KR102262677B1 - 표시 장치 및 터치 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광추출 효율을 향상하고 특히 중심 휘도를 더욱 개선한 표시 장치 및 터치 표시 장치를 제공한다.
이를 위하여 본 발명은 발광 영역으로부터 출사된 모든 광이 볼록 형상의 렌즈층과 렌즈 보호층의 계면에서 전반사가 발생하지 않도록 하여 전반사에 의한 출광 효율 감소를 최소화함으로써, 표시 장치의 광추출 효율을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 높은 광 추출 효율을 가지면서도 주요 시야각에서 퍼지는 광을 최대한 중앙으로 집광함으로써 중심 휘도를 개선할 수 있고, 렌즈층의 곡률 반경을 최적화함으로써 광추출 효율을 향상하고 중심 휘도를 개선하면서도 공정이 가능한 렌즈층의 높이를 도출할 수 있다.

Description

표시 장치 및 터치 표시 장치{DISPLAY DEVICE AND TOUCH DISPLAY DEVICE}
본 발명은 광추출 효율을 향상하고 중심 휘도를 개선한 표시 장치 및 터치 표시 장치에 대한 것이다.
표시 장치에 대한 기술이 발전함에 따라 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display: LCD), 유기 발광 표시 장치(Organic Light Emitting Display: OLED) 등과 같이 다양한 방식의 표시 장치가 개발되어 왔다.
최근에는 스마트폰의 대중화로 인하여 터치 표시 장치와 같이 새로운 입력 방식을 갖는 표시 장치가 대중적으로 많이 보급된 상태이다.
터치 표시 장치는 영상이나 이미지를 표시하는 기능 이외에도, 사용자의 손가락이나 펜 등을 접촉시킴으로써 터치 표시 장치를 작동할 수 있는 터치 기반 입력 기능을 갖는 장치를 말한다.
새로운 입력 수단의 방식을 갖는 터치 표시 장치도 영상이나 이미지를 표시하는 표시 장치의 기능이 중요하기 때문에, 터치 표시 장치의 휘도 효율 상승은 터치 표시 장치의 성능을 향상시킬 수 있다.
특히 스마트폰의 경우 휴대성이 간편하여 실외에서의 사용이 매우 잦기 때문에 실외에서의 시인성 향상을 위하여 일반적인 표시 장치뿐만 아니라 터치 표시 장치에서도 휘도 효율의 상승은 중요한 해결 과제 중의 하나이다.
특히 표시 장치의 발광 영역에서 출사된 광들 중에서 표시 장치의 외부로 빠져나오지 못하고 내부에서 전반사되어 손실되는 광들이 많은 경우 표시 장치와 터치 표시 장치의 전체적인 휘도가 감소될 수 있다.
이에 본 발명의 발명자들은 광추출 효율을 향상하고 특히 중심 휘도를 더욱 개선한 표시 장치 및 터치 표시 장치를 발명하였다.
본 발명의 목적은 광추출 효율이 향상된 표시 장치 및 터치 표시 장치를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 발광 영역에서 출사된 광을 최대한 중앙으로 집광함으로써 중심 휘도를 개선한 표시 장치 및 터치 표시 장치를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 광추출 효율을 향상하고 중심 휘도를 개선하면서도 공정이 가능한 렌즈층의 높이를 도출할 수 있는 표시 장치 및 터치 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광추출 효율을 향상하고 특히 중심 휘도를 더욱 개선한 표시 장치 및 터치 표시 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 표시 장치는 발광소자층, 발광소자층 상에 있는 중간층, 발광소자층에 대응되어 중간층 상에 있는 볼록 형상의 렌즈층 및 렌즈층을 덮도록 중간층 상에 있는 렌즈 보호층을 포함하고, 발광소자층의 발광 영역으로부터 출사된 광은 렌즈층과 렌즈 보호층의 계면에서 전반사가 발생하지 않는다.
이 경우 발광 영역의 끝점에서 출사된 광은 렌즈층과 렌즈 보호층의 계면에서 전반사가 발생하지 않는다.
발광소자층은 렌즈층의 내측에 위치하고, 렌즈층의 직경(D)은 발광 영역의 길이(d)보다 길 수 있고, 렌즈층의 굴절률은 렌즈 보호층과 중간층의 굴절률보다 클 수 있다.
중간층은 적어도 하나의 유기물층과 적어도 하나의 무기물층을 포함할 수 있다.
발광 영역에서 출사된 광은 중간층과 렌즈층의 계면에서 1차 굴절이 되고, 1차 굴절된 광은 렌즈층과 렌즈 보호층의 계면에서 2차 굴절이 되며, 1차 굴절된 광의 렌즈층과 렌즈 보호층의 계면에서의 입사각은 θi이고,
Figure 112019135574841-pat00001
인 경우 전반사가 일어나지 않는다. (단, n1은 렌즈층의 굴절률이고, n2는 렌즈 보호층의 굴절률이다.)
또한 본 발명의 일 실시예에 따르면 터치 표시 장치는 표시 영역과 비표시 영역을 포함하는 베이스 기판, 표시 영역에 배치된 복수의 발광소자층, 복수의 발광소자층을 덮도록 배치된 중간층, 중간층 상에 배치된 복수의 메쉬 형태의 터치 전극, 중간층 상에 배치되되, 터치 전극 내측에 배치된 볼록 형상의 복수의 렌즈층 및 렌즈층을 덮도록 중간층 상에 있는 렌즈 보호층을 포함하고, 발광소자층의 발광 영역으로부터 출사된 광은 렌즈층과 렌즈 보호층의 계면에서 전반사가 발생하지 않는다.
본 발명에 따르면 발광 영역으로부터 출사된 모든 광이 볼록 형상의 렌즈층과 렌즈 보호층의 계면에서 전반사가 발생하지 않도록 하여 전반사에 의한 출광 효율 감소를 최소화함으로써, 표시 장치의 광추출 효율을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 높은 광 추출 효율을 가지면서도 주요 시야각에서 퍼지는 광을 최대한 중앙으로 집광함으로써 중심 휘도를 개선할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 렌즈층의 곡률 반경을 최적화함으로써 광추출 효율을 향상하고 중심 휘도를 개선하면서도 공정이 가능한 렌즈층의 높이를 도출할 수 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 하나의 발광 영역에 대한 개략적인 확대 단면도이다.
도 3과 도 4는 렌즈의 면적과 곡률 반경의 변화에 따른 광추출 효율과 집광 효율의 관계를 보여주기 위한 도면이다.
도 5는 비교예와 실시예에 있어서 시야각에 따른 광의 정규화된 강도(Normalized Intensity)를 측정한 것이다.
도 6 내지 도 8은 렌즈 직경에 따른 휘도 증가율 변화를 보여주는 도면들이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 표시 장치에 대한 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 표시 장치의 블록도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 기판에 대한 개략적인 평면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 기판에 배치된 터치 센싱층의 일 예에 대한 평면도이다.
도 13은 도 11의 I-I’ 및 II-II’의 일 실시예에 대한 단면도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 전극에 대한 확대 평면도이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.
또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
이하에서는, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 표시 장치를 도 1을 참고하여 설명하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(100)는 발광소자층(10), 발광소자층(10) 상에 있는 중간층(20), 발광소자층(10)에 대응되어 중간층(20) 상에 있는 볼록 형상의 렌즈층(30) 및 렌즈층(30)을 덮도록 중간층(20) 상에 있는 렌즈 보호층(40)을 포함한다.
이 경우 발광소자층(10)의 발광 영역으로부터 출사된 광은 렌즈층(30)과 렌즈 보호층(40)의 계면에서 전반사가 발생하지 않는다.
먼저 본 발명에 따른 표시 장치(100)는 유기발광 표시장치(Organic Light Emitting Display, OLED)로 구현되는 것을 일 예로 설명을 하지만 이에 한정되지 않으며, 액정 표시 장치(100)(Liquid Crystal Display, LCD) 등과 같은 다양한 평판 표시 장치(100)로 구현될 수 있으며, 터치 표시 장치(100)로 구현될 수도 있다.
또한 본 발명에서는 발광소자층(10)에 대한 일 예로 발광소자를 유기발광소자로 사용하는 유기발광소자층을 기준으로 설명하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
유기발광소자층은 제1 전극, 유기발광층, 제2 전극 및 뱅크층을 포함할 수 있다. 유기발광층들 각각은 정공 수송층(hole transporting layer), 발광층(organic light emitting layer), 및 전자 수송층(electron transporting layer)을 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 전극과 제2 전극에 전압이 인가되면 정공과 전자가 각각 정공 수송층과 전자 수송층을 통해 발광층으로 이동되며, 발광층에서 서로 결합하여 발광하게 된다.
유기발광층은 백색 광을 발광하는 백색 발광층으로 이루어질 수 있다. 이 경우, 유기발광층 상에는 추가적으로 컬러필터가 형성될 수 있다. 또한 유기발광층은 적색 광을 발광하는 적색 발광층, 녹색 광을 발광하는 녹색 발광층, 또는 청색 광을 발광하는 청색 발광층으로 이루어질 수 있다.
발광소자층(10)의 발광 영역은 발광소자층(10)에서 광이 출사되는 영역을 의미한다. 예를 들어 발광소자를 유기발광소자로 하는 경우 제1 전극, 유기발광층 및 제2 전극이 중첩되는 영역일 수 있으며, 또한 화소들을 정의하는 화소 정의막의 역할을 하는 뱅크층의 개구부에 대응되는 영역일 수 있다.
중간층(20)은 적어도 하나의 유기물층과 적어도 하나의 무기물층을 포함하는 것으로, 발광소자층(10)과 렌즈층(30) 사이에 배치된 모든 층을 포함할 수 있다. 즉 중간층(20)은 하나의 단층으로 된 층만을 의미하는 것이 아니라, 발광소자층(10)과 렌즈층(30) 사이에 있는 복수의 층들을 포함하는 층을 의미할 수 있다.
예를 들어, 중간층(20)은 발광소자층(10)에 산소 또는 수분이 침투되는 것을 방지하는 역할을 봉지층을 포함할 수 있다. 이 경우 봉지층은 적어도 하나의 유기 봉지막을 포함할 수 있다. 예를 들어, 봉지층은 제1 무기 봉지막, 유기 봉지막 및 제2 무기 봉지막을 포함할 수 있다.
또한 중간층(20)은 버퍼층이나 절연층과 같은 다양한 기능성 층들을 더 포함할 수 있다.
렌즈층(30)은 볼록의 렌즈 형상을 갖도록 형성되며, 발광소자층(10)이 렌즈층(30)의 내측에 위치하도록 렌즈층(30)을 발광소자층(10)에 대응시킨다.
렌즈층(30)의 직경(Diameter, D)은 발광소자층(10)의 발광 영역의 길이(Light emitting area of Pixel, p)보다 길게 형성될 수 있다. 이에 따라 렌즈층(30)은 발광소자층(10)의 전면을 덮도록 형성될 수 있다.
이 경우 발광소자층(10)이 예를 들어 적색 광을 발광하는 적색 발광층, 녹색 광을 발광하는 녹색 발광층, 또는 청색 광을 발광하는 청색 발광층과 같이 색상 별로 크기가 다른 발광 영역을 갖는 경우, 이에 대응되는 각 색상별 렌즈층(30)의 직경도 달라질 수 있다.
렌즈층(30)은 100도 이하에서의 저온 공정으로 형성이 가능한 저온 포토 아크릴(PAC) 물질로 형성될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 렌즈층(30)은 폴리트리아진(Polytriazine) 또는 폴리트리아진(Polytriazine)에 TiO2, ZrO2 및 나노 필러(Nano filler) 중 하나 이상이 추가된 물질을 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서 렌즈층(30)은 볼록 형상을 갖도록 형성되어야 하는데, 노광(Exposure) 공정을 이용하여 형성할 수 있다
렌즈층(30)의 굴절률(n1)은 중간층의 굴절률(ng)보다 크게 설정되어, 렌즈층(30)과 중간층(20)의 계면에서 광이 렌즈층(30)의 내측 방향으로 굴절되도록 할 수 있다. 중간층(20)의 굴절률(ng)은 발광소자층(10)과 렌즈층(30) 사이에 있는 복수의 층들을 모두 포함한 층의 굴절률을 의미한다. 이러한 굴절률의 차이로 인하여 발광 영역에서 출사된 광은 중간층(20)과 렌즈층(30)의 계면에서 1차 굴절이 일어난다.
렌즈층(30) 상에는 렌즈층(30)을 덮도록 중간층(20) 상에 있는 렌즈 보호층(40)이 배치된다. 즉 렌즈층(30)과 렌즈 보호층(40)은 모두 중간층(20)과 접하는 계면을 갖도록 형성되되, 렌즈 보호층(40)이 렌즈층(30)을 덮도록 형성되기 때문에, 렌즈층(30)과 렌즈 보호층(40)이 중첩되는 영역에서는 렌즈층(30)은 중간층(20)과 렌즈 보호층(40) 사이에 배치된다. 따라서 렌즈층(30)과 렌즈 보호층(40)이 중첩되는 영역에서 렌즈층(30)의 하면은 중간층(20)과 접하는 계면을 갖고, 렌즈층(30)의 상면, 즉 렌즈층(30)의 곡면은 렌즈 보호층(40)과 접하는 계면을 갖는다.
렌즈 보호층(40)은 에폭시 수지(Epoxy resin) 또는 아크릴 수지(Acryl　resin)의 치환기에 -OH기 또는 -F기가 추가되거나, 에폭시 수지(Epoxy resin) 또는 아크릴 수지(Acryl　resin)에 나노 중공 실리카가 추가된 물질을 포함할 수 있다.
렌즈층(30)의 굴절률(n1)은 렌즈 보호층(40)의 굴절률(n2)보다 크게 설정되어, 렌즈층(30)과 렌즈층(30)과 렌즈 보호층(40)의 계면에서 각각 광이 굴절되도록 한다. 즉 발광 영역에서 출사된 광은 중간층(20)과 렌즈층(30)의 계면에서 1차 굴절이 되고, 1차 굴절된 광은 렌즈층(30)과 렌즈 보호층(40)의 계면에서 2차 굴절이 된다.
본 발명의 일 실시예의 경우 발광 영역으로부터 출사된 모든 광이 볼록 형상의 렌즈층(30)과 렌즈 보호층(40)의 계면에서 전반사가 발생하지 않도록 하기 위하여 다음과 같은 조건을 만족시키는 표시 장치(100)를 제공한다.
발광 영역의 끝점에서 출사된 광은 렌즈층(30)과 렌즈 보호층(40)의 계면에서 전반사가 발생하지 않는 경우 발광 영역의 모든 지점에서 출사된 모든 광은 렌즈층(30)과 렌즈 보호층(40)의 계면에서 전반사가 발생하지 않는다.
구체적으로 1차 굴절된 광의 렌즈층(30)과 렌즈 보호층(40)의 계면에서의 입사각이 θi일 때,
Figure 112019135574841-pat00002
의 조건을 만족하는 경우 렌즈층(30)과 렌즈 보호층(40)의 계면에서는 전반사가 일어나지 않는다.
즉, 본 발명의 일 실시예의 경우
Figure 112019135574841-pat00003
의 조건을 만족하도록 1차 굴절된 광의 렌즈층(30)과 렌즈 보호층(40)의 계면에서의 입사각(θi)을 조절함으로써 렌즈층(30)과 렌즈 보호층(40)의 계면에서 전반사가 일어나지 않도록 할 수 있다.
n1은 렌즈층(30)의 굴절률(Index Refraction)이고, n2는 렌즈 보호층(40)의 굴절률이다.
상기와 같이 전반사가 일어나지 않는 조건의 식은 다음과 같은 식들을 이용하여 구할 수 있다.
렌즈층(30)의 중점(Origin point of Lens)의 좌표인
Figure 112019135574841-pat00004
을 기준으로 발광소자층(10)의 발광 영역의 끝점(Light emitting area edge point of Pixel)의 좌표는
Figure 112019135574841-pat00005
이고,
Figure 112019135574841-pat00006
에서 출사된 광이 중간층(20)과 렌즈층(30)의 계면에서 1차 굴절되는 지점의 좌표는
Figure 112019135574841-pat00007
이며, 1차 굴절된 광이 렌즈층(30)과 렌즈 보호층(40)의 계면에서 2차 굴절되는 지점의 좌표는
Figure 112019135574841-pat00008
로 정의할 수 있다.
즉, po는 렌즈층(30)의 중점(Origin point of Lens)이고, pp는 발광소자층(10)의 발광 영역의 끝점(Light emitting area edge point of Pixel)이다.
pg는 발광소자층(10)의 발광 영역으로부터 출사된 광이 렌즈층(30)과 중간층(20)의 계면과 만나는 지점이다.
pl은 발광소자층(10)의 발광 영역으로부터 출사된 광이 렌즈층(30)과 중간층(20)의 계면에서 1차 굴절이 일어나고, 1차 굴절이 일어난 광이 렌즈 보호층(40)과 렌즈층(30)의 계면과 만나는 지점으로 정의할 수 있다.
이 경우
Figure 112019135574841-pat00009
이고,
Figure 112019135574841-pat00010
이다.
Figure 112019135574841-pat00011
이고,
Figure 112019135574841-pat00012
이다.
Figure 112019135574841-pat00013
이고,
Figure 112019135574841-pat00014
이다.
θp는
Figure 112019135574841-pat00015
에서 출사된 광의 중간층(20)과 렌즈층(30)의 계면에서의 입사각이다.
입사각이란 광이 한 매질에서 다른 매질의 방향으로 향할 때, 두 매질의 경계면을 만나는데, 경계면을 만나는 점으로부터 만들어지는 경계면에 수직한 법선과 입사하는 광 사이의 각도를 의미한다. 또한 입사각은 광이 표면에서 반사될 때 반사되는 지점에서 표면과 수직을 이루는 선과 입사되는 광 사이의 각도로 표현할 수 있다.
p는 발광소자층(10)의 발광 영역의 길이이고, R은 렌즈층(30)의 곡률 반경(Radius of curvature)이며, S는 렌즈층(30)의 높이이다.
g는 중간층(20)의 높이이며, 발광소자층(10)과 렌즈층(30)간의 간격을 의미하는 것으로 광학 갭(Optical gap)으로 정의될 수 있다.
또한 1차 굴절된 광의 가상의 연장선이 중간층(20)의 하부 계면과 만나는 지점의 좌표는
Figure 112019135574841-pat00016
이고,
Figure 112019135574841-pat00017
는 pg에서 굴절된 광의 가상의 연장선이 중간층(20)의 하부 계면과 만나는 지점으로 정의된다.
이 경우
Figure 112019135574841-pat00018
이며, θi는 pg에서 출사된 광의 입사각이다.
또한
Figure 112019135574841-pat00019
이고,
Figure 112019135574841-pat00020
이며,
Figure 112019135574841-pat00021
이고,
Figure 112019135574841-pat00022
이다.
구체적으로
Figure 112019135574841-pat00023
는 다음과 같이 중간층(20)의 굴절률인 ng와 빛의 속도인 c를 고려한 다음과 같은 식과 식의 정리 과정을 통해서 도출될 수 있다
Figure 112019135574841-pat00024
의 경우
Figure 112019135574841-pat00025
로 정리될 수 있고,
Figure 112019135574841-pat00026
로 정리되는 과정을 통해서 최종적으로
Figure 112019135574841-pat00027
의 식이 도출될 수 있다.
한편, 렌즈층(30)과 렌즈 보호층(40)의 계면에서 2차 굴절되는 광의 굴절각은
Figure 112019135574841-pat00028
로 정의된다. 굴절각은 광이 한 매질에서 다른 매질의 방향으로 향할 때 경계면에서 굴절된 광이 경계면에서의 법선과 이루는 각을 의미한다.
발광소자층(10)의 발광 영역의 끝점에서 특정 각도를 갖고 렌즈층(30)으로 향하는 광은 굴절 또는 전반사가 발생하게 된다.
하지만 본 발명의 일 실시예에 따르면
Figure 112019135574841-pat00029
의 조건을 만족하는 경우 렌즈층(30)의 곡률 계면인 렌즈층(30)과 렌즈 보호층(40)의 계면에서 전반사가 발생하지 않게 된다.
이렇게 발광 영역에서 출사된 광이 렌즈층(30)의 곡률 계면에서 전반사가 일어나지 않도록 렌즈층(30)의 곡률 반경을 조절함으로써 표시 장치(100)의 전반사에 의한 출광 효율 감소를 최소화할 수 있다.
다만, 본 발명에서 의미하는 전반사가 일어나지 않는 조건은 발광 영역의 광이 렌즈층(30)의 곡률 계면에서 전반사가 일어나지 않는 것을 의미하는 것으로, 도 2에서와 같이 발광 영역이 아닌 곳에서 출사된 광은 렌즈층(30)의 곡률 계면에서 전반사(Pc)가 일어날 수도 있다.
즉 본 발명의 경우 발광 영역에서 출사된 광이 렌즈층(30)의 곡률 계면에서 전반사가 일어나지 않도록 렌즈층(30)의 곡률 반경을 조절하기 위한 것인데, 렌즈의 곡률 반경의 변화에 따라 광추출 효율과 집광 효율은 서로 변화될 수 있다.
예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 발광소자층(10)의 발광 영역의 길이(p)보다 렌즈층(30)의 직경(D)를 작게하는 경우 렌즈층(30)의 곡률 반경(R)은 감소하게 되어 렌즈의 광학 파워가 증가하기 때문에 높은 집광 효율을 가질 수 있다. 이 경우 광학 파워는
Figure 112019135574841-pat00030
로 정의되며,
Figure 112019135574841-pat00031
를 통해서 구할 수 있다.
즉 상기의 광학 파워를 구하는 식에서와 같이 광학 파워는 렌즈의 곡률 반경에 반비례하는 것을 알 수 있다.
따라서 도 3에서와 같이 발광소자층(10)의 발광 영역의 길이(p)보다 렌즈층(30)의 직경(D)을 작게하는 경우 렌즈의 광학 파워의 증가로 인하여 집광 효율은 증가하게 되지만, 전체적인 렌즈의 면적이 감소하게 되기 때문에 렌즈층(30)을 통하지 않고 외부로 출사되는 광(Pout)이 다수 발생하게 되어 광추출 효율이 감소하게 된다.
한편 도 4에 도시된 바와 같이 발광소자층(10)의 발광 영역의 길이(p)보다 렌즈층(30)의 직경(D)을 크게 하는 경우 전체적인 렌즈의 면적이 증가하게 되기 때문에 렌즈층(30)을 통하지 않고 외부로 출사되는 광(Pout)이 대폭 감소하게 되어 광추출 효율이 증가하게 된다.
다만 렌즈의 곡률 반경(R)이 증가하게 되어 렌즈의 광학 파워가 감소하기 때문에 집광 효율은 감소하게 될 수 있다.
이에 따라 본 발명의 일 실시예의 경우 발광 영역으로부터 출사된 모든 광이 볼록 형상의 렌즈층(30)과 렌즈 보호층(40)의 계면에서 전반사가 발생하지 않도록 하여 전반사에 의한 출광 효율 감소를 최소화하면서도, 표시 장치(100)의 광추출 효율을 향상시킬 수 있도록 렌즈층(30)의 곡률 반경을 최적화할 수 있다.
즉 본 발명에 따르면 높은 광 추출 효율을 가지면서도 주요 시야각에서 퍼지는 광을 최대한 중앙으로 집광함으로써 중심 휘도를 개선할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 렌즈층(30)의 곡률 반경을 최적화함으로써 광추출 효율을 향상하고 중심 휘도를 개선하면서도 공정이 가능한 렌즈층(30)의 높이를 도출할 수 있다.
표시 장치(100)의 내부에서 전반사되어 손실되는 광을 최소화하기 위해서는 최대한 넓은 직경의 렌즈가 필요하고, 큰 직경의 렌즈를 형성하기 위해서는 렌즈의 높이도 같이 증가하게 되어야 한다. 하지만 공정상 높은 높이를 갖는 렌즈를 형성하는 것은 재료비의 증가, 공정 안정성의 저하 및 볼록 형상의 렌즈 형성의 문제 등의 문제점들이 있어 이를 해결하기가 매우 어렵다.
이에 따라 본 발명의 경우 단순히 광추출 효율을 증가시키기 위하여 렌즈의 크기를 증가시키는 것이 아니라, 렌즈층(30)의 곡률 반경을 최적화함으로써 광추출 효율을 향상하고 중심 휘도를 개선하면서도 공정의 안정성을 고려하여 볼록 형상의 렌즈 형성이 가능한 렌즈층(30)의 높이를 도출할 수 있다.
도 5는 비교예와 실시예에 있어서 시야각에 따른 광의 정규화된 강도(Normalized Intensity)를 측정한 것이다.
비교예의 경우 본 발명과 같은 별도의 렌즈층(30)이 구비되지 않은 것을 기준으로 측정하였고, 실시예의 경우 도 2에서와 같이 렌즈층(30)과 렌즈 보호층(40)의 계면에서 전반사가 발생하지 않도록 한 렌즈층(30)을 구비한 것을 일 실시예로 하여 광추출 효율과 출광 효율을 측정하였다.
도 5의 측정 결과 값에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예의 경우 거의 모든 시야각에서 비교예 대비 광추출 효율이 증가하는 것을 확인할 수 있다.
또한 출광 효율과 관련해서는 광이 중심부에서 강도가 크게 향상되는 것을 확인할 수 있어 정면휘도의 증가에 다른 출광 효율의 증가를 확인할 수 있다.
다만 실시예의 경우 일부 시야각 영역에서는 광추출 효율이 비교예 대비 -3.1% 정도가 감소되기는 하였지만, 중심 시야각 영역에서는 출광 효율이 비교예 대비 +70% 정도가 증가될 정도로 대폭 증가하는 것을 알 수 있어 본 발명에 따르면 중심부의 휘도가 더욱 크게 상승하는 것을 알 수 있다.
도 6 내지 도 8은 렌즈 직경에 따른 휘도 증가율의 변화를 중간층(20)의 높이에 따라 각각 다르게 측정하여 도시한 것이다.
이 경우 발광 영역의 길이는 15㎛이고, 렌즈층(30)의 굴절율(n1)은 1.67이고 렌즈 보호층(40)의 굴절율(n2)는 1.42인 것을 기준으로 측정하였다.
도 6의 경우 중간층(20)의 높이가 8㎛인 것을 기준으로 하였을 때 렌즈의 직경(D) 변화에 따른 휘도 증가율을 도시한 것이다. 도 6에 도시된 바와 같이 렌즈의 직경(D)이 증가할수록 휘도도 같이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 하지만 렌즈의 직경이 일정 수준 이상으로 커지는 경우 렌즈의 광학 파워가 감소하기 때문에 휘도 증가율이 감소하는 것도 같이 확인할 수 있다.
또한 도 6을 통해서 렌즈의 높이가 증가함에 따라 렌즈의 광학파워가 증가하기 때문에 휘도도 증가하는 것을 알 수 있다.
도 7과 도 8은 각각 중간층(20)의 높이가 10㎛이고 15㎛인 경우인 것을 기준으로 하였을 때 렌즈의 직경(D) 변화에 따른 휘도 증가율을 도시한 것으로, 도 6에서와 같이 렌즈의 직경(D)이 증가할수록 휘도도 같이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 하지만 렌즈의 직경이 일정 수준 이상으로 커지는 경우 렌즈의 광학 파워가 감소하기 때문에 휘도 증가율이 감소하는 것도 같이 확인할 수 있다.
또한 도 7과 도 8을 통해서도 렌즈의 높이가 증가함에 따라 렌즈의 광학파워가 증가하기 때문에 휘도도 증가하는 것을 알 수 있다.
즉 본 발명의 경우 렌즈의 직경(D), 렌즈의 높이(S), 중간층(20)의 높이(g) 등과 같은 다양한 조건들의 변화를 통해서 휘도가 가장 높은 조건이 결정되는 것으로, 본 발명은 앞서 설명한 조건들의 제시를 통해서 높은 광 추출 효율을 가지면서도 주요 시야각에서 퍼지는 광을 최대한 중앙으로 집광함으로써 중심 휘도를 개선할 수 있는 표시 장치를 제공할 수 있다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 표시 장치(100)는 표시 패널(110), 스캔 구동부(120), 데이터 구동부(130), 타이밍 콘트롤러(160), 호스트 시스템(170), 터치 구동부(180) 및 터치 좌표 산출부(190)를 포함한다.
본 발명에서는 터치 표시 장치가 유기발광 표시장치(Organic Light Emitting Display, OLED)로 구현되는 것을 일 예로 설명을 하지만 이에 한정되지 않으며, 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display, LCD) 등과 같은 다양한 평판 표시 장치로 구현될 수 있다.
표시 패널(110)은 복수의 화소(P)들이 구비되어 화상을 표시하는 영역인 표시 영역을 포함한다. 표시 패널(110)에는 데이터 라인들(D1∼Dm, m은 2 이상의 양의 정수)과 스캔 라인들(S1∼Sn, n은 2 이상의 양의 정수)이 형성된다. 데이터 라인들(D1∼Dm)은 스캔 라인들(S1∼Sn)과 교차되도록 형성될 수 있다. 스캔 라인은 게이트 라인일 수 있다. 화소(P)들은 스캔 라인들과 데이터 라인들의 교차 구조에 의해 정의되는 영역에 형성될 수 있다.
표시 패널(110)의 화소(P)들 각각은 데이터 라인들(D1∼Dm) 중 어느 하나와 스캔 라인들(S1∼Sn) 중 어느 하나에 접속될 수 있다.
표시 패널(110)의 화소(P)들 각각은 게이트 전극에 인가된 데이터 전압에 따라 드레인-소스간 전류를 조정하는 구동 트랜지스터, 스캔 라인의 스캔신호에 의해 턴-온되어 데이터 라인의 데이터 전압을 구동 트랜지스터의 게이트 전극에 공급하는 스캔 트랜지스터, 구동 트랜지스터의 드레인-소스간 전류에 따라 발광하는 유기 발광 다이오드 및 구동 트랜지스터의 게이트 전극의 전압을 저장하기 위한 커패시터를 포함할 수 있다. 이로 인해, 화소(P)들 각각은 유기 발광 다이오드에 공급되는 전류에 따라 발광할 수 있다.
스캔 구동부(120)는 타이밍 콘트롤러(160)로부터 스캔 제어신호(GCS)를 입력받는다. 스캔 구동부(120)는 스캔 제어신호(GCS)에 따라 스캔 신호들을 스캔 라인들(S1∼Sn)에 공급한다.
스캔 구동부(120)는 표시 패널(110)의 표시 영역의 일측 또는 양측 바깥쪽의 비표시 영역에 GIP(gate driver in panel) 방식으로 형성될 수 있다. 또는 스캔 구동부(120)는 구동 칩으로 제작되어 연성필름에 실장되고 TAB(tape automated bonding) 방식으로 표시 패널(110)의 표시 영역의 일측 또는 양측 바깥쪽의 비표시 영역에 부착될 수도 있다.
데이터 구동부(130)는 타이밍 콘트롤러(160)로부터 디지털 비디오 데이터(DATA)와 데이터 제어신호(DCS)를 입력받는다. 데이터 구동부(130)는 데이터 제어신호(DCS)에 따라 디지털 비디오 데이터(DATA)를 아날로그 정극성/부극성 데이터 전압으로 변환하여 데이터 라인들에 공급한다. 즉, 스캔 구동부(120)의 스캔 신호들에 의해 데이터 전압들이 공급될 화소들이 선택되며, 선택된 화소들에 데이터 전압들이 공급된다.
데이터 구동부(130)는 도 9와 같이 복수의 소스 드라이브 IC(131)들을 포함할 수 있다. 복수의 소스 드라이브 IC(131)들 각각은 COF(chip on film) 또는 COP(chip on plastic) 방식으로 연성필름(140)에 실장될 수 있다. 연성필름(140)은 이방성 도전 필름(antisotropic conducting film)을 이용하여 표시 패널(110)의 비표시 영역에 마련된 패드들 상에 부착되며, 이로 인해 복수의 소스 드라이브 IC(131)들은 패드들에 연결될 수 있다.
회로보드(150)는 연성필름(140)들에 부착될 수 있다. 회로보드(150)는 구동 칩들로 구현된 다수의 회로들이 실장될 수 있다. 예를 들어, 회로보드(150)에는 타이밍 제어부(160)가 실장될 수 있다. 회로보드(150)는 인쇄회로보드(printed circuit board) 또는 연성 인쇄회로보드(flexible printed circuit board)일 수 있다.
타이밍 콘트롤러(160)는 호스트 시스템(170)으로부터 디지털 비디오 데이터(DATA)와 타이밍 신호들을 입력받는다. 타이밍 신호들은 수직동기신호(vertical synchronization signal), 수평동기신호(horizontal synchronization signal), 데이터 인에이블 신호(data enable signal), 도트 클럭(dot clock) 등을 포함할 수 있다. 수직동기신호는 1 프레임 기간을 정의하는 신호이다. 수평동기신호는 표시패널(DIS)의 1 수평 라인의 화소들에 데이터 전압들을 공급하는데 필요한 1 수평기간을 정의하는 신호이다. 데이터 인에이블 신호는 유효한 데이터가 입력되는 기간을 정의하는 신호이다. 도트 클럭은 소정의 짧은 주기로 반복되는 신호이다.
타이밍 콘트롤러(160)는 스캔 구동부(120)와 데이터 구동부(130)의 동작 타이밍을 제어하기 위해, 타이밍 신호들에 기초하여 데이터 구동부(130)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 데이터 제어신호(DCS)와 스캔 구동부(120)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 스캔 제어신호(GCS)를 발생한다. 타이밍 콘트롤러(160)는 스캔 구동부(120)에 스캔 제어신호(GCS)를 출력하고, 데이터 구동부(130)에 디지털 비디오 데이터(DATA)와 데이터 제어신호(DCS)를 출력한다.
호스트 시스템(170)은 네비게이션 시스템, 셋톱박스, DVD 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈 시어터 시스템, 방송 수신기, 폰 시스템(Phone system) 등으로 구현될 수 있다. 호스트 시스템(170)은 스케일러(scaler)를 내장한 SoC(System on chip)을 포함하여 입력 영상의 디지털 비디오 데이터(DATA)를 표시 패널(110)에 표시하기에 적합한 포맷으로 변환한다. 호스트 시스템(170)는 디지털 비디오 데이터(DATA)와 타이밍 신호들을 타이밍 콘트롤러(160)로 전송한다.
표시 패널(110)에는 데이터 라인들(D1∼Dm)과 스캔 라인들(S1∼Sn) 이외에 제1 및 제2 터치 전극들이 형성될 수 있다. 제1 터치 전극들은 제2 터치 전극들과 교차되도록 형성될 수 있다. 제1 터치 전극들은 제1 터치 라인들(T1∼Tj, j는 2 이상의 양의 정수)을 통해 제1 터치 구동부(181)에 연결될 수 있다. 제2 터치 전극들은 제2 터치 라인들(R1∼Ri, i는 2 이상의 양의 정수)을 통해 제2 터치 구동부(182)에 연결될 수 있다. 제1 터치 전극들과 제2 터치 전극들의 교차부들 각각에는 터치 센서가 형성될 수 있다. 본 발명의 실시예에서 터치 센서가 상호 용량(mutual capacitance)으로 구현된 것을 예시하였으나, 이에 한정되지 않는다.
터치 구동부(180)는 제1 터치 라인들(T1∼Tj)을 통해 제1 터치 전극들에 구동펄스를 공급하고 제2 터치 라인들(R1∼Ri)을 통해 터치 센서들 각각의 차지 변화량을 센싱한다. 도 10를 참조하면, 제1 터치 라인들(T1∼Tj)은 구동 펄스를 공급하는 Tx 라인들이고, 제2 터치 라인들(R1∼Ri)은 터치 센서들 각각의 차지 변화량을 센싱하는 Rx 라인들인 것을 일 예로 설명하였다.
터치 구동부(180)는 제1 터치 구동부(181), 제2 터치 구동부(182) 및 터치 콘트롤러(183)를 포함한다. 제1 터치 구동부(181), 제2 터치 구동부(182) 및 터치 콘트롤러(183)는 하나의 ROIC(Read-out IC) 내에 집적될 수 있다.
제1 터치 구동부(181)는 터치 콘트롤러(183)의 제어 하에 구동펄스를 출력할 제1 터치 라인을 선택하고, 선택된 제1 터치 라인에 구동펄스를 공급한다. 예를 들어, 제1 터치 구동부(181)는 제1 터치 라인들(T1∼Tj)에 순차적으로 구동펄스들을 공급할 수 있다.
제2 터치 구동부(182)는 터치 콘트롤러(183)의 제어 하에 터치 센서들의 차지 변화량들을 수신할 제2 터치 라인들을 선택하고, 선택된 제2 터치 라인들을 통해 터치 센서들의 차지 변화량들을 수신한다. 제2 터치 구동부(182)는 제2 터치 라인들(R1∼Ri)을 통해 수신된 터치 센서들의 차지 변화량들을 샘플링하여 디지털 데이터인 터치 로우 데이터(touch raw data, TRD)로 변환한다.
터치 콘트롤러(183)는 제1 터치 구동부(181)에서 구동펄스가 출력될 제1 터치 라인을 설정하기 위한 Tx 셋업 신호와, 제2 터치 구동부(182)에서 터치 센서 전압을 수신할 제2 터치 라인을 설정하기 위한 Rx 셋업 신호를 발생할 수 있다. 또한, 터치 콘트롤러(183)는 제1 터치 구동부(181)와 제2 터치 구동부(182)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 제어신호들을 발생한다.
터치 좌표 산출부(190)는 터치 구동부(180)로부터 터치 로우 데이터(TRD)를 입력받는다. 터치 좌표 산출부(190)는 터치 좌표 산출방법에 따라 터치 좌표(들)를 산출하고, 터치 좌표(들)의 정보를 포함하는 터치 좌표 데이터(HIDxy)를 호스트 시스템(170)으로 출력한다.
터치 좌표 산출부(190)는 MCU(Micro Controller Unit, MCU)로 구현될 수 있다. 호스트 시스템(170)은 터치 좌표 산출부(190)로부터 입력되는 터치 좌표 데이터(HIDxy)를 분석하여 사용자에 의해 터치가 발생한 좌표와 연계된 응용 프로그램(application program)을 실행한다. 호스트 시스템(170)은 실행된 응용 프로그램에 따라 디지털 비디오 데이터(DATA)와 타이밍 신호들을 타이밍 콘트롤러(160)로 전송한다.
터치 구동부(180)는 소스 드라이브 IC(131)들에 포함되거나 또는 별도의 구동 칩으로 제작되어 회로보드(150) 상에 실장될 수 있다. 또한, 터치 좌표 산출부(190)는 구동 칩으로 제작되어 회로보드(150) 상에 실장될 수 있다.
표시 패널(110)은 제1 기판(111), 제2 기판(112), 제1 및 제2 기판들(111, 112) 사이에 배치된 박막 트랜지스터층, 발광소자층, 봉지층 및 터치 센싱층을 포함할 수 있다.
제1 기판(111)은 플라스틱 필름 또는 유리 기판일 수 있다.
제1 기판(111) 상에는 박막 트랜지스터층이 형성될 수 있다. 박막 트랜지스터층은 스캔 라인들, 데이터 라인들, 및 박막 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 박막 트랜지스터들 각각은 게이트 전극, 반도체층, 소스 전극 및 드레인 전극들을 포함한다. 스캔 구동부가 GIP(gate driver in panel) 방식으로 형성되는 경우, 스캔 구동부는 박막 트랜지스터층과 함께 형성될 수 있다.
박막 트랜지스터층 상에는 발광소자층이 형성될 수 있다. 본 발명에서는 발광조사층에 대한 일 예로 발광소자로 유기발광소자를 사용하는 유기발광조사층을 기준으로 설명하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 유기발광소자층은 제1 전극, 유기발광층, 제2 전극 및 뱅크들을 포함한다.
유기발광층들 각각은 정공 수송층(hole transporting layer), 발광층(organic light emitting layer), 및 전자 수송층(electron transporting layer)을 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 전극과 제2 전극에 전압이 인가되면 정공과 전자가 각각 정공 수송층과 전자 수송층을 통해 발광층으로 이동되며, 발광층에서 서로 결합하여 발광하게 된다. 유기발광소자층이 형성된 영역에는 화소들이 마련되므로, 유기발광소자층이 형성된 영역은 표시 영역으로 정의될 수 있다. 표시 영역의 주변 영역은 비표시 영역으로 정의될 수 있다.
유기발광소자층 상에는 봉지층이 형성된다. 봉지층은 유기발광소자층에 산소 또는 수분이 침투되는 것을 방지하는 역할을 한다. 봉지층은 적어도 하나의 유기 봉지막을 포함할 수 있다.
봉지층 상에는 터치 센싱층이 형성된다. 터치 센싱층은 사용자의 터치를 센싱하기 위한 제1 터치 전극들 및 제2 터치 전극들을 포함하고, 제1 터치 전극들을 전기적으로 연결하거나 제2 터치 전극들을 전기적으로 연결하는 브릿지 전극들을 포함할 수 있다.
이하에서는 도 11 내지 도 14를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 표시 장치에 대해서 더욱 구체적으로 설명하도록 한다.
제1 기판(111)은 베이스 기판으로 명명될 수 있으며, 표시 영역(DA)과 비표시 영역(NDA)을 포함한다.
앞서 설명한 바와 같이 제1 기판(111)은 유리 재질의 기판을 사용할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니며, 플렉서블(Flexible) 터치 표시 장치에 적용되는 경우 유연성 성질을 갖는 폴리이미드(Polyimide) 재질과 같은 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
비표시 영역(NDA)은 패드(PAD)들이 형성되는 패드 영역(PA) 및 댐(DAM)을 포함할 수 있다.
이 경우 댐(DAM)은 복수로 형성될 수 있으며, 또한 서로 다른 층에 각각 별도의 댐이 형성될 수도 있다.
도 11에 따른 일 실시예는 서로 다른 층에 각각 2개의 댐(DAM)이 배치된 것을 도시한 것이다. 이 경우 복수의 제1 댐(DAM1)과 복수의 제2 댐(DAM2)은 상하로 서로 중첩되도록 배치되도록 도시하였으나 이에 한정되는 것은 아니며, 표시 영역(DA)과 복수의 제1 댐(DAM1) 사이에 복수의 제2 댐(DAM2)이 배치될 수 있으며, 반대로 표시 영역(DA)과 복수의 제2 댐(DAM2) 사이에 복수의 제1 댐(DAM1)이 배치될 수도 있다.
제1 기판(110)의 표시 영역(DA)에는 박막 트랜지스터층 및 유기발광소자층이 형성된다.
박막 트랜지스터층은 박막 트랜지스터(210)들, 게이트 절연층(220), 층간 절연층(230), 보호층(240) 및 평탄화층(250)을 포함한다.
제1 기판(111)의 일면 상에는 버퍼층(미도시)이 형성될 수 있다. 버퍼층은 투습에 취약한 제1 기판(111)을 통해 침투하는 수분으로부터 박막 트랜지스터(210)들과 유기발광소자(260)들을 보호하기 위해 제1 기판(111)의 일면 상에 형성된다. 제1 기판(111)의 일면은 제2 기판(112)과 마주보는 면일 수 있다.
버퍼층은 교번하여 적층된 복수의 무기물층으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 버퍼층(미도시)은 실리콘 산화막(SiOx), 실리콘 질화막(SiNx), SiON 중 하나 이상의 무기막이 교번하여 적층된 다중층으로 형성될 수 있다.
버퍼층 상에는 박막 트랜지스터(210)가 형성된다. 박막 트랜지스터(210)는 액티브층(211), 게이트 전극(212), 소스전극(213) 및 드레인전극(214)을 포함한다. 본 발명에서는 박막 트랜지스터(210)가 게이트 전극(212)이 액티브층(211)의 상부에 위치하는 상부 게이트(top gate) 방식으로 형성된 것을 예시하였으나, 이에 한정되지 않으며, 하부 게이트(bottom gate) 방식 또는 더블 게이트(double gate) 방식으로 형성될 수도 있다.
버퍼층 상에는 액티브층(211)이 형성된다. 액티브층(211)은 IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide)와 같은 산화물(Oxide) 반도체 물질로 형성될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니며, 저온 폴리 실리콘(Low Temperature Polycrystalline Silicon: LTPS)이나 비정질 실리콘(a-Si)으로 형성될 수도 있다.
버퍼층과 액티브층(211) 사이에는 액티브층(211)으로 입사되는 외부광을 차단하기 위한 차광층이 형성될 수 있다.
액티브층(211) 상에는 액티브층(211)과 게이트 전극(212)을 서로 절연시켜줄 수 있는 게이트 절연층(220)이 형성될 수 있다. 게이트 절연층(220)은 무기물층, 예를 들어 실리콘 산화막(SiOx), 실리콘 질화막(SiNx), 또는 이들의 다중층으로 형성될 수 있다.
게이트 절연층(220) 상에는 게이트 전극(212)과 게이트 라인이 형성될 수 있다. 게이트 전극(212)과 게이트 라인은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 및 구리(Cu) 중 어느 하나 또는 이들의 합금으로 이루어진 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있다.
게이트 전극(212)과 게이트 라인 상에는 층간 절연층(230)이 형성될 수 있다. 층간 절연층(230)은 무기막, 예를 들어 실리콘 산화막(SiOx), 실리콘 질화막(SiNx), 또는 이들의 다중층으로 형성될 수 있다.
층간 절연층(230) 상에는 소스전극(213), 드레인전극(214) 및 데이터 라인이 형성될 수 있다. 소스전극(213)과 드레인 전극(214) 각각은 게이트 절연층(220)과 층간 절연층(230)을 관통하는 컨택홀을 통해 액티브층(211)에 접속될 수 있다. 소스전극(213), 드레인전극(214) 및 데이터 라인은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 및 구리(Cu) 중 어느 하나 또는 이들의 합금으로 이루어진 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있다.
소스전극(213), 드레인전극(214) 및 데이터 라인 상에는 박막 트랜지스터(210)를 절연하기 위한 보호층(240)이 형성될 수 있다. 보호층(240)은 무기막, 예를 들어 실리콘 산화막(SiOx), 실리콘 질화막(SiNx), 또는 이들의 다중막으로 형성될 수 있다.
보호층(240) 상에는 박막 트랜지스터(210)로 인한 단차를 평탄하게 해줄 수 있는 평탄화층(250)이 형성될 수 있다. 평탄화층(250)은 아크릴 수지(Acryl resin), 에폭시 수지(Epoxy resin), 페놀 수지(Phenolic resin), 폴리아미드 수지(Polyamide resin), 폴리이미드 수지(Polyimide resin) 등의 유기막으로 형성될 수 있다.
박막 트랜지스터층 상에는 유기발광소자층이 형성된다. 유기발광소자층은 유기발광소자(260)들과 뱅크층(270)을 포함한다.
즉 표시 영역에는 복수의 발광 소자들이 배치되며, 본 발명에서는 발광 소자는 유기발광소자를 일 예로 하여 설명하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
유기발광소자(260)와 뱅크층(270)은 평탄화층(250) 상에 형성된다. 유기발광소자는 제1 전극(261), 유기발광층(262) 및 제2 전극(263)을 포함한다. 제1 전극(261)은 애노드 전극이고, 제2 전극(263)은 캐소드 전극일 수 있다.
제1 전극(261)은 평탄화층(250) 상에 형성될 수 있다. 제1 전극(261)은 보호층(240)과 평탄화층(250)을 관통하는 컨택홀을 통해 박막 트랜지스터(210)의 소스전극(223)에 접속된다. 제1 전극(261)은 알루미늄과 티타늄의 적층 구조(Ti/Al/Ti), 알루미늄과 ITO의 적층 구조(ITO/Al/ITO), APC 합금, 및 APC 합금과 ITO의 적층 구조(ITO/APC/ITO)과 같은 반사율이 높은 금속물질로 형성될 수 있다. APC 합금은 은(Ag), 팔라듐(Pd), 및 구리(Cu)의 합금이다.
뱅크층(270)은 화소들(P)을 구획하기 위해 평탄화층(250) 상에서 제1 전극(261)의 가장자리를 덮도록 형성될 수 있다. 즉 뱅크층(270)은 화소들(P)을 정의하는 화소 정의막으로서 역할을 한다. 구체적으로 뱅크층(270)은 복수의 개구부(OA)를 갖도록 배치되며, 상기 개구부(OA)는 유기발광소자(260)들의 발광 영역(EA)에 대응된다.
뱅크층(270)은 아크릴 수지(Acryl resin), 에폭시 수지(Epoxy resin), 페놀 수지(Phenolic resin), 폴리아미드 수지(Polyamide resin), 폴리이미드 수지(Polyimide resin) 등의 유기막으로 형성될 수 있다.
제1 전극(261)과 뱅크층(270) 상에는 유기발광층(262)이 형성된다. 유기발광층(262)은 정공 수송층(hole transporting layer), 적어도 하나의 발광층(light emitting layer) 및 전자 수송층(electron transporting layer)을 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 전극(261)과 제2 전극(263)에 전압이 인가되면 정공과 전자가 각각 정공 수송층과 전자 수송층을 통해 발광층으로 이동하게 되며, 발광층에서 서로 결합하여 발광하게 된다.
유기발광층(262)은 백색 광을 발광하는 백색 발광층으로 이루어질 수 있다. 이 경우, 제1 전극(261)과 뱅크층(270)을 덮도록 형성될 수 있다. 이 경우, 유기발광층(262) 상에는 추가적으로 컬러필터(미도시)가 형성될 수 있다.
또한 유기발광층(262)은 적색 광을 발광하는 적색 발광층, 녹색 광을 발광하는 녹색 발광층, 또는 청색 광을 발광하는 청색 발광층으로 이루어질 수 있다. 이 경우, 유기발광층(262)은 제1 전극(261)에 대응되는 영역에 형성될 수 있으며, 별도의 컬러필터가 형성되지 않을 수 있다.
제2 전극(263)은 유기발광층(262) 상에 형성된다. 유기발광표시장치가 상부 발광(top emission) 구조로 형성되는 경우, 제2 전극(263)은 광을 투과시킬 수 있는 ITO, IZO와 같은 투명한 금속물질(TCO, Transparent Conductive Material), 또는 마그네슘(Mg), 은(Ag), 또는 마그네슘(Mg)과 은(Ag)의 합금과 같은 반투과 금속물질(Semi-transmissive Conductive Material)로 형성될 수 있다.
유기발광소자층 상에는 복수의 발광 소자를 덮도록 봉지층(280)이 제1 기판(111)의 표시 영역(DA)은 물론 비표시 영역(NDA)까지 연장되어 형성된다.
봉지층(280)은 유기발광층(262)과 제2 전극(263)에 산소 또는 수분이 침투되는 것을 방지하는 역할을 한다. 이를 위해, 봉지층(280)은 적어도 하나의 무기막과 적어도 하나의 유기막을 포함할 수 있다. 예를 들어, 봉지층(280)은 제1 무기 봉지막(281), 유기 봉지막(282) 및 제2 무기 봉지막(283)을 포함할 수 있다.
제2 전극(263) 상에는 제1 무기 봉지막(281)이 배치될 수 있다. 제1 무기 봉지막(281)은 제2 전극(263)을 덮도록 형성될 수 있다. 제1 무기 봉지막(281) 상에는 유기 봉지막(282)이 배치될 수 있다. 유기 봉지막(282)은 이물들(particles)이 제1 무기 봉지막(281)을 뚫고 유기발광층(262)과 제2 전극(263)에 투입되는 것을 방지하기 위해 충분한 두께로 형성될 수 있다. 유기 봉지막(282) 상에는 제2 무기 봉지막(283)이 배치될 수 있다. 제2 무기 봉지막(283)은 유기 봉지막(282)을 덮도록 형성될 수 있다.
제1 및 제2 무기막들(281, 283) 각각은 실리콘 질화물, 알루미늄 질화물, 지르코늄 질화물, 티타늄 질화물, 하프늄 질화물, 탄탈륨 질화물, 실리콘 산화물, 알루미늄 산화물, 또는 티타늄 산화물로 형성될 수 있다.
유기 봉지막(282)은 아크릴 수지(acryl resin) 또는 에폭시 수지(epoxy resin)를 포함하도록 형성될 수 있으며, 발광 소자와 후술할 렌즈층 사이의 렌즈 초점 거리를 확보하기 위하여 소정의 두꺼운 두께를 갖도록 형성된다.
봉지층(280)은 유기 봉지막(282)을 둘러싸도록 비표시 영역(NDA)에 배치된 폐곡선 형태의 제1 댐(DAM1)을 포함할 수 있다. 이에 따라 흐름성의 성질이 높은 유기 봉지막(282)의 흐름을 차단할 수 있다. 즉 제1 댐(DAM1)은 표시 영역(DA)의 외곽을 둘러싸도록 형성되어 봉지층(280)을 구성하는 유기 봉지막(282)의 흐름을 차단할 수 있다.
따라서 제1 댐(DAM1)은 표시 영역(DA)과 패드 영역(PA) 사이에 배치되어 봉지층(280)을 구성하는 유기 봉지막(282)이 패드 영역(PA)을 침범하지 못하도록 유기 봉지막(282)의 흐름을 차단할 수 있다. 이를 통해 제1 댐(DAM1)은 유기 봉지막(282)이 표시장치의 외부로 노출되거나 패드 영역(PA)을 침범하는 것을 방지할 수 있다.
제1 댐(DAM1)은 하나의 댐으로 형성될 수도 있지만, 복수의 제1 댐(DAM1)을 형성함으로써 유기 봉지막(282)의 흐름을 더욱 효과적으로 차단할 수 있다. 본 발명에서는 도 93에 도시된 바와 같이 2개의 제1 댐(DAM1)이 형성된 것으로 도시하였지만 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 제1 댐(DAM1)은 화소(P)의 평탄화층(250) 또는 뱅크층(270)와 동시에 형성될 수 있으며, 평탄화층(250) 또는 뱅크층(270)과 같은 물질로 이루어질 수 있다.
봉지층(280) 상에는 터치 센싱층이 형성된다. 터치 센싱층은 제1 터치 전극(TE)들과 제2 터치 전극(RE)들을 포함하는 터치 전극(320)들, 브릿지 전극(BE)들, 렌즈층(340), 터치 버퍼층(311) 및 절연층(313)을 포함할 수 있다.
먼저 봉지층(280) 상에는 터치 버퍼층(311)이 형성되며, 표시 영역(DA) 및 비표시 영역(NDA)에서 패드(PAD)가 노출되도록 형성될 수 있다. 터치 버퍼층(311)은 봉지층(280) 하부의 제1 댐(DAM1)을 덮도록 형성될 수 있다.
터치 버퍼층(311)은 터치 버퍼층(311) 상에 형성되는 터치 전극들의 제조 공정시 사용되는 현상액이나 식각액과 같은 약액 또는 외부의 수분 등과 같이 이물이 유기물을 포함하는 발광 소자에 침투되는 것을 차단시킬 수 있다.
터치 버퍼층(311) 상에는 브릿지 전극(BE)들이 형성된다. 브릿지 전극(BE)들은 표시 영역(DA)에 형성되며, 절연층(313) 상에 형성되는 제1 터치 전극(TE)들을 전기적으로 연결시킨다.
제1 터치 전극(TE)들과 제2 터치 전극(RE)들이 서로 교차하는 영역에서 서로 단락되는 것을 방지하기 위해, 도 92에 도시된 바와 같이 제1 방향(y축 방향)으로 서로 인접한 제1 터치 전극(TE)들은 브릿지 전극(BE)을 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 브릿지 전극(BE)은 제1 및 제2 터치 전극들(TE, RE)과 서로 다른 층에 배치되며, 컨택홀(CH)들을 통해 서로 인접한 제1 터치 전극(TE)들에 접속될 수 있다. 브릿지 전극(BE)은 제2 터치 전극(RE)과 교차될 수 있다.
이 경우 컨택홀(CH)들은 절연층(313)을 관통하여 형성될 수 있다. 브릿지 전극(BE)은 절연층(313) 하부에 배치되어 2개의 컨택홀에 의하여 노출된다. 이에 따라 브릿지 전극(BE)은 인접한 2개의 제1 터치 전극(TE)들과 접속된다.
절연층(310)은 브리지 전극(BE)들을 덮도록 터치 버퍼층(311) 상에 형성되어 브리지 전극(BE)들과 제2 터치 전극(RE)들을 절연시킬 수 있다. 또한 절연층(313)은 브리지 전극(BE)들 사이에 배치되어 브리지 전극(BE)들을 서로 절연시킬 수 있다.
절연층(313)은 표시 영역(DA)뿐만 아니라 비표시 영역(NDA)까지 연장되어 형성된다. 절연층(313)은 제1 댐(DAM1) 영역을 덮도록 형성되어 제1 댐(DAM1)에 의한 단차를 감소시킬 수 있다.
이에 따라 봉지층(280) 상에 있는 절연층(313) 상에는 메쉬 형태의 복수의 터치 전극(320)들이 형성된다. 터치 전극(320)은 제1 터치 전극(TE)들 및 제2 터치 전극(RE)들을 포함한다.
제1 터치 전극(TE)들 및 제2 터치 전극(RE)들은 표시 영역(DA)에 형성된다. 제1 터치 전극(TE)들은 제1 방향(y축 방향)으로 배치되어 서로 연결되며, 제2 터치 전극(RE)들은 제2 방향(x축 방향)으로 배치되어 서로 연결된다. 제1 방향(y축 방향)은 스캔 라인들(S1∼Sn)과 나란한 방향이고, 제2 방향(x축 방향)은 데이터 라인들(D1∼Dm)과 나란한 방향일 수 있다. 또는, 제1 방향(y축 방향)은 데이터 라인들(D1∼Dm)과 나란한 방향이고, 제2 방향(x축 방향)은 스캔 라인들(S1∼Sn)과 나란한 방향일 수 있다.
제1 방향(y축 방향)으로 연결된 제1 터치 전극(TE)들 각각은 제2 방향(x축 방향)으로 이웃하는 제1 터치 전극(TE)들과 전기적으로 절연된다. 제2 방향(x축 방향)으로 연결된 제2 터치 전극(RE)들 각각은 제1 방향(y축 방향)으로 이웃하는 제2 터치 전극(RE)들과 전기적으로 절연된다.
이로 인해, 제1 터치 전극(TE)과 제2 터치 전극(RE)의 교차 영역에는 터치 센서에 해당하는 상호 용량(mutual capacitance)이 형성될 수 있다.
터치 전극(320)은 메쉬(Mesh) 형태를 갖도록 패터닝되어 형성될 수 있다. 예를 들어 도 14에 도시된 바와 같이 터치 전극(320)들은 중공의 개구부를 갖도록 메쉬 형태를 가질 수 있다.
터치 전극(320)이 메쉬 형태를 갖도록 형성됨으로써, 하부의 발광 소자(260)들이 터치 전극(320)의 중공의 개구부에 대응될 수 있어 출광 효율을 향상시킬 수 있다.
터치 전극(320)은 하부의 뱅크층(270)에 대응되도록 배치될 수 있다. 뱅크층(270)은 전술한 바와 같이 복수의 개구부를 갖도록 배치되며 상기 개구부는 발광 소자(260)들의 발광 영역(EA)에 대응되는 바, 터치 전극(320)의 개구부도 뱅크층(270)의 개구부에 대응되도록 배치될 수 있다.
따라서 터치 전극(320)은 뱅크층(270)에 대응되도록 뱅크층(270)을 따라 배치될 수 있다. 이와 같이 터치 전극(320)이 뱅크층(270)에 대응되도록 배치됨에 따라, 터치 전극(320)의 개구부도 발광 영역(EA)에 대응되도록 배치될 수 있어, 터치 전극(320)이 발광 영역(EA)과 중첩되어 출광 효율이 감소되는 것을 최소화할 수 있다.
한편 비표시 영역(NDA)에는 터치 패드(PAD)가 있고, 절연층(313) 상에는 터치 패드(PAD)와 터치 전극(320)을 전기적으로 연결하도록 배치된 터치 라우팅 배선(330)이 형성될 수 있다.
이 경우 터치 패드(PAD)는 게이트 전극(212)과 동일한 층에 동일한 물질로 형성될 수 있으며, 터치 라우팅 배선(330)은 터치 전극(320)과 동일한 층에 동일한 물질로 형성될 수 있다.
절연층(313) 상에는 볼록 형상의 복수의 렌즈층(340)이 형성된다. 이 경우 렌즈층(340)은 터치 전극(320) 내측에 배치된다.
예를 들어 도 14에 도시된 바와 같이 메쉬 형태를 갖는 터치 전극(320)은 내부에 개구부를 갖는다. 이 경우 각각의 발광 소자(260)들은 터치 전극(320)의 개구부에 대응되도록 배치될 수 있다.
렌즈층(340)은 발광 소자(260)의 발광 영역(EA)에 대응되도록 배치된다. 구체적으로 발광 소자(260)의 발광 영역(EA)은 적어도 하나 이상의 렌즈층(340)에 대응되도록 배치될 수 있다. 도 14의 경우 하나의 발광 소자(260)의 발광 영역(EA)에 하나의 렌즈층(340)이 대응되는 것을 일 예로 도시하였지만 이에 한정되는 것은 아니며, 하나의 발광 소자(260)의 발광 영역(EA)에 복수의 렌즈층(340)이 대응되도록 배치될 수도 있다.
본 발명의 경우 발광 소자(260)의 발광 영역(EA)에 대응되는 렌즈층(340)을 소정의 두께를 갖는 봉지층(280) 상에 배치하여 발광 소자(260)와 렌즈층(340) 간의 거리를 일정 거리 이격시킬 수 있다. 이렇게 발광 소자(260)와 렌즈층(340) 간의 거리를 일정 거리 이격시킴으로써 발광 소자(260)로부터 발광되는 광의 집광 효율과 출광 효율을 향상시킬 수 있는 렌즈 초점 거리를 확보할 수 있어 휘도 효율을 향상시킬 수 있다.
렌즈층(340)은 터치 전극(320)과 중첩되지 않도록 배치될 수 있다. 발광 소자(260)로부터 출광되는 광 중에서 일정 각도 이상의 광들은 전반사가 일어나게 된다. 이와 같이 전반사가 일어나는 광은 외부로 출광되지 못하고 내부로 다시 반사되어 소멸이 될 수도 있다.
따라서 전반사가 일어나는 각도 이상의 광들은 실질적으로 출광에 기여를 하지 못하는 바, 전반사가 일어나는 각도 이상의 광들이 지나는 영역은 데드존(Dead Zone)이 될 수 있다. 이에 따라 데드존에 대응되도록 터치 전극(320)의 메쉬 형태를 대응시킴으로써 터치 전극(320)의 패턴이 출광되는 광을 방해하지 않을 수 있다.
한편 렌즈층(340)은 발광 소자(260)의 발광 영역(EA)을 덮도록 배치될 수 있다. 렌즈층(340)의 크기가 발광 영역(EA)보다 작은 경우 렌즈층(340)을 통과하는 광이 감소하게 되어 렌즈층(340)의 집광 효율과 출광 효율이 감소하게 된다.
또한 렌즈층(340)의 크기를 발광 영역(EA) 대비 매우 크게 형성하는 경우, 렌즈층(340)의 곡률 반경이 커지게 됨에 따라 렌즈의 파워가 감소하게 되어 집광 효율이 감소하게 된다.
따라서 렌즈층(340)은 곡률 반경을 작게 함으로써 파워를 증가시키되, 발광 영역(EA)으로부터 출광되는 광들이 렌즈층(340)을 통과하여 집광 효율을 최대화할 수 있는 크기로 형성되는 것이 바람직하다. 즉 렌즈층(340)은 전술한 데드존과 중첩되지 않도록 형성되는 것이 바람직하며, 이에 따라 렌즈층(340)은 터치 전극(320)과 중첩되지 않도록 배치됨으로써 최대의 파워와 함께 집광 효율을 최대화할 수 있다.
렌즈층(340)은 100도 이하에서의 저온 공정으로 형성이 가능한 저온 포토 아크릴(PAC) 물질로 형성될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 렌즈층(340)은 폴리트리아진(Polytriazine) 또는 폴리트리아진(Polytriazine)에 TiO2, ZrO2 및 나노 필러(Nano filler) 중 하나 이상이 추가된 물질을 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서 렌즈층(340)은 볼록 형상을 갖도록 형성되어야 하는데, 노광(Exposure) 공정을 이용하여 형성할 수 있다.
렌즈층(340)의 하부에는 발광 소자(260)가 있는데, 렌즈층(340)을 형성하는 공정이 고온으로 진행이 되는 경우 하부의 발광 소자(260)가 고온에 의해서 손상이 될 수 있다. 이에 따라 본 발명의 렌즈층(340)은 100도 이하에서의 저온 공정으로 형성이 가능한 물질을 포함하여 저온 공정에서 형성함으로써 렌즈층(340)을 형성하는 공정에서 발생될 수 있는 발광 소자(260)의 손상을 최소화할 수 있다.
한편 종래의 경우 터치 전극(320) 상에 평탄화층을 형성하는 경우 평탄화층을 형성하기 위하여 노광 공정을 이용한 패터닝 공정을 진행하였다.
본 발명의 경우 종래 대비 렌즈층(340)이 추가되기는 하지만 렌즈층(340)의 볼록 형상을 형성하기 위하여 별도의 마스크 공정이 추가적으로 필요한 것이 아니라, 종래의 평탄화층의 패터닝 공정에서 사용하는 노광 공정을 그대로 이용할 수 있는 바 렌즈층(340)을 형성하기 위한 별도의 마스크 공정의 추가가 필요하지 않다.
따라서 본 발명의 경우 종래 공정 대비 별도의 마스크 공정을 추가하지 않고도 렌즈층(340)을 형성할 수 있어, 공정의 효율을 저해하지 않으면서도 휘도 효율을 향상시킬 수 있다.
렌즈층(340)은 다음과 같은 공정을 통해서 형성될 수 있다. 먼저 봉지층(280) 상에 절연층(313)을 덮도록 렌즈막을 코팅한다. 이 경우 렌즈막은 전술한 바와 같이 저온 공정이 가능하도록 폴리트리아진(Polytriazine) 또는 폴리트리아진(Polytriazine)에 TiO2, ZrO2 및 나노 필러(Nano filler) 중 하나 이상이 추가된 물질을 포함할 수 있다.
렌즈막을 코팅한 후에 가장자리부를 제거하는 EBR(Edge Bead Removal) 공정을 진행하고, 렌즈막에 있는 용제(solvent)를 제거하는 프리 베이크(pre-bake) 공정을 진행하고, 마스크의 패턴을 렌즈막에 노광시켜서 광을 받은 렌즈막이 광반응을 일으키도록 하는 노광(Exposure) 공정을 진행한다.
그리고 현상(Develop) 공정, 린스(Rinse) 공정을 거쳐 후노광과 경화(Cure) 공정 등을 진행하여 렌즈층(340)을 형성할 수 있다.
렌즈층(340) 상에는 렌즈층(340)을 덮도록 렌즈 보호층(350)이 배치된다. 이 경우 렌즈 보호층(350)의 굴절율은 렌즈층(340)의 굴절율보다 낮게 형성함으로써, 렌즈층(340)의 계면에서 굴절률 차이에 의한 광의 집광 효율과 출광 효율을 더욱 증가시킬 수 있다.
예를 들어 렌즈층(340)은 1.5 ∼ 1.8의 굴절률을 가질 수 있고, 렌즈 보호층(350)은 1.3 ∼ 1.55의 굴절률을 가질 수 있되, 이 경우 렌즈 보호층(350)의 굴절율이 렌즈층(340)의 굴절율보다 낮으며 가능한 굴절률 차이가 크도록 설정하는 것이 바람직하다.
이 경우 렌즈 보호층(350)은 에폭시 수지(Epoxy resin) 또는 아크릴 수지(Acryl　resin)의 치환기에 -OH기 또는 -F기가 추가되거나, 에폭시 수지(Epoxy resin) 또는 아크릴 수지(Acryl　resin)에 나노 중공 실리카가 추가된 물질을 포함할 수 있다. 즉 렌즈 보호층(350)은 에폭시 수지(Epoxy resin) 또는 아크릴 수지(Acryl resin)를 포함하는 봉지층(280)의 유기 봉지막(282)과 비교하였을 때 치환기에 특정기를 추가하거나 추가적인 물질을 포함함으로써 굴절율을 더욱 감소시킬 수 있다.
따라서 유기 봉지막(282)의 굴절률은 렌즈층(340)의 굴절률보다 낮으며, 렌즈 보호층(350)의 굴절률은 유기 봉지막(282)의 굴절률보다 낮을 수 있다.
한편 렌즈 보호층(350)은 유기 봉지막(282)과 같이 흐름성이 높은 물질로 형성되기 때문에 잉크젯 프린팅(Ink Jet Printing) 방식을 이용하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 렌즈 보호층(350)은 잉크젯 프린팅 방식으로 형성한 후에 UV 경화를 진행하고 포스트 베이크(Post Bake) 공정을 진행하여 형성할 수 있다.
따라서 흐름성의 성질이 높은 렌즈 보호층(350)이 흐르는 것을 막기 위하여 렌즈 보호층(350)을 둘러싸는 폐곡선 형태의 제2 댐(DAM2)이 형성될 수 있다. 즉 제2 댐(DAM2)은 표시 영역(DA)의 외곽을 둘러싸도록 형성되어 렌즈 보호층(350)의 흐름을 차단할 수 있다.
따라서 제2 댐(DAM2)은 표시 영역(DA)과 패드 영역 사이에 배치되어 렌즈 보호층(350)이 패드 영역을 침범하지 못하도록 렌즈 보호층(350)의 흐름을 차단할 수 있다. 이를 통해 제2 댐(DAM2)은 렌즈 보호층(350)이 표시장치의 외부로 노출되거나 패드 영역을 침범하는 것을 방지할 수 있다.
제2 댐(DAM2)은 하나의 댐으로 형성될 수도 있지만, 복수의 제2 댐(DAM2)을 형성함으로써 렌즈 보호층(350)의 흐름을 더욱 효과적으로 차단할 수 있다. 본 발명에서는 도 93에 도시된 바와 같이 2개의 제2 댐(DAM2)이 형성된 것으로 도시하였지만 이에 한정되는 것은 아니다.
구체적으로 제2 댐(DAM2)은 렌즈 보호층(350)을 둘러싸도록 비표시 영역(NDA)에 형성될 수 있으며, 터치 라우팅 배선(330) 상에 형성될 수 있다. 따라서 제1 댐(DAM1)과 제2 댐(DAM2) 사이에는 터치 라우팅 배선(330)이 형성될 수 있다. 이 경우 제1 댐(DAM1)과 제2 댐(DAM2)은 도 11에서와 같이 복수의 댐들이 서로 교번하여 배치될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 댐(DAM1)과 제2 댐(DAM2)이 서로 중첩되도록 배치될 수 있고, 제1 댐(DAM1)과 표시 영역(DA) 사이에 제2 댐(DAM2)이 배치될 수 있으며, 제2 댐(DAM2)과 표시 영역(DA) 사이에 제1 댐(DAM1)이 배치될 수도 있다.
렌즈 보호층(350) 상에는 편광층(400)이 배치될 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 발광소자층, 발광소자층 상에 있는 중간층, 발광소자층에 대응되어 중간층 상에 있는 볼록 형상의 렌즈층 및 렌즈층을 덮도록 중간층 상에 있는 렌즈 보호층을 포함한다. 이 경우 발광소자층의 발광 영역으로부터 출사된 광은 렌즈층과 렌즈 보호층의 계면에서 전반사가 발생하지 않는다.
발광 영역의 끝점에서 출사된 광은 렌즈층과 렌즈 보호층의 계면에서 전반사가 발생하지 않는다.
발광소자층은 렌즈층의 내측에 위치하고, 렌즈층의 직경(D)은 발광 영역의 길이(d)보다 길다.
렌즈층의 굴절률은 렌즈 보호층과 중간층의 굴절률보다 크다.
중간층은 적어도 하나의 유기물층과 적어도 하나의 무기물층을 포함할 수 있다.
발광 영역에서 출사된 광은 중간층과 렌즈층의 계면에서 1차 굴절이 되고, 1차 굴절된 광은 렌즈층과 렌즈 보호층의 계면에서 2차 굴절이 되며, 1차 굴절된 광의 렌즈층과 렌즈 보호층의 계면에서의 입사각은 θi이고,
Figure 112019135574841-pat00032
인 경우 전반사가 일어나지 않는다. 단, n1은 렌즈층의 굴절률이고, n2는 렌즈 보호층의 굴절률이다.
렌즈층의 중점의 좌표인
Figure 112019135574841-pat00033
을 기준으로 발광 영역의 끝점의 좌표는
Figure 112019135574841-pat00034
이고,
Figure 112019135574841-pat00035
에서 출사된 광이 중간층과 렌즈층의 계면에서 1차 굴절되는 지점의 좌표는
Figure 112019135574841-pat00036
이며, 1차 굴절된 광이 렌즈층과 렌즈 보호층의 계면에서 2차 굴절되는 지점의 좌표는
Figure 112019135574841-pat00037
이다.
단,
Figure 112019135574841-pat00038
이고,
Figure 112019135574841-pat00039
이며,
Figure 112019135574841-pat00040
이고,
Figure 112019135574841-pat00041
이며,
Figure 112019135574841-pat00042
이고,
Figure 112019135574841-pat00043
이며, θp는
Figure 112019135574841-pat00044
에서 출사된 광의 상기 중간층과 상기 렌즈층의 계면에서의 입사각이고, p는 발광 영역의 길이이며, R은 렌즈층의 곡률 반경이고, S는 렌즈층의 높이이며, g는 중간층의 높이이다.
1차 굴절된 광의 가상의 연장선이 중간층의 하부 계면과 만나는 지점의 좌표는
Figure 112019135574841-pat00045
이고,
Figure 112019135574841-pat00046
이며,
Figure 112019135574841-pat00047
이고,
Figure 112019135574841-pat00048
이며,
Figure 112019135574841-pat00049
이고,
Figure 112019135574841-pat00050
이다.
렌즈층과 렌즈 보호층의 계면에서 2차 굴절되는 광의 굴절각인
Figure 112019135574841-pat00051
이다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 표시 장치는 표시 영역과 비표시 영역을 포함하는 베이스 기판, 표시 영역에 배치된 복수의 발광소자층, 복수의 발광소자층을 덮도록 배치된 중간층, 중간층 상에 배치된 복수의 메쉬 형태의 터치 전극, 중간층 상에 배치되되, 터치 전극 내측에 배치된 볼록 형상의 복수의 렌즈층 및 렌즈층을 덮도록 중간층 상에 있는 렌즈 보호층을 포함하고, 발광소자층의 발광 영역으로부터 출사된 광은 렌즈층과 렌즈 보호층의 계면에서 전반사가 발생하지 않는다.
발광 영역의 끝점에서 출사된 광은 렌즈층과 렌즈 보호층의 계면에서 전반사가 발생하지 않으며, 발광소자층은 렌즈층의 내측에 위치하고, 렌즈층의 직경(D)은 발광 영역의 길이(p)보다 길다..
렌즈층의 굴절률은 렌즈 보호층과 중간층의 굴절률보다 크다.
중간층은 적어도 하나의 유기물층과 적어도 하나의 무기물층을 포함할 수 있다.
발광 영역에서 출사된 광은 중간층과 렌즈층의 계면에서 1차 굴절이 되고, 1차 굴절된 광은 렌즈층과 렌즈 보호층의 계면에서 2차 굴절이 되며, 1차 굴절된 광의 렌즈층과 렌즈 보호층의 계면에서의 입사각은 θi이고,
Figure 112019135574841-pat00052
인 경우 전반사가 일어나지 않는다. 단, n1은 렌즈층의 굴절률이고, n2는 렌즈 보호층의 굴절률이다.
터치 표시 장치는 중간층의 하부에 배치되되, 복수의 개구부를 갖는 뱅크층을 더 포함하고, 터치 전극은 뱅크층에 대응되도록 배치될 수 있다.
렌즈층은 폴리트리아진(Polytriazine) 또는 폴리트리아진(Polytriazine)에 TiO2, ZrO2 및 나노 필러(Nano filler) 중 하나 이상이 추가된 물질을 포함하고, 렌즈 보호층은 에폭시 수지(Epoxy resin) 또는 아크릴 수지(Acryl　resin)의 치환기에 -OH기 또는 -F기가 추가되거나, 에폭시 수지(Epoxy resin) 또는 아크릴 수지(Acryl　resin)에 나노 중공 실리카가 추가된 물질을 포함할 수 있다.
중간층은 봉지층을 포함하고, 봉지층은 적어도 하나의 유기 봉지막과 유기 봉지막을 둘러싸도록 비표시 영역에 배치된 제1 댐을 포함할 수 있다.
유기 봉지막은 에폭시 수지(Epoxy resin) 또는 아크릴 수지(Acryl　resin)를 포함할 수 있다.
또한 터치 표시 장치는 렌즈 보호층을 둘러싸도록 비표시 영역에 배치된 제2 댐을 더 포함할 수 있다.
비표시 영역에는 터치 패드가 있고, 봉지층 상에는 터치 패드와 터치 전극을 전기적으로 연결하도록 봉지층을 따라 배치된 터치 라우팅 배선이 있으며, 터치 라우팅 배선은 제1 댐과 제2 댐 사이에 배치될 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.
10: 발광소자층 20: 중간층
30: 렌즈층 40: 렌즈 보호층
100: 터치 표시 장치 110: 표시 패널
111: 제1 기판 112: 제2 기판
120: 스캔 구동부 130: 데이터 구동부
131: 소스 드라이브 IC 140: 연성필름
150: 회로보드 160: 타이밍 콘트롤러
170: 호스트 시스템 180: 터치 구동부
181: 제1 터치 구동부 182: 제2 터치 구동부
183: 터치 콘트롤러 190: 터치 좌표 산출부
210: 박막 트랜지스터 211: 액티브층
212: 게이트 전극 213: 소스전극
214: 드레인전극 220: 게이트 절연층
230: 층간 절연층 240: 보호층
250: 평탄화층 260: 유기발광소자
261: 제1 전극 262: 유기발광층
263: 제2 전극 270: 뱅크층
280: 봉지층 281: 제1 무기 봉지막
282: 유기 봉지막 283: 제2 무기 봉지막
311: 터치 버퍼층 313: 절연층
320: 터치 전극 330: 터치 라우팅 배선
340: 렌즈층 350: 렌즈 보호층
400: 편광층

Claims (22)

  1. 발광소자층;
    상기 발광소자층 상에 있는 중간층;
    상기 발광소자층에 대응되어 상기 중간층 상에 있는 볼록 형상의 렌즈층; 및
    상기 렌즈층을 덮도록 상기 중간층 상에 있는 렌즈 보호층; 을 포함하고,
    상기 발광소자층의 발광 영역으로부터 출사된 광은 상기 렌즈층과 상기 렌즈 보호층의 계면에서 전반사가 발생하지 않으며,
    상기 발광 영역에서 출사된 광은 상기 중간층과 상기 렌즈층의 계면에서 1차 굴절이 되고, 상기 1차 굴절된 광은 상기 렌즈층과 상기 렌즈 보호층의 계면에서 2차 굴절이 되며,
    상기 1차 굴절된 광의 상기 렌즈층과 상기 렌즈 보호층의 계면에서의 입사각은 θi이고,
    상기
    Figure 112021025009395-pat00088
    인 경우 전반사가 일어나지 않으며,
    상기 렌즈층의 중점의 좌표인
    Figure 112021025009395-pat00089
    을 기준으로 상기 발광 영역의 끝점의 좌표는
    Figure 112021025009395-pat00090
    이고,
    상기
    Figure 112021025009395-pat00091
    에서 출사된 광이 상기 중간층과 상기 렌즈층의 계면에서 1차 굴절되는 지점의 좌표는
    Figure 112021025009395-pat00092
    이며,
    상기 1차 굴절된 광이 상기 렌즈층과 상기 렌즈 보호층의 계면에서 2차 굴절되는 지점의 좌표는
    Figure 112021025009395-pat00093
    인 표시 장치.
    (단, n1은 상기 렌즈층의 굴절률이고, n2는 상기 렌즈 보호층의 굴절률이며, 상기
    Figure 112021025009395-pat00094
    이고, 상기
    Figure 112021025009395-pat00095
    이며, 상기
    Figure 112021025009395-pat00096
    이고, 상기
    Figure 112021025009395-pat00097
    이며, 상기
    Figure 112021025009395-pat00098
    이고, 상기
    Figure 112021025009395-pat00099
    이며, 상기 θp는
    Figure 112021025009395-pat00100
    에서 출사된 광의 상기 중간층과 상기 렌즈층의 계면에서의 입사각이고, 상기 p는 상기 발광 영역의 길이이며, 상기 R은 상기 렌즈층의 곡률 반경이고, 상기 S는 상기 렌즈층의 높이이며, 상기 g는 상기 중간층의 높이이다.)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발광 영역의 끝점에서 출사된 광은 상기 렌즈층과 상기 렌즈 보호층의 계면에서 전반사가 발생하지 않는 표시 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 발광소자층은 상기 렌즈층의 내측에 위치하고,
    상기 렌즈층의 직경(D)은 상기 발광 영역의 길이(d)보다 긴 표시 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈층의 굴절률은 상기 렌즈 보호층과 상기 중간층의 굴절률보다 큰 표시 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 중간층은 적어도 하나의 유기물층과 적어도 하나의 무기물층을 포함하는 표시 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 1차 굴절된 광의 가상의 연장선이 상기 중간층의 하부 계면과 만나는 지점의 좌표는
    Figure 112021025009395-pat00101
    이고,
    상기
    Figure 112021025009395-pat00102
    이며,
    상기
    Figure 112021025009395-pat00103
    이고,
    상기
    Figure 112021025009395-pat00104
    이며,
    상기
    Figure 112021025009395-pat00105
    이고,
    Figure 112021025009395-pat00106
    인 표시 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 렌즈층과 상기 렌즈 보호층의 계면에서 2차 굴절되는 광의 굴절각인
    Figure 112021025009395-pat00107
    인 표시 장치.
  10. 표시 영역과 비표시 영역을 포함하는 베이스 기판;
    상기 표시 영역에 배치된 복수의 발광소자층;
    상기 복수의 발광소자층을 덮도록 배치된 중간층;
    상기 중간층 상에 배치된 복수의 메쉬 형태의 터치 전극;
    상기 중간층 상에 배치되되, 상기 터치 전극 내측에 배치된 볼록 형상의 복수의 렌즈층;
    상기 렌즈층을 덮도록 상기 중간층 상에 있는 렌즈 보호층; 및
    상기 렌즈 보호층을 둘러싸도록 상기 비표시 영역에 배치된 제2 댐을 포함하고,
    상기 발광소자층의 발광 영역으로부터 출사된 광은 상기 렌즈층과 상기 렌즈 보호층의 계면에서 전반사가 발생하지 않으며,
    상기 중간층은 봉지층을 포함하고,
    상기 봉지층은 적어도 하나의 유기 봉지막과 상기 유기 봉지막을 둘러싸도록 상기 비표시 영역에 배치된 제1 댐을 포함하며,
    상기 제1 댐과 상기 제2 댐은 서로 다른 층에 배치된 터치 표시 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 발광 영역의 끝점에서 출사된 광은 상기 렌즈층과 상기 렌즈 보호층의 계면에서 전반사가 발생하지 않는 터치 표시 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 발광소자층은 상기 렌즈층의 내측에 위치하고,
    상기 렌즈층의 직경(D)은 상기 발광 영역의 길이(p)보다 긴 터치 표시 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 렌즈층의 굴절률은 상기 렌즈 보호층과 상기 중간층의 굴절률보다 큰 터치 표시 장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 중간층은 적어도 하나의 유기물층과 적어도 하나의 무기물층을 포함하는 터치 표시 장치.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 발광 영역에서 출사된 광은 상기 중간층과 상기 렌즈층의 계면에서 1차 굴절이 되고, 상기 1차 굴절된 광은 상기 렌즈층과 상기 렌즈 보호층의 계면에서 2차 굴절이 되며,
    상기 1차 굴절된 광의 상기 렌즈층과 상기 렌즈 보호층의 계면에서의 입사각은 θi이고,
    상기
    Figure 112021025009395-pat00108
    인 경우 전반사가 일어나지 않는 터치 표시 장치.
    (단, n1은 상기 렌즈층의 굴절률이고, n2는 상기 렌즈 보호층의 굴절률이다.)
  16. 제10항에 있어서,
    상기 중간층의 하부에 배치되되, 복수의 개구부를 갖는 뱅크층을 더 포함하고,
    상기 터치 전극은 상기 뱅크층에 대응되도록 배치된 터치 표시 장치.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 렌즈층은 폴리트리아진(Polytriazine) 또는 폴리트리아진(Polytriazine)에 TiO2, ZrO2 및 나노 필러(Nano filler) 중 하나 이상이 추가된 물질을 포함하는 터치 표시 장치.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 렌즈 보호층은 에폭시 수지(Epoxy resin) 또는 아크릴 수지(Acryl　resin)의 치환기에 -OH기 또는 -F기가 추가되거나, 에폭시 수지(Epoxy resin) 또는 아크릴 수지(Acryl　resin)에 나노 중공 실리카가 추가된 물질을 포함하는 터치 표시 장치.
  19. 삭제
  20. 제10항에 있어서,
    상기 유기 봉지막은 에폭시 수지(Epoxy resin) 또는 아크릴 수지(Acryl　resin)를 포함하는 터치 표시 장치.
  21. 삭제
  22. 제10항에 있어서,
    상기 비표시 영역에는 터치 패드가 있고,
    상기 봉지층 상에는 상기 터치 패드와 상기 터치 전극을 전기적으로 연결하도록 상기 봉지층을 따라 배치된 터치 라우팅 배선이 있으며,
    상기 터치 라우팅 배선은 상기 제1 댐과 상기 제2 댐 사이에 배치된 터치 표시 장치.
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