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KR102709996B1 - 유기전계발광 표시장치 - Google Patents

유기전계발광 표시장치 Download PDF

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KR102709996B1
KR102709996B1 KR1020160143309A KR20160143309A KR102709996B1 KR 102709996 B1 KR102709996 B1 KR 102709996B1 KR 1020160143309 A KR1020160143309 A KR 1020160143309A KR 20160143309 A KR20160143309 A KR 20160143309A KR 102709996 B1 KR102709996 B1 KR 102709996B1
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Abstract

본 발명은 광 추출 효율을 향상시키기 위해 표시패널 내부에 마이크로 렌즈 어레이(Micro Lens Array; MLA) 구조를 적용한 유기전계발광 표시장치를 제공한다.
본 발명의 유기전계발광 표시장치는 반응성 액정(reactive mesogen; RM)과 염료(dye)로 이루어진 광학소자를 편광소자(Poly Vinyl Alcohol; PVA)와 4분의 1 파장판(Quarter-Wave Plate; QWP) 사이에 추가하여 시야각으로 퍼져 나가는 광을 차단함으로써 MLA 구조 적용에 따른 확산반사 성분을 감소시키는 것을 특징으로 한다.

Description

유기전계발광 표시장치{ORGANIC LIGHT EMITTING DISPLAY DEVICE}
본 발명은 유기전계발광 표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광 추출 효율이 향상된 유기전계발광 표시장치에 관한 것이다.
최근 정보 디스플레이에 관한 관심이 고조되고 휴대가 가능한 정보매체를 이용하려는 요구가 높아지면서 경량 박형 표시장치에 대한 연구 및 상업화가 중점적으로 이루어지고 있다.
이러한 표시장치 분야에서, 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device; LCD)는 가볍고 전력소모가 적어 주목받는 디스플레이 장치 중에 하나이다.
다른 디스플레이 장치로 유기전계발광 표시장치는 자체발광형이기 때문에 액정표시장치에 비해 시야각과 명암비 등이 우수하다. 또한, 백라이트(backlight)가 필요하지 않기 때문에 경량 박형이 가능하고, 소비전력 측면에서도 유리하다. 그리고, 직류 저전압 구동이 가능하고 응답속도가 빠르다는 장점이 있다.
이러한 유기전계발광 표시장치의 유기 발광층에서 발광된 광은 여러 구성요소들을 통과하여 유기전계발광 표시장치의 외부로 나오게 된다.
그러나, 유기 발광층에서 발광된 광 중에 유기전계발광 표시장치 외부로 나오지 못하고 유기전계발광 표시장치 내부에 갇히는 광들이 존재하게 되어, 유기전계발광 표시장치의 광 추출 효율이 문제가 된다.
유기전계발광 표시장치의 광 추출 효율을 향상시키기 위해, 유기전계발광 표시장치의 기판 외측에 마이크로 렌즈 어레이(Micro Lens Array; MLA)를 부착하는 방식이 사용되고 있다.
[관련기술문헌]
유기전계발광표시장치 및 그 제조방법(특허출원번호 제10-2012-0100222호)
후면발광(bottom emission) 방식의 유기전계발광 표시장치는 유기발광 소자에서 발광된 광이 표시패널 하부로 방출되는 유기전계발광 표시장치를 의미한다. 즉, 유기발광 소자에서 발광된 광이 유기전계발광 표시장치를 구동하기 위한 박막 트랜지스터가 형성된 기판의 하면 방향으로 방출되는 유기전계발광 표시장치를 의미한다.
이러한 후면발광 방식의 유기전계발광 표시장치에 있어, 유기 발광층에서 발광된 광은 광의 전파 경로를 기준으로 크게 ITO/유기(organic) 모드(이하, 'ITO 모드'라 함)와, 기판(substrate) 모드 및 공기(air) 모드로 나눌 수 있다. 이중 공기 모드는 유기 발광층에서 발광된 광 중에 유기전계발광 표시장치의 외부로 추출되는 광을 지칭하고, 기판 모드는 유기 발광층에서 발광된 광 중에 기판에서의 전반사, 광흡수 등에 의해 유기전계발광 표시장치의 내부에 갇히는 광을 지칭한다. ITO 모드는 유기 발광층에서 발광된 광 중에 일반적으로 ITO로 형성되는 양극에서의 전반사, 광흡수 등에 의해 유기전계발광 표시장치의 내부에 갇히는 광을 지칭한다.
후면발광 방식의 유기전계발광 표시장치에서 ITO 모드로서 유기전계발광 표시장치의 내부에 갇히는 광은 유기 발광층에서 발광된 광 중의 약 50%이고, 기판 모드로서 유기전계발광 표시장치의 내부에 갇히는 광은 유기 발광층에서 발광된 광 중의 약 30%에 해당한다. 따라서, 유기 발광층에서 발광된 광 중에 약 80%의 광이 유기전계발광 표시장치의 내부에 갇히게 되며, 약 20%의 광만이 외부로 추출된다.
MLA는 유기전계발광 표시장치 내부에 갇힘 광을 렌즈 형상을 통해 외부로 추출하여 광효율 향상에 기여하는 기술이다.
그러나, 반사 성능에 저하를 일으키는 부작용(side effect)을 가지는데, 특히 확산반사 성분이 커지므로 제어가 필요하다.
도 1은 일반적인 유기전계발광 표시장치와 MLA 구조가 적용된 유기전계발광 표시장치의 반사율을 비교하여 보여주는 표다.
이때, 도 1에 도시된 SCE(Specular Component Excluded) 방식은 경면반사광(specularly reflected light)을 제외하고 측정하는 색상측정방법을 의미하며, 만약 색상을 측정하는데 적분구를 완성하기 위하여 경면반사광을 포함시킨다면 SCI(Specular Component Included) 방식이라 부른다.
도 1을 참조하면, 일 예로 일반적인 유기전계발광 표시장치(비교예1)의 총 반사율 및 확산반사율은 각각 1.15 및 0.03이다.
반면에 MLA 구조가 적용된 일반적인 유기전계발광 표시장치(비교예2)의 총 반사율 및 확산반사율은 각각 1.86 및 0.74이며, 비교예1의 반사율에 비해 총 반사율은 약 62% 증가하고, 확산반사율은 약 2400% 증가한 것을 알 수 있다.
비교예1 및 비교예2에서 CIE L* 값은 각각 약 0.69 및 7.02인 것을 알 수 있다.
이와 같이 기존 유기전계발광 표시장치의 효율을 개선하기 위해 MLA 구조를 적용하면 효율은 향상되나 반사 성능에 저하를 일으키는 부작용이 있으며, 특히 확산반사 성분이 커지는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 광 추출 효율을 향상시켜 효율이 개선되고 수명이 보다 증가된 유기전계발광 표시장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 마이크로 렌즈 어레이(Micro Lens Array; MLA) 구조 적용에 따른 확산반사 성분을 감소시켜 반사 성능 저하를 개선한 유기전계발광 표시장치를 제공하는데 있다.
기타, 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 후술되는 발명의 구성 및 특허청구범위에서 설명될 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전계발광 표시장치는 기판 위에 구비되며, 서브-화소의 발광영역에 렌즈 어레이가 구비된 오버코트층과, 상기 오버코트층 위에 구비되는 유기발광다이오드 및 상기 기판 하부에 구비되며, 위상차층과, 광학소자 및 선형 편광판으로 이루어진 광학부재를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 광학소자는 반응성 액정과 염료로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 RGB 서브-화소의 발광영역에 각각 배치된 RGB 컬러필터를 추가로 포함할 수 있다.
이때, 상기 렌즈 어레이는 상기 오버코트층이 상기 RGB 컬러필터와 중첩되는 부분에 위치할 수 있다.
상기 렌즈 어레이는 반구 형상, 또는 반타원체 형상을 가질 수 있다.
상기 위상차층은 4분의 1파장판으로 구성될 수 있다.
상기 광학소자는 상기 위상차층과 상기 선형 편광판 사이에 위치할 수 있다.
상기 반응성 액정은 상기 선형 편광판의 편광축 방향에 대해 수직배향 될 수 있다.
이때, 상기 염료는 흑색 계열의 이색성 염료로, 상기 수직배향된 상기 반응성 액정의 배향방향을 따라 수직배향 될 수 있다.
상기 광학소자는 일 방향으로 배치된 상기 다수의 백색 서브-화소에 대응되도록 상기 일 방향으로 긴 스트라이프 형태로 구비될 수 있다.
상기 광학소자는 상기 다수의 백색 서브-화소와 일대일로 대응되도록 서브-화소 형태로 구비될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기전계발광 표시장치는 MLA 구조를 적용하여 효율을 개선하는 동시에 시야각으로 퍼져 나가는 광을 차단함으로써 MLA 구조 적용에 따른 반사 성능 저하를 개선할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 일반적인 유기전계발광 표시장치와 MLA 구조가 적용된 유기전계발광 표시장치의 반사율을 비교하여 보여주는 표.
도 2는 본 발명에 따른 유기전계발광 표시장치를 개략적으로 보여주는 블록도.
도 3은 유기전계발광 표시장치의 서브-화소에 대한 회로 구성을 보여주는 예시도.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계발광 표시장치의 단면 구조를 예시적으로 보여주는 도면.
도 5는 도 4에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계발광 표시장치에 있어, WRGB 서브-화소의 구조를 예시적으로 보여주는 도면.
도 6은 도 4에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계발광 표시장치에 있어, 하나의 서브-화소 구조를 개략적으로 보여주는 단면도.
도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계발광 표시장치의 구조를 예시적으로 보여주는 분해사시도.
도 8은 MLA 구조가 적용된 일반적인 유기전계발광 표시장치와 본 발명에 따른 유기전계발광 표시장치의 반사율을 비교하여 보여주는 표.
도 9는 정반사와 확산반사를 설명하기 위한 도면.
도 10은 파장에 따른 반사율을 예로 들어 보여주는 그래프.
도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계발광 표시장치에 있어, WRGB 서브-화소의 구조를 예시적으로 보여주는 단면도.
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계발광 표시장치의 구조를 예시적으로 보여주는 분해사시도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 액정표시장치의 바람직한 실시예를 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장될 수 있다.
소자(element) 또는 층이 다른 소자 또는 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않는 것을 나타낸다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below, beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용 시, 또는 동작 시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 따라서 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도 2는 본 발명에 따른 유기전계발광 표시장치를 개략적으로 보여주는 블록도로써, 백색 유기전계발광 표시장치를 예로 들고 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 유기전계발광 표시장치에는 영상처리부(115), 데이터변환부(114), 타이밍제어부(113), 데이터구동부(112), 게이트구동부(111) 및 표시패널(110)이 포함될 수 있다.
영상처리부(115)는 RGB 데이터신호(RGB)를 이용하여 평균화상레벨에 따라 최대 휘도를 구현하도록 감마전압을 설정하는 등 다양한 영상처리를 수행한 후 RGB 데이터신호(RGB)를 출력한다. 영상처리부(115)는 RGB 데이터신호(RGB)는 물론 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(DES) 및 클럭신호(CLK) 중 하나 이상을 포함하는 구동신호를 출력한다.
타이밍제어부(113)는 영상처리부(115), 또는 데이터변환부(114)로부터 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(DES) 및 클럭신호(CLK) 중 하나 이상을 포함하는 구동신호를 공급받는다. 타이밍제어부(113)는 구동신호에 기초하여 게이트구동부(111)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 게이트 타이밍 제어신호(GCS)와 데이터구동부(112)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 데이터 타이밍 제어신호(DCS)를 출력한다.
타이밍제어부(113)는 게이트 타이밍 제어신호(GCS)와 데이터 타이밍 제어신호(DCS)에 대응하여 데이터신호(DATA)를 출력한다.
데이터구동부(112)는 타이밍제어부(113)로부터 공급된 데이터 타이밍 제어신호(DCS)에 응답하여 타이밍제어부(113)로부터 공급되는 데이터신호(DATA)를 샘플링하고 래치(latch)하여 감마 기준전압으로 변환하여 출력한다. 데이터구동부(112)는 데이터라인들(DL1 ~ DLn)을 통해 변환된 데이터신호(DATA)를 출력한다. 데이터구동부(112)는 IC(Integrated Circuit) 형태로 형성된다.
게이트구동부(111)는 타이밍제어부(113)로부터 공급된 게이트 타이밍 제어신호(GCS)에 응답하여 게이트전압의 레벨을 시프트 시키면서 게이트신호를 출력한다. 게이트구동부(111)는 게이트라인들(GL1 ~ GLm)을 통해 게이트신호를 출력한다. 게이트구동부(111)는 IC 형태로 형성되거나 표시패널(150)에 게이트-인-패널(Gate In Panel; GIP) 방식으로 형성된다.
표시패널(110)은 일 예로, 적색 서브-화소(SPr), 녹색 서브-화소(SPg), 청색 서브-화소(SPb) 및 백색 서브-화소(SPw)를 포함하는 서브-화소 구조로 구현될 수 있다. 즉, 하나의 화소(P)는 RGB 서브-화소(SPr, SPg, SPb)와 백색 서브-화소(SPw)로 이루어질 수 있다.
도 3은 유기전계발광 표시장치의 서브-화소에 대한 회로 구성을 보여주는 예시도이다.
이때, 도 3에 도시된 서브-화소는 스위칭 트랜지스터, 구동 트랜지스터, 커패시터 및 유기발광다이오드를 포함하는 2T(Transistor)1C(Capacitor) 구조로 구성된 경우를 예로 들고 있다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 보상회로가 추가된 경우에는 3T1C, 4T2C, 5T2C 등 다양하게 구성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 유기전계발광 표시장치는 제 1 방향으로 배열된 게이트라인(GL) 및 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 서로 이격하여 배열된 데이터라인(DL)과 구동 전원라인(VDDL)에 의해 서브-화소영역이 정의된다.
하나의 서브-화소에는 스위칭 트랜지스터(SW), 구동 트랜지스터(DR), 커패시터(Cst), 보상회로(CC) 및 유기발광다이오드(OLED)가 포함될 수 있다.
유기발광다이오드(OLED)는 구동 트랜지스터(DR)에 의해 형성된 구동 전류에 따라 광을 발광하도록 동작한다.
스위칭 트랜지스터(SW)는 게이트라인(GL)을 통해 공급된 게이트신호에 응답하여 데이터라인(DL)을 통해 공급되는 데이터신호가 커패시터(Cst)에 데이터전압으로 저장되도록 스위칭 동작한다.
구동 트랜지스터(DR)는 커패시터(Cst)에 저장된 데이터전압에 따라 구동 전원라인(VDDL)과 그라운드배선(GND) 사이로 구동 전류가 흐르도록 동작한다.
보상회로(CC)는 구동 트랜지스터(DR)의 문턱전압 등을 보상한다. 보상회로(CC)는 하나 이상의 트랜지스터와 커패시터로 구성될 수 있다. 보상회로(CC)의 구성은 매우 다양한바 이에 대한 구체적인 예시 및 설명은 생략한다.
위와 같은 구성을 갖는 서브-화소는 구조에 따라 전면발광(top emission) 방식, 후면발광(bottom emission) 방식 또는 양면발광(dual emission) 방식으로 구현될 수 있다.
또한, 풀-컬러를 구현하는 방식에 따라 RGB 독립발광 방식과, WOLED와 RGB 컬러필터를 이용하는 방식 및 색 변환 방식으로 나뉘어진다.
본 발명에 따른 유기전계발광 표시장치는 WOLED와 RGB 컬러필터를 이용하여 풀-컬러를 구현함으로써 고해상도를 가지며, 단순한 공정으로 대면적화에 유리한 이점을 가진다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계발광 표시장치의 단면 구조를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계발광 표시장치에 있어, WRGB 서브-화소의 구조를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 6은 도 4에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계발광 표시장치에 있어서, 하나의 서브-화소의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도이다. 이때, 도 6은 코플라나(coplanar) 구조의 박막 트랜지스터를 이용한 유기전계발광 표시장치의 적색 서브-화소(SPr)를 예로 들어 보여주고 있다. 다만, 본 발명이 코플라나 구조의 박막 트랜지스터에 한정되는 것은 아니다.
그리고, 도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계발광 표시장치의 구조를 예시적으로 보여주는 분해사시도로써, 표시패널과 광학부재로 이루어진 패널 어셈블리의 구조를 개략적으로 보여주고 있다.
이때, 도 4 내지 도 7에 도시된 유기전계발광 표시장치는 화소가 배열된 기판 방향으로 광이 방출되는 후면발광 방식의 유기전계발광 표시장치를 예로 들고 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 화소가 배열된 기판과 반대방향으로 광이 방출되는 전면발광 방식의 유기전계발광 표시장치에도 적용 가능하다.
도 4 내지 도 7에 도시된 유기전계발광 표시장치는 적어도 2개의 유기 발광층을 이용하여 백색을 발광하는 WOLED를 예로 들고 있으며, 이 경우 유기 발광층이 백색을 발광하기 때문에 적색과, 녹색 및 청색의 광으로 변화하기 위한 RGB 컬러필터가 사용될 수 있다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계발광 표시장치는 영상을 표시하는 패널 어셈블리와 패널 어셈블리에 연결되는 연성 회로기판을 포함한다.
도 4 내지 도 7을 참조하면, 패널 어셈블리는 소정 기판(101) 위에 구성되며, 액티브영역과 패드영역으로 구분되는 표시패널(110) 및 액티브영역을 덮으면서 표시패널(110) 위에 구비되는 박막 봉지층을 포함한다.
후면발광 방식의 경우, 기판(101) 하부에는 외부로부터 입사된 광의 반사를 막기 위한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광학부재(160)가 부착될 수 있다.
표시패널(110)의 액티브영역에는 다수 WRGB 서브-화소(SPr, SPg, SPb, SPw)가 매트릭스 형태로 배열될 수 있다.
WRGB 서브-화소(SPr, SPg, SPb, SPw)는 백색을 발광하는 유기발광다이오드(WOLED)와 컬러필터(R, G, B, W)를 사용하는 방식으로 구현될 수 있다. 이때, 백색 서브-화소(SPw)에는 백색 컬러필터(W)가 적용되거나 어떠한 컬러필터도 적용되지 않을 수 있다.
RGB 서브-화소(SPr, SPg, SPb)는 트랜지스터(TFT)와, RGB 컬러필터(R, G, B) 및 유기발광다이오드(WOLED)를 포함할 수 있다. 그리고, 일 예로 백색 서브-화소(SPw)에 어떠한 컬러필터도 적용하지 않는 경우, 백색 서브-화소(SPw)는 트랜지스터(TFT) 및 유기발광다이오드(WOLED)를 포함할 수 있다.
즉, RGB 서브-화소(SPr, SPg, SPb)는 유기발광다이오드(WOLED)로부터 출사된 백색의 광을 적색과, 녹색 및 청색으로 변환시키기 위해 RGB 컬러필터(R, G, B)가 포함된다. 반면에, 백색 서브-화소(SPw)는 유기발광다이오드(WOLED)로부터 출사된 백색의 광을 그대로 출사하면 되기 때문에 어떠한 컬러필터도 포함되지 않을 수 있다.
이때, 도 6을 참조하여 하나의 서브-화소, 일 예로 적색 서브-화소(SPr)의 구조에 대해 구체적으로 설명하면, 적색 서브-화소(SPr)는 기판(101) 위에 형성된 트랜지스터(TFT)와, 유기발광다이오드(WOLED) 및 적색 컬러필터(R)로 구성될 수 있다.
우선, 트랜지스터(TFT)로 구동 박막 트랜지스터는 반도체층(124), 게이트전극(121), 소오스전극(122) 및 드레인전극(123)을 포함하여 구성될 수 있다.
반도체층(124)은 투명한 플라스틱이나 고분자 필름 등의 절연물질로 이루어진 기판(101) 위에 형성될 수 있다.
반도체층(124)은 비정질 실리콘막이나 비정질 실리콘을 결정화한 다결정 실리콘막, 또는 산화물 반도체 등으로 구성될 수 있다.
이때, 기판(101)과 반도체층(124) 사이에는 버퍼층(미도시)이 추가로 구비될 수 있다. 버퍼층은 기판(101)으로부터 유출되는 알칼리 이온과 같은 불순물로부터 후속 공정에서 형성되는 트랜지스터(TFT)를 보호하기 위해서 형성될 수 있다.
반도체층(124) 위에는 실리콘 질화막(SiNx) 또는 실리콘 산화막(SiO2) 등으로 이루어진 게이트절연막(115a)이 형성될 수 있으며, 그 위에 게이트전극(121)을 포함하는 게이트라인(미도시) 및 제 1 유지전극(미도시)이 형성될 수 있다.
게이트전극(121)과, 게이트라인 및 제 1 유지전극은 저저항 특성을 갖는 제 1 금속물질, 예를 들면 알루미늄(Al), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 또는 이들의 합금으로 이루어진 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있다.
게이트전극(121)과, 게이트라인 및 제 1 유지전극 위에는 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화막 등으로 이루어진 층간절연막(inter insulation layer)(115b)이 형성될 수 있으며, 그 위에 데이터라인(미도시), 구동 전압라인(미도시) 및 소오스/드레인전극(122, 123) 및 제 2 유지전극(미도시)이 형성될 수 있다.
소오스전극(122)과 드레인전극(123)은 소정 간격으로 이격하여 형성되어 있으며, 반도체층(124)과 전기적으로 연결될 수 있다. 보다 구체적으로는, 게이트절연막(115a) 및 층간절연막(115b)에는 반도체층(124)을 노출시키는 반도체층 컨택홀이 형성될 수 있으며, 반도체층 컨택홀을 통해 소오스/드레인전극(122, 123)이 반도체층(124)과 전기적으로 접속될 수 있다.
이때, 제 2 유지전극은 층간절연막(115b)을 사이에 두고 그 하부의 제 1 유지전극의 일부와 중첩하여 스토리지 커패시터를 형성할 수 있다.
데이터라인, 구동 전압라인, 소오스/드레인전극(122, 123) 및 제 2 유지전극은 저저항 특성을 갖는 제 2 금속물질, 예를 들면 알루미늄(Al), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 또는 이들의 합금으로 이루어진 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있다.
데이터라인, 구동 전압라인, 소오스/드레인전극(122, 123) 및 제 2 유지전극이 형성된 기판(101) 위에는 보호막(또는 평탄화막)(115c)이 형성될 수 있다.
그리고, 보호막(115c) 위에는 RGB 컬러필터(R, G, B)가 형성될 수 있다. RGB 컬러필터(R, G, B)는 유기발광다이오드(WOLED)로부터 출사된 백색광을 적색과, 녹색 및 청색으로 변환하는 색 변환재료이다.
이때, 적색 서브-화소(SPr)와, 녹색 서브-화소(SPg) 및 청색 서브-화소(SPb)에는 각각 적색 컬러필터(R)와, 녹색 컬러필터(G) 및 청색 컬러필터(B)가 구비될 수 있다.
그리고, 백색 서브-화소(SPw)에는 백색 서브-컬러필터(W)가 적용되거나 어떠한 서브-컬러필터도 적용되지 않을 수 있다.
그리고, 보호막(115c) 위에는 드레인전극(123)의 일부를 노출시키는 오버코트층(115d) 및 유기발광다이오드(WOLED)가 구비될 수 있다. 오버코트층(115d)은 굴절률이 약 1.5인 유기물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 아크릴계 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리이미드계 수지, 불포화 폴리에스테르계 수지, 폴리페닐렌계 수지, 폴리페닐렌설파이드계 수지, 벤조사이클로부텐 및 포토레지스트 중 어느 하나로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 약 1.5의 굴절률을 갖는 임의의 절연물질로 형성될 수 있다.
오버코트층(115d)은 WRGB 컬러필터(R, G, B, W)와 중첩되도록 형성된 복수의 렌즈 어레이(L)를 포함할 수 있다. 복수의 렌즈 어레이(L)는 반구 형상, 또는 반타원체 형상을 가질 수 있다. 오버코트층(115d)은 복수의 렌즈 어레이(L)가 형성되지 않는 부분에서는 평탄화층으로서 기능한다.
오버코트층(115d) 위에는 소정의 단차 완화층(미도시)이 형성될 수 있다. 단차 완화층은 오버코트층(115d)의 굴절률보다 큰 굴절률을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 일 예로 단차 완화층은 약 1.7 내지 2.0의 굴절률을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 단차 완화층은 오버코트층(115d)의 복수의 렌즈 어레이(L)에 의한 단차를 완화시키기 위한 층이다. 즉, 단차 완화층은 오버코트층(115d)의 복수의 렌즈 어레이(L) 사이의 뾰족한 지점 및 복수의 렌즈 어레이(L)의 경사가 급격한 지점에 유기층(130)이 형성되지 않도록 하기 위하여, 오버코트층(115d)의 복수의 렌즈 어레이(L)의 오목한 영역을 부분적으로 채우기 위한 층이다.
유기발광다이오드(WOLED)는 제 1 전극(118)과, 유기층(130) 및 제 2 전극(128)을 포함할 수 있다.
제 1 전극(118)과, 유기층(130) 및 제 2 전극(128)은 비평탄화된 면인 오버코트층(115d)의 복수의 렌즈 어레이(L)의 상면의 형상을 따라 형성되어 비평탄화된 상면 및 하면을 갖는다. 일 예로 증착방식으로 제 1 전극(118)과, 유기층(130) 및 제 2 전극(128)을 형성하는 경우, 제 1 전극(118)과, 유기층(130) 및 제 2 전극(128)은 제 1 전극(118)과, 유기층(130) 및 제 2 전극(128) 각각이 형성되는 표면의 형태(morphology)에 따르는 형상으로 형성된다.
이때, WRGB 컬러필터(R, G, B, W)와 오버코트층(115d)에서 발생하는 아웃개싱(outgassing)에 의한 수분 등이 곧바로 유기층(130)으로 확산되어 유기발광다이오드(WOLED)의 열화를 유발할 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 소정의 보호막을 추가로 수십 내지 수백 nm의 두께로 증착할 수 있다.
유기발광다이오드(WOLED)는 구동 박막 트랜지스터와 전기적으로 연결된다. 보다 구체적으로, 구동 박막 트랜지스터 상부에 형성된 보호막(115c) 및 오버코트층(115d)은 구동 박막 트랜지스터의 드레인전극(123)을 노출시키는 드레인 컨택홀이 형성될 수 있다. 유기발광다이오드(WOLED)는 드레인 컨택홀을 통해 구동 박막 트랜지스터의 드레인전극(123)과 전기적으로 접속될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
제 1 전극(118)은 오버코트층(115d) 위에 형성되고, 드레인 컨택홀을 통해 구동 박막 트랜지스터의 드레인전극(123)과 전기적으로 접속될 수 있다.
제 1 전극(118)은 유기층(130)에 전류(또는 전압)를 공급하는 것으로서, 소정 면적의 발광 영역을 정의한다.
이때, 제 1 전극(118)은 양극으로 일함수가 비교적 큰 재질을 포함할 수 있다. 일 예로, 제 1 전극(118)은 투명 도전성 물질인 인듐-틴-옥사이드(Indium Tin Oxide; ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(Indium Zinc Oxide; IZO)를 포함할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
제 1 전극(118)이 형성된 기판(101) 위에는 뱅크(bank)(115e)가 형성될 수 있다. 이때, 뱅크(115e)는 제 1 전극(118) 가장자리 주변을 둑처럼 둘러싸서 개구부(opening)를 정의하며 유기 절연물질로 만들어질 수 있다.
4개의 서브-화소(SPr, SPg, SPb, SPw)는 뱅크(115e)에 의해 분리될 수 있다.
뱅크(115e)는 또한 검정색 안료를 포함하는 감광제로 만들어질 수 있는데, 이 경우 뱅크(115e)는 차광부재의 역할을 할 수 있다.
뱅크(115e)가 형성된 기판(101) 위에는 유기층(130)과 제 2 전극(128)이 순차적으로 형성될 수 있다.
유기층(130)은 제 1 전극(118)과 제 2 전극(128) 사이에 형성될 수 있다. 유기층(130)은 제 1 전극(118)으로부터 공급되는 정공과 제 2 전극(128)으로부터 공급되는 전자의 결합에 의해 발광하는 유기 발광층을 포함할 수 있다.
유기층(130)은 전체 화소들에 걸쳐서 모두 연결된 하나의 층으로 형성될 수 있다. 이 경우에는 유기 발광층이 백색광을 발생하는 유기발광 물질을 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우 다양한 색상을 표현하기 위해 RGB 서브-화소(SPr, SPg, SPb)별로 RGB 컬러필터(R, G, B)를 구비할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
일반적으로 유기전계발광 표시장치의 광 추출 효율을 증가시키기 위해, 마이크로캐비티(micro-cavity) 효과를 적용한다. 마이크로캐비티 효과란, 전극의 광 반사성 및 광학적인 보강 간섭을 이용하여 광 추출 효율을 증가시키는 방식을 의미한다. 특정 색에 해당하는 파장이 반사 전극과 반투과 전극 사이에서 반사되면서 보강되는 특정 광학적 조건을 만족시키는 방법으로 마이크로캐비티 효과가 구현된다. 반사 전극과 반투과 전극 사이의 거리, 즉, 유기 발광층의 두께를 조절함으로써 보강시키고자 하는 파장을 선택할 수 있다. 이론적으로, 특정 색에 해당하는 파장의 정수배가 유기 발광층의 두께의 짝수배가 되면, 특정 색에 해당하는 파장의 보강 간섭이 일어난다. 이때, 보강 간섭 조건을 수식으로 나타내면 다음과 같다.
2nd = mλ
(n, m = 정수, m = 파장의 차수(order), d = 유기 발광층의 두께, λ = 보강 간섭이 일어나게 되는 기준 파장)
다만, 이러한 마이크로캐비티 효과를 구현하기 위한 광학적 조건으로 인해, 유기 발광층의 두께에 제약이 생기게 된다. 예를 들어, 유기 발광층이 백색광을 발광하기 위해 2개의 유기 발광층이 적층된 구조로 형성되는 경우에 있어서, 마이크로캐비티 효과를 적용하여 광 추출 효율을 증가시키고자 한다면, 약 350 이상 400 nm 이하의 유기 발광층의 두께를 가져야 한다. 즉, 유기 발광층이 백색광을 발광하기 위해 2개의 유기 발광층이 적층된 구조로 형성되는 경우에 있어서, 유기발광 소자가 마이크로캐비티 효과를 구현하기 위한 광학적 조건을 충족시키기 위해서는, 유기 발광층의 두께가 350 nm 이상이어야 한다. 나아가 적층된 유기 발광층의 개수가 증가할수록, 마이크로캐비티 효과를 구현하기 위한 광학적 조건에 따른 유기 발광층의 두께가 비약적으로 증가할 수밖에 없다. 유기 발광층의 두께가 증가하면 증가할수록, 유기발광 소자의 제조 비용 및 제조 시간이 증가하게 되며, 유기전계발광 표시장치를 구동하기 위한 구동 전압 및 소비 전력 또한 증가하게 된다.
그러나, 본 발명에 따른 유기전계발광 표시장치는 마이크로캐비티 효과가 아닌, 오버코팅층(115d)을 이용한 마이크로 렌즈 어레이(Micro Lens Array; MLA) 구조를 적용하여 광 추출 효율을 증가시킨다. 따라서, 본 발명에 따른 유기전계발광 표시장치는 광 추출 효율을 증가시키기 위해서 굳이 유기 발광층(130)의 두께를 마이크로캐비티 효과를 구현하기 위한 광학적 조건에 최적화시킬 필요가 없다. 이로 인해 유기 발광층(130)의 두께를 획기적으로 줄일 수 있게 된다.
이와 같이 MLA 구조가 적용된 본 발명에 따른 유기전계발광 표시장치는 오버코팅층(115d)의 상면을 반구 형태로 패터닝하여 표시패널(110) 내부에 갇힌 광을 외부로 추출함으로써 유기발광 소자의 효율을 향상시킬 수 있게 된다. 광 추출이 기존의 20%에 비해 일 예로, 약 25%로 향상되어 고효율과, 고휘도 및 저소비전력 유기전계발광 표시장치 제품을 구현할 수 있게 된다.
도시하지 않았지만, 제 2 전극(128)이 형성된 기판(101) 상부에는 화소부의 기판(101) 전체에 걸쳐서 폴리머 등의 유기물질로 이루어진 캐핑층(capping layer)이 형성될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 캐핑층이 형성되지 않을 수도 있다.
캐핑층 위에는 다층으로 구성된 박막 봉지층이 형성될 수 있다.
박막 봉지층을 포함하는 기판(101) 전면에는 봉지를 위해 다층으로 이루어진 보호필름이 대향하여 위치할 수 있으며, 기판(101)과 보호필름 사이에는 점착제가 구비될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 보호필름이 구성되지 않을 수도 있다.
박막 봉지층은 자외선과, 산소 및 수분이 표시패널(110) 내부로 침투함에 따라, 유기발광다이오드(WOLED)가 열화 되는 현상을 방지하는 기능을 한다. 박막 봉지층은 자외선 경화형 실런트를 제 2 전극(128)까지 형성된 상태의 표시패널(110)의 최상부에 형성하고, 중앙에 흡습제(Getter)를 위치시키는 자외선 실링(sealing) 방식에 의하여 형성될 수 있다. 또는, 박막 봉지층은 유리와 같은 무기물 파우더(powder)를 포함한 물질을 제 2 전극(128)까지 형성된 상태의 표시패널(110)의 최상부에 형성하고, 이를 레이저로 용융 접합하는 프릿 실링(Flit Sealing) 방식에 의하여 형성될 수도 있다. 또는, 박막 봉지층은 자외선, 또는 열경화성 실런트를 제 2 전극(128)까지 형성된 상태의 표시패널(110)의 전면에 형성하는 페이스 실링(Face Sealing) 방식에 의하여 형성될 수 있다. 또는, 박막 봉지층은 순차로 교번 적층한, 무기물질을 포함하는 보호층과 유기절연층을 포함하는 박막봉지(Thin Film Encapsulation; TFE) 방식에 의하여 형성될 수도 있다.
전술한 바와 같이 기판(101) 하부에는 외부로부터 입사된 광의 반사를 막기 위한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광학부재(160)가 구비될 수 있다.
광학부재(160)는 외광 반사를 억제하여 유기전계발광 표시장치의 시인성을 향상시키면서도 유기발광다이오드에서 외부로 방출되는 빛의 손실은 최소화하는 역할을 한다.
본원발명의 제 1 실시예에 따른 광학부재(160)는 기판(101) 하부에 차례대로 구비된 위상차층(161)과, 광학소자(162) 및 선형 편광판(163)으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
선형 편광판(163) 위에는 TAC으로 이루어진 표면처리층(164)이 위치할 수 있다.
이때, 위상차층(161)은 λ/4의 위상 지연(phase retardation)을 발생시키는 4분의 1파장판(Quarter Wave Plate; QWP)으로 구성될 수 있다.
선형 편광판(163)은 편광축을 가지며, 편광축 방향으로 빛을 선편광 시킨다. 구체적으로, 선형 편광판(163)은 편광축과 일치하는 빛은 통과시키고, 편광축과 일치하지 않는 빛은 흡수한다. 따라서, 빛이 선형 편광판(163)을 통과하면 편광축 방향으로 선편광 된다.
위상차층(161)과 선형 편광판(163)은 원형 편광판(circular polarizer)을 구성할 수 있다. 즉, 위상차층(161)의 광축과 선형 편광판(163)의 투과축을 45도 각도가 되도록 배치하면, 외부 광에 의해 표시패널(110) 내부에서 반사가 일어나고, 반사된 빛이 외부로 나올 때 선형 편광판(163)의 투과축과 수직하게 되어 반사율이 저감된다.
그리고, 위상차층(161)과 선형 편광판(163) 사이에 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광학소자(162)가 위치하며, 반응성 액정(reactive mesogen; RM)(162a)과 염료(dye)(162b)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때, 본원발명의 제 1 실시예에 따른 광학소자(162)는 표시패널(110)의 전면(全面)에 걸쳐 구비되는 것을 특징으로 한다(도 7 참조).
RM(162a)은 선형 편광판(163)의 편광축 방향에 대해 수직배향 될 수 있다.
염료(162b)는 이색성 염료로, 수직 배향된 RM(162a)의 배향방향을 따라 수직 배향되어 시야각으로 퍼져 나가는 광을 흡수한다. 따라서, 시야각으로 퍼져 나가는 광을 차단함으로써 MLA 구조 적용에 따른 반사 성능 저하를 개선할 수 있다. 또한, 광을 흡수하는 염료(162b)는 수직 배향되어 정면 영향성은 최소화시킬 수 있다.
일 예로, 본 발명의 RM(162a)은 외부에서 조사된 선편광된 광에 의해 광학적 이방성을 나타내는 감광성기와 특정 온도 구간에서 액정성을 나타내는 메조겐 형성기를 갖는 액정성 고분자나 액정성 저분자, 또는 올리고머가 사용될 수 있으며, 이들의 혼합물이 사용될 수도 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
RM(162a)은 폴리아크릴레이트계의 메인 체인(main chain)과 메인 체인에 연결된 하나, 또는 복수의 사이드 체인(side chain)으로 이루어질 수 있다. 각각의 사이드 체인에는 하나, 또는 2개의 방향족 물질이 구비되고, 사이드 체인의 단말기로서 광반응 물질이 구비되어 광-이성질화(photo-isomerization) 반응이나 광-이합(photo-dimerization) 반응이 발생한다. 또한, 단말기로서 수소 결합기가 구비될 수도 있다. RM(162a)에 선편광된 광이 조사되면, 광-이성질화 반응과 광-이합 반응이 발생하게 된다. RM(162a)에 이방성이 발생하면, 이를 열처리함에 따라 광학적 이방성을 증가시킬 수 있게 되어 RM(162a)을 일정 방향으로 배열시킬 수 있게 된다.
광학소자(162)에는 RM(162a) 이외에 흑색 계열의 이색성 염료(162b)가 혼합될 수 있다. 즉, 염료(162b)는 CMY(혹은 RGB) 색상을 갖는 염료들을 3가지 이상 혼합하여 흑색을 가질 수 있는 이색성 염료일 수 있다. 염료(162b)는 RM(162a)의 사이드체인의 방향을 따라 배열된다. 즉, 염료(162b)가 일정한 방향으로 배열됨에 따라 광이 입사되면 염료의 배열방향, 즉 흡수방향과 평행한 편광성분은 흡수되고, 흡수방향과 수직한 편광성분은 투과된다.
본 발명에 따른 광학소자(162)는 x축 방향의 굴절률(nx)과 y축 방향의 굴절률(ny)이 실질적으로 동일한 동시에, 이들 굴절률이 z축 방향(즉, RM(162a)의 배향방향)의 굴절률(nz)보다 작은, +C 플레이트의 특성을 가진다.
도 8은 MLA 구조가 적용된 일반적인 유기전계발광 표시장치와 본 발명에 따른 유기전계발광 표시장치의 반사율을 비교하여 보여주는 표다.
그리고, 도 9는 정반사와 확산반사를 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 일 예로 MLA 구조가 적용된 일반적인 유기전계발광 표시장치(비교예2)의 총 반사율 및 확산반사율은 각각 1.86 및 0.74이다.
반면에 MLA 구조가 적용된 본 발명에 따른 유기전계발광 표시장치(실시예)의 총 반사율 및 확산반사율은 각각 1.61 및 0.41이며, 비교예2의 반사율에 비해 총 반사율은 약 13% 감소하고, 확산반사율은 약 45% 감소한 것을 알 수 있다.
비교예2 및 실시예에서 CIE L* 값은 각각 약 7.02 및 3.95인 것을 알 수 있다.
참고로, 총 반사율과 확산반사율은 다음과 같은 의미를 갖는다.
일 예로, 공이 벽에 부딪혀서 튈 때 던져 넣은 각도와 튀어나오는 각도는 동일하다. 도 9를 참조하여 이를 광의 반사에 대입하면, 비추어진 각도와 반사되어서 나오는 각도가 동일한 광의 반사를 경면반사(specular reflection)(또는, 정반사)라 한다. 이 경면반사된 광은 거울에서 반사되는 광과 동일하다.
이렇게 경면반사를 일으키지 않고 많은 방향으로 흩어지는 광의 비율을 확산반사율(diffuse reflectance)이라 한다. 경면반사율(Rs)과 확산반사율(Rd)을 합쳐서 총 반사율(total reflectance)이라 한다.
경면반사광을 제외하고 측정하는 색상측정방법을 SCE(Specular Component Excluded) 방식이라 한다. 만약 색상을 측정하는데 적분구를 완성하기 위하여 경면반사광을 포함시킨다면 SCI(Specular Component Included) 방식이라 한다.
SCE 방식으로 측정하면 경면반사광은 완전히 제외되어 오직 확산반사광만을 측정한다. 이는 관측자가 물체의 색상을 볼 때 상관관계의 길을 열어주어 색상을 평가할 수 있다.
SCI 방식을 사용하면 측정하는 과정에서 경면반사율과 확산반사율을 포함하게 된다. 이러한 방식의 색상평가는 표면의 상태에 영향을 받지 않고 색상을 평가할 수 있다.
도 10은 파장에 따른 반사율을 예로 들어 보여주는 그래프이다.
이때, 도 10은 55인치 표시패널에 대한 비교예1, 2 및 실시예에 있어서, 파장에 따른 총 반사율(SCI) 및 확산반사율(SCE)을 예로 들어 보여주고 있다.
총 반사율 및 확산반사율은 코니카미놀타의 CM-2600D의 장비로 센서가 8도로 고정되어 측정할 수 있다. 참고로, CM-2600D는 SCI(di:8)와 SCE(di:8)를 동시에 측정하며, 기존의 분광측색계(spectrophotometer)와는 달리 기계적인 움직임 없이 2개의 펄스 제논 램프를 통해 빠른 시간에 측정할 수 있다. 전술한 바와 같이 SCI는 정반사광을 포함한 측정으로 시료의 표면 상태에 관계없이 시료의 원색을 측정하며, SCE는 정반사광을 제외한 측정으로 시료 표면에 의한 시감색상의 변화를 측정한다.
다른 방식으로 DMS-803 장비를 사용할 수 있으며, 이 경우 센서가 0-60도(theta)로 이동하고 스테이지가 0-360도(phi)로 이동하며 측정한다.
전술한 바와 같이, 일 예로 550nm의 파장에서 비교예1의 총 반사율 및 확산반사율은 각각 1.15 및 0.03이다.
도 10을 참조하면, 비교예2 및 실시예에 있어 파장이 증가함에 따라 반사율이 증가하는 것을 알 수 있다.
이때, 일 예로 550nm의 파장에서 MLA 구조를 적용하는 비교예2의 총 반사율 및 확산반사율은 각각 1.86 및 0.74이다.
즉, MLA 구조를 적용하는 비교예2의 경우, 비교예1에 비해 총 반사율은 약 62% 증가하고, 확산반사율은 약 2400% 증가하는 것을 알 수 있다. 따라서, 확산 성분의 증가에 의해 블랙 시감이 저하된다.
이에 비해 MLA 구조를 적용한 본 발명의 실시예의 경우, 550nm의 파장에서 총 반사율 및 확산반사율은 각각 1.61 및 0.41이다.
즉, 비교예2에 비해 총 반사율은 약 13% 감소하고, 확산반사율은 약 45% 감소하는 것을 알 수 있다.
참고로, 450nm의 파장에서는 본 발명의 실시예의 경우, 총 반사율 및 확산반사율은 각각 1.88 및 0.38인 것을 알 수 있다. 반면에 비교예2의 경우, 총 반사율 및 확산반사율은 각각 2.38 및 0.64이다.
또한, 650nm의 파장에서는 본 발명의 실시예의 경우, 총 반사율 및 확산반사율은 각각 3.47 및 0.92인 것을 알 수 있다. 반면에 비교예2의 경우, 총 반사율 및 확산반사율은 각각 4.07 및 1.57이다.
전술한 바와 같이 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기전계발광 표시장치는 광학소자가 표시패널의 전면(全面)에 걸쳐 구비된 경우를 예로 들고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 광학소자가 소정의 서브-화소, 일 예로 백색 서브-화소에만 대응되도록 배치된 경우에도 적용 가능하며, 이를 다음의 본 발명의 제 2 실시예를 통해 상세히 설명한다.
도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계발광 표시장치에 있어, WRGB 서브-화소의 구조를 예시적으로 보여주는 단면도이다. 이때, 도 11은 편의상 박막 트랜지스터를 포함하여 일부 구성을 생략하여 도시하고 있다.
그리고, 도 12a 및 도 12b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계발광 표시장치의 구조를 예시적으로 보여주는 분해사시도로써, 표시패널과 광학부재로 이루어진 패널 어셈블리의 구조를 개략적으로 보여주고 있다.
이때, 도 11 및 도 12a, 12b에 도시된 유기전계발광 표시장치는 화소가 배열된 기판 방향으로 광이 방출되는 후면발광 방식의 유기전계발광 표시장치를 예로 들고 있다. 다만, 전술한 바와 같이 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 화소가 배열된 기판과 반대방향으로 광이 방출되는 전면발광 방식의 유기전계발광 표시장치에도 적용 가능하다.
도 11 및 도 12a, 12b에 도시된 유기전계발광 표시장치는 적어도 2개의 유기 발광층을 이용하여 백색을 발광하는 WOLED를 예로 들고 있으며, 이 경우 유기 발광층이 백색을 발광하기 때문에 적색과, 녹색 및 청색의 광으로 변화하기 위한 RGB 컬러필터가 사용될 수 있다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기전계발광 표시장치는, 전술한 본 발명의 제 1 실시예와 실질적으로 동일하게 영상을 표시하는 패널 어셈블리와 패널 어셈블리에 연결되는 연성 회로기판을 포함한다.
도 11 및 도 12a, 12b를 참조하면, 패널 어셈블리는 소정 기판(201) 위에 구성되며, 액티브영역과 패드영역으로 구분되는 표시패널(210) 및 액티브영역을 덮으면서 표시패널(210) 위에 구비되는 박막 봉지층(240)을 포함한다.
후면발광 방식의 경우, 기판(201) 하부에는 외부로부터 입사된 광의 반사를 막기 위한 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광학부재(260)가 부착될 수 있다.
표시패널(210)의 액티브영역에는 다수 WRGB 서브-화소(SPr, SPg, SPb, SPw)가 매트릭스 형태로 배열될 수 있다.
WRGB 서브-화소(SPr, SPg, SPb, SPw)는 백색을 발광하는 유기발광다이오드(WOLED)와 컬러필터(R, G, B, W)를 사용하는 방식으로 구현될 수 있다. 이때, 백색 서브-화소(SPw)에는 백색 컬러필터(W)가 적용되거나 어떠한 컬러필터도 적용되지 않을 수 있다.
RGB 서브-화소(SPr, SPg, SPb)는 트랜지스터와, RGB 컬러필터(R, G, B) 및 유기발광다이오드(WOLED)를 포함할 수 있다. 그리고, 일 예로 백색 서브-화소(SPw)에 어떠한 컬러필터도 적용하지 않는 경우, 백색 서브-화소(SPw)는 트랜지스터 및 유기발광다이오드(WOLED)를 포함할 수 있다.
즉, RGB 서브-화소(SPr, SPg, SPb)는 유기발광다이오드(WOLED)로부터 출사된 백색의 광을 적색과, 녹색 및 청색으로 변환시키기 위해 RGB 컬러필터(R, G, B)가 포함된다. 반면에, 백색 서브-화소(SPw)는 유기발광다이오드(WOLED)로부터 출사된 백색의 광을 그대로 출사하면 되기 때문에 어떠한 컬러필터도 포함되지 않을 수 있다.
이때, 도시하지 않았지만, 하나의 서브-화소의 구조에 대해 구체적으로 설명하면, 일 예로 적색 서브-화소(SPr)는 기판(201) 위에 형성된 트랜지스터와, 유기발광다이오드(WOLED) 및 적색 컬러필터(R)로 구성될 수 있다.
우선, 트랜지스터로 구동 박막 트랜지스터는 반도체층, 게이트전극, 소오스전극 및 드레인전극을 포함하여 구성될 수 있다.
반도체층은 투명한 플라스틱이나 고분자 필름 등의 절연물질로 이루어진 기판(201) 위에 형성될 수 있다.
반도체층 위에는 실리콘 질화막(SiNx) 또는 실리콘 산화막(SiO2) 등으로 이루어진 게이트절연막이 형성될 수 있으며, 그 위에 게이트전극을 포함하는 게이트라인 및 제 1 유지전극이 형성될 수 있다.
게이트전극과, 게이트라인 및 제 1 유지전극 위에는 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화막 등으로 이루어진 층간절연막(inter insulation layer)이 형성될 수 있으며, 그 위에 데이터라인, 구동 전압라인 및 소오스/드레인전극 및 제 2 유지전극이 형성될 수 있다.
데이터라인, 구동 전압라인, 소오스/드레인전극 및 제 2 유지전극이 형성된 기판(201) 위에는 보호막(또는 평탄화막)이 형성될 수 있다.
그리고, 보호막 위에는 RGB 컬러필터(R, G, B)가 형성될 수 있다. RGB 컬러필터(R, G, B)는 유기발광다이오드(WOLED)로부터 출사된 백색광을 적색과, 녹색 및 청색으로 변환하는 색 변환재료이다.
이때, 적색 서브-화소(SPr)와, 녹색 서브-화소(SPg) 및 청색 서브-화소(SPb)에는 각각 적색 컬러필터(R)와, 녹색 컬러필터(G) 및 청색 컬러필터(B)가 구비될 수 있다.
그리고, 백색 서브-화소(SPw)에는 백색 서브-컬러필터(W)가 적용되거나 어떠한 서브-컬러필터도 적용되지 않을 수 있다.
그리고, 보호막 위에는 드레인전극의 일부를 노출시키는 오버코트층(215d) 및 유기발광다이오드(WOLED)가 구비될 수 있다. 오버코트층(215d)은 굴절률이 약 1.5인 유기물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 아크릴계 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리이미드계 수지, 불포화 폴리에스테르계 수지, 폴리페닐렌계 수지, 폴리페닐렌설파이드계 수지, 벤조사이클로부텐 및 포토레지스트 중 어느 하나로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 약 1.5의 굴절률을 갖는 임의의 절연물질로 형성될 수 있다.
편의상 도시하지 않았지만, 전술한 본 발명의 제 1 실시예와 실질적으로 동일하게 오버코트층(215d)은 WRGB 컬러필터(R, G, B, W)와 중첩되도록 형성된 복수의 렌즈 어레이(미도시)를 포함할 수 있다. 복수의 렌즈 어레이는 반구 형상, 또는 반타원체 형상을 가질 수 있다. 오버코트층(215d)은 복수의 렌즈 어레이가 형성되지 않는 부분에서는 평탄화층으로서 기능한다.
오버코트층(215d) 위에는 소정의 단차 완화층(미도시)이 형성될 수 있다. 단차 완화층은 오버코트층(215d)의 굴절률보다 큰 굴절률을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 일 예로 단차 완화층은 약 1.7 내지 2.0의 굴절률을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 단차 완화층은 오버코트층(215d)의 복수의 렌즈 어레이에 의한 단차를 완화시키기 위한 층이다. 즉, 단차 완화층은 오버코트층(215d)의 복수의 렌즈 어레이 사이의 뾰족한 지점 및 복수의 렌즈 어레이의 경사가 급격한 지점에 유기층(230)이 형성되지 않도록 하기 위하여, 오버코트층(215d)의 복수의 렌즈 어레이의 오목한 영역을 부분적으로 채우기 위한 층이다.
유기발광다이오드(WOLED)는 제 1 전극(218)과, 유기층(230) 및 제 2 전극(228)을 포함할 수 있다.
제 1 전극(218)과, 유기층(230) 및 제 2 전극(228)은 비평탄화된 면인 오버코트층(215d)의 복수의 렌즈 어레이의 상면의 형상을 따라 형성되어 비평탄화된 상면 및 하면을 갖는다. 일 예로 증착방식으로 제 1 전극(218)과, 유기층(230) 및 제 2 전극(228)을 형성하는 경우, 제 1 전극(218)과, 유기층(230) 및 제 2 전극(228)은 제 1 전극(218)과, 유기층(230) 및 제 2 전극(228) 각각이 형성되는 표면의 형태(morphology)에 따르는 형상으로 형성된다.
이때, WRGB 컬러필터(R, G, B, W)와 오버코트층(215d)에서 발생하는 아웃개싱(outgassing)에 의한 수분 등이 곧바로 유기층(230)으로 확산되어 유기발광다이오드(WOLED)의 열화를 유발할 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 소정의 보호막을 추가로 수십 내지 수백 nm의 두께로 증착할 수 있다.
유기발광다이오드(WOLED)는 구동 박막 트랜지스터와 전기적으로 연결된다.
제 1 전극(218)은 오버코트층(215d) 위에 형성되고, 드레인 컨택홀을 통해 구동 박막 트랜지스터의 드레인전극과 전기적으로 접속될 수 있다.
제 1 전극(218)은 유기층(230)에 전류(또는 전압)를 공급하는 것으로서, 소정 면적의 발광 영역을 정의한다.
제 1 전극(218)이 형성된 기판(201) 위에는 뱅크(bank)(215e)가 형성될 수 있다.
4개의 서브-화소(SPr, SPg, SPb, SPw)는 뱅크(215e)에 의해 분리될 수 있다.
뱅크(215e)가 형성된 기판(201) 위에는 유기층(230)과 제 2 전극(228)이 순차적으로 형성될 수 있다.
유기층(230)은 제 1 전극(218)과 제 2 전극(228) 사이에 형성될 수 있다. 유기층(230)은 제 1 전극(218)으로부터 공급되는 정공과 제 2 전극(228)으로부터 공급되는 전자의 결합에 의해 발광하는 유기 발광층을 포함할 수 있다.
유기층(230)은 전체 화소들에 걸쳐서 모두 연결된 하나의 층으로 형성될 수 있다. 이 경우에는 유기 발광층이 백색광을 발생하는 유기발광 물질을 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우 다양한 색상을 표현하기 위해 RGB 서브-화소(SPr, SPg, SPb)별로 RGB 컬러필터(R, G, B)를 구비할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
전술한 바와 같이 MLA 구조가 적용된 본 발명에 따른 유기전계발광 표시장치는 오버코팅층(215d)의 상면을 반구 형태로 패터닝하여 표시패널(210) 내부에 갇힌 광을 외부로 추출함으로써 유기발광 소자의 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
그리고, 제 2 전극(128)이 형성된 기판(201) 상부에는 화소부의 기판(201) 전체에 걸쳐서 폴리머 등의 유기물질로 이루어진 캐핑층(capping layer)(미도시)이 형성될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 캐핑층이 형성되지 않을 수도 있다.
캐핑층 위에는 다층으로 구성된 박막 봉지층(240)이 형성될 수 있다.
박막 봉지층(240)을 포함하는 기판(201) 전면에는 봉지를 위해 다층으로 이루어진 보호필름(245)이 대향하여 위치할 수 있으며, 기판(201)과 보호필름(245) 사이에는 점착제가 구비될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 보호필름(245)이 구성되지 않을 수도 있다.
또한, 전술한 바와 같이 기판(201) 하부에는 외부로부터 입사된 광의 반사를 막기 위한 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광학부재(260)가 구비될 수 있다.
본원발명의 제 2 실시예에 따른 광학부재(260)는, 전술한 본 발명의 제 1 실시예와 실질적으로 동일하게 기판(201) 하부에 차례대로 구비된 위상차층(261)과, 광학소자(262, 262', 262") 및 선형 편광판(263)으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
선형 편광판(263) 위에는 TAC으로 이루어진 표면처리층(264)이 위치할 수 있다.
이때, 위상차층(261)은 λ/4의 위상 지연(phase retardation)을 발생시키는 4분의 1파장판(Quarter Wave Plate; QWP)으로 구성될 수 있다.
선형 편광판(263)은 편광축을 가지며, 편광축 방향으로 빛을 선편광 시킨다.
위상차층(261)과 선형 편광판(263)은 원형 편광판(circular polarizer)을 구성할 수 있다. 즉, 위상차층(261)의 광축과 선형 편광판(263)의 투과축을 45도 각도가 되도록 배치하면, 외부 광에 의해 표시패널(210) 내부에서 반사가 일어나고, 반사된 빛이 외부로 나올 때 선형 편광판(263)의 투과축과 수직하게 되어 반사율이 저감된다.
그리고, 위상차층(261)과 선형 편광판(263) 사이에 본 발명의 제 2 실시예에 따른 광학소자(262, 262', 262")가 위치하며, 전술한 본 발명의 제 1 실시예와 실질적으로 동일하게 반응성 액정(reactive mesogen; RM)(262a)과 염료(dye)(262b)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때, 본원발명의 제 2 실시예에 따른 광학소자(262, 262', 262")는 소정의 서브-화소, 일 예로 백색 서브-화소(SPw)에 대응되도록 구비되는 것을 특징으로 한다(도 12a, 12b 참조).
이때, 도 12a는 광학소자(262')가 세로방향으로 배치된 다수의 백색 서브-화소(SPw)에 대응되도록 표시패널(210)의 세로방향으로 긴 스트라이프(stripe) 형태로 구비된 경우를 예로 들고 있다. 그리고, 도 12b는 광학소자(262")가 다수의 백색 서브-화소(SPw)와 일대일로 대응되도록 서브-화소 형태로 구비된 경우를 예로 들고 있다. 다만, 본 발명이 이러한 형태에만 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 광학소자(262, 262', 262")는 MLA 구조 적용에 따른 반사 성능 저하를 개선할 수 있으며, 특히 백색 서브-화소(SPw)에만 대응되도록 구비된 본 발명의 제 2 실시예의 경우에는 광학소자(262, 262', 262")의 적용에 따른 휘도 저하를 최소화할 수 있는 효과를 가진다. 이에 따라 아무런 컬러필터가 적용되지 않아 반사 성능의 저하를 크게 유발하는 백색 서브-화소(SPw)에만 대응되도록 구비되는 것이다.
RM(262a)은 선형 편광판(263)의 편광축 방향에 대해 수직배향 될 수 있다.
염료(262b)는 이색성 염료로, 수직 배향된 RM(262a)의 배향방향을 따라 수직 배향되어 시야각으로 퍼져 나가는 광을 흡수한다. 따라서, 시야각으로 퍼져 나가는 광을 차단함으로써 MLA 구조 적용에 따른 반사 성능 저하를 개선할 수 있다. 또한, 광을 흡수하는 염료(262b)는 수직 배향되어 정면 영향성은 최소화시킬 수 있다.
일 예로, 본 발명의 RM(262a)은 외부에서 조사된 선편광된 광에 의해 광학적 이방성을 나타내는 감광성기와 특정 온도 구간에서 액정성을 나타내는 메조겐 형성기를 갖는 액정성 고분자나 액정성 저분자, 또는 올리고머가 사용될 수 있으며, 이들의 혼합물이 사용될 수도 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
광학소자(262, 262', 262")에는 RM(262a) 이외에 흑색 계열의 이색성 염료(262b)가 혼합될 수 있다. 즉, 염료(262b)는 CMY(혹은 RGB) 색상을 갖는 염료들을 3가지 이상 혼합하여 흑색을 가질 수 있는 이색성 염료일 수 있다. 염료(262b)는 RM(262a)의 사이드체인의 방향을 따라 배열된다. 즉, 염료(262b)가 일정한 방향으로 배열됨에 따라 광이 입사되면 염료의 배열방향, 즉 흡수방향과 평행한 편광성분은 흡수되고, 흡수방향과 수직한 편광성분은 투과된다.
본 발명에 따른 광학소자(262, 262', 262")는 x축 방향의 굴절률(nx)과 y축 방향의 굴절률(ny)이 실질적으로 동일한 동시에, 이들 굴절률이 z축 방향(즉, RM(262a)의 배향방향)의 굴절률(nz)보다 작은, +C 플레이트의 특성을 가진다.
상기한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.
101,201 : 기판 115d,215d : 오버코트층
118,218 : 제 1 전극 128,228 : 제 2 전극
130,230 : 유기층 160,260 : 광학부재
161,261 : 위상차층 162,262,262',262" : 광학소자
162a,262a : 반응성 액정 162b,262b : 염료
163,263 : 선형 편광판 W, R, G, B : 컬러필터

Claims (10)

  1. 다수의 RGB 서브-화소와 다수의 백색 서브-화소로 구획되는 기판;
    상기 다수의 RGB 서브-화소의 발광 영역에 배치된 RGB 컬러필터;
    상기 RGB 컬러필터를 포함한 기판 위에 구비되며, 상기 다수의 RGB 서브-화소와 다수의 백색 서브-화소의 발광영역에 렌즈 어레이가 구비된 오버코트층;
    상기 오버코트층 위에 구비되고, 제 1 전극과 제 2 전극 및 상기 다수의 RGB 서브-화소와 상기 다수의 백색 서브-화소의 걸쳐 상기 제 1, 제 2 전극 사이에 공통으로 구비된 백색을 발광하는 적어도 하나의 유기 발광층을 포함한 유기발광다이오드;
    상기 기판 하부에 구비되며, 위상차층 및 선형 편광판을 포함한 광학부재; 및
    상기 다수의 백색 서브-화소 각각에 상기 위상차층과 상기 선형 편광판 사이에 위치하며, 반응성 메조겐과 흑색 계열의 이색성 염료로 이루어진 광학소자를 포함하고,
    상기 백색 서브-화소에서, 상기 적어도 하나의 유기 발광층으로부터 발생된 광은 상기 제 1 전극, 상기 렌즈 어레이를 포함하는 상기 오버코트층, 상기 기판, 상기 위상차층, 상기 광학소자 및 상기 선형 편광판을 차례로 통과하고,
    상기 다수의 RGB 서브 화소에서, 상기 적어도 하나의 유기 발광층으로부터 발생된 광은 상기 제 1 전극, 상기 렌즈 어레이를 포함하는 상기 오버코트층, 상기 RGB 컬러 필터, 상기 기판, 상기 위상차층 및 상기 선형 편광판을 통과하는 유기전계발광 표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응성 메조겐은 폴리아크릴레이트계 메인 체인과 상기 폴리아크릴레이트계 메인 체인과 연결된 적어도 하나의 사이드 체인을 포함하고,
    상기 반응성 메조겐의 적어도 하나의 사이드 체인의 단말기는 광반응 물질 및 수소 결합기 중 하나인 유기전계발광 표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 렌즈 어레이는 상기 오버코트층이 상기 RGB 컬러필터와 중첩되는 부분에 위치하는 유기전계발광 표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 렌즈 어레이는 반구 형상, 또는 반타원체 형상을 가지는 유기전계발광 표시장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 위상차층은 4분의 1파장판으로 구성되는 유기전계발광 표시장치.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 반응성 메조겐은 상기 선형 편광판의 편광축 방향에 대해 수직배향 되는 유기전계발광 표시장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 흑색 계열의 이색성 염료는 상기 수직 배향된 상기 반응성 메조겐의 배향방향을 따라 수직 배향되는 유기전계발광 표시장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 광학소자는 일 방향으로 배치된 상기 다수의 백색 서브-화소에 대응되도록 상기 일 방향으로 긴 스트라이프 형태로 구비되는 유기전계발광 표시장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 광학소자는 상기 다수의 백색 서브-화소와 일대일로 대응되도록 서브-화소 형태로 구비되는 유기전계발광 표시장치.
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