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KR101641713B1 - 유기 발광 표시 장치 - Google Patents

유기 발광 표시 장치 Download PDF

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KR101641713B1
KR101641713B1 KR1020090074901A KR20090074901A KR101641713B1 KR 101641713 B1 KR101641713 B1 KR 101641713B1 KR 1020090074901 A KR1020090074901 A KR 1020090074901A KR 20090074901 A KR20090074901 A KR 20090074901A KR 101641713 B1 KR101641713 B1 KR 101641713B1
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liquid crystal
film
polarized light
linearly polarized
light emitting
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김은아
곽노민
정철우
전희철
이주화
김재용
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명은 유기 발광 표시 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치는 기판 본체와, 상기 기판 본체 상에 차례로 적층 형성된 제1 전극, 유기 발광층, 및 제2 전극을 포함하는 유기 발광 소자와, 상기 유기 발광 소자 상에 형성된 선택적 반사막와, 상기 선택적 반사막 상에 배치된 위상 지연 필름과, 상기 위상 지연 필름 상에 형성된 제1 선편광 필름과, 상기 제1 선편광 필름 상에 형성된 트위스티드 네마틱(twisted nematic, TN) 액정층과, 상기 트위스티드 네마틱 액정층 상에 형성된 액정 구동 전극, 그리고 상기 액정 구동 전극 상에 형성된 제2 선편광 필름을 포함한다.
트위스티드 네마틱 액정층, 콜레스테릭 액정막, 유기 발광 표시 장치

Description

유기 발광 표시 장치 {ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE DISPLAY}
본 발명은 유기 발광 표시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 표시 특성을 향상시킨 유기 발광 표시 장치에 관한 것이다.
유기 발광 표시 장치(organic light emitting diode display)는 빛을 방출하는 유기 발광 소자(organic light emitting diode)를 가지고 화상을 표시하는 자발광형 표시 장치이다. 유기 발광 표시 장치는 액정 표시 장치(liquid crystal display)와 달리 별도의 광원을 필요로 하지 않으므로 상대적으로 두께와 무게를 줄일 수 있다. 또한, 유기 발광 표시 장치는 낮은 소비 전력, 높은 휘도 및 높은 반응 속도 등의 고품위 특성을 나타내므로 휴대용 전자 기기의 차세대 표시 장치로 주목받고 있다.
일반적으로 유기 발광 표시 장치가 갖는 유기 발광 소자의 전극들 중 하나 이상의 전극과 그 밖에 여러 금속 배선들은 외부에서 유입된 빛을 반사한다. 따라서 유기 발광 표시 장치가 밝은 곳에서 사용될 때 외광 반사로 인해 검은색의 표현 및 콘트라스트가 불량해지는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 편광판 및 위상 지연판을 유기 발광 소자 상에 배치하여 외광 반사를 억제하는 구성이 있다. 그러나 편광판 및 위상 지연판을 통해 외광 반사를 억제하는 종래의 방법은 유기 발광층에서 발생된 빛도 편광판 및 위상 지연판을 거쳐 외부로 방출될 때 상당 부분 함께 손실되는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 배경기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 외광 반사를 억제하여 시인성을 향상시키면서도 유기 발광 소자에서 외부로 방출되는 빛의 손실은 최소화한 유기 발광 표시 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치는 기판 본체와, 상기 기판 본체 상에 차례로 적층 형성된 제1 전극, 유기 발광층, 및 제2 전극을 포함하는 유기 발광 소자와, 상기 유기 발광 소자 상에 형성된 선택적 반사막와, 상기 선택적 반사막 상에 배치된 위상 지연 필름과, 상기 위상 지연 필름 상에 형성된 제1 선편광 필름과, 상기 제1 선편광 필름 상에 형성된 트위스티드 네마틱(twisted nematic, TN) 액정층과, 상기 트위스티드 네마틱 액정층 상에 형성된 액정 구동 전극, 그리고 상기 액정 구동 전극 상에 형성된 제2 선편광 필름을 포함한다.
상기 유기 발광 소자가 빛을 방출할 때에는 상기 유기 발광 소자의 제2 전극과 상기 액정 구동 전극 사이에 전계가 인가되고, 상기 유기 발광 소자가 빛을 방출하지 않을 때에는 상기 유기 발광 소자의 제2 전극과 상기 액정 구동 전극 사이에 전계가 인가되지 않을 수 있다.
상기 유기 발광 소자의 제2 전극과 상기 액정 구동 전극 사이에 전계가 인가된 상태에서는 상기 트위스티드 네마틱 액정층 내의 액정 분자들이 상기 액정 구동 전극과 교차하는 방향으로 수직 배열될 수 있다.
상기 제2 선편광 필름을 통과한 선편광된 빛은 상기 트위스티드 네마틱 액정층 및 상기 제1 선편광 필름을 그대로 통과할 수 있다.
상기 제1 선편광 필름을 통과한 선편광된 빛은 상기 트위스티드 네마틱 액정층 및 상기 제2 선편광 필름을 그대로 통과할 수 있다.
상기 유기 발광 소자의 제2 전극과 상기 액정 구동 전극 사이에 전계가 인가되지 않은 상태에서는 상기 트위스티드 네마틱 액정층 내의 액정 분자들이 상기 액정 구동 전극과 평행한 방향으로 수평 배열될 수 있다.
상기 수평 배열된 액정 분자들 중 상기 액정 구동 전극과 인접한 액정 분자들과 상기 제1 선편광 필름과 인접한 액정 분자들은 90도의 각도로 비틀리게 배열될 수 있다.
상기 수평 배열된 액정 분자들 중 상기 액정 구동 전극과 인접한 액정 분자들의 배열 방향은 상기 제2 선편광 필름의 편광축 방향과 일치할 수 있다.
상기 수평 배열된 액정 분자들 중 상기 제1 선편광 필름과 인접한 액정 분자들의 배열 방향은 상기 제1 선편광 필름의 편광축 방향과 90도의 교각(交角)을 이룰 수 있다.
상기 트위스티드 네마틱 액정층을 통과한 빛의 축방향은 상기 제1 선편광 필름의 편광축 방향과 교차할 수 있다.
상기한 유기 발광 표시 장치에 있어서, 상기 제1 선편광 필름의 편광축 방향과 상기 제2 선편광 필름의 편광축 방향은 일치할 수 있다.
상기 선택적 반사막은 콜레스테릭 액정(cholesteric liquid crystal, CLC)막일 수 있다.
상기 선택적 반사막은 좌원편광된 빛과 우원편광된 빛 중 어느 하나는 통과시키고 다른 하나는 반사시킬 수 있다.
상기 제1 선편광 필름을 통과한 선편광된 빛은 상기 위상 지연 필름을 통과하면 원편광으로 변할 수 있다.
상기 위상 지연 필름을 통과하여 원편광된 빛은 상기 선택적 반사막을 그대로 통과할 수 있다.
상기 위상 지연 필름은 1/4 파장 필름이며, 상기 위상 지연 필름의 광축과 상기 제1 선편광 필름의 편광축 간의 교각(交角)은 45도일 수 있다.
상기 선택적 반사막을 통과한 원편광된 빛이 상기 위상 지연 필름을 통과하면 상기 제1 선편광 필름의 편광축 방향과 동일한 방향으로 선편광될 수 있다.
상기 유기 발광 소자는 상기 트위스티드 네마틱 액정층 방향으로 빛을 방출할 수 있다.
본 발명에 따르면, 유기 발광 표시 장치는 외광 반사를 억제하여 시인성을 향상시키면서도 유기 발광 소자에서 외부로 방출되는 빛의 손실은 최소화할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치(101)는 유기 발광 소자(70)를 포함하는 표시 기판(110)과, 유기 발광 소자(70) 상에 차례로 적층된 선택적 반사막(580), 위상 지연 필름(570), 제1 선편광 필름(560), 트위스티드 네마틱(twisted nematic, TN) 액정층(550), 액정 구동 전 극(230), 및 제2 선편광 필름(510)을 포함한다.
또한, 유기 발광 표시 장치(101)는 트위스티드 네마틱 액정층(550) 상의 어느 일 영역에 배치되어 표시 기판(110)과 합착 밀봉된 봉지 기판(210)을 더 포함한다. 즉, 유기 발광 소자(70), 선택적 반사막(580), 위상 지연 필름(570), 제1 선편광 필름(560), 및 트위스티드 네마틱 액정층(550)은 표시 기판(110)과 봉지 기판(210) 사이의 밀봉된 공간 내부에 배치된다. 그리고 액정 구동 전극(230) 및 제2 선편광 필름(510)은 표시 기판(110)과 봉지 기판(210) 사이의 밀봉된 공간 내부에 배치될 수도 있고, 봉지 기판(210) 바깥쪽에 배치될 수도 있다. 도 1에서는 제2 선편광 필름(510)만 밀봉된 공간 외부, 즉 봉지 기판(210) 바깥쪽에 배치된 것으로 나타내었으나, 본 발명의 일 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 유기 발광 표시 장치(101)는 표시 기판(110)과 봉지 기판(210)의 가장자리를 따라 표시 기판(110)과 봉지 기판(210) 사이에 배치되어 표시 기판(110)과 봉지 기판(210)을 서로 합착 밀봉시키는 실런트(350)를 더 포함한다.
표시 기판(110)은 유기 발광 소자(70) 이외에 기판 본체(111) 및 구동 회로부(DC)를 더 포함한다.
기판 본체(111)는 유리, 석영, 세라믹, 및 플라스틱 등으로 이루어진 절연성 기판으로 형성될 수 있다. 그러나 본 발명의 일 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 기판 본체(111)가 스테인리스 강 등으로 이루어진 금속성 기판으로 형성될 수도 있다.
구동 회로부(DC)는 기판 본체(111) 상에 형성된다. 구동 회로부(DC)는 박막 트랜지스터(10, 20)(도 2에 도시)를 포함하며, 유기 발광 소자(70)를 구동한다. 즉, 유기 발광 소자(70)는 구동 회로부(DC)로부터 전달받은 구동 신호에 따라 빛을 방출하여 화상을 표시한다.
구동 회로부(DC) 및 유기 발광 소자(70)의 구체적인 구조는 도 2 및 도 3에 나타나 있으나, 본 발명의 일 실시예가 도 2 및 도 3에 도시된 구조에 한정되는 것은 아니다. 구동 회로부(DC) 및 유기 발광 소자(70)는 해당 기술 분야의 종사자가 용이하게 변형 실시할 수 있는 범위 내에서 다양한 구조로 형성될 수 있다.
한편, 유기 발광 소자(70)는 트위스티드 네마틱 액정층(550) 방향으로 빛을 방출한다. 즉, 본 발명의 일 실시예에서, 유기 발광 표시 장치(101)는 전면 발광형의 구조를 갖는다.
또한, 표시 기판(110)은 화소 정의막(190)을 더 포함한다. 화소 정의막(190)은 유기 발광 소자(70)의 제1 전극(710)을 드러내는 개구부를 갖는다.
유기 발광 소자(70) 위에는 선택적 반사막(580)이 위치한다. 선택적 반사막(580)으로는 콜레스테릭 액정(cholesteric liquid crystal, CLC)막이 사용된다. 이하, 명세서에서 선택적 반사막은 콜레스테릭 액정막(580)이라 한다.
콜레스테릭 액정은 스메틱(smectic) 액정과 같이 층상 구조를 형성하지만 장축의 분자는 면 내에서 네마틱(nematic) 액정과 유사한 평형 배열을 하고 있다. 구체적으로, 하나의 평면 내에서는 가늘고 긴 분자가 장축(長軸)의 방향으로 가지런히 배열하여 있고, 그 면에 수직인 방향으로 진행함에 따라 분자 축의 배열 방위가 약간씩 벗어나 있는 구조, 즉 분자가 배열한 방향이 나선(helical) 모양을 선회 하는 듯한 구조를 갖는다. 따라서, 액정 전체로서는 나선 구조를 하고 있다. 이에, 콜레스테릭 액정은 선광성(旋光性), 선택 광 산랑, 원편광 2색성 등의 특성을 갖는다.
따라서 콜리스테릭 액정막(580)은 원편광을 선택적으로 투과 또는 반사시킬 수 있다. 즉, 콜레스테릭 액정막(580)은 좌원편광된 빛과 우원편광된 빛 중 어느 하나는 통과시키고 다른 하나는 반사시킨다. 본 발명의 일 실시예에서, 콜레스테릭 액정막(580)은 우원편광된 빛은 투과시키고 좌원편광된 빛은 반사시키도록 형성된다. 하지만, 본 발명의 일 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
콜레스테릭 액정막(580) 위에는 위상 지연 필름(570)이 위치한다. 위상 지연 필름(570)으로는 1/4 파장판이 사용된다. 위상 지연 필름(570)은 후술할 제1 선편광 필름(560)의 편광축에서 대략 45도 틀어진 광축을 갖는다. 즉, 위상 지연 필름(570)의 광축 방향과 제1 선편광 필름(560)의 편광축 방향 간의 교각(交角)은 대략 45도가 된다.
따라서, 제1 선편광 필름(560)을 통과한 선편광된 빛은 위상 지연 필름(570)을 통과하면서 원편광된다. 위상 지연 필름(570)의 광축 방향과 제1 선편광 필름(560)의 편광축 방향 간의 교각이 45도에 가까울수록 제1 선편광 필름(560)을 통과한 선편광된 빛은 위상 지연 필름(570)을 통과하면서 원편광에 가까워진다.
또한, 위상 지연 필름(570)을 통과한 원편광된 빛은 콜레스테릭 액정막(580)을 그대로 통과한다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에서, 제1 선편광 필름(560)을 통과한 선편광된 빛은 위상 지연 필름(570)을 통과하면서 우원편광되며, 이 우원편광된 빛은 콜레스테릭 액정막(580)을 그대로 통과한다.
반대로, 콜레스테릭 액정막(580)을 통과한 원편광된 빛이 위상 지연 필름(570)을 통과하여 선편광되면, 제1 선편광 필름(560)을 그대로 통과할 수 있다.
또한, 위상 지연 필름(570)으로는 해당 기술 분야의 종사자에게 공지된 다양한 종류의 위상 지연 필름들이 사용될 수 있다.
위상 지연 필름(570) 위에는 제1 선편광 필름(560)이 위치한다. 제1 선편광 필름(560)은 기설정된 편광축을 갖는다. 제1 선편광 필름(560)은 편광축 방향과 일치하는 빛은 통과시키고, 편광축 방향과 일치하지 않는 빛은 흡수한다. 즉, 제1 선편광 필름(560)을 통과하는 빛은 제1 선편광 필름(560)의 편광축 방향과 동일한 방향으로 선편광된다.
제1 선편광 필름(560)의 편광축은 콜레스테릭 액정막(580)을 통과하여 원편광된 후 다시 위상 지연 필름(570)을 통과하여 선편광된 빛의 선편광 방향과 동일한 방향으로 형성된다. 따라서, 콜레스테릭 액정막(580)을 통과한 빛은 위상 지연 필름(570)을 거쳐 실질적인 손실없이 그대로 제1 선평관 필름(560)을 통과할 수 있다.
또한, 제1 선편광 필름(560)의 편광축 방향과 후술할 제2 선편광 필름(510)의 편광축 방향은 서로 일치하도록 배열된다.
또한, 제1 선편광 필름(560) 및 제2 선편광 필름(510)으로는 해당 기술 분야의 종사자에게 공지된 다양한 종류의 편광 필름들이 사용될 수 있다.
제1 선편광 필름(560) 위에는 트위스티드 네마틱 액정층(550)이 위치한다. 트위스티드 네마틱 액정층(550)은 TN형 액정 분자들(555) 포함한다. TN형 액정 분자들(555)로는 해당 기술 분야의 종사자에게 공지된 다양한 액정 분자들이 사용될 수 있다.
트위스티드 네마틱 액정층(550)은 유기 발광 소자(70)의 제2 전극(730)(도 3에 도시)와 후술할 액정 구동 전극(230) 사이에 배치된다.
유기 발광 소자(70)의 제2 전극(730)과 액정 구동 전극(230) 사이에 전계가 인가되면, 트위스티드 네마틱 액정층(550) 내의 액정 분자들(555)이 액정 구동 전극(230)과 교차하는 방향(z축 방향)으로 수직 배열된다.
따라서, 유기 발광 소자(70)의 제2 전극(730)과 액정 구동 전극(230) 사이에 전계가 인가된 상태에서는 제1 선편광 필름(560)과 제2 선편광 필름(510) 사이에서 제1 선편광 필름(560)과 제2 선편광 필름(510)의 편광축 방향과 동일한 방향으로 선편광된 빛은 자유롭게 통과할 수 있다. 즉, 유기 발광 소자(70)의 제2 전극(730)과 액정 구동 전극(230) 사이에 전계가 인가된 상태에서, 제1 선편광 필름(560)을 통과한 선편광된 빛은 트위스티드 네마틱 액정층(550) 및 제2 선편광 필름(510)을 그대로 통과할 수 있다. 또한, 반대로 제2 선편광 필름(510)을 통과한 선편광된 빛은 트위스티드 네마틱 액정층(550) 및 제1 선편광 필름(560)을 그대로 통과할 수 있다.
반면, 유기 발광 소자(70)의 제2 전극(730)과 액정 구동 전극(230) 사이에 전계가 인가되지 않으면, 트위스티드 네마틱 액정층(550) 내의 액정 분자들(55)이 액정 구동 전극(230)과 평행한 방향(x축 방향, y축 방향)으로 수평 배열된다. 이 때, 수평 배열된 액정 분자들(55) 중, 액정 구동 전극(230)과 상대적으로 가까이 위치하는 액정 분자들(555)의 배열 방향(x축 방향)과 제1 선편광 필름(560)과 상대적으로 가까이 위치하는 액정 분자들(555)의 배열 방향(y축 방향)은 서로 교차하는 방향으로 비틀린다. 이때, 비틀리는 각도는 대락 90도이다. 즉, 액정 구동 전극(230)과 인접한 액정 분자들(555)과 제1 선편광 필름(560)과 인접한 액정 분자들(555)은 90도의 교각을 갖도록 비틀리게 배열된다.
구체적으로, 유기 발광 소자(70)의 제2 전극(730)과 액정 구동 전극(230) 사이에 전계가 인가되지 않은 상태에서, 액정 구동 전극(230)과 인접한 트위스티드 네마틱 액정층(550)의 액정 분자들(555)은 제2 선편광 필름(510)의 편광축 방향(x축 방향)과 일치하는 방향으로 배열된다. 그리고 제1 선편광 필름(560)과 인접한 트위스티드 네마틱 액정층(550)의 액정 분자들(555)은 제1 선편광 필름(560)의 편광축 방향과 90도의 교각을 이루는 방향(y축 방향)으로 배열된다. 이때, x축 방향과 y축 방향은 실질적으로 직교한다.
즉, 유기 발광 소자(70)의 제2 전극(730)과 액정 구동 전극(230) 사이에 전계가 인가되지 않은 상태에서, 제2 선편광 필름(510)을 통과한 선편광된 빛은 트위스티드 네마틱 액정층(550)을 통과하면서 위상이 90도 회전된다. 제1 선편광 필름(510)의 편광축 방향(x축 방향)은 제2 선편광 필름(560)의 편광축 방향(x축 방향)과 동일하므로, 트위스티드 네마틱 액정층(550)을 통과하면서 위상이 변한 선편광된 빛은 제1 선편광 필름(560)을 통과하지 못하고 소멸된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서, 유기 발광 소자(70)의 제2 전극(730)과 액 정 구동 전극(230) 사이에는, 유기 발광 소자(70)가 빛을 방출할 때 전계가 인가되고, 유기 발광 소자(70)가 빛을 방출하지 않을 때 전계가 인가되지 않는다.
도 1은 유기 발광 소자(70)의 제2 전극(730)과 액정 구동 전극(230) 사이에 전계가 인가되지 않은 경우를 나타내고 있다.
트위스티드 네마틱 액정층(550) 위에는 액정 구동 전극(230)이 배치된다. 액정 구동 전극(230)은 투명 도전막을 포함한다. 투명 도전막은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ZnO(산화 아연) 또는 In2O3(Indium Oxide) 등의 물질을 사용하여 만들어진다. 액정 구동 전극(230)은, 전술한 바와 같이, 유기 발광 소자(70)의 제2 전극(730)과 함께 트위스티드 네마틱 액정층(550)에 전계를 인가한다.
액정 구동 전극(230) 위에는 봉지 기판(210)이 배치된다. 봉지 기판(210)은 유리, 석영, 세라믹, 및 플라스틱 등으로 이루어진 투명한 절연성 기판으로 형성된다. 액정 구동 전극(230)은 봉지 기판(210)의 일면에 증착되어 만들어진다.
봉지 기판(210) 위에는 제2 선편광 필름(510)이 배치된다. 제2 선편광 필름(510)은 제1 선편광 필름(560)과 동일하게 형성된다. 또한, 제2 선편광 필름(510)은 액정 구동 전극(230)과 봉지 기판(210) 사이에 배치될 수도 있다.
이와 같은 구성에 의하여, 유기 발광 표시 장치(101)는 외광 반사를 억제하여 시인성을 향상시키면서도 유기 발광 소자(70)에서 외부로 방출되는 빛의 손실은 최소화할 수 있다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여, 유기 발광 표시 장치(101)의 내부 구조에 대해 구동 회로부(DC) 및 유기 발광 소자(70)를 중심으로 상세히 설명한다. 도 2는 표시 기판(110)을 중심으로 화소의 구조를 나타낸 배치도이고, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선에 따라 표시 기판(110)과 봉지 기판(210)을 함께 나타낸 단면도이다.
또한, 도 2 및 도 3에서는, 하나의 화소에 두개의 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)(10, 20)와 하나의 축전 소자(capacitor)(80)를 구비하는 2Tr-1Cap 구조의 능동 구동(active matrix, AM)형 유기 발광 표시 장치(101)를 도시하고 있지만, 본 발명의 일 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 유기 발광 표시 장치(101)는 하나의 화소에 셋 이상의 박막 트랜지스터와 둘 이상의 축전 소자를 구비할 수 있으며, 별도의 배선이 더 형성되어 다양한 구조를 갖도록 형성할 수도 있다. 여기서, 화소는 화상을 표시하는 최소 단위를 말하며, 각 화소 영역들 마다 배치된다. 유기 발광 표시 장치(101)는 복수의 화소들을 통해 화상을 표시한다.
도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 표시 기판(110)은 하나의 화소마다 각각 형성된 스위칭 박막 트랜지스터(10), 구동 박막 트랜지스터(20), 축전 소자(80), 그리고 유기 발광 소자(organic light emitting diode, OLED)(70)를 포함한다. 여기서, 스위칭 박막 트랜지스터(10), 구동 박막 트랜지스터(20), 및 축전 소자(80)를 포함하는 구성을 구동 회로부(DC)라 한다. 그리고 표시 기판(110)은 일 방향을 따라 배치되는 게이트 라인(151)과, 게이트 라인(151)과 절연 교차되는 데이터 라인(171), 및 공통 전원 라인(172)을 더 포함한다.
하나의 화소는 게이트 라인(151), 데이터 라인(171) 및 공통 전원 라인(172)을 경계로 정의될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
유기 발광 소자(70)는 애노드(anode)인 제1 전극(710)과, 캐소드(cathode)인 제2 전극(730), 그리고 제1 전극(710)과 제2 전극(730) 사이에 배치된 유기 발광층(720)을 포함한다. 하지만, 본 발명의 일 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 제1 전극(710)이 캐소드 전극이되고, 제2 전극(730)이 애노드 전극이 될 수도 있다.
또한, 유기 발광 표시 장치(101)가 전면 발광형의 구조를 가지므로, 제1 전극(710)은 반사막으로 형성되고, 제2 전극(730)은 반투과막으로 형성된다. 따라서, 유기 발광층(720)에서 발생된 빛은 제2 전극(730)을 통과해 방출된다.
반사막 및 반투과막은 마그네슘(Mg), 은(Ag), 금(Au), 칼슘(Ca), 리튬(Li), 크롬(Cr), 및 알루미늄(Al) 중 하나 이상의 금속 또는 이들의 합금을 사용하여 만들어진다. 이때, 반사막과 반투과막은 두께로 결정된다. 일반적으로, 반투과막은 200nm 이하의 두께를 갖는다. 반투과막은 두께가 얇아질수록 빛의 투과율이 높아지고, 두께가 두꺼워질수록 빛의 투과율이 낮아진다.
또한, 제1 전극(710)은 투명 도전막을 더 포함할 수 있다. 즉, 제1 전극(710)은 반사막과 투명 도전막을 포함하는 다중층 구조를 가질 수 있다. 투명 도전막은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ZnO(산화 아연) 또는 In2O3(Indium Oxide) 등의 물질을 사용하여 만들어진다. 투명 도전막은 상대적으로 높은 일함수를 가지며, 반사막과 유기 발광층(720) 사이에 배치된다.
또한, 유기 발광층(720)은 발광층과, 정공 주입층(hole-injection layer, HIL), 정공 수송층(hole-transporting layer, HTL), 전자 수송층(electron-transportiong layer, ETL), 및 전자 주입층(electron-injection layer, EIL) 중 하나 이상을 포함하는 다중막으로 형성된다. 유기 발광층(720)이 이들 모두를 포함할 경우, 정공 주입층이 애노드인 제1 전극(710) 상에 배치되고, 그 위로 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층이 차례로 적층된다. 또한, 유기 발광층(720)은 필요에 따라 다른 층을 더 포함할 수도 있다.
이와 같이, 유기 발광 소자(70)는 제1 전극(710) 및 제2 전극(730)을 통해 각각 정공과 전자를 유기 발광층(720) 내부에 주입한다. 주입된 정공과 전자가 결합한 엑시톤(exiton)이 여기상태로부터 기저상태로 떨어질 때 유기 발광 소자(70)의 발광이 이루어진다.
축전 소자(80)는 층간 절연막(160)을 사이에 두고 배치된 한 쌍의 축전판(158, 178)을 포함한다. 여기서, 층간 절연막(160)은 유전체가 된다. 축전 소자(80)에서 축전된 전하와 양 축전판(158, 178) 사이의 전압에 의해 축전용량이 결정된다.
스위칭 박막 트랜지스터(10)는 스위칭 반도체층(131), 스위칭 게이트 전극(152), 스위칭 소스 전극(173), 및 스위칭 드레인 전극(174)을 포함한다. 구동 박막 트랜지스터(20)는 구동 반도체층(132), 구동 게이트 전극(155), 구동 소스 전극(176), 및 구동 드레인 전극(177)을 포함한다.
스위칭 박막 트랜지스터(10)는 발광시키고자 하는 화소를 선택하는 스위칭 소자로 사용된다. 스위칭 게이트 전극(152)은 게이트 라인(151)에 연결된다. 스위칭 소스 전극(173)은 데이터 라인(171)에 연결된다. 스위칭 드레인 전극(174)은 스위칭 소스 전극(173)으로부터 이격 배치되며 어느 한 축전판(158)과 연결된다.
구동 박막 트랜지스터(20)는 선택된 화소 내의 유기 발광 소자(70)의 유기 발광층(720)을 발광시키기 위한 구동 전원을 화소 전극(710)에 인가한다. 구동 게이트 전극(155)은 스위칭 드레인 전극(174)과 연결된 축전판(158)과 연결된다. 구동 소스 전극(176) 및 다른 한 축전판(178)은 각각 공통 전원 라인(172)과 연결된다. 구동 드레인 전극(177)은 컨택홀(contact hole)을 통해 유기 발광 소자(70)의 화소 전극(710)과 연결된다.
이와 같은 구조에 의하여, 스위칭 박막 트랜지스터(10)는 게이트 라인(151)에 인가되는 게이트 전압에 의해 작동하여 데이터 라인(171)에 인가되는 데이터 전압을 구동 박막 트랜지스터(20)로 전달하는 역할을 한다. 공통 전원 라인(172)으로부터 구동 박막 트랜지스터(20)에 인가되는 공통 전압과 스위칭 박막 트랜지스터(10)로부터 전달된 데이터 전압의 차에 해당하는 전압이 축전 소자(80)에 저장되고, 축전 소자(80)에 저장된 전압에 대응하는 전류가 구동 박막 트랜지스터(20)를 통해 유기 발광 소자(70)로 흘러 유기 발광 소자(70)가 발광하게 된다.
유기 발광 소자(70)에서 발생된 빛은 콜레스테릭 액정막(580), 위상 지연 필름(570), 제1 선편광 필름(560), 트위스티드 네마틱 액정층(550), 액정 구동 전극(230), 봉지 기판(210), 및 제2 선편광 필름(510)을 차례로 통과하여 위부로 방 출된다. 이 과정에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 경우, 유기 발광 소자에서 발생된 빛은 거의 손실되지 않는다.
이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에서, 유기 발광 소자(70)가 발광하지 않을 때 유기 발광 표시 장치(101)가 외광 반사를 억제하는 동작 원리에 대히 구체적으로 살펴본다.
유기 발광 소자(70)가 발광하지 않을 때에는, 도 4에 도시한 바와 같이, 유기 발광 소자(70)의 제2 전극(730)(도 3에 도시)과 액정 구동 전극(230)(도 3에 도시) 사이에 전계가 인가되지 않는다. 따라서, 트위스티드 네마틱 액정층(550)의 액정 분자들(555)은 90도 비틀린 상태로 수평 방향(x축 방향, y축 방향)으로 배열된다. 이때, 제2 선편광 필름(510)과 가까이 배치된 액정 분자들(550)은 제2 선편광 필름(510)의 편광축 방향(x축 방향)과 동일한 방향(x축 방향)으로 배열된다. 그리고 제1 선편광 필름(560)과 가까이 배치된 액정 분자들(555)은 제2 선편광 필름(560)의 편광축 방향(x축 방향)과 교차하는 방향(y축 방향)으로 배열된다.
외부의 빛은 제2 선편광 필름(510)을 통과하면서 대략 50% 정도 소멸한다. 제2 선편광 필름(510)이 편광축 방향(x축 방향)과 동일한 방향 성분의 빛만 통과시키고 나머지는 흡수하기 때문이다.
제2 선편광 필름(510)을 통과한 선편광된 빛은 트위스티드 네마틱 액정층(550)을 통과하면서 위상이 90도 변하게 된다. 즉, 제2 선편광 필름(510)을 통과하여 x축 방향으로 선편광된 빛은 트위스티드 네마틱 액정층(550)을 거치면서 y축 방향으로 선편광된다. 그리고 트위스티드 네마틱 액정층(550)을 통과해 y축 방 향으로 선편광된 빛은 제1 선편광 필름(560)을 통과하지 못하고 모두 소멸된다. 제1 선편광 필름(560)은 제2 선편광 필름(510)과 마찬가지로 편광축 방향이 x축 방향이기 때문이다.
이와 같이, 유기 발광 소자(70)가 빛을 방출하지 않을 때에는 외광 반사를 실질적으로 대부분 억제할 수 있게 된다. 따라서, 유기 발광 표시 장치(101)는 검은색의 표현 및 콘트라스트를 향상시킬 수 있다.
이하, 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에서, 유기 발광 소자(70)가 발광할 때, 유기 발광 표시 장치(101)가 외광 반사를 억제하면서 동시에 유기 발광 소자(70)에서 발생된 빛을 효과적으로 외부로 방출시키는 동작 원리에 대히 구체적으로 살펴본다.
유기 발광 소자(70)가 발광할 때에는, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 유기 발광 소자(70)의 제2 전극(730)(도 3에 도시)과 액정 구동 전극(230)(도 3에 도시) 사이에 전계가 인가된다. 따라서, 트위스티드 네마틱 액정층(550)의 액정 분자들(555)은 모두 수직 방향(y축 방향)으로 배열된다.
먼저, 도 5를 참조하여, 외부에서 유기 발광 표시 장치(101) 내부로 유입된 빛의 경로를 살펴본다.
외부의 빛은 제2 선편광 필름(510)을 통과하면서 대략 50% 정도 소멸한다. 그리고 제2 선편광 필름(510)을 통과한 선편광된 빛은 액정 분자들(555)이 수직 배열된 트위스티드 네마틱 액정층(550)과 제2 선편광 필름(510)과 동일한 편광축을 갖는 제1 선편광 필름(560)을 그대로 통과한다.
제1 선편광 필름(560)을 통과한 선편광된 빛은 1/4 파장판인 위상 지연 필름(570)을 통과하면서 원편광된다. 이때, 원편광은 우원편광이다. 그러나 본 발명의 일 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 위상 지연 필름(570)을 통과한 빛이 좌원편광이 되도록 위상 지연 필름(570)을 배치할 수도 있다. 다만, 이 경우 콜레스테릭 액정막(580)은 좌원편광된 빛을 통과시킬 수 있어야 한다.
위상 지연 필름(570)을 통과해 우원편광된 빛은 콜레스테릭 액정막(580)을 그대로 통과한다. 본 발명의 일 실시예에서, 콜레스테릭 액정막(580)은 우원편광된 빛은 통과시키고 좌원편광된 빛은 반사시킨다. 그러나 본 발명에 따른 일 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 콜레스테릭 액정막(580)은 좌원편광관 빛은 통과시키고 우원편광된 빛은 반사할 수도 있다. 다만, 이 경우 위상 지연 필름(570)을 통과한 빛이 좌원편광이어야 한다. 즉, 콜레스테릭 액정막(580)은 반드시 제1 선편광 필름(560)과 위상 지연판(570)을 차례로 거쳐 원편광된 빛을 통과시킬 수 있어야 한다.
콜레스테릭 액정막(580)을 통과한 우원편광된 빛은 유기 발광 소자(70)의 제1 전극(710)(도 3에 도시) 또는 제2 전극(720)(도 3에 도시)에 반사된다. 또한, 콜레스테릭 액정막(580)을 통과한 우원편광된 빛은 유기 발광 소자(70) 이외에 다른 여러 금속 배선들에서도 반사될 수 있다.
우원편광된 빛이 유기 발광 소자(70)에서 반사되면 좌원편광으로 위상이 180도 변한다. 그리고 반사되어 좌원편광으로 변한 빛은 콜레스테릭 액정막(580)을 통과하지 못하고 반사된 후 다시 유기 발광 소자(70)로 향하게 된다.
좌원편광 상태의 빛이 유기 발광 소자(70)에서 재반사되면서 다시 우원편광으로 위상이 변한다. 다시 우원편광된 빛은 콜레스테릭 액정막(580) 및 위상 지연 필름(570)을 차례로 통과하여 선편광된다. 그리고 이렇게 선편광된 빛은 제1 선편광 필름(560)의 편광축 방향과 동일한 방향을 갖는다. 따라서 위상 지연 필름(570)을 통과한 선편광된 빛은 제1 선편광 필름(560), 트위스티드 네마틱 액정층(550), 및 제2 선편광 필름(510)을 그대로 통과하여 외부로 방출된다.
이와 같이, 유기 발광 소자(70)가 발광할 때에는 외광이 반사되는 것을 대략 50% 정도 억제할 수 있다.
다음, 도 6을 참조하여, 유기 발광 소자(70)에서 발생된 빛이 외부로 방출되는 경로를 살펴본다.
유기 발광 소자(70)에서 발생된 빛은 처음으로 콜레스테릭 액정막(580)을 거치게 된다. 한편, 유기 발광 소자(70)에서 발생된 빛은 다양한 위상이 혼재하는 상태이다. 유기 발광 소자(70)에서 발생된 빛 중에서, 우원편광 성분의 빛은 콜레스테릭 액정막(580)을 그대로 통과하여 위상 지연 필름(570)으로 향하고, 좌원편광 성분의 빛은 반사되어 다시 유기 발광 소자(70)로 향한 후, 유기 발광 소자(70)에서 재반사된다. 그리고 유기 발광 소자(70)에서 재반사된 빛 중에서, 우원편광 성분의 빛은 콜레스테릭 액정막(580)을 그대로 통과하여 위상 지연 필름(570)으로 향하게 된다. 이와 같은 과정을 반복하여, 유기 발광 소자(70)에서 발생된 빛은 실질적으로 대부분 콜레스테릭 액정막(580)을 통과하여 위상 지연 필름(570)으로 향하게 된다.
콜레스테릭 액정막(580)을 통과한 우원편광된 빛은 위상 지연 필름(570)을 통과하여 선편광된다. 그리고 위상 지연 필름(570)을 통과한 선편광된 빛은 제1 선편광 필름(560), 트위스티드 네마틱 액정층(550), 그리고 제2 선편광 필름(510)을 차례로 통과하여 외부로 방출된다.
이와 같이, 유기 발광 소자(70)에서 발생된 빛은 실질적인 손실없이 거의 대부분 외부로 방출된다.
이상 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치(101)는 유기 발광 소자(70)가 빛을 방출하지 않을 때에는 외광이 반사되는 것을 거의 대부분 억제한다.
또한, 유기 발광 표시 장치(101)는 유기 발광 소자(70)가 발광할 때에는 외광이 반사되는 것을 대략 50% 정도 억제할 수 있으며, 유기 발광 소자(70)에서 발생된 빛은 실질적인 손실없이 거의 대부분 외부로 방출시킬 수 있다.
종합적으로, 유기 발광 표시 장치(101)는 외광 반사를 억제하여 시인성을 향상시키면서도 유기 발광 소자(70)에서 외부로 방출되는 빛의 손실은 최소화할 수 있다.
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 단면도이다.
도 2는 도 1의 유기 발광 표시 장치의 구동 회로부 및 유기 발광 소자를 나타낸 배치도이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 단면을 나타낸 단면도이다.
도 4는 유기 발광 소자가 발광하지 않을 경우에 외부에서 도 1의 유기 발광 표시 장치에 유입된 빛의 경로를 나타낸 구성도이다.
도 5는 유기 발광 소자가 발광할 경우에 외부에서 도 1의 유기 발광 표시 장치에 유입된 빛의 경로를 나타낸 구성도이다.
도 6은 유기 발광 소자에서 발생된 빛이 외부로 방출되는 경로를 나타낸 구성도이다.

Claims (18)

  1. 기판 본체;
    상기 기판 본체 상에 차례로 적층 형성된 제1 전극, 유기 발광층, 및 제2 전극을 포함하는 유기 발광 소자;
    상기 유기 발광 소자 상에 형성된 선택적 반사막;
    상기 선택적 반사막 상에 배치된 위상 지연 필름;
    상기 위상 지연 필름 상에 형성된 제1 선편광 필름;
    상기 제1 선편광 필름 상에 형성된 트위스티드 네마틱(twisted nematic, TN) 액정층;
    상기 트위스티드 네마틱 액정층 상에 형성된 액정 구동 전극; 그리고
    상기 액정 구동 전극 상에 형성된 제2 선편광 필름
    을 포함하고,
    상기 제1 선편광 필름의 편광축 방향과 상기 제2 선편광 필름의 편광축 방향은 일치하는 유기 발광 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 유기 발광 소자가 빛을 방출할 때에는 상기 유기 발광 소자의 제2 전극과 상기 액정 구동 전극 사이에 전계가 인가되고,
    상기 유기 발광 소자가 빛을 방출하지 않을 때에는 상기 유기 발광 소자의 제2 전극과 상기 액정 구동 전극 사이에 전계가 인가되지 않는 유기 발광 표시 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 유기 발광 소자의 제2 전극과 상기 액정 구동 전극 사이에 전계가 인가된 상태에서는 상기 트위스티드 네마틱 액정층 내의 액정 분자들이 상기 액정 구동 전극과 교차하는 방향으로 수직 배열된 유기 발광 표시 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 제2 선편광 필름을 통과한 선편광된 빛은 상기 트위스티드 네마틱 액정층 및 상기 제1 선편광 필름을 그대로 통과하는 유기 발광 표시 장치.
  5. 제3항에서,
    상기 제1 선편광 필름을 통과한 선편광된 빛은 상기 트위스티드 네마틱 액정층 및 상기 제2 선편광 필름을 그대로 통과하는 유기 발광 표시 장치.
  6. 제2항에서,
    상기 유기 발광 소자의 제2 전극과 상기 액정 구동 전극 사이에 전계가 인가되지 않은 상태에서는 상기 트위스티드 네마틱 액정층 내의 액정 분자들이 상기 액정 구동 전극과 평행한 방향으로 수평 배열된 유기 발광 표시 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 수평 배열된 액정 분자들 중 상기 액정 구동 전극과 인접한 액정 분자들과 상기 제1 선편광 필름과 인접한 액정 분자들은 90도의 각도로 비틀리게 배열되는 유기 발광 표시 장치.
  8. 제7항에서,
    상기 수평 배열된 액정 분자들 중 상기 액정 구동 전극과 인접한 액정 분자들의 배열 방향은 상기 제2 선편광 필름의 편광축 방향과 일치하는 유기 발광 표시 장치.
  9. 제7항에서,
    상기 수평 배열된 액정 분자들 중 상기 제1 선편광 필름과 인접한 액정 분자들의 배열 방향은 상기 제1 선편광 필름의 편광축 방향과 90도의 교각(交角)을 이루는 유기 발광 표시 장치.
  10. 제7항에서,
    상기 트위스티드 네마틱 액정층을 통과한 빛의 축방향은 상기 제1 선편광 필름의 편광축 방향과 교차하는 유기 발광 표시 장치.
  11. 삭제
  12. 제1항에서,
    상기 선택적 반사막은 콜레스테릭 액정(cholesteric liquid crystal, CLC)막인 유기 발광 표시 장치.
  13. 제1항에서,
    상기 선택적 반사막은 좌원편광된 빛과 우원편광된 빛 중 어느 하나는 통과시키고 다른 하나는 반사시키는 유기 발광 표시 장치.
  14. 제1항에서,
    상기 제1 선편광 필름을 통과한 선편광된 빛은 상기 위상 지연 필름을 통과하면 원편광으로 변하는 유기 발광 표시 장치.
  15. 제14항에서,
    상기 위상 지연 필름을 통과하여 원편광된 빛은 상기 선택적 반사막을 그대로 통과하는 유기 발광 표시 장치.
  16. 제1항에서,
    상기 위상 지연 필름은 1/4 파장 필름이며,
    상기 위상 지연 필름의 광축과 상기 제1 선편광 필름의 편광축 간의 교각(交角)은 45도인 유기 발광 표시 장치.
  17. 제1항에서,
    상기 선택적 반사막을 통과한 원편광된 빛이 상기 위상 지연 필름을 통과하면 상기 제1 선편광 필름의 편광축 방향과 동일한 방향으로 선편광되는 유기 발광 표시 장치.
  18. 제1항에서,
    상기 유기 발광 소자는 상기 트위스티드 네마틱 액정층 방향으로 빛을 방출하는 유기 발광 표시 장치.
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