KR101901518B1 - 발광체 및 그를 포함하는 디스플레이 - Google Patents
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Abstract
디스플레이가 제공된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이는, 제1 전극, 제2 전극, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되며, 상기 제1 전극을 향하여, 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 제1 광을 출사하고, 상기 제2 전극을 향하여, 상기 제1 방향과 역 방향인 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 제2 광을 출사하는, 광출사층, 상기 제1 전극을 기준으로 광 출사 방향에 배치되며, 상기 제1 방향으로 회전하는 광을 통과시키는, 편광층을 포함하되, 상기 제2 광은, 상기 제2 전극에 반사되어, 상기 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지게 되어 상기 편광층을 통과하며, 외부 입사 광은, 상기 편광층을 통과함에 따라, 상기 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지게 되고, 상기 제1 방향으로 회전하는 편광상태를 가지는 외부 입사 광은, 상기 제2 전극에 반사되어, 상기 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지게 되어, 상기 편광층에 의하여 외부로의 출사가 차단된다.
Description
본 발명은 발광체 및 디스플레이에 관련된 것으로, 보다 구체적으로는, 외부 광에 의한 반사를 최소화하고, 광 효율을 극대화하는 발광체 및 디스플레이에 관련된 것이다.
디스플레이 예를 들어, 유기 발광 소자는 유기 물질의 전계 발광 현상을 이요한 표시 소자이다. 유기 발광 소자는 애노드 전극 및 캐소드 전극 사이에 유기 발광 물질을 배치시키고, 애노드 전극 및 캐소드 전극 사이에 흐르는 전류에 의해 발광층의 전자와 정공이 결합하여 생성된 여기자(exciton)가 여기 상태에서 기저 상태로 떨어질 때 발생하는 에너지에 의해 광을 발생시킨다.
이러한, 디스플레이의 경우, 외부에서 유기 발광 소자로 입사되는 광이 유기 발광 소자에서 반사되어 외부로 방출되는 것을 방지하기 위해, 특허 공개 공보 2013-075525에 도시된 바와 같이, 위상차 필름 및 편광판을 유기 발광 소자 상에 배치시킨다.
하지만, 종래 기술의 경우, 고가의 위상차 필름으로 인해 생산 단가 문제를 야기할 수 있다. 또한, 편광판에 의해, 유기 발광층에서 방출된 광의 일부가 편광판에 의해 차단되어 시인성 및 발광 효율이 저하될 수 있다.
이에 따라, 본 발명자들은, 외부 광의 반사를 최소화하면서도 발광층에서 출사되는 광의 효율은 극대화하는 디스플레이를 발명하게 되었다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 외부 광 반사를 최소화하는 발광체 및 디스플레이를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 발광층에서 출사된 광이 뷰어(viewer)에게 제공되는 광 효율을 극대화하여 우수한 시인성을 가지는 발광체 및 디스플레이를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상기 언급한 기술적 과제에 의하여 제한되지 아니한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이는, 광 출사 방향에 배치되는 제1 전극, 상기 제1 전극과 대향하는 제2 전극, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되며, 상기 제1 전극을 향하여, 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 제1 광을 출사하고, 상기 제2 전극을 향하여, 상기 제1 방향과 역 방향인 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 제2 광을 출사하는, 광출사층 및 상기 제1 전극을 기준으로 광 출사 방향에 배치되며, 상기 제1 방향으로 회전하는 광을 통과시키는, 편광층을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 광은, 상기 제2 전극에 반사되어, 상기 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지게 되어 상기 편광층을 통과하며, 외부 입사 광은, 상기 편광층을 통과함에 따라, 상기 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지게 되고, 상기 제1 방향으로 회전하는 편광상태를 가지는 외부 입사 광은, 상기 제2 전극에 반사되어, 상기 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지게 되어, 상기 편광층에 의하여 외부로의 출사가 차단될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 방향 및 제2 방향은, 제1 위치에서 제2 위치로 향하는 광 진행 경로 상에서, 상기 제1 위치에서 상기 제2 위치를 바라보는 관점을 기준으로 하여 정의되는 방향일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 광출사층은, 상기 광출사층에서 출사된 상기 제1 광이 상기 제1 전극을 향하여 상기 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지고, 상기 광출사층에서 출사된 상기 제2 광이 상기 제2 전극을 향하여 상기 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지도록 제어하는, 카이럴(chiral) 물질을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 광출사층은, 전공 수송층, 전공 주입층, 발광층, 전자 주입층, 전자 수송층이 상기 제1 전극에서 상기 제2 전극을 향하여 적층된 구조를 가지며, 상기 카이럴 물질은, 상기 전공 수송층, 상기 전공 주입층, 상기 발광층, 상기 전자 주입층 및 상기 전자 수송층 중 적어도 하나의 층에 포함될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 광출사층은, 발광 분자를 포함하며, 상기 발광 분자는 선 편광된 광(linearly polarized light)을 출사하도록 특정 방향으로 정렬될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 발광 분자는, 상기 발광 분자의 장축이 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 평행한 방향으로 정렬 방향을 가질 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 광출사층은, 상기 광출사층에서 출사된 상기 제1 광이 상기 제1 전극을 향하여 상기 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지고, 상기 광출사층에서 출사된 상기 제2 광이 상기 제2 전극을 향하여 상기 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지도록 제어하는, 카이럴(chiral) 물질을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 정렬 방향으로 정렬된 발광 분자는, 선 편광된 광을 출사하고, 상기 선 편광된 광은, 상기 카이럴 물질에 의하여 상기 제1 광과 상기 제2 광으로 회전하는 편광 상태를 가질 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 발광 분자는, 유기 분자 또는 퀀텀 무기 분자로 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 디스플레이는, 제1 전극, 상기 제1 전극과 대향하며 광 출사 방향에 위치하는 제2 전극, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되며, 상기 제2 전극을 향하여, 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 제1 광을 출사하고 상기 제1 전극을 향하여, 상기 제1 방향과 역 방향인 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 제2 광을 출사하는 광출사층 및 상기 제2 전극을 기준으로 광 출사 방향에 배치되며, 상기 제1 방향으로 회전하는 광을 통과시키는, 편광층을 포함할 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 상기 제2 광은, 상기 제1 전극에 반사되어, 상기 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지게 되어 상기 편광층을 통과하며, 외부 입사 광은, 상기 편광층을 통과함에 따라, 상기 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지게 되고, 상기 제1 방향으로 회전하는 편광상태를 가지는 외부 입사 광은, 상기 제1 전극에 반사되어, 상기 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지게 되어, 상기 편광층에 의하여 외부로의 출사가 차단될 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 상기 제1 방향 및 제2 방향은, 제1 위치에서 제2 위치로 향하는 광 진행 경로 상에서, 상기 제1 위치에서 상기 제2 위치를 바라보는 관점을 기준으로 하여 정의되는 방향일 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 상기 광출사층은, 상기 광출사층에서 출사된 상기 제1 광이 상기 제2 전극을 향하여 상기 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지고, 상기 광출사층에서 출사된 상기 제2 광이 상기 제1 전극을 향하여 상기 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지도록 제어하는, 카이럴(chiral) 물질을 포함할 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 상기 광출사층은, 전공 수송층, 전공 주입층, 발광층, 전자 주입층, 전자 수송층이 상기 제1 전극에서 상기 제2 전극을 향하여 적층된 구조를 가지며, 상기 카이럴 물질은, 상기 전공 수송층, 상기 전공 주입층, 상기 발광층, 상기 전자 주입층 및 상기 전자 수송층 중 적어도 하나의 층에 포함될 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 상기 광출사층은, 발광 분자를 포함하며, 상기 발광 분자는 선 편광된 광을 출사하도록 특정 방향으로 정렬될 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 상기 발광 분자는, 상기 발광 분자의 장축이 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 평행한 방향으로 정렬 방향을 가질 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 상기 광출사층은, 상기 광출사층에서 출사된 상기 제1 광이 상기 제2 전극을 향하여 상기 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지고, 상기 광출사층에서 출사된 상기 제2 광이 상기 제1 전극을 향하여 상기 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지도록 제어하는, 카이럴(chiral) 물질을 포함할 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 상기 정렬 방향으로 정렬된 발광 분자는, 선 편광된 광을 출사하고, 상기 선 편광된 광은, 상기 카이럴 물질에 의하여 상기 제1 광과 상기 제2 광으로 회전하는 편광 상태를 가질 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 상기 발광 분자는, 유기 분자 또는 퀀텀 무기 분자로 이루어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 디스플레이는, 제1 전극, 상기 제1 전극과 대향하는 제2 전극, 상기 제1 전극 외측 또는 상기 제2 전극 외측에 배치되는 좌현 또는 우현 광을 선택적으로 통과시키는 편광층 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되며, 카이럴 물질을 포함하는 광출사층을 포함하고, 상기 카이럴 물질은, 상기 광출사층에서 생성된 광이 상기 편광층을 통과하도록 좌현 또는 우현 편광시키고, 상기 편광층 외측에서 측정되는 광출사층에서 생성된 광 세기는. 상기 카이럴 물질을 비 포함한 광 출사층 대비, 상기 카이럴 물질을 포함하는 광출사층이 강할 수 있다.
또 다른 실시 예에 따르면, 상기 광출사층은, 발광 분자를 포함하며, 상기 발광 분자는 선 편광된 광(linearly polarized light)을 출사하도록 특정 방향으로 정렬될 수 있다.
또 다른 실시 에에 따른 발광체는 비-카이럴 발광 분자들 및 상기 발광 분자들의 두께 방향으로 비틀림 각도를 제공하여, 상기 발광 분자들을 나선형 구조로 적층시키는 도펀트를 포함할 수 있다.
또 다른 실시 예에 따르면, 상기 도펀트는 상기 비틀림 각도로 상기 발광 분자를 회전시키도록 헬리컨 트위스팅 파워(Helical Twisiting Power)를 상기 발광 분자에게 제공할 수 있다.
또 다른 실시 예에 따르면, 상기 도펀트는 열 어닐링(thermal annealing) 후 상온에서 냉각될 때, 상기 발광 분자들의 두께 방향으로 상기 비틀림 각도를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이는, 제1 전극, 상기 제1 전극과 대향하는 제2 전극, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되며, 상기 제1 전극을 향하여, 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 제1 광을 출사하고, 상기 제2 전극을 향하여, 상기 제1 방향과 역 방향인 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 제2 광을 출사하는, 광출사층, 상기 제1 전극을 기준으로 광 출사 방향에 배치되며, 상기 제1 방향으로 회전하는 광을 통과시키는, 편광층을 포함할 수 있다.
이에 따라, 상기 제2 광은, 상기 제2 전극에 반사되어, 상기 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지게 되어 상기 편광층을 통과하며, 외부 입사 광은, 상기 편광층을 통과함에 따라, 상기 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지게 되고, 상기 제1 방향으로 회전하는 편광상태를 가지는 외부 입사 광은, 상기 제2 전극에 반사되어, 상기 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지게 되어, 상기 편광층에 의하여 외부로의 출사가 차단될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이는, 외부 광에 의한 반사를 최소화하면서도 광 효율은 극대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 디스플레이를 설명하기 위한 부분 단면도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 분자의 나선 적층 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 디스플레이의 작동 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예의 제1 변형 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예의 제2 변형 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 예의 제3 변형 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시 예의 제4 변형 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 11 실시 예 및 그 변형 예들의 활용 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 디스플레이를 설명하기 위한 부분 단면도를 도시한다.
도 10은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 디스플레이의 작동 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시 예의 제1 변형 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시 예의 제2 변형 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 제2 실시 예의 제3 변형 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 제2 실시 예 및 그 변형 예들의 활용 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 열처리 공정이 발광 분자들의 나선형 구조 형성에 미치는 영향을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시 예들에 따른 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 분자의 나선 적층 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 디스플레이의 작동 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예의 제1 변형 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예의 제2 변형 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 예의 제3 변형 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시 예의 제4 변형 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 11 실시 예 및 그 변형 예들의 활용 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 디스플레이를 설명하기 위한 부분 단면도를 도시한다.
도 10은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 디스플레이의 작동 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시 예의 제1 변형 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시 예의 제2 변형 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 제2 실시 예의 제3 변형 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 제2 실시 예 및 그 변형 예들의 활용 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 열처리 공정이 발광 분자들의 나선형 구조 형성에 미치는 영향을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시 예들에 따른 효과를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 디스플레이를 설명하기 위한 부분 단면도를 도시한다. 본 발명의 제1 실시 예에 따른 디스플레이는, 하부 발광(bottom emission) 표시 장치에 적용되며, 후술할 본 발명의 제2 실시 예에 따른 디스플레이는, 상부 발광(top emission) 표지 장치에 적용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 디스플레이(100)는, 제1 전극(110), 제2 전극(170), 광출사층(105), 편광층(180)을 포함하여 이루어질 수 있다. 이 때, 각 구성은, y'에서 y 방향으로, 편광층(180), 제1 전극(110), 광출사층(100), 제2 전극(170) 순서로 적층될 수 있고, 상기 광출사층(105)에서 출사된 광은, y' 방향으로 뷰어에게 제공됨으로써, 하부 발광 타입 디스플레이가 구현될 수 있다. 이하 각 구성에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
상기 제1 전극(110)은, 상기 광출사층(105)으로 정공을 제공하는 애노드(anode) 전극 일 수 있다. 상기 제1 전극(110)은, 광을 투과시키기 위하여 투명 전극으로 이루어질 수 있다.
만약, 상기 제1 전극(110)의 일함수가 상기 제2 전극(170)의 일함수 보다 작은 경우, 상기 제1 전극(110)이 캐소드 전극에 해당할 수 있음은 물론이다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여, 상기 제1 전극(110)은 애노드 전극인 경우를 상정하기로 한다.
상기 제1 전극(110)은 이웃하는 픽셀 간에 공유 되도록 공유 전극으로서 형성될 수도 있고, 각 픽셀 마다 분할하여 형성될 수도 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 상기 제1 전극(110)은 분할 전극인 경우를 상정하기로 한다. 이 경우, 상기 제1 전극(110)은 각 픽셀 마다 개별적으로 제어될 수 있다.
도시하지는 않았으나, 상기 제1 전극(110)과 상기 편광층(180) 사이에는 다른 구성이 마련될 수 있음은 물론이다. 예를 들어, 상기 제1 전극(110)과 상기 편광층(180) 사이에는, 기판, 기판 상에 형성된 액티브 소자 등이 마련될 수 있다. 이 때, 기판은, 글래스(Glass) 기판뿐만 아니라, PET(Polyethylen terephthalate), PEN(Polyethylennaphthalate), PI(Polyimide) 중 적어도 하나의 물질로 구성될 수 있다.
상기 광출사층(105)은 광을 생성하여 출사하는 층을 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 광출사층(105)은, 광을 생성 및 출사하기 위한 물질로서, 유기 분자 또는 퀀텀 무기 분자 중 하나의 물질로 이루어질 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 상기 광출사층(105)이 유기 발광층인 경우를 상정하기로 한다.
상기 광출사층(105)은 y'에서 y 방향으로, 정공 주입층(120), 정공 수송층(130), 발광층(140), 전자 주입층(150) 및 전자 수송층(160) 순서로 적층된 층으로 이루어질 수 있다. 다만, 상기 광출사층(105)이 이 보다 적거나 많은 층으로 이루어질 수 있음은 물론이다.
상기 광출사층(105)은, 상기 제1 전극(110)과 상기 제2 전극(170) 사이에 배치되며, 상기 제1 전극(110)을 향하여, 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 제1 광을 출사하고, 상기 제2 전극(170)을 향하여, 상기 제1 방향과 역 방향인 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 제2 광을 출사할 수 있다.
이 때, 제1 방향 및 제2 방향은, 제1 위치에서 제2 위치로 향하는 광 진행 경로 상에서, 상기 제1 위치에서 상기 제2 위치를 바라보는 관점을 기준으로 하여 정의되는 방향일 수 있다.
또한, 제1 방향 또는 제2 방향으로 회전하는 편광 상태라 함은, 원 편광 또는 타원 편광을 포함하는 개념으로 이해될 수 있다. 원 편광이라 함은, z 축 방향으로 진행하는 광에 있어서, 입사평면에서 x축 자기장과 y축 자기장 벡터 합이 원형으로 계속 변화하는 경우 즉, x축 자기장과 y축 자기장 두 성분의 진폭이 정확히 같고 위상차가 90˚일 경우를 의미할 수 있다. 또한, 타원 편광이라 함은, 직선편광과 원편광이 아닌 다른 모든 경우. 즉 합성된 자기장 벡터가 회전하면서 크기도 변하는 경우 편광상태는 타원을 그리게 되는데 이를 타원 편광으로 정의할 수 있다.
이하에서는 설명의 편의를 위하여, 광이 제1 위치에서 제2 위치로 향하는 경우, 제1 위치에서 제2 위치를 바라보았을 때, 반 시계 방향으로 회전하는 광을 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 광으로 정의하고, 이와 달리 시계 방향으로 회전하는 광을 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 광으로 정의하기로 한다.
상기 정공 주입층(120, hole injection layer: HTL)은, 상기 제1 전극(110) 상에 형성되며, 정공의 주입을 원활하게 하는 기능을 수행할 수 있다. 이를 위하여, 상기 정공 주입층(120)은, MTDATA(4,4',4"-tris(3-methylphenylphenylamino)triphenylamine), CuPc(copper phthalocyanine), PEDOT/PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiphene, polystyrene sulfonate) 및 NPD(N,N-dinaphthyl-N,N'-diphenylbenzidine) 중 적어도 하나의 물질로 이루어질 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 정공 수송층(130, hole transporting layer; HTL)은, 상기 정공 주입층(120) 상에 형성되며, 정공의 수송을 원활하게 하는 기능을 수행할 수 있다. 이를 위하여, 상기 정공 수송층(130)은, 예를 들어, NPD(N,N-dinaphthyl-N,N'-diphenylbenzidine), TPD(N,N'-bis-(3-methylphenyl)-N,N'-bis-(phenyl)-benzidine), s-TAD 및 MTDATA(4,4',4"-Tris(N-3-methylphenyl-N-phenyl-amino)-triphenylamine) 중 적어도 하나의 물질로 이루어질 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 정공 주입층(120) 및 상기 정공 수송층(130)은, 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법(Langmuir-Blodgett), 잉크젯 프린팅법, 레이저 프린팅법, 레이저 열전사법(Laser induced thermal imaging, LITI) 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
상기 발광층(140)에서는, 정공 수송층(130)을 통해 공급된 정공과 전자 수송층(150)을 통해 공급된 전자 들이 재결합되어 광이 생성될 수 있다.
상기 발광층(140)은 발광 분자들로 구성될 수 있다. 상기 발광 분자들은 예를 들어, 비-카이럴 형상을 가질 수 있다. 다른 관점에서 상기 비-카이럴 형상의 발광 분자는 막대 형상(rodlike)을 가질 수 있다. 또 다른 관점에서, 상기 발광 분자들은 컨쥬게이티드 폴리머(conjugated polymer)일 수 있다. 또 다른 관점에서, 상기 발광 분자들은 비-카이럴 폴리머(Achiral Polymer)일 수 있다.
이하에서 발광 분자는 유기 분자, 유기 발광 분자로 호칭될 수 있다.
상기 발광 분자들은 분자량에 따라 분류될 수 있다. 예를 들어, 상기 발광 분자들은 또한 저분자 발광 분자일 수도 있고, 고분자 발광 분자일 수 있다. 구체적으로, 상기 고분자 발광 분자는, poly(9,9-dioctylfluorene-co-benzothiadiazole; F8BT) 및 poly(9,9-dioctyl-2,7-fluorene;PFO) 중 적어도 하나의 물질로 이루어질 수 있고, 상기 저분자 발광 분자는, KSW-1-14 및 KSW-1-20 중 적어도 하나의 물질로 이루어질 수 있다.
상기 발광층(140)의 발광 분자들은 상기 발광층(140)이 출사하는 광의 파장에 따라 정의될 수도 있다. 상기 발광층(140)이 적색 광을 생성하는 경우, 상기 발광층(140)은 예를 들어, CBP(carbazole biphenyl) 또는 mCP(1,3-bis(carbazol-9-[0058] yl)를 포함하는 호스트 물질을 포함하며, PIQIr(acac)(bis(1-phenylisoquinoline) acetylacetonate iridium), PQIr(acac)(bis(1-phenylquinoline) acetylacetonate iridium), PQIr(tris(1-phenylquinoline) iridium) 및 PtOEP(octaethylporphyrin platinum) 중 적어도 하나의 도펀트를 포함하는 인광 물질로 이루어질 수 있고, 이와 달리 PBD:Eu(DBM)3(Phen) 또는 Perylene을 포함하는 형광 물질로 이루어질 수 있다. 만약, 상기 발광층(140)이 녹색 광을 생성하는 경우, 상기 발광층(140)은, 호스트 물질로 TCTA (Tris(4-carbazoyl-9-ylphenyl)amine), CBP (4,4′-Bis(Ncarbazolyl)-1,1′-biphenyl), Balq (Bis(8-hydroxy-2-methylquinoline)-(4-phenylphenoxy)aluminum) 및 PPV(poly(p phenylene vinylene)) 중 적어도 하나의 인광 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 발광층(140)이 청색 광을 생성하는 경우, 상기 발광층(140)은 CBP 또는 mCP를 포함하는 호스트 물질을 포함하며, (4,6-F2ppy)2Irpic을 포함하는 도펀트 물질을 포함하는 인광 물질로 이루어질 수 있다. 이와는 달리, spiro-DPVBi, spiro-6P, 디스틸벤젠(DSB), 디스트릴아릴렌(DSA), PFO계 고분자 및 PPV계 고분자 중 적어도 하나의 형광 물질로 이루어질 수 있다.
상기 발광층(140)은 상기 발광층(140)에서 출사되는 광이 특정 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지도록 카이럴(chiral) 물질(190), 예를 들어, 카이럴 도펀트(dopant)를 포함할 수 있다. 카이럴상기 카이럴 물질(190)은, 주변의 발광 유기 분자의 배향 방향에 영향을 미칠 수 있다. 상기 카이럴 도펀트(190)는 상기 발광 분자들의 두께 방향으로 비틀림 각도를 제공하여 상기 발광 분자들을 나선형 구조로 적층시킬 수 있다. 이로써, 발광 분자에서 생성된 광이 회전하는 편광 상태를 가지도록 할 수 있다. 보다 구체적인 설명을 위하여 도 2를 참조하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광 분자의 나선 적층 구조를 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로 도 2(a)는 종래 기술에 따른 회전 편광 상태를 구현하기 위한 구조를 도시하고, 도 2(b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 회전 편광 상태를 구현하기 위한 구조를 도시한다.
도 2(a)를 참조하면, 발광 분자 자체가 나선형 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 발광 분자 자체가 나선형 구조이기 때문에 발광 분자에서 생성된 광이 회전하는 편광 상태를 가질 수 있다. 또한, 발광 분자에 나선형 도펀트 예를 들어, 1-aza(6)heliscene이 부착될 수 있다. 이 경우, 나선형 도펀트에 의하여 발광 분자에서 생성된 광이 회전하는 편광 상태를 가질 수 있다.
그러나 도 2(a)에 도시된 경우에는 도펀트의 합성에 따라 생성되는 광의 파장 즉 색이 달라지는 어려움이 있다. 또한, 생성되는 광에 회전 편광 상태를 부여하는 능력이, 발광 분자 자체의 구조 또는 도펀트 자체의 구조에 의존하기 때문에 회전 편광 생성 능력에 한계가 있다.
이와 달리, 도 2(b)를 참조하면, 카이럴 도펀트는 발광 분자들에게 비틀림 각도를 제공할 수 있다. 발광 분자들이 발광 분자들의 두께 방향으로 Layer 1 부터 Layer 4까지 적층된 경우, 카이럴 도펀트는 Layer 2의 발광 분자들을 θ1, Layer 3의 발광 분자들을 θ2, Layer 4의 발광 분자들을 θ3 각도 회전시킬 수 있다. 이를 위하여 상기 카이럴 도펀트는 발광 분자들에게 비틀림 각도를 제공하기 위한 헬리컬 트위스팅 파워(Helical Twisting Power; HTP)가 10/um 이상 바람직하게는 100/um일 수 있다. 일 예에 따르면 상기 카이럴 도펀트는 비-나선 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 카이럴 도펀트는 R5011로 이루어질 수 있다. 다시 말해, 상기 카이럴 도펀트는 거시적인 레벨(macroscopic level)에서 상기 발광 분자들의 비틀림 스태킹 형상을 제공할 수 있는 것이다.
상기 카이럴 물질에 의하여, 발광 분자들이 나선형 적층 구조를 가지기 때문에, 발광 분자에서 생성된 광은, 특정 방향으로 회전하는 편광 상태를 가질 수 있다. 나선 적층된 발광 분자들로 이루어진 발광층(140)은, 상기 제1 전극(110)을 향하여, 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 제1 광을 출사하고, 상기 제2 전극(170)을 향하여, 상기 제1 방향과 역 방향인 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 제2 광을 출사할 수 있게 된다.
이 때, 종래 기술과 달리, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 발광 분자들이 발광 분자들의 적층 방향으로 나선형 형상을 가지도록 함으로써, 생성되는 광에 부여되는 회전 편광 특성을 극대화할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 상기 발광층(140)은. 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법(Langmuir-Blodgett), 잉크젯 프린팅법, 레이저 프린팅법, 및 레이저 열전사법(Laser Induced Thermal Imaging, LITI) 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
상기 전자 수송층(150, electron transporting layer, ETL)은, 상기 발광층(140)에 형성되어, 상기 광출사층(105)으로 전자를 수송할 수 있다. 이를 위하여, 상기 전자 수송층(150)은 예를 들어, Alq3, PBD, TAZ, spiro-PBD, BAlq, Liq(lithium quinolate), BMB-3T, PF-6P, TPBI, COT 및 SAlq 중 적어도 하나의 물질로 이루어질 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전자 주입층(160, electron injection layer, EIL)은, 상기 전자 수송층(150) 상에 형성되어, 상기 전자 수송층(150)으로 전자를 주입할 수 있다. 이를 위하여, 상기 전자 주입층(160)은, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), PBD, TAZ, spiro-PBD, BAlq 및 SAlq 중 적어도 하나의 물질로 이루어질 수 있다.
상기 전자 수송층(150) 및 상기 전자 주입층(160)은 진공 증착법, 스핀 코팅법, 캐스트법, LB법(Langmuir-Blodgett), 잉크젯 프린팅법, 레이저 프린팅법, 레이저 열전사법(Laser Induced Thermal Imaging, LITI) 등과 같은 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
상기 제2 전극(170)은, 상기 전자 주입층(160) 상에 형성되며, 상기 전자 주입층(160)으로 전자를 제공할 수 있다. 상기 제2 전극(170)은, 고 전도도를 가지며, 상기 제2 전극(170)으로 출사된 광을 y' 방향으로 반사할 수 있도록 반사도를 가질 수 있다. 상기 제2 전극(170)은 예를 들어, 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 마그네슘(Mg) 중 적어도 하나의 물질로 이루어질 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 전극(170)은 서브 픽셀들에 의하여 공유되는 공유 전극으로 구성될 수 있다.
상기 제2 전극(170) 상에는 캡핑층(미도시, Capping Layer)이 형성될 수 있다. 상기 캡핑층은 광 추출 효과를 증진시키는 역할을 한다. 상기 캡핑층은 정공 수송능력이 있는 유기물로 이루어질 수도 있고, 발광층을 구성하는 호스트 물질로 이루어질 수도 있다. 다만, 상기 캡핑층은 생략될 수도 있다.
한편, 상기 제2 전극(170) 상에는 도시하지는 않았으나, 투습을 방지하는 봉지층이 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전극(110)을 기준으로 광 출사 방향 즉, y' 방향에는 편광층(180)이 위치할 수 있다. 상기 편광층은, 원 편광층과 상기 원 편광층을 기준으로 y' 방향에 위치한 선 편광층으로 이루어질 수 있다. 상기 편광층(180)은 상기 원 편광층의 편광 상태와 부합하는 광을 선택적으로 통과시킬 수 있다. 이 때, 상기 편광층(180)의 원 편광층은 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가진 광을 선택적으로 통과시킬 수 있다. 즉, 상기 편광층(180)은, 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가진 광이 상기 편광층(180)을 통과하지 못하도록 차단할 수 있다. 상기 편광층(180)의 구체적인 기능에 대해서는 도 2를 참조하여, 후술하기로 한다. 상기 편광층의 원 편광층은 타원 편광층도 포함하는 개념으로 이해될 수 있다.
한편 본 발명의 제1 실시 예에 따른 디스플레이(100)는 이하의 공정에 의하여 제조될 수 있다. 먼저 기판(미도시)이 제공될 수 있다. 기판 상에, 포토리소그래피 공정을 통하여 각 픽셀을 제어하는 적어도 하나의 트랜지스터, 적어도 하나의 커패시턴스를 포함하는 구동층이 형성될 수 있다. 상기 구동층 상에는, 제1 전극(110)이 포토 리소그래피 공정 또는 액상 공정으로 형성될 수 있다. 상기 제1 전극(110) 상에는, 광출사층(105)이 형성될 수 있다. 이 때, 상기 광출사층(105)은, 유기 분자가 고분자인 경우, 용액 공정 즉, 솔루블(soluble) 공정으로 도포될 수 있다. 이와 달리, 유기 분자가 저분자인 경우, 기상 증착 공정을 통하여, 증착될 수 있다. 상기 카이럴 물질은, 상기 광출사층(105) 예를 들어, 발광층(140)과 함께 형성될 수 있다. 상기 광출사층(105) 상에는 제2 전극(170)이 형성될 수 있다. 상기 제2 전극(170) 상에는 수분 및 공기의 투습을 방지하는 인캡슐레이션(encapsulation) 예를 들어, 유기-무기 복합 배리어층이 형성될 수 있다.
이상 도 1을 참조하여 본 발명의 제1 실시 예에 따른 디스플레이를 설명하였다. 이하에서는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 디스플레이의 작동 예를 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 디스플레이의 작동 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하여, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 디스플레이가 외부 광 반사를 차단하는 예를 설명하고, 광 효율을 극대화하는 예를 설명하기로 한다.
상기 디스플레이(100)는 상기 외부 광(Lout)이 y'에서 y방향으로 입사된 후, 다시 y에서 y'로 진행함에 있어서, 편광층(180) 외측으로 벗어나지 못하도록 차단할 수 있다. 이로써, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 디스플레이는 외부 광 차단 효과를 제공할 수 있다. 이하 구체적으로 설명하기로 한다.
계속하여 도 3을 참조하면, 먼저, 외부 광(Lout)이 디스플레이(100) 내부로 진입하는 환경이 조성될 수 있다. 이 때, 외부 광(Lout)은 디스플레이(100)로 진입하기 전에는 무 편광 상태(non polarized state)를 가질 수 있다. 그러나, 상기 편광층(180)이 진행 방향에 대하여 제1 방향 즉, 반 시계 방향으로 회전하는 광을 선택적으로 통과시키기 때문에, 상기 외부 광(Lout)이 상기 디스플레이(100)의 편광층(180)을 통과한 이후에는 광 진행 방향(y'에서 y)을 기준으로 y'에서 바라 보았을 때, 반 시계 방향인 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지게 된다.
상기 반 시계 방향인 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 외부 광(Lout))은 y' 방향에서 y 방향으로 진행할 수 있다. 이에, 상기 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 외부 광(Lout)은 상기 광출사층(105)을 통과하여, 상기 제2 전극(170)에 의하여 반사될 수 있다. 이에 따라 외부 광(Lout)의 진행 방향이 y'에서 y 방향이었다가 y에서 y' 방향으로 변경될 수 있다. 상기 외부 광(Lout)의 편광 상태는 반사에 의하여 회전 방향이 바뀔 수 있다. 즉, 외부 광(Lout)의 편광 방향은 진행 방향(y'에서 y)에 대하여 반 시계 방향인 제1 방향에서, 진행 방향(y에서 y')에 대하여 시계 방향인 제2 방향으로 바뀔 수 있다. 제2 전극(170) 반사에 의하여 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 외부 광(Lout)은 광출사층(105)을 통과하여, 편광층(180)에 이를 수 있다. 그러나, 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 외부 광(Lout)은, 제1 방향으로 회전하는 광을 선택적으로 통과시키는 편광층(180)을 통과할 수 없다. 이에 따라, 외부 광(Lout)이 디스플레이(100) 내부로 조사되는 경우에도, 디스플레이(100) 내부로 진입한 외부 광(Lout)이 뷰어에게 시인되는 것을 차단할 수 있다.
이상, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 디스플레이가 외부 광 반사를 차단하는 효과를 제공함을 설명하였다. 이하에서는 광 효율을 극대화하는 예를 설명하기로 한다.
상기 발광층(140)에서 생성된 광은, 제1 전극(110)을 향하여 진행하는 제1 광(Lin1)과, 제2 전극(170)을 향하여 진행하는 제2 광(Lin2)으로 구별될 수 있다. 이 때, 상기 발광층(140)에서 생성된 광은 상기 카이럴 물질(190)에 의하여 나선형 형상으로 적층된 발광 분자들에 의하여 회전 편광 상태를 가질 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 광(Lin1)은, 카이럴광 진행 방향(y에서 y')에 대하여, 반 시계 방향인 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가질 수 있다. 상기 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 제1 광(Lin1)은 편광층(180)을 통과할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 광(Lin1)은 뷰어에게 전달될 수 있다.
상기 제2 광(Lin2)은, 카이럴광 진행 방향(y'에서 y)에 대하여, 시계 방향인 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가질 수 있다. 상기 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 제2 광(Lin2)은 상기 제2 전극(170)에 의하여 반사될 수 있다. 상기 제2 전극(170)에 의하여 반사된 제2 광(Lin2)은, 광 진행 방향(y에서 y')에 대하여 반 시계 방향인 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가질 수 있다. 상기 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 제2 광(Lin2)은 편광층(180)을 통과할 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 광(Lin2)은 뷰어에게 전달될 수 있다.
요약하면, 상기 발광층(140)에서 생성된 광은, 무작위 방향으로 진행하는 광 진행 경로를 가질 수 있다. 상기 발광층(140)에서 생성된 광은, 무작위 경로를 가지되, 제1 전극(110)을 향하는 제1 광(Lin1)과 제2 전극(170)을 향하는 제2 광(Lin2)으로 크게 구분될 수 있다. 이 때, 제1 광(Lin1)은, 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지므로 편광층(180)을 통과할 수 있고, 제2 광(Lin2)은, 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 초기에 가지지만, 제2 전극(170)에 반사됨으로써, 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가질 수 있다. 이에 따라, 제1 광 뿐 만 아니라, 제2 광 모두 편광층(180)을 통과할 수 있다. 이에 따라 뷰어에게 전달되는 광 효율이 극대화될 수 있다.
이상, 도 3을 참조하여, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 디스플레이의 작동 예를 설명하였다. 이하에서는 도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 제1 실시 예의 제1 내지 제3 변형 예들을 설명하기로 한다. 도 4 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 제1 실시 예의 변형 예들을 설명함에 있어서, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 제1 실시 예와 중복되는 구성에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예의 제1 변형 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 변형 예에 따르면, 상기 카이럴 물질(190)이 상기 정공 수송층(130) 및 상기 전자 수송층(150) 중 적어도 하나의 층에 포함될 수 있다. 이 경우 상기 카이럴 물질(190)은 상기 정공 수송층(130)을 이루는 분자들 및/또는 상기 전자 수송층(150)을 이루는 분자들을 분자들의 두께 방향으로 나선형 구조로 적층시킬 수 있다.
이 경우, 상기 발광층(140)에서 생성된 광 중 제1 전극(110)을 향하는 제1 광(Lin1)은 상기 분자들이 나선형 적층 구조를 가지는 정공 수송층(130)에 의하여카이럴 회전 편광 상태를 가질 수 있다. 즉, 상기 제1 광(Lin1)은 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지므로, 상기 편광층(180)을 통과할 수 있다.
또한, 상기 발광층(140)에서 생성된 광 중 제2 전극(170)을 향하는 제2 광(Lin2)은 상기 분자들이 나선형 적층 구조를 가지는 전자 수송층(150) 카이럴에 의하여 회전 편광 상태를 가질 수 있다. 즉, 상기 제2 광(Lin2)은 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지며, 상술한 바와 같이 상기 제2 전극(170)에 의하여 반사됨으로써, 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 광(Lin2)은 상기 편광층(180)을 통과할 수 있다.
도 4를 참조한 본 발명의 제1 변형 예에 따르면, 상기 카이럴 물질(190)이 상기 정공 수송층(130) 및 상기 전자 수송층(150)에 포함된 것을 설명하였으나, 상기 카이럴 물질(190)이 상기 정공 수송층(130) 및 상기 전자 수송층(150) 뿐 만 아니라, 상기 발광층(140)에도 포함될 수 있음은 물론이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예의 제2 변형 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제2 변형 예에 따르면, 상기 카이럴 물질(190)이 상기 정공 주입층(120) 및 상기 전자 주입층(160) 중 적어도 하나의 층에 포함될 수 있다. 이 경우 상기 카이럴 물질(190)은 상기 정공 주입층(120)을 이루는 분자들 및/또는 상기 전자 주입층(160)을 이루는 분자들을 분자들의 두께 방향으로 나선형 구조로 적층시킬 수 있다.
이 경우, 상기 발광층(140)에서 생성된 광 중 제1 전극(110)을 향하는 제1 광(Lin1)은 상기 분자들이 나선형 적층 구조를 가지는 정공 주입층(120)에 의하여카이럴 회전 편광 상태를 가질 수 있다. 즉, 상기 제1 광(Lin1)은 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지므로, 상기 편광층(180)을 통과할 수 있다.
또한, 상기 발광층(140)에서 생성된 광 중 제2 전극(170)을 향하는 제2 광(Lin2)은 상기 분자들이 나선형 적층 구조를 가지는 전자 주입층(160)에 의하여카이럴 회전 편광 상태를 가질 수 있다. 즉, 상기 제2 광(Lin2)은 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지며, 상술한 바와 같이 상기 제2 전극(170)에 의하여 반사됨으로써, 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 광(Lin2)은 상기 편광층(180)을 통과할 수 있다.
도 5를 참조한 본 발명의 제2 변형 예에 따르면, 상기 카이럴 물질(190)이 상기 정공 주입층(120) 및 상기 전자 주입층(160)에 포함된 것을 상정하였으나, 상기 카이럴 물질(190)이 상기 발광층(140), 상기 정공 수송층(130) 및 상기 전자 수송층(150) 중 적어도 하나의 층에 더 포함될 수 있음은 물론이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 예의 제3 변형 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예의 제3 변형 예에 따른 디스플레이(103)는 텐덤(tandom) 구조에 본 발명의 기술적 사상이 적용된 예를 도시한다. 텐덤 구조라 함은, 두 개 이상의 광출사층이 직렬로 연결된 구조를 의미할 수 있다. 이 때, 전하 생성층(charge generation layer)은 개별 광출사층의 계면을 제공할 수 있다. 이하 구체적으로 설명하기로 한다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예의 제3 변형 예에 따른 디스플레이(103)는 편광층(180)을 기준으로 y 방향으로, 제1 전극(110), 제1 광출사층(105a), 전하 생성층(165), 제2 광출사층(105b) 및 제2 전극(170) 순서로 적층된 구조를 가질 수 있다. 이 때, 제1 광출사층(105a)는, 제1 정공 주입층(120a), 제1 정공 수송층(130a), 제1 발광층(140a), 제1 전자 수송층(150a) 및 제1 전자 주입층(160a)을 포함할 수 있다. 또한, 제2 광출사층(105b)는, 제2 정공 주입층(120b), 제2 정공 수송층(130b), 제2 발광층(140b), 제2 전자 수송층(150b) 및 제2 전자 주입층(160b)을 포함할 수 있다.
상기 편광층(180), 상기 제1 전극(110), 상기 제2 전극(170)은 앞서 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 바와 동일하므로 구체적인 설명을 생략하기로 한다.
상기 제1 정공 주입층(120a) 및 상기 제2 정공 주입층(120b)은, 정공의 주입을 원활하게 하는 기능을 수행할 수 있다. 이를 위하여, 예를 들어, MTDATA(4,4',4"-tris(3-methylphenylphenylamino)triphenylamine), CuPc(copper phthalocyanine), PEDOT/PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiphene, polystyrene sulfonate) 및 NPD(N,N-dinaphthyl-N,N'-diphenylbenzidine) 중 적어도 하나의 물질로 이루어질 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 정공 수송층(130a) 및 제2 정공 수송층(130b)은, 정공의 수송을 원활하게 하는 기능을 수행할 수 있다. 이를 위하여, 예를 들어, NPD(N,N-dinaphthyl-N,N'-diphenylbenzidine), TPD(N,N'-bis-(3-methylphenyl)-N,N'-bis-(phenyl)-benzidine), s-TAD 및 MTDATA(4,4',4"-Tris(N-3-methylphenyl-N-phenyl-amino)-triphenylamine) 중 적어도 하나의 물질로 이루어질 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 전자 수송층(150a) 및 상기 제2 전자 수송층(150b)은 광출사층으로 전자를 수송할 수 있다. 이를 위하여, 예를 들어, Alq3, PBD, TAZ, spiro-PBD, BAlq, Liq(lithium quinolate), BMB-3T, PF-6P, TPBI, COT 및 SAlq 중 적어도 하나의 물질로 이루어질 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 전자 주입층(160a) 및 상기 제2 전자 주입층(160b)은 전자 수송층으로 전자를 주입할 수 있다. 이를 위하여, Alq3(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum), PBD, TAZ, spiro-PBD, BAlq 및 SAlq 중 적어도 하나의 물질로 이루어질 수 있다.
상기 제1 발광층(140a)은 청색(Blue) 발광층, 진청색(Dark Blue) 발광층, 스카이 블루(Sky Blue) 발광층, 적색-청색(Red-Blue) 발광층, 황색-녹색(Yellow-Green) 발광층 또는 녹색(Green) 발광층으로 구성될 수 있다. 상기 청색(Blue) 발광층, 진청색(Dark Blue) 발광층, 스카이 블루(Sky Blue) 발광층의 발광 영역의 피크 파장(peak wavelength)은 440㎚ 내지 480㎚ 범위가 될 수 있다. 그리고, 상기 적색-청색(Red-Blue) 발광층의 발광영역의 피크 파장(peak wavelength)은 600㎚ 내지 650㎚ 범위가 될 수 있다. 그리고, 상기 황색-녹색(Yellow-Green) 발광층 또는 녹색(Green) 발광층의 발광 영역의 피크 파장(peak wavelength)은 510㎚ 내지 580㎚ 범위가 될 수 있다.
상기 제2 발광층(140b)은 청색(Blue) 발광층, 진청색(Dark Blue) 발광층, 스카이 블루(Sky Blue) 발광층, 적색-청색(Red-Blue) 발광층, 황색-녹색(Yellow-Green) 발광층 또는 녹색(Green) 발광층으로 구성될 수 있다. 상기 청색(Blue) 발광층, 진청색(Dark Blue) 발광층, 스카이 블루(Sky Blue) 발광층의 발광영역의 피크 파장(peak wavelength)은 440㎚ 내지 480㎚ 범위가 될 수 있다. 그리고, 상기 적색-청색(Red-Blue) 발광층의 발광 영역의 피크 파장(peak wavelength)은 600㎚ 내지 650㎚ 범위가 될 수 있다. 그리고, 상기 황색-녹색(Yellow-Green) 발광층 또는 녹색(Green) 발광층의 발광 영역의 피크 파장(peak wavelength)은 510㎚ 내지 580㎚ 범위가 될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 발광층(140a)은 노란색과 녹색 사이에서 피크를 가지는 색을 발광하고, 상기 제2 발광층(140b)은 청색 광을 발광할 수 있다. 이로써, 상기 제1 발광층(140a)과 상기 제2 발광층(140b)에서 각각 발광된 광은, 조합되어 흰색 파장을 가질 수 있다.
이 때, 상기 제1 발광층(140a)은 제1 카이럴 물질(190a)을 포함하고, 상기 제2 발광층(140b)은 제2 카이럴 물질(190b)을 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 카이럴 물질(190a, 190b)에 대해서는 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 바와 동일하므로 구체적인 설명을 생략하기로 한다.
상기 전하 생성층(165)은 상기 제1 발광층(140a)와 상기 제2 발광층(140b) 사이에 위치할 수 있다. 상기 전하 생성층(165)은 상기 제1 발광층(140a) 및 제2 발광층(140b) 간의 전하 균형을 조절한다. 상기 전하 생성층(165)은 N형 전하 생성층과 P형 전하 생성층을 포함할 수 있다. 상기 N형 전하 생성층은 각각 Li, Na, K, 또는 Cs와 같은 알칼리 금속, 또는 Mg, Sr, Ba, 또는 Ra와 같은 알칼리 토금속으로 도핑된 유기층으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 P형 전하 생성층은 각각 P형 도펀트가 포함된 유기층으로 이루어질 수 있다.
이상 도 4 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 제1 실시 예의 제1 내지 제3 변형 예를 설명하였다. 이하에서는 도 7을 참조하여 본 발명의 제1 실시 예의 제4 변형 예를 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 제1 실시 예의 제4 변형 예를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 제1 실시 예의 제4 변형 예에 따르면, 광출사층(105)의 분자들이 정렬된다는 점에서 본 발명의 제1 실시 예, 제1 실시 예의 제1 내지 제3 변형 예와 차이가 있다. 그 외, 편광층(180), 제1 전극(110), 정공 주입층(120), 정공 수송층(130), 전자 수송층(150), 전자 주입층(160) 및 제2 전극(170)은 앞서 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 바와 구조 및 기능이 대응되므로 구체적인 설명을 생략하기로 한다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예의 제4 변형 예에 따른 발광층(140)은 상술한 카이럴 물질(190)을 포함할 수 있음은 물론이며, 상기 발광층(140)을 이루는 유기 분자는 정렬될 수 있다는 점에서 특징이 있다.
카이럴일 실시 예에 따르면, 상기 발광층(140)의 유기 분자(142)는 상기 유기 분자(142)의 장축이 상기 제1 전극(110) 및 상기 제2 전극(170)과 실질적으로 평행하도록 도 6에 도시된 바와 같이, x-x' 방향으로 정렬될 수 있다. 카이럴카이럴이 때, 상기 유기 분자(242)와 카이럴 물질(190)은 제1 전극 및 제2 전극에 평행하게 정렬되되, y 축 방향으로, 유기 분자(242)의 장축이 나선형으로 회전하는 방식으로 정렬될 수 있다.
이하, 본 발명의 제1 실시 예의 제4 변형 예에 따른 효과가 설명된다.
본 발명의 제1 실시 예의 제4 변형 예에 따르면, 발광층(140)의 유기 분자(142)가 특정 방향 예를 들어, 도 7의 x-x' 방향으로 정렬될 수 있다. 이에 따라, 상기 발광층(140)이 출사하는 광은 선 편광(linearly polarized)을 가질 수 있다. 또한, 상기 발광층(140)에서 생성된 선 편광 광은, 카이럴 발광 분자들의 나선형 적층 구조에 의하여, 제1 방향 및 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가질 수 있다.
이 때, 상기 발광층(140)이 상기 유기 분자(142)의 정렬에 의하여 선 편광 광을 출사하기 때문에 제1 방향 및 제2 방향으로 회전하는 편광의 효율이 증가할 수 있다. 다시 말해, 상기 발광층(140)이 무 편광된 광을 출사하는 경우에 비하여, 유기 분자(142)의 정렬에 의하여 선 편광된 광을 출사하는 경우에, 원 편광 효율(타원 편광 효율)을 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 도 3을 참고하여 설명한 제1 광(Lin1) 및 제2 광(Lin2)중 편광층(180)을 통과하는 광의 비율이 증가하게 되므로 광 효율이 더 향상될 수 있다.
이하, 유기 분자의 정렬 방법이 설명된다.
상기 발광층(140)의 유기 분자(142)가 정렬되기 위해서, 상기 발광층(140)과 계면하는 인접하는 층이 특정 방향으로 배향될 수 있다. 예를 들어, 상기 발광층(140)보다 먼저 형성되는 정공 수송층(130)이 특정 방향으로 배향될 수 있다. 상기 정공 수송층(130)의 표면이 특정 방향으로 배열됨으로써, 상기 정공 수송층(130)과 계면하는 발광층(140)도 특정 방향으로 배열 유도될 수 있다.
예를 들어, 상기 정공 수송층(130)은 러빙(rubbing)을 통하여 특정 방향으로 정렬될 수 있다. 이와 달리, 상기 정공 수송층(130)은 선 평광된 광을 조사하는 광 배향을 통하여 특정 방향으로 정렬될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여, 광배향되는 경우를 상정하기로 한다.
광배향을 위하여, 상기 정공 수송층(130)은 폴리이미드(Polyimide), 폴리아믹산(Polyamic acid), 폴리노보넨, 페닐 말레이미드 공중합체, 폴리비닐신나메이트(polyvinylcinnamate), 폴리아조벤젠(polyazobenzene), 폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine), 폴리비닐알콜(Polyvinyl alcohol), 폴리아미드(Polyamide), 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리스틸렌(Polystylene), 폴리페닐렌프탈아미드(Polyphenylenephthalamide), 폴리에스테르(Polyester), 폴리우레탄(Polyurethane), 폴리실록산에시나메이트(Polysiloxanecinnamate), 셀룰로세신나메이트(cellulosecinnamate)계화합물 및 폴리메틸 메타크릴 레이트(Polymethyl methacrylate)계 화합물로 구성된 군에서 선택된 고분자물질을 더 포함할 수 있다. 즉, 도 1을 참조하여 설명한 정공 수송 물질에 상술한 광배향 물질이 더 포함될 수 있다. 이와 달리, 상기 정공 수송층(130)은 광배향 물질로만 이루어질 수도 있다.
상기 정공 수송층(130)에 자외선 예를 들어, 선편광되거나, 타원 편광, 원편광된 자외선, 무 편광 자외선이 인가될 수 있다. 이에 따라, 상기 정공 수송층(130)의 표면은 특정 방향 예를 들어, x-x' 방향으로 배향될 수 있다.
배향된 정공 수송층(130) 상에 발광층(140)이 형성될 수 있다. 상기 발광층(140)을 이루는 유기 분자(142) 및 카이럴 물질(190)은 상기 정공 수송층(130)이 제공하는 배향 방향 즉 x-x' 방향으로 배향된 상태로 형성될 수 있다.
이상, 본 발명의 제1 실시 예의 제4 변형 예에 따른 구조 및 효과를 설명하였다. 본 발명의 제4 변형 예를 설명함에 있어서, 발광층(140)의 유기 분자가 정렬되는 것으로 설명하였지만, 광출사층(105)의 발광층(140) 외의 다른 층도 정렬될 수 있음은 물론이다.
구체적으로 제4 변형 예의 기술적 사상은 제1 실시 예의 제1 변형 예에 적용될 수 있다. 이 경우, 카이럴 물질(190)이 포함된 상기 정공 수송층(130) 및 상기 전자 수송층(150)의 유기 분자도 특정 방향 예를 들어, x-x' 방향으로 정렬될 수 있다. 만약, 정공 수송층(130)의 정렬이 필요한 경우, 정공 수송층(130) 보다 먼저 형성되는 정공 주입층(120)이 러빙 또는 광배향될 수 있다. 또한, 전자 수송층(150)의 정렬이 필요한 경우, 전자 수송층(150) 보다 먼저 형성되는 발광층(140)이 러빙 또는 광배향될 수 있다. 이로써, 상기 정공 수송층(130) 및 상기 전자 수송층(150)의 유기 분자도 특정 방향 예를 들어, x-x' 방향으로 정렬될 수 있다.
또한, 제4 변형 예의 기술적 사상은, 제1 실시 예의 제2 변형 예에 적용될 수 있다. 이 경우, 카이럴 물질(190)이 포함된 상기 정공 주입층(120) 및 상기 전자 주입층(160)의 유기 분자도 특정 방향 예를 들어, x-x' 방향으로 정렬될 수 있다. 만약 정공 주입층(120)의 정렬이 필요한 경우, 제1 전극(110)과 정공 주입층(120) 사이에 특정 방향으로 배향된 배향층이 형성될 수 있다. 또한 전자 주입층(160)의 정렬이 필요한 경우, 전자 주입층(160) 보다 먼저 형성되는 전자 수송층(150)이 러빙 또는 광배향될 수 있다. 이로써, 상기 정공 주입층(120) 및 상기 전자 주입층(160)의 유기 분자도 특정 방향 예를 들어, x-x' 방향으로 정렬될 수 있다.
또한, 제4 변형 예의 기술적 사상은, 제1 실시 예의 제3 변형 예에도 적용될 수 있다. 이 경우, 제1 카이럴 물질(190a)이 포함된 제1 발광층(140a)과 제2 카이럴 물질(190b)이 포함된 제2 발광층(140b)의 유기 분자도 특정 방향 예를 들어, x-x' 방향으로 정렬될 수 있다. 이를 위하여, 상기 제1 발광층(140a)의 유기 분자(미도시)는 상술한 방법으로 러빙 또는 광배향 공정을 통하여 정렬시킬 수 있다. 이 후 상기 제2 발광층(140b)의 유기 분자(미도시)는 상기 제1 발광층(140a)에서 출사된 선 편광 광을 통하여, 제2 정공 수송층(130b)를 배향시킴으로써, 특정 방향으로 정렬할 수 있다. 이 때, 상기 제1 발광층(140a)은 청색을 발광하고, 상기 제2 발광층(140b)는 YG(yellow-green)를 발광할 수 있다. 이로서, 유기 분자 정렬 공정을 줄일 수 있다.
본 발명의 제1 실시 예, 그 제1 변형 예, 제2 변형 예, 제3 변형 예, 제4 변형 예의 기술적 사상이 서로 조합되어 실시될 수 있음은 물론이다.
이상 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 제1 실시 예 및 그 변형 예들에 따른 디스플레이를 설명하였다. 이하에서는 도 8을 참조하여, 본 발명의 제1 실시 예 및 그 변형 예들의 활용 예를 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명의 제1 실시 예 및 그 변형 예들의 활용 예를 설명하기 위한 도면이다.
상술한 본 발명의 제1 실시 예에 따른 디스플레이, 그 변형 예들은 상부 발광 표시 장치에 적용될 수 있다.
도 8을 참조하면, 하부 발광 표시 장치는, 기판(S)을 포함할 수 있다.
상기 기판(S)은, 유리 기판 뿐 만 아니라, 유연 기판 예를 들어, PET(polyethylene terephthalate), PEN(polyethylenaphthalate), PI(polyimide) 중 적어도 하나의 물질로 이루어질 수 있다.
상기 기판(S) 상에는 픽셀 예를 들어, 서브 픽셀들(Psub1, Psub2)이 제공될 수 있다. 상기 서브 픽셀들(Psub1, Psub2)은, 트랜지스터 소자(T), 애노드 전극(AE), 광출사층(LG), 캐소드 전극(CE)을 포함할 수 있다.
상기 트랜지스터 소자(T)는 상기 기판(S) 상에 마련되며, 액티브층(ACT), 상기 액티브층(ACT) 상에 마련되는 제1 절연막(I1), 상기 제1 절연막(I1) 상에 마련되는 게이트 전극(GE), 상기 게이트 전극(GE) 상에 마련되는 제2 절연막(I2), 상기 제2 절연막(I2) 상에 마련되며, 제1 및 제2 콘택홀(CNT1, CNT2)을 통해 상기 액티브층(ACT)에 접촉하는 소스 전극(SE) 및 드레인 전극(DE)을 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 트랜지스터 소자(T)는 상술한 바와 달리, 다른 방식으로 구현될 수 있음은 물론이다.
상기 트랜지스터 소자(T)는 소스 전극(SE)에 인가된 구동신호를 드레인 전극(DE)을 통하여 애노드 전극(AE)으로 전달할 수 있다. 즉, 상기 트랜지스터 소자(T)의 게이트 전극(GE)에 온 신호가 인가된 경우, 상기 애노드 전극(AE)은 구동 신호를 인가받을 수 있다.
상기 게이트 전극(GE))는 Al, Pt, Pd, Ag, Mg, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, Li, Ca, Mo, Ti, W, Cu 중 적어도 하나 이상의 금속 또는 합금으로, 단일층 또는 다수층으로 형성될 수 있다.
상기 액티브층(ACT)은, 반도체 물질을 포함할 수 있고, 상기 반도체 물질은, 비정질 및/또는 결정질을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 액티브층(ACT)은, IGZO, ZnO, SnO2, In2O3, Zn2SnO4, Ge2O3 중 적어도 하나의 물질로 이루어질 수 있다.
상기 소스 전극(SE) 및 상기 드레인 전극(DE)는 예를 들어 Al, Pt, Pd, Ag, Mg, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, Li, Ca, Mo, Ti, W, Cu 중 어느 하나의 금속 또는 이들의 합금으로, 단일층 또는 다수층으로 형성될 수 있다.
상기 소스 전극(SE) 및 상기 드레인 전극(DE) 상에는 층간 절연막(ILD)가 마련될 수 있다.
상기 애노드 전극(AE)은, 상기 층간 절연막(ILD) 상에 형성되고, 상기 애노드 전극(AE)은, 상기 층간 절연막(ILD)에 형성된 제3 콘택홀(CNT3)을 통하여, 상기 드레인 전극(DE)와 연결될 수 있다.
한편, 서브 픽셀들 사이에는, 격벽이 형성될 수 있으며, 이로 인해, 상기 서브 픽셀들은 서로 분할될 수 있다. 상기 격벽은, 질화실리콘(SiNx), 산화실리콘(SiOx)과 같은 무기절연물질 또는 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene)이나 아크릴 수지(acrylic resin)와 같은 유기절연물질 중 적어도 하나의 물질을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 서브 픽셀 별로, 상기 애노드 전극(AE) 상에는, 광출사층(LG)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 광출사층(LG)은 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층을 포함할 수 있다. 이 때, 서브 픽셀 별로, 상기 발광층은, 서로 다른 색의 광을 출사할 수 있도록 마련될 수 있다. 이로써, 서브 픽셀 별로 상이한 색의 광을 출사할 수 있다. 이와 달리, 텐덤 구조의 경우, 픽셀들이 공통적으로 흰색 광을 출사할 수 있도록 마련될 수 있다. 이 경우, 컬러필터를 통하여, 색상이 구현될 수 있다.
상기 캐소드 전극(CE)는 상기 광출사층(LG)과 격벽 상에 마련될 수 있다. 예를 들어, 상기 캐소드 전극(CE)은 상기 광출사층(LG)으로 전자를 제공할 수 있다.
상기 캐소드 전극(CE) 상에는 봉지층 및/또는 대향 기판이 제공될 수 있다. 상기 봉지층 및/또는 대향 기판은, 상기 표시 장치의 내부로 침투할 수 있는 수분 및/또는 산소를 차단할 수 있다.
상기 하부 발광 표시 장치는, 생성된 광을 기판 방향으로 출사할 수 있다. 상기 하부 발광 표시 장치는, 애노드 전극 방향으로 광을 출사하므로, 캐소드 전극은 고 전도성 물질로 구현될 수 있다. 이에 따라, 하부 발광 표시 장치는 대면적 표시 장치에 유리할 수 있다.
본 발명의 제1 실시 예 및 그 변형 예들의 광출사층은, 상기 하부 발광 표시 장치의 광 출사층(LG)에 적용될 수 있다.
이상, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 디스플레이를 설명하였다. 이하에서는 도 9 내지 도 14를 참조하여 본 발명의 제2 실시 예에 따른 디스플레이를 설명하기로 한다. 앞서, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 디스플레이가 하부 발광 방식인 반면, 후술할 본 발명의 제2 실시 예에 따른 디스플레이는 상부 발광 방식이라는 점에서 차이가 있다.
도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 디스플레이를 설명하기 위한 부분 단면도를 도시한다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 디스플레이는, y'에서 y 방향으로 기판(미도시), 액티브층(미도시), 제1 전극(210), 광출사층(205), 제2 전극(270), 편광층(280) 순서로 적층된 구조를 가질 수 있다.
상기 제2 실시 예에 따른 제1 전극(210)은 제1 실시 예의 제1 전극(110)과 달리, 반사면을 제공하도록 불투명성을 가지는 고 전도도의 전극 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극(210)은 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide: ITO)와 같이 일함수가 높은 투명 도전성 물질층과 은(Ag) 또는 은 합금(Ag alloy)과 같은 반사 물질층을 포함할 수 있다.
상기 제1 전극(210)은 이웃하는 픽셀 간에 공유 되도록 공유 전극으로서 형성될 수도 있고, 각 픽셀 마다 분할하여 형성될 수도 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 상기 제1 전극(210)은 분할 전극인 경우를 상정하기로 한다. 이 경우, 상기 제1 전극(110)은 각 픽셀 마다 개별적으로 제어될 수 있다.
상기 광출사층(205)은 각 픽셀 별로 적색, 청색, 녹색을 발광할 수 있도록 구성될 수 있다. 이를 위하여, 상기 광 출사층(205)은 정공 주입층(220), 정공 수송층(230), 발광층(240), 전자 수송층(250), 전자 주입층(260)을 포함할 수 있다.
제2 실시 예에 따른 정공 주입층(220), 정공 수송층(230), 발광층(240), 전자 수송층(250), 전자 주입층(260)은 각각 제1 실시 예에 따른 정공 주입층(120), 정공 수송층(130), 발광층(140), 전자 수송층(150), 전자 주입층(160)에 각각 대응되므로 구체적인 설명을 생략하기로 한다.
제2 실시 예에 따른 발광층(240)도 카이럴 물질(290)을 포함할 수 있다. 상기 카이럴 물질(290)은 상기 발광층(240)을 이루는 유기 발광 분자들이 나선형 적층 구조를 가지도록 비틀림 각도를 제공할 수 있다.카이럴 상기 나선형 적층 구조에 의하여, 상기 발광층(240)에서 생성된 광은, 상기 제2 전극(270)을 향하여, 제1 방향(진행 방향에 대하여, 반 시계 방향, 즉, y'-y 경로에 대하여 반 시계 방향)으로 회전하는 편광 상태를 가지는 제1 광을 출사하고, 상기 제1 전극(210)을 향하여, 상기 제1 방향과 역 방향인 제2 방향(진행 방향에 대하여, 시계 방향, 즉, y-y' 경로에 대하여 시계 방향)으로 회전하는 편광 상태를 가지는 제2 광을 출사할 수 있다.
제2 전극(270)은, 광을 y 방향으로 출사하기 위하여, 투명 전극으로 이루어질 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 전극(270)은 서브 픽셀들에 의하여 공유되는 공유 전극으로 구성될 수 있다.
상기 제2 전극(270) 상에는 캡핑층(미도시, Capping Layer)이 형성될 수 있다. 상기 캡핑층은 광 추출 효과를 증진시키는 역할을 한다. 상기 캡핑층은 정공 수송능력이 있는 유기물로 이루어질 수도 있고, 발광층을 구성하는 호스트 물질로 이루어질 수도 있다. 다만, 상기 캡핑층은 생략될 수도 있다.
한편, 상기 제2 전극(270) 상에는 도시하지는 않았으나, 투습을 방지하는 봉지층이 형성될 수 있다.
상기 제2 전극(270) 상에는 편광층(280)이 형성될 수 있다. 상기 편광층(280)은 원 편광층과 상기 원 편광층을 기준으로 y 방향에 위치한 선 편광층으로 이루어질 수 있다. 상기 편광층(280)은 상기 원 편광층의 편광 상태와 부합하는 광을 선택적으로 통과시킬 수 있다. 이 때, 상기 편광층(280)의 상기 원 편광층은 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가진 광을 선택적으로 통과시킬 수 있다. 즉, 상기 편광층(280)은, 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가진 광이 상기 편광층(280)을 통과하지 못하도록 차단할 수 있다.
이상 도 8을 참조하여 본 발명의 제2 실시 예에 따른 디스플레이를 설명하였다. 이하에서는 도 9를 참조하여, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 디스플레이의 작동 예를 설명하기로 한다.
도 10은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 디스플레이의 작동 예를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 제2 실시 예에 다른 디스플레이도 상술한 본 발명의 제1 실시 예에 따른 디스플레이와 같이, 외부 광 반사를 차단할 수 있고, 광 효율을 극대화할 수 있다.
상기 디스플레이(200)는 y에서 y'방향으로 입사한 외부 광(Lout)이 상기 디스플레이(100) 내부에서 반사되어 뷰어에게 전달되지 못하도록 외부 광 차단 효과를 제공할 수 있다.
도 10을 참조하면, 먼저, 외부 광(Lout)이 디스플레이(200) 내부로 진입하는 환경이 조성될 수 있다. 이 때, 외부 광(Lout)은 디스플레이(200)로 진입하기 전에는 무 편광 상태를 가질 수 있다. 그러나, 상기 편광층(280)이 진행 방향에 대하여 제1 방향 즉, 반 시계 방향으로 회전하는 광을 선택적으로 통과시키기 때문에, 상기 외부 광(Lout)이 상기 디스플레이(200)의 편광층(280)을 통과한 이후에는 광 진행 방향(y에서 y')을 기준으로 y에서 바라 보았을 때, 반 시계 방향인 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지게 된다.
상기 반 시계 방향인 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 외부 광(Lout))은 y 방향에서 y' 방향으로 진행할 수 있다. 이에, 상기 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 외부 광(Lout)은 상기 광출사층(205)을 통과하여, 상기 제1 전극(210)에 의하여 반사될 수 있다. 이에 따라 외부 광(Lout)의 진행 방향이 y에서 y' 방향이었다가 y'에서 y 방향으로 변경될 수 있다. 상기 외부 광(Lout)의 편광 상태는 반사에 의하여 회전 방향이 바뀔 수 있다. 즉, 외부 광(Lout)의 편광 방향은 진행 방향(y'에서 y)에 대하여 반 시계 방향인 제1 방향에서, 진행 방향(y'에서 y)에 대하여 시계 방향인 제2 방향으로 바뀔 수 있다. 제1 전극(210) 반사에 의하여 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 외부 광(Lout)은 광출사층(205)을 통과하여, 편광층(280)에 이를 수 있다. 그러나, 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 외부 광(Lout)은, 제1 방향으로 회전하는 광을 선택적으로 통과시키는 편광층(280)을 통과할 수 없다. 이에 따라, 외부 광(Lout)이 디스플레이(200) 내부로 조사되는 경우에도, 디스플레이(200) 내부로 진입한 외부 광(Lout)이 뷰어에게 시인되는 것을 차단할 수 있다.
이상, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 디스플레이가 외부 광 반사를 차단하는 효과를 제공함을 설명하였다. 이하에서는 광 효율을 극대화하는 예를 설명하기로 한다.
상기 발광층(240)에서 생성된 광은, 제2 전극(270)을 향하여 진행하는 제1 광(Lin1)과, 제1 전극(210)을 향하여 진행하는 제2 광(Lin2)으로 구별될 수 있다. 이 때, 상기 발광층(240)에서 생성된 광은 상기 카이럴 물질(290)에 의하여 나선형 형상으로 적층된 발광 분자들에 의하여 회전 편광 상태를 가질 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 광(Lin1)은, 카이럴광 진행 방향(y'에서 y)에 대하여, 반 시계 방향인 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가질 수 있다. 상기 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 제1 광(Lin1)은 편광층(280)을 통과할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 광(Lin1)은 뷰어에게 전달될 수 있다.
상기 제2 광(Lin2)은, 카이럴광 진행 방향(y에서 y')에 대하여, 시계 방향인 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가질 수 있다. 상기 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 제2 광(Lin2)은 상기 제1 전극(210)에 의하여 반사될 수 있다. 상기 제1 전극(210)에 의하여 반사된 제2 광(Lin2)은, 광 진행 방향(y'에서 y)에 대하여 반 시계 방향인 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가질 수 있다. 상기 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 제2 광(Lin2)은 편광층(280)을 통과할 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 광(Lin2)은 뷰어에게 전달될 수 있다.
요약하면, 상기 발광층(240)에서 생성된 광은, 무작위 경로를 가지되, 제2 전극(270)을 향하는 제1 광(Lin1)과 제2 전극(210)을 향하는 제2 광(Lin2)으로 크게 구분될 수 있다. 이 때, 제1 광(Lin1)은, 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지므로 편광층(280)을 통과할 수 있고, 제2 광(Lin2)은, 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 초기에 가지지만, 제1 전극(210)에 반사됨으로써, 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가질 수 있다. 이에 따라, 제1 광 뿐 만 아니라, 제2 광 모두 편광층(280)을 통과할 수 있다. 이에 따라 뷰어에게 전달되는 광 효율이 극대화될 수 있다.
이상, 도 10을 참조하여, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 디스플레이의 작동 예를 설명하였다. 이하에서는 도 11을 참조하여, 본 발명의 제2 실시 예의 제1 변형 예가 설명된다.
도 11은 본 발명의 제2 실시 예의 제1 변형 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 제2 변형 예에 따르면, 상기 카이럴 물질(290)이 상기 정공 수송층(230) 및 상기 전자 수송층(250) 중 적어도 하나의 층에 포함될 수 있다. 이 경우 상기 카이럴 물질(290)은 상기 정공 수송층(230)을 이루는 분자들 및/또는 상기 전자 수송층(250)을 이루는 분자들을 분자들의 두께 방향으로 나선형 구조로 적층시킬 수 있다.
이 경우, 상기 발광층(240)에서 생성된 광 중 제2 전극(270)을 향하는 제1 광(Lin1)은 상기 나선형 적층 구조를 가지는 전자 수송층(250)에 카이럴에 의하여 회전 편광 상태를 가질 수 있다. 즉, 상기 제1 광(Lin1)은 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지므로, 상기 편광층(280)을 통과할 수 있다.
또한, 상기 발광층(240)에서 생성된 광 중 제1 전극(210)을 향하는 제2 광(Lin2)은 상기 나선형 적층 구조를 가지는 정공 수송층(230)에 카이럴의하여 회전 편광 상태를 가질 수 있다. 즉, 상기 제2 광(Lin2)은 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지며, 상술한 바와 같이 상기 제1 전극(210)에 의하여 반사됨으로써, 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 광(Lin2)은 상기 편광층(280)을 통과할 수 있다.
도 11을 참조한 본 발명의 제2 실시 예의 제1 변형 예에 따르면, 상기 카이럴 물질(290)이 상기 정공 수송층(230) 및 상기 전자 수송층(250)에 포함된 것을 설명하였으나, 상기 카이럴 물질(290)이 상기 정공 수송층(230) 및 상기 전자 수송층(250) 뿐 만 아니라, 상기 발광층(240)에도 포함될 수 있음은 물론이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시 예의 제2 변형 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 제2 변형 예에 따르면, 상기 카이럴 물질(290)이 상기 정공 주입층(220) 및 상기 전자 주입층(260) 중 적어도 하나의 층에 포함될 수 있다. 이 경우 상기 카이럴 물질(290)은 상기 정공 수송층(220)을 이루는 분자들 및/또는 상기 전자 수송층(260)을 이루는 분자들을 분자들의 두께 방향으로 나선형 구조로 적층시킬 수 있다.
이 경우, 상기 발광층(240)에서 생성된 광 중 제2 전극(270)을 향하는 제1 광(Lin1)은 상기 분자들이 나선형 적층 구조를 가지는 전자 주입층(260)에 카이럴의하여 회전 편광 상태를 가질 수 있다. 즉, 상기 제1 광(Lin1)은 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지므로, 상기 편광층(280)을 통과할 수 있다.
또한, 상기 발광층(240)에서 생성된 광 중 제1 전극(210)을 향하는 제2 광(Lin2)은 상기 분자들이 나선형 적층 구조를 가지는 정공 주입층(220)에 카이럴의하여 회전 편광 상태를 가질 수 있다. 즉, 상기 제2 광(Lin2)은 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지며, 상술한 바와 같이 상기 제1 전극(210)에 의하여 반사됨으로써, 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 광(Lin2)은 상기 편광층(280)을 통과할 수 있다.
도 12를 참조한 본 발명의 제2 실시 예의 제2 변형 예에 따르면, 상기 카이럴 물질(290)이 상기 정공 주입층(220) 및 상기 전자 주입층(260)에 포함된 것을 상정하였으나, 상기 카이럴 물질(290)이 상기 발광층(240), 상기 정공 수송층(230) 및 상기 전자 수송층(250) 중 적어도 하나의 층에 더 포함될 수 있음은 물론이다.
도 13은 본 발명의 제2 실시 예의 제3 변형 예를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 제2 실시 예의 제3 변형 예에 따르면, 광출사층(205)의 분자들이 정렬된다는 점에서 본 발명의 제2 실시 예, 제2 실시 예의 제1 및 제2 변형 예와 차이가 있다. 그 외, 편광층(280), 제1 전극(210), 정공 주입층(220), 정공 수송층(230), 전자 수송층(250), 전자 주입층(260) 및 제2 전극(270)은 앞서 도 9 및 도 10을 참조하여 설명한 바와 구조 및 기능이 대응되므로 구체적인 설명을 생략하기로 한다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예의 제3 변형 예에 따른 발광층(240)은 상술한 카이럴 물질(290)을 포함할 수 있음은 물론이며, 상기 발광층(240)을 이루는 유기 분자는 정렬될 수 있다는 점에서 특징이 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 발광층(240)의 유기 분자(242)는 상기 유기 분자(242)의 장축이 상기 제1 전극(210) 및 상기 제2 전극(270)과 실질적으로 평행하도록 도 14에 도시된 바와 같이, x-x' 방향으로 정렬될 수 있다. 카이럴카이럴이 때, 상기 유기 분자(242)와 카이럴 물질(190)은 제1 전극 및 제2 전극에 평행하게 정렬되되, y 축 방향으로, 유기 분자(242)의 장축이 나선형으로 회전하는 방식으로 정렬될 수 있다.
유기 분자의 정렬 방법은 앞서 제1 실시 예의 제4 변형 예에서 설명한 바와 대응되므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
이하, 본 발명의 제2 실시 예의 제3 변형 예에 따른 효과가 설명된다. 본 발명의 제2 실시 예의 제3 변형 예에 따르면, 발광층(240)의 유기 분자(242)가 특정 방향 예를 들어, 도 13의 x-x' 방향으로 정렬될 수 있다. 이에 따라, 상기 발광층(240)이 출사하는 광은 선 편광을 가질 수 있다. 또한, 상기 발광층(240)에서 생성된 선 편광 광은, 상기 유기 분자(242)들이 층상으로 비틀림에 따라 형성된 나선형 구조에 의하여, 제1 방향 및 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가질 수 있다.
이 때, 상기 발광층(240)이 상기 유기 분자(242)의 정렬에 의하여 선 편광 광을 출사하기 때문에 제1 방향 및 제2 방향으로 회전하는 편광의 효율이 증가할 수 있다. 다시 말해, 상기 발광층(240)이 무 편광된 광을 출사하는 경우에 비하여, 유기 분자(242)의 정렬에 의하여 선 편광된 광을 출사하는 경우에, 원 편광 효율(타원 편광 효율)을 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 도 10을 참고하여 설명한 제1 광(Lin1) 및 제2 광(Lin2)중 편광층(280)을 통과하는 광의 비율이 증가하게 되므로 광 효율이 더 향상될 수 있다.
이상, 본 발명의 제2 실시 예의 제3 변형 예에 따른 구조 및 효과를 설명하였다. 본 발명의 제2 실시 예의 제3 변형 예를 설명함에 있어서, 발광층(240)의 유기 분자가 정렬되는 것으로 설명하였지만, 광출사층(205)의 발광층(240) 외의 다른 층도 정렬될 수 있음은 물론이다.
구체적으로 제3 변형 예의 기술적 사상은 제2 실시 예의 제1 변형 예에 적용될 수 있다. 이 경우, 카이럴 물질(290)이 포함된 상기 정공 수송층(230) 및 상기 전자 수송층(250)의 유기 분자도 특정 방향 예를 들어, x-x' 방향으로 정렬될 수 있다.
또한, 제3 변형 예의 기술적 사상은, 제2 실시 예의 제2 변형 예에 적용될 수 있다. 이 경우, 카이럴 물질(290)이 포함된 상기 정공 주입층(220) 및 상기 전자 주입층(260)의 유기 분자도 특정 방향 예를 들어, x-x' 방향으로 정렬될 수 있다.
본 발명의 제2 실시 예, 그 제1 변형 예, 제2 변형 예, 제3 변형 예의 기술적 사상이 서로 조합되어 실시될 수 있음은 물론이다.
도 14는 본 발명의 제2 실시 예 및 그 변형 예들의 활용 예를 설명하기 위한 도면이다.
상술한 본 발명의 제2 실시 예에 따른 디스플레이, 그 변형 예들은 상부 발광 표시 장치에 적용될 수 있다.
도 14를 참조하면, 상부 발광 표시 장치는, 기판(S)을 포함할 수 있다.
상기 기판(S)은, 유리 기판 뿐 만 아니라, 유연 기판 예를 들어, PET(polyethylene terephthalate), PEN(polyethylenaphthalate), PI(polyimide) 중 적어도 하나의 물질로 이루어질 수 있다.
상기 기판(S) 상에는 픽셀 예를 들어, 서브 픽셀들(Psub1, Psub2)이 제공될 수 있다. 상기 서브 픽셀들(Psub1, Psub2)은, 트랜지스터 소자(T), 애노드 전극(AE), 광출사층(LG), 캐소드 전극(CE)을 포함할 수 있다.
상기 트랜지스터 소자(T)는 상기 기판(S) 상에 마련되며, 액티브층(ACT), 상기 액티브층(ACT) 상에 마련되는 제1 절연막(I1), 상기 제1 절연막(I1) 상에 마련되는 게이트 전극(GE), 상기 게이트 전극(GE) 상에 마련되는 제2 절연막(I2), 상기 제2 절연막(I2) 상에 마련되며, 제1 및 제2 콘택홀(CNT1, CNT2)을 통해 상기 액티브층(ACT)에 접촉하는 소스 전극(SE) 및 드레인 전극(DE)을 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 트랜지스터 소자(T)는 상술한 바와 달리, 다른 방식으로 구현될 수 있음은 물론이다.
상기 트랜지스터 소자(T)는 소스 전극(SE)에 인가된 구동신호를 드레인 전극(DE)을 통하여 애노드 전극(AE)으로 전달할 수 있다. 즉, 상기 트랜지스터 소자(T)의 게이트 전극(GE)에 온 신호가 인가된 경우, 상기 애노드 전극(AE)은 구동 신호를 인가받을 수 있다.
상기 게이트 전극(GE))는 Al, Pt, Pd, Ag, Mg, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, Li, Ca, Mo, Ti, W, Cu 중 적어도 하나 이상의 금속 또는 합금으로, 단일층 또는 다수층으로 형성될 수 있다.
상기 액티브층(ACT)은, 반도체 물질을 포함할 수 있고, 상기 반도체 물질은, 비정질 및/또는 결정질을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 액티브층(ACT)은, IGZO, ZnO, SnO2, In2O3, Zn2SnO4, Ge2O3 중 적어도 하나의 물질로 이루어질 수 있다.
상기 소스 전극(SE) 및 상기 드레인 전극(DE)는 예를 들어 Al, Pt, Pd, Ag, Mg, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, Li, Ca, Mo, Ti, W, Cu 중 어느 하나의 금속 또는 이들의 합금으로, 단일층 또는 다수층으로 형성될 수 있다.
상기 소스 전극(SE) 및 상기 드레인 전극(DE) 상에는 층간 절연막(ILD)가 마련될 수 있다.
상기 애노드 전극(AE)은, 상기 층간 절연막(ILD) 상에 형성되고, 상기 애노드 전극(AE)은, 상기 층간 절연막(ILD)에 형성된 제3 콘택홀(CNT3)을 통하여, 상기 드레인 전극(DE)와 연결될 수 있다.
한편, 서브 픽셀들 사이에는, 격벽이 형성될 수 있으며, 이로 인해, 상기 서브 픽셀들은 서로 분할될 수 있다. 상기 격벽은, 질화실리콘(SiNx), 산화실리콘(SiOx)과 같은 무기절연물질 또는 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene)이나 아크릴 수지(acrylic resin)와 같은 유기절연물질 중 적어도 하나의 물질을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 서브 픽셀 별로, 상기 애노드 전극(AE) 상에는, 광출사층(LG)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 광출사층(LG)은 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층을 포함할 수 있다. 이 때, 서브 픽셀 별로, 상기 발광층은, 서로 다른 색의 광을 출사할 수 있도록 마련될 수 있다. 이로써, 서브 픽셀 별로 상이한 색의 광을 출사할 수 있다.
상기 캐소드 전극(CE)는 상기 광출사층(LG)과 격벽 상에 마련될 수 있다. 예를 들어, 상기 캐소드 전극(CE)은 상기 광출사층(LG)으로 전자를 제공할 수 있다.
상기 캐소드 전극(CE) 상에는 봉지층 및/또는 대향 기판이 제공될 수 있다. 상기 봉지층 및/또는 대향 기판은, 상기 표시 장치의 내부로 침투할 수 있는 수분 및/또는 산소를 차단할 수 있다.
상기 상부 발광 표시 장치는, 생성된 광을 기판과 반대 방향으로 출사할 수 있다. 이에 따라, 상기 상부 발광 표시 장치는, 상기 트랜지스터 소자(T)를 형성할 수 있는 공간이 넓고 개구율이 향상된다는 장점을 가진다.
본 발명의 제2 실시 예 및 그 변형 예들의 광출사층은, 상기 상부 발광 표시 장치의 광 출사층(LG)에 적용될 수 있다.
이하 본 발명의 실험 예들 및 본 발명의 우수성이 설명된다.
실험을 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 상면 발광 디스플레이를 준비하였다. 보다 구체적으로 제1 실험 예에 따른 디스플레이는 LiF/Al으로 이루어진 애노드 전극, 애노드 전극 상에 형성되고 TPBi로 이루어진 정공 블로킹층, 정공 블로킹층 상에 형성되고 F8BT를 발광 분자로 하고 R5011을 오른쪽으로 비틀림 각도를 제공하는 카이럴 도펀트로 이루어진 발광층, 발광층 상에 형성되고 폴리이미드로 이루어진 정공 수송층, 정공 수송층 상에 형성되고 CuPC로 이루어진 정공 주입층 및 정공 주입층 상에 형성되고 ITO로 이루어진 캐소드 전극을 포함하도록 준비하였다. 이 때, 제1 실험 예에 따른 디스플레이는 폴리이미드로 이루어진 정공 수송층을 배향하여, 발광 분자가 정렬되도록 하였다. 즉, 제1 실험 예는 상술한 제2 실시 예의 제3 변형 예에 해당하는 것으로 볼 수 있다.
또한, 제2 실험 예로서, 제1 실험 예와 동일한 물질로 이루어지되, 배향되지 않은 디스플레이를 준비하였다. 즉, 제2 실험 예는 제2 실시 예에 해당하는 것으로 볼 수 있다.
본 발명의 제1 실험 예와 제2 실험 예들과 대비를 위하여, R5011의 카이럴 도펀트를 포함하지 않는 제1 비교 예와 제2 비교 예를 준비하였다. 특히 제1 비교 예의 발광층은 배향되지 않은 F8BT 발광 분자를 포함하도록 구성하였고, 제2 비교 예의 발광층은 배향된 F8BT 발광 분자를 포함하도록 구성하였다. 앞서 설명한 바와 같이, 제1 비교 예와 제2 비교 예의 발광층은 카이럴 도펀트를 포함하지 않는다.
표 1은 제1 실험 예, 제2 실험 예, 제1 비교 예 및 제2 비교 예의 특성을 비교한 표이다.
| 구분 | 제1 실험 예 | 제2 실험 예 | 제1 비교 예 | 제2 비교 예 |
| Sample Only | 4029 | 4031 | 4023 | 4014 |
| 우원 편광판 | 2861 | 2490 | 1839 | 1800 |
| 좌원 편광판 | 792 | 1175 | 1819 | 1837 |
| Sum of R+l | 3652 | 3665 | 3658 | 3637 |
| 원편광비 | 3.61 | 2.12 | 1.01 | 0.97 |
| 효율향상 | 56.6% | 35.9% | 기준 | 기준 |
| g-factor | -1.13 | -0.71 | 0 | 0 |
표 1의 구분 란에 기재된 sample only는 편광판이 출사면에 형성되지 않은 경우의 출사 광의 세기를 의미하고, 우원 편광판과 좌원 편광판은 출사면에 각각 우원/좌원 편광판이 형성된 경우의 출사 광의 세기를 의미한다. Sum of R+L은 좌원/우원 편광판을 통과한 광의 세기를 의미한다.
상기 표1을 참조하면, 제1 비교 예와 제2 비교 예에 있어서, 발광층에서 생성되는 광의 g-factor가 0이므로 무 편광 상태인 것을 확인할 수 있다. 이와 달리 제1 실험 예의 경우, 발광층에서 생성되는 광의 g-factor가 무려 -1.13으로 효율을 약 60%로 증가시킴을 확인할 수 있었다. 또한, 제2 실험 예의 경우, 발광층에서 생성되는 광의 g-factor가 -0.71이며, 효율을 약40% 증가시킴을 확인할 수 있었다.
이러한 g-factor 증가의 이유는 제1 및 제2 실험 예에 포함된 카이럴 도펀트가 발광 분자들에게 비틀림 각도를 제공하여, 발광 분자에 의하여 생성하는 광이 발광 분자들로 형성된 나선형 구조에 의하여 회전 편광 상태를 가지기 때문인 것으로 해석된다.
한편, 앞서 제1 실시 예 및 제2 실시 예를 설명함에 있어서는 생략하였으나, 본 발명자들은 제1 실시 예와 제2 실시 예를 준비함에 있어서, R5011 카이럴 도펀트가 F8BT의 발광 분자들에게 나선형 구조를 제공하기 위하여 열 처리 공정을 수행하였다. 열 처리 공정을 설명하기 위하여 도 15을 참조하기로 한다.
도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 열처리 공정이 나선형 구조 형성에 미치는 영향을 설명하기 위한 도면이다.
도 15(a)를 참조하면, 단순히 F8BT로 이루어진 발광 분자들에게 R5011 카이럴 도펀트를 포함시키는 것만으로는 F8BT 발광 분자들이 나선형 구조를 가지지 않음이 확인되었다. 도 15(a)의 붉은 색 표시는 발광층의 배향 방향을 의미하고, 각도는 편광층의 편광 방향과 배향 방향 사이의 각도를 의미한다. 도 15(a)에 도시된 바와 같이 배향 방향과 편광 방향이 변함에도 불구하고 광 강도의 변화가 없음을 알 수 있다. 이는 발광 분자가 정렬을 하지 못한 isotropic하다는 것을 의미한다.
이와 달리, 도 15(b)를 참조하면, F8BT로 이루어진 발광 분자들에게 R5011 카이럴 도펀트를 포함시킨 상태에서 140도 이상으로 열 어닐링을 수행하고 상온에서 냉각시키는 경우, 발광 분자가 카이럴 도펀트에 의하여 나선형 적층 구조를 가짐을 보여준다. 보다 구체적으로 열 어닐링을 통하여, 메조 페이즈(mesophase)로 상 변이를 시킨 후 냉각시키는 경우, 발광 분자가 나선형 적층 구조를 가질 수 있다. 도 15(b)에 도시된 바와 같이, 배향 방향과 편광 방향이 변화는 경우, 출사 광의 세기가 변함을 확인할 수 있다. 이는 열 처리에 의하여 발광 분자들이 카이럴 도펀트가 제공하는 HTP에 의하여 나선형 적층 구조로 정렬된 것을 의미한다.
도 15을 참조하여 설명한 열 처리 공정은 앞서 설명한 제1 실시 예 및 그 변형 예들, 제2 실시 예 및 그 변형 예들에 적용될 수 있음은 물론이다.
이하, 도 16을 참조하여 본 발명의 효과를 정리하여 설명하기로 한다.
도 16은 본 발명의 일 실시 예들에 따른 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 16(a)는 종래의 디스플레이를 도시하고, 도 16(b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이를 도시한다. 공통적으로 도 16(a) 및 도 16(b)에 따른 디스플레이는 외부 광 반사 기능을 제공할 수 있다.
그러나 광 출사 효율에 있어서는 현저한 차이를 보이게 된다. 도 16(a)에 도시된 종래 디스플레이의 경우 광 출사층에서 생성된 광은 출사면을 향하는 제1 광(L1') 50%와 아래 전극을 향하는 제2 광(L2') 50%로 구성된다. 이 때, 제1 광(L1')과 제2 광(L2')은 특정한 편광 상태를 가지고 있지 않다. 이 경우, 생성된 전체 광의 50%에 해당하는 제1 광(L1') 중 50%인 25%만이 원 편광층을 통과할 수 있다. 즉 원 편광층이 우원 편광층인 경우 제1 광(L1') 중 우원 편광 상태를 가지는 절반의 광만 원 편과층을 통과할 수 있는 것이다. 같은 원리로 생성된 전체 광의 50%에 해당하는 제2 광(L2') 중 50%인 25%만이 원 편광층을 통과할 수 있다. 따라서, 종래 디스플레이의 경우 출사 효율이 50%에 머물렀다.
이에 반해 도 16(b)에 도시된 본 발명의 실시 예에 따른 디스플레이의 경우, 카이럴 도펀트에 의하여 발광 분자가 나선형 적층 구조를 가지기 때문에, 특정 방향으로 편광된 광이 생성된다. 즉, 전체 생성 광의 50%에 해당하는 출사면으로 향하는 광은 40%의 시계 방향으로 편광 상태를 가지는 L1a와 10%의 반 시계 방향으로 편광 상태를 가지는 L1b로 구성된다. 또한, 전체 생성 광의 50%에 해당하는 아래 전극으로 향하는 광은 40%의 반 시계 방향으로 편광 상태를 가지는 L2a와 10%의 시계 방향으로 편광 상태를 가지는 L2b로 구성된다. 이 경우, 시계 방향으로의 편광 상태를 가지는 광인 L1a와 L2a 즉 전체 광량의 80%가 우원 편광층을 통과할 수 있다. 이에 따라 본 발명의 실시 예에 따른 디스플레이의 경우 출사 효율이 80%로 종래 디스플레이 대비 60% 효율을 향상시킬 수 있다.
나아가, 본 발명의 실시 예에 따르면, 발광 분자들이 나선형 적층 구조를 가지도록 하기 위하여 카이럴 도펀트를 포함한다. 이와 달리, 발광 분자 자체가 나선형 구조를 가지거나 나선형 구조를 가지는 도펀트를 단순히 추가하는 것은 편광비인 g-factor가 낮으며 생성되는 광의 색상을 조정하기 위한 설계가 필요하다는 한계가 있었다. 그러나, 본 발명의 실시 예의 경우, 카이럴 도펀트가 발광 분자들 자체를 회전시킴으로써, 발광 분자들이 층 상으로 나선형의 구조를 가지게 된다. 따라서, 편광비인 g-factor가 현저히 증가하며 공정이 용이하다는 효과를 제공할 수 있다.
한편, 상술한, 본 발명의 실시 예들에 따르면, 카이럴 물질이 광출사층 중 적어도 한 층에 포함되는 것으로 설명하였다. 이와 달리, 카이럴 물질이 포함된 필름이 광출사층을 이루는 개별 층 사이에 적층될 수도 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들에 따르면, 발광층이 유기 발광층인 경우를 상정하였으나, 이와 달리 무기 발광층 예를 들어, 퀀텀 발광층일 수도 있다. 이 경우, 광출사층 자체가 무기 발광층으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 퀀텀 발광층은 퀀텀닷 및/또는 퀀텀 로드로 이루어질 수 있다. 이 경우, 퀀텀닷 및/또는 퀀텀 로드와 같은 발광 무기 분자들도 카이럴 도펀트에 의하여 나선형 적층 구조를 가질 수 있으며, 나선형 적층 구조는 출사되는 광의 편광 상태를 상술한 바와 같이 변경할 수 있다.퀀텀닷 및 퀀텀 로드는, 나노 사이즈의 반도체 물질일 수 있고, Ⅱ-Ⅵ족, Ⅲ-Ⅵ족, Ⅳ족 물질 및 이들의 혼합물 중 어느 하나 이상의 물질일 수 있다. 구체적으로, 퀀텀닷 및 퀀텀 로드는, 산화 마그네슘(MgO), 황화 마그네슘(MgS), 마그네슘 셀레나이드(MgSe), 마그네슘 텔루라이드(MgTe), 산화 칼슘(CaO), 황화 칼슘(CaS), 칼슘 셀레나이드(CaSe), 칼슘 텔루라이드(CaTe), 산화 스트론튬(SrO), 황화 스트론튬(SrS), 스트론튬 셀레나이드(SrSe), 스트론튬 텔루라이드(SrTe), 산화 바륨(BaO), 황화 바륨(BaS), 바륨 셀레나이드(BaSe), 바륨 텔루라이드(BaTE), 산화 아연(ZnO), 산화 구리(Cu2O), 황화 아연(ZnS), 징크 셀레나이드(ZnSe), 징크 텔루라이드(ZnTe), 산화 카드뮴(CdO), 황화 카드뮴(CdS), 카드뮴 셀레나이드(CdSe), 카트뮴 텔루라이드(CdTe), 산화 수은(HgO), 황화 수은(HgS), 머큐리 셀레나이드(HgSe), 머큐리 텔루라이드(HgTe), 황화 알루미늄(Al2S3), 알루미늄 셀레나이드(Al2Se3), 알루미늄 텔루라이드(A12Te3), 산화 갈륨(Ga2O3), 황화 갈륨(Ga2S3), 갈륨 셀레나이드(Ga2Se3), 갈륨 텔루라이드(Ga2Te3), 산화 인듐(In2O3), 황화 인듐(In2S3), 인듐 셀레나이드(In2Se3), 인듐 텔루라이드(In2Te3), 산화 저마늄(GeO2), 산화 주석(SnO2), 황화 주석(SnS), 스탠넘 셀레나이드(SnSe), 스탠넘 텔루라이드(SnTe), 산화 납(PbO), 이산화 납(PbO2), 황화 납(PbS), 납 셀레나이드(PbSe), 납 텔루라이드(PbTe), 질화 알루미늄(AlN), 인화 알루미늄(AlP), 알루미늄 아스나이드(AlAs), 알루미늄 안티모나이드(AlSb), 질화 갈륨(GaN), 인화 갈륨(GaP), 갈륨 아스나이드(GaAs), 갈륨 안티모나이드(GaSb), 질화 인듐(InN), 인화 인듐(InP), 인듐 아스나이드(InAs), 인듐 안티모나이드(InSb), 인화 보론(BP), 실리콘(Si) 또는 저마늄(Ge) 중 적어도 하나의 물질로 이루어질 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시 예를 설명함에 있어서 발광층이 전계 발광(electroluminescence)인 경우를 상정하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 발광층이 포토 전계(photoluminescence)인 경우에도 적용됨은 물론이다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
100, 200: 디스플레이
110, 210: 제1 전극
120, 220: 정공 주입층
130, 230: 전공 수송층
140, 240 발광층
142, 242: 유기 분자
150: 250: 전자 수송층
160, 260: 전자 주입층
170, 270: 제2 전극
180, 280: 편광층
190, 290: 카이럴 물질
110, 210: 제1 전극
120, 220: 정공 주입층
130, 230: 전공 수송층
140, 240 발광층
142, 242: 유기 분자
150: 250: 전자 수송층
160, 260: 전자 주입층
170, 270: 제2 전극
180, 280: 편광층
190, 290: 카이럴 물질
Claims (25)
- 광 출사 방향에 배치되는 제1 전극;
상기 제1 전극과 대향하는 제2 전극;
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되며, 상기 제1 전극을 향하여, 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 제1 광을 출사하고, 상기 제2 전극을 향하여, 상기 제1 방향과 역 방향인 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 제2 광을 출사하는, 광출사층; 및
상기 제1 전극을 기준으로 광 출사 방향에 배치되며, 상기 제1 방향으로 회전하는 광을 통과시키는, 편광층을 포함하되,
상기 광출사층은, 상기 광출사층에서 출사된 상기 제1 광이 상기 제1 전극을 향하여 상기 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지고, 상기 광출사층에서 출사된 상기 제2 광이 상기 제2 전극을 향하여 상기 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지도록 상기 광출사층의 발광 분자들의 층상 비틀림 각도를 조절하는, 카이럴(chiral) 물질을 포함하며,
상기 층상 비틀림 각도는, 상기 광 출사층의 두께 방향으로 발광 분자 레이어들이 나선형 방향으로 회전하는 방향의 각도인, 디스플레이. - 제1 항에 있어서,
상기 제2 광은, 상기 제2 전극에 반사되어, 상기 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지게 되어 상기 편광층을 통과하며,
외부 입사 광은, 상기 편광층을 통과함에 따라, 상기 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지게 되고, 상기 제1 방향으로 회전하는 편광상태를 가지는 외부 입사 광은, 상기 제2 전극에 반사되어, 상기 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지게 되어, 상기 편광층에 의하여 외부로의 출사가 차단되는, 디스플레이. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 방향 및 제2 방향은, 제1 위치에서 제2 위치로 향하는 광 진행 경로 상에서, 상기 제1 위치에서 상기 제2 위치를 바라보는 관점을 기준으로 하여 정의되는 방향인, 디스플레이. - 삭제
- 제1 항에 있어서,
상기 광출사층은, 정공 수송층, 정공 주입층, 발광층, 전자 주입층, 전자 수송층이 상기 제1 전극에서 상기 제2 전극을 향하여 적층된 구조를 가지며,
상기 카이럴 물질은, 상기 정공 수송층, 상기 정공 주입층, 상기 발광층, 상기 전자 주입층 및 상기 전자 수송층 중 적어도 하나의 층에 포함된, 디스플레이. - 제1 항에 있어서,
상기 광출사층은, 발광 분자들을 포함하며,
상기 광출사층은, 상기 발광 분자들을 특정 방향으로 배향시키는 배향층을 더 포함하는, 디스플레이. - 제6 항에 있어서,
상기 발광 분자들은, 상기 발광 분자의 장축이 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 평행한 방향으로 정렬 방향을 가지는 디스플레이. - 삭제
- 삭제
- 제6 항에 있어서,
상기 발광 분자는, 유기 분자 또는 퀀텀 무기 분자로 이루어진 디스플레이. - 제1 전극;
상기 제1 전극과 대향하며 광 출사 방향에 위치하는 제2 전극;
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되며, 상기 제2 전극을 향하여, 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 제1 광을 출사하고 상기 제1 전극을 향하여, 상기 제1 방향과 역 방향인 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지는 제2 광을 출사하는 광출사층; 및
상기 제2 전극을 기준으로 광 출사 방향에 배치되며, 상기 제1 방향으로 회전하는 광을 통과시키는, 편광층을 포함하되,
상기 광출사층은, 상기 광출사층에서 출사된 상기 제1 광이 상기 제2 전극을 향하여 상기 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지고, 상기 광출사층에서 출사된 상기 제2 광이 상기 제1 전극을 향하여 상기 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지도록 상기 광출사층의 발광 분자들의 층상 비틀림 각도를 조절하는, 카이럴(chiral) 물질을 포함하며,
상기 층상 비틀림 각도는, 상기 광 출사층의 두께 방향으로 발광 분자 레이어들이 나선형 방향으로 회전하는 방향의 각도인, 디스플레이. - 제11 항에 있어서,
상기 제2 광은, 상기 제1 전극에 반사되어, 상기 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지게 되어 상기 편광층을 통과하며,
외부 입사 광은, 상기 편광층을 통과함에 따라, 상기 제1 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지게 되고, 상기 제1 방향으로 회전하는 편광상태를 가지는 외부 입사 광은, 상기 제1 전극에 반사되어, 상기 제2 방향으로 회전하는 편광 상태를 가지게 되어, 상기 편광층에 의하여 외부로의 출사가 차단되는, 디스플레이. - 제10 항에 있어서,
상기 제1 방향 및 제2 방향은, 제1 위치에서 제2 위치로 향하는 광 진행 경로 상에서, 상기 제1 위치에서 상기 제2 위치를 바라보는 관점을 기준으로 하여 정의되는 방향인, 디스플레이. - 삭제
- 제11항에 있어서,
상기 광출사층은, 정공 수송층, 정공 주입층, 발광층, 전자 주입층, 전자 수송층이 상기 제1 전극에서 상기 제2 전극을 향하여 적층된 구조를 가지며,
상기 카이럴 물질은, 상기 정공 수송층, 상기 정공 주입층, 상기 발광층, 상기 전자 주입층 및 상기 전자 수송층 중 적어도 하나의 층에 포함된, 디스플레이. - 제11 항에 있어서,
상기 광출사층은, 발광 분자들을 포함하며,
상기 광출사층은, 상기 발광 분자들을 특정 방향으로 배향시키는 배향층을 더 포함하는, 디스플레이. - 제16 항에 있어서,
상기 발광 분자들은, 상기 발광 분자의 장축이 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 평행한 방향으로 정렬 방향을 가지는 디스플레이. - 삭제
- 삭제
- 제16 항에 있어서,
상기 발광 분자는, 유기 분자 또는 퀀텀 무기 분자로 이루어진 디스플레이. - 제1 전극;
상기 제1 전극과 대향하는 제2 전극;
상기 제1 전극 외측 또는 상기 제2 전극 외측에 배치되는 좌현 또는 우현 광을 선택적으로 통과시키는 편광층; 및
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되며, 카이럴 물질을 포함하는 광출사층;을 포함하고
상기 카이럴 물질은, 상기 광출사층에서 발광 분자들에 의하여 생성된 광이 상기 편광층을 통과하도록 좌현 또는 우현 편광시키고,
상기 편광층 외측에서 측정되는 광출사층에서 생성된 광 세기는. 상기 카이럴 물질을 비 포함한 광 출사층 대비, 상기 카이럴 물질을 포함하는 광출사층이 강하되,
상기 광출사층은 상기 발광 분자들의 층상 비틀림 각도를 조절하는, 카이럴(chiral) 물질을 포함하며, 상기 층상 비틀림 각도는, 상기 광 출사층의 두께 방향으로 발광 분자 레이어들이 나선형 방향으로 회전하는 방향의 각도인, 디스플레이. - 제21 항에 있어서,
상기 광출사층은, 상기 발광 분자들을 특정 방향으로 배향시키는 배향층을 더 포함하는, 디스플레이. - 비-카이럴 발광 분자들; 및
상기 발광 분자들로 이루어진 발광 분자 레이어들에 비틀림 각도를 제공하여, 상기 발광 분자들을 나선형 구조로 적층시키는 도펀트를 포함하는 발광체. - 제23 항에 있어서,
상기 도펀트는 상기 비틀림 각도로 상기 발광 분자를 회전시키도록 헬리컬 트위스팅 파워(Helical Twisiting Power)를 상기 발광 분자에게 제공하는 발광체. - 제24 항에 있어서,
상기 도펀트는 열 어닐링(thermal annealing) 후 상온에서 냉각될 때, 상기 발광 분자들의 두께 방향으로 상기 비틀림 각도를 제공하는 발광체.
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