KR20010046470A - 후막형 전계 발광 소자 제조 방법 - Google Patents

후막형 전계 발광 소자 제조 방법 Download PDF

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KR20010046470A
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electroluminescent device
insulator
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박용규
성현호
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김춘호
전자부품연구원
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Abstract

이 발명은 후막형 전계 발광 소자를 제조하는 방법에 관한 것이다. 먼저,형광체, 절연체 및 전도물질을 유기 용매와 섞어서 슬러리를 각각 제조하고, 이 슬러리들을 PET 필름 등과 같은 기판에 각각 도포하고 테이프 캐스터를 사용하여 기판 위에 얇게 펼친다. 다음 건조 공정을 수행한 후 건조된 슬러리들을 기판으로부터 분리하여 적당한 크기로 절단하여 필름 형태의 형광체 테이프, 절연체 테이프 및 금속 테이프를 형성한다. 이와 같이 제조된 형광체 테이프를 투명 전극 상에 적층하고, 형광체 테이프 위에 절연체 테이프를 적층한 후 절연체 테이프 위에 금속 테이프를 적층한 후 압착시켜 후막형 전계 발광 소자를 완성한다. 이와 같이 미리 제조된 테이프를 순차적으로 적층 및 압축하여 후막형 전계 발광 소자를 제조함에 따라, 제조 공정을 단순화시킬 수 있으며, 이에 따라 양산성이 향상된다. 또한, 스크린 공정을 수행하지 않음에 따라 스크린 공정시 발생되는 원료 낭비를 방지할 수 있으며, 일정한 특성을 가지는 후막형 전계 발광 소자의 제작이 가능하게 되어 소자의 신뢰성이 향상된다.

Description

후막형 전계 발광 소자 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING ELECTRO LUMINESCENCE DEVICES}
이 발명은 전계 발광 소자(Electroluminescence decive : ELD) 제조 방법에 관한 것으로 더욱 상세하게 말하자면, 투명 절연층을 이용한 후막형 전계 발광 소자에 관한 것이다.
특정 정보를 나타내는 가장 직접적인 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 및, ELD 사용이 증가되고 있으며 FED의 사용화를 위한 많은 연구가 진행되고 있다.
이중에서 ELD는 소비 전력이 적고 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 전계발광 소자, 유기 전계 발광 소자로 분류된다.
후막형 전계 발광 소자는 생산시 제조가 용이하고 구조가 간단하여 가격 경쟁력이 우수하고, 소자가 얇고 플렉시블(flexible)하여 설치 장소 및 디자인의 구애를 받지 않는 등의 장점을 보유하고 있으며, 디스플레이용보다는 LCD(Liquid Crystal Device)의 후면 발광(backlight)용으로 주로 사용되고 있다.
종래에 주로 사용되는 후막형 전계 발광 소자는 기판, 투명 전극, 형광층, 절연층 및 배면 전극이 순차적으로 적층되어 있는 구조로 이루어진다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 종래의 후막형 전계 발광 소자를 제조하는 방법에 대하여 설명한다.
도 1에 종래의 후막형 전계 발광 소자를 제조하는 방법의 순서도가 도시되어 있다.
첨부한 도 1에 도시되어 있듯이, 전계 발광 소자를 구성하기 위한 소자를 선택하고, 형광층, 절연층 및 전극을 디자인하고, 디자인된 각 층에 대하여 스크린 마스크를 제작한 다음, 기판의 상측면에 ITO(인듐 틴옥사이드)나 투명 틴 메탈과 같은 전도체를 진공 증착하여 투명 전극을 형성한다(S10).
다음에, 형광체(ZnS:Cu)를 바인더에 혼합하고, 제작된 스크린 마스크를 이용한 스크린 프린팅 공정으로 투명 전극의 상측면에 바인더를 균일하게 도포하고, 약 130℃로 20분간 건조시켜 형광층을 형성한다(S20).
다음에, 형광층의 상측면에 페릴렌으로 이루어진 절연체를 스크린 프린트 공정으로 도포한 다음 약 130℃로 20분간 건조시켜 절연층을 형성하고(S30), 형광층의 상측에 형성된 절연층의 상측면에 알류미늄(Al)과 같이 반사 특성이 우수한 도전성 물질을 진공 증착하여 배면 전극을 형성한다(S40).
그리고, 수분 침투를 방지하기 위하여, 상기와 같이 제조된 후막형 전계 발광 소자의 외부를 빛투과성을 가지는 보호막으로 밀폐한다(S60).
그러나 종래에는 후막형 발광 소자를 제조하기 위하여 위에 기술한 바와 같이, 스크린 프린트 공정 및 건조 공정을 반복 수행하여야 하며, 각 층을 형성하기 위한 별도의 마스크를 제작하여야 한다.
또한, 한번의 페이스트로 스크린 공정을 실시하는 경우에, 스크린 공정이 수행되는 횟수가 증가됨에 따라 스크린 마스크 위에 존재하는 잔류 페이스트의 점도가 변화되고, 이에 따라 스크린 마스크의 수명이 저하되기 때문에, 원료 페이스트이 손실이 많이 발생하게 되어 양산성이 떨어지는 단점이 있다.
또한, 스크린 마스크 위에 존재하는 페이스트의 점도 변화에 의하여 동일한 공정 조건하에서도 다른 특성을 가지는 소자가 제조될 가능성이 높기 때문에, 신뢰성 및 소자의 특성이 변화하게 된다.
이외에도, 각 층을 형성하기 위한 스크린 공정시의 공정 조건을 동일하게 유지하는 것이 어려운 단점이 있다.
그러므로, 이 발명의 목적은 후막형 전계 발광 소자를 제조하는 방법을 단순화시켜 양산성을 향상시키기 위한 것이다.
도 1은 종래의 후막형 전계 발광 소자 제조 방법의 순서도이다.
도 2는 이 발명의 실시예에 따른 후막형 전계 발광 소자의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 3은 이 발명의 실시예에 따른 후막형 전계 발광 소자 제조 방법의 순서도이다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 이 발명에 따른 후막형 전계 발광 소자 제조 방법은 필름 형상의 형광체 테이프, 절연체 테이프, 금속 테이프를 형성하는 단계; 투명 전극 기판 위에 형광체 테이프를 적층하고, 상기 형광체 테이프 위에 절연체 테이프를 적층하고, 상기 절연체 테이프 위에 상기 금속 테이프를 적층하는 단계; 및 상기 적층된 테이프들을 압착시켜 후막형 전계 발광 소자를 형성하는 단계를 포함한다.
여기서 테이프 형성 단계는 형광체, 절연체 및 전도 물질을 유기 용매에 섞어서 슬러리를 각각 제조하는 단계; 상기 슬러리들을 기판 위에 각각 도포한 다음에 테이프 캐스팅 공정을 수행하고 건조시키는 단계; 및 상기 건조된 슬러리들을 기판으로부터 분리하고 설정 크기로 절단하여 형광체 테이프, 절연체 테이프 및 금속 테이프를 각각 형성하는 단계를 포함한다.
상기 슬러리를 도포하는 단계에서, 슬러리를 기판 상에 도포한 다음 탈포 공정을 수행하여 슬러리내의 기포를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이외에도, 상기 압착된 금속 테이프들에게 외부 회로와 연결되는 단자를 부착하는 단계; 및 상기 단자가 부착된 후막형 전계 발광 소자를 설정 크기로 절단하는 단계를 더 포함할 수 있다 .
이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
도 2에 이 발명의 실시예에 따른 후막형 전계 발광 소자의 구조가 도시되어 있으며, 도 3에 이 발명의 실시예에 따른 후막형 전계 발광 소자를 제조하는 방법의 순서도가 도시되어 있다.
첨부한 도 2에 도시되어 있듯이, 이 발명의 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(CuxS)가 혼합된 형광체(ZnS:Cu)가 포함된 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 절연체로 이루어진 절연층(4)이 형성되어 있으며, 절연층(4) 위에 알루미늄(Al) 등이 진공 증착된 배면 전극(5)이 형성되어 있다.
이러한 구조로 이루어지는 이 발명의 실시예에 따른 후막형 전계 발광 소자를 제조하는 방법에 대하여 설명한다.
이 발명의 실시예에서는 테이프 캐스팅(tape casting) 방법을 이용하여 후막형 전계 발광 소자를 제조하였다.
일반적으로 테이프 캐스팅 방법은 판상 세라믹스의 성형법으로, 분말을 알콜이나 물과 같은 액상 용매(solvent) 및 접착 용매와 섞어 슬러리를 만들고, 이 슬러리를 테이프 캐스터를 사용하여 바탕 테이프(스테인레스 스틸 테이프, 기름 종이 테이프, MYLAR이나 ACLAR과 같은 고분자 테이프) 위에 얇게 펼친 다음에, 용매는 날려 버리고 바탕 테이프에서 떼어 내어 테이프형 성형체를 얻는 방법이다.
바탕 테이프에서 떼어낸 세라믹 테이프를 자르거나 구멍을 뚫어서 판형 세라믹 성형체를 얻을 수 있으며, 이 공정시에 테이프의 두께를 좌우하는 닥터 블레이트의 높이는 매우 정밀하게 고정되어야 한다. 형성되는 테이프의 두께는 분말의 크기에 따라 달라질 수 있으나, 최소 10㎛에서 수천 ㎛까지 넓은 범위에 걸쳐서 두께 조절이 가능하다.
이러한 테이프 캐스팅 방법을 이용하여, 먼저, 첨부한 도 3에 도시된 바와 같이, 형광층(3), 절연층(4), 배면 전극(5)을 형성하기 위한 형광체, 절연체 및 전도 물질을 유기 용매와 섞어서 슬러리를 각각 제조한다(S100). 이와 같이 제조된 슬러리는 기포를 함유하고 있으며, 이러한 기포들은 후막형 전계 발광 소자 구동시에 흑점으로 표시되는 등 후막형 전계 발광 소자의 발광 특성을 저하시킬 수 있으므로, 탈포 공정을 수행하여 슬러리내에 포함되어 있는 기포를 제거한다(S200).
형광체가 포함된 형광체 슬러리와, 절연체가 포함된 절연체 슬러리 및 금속 분말이 포함된 금속 슬러리를 제조한 다음에, 이 슬러리들을 PET 필름 등과 같은 기판에 각각 도포하고 테이프 캐스터를 사용하여 기판 위에 얇게 펼친다. 다음에 건조 공정을 수행하여 기판 위에 도포된 슬러리에 포함된 용매는 날려 버린다(S300).
다음에, 건조된 슬러리들을 기판으로부터 분리하여 적당한 크기로 절단하여 필름 형태의 형광체 테이프, 절연체 테이프 및 금속 테이프를 형성한다(S400). 이와 같이 제조된 형광체 테이프를 ITO(인듐 틴옥사이드)나 투명 틴 메탈과 같은 전도체를 진공 증착하여 형성된 투명 전극(2) 상에 적층하여 형광층(3)을 형성하고, 형광층(3) 즉, 형광체 테이프 위에 절연체 테이프를 적층하여 절연층(4)을 형성하며, 절연층(4) 즉, 절연체 테이프 위에 금속 테이프를 적층하여 배면 전극(5)을 형성한다(S500).
이와 같이 형광체 테이프, 절연체 테이프 및 전도성 테이프를 투명 전극(2) 위에 순차적으로 적층한 다음에, 열압착 공정을 수행하여 형광체 테이프, 절연체 테이프 및 금속 테이프를 압착시킨다(S600).
다음에, 외부의 구동 회로부와 전기적으로 연결시키기 위하여, 투명 전극(2) 및 배면 전극(5)에 구동 회로부와 연결되는 단자를 부착하고(S700), 형광체 테이프, 절연체 테이프 및 전도성 테이프를 설정된 크기로 절단하여 후막형 전계 발광 소자를 완성한다(S800).
위의 필름형 테이프 형성 단계에서, 절연체 테이프, 형광체 테이프, 전도성 테이프를 미리 대량으로 제조한 다음에, 필요에 따라 위에 기술된 바와 같이 테이프들을 순차적으로 적층 및 압착하여 후막형 전계 발광 소자를 제조할 수 있다 .
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 떨어진다. 이 때, 이온화된 전자는 전도대로부터 발광 중심의 기저준위로 떨어지면서 빛을 방출하게 된다. 형광층(3)에서 발생된 빛은 투명 전극(2)을 통하여 외부로 방출된다.
이외에도 이 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 실시가 가능하다.
이상에서와 같이, 형광층, 절연층 및 전극층을 형성하기 위한 테이프를 미리 제조한 다음에, 제조된 테이프를 순차적으로 적층 및 압축하여 후막형 전계 발광 소자를 제조함에 따라, 제조 공정을 단순화시킬 수 있다. 이에 따라 양산성이 향상된다.
또한, 스크린 공정을 수행하지 않음에 따라 스크린 공정시 발생되는 원료 낭비를 방지할 수 있으며, 공정시에도 변화되지 않는 일정한 특성을 가지는 후막형 전계 발광 소자의 제작이 가능하게 되어 소자의 특성 및 신뢰성이 향상된다.

Claims (4)

  1. 필름 형상의 형광체 테이프, 절연체 테이프, 전도성 테이프를 형성하는 단계
    투명 전극 기판 위에 형광체 테이프를 적층하고, 상기 형광체 테이프 위에 절연체 테이프를 적층하고, 상기 절연체 테이프 위에 상기 전도성 테이프를 적층하는 단계; 및
    상기 적층된 테이프들을 압착시켜 후막형 전계 발광 소자를 형성하는 단계
    를 포함하는 후막형 전계 발광 소자의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 테이프 형성 단계는.
    형광체, 절연체 및 전도 물질을 유기 용매에 섞어서 슬러리를 각각 제조하는 단계;
    상기 슬러리들을 기판 위에 각각 도포한 다음에 테이프 캐스팅 공정을 수행하고 건조시키는 단계; 및
    상기 건조된 슬러리들을 기판으로부터 분리하고 설정 크기로 절단하여 형광체 테이프, 절연체 테이프 및 전도성 테이프를 각각 형성하는 단계
    를 포함하는 후막형 전계 발광 소자의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 슬러리를 기판 상에 도포한 다음 탈포 공정을 수행하여 슬러리내의 기포를 제거하는 단계를 더 포함하는 후막형 전계 발광 소자의 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압착된 전도성 테이프들에게 외부 회로와 연결되는 단자를 부착하는 단계; 및
    상기 단자가 부착된 후막형 전계 발광 소자를 설정 크기로 절단하는 단계
    를 더 포함하는 후막형 전계 발광 소자의 제조 방법.
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