KR100235832B1 - 박막 전계 발광 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발광층을 3층 구조로 성막하여 발광층이 갖는 저항값을 저하 시키므로써 전계 발광 소자의 구동 전압을 감소시켜 소비 전력을 줄일 수 있도록 한 박막 전계 발광 소자에 관한 것으로서, 이는 소자의 발광 특성이 균일하지 못한 종래의 문제점을 해결하고자 한 것이다.

따라서 본 발명은 박막 전계 발광 소자에 있어, 발광층을 3층 구조로 성막하여 발광층이 갖는 저항값을 저하 시키므로써 전계 발광 소자의 구동전압을 감소시켜 소비 전력을 줄이는 동시에 보다 안정된 발광 특성을 얻을수가 있다.

Description

박막 전계 발광(EL) 소자{membrane electric field luminescent element}

본 발명은 박막 전계 발광(EL) 소자에 관한 것으로, 특히 발광층을 3층 구조로 성막하여 발광층이 갖는 저항값을 저하시키므로써 전계 발광 소자의 구동 전압을 감소시켜 소비 전력을 줄일 수 있도록 한 것이다.

종래의 박막 전계 발광 소자는 제1도에 나타난 바와 같이 투명한 평면 유리기판(1) 위에 ITO 투명 전극(2)을 대략 2000Å 정도의 두께로 증착하고 그위에 Si₂N₄, Y₂O₃등의 제1절연층(3)을 대략 3000Å 정도의 두께로 증착한다.

이후에 ZnS 계열의 발광층(4)을 대략 6000Å 정도의 두께로 증착 한후 다시 그위에 SiON 계열의 제2절연층(5)을 대략 3000Å정도의 두께로 증착한 다음 최종적으로 Al 계열의 금속 전극(6)을 대략 2000Å 정도의 두께로 증착하고 전극 양단 즉 상기한 투명전극(2)과 금속전극(6) 사이에 교류 구동 전원(7)을 안가하도록 구성되어져 있다.

이와 같이 된 종래의 박막 전계 발광 소자는 절연층-발광층-절연층으로 이루어지는 EL 막의 양단간에 적절한 교류 구동 전원(7)을 인가시키게 되면 절연층-발광층의 계면 상태로부터 전자가 전도대로 터널링(Tunneling)되면서 형광층 내부의 고전계에 의하여 호트 일렉트론(Hot Electron)으로 가속화 되어 ZnS 내부에 도우핑 된 불순물(Dopant) 이온을 충격 및 여기시키는 한편 일부 전자는 ZnS 격자를 이온화 시키면서 한쌍의 전하-홀을 형성한다.

상기한 호트 일렉트론에의해 전도대로 여기된 전자가 다시 가전대로 하강하게 되는데, 이때 에너지 차이만큼의 파장을 갖는 빛을 방출하게 된다.

그러나 상기한 종래의 박막 전계 발광 소자에서는 교류 구동 전압이 대략 200V 범위 내로서 비교적 높아 소비전력이 가중되는 문제가 있고, 발광층-절연층의 계면에서 발광층 내부로 대략 500Å~1000Å 깊이를 갖는 범위의 발광층은 실제로 발광이 되지 못하고 다만 결정성에만 연관되는 것이어서 소자의 발광 특성이 균일하지 못한 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 감안하여 박막 전계 발광 소자에 있어 발광층을 3층 구조로 성막하여 발광층이 갖는 저항값을 저하시키므로써 전계 발광 소자의 구동 전압을 감소시켜 소비전력을 줄이는 동시에 보다 안정된 발광 특성을 갖도록 함을 목적으로 하는 것이다.

제1도는 종래의 박막 전계 발광(EL) 소자의 구조 단면도.

제2도는 본 발명에 의한 박막 전계 발광(EL) 소자의 구조 단면도.

제3a도는 본 발명에 의한 박막 전계 발광(EL) 소자의 전기적 등가 회로도.

제3b도는 구동 전압(Uz)-전류(jr) 특성 곡선도.

제4도는 본 발명과 종래의 기술에서의 휘도-전압 특성 비교 곡선도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 유리기판 2 : 투명전극

3 : 제1절연층 5 : 제2절연층

6 : 금속 전극 7 : 구동 전원

11 : 제1발광층 12 : 제2발광층

13 : 제3발광층

이하, 본 발명을 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명한다.

제2도는 본 발명에 의한 박막 전계 발광 소자의 구조 단면도를 나타낸 것으로서, 투명한 평면 유리기판(1) 위에 ITO 투명 전극(2)을 대략 200Å 정도의 두께로 증착하고 그위에 Si₂N₄, Y₂O₃등의 제1절연층(3)을 대략 3000Å 정도의 두께로 증착한다.

이후에 ZnS 계열의 발광체와 알루미늄(Al), 인듐(In)등의 III족 물질을 진공 증착법으로 공증착(Coevaporation)을 설치하여 대략 1000Å 정도의 두께로 증착한 제1발광층(11)을 형성하고, 그위에 순수 발광체인 ZnS : Mn을 대략 4000Å 정도의 두께로 증착한 제2발광층(12)을 형성하며, 다시 그위에 ZnS 계열의 발광체와 III족 물질을 대략 1000Å 정도의 두께로 공증착한 제3발광층(13)을 형성한다.

이후에 SiON, Y₂O₃계열의 제2절연층(5)을 대략 3000Å 정도의 두께로 증착한 다음 최종적으로 Al 계열의 금속전극(6)을 대략 2000Å 정도의 두께로 증착하고 상기 투명전극(2)과 금속전극(6) 사이에 교류 구동 전원(7)을 인가하도록 구성되어져 있다.

이와 같이 된 본 발명의 동작 및 작용을 제3도 및 제4도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서 종래 기술과 동일한 구성 부분에 대하여는 설명을 생략하고 특징적인 부분에 대하여서만 설명한다.

제2도에 나타낸 바와 같이 발광층을 3층 구조로 성막하되, 제1발광층(11)과 제3발광층(13)을 III족 원소로 도우핑하므로써 과잉 홀(Excess hole)을 다수 형성시켜 발광층 영역의 전기 저항을 저하시키므로써 구동 전압을 감소시킬 수가 있는 것으로서 3층 구조는 기본적으로 발광층 양단에 불필요하게 생기는 소위 발광층/절연층 계면에서 형성되어 발광현상에 기여하지 못하는 소용없는 층(dead layer)이 약 1000Å 정도의 두께가 형성되고 이러한 층을 전압 감소에 기여하는 부분으로 활용하는 것이다. 그리고 발광층/절연층 계면의 소용없는 층에 III족 불순물 원소를 도우핑 시키면 과잉홀이 다수 형성되므로 이 영역의 전기 저항을 낮추게 되며, 소자의 턴-온 볼테이지(Vo)의 감소가 일어나 보다 낮은 전압에서 소자를 구동시킬 수 있고 이에 따른 결과는 제4도와 같이 나타나는 것이다.

이를 본 발명에 의한 박막 전계 발광 소자의 전기억 등가 회로도인 제3a도로서 설명하면, ji=jz+jr 나타나게 된다.

여기서 ji는 절연층에 흐르는 전류, jz는 발광층의 캐패시터 성분에 흐르는 전류, jr은 발광층의 저항 성분에 흐르는 전류를 나타낸다.

상기한 바와 같이 III족 원소를 도우핑 하므로써 발광층의 저항 성분이 감소하게 된면 발광층의 저항 성분에 흐르는 전류(jr)값이 커지므로 제4도와 같이 종래의 박막 전계 발광 소자(a 곡선)와 비교하여 볼 때 본 발명에 의한 박막 전계 발광 소자(b 곡선)는 적은 구동 전압(Uz)(제3b도 참조)에서 빛을 방출하게 되므로 소비전력을 보다 감소 시킬 수가 있다.

여기서 제2발광층(12)은 종래의 발광층(4)의 구조와 동일하다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 발광층-절연층 계면 부분의 ZnS 발광층에 Al, In 등의 III족 물질을 도우핑시키는 동시에 저 저항값을 갖는 발광층을 3층 구조로 형성하므로써 전계 발광 소자의 전기 저항값을 감소시켜 구동전압을 감소시키므로 소비 전력을 줄일 수가 있는 것이어서 경계적이고 낮은 구동전압에서 구동하므로 소자 동작의 안정성을 기할 수가 있다.

Claims (2)

1. 유리기판 위에 투명전극, 제1절연층, 발광층, 제2절연층 및 금속 전극을 순차적으로 성막하여 구성되 박막 전계 발광 소자에 있어서, 상기 발광층은 ZnS 계열의 발광체와 III족 물질을 진공 증착법으로 공증착을 실시하여 형성된 제1발광층(11)과, ZnS, Mn을 증착하여 형성된 제2발광층(12)과, ZnS 계열의 발광체와 III족 물질을 공증착하여 형성된 제3발광층(13)으로 이루어지는 3층 구조로 구성됨을 특징으로 하는 박막 전계 발광(EL) 소자.
2. 제1항에 있어서, 상기 III족 물질은 알루미늄(Al) 또는 인듐(In)인 것을 특징으로 하는 박막 전계 발광(EL) 소자.