CN1864266A - 载有球的薄膜无机发光材料电致发光器件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电致发光显示装置，所述装置使用嵌入在柔性电绝缘基质中的介电球。每一球状介电颗粒具有从所述基质顶面凸出的第一部分和从所述基质底面凸出的第二部分。在每一球状介电颗粒的第一部分上沉积电致发光的无机发光材料层，并且连续导电的、基本上透明的电极层位于在所述电致发光的无机发光材料层的顶面上和位于所述电致发光的无机发光材料层的顶面之间的柔性电绝缘基质区域上。连续导电的电极层涂布于所述球状介电颗粒的第二部分上和位于所述球状介电颗粒的第二部分之间的柔性电绝缘基质区域上。

Description

载有球的薄膜无机发光材料电致发光器件
             相关美国专利申请的交叉引用
本专利申请要求2003年9月5日申请的、题为“载有球的薄膜无机发光材料电致发光器件”的美国临时专利申请的优先权，并将其加入本文作为参考。
                  技术领域
本发明涉及薄膜电致发光器件(thin film electroluminescentdevices)的材料和结构，更具体地说本发明涉及载有球的薄膜无机发光材料电致发光(SSTFEL)器件(sphere-supported thin film phosphorelectroluminescent devices)。
                      背景技术
薄膜电致发光(TFEL)器件通常由沉积在绝缘基质上的层状堆叠薄膜组成。这些薄膜包括透明电极层和电致发光(EL)层结构，其包括夹在一对绝缘层之间的EL无机发光材料。第二电极层完成了该层状结构。在矩阵寻址的TFEL板中正面和背面的电极形成通过电子驱动器施加电压的行和列的垂直排列，并且当以超过阈值电压施加足够的电压时在行和列之间的重叠区由EL无机发光材料发光。
TFEL器件具有寿命长(至半光(half-brightness)为50,000小时或更长)、操作温度范围宽、对比度高、视角宽和亮度高的优点。
在设计EL器件时，基质、层压层和这些层之间的界面必须满足许多不同的要求。为了提高电致发光性能，绝缘层的介电常数应该高。然而为了可靠地工作，需要自愈合操作(self-healing operation)，其中电击穿限制在EL器件的很小的局部区域：覆盖该介电层的电极材料在该局部区域失效，从而进一步防止击穿。仅特定的介电和电极组合具有该自愈合特性。在无机发光材料和绝缘层之间的界面，需要材料之间具有相容性以促进电荷注入和电荷捕获，并且防止在操作期间在高电场的影响下以及在制备该EL期间所需的温度下原子物质相互扩散。
标准的EL薄膜绝缘体，例如SiO2、Si3N4、Al2O3、SiOxNy、SiAlOxNy和Ta2O5通常具有在3-60的范围内的相对介电常数(K)，我们将其称之为低K电介质。这些电介质由于相对低的介电常数而不总是提供最佳的EL性能。第二类电介质称作高K电介质，具有较高的性能。这类包括诸如SrTiO3、BaTiO3、PbTiO3等材料，它们通常具有在100-20,000的范围内的相对介电常数，并且是具有钙钛矿型结构的结晶。尽管所有这些电介质呈现足够高的优值(定义为击穿电场和相对介电常数之积)以在高电场存在下起作用，在制备EL器件可能需要的高加工温度的情况下不是所有的这些材料都具有足够的化学稳定性和相容性。同样，难以形成高介电常数绝缘层作为具有良好击穿保护性的薄膜。
基质对TFEL器件也是非常重要的。玻璃基质已大规模生产。在大大高于500℃的温度下，玻璃软化并且由于玻璃内的应力可能发生机械变形。为此，TFEL无机发光材料的最大加工温度非常重要。发黄光的ZnS:Mn TFEL显示装置可以与玻璃基质相容，然而，许多TFEL无机发光材料需要更高的加工温度。实例包括发蓝光的BaAl2S4:Eu，它通常在750℃下退火(Noboru Miura，MitsuhiroKawanishi，Hironaga Matsumoto和Ryotaro Nakano，Jpn.J.Appl.Phys.，Vol.38(1999)pp.L1291-L1292)，和发绿光的Zn2Si0.5Ge0.5O4:Mn，它在700℃或更高下退火(A.H.Kitai、Y.Zhang、D.Ho、D.V.Stevanovic、Z.Huang、A.Nakua，Oxide Phosphor Green EL Devices on GlassSubstrates，SID99 Digest，p596-599)。
可以使用除玻璃之外的基质，并且Wu在美国专利No.5,432,015中教导将陶瓷基质例如氧化铝片用于TFEL器件。在这些器件中，制备厚膜、高介电常数的电介质。这些电介质厚度为20μm并通过丝网印刷和溶胶-凝胶法的组合沉积在金属化氧化铝基质上，并且通常基于含铅材料例如PbTiO3和相关化合物。尽管，由于它们的厚度，这些电介质具有良好的击穿保护性，但是它们限制了位于介电层顶部的无机发光材料的加工温度，需要700℃或更高的加工温度的无机发光材料在这些温度下可能受到电介质制品的污染。同样，陶瓷的基质成本比玻璃的高，特别是长或宽大于～30cm的大尺寸陶瓷，这是由于难以控制大陶瓷片的破裂和翘曲。
尽管也可能考虑对于加工温度下会软化的玻璃基质(通常大于500-600℃)，但是玻璃也将发生翘曲或压缩，特别是如果需要较长退火时间的话。
喷雾干燥是一种陶瓷合成工艺，其对广泛的陶瓷材料提供球状或者几乎球状的陶瓷颗粒。它通过雾化溶液或浆液并通过将所得液滴悬浮在热气中将它们中的水分蒸发以制得颗粒。图1显示了该喷雾干燥设备的示意图。
该喷雾干燥方法主要包括四个主要步骤，每一步都影响最终产品性能。这四步是：浆液制备、雾化、蒸发和颗粒分离。
在喷雾干燥BaTiO3颗粒的情况下，浆液的质量对雾化步骤和最终球状颗粒的性能的影响很大(Stanley J.Lukasiewicz，″Spray-DryingCeramic Powders″，J.Am.Ceram.Soc.，72(4)617-624，1989)。该浆液是由分散在蒸馏水中的超细BaTiO3初级粒子制得的。小心以确保均匀分散的浆液。如果存在聚集体，必须通过磨碎步骤(milling procedure)将它们除去。如果需要的话，应向该浆液中加入有机分散剂，它可以通过库仑力或范德华力或氢键附着在这些颗粒的表面上，从而使浆液保持在抗絮凝状态。浆液的两个重要性能是固体的体积百分数和浆液的粘度。这两个相互矛盾的参数必须最佳化以获得最佳喷雾干燥颗粒。
雾化在图1的②中进行，由大液体产生许多小液滴。最终表面积与体积比的增加使得能够快速除去液滴的水分。当在图1的⑦中将该加料喷雾到干热空气(150-200℃)中时，在喷雾的每一液滴表面上快速形成一饱和蒸汽膜。蒸发通常在10-30秒钟内结束，这是干燥气体从干燥室的入口到出口的时间。然后，将干燥颗粒与干燥空气分离并收集在旋风分离器中(图1的⑧⑨)。
喷雾干燥的主要优点是球状或接近球状的颗粒形状并且在10-500μm的范围内的精密控制的粒径分布(David.E.Oakley，″produce uniform particles by spray drying″，Chemical engineeringprogress，Oct.，p48-54，1997)。通过调整加工参数可以控制喷雾干燥颗粒的表面修饰。通过调整开始的初级粒子可以使颗粒的粒径保持在亚微米的范围内。在喷雾干燥之后完成陶瓷颗粒的烧结，并且通常观察到颗粒的生长取决于烧结温度和时间。
由于成本低、重量轻和坚固，因此将柔性聚合物基质用于电子显示装置是理想的，作为载体，由于消除了与玻璃相关的损伤，因此它们也具有安全的优点。在柔性基质上制备显示装置也具有能够辊对辊加工(roll-to-roll processing)的优点，这是一种低成本的批量生产方法。
众所周知在塑料基质上的EL器件，其中在两个电极之间沉积粉末无机发光材料层。它们被称之为粉末EL器件，用于低亮度灯和液晶显示装置的背光。
目前的粉末EL灯是基于ZnS:Cu(S.Chadha，Solid StateLuminescence，A.H.Kitai，editor，Chapman and Hall，pp.159-227)。在这些粉末中，Cu2-xS形成图2所示的内含物，由于它们是具有尖端的导体(尖部半径≤50埃)，因此它们起电场增强剂的作用。
操作期间，这些Cu2-xS尖端失去它们的尖度，并且电场降低，导致发光较弱。使用光学显微镜仔细观察，A.G.Fischer(A.G.Fischer，J.Electrochem.Soc.，118，1396，1971)观察到远离尖端延伸的彗星状发光，随着无机发光材料老化其长度降低。
其它报道(S.Roberts，J.Appl.Phys.，28，245，1957)显示了在有水份时这些无机发光材料的离子扩散和与之相关的劣化。
图3显示了可以从粉末EL获得的观察的时间依赖性发光。
通过用Cl、Mn和其它离子在ZnS:Cu中适当共激活，可以改变该颜色以获得蓝色、绿色和黄色发光(参见表1)。
表1已知呈现EL的粉末无机发光材料
  无机发光材料   激发   颜色
  ZnS:Cu，Cl(Br，I)ZnS:Cu，Cl(Br，I)ZnS:Cu，ClZnS:Cu，Cu，ClZnSe:Cu，ClZnSSe:Cu，ClZnCdS:Mn，Cl(Cu)ZnCdS:Ag，Cl(Au)ZnS:Cu，Al   ACACACAC和DCAC和DCAC和DCACACAC   蓝色绿色黄色黄色黄色黄色黄色蓝色蓝色
图4显示一典型的可商购的灯。尽管已开发了改进的封装技术以减少水分渗透，然而自从二十世纪五十年代以来在亮度或稳定性方面没有重大的改进。
因此，提供不需要高温基质并且提供机械柔性的TFEL器件结构是非常有益的。这种器件将具有TFEL器件的优异稳定性、高亮度和阈值电压特性，并且具有塑料基质的低成本、轻的重量和坚固性。
                     发明内容
本发明的目的是开发SSTFEL器件，它包括基本上球状的介电颗粒(优选球状BaTiO3颗粒)和聚合物基质。
为了实现该目的，使用球状喷雾干燥的BaTiO3颗粒作为原料。在烧结和过筛之后，在单分散的BaTiO3球的顶面上沉积氧化物无机发光材料层并退火。接着将涂布无机发光材料的该球嵌入到聚丙烯膜中。通过沉积正面透明ITO电极和背面的金电极完成该功能SSTFEL器件。
本发明提供了一种电致发光显示装置，其包括：
具有相对表面的柔性电绝缘基质；
嵌入于所述柔性电绝缘基质中的一排大致球状的介电颗粒，每一所述球状介电颗粒具有从所述相对表面的一个表面凸出的第一部分和从所述相对表面的另一表面凸出的第二部分；
沉积在所述每一球状介电颗粒的第一部分上的电致发光的无机发光材料层；
位于所述电致发光的无机发光材料层的顶面上和位于所述电致发光的无机发光材料层的顶面之间的柔性电绝缘基质区域上的连续导电的、基本上透明的电极层；和
涂布于所述球状介电颗粒的第二部分上和位于所述球状介电颗粒的第二部分之间的柔性电绝缘基质区域上的连续导电的电极层，在所述连续导电的、基本上透明的电极层和所述连续导电的电极层之间施加电压的装置。
本发明还提供一种电容器，其包括：
具有相对表面的柔性电绝缘基质；
嵌入于所述柔性电绝缘基质中的一排大致球状的介电颗粒，每一所述球状介电颗粒具有从所述相对表面的一个表面凸出的第一部分和从所述相对表面的另一表面凸出的第二部分；
覆盖所述球状介电颗粒的第一部分和位于所述球状介电颗粒的第一部分之间的柔性电绝缘基质区域的第一连续导电层；
覆盖所述球状介电颗粒的第二部分和位于所述球状介电颗粒的第二部分之间的柔性电绝缘基质区域的第二连续导电的电极层。
本发明还提供一种p-n半导体器件，其包括：
具有相对表面的柔性电绝缘基质；
一排大致球状的由n-型半导体制得的半导体颗粒，它们嵌入在所述柔性电绝缘基质中，每一球状半导体颗粒具有从所述相对表面的一个表面凸出的第一部分和从所述相对表面的另一表面凸出的第二部分；
p-型半导体层，其沉积在所述每一球状半导体颗粒的第一部分上；
位于所述p-型半导体层的顶面上和位于所述p-型半导体层的顶面之间的柔性电绝缘基质区域上的第一连续导电的电极层；和
涂布在所述球状半导体颗粒的第二部分上和位于所述球状半导体颗粒的第二部分之间的柔性电绝缘基质区域上的第二连续导电的电极层，在所述第一和第二连续导电的电极层之间施加电压的装置。
                      附图简述
以下将仅通过实施例描述本发明，并参考如下的附图，其中：
图1是用于制备本发明所用的球状介电颗粒的喷雾干燥***的示意图；
图2显示现有技术ZnS:Cu粉末无机发光材料中的Cu2-xS内含物；
图3是显示现有技术粉末EL电池的保持曲线(maintenance curve)的图；
图4是具有柔性塑料和铝箔构造的典型的现有技术AC粉末EL灯的结构；
图5是根据本发明制备的SSTFEL结构的示意图；
图6a是SSTFEL结构的另一实施方式的横截面图；
图6b是SSTFEL结构的一个实施方式的俯视图；
图7显示在制备本发明的SSTFEL显示装置的方法中使用的具有54μm直径和18μm深凹点的高纯度Al2O3板；
图8显示制备pp-BT复合片的一种嵌入方法；
图9是显示SSTFEL显示装置在60Hz下驱动的亮度和发光效率的图；
图10是显示SSTFEL显示装置在600Hz下驱动的亮度和发光效率的图；
图11是显示具有双ITO层的SSTFEL结构的示意图；
图12是显示具有聚丙烯-陶瓷复合结构的柔性TFEL显示装置的制备过程的示意图；
图13是显示具有聚丙烯-陶瓷复合结构的柔性TFEL显示装置的制备过程中进一步步骤的示意图；
图14是显示具有聚丙烯-陶瓷复合结构的柔性TFEL显示装置的制备过程中进一步步骤的示意图；和
图15显示使用图12-14中所示步骤制备的SSTFEL器件的结构。
                      发明详述
本发明人第一次显示可以使用介电球，优选BaTiO3球制备薄膜无机发光材料电致发光器件以用于电致发光(EL)显示装置。该器件具有新的结构并且通过特定的加工路径制得，以便进行将这些球施加到低温基质中所需的高温退火过程。
图5显示载有球的薄膜电致发光(SSTFEL)器件的推荐结构的示意图。无机发光材料层4沉积在BaTiO3球3的顶面上。在一个优选实施方式中，薄SrTiO3层5沉积在无机发光材料层上以将电荷有效地注入到无机发光材料层中。BaTiO3球嵌入在聚合物层2内，其中BaTiO3球的上部区域和底部区域暴露在外。BaTiO3球的上部区域和周围聚合物涂布有透明导电电极6；BaTiO3球的底部区域和周围聚合物涂布有另一导电电极1，它可以是不透明的。包括SSTFEL结构的每一部件的优选厚度范围在图5中显示在相应部件的右边。
可以使用任意的EL无机发光材料，包括但不限于基于EL材料的金属氧化物或硫化物。例如，硫化物无机发光材料可以是ZnS:Mn或BaAl2S4:Eu或BaAl4S7:Eu中的任意一种。氧化物无机发光材料可以优选是Zn2Si0.5Ge0.5O4:Mn、Zn2SiO4:Mn或Ga2O3:Eu和CaAl2O4:Eu中的任意一种。
图6显示了已经制备并测试的SSTFEL结构的一个具体实施方式。单个的BaTiO3球33嵌入在聚丙烯膜22中，该膜没有覆盖BaTiO3球的上部和底部区域。球的顶面区域涂布有为Zn2Si0.5Ge0.5O4:Mn的绿色氧化物无机发光材料层44。在氧化物无机发光材料层上没有沉积SrTiO3。BaTiO3球的整个底部区域和聚丙烯膜涂布有金层11。顶部的透明导电电极是沉积的ITO层55。图6显示了每一部件的厚度范围。
现在提供非限制性例证制备方法的细节。
所用的喷雾干燥BaTiO3颗粒包括NanOxideTM HPB-1000钛酸钡粉末(Lot# BTA020516AC)，它是由TPL，Inc.生产的。这些颗粒具有基本上球状、非常光滑的表面，以及约1～120μm的大尺寸分布范围。尽管优选球状颗粒，但是应理解这些颗粒不必优选为完美的球状，例如可以略微是椭圆体或者扁平状。
将这些球原样在开口熔炉中于1120℃、空气中烧结2小时。因烧结引起的收缩率约为20％，烧结之后的粒径为0.4-0.8μm，表面粗糙度小于0.5μm。用美国标准试验筛(Laval Lab Inc)选择具有粒径范围为53～63μm的烧结BaTiO3球。
为了使BaTiO3球以特定位置排列嵌入在聚丙烯膜内，在溅射、退火和嵌入过程中使用圆形凹陷图案将BaTiO3球保持在氧化铝基质上。图7显示了高纯度Al2O3板上的该圆形凹陷图案。排列54μm直径和18μm深的凹点以形成一排紧密的5×5单元。每一单元之间的水平和垂直距离分别是284μm和246μm。以中心到中心的距离为基础，一个单元中每一凹点与另一凹点相距71μm。在单元之间有意地排列几个BT球以便于接下来的嵌入过程。
为了给每一BaTiO3球提供足够的粘结以保持在每一凹点中，首先将聚合物熔融到每一凹点内。为了保持凹点之间的氧化铝表面被聚合物覆盖，使用固体聚(α-甲基苯乙烯)[PAMS，Mw＝80,800，d＝1.075]粉末实现该构图过程，并加入到凹点内，然后熔融。通过机械粉碎PAMS片制备PAMS粉末。粒径大约在1-10μm的范围内。它没有特定的熔点。在软化点和完全熔融状态之间存在一温度范围(～50℃)。
在室温下，将固体PAMS粉末放入每一凹点内，并且在凹点之间的表面上几乎没有PAMS粉末。然后，仍然在室温下，将BaTiO3球铺在该Al2O3板上形成一紧密填充的图案层。将温度升高至～115℃之后，每一凹点的PAMS粉末形成粘性凝胶。当轻轻压入BaTiO3球时，每个球粘附在每一凹点上。在冷却至室温之后，刷除过量的BaTiO3球，留下与图7所示凹点相同图案的球。
构图之后，Al2O3板载有BaTiO3球并在1000℃、空气下焙烤10分钟以将PAMS完全烧掉。焙烤之后，由于烧掉PAMS所得的弱粘合力，这些球仍然弱地粘合在Al2O3板上。该粘性力足够使球在接下来的溅射、退火和嵌入过程中保持静止。
首先通过RF溅射将一50nm厚的Al2O3隔离层沉积在BT球的上部区域，接着在相同的室内溅射发绿光的Zn2Si0.5Ge0.5O4:Mn无机发光材料层。将这些球保持在250℃下，并且该EL膜厚约800nm。溅射之后，这些球，仍然位于Al2O3板上，在800℃、真空下退火12小时，其中氧压力为2.0×10-4Torr。该退火过程是为了激活并结晶无机发光材料层。该Al2O3隔离层由于起BT和无机发光材料之间的扩散阻挡的作用，因此改善了无机发光材料性能。
退火之后，图8显示了将涂布有无机发光材料的BaTiO3球嵌入到聚丙烯膜内的步骤。将一25.4μm厚双轴取向的聚丙烯膜(TRANSPROPTM OL聚丙烯，得自Transilwrap Company，Inc.)放置在涂布有无机发光材料的BT球上。然后将一Gel-Pak片(包括由聚酯片2支撑的弹性、凝胶状、粘性聚合物层1(GEL-FILMTM WF-40/1.5-X4，得自Gel-Pak Inc.))放置在聚丙烯膜的上面。在聚酯片的背面施加180g/cm2的压力以使该结构保持在一起。在～200℃下将该整个结构加热5分钟之后，聚丙烯膜熔融并且在压力下填充到球体之间。冷却之后，剥离pp-BT复合片。接下来，将该复合片夹在两个Gel-Pak片之间。以180g/cm2对该夹层结构加压，加热该复合片并再次熔融，使pp移动到复合片的中心。注意球的上部和底部区域不被聚丙烯膜覆盖。Gel-Pak膜的粘合层具有弹性并且在加压下变形。它可以有效地防止球的上部和底部区域被聚合物覆盖。而且，最终聚丙烯膜能够容易地从该Gel-Pak粘合层剥离，不会有任何损坏。
在获得图8c的最终薄膜之后，在该薄膜的底部区域溅射一薄层金(100nm)。在薄膜的上部区域溅射一透明ITO电极(100nm)。当施加在150和300伏峰之间的交流电压通过该ITO和金电极时，从球的上部区域发出亮绿光。
可以看出BT球暴露的上部和底部区域相对pp膜是对称的。复合膜的厚度取决于最初pp膜厚、BT球密度、施加的压力和嵌入过程中的其它加工参数。
当施加的交流电压大于穿过ITO和金电极的阈值电压时，每个BT球的涂布有无机发光材料的上部区域发出绿色EL。在原型器件中观察到在每个BT球中的发光区因BT球的大小和pp-BT复合膜的均匀性(也影响发光区的大小)的变化而变化。
图9显示了随施加的峰电压而变的平均亮度和发光效率。驱动电压的频率是60Hz。在250伏下驱动时SSTFEL器件的平均亮度可以达到35cd/m2。最高发光效率约为0.18lm/W。当在600Hz下驱动时，亮度达到150cd/m2以上，如图10所示。
应注意的是，在无机发光材料层上面沉积的透明、薄膜介电层通常改善EL特性，并且应认为是在本发明的范围内。如上所述，尽管在本文公开的一些实例中使用氧化物EL无机发光材料，但是可以使用其它EL材料，例如硫化物无机发光材料。
也可以使用其它方法用薄膜无机发光材料和介电层涂布这些球。例如，代替溅射，通过蒸发或者化学蒸发沉积工艺可以产生薄膜。
不是仅涂布球的上部，可以将薄膜EL无机发光材料和薄膜介电层均匀涂布在球的整个表面。这可以通过在沉积期间滚动球，或者通过使用化学蒸汽沉积法使球在流化床中然后使蒸汽流流过该床来实现。球嵌入到聚合物基质中之后，球从聚合物薄膜的背面凸出的部分可以在弱酸中蚀刻，例如除去该区域的薄膜，获得与图7非常相似的结构。该方案的优点在于涂布的球不需要任何取向就可以嵌入到聚合物内，并且因此可以以松散粉末制备。如果略去该蚀刻步骤，在每个球的上面和下面的无机发光材料区域都将产生光。
也可以使用除钛酸钡之外的介电材料制备球，例如钛酸锶(SrTiO3)和锆-钛酸铅(Pb(Zr，Ti)O3)。球的直径可以小至约5微米或者大至约500微米。
可以使用除聚丙烯之外的聚合物。可能的材料包括聚乙烯、聚苯乙烯或聚酯。一般说来，可以使用能够与球粘合并且可以涂布有电极层的电绝缘聚合物。为了最大对比度，或者为了特定应用，可以考虑黑色或彩色聚合物，使得最终EL器件具有特定的黑色或彩色外观。
可以以空间构图方式(spatially patterning manner)将发出几种不同颜色的球沉积在聚合物中。例如，已知发红光、绿光和蓝光的EL无机发光材料，并且可以以象素排列形成一排能够呈现彩色图像的图片元件。每一象素可以由一个发出各自颜色的球组成，或者由许多发出各自颜色的球组成。相对EL器件的不同发色区通过沉积适当放置的行和列电极，可以实现能够电寻址的彩色EL显示装置，参见图12-14，它们显示了制备这些EL显示装置排列的细节。
使用对油墨和调色剂公知的印刷方法可以实现不同颜色的球的构图。这些包括金属板丝网印制和印刷，以及通过通过光敏板或滚筒使带电调色剂静电构图的影印法。
可以将发出不同颜色的球混合以获得因两种或多种颜色组合而实现的所需预选颜色。
在EL器件的上面和下面可以加入适宜材料的其它保护层例如聚合物或玻璃片，从而提供电保护或者提供密封器件。
如图11所示可以对图5的器件进行改进。在该实施方式中，使用更复杂的ITO电极，从而防止在BT球的涂布无机发光材料的表面的附近区域穿过聚合物可能呈现的不希望的高电场。该ITO涂层例如可以使用以下方法沉积：首先，可以将涂布有无机发光材料4的球2嵌入在聚合物片3内，使得几乎一半的球在聚合物片的正面凸出。然后在该球的一侧上溅射第一透明ITO上部电极6，接着对称地嵌入球，使得每一球的正面和背面相等地凸出。然后溅射与第一透明ITO上部电极电接触的第二透明ITO上部电极7。最后，溅射底部电极1形成图11的结构。使用两个上部电极6和7防止了器件在电操作期间聚合物内存在高电场。
本发明人还想到，存在本文提供的球状结构的其它用途。例如，参照图7b，如果BaTiO3用n-型半导体替代，并且无机发光材料层用p-型半导体替代，那么可以在每一球中形成p-n面结型二极管器件。感兴趣的半导体可以是GaxIn(1-x)N，已知它在二极管器件中提供有效的发光。
球从聚合物薄膜的背面凸出的部分也可以有益地利用。例如，可以生长适宜的半导体材料的薄膜，使得它提供转换特性(switchingcharacteristics)，从而改善具有许多行和列电极的显示装置的矩阵寻址性能。在球的所述部分上通过构图法产生能够控制流过每一球的电流的电路，或者使每一球成为可以贮存与其亮度水平有关的信息的器件，也可以形成其它转换器件。
在上面呈现的实例中，球从聚合物膜的正面和背面凸出的部分面积大致相等。然而如果在图8b)中两个Gel-Pak片的弹性体层具有不同的弹性特性，可能球从聚合物膜的正面和背面凸出的部分的面积不同。这样可以用于使显示装置性能或性质最佳化。
所有上面的描述涉及该技术的可视显示装置应用。通过适当改进，其它应用可以包括柔性电容器。该电容器将在图11中以50所示形成，但是与EL器件的差异在于在球/聚合物膜上部的透明电极6(图5)用金属电极替换并且没有无机发光材料层。完成的该电容器现在可以层压在印刷电路板上，或者甚至层压在印刷电路板的层内以实现集成电容器。集成电容器的其它方案的评论(R.IEEE Spectrum Magazine，July，2003，pp26-30)通常包括使用沉积在金属箔上的玻璃或陶瓷层，它会破裂并因此失败，而本发明由于陶瓷球之间的聚合物膜的天然柔性而避免了该问题。通常，球使用高介电常数陶瓷例如BaTiO3可以获得高的电容值。球的直径也可以小，例如10μm，这样进一步增加电容。在许多情况下仅需要对这些电容器施加1-5伏的低电压，这样可以使用更小的球和相应更薄的聚合物膜。像普通电容器安装至板上一样，这些电容器可用于印刷电路板(即以介电层加入到电路板层压物中)用于不占电路板空间的高效电容器所需的电路应用。此外，由于省去电容器和电路板之间的铅，因此使电容器内相关的常规寄生电感最小化。
正如本文所用的，术语“包括”解释为包含和开放的，不是排他的。具体地说，当用于包括权利要求书的本说明书中时，术语“包括”及其变体是指包括具体特征、步骤或部件。这些术语不解释排除其它特征、步骤或构件的存在。
呈现本发明的优选实施方式的前面描述用来描述本发明的原理，并且不将本发明限制在所述具体实施方式中。希望本发明的范围由包括在下面权利要求书内的所有实施方式定义。

Claims (29)

1、一种电致发光显示装置，其包括：
具有相对表面的柔性电绝缘基质；
嵌入于所述柔性电绝缘基质中的一排大致球状的介电颗粒，每一所述球状介电颗粒具有从所述相对表面的一个表面凸出的第一部分和从所述相对表面的另一表面凸出的第二部分；
沉积在所述每一球状介电颗粒的第一部分上的电致发光的无机发光材料层；
位于所述电致发光的无机发光材料层的顶面上和位于所述电致发光的无机发光材料层的顶面之间的柔性电绝缘基质区域上的连续导电的、基本上透明的电极层；和
涂布于所述球状介电颗粒的第二部分上和位于所述球状介电颗粒的第二部分之间的柔性电绝缘基质区域上的连续导电的电极层，在所述连续导电的、基本上透明的电极层和所述连续导电的电极层之间施加电压的装置。
2、如权利要求1所述的电致发光显示装置，其中所述大致球状的介电颗粒具有约100-约25,000的相对介电常数。
3、如权利要求1或2所述的电致发光显示装置，其中所述大致球状的介电颗粒具有约1000-约10,000的相对介电常数。
4、如权利要求1、2、3或4所述的电致发光显示装置，其中所述大致球状的介电颗粒是BaTiO3颗粒。
5、如权利要求4所述的电致发光显示装置，其中BaTiO3颗粒具有在约40-70微米的范围内的直径。
6、如权利要求1、2、3、4或5所述的电致发光显示装置，其包括夹在所述电致发光层和所述导电的基本上透明的电极之间的SrTiO3层。
7、如权利要求1所述的电致发光显示装置，其包括夹在所述电致发光层和所述导电的基本上透明的电极之间的介电材料层，其中所述介电材料选自SrTiO3、Ta2O5和Y2O3。
8、如权利要求6或7所述的电致发光显示装置，其中所述介电材料层具有在约0.2-约1.5微米的范围内的厚度。
9、如权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的电致发光显示装置，其中所述柔性电绝缘基质具有在约20-约50微米的范围内的厚度。
10、如权利要求1-9所述的电致发光显示装置，其中所述柔性电绝缘基质是聚合物。
11、如权利要求10所述的电致发光显示装置，其中所述聚合物是聚丙烯。
12、如权利要求11所述的电致发光显示装置，其中所述聚丙烯具有在约20-约50微米的范围内的厚度。
13、如权利要求1-12所述的电致发光显示装置，其中所述连续导电的、基本上透明的电极层和所述连续导电的电极层各自具有在约0.1-约0.5微米的范围内的厚度。
14、如权利要求1-13所述的电致发光显示装置，其中所述电致发光的无机发光材料层具有在约0.2-约1.5微米的范围内的厚度。
15、如权利要求1-14所述的电致发光显示装置，其中所述电致发光的无机发光材料层是选自如下的发光氧化物无机发光材料：Zn2Si0.5Ge0.5O4:Mn、Zn2SiO4:Mn或Ga2O3:Eu和CaAl2O4:Eu。
16、如权利要求1-15所述的电致发光显示装置，其中所述导电的、基本上透明的电极层是氧化锡铟(ITO)。
17、如权利要求1-16任一项所述的电致发光显示装置，其中所述连续导电的电极层由选自银、镍和铜的金属制成。
18、如权利要求1-17任一项所述的电致发光显示装置，其中大致球状的介电颗粒选自钛酸锶(SrTiO3)和锆-钛酸铅(Pb(Zr，Ti)O3)。
19、如权利要求10所述的电致发光显示装置，其中所述聚合物选自聚乙烯、聚苯乙烯和聚酯。
20、如权利要求1-14所述的电致发光显示装置，其中所述电致发光的无机发光材料层是硫化物无机发光材料。
21、如权利要求20所述的电致发光显示装置，其中所述硫化物无机发光材料选自ZnS:Mn或BaAl2S4:Eu和BaAl4S7:Eu。
22、如权利要求1-21所述的电致发光显示装置，其中从所述相对表面的一个表面凸出的第一部分和从所述相对表面的另一表面凸出的第二部分具有不同的表面积。
23、如权利要求1-22任一项所述的电致发光显示装置，其中所述位于电致发光的无机发光材料层的顶面上和位于所述电致发光的无机发光材料层的顶面之间的柔性电绝缘基质区域上的连续导电的、基本上透明的电极层是第一电极层，和其中每一大致球状的介电颗粒包括第二电极层，所述第二电极层包括位于所述电致发光的无机发光材料层的顶面和所述第一电极层之间的第二导电的、基本上透明的电极层，所述第二导电的、基本上透明的电极层围绕大致球状的介电颗粒的一部分以半球状延伸，这样当所述大致球状的介电颗粒嵌入在柔性电绝缘基质中时，所述第二电极层向柔性绝缘基质的表面下面延伸进入其内部。
24、一种电容器，其包括：
具有相对表面的柔性电绝缘基质；
嵌入于所述柔性电绝缘基质中的一排大致球状的介电颗粒，每一所述球状介电颗粒具有从所述相对表面的一个表面凸出的第一部分和从所述相对表面的另一表面凸出的第二部分；
覆盖所述球状介电颗粒的第一部分和位于所述球状介电颗粒的第一部分之间的柔性电绝缘基质区域的第一连续导电层；
覆盖所述球状介电颗粒的第二部分和位于所述球状介电颗粒的第二部分之间的柔性电绝缘基质区域的第二连续导电的电极层，在所述第一和第二连续导电的电极层之间施加电压的装置。
25、如权利要求24所述的电致发光显示装置，其中所述大致球状的介电颗粒是球状BaTiO3颗粒。
26、如权利要求24所述的电致发光显示装置，其中BaTiO3颗粒具有在约40-70微米的范围内的直径。
27、一种p-n半导体器件，其包括：
具有相对表面的柔性电绝缘基质；
一排大致球状的由n-型半导体制得的半导体颗粒，它们嵌入在所述柔性电绝缘基质中，每一球状半导体颗粒具有从所述相对表面的一个表面凸出的第一部分和从所述相对表面的另一表面凸出的第二部分；
p-型半导体层，其沉积在所述每一球状半导体颗粒的第一部分上；
位于所述p-型半导体层的顶面上和位于所述p-型半导体层的顶面之间的柔性电绝缘基质区域上的第一连续导电的电极层；和
涂布在所述球状半导体颗粒的第二部分上和位于所述球状半导体颗粒的第二部分之间的柔性电绝缘基质区域上的第二连续导电的电极层，在所述第一和第二连续导电的电极层之间施加电压的装置。
28、如权利要求27所述的电致发光显示装置，其中所述半导体是GaxIn(1-x)N。
29、一种可寻址的电致发光显示装置，包括：
具有相对表面的柔性电绝缘基质；
嵌入于所述柔性电绝缘基质中的一排大致球状的介电颗粒，每一所述球状介电颗粒具有从所述相对表面的一个表面凸出的第一部分和从所述相对表面的另一表面凸出的第二部分；
电致发光的无机发光材料层，其沉积在所述每一球状介电颗粒的第一部分上；
位于所述电致发光的无机发光材料层的顶面上并且彼此以基本上平行的行延伸的导电的、基本上透明的行电极层，
以与所述行电极垂直的列涂布在所述球状介电颗粒的第二部分上的导电的列电极层，这样该排列中的每一球状介电颗粒可以通过所述行和列电极之一寻址，在所述行和列电极之间施加电压的装置。
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