KR20100083377A - 형광체 및 이를 포함한 무기 전계 발광 소자 - Google Patents

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KR20100083377A
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Abstract

개시된 무기 전계 발광 소자는 ZnS 모체 표면에 나노 와이어가 코팅되어 있는 형광체를 포함하여 발광 효율을 높인다.

Description

형광체 및 이를 포함한 무기 전계 발광 소자{Fluorescent substance and inorganic electroluminescence device having the same}
본 발명의 실시예는 형광체 및 이를 포함한 무기 전계 발광 소자에 관한 것이다.
전계 발광 소자는 전기 에너지가 빛에너지로 변환되는 현상을 이용하여 면 전체가 균일하게 발광하는 평면광원 사용되거나 능동 발광 표시 소자로 사용된다. 무기 전계 발광 소자는 발광층의 소재에 따라 유기 전계 발광 소자와 무기 전계 발광 소자로 나뉠 수 있다. 무기 전계 발광 소자 중 분말형(powder) 무기 발광 소자는 휴대폰 키패드(keypad)나 광고판, 의료형 장비 등의 광원으로 많이 사용된다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 발광 효율을 높일 수 있는 형광체를 제공한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 발광 효율을 높이고 구동 전압을 낮출 수 있는 무기 전계 발광 소자를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따르면,
ZnS 모체; 및
상기 모체 표면에 코팅된 나노 와이어;를 포함하는 형광체를 제공한다.
상기 나노 와이어는 CuO로 형성될 수 있다.
상기 형광체는 20-30㎛ 범위의 직경을 가질 수 있다.
상기 모체 내부에 CuS로 형성된 니들이 포함될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면,
제1전극;
상기 제1전극 위에 구비된 유전체층;
상기 유전체층 위에 구비된 것으로, 형광체를 가지는 무기 발광층; 및
상기 무기 발광층 위에 구비된 제2전극;을 포함하고,
상기 형광체가, ZnS 모체 및 상기 모체 표면에 코팅된 나노 와이어를 포함하는 무기 전계 발광 소자를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 무기 전계 발광 소자는 나노 와이어가 코팅된 형광체를 포함하여 발광 효율을 높이고 구동 전압을 낮출 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 형광체 및 이를 포함한 무기 전계 발광 소자에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 무기 전계 발광 소자는 유전체층(15)과 무기 발광층(20)을 포함한다. 상기 유전체층(15)의 하부에 제1전극(10)이 구비되고, 상기 무기 발광층(20) 상부에 제2전극(25)이 구비된다.
상기 제1전극(10)과 제2전극(25) 중 적어도 하나는 투명전극으로 형성될 수 있으며, 빛이 발광되어 나오는 쪽의 전극이 투명 전극으로 형성될 수 있다. 투명 전극으로는 예를 들어 ITO(Indium Tin Oxide)가 사용될 수 있으며, 반드시 여기에 한정되는 것은 아니다. 도 1에 도시된 전계 발광 소자는 탑뷰(Top view)형 발광 소자를 도시한 것으로, 광이 위쪽으로 방출되므로 제2 전극(25)이 투명 전극으로 형성될 수 있다. 상기 제1 전극(10)은 예를 들면 은(Ag) 등과 같은 금속 물질 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 투명한 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 상기 유전체층(15)은 예를 들면 실리콘 산화물로 이루어질 수 있다. 상기 제1전극(10), 유전체층(15), 무기 발광층(20), 및 제2 전극(25)은 예를 들어 스크린 프린팅에 의해 형성될 수 있다.
상기 무기 발광층(20)은 분말형 형광체(24)를 포함한다. 도 2는 형광체(24) 를 확대하여 도시한 것으로, ZnS 모체(23) 내에 CuS 니들(21)이 포함되어 있다. 상기 ZnS 모체(23) 외부에 나노 와이어(22)가 코팅되어 있다. 상기 나노 와이어(22)와 ZnS 모체(23)를 혼합 및 분산시키면 상기 나노 와이어(22)가 ZnS 모체(23)에 쉽게 코팅된다. 상기 형광체(24)는 ZnS:Cu로 형성되어 ZnS 모체 내에 Cu가 부활재(activator)로 주입되거나 Cu가 Zn과 치환되어 CuS가 형성되기도 한다. 한편, 상기 형광체(24)는 예를 들어 20-30㎛ 범위의 직경을 가질 수 있다.
무기 전계 발광 소자에 전압이 인가되면 전계가 발생되고, 이 전계에 의해 유전체층(15)에서 튀어나와 가속된 전자가 무기 발광층(20)의 형광체(24)와 충돌하여 발광하게 된다. 무기 전계 발광소자는 교류에 의해 구동되며, 소정의 문턱 값 이상의 전계에 의해 형광층이 발광되기 시작하며, 그 문턱 값 이하에서는 발광이 되지 않는다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니며 상기 제1 및 제2 전극(10)(25) 사이에 직류 전압이 인가되는 것도 가능하다.
상기 유전체층(15)에서 튀어나온 전자가 형광체(24)에 충돌시 상기 니들(21)의 전자가 여기되고, 여기된 전자들이 기저 준위로 떨어지면서 빛을 발생시킨다. 상기 나노 와이어(22)는 CuS와 반도체 타입, 에너지 밴드갭, 일함수 등과 같은 전기적 특성이 유사한 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어 상기 나노 와이어(22)는 CuO로 형성될 수 있다. 유전체층(15)으로부터 튀어나온 전자가 형광체에 충돌하여 발광할 때 상기 나노 와이어(22)는 발광 면적을 높여 동일 구동 전압에서 발광 효율을 높일 수 있도록 한다.
상기 나노와이어(22)의 제조 방법으로는 예를 들어, 구리를 열산화 처리하여 구리 박막을 형성하고, 저온 습식 공정을 이용하여 구리 산화물 나노와이어를 성장시키는 방법을 이용할 수 있다. 나노와이어의 제조 방법은 이미 널리 알려져 있는 방법을 이용할 수 있으며, 상기 방법에 한정되는 것은 아니다. 한편, 상기 나노와이어에 전계를 가하면 유효 일함수 값에 변화가 발생하고, 터널링(tunneling) 현상에 의해 전자가 나노와이어 밖으로 빠져 나오게 되는데, 이를 전계방출(field emission)이라고 한다. 뾰족한 팁의 끝 부분에서 전계효과가 강화되는 것은 잘 알려져 있다. 이와 같이 나노와이어의 전계강화효과로 인해 발광 효율이 높아지는 것이다.
도 3은 나노 와이어(22)의 함유량에 따른 무기 전계 발광 소자의 발광 특성을 나타낸 것이다. CuO 나노 와이어가 320ppm 함유되었을 때와 820ppm 함유되었을 때 그리고, 나노 와이어가 함유되지 않은 무기 전계 발광 소자의 구동 전압에 따른 휘도를 측정한 것이다. 휘도는 주파수 20kHz에서 측정되었으며, 구동 전압은 150 V까지 인가하였다. 120 V 미만에서는 CuO 나노와이어가 코팅된 형광체를 이용한 무기 전계 발광 소자의 휘도가 높으며, 전압이 낮을수록 휘도 차이가 크게 나타난다. 무기 전계 발광 소자의 일반적인 구동 전압이 60-100 V 정도이므로 CuO 나노 와이어를 코팅한 형광체를 이용함으로써 동일 휘도를 얻기 위한 구동 전압을 낮출 수 있다. 예를 들어, 1000cd/m2 기준으로 볼 때, CuO 나노 와이어를 이용하면 나노 와이어가 없는 경우에 비해 69V에서 59V로 전압을 대략 14% 정도 낮출 수 있다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이 무기 전계 발광 소자가 아래쪽으로 빛이 발 광되어 나오는 바톰 뷰(bottom view) 형으로 제작되는 것도 가능하다. 상기 전계 발광 소자는 기판(100), 상기 기판(100) 위에 구비된 제1전극(110), 상기 제1전극(110) 위에 구비된 무기 발광층(115), 상기 무기 발광층(115) 위에 구비된 유전체층(120) 및 그 위에 구비된 제2전극(125)을 포함할 수 있다. 상기 기판(100)으로는 빛이 투과될 수 있는 투명한 기판이 사용될 수 있으며, 예를 들어 유리 또는 플라스틱 기판이 사용될 수 있다. 상기 제1전극(110)은 투명 전극으로 형성되며, 제2전극은 투명 전극 또는 금속 전극으로 형성될 수 있다. 상기 무기 발광층(115)은 도 2를 참조하여 설명한 형광체(24)를 포함하여 발광 효율을 높인다.
상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무기 전계 발광 소자를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 형광체를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 무기 전계 발광 소자와 나노 와이어가 포함되지 않은 무기 전계 발광 소자의 구동 전압에 따른 휘도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무기 전계 발광 소자를 도시한 것이다.
<도면 중 주요 부분에 대한 설명>
10,105...제1전극, 15,115...유전체층
20,110...무기 발광층, 21...나노 와이어
23...모체, 24...형광체
25,120...제2전극, 100...기판

Claims (8)

  1. ZnS 모체; 및
    상기 모체 표면에 코팅된 나노 와이어;를 포함하는 형광체.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 나노 와이어는 CuO로 형성된 형광체.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 형광체는 20-30㎛ 범위의 직경을 가지는 형광체.
  4. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 모체 내부에 CuS로 형성된 니들이 포함된 형광체.
  5. 제1전극;
    상기 제1전극 위에 구비된 유전체층;
    상기 유전체층 위에 구비된 것으로, 형광체를 가지는 무기 발광층; 및
    상기 무기 발광층 위에 구비된 제2전극;을 포함하고,
    상기 형광체가, ZnS 모체 및 상기 모체 표면에 코팅된 나노 와이어를 포함하는 무기 전계 발광 소자.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 나노 와이어는 CuO로 형성된 무기 전계 발광 소자.
  7. 제5 항 또는 제6 항에 있어서,
    상기 형광체는 20-30㎛ 범위의 직경을 가지는 무기 전계 발광 소자.
  8. 제5 항 또는 제6 항에 있어서,
    상기 모체 내부에 CuS로 형성된 니들이 포함된 무기 전계 발광 소자.
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