透明导电叠层及使用该透明导电叠层的电致发光元件制造技术

透明导电叠层，其透明基一个主表面上形成主要含铟、锡和氧的透明导电层，它具极佳耐湿热和耐划伤性，可用于各种透明电极。透明导电层具稳定非晶结构，电阻率不高于１×１０↑［－２］Ω.ｃｍ，电子迁移率不低于２０ｃｍ↑［２］／（Ｖ.ｓｅｃ）。其制法为：在高氧浓度下用溅射工艺在基片上形成主要含铟、锡和氧且电阻率高于１×１０↑［－２］Ω.ｃｍ的非晶薄膜，在８０－１８０℃下热处理使电阻率降到不高于１×１０↑［－２］Ω.ｃｍ并保持非晶结构。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种透明导电叠层，其中形成在透明基片上的透明导电薄膜主要包含锡、铟和氧，更具体地涉及用非晶薄膜作透明导电薄膜且具有极好耐湿热和耐划伤性能的透明导电叠层、以及使用该透明导电叠层的电致发光(EL)元件。近年来，随着社会信息需求的增加，光电子器件和设备飞速发展。因此，透明导电叠层已广泛应用作如透明触摸板I/O器件的电极，如液晶显示器、电致发光显示器、和电致变色显示器件等的电极。它们还用作如太阳能电池等光电转换元件的窗口电极，和用作电磁波屏蔽的电磁屏蔽薄膜。透明导电叠层通常由透明基片和形成于其上的透明导电层构成。透明导电层的实例包括如金、银、铂、钯等金属薄膜，氧化铟、氧化锡(IV)、氧化锌等氧化物半导体薄膜，以及包含金属氧化物和金属的叠层的多层薄膜。金属薄膜具有极好的导电性但透明度很差。相反，氧化物半导体薄膜通常导电性较差但具有极好的透明度。这些氧化物半导体薄膜中，包含铟、锡和氧的薄膜被称为ITO(氧化铟锡)薄膜，其导电性和透明度都极好，另外，还能容易地通过腐蚀形成为电极图形。由于这些特性，ITO薄膜已被广泛应用。ITO薄膜的电阻率和透光率通常分别为5×10-5到1×10-3Ω.cm及80％到90％。评估透明导电叠层性能的因素，除了电阻率和透光率外，还有如耐湿热等化学稳定性及耐划伤等物理强度等。对于低温形成的ITO薄膜，其电阻率通常随薄膜中氧含量而敏感地变化，这样经过加热处理或湿热处理，电阻率会显著变化。因此，这样形成的ITO薄膜具有化学稳定性的问题。具有这样形成的ITO薄膜的透明导电叠层最终用作液晶显示或透明触摸板等产品的透明电极，但此时，如果透明导电叠层的性能改变，在制造中可能会出现麻烦。还有，低温形成的ITO薄膜容易划伤，且当ITO薄膜在透明触摸板中与其它部件接触时，需要提高其耐划伤等机械强度。另外，这种ITO薄膜化学稳定性差，当在电致发光元件中用其它有机物质覆盖该ITO薄膜时，ITO薄膜本身的质量随时间变化。因此，需要得到化学稳定的ITO薄膜。为了解决上述问题，通常的方法包括在形成ITO薄膜时加热基片，以得到结晶ITO薄膜，另一方法包括将在室温形成的ITO薄膜进行热处理，以得到结晶ITO薄膜，。这两种方法都是通过加热来得到结晶的ITO薄膜。这些方法中，利用ITO薄膜的结晶使薄膜形成对热和湿的稳定性，由此改变其耐湿热和耐划伤性能。ITO薄膜的结晶温度取决于薄膜的形成方法和条件，通常为180℃以上。在薄膜形成时加热薄膜或薄膜形成后进行热处理得到的结晶ITO薄膜通常包含直径为几微米到几十微米的晶粒(颗粒)。如果晶粒的尺寸小，薄膜中晶粒之间有大量晶界，因而空气中的气体容易地通过晶界而渗透进薄膜，使其耐湿热性能退化。为了防止这种渗透，需要增大晶粒的尺寸，为此，需要提高薄膜形成时的温度或薄膜形成后热处理的温度。为了改进耐湿热性能，最好在约400℃进行薄膜形成或薄膜形成后进行热处理。需要透明电极的产品之一是电致发光元件。已知电致发光元件可以通过依次在透明导电叠层上形成发光层和背面电极来制作，该叠层中，透明导电层形成在透明基片上。为了有效地给发光层加电场来改进发光亮度，通常在发光层和背面电极之间插入具有高介电常数的介质层。还有，为了防止发光层由于大气中水汽导致的退化，通常用水分阻挡薄膜覆盖电致发光元件的全部或一部分发光表面。此时，透明导电层通常由ITO薄膜等构成，发光层通常由硫化锌、硫化钙或硒化锌等构成，且背面电极通常由铝或碳构成。由于可以按薄片的形式得到电致发光元件，希望它能用于需要这种形状的应用中，如液晶显示的背光或钟表面板的发光元件。可以以薄片的形式得到电致发光元件，但和常规光源的荧光管相比，电致发光元件的发光持久性差。因此，到目前为止，电致发光元件不能实际流行。这样，就需要开发能解决上述问题的电致发光元件。特别是，用聚合物薄膜作透明基片的电致发光元件有广泛用途，因为它在弯曲时也能发光。连续发光时电致发光元件的亮度退化的一个原因，即是上述用作有电极的透明导电薄膜的ITO薄膜的退化。要求用作电致发光元件的透明电极的透明导电层具有80％以上的可见光透过率和1000Ω/□以下的表面电阻。另外，由于透明电极用来和发光层接触，它对发光层材料必须稳定。如上所述，具有结晶ITO薄膜的透明导电叠层的性能依赖于ITO薄膜的晶粒尺寸，所以不是总能得到耐湿热和耐划伤性能良好的透明导电叠层。为了形成耐湿热和耐划伤性能良好的透明导电叠层，需严格控制薄膜形成温度或薄膜形成后的热处理温度，以调节晶粒尺寸。如果薄膜形成温度或薄膜形成后的热处理温度为400℃以上，则可以比较容易地得到具有极好耐湿热和耐划伤性能的透明导电叠层，但是当用具有柔韧性的聚合物的透明模制品形成透明导电叠层时，由于聚合物模制品的耐热温度通常在120℃到250℃，所以聚合物模制品不能加热到400℃。当用玻璃基片作透明基片时，可以用在400℃以上温度形成ITO薄膜的方式或者用在低温形成薄膜然后在400℃以上热处理的方式，来形成具有低电阻率的结晶ITO薄膜。但是当用聚合物模制品作透明基片时，薄膜形成温度或薄膜形成后热处理的温度的上限受聚合物模制品的耐热温度限制。其上限温度通常为250℃以下。低温形成的、特别是在室温形成的ITO薄膜具有很多结构缺陷且化学稳定性差。在使用低温形成的ITO薄膜作透明电极的电致发光元件中，当加电场发光时，发光层材料为ITO薄膜在发光层和ITO薄膜的界面附近的反应加快，导致ITO薄膜质量的变化和发光亮度的退化，因此不能得到足够耐久性。为了解决这一问题，需要使用与发光层接触时和加电场发光时其质量不变化且具有极好化学稳定性的ITO薄膜作透明导电层。实际上，在电致发光元件中，当在40℃和相对湿度为90％的条件下连续发光时，需要发光亮度与起始发光亮度的变化比I/Io＝0.5时的发光持续时间为200小时以上。无需说，当光亮度越高越好。为克服上述缺点，本专利技术的目的是提供一种透明导电叠层，其中具有提高了耐湿热和耐划伤性能的非晶ITO薄膜形成在透明基片的主表面上。常规非晶ITO薄膜对环境不稳定，当仅将非晶ITO薄膜暴露于空气时，由于空气中水汽的作用非晶常规ITO薄膜的电阻率升高。另外，常规非晶ITO薄膜机械强度非常差，以致于非常轻的摩擦也能将它划伤。因此，在耐湿热和耐划伤方面，常规非晶ITO薄膜不如结晶ITO薄膜。相反，根据本专利技术，可以提供具有极好稳定性和机械强度的非晶ITO薄膜，而且用这种非晶ITO薄膜，可以得到具有极好耐湿热和耐划伤性能的透明导电叠层。当用这种透明导电叠层作电致发光元件的透明电极时，可以得到特别显著的效果，且在连续发光时，可以消除导致亮度退化的ITO薄膜的化学不稳定性，可以得到连续发光持续时间延长了的电致发光元件。本专利技术人为了解决上述问题进行了细致的研究，结果发现，在透明基片上形成主要包含铟、锡和氧的非晶透明导电层而得到的透明导电叠层中，即使加热处理后仍保持非晶状态的透明导电层，其化学和物理性能稳定，且具有极好的耐湿热和耐划伤性能。可以用溅射工艺，淀积主要包含铟和锡的氧化物且电阻率为1×10-2Ω.cm以上的非晶材料，来制备这种透明导电层；然后将材料进行热处理，形成电阻率为1×10-2Ω.cm以下的非晶透明导电层。这样本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种透明导电叠层，其特征在于：主要包含铟、锡和氧的非晶透明导电层形成在透明基片的一个主表面上，当进行热处理时，所说透明导电层保持非晶状态。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：山崎文晴，冈村友之，福田伸，福田信弘，
申请(专利权)人：三井化学株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]