KR100460134B1

KR100460134B1 - 복합기판, 이것을 이용한 박막발광소자, 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100460134B1
Application number: KR10-2000-7013735A
Authority: KR
Inventors: 나가노가쓰토; 다케이시타쿠; 다카야마스구루; 노무라다케시; 나카노유키에; 이와나가다이스케
Original assignee: 티디케이가부시기가이샤
Priority date: 1999-04-07
Filing date: 2000-04-06
Publication date: 2004-12-04
Anticipated expiration: 2020-04-06
Also published as: WO2000062582A1; JP2000353591A; US20010003614A1; CN1300520A; US6723192B2; CA2334627C; US20020172832A1; KR20010071401A; CA2334627A1; US6428914B2; EP1100291A1; TW559750B

Abstract

본 발명의 박막EL소자는 전극층의 영향에 의해 절연층 표면에 요철이 생기지 않고, 연마공정이나, 졸겔공정이 불필요하여 간단하게 제조할 수 있으며, 박막발광소자에 응용한 경우에 높은 표시품질이 얻어지는 복합기판, 이것을 이용한 박막EL소자, 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 하고, 이것을 달성하기 위해 기판과, 이 기판내부에 매립되고 이 기판면과 동일면에 위치하도록 형성된 전극층과, 상기 기판과 전극층과의 복합표면위에 형성되어 있는 절연층을 갖는 복합기판으로 구성되어 있으며, 그 위에 발광층 외에 절연층, 전극층을 형성하여 박막EL소자를 얻는 것으로 하였다.

Description

복합기판, 이것을 이용한 박막발광소자, 및 그 제조방법 {Composite Substrate, Thin-Film Electroluminescent Device Using the Substrate, and Production Process for the Device}

전기장이 인가됨에 따라 물질이 발광하는 현상을 전계발광(EL)이라 하고, 이 현상을 이용한 소자는 액정디스플레이(LCD)나 시계의 백라이트로 실용화되어 있다.

EL소자에는 분말형광체를 유기물이나 에나멜로 분산시키고 상하로 전극을 배치한 구조를 갖는 분산형 소자와, 전기절연성 기판위에 2개의 전극과 2개의 박막절연체 사이에 박막 형광체를 끼운 형의 박막형 소자가 있다. 또 각각에 대해 구동방식에 의한 직류전압 구동형, 교류전압 구동형이 있다. 분산형 EL소자는 오래 전부터 알려져 있었고 제조가 용이하다는 이점이 있지만, 휘도가 낮고 수명도 짧기 때문에 그 이용은 한정되었다. 한편 박막형 EL소자는 휘도가 크고, 수명이 길다는 특성이 가지고 있어 EL소자의 실용범위가 크게 넓어 졌다.

종래의 박막형 EL소자에는 기판으로 LCD나 PDP등에 사용되고 있는 청색 판유리를 사용하고 있으며, 기판에 접하여 전극을 ITO 등의 투명전극으로 하고, 형광체에서 생성된 발광을 기판측으로부터 방출하는 방식이 주류를 이루었다. 또 형광체 재료는 황색 발광을 하는 Mn을 첨가한 ZnS가 성막이 쉽고, 발광 특성이라는 관점에서 주로 사용되고 있다. 칼라디스플레이를 제작하기 위해서는 적색, 녹색, 청색의 3원색으로 발광하는 형광체 재료를 사용해야 한다. 이들 재료로는 청색발광의 Ce를 첨가한 SrS나 Tm을 첨가한 ZnS, 적색발광의 Sm을 첨가한 ZnS나 Eu를 첨가한 CaS, 녹색발광의 Tb를 첨가한 ZnS나 Ce를 첨가한 CaS 등을 들 수 있고, 이들 재료에 대한 연구가 계속되고 있다. 그러나, 현재까지 발광휘도, 발광효율, 색순도라는 관점에서 충분하지 않아 실용화되지 않고 있다.

이들 문제를 해결하기 위한 수단으로, 고온에서 성막하는 방법이나 성막후에 고온에서 열처리하는 것이 유망하다고 알려져 있다. 이와 같은 방법을 이용한 경우, 기판으로서 청색 판유리를 사용한 것은 내열성 관점에서 불가능하다. 내열성이 있는 석용기판을 사용하는 것도 검토되고 있지만, 석영기판은 매우 고가이고, 디스플레이 등이 큰 면적을 필요로 하는 용도에는 적합하지 않다.

최근에 일본국 특개평7-50197호 공보, 특공평7-44072호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 기판으로 전기절연성 세라믹기판을 사용하고, 형광체 하부의 박막절연체 대신에 두꺼운 막 유전체를 사용한 소자가 개발된 것으로 보고되었다.

이 소자의 기본적인 구조를 도 8에 나타낸다. 도 8에 도시된 EL소자는 세라믹 등의 기판(11) 위에 하부전극(12), 두꺼운 막유전체층(13), 발광층(14), 박막절연체층(15), 상부전극(16)이 순차적으로 형성된 구조로 되어 있다. 이와 같이 종래의 박막EL소자의 구조와는 달리 형광체의 발광을 기판의 반대쪽인 상부로부터 방출하도록 투명전극을 상부에 설치하고 있다.

이 소자의 두꺼운 유전체는 두께가 수십 ㎛로, 박막절연체의 수백∼수천배 두께를 가지고 있다. 이 때문에 핀홀 등에 기인하는 절연파괴가 적고, 신뢰성이 높으며 제조시 수율이 높다는 이점을 가지고 있다.

두꺼운 유전체를 사용함에 따른 형광체층에서의 전압강하는 고유전율의 재료를 유전체층으로 사용함으로써 극복된다. 또 세라믹기판과 두꺼운 막 유전체를 사용함으로써 열처리 온도를 높일 수 있다. 그 결과 종래는 결정에 결함이 존재하여 불가능했던 높은 발광특성을 나타내는 발광재료의 성막이 가능하게 되었다.

그러나, 두꺼운 막을 형성하는 공정에서 기판, 전극, 유전체층을 적층하면 유전체 표면에 요철이 생기는 경우가 있다.

종래의 공정에서는 우선 알루미나 등의 기판위에 인쇄법 등의 후막법으로 전극을 소정의 패턴으로 형성하고, 다시 그 위에 유전체층을 후막법으로 형성한 후, 전체를 소성하여 기판/전극/유전체층 복합기판을 얻고 있다.

그러나, 예를 들어 도 9에 도시된 바와 같이, 전극층(12)이 있는 패턴으로 형성한 경우, 전극(12)과 유전체층(13)의 수축율이나 열팽창율의 다르기 때문에 유전체층(13) 표면에 요철이 생길 우려가 있었다. 또 기판(11)과 유전체층(13)과의 열팽창율이 다르기 때문에 유전체층(13) 표면에 클랙이 생길 우려가 있었다. 이와 같이 유전체층(13)의 표면에 요철이나 클랙이 생기면 유전체층(13)의 두께가 균일하지 않게 되거나, 그 위에 형성된 유전체층(13)과 발광층과의 사이에서 박리현상이 생겨 소자의 성능이나 표시품질을 현저하게 손상시킨다.

이 때문에 종래의 공정에서는 큰 요철을 연마가공 등으로 제거하고 다시 미세한 요철을 졸겔공정으로 제거하기 위한 작업이 필요하게 되었다.

본 발명의 목적은 전극층의 영향에 의해 절연층 표면에 요철이 생기지 않고, 연마공정이나, 졸겔공정이 불필요하고, 간단하게 제조할 수 있으며, 박막EL소자에 응용한 경우 높은 표시품질이 얻어지는 복합기판을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 기판을 사용한 박막EL소자를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 상기 소자의 제조방법을 제공하는 데 있다.

즉, 상기 목적은 이하의 구성에 의해 달성된다.

(1) 기판과, 이 기판내부에 매립되고 이 기판면과 동일면에 위치하도록 형성된 전극층과, 상기 기판과 전극층과의 복합표면위에 형성되어 있는 절연층을 갖는 복합기판.

(2) 상기 절연층은 유전율이 1000 이상인 유전체로 형성되어 있는 상기 (1)의 복합기판.

(3) 상기 절연층은 주성분이 티탄산 바륨인 상기 (1) 또는 (2)의 복합기판.

(4) 상기 절연층은 부성분으로 산화마그네슘, 산화망간, 산화텅스텐, 산화칼슘, 산화지르코늄, 산화니오브, 산화코발트, 산화이트륨 및 산화바륨으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는 상기 (3)의 복합기판.

(5) 상기 절연층은 부성분으로 SiO₂, MO (다만, M은 Mg, Ca, Sr 및 Ba로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 원소), Li₂O, B₂O₃로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종을 함유하는 상기 (3) 또는 (4)의 복합기판.

(6) 상기 절연층은 주성분으로 티탄산바륨, 부성분으로 산화마그네슘, 산화망간, 산화이트륨, 산화바륨 및 산화칼슘으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종과, 산화규소를 함유하며, 티탄산바륨을 BaTiO₃로, 산화마그네슘을 MgO로, 산화망간을 MnO로, 산화이트륨을 Y₂O₃로, 산화바륨을 BaO로, 산화칼슘을 CaO로, 산화규소를 SiO₂로 각각 환산할 때 BaTiO₃100몰에 대한 비율이 MgO: 0.1∼3몰, MnO: 0.05∼1.0몰, Y₂O₃: 1몰 이하, BaO+CaO: 2∼12몰, SiO₂: 2∼12몰인 상기 (1)∼(5) 중 어느 하나의 복합기판.

(7) BaTiO₃, MgO, MnO 및 Y₂O₃의 합계에 대한 BaO, CaO 및 SiO₂가 (Ba_xCa_1-xO)_y·SiO₂(다만, 0.3 ≤x ≤0.7, 0.95 ≤y ≤1.05이다.)로 1∼10중량% 함유되는 상기 (3)의 복합기판.

(8) 시이트법, 또는 인쇄법을 이용하여 적층한 것을 소결하여 얻은 두꺼운 막인 상기 (1)∼(7) 중 어느 하나의 복합기판.

(9) 상기 절연층 위에 기능성 막을 형성하고, 이 기능성 막을 600℃∼기판의 소결온도 이하로 가열처리하여 얻어지는 상기 (1)∼(8) 중 어느 하나의 복합기판.

(10) 상기 (1)∼(6) 중 어느 하나의 복합기판과, 이 복합기판 위에 발광층, 다른 절연층, 및 다른 전극층을 순서대로 형성한 박막EL소자.

(11) 상기 전극층은 상기 (10)인 박막EL소자.

(12) 표면이 평탄한 필름시이트 위에 두꺼운 막 제조법으로 제1 절연층 전구체를 형성하는 단계; 그 위에 패턴화된 제1 전극층 전구체를 형성하는 단계; 다시 그 위에 기판 전구체를 형성한 후, 이것을 탈바인더처리하고 소성하여 기판위에 제1 전극층과 제1 절연층이 적층된 복합기판을 얻는 단계; 및 다시 상기 제1 절연층 위에 발광층, 제2 절연층 및 제2 전극층을 순서대로 적층하여 박막EL소자를 얻는 단계를 포함하는 박막EL소자의 제조방법.

(13) 상기 제2 절연층 또는 제2 전극층을 형성한 후, 600℃∼기판의 소결온도 이하로 가열처리하는 상기 (10)의 박막EL소자의 제조방법.

(14) 상기 기판 전구체는 알루미나(Al₂O₃), 석영유리(SiO₂), 마그네시아(MgO), 스테아타이트(MgO·SiO₂), 포오스테라이트(2MgO·SiO₂), 멀라이트(3Al₂O₃·2SiO₂), 베릴리아(BeO), 지르콘, Ba계, Sr계, 및 Pb계 퍼로브스카이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는 기판 그린시이트인 상기 (12) 또는 (13)의 박막EL소자의 제조방법.

(15) 상기 기판 전구체의 주성분의 조성은 상기 절연층의 주성분의 조성과 동일한 상기 (12)∼(14) 중 어느 하나의 박막EL소자의 제조방법.

(16) 상기 전극 전구체는 Ag, Au, Pd, Pt, Cu, Ni, W, Mo, Fe 및 Co로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상이거나, 또는 Ag-Pd, Ni-Mn, Ni-Cr, Ni-Co 및 Ni-Al 합금 중 어느 것을 함유하는 상기 (12)∼(15) 중 어느 하나의 박막EL소자의 제조방법.

(17) 상기 소성온도는 1100∼1400℃인 상기 (12)∼(16) 중 어느 하나의 박막EL소자의 제조방법.

본 발명은 유전체와 전극을 갖는 복합기판, 및 그 복합기판을 사용한 전계발광소자(EL소자), 및 그 제조방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 박막EL소자의 제조공정을 나타낸 부분 단면도,

도 2는 본 발명의 박막EL소자의 제조공정을 나타낸 부분 단면도,

도 3은 본 발명의 박막EL소자의 제조공정을 나타낸 부분 단면도,

도 4는 본 발명의 박막EL소자의 제조공정을 나타낸 부분 단면도,

도 5는 본 발명의 박막EL소자의 제조공정을 나타낸 부분 단면도,

도 6은 본 발명의 박막EL소자의 제조공정을 나타낸 부분 단면도,

도 7은 본 발명의 박막EL소자의 제조공정을 나타낸 부분 단면도,

도 8은 종래의 박막EL소자의 구조를 나타낸 부분 단면도,

도 9는 종래의 박막EL소자의 구조를 나타낸 부분 단면도.

본 발명의 복합기판은 기판과, 이 기판내부에 매립되고 이 기판면과 동일면에 위치하도록 형성된 전극층과, 상기 기판과 전극층과의 복합표면상에 형성되어 있는 절연층을 갖는다.

이와 같이 전극층을 기판내부에 매립하도록 형성하고, 그 면위치를 기판면과 일치하는 동일면이 되도록 평탄하게 형성함으로써 절연층(유전체층)의 두께를 균일하게 할 수 있다. 그리고 유전체층의 두께를 균일하게 함으로써 유전체층 내의 전기장 분포가 균일하게 되고, 유전체층의 외곡을 줄어들게 할 수 있다.

또 이와 같은 복합기판을 사용하여 박막EL소자를 구성함으로써 간단한 공정으로 고성능의 디스플레이를 형성할 수 있다. 또한 이와 같은 평탄한 표면을 갖는 복합기판은 후술하는 본 발명의 제조공정에 의해 용이하게 형성될 수 있다.

본 발명의 기판은 절연성을 가지며, 그 위에 형성되는 절연층(유전체층), 전극층을 오염시키지 않고 소정의 강도를 유지할 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 구체적으로는 알루미나(Al₂O₃), 석영유리(SiO₂), 마그네시아(MgO), 포오스테라이트(2MgO·SiO₂), 스테아타이트(MgO·SiO₂), 멀라이트(3Al₂O₃·2SiO₂), 베릴리아(BeO), 지르코니아(ZrO₂), 질화알루미늄(AlN), 질화실리콘(SiN), 탄화실리콘(SiC+BeO) 등의 세라믹기판을 들 수 있다. 그 외에 Ba계, Sr계, 및 Pb계 퍼로브스카이트를 사용할 수 있고, 이 경우 절연층과 같은 조성물을 사용할 수 있다. 이들 중에서도 특히 알루미나 기판이 바람직하고, 열전도성이 필요한 경우에는 베릴리아, 질화알루미늄, 탄화실리콘 등이 바람직하다. 기판재료로서 절연층과 같은 조성물을 사용한 경우 열팽창이 다르기 때문에 튀틀리거나 벗겨지는 현상이 일어나지 않아 바람직하다.

이들 기판의 소결온도는 800℃ 이상, 특히 800℃∼1500℃, 보다 바람직하게는 1200℃∼1400℃이다.

기판에는 소결온도를 떨어뜨리기 위해서 유리재를 함유할 수도 있다. 기본적으로는 PbO, B₂O₃, SiO₂, CaO, MgO, TiO₂, ZrO₂의 1종 또는 2종 이상이다. 기판재에 대한 유리함유량은 20∼30중량%이다.

기판용 페이스트를 제조하는 경우 유기바인더를 사용할 수도 있다. 유기바인더로는 특별히 한정되지 않으나, 세라믹재의 바인더로서 일반적으로 사용되고 있는 것 중에서 적절히 선택하여 사용하면 된다. 이와 같은 유기바인더로는 에틸셀룰로오스, 아크릴수지, 부티랄수지 등을 들 수 있고, 용제로는 α-터피네올, 부틸카르비놀, 케로신 등을 들 수 있다. 페이스트중의 유기바인더 및 용제의 함유량은 특별히 한정되지 않으며, 통상 사용되고 있는 량을 사용하는데, 예를 들어 유기바인더는 1∼5중량%, 용제는 10∼50중량%이다.

또 기판용 페이스트중에는 필요에 따라 각 종 분산제, 가소제, 절연체 등의 첨가물을 함유할 수 있다. 이들의 총 함유량은 1중량% 이하인 것이 바람직하다.

기판의 두께는 통상 1∼5mm, 바람직하게는 1∼3mm이다.

전극재료로는 Ag, Au, Pd, Pt, Cu, Ni, W, Mo, Fe 및 Co로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상이거나, 또는 Ag-Pd, Ni-Mn, Ni-Cr, Ni-Co 및 Ni-Al로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 함유하는 것이 바람직하다. 이들 중에서도 환원성 분위기에서 소성하는 경우 비금속을 사용할 수 있다. 바람직하게는 Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Si, W, Mo 중 1종 또는 2종 이상을 사용하거나, 또는 Ni-Cu, Ni-Mn, Ni-Cr, Ni-Co, Ni-Al 합금 중 어느 것을 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 Ni, Cu 및 Ni-Cu 합금 등이다.

또 산화성 분위기중에서 소성하는 경우에는 산화성 분위기중에서 산화물로 되지 않는 금속이 바람직하고, 구체적으로는 Ag, Au, Pt, Rh, Ru, Ir 및 Pd 중 1종 또는 2종 이상이고, 특히 Ag, Pd 및 Ag-Pd 합금이 바람직하다.

전극층에는 하지가 되는 기판과의 접착성을 높이기 위해 유리 프릿을 함유할 수도 있다. 유리 프릿은 중성 내지 환원성 분위기중에서 소성하는 경우 이와 같은 분위기중에서도 유리로서의 특성을 잃지 않는 것이 바람직하다.

이와 같은 조건을 만족하는 것이면 유리 프릿의 조성은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 규산유리(SiO₂: 20∼80중량%, Na₂O: 80∼20중량%), 보로규산유리(B₂O₃: 5∼50중량%, SiO₂: 5∼70중량%, PbO: 1∼10중량%, K₂O: 1∼15중량%), 알루미나규산유리(Al₂O₃: 1∼30중량%, SiO₂: 10∼60중량%, Na₂O: 5∼15중량%, CaO: 1∼20중량%, B₂O₃: 5∼30중량%)로부터 선택된 유리 프릿중 1종 또는 2종 이상을 사용할 수 있다. 이것에 필요에 따라 CaO: 0.01∼50중량%, SrO: 0.01∼70중량%, BaO: 0.01∼50중량%, MgO: 0.01∼5중량%, ZnO: 0.01∼70중량%, PbO: 0.01∼5중량%, Na₂O: 0.01∼10중량%, K₂O: 0.01∼10중량% 및 MnO₂: 0.01∼20중량%로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 첨가제를 소정의 조성비로 혼합하여 사용할 수 있다. 금속성분에 대한 유리 함유량은 특별히 한정되지 않지만, 통상 0.5∼20중량%, 바람직하게는 1∼10중량%이다. 또한 유리중에서 상기 첨가물의 총 함유량은 유리성분의 50중량% 이하인 것이 바람직하다.

전극층용 페이스트를 제조하는 경우, 유기바인더를 사용할 수 있다. 유기바인더로는 상기 기판과 동일하다. 또 전극층용 페이스트중에는 필요에 따라 각종 분산제, 가소제, 절연체 등의 첨가제를 함유할 수 있다. 이들 총 함유량은 1중량% 이하인 것이 바람직하다.

전극층의 막두께는 통상 0.5∼5㎛, 바람직하게는 1∼3㎛이다.

절연체층을 구성하는 절연체 재료는 특별히 한정되지 않으며 여러 가지 절연체 재료를 사용할 수 있고, 예를 들어 산화티탄계 복합산화물, 산화티탄계착체 복합산화물 및 이들 혼합물 등이 바람직하다.

산화티탄계로는 필요에 따라 산화니켈(NiO), 산화구리(CuO), 산화망간(Mn₃O₄), 알루미나(Al₂O₃), 산화마그네슘(MgO), 산화규소(SiO₂) 등을 총 0.001∼30질량% 함유하는 산화티탄(TiO₂) 등을 들 수 있고, 산화티탄계착체 복합산화물로는 티탄산바륨(BaTiO₃) 등을 들 수 있다. 티탄산바륨의 Ba/Ti의 원자비는0.95∼1.20이다.

산화티탄계착체 복합산화물(BaTiO₃)에는 산화마그네슘(MgO), 산화망간(Mn₃O₄), 산화텅스텐(WO₃), 산화칼슘(CaO), 산화지르코늄(ZrO₂), 산화니오브(Nb₂O₅), 산화코발트(Co₃O₄), 산화이트륨(Y₂O₃) 및 산화바륨(BaO)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상이 총 0.001∼30중량% 함유될 수 있다. 또 소성온도, 선팽창율의 조정 등을 위해 부성분으로, SiO₂, MO(다만, M은 Mg, Ca, Sr 및 Ba로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 원소), Li₂O, B₂O₃로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종을 함유하는 것일 수도 있다. 절연체 층의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 통상 5∼1000㎛, 바람직하게는 5∼50㎛, 보다 바람직하게는 10∼50㎛이다.

절연층은 유전체 재료로 형성될 수도 있다. 특히 복합기판을 박막EL소자에 응용하는 경우에는 유전체 재료가 바람직하다. 유전체 재료로는 특별히 한정되지 않지만, 여러 가지 유전체 재료를 사용할 수 있고, 예를 들어 상기 산화티탄계, 산화티탄계착체 복합산화물, 및 이들의 혼합물 등이 바람직하다.

산화티탄계로는 상기와 같다. 또 소성온도, 선팽창율의 조정 등을 위해 부성분으로, SiO₂, MO(다만, M은 Mg, Ca, Sr 및 Ba로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 원소), Li₂O, B₂O₃로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종을 함유하는 것일 수도 있다.

특히 바람직한 유전체 재료로 이하에 나타낸 것을 들 수 있다. 유전체층(절연층)의 주성분으로 티탄산바륨; 부성분으로 산화마그네슘, 산화망간, 산화바륨 및 산화칼슘으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종과, 산화규소를 함유한다. 티탄산바륨을 BaTiO₃로, 산화마그네슘을 MgO로, 산화망간을 MnO로, 산화바륨을 BaO로, 산화칼슘을 CaO로, 산화규소를 SiO₂로 각각 환산할 때, 유전체층중에서 각 화합물의 비율은 BaTiO₃100몰에 대해 MgO: 0.1∼3몰, 바람직하게는 0.5∼1.5몰, MnO: 0.05∼1.0몰, 바람직하게는 0.2∼0.4몰, BaO+CaO: 2∼12몰, SiO₂: 2∼12몰이다.

(BaO+CaO)/SiO₂는 특별히 한정되지 않지만, 통상 0.9∼1.1로 하는 것이 바람직하다. BaO, CaO 및 SiO₂는 (Ba_xCa_1-xO)_y·SiO₂로 함유하는 것일 수도 있다. 이 경우 치밀한 소결체를 얻기 위해서는 0.3 ≤x ≤0.7, 0.95 ≤y ≤1.05로 하는 것이 바람직하다. (Ba_xCa_1-xO)_y·SiO₂의 함유량은 BaTiO₃, MgO 및 MnO의 합계에 대해 바람직하게는 1∼10중량%, 보다 바람직하게는 4∼6중량%이다. 또한 각 산화물의 산화상태는 특별히 한정되지 않고, 각 산화물을 구성하는 금속원소의 함유량이 상기 범위이면 된다.

유전체층에는 BaTiO₃로 환산한 티탄산바륨 100몰에 Y₂O₃로 환산하여 1몰 이하의 산화이트륨이 부성분으로 함유되어 있는 것이 바람직하다. Y₂O₃의 함유량의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 충분한 효과를 실현하기 위해서는 0.1몰 이상 함유하는 것이 바람직하다. 산화이트륨을 함유하는 경우 (Ba_xCa_1-xO)_y·SiO₂의 함유량은 BaTiO₃, MgO, MnO 및 Y₂O₃의 합계에 대해 바람직하게는 1∼10중량%, 보다 바람직하게는 4∼6중량%이다.

상기 각 부성분의 함유량의 한정 이유는 하기와 같다.

산화마그네슘의 함유량이 상기 범위 미만이면 용량의 온도특성을 소정의 범위로 할 수 없다. 산화마그네슘의 함유량이 상기 범위를 넘으면 소결성이 급격히 악화되고 치밀화가 불충분하게 되어 IR가속수명이 저하되며, 높은 비유전율이 얻어지지 않는다.

산화망간의 함유량이 상기 범위 미만이면 양호한 내환원성이 얻어지지 않고 IR가속수명이 충분하지 않으며, 손실 tanδ를 낮추기 곤란하다. 산화망간의 함유량이 상기 범위를 넘는 경우 직류전기장인가 시의 용량 경시변화를 작게하기 곤란하다.

BaO+CaO나, SiO₂, (Ba_xCa_1-xO)_y·SiO₂의 함유량이 너무 작으면 직류전기장인가 시의 용량의 경시변화가 커지며, IR가속수명이 충분하지 않게 된다. 함유량이 너무 많으면 비유전율이 급격히 떨어진다.

산화이트륨은 IR가속수명을 향상시키는 효과를 갖는다. 산화이트륨의 함유량이 상기 범위를 넘으면 정전용량이 감소되고, 유전체층의 소결성이 저하되어 치밀화가 충분하지 않게 되는 경우가 있다.

또 유전체층에는 산화알루미늄이 함유되어 있을 수도 있다, 산화알루미늄은비교적 저온에서 소결을 가능하게 하는 작용을 한다. Al₂O₃로 환산할 때의 산화알루미늄의 함유량은 유전체재료 전체의 1중량% 이하로 하는 것이 바람직하다. 산화알루미늄의 함유량이 너무 많으면 반대로 소결을 저해한다는 문제가 발생한다.

바람직한 유전체 층의 일층당 두께는 100㎛ 이하, 특히 50㎛ 이하, 바람직하게는 2∼20㎛로 한다.

절연층용 페이스트를 제조하는 경우 유기바인더를 사용할 수도 있다. 유기바인더로는 상기 기판과 같다. 또 절연층용 페이스트에는 필요에 따라 각종 분산제, 가소제, 절연체 등의 첨가물을 함유할 수도 있다. 이들의 총 함유량은 1중량% 이하로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 복합기판은 페이스트를 사용하는 통상의 인쇄법이나 시이트법에 의해 절연층 전구체, 전극층 전구체, 기판 전구체를 적층하고, 이들을 소성함으로써 제작한다.

우선, 표면이 평판한 필름시이트위에 절연층용 그린시이트를 형성하고, 다시 그 위에 전극층 전구체를 형성한 후, 기판 전구체를 형성하여 소성함으로써 절연체층(유전체층)의 표면을 평탄하게 형성할 수 있다. 이 경우, 기판의 박막이 절연층보다 훨씬 두껍기 때문에 전극층의 영향이 그 반대쪽 면에 미치지 않는다.

평면이 평탄한 필름시이트로는 특별히 한정되는 것은 없지만, 통상의 수지필름시이트를 사용할 수 있다. 특히 내약품성을 갖는 그린시이트의 박리를 용이하게 할 수 있는 것이 바람직하다.

구체적으로는 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 필름, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름, 폴리에틸렌나프탈레이트 내열필름; 폴리클로로트리풀루오로에틸렌수지[PCTFE: 네오프론 CTFE(다이킨공업사 제품)], 폴리비닐리덴플루오라이트[PVDF: 덴카 DX필름(전기화학공업사 제품)], 폴리비닐플루오라이드(PVF: 테도라 PVF필름(듀폰사 제품) 등의 호모폴리머나, 테트라풀루오로에틸렌-퍼플루오로비닐에테르 공중합체[PFA: 네오프론: PFA필름(다이킨공업사 제품), 테트라풀루오로에틸렌-헥사풀루오로프로필렌 공중합체[FEP: 토요프론필름 FEP타입(토레이사 제품)], 테트라풀루오로에틸렌-에테르 공중합체[ETFE: 테프젤 ETFE필름(듀폰사 제품), AFLEX필름(아사히유리사 제품)] 등의 공중합체 등의 불소계 필름; 방향족디카르본산-비스페놀 공중합방향족 폴리에스테르폴리아크릴레이트필름(PAR: 캐스팅(카네카화학사 제품, 엘멕), 폴리메틸메타아크릴레이트필름[PMMA: 테크놀로이 R526(스미모토화학사 제품)]; 폴리술폰[PSF: 스미라이트 FS-1200(스미모토 베이크라이트사 제품)], 폴리에테르술폰(PES: 스미라이트 FS-1300(스미모토 베이크라이트)] 등의 황함유 폴리머필름; 폴리카르보네이트필름[PC: 팬라이트(테이진화성사 제품)]; 기능성 노르보넨계 수지[ARTON(일본합성고무)]; 폴리메타크렐레이트수지(PMMA); 올레핀-말레이미드 공중합체[TI-160(토쇼사 제품)], 파라아미드(아라미카 R: 아사히화성), 풀루오르폴리이미드, 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 셀룰로오스트리아세테이트 등을 들 수 있고, 특히 PEN필름, PET필름 등이 바람직하다.

또 셀룰로오스를 함유하는 시이트, 예를 들어 종이를 사용하여 시이트와 함께 소성할 수도 있다.

필름시이트의 막두께는 특별히 제한되는 것은 없지만, 취급상 바람직한 두께는 100∼400㎛이다.

소성전에 행하는 탈바인더처리 조건은 통상적이지만, 환원성 분위기에서 소성하는 경우 특히 하기의 조건으로 하는 것이 바람직하다.

가열속도: 5∼500℃/시간, 특히 10∼400℃/시간

유지온도: 200∼400℃, 특히 250∼300℃

온도유지시간: 0.5∼24시간, 특히 5∼20시간

분위기: 공기중

소성시의 분위기는 전극층용 페이스트중의 도전재의 종류에 따라 적절히 결정하면 되지만, 환원성 분위기에서 소성하는 경우, 소성분위기는 N₂를 주성분으로 하고, H₂1∼10%, 10∼35℃에서의 수증기압에 의해 얻어지는 H₂O 가스를 혼합한 것이 바람직하다. 그리고 산소분압은 10^-8∼10^-12기압으로 하는 것이 바람직하다. 산소분압이 상기 범위 미만이면 전극층의 도전재가 이상 소결되어 깨지는 경우가 있다. 또 산소분압이 상기 범위를 넘으면 전극층이 산화되는 경향이 있다. 산화성 분위기중에서 소성하는 경우, 통상의 대기중에서 소성하면 된다.

소성시의 유지온도는 800∼1400℃, 바람직하게는 1000∼1400℃, 특히 1200∼1400℃으로 하는 것이 바람직하다. 유지온도가 상기 범위 미만으로 하면 치밀화가 충분하지 않게 되고, 상기 범위를 넘으면 전극층이 깨지기 쉽다. 또 소성시의 온도유지시간은 0.5∼8시간, 특히 1∼3시간이 바람직하다.

환원성 분위기중에서 소성하는 경우 복합기판에는 어니일링을 행하는 것이 바람직하다. 어니일링은 절연체층을 재산화하기 위한 처리이고, 이것에 의해 IR가속수명을 현저하게 연장할 수 있다.

어니일링분위기중의 산소분압은 10^-6기압 이상, 특히 10^-6∼10^-8기압으로 하는 것이 바람직하다. 산소분압이 상기 범위 미만이면 절연체층 또는 유전체층의 재산화가 곤란하고, 상기 범위를 넘으면 내부 도체가 산화되는 경향이 있다.

어니일링시의 유지온도는 1100℃ 이하, 특히 1000∼1100℃로 하는 것이 바람직하다. 유지온도가 상기 범위미만이면 절연체층 또는 유전체층의 산화가 불충분해 지고 수명이 단축되는 경향이 있으며, 상기 범위를 넘으면 전극층이 산화되어 전류용량이 저하될 뿐만 아니라 절연체 소지, 유전체 소지와 반응하여 수명도 단축되는 경향이 있다.

또한 어니일링공정은 승온 및 강온만으로 행할 수 있다. 이 경우, 온도유지시간은 제로이고, 유지온도는 최고온도와 같다. 또 온도유지시간은 0∼20시간, 특히 2∼10시간이 바람직하다. 분위기용 가스는 가습한 H₂가스 등을 사용하는 것이 바람직하다.

또한 상기한 탈바인더처리, 소성 및 어니일링의 각 공정에서, N₂, H₂또는 혼합가스 등을 가습하기 위해, 예를 들어 웨터 등을 사용할 수 있다. 이 경우 수온은 5∼75℃가 바람직하다.

탈바인더 처리공정, 소성공정 및 어니일링공정은 연속하여 행하거나 독자적으로 행할 수 있다.

이들을 연속해서 행하는 경우, 탈바인더처리한 후, 복합기판을 냉각시키지 않고 분위기를 변경하고, 계속해서 소성 유지온도까지 승온하여 소성한다. 다음에 복합기판을 냉각하고 어니일링공정에서의 유지온도에 도달할 때 분위기를 변경하여 어니일링을 행하는 것이 바람직하다.

또 이들을 독자적으로 행하는 경우 탈바인더 처리공정은 소정의 유지온도까지 승온하고, 소정 시간을 유지한 후, 실온까지 강온한다. 이 때의 탈바인더 분위기는 연속해서 행하는 경우와 동일하게 한다. 어니일링공정은 소정의 유지온도까지 승온하고, 소정 시간을 유지한 후, 실온까지 강온한다. 이 때의 어니일링분위기는 연속해서 행한 경우와 같게 한다. 또 탈바인더공정과 소성공정을 연속해서 행하고, 어니일링공정만 독자적으로 행할 수도 있고, 탈바인더공정만 독자적으로 행하고 소성공정과 어니일링공정을 연속해서 행할 수도 있다.

이상과 같이 하여 복합기판을 얻을 수 있다.

본 발명의 복합기판은 그 위에 발광층, 다른 절연층, 다른 전극층 등의 기능성 막을 형성함에 따라 박막EL소자로 할 수 있다. 특히 본 발명의 복합기판의 절연층에 유전체 재료를 사용하여 양호한 특성의 박막EL소자를 얻을 수 있다. 본 발명의 복합기판은 소결재료이기 때문에 기능성 막인 발광층을 형성한 후에 열처리하여 얻어지는 박막EL소자에도 적용할 수 있다.

본 발명의 복합기판을 사용하여 박막EL소자를 얻기 위해서는 절연층(유전체층) 위에 발광층, 다른 절연층, 다른 전극층 순으로 형성할 수 있다.

발광층 재료로는 예를 들어 월간디스플레이 1998년 4월호 "최근의 디스플레이의 기술동향", 다나카쇼사쿠, p1∼p10에 기재되어 있는 바와 같은 재료를 들 수 있다. 구체적으로는 적색발광을 얻을 수 있는 재료로서 ZnS, Mn/CdSSe 등, 녹색발광을 얻을 수 있는 재료로 ZnS:TbOF, ZnS:Tb 등, 청색발광을 얻을 수 있는 재료로 SrS:Ce, (SrS:Ce/ZnS)n, Ca₂Ga₂S₄:Ce, Sr₂Ga₂S₄:Ce 등을 들 수 있다.

또 백색발광을 얻을 수 있는 것으로 SrS:Ce/ZnS:Mn 등이 알려져 있다.

이들중에서도 상기 IDW(International Display Workshop) 1997년 X. Wu "Multicolor Thin-Film Ceramic Hybrid EL Display" p593∼p596에서 검토되어 있는 SrS:Ce의 청색발광층을 갖는 EL소자에 본 발명을 적용함으로써 특히 바람직한 결과를 얻을 수 있다.

발광층의 막두께는 특별히 제한되지 않지만, 너무 두꺼우면 구동전압이 상승하고, 너무 얇으면 발광효율이 저하된다. 구체적으로는 형광재료에 의하지만 바람직하게는 100∼1000nm, 특히 150∼500nm이다.

발광층의 형성방법은 기상퇴적법을 이용할 수 있다. 기상퇴적법으로는 스퍼터법이나 증착법 등의 물리적 기상퇴적법과, CVD법 등의 화학적 기상퇴적법을 들 수 있다. 이들중에서도 CVD법 등의 화학적 기상퇴적법이 바람직하다.

또 상기 IDW에 기재되어 있는 바와 같이, SrS:Ce의 발광층을 형성하는 경우에는 H₂S 분위기하에 이렉트론빔 증착법에 의해 형성하면 고순도의 발광층을 얻을수 있다.

발광층을 형성한 후, 바람직하게는 가열처리를 한다. 가열처리는 기판측으로부터 전극층, 절연층, 발광층을 적층한 후에 행하거나, 기판측으로부터 전극층, 절연층, 발광층, 다른 절연층, 및 경우에 따라 여기에 다른 전극층을 형성한 후에 캡어니일링할 수도 있다. 통상적으로 캡어니일링법을 사용하는 것이 바람직하다. 열처리온도는 바람직하게는 600℃∼기판의 소결온도, 보다 바람직하게는 600∼1300℃, 특히 800∼1200℃, 처리시간은 10∼600분, 30∼180분 정도이다. 어니일링처리시의 분위기는 N₂, Ar, He, 또는 N₂중에 O₂가 0.1% 이하인 분위기가 바람직하다.

발광층 위에 형성된 절연층은 그 저항율이 10⁸Ωcm 이상, 바람직하게는 10¹⁰∼10¹⁸Ωcm이다. 또 비교적 높은 유전율을 갖는 물질인 것이 바람직하다. 그 유전율 ε은 3∼1000 정도가 바람직하다.

이 절연층의 구성재료는, 예를 들어 산화실리콘(SiO₂), 질화실리콘(SiN), 산화탄탈(Ta₂O₅), 티탄산스트론튬(SrTiO₃), 산화이트륨(Y₂O₃), 티탄산바륨(BaTiO₃), 티탄산납(PbTiO₃), 지르코늄(ZrO₂), 실리콘옥시나이트라이드(SiON), 알루미나(Al₂O₃), 니오브산납(PbNb₂O₆) 등을 들 수 있다.

이들 재료로 절연층을 형성하는 방법은 상기 발광층과 같다. 이 경우의 절연층 두께는 바람직하게는 50∼1000nm, 특히 100∼500nm이다.

이어서, 본 발명의 복합기판, 박막EL소자의 제조공정에 대해 도면을 참조하면서 설명한다.

우선, 도 1에 도시된 바와 같이, 표면이 평활한 필름시이트(11)를 준비하고, 그 위에 절연층(유전체층) 그린시이트를 적층하여 절연층(유전체층) 전구체(3)를 형성한다.

이어서, 도 2에 도시된 바와 같이, 전극층용 페이스트(전극층 전구체: 2)를 소정의 패턴으로 인쇄한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 기판용 그린시이트(1)를 필요한 두께만큼 적층하여 기판전구체로 하고, 복합기판 전구체를 얻는다.

그 후, 도 4에 도시된 바와 같이, 얻어진 복합기판 전구체로부터 필름시이트(11)를 박리하고, 필요에 따라 복합기판 전구체를 뒤집어 탈바인더한 후 소성한다. 탈바인더 및 소성 조건은 상기와 같고, 그 후에 어니일링을 행할 수도 있다.

또는 셀룰로오스를 함유하는 시이트, 예를 들어 종이를 사용하는 경우 시이트와 함께 소성할 수도 있다.

소성후, 복합기판이 얻어진다. 또 박막EL소자는 이하와 같이 형성할 수 있다.

우선, 도 5에 도시된 바와 같이, 복합기판 위에 발광층(4)을 형성한다. 발광층(4)은 상술한 바와 같이, 이렉트론빔 증착법 등으로 형성할 수 있다.

그리고, 도 6에 도시된 바와 같이, 이 발광층(4) 위에 상부 절연층(5)을 형성한다. 그리고 필요에 따라 절연층(5)이 형성된 기판(1)을 가열처리한다. 이 가열처리는 발광층(4)을 형성한 후 행하거나, 상부 절연층(5) 위에 다시 상부 전극층(6)을 형성한 후에 행할 수도 있다.

이어서, 도 7에 도시된 바와 같이, 상부 절연층(5) 위에 상부 전극층(6)을 형성한다. 이 상부 전극층(6)은 가열처리를 한 후에 형성한 경우, 내열성 재료에 한정되지 않으며, 빛 방출을 위한 최적의 투명도전막 등을 사용할 수 있다. 또 필요에 따라 금속막의 두께를 조정하여 빛투과율을 높여 전극층으로 해도 된다.

또한 상기 예에서는 단일 발광층만의 경우를 예시하여 설명하였지만, 본 발명의 박막EL소자는 이와 같은 구성에 한정되는 것은 아니며, 두께방향으로 발광층을 복수개 적층할 수도 있고, 매트릭스상에 각각 다른 종류의 발광층(화소)을 조립하여 평면에 배치한 구성으로도 할 수 있다.

본 발명의 박막EL소자는 소성으로 얻어지는 기판재료를 사용함으로써 높은 휘도의 청색발광이 가능한 발광층이 용이하게 얻어지며, 발광층이 적층된 절연층 표면이 평활하기 때문에 고성능, 고정밀한 칼라디스플레이를 구성할 수도 있다. 또 비교적 제조공정이 용이하고, 제조단가를 줄일 수 있다. 그리고 효율이 높고 휘도가 높은 청색발광이 얻어지기 때문에 칼라필터와 조합하여 백색발광 소자를 형성할 수도 있다.

칼라필터막에는 액정디스플레이 등에 사용되고 있는 칼라필터를 사용하는 것이 좋지만, EL소자의 발광 빛에 따라 칼라필터의 특성을 조정하고, 방출효과 및 색순도를 최적화할 수 있다.

또 EL소자 재료나 형광변환층이 빛을 흡수하도록 단파장의 외광을 차단할 수있는 칼라필터를 사용하면 소자의 내광성과 표시의 콘트라스트도 향상된다.

또 유전체 다층막과 같은 광학박막을 사용하여 칼라필터 대신에 사용할 수도 있다.

형광변환 필터막은 EL소자에서 발광하는 빛을 흡수하여 형광변환막의 형광체로부터 빛을 방출시킴으로써 발광색을 색변환하는 데 사용되는 것으로, 바인더, 형광재료, 광흡수재료로 형성되어 있다.

형광재료는 기본적으로 형광양자 수율이 높은 것을 사용하면 좋고, EL발광 파장영역에 흡수가 강한 것이 바람직하다. 실제로는 레이저 색소 등이 적합하고, 로다민계화합물, 페릴렌계화합물, 시아닌계화합물, 프탈로시아닌계화합물(서브프탈로시아닌 등도 포함), 나프탈로이미드계화합물, 축합환 탄화수소계화합물, 축합복소환계화합물, 스티릴계화합물, 쿠마린계화합물 등을 사용할 수 있다.

바인더는 기본적으로 형광을 소광하지 않는 재료를 선택하면 되고, 포토리소그라피 또는 인쇄 등으로 미세한 패터닝이 나올 있는 것이 바람직하다.

광흡수재료는, 형광재료의 광흡수가 충분하지 않는 경우에 사용하지만, 필요없는 경우는 사용하지 않아도 된다. 또 광흡수재료는 형광성 재료의 형광을 소광하지 않도록 재료를 선택하면 된다.

본 발명의 박막EL소자는 통상적으로 펄스구동 또는 교류구동되고, 그 인가전압은 50∼300V이다.

또한 상기 예에서는 복합기판의 응용예로서 박막EL소자에 대해 기재되어 있지만, 본 발명의 복합기판은 이와 같은 용도에 한정되는 것은 아니며, 여러 가지전자재료 등에 적용할 수 있다. 예를 들어 박막/두꺼운 막 하이브리드 고주파용 코일소자 등에 응용할 수 있다.

이하, 본 발명의실시예를 든다. 이하의 실시예에서 사용된 EL구조체는 복합기판의 절연층 표면에 박막법으로 발광층, 상부 절연층, 상부 전극을 순서대로 적층한 구조이다.

(실시예 1)

유전체층 전구체를 제작하기 위해 티탄산바륨 분말에 바인더(아크릴수지)와 용매(터피네올)를 혼합하여 유전체페이스트를 제작하였다. 이 페이스트를 사용하여 닥터블레이드법으로 유전체층 그린시이트를 표면이 평활한 PET필름 위에 형성하였다. 소정의 두께를 얻기 위해 이 그린시이트를 여러개 적층하였다.

그리고, 그린시이트 위에, Pd분말에 바인더(에틸셀룰로오스)나 용매(터피네올)를 혼합하여 제작한 전극층용 페이스트를 스트라이프 상으로 인쇄하였다. 기판용 전구체는 알루미나 분말에 바인더를 혼합하여 제작한 페이스트를 사용하여 기판용 그린 시이트를 제작하고, 이것을 적층하여 얻었다. 또 유전체 페이스트와 동일한 조성의 페이스트를 사용한 기판용 전구체도 별도로 제작하였다. 복합기판그린은 전극층이 인쇄된 유전체층 전구체 위에 기판용 전구체를 적층하여 제작하였다. 제작한 복합기판그린은 대기중 260℃에서 8시간 동안 탈바인더 처리하고, 그 후 대기중 1340℃에서 2시간 동안 소성하였다. 제작한 복합기판의 유전체층의 두께는 약 30㎛, 기판 두께는 1.5mm이었다.

EL소자는 복합기판을 250℃로 가열한 상태에서 Mn을 도프한 ZnS 타겟을 사용하여 ZnS 형광체 박막을 두께 0.7㎛가 되도록 스퍼터법으로 형성한 후, 진공중 600℃에서 10분 동안 열처리하였다. 다음에 제2 절연층으로 Si₃N₄박막과 제2 전극으로 ITO 박막을 스퍼터법으로 순서대로 형성함으로써 전계발광소자로 하였다.

발광특성은 얻어진 소자구조의 인쇄소성전극, ITO 투명전극으로부터 전극을 인출하고, 펄스폭 1kHz, 전기장 50㎲를 인가하여 측정하였다. 유전체층의 전기특성을 측정하기 위해 상기의 복합기판의 유전체층 위에 상기 전극의 패턴에 직교하도록 스트라이프 상의 전극패턴을 인쇄건조하고, 소성한 샘플을 별도로 제작하였다.

이상과 같이 제작한 복합기판 위에 유전체층의 전기특성과 이들의 복합기판을 사용하여 제작한 전계발광소자의 발광특성을 표 1에 나타낸다.

(실시예 2)

실시예 1의 유전체 전구체를 제작한 후에, 바인더와 혼합하기 전에 BaTiO₃에 MnO, NgO, V₂O₅를 소정량 첨가하여 물에서 혼합한 것 외에는 실시예 1과 동일하게 하여 복합기판, 및 이들을 사용하여 제작한 전계발광소자를 얻었다. 발광특성을 표 1에 나타낸다.

(실시예 3)

실시예 2의 유전체에 Y₂O₃를 첨가한 것 외에는 실시예 1과 동일하게 하여 복합기판, 및 이것을 사용하여 제작한 전계발광소자를 얻었다. 발광특성을 표 1에 나타낸다.

(실시예 4)

실시예 3의 유전체에 (Ba 0.5, Ca 0.5)SiO₃를 첨가한 것 외에는 실시예 1과 동일하게 하여 복합기판, 및 이것을 사용하여 제작한 전계발광소자를 얻었다. 발광특성을 표 1에 나타낸다.

(실시예 5)

실시예 3의 유전체에 (Ba 0.4, Ca 0.6)SiO₃를 첨가한 것 외에는 실시예 1과 동일하게 하여 복합기판, 및 이것을 사용하여 제작한 전계발광소자를 얻었다. 발광특성을 표 1에 나타낸다.

(실시예 6)

실시예 4의 유전체, 기판 전구체를 사용하여 Pd분말 대신에 Ni 분말을 사용하여 전극층용 페이스트를 제작하였다. 소성은 N₂에 H₂5%, 및 35℃에서의 수증기압에 의해 얻어지는 H₂O 가스를 혼합한 분위기중에서 행하였다. 산소분압은 10^-8기압이었다. 소성후, N₂에 35℃에서의 수증기압으로 얻어지는 H₂O 가스를 혼합한 분위기중에서 1050℃에서 3시간 동안 재산화처리를 하였다. 재산화처리의 산소분압은 소성시와 같은 10^-8기압이었다. 그 외에는 실시예 1과 동일하게 하여 복합기판, 및 이것을 사용하여 제작한 전계발광소자를 얻었다. 발광특성을 표 1에 나타낸다.

(실시예 7)

실시예 4의 유전체 전구체 및 전극층용 페이스트를 사용하여 유전체 전구체페이스트와 동일한 조성의 페이스트를 사용한 기판 전구체를 제작한 것 외에는 실시예 1과 동일하게 하여 복합기판, 및 이것을 사용하여 제작한 전계발광소자를 얻었다. 발광특성을 표 1에 나타낸다.

	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5	실시예 6	비교예 1	비교예 2
기판재료	Al₂O₃	Al₂O₃	Al₂O₃	Al₂O₃	Al₂O₃	유전체층과 동일	청색판 유리	청색판 유리
하부전극	Pd	Pd	Pd	Pd	Ni	Pd	Al	Al
유전체층	BaTiO₃두꺼운막	BaTiO₃두꺼운막	BaTiO₃두꺼운막	BaTiO₃두꺼운막	BaTiO₃두꺼운막	BaTiO₃두꺼운막	Y₂O₃박막	Si₃N₄박막
첨가물	없음	MnO,MgO,V₂O₅	실시예 2에 Y₂O₃추가	실시예 3에 (Ba,Ca) SiO₃추가	실시예 4와 동일	실시예 4와 동일	-	-
소성조건	1340℃ 대기중	1340℃ 대기중	1340℃ 대기중	1340℃ 대기중	1340℃ 환원분위기중	1340℃ 대기중	-	-
유전체층 두께(㎛)	30	25	29	31	32	28	0.6	0.6
비유전율	2420	2310	2050	2260	2320	2670	12	8
tanδ(%)	3.1	1.4	1.5	1.2	1.3	0.8	1.1	1.0
절연내압(V/㎛)	15	30	40	45	50	65	370	720
형광층의 열처리온도(℃)	600	600	600	600	600	600	-	-
발광개시전압(V)	105	145	140	120	135	130	186	192
210V인가시의 발광휘도	1030	1050	1300	1250	1350	1470	150	60

이상과 같이 본 발명에 의하면 전극층의 영향에 의해 절연층 표면에 요철이 생기지 않고, 연마공정이나 졸겔공정이 불필요하여 간단하게 제조할 수 있고, 박막발광소자에 응용한 경우에 높은 표시품질이 얻어지는 복합기판, 이것을 이용한 박막EL소자, 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.

Claims

기판과, 이 기판내부에 매립되고 이 기판면과 동일면에 위치하도록 형성된 전극층과, 상기 기판과 전극층과의 복합표면위에 형성되어 있는 절연층을 갖고, 상기 절연층은 시이트법, 또는 인쇄법을 이용하여 적층한 것을 소결하여 얻은 두꺼운 막이며, 상기 절연층의 주성분은 티탄산 바륨이고, 부성분으로 산화마그네슘, 산화망간, 산화텅스텐, 산화칼슘, 산화지르코늄, 산화니오브, 산화코발트, 산화이트륨 및 산화바륨으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는 복합기판.
삭제
삭제
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제1항에 있어서, 상기 절연층은 부성분으로 SiO₂, MO (다만, M은 Mg, Ca, Sr 및 Ba로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 원소), Li₂O, B₂O₃로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종을 함유하는 복합기판.
제1항에 있어서, 상기 절연층은 주성분으로 티탄산바륨, 부성분으로 산화마그네슘, 산화망간, 산화이트륨, 산화바륨 및 산화칼슘으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종과, 산화규소를 함유하며, 티탄산바륨을 BaTiO₃로, 산화마그네슘을 MgO로, 산화망간을 MnO로, 산화이트륨을 Y₂O₃로, 산화바륨을 BaO로, 산화칼슘을 CaO로, 산화규소를 SiO₂로 각각 환산할 때 BaTiO₃100몰에 대한 비율이 MgO: 0.1∼3몰, MnO: 0.05∼1.0몰, Y₂O₃: 1몰 이하, BaO+CaO: 2∼12몰, SiO₂: 2∼12몰인 복합기판.
제6항에 있어서, BaTiO₃, MgO, MnO 및 Y₂O₃의 합계에 대한 BaO, CaO 및 SiO₂가 (Ba_xCa_1-xO)_y·SiO₂(다만, 0.3 ≤x ≤0.7, 0.95 ≤y ≤1.05이다.)로 1∼10중량% 함유되는 복합기판.
제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 시이트법, 또는 인쇄법을 이용하여 적층한 것을 소결하여 얻은 두꺼운 막인 복합기판.
제 8항에 있어서, 상기 절연층 위에 기능성 막을 형성하고, 이 기능성 막을 600℃∼기판의 소결온도 이하로 가열처리하여 얻어지는 복합기판.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 복합기판과, 이 복합기판 위에 발광층, 다른 절연층, 및 다른 전극층을 순서대로 형성한 박막EL소자.
제10항에 있어서, 상기 전극층은 Ag, Au, Pd, Pt, Cu, Ni, W, Mo, Fe 및 Co로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상이거나, 또는 Ag-Pd, Ni-Mn, Ni-Cr, Ni-Co 및 Ni-Al 합금 중 어느 것을 함유하는 박막EL소자.
표면이 평탄한 필름시이트 위에 두꺼운 막 제조법으로 제1 절연층 전구체를 형성하는 단계; 그 위에 패턴화된 제1 전극층 전구체를 형성하는 단계; 다시 그 위에 기판 전구체를 형성한 후, 상기 기판위에 제1 전극층과 제1 절연층이 적층된 복합기판을 얻는 단계; 및 다시 상기 제1 절연층 위에 발광층, 제2 절연층 및 제2 전극층을 순서대로 적층하여 박막EL소자를 얻는 단계를 포함하는 박막EL소자의 제조방법.
제12항에 있어서, 상기 제2 절연층, 또는 제2 전극층을 형성한 후, 600℃∼기판의 소결온도 이하로 가열처리하는 박막EL소자의 제조방법.
제12항에 있어서, 상기 기판 전구체는 알루미나(Al₂O₃), 석영유리(SiO₂), 마그네시아(MgO), 스테아타이트(MgO·SiO₂), 포오스테라이트(2MgO·SiO₂), 멀라이트(3Al₂O₃·2SiO₂), 베릴리아(BeO), 지르콘, Ba계, Sr계, 및 Pb계 퍼로브스카이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는 기판 그린시이트인 박막EL소자의 제조방법.
제12항에 있어서, 상기 기판 전구체의 주성분의 조성은 상기 절연층의 주성분의 조성과 동일한 박막EL소자의 제조방법.
제12항에 있어서, 상기 전극 전구체는 Ag, Au, Pd, Pt, Cu, Ni, W, Mo, Fe 및 Co로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상이거나, 또는 Ag-Pd, Ni-Mn, Ni-Cr, Ni-Co 및 Ni-Al 합금 중 어느 것을 함유하는 박막EL소자의 제조방법.
제12항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 소성온도는 1100∼1400℃인 박막EL소자의 제조방법.
제 1항에 있어서, 절연체층을 구성하는 절연체 재료는 산화티탄계 복합산화물, 티탄산염계 복합산화물 및 이들 혼합물 중에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합기판.