KR100963834B1 - 휘도 특성을 개선한 무기 ｅｌ 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고전압이 인가되는 무기 EL 소자에 있어서 전극과 형광층 사이에 바인더 폴리머 층을 적층하고, 형광층에 냉간등압프레스 공정을 수행하여 휘도가 개선되고 소자의 신뢰성이 향상된 무기 EL 구조를 제공한다.

이를 위하여 본 발명은 기판; 상기 기판 상에 형성된 하부전극; 상기 전극 상에 형성된 CIP 공정을 거친 PMN 유전층; 상기 PMN 유전층 상에 형성된 PZL 유전층; 상기 PZT 유전층 상에 형성된 형광층; 상기 형광층 상에 형성된 바인더 폴리머층; 및 상기 바인더 폴리머층 상에 형성된 상부전극;을 포함하여 구성된다.

무기 EL 구조, 유전체층, 강유전체, 냉간등압프레스

Description

휘도 특성을 개선한 무기 ＥＬ 구조{INORGANIC ELECTRO-LUMINESCENCE STRUCTURE HAVING IMPROVED LUMINANCE}

본 발명은 EL 구조에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 고전압이 인가되는 EL 구조에 있어서 전극과 형광층 사이에 바인더 폴리머 층을 적층하고, 형광층을 냉간등압프레스 공정을 수행하여 휘도가 개선되고 소자의 신뢰성이 향상된 무기 EL 구조에 관한 것이다.

일반적으로, EL 소자(Electro-Luminescence Device)는 주로 휴대용 디스플레이에 사용되는 자체 발광 무기물질을 이용한 램프로써, 휴대용 단말기의 소형화 추세에 맞추어 액정표시장치(LCD) 뒤에 위치해 광원을 제공하는 백라이트 유닛(BLU) 소재로 많이 사용되고 있다.

이러한 EL 소자(Electro-Luminescence Device)의 구동 원리는 적어도 하나는 투명한 두 개의 전극 사이에 형광층이 삽입된 커패시터 구조에 강한 교류 전압을 가하면, 상기 형광층 내에 거의 무시할 수준의 낮은 전류가 흘러서 형광층의 형광체가 빛을 발산되도록 하는 것이다.

이와 같은 EL 소자(Electro-Luminescence Device)는 형광체의 구성물질에 따 라 유기 EL 소자와 무기 EL 소자로 구분된다.

이 중 무기 EL 소자는 두께가 0.1mm 내지 0.2mm의 범위로 매우 얇고 유연하며 다양한 색상의 빛을 구현할 수 있기 때문에 휴대용 단말기에 필수적이고 소비전력이 발광다이오드에 비해 3분의 1 정도로 적으며 면 전체가 발광하기 때문에 점 발광방식인 LED보다 빛을 고르게 공급할 수 있다.

또한, 무기 EL 소자는 열 발생이 거의 없어 수명이 길며 구부려도 손상이 없고 휴대용 단말기뿐만 아니라 개인 휴대단말기(PDA)와 전자수첩 및 MP3플레이어 등의 백라이트로 적용되고 있으며 특히, 광고 전광판 등의 매체에도 그 사용 빈도가 점차 증가하고 있다.

이하, 상기와 같은 특징을 가지고 있는 종래의 무기 EL 램프에 대하여 관련도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

도 1은 종래 무기 EL 구조(10)에 관한 것이다.

먼저 도시된 바와 같이 기판(11) 상에 하부전극(12)이 형성되고 그 위에 유전체층(13,14)이 형성된다.

이후 상기 유전체층(13,14) 상에 전기 에너지를 받아 빛을 발생시키는 형광층(15)이 형성되고, 상기 형광층(15) 상에는 전기 에너지를 공급하는 투명전극(16)이 형성된다.

이러한 구성으로 이루어진 종래 실시예에 따른 무기 EL 구조는 하부전극(12)과 투명전극(16)에 교류전압이 인가되면 형광층(15)에서 빛을 발광하게 되고 상기 빛은 상기 투명전극(16)을 통하여 외부로 발광되는 것이다.

그러나 이러한 실시예에 따른 무기 EL 구조는 일반적으로 양 전극에 고전압이 걸리게 되어 유전체에 의하여 절연이 제대로 수행되지 않으면 소자의 파괴(Break Down) 현상이 발생하게 되며 각 층간의 신뢰성이 떨어지는 문제가 있다.

또한 형광체의 밀도가 조밀하지 않아 발광되는 빛의 휘도가 떨어지는 문제가 있다.

따라서 본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 상부전극과 형광체 사이에 강유전성을 갖는 바인더 폴리머를 적층하고, 형광층에 냉간등압프레스 공정을 수행하고, 상부전극 상에 버스 전극을 형성하여 고전압 인가시에도 소자가 파괴되는 현상을 방지하고 각 층간의 신뢰성을 확보하는 동시에 높아진 밀도의 형광층에 의하여 휘도가 개선된 무기 EL 구조를 제공한다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 무기 EL 구조는 기판; 상기 기판 상에 형성된 하부전극; 상기 전극 상에 형성된 CIP 공정을 거친 PMN 유전층; 상기 PMN 유전층 상에 형성된 PZL 유전층; 상기 PZT 유전층 상에 형성된 형광층; 상기 형광층 상에 형성된 바인더 폴리머층; 상기 바인더 폴리머층 상에 형성된 상부전극;을 포함하여 구성된다.

그리고, 본 발명의 무기 EL 구조는 형광층은 냉간 등압 프레스(Cold Isostatic Press)공정을 거친 것을 특징으로 한다.

이때 상기 형광층의 냉간 등압 프레스(Cold Isostatic Press)공정은 30분간 30.000~45.000 PSI로 상온에서 진행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 형광층은 두께가 90~110㎛인 것을 특징으로 한다.

그리고, 바인더 폴리머층은 에틸 셀룰로오스(Ethyl Cellulose) 40~80%와 터피네올(α-Terpineol) 20~60% 가 혼합된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 상면 전극 상에 버스 전극이 200~400nm로 형성된 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 무기 EL 구조는 상부전극과 형광체 사이에 강유전성을 갖는 바인더 폴리머를 적층하고 형광층을 냉간등압프레스 공정을 거치게 하여 고전압 인가시에도 소자가 파괴되는 현상을 방지하고 각 층간의 신뢰성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

또한, 상부전극 상에 버스전극을 형성하여 하부전극과 상부전극 간의 저항을 줄일 수 있는 효과가 있다.

그리고,형광층을 냉간등압프레스 공정을 거쳐 형광층의 밀도가 증가하여 발광시 고휘도의 빛을 방출하는 효과가 인정된다.

이하 본 발명의 무기 EL 구조를 도면을 참고하여 자세히 살펴보기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무기 EL 구조의 단면도이다.

본 발명의 실시예에 따른 무기 EL 구조(100)는 기판(110)과 상기 기판(110) 상에 형성된 하부전극(120)과 상기 하부 전극(120) 상에 형성된 PMN 유전층(131)과 상기 PMN 유전층(131) 상에 형성된 PZT 유전층(132)과 상기 PZT 유전층 상에 형성된 형광층체과 상기 형광층 상에 형성된 바인더 폴리머층(150) 및 상기 바인더 폴리머층(150) 상에 형성된 상부전극(160)을 포함하여 구성된다.

상기 기판(110)은 일반적으로 유리물질 기판을 사용할 수 있으나 유리기판은 기판 연화 온도가 650℃ 정도로 낮아 유리기판의 왜곡을 방지하기 위하여 0.5 ~ 1mm 두께의 Al₂O₃기판(110)을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 하부전극(120)은 절연처리된 기판에 형성되거나 또는 고온 열처리가 가능하도록 절연층을 구비할 수 있으며, 이때 전극층의 주성분은 Pt, Au, Ag 등이 사용가능하나 Ag 전극의 경우 소성온도가 850℃이상 인 경우 전극이 분리되는 문제가 있는바 Au 전극이 사용되는 것이 바람직하다.

이때 상기 하부전극(120)은 5~10㎛정도의 두께로 증착된다.

상기 유전체층(130)은 복수의 층으로 구성되며 기존의 수천의 유전상수를 갖는 납 마그네슘 니오브산염(PMN) 또는 납 마그네슘 티탄산염- 지르코산염(PMN-PT)과 같은 소결된 페롭스카이트(perovskite) 압전물질 또는 강유전성 물질을 포함되어 구성된다.

이러한 납 마그네슘 니오브산염(PMN 유전층:131)은 냉간등압프레스(Cold Isostatic Press)공정을 거쳐 더욱 조밀한 구성을 취하게 할 수 있다.

또한, 전압에 의한 전극파괴를 방지하기 위하고 유전체층(130)의 표면을 활성화하기 위하여 납 지르코산염 티탄산염 (PZT 유전층: 132)등의 압전성 또는 상 유전성 물질로 구성된 더 얇은 상위층(overlayer)을 구성할 수 있다.

이러한 유전체층(130)은 후막 공정으로 구성되며 졸 겔 또는 MOD공정을 이용하여 구성될 수 있다.

도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 형광층에 CIP공정을 수행하기 전의 상태를 나타낸 사진이며 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 형광층에 CIP공정을 수행한 후 의 상태를 나타낸 사진이다.

상기 형광층(140)은 전기에너지를 인가받아 빛을 발광시키는 형광체와 상기 형광체를 통해 발광된 빛을 다양한 색으로 변환시키는 형광안료가 서로 혼합되어 구성된다.

이때 상기 형광층(140)의 형광체는 밝기 및 수명을 동시에 고려하여 황화아연(ZnS)의 금속화합물을 사용하는데, 이 황화 아연에 구리(Cu)를 일정비율로 도핑함으로서 다양한 색의 발광 칼라를 구현할 수 있으며 필요에 따라 상기 구리(Cu) 이외에도 Sm 또는 Mn 및Cl을 도핑 시킬 수도 있다.

또한, 상기 형광층(140)은 냉간등압프레스(Cold Isostatic Press) 공정을 거치게 된다. (이하 설명의 편의를 위하여 CIP공정이라 표기한다)

이러한 CIP공정은 형광층(140)의 두께를 줄여 밀도와 균일도를 증가시키기 위하여 수행되며 30.000PSI~45.000PSI에서 30분간 상온(24℃)에서 진행된다.

더욱 자세하게는 낮은 압력에서 공정이 시작되어 압력을 서서히 올리면서 공정을 수행하게 되고, 압력이 30.000 PSI~45.000 PSI에 도달한 후부터는 그 압력을 유지하며 5~10분간 공정을 더 진행한다. 전체 공정시간은 30분 이내로 진행되는 것이 바람직하다.

상기 CIP공정을 수행한 후 형광층(140)의 밀도나 균일도의 증가를 도면을 참고하여 살펴보면 도 3a에서와 같이 CIP공정을 수행하기 전 형광층(140)의 두께(d1)는 124㎛로 각각의 입자가 사이의 간격이 넓게 형성되어 있는 반면, 도 3b에서와 같이 CIP 공정을 수행한 후 형광층(140)의 두께(d2)는 100㎛로 줄어들었음을 확인 할 수 있고, 이때 줄어든 두께만큼 각 형광체 입자 간격이 압력에 의하여 좁아져 밀도와 균일도가 상승하게 됨을 알 수 있다.

이때 CIP공정은 각각의 형광체 분말이 독립된 계면을 형성할 수 있는 90~110㎛의 두께로 형성되도록 수행함이 바람직하다.

상기 CIP공정에 의하여 형광층(140)의 단위면적당 형광체량이 증가하여 소자의 휘도와 효율이 증대되고, 균일도의 상승으로 복수 개의 층으로 구성되는 무기 EL 구조에서 각 층간의 신뢰성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

이렇게 CIP 공정을 마친 형광층은 스크린 프린터법 또는 스핀코팅법에 의하여 상기 유전체층(130) 상에 적층될 수 있다.

상기 형광층(140) 위에 적층되는 바인더 폴리머층(150)은 고유전율을 갖고 절연저항과 내전압이 높은 물질로 구성되며 바람직하게는 에틸 셀룰로오스(Ethyl Cellulose)와 알파 터피네올(α-Terpineol)이 중합되어 구성되며, 분말상태의 에틸 셀룰로오스(Ethyl Cellulose)를 히팅(heating) 시키면서 알파 터피네올(α-Terpineol)을 첨가하여 고분자 막을 형성하게 된다.

더욱 자세하게는 바인더 폴리머층(150)은 에틸 셀룰로오스(Ethyl Cellulose) 40~80%와 알파 터피네올(α-Terpineol) 20~60%로 구성되는 것이 바람직하다.

이러한 에틸 셀룰로오스(Ethyl Cellulose)는 강유전체를 가진 고분자이므로 알파 터피네올(α-Terpineol)이 용매로 작용하여 중합된 바인더 폴리머(150)는 상기 형광층(140) 상에 일정한 두께로 적층되어 고전압 인가시 소자의 안정성을 증가시키게 되며 2 ~ 3.5㎛로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 상부전극(160)은 소정의 발광 파장 영역에서 투과성을 갖는 투명한 전극으로 구성되며, ZnO,ITO 등이 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 도전성을 확보하기 위하여 분순물을 도핑할 수 있으며 이때 사용되는 불순물로는 B,P,As,Sb,Al등이 사용될 수 있다.

상기 버스 전극(170)은 저저항 물질로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 저저항 물질로는 Al,Ag,Mg 및 Ca로 이루어진 군에서 선택되는 1종의 물질 또는 이들의 합금을 사용하여 비발광 영역에 형성한다.

즉, 발광면적을 차단하지 않기 위하여 bar 형식으로 소자의 측면에 형성되어 상기 상부전극(160)과 일정부분이 겹쳐지게 형성된다.

이러한 버스 전극(170)은 상기 하부전극(120)과 상부전극(160) 사이의 저항 차를 감소시켜 구동전압을 낮출 수 있으며 이러한 역할을 충분히 수행하기 위하여Ag 전극이 200~400nm의 두께로 구성되는 것이 바람직하다.

이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조로 설명하였으나, 본 권리는 상기 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형을 할 수 있다는 것은 자명하다.

도 1은 종래 무기 EL 구조에 대한 단면도.

도 2는 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 무기 EL 구조의 단면도.

도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 형광층을 CIP공정을 수행하기 전의 상태를 나타낸 사진.

도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 형광층을 CIP공정을 수행한 후의 상태를 나타낸 사진.

**도면의 주요부호에 대한 설명**

100: 무기 EL 구조 110: 기판

120: 하부전극 131: PMN 유전층

132: PZT 유전층 140: 형광층

150: 바인더 폴리머 160: 상부전극

170: 버스 전극

Claims (6)

1. 기판;

   상기 기판 상에 형성된 하부전극;

   상기 전극 상에 형성된 CIP 공정을 거친 PMN 유전층;

   상기 PMN 유전층 상에 형성된 PZT 유전층;

   상기 PZT 유전층 상에 형성된 형광층;

   상기 형광층 상에 형성되며, 에틸 셀룰로오스(Ethyl Cellulose) 40~80%와 터피네올(α-Terpineol) 20~60% 가 혼합된 바인더 폴리머층;

   상기 바인더 폴리머층 상에 형성된 상부전극;을 포함하는 무기 EL 구조.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 형광층은 냉간 등압 프레스(Cold Isostatic Press)공정을 거친 것을 특징으로 하는 무기 EL 구조.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 형광층의 냉간 등압 프레스(Cold Isostatic Press)공정은 30.000 ~ 45.000PSI로 상온에서 5~10분간 진행하는 것을 특징으로 하는 무기 EL 구조.
4. 제 2항 또는 3항에 있어서

   상기 형광층은 두께가 90~110㎛인 것을 특징으로 하는 무기 EL 구조.
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서, 상기 상부 전극 상에 버스 전극이 200~400nm로 형성된 것을 특징으로 하는 무기 EL 구조.

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