KR0180070B1

KR0180070B1 - 습기에 강한 형광체의 제조방법과, 이를 이용한 유기분산형 전계발광소자 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR0180070B1
Application number: KR1019950003145A
Authority: KR
Inventors: 최규만
Original assignee: 김중헌; 주식회사신평물산
Priority date: 1995-02-18
Filing date: 1995-02-18
Publication date: 1999-05-15
Anticipated expiration: 2015-02-18
Also published as: KR960033172A

Abstract

본 발명은 습기에 강한 형광체의 제조방법과, 그 형광체를 이용한 유기 분산형 전계발광소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 형광체 입자의 표면에 습기 침투를 방지하기 위한 저융점 유리로 된 표면 보호층을 피복하여서 된 것을 특징으로 한다.

따라서, 습기 차단용 보호층이 형성된 형광체 입자를 이용한 전계발광소자는 그 구성이 간단하여 공정이 간단해지고 수명이 길어지는 효과가 있다.

Description

습기에 강한 형광체의 제조방법과, 이를 이용한 유기 분산형 전계발광소자 및 그 제조방법

제1도는 종래의 형광체입자의 구성을 나타낸 도면.

제2도는 종래의 전계발광소자의 구조를 나타낸 도면.

제3도는 종래의 전계발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 도면.

제4도는 본 발명에 채용되는 습기에 강한 형광체입자의 구성을 나타낸 도면.

제5도 및 제6도는 본 발명에 의한 유기 분산형 전계발광소자의 바람직한 실시예들의 구조를 나타낸 도면들.

제7도는 본 발명에 의한 유기 분산형 전계발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 도면.

제8도는 전계발광소자와 수명비교 그래프선도.

본 발명은 면광원으로 사용되는 전계발광소자에 관한 것으로, 특히 습기에 강한 형광체의 제조방법과, 이 형광체를 사용하여 수명이 길고 제조공정이 간단한 전계발광소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

전계발장소자는 휘도가 극히 낮고 수명이 짧아서 조명용 광원으로서 응용이 일시적으로 퇴조하였으나, 최근에 전자장치의 소형경량화, 저소비전력화, 고신뢰도화 등의 추세에 따라서 면광원인 전계발광소자는 밝기가 균일하고 광원의 두께가 1밀리미터 이하로 매우 박형이며 대면적화가 용이하고 모양을 다양하게 제작할 수 있고 소비전력이 극히 작으며 열이 거의 발생되지 않는다는 장점 때문에 액정 디스플레이 장치의 후면광원으로서 다시 새롭게 인식되고 있다.

전계발광소자는 분산형과 박막형이 있는 데, 그래픽표시 등에는 박막형이 적합하나 액정표시장치의 백라이트 또는 후면광원으로는 분산형이 적합하다.

분산형 전계발광소자에서 사용되는 형광체로는 주로 ZnS를 Cu 및 Mn으로 부가 활성화한 것을 사용한다. 따라서, 분산형 전계발광소자의 수명은 이 형광체의 수명에 의해 좌우되는데, 특히 유화물인 것에서는 수분 및 자외선으로 인하여 열화되기 쉬우며, 이러한 외인에 의한 수명 단축을 어떻게 해결한 것인지가 생산 메이커들의 과제이다.

본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서 습기에 강한 형광체의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 구조가 간단하고 수명이 길며 비발광영역이 없고 값이 저렴한 유기 분산형 전계발광소자를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 제조공정이 단순한 유기 분산형 전계발광소자의 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 형광체 제조방법은 유화아연/동계의 형광체입자를 농축된 인산 혹은 불화 규소산 속에서 소정의 온도로 소정 시간 동안 가열하는 단계; 가열공정에 의해 표면에 보호층이 형성된 형광체 입자를 세척한 다음에 건조하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유기 분산형 전계발광소자는 전면 전극층을 기판으로 하여 그 위에 순차적으로 적층된 수지층, 표면 보호층을 가지는 형광체입자들과 결착체로 된 형광체층, 절연체층, 배면 전극층, 배면 처리층을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 또 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 유기 분산형 전계발광소자의 제조방법은 전면 전극층을 기판으로 하여 기판상에 소정두께의 수지층을 덮는 단계; 표면 보호층을 가지는 형광체와 결착제로 형성된 형광체 페이스트를 상기 수지층상에 코팅하여 형광체층을 형성하는 단계; 형광체층 상에 절연층 페이스트를 코팅하여 절연층을 형성하는 단계; 절연층상에 도전 페이스트를 코팅하여 배면 전극층을 형성하는 단계; 결과물 상에 배면 처리층을 도포하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.

먼저, 본 발명의 이해를 돕기 위하여, 제1도 내지 제3도를 참조하여 종래의 형광체 입자의 구조와 종래의 전계발광소자 및 제조방법을 살펴보면 다음과 같다.

제1도를 참조하면, 종래의 형광체 입자는 표면에 보호층이 없기 때문에 습기에 노출되면 표면이 쉽게 다음의 화학식에 의해 수화되게 된다.

ZnS + 2H₂0 = ZnO + S0 + 2H

이와 같이 수분과 반응하여 유화아연결정에서 황이 빠져나가 버리기 때문에 형광체의 모체역할을 하는 유화아연의 결정성이 상실되어 형광체로서의 기능을 잃어버리게 된다.

따라서, 종래의 전계발광소자에서는 이러한 형광체입자를 보호하기 위하여 제2도에 도시한 바와 같이 방습필름층과 흡습필름층을 구비하게 된다. 즉, 종래의 전계발광소자는 두께 75내지 100마이크로미터정도이고, 하부전극으로 제공되는 알루미늄기판(10), 절연체층(12), 발광층(14), 상부 전극으로 제공되는 투명전극필름(16)의 적층구조의 상하면에 각각 상하흡습필름(18, 20)을 가지며 외부를 상하방습필름(22, 24)으로 봉지하여서 된 것이다. 따라서, 전체적인 소자 두께가 1밀리미터정도로 두껍게 형성되므로 비교적 유연하기는 하나 휨의 유연성에는 한계가 있게 된다. 또한, 방습필름으로 봉지하기 때문에 가장자리부의 비발광영역이 생기게 되므로 응용제품의 설계시에 이러한 비발광영역을 고려하지 않으면 안되므로 설계의 자유도를 제한시키는 문제가 있다. 또한, 방습필름의 가격이 전체 소자의 재료비용의 절반을 차지할 정도로 고가이므로 코스트 상승의 원인이 되었다.

제3도를 참조하면, 종래의 유기 분산형 전계발광소자의 제조방법은 알루미늄기판과 절연체 페이스트를 각각 마련한다(302, 304). 마련된 알루미늄기판상에 절연체 페이스트를 실크 스크린 인쇄방식 또는 롤 코팅방식으로 도포하고 건조시킨다(306). 용매에 형광체 입자와 결착제를 소정 배합 비율로 배합하여서 발광층 페이스트를 마련하고(308) 마련된 형광체 페이스트를 상기 절연체상에 실크 스크린 인쇄방식이나 롤 코팅방식으로 소정 두께로 코팅한 다음에 건조시킨다(310). 알루미늄기판을 절단하고(312) 미리 마련된 하부전극(314)을 부착한다(316). 한편, 투명전극 필름을 준비하고(318) 준비된 투명전극 필름을 소정 크기로 절단하고(320) 투명전극필름에 마련된 상부전극(322)을 부착한다(324). 상부전극이 부착된 투명전극필름을 발광층상에 라미네이팅시킨다(326). 흡습필름을 준비하고(328) 준비된 흡습필름을 소정 크기로 절단하고(330) 절단된 흡습필름을 알루미늄기판과 투명전극 필름상에 라미네이팅시킨다(332). 방습필름을 준비하고(334) 준비된 방습필름을 소정 크기로 절단하고(336) 절단된 방습필름을 라미네이팅시켜서 적층된 결과물을 봉지한다(338). 방습필름으로 봉지된 결과물을 성형절단하여서(340) 완성한다.

상술한 바와 같이 종래의 전계발광소자에서는 방습필름(22, 24)과 흡습필름층(18, 20)의 부가는 소자의 두께를 두껍게 하게 되므로 소자의 휘도를 떨어드리고 제조공정을 복잡하게 하여 코스트를 상승시키게 된다. 또한, 습기가 방습필름(22, 24)의 접착부(26)를 통해서 침투하게 되면 형광체의 수명이 단축되는 문제가 여전히 남게 된다.

ZnS와 같은 형광체의 표면은 매우 불안정한 구조를 갖기 때문에 전기장내에서 표면에 수분이 침투하게 되면 전극과 마주보면 표면부터 전기분해되어 표피색이 변하게 된다. 이러한 전기 분해 결과로 인하여 형광체의 표면이 거칠어지게 되고 거칠게 패인 부분이 입자의 결정 내부로 계속 확장되어 가게 된다. 이러한 공백 확장은 확산통로로 작용되어 결정 파괴를 가속화시키게 되는 것이다.

따라서, 본 발명에서는 이러한 화학적 반응을 차단하여 구리가 나오지 못하게 하고 또 산소가 결정내부로 들어가지 못하도록 하기 위하여 제4도에 도시된 바와 같이, 형광체 입자(40)의 표면에 보호층(42)을 피복하여서 된 것이다. 보호층(42)은 수분 침투를 방지하는 특성을 가지는 저융점 유리계(융점 180도)로 형성된다. 저융점 유리계는 인산염 유리 또는 As-S-Br 유리가 채택된다. 보호층으로 아연 보로실리케이트를 적용할 수 도 있으나, 이는 융점이 높아서 높은 온도의 공정이 요구되므로 열팽창 등의 문제를 고려하지 않으면 안되므로 또 다른 문제가 발생될 수도 있다.

본 발명의 형광체의 제조는 유화아연/동계의 형광체입자를 농축된 인산 혹은 불화 규소산 속에서 소정의 온도로 소정 시간 동안 가열하고, 상기 가열공정에 의해 표면에 보호층이 형성된 형광체 입자를 세척한 다음에 건조하여서 형성된다. 가열공정에 의해 형광체의 표면에는 ZnS가 Zinc Phosphate나 Zinc Silicate로 바꾸어지게 된다.

제5도 및 제6도를 참조하면, 본 발명의 전계발광소자는 전면 전극층을 기판으로 하여 그 위에 순차적으로 적층된 수지층(52), 표면 보호층을 가지는 형광체입자들과 결착체로 된 발광층(54), 절연체층(56), 배면 전극층(58)의 적층구조를 배면 처리층(60)으로 봉지하여서 된 것이다. 전면 투명 전극층은 ITO필름(50)이나 투명한 도전성 잉크가 도포된 PET필름(51)으로 형성된다. 수지층(52)은 전극층(50, 51)과 발광층(54)의 접착력을 증가시키기 위한 것으로서 수 마이크로미터 정도의 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 발광층(54)의 결착제로는 CR-V(Cyanoethyl Pullulan)또는 CR-5(Cyanoethyl Polyvinylalcohole)을 채택한다. 절연체층(56)은 BaTiO₃와 결착제로 형성된다. 배면 전극층(58)은 실버 페이스트 또는 흑연 페이스트로 형성한다. 배면 처리층은 SKA 500 및 SKA 100의 적층으로 형성한다. 여기서, SKA 시리즈는 선경화학에서 제조한 Thermoplastic Saturated Copolyester Resins로서 번호가 높을수록 소프트하고 낮을수록 하드(hard)하게 된다. 이와 같은 구조를 가진 본 발명의 전계발광소자의 바람직한 일실시예의 제조방법은 다음과 같다.

제7도를 참조하면, 기판으로 사용할 투명한 전극필름을 마련하고(602)발광층 페이스트를 마련한다(604). 발광체 페이스트는 DMF용매 : CR-V : CR-S : 형광체입자를 25-45 : 1-10 : 5-20 : 30-60 중량퍼센트의 배합비율로 조성하는 것이 유리하고 바람직하기로는 DMF용매 : CR-V : CR-S : 형광체입자를 36 : 5 : 12 : 47 중량퍼센트로 배합하는 것이다. 여기서, DMF가 25중량%이하이면 페이스트의 점도가 너무 높아서 코팅이 잘 되지 않아서 인쇄가 불가능하고, 형광체 입자의 양이 60중량%를 초과하게 되면 코팅된 표면이 균일하지 못하여 발광상태가 불량하게 된다.

마련된 기판상에 수 마이크로미터 정도의 두께로 수지층을 덮고 그 위에 실크 스크린 인쇄방식이나 롤 코팅방식으로 발광층 페이스트를 코팅한 다음에 건조시킨다(606).

절연층 페이스트를 마련한다(608). 절연층 페이스트는 DMF용매 : CR-V : CR-S : BaTiO₃를 유리하게는 30-50 : 1-10 : 5-20 : 30-60 중량퍼센트로 배합하고 바람직하기로는 DMF용매 : CR-V : CR-S : BaTiO₃를 40 : 5 : 13 : 42 중량퍼센트로 배합하는 것이다. 배합비율에서 DMF의 양이 30중량%이하이면 페이스트 점도가 높아서 코팅이 잘되지 않으며 BaTiO₃의 양이 60중량%를 초과해도 점도가 너무 높아서 코팅이 어렵게 된다. 마련된 절연층 페이스트를 실크 스크린 인쇄방식으로 발광층 상에 코팅한 다음에 건조시킨다(610). 배면 전극용 페이스트로서 흑연 페이스트나 은 페이스트를 마련하고(612) 절연층상에 실크 스크린 인쇄방식으로 배면 전극층을 형성하고(614) 배면처리재로서 비교적 부드러운 SKA 500과 비교적 단단한 SKA 100을 준비하고(616) SKA 500부터 먼저 코팅하고 이어서 SKA 100을 코팅하여서 배면처리층을 도포한 다음에(618)결과물을 성형절단하여서(620) 완성한다(622).

본 발명의 작용 효과는 다음과 같다.

전계발광소자의 시간경과에 따른 밝기B는 다음 수식으로 표시된다.

여기서, n_1이고 τ는 전계발광소자의 발기가 최초 밝기 B₀의 1/2수준으로 될 때까지의 시간을 나타내는 것으로서 반감기라 하고 이 값을 소자의 수명으로 하고 있다.

따라서, 본 발명에서는 종래의 소자와 본 발명의 소자를 정현파 교류 100볼트/400헤르츠를 인가하고 섭씨 25도, 60%RH의 측정조건에서 수명비교실험을 하여, 제8도에 도시한 수명비교 그래프를 얻을 수 있었다. 실험에서 본 발명의 소자는 10,000시간으로 종래의 소자의 3000시간에 비해 대략 3배 이상의 긴 수명을 가지는 것을 알 수 있다.

따라서, 이와 같이 제조되고 구성되는 본 발명의 전계발광소자는 수명이 3배 이상으로 길어지며, 전체의 두께가 0.35밀리미터로 종래 방식에 비해 대략 1/3정도의 초박형으로 제작이 가능하다. 이러한 박형 구조는 유연성을 한층 높여주고 방습필름을 사용하지 않으므로 첫째, 비발광영역이 형성되지 않으므로 응용제품의 설계의 자유도를 크게 하고 둘째, 고가의 방습필름의 제거로 코스트를 절반 이하로 다운시킬 수 있고 세째, 흡습필름 및 방습필름의 라미네이팅 공정이 없어지게 되므로 공정의 단순화로 생산효율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

Claims

유화아연/동계의 형광체입자를 농축된 인산 혹은 불화 규소산속에서 소정의 온도로 소정 시간 동안 가열하는 단계; 상기 가열공정에 의해 표면에 보호층이 형성된 형광체 입자를 세척한 다음에 건조하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 습기에 강한 형광체의 제조방법.
투명한 전면 전극층을 기판으로 하여 그 위에 순차적으로 표면 보호층을 가지는 형광체입자들과 결착체로 된 발광층, 절연층, 배면 전극층, 배면 처리층을 적층하여서 된 것을 특징으로 하는 유기 분산형 전계발광소자.
제2항에 있어서, 상기 전면 전극층은 ITO필름이나 도전성 잉크가 도포된 PET필름 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유기 분산형 전계발광소자.
제2항에 있어서, 상기 전면 전극층과 발광층 사이에 접착성이 우수한 수지층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 유기 분산형 전계발광소자.
제4항에 있어서, 상기 수지층의 두께는 수 마이크로미터 정도인 것을 특징으로 하는 유기 분산형 전계발광소자.
제2항에 있어서, 상기 결착제는 CR-V 또는 CR-S인 것을 특징으로 하는 유기 분산형 전계발광소자.
제2항에 있어서, 상기 절연층은 BaTiO₃결착제로 된 것을 특징으로 하는 유기 분산형 전계발광소자.
제2항에 있어서, 상기 배면 전극층은 실버 페이스트 또는 흑연 페이스트인 것을 특징으로 하는 유기 분산형 전계발광소자.
제2항에 있어서, 상기 배면 처리층은 SKA 500 및 SKA 100의 적층으로 된 것을 특징으로 하는 유기 분산형 전계발광소자.
전면 전극층을 기판으로 하여 기판상에 소정 두께의 수지층을 덮는 단계; 표면 보호층을 가지는 형광체와 결착제로 형성된 형광체 페이스트를 상기 수지층상에 코팅하여 발광층을 형성하는 단계; 상기 발광층 상에 절연층 페이스트를 코팅하여 절연층을 형성하는 단계; 상기 절연층상에 도전 페이스트를 코팅하여 배면 전극층을 형성하는 단계; 상기 결과물 상에 배면 처리층을 도포하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 유기 분산형 전계발광소자의 제조방법.
제10항에 있어서, 상기 형광체 페이스트는 스크린 인쇄 또는 롤 코팅방식으로 코팅하는 것을 특징으로 하는 유기 분산형 전계발광소자의 제조방법.
제10항에 있어서, 상기 형광체 페이스트는 DMF용매 : CR-V : CR-S : 형광체입자의 배합비율이 25-45 : 1-10 : 5-20 : 30-60 중량퍼센트인 것을 특징으로 하는 유기 분산형 전계발광소자의 제조방법.
제10항에 있어서, 상기 형광체 페이스트는 DMF용매 : CR-V : CR-S : 형광체입자의 배합비율이 36 : 5 : 12 : 47 중량퍼센트인 것을 특징으로 하는 유기 분산형 전계발광소자의 제조방법.
제10항에 있어서, 상기 절연체 페이스트는 DMF용매 : CR-V : CR-S : BaTiO₃의 배합비율이 30-50 : 1-10 : 5-20 : 30-60 중량퍼센트인 것을 특징으로 하는 유기 분산형 전계발광소자의 제조방법.
제10항에 있어서, 상기 절연체 페이스트는 DMF용매 : CR-V : CR-S : BaTiO₃의 배합비율이 40 : 5 : 13 : 42 중량퍼센트인 것을 특징으로 하는 유기 분산형 전계발광소자의 제조방법.