓度和高电子迁移 率的非晶态氧化物膜。该非晶态氧化物膜具有电子迁移率随着传导电 子的数量的增大而增大的特定属性。可使用该膜生产其晶体管特性诸 如通/断比、夹断状态下的饱和电流和开关速度非常好的常断TFT。
对于半导体层，可使用包含Sn、 In和Zn中的至少一种元素的 非晶态氧化物。此外，当Sn将被选作该非晶态氧化物的构成元素中 的至少一种时，可用Sih.xM4x(其中，0<x<l，并且M4选自由Si、 Ge和Zr组成的组，Si、 Ge和Zr是第四族元素，其原子序数小于Sn 的原子序数)代替Sn。进一步地，当In将被选作该非晶态氧化物的 构成元素中的至少一种时，可用1iu.yM3y(其中，0<y<l,并且M3选 自由Lu和Y以及B、 Al和Ga组成的组，B、 Al和Ga是第三族元素， B、 Al和Ga的原子序数小于In的原子序数)代替In。当Zn将被选
10作该非晶态氧化物的构成元素中的至少一种时，可用Zm.zM2z(其中， 0<z<l ，并且M2选自由Mg和Ca组成的组，Mg和Ca是第二族元素， 其原子序数小于Zn的原子序数)代替Zn。
可应用包含Sn-In-Zn氧化物、In-Zn-Ga-Mg氧化物、In氧化物、 In-Sn氧化物、In-Ga氧化物、In-Zn氧化物、Zn-Ga氧化物和Sn-In-Zn 氧化物的非晶态材料。构成材料的成分比不一定被设定为1:1。当单 独使用Zn或Sn时，可能难以产生非晶态。但是，当加入In时，可 容易地产生非晶相。例如，在In-Zn体系的情况下，期望调节除氧之 外的原子的数量的比以获得In浓度为大约20原子％或更高的组成。 在Sn-In体系的情况下，期望调节除氧之外的原子的数量的比以获得 In浓度为大约80原子％或更高的组成。在Sn-In-Zn体系的情况下， 期望调节除氧之外的原子的数量的比以获得In浓度为大约15原子％ 或更高的组成。
当在以大约0.5度的低入射角在作为测量目标的薄膜上执行X射 线衍射的情况下，没有检测到清晰的衍射峰值(即，观察到光晕图案) 时，可确定该薄膜是非晶态的。在此实施例中，当使用上述材料中的 任一种用于薄膜晶体管的沟道层时，并不排除该沟道层包含具有微晶 态的构成材料。例如使用透射电子显微镜可确认非晶态氧化物中存在 的微晶体。
在使用上述透明氧化物膜的薄膜晶体管中，期望将入1203、 Y203 或Hf02或包含这些化合物中的至少两种的混合晶体化合物用于栅绝 缘膜。当栅绝缘膜和沟道层的薄膜之间的界面中存在缺陷时，电子迁 移率降低，并且晶体管特性会出现滞后现象。泄漏电流根据栅绝缘膜 的类型而有很大的变化。因此，必须选择一种适合于沟道层的栅绝缘
膜。当使用Ah03膜时，可降低泄漏电流。当使用Y203膜时，可使得
滞后现象较小。当使用具有高介电常数的Hf02膜时，可增大电子迁 移率。当使用它们的混合晶体膜时，可产生一种具有低泄漏电流、小 滞后现象和高电子迁移率的TFT。栅绝缘膜形成过程和沟道层形成过 程可在室温执行，从而交错结构和反交错结构中的任一个都可被形成为TFT结构。
3. 层间绝缘层
栅绝缘层的材料可同样用于用作下电极的基底的绝缘层。为了平 坦化，可形成另一个绝缘层。并且，可例如通过利用旋涂形成聚酰亚 胺膜，或通过利用等离子CVD法、PECVD法或LPCVD法形成氧化 硅，或通过涂覆并焙烧醇盐等，形成绝缘层。合适地，需要在层间绝 缘层中形成用于与源极和漏极连接的接触孔。
4. 下电极
下电极和与该下电极连接的TFT的漏电极的组成可相同或不同。 当发光层是由有机EL层代表的电流注入层时，期望的下电极依赖于 该结构。例如，当与下电极连接的发光层是阳极时，期望使用具有大 的功函数的金属材料。该材料的示例包括ITO、导电氧化锡、导电ZnO、 In-Zn-O、 Pt合金和Au合金。另外，可使用电子载流子浓度为1018/cm3 或更高的In-Ga-Zn-O材料。在此情况下，与TFT的情况不同，期望 的是高载流子浓度，例如1019/ 113或更高的载流子浓度。在与TFT的 漏极部分直接连接的情况下，尤其期望的是ITO、In-Ga-Zn-0材料(高 载流子浓度)或Au合金。
ITO或In-Ga-Zn-O材料(高载流子浓度)制成的下电极是透明 的。因此，即使在底部发光型的情况下，开口率仍可增大。
与上述内容相反，当与下电极连接的发光层是阴极时，期望使用 具有小的功函数的金属材料。该材料的示例包括添加Ag的Mg、添加 Li的Al、硅化物、硼化物和氮化物。在此情况下，通过布线与TFT 的漏极部分相连比与TFT的漏极部分直接连接更加方便。
当漏电极将与下电极直接连接时，期望该下电极是空穴注入电 极。特别地，期望使用ITO、 Al、或搀杂Ga的ZnO、或载流子浓度 为1018/^113或更高的In-Ga-Zn-O材料用于该下电极。特别地，在 In-Ga-Zn-O材料的情况下，可利用例如氧缺陷引入法增加有源层的一 部分的载流子浓度以形成下电极。因而，该结构变得简单且有效。在 这种情况下，看上去空穴传输层和空穴注入层在有源层上形成。这种 结构也在本发明的范围内。这意味着下电极和漏电极与有源层的该部分成一体地形成。
5. 发光层
尽管只要发光层可被透明氧化物TFT驱动，该发光层就不受限， 但是有机EL元件是尤其方便的。此实施例中使用的有机发光层在极 少情况下是单层，因而通常具有以下多层结构中的任一种。
(1) 空穴传输层/发光层+电子传输层(对应于具有电子传输功 能的发光层)
(2) 空穴传输层/发光层/电子传输层
(3) 空穴注入层/空穴传输层/发光层/电子传输层
(4) 空穴注入层/空穴传输层/发光层/电子传输层/电子注入层 另外，存在还提供电子势垒层、附着促进层等的情况。 存在发光层部分中使用荧光或磷光的情况。考虑到发光效率，使
用磷光是有效的。铱络合物作为磷光材料是有用的。具有低分子量的 分子和聚合物二者都可用作要被使用的分子。在具有低分子量的分子 的情况下，该发光层部分通常可通过气相淀积形成。在聚合物的情况 下，该发光层部分通常可通过喷墨或印刷形成。具有低分子量的分子 的示例包括胺络合物、蒽、稀土元素络合物和贵金属络合物。聚合物 的示例包括7T共轭聚合物和颜料聚合物。
电子注入层的材料包括碱金属、碱土金属、其化合物或搀杂碱金 属的有机化合物。电子传输层的材料包括铝络合物、噁二唑、三唑或 邻二氮杂菲。
空穴注入层的材料包括芳基胺、酞菁或搀杂路易斯酸的有机化合 物。空穴传输层的材料包括芳基胺。
6. 对置电极
对置电极的优选材料取决于其是用于顶部发光型还是底部发光 型以及用作阴极还是用作阳极而改变。
例如，在顶部发光型的情况下，对置电极必须是透明的。当对置 电极是阳极时，还可使用氧化铟锡(ITO )、导电氧化锡、导电ZnO、 In-Zn-O或载流子浓度为1018/ 113或更高的In-Ga-Zn-O材料，它们是 透明导电氧化物。当对置电极是阴极时，形成厚度为数10nm或更小
13的搀杂碱金属或碱土金属的合金，并且在该合金上形成透明导电氧化 物，从而可得到对置电极。
在底部发光型的情况下，对置电极不必是透明的。因此，对于阳
极，可使用Au合金或Pt合金等。另外，对于阴极，可使用添加Ag 的Mg、添加Li的Al、硅化物、硼化物或氮化物等。 7.其它电极线
金属诸如Al、 Cr或W, Al合金，硅化物诸如WSi等可用于包 含用作栅电极线的扫描电极线、信号电极线等的电极线。
接下来，将参照图5说明在发光器件应用于显示器的情况下的结 构示例。
在图5中，第一晶体管(驱动晶体管或开关晶体管)41驱动有机 EL层44,第二晶体管(像素选择晶体管)42选择像素。位于公共电 极线47和第二晶体管42的源电极之间的用于保持所选状态的电容器 43存储电荷以保持第一晶体管的栅电极的信号。像素选择由扫描电极 线45和信号电极线46确定。
更具体地说，图像信号作为脉冲信号从驱动器电路(未示出)通 过扫描电极线45被施加到第二晶体管42的栅电极。同时，从另一个 驱动器电路(未示出)通过信号电极线46将信号施加到第二晶体管 42的漏电极，从而选择像素。此时，第二晶体管42导通，以在位于 信号电极线46和第二晶体管42的源电极之间的电容器43中存储电 荷。因此，第一晶体管41的栅电极电压被保持为期望的电压，从而第 一晶体管41导通。这种状态被一直保持，直到接收到下一个信号为止。 在第一晶体管41处于导通状态时，向有机EL层44提供电压和电流 以保持发光。
在图5所示的示例中，每个像素包含两个晶体管和一个电容器。 为了改善性能，在每个像素中可并入更大数量的晶体管等。本发明的 本质是在除蓝色像素区之外的区域例如红光发光层和绿光发光层中设 置作为可在低温下形成的透明TFT的氧化物TFT，从而获得有效的 发光器件。
如上所述，根据此实施例，通过使用由透明的氧化物制成的半导体薄膜晶体管形成发光器件，可提供一种无需使用光屏蔽单元而稳定 操作的发光器件。另外，可提供一种使用重量轻且抗破裂的基片例如 塑料基片或具有柔性的基片的发光器件。此外，可提供一种具有即使 在底部发光型的情况下开口率也不会降低的结构或能够执行两侧发光 的结构的发光器件。
在此实施例中，说明了有机EL元件的结构示例。即使在无机EL 元件的情况下，仍可使用相同结构。 接下来将说明本发明的示例。 (示例1)
在此示例中，对本发明中使用的非晶态氧化物执行了光镨灵敏度 测量的实验。
首先，使用溅射法在基片上形成非晶态In-Ga-Zn氧化物。具体 地说，在包含氧和氩的气体混合物的气氛中通过高频溅射法在玻璃基 片(Corning Incorporated生产的Corning 1737玻璃)上淀积50隨 厚的非晶态氧化物。使用In:Ga:Zn-l:l:l的烧结体作为靶材料。生长 室中达到的真空度为8xl(K4Pa。氧和氩的总压力为5.3 x lO"Pa。氧分 压为1.8 x 102Pa。
基片温度未被特别设定，因而在不加热的情况下执行膜形成。在 膜形成期间室温为大约25匸。X射线以相对于得到的膜的膜表面成0.5 度的入射角入射在该得到的膜上，以(通过薄膜法)执行X射线衍射。 结果，没有检测到清晰的峰值，从而确定所有产生的In-Zn-Ga-O膜 都是非晶态膜。
另外，作为X射线反射系数测量和图案分析的结果，确认该薄膜 的均方根粗糙度(Rrms)为大约0.5nm，并且该薄膜的膜厚度为大约 50nm。
此外，作为X射线荧光(XRF)光语分析的结果，薄膜中的金属 的组分比为In:Ga:Zn=1.00:0.94:0.65。从光吸收光i普分才斤可知，形成 的非晶态薄膜的禁带能量宽度为大约3.1eV。
在得到的非晶态氧化物膜上形成了直径为lmm的电极。具体地 说，通过掩膜气相淀积以2mm的间隔形成了多个金属多层电极，每个金属多层电极均由Au (40nm)和Ti ( 50nm )制成，以获得要被测 量的样本。Au层位于每个所述金属多层电极的最上侧上。
在10V偏压下具有预定光强度(2.5mW/cm2)的不同波长的光束 (间隔10nm)的照射期间，对制备的样本进行了导电率测量(光镨 灵敏度特性评价)。使用CEP-2000光语灵敏度测量装置进行此测量。 图6示出测量所获得的结果。
从图6所示的结果显而易见，产生的非晶态膜使得在对应于小于 大约3.1eV的能量的450nm量级(大约2.8eV)的短波长范围中，光 激发载流子生成并且导电率增加，该大约3.1eV是禁带能量宽度。光 谱灵敏度特性评价中的光激发载流子生成量取决于照射光的强度。 (示例2)
在此示例中，如图7所示，制造了交错(顶栅)金属-绝缘体-半 导体场效应晶体管(MISFET)器件。
首先，在玻璃基片1上形成厚度为30nm的金属膜。通过光刻法 和剥离法形成漏极端子4和源极端子3，然后通过'减射法在其上形成 厚度为30nm的非晶态膜(IGZO )，该非晶态膜用作沟道层(有源层) 2并且具有金属组分比In:Ga:Zn=1.00:0.94:0.65。非晶态氧化物膜形 成条件与评价实验的条件相同。最后，通过电子束淀积法形成用作栅 绝缘膜5的￥203膜，在其上形成金属(Au)膜，并且通过光刻法和 剥离法形成栅极端子6。
在预定光强度(0.1mW/cm2)下不同光束的照射期间评价了 MISFET器件的I-V特性以测量导通电流和关断电流，每个光束均具 有300nm到800nm的波长(间隔为10nm )。图8和9示出测量所获 得的结果。
图8示出MISFET器件的I-V特性评价所获得的结果，而图9 示出导通电流和关断电流的测量所获得的结果。从结果中可确认，在 非晶态氧化物MISFET器件的情况下，在450nm或更小的波长下光 照射期间关断电流和导通电流增大，并且开关器件的功能在被从蓝光 发光器件发出的光照射的区域中恶化。
16现在将参照图5所示的显示器的情况具体描述此事实。发光器件 的第一晶体管(开关晶体管)41的栅极电压被保持为期望电压，从而 第一晶体管处于导通状态。这种状态必须被一直保持，直到接收到下 一个信号为止。但是，当在450nm或更小的波长下蓝光照射使得关断 电流增大时，该期望电压不能被保持，从而不能保持发光。当该发光 器件用于显示器时，第一晶体管41的导通电流因蓝色像素的发光强度 的改变而改变，因而发光强度不稳定。 (示例3 )
在此示例中，制造TFT被设置在红色像素区中的发光器件。 首先，通过与示例2中^f吏用的方法基本相同的方法形成MISFET 器件。在一系列处理中，通过光刻法和剥离法将每个层形成期望的尺 寸。此时，如图2所示的情况，将TFT设置在红色像素区中。然后， 通过相同方法形成绝缘层，并在该层中形成漏电极用的接触孔。
此后，通过賊射法形成厚度为300nm的ITO膜以获得下电极。 此时，漏电极与下电极通过该接触孔连接以形成布线。接下来，通过 电阻蒸镀法形成厚度为60nm的空穴注入层，并且在其上形成厚度为 20nm的空穴传输层。然后，通过掩膜气相淀积法形成厚度均为40nm 的红光、蓝光和绿光发光层的每一个。此后，形成厚度为20nm的电 子传输层。整体上得到了有机发光层。最后，通过二维气相淀积法形 成厚度为50nm的Al和Ag的合金膜以及厚度为50nm的Al膜以获得 对置电极。
当与探针接触的该制造出的器件被驱动时，获得从基片的后表面 侧的发光，即底部发光型。在该获得的发光器件的情况下，可保持稳 定的发光和颜色显示。
在此示例中，描述了使用有机发光层的发光器件。但是，本发明 并不局限于此。甚至在使用例如在无机发光层中具有分隔开的发光波 长范围的发光器件的情况下，仍可实现相同效果。
(示例4)
在此示例中，使用与示例3相同的方法制造了使用有机EL层的发光器件。在晶体管形成时，如图3所示的情况，TFT被设置在红色 像素区和绿色像素区中。其它方法与示例3中的那些方法相同。结果， 即使在此示例中，获得的发光器件仍可保持稳定的发光并执行彩色显 示。
(示例5 )
在此示例中，制造了使用有机EL层的两侧发光的发光器件。 首先，通过与示例2中使用的方法基本相同的方法形成了 MISFET器件。然后，通过与示例3相同的方法制造发光器件。在上 电极形成时，通过溅射法形成厚度为20nm的透明电极(这里使用 ITO)以获得上透明电极。整体上获得了执行两侧发光的有机发光层。 结果，即使在此示例中，获得的发光器件仍可从两侧保持稳定发光并 执行彩色显示。
详细说明了本发明的各个示例。本发明并不局限于公开的各个示 例性示例。在不背离本发明的精神的情况下，本领域技术人员可基于 下文权利要求的描述做出多种修改和改变。该多种修改和改变也被包 含在本发明的范围内。
根据本发明的发光器件可广泛应用于通过在包含塑料膜的柔性 材料上形成半导体薄膜而得到的柔性显示器、IC卡、ID标签等。
根据本发明，可提供一种稳定操作而无需使用光屏蔽单元的发光 器件，该发光器件可被提供为使用包含透明氧化物的氧化物半导体薄 膜晶体管的发光器件。
尽管已经参照示例性实施例描述了本发明，但是应理解，本发明 并不局限于公开的示例性实施例。下文权利要求的范围应被给予最宽 的解释以便包含所有修改和等同的结构及功能。
本申请要求2006年3月17日提交的日本专利申请No. 2006-074631的权益，该日本专利申请全文并入此作为参考。
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权利要求
1. 一种发光器件，包含设置在基片上并包含蓝色像素区、绿色像素区和红色像素区的像素区，该蓝色像素区、绿色像素区和红色像素区分别对应于三原色蓝色、绿色和红色的光，该像素区包括具有源电极、漏电极、栅电极、栅绝缘膜和有源层的薄膜晶体管；发光层；以及用于将该发光层夹在中间的下电极和对置电极，其中，该有源层包含氧化物；该漏电极与该发光层的一部分电连接；该薄膜晶体管设置在基片上的除蓝色像素区之外的区域中；并且该薄膜晶体管不具有光屏蔽膜。
2. 根据权利要求1的发光器件，其中所述薄膜晶体管设置在所 述绿色像素区和所述红色像素区中的至少一个中。
3. 根据权利要求1的发光器件，其中所述有源层包含对于具有 400nm到800nm的波长范围的光的透射率为70%或更高的氧化物。
4. 根据权利要求1的发光器件，其中所述有源层的所述氧化物 包含In、 Ga和Zn,并且具有小于1018/cm3的电子载流子浓度，所述 氧化物的至少 一部分是非晶态氧化物。
5. 根据权利要求1的发光器件，其中所述源电极、所述漏电极 和所述栅电极中的至少一个包括透明导电氧化物。
6. 根据权利要求1的发光器件，其中所述下电极包括透明导电 氧化物。
7. 根据权利要求l的发光器件，其中所述源电极、所述漏电极、 所述栅电极和所述下电极中的至少一个包含In、 Ga和Zn，并且具有 1018/cm3或更高的电子载流子浓度，所述氧化物的至少一部分是非晶 态氧化物。
8. 根据权利要求1的发光器件，其中所述发光层包括有机EL元件。
9. 一种图像显示装置，包含根据权利要求1-8中任一项的发光器件。
全文摘要
本发明提供了一种发光器件，包含设置在基片上并包含蓝色像素区、绿色像素区和红色像素区的像素区，所述蓝色像素区、绿色像素区和红色像素区分别对应于三原色蓝色、绿色和红色的光，该像素区包括具有源电极、漏电极、栅电极、栅绝缘膜和有源层的薄膜晶体管；发光层；以及用于将该发光层夹在中间的下电极和对置电极，其中该有源层包含氧化物；该漏电极与该发光层的一部分电连接；并且该薄膜晶体管设置在基片上的除蓝色像素区之外的区域中。
文档编号H01L51/50GK101467257SQ20078000913
公开日2009年6月24日 申请日期2007年3月2日 优先权日2006年3月17日
发明者岩崎达哉, 享 林 申请人:佳能株式会社