KR100234008B1 - 전기장발광소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기장발광소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 종래의 전기장발광소자는 인가되는 전기장의 세기에 비해 발광층의 내부로 주입되는 전자의 수가 적어 휘도특성 및 발광효율이 저하되는 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 감안한 본 발명은 발광층과 절연층의 사이에 계면구조물을 삽입하여 화소 면적의 변화없이 발광층과 절연층의 사이의 계면의 표면적을 증가시킴으로써, 전기장발광소자의 휘도와 발광효율을 증가시키는 효과가 있다.

Description

전기장발광소자 및 그 제조방법
본 발명은 전기장발광소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 발광층과 절연층의 계면에 표면적이 넓은 계면구조물을 형성하여 방출되는 전자의 수를 증가시켜 휘도특성과 발광효율특성을 향상시키는데 적당하도록 한 전기장발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전기장발광소자는 MV/cm이상의 고전기장이 인가될 때 발광층내에서 전자가 전기장으로부터 에너지를 얻어 발광중심을 여기 완화시켜 빛을 발생하게 된다. 즉, 발광층과 절연층사이의 계면에 위치하는 전자들이 발광층내부로 주입되어 빛의 발광과정이 개시되며, 그 계면에서 주입되는 전자의 수는 전기장의 세기, 계면준위의 구속에너지, 계면상태의 점유도, 계면의 전자밀도에 직접적으로 관계하며, 전자의 수는 최종적으로 전기장발광소자의 휘도 및 발광효율에 영향을 주게된다. 상기와 같이 전기장발광소자의 휘도 및 발광효율에 영향을 주는 전자의 수를 증가시키기 위해 종래에는 절연층의 재료 및 박막화공정을 개선하는 방법을 주로 사용하였으며, 이와 같은 종래의 전기장발광소자를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도1은 종래 전기장발광소자의 단면도로서, 이에 도시한 바와 같이 유리기판(1)의 상부에 순차적으로 증착한 투명전극(2), 하부 절연층(3), 발광층(4), 상부 절연층(5)과; 상기 상부 절연층(5)의 상부에 부분적으로 증착한 배면전극(6)으로 구성되며, 투명전극(2)과 배면전극(BACK ELECTRODE, 6)에 전기장이 인가되면 상부 또는 하부 절연층과 발광층(4)의 계면에서 전자가 발광층(4) 내부로 주입되면서 빛의 발광과정이 시작된다.
그러나, 상기와 같은 종래 전기장발광소자는 인가되는 전기장의 세기에 비해 발광층의 내부로 주입되는 전자의 수가 적어 휘도특성 및 발광효율이 저하되는 문제점이 있었다.
이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 발광층의 내부로 주입되는 전자의 수를 증가시켜 휘도특성 및 발광효율을 개선하는 전기장발광소자 및 그 제조방법의 제공에 그 목적이 있다.
도1은 종래 전기장발광소자의 단면도.
도2는 본 발명에 의한 전기장발광소자의 단면도.
도3은 도2에 있어서, 계면구조물을 도시한 구조도.
도4는 도3을 실리콘기판상에 구현한 사진을 도시한 구조도.
도5는 도1과 도2의 휘도특성을 비교도시한 그래프도.
도6은 도1과 도2의 발광효율특성을 비교도시한 그래프도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1:유리기판2:투명전극
3:하부 절연층4:발광층
5:상부 절연층6:배면전극
7:계면구조물
상기와 같은 목적은 발광층과 절연층의 사이에 계면구조물을 형성하여 계면의 표면적을 증가시킴으로써 달성되는 것으로, 이와 같은 본 발명에 의한 전기장발광소자 및 그 제조방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도2는 본 발명에 의한 전기장발광소자의 단면도로서, 이에 도시한 바와 같이 배면전극(6)의 상부에 형성한 하부 절연층(3)과; 상기 하부 절연층(3)의 상부에 형성한 요철형의 계면구조물(7)과; 상기 요철형의 계면구조물(7)의 상부에 순차적으로 형성한 발광층(4), 상부 절연층(5), 투명전극(2)으로 구성된다.
상기와 같은 구성의 전기장발광소자는 요철형의 계면구조물(7)을 형성하는 단계와; 상기 요철형의 계면구조물(7)의 하부에 물리적 또는 화학적 기상 증착법을 사용하여 SiO2, SiOXNY, BaTa2O6, Ta2O5, Al2O3, BaTiO3등을 증착하여 하부 절연층(3)을 형성하는 단계와; 상기 요철형의 계면구조물(7)의 상부에 ZnS, SrS, CaS, CaGa2S4, BaGa2S4, SrGa2S4등의 모체에 Mn 또는 희토류 원소(Tb, Ce, Tm, Eu, Pr)를 첨가한 발광층(4)을 전자선증착법으로 증착하는 단계와; 상기 발광층(4)의 상부에 상부 절연층(5)을 증착하는 단계와; 상기 상부 절연층(5)의 상부 및 하부 절연층(6)의 하부에 ITO막이 증착된 실리콘 또는 ZnO:Al 박막을 증착하여 투명전극(2) 및 배면전극(6)을 형성하는 단계로 이루어지며, 그 요철형의 계면 구조물(7)을 형성하는 단계는 다시 직경 4인치, 530
Figure kpo00001
m의 두께 및 5.5~7.7
Figure kpo00002
Cm의 저항율을 갖는 N형 실리콘 기판의 상부에 식각 마스크용의 열산화막을 0.2
Figure kpo00003
m 두께로 성장시키는 단계와; 상기 기판의 일면에 원형, 정사각형 또는 직선형의 창을 형성하는 단계와; 110~115℃의 온도에서 상기 노출된 원형, 사각형 또는 직선형으로 노출된 상기 N형 실리콘기판을 식각하는 단계를 포함하여 이루어 진다.
또한, 상기와 같은 계면구조물(7)은 실리콘 기판 뿐만아니라 실리콘을 기초로한 유리계 및 Al, Mo, Ta, W, Ti 등의 금속재료를 사용할 수 있다.
상기와 같은 제조방법을 사용하여 도3에 도시한 바와 같이 원추형, 사각뿔형 또는 사각형을 도4에 도시한 바와 같이 실리콘 기판위에 구현하여 이를 계면 구조물(7)로 사용하여 발광층(4)과 하부 전극(3)의 사이 계면의 표면적을 증가시킨다.
도5는 종래 전기장발광소자와 본 발명에 의한 전기장발광소자의 휘도특성을 비교도시한 그래프도로서, 이에 도시한 바와 같이 문턱전압보다 약 40V 높은 전압에서는 10배 이상의 휘도차이를 나타내고 있다. 즉, 본 발명에 의한 전기장발광소자는 그 계면의 표면적을 증가시켜 발광과정의 원인인 전자의 수를 증가시킴으로써 휘도를 개선시킨다.
또한, 도6은 종래 전기장발광소자와 본 발명에 의한 전기장발광소자의 발광효율을 비교도시한 그래프도로서, 이에 도시한 바와 같이 계면의 표면적이 증가되어 계면으로 부터의 이동전하량이 증가하여 발광효율이 향상 된다.
상기한 바와 같이 본 발명에 의한 전기장발광소자 및 그 제조방법은 요철형의 계면구조물을 사용하여 화소 면적의 변화없이 발광층과 절연층의 사이의 계면의 표면적을 증가시킴으로써, 전기장발광소자의 휘도와 발광효율을 증가시키는 효과가 있다.

Claims (9)

  1. 배면전극(6)의 상부에 형성한 하부 절연층(3)과; 상기 하부 절연층(3)의 상부에 형성한 요철형의 계면구조물(7)과; 상기 요철형의 계면구조물(7)의 상부에 순차적으로 형성한 발광층(4), 상부 절연층(5), 투명전극(2)으로 구성하여 된 것을 특징으로 하는 전기장발광소자.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 요철형의 계면구조물(7)은 원추형 또는 사각뿔형 또는 사각형의 요철구조를 갖는 것으로 구성하여 된 것을 특징으로 하는 전기장발광소자.
  3. 제 1항 또는 2항에 있어서, 상기 요철형의 계면구조물(7)은 실리콘 기판 또는 실리콘을 기초로한 유리계 또는 Al, Mo, Ta, W, Ti 등의 금속인 것을 특징으로 하는 전기장발광소자.
  4. 실리콘 기판을 사용하여 요철형의 계면구조물(7)을 형성하는 단계와; 상기 요철형의 계면구조물(7)의 하부에 물리적 또는 화학적 기상 증착법을 사용하여 SiO2, SiOXNY, BaTa2O6, Ta2O5, Al2O3, BaTiO3등을 증착하여 하부 절연층(3)을 형성하는 단계와; 상기 요철형의 계면구조물(7)의 상부에 ZnS, SrS, CaS, CaGa2S4, BaGa2S4,SrGa2S4등의 모체에 Mn 또는 희토류원소(Tb, Ce, Tm, Eu, Pr)를 첨가한 발광층(4)을 전자선증착법으로 증착하는 단계와; 상기 발광층(4)의 상부에 상부 절연층(5)을 증착하는 단계와; 상기 상부 절연층(5)의 상부 및 하부 절연층(6)의 하부에 ITO막이 증착된 실리콘 또는 ZnO:Al 박막을 증착하여 투명전극(2) 및 배면전극(6)을 형성하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기장발광소자 제조방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 요철형의 계면 구조물을 형성하는 단계는 실리콘 기판의 상부에 식각 마스크용의 열산화막을 성장시키는 단계와; 사진식각공정을 사용하여 상기 기판의 일면에 원형, 정사각형 또는 직선형의 창을 형성하는 단계와; 소정 온도에서 상기 노출된 원형, 사각형 또는 직선형으로 노출된 상기 실리콘 기판을 식각하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전기장발광소자 제조방법.
  6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서, 상기 실리콘 기판은 4인치의 크기, 530
    Figure kpo00004
    m의 두께 및 5.5~7.7
    Figure kpo00005
    Cm의 저항율을 갖는 N형 실리콘 기판을 사용한 것을 특징으로 하는 전기장발광소자 제조방법.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 열산화막은 0.2
    Figure kpo00006
    m 두께로 성장시키는 것을 특징으로 하는 전기장발광소자 제조방법.
  8. 제 4항에 있어서, 상기 실리콘 기판을 식각하는 단계는 110~115℃의 온도분위기에
    서 식각하는 것을 특징으로 하는 전기장발광소자 제조방법.
  9. 제 4항에 있어서, 상기 요철형 계면구조물은 실리콘을 기초로한 유리계 또는 Al, Mo, Ta, W, Ti 등의 금속재료를 사용하는 것을 특징으로 하는 전기장발광소자 제조방법.
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