KR100281052B1

KR100281052B1 - 박막 전계발광소자

Info

Publication number: KR100281052B1
Application number: KR1019930021929A
Authority: KR
Inventors: 정재상
Original assignee: 구자홍; 엘지전자주식회사
Priority date: 1993-10-21
Filing date: 1993-10-21
Publication date: 2001-02-01
Also published as: KR950012782A

Abstract

본 발명은 박막 전계발광소자에 관한 것으로, 소자의 휘도를 증가시키고 구동전압을 감소시키기 위한 구조로서 투명 유리기판(1)상에 투명전극(2), 제1절연층(3), 투명전도체(7), 발광층(4), 제2절연층(5), 금속전극(6)이 순차적으로 형성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 박막 전계발광소자를 제공하며, 또한 투명 유리기판(1)상에 투명전극(2), 제1절연층(3), 투명전도체(7), 발광층(4), 제2절연층(5)이 순차적으로 형성되어 이루어진 다층박막 구조가 적어도 3층이상 적층되어 구성된 것을 특징으로 하는 박막 전계발광 소자를 제공한다.

Description

박막 전계발광소자

제1도는 종래의 박막 전계발광소자 구조도.

제2도는 본 발명의 제1실시예에 의한 박막 전계발광소자 구조도.

제3도는 본 발명의 제2실시예에 의한 박막 전계발광소자 구조도.

제4도는 전계발광소자의 발광층의 결정구조를 나타낸 도면.

제5도는 종래의 전계발광소자와 본 발명의 전계발광소자의 휘도-전압특성을 비교하여 나타낸 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 투명유리기판 2 : 투명전극

3 : 제1절연층 4 : 발광층

5 : 제2절연층 6 : 금속전극

7 : 투명전도체

본 발명은 풀컬러(Full color) 전계발광(Electro ℓuminescence;이하 EL 이라 함)소자에 관한 것으로, 특히 투명도전체를 삽입시켜 다층구조로 성막하여 EL소자를 형성함으로써 일정면적에서의 광량(휘도)를 높이도록 한 것이다.

종래의 EL소자는 제1(a)도에 도시한 바와 같이 투명한 평면 유리기판(1)위에 ITO(Indium Tin Oxide)투명전극(2)을 약 2000Å정도 증착한 후, 그 위에 Y₂O₃, Si₃N₄, SiON, BaTa₂O₆', BaTiO₃, SrTiO₃등의 절연물질을 약 3000Å정도의 두께로 증착하여 제1절연층(3)을 형성한다.

이후 ZnS, CaS, SrS계통의 발광층(4)을 약 6000-8000Å의 두께로 증착하여 형성한 후, 그위에 Y₂O₃, Si₃N₄, SiON, BaTa₂O₆', BaTiO₃, SrTiO₃계통의 제2절연층(5)을 약 3000Å정도의 두께로 형성한다.

이어서 마지막으로 Al계통의 금속전극(6)을 상기 제2절연층상에 약 2000Å정도 두께로 형성하고 전극양단, 즉, ITO투명전극(2)과 금속전극(6)사이에 교류전원을 설치하여 소자를 완성한다.

이와 같이 완성된 박막EL소자의 절연층/발광층/절연층으로 이루어지는 막의 양단에 적절한 교류전압이 인가되면 절연층/발광층의 계면상태로 부터 전자가 전도대로 터널링(Tunneling)하면서 형광층내의 고전계에 의해 열전자(Hot electron)로 가속되어 발광층내에 도핑된 도판트(Dopant)이온을 충돌-여기(Impact-excitation)시키고 일부전자는 발광층 물질의 격자를 이온화시키면서 전자-정공쌍을 만든다. 열전자에 의해 전도대로 여기된 전자가 다시 가전자대로 떨어지며 이때 에너지 차이만큼의 파장을 갖는 빛이 방출된다.

제1도의 EL소자의 발광층에서 발생하는 빛이 양을 1이라 가정하고 투명전극의 투과율을 Ti, 금속전극의 반사율을 Rm이라 가정하면, 구동전압V 인가시에 발생하는 총광량은 Ti+RmTi=Ti(1+Rm)으로 계산되며 이때 전기적 등가회로는 제1도에 도시된 바와 같다.

상술한 종래의 EL소자는 SrS등을 모체로 하는 청색 EL에서는 발광층의 휘도 자체가 약한 문제가 있기 때문에 모자라는 휘도값을 상용화 수준까지 끌어 올리려는 시도가 행해지고 있다.

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 투명도전체를 삽입시켜 다층구조로 형성하여 일정면적에서의 휘도를 높인 다층 박막EL소자를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 박막 전계발광소자는 투명 유리기판상에 투명전극, 제1절연층, 투명전도체, 발광층, 제2절연층, 금속전극이 순차적으로 형성되어 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 박막 전계발광소자는 투명 유리기판상에 투명전극, 제1절연층, 투명전도체, 발광층, 제2절연층이 순차적으로 형성되어 이루어진 다층박막구조가 적어도 3층이상 적층되어 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명의 제1실시예에 따른 EL소자의 구조도를 제2(a)도에 도시한바, 이를 설명하면 다음과 같다.

투명한 평면 유리기판(1)위에 ITO(Indium Tin Oxide)투명전극(2)을 약 2000Å정도 증착한 후, 그 위에 Y₂O₃, Si₃N₄, SiON, BaTa₂O₆', BaTiO₃, SrTiO₃등의 절연물질을 약 3000Å정도의 두께로 증착하여 제1절연층(3)을 형성한다.

이어서 투명도전체(7)를 두께 1000Å정도로 증착한 후, ZnS,CaS,SrS계통의 발광층(4)을 약 5000Å정도의 두께로 증착하여 형성한 다음 그위에 Y₂O₃, Si₃N₄, SiON, BaTa₂O₆', BaTiO₃, SrTiO₃계통의 제2절연층(5)을 약 3000Å정도의 두께로 형성하고 그위에 금속전극(6)을 약 2000Å 두께로 형성한다.

그리고나서 전극양단, 즉, ITO투명전극(2)과 금속전극(6)사이에 교류전원을 연결하여 소자를 완성한다.

상기 발광층과 절연층사이에 형성되는 투명도전체(7)는 ZnO:X(X는 금속이온)계열물질로 형성할 수 있는데 제4도에 나타낸 바와 같이 ZnO:X는 wurtzite구조(a)를 가지고 있으며, 발광층이 ZnS계열일 경우에는 ZnS물질이 zincblende구조(b)를 가지므로 이 두 구조가 매우 유사하며 대칭이므로 발광층의 결정성(Crystallinity)이 증가된다.

상기와 같이 형성된 EL소자의 총광량은 투명전극의 투과율을 Ti, 투명도전체의 투과율을 Tz, 금속전극의 반사율을 Rm이라 할때 TiTz+TiTzRm=TiTz(1+Rm)이 된다.

본 발명의 제1실시예의 발광층두께 5000Å, 투명도전체의 두께1000Å인 경우의 EL소자의 전기적 등가회로는 제2(b)도에 도시한 바와 같으며, 원래 발광층의 정전용량 Cz에 6/5을 곱한 값 6/5Cz를 갖는다.

이와 같이 절연층과 발광층사이에 투명전도체를 형성한 본 발명의 경우와 제1도의 종래의 EL소자의 휘도-전압특성을 비교하여 제5도에 나타내었는바, 본 발명에 의하면 휘도증가 및 구동전압 감소의 효과가 얻어짐을 알 수 있다.

제3도는본 발명의 제2실시예를 도시한 것으로, (a)는 EL소자의 구조도로서, 먼저, 상기 제1실시예와 같이 투명한 평면 유리기판(1)위에 ITO(Indium Tin Oxide)투명전극(2), 제1절연층(3), 투명도전체(7), 발광층(4), 제2절연층(5)을 차례로 형성하여 다층구조를 형성한 후, 이와 같은 다층구조를 2층 더 형성하여 모두 3층으로 이루어진 다층구조를 형성하고 최상부에 금속전극(6)을 약 2000Å정도의 두께로 형성하고 각각의 전극층(2,2A,2B,6)에 교류전원을 연결함으로서 병렬구조를 갖는 소자를 형성한 것이다.

이때, 상기 다층구조를 3층이상으로 형성하는 것도 가능하다.

제3(b)도는 본 발명의 제2실시예에 의한 EL소자의 전기적 등가회로도를 나타낸 것으로, 발광층두께 5000Å, 투명도전체의 두께1000Å인 경우로서, 원래 발광층의 정전용량 Cz에 6/5을 곱한 값 6/5Cz의 정전용량 C가 3개 병렬연결된 등가구조를 가지며, 이때 교류전원 V의 전압은 3개의 커패시터에 공통으로 걸리게 된다.

제3도에서 각각의 발광층내에서 발생하는 빛의 양을 1이라 가정하고 투명전극의 투과율을 Ti, 금속전극의 반사율을 Rm, 투명도전체의 투과율을 Tz라고 가정하면 구동전압 V인가시 각각의 소자에 공통으로 전압이 인가되므로 발생하는 총광량은

총광량 ①+②+③이 된다.

이 값을 제1도의 종래의 EL소자의 총광량 Ti(1+Rm)과 비교하기 위해 ITO투명전극의 투과율 Ti=0.85, 금속전극의 반사율Rm=0.9, 투명도전체의 투과율 Tz=0.8로 하여 계산하면, 종래 EL소자의 총광량은 1.615, 본 발명의 제2실시예의 EL소자의 총광량은 2.063으로 결국 종래의 EL소자의 총광량보다 증가된 총광량을 갖는 새로운 구조의 EL소자의 제작이 가능하게 된다.

등가회로 또한 제1(a)도와 제3(a)도를 비교하면 총 커패시터용량이 (CiCz)/(Ci+Cz)에서 18CiCz/(5Ci+6Cz)(여기서 Ci는 절연층의 커패시턴스, Cz는 발광층의 커패시턴스를 나타낸다)로 증가하므로 구동전압 강하가 용이하게 된다.

이상 상술한 바와 같이 본 발명은 동일 면적의 기판위에 투명도전체를 제1절연층/발광층 계면에 형성시킨 EL소자층을 다층으로 형성시킨 후 각각의 전극층에 교류전원을 연결하여 총 정전용량을 증가시킴으로써 종래 EL소자보다 광량이 증가되고 또한 구동전압도 낮아지므로 툭히 휘도가 문제가 되는 청색 EL소자에서 휘도값 증가 및 구동전압감소가 효과가 있다.

Claims

투명 유리기판(1)상에 투명전극(2), 제1절연층(3), 투명전도체(7), 발광층(4), 제2절연층(5), 금속전극(6)이 순차적으로 형성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 박막 전계발광소자.
제1항에 있어서, 상기 투명전도체(7)는 'wurtzite'구조를 갖는 물질로 형성함을 특징으로 하는 박막 전계발광소자.
제2항에 있어서, 상기 투명전도체는 ZnO:X(X는 금속이온)성분을 갖는 물질로 형성함을 특징으로 하는 박막 전계발광소자.
투명 유리기판(1)상에 투명전극(2), 제1절연층(3), 투명전도체(7), 발광층(4), 제2절연층(5), 금속전극(6)이 순차적으로 형성되어 이루어진 다층박막구조가 적어도 3층이상 적층되어 구성된 것을 특징으로 하는 박막 전계발광소자.