CN1697583A - 发光器件和显示装置 - Google Patents
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Abstract
一种发光器件，其具有在基材上顺序层叠的第一电极，介电层，荧光体层和第二电极，所述的介电层由一种具有钙钛矿结构的结晶物质组成的介电材料制成，在钙钛矿结构中通过x－射线衍射获得的c－轴晶格常数大于a－轴晶格常数。
Description
技术领域
本发明涉及一种当将电压施加于无机荧光体时发射出光的发光器件，和涉及一种采用这种发光器件的显示装置。
背景技术
采用无机荧光体例如硫化锌作为发光元件的发光器件(场致发光器件，下文称作“EL器件”)为自发射和具有极好的清晰度，宽的视角，和快响应的特性。由于这些特性，EL元件广泛适用于电视显示器，个人电脑显示器，和其它类型的显示装置中的应用。结果，已经提出了多种建议以提供实用低成本的，高亮度的EL器件。
一种典型的EL器件具有建立在基础基材上的第一电极层，包括介电层和无机荧光体层的发射层，和第二电极层。这种类型的EL元件的发射亮度与施加于荧光体层上的电压成比例地增加。因此，假如提高所施加的电压以增加亮度，如下所描述，重要的是介电层的介电强度特性。
当在第一电极和第二电极之间施加发射驱动器电压Va时，施加到荧光体层的电压Vp和施加到介电层的电压Vi可以通过下面的等式(1-1)和(1-2)确定：
Vp＝((εi*dp)/((εi*dp+εp*di))*Va (1-1)
Vi＝((εp*di)/((εp*di+εi*dp))*Va (1-2)
其中εi为介电层的介电常数，εp为荧光体层的介电常数，di为介电层的厚度，和dp为荧光体层的厚度。(例如，参见Dictionary of Flat PanelDisplays(Tatsuo Uchida，Heiju Uchiike，eds.，Kogyo Chosakai，2001年10月25日)中386页。)
正如从等式(1-1)和(1-2)中所知道的，为了提高施加到荧光体层的电压Vp和提高输出亮度，必须提高介电层的介电常数εi和降低层厚度di，和介电层的介电强度必须等于电压Vi或以上。为了获得提供高亮度的介电层，如何降低介电层的厚度同时获得高介电强度是一个必须解决的重要技术问题。
一种通常被建议的方法是通过溅射或其它薄膜沉积技术形成介电层。然而，如在日本专利公开出版物2001-196184中所教导的，由于通过薄膜沉积形成的低密度的介质晶体，介电层的介电强度低。结果，当将高电压施加到荧光体层时，介电层损坏，且不能提高输出亮度。为了解决这个问题，日本专利公开出版物2001-196184教导了采用一种厚膜沉积方法形成介电层，以增加介电层的密度，因此提高绝缘击穿电压。
更具体而言，将分散在粘合剂树脂中的Ba2AgNbO15粉末的电介质糊料丝网印刷到氧化铝基材上，然后在1100℃退火，以形成高密度的介电层。通过这种方法，在介电层表面形成1μm或以上的粗糙(或粗糙度)。然后，在具有1μm或以上的粗糙(或粗糙度)的介电层上形成荧光体层时，当随后施加驱动电压时，发生荧光体层的绝缘击穿。因此，必须抛光和光滑介电层的表面，以便所有的表面粗糙(或粗糙度)小于1μm。因此，可以获得高亮度。
在日本专利公开出版物2001-196184中所教导的常规EL元件的一个问题是由于在1100℃退火介电层，必须采用具有高耐热性的特殊基材，且材料的费用由此上升。
另外，还需要在退火以后用于光滑介电层表面的单独方法。这增加了生产步骤，因此增加了生产费用。
发明内容
发明概述
本发明旨在解决现有技术的这些问题，且本发明的一个目的在于提供一种EL器件，借此可以同时达到降低的费用和提高的亮度。再一个目的是提供一种采用这种EL器件的显示装置。
根据本发明的EL器件具有包括荧光体层和介电层的发射层，和一对电极，所述的一对电极用于向所述的荧光体层施加电场。该介电层由具有钙钛矿结构的结晶物质组成，在钙钛矿结构中c-轴的晶格常数大于a-轴的晶格常数。这同时提供高亮度和低设备费用。
根据本发明的显示装置为一种具有发光器件和驱动电路的无源矩阵显示装置，所述的发光器件由有条纹的第一电极，介电层，荧光体层，和垂直于第一电极的有条纹的第二电极组成，且所述的驱动电路用于在第一电极和第二电极之间施加驱动电压，因此使荧光体层发射光。这种发光器件的介电层由具有钙钛矿结构的结晶物质组成的介电材料制成，在钙钛矿结构中通过X射线衍射得到的c-轴的晶格常数大于a-轴的晶格常数。这同时提供高亮度和低设备费用。
根据本发明这样包含的EL器件和显示装置由于介电层的高绝缘击穿电压而提供高亮度，且由于可以采用低成本的通用的玻璃基材而提供降低的成本。因此本申请人的发明提供广泛适合电视和其它显示器的高亮度和低单位成本。
附图说明
通过参考下面结合附图一起给出的说明和权利要求书，本发明的其它的目的和成就以及更详尽的理解将变得显而易见和可以感知的，其中相同部件由相同的参考数字表示。
图1为根据本发明的EL器件的剖面图；
图2所示为在本发明中所采用的一种介电材料的晶体结构的示意图；
图3A为环境温度与这种EL器件中的亮度之间的关系曲线图，和图3B所示为在图3A曲线图中所绘制的测量数据；
图4为在介电层的部分角度范围内的x-射线衍射图；
图5A为比较发射亮度和在介电层中所采用的介质晶体的晶格常数比c/a的曲线图，和图5B显示了在图5A曲线图中所绘制的测量数据；
图6为亮度和在介电层中所采用的介质晶体的(002)和(200)平面的x-射线衍射强度比之间的关系曲线图；
图7A为关联介电层的x-射线衍射图中的标准表面(indexed surfaces)和衍射强度的曲线图，和图7B显示了在图7A中所绘制的测量数据；
图8A为亮度和介电层的厚度之间关系的曲线图，和图8B显示了在图8A中所绘制的测量数据；
图9A为亮度和根据本发明的介电层的表面粗糙度之间关系的曲线图，和图9B显示了在图9A中所绘制的测量数据；
图10为根据本发明的第二实施方案的EL器件的剖面图；
图11为根据本发明的第三实施方案的EL器件的剖面图；
图12所示为根据本发明的第四实施方案的显示装置主要部分的示意图；
图13为根据本发明的第四实施方案变体的显示装置的剖面图；
图14为根据本发明的第四实施方案另一个变体的显示装置的剖面图；和
图15为在介电层的制备过程中通过有晶种层的EL器件和没有晶种层的EL器件的介电层的厚度的氧气浓度分布曲线图。
优选实施方案描述
下面参考附图，描述本发明的优选实施方案。注意的是，实际上相同部件由相同的参考数字表示。
实施方案1
图1为根据本发明的第一实施方案的EL器件的剖面图。这种EL器件16，含在基础基材11上顺序层叠的为条纹图案的第一电极的背面电极12，通过介电材料的薄膜沉积形成的介电层13，由无机荧光体制成的荧光体层14，和为条纹图案的第二电极的透明的正面电极15。在相互垂直的方向上，对背面电极12和正面电极15刻上条纹。当在背面电极12和正面电极15之间施加电压时，从在所选择的背面电极12和所选择的正面电极15的相交部分的背面电极12发射出的光17通过正面电极15被发射出。
下面进一步描述这种EL器件16的构件。
基材11可以为陶瓷基材，经过耐热加工从而获得高温耐热性的塑料基材，玻璃基材，或在EL器件中通常采用的任何其它基材。特别是非碱性(nonalkaline)玻璃由于它的高机械强度和低的材料费用是理想的。
背面电极12由导体例如Pt，Pd，Au，Ir，Rh，或Ni制成。还可以使用这些导体的层叠构造，或这些导体的组合。根据本申请也可以使用透明的电极材料。
正面电极15由任何光学上透明的导电材料例如ITO(掺杂有SnO2的In2O3)，InZnO，或氧化锡制成。假如光从基材11侧发射出，可以互换这里所描述的背面电极12和正面电极15的材料。
用于介电层13的介电材料可以为任何具有通式为ABO3的钙钛矿结构的晶体介电材料。特别是，钛酸钡(BaTiO3)，钛酸锶钡((Ba，Sr)TiO3)，钛酸铋(BiTiO3，Bi4Ti3O12，其中Bi∶Ti＝4∶3)，钛酸锶(SrTiO3)，和钛酸镧铋((Bi，La)TiO3，其中Bi∶La∶Ti＝3.35∶0.75∶3)具有极好的介电特性，绝缘击穿电压特性，和薄膜沉积特性。另外，任何这些掺杂有2至20原子百分比的Ca，Mg，Bi，或Zr的介电材料是尤其优选的，因为由于环境温度变化而造成的亮度变化小。
图3A显示了采用掺杂有约5原子百分比的Ca，Mg，Bi，和Zr的BaTiOX3的EL器件的亮度和环境温度之间的关系。图3B显示了在图3A曲线图中所绘制的测量数据。正如从图3A中所知道的，相对于环境温度的变化，所有的采用掺杂介电材料的EL器件显示比采用未掺杂的BaTiOX3的EL器件少的亮度变化。
由于下面的原因，优选用薄膜沉积方法例如溅射，CVD，或MOCVD形成介电层13。
(a)这些方法提供介电层13增加的密度，因此改善了绝缘击穿电压和绝缘特性。
(b)可以使用低费用的具有低耐热性的玻璃基材，因为沉积温度低，即600℃或以下。
(c)所得到的介电层13的表面粗糙度低且表面光滑，消除了对介电层13的单独的光滑方法的需要。
通过广泛的试验，本发明人发现介电层13的介电特性和绝缘击穿电压特性与形成该介电层的介电材料的微晶结构和晶体取向具有有强相关性。因此下面进一步描述根据本发明的介电层13的优选的晶体结构和晶体取向。
用x-射线衍射分析晶体结构和晶体取向。图4为通过x-射线衍射测量法获得的衍射图的实例。该衍射图的峰值根据介质晶体中的晶格面的晶面间距出现。通过衍射图确定a-轴和c-轴的晶格常数，c-轴的晶格常数和a-轴的晶格常数的比c/a(下面简称作c/a)用来评价晶体结构，并且研究亮度和BaTiO3，(Ba，Sr)TiO3，BiTiO3，Bi4Ti3O12，SrTiO3，和(Bi，La)TiO3的c/a之间的相关性。结果，本申请人发现优选的是其中c-轴的晶格常数大于a-轴的晶格常数的介电层的晶体结构。
图5A和5B显示了亮度和(Ba，Sr)TiOX3晶体的晶格常数的c/a之间的相关性。正如在图5A和5B中所示的，当晶格常数比c/a大于1时器件发射光，在c/a为1.004时发射的亮度急剧地增加，且在c/a比为1.006或以上时获得300cd/m2或以上的亮度。从其它所研究的电介质中获得相似的结果。
通常，对于移动电话中的背后照明，理想的是150cd/m2或以上，对于个人电脑显示器应用，理想的是300cd/m2或以上，和对于在电视显示器中的应用，需要500cd/m2或以上的亮度。
因此，为了启动和维持恒定的亮度水平，介电层13的晶体结构的晶格常数比c/a必须为1.004或以上。
而且，为了获得150cd/m2或以上的亮度，1.005或以上的晶格常数比c/a是理想的，为了获得300cd/m2或以上的亮度，1.006或以上的晶格常数比c/a是理想的。
接下来参考图6，本发明人研究了亮度和强度比Ic/Ia之间的相关性，其中Ic/Ia用来评价晶体取向，且为来自(200)平面(垂直于a-轴的平面)的x-射线衍射强度与来自(002)平面(垂直于c-轴的平面)的x-射线衍射强度之间的比率。结果，本发明人发现：将c-轴垂直于基本上平行于基材表面的介电层表面定向产生了更高的介电常数，因此是优选的。
例如，亮度和(Ba，Sr)TiO3的衍射强度比Ic/Ia之间的相关性示于图6。注意的是，其中化学式(Ba，Sr)TiO3是指BaTiO3和SrTiO3的固溶体，且更具体而言表示(Ba1-xSrx)TiO3。
从图7A和7B，本发明人知道在x-射线衍射强度比Ic/Ia为0.4时亮度急剧增加。从其它介电材料观察到相似的结果。因此，优选定向在介电层13中的介电材料的晶体取向，以便c-轴垂直于基本上平行于基材的介电层表面，且优选x-射线衍射强度比Ic/Ia为0.4或以上。
应当注意的是，在块状(bulk)BaTiO3的粉末x-射线衍射数据的情况下，所述的BaTiO3为典型的钙钛矿结构的电介质，来自晶体的(002)平面的x-射线衍射强度Ic为12.0，来自晶体的(200)平面的x-射线衍射强度Ia为37.0，且强度比Ic/Ia＝0.32。此外，对于Ba0.775r0.23TiO3，Ic/Ia＝0.07。因为两个平面的x-射线衍射峰重叠，块状Ba0.5Sr0.5TiO3为立方晶系，c＝a，和Ic/Ia＝1。
上面所描述的晶体的晶格常数比c/a和X射线衍射强度比Ic/Ia用Rigaku Denki衍射仪测量。在下列条件下，采用具有x-射线输出装置的Cu-Ka x-射线进行测量：60kV，40mA；0.2°/分钟的x-射线扫描速度；用于检波的1°散射缝隙和平行缝隙；和0.30mm宽的接受器缝隙。计算出等于峰衍射强度减去基线的差值的衍射强度，以确定x-射线衍射强度比。
本发明人还研究了亮度和介电层13的层厚度之间的相关性。结果示于图8A和8B中。正如从图8A和8B中所知道的，当介电层13的厚度为1μm或以上时，存在亮度的激增，当层厚度达到9μm时，存在亮度随后的下降。这是因为在薄于1μm时，绝缘击穿电压低，因此不能向介电层13施加足够的驱动电压，且发射出的亮度下降。相反地，假如层厚度超过9μm，施加到荧光体层14的电压下降，发射出的亮度因此下降。因此，优选介电层13的厚度在的1μm至9μm范围内，其中可以获得300cd/m2或以上的高亮度。
样品1至19号发射出的亮度和介电层13的厚度之间的关系示于表1。
表1
| 样品号 | 介电层 | 荧光体层 | X-射线衍射特性 | 亮度(cd/m2) | |||
| 组成 | 厚度(μm) | 组成 | 厚度(μm) | c/a | Ic/Ia | ||
| 1 | (Ba，Sr)TiO3 | 1 | SrS：Ce | 1 | 1 | 1 | 0 |
| 2 | (Ba，Sr)TiO3 | 1 | SrS：Ce | 0.5 | 1.001 | 0.4 | 20 |
| 3 | (Ba，Sr)TiO3 | 1 | SrS：Ce | 1 | 1.004 | 0.4 | 301 |
| 4 | (Ba，Sr)TiO3 | 3 | SrS：Ce | 0.5 | 1.009 | 1.1 | 485 |
| 5 | (Ba，Sr)TiO3 | 3 | SrS：Ce | 1 | 1.008 | 1.2 | 530 |
| 6 | (Ba，Sr)TiO3 | 5 | SrS：Ce | 0.5 | 1.008 | 1.5 | 485 |
| 7 | (Ba，Sr)TiO3 | 5 | SrS：Ce | 1 | 1.006 | 1.55 | 561 |
| 8 | (Ba，Sr)TiO3 | 9 | SrS：Ce | 0.5 | 1.01 | 1.6 | 580 |
| 9 | (Ba，Sr)TiO3 | 9 | SrS：Ce | 1 | 1.009 | 1.56 | 590 |
| 10 | (Ba，Sr)TiO3 | 3 | ZnS：Mn | 0.5 | 1.007 | 1.52 | 465 |
| 11 | (Ba，Sr)TiO3 | 3 | ZnS：Mn | 1 | 1.002 | 0.33 | 50 |
| 12 | (Ba，Sr)TiO3 | 3 | ZnS：Mn | 0.5 | 1.002 | 0.3 | 46 |
| 13 | (Ba，Sr)TiO3 | 3 | ZnS：Mn | 1 | 1.001 | 0.28 | 12 |
| 14 | (Ba，Sr)TiO3 | 3 | ZnS：Mn | 0.5 | 1.004 | 0.4 | 165 |
| 15 | SrTiO3 | 3 | SrS：Ce | 1 | 1.008 | 1.41 | 466 |
| 16 | SrTiO3 | 3 | SrS：Ce | 0.5 | 1.007 | 1.5 | 436 |
| 17 | SrTiO3 | 3 | SrS：Ce | 1 | 1.006 | 1.4 | 421 |
| 18 | SrTiO3 | 3 | ZnS：Mn | 0.5 | 1.006 | 1.38 | 426 |
| 19 | SrTiO3 | 3 | ZnS：Mn | 1 | 1.009 | 1.58 | 558 |
图9A和9B所示为比较亮度与靠近荧光体层14的介电层13的平均表面粗糙度(下面的“表面粗糙度”)的试验结果。正如从图9A和9B所知道的，亮度在表面粗糙度为0.4μm或以下时增加，0.3μm的表面粗糙度提供300cd/m2的亮度，和0.2μm的表面粗糙度提供500cd/m2的亮度。当表面粗糙度小于0.2μm时，亮度基本上维持不变。而且，当表面粗糙度为0.4μm或以上时，基本上没有光发出。这是因为假如介电层13的表面粗糙度大，荧光体层14的绝缘击穿电压就低，且因为荧光体层14会损坏，所以不能施加高电压。因此，为了获得300cd/m2或以上的亮度，表面粗糙度必须为0.3μm或以下。另外，为了获得500cd/m2或以上的亮度，表面粗糙度必须为0.2μm或以下。
介电层的表面粗糙度用针式表面剖面测量仪(stylus-type surfaceprofiler)(例如Dektak，ULVAC Corp.)测量。小于0.1μm的层厚度，例如晶种层和缓冲层，通过用TEM或SEM的横截面观察来测量。也可以使用针式表面剖面测量仪测量厚度为0.1至0.5μm的EL器件层的层厚度。
本发明人还发现通过使介电层13的近表面部分为非晶体的，可以降低表面粗糙度的变化且达到可靠性的显著改善。使介电层13的表面部分为非晶形的方法包括：在沉积介电层13以后反向溅射(reversesputtering)，和在薄膜沉积的最后阶段中对基材11施加高频偏压。可以通过如下方法确定表面部分是否为非晶形：例如，采用分析电子显微镜，仅向垂直于表面深度(厚度)方向的剖面的表面部分发射电子束。认为那些其中不能观察到任何圆点但是可以观察到光环的区域为非晶相。
接下来描述采用溅射技术制各这种介电层13的方法。
在最初的膜沉积阶段，向基材11施加高频偏压，在基材11中种植介质晶体的晶种，即晶核，然后切断高频偏压，并且沉积电介质到理想的厚度。通过这样在形成晶种后沉积薄膜，介质晶体更加容易地生长，且可以形成具有0.3μm或以下的良好表面粗糙度的高密度介电层13。注意的是，在沉积薄膜的同时而不是仅在步骤的开始，重复形成晶种制备了具有更加均匀密度的层。这种技术在沉积厚介电层时尤其有效。
表2所示为发射出的亮度和晶种层膜厚度之间的相关性的研究结果。正如从表2中所知道的，其中形成晶种的每一个样品比其中没有形成晶种的样品显示出高的亮度。这是因为晶种的形成增加了介电层13的密度，因此产生更高的绝缘击穿电压。薄于1nm的晶种层是不理想的，因为形成的晶种具有很小的作用和亮度下降。相反地，厚于100nm的晶种层也是不理想的，因为膜中的内应力提高，且介电层13倾向于与基材11分离。因此优选晶种层的厚度为1nm至100nm。
表2
| 样品号 | 介电层沉积条件 | 介电层 | 荧光体层 | 亮度(cd/m2) | |||
| 基材温度(℃) | 偏压功率(W) | 晶种形成时间(秒) | 组成 | 厚度(μm) | |||
| 20 | 600 | 200 | 60 | BaTiO3 | 3 | SrS：Ce | 450 |
| 21 | 500 | 300 | 80 | BaTiO3 | 3 | SrS：Ce | 450 |
| 22 | 400 | 300 | 80 | BaTiO3 | 3 | SrS：Ce | 450 |
| 23 | 500 | 300 | 100 | (Ba，Sr)TiO3 | 3 | SrS：Ce | 450 |
| 24 | 400 | 300 | 80 | (Ba，Sr)TiO3 | 3 | SrS：Ce | 450 |
| 25 | 400 | 300 | 80 | (Ba，Sr)TiO3 | 1 | SrS：Ce | 450 |
| 26 | 400 | 300 | 80 | (Ba，Sr)TiO3 | 9 | SrS：Ce | 450 |
| 27 | 600 | - | - | BaTiO3 | 3 | SrS：Ce | 120 |
| 28 | 500 | - | - | BaTiO3 | 3 | SrS：Ce | 30 |
| 29 | 400 | - | - | BaTiO3 | 3 | SrS：Ce | 10 |
| 30 | 500 | - | - | (Ba，Sr)TiO3 | 3 | SrS：Ce | 70 |
| 31 | 400 | - | - | (Ba，Sr)TiO3 | 3 | SrS：Ce | 15 |
假如通过CVD或MOCVD形成介电层13，将下面的源材料用来沉积BaTiO3，(Ba，Sr)TiO3，BiTiO3，Bi4Ti3O12，SrTiO3，或(Bi，La)TiO3。将溅射用于晶种形成。
介电层材料包括以下：醇化物例如Ti(OiC3H7)4，Ba(OCH3)2，Ta(OiC2H5)5，Sr(OCH3)2，La(OiC3H7)3，Zr(OiC3H7)4；或Ba(METHD)2，Ba(THD)2，Sr(METHD)2，Sr(THD)2，Ti(MPD)(THD)2，Ti(MPD)(METHD)2，Ti(THD)2(OiPr)2，BiPh3，Bi(MMP)3，Bi(Ot-Am)3，La(EDMDD)3，Pb(METHD)2，Pb(THD)2，Zr(METHD)4，Zr(THD)2，Zr(MTHD)4，Zr(Ot-Bu)4，Zr(MMP)4，或(Zr，Ti，Ba，Sr)2-乙基己酸盐。
注意的是，在上述中使用下面的缩写：
METHD：1-(2-)2，2，6，6-四甲基-3，5-庚二酮酸盐(heptandionate)
MTHD：1-(甲氧基)-2，2，6，6-四甲基-3，5-庚二酮酸盐
THD：2，2，6，6-四甲基-3，5-庚二酮酸盐
MPD：2-甲基-2，4-戊烷二氧化物(pentanedioxide)
MMP：1-甲氧基-2-甲基-2-丙醇盐
EDMDD：6-乙基-2，2-二甲基-3，5-癸二酮酸盐(decadionate)
OD：辛烷-2，4-二酮酸盐(dionate)
ND：壬烷-2-4-二酮酸盐
Ti(THD)2(OiPr)2：Ti(THD)2(OiC3H7)2
BiPh3：三苯基铋
Bi(Ot-Am)3：Bi(OtC5H11)3
Zr(Ot-Bu)4：Zr(OtC4H9)4
在EL器件中例如上面所描述的介电层13是理想的，因为这种介电层13能够向荧光体层14施加高电压，因此提供高亮度。另外，可以在介电层13上直接形成荧光体层14。因此，光滑方法例如磨光介电层13是不必要的，且可以降低生产成本。
图15所示为通过本发明中介电层13的厚度方向的氧浓度分布曲线。使用(Ba，Sr)TiO3介电层，显示了膜中从膜表面到基材的氧浓度。将俄歇光谱测量法用来确定氧水平，但本发明不会这样限制。例如，可以在从膜表面蚀刻的同时测量氧浓度。正如从图15所知道的，本发明的介电层在基材界面的氧浓度高于比较例中的。这归功于晶种的植入，导致吸收更高的氧浓度。这里采用的比较例的介电层在同样的条件下形成，除了没有形成晶种。与比较例中的相比，本发明的介电层到处具有还有更高的氧浓度。
因此，假如In为在根据本发明的形成晶种的基材界面的氧浓度，和Io为在没有晶种形成的基材界面的氧浓度，通过确保In/Io＞＝1.1可以形成高亮度，耐高电压的膜。
而且，假如Ibn为当根据本发明形成晶种时膜中的氧浓度，和Ibo为当没有形成晶种时膜中的氧浓度，通过确保Ibn/Ibo＞＝1.05可以形成高亮度，耐高电压的膜。
因此，该氧浓度也影响晶体的特性，可以是提供高亮度和高绝缘击穿电压的一个因素。
在本发明中可以使用任何通常常规已知的荧光体，包括具有添加发光中心例如Mn，Cr，或其它过渡金属元素，或Eu，Ce，或其它稀土金属元素的硫化物例如ZnS：Mn，Cu，SrS，BaAl2S4，和CaS，或氧化物例如ZnO，Y2O3，和ZnSiO4。具体的荧光体的实例显示如下。
蓝色荧光体可以包括SrS：Cu，SrS：Cu，Ag，ZnS：Tm，BaAlS4：Eu，和CaGa2S4：Ce。蓝-绿色荧光体可以包括ZnS：Cu和SrS：Ce。绿色荧光体可以包括ZnS：Tb，F，ZnS：Tb，和ZnS：TbOF。红色荧光体可以包括CaS：Eu，CaSSe：Eu，和ZnS：Mn。白色荧光体可以包括一组至少一种上面所描述的蓝色荧光体，至少一种上面所描述的绿色荧光体，和至少一种上面所描述的红色荧光体。
实施方案2
图10为根据本发明的第二实施方案的EL器件102的剖面图。这种EL器件102仅在背面电极12和介电层13之间具有所提供的缓冲层101方面不同于第一实施方案中的EL器件。注意的是，其中与图1中相同的部件由相同的参考数字表示。
通过化学式MgxSi1-xO(其中0.9＜＝x＜＝1)描述缓冲层101的组成。在这种组成的缓冲层101上形成介电层13在电介质中提供良好的晶体特性和晶体取向特性。在这种化学式以外的组成扰乱了NaCl结构或为MgO的基础结构的面心立方晶结构(dcc结构)的晶体结构，因此使晶体取向降级，因此是不理想的。
表3所示为研究样品32至51的缓冲层101的膜厚度与亮度之间关系的试验结果。优选该缓冲层101的厚度为1nm至100nm。假如缓冲层101低于1nm厚，该缓冲层101几乎不能促进晶体生长，因此亮度低。而且，假如该缓冲层101高于100nm厚，亮度下降。因此，当该缓冲层101的为1nm至100nm厚时，可以获得300cd/m2或以上的高亮度。可以通过溅射或其它合适的沉积方法形成该缓冲层101。
表3
| 样品号 | 介电层 | MgxSil-xO | 荧光体层 | 晶格常数比c/a | 亮度(cd/m2) | |
| x | 厚度(nm) | |||||
| 32 | (Ba，Sr)TiO3 | 0.98 | 5 | SrS：Ce | 1.009 | 560 |
| 33 | (Ba，Sr)TiO3 | 0.95 | 5 | SrS：Ce | 1.008 | 510 |
| 34 | (Ba，Sr)TiO3 | 0.92 | 5 | SrS：Ce | 1.008 | 440 |
| 35 | (Ba，Sr)TiO3 | 0.90 | 5 | SrS：Ce | 1.007 | 453 |
| 36 | (Ba，Sr)Ti03 | 0.98 | 5 | SrS：Ce | 1.008 | 524 |
| 37 | (Ba，Sr)TiO3 | 0.98 | 5 | SrS：Ce | 1.006 | 450 |
| 38 | (Ba，Sr)TiO3 | 0.98 | 5 | SrS：Ce | 1.007 | 465 |
| 39 | (Ba，Sr)TiO3 | 0.85 | 5 | SrS：Ce | 1.002 | 50 |
| 40 | (Ba，Sr)TiO3 | 0.98 | 5 | SrS：Ce | 1.002 | 46 |
| 41 | (Ba，Sr)TiO3 | 0.98 | 5 | SrS：Ce | 1.001 | 12 |
| 42 | (Ba，Sr)TiO3 | 0.88 | 5 | SrS：Ce | 1.004 | 165 |
| 43 | Bi4Ti3O12 | 0.98 | 5 | SrS：Ce | 1.008 | 466 |
| 44 | Bi4Ti3O12 | 0.95 | 5 | SrS：Ce | 1.007 | 436 |
| 45 | Bi4Ti3O12 | 0.92 | 5 | SrS：Ce | 1.006 | 421 |
| 46 | Bi4Ti3O12 | 0.90 | 5 | SrS：Ce | 1.006 | 426 |
| 47 | Bi4Ti3O12 | 0.99 | 5 | SrS：Ce | 1.009 | 558 |
| 48 | Bi4Ti3O12 | 0.98 | 0.5 | SrS：Ce | 1.001 | 8 |
| 49 | Bi4Ti3O12 | 0.98 | 0.8 | SrS：Ce | 1.002 | 20 |
| 50 | Bi4Ti3O12 | 0.98 | 110 | SrS：Ce | 1.006 | 68 |
| 51 | Bi4Ti3O12 | 0.98 | 130 | SrS：Ce | 1.007 | 44 |
实施方案3
图11为根据本发明的第三实施方案的EL器件112的剖面图。与第一和第二实施方案的EL器件相比，这种EL器件112与图1和图10中所显示的EL器件相同，不同之处在于：在基材11和由包含Pt，Pd，Au，Ir，Rh和Ni中一种的导体制成的背面电极12之间提供底层111。
底层111为一种厚度为5nm至50nm的Ti，Co或Ni的膜。提供这种底层111改善了基材11和背面电极12之间的粘附。
实施方案4
图12所示为根据本发明的第四实施方案的采用EL器件的显示装置的主要部分。这种显示装置121是一种无源矩阵驱动显示装置，含多个在平面矩阵中所提供的如上面第一至第三实施方案任何一种方案所述的EL器件122，数据信号驱动电路123，和操作信号驱动电路124。将有条纹的背面电极12与操作信号驱动电路124连接，和将垂直于背面电极12的有条纹的正面电极15与数据信号驱动电路123连接。将从数据信号驱动电路123输出的数据信号电压，和从操作信号驱动电路124输出的操作信号电压施加于一个具体的背面电极12和正面电极15，以便使在这些电极的交叉处的EL器件发射光。
如图13所示，通过采用具有在正面电极15的顶部提供的颜色变化层131的EL器件，可以获得可以显示在绿色到红色范围内的颜色的显示装置。另外，假如采用发射白光的EL器件，如图14所示，通过在正面电极15上提供红、蓝，绿色滤色片(color filter)141，可以提供全色显示装置。
因此通过本发明，可以提供一种适合在电视监视器和其它类型的显示装置中使用的高亮度，低成本的显示装置。
具体实施方式
下面描述一些具体的实施例。
(实施例1)
下面描述根据本发明第一实施例的EL器件。通过下面的步骤制备这种具有如图1所示的结构的EL器件16。
(a)将0.635mm厚和2.54cm*2.54cm(1”平方)的商购非碱性玻璃基材(以下，“玻璃基材”)用作基材11。
(b)在基材11上以同样的次序溅射Ta和Pt层，以形成背面电极12。下面的Ta层为30nm厚，和上面的Pt层为200nm厚。
(c)在通过采用(Ba，Sr)TiO3电介质作为溅射靶材溅射100秒，同时向基材11施加高频偏压形成晶种以后，停止高频偏压，并继续溅射另外的60分钟以沉积介电层。
(d)然后，再向基材11施加高频偏压，同时溅射另外的100秒，以便使介电层的表面成非晶形的。从而在背面电极12上形成介电层13。
沉积介电层时的溅射条件包括：在约1.6Pa(12毫托)的溅射压力下，采用流比为25∶0.5的混合氩：氧气体作为溅射气体。溅射功率在晶种形成过程中为500W，和在膜沉积过程中为2kW。高频偏压为300W，和基材温度为500℃。
结果，晶种层的厚度约为10nm，且形成介电常数为510，击穿电压为3×106V/cm和平均表面粗糙度为0.08μm的介电层13。
在该介电层中的晶体的晶格常数比c/a为1.007，和该晶体结构的(002)和(200)平面之间x-射线衍射强度比Ic/Ia为0.7。
(e)然后，通过采用高频磁控管溅射技术在介电层13上溅射作为溅射靶材的SrS：Ce(其中Ce为约1.5摩尔％)荧光体，形成约500nm厚的荧光体层14。溅射气体为0.53Pa(4毫托)溅射压力的氩；玻璃基材温度为300℃。
(f)然后，在荧光体层14上溅射ITO薄膜，以便由ITO膜形成正面电极15，并且完成EL器件16。
当将50μsec脉冲宽度的200V，1-kHz的AC电压施加到所得到的EL器件16时，所测得的亮度为500cd/m2。即使当施加300V时，也没有观察到绝缘击穿。
(实施例2)
通过前述的方法制备图10所示的EL器件，不同之处在于缓冲层101。
通过在背面电极12上溅射组成为Mg0.98Si0.02O的靶材，形成缓冲层101。
当将50μsec脉冲宽度的200V，1-kHz的AC电压施加到所得到的EL器件16时，所测得的亮度为524cd/m2。
根据本发明的EL器件可以低成本同时提供高亮度的情况下制备，因此广泛适用作在例如数字照相机，移动电话，PDA，个人电脑，电视和汽车中所使用的显示装置中的表面发射光源，和用作液晶显示器的背光。
尽管本发明已经通过参考附图结合其优选的实施方案进行了描述，但应当注意的是，对于本领域的技术人员而言，各种变化和改进是显而易见的。应当理解的是，这些变化和改进包括在后附的权利要求所限定的本发明的范围内，除非它们背离了该范围。
Claims (85)
1.一种发光器件，其包括：
发射层，其包括：
荧光体层；和
介电层，其由一种具有钙钛矿结构的结晶物质组成，在钙钛矿结构中c-轴的晶格常数大于a-轴的晶格常数；和
一对电极，用于向所述的荧光体层施加电场。
2.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述的c-轴的晶格常数至少为a-轴的晶格常数的1.004倍。
3.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述的c-轴的晶格常数至少为a-轴的晶格常数的1.006倍。
4.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述的c-轴是基本上垂直于介电层的表面定向的。
5.根据权利要求1所述的发光器件，其中在介电层表面上的x-射线衍射强度中，来自所述的结晶物质的垂直于c-轴的平面或(002)平面的衍射强度分别至少为来自所述的结晶物质的垂直于a-轴的平面或(200)平面的最大衍射强度的0.4倍。
6.根据权利要求1所述的发光器件，其中靠近所述的荧光体层的介电层表面的平均表面粗糙度为0.3μm或以下。
7.根据权利要求1所述的发光器件，其中靠近所述的荧光体层的介电层的表面部分为非晶形的。
8.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述的介电层为1μm至9μm厚。
9.根据权利要求1所述的发光器件，进一步包括在所述的一对电极的一个电极和介电层之间提供的包含一种复合氧化物MgxSi1-xO(其中0.9＜＝x＜＝1)的缓冲层。
10.根据权利要求9所述的发光器件，其中所述的缓冲层的厚度为1nm至100nm。
11.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述的介电层包含选自钛酸钡，钛酸锶钡，钛酸铋，钛酸锶，和钛酸镧铋中的至少一种介电材料。
12.根据权利要求11所述的发光器件，其中用选自Ca，Mg，Bi，和Zr中的至少一种元素掺杂所述的介电材料。
13.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述的发射层进一步包括用于形成介电层的晶种层。
14.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述的发射层进一步包括在介电层形成过程中各自沉积的多个晶种层。
15.根据权利要求1所述的发光器件，进一步包括：
基材和粘附层，其中
在所述的基材上形成所述的一对电极的背面电极，
在所述的背面电极上形成所述的发射层，和
在所述的基材和背面电极之间形成所述的粘附层。
16.根据权利要求15所述的发光器件，其中所述的粘附层由Ti，Co，或Ni组成。
17.根据权利要求16所述的发光器件，其中所述的背面电极由包含Pt，Pd，Au，Ir，Rh，Ni，和Ag中任何一种的导体制成。
18.根据权利要求1所述的发光器件，进一步包括在所述的一对电极的顶部电极上形成的颜色变换层，其中在发射层上形成所述的顶部电极。
19.根据权利要求18所述的发光器件，进一步包括在所述的颜色变换层上形成的滤色层。
20.根据权利要求1所述的发光器件，进一步包括在其上形成所述的发射层和一对电极的玻璃基材。
21.一种发光器件，其包括：
发射层，其包括：
荧光体层；和
介电层，其由具有钙钛矿结构的结晶物质组成，所述的钙钛矿结构具有定向基本上垂直于介电层的表面定向的c-轴，所述的介电层的表面基本上平行于在其上形成所述的发射层的基材的表面；和
一对电极，用于向所述的荧光体层施加电场。
22.根据权利要求21所述的发光器件，其中所述的c-轴的晶格常数至少为a-轴的晶格常数的1.004倍。
23.根据权利要求21所述的发光器件，其中所述的c-轴的晶格常数至少为a-轴的晶格常数的1.006倍。
24.根据权利要求21所述的发光器件，其中所述的结晶物质的c-轴的晶格常数大于a-轴的晶格常数。
25.根据权利要求21所述的发光器件，其中在介电层表面上的X射线衍射强度中，来自所述的结晶物质的垂直于c-轴的平面或(002)平面的衍射强度分别至少为来自所述的结晶物质的垂直于a-轴的平面或(200)平面的最大衍射强度的0.4倍。
26.根据权利要求21所述的发光器件，其中靠近所述的荧光体层的介电层表面的平均表面粗糙度为0.3μm或以下。
27.根据权利要求21所述的发光器件，其中靠近所述的荧光体层的介电层的表面部分为非晶形的。
28.根据权利要求21所述的发光器件，其中所述的介电层为1μm至9μm厚。
29.根据权利要求21所述的发光器件，进一步包括在所述的一对电极的一个电极和介电层之间提供的包含一种复合氧化物MgxSi1-xO(其中0.9＜＝x＜＝1)的缓冲层。
30.根据权利要求29所述的发光器件，其中所述的缓冲层的厚度为1nm至100nm。
31.根据权利要求21所述的发光器件，其中所述的介电层包含选自钛酸钡，钛酸锶钡，钛酸铋，钛酸锶，和钛酸镧铋中的至少一种介电材料。
32.根据权利要求31所述的发光器件，其中用选自Ca，Mg，Bi和Zr中的至少一种元素掺杂所述的介电材料。
33.根据权利要求21所述的发光器件，其中所述的发射层进一步包括用于形成介电层的晶种层。
34.根据权利要求21所述的发光器件，其中所述的发射层进一步包括在介电层形成过程中各自沉积的多个晶种层。
35.根据权利要求21所述的发光器件，进一步包括：
粘附层，其中
在所述的基材上形成所述的一对电极的背面电极，
在所述的背面电极上形成所述的发射层，和
在所述的基材和背面电极之间形成所述的粘附层。
36.根据权利要求35所述的发光器件，其中所述的粘附层由Ti，Co，或Ni组成。
37.根据权利要求36所述的发光器件，其中所述的背面电极由包含Pt，Pd，Au，Ir，Rh，Ni，和Ag中任何一种的导体制成。
38.根据权利要求21所述的发光器件，进一步包括在所述的一对电极的顶部电极上形成的颜色变换层，其中在所述的发射层上形成所述的顶部电极。
39.根据权利要求38所述的发光器件，进一步包含在所述的颜色变换层上形成的滤色层。
40.根据权利要求21所述的发光器件，其中所述的基材为在其上形成发射层和一对电极的玻璃基材。
41.一种发光器件，其包含：
发射层，其包括：
荧光体层；和
介电层，其由具有钙钛矿结构的结晶物质组成，其中在介电层表面上的X射线衍射强度中，来自所述的结晶物质的垂直于c-轴的平面或(002)平面的衍射强度分别至少为来自所述的结晶物质的垂直于a-轴的平面或(200)平面的最大衍射强度的0.4倍；和
一对电极，用于向所述的荧光体层施加电场。
42.根据权利要求41所述的发光器件，其中所述的c-轴的晶格常数至少为a-轴的晶格常数的1.004倍。
43.根据权利要求41所述的发光器件，其中所述的c-轴的晶格常数至少为a-轴的晶格常数的1.006倍。
44.根据权利要求41所述的发光器件，其中所述的介电层主要由一种c-轴被定向为基本上垂直于介电层的表面的晶体组成。
45.根据权利要求41所述的发光器件，其中所述的c-轴的晶格常数大于a-轴的晶格常数。
46.根据权利要求41所述的发光器件，其中靠近所述的荧光体层的介电层表面的平均表面粗糙度为0.3μm或以下。
47.根据权利要求41所述的发光器件，其中靠近所述的荧光体层的介电层的表面部分为非晶形的。
48.根据权利要求41所述的发光器件，其中所述的介电层为1μm至9μm厚。
49.根据权利要求41所述的发光器件，进一步包括在所述的一对电极的一个电极和介电层之间提供的包含一种复合氧化物MgxSi1-xO(其中0.9＜＝x＜＝1)的缓冲层。
50.根据权利要求49所述的发光器件，其中所述的缓冲层的厚度为1nm至100nm。
51.根据权利要求41所述的发光器件，其中所述的介电层包含选自钛酸钡，钛酸锶钡，钛酸铋，钛酸锶，和钛酸镧铋中的至少一种介电材料。
52.根据权利要求51所述的发光器件，其中用选自Ca，Mg，Bi，和Zr中的至少一种元素掺杂所述的介电材料。
53.根据权利要求41所述的发光器件，其中所述的发射层进一步包括用于形成所述的介电层的晶种层。
54.根据权利要求41所述的发光器件，其中所述的发射层进一步包括在介电层形成过程中各自沉积的多个晶种层。
55.根据权利要求41所述的发光器件，进一步包括：
基材和粘附层，其中
在所述的基材上形成所述的一对电极的背面电极，
在所述的背面电极上形成所述的发射层，和
在所述的基材和背面电极之间形成所述的粘附层。
56.根据权利要求55所述的发光器件，其中所述的粘附层由Ti，Co，或Ni组成。
57.根据权利要求56所述的发光器件，其中所述的背面电极由包含Pt，Pd，Au，Ir，Rh，Ni，和Ag中任何一种的导体制成。
58.根据权利要求41所述的发光器件，进一步包括在所述的一对电极的顶部电极上形成的颜色变换层，其中在发射层上形成所述的顶部电极。
59.根据权利要求58所述的发光器件，进一步包括在所述的颜色变换层上形成的滤色层。
60.根据权利要求41所述的发光器件，进一步包括在其上形成所述的发射层和一对电极的玻璃基材。
61.一种发光器件，其包括：
发射层，其包括：
荧光体层；和
介电层，其由具有钙钛矿结构的结晶物质组成，其中靠近荧光体层的介电层的表面部分为非晶形的；和
一对电极，用于向所述的荧光体层施加电场。
62.根据权利要求61所述的发光器件，其中所述的钙钛矿结构的c-轴的晶格常数至少为钙钛矿结构的a-轴的晶格常数的1.004倍。
63.根据权利要求61所述的发光器件，其中所述的钙钛矿结构的c-轴的晶格常数至少为钙钛矿结构的a-轴的晶格常数的1.006倍。
64.根据权利要求61所述的发光器件，其中所述的c-轴是基本上垂直于介电层的表面定向的。
65.根据权利要求61所述的发光器件，其中在介电层表面上的X射线衍射强度中，来自所述的结晶物质的垂直于c-轴的平面或(002)平面的衍射强度分别至少为来自所述的结晶物质的垂直于a-轴的平面或(200)平面的最大衍射强度的0.4倍。
66.根据权利要求61所述的发光器件，其中靠近所述的荧光体层的介电层表面的平均表面粗糙度为0.3μm或以下。
67.根据权利要求61所述的发光器件，所述的钙钛矿结构的c-轴的晶格常数大于a-轴的晶格常数。
68.根据权利要求61所述的发光器件，其中所述的介电层为1μm至9μm厚。
69.根据权利要求61所述的发光器件，进一步包括在所述的一对电极的一个电极和介电层之间提供的包含一种复合氧化物MgxSi1-xO(其中0.9＜＝x＜＝1)的缓冲层。
70.根据权利要求69所述的发光器件，其中所述的缓冲层的厚度为1nm至100nm。
71.根据权利要求61所述的发光器件，其中所述的介电层包含选自钛酸钡，钛酸锶钡，钛酸铋，钛酸锶，和钛酸镧铋中的至少一种介电材料。
72.根据权利要求71所述的发光器件，其中用选自Ca，Mg，Bi，和Zr中的至少一种元素掺杂所述的介电材料。
73.根据权利要求61所述的发光器件，其中所述的发射层进一步包括用于形成所述的介电层的晶种层。
74.根据权利要求61所述的发光器件，其中所述的发射层进一步包括在介电层形成过程中各自沉积的多个晶种层。
75.根据权利要求61所述的发光器件，进一步包括：
基材和粘附层，其中
在所述的基材上形成所述的一对电极的背面电极，
在所述的背面电极上形成所述的发射层，和
在所述的基材和背面电极之间形成所述的粘附层。
76.根据权利要求75所述的发光器件，其中所述的粘附层由Ti，Co，或Ni组成。
77.根据权利要求76所述的发光器件，其中所述的背面电极由一种包含Pt，Pd，Au，Ir，Rh，Ni，和Ag中任何一种的导体制成。
78.根据权利要求61所述的发光器件，进一步包括在所述的一对电极的一个顶部电极上形成的颜色变换层，其中在发射层上形成所述的顶部电极。
79.根据权利要求78所述的发光器件，进一步包括在所述的颜色变换层上形成的滤色层。
80.根据权利要求61所述的发光器件，进一步包括在其上形成所述的发射层和一对电极的玻璃基材。
81.一种无源矩阵驱动型显示装置，其包括：
发光器件，其具有多个相互平行的第一电极，介电层，荧光体层，和多个相互平行的第二电极，所述的多个第二电极横穿所述的多个相互平行的第一电极；和
驱动电路，用于在所述的多个相互平行的第一电极的一个第一电极和所述的多个相互平行的第二电极的一个第二电极之间施加驱动电压，以照亮荧光体层，
其中所述的介电层由具有钙钛矿结构的结晶物质组成的介电材料制成，在钙钛矿结构中c-轴的晶格常数大于a-轴的晶格常数。
82.根据权利要求81所述的显示装置，其中所述的c-轴的晶格常数至少为a-轴的晶格常数的1.004倍。
83.根据权利要求81所述的显示装置，其中所述的c-轴的晶格常数至少为a-轴的晶格常数的1.006倍。
84.根据权利要求81所述的显示装置，其中所述的介电层主要由一种c-轴被定向为基本上垂直于介电层表面的晶体组成。
85.根据权利要求81所述的显示装置，其中在介电层表面上的X射线衍射强度中，来自所述的结晶物质的垂直于c-轴的平面或(002)平面的衍射强度分别至少为来自所述的结晶物质的垂直于a-轴的平面或(200)平面的最大衍射强度的0.4倍。
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