KR102370716B1 - 플렉서블 디스플레이 및 이의 제조 방법 - Google Patents

플렉서블 디스플레이 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 액정을 이용한 표시 장치에 있어서, 광원으로 백라이트 유닛의 구성을 간소화하여 가요성 있게 구성한 플렉서블 디스플레이 및 이의 제조 방법에 에 관한 것으로, 본 발명의 플렉서블 디스플레이는, 광원부의 구성을, 어레이 형성 공정에서 층상으로 증착할 수 있어, 플렉서블 디스플레이의 유연성 및 가요성 면에서 제약을 받지 않는다.

Description

플렉서블 디스플레이 및 이의 제조 방법 {Flexible Display Device and Manufacturing Method for the Same}
본 발명은 표시 장치에 관한 것으로, 특히 액정을 이용한 표시 장치에 있어서, 광원으로 백라이트 유닛의 구성을 간소화하여 가요성 있게 구성한 플렉서블 디스플레이 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
평판 표시장치의 구체적인 예로는 액정표시장치(Liquid Crystal Display device: LCD), 유기 발광 표시 장치(Organic Emitting Display Device), 플라즈마 표시장치(Plasma Display Panel device: PDP), 양자점 표시 장치(Quantum Dot Display Device), 전계방출 표시장치(Field Emission Display device: FED), 전기영동 표시장치(Electrophoretic Display Device: EPD) 등을 들 수 있는데, 이들은 공통적으로 화상을 구현하는 평판 표시패널을 필수적인 구성요소로 하는 바, 평판 표시패널은 고유의 발광 또는 편광 혹은 그 밖의 광학 물질층을 사이에 두고 한 쌍의 투명 절연기판을 대면 합착시킨 구성을 갖는다.
최근 표시장치의 대형화에 따라 공간 점유가 적은 평면 표시 장치로서의 요구가 증대되고 있는데, 이러한 요구는 증진되어, 최근에는 평면 표시 장치를 플렉서블한 형태로 이용하고자 하는 요구가 있다.
플렉서블 디스플레이는, 두께가 점차로 얇아지며 접을 수 있는 형태로도 발전되고 있다.
한편, 광학 시트와 광원 및 도광판 구성과 이의 회로부가 요구되는 광원 유닛의 경우, 얇고 플렉서블한 구성이 어려워 이런 이유에서, 플렉서블 디스플레이로 자발광 소자로서 주로 유기 발광 표시 패널을 이용하는 바가 연구되고 있다.
그러나, 유기 발광 표시 패널을 이용시 마스크 수가 10개 이상 많이 소요되고, 각 화소 영역의 발광부마다 증착 마스크의 개구부를 대응시켜 유기 발광층이 증착되는 점에 비추어 증착 마스크와 하측의 박막 트랜지스터 어레이간의 오버레이 정합이 요구되며, 그 정합 불량시 개구율 및 수율 저하의 문제가 있다.
또한, 회로적으로, 유기 발광 표시 패널은, 유기 발광 다이오드를 표시에 이용하는데, 전류 구동면에서 균일도를 유지하기 불리하며, 특히, 고성능 구동 박막 트랜지스터 특성이 요구되며, 신뢰성이 필수적으로 요구되고 있다. 그리고, 장치의 열화가 있어, 회로적으로 외부 보상 회로가 요구되고 있어, 신뢰성 측면을 보강하기 위해 회로 구성이 복잡할 수밖에 없다는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 액정을 이용한 표시 장치에 있어서, 광원으로 백라이트 유닛의 구성을 간소화하여 가요성 있게 구성한 플렉서블 디스플레이 및 이의 제조 방법을 제공하는 데, 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정 구동으로 표시를 꾀하는 플렉서블 디스플레이는 광원부의 구성을, 어레이 형성 공정에서 층상으로 증착할 수 있어, 플렉서블 디스플레이의 유연성 및 가요성 면에서 제약을 받지 않는다.
이를 위한 본 발명의 플렉서블 디스플레이는, 제 1, 제 2 면을 갖는 기판과, 상기 기판의 제 1 면에, 구비된 박막 트랜지스터 어레이 및 컬러 필터 어레이와, 상기 기판의 제 2 면에, 편광층 및 유기 발광 소자를 구비한 광원부와, 상기 박막 트랜지스터 어레이 및 컬러 필터 어레이 상에 구비된 나노 액정층 및 상기 나노 액정층을 덮는 제 1 편광판을 포함할 수 있다.
상기 나노 액정층은 필름 상으로 상기 박막 트랜지스터 어레이 및 컬러 필터 어레이 상에 부착될 수 있다.
상기 편광층은 상기 기판의 제 2 면에, 제 1 방향으로 평행한 복수개의 그리드 패턴 및 상기 볼록 패턴 상의 금속 배선으로 이루어질 수 있다.
상기 편광층은, 상기 기판의 제 2 면에, 복수개의 블록으로 구분되며, 상기 블록 내에 상기 그리드 패턴을 연결하는 그리드 연결부를 블록 내에 복수개 서로 이격하여 가질 수 있다. 이 경우, 상기 편광층은 상기 그리드 연결부 상에 구비된 접속 홀을 통해 상기 제 1 전극과 접속될 수 있다.
상기 제 1 편광판은 상기 제 1 방향과 교차하는 방향의 흡수축을 가질 수 있다.
또한, 상기 발광부는 상기 금속 배선과 접속하는 제 1 전극과, 상기 제 1 전극 상에 위치한 유기 발광층 및 상기 유기 발광층 상에 상기 제 2 전극을 포함할 수 있다.
상기 기판의 제 2 면의 가장자리에 서로 중첩되지 않은 위치에, 상기 제 1 전극의 단부와 제 2 전극의 단부에 각각 제 1 패드 전극 및 제 2 패드 전극을 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 전극과 제 2 전극은 복수개의 영역을 구분되며, 상기 제 1 전극 및 제 2 전극 중 적어도 하나는 복수개로 구분된 영역에 대해 서로 다른 시점에 복수개의 제 1 패드 전극 및 제 2 패드 전극을 통해 전압 신호를 인가할 수 있다.
또한, 동일한 목적을 위한 본 발명의 플렉서블 디스플레이의 제조 방법은 기판의 제 1 면에, 박막 트랜지스터 어레이 및 컬러 필터 어레이를 형성하는 단계와, 상기 기판의 제 2 면에, 편광층 및 유기 발광 소자를 구비한 발광부를 형성하는 단계와, 상기 박막 트랜지스터 어레이 및 컬러 필터 어레이 상에 나노 액정층을 부착하는 단계 및 상기 나노 액정층을 덮는 제 1 편광판을 부착하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 플렉서블 디스플레이 및 이의 제조 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명의 플렉서블 디스플레이는 광원부의 구성을, 어레이 형성 공정에서 층상으로 증착할 수 있어, 플렉서블 디스플레이의 유연성 및 가요성 면에서 제약을 받지 않게 되었다.
둘째, 광원부 외에도 편광층을 기판의 일면에 임프린팅 공정으로 형성하고, 기판의 다른 면에 나노 액정층을 부착하여 형성하여, 종래 필수적이었던 대향 기판의 사용을 절감할 수 있으며, 이로써, 합착 마진을 요구치 않으며, 별도의 스페이서를 구비하지 않더라도 셀 갭 유지의 안정성을 얻을 수 있다.
셋째, 본 발명의 플렉서블 디스플레이는 기판의 양면에 어레이 공정과 부착 공정만으로 디스플레이 구현이 가능하며, 이로써, 전류 구동 방식의 표시를 수행하는 유기 발광 표시 패널 대비 전압 구동 방식의 액정 패널을 이용하기 때문에, 소자 신뢰성이 크며, 더불어, 플렉서블 디스플레이의 전체 두께를 약 200~300㎛ 수준으로 할 수 있으며, 플렉서블 디스플레이의 유연성을 확보할 수 있다.
넷째, 액정 표시 패널 기반의 디스플레이이기 때문에, 본 발명의 플렉서블 디스플레이는 합착 마진이 없고, 소자 신뢰성을 꾀할 수 있다.
다섯째, 유기 발광 다이오드의 형상을 갖는 발광부에 대해 시분할 방식으로 구현하여, 소비 전력을 줄임과 동시에, 수명 저하를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 플렉서블 디스플레이를 나타낸 개략 단면도
도 2는 본 발명의 플렉서블 디스플레이를 구체적으로 나타낸 단면도
도 3a 및 도 3b는 도 2의 기판의 제 1 면의 예를 나타낸 평면도
도 4a 및 도 4b는 도 2의 기판의 제 1 면 상부에 위치하는 나노 액정의 오프 및 온 동작을 나타낸 도면
도 5a 및 도 5b는 도 2의 기판의 제 2 면의 예를 나타낸 평면도의 실시예들
도 6a 내지 도 6c는 기판의 제 2면에 편광층의 형성 공정을 나타낸 공정 평면도
도 7a 내지 도 7c는 도 6a 내지 도 6c의 단면도
도 8a 내지 도 8e는 본 발명의 플렉서블 디스플레이의 편광층 상의 발광부 형성 방법을 나타낸 평면도
도 9는 본 발명의 플렉서블 디스플레이의 제조 방법을 나타낸 공정 순서도
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 실질적으로 동일한 구성 요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기술 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소 명칭은 명세서 작성의 용이함을 고려하여 선택된 것으로, 실제 제품의 부품 명칭과 상이할 수 있다.
플렉서블한 형태의 디스플레이로 내부 패널을 유기 발광 표시 패널을 사용하는 예가 주로 개발되고 있으나, 상술한 유기 발광 표시 패널의 문제점으로 인해, 사용하는 마스크 수가 적고, 상대적으로 신뢰성이 좋고, 전압 구동 기반으로 균일도가 좋은 점에서 이점을 갖는 액정 패널을 표시 패널로 이용하되, 이에 요구되는 광원 유닛의 구성을 플렉서블한 형태로 구현하여, 액정 패널의 형태로 플렉서블 디스플레이를 구현하고자 하는 최근 요구가 대두되고 있다.
도 1은 본 발명의 플렉서블 디스플레이를 나타낸 개략 단면도이다.
도 1과 같이, 본 발명의 플렉서블 디스플레이는, 제 1, 제 2 면을 갖는 기판(100)과, 상기 기판(100)의 제 1 면에, 구비된 박막 트랜지스터 어레이 및 컬러 필터 어레이를 포함한 COT 어레이(Color filter on Thin Film Transistor Array)(250)와, 상기 기판의 제 2 면에, 편광층 및 유기 발광 소자를 구비한 발광부를 갖는 광원부(200)와, 상기 COT 어레이(250) 상에 구비된 나노 액정층(300) 및 상기 나노 액정층(300)을 덮는 제 1 편광판(310)을 포함하여 이루어진다.
상기 COT 어레이(250)는 박막 트랜지스터 어레이와 컬러 필터 어레이를 함께 갖는 것으로, 두 어레이가 상기 기판(100)의 제 1 면에 함께 구성되기 때문에, 일반적인 액정 표시 장치에서 서로 대향하는 두 기판 상에 각각 박막 트랜지스터 어레이와 컬러 필터 어레이를 구성하는 구조 대비 합착을 위한 마진이 요구되지 않고, 합착 오정렬에 의한 수율 저하 등이 방지될 수 있다.
또한, 상기 COT 어레이(250)의 박막 트랜지스터 어레이는, 후술하겠지만, 서로 교차하는 게이트 라인 및 데이터 라인과, 상기 게이트 라인과 데이터 라인의 교차점에 위치하는 박막 트랜지스터 및 화소 전극 등을 포함하고, 컬러 필터 어레이는 컬러 필터층을 대표적으로 포함한다. 상기 박막 트랜지스터 어레이와 컬러 필터 어레이의 형성 순서는 반드시 어느 것을 먼저 형성하는지 정해지지 않으나, 컬러 필터층의 경우 충분한 두께로 하측 구성을 평탄화할 수 있는 측면에서, 별도의 평탄화층의 생략을 위해 상부에 구성하는 것이 바람직할 수 있다. 상기 컬러 필터층이 상부에 위치하는 경우에도, 평탄성을 저해하지 않는 수준에서, 상기 박막 트랜지스터의 구성 요소 중 일부, 예를 들어, 화소 전극은 상기 컬러 필터층 상부에 구성될 수도 있다.
한편, 일반적으로 컬러 필터 어레이에 구성요소로 하측 배선을 가리는 용도로 배선의 폭과 합착 마진을 더한 폭으로 블랙 매트릭스층이 포함되지만, 본 발명의 COT 어레이(250)에서는 컬러 필터층이 박막 트랜지스터 및 게이트 라인/데이터 라인의 배선과 동일 기판에 위치하기 때문에, 그들간의 오정렬 문제가 크지 않아, 상기 게이트 라인/데이터 라인을 차광 금속으로 형성하면, 상기 게이트 라인과 데이터 라인 자체가 차광부로 기능하여, 별도의 블랙 매트릭스층 구성을 생략할 수 있다.
또한, 상기 기판(100)의 제 2 면에 구성되는 광원부(200)는 편광층과 발광부를 포함하는데, 장치의 슬림화(slimness)와 가요성(flexibility)을 위해 상기 편광층은 상기 기판(100)의 제 2 면에 직접 임프린팅 방식의 패터닝을 통해 10㎛ 이하의 두께를 갖는 와이어 그리드(wire grid)로 형성하고, 상기 와이어 그리드 표면에 배선을 구성하고, 상기 배선과 발광부의 일 전극이 접속되도록 하여, 편광층과 발광부가 전기적 연결도 함께 갖도록 한다.
여기서, 본 발명의 광원부(200)의 발광부를 이루는 제 1, 제 2 전극과 그 사이에 유기 발광층의 구성 중, 상기 와이어 그리드와 상기 제 1 전극이 직접 접속되는데, 이러한 구조를 통해 투명 전극으로 이루어지는 제 1 전극의 면저항을 떨어뜨릴 수 있고, 이를 통해 발광부의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 종래 백라이트 유닛을 기구적으로 포함하는 액정 표시 장치와 달리 광원부(200)의 구성이 층상의 증착, 임프린팅 등의 공정으로 기판의 제 2 면에 이루어지기 때문에, 기구적 구조에 더하여 에어갭까지 요구되는 종래 구조 대비 그 두께를 현저히 줄일 수 있어 플렉서블화가 가능하다.
한편, 상기 나노 액정층(300)은 필름 상으로 COT 어레이(250) 상에 부착된다. 이 경우, 필름 상으로 액정층을 구성할 수 있어, 일반적인 액정 표시 장치에 요구되는 양 기판 사이에 액정을 주입 또는 적하시 액정 두께를 유지하기 위해 양 기판 사이에 스페이서를 더 구비하는 구조 대비 기판의 사용을 줄일 수 있으며, 합착 공정의 장애가 없기 때문에, 장치의 두께를 현저히 줄일 수 있고, 별도의 스페이서를 구비하지 않아도 셀 갭 안정성을 확보할 수 있다.
또한, 상기 나노 액정층(300) 상에는 제 1 편광판(310)이 구비되는데, 상기 제 1 편광판(310)은 나노 액정층(300)의 부착 방식으로 접착된다. 경우에 따라, 플렉서블 디스플레이의 광학 모드가 TN(Twisted Nematic) 모드인지 IPS(In-plane Switching) 모드인지에 따라 상기 제 1 편광판(310)의 안쪽면에 공통 전극을 구비하는지 여부가 달라질 수 있다. 즉, TN 모드의 경우, 공통 전극을 나노 액정층(300) 상부에 위치시킨다. IPS 모드인 경우, 상기 COT 어레이(250) 내부에 화소 전극과 공통 전극을 교번하여 위치시켜 그 사이에 횡전계로 나노 액정층(300)의 액정을 구동할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 보다 구체적으로 본 발명의 플렉서블 디스플레이를 설명한다.
도 2는 본 발명의 플렉서블 디스플레이를 구체적으로 나타낸 단면도이며, 도 3a 및 도 3b는 도 2의 기판의 제 1 면의 예를 나타낸 평면도이다.
본 발명에서 각 어레이 혹은 편광층이 형성되는 기판(100)은 가요성 있는(flexible) 플라스틱 필름으로, 폴리에스테르(polyester) 또는 폴리 에스테르를 포함하는 공중합체, 폴리이미드(polyimide) 또는 폴리 이미드를 포함하는 공중합체, 올레핀계 공중합체, 폴리아크릴산(polyacrylic acid) 또는 폴리아크릴산을 포함하는 공중합체, 폴리스티렌(polystyrene) 또는 폴리스테린을 포함하는 공중합체, 폴리설페이트(polysulfate) 또는 폴리설페이트를 포함하는 공중합체, 폴리카보네이트(polycarbonate) 또는 폴리 카보네이트를 포함하는 공중합체, 폴리아믹산(polyamic acid) 또는 폴리아믹산을 포함하는 공중합체, 폴리아민(polyamine) 및 폴리아믹산을 포함하는 공중합체, 폴리비닐 알콜(polyvinylalcohol), 폴리 알릴아민(polyallyamine)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 고분자 화합물을 포함할 수 있다. 이 때, 상기 기판(100)의 두께는 5㎛ 내지 150㎛이며, 바람직하게는 50㎛ 이하의 두께를 가질 수 있다. 또한, 그 표면에 직접적인 어레이 공정을 진행하므로, 일정 이상의 내열성과 내압성을 가진다.
도 2와 같이, 본 발명의 플렉서블 디스플레이에서, 기판(100)의 제 1 면에 형성되는 COT 어레이(200)는, 기판(100)의 제 1 면의 소정 부위에 위치한 박막 트랜지스터(TFT)와, 상기 박막 트랜지스터(TFT)를 덮으며, 표면이 평탄한 적색 필터층(255a), 녹색 컬러 필터층(255b) 및 청색 컬러 필터층(255c)를 갖는 컬러 필터층(255)과, 상기 컬러 필터층(255) 상에 형성되며, 상기 박막 트랜지스터(TFT)와 접속된 화소 전극(256)을 포함한다.
여기서, 상기 박막 트랜지스터(TFT)는 제 1 기판(100)의 제 1 면의 소정 부위에 위치한 게이트 전극(251a)과, 상기 게이트 전극(251a) 상부에 게이트 절연막(252)을 개재하여, 상기 게이트 전극(251a)에 중첩되어 위치한 반도체층(253) 및 상기 반도체층(253)과 접속된 소오스 전극(254a) 및 드레인 전극(254b)을 포함한다.
상기 반도체층(253)은 비정질 실리콘층, 폴리 실리콘층 혹은 산화물 반도체층일 수 있다. 또한, 반도체층(253)이 비정질 실리콘층일 경우, 상기 소오스 전극(254a) 및 드레인 전극(254b)과 접속되는 상부 표면에 n+층의 불순물층을 더 형성할 수 있다.
한편, 도 3a 및 도 3b은 각각 TN 모드와 IPS 모드의 경우 COT 어레이(250)의 평면도를 나타낸 것으로, 공통적으로 상술한 박막 트랜지스터(TFT)가 서로 교차하는 게이트 라인(251)과 데이터 라인(254)의 교차부위에 위치하고 있다. 상기 COT 어레이(250)에 TN 모드를 적용할지 IPS 모드를 적용할지 여부는 선택적이다.
여기서, 상기 게이트 라인(251)은 일 방향으로 길게 형성되며, 기판(100)의 제 1 면 상에 복수개가 평행하게 위치한다. 그리고, 상기 게이트 라인(251)으로 각 화소 영역마다 돌출되는 게이트 전극(251a)을 갖는다.
또한, 상기 데이터 라인(254)는 상기 게이트 라인(251)과 교차하여 화소 영역을 정의하는 것이며, 각 화소 영역마다 돌출되어 소오스 전극(254a)을 갖는다. 그리고, 드레인 전극(254b)는 상기 소오스 전극(254a)과 동일층에 위치한다.
또한, 상기 화소 전극(256)은 상기 드레인 전극(254b)에 콘택홀(258)을 통해 접속되며, 상기 콘택홀(258)은 도 2에 도시된 바와 같이, COT 어레이(250)의 상부 평탄화를 위해 컬러 필터층(255)을 상기 박막 트랜지스터(TFT)을 덮도록 구비시, 상기 컬러 필터층(255)에 위치할 수 있다.
도시된 예에서는 상기 데이터 라인(254)이 화소 영역의 주변에서 일정한 경사로 형성된 바를 나타내고 있으며, 이 경우, 도시된 화소 영역의 위쪽과 아래쪽으로 반대 방향으로 동일한 각도의 경사를 갖는 식으로 상기 데이터 라인(254)은 일 방향이 아닌 지그재그 형상으로 배치될 수 있다. 이는 전압 인가시 액정의 배향 방향을 상이하게 하여, 시야각 특성을 향상시키기 위한 것으로, 이러한 구성을 택할지는 선택적이다.
필요에 따라 프라이버시 특성이 강하게 요구되는 디스플레이는 광시야각 특성이 요구되지 않으며, 도시된 라인의 기울어진 형상이 요구되지 않으므로, 모든 화소 영역에서 게이트 라인(251)과 데이터 라인(254)은 90도 방향으로 교차하는 구조를 이룰 수 있다.
또한, 도 3a의 TN 모드와 도 3b의 IPS 모드 구조에서 상이한 점은, 화소 전극(256)이 분할된 여부와 상기 화소 전극(256)과 같은 제 1 기판(100)의 제 1 면에 공통 전극(257)이 형성되는지 여부이다.
화소 전극(256)과 공통 전극(257) 사이에 전계 형성으로 나노 액정층(300)이 구동되는 것으로, 도 3a의 TN 모드에서는 상기 각 화소 영역에 채워지는 화소 전극(256)과 대향하여 상기 나노 액정층(300) 상측에 공통 전극(257)이 구비되며, 도 3b의 IPS 모드에서는, 기판(100)의 제 1 면에 화소 전극(256)과 공통 전극(257)이 서로 분할 배치된다.
여기서, 도 3b에서 설명하지 않은 부호 259는 공통 라인으로, 공통 전극(257)들은 상기 공통 라인(259)에서 돌출되어 있다. 그리고, 공통 라인(259)은 게이트 라인(251)과 동일층에 형성할 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 별도의 층으로 구비할 수도 있다.
한편, 상기 기판(100)의 제 2 면에 구비되는 편광층(210)은 투과축으로 제 1 방향으로 길게 형성되며, 각각 제 1 방향으로 긴 서로 이격하는 복수개의 그리드 패턴들로 형성된다. 여기서, 상기 그리드 패턴 상부에는 금속층이 구비되어, 유기 발광 다이오드로 이루어진 발광부의 제 1 전극과 접속된다.
그리고, 나노 액정층(300) 상측에 위치한 제 1 편광판(310)은 상기 제 1 방향과 교차 방향의 투과축을 가질 수 있다.
여기서, 기판(100)의 제 2 면에 위치하는 편광층(210)과 제 1 편광판(310)은 서로 교차하는 투과축(흡수축)을 가진다. 그리고, 편광층(210)은 기판(100)의 제 2 면에 직접 패터닝되어 형성되므로 10㎛ 이하의 두께로 매우 얇게 형성이 가능하며, 제 1 편광판(310)은 필름 타입으로 약 150㎛ 이하의 두께로 형성할 수 있다. 제 1 편광판(310)은 층상으로 중심에 PVA 수지를 연신시켜 요오드를 주입하여 배열한 광학층과, 상기 광학층 상하에 TCA(triacetyl cellulose) 성분의 보호층을 배치시킨 형상으로 이루어질 수 있으며, 어느 하나의 보호층의 접착층(미도시)을 두어 상기 나노 액정층(300)에 부착시킬 수 있다.
경우에 따라, TN 모드의 공통 전극(257)은 상기 제 1 편광판(310) 상에 위치시켜 공통 전극(257) 표면에 접착층(미도시)을 두어 나노 액정층(300)을 부착할 수도 있다.
한편, 상기 TN 모드의 공통 전극(257)은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), TO(Tin Oxide), ITZO(Indium Tin Zinc Oxide) 등의 투명 전극을 증착 방식으로 제조할 수도 있고, 투명 전극을 필름 상으로 상기 나노 액정층(300) 또는 상기 제 1 편광판(310)측에 부착시켜 형성할 수도 있다.
상기 편광층(210)은 별도의 필름이 아닌 레진물질을 상기 기판(100)의 제 2 면에 전면 도포한 후, 규칙적 요부를 갖는 몰드(미도시)를 대응시켜 상기 몰드의 요부에 대응하여 볼록 패턴 상의 그리드 패턴(210a)들이 남도록 하여 정의한다.
한편, 상기 그리드 패턴(210a) 상부에는 금속층(210b)이 남아있는데, 상기 금속층(210b)은 Cr, Mo 등의 차광 금속으로 이루어져 발광부의 제 1전극(220)과 직접 접속되며, 투명 전극으로 주로 이루어지는 제 1 전극(220)과 접속하여, 상기 제 1 전극(220)의 면저항을 낮추는 기능을 한다.
상기 제 1 전극(220)은 상기 편광층(210)과 접속부분을 제외하여 상기 편광층(210)과의 사이에 층간 절연막(215)을 구비하며, 상기 층간 절연막(215)은 상기 편광층(210)이 패턴된 형상을 보호하는 기능을 갖는다.
한편, 상기 발광부는 상기 금속층(210b)과 접속하는 제 1 전극(220)과, 상기 제 1 전극(220) 사이의 나누어진 영역에 위치하고, 제 1 전극(220)과 금속층(210b)과의 접속이 이루어지는 층간 절연막 접속홀(215a)의 영역과 나머지 영역을 구분하는 뱅크(221)과, 상기 뱅크(221)를 덮으며, 상기 제 1 전극(220) 상부에 위치하는 유기 발광층(222) 및 상기 유기 발광층(222) 상의 제 2 전극(223)을 포함한다.
여기서, 뱅크(221)가 구비된 이유는, 전류가 집중되는 단차가 낮고 금속층에 가까운 영역에서, 유기 발광층(222)이 남아있는 것을 방지하여, 전류 집중 영역에서 유기 발광층(222) 수명이 저하되는 것을 방지하기 위함이다.
여기서, 상기 제 1 전극(220)이 상기 층간 절연막(215)에 구비된 층간 절연막 접속홀(215a)을 통해 상기 편광층(210)의 금속층(210b)과 전기적 접속을 갖는다. 상대적으로 면적이 큰 금속층(210b)의 부위에서 제 1 전극(220)과 접속되는 층간 절연막 접속홀(215a)이 정의되며, 이는 면저항을 줄이고자 하는 측면에서 효과가 있다.
또한, 상기 발광부(230)는 일종의 조명 기능을 갖는 것으로, 유기 발광층(222)은 백색 발광층 또는 청색 발광층의 단일층이거나 혹은 다른 색상의 발광층이 적층되거나 혼합되어 백색을 발광할 수 있다.
또한, 상기 발광부(230)의 최외측에는 적어도 유기 발광층(222)을 완전히 외기로부터 보호하도록 보호층(225)을 구비한다.
한편, 상기 기판(100)의 제 2 면에 형성되는 편광층(210) 및 발광부(230)는 기판(100)의 제 1 면에 COT 어레이(250)의 형성 후에도 형성 가능하고, 경우에 따라 제 1 면에 COT 어레이(250) 형성 전에도 미리 형성 가능하다.
도 4a 및 도 4b는 도 2의 기판의 제 1 면 상부에 위치하는 나노 액정의 오프 및 온 동작을 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 4a와 같이, 상기 나노 액정층(300)은, 캡슐화된 나노 액정(305)이 폴리머(303)에 분산되어 일정 두께를 유지한다.
그리고, 각 나노 액정(305)은, 내부에 나노 수준 혹은 그 이상의 액정 분자(305a)가 마이크로 캡슐층(305b) 내에 채워지며, 상기 마이크로 캡슐층(305b) 내부에 상기 액정 분자(305a)가 분산될 수 있도록 용매(solvent)가 더 채워질 수도 있다.
도 4a와 같이, 나노 액정(305) 내 액정은 전압 무인가 상태에서, 광학적으로 등방성의 상태를 유지하며, 랜덤 배향된다.
도 3a 및 도 3b와 같이, 나노 액정층(300)을 사이에 둔 화소 전극(256)과 공통 전극(257)에 서로 다른 전압을 인가하여 그 사이에 전계를 형성하면, 도 4b와 같이, 전계에 수평하거나 혹은 수직한 방향으로 일정하게 액정이 배열되어 장축과 단축을 함께 갖는 액정 분자(305a)의 배향성으로 상기 나노 액정층(300)은 광학적으로 복굴절 이방성을 띠며, 이에 따라 초기 전압 무인가 상태와 다른 액정 배향성을 갖는다.
액정의 굴절률 이방성 성질 및 TN 모드/IPS 모드인지에 따라, 전압 오프시 블랙 상태를, 전압 온시 화이트 상태를 나타내거나 혹은 이와 반대로 구현할 수도 있다.
그리고, 나노 액정층(300)은 상기 캡슐화된 나노 액정(305)들 사이를 일정 두께를 유지할 수 있는 폴리머(303)가 채우기 때문에, 플렉서블 상태에서, 셀 갭 변화가 거의 없고, 또한, 나노 액정층(300)의 액정 배향은 폴리머(303)의 가역성에 관계없이 전압 인가 여부로 동작이 가능하기 때문에, 플렉서블화에 용이하다.
이하, 도면을 참조하여, 구체적으로 상기 기판(100)의 제 2 면의 구성 방법을 살펴본다.
도 5a 및 도 5b는 도 2의 기판의 제 2 면의 예를 나타낸 평면도의 실시예들이다.
도 5a의 실시예에서는, 기판(100)의 제 2 영역을 크게 보호 영역과 패드부로 구분한 것으로, 상기 발광 영역은 유기 발광층(222)의 구비로 발광이 이루어지며, 패드부는 외곽의 인접한 2변에 배치되어, 발광부(230)의 제 1, 제 2 전극(220, 223)의 패드가 구비되는 부위이다.
여기서, 상기 보호 영역은 유기 발광층이 증착되는 부위로 충분한 투습 방지를 위해 유기 발광층을 완전히 커버하는 형상으로 보호층(225)이 형성된다. 즉, 보호 영역은 상기 보호층(225) 형성 부위에 상당할 수 있다.
상기 보호층(225)은 예를 들어, 무기막과 유기막의 교번되어 이루어진 적층체일 수 있으며, 무기막과 유기막을 한 쌍 이상 배치시켜 형성할 수 있다.
상기 패드부에는 제 1 전극(220)의 단부에 위치하여, 상기 제 1 전극(220)에 신호를 인가하는 제 1 패드 전극(2150)과 상기 제 2 전극(223)의 단부에 위치하여, 상기 제 2 전극(223)에 신호를 인가하는 제 2 패드 전극(2250)을 구비하며, 이들 제 1, 제 2 패드 전극들(2150, 2250)은 상기 보호 영역을 분할 구동하는 수에 따라, 달라질 수 있다.
도시된 예는 상기 제 1 전극(220)의 배치 수를 분할 구동의 수를 나눈 것으로, 상기 제 1 패드 전극(2150)은 각각 2개의 분할된 제 1 전극(220)의 수에 따라 2개 구비된다.
또한, 상기 제 2 패드 전극(2250)은 도시된 예에서 상기 제 1 전극(220)과 교차하는 방향으로 배치되며 2분할된 제 2 전극(223)을 따라 2개 구비된 예를 나타내고 있는데, 이 경우, 상기 2개의 제 1 패드 전극(2150)과 제 2 패드 전극(2250)들에 시분할하여 신호를 인가하여 상기 발광 영역을 총 4분할하여 신호를 인가할 수 있다. 경우에 따라, 도 5b와 같이, 복수개의 제 1 패드 전극(2150)과 제 2 패드 전극(2250) 중 어느 하나는 복수개 구비하되, 동시적으로 신호를 인가할 수 있으며, 이 경우에는 분할 구동은 나머지 패드 전극의 분할 수에 따라 시분할될 수 있다. 또한 도 5b의 예 중 제 1, 제 2 전극(220, 223)을 모두 나누어 형성하되, 제 1 전극(220)만을 분할 구동하고, 제 2 전극(223)들도 상기 제 2 패드 전극(2250)에 연결하되, 상기 제 2 패드 전극(2250)들을 공통으로 접지시키거나 상전압을 인가하여 동시적으로 신호를 인가하여, 일부의 전극만을 분할 구동에 이용할 수도 있다.
한편, 본 발명의 발광부(230)의 제 1 전극(220)은 투명 전극이며, 상기 제 2 전극(230)은 반사 전극으로, 이는 기판(100)의 제 2 면에 위치한 발광부(230)가 하측으로 새는 빛 없이 상측으로 진행하여, 광 손실을 방지하고자 함이다.
그리고, 상기 제 1, 제 2 패드 전극(2150, 2250)은 각각 제 1 전극(220)과 제 2 전극(223)의 형성시 함께 형성될 수 있다. 혹은 상기 제 1 패드 전극(2150)은 상기 편광층(210)의 상부층을 이루는 금속층(210b) 형성시 함께 제조할 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 기판의 제 2면에 편광층의 형성 공정을 나타낸 공정 평면도이며, 도 7a 내지 도 7c는 도 6a 내지 도 6c의 단면도이다. 또한, 도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 플렉서블 디스플레이의 편광층 상의 발광부 형성 방법을 나타낸 평면도이며, 도 9는 본 발명의 플렉서블 디스플레이의 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
이하, 본 발명의 플렉서블 디스플레이의 제조 방법에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
도 2 및 도 9와 같이, 기판(100)의 제 1 면에, 박막 트랜지스터 어레이 및 컬러 필터 어레이를 포함한 COT 어레이(250)를 형성한다(100S).
이어, 상기 기판(100)의 제 2 면에, 편광층(210) 및 제 1 전극과, 유기 발광층 및 제 2 전극을 갖는 유기 발광 다이오드를 구비한 발광부(230)를 형성한다(110S). 여기서, 상기 COT 어레이(250)의 형성과 편광층(210) 및 발광부(230)는 서로 순서를 달리하여 진행할 수 있다.
도 6a 및 도 7a와 같이, 먼저, 기판(100)의 제 2 면에, 레진물질(2000)을 도포한 후, 복수개의 요부를 규칙적으로 갖는 몰드를 준비하여, 상기 몰드의 요부가 상기 레진물질(2000) 상에 대응되도록 하며, 임프린팅하여 상기 레진물질(2000)로 이루어진 그리드 패턴(210a)을 형성한다. 여기서, 상기 그리드 패턴(210a)은 편광 영역의 제 1 패턴(2100)과, 상기 그리드 연결부(2100a)로 이루어진다. 형성하고자 하는 제 1 전극의 분할 영역을 한 블록으로 정의할 때, 상기 한 블록은 다시 복수개의 이격한 그리드 연결부(2100a)로 구분하여 상기 그리드 연결부(2100a)와 그 사이에 제 1 방향의 제 1 패턴(2100)들이 형성되어 그리드 패턴(210a)을 이룬다.
상기 그리드 연결부(2100a)는 상기 제 1 패턴(2100)과 교차하는 방향으로 상기 제 1 패턴(2100)보다는 넓은 폭으로 형성하며, 이는 이어 형성할 제 1 전극(220)과 충분한 접속 영역을 확보하기 위함이다.
여기서, 상기 그리드 패턴(210a)의 사이사이가 비어있으며, 기판(100)의 제 2 면에 그리드 패턴(210a)이 구비되지 않은 비어진 영역으로 광이 통과할 수 있다.
도 6b 및 도 7b와 같이, 상기 그리드 패턴(210a)을 포함한 기판(100)의 제 2 면에, 금속을 증착하고 이를 선택적으로 제거하여, 도 6a의 블록을 덮으며, 상기 블록으로부터 각각 돌출된 제 1 패드 전극(2150)을 구비한 금속 패턴층(2200)을 형성한다.
여기서, 상기 금속 패턴층(2200)의 단순 패터닝 공정으로는 상기 그리드 패턴(210a)이 수 ㎛ 이하, 바람직하게는 10㎛ 이하의 미세 선폭을 갖기 때문에, 제 1 패턴(2100)들 상부뿐만이 아니라 상기 제 1 패턴(2100)들 사이사이에서 남아있게 된다.
이어, 도 6c 및 도 7c와 같이, 선택적 습식각을 적용하여, 상기 그리드 패턴(210a) 사이사이에 상기 금속 패턴층(2200)을 제거하여 금속층(210b)을 형성한다. 이 공정 후 상기 그리드 패턴(210a)과 금속층(210b)은 함께 편광층(210)을 이룬다.
이어, 도 8a와 같이, 상기 기판(100)의 제 2면 전면에 층간 절연막(215)을 형성하고, 상기 층간 절연막(215)을 선택적으로 제거하여 그리드 패턴(210a)의 그리드 연결부(2100)의 대응된 부위에 복수개의 층간 절연막 접속홀(215a)을 형성한다.
이어, 도 8b와 같이, 상기 층간 절연막 접속홀(215a)을 통해 상기 금속층(210b)과 접속하는 제 1 전극(220)을 형성한다. 여기서, 상기 제 1 전극(220)의 단일층으로 투명 전극 성분으로 저항 값이 상대적으로 금속 대비 크지만, 상기 층간 절연막 접속홀(215a)을 통해 차광 금속 성분의 상기 그리드 연결부(2100)와 전기적 접속을 가져, 제 1 전극(220) 전체의 면저항을 낮출 수 있게 된다.
상기 제 1 전극(220)은 투명 전극 성분으로 전면 증착 후, 블록 단위로 패터닝한다. 그리고, 이 때, 상기 제 1 전극(220)은 상기 제 1 패드 전극(2150)과 접속되며, 접속 부위에서 전기적 연결을 갖는다. 이 경우, 상기 제 1 전극(220)은 상기 제 1 패드 전극(2150)와 일부 중첩할 수 있다.
이어, 도 8c와 같이, 상기 블록 사이에 영역과 상기 그리드 연결부(2100a)에 대응되는 부위에 뱅크(221)을 형성한다.
이어, 도 5a 및 도 5b에서 설명한 보호 영역 안쪽의 영역에 도 8d와 같이, 유기 발광층(222)을 형성한다. 이 경우, 상기 유기 발광층(222)은 상기 블록 구분없이 보호 영역 내에 영역 구분없이 형성될 수 있다. 여기서, 상기 뱅크(221)의 구비로 상기 유기 발광층(222)은 보호 영역 내부에 패터닝되지 않고 형성되지만, 전류가 집중하는 영역에는 뱅크(221) 상에 있어, 수명이 떨어지는 점을 방지할 수 있다.
이어, 도 8e와 같이, 상기 유기 발광층(222) 상에 반사 전극 성분의 제 2 전극(223)을 형성한다. 상기 제 2 전극(223) 형성시 제 2 패드 전극(2250)을 함께 일체형으로 형성한다. 도시된 바와 같이, 상기 제 2 전극(223)은 상기 제 1 전극(220)의 블록과 교차하는 방향의 다른 블록을 갖도록 분할 형성될 수 있으며, 경우에 따라, 상기 보호 영역을 커버하는 단일의 형상으로도 형성할 수 있다. 후자의 경우에는 상기 제 2 패드 전극(2250)은 단일로 구비될 수 있다.
또한, 도 8e와 같이, 제 2 전극(223) 및 제 2 패드 전극(2250)까지 완료된 기판의 제 2 면이 패드부에 각각 제 1 패드 전극(2150)과 제 2 패드 전극(2250)에 FPC(Flexible Printed Cable)을 부착하고, 상기 FPC들을 제어부(미도시)에 와이어를 통해 연결할 수 있다. 상기 FPC의 연결은 나노 액정층(300) 및 제 1 편광판(310) 부착 후에 진행할 수 있다.
이 경우, 상기 제어부는 상기 기판(100)의 제 1 면에 위치하는 COT 어레이(250) 및 공통 전극(257)에 신호를 인가하는 구동 타이밍을 제어하는 것으로, 상기 기판(100)의 외곽부에 위치하거나, 상기 기판(100)의 제 1 면에 구비된 게이트 구동부 및 데이터 구동부와 연결되는 회로 기판측에 구비될 수 있다.
이어, 상기 박막 트랜지스터 어레이 및 컬러 필터 어레이를 갖는 COT 어레이(250) 상에 나노 액정층(300)을 부착한다(120S).
이어, 상기 나노 액정층(300)을 덮는 제 1 편광판(310)을 부착한다(130S).
상술한 본 발명의 플렉서블 디스플레이는 광원부(200)의 구성을, 어레이 형성 공정에서 층상으로 증착할 수 있어, 10㎛ 내지 30㎛의 수준으로 구현이 가능하여, 플렉서블 디스플레이의 유연성 및 가요성 면에서 제약을 받지 않게 되었다.
또한, 광원부(200) 외에도 편광층을 기판의 일면에 임프린팅 공정으로 형성하고, 기판의 다른 면에 나노 액정층을 부착하여 형성하여, 종래 필수적이었던 대향 기판의 사용을 절감할 수 있으며, 이로써, 합착 마진을 요구치 않으며, 별도의 스페이서를 구비하지 않더라도 셀 갭 유지의 안정성을 얻을 수 있다.
즉, 본 발명의 플렉서블 디스플레이는 기판의 양면에 어레이 공정과 부착 공정만으로 디스플레이 구현이 가능하며, 이로써, 전류 구동 방식의 표시를 수행하는 유기 발광 표시 패널 대비 전압 구동 방식의 액정 패널을 이용하기 때문에, 소자 신뢰성이 크며, 더불어, 플렉서블 디스플레이의 전체 두께를 약 200~300㎛ 수준으로 할 수 있으며, 플렉서블 디스플레이의 유연성을 확보할 수 있다.
또한, 액정 표시 패널 기반의 디스플레이이기 때문에, 본 발명의 플렉서블 디스플레이는 합착 마진이 없고, 소자 신뢰성을 꾀할 수 있다.
한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
100: 기판 200: 광원부
210: 편광층 230: 발광부
250: COT 어레이 300: 나노액정층
310: 제 1 편광판

Claims (11)

  1. 제 1, 제 2 면을 갖는 기판;
    상기 기판의 제 1 면에 구비된 박막 트랜지스터 어레이 및 컬러 필터 어레이;
    상기 기판의 제 2 면에 구비되며, 복수개의 블록을 갖고 상기 블록들에 대해 구분되는, 편광층 및 유기 발광 소자를 포함한 광원부;
    상기 박막 트랜지스터 어레이 및 컬러 필터 어레이 상에 구비된 나노 액정층; 및
    상기 나노 액정층을 덮는 제 1 편광판을 포함하며,
    상기 편광층은 상기 기판의 제 2 면에, 제 1 방향으로 평행한 복수개의 그리드 패턴 및 상기 그리드 패턴 상의 금속 배선을 포함하며,
    상기 유기 발광 소자는, 상기 제 1 방향에서의 블록마다 나뉘고 상기 금속 배선과 접속하는 제 1 전극과, 상기 제 1 전극 상에 위치한 유기 발광층 및 상기 유기 발광층 상에 상기 제 1 방향과 교차하는 방향에서의 블록마다 나뉘는 제 2 전극을 포함하고,
    상기 금속 배선과 상기 제 1 전극 사이에 배치된 층간 절연막 및
    상기 제 1 전극과 상기 유기 발광층 사이에 배치되며, 상기 블록들 사이의 영역 및 상기 블록 내 상기 금속 배선과 상기 제 1 전극이 접속하는 상기 층간 절연막의 접속 홀의 영역을 덮는 뱅크를 더 포함한 플렉서블 디스플레이.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 나노 액정층은 필름 상으로 상기 박막 트랜지스터 어레이 및 컬러 필터 어레이 상에 부착된 플렉서블 디스플레이.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 편광층은, 상기 기판의 제 2 면에, 복수개의 블록으로 구분되며, 상기 블록 내에 상기 그리드 패턴을 연결하는 그리드 연결부를 블록 내에 복수개 서로 이격하여 갖는 플렉서블 디스플레이.
  5. 삭제
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 층간 절연막의 상기 접속 홀은 상기 그리드 연결부 상에 위치하여, 상기 제 1 전극과 상기 금속 배선이 연결되고,
    상기 뱅크는 상기 그리드 연결부와 중첩한 플렉서블 디스플레이.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 편광판은 상기 제 1 방향과 교차하는 방향의 흡수축을 갖는 플렉서블 디스플레이.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 기판의 제 2 면의 가장자리에 서로 중첩되지 않은 위치에, 상기 제 1 전극의 단부와 제 2 전극의 단부에 각각 제 1 패드 전극 및 제 2 패드 전극을 더 포함한 플렉서블 디스플레이.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제 1 패드 전극은 상기 편광층의 금속 배선과 동일층에 위치한 플렉서블 디스플레이.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 제 1 전극 및 제 2 전극은 복수개의 블록들에 대해 순차적으로 서로 다른 시점에 복수개의 제 1 패드 전극 및 제 2 패드 전극을 통해 전압 신호를 인가받는 플렉서블 디스플레이.
  11. 기판의 제 1 면에, 박막 트랜지스터 어레이 및 컬러 필터 어레이를 형성하는 단계;
    상기 기판의 제 2 면에, 편광층 및 유기 발광 소자를 구비한 광원부를 형성하는 단계;
    상기 박막 트랜지스터 어레이 및 컬러 필터 어레이 상에 나노 액정층을 부착하는 단계; 및
    상기 나노 액정층을 덮는 제 1 편광판을 부착하는 단계를 포함하며,
    상기 광원부를 형성하는 단계는,
    상기 기판의 제 2 면에, 복수개의 블록으로 나누어, 각 블록별로, 제 1 방향으로 평행한 복수개의 그리드 패턴 및 상기 그리드 패턴 상의 금속 배선을 포함한 상기 편광층을 형성하는 단계;
    상기 편광층 상에 상기 각 블록 내부에 접속 홀을 갖는 층간 절연막을 형성하는 단계;
    상기 제 1 방향에서의 블록마다 나뉘며, 상기 층간 절연막의 상기 접속 홀을 통해 상기 금속 배선과 접속하는 제 1 전극을 형성하는 단계;
    상기 복수개의 블록들 사이와, 상기 금속 배선과 상기 제 1 전극의 접속 부위를 덮는 뱅크를 형성하는 단계;
    상기 복수개의 블록들에서 상기 제 1 전극과 중첩하고, 상기 블록들 사이의 영역에서 상기 뱅크와 중첩하는 유기 발광층을 형성하는 단계;
    상기 유기 발광층 상에, 상기 제 1 방향과 교차하는 방향에서의 블록마다 나뉘는 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 플렉서블 디스플레이의 제조 방법.
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