KR102551867B1 - 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 증가된 투명도를 갖는 투명 표시가 가능하며, 양면 발광 표시가 가능하여 발광시 개구율까지 늘릴 수 있는 표시 장치에 관한 것으로, 투과부가 선택적으로 투과 기능과 양면 발광 기능이 가능하도록 변경된 구성을 갖는다.

Description

표시 장치 {Display Device}
본 발명은 투명 표시가 가능한 표시 장치에 관한 것으로, 투명 표시와 양면 발광 표시가 동시에 가능하며 이를 통해 투명도, 개구율 및 소자 성능을 함께 향상시킨 표시 장치에 관한 것이다.
최근 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 전기적 정보신호를 시각적으로 표현하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응하여 박형화, 경량화, 저소비전력화의 우수한 성능을 지닌 여러 가지 다양한 평판 표시장치(Flat Display Device)가 개발되어 기존의 브라운관(Cathode Ray Tube: CRT)을 빠르게 대체하고 있다.
이 같은 평판 표시장치의 구체적인 예로는 액정 표시장치(Liquid Crystal Display device: LCD), 플라즈마 표시장치(Plasma Display Panel device: PDP), 전계방출 표시장치(Field Emission Display device: FED), 유기 발광 표시장치(Organic Light Emitting Device: OLED) 및 양자점 표시 장치(Quantum Dot Display Device) 등을 들 수 있다.
이 중, 별도의 광원을 요구하지 않으며 장치의 컴팩트화 및 선명한 컬러 표시를 위해 유기 발광 표시 장치나 양자점 발광 표시 장치와 같은 자발광 표시 장치가 경쟁력 있는 어플리케이션(application)으로 고려되고 있다.
또한, 최근에는 전면 및 후면에서 광이 투과되며 시야를 방해하지 않으면서도 화상을 표시할 수 있는 투명 표시 장치의 요구도 늘어나고 있다.
그리고, 이러한 자발광 표시와 투명 표시를 발광 다이오드의 배치를 변경하여 동시에 얻고자 하는 연구가 개발되고 있다.
그러나, 자발광 영역과 투명 영역은 각각 발광의 효율 증대 및 투과율이 최우선적으로 고려되어야 할 것으로, 서로 목적이 상이하여 이로 인해 요구되는 구조가 달라 공통의 형성 방법으로 구현이 어려운 실정이다.
또한, 기판 상에 자발광 영역과 투명 영역을 함께 갖는 경우 투명 영역에서는 투과율을 높이기 위해 자발광 영역의 구성 대비 구성의 생략이 요구되어, 투명 영역의 존재만큼 발광 영역이 그만큼 줄어드는 문제가 있고, 또한 줄어든 발광 영역만으로 일정 밝기 이상의 발광 표시를 위해 요구되는 전압이 높은 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 특히 투명 표시와 양면 발광 표시가 동시에 가능하며 이를 통해 투명도, 개구율 및 소자 성능을 함께 향상시킨 표시 장치에 관한 것이다.
본 발명의 표시 장치는 투명 표시가 가능한 표시 장치에서, 투과부에도 발광이 가능하도록 유기 발광 소자의 구성을 구비함으로써, 발광 영역을 늘려 발광 구동에 필요한 구동 전압을 줄일 수 있고, 이를 통해 전체 표시 장치의 수명을 향상시킬 수 있다.
일예에 따른 본 발명의 표시 장치는 발광부와 투과부를 갖는 투명 기판과, 상기 발광부에 구비된 반사 애노드와, 상기 투과부에 구비된 투명 애노드와, 상기 반사 애노드 상에 제 1 발광층과, 상기 투명 애노드 상에 제 2 발광층 및 상기 제 1 발광층과 제 2 발광층 상에 캐소드를 포함할 수 있다.
또한, 상기 투과부가 아닌 영역에, 상기 반사 애노드와 전기적으로 연결된 제 1 박막 트랜지스터와, 상기 투명 애노드와 전기적으로 연결된 제 2 박막 트랜지스터를 더 포함할 수 있다.
상기 발광부에 대응하여, 상기 반사 애노드와 상기 캐소드 사이에 상기 제 1 발광층을 포함한 제 1 유기 스택을 갖고, 상기 투과부에 대응하여, 상기 투명 애노드와 상기 캐소드 사이에, 상기 제 2 발광층을 포함한 제 2 유기 스택을 갖고, 상기 제 2 유기 스택은 상기 제 1 유기 스택보다 광학 보상층을 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 유기 스택 및 제 2 유기 스택은 각각 전하 생성층으로 나뉘는 복수개의 서브 스택을 포함하며, 상기 제 1 유기 스택의 서브 스택들은 각각 상기 제 1 발광층을 갖고, 상기 제 2 유기 스택의 서브 스택들은 각각 상기 제 2 발광층을 가질 수 있다.
상기 제 2 유기 스택의 광학 보상층은 적어도 어느 한 서브 스택의 제 2 발광층과 접할 수 있다.
상기 제 1 유기 스택과 제 2 유기 스택은 공통적으로 각 서브 스택에, 상기 제 1 발광층 및 제 2 발광층의 하부에 제 1 유기 공통층 및 상기 제 1 발광층 및 제 2 발광층 상부에 제 2 유기 공통층을 더 포함할 수 있다.
상기 광학 보상층은 상기 제 1 유기 공통층 또는 제 2 유기 공통층에 포함된 유기층 중 적어도 어느 하나와 동일 재료로 이루어질 수 있다.
상기 제 2 유기 스택에 포함된 상기 광학 보상층의 전체 두께는 400Å 내지 1200Å일 수 있다.
상기 제 1 발광층은 동일층에 위치하며 서로 다른 파장의 광을 발광하는 제 1 색 발광층 및 제 2 색 발광층을 포함하며, 상기 제 2 발광층은, 상기 제 1, 제 2 색 발광층과 다른 파장의 광을 발광하는 제 3 색 발광층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 색 발광층 및 제 2 색 발광층은 서로 이격하여 교번 배치되며, 상기 제 1 색 발광층 및 제 2 색 발광층 각각은 평면상 서로 이격한 복수개의 제 3 색 발광층으로 둘러싸일 수 있다.
이 경우, 상기 제 3 파장은 상기 제 1 파장과 제 2 파장의 중간 파장의 광일 수 있다.
혹은 상기 제 1 발광층은 서로 다른 제 1 내지 제 3 파장의 광을 발광하는 제 1 내지 제 3 색 발광층을 포함하며, 상기 제 2 발광층은, 상기 제 1 내지 제 3 파장의 광 중 적어도 어느 하나와 동일한 파장의 광을 발광하는 제 4 색 발광층을 포함할 수 있다.
상기 제 1 내지 제 3 색 발광층은 평면 상 서로 이격하며, 상기 제 4 색 발광층은, 상기 제 4 색 발광층으로부터 일정 간격 이격한 상기 제 1 내지 제 3 색 발광층으로 둘러싸일 수 있다.
상기 제 1 내지 제 3 색 발광층 중 상기 제 4 색 발광층과 동일한 색을 발광하는 색 발광층이 상기 발광부에서 가장 큰 면적을 차지할 수 있다.
여기서, 상기 제 1 파장은 430nm 내지 490nm이며, 상기 제 3 파장은 510nm 내지 590nm 이며, 상기 제 2 파장은 600nm 내지 650nm 일 수 있다.
또한, 상기 캐소드는 복수층이며, 복수층 중 상기 제 1, 제 2 유기 스택에 가장 가까운 층은 무기 화합물을 포함할 수 있다.
상기 캐소드의 복수층에는 520nm 파장에 대해 투과율 70% 이상의 금속 합금층을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 투명 애노드는 제 1 투명 전극층과 제 2 투명 전극층이 적층되며, 상기 제 1 투명 전극층과 제 2 투명 전극층의 동일층의 제 3 투명 전극층 및 제 4 투명 전극층이 상기 발광부의 반사 애노드의 하부 및 상부에 각각 접하도록 구비될 수 있다.
상기 발광부에 상당하여, 상기 캐소드 상부에 상기 제 1 발광층을 통해 발광되는 파장의 광을 투과시키는 컬러 필터층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 표시 장치는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명의 표시 장치는 투명 표시를 위해 양 기판이 투명한 투과부에 있어서도 발광이 가능한 유기 발광 소자를 구비하여, 기판의 대부분의 영역이 발광 영역으로 이용될 수 있어, 발광부에 한해 발광 구동이 일어난 일반적인 투명 표시 장치에서 발광부의 유기 발광 소자의 지속적 구동에 의해 수명이 저하되는 문제를 해결할 수 있다. 즉, 기판의 대부분에 영역을 발광 구동이 가능하도록 하여, 단위 면적당 전류 밀도가 낮아지기 때문에, 표시 장치의 수명을 향상시킬 수 있다.
둘째, 발광부뿐만 아니라 투과부까지 발광 구동이 가능하도록 하여, 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
셋째, 투과부의 전극 구조는 발광부에서의 전극 구조와 상이하게, 투명 전극들이 서로 대향하는 구조로 하여 투명 표시가 가능하도록 한다.
넷째, 투과부의 유기 발광 소자의 구조는, 투명 대향 전극 구조 내에, 발광부보다 더 두껍게 광학 보상층을 적용하여, 투과부에서 발광되는 발광색의 색감을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 표시 장치의 발광부 및 투과부를 개략적으로 나타낸 단면도
도 2는 본 발명의 표시 장치의 화소 구성을 나타낸 평면도
도 3은 도 2의 I~I' 선상의 단면도
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 표시 장치를 도 3의 A 영역 및 B 영역에 대해 나타낸 단면도
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표시 장치를 도 3의 A 영역 및 B 영역에 대해 나타낸 단면도
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 표시 장치를 도 3의 A 영역 및 B 영역에 대해 나타낸 단면도
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 표시 장치를 도 3의 A영역 및 B 영역에 대해 나타낸 단면도
도 8 내지 도 10은 본 발명의 제 4 실시예의 여러 형태를 나타낸 단면도
도 11은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 표시 장치를 나타낸 단면도
도 12a 및 도 12b는 각각 본 발명의 제 5 실시예의 제 1 형태에 따른 표시 장치의 효율 및 CIE 특성을 나타낸 그래프
도 13a 및 도 13b는 각각 본 발명의 제 5 실시예의 제 2 형태에 따른 표시 장치의 발광부의 효율 및 CIE 특성을 나타낸 그래프
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 제 5 실시예의 제 2 형태에 따른 표시 장치의 투과부 효율 및 CIE 특성을 나타낸 그래프
도 15a 및 도 15b는 본 발명의 제 5 실시예의 제 3 형태에 따른 표시 장치의 투과부 효율 및 CIE 특성을 나타낸 그래프
도 16a 및 도 16b는 비교예의 표시 장치와 본 발명의 표시 장치의 일 실시예에 따른 평면도
도 17 및 도 18은 본 발명의 제 6 실시예 및 제 7 실시예의 표시 장치를 나타낸 평면도
도 19는 본 발명의 제 8 실시예의 표시 장치에 따른 단면도
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 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.
본 발명의 다양한 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도면에 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 본 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
본 발명의 다양한 실시예에 포함된 구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
본 발명의 다양한 실시예를 설명함에 있어, 위치 관계에 대하여 설명하는 경우에, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
본 발명의 다양한 실시예를 설명함에 있어, 시간 관계에 대한 설명하는 경우에, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예를 설명함에 있어, '제 1~', '제 2~' 등이 다양한 구성 요소를 서술하기 위해서 사용될 수 있지만, 이러한 용어들은 서로 동일 유사한 구성 요소 간에 구별을 하기 위하여 사용될 따름이다. 따라서, 본 명세서에서 '제 1~'로 수식되는 구성 요소는 별도의 언급이 없는 한, 본 발명의 기술적 사상 내에서 '제 2~' 로 수식되는 구성 요소와 동일할 수 있다.
본 발명의 여러 다양한 실시예의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 다양한 실시예가 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 표시 장치의 발광부 및 투과부를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 1과 같이, 본 발명의 표시 장치는 발광부(E)와 투과부(T/E)를 갖는 투명 기판(100)과, 상기 발광부(E)에 구비된 반사 애노드(1100)와, 상기 투과부(T/E)에 구비된 투명 애노드(1200)와, 상기 반사 애노드(1100) 상에 제 1 발광층(EML1)과, 상기 투명 애노드(1200) 상에 제 2 발광층(EML2) 및 상기 제 1 발광층(EML1)과 제 2 발광층(EML2) 상에 캐소드(140)을 포함한다.
본 발명의 표시 장치는, 발광부(E)와 더불어 투과부(T/E) 영역까지 선택적으로 발광이 가능하도록 구현하여 전체 표시 장치에서 발광 효율을 상승시킨 점에 특징이 있다. 명칭에서 투과부(T/E)는 전압 오프시 투명성을 유지하는 점에서 투과부라 지칭되었지만, 실질적으로 본 발명의 투과부(T/E)는 전압 오프시는 투과부로 전압 온시는 발광이 이루어지는 보조 발광부로 이용된다. 즉, 전압 오프시 투과부는 마치 투명 필름처럼 투과부를 바라볼 때, 하부의 구성이 무색으로 투명하게 표시되며, 전압 온시는 투과부가 투과성을 갖되 유색성의 발광을 하는 것이다.
상기 발광부(E)와 투과부(T/E)들의 외곽부에 뱅크(150) 등의 구성을 두어 인접한 서로 영역을 구분할 수 있다. 경우에 따라, 뱅크(150)는 생략될 수도 있다. 또한, 발광부(E)와 투과부(T/E) 사이에는 뱅크(150)가 더 구비될 수도 있으며, 박막 트랜지스터(TFT1, TFT2) 및 배선(도 2의 SL, DL)과 같은 회로 구성은 상기 뱅크(150)에 의해 가려져 투명 표시에 영향이 없도록 한다.
상기 발광부(E) 및 투과부(T/E)는 평면상 이격될 수도 있고, 접할 수 있다. 이격되는 경우, 상기 발광부(E)와 투과부(T/E) 사이에는 뱅크(150)가 구비될 수 있다. 또한 뱅크(150)가 구비되지 않더라도, 발광부(E)와 투과부(T/E)의 분리는 반사 애노드(1100)와 투명 애노드(1200)의 분리에 의해 이루어지며, 이를 통해 발광부(E)와 투과부(T/E) 각각을 독립적으로 구동할 수도 있다.
이를 위해, 본 발명의 표시 장치는 발광부(T)와 투과부(T/E)가 각각 제 1 유기 발광 소자(OLED1)와 제 2 유기 발광 소자(OLED2)를 갖도록 구성한다.
그리고, 상기 제 1, 제 2 유기 발광 소자(OLED1, OLED2)를 구동하기 위해 구동부 구성으로, 상기 투명 기판(100)의 발광부(E)에는, 상기 반사 애노드(1100)와 전기적으로 연결된 제 1 박막 트랜지스터(TFT1)와, 상기 투명 애노드(1200)와 전기적으로 연결된 제 2 박막 트랜지스터(TFT2)를 더 포함할 수 있다. 투과부(T/E)의 구동을 위해 구비되는 제 2 박막 트랜지스터(TFT2)가 발광부(E)에 구비된 이유는 상기 투과부(T/E)의 투명도를 유지하기 위함이다.
여기서, 상기 제 1, 제 2 박막 트랜지스터(TFT1, TFT2)는 발광부(E)뿐만 아니라 발광부(E)와 투과부(T) 사이의 뱅크(150)가 구비된다면, 뱅크(150) 하측에 구비될 수도 있다.
상기 제 1 박막 트랜지스터(TFT1)와 제 2 박막 트랜지스터(TFT2)는 서로 전기적으로 이격되어 각각 독립적으로 반사 애노드(1100)와 투명 애노드(1200)로 신호를 인가한다.
한편, 상기 캐소드(140)는 반사성 또는 투과성 금속으로, 발광부(E)와 투과부(T/E)에서 공통적으로 끊김없이 형성되며, 제 1, 제 2 유기 발광 소자(OLED1, OLED2)에 전자를 주입하기 위하여 520nm 파장에 대해 투과율 70% 이상의 금속 합금층을 포함할 수 있다. 상기 캐소드(140)가 반사성 금속일 때, Ag, Mg, Yb 를 적어도 하나 포함한 합금일 수 있으며, 투과성 금속일 때는 IZO(Indium Zinc Oxide)로 형성한다. 캐소드(140)가 반사성 금속이거나 투과성 금속일 때, 캐소드(140)의 두께는 면저항과 전자 주입성을 함께 고려하여 다르게 설정할 수 있다.
여기서, 발광부(E)의 제 1 유기 발광 소자(OLED1)는 상부 발광 방식 구조로 아래에서부터 차례로, 반사 애노드(1100)와 제 1 유기 스택(130), 캐소드(140)를 구비하며, 투과부(T/E)의 제 2 유기 발광 소자(OLED2)는 투명성을 유지하기 위해 투명 애노드(1200), 제 2 유기 스택(130'), 캐소드(140)의 적층 구성을 유지한다.
상기 제 1, 제 2 유기 발광 소자(OLED1, OLED2)에 있어서, 상기 캐소드(140)는 발광부(E) 및 투과부(T/E)에서 끊기거나 이격없이 공유되어 있고, 애노드는 각각의 발광부(E) 밑 투과부(T/E)마다 반사 애노드(1100)와 투명 애노드(1200)로 나뉘어 형성된다. 투명 애노드(1200)을 이루는 투명 전극 물질이 발광부(E)의 반사 애노드(1100)에서 반사 전극층(111)과 접한 투명 전극층(112)으로 함께 포함될 수 있다. 이 경우, 상기 반사 전극층(112)은 APC(Ag:Pb:Cu), Ag, Al 중 어느 하나 또는 이들 중 어느 하나를 포함한 반사 전극일 수 있으며, 투명 전극층(112)은 ITO, IZO, ITZO 등일 수 있다.
그리고, 상기 캐소드(140)는 복수층으로 이루어질 수 있으며, 복수층 중 가장 제 1, 제 2 유기 스택(130, 130')과 인접한 층이 무기 화합물을 포함할 수 있으며, 예를 들어, LiF나 Li가 도핑된 무기 화합물층이 구비되어 캐소드(140)에서 제 1, 제 2 유기 스택(130, 130')로 전자가 주입되는데 에너지 배리어를 줄일 수 있다. 이 경우, 상기 캐소드(140)의 복수층 각각은 금속을 포함할 수 있다.
상기 제 1 유기 스택(130)과 제 2 유기 스택(130')은 각각 제 1, 제 2 발광층(EML1, EML2)을 포함하며 동일 스택 형성 공정에서 형성될 수 있다.
여기서, 제 1 발광층(EML1)과 제 2 발광층(EML2)는 서로 동일 색을 발광하는 발광층일 수도 있고, 다른 색을 발광하는 발광층일 수도 있다. 그리고, 상기 제 1, 제 2 유기 스택(130, 130')은 각각 제 1, 제 2 발광층(EML1, EML2)의 단일층으로 구비할 수도 있지만, 이에 한하지 않으며, 제 1, 제 2 발광층(EML1, EML2)의 하부와 상부에 유기 공통층을 더 구비할 수 있다. 이 경우, 유기 공통층은 증착 마스크를 이용하지 않고 기판(100) 상에 형성되는 구성으로, 발광부(E)와 투과부(T/E)에 대해 공통으로 구비될 수 있다. 경우에 따라, 유기 공통층 외에 발광부(E)와 투과부(T/E) 각각에서 해당 발광색의 최적 효율의 광학적 위치를 조정하기 위해 발광부(E)의 소정 서브 화소나 투과부(T/E)에 선택적으로 구비되는 수송층이 더 구비될 수도 있다. 발광부(E)의 소정 서브 화소나 투과부(T/E)에 선택적으로 구비되는 수송층은 제 1, 제 2 발광층(EML1, EML2)의 하부 또는 상부에 접하여 구비되어 (반사 또는 투명) 애노드(1100 또는 1200)와 캐소드(140) 사이에서 각 발광색별 발광이 이루어지는 발광 영역(emission zone)의 최적의 위치를 조정할 수 있다.
상기 제 1, 제 2 박막 트랜지스터(TFT1, TFT2)는 각각 반사 애노드(1100)와 투명 애노드(1200)와 제 1, 제 2 접속부(CT1, CT2)를 통해 전기적으로 연결되며, 이들 제 1, 제 2 접속부(CT1, CT2)는 발광부(E) 또는 뱅크(150)에 구비되어 투과부(T/E) 에서 투과율을 높일 수 있다. 이 경우, 상기 투명 애노드(1200)는 제 2 접속부(CT2)와 중첩이 가능하도록 상기 발광부(E)로 일부분이 연장될 수 있다. 이 경우에도, 상기 투명 애노드(1200)와 반사 애노드(1100)는 서로 전기적으로 이격하도록 서로 이격을 유지한다.
한편, 단면도에서 표현되어 있지 않지만, 인접한 발광부(E) 혹은 투과부(T/E)들 간의 영역을 구분하기 위한 뱅크(150)는 폴리 이미드, 폴리아미드, 포토 아크릴 등의 물질로 이루어지며, 1㎛ 이상의 두께를 가져, 발광부(E)와 투과부(T/E)들에서 얇고 평탄하게 증착되는 제 1 유기 스택(130) 및 제 2 유기 스택(130')들이 뱅크(150)에 의해 영역적으로 구별될 수 있다. 제 1, 제 2 유기 스택(130, 130') 중 서로 다른 발광색의 발광층(EML1, EML2)을 제외하여 나머지 유기 공통층들이 증착 마스크를 이용하지 않고 형성될 수 있으며, 적어도 뱅크(150)의 측부에서 유기 공통층의 두께는 뱅크(150) 사이의 발광부(E) 또는 투과부(T/E)의 평탄부의 두께보다 얇다.
또한, 본 발명의 표시 장치는 상술한 바와 같이, 투명 기판(100) 상의 발광부(E)에 제 1 유기 발광 소자(OLED1)와, 투과부(T/E)에 제 2 유기 발광 소자(OLED2)가 구비됨과 함께, 이에 대향되는 대향 투명 기판(200)과, 발광부 (E)의 각 서브 화소별 각 발광층(EML1)이 발광하는 색을 선택적으로 투과시키는 컬러 필터층(210) 및 상기 제 1, 제 2 유기 발광 소자(OLED1, OLED2)를 갖는 투명 기판(100)과 컬러 필터층(210)을 갖는 대향 투명 기판(200) 사이에 봉지층(300)을 포함한다.
한편, 경우에 따라 투명 기판(200)은 생략될 수 있으며, 이 경우, 컬러 필터층(210)은 제 1 유기 발광 소자(OLED1)의 상부에 위치할 수 있으며, 봉지층(300)이 제 1, 제 2 유기 발광 소자(OLED1, OLED2)와 컬러 필터층(210)을 덮도록 형성될 수 있다.
상기 투명 기판(100) 및 대향 투명 기판(200)은 글래스 기판 또는 플라스틱 기판 등의 광의 투과가 가능한 투명한 재질로 이루어지며, 표시 장치가 플렉서블 장치에 이용시 연성 가능할 수 있다. 그리고, 투과부(T/E)에 대해서는 발광과 투과가 가능하도록 투명 기판(100)과 대향 투명 기판(200)의 어느쪽에도 편광판 등의 차광성 광학 필름이 구비되지 않는 것이 바람직하다.
편광판이 표시 장치에서 생략되는 경우, 발광부(E)에서 상기 컬러 필터층(210)이 선택적 파장만을 투과시키며 나머지 파장대에서는 광의 흡수 기능을 가져 외광 반사 기능을 겸할 수 있다.
이하, 본 발명의 표시 장치의 각 화소의 평면적 배치와 구체적인 단면도를 도면을 참조하여 살펴본다.
도 2는 본 발명의 표시 장치의 화소 구성을 나타낸 평면도이며, 도 3은 도 2의 I~I' 선상의 단면도이다.
도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 하나의 투과부(T/E)와 그 주변 발광부(E)를 살펴보면 다음과 같다.
도 2 및 도 3과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 스캔 라인(SL)과 데이터 라인(DL)의 중첩 부위에 대응되어 발광부(E)가 구비되며, 인접한 발광부(E) 사이에 투과부(T/E)가 구비된다.
투과부(T/E)는 투명하여야 하므로, 배선(SL, DL) 및 박막 트랜지스터(TFT1, TFT2)과 중첩하지 않게 배치된다.
발광부(E)와 투과부(T/E) 이외의 영역으로, 예를 들어 배선 등의 차광 요소를 가리며, 이웃하는 화소 또는 서브 화소들간의 영역 구분을 위해 뱅크(150)가 형성될 수 있다.
여기서, 발광부(E)와 투과부(T/E) 사이의 영역은 존재할 수도 있고, 존재하지 않을 수도 있으며, 발광부(E)와 투과부(T/E) 사이의 영역이 존재하지 않는 경우에는 발광부(E)가 배선(SL, DL)을 덮도록 하여, 발광부(E)의 제 1 유기 발광 소자(OLED1) 하부에 위치하는 배선이 시인되지 않도록 한다.
도 2 및 도 3의 일 실시예에 따른 표시 장치에서 발광색 배치를 살펴보면 다음과 같다.
공통적으로 투과부(T/E)에 녹색 발광 영역(G(T/E))이 구비되어 제 2 유기 발광 소자(OLED2)를 이루고, 발광부(E)는 투과부(T/E)의 네 코너에 상당하여 위치하며, 투과부(T/E)에 구비된 발광층과 다른 색상의 광을 발광하는 제 1 유기 발광 소자(OLED1)의 층상 구조를 갖는 적색 발광 영역(RE) 및 청색 발광 영역(BE)이 고르게 분포되어 있다. 도 2에 제시된 예에서 투과부(T/E)에서 발광하는 발광색을 녹색 발광(G)으로 한 이유는 발광색 중 동일 전류 구동에서 가장 시인성이 좋기 때문이다. 이 경우, 투과부(T/E)의 제 2 유기 발광 소자(OLED2)가 출사하는 녹색광은 상기 적색 발광 영역(RE)의 적색광과 청색 발광 영역(BE)의 청색광의 중간 파장의 광에 상당하다. 표시 장치가 구현되는 환경 또는 어플리케이션의 형태에 따라 투과부(T/E)에 구비되는 발광색이 변경될 수도 있다.
한편, 본 발명에서 설명하는 적색 발광의 파장은 600nm 내지 650nm이며, 청색 발광의 파장은 430nm 내지 490nm이며, 녹색 발광의 파장은 510nm 내지 590nm 에 해당하며, 서로 상이한 색을 발광한다.
인접한 2개의 적색 발광 영역(RE)을 갖는 발광부와 청색 발광 영역(BE)을 갖는 발광부(E)와 이들과 인접한 2개의 투과부(T/E)을 합하여 화소(pixel)라 할 수 있으며, 상기 화소는 투명 기판(100) 상에 복수개의 행과 열로 배치된다. 그리고, 각 발광부 및 투과부(T/E)는 제 1 박막 트랜지스터(TFT1), 제 1 박막 트랜지스터(TFT2)가 접속되어 독립적으로 구동하는 서브 화소(sub-pixel)로 기능한다.
도 2에 도시된 예에서는 발광부로서 적색 발광 영역(RE) 및 청색 발광 영역(BE)이 각각 가로와 세로 방향에서 서로 교번 배치되어 있다. 그리고, 각 적색 발광 영역(RE)에는 적색 유기 발광층이 구비되며, 청색 발광 영역(BE)에는 청색 발광 유기 발광층이 구비된다.
그리고, 각각의 적색 발광 영역(RE) 및 청색 발광 영역(BE) 각각은 평면적으로 이격한 복수개의 투과부(T/E)들이 둘러싸는 형상이다. 각 투과부(T/E)는 녹색 발광층(G)을 포함한다. 상기 각 투과부(T/E)의 입장에서는 좌상 우하의 제 1 대각선 방향과 우상 좌하의 제 2 대각성 방향에서 서로 다른 색의 발광 영역(RE, BE)가 배치된다. 상기 발광부(E: RE, BE)는 서로 교차하는 스캔 라인(SL)과 데이터 라인(DL)의 교차부에 대응되어 위치할 수 있으며, 투과부(T/E)는 상기 발광부(E)와 이격하여 스캔 라인(SL)과 데이터 라인(DL)과 비중첩된 위치에 구비될 수 있다.
상기 발광부(E: RE, BE)의 제 1 박막 트랜지스터(TFT1)는 상기 스캔 라인(SL)과 동일층에 형성되는 제 1 게이트 전극(1120)과, 상기 제 1 게이트 전극(1120)과 채널 영역이 중첩되는 제 1 반도체층(1110)과, 상기 제 1 반도체층(1110)과 양측에 접속된 제 1 소스 전극(1140) 및 제 1 드레인 전극(1160)으로 이루어진다. 그리고, 상기 제 1 게이트 전극(1120)은 상기 스캔 라인(SL)과 일체형으로 스캔 라인(SL)에서 돌출되는 돌출 패턴으로 형성될 수 있다. 상기 제 1 소스 전극(1140)은 상기 데이터 라인(DL)으로부터 돌출되는 돌출 패턴으로 형성될 수 있으며, 제 1 드레인 전극(1160)은 이와 이격하여 형성하며, 제 1 드레인 전극(1160)은 제 1 유기 발광 소자(OLED1)의 반사 애노드(1100)와 제 1 접속부(CT1)를 통해 접속된다.
제 2 박막 트랜지스터(TFT2)는 상기 제 1 박막 트랜지스터(TFT1)와 동일 공정에서 형성될 수 있으며, 따라서, 상기 스캔 라인(SL)과 동일층에 형성되는 제 2 게이트 전극(1122)과, 상기 제 2 게이트 전극(1122)과 채널 영역이 중첩되는 제 2 반도체층(1112)과, 상기 제 2 반도체층(1112)과 양측에 접속된 제 2 소스 전극(1161) 및 제 2 드레인 전극(1142)으로 이루어진다. 그리고, 상기 제 2 게이트 전극(1122)은 상기 스캔 라인(SL)과 일체형으로 스캔 라인(SL)에서 돌출되는 돌출 패턴으로 형성되거나 별도의 스캔 라인(ASL, 미도시)을 구비하여 별도의 스캔 라인(ASL)으로부터의 돌출 패턴으로 형성될 수 있다. 여기서, 제 2 게이트 전극(1122)이 별도의 스캔 라인(ASL)으로부터 형성되거나 접속되는 경우, 상기 제 2 박막 트랜지스터(TFT2)는 상기 제 1 박막 트랜지스터(TFT1)와 다른 시점에서의 구동을 꾀할 수 있다. 상기 제 2 소스 전극(1161)은 상기 데이터 라인(DL)으로부터 돌출되는 돌출 패턴으로 형성될 수 있으며, 이 경우, 제 2 소스 전극(1161)이 접속하는 데이터 라인(DL)은 인접한 제 1 박막 트랜지스터(TFT1)가 연결되는 데이터 라인(DL)과 다른 데이터 라인일 수 있다. 그리고, 제 2 드레인 전극(1141)은 상기 데이터 라인(DL), 제 2 소스 전극(1161)과 이격하여 형성하며, 제 2 드레인 전극(1142)은 제 2 유기 발광 소자(OLED1)의 투명 애노드(1100)와 제 2 접속부(CT2)를 통해 접속된다.
도 3을 참조하여 표시 장치의 층상 구조를 세분하여 설명하면 다음과 같다.
투명 기판(100) 상에는 버퍼층(105)이 구비되며, 상기 버퍼층(105) 상에 제 1, 제 2, 제 3 반도체층(1110, 1112, 1111)이 구비되어 있다. 버퍼층(105)은 투명 기판(100)에 잔존하는 불순물들이 반도체층(1110, 1112, 1111)에 유입되지 않도록 하는 기능을 한다. 상기 반도체층(1110, 1111, 1112)은 비정질 또는 결정질 실리콘 반도체층일 수 있으며, 혹은 투명 산화물 반도체층일 수 있다. 그리고, 각각 제 1, 제 2 소스 전극(1140, 1161) 및 제 1, 제 2 드레인 전극(1160, 1142)와 접속하는 제 1, 제 2 반도체층(1110, 1112)의 양측은 불순물이 주입된 영역일 수 있으며, 상기 제 1, 제 1 반도체층(1110, 1112)에서 불순물이 주입된 영역 사이에 진성 영역으로 채널 영역으로 기능할 수 있다.
상기 제 3 반도체층(1111)은 상부에 형성될 스토리지 전극들(1121, 1141)과 중첩되어 위치할 수 있으며, 이는 불순물이 주입된 경우 스토리지 캐패시터의 용량을 증가시키는 보조 스토리지 전극으로 이용될 수 있다. 혹은 경우에 따라 상기 제 3 반도체층(1111)은 생략될 수도 있다.
그리고, 상기 제 1 내지 제 3 반도체층(1110, 1112, 1111)을 덮도록 게이트 절연막(106)이 구비되며, 상기 제 1 및 제 2 반도체층(1110, 1112)의 진성 영역 및 제 3 반도체층(1111)을 중첩하는 제 1 및 제 2 게이트 전극(1120, 1122) 및 제 1 스토리지 전극(1121)이 형성된다.
상기 제 1, 제 2 내지 제 3 반도체층(1110, 1112, 1111) 및 제 1, 제 2 게이트 전극(1120, 1122) 및 제 1 스토리지 전극(1121)을 덮으며 제 1 층간 절연막(107)이 구비된다.
상기 제 1 반도체층(1110) 및 제 2 반도체층(1112)의 양측은 상기 제 1 층간 절연막(107) 및 게이트 절연막(106)을 선택적으로 제거하여 콘택홀을 형성하고, 상기 콘택홀들을 통해 각각 제 1 소스 전극(1140), 제 1 드레인 전극(1160)을 제 1 반도체층(1110)에 접속시키고, 제 2 소스 전극(1161) 및 제 2 드레인 전극(1142)을 제 2 반도체층(1112)에 접속시킨다. 동일 공정에서, 상기 제 1 스토리지 전극(1121)와 중첩하는 제 1 층간 절연막(107) 상에 제 2 스토리지 전극(1141)이 형성된다.
여기서, 발광부(E: RE, BE)에 구비된 제 1 유기 발광 소자(OLED1)의 구동을 위한 제 1 박막 트랜지스터(TFT1)는 아래에서부터 차례로 제 1 반도체층(1110), 이와 채널 영역이 중첩한 제 1 게이트 전극(1120) 및 상기 제 1 반도체층(1110)의 양측에 접속된 제 1 소스 전극(1140) 및 제 1 드레인 전극(1160)으로 이루어진다. 투과부(T/E)에 구비되는 제 2 유기 발광 소자(OLED2)의 구동을 위한 제 2 박막 트랜지스터(TFT2)는 상기 투과부(T/E)와 비중첩하며, 상기 제 1 박막 트랜지스터(TFT1)와 동일 층상 구조로, 아래에서부터 차례로 제 2 반도체층(1112), 이와 채널 영역이 중첩한 제 2 게이트 전극(1122) 및 상기 제 2 반도체층(1112)의 양측에 접속된 제 2 소스 전극(1161) 및 제 2 드레인 전극(1142)으로 이루어진다.
또한, 스토리지 캐패시터(STC)는 제 1 층간 절연막(107)을 사이에 두고 서로 중첩된 제 1, 제 2 스토리지 전극(1121, 1141)으로 이루어진다.
상기 제 1, 제 2 박막 트랜지스터(TFT1, TFT2) 및 스토리지 캐패시터(STC)를 덮으며, 제 2 층간 절연막(108)이 형성된다.
여기서, 제 1, 제 2 박막 트랜지스터(TFT1, TFT2) 및 스토리지 캐패시터(STC)는 차광성의 금속층들을 구비하는 것으로, 투과부(T/E)와 비중첩시켜 배치시키며, 이에 따라 발광부(E: RE, BE)와 중첩시키거나 혹은 뱅크(150) 형성부와 중첩하여 배치시킬 수 있다. 여기서, 뱅크(150)는 투과부(T/E)와 발광부(E) 사이에 있거나 발광부(E) 중 서로 이격하는 적색 발광 영역(RE) 및 청색 발광 영역(BE) 사이에 위치할 수 있다. 발광부(E)의 경우 반사 애노드(1100)가 그 하부에 배치되는 금속층들이 시인됨을 방지하며, 뱅크(150)가 위치한 부위에서는 두꺼운 뱅크(150)의 배치로 하부 구성의 시인을 방지할 수 있다.
한편, 제 1 층간 절연막(108)을 덮으며 표면을 평탄화하도록 평탄화막(109)이 더 형성되며, 평탄화막(109) 및 제 2 층간 절연막(108)을 선택적으로 제거하여 제 1, 제 2 접속부(CT1, CT2)를 구비하여 상기 제 1, 제 2 박막 트랜지스터(TFT1, TFT2)와 반사 애노드(1100) 및 투명 애노드(1200)가 각각 접속될 수 있다.
또한, 본 발명의 표시 장치는 상기 투과부(T/E)와 발광부(E)가 위치하지 않은 부위의 소정 영역에 격벽(160)이 더 구비되어 인접한 투과부들(T/E) 혹은 발광부들(E)을 구분할 수 있다. 격벽(160)은 유기 스택(130, 130'(G)) 형성시 유기 물질의 증착에 사용되는 증착 마스크(미도시)가 직접적으로 뱅크(150)에 닿지 않게 하여, 영역을 구분하는 뱅크(150)가 무너지지 않고 그 형상을 유지하도록 한다.
상기 격벽(160)은 뱅크(150)와 동일층에 형성되는 제 1 층(161)과 상기 제 1 층(161)을 덮도록 하여 제 1 층(161)의 상부 표면으로 일정 높이를 갖는 제 2 층(162)을 포함하여 이루어진다. 상기 제 2 층(162)은 뱅크(150) 형성 후, 유기 공통층이나 발광층의 형성시 요구되는 증착 마스크가 직접적으로 뱅크(150)에 닿거나 쳐짐을 방지하기 위해, 뱅크 상에 형성하는 스페이서(미도시)와 동일층에 형성될 수 있다.
이하, 제 1 유기 발광 소자(OLED1)와 제 2 유기 발광 소자(OLED2)의 층상 구조에 따라 달라지는 여러 실시예들을 살펴본다. 각 실시예에서 투과부(T/E)에는 투명 애노드(1200)와 캐소드(140)가 대향된 전극 구조를 이루며, 발광부(E)에는 반사 애노드(1100)와 캐소드(140)가 대향된 전극 구조를 이룬다. 여기서, 반사 애노드(1100)는 반사 전극층(111)과 투명 전극층(112)의 이층형으로 이루어짐을 나타내나 이에 한하지 않으며, 투명 전극층(112)이 생략될 수 있으며, 혹은 투명 전극층(112)과 반사 전극층(111)은 각각 복수층일 수 있다. 상기 반사 애노드(1100)가 투명 전극층(112)을 구비시 투과부(T/E)의 상기 투명 애노드(1200)는 투명 전극층(112)과 동일 공정에서 형성될 수 있다. 경우에 따라, 반사 전극층(111)의 상부와 더불어 하부에도 투명 전극층이 더 구비될 수 있으며, 이 경우, 상기 투명 애노드(1200)는 이층 구조의 투명 전극층으로 이루어질 수 있다.
이하 실시예들에서 상이한 점은 유기 스택(130, 130'(G))의 배치에 있다.
한편, 본 발명의 표시 장치는 투과부(T/E)가 투과와 발광을 동시에 수행하므로 이 점에서, 애노드 구성과 유기 스택(130'(G))의 구성을 발광부(E)와 다르게 하며, 가능한 다양한 실시예를 설명한다.
*제 1 실시예*
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 표시 장치를 도 3의 A 영역 및 B 영역에 대해 나타낸 단면도이다.
도 4a 및 도 4b와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 표시 장치는, 발광부(E)와 제 1 유기 스택(130)으로 제 1 유기 공통층(131), 제 1 발광층(132R) 및 제 2 유기 공통층(133)의 적층 구성을 갖는다. 제 1 유기 공통층(131)에는 정공 수송 관련 층들이 구비될 수 있으며, 이에는 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 저지층 등이 구비될 수 있다. 그리고, 제 2 유기 공통층(133)에는 전자 수송 관련층이 구비되며, 예를 들어, 정공 저지층, 전자 수송층 및 캐소드 보조층 등이 구비될 수 있다.
투과부(T/E)에서는 제 2 유기 스택(130')으로 제 1 유기 공통층(131), 상기 제 1 발광층(132R)과 구분되어 배치된 제 2 발광층(132G)와 제 2 유기 공통층(133)을 갖는다.
제 1 실시예에 따른 표시 장치는, 발광부(E)와 투과부(T/E)의 제 1, 제 2 유기 스택(OLED1, OLED2)의 구성이 발광층(132R, 132G)을 제외하고는 동일한 구성을 갖는 것이다. 경우에 따라, 제 1 유기 공통층(131)과 제 2 유기 공통층(133) 외에 유기 스택(130, 130') 내에 최적의 발광 효율을 가질 수 있는 발광층(132R, 132G)의 위치를 조정하기 위해 발광층(132R, 132G)과 인접하여 선택적으로 발광부(E)의 일부 서브 화소 또는 투과부(T/E)에 정공 수송층(미도시)을 더 구비할 수 있다. 이 경우, 상기 투과부(T/E)의 녹색 발광층(132G)과 발광부(E)의 적색 발광층(132R) 및 청색 발광층은 서로 다른 두께를 가질 수 있다.
상기 발광부(E)와 투과부(T/E)에 구비되는 발광층의 발광색은 도시된 적색 및 녹색에 한정되지 않고 다른 발광색을 발광하는 발광층을 더 구비할 수도 있고, 영역별 발광부(E) 또는 투과부(T/E)에 서로 다른 발광층이 구비될 수 있다. 그러나, 투과부(T/E)에 가장 시인성이 좋은 녹색 발광층(132G)이 구비된 경우, 녹색 발광층(132G)과 다른 발광색을 갖는 경우 대비, 표시 장치의 발광 효율이 최대일 수 있다. 그러나, 이에 한하지 않으며, 표시 장치가 이용되는 어플리케이션에서 선호되는 색상이 있다면 투과부(T/E)에 구비된 발광층은 다른 색상의 발광층으로 변경될 수 있다.
도시된 제 1 실시예에서는 각각 투과부(T/E)와 발광부(E)에서 투명 및 반사 애노드(1100, 1200)와 캐소드(140) 사이에 제 2 및 제 1유기 스택(130', 130)은 단일 스택을 갖는다.
*제 2 실시예*
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표시 장치를 도 3의 A 영역 및 B 영역에 대해 나타낸 단면도이다.
도 5a 및 도 5b와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표시 장치는 제 1, 제 2 유기 스택(130, 130')이 전하 생성층(CGL)으로 구분되는 2개 이상의 서브 스택(S1, S2, ??)을 구비한 것이다.
여기서, 각 서브 스택(S1, S2,??)은 각각 발광층(132R 또는 132B, 132G)과, 그 하부와 상부에 도 4a 및 도 4b에서 설명한 제 1, 제 2유기 공통층(131, 133)과 같이, 제 1, 제 2 공통층(CML1, CML2)이 더 구비될 수 있다. 이 경우, 투과부(T/E)와 발광부(E)는 발광층(132R 또는 132B, 132G)에서 구분되며, 나머지 제 1, 제 2 공통층(CML1, CML2)은 영역별 차이없이 고르게 형성될 수 있다.
*제 3 실시예*
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 표시 장치를 도 3의 A 영역 및 B 영역에 대해 나타낸 단면도이다.
도 6a 및 도 6b와 같이, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 표시 장치에서는, 도 4a의 발광부(E)와 동일한 발광부(E) 구성을 가지되, 투과부(T/E)에서 선택적으로 광학 보상층(135)을 상기 제 2 발광층(132G)과 인접하여 더 구비한 것이다. 이는 상기 투과부(T/E)의 제 2 유기 발광 소자(OLED2)는 발광부(E)의 반사 애노드(1100)과 달리 하부 전극이 투명 전극(1200)으로 이루어져, 제 1 유기 발광 소자(OLED1)에서 반사 애노드(1100)와 캐소드(140) 사이에 발생된 반사 간섭 현상을 일으키는 패브리 페로(Fabry Perot) 효과가 다르게 일어나기 때문이다. 즉, 투과부(T/E)에서 제 2 유기 발광 소자(OLED2)는 투명한 투명 애노드(1100)와 이와 대향하여 투과성 또는 반사 투과성을 갖는 캐소드(1400)의 배치로 발생되는 반사 간섭 현상이 제 1 유기 발광 소자(OLED1)와 다르게 작용하기 때문에, 투과부(T/E)를 발광에 이용시 최적으로 캐소드(140)를 통해 출사가 가능하도록 제 2 발광층(132G)의 수직적 위치를 조정하도록 광학 보상층(135)을 더 구비한 것이다. 이 경우, 광학 보상층(135)은 제 2 발광층(132G)과 접하게 배치하고, 또한, 제 2 발광층(132G)의 하측에 위치시킨 경우 투명 애노드(1100)와 캐소드(140) 사이에 위치 조정에 유리하다. 그리고, 상기 광학 보상층(135)은 대략적으로 400Å 내지 1200Å의 두께로 하였을 때, 투과부(T/E)에서 최적의 발광 효율을 갖는데 효과적이다. 따라서, 투과부(T/E)은 상대적으로 발광부(E) 대비 광학 보상층(135)을 더 구비한 점에서, 제 2 유기 스택(130')이 발광부(E)의 제 1 유기 스택(130)보다 더 두껍다.
*제 4 실시예*
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 표시 장치를 도 3의 A영역 및 B 영역에 대해 나타낸 단면도이다.
도 7a 및 도 7b와 같이, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 표시 장치는, 도 5a 및 도 5b에서 설명한 제 2 실시예에 따른 표시 장치와 같이, 제 1, 제 2 유기 스택(130, 130')이 2개 이상의 스택(S1, S2, ...)을 구비한 것이며, 다만, 제 2 유기 스택(130')의 적어도 하나의 스택(S1 또는 S2 ...)에 발광층(132G)과 접하여 광학 보상층(135)을 더 구비한 것이다. 상기 광학 보상층(135)은 제 1, 제 2 유기 스택(130, 130') 내에 구비된 전체 발광층들에 광학 보상층(135)을 구비할 수도 있고, 혹은 어느 하나의 스택(S1 또는 S2..) 내에 발광층과 접하여 광학 보상층(135)을 구비할 수도 있고, 혹은 3개 이상이 스택이 있을 때 이 중 2개 이상의 스택 내 발광층과 접하여 광학 보상층(135)을 구비할 수도 있다. 어느 경우나 전체 유기 스택 내에서 광학 보상층(135)의 총 두께는 400Å 내지 1200Å로 하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 광학 보상층(135)는 제 1, 제 2 유기 스택 내 구비된 유기층 중 어느 하나와 동일 재료로 형성할 수도 있고, 혹은 제 1, 제 2 유기 스택 내 구비된 유기층과 다른 재료를 포함할 수도 있고, 경우에 따라 투과부(T/E) 및 발광부(E)에서의 광 추출을 저하시키지 않는다면 무기 재료를 포함하여 형성될 수도 있다.
경우에 따라, 복수의 스택으로 유기 스택(130, 130')이 이루어졌을 때, 광학 보상층(135)의 위치는 발광층(EML)의 하부뿐만 아니라 상부에도 위치할 수 있고, 복수개의 스택 중 여러 스택에 광학 보상층이 위치할 때, 어느 하나의 스택에서는 발광층의 하부에 위치하고 이와 다른 스택에서는 발광층의 상부에 위치하여 투명 애노드(1200)와 캐소드(140) 사이에 각 스택의 발광층(EML1, EML2, ??, EMLn)의 위치를 조정할 수 있다.
이하, 제 4 실시예의 여러 형태를 도면을 참조하여 설명한다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 제 4 실시예의 여러 형태를 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제 4 실시예의 제 1 형태에 따른 표시 장치의 발광부(E)의 제 1 유기 발광 소자(OLED1)와 투과부(T/E)의 제 2 유기 발광 소자(OLED2)를 나타낸 것이다.
도 8과 같이, 본 발명의 제 4 실시예의 제 1 형태에 따른 표시 장치의 제 1 유기 발광 소자(OLED1)는 반사 애노드(1100)와 캐소드(140) 사이에 2개의 스택(S1, S2)이 구비된다.
상기 제 1 서브 스택(S1)은 p형 정공 수송층(1301), 제 1 정공 수송층(1302), 제 1 서브 스택용 발광층(1311: Red1/ 1312: Blue1) 및 제 1 전자 수송층(1320)이 차례로 구비된다.
그리고, 상기 제 1 서브 스택(S1) 상에는 n형 전하 생성층(nCGL) 및 p형 전하 생성층(pCGL)의 적층으로 이루어진 전하 생성층(1330)이 구비된다. 상기 전하 생성층(1330)은 경우에 따라 하나 이상의 호스트에, p형 도펀트 및 n형 도펀트를 포함한 단일층으로 구비될 수도 있고, p형 전하 생성층(pCGL)과 n형 전하 생성층(nCGL) 사이에 버퍼층(미도시)을 더 구비한 3층 형태로 구비할 수도 있다.
그리고, 전하 생성층(1330) 상에는 제 2 정공 수송층(130), 제 2 스택형 발광층(1351: Red1/ 1352: Blue2) 및 제 2 전자 수송층(1360)이 적층된 제 2 스택(S2)이 구비된다.
상기 제 2 스택(S2)의 상부에는 캐소드(140)의 형성 전 LiF와 같은 무기화합물 및 일함수가 작은 투과성 또는 반투과성의 금속의 화합물로 이루어진 캐소드 보조층(145)이 구비될 수 있다.
상기 캐소드 보조층(145) 상에는 캐소드(140)가 구비되는 상기 캐소드(140)를 보호하며, 상부측으로 광추출을 높이도록 유기물 성분의 캐핑층(170)이 더 구비될 수 있다. 상기 캐소드 보조층(145)은 금속이 포함되며 무기물 또는 무기 화합물로 이루어진다는 관점에서, 캐소드(140)의 구성 요소에 포함시키기도 한다.
상기 캐핑층(170)은 대향 투명 기판(도 1의 200 참조)과의 합착 전 제 1, 제 2 유기 발광 소자(OLED1, OLED2)의 공정의 마지막 단계에서, 제 1, 제 2 유기 스택 중 어느 하나의 층과 동일 재료로 하여 형성할 수 있으며, 이에 따라 유기 투과부(T/E) 및 발광부(E) 내 제 1, 제 2 유기 발광 소자(OLED1, OLED2)의 구성 요소에 포함시키기도 한다.
여기서, 각각 제 1 서브 스택(S1)과 제 2 서브 스택(S2)에 구비되는 발광층들(Red1, Red2/ Blue1, Blue2)은 동일 색을 발광하는 것으로, 각 서브 화소에서 순색의 발광색이 발광된다.
도 8의 본 발명의 제 4 실시예의 제 1 형태는, 발광부(E)와 투과부(T/E)가 동일한 제 1 서브 스택(S1)과 전하 생성층(1330)을 갖고, 투과부(T/E)에 한해 전하 생성층(1330) 상에 구비되는 제 2 서브 스택(S2)에 제 2 정공 수송층(1340)과 제 2 스택형 발광층(Green2) 사이에 광학 보상층(1345)을 더 구비한 점에 차이를 갖는다.
이 경우, 투과부(T/E)도 발광부(E)와 마찬가지로 제 1 서브 스택(S1)과 제 2 스택(S2)에 동일 색을 발광하는 제 1 서브 스택형 발광층(Green1)과 제 2 서브 스택형 발광층(Green2)을 구비한다.
각각 서로 다른 색을 발광하는 적색 발광층(Red1, Red2), 청색 발광층(Blue1, Blue2) 및 녹색 발광층(Green1, Green2)은 서로 두께가 상이할 수 있으며, 이 경우, 보다 장파장을 발광하는 발광층의 두께가 더 두꺼울 수 있다. 그리고, 제 1 서브 스택(S1)과 제 2 서브 스택(S2, S2')의 발광층들은 동일 발광층이라도 필요에 따라 두께가 상이할 수 있으며, 혹은 발광 도펀트의 농도를 달리할 수 있다.
어느 경우나 본 발명의 제 4 실시예의 제 1 형태는, 제 2 서브 스택(S2, S2')에서 투과부(T/E)에 한해 광학 보상층(1345)을 더 구비한 점을 특징으로 한다. 여기서, 광학 보상층(1345)을 더 구비한 이유는, 발광부(E)와 투과부(T/E)에서 애노드 전극(1100, 1200)에서 서로 상이하기 때문이다.
즉, 발광부(E)에서 반사 애노드(1100)와 캐소드(140) 사이에 상부 발광 추출에 적합하도록 제 1 서브 스택(S1) 및 제 2 서브 스택(S2)의 발광층(Red1, Red2/ Blue1, Blue2)의 위치를 정하도록 제 1 유기 스택(130)의 구성이 정해졌을 때, 이를 투과부(T/E)에서 투명 애노드(1200)와 캐소드(140) 사이에 구비되는 제 2 유기 스택(130')에 그대로 적용시 광추출 효율이 떨어지기 때문이다. 본 발명의 발명자들은 상기 투과부(T/E)에서 투명 애노드(1200)와 캐소드(140) 사이의 제 2 유기 스택(130')의 거리를 상대적으로 발광부(E)에서 반사 애노드(1100)와 캐소드(140) 사이의 거리보다 길게 한 경우, 투과부(T/E)에서 광 추출 효율이 높아짐을 확인하였다. 특히, 도 8에 도시된 제 4 실시예의 제 1 형태는 제 2 스택(S2')에서 투과부의 제 2 스택형 발광층(Green2)(1313)과 접하여 하부에 광학 보상층(1345)를 더 구비한 경우를 나타낸다.
한편, 상기 반사 애노드(1100)는 반사 전극층(111)의 하부와 제 1 투명 전극층(112a) 및 제 2 투명 전극층(112b)이 적층되어 이루어질 수 있으며, 이 경우, 투명 애노드(1200)는 반사 전극층(111)을 제외하여 제 1, 제 2 투명 전극(112a, 112b)을 접하게 적층시켜 이루어질 수 있다. 이 경우, 반사 애노드(1100)와 투명 애노드(1200)는 동일 공정에서 형성될 수 있다.
도 9에 도시된 제 4 실시예의 제 2 형태는 투과부(T/E) 내 제 1 서브 스택(S1')의 제 1 서브 스택형 발광층(Green1)과 접한 하측에 광학 보상층(1305)을 구비한 바를 나타낸다. 투과부(T/E)에서 차이를 가질 뿐 발광부(E)는 상술한 도 8의 제 4 실시예의 제 1 형태와 동일할 수 있다.
그리고, 도 10에 도시된 제 4 실시예의 제 3 형태는 투과부(T/E) 내 광학 보상층(1305, 1345)을 제 1 서브 스택(S1')과 제 2 서브 스택(S2')에 각각 구비한 바를 나타낸다. 투과부(T/E)에서의 광학 보상층(1305, 1345)의 위치 및 각각의 두께에서 차이를 가질 뿐 발광부(E)는 상술한 도 8의 제 4 실시예의 제 1 형태와 동일할 수 있다.
도 8 내지 도 9의 각 투과부(T/E) 내에 구비된 광학 보상층(1305 또는 1345)을 합한 두께는 400Å내지 1200Å일 수 있다. 도 10의 투과부(T/E) 내 광학 보상층(1305, 1345)을 합한 두께는 400Å내지 1200Å일 수 있다. 스택들(S1', S2')에 나누어 광학 보상층(1305, 1345)이 구비된 경우는 스택들 중 어느 하나의 스택에 광학 보상층이 구비된 경우 대비 각 광학 보상층(1305, 1345)의 두께는 얇을 수 있다.
그리고, 상술한 제 4 실시예들의 여러 형태는 2개 스택이 애노드와 캐소드 사이에 구비된 예를 기술한 경우로, 3개 이상에 스택에 대해서는 각 스택에 동일 발광층을 적용하고, 투과부에 대해 적어도 어느 하나의 스택에 광학 보상층을 더 구비하는 점에서 상술한 제 4 실시예들의 여러 형태와 공통의 특징을 갖는다.
도 11은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 표시 장치를 나타낸 단면도이다.
도 11과 같이, 본 발명의 제 5 실시예에 따른 표시 장치는 상술한 제 4 실시예의 제 1 형태와 비교하여, 발광부(E)로 적색 발광층(1311: Red1, 1351: Red2)을 스택형(S1, S2)으로 갖는 적색 발광부(RE)와, 청색 발광층(1312: Blue1, 1352: Blue2)을 스택형으로 갖는 청색 발광부(BE) 외에, 발광 표시에 있어서 시인성을 보다 향상시키기 위해, 발광부(E)에 투과부(T/E)에 구비된 발광층(1313: Green 1, 1353: Green 2)과 동일 색의 발광하는 녹색 발광층(1313: Green 1, 1353: Green 2)을 스택형으로 갖는 녹색 발광부(GE)를 더 구비한 것에 특징이 있다. 발광부(E)에서는 발광층의 발광 색상 외에 적층 구성은 앞서 도 8 내지 도 10에서 설명한 발광층의 구성과 동일하며, 동일한 적층 구성에 대해 구체적 기술은 생략한다.
그리고, 상기 제 5 실시예의 구조에서는 투과부(T/E)에 투명 애노드(1200) 상에, 제 2 스택(130')이 차례로 p형 정공 수송층(1301), 제 1 정공 수송층(1302), 제 1 녹색 발광층(1313) 및 제 1 전자 수송층(1320)을 포함한 제 1 스택(S1) 상에, n형 전하 생성층(nCGL) 및 p형 전하 생성층(pCGL)이 적층된 전하 생성층(1330)을 형성한 후, 제 2 정공 수송층(1340), 광학 보상층(1345), 제 2 녹색 발광층(1353), 제 2 전자 수송층(1360)을 포함한 제 2 스택(S2')을 형성하여 이루어진다.
이하, 실험을 통해 본 발명의 표시 장치의 발광부(E) 및 투과부(T/E)의 조합 구성이 전면 발광 표시 장치나 투명 표시 장치의 구조보다 더 효과적인 점을 설명한다.
실험을 통해 본 발명의 표시 장치의 발광부와 투과부의 각각의 효율 및 색좌표 특성을 살펴본다. 표 1(도 12a, 도 12b) 및 표 2(도 13a, 도 13b)의 각각은 캐소드의 성분을 Ag:Mg의 합금을 구성하고, IZO(Indium Zinc Oxide)로 한 점에서 차이를 갖고 각 실험예에서 구성은 도 11에 따른다. 실험에서 사용된 본 발명의 표시 장치는 다음의 제조 방법을 따른다.
도 12a 및 도 12b는 각각 본 발명의 제 5 실시예의 제 1 형태에 따른 표시 장치의 효율 및 CIE 특성을 나타낸 그래프이다. 그리고, 도 13a 및 도 13b는 각각 본 발명의 제 5 실시예의 제 2 형태에 따른 표시 장치의 효율 및 CIE 특성을 나타낸 그래프이다.
본 발명의 표시 장치의 발광부(RE, BE, GE) 내 유기 발광 소자는 반사 애노드(1100)와, 반사 또는 반사 투과형의 캐소드(140)와 그 사이의 제 1 유기 스택으로 이루어지며, 발광하는 발광색에 따라 제 1 내지 제 3 발광부(RE, BE, GE)로 구분된다.
제 1 상기 유기 스택은 제 1 서브 스택형 발광층(1311, 1312, 1313)을 포함한 제 1 서브 스택(S1)과 전하 생성층(12330: CGL)과 상기 전하 생성층(1330) 상의 제 2 스택형 발광층(1351, 1352, 1353)을 포함한 제 2 서브 스택(S2)로 이루어진다.
상기 제 1 서브 스택(S1)은 p형 정공 수송층(1301), 제 1 정공 수송층(1302) 및 제 1 서브 스택형 발광층(1311, 1312, 1313) 및 제 1 전자 수송층(1310)으로 이루어진다. 상기 p형 전공 수송층(1301)은 50Å의 두께로 형성하고, 상기 제 1 정공 수송층(1302)은 NPD로 400Å의 두께로 형성하고, 상기 제 1 전자 수송층(1320)은 안트라센 계열의 유기 화합물로 150Å의 두께로 형성한다. 제 1 서브 스택형 발광층(1311, 1312, 1313)은 서로 두께가 상이할 수 있으며, 이 중 녹색 발광층(1313)은 400Å의 두께로 하고, 적색 발광층(1311)은 600~700Å로 하며, 청색 발광층(1312)은 150~250Å의 두께로 하여 형성한다.
전하 생성층(1330)은 n형 전하 생성층(nCGL)과 p형 전하 생성층(pCGL)이 적층되어 이루어진다. 상기 n형 전하 생성층(nCGL)과 p형 전하 생성층(pCGL)은 각각 150Å, 60Å의 두께로 형성한다.
그리고, 제 2 서브 스택(S2)은 제 2 정공 수송층(1340), 제 2 서브 스택형 발광층(1351, 1352, 1353), 및 제 2 전자 수송층(1360)으로 이루어진다. 상기 제 2 정공 수송층(1340)은 NPD로 400Å의 두께로 형성하고, 상기 제 2 전자 수송층(1360)은 안트라센 계열의 화합물과 LiQ 의 화합물로 300Å의 두께로 형성한다. 제 2 서브스택형 발광층(1351, 1352, 1353)은 서로 두께가 상이할 수 있으며, 이 중 녹색 발광층(1353)은 400Å의 두께로 하고, 적색 발광층(1351)은 600~700Å로 하며, 청색 발광층(1352)은 150~250Å의 두께로 하여 형성한다.
여기서, 반사 애노드(1100)는 제 1 투명 전극층(112a), 반사 전극(111) 및 제 2 투명 전극층(112b)이 적층되어 이루어진다. 이 경우, 상기 제 1, 제 2 투명 전극층(112a, 112b)는 ITO(Indium Tin Oxide)로 하고, 반사 전극(111)은 APC(Ag: Pb: Cu) 합금으로 이루어진다. 상기 제 1, 제 2 투명 전극층(112a, 112b)은 70Å의 두께, 반사 전극(111)은 1000Å의 두께로 형성한다.
도 12a 및 도 12b 와 표 1의 실험예서, 제 1 유기 스택(130) 상에 위치한 상기 캐소드 보조층(145)는 Mg: LiF를 1:1로 조성하여 30Å의 두께로 형성하고, 이어, 캐소드(140)는 Ag:Mg를 3:1의 비로 하여 160Å의 두께로 형성한다.
이어, 캐핑층(170)으로 NPD 물질을 650Å의 두께로 증착하여 형성한다.
도 13a 및 도 13b 와 표 2의 실험예서, 상술한 실험예와 비교하여, 캐소드(140)를 IZO의 성분으로 300Å의 두께로 형성한 점에서만 차이를 갖는다.
상기 캐소드(140)는 표 1, 표 2의 두 실험예에서, 각각 AgMg 합금 및 IZO(Indium Zinc Oxide)로 하고 나머지 구성을 동일한 구성으로 실험을 진행하고, 녹색 발광부에 대해 효율 및 색좌표를 평가하였다. 즉, 위의 2 실험예들은, 제 1, 제 2 유기 스택(S1, S2)의 구성은 동일하되 단지 캐소드(140)의 성분에서 차이를 주어 실험을 진행하였다. 그리고 두 실험예에서, 각각의 적합한 발광층의 위치를 찾기 위해 제 2 서브 스택(S2) 내 제 2 정공 수송층(HTL2)의 두께를 달리하여 효율 및 색좌표 특성의 변화를 살펴보았다.
[표 1]
Figure 112018052829841-pat00001
도 12a 및 도 12b 및 표 1과 같이, 본 발명의 제 5 실시예의 제 1 형태는, 발광부에 대해 반사 애노드(1100) 내 반사 전극층을 APC로 하고, 캐소드(140)을 AgMg 합금으로 형성하였을 때, 예를 들어 발광부에서 시인성이 가장 좋은 녹색 발광부(GE)에서, 제 2 서브 스택(S2) 내의 제 2 정공 수송층(HTL2)의 두께가 400Å에서 효율이 219.6Cd/A로 가장 우수하고, 이 때 색좌표 특성도 CIEx, CIEy가 0.243, 0.7171로 녹색 파장에 대해 우수하였다.
그리고, 표 1 및 표 2와 같이, 본 발명의 표시 장치의 발광부는 캐소드(140)의 성분의 관계없이, 제 2 정공 수송층(HTL2)의 두께가 400Å을 초과시 공통적으로 색좌표 특성이 현저히 변함을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 표시 장치의 발광부에서는 정공 수송층(HTL2)의 두께가 400Å일 때, 가장 적절한 녹색의 발광 효율과 색좌표 특성을 나타냄을 알 수 있다.
[표 2]
Figure 112018052829841-pat00002
도 13a 및 도 13b 및 표 2와 같이, 본 발명의 제 5 실시예의 제 2 형태의 발광부는, 반사 애노드(1100) 내 반사 전극층을 APC로 하고, 캐소드(140)을 IZO(Indium zinc Oxide)로 하였을 때, 예를 들어 발광부에서 시인성이 가장 좋은 녹색 발광부(GE)에서, 제 2 서브 스택(S2) 내의 제 2 정공 수송층(HTL2)의 두께가 300Å 내지 400Å에서 효율이 191.2 Cd/A 및 233.7Cd/A로 가장 우수하고, 이 때 색좌표 특성은 (0.243, 0.707), (0.280, 0.686)에서 녹색 파장에 대해 우수하였다.
그런데, 상술한 본 발명의 표시 장치의 제 5 실시예의 형태들은 발광부에서, 각각 반사 애노드와 반투과성 혹은 투과성의 캐소드간의 대향 전극 구조를 갖는 유기 발광 소자에서 효과적인 발광층의 위치를 찾은 것으로, 발광부(E)와는 다른 대향 전극 구조(투명 애노드와 캐소드)를 갖는 투과부(T/E)에 대해 발광층의 위치가 적절한지에 대해서는 이하의 실험을 통해 살펴본다.
이하의 설명에서 실험된 본 발명의 표시 장치는 제 5 실시예뿐만 아니라 도 8 내지 도 10에서 설명한 제 4 실시예의 여러 형태에 따를 수 있는 것이며, 이에 따라 발광부(E)에서 사용된 층간 구조는 적색 발광부(RE) 및 청색 발광부(BE)/또는 적색, 녹색 및 청색 발광부(RE, BE, GE))를 가질 수 있으며, 투과부(T/E)를 더 구비한 점에서 차이점을 갖는다. 그리고, 투과부(T/E)는 상술한 발광부 제 1 유기 스택(130) 구성 중 녹색 발광부(GE) 구성에 , 광학 보상층(1345 또는 1305 또는 1305/1345)을 더 구비한 점에서 차이를 갖는다.
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 제 5 실시예의 제 2 형태에 따른 표시 장치의 투과부 효율 및 CIE 특성을 나타낸 그래프이다.
본 발명의 제 5 실시예의 제 2 형태에 따른 투과부(T/E)에서 제 2 서브 스택(S') 의 제 2 서브 스택용 발광층(1353) 하부에 광학 보상층(1345)을 더 구비한 것이다. 이 경우, 실험에서는 광학 보상층(1345)의 성분이 제 2 정공 수송층(HTL2)의 성분과 동일하여, 표 3에서, 제 2 정공 수송층(HTL2)의 두께 400Å를 넘는 것은 광학 보상층으로 고려한다.
그리고, 이 경우, 투명 애노드(1200)은 반사 애노드(1100)에 구비된 투명 전극(112a, 112b)이 적층되어 총 140Å 두께의 ITO로 이루어진다.
[표 3]
Figure 112018052829841-pat00003
즉, 도 14a 및 도 14b와 표 3과 같이, 본 발명의 제 5 실시예의 제 2 형태(도 8)에서, 투과부(T/E)는 애노드로 ITO와 같은 투명 전극으로 이루어진 투명 애노드를 갖고, 캐소드는 제 2 비교예에서와 동일한 IZO를 갖고 투명 애노드와 캐소드과 대향되며, 그 사이에 제 1 서브 스택(S1) 및 제 2 서브 스택(S2)을 갖는다. 그리고, 이 경우, 발광부(E) 내 제 2 스택의 발광층 하부에 위치하는 제 2 정공 수송층의 위치를 달리하며 다른 발광 효율과 색좌표 특성을 갖는다. 즉, 발광부(E)에서 제 2 정공 수송층(HTL2)의 두께로 300Å~400Å을 구비하는 경우, 최대 효율을 갖는데 반해 투과부(T/E)에서는 제 2 정공 수송층(HTL2)의 두께는 1100Å 내지 1300Å 에서 최대 효율을 갖고, 녹색 발광에 적합한 색좌표 특성을 갖는다. 이는 발광부(E)에서 제 2 정공 수송층(HTL2)의 두께가 400Å일 때, 최적의 녹색 발광 효율을 갖는다고 할 때, 투과부(T/E)는 투명 애노드 구성의 상이함으로 발광층의 위치를 발광부(E)와 달리하여야 최적의 발광 효율을 갖는 것을 의미하며, 특히 발광부(E)에서의 발광층 위치보다 700Å 내지 900Å의 두께 더 높은 위치에 발광층을 구비하여야 함을 의미한다. 그리고, 이 경우, 상기 발광부(E)에 비해 더 높은 투과부(T/E)의 위치는 광학 보상층(도 8의 1345 참조)을 제 2 스택(S2')에 700Å 내지 900Å의 두께로 더 구비하여 얻을 수 있다. 실험예에서, 광학 보상층은 제 2 정공 수송층(HTL2)을 형성하는 물질과 동일 물질이 이용된 것이다.
즉, 이와 같이, 본 발명의 제 5 실시예의 제 2 형태의 표시 장치는, 발광부 및 투과부를 구비하는 경우, 발광 구동시 전면 발광형으로 구성되는 발광부의 구성으로 200Cd/A 이상의 효율을 가질 수 있으며, 광학 보상층을 구비한 투과부에서는 추가적으로 발광부의 효율 외에 40Cd/A 효율을 얻을 수 있어, 전체 기판의 영역에서 발광 효율이 개선될 수 있다.
도 15a 및 도 15b는 본 발명의 제 5 실시예의 제 3 형태에 따른 표시 장치의 투과부 효율 및 CIE 특성을 나타낸 그래프이다.
[표 4]
Figure 112018052829841-pat00004
도 15a 및 도 15b는 도 9에 도시된 바와 같이, 투과부(T/E)의 광학 보상층을 제 1 서브 스택(S1') 내의 발광층의 하부에 접하여 구비한 경우로, 이 경우에는 제 1 정공 수송층(HTL1)의 두께를 조절하여 발광층의 수직적 위치를 변경한다.
이 경우, 제 1 서브 스택(S1, S1')에서 발광부(E)는 표 2에서 제시된 바와 같이, 투과부(T/E)는 제 1 정공 수송층(HTL1)이 1100~1300Å의 두께를 가질 때 최적의 효율을 갖는 것으로, 발광부(E)와 투과부(T/E)에서 최적의 효율을 갖는 정공 수송층(HTL1)의 두께는 700~900Å 차를 가짐을 알 수 있다. 이는 투과부(T/E)에서 발광부(E)보다 정공 수송층(HTL1) 형성 후 광학 보상층을 정공 수송층(HTL1)과 동일 물질로, 700~900Å 의 두께를 더 적용하여 투과부(T/E)에서 최적 효율의 발광 효율을 얻을 수 있다. 이는 도 9의 구조에 광학 보상층(1305)을 제 1 서브 스택용 발광층(1313) 하부에 정공 수송 물질로 700~900Å 의 두께로 적용한 것을 의미한다.
이러한 본 발명의 제 5 실시예의 제 3 형태에서도 투과부(T/E)에서 발광부 외의 추가적인 발광 효율을 얻을 수 있어, 전체 장치에서 발광 효율을 개선할 수 있다.
한편, 도 10과 같이, 본 발명의 제 4 실시예의 제 3 형태와 같이, 구비된 투과부(T/E)에 구비된 각 스택(S1', S2')에 각각 광학 보상층(1305, 1345)을 구비하는 바도 가능하다.
[표 5]
Figure 112018052829841-pat00005
도 10 및 표 5와 같이, 제 1 서브 스택의 제 1 정공 수송층 및 제 2 서브 스택의 제 2 정공 수송층은 각각 900Å, 1000Å의 두께로 투과부(T/E)의 발광층(Green1, Green2) 하측에 구비시 발광부(E)에서 제 1, 제 2 정공 수송층(HTL1, HTL2)을 각각 400Å의 두께로 구비한 경우 대비 효율 및 색좌표 특성이 함께 최적화됨을 확인할 수 있다.
여기서, 상기 발광부(E)보다 투과부(T/E)에서 두꺼워진 정공 수송층의 두께는, 발광부(E)와 투과부(T/E)에서 동일 두께의 발광층을 구비한 후, 선택적으로 투과부(T/E)에서 제 1 서브 스택(S1')에 제 1 광학 보상층(1305)으로 500Å의 두께로 구비하고, 제 2 서브 스택(S2')에 제 2 광학 보상층(1345)으로 600Å 의 두께로 더 구비한 것을 의미한다. 더 구비하여 꾀할 수 있다. 즉, 제 1 서브 스택과 제 2 서브 스택에 대해 발광부(E)와 투과부(T/E)에 대해 공통적으로 제 1, 제 2 정공 수송층(HTL1, HTL2)으로 400Å 두께 구비한 후, 투과부(T/E)의 발광층(Green 1, Green2)을 형성 전 각각 정공 수송층과 동일 물질로 500Å 및 600Å의 두께의 광학 보상층을 더 구비할 수 있다.
한편, 상술한 예는 상기 발광부(E)와 투과부(T/E)는 동일한 색을 발광하는 녹색 발광층을 구비하는 경우 적정한 녹색 발광층의 위치를 발광부와 투과부에 대해 고려한 것이며, 만일 다른 색의 발광층, 예를 들어, 청색 발광층 및 적색 발광층이 각각 발광부와 투과부에 구비된다면, 위와 다른 두께의 광학 보상층이 요구될 수 있다. 이를 실험을 참조하여 설명한다.
발광부(E)와 투과부(T/E)에 구비된 발광층이 청색 발광층인 경우, 이 때, 반사 애노드(APC)와 캐소드(IZO)가 대향된 전극 구조의 발광부(E)에서는 표 6과 같이, 대략 20nm (200Å) 내지 40nm(400Å)의 정공 수송층(HTL1)에서 최적의 청색 발광 효율을 갖는다.
[표 6]
Figure 112018052829841-pat00006
반면, 투명 애노드(ITO)와 캐소드(IZO)가 대향하는 투과부(T/E)에서는 동일한 청색을 발광하는 청색 발광부의 구성이라도 제 1 정공 수송층(HTL)의 두께가 100nm 내지 120nm에서 최적의 발광 효율 및 색좌표 특성을 갖는다. 즉, 표 6 및 표 7의 실험은 발광부(E)에 비해 투과부(T/E)에서 광학 보상층으로 60nm 내지 100nm의 두께를 더 구비하여야 투과부(T/E)에서 적정한 청색 발광 효율을 얻을 수 있음을 의미한다.
[표 7]
Figure 112018052829841-pat00007
발광부(E)와 투과부(T/E)에 구비된 발광층이 적색 발광층인 경우, 이 때, 반사 애노드(APC)와 캐소드(IZO)가 대향된 전극 구조의 발광부(E)에서는 표 8과 같이, 대략 40nm (400Å)의 정공 수송층(HTL1)에서 최적의 적색 발광 효율을 갖는다.
반면, 투명 애노드(ITO)와 캐소드(IZO)가 대향하는 투과부(T/E)에서는 동일한 적색을 발광하는 적색 발광부의 구성이라도 제 1 정공 수송층(HTL1)의 두께가 대략 110nm 내지 140nm에서 최적의 적색 발광 효율 및 색좌표 특성을 갖는다. 즉, 표 8 및 표 9의 실험은 발광부(E)에 비해 투과부(T/E)에서 광학 보상층으로 70nm 내지 100nm의 두께를 더 구비하여야 투과부(T/E)에서 적정한 적색 발광 효율을 얻을 수 있음을 의미한다.
[표 8]
Figure 112018052829841-pat00008
[표 9]
Figure 112018052829841-pat00009
즉, 위의 동색의 발광층을 적용하여 각각 발광부(E)와 투과부(T/E)에 대해 실험한 결과를 살펴보면, 투과부(T/E)에서 상대적으로 500Å 내지 1100Å의 두께를 갖는 광학 보상층을 더 구비하여야 투과부(T/E)에서 최적의 발광 효율을 가짐을 알 수 있다. 한편 상술한 실험예에서는 2 스택 구조로 각각 발광부(E)와 투과부(T/E)의 유기 발광 소자(OLED1, OLED2)가 구비되는 경우에 대해 실험한 결과에 대해 나타낸 것으로, 단일 스택 구조로 유기 발광 소자(OLED1, OLED2)가 구비되는 경우라면 광학 보상층의 두께가 400Å 까지 낮아질 수 있으며, 도 2와 같이, 발광부(E)와 투과부(T/E)에 대해 서로 다른 발광층(발광부는 적색 및 청색 발광층, 투과부는 녹색 발광층)을 구비하여 유기 발광 소자(OLED1, OLED2)를 구비하는 경우라면 투과부(T/E)에 더 구비되는 광학 보상층의 두께의 상한은 1200Å에까지 이를 수 있다.
이하, 비교예와 본 발명의 표시 장치의 발광 영역을 비교하여 본다.
도 16a 및 도 16b는 비교예의 표시 장치와 본 발명의 표시 장치의 일 실시예에 따른 평면도를 나타낸 것이다.
도 16a 및 도 16b는 비교예에 따른 표시 장치를 나타낸 것으로, 투과부(T)의 투명도를 위해 애노드 및 발광층을 생략한 구성으로, 적색, 녹색 및 청색의 발광부(E)의 영역은 투과부(T) 구비로, 배선(SL, DL)의 배치로 차광되는 영역을 제외하여 대략 액티브 영역(AA)에 대해 20% 의 수준의 발광부를 갖는다.
반면, 도 16b와 같이, 본 발명의 표시 장치는 발광부(E)에 해당하는 BE, RE 영역 외에, 투과부(T/E)도 발광부(G(TE))로 기능하게 된다. 이 경우, 투과부(T/E)가 상대적으로 양면 투과성으로 발광 효율이 상대적으로 떨어진다고 하더라도, 발광부(E)과 투과부(T/E) 사이의 뱅크(도 3의 150 참조)를 제외한 대부분의 영역이 발광 영역으로 이용될 수 있어, 액티브 영역(AA)에 대해 대략 66.8% 의 수준의 발광 면적을 확보할 수 있어, 표시 장치에서 발광 효율을 향상할 수 있음을 알 수 있다.
이하, 본 발명의 표시 장치의 다른 평면 배치에 대해 살펴본다.
도 17 및 도 18은 본 발명의 제 6 실시예 내지 제 7 실시예를 나타낸 평면도이다.
도 17은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 표시 장치를 나타낸 것으로, 투과부(T/E)에서는 발광 효율을 높은 녹색 발광층을 구비한 제 2 유기 스택(도 1의 130' 참조) 구조를 적용하고, 발광부(E)에서 적색 발광층을 구비한 제 1 유기 스택(도 1의 130 참조) 구조를 갖는 적색 발광 영역(RE), 청색 발광층을 구비한 제 1 유기 스택(도 1의 130 참조) 구조를 갖는 청색 발광 영역(BE)과 함께 녹색 발광층을 구비한 제 1 유기 스택(도 1의 130 참조) 구조를 갖는 녹색 발광 영역(GE)를 더 구비한 것이다.
이 경우, 적색, 녹색 및 청색 발광 영역(RE, GE, BE)는 평면 상 서로 이격하며, 투과부(G(T/E))에 위치하는 녹색 발광층은 각각의 적, 녹 및 청색의 발광부(RE, GE, BE) 내 적색, 녹색 및 청색의 발광층과 일정 간격 이격할 수 있다.
여기서, 도시된 도면에서는 발광부의 구성 중 적색 발광부(RE)와 녹색 발광부(GE)가 서로 평면적으로 접한 구성을 갖는 것으로 보이나 발광시 혼색을 방지하기 위해 유기 스택의 구성 중 적색 발광부(RE)와 녹색 발광부(GE) 사이에 뱅크(미도시)를 두어 이격을 꾀할 수 있다.
여기서, 발광부(E)에서 발광 효율이 상대적으로 낮은 청색 발광 영역(BE)은 발광부에 대해 상대적으로 큰 면적을 할애했고, 이보다 발광 효율이 높은 적색 발광 영역(RE) 및 녹색 발광 영역(GE)의 제 1 유기 스택(130) 구조는 청색 발광층(B)의 제 1 유기 스택(130) 구조를 반분한 면적을 할애했다.
이 경우, 서로 다른 색의 발광부는 각각을 구동하기 위한 박막 트랜지스터와 함께, 인접한 투과부의 박막 트랜지스터의 구성을 더 가질 수 있다.
도 18은 본 발명의 제 7 실시예에 따른 표시 장치를 나타낸 것으로, 도 2의 구조에 비해 전 발광부(E)가 반분되어 서로 다른 색의 발광부가 이웃한 것이며, 중앙의 녹색 발광층을 구비한 투과부와 적색 발광부 또는 청색 발광부가 녹색 발광부와 이웃하여 위치한다.
이러한 제 7 실시예에 있어서, 발광부 내 녹색 발광 영역(GE)과 적색 또는 청색 발광 영역(RE 또는 BE)이 이웃한 것으로 도시되어 있어도 각 발광 영역에 구비된 녹색 발광층과, 적색 또는 청색 발광층은 그 사이의 영역에 뱅크를 구비하여 서로 이격을 꾀할 수 있다.
그리고, 제 7실시예에 있어서, 각 투과부(T/E)에 대해 좌상- 우하의 대각선 방향 및 우상-좌하의 대각선 방향으로 각각 발광부가 배치되는데, 이들 투과부(T/E)와 발광부(GE, RE, BE)간 이격 간격을 동일할 수 있다.
도 18에 도시된 제 7실시예에서는 녹색 발광 영역이 각 투과부의 좌상- 우하의 대각선 방향 및 우상-좌하의 대각선 방향으로 배치된 발광부마다 배치되어 적색, 녹색 및 청색의 발광 영역 중 가장 큰 면적을 차지한다. 이는 표시 장치에서 녹색의 시인성이 가장 높아, 큰 면적의 녹색 발광 영역을 표시 장치에서 구성하여, 발광 효율을 향상시키기 위함이다. 이 경우, 서로 다른 색의 발광부는 각각을 구동하기 위한 박막 트랜지스터와 함께, 인접한 투과부의 박막 트랜지스터의 구성을 더 가질 수 있다.
평면도에서 발광부(E)와 투과부(T/E)의 영역이 중점적으로 표현된 것으로, 박막 트랜지스터 등의 회로 구성은 생략되어 있다. 도 1 내지 도 3에서 살펴본 바와 같이, 박막 트랜지스터 및 스토리지 캐패시터는 발광부(E) 또는 발광부(E)와 투과부(T/E) 사이에 위치하는 뱅크(150)에 하측에 위치시켜 시인됨을 방지할 수 있다.
이하, 다른 실시예에 따른 표시 장치에 대해 살펴본다.
도 19는 본 발명의 제 8 실시예의 표시 장치에 따른 단면도이다.
도 19와 같이, 본 발명의 제 8 실시예에 따른 표시 장치는 도 1에서 설명한 구성과 비교하여, 투과부(T/E)와 발광부(E)의 구동을 위한 박막 트랜지스터(TFT)를 발광부(E)에 단일로 구비하고, 인접한 투과부(T/E)와 발광부(E) 각각의 투명 애노드(12) 및 반사 애노드(11)를 함께 상기 박막 트랜지스터(TFT)에 접속시켜 투과부(T/E)와 발광부(E)를 함께 구동한 것이다. 경우에 따라, 상기 박막 트랜지스터(TFT)를 시분할하여 발광부(E)와 투과부(T/E)의 표시를 선택적으로 할 수 있다.
이 경우, 본 발명의 제 8 실시예에 따른 표시 장치는, 발광부(E)와 투과부(T)로 구분된 투명 기판(10) 상에 발광부(E)에 대해, 박막 트랜지스터(TFT), 반사 전극(11), 제 1 발광층(EML1)을 포함한 유기 스택(50), 캐소드(40)를 구비하고, 투과부(T)에 대해서는 투명 전극(12), 제 2 발광층(EML2)을 포함한 유기 스택(50), 캐소드(40)를 구비한 것이다.
대향 투명 기판(20) 상에 발광부(E)에 상당하여 컬러 필터층(21)을 구비하고, 투명 기판(10)과 대향 투명 기판(20) 사이에 봉지층(30)을 구비한다.
여기서, 설명하지 않은 부호 45는 발광부(E)와 투과부(T/E) 이외의 영역으로, 예를 들어 배선 등의 차광 요소를 가리며, 이웃하는 화소들과의 영역 구분을 위해 뱅크가 형성되는 부위이다.
한편, 상술한 설명의 실시예들에서 발광층을 유기 발광층을 예로 들어 설명하였지만 이는 유기 발광층에 한하지 않으며, 양자점 발광층과 같이 무기 발광층으로도 대체하여 형성할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 표시 장치에서 투과부와 발광부의 각각의 유기 발광 소자(OLED1, OLED2)는 서로 다른 구동 박막 트랜지스터(TFT1, TFT2)와의 접속으로 독립적인 구동이 가능하며, 발광시 투과부의 영역도 발광 기능을 더함으로써, 장치 전체의 발광 효율을 향상시킬 수 있으며, 더불어 배선 및 박막 트랜지스터의 회로 영역을 발광부의 영역으로 한정하여 투과부의 영역을 늘릴 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: 투명 기판 111: 반사 전극
112, 112a, 112b: 투명 전극층 130: 제 1 유기 스택
130': 제 2 유기 스택 140: 캐소드
200: 대향 투명 기판 210: 컬러 필터층
300: 봉지층 1100: 반사 애노드
1200: 투명 애노드 135, 1305, 1345: 광학 보상층

Claims (19)

  1. 발광부와 투과부를 갖는 투명 기판;
    상기 발광부에 구비된 반사 애노드;
    상기 투과부에 구비된 투명 애노드;
    상기 반사 애노드 상에 제 1 발광층;
    상기 투명 애노드 상에 제 2 발광층; 및
    상기 제 1 발광층과 제 2 발광층 상에 캐소드를 포함하고,
    상기 발광부에 대응하여, 상기 반사 애노드와 상기 캐소드 사이에 상기 제 1 발광층을 포함한 제 1 유기 스택을 갖고,
    상기 투과부에 대응하여, 상기 투명 애노드와 상기 캐소드 사이에, 상기 제 2 발광층을 포함한 제 2 유기 스택을 갖고,
    상기 제 2 유기 스택은 상기 제 1 유기 스택보다 광학 보상층을 더 포함한 표시 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 투과부가 아닌 영역에, 상기 반사 애노드와 전기적으로 연결된 제 1 박막 트랜지스터와, 상기 투명 애노드와 전기적으로 연결된 제 2 박막 트랜지스터를 더 포함한 표시 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 유기 스택 및 제 2 유기 스택은 각각 전하 생성층으로 나뉘는 복수개의 서브 스택을 포함하며,
    상기 제 1 유기 스택의 서브 스택들은 각각 상기 제 1 발광층을 갖고,
    상기 제 2 유기 스택의 서브 스택들은 각각 상기 제 2 발광층을 갖는 표시 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제 2 유기 스택의 광학 보상층은 적어도 어느 한 서브 스택의 제 2 발광층과 접한 표시 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제 1 유기 스택과 제 2 유기 스택은 공통적으로 각 서브 스택에,
    상기 제 1 발광층 및 제 2 발광층의 하부에 제 1 유기 공통층; 및
    상기 제 1 발광층 및 제 2 발광층 상부에 제 2 유기 공통층을 더 포함한 표시 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 광학 보상층은 상기 제 1 유기 공통층 또는 제 2 유기 공통층에 포함된 유기층 중 적어도 어느 하나와 동일 재료로 이루어진 표시 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 유기 스택에 포함된 상기 광학 보상층의 전체 두께는 400
    Figure 112022127698371-pat00010
    내지 1200
    Figure 112022127698371-pat00011
    인 표시 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 발광층은 동일층에 위치하며 서로 다른 제 1, 제 2 파장의 광을 발광하는 제 1 색 발광층 및 제 2 색 발광층을 포함하며,
    상기 제 2 발광층은, 상기 제 1, 제 2 파장과 다른 제 3 파장의 광을 발광하는 제 3 색 발광층을 포함한 표시 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제 1 색 발광층 및 제 2 색 발광층은 서로 이격하여 교번 배치되며,
    상기 제 1 색 발광층 및 제 2 색 발광층 각각은 평면상 서로 이격한 복수개의 제 3 색 발광층으로 둘러싸인 표시 장치.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 제 3 파장은 상기 제 1 파장과 제 2 파장의 중간 파장의 광인 표시 장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 발광층은 서로 다른 제 1 내지 제 3 파장의 광을 발광하는 제 1 내지 제 3 색 발광층을 포함하며,
    상기 제 2 발광층은, 상기 제 1 내지 제 3 파장의 광 중 적어도 어느 하나와 동일한 파장의 광을 발광하는 제 4 발광층을 포함한 표시 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 3 색 발광층은 평면 상 서로 이격하며,
    상기 제 4 색 발광층은, 상기 제 4 색 발광층으로부터 일정 간격 이격한 상기 제 1 내지 제 3 색 발광층으로 둘러싸인 표시 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 3 색 발광층 중 상기 제 4 색 발광층과 동일한 색을 발광하는 색 발광층이 상기 발광부에서 가장 큰 면적을 차지하는 표시 장치.
  15. 제 9항 또는 제 12항에 있어서,
    상기 제 1 파장은 430nm 내지 490nm이며, 상기 제 3 파장은 510nm 내지 590nm 이며, 상기 제 2 파장은 600nm 내지 650nm 인 표시 장치.
  16. 제 1항에 있어서,
    상기 캐소드는 복수층이며, 복수층 중 상기 제 1, 제 2 유기 스택에 가장 가까운 층은 무기 화합물을 포함한 표시 장치.
  17. 제 1항에 있어서,
    상기 캐소드는 520nm 파장에 대해 투과율 70% 이상의 금속 합금층을 포함한 표시 장치.
  18. 제 1항에 있어서,
    상기 투명 애노드는 제 1 투명 전극층과 제 2 투명 전극층이 적층되어 이루어지며,
    상기 제 1 투명 전극층과 제 2 투명 전극층의 동일층의 제 3 투명 전극층 및 제 4 투명 전극층이 상기 발광부의 반사 애노드의 하부 및 상부에 각각 접하도록 구비된 표시 장치.
  19. 제 1항에 있어서,
    상기 발광부에 상당하여, 상기 캐소드 상부에 상기 제 1 발광층을 통해 발광되는 파장의 광을 투과시키는 컬러 필터층을 더 포함한 표시 장치.
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