KR102275404B1

KR102275404B1 - 흡광투과필름 및 이를 포함하는 디스플레이 장치

Info

Publication number: KR102275404B1
Application number: KR1020190093730A
Authority: KR
Inventors: 황장환
Original assignee: 황장환
Priority date: 2018-08-03
Filing date: 2019-08-01
Publication date: 2021-07-09
Also published as: KR20200015412A

Abstract

외부광을 흡수하고 화소에서 발생된 광을 외부로 원활히 출력하는 디스플레이 소자 및 이에 사용되는 흡광투과필름이 개시된다. 상기 디스플레이 소자는 전극층, 상기 전극층 위에 형성되며 화소들을 포함하는 화소층, 상기 화소층을 보호하는 상부 기재층 및 상기 상부 기재층 위에 형성되는 흡광투과층을 포함한다. 여기서, 상기 흡광투광층은 외부에서 입사되어 상기 전극층에서 반사되는 외부광을 흡수한다.

Description

흡광투과필름 및 이를 포함하는 디스플레이 장치{LIGHT ABSORPTION-TRANSMISSION FILM AND DISPLAY DEVICE INCLUDING THE SAME}

본 발명은 흡광 및 투과층을 가지는 흡광투과 필름 및 이를 포함하는 디스플레이 소자에 관한 것이다.

일반적으로, OLED 디스플레이 소자는 외부광이 내부에서 반사되어 외부로 다시 출력되는 것을 방지하기 위하여 도 1에 도시된 바와 같은 원형편광필름을 사용한다.

이러한 원형편광필름을 사용하는 경우, 소자의 내부로 입사된 외부광(P파 50%, S파 50%)은 상기 편광필름에 의해 약 50%(P파)의 광선이 입사된 후 위상지연필름(λ/4)에 의해 위상이 변경되어 다시 편광판에 의해 흡수되지만, 화소에서 출사된 표시광의 50% 미만만 외부로 출력되기 때문에 휘도가 저하되는 문제점이 있다. 따라서, 상기 기존의 원형편광판을 사용하는 OLED 디스플레이의 시인성을 높이기 위해서는 발광 휘도를 높일 필요가 있으며, 그 결과 디스플레이 장치의 소비 전력이 증가하고 이로 인해 발광 소자에 인가되는 전압의 상승되어 OLED 디스플레이 소자의 수명이 단축되는 단점이 있다.

KR

10-1912585

B

본 발명은 외부 입사광에 의한 소자의 부식, 효율 저하를 방지하기 위한 것으로서, 태양광과 같은 외부광선을 흡수하고 화소에서 발생된 출사광을 외부로 원활히 출력하는 흡광투과필름 및 이를 포함하는 디스플레이 소자를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 소자는 전극층; 상기 전극층 위에 형성되며 화소들을 포함하는 화소층; 상기 화소층을 보호하는 상부 기재층; 및 상기 상부 기재층 위에 형성되는 흡광투과층을 포함한다. 여기서, 상기 흡광투광층은 외부에서 입사되어 상기 전극층에서 반사되는 외부광을 흡수한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 소자에 사용되는 흡광투과필름은 상기 디스플레이 소자의 내부에서 반사된 외부광을 흡수하는 흡광부; 및 화소들로부터 출력된 내부광을 외부로 출력시키는 투광부를 포함한다. 여기서, 상기 흡광부는 상기 투광부에 형성된 홈에 배치된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 소자에 사용되는 흡광투과필름을 제조하는 방법은 필름층을 형성하는 단계; 상기 필름층에 홈을 형성하는 단계; 및 상기 홈에 광을 흡수하는 물질로 이루어진 흡광 물질을 채우는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 흡광 물질에 의해 형성되는 흡광부는 상기 디스플레이 소자의 내부에서 반사된 외부광을 흡수한다.

본 발명에 따른 디스플레이 소자에 사용되는 흡광투과필름은 전극층에서 반사된 외부광을 흡수하면서 전극층에서 발생된 대부분의 광을 외부로 출력시키며, 그 결과 명암비가 향상되어 소비 전력이 감소하고 디스플레이 소자의 수명이 증가할 수 있다.

도 1은 원형편광필름 및 그 효과를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 OLED 디스플레이 소자의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 흡광투과층의 구조 및 동작을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 흡광투과층의 상면 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5 내지 도 8은 흡광도에 따른 실험 결과를 도시한 도면들이다.
도 9는 흡광부와 수지부의 면적 설계를 위한 도면이다.

본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

본 발명은 디스플레이 소자에 사용되는 흡광투과층, 예를 들어 흡광투과필름에 관한 것으로서, 상기 흡광투과필름은 내부로부터 출력된 광의 대부분을 외부로 출력시키고 외부로부터 입사된 외부광은 흡수하여 외부로 출력되지 않도록 한다. 결과적으로, 상기 디스플레이 소자의 명암비가 향상되고 소비 전력이 감소하며 수명이 향상될 수 있다.

이하, 본 발명의 다양한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상술하겠다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 소자의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 실시예의 디스플레이 소자는 순차적으로 배열된 하부 기재층(예를 들어 기판, 200), 전극이 배열된 전극층(202), 화소층(204), 상부 기재층(206) 및 흡광투과층(208)을 포함할 수 있다.

즉, 본 실시예의 디스플레이 소자는 편광 필름을 사용하는 종래 기술과 달리 편광 필름을 사용하지 않으며 흡광투과층(208)을 사용한다. 여기서, 흡광투과층(208)은 필름으로 구현될 수 있다.

하부 기재층(200), 전극층(202), 화소층(204) 및 상부 기재층(206)은 기존 디스플레이 소자에도 사용되는 구성요소들이므로, 이하 설명을 생략한다.

이하, 흡광투과층(208)이 OLED에 적용되는 것으로 주로 하여 상술하지만, OLED 외에도 다양한 디스플레이에 적용될 수 있다. 또한, 흡광투과층(208)은 모바일용 디스플레이 소자에 사용될 수도 있고 TV용 디스플레이 소자에도 사용될 수도 있다.

이하, 흡광투과층(208)의 구조 및 동작에 대하여 첨부된 도면들을 참조하여 자세히 살펴보겠다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 흡광투과층의 구조 및 동작을 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 흡광투과층의 상면 구조를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 5 내지 도 8은 흡광도에 따른 실험 결과를 도시한 도면들이다.

도 3을 참조하면, 본 실시예의 흡광투과층(208)은 투명한 수지부(투광부, 310) 및 광을 흡수하는 적어도 하나의 흡광부(312)를 포함한다.

일 실시예에 따르면, 복수의 흡광부들(312)이 수지부(310)의 상단 홈들에 배치될 수 있다. 공정 측면에서 살펴보면, 상면이 평평한 수지층(필름층)이 형성되고, 상기 수지층의 상단에 복수의 홈들이 형성되며, 상기 홈들로 흡광 물질이 채워짐에 따라 수지부(310) 및 흡광부들(312)이 형성될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 수지부(310)는 우레탄아크릴레이트를 포함하는 수지로 이루어지고, 흡광부(312)는 광을 흡수하는 카본 블랙, 블랙염료 또는 이색성 염료로 이루어질 수 있다. 수지부(310)가 우레탄아크릴레이트를 포함하는 수지로 이루어지므로, 흡광투과층(208)은 플레서블, 폴더블 특성을 가질 수 있다.

다만, 수지부(310)가 투명한 물질로 이루어지고 흡광부(312)가 광을 흡수할 수 있는 한, 수지부(310) 및 흡광부(312)를 이루는 물질을 다양하게 변형될 수 있다. 물론, 최근 추세에 따라 플렉서블한 특성을 주기 위하여 플렉서블이 가능한 물질, 예를 들어 우레탄아크릴레이트 계열 수지로 수지부(310)를 형성하는 것이 효율적이다.

이러한 흡광투과층(208)의 동작을 도 3을 참조하여 살펴보면, 외부에서 입사된 외부광은 화소들(300) 사이의 공간(예를 들어, 빈 공간임)으로 입사되며, 상기 입사된 외부광은 금속으로 이루어진 전극층(202)에 의해 반사된 후 대다수 흡광부(312)에 의해 흡수된다. 즉, 외부광은 다시 외부로 출력되지 않고 흡광부(312)에 의해 흡수될 수 있다. 따라서, 본 발명의 디스플레이 소자에는 별도의 편광 필름이 필요하지 않다. 흡광부들(312)은 화소들(300) 사이의 공간에서 반사되는 외부광을 흡수할 수 있도록 특정 폭을 가지고 적절하게 배열될 수 있으며, 특히 화소들(300)이 일정하게 배열되므로 화소들(300) 배열에 따라 흡광부들(312)을 적절히 배열할 수 있다.

위에서 언급하지 않았지만, 화소들(300)은 OLED 발광 픽셀들일 수 있으며, 레드광(R), 그린광(G) 및 블루광(B)을 출력하고, 디스플레이 소자에 따라 화이트광(W)도 추가로 출력할 수 있다. 흡광부(312)는 레드광, 그린광, 블루광 및 화이트광 모두 흡수 가능한 물질로 이루어질 수 있다.

외부광은 흡광부(312)에 흡수되는 반면에, 화소들(300)에서 출력된 대부분의 광은 도 3에 도시된 바와 같이 외부로 출력되고 일부만 흡광부(312)에 의해 흡수될 수 있다.

즉, 외부광은 흡광부들(312)에 의해 흡수되고 화소들(300)에서 출력된 광의 대부분은 외부로 출력될 수 있다. 결과적으로, 상기 디스플레이 소자의 명암비가 향상될 수 있다. 외부광은 전극층(3204)에 의해 반사될 때 산란되므로 흡광부(312)에 의해 더 잘 흡수되는 반면에, 화소들(300)에서 출력된 광은 산란됨이 없이 직접적으로 외부로 출력되므로 흡광부들(312)의 적절히 배열하면 흡수됨이 없이 대부분이 외부로 출력될 수 있다.

편광 필름을 사용하는 디스플레이 소자에서는, 상기 편광 필름이 약 50%의 광만을 통과시키므로, 외부광 중 50%가 상기 편광 필름을 통하여 입사된 후 위상 지연 필름에 의해 위상이 변경되어 다시 외부로 반사되지 않으나, 화소로부터 출력된 광 중 50% 미만의 광만이 외부로 출력된다. 즉, 종래의 디스플레이 소자는 외부광을 차단하는 효율은 높으나, 화소로부터 발생된 광을 외부로 출력하는 효율이 낮다. 결과적으로, 상기 디스플레이 소자의 휘도를 높이기 위해서는 소비 전력이 커져야 했고, 이는 디스플레이 소자의 수명을 단축시킨다.

반면에, 본 발명의 디스플레이 소자에 사용되는 흡광투과층(208)은 외부광을 차단하면서도 화소들(300)로부터 발생된 광을 높은 효율을 가지고 출력시킬 수 있다. 즉, 상기 디스플레이 소자의 휘도 및 명암비가 향상되어 상대적으로 소비 전력이 낮아질 수 있고, 그 결과 디스플레이 소자의 수명을 향상시킬 수 있다.

일 실시예에 따르면, 흡광투과층(208)의 흡광부(312)는 도 4에 도시된 바와 같이 벌집 형상(honey-comb)을 가질 수 있으며, 수지부(310)는 투명한 재질로 이루어지며 육각형 구조를 가질 수 있다. 결과적으로, 육각형 구조 사이에 흡광부(312)가 배열되게 된다.

일 실시예에 따르면, 흡광부(312)의 폭(B=B'=B")은 모두 동일할 수 있으며, 예를 들어 15㎛일 수 있고, 모든 육각형이 동일한 사이즈를 가질 수 있으며 육각형 구조의 중심들 사이의 거리(A-A', A-A", A'-A")가 모두 동일할 수 있다. 물론, 흡광부(312)의 폭이 일부 다를 수도 있고, 육각형 구조들의 중심들 사이의 일부가 설계에 따라 다를 수도 있다.

한편, 흡광부(312)가 원형, 삼각형, 사각형 등 다양한 형상을 가질 수 있지만, 모아레 현상을 고려할 때 육각형을 가지는 것이 바람직하다.

이하, 이러한 흡광투과층(208)에 따른 실험 결과를 살펴보겠다.

도 5를 살펴보면, R, G, B 화소들을 사용하는 디스플레이 소자의 발광특성에 대한 결과로 디스플레이 소자는 흡광부(312)의 흡수도가 80%일 때에는 29.35lm의 휘도를 가지고, 흡수도가 70%일 때는 33.62lm의 휘도를 가지며, 흡수도가 60%일 때는 47.91lm의 휘도를 가진다. 즉, 흡광부(312)의 흡수도가 낮을 수록 휘도는 높아진다.

흡광부(312)의 흡수도가 80%일 때는 디스플레이 소자의 광효율은 손실되지 않고 명함 구분이 가능하였으며, 각 색상이 명확하고, 화소들 사이의 구분성이 높다.

흡광부(312)의 흡수도가 70%일 때는 화소들 사이의 색간 침투가 발생하나 영향은 크지는 않았으며, 80% 흡수도에 비하여 색이 서로 섞이는 Blurr 효과가 높다.

흡광부(312)의 흡수도가 60%일 때는 Blurr 효과가 커져서, 정확한 디스플레이가 아닌 Blurr 효과가 필요한 디스플레이 소자에 적합하다.

한편, 상기 흡수도가 50% 이상이어야만 디스플레이 소자로 사용 가능하며, 50% 미만일 경우 디스플레이의 명암비를 조절하기 어렵기 때문에 디스플레이 소자로 사용이 적합하지 않다.

도 6은 흡광부의 면적에 의한 흡광도에 대해 나타낸 것으로, 흡광부(312)의 폭이 30㎛이면 디스플레이 소자의 개구율이 낮아져서 휘도가 떨어지나 명암비를 높일 수 있고 외부광의 반사를 차단하는 효과는 높다.

흡광부(312)의 폭이 20㎛이면 디스플레이 소자의 개구율 및 반사율을 효과적으로 조절할 수 있고 휘도 또한 높게 유지할 수 있다.

흡광부(312)의 폭이 10㎛이면 디스플레이 소자의 개구율은 높아지나 Blurr 효과가 발생하고, 흡수 영역의 면적이 작아져서 외부광에 대한 반사가 높아질 수 있다.

한편, 흡광부(312)의 폭이 10㎛보다 작으면 육각형(패턴)의 간격이 너무 좁아져서 black 화면을 표현하지 못할 수 있다. 이는 도 7에서 보여진다.

도 7을 살펴보면, 흡광도 80%를 기준으로 흡광부(312)의 폭이 10㎛일 때는 외부광 흡수가 우수하여 디스플레이 소자가 black 화면을 표현할 수 있었으나, 흡광부(312)의 폭이 5㎛일 때는 패턴들의 간격이 좁아서 외부광의 반사가 높아서 black 화면을 표현할 수 없는 문제점이 발생한다.

즉, 흡광부(312)의 폭은 10㎛ 이상이어야 한다.

도 8을 참조하면, 흡광부(312)의 폭이 15㎛일 때, 디스플레이 소자가 ON되어 있으면 OLED 화소들(R, G, B)이 모두 원활하게 표현되었고 외부광에 영향을 받지 않기 때문에 디스플레이 소자 그대로의 발광이 가능하였다. 또한, 화소들(R, G, B) 간격이 명확하게 표현되도록 할 수 있기 때문에 흡광도의 조절 및 디스플레이의 목적에 따라 Blurr 효과의 조절이 가능하다.

디스플레이 소자가 OFF되었을 때 화소들이 모두 OFF되고 black 화면이 구현되었다. 즉, 외부광에 영향을 받지 않음을 확인할 수 있다.

전체적으로 정리하면, 위의 설명에 의한 흡수도와 디스플레이 명암비의 효율을 만족하기 위한 흡광부(312)와 투광부(310)의 면적은 다음의 수학식 1을 만족해야만 한다. 도 9는 흡광부(312)와 투광부(310)의 면적 설계를 위한 도면이다. 도 9에서, a는 디스플레이 소자의 세로축을 의미하고, b는 디스플레이 소자의 가로축을 나타내며, Ha는 투광부(310)의 폭을 의미하고, Hb는 흡광부(312)의 폭을 나타낸다.

여기서, n≤1이며 Ha/2는 디스플레이 소자 상에 배열되되 HONEY-COMB 구조가 존재하지 않는 영역을 나타낸다.

또한 Ha≥Hb이며, 500μm≥Ha≥1μm인 것을 특징으로 한다. 바람직하게는 50μm≥Ha≥5μm이며, 더욱 바람직하게는 25μm≥Ha≥10μm이다.

위에서는, 세로축에서 수학식 1이 적용되는 것을 언급하였으나, 가로축에도 수학식 1이 적용될 수 있다. 특히, a=b이며, 수학식 1이 가로축에도 적용될 수 있다.

물론, a와 b가 다른 경우에도, 위 수학식 1이 가로축 및 세로축에 각기 적용될 수 있다.

상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

200 : 하부 기재층 202 : 전극층
204 : 화소층 206 : 상부 기재층
208 : 흡광투과층 300 : 화소
310 : 수지부 312 : 흡광부

Claims

전극층;
상기 전극층 위에 형성되며 화소들을 포함하는 화소층;
상기 화소층을 보호하는 상부 기재층; 및
상기 상부 기재층 위에 형성되는 흡광투과층을 포함하되,
상기 흡광투과층은 외부에서 입사되어 상기 전극층에서 반사되는 외부광을 흡수하며,
상기 흡광투과층은,
상기 전극층에서 반사된 외부광을 흡수하는 흡광부들; 및
상기 화소들로부터 출력된 내부광을 외부로 출력시키는 수지부를 포함하고,
상기 흡광부들은 벌집 모양을 가지며, 상기 수지부는 육각형 구조를 가지고, 상기 흡광부들의 폭은 동일하며, 상기 육각형 구조들 중심들 사이의 거리들이 동일한 것을 특징으로 하는 디스플레이 소자.
삭제
제1항에 있어서, 상기 수지부는 우레탄아크릴레이트를 포함하는 수지로 이루어지고, 상기 흡광부는 카본 블랙, 블랙염료 또는 이색성 염료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디스플레이 소자.
삭제
제1항에 있어서, 상기 흡광부의 흡광도는 50% 이상이고, 상기 흡광부의 폭은 1㎛ 이상이며, 상기 수지부의 폭은 상기 흡광부의 폭 이상인 것을 특징으로 하는 디스플레이 소자.
제5항에 있어서, 상기 수지부와 상기 흡광부는 HONEY-COMB 구조를 가지되,
상기 수지부와 상기 흡광부의 폭은 하기 수학식에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 소자.

여기서, a는 상기 디스플레이 소자의 가로축 또는 세로축을 의미하고, Ha는 상기 수지부의 폭을 의미하며, Hb는 상기 흡광부의 폭을 나타내고, n≤1이며, Ha/2는 상기 디스플레이 소자 상에서 HONEY-COMB 구조가 존재하지 않는 영역을 나타냄.
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