KR100422233B1 - 교류용 분말 멀티칼라 ｅｌ 소자 - Google Patents

교류용 분말 멀티칼라 ｅｌ 소자 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 교류용 분말 멀티칼라 EL 소자는, 발광층이 샌드위치 구조로 반복적층되어 멀티칼라를 방출할 수 있도록 되어 있으며, 하부 폴리머 보호막, 폴리머 차폐막, 하부전극층, 제1전계 폴리머층, 제1 유전막, 제2전계 폴리머층, 제1 발광층, 제1 증강층, 제1 상부투명전극층, 제3 전계 폴리머층, 제2 유전막, 제4 전계 폴리머층, 제2 발광층, 제2 증강층, 제2 상부투명전극층, 및 상부 폴리머 보호막이 순차적으로 적층된 구조를 갖음으로써 종래보다 휘도가 높으면서도 전류가 더 적게 흐르고 전력 소모가 적어 소자의 수명이 길고 전기적 특성이 좋게 된다.

Description

교류용 분말 멀티칼라 ＥＬ 소자{Multicolor AC powder EL device}
본 발명은 교류용 분말 멀티칼라 EL(ElectroLuminescence) 소자에 관한 것으로서, 특히 발광층이 샌드위치 구조로 반복적층되어 멀티칼라(multi-color)를 방출할 수 있도록 되어 있으되, 종래보다 휘도가 높으면서도 전류는 더 적게 흐르고 전력 소모가 적으며, 노이즈도 더 적게 발생하는 교류용 분말 멀티칼라 EL 소자에 관한 것이다.
오늘날 액정표시장치(liquid crystal display)는 노트북 컴퓨터, 휴대폰, 시계 등 여러분야에 응용되고 있다. 액정을 통해 정보를 표시하기 위해서는 광원(light)이 필요한 데, 시계나 전자 계산기 등 소형 장치는 자연광을 이용하는 반사형 액정 장치를 사용하고, 노트북 컴퓨터나 휴대폰의 디스플레이 장치는 액정 뒤에 광원으로, 예를들어, 백라이트(backlight)나 발광 다이오드 소자를 사용하는 투과형 액정 장치를 사용하는 것이 일반적이다. 그러나, 후자의 경우에 사용되어지는 발광 소자들은 무겁고 전력 소모가 커서 최근에는 얇고 가벼운 EL 소자에 대하여 관심이 집중되고 있다.
종래의 교류용 분말 EL 소자는 휘도가 낮기 때문에 그 용도가 매우 제한적이다. 특히 많은 수요가 예상되는 LCD용 백라이트로 적용하려면 휘도가 적어도 100 내지 150cd/m2정도는 되어야 하며, STN(Super Twisted Nematic)급에 적용하고자 할때에도 빛의 손실을 고려하면 120cd/m2정도는 되어야 한다. 그런데, 현재 AC 분말 EL 소자의 휘도는 70 내지 80cd/m2정도에 불과하여 문제이다. 그리고, 높은 휘도를 얻고자 할 때에 소자에 전류가 많이 흐르는 단점이 있다.
또한, 종래의 교류용 분말 EL 소자는 전력 소모가 많기 때문에 휴대용 정보통신기기 등의 광원으로 이용할 경우 전지의 사용시간이 짧아지고, EL 소자 자체의 수명도 짧은 단점이 있다. 그리고, EL 소자가 노이즈에 의한 영향을 많이 받아 동작에 오류가 발생하는 문제가 있다. 이러한 단점들은 EL 소자가 멀티칼라를 방출할 때 더욱 심각하다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 멀티칼라를 방출하되 종래보다 휘도가 높으면서도 전류가 더 적게 흐르고 전력 소모가 적으며, 노이즈가 적게 발생하는 교류용 분말 멀티칼라 EL 소자를 제공하는 데 있다.
도 1은 본 발명에 따른 교류용 분말 멀티칼라 EL 소자를 설명하기 위한 개략도;
도 2는 도 1의 EL 소자의 등가회로이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 참조번호의 설명 >
1: 하부 폴리머 보호막 2: 폴리머 차폐막
3: 하부전극층 4: 제1 전계 폴리머층
5: 제1 유전막 6: 제2 전계 폴리머층
7: 제1 발광층 8: 제1 증강층
9: 제1 상부투명전극층 10: 제3 전계 폴리머층
11: 제2 유전막 12: 제4 전계 폴리머층
13: 제2 발광층 14: 제2 증강층
15: 제2 상부투명전극층 16: 상부 폴리머 보호막
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 교류용 분말 멀티칼라 EL 소자는; 하부 폴리머 보호막, 폴리머 차폐막, 하부전극층, 제1전계 폴리머층, 제1 유전막, 제2전계 폴리머층, 제1 발광층, 제1 증강층, 제1 상부투명전극층, 제3 전계 폴리머층, 제2 유전막, 제4 전계 폴리머층, 제2 발광층, 제2 증강층, 제2 상부투명전극층, 및 상부 폴리머 보호막이 순차적으로 적층된 구조를 갖으며; 상기 폴리머 차폐막은 비극성 폴리머로 이루어지며; 상기 하부전극층은 표면이 도전성 물질로 코팅되어 캡슐화된 도전성 분말과 도전성 바인더를 혼합한 후에 이를 도포하여 형성된 것이고; 상기 제1 전계 폴리머층, 제2 전계 폴리머층, 제3 전계 폴리머층, 및 제4 전계 폴리머층은 극성 폴리머로 이루어지며; 상기 제1 유전막 및 제2 유전막은 유전 분말과 유전체용 바인더를 혼합한 후에 이를 도포하여 형성된 것이고; 상기 제1 발광층 및 제2 발광층은 발광체 분말과 발광체용 바인더를 혼합한 후에 이를 도포하여 형성된 것이고; 상기 제1 증강층 및 제2 증강층은 유전 분말과 유전체용 바인더를 혼합한 후에 이를 도포하여 형성된 것임을 특징으로 한다.
여기서, 상기 하부전극층의 캡슐화된 도전성 분말은 구리분말의 표면에 은이 코팅되어 이루어진 것일 수 있다. 그리고, 상기 극성 폴리머, 상기 유전체용 바인더, 또는 상기 발광체용 바인더는 시아노에틸 풀루란 또는 플루오로레진을 포함하여 이루어진 것일 수 있다.
상기 제2전계 폴리머층 및 제4 전계 폴리머층은 형광염료를 더 포함할 수 있다. 그리고, 상기 유전체 분말로는 BaTiO3분말을 사용할 수 있고, 상기 발광체 분말로는 ZnS 분말을 사용할 수가 있으며, 상기 투명도전성 분말로는 ITO 분말을 사용할 수가 있다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 교류용 분말 EL 소자를 설명하기 위한 개략도이다.
본 발명에 따른 교류용 분말 EL 소자는, 하부 폴리머 보호막(1), 폴리머 차폐막(2), 하부전극층(3), 제1 전계 폴리머층(4), 제1 유전막(5), 제2 전계 폴리머층(6), 제1 발광층(7), 제1 증강층(8), 제1 상부투명전극층(9), 제3 전계 폴리머층(10), 제2 유전막(11), 제4 전계 폴리머층(12), 제2 발광층(13), 제2 증강층(14), 제2 상부투명전극층(15), 및 상부 폴리머 보호막(16)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다.
폴리머 차폐막(2)은 열가소성(thermoplastic) 또는 UV 폴리머 등의 비극성 폴리머(non-polarity polymer)로 이루어진다.
하부전극층(3)은 표면이 도전성 물질로 코팅(3b)되어 캡슐화된 구리, 흑연(graphite), 또는 은(silver) 분말(3a)과 도전성 바인더를 혼합하여 이를 폴리머 차폐막(2) 상에 도포하여 형성한다. 코팅(3b)에 사용되어지는 도전성 물질은 코팅될 분말(3a)보다 더 좋은 도전성을 갖는 것이 바람직하다. 예컨대 구리분말 표면을 은으로 코팅하여 캡슐화한 경우를 들 수 있다.
제1 전계 폴리머층(4), 제2 전계 폴리머층(6), 제3 전계 폴리머층(10), 및 제4 전계 폴리머층(12)은 시아노에틸 풀루란(cyanoethyl pullulan) 또는 플루오로레진(fluororezin) 등의 극성 폴리머로 이루어지는데, 특히 제2 전계 폴리머층(6)은 극성 폴리머를 도포하고 100 내지 150℃ 의 온도에서 순간 가열압착하여 형성한다. 이렇게 순간 가열압착에 의하여 제1 유전막(5)과 제2 전계 폴리머층(6) 사이의층간접착력이 좋아지고 제1 유전막(5)의 유전상수가 더 커지게 된다. 제2 전계 폴리머층(6)에는 녹색광 방출 쿠마린 타입 등의 형광염료(green emission Coumarin type fluorescence dye)를 더 첨가하여 제2 전계 폴리머층(6)에서도 광이 방출되도록 할 수 있다. 또한, 제4 전계 폴리머층(12)에는 적색 방출 로다민 타입 등의 형광염료(red emission Rodamin type fluorescence dye)를 더 첨가하여 제4 전계 폴리머층(12)에서도 광이 방출되도록 할 수 있다.
전계 폴리머층(4, 6, 10, 12)은 전류누설을 줄이며 전기장을 증강시키는 역할을 하므로 EL 소자의 누설전류를 감소시키며 발광효율을 증대시키는 요인이 된다. 발광효율이 높아지면 기존 EL 소자와 동일한 밝기로 동작할 때 더 긴 수명을 나타내게 된다.
제1 유전막(5) 및 제2 유전막(11)은 유전체 분말과 유전체용 바인더를 혼합하여 도포하고 유전체 분말이 치밀하게 재배열되어 고유전상수를 갖도록 80 내지 170℃ 범위의 온도에서 열처리하여 형성한다. 유전체 분말로는 0.8㎛ 이하의 크기를 가지는 BaTiO3분말을 사용할 수 있으며, 유전체 분말을 바인딩하기 위한 유전체용 바인더로는 고유전상수를 갖는 것, 예컨대 시아노에틸 풀루란 또는 플루오로레진 등을 사용할 수 있다.
제1 발광층(7)은 약 20㎛의 크기를 가지는 녹색 발광 분말(7a)과 발광체용 바인더(7b)를 혼합하여 이를 제 2전계 폴리머층(6) 상에 도포하고 100 내지 150℃ 범위의 온도에서 열처리하여 형성한다. 제1 발광층(7)의 밀도는 기존의 경우보다밀도가 높을 수록 좋다.
녹색 발광 분말(7a)은 Ⅱ-Ⅵ족 화합물로 이루어질 수 있다. 발광체용 바인더(7b)는 녹색 발광 분말(7a)을 고정시키는 역할을 함과 동시에 녹색 발광 분말(7a) 사이의 빈공간을 채워서 유전체로서의 역할을 독립적으로 수행해야한다. 따라서 고휘도의 발광특성을 갖는 EL 소자를 만들기 위해서 발광체용 바인더(7b)는 유전물질로 이루어지는 것이 바람직하며, 내부전기장의 세기를 더욱 강화시키기 위해 발광체용 바인더(7b)는 녹색 발광 분말(7a)보다 더 큰 유전상수를 가지는 것이 더욱 바람직하다. 예컨대, 녹색 발광 분말(7a)로는 ZnS 분말을 사용하고, 발광체용 바인더(7b)로는 시아노에틸 풀루란 또는 플루오로레진을 사용할 수 있다.
제2 발광층(13)은 황색 발광 분말(yellow phosphor powder, 13a)과 발광체용 바인더(13b)를 혼합하여 이를 제4 전계 폴리머층(12) 상에 도포하고 100 내지 150℃ 범위의 온도에서 열처리하여 형성한다. 녹색 발광 분말(13a)로는 Ⅱ-Ⅵ족 화합물, 예컨대 ZnS 분말을 사용할 수 있으며, 발광체용 바인더(13b)로는 역시 시아노에틸 풀루란 또는 플루오로레진을 사용할 수 있다.
제1 증강층(additive layer, 8) 및 제2 증강층(14)은 유전 분말과 유전체용 바인더를 혼합하여 이를 제1 발광층(7) 상에 도포하고 80 내지 170℃ 범위의 온도에서 열처리하여 형성한다. 제1 증강층(8)은 제1 유전막(5)과 동일한 재질로 이루어질 수 있다. 제1 증강층(8) 형성시에 이렇게 열처리를 하게 되면 유전 분말이 치밀하게 재배열되어 제1 증강층(8)의 유전상수가 증가하게 되고 궁극적으로 EL소자의 휘도가 커지게 된다. 제1 발광층(7)에서 발광되는 빛이 제1 증강층(8)에서 산란되어 발광 균일도가 증진되도록 제1 증강층(8)에 유전체 분말을 사용하는 것이며, 이로 인해 내부 전기장이 증대되어 발광 휘도가 커지게 된다.
제1 상부투명전극층(9) 및 제2 상부투명전극층(15)은 멀티타겟(multi-target) 또는 화합물 타겟(composit target)을 사용하여 스퍼터링(sputtering)법으로 형성시킨 ITO 박막이거나, 또는 ITO 분말(9a)과 액상의 투명도전성 바인더(9b)를 혼합하여 이를 제1 증강층(8) 상에 도포하고 80 내지 150℃ 범위의 온도에서 열처리하여 형성한 박막일 수 있다. 도면에서는 후자의 경우가 도시되었다. 투명도전성 바인더(9b)로는 시아노에틸 풀루란 또는 플루오로레진을 사용할 수 있으며, 전도성이 더 좋아지도록 여기에 InGa을 더 포함시킬 수도 있다.
본 발명에 있어서, 분말과 바인더를 사용하여 박막을 형성하는 경우에는 스핀코팅 또는 스크린 프린팅 방법을 사용한다. 스핀코팅법이란 액체상태로 된 도포물질을 회전판 위에 떨어뜨리면서 회전시키면서 얇고 균일한 막을 도포하는 방법을 말하고, 스크린 프린팅법이란 액체상태로 된 도포물질을 실크나 스테인레스스틸로 된 망사위에 놓고 소프트 플라스틱 바(soft plastic bar)로 문지르면서 도포 물질이 망사를 통해서 빠져나가도록 하여 얇고 균일한 막을 도포하는 방법을 말한다.
도 2는 도 1의 EL 소자의 등가회로이다. 여기서, C1은 제1 전계 폴리머층(4), 제1 유전막(5), 제2 전계 폴리머층(6), 제1 발광층(7), 및 제1 증강층(8)이 순차적으로 적층되어 이루어지는 커패시터이고, C2는 제3 전계 폴리머층(10), 제2 유전막(11), 제4 전계 폴리머층(12), 제2 발광층(13), 및 제2 증강층(14)이 순차적으로 적층되어 이루어지는 커패시터이다. EL 소자 구동시에는하부전극층(3), 제1 상부투명전극층(9), 및 제2 상부투명전극층(15)에 교류전원이 인가된다.
실질적으로 EL 소자는 평판 전극 사이에 유전물질이 위치한 커패시터와 등가회로를 이룬다. 따라서, 평판 전극에 교류전원을 인가하면 전기장이 동작주파수에 따라 방향을 바꾸며 내부 유전체에 작용하게 되고, 이러한 전기장에 의해 소자가 주파수에 따라 진동하게 된다. 즉, EL에서 발생되는 소음은 전기적 압축력(electrostriction)에 의한 소자의 진동에 의한 것이 주원인이라고 볼 수 있다. 따라서, 이러한 소자의 진동을 줄이면 노이즈도 줄어들게 된다.
도 2에 도시된 바와 같이 동작 교류 전원을 EL 소자에 연결하면 종래의 EL소자와 달리 방향이 다르고 크기가 거의 같은 전기장이 EL 소자에 인가되게 된다. 따라서, 전기적 압축력이 완화되어서 진동에 의한 EL 소자의 노이즈가 줄어들게 된다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 교류용 분말 EL 소자는, 발광층이 샌드위치 구조로 반복적층되어 멀티칼라(multi-color)를 방출할 수 있으며, 멀티칼라를 방출하더라도, 종래보다 휘도가 높으면서도 전류가 더 적게 흐르고, 전력 소모가 적으며, 노이즈도 적게 발생하여 소자의 수명이 길고 전기적 특성이 좋다.
본 발명은 상기 실시예에만 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.

Claims (12)

  1. 하부 폴리머 보호막, 폴리머 차폐막, 하부전극층, 제1전계 폴리머층, 제1 유전막, 제2전계 폴리머층, 제1 발광층, 제1 증강층, 제1 상부투명전극층, 제3 전계 폴리머층, 제2 유전막, 제4 전계 폴리머층, 제2 발광층, 제2 증강층, 제2 상부투명전극층, 및 상부 폴리머 보호막이 순차적으로 적층된 구조를 갖으며;
    상기 폴리머 차폐막은 비극성 폴리머로 이루어지며,
    상기 하부전극층은 표면이 도전성 물질로 코팅되어 캡슐화된 도전성 분말과 도전성 바인더를 혼합한 후에 이를 도포하여 형성된 것이고,
    상기 제1 전계 폴리머층, 제2 전계 폴리머층, 제3 전계 폴리머층, 및 제4 전계 폴리머층은 극성 폴리머로 이루어지며,
    상기 제1 유전막 및 제2 유전막은 유전 분말과 유전체용 바인더를 혼합한 후에 이를 도포하여 형성된 것이고,
    상기 제1 발광층 및 제2 발광층은 발광체 분말과 발광체용 바인더를 혼합한 후에 이를 도포하여 형성된 것이고,
    상기 제1 증강층 및 제2 증강층은 유전 분말과 유전체용 바인더를 혼합한 후에 이를 도포하여 형성된 것임을 특징으로 하는 교류용 분말 멀티칼라 EL 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하부전극층의 캡슐화된 도전성 분말은 구리분말의 표면에 은이 코팅되어 이루어진 것임을 특징으로 하는 교류용 분말 멀티칼라 EL 소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 극성 폴리머, 상기 유전체용 바인더, 또는 상기 발광체용 바인더가 시아노에틸 풀루란 또는 플루오로레진을 포함하여 이루어진 것임을 특징으로 하는 교류용 분말 멀티칼라 EL 소자.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2전계 폴리머층이 형광염료를 포함하는 것을 특징으로 하는 교류용 분말 멀티칼라 EL 소자.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제4전계 폴리머층이 형광염료를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교류용 분말 멀티칼라 EL 소자.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 형광염료가 녹색광 방출 쿠마린 타입 염료이거나 적색 방출 로다민 타입 염료인 것을 특징으로 하는 교류용 분말 멀티칼라 EL 소자.
  7. 제1항에 있어서, 상기 유전체 분말이 BaTiO3분말인 것을 특징으로 하는 교류용 분말 멀티칼라 EL 소자.
  8. 제1항에 있어서, 상기 발광체 분말이 ZnS 분말인 것을 특징으로 하는 교류용 분말 멀티칼라 EL 소자.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 상부투명전극층 및 제2 상부투명전극층이 투명도전성 분말과 투명도전성 바인더를 혼합한 후에 도포하여 형성된 것임을 특징으로 하는 교류용 분말 멀티칼라 EL 소자.
  10. 제1항에 있어서, 상기 투명도전성 분말이 ITO 분말인 것을 특징으로 하는 교류용 분말 멀티칼라 EL 소자.
  11. 제1항에 있어서, 상기 투명도전성 바인더가 시아노에틸 풀루란 또는 플루오로레진을 포함하여 이루어진 것임을 특징으로 하는 교류용 분말 멀티칼라 EL 소자.
  12. 제1항에 있어서, 상기 하부전극층, 제1 상부투명전극층, 및 제2 상부투명전극층에 교류 전원이 인가되는 것을 특징으로 하는 교류용 분말 멀티칼라 EL 소자.
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