KR20020067278A - 불소계 중합체를 바인더 수지로 포함하는 전계발광소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 불소계 수지를 바인더로 이용한 후막형 전계발광소자에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 전계발광소자는 폴리비닐리덴플루오라이드와 테트라플루오로에틸렌 및/또는 헥사플루오로프로필렌의 이원 또는 삼원공중합체와 같은 불소계 수지를 바인더 수지로 사용하여 형성한 형광체층 및 유전체층을 포함하여, 내열성, 내수증기성이 충분하고 유전율이 높아, 고휘도, 장수명의 소자를 구현할 수 있다.

Description

불소계 중합체를 바인더 수지로 포함하는 전계발광소자{ELECTROLUMINESCENT DEVICE COMPRISING A FLUORINATED POLYMER AS A BINDER RESIN}

본 발명은 불소계 수지를 바인더로 이용한, 고휘도 및 장수명의 후막형 전계발광소자에 관한 것이다.

정보화 사회의 급속한 발전으로 인하여 발광하는 디스플레이의 일종인 전계발광소자의 수요도 가속화되고 있다. 이는 전계발광소자가 발광면이 균일하고, 가볍고 얇을 뿐 아니라 구부림과 변형, 습기에 강하고 낮은 소비전력(<1.5mA/cm²)으로 구동하여 넓은 응용분야에 사용될 수 있기 때문이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 전계발광소자는 일반적으로 (a) PET(폴리에틸렌테레프탈레이트)/ITO(인듐-주석-옥사이드) 박막, (b) 형광체층, (c) 유전체층, (d) 후면전극층 및 (e) 방습층을 포함하는 후막형으로 구성되어, 고속응답 특성, 저전력, 넓은 사용온도 범위 및 내충격성이 요구되는 무선 제품들과 각종 휴대 통신 기기 등에 디스플레이로서 이용되고 있다.

이러한 전계발광소자에 있어서 가장 핵심적으로 개발되는 부분은 형광체층과 유전체층인데, 이들 층은 인쇄시에 형광체 및 유전체 물질을 고르게 분산시키면서 고유전율을 제공하기 위해 바인더 성분을 혼합한 조성물로부터 형성된다. 기존에는 그러한 바인더 성분으로서 에폭시 수지, 폴리에스터 수지, 시아노에틸계 수지 등을 사용하여 왔는데, 이 중에서 많이 사용되어진 수지는 시아노에틸기가 부착된 화합물인 시아노에틸 풀루란(cyanoethyl pullulan), 시아노에틸 스타치(cyanoethyl starch), 시아노에틸 폴리비닐알콜(cyanoethyl polyvinylalcohol), 시아노에틸 셀룰로즈(cyanoethyl cellulose) 등으로, 모체가 되는 원래의 물질에서 수산기가 80 내지 97 %가 시아노에틸기로 치환되어 있으며, 3 내지 20 %의 수산기가 잔존되어 있다. 따라서, 이러한 수지들은 수산기의 잔존에 따라 25℃, 75% RH(상대습도)에 있어 약 4% 정도의 흡습성을 가지게 된다 (대한민국 특허 공고번호 94-1183 참고). 이로 인하여 수지 자체가 습기를 내포할 수도 있고 외부에서 침입하는 습기에 노출되었을 경우에는 습기를 차단하는 것이 매우 미흡하여 소자의 수명에 치명적인 영향을 받고 있다.

이에 본 발명자는 이러한 문제점을 극복하기 위하여 상대습도 90%이상에서도 내습성이 강하며 탁월한 접착성을 지니고 있고 25℃, 75% RH(상대습도)에서 약 0.01∼3% 정도의 흡습성을 가지고 있는 불소계 수지를 이용하여 이를 형광체와 유전체 물질과 혼합하여 각각 형광체층과 유전체층 형성에 사용함으로써 내열성, 방습성에 탁월한 전계발광소자를 제조하고자 하였다.

본 발명의 목적은, 소자의 수명에 큰 영향을 주는 온도와 습도에 대한 저항력이 강한 바인더 수지를 사용하여 열적 안정성이 우수하고 전기적, 화학적 합성이 용이한 고휘도, 장수명의 전계발광소자를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 후막형 전계발광소자의 구조를 보여주는 도이고,

도 2는 본 발명에 따른 전계발광소자의 고온고습 (60℃, 90% 상대습도)에서의 시간에 따른 휘도 변화를 보여주는 그래프이고,

도 3은 종래 기술에 따른 시아노에틸계 수지를 사용한 전계발광소자와 본 발명에 따른 불소계 수지를 사용한 전계발광소자의 고온고습(60℃, 90% 상대습도)에서의 시간에 따른 휘도 변화를 보여주는 그래프이다.

<도면 부호에 대한 간단한 설명>

(a): PET(폴리에틸렌테레프탈레이트)/ITO(인듐-주석옥사이드) 기재

(b): 형광체층 (c): 유전체층

(d): 후면 전극층 (e): 방습층

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, ITO(인듐-주석옥사이드) 코팅된 기재, 형광체층, 유전체층, 후면전극층 및 방습층으로 이루어진 후막형 전계발광소자에 있어서, 형광체층 및 유전체층이 각각, 형광체 물질 및 유전체 물질과 불소계 바인더 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는, 후막형 전계발광소자를 제공한다.

이하 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다.

본 발명의 전계발광소자는 형광체층 및 유전체층이 불소계 바인더 수지를 포함함을 특징으로 한다.

본 발명에 사용되는 불소계 수지는 내열성, 내유성, 내약품성, 내수증기성 등 다른 고무에서 찾아볼 수 없는 뛰어난 특성을 가지고 있어, 기존에 사용되어온 에폭시(epoxy), 폴리에스터(polyester), 시아노에틸(cyanoethyl) 수지 계를 대체하여 전계발광소자에 고휘도 및 장수명을 부여할 수 있다.

본 발명에 바람직하게 사용될 수 있는 불소계 수지는 폴리비닐리덴플루오라이드와 테트라플루오로에틸렌 및/또는 헥사플루오로프로필렌의 이원 또는 삼원공중합체이다. 상기 불소계 수지는 전속 밀도와 인가 전계 강도와의 비로 주어지는 유전율(ε)이 10 내지 15 정도로 다른 수지보다 상대적으로 낮으나, 이를 보완하기 위하여 형광체층과 유전체층을 같은 수지로 형성함으로써, 발광 휘도를 높이고 장수명의 특성을 높일 수 있다. 상기 불소계 수지의 비중은 1.87g/㎤ 정도이다.

상기 불소계 바인더 수지는 사용시 용매에 용해하여 사용되는데, 불소계 수지를 용해시키는데 사용되는 용매는 페이스트 인쇄시 휘발성, 분산성, 점도 변화 등을 유발하지 않는 용매이면 무방하나, 가능하면 유전율 및 수소결합력 등을 고려하여 선택하는 것이 바람직하다. 바람직한 용매로 디메틸포름아미드와 같은 극성 용매를 디에틸렌글리콜모노부틸에테르아세테이트와 같은 증량제(extender)와 예를 들면 60∼80 중량%:20∼40 중량%의 혼합비로 혼합한 혼합용매를 사용할 수 있다.

상기 용매는 바인더 수지를 충분하게 용해시킬 수 있는 양으로 사용되며, 바인더 수지와 상기 용매는 20∼40 중량%:60∼80 중량%의 혼합비로 사용되는 것이 적합하다. 생성된 바인더 수지 조성물은 투명하며, 점도는 페이스트 형태로 인쇄하기에는 약 200∼300 cP(센티포이즈) 범위가 적합하다.

본 발명에 따른 바인더 수지와 용매를 혼합한 바인더 조성물을, 형광체 또는 유전체 물질과 혼합하여 페이스트를 제조한 후, 이를 기재에 통상의 방법, 예를 들면 스크린 인쇄법으로 인쇄하여 각각 형광체층과 유전체층을 형성할 수 있다.

구체적으로, 상기 바인더 조성물 20 내지 40 중량%와 형광체 또는 유전체 60 내지 80 중량%를 혼합하여 형광체 또는 유전체 페이스트를 형성하고, 형광체 페이스트 조성물을 ITO-코팅 기재 위에 인쇄한 후 경화시켜 형광체층을, 유전체 페이스트 조성물을 형광체층 위에 스크린 인쇄한 후 경화시켜 유전체층을 형성한다. 이어, 유전체층 위에 후면 전극층 및 방습층을 통상의 인쇄법으로 차례로 적층함으로써 본 발명에 따른 후막형 전계발광소자를 제조할 수 있다.

상기 형광체층과 유전체층에 형성에 사용되는 바인더는 형광체인 ZnS:Cu와 혼합하여 형광체 페이스트를 제조하며, 유전체 페이스트는 BaTiO₃와 바인더의 혼합에 의해 제조하여 당업계에 공지되어 있는 것을 이용하였고, 상기 후면전극층은 카본블랙 파우더에 바인더를 혼합하여 제조된 기존의 제품을 사용하고, 방습층은 후면전극층을 인쇄후 후면전극층을 보호하고 램프를 습기로부터 보호하기 위하여 절연성이 좋고 내습성이 우수한 불소계 수지나 아크릴 수지를 사용한 기존의 제품을 사용하여 형성할 수 있다.

본 발명은 기존의 전계발광소자에서 보편적으로 사용하고 있는 바인더의 여러 가지 문제점 즉, 방습 능력의 저하 및 분산 등의 문제점들을 보완하여 보다 개선된 제조 작업성을 갖도록 하며 균일한 분산성을 부여하여 휘도를 증가시킴은 물론 장시간을 사용해도 무리가 없는 장수명 특성을 제공할 수 있다. 특히 페이스트 제조 시, 여러 가지의 특성을 면밀히 검토를 해야하는데, 검토 사항으로는 휘발성, 분산성, 탈포성, 틱소성, 평활성, 무기물인 안료와 유기물인 바인더의 상호결합성, 박막과의 접착성, 경화성 등을 모두 만족시켜야만 인쇄한 후에 우수한 특성을 가질 수 있다. 이러한 조건들이 만족되지 않을 경우에는 안료와 바인더간의 상호 반발력 및 혼합성에 대하여 악조건으로 작용을 하여 인쇄를 할 경우에 자체적으로 문제가 발생될 수도 있으며, 인쇄를 할 수 있다고 하더라도 고휘도 및 장수명의 우수한 특성을 지닐 수가 없다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 단, 본 발명의 범위가 하기 실시예만으로 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

디메틸포름아미드 70중량%와 디에틸렌글리콜모노부틸에테르아세테이트 30중량%를 혼합한 후, 여기에 총 바인더 조성물 중량 기준으로 30중량%의 양으로, 표 1에 나타낸 바와 같은 다양한 조성의 불소 수지를 바인더 수지 성분으로서 가하고, 생성 혼합물을 20시간 이상 교반하여 바인더 조성물을 수득하였다.

수득된 바인더 조성물 25 중량%와 형광체로서의 ZnS:Cu 75 중량%를 혼합하여 형광체 페이스트를 얻고, 별도로 상기 바인더 조성물 25 중량%와 유전체로서의 바륨티타네이트(BaTiO₃) 75 중량%를 혼합하여 유전체 페이스트를 얻었다.

도 1에 도시한 바와 같이, ITO-코팅된 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 기재(a)(175 미크론의 두께) 위에 상기 형광체 페이스트 조성물을 스크린인쇄(screen printing)법에 의해 인쇄하고 약 130℃로 2시간 동안 경화시켜 40 미크론 두께의 형광체층(b)을 형성하였다. 생성된 형광체층(b) 상에 상기 유전체 페이스트를 스크린 인쇄하고 약 130℃에서 2시간 동안 경화시켜 15 미크론 두께의 유전체층(c)을 형성하였다.

상기 유전체층(c) 위에 전극으로서의 카본블랙 분말 안료를 15 미크론의 두께로 스크린인쇄법에 의해 인쇄하고, 이어서, 상기 전극층위에 아크릴이나 불소계 수지로 이루어진 방습제를 스크린인쇄법에 의해 40 미크론의 두께로 형성하여, 본 발명에 따른 전계발광소자를 제작하였다.

실시예	조성물의 구성성분
	A	B	C
1	100	-	-
2	-	100	-
3	-	-	100
4	50	50	-
5	50	-	50
6	-	50	50
7	40	30	30
A: 폴리비닐리덴플루오라이드-테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 삼원공중합체B: 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 이원 공중합체C: 폴리비닐리덴플루오라이드-테트라플루오로에틸렌 이원공중합체

시험예

상기 실시예에서 수득한 전계발광소자들의 고온고습(60℃, 90% 상대습도)에서의 시간에 따른 휘도 변화를 휘도 및 칼라 측정기를 이용하여 측정하였으며, 그 결과를 도 2에 나타내었다.

도 2에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 발광소자는 60℃, 90% RH의 강압적인 조건하에서 300 시간의 경과 후에도 휘도가 50% 이하 정도만이 감소되는 우수한 특성을 보여주고 있다.

비교예 1

실시예 1에서 본 발명에 따른 불소 수지를 사용하지 않고 기존의 시아노에틸계 수지를 바인더로 사용한 것을 제외하고는 동일하게 수행하여 제작한 전계발광소자에 대해, 시험예 1에서와 같은 시험을 수행하였다. 도 3은 종래 기술에 따른 시아노에틸계 수지를 사용한 전계발광소자와 본 발명에 따른 불소계 수지를 사용한 전계발광소자의 고온고습(60℃, 90% 상대습도)에서의 시간에 따른 휘도 변화를 비교하여 보여주는 그래프로서, 이로부터 본 발명에 따른 소자가 종래 기술에 따른 소자에 비해 휘도 변화가 적음을 알 수 있다.

본 발명에 따르면 전계발광소자의 유전체층이나 형광체층의 형성시 바인더 성분으로 불소계 수지를 사용함으로써, 내열성 및 내수증기성이 충분하고 유전율 또한 높아 고휘도를 구현할 수 있는 전계발광소자를 제공할 수 있다.

Claims (5)

1. ITO(인듐-주석옥사이드) 코팅된 기재, 형광체층, 유전체층, 후면전극층 및 방습층으로 이루어진 후막형 전계발광소자에 있어서, 형광체층 및 유전체층이 각각, 형광체 물질 및 유전체 물질과 불소계 바인더 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는, 후막형 전계발광소자.
2. 제 1 항에 있어서,

   불소계 수지가 폴리비닐리덴플루오라이드와 테트라플루오로에틸렌 및/또는 헥사플루오로프로필렌의 이원 또는 삼원 공중합체임을 특징으로 하는 후막형 전계발광소자.
3. 제 1 항에 있어서,

   형광체층 및 유전체층 형성시 불소계 바인더 수지가, 수지 20∼40 중량% 및 유기 용매 60∼80 중량%를 포함하는 바인더 수지 조성물 형태로 사용됨을 특징으로 하는 후막형 전계발광소자.
4. 제 3 항에 있어서,

   형광체층 및 유전체층이 각각, 형광체 물질 및 유전체 물질 60∼80 중량% 및 바인더 수지 조성물 20∼40 중량%를 포함하는 페이스트로부터 형성됨을 특징으로 하는후막형 전계발광소자.
5. 제 3 항에 있어서,

   유기 용매가 디메틸포름아미드 60∼80 중량% 및 디에틸렌글리콜모노부틸에테르아세테이트 20∼40 중량%의 혼합물임을 특징으로 하는 후막형 전계발광소자.