KR20090017416A - 고휘도 무기이엘 소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 휘도가 향상된 무기이엘 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 청색 및 청색 이외의 UV 파장을 사용하여 발광되며, 광원으로부터 발광된 빛의 일부를 흡수하여 다른 파장으로 전이시키고 나머지 빛은 투과하는 광원의 파장을 이용하는 무기 광발광 형광체를 포함하여, 가시광 뿐 아니라 UV를 이용하여 색을 구현함으로써 다양한 파장의 색을 구현할 수 있고 광의 증폭 및 확산의 효과를 나타내어 휘도가 향상된 고휘도 무기이엘 소자를 제공한다.
고휘도, 무기 이엘 소자, 광발광 형광체층

Description

고휘도 무기이엘 소자{A high-luminance inorganic electro luminescence device}
본 발명은 휘도가 향상된 무기이엘 소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가시광 영역의 파장 뿐 아니라 UV 파장 영역에서 발광하는 광발광 형광체를 사용하여 다양한 색의 구현으로 무기이엘의 파장을 광원의 빛보다 증폭된 휘도를 나타내게 하는, 고휘도 무기이엘 소자에 관한 것이다.
일반적으로 이엘(EL : electro luminescence)이란, 투명한 유기 또는 무기 필름이나 선형 구조물에 발광층인 형광체를 도포한 후, 교류전압을 가하여 전기장을 발생시켜 발광이 일어나게 하는 것이다. 즉, 상기 교류전압이 가해졌을 때 발생된 전기장은 상기 형광체로 하여금 빠르게 충전과 방전을 일으키게 하는데, 이 과정에서 전자의 움직임이 빛으로 나타나게 되는 현상이 이엘을 의미하며, 이러한 특성을 이용하여 제조하게 된 것이 무기 이엘 소자이다.
즉, 전계 발광 소자(electroluminescence device: 이하, EL 소자)는 자발광형 표시소자로서 시야각이 넓고 콘트라스트가 우수할 뿐 아니라 응답 시간이 빠르다는 장점을 가지고 있다. EL 소자는 발광층(emitting layer)형성용 재료에 따라 무기 이엘 소자와 유기 이엘 소자로 구분된다.
상기 무기 이엘 소자는 종이처럼 얇고 가벼우며, 균일한 면발광 특성 및 편리한 제조의 용이성의 특성에 의해 디스플레이 액정 표시 장치의 후면 발광 장치(백라이트, Back light)와 같이 균일한 발광을 요구하는 장치에 사용된다. 또한 휴대폰과 같은 통신 기기류의 키패드에 적용되어, 야간의 식별이 어려운 키패드의 신호 발생 및 기타 여러 가지 부가 기능을 수행하기 위한 장치로 사용되는 것이 일반적이다. 또한, 무기이엘소자는 광고 문안, 소품그림, 사진 등의 표시필름을 전방에 위치시키고, 후방에 무기이엘 소자를 위치시킨 후에 전원을 인가하여 발광토록 함으로써, 표시필름이 빛을 투과하여 디스플레이되는 백라이트로도 사용되고 있다.
한편, 종래 무기 이엘 소자는 도 1에 도시된 바와 같이, 투명절연필름(10), ITO로 이루어진 제1전극(30), 전계 발광 형광체층(40), 정공 수송층(50), 제2전극층(60), 보호층(70) 및 보호필름(80)이 순차적으로 적층된 구조를 포함한다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 투명 전도성 필름(코팅된 제1전극)(12), 전계 발광 형광체층(40), 정공 수송층(50), 제2전극(60), 보호층(70) 및 보호필름(80)이 순차적으로 적층된 구조를 포함한다.
이러한 무기이엘 소자의 발광형태는 여러 가지 원인에 의해서 결정되며, 그 중에서 가장 큰 원인은 전기발광형광체의 효율이다.
무기 이엘이 발명된 이후 형광체의 효율은 증대되어 왔으나, 상기 전계발광 형광체 자체의 효율에 한계가 있어 고휘도 무기이엘의 개발이 지연되고 있다. 특 히, 백색을 구현할 수 있는 전기발광 형광체가 다양하지 못하여, 염료 및 컬러 필름을 이용하고 있는데, 이것은 수명 및 휘도를 감소시키는 문제가 있다.
본 발명은 상기 종래 기술에 따른 무기이엘 소자의 문제점을 극복하기 위해, 가시광 뿐 아니라 UV 영역의 파장 발광도 가능한 무기 광발광 형광체를 이용하여 휘도개선, 다양한 파장구현, 색순도 개선, 연색지수 개선 및 색재현율 개선 등의 휘도를 향상시킬 수 있는 고휘도 무기이엘 소자 및 이를 이용한 표시장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 광발광 형광체층과;
상기 광발광 형광체층 상부에 형성된 투명 절연 기판과;
상기 투명 절연 기판 상부 또는 하부에 형성된 광발광 형광체층과;
상기 투명 절연 기판 상부에 형성된 제1전극과;
상기 제1전극 위에 형성된 전계발광 형광층과; 및
상기 전계발광 형광체층 위에 형성된 제2전극을 포함하는 고휘도 무기이엘소자이며,
상기 광발광 형광체층은 청색 및 청색 이외의 UV 파장을 사용하여 발광되며, 광원으로부터 발광된 빛의 일부를 흡수하여 다른 파장으로 전이시키고 나머지 빛은 투과하고,
상기 광발광 형광체층은 (Sr2 -x- yMgxBay)SiO4:Eu2 +(단, 0≤x≤2, 0≤y≤2); (Sr2-x-yCaxBay)SiO4:Eu2+ (단, 0≤x≤2, 0≤y≤2); (Sr1 - xCax)Ga2S4 :Eu2 + (단, 0≤x≤1); (Sr1-xMgx)Ga2S4:Eu2+ (단, 0≤x≤1); CaS:Eu2 +; SrS:Eu2 +; (CaxSry)S:Eu2 +(단, x+y=1, 0≤x≤1, 0≤y≤1); MgS:Eu; ZnS:Eu; ZnS:Cu, Al; 및 CaS:Pb로 이루어진 군에서 선택되는 무기형광체를 포함하는 것인, 고휘도 무기 이엘 소자를 제공한다.
본 발명은 또한, 투명 절연 기판과;
상기 투명 절연 기판 상부에 형성된 광발광 형광체층과;
상기 광발광 형광체층 상부에 형성된 제1전극과;
상기 제1전극 위에 형성된 전계발광 형광층과; 및
상기 전계발광 형광체층 위에 형성된 제2전극을 포함하는 고휘도 무기이엘소자이며,
상기 광발광 형광체층은 청색 및 청색 이외의 UV 파장을 사용하여 발광되며, 광원으로부터 발광된 빛의 일부를 흡수하여 다른 파장으로 전이시키고 나머지 빛은 투과하고,
상기 광발광 형광체층은 (Sr2 -x- yMgxBay)SiO4:Eu2 +(단, 0≤x≤2, 0≤y≤2); (Sr2-x-yCaxBay)SiO4:Eu2+ (단, 0≤x≤2, 0≤y≤2); (Sr1 - xCax)Ga2S4 :Eu2 + (단, 0≤x≤1); (Sr1-xMgx)Ga2S4:Eu2+ (단, 0≤x≤1); CaS:Eu2 +; SrS:Eu2 +; (CaxSry)S:Eu2 +(단, x+y=1, 0≤x≤1, 0≤y≤1); MgS:Eu; ZnS:Eu; ZnS:Cu, Al; 및 CaS:Pb로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 무기형광체를 포함하는 것인, 고휘도 무기 이엘 소자를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 고휘도의 무기이엘 소자를 포함하는 표시 장치를 제공한다. 상기 장치는 조명용 표시장치 또는 액정 표시용 백라이트 장치일 수 있다.
이하에서 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명은 종래의 무기이엘 소자에 광 발광을 유도하는 형광체를 추가 사용하여 무기이엘 소자를 구성하는 것이며, 상기 형광체는 청색 및 청색 이외의 UV 파장을 사용하여 발광되는 광 발광 형광체를 포함한다. 또한, 상기 광 발광 형광체는 광원으로부터 빛을 일부 흡수하여 다른 파장으로 전이시키며, 나머지 빛은 투과하는 특징이 있다.
즉, 본 발명에 따르면 광발광 형광체층이 전계발광 형광층에서 발광된 파장의 일부를 흡수하여 백색광을 구현하므로, 종래와 같이 염료 및 컬러필름과 같은 필터를 사용하지 않고도 고휘도를 나타내고 색순도를 개선할 수 있다.
또한, 종래 무기이엘소자는 청색등의 가시광만 이용하여 발광할 수 있었으나, 본 발명은 청색 등의 가시광 뿐 아니라, UV를 내는 무기 형광체를 이용하여 전계발광하며, 여기에 또 다른 형광체의 혼합으로 종래보다 다양한 색구현이 가능한 무기이엘소자를 제공할 수 있다.
또한 종래에는 청색발광을 꼭 사용해야 했으므로 EL의 색 구현에 효율성 및 색구현의 제한성이 있었으나, 본 발명의 UV를 사용하게 되면 다양한 색구현이 가능하게 된다. 그리고, 본 발명과 같이 청색과 UV를 동시에 발광하면 효율 및 색구현 모두 향상하게 된다.
이러한 본 발명의 무기 이엘 소자는 광발광 형광체층과; 상기 광발광 형광체층 상부에 형성된 투명 절연 기판과; 상기 투명 절연 기판 상부에 형성된 제1전극과; 상기 제1전극 위에 형성된 전계발광 형광층과; 및 상기 전계발광 형광체층 위에 형성된 제2전극을 포함하는 구조로 이루어진다. 이때, 상기 제1전극은 투명 절연 기판에 전도성 물질이 코팅된 투명 전도성 필름일 수 있다. 따라서, 광발광 형광체층 상부에 투명 절연 기판과 제1전극이 한 층으로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 무기 이엘 소자는 투명 절연 기판과; 상기 투명 절연 기판 상부에 형성된 광발광 형광체층과; 상기 광발광 형광체층 상부에 형성된 제1전극과; 상기 제1전극 위에 형성된 전계발광 형광층과; 및 상기 전계발광 형광체층 위에 형성된 제2전극을 포함하는 구조일 수 있다.
또한, 본 발명의 무기 이엘 소자는 상기 전계발광 형광체층 및 제2전극 사이에 정공 수송층을 더 포함할 수 있다. 또한, 본 발명은 상기 투명 기판 상부에 형성된 광발광 형광체층과 전계발광 형광체층 사이에 제1전극을 더 포함할 수 있다. 상기 무기 이엘 소자는 제2전극 위에 절연-산화 보호층 및 보호필름을 더 포함할 수 있다. 상기 투명 기판 하부에 형성된 광발광 형광체층은 배면에 보호필름을 더 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에서 상기 보호필름 상부에는 수분이나 산소 침투를 방지할 수 있는 통상의 봉지필름을 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 무기 이엘 소자를 구성하는 광발광 형광체층은 시트, 필름 또는 판의 형태로 구성될 수 있으며, 바람직하게는 시트 형태로 제조하여 사용할 수 있다. 상기 광발광 형광체 층을 형성하는 방법은 특별히 한정되지는 않으나, 예를 들면 페이스트 조성물을 이용한 스크린 인쇄 방법을 통해 이루어질 수 있다.
특히, 본 발명의 광발광 형광체층에 사용되는 형광체는 청색 및 청색 이외의 파장인 UV 파장을 사용하여 발광되며, 광원으로부터 발광된 파장의 빛을 일부 흡수하여 다른 파장으로 전이시키며, 나머지 빛은 투과한다. 상기 특성을 나타내는 광발광 형광체는 무기 형광체인 것을 특징으로 한다. 본 발명에서 사용하는 무기형광체는 유기 형광체 또는 나노 형광체에 비해 휘도가 높으며, 신뢰성이 우수하고 장시간 사용하기에 적합하며 열과 습도에 안정적이며 청색 등의 가시광 뿐 아니라 UV 파장을 낼 수 있다.
상기 무기형광체는 (Sr2 -x- yCaxBay)SiO4:Eu2 + (단, 0≤x≤2, 0≤y≤2); (Sr2 -x-yMgxBay)SiO4:Eu2+ (단, 0≤x≤2, 0≤y≤2); (Sr1 - xCax)Ga2S4 :Eu2 + (단, 0≤x≤1); (Sr1 - xMgx)Ga2S4 :Eu2 + (단, 0≤x≤1); CaS:Eu2 +; SrS:Eu2 +; (CaxSry)S:Eu2 +(단, x+y=1, 0≤x≤1, 0≤y≤1); MgS:Eu; ZnS:Eu; 및 ZnS:Cu, Al 및 CaS:Pb로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 무기결정체 혼합형광체일 수 있다. 상기 형광체가 2종 혼 합되는 경우, 예를 들면 청색 형광체 및 녹색형광체 또는 청색 형광체 및 적색형광체를 혼합 가능하며, 그 비율은 1:9 내지 9:1일 수 있다.
상기 무기형광체의 경우 각각 발광 스펙트럼이 다르므로, 본 발명은 이러한 스펙트럼을 이용하여 빛의 혼합을 만들어 다양한 고휘도를 구현하는 것이다. 특히, (Sr2 -x- yCaxBay)SiO4:Eu2 + 형광물질의 경우 전계 발광 형광체층에서 발광된 청색을 흡수하여 550nm 내외의 황색 발광을 방출한다. 이 형광물질을 사용하여 가판 상단 하단에 인쇄하여 시트를 만들어 무기 이엘을 제작하면 고휘도의 백색을 구현할 수 있다. 본 발명에서 광발광 형광체층에 사용되는 형광체의 바람직한 일례를 들면, Sr2SiO4:Eu2+, SrBaSiO4:Eu2 +, Sr1Ga2S4:Eu2 +, CaS:Eu2 + 등이 있다. 또한, 상기 무기형광체 중에서 UV 영역에서 파장을 내는 형광체로는 CaS:Pb을 사용하는 것이 보다 바람직하다. 상기 CaS:Pb 형광체는 무기이엘소자에서 전계발광하여 365nm 영역의 UV를 발광하고, 이 경우 청색 발광과 마찬가지로 가시광 변이를 통해 색구현이 가능하다. 또한, 청색형광체층은 정공수송층과 전자수송층 사이에 형성될 경우, 즉 전계발광에 관계되는 위치에 있을 경우, 전류의 영향을 받아 휘도 및 신뢰성이 떨어진다. 따라서, 형광체층은 따로 층을 두어 발광시키는 것이 효과적이다.
이때, 상기 투명 기판은 투명 절연 필름 및 투명 전도성 필름으로 이루어진 군에서 선택되는 것이 사용될 수 있다.
상기 투명 절연필름은 전도성이 없는 투명 유리나 PET 등의 플라스틱 필름을 사용할 수 있다. 구체적으로, 본 발명에서 투명 절연 기판 필름의 제조에 사용되는 수지는, 에폭시계, 폴리에틸렌계, 우레탄계, 폴리에스테르계, 폴리염화비닐계, 폴리카보네이트계, 아크릴계, 비닐계, 불소수지계, 폴리프로필렌계, ABS계, CBS 계, 폴리메틸메타크릴레이트계, 메타크릴산 에스테르 계, 폴리 염화비닐 계, 합성고무계 등이 있다.
상기 제1전극은 투명 절연 기판에 전도성 물질이 코팅된 투명 전도성 필름을 포함할 수 있다. 즉, 투명 전도성 필름은 상기 수지를 필름으로 제조후, 필름 상단 및 하단에 물리-화학적 방법으로 전도성 물질을 박막 및 후막으로 코팅한 것을 사용하며, 그 종류가 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 투명 전도성 필름은 투명절연필름에 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), 및 ATO(antimony tin oxide) 등의 투명 소재의 전도성 물질이 코팅된 것을 사용할 수 있다.
상기 투명 기판의 상부에 광발광 형광체층이 형성되는 경우에는 기판으로 투명 절연기판을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 투명기판의 하부에 광발광 형광체층이 형성되는 경우는 기판으로 투명 전도성 필름을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 전계 발광 형광체층은 제1 전극 상부에 소정의 패턴으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 전계발광형광체층은 통상의 이엘소자의 전계발광층에 사용되는 형광체면 모두 사용 가능하다. 바람직하게, 상기 전계 발광 형광체는 적어도 400∼500nm의 파장대역 중 발광극대파장을 갖는 것을 청색발광형광체를 사용하며, 보다 바람직하게는 450 내지 460 nm의 빛을 발광하는 형광체로서, ZnS: Ag, ZnS:Cu,Al, SrGaS:Eu 등을 사용할 수 있고, 특히 ZnS:Cu,Al을 사용할 수 있다.
상기 제2전극은 캐소드 전극으로서, 전도성고분자, Ag계 또는 Carbon 계를 포함하며, 예를 들면 알루미늄, 금, 은, 니켈, 팔라듐, 백금 등의 금속, 인듐 및/또는 주석의 산화물 등의 금속산화물, 요오드화동 등의 할로겐화 금속, 카본블랙, 혹은 폴리(3-메틸티오펜), 폴리피롤, 폴리아닐린 등의 전도성 고분자 등의 물질을 사용하여 이 분야의 잘 알려진 방법에 의해 소정의 패턴으로 형성할 수 있다. 예를 들면, 제2전극층의 형성은 통상 스퍼터링법, 진공증착법, 스크린 프린팅법 등에 이루어질 수 있다.
상기 정공 수송층은 제1전극에서 전계 발광 형광체층으로 정공의 수송을 보조하는 역할을 하는 유전체층으로서 유전체 층의 두께, 유전분말의 크기, 사용된 수지 및 용매 등에 따라서도 전체적인 무기EL 소자의 휘도와 안정성이 다르게 나타나며, 통상의 당업자들에게 잘 알려진 방법에 의해 형성될 수 있고, 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 정공 수송층은 BaTiO3와 같은 유전체 분말과 절연성 유기 재료를 용매로 분산, 또는 용해시킨 액상재료를 전계발광 형광체층에 도포한 후, 가열 건조 처리함으로써 형성할 수 있다. 상기 유기 재료로는 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐아미노]비페닐, 4,4',4''-트리스(1-나프틸페닐아미노)트리페닐아민, 2,2',7,7'-테트라키스-(디페닐아미노)-9,9'-스피로비플루오렌 등의 스피로 화합물, 폴리비닐카르바졸, 폴리비닐트리페닐아민, 테트라페닐벤지딘을 함유하는 폴리아릴렌에테르설폰, 폴리비닐리덴플로라이드 등의 재료를 들 수 있다. 상기와 같 은 본 발명의 정공수송층은 BaTiO3를 포함할 수 있다.
상기 제1전극층은 애노드 전극으로서, ITO, IZO(indium zinc oxide), 및 ATO(antimony tin oxide)로 이루어진 군에서 선택되는 투명 전도성 물질을 사용하여 광발광 형광체층 상부에 소정의 패턴으로 형성할 수 있다.
상기 절연-산화 보호층은 금속 산화물 계통의 물질이면 모두 사용 가능하다. 대표적으로 MgSiO2를 사용하는데, 이것은 전극층의 절연기능을 수행하고, 무기 EL소자의 내습성을 높여주며, 산화되는 것을 감소시키는 역할을 한다. 글래스나 굴절율이 큰 일반적인 플라스틱 계열을 사용하여 형성할 수 있다. 예를 들면, 플라스틱 경우 굴절율이 1.6 이상이며 광투과율이 90% 이상인 것을 사용할 수 있으며, PC, PET, PP 등을 사용할 수 있다.
상기 보호필름은 수분의 침투를 방지하고 소자를 최종적으로 패시베이션(passivation)할 수 있는 물질이면 어느 것이라도 사용될 수 있고, 그 종류 및 형성방법이 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 보호필름은 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름, 아크릴계, 에폭시계 및 실리콘계 화합물 등의 투명 절연 필름을 사용할 수 있다.
본 발명에서 제1전극층, 제2전극층 형성방법은 스퍼터링법, 전자빔 증착법, IBAD(ion beam assisted deposition, 이온빔지원퇴적법), CVD(chemical vapor deposition, 화학기상증착법) 및 졸-겔(sol-gel)법, 스크린 프린팅법 등을 사용하여 형성할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 광발광 및 전계발광 형광층의 막두께는 특별히 제한은 없지만, 너무 두꺼우면 구동전압이 상승하고, 너무 얇으면 발광효율이 저하되므로, 100 내지 1000 nm의 두께로 형성하는 것이 좋다.
이하, 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 무기 이엘의 구성 및 그 제조방법에 대하여, 상세하게 설명한다. 다만, 이는 예시로 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 투명 절연기판 및 광발광 형광체층을 이용한 휘도가 향상된 고휘도 무기이엘 소자의 단면도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 고휘도 무기 이엘 소자는 투명 절연기판(10)과, 그 상부에 형성된 광발광 형광체층(20)과; 광발광 형광체층 위에 형성된 제1전극층(30)과; 제1전극층 위에 형성된 전계 발광 형광체층(40)과; 전계 발광 형광체층 위에 형성된 정공 수송층(유전체층)(50)과; 정공 수송층 위에 형성된 제2전극층(60); 제2전극층 위에 형성된 절연-산화 보호층(70)과; 및 보호층 위에 형성된 보호필름(80)을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 고휘도 무기이엘 소자의 제조방법은 특별히 한정되는 것은 아니고, 본 발명이 속하는 기술분야에 방법에 의해 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상술한 투명 절연기판(10)을 준비하고 그 상부에 소정의 패턴으로 광발광 형광체 페이스트를 이용하여 광발광 형광체 층(20)을 형성하고, 유기 절연재료를 이용하여 정공수송층(50)을 소정 패턴으로 형성한 후, 알루미늄 등의 금속재료로 제2전극층(60)을 형 성하고, 보호층(70) 형성후 봉지의 방법 등으로 보호필름(90)을 형성한다.
이때, 제1전극층이 형성되는 경우, 광발광 형광체 층이 투명 절연기판에 형성되어야 하므로, 제1전극층을 인쇄하기 전에 투명절연기판에 광발광 형광체층을 인쇄 및 적층하는 것이 바람직하다. 상기 페이스트는 광발광 형광체 물질, 바인더 수지 및 용매를 포함하며, 그 혼합비율은 특별히 한정되는 것은 아니다.
상기 광발광 형광체 페이스트는 상기 청색 및 청색 이외의 UV 파장을 내는 무기 광발광 형광체, 바인더 수지 및 용매를 포함하며, 이에 사용되는 바인더 수지용 고분자 및 용매는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 사용되는 것에서 선택하여 사용할 수 있으므로 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면 바인더 수지로 ECA, BCA, DMAC 등이 사용될 수 있고, 용매로 에탄올, 아세톤, 에테르, 유기용제 등을 사용할 수 있다.
또한, 상기 제1전극층은 ITO 등을 사용한 스퍼터링 방법에 의해 증착 형성할 수 있다.
상기 전계발광 형광체층은 통상의 청색 발광 형광체, 바인더 수지 및 용매를 포함하는 페이스트를 사용한 스크린 인쇄법에 의해 형성될 수 있다. 상기 청색 발광 형광체로는 ZnS:Cu,Al, SrGaS:Eu 등이 사용될 수 있다. 또한, 상기 바인더 수지로는 ECA, BCA, DMAC 등이 사용될 수 있다. 상기 용매는 에탄올, 아세톤, 에테르, 유기용제 등이 사용될 수 있다.
상기 정공 수송층(50)은 압전성 고분자, 용매, 유전체 분말로 BaTiO3 및 첨 가제를 포함하는 페이스트를 이용하여 스크린 인쇄법에 의해 형성할 수 있다.
제2전극층(60)은 알루미늄 등의 금속을 이용하여 스퍼터링 방법, 또는 진공증착법에 의해 형성될 수 있다.
상기 보호층(70)은 절연-산화보호층으로, MgSiO2 등을 사용하여 형성할 수 있다.
상기 보호필름(80)은 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름 등을 사용하여 형성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 투명 전도성 기판 및 광발광 형광체층을 이용한 휘도가 향상된 고휘도 무기이엘 소자의 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 고휘도 무기이엘 소자는 투명 전도성 필름(12)과; 그 하부에 형성된 광발광 형광체층(20)과; 상기 광발광 형광체층 배면에 형성된 보호필름(80)과; 상기 투명 전도성 필름(12) 상부에 형성된 전계 발광 형광체층(40)과; 상기 전계 발광 형광체층 위에 형성된 정공수송층(유전체층)(50)과; 상기 정공 수송층 위에 형성된 제2전극층(60)과; 상기 제2전극층 위에 형성된 보호층(70)과; 및 상기 보호층 위에 형성된 보호필름(80)을 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 투명 전도성 필름은 투명 절연 기판에 형성된 제1전극을 포함하는 것으로, 광발광 형광체층 상부에 투명 절연 기판과 제1전극이 한 층으로 이루어질 수 있다.
상기 고휘도 무기이엘 소자의 제조방법 또한, 특별히 한정되지 않고, 상술한 투명절연기판(10)에 전도성 물질인 제1전극을 코팅한 투명 절연 필름(12)을 사용하고, 그 하부에 광발광 형광체 페이스트를 이용한 광발광 형광체층(20) 및 이를 보호하기 위한 배면의 보호필름(80)을 형성하고, 상기 투명 절연 기판(12) 상부에 전계 발광 형광체층을 형성한 것을 제외하고는, 정공 수송층(50), 제2전극층(60), 보호층(70) 및 보호필름(80)을 형성하는 방법은 상기한 바와 같다.
본 발명에 있어서, 무기 이엘 소자를 이루는 각 층의 두께는 특별히 한정되지는 않고, 본 발명이 속하는 기술분야에서의 통상적인 두께 범위로 제조될 수 있다.
또한, 본 발명은 다양한 파장을 구현하고 색순도 및 휘도를 개선할 수 있는 고휘도 무기이엘 소자를 포함하는 표시 장치를 제공한다. 상기 장치는 조명용 표시장치 또는 액정 표시용 백라이트 장치일 수 있다. 상술한 표시 장치 구조는 당해 분야에 널리 알려진 바이고, 당해 분야에 종사하는 사람들에게는 충분히 이해될 수 있는 내용이므로, 본 명세서에서 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명은 광발광용 형광체를 이용하여 종래 무기 이엘소자의 단점을 극복하고 가시광 및 UV 파장을 이용하여 색을 구현할 수 있어 휘도가 현저히 향상된 고휘도의 무기이엘 소자를 제공할 수 있다.
특히, 본 발명에 따르면 광 발광용 형광체를 시트 형태로 사용하여 광의 증폭 및 확산의 효과로 고휘도를 구현할 수 있다.
이하, 하기 실시예를 들어 본 발명을 더욱 자세히 설명할 것이나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 보호범위가 하기 실시예로 한정되는 의도는 아니다.
[비교예 1]
통상의 방법을 통해, 도 1에 도시된 바와 같이, 투명 절연필름(10) 상에 제1전극층(30), 전계 발광 형광체층(40), 정공 수송층(50), 제2전극층(60), 보호층(70) 및 보호필름(80)을 포함하는 종래 무기 이엘 소자를 제조하였다.
이때, 상기 투명절연 필름은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 사용하였다.(도 1 - PET(투명절연필름), ITO가 코팅된 투명전도성 필름)
또한, 전계 발광 형광체층은 455nm에서 청색발광을 나타내는 ZnS:Cu,Al 형광체를 사용하였다.
[비교예 2]
상기 비교예 1에서 투명절연필름 대신 투명 전도성 필름(12)을 기판으로 사용하여, 통상의 방법으로 도 2에 도시된 전계 발광 형광체층(40), 정공 수송층(50), 제2전극층(60), 보호층(70) 및 보호필름(80)을 포함하는 종래 무기 이엘 소자를 제조하였다. 이때, 상기 투명 전도성 필름은 ITO가 증착된 폴리에틸렌 필름(코팅된 제1전극)을 사용하였다.(도 2 - 열가소성폴리우레탄엘라스토머(Thermoplastic-Polyurethane, TPU)(투명절연필름))
[실시예 1]
투명 절연기판을 이용한 이엘소자 제조
도 3의 구조와 같이, 투명 절연기판(10) 상에 차례로 광발광 형광체층(20), 제1전극층(30), 전계 발광 형광체층(40), 정공 수송층(50), 제2전극층(60), 절연-산화 보호층(70), 및 보호필름(80)을 형성하여 무기 이엘 소자를 제조하였다.
즉, 두께 100~150 ㎛의 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리우레탄 투명 절연기판(10) 상에 무기 형광물질을 포함하는 페이스트를 스크린 인쇄하고 130~150 ℃에서 건조하여 20~50 ㎛ 두께의 광발광 형광체층(20)을 형성하였다. 이때, 상기 페이스트는 무기 형광물질인 Sr2SiO4:Eu2 +, 바인더 수지인 ECA(diethylene glycol monoethyl ether acetate)와 BCA(diethylene glycol butyl ether acetate)의 혼합 수지 및 용매인 에탄올과 아세톤의 혼합용매를 50:35:15의 중량비로 포함하도록 제조하였다.
이어, 광발광 형광체층(20) 상에 ITO를 스퍼터링 방법에 의해 증착하여 제1전극층(30)을 형성하였다.
제1전극층(30) 형성 후, 그 상부에 청색발광 형광체인 ZnS:Cu,Al, 바인더 수지인 ECA(diethylene glycol monoethyl ether acetate), BCA(diethylene glycol butyl ether acetate) 혼합 수지 및 용매인 에탄올 및 아세톤 혼합용매를 50:35:15의 중량비로 포함하는 페이스트를 도포하고 건조하여 전계 발광 형광층(40)을 형성하였다.
그런 다음, 상기 전계발광형광층(40) 상부에 폴리비닐리덴플로라이드, 용매인 사이클로헥사논, 유전체 분말 BaTiO3 및 첨가제로 수지를 포함하는 페이스트를 도포하고 건조하여 정공 수송층(50)을 형성하였다.
이후, 정공 수송층(50) 위에 알루미늄을 스크린 프린팅법으로 인쇄하여 제2전극층(60)을 형성하고, MgSiO2 소재의 보호층(70) 및 폴리프로필렌의 투명 보호필름(80)을 차례로 형성하여 무기 이엘 소자를 제조하였다.
[실시예 2]
투명전도성기판을 이용한 이엘 소자
도 4에 도시한 바와 같이, 투명 전도성 필름(12) 하부에 광발광 형광체층(20)을 형성하고, 그 배면에 보호필름(80)을 형성하고, 투명 전도성 필름(12) 상에 차례로 전계 발광 형광체층(40), 정공 수송층(50), 제2전극층(60), 절연-산화 보호층(70), 및 보호필름(80)을 형성하여 고휘도 무기 이엘 소자를 제조하였다.
즉, 두께 100 ㎛의 ITO가 증착된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 투명전도성기판(12) 하부에 무기 형광물질을 포함하는 페이스트를 스크린 인쇄하고 130~150℃에서 건조하여 20~50 ㎛ 두께의 광발광 형광체층(20)을 형성하였다. 이때, 상기 페이스트는 실시예 1의 것과 같다.
그런 다음, 광발광 형광체층(20) 배면에 투명 고분자 계통의 보호필름(80)을 형성하였다.
이어서, 상기 투명 전도성 기판(12) 상부에 실시예 1의 청색발광 형광체 페 이스틀 이용하여 전계 발광 형광층(40)을 형성하였다.
그런 다음, 실시예 1과 동일한 방법으로 차례로 상기 전계발광형광층(40) 상부에 정공 수송층(50), 제2전극층(60), 보호층(70) 및 보호필름(80)을 형성하여 무기 이엘 소자를 제조하였다.
[실시예 3]
광발광 형광체층(20)에 사용하는 형광체로 SrBaSiO4:Eu2 +을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
[실시예 4]
광발광 형광체층(20)에 사용하는 형광체로 Sr1Ga2S4:Eu2 +을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
[실시예 5]
광발광 형광체층(20)에 사용하는 형광체로 CaS:Eu2 +을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일한 방법으로 수행하였다.
[실험예 1]
비교예 1 및 실시예 1 내지 5의 무기 이엘 소자에 대하여 휘도 비교 실험을 하였고, 그 결과는 도 5 및 6에 나타내었다.
도 5는 종래 비교예 1의 무기이엘 소자와 실시예 1의 형광체 시트를 적용한 백색 무기이엘 소자의 발광스펙트럼을 비교하여 나타낸 것이다.
또한, 도 6은 다양한 종류의 형광체 시트를 무기이엘에 적용한 비교예 1 및 실시예 2 내지 5의 발광스펙트럼의 변화를 비교하여 나타낸 것이다. 즉, 도 6에서 형광체는 순서에 따라 비교예 1(EL sheet), 실시예2(Sr2SiO4:Eu2 +, EL sheet+녹색 형광체 I(Sr2SiO4:Eu2 +)), 실시예3(SrBaSiO4:Eu2+, EL sheet+녹색 형광체 II(SrBaSiO4:Eu2+)), 실시예 4(Sr1Ga2S4:Eu2 +, EL sheet+녹색 형광체 III(Sr1Ga2S4:Eu2+)), 실시예 5(CaS:Eu2 +, EL sheet+적색 형광체(CaS:Eu2 +))이다.
종래의 기술을 통한 비교예 1, 2의 무기 이엘 소자는 최대 70 cd/㎡의 휘도가 나타났다.
또한, 일반적으로 디스플레이상에 적용시에는, 백색광의 무기이엘 소자를 제조하여야 하므로, 염료 및 컬러필름을 이용하여 색의 변화를 나타내게 되는데, 이러한 경우 비교예 1, 2는 최대 50 cd/㎡의 휘도를 나타내어 휘도가 감소되었다.
반면, 실시예 1 및 2는 청색 또는 청색 이외의 파장을 갖는 무기 또는 유기 이엘 소자에서 발광된 파장의 일부를 흡수하여 다른 파장으로 전이시킬 수 있는 무기 광발광 형광체의 사용으로 200 cd/㎡의 고휘도를 나타내었다. 이러한 결과를 통해, 본 발명은 다양한 파장 구현이 가능하고, 색순도 개선 및 휘도 개선으로 고휘도 무기 이엘 소자를 제공할 수 있게 된다.
[실시예 6]
광발광 형광체층(20)에 사용하는 형광체로 CaS:Pb2 + 형광체를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 무기이엘시트를 제작하였다. 이후, 광특성을 확인하였고, 발광스펙트럼 결과는 도 7에 나타내었다. 도 7에 나타낸 바와 같이, CaS:Pb2 + 형광체는 주피크가 3.37eV, 즉 362.5nm의 UV에서 발광하였다.
[실시예 7]
광발광 형광체층(20)에 사용하는 형광체로 청색의 (SrMg)2SiO4:Eu 형광체, 녹색의 Ba2SiO4:Eu2 + 형광체 및 황색의 Sr2SiO4:Eu 형광체를 1:1:2 비율로 혼합하여 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 무기이엘시트를 제작하였다. 이후, 광특성을 확인하였고, 스펙트럼 결과는 도 8에 나타내었다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 상기 혼합 형광체를 포함하는 경우 시트에서 발광하는 UV 영역을 흡수하여 광발광 형광체층(20)에서 청녹황색의 혼합된 백색이 발광되는 것을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 기재하였지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 해당 기술 분야의 숙련된 기술자는 상기 기재된 범위 및 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서는 본 발명을 다양하게 변경 및 수정시킬 수 있음을 인지할 수 있을 것이다.
도 1은 비교예 1의 일반적인 무기이엘 소자의 단면도를 도시한 것이다.
도 2는 비교예 2의 일반적인 무기이엘 소자의 단면도를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 고휘도 무기이엘 소자의 단면도를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예 2에 따른 고휘도 무기이엘 소자의 단면도를 도시한 것이다.
도 5는 종래 비교예 1의 무기이엘 소자와 형광체 시트를 적용한 백색 무기이엘 소자의 발광스펙트럼을 비교하여 나타낸 것이다.
도 6은 다양한 종류의 형광체 시트를 무기이엘에 적용한 비교예 1 및 실시예 2 내지 5의 발광스펙트럼의 변화를 비교하여 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 실시예 6의 무기이엘소자의 발광스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 실시예 7의 무기이엘소자의 발광스펙트럼 결과를 나타낸 것이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 투명절연필름
12: 투명전도성 필름(제1전극이 코팅된 투명 절연 기판)
20: 광발광형 형광체층
30: 제 1전극
40: 전계발과형 형광체층
50: 정공수송층(유전체 층)
60: 제 2전극 70: 보호층 80: 보호필름

Claims (28)

  1. 광발광 형광체층과;
    상기 광발광 형광체층 상부에 형성된 투명 절연 기판과;
    상기 투명 절연 기판 상부에 형성된 제1전극과;
    상기 제1전극 위에 형성된 전계발광 형광층과; 및
    상기 전계발광 형광체층 위에 형성된 제2전극을 포함하는 고휘도 무기이엘소자이며,
    상기 광발광 형광체층은 청색 및 청색 이외의 UV 파장을 사용하여 발광되며, 광원으로부터 발광된 빛의 일부를 흡수하여 다른 파장으로 전이시키고 나머지 빛은 투과하고,
    상기 광발광 형광체층은 (Sr2 -x- yMgxBay)SiO4:Eu2 +(단, 0≤x≤2, 0≤y≤2); (Sr2-x-yCaxBay)SiO4:Eu2+ (단, 0≤x≤2, 0≤y≤2); (Sr1 - xCax)Ga2S4 :Eu2 + (단, 0≤x≤1); (Sr1-xMgx)Ga2S4:Eu2+ (단, 0≤x≤1); CaS:Eu2 +; SrS:Eu2 +; (CaxSry)S:Eu2 +(단, x+y=1, 0≤x≤1, 0≤y≤1); MgS:Eu; ZnS:Eu; ZnS:Cu, Al; 및 CaS:Pb로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 무기형광체를 포함하는 것인, 고휘도 무기 이엘 소자.
  2. 제 1항에 있어서, UV 파장을 발광하는 형광체는 CaS:Pb인 것인, 고휘도 무기 이엘 소자.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제1전극이 투명 절연 기판에 전도성 물질이 코팅된 투명 전도성 필름을 포함하는 것인, 고휘도 무기 이엘 소자.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 전계발광 형광체층 및 제2전극 사이에 정공 수송층을 더 포함하는, 고휘도 무기 이엘 소자.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 무기 이엘 소자는 제2전극 위에 절연-산화 보호층 및 보호필름을 더 포함하는 것인, 고휘도 무기 이엘 소자.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 투명 기판 하부에 형성된 광발광 형광체층은 배면에 보호필름을 더 포함하는 것인, 고휘도 무기 이엘 소자.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 투명 기판이 투명 절연 필름 및 투명 전도성 필름으로 이루어진 군에서 선택되는 것인, 고휘도 무기 이엘 소자.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 전계 발광 형광체층이 ZnS: Ag, ZnS:Cu,Al 및 SrGaS:Eu 중에서 선택된 청색 발광 형광체를 포함하는 것인, 고휘도 무기 이엘 소자.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 제2전극이 전도성고분자, Ag계 또는 Carbon 계인 고휘도 무기 이엘 소자.
  10. 제 4항에 있어서, 상기 정공 수송층이 BaTiO3를 포함하는 유전체 재료인, 고휘도 무기 이엘 소자.
  11. 제 3항에 있어서, 상기 제1전극이 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), 및 ATO(antimony tin oxide)로 이루어진 군에서 선택된 전도성 물질을 포함하는 것인, 고휘도 무기 이엘 소자.
  12. 제 5항에 있어서, 상기 절연-산화 보호층이 MgSiO2를 포함하는 금속산화물계 화합물인, 고휘도 무기 이엘 소자.
  13. 제 5항 또는 제 6항에 있어서, 상기 보호필름이 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름, 아크릴계, 에폭시계 및 실리콘계 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 투명 절연 필름인, 고휘도 무기 이엘 소자.
  14. 투명 절연 기판과;
    상기 투명 절연 기판 상부에 형성된 광발광 형광체층과;
    상기 광발광 형광체층 상부에 형성된 제1전극과;
    상기 제1전극 위에 형성된 전계발광 형광층과; 및
    상기 전계발광 형광체층 위에 형성된 제2전극을 포함하는 고휘도 무기이엘소자이며,
    상기 광발광 형광체층은 청색 및 청색 이외의 UV 파장을 사용하여 발광되며, 광원으로부터 발광된 빛의 일부를 흡수하여 다른 파장으로 전이시키고 나머지 빛은 투과하고,
    상기 광발광 형광체층은 (Sr2 -x- yMgxBay)SiO4:Eu2 +(단, 0≤x≤2, 0≤y≤2); (Sr2-x-yCaxBay)SiO4:Eu2+ (단, 0≤x≤2, 0≤y≤2); (Sr1 - xCax)Ga2S4 :Eu2 + (단, 0≤x≤1); (Sr1-xMgx)Ga2S4:Eu2+ (단, 0≤x≤1); CaS:Eu2 +; SrS:Eu2 +; (CaxSry)S:Eu2 +(단, x+y=1, 0≤x≤1, 0≤y≤1); MgS:Eu; ZnS:Eu; ZnS:Cu, Al; 및 CaS:Pb로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 무기형광체를 포함하는 것인, 고휘도 무기 이엘 소자.
  15. 제 14항에 있어서, UV 파장을 발광하는 형광체는 CaS:Pb인 것인, 고휘도 무기이엘 소자.
  16. 제 14항에 있어서, 상기 제1전극이 투명 절연 기판에 전도성 물질이 코팅된 투명 전도성 필름을 포함하는 것인, 고휘도 무기 이엘 소자.
  17. 제 14항에 있어서, 상기 전계발광 형광체층 및 제2전극 사이에 정공 수송층을 더 포함하는, 고휘도 무기 이엘 소자.
  18. 제 14항에 있어서, 상기 무기 이엘 소자는 제2전극 위에 절연-산화 보호층 및 보호필름을 더 포함하는 것인, 고휘도 무기 이엘 소자.
  19. 제 14항에 있어서, 상기 투명 기판 하부에 형성된 광발광 형광체층은 배면에 보호필름을 더 포함하는 것인, 고휘도 무기 이엘 소자.
  20. 제 14항에 있어서, 상기 투명 기판이 투명 절연 필름 및 투명 전도성 필름으로 이루어진 군에서 선택되는 것인, 고휘도 무기 이엘 소자.
  21. 제 14항에 있어서, 상기 전계 발광 형광체층이 ZnS: Ag, ZnS:Cu,Al 및 SrGaS:Eu 중에서 선택된 청색 발광 형광체를 포함하는 것인, 고휘도 무기 이엘 소자.
  22. 제 14항에 있어서, 상기 제2전극이 전도성고분자, Ag계 또는 카본계인 고휘도 무기 이엘 소자.
  23. 제 17항에 있어서, 상기 정공 수송층이 BaTiO3를 포함하는 유전체 재료인, 고휘도 무기 이엘 소자.
  24. 제 16항에 있어서, 상기 제1전극이 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), 및 ATO(antimony tin oxide)로 이루어진 군에서 선택된 전도성 물질을 포함하는 것인, 고휘도 무기 이엘 소자.
  25. 제 18항에 있어서, 상기 절연-산화 보호층이 MgSiO2를 포함하는 금속산화물계 화합물인, 고휘도 무기 이엘 소자.
  26. 제 18항 또는 제 19항에 있어서, 상기 보호필름이 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름, 아크릴계, 에폭시계 및 실리콘계 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 투명 절연 필름인, 고휘도 무기 이엘 소자.
  27. 제 1항 내지 제 26항 중 어느 한 항에 따른 무기 이엘 소자를 포함하는 표시 장치.
  28. 제 27항에 있어서, 조명용 표시장치 또는 액정 표시용 백라이트 장치인 것을 특징으로 하는, 표시장치.
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