KR100651895B1

KR100651895B1 - 화상 표시 장치

Info

Publication number: KR100651895B1
Application number: KR1020040070852A
Authority: KR
Inventors: 최홍석
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2004-09-06
Filing date: 2004-09-06
Publication date: 2006-12-06
Also published as: KR20060022079A

Abstract

본 발명은 편광판 및 이를 이용한 화상 표시 장치에 관한 것으로서 특히, 분자 구조에 의해 편광 방향에 따라 다른 광 흡수 특성을 지니는 이색성 염료(Dichroic Dye)를 기재의 연신에 의해 한 방향으로 배향시켜 이색성 염료계 편광판을 만들고, 이 이색성 염료계 편광판과

판을 유기 EL 디스플레이 패널 앞에 부착함으로써, 높은 광효율과 명실 명암대조비를 동시에 구현할 수 있고, 또한 한 종류의 픽셀로 전류가 집중하는 것을 방지하여 유기 EL 디스플레이 패널의 수명을 향상시킬 수 있다.

이색성 염료, 편광판

Description

화상 표시 장치{Image display device}

도 1은 종래 원편광판이 부착된 유기 EL 디스플레이 패널에서 원편광판의 작동 예를 보인 도면

도 2는 도 1의 원편광판이 부착된 유기 EL 디스플레이 패널의 구조 예를 보인 단면도

도 3a, 도 3b는 연신에 의해 배향된 이색성 염료와 염료들에 의한 흡수 스펙트럼의 예를 보인 도면

도 4는 본 발명의 편광판과 기존의 원편광판의 투과율을 비교한 그래프

도 5는 본 발명의 이색성 염료계 편광판의 편광 효율을 나타낸 그래프

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 편광판 12 :

판

20 : 유기 EL 디스플레이 패널 21 : 기판

22 : 양극 23 : 유기 EL층

24 : 음극

본 발명은 편광을 변환시키는 편광판을 사용한 화상 표시 장치에 관한 것이다.

LCD(Liquid Crystal Display)를 선두로 하여 등장하기 시작한 전류 구동형 평면 디스플레이는 수 십년간 디스플레이 분야에서 가장 많이 사용되어 온 CRT(Cathode Ray Tube)를 추월하여 최근에는 PDP(Plasma Display Panel), VFD(Visual Fluorescent Display), FED(Field Emission Display), LED(Light Emitting Diode), EL(Electroluminescence)등 많은 발전이 이루어지고 있다.

이와 같은 전류 구동형 디스플레이 소자는 시인성 및 색감이 좋을 뿐만 아니라 제조 공정도 간단하기 때문에 많은 부분에서 응용분야를 넓혀가고 있다.

이 중 유기 EL 디스플레이 패널은 표시장치의 대형화에 따른 공간 점유가 적은 평판 디스플레이 패널로 주목받고 있다.

상기 유기 EL 디스플레이 패널은 매트릭스 형태로 데이터 라인과 스캔 라인이 서로 교차되어 있으며, 교차되는 각 픽셀에 발광층이 형성되어 있으며, 상기 데이터 라인과 스캔 라인에 인가되는 전압에 따라서 발광 상태가 결정된다.

상기 유기 EL 디스플레이 패널은 한 프레임 동안 스캔 라인의 첫 번째 라인부터 마지막 라인까지 순차적으로 전원이 선택되어지고, 동일한 프레임 동안 데이터 라인에 선택적으로 전원을 입력하여 스캔 라인과 데이터 라인이 교차하는 픽셀을 발광시킨다.

이때 기존 유기 EL 디스플레이 패널에서는 실외의 태양광 또는 실내의 조명 등 외광이 금속으로 된 음극층에 반사되어 명암 대조비를 떨어뜨리는 것을 막기 위해, 도 1과 같이 편광판(11)과

판(12)으로 이루어진 원편광판을 음극(24)을 포함하는 유기 EL 디스플레이 패널(20) 앞에 부착한다.

상기 유기 EL 디스플레이 패널(20)은 도 2와 같이 투명 기판(21) 상에 양극(22)을 형성하고, 그 위에 유기 EL 층(23)을 진공 증착 방법으로 입힌 후 음극(24)을 형성하여 이루어진다. 이러한 유기 EL 디스플레이 패널(20) 앞에 도 1의 원편광판을 부착함으로써, 외광 반사 효과를 막고 있다.

기존 유기 EL 디스플레이 패널에서는 TFT LCD에 사용하는 요오드(Iodine)계의 편광판(11)을 사용한다. 이때 요오드의 농도를 줄이면 편광판(11)의 투과율을 증가시켜 광 효율을 증대시킬 수 있지만 명실 명암 대조비는 다소 희생되게 된다.

즉 편광되지 않은 외광의 빛은 x축 방향으로 편광된 빛이 50%, 그리고 상기 x축의 수직인 y축 방향으로 편광된 빛이 50%로 혼합(mixed)되어 있다고 할 수 있다.

일반적인 편광판은 서로 수직인 두 방향 x, y축으로 편광된 빛에 대한 각각의 투과율 Tx,Ty로 그 특성을 나타낼 수 있다. 즉 편광되지 않는 빛에 대한 투과율

은 하기의 수학식 1과 같이 된다.

투과율()=(Tx+Ty)/2

그리고 같은 편광판을 서로 수직으로 배열했을 때의 투과율(Tcr)은 하기의 수학식 2와 같이 된다.

그리고 편광효율(P)은 하기의 수학식 3과 같이 된다.

이때 상용화되는 요오드(Iodine)계 편광판의 경우 Tx=0.84, Ty=0이므로, 상기된 수학식 1내지 수학식 3에 적용하면, T₀=0.42, Tcr=0, P=1 이 된다.

또한 상기된 수학식을 이용하여 원편광의 외광 차단 효과를 보면, 전체 외광 (I₀) 중 50%의 x축으로 선편광된 빛이 편광판(11)을 통과하고 나서(0.5I₀Tx),

판(12)을 통과하면 원편광(예를 들면 좌회전 원편광)이 된다. 이 좌회전(Left-handed) 원편광 빛이 반사율이 R인 금속 음극(24)에 반사되면 우회전(Right-handed) 원편광이 된다. 이 우회전 원편광 빛이 다시

판(12)을 통과하면 y축 방향의 선편광된 빛으로 변환된다. 따라서 상기 편광판(11)을 통과하는 외광은 0.5 I₀TxTyR이 된다.

이때 나머지 50%의 y축으로 선편광된 빛을 고려하면 전체 외광 반사는 I₀TxTyR가 된다.

즉 상기 편광판(11)의 편광축과 필름(film)의 연신에 의해 굴절율의 이방성을 가지는

판(12)의 연신축을 대략 45°로 배치하면, 편광판(11)을 통과한 x축 방향의 선편광된 외광이

판(12)을 통과하면서 원편광(예를 들면 좌회전)이 되는데, 이 빛이 금속 음극(24)에서 반사되면 우회전(Right-handed) 원편광이 된다. 이 원편광이 다시

판(12)을 통과하면 처음의 편광과는 반대인 y축 방향의 선편광으로 변하는데, 이 빛은 편광판(11)에 의해 모두 흡수가 된다. 결국 외광의 빛은 원편광에 의해 모두 흡수되게 되어 유기 EL 디스플레이 패널은 높은 명실 명암 대조비를 구현할 수 있게 된다.

한편 원편광과 같은 투과율(T₀= (Tx+Ty)/2)의 일반적인 광학 필터(ND filter)의 경우 외광 반사는 I₀T₀2R 가 된다.

이때 상용화되는 요오드계 편광판의 데이터(Tx=0.84, Ty=0)를 이용하면, 원편광의 외광 반사는 0이 되고, 광학 필터의 경우는 0.176 I₀R이 된다.

이 결과를 통해 유기 EL 디스플레이 패널에서 원편광의 외광반사 억제 효과는 매우 큼을 확인할 수 있는데, 이것은 유기 EL 디스플레이 패널의 금속 전극이 거울면처럼 깨끗하게 형성되어 있어 반사시 편광 정보가 유지되기 때문이다.

한편 편광판의 낮은 투과율로 인한 휘도 감소를 완화하기 위해, 편광판의 편광 효율을 떨어뜨리고, 투과율을 높일 수 있다.

즉 원편광과 같은 투과율의 ND 필터를 비교하면 하기의 수학식 4와 같다.

상기된 수학식 4를 보면, 외광 차단 효과는 원편광의 경우가 더 높음을 알 수 있다. 일 예로 Tx=0.9이고 Ty=0.1이면 TxTy=0.09, {(Tx+Ty)/2}²=0.25로 원편광이 2.8배 정도의 외광 차단 효과가 있음을 확인 수 있다.

하지만 상기 유기 EL 디스플레이 패널에서 발광되는 빛은 편광판을 통과하면서 일부의 빛이 흡수되어 결국 42% 정도의 빛만 발광하게 되므로, 광 효율이 떨어지는 문제점이 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 유기 EL 디스플레이 패널의 최종 발광 효율을 향상시키면서 외광 반사에 의한 명실 대조비의 저하를 방지하는 이색성 염료계 편광판을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기된 이색성 염료계 편광판과

판을 유기 EL 디스플레이 패널에 적용하여 광효율을 증대시키면서도 명실 명암대조비를 유지하는 화상 표시 장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 편광판은 파장 및 편광 방향에 따라 다른 광 흡수 특성을 지니는 이색성 염료를 연신에 의해 한 방향으로 배향시켜 이색성 염료계 편광판을 제조하는 것을 특징으로 한다.

상기 이색성 염료의 편광 효율의 최대값은 시감 곡선이나 외광의 최대값에 해당하는 파장에 맞추는 것을 특징으로 한다.

상기 이색성 염료의 편광 효율과 투과율은 레드, 그린, 블루 파장별로 다르게 설정하는 것을 특징으로 한다.

상기 블루 파장의 영역에서는 이색성 염료의 투과율을 증가시켜 편광 효율은 낮추는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 편광판을 이용한 화상 표시 장치는, 기판의 일 면에 양극, 유기 EL층, 및 음극이 순차적으로 적층된 유기 EL 디스플레이 패널; 상기 기판의 다른 면에 형성되어 원편광의 빛은 선편광의 빛으로, 선편광의 빛은 원편광의 빛으로 변환하는

판; 그리고 상기

판에 파장 및 편광 방향에 따라 다른 광 흡수 특성을 지니는 이색성 염료를 연신에 의해 한 방향으로 배향시켜, 선편광의 방향을 변환하는 이색성 염료계 편광판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성과 그 작용을 설명하 며, 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.

본 발명은 이색성 염료(Dichroic Dye)계 편광판과

판을 이용하여 높은 광효율과 명실 명암 대조비를 구현하는데 그 특징이 있다.

상기 이색성 염료계 편광판에 사용하는 이색성 염료의 편광 효율의 최대값을 시감곡선 또는 외광의 최대값에 해당하는 파장에 맞춘다. 또한 레드, 그린, 블루의 파장별로 투과율이나 편광 효율을 다르게 함으로써, RGB 각 서브 픽셀(sub pixel)에 흐르는 전류의 양이 비슷하게 되면서 궁극적으로 입력 전력 대비 광효율을 최대가 되도록 한다.

상기 이색성 염료계 편광판은 분자 구조에 의해 편광 방향에 따라 다른 광 흡수 특성을 지니는 이색성 염료(Dichroic Dye)를 기재의 연신에 의해 한 방향으로 배향시켜 만들게 된다.

이때, 전 가시광 영역에서 편광 특성을 구현하기 위해서는 도 3a와 같이 흡수 영역이 서로 다른 2종 이상의 염료(Dye)를 잘 선택하여 설계하면 된다.

도 3a,3b는 연신에 의해 배향된 이색성 염료와 염료들에 의한 흡수 스펙트럼 예를 보이고 있다.

본 발명에서는 유기 EL 소자의 발광특성 향상과 인광 소자의 개발에 의해 발광효율이 획기적으로 개선되고 있는 현실을 고려할 때 인광 소자의 레드의 경우 실 제 양산에 적용하여 제품이 나와 있고, 그린의 경우에도 개발이 완료되어 양산에 적용될 예정이며, 이를 통해 광효율은 2배 이상 증가할 수 있는 반면, 블루의 경우 그린, 레드 보다는 개발이 더딘 상태이다.

따라서 본 특허는 도 4와 같이 하나 이상의 이색성 염료를 사용하여 500ㅜㅡ 이상의 그린과 레드 영역에서 편광특성을 최대화시키고 블루의 영역에서는 편광 특성을 떨어뜨려 투과율을 증가시킨다. 도록 설계를 한다. 인간의 눈이 빛에 반응하는 시감 곡선을 고려하여 550nm를 기준으로 500~600nm 영역에서 염료의 흡수가 최대가 되도록 설계를 한다. 또한 편광 특성도 도 5와 같이 550nm를 기준으로 500~600nm 영역에서 최대가 되도록 하게 한다.

반면 그 외의 영역 즉 블루(Blue)나 레드(Red) 영역에서는 투과율을 높이고 편광 특성은 떨어뜨리게 된다. 즉 블루나 레드 영역에서는 편광판의 편광특성을 다소 떨어뜨리면서 광 투과율을 증가시킨다.

이 경우, 외광 반사 측면에서는 명실 대조비에 영향을 주는 외광반산의 휘도는 정확히는 아래의 수학식 5처럼 550nm 에서 최대값을 가지는 시감곡선 ｙ(λ)이 곱해진 형태가 된다. 그러므로, 이부분의 편광특성은 기존 요오드계 편광판 처럼 높아, 외광차단 효과는 높고, 상대적으로 외광 반산 휘도의 기여가 낮은 블루 영역에서 편광특성이 낮아 외광차단 효과가 이 영역에서는 떨어지지만, 전체적으로는 우수한 외광차단 효과를 보인다.

그리고 광효율적 관점에서 보면, 그린(Green), 레드(Red)의 경우 기존 편광판의 투과율과 동일하지만, 상대적으로 광효율이 낮은 블루(blue)의 투과율은 기존 편광판의 투과율보다 더 높아져 동일 밝기를 구현하기 위한 소비전력이 낮아질 수 있다.

즉 아래 표 1에서처럼 레드(Red), 그린(Green)에 고효율의 인광(또는 형광) 물질이 적용된 유기 EL 패널의 레드(Red), 그린(Green), 블루(blue)에 흐르는 전류비를 비교해 보면, 발광 효율이 좋은 그린(Green)의 경우 소모 전류량이 작은데 비해 발광 효율이 나쁜 블루(Blue)의 경우 그린(Green)에 흐르는 전류의 1.5 배가 흐르게 된다. 이처럼 발광 픽셀간에 흐르는 전류의 큰 차이는 소자 수명 측면에서 특정 색의 퇴화(degradation)을 가속화할 뿐 아니라, 계조 표현을 위한 구동에 있어서 제약을 주게 된다.

mA	레드	그린	블루	합
기존 원편광	5	5	8	18
본 발명의 편광판	5	5	5.5	16

이와 같이 본 발명에서 500nm 대역의 투과율이 증가하므로, 블루 스펙트럼의 장파장쪽 테일 부분의 상대적 발광을 감소시켜, 색좌표를 NTSC 좌표에 가깝게 이동시키는 장점이 있다. 이러한 장점을 이용하여 염료 설계시 색좌표 변화를 함께 고려할 수 있다.

또한 이색성 염료는 컬러 유기 EL 패널 뿐 아니라 블루만 발광하는 모노패널에도 적용이 가능하고 이 경우에도 휘도, 증가 또는 전력 소비 감소를 구현할 수 있다.

한편, 본 발명에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 용어들로써 이는 당분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

또한, 본 발명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명을 설명했으므로 본 발명의 기술적인 난이도 측면을 고려할 때, 당분야에 통상적인 기술을 가진 사람이면 용이하게 본 발명에 대한 또 다른 실시예와 다른 변형을 가할 수 있다. 따라서 상술한 설명에서 사상을 인용한 실시예와 변형은 모두 본 발명의 청구 범위에 모두 귀속됨은 명백하다.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 편광판 및 이를 이용한 화상 표시 장치에 의하면, 분자 구조에 의해 편광 방향에 따라 다른 광 흡수 특성을 지니는 이색성 염료(Dichroic Dye)를 기재의 연신에 의해 한 방향으로 배향시켜 이색성 염료계 편광판을 만들고, 이 이색성 염료계 편광판과

판을 유기 EL 디스플레이 패널 앞에 부착함으로써, 높은 광효율과 명실 명암대조비를 동시에 구현할 수 있고, 한 종류의 픽셀로 전류가 집중하는 것을 방지하여 유기 EL 디스플레이 패널의 수명을 향상 시킬 수 있다. 또한 계조 표현이 용이해지고, 염료 설계를 통해 블루의 색순도 및 색좌표를 개선할 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims

유기 EL 디스플레이 패널;

상기 패널 위에 위치하는 위상지연판; 그리고,

상기 위상지연판 위에 위치하며, 레드 및 그린의 파장대역에서 더 큰 편광효율을 갖는 편광판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 위상지연판은 1/4파장판인 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 편광판은 빛의 파장 또는 편광 방향에 따라 다른 광 흡수 특성을 지니는 이색성 염료를 연신에 의해 한 방향으로 배향시켜 만든 이색성 염료(dichroic dye)계 편광판인 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
제 3항에 있어서, 블루 대역에서 상기 이색성 염료의 투과율을 높이고 편광 효율은 낮추는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
유기 EL 디스플레이 패널;

상기 패널 위에 위치하는 위상지연판; 그리고,

상기 위상지연판 위에 위치하고, 레드 및 그린의 파장대역의 광을 더 많이 흡수하는 편광 특성을 갖는 편광판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
유기 EL 디스플레이 패널;

상기 패널 위에 위치하는 위상지연판; 그리고,

상기 위상지연판 위에 위치하며, 블루의 파장대역에서 더 작은 편광효율을 갖는 편광판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
기판;

상기 기판의 일 면 위에 형성되는 양극;

상기 양극 위에 형성되는 유기 EL층;

상기 유기 EL층 위에 형성되는 음극;

상기 기판의 다른 면 위에 형성되고, 원편광된 광은 선편광으로, 선편광된 광은 원편광으로 변환하는 위상지연판; 그리고

상기 위상지연판 위에 형성되고, 레드 및 그린의 파장대역에서 더 큰 편광효율을 갖는 편광판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
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