KR100301759B1 - 후막형전계발광소자 - Google Patents

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Abstract

투명 기판의 상측면에 투명 전극층을 형성하고, 투명 전극층의 상측면에 형광체와 절연체를 설정 비율로 혼합하여 도포한 다음 건조시켜 발광층을 형성한다. 다음에 발광층의 상측면에 액상의 전도성 물질을 도포하여 배면 전극층을 형성한다. 이와 같이 형광체와 절연체가 혼합됨에 따라, 절연체와 형광체의 계면 전하 밀도가 증가되어 투명 전극층과 배면 전극층 사이에 전압이 인가되면, 절연체와 형광쳬의 계면에 대전되었다가 형광체내로 주입되는 전자가 증가되어 발광 휘도의 세기가 증가하게 된다. 또한, 절연체가 이루는 절연층의 두께가 감소되어 소비 전력이 기존의 후막형 전계 발광 소자에 비교하여 1/3로 감소된다.

Description

후막형 전계 발광 소자
이 발명은 전계 발광 소자(Electroluminescence decive;ELD, 이하 'ELD'라 함)에 관한 것으로, 더욱 상세하게 말하자면, 형광체와 절연체가 혼합되어 하나의 발광층을 이루는 후막형 전계 발광 소자에 관한 것이다.
특정 정보를 나타내는 가장 직접적인 방법의 하나로 표시 소자를 사용하고 있으며, 표시 소자는 크게 열전자 방출을 이용한 음극선관(CRT), 음극선관의 원리와 유사하지만 전자를 방출하는 음극선이 실선(텅스텐 와이어)으로 되어 있는 형광 표시판(VFD), 액정의 전기 광학적 특성을 이용한 액정 표시 소자(LCD), 대전된 양 전극사이에서의 기체 방전 현상을 이용한 플라즈마 표시 소자(PDP), 전계 발광 효과를 이용한 전계 발광 소자(ELD) 및 냉음극 전자를 방출시켜 형광층을 발광시키는 구조로 되어 있는 전계 방출 소자(FED)등으로 구분된다. 이러한 표시 소자들은 각각의 기능 및 구조적 특성에 따라 사용 목적과 용도가 다르다.
지금까지는 CRT가 주로 사용되어 왔으나, 초대형화 내지 휴대성이 용이한 표시 소자를 요구하는 추세에 따라 점차 박형화가 가능한 LCD, PDP, ELD와 같은 평판 형 디스플레이의 사용이 증가되고 있다.
ELD는 재료 및 소자를 구성하는 구조에 따라 크게 박막 전계 발광 소자, 후막 전계 발광 소자, 유기 전계 발광 소자로 분류된다.
후막 전계 발광 소자는 생산시 제조가 용이하고 구조가 간단하여 가격 경쟁력이 우수하고, 소자가 얇고 플렉시블(flexible)하여 설치 장소의 구애를 받지 않는 등의 장점을 보유하고 있으며, 디스플레이용보다는 LCD(Liquid Crystal Device)의 후면 발광(backlight)용으로 주로 사용되고 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 종래의 후막형 전계 발광 소자의 구조 및 제조 방법에 대하여 설명한다.
도1에 종래의 후막형 전계 발광 소자의 구조가 도시되어 있으며, 도2에 종래의 후막형 전계 발광 소자의 제조 순서가 도시되어 있다.
첨부한 도1에 도시되어 있듯이, 종래의 후막형 전계 발광 소자는, 투명 기판(1)상에 투명 전극층(2)이 형성되어 있으며, 투명 전극층(2)위에 형광층(3)이 형성되어 있다. 형광층(3)위에 절연층(4)이 형성되어 있으며, 절연층(4)위에 배면 전극층(5)이 형성되어 있다. 이와 같이 이루어진 후막형 전계 발광 소자의 외부를 방습을 위한 보호 필름(6)이 덮고 있다.
이러한 구조로 이루어진 종래의 후막형 전계 발광 소자는 다음과 같이 제조된다.
첨부한 도2에 도시되어 있듯이, 먼저, 후막형 전계 발광 소자를 구성하기 위한 소자를 선택하고, 전극을 디자인하고, 디자인된 전극에 따라 마스크를 제작한다.
다음에, 투명 기판(1)상에 ITO(Indium Tin Oxide)(인듐 틴옥사이드)나 투명 틴 메탈(tin metal)과 같은 전도체를 진공 증착하여 투명 전극층(2)을 형성한다(S10).
다음에, 황화아연(ZnS)에 황화구리(CuxS)가 혼합된 형광체 파우더를 바인더(binder)와 함께 잘 혼합한 다음, 투명 전극층(2)의 상측면에 스크린 프린팅(screen printing) 기법으로 도포하고 건조시켜 형광층(3)을 형성한다(S15∼S20). 여기서, 황화아연(ZnS)은 형광 모체를 이루며, 구리(Cu)는 형광 모체내의 발광 중심을 형성하는 불순물을 이룬다.
다음에, 바륨 티타네이트(BaTiO3)로 이루어진 절연체를 형광층(3)위에 도포한 다음 건조시켜 약 40㎛ 두께의 절연층(4)을 형성하고(S25∼S30), 절연층(4)의 상측면에 알루미늄(Al) 전극을 부착하여 배면 전극층(5)을 형성하고, 이와 같이 형성된 소자들을 정렬한다(S35∼S40).
이와 같이 제조된 후막형 전계 발광 소자의 투명 전극층(2)과 배면 전극층(5) 사이에 전압을 인가시키면, 절연층(4)과 형광층(3)의 계면에 포획되어 있는 전자가 형광층(3)내로 주입되고, 형광층(3)내로 주입된 전자는 형광 모체내에 형성된 발광 중심의 기저준위에 분포한 전자를 이온화 및 여기시켜서 빛을 발생시킨다.
그리고, 형광층(3)에서 발생된 빛은 투명 전극층(2)과 투명 기판(1)을 통하여 외부로 방출된다.
형광층(3)에 인가되는 전자의 밀도를 크게 하기 위해서는 절연층(4)의 표면적을 넓게 해야 하나, 상기한 바와 같이 제조된 종래의 후막형 전계 발광 소자는 절연층(4)의 두께가 40㎛ 정도로 두껍기 때문에 소비 전력이 증가되는 단점과, 절연체의 표면적이 입자의 크기에만 관계되므로 형광층에 형성되는 전자의 밀도를 증가시키기에는 한계가 있다.
또한, 종래의 후막형 전계 발광 소자는 휘도가 낮으며, 소자의 수명이 짧아서 효용성이 떨어지는 단점이 있다.
그러므로, 이 발명의 목적은 상기한 종래의 단점을 해결하여 소비 전력이 낮으며 발광 휘도가 높은 후막형 전계 발광 소자를 제공하고자 하는데 있다.
도1은 종래의 후막형 전계 발광 소자의 구조를 나타낸 단면도이고,
도2는 종래의 후막형 전계 발광 소자의 제조 순서도이고,
도3은 이 발명의 실시예에 따른 후막형 전계 발광 소자의 구조를 나타낸 단면도이고,
도4는 이 발명의 실시예에 따른 후막형 전계 발광 소자의 제조 순서도이고,
도5a는 이 발명의 실시예에 따른 후막형 전계 발광 소자의 절연층과 형광층의 구조를 나타낸 도이고,
도5b는 종래의 후막형 전계 발광 소자의 절연층과 형광층의 구조를 나타낸 도이고,
도6은 이 발명의 실시예에 따른 후막형 전계 발광 소자의 휘도 특성을 나타낸 그래프이다.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 이 발명에서는 제1전극층과 제2전극층 사이에 형광체와 절연체를 혼합하여 발광층을 형성한다.
절연체가 형광체의 표면을 감싸도록 형광체와 절연체를 혼합하여 절연체가 이루는 절연층의 두께를 감소시킨다. 그에 따라 소비 전력이 감소될 수 있다.
또한, 형광체와 절연체의 혼합에 따라 형광체와 절연체 사이의 표면적이 증가되고 또한 계면이 증가되어, 발광층이 발광에 기여하는 전자의 밀도가 증가되도록 한다.
제1전극층과 제2전극층 중의 하나 또는 모두가 빛투과성을 가지도록 구성될 수 있다.
상기한 구성에 의하여, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
먼저, 이 발명의 실시예에 따른 후막형 전계 발광 소자에 대하여 설명한다.
도3은 이 발명의 실시예에 따른 후막형 전계 발광 소자의 구조를 나타낸 단면도이다.
첨부한 도3에 도시되어 있듯이, 이 발명의 실시예에 따른 후막형 전계 발광 소자는, 투명 기판(10)상에 투명 전극층(20)이 형성되어 있고, 투명 전극층(20)위에 형광체와 절연체가 일정 비율로 혼합된 발광층(30)이 형성되어 있다. 발광층(30)위에 배면 전극층(40)이 형성되어 있다.
이러한 구조로 이루어진 후막형 전계 발광 소자의 외부를 방습을 위한 보호 필름(50)이 감싸고 있다. 그러나, 반드시 보호 필름(50)으로 후막형 전계 발광 소자를 밀폐시킬 필요는 없다.
이러한 구조를 가지는 후막형 전계 발광 소자의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도4에 이 발명의 제1실시예에 따른 후막형 전계 발광 소자의 제조 순서가 도시되어 있다.
첨부한 도4에 도시되어 있듯이, 먼저, 후막형 전계 발광 소자를 구성하기 위한 소자를 선택하고, 전극을 디자인하고, 디자인된 전극에 따라 마스크를 제작한다.
다음에, 폴리 에틸렌 계열의 필름으로 이루어진 투명 기판(10)상에 ITO(인듐 틴옥사이드)나 투명 틴 메탈과 같은 전도체를 진공 증착하여 투명 도전층(20)을 형성한다(S100).
다음에, 황화 아연(ZnS)에 황화 구리(CuxS)를 혼합하여 고온 소결(sintering) 과정을 통하여 제작된 형광체 파우더를 1∼20㎛ 사이즈로 그라인딩(grinding)한 다음, 형광체 파우더의 표면에 부착된 CuxS를 제거하기 위하여 시안화물(cyanide) 등으로 에칭한다. 이에 따라, CuxS에 의해 발광된 빛이 외부에서 인가되는 에너지에 의하여 차단되는 것이 방지된다.
이와 같이 제작된 형광체(ZnS:Cu)와 고유전율을 가지는 바륨 티타네이트(BaTiO3)로 이루어진 절연체를 바인더와 함께 잘 혼합한 다음, 투명 전극층(20)의 상측면에 스크린 프린팅 기법으로 도포하고, 건조시켜 발광층(30)을 형성한다(S110∼S130). 즉, 형광층과 절연층을 혼합하여 발광층(30)을 형성한다. 이 때, 형광체와 절연체는 약 (5∼9):(5∼1)의 중량비로 혼합된다.
발광층(30)을 형성하는 경우에, 스크린 프린팅 기법뿐만 아니라 스프레이 또는 스핀 코우터(spin coater) 법을 사용하여, 형광체와 절연체의 혼합물을 투명 전극층(20)의 상측면에 도포할 수도 있다.
이와 같이 형성된 발광층(30)는 첨부한 도5a에 도시된 바와 같은 구조를 이룬다.
종래에는 첨부한 도5b에 도시된 바와 같이, 절연층과 형광층이 각각 분리되나, 이 발명에서는 첨부한 도5a에 도시된 바와 같이, 발광층(30)의 각 형광체 주위에 절연층이 형성된다.
즉, 형광체의 일부 표면에만 절연층이 형성되는 것이 아니라, 형광체의 전체 표면에 절연층이 골고루 형성된다. 이 경우, 절연층은 약 5㎛의 두께를 가지며, 종래에 비하여 절연층의 두께가 얇아도 요구되는 절연 특성이 만족될 수 있다.
발광층(30) 형성에 사용된 페이스트용 바인더는 유전율이 크고, 절연 파괴 강도가 높고, 가공성성이 양호하고, 형광체를 균일하게 분산시킬 수 있으며, 투명도가 높고, 수분 흡수성이 적은 특성을 가지는 재료가 사용되어야 하며, 절연체는 유전 상수가 큰 특성을 가지는 재료가 사용된다.
이와 같이 발광층(30)을 형성한 다음, 발광층(30)의 상측면에 액상의 도전성 물질(Ag paste 등)을 도포하거나 알루미늄(Al)과 같은 스틸 계열의 도전성 물질을 진공 증착하여 배면 전극층(40)을 형성한 다음(S140), 형성된 각 층을 정렬한다(S150).
다음에, 수분 침투를 방지하기 위하여, 상기와 같이 제조된 후막형 전계 발광 소자의 외부를 보호 필름(50)으로 밀폐할 수 있다.
이와 같이 제조된 후막형 전계 발광 소자의 투명 전극층(20)과 배면 전극층(40)사이에 전압을 인가시키면, 발광층(30)의 절연체와 형광체의 계면에 포획되어 있던 전자가 터널링(tunneling) 현상에 의하여 형광체내로 주입된다.
형광체내로 주입된 전자는 형광 모체(ZnS)의 발광 중심의 기저준위에 분포한 전자를 이온화 및 여기시켜 빛이 발생되도록 한다. 즉, 형광 모체의 발광 중심의 기저준위에 분포된 전자는 절연체의 계면으로부터 주입된 전자에 의하여 이온화 혹은 여기되었다가 다시 기저준위로 떨어지면서 빛을 방출하게 된다.
상기에서 절연체의 유전 상수가 높을수록 계면의 전자 밀도(density)가 증가되어 형광체내로 주입되는 전자수가 증가됨으로써, 전도대로 여기되는 전자 수가 증가하여 빛의 발광량이 증가한다.
이 발명에서는 첨부한 도5a에서와 같이, 형광체를 절연체가 감싸고 있으므로, 형광체와 절연체 사이의 계면 증가에 따라 형광체내로 주입되는 전자의 수가 종래에 비하여 증가하게 된다.
따라서, 빛의 세기가 증가되어 전계 발광 소자의 휘도량이 증가된다.
또한, 이 발명에서는 형광체와 절연체의 혼합 비율을 약(5∼9):(5∼1)의 중량비로 하여 최적 발광이 이루어지도록 하였다. 도6에 형광체와 절연체의 혼합 비율에 따른 휘도량 변화가 도시되어 있다. 도6의 세로축은 휘도량을 나타내며, 하축은 절연체(BaTiO3) 혼합율, 상축은 형광체(ZnS:Cu) 혼합율을 각각 나타낸다.
도7에 도시된 바와 같이, 형광체에 비하여 절연체의 혼합 비율이 작을수록 휘도량이 증가되며, 형광체와 절연체의 혼합 비율이 7:3인 경우에 휘도량이 최대가 되었다가 다시 형광체의 혼합 비율이 증가되면 휘도량이 감소되는 것을 알 수 있다.
따라서, 이 발명에서는 형광체와 절연체를 7:3의 중량비로 혼합함으로써, 최대의 휘도량을 얻을 수 있다. 이 발명의 실시예에 따른 ZnS:Cu와 BaTiO3이외의 형광체 및 절연체를 사용한 경우에도, 형광체와 절연체를 약(5∼9):(5∼1)의 비율로 혼합하면 최적의 휘도량을 얻을 수 있다.
이외에도 투명 전극층(20)과 배면 전극층(40) 모두를 빛투과성을 가지는 재질로 제조하여, 발광층(30)에서 발생된 빛이 양방향으로 방출되도록 하는 것도 가능하다.
또한, 빛투과성을 가지지 않는 불투명 기판(10) 위에 배면 전극층(40)을 형성하고, 배면 전극층(40)위에 발광층(30)을 형성하고, 발광층(30)위에 투명 전극층(20)을 형성하여 후막형 전계 발광 소자를 제조할 수도 있다. 이 경우에, 발광층(30)에서 발생된 빛은 투명 전극층(20)을 통하여 외부로 방출된다.
이와 같이 제조된 후막형 전계 발광 소자의 외부를 방습을 위한 보호 필름(50)으로 밀폐할 수 있으며, 이 때, 보호 필름(50)은 빛투과성을 가지는 재질로 이루어져야 한다.
이외에도 이 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 실시가 가능하다.
이상에서와 같이, 후막형 전계 발광 소자를 제조하는 경우에, 형광체와 절연체를 혼합하여 발광층을 형성함으로써, 절연층의 두께가 현격이 감소되어 소비 전력이 감소된다.
또한, 발광층에 걸리는 전력의 세기가 감소되어 후막형 전계 발광 소자의 수명이 연장된다.
또한, 형광체와 절연체의 계면 증가에 따라, 종래의 3배 정도인 고휘도량이 제공된다.
또한, 후막형 전계 발광 소자를 간단하게 제조할 수 있으므로, 제조 비용을 절감할 수 있다.

Claims (6)

  1. 기판과;
    상기 기판 위에 형성되어 있는 제1전극층과;
    상기 제1전극층 위에 형성되어 있고, 형광체와 절연체가 혼합되어 이루어진 발광층과;
    상기 발광층 위에 형성되어 있는 제2전극층을 포함하는 후막형 전계 발광 소자.
  2. 제1항에서,
    상기 제1전극층은 투명 전극층이고, 상기 기판은 투명 재질로 이루어진 후막형 전계 발광 소자.
  3. 제1항에서,
    상기 제2전극층은 투명 전극층인 후막형 전계 발광 소자.
  4. 제1항에서,
    상기 제1전극층과 제2전극층이 투명 전극층이고, 상기 기판은 투명 재질로 이루어진 후막형 전계 발광 소자.
  5. 제1항에서,
    상기 후막형 전계 발광 소자를 밀폐시키는 보호 필름을 더 포함하여 이루어지는 후막형 전계 발광 소자.
  6. 제1항에서,
    상기 형광체 0.5 내지 0.9 중량비에 대하여 상기 절연체가 0.5 내지 0.1의 중량비로 혼합되는 후막형 전계 발광 소자.
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