KR20010027835A - 후막형 전계 발광 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

이 발명은 후막형 전계 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 기판 위에 제1 전극이 형성되어 있고, 제1 전극 위에 형광층이 형성되어 있다. 형광층은 써모플라스틱 레진(thermoplastic resin)에 디베이직 에스테르(dibasic Ester), N, N-디메칠포마나이드(N-Dimetyhlformanide)가 솔벤트(solvent)로 사용되고 있는 유기 바인더와 형광체가 설정 비율로 혼합되어 있으므로, 건조시에 기포가 발생되지 않는다. 이와 같이 기포가 제거된 형광층 위에 절연층이 형성되어 있으며, 절연층 위에 제2 전극이 형성되어 있다. 제1 전극 및 제2 전극에 전압이 인가되면 형광층이 빛을 발광하고, 형광층으로부터 발광된 빛은 제1 전극을 통하여 외부로 방출된다. 이 때, 형광층에 기포가 없으므로 전계 발광 소자의 발광면 상에 까만 반점이 표시되지 않는다. 따라서, 후막형 발광 소자의 휘도 특성 및 표시 특성이 향상되며, 또한 내구 특성이 향상된다

Description

후막형 전계 발광 소자 및 그 제조 방법{ELECTROLUMINESCENCE DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

이 발명은 전계 발광 소자(Electroluminescence device : ELD) 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게 말하자면, 후막형 전계 발광 소자의 투명 전극층(ITO층)과 형광층 계면에서 기포가 발생되지 않은 형광층으로 이루어진 후막형 전계 발광 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

특정 정보를 나타내는 가장 직접적인 정보 전달 수단의 방법의 하나로 표시 소자를 사용하고 있으며, 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, ELD 및 FED의 사용이 증가되고 있거나 상용화 개발을 진행하고 있다.

이중에서 ELD는 소비 전력이 낮고 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 전계 발광 소자, 유기 전계 발광 소자로 분류된다.

후막형 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.

후막형 전계 발광 소자는 주로 투명 전극과, 형광층, 절연층 및 배면 전극이 차례대로 적층되어 있는 구조로 이루어지며, 일반적으로 시안 레진(cyano resin)을 N, N-디메칠포마나이드(N-Dimetyhlformanide) (HCON(CH₂)₂= 73.09) 용매에 일정한 비율로 혼합하여 녹인 바인더에 형광체나 절연체를 혼합한 페이스트를 스크린 프린팅(screen printing) 방법으로 도포하여 형광층이나 절연층을 형성한다. 이 때, 바인더와 형광체나 절연체는 4:6 또는 3:7의 비율로 혼합된다.

그러나 이와 같은 방법으로 형광층을 형성하면 형광층 내에 기포가 발생하게 된다. 도 1에 기포가 발생된 종래의 후막형 전계 발광 소자의 형광층이 확대되어 도시되어 있다. 도 1의 (a)는 약 200배의 배율로 형광층을 확대하여 나타낸 것이고, 도 1의 (b)는 약 800배의 배율로 형광층을 확대하여 나타낸 것이다.

종래의 후막형 발광 소자의 형광체에서 기포가 발생하는 주된 요인으로는 시안 레진의 용매인 N, N-디메칠포마나이드 성분의 휘발성이 높기 때문이다. 보다 상세하게 말하자면, 형광체와 바인더가 혼합되어 프린팅된 다음에 예를 들어, 130℃에서 건조되는 동안에, 휘발성이 높은 용매가 휘발되면서 첨부한 도 1에 도시된 바와 같이 기포가 발생하게 된다.

기포가 발생된 경우에, 후막형 전계 발광 소자에 전압이 인가되면 형광층과 투명 전극사이에 형성된 기포부위에 전계가 집중되어 투명 전극을 손상시켜 기포가 형성된 부위가 까만 반점으로 표시되게 된다. 따라서, 후막형 전계 발광 소자의 발광 휘도 및 표시 특성이 떨어지게 되며, 내구성도 저하되는 문제점이 발생한다.

그러므로, 이 발명의 목적은 후막형 전계 발광 소자의 형광층의 기포 발생을 억제하여 휘도 및 소자의 내구특성을 향상시키기 위한 것이다.

도 1은 종래의 후막형 전계 발광 소자에서 ITO층 위의 형광층을 확대하여 나타낸 도이다.

도 2는 이 발명의 제1 실시예에 따른 후막형 전계 발광 소자의 구조를 나타낸 단면도이다.

도 3은 이 발명의 제1 실시예에 따른 후막형 전계 발광 소자의 제조 방법의 순서를 나타낸 순서도이다.

도 4는 이 발명의 실시예에 따른 후막형 전계 발광 소자의 형광층을 확대하여 나타낸 도이다.

도 5는 이 발명의 제2 실시예에 따른 후막형 전계 발광 소자의 구조를 나타낸 단면도이다.

도 6은 이 발명의 제3 실시예에 따른 후막형 전계 발광 소자의 제조 방법의 순서를 나타낸 순서도이다.

이러한 발명의 목적을 달성하기 위하여 이 발명에 따른 후막형 전계 발광 소자는 휘발성이 낮은 유기 바인더와 형광체를 혼합하여 형광층을 형성하거나, 형광층 형성시에 탈포제 등을 이용하여 발생된 기포를 제거한다.

이 발명의 특징에 따른 후막형 전계 발광 소자는, 외부로부터 전압이 인가되는 제1 및 제2 전극; 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 형성되어 있으며, 써모플라스틱 레진(thermoplastic resin)을 포함하는 유기 바인더와 형광체가 혼합되어 있는 형광층; 및 상기 형광층과 상기 제2 전극 사이에 형성되어 있는 절연층을 포함하며,

상기 유기 바인더는 써모플라스틱 레진에 디베이직 에스테르(dibasic Ester), N, N-디메칠포마나이드(N-Dimetyhlformanide)가 솔벤트(solvent)로 사용되고 있는 바인더로 이루어진다.

상기 유기 바인더와 형광체는 6:4 또는 7:3의 비율로 혼합되는 것이 바람직하다.

이 발명의 다른 특징에 따른 후막형 전계 발광 소자의 제조 방법은, 기판 위에 제1 전극을 형성하는 단계; 상기 제1 전극 위에 바인더와 형광체를 혼합하여 도포한 다음 건조시켜 형광층을 형성하는 단계; 상기 형광층에 생성된 기포를 제거하는 단계; 상기 기포가 제거된 형광층 위에 절연층을 형성하는 단계; 및 상기 절연층 위에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.

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

도 2에 이 발명의 제1 실시예에 따른 후막형 전계 발광 소자의 구조가 도시되어 있으며, 도 3에 이 발명의 제1 실시예에 따른 후막형 전계 발광 소자의 제조 방법의 순서가 도시되어 있다.

첨부한 도 2에 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 바륨 티타네이트(BaTiO₃) 등의 절연체가 도포 건조된 절연층(4)이 형성되어 있으며, 절연층(4) 위에 Ag 페이스트(paste)나 카본 페이스트 물질을 후막 인쇄한 배면 전극(5)이 형성되어 있다. 이와 같이 이루어진 후막형 전계 발광 소자의 외부를 방습을 위하여 보호막(6)이 감싸고 있으며, 보호막(6)은 가시영역의 빛을 투과하는 재질로 이루어질 수 있다. 기판(1)은 유리 기판이나 필름 등으로 이루어져 있다.

이 발명에 따른 형광층(3)은 건조시에 급격한 건조를 방지하면서 기포를 억제하도록 휘발성이 낮은 폴리머(polymer)계열의 재료를 바인더로 사용하였다.

형광층(3)은 써모플라스틱 레진에 디베이직 에스테르, N, N-디메칠포마나이드가 솔벤트로 사용되고 있는 유기 바인더와 형광체가 설정 비율로 혼합되어 있으며, 이 발명의 실시예에서, 유기 바인더와 형광체는 6:4 또는 7:3의 비율로 혼합된다.

다음에는 이러한 구조를 가지는 이 발명의 제1 실시예에 따른 후막형 전계 발광 소자를 제조하는 방법을 도 3을 참조로 하여 설명한다.

먼저, 기판(1)의 상측면에 ITO(인듐 틴옥사이드)나 투명 틴 메탈과 같은 전도체를 진공 증착하여 투명 전극(2)을 형성한다(S10).

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 에칠 3-에쏘시프로파이오네이트, N, N-디메칠포마나이드 및 폴리우레탄 폴리머로 이루어진 유기 바인더에 혼합하여 투명 전극(2)의 상측면에 균일하게 도포하고, 약 130℃로 20분간 건조시켜 형광층(3)을 형성한다(S20∼S40). 이 때, 유기 바인더와 형광체의 혼합 비율은 6:4 또는 7:3의 비율을 가진다.

유기 바인더에는 써모플라스틱 레진에 디베이직 에스테르, N, N-디메칠포마나이드가 솔벤트로 사용되고 있으며, 디베이직 에스테르는 디메칠 애디페이트(dimethyl adipate), 디메칠 글루타레이트(dimethyl glutarate), 디메칠 수시네이트(dimethyl succinate), 메타놀(methanol)이 일정 비율로 섞여 있는 상태이다. 디베이직 에스테르는 위에 기술된 성분들이 섞여 있는 비율에 따라 DBE-2, DBE-3, DBE-4, DBE-5, DBE-6, DBE-9로 나누어진다.

이와 같이 유기 바인더를 혼합하여 형광층(3)을 형성함에 따라 건조시에 급격한 건조가 방지될 뿐만 아니라 기포 발생이 억제되었다. 도 4에 위에 기술한 바와 같이 유기 바인더를 혼합한 형광층(3)이 도시되어 있다. 도 4의 (a)는 약 200배의 배율로 형광층을 확대하여 나타낸 것이고, 도 4의 (b)는 약 800배의 배율로 형광층을 확대하여 나타낸 것이다.

첨부한 도 4에 도시되어 있듯이, 이 발명의 실시예에 따른 유기 바인더의 형광층이 종래의 형광층에 비하여 기포가 제거되었음을 알 수 있다.

다음에, 형광층(2)의 상측면에 바륨 티타네이트(BaTiO₃)로 이루어진 절연체를 도포한 다음, 약 130℃로 20분간 건조시켜 절연층(4)을 형성하고(S50∼S60), 절연층(4)의 상측면에 Ag 페이스트나 카본(C) 페이스트 등 도전성 물질을 후막 인쇄하여 배면 전극(5)을 형성한다(S70).

다음에, 소자를 정렬하고 수분 침투를 방지하기 위하여, 상기와 같이 제조된 후막형 전계 발광 소자의 외부를 빛투과성을 가지는 보호막(6)으로 밀폐한다(S80).

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 떨어지고, 이온화된 전자는 전도대로부터 발광 중심의 기저준위로 떨어지면서 빛을 방출하게 된다.

이 때, 형광층에 기포가 발생되지 않음에 따라 표시면상에 까만 반점이 표시되지 않게 된다.

따라서, 휘도 특성 및 표시 특성이 현저히 향상된 후막형 전계 발광 소자를 얻을 수 있다.

다음에는 이 발명의 제2 실시예에 따른 후막형 전계 발광 소자에 대하여 설명한다.

도 5에 이 발명의 제2 실시예에 따른 후막형 전계 발광 소자의 구조가 도시되어 있다.

첨부한 도 5에 도시되어 있듯이, 이 발명의 제2 실시예에 따른 후막형 전계 발광 소자는 기판(1) 위에 배면 전극(5)이 형성되어 있고, 배면 전극(5) 위에 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 실시예에서 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.

이 발명이 제2 실시예에서도, 형광층(3)은 써모플라스틱 레진에 디베이직 에스테르, N, N-디메칠포마나이드가 솔벤트로 사용되고 있는 유기 바인더와 형광체가 6:4 또는 7:3의 비율로 혼합되어 형성된다.

따라서, 형광층(3)에 기포가 발생되지 않게 되어, 휘도 특성 및 표시 특성이 현저히 향상될 뿐만 아니라 소자의 내구특성이 향상된 후막형 전계 발광 소자를 얻을 수 있다.

위에 기술된 제1 및 제2 실시예와 달리, 유기 바인더를 사용하지 않고 기포가 제거된 형광층을 형성할 수도 있다.

도 6에 유기 바인더를 사용하지 않고 후막형 전계 발광 소자를 제조하는 이 발명의 제3 실시예에 따른 후막형 전계 발광 소자의 제조 방법이 도시되어 있다.

예를 들어, 위에 기술된 제1 실시예와 동일한 구조를 가지는 후막형 전계 발광 소자를 제조하는 경우에, 제1 실시예와 동일하게 기판(1) 위에 투명 전극을 형성한 다음, 휘발성이 낮은 유기 바인더가 아니라 일반적으로 후막형 전계 발광 소자에 사용되는 바인더(예를 들어, 시안 레진(cyano resin)을 N, N-디메칠포마나이드 (HCON(CH₂)₂= 73.09) 용매에 일정한 비율로 혼합하여 녹인 바인더)에 형광체(ZnS:Cu)를 혼합하여 투명 전극의 상측면에 도포한 다음 건조시켜 형광층(4)을 형성한다(S100∼S300). 그러나, 바인더의 휘발성이 높기 때문에 건조시에 형광층(3)에 기포가 발생하게 된다.

다음에, 탈포제를 사용하여 건조시에 발생된 형광층(3)의 기포를 제거한다(S400). 이 때, 탈포제를 사용하지 않고 진공 교반 시스템 등을 이용하여 형광층에 발생된 기포를 제거할 수도 있다.

이와 같이 탈포 공정을 수행한 다음에, 위에 기술된 제1 실시예와 동일하게 형광층(3) 위에 절연층(4) 및 배면 전극(5)을 차례로 형성한다.

이외에도, 제2 실시예와 동일한 구조를 가지는 후막형 전계 발광 소자를 제조하는 경우에도, 기판(1)에 위에 배면 전극(5), 절연층(4)을 차례로 형성한 다음에, 일반적으로 사용되는 바인더를 이용하여 형광층(3)을 형성하고 위에 기술한 바와 같이 탈포 공정을 사용하여 형광층(3)에 발생된 기포를 제거할 수 있다.

이외에도 이 발명의 실시예에 따른 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 실시가 가능하다.

이상에서와 같이, 형광층 형성시에 발생되는 기포를 제거함에 따라, 전계 발광 소자의 발광시에 기포에 의한 까만 반점이 표시되지 않게 된다.

따라서, 후막형 발광 소자의 휘도 특성 및 표시 특성이 향상되며, 또한 내구 특성이 향상된다.

Claims (4)

1. 외부로부터 전압이 인가되는 제1 및 제2 전극;

   상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 형성되어 있으며, 써모플라스틱 레진(thermoplastic resin)을 포함하는 유기 바인더와 형광체가 혼합되어 있는 형광층; 및

   상기 형광층과 상기 제2 전극 사이에 형성되어 있는 절연층

   을 포함하는 후막형 전계 발광 소자.
2. 제1항에서,

   상기 유기 바인더는 써모플라스틱 레진에 디베이직 에스테르(dibasic Ester), N, N-디메칠포마나이드(N-Dimetyhlformanide)가 솔벤트(solvent)로 사용되고 있는 후막형 전계 발광 소자.
3. 제1항에서,

   상기 유기 바인더와 형광체는 6:4∼7:3의 비율로 혼합되어 있는 후막형 전계 발광 소자.
4. 기판 위에 제1 전극을 형성하는 단계;

   상기 제1 전극 위에 바인더와 형광체를 혼합하여 도포한 다음 건조시켜 형광층을 형성하는 단계;

   상기 형광층에 생성된 기포를 제거하는 단계;

   상기 기포가 제거된 형광층 위에 절연층을 형성하는 단계; 및

   상기 절연층 위에 제2 전극을 형성하는 단계

   를 포함하는 후막형 전계 발광 소자의 제조 방법.