KR100385291B1 - 후막형전계발광소자 - Google Patents

Abstract

기판 위에 다수의 배면 전극선을 서로 일정 간격을 두고 평행하게 형성하고, 배면 전극선 위에 절연층을 각각 형성한다. 다음에, 절연층 위에 각각 분리된 다수의 형광층을 형성하고, 형광층 위에 배면 전극선과 각각 교차하는 다수의 투명 전극선을 서로 평행하게 형성한다. 여기서, 형광층은 배면 전극선과 투명 전극선이 교차되는 영역에만 형성된다. 따라서, 하나의 배면 전극선과 투명 전극선 사이에 전압이 인가되면, 해당 배면 전극선과 투명 전극선이 교차되는 영역에 형성된 형광층에서만 빛이 발생된다. 그러므로, 형광층을 선택적으로 발광시켜 원하는 정보를 표시할 수 있다.

Description

후막형 전계 발광 소자{ELECTROLUMINESCENCE DECIVE}

이 발명은 전계 발광 소자(Electroluminescence decive : ELD, 이하 'ELD'라 명명함)에 관한 것으로, 더욱 상세하게 말하자면, 정보 표시 기능을 가지는 후막형 전계 발광 소자에 관한 것이다.

특정 정보를 나타내는 가장 직접적인 방법의 하나로 표시 소자를 사용하고있으며, 표시 소자는 크게 열전자 방출을 이용한 음극선관(CRT), 음극선관의 원리와 유사하지만 전방층 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, ELD 및 FLD의 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 소자에 대하여 설명한다.

도1에 종래의 후막형 전계 발광 소자의 구조가 도시되어 있다.

첨부한 도1에 도시되어 있듯이, 기판(1)상에 알루미늄(Al) 등의 스틸 계열의물질이 진공 증착된 배면 전극선(2)이 형성되어 있고, 배면 전극선(2) 위에 바륨티타네이트(BaTiO₃) 등의 절연체가 도포 건조된 절연층(3)이 형성되어 있다. 절연층(3) 위에 황화 아연(ZnS)에 황화 구리(Cu_xS)가 혼합된 형광체(ZnS:Cu)가 도포 건조된 형광층(4)이 형성되어 있으며, 형광층(4)위에 인듐 틴 옥사이드(ITO:Indium Tin Oxide)와 같은 전도체가 진공 증착된 투명 전극선(5)이 형성되어 있다.

이와 같이 이루어진 후막형 전계 발광 소자의 외부를 방습을 차단하기 위한 보호 필름(6)이 덮고 있으며, 이 때, 보호 필름(6)은 가시영역의 빛을 투과하는 재질로 이루어진다.

여기서 황화 아연(ZnS)는 형광 모체를 이루고, 구리(Cu)는 형광 모체내의 발광 중심을 형성하는 불순물을 이룬다.

이러한 구조로 이루어진 종래의 후막형 전계 발광 소자에서, 배면 전극선(2)과 투명 전극선(5) 사이에 전압을 인가시키면, 절연층(3)과 형광층(4)의 계면에 포획되어 있는 전자가 형광층(4)으로 주입되고, 형광층(4)으로 주입된 전자는 형광 모체에 형성된 발광 중심의 기저준위에 분포한 전자를 이온화 및 여기시켜서 빛을 발생시킨다. 형광층(4)에서 발생된 빛은 투명 전극선(5)을 통하여 외부로 방출된다.

이와 같이 종래의 후막형 전계 발광 소자는 절연층위에 전체적으로 균일하게 도포된 형광층에서 발생된 빛을 외부로 방출하는 광원으로서의 기능만을 수행함으로써, 정보를 표시하지 못하는 단점이 있다.

또한, 특정 정보를 표시하기 위하여, LCD 등의 표시 소자를 사용하는 경우에는, LCD 뿐만 아니라 후면 발광용인 후막형 전계 발광 소자를 구동시키기 위한 별도의 전원도 필요함으로써, 소비 전력이 증가되는 단점이 있다.

그러므로, 이 발명의 목적은 후막형 전계 발광 소자만으로 정보 표시가 가능하도록 하기 위한 것이다.

도1은 종래의 후막형 전계 발광 소자의 구조를 나타낸 단면도이고,

도2는 이 발명의 실시예에 따른 후막형 전계 발광 소자의 구조를 나타낸 단면도이고,

도3은 이 발명의 실시예에 따른 후막형 전계 발광 소자의 구조를 나타낸 사시도이고,

도4는 이 발명의 실시예에 따른 후막형 전계 발광 소자의 제조 순서를 나타낸 순서도이고,

도5는 이 발명의 실시예에 따른 후막형 전계 발광 소자의 다른 구조를 나타낸 단면도이다.

이러한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 이 발명에서는 기판 위에 다수의 제1전극선을 서로 평행하게 형성하고, 제1전극선 위에 절연층을 형성한다. 다음에, 절연층 위에 각각 분리된 다수의 형광층을 형성하고, 형광층 위에 다수의 제1전극선과 각각 교차하는 다수의 제2전극선을 서로 평행하게 형성한다. 여기서, 형광층은 제1전극선과 제2전극선이 교차되는 영역에만 형성된다.

따라서, 하나의 제1전극선과 제2전극선 사이에 전압을 인가시키면, 해당 제1전극선과 제2전극선이 교차되는 영역에 형성된 형광층에서만 빛이 발생된다.

그러므로, 형광층을 선택적으로 발광시켜 정보를 표시할 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 소자의 구조에 대하여 설명한다.

도2는 이 발명의 실시예에 따른 후막형 전계 발광 소자의 구조를 나타낸 단면도이고, 도3은 이 발명의 실시예에 따른 후막형 전계 발광 소자의 사시도이다.

첨부한 도2 및 도3에 도시되어 있듯이, 이 발명의 실시예에 따른 후막형 전계 발광 소자는, 기판(10) 위에 다수의 배면 전극선(20)이 서로 일정 간격을 두고 평행하게 형성되어 있고, 배면 전극선(20) 위에 절연층(30)이 각각 형성되어 있다. 절연층(30) 위에 각각 분리된 다수의 형광층(40)이 형성되어 있으며, 형광층(40) 위에 다수의 배면 전극선(20)과 각각 교차하여 화소 영역을 정의하는 다수의 투명 전극선(50)이 서로 일정 간격을 두고 평행하게 형성되어 있다.

형광층(40)은 다수의 배면 전극선(20)과 투명 전극선(50)이 각각 교차되어 정의되는 화소 영역에만 형성되어 있다. 즉, 다수의 배면 전극선(20)과 투명 전극선(50)이 각각 교차하는 영역에만 형광층(40)이 형성되어 있다.

이와 같이 이루어진 후막형 전계 발광 소자의 외부를 방습을 위한 보호 필름(60)이 감싸고 있으며, 이 경우에 보호 필름(60)은 빛투과성 재질로 이루어진다.

그러나, 반드시 보호 필름(60)으로 후막형 전계 발광 소자를 밀폐할 필요는 없다.

기판(10)은 빛투과성을 갖지 않는 재질로 이루어지나, 반드시 이에 한정되지는 않는다.

이러한 구조를 가지는 후막형 전계 발광 소자의 제조 순서에 대하여 설명한다.

먼저, 기판(10)의 상측면에 알류미늄(Al)과 같은 스틸 계열의 도전성 물질을 진공 증착한 다음, 포토 에칭하여 다수의 배면 전극선(20)을 형성한다(S100).

이 때, 기판(10)의 상측면 전체에 배면 전극선(20)을 균일하게 형성하지 않고, 첨부한 도3에 도시되어 있듯이, 다수의 배면 전극선(20)을 서로 일정 간격을 두고 평행하게 형성한다.

다음에, 다수 배면 전극선(20)의 각각의 상측면에 바륨 티타네이트(BaTiO₃)로 이루어진 절연체를 도포한 다음, 약 140℃로 20분간 건조시켜 절연층(30)을 형성한다(S110∼S120). 따라서, 첨부한 도3에 도시된 바와 같이, 서로 일정 간격을 두고 평행하게 형성된 다수의 배면 전극선(20)의 상측면에 절연층(30)이 각각 형성된다. 절연체는 유전 상수가 큰 특성을 가지는 재료를 사용한다.

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 바인더(binder)에 혼합하여 절연층(30)의 상측면에 균일하게 도포하는 것이 아니라, 도트(dot) 패턴처럼 정의되는 화소 영역에만 도포한 다음, 약 140℃로 20분간 건조시켜 각각 분리된 다수의 형광층(40)을 형성한다(S130∼S140).

형광층(40) 형성에 사용된 페이스트용 바인더는 유전율이 크고, 절연 파괴 강도가 높고, 가공성이 양호하고, 형광체를 균일하게 분산시킬 수 있으며, 투명도가 높고, 수분 흡수성이 적은 특성을 가지는 재료가 사용된다.

다음에, ITO(인듐 틴옥사이드)나 투명 틴 메탈과 같은 전도체를 진공 증착하여 투명 도전막을 형성하고, 투명 도전막을 포토 에칭하여 다수의 투명 전극선(50)을 형성하고(S150), 이와 같이 형성된 후막형 발광 소자를 정렬한다(S160).

여기서, 각각의 투명 전극선(50)은 배면 전극선(20)과 직각으로 교차하도록 서로 일정 간격을 두고 평행하게 형성되고, 다수의 투명 전극선(50)과 다수의 배면 전극선(20)이 직각으로 교차되는 영역이 화소 영역으로 정의된다.

따라서, 형광층(40)은 첨부한 도3에 도시되어 있듯이, 배면 전극선(20)과 투명 전극선(50)이 직각으로 교차되는 영역에 형성됨으로써, 도트 패턴을 이루게 된다.

다음에, 수분 침투를 방지하기 위하여, 상기와 같이 제조된 후막형 전계 발광 소자의 외부를 빛투과성을 가지는 보호 필름(60)으로 밀폐한다.

이와 같이 제조된 후막형 전계 발광 소자에서, 다수의 투면 전극선과 배면 전극선 중에서 하나의 배면 전극선(20)과 투명 전극선(50) 사이에 전압을 인가시키면, 해당 배면 전극선(20)과 투명 전극선(50)이 직각으로 교차하여 정의되는 화소 영역에 형성된 형광층(40)과 절연층(30)사이의 계면에 포획되어 있던 전자만이 터널링(tunneling) 현상에 의하여 상기 형광층(40)내로 주입된다.

형광층(40)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(30)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.

이에 따라, 전압이 인가된 배면 전극선(20)과 투명 전극선(50)이 직각으로 교차하는 지점에 형성된 형광층(40)에서만 빛이 발생되고, 이 형광층(40)에서 발생된 빛은 해당 투명 전극선(50)을 통하여 외부로 방출된다.

이와 같이, 다수의 배면 전극선(20)과 투명 전극선(50)이 서로 직각으로 교차하는 각각의 화소 영역에 형성된 형광층(40)을 선택적으로 발광시켜, 원하는 정보를 표시할 수가 있으며, 특히, 문자 정보를 용이하게 표시할 수 있다.

이와는 달리, LCD 등과 같은 표시 소자에 사용되는 액티브 매트릭스(active matrix) 구동 방식으로 형광층을 발광시키기 위하여, 형광층을 도트 패턴이 아니라 라인(line) 패턴 즉, 다수의 배면 전극선과 투명 전극선에 각각 대응하는 영역에 전체적으로 형광층을 형성하는 경우에는, 형광층내의 구리(Cu)가 형광 모체(ZnS)와 도전성 띠를 형성하여, 해당 배면 전극선과 투명 전극선을 따라 라인 형태의 빛이 발생됨으로써, 형광체가 도포된 전면의 발광은 가능하나 문자 표시를 할 수가 없다.

따라서, 이 발명에서는 형광층을 상기와 같이 도트 패턴으로 형성하여 정보 표시가 가능하도록 하였다.

이외에도 배면 전극선(20)과 투명 전극선(50) 모두를 빛투과성을 가지는 재질로 제조하여, 형광층(40)에서 발생된 빛이 양방향으로 방출되도록 하는 것도 가능하며, 기판의 재질을 가시 영역의 빛을 투과시킬 수 있는 재료 위에 형성된 인듐 틴 옥사이드(ITO)를 패턴화하여 제작된 전계 발광 소자에도 적용될 수 있다.

또한, 첨부한 도5에 도시한 바와 같이, 빛투과성을 가지는 투명 기판(10) 위에 상기와 같이 투명 전극선(50)을 형성하고, 투명 전극선(50) 위에 형광층(40)을 형성하고, 형광층(40) 위에 절연층(30)을 형성한 다음, 절연층(30) 위에 배면 전극선(20)을 형성하여 상기와 같은 정보 표시가 가능한 후막형 전계 발광 소자를 제조할 수도 있다. 이 경우에, 형광층(40)에서 발생된 빛은 투명 전극선(50)과 투명 기판(10)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 반드시 빛투과성을 가지는 재질을 사용하지 않아도 된다.

이외에도 이 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 실시가 가능하다.

이상에서와 같이, 다수의 배면 전극선과 투명 전극선이 교차하여 정의되는 다수의 화소 영역에 각각 형성된 형광층을 선택적으로 발광시켜, 원하는 정보를 표시할 수 있으며, 특히 문자를 용이하게 표시할 수 있다.

따라서, LCD 등과 같은 별도의 표시 소자를 사용하지 않고도 용이하게 정보를 표시할 수 있는 후막형 전계 발광 소자를 제공할 수 있다.

Claims (5)

1. 기판과;

   상기 기판 위에 제1방향으로 서로 평행하게 일정 간격으로 형성되어 있는 다수의 제1전극선과;

   상기 다수의 제1전극선과 상기 기판 위에 형성되어 있는 절연층과;

   상기 절연층위에 상기 제1전극선과 대향하여 일정 간격을 두고 형성되어 있는 다수의 형광층과;

   상기 절연층과 형광층 위에 상기 제1전극선과 교차하는 제2방향으로 서로 평행하게 일정 간격을 두고 형성되어 있는 다수의 제2전극선을 포함하며,

   상기 형광층은 상기 제1전극선과 제2전극선이 교차하는 영역에 형성되어 있는 후막형 전계 발광 소자.
2. 제1항에서,

   상기 다수의 제2전극선은 투명 도전체로 이루어지는 후막형 전계 발광 소자.
3. 제2항에서,

   상기 다수의 제1전극선은 투명 도전체로 이루어지고, 상기 기판은 투명 재질로 이루어지는 후막형 전계 발광 소자.
4. 기판과;

   상기 기판위에 서로 평행하게 형성되어 있는 다수의 제1전극선과;

   상기 다수의 제1전극선 위에, 상기 제1전극선과 대향하여 일정 간격을 두고 형성되어 있는 다수의 형광층과;

   상기 형광층과 기판 위에 형성되어 있는 절연층과;

   상기 절연층과 형광층 위에 상기 제1전극선과 교차하는 제2방향으로 서로 평행하게 일정 간격을 두고 형성되어 있는 다수의 제2전극선을 포함하며,

   상기 형광층은 상기 제1전극선과 제2전극선이 교차하는 영역에 형성되어 있는 후막형 전계 발광 소자.
5. 제4항에서,

   상기 다수의 제1전극선은 투명 도전체로 이루어지고, 상기 기판은 투명 재질로 이루어지는 후막형 전계 발광 소자.