KR20020091640A - 카본함유 전자생성층을 구비한 전계 발광 소자 및 그 제조방법 - Google Patents

카본함유 전자생성층을 구비한 전계 발광 소자 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고휘도 및 고효율의 전계발광소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 스크린 프린팅법 또는 물리, 화학 진공 박막 증착법으로 제조한 카본함유 전자생성층(카본나노튜브 또는 카본섬유)을 형광체과 절연층 사이 또는 형광체에 분산시킴으로써 전계 발광소자에 전장을 인가할 경우 효율적인 고에너지 전자의 생성을 가능케 하고, 이들 전자들에 의해서 형광체 내의 발광중심 이온들의 여기를 효과적으로 가능하게 한다.

Description

카본함유 전자생성층을 구비한 전계 발광 소자 및 그 제조 방법{ELECTROLUMINESCENT DISPLAY WITH CARBON CONTAINED ELECTRON GENERATING MATERIAL AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}
본 발명은 전계발광소자(Electroluminescent Display)에 관한 것으로서, 특히 유리 기판, 폴리머기판 혹은 실리콘(Si) 등의 단결정 기판 위에 프린팅법 및 통상의 화학 혹은 물리 진공막 증착법을 이용하여 제조한 카본나노튜브(Carbon Nano Tube; CNT) 혹은 카본 섬유(Carbon Fiber; CF)를 이용하여 제조한 전계 발광 소자에 관한 것이다.
특히, 적색, 녹색, 청색의 빛을 발광하는 형광체를 이용하여 삼원색 또는 천연색 전계 발광 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 전계 발광(Electroluminescence; EL)은 재료에 전장을 가했을 경우 빛이 발생하는 현상을 지칭하며, 교류 박막형, 교류 후막형, 직류 박막형 및 직류 교류형의 구조가 있다.
교류형의 경우, 기본적으로 형광체층을 중심으로 상, 하부 절연층으로 구성된 박막형 구조나 절연 재료를 포함하고 있는 반사층과 형광체를 포함하고 있는 절연 바인더로 구성된 후막형 구조가 있다.
그리고, 직류형에는 하나의 절연층과 형광체으로 구성된 박막형과 형광체만으로 구성된 후막형이 있다.
그러나, 이러한 구조를 가진 전계발광소자는 기본적으로 낮은 휘도와 효율을 가져 높은 휘도와 효율이 필요한 디스플레이 응용에는 적합하지 않은 실정이며, 이들 특성의 개선이 절실히 요구되는 실정이다.
이러한 특성을 개선하기 위해서는 형광 모체의 결정성, 발광 중심 이온의 활성화 정도와 가속 전자들의 수, 에너지 및 그의 분포를 조절해야 하는데, 형광 모체의 결정성 향상 및 발광 중심의 효과적인 활성화를 위해서는 여러 가지 형광 모체 제조법 및 열처리 방법이 제안되었다. 또한, 좁은 에너지 분포의 높은 에너지를 가지는 가속 전자들의 발생을 위해서 유전율이 높은 절연 재료를 사용하는 방법 등이 제안되었다.
그러나, 전계 발광 소자의 낮은 휘도 및 효율이 실제 상품화에 제한이 있다.
이를 개선하기 위해서 미국 특허 5,581,150에서 전자 방출층의 사용을 제안하였다.
이 특허에서는 상, 하부 전극 사이에 적어도 하나의 절연층과 세 개의 층(형광체, 핵생성 촉진층 및 전자 방출층)으로 구성된 전계 발광 소자의 제조를 제안하였으며, 이러한 방법으로 낮은 임계 전압 및 향상된 휘도를 구현하였다. 이 때, 전자 방출층은 인듐이나 인듐을 포함하고 있는 재료로서 ITO(Indium-Tin Oxide) 등을 제안하였다.
그러나, 이러한 방법들에 의해서는 디스플레이 응용을 위해서 요구되는 특성을 만족시키는 소자의 제조는 아직 어려운 실정이다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 낮은 구동전압, 높은 휘도와 효율을 가지는 전계 발광 소자 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전계발광소자의 구조 단면도,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 다른 전계발광소자의 구조 단면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 기판 12 : 투명전극
13 : 하부 절연층 14 : 카본함유 전자생성층
15 : 형광체 16 : 상부 절연층
17 : 금속 전극
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전계발광소자는 기판상에 제 1 전극, 제 2 전극이 순차적으로 적층되고, 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 형광체와 적어도 하나의 절연층이 적층된 전계발광소자에 있어서, 상기 형광체의 상부 또는 하부 중 적어도 일부분에 카본함유 전자생성층이 삽입된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 전계발광소자의 제조 방법은 기판상에 제 1 전극, 제 2 전극을 순차적으로 적층하는 전계발광소자의 제조 방법에 있어서, 상기 제 1 전극상에 제 1 절연층을 형성하는 단계, 상기 제 1 절연층상에 카본함유전자생성층을 형성하는 단계, 상기 카본함유 전자생성층을 열처리하는 단계, 상기 카본함유 전자생성층상에 형광체를 형성하는 단계, 및 상기 형광체상에 제 2 절연층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전계발광소자의 구조 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 유리기판(11), 투명전극(12)이 순차적으로 적층된 구조상에 하부 절연층(13)이 형성되고, 하부절연층(13)상에 카본 함유 전자생성층(14), 예컨대, 카본나노튜브 또는 카본섬유와 형광체(15)가 차례로 적층되며, 형광체(15)상에 상부절연층(16), 금속전극(17)이 적층된다.
여기서, 전자생성층(14)인 카본나노튜브 또는 카본섬유는 전도성이 우수하며, 진공하에서 높은 전계를 가할 경우 전자를 효율적으로 방출한다. 한편, 카본나노튜브 또는 카본섬유를 이용한 전계방출소자(Field Emission Display)가 알려져 있으나, 이는 진공을 기본으로 하며 캐소드(cathode)에 적용된데 반해, 본 발명의 실시예는 진공이 없는 전계발광소자의 전자생성층으로 적용되므로 전계방출소자와는 다르다.
도 1에 도시된 전계발광소자의 제조 방법은 먼저 투명전극(12)이 형성된 유리기판(11)상에 통상의 물리 및 화학막 진공 증착법을 이용하여 하부 절연층(13)을 형성한 후, 하부절연층(13)상에 카본 함유 전자생성층(14)(카본나노튜브 또는 카본섬유)을 바인더(Binder)에 혼합하여 스크린 프린트(Screen print)법으로 소정 두께로 형성한다.
이 때, 카본나노튜브 또는 카본섬유는 유리기판(11)에 대해서 일정한 방향으로 배열될 수 있으며, 또는 무질서한 방향으로 배열될 수 있다.
다음으로, 카본 함유 전자생성층(14)을 적절한 온도에서 열처리하여 바인더의 휘발과 카본나노튜브들의 접착력을 향상시킨다.
계속해서, 열처리된 카본 함유 전자생성층(14)상에 전자빔증발법(E-beam Evaporation)이나 스퍼터링법으로 형광체(15), 예를 들어 Zn:S를 1∼1.5㎛의 두께로 형성한 후, 650℃∼700℃에서 급속열처리한다.
이 때, 형광체(15)로는 통상의 산화물, 황화물 형광모체에 적색, 녹색, 청색을 발하는 발광중심이온을 도핑한 모든 물질을 사용할 수 있으며, 스크린 프린팅법, 졸겔법, 물리 및 화학 진공막 증착법으로 제조할 수 있다.
계속해서, 열처리된 형광체(15)상에 통상의 물리 및 화학막 진공증착법을 이용하여 상부절연막(16)을 형성한 후, 금속전극(17)을 형성한다.
본 발명의 다른 실시예로서, 실리콘(Si)과 같은 단결정기판상에 투명전극을 형성하고, 펄스레이저어브레이션(Pulse laser ablation)법 또는 화학기상증착 (Chemical Vapor Deposition; CVD)법등의 통상의 막 진공증착법을 이용하여 카본 함유 전자생성층(카본나노튜브 또는 카본섬유)을 일정한 방향 또는 임의의 방향으로 배향시켜 성장시킨다. 이후 공정은 본 발명의 일실시예와 동일하게 진행된다.
상술한 것처럼, 본 발명의 일실시예 및 다른 실시예에서는 투명전극/하부 절연층/카본 함유 전자생성층/형광체/상부 절연층/금속전극의 구조를 가지나, 투명전극/카본함유전자생성층/하부 절연층/형광체/상부 절연층/금속전극의 구조, 투명전극/카본함유전자생성층/형광체/절연층/금속전극의 구조, 투명전극/절연층/카본함유전자생성층/형광체/금속전극의 구조, 투명전극/카본함유전자생성층/절연층/형광체/금속전극의 구조, 투명전극/절연층/형광체/카본함유전자생성층/절연층/금속전극의 구조, 투명전극/절연층/형광체/절연층/카본함유전자생성층/금속전극의 구조로 형성할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 플라스틱 기판(21)상에 ZnS:Cu 등의 형광체와 고유전율 바인더 혼합체(22)를 스크린 프린트법으로 50∼100㎜ 두께로 형성시킨 후, 형광체와 고유전율 바인더 혼합체(22)상에 카본나노튜브 또는 카본섬유 등의 카본함유전자생성층(23)을 바인더에 혼합하여 역시 스크린 프린트법으로 형성시킨다. 그리고, 카본함유전자생성층(23)상에 반사층(24)을 형성하고 금속 전극(25)을 형성한다.
이러한 경우, 카본함유전자생성층(23)은 형광체와 고유전율 바인더 혼합체(22)에 같이 혼합하여 사용할 수 있으며, 이처럼 혼합하여 사용하면 카본 나노튜브(또는 카본섬유)를 별도로 제조하지 않아도 된다.
상술한 것처럼, 본 발명은 카본나노튜브 또는 카본섬유를 형광체와 절연층 사이, 또는 형광체에 혼합시킴으로써 전계발광소자에 전장을 인가할 경우 효율적인 고에너지 전자의 생성을 가능케하고, 이들 전자들에 의해서 형광체 내의 발광중심 이온들의 여기를 효과적으로 가능케한다.
상술한 본 발명의 실시예들은 교류 박막 및 직류 박막 전계발광소자, 교류 후막 및 직류 후막 전계발광소자에 모두 적용 가능하다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시 예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같은 본 발명은 높은 에너지를 가진 전자들이 카본전자생성층(카본나노튜브 또는 카본섬유)와 형광체의 접촉면에 집중되므로 국부적으로 매우 높은 전계의 인가가 가능하여 보다 높은 에너지와 좁은 에너지 분포를 가진 전자들의 방출이 용이하여 전계 발광 소자의 휘도와 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 통상의 산화물 절연층과 황화물 형광체 사이의 계면 불안정성을 방지할 수 있어 전계 발광 소자의 안정성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (12)

  1. 기판상에 제 1 전극, 제 2 전극이 순차적으로 적층되고, 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 형광체와 적어도 하나의 절연층이 적층된 전계발광소자에 있어서,
    상기 형광체의 상부 또는 하부 중 적어도 일부분에 카본함유전자생성층이 삽입된 것을 특징으로 하는 전계발광소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 카본함유 전자생성층은 카본나노튜브 또는 카본섬유 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전계발광소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 카본함유 전자생성층은 바인더를 이용한 스크린 프린트법에 의해 형성되거나, 화학 또는 물리적 진공증착법으로 형성된 것을 특징으로 하는 전계발광소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 형광체는 적색, 녹색, 청색을 발하는 황화물 또는 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 전계발광소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 카본함유 전자생성층은 하부절연층/형광체/상부절연층이 순차적으로 적층된 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에서 상기 하부절연층과 형광체사이에 삽입되거나, 상기 제 1 전극과 상기 하부절연층 사이에 삽입되거나, 상기 하부절연층과 상부절연층 사이에 삽입되거나, 상기 형광체와 상부절연층 사이에 삽입된 것을 특징으로 하는 전계발광소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 카본함유 전자생성층은 절연층과 형광체가 순차적으로 적층된 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에서 상기 절연층과 형광체 사이에 삽입되거나, 상기 제 1 전극과 절연층 사이에 삽입된 것을 특징으로 하는 전계발광소자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 카본함유 전자생성층은 형광체와 절연층이 순차적으로 적층된 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에서 상기 제 1 전극과 상기 형광체 사이에 삽입된 것을 특징으로 하는 전계발광소자.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 유리기판, 다결정기판 또는 플라스틱기판 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전계발광소자.
  9. 기판상에 제 1 전극, 제 2 전극을 순차적으로 적층하는 전계발광소자의 제조 방법에 있어서,
    상기 제 1 전극상에 제 1 절연층을 형성하는 단계;
    상기 제 1 절연층상에 카본함유 전자생성층을 형성하는 단계;
    상기 카본함유 전자생성층을 열처리하는 단계;
    상기 카본함유 전자생성층상에 형광체를 형성하는 단계; 및
    상기 형광체상에 제 2 절연층을 형성하는 단계
    를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 전계발광소자의 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 카본함유전자생성층을 형성하는 단계는,
    바인더를 이용한 스크린프린트법, 펄스레이저어브레이션법 또는 화학기상증착법 중 어느 한 방법으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전계발광소자의 제조 방법.
  11. 전계발광소자의 제조 방법에 있어서,
    플라스틱기판상에 투명전극을 형성하는 단계;
    상기 투명전극상에 형광체과 고유전율체의 혼합체를 바인더를 이용한 스크린프린트법으로 형성하는 단계; 및
    상기 형광체상에 카본함유 전자생성층을 상기 바인더에 혼합시켜 스크린프린트법으로 형성하는 단계
    를 포함함을 특징으로 하는 전계발광소자의 제조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 형광체과 고유전율체의 혼합체는 50㎛∼100㎛의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 전계발광소자의 제조 방법.
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