KR100820375B1 - 전계 발광 소자와 그 제조 방법 및 그 구동 방법 - Google Patents

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Abstract

전계 발광 소자와 그 제조 방법 및 그 구동 방법이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따르면 소스 영역 및 드레인 영역을 가지는 반도체 기판; 상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역 사이의 중간 영역 상에 형성되며, 내부에 금속 산화물 나노 입자가 분포된 절연성 고분자 박막; 상기 절연성 고분자 박막 상에 형성된 투명 전극; 상기 소스 영역 상에 형성된 소스 전극; 및 상기 드레인 영역 상에 형성된 드레인 전극을 포함하는 전계 발광 소자가 제공된다. 본 발명에 의하면, 스핀 코팅과 열 경화 공정과 같은 간단한 제조 공정에 의해 절연성 고분자 박막 안에 자발 형성시킨 금속 산화물 나노 입자들을 이용하여 전자, 정공의 포획 및 결합에 의해 발광이 이루어지며, 별도의 소스 영역 및 드레인 영역을 두어 전자를 주입해줌으로써, 고효율, 장수명 및 저소비전력를 갖는 전계 발광 소자를 제공할 수 있는 효과가 있다.
전계 발광 소자, 폴리이미드, 금속 산화물 나노 입자, 전자 정공 결합.

Description

전계 발광 소자와 그 제조 방법 및 그 구동 방법{Electroluminescence device and method for fabricating and driving the same}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 발광 소자의 구조를 나타낸 도면.
도 2a는 본 발명에 따른 전계 발광 소자에서의 절연성 고분자 박막 내에 형성된 Cu2O 나노 입자를 투과 전자 현미경으로 찍은 평면 명시 야상.
도 2b는 본 발명에 따른 전계 발광 소자에서의 절연성 고분자 박막 내에 형성된 Cu2O 나노 입자를 투과 전자 현미경으로 찍은 단면 명시 야상.
도 2c는 본 발명에 따른 전계 발광 소자에서의 절연성 고분자 박막 내에 형성된 ZnO 나노 입자를 투과 전자 현미경으로 찍은 평면 명시 야상.
도 2d는 본 발명에 따른 전계 발광 소자에서의 절연성 고분자 박막 내에 형성된 ZnO 나노 입자를 투과 전자 현미경으로 찍은 단면 명시 야상.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 발광 소자의 전체 제조 공정도.
도 4는 본 발명에 따른 전계 발광 소자에서 내부에 금속 산화물 나노 입자가 분포된 절연성 고분자 박막을 형성하기 위한 제조 공정도.
도 5a는 본 발명에 따른 전계 발광 소자에 인가되는 교류 전압의 일 예시도.
도 5b는 도 5a의 교류 전원을 인가한 경우 본 발명에 따른 전계 발광 소자에서의 발광 세기를 예시한 도면.
도 6은 본 발명의 전계 발광 소자에 전압을 인가하지 않는 경우의 소자의 동작 상태도.
도 7은 본 발명의 전계 발광 소자에 △t1 구간에서 교류 구형파의 (+) 전압을 인가한 경우의 소자의 동작 상태도.
도 8 및 도 9는 본 발명의 전계 발광 소자에 △t2 구간에서 교류 구형파의 (-) 전압을 인가한 경우의 소자의 동작 상태도.
도 10은 본 발명의 전계 발광 소자에 △t3 구간에서 교류 구형파의 (+) 전압을 인가한 경우의 소자의 동작 상태도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110 : 반도체 기판 120 : 소스 영역
125 : 드레인 영역 130 : 절연성 고분자 박막
140 : 금속 산화물 나노 입자 150 : 투명 전극
160 : 소스 전극 165 : 드레인 전극
170 : 구동 회로
본 발명은 전계 발광 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 절연성 고분자 박막 안에 형성된 금속 산화물 나노 입자에 의한 전자, 정공의 포획 및 결합에 의해 발광하는 구조를 이용하는 전계 발광 소자와 그 제조 방법 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
발광 소자는 전기 신호를 빛으로 변환하는 소자를 말하는 것으로서, 이러한 발광 소자는 액정 표시 장치(LCD : Liquid crystal display), 플라즈마 표시 패널(PDP : Plasma display panel), 유기 발광 다이오드(OLED : Organic light emitting diode) 등의 광소자, 조명 장치 및 각종 디스플레이 장치에 광범위하게 이용되고 있다.
이러한 발광 소자는 Si 나노 입자를 사용하여 제작하는 것이 일반적이나, 종래의 Si 나노 입자를 사용한 유기 발광 소자는 절연막인 SiO2 박막 안에 Si 나노 입자를 형성해야 하기 때문에 고가의 이온 주입 장비 및 열처리 장비가 필요하였다. 또한, 이와 같은 이온 주입 장비 및 열처리 장비를 이용한 나노 입자의 주입 및 열처리 공정 때문에 원하는 밀도 및 크기의 Si 나노 입자를 얻기 어려우며, 발광 소자의 제조 공정이 복잡해지고 제조 비용이 증가하는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 발광 소자에서는 열전자에 의한 충돌 이온화에 의해 발광이 이루어지기 때문에 시간이 지남에 따라 Si 나노 입자 및 절연막인 SiO2 박막의 물질 특성의 열화로 인하여 소자의 발광 효율이 저하되며, 소자의 수명이 단축되는 문제점이 있었다. 아울러 열전자에 의한 충돌 이온화에 의해 발광이 이루어지므로 발광을 위해 고전압을 인가하여야 하였으며, 고전압을 인가하여도 소자의 발광 효율이 매우 낮은 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 절연성 고분자 박막 안에 자발 형성된 금속 산화물 나노 입자들을 이용한 전자, 정공의 포획 및 결합에 의해 발광이 이루어지도록 함으로써, 고효율, 장수명 및 저소비전력를 갖는 전계 발광 소자와 그 제조 방법 및 그 구동 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 스핀 코팅 및 열 경화 공정과 같은 간단한 방법으로 전계 발광 소자를 제작함으로써, 발광 소자의 제조 비용의 절감 및 제조 공정의 간소화가 가능한 전계 발광 소자 및 그 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 공정 조건에 따라 발광 매개체인 금속 산화물 나노 입자의 밀도 및 크기의 조절이 가능하고, 더 나아가 금속 산화물 나노 입자에 포획 및 결합되는 전자 및 정공의 개수 및 결합률을 조절함으로써, 발광 소자의 발광 세기 및 발광 효율을 제어할 수 있는 전계 발광 소자와 그 제조 방법 및 그 구동 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 반도체 기판의 일부 영역에 소스 영역 및 드레인 영역을 별도로 두고, 소스 전극 및 드레인 전극에 직접 전원을 인가하여 전자를 주입해줌으 로써, 발광 효율을 높일 수 있는 전계 발광 소자와 그 제조 방법 및 그 구동 방법을 제공한다.
본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 소스 영역 및 드레인 영역을 가지는 반도체 기판; 상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역 사이의 중간 영역 상에 형성되며, 내부에 금속 산화물 나노 입자가 분포된 절연성 고분자 박막; 상기 절연성 고분자 박막 상에 형성된 투명 전극; 상기 소스 영역 상에 형성된 소스 전극; 및 상기 드레인 영역 상에 형성된 드레인 전극을 포함하는 전계 발광 소자가 제공될 수 있다.
여기서, 상기 절연성 고분자 박막은 폴리이미드 박막일 수 있고, 상기 금속 산화물 나노 입자는 Cu2O, ZnO, SnO2, MgO, In2O3 및 Al2O3 중 어느 하나의 나노 입자일 수 있다. 또한 여기서, 상기 투명 전극은 ITO 전극일 수 있다.
본 발명의 전계 발광 소자는 상기 투명 전극과 상기 반도체 기판 간 및 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 간을 연결하여 구동 전원을 공급하는 구동 회로를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른면, (a) 반도체 기판 상에 내부에 금속 산화물 나노 입자가 분포된 절연성 고분자 박막을 형성하는 단계; (b) 상기 반도체 기판의 양 측부에 소스 영역 및 드레인 영역을 형성하는 단계; (c) 상기 절연성 고분자 박막 상에 투명 전극을 형성하는 단계; 및 (d) 상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역 상에 각각 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계를 포함하는 전계 발광 소자의 제조 방법이 제공될 수 있다.
여기서, 상기 단계 (a)는, (a1) 상기 반도체 기판 상에 상기 절연성 고분자 박막의 전구체를 용매에 녹여 스핀 코팅하는 단계; (a2) 용매를 제거하는 단계; (a3) 용매가 제거된 전구체 박막 상에 금속 재료를 증착하는 단계; (a4) 상기 증착된 금속 재료 상에 상기 전구체를 용매에 녹여 다시 스핀 코팅하는 단계; (a5) 용매를 제거하는 단계; 및 (a6) 열 경화 공정을 통하여 상기 절연성 고분자 박막 및 상기 절연성 고분자 박막의 내부에 분포된 상기 금속 산화물 나노 입자를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 단계 (a1) 및 단계 (a4)의 상기 절연성 고분자 박막의 전구체는 Biphenyltetracarboxylic Dianhydride-p-Phenylenediamine(BPDA-PDA) 형의 폴리아믹산이고, 상기 용매는 N-Methyl-2-Pyrrolidone(NMP)이되, 상기 절연성 고분자 박막은 폴리이미드 박막일 수 있다.
여기서, 상기 단계 (a1) 및 단계 (a4)의 상기 스핀 코팅은 회전 속도를 3000rpm으로 하여 30초 동안 수행될 수 있다.
여기서, 상기 단계 (a1) 및 단계 (a4)에서 상기 전구체가 스핀 코팅되는 두께는 각각 50nm일 수 있다.
여기서, 상기 단계 (a2) 및 단계 (a5)의 상기 용매의 제거는 135℃에서 30분 동안 열을 가하는 공정에 의할 수 있다.
여기서, 상기 단계 (a3)의 상기 금속 재료는 구리(Cu), 아연(Zn), 주석(Sn), 망간(Mn), 인듐(In) 및 알루미늄(Al) 중 어느 하나이되, 상기 단계 (a5)에서 형성되는 상기 금속 산화물 나노 입자는 상기 단계 (a3)에서 증착되는 상기 금속 재료에 상응하여 Cu2O, ZnO, SnO2, MgO, In2O3 및 Al2O3 중 어느 하나의 나노 입자일 수 있다.
여기서, 상기 단계 (a3)에서 상기 금속 재료가 증착되는 두께는 5nm일 수 있다.
본 발명의 전계 발광 소자의 제조 방법은 상기 단계 (a5) 이후 및 상기 단계 (a6) 이전에, (a7) 상온에서 24시간 동안 보관하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 단계 (a6)의 상기 열 경화 공정은 N2 환경 하의 350℃에서 2시간 동안 열을 가하는 공정에 의할 수 있다.
본 발명의 전계 발광 소자의 제조 방법은 상기 단계 (a) 이후 및 상기 단계 (b) 이전에, (e) 상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역이 형성될 위치에 대응되는 상기 절연성 고분자 박막의 일부를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 단계 (c)를 통해 형성되는 상기 투명 전극은 ITO 전극일 수 있다.
본 발명의 전계 발광 소자의 제조 방법은 상기 단계 (d) 이후에, (f) 상기 투명 전극과 상기 반도체 기판 간 및 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 간에 구 동 전원의 공급을 위한 구동 회로를 연결하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 의한 전계 발광 소자를 구동하기 위한 구동 방법에 있어서, 투명 전극과 반도체 기판 간에 소정 주기를 갖는 교류 전원을 인가하여 금속 산화물 나노 입자에 의해 포획된 전자 및 정공이 결합함에 의해 발광되도록 하는 것을 특징으로 하는 전계 발광 소자의 구동 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 전계 발광 소자의 구동 방법은 소스 전극과 드레인 전극에 상기 교류 전원으로부터 공급되는 출력 파형을 반전시킨 전원을 인가할 수 있고, 이때 상기 투명 전극과 상기 반도체 기판 간에 인가되는 상기 교류 전원은 구형파 펄스 전원일 수 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나 의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소의 상부에 "형성되어" 있다거나 "층착되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소의 상부에 직접 형성되어 있거나 또는 증착될 수도 있지만, 중간에 또 다른 구성요소를 두고 형성되거나 증착될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 상부에 "직접 형성되어" 있다거나 "직접 증착되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 또 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 발광 소자의 구조를 나타낸 도면이다. 또한, 도 2a는 본 발명에 따른 전계 발광 소자에서의 절연성 고분자 박막 내에 형성된 Cu2O 나노 입자를 투과 전자 현미경으로 찍은 평면 명시 야상이고, 도 2b는 본 발명에 따른 전계 발광 소자에서의 절연성 고분자 박막 내에 형성된 Cu2O 나노 입자를 투과 전자 현미경으로 찍은 단면 명시 야상이며, 도 2c는 본 발명에 따른 전계 발광 소자에서의 절연성 고분자 박막 내에 형성된 ZnO 나노 입자를 투과 전자 현미경으로 찍은 평면 명시 야상이며, 도 2d는 본 발명에 따른 전계 발광 소자에서의 절연성 고분자 박막 내에 형성된 ZnO 나노 입자를 투과 전자 현미경으로 찍은 단면 명시 야상이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 발광 소자는 소스 영역(120) 및 드레인 영역(125)을 가지는 반도체 기판(110), 내부에 금속 산화물 나노 입자(140)가 형성되어 있는 절연성 고분자 박막(130), 투명 전극(150), 소스 전 극(160) 및 드레인 전극(170)을 포함한다. 이때, 투명 전극(150)과 반도체 기판(110) 간 및 소스 전극(160)과 드레인 전극(165) 간은 구동 회로(170)에 의해 연결된다.
반도체 기판(110)은 일반적인 반도체 소자용 기판이 이용될 수 있으며, 소스 영역(120)과 드레인 영역(125)은 반도체 기판(110)의 소정 부분을 도핑 처리함으로써 형성할 수 있다. 예를 들어, 반도체 기판(110)으로서 P형 실리콘 기판이 사용되는 경우에는 반도체 기판(110)의 양측의 각각의 일 영역을 5족 원소(예를 들어, 인(P) 등)를 이용하여 도핑 처리함으로써 N형의 소스 영역(120) 및 드레인 영역(125)을 형성할 수 있다. 이때, 소스 영역(120) 상에는 소스 전극(160)이, 드레인 영역(125) 상에는 드레인 전극(165)이 형성된다. 소스 전극(160)과 드레인 전극(165)에는 구동 회로(170) 내에 구비된 펄스 반전 회로(176)(예를 들어, 인버터(inverter) 등)를 통하여 투명 전극(150)과 반도체 기판(110) 간에 인가되는 교류 전압이 반전된 전압이 인가된다. 이처럼 반전되어 공급된 전압은 소자 동작시 전자의 주입을 가능하게 하여 보다 고효율, 고세기의 발광이 가능하도록 보조한다. 이에 대해서는 후술할 도 6 내지 도 10을 통해 보다 명확하게 설명될 것이다. 다만, 본 명세서를 통해 명명된 소스 영역, 드레인 영역, 소스 전극 및 드레인 전극이라는 용어는 일반적인 금속 산화물 전계 트랜지스터(MOSFET) 구조에서 통용되는 용어를 차용한 것에 불과함을 명확히 이해하여야 할 것이다.
투명 전극(150)은 금속 산화물 나노 입자(140)에 의해 포획된 전자 및 정공의 결합에 따라 발생된 빛을 소자 외부로 투과(방출)시킬 수 있는 전극 재료라면 특별한 제한 없이 이용될 수 있다. 예를 들어, 투명 전극(150)은 ITO(Indium-Tin-Oxide) 전극일 수 있다.
절연성 고분자 박막(130)의 내부에는 금속 산화물 나노 입자(140)가 분포되어 있다. 여기서, 금속 산화물 나노 입자(140)는 발광 매개체로서 이용된다. 즉, 반도체 기판(110)과 투명 전극(150) 간에 교류 전원(175)(즉, 소자의 구동 전원)에 의해 인가된 교류 전압에 따라 반도체 기판(110)의 소정 영역에 축적되는 전자 및 정공은 절연성 고분자 박막(130) 안에 분포된 금속 산화물 나노 입자(140)에 의해 포획되며, 포획된 전자와 전공이 결합함에 의해 본 발명의 전계 발광 소자는 발광하게 된다. 이때, 절연성 고분자 박막(130)은 금속 산화물 나노 입자(140)에 포획된 전자 또는 정공이 외부로 유출되는 것을 방지한다. 이러한 절연성 고분자 박막(130)으로는 예를 들어 폴리이미드(polyimid)가 이용될 수 있으며, 금속 산화물 나노 입자(140)로는 Cu2O, ZnO, SnO2, MgO, In2O3, Al2O3 등의 나노 입자가 이용될 수 있다. 다만, 본 발명의 전계 발광 소자의 제작에 이용될 수 있는 절연성 고분자 박막(130) 및 금속 산화물 나노 입자(140)로는 전자 및 정공의 포획이 가능한 나노 입자, 포획된 전자 및 정공이 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있는 절연성 물질로 이루어진 고분자 박막이라면 특별한 제한 없이 이용될 수 있음은 물론이다.
이와 같이 절연성 고분자 박막(130) 안에 자발 형성되는 금속 산화물 나노 입자(140)의 예로서 도 2a 및 도 2b에는 Cu2O 나노 입자가, 도 2c 및 도 2d에는 ZnO 나노 입자가 도시되고 있다. 도 2a 내지 도 2d를 참조하면, Cu2O 나노 입자 또는 ZnO 나노 입자는 공정 조건에 따라 절연성 고분자 박막(130) 내부에 자발 형성되어 분산된 형태로 균일하게 분포되고 있으며, 나노 입자간의 상호 응집 작용은 없음을 확인할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전계 발광 소자의 전체 제조 공정도이다.
도 3의 단계 (a)를 참조하면, 반도체 기판(110) 상에 내부에 금속 산화물 나노 입자(140)가 분포된 절연성 고분자 박막(130)을 형성한다.
여기서, 절연성 고분자 박막(130)은 폴리이미드 박막일 수 있다. 폴리이미드는 독특한 열적, 기계적, 유전적 특성 때문에 집적회로의 절연 중간층, 고밀도 연결소자 패키지를 포함한 여러 분야의 초정밀 전자 공업에서 광범위하게 사용되고 있으며, 좋은 절연 특성으로 인해 절연층으로서의 역할을 수행할 수 있다. 따라서, 본 발명은 전기적 및 화학적으로 안정된 폴리이미드 박막 등의 절연성 고분자 박막(130)을 이용함으로써 외부 환경(예를 들어, 습기 등)에 의한 영향을 최소화하여 고효율 및 장수명을 가지는 전계 발광 소자를 제작할 수 있다. 절연성 고분자 박막(130) 및 금속 산화물 나노 입자(140)의 형성 방법에 대하여는 이하 도 4를 통해 상세히 설명하기로 한다.
도 3의 단계 (b)를 참조하면, 금속 산화물 나노 입자(140)가 내부에 분포된 절연성 고분자 박막(130)이 형성된 후에는 절연성 고분자 박막(130)의 일부를 제거한다. 이는 추후 단계(도 3의 단계 (c))에서의 소스 영역(120) 및 드레인 영 역(125)의 형성을 위한 전제 공정에 해당하는 바, 일부 제거되는 부분은 소스 영역(120) 및 드레인 영역(125)이 형성될 위치에 대응되는 부분일 수 있다. 이러한 일부 제거 공정을 위하여 소정의 마스킹(masking) 과정이 선행될 수 있음은 자명하며, 일부 제거 공정에는 건식 식각법(dry etching) 등을 포함하여 특별한 제한 없이 다양한 식각 방법이 이용될 수 있음은 물론이다.
도 3의 단계 (c)를 참조하면, 반도체 기판(110)의 각각의 소정 부분에 소스 영역(120) 및 드레인 영역(125)을 형성한다. 앞서 설명한 바와 같이, 반도체 기판(110)으로서 P형 실리콘 기판이 사용되는 경우에는 반도체 기판(110)의 양측의 각각의 일 부분을 5족 원소를 이용하여 도핑 처리함으로써 N형의 소스 영역(120) 및 드레인 영역(125)을 형성할 수 있다.
도 3의 단계 (d)를 참조하면, 절연성 고분자 박막(130) 상에 투명 전극(150)을 형성한다. 투명 전극(150)으로는 ITO 전극 등이 이용될 수 있으며, 형성 방법으로는 스퍼터링(sputtering) 등의 다양한 증착법이 이용될 수 있다.
도 3의 단계 (e)를 참조하면, 소스 영역(120) 및 드레인 영역(125) 상에 각각 소스 전극(160) 및 드레인 전극(165)을 형성한다. 이러한 소스 전극(160) 및 드레인 전극(165)으로는 금속 등을 포함한 다양한 전도성 물질로 이루어진 전극 재료가 이용될 수 있고, 스퍼터링, 열 증착법 등의 다양한 증착 방법이 이용될 수 있음은 물론이다.
이상에서는 투명 전극(150)을 형성한 이후, 소스 전극(160) 및 드레인 전극(165)을 형성하는 것으로 가정하여 설명하였지만, 도 3의 단계 (d)와 도 3의 단 계 (e)는 그 순서를 바꾸어도 무방하며, 경우에 따라 투명 전극(150), 소스 전극(160) 및 드레인 전극(165)을 모두 동일 전극 재료로 이용하는 때에는 하나의 공정을 통하여 동시에 형성될 수도 있음은 물론이다.
또한, 본 발명의 전계 발광 소자의 제조 방법에는 도 1에 도시된 바와 같이 투명 전극(150)과 반도체 기판(110) 간 및 소스 전극(160)과 드레인 전극(165) 간을 구동 회로(170)를 통하여 연결시키는 공정이 도 3의 단계 (e) 이후에 더 포함됨은 물론이나, 이는 당업자에게 자명한 사항이므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 전계 발광 소자에서 내부에 금속 산화물 나노 입자가 분포된 절연성 고분자 박막을 형성하기 위한 제조 공정도이다. 즉, 도 4는 도 3의 단계 (a)를 보다 세분화하여 나타낸 것이다.
도 4의 단계 (a-1)을 참조하면, 반도체 기판(110) 상에 절연성 고분자 박막(130)의 전구체 물질로 이루어진 박막(이하, 이를 제1 고분자 전구체 박막(131-1)이라 함)을 형성한다.
보다 상세하게는 추후의 공정(도 4의 단계 (a-5))을 통해 최종적으로 형성하고자 하는 절연성 고분자 박막(130)을 기준으로 하였을 때, 그 고분자 박막의 전구체 물질을 소정의 용매와 함께 스핀 코팅하는 등의 방법을 이용하여 반도체 기판(110) 상에 제1 고분자 전구체 박막(121-1)을 형성한다. 예를 들어, 최종 형성하고자 하는 절연성 고분자 박막(130)이 폴리이미드 박막인 경우에는 N-Methyl-2- Pyrrolidone(NMP)을 용매로 하여 Biphenyltetracarboxylic Dianhydride-p-Phenylenediamine(BPDA-PDA) 형의 폴리아믹산(이는 폴리이미드의 산성 전구체임)을 반도체 기판(110) 상에 스핀 코팅하여 형성할 수 있다. 이때, 스핀 코팅 공정은 회전 속도를 3000rpm으로 하여 30초 동안 수행될 수 있으며, 스핀 코팅되는 제1 고분자 전구체 박막(131-1)의 두께는 대략 50nm 내외일 수 있다.
도 4의 단계 (a-2)를 참조하면, 제1 고분자 전구체 박막(131-1)을 형성한 이후에는 열처리하여 제1 고분자 박막(130a)을 형성하고, 형성된 제1 고분자 박막(130a) 상에 금속 재료(141)를 증착한다.
먼저, 제1 고분자 박막(130a)을 형성하는 방법을 폴리이미드 박막의 형성의 경우를 일 예로 들어 설명하면, 전 단계(도 4의 단계 (a-1))에서의 폴리아믹산의 스핀 코팅시 사용된 용매(즉, NMP)의 제거를 위하여 135 ℃에서 30분 동안 열을 가하는 공정을 진행한다. 이와 같은 열처리 공정에 의해 제1 고분자 전구체 박막(131-1)으로부터 용매가 제거된 제1 고분자 박막(130a)을 형성할 수 있다.
이후, 제1 고분자 박막(130a) 상에 열 증착법, 스퍼터링 등의 방법을 이용하여 대략 5nm 두께의 금속 재료(141)를 증착한다. 이때, 증착되는 금속 재료(123)로는 구리(Cu), 아연(Zn), 주석(Sn), 망간(Mn), 인듐(In), 알루미늄(Al) 등이 이용될 수 있다. 여기서, 증착되는 금속 재료(141)의 두께는 본 발명에 이용되는 절연성 고분자 박막(130)의 두께 및 금속 나노 입자(140)를 형성할 금속 재료(141), 용매와 고분자 박막의 전구체 물질의 혼합 비율 및 공정 조건들에 따라 상이해질 수 있음은 물론이다.
도 4의 단계 (a-3)을 참조하면, 금속 재료(141) 상에 제2 고분자 전구체 박막(131-2)을 형성한다. 이때, 제2 고분자 전구체 박막(131-2)의 형성에는 도 4의 단계 (a-1)에서와 동일 물질 및 방법이 이용될 수 있다.
도 4의 단계 (a-4)를 참조하면, 제2 고분자 전구체 박막(121-2)을 열처리하여 용매가 제거된 제2 고분자 박막(130b)을 형성한다. 이때, 제2 고분자 박막(130b)의 형성에는 도 4의 단계 (a-2)에서와 동일한 방법이 이용될 수 있다.
도 4의 단계 (a-5)를 참조하면, 반도체 기판(110) 상에 형성된 제1 고분자 박막(130a), 금속 재료(140) 및 제2 고분자 박막(130b)으로부터 내부에 금속 산화물 나노 입자(140)가 분포된 하나의 절연성 고분자 박막(130)을 형성한다.
절연성 고분자 박막(130) 및 그 내부에 분포된 금속 산화물 나노 입자(140)의 형성 과정은 예를 들어 설명하면 다음과 같다. 상술한 전 단계들을 통하여 반도체 기판(110) 상에 제1 고분자 박막(130a), 금속 재료(140) 및 제2 고분자 박막(130b)이 순차 형성된 이후에는 N2 환경 하에서 350 ℃에서 2시간 동안 열을 가하는 열경화 공정을 수행한다. 이러한 열경화 공정이 진행됨에 따라 제1 고분자 박막(130a)과 제2 고분자 박막(130b) 사이에 위치한 금속 재료(141)는 금속 산화물 나노 입자(140)로 변환되어 자발 형성되며, 제1 고분자 박막(130a)과 제2 고분자 박막(130b)도 하나의 박막으로 합쳐짐으로써 내부에 금속 산화물 나노 입자(140)가 분포된 절연성 고분자 박막(130)이 형성된다. 다만, 본 단계에서의 열경화 공정을 수행하기 이전에, 도 4의 단계 (a-4)를 완료한 이후의 상태로 상온에서 24시간 동 안 보관하는 단계가 더 포함될 수 있다. 이러한 보관 단계를 더 거치게 되면 이후 열경화 공정을 통하여 고밀도, 고효율 등의 특성 향상된 금속 산화물 나노 입자(140)를 얻을 수 있다.
여기서, 절연성 고분자 박막(130) 안에 자발 형성되는 금속 산화물 나노 입자(140)는 도 4의 단계 (a-3)을 통해 증착한 금속 재료(141)의 종류에 따라 상이해질 수 있음은 물론이다. 예를 들어, 금속 재료(141)로서 구리(Cu)를 이용한 경우에는 Cu2O 나노 입자, 아연(Zn)을 이용한 경우에는 ZnO 나노 입자가 형성될 수 있다.
또한, 절연성 고분자 박막(130) 안에 형성되는 금속 산화물 나노 입자(140)의 크기 및 밀도는 나노 입자를 형성할 금속 재료의 종류, 초기 증착된 고분자 박막의 두께, 고분자 박막의 전구체와 용매의 혼합 비율 및 경화 공정의 조건들에 따라 적절히 조절될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 전계 발광 소자는 절연성 고분자 박막(130) 안에 형성되는 금속 산화물 나노 입자(140)의 크기 및 밀도를 조절함으로써, 인가되는 외부 교류 전압의 크기에 따라 금속 산화물 나노 입자(140)에 의해 포획되어 결합하게 되는 전자와 정공의 개수를 조절할 수 있으며, 소자의 발광 세기를 조절할 수 있다. 또한, 본 발명은 스핀 코팅과 열 경화 공정 등과 같은 간단한 제조 방법에 의하여 발광 매개체로 이용되는 금속 산화물 나노 입자(140)를 형성함으로써, 제조 공정의 간소화 및 제조 비용의 절감이 가능한 이점이 있다.
이하, 도 5a 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 전계 발광 소자에서의 소자 동작 원리를 상세히 설명하기로 한다.
도 5a는 본 발명에 따른 전계 발광 소자에 인가되는 교류 전압의 일 예시도이고, 도 5b는 도 5a의 교류 전원을 인가한 경우 본 발명에 따른 전계 발광 소자에서의 발광 세기를 예시한 도면이다. 여기서, 교류 전압은 도 5a와 같이 소정의 주기(△t1 내지 △t4는 모두 동일 간격임)를 가지는 교류 구형파 펄스인 것으로 가정한다. 이때, 소자의 투명 전극(150)과 반도체 기판(110) 간에는 교류 전원(175)으로부터 공급되는 교류 구형파 펄스가 직접 인가되며, 소스 전극(160) 및 드레인 전극(165)에는 펄스 반전 회로(176)에 의해 교류 전원(175)으로부터 공급되는 교류 구형파 펄스가 반전되어 인가된다.
도 6에는 본 발명의 전계 발광 소자에 전압을 인가하지 않는 경우의 소자의 동작 상태도가 도시되고 있다. 도 6의 소자의 초기 상태는 도 5a 및 도 5b에서의 소자 구동 시간이 0일 때이며, 금속 산화물 나노 입자(140)에는 어떠한 전하도 포획되어 있지 않고 비어 있다.
도 7에는 본 발명의 전계 발광 소자에 △t1 구간에서 교류 전원(175)으로부터 (+) 전압을 갖는 교류 구형파 펄스가 공급되는 경우의 소자의 동작 상태도가 도시되고 있다.
도 5a의 △t1 구간에 대응하여 도 7을 참조하면, 교류 전원(175)에 의해 투명 전극(150)과 반도체 기판(110) 간에는 투명 전극(150) 쪽을 (+)로 하는 전압이, 소스 전극(160) 및 드레인 전극(165)에는 각각 (-) 전압이 인가되고 있다. 이와 같 은 전압이 소자에 인가되면, 반도체 기판(110)과 투명 전극(150) 사이에는 반도체 기판(110) 쪽을 향하는 전계(E1)가 형성되며, 반도체 기판(110)의 소정 영역(즉, 반도체 기판(110)과 절연성 고분자 박막(130)의 계면)에는 전자(111)의 반전층(110a)이 형성된다. 이때, 반전층(110a)에 축적된 전자(111)은 형성된 전계(E1)와 반대 방향으로 인력을 받게 되며, 인가 전압이 소정 크기 이상인 경우 열 에너지의 도움으로 절연성 고분자 박막(130) 안으로 터널링(thermally assisted tunneling)하여 금속 산화물 나노 입자(140)에 의해 포획되게 된다.
특히 이때, 소스 전극(160)과 드레인 전극(165)에 인가된 (-) 전압에 의해 N형으로 도핑된 소스 영역(120) 및 드레인 영역(125) 각각과 P형의 반도체 기판(110) 간에는 순방향 바이어스(forward bias)가 걸려, 소스 영역(120) 및 드레인 영역(125)은 반도체 기판(100)의 반전층(110a)으로 전자(111)를 공급해주게 된다. 따라서, 본 발명의 전계 발광 소자에서는 별도의 소스 영역(120), 드레인 영역(125), 소스 전극(160) 및 드레인 전극(165)을 더 구비함으로써 전자(111)의 충분한 공급을 가능하게 하며, 이를 통하여 금속 산화물 나노 입자(140)에 의한 전자(111) 포획률을 높임으로써 발광 효율, 세기를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
다만, 도 7에서는 전자(111)의 터널링과 금속 산화물 나노 입자(140)에 의한 전자(111)의 포획 과정만 있을 뿐, 아직 소자의 발광은 없는 상태이다.
도 8에는 본 발명의 전계 발광 소자에 △t2 구간에서 교류 전원(175)으로부터 (-) 전압을 갖는 교류 구형파 펄스가 공급되는 경우의 소자의 동작 상태도가 도 시되고 있다.
도 5a의 △t2 구간에 대응하여 도 8을 참조하면, 교류 전원(175)에 의해 투명 전극(150)과 반도체 기판(110) 간에는 투명 전극(110) 쪽을 (-)로 하는 전압이, 소스 전극(160) 및 드레인 전극(165)에는 각각 (+) 전압이 인가되고 있다. 이와 같은 전압이 소자에 인가되면, 반도체 기판(110)과 투명 전극(150) 사이에는 투명 전극(150) 쪽을 향하는 전계(E2)가 형성되며, 반도체 기판(110)의 소정 영역에는 정공(112)의 축적층(110b)이 형성된다. 이때, 축적층(110b)에 축적된 정공(112)은 형성된 전계(E2)와 동일한 방향으로 인력을 받게 되며, 인가 전압이 소정 크기 이상인 경우 절연성 고분자 박막(130) 안으로 터널링하여 금속 산화물 나노 입자(140)에 의해 포획되게 된다.
이때, 소스 전극(160)과 드레인 전극(165)에 인가된 (+) 전압에 의해 N형으로 도핑된 소스 영역(120) 및 드레인 영역(125) 각각과 P형의 반도체 기판(110) 간에는 역방향 바이어스(forward bias)가 걸려, 소스 영역(120) 및 드레인 영역(125)으로부터 반도체 기판(100)으로의 전자(111)의 공급을 막아준다.
물론 이때, 이전 단계에 의해 금속 산화물 나노 입자(140)에 포획되었던 전자(111) 중 일부는 형성된 전계(E2)에 의한 영향으로 다시 반도체 기판(110) 쪽으로 서서히 터널링하여 빠져나가게 된다. 한편, 본 단계를 통해 금속 산화물 나노 입자(140)에 포획된 정공(112)은 이전 단계를 통해 포획된 전자(111)와 서로 결합하게 되며, 이러한 전자 전공 결합을 통하여 전계 발광 소자는 도 9에서와 같이 발광 을 하게 된다. 즉, 금속 산화물 나노 입자(140)에 함께 포획된 전자(111) 및 정공(112)은 전자 전공 결합을 통하여 소멸하며, 이러한 소멸 과정에 의해 방출된 에너지가 빛으로 변환되어 투명 전극(150)을 투과하여 외부로 방출됨으로써 발광이 일어나게 되는 것이다.
이러한 전계 발광 소자의 발광은 이전 단계(도 7 참조)에서 포획된 전자(111)가 전자 전공 결합에 의해 모두 없어질 때까지 계속된다. 이때, 발광 세기는 도 5b의 △t2 구간을 통해 도시된 바와 같이 시간이 지남에 따라서 지수적으로 감소하게 된다. 이는 이전 단계를 통해 포획된었던 전자(111)가 시간이 지남에 따라서 전자 정공 결합에 의하여 소멸되고 또한 반도체 기판(110) 쪽으로 서서히 빠져나가게 되기 때문이다. 이러한 소자의 발광 과정은 이전 단계를 통해 포획되었던 전자(111)가 모두 없어질 때까지 계속되며, 포획되었던 전자(111)가 모두 없어진 경우에는 소자의 발광은 중지된다. 이 경우 금속 산화물 나노 입자(140)에는 본 단계(도 8 참조)를 통하여 포획된 후 결합이 이루어지지 못한 정공(112)만이 남게 된다.
도 10에는 본 발명의 전계 발광 소자에 △t3 구간에서 교류 전원(175)으로부터 (+) 전압을 갖는 교류 구형파 펄스가 공급되는 경우의 소자의 동작 상태도가 도시되고 있다. 이처럼 도 10의 △t3 구간에서와 같은 전압이 인가되면, 도 7의 과정에서와 유사한 과정이 반복된다. 즉, 반도체 기판(110) 쪽을 향하는 전계(E1)에 따라 반전층(110a)에 축적된 전자(111)가 터널링하여 금속 산화물 나노 입자(140)에 의해 다시 포획되게 되는 것이다. 그러나 도 10의 △t3 구간의 경우 도 7의 △t1 구간에서와는 달리, 바로 이전 단계(도 8의 △t2 구간)를 통해 금속 산화물 나노 입자(140)에 이미 포획된 정공(112)이 존재하므로 포획된 전자(111)와 전공(112) 간의 재결합이 이루어지며, 이에 따라 소자는 다시 발광을 하게 된다.
다만, 도 5b를 참조하면 도 10의 △t3 구간에서의 발광 특성은 도 8 및 도 9의 △t2 구간에서의 발광 특성과 약간의 차이점이 있는 것을 확인할 수 있다. 즉, △t2 구간과 △t3 구간 모두 소자에는 발광이 일어나지만, 그 발광 세기는 △t2 구간에서의 발광 세기가 △t3 구간에서의 발광 세기보다 작다. 그 이유는 △t2 구간에서의 발광의 경우 전자(111)가 먼저 금속 산화물 나노 입자(140)에 포획되어 있고, 나중에 정공(112)이 포획되어 전자 정공 결합이 일어남에 의하는 것에 비해, △t3 구간에서의 발광의 경우는 정공(112)이 먼저 포획되어 있고 전자(111)가 나중에 포획되어 전자 정공 결합이 일어남에 의하기 때문이다. 또한, 금속 산화물 나노 입자(140)의 전도대와 절연성 고분자 박막(130)의 전도대 사이의 에너지 차가 금속 산화물 나노 입자(140)의 가전자대와 절연성 고분자 박막(130)의 가전자대 사이의 에너지 차보다 작은 이유로 절연성 고분자 박막(130)을 터널링하여 금속 산화물 나노 입자(140)로 포획되는 전자의 수가 보다 많아 전자와 정공의 결합 확률이 △t3 구간의 경우 △t2 구간에 비해 높게 나타나기 때문이다.
상술한 도 7 내지 도 10의 과정은 소자에 인가되는 교류 전압의 극성이 바뀔 때마다 동일하게 반복된다. 이와 같이 본 발명의 전계 발광 소자는 금속 산화물 나노 입자(140)에 의한 전자 및 정공의 포획, 결합을 통하여 발광이 이루어지므로, 전계 발광 소자의 특성 열화 및 수명 단축을 방지할 수 있음은 물론, 인가 전압이 고전압일 필요가 없어 저전력에도 소자 구동이 가능한 이점이 있다. 또한 이때, 금속 산화물 나노 입자(140)에 의해 포획되는 전자 및 정공의 개수는 금속 산화물 나노 입자(140)의 밀도 및 크기는 물론 외부에서 인가되는 교류 전압의 크기에 따라 조절할 수 있다. 결국, 본 발명에 따른 전계 발광 소자는 금속 산화물 나노 입자(140)의 크기 및 밀도, 인가 전압의 크기 등을 간단히 조절함으로써 전자 정공 결합률에 따른 소자의 발광 세기를 제어할 수 있는 이점이 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전계 발광 소자와 그 제조 방법 및 그 구동 방법에 의하면, 절연성 고분자 박막 안에 자발 형성된 금속 산화물 나노 입자들을 이용한 전자, 정공의 포획 및 결합에 의해 발광이 이루어지도록 함으로써, 고효율, 장수명 및 저소비전력를 갖는 전계 발광 소자를 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 스핀 코팅 및 열 경화 공정과 같은 간단한 방법으로 전계 발광 소자를 제작함으로써, 발광 소자의 제조 비용의 절감 및 제조 공정의 간소화가 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 공정 조건에 따라 발광 매개체인 금속 산화물 나노 입자의 밀도 및 크기의 조절이 가능하고, 더 나아가 금속 산화물 나노 입자에 포획 및 결합되는 전자 및 정공의 개수 및 결합률을 조절함으로써, 발광 소자의 발광 세기 및 발광 효율을 제어할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 반도체 기판의 일부 영역에 소스 영역 및 드레인 영역을 별도로 두고, 소스 전극 및 드레인 전극에 직접 전원을 인가하여 전자를 주입해줌으로써, 발광 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

Claims (21)

  1. 소스 영역 및 드레인 영역을 가지는 반도체 기판;
    상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역 사이의 중간 영역 상에 형성되며, 내부에 금속 산화물 나노 입자가 분포된 절연성 고분자 박막;
    상기 절연성 고분자 박막 상에 형성된 투명 전극;
    상기 소스 영역 상에 형성된 소스 전극; 및
    상기 드레인 영역 상에 형성된 드레인 전극을 포함하는 전계 발광 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절연성 고분자 박막은 폴리이미드 박막인 것을 특징으로 하는 전계 발광 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 금속 산화물 나노 입자는 Cu2O, ZnO, SnO2, MgO, In2O3 및 Al2O3 중 어느 하나의 나노 입자인 것을 특징으로 하는 전계 발광 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 투명 전극은 ITO 전극인 것을 특징으로 하는 전계 발광 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 투명 전극과 상기 반도체 기판 간 및 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 간을 연결하여 구동 전원을 공급하는 구동 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 발광 소자.
  6. (a) 반도체 기판 상에 내부에 금속 산화물 나노 입자가 분포된 절연성 고분자 박막을 형성하는 단계;
    (b) 상기 반도체 기판의 양 측부에 소스 영역 및 드레인 영역을 형성하는 단계;
    (c) 상기 절연성 고분자 박막 상에 투명 전극을 형성하는 단계; 및
    (d) 상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역 상에 각각 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계를 포함하는 전계 발광 소자의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 단계 (a)는,
    (a1) 상기 반도체 기판 상에 상기 절연성 고분자 박막의 전구체를 용매에 녹여 스핀 코팅하는 단계;
    (a2) 용매를 제거하는 단계;
    (a3) 용매가 제거된 전구체 박막 상에 금속 재료를 증착하는 단계;
    (a4) 상기 증착된 금속 재료 상에 상기 전구체를 용매에 녹여 다시 스핀 코팅하는 단계;
    (a5) 용매를 제거하는 단계; 및
    (a6) 열 경화 공정을 통하여 상기 절연성 고분자 박막 및 상기 절연성 고분자 박막의 내부에 분포된 상기 금속 산화물 나노 입자를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 발광 소자의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 단계 (a1) 및 단계 (a4)의 상기 절연성 고분자 박막의 전구체는 Biphenyltetracarboxylic Dianhydride-p-Phenylenediamine(BPDA-PDA) 형의 폴리아믹산이고, 상기 용매는 N-Methyl-2-Pyrrolidone(NMP)이되,
    상기 절연성 고분자 박막은 폴리이미드 박막인 것을 특징으로 하는 전계 발광 소자의 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 단계 (a1) 및 단계 (a4)의 상기 스핀 코팅은 회전 속도를 3000rpm으로 하여 30초 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 전계 발광 소자의 제조 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 단계 (a1) 및 단계 (a4)에서 상기 전구체가 스핀 코팅되는 두께는 각각 50nm인 것을 특징으로 하는 전계 발광 소자의 제조 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 단계 (a2) 및 단계 (a5)의 상기 용매의 제거는 135℃에서 30분 동안 열을 가하는 공정에 의하는 것을 특징으로 하는 전계 발광 소자의 제조 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 단계 (a3)의 상기 금속 재료는 구리(Cu), 아연(Zn), 주석(Sn), 망간(Mn), 인듐(In) 및 알루미늄(Al) 중 어느 하나이되,
    상기 단계 (a5)에서 형성되는 상기 금속 산화물 나노 입자는 상기 단계 (a3)에서 증착되는 상기 금속 재료에 상응하여 Cu2O, ZnO, SnO2, MgO, In2O3 및 Al2O3 중 어느 하나의 나노 입자인 것을 특징으로 하는 전계 발광 소자의 제조 방법.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 단계 (a3)에서 상기 금속 재료가 증착되는 두께는 5nm인 것을 특징으로 하는 전계 발광 소자의 제조 방법.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 단계 (a5) 이후 및 상기 단계 (a6) 이전에,
    (a7) 상온에서 24시간 동안 보관하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 발광 소자의 제조 방법.
  15. 제7항에 있어서,
    상기 단계 (a6)의 상기 열 경화 공정은 N2 환경 하의 350℃에서 2시간 동안 열을 가하는 공정에 의하는 것을 특징으로 하는 전계 발광 소자의 제조 방법.
  16. 제6항에 있어서,
    상기 단계 (a) 이후 및 상기 단계 (b) 이전에,
    (e) 상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역이 형성될 위치에 대응되는 상기 절연성 고분자 박막의 일부를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 발광 소자의 제조 방법.
  17. 제6항에 있어서,
    상기 단계 (c)를 통해 형성되는 상기 투명 전극은 ITO 전극인 것을 특징으로 하는 전계 발광 소자의 제조 방법.
  18. 제6항에 있어서,
    상기 단계 (d) 이후에,
    (f) 상기 투명 전극과 상기 반도체 기판 간 및 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 간에 구동 전원의 공급을 위한 구동 회로를 연결하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전계 발광 소자의 제조 방법.
  19. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 의한 전계 발광 소자를 구동하기 위한 구동 방법에 있어서,
    투명 전극과 반도체 기판 간에 소정 주기를 갖는 교류 전원을 인가하여 금속 산화물 나노 입자에 의해 포획된 전자 및 정공이 결합함에 의해 발광되도록 하는 것을 특징으로 하는 전계 발광 소자의 구동 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    소스 전극 및 드레인 전극에 상기 교류 전원으로부터 공급되는 출력 파형을 반전시킨 전원을 인가하는 것을 특징으로 하는 전계 발광 소자의 구동 방법.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 투명 전극과 상기 반도체 기판 간에 인가되는 상기 교류 전원은 구형파 펄스 전원인 것을 특징으로 하는 전계 발광 소자의 구동 방법.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040014352A (ko) * 2002-08-09 2004-02-14 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 유기 전계발광 소자
KR20070023133A (ko) * 2005-08-23 2007-02-28 주식회사 퀀텀디바이스 전계발광 소자, 그 제조 방법 및 이를 이용한 다중 색채 및백색 발광 구현 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040014352A (ko) * 2002-08-09 2004-02-14 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 유기 전계발광 소자
KR20070023133A (ko) * 2005-08-23 2007-02-28 주식회사 퀀텀디바이스 전계발광 소자, 그 제조 방법 및 이를 이용한 다중 색채 및백색 발광 구현 방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100928305B1 (ko) 2007-12-06 2009-11-25 한양대학교 산학협력단 금속 산화물 나노 입자의 형성 방법 및 금속 산화물 나노입자가 분포된 발광층을 포함하는 발광 소자 및 그 발광소자 제작 방법

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