KR20030017911A - 고 효율 유기분산형 이엘 램프의 구조 및 그 제조공정 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 상기에 기술된 유기분산형 EL Lamp의 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 특히 단순한 유기분산형 EL Lamp의 구조와 이 구조로 인해 단순해진 제조방법에 관한 것이다.

특히 기존 EL Lamp에 비하여 낮은 전압 및 전류에서도 높은 휘도를 낼 수 있으며, 저전압을 사용함으로서 소자에 가해질 수 있는 불필요한 요소를 제거하여 소자가 안정적이며, 장수명이 가능한 유기 분산형 EL Lamp 의 구조 및 제조방법에 관한 것이다.

그리고 또 다른 목적은 단순한 제조공정에 의해 생산효율이 상승하였으며, 제조비용 또한 저렴한 유기분산형 EL Lamp의 제조공정에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, EL Lamp는 기재필름위에 ITO ink를 이용하여 투명전극층을 형성하고, 투명전극층 위에 발광잉크를 이용하여 발광층을 형성하고 다시 위에 후면전극을 이루는 구조로 되어 있다.

본 발명에서는 기존과 동일한 인쇄공법을 이용하면서도 인쇄공정은 반으로 줄일 수 있는 제조방법을 개발하였다.

본발명에의한 유기 EL Lamp의 구조는, 제1층 수지필름위의 ITO층; 제2층 형광체와 유전체가 혼합된 발광층; 제3층 후면전극층 ; 제4층 보호층으로 이루어진다.

본 발명에 의한 유기 EL Lamp의 제조방법은, 플라스틱 수지필름 위에 진공증착된 ITO-PET film이나, ITO 잉크를 사용하여 직접 패턴화 시키는 제1공정, 상기의 전도성 필름 위에, 형광층과 유전층이 혼합되어 단일층으로 되어 있는 발광층을 형성하는 제2공정, 상기의 발광층위에 후면전극층을 형성하는 제3공정, 상기의 후면전극층위에 보호층을 형성하는 제4공정으로 이루어진다.

Description

고 효율 유기분산형 이엘 램프의 구조 및 그 제조공정 {Method for construction of Powder Electroluminescent Lamp for high efficency}

루미네선스란 형광체의 원자가 외부로부터 에너지를 흡수하여 전자를 여기 시키고, 다시 기저상태로 떨어질 때 광양자를 방출하는 현상을 말한다. 이때 전자를 여기 시키는 방법에 따라서 방사선 발광, 음극선발광, 화학발광, 광발광, 열방광, 전계발광등으로 구분할 수 있다.

이 전계발광램프는 두께가 얇고, 충격에 강하며, 다루기 쉬울 뿐만 아니라, 균일한 휘도를 얻을 수 있다. 또한 열의 발생이 없고 종래의 조명기구에 비하여 전력소모가 매우 적다. 그리고 형광체의 선택에 따라서 여러 가지 색상의 빛을 발생시킬 수 있는 장점이 있다. 따라서, 종래의 백열전등이나 형광조명의 한계를 극복하고, 휘도, 수명 및 용도면에서 개선된 전계발광램프가 액정표시기의 후면광원에서부터 장식용 조명, 사무장비 및 표시기등에 많이 응용되고 있다.

그러나 기존의 유기분산형 EL Lamp는 구조가 복잡하고, 그에 따른 제조의 어려움과 많은 제조비용이 필요하며, 습한 곳과 UV가 직접적으로 장시간 노출되는 곳에서 사용할 경우 급격한 휘도저하 및 수명단축이 발생할 수 있는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 상기에 기술한 유기분산형 EL Lamp의 문제점들을 해결하기위한 것으로, 특히, 전력소모가 적고 수명이 길며, 간단한 제조공정을 가진 유기 분산형 전계발광소자 (Powder Electroluminescent Lamp; 이하 ,EL Lamp로 표시) 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명의 목적은 기술된 형태의 구조로 EL Lamp을 제작함으로써 구조를 단순화하면서 EL Lamp의 효율을 극대화 하고자 하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 구조를 단순화하여 제조공정수를 절대적으로 줄여 그 제조비용을 줄이고, 저렴한 EL Lamp을 제조하는데 있다.

본 발명에 의한 EL Lamp의 구조는 다음과 같다. EL Lamp의 투명전극층으로 투명기판 위에 전도성 물질이 코팅되어 있는 ITO-PET film을 이용하거나, 투명기판 위에 ITO ink를 이용하여 전극층을 형성하여 빛을 효율적으로 발산시킬 수 있는 투명전극층으로 사용하였다.

그리고, 투명전극층(101) 위에 발 발명에 따른 제조방법으로 제조한 발광잉크를 이용하여 발광층(202)을 형성하고, 발광층(202)상면에 후면전극층(104), 그 상면에 보호층 및 절연층(105)을 이루는 구조로 되어 있다.

도1은 전형적인 전계발광소자의 단면을 도시한 것이다.

기존의 유기분산형 EL Lamp는, 투명한 기판(100), 그 위에 증착된 ITO (Indium Tin Oxide)박막으로 된 투명전도층(101), 그 위에 형성된 형광층(102), 형광층(102) 위에 형성된 유전층(103), 그 위에 형성된 후면전극층(104), 후면전극층(104)상면에 절연층(105)으로 되어 있는 구조로 되어 있다.

그러나, 상기와 같이 구성된 전형적인 유기분산형 EL Lamp는 공정이 복잡한 반면, 발광효율이 떨어져 고 전압을 필요로 하고, 수분의 침투에 약한 단점을 가지고 있어 EL Lamp의 안정성에도 많은 영향을 미치고 있다. 또한 공정이 복잡하여 제조에 소요되는 경비 또한 많다.

이런 문제를 해결하기 위해 전력소모가 적고, 고효율의 장 수명 유기분산형 EL Lamp의 개발이 요구되었다. 따라서 본 발명은 상기의 단점들을 보완하기 위한 것으로 본 발명의 목적은 각종 산업용자재 및 광고용 후면광원으로도 사용 가능한 고휘도의 저 전력, 장수명, 저가의 EL소자의 구조를 제공하는 데 있다.

또한 본 발명의 다른 기술적 과제는 상기 전계발광소자를 제조하는데 적합한 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명에서는 고휘도를 구현하기 위하여 일반적인 유기분산형 EL Lamp의 구조를 변경시켜 유전체와 형광체의 접촉면적을 늘려 발광중심에 가해지는 전계의 효율을 극대화 할 수 있는 단일 발광층 구조의 EL Lamp를 제작하고자 한다.

도1은 종래의 전계발광램프(Electroluminescence Lamp ; 이하 EL lamp)의 단면도

도2는 본 발명의 실시 예에 의한 유기분산형 EL Lamp의 단면도

도3은 동작조건 100V, 400Hz에서 본 발명에 의한 유기분산형 EL Lamp의 발광층 두께에 따른 휘도의 변화를 측정한 그래프이다.

도4는 동작조건 400Hz에서 본 발명에 의한 유기분산형 EL Lamp와 종래의 제품과의 전압에 따른 휘도의 변화를 비교한 그래프이다.

<도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 투명 수지필름 또는 유리 기판

101 투명전극층 (ITO층)

102 형광층

103 유전층

202 발광층

104 후면전극층

105 보호층 및 절연층

유기분산형 EL Lamp의 발광휘도를 높이기 위해서는 전계와 인가 주파수를 증가시켜 고 에너지를 가하기 위한 방법이 있으나, 둘 다 EL Lamp의 수명에 치명적인 영향을 끼쳐 수명이 짧아지는 원인이 되기도 한다.

외부의 수분이 EL Lamp의 핀 홀을 통해 침투하게 되면, EL Lamp에 부분적으로 절연저항의 저하가 발생한다. 이때 이 부분으로 고전계가 인가되면 부분적으로 절연파괴가 되면서, 소자의 안정성에 문제가 발생하게 되며, 이 수분이 형광체와 반응하게 되면, 수명도 급속히 짧아질 수 있다.

본 발명에서는 상기 기술적 과제를 달성하기 위해, 기존의 유기분산형 EL Lamp의 구조를 개선하여 EL Lamp의 발광효율을 높일 수 있는 구조를 고안하였다.

도2를 참조하여, 본 발명의 유기분산형 EL Lamp의 구조에 대해 상세히 설명한다.

본 발명의 유기분산형 EL Lamp는 크게 투명한 유리 또는 고분자 수지필름(100)상면에 형성된 ITO층(101), 상기 ITO층(101)상면에 발광층(202)이 형성되며 발광층(202)상면에 후면전극층(104)이 형성되고, 다시 후면전극층(104) 상면에 보호층(105)이 형성되어 있는 구조를 이루고 있다.

상기의 발광층에 사용되는 발광체 잉크는 형광체와 유전체가 함께 유기바인더에 분산되어 있는 것으로, 형광체 주위를 유전체와 바인더가 에워싸 있는 형태로 되어 있어 EL Lamp 내부로 흡수된 수분과 형광체가 직접 접촉하는 것을 막고, 형광체 주위에서 직접적으로 전계가 전이되게 함으로서 EL Lamp의 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 즉, 이렇게 형성된 유기분산형 EL Lamp는 저전압에서도 높은 휘도를 얻을 수 있으며, 안정성도 향상되는 것을 볼 수 있었다. 이것을 발광메카니즘에서 살펴보면 기존의 구조에서 이루어지는 발광메카니즘인 유전체 계면에서 형광체로 유기된 전계 메카니즘보다 형광체 주위에서 직접적으로 전이되는 전계가 이동전하 밀도와 발광휘도를 더욱 증가시킴을 알 수 있다. 그리고 또한 조밀한 조직으로 인하여 외기 수분이 램프 안으로 침투하는 것을 방지하면서 동시에 절연성및 보호막의 역할도 하는 것을 알 수 있다. 따라서, 기존의 소자구조의 변경만으로도 저전압, 고휘도의 안정된 EL Lamp의 제작이 가능하였다.

상기의 구조로 이루어져 있는 EL Lamp의 제조공정은 투명 기판 위에 투명 바인더에 ITO 분말을 분산시켜 제조한 잉크를 이용하여 투명전극층을 형성하는 제1공정, 상기 투명전극층에 형광체와 유전체, 투명 바인더로 이루어져 있는 발광잉크를 이용하여 발광층을 형성하는 제2공정, 상기 발광층위에 도전성 필러와 바인더로 이루어져 있는 도전성페이스트를 이용하여 후면전극층을 형성하는 제3공정, 상기 후면 전극층위에 보호층을 형성하는 제4공정으로 이루어져 있으며, 상세한 EL 램프 제조방법은 다음과 같다.

(제1공정)

전면전극으로는 ITO가 증착된 필름을 사용하거나, 직접 수지 필름 위에 투명전도성 잉크를 이용하여 형성하는 방법이 있다. 투명전도성 잉크는 Indium Tinoxide화합물을 우레탄 레진에 분산시켜 제조한다. 이 잉크의 조성은 아래와 같다.

Indium Tinoxide 화합물 60 ~ 85%

polyuretan 10~30%

용제 5~25%

위의 비율에 따라 제조한 투명전도성 잉크를 사용하여 전 처리한 PC 또는PET필름 위에 패턴이 형성된 스크린을 장착하고 스크린 위에 투명전도성 잉크를 올려 놓고 스퀴지로 끌어당기는 방법으로 인쇄한다. 이때 300~350mesh 스크린 망사를 이용하여 두께 10~20㎛가 되게 인쇄하고, 건조기에 넣고 고온에서 약 30~60분 정도 건조한다. 형성된 투명전도성 필름의 체적저항은 약 200~500Ω이 되게 제어한다.

(제2공정)

본발명의 EL Lamp제조에 사용되는 투명바인더는 아래의 조성과 같다.

Polymer10~30%

solvent60~80%

가소제 3~5%

분산제0.5%

위 재료들의 각각의 무게를 칭량하여 유화 혼합기로 2시간동안 교반하여 고분자 성분을 완전히 용해시켜 유기 바인더를 제조한다.

이때 사용되는 페이스트용 binder의 재료특성은 유전율이 크고, 절연파괴 강도가 높고, 가공성이 양호하고, 형광체를 균일하게 분산시킬 수 있고, 형광체 발광시 투과 특성이 양호해야 되므로 투명도가 높고, 접착력이 좋으며, 수분 흡수성이 적을 것 등의 요구 특성을 갖추고 있어야 한다. 본 발명에서는 ethyl cellulose, PMMA, PTFE, PVDF, Ethyl hydroxy ethyl cellulose등을 사용하였다. 그리고, solvent는 ethyl alcohol, toluene, isopropyl alcohol, MEK등을 사용하고, 분말의 분산성을 향상시키기 위해 음이온 계면활성제인 phosphate ester를 분산제로 사용하였으며 가소제를 첨가하여 유연성을 높였다.

발광층은 투명전도층과 유사한 방법으로 형성한다. 상기에서 제조한 바인더를 이용하여 발광잉크를 아래의 조성으로 구성하였다.

형광체 20~55%

유전체 20~55%

상기의 바인더 25~45%

먼저 유기결합제와 고유전율의 유전체 분말을 상기의 비율로 섞고, 막대주걱으로 일차적으로 분산시킨후, 균일한 분산 및 적절한 유동특성을 갖기 위해서 3본롤밀로 밀링한 후, 상기의 형광체 비율과 동일하게 형광체 분말을 혼합하여 믹서를 이용하여 혼합속도를 조절해가며 분말이 골고루 잘 분산되도록 약 1시간 정도 혼합하여 발광잉크를 제조한다.

이때 사용한 형광체는 ZnS:Cu, ZnS:Mn화합물과 ZnS:Tb, CaS화합물이며, 유전체는 BaTiO3, SrTiO3, PLT(PbLaTiOs), PZT, TiO2등을 사용하였다. 이때 사용된 분말의 입경은 형광체의 경우25~30㎛이며, 유전체는 0.5~ 1㎛사이인 것을 사용하였다. 위에서 제조한 발광체 잉크를 이용하여 스크린 150~200mesh 망사를 사용하여 두께 50~80㎛가 되게 형성한다. 이때 150mesh망사로 한번 인쇄하였을 경우에 약 35~40㎛정도의 두께가 형성되고, 두번 인쇄하였을 때 약 60~70㎛의 두께가 형성된다. 건조기의 온도를 110℃로 유지시킨후 약 20분간 건조한다.

이때 투명전극층과 발광층사이의 밀착성은 EL Lamp의 휘도에 큰 영향을 미친다. 투명전극층과 발광층사이에 틈이 생기지 않게 스크린 인쇄속도를 조절해 가며틈이 생기지 않게 인쇄한다.

(제3공정)

후면전극층은 실버 페이스트 또는 알루미늄 페이스트를 이용하여 발광층에서 반사되어 나오는 빛을 다시 반사시켜 주므로서 EL Lamp의 밝기를 높일 수 있었다.

(제4공정)

보호코팅액은

ETFE(polyethylene Tetrafluoro Ethylene)15~25%

MMA(methyl methacrylate) 20~80%

Methyl sulfoxide 10~45%

의 방법으로 제조한 후 두께 20㎛가 되게 형성한 후 110℃에서 30분정도 건조하여 제조하였다.

상기한 바와 같이 본 발명에 의한 유기분산형 EL Lamp 및 그 제조방법에 의하면, 형광층과 유전층을 혼합하여 하나의 층을 형성하여 형광체 주위에 직접적으로 고전계가 걸릴수 있게 해줌으로 인해 발광 효율을 높일 수 있었으며, 전력소모를 종전 제품보다 줄여, 상대적으로 적은 전압에서 구동 가능이 가능하며, 형광체 주위를 감싸고 있는 유전체에 의해 수분의 침투도 최대한 억제할수 있어 EL Lamp의 수명또한 길어졌다.

제조공정도 대폭 감소하여 생산량도 증가되면서, 제조원가도 최대 30~40%까지 줄일 수있었다

Claims (7)

1. 본 발명의 유기분산형 EL Lamp의 구조는 는 크게 투명한 유리 또는 고분자 수지필름(100)위에 형성된 ITO층(101) ; 상기 ITO층(101)위에 형광체와 유전체가 혼합된 구조로 이루어진 발광층(202) ; 상기 발광층(202)위에 실버페이스트 또는 알루미늄페이스트로 이루어진 후면전극층(104) ; 상기 후면전극층위에 형성된 보호층(105)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기분산형 EL Lamp의 구조.
2. 유기분산형 EL Lamp를 제조하는 방법에 있어서,

   투명한 유리 또는 고분자 수지 기판위에 패턴이 형성된 스크린 틀을 설치하고 투명도전성 잉크를 이용하여 패턴화 된 투명전극층을 형성하는 제1공정 ; 상기 투명전극위에 형광체와 유전체로 이루어진 발광잉크를 이용하여 발광층을 형성하는 제2공정 ; 상기 발광층위에 전도성 페이스트를 이용하여 후면 전극층을 형성하는 제3공정 ; 상기 전극층위에 보호층을 형성하는 제4공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것.
3. 제1항의 EL Lamp의 구조에 있어서

   투명 전도층과 후면 전극층사이에 형광층과 유전체를 투명바인더에 분산시켜제조한 발광잉크를 사용하여 형성된 단일층의 발광층을 가지는 것을 특징으로 하는 유기분산형 EL Lamp.
4. 제 2항에 있어서, 발광층잉크에 사용하는 투명 바인더가 아래의 조성으로 구성되는 것,

   Polymer10~30%

   solvent60~80%

   가소제 5~10%

   분산제0.5%

   이때 사용되는 Polymer는 ethyl cellulose, PMMA, PTFE, PVDF, Ethyl hydroxy ethyl cellulose중 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 것.
5. 제2항에 있어서, 발광층잉크의 조성이 아래과 같을경우.

   형광체 20~55%

   유전체20~55%

   상기의 바인더25~45%
6. 제5항에 있어서 발광층 잉크에 형광체는 ZnS:Cu, ZnS:Mn중 어느 하나를 사용하고, 유전체로는 1.0㎛이하의 입경을 가지는 BaTiO3, SrTiO3, PLT(PbLaTiOs), PZT, TiO2중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 것.
7. 제2항에 있어서, 후면전극으로 반사율이 우수한 알루미늄 페이스트를 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 것.