KR100852111B1 - 평판 디스플레이 장치 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광취출효율 및 휘도가 증진되면서도 제조가 용이한 평판 디스플레이 장치 및 그 제조방법을 위하여, 기판과, 상기 기판의 상부에 구비되고, 각각 적색, 녹색 및 청색의 광을 방출하는 부화소들을 구비한 복수개의 화소들과, 상기 부화소들의 상부에 구비된 광공진층을 구비하고, 상기 광공진층은 두 개 이상의 층들을 구비하며, 상기 부화소들에서 방출되는 광의 파장에 따라 상기 광공진층의 두께가 다른 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 장치를 제공한다.
Description
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 평판 디스플레이 장치, 특히 전계발광 디스플레이 장치를 개략적으로 도시하는 단면도.
도 2는 본 발명의 바람직한 다른 일 실시예에 따른 전계발광 디스플레이 장치를 개략적으로 도시하는 단면도.
도 3은 상기 실시예에 따른 전계발광 디스플레이 장치의 일 변형예를 개략적으로 도시하는 단면도.
도 4는 상기 실시예에 따른 전계발광 디스플레이 장치의 다른 변형예를 개략적으로 도시하는 단면도.
도 5는 상기 실시예에 따른 전계발광 디스플레이 장치의 또 다른 변형예를 개략적으로 도시하는 단면도.
도 6은 본 발명의 바람직한 또 다른 일 실시예에 따른 전계발광 디스플레이 장치를 개략적으로 도시하는 단면도.
도 7은 본 발명의 바람직한 또 다른 일 실시예에 따른 전계발광 디스플레이 장치를 개략적으로 도시하는 단면도.
도 8은 본 발명의 바람직한 또 다른 일 실시예에 따른 전계발광 디스플레이 장치를 개략적으로 도시하는 단면도.
도 9는 본 발명의 바람직한 또 다른 일 실시예에 따른 평판 디스플레이 장치를 개략적으로 도시하는 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
102 : 기판 121 : 광공진층
122 : 반도체층 123 : 게이트 절연막
124 : 게이트 전극 125 : 층간 절연막
126 소스 전극 127 : 드레인 전극
128 : 보호막(평탄화막) 129 : 화소 정의막
131 : 제 1 전극 133 : 중간층
134 : 제 2 전극
본 발명은 평판 디스플레이 장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 광취출효율 및 휘도가 증진되면서도 제조가 용이한 평판 디스플레이 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
평판 디스플레이 장치의 광취출효율(external light coupling efficiency)은 다음과 같이 나타난다.
상기 수학식 1에서 ηin과 ηout는 각각 내부 광취출효율(internal light coupling efficiency)과 외부 광취출효율(output coupling efficiency)를 나타내는 것으로서, ηin은 평판 디스플레이 장치 내의 각 층 내부에서 자체적으로 소멸되는 것에 의해 결정되는 것이고, ηout은 각 층간에서의 전반사, 즉 광이 굴절율이 높은 층에서 굴절율이 낮은 층으로 입사할 때 임계각 이상으로 입사하여 전반사를 일으켜 외부로 취출되는 것이 저해되는 것에 의해 결정되는 것이다. 평판 디스플레이 장치의 경우 발광층에서 발생된 광이 외부로 취출되기까지 많은 층들을 거치게 되는 바, 따라서 각 층의 굴절율에 따라 외부로 취출되지 못하는 광이 존재하게 된다.
상기 수학식 1에 있어서, 발광층에서 방출된 광이 외부로 취출될 때 각 층간에서의 전반사를 고려한 광투과 효율 ηout은 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.
상기 식에서 N은 각 층의 굴절율이다. 상기 식에 근거하여 굴절율이 대략 1.5인 층에서 굴절율이 대략 1.2인 층으로 광이 진행할 때의 광투과 효율을 계산하면, 대략 32%가 된다. 즉, 상기 계면에 진입한 빛의 대략 70%의 빛이 외부로 취출되지 못하고 소멸된다는 것을 알 수 있다.
상기와 같은 광취출효율 저하를 방지하기 위해, 다양한 시도들이 있었다.
그러한 시도들 중에서, 공급 전압을 높이는 방법은 의도한 휘도 향상을 달성하는 것을 가능하게 하지만, 배터리의 용량 증가를 수반하여 경량화에 반하며, 또한 배터리 및 디스플레이 장치에 구비된 화소의 수명을 감축시킨다. 이 때문에, 공급 전압을 오히려 낮추면서 휘도를 향상시키기 위해 다음의 선행기술들이 제안되었다.
일본 공개특허공보 평 4-192290호에는 무기EL소자가 형성되어 있는 투광성 기판의 외측 표면에 무기EL소자와 동등 내지 그 이상의 크기를 가지는 집광용의 마이크로렌즈를 복수개 설치한 무기EL장치가 개시되어 있다. 투광성 기판과 공기와의 계면에 임계각 이상의 각도로 입사한 광이 마이크로렌즈 내에서는 임계각 이하의 입사각을 갖도록 하여 전반사를 줄이고, 광의 사출 방향을 소정의 방향으로 지향하게 하여, 그 방향에서의 휘도를 증가시키는 것이다. 그러나 상기 발명은 EL소자가 면광원이기 때문에 해당 EL소자와 동등 내지 그 이상의 크기를 가지는 마이크로 렌즈를 이용한 경우에는 집광되지 않고 오히려 확산되는 EL광이 필연적으로 생기며, 또한 인접한 EL소자에 의한 상과의 중복으로 인해 상의 선명도가 저하된다는 문제점이 있다.
일본 공개특허공보 평 7-037688호에는 두께 방향으로 주상으로 주위보다 굴절율이 큰 재료로 형성된 고굴절율부를 가지고 있는 기판에 형성된 EL소자가 개시되어 있다. EL소자의 광이 고굴절율부를 통과하여 사출되도록 하여 광취출효율을 증가시키는 것이다. 그러나 상기 발명은 고굴절율부를 통과한 EL광이 동 공보의 도 1에 나타난 것처럼 확산광이므로 그 정면에서 봤을 때 휘도가 크게 향상되지 않는다는 문제점이 있다.
일본 공개특허공보 평 10-172756호에는 유기EL소자를 구성하고 있는 하부 전극과 투광성 기판의 외측 표면과의 사이에 1 혹은 복수의 집광용 렌즈가 형성되고, 상기 유기EL소자와 상기 집광용 렌즈가 대응되도록 마련된 것을 특징으로 하는 유기EL발광장치가 개시되어 있다. 집광용 렌즈를 통과한 EL소자의 광이 기판과 공기의 계면에 임계각 이하로 입사하게 하여 광취출효율을 증가시키는 것이다. 그러나 상기 발명은 인접한 EL소자에 의한 상과의 중복으로 인해 상의 선명도가 저하된다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 광취출효율 및 휘도가 증진되면서도 제조가 용이한 평판 디스플레이 장치 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적 및 그 밖의 여러 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 기판과, 상기 기판의 상부에 구비되고, 각각 적색, 녹색 및 청색의 광을 방출하는 부화소들을 구비한 복수개의 화소들과, 상기 부화소들의 상부에 구비된 광공진층을 구비하고, 상기 광공진층은 두 개 이상의 층들을 구비하며, 상기 부화소들에서 방출되는 광의 파장에 따라 상기 광공진층의 두께가 다른 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 장치를 제공한다.
이러한 본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 광공진층은 고굴절율의 층과 저굴절율의 층을 교대로 구비하는 것으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 광공진층은 두 개의 층들을 구비하는 것으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 광공진층의 두 개의 층들 중 상기 부화소로부터의 거리가 가까운 층을 제 1층이라 하고 다른 층은 제 2층이라 할 때, 상기 제 1층은 저굴절율의 층이고 상기 제 2층은 고굴절율의 층인 것으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 제 1층의 두께를 t1이라 하고, 상기 부화소에서 방출되는 광의 파장을 λ라고 할 때, 상기 t1이 하기 수학식 3을 만족시키는 것으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 제 2층의 두께를 t2라 하고, 상기 부화소에서 방출되는 광의 파장을 λ라고 할 때, 상기 t2가 하기 수학식 4를 만족시키는 것으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 부화소는 전계발광 소자로 구비되는 것으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 부화소들에서 방출된 광은 상기 부화소들의 상부의 방향으로 취출되는 것으로 할 수 있다.
본 발명은 또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 기판을 준비하는 단계와, 기판의 상부에 부화소들을 형성하는 단계와, 상기 부화소들의 상부에 각 부화소에 따라 다른 두께를 갖는 두 개 이상의 층들을 구비한 광공진층을 구비하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 장치의 제조방법을 제공한다.
이러한 본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 광공진층을 구비하는 단계는, 상기 부화소들의 상부에 제 1층을 형성하는 단계와, 상기 제 1층을 식각하여 각 부화소에 따라 서로 다른 두께를 갖도록 하는 단계와, 상기 제 1층을 덮도록 제 2층을 형성하는 단계를 구비하는 것으로 할 수 있다.
이러한 본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 광공진층을 구비하는 단계는, 상기 부화소들의 상부에 제 1층을 형성하는 단계와, 상기 제 1층을 식각하여 각 부화소에 따라 서로 다른 두께를 갖도록 하는 단계와, 상기 제 1층을 덮도록 제 2층을 형성하는 단계를 구비하는 공정을 2회 이상 구비하는 것으로 할 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 평판 디스플레이 장치, 특히 전계발광 디스플레이 장치를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 기판(102)의 상부에, 각각 적색, 녹색 및 청색의 광을 방 출하는 부화소들을 구비한 복수개의 화소들이 구비되는데, 본 실시예에 따른 평판 디스플레이 장치의 경우에는 상기 부화소들이 전계발광 소자들로 구비되고, 각 전계발광 소자에는 적어도 하나의 박막 트랜지스터(TFT)가 구비된 경우이다.
전계발광 디스플레이 장치는 그 화소의 발광여부를 제어하는 방식에 따라 단순 매트릭스 타입의 수동 구동형(Passive Matrix: PM) 전계발광 디스플레이 장치와, 박막 트랜지스터를 구비한 능동 구동형(Active Matrix: AM) 전계발광 디스플레이 장치로 나뉘는 바, 본 실시예에 따른 전계발광 디스플레이 장치는 능동 구동형 전계발광 디스플레이 장치이다.
상기 전계발광 소자는, 도 1을 참조하면, 기판(102) 상부에 제 1 전극(131)이 구비되어 있고, 상기 제 1 전극(131)의 상부에 상기 제 1 전극(131)과 대향된 제 2 전극(134)이 구비되며, 상기 제 1 전극(131) 및 상기 제 2 전극(134) 사이에, 발광층을 포함하는 중간층(133)이 구비된다. 그리고 상기 제 1 전극(131)에는 적어도 하나의 박막 트랜지스터(TFT)가 구비되며, 필요에 따라 커패시터 등이 더 구비될 수도 있다.
상기 기판(102)은 투명한 글라스재가 사용될 수 있는 데, 이 외에도, 아크릴, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 미라르(mylar) 기타 플라스틱 재료가 사용될 수 있다. 상기 기판(102) 상에는 기판의 평활성을 유지하고 불순물의 침투를 방지하기 위해 SiO2 등으로 버퍼층(미도시)이 구비되도록 할 수도 있다.
상기 제 1 전극(131)은 애노드 전극의 기능을 하고, 상기 제 2 전극(134)은 캐소드 전극의 기능을 한다. 물론, 상기 제 1 전극(131)과 상기 제 2 전극(134)의 극성은 반대로 되어도 무방하다.
본 실시예에 따른 전계발광 디스플레이 장치는 상기 기판(102)의 반대 방향, 즉 상기 제 2 전극(134) 방향으로 광이 취출되는 소위 전면 발광형 전계발광 디스플레이 장치이다. 따라서 상기 제 1 전극(131)이 반사형 전극이 되고 상기 제 2 전극(134)이 투명 전극이 된다. 그러므로, 상기 제 1 전극(131)은 Ag, Mg, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, 및 이들의 화합물 등으로 반사막을 형성한 후, 그 위에 ITO, IZO, ZnO, 또는 In2O3를 형성한 구조를 취할 수 있다. 이때, 상기 제 1 전극(131)은 부화소에 대응되도록 구비될 수 있다. 그리고, 상기 제 2 전극(134)은, Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Al, Mg, 및 이들의 화합물이 상기 중간층(133)의 방향을 향하도록 증착한 후, 그 위에 ITO, IZO, ZnO, 또는 In2O3 등의 투명 전극 형성용 물질로 보조 전극이나 버스 전극 라인을 형성한 구조를 취할 수 있다. 상기 제 2 전극(134)은 각 부화소에 대응되도록 또는 전면적으로 구비될 수 있다. 물론 이들 전극은 이 외에도 다양한 변형이 가능함은 물론이다.
전술한 바와 같이 상기 제 1 전극(131)에는 박막 트랜지스터(TFT)가 연결되는 바, 상기 박막 트랜지스터(TFT)는 반도체층(122)과, 상기 반도체층(122)의 상부에 형성된 게이트 절연막(123)과, 상기 게이트 절연막(123) 상부의 게이트 전극(124)을 구비한다. 상기 게이트 전극(124)은 박막 트랜지스터 온/오프 신호를 인가하는 게이트 라인(미도시)과 연결되어 있다. 그리고, 상기 게이트 전극(124)이 형 성되는 영역은 반도체층(122)의 채널 영역에 대응된다. 물론 박막 트랜지스터는 도 1에 도시된 것과 같은 구조에 한정되지 않으며, 유기 박막 트랜지스터 등 다양한 박막 트랜지스터가 구비되도록 할 수도 있음은 물론이다.
상기 게이트 전극(124)의 상부로는 층간 절연막(inter-insulator : 125)이 형성되고, 컨택홀을 통해 소스 전극(126)과 드레인 전극(127)이 각각 반도체층(122)의 소스 영역 및 드레인 영역에 접하도록 형성된다.
상기 소스 전극(126) 및 드레인 전극(127) 상부로는 SiO2 등으로 이루어진 평탄화막 또는 보호막(128)이 구비되고, 상기 평탄화막(128)의 상부에는 아크릴 또는 폴리 이미드 등으로 형성되는 화소정의막(129)이 구비되어 있다.
그리고, 비록 도면으로 도시하지는 않았지만, 상기 박막 트랜지스터(TFT)에는 적어도 하나의 커패시터가 연결된다. 그리고, 이러한 박막 트랜지스터를 포함하는 회로는 반드시 도 1에 도시된 예에 한정되는 것은 아니며, 다양하게 변형 가능함은 물론이다.
한편, 상기 드레인 전극(127)이 전계발광 소자가 연결된다. 상기 전계발광 소자의 애노드 전극이 되는 제 1 전극(131)은 상기 평탄화막(128)의 상부에 형성되어 있고, 그 상부로는 절연성 화소정의막(129)이 형성되어 있으며, 상기 화소정의막(129)에 구비된 소정의 개구부에 발광층을 포함한 중간층(133) 등이 형성된다. 도 1에는 상기 중간층(133)이 상기 부화소에만 대응되도록 패터닝된 것으로 도시되어 있으나, 이는 각 부화소의 구성을 설명하기 위해 편의상 그와 같이 도시한 것이 며, 상기 중간층(133)은 인접한 부화소의 중간층과 일체로 형성될 수 있음은 물론이다.
상기 중간층(133)은 유기물 또는 무기물로 구비될 수 있으며, 유기물의 경우에는 저분자 또는 고분자 유기물로 구비될 수 있다. 저분자 유기물을 사용할 경우 홀 주입층(HIL: Hole Injection Layer), 홀 수송층(HTL: Hole Transport Layer), 유기 발광층(EML: Emission Layer), 전자 수송층(ETL: Electron Transport Layer), 전자 주입층(EIL: Electron Injection Layer) 등이 단일 혹은 복합의 구조로 적층되어 형성될 수 있으며, 사용 가능한 유기 재료도 구리 프탈로시아닌(CuPc: copper phthalocyanine), N,N-디(나프탈렌-1-일)-N,N'-디페닐-벤지딘 (N,N'-Di(naphthalene-1-yl)-N,N'-diphenyl-benzidine: NPB) , 트리스-8-하이드록시퀴놀린 알루미늄(tris-8-hydroxyquinoline aluminum)(Alq3) 등을 비롯해 다양하게 적용 가능하다. 이들 저분자 유기물은 전술한 바와 같은 패턴으로 구비되며, 전술한 바와 같은 마스크들을 이용하여 진공증착의 방법으로 형성된다.
고분자 유기물의 경우에는 대개 홀 수송층(HTL) 및 발광층(EML)으로 구비된 구조를 가질 수 있으며, 이 때, 상기 홀 수송층으로 PEDOT를 사용하고, 발광층으로 PPV(Poly-Phenylenevinylene)계 및 폴리플루오렌(Polyfluorene)계 등 고분자 유기물질을 사용한다.
상기 중간층(133)의 구조 및 재료 등에 대한 설명은, 후술할 실시예들에 있어서도 동일하게 적용될 수 있으며, 물론 그 변형들도 가능함은 물론이다.
그리고 기판(102) 상에 형성된 전계발광 소자는, 대향 부재(미도시)에 의해 밀봉된다. 대향부재는 상기 기판(102)과 동일하게 글라스 또는 플라스틱재로 구비될 수 있는 데, 이 외에도, 메탈 캡(metal cap) 등으로 형성될 수도 있다.
한편, 상기 부화소들의 상부에 광공진층이 구비되는 바, 각각의 부화소가 전계발광 소자로 구비되는 본 실시예의 경우에는, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 전극(134)의 상부에 광공진층(121)이 구비된다. 물론 도시된 것과 달리 상기 제 2 전극(134)의 상부에 다른 층들이 필요에 따라 더 구비될 수도 있으며, 이 경우 상기 광공진층(121)은 이러한 층들 사이 중 어느 곳에든 구비될 수 있음은 물론이다. 이는 후술할 변형예들 및 실시예들에 있어서도 동일하다.
이때, 상기 광공진층(121)은 두 개 이상의 층들(1211, 1212)을 구비하며, 상기 부화소들, 즉 상기 발광층에서 방출되는 광의 파장에 따라 상기 광공진층(121)의 두께가 다르게 구비되어 있다. 그리고 상기 광공진층(131)은 고굴절율의 층과 저굴절율의 층을 교대로 구비하도록 할 수 있다. 여기서 고굴절율 또는 저굴절율이라 함은, 상기 광공진층(121)에 구비된 층들의 굴절율의 상대적인 크기를 의미한다. 이는 후술할 실시예들에 있어서도 동일하다. 본 실시예에 따른 전계발광 디스플레이 장치의 경우에는 상기 광공진층(121)이 두 개의 층들(1211, 1212)을 구비하는 경우이다.
상기와 같은 구조에 있어서, 상기 광공진층(121)의 두 개의 층들 중 상기 부화소로부터의 거리, 즉 상기 제 2 전극(134)으로부터의 거리가 가까운 층(1211)을 제 1층이라 하고 다른 층(1212)은 제 2층이라 할 때, 상기 제 1층(1211)은 저굴절율의 층이고 상기 제 2층(1212)은 고굴절율의 층이 되도록 할 수 있다. 이 경우, 발광층에서 방출된 광이 그 상부로 진행함에 따라 저굴절율의 층과 고굴절율의 층을 지나게 되고, 그 결과 좌 우로 확산되는 광이 부화소, 즉 디스플레이 장치의 전면으로 집중되는 효과를 가져올 수 있으며, 그 결과 휘도의 증대 등을 도모할 수 있게 된다.
이때, 상기 발광층에서 방출된 광의 경로를 살펴보면, 상기 제 1층(1211) 및 상기 제 2층(1212)을 그대로 통과하여 취출되는 광이 있는 반면, 상기 제 1층(1211)내로 진입하여 저굴절율의 층인 상기 제 1층(1211)과 고굴절율의 층인 상기 제 2층(1212) 사이의 계면에서 반사된 후, 다시 저굴절율의 층인 상기 제 1층(1211)과 상기 제 1층(1211)의 하부의 층 사이의 계면에서 반사되어 상기 제 2층(1212)으로 진입하여 외부로 취출되는 광이 있다. 이와 같은 두 광의 광경로차는 상기 제 1층(1211)의 두께의 두 배인 바, 상기 제 1층(1211)의 두께를 t1이라 하면 광경로차는 2t1이 된다. 그리고 상기 후자의 광은 원 위상과 동일한 위상을 가지게 된다. 따라서, 상기 부화소에서 방출되는 광의 파장을 λ라고 할 때 광경로차가 파장의 정수배가 될 경우에 보강간섭이 발생하므로, 상기 제 1층(1211)의 두께 t1이 하기 수학식 3을 만족시키는 경우에 보강간섭이 발생하여 광취출효율 및 휘도가 증진된다.
[수학식 3]
t1=(nλ)/2
상기 수학식 3에서 n은 자연수이다. 각 부화소별로 방출하는 광의 파장이 다르므로, 각 부화소에서 방출하는 광의 파장에 따라 상기 수학식 3을 만족시키도록 상기 제 1층(1211)의 두께를 조절하여 광취출효율 및 휘도를 증진시킬 수 있다.
한편, 상기 발광층에서 방출된 광 중 상기 제 1층(1211)과 상기 제 2층(1212)을 모두 그대로 통과하는 광이 있는 반면, 상기 제 2층(1212)의 상면에서 반사된 후 상기 제 1층(1211)의 하면에서 다시 반사되고 그 후 상기 제 2층(1212)을 통해 외부로 취출되는 광이 있을 수 있다. 이 경우 두 광의 광경로차는, 상기 제 1층(1211)의 두께를 t1이라 하고 상기 제 2층(1212)의 두께를 t2라 하면 2(t1+t2)가 된다. 그리고 고굴절율의 층인 상기 제 2층(1212)의 상면에서 반사되고 상기 제 1층(1211)의 하면에서 반사된 후 다시 상기 제 2층(1212)을 통과하여 취출되는 광은, 고굴절율의 층인 상기 제 2층(1212)의 상면에서 반사될 때 위상이 180°변하게 된다. 따라서, 상기 부화소에서 방출되는 광의 파장을 λ라고 할 때 광경로차가 반 파장의 홀수배가 될 경우에 보강간섭이 발생하므로, 상기 광경로차가 하기 수학식 5를 만족시키는 경우에 보강간섭이 발생하여 광취출효율 및 휘도가 증진된다.
상기 수학식 5에서 k는 자연수이다. 상기 수학식 5에 상기 수학식 3의 t1값을 대입하면 다음의 수학식 4가 도출된다.
[수학식 4]
t2=(2m+1)λ/4
상기 수학식 4에서 m은 k-n, 즉, 자연수이다. 상기 제 2층(1212)의 두께 t2가 상기 수학식 4를 만족시키도록 함으로써, 광취출효율 및 휘도를 증진시킬 수 있 다. 이때, 각 부화소별로 방출하는 광의 파장이 다르므로, 각 부화소에서 방출하는 광의 파장에 따라 상기 수학식 3을 만족시키도록 상기 제 2층(1212)의 두께 t2를 조절하는 것이 바람직하다.
일반적으로 전계발광 소자에 구비되는 각 층의 굴절율은 대략 1.5이므로, 상기 광공진층(121)의 저굴절율의 층인 제 1층(1211)의 재료는 굴절율이 대략 1.5 이하인 재료를 사용하면 된다. 이러한 것으로는 silicate matrix, methylsiloxanes polymer, siloxane, 또는 Ti-O-Si와 같은 재료, acrylic polymer 또는 epoxy polymer 등의 폴리머, SiO2, HfOx, Al2O3 등의 산화물, 그리고 MgF, CaF 등의 불화물 등을 들 수 있다. 그리고 상기 광공진층(121)의 고굴절율의 층인 제 2층(1212)의 재료는 굴절율이 1.5 이상인 재료를 사용하면 된다. 이를 위해 SiNx, TiO2, Nb2O5, 또는 Ta2Ox 등의 고굴절 입자들이 분산되어 있는 졸겔(sol gel)재료를 사용할 수 있다.
이때, 상기 광공진층(121)의 각 층들(1211, 1212)은 각 부화소에 대응되도록 할 수도 있고, 각 화소에 대응되도록 할 수도 있으며, 전 화소들에 걸쳐 일체로 형성되도록 할 수도 있다. 물론 각 부화소에서 방출하는 광의 파장에 따라 상기 각 층들(1211, 1212)의 두께는 전술한 바와 같이 달라지는 것이 좋다.
한편, 도 1에 도시된 바에 따르면, 상기 광공진층(121)의 두 층들(1211, 1212)은 기판(102)의 전면에 걸쳐 구비되어 있으나, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 광공진층(121)의 두 층들(1211, 1212)이 각 부화소에 대응되도록 패터닝되어 구비 되도록 할 수도 있고, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 광공진층(121)의 제 1층(1211)은 각 부화소에 대응되도록 패터닝되고 제 2층(1212)은 전면에 걸쳐 구비되도록 할 수도 있으며, 도 4에 도시된 바와 같이 제 1층(1211)은 전면에 걸쳐 구비되도록 하고 제 2층(1212)은 각 부화소에 대응되도록 패터닝되도록 할 수도 있는 등, 다양하게 변형이 가능함은 물론이다. 물론 그와 같은 경우에도 각 층들의 두께는 전술한 수학식 3 및 수학식 4의 조건을 만족시키도록 구비된다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 평판 디스플레이 장치를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 5를 참조하면, 기판(202)의 상부에, 각각 적색, 녹색 및 청색의 광을 방출하는 부화소들을 구비한 복수개의 화소들이 구비되는데, 본 실시예에 따른 평판 디스플레이 장치의 경우에는 상기 부화소들이 전계발광 소자들로 구비되고, 각 전계발광 소자에는 적어도 하나의 박막 트랜지스터(TFT)가 구비된 경우이다.
그리고, 상기 부화소들의 상부에 광공진층이 구비되는 바, 각각의 부화소가 전계발광 소자로 구비되는 본 실시예의 경우에는, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 전계발광 소자의 제 2 전극(234) 상부에 광공진층(221)이 구비된다. 그리고, 상기 부화소들에서 방출되는 광의 파장에 따라 상기 광공진층의 두께는 서로 다르게 되어있다. 즉, 각 부화소에서 방출되는 광의 광취출효율이 최대가 되도록 그 두께가 서로 다르게 조절되어 있다.
본 실시예에 따른 전계발광 디스플레이 장치가 전술한 제 1 실시예에 따른 전계발광 디스플레이 장치와 다른 점은, 상기 광공진층(221)이 두 개의 층이 아닌 3 이상의 층들(2211, 2212, 2213)을 구비하는 구조의 광공진층이라는 것이다. 도 5에는 상기 광공진층(221)이 세 개의 층들(2211, 2212, 2213)을 구비한 것으로 도시되어 있으나 더 많은 층들을 구비할 수도 있다. 이때, 상기 광공진층(221)은 고굴절율의 층과 저굴절율의 층을 교대로 구비하도록 할 수 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 광공진층(221)이 세 개의 층들(2211, 2212, 2213)을 구비할 경우, 최하부의 층(2211)은 저굴절율의 층이 되도록 하고, 그 상부의 층(2212)은 최하부의 층(2211)의 굴절율보다 높은 굴절율의 층인 고굴절율의 층이 되도록 하며, 그 상부의 층(2213)은 다시 저굴절율의 층이 되도록 할 수 있다.
제 1 중간층(2211)과 제 2 중간층(2212)은 전술한 제 1 실시예에 따른 능동 구동형 전계발광 디스플레이 장치에서 설명한 것과 같이 좌우로의 확산 광이 디스플레이 장치의 전면에 모이도록 하는 역할을 하는 것이며, 이와 더불어 그 상부에 저굴절율의 층인 제 3 중간층(2213)이 구비되도록 하여 중앙의 고굴절율의 층(2212)에서 광공진이 일어나도록 하여 광을 증폭시켜 외부에서의 휘도 향상 등을 도모할 수 있다. 이 경우 광공진이 잘 일어나도록 하기 위해서는 상기 고굴절율의 층과 저굴절율의 층의 굴절율 차이가 클수록 좋다. 따라서 그와 같은 물질을 사용하기 힘든 경우, 3층 이상의 다층 구조의 광공진층이 구비되도록 함으로써, 동일한 효과를 얻을 수 있다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제 3 실시예에 따른 전계발광 디스플레이 장치를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 6을 참조하면, 기판(302)의 상부에, 각각 적색, 녹색 및 청색의 광을 방 출하는 부화소들을 구비한 복수개의 화소들이 구비되는데, 본 실시예에 따른 평판 디스플레이 장치의 경우에는 상기 부화소들이 수동 구동형 전계발광 소자들로 구비된다.
그리고, 상기 부화소들의 상부에 광공진층이 구비되는 바, 각각의 부화소가 전계발광 소자로 구비되는 본 실시예의 경우에는, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 전극(334) 상부에 광공진층(321)이 구비된다. 이때, 상기 부화소들에서 방출되는 광의 파장에 따라 상기 광공진층의 두께는 서로 다르게 되어있다. 즉, 각 부화소에서 방출되는 광의 광취출효율이 최대가 되도록 그 두께가 서로 다르게 조절되어 있다.
본 실시예에 따른 전계발광 디스플레이 장치가, 전술한 제 1 실시예에 따른 전계발광 디스플레이 장치와 다른 점은, 수동 구동형 전계발광 디스플레이 장치라는 것이다. 즉 전술한 제 1 실시예에 따른 전계발광 디스플레이 장치는 전계발광 소자에 적어도 하나의 박막 트랜지스터가 구비되어 각 부화소의 발광여부를 각 박막 트랜지스터를 이용하여 조절하였으나, 본 실시예에 따른 전계발광 디스플레이 장치의 경우에는 소정의 패턴, 예컨대 스트라이프 패턴으로 구비된 제 1 전극(331)과 제 2 전극(334)에 의해 각 부화소의 발광여부를 조절한다.
본 실시예에 따른 전계발광 디스플레이 장치의 전계발광 소자의 구조를 간략히 설명하면, 먼저 상기 기판(302) 상부에 제 1 전극(331)이 소정의 패턴, 예컨대 스트라이프 패턴으로 형성된다. 그리고, 상기 제 1 전극(331)의 상부로 발광층을 포함하는 중간층(333) 및 제 2 전극(334)이 순차로 형성된다. 상기 제 1 전극(331) 의 각 라인 사이에는 절연층(332)이 더 구비될 수 있으며, 상기 제 2 전극(334)은 상기 제 1 전극(331)의 패턴과 직교하는 패턴으로 형성될 수 있다. 그리고, 도면에 도시되지는 않았지만, 상기 제 2 전극(334)의 패턴을 위해 상기 제 1 전극(331)과 직교하는 패턴으로 별도의 절연층이 더 구비될 수도 있다. 상기와 같은 구조에 있어서 상기 제 1 전극(331), 상기 제 2 전극(334) 및 상기 중간층(333)의 구조 및 재료는 전술한 바와 같다.
이때, 상기 광공진층(321)은 두 개 이상의 층들(3211, 3212)을 구비하며, 상기 부화소들, 즉 상기 발광층에서 방출되는 광의 파장에 따라 상기 광공진층(321)의 두께가 다르게 구비되어 있다. 그리고 상기 광공진층(331)은 고굴절율의 층과 저굴절율의 층을 교대로 구비하도록 할 수 있다. 본 실시예에 따른 전계발광 디스플레이 장치의 경우에는 상기 광공진층(321)이 두 개의 층들(3211, 3212)을 구비하는 경우이다.
상기와 같은 구조에 있어서, 상기 광공진층(321)의 두 개의 층들 중 상기 부화소로부터의 거리, 즉 상기 제 2 전극(334)으로부터의 거리가 가까운 층(3211)을 제 1층이라 하고 다른 층(3212)은 제 2층이라 할 때, 전술한 제 1 실시예에서 설명한 바와 같이 상기 제 1층(3211)은 저굴절율의 층이고 상기 제 2층(3212)은 고굴절율의 층이 되도록 할 수 있다. 그리고 상기 제 1층(3211)과 상기 제 2층(3212)의 두께를 각각 t1 및 t2라 하면, 상기 t1 및 t2 가, 전술한 바와 같이 상기 수학식 3 및 상기 수학식 4를 만족시키도록 함으로써, 발광층에서 발생된 광의 광취출효율 및 휘도를 증진시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 바람직한 제 4 실시예에 따른 전계발광 디스플레이 장치를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
본 실시예에 따른 전계발광 디스플레이 장치가 전술한 제 3 실시예에 따른 전계발광 디스플레이 장치와 다른 점은, 광공진층(421)이 두 개의 층이 아닌 세 개 이상의 층들(4211, 4212, 4213)을 구비하는 구조의 광공진층이라는 것이다. 도 7에는 상기 광공진층(421)이 세 개의 층들을 구비한 것으로 도시되어 있으나 더 많은 층들을 구비할 수도 있다. 이때, 상기 광공진층(421)은 고굴절율의 층과 저굴절율의 층을 교대로 구비하도록 할 수 있다. 즉, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 광공진층(421)이 세 개의 층들을 구비할 경우, 최하부의 층(4211)은 그 상부의 제 2 전극(434)의 굴절율보다 작은 저굴절율의 층이 되도록 하고, 그 상부의 가운데 층(4212)은 그 굴절율이 상기 최하부의 층(4211)의 굴절율보다 큰 고굴절율의 층이 되도록 하며, 최상부의 층(4213)은 그 굴절율이 상기 가운데 층(4212)의 굴절율 보다 작은 저굴절율의 층이 되도록 할 수 있다. 물론 이보다 더 많은 층이 구비될 수도 있다. 그 효과는 전술한 제 2 실시예에서 설명한 바와 같다.
한편, 광공진층이 저굴절율의 층과 고굴절율의 층을 하나씩 구비할 경우, 전술한 바와 같이 상기 각 층들의 두께는 전술한 수학식 3 및 수학식 4를 만족시키도록 구비되는 것이 바람직하다. 이 경우, 제조공정을 단순화시키고 수율의 향상을 도모하며 제조원가를 절감하기 위해 도 13에 도시된 바와 같은 구조로 광공진층(521)이 형성되도록 할 수 있다.
즉, 부화소들(991, 992, 993)의 상부에 제 1 층(5211)을 기판(502)의 전면에 걸쳐 형성한 후, 건식 식각 등의 다양한 방법들을 이용하여 각 부화소들(591, 592, 593)에서 방출하는 광의 파장에 따라 적절한 두께들(t11, t12, t13)을 갖도록 단차를 형성한다. 그 후, 상기 제 1층(5212)의 상면에 제 2층(5212)을 코팅하여 평탄화함으로써, 각 부화소에서 방출되는 광의 파장에 따라 최적화된 광공진층(521)을 손쉽게 제조할 수 있다. 이 경우, 제 2층(5212)의 각 부화소에 대한 두께들(t21, t22, t23) 역시 서로 다르게 조절될 수 있다. 이때, 상기 광공진층(521)에 구비된 층들(5211, 5212)의 두께는 전술한 수학식 3 및 수학식 4에 의해 결정되는 바, 상기 수학식들에는 임의의 자연수인 n 및 m이 있으므로, 상기 광공진층(521)에 구비된 층들(5211, 5212)의 두께가 최적화되도록 적절하게 조절할 수 있다. 물론 도면에는 도시되어 있지는 않으나 상기 제 2층(5212)의 상면을 건식 식각 등의 다양한 방법을 통해 상기 제 2층(5212)의 두께를 더욱 정확하게 조절할 수도 있음은 물론이다.
그리고 상기 제 1층 및 상기 제 2층을 형성하는 공정을 2회 이상 반복함으로써, 세 개 이상의 층들을 구비한 광공진층을 구비한 평판 디스플레이 장치를 제조할 수도 있다.
전술한 실시예들에 있어서는 각 부화소가 전계발광 소자로 구비된 경우에 대해서 설명하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 광을 방출하는 평판 디스플레이 장치라면 어떠한 장치에도 본 발명이 적용될 수 있는 것이다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 평판 디스플레이 장치 및 그 제조방법에 따르면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 각 부화소에서 방출되는 광의 경로 상에 복수개의 층들을 구비한 광공진층이 구비되도록 하고, 상기 광공진층에 구비된 층들이 각 부화소에서 방출되는 광의 파장에 따라 적절한 두께를 갖도록 함으로써, 광취출효율을 증진시키고 휘도를 향상시킬 수 있다.
둘째, 고굴절율의 층과 저굴절율의 층이 교대로 구비된 복수개의 층들의 구조의 광공진층을 이용하여, 광공진층의 제조를 쉽게 할 수 있다.
셋째, 복수개의 층들을 구비한 광공진층을 형성함에 있어서, 하나의 층을 형성하고 그 층을 식각하여 적절한 단차를 갖도록 하고 그 상부에 다른 층이 형성되도록 하는 방법을 통해, 광공진층의 제조공정을 단순화시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
Claims (11)
- 기판;상기 기판의 상부에 구비되고, 각각 적색, 녹색 및 청색의 광을 방출하는 부화소들을 구비한 복수개의 화소들; 및상기 부화소들의 상부에 구비된 광공진층;을 구비하고,상기 광공진층은 두 개 이상의 층들을 구비하며, 상기 부화소들에서 방출되는 광의 파장에 따라 상기 광공진층의 두께가 다른 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 광공진층은 저굴절율의 층과 고굴절율의 층을 교대로 구비하는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 광공진층은 두 개의 층들을 구비하는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 장치.
- 제 3항에 있어서,상기 광공진층의 두 개의 층들 중 상기 부화소로부터의 거리가 가까운 층을 제 1층이라 하고 다른 층은 제 2층이라 할 때, 상기 제 1층은 저굴절율의 층이고 상기 제 2층은 고굴절율의 층인 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 장치.
- 제 4항에 있어서,상기 제 1층의 두께를 t1이라 하고, 상기 부화소에서 방출되는 광의 파장을 λ라고 할 때, 상기 t1이 하기 수학식 3을 만족시키는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 장치:[수학식 3]t1=(nλ)/2, n은 자연수
- 제 4항에 있어서,상기 제 2층의 두께를 t2라 하고, 상기 부화소에서 방출되는 광의 파장을 λ라고 할 때, 상기 t2가 하기 수학식 4를 만족시키는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 장치:[수학식 4]t2=(2m+1)λ/4, m은 자연수
- 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,상기 부화소는 전계발광 소자로 구비되는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 장치.
- 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,상기 부화소들에서 방출된 광은 상기 부화소들의 상부의 방향으로 취출되는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 장치.
- 기판을 준비하는 단계;기판의 상부에 부화소들을 형성하는 단계; 및상기 부화소들의 상부에, 각 부화소에 따라 다른 두께를 갖는 두 개 이상의 층들을 구비한 광공진층을 구비하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 장치의 제조방법.
- 제 9항에 있어서,상기 광공진층을 구비하는 단계는,상기 부화소들의 상부에 제 1층을 형성하는 단계;상기 제 1층을 식각하여, 각 부화소에 따라 서로 다른 두께를 갖도록 하는 단계; 및상기 제 1층을 덮도록 제 2층을 형성하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 장치의 제조방법.
- 제 9항에 있어서,상기 광공진층을 구비하는 단계는,상기 부화소들의 상부에 제 1층을 형성하는 단계;상기 제 1층을 식각하여, 각 부화소에 따라 서로 다른 두께를 갖도록 하는 단계; 및상기 제 1층을 덮도록 제 2층을 형성하는 단계;를 구비하는 공정을 2회 이상 구비하는 것을 특징으로 하는 평판 디스플레이 장치의 제조방법.
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