KR101971146B1 - 발광효율의 감소 없이 야외 시인성을 향상시킨 유기발광 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 유기발광 디스플레이 장치는 선형 편광자, 박막 형태의 패러데이 회전자(Faraday rotator), 이중휘도향상 필름(Dual Brightness Enhancement Film; DBEF) 및 4분의 1파장판(quarter wave plate)을 조합하여 외부광의 반사를 억제함으로써 발광효율의 감소 없이 야외시인성을 향상시키기 위한 것으로, 영상을 출력하는 표시패널; 및 상기 표시패널에 부착되는 광학부재를 포함하며, 상기 광학부재는 발광효율의 감소 없이 외부광의 반사를 막아주기 위해 선형 편광자, 패러데이 회전자, 이중휘도향상 필름 및 4분의 1파장판의 적층으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

발광효율의 감소 없이 야외 시인성을 향상시킨 유기발광 디스플레이 장치{ORGANIC LIGHT EMITTING DISPLAY DEVICE FOR IMPROVING AMBIENT CONTRAST RATIO AND SUPPRESSING EMISSION LOSS}

본 발명은 유기발광 디스플레이 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발광효율의 감소 없이 야외 시인성을 향상시킨 유기발광 디스플레이 장치에 관한 것입니다.

최근 정보 디스플레이에 관한 관심이 고조되고 휴대가 가능한 정보매체를 이용하려는 요구가 높아지면서 기존의 표시장치인 브라운관(Cathode Ray Tube; CRT)을 대체하는 경량 박형 평판표시장치(Flat Panel Display; FPD)에 대한 연구 및 상업화가 중점적으로 이루어지고 있다.

이러한 평판표시장치 분야에서, 지금까지는 가볍고 전력소모가 적은 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device; LCD)가 가장 주목받는 디스플레이 장치였지만, 상기 액정표시장치는 발광소자가 아니라 수광소자이며 밝기, 명암비 및 시야각 등에 단점이 있기 때문에 이러한 단점을 극복할 수 있는 새로운 디스플레이 장치에 대한 개발이 활발하게 전개되고 있다.

새로운 디스플레이 장치 중 하나인 유기발광 디스플레이 장치는 자체발광형이기 때문에 상기 액정표시장치에 비해 시야각과 명암비 등이 우수하며 백라이트(backlight)가 필요하지 않기 때문에 경량 박형이 가능하고, 소비전력 측면에서도 유리하다. 그리고, 직류 저전압 구동이 가능하고 응답속도가 빠르다는 장점이 있으며, 특히 제조비용 측면에서도 유리한 장점을 가지고 있다.

이러한 유기발광 디스플레이 장치의 제조공정에는 액정표시장치나 플라즈마 표시패널(Plasma Display Panel; PDP)과는 달리 증착 및 봉지(encapsulation) 공정이 공정의 전부라고 할 수 있기 때문에 제조공정이 매우 단순하다. 또한, 각 화소마다 스위칭 소자인 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT)를 가지는 능동 매트릭스(active matrix)방식으로 유기발광 디스플레이 장치를 구동하게 되면, 낮은 전류를 인가하더라도 동일한 휘도를 나타내므로 저소비 전력, 고정세 및 대형화가 가능한 장점을 가진다.

이하, 상기 유기발광 디스플레이 장치의 기본적인 구조 및 동작 특성에 대해서 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 일반적인 유기발광 디스플레이 장치의 발광원리를 설명하는 다이어그램이다.

일반적인 유기발광 디스플레이 장치는 상기 도 1과 같이, 유기발광다이오드를 구비한다. 상기 유기발광다이오드는 화소전극인 양극(anode)(18)과 공통전극인 음극(cathode)(8) 사이에 형성된 유기 화합물층(19a, 19b, 19c, 19d, 19e)을 구비한다.

이때, 상기 유기 화합물층(19a, 19b, 19c, 19d, 19e)은 정공주입층(hole injection layer)(19a), 정공수송층(hole transport layer)(19b), 발광층(emission layer)(19c), 전자수송층(electron transport layer)(19d) 및 전자주입층(electron injection layer)(19e)을 포함한다.

상기 양극(18)과 음극(8)에 구동전압이 인가되면 상기 정공수송층(19b)을 통과한 정공과 상기 전자수송층(19d)을 통과한 전자가 발광층(19c)으로 이동되어 여기자를 형성하고, 그 결과 발광층(19c)이 가시광선을 발산하게 된다.

유기발광 디스플레이 장치는 전술한 구조의 유기발광다이오드를 가지는 화소를 매트릭스 형태로 배열하고 그 화소들을 데이터전압과 스캔전압으로 선택적으로 제어함으로써 화상을 표시한다.

이와 같은 상기 유기발광 디스플레이 장치는 수동 매트릭스(passive matrix) 방식 또는 스위칭소자로써 TFT를 이용하는 능동 매트릭스(active matrix) 방식으로 나뉘어진다. 이 중 상기 능동 매트릭스 방식은 능동소자인 TFT를 선택적으로 턴-온(turn on)시켜 화소를 선택하고 스토리지 커패시터(storage capacitor)에 유지되는 전압으로 화소의 발광을 유지한다.

도 2는 일반적인 유기발광 디스플레이 장치에 있어, 하나의 화소에 대한 등가 회로도로써, 능동 매트릭스 방식의 유기발광 디스플레이 장치에 있어, 일반적인 2T1C(2개의 트랜지스터와 1개의 커패시터를 포함)의 화소에 대한 등가 회로도를 나타내고 있다.

상기 도 2를 참조하면, 능동 매트릭스 방식의 유기발광 디스플레이 장치의 화소는 유기발광다이오드(OLED), 서로 교차하는 데이터라인(DL)과 게이트라인(GL), 스위칭 TFT(SW), 구동 TFT(DR) 및 스토리지 커패시터(Cst)를 구비한다.

이때, 상기 스위칭 TFT(SW)는 게이트라인(GL)으로부터의 스캔펄스에 응답하여 턴-온됨으로써 자신의 소오스전극과 드레인전극 사이의 전류패스를 도통시킨다. 상기 스위칭 TFT(SW)의 온-타임기간 동안 데이터라인(DL)으로부터의 데이터전압은 스위칭 TFT(SW)의 소오스전극과 드레인전극을 경유하여 구동 TFT(DR)의 게이트전극과 스토리지 커패시터(Cst)에 인가된다.

이때, 상기 구동 TFT(DR)는 자신의 게이트전극에 인가되는 데이터전압에 따라 상기 유기발광다이오드(OLED)에 흐르는 전류를 제어한다. 그리고, 스토리지 커패시터(Cst)는 데이터전압과 저전위 전원전압(VSS) 사이의 전압을 저장한 후, 한 프레임기간동안 일정하게 유지시킨다.

이러한 특성을 가진 유기발광 디스플레이 장치는 외부광의 반사를 막아주기 위해 상부 표면에 선형 편광자(linear polarizer)와 4분의 1파장판(quarter wave plate)으로 이루어진 원편광(circular polarization)의 편광판을 부착하게 된다.

도 3은 일반적인 유기발광 디스플레이 장치의 구조를 예시적으로 나타내는 단면도이다.

상기 도 3을 참조하면, 일반적인 유기발광 디스플레이 장치는 영상을 출력하는 표시패널(10)을 포함하며, 상기 표시패널(10)의 상부에는 편광판(40)이 점착제(30)를 이용하여 부착되어 있다.

그리고, 상기 편광판(40)의 상부 표면에는 하드 코팅(hard coating)의 보호필름(45)이 부착되어 있다.

이때, 상기 표시패널(10)은 유기발광소자로 구성되며, 상기 원편광의 편광판(40)은 선형 편광자(41)와 4분의 1파장판(42)으로 이루어진다.

이 경우에는 외부광의 반사를 100% 차단할 수 있으므로 야외 시인성은 향상되나, 유기발광소자에서 발광된 일부의 빛은 선형 편광자(41)에 흡수됨에 따라 발광효율이 50% 감소하는 단점이 있다.

이에 상기 편광판(40)과 표시패널(10) 사이에 반투명 금속층(translucent metal layer)과 콜레스테릭 액정층(cholesteric liquid crystal)을 부가적으로 사용하여 발광 손실을 최소화하는 방법(미국 특허: US 8,058,783 B2)이 특허 출원되었으나, 이 경우 외부광이 유기발광소자 내의 금속전극에 반사되어 나가는 빛과 유기발광소자에서 발광되어 나가는 빛 사이의 편광상태가 같기 때문에 외부광의 반사 억제 효율이 감소하여 야외 시인성이 감소되는 단점이 있다.

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 발광효율의 감소 없이 야외 시인성을 향상시키도록 한 유기발광 디스플레이 장치를 제공하는데 목적이 있다.

기타, 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 후술되는 발명의 구성 및 특허청구범위에서 설명될 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 유기발광 디스플레이 장치는 영상을 출력하는 표시패널; 및 상기 표시패널에 부착되는 광학부재를 포함하며, 상기 광학부재는 발광효율의 감소 없이 외부광의 반사를 막아주기 위해 선형 편광자, 패러데이 회전자(Faraday rotator), 이중휘도향상 필름(dual brightness enhancement film) 및 4분의 1파장판(quarter wave plate)의 적층으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 표시패널은 TFT 기판 상에 제 1 전극과 유기 화합물층 및 제 2 전극이 순서대로 적층되어 구성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 광학부재는 상기 표시패널의 상부에 점착제를 이용하여 부착되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 표시패널은 상기 제 2 전극 상부에 상기 광학부재가 적층된 전면발광(top emission) 방식이고, 상기 광학부재는 상기 4분의 1파장판, 상기 이중휘도향상 필름, 상기 패러데이 회전자 및 상기 선형 편광자가 순서대로 적층된 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 선형 편광자와 상기 이중휘도향상 필름의 투과축은 상기 제 1 전극에서 상기 제 2 전극을 보는 방향으로, 상기 패러데이 회전자가 45° 회전을 유발할 때 상기 이중휘도향상 필름의 투과축은 상기 선형 편광자의 투과축과 -45°를 이루며, 상기 패러데이 회전자가 -45° 회전을 유발할 때 상기 이중휘도향상 필름의 투과축은 상기 선형 편광자의 투과축과 45°를 이루는 것을 특징으로 한다.

상기 광학부재는 상기 표시패널의 하부, 즉 상기 TFT 기판의 외부에 점착제를 이용하여 부착되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 표시패널은 상기 TFT 기판 외부에 상기 광학부재가 적층된 배면발광(bottom emission) 방식이고, 상기 광학부재는 상기 4분의 1파장판, 상기 이중휘도향상 필름, 상기 패러데이 회전자 및 상기 선형 편광자가 순서대로 적층된 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 선형 편광자와 상기 이중휘도향상 필름의 투과축은 상기 제 2 전극에서 상기 제 1 전극을 보는 방향으로, 상기 패러데이 회전자가 45° 회전을 유발할 때 상기 이중휘도향상 필름의 투과축은 상기 선형 편광자의 투과축과 -45°를 이루며, 상기 패러데이 회전자가 -45° 회전을 유발할 때 상기 이중휘도향상 필름의 투과축은 상기 선형 편광자의 투과축과 45°를 이루는 것을 특징으로 한다.

상기 패러데이 회전자는 강자성체 박막, 강자성체 나노 결정체(또는, 나노 파티클)를 포함한 고분자 복합체, 그래핀과 강자성체 박막의 이중층 및 다층 구조로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 패러데이 회전자에 사용되는 상기 강자성체는 투명 반도체에 금속을 도핑한 투명 자성체를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 유기발광 디스플레이 장치는 선형 편광자, 박막 형태의 패러데이 회전자(Faraday rotator), 이중휘도향상 필름(Dual Brightness Enhancement Film; DBEF) 및 4분의 1파장판(quarter wave plate)을 조합하여 외부광의 반사를 억제함으로써 발광효율의 감소 없이 야외시인성을 향상시킬 수 있게 된다.

이에 따라 유기발광소자의 효율 및 수명이 증가하는 한편, 소비전력이 감소되어 휴대용의 경우 배터리 수명이 연장되는 효과를 제공한다.

도 1은 일반적인 유기발광 디스플레이 장치의 발광원리를 설명하는 다이어그램.
도 2는 일반적인 유기발광 디스플레이 장치에 있어, 하나의 화소에 대한 등가 회로도.
도 3은 일반적인 유기발광 디스플레이 장치의 구조를 예시적으로 나타내는 단면도.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기발광 디스플레이 장치의 구조를 예시적으로 나타내는 단면도.
도 5는 상기 도 4에 도시된 표시패널의 구조를 예시적으로 나타내는 단면도.
도 6은 상기 도 4에 도시된 표시패널을 예를 들어 나타내는 단면도.
도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기발광 디스플레이 장치에 있어, 야외 시인성이 향상되는 원리를 보여주는 예시도.
도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기발광 디스플레이 장치에 있어, 발광효율이 향상되는 원리를 보여주는 예시도.
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기발광 디스플레이 장치의 구조를 예시적으로 나타내는 단면도.
도 10은 상기 도 9에 도시된 표시패널의 구조를 예시적으로 나타내는 단면도.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 유기발광 디스플레이 장치의 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.

도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기발광 디스플레이 장치의 구조를 예시적으로 나타내는 단면도이다.

또한, 도 5는 상기 도 4에 도시된 표시패널의 구조를 예시적으로 나타내는 단면도이다.

도 6은 상기 도 4에 도시된 표시패널을 예를 들어 나타내는 단면도로써, 전면발광(top emission) 방식의 유기발광소자를 예를 들어 나타내고 있다.

상기 전면발광 방식은 하부 기판, 즉 TFT 기판 위에 TFT 구동회로(driving circuit)와 유기발광다이오드를 순서대로 형성하게 된다.

TFT 기판 반대쪽으로 빛이 방출되는 상기 전면발광 방식은 개구율 및 TFT 영역이 증가하는 장점이 있으나 투명한 봉지층이 필요하다.

상기 도 4를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기발광 디스플레이 장치는 영상을 출력하는 표시패널(110)을 포함하며, 상기 표시패널(110)의 상부에는 다수의 구성요소로 이루어진 광학부재(optical member)(140)가 점착제(130)를 이용하여 부착되어 있다.

여기서, 상기 표시패널(110)의 상부와 하부는 특정 위치를 한정하는 것은 아니며, 따라서 상기 표시패널(110)의 하부에 상기 광학부재(140)가 점착제(130)를 이용하여 부착될 수 있다.

그리고, 상기 광학부재(140)의 상부 표면에는 하드 코팅의 보호필름(145)이 추가로 부착될 수 있다.

이때, 상기 표시패널(110)을 유기발광소자로 구성하는 경우에는 화상을 구현하는 액티브 영역에는 부화소(sub pixel)들이 매트릭스 형태로 배치되며, 상기 액티브 영역의 외측에 부화소들을 구동시키기 위한 스캔 드라이버와 데이터 드라이버가 위치한다.

이때, 상기 부화소는 유기발광다이오드(OLED)와 구동회로부로 이루어진다.

상기 도 5 및 도 6을 참조하면, 유기발광다이오드(OLED)는 제 1 전극(118)과 유기 화합물층(119) 및 제 2 전극(108)을 포함한다.

상기 유기 화합물층(119)은 실제 발광이 이루어지는 발광층(114a, 114b, 114c) 이외에 정공 또는 전자의 캐리어를 발광층(114a, 114b, 114c)까지 효율적으로 전달하기 위한 다양한 유기 층들을 더 포함할 수 있다.

상기 유기 층들은 제 1 전극(118)과 발광층(114a, 114b, 114c) 사이에 위치하는 정공주입층(hole injection layer)(미도시) 및 정공수송층(hole transport layer)(103), 제 2 전극(108)과 발광층 사이에 위치하는 전자주입층(electron injection layer)(106) 및 전자수송층(electron transport layer)(105)일 수 있다.

즉, 플라스틱이나 스테인레스 스틸로 이루어진 TFT 기판(111) 상에 투명 산화물로 이루어진 제 1 전극(118)이 형성되며, 상기 제 1 전극(118) 위에는 순차적으로 정공수송층(103), 발광층(114a, 114b, 114c), 전자수송층(105), 전자주입층(106) 및 제 2 전극(108)이 적층되어 있다.

이때, 상기 TFT 기판(111)으로 글라스 이외의 폴리이미드(polyimide; PI) 재질을 사용할 수 있으며, 이 경우 상기 TFT 기판(111) 배면에는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate; PET)의 플라스틱이나 스테인레스 스틸의 금속으로 이루어진 백 필름(back film)이 부착될 수 있다.

상기 구조를 기반으로 유기발광소자는 제 1 전극(118)에서 주입되는 정공과 제 2 전극(108)에서 주입되는 전자가 각각의 수송을 위한 수송층(103, 105)을 경유하여 발광층(114a, 114b, 114c)에서 결합한 후 낮은 에너지 준위로 이동하면서 상기 발광층(114a, 114b, 114c)에서의 에너지 차에 해당하는 파장의 빛을 생성하게 된다.

이때, 백색광의 발광을 위하여 상기 발광층(114a, 114b, 114c)은 더욱 구체적으로 적색발광층(114a), 녹색발광층(114b) 및 청색발광층(114c)으로 이루어질 수 있다.

그리고, 구동회로부는 적어도 2개의 박막 트랜지스터와 적어도 하나의 스토리지 커패시터를 포함한다. 박막 트랜지스터는 기본적으로 스위칭 트랜지스터(미도시)와 구동 트랜지스터(TFT)를 포함한다.

스위칭 트랜지스터는 스캔라인과 데이터라인에 연결되고, 스캔라인에 입력되는 스위칭 전압에 따라 데이터라인에 입력되는 데이터 전압을 구동 트랜지스터로 전송한다. 스토리지 커패시터는 스위칭 트랜지스터와 전원 라인에 연결되며, 스위칭 트랜지스터로부터 전송 받은 전압과 전원라인에 공급되는 전압의 차이에 해당하는 전압을 저장한다.

구동 트랜지스터(TFT)는 전원 라인과 스토리지 커패시터에 연결되어 스토리지 커패시터에 저장된 전압과 문턱 전압의 차이의 제곱에 비례하는 출력 전류를 유기발광다이오드(OLED)로 공급하고, 유기발광다이오드(OLED)는 출력 전류에 의해 발광한다. 상기 구동 트랜지스터(TFT)는 반도체층(124), 게이트전극(121)과 소오스전극(123) 및 드레인전극(122)을 포함하며, 유기발광다이오드(OLED)의 제 1 전극(118)이 구동 트랜지스터(TFT)의 드레인전극(122)에 연결될 수 있다.

다만, 이러한 부화소의 구성은 전술한 예에 한정되지 않으며 다양하게 변형 가능하다.

참고로, 미설명 도면부호 112, 113, 114, 115, 116 및 117은 각각 버퍼막, 게이트절연막, 층간절연막, 보호막, 평탄화막 및 화소정의막을 나타낸다.

이와 같이 구성되는 표시패널(110)의 상부에는 다수의 구성요소로 이루어진 광학부재(140)가 점착제(130)를 이용하여 부착되어 있으며, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 상기 광학부재(140)는 발광효율의 감소 없이 외부광의 반사를 막아주기 위해 선형 편광자(141), 박막 형태의 패러데이 회전자(Faraday rotator)(143), 이중휘도향상 필름(Dual Brightness Enhancement Film; DBEF)(144) 및 4분의 1파장판(quarter wave plate)(142)의 적층으로 이루어질 수 있다.

이때, 상기 선형 편광자(141)와 패러데이 회전자(143)가 적층 되거나, 이들 위에 다른 구성요소인 이중휘도향상 필름(144) 및 4분의 1파장판(142)이 적층되는 경우에는 소정의 점착층(adhesive layer)이 사용될 수 있다.

이때, 상기 선형 편광자(141)와 이중휘도향상 필름(144)의 투과축은 제 1 전극(118)에서 제 2 전극(108)을 보는 방향으로, 상기 패러데이 회전자(143)가 45° 회전을 유발할 때 이중휘도향상 필름(144)의 투과축은 상기 선형 편광자(141)의 투과축과 -45°를 이루어야 한다. 또는, 상기 패러데이 회전자(143)가 -45° 회전을 유발할 때 이중휘도향상 필름(144)의 투과축은 상기 선형 편광자(141)의 투과축과 45°를 이루어야 한다.

상기 패러데이 회전자(143)는 자기광학 재료에 자계(magnetic field)를 인가하는 자성체에 의해 자계의 방향으로 전진하는 입사 광선의 편광면을 회전시키는 역할을 한다. 이에 비해 편광자는 단지 주어진 편광된 광 성분만을 통과시키고, 편광된 것과 다른 성분들을 차단한다.

참고로, 수정 같은 어떤 종류의 결정에 직선편광을 통과시키면 그 편광면이 회전하는 것을 볼 수 있다. 이러한 성질을 광회전성이라 하며 광회전성을 가지는 물질을 광학적 활성체라 한다.

일반적으로 광회전은 광학적 활성체를 통과할 때, 직선편광이 우회전인 원편광과 좌회전인 원편광으로 분해된다. 그때 두 가지에 대한 물질의 굴절률의 차이로부터 물질을 통과하고 나서 위상차가 생긴다. 따라서, 통과 후에 다시 합쳐진 빛은 두 원편광의 진동 위상이 일치하는 방향이 어긋나면서 편광면이 회전하게 된다.

이 현상은 자기장 속에 놓인 등방성 물질에 직선편광을 통과시킬 때도 일어난다. 광회전성은 1845년 M.패러데이가 발견하여 패러데이효과(Faraday effect)라고도 한다. 이 현상을 이용하여 편광을 바꾸는 광학 장치를 패러데이 회전자라고 한다.

이와 같이 상기 패러데이 회전자(143)는 선형 편광된 외부광이나 유기발광소자의 발광을 45° 또는 -45°만큼 회전시키는 작용을 한다.

이러한 패러데이 회전자(143)는 강자성체 박막, 강자성체 나노 결정체(또는, 나노 파티클)를 포함한 고분자 복합체, 그래핀과 강자성체 박막의 이중층 및 다층 구조로 형성할 수 있다. 상기 패러데이 회전자(143)에 사용되는 강자성체는 투명 반도체에 금속을 도핑한 투명 자성체도 포함될 수 있다.

상기 이중휘도향상 필름(144)은 소정 방향으로 편광된 광 성분을 선택적으로 반사시키는 것을 특징으로 하며, 예를 들어 X축과 Y축에 굴절률을 갖는 필름을 여러 겹 적층 하되, X축으로는 굴절률이 모두 같도록 하고, Y축으로는 굴절률이 다르도록 하여, 굴절률이 같은 X축으로는 빛이 투과할 수 있고, 굴절률이 다른 Y축으로는 빛이 반사되도록 제작될 수 있다.

상기 4분의 1파장판(142)은 파장 λ의 투과광에 대해 서로 수직 방향으로 진동하는 두 개의 편광성분 사이에 λ/4의 광행로차(光行路差)가 발생하도록 만들어진 광학적 이방성의 얇은 판을 의미하며, 판의 내부에서 빛의 진동방향이 입사광의 진동방향에 대해 45°가 되도록 직선편광을 수직으로 입사시키면 투과광은 원편광이 된다. 역으로 원편광을 직선편광으로 하는 데도 이용될 수 있다.

본 발명은 이러한 선형 편광자(141), 박막 형태의 패러데이 회전자(143), 이중휘도향상 필름(144) 및 4분의 1파장판(142)을 조합하여 구성함으로써 발광효율의 감소 없이 외부광의 반사를 억제할 수 있는 것을 특징으로 한다.

이하, 도면을 참조하여 이러한 본 발명의 작동원리를 외부광의 반사과정과 OLED 발광과정으로 나누어 설명한다.

도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기발광 디스플레이 장치에 있어, 야외 시인성이 향상되는 원리를 보여주는 예시도로써, 외부광의 반사과정을 예시적으로 나타내고 있다.

상기 도 7을 참조하면, 우선 외부광이 선형 편광자(141)를 통과하면서 50%의 빛이 흡수가 된다.

이 과정에서 상기 선형 편광자(141)의 투과축이 세로라고 한다면, 등방성의 무편광 빛이 세로 방향으로 편광되며, 세로 방향으로 편광된 빛은 패러데이 회전자(143)를 지나면서 오른쪽으로 45° 만큼 회전이 일어난다.

이 빛은 이중휘도향상 필름(144)의 투과축과 수직이므로 대부분 반사가 일어나게 된다. 반사된 빛이 다시 패러데이 회전자(143)를 통과하면서 추가적으로 45° 회전을 하게 된다.

이와 같이 입사되었을 때의 수직했던 편광상태가 패러데이 회전자(143)를 두 번 거치면서 최종적으로 90° 회전한 빛이 된다. 이 빛은 선형 편광자(141)의 투과축과는 수직이므로 모두 흡수가 일어나게 되며, 그 결과 유기발광소자 내로 유입된 외부광은 모두 차단됨에 따라 야외 시인성이 향상되게 되다.

그리고, 도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기발광 디스플레이 장치에 있어, 발광효율이 향상되는 원리를 보여주는 예시도로써, OLED 발광과정을 예시적으로 나타내고 있다.

상기 도 8을 참조하면, 유기발광소자에서 발광된 등방성 발광(isotropic emission)의 50%는 이중휘도향상 필름(144)의 투과축과 평행한 45° 기울어진 방향으로 편광상태를 유지하여 투과되고 나머지 50%는 반사가 일어나게 된다.

이러한 이중휘도향상 필름(144)을 통과한 빛은 패러데이 회전자(143)를 지나면서 오른쪽으로 45° 회전하게 되어 수직한 방향으로 편광되며, 이 빛은 선형 편광자(141)의 투과축과 평행하므로 관찰자 방향으로 진행하게 된다.

이때, 상기 이중휘도향상 필름(144)에서 반사되었던 50%의 빛은 4분의 1파장판(142)을 통과하면서 좌원편광(left-circular polarization)이 되게 된다. 이 빛은 유기발광소자의 금속전극(118)에 의해 반사가 되면서 180° 회전이 일어나 우원편광(right-circular polarization)이 되게 된다.

이러한 우원편광의 빛이 다시 4분의 1파장판(142)을 지나면서 왼쪽으로 45° 기울어진 선편광이 되게 된다. 이 빛은 이중휘도향상 필름(144)의 투과축과 평행하여 투과가 되며, 패러데이 회전자(143)를 통과하면서 편광방향이 선형 편광자(141)와 평행한 방향으로 바뀌어 관찰자 방향으로 진행하게 된다.

이와 같이 본 발명에서 제안된 구조는 유기발광소자의 발광효율의 감소 없이 외부광의 반사를 최대한 억제할 수 있는 특징을 가진다. 이에 따라 유기발광소자의 효율 및 수명이 증가하는 한편, 소비전력이 감소되어 휴대용의 경우 배터리 수명이 연장되게 된다.

한편, 이러한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기발광 디스플레이 장치는 상부 기판 위에 선형 편광자, 패러데이 회전자, 이중휘도향상 필름 및 4분의 1파장판을 순서대로 형성한 후에 상기 4분의 1파장판이 유기발광소자 쪽을 향하도록 TFT 기판과 합착하여 제조할 수 있다.

또한, 다른 방법으로 상부 기판 위에 패러데이 회전자, 이중휘도향상 필름 및 4분의 1파장판을 적층한 후에 상기 4분의 1파장판이 유기발광소자 쪽을 향하도록 TFT 기판과 합착한 다음, 이 위에 선형 편광자와 보호층을 순서대로 적층하여 제조할 수도 있다.

또한, 또 다른 방법으로 유기발광소자의 음극, 즉 제 2 전극 위에 상부 기판을 부착하고, 그 위에 4분의 1파장판, 이중휘도향상 필름, 패러데이 회전자, 선형 편광자 및 보호층을 순서대로 적층하여 제조할 수도 있다.

이와 같이 전술한 본 발명의 제 1 실시예는 제 2 전극과 상부 기판 사이에 선형 편광자와 패러데이 회전자 등으로 이루어진 광학부재를 삽입하여 전면발광 방식의 유기발광 디스플레이 장치를 구성한 경우를 예를 들어 설명하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명은 하부 기판, 즉 TFT 기판 외부에 상기 선형 편광자와 패러데이 회전자 등으로 이루어진 광학부재를 적층하여 배면발광(bottom emission) 방식의 유기발광 디스플레이 장치를 구성할 수 있으며, 이를 다음의 본 발명의 제 2 실시예를 통해 상세히 설명한다.

도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기발광 디스플레이 장치의 구조를 예시적으로 나타내는 단면도이다.

또한, 도 10은 상기 도 9에 도시된 표시패널의 구조를 예시적으로 나타내는 단면도로써, 배면발광 방식의 유기발광소자를 예를 들어 나타내고 있다.

TFT 기판 쪽으로 빛이 방출되는 상기 배면발광 방식은 소자구조 및 신뢰성이 검증된 소자 구조이다.

상기 도 9를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기발광 디스플레이 장치는 영상을 출력하는 표시패널(210)을 포함하며, 상기 표시패널(210)의 하부에는 다수의 구성요소로 이루어진 광학부재(240)가 점착제(230)를 이용하여 부착되어 있다.

그리고, 상기 광학부재(240)의 하부 표면에는 하드 코팅의 보호필름(245)이 추가로 부착될 수 있다.

이때, 전술한 바와 같이 상기 표시패널(210)을 유기발광소자로 구성하는 경우에는 화상을 구현하는 액티브 영역에는 부화소들이 매트릭스 형태로 배치되며, 상기 액티브 영역의 외측에 부화소들을 구동시키기 위한 스캔 드라이버와 데이터 드라이버가 위치한다.

이때, 상기 부화소는 유기발광다이오드와 구동회로부로 이루어진다.

상기 도 10을 참조하면, 유기발광다이오드는 제 1 전극(218)과 유기 화합물층(219) 및 제 2 전극(208)을 포함한다.

상기 유기 화합물층(219)은 실제 발광이 이루어지는 발광층(214a, 214b, 214c) 이외에 정공 또는 전자의 캐리어를 발광층(214a, 214b, 214c)까지 효율적으로 전달하기 위한 다양한 유기 층들을 더 포함할 수 있다.

상기 유기 층들은 제 1 전극(218)과 발광층(214a, 214b, 214c) 사이에 위치하는 정공주입층(미도시) 및 정공수송층(203), 제 2 전극(208)과 발광층 사이에 위치하는 전자주입층(206) 및 전자수송층(205)일 수 있다.

즉, 플라스틱이나 스테인레스 스틸로 이루어진 TFT 기판(211) 상에 투명 산화물로 이루어진 제 1 전극(218)이 형성되며, 상기 제 1 전극(218) 위에는 순차적으로 정공수송층(203), 발광층(214a, 214b, 214c), 전자수송층(205), 전자주입층(206) 및 제 2 전극(208)이 적층되어 있다.

상기 구조를 기반으로 유기발광소자는 제 1 전극(218)에서 주입되는 정공과 제 2 전극(208)에서 주입되는 전자가 각각의 수송을 위한 수송층(203, 205)을 경유하여 발광층(214a, 214b, 214c)에서 결합한 후 낮은 에너지 준위로 이동하면서 상기 발광층(214a, 214b, 214c)에서의 에너지 차에 해당하는 파장의 빛을 생성하게 된다.

이때, 백색광의 발광을 위하여 상기 발광층(214a, 214b, 214c)은 더욱 구체적으로 적색발광층(214a), 녹색발광층(214b) 및 청색발광층(214c)으로 이루어질 수 있다.

그리고, 도시하지 않았지만, 구동회로부는 적어도 2개의 박막 트랜지스터와 적어도 하나의 스토리지 커패시터를 포함한다. 박막 트랜지스터는 기본적으로 스위칭 트랜지스터와 구동 트랜지스터를 포함한다.

스위칭 트랜지스터는 스캔라인과 데이터라인에 연결되고, 스캔라인에 입력되는 스위칭 전압에 따라 데이터라인에 입력되는 데이터 전압을 구동 트랜지스터로 전송한다. 스토리지 커패시터는 스위칭 트랜지스터와 전원 라인에 연결되며, 스위칭 트랜지스터로부터 전송 받은 전압과 전원라인에 공급되는 전압의 차이에 해당하는 전압을 저장한다.

구동 트랜지스터는 전원 라인과 스토리지 커패시터에 연결되어 스토리지 커패시터에 저장된 전압과 문턱 전압의 차이의 제곱에 비례하는 출력 전류를 유기발광다이오드로 공급하고, 유기발광다이오드는 출력 전류에 의해 발광한다. 상기 구동 트랜지스터는 반도체층, 게이트전극과 소오스전극 및 드레인전극을 포함하며, 유기발광다이오드의 제 1 전극(218)이 구동 트랜지스터의 드레인전극에 연결될 수 있다.

다만, 이러한 부화소의 구성은 전술한 예에 한정되지 않으며 다양하게 변형 가능하다.

이와 같이 구성되는 표시패널(210)의 하부, 즉 TFT 기판(211)의 외부에는 다수의 구성요소로 이루어진 광학부재(240)가 점착제(230)를 이용하여 부착되어 있으며, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 상기 광학부재(240)는 발광효율의 감소 없이 외부광의 반사를 막아주기 위해 4분의 1파장판(242), 이중휘도향상 필름(244), 패러데이 회전자(243) 및 선형 편광자(241)의 적층으로 이루어질 수 있다.

이때, 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기발광 디스플레이 장치는 TFT 기판(211) 위에 TFT 구동회로와 유기발광소자를 형성한 후에 상부 기판을 부착한 다음, 이러한 TFT 기판(211) 하부에 상기 4분의 1파장판(242), 이중휘도향상 필름(244), 패러데이 회전자(243), 선형 편광자(241) 및 보호층을 순서대로 적층하여 제조할 수 있다.

이때, 상기 선형 편광자(241)와 이중휘도향상 필름(244)의 투과축은 제 2 전극(208)에서 제 1 전극(218)을 보는 방향으로, 상기 패러데이 회전자(243)가 45° 회전을 유발할 때 이중휘도향상 필름(244)의 투과축은 상기 선형 편광자(241)의 투과축과 -45°를 이루어야 한다. 또는, 상기 패러데이 회전자(243)가 -45° 회전을 유발할 때 이중휘도향상 필름(244)의 투과축은 상기 선형 편광자(241)의 투과축과 45°를 이루어야 한다.

전술한 바와 같이 상기 패러데이 회전자(243)는 선형 편광된 외부광이나 유기발광소자의 발광을 45° 또는 -45°만큼 회전시키는 작용을 한다.

이러한 패러데이 회전자(243)는 강자성체 박막, 강자성체 나노 결정체(또는, 나노 파티클)를 포함한 고분자 복합체, 그래핀과 강자성체 박막의 이중층 및 다층 구조로 형성할 수 있다. 상기 패러데이 회전자(243)에 사용되는 강자성체는 투명 반도체에 금속을 도핑한 투명 자성체도 포함될 수 있다.

상기 이중휘도향상 필름(244)은 소정 방향으로 편광된 광 성분을 선택적으로 반사시키는 것을 특징으로 하며, 예를 들어 X축과 Y축에 굴절률을 갖는 필름을 여러 겹 적층 하되, X축으로는 굴절률이 모두 같도록 하고, Y축으로는 굴절률이 다르도록 하여, 굴절률이 같은 X축으로는 빛이 투과할 수 있고, 굴절률이 다른 Y축으로는 빛이 반사되도록 제작될 수 있다.

상기 4분의 1파장판(242)은 파장 λ의 투과광에 대해 서로 수직 방향으로 진동하는 두 개의 편광성분 사이에 λ/4의 광행로차가 발생하도록 만들어진 광학적 이방성의 얇은 판을 의미하며, 판의 내부에서 빛의 진동방향이 입사광의 진동방향에 대해 45°가 되도록 직선편광을 수직으로 입사시키면 투과광은 원편광이 된다. 역으로 원편광을 직선편광으로 하는 데도 이용될 수 있다.

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.

110,210 : 표시패널 130,230 : 점착제
140,240 : 광학부재 141,241 : 선형 편광자
142,242 : 4분의 1파장판 143,243 : 패러데이 회전자
144,244 : 이중휘도향상 필름 145,245 : 보호필름

Claims (12)

1. 영상을 출력하는 표시패널; 및
   상기 표시패널 상부에 배치된 선형 편광자와, 상기 표시패널과 선형 편광자 사이에 배치된 패러데이 회전자와, 상기 표시패널과 패러데이 편광자 사이에 배치된 이중휘도향상 필름과, 상기 표시패널과 이중휘도향상 필름 사이에 배치된 4분의1 파장판으로 구성되며, 상기 표시패널에 부착되는 광학부재를 포함하며,
   상기 패러데이 회전자의 투과축은 상기 선형 편광자의 투과축과 45° 또는-45°의 각도를 형성하고 이중휘도향상 필름의 투과축은 상기 패러데이 회전자의 투과축과 수직으로 형성되어, 외부로부터 광학부재에 입사된 광은 광학부재 내부에서 모두 차단되고 상기 표시패널에서 발광된 광은 소모없이 모두 외부로 출력되는 유기발광 디스플레이 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 표시패널은 TFT 기판 상에 제 1 전극과 유기 화합물층 및 제 2 전극으로 구성된 유기발광 다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광 디스플레이 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 광학부재는 상기 표시패널의 상부에 점착제를 이용하여 부착되는 것을 특징으로 하는 유기발광 디스플레이 장치.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 표시패널은 상기 제 2 전극 상부로 광이 출력되는 전면발광(top emission) 방식인 것을 특징으로 하는 유기발광 디스플레이 장치.
5. 삭제
6. 제 2 항에 있어서, 상기 광학부재는 상기 표시패널의 하부에 점착제를 이용하여 부착되는 유기발광 디스플레이 장치.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 표시패널은 상기 제1전극 하부로 광이 출력되는 배면발광(bottom emission) 방식인 것을 특징으로 하는 유기발광 디스플레이 장치.
8. 삭제
9. 제 1 항에 있어서, 상기 패러데이 회전자는 강자성체 박막, 강자성체 나노 결정체(또는, 나노 파티클)를 포함한 고분자 복합체, 그래핀과 강자성체 박막의 이중층 및 다층 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 유기발광 디스플레이 장치.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 패러데이 회전자에 사용되는 상기 강자성체는 투명 반도체에 금속을 도핑한 투명 자성체를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광 디스플레이 장치.
11. 제2항에 있어서, 상기 표시패널은 상기 TFT 기판 상에 형성된 반도체층, 게이트전극, 소스전극 및 드레인전극을 포함하는 박막트랜지스터(TFT)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광 디스플레이 장치.
12. 제2항에 있어서, 상기 유기 화합물층은,
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 배치된 발광층;
    상기 제1전극과 상기 발광층 사이에 배치된 정공주입층 및 정공수송층; 및
    상기 제 2 전극(108)과 상기 발광층 사이에 배치된 전자주입층 및 전자수송층을 포함하는 유기발광 디스플레이 장치.

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