本發(fā)明總體涉及一種新型顯示，例如LCD或OLED顯示，其具有至少一層10-2000nm(優(yōu)選50-400nm)的透明導電氧化物(“TCO”)，該透明導電氧化物為通過AC或DC磁控濺射(magnetronsputtering)，或通過脈沖激光沉積(pulsedlaserdeposition)，并采用摻雜有金屬如鋁、鎵和硅(每種通常在0.05％至5％的水平，優(yōu)選在1％±0.25％、2％±0.25％或3％±0.25％的水平)的靶材(target)沉積的一種或多種金屬摻雜鋅氧化物(“Metal-ZnO”)，并且任選地，在顯示中具有另一層TCO,特別是銦錫氧化物(“ITO”)。
背景技術：
：LCD顯示不是一種光發(fā)生器，而是一種光控制器。光可來自于裝置的前部并被后部處的鏡子反射。這是針對計算器和手表的通常應用。它們也可從后部處的光源獲得光(代替鏡子，通常為LED)，然后控制通過前部照射出的光。這是用于計算機顯示器和電視的方法。基本原理是具有兩個成某一特定角度的偏光濾光鏡，例如45°至125°，更優(yōu)選地60°至110°，且最優(yōu)選地80°至100°。該裝置的心臟是用作波導(waveguide)來改變光的偏振的液晶層。如果仍是這樣，將沒有光通過，并且顯示將是暗的，優(yōu)選是黑的(表示可見波范圍內的光沒有透過顯示)。存在多種液晶，并包括例如，向列型、膽甾型、二向色型(dichroic)、蝶型和藍相液晶，所有的這些液晶在本發(fā)明中都可能有有利的應用。當電壓施加于液晶層時，與電極鄰近的有機分子使光偏振扭曲，使得對于透射型LCD，其能夠通過至第二偏光濾光鏡，或者對于反射型LCD，由鏡子反射回來并允許光通過。本發(fā)明還可用于OLED顯示。在這些有機發(fā)光二極管(OLED)中，顯示包括發(fā)光二極管(LED)，其中發(fā)光電致發(fā)光層為有機化合物膜(而不是上面所述的液晶型)，該膜響應于電流而發(fā)光。該有機半導體層位于兩個電極之間。通常，至少其中的一個電極是透明的，且有利地為根據(jù)本發(fā)明的TCO。施加于液晶層的電壓通過TCO施加(即正極)。好的TCO的標準是透光率，即在可見波長內，高于80％，優(yōu)選地高于85％，且更優(yōu)選地高于87％；以及低薄層電阻(sheetresistance)，即小于100，優(yōu)選地小于80，且最優(yōu)選地小于50Ω/□。在大多數(shù)應用中，電壓通過將決定液晶的哪一部分將改變偏振的圖案施加于一側上。在另一側上的TCO(在圖中稱為負極)使電路完整。這不一定需要圖案化。對于電視和顯示器而言，圖案變成像素矩陣，而對于彩色LCD而言，則存在紅、綠和藍亞像素，其中每一種都有一顏色掩膜(colormask)。技術實現(xiàn)要素：根據(jù)本發(fā)明，Metal-ZnO單獨使用或與ITO組合使用作為負電極，而可圖案化層用作前端。除了用于采用七段顯示(如手表和計算器)的應用外，圖案化的復雜性比高密度像素所需的大量減小，并且圖案化Metal-ZnO的能力足以消除對任何額外ITO圖案化層的需要，使得該任選層可不在TCO層上。采用LCD顯示的邊密封(edgeseal)來阻止Metal-ZnO的濕熱劣化(dampheatdegradation)。TCO的主要的決定性的特性是電阻率和透光率。這些特性由膜組成、載流子濃度、膜厚度以及沉積工藝控制。蝕刻能力和抵制濕熱的能力也是重要的參數(shù)。寬帶隙(大于3eV)n型導電氧化物如銦錫氧化物(ITO)、金屬摻雜鋅氧化物(Metal-ZnO)，是兩種重要的可用作TCO的潛在材料。在其中可采用本發(fā)明的Metal-ZnOTCO層的應用包括剛性LCD以及其它的平板顯示、觸摸屏、柔性顯示(例如，可用于可穿戴電子移動)、有機發(fā)光二極管(OLED)、電子紙顯示以及等離子顯示板。在其中Metal-ZnO用作TCO的主要或有力候選者的其它應用是薄膜智能窗或建筑玻璃。根據(jù)本發(fā)明，所述Metal-ZnO優(yōu)選通過濺射進行沉積(直流濺射和射頻濺射兩者)，其中取決于最終應用在配置和沉積參數(shù)方面有變化。濺射具有能夠沉積低襯底(substrate)溫度(低于200℃)的膜的優(yōu)點。這對于其中導電膜沉積在各種塑料膜上的柔性應用是非常重要的。Metal-ZnO具有良好結果的可采用的另一種工藝是脈沖激光沉積(PLD)。雖然通常也可以采用其它方法來沉積TCO層，但從這些方法獲得的結果不如從濺射和PLD獲得的那些結果好。附圖說明圖1為根據(jù)本發(fā)明的一種液晶顯示的截面；以及圖2為根據(jù)本發(fā)明的一種有機發(fā)光顯示的截面。具體實施方式因為本質上在許多事物中，載流子濃度的增加伴隨電阻率的降低，導致透光率的減小。另外，隨該濃度變得相當高時，施體雜質(impuritydonors)的氧化物開始形成，導致降低電氣性能。因此，對于所有的這些膜有一個最有效點(sweetspot)。當電流流入(或流出，取決于應用)裝置時，電阻率決定膜兩側的電壓降。例如，如果電壓降太高，顯示屏在中央可能較暗，因為電流必須從邊緣流。這是膜的靜態(tài)和動態(tài)特性。遷移率(Mobility)與載流子流過膜的速度有關。事實上，載流子的漂移速度等于遷移率乘以施加的電壓場。此處暗含與施加的電壓的變化速率相關。實際的結果是顯示的刷新速率可由膜遷移率限制。透光率是用作TCO的膜的主要特性。大帶隙導電氧化物在可見光譜中是透明的，因為進來的光子沒有足夠的能量來形成空穴電子并通過吸收導致透明損失。ZnO具有3.37eV的帶隙，雜質的加入改變該數(shù)值，通常是使之更高一點。在可見光譜的上邊緣(藍)，光子具有約3.5eV的能量，因此光不被膜吸收。在較長波長(紅外)側，光由于自由電子被反射。這使得這些膜用于窗戶涂層是理想的，因為它們讓光進來，而將熱擋在外面。Metal-ZnO在較短波長的紅外區(qū)反射性不如ITO。恰當制造的ITO在可見光譜內具有約80-85％的透光率，而取決于膜的厚度，Metal-ZnO要好一點，在85-90％或更高的范圍內。厚度也是一個主要的因素，尤其對于Metal-ZnO，因為已知當這些膜比100nm薄時，它們具有顯著更低的性能。這由由于初始島(initialislands)的形成沉積表面的邊界效應引起。這些條件的改變對膜性能可具有深刻的影響。這些改變由晶體結構、氧空穴以及其它因素造成，并且受沉積方法和后處理如退火(annealing)的影響。ITO以低至50nm的厚度成功沉積。ITO的遷移率主要由離化雜質散射驅動，并且看起來在某種程度上對邊界條件更不敏感。有趣的是，沉積在薄膜太陽能電池(CIGS)上的Metal-ZnO膜具有范圍在500-2000nm范圍內的厚度?？雌饋磔^大的厚度可能是在濕熱中避免嚴重劣化的途徑。每種應用具有不同的厚度要求。生長溫度對膜的電氣性能具有影響。通常，溫度越高，結果越好。然而，沉積在各種塑料膜(如聚酰亞胺或聚碳酸酯)上在較低溫度下(如低于100℃，優(yōu)選地低于80℃)獲得好的結果要付出大的努力。沉積速率是重要的制造成本因素。典型的速率看起來為每分鐘約30nm。下表比較了ITO基可選項和ZnO基可選項的一些主要特性。從該信息和現(xiàn)有技術中可推斷出許多有趣的東西：AZO和ITO皆為n型退化(意為高度摻雜的)半導體。雖然AZO膜被制造成比得上ITO的電阻率，但ITO膜通常具有更好的遷移率。然而，AZO膜在高溫下具有更好的穩(wěn)定性，并且AZO具有稍好的透光率。PLD沉積可提供改進的結果，但是有一個問題，即某工藝對于大規(guī)模生產是如何合理的。大多數(shù)較高性能的AZO膜在技術上有一些區(qū)別，特別是可能受工藝變化影響，如改變沉積的類型，包括例如，PLD沉積、與少量p型摻雜物一起共摻雜n型摻雜物；按次序層放下AZO和Zn；采用同質緩沖層；在反應性或惰性氣氛如H2、N2或O2中進行后退火。對于AZO和ITO兩者，遷移率與厚度成正比，只是ITO看起來受影響較小。據(jù)信，該影響至少一部分是由于在表面上AZO吸附O2，并減少氧空穴的數(shù)量，進而可用的自由載流子的數(shù)量。這也可能是濕熱劣化問題中的驅動因素。電學和光學結果取決于沉積工藝和參數(shù)，特別是下列因素如O2濃度、Ar濃度、氫的加入、氣壓、DC或RF磁控管濺射、襯底類型和溫度，以及許多的其它因素。AZO膜的電阻率在過去的30年對于相對厚的膜已經(jīng)從大于6改進到約1×10-4Ω.cm，但最好的ITO膜保持幾乎一樣，在1×10-4Ω.cm的范圍內。所需的遷移率，盡管其趨于跟隨電阻率。固態(tài)板LCD該技術服務于LCD電視、計算機顯示器以及其它的非觸摸屏應用。這種應用的性能要求為：適用于本發(fā)明的Metal-ZnO薄膜滿足所述電阻率要求，而且顯示出在所需的厚度和電阻率范圍內。等離子顯示板等離子顯示板已用于平板電視和其它類似應用中。它們具有圖像質量更高、在比LCD電視更遠離法向角處觀看的優(yōu)點，而缺點是功耗高。針對該應用的TCO性能要求為：觸摸屏對于觸摸屏，有兩種主要技術：電阻式(其通常需要某種光筆(stylus))和電容式。Metal-ZnO適用于這兩種技術。電阻式電阻式觸摸屏由于成本低受到喜愛，然而由于頂層的持續(xù)彎曲它們可能磨損。Metal-ZnO可能可用于該種裝置。這利用ZnO的壓電特性來在觸摸點處產生電壓。下表針對的是高薄層電阻TCO薄膜，其中來自于光筆的壓力產生接觸信號。也可有采用較厚薄膜的應用。襯底材料沉積溫度℃膜厚度nm電阻率Ω·cm薄層電阻Ω/平方玻璃、塑料<20010-30250-500電容式這些應用中對ITO膜的要求目前在100-250nm的范圍內。其它潛在的應用包括OLED，以及柔性顯示和電子紙顯示(EPD)。圖1為作為本發(fā)明第一實施例的圖示的液晶顯示10的截面。圖中從上往下的層如下：前偏光器12(通常包括)；襯底14，其可為剛性的，如玻璃(可為鈉鈣玻璃或硼硅酸鹽)，或可為柔性的，如透明聚合物，包括例如，聚碳酸酯、聚酰亞胺或PET；屏障層16，如SiO2底漆，以阻止來自玻璃的Na；TCO層20，在該情形中為單獨的Metal-ZnO或與銦錫氧化物組合；第二屏障層22，通常為SiO2；LC取向層24，通常為用于LC取向的摩擦聚酰亞胺，當發(fā)光層為有機發(fā)光二極管(OLED)時，其是不必需的；發(fā)光層，在本情形下為液晶材料和間隔器30；第二LC取向層32，對于OLED其也是不必需的；第三屏障層34；第二透明導電氧化物層36，其為單獨的同樣的Metal-ZnO，或與ITO一起或僅有ITO；第四屏障層38；任選的第二襯底層40和任選的后偏光器和反射器42。在一側上，該單元包括導電交叉(conductivecross-over)44，而在另一側包括密封46。根據(jù)本發(fā)明的雜化液晶顯示(HLCD)為一種頂層ITO部分或全部由具有來自第III、IV、V族的一種或多種元素或過渡金屬摻雜物如硼、鋁、鎵、硅、鈦、鈮和銦的金屬摻雜鋅氧化物代替的顯示，其中摻雜水平為小于5％，優(yōu)選小于3％，且任選地包括共摻物(co-dopant)，例如小于1％的硅、鋁或鎵。圖2是根據(jù)本發(fā)明的OLED顯示105的視圖。從上面開始向下穿過各層，頂層是陰極110，它在發(fā)光層120上面，發(fā)光層120在導電層130上面，而下一層是陽極層，該陽極層是透明導電氧化物層(TCO)，其是一種根據(jù)本發(fā)明的金屬氧化物層，而底層是襯底，其為玻璃或合適的透明塑料。該顯示還包括柱150。根據(jù)本發(fā)明，ZnO基濺射靶材采用下述方法制造。通過將摻雜金屬的氧化物與ZnO在含有有機粘結劑的水中混合，然后將獲得的漿體噴霧干燥獲得自由流動的粉末來制備粉體。將粉末裝入模具中并采用冷等靜壓(coldisostaticpressing，CIP)成型。該預成型的坯體在高于1000℃的溫度下燒結超過1小時，得到致密陶瓷，優(yōu)選高于95％。該陶瓷用金剛石研磨，得到最終尺寸。對于所得到的靶材，測定密度和微觀結構。密度在所需的75-100％的范圍內，且優(yōu)選高于90％。所達到的密度高于95％的理論密度(“TD”)。所述微觀結構也在所需的25-100μm的范圍內，優(yōu)選晶粒尺寸小于50μm，更優(yōu)選小于20μm。采用該靶材通過DC濺射得到的薄膜的電阻率低于或在1E10-3Ω·cm的范圍內，其中厚度小于300nm，且優(yōu)選小于200nm。盡管根據(jù)專利法的規(guī)定，本發(fā)明已經(jīng)描述了最佳實施方式和優(yōu)選的實施例，但是本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，而是由所附的權利要求書的范圍進行限定。當前第1頁1 2 3