KR20020009053A - 플라스틱 박막형 전계 발광 표시소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 박막형 전계 발광소자 관한 것이다.

본 발명에서는 종래의 발광층 형성시에 온도를 200∼400℃ 정도의 고온으로 증착하지 않고 발광막의 발광효율에 직접적으로 영향을 주는 발광층의 결정성을 향상시키기 위하여 전자빔 다층박막 증착장비에 플라즈마 이온 공급원(Plasma Ion Source)를 설치하여 발광층 형성시 플라즈마 처리를 하여 수지가 변형되지 않는 공정온도에서 플라스틱상에 박막형 전계발광 표시소자를 구현함에 그 특징이 있다.

이처럼 본 발명은 기존에 사용되었던 Glass나 Ceramic 기판을 대신하여 PET, Polyimid 등의 Plastic재질의 수지계 기판을 사용하여 박막형 전계발광 표시소자를 구현함으로써 소자의 중량을 획기적으로 줄일 수 있으며, 소자의 파손 위험도 적다는 장점이 있다.

Description

플라스틱 박막형 전계 발광 표시소자{electroluminescent dispay Plastic}

본 발명은 박막형 전계 발광 소자(electroluminescent dispay :ELD)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존의 유리 또는 세라믹 기판 대신하여 플라스틱(PET, Polyimid 등의 Plastic)재질의 수지계 기판을 제조하여 소자의 중량을 줄이고, 소자가 쉽게 파손되는 것을 방지할 수 있는 박막형 전계 발광소자를 제공함에 있는 것이다.

지난 수년간 급속히 발전하고 있는 정보화시대의 필수적인 정보표시장치의 대형화, 경량화 및 고 선명화 추세에 따라서 무게와 부피가 필연적으로 커질 수밖에 없는 기존의 CRT를 대치 할 수 있는 새로운 평판형 표시장치의 개발이 요구되고 있다.

이러한 평판 표시장치로서 이미 상용화되어 있거나 가능성을 보이고 있는 LCD, PDP, TFELD, FED 중에서 특히 이미 소형 Full Color FPD로 개발되어 최근에 각광을 받고 있는 AM LCD는 해상도와 응답속도에 많은 문제점이 상존 할뿐 아니라 특히 대형화 단계에서 많은 문제점이 대두되고 있다.

그러나 박막형 전계 발광 표시소자는 자 발광형 표시소자로서 탁월한 시감효과뿐 아니라 대면적화가 용이하고, 수 μs 정도의 빠른 응답속도와 소자 제작 전공정이 박막형성 공정이기 때문에 소자 제작에 용이성 등 많은 장점을 갖추고 있어 각종 군사 장비 및 의료기기의 표시장치 및 정밀도가 요구되는 정밀계측기기의 표시장치로서 다양하게 이용되고 있다.

도 1에서와 같이 종래의 박막형 전계 발광 표시소자는 유리기판 또는 세라믹 기판(1)상에 ITO 등의 투명전극(2)이 Stripe 등의 직선형태로 패터닝(pattering)되고, 그 상부에 SiO₂, Ta₂O₅, Al₂O₃의 산화물과 Si₃N₄, SiON 등의 질화물로 형성되는 하부절연막(3)을 증착한 뒤 그 상부에 ZnS-Mn 등의 발광층(4)이 증착되고, 상기 발광층의 상부에 상기 하부절연층에 사용되었던 산화물 또는 질화물과 동일하게 상부 절연층(5)을 증착한다.

상기 절연막의 상부에는 Al, Ni 등의 금속 전극(6)을 상기 투명 전극에 교차하는 Stripe상의 직선 패턴으로 형성하여 양 전극에 선택적으로 교류전압을 인가하여 발광층을 발광시키게 된다.

그런데 이와 같은 구조를 갖는 종래의 박막형 전계발광 표시소자의 기판은 유리나 세라믹 재질이기 때문에 제품의 파손위험이 크고, 유연성 떨어지며, 유리 기판의 특성상 플라스틱에 비해 휠씬 중량이 무겁다는 단점이 있다.

이는 플라스틱 기판으로 된 박막형 전계 발광 표시소자를 제작하고자 하여도 가장 큰 기술적인 과제라 할 수 있는 발광층의 형성시 발광층의 발광 효율 향상을 위해 200∼400℃ 에 이르는 고온으로 기판을 가열하거나, 진공 열처리를 통한 결정성 향상을 위한 공정에 견딜 수 있는 플라스틱 기판 재료를 제작하는 것이 거의 불가능하였고, 특히 이러한 200∼400℃ 정도까지 견디는 내열 플라스틱의 가격이 고가인 점 때문에 실제로 박막형 전계 발광 표시소자에 적용하기가 불가능하였다.

더욱기 종래의 박막형 전계 발광 표시소자의 경우, 기판으로 유리나 세라믹(Glass or Ceramic) 기판을 사용하기 때문에 파손의 위험이 높고, 유연성이 떨어질 뿐만 아니라, 중량이 무겁다는 단점이 있다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명의 목적은 수지계상에 박막형 전계 발광 표시소자를 구현하여 파손의 위험이 없고, 소자의 중량을 종래의 박막형 전계발광표시소자의 1/3이하로 줄일 수 있어 움직이는 정보통신 컴퓨터인 스마트 폰 및 Wearable 폰(의복형 착용가능 컴퓨터: 손목시계 형, 허리띠 형, 이어폰 형, 포켓 형, 조끼 형) 등의 차세대의 정보통신 단말기에 활용 할 수 있는 플라스틱 박막형 전계발광 표시소자를 구현하는 제조기술을 제공하는데 있다.

이를 위해 본 발명에서는 종래의 발광층 형성시에 온도를 200∼400℃ 정도의 고온으로 증착하지 않고 발광막의 발광효율에 직접적으로 영향을 주는 발광층의 결정성을 향상시키기 위하여 전자빔 다층박막 증착장비에 플라즈마 이온 공급원(Plasma Ion Source)를 설치하여 발광층 형성시 플라즈마 처리를 하여 수지가 변형되지 않는 공정온도에서 플라스틱상에 박막형 전계발광 표시소자를 구현함에 그 특징이 있는 것이다.

이하, 본 발명을 첨부 도면을 참고하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래 박막형 전계 발광 표시소자의 구조를 나타낸 예시도,

도 2는 ion beam 보조 전자빔 다층 박막 증착장비를 통하여 제조된 박막형 전계 발광 표시소자의 적층구조를 나타낸 예시도,

도 3은 본 발명에 의한 박막형 전계발광 표시소자를 제작하기 위한 ion beam 보조 전자빔 다층박막 증착 장비의 예시도,

도 4는 본 발명에 의한 박막형 전계 발광 표시소자의 제조 공정도,

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 기판 2 : ITO 투명전극

3 : 하부절연층 4 : 발광층

5 : 상부절연층 6 : 금속전극

100: 도가니 110: 다층박막증착용 전자빔

200: 이온빔 300: 유량조절기

400: 할로겐히터 500: 전자빔 셔터

600: 두께보정판 700: 두께측정기

800: 기판지지대 900: 마스크 자동체결장치

910: 마스크 자동이탈 장치 A : 진공조

P : 펌프

첨부 도면에 있어, 도 2는 본 발명에 의하여 제조된 박막형 전계 발광 표시소자의 구조를 나타낸 분리 사시도이다.

도 3는 본 발명에 의하여 전계 발광 표시소자를 제작하기 위하여 전자빔 다층박막 증착장비에 진공조 내부를 플라즈마 분위기로 만들어주는 Plasma ion source를 설치한 장비의 개략적인 형태를 도시하였다.

도 4는 본 발명에 따른 플라스틱 박막형 전계 발광 소자를 제조하는 제조공정을 도시하고 있다.

본 발명에서는 박막형 전계 발광 표시소자 제조공정에 있어 발광층을 형성하기 위한 온도를 200∼400℃ 정도의 고온으로 증착하지 않고 발광막의 발광 효율에 직접적으로 영향을 주는 발광층의 결정성을 향상시키기 위하여 전자빔 다층박막 증착장비에 플라즈마 이온 공급원을 설치하여 발광층 형성시 플라즈마 처리하여 수지가 변형되지 않는 공정온도에서 플라스틱상에 박막형 전계 발광 표시소자를 구현 하도록 됨을 특징으로 하고 있다.

본 발명에 의한 플라스틱 박막형 전계 발광 표시소자의 제조 공정을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 의한 박막형 전계발광 표시소자를 제작하기 위한 ion beam 보조 전자빔 다층박막 증착 장비의 개략적인 구성을 나타낸 것으로서, 100은 도가니, 110은 다층박막증착용 전자빔, 200은 이온빔, 300은 유량조절기, 400은 할로겐히터, 500은 전자빔 셔터, 600은 두께보정판, 700은 두께측정기, 800은 기판지지대, 900은 마스크 자동체결장치, 910은 마스크 자동이탈 장치, P는 펌프를 의미하고 도 2의 (b)에 있어 A는 진공조를 각각 의미한다.

열변형 온도가 150℃ 이상되는 열처리된 PET(Heat treatment Polyester), 폴리 이미드, 폴리에칠 이미드(PEI: Polyethylimid) 등의 플라스틱 기판의 유기 물질 및 대기상의 오염 물질을 제거하기 위하여 중성세제 → 초 순수(水) → 알콜 →초 순수(水) 순으로 초음파 세척을 실시하고 수분을 완전히 제거한 후, 진공 챔버(Chamber)에 장입하여 진공조의 내부압력이 1×10^-6torr 이하의 진공도가 되도록 배기 한다.

이때 발광층은 180℃ 이하의 온도에서 2에 도시된 플라즈마 이온 공급원(2)에 아르곤(Ar) 및 산소(O₂) 가스를 80 : 20 비율로 유랑조절기(300)의 내측으로 흘려 보내 아르곤과 산소가 혼합된 플라즈마를 형성하여 잔류 수분 및 표면 거칠기를 향상시키기 위하여 플라즈마 처리를 5 ∼ 10 분정도의 시간으로 실시한다.

이러한 플라스틱 표면의 플라즈마 처리는 기존의 기판으로 사용되는 유리나 세라믹 기판보다 표면의 미세 거칠기의 정도가 심한 플라스틱 표면을 평탄화 해 주는 효과가 있는 공정으로 플라스틱 박막형 전계 발광 표시소자의 신뢰성에 많은 영향을 주는 공정이므로 기판으로 사용되는 플라스틱의 종류에 따라서 사용되는 가스의 종류, 가스의 양 및 전처리 시간 등에 대하여 사전에 공정조건 등을 고려한다.

상기와 같은 플라즈마를 통한 플라스틱 기판의 전처리 공정이 끝나면 금속전극 형성용 메탈 새도우 마스크(도 4의 (a))를 상기의 플라스틱 기판과 정렬하여 1000Å의 두께로 Stripe상의 금속 전극(도 4의 (c))을 형성한다.

상기 금속전극 패턴 형성에 사용되었던 메탈 새도우 마스크를 마스크 자동 이탈장치(910)를 통하여 마스크를 제거한 후 상기의 금속전극의 상부에 하부절연층(도 4의 (d),(e))을 형성한다.

하부절연막의 증착 공정은 스퍼터링 장치를 이용한 스퍼터링법이나, 전자빔 증착장비를 이용한 반응성 증착법, CVD법을 이용할 수 있으나 본 발명에서는 상기의 플라즈마 이온 공급원을 갖는 보조 전자빔 다층박막 증착법을 통하여 3000Å- 5000Å 두께의 SiO₂, Ta₂O₅의 하부절연층을 형성하였다.

상기 하부 절연층상에 5000Å - 7000Å 정도의 두께로 발광층(도 4의 (f))을 형성한다.

발광층의 형성시 공정조건은 플라스틱 기판의 열변형 방지하기 위하여 공정온도를 180℃ 이하로 유지하여야 하며, 플라즈마 이온 공급원에 아르곤 가스를 유량조절기(3)를 통하여 주입하여 플라즈마를 형성한 후 플라즈마 처리를 실시한다.

이때 과도한 플라즈마 에너지는 기판 및 기 증착되어진 박막을 손상시킬 우려가 있으므로 발광층을 효과적으로 결정화 시킬수 있는 공정 조건을 사전에 결정할 필요가 있다.

본 발명에서는 플리즈마 에너지가 약 350eV - 400eV를 갖도록 유지하였다.

상기의 발광층의 재료료서는 ZnS에 발광 중심으로 Mn이 0.5-1.4wt%정도로 첨가된 ZnS - Mn, ZnS에 발광 중심으로 TbF₃가 0.5mol% - 2.0mol%정도 첨가된 ZnS - Tb, F 및 ZnS에 발광 중심으로 SmCl₃가 첨가된 ZnS - Sm, Cl 등을 사용할 수 있다.

상기와 같은 공정조건으로 발광막을 형성 한 후, 상기의 발광막의 상부에 상기의 하부절연층을 형성하는 공정과 동일한 방법으로 상부절연층(도 4의 (g),(h))을 형성 한 후, 상기의 금속전극과 직교되도록 투명전극(도 4의 (i))을 형성하여 소자를 완성한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 기존에 사용되었던 Glass나 Ceramic 기판을 대신하여 PET, Polyimid 등의 Plastic 소재를 이용한 수지계상에 박막형 전계 발광 표시소자를 구현하게 됨으로써 파손의 위험이 없고, 소자의 중량을 종래의 박막형 전계발광표시소자의 1/3이하로 줄일 수 있어 움직이는 정보통신 컴퓨터인 스마트 폰 및 Wearable 폰 등과 같은 차세대 정보통신 단말기에 매우 유용하게 활용 할 수 있는 장점이 있는 것이다.

Claims (4)

1. 기판(1)상에 ITO 등의 투명전극(2)이 패터닝되고, 그 상부에 하부절연막(3)과 발광층(4)이 증착되며 상기 발광층의 상부에 상기 하부절연층과 동일한 상부 절연막(5)과 금속 전극(6)이 차례로 적층되는 박막형 전계 발광 표시소자에 있어서, 상기 기판이 플라스틱 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라스틱 박막형 전계 발광 표시소자.
2. 제 1항에 있어서, 상기 발광층은 180℃ 이하의 온도에서 플라즈마 이온 공급원을 통하여 발광층 증착시 플라즈마 처리 하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 박막형 전계 발광 표시소자.
3. 제 1항에 있어서, 전극 패턴은 사진 식각공정 및 새도우 마스크를 사용하여 형성함을 특징으로 하는 플라스틱 박막형 전계 발광 표시소자.
4. 제 1항에 있어서, 절연층은 SiO₂, Al₂O₃등의 산화물 및 Si₃N₄, SiON 등의 질화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라스틱 박막형 전계 발광 표시소자.