KR102403000B1 - 유기발광 디스플레이 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 외부로의 광취출효율이 향상된 유기발광 디스플레이 장치를 위하여, 화소전극과, 상기 화소전극 상에 위치한 발광층과, 상기 발광층을 덮는 대향전극과, 상기 대향전극 상에 위치한 m개의 상부층들과, 상기 상부층들 상에 위치한 차광층과, 상기 상부층들 상에 위치한 칼라필터층을 구비하며, 상기 상부층들 각각의 굴절률과 두께를 ni와 di, 상기 차광층의 두께를 dBM, 상기 칼라필터층의 굴절률을 nCF, 공기의 굴절률을 nair, 상기 발광층에서 발생된 광이 상기 칼라필터층을 통과한 후 최초로 진입하는 공기에서의 굴절각을 θair라 하면, 상기 발광층의 발광영역 중 상기 차광층 방향의 끝단과 상기 차광층의 상기 발광층 방향의 끝단 사이의 거리 L이 아래의 [수학식]을 만족하는, 유기발광 디스플레이 장치를 제공한다.
[수학식]
[수학식]
Description
본 발명의 실시예들은 유기발광 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 외부로의 광취출효율이 향상된 유기발광 디스플레이 장치에 관한 것이다.
일반적으로 전면발광형 유기발광 디스플레이 장치는 발광층에서 발생된 광이 캐소드를 통과한 후 캐소드 상부의 층들을 통과하여 외부로 취출된다. 이 과정에서 발광층에서 발생된 광은 여러 층들을 거치면서 그 계면들에서 굴절될 수 있으며, 이에 따라 광 경로가 정해진다.
그러나 종래의 유기발광 디스플레이 장치의 경우, 발광층에서 발생된 광 중 외부로 취출되지 않는 광의 비율이 높다는 문제점이 있었다. 이는 결국 휘도의 감소로 이어지게 되며, 그럼에도 불구하고 휘도를 높이기 위해서는 전력소모량이 높아진다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 외부로의 광취출효율이 향상된 유기발광 디스플레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 화소전극과, 상기 화소전극 상에 위치한 발광층과, 상기 발광층을 덮는 대향전극과, 상기 대향전극 상에 위치한 m개의 상부층들과, 상기 상부층들 상에 위치한 차광층과, 상기 상부층들 상에 위치한 칼라필터층을 구비하며, 상기 상부층들 각각의 굴절률과 두께를 ni와 di, 상기 차광층의 두께를 dBM, 상기 칼라필터층의 굴절률을 nCF, 공기의 굴절률을 nair, 상기 발광층에서 발생된 광이 상기 칼라필터층을 통과한 후 외부의 공기에서의 굴절각을 θair라 하면, 상기 발광층의 발광영역 중 상기 차광층 방향의 끝단과 상기 차광층의 상기 발광층 방향의 끝단 사이의 거리 L이 아래의 [수학식]을 만족하는, 유기발광 디스플레이 장치가 제공된다.
[수학식]
상기 화소전극의 중앙부가 노출되도록 상기 화소전극의 가장자리를 덮는 화소정의막을 더 구비하고, 상기 상부층들은 상기 화소전극 및 상기 화소정의막에 대응하도록 할 수 있다.
이때, 상기 발광층의 발광영역은 상기 화소전극의 상기 화소정의막에 의해 덮이지 않은 부분에 대응할 수 있다. 나아가, 상기 발광층의 발광영역 중 상기 차광층 방향의 끝단은 상기 화소전극의 상기 화소정의막에 의해 덮이지 않은 부분의 가장자리에 대응하는 발광층의 부분일 수 있다.
한편, 상기 m개의 상부층들 중 상기 발광층 방향의 최하층은 상기 대향전극에 직접 컨택할 수 있다.
상기 칼라필터층의 상기 발광층 방향의 하면과 상기 차광층의 상기 발광층 방향의 하면은 동일평면 상에 위치할 수 있다. 이 경우, 상기 칼라필터층의 두께는 상기 차광층의 두께 이상이 되도록 할 수 있다.
θair는 90도일 수 있다.
상기 m개의 상부층들은 제1무기봉지층과, 상기 제1무기봉지층 상에 위치한 유기봉지층과, 상기 유기봉지층 상에 위치한 제2무기봉지층을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제1무기봉지층과 상기 제2무기봉지층은 실리콘옥사이드, 실리콘나이트라이드 및 실리콘옥시나이트라이트 등 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 유기봉지층은 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에틸렌설포네이트, 폴리옥시메틸렌 및 폴리아릴레이트 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또는, 상기 m개의 상부층들은 상호 교번하도록 적층된 복수개의 무기봉지층들과 복수개의 유기봉지층들을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 복수개의 무기봉지층들은 실리콘옥사이드, 실리콘나이트라이드 및 실리콘옥시나이트라이트 등 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 복수개의 유기봉지층들은 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에틸렌설포네이트, 폴리옥시메틸렌 및 폴리아릴레이트 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 관점에 따르면, 제1파장대역의 광을 방출하는 제1발광층을 포함하는 제1부화소와, 상기 제1파장대역보다 장파장인 제2파장대역의 광을 방출하는 제2발광층을 포함하는 제2부화소와, 상기 제2파장대역보다 장파장인 제3파장대역의 광을 방출하는 제3발광층을 포함하는 제3부화소와, 상기 제1부화소 내지 상기 제3부화소 상부에 위치하는 봉지층과, 상기 봉지층 상에 위치하며 상기 제1부화소 내지 상기 제3부화소 사이에 대응하는 차광층과, 상기 봉지층 상에 위치한 칼라필터층을 구비하고, 상기 제1발광층의 발광영역 중 상기 차광층 방향의 끝단과 상기 차광층의 상기 제1발광층 방향의 끝단 사이의 거리를 L1, 상기 제2발광층의 발광영역 중 상기 차광층 방향의 끝단과 상기 차광층의 상기 제2발광층 방향의 끝단 사이의 거리를 L2, 상기 제3발광층의 발광영역 중 상기 차광층 방향의 끝단과 상기 차광층의 상기 제3발광층 방향의 끝단 사이의 거리를 L3라 하면, L1<L2<L3인, 유기발광 디스플레이 장치가 제공된다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점은 이하의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용, 특허청구범위 및 도면으로부터 명확해질 것이다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 외부로의 광취출효율이 향상된 유기발광 디스플레이 장치를 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광 디스플레이 장치의 일부분을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 2는 도 1의 유기발광 디스플레이 장치의 일부분에서의 광 경로를 개략적으로 도시하는 개념도이다.
도 3은 실리콘옥사이드의 파장에 따른 굴절률 변화를 보여주는 그래프이다.
도 4는 실리콘나이트라이드의 파장에 따른 굴절률 변화를 보여주는 그래프이다.
도 5는 폴리아크릴레이트의 파장에 따른 굴절률 변화를 보여주는 그래프이다.
도 6은 폴리에틸렌테레프탈레이트의 파장에 따른 굴절률 변화를 보여주는 그래프이다.
도 2는 도 1의 유기발광 디스플레이 장치의 일부분에서의 광 경로를 개략적으로 도시하는 개념도이다.
도 3은 실리콘옥사이드의 파장에 따른 굴절률 변화를 보여주는 그래프이다.
도 4는 실리콘나이트라이드의 파장에 따른 굴절률 변화를 보여주는 그래프이다.
도 5는 폴리아크릴레이트의 파장에 따른 굴절률 변화를 보여주는 그래프이다.
도 6은 폴리에틸렌테레프탈레이트의 파장에 따른 굴절률 변화를 보여주는 그래프이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시예에서 층, 막, 영역, 판 등의 각종 구성요소가 다른 구성요소 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 구성요소 "바로 상에" 있는 경우뿐 아니라 그 사이에 다른 구성요소가 개재된 경우도 포함한다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
이하의 실시예에서, x축, y축 및 z축은 직교 좌표계 상의 세 축으로 한정되지 않고, 이를 포함하는 넓은 의미로 해석될 수 있다. 예를 들어, x축, y축 및 z축은 서로 직교할 수도 있지만, 서로 직교하지 않는 서로 다른 방향을 지칭할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기발광 디스플레이 장치의 일부분을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
본 실시예에 따른 유기발광 디스플레이 장치는 화소전극(210), 화소전극(210) 상에 위치한 발광층(220), 발광층 상의 대향전극(230), 대향전극(230) 상부에 위치한 차광층(410), 대향전극(230) 상부에 위치한 칼라필터층(420), 그리고 차광층(410) 및 칼라필터층(420)과 대향전극(230) 사이에 개재된 3개의 상부층들(310, 320, 330)을 구비한다.
물론 필요에 따라 도 1에 도시된 것과 같이 박막트랜지스터(TFT)나 커패시터(Cap)가 기판(100) 상에 위치하도록 하고, 화소전극(210)은 박막트랜지스터(TFT)에 전기적으로 연결되도록 할 수 있다. 기판(100)은 글라스재, 금속재, 또는 PET(Polyethylene terephthalate), PEN(Polyethylene naphthalate), 폴리이미드(Polyimide) 등과 같은 플라스틱재 등, 다양한 재료로 형성된 것일 수 있다. 그리고 불순물이 박막트랜지스터(TFT)의 반도체층으로 침투하는 것을 방지하는 역할을 하는 버퍼층(110), 박막트랜지스터(TFT)의 반도체층과 게이트전극을 절연시키기 위한 게이트절연막(130), 박막트랜지스터(TFT)의 소스전극/드레인전극과 게이트전극을 절연시키기 위한 층간절연막(150) 및 박막트랜지스터(TFT)를 덮으며 상면이 대략 평평한 평탄화막(170) 등이 기판(100) 상에 배치될 수 있다.
화소전극(210)은 (반)투명전극 또는 반사전극일 수 있다. 화소전극(210)이 (반)투명전극일 경우, 예컨대 인듐틴옥사이드(ITO; indium tin oxide), 인듐징크옥사이드(IZO; indium zinc oxide), 징크옥사이드(ZnO; zinc oxide), 인듐옥사이드(In2O3 indium oxide), 인듐갈륨옥사이드(IGO; indium gallium oxide) 또는 알루미늄징크옥사이드(AZO; aluminium zinc oxide)를 포함할 수 있다. 화소전극(210)이 반사전극일 경우에는, Ag, Mg, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr 또는 이들의 화합물 등을 포함하는 반사막과, ITO, IZO, ZnO 또는 In2O3로 형성된 막을 포함할 수 있다. 물론 화소전극(210)의 구성 및 재료가 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 변형이 가능하다.
이러한 화소전극(210)의 상면 중 발광층이 위치할 부분을 정의하기 위해, 도 1에 도시된 것과 같이 화소정의막(180)이 위치할 수 있다. 화소정의막(180)은 화소전극(210)의 중앙부가 노출되도록 화소전극(210)의 가장자리를 덮을 수 있다. 이를 통해 화소정의막(180)은 화소를 정의하는 역할을 할 수 있다. 또한, 화소정의막(180)은 화소전극(210)의 단부와 화소전극(210) 상부의 대향전극(230) 사이의 거리를 증가시킴으로써 화소전극(210)의 단부에서 아크 등이 발생하는 것을 방지하는 역할을 할 수도 있다.
화소전극(210) 상에는 발광층(220)이 위치한다. 물론 화소전극(210)과 발광층(220) 사이에는 다른 중간층이 개재될 수도 있다. 예컨대 정공주입층 및/또는 정공수송층이 화소전극(210) 상에 위치하고, 발광층(220)은 이러한 층들 상에 위치할 수 있다.
발광층(220) 상에는 도 1에 도시된 것과 같이 대향전극(230)이 위치한다. 대향전극(230)은 복수개의 화소들에 있어서 일체(一體)일 수 있다. 따라서 대향전극(230)은 발광층(220)에는 물론 화소정의막(180)의 상부에도 대응할 수 있다. 이러한 대향전극(230)은 (반)투명전극일 수 있다. 이를 위해 대향전극(230)은 Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Al, Mg 또는 이들의 화합물을 포함하는 층과, ITO, IZO, ZnO 또는 In2O3 등의 (반)투명물질을 포함하는 층을 포함할 수 있다.
이와 같은 화소전극(210), 발광층(220) 및 대향전극(230)은 유기발광소자(200)로 이해될 수 있다. 이러한 유기발광소자(200)는 박막트랜지스터(TFT)를 통해 화소전극(210)에 인가되는 전기적 신호에 따라 결정되는 휘도의 광을 방출할 수 있다.
유기발광소자(200) 상에는 봉지층(300)이 위치한다. 물론 봉지층(300)은 발광층(220)에는 물론 화소정의막(180)의 상부에도 대응할 수 있다. 봉지층(300)은 다층구조를 가질 수 있는데, 도 1에서는 봉지층(300)이 제1무기봉지층(310), 유기봉지층(320) 및 제2무기봉지층(330)을 포함하는 것으로 도시하고 있다. 이러한 봉지층(300)은 유기발광소자(200)를 외부의 산소나 수분과 같은 불순물로부터 보호하는 역할을 할 수 있다.
제1무기봉지층(310)이나 제2무기봉지층(330)은 다양한 물질을 포함할 수 있는데, 예컨대 실리콘나이트라이드, 실리콘옥사이드 및/또는 실리콘옥시나이트라이드 등을 포함할 수도 있고, 산화금속, 질화금속, 산화질화 금속 또는 탄화금속 등을 포함할 수도 있다. 제1무기봉지층(310)과 제2무기봉지층(330) 사이에 개재되는 유기봉지층(320)은 제1무기봉지층(310)의 굴곡진 형상을 평탄화하는 역할을 할 수 있다. 또한 제1무기봉지층(310)에 크랙이 발생해도 유기봉지층(320)이 제1무기봉지층(310)을 덮고 있으므로 크랙이 제2무기봉지층(330)으로 더 이상 연장되지 않도록 할 수 있다. 이러한 유기봉지층(320)은 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에틸렌설포네이트, 폴리옥시메틸렌 및 폴리아릴레이트로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 재료를 포함할 수 있다.
이러한 봉지층(300) 상에는 차광층(410)과 칼라필터층(420)이 위치한다. 차광층(410)은 발광층(220)과 중첩하지 않도록 봉지층(300) 상에 위치하며, 칼라필터층(420)은 발광층(220)과 중첩하도록 봉지층(300) 상에 위치한다. 차광층(410)은 발광층(220)과 중첩하지 않기에, 화소들 사이에 대응하도록 위치하는 것으로 이해할 수 있다. 예컨대 xy평면에 수직인 z축 상에서 유기발광 디스플레이 장치를 바라볼 시, 차광층(410)은 각 화소를 일주(一周)하는 형상을 가질 수 있다. 이는 차광층(410)이 발광층(220)의 발광영역 주위를 일주하는 것으로 이해될 수 있다.
차광층(410)은 외광 반사를 방지하고 디스플레이 장치의 콘트라스트를 향상시키는 역할을 하는 것으로, 크롬, 알루미늄, 규소 또는 이들의 산화물 등의 물질을 포함할 수 있다. 칼라필터층(420)은 발광층(220)에서 발생된 광 중 외부로 취출되는 광의 파장을 사전설정된 파장 범위 내로 한정하는 역할을 할 수도 있고, 칼라필터층(420)으로 입사한 외광 중 사전설정된 파장 범위 이외의 광이 다시 외부로 반사되는 것을 방지하는 역할을 할 수도 있다.
이와 같이 차광층(410)과 칼라필터층(420)이 봉지층(300) 상에 위치하기에, 차광층(410)의 발광층(220) 방향(-z 방향)의 하면과 칼라필터층(420)의 발광층(220) 방향(-z 방향)의 하면은 동일평면 상에 위치할 수 있다. 이때 칼라필터층(420)의 두께는 도 1에 도시된 것과 같이 차광층(410)의 두께보다 커서, 차광층(410)의 상면을 칼라필터층(420)이 덮을 수도 있다. 물론 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 칼라필터층(420)의 두께가 차광층(410)의 두께와 동일할 수도 있다.
본 실시예에 따른 유기발광 디스플레이 장치는 이와 같은 구성요소들 외에, 윈도우(500)를 더 구비할 수 있다. 이 윈도우(500)는 투광성 층으로서, 디스플레이 장치의 최외곽에 위치하는 것일 수 있다.
이하에서는 이와 같은 구조의 본 실시예에 따른 유기발광 디스플레이 장치에서의 광 경로에 대해 설명한다.
도 2는 도 1의 유기발광 디스플레이 장치의 일부분에서의 광 경로를 개략적으로 도시하는 개념도이다. 참고로 도 2는 본 실시예에 따른 유기 발광 디스플레이 장치가 후술할 수학식 9의 요건을 만족시키기 못하는 것과 같이 도시하였으나, 이는 설명 및 도시의 편의를 위한 것일 뿐이다. 도 2에 도시된 것과 같이, 발광층(220)에서 발생된 광은 대향전극(230), 봉지층(300), 칼라필터층(420) 및 윈도우(500)를 통과하여 외부로 방출된다. 이때 계면들에서 스넬의 법칙에 따른 굴절이 이루어지게 된다.
이때 대향전극(230)의 두께는 수nm 내지 수십nm에 불과하고, 봉지층(300)의 층들 각각의 두께나 차광층(410)의 두께 등은 대향전극(230)의 두께보다 훨씬 두꺼운 대략 수um에 이른다. 물론 발광층(220)과 대향전극(230) 사이에도 전자수송층 및/또는 전자주입층 등이 개재될 수 있으나, 발광층(220)을 비롯하여 전자수송층 및/또는 전자주입층 등의 두께 역시 수 nm 내지 수십 nm에 불과하다.
이하에서는 발광층(220)에서 발생된 광이 외부로 취출되기까지의 광 경로에 있어서 화소전극(210)에 수직인 전방(+z 방향)에 수직인 방향(+x 방향)으로의 변위를 고려한다. 이때 이와 같이 발광층(220)을 비롯하여 전자수송층 및/또는 전자주입층 등의 두께 역시 수 nm 내지 수십 nm에 불과하기에, 발광층(220)에서 발생된 광이 외부로 취출되기까지의 상기 방향(+x 방향)으로의 변위를 고려할 시, 전자수송층 및/또는 전자주입층이나 대향전극(230)에서의 변위는 무시하고 봉지층(300) 등에서의 변위만을 고려해도 충분하다.
제1무기봉지층(310)의 굴절률을 n1, 유기봉지층(320)의 굴절률을 n2, 제2무기봉지층(330)의 굴절률을 n3, 칼라필터층(420)의 굴절률을 nCF, 윈도우(500)의 굴절률을 nw라 하고, 제1무기봉지층(310)과 유기봉지층(320) 사이의 계면에서의 광의 입사각을 θ1이라 하고 굴절각을 θ2, 유기봉지층(320)과 제2무기봉지층(330) 사이의 계면에서의 광의 굴절각을 θ3, 제2무기봉지층(330)과 칼라필터층(420) 사이의 계면에서의 광의 굴절각을 θCF, 칼라필터층(420)과 윈도우(500) 사이의 계면에서의 광의 굴절각을 θw, 윈도우(500)와 외부 공기 사이의 계면에서의 광의 굴절각을 θair라 하면, 각 계면에서의 이들 사이의 관계는 스넬의 법칙에 의해 다음 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다(i는 1 또는 2).
[수학식 1]
nisinθi = ni+1sinθi+1, n3sinθ3 = nCFsinθCF,
nCFsinθCF = nwsinθw, nwsinθw = nairsinθair
이러한 수학식 1 중 윈도우(500)와 외부 공기 사이의 계면에서의 관계식으로부터 다음과 같은 수학식 2를 유도할 수 있다.
[수학식 2]
그리고 수학식 1 중 칼라필터층(420)과 윈도우(500) 사이의 계면에서의 관계식과 수학식 2로부터 다음과 같은 수학식 3을 유도할 수 있다.
[수학식 3]
유사한 방식으로, 수학식 1 중 제2무기봉지층(330)과 칼라필터층(420) 사이의 계면에서의 관계식과 수학식 3으로부터 다음과 같은 수학식 4를 유도할 수 있다.
[수학식 4]
그리고 수학식 1 중 제1무기봉지층(310)과 유기봉지층(320) 사이의 계면, 그리고 유기봉지층(320)과 제2무기봉지층(330) 사이의 계면에서의 관계식과 수학식 4로부터 다음과 같은 수학식 5를 유도할 수 있다(i는 1 또는 2).
[수학식 5]
한편, 제1무기봉지층(310) 내에서 광이 진행하면서 화소전극(210)에 수직인 전방(+z 방향)이 아닌 그에 수직인 방향(+x 방향)으로 움직이는 거리를 Δx1, 유기봉지층(320) 내에서 광이 진행하면서 전방(+z 방향)에 수직인 방향(+x 방향)으로 움직이는 거리를 Δx2, 제2무기봉지층(330) 내에서 광이 진행하면서 전방(+z 방향)에 수직인 방향(+x 방향)으로 움직이는 거리를 Δx3, 칼라필터층(420) 내에서 광이 전방(+z 방향)으로 차광층(410)의 두께만큼 진행하면서 전방(+z 방향)에 수직인 방향(+x 방향)으로 움직이는 거리를 ΔxBM이라 하면, 전방(+z 방향)에 수직인 방향으로 광이 움직이는 총 거리 Δx는 다음 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 6]
수학식 6에 수학식 3 내지 수학식 5를 대입하면, 다음 수학식 7을 얻게 된다.
[수학식 7]
지금까지는 대향전극(230)과 칼라필터층(420) 사이에 총 3개의 층들이 개재된 경우에 대해 설명하였지만, 대향전극(230) 상에 m개의 상부층들이 위치하고 이 상부층들 상에 칼라필터층(420)이 위치할 수도 있으며, 그러한 경우 수학식 7은 아래와 같은 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다(m은 1보다 큰 자연수).
[수학식 8]
이와 같은 상황에서, 발광층(220)의 발광영역 중 차광층(410) 방향(+x 방향)의 끝단과 차광층(410)의 발광층(220) 방향(-x 방향)의 끝단 사이의 거리를 L이라 하면, 본 실시예에 따른 유기발광 디스플레이 장치는 다음 수학식 9를 만족시킨다.
[수학식 9]
만일 L이 수학식 9를 만족시키지 못한다면, 이는 발광층(220)의 발광영역 중 차광층(410) 방향(+x 방향)의 끝단에서 발생된 광의 적어도 일부가 차광층(410)에 의해 차폐되어 외부로 취출되지 못한다는 것을 의미하며, 이 경우 광효율이 저하될 수밖에 없다.
그러나 본 실시예에 따른 유기발광 디스플레이 장치는 L이 수학식 9를 만족시키도록 함으로써, 발광층(220)의 발광영역에서 발생된 광이 외부로 취출되는 효율을 획기적으로 높일 수 있다. 여기서 발광층(220)의 발광영역은 화소전극(210)의 화소정의막(180)에 의해 덮이지 않은 부분에 대응할 수 있다. 그리고 발광층(220)의 발광영역 중 차광층(410) 방향(+x 방향)의 끝단은, 화소전극(210)의 화소정의막(180)에 의해 덮이지 않은 부분의 가장자리에 대응하는 발광층(220)의 부분으로 이해될 수 있다.
지금까지는 봉지층(300)이 제1무기봉지층(310), 유기봉지층(320) 및 제2무기봉지층(330)까지 총 3개의 층들을 포함하는 경우에 대해, 즉 m개의 상부층들이 제1무기봉지층(310)과, 제1무기봉지층(310) 상에 위치한 유기봉지층과(320), 유기봉지층(320) 상에 위치한 제2무기봉지층(330)을 포함하는 경우에 대해 주로 설명하였지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 m개의 상부층들은 상호 교번하도록 적층된 복수개의 무기봉지층들과 복수개의 유기봉지층들도 포함할 수 있다. 이 경우, 복수개의 무기봉지층들은 실리콘옥사이드, 실리콘나이트라이드 및 실리콘옥시나이트라이트 등 적어도 어느 하나를 포함하고, 복수개의 유기봉지층들은 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에틸렌설포네이트, 폴리옥시메틸렌 및 폴리아릴레이트 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
한편, 수학식 9와 관련하여 언급된 m개의 상부층들 중 발광층(220) 방향(-z 방향)의 최하층은 대향전극(230)에 직접 컨택하는 것으로 이해될 수 있다. 즉, 대향전극(230)과 봉지층(300) 사이에 캐핑층이나 필름층과 같은 다른 층들이 개재될 수도 있으며, 이 경우 수학식 9와 관련하여 언급된 m개의 상부층들은 봉지층(300) 외에 그와 같은 캐핑층이나 필름층과 같은 다른 층들까지 포함하는 것으로 이해될 수 있다. 또한, 봉지층(300)과 칼라필터층(420) 사이에 다른 층들이 개재된다면, 역시 그러한 층들 역시 수학식 9와 관련하여 언급된 m개의 상부층들에 속하게 된다.
아울러 수학식 9를 살펴보면 L은, m개의 상부층들의 두께와 굴절률, 차광층(410)의 두께, 칼라필터층(420)의 굴절률, 공기의 굴절률 및 최종 굴절각의 함수로만 나타난다. 즉, 칼라필터층(420)과 윈도우(500) 사이에 터치스크린층 등을 비롯한 어떠한 다른 층들이 개재되는지 여부, 그리고 칼라필터층(420)과 윈도우(500) 사이에 공기층이 개재되는지 여부 등은 L에 어떠한 영향을 미치지 못한다. 따라서 칼라필터층(420)과 윈도우(500) 사이에 터치스크린층 등을 비롯한 다른 층들이 개재되거나, 칼라필터층(420)과 윈도우(500) 사이에 공기층이 개재되는 경우라 하더라도, 수학식 9를 만족시킨다면 이는 본원의 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
만일 θair는 90도라면 이는 시야각이 매우 넓은 유기발광 디스플레이 장치를 의미하며, 이 경우 수학식 9는 다음 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 10]
그리고 공기의 굴절률을 1로 간주한다면, 수학식 10은 다음 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 11]
예컨대 도 2에 도시된 것과 같은 구조에 있어서 제1무기봉지층(310)과 제2무기봉지층(330)이 실리콘옥사이드를 포함하며 그 굴절률이 550nm 파장의 광에 대해 1.46이고, 유기봉지층(320)이 폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함하며 그 굴절률이 550nm 파장의 광에 대해 1.65이며, 칼라필터층(420)이 산화알루미늄 등을 포함하며 그 굴절률이 550nm 파장의 광에 대해 1.7이라면, 제1무기봉지층(310)의 두께를 d1, 유기봉지층(320)의 두께를 d2, 제2무기봉지층(330)의 두께를 d3라 할 시, L은 다음 수학식 12와 같이 나타난다.
[수학식 12]
따라서 만일 d1이 1.5um, d2가 2.5um, d3가 1um, 그리고 dBM이 2um라면, L은 대략 5.71um 이상이 되어야 광취출효율 저하를 방지할 수 있게 된다.
한편, 무기봉지층이나 유기봉지층은 파장에 따른 굴절률이 상이할 수 있다. 도 3은 실리콘옥사이드의 파장에 따른 굴절률 변화를 보여주는 그래프이고 도 4는 실리콘나이트라이드의 파장에 따른 굴절률 변화를 보여주는 그래프인바, 무기봉지층은 이와 같이 파장에 따라 굴절률이 상이할 수 있다. 마찬가지로, 도 5는 폴리아크릴레이트의 파장에 따른 굴절률 변화를 보여주는 그래프이고 도 6은 폴리에틸렌테레프탈레이트의 파장에 따른 굴절률 변화를 보여주는 그래프인바, 유기봉지층 역시 이와 같이 파장에 따른 굴절률이 상이할 수 있다. 이는 물론 칼라필터층의 경우에도 마찬가지이다.
따라서 유기발광 디스플레이 장치가 만일 적색부화소, 청색부화소 및 녹색부화소를 포함한다면, 각 부화소별로 수학식 9를 만족시키기 위한 L의 최소값이 달라지게 된다. 도 3 내지 도 6을 참조하면 실리콘옥사이드, 실리콘나이트라이드, 폴리아크릴레이트 및 폴리에틸렌테레프탈레이트의 경우 파장이 증가할수록 굴절률이 낮아지는 경향을 보인다. 수학식 9 또는 수학식 11에서 굴절률의 이러한 파장 의존성을 고려하게 되면, 파장이 증가할수록 L의 최소값이 증가하게 된다. 따라서 청색부화소보다는 녹색부화소에 있어서 L의 최소값이 더 크고, 녹색부화소보다는 적색부화소에 있어서 L의 최소값이 더 크게 설정되어야 한다.
이를 일반화하면 다음과 같은 실시예에 따른 유기발광 디스플레이 장치 역시 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
즉, 본 실시예에 따른 유기발광 디스플레이 장치는, 제1부화소 내지 제3부화소와, 제1부화소 내지 제3부화소 상부에 위치하는 봉지층과, 봉지층 상에 위치하며 제1부화소 내지 제3부화소 사이에 대응하는 차광층과, 봉지층 상에 위치한 칼라필터층을 포함한다. 제1부화소는 제1파장대역의 광을 방출하는 제1발광층을 포함하고, 제2부화소는 제1파장대역보다 장파장인 제2파장대역의 광을 방출하는 제2발광층을 포함하며, 제3부화소는 제2파장대역보다 장파장인 제3파장대역의 광을 방출하는 제3발광층을 포함한다. 이때, 제1발광층의 발광영역 중 차광층 방향의 끝단과 차광층의 제1발광층 방향의 끝단 사이의 거리를 L1, 제2발광층의 발광영역 중 차광층 방향의 끝단과 차광층의 제2발광층 방향의 끝단 사이의 거리를 L2, 제3발광층의 발광영역 중 차광층 방향의 끝단과 차광층의 제3발광층 방향의 끝단 사이의 거리를 L3라 하면, 전술한 것과 같이 수학식 9 또는 수학식 11에서 굴절률의 파장 의존성을 고려하여 L1 < L2 < L3이 되도록 할 수 있다. 이를 통해 제1발광층 내지 제3발광층 각각의 발광영역에서 발생된 광이 외부로 취출되는 효율을 획기적으로 높일 수 있다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 기판 110: 버퍼층
130: 게이트절연막 150: 층간절연막
170: 평탄화막 180: 화소정의막
200: 유기발광소자 210: 화소전극
220: 발광층 230: 대향전극
300: 봉지층 310: 제1무기봉지층
320: 유기봉지층 330: 제2무기봉지층
410: 차광층 420: 칼라필터층
500: 윈도우
130: 게이트절연막 150: 층간절연막
170: 평탄화막 180: 화소정의막
200: 유기발광소자 210: 화소전극
220: 발광층 230: 대향전극
300: 봉지층 310: 제1무기봉지층
320: 유기봉지층 330: 제2무기봉지층
410: 차광층 420: 칼라필터층
500: 윈도우
Claims (13)
- 화소전극;
상기 화소전극 상에 위치한 발광층;
상기 발광층을 덮는 대향전극;
상기 대향전극 상부에 위치한 차광층;
상기 대향전극 상부에 위치한 칼라필터층; 및
상기 차광층 및 상기 칼라필터층과 상기 대향전극 사이에 개재되고, 상기 대향전극 방향에 위치하며 상기 대향전극에 직접 컨택하는 최하층을 포함하며, 상기 발광층에서 발생된 광이 통과하는, 복수개의 상부층들;
을 구비하며,
상기 복수개의 상부층들의 개수를 1보다 큰 자연수인 m이라 하고, 상기 복수개의 상부층들 각각의 굴절률과 두께를 ni와 di라 하며(i는 1 이상 m 이하의 자연수), 상기 차광층의 두께를 dBM라 하고, 상기 칼라필터층의 굴절률을 nCF라 하며, 공기의 굴절률을 nair라 하고, 상기 발광층에서 발생된 광이 상기 칼라필터층을 통과한 후 외부의 공기에서의 굴절각을 θair라 하면, 상기 발광층의 발광영역 중 상기 차광층 방향의 끝단과 상기 차광층의 상기 발광층 방향의 끝단 사이의 거리 L이 아래의 [수학식]을 만족하는, 유기발광 디스플레이 장치.
[수학식]
- 제1항에 있어서,
상기 화소전극의 중앙부가 노출되도록 상기 화소전극의 가장자리를 덮는 화소정의막을 더 구비하고, 상기 복수개의 상부층들은 상기 화소전극 및 상기 화소정의막에 대응하는, 유기발광 디스플레이 장치. - 제2항에 있어서,
상기 발광층의 발광영역은 상기 화소전극의 상기 화소정의막에 의해 덮이지 않은 부분에 대응하는, 유기발광 디스플레이 장치. - 제3항에 있어서,
상기 발광층의 발광영역 중 상기 차광층 방향의 끝단은 상기 화소전극의 상기 화소정의막에 의해 덮이지 않은 부분의 가장자리에 대응하는 발광층의 부분인, 유기발광 디스플레이 장치. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 칼라필터층의 상기 발광층 방향의 하면과 상기 차광층의 상기 발광층 방향의 하면은 동일평면 상에 위치하는, 유기발광 디스플레이 장치. - 제6항에 있어서,
상기 칼라필터층의 두께는 상기 차광층의 두께 이상인, 유기발광 디스플레이 장치. - 제1항에 있어서,
θair는 90도인, 유기발광 디스플레이 장치. - 제1항에 있어서,
상기 복수개의 상부층들은 제1무기봉지층과, 상기 제1무기봉지층 상에 위치한 유기봉지층과, 상기 유기봉지층 상에 위치한 제2무기봉지층을 포함하는, 유기발광 디스플레이 장치. - 제9항에 있어서,
상기 제1무기봉지층과 상기 제2무기봉지층은 실리콘옥사이드, 실리콘나이트라이드 및 실리콘옥시나이트라이트 등 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 유기봉지층은 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에틸렌설포네이트, 폴리옥시메틸렌 및 폴리아릴레이트 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 유기발광 디스플레이 장치. - 제1항에 있어서,
상기 복수개의 상부층들은 상호 교번하도록 적층된 복수개의 무기봉지층들과 복수개의 유기봉지층들을 포함하는, 유기발광 디스플레이 장치. - 제11항에 있어서,
상기 복수개의 무기봉지층들은 실리콘옥사이드, 실리콘나이트라이드 및 실리콘옥시나이트라이트 등 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 복수개의 유기봉지층들은 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에틸렌설포네이트, 폴리옥시메틸렌 및 폴리아릴레이트 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 유기발광 디스플레이 장치. - 제1파장대역의 광을 방출하는 제1발광층을 포함하는 제1부화소;
상기 제1파장대역보다 장파장인 제2파장대역의 광을 방출하는 제2발광층을 포함하는 제2부화소;
상기 제2파장대역보다 장파장인 제3파장대역의 광을 방출하는 제3발광층을 포함하는 제3부화소;
상기 제1부화소 내지 상기 제3부화소 상부에 위치하는 봉지층;
상기 봉지층 상에 위치하며 상기 제1부화소 내지 상기 제3부화소 사이에 대응하는 차광층; 및
상기 봉지층 상에 위치한 칼라필터층;
을 구비하고,
상기 제1발광층의 발광영역 중 상기 차광층 방향의 끝단과 상기 차광층의 상기 제1발광층 방향의 끝단 사이의 거리를 L1, 상기 제2발광층의 발광영역 중 상기 차광층 방향의 끝단과 상기 차광층의 상기 제2발광층 방향의 끝단 사이의 거리를 L2, 상기 제3발광층의 발광영역 중 상기 차광층 방향의 끝단과 상기 차광층의 상기 제3발광층 방향의 끝단 사이의 거리를 L3라 하면, L1<L2<L3인, 유기발광 디스플레이 장치.
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