KR102126350B1 - 유기발광다이오드 표시장치 - Google Patents

유기발광다이오드 표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 적, 녹, 청색 부화소를 포함하는 화소와; 상기 적, 녹, 청색 부화소 각각에 형성되고 백색광을 방출하는 발광다이오드와; 상기 적, 녹, 청색 부화소 각각에 형성된 적, 녹, 청색 컬러필터를 포함하고, 상기 적색 컬러필터는 청색광 또는 청색 및 녹색의 혼합광을 흡수하여 적색광을 발광하는 제1색변환물질을 포함하고, 상기 녹색 컬러필터는 청색광을 흡수하여 황색광을 발광하는 제2색변환물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드 표시장치를 제공한다.

Description

유기발광다이오드 표시장치{ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE DISPLAY DEVICE}
본 발명은 유기발광다이오드 표시장치에 관한 것으로, 특히 광효율과 색재현율을 향상시킬 수 있는 유기발광다이오드 표시장치에 관한 것이다.
최근, 박형화, 경량화, 저 소비전력화 등의 우수한 특성을 가지는 평판표시장치(flat panel display)가 널리 개발되어 다양한 분야에 적용되고 있다.
평판표시장치 중에서, 유기 전계발광 표시장치 또는 유기 전기발광 표시장치(organic electroluminescent display device)라고도 불리는 유기발광다이오드 (organic light emitting diode: OLED) 표시장치는, 전자 주입 전극인 음극과 정공 주입 전극인 양극 사이에 형성된 발광층에 전하를 주입하여 전자와 정공이 쌍을 이룬 후 소멸하면서 빛을 내는 소자이다. 이러한 유기발광다이오드 표시장치는 플라스틱과 같은 유연한 기판(flexible substrate) 위에도 형성할 수 있을 뿐 아니라, 자체 발광형이기 때문에 대조비(contrast ratio)가 크며, 응답시간이 수 마이크로초(㎲) 정도이므로 동화상 구현이 쉽고, 시야각의 제한이 없으며 저온에서도 안정적이고, 직류 5V 내지 15V의 비교적 낮은 전압으로 구동이 가능하므로 구동회로의 제작 및 설계가 용이하다.
이러한 유기발광다이오드 표시장치는, 하나의 화소가 적, 녹, 청의 부화소(sub pixel)를 포함하고, 적, 녹, 청의 부화소는 각각 적, 녹, 청색 광을 발광하는 유기발광층을 포함함으로써, 각 부화소로부터 발광된 빛을 조합하여 영상을 표시한다.
그런데, 적, 녹, 청색 광을 발광하는 유기발광층은 서로 다른 물질로 형성되어 서로 다른 특성을 가진다. 이에 따라, 적, 녹, 청의 부화소는 서로 다른 발광 효율을 가지며 수명도 차이가 있다는 문제가 있다.
이를 해결하기 위해, 유기발광다이오드 표시장치에 컬러필터를 사용하는 구조가 제안되어 연구되고 있다. 즉, 하나의 화소가 적, 녹, 청의 부화소를 포함하고, 적, 녹, 청의 부화소 각각은 백색광을 발광하는 유기발광층을 포함하며, 적, 녹, 청의 부화소는 각각 적, 녹, 청의 컬러필터를 포함하여, 각 부화소로부터 발광된 백색광이 적, 녹, 청의 컬러필터를 통과하면서 적, 녹, 청색 광이 출력되고, 적, 녹, 청색 광을 조합하여 영상을 표시한다. 이때, 정확한 색을 구현하기 위해서는 유기발광층으로부터 발광된 백색광과 컬러필터의 컬러 매칭이 필요하다.
컬러필터는 액정표시장치에 널리 사용되고 있는데, 액정표시장치의 광원으로부터 출력되는 백색광과 유기발광다이오드 표시장치의 유기발광층로부터 출력되는 백색광은 적, 녹, 청색 광의 피크(peak) 위치와 밴드 폭(band width)에서 차이가 있다. 따라서, 유기발광다이오드 표시장치의 컬러필터는 액정표시장치의 컬러필터와 다른 특성을 가져야 하며, 착색제(colorant)의 농도나 막 두께를 조절하여 특성을 조절할 수 있다.
유기발광다이오드 표시장치의 컬러필터는 액정표시장치의 컬러필터에 비해 상대적으로 진한 컬러필터가 요구되며, 막 두께를 두껍게 함으로써 진한 컬러필터를 구현할 수 있다.
도 1은 종래의 컬러필터를 포함하는 유기발광다이오드 표시장치의 색재현율을 CIE(International Commission on Illumination) 1931 색도분포도(chromaticity diagram) 상에 나타낸 도면이고, 도 2a는 도 1의 CIE 1931 색도분포도에서 녹색 좌표를 확대한 도면이고, 도 2b는 도 1의 CIE 1931 색도분포도에서 적색 좌표를 확대한 도면이다. 이때, HDTV(high definition television) 규격인 ITU-R BT.709의 색 규격과 디지털시네마 시스템 규격인 DCI(digital cinema initiative)의 고색재현 규격을 함께 도시한다.
여기서, 종래의 유기발광다이오드 표시장치의 제1예(RA1)는 일반적인 두께의 적, 녹, 청 컬러필터를 포함하고, 제2예(RA1)는 제1예(RA1)와 동일한 두께의 청 컬러필터 및 제1예(RA1)보다 두께가 두꺼운 적, 녹 컬러필터를 포함한다. 예를 들어, 제2예(RA1)의 적, 녹 컬러필터는 제1예(RA1)의 적, 녹 컬러필터에 비해 약 1.5배의 두께를 가질 수 있다.
도 1과 도 2a 및 도 2b에 도시한 바와 같이, 제1예(RA1)와 제2예(RA2)의 색재현율은 ITU-R BT.709의 색 규격은 만족하는데, 제1예(RA1)의 색재현율은 DCI의 색 규격은 만족하지 못한다.
즉, DCI의 색 규격에서 적색 좌표는 (0.68, 0.32)이고 녹색 좌표는 (0.265, 0.690)인데, 제1예(RA1)의 적색 좌표는 (0.667, 0.332)이고 녹색 좌표는 (0.282, 0.662)로, DCI의 색 공간 면적을 100%로 가정했을 때, 제1예(RA1)는 92.3%의 색재현율을 가진다.
한편, 제2예(RA2)에서와 같이 적, 녹 컬러필터의 두께를 증가시킬 경우, 제2예(RA2)의 적색 좌표는 (0.679, 0.320)이고 녹색 좌표는 (0.263, 0.689)로, DCI 대비 제2예(RA2)는 99.8%의 색재현율을 가진다. 따라서, 제2예(RA2)는 DCI의 색 규격을 거의 만족시킨다.
그러나, 제2예(RA2)에서는 컬러필터의 두께가 두꺼워지므로 투과율이 감소하여 휘도가 저하된다. 즉, 적색 좌표에 해당하는 제2예(RA2)의 휘도는 제1예(RA1)를 기준으로 약 77%이고, 녹색 좌표에 해당하는 제2예(RA2)의 휘도는 제1예(RA1)를 기준으로 약 75%이다.
또한, 컬러필터의 두께를 두껍게 형성하기가 쉽지 않으며, 컬러필터의 두께에 의해 단차가 커지므로 이후 막들의 형성도 원활하지 않은 문제가 있다.
본 발명은, 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제시된 것으로, 광효율 향상과 고색재현율을 구현할 수 있는 유기발광다이오드 표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 휘도를 높일 수 있는 유기발광다이오드 표시장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 적, 녹, 청색 부화소를 포함하는 화소와; 상기 적, 녹, 청색 부화소 각각에 형성되고 백색광을 방출하는 발광다이오드와; 상기 적, 녹, 청색 부화소 각각에 형성된 적, 녹, 청색 컬러필터를 포함하고, 상기 적색 컬러필터는 청색광 또는 청색 및 녹색의 혼합광을 흡수하여 적색광을 발광하는 제1색변환물질을 포함하고, 상기 녹색 컬러필터는 청색광을 흡수하여 황색광을 발광하는 제2색변환물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드 표시장치를 제공한다.
상기 제1색변환물질은 황색변환물질 및 적색변환물질을 포함하고, 상기 제2색변환물질은 황색변환물질을 포함한다.
상기 황색변환물질은 쿠마린(coumarin) 계열의 형광 염료를 포함하고, 상기 적색변환물질은 페릴린(perylene) 계열의 형광염료를 포함한다.
상기 적색 컬러필터는 적색 컬러필터패턴 및 상기 적색 컬러필터패턴과 분리되고 상기 제1색변환물질로 이루어진 제1색변환패턴을 포함하며, 상기 녹색 컬러필터는 녹색 컬러필터패턴 및 상기 녹색 컬러필터패턴과 분리되고 상기 제2색변환물질로 이루어진 제2색변환패턴을 포함한다.
상기 적색 컬러필터는 상기 제1색변환물질을 함유하는 적색 컬러필터패턴을 포함하며, 상기 녹색 컬러필터는 상기 제2색변환물질을 함유하는 녹색 컬러필터패턴을 포함한다.
상기 화소는 백색 부화소를 더 포함한다.
상기 녹색 컬러필터의 두께는 상기 적색 컬러필터의 두께보다 10% 두껍다.
본 발명에서는, 적, 녹, 청색 컬러필터와 백색광을 방출하는 발광다이오드를 포함하는 유기발광다이오드 표시장치에 있어서, 적색 및 녹색 컬러필터가 색변환물질을 포함하도록 함으로써, DCI 규격을 만족하는 고색재현율을 가지며, 광효율 및 색순도를 향상시킬 수 있다.
또한, 컬러필터를 일반적인 두께 범위로 형성할 수 있으므로, 공정이 용이하며 단차에 의한 문제를 방지할 수 있다.
도 1은 종래의 컬러필터를 포함하는 유기발광다이오드 표시장치의 색재현율을 CIE 1931 색도분포도 상에 나타낸 도면이다.
도 2a는 도 1의 CIE 1931 색도분포도에서 녹색 좌표를 확대한 도면이고, 도 2b는 도 1의 CIE 1931 색도분포도에서 적색 좌표를 확대한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유기발광다이오드 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유기발광다이오드 표시장치에서 빛이 적색 부화소와 녹색 부화소를 통해 외부로 방출되는 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기발광다이오드 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기발광다이오드 표시장치에서 빛이 적색 부화소와 녹색 부화소를 통해 외부로 방출되는 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 적용된 각 색변환물질에 대한 발광다이오드로부터의 빛의 스펙트럼 변화를 도시한 도면이다.
도 8a와 도 8b는 본 발명의 실시예에 따라 적색 및 녹색 부화소에 색변환물질을 적용하였을 때 각 색변환물질에 대한 컬러필터를 거친 최종 광의 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 유기발광다이오드 표시장치의 색재현율을 CIE 1931 색도분포도 상에 나타낸 도면이다.
도 10a는 도 9의 CIE 1931 색도분포도에서 녹색 좌표를 확대한 도면이고, 도 10b는 도 9의 CIE 1931 색도분포도에서 적색 좌표를 확대한 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유기발광다이오드 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도로, 한 화소(pixel)에 대응하는 영역을 도시하며, 한 화소는 적, 녹, 청, 백색 부화소(sub pixel)에 각각 대응하는 화소영역들을 포함한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 유기발광다이오드 표시장치는 제1기판(110), 박막트랜지스터(T), 보호막(120), 컬러필터층(130), 오버코트층(140), 발광다이오드(De), 봉지층(sealing layer, 160), 그리고 제2기판(170)을 포함한다.
이때, 제1기판(110)과 제2기판(170)은 서로 대향되게 배치되고, 제1기판(110)은 투명한 재질로 이루어져 제1기판(110)을 통해 외부로 빛을 방출하는 하부 발광 방식(bottom emission type) 유기발광다이오드 표시장치일 수 있다. 예를 들어, 제1기판(110)은 유리나 플라스틱 등으로 형성될 수 있다.
그리고, 제1기판(110) 상부에는 화소영역 마다 박막트랜지스터(T)가 형성되어 있다. 박막트랜지스터(T)는 스위칭 박막트랜지스터와 구동 박막트랜지스터를 포함하며, 스위칭 박막트랜지스터와 구동 박막트랜지스터 각각은 게이트 전극과 반도체층, 소스 및 드레인 전극을 포함한다.
또한, 도시하지 않았지만, 제1기판(110) 상부에는 스위칭 박막트랜지스터와 연결되는 게이트 배선과 데이터 배선이 형성되며, 스위칭 박막트랜지스터 및 구동 박막트랜지스터에 연결되는 스토리지 커패시터가 형성된다.
박막트랜지스터(T) 상부에는 보호막(120)이 형성되어 박막트랜지스터(T)를 덮는다.
보호막(120) 상부에는 컬러필터층(130)이 형성된다. 컬러필터층(130)은 적, 녹, 청색 부화소에 각각 대응하는 적, 녹, 청색 컬러필터(132, 134, 136)를 포함하며, 적색 컬러필터(132)는 적색 컬러필터패턴(132a)과 제1색변환패턴(132b)을 포함하고, 녹색 컬러필터(134)는 녹색 컬러필터패턴(134a)과 제2색변환패턴(134b)을 포함한다. 청색 컬러필터(136)는 청색 컬러필터패턴만을 포함한다.
제1색변환패턴(132b)과 제2색변환패턴(134b)은, 흡광과 발광의 특성을 가지며 단파장의 빛을 흡수한 후 장파장의 빛으로 쉬프트(shift)하여 발광하는 색변환물질(color conversion material)을 포함한다. 여기서, 제1색변환패턴(132b)은 청색광 또는 청색 및 녹색의 혼합광을 흡수하여 적색광을 발광하는 색변환물질을 포함하고, 제2색변환패턴(134b)은 청색광을 흡수하여 황색광을 발광하는 색변환물질을 포함한다. 이때, 제1색변환패턴(132b)은 황색변환물질 및 적색변환물질을 포함할 수 있고, 제2색변환패턴(134b)은 황색변환물질을 포함할 수 있다.
이러한 색변환물질은 레일리 산란(Rayleigh scattering)을 유발하지 않는 나노미터 크기를 가지며, 패터닝 공정을 위해 성막 후 우수한 광특성을 보이는, 즉, 피크(peak) 파장과 강도(intensity)가 높은 형광염료(fluorescent dye)인 것이 바람직하다. 일례로, 황색변환물질로는 쿠마린(coumarin) 계열의 형광 염료가 사용되고, 적색변환물질로는 페릴린(perylene) 계열의 형광염료가 사용될 수 있다.
여기서, 제1 및 제2색변환패턴(132b, 134b)의 두께는 약 2 내지 3마이크로미터이고, 적, 녹, 청색 컬러필터패턴(132a, 134a, 136)의 두께는 약 2 내지 3마이크로미터이며, 녹색 컬러필터패턴(134b)의 두께는 적색 및 청색 컬러필터패턴(132a, 136) 두께보다 약 10% 두꺼운 것이 바람직하다.
도시하지 않았지만, 보호층(120) 상부에는, 각 화소영역의 경계에 대응하며 적, 녹, 청색 컬러필터(132, 134, 136) 각각을 둘러싸는 블랙매트릭스가 형성될 수 있다.
한편, 컬러필터층(130) 상부에는 오버코트층(140)이 형성된다. 오버코트층(140)은 평탄한 표면을 가지며 컬러필터층(130)을 덮어 보호한다. 여기서, 백색 부화소에 대응하는 화소영역에는 컬러필터층이 형성되지 않으므로, 백색 부화소에 대응하는 화소영역에는 오버코트층(140)만이 위치한다.
오버코트층(140) 상부에는 제1전극(152)과 유기발광층(154) 및 제2전극(156)을 포함하는 발광다이오드(De)가 형성된다.
이때, 제1전극(152)은 양극(anode)으로 비교적 일함수가 큰 도전성 물질로 형성되고, 제2전극(156)은 음극(cathode)으로 비교적 일함수가 작은 도전성 물질로 형성된다. 일례로, 제1전극(152)은 인듐-틴-옥사이드(indium tin oxide: ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(indium zinc oxide: IZO)와 같은 투명도전성 물질로 형성될 수 있다. 제2전극(154)은 반사 특성을 가지고 있거나 불투명한 금속물질로 형성될 수 있다. 이 경우, 유기발광층(154)에서 발광된 빛은 제1전극(152) 및 제1기판(110)을 통해 외부로 방출된다.
도시하지 않았지만, 제1전극(152)은 각 화소영역마다 패턴되어 박막트랜지스터(T)와 연결되며, 제2전극(156)은 제1기판(110) 전면에 형성된다.
유기발광층(154)은 제1전극(152)과 제2전극(156)사이에 위치하는데, 제1전극(152) 상부로부터 정공수송층(hole transporting layer)과, 발광물질층(light-emitting material layer), 전자수송층(electron transporting layer) 순으로 적층된 다중층 구조를 가질 수 있으며, 정공수송층 하부의 정공주입층(hole injecting layer)과 전자수송층 상부의 전자주입층(electron injecting layer)을 더 포함할 수 있다.
이러한 유기발광층(154)에서 발광되는 빛은 황색-녹색(yellow-green) 파장 대역 520~590nm의 빛과 청색(blue) 파장 대역 430~490nm의 빛을 포함한다. 따라서, 황색-녹색(yellow-green) 파장 대역 520~590nm의 빛과 청색(blue) 파장 대역 430~490nm의 빛이 혼합되어 백색광이 외부로 방출된다.
한편, 발광다이오드(De) 상부에는 외부로부터의 수분이나 산소로부터 발광다이오드(De)를 보호하기 위한 봉지층(160)이 형성되고, 봉지층(160) 상부에 제2기판(170)이 위치하여, 유기발광다이오드 표시장치는 인캡슐레이션 된다. 봉지층(160)은 자외선 경화 실런트(UV sealant)나 프릿 실런트(frit sealant)이거나 또는 무기막/유기막/무기막의 적층 구조를 가질 수 있다.
이때, 제2기판(190)은 불투명한 재질로 이루어질 수 있으며, 일례로, 불투명한 유리 또는 플라스틱으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에서는, 한 화소가 적, 녹, 청, 백색 부화소로 이루어진 경우에 대하여 설명하였으나, 한 화소는 적, 녹, 청색 부화소로 구성될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유기발광다이오드 표시장치에서 빛이 적색 부화소와 녹색 부화소를 통해 외부로 방출되는 과정을 개략적으로 도시한 도면으로, 발광다이오드와 적색 컬러필터 및 녹색 컬러필터만을 도시한다. 앞서 언급한 바와 같이, 본 발명의 발광다이오드는 황색-녹색 파장 대역의 빛과 청색 파장 대역의 빛이 혼합된 백색광이 외부로 방출된다.
도 4에 도시한 바와 같이, 적색 부화소에 있어서, 발광다이오드(De)에서 방출된 백색광 중 청색광(B)과 황색-녹색광(Y-G)은 적색 컬러필터(132)의 제1색변환패턴(132b)을 통과하면서 적색광(R)으로 변환되어 적색 컬러필터패턴(132a)으로 전달된다. 따라서, 색순도 및 광효율이 향상된 적색광(R)이 최종적으로 출력된다.
한편, 녹색 부화소에 있어서, 발광다이오드(De)에서 방출된 백색광 중 황색-녹색광(Y-G)은 녹색 컬러필터(134)의 제2색변환패턴(134b)을 그대로 통과하여 녹색 컬러필터패턴(134a)으로 전달되며, 청색광(B)은 녹색 컬러필터(134)의 제2색변환패턴(134b)을 통과하면서 황색광(Y)으로 변환된 후 녹색 컬러필터패턴(134a)으로 전달된다. 따라서, 색순도 및 광효율이 향상된 녹색광(G)이 최종적으로 출력된다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 유기발광다이오드 표시장치는 적색 컬러필터(132)와 녹색 컬러필터(134)가 컬러필터패턴(132a, 132b)과 색변환패턴(132b, 134b)을 포함하여, 색순도 및 광효율을 높일 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기발광다이오드 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도로, 한 화소(pixel)에 대응하는 영역을 도시한다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기발광다이오드 표시장치는, 컬러필터층을 제외하고 앞선 실시예와 동일한 구조를 가지며, 동일한 부분에 대한 설명은 간략히 한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기발광다이오드 표시장치는 제1기판(210), 박막트랜지스터(T), 보호막(220), 컬러필터층(230), 오버코트층(240), 발광다이오드(De), 봉지층(260), 그리고 제2기판(270)을 포함한다.
제1기판(210) 상부에는 화소영역 마다 박막트랜지스터(T)가 형성되어 있으며, 박막트랜지스터(T) 상부에는 보호막(220)이 형성되어 박막트랜지스터(T)를 덮는다.
보호막(220) 상부에는 컬러필터층(230)이 형성된다. 컬러필터층(230)은 적, 녹, 청색 부화소에 각각 대응하는 적, 녹, 청색 컬러필터(232, 234, 236)를 포함하며, 적색 컬러필터(232)는 제1색변환물질을 함유하는 적색 컬러필터패턴을 포함하고, 녹색 컬러필터(234)는 제2색변환물질을 함유하는 녹색 컬러필터패턴을 포함한다. 청색 컬러필터(236)는 색변환물질을 함유하지 않는 청색 컬러필터패턴을 포함한다.
여기서, 제1색변환물질은 청색광 또는 청색 및 녹색의 혼합광을 흡수하여 적색광을 발광하고, 제2색변환물질은 청색광을 흡수하여 황색광을 발광한다. 이때, 제1색변환물질은 황색변환물질 및 적색변환물질을 포함할 수 있고, 제2색변환물질은 황색변환물질을 포함할 수 있다. 일례로, 황색변환물질로는 쿠마린(coumarin) 계열의 형광 염료가 사용되고, 적색변환물질로는 페릴린(perylene) 계열의 형광염료가 사용될 수 있다.
여기서, 적, 녹, 청색 컬러필터(232, 234, 236)의 두께는 약 2 내지 3마이크로미터이며, 녹색 컬러필터(234)의 두께는 적색 및 청색 컬러필터(232, 236) 두께보다 약 10% 두꺼운 것이 바람직하다.
한편, 컬러필터층(230) 상부에는 오버코트층(240)이 형성된다. 오버코트층(240)은 평탄한 표면을 가지며 컬러필터층(230)을 덮어 보호한다. 여기서, 백색 부화소에 대응하는 화소영역에는 컬러필터층이 형성되지 않으므로, 백색 부화소에 대응하는 화소영역에는 오버코트층(240)만이 위치한다.
오버코트층(240) 상부에는 제1전극(252)과 유기발광층(254) 및 제2전극(256)을 포함하는 발광다이오드(De)가 형성된다.
이때, 제1전극(252)은 양극(anode)으로 비교적 일함수가 큰 도전성 물질로 형성되고, 제2전극(256)은 음극(cathode)으로 비교적 일함수가 작은 도전성 물질로 형성된다. 일례로, 제1전극(252)은 인듐-틴-옥사이드(indium tin oxide: ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(indium zinc oxide: IZO)와 같은 투명도전성 물질로 형성될 수 있다. 제2전극(254)은 반사 특성을 가지고 있거나 불투명한 금속물질로 형성될 수 있다. 이 경우, 유기발광다이오드 표시장치는, 유기발광층(254)에서 발광된 빛이 제1전극(252) 및 제1기판(210)을 통해 외부로 방출되는 하부 발광 방식이다.
도시하지 않았지만, 제1전극(252)은 각 화소영역마다 패턴되어 박막트랜지스터(T)와 연결되며, 제2전극(256)은 제1기판(210) 전면에 형성된다.
유기발광층(254)은 제1전극(252)과 제2전극(256)사이에 위치하는데, 제1전극(252) 상부로부터 정공수송층(hole transporting layer)과, 발광물질층(light-emitting material layer), 전자수송층(electron transporting layer) 순으로 적층된 다중층 구조를 가질 수 있으며, 정공수송층 하부의 정공주입층(hole injecting layer)과 전자수송층 상부의 전자주입층(electron injecting layer)을 더 포함할 수 있다.
이러한 유기발광층(254)에서 발광되는 빛은 황색-녹색(yellow-green) 파장 대역 520~590nm의 빛과 청색(blue) 파장 대역 430~490nm의 빛을 포함한다. 따라서, 황색-녹색(yellow-green) 파장 대역 520~590nm의 빛과 청색(blue) 파장 대역 430~490nm의 빛이 혼합되어 백색광이 외부로 방출된다.
한편, 발광다이오드(De) 상부에는 외부로부터의 수분이나 산소로부터 발광다이오드(De)를 보호하기 위한 봉지층(260)이 형성되고, 봉지층(160) 상부에 제2기판(170)이 위치하여, 유기발광다이오드 표시장치는 인캡슐레이션 된다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기발광다이오드 표시장치에서 빛이 적색 부화소와 녹색 부화소를 통해 외부로 방출되는 과정을 개략적으로 도시한 도면으로, 발광다이오드와 적색 컬러필터 및 녹색 컬러필터만을 도시한다. 앞서 언급한 바와 같이, 본 발명의 발광다이오드는 황색-녹색 파장 대역의 빛과 청색 파장 대역의 빛이 혼합된 백색광이 외부로 방출된다.
도 6에 도시한 바와 같이, 적색 부화소에 있어서, 발광다이오드(De)에서 방출된 백색광 중 청색광(B)과 황색-녹색광(Y-G)은 적색 컬러필터(232)를 통과하면서 제1색변환물질에 의해 적색광(R)으로 변환되어 외부로 출력된다. 따라서, 색순도 및 광효율이 향상된 적색광(R)이 최종적으로 출력된다.
한편, 녹색 부화소에 있어서, 발광다이오드(De)에서 방출된 백색광 중 황색-녹색광(Y-G)은 녹색 컬러필터(234)를 그대로 통과하여 출력되며, 청색광(B)은 녹색 컬러필터(234)를 통과하면서 제2색변환물질에 의해 황색광(Y)으로 변환되어 외부로 출력된다. 따라서, 광효율이 향상된 녹색광(G)이 최종적으로 출력된다.
이와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기발광다이오드 표시장치는 적색 컬러필터(232)와 녹색 컬러필터(234)가 내부에 색변환물질을 포함하여, 광효율을 높일 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 적용된 각 색변환물질에 대한 발광다이오드로부터의 빛의 스펙트럼 변화를 도시한 도면이다.
여기서, 기준(Ref)은 발광다이오드에서 발광된 백색광의 스펙트럼을 나타내고, 경우1(C1)은 발광다이오드에 황색변환물질을 적용한 빛의 스펙트럼을 나타내며, 경우2(C2)는 발광다이오드에 적색변환물질을 적용한 빛의 스펙트럼을 나타내고, 경우3(C3)은 발광다이오드에 황색변환물질 및 적색변환물질을 적용한 빛의 스펙트럼을 나타낸다.
도 7에 도시한 바와 같이, 경우1(C1)에서는 청색광(B)을 흡수하여 황색광(Y)을 발광하기 때문에, 기준(Ref)의 스펙트럼에서 약 450nm의 청색 피크(blue peak)의 세기(intensity)가 감소하며, 약 550nm의 황색 피크(yellow peak)의 세기가 증가한다.
경우2(C2)에서는 청색광(B) 및 녹색광(G)을 흡수하여 적색광(R)을 발광하기 때문에, 약 450nm의 청색 피크와 약 550nm의 황색 피크의 세기가 감소하며, 약 530nm의 적색 피크(red peak)의 세기가 증가한다.
한편, 경우3(C3)에서는 황색변환물질과 적색변환물질이 혼합되어 중간 특성의 스펙트럼 변화를 보이며, 황색변환물질과 적색변환물질의 혼합비에 따라 스펙트럼 변화는 달라진다.
도 8a와 도 8b는 본 발명의 실시예에 따라 적색 및 녹색 부화소에 색변환물질을 적용하였을 때 각 색변환물질에 대한 컬러필터를 거친 최종 광의 스펙트럼을 도시한 도면으로, 도 8a에서는 색변환물질 및 적색 컬러필터를 투과한 빛의 스펙트럼을 나타내고, 도 8b에서는 색변환물질 및 녹색 컬러필터를 투과한 빛의 스펙트럼을 나타낸다.
앞서 언급한 바와 같이, 기준(Ref)은 발광다이오드에서 발광된 백색광의 스펙트럼을 나타내고, 경우1(C1)은 발광다이오드에 황색변환물질을 적용한 빛의 스펙트럼을 나타내며, 경우2(C2)는 발광다이오드에 적색변환물질을 적용한 빛의 스펙트럼을 나타내고, 경우3(C3)은 발광다이오드에 황색변환물질 및 적색변환물질을 적용한 빛의 스펙트럼을 나타낸다.
도 8a에 도시한 바와 같이, 적색 컬러필터에 적색변환물질을 적용한 경우2(C2)에서 색순도가 증가하며, 황색변환물질 및 적색변환물질을 적용한 경우3(C3)도 경우2(C2) 보다는 낮으나 색순도가 증가하는 것을 확인할 수 있다.
한편, 도 8b에 도시한 바와 같이, 녹색 컬러필터에 황색변환물질을 적용한 경우1(C1)에서 색순도가 증가하는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 색변환물질 적용시, 각 부화소의 색에 맞는 파장의 세기가 증가하고 다른 파장의 세기는 감소하여 광효율 및 색순도가 향상된다.
한편, 다른 부화소와의 색순도 및 광효율을 균일하게 하기 위해, 적색 부화소는 적색 컬러필터와 함께 황색변환물질 및 적색변환물질을 적용하는 것이 바람직하다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 유기발광다이오드 표시장치의 색재현율을 CIE 1931 색도분포도 상에 나타낸 도면이고, 도 10a는 도 9의 CIE 1931 색도분포도에서 녹색 좌표를 확대한 도면이고, 도 10b는 도 9의 CIE 1931 색도분포도에서 적색 좌표를 확대한 도면이다. 이때, HDTV 규격인 ITU-R BT.709의 색 규격과, 디지털시네마 시스템 규격인 DCI의 고색재현 규격, 그리고 종래의 일반적인 두께의 컬러필터를 포함하는 제1예(RA1)의 색재현율을 함께 도시한다.
도 9와 도 10a 및 도 10b에 도시한 바와 같이, 적색 및 녹색 부화소의 색순도 향상에 의해, 실시예(Ex1)의 색재현율은 ITU-R BT.709의 색 규격을 만족할 뿐만 아니라, DCI의 색 규격도 거의 만족시킨다.
즉, 실시예(Ex1)의 적색 좌표는 (0.679, 0.319)이고 녹색 좌표는 (0.266, 0.690)으로, DCI의 색 공간 면적을 100%로 가정했을 때, 실시예(Ex1)는 99.8%의 색재현율을 가진다.
이때, 적색 좌표에 해당하는 실시예(Ex1)의 휘도는 제1예(RA1)를 기준으로 약 99%이고, 녹색 좌표에 해당하는 실시예(Ex1)의 휘도는 제1예(RA1)를 기준으로 약 90%이다.
따라서, 본 발명에 따른 실시예에서는 컬러필터층이 색변환물질을 포함하여, DCI 규격을 만족시킬 수 있는 고색재현율을 가지면서 광효율도 향상된다.
제1예(RA1)와 제2예(RA2)의 색재현율은 ITU-R BT.709의 색 규격은 만족하는데, 제1예(RA1)의 색재현율은 DCI의 색 규격은 만족하지 못한다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 통상의 기술자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다
110: 제1기판 T: 박막트랜지스터
120: 보호막 130: 컬러필터층
132: 적색 컬러필터 134: 녹색 컬러필터
136: 청색 컬러필터 140: 오버코트층
152: 제1전극 154: 유기발광층
156: 제2전극 De: 발광다이오드
160: 봉지층 170: 제2기판

Claims (9)

  1. 적, 녹, 청색 부화소를 포함하는 화소와;
    상기 적, 녹, 청색 부화소 각각에 형성되고 백색광을 방출하며 440nm~470nm 사이에서 제1피크와 540nm~570nm 사이에서 제2피크의 스펙트럼을 가지는 발광다이오드와;
    상기 적, 녹, 청색 부화소 각각에 형성된 적, 녹, 청색 컬러필터
    를 포함하고,
    상기 적색 컬러필터는 청색광 또는 청색 및 녹색의 혼합광을 흡수하여 적색광을 발광하는 제1색변환물질을 포함하고, 상기 녹색 컬러필터는 청색광을 흡수하여 황색광을 발광하는 제2색변환물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드 표시장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1색변환물질은 황색변환물질 및 적색변환물질을 포함하고, 상기 제2색변환물질은 황색변환물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드 표시장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 황색변환물질은 쿠마린(coumarin) 계열의 형광 염료를 포함하고, 상기 적색변환물질은 페릴린(perylene) 계열의 형광염료를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드 표시장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 적색 컬러필터는 적색 컬러필터패턴 및 상기 적색 컬러필터패턴과 분리되고 상기 제1색변환물질로 이루어진 제1색변환패턴을 포함하며, 상기 녹색 컬러필터는 녹색 컬러필터패턴 및 상기 녹색 컬러필터패턴과 분리되고 상기 제2색변환물질로 이루어진 제2색변환패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드 표시장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 적색 컬러필터는 상기 제1색변환물질을 함유하는 적색 컬러필터패턴을 포함하며, 상기 녹색 컬러필터는 상기 제2색변환물질을 함유하는 녹색 컬러필터패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드 표시장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 화소는 백색 부화소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드 표시장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 녹색 컬러필터의 두께는 상기 적색 컬러필터의 두께보다 10% 두꺼운 것을 특징으로 하는 유기발광다이오드 표시장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 적색 컬러필터의 두께는 상기 청색 컬러필터의 두께보다 크고 상기 녹색 컬러필터의 두께보다 작은 유기발광다이오드 표시장치.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 제1 및 제2색변환패턴의 두께는 2 내지 3마이크로미터이고, 상기 적색 및 녹색 컬러필터패턴과 상기 청색 컬러필터의 두께는 2 내지 3마이크로미터이며, 상기 녹색 컬러필터패턴의 두께는 상기 적색 컬러필터패턴 및 상기 청색 컬러필터의 두께보다 10% 두꺼운 유기발광다이오드 표시장치.
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