专利名称：发光器件、电子设备、和其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种OLED(有机发光器件)板，该板可由在衬底形成一个OLED及在衬底和覆盖部件之间密封该OLED而获得。本发明还涉及一种OLED模块，其中在OLED板上安装一个包括控制器等的IC。在本说明中，对于OLED板和OLED模块，‘发光器件’是通用术语。使用本发光器件的电子设备也包括在本发明中。
背景技术：
借助自发光，OLED消除了在液晶显示装置(LCDs)中必要的背光的需要，并且这样使其易于制作成更薄的装置。另外，自发光OLEDs具有高清晰度且在视角上没有限制。这些是近些年用OLEDs的发光器件作为显示装置以代替CRTs和LCDs正受到关注的原因。
OLED除了具有阳极层和阴极层之外，还具有一个包含有机化合物的层。当施加一个电场时，所述包含有机化合物的层发光(电致发光)。从有机化合物发出的冷光被分成从单态激发(荧光)回到基态的发光和从三态激发(磷光)回到基态的发光。根据本发明的发光器件能够使用一或两种类型的发光。
在本说明中，设在阳极和阴极之间的所有层一起作为有机发光层。尤其是，该有机发光层包括一个发光层，一个空穴注入层，一个电子注入层，一个空穴传输层等。OLED的基本结构是以阳极层，发光层，和阴极层顺序排列的片层。这种基本结构能够改变成以阳极，空穴注入层，发光层，和阴极层顺序排列的片层，或者以阳极，空穴注入层，发光层，电子传输层和阴极层顺序排列的片层。
将利用OLED的发光器件投入实际使用的问题是由于热、光、潮湿、氧化、和其它原因引起的器件老化。
通常，生产具有OLED的发光器件时，OLED在导线线路和半导体元件在像素部分中形成之后而制成。一旦形成OLED，为了密封(包装)该OLED以使OLED不暴露在外界的空气中，就将其上设有OLED的第一衬底与第二衬底(由金属或者玻璃制成)粘合。用树脂等粘合两衬底，并且氮或者惰性气体填充到两个衬底之间的间隔中。但是，通过在包装袋中的最细微的裂缝，氧气容易到达如上述由两衬底和树脂密封的OLED。此外，不难发现湿气通过在粘合和密封中所用的树脂快速进入到OLED中。这是引起叫做暗斑的无光发射部分的原因，暗斑随着时间增加而加重且不发射光，这将成为问题。
发明内容
本发明已解决了上述问题，并且本发明的一个目的是提供一种利用高可靠OLED的发光器件，本发明的另一目的是提供一种具有高可靠显示单元的电子设备，对于其显示单元使用了这种具有OLED的发光器件。
本发明涉及一种用于密封OLED的技术，该OLED设置在具有绝缘表面的衬底上。为了密封该OLED，本发明用膜真空密封，该膜至少在一侧上(内侧)设置一层低气体透过率的薄膜(典型地，主要包含碳的薄膜，氧氮化硅膜，氮化硅膜，表示为ALNxOy的化合物膜，AlN膜或者这些膜组成的膜层)。
在本发明中，一个低气体透过率的膜用于提供一个膜，为了膜增加柔韧性而在反应气体中加入稀有气体元素。本发明的特征是一个低气体透过率的薄膜(典型地，主要包含碳的薄膜，氧氮化硅膜，氮化硅膜，表示为ALNxOy的化合物膜，ALN膜或者这些膜组成的膜层)包含稀有气体元素，以缓和膜中的内应力和使膜具有柔韧性，并且提供一个至少在一侧上(内侧)设置一薄膜的膜用于真空密封具有OLED的发光器件。
膜由于含有稀有气体而获得柔韧性。因此，用于提供包装膜的薄膜能防止在真空中热压合时产生裂纹和剥落。另外，该膜用作衬料能够改善包装膜的耐热性和机械强度。
在本说明中公开的本发明的结构是一个发光器件，其特征在于该器件包括一个TFT，一个其上形成有一个具有TFT的发光元件的有效矩阵衬底，一种干燥剂，和一个包装有效矩阵衬底的保护单元；和该保护单元是一个至少部分设有薄膜的膜，该薄膜包含稀有气体元素和主要包含碳。在本说明中，其上设有OLED的衬底叫做有效矩阵衬底。
在上述的结构中，发光元件有一个阳极，一个阴极，和一个夹在该阳极和阴极之间的EL材料。
在上述结构中，保护单元通过真空压合实现与有效矩阵衬底的接触。因此，保护单元具有一定程度的柔韧性。对于该保护单元可以使用任何膜，只要它有极好的气体隔离性和对可见光分别是透明或者半透明的。例如，保护单元可以是一个被一个薄膜完全覆盖的膜，该薄膜包含碳作为其主要成分，或者该膜在其一侧(内侧或者外侧)设置包含碳作为其主要成分的薄膜。
本发明的特征在于包含碳作为其主要成分的薄膜是一个厚度为3到50nm的DLC(如像碳的金刚石)膜。就短距离排列而言，DLC膜具有SP3键作为碳原子之间的键。宏观地，DLC膜具有非结晶质结构。DLC膜由70到95％的碳原子和5到30％的氢原子组成，它们使DLC膜非常硬并且具有极好的绝缘性。象这样的DLC膜还对蒸汽，氧气和其它气体具有低透过性的特征。如果用微硬度测试仪测量时DLC膜公知的硬度为15到25GPa。
DLC膜由等离子CVD，微波CVD，电子回旋共振(ECR)CVD，溅射等形成。这些方法的任一个可以产生的DLC膜是具有适当粘附力的DLC膜。DLC膜由作为阴极设置的衬底形成。如果施加一个负偏压并利用部分离子碰撞，可获得密而硬的DLC膜。
在由等离子CVD形成DLC膜中所用的反应气体是基于碳氢化合物的气体，例如CH4，C2H2或者C6H6。反应气体由辉光放电电离，并且离子被加速以碰撞施加一个负的自偏压的阴极。结果，可获得密而平的DLC膜。
本DLC膜的特征是对于可见光是透明或者半透明的绝缘膜。
在本说明中，对可见光透明意味着对可见光具有80到100％的透光度，而对可见光半透明意味着对可见光具有50到80％的透光度。
一氧氮化硅膜可用来代替上述的DLC膜。在这种情况下，保护单元是一个至少部分设有一氧氮化硅膜的膜。
一氮化硅膜可用来代替上述的DLC膜。在这种情况下，保护单元是一个至少部分设有一氮化硅膜的膜。
ALN膜可用来代替上述的DLC膜。在这种情况下，保护单元是一个至少部分设有一ALN膜的膜。
ALNxOy膜可用来代替上述的DLC膜。在这种情况下，保护单元是一个至少部分设有一ALNxOy膜的膜。
也可使用由DLC膜、氧氮化硅膜、氮化硅膜、ALN膜、ALNxOy膜结合形成的膜层。在这种情况下，保护单元是一个至少部分设有该膜层的膜。
优选地，氮化硅膜，ALN膜，或者ALNxOy膜由溅射形成并且在腔中注入稀有气体，以使所形成的膜包含稀有气体元素(典型地如Ar)其浓度为0.1原子％或者更高，更理想的是1到30原子％或者更高。
在上述结构中，干燥剂优选置于在真空中密封的有效矩阵衬底和保护单元之间，以防止发光器件的老化。适合的干燥剂为氧化钡，氧化钙，硅胶等。干燥剂在柔性印刷基片被粘合之前或者之后放置。另外，干燥剂可以置于柔性印刷基片的柔性膜中、且而后粘合柔性印刷基片。优选地，干燥剂置于保护单元真空压合的位置附近。
为获得上述结构的本发明的内容是一个制造发光器件的方法，其特征在于包括如下步骤在具有绝缘表面的衬底上形成发光元件；将柔性印刷基片粘合到衬底的边缘；和用一主要含有碳的薄膜覆盖的膜在真空中密封发光元件、和部分柔性印刷基片。
在上述结构中，形成发光元件的步骤可以在使衬底的厚度减薄的步骤之后进行。如果衬底是薄的，减薄步骤优选设在粘合柔性印刷基片到成型衬底边缘的步骤之后。
在上述结构中，本方法的特征是包括放置干燥剂的步骤，在真空密封步骤之前该干燥剂与柔性印刷基片接触。真空密封步骤是热压合。
在上述结构中，主要含有碳的薄膜是一个DLC膜，该DLC膜包含浓度为0.1原子％或更高稀有的气体元素，优选是1到30原子％的稀有气体元素。
在上述结构中，稀有气体元素是从由He、Ne、Ar、Kr和Xe构成的组中选择的一种或者多种元素。
在附图中图1A到1C是制造发光器件过程的示意图；
图2是制造发光器件过程的示意图；图3是用于形成DLC膜的装置(等离子CVD装置)的示意图；图4A到4B分别是OLED模块的顶视图和侧视图；图5A到5D是制造有效矩阵衬底过程的示意图；图6A到6C是制造有效矩阵衬底过程的示意图；图7A到7B是制造有效矩阵衬底过程的示意图；图8A到8H是电子设备实例的示意图；图9是使用溅射的膜形成装置的示意图；图10是ALNxOy(X＜Y)膜透过率的图表；图11是ALN膜透过率的图表；图12是各种膜湿气渗透率的图表。
具体实施例方式
下面参照图1A到3说明具体实施方式
1和2。
首先，制备具有绝缘表面的衬底。在衬底上，设置一个发光元件，这里是OLED，和一个引出电极102。引出电极102使OLED与外部电源连接。如果来自发光元件的光通过衬底传导，所用具有绝缘表面的衬底是光透射衬底如玻璃，已结晶玻璃，或者塑料。如果来自发光元件的光不通过衬底传播，可用陶瓷衬底，半导体衬底，金属衬底等。
为了降低器件的重量，在衬底上采用刻蚀处理并使衬底减薄。一个其上形成有OLED的衬底101是这样获得的。刻蚀处理不是总是必须的。接着，柔性印刷基片(FPC)103与衬底101粘合，与引出电极102电连接(图1A)。
为防止由于氧化、潮湿等使OLED老化，在其上形成有OLED的衬底101上设置干燥剂104。干燥剂104是一个吸湿材料(优选是氧化钙或者氧化钡)，或者是一个能够吸附氧的材料。这里，干燥剂104只要位于与FPC103和衬底101的端面接触即可。这可防止在后面的真空压合步骤中保护单元在此处扩张和损坏。
可作为气体隔离的保护单元在真空中压合以密封OLED，并且另外防止由于氧化，潮湿等使OLED的老化。保护单元可以是任意膜，该膜对可见光是透明的或者半透明的，并且可以在真空中压合。图1B示出在真空压合前的保护单元。
这里所用的保护单元是一个包装膜105，该膜由一个含有稀有气体(Ar)的DLC膜106覆盖。由一个含有稀有气体Ar的DLC膜106覆盖的包装膜105真空包装其上形成有OLED的衬底101、干燥剂104和柔性印刷基片103的一部分。这里所示是一个除压合部分外覆盖有DLC膜的包装膜的一个例子。但是，包装膜可仅仅在一侧(内侧或者外侧)设置DLC膜。用于设置或者覆盖包装膜的膜不限于单层膜，也可以是多层膜。
含有稀有气体(Ar)的DLC膜106在膜形成装置中形成，如图3所示是用等离子CVD。腔301中被抽成真空，并且将作为气体原料的CH4气和Ar气的混合气、或者C2H6气和Ar气的混合气注入到腔中。然后，在包装膜305的表面形成DLC膜(含有Ar)306。包装膜由支撑件307固定在与RF电源304连接的电极302和电极303之间。注意在部分包装膜305上不形成DLC膜306，就是接触支撑件307的部分。本发明利用不形成DLC膜的这部分进行真空压合。图1C所示是真空压合后的保护单元。这里所用的包装膜象一个袋子或者一个空盒子。另外，包装膜可以是彼此放置在顶面上的两片组成并在其四边压合。包装膜的优选材料是能够被粘合的材料也可以是热压合的柔性胶带。作为包装膜的所用材料是树脂材料(聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚醚风(PES)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯(PC)、尼龙、聚醚醚酮(PEEK)、聚风(PSF)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚芳酯(PAR)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)等)。典型地，可使用热塑性的，PVF(聚氟乙烯)膜、聚酯膜、或者丙烯酸树脂膜。在热压合后，压合部分可用粘合剂进一步密封，并且FPC可用粘合剂与保护单元粘合。
一旦OLED在衬底形成，上述步骤即被实施，希望尽可能避免OLED暴露到外界空气中。
这样，本发明能够提供用OLED的发光器件，通过控制由于潮湿，氧化等引起的老化增加了器件的可靠性。
参照图2描述发光器件的一个实例，该器件中用密封基板200密封OLED且而后进一步由保护单元密封。
在图2中，200是指密封基板，201、一个其上形成有OLED的衬底，202、引出电极，203、一FPC，204、一个干燥剂，205、包装膜，和206、一含有Ar的DLC膜。尽管这里的膜206是一个含有Ar的DLC膜，该DLC膜可以由含有Ar的氧氮化硅膜、含有Ar的氮化硅膜、含有Ar的表示为ALNxOy、或者ALN的化合物膜所替代。
由于含有Ar，当用于包装膜和在真空中压合时，该膜可以是柔性的并且其可以防止产生裂纹或者脱落。
尽管在图中未示出，密封基板200用粘合剂与衬底201粘合，在密封基板200和衬底201之间的间隔中填充树脂、氮气、或者惰性气体。如果来自发光器件的光通过密封基板200传输，则所用密封基板是一个光透射基板如玻璃基板、已结晶的玻璃基板、或者塑料基板。如果来自发光器件的光不通过密封基板200传输，则可使用陶瓷基板、半导体基板、金属基板等。该密封基板200可以不总是板状，也可以类似一个盖。
这里干燥剂204置于衬底201上在FPC203和密封基板201之间，以防止在后面的真空压合步骤中保护单元在此处扩张和损坏。
通过下面的实施例将进一步描述如上所述本发明的结构。
图4A是制造OLED模块的顶部示意图，图4B是图4A模块的一个像素部分的示意图。
像素部分404布置在衬底401上，这样源线驱动电路402和栅线驱动电路403分别与像素部分的两侧平行运行。每个像素部分404、源线驱动电路402、和栅线驱动电路403具有多个TFT。图4B所示，作为这些TFT，驱动电路TFT(在图4B中由n通道TFT和p通道TFT组成)411包括在源线电路402中、而驱动TFT(TFT用于控制在OLED中流过的电流)包括在像素部分404中。该TFTs411和412在基膜410上形成。
在本实施例中，构成驱动电路TFT的n通道TFT和p通道TFT由公知方法制成，由公知方法制成的p通道TFT用于驱动TFT412。像素部分404设有一个与驱动TFT412的栅电极连接的电容存储器(未示出)。
在驱动电路TFT411和驱动TFT412上形成的是层间绝缘膜(平面化膜)421，在其上形成的像素电极(阳极)413与驱动TFT412的漏极电连接。像素电极413由具有大逸出功的透明导电膜形成。例如，所使用的透明导电膜的材料包括氧化铟和氧化锡的组合物、氧化铟和氧化锌的组合物、单独的氧化锌、单独的氧化锡和单独的氧化铟。透明导电膜由这些材料中的一种形成，并且掺入镓也可以用作像素电极。
在像素电极413上形成绝缘膜422。在像素电极413上的绝缘膜422中形成一开口。在开口处的像素电极413上形成一有机发光层414。该有机发光层414由公知的有机发光材料或者无机发光材料形成。不管是低分子量(单体)有机发光材料或者高分子量(聚合物)有机发光材料都可用于有机发光层。
有机发光层414由公知的蒸发技术或者应用技术形成。有机发光层可只包括一层发光层。另外，除发光层以外，有机发光层可以是另外具有一个空穴注入层、一个空穴传输层、一个电子传输层、和一个电子注入层任意结合的层状结构。
阴极415由光屏蔽导电膜(典型地，导电膜主要包含铝、铜、或者银，或者包含上述导电膜和其它导电膜的膜层)在有机发光层414上形成。理想地，在阴极415和有机发光层414之间尽可能排除湿气和氧气。排除湿气和氧气需要一定的方案。例如，在氮或者稀有气体气压下形成有机发光层414，然后在保持衬底未潮湿和氧化下相继形成阴极415。本实施例采用一个多腔系统(群聚工具系统)膜形成装置，以实现上述的膜形成。阴极415接受给定的电压。
形成包括像素电极(阳极)413、有机发光层414、和阴极415的OLED423。在绝缘膜422上形成保护膜424，以覆盖OLED423。该保护膜424有效地防止整个OLED423氧化和潮湿。
由参考标号409指示的是一个与电源线连接的引出导线，并且与驱动TFT412的源区域电连接。引出导线409通过各向异性的导电膜与FPC405的FPC导线电连接。各向异性的导电膜有一导电填料。形成像素电极413的同时，形成导电膜，使其与引出导线的顶表面进行接触。在热压合衬底401和FPC405时，导电填料使在衬底401上的导电膜与在FPC405上的FPC导线电连接。
由参考标号406指示的是一个用于包装其上形成有OLED的衬底的包装膜。通过真空压合包装膜406与衬底401和形成在衬底上的OLED423接触，以防止整个OLED423潮湿、氧化等。包装膜406用含有Ar的DLC膜400覆盖。
由于含有稀有气体，膜是柔性的并且其DLC膜400能够在用于设置在包装膜上和在真空中进行热压合时防止产生裂纹或者脱落。
由参考标号407指示的是一个干燥剂，它是一个吸湿性的物质(优选是氧化钙或氧化钡)，或者是一个能够吸氧的物质。这里，干燥剂407位于与FPC405和衬底401的一端面接触的位置上。以防止在真空压合步骤中保护单元在此处扩张和损坏。
因此所制造的OLED模块是一个有机发光显示器件，该器件能够在各种电子设备中用作显示单元。
下面，参照图5到7描述用本发明的发光器件制造衬底(有效矩阵衬底)的方法。这里，根据步骤详细描述在相同衬底上、同时形成像素部分的开关TFT和驱动TFT，及绕像素部分设置的驱动部分的TFT的方法。
本实施例使用玻璃衬底500如硼硅酸钡玻璃或者硼硅酸铝玻璃表示成钴粒的7059#玻璃或者1737#玻璃。对于所设置的衬底500没有限制，使其具有适当的透光度即可，可以用石英衬底。另外，可以使用具有耐热性、能够承受本实施例的处理温度的塑料衬底。
下面参照图5A，在衬底500上形成包括绝缘膜如氧化硅膜，氮化硅膜或者氧氮化硅膜的基膜501。在本实施例中，基膜501具有两层结构。但是，可在绝缘膜上采用单层或者两层或者多层的膜层。基膜501的第一层是一层氧氮化硅膜501a，该层依赖等离子CVD方法由SiH4、NH3、N2O作为反应气体而形成，其厚度保持在从10到200nm(优选是从50到100nm)。在本实施例中，形成氧氮化硅膜501a(具有Si＝32％，O＝27％，N＝24％，H＝17％的组分比)的厚度是50nm。基膜501的第二层是一层氧氮化硅膜501b，该层依赖等离子CVD方法由SiH4和N2O作为反应气体形成，其厚度保持在从50到200nm(优选是从100到150nm)。在本实施例中，形成氧氮化硅膜501b(具有Si＝32％、O＝59％、N＝7％、H＝2％的组分比)的厚度是100nm。
然后，半导体层502到505在基膜501上形成。通过公知方式(溅射方法，LPCVD方法或者等离子CVD方法)，该半导体层502到505通过对具有非晶结构的半导体膜进行构图来形成。接着经公知的结晶处理(激光结晶方法，热结晶方法，或者用如镍的催化剂的热结晶方法)，在结晶的半导体膜上制作图案以获得理想的形状。所形成的半导体层502到505的厚度从25到80nm(优选是从30到60nm)。尽管对结晶的半导体膜的材料没有限制，优选采用硅或者锗化硅(SixGe1-x(X＝0.0001到0.02))合金。在本实施例中，非晶硅膜依赖等离子CVD方法形成，其厚度保持在55nm，然后，将非晶硅膜保持在含有镍的溶液中。非晶硅膜脱氢(500℃，1小时)，热结晶(550℃，4小时)并且另外进行激光退火以改善结晶体，因此，形成结晶的硅膜。结晶的硅膜被制作图案经光刻方法形成半导体层502到505。
已形成的半导体层502到505可另外掺入少量的杂质元素(硼或者磷)以控制TFT的阈值。
在由激光结晶方法形成结晶的半导体膜中，另外，可采用脉冲振荡型的准分子激光器或者连续发光型的准分子激光器、YAG激光器或者YOV4激光器。当使用这些激光器时，理想的是从激光器谐振器发射的激光光束聚焦成一线，然后经过光学系统落在半导体膜上。
跟着，形成栅绝缘膜506以覆盖半导体层502到505。栅绝缘膜506由等离子CVD方法或者溅射方法形成含有硅厚度保持在从40到150nm的绝缘膜。在本实施例中，栅绝缘膜506由等离子CVD方法形成氧氮化硅膜(组分比为Si＝32％，O＝59％，N＝7％，H＝2％的)其厚度是100nm。栅绝缘膜不限于氧氮化硅膜，也可以是单膜或者含有硅绝缘膜的双膜的膜层。
当形成氧化硅膜时，由等离子CVD方法将TEOS(四乙基正硅酸盐)和O2混合在一起，并且在40Pa的反应压力下一起反应，在衬底处温度为300到400℃，13.56MHz的频率及放电电力密度从0.5到0.8W/cm2。由此所形成的氧化硅膜再在400到500℃进行热退火，获得具有良好性能的栅绝缘膜。
然后，在栅绝缘膜506上形成耐热导电层507，其厚度保持在200到400nm(优选是从250到350nm)以形成栅电极。耐热导电层507可以由单层形成或者可以根据需要形成如两层或者三层的多层的膜层。耐热导电层包含从Ta，Ti和W，或者含有上述元素的合金，或者上述元素结合的合金中选择的元素。由溅射方法或者CVD方法形成耐热导电层，并且应该在已降低的浓度下包含杂质以降低阻抗，并且尤其是应该包含浓度不高于30ppm的氧。在本实施例中，形成厚度为300nm的W膜。可由溅射方法用W作为靶形成W膜，或者由热CVD方法用六氯化钨(WF6)形成。
接着，依赖光刻技术形成抗蚀的掩膜508。然后，进行第一蚀刻。作为蚀刻气体，氯族气体如Cl2、BCL3、SiCl4和CCl4或者氟族气体如CF4、SF6、NF3、或者O2可以适当地使用。本实施例使用ICP蚀刻设备，用Cl2和CF4作为蚀刻气体，并且在1Pa压力下形成具有3.2W/cm2的RF(13.56MHz)电功率的等离子。224mW/cm2的RF(13.56MHz)电功率也加在衬底(试样台)的一侧，因此，施加一个基本上负性的自偏压。在这种条件下，以约100nm/分的速率蚀刻W膜。估计第一蚀刻处理的时间，依照该蚀刻速率W膜刚被蚀刻掉，并且第一蚀刻处理进行一段时间，该时间比估计的蚀刻时间长20％。
由第一蚀刻处理形成有一个第一锥形的导电层509到512。导电层509到512的锥形角是15到30°。为了实现不留残渣的蚀刻，通过增加约10到20％的蚀刻时间而实现过渡蚀刻。氧氮化硅膜(栅绝缘膜506到W膜)的选择速率是2到4(典型是3)。因此，由于过渡蚀刻，氧氮化硅膜暴露的表面被蚀刻掉约20到50nm(图5B)。
然后，进行第一掺杂处理，在半导体层中加入导电的第一型杂质元素。这里，所进行的加入的杂质元素是n型。留下形成第一形状的导电层的掩膜508，并且用具有第一锥形的导电层509到512作为掩膜，用离子掺杂方法以自对准方式加入n型杂质元素。掺杂量设置为从1×1013到1×1014原子/cm2，以使对于赋予n型的杂质元素通过锥形部分和在栅电极端部的栅绝缘膜506达到渗入半导体层下，加速电压在从80到160keV选择。作为赋予n型的杂质元素，采用属于15族的元素，典型地是磷(P)或砷(As)。这里用磷(P)。由于离子掺杂方法，故对于被添加到第一杂质区514到517的赋予n型的杂质元素浓度范围在从1×1020到1×1021原子/cm3(图5C)以上。
在这一步骤中，根据掺杂条件杂质不到第一形状的导电层509到512的下侧，并且第一杂质区514到517与第一形状的导电层509到512相互重叠会经常发生。
接着，如图5D所示，进行第二蚀刻处理。还用ICP蚀刻设备进行第二蚀刻处理，用CF4和Cl2作为蚀刻气体，在1.0Pa压力下使用3.2W/cm2(13.56MHz)的RF电功率，45mW/cm2(13.56MHz)的偏压。在这些条件下，形成第二形状的导电层518到521。它们的端部是锥形，并且厚度从端部向内逐渐增加。与第一蚀刻处理比较，在衬底侧施加偏压减少时，各向同性蚀刻的速率按比例增加，锥形部分的角度变成30到60°。掩膜508被铺设在边缘处由蚀刻而形成掩膜522。在图5D所示步骤中，栅绝缘膜506的表面被刻去约40nm。
接着，在通过减少掺杂量，该掺杂量比第一掺杂处理掺杂量小，增加加速电压的条件下，进行掺杂赋予n型的杂质元素。例如，加速电压设置为从70到120keV，掺杂量是1×1013/cm2，由此形成具有杂质浓度增加的第一杂质区524到527，和与第一杂质区接触的第二杂质区528到531。在该步骤中，杂质可以不渗入到第二形状的导电层518到521的下侧，并且第二杂质区528到531可以与第二形状的导电层518到521相互重叠。在第二区的杂质浓度是1×1016到1×1018原子/cm3(图6A)。
参照图6B，与一导电型相反的导电型的杂质区533(533a，533b)和534(534a，534b)在半导体层502，505中形成，它形成p通道TFT。在这种情况下，用第二形状的导电层518，521作为掩膜以自对准方式添加p型的杂质元素以形成杂质区。此时，形成了n通道TFT的半导体层503和504的表面由阻挡的掩膜532全部覆盖。这里，杂质区533和534由离子掺杂方法用乙硼烷(B2H6)形成。P型杂质元素以从1×1020到1×1021原子/cm3的浓度添加到杂质区533和534中。
但是，如果近似地认为，杂质区533，534能够被分成两个包含赋予n型的杂质元素区域。那么，第三杂质区533a和534a包含赋予n型的杂质元素，其浓度为1×1017到1×1020原子/cm3。但是，在杂质区533b和534b中，对于赋予p型杂质元素所包含的浓度不小于1×1019原子/cm3，并且在第三杂质区533a和534a中，赋予p型杂质元素所包含的浓度是赋予n型杂质元素浓度的1.5到3倍。因此，第三杂质区作为源区工作及p通道TFT的漏极区没有引起任何问题。
下面参照图6C，在第二形状的导电层518到521和栅绝缘膜506上形成第一层间绝缘膜537，第一层间绝缘膜537可由氧化硅膜、氧氮化硅膜、氮化硅膜或者其组合的层状膜形成。无论如何，第一层间绝缘膜537由无机绝缘材料形成，第一层间绝缘膜537具有100到200nm的厚度。如果使用氧化硅作为第一层间绝缘膜537，那么通过等离子CVD方法将TEOS和O2混合在一起，并且共同在40Pa压力衬底温度为300到400℃下反应，同时电功率在高频(13.56MHz)和0.5到0.8W/cm2的功率密度下放电。如果使用氧氮化硅膜作为第一层间绝缘膜537，那么通过等离子CVD方法氧氮化硅膜可以从SiH4，N2O和NH3，或从SiH4和N2O中形成。在本例中反应条件是反应压力从20到200Pa、衬底温度从300到400℃和0.1到1.0W/cm2的高频(60MHz)功率密度。另外，作为第一层间绝缘膜537可用氢化的氧氮化硅膜，该膜由SiH4、N2O和H2形成。氮化硅膜也类似通过等离子CVD方法由SiH4和NH3形成。
然后，对所加入的不同浓度的n型和p型的杂质元素进行活化，该步骤用一个退火炉由热退火方法实现。可另外采用激光退火方法或者快速热退火方法(RTA方法)。热退火方法在含有氧的氮气中进行，且浓度不高于1ppm，优选的是，不高于0.1ppm在从400到700℃下，典型地，从500到600℃。在本实施例中，热处理在550℃下进行4小时。如果使用具有低耐热温度的塑料衬底作为衬底501时，利用激光退火方法是理想的。
接着是活化的步骤，常压气体在变化，并且在含有3到100％的氢中在300到450℃的温度下进行热处理1到12小时以氢化半导体层。该步骤是热激励直到具有氢的半导体层中有1016到1018/cm3的不饱和键为止。作为另一氢化方式，可进行等离子氢化(用氢激励等离子)。无论如何，半导体层502到505中的密度缺陷被抑制在不大于1×1016/cm3是理想的。为了这一目的，氢加入的量可以从0.01到0.1原子％。
然后，有机绝缘材料的第二层间绝缘膜538的平均厚度是1.0到2.0μm。作为有机树脂材料，可用聚酰亚胺、腈纶树脂、聚酰胺、聚酰亚胺酰胺和BCB(苯并环丁烯)。例如当使用典型的聚酰亚胺时，将聚酰亚胺设置在衬底上后再进行热聚合。第二层间绝缘膜在洁净的炉子中在300℃时通过放电形成。当使用腈纶树脂时，使用两罐型中的一个，即，主要材料和固化剂一起混合，用旋转器加到衬底的整个表面上，用热板在80℃预热60秒，并且在洁净的炉子中在250℃下放电60分钟，形成第二层间绝缘膜。
接着，形成钝化膜539。在本实施例中，氮化硅膜作为钝化膜539。在这种情形下，第二层间绝缘膜538包括一有机树脂材料，由于有机树脂材料含有大量的湿气，设置钝化膜尤其有效。
这里，导电金属膜由溅射和真空蒸发形成，并且用掩膜制作图案，然后蚀刻形成电源导线540到543，漏导线544到546。另外，尽管在本实施例中没有图示，导线可由50nm厚的Ti膜和500nm厚的合金膜(Al和Ti的合金)层叠而成。
然后，其上形成保持厚度为80到120nm的透明导电膜，并且被制作图案以形成像素电极547(图7A)。因此，像素电极547用作为透明电极的铟锡氧化物(ITO)膜形成，或者用含有由2到20％的氧化锌(ZnO)与氧化铟混合物的透明导电膜形成。该像素电极547起发光器件的阳极作用。另外，像素电极547与漏导线546形成接触和重叠，该漏导线546与驱动TFT的漏区电连接。
接着，如图7B所示，在像素电极547的相应位置形成带有开口部分的第三层间绝缘膜548。在本实施例中，用湿蚀刻方法形成具有锥形的侧壁以形成开口部分。与本实施例所示情况不同，形成在第三层间绝缘膜548上的有机发光层不被分开。这样，需要注意，如果开口部分的侧壁不够平缓，从该步骤开始的有机发光层的老化会成为显著问题。
尽管对于第三层间绝缘膜548在本实施例中用氧化硅膜，在相同情况下也可以使用有机树脂膜如聚酰亚胺、聚酰胺、丙烯酸、BCB(苯并环丁烯)、或者氧化硅膜。
然后，优选是，在第三层间绝缘膜548上形成有机发光层550之前，在第三层间绝缘膜548的表面上用氩气进行等离子处理，以制成密实的第三层间绝缘膜548的表面。使用上述结构，能够防止湿气从有机发光层550渗透到第三层间绝缘膜548中。
由蒸发形成有机发光层550。阴极(MgAg电极)551和保护电极552也由蒸发形成。理想地，在像素电极547上进行热处理，以在形成有机发光层550和阴极551之前从电极中完全除去湿气。尽管在本实施例中OLED的阴极是MgAg电极，但也可以用其它公知材料代替。
对于有机发光层550可以使用其它公知材料。例如，可以使用低分子量有机EL或者高分子量的有机EL材料。有机发光层可以是一个由有机发光材料形成的薄膜，它由单态激发发光(荧光)(材料叫做单一混合物)或者发光材料由三态激发(磷光)(该材料叫做三态混合物)发光。本实施例中，有机发光层可包括空穴传输层和发光层的两层结构。有机发光层可附加一层或者缺少空穴注入层、电子注入层、和电子传输层的多层。各种结合方式已经报道并且本实施例的有机发光层可由它们中的任意一个代替。
本实施例的空穴传输层由蒸发聚亚苯亚乙烯形成。本实施例的发光层由蒸发含有30到40％PBD的聚乙烯咔唑形成，聚乙烯咔唑是1，3，4*二唑的衍生物，并进行分子扩散。发光层掺杂约1％的氧杂萘邻酮6如发绿光中心。
保护电极552能够单独保护有机发光层550不受潮湿和氧化，但是更理想的是增加保护膜553。本实施例用厚度为300nm的氮化硅膜作为保护膜553。保护膜和保护电极552可以在器件不暴露在空气中时依次形成。
保护电极也防止阴极551的老化。保护电极的典型的材料是主要含铝的金属膜。当然可以使用其它材料。因为有机发光层550和阴极551具有极其弱的抗潮湿能力，有机发光层、阴极和保护电极552理想是在不将它们暴露到外界空气中时依次形成。有机发光层和阴极这样被保护不与外界空气接触。
有机发光层550的厚度是10到400nm(典型是60到150nm)，阴极551的厚度是80到200nm(典型是100到150nm)。
在钝化膜形成之后，所形成的钝化膜539有效地防止在第二层间绝缘膜538中含有的湿气通过像素电极547和第三层间绝缘膜548渗漏到有机发光层550中。
如图7B所示是一个完整的有效矩阵基体结构。区域554处的像素电极547、有机发光层550、和阴极551重叠而成OLED。
在本实施例中，阳极作为像素电极，而阴极设在有机发光层上。因此从OLED发射的光通过衬底向外发射。另外，阴极可以作为像素电极，而阳极设在有机发光层上，使光以与本实施例的光发射方向相反的方向发射。
如图7B所示的有效矩阵基体可加到实施例1的衬底401上形成OLED模块。当然，本发明的有效矩阵基体的制造方法不限于本实施例所述的一种。本发明的有效矩阵基体可以由公知方法制造。
p通道TFT560和n通道TFT561是驱动电路的TFT并构成CMOS电路。开关TFT562和驱动TFT563是像素部分的TFTs。驱动电路的TFTs和像素部分的TFTs可在同一衬底上形成。
在使用本实施例的OLED的发光器件的情况下，它的驱动电路由5到6V，10V或更高V电源电压的驱动。因此由于热电子使TFT的老化不是严重问题。另外，较小的栅电容对于TFT是优选的，因为驱动电路需要高速运行。因此，在用本实施例的OLED的发光器件的驱动电路中，TFT的半导体层的第二杂质区529和第四杂质区533b优选是分别不与栅电极518和栅电极519重叠。
自发光型的发光器件与液晶显示器件相比对所显示的图象在光配置上显示出非常好的可识别性。另外，发光器件具有较宽视角。因此，发光器件能够应用在各种电子设备的显示部分中。
使用本发明发光器件的这种电子设备包括摄像机、数码照相机、眼镜型显示器(头戴显示器)、导航系统、声音重放设备(汽车音频设备和一套音响)、笔记本型个人计算机、游戏机、便携式信息终端(移动式计算机，便携式电话，便携式游戏机，电子书等)、包括记录介质的图象重放装置(尤其是可重放记录介质如数字视频盘(DVD)等等、和包括用于显示重放图象的显示器)等。特别是，在便携式信息终端的情况中，用发光器件是优选的，因为便携式信息终端很可能从斜的方向观看经常需要有宽的视角。图8分别是显示这些电子设备的特例。
图8A示出一有机发光显示设备，它包括一个壳体2001、一个支撑台2002、一个显示部分2003、一个音箱部分2004、一个视频信号输入端2005。发光器件是自发光型且其不需要背光。这样，其显示部分能够比液晶显示设备具有更薄的厚度。有机发光显示设备正包括所有的显示信息的显示设备，如个人计算机、广播电视接收器和广告显示器。
图8B示出一个数字静止照相机，它包括一主体2101、一显示部分2102、一图象接收部分2103、一操作键2104、一外部连接口2105、一快门2106等。根据本发明的发光器件可以作为显示部分2102使用。
图8C示出一膝上型的计算机，它包括一主体2201、一壳体2202、一显示部分2203、一键盘2204、一外部连接口2205、一点击鼠标2206等。根据本发明的发光器件可以作为显示部分2203使用。
图8D示出一移动式计算机，它包括一主体2301、一显示部分2302、一开关2303、一操作键2304、一红外线接口2305等。根据本发明的发光器件可以作为显示部分2302使用。
图8E示出一图象重放装置，包括一记录介质(尤其是DVD重放装置)，它包括一个主体2401、一个壳体2402、一个显示部分A2403、另一显示部分B2404、一个记录介质(DVD等)读取部分2405、一个操作健2406、一个音箱2407等。显示部分A2403主要用于显示图象信息，而显示部分B2404主要用于显示特征信息。根据本发明的发光器件可以作为这些显示部分A和B使用。包括记录介质的图象重放装置另外还包括游戏机等。
图8F示出一眼镜型显示器(头戴显示器)，它包括一主体2501、一显示部分2502、一支架2503。根据本发明的发光器件可以用作显示部分2502。
图8G示出一摄像机，它包括一主体2601、一显示部分2602、一壳体2603、一外部连接口2604、一遥控部分2605、一图象接收部分2606、一电池2607、一声音输入口2608、一操作健2406等。根据本发明的发光器件可以作为显示部分2602使用。
图8H示出一移动电话，它包括一主体2701、一壳体2702、一显示部分2703、一声音输入部分2704、一声音输出部分2705、一操作健2706、一外部连接口2707、天线2708等。根据本发明的发光器件可以作为显示部分2703使用。注意显示部分2703通过在黑色背景显示白色特征、能够降便携式电话的能源消耗。
将来当从有机发光材料发射的光的明亮亮度成为可利用时，根据本发明的发光器件将被应用到前置或者后置投影仪上，其中包含输出图象信息的光束被透镜放大后进行投影。
上述电子设备大多用于通过远程通信通道如网络、CATV(光缆电视系统)显示信息分布，并且特别可能显示电影信息，因为有机发光材料能够以高响应速度显示。
发光器件发射光的部分消耗能量，所以理想的方式是以尽可能小的发光部分显示信息。因此，当发光器件应用在显示部分时，该显示部分主要显示特征信息，例如一个便携式信息终端的显示部分，特别是便携式电话或者一个声音重放装置，理想的是驱动发光器件以使特征信息由发光部分显示，而不发光部分相应作为背景。
如上所述，本发明可以在所有领域中在各种电子设备的广泛范围内使用。通过利用具有实施例1或2结构的发光器件能够获得在本实施例中的电子器件。
在实施方式1所示的实例是由等离子CVD形成DLC膜。本实施例显示通过溅射在包装膜上形成含有Ar的氮化硅膜，含Ar的表示为ALNxOy的化合物膜，含Ar的ALN膜，或者它们的膜层。参照图9说明。这里一个含Ar的表示为ALNxOy的化合物膜用于设在形如袋子或者一个空盒子的包装膜内。
接地的腔901被抽成真空并且氧气和在腔中输入注入气体(Ar气或者氮气)。然后形成其中包含有稀有气体元素的表示为ALNxOy的化合物膜906，并且用于设在包装膜905的内侧。包装膜905通过支撑件907固定在靶电极903和腔901之间。靶电极903与RF电源904连接并由ALN形成。注意包装膜905的外面不设有ALNxOy膜。
设有包含稀有气体的ALNxOy膜906的包装膜905在真空中热压合以密封发光器件。由于含有稀有气体，该膜具有柔性并因此在用于包装膜和真空热压合时能够防止产生裂纹。
如果用形成ALN膜来代替，可在腔中输入注入气体(Ar气或者氮气)和用由ALN形成的且与RF电源连接的靶电极。如果用形成氮化硅膜来代替，可在腔中注入氮气和Ar气并用由Si形成的且与RF电源连接的靶电极。
尽管这里所示的包装膜905象袋子或者空盒，包装膜可以由分别设在端面的两片组成，并且其四周都被压合。作为包装膜905的可用材料是树脂材料(聚酯，聚碳酸酯，聚丙烯，聚氯乙烯，聚苯乙烯，聚丙烯腈，聚对苯二甲酸乙二醇酯，尼龙等)。典型地，可用热性塑料、PVF(聚氟乙烯)膜、聚酯膜、或者丙烯酸树脂膜。
如图9所示靶电极是棒形(圆柱形或者棱柱形)，但是，当然，靶电极的形状没有特殊限制，靶电极的限制可根据处理对象的形状而定，因为靶电极和对象内表面之间的距离最好保持恒定。
厚度为100nm的ALNxOy膜(X＜Y)的透过率如图10所示。图10显示ALNxOy膜在可见光范围具有80到90％的透过率且是高的光透过。ALNxOy(X＜Y)膜包含0.1原子％的稀有气体元素或者更高，优选是1到30原子％，包含几原子％的氮或者更高，优选是2.5到47.5原子％。膜优选含有2.5到47.5原子％的氧。膜中氮的浓度和氧的浓度由适当的调节溅射条件进行控制(衬底温度，注入气体类型和其流速，膜形成压力等)。
如果溅射条件、例如气体的流速变化，可获得ALNxOy(X≥Y)膜。也可获得在膜厚度方向具有氮或氧浓度梯度的ALNxOy(X＜Y)膜或者ALNxOy(X≥Y)膜。
图11示出为厚度是100nm的ALN膜(也表示为AlxNy)的透过率。尽管该膜平均透过率低于图10中所示的ALNxOy(X＜Y)膜，其在可见光范围的透过率是80到91.3％且是足够高的。在AlxNy膜中特别含有的杂质，氧的浓度可接受所范围是小于0到10原子％。氧的浓度能够由适当地调节溅射条件(衬底温度，注入气体类型和其流速，膜形成压力等)控制。AlxNy膜包含0.1原子％的稀有气体元素或者更高，优选是1到30原子％，包含几原子％的氮或者更高，优选是2.5到47.5原子％。膜优选还含有2.5到47.5原子％的氧或者更低，优选是等于或大于0原子％且小于10原子％。
如果溅射条件、例如气体的流速变化，也可获得在膜厚度方向具有氮或氧浓度梯度的AlxNy膜。
下面是已进行的实验。
提供厚度为200nm在一侧带有含Ar的AlN膜的聚碳酸酯(PC)膜。提供另一聚碳酸酯(PC)膜其厚度为200nm在一侧带有含Ar的ALNxOy膜。每一膜粘合成密封罐，同时在膜和密封罐之间放入作为干燥剂的氧化钙。如此准备的试样长时间放置在室温中，并且测量重量的变化。如果重量改变，那么，可以推断湿气等通过PC膜被氧化钙吸收。作为控制的主题，试样由粘合的聚碳酸酯(PC)膜单独密封罐并且在膜和罐之间放置氧化钙准备。实验的结果(透过率)如图12所示。
如图12所示，具有AlN膜试样的重量和具有ALNxOy膜试样的重量变化比控制目标、即比单独的聚碳酸酯(PC)膜要小。因此可以断定，通过在PC膜上衬一层AlN膜或者ALNxOy膜可改善PC膜的抗潮湿性。
本实施例结合了实施方式2和实施例1到3。
本发明在真空中用一膜密封整个其上形成有OLED的衬底，该膜在其一侧(内侧或者外侧)设有具有柔性的DLC膜、氮化硅膜、ALNxOy膜或者AlN膜。防止由于蒸汽或者氧化使OLED老化的效果能够显著增加，并且可提高OLED的稳定性。因此，可获得高可靠性的发光器件。
权利要求
1.一种发光器件，包括形成在柔性衬底上的薄膜晶体管；包装该衬底和该薄膜晶体管的第一膜；其中第一膜的至少一个面涂覆有包含稀有气体元素和无机材料的第二膜。
2.一种发光器件，包括形成在衬底上的薄膜晶体管；包装该衬底和该薄膜晶体管的第一膜；其中第一膜的至少一个面涂覆有包含稀有气体元素和碳的第二膜。
3.一种发光器件，包括形成在衬底上的薄膜晶体管；包装该衬底和该薄膜晶体管的第一膜；其中第一膜的至少一个面涂覆有包含稀有气体元素和氮氧化硅的第二膜。
4.一种发光器件，包括形成在衬底上的薄膜晶体管；包装该衬底和该薄膜晶体管的第一膜；其中第一膜的至少一个面涂覆有包含稀有气体元素和氮化硅的第二膜。
5.一种发光器件，包括形成在衬底上的薄膜晶体管；包装该衬底和该薄膜晶体管的第一膜；其中第一膜的至少一个面涂覆有包含稀有气体元素和AlNxOy的第二膜。
6.一种发光器件，包括形成在衬底上的薄膜晶体管；包装该衬底和该薄膜晶体管的第一膜；其中第一膜的至少一个面涂覆有包含稀有气体元素和AlN的第二膜。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的发光器件，其中第一膜在它的两个边缘部分被密封。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的发光器件，其中第一膜的至少两个部分相互连接。
9.根据权利要求1-6中任一项所述的发光器件，其中第一膜的至少一部分是折叠的。
10.根据权利要求1-6中任一项所述的发光器件，其中该柔性衬底包括塑料、陶瓷、半导体、金属或者玻璃衬底。
11.根据权利要求6中任一项所述的发光器件，其中第一膜包括选自如下组中的膜，所述组包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜、聚醚风(PES)膜、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)膜、聚碳酸酯(PC)膜、尼龙膜、聚醚醚酮(PEEK)膜、聚风(PSF)膜、聚醚酰亚胺(PEI)膜、聚芳酯(PAR)膜、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)膜、热塑性膜，PVF(聚氟乙烯)膜、聚酯膜、以及丙烯酸树脂膜。
12.根据权利要求1-6中任一项所述的发光器件，其中稀有气体元素是选自如下组中的至少一种元素，所述组包括He、Ne、Ar、Kr和Xe。
13.根据权利要求1-6中任一项所述的发光器件，其中所述发光器件是有机发光器件。
14.根据权利要求1-6中任一项所述的发光器件，其中所述发光器件是选自如下组中的至少一种，所述组包括数字照相机、个人计算机、移动计算机、图象重放装置、眼镜型显示器、摄像机和移动电话。
全文摘要
提供一可靠性高的发光器件，其中有机发光器件不因氧化、潮湿等而退化。该有机发光器件在真空中用包装膜(105)压合，该包装膜被一个含有Ar的DLC膜覆盖(或者一个氮化硅膜、一个AlN膜、一个表示为ALN
文档编号H01L23/28GK1992327SQ200510124760
公开日2007年7月4日 申请日期2002年2月21日 优先权日2001年2月21日
发明者山崎舜平, 丸山纯矢, 小仓庆一, 高山彻 申请人:株式会社半导体能源研究所