JP2007242613A

JP2007242613A - ナノロッドを利用した電界発光素子

Info

Publication number: JP2007242613A
Application number: JP2007046038A
Authority: JP
Inventors: Sogen Boku; 相鉉朴; Jung-Na Hur; 廷娜許; Jeong-Hee Lee; 晶姫李; Tae-Won Jeong; 太遠鄭
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2006-03-09
Filing date: 2007-02-26
Publication date: 2007-09-20
Also published as: KR20070092588A; CN101035398A; US20070210704A1; KR100813248B1

Abstract

【課題】駆動電圧が低く、輝度及び発光効率が高い無機電界発光素子を提供する。
【解決手段】一定の間隔で互いに対向するように配置された第１電極及び第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に形成された無機発光層と、前記第２電極の内面に形成された誘電体層と、前記無機発光層の少なくとも一方の面に形成された、ナノロッドからなる電界放出層と、を具備する電界発光素子である。
【選択図】図２

Description

本発明は、電界発光素子に係り、さらに詳細には、駆動電圧を下げることができ、輝度及び発光効率を向上させることができる無機電界発光素子（ｉｎｏｒｇａｎｉｃｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅｄｅｖｉｃｅ）に関する。

従来より、無機電界発光素子は、平面発光型素子として注目されている。無機有機電界発光素子では、無機材料からなる発光層に高電界を作用させ、電子をこの高電界中で加速して発光中心に衝突させることにより、発光中心を励起させて発光させる（例えば、特許文献１〜５）。

図１には、従来の一般的な無機電界発光素子の断面が概略的に図示されている。図１を参照すれば、従来の電界発光素子１は、第１基板１０上にＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）からなる透明な第１電極１２が設けられ、この第１電極１２上には、電界発光がなされる無機発光層３１が形成される。そして、前記無機発光層３１上には、誘電体層２４及び第２電極２２が順次積層され、前記第２電極２２の上面には、第２基板２０が設けられている。かような無機電界発光素子は、交流により駆動される。

前記のような電界発光素子において、第１電極１２と第２電極２２との間に所定の電圧が印加されれば、無機発光層３１内に電界が形成され、このように形成された電界によって加速された電子が無機発光層３１内の発光材料に衝突することによって発光材料が励起される。

しかしながら、図１に示されるような無機発光素子が高い輝度を実現し、かつ駆動電圧を下げるためには、無機発光層の内部に強い電界を形成することにより、多量の電子をさらに高いエネルギーで加速させる必要がある。

本発明は、駆動電圧を下げることができ、輝度及び発光効率を向上させることができる電界発光素子を提供するところにその目的がある。
特開平１１−３０７２６９号公報大韓民国特許出願公開２００５−００３７１８０号明細書大韓民国特許出願公開２０００−００３６３２１号明細書大韓民国特許出願公開１９９９−００２５５１４号明細書大韓民国特許出願公開２００２−００９１６４０号明細書

前記の目的を達成するために、本発明の第１実施形態による電界発光素子は、一定の間隔で互いに対向するように配置された第１電極及び第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に形成された無機発光層と、前記第２電極の内面に形成された誘電体層と、前記無機発光層の少なくとも一方の面に形成された、ナノロッドからなる電界放出層とを具備する。

本発明の第２実施形態による電界発光素子は、一定の間隔で互いに対向するように配置された第１電極及び第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に形成され、ナノロッドからなる電界放出物質と無機発光物質とが混合されてなる電界放出発光層と、前記第２電極の内面に形成された誘電体層とを具備する。

本発明による電界発光素子は、ナノロッドからなる電界放出物質を利用して無機発光層の内部に形成される電界の強さを増大させることにより、無機発光層から放出される可視光の輝度を大きく向上させることができ、また発光効率も向上させることができる。そして、電極間に印加する電圧が低い場合であっても、所望の可視光の輝度を得ることができるようになり、駆動電圧を下げることができる。

以下、添付された図面を参照しつつ、本発明による好ましい実施形態を詳細に説明する。図面での各構成要素の厚さは、説明の明瞭性のために誇張されていることがある。

図２は、本発明の第１実施形態による電界発光素子の断面を概略的に図示したものである。図２を参照すれば、本発明の第１実施形態による電界発光素子１００は、一定の間隔で互いに対向するように配置された第１電極１１２及び第２電極１２２と、前記第１電極１１２と前記第２電極１２２との間に形成された無機発光層（ｉｎｏｒｇａｎｉｃｌｉｇｈｔｅｍｉｓｓｉｏｎｌａｙｅｒ）１３１と、前記第２電極１２２の下面（内面）に形成された誘電体層１２４と、前記無機発光層１３１の下面（第１電極１１２側の面）に形成された電界放出層１３２とを具備する。

一方、前記第１電極１１２の下面（外面）には、下部基板としての第１基板１１０が設けられうる。前記第１基板１１０は好ましくは透明基板であり、例えばガラス基板またはプラスチック基板でありうる。そして、前記第２電極１２２の上面（外面）には、上部基板としての第２基板１２０がさらに設けられうる。前記第２基板１２０は、第１基板１１０と同様に、ガラス基板またはプラスチック基板でありうる。

前記第１電極１１２は、好ましくは、透明な導電性物質、例えば、ＩＴＯから形成されうる。そして、前記第２電極１２２は、好ましくは、ＩＴＯのような透明な導電性物質やＡｇのような金属から形成されうる。

前記無機発光層１３１は電界発光がなされる物質の層であり、その内部に印加された電界によって加速された電子が発光物質に衝突し、高いエネルギーレベルに励起された発光物質が、低いエネルギーレベルに安定化される際に可視光を放出させる。前記無機発光層１３１には、好ましくは、無機電界発光素子に一般的に使われる電界発光型蛍光体（ＥＬ型蛍光体）が含まれうる。または、本実施形態での前記無機発光層１３１には、ＣＲＴ、ＦＥＤのようなディスプレイ素子に使われる陰極線発光型蛍光体（ＣＬ型蛍光体）が含まれうる。前記第２電極１２２と無機発光層１３１との間には、誘電体層１２４が形成されており、かような誘電体層１２４は、例えば、ＳｉＯ_２から形成されうる。

前記無機発光層１３１と第１電極１１２との間には、電界放出層１３２が形成されている。ここで、前記電界放出層１３２は、好ましくは、無機発光層１３１の下面（第１電極１１２側の面）に接触するように形成される。本実施形態での前記電界放出層１３２は、アスペクト比の大きいナノ物質のナノロッドからなることが好ましい。本明細書中で、ナノロッドは、ナノワイヤやカーボンナノチューブなどを含み、他の一般の物質より大きいアスペクト比を有する物質を指す。かようなナノロッドからなる電界放出層１３２は、外部で印加された電界を強く集束することにより、無機発光層１３１内部に形成される電界の強さを増大させる役割を担う。これにより、無機発光層１３１の内部では、多量の電子がさらに高いエネルギーを有するように加速されうる。

前記電界放出層１３２は、例えば、スクリーンプリンティング法、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）または物理気相蒸着法（ＰＶＤ）、電着（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ドクターブレード（ｄｏｃｔｏｒｂｌａｄｅ）法などを利用して形成されうる。

前記ナノロッドは、好ましくはナノワイヤである。ナノワイヤは、直径が数十ｎｍであり、５以上のアスペクト比を有する。前記ナノワイヤは、例えば、ＺｎＯ、ＴｉＯ_２、ＳｉＣなどから形成されうる。前記ナノワイヤは、無機発光層１３１の内部に形成される電界をさらに集中させるために、好ましくは、電界放出層１３２の内部で前記電界放出層の面方向に対してほぼ垂直に整列するように形成されうる。しかし、前記ナノワイヤは、垂直に整列しなくともよい。

また、前記ナノロッドは、前記電界放出層の面方向に対してほぼ垂直に整列したカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）でありうる。カーボンナノチューブは、数ｎｍの直径を有し、数ｍｍまでの長さを有する。図３Ａないし図４Ｂは、基板に対して垂直に整列したカーボンナノチューブを示すＳＥＭ写真である。具体的には、図３Ａは、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）によって成長されて形成された多層ナノチューブ（ＭＷＮＴ：ＭｕｌｔｉＷａｌｌｅｄＮａｎｏｔｕｂｅ）を撮ったＳＥＭ写真（６．００μｍスケール）であり、図３Ｂは、図３Ａを拡大した写真（６００ｎｍスケール）である。そして、図４Ａは、ＣＮＴペーストを利用して形成された単層ナノチューブ（ＳＷＮＴ：ＳｉｎｇｌｅＷａｌｌｅｄＮａｎｏｔｕｂｅ）を撮ったＳＥＭ写真（１０．０μｍスケール）であり、図４Ｂは、図４Ａを拡大した写真（３．００μｍスケール）である。

前記のような構造の電界発光素子１００において、第１電極１１２と第２電極１２２との間に所定の電圧を印加すれば、ナノロッドからなる電界放出層１３２が第１電極１１２と第２電極１２２との間に印加される電界を強く集束し、これにより無機発光層１３１の内部に形成される電界の強さは大きく増大する。ここで、前記第１電極１１２と第２電極１２２との間には、交流電圧が印加されることが好ましい。一般的に、無機発光層１３１の内部に形成される電界の強さが強いほど、多量の電子がさらに高いエネルギーを有するように加速される。その結果、無機発光層１３１から放出される可視光の輝度が向上する。従って、本実施形態では、ナノロッドからなる電界放出層１３２により、無機発光層１３１の内部に強い電界が形成され、これにより、前記無機発光層１３１から高い輝度を有する可視光が放出されうる。このように放出された可視光は、透明な第１基板１１０を介して外部に出射されて画像を形成する。このように、本発明の第１実施形態による電界発光素子１００は、従来の電界発光素子より輝度及び発光効率を増大させることができ、また駆動電圧を下げることができる。

以上の第１実施形態では、ナノロッドからなる電界放出層１３２が第１電極１１２と無機発光層１３１との間に形成される場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明では、ナノロッドからなる電界放出層１３２が第２電極１２２と無機発光層１３１との間に形成されることも可能である。その場合、前記電界放出層１３２は、無機発光層１３１の上面（第２電極１２２側の面）に接触するように形成されることが好ましい。そして、前記電界放出層１３２は、第１電極１１２と無機発光層１３１との間、及び第２電極１２２と無機発光層１３１との間の双方に形成されてもよい。その場合、前記電界放出層１３２は、無機発光層１３１の下面及び上面にそれぞれ接触するように形成されることが好ましい。また、以上の第１実施形態では、第２電極１２２の内面にだけ誘電体層１２４が形成される場合を例に挙げて説明したが、第１電極１１２の内面にも誘電体層（図示せず）がさらに形成されうる。

図５は、本発明の第２実施形態による電界発光素子の断面を概略的に図示したものである。図５を参照すれば、本発明の第２実施形態による電界発光素子は、一定の間隔で互いに対向するように配置された第１電極２１２及び第２電極２２２と、前記第１電極２１２と前記第２電極２２２との間に形成された電界放出発光層２３０と、前記第２電極２２２の下面（内面）に形成された誘電体層２２４とを具備する。

前記第１電極２１２の下面（外面）には、下部基板としての第１基板２１０が設けられうる。前記第１基板２１０は好ましくは透明基板であり、例えばガラス基板またはプラスチック基板である。そして、前記第２電極２２２の上面（外面）には、上部基板としての第２基板２２０がさらに設けられうる。前記第２基板２２０は、第１基板２１０と同様に、好ましくはガラス基板またはプラスチック基板でありうる。

前記第１電極２１２は、好ましくは、透明な導電性物質、例えばＩＴＯから形成されうる。そして、前記第２電極２２２は、好ましくは、ＩＴＯのような透明な導電性物質やＡｇのような金属から形成されうる。

前記電界放出発光層２３０は、無機発光物質と電界放出物質とが混合されて形成される。ここで、前記無機発光物質は電界発光する物質であり、電界放出物質層２３０の内部に印加された電界によって加速された電子が発光物質に衝突し、高いエネルギーレベルに励起された発光物質が、低いエネルギーレベルに安定化される際に可視光を放出させる。かような無機発光物質は、無機電界発光素子に一般的に使われる電界発光型蛍光体を含みうる。または、本実施形態での前記無機発光物質は、ＣＲＴ、ＦＥＤのようなディスプレイ素子に使われる陰極線発光型蛍光体を含みうる。

前記電界放出物質は、アスペクト比の大きいナノ物質であるナノロッドからなることが好ましい。かようなナノロッドからなる電界放出物質は、外部で印加される電界を強く集束することにより、無機発光物質の内部に形成される電界の強さを増大させる役割を行う。これにより、無機発光物質内部では、多量の電子がさらに高いエネルギーを有するように加速されうる。

前記ナノロッドは、ナノワイヤでありうる。前記ナノワイヤは、例えば、ＺｎＯ、ＴｉＯ_２、ＳｉＣなどから形成されうる。前記ナノワイヤは、好ましくは、電界放出発光層２３０の内部に形成される電界をさらに集中させるために、電界放出発光層２３０の内部で前記電界放出発光層の面方向に対してほぼ垂直に整列するように形成されうる。しかし、前記ナノワイヤは、垂直に整列しなくともよい。また、前記ナノロッドは、好ましくは、前記電界放出発光層の面方向に対してほぼ垂直に整列したカーボンナノチューブである。

このように、無機発光物質とナノロッドからなる電界放出物質との混合物からなる電界放出発光層２３０において、前記無機発光物質に対する前記電界放出物質（ナノロッド）の含有量は、約０．０１〜１０質量％であることが好ましい。ここで、質量％は、無機発光物質の質量に対するナノロッドの質量の比率をいい、以下でも同様である。ナノロッドの含有量が１０質量％より多くなれば、ナノロッドの体積がかなり大きくなってしまい、ペーストに製作しにくくなる場合がある。また、前記ナノロッドがカーボンナノチューブである場合には、カーボンナノチューブが黒色を呈しているために、輝度が落ちる場合がある。

前記電界放出発光層２３０は、好ましくは、ナノロッドからなる電界放出物質と無機発光物質とを混合した後、これをプリンティング方法やドクターブレード法により、第１電極２１２の上面に塗布することにより形成されうる。図６は、蛍光体と２質量％ＺｎＯナノワイヤとを混合して形成した電界放出発光層を撮ったＳＥＭ写真である。

前記第２電極２２２と電界放出発光層２３０との間には、誘電体層２２４が形成されており、かような誘電体層２２４は、例えば、ＳｉＯ_２から形成されうる。

前記のような構造の電界発光素子２００において、第１電極２１２と第２電極２２２との間に所定の電圧を印加すれば、電界放出発光層２３０に含まれた電界放出物質が第１電極２１２と第２電極２２２との間に印加される電界を強く集束させる。これにより、無機発光物質の内部に形成される電界の強さが大きく増加することにより、多量の電子がさらに高いエネルギーを有するように加速される。ここで、前記第１電極２１２と第２電極２２２との間には、交流電圧が印加されることが好ましい。その結果、前記電界放出発光層２３０に含まれた無機発光物質から高い輝度を有する可視光が放出されうる。このように放出された可視光は、透明な第１基板２１０を介して外部に出射されて画像を形成する。

以上の第２実施形態では、第２電極２２２の内面だけに誘電体層２２４が形成される場合を例にあげて説明したが、第１電極２１２の内面にも誘電体層（図示せず）がさらに形成されうる。

図７は、従来の電界発光素子の輝度と本発明による電界発光素子の輝度とを比較して図示したグラフである。図７に示した結果は、図１に示した無機発光層（ｂａｒｅｐｈｏｓｐｈｏｒ）だけを具備する従来の電界発光素子と、図２に示した電界放出層を具備する本発明の第１実施形態による電界発光素子と、図５に示した電界放出発光層を具備する本発明の第２実施形態による電界発光素子とを利用して得られた結果である。そして、図２に示す第１実施形態による電界発光素子で、電界放出層としては、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）によって形成したＣＮＴ（具体的には、前記電界放出層の面方向に対してほぼ垂直に整列した多層ナノチューブ（ＭＷＮＴ））とＣＮＴペーストを利用して形成したＣＮＴ（具体的には、前記電界放出層の面方向に対してほぼ垂直に整列した単層ナノチューブ（ＳＷＮＴ））とを使用した。そして、図５に示す第２実施形態による電界発光素子において、電界放出発光層としては、蛍光体と２質量％ＺｎＯナノワイヤとを混合した物質を使用した。

図７を参照すれば、本発明による電界発光素子の輝度は、従来の電界発光素子より大きく増大したということが分かる。そして、蛍光体と２質量％ＺｎＯナノワイヤとが混合された電界放出発光層を具備した第２実施形態による電界発光素子の輝度は、カーボンナノチューブからなる電界放出層を具備した第１実施形態による電界発光素子の輝度よりさらに高いということが分かる。また、多層ナノチューブよりは単層ナノチューブからなる電界放出層を具備した電界発光素子の輝度がさらに高いということが分かる。

以上、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、多様な変形及び均等な他の実施形態が可能である。従って、本発明の真の技術的範囲は、特許請求の範囲によってのみ決まるものである。

本発明のナノロッドを利用した電界発光素子は、例えば、発光素子関連の技術分野に効果的に適用可能である。

従来電界発光素子の断面を概略的に図示した図面である。本発明の第１実施形態による電界発光素子の断面を概略的に図示した図面である。化学気相蒸着法（ＣＶＤ）によって形成されたカーボンナノチューブを示すＳＥＭ写真である。化学気相蒸着法（ＣＶＤ）によって形成されたカーボンナノチューブを示すＳＥＭ写真である。ＣＮＴペーストを利用して形成されたカーボンナノチューブを示すＳＥＭ写真である。ＣＮＴペーストを利用して形成されたカーボンナノチューブを示すＳＥＭ写真である。本発明の第２実施形態による電界発光素子の断面を概略的に図示した図面である。２質量％ＺｎＯナノワイヤと蛍光体とが混合された様子を示すＳＥＭ写真である。従来の電界発光素子の輝度と本発明による電界発光素子の輝度とを比較して図示したグラフである。

符号の説明

１、１００、２００電界発光素子、
１０、１１０、２１０第１基板、
１２、１１２、２１２第１電極、
２０、１２０、２２０第２基板、
２２、１２２、２２２第２電極、
２４、１２４、２２４誘電体層、
３１、１３１無機発光層、
１３２電界放出層、
２３０電界放出発光層。

Claims

一定の間隔で互いに対向するように配置された第１電極及び第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に形成された無機発光層と、
前記第２電極の内面に形成された誘電体層と、
前記無機発光層の少なくとも一方の面に形成された、ナノロッドからなる電界放出層と、
を具備することを特徴とする電界発光素子。
前記ナノロッドは、ナノワイヤを含むことを特徴とする請求項１に記載の電界発光素子。
前記ナノワイヤは、ＺｎＯ、ＴｉＯ_２、またはＳｉＣからなることを特徴とする請求項２に記載の電界発光素子。
前記ナノワイヤは、前記電界放出層の面方向に対してほぼ垂直に整列していることを特徴とする請求項２または３に記載の電界発光素子。
前記ナノロッドは、前記電界放出層の面方向に対してほぼ垂直に整列したカーボンナノチューブを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電界発光素子。
前記無機発光層は、電界発光型蛍光体または陰極線発光型蛍光体を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電界発光素子。
前記第１電極は、透明な導電性物質からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電界発光素子。
前記透明な導電性物質は、ＩＴＯを含むことを特徴とする請求項７に記載の電界発光素子。
前記第２電極は、透明な導電性物質または金属からなることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の電界発光素子。
前記誘電体層は、ＳｉＯ_２からなることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の電界発光素子。
前記第１電極の内面上に誘電体層がさらに形成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の電界発光素子。
前記第１電極と前記第２電極との間には、交流電圧が印加されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の電界発光素子。
一定の間隔で互いに対向するように配置された第１電極及び第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に形成された、ナノロッドからなる電界放出物質と無機発光物質とが混合されてなる電界放出発光層と、
前記第２電極の内面に形成された誘電体層と、
を具備することを特徴とする電界発光素子。
前記ナノロッドは、ナノワイヤを含むことを特徴とする請求項１３に記載の電界発光素子。
前記ナノワイヤは、ＺｎＯ、ＴｉＯ_２、またはＳｉＣからなることを特徴とする請求項１４に記載の電界発光素子。
前記ナノワイヤは、前記電界放出発光層の面方向に対してほぼ垂直に整列していることを特徴とする請求項１４または１５に記載の電界発光素子。
前記ナノロッドは、前記電界放出発光層の面方向に対してほぼ垂直に整列したカーボンナノチューブを含むことを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の電界発光素子。
前記無機発光物質は、電界発光型蛍光体または陰極線発光型蛍光体を含むことを特徴とする請求項１３〜１７のいずれか１項に記載の電界発光素子。
前記第１電極は、透明な導電性物質からなることを特徴とする請求項１３〜１８のいずれか１項に記載の電界発光素子。
前記第２電極は、透明な導電性物質または金属からなることを特徴とする請求項１３〜１９のいずれか１項に記載の電界発光素子。
前記第１電極の内面上に誘電体層がさらに形成されていることを特徴とする請求項１３〜２０のいずれか１項に記載の電界発光素子。
前記第１電極と前記第２電極との間には、交流電圧が印加されることを特徴とする請求項１３〜２１のいずれか１項に記載の電界発光素子。
前記無機発光物質に対する前記電界放出物質の含有量が０．０１〜１０質量％であることを特徴とする請求項１３〜２２のいずれか１項に記載の電界発光素子。