KR100354823B1 - 투명 절연층을 이용한 후막형 전계 발광 소자 - Google Patents

Abstract

이 발명은 투명한 절연층을 이용한 후막형 전계 발광 소자에 관한 것이다. 기판 위에 제1 전극이 형성되어 있고, 제1 전극 위에 형광층이 형성되어 있으며, 형광층 위에 빛을 투과시키는 절연층이 형성되어 있고, 절연층 위에 제2 전극이 형성되어 있다. 절연층은 형광층의 상면과 측면을 모두 감싸는 형태로 형성되어 있다. 제1 전극 및 제2 전극에 전압이 인가되면 형광층이 빛을 발광하고, 형광층으로부터 발광된 빛은 제1 전극을 통하여 외부로 방출되며, 이 때 형광층으로부터 절연층 쪽으로 발광된 빛도 절연층을 투과한 다음 제2 전극에 반사되어 다시 절연층, 형광층 및 제1 전극을 순차적으로 통과하여 외부로 방출된다. 따라서, 전계 발광 소자로부터 방출되는 빛의 휘도량이 증가되어 휘도 특성이 향상되며, 절연층이 형광층을 보호함에 따라 내구성이 향상된다.

Description

투명 절연층을 이용한 후막형 전계 발광 소자{ELD USING A TRANSPARENT ISOLATE LAYER}

이 발명은 전계 발광 소자(Electroluminescence decive : ELD)에 관한 것으로, 더욱 상세하게 말하자면, 투명 절연층을 이용한 후막형 전계 발광 소자에 관한 것이다.

특정 정보를 나타내는 가장 직접적인 방법의 하나로 표시 소자를 사용하고있으며, 표시 소자는 크게 열전자 방출 및 형광체의 발광을 이용한 음극선관(CRT), 음극선관의 원리와 유사하지만 전자 방출 음극선이 실선(텅스텐 와이어)으로 되어 있고 전체적인 형태가 주로 평면형으로 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 및, ELD 사용이 증가되고 있으며 FED의 사용화를 위한 많은 연구가 진행되고 있다.

이중에서 ELD는 소비 전력이 적고 충격에 대하여 안정성이 우수하고 내환경 특성이 강하여 내환경 특성 평가 장비 또는 응답 속도가 빠른 것을 필요로 하는 의료 장비 등의 디스플레이 장치에 이용되고 있다.

ELD는 재료 및 소자를 구성하는 구조에 따라 크게 박막 공정을 이용한 박막 전계 발광 소자, 형광체를 바인더와 혼합하여 페이스트 상태로 인쇄한 후막형 전계발광 소자, 유기 전계 발광 소자로 분류된다.

후막형 전계 발광 소자는 생산시 제조가 용이하고 구조가 간단하여 가격 경쟁력이 우수하고, 소자가 얇고 플렉시블(flexible)하여 설치 장소 및 디자인의 구애를 받지 않는 등의 장점을 보유하고 있으며, 디스플레이용보다는 LCD(LiquidCrystal Device)의 후면 발광(backlight)용으로 주로 사용되고 있다.

종래에 주로 사용되는 후막형 전계 발광 소자는 기판, 투명 전극, 형광층, 절연층 및 배면 전극이 순차적으로 적층되어 있는 구조로 이루어진다.

그러나 이러한 구조로 이루어진 종래의 후막형 전계 발광 소자는 빛을 발광하는 형광층 위에 형성된 절연층이 불투명 즉, 빛을 투과하지 않는 성질로 이루어짐에 따라, 형광층으로부터 절연층 쪽으로 발광된 빛이 절연층에 의하여 흡수되어 휘도 특성이 저하되는 단점이 있다.

이외에도, 종래의 후막형 전계 발광 소자는 외부를 보호막이 감싸고 있으나, 외부 충격이나, 고온, 고습에서의 작동시 내부의 형광층 등이 파손되는 경우가 발생한다.

그러므로, 이 발명의 목적은 후막형 전계 발광 소자의 휘도 특성 및 내구성을 향상시키기 위한 것이다.

도 1은 이 발명의 제1 실시예에 따른 투명 절연층을 이용한 후막형 전계 발광 소자의 구조를 나타낸 단면도이다.

도 2는 이 발명의 제2 실시예에 따른 투명 절연층을 이용한 후막형 전계 발광 소자의 구조를 나타낸 단면도이다.

도 3은 이 발명의 제3 실시예에 따른 투명 절연층을 이용한 후막형 전계 발광 소자의 구조를 나타낸 단면도이다.

도 4는 이 발명의 제4 실시예에 따른 투명 절연층을 이용한 후막형 전계 발광 소자의 구조를 나타낸 단면도이다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 이 발명에 따른 후막형 전계 발광 소자는 형광층과 전극 사이에 위치되는 절연층이 빛을 투과하는 물질로 이루어지며, 절연층이 형광층의 상측면과 측면을 모두 감싸는 형태로 이루어진다. 따라서, 형광층으로부터 발광된 빛은 투명 전극을 통하여 외부로 방출되고, 또한 절연층 쪽으로 발광된 빛도 절연층을 투과한 후에 전극에 의하여 반사된 다음 다시 절연층 및 형광층을 통하여 외부로 방출됨에 따라 전계 발광 소자로부터 방출되는 빛의 휘도량이증가된다.

이 발명의 특징에 따른 후막형 전계 발광 소자는, 외부로부터 전압이 인가되는 제1 및 제2 전극; 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 형성되어 있으며, 상기 전압에 따라 일정량의 빛을 발광하는 형광층; 및 상기 형광층과 상기 제2 전극 사이에 형성되어 있으며, 빛을 투과시키는 물질로 이루어지는 제1 절연층을 포함한다.

제1 절연층은 상기 형광층의 상측면과 측면을 모두 감싸는 형태로 형성되어 형광층을 보호하며, 제1 전극은 투명 물질로 이루어지는 기판 위에 형성되는 투명 도전체(ITO)로 이루어질 수 있다.

이외에, 제1 전극과 형광층 사이에 형성되어 있으며 빛을 투과시키는 물질로 이루어지는 제2 절연층을 더 포함할 수 있다. 이 경우에, 제1 및 제2 절연층은 페릴렌 N, 페릴렌 C, 페릴렌 D 중 하나로 이루어질 수 있다.

또한, 제2 전극, 형광층, 절연층을 외부로부터 분리시키는 보호막을 더 포함할 수 있다.

이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

도 1에 이 발명의 제1 실시예에 따른 후막형 전계 발광 소자의 구조가 도시되어 있다.

첨부한 도 1에 도시되어 있듯이, 이 발명의 제1 실시예에 따른 후막형 전계 발광 소자는 기판(1) 상에 인듐 틴 옥사이드(ITO:Indium Tin Oxide)와 같은 전도체가 진공 증착된 투명 전극(2)이 형성되어 있고, 투명 전극(2) 위에 황화 아연(ZnS)에 황화 구리(Cu_xS)가 혼합된 형광체(ZnS:Cu)가 도포 건조된 형광층(3)이 형성되어 있다. 여기서 황화 아연(ZnS)는 형광 모체를 이루고, 구리(Cu)는 형광 모체내의 발광 중심을 형성하는 불순물을 이룬다.

형광층(3) 위에 빛을 투과시키는 절연체로 이루어진 절연층(4)이 형성되어 있으며, 절연층(4) 위에 알루미늄(Al)과 같이 빛의 반사 특성이 우수한 물질이 진공 증착된 배면 전극(5)이 형성되어 있다. 이와 같이 이루어진 후막형 전계 발광 소자의 외부를 방습을 차단하기 위한 보호막(6)이 덮고 있으나, 반드시 보호막(6)을 사용할 필요는 없다.

이 발명의 실시예에 따른 절연층(4)은 절연 특성을 가지면서 빛을 투과시키는 물질로 이루어져야 하며, 여기서는 페릴렌으로 이루어진다. 페릴렌(parylene:poly-para-xylene)은 폴리머(Polymer)계열의 고분자 물질로 벤젠고리의 양끝단에 CH₂가 연결되어 있는 기본구조가 체인모양으로 이어진 구조를 하고 있으며 이 기본 구조에서 Cl의 유무 및 붙어 있는 위치, 수에 따라 페릴렌 N, 페릴렌 C, 페릴렌 D 등의 다수 타입으로 뷴류되며, 타입별로 빛의 투과성 및 유전상수, 절연파괴 강도 등의 전기적 특성이 다르다. 절연층(4)은 페릴렌 N, 페릴렌 C, 페릴렌 D 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.

절연층(4)은 도 1에 도시되어 있듯이, 형광층(3)의 상면 및 측면을 감싸서 외부의 충격으로부터 형광층(3)을 보호할 수 있는 형태로 이루어진다. 따라서 절연층(4)은 절연 기능과 함께 형광층(3)을 보호하는 기능을 가지게 된다.

이외에, 보호막(6)도 빛을 투과시키는 물질 예를 들어, 절연층(4)과 같이 페릴렌으로 이루어질 수 있으며, 기판(1)은 유리 기판이나 필름 등으로 이루어질 수 있다.

다음에는 이러한 구조로 이루어진 이 발명의 실시예에 따른 후막형 전계 발광 소자의 제조 순서에 대하여 설명한다.

먼저, 기판(1)의 상측면에 ITO(인듐 틴옥사이드)나 투명 틴 메탈과 같은 전도체를 진공 증착하여 투명 전극(2)을 형성한다.

다음에, 황화 아연(ZnS)에 황화 구리(Cu_xS)를 혼합하여 고온 소결(sintering) 과정을 통하여 제작된 형광체 파우더를 1∼20㎛ 사이즈로 그라인딩(grinding)한 다음, 형광체 파우더의 표면에 부착된 황화 구리(Cu_xS)를 제거하기 위하여 시안화물 등으로 에칭한다. 이에 따라, 황화 구리(Cu_xS)에 의해 발광된 빛이 외부에서 인가되는 에너지에 의하여 차단되는 것이 방지된다.

이와 같이 제작된 형광체(ZnS:Cu)를 바인더에 혼합하여 투명 전극(2)의 상측면에 균일하게 도포하고, 약 130℃로 20분간 건조시켜 형광층(3)을 형성한다,

다음에, 형광층(3)의 상측면에 페릴렌으로 이루어진 절연체를 도포한 다음, 약 130℃로 20분간 건조시켜 절연층(4)을 형성한다. 이 때, 절연층(4)을 형광층(3)의 상측에만 형성하지 않고 형광층(3)을 보호할 수 있도록 형광층(3)의 상면과 측면을 모두 감싸는 형태로 절연체를 진공 증착하여 절연층(4)을 형성한다.

다음에 형광층(3)의 상측에 형성된 절연층(4)의 상측면에 알류미늄(Al)과 같이 반사 특성이 우수한 도전성 물질을 진공 증착하여 배면 전극(5)을 형성한다. 이 때, 절연층(4)의 측면에는 도전성 물질이 증착되지 않는다.

그리고, 수분 침투를 방지하기 위하여, 상기와 같이 제조된 후막형 전계 발광 소자의 외부를 빛투과성을 가지는 보호막(6)으로 밀폐한다. 이 때, 보호막(6)을 절연층(4)과 동일하게 페릴렌으로 형성할 수도 있다.

이러한 구조로 이루어진 후막형 전계 발광 소자에서, 외부의 구동 회로로부터 배면 전극(5)과 투명 전극(2)에 전압이 인가되면, 절연층(4)과 형광층(3)의 계면에 포획되어 있는 전자가 터널링(tunneling) 현상에 의하여 형광층(3)으로 주입되고, 형광층(3)내로 주입된 전자는 형광 모체(ZnS)의 발광 중심의 기저준위에 분포한 전자를 이온화 및 여기시켜 빛이 발생되도록 한다. 즉, 형광 모체의 발광 중심의 기저준위(valance band)에 분포된 전자는 절연층(4)의 계면으로부터 주입된 전자에 의하여 에너지를 얻어 전도대(conduction band)로 여기되었다가 다시 기저준위로 떨어진다. 이 때, 이온화된 전자는 전도대로부터 발광 중심의 기저준위로 떨어지면서 빛을 방출하게 된다.

형광층(3)에서 발생된 빛은 투명 전극(2)을 통하여 외부로 방출되며, 이와 동시에 형광층(3)으로부터 절연층(4) 쪽으로 방출되는 빛도 절연층(4)을 투과한 다음에 절연층(4) 위에 형성된 금속 물질의 배면 전극(5)에 의하여 반사된 다음 다시 절연층(4), 형광층(3), 투명 전극(2) 및 기판(1)을 통하여 외부로 방출된다.

따라서, 절연층(4)으로 방출된 빛도 흡수되지 않고 반사되어 투명 전극(2)을통하여 외부로 방출됨에 따라, 후막형 전계 발광 소자로부터 방출되는 빛의 휘도량이 증가된다.

위에 기술된 제1 실시예와는 달리, 도 2에 도시된 구조를 가지는 후막형 전계 발광 소자에서도 절연층(4)을 빛을 투과하는 물질로 구성할 수 있다.

도 2에 이 발명의 제2 실시예에 따른 투명 절연층을 이용한 후막형 전계 발광 소자의 구조가 도시되어 있다.

첨부한 도 2에 도시되어 있듯이, 이 발명의 제2 실시예에 따른 후막형 전계 발광 소자는 기판(1) 위에 배면 전극(5)이 형성되어 있고, 배면 전극(5) 위에 제1 실시예에 기술된 바와 같이 빛을 투과시키는 물질로 이루어진 절연층(4)이 형성되어 있으며, 절연층(4) 위에 형광층(3)이 형성되어 있고, 형광층(3) 위에 투명 전극(2)이 형성되어 있으며, 이러한 구조로 이루어진 후막형 전계 발광 소자의 외부를 보호막(6)이 감싸고 있다.

제2 실시예에 따른 후막형 전계 발광 소자는 제1 실시예와 동일한 방법으로 제조되며, 단지 배면 전극(5), 절연층(4), 형광층(3) 및 투명 전극(2)이 형성되는 순서만이 다르다. 제2 실시예에 따른 절연층(4)과 보호막(6)은 위에 기술된 실시예와 동일하게 페릴렌으로 이루어질 수 있다.

한편, 절연층(4)이 제1 실시예와는 달리, 도 2에서와 같이 배면 전극(4)의 상측에만 형성되지 않고 배면 전극(4)을 보호할 수 있도록 배면 전극(4)의 상면과 측면을 모두 감싸는 형태로 형성될 수도 있다.

제2 실시예에 따른 후막형 전계 발광 소자에서도 형광층(3)으로부터 발광된빛이 투명 전극(2)을 통하여 외부로 방출되고 형광층(3)으로부터 절연층(4) 쪽으로 발광된 빛도 절연층(4)을 통과한 다음 배면 전극(5)에 의하여 반사되어 절연층(4), 형광층(3), 투명 전극(2) 및 보호막(6)을 차례로 통과하여 외부로 방출된다. 그러므로, 후막형 발광 소자로부터 방출되는 빛의 휘도량이 증가된다.

제1 및 제2 실시예와는 달리 후막형 전계 발광 소자의 안정성 및 휘도 특성을 향상시키기 위하여, 투명 전극과 형광층 사이에 빛을 투과시키는 물질로 이루어진 절연층을 추가로 삽입하는 것도 가능하다.

이러한 구조로 이루어진 이 발명의 제3 실시예에 따른 후막형 전계 발광 소자의 구조가 도 3에 도시되어 있다.

첨부한 도 3에 도시되어 있듯이 이 발명의 제3 실시예에 따른 후막형 전계 발광 소자의 구조는 제1 실시예와 동일하며, 단지 투명 전극(2)과 형광층(3) 사이에 절연층(7)이 추가로 형성되어 있다. 절연층(7)은 형광층(3)과 배면 전극(5) 사이에 형성된 절연층(4)과 동일하게 빛을 투과시키는 물질 예를 들어 페릴렌으로 이루어질 수 있으며, 투명 전극(2)의 상면과 측면을 감싸는 형태로 형성될 수 있다.

제3 실시예에 따른 후막형 전계 발광 소자에서도, 형광층(3)으로부터 절연층(4) 쪽으로 방출된 빛도 배면 전극(5)에 의하여 반사된 다음 절연층(4), 형광층(3), 절연층(7) 및 투명 전극(2)을 차례로 통과하여 외부로 방출됨에 따라 휘도 특성이 향상되고, 형광층(4)과 투명 전극(2) 사이에 형성된 절연층(7)에 의하여 전기적 안정성이 향상된다. 이외에도, 절연층(7)이 투명 전극(2)을 보호할 수 있는 형태로 형성될 수 있으므로, 내구성이 향상될 수 있다.

이와는 달리, 기판, 배면 전극, 절연층, 형광층, 투명 전극이 순차적으로 형성되어 있는 후막형 전계 발광 소자에서도, 형광층과 투명 전극 사이에 빛을 투과시키는 물질로 이루어진 절연층을 추가로 삽입하는 것도 가능하다.

이러한 구조로 이루어진 이 발명의 제4 실시예에 따른 후막형 전계 발광 소자의 구조가 도 4에 도시되어 있다.

첨부한 도 4에 도시되어 있듯이, 이 발명의 제4 실시예에 따른 후막형 전계 발광 소자의 구조는 제2 실시예와 동일하며, 단지 형광층(3)과 투명 전극(2) 사이에 절연층(7)이 추가로 형성되어 있다.

이 때의 절연층(7)도 형광층(3)과 배면 전극(5) 사이에 형성된 절연층(4)과 동일하게 빛을 투과시키는 물질 예를 들어 페릴렌으로 이루어질 수 있으며, 형광층(3)의 상면과 측면을 감싸는 형태로 형성될 수 있다.

따라서, 위에 기술된 바와 같이 후막형 전계 발광 소자의 휘도 특성이 향상될 뿐만 아니라, 절연층(4)이 배면 전극(5)을 보호하면서 투명하고, 배면 전극(5)이 반사율이 우수한 재료로 형성됨에 따라, 기존의 절연층으로 흡수되던 빛이 배면 전극(5)에 의하여 반사되어 투명 전극(2) 쪽 즉, 전면으로 반사되는 효과를 얻을 수 있어 전면의 발광 휘도가 증가 된다. 또한 절연층(7)이 빛의 방출에는 영향을 주지 않으면서 형광층(3)을 보호함에 따라 후막형 전계 발광 소자의 내구성이 보다 향상될 수 있다.

이외에도 이 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 실시가 가능하다.

이상에서와 같이, 형광층에서 빛이 발광하는 경우에 절연층을 향하여 발광된 빛도 절연층을 투과한 다음 금속 물질의 전극에 의하여 반사되어 외부로 방출됨에 따라, 후막형 전계 발광 소자의 휘도량이 증가되어 휘도 특성이 향상된다.

또한, 외부에 형성되는 보호막 이외에도 절연층이 형광층이나 전극을 감싸는 형태로 형성되어 빛의 방출에는 영향을 주지 않으면서 외부의 충격으로부터 전극이나 형광층을 보호함에 따라, 후막형 전계 발광 소자의 내구성이 향상된다.

Claims (6)

1. 외부로부터 전압이 인가되는 제1 및 제2 전극;

   상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 형성되어 있으며, 상기 전압에 따라 일정량의 빛을 발광하는 형광층; 및

   상기 형광층과 상기 제2 전극 사이에 형성되어 있으며, 빛을 투과시키는 페릴렌 N, 페릴렌 C, 페릴렌 D 중 하나로 이루어지는 제1 절연층

   을 포함하는 후막형 전계 발광 소자.
2. (삭제)
3. 제1항에서,

   상기 제2 전극, 형광층, 절연층을 외부로부터 분리하는 보호막을 더 포함하는 후막형 전계 발광 소자.
4. 제1항에서,

   상기 제1 전극과 형광층 사이에 형성되어 있으며, 빛을 투과시키는 페릴렌 N, 페릴렌 C, 페릴렌 D 중 하나로 이루어지는 제2 절연층을 더 포함하는 후막형 전계 발광 소자.
5. 삭제
6. (2차 정정)제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제1 전극은 투명 물질로 이루어지는 기판 위에 형성되는 투명 도전체로 이루어지는 후막형 전계 발광 소자.