CN1300520A - 复合衬底、使用该衬底的薄膜电致发光器件以及该器件的生产方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种复合衬底,其中,绝缘层表面不受电极层的影响,它既不需要研磨过程也不需要溶胶—凝胶过程的处理,并容易生产,在其中使用所述复合衬底时,可以提供一种显示质量高的薄膜EL器件;还提供一种薄膜EL器件;以及所述器件的生产方法。通过在包含衬底;镶嵌在所述衬底中的电极层,其镶嵌方式使得所述电极层和所述衬底在一个平面上;以及一个在所述衬底和所述电极层的复合体表面上形成的绝缘层的复合衬底上,依次形成发光层、另一个绝缘层和另一个电极层生产所述薄膜EL器件。

Description

复合衬底、使用该衬底的薄膜电致发光 器件以及该器件的生产方法
本发明涉及一种包含电介质和电极的复合衬底，一种使用该衬底的电致发光器件(EL器件)，以及该器件的生产方法。
在电场作用下，材料发光的现象称为电致发光(EL)，其中利用这种现象的器件已经在液晶显示(LCD)和手表的背景光中投入使用。
EL器件可以分成两类，即分散型器件和薄膜器件。前一种具有其中荧光材料粉末分散在有机材料或釉料中且电极分布在顶部和底部的结构，后一种包含夹在两个电极中间的薄膜荧光材料和两个在电绝缘衬底上的薄膜绝缘体。此外，根据驱动系统的类型，上述两种类型的器件的每一种又分为直流电压驱动系统和交流电压驱动系统。很久以来，就已经知道分散型EL器件，它具有制备容易的优点。然而，分散型EL器件亮度低、寿命长，限制了其应用。另一方面，薄膜EL器件亮度高、寿命长，所以，它已经大幅度扩大了EL器件的实用范围。
到目前为止，在主要类型的薄膜EL器件中，使用用于LCD或PDP的蓝色玻璃板作为衬底，使用透明电极(如ITO)作为接触衬底的电极，从荧光材料发出的光从衬底侧面放出。作为荧光材料，主要使用能发出黄橙色光的含Mn的ZnS，因为它促进薄膜的形成并具有良好的发光性能。为了制备彩色显示器，必须使用能发出原色光，即红、绿和蓝，的荧光材料。作为这些材料，选择含Ce的SrS和含Tm的ZnS用于蓝光发射，选择含Sm的ZnS和含Eu的CaS用于红光发射，选择含Tb的ZnS和含Ce的CaS用于绿光发射，并且继续进行这些材料方面的研究。然而，由于它们在亮度、发光效率和颜色纯度方面的不足，还不能投入实际应用。
作为解决这些问题的一种措施，已知在高温形成薄膜或在高温下热处理所形成的薄膜的方法是有前途的。在使用这种技术时，从耐热性方面来看，不可能使用蓝色玻璃板作为衬底。虽然也研究了使用具有耐热性的石英衬底，但是，石英衬底非常昂贵，所以，它不适用于需要大面积的用途(如显示器)。
如在日本专利申请公开No.50197/1995和日本专利公报No.44072/1995中提出的，近来已经报道了其中使用具有电绝缘性能的陶瓷衬底作为衬底并用厚膜介电质代替位于荧光材料下部的薄膜绝缘材料的器件的开发。
这种器件的基本结构表示于图8中。图8所示的EL器件具有其中在陶瓷等制成的衬底11上依次形成下电极12、厚膜介电层13、发光层14、薄膜绝缘层15和上电极16的结构。因此，与传统的薄膜EL器件的结构相反，为了从与衬底相反的上部放出荧光材料的光，在上部放置透明电极。
这种器件的厚膜介电层厚度为几十微米，是薄膜绝缘层厚度的几百到几千倍。所以，可以抑制由针孔等引起的绝缘体破坏，所以，上述器件的优点是可以获得高可靠性和生产时的成品率。
通过用具有高介电常数的材料形成介电层，可以防止因使用厚介电层产生的在发光层上的电压降。此外，通过使用陶瓷衬底和厚膜介电层可以提高热处理温度。因此，使得高发光材料的薄膜形成成为可能(这由于存在缺陷晶体到目前为止是不可能的)。
然而，在通过厚膜形成方法把衬底、电极和介电层叠层时，在某些情况下，介电层表面不方便地变成不均匀的。
在传统方法中，先通过厚膜形成方法(如印刷法)以预定的图形在氧化铝等衬底上形成电极，通过厚膜形成方法在所述电极上形成介电层，然后烧结所得的整个叠层，获得一种衬底/电极/介电层复合衬底。
然而，如图9所示，例如，担心会在以预定图形形成电极层12时，由于在电极层12和介电层13之间的收缩率和热膨胀系数的不同，介电层13的表面可能不均匀。此外，在某些情况下，由于衬底11和介电层13之间的热膨胀系数差，介电层13表面开裂。因此，当介电层13具有不均匀或开裂的表面时，介电层13的厚度变得不均匀，或者在介电层13和其上形成的发光层之间发生剥离现象，从而明显损害器件的性能和显示质量。
所以，在传统方法中，已经要求通过研磨等除去大的不均匀部分，通过溶胶凝胶法除去小的不均匀部分。
本发明的目的是提供一种复合衬底，其中，绝缘层表面不会受电极层的影响变成不均匀的，它既不需要研磨法，也不需要溶胶-凝胶法的处理，且容易生产，并且可以提供具有高显示质量的薄膜EL器件(在应用于其上时)。
本发明的另一个目的是提供一种使用上述衬底的薄膜EL器件。
本发明的另一个目的是提供上述器件的生产方法。
即，通过下列结构可以达到本发明的上述目的。(1)一种复合衬底，包含衬底；镶嵌在所述衬底中的电极，其镶嵌方式使得电极层和衬底在一个平面上；和一个在所述衬底和电极层的复合体上形成的绝缘层。(2)根据上述(1)的复合衬底，其中，所述绝缘层包含一个具有1000或更大的介电常数的介电层。(3)根据上述(1)或(2)的复合衬底，其中，所述绝缘层含有钛酸钡作为主要成分。(4)根据上述(3)的复合衬底，其中，所述绝缘层含有至少一种选自由氧化镁、氧化锰、氧化钨、氧化钙、氧化锆、氧化铌、氧化钴、氧化钇和氧化钡组成的组中的成分作为次要成分。(5)根据上述(3)和(4)的复合衬底，其中，所述绝缘层含有至少一种选自由SiO2、MO(假定M是至少一种选自Mg、Ca、Sr和Ba的元素)、Li2O和B2O3组成的组中的成分作为次要成分。(6)根据上述(1)-(5)的任一项的复合衬底，其中，所述绝缘层含有钛酸钡作为主要成分，和至少一种选自由氧化镁、氧化锰、氧化钇、氧化钡和氧化钙，以及氧化硅组成的组中的成分作为次要成分；氧化镁含量用MgO表示为0.1-3摩尔，氧化锰含量用MnO表示为0.05-1.0摩尔，氧化钇含量用Y2O3表示为不大于1摩尔，用BaO表示的氧化钡含量和用CaO表示的氧化钙的用量和为2-12摩尔，氧化硅含量用SiO2表示为2～12摩尔，以100摩尔钛酸钡(用BaTiO3)为基准。(7)根据上述(3)的复合衬底，其中，以BaTiO3、MgO、MnO和Y2O3的总含量为基准，用(BaxCa1-xO)y·SiO2(假定x满足0.3≤x≤0.7，且y满足0.95≤y≤1.05)表示，BaO、CaO和SiO2的总含量为1-10重量％。(8)根据上述(1)-(7)的任一项的复合衬底，这是一种通过烧结由片形成方法或印刷法形成的叠层获得的厚膜。(9)根据上述(1)-(8)的任一项的复合衬底，通过在绝缘层上形成功能薄膜，然后在600℃到衬底的烧结温度或更低的范围内的温度下加热所述功能薄膜获得的。(10)一种包含根据上述(1)-(6)的任一项中的复合衬底、和在所述复合衬底上顺序形成发光层、另一个绝缘层和另一个电极层的薄膜EL器件。(11)根据上述(10)的薄膜EL器件，其中，所述的电极层。(12)一种生产薄膜EL器件的方法，包括下列步骤：通过一种厚膜生产方法在具有平整表面的薄膜片上形成第一个绝缘层前驱体；在其上形成第一种图形化的电极层前驱体；在其上形成衬底前驱体，使所述叠层经过去除粘合剂的处理并烧结，获得在所述衬底上形成有第一个电极层和第一个绝缘层的复合衬底；和在所述第一个绝缘层上再依次叠层一个发光层，第二个绝缘层和第二个电极层，获得所述薄膜EL器件。(13)生产根据上述(10)的薄膜EL器件的方法，其中，在形成第二个绝缘层或第二个电极层之后，在600℃到衬底烧结温度或更低的温度下进行热处理。(14)根据上述(12)或(13)的生产薄膜EL器件的的方法，其中，所述衬底前驱体是一种衬底生坯片，含有至少一种选自由氧化铝(Al2O3)、二氧化硅玻璃(SiO2)、氧化镁(MgO)、块滑石(MgO·SiO2)、镁橄榄石(2MgO·SiO2)、莫来石(3Al2O3·2SiO2)、氧化铍(BeO)、锆石、以及Ba基、Sr基和Pb基钙钛矿组成的组中的成分。(15)根据上述(12)-(14)的任一项的生产薄膜EL器件的方法，其中，衬底前驱体主要成分的组成与绝缘层相同。(16)根据上述(12)-(15)的任一项的生产薄膜EL器件的方法，其中，所述电极前驱体包含至少一种选自由Ag、Au、Pd、Pt、Cu、Ni、W、Mo、Fe和Co组成的组中的成分，或Ag-Pd、Ni-Mn、Ni-Cr、Ni-Co和Ni-Al合金中的任一种。(17)根据上述(12)-(16)的任一项的生产薄膜EL器件的方法，其中，所述烧结温度范围为1,100-1,400℃。
图1是本发明的薄膜EL器件的生产方法的部分截面的图解。
图2是本发明的薄膜EL器件的生产方法的部分截面的图解。
图3是本发明的薄膜EL器件的生产方法的部分截面的图解。
图4是本发明的薄膜EL器件的生产方法的部分截面的图解。
图5是本发明的薄膜EL器件的生产方法的部分截面的图解。
图6是本发明的薄膜EL器件的生产方法的部分截面的图解。
图7是本发明的薄膜EL器件的生产方法的部分截面的图解。
图8是现有技术的薄膜EL器件结构的部分截面的图解。
图9是现有技术的薄膜EL器件结构的部分截面的图解。
本发明的复合衬底包含一种衬底；一种镶嵌在所述衬底中的电极层，其镶嵌方式使得电极层和衬底在一个平面上；和一个在所述衬底和电极层的复合体上形成的绝缘层。
用这种方法，形成电极层，使其镶嵌在衬底中，并使得镶嵌电极层的表面和衬底表面平整地在一个平面上，从而使得绝缘层(介电层)的厚度可以均匀。此外，所述介电层的厚度是均匀的，从而使在所述介电层中的电场分布可以均匀，结果是可以减小介电层的变形。
此外，通过使用上述复合衬底构成所述薄膜EL器件，从而可以通过一种简单的方法形成高性能的显示器。就此而论，通过后面所述的本发明的生产方法可以容易地形成具有平表面的复合衬底。
本发明的衬底具有绝缘性能，不会污染绝缘层(介电层)和其上形成的电极层，并且没有特别的限制，只要它能保持预定的强度。所述衬底的典型实例包括陶瓷衬底，如氧化铝(Al2O3)、二氧化硅玻璃(SiO2)、氧化镁(MgO)、镁橄榄石(2MgO·SiO2)、块滑石(MgO·SiO2)、莫来石(3Al2O3·SiO2)、氧化铍(BeO)、氧化锆(ZrO2)、氮化铝(AlN)、氮化硅(SiN)和碳化硅(SiC+BeO)。此外，也可以使用Ba基、Sr基和Pb基钙钛矿，在这种情况下，可以使用与绝缘层所用的相同组成。在这些化合物中，氧化铝衬底是特别优选的，在要求热导率时，氧化铍、氮化铝、碳化硅等是优选的。优选的是使用与绝缘层所用的相同组成形成衬底，因为在这种情况下，由于不同的热膨胀导致的翘曲或剥离的等现象不会发生。
衬底的烧结温度为800℃或更高，优选的是800-1500℃，更优选的是1200-1400℃。
所述衬底可以含有，例如用于降低烧结温度的玻璃材料。玻璃材料的典型实例包括PbO、B2O3、SiO2、CaO、MgO、TiO2和ZrO2，它们可以单独使用或者其两种或多种混合使用。玻璃材料的含量范围约为20-30重量％(以衬底材料为基准)。
在制备衬底用的浆料时，可以使用有机粘合剂。所述有机粘合剂不特别限制，可是合适地选自一般用作陶瓷粘合剂的那些粘合剂。这样的有机粘合剂的实例包括乙基纤维素、丙烯酸树脂和缩丁醛树脂，溶剂的实例包括α-松油醇、丁基甲醇和煤油。在所述浆料中的粘合剂和溶剂的含量不特别限制，它们可以与一般所用的相同。例如，所述粘合剂的含量范围约1-5重量％，溶剂的含量范围约10-50重量％。
此外，根据需要，用于衬底的浆料也可以含有添加剂，如分散剂、增塑剂和绝缘体。这些添加剂的总含量优选的是1重量％或更小。
衬底的厚度一般在约1-5毫米范围内，优选的是1-3毫米。
本文所用的电极材料优选的是应该含有Ag、Au、Pd、Pt、Cu、Ni、W、Mo、Fe和Co中的一种或两种或多种，或者Ag-Pd、Ni-Mn、Ni-Cr、Ni-Co和Ni-Al合金的任意一种。在还原气氛中进行烧结时，基础金属可以选自这些材料。含有Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Si、W、Mo等的一种或两种或多种，或者Ni-Cu、Ni-Mn、Ni-Cr、Ni-Co和Ni-Al合金的任意一种的材料是更优选的，且Ni、Cu和Ni-Cu合金等是最优选的。
在氧化气氛下进行烧结时，在氧化气氛下不变成氧化物的金属是优选的。所述金属的典型实例包括Ag、Au、Pt、Rh、Ru、Ir、Pb和Pd，它们可以单独使用或者其两种或多种联合使用。其特别优选的实例包括Ag、Pd和Ag-Pd合金。
电极层可以含有玻璃熔块，来增强其与作为电极层本身的底层的衬底的结合性。所述玻璃熔块优选的是例如即使在中性或还原气氛中进行烧结，也不会失去玻璃的特性。
所述玻璃熔块的组成不特别限制，只要它能满足上述要求即可。所述玻璃熔块的实例包括硅酸盐玻璃(SiO2:20-80重量％，Na2O:80-20重量％)、硼硅酸盐玻璃(B2O3:5-50重量％，SiO2:5-70重量％，PbO:1-10重量％，K2O:1-15重量％)和铝硅酸盐玻璃(Al2O3:1-30重量％，SiO2:10-60重量％，Na2O:5-15重量％，CaO:1-20重量％，B2O3:5-30重量％)，它们可以单独使用或者其两种或多种联合使用。如果必要，所述玻璃熔块可以预定的比例与至少一种选自由CaO(0.01-50重量％)、SrO(0.01-70重量％)、BaO(0.01-50重量％)、MgO(0.01-5重量％)、ZnO(0.01-70重量％)、PbO(0.01-5重量％)、Na2O(0.01-10重量％)、K2O(0.01-10重量％)和MnO2(0.01-20重量％)组成的组中的添加剂混合。虽然所述玻璃的含量不特别限制，但是，其通常在约0.5-20重量％范围内，优选的是约1-10重量％(以金属成分为基准)。此外，所述玻璃中的上述添加剂的总含量优选的是玻璃成分的50重量％或更少。
在制备用于电极层的浆料过程中，可以使用有机粘合剂。所述有机粘合剂的实例与上述衬底的情况相同。此外，根据要求，用于所述电极层的浆料还可以含有添加剂，如分散剂、增塑剂和绝缘体。这些添加剂的总量优选的是1重量％或更少。
所述电极层的厚度通常在约0.5-5微米范围内，优选的是约1-3微米。构成所述绝缘层的绝缘材料不特别限制，可以使用各种绝缘材料。其优选的实例包括复合钛氧化物、钛酸盐基复合氧化物以及这些氧化物的混合物。
复合钛氧化物的实例是根据要求含有总含量为0.001-30重量％的任何选自氧化镍(NiO)、氧化铜(CuO)、氧化锰(Mn3O4)、氧化铝(Al2O3)、氧化镁(MgO)、氧化硅(SiO2)等中物质的氧化钛(TiO2)；钛酸盐基复合氧化物是钛酸钡(BaTiO3)。在钛酸钡中的Ba/Ti摩尔比优选的是在约0.95-1.20范围内。
所述钛酸盐基复合氧化物(BaTiO3)可以含有至少一种选自由氧化镁(MgO)、氧化锰(Mn3O4)、氧化钨(WO3)、氧化钙(CaO)、氧化锆(ZrO2)、氧化铌(Nb2O5)、氧化钴(Co3O4)、氧化钇(Y2O3)和氧化钡(BaO)组成的组中的成分，其总含量约为0.001-30重量％。此外，为了，例如调整烧结温度和膨胀系数，所述绝缘层可以含有至少一种选自由SiO2、MO(假设M是至少一种选自由Mg、Ca、Sr和Ba的元素)、Li2O和B2O3组成的组中的成分作为次要成分。所述绝缘层的厚度不特别限制，但是其通常在5-1,000微米的范围内，优选的是5-50微米，更优选的是约10-50微米。
所述绝缘层可以用介电材料形成。特别是在所述复合衬底应用于薄膜EL器件的情况下，介电材料是优选的。所述介电材料不特别限制，可以使用任何介电材料。介电材料优选的实例包括复合钛氧化物、钛酸盐基复合氧化物及其混合物，如上所述。
复合钛氧化物的实例与上面列举的相同。此外，为了，例如调整烧结温度和膨胀系数，所述绝缘层可以含有至少一种选自由SiO2、MO(假设M是至少一种选自由Mg、Ca、Sr和Ba的元素)、Li2O和B2O3组成的组中的成分作为次要成分。
特别优选的介电材料如下。所述介电层(绝缘层)含有钛酸钡作为主要成分，和至少一种选自氧化镁、氧化锰、氧化钡和氧化钙、氧化硅中的成分作为次要成分。在所述介电层中，氧化镁含量用MgO表示为0.1-3摩尔，优选的是0.5-1.5摩尔，氧化锰含量用MnO表示为0.05-1.0摩尔，优选的是0.2-0.4摩尔，用BaO表示的氧化钡和用CaO表示的氧化钙的总含量为2-12摩尔，氧化硅含量用SiO2表示为2-12摩尔，以100摩尔钛酸钡为基准(用BaTiO3表示)。
(BaO+CaO)/SiO2的比例不特别限制，但是通常优选的是在0.9-1.1范围内。可以以(BaxCa1-xO)y.SiO2的形式含有BaO、CaO和SiO2。在这种情况下，为了获得致密的烧结，x和y应该分别满足0.3≤x≤0.7，0.95≤y≤1.05。(BaxCa1-x0)y·SiO2的含量优选的是在1-10重量％范围内，更优选的是4-6重量％，以BaTiO3、MgO和MnO的总重量为基准。每种氧化物的氧化态不特别限制，只要构成每种氧化物的金属元素含量在上述范围内即可。
所述介电层优选的是含有氧化钇作为次要成分，其含量用Y2O3表示为1摩尔或更少，以100摩尔钛酸钡为基准(用BaTiO3表示)。Y2O3含量的下限不特别确定，但是为了获得足够的效果，优选的是至少0.1摩尔。在含有氧化钇时，(BaxCa1-xO)y·SiO2的含量优选的是在1-10重量％范围内，更优选的是4-6重量％，以BaTiO3、MgO、MnO和Y2O3的总重量为基准。
因为下列原因限制上述次要成分的含量。
当氧化镁含量低于上述范围时，电容的温度特性不在希望的范围内。当氧化镁的含量高于上述范围时，介电层的烧结程度突然降低且所述介电层致密性很差。因此，IR加速寿命降低，并且不能获得高介电常数。
当氧化锰含量低于上述范围时，不能获得良好的抗还原性能，IR加速寿命不足，并且难以降低损耗tanδ。当氧化锰含量高于上述范围时，在施加DC电场时，难以降低电容随时间的变化。
当BaO+CaO、SiO2或(BaxCa1-xO)y·SiO2的含量太低时，在施加DC电场时，电容随时间的变化增大，且IR加速寿命不足。当该含量太高时，介电常数突然降低。
氧化钇具有改善IR加速寿命的作用。当氧化钇含量高于上述范围时，电容降低，介电层的烧结程度降低，因此，所述介电层在某些情况下致密性很差。
所述介电层也可以含有氧化铝。氧化铝具有使得在较低温度下烧结成为可能的作用。氧化铝的含量以Al2O3表示优选的是1重量％或更少，以所有介电材料的总量为基准。当氧化铝含量太高时，发生抑制烧结的问题。
所述介电层的厚度优选的是100微米或更小，更优选的是50微米或更小，特别优选的是2-20微米。
在制备绝缘层浆料中可以使用有机粘合剂。有机粘合剂的实例包括为衬底所列出的那些粘合剂。此外，根据需要，所述绝缘层浆料也可以含有添加剂，如分散剂、增塑剂和绝缘体。这些添加剂的总含量优选的是1重量％或更少。
使用该浆料通过通常的印刷法或片形成方法，把绝缘层前驱体、电极层前驱体和衬底前驱体叠层，然后烧结所得的叠层，生产本发明的复合衬底。
通过先在具有平整表面的薄膜片上形成绝缘层的生坯片，在其上形成电极层前驱体，然后形成衬底前驱体并烧结，可以使所述绝缘层(介电层)表面平整。在这种情况下，由于衬底的厚度比绝缘层的厚度大得多，即板的另一个表面不受电极层的影响。
具有平整表面的薄膜片不特别限制，并且可以使用通常的树脂薄膜片。特别优选的是促进生坯剥离的具有耐化学性的片。
所述薄膜片的典型实例包括聚萘二甲酸乙二酯(PEN)薄膜、聚对苯二甲酸乙二酯薄膜(PET)薄膜、聚萘二甲酸乙二酯耐热薄膜；氟基均聚物薄膜如聚氯三氟乙烯(PCTFE:Neoflon CTFE,Daikin Industries,Ltd.的一种产品)、聚偏氟乙烯(PCDF:Denka DX薄膜，Denki KagakuKogyou Co.,Ltd.的一种产品)和聚氟乙烯(PVF:Tedora PVF薄膜，Du Pont Co.,Ltd.的一种产品)和共聚物如四氟乙烯-全氟乙烯基醚共聚物(PFA:Neoflon:PFA薄膜，Daikin Industries,Ltd.的一种产品)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP:Toroflon薄膜FEP型，TorayIndustries,Inc.的一种产品)、四氟乙烯-乙烯共聚物(ETFE：Tefzel ETFE薄膜，Du Pont Co.,Ltd.的一种产品；AFLEX薄膜，Asahi GlassCo.,Ltd.的一种产品)；芳族二羧酸-双酚共聚的芳族聚酯型聚丙烯酸酯薄膜(PAR:Casting,Kaneka Corporation制造的E1mec)、聚甲基丙烯酸甲酯薄膜(PMMA:Technolloy R526,Sumitomo Chemical Co.,Ltd.的一种产品)；含硫聚合物薄膜如聚砜(PSF:Smilite FS-1200,Sumitomo Chemical Co.,Ltd.的一种产品)和聚醚砜(PES:SmiliteFS-1300,Sumitomo Chemical Co.,Ltd.的一种产品)；聚碳酸酯薄膜(PC:Panlite,Teijin Chemicals Ltd.)；官能降冰片烯基树脂(ARTON,JSR Corporation的一种产品)；聚甲基丙烯酸树脂(PMMA)；烯烃-马来酰亚胺共聚物(TI-160,Tosoh Corporation的一种产品)、蜜亚胺(Aramika R:Asahi Chemical Industry Co.,Ltd.的一种产品)，聚酰亚胺氟化物、聚苯乙烯、聚氯乙烯和纤维素三醋酸酯。PEN薄膜和PET薄膜是特别优选的。
也可以使用含纤维素的片(如纸)并与所述片一起经过烧结。
薄膜片的厚度不特别限制，但是从加工角度来说，优选的是在100-400微米。
在烧结之前进行的粘合剂去除处理的条件可以是通常使用的那些条件。在还原气氛下进行烧结时，下列条件是优选的。
加热速度：5-500℃/h，优选的是10-400℃/h
保温温度：200-400℃，优选的是250-300℃
保温时间：0.5-24小时，优选的是5-20小时
气氛：在空气中
可以根据电极层浆料中所含导电材料的类型适当选择烧结气氛。在还原气氛下进行烧结时，所述烧结气氛优选的是含有作为主成分N2，1-10％的H2、以及通过在10-35℃的蒸气压下获得的H2O蒸汽。氧分压优选的是10-8-10-12乇。当氧分压低于上述范围时，在电极层中所用的导电材料引起异常烧结，从而在某些情况下，所述层破坏。当氧分压高于上述范围时，电极层容易被氧化。在氧化气氛下进行烧结时，以与在空气中进行烧结相同的方式进行烧结。
烧结时的保温温度优选的是800-1,400℃，更优选的是1,000-1,400℃，特别优选的是1,200-1,400℃。当保温温度低于上述范围时，电极层致密性差。当保温温度高于上述范围时，电极层容易破坏。烧结时的保温时间优选的是0.5-8小时，优选的是1-3小时。
所述复合衬底优选的是在还原气氛中烧结后经过退火。所述退火是一种重新氧化绝缘层的处理，通过退火，可以明显延长IR加速寿命。
在退火气氛中的氧分压优选的是10-6乇或更高，特别优选的是10-6-10-8乇。当氧分压低于上述范围时，绝缘层或介电层不容易重新被氧化。当其高于上述范围时，内部导体容易被氧化。
退火时的保温温度优选的是1,100℃或更低，更优选的是1,000-1,100℃。当保温温度低于上述范围时，绝缘层或介电层不能充分被氧化，从而降低复合衬底的寿命。当保温温度高于上述范围时，电极层被氧化，从而降低电流容量。此外，被氧化的电极层与绝缘层和介电层的基础材料反应，从而降低复合衬底的寿命。
所述退火可以只通过升温或降温进行。在这种情况下，保温时间为零，保温温度与最高温度同义。保温时间优选的是0-20小时，特别优选的是2-10小时。作为气氛，例如，潮湿的H2是优选的。
为了在除去粘合剂、烧结和退火的上述步骤中使N2气、H2气或混合气体潮湿，例如，可以使用湿润剂。在这种情况下，水温优选的是5-75℃。
除去粘合剂、烧结和退火的步骤可以连续或分别进行。
在连续进行所述步骤时，优选的是如下进行所述步骤。在粘合剂去除步骤之后，改变气氛而不冷却所述复合衬底，然后通过升温到烧结保温温度进行烧结。然后所得的复合衬底冷却并在温度达到退火保温温度时改变气氛后进行退火。
在分别进行所述步骤时，在粘合剂去除步骤后，把温度升高到预定保温温度，在所述保温温度下保温预定的时间，然后降低到室温。在这种情况下，去除粘合剂步骤的气氛与上述依次进行的过程的气氛相同。在退火步骤中，把温度升高到预定的保温温度，在所述保温温度下保温预定的时间，然后降低到室温。在这种情况下，退火步骤的气氛与上述依次进行的过程的气氛相同。此外，在上述依次进行的过程中，退火步骤或者粘合剂去除步骤可以分别进行。
如上所述可以获得所述复合衬底。
通过形成功能薄膜如发光薄膜、另一个绝缘层或另一个电极层，本发明的复合衬底可以制成薄膜EL器件。特别地，通过使用本发明复合衬底的绝缘层的介电材料可以获得具有良好特性的薄膜EL器件。由于本发明的复合衬底是用烧结材料制成的，所以，它适用于通过在所述衬底上形成作为功能薄膜的发光薄膜，并使所得的衬底经过热处理获得的薄膜EL器件。
为了获得使用本发明的复合衬底的薄膜EL器件，在所述复合衬底的绝缘层上按照下列顺序形成发光层、另一个绝缘层和另一个电极层。
作为发光层的材料，可以使用，例如，在Shosaku Tanaka的文章“显示器发展的最新趋势”，Monthly Display,1998,4月，PP.1-10中提出的那些材料。所述材料的特定实例包括用于发红光的ZnS和Mn/CdSSe，用于发绿光的ZnS:TbOF和ZnS:Tb，用于发蓝光的SrS:Ce、(SrS:Ce/ZnS)n、Ca2Ga2S4:Ce和Sr2Ga2S4:Ce。
对于白光发射，例如，SrS:Ce/ZnS:Mn是已知的。
首先，对于具有SrS:Ce制成的蓝色发光层的EL器件(这是在上述IDW(International Display Workshop)中研究的，1997,X.Wu,“Multicolor Thin-Film Ceramic Hybrid EL Displays”,593-596页)，应用本发明获得了特别优选的结果。
所述发光层的厚度不特别限制。然而，当所述厚度太大时，驱动电压降低，而当所述厚度太小时，发光效率降低。具体地，尽管取决于发光材料，优选的是所述厚度为100-1,000纳米，特别优选的是150-500纳米。
可以通过气相沉积法形成所述发光层。气相沉积法的说明性实例包括物理气相沉积法，如溅射或沉积，和化学气相沉积法，如CVD。当然，化学气相沉积法如CVD是优选的。
此外，如在上述IDW中详细描述的，当通过电子束沉积在H2S气氛下形成SrS:Ce发光层时，可以获得高纯度的发光层。
所形成的发光层优选的是经过热处理。可以在电极层、绝缘层和发光层叠层后，或者在电极层、绝缘层、发光层、另一个绝缘层、以及在某下情况下的另一个绝缘层叠层后，通过覆盖退火(capannealing)从衬底侧进行热处理。优选的是通过覆盖退火进行热处理。热处理温度优选的是600℃到衬底的烧结温度，更优选的是600-1,300℃，特别优选的是800-1,200℃。热处理时间在10-600分钟范围内，优选的是30-180分钟。退火气氛优选的是含有N2、Ar、He、或是含0.1％或更少O2的N2。
在所述发光层上形成的绝缘层优选的是具有108欧姆.厘米或更高的电阻率，特别优选的是1010-1018欧姆·厘米。此外，所述绝缘层优选的是用具有较高介电常数的材料制造。所述介电常数ε优选的是3-1,000。
所述绝缘层可以用如氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)、氧化钽(Ta2O5)、钛酸锶(SrTiO3)、氧化钇(Y2O3)、钛酸钡(BaTiO3)、钛酸铅(PbTiO3)、氧化锆(ZrO2)、氧氮化硅(SiON)、氧化铝(Al2O3)和铌酸铅(PbNb2O6)。
所述绝缘层用与形成上述发光层相同的方法用这些材料制造。在这种情况下，绝缘层的厚度优选的是50-1,000纳米，特别优选的是100-500纳米。
下面将参考附图描述本发明的复合衬底和薄膜EL器件的生产方法。
首先，如图1所示，在具有平整表面的薄膜片11上叠放绝缘层(介电层)生坯片，形成绝缘层(介电层)前驱体3。
然后，如图2所示，以预定的图形在其上印刷电极层浆料(电极层前驱体)2。
然后，如图3所示，把衬底生坯片1叠层到要求的厚度，形成衬底前驱体。因此，获得了复合层前驱体。
然后，如图4所示，从所得的复合衬底前驱体上剥离薄膜片11，然后按要求翻转，并经过粘合剂去除处理和烧结。在如上述的条件下进行粘合剂去除处理和烧结。也可以进行退火。
当所述薄膜片是含纤维素片(如纸)时，所得的复合衬底前驱体可以与所述薄膜片一起进行烧结。
在烧结后，获得一种复合衬底。此外，用下列方法获得薄膜EL器件。
首先，如图5所示，在所述复合衬底上形成发光层4。如上所述，可以通过电子束沉积形成发光层4。
然后，如图6所示，在发光层4上形成上绝缘层5，并且根据要求，使其上已经形成绝缘层5的衬底1经过热处理。可以在形成发光层4之后，或者在上绝缘层5上形成上电极层6等之后，进行热处理。
此后，如图7所示，在上绝缘层5上形成上电极层6。当上电极层6在热处理之后形成时，它不限于耐热材料，可以使用在采光方面最优选的透明导电膜。此外，所述电极层可以是金属薄膜，根据要求调整其厚度，以改善其透光性。
虽然上述实例说明了只存在一个发光层的情况，但是，薄膜EL层不限于所述构造。在薄膜厚度方向可以叠层多个发光层，或者多个不同类型的的发光层(像素)可以以矩阵的形式放在一起并放在一个平面内。
本发明的薄膜EL器件也可以应用于高性能、高清晰度显示器中，因为通过使用烧结获得的衬底材料使得容易获得能发出高强度蓝光的发光层，并且因为在其上叠层发光层的绝缘层具有平整的表面。此外，它可以以低生产成本用较简单的方法生产。此外，由于它能发出高效率、高强度的蓝光，可以与滤色器结合使用，形成白光发射器件。
作为滤色器，可以使用在LCD等中的滤色器等。可以根据EL器件发出的光调节滤色器的特性，来优化光的采集和颜色纯度。
此外，在使用能屏蔽可能被EL器件材料和荧光转换层吸收的短波外来光的滤色器时，可以改进所述EL器件的耐光性和显示对比度。
光学薄膜，如介电多层薄膜，可以代替滤色器。
荧光转换滤色膜用于通过吸收来自EL器件的光并从所述荧光转换滤色膜中所含的荧光材料放出光，来改变发光颜色。它包含粘合剂、荧光材料和吸光材料。
作为荧光材料，基本使用具有高荧光量子效率的荧光材料，在EL发光波长范围内具有高吸收率的荧光材料是希望的。从实用观点来看，染料激光器是合适的，可以使用若丹明基化合物、二萘嵌苯基化合物、花青基化合物、酞青基化合物(包括亚酞青)、萘酰亚胺(naphthaloimide)基化合物、稠环烃基化合物、稠杂环化合物、苯乙烯基化合物和香豆素基化合物。
所述粘合剂基本用不引起猝灭的材料制造，优选的是可能通过照相平板印刷术或印刷产生精细图案的粘合剂。
只有在所述荧光材料的光吸收不够时使用吸光材料。所述吸光材料选自不引起猝灭的材料。
本发明的薄膜EL器件一般是脉冲驱动或交流驱动的，外加电压为50-300伏。
附带地，虽然已经在上述实例中描述了薄膜EL器件作为所述复合衬底的应用之一，本发明的复合衬底不限于该应用，并且可以用于各种电材料。例如，它可以用于薄膜/厚膜混合高频线圈器件等。
实施例
下面将描述本发明的实施例。在下面的实施例中的EL结构是使用薄膜法在所述复合衬底的绝缘层表面顺序叠层发光层、上绝缘层和上电极。
实施例1
把钛酸钡粉末与粘合剂(丙烯树脂)和溶剂(松油醇)混合制备一种介电层浆料，来制备介电层前驱体。使用所述浆料通过流延法，在具有平整表面的PET薄膜上形成介电层生坯片。把多个生坯片叠在一起，达到预定的厚度。
然后，把钯粉末与粘合剂(乙基纤维素)和溶剂(松油醇)混合制备的电极层浆料以条纹的方式印刷在生坯叠层上。通过把氧化铝粉末与粘合剂混合制备一种浆料来制备衬底前驱体，形成衬底生坯片，然后叠层。使用与介电层浆料相同组成的浆料制备另一种衬底前驱体。通过在其上印有电极层的介电层前驱体上叠层衬底前驱体制备复合衬底生坯。所制备的复合衬底生坯经过在260℃空气中8小时的粘合剂去除处理，然后在1,340℃空气中烧结2小时。所制备的复合衬底的电极层和衬底的厚度分别约为30微米和约1.5毫米。
通过在250℃加热的复合衬底上用掺Mn的ZnS靶溅射，形成厚度为0.7微米的ZnS荧光材料基薄膜，把所得的复合衬底在600℃的真空中加热10分钟，并随后通过溅射依次在所述复合衬底上形成Si3N4薄膜作为第二绝缘层和ITO薄膜作为第二电极，生产一种EL器件。
从所得器件结构中取出印刷并烧结的电极和ITO透明电极，并向所述电极施加50微秒的脉冲宽度为1kHz的电场，测量发光性能。此外，为了测量介电层的电学特性，制备另一样品，其方法是：在上述复合衬底的介电层上以条纹形式印刷另一个电极图案使得所述电极图案之一以直角与另一个电极图案相交，干燥所形成的电极图案并烧结所得的复合衬底。
如上所述制备的复合衬底的介电层的电学特性和使用所述复合衬底制备的电致发光器件的发光性能表示于表1中。
实施例2
用与实施例1相同的方法制备一种复合衬底和使用所述复合衬底制备的电致发光器件，但是，在制备实施例1的介电层前驱体过程中，把BaTiO3在与粘合剂混合之前与预定量的MnO、MgO和V2O5在水中混合。所得的发光性能表示于表1。
实施例3
用与实施例1相同的方法制备一种复合衬底和使用所述复合衬底制备的电致发光器件，但是，使用含有Y2O3的实施例2的电介质。所得的发光性能表示于表1。
实施例4
用与实施例1相同的方法制备一种复合衬底和使用所述复合衬底制备的电致发光器件，但是，使用含有(Ba0.5、Ca0.5)SiO3的实施例3的电介质。所得的发光性能表示于表1。
实施例5
用与实施例1相同的方法制备一种复合衬底和使用所述复合衬底制备的电致发光器件，但是，使用含有(Ba0.4、Ca0.6)SiO3的实施例3的电介质。所得的发光性能表示于表1。
实施例6
使用实施例4的电介质和衬底前驱体并用Ni粉代替Pd粉，制备一种介电层浆料。在含有N2、5％的H2、和通过35℃的蒸气压获得的H2O气的气氛中进行烧结。使用10-8乇的氧分压。烧结后，在含有N2和通过35℃的蒸气压获得的H2O气的气氛中在1,050℃进行3小时的再氧化。再氧化过程中所用的氧分压也是10-8乇。除了这些以外，用与实施例1相同的方法制备一种复合衬底和使用所述复合衬底制备的电致发光器件。所得的发光性能表示于表1。
实施例7
用与实施例1相同的方法制备一种复合衬底和使用所述复合衬底制备的电致发光器件，但是，使用实施例4的介电质前驱体和电极层浆料以及与所述介电质前驱体浆料组成相同的浆料来制备衬底前驱体。所得发光性能表示于表1。
表1
衬底材料 下电极 介电层     添加剂 烧结条件 介电层厚度
实施例1     Al2O3     Pd  BaTiO3厚膜     无 1,340℃，在空气中     30
实施例2     Al2O3     Pd  BaTiO3厚膜     MnO,MgO,V2O5  1,340℃，在空气中     25
实施例3     Al2O3     Pd  BaTiO3厚膜     实施例2+Y2O3  1,340℃，在空气中     29
实施例4     Al2O3     Pd  BaTiO3厚膜 实施例3+(Ba,Ca)SiO3  1,340℃，在空气中     31
实施例5     Al2O3     Ni  BaTiO3厚膜 与实施例4中相同 1,340℃，还原气氛     32
实施例6 与介电层相同     Pd  BaTiO3厚膜 与实施例4中相同 1,340℃，在空气中     28
对比实施例1 兰色平板玻璃     Al Y2O3薄膜 - -     0.6
对比实施例2 兰色平板玻璃     Al  Si3N4薄膜 - -     0.6
表1(续表
相对介电常数 tanδ(％) 介电强度(V/μm) 荧光层的热处理温度(℃) 发光引发电压(V) 施加210V电压时的亮度
实施例1  2.420  3.1  15  600  105  1,030
实施例2  2,310  1.4  30  600  145  1,050
实施例3  2,050  1.5  40  600  140  1,300
实施例4  2,260  1.2  45  600  120  1,250
实施例5  2,320  1.3  50  600  135  1,350
实施例6  2,670  0.8  65  600  130  1,470
对比实施例1  12  1.1  370 -  186  150
对比实施例2  8  1.0  720 -  192  60
如上所述，根据本发明，提供一种复合衬底，其中，绝缘层表面不受电极层的影响，它既不需要研磨过程也不需要溶胶-凝胶过程的处理，并容易生产，在其中使用所述复合衬底时，可以提供一种显示质量高的薄膜EL器件；还提供一种使用该衬底的薄膜EL器件；以及所述器件的生产方法。

Claims (17)

1．一种复合衬底，包括衬底；镶嵌在所述衬底中的电极层，其镶嵌方式使得所述电极层和所述衬底在一个平面上；以及在所述衬底和所述电极层的复合体表面上形成的绝缘层。
2．根据权利要求1的复合衬底，其中，所述绝缘层包含介电常数为1000或更大的电介质。
3．根据权利要求1或2的复合衬底，其中，所述绝缘层含有钛酸钡作为主要成分。
4．根据权利要求3的复合衬底，其中，所述绝缘层含有至少一种选自由氧化镁、氧化锰、氧化钨、氧化钙、氧化锆、氧化铌、氧化钴、氧化钇和氧化钡组成的组中的成分作为次要成分。
5．根据权利要求3和4的复合衬底，其中，所述绝缘层含有至少一种选自由SiO2、MO(假定M是至少一种选自Mg、Ca、Sr和Ba的元素)、Li2O和B2O3组成的组中的成分作为次要成分。
6．根据权利要求1-5的任一项的复合衬底，其中，所述绝缘层含有钛酸钡作为主要成分，和至少一种选自由氧化镁、氧化锰、氧化钇、氧化钡和氧化钙以及氧化硅组成的组中的成分作为次要成分；并且氧化镁含量用MgO表示为0.1-3摩尔，氧化锰含量用MnO表示为0.05-1.0摩尔，氧化钇含量用Y2O3表示为不大于1摩尔，用BaO表示的氧化钡含量和用CaO表示的氧化钙的用量和为2-12摩尔，氧化硅含量用SiO2表示为2-12摩尔，以100摩尔钛酸钡(以BaTiO3计)为基准。
7．根据权利要求3的复合衬底，其中，以BaTiO3、MgO、MnO和Y2O3的总含量为基准，用(BaxCa1-xO)y·SiO2(假定x满足0.3≤x≤0.7，且y满足0.95≤y≤1.05)表示，BaO、CaO和SiO2的总含量为1-10重量％。
8．根据权利要求1-7的任一项的复合衬底，是一种通过烧结由片形成方法或印刷法形成的叠层获得的厚膜。
9．根据权利要求1-8的任一项的复合衬底，通过在绝缘层上形成功能薄膜，然后在600℃到衬底的烧结温度或更低的温度下加热所述功能薄膜获得的。
10．一种薄膜EL器件，包含根据权利要求1-6的任一项中的复合衬底、和在所述复合衬底上顺序形成发光层、另一个绝缘层和另一个电极层。
11．根据权利要求10的薄膜EL器件，其中，所述的电极层包含至少一种选自由Ag、Au、Pd、Pt、Cu、Ni、W、Mo、Fe和Co组成的组中的材料，或Ag-Pd、Ni-Mn、Ni-Cr、Ni-Co和Ni-Al合金中的任一种。
12．一种生产薄膜EL器件的方法，包括下列步骤：
通过一种厚膜形成方法在具有平整表面的薄膜片上形成第一个绝缘层前驱体；
在其上形成第一种图形化的电极层前驱体；
在其上形成衬底前驱体，使所述叠层经过去除粘合剂的处理并烧结，获得在所述衬底上形成有第一个电极层和第一个绝缘层的复合衬底；和
在所述第一个绝缘层上再依次叠层一个发光层，第二个绝缘层和第二个电极层，获得所述薄膜EL器件。
13．生产根据权利要求10的薄膜EL器件的方法，其中，在形成权利要求2的第二个绝缘层或第二个电极层之后，在600℃到衬底烧结温度或更低的温度下进行热处理。
14．根据权利要求12或13的生产薄膜EL器件的的方法，其中，所述衬底前驱体是一种衬底生坯片，含有至少一种选自由氧化铝(Al2O3)、二氧化硅玻璃(SiO2)、氧化镁(MgO)、块滑石(MgO·SiO2)、镁橄榄石(2MgO·SiO2)、莫来石(3Al2O3·2SiO2)、氧化铍(BeO)、锆石、以及Ba基、Sr基和Pb基钙钛矿组成的组中的成分。
15．根据权利要求12-14的任一项的生产薄膜EL器件的方法，其中，衬底前驱体主要成分的组成与绝缘层相同。
16．根据权利要求12-15的任一项的生产薄膜EL器件的方法，其中，所述电极层前驱体包含至少一种选自由Ag、Au、Pd、Pt、Cu、Ni、W、Mo、Fe和Co组成的组中的成分，或Ag-Pd、Ni-Mn、Ni-Cr、Ni-Co和Ni-Al合金中的任一种。
17．根据权利要求12-16的任一项的生产薄膜EL器件的方法，其中，所述烧结温度范围为1,100-1,400℃。
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