KR102631259B1 - 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 발광다이오드의 광추출 효율을 향상시키기 위해, 기판, 상기 기판 상에 배치된 제1전극, 상기 제1전극의 적어도 중앙부를 노출시키는 개구부를 갖는 절연막, 상기 제1전극 상에 배치되어 제1패드가 상기 제1전극에 전기적으로 연결된, 발광다이오드, 상기 개구부의 내측면의 적어도 일부를 덮도록 상기 절연막 상에 배치되는, 반사막 및 상기 반사막의 적어도 일부를 덮도록 상기 절연막 상에 배치되고, 상면에 복수개의 홀들 또는 복수개의 그루브들을 갖는, 광경로가이드층을 구비하는, 디스플레이 장치를 제공한다.

Description

디스플레이 장치{Display apparatus}
본 발명의 실시예들은 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 발광다이오드의 광추출 효율을 향상시킬 수 있는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
발광다이오드(Light Emitting Diode, LED)는 화합물 반도체의 특성을 이용해 전기 신호를 적외선, 가시광선 등의 빛의 형태로 변환시키는 소자로서, 가정용 가전제품, 리모콘, 전광판, 각종 자동화 기기 등에 사용되고 있다. 소형의 핸드 헬드 전자 디바이스부터 대형 디스플레이 장치까지 전자 디바이스의 광범위한 분야에서 발광다이오드를 활용하는 등 발광 다이오드의 사용 영역이 점차 넓어지고 있다.
발광다이오드는 p형 반도체층, n형 반도체층, 및 p형 반도체층과 n형 반도체층 사이에 위치하는 적어도 하나의 양자우물층을 포함할 수 있다. 이때 발광다이오드 시스템의 발광 효율은 양자우물층의 내부 양자 효율 및 시스템에서의 광추출 효율에 의존한다.
그러나, 발광다이오드의 내부 양자 효율을 향상시키는 데는 한계가 있으므로, 발광다이오드 시스템에서의 광추출 효율을 향상시킬 필요가 있다. 특히 발광다이오드의 측면에서 발광되는 광이 전면 방향으로 나아가지 못함으로 인해 전반적인 디스플레이 품질이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 발광다이오드의 광추출 효율을 향상시킬 수 있는 디스플레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나, 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 기판, 상기 기판 상에 배치된 제1전극, 상기 제1전극의 적어도 중앙부를 노출시키는 개구부를 갖는 절연막, 상기 제1전극 상에 배치되어 제1패드가 상기 제1전극에 전기적으로 연결된, 발광다이오드, 상기 개구부의 내측면의 적어도 일부를 덮도록 상기 절연막 상에 배치되는, 반사막 및 상기 반사막의 적어도 일부를 덮도록 상기 절연막 상에 배치되고, 상면에 복수개의 홀들 또는 복수개의 그루브들을 갖는, 광경로가이드층을 구비하는, 디스플레이 장치가 제공된다.
상기 발광다이오드 상에 배치되어 상기 발광다이오드의 제2패드에 전기적으로 연결된 제2전극을 더 구비할 수 있다.
상기 개구부는 상기 제1전극 방향의 제1부분에서의 단면적이 상기 제2전극 방향의 제2부분에서의 단면적보다 좁을 수 있다.
상기 개구부는 상기 제1부분과 상기 제2부분 사이에서 테이퍼진 형상을 가질 수 있다.
상기 반사막은 상기 발광다이오드를 둘러싸도록 배치될 수 있다.
상기 반사막은 폐루프(closed-loop) 형상을 가질 수 있다.
상기 반사막은 알루미늄, 몰리브덴, 티타늄, 티타늄-텅스텐, 니켈, 크롬, 은, 금 및 이들의 합금 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 반사막은 상기 제1전극과 동일 물질을 포함할 수 있다.
상기 반사막의 상기 개구부의 내측면을 덮는 부분은, 상기 발광다이오드로부터 방출되는 광의 일 경로 상에 위치할 수 있다.
상기 반사막은 상기 제1전극과 일체형을 이룰 수 있다.
상기 광경로가이드층은 유기물을 포함할 수 있다.
상기 광경로가이드층은 투광성 재질을 가질 수 있다.
상기 복수개의 홀들 또는 상기 복수개의 그루브들은, 상기 광경로가이드층의 상면으로부터 상기 제1전극 하부에 위치한 하부층 방향으로 연장될 수 있다.
상기 광경로가이드층은 상기 복수개의 홀들을 갖고, 상기 복수개의 홀들은, 상기 광경로가이드층의 전부를 관통할 수 있다.
상기 광경로가이드층은 다공성 재질을 가질 수 있다.
상기 복수개의 홀들 또는 상기 복수개의 그루브들의 내부를 충진하는 물질의 굴절률이, 상기 광경로가이드층에 포함된 물질의 굴절률보다 클 수 있다.
상술한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 발광다이오드의 광추출 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 발광다이오드의 광추출 효율을 향상시킴으로써 디스플레이 장치의 소비전력을 절감할 수 있다.
또한, 디스플레이 장치의 측면 휘도 저하를 방지할 수 있다.
그러나, 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 일부를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1의 II-II'선을 따라 취한 단면도이다.
도 3은 도 2의 A부분을 확대한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 일부를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 일부를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 6은 도 5의 VI-VI'선을 따라 취한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 일부를 개략적으로 도시한 단면도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서에서 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분"위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 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.
이하, 본 발명에 따른 실시예들을 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명함에 있어 실질적으로 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 일부를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 2는 도 1의 II-II'선을 따라 취한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치는 제1전극(510), 제2전극(530) 및 제1전극(510)과 제2전극(530)의 사이에 위치하는 발광다이오드(300)를 구비한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치는 제1전극(510)의 적어도 일부를 노출시키는 화소정의막(400)과, 화소정의막(400) 상에 배치되는 반사막(515), 반사막(515)의 적어도 일부를 덮도록 화소정의막(400) 상에 배치되는 광경로가이드층(520)을 구비한다.
발광다이오드(300)는 적어도 하나의 박막트랜지스터(TFT) 및 적어도 하나의 커패시터를 구비하는 박막트랜지스터 어레이와 전기적으로 연결된다. 이러한 박막트랜지스터 어레이는 서로 교차하는 스캔선 및 데이터선을 구비하고, 상기 스캔선 및 데이터선을 통해 박막트랜지스터를 구동하거나 제어하기 위한 스캔신호 및 데이터신호를 전달받는다. 도 2에는 발광다이오드(300)와 전기적으로 연결된 하나의 박막트랜지스터(TFT)만을 도시하였으나, 이에 한정되지 않고 다른 박막트랜지스터나 커패시터가 더 추가될 수 있음은 물론이다.
기판(101) 상에는 버퍼층(111)이 구비될 수 있고, 버퍼층(111) 상에는 박막트랜지스터(TFT) 및 발광다이오드(300)가 구비될 수 있다.
기판(101)은 유리 또는 플라스틱 등으로 구성될 수 있다. 버퍼층(111)은 기판(101)을 통해 불순 원소가 침투하는 것을 차단하고, 표면을 평탄화하는 기능을 수행하며 실리콘질화물(SiNx) 및/또는 실리콘산화물(SiOx)과 같은 무기물로 단층 또는 복수층으로 형성될 수 있다.
박막트랜지스터(TFT)는 활성층(210), 게이트전극(220), 소스전극(230a) 및 드레인전극(230b)을 포함한다. 활성층(210)은 반도체 물질을 포함할 수 있고, 소스영역, 드레인영역 및 소스영역과 드레인영역 사이의 채널영역을 갖는다. 게이트전극(220)은 채널영역에 대응하게 활성층(210) 상에 형성된다. 소스전극(230a) 및 드레인전극(230b)은 활성층(210)의 소스영역과 드레인영역에 각각 전기적으로 연결된다. 활성층(210)과 게이트전극(220) 사이에는 게이트절연막으로서 무기절연 물질로 형성된 제1절연층(113)이 배치된다. 게이트전극(220)과 소스전극(230a)/드레인전극(230b) 사이에는 층간절연막으로서 제2절연층(115)이 배치된다. 소스전극(230a)/드레인전극(230b) 상에는 평탄화막으로서 제3절연층(117)이 배치된다. 제2절연층(115) 및 제3절연층(117)은 유기절연 물질, 또는 무기절연 물질로 형성될 수 있으며, 유기절연 물질과 무기절연 물질을 교번하여 형성할 수도 있다.
도 2에서 박막트랜지스터(TFT)는 게이트전극이 활성층의 상부에 배치된 탑 게이트 방식(top gate type)을 예시하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 게이트전극은 활성층의 하부에 배치될 수도 있다.
제3절연층(117) 상에는 제1전극(510)이 배치된다. 제1전극(510)은 제3절연층(117)에 형성된 비아홀을 통해 박막트랜지스터(TFT)의 소스전극(230a) 또는 드레인전극(230b)과 전기적으로 연결된다. 도 2에서는 제1전극(510)이 드레인 전극(230b)과 전기적으로 연결된 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않고 제1전극(510)이 소스전극(230a)과 전기적으로 연결될 수 있음은 물론이다.
제3절연층(117) 상에는 화소 영역을 정의하는 화소정의막(400)이 배치될 수 있다. 화소정의막(400)은 발광다이오드(300)가 수용될 개구부(430)를 포함한다. 이러한 개구부(430)는 제1전극(510)의 적어도 일부, 구체적으로는 적어도 중앙부를 노출시킴으로써 화소 영역을 정의하게 된다. 화소정의막(400)의 높이는 발광다이오드(300)의 높이 및 시야각에 의해 결정될 수 있다. 개구부(430)의 크기(폭)는 디스플레이 장치의 해상도, 화소 개수 등에 의해 결정될 수 있다. 도 1에는 개구부(430)가 원형인 예를 도시하고 있으나, 본 발명의 실시예들은 이에 한정되지 않고, 개구부(430)의 단면은 제1전극(510)의 형상에 대응하는 사각형일 수도 있고, 그 외 다각형, 원뿔형, 타원형, 삼각형 등 다양한 형상을 가질 수 있다. 또한, 개구부(430)에 있어서, 제1전극(510)을 향하는 저부(低部)에서의 단면적(CA1)은 제2전극(530)을 향하는 상부에서의 단면적(CA2)보다 좁게 형성될 수 있다. 즉, 개구부(430)는 개구부(430)의 저부(低部)와 상부 사이에서 테이퍼진 형상을 가질 수 있다. 이로써 개구부(430)의 내측면은 제3절연층(117)에 대해 경사지게 형성될 수 있다.
도 2에서는 화소정의막(400)이 제1전극(510)의 가장자리를 덮는 것으로 도시되어 있으나, 다른 실시예로 제1전극(510)이 개구부(430)의 내측면 및 저부(低部)는 물론이고, 화소정의막(400)의 상면을 덮도록 배치될 수도 있다.
화소정의막(400)은 광투과율이 낮은 광차단부로 기능하여 발광다이오드(300)의 측면으로 방출되는 광을 차단함으로써, 인접한 발광다이오드(300)들에서 발생하는 광들 간의 혼색을 방지할 수 있다. 또한, 화소정의막(400)은 외부로부터 입사되는 광을 흡수 및 차단하여 디스플레이 장치의 명실 콘트라스트(bright room contrast)를 향상시킬 수 있다. 화소정의막(400)은 광의 적어도 일부를 흡수하는 물질, 또는 광반사 물질, 또는 광산란 물질을 포함할 수 있다. 화소정의막(400)은 가시광(예를 들어, 380nm 내지 750nm 파장 범위의 광)에 대해 반투명 또는 불투명한 절연 물질을 포함할 수 있다. 화소정의막(400)은 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에테르설폰, 폴리비닐부티랄, 폴리페닐렌에테르, 폴리아미드, 폴리에테르이미드, 노보넨계(norbornene system) 수지, 메타크릴 수지, 환상 폴리올레핀계 등의 열가소성 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 우레탄 수지, 아크릴수지, 비닐 에스테르 수지, 이미드계 수지, 우레탄계 수지, 우레아(urea)수지, 멜라민(melamine) 수지 등의 열경화성 수지, 또는 폴리스티렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리카보네이트 등의 유기절연 물질로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 화소정의막(400)은 SiOx, SiNx, SiNxOy, AlOx, TiOx, TaOx, ZnOx 등의 무기산화물, 무기질화물 등의 무기절연 물질로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 일 실시예에서, 화소정의막(400)은 블랙매트릭스(black matrix) 재료와 같은 불투명 재료로 형성될 수 있다. 절연성 블랙매트릭스 재료로는 유기 수지, 글래스 페이스트(glass paste) 및 흑색 안료를 포함하는 수지 또는 페이스트, 금속 입자, 예컨대 니켈, 알루미늄, 몰리브덴 및 그의 합금, 금속 산화물 입자(예를 들어, 크롬 산화물), 또는 금속 질화물 입자(예를 들어, 크롬 질화물) 등을 포함할 수 있다.
화소정의막(400)의 개구부(430) 내에는 발광다이오드(300)가 배치된다. 발광다이오드(300)는 마이크로 LED일 수 있다. 여기서 마이크로는 1 내지 100 ㎛ 의 크기를 가리킬 수 있으나, 본 발명의 실시예들은 이에 한정되지 않고, 그보다 더 크거나 더 작은 크기의 발광다이오드에도 적용될 수 있다. 발광다이오드(300)는 개별적으로 또는 복수개가 이송 기구에 의해 웨이퍼 상에서 픽업(pick up)되어 기판(101)에 전사됨으로써 기판(101)의 개구부(430)에 수용될 수 있다. 일 실시예에서, 발광다이오드(300)는 화소정의막(400) 및 제1전극(510)이 형성된 후 기판(101)의 개구부(430)에 수용될 수 있다. 발광다이오드(300)는 자외광으로부터 가시광까지의 파장 영역에 속하는 소정 파장의 광을 방출할 수 있다. 예를 들어, 발광다이오드(300)는 적색, 녹색, 청색, 백색 LED 또는 UV LED일 수 있다.
발광다이오드(300)는 p-n 다이오드(380), 제1패드(310) 및 제2패드(390)를 구비할 수 있다. 제1패드(310) 및/또는 제2패드(390)는 하나 이상의 층을 포함할 수 있으며, 금속, 전도성 산화물 및 전도성 중합체들을 포함한 다양한 전도성 재료로 형성될 수 있다. 제1패드(310) 및 제2패드(390)는 반사층, 예를 들어, 은(silver) 층을 선택적으로 포함할 수 있다. 제1패드(310)는 제1전극(510)과 전기적으로 연결되고, 제2패드(390)는 제2전극(530)과 전기적으로 연결된다. 이때 제1패드(310) 및/또는 제2패드(390)는 도전볼 형태로 형성되어 제1전극(510) 및/또는 제2전극(530)과 컨택할 수도 있다. p-n 다이오드(380)는 하부도핑층(330), 하나 이상의 양자우물층(350) 및 상부도핑층(370)을 포함할 수 있다. 이때 하부도핑층(330)은 p-도핑층이고, 상부도핑층(370)은 n-도핑층일 수 있다. 물론 이에 한정되는 것은 아니고, 이와 반대로 하부도핑층(330)이 n-도핑층이고, 상부도핑층(370)이 p-도핑층일 수도 있다. p-n 다이오드(380)는 직선형 측벽, 또는 위에서 아래 또는 아래에서 위로 테이퍼진 측벽을 가질 수 있다.
제1전극(510)은 반사전극으로 구성될 수 있고, 하나 또는 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1전극(510)은 알루미늄, 몰리브덴, 티타늄, 티타늄과 텅스턴, 은, 또는 금, 또는 그것의 합금과 같은 금속을 포함할 수 있다. 제1전극(510)은 ITO, IZO, ZnO, 또는 In2O3 등의 투명 도전성 산화물(TCO), 카본 나노 튜브 필름 또는 투명한 도전성 폴리머와 같은 도전성 물질을 포함하는 투명 도전층, 및 반사층을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1전극(510)은 상부 및 하부 투명 도전층과 그 사이의 반사층을 포함하는 3중층일 수 있다.
제2전극(530)은 투명 또는 반투명 전극으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제2전극(530)은 ITO, IZO, ZnO, 또는 In2O3 등의 투명 도전성 산화물(TCO), 카본 나노 튜브 필름 또는 투명한 도전성 폴리머와 같은 도전성 물질로 형성될 수 있다. 제2전극(530)은 복수개의 화소들에 공통인 공통전극으로서 기판(101) 전면에 걸쳐 형성될 수 있다.
화소정의막(400) 상에는 반사막(515)이 배치된다. 구체적으로, 반사막(515)은 화소정의막(400)의 개구부(430)의 내측면의 적어도 일부를 덮고, 나아가 화소정의막(400)의 상면으로까지 연장될 수 있다. 이때 개구부(430)의 내측면은 제3절연층(117)에 대해 경사지게 형성되어 있으므로, 개구부(430)의 내측면을 덮는 반사막(515) 또한 제3절연층(117)에 대하여 경사지게 형성될 수 있다.
반사막(515)은 발광다이오드(300)의 측면으로부터 방출되는 광을 반사시켜 상기 광이 대략적으로 전면방향으로 진행하도록 하는 역할을 한다. 즉, 반사막(515)을 통해 발광다이오드(300)의 측면광들을 전면방향으로 집광시킴으로써, 발광다이오드의 광추출 효율을 향상시키는 한편, 발광다이오드 측방향의 휘도 불균일을 해결할 수 있다. 따라서, 반사막(515)의 개구부(430)의 내측면을 덮는 부분은 반사막(515)의 개구 발광다이오드(300)의 측면으로부터 방출되는 광의 일 경로 상에 위치하게 되며, 발광다이오드(300)의 크기, 발광방향 등에 따라 반사막(515)의 크기, 위치, 두께, 재질 등이 결정될 수 있다. 이러한 발광다이오드(300) 및 반사막(515)의 설계에 따라 개구부(430) 내측면의 제3절연층(117)에 대한 경사각 또한 다양한 값으로 변형될 수 있다.
발광다이오드(300)의 측면광을 효과적으로 반사시키기 위해, 반사막(515)은 개구부(430) 내의 발광다이오드(300)를 둘러싸도록 배치된다. 이때 반사막(515)은 발광다이오드(300)를 둘러싸도록 복수의 패턴으로 패터닝될 수도 있으나, 집광 효율을 높이기 위해서는 발광다이오드(300)의 주위를 일주(一周)하도록 폐루프(closed-loop) 형상을 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 반사막(515)은 도 1에 도시된 바와 같이 제2전극(530)의 상부에서 바라볼 때 링(ring) 형상을 가질 수 있다.
반사막(515)은 광반사에 유리하도록 고반사율을 갖는 분산된 브래그 반사체(DBR) 또는 금속으로 형성된 미러 반사체일 수 있다. 예컨대, 반사막(515)은 알루미늄, 몰리브덴, 티타늄, 티타늄-텅스텐, 니켈, 크롬, 은, 금 및 이들의 합금 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 반사막(515)은 반사전극인 제1전극(510)과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 반사막(515)은 상술한 반사성 물질은 물론이고, ITO, IZO, ZnO, 또는 In2O3 등의 투명 도전성 산화물(TCO), 카본 나노 튜브 필름 또는 투명한 도전성 폴리머와 같은 도전성 물질을 포함하는 투명 도전층 등을 더 포함할 수도 있다. 일 실시예에서, 반사막(515)은 상부 및 하부 투명 도전층과 그 사이의 반사층을 포함하는 3중층일 수 있다. 이러한 구성의 경우, 상부 및 하부 투명 도전층은 중간층인 반사층의 확산 및/또는 산화를 방지하는 역할을 할 수 있다.
반사막(515)이 발광다이오드(300)를 둘러싸며 발광다이오드(300)의 측면광의 방향을 조절함에 따라, 인접 화소들 간의 혼색의 위험이 줄어들 수 있다. 따라서, 화소정의막(400)은 반드시 반투명 또는 불투명한 재질로 형성될 필요는 없고, 화소정의막(400)에 광흡수, 광반사 또는 광산란 물질들을 포함시키는 공정들이 생략될 수 있다.
반사막(515) 상에는 광경로가이드층(520)이 배치된다. 광경로가이드층(520) 중 일부는 반사막(515)의 적어도 일부를 덮고, 나머지 일부는 화소정의막(400)의 상면에 배치될 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 광경로가이드층(520)이 화소정의막(400)의 상면으로까지 연장되지 않고, 반사막(515)의 일부만을 덮는 형태일 수도 있다. 이와 같이 광경로가이드층(520)이 반사막(515)과 중첩됨에 따라, 광경로가이드층(520) 또한 발광다이오드(300)를 둘러싸도록 배치된다.
본 실시예에서, 광경로가이드층(520)은 상면에 복수개의 홀(525a)들을 갖는다. 도 2에는 복수개의 홀(525a)들이 광경로가이드층(520)의 상면에서 하면까지 연장된 관통공으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않고 복수개의 홀(525a)들은 광경로가이드층(520) 두께의 일부만을 관통할 수도 있다. 이때 복수개의 홀(525a)들은 광경로가이드층(520)의 상면으로부터 제3절연층(117) 방향으로 연장된 것일 수 있다. 이로써 광경로가이드층(520)은 발광다이오드(300)의 전면방향으로 연장된 복수개의 홀(525a)들을 갖게 된다.
광경로가이드층(520)은 발광다이오드(300)를 커버하고, 제1전극(510) 및 반사막(515)과 제2전극(530)의 사이를 절연시키는 패시베이션층으로서 기능할 수도 있다. 이때 광경로가이드층(520)은 제2패드(390)만을 노출시킨 채 발광다이오드(300)가 수용된 개구부(430) 내부를 채우게 된다. 광경로가이드층(520)은 유기절연 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 광경로가이드층(520)은 아크릴, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 벤조사이클로부텐(BCB), 폴리이미드, 아크릴레이트, 에폭시 및 폴리에스테르 등으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 광경로가이드층(520) 상부에는 발광다이오드(300)의 노출된 제2패드(390)와 전기적으로 연결되는 제2전극(530)이 형성된다. 한편, 광경로가이드층(520) 상부에 제2전극(530)이 형성됨에 따라 제2전극(530) 형성용 물질이 광경로가이드층(520)의 상면에 형성된 복수개의 홀(525a)들 내부에 침투될 수 있다. 물론 광경로가이드층(520)과 제2전극(530) 사이에 별도의 개재층을 배치하는 경우, 상기 개재층 형성용 물질이 복수개의 홀(525a)들의 내부에 침투될 수 있다.
또한, 광경로가이드층(520)은 발광다이오드(300)의 측면광이 반사막(515)에 의해 반사된 이후, 그 반사광을 전면방향으로 가이드하는 역할을 할 수 있다. 이하 도 3을 참조하여, 광경로가이드층(520)이 발광다이오드(300)의 측면으로부터 방출된 광을 전면방향으로 가이드하는 과정에 대해 좀 더 구체적으로 설명한다.
도 3은 도 2의 A부분을 확대한 단면도이다.
설명의 편의를 위해, 발광다이오드(300)의 측면으로부터 방출되는 광 중에서 반사막(515)의 상부에 입사되는 광을 제1입사광(L1)이라 하고, 제1입사광(L1)이 복수개의 홀(525a)들을 통과하여 제2전극(530) 방향으로 방출되는 광을 제1방출광(L1')이라 한다. 또한, 발광다이오드(300)의 측면으로부터 방출되는 광 중에서 반사막(515)의 하부에 입사되는 광을 제2입사광(L2)이라 하고, 제2입사광(L2)이 복수개의 홀(525a)들을 통과하여 제2전극(530) 방향으로 방출되는 광을 제2방출광(L2')이라 한다.
도 3을 참조하면, 제1입사광(L1)은 반사막(515)의 상부에서 반사되어 광경로가이드층(520)의 복수개의 홀(525a)들 중 하나의 내부로 진입한다. 이후 제1입사광(L1)은 복수개의 홀(525a)들의 내측면에 연속적으로 반사되면서 복수개의 홀(525a)들의 관통방향으로 진행하게 된다. 이로써 복수개의 홀(525a)들을 통과하여 방출되는 제1방출광(L1')은 대략 전면방향으로 진행할 수 있다. 즉, 제1방출광(L1')의 진행방향은 단순히 제1입사광(L1)이 반사막(515)에 반사된 이후의 진행방향보다 좀 더 전면방향에 가까울 수 있다.
제2입사광(L2)은 반사막(515)의 하부에서 반사되어 광경로가이드층(520)을 투과한 후, 복수개의 홀(525a)들 중 하나의 내부로 진입한다. 이때 제2입사광(L2)이 광경로가이드층(520)을 쉽게 투과하기 위해, 광경로가이드층(520)은 투광성 재질을 가질 수 있다. 예컨대, 광경로가이드층(520)은 절연성과 함께 투광성을 갖는 물질로서, 아크릴, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리이미드 등을 포함할 수 있다. 이후 제2입사광(L2)은 제1입사광(L1)과 마찬가지로, 복수개의 홀(525a)들의 내측면에 연속적으로 반사되면서 대략 전면방향으로 진행하여 제2방출광(L2')이 된다. 이로써 제2방출광(L2')의 진행방향은 단순히 제2입사광(L2)이 반사막(515)에 반사된 이후의 진행방향보다 좀 더 전면방향에 가까울 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이 입사광들(L1, L2)이 복수개의 홀(525a)들의 내측면에서 연속적으로 반사될 수 있도록, 복수개의 홀(525a)들 내부에서 전반사의 발생을 유도할 수 있다. 즉, 복수개의 홀(525a)들의 내부를 충진하는 물질의 굴절률이 광경로가이드층(520)에 포함된 물질의 굴절률보다 크고, 나아가 광이 복수개의 홀(525a)들의 내측면에 입사하는 각도가 전반사의 임계각보다 크도록 설계될 수 있다. 특히 광의 입사각을 임계각보다 크게 하기 위해, 복수개의 홀(525a)들의 내부를 충진하는 물질과 광경로가이드층(520)용 물질은 적절한 굴절률 차이를 갖도록 선택될 수 있다. 일 실시예로, 복수개의 홀(525a)들 내부에 전술한 제2전극(530) 형성용 물질이 충진된 경우, 광경로가이드층(520)을 형성하는 물질은 제2전극(530) 형성용 물질보다 작은 굴절률을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
또한, 광경로가이드층(520)의 광투과성을 더욱 향상시키기 위해, 광경로가이드층(520)은 다공성의 재질로 형성될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 일부를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4에 도시된 실시예의 경우, 도 2 및 도 3에 도시된 실시예들과 달리, 광경로가이드층(520)의 상면에 복수개의 홀(525a)들이 아닌 복수개의 그루브(525b)들이 형성된다. 그러므로, 이하에서는 이전 실시예들과의 차이점을 중심으로 본 실시예에 대해 구체적으로 설명한다.
도 4를 참조하면, 반사막(515) 상에는 광경로가이드층(520)이 배치된다. 광경로가이드층(520)은 이전 실시예들과 달리, 상면에 복수개의 그루브(525b)들을 갖는다. 여기서 그루브라 함은 움푹 패인 요부(凹部)를 의미하고, 그루브의 패인 깊이가 깊을수록 광경로가이드층(520) 두께의 일부만을 관통하는 홀과 유사한 형상을 갖게 된다.
본 실시예에서와 같이 광경로가이드층(520)의 상면에 복수개의 그루브(525b)들을 형성하는 경우, 발광다이오드(300)로부터 입사된 광은 반사막(515)에 반사되어 광경로가이드층(520)을 투과하게 된다. 이후 상기 투과광은 광경로가이드층(520)의 상면에 도달하여 복수개의 그루브(525b)들에 의해 대략 전면방향으로 진행하도록 가이드될 수 있다. 복수개의 그루브(525b)들이 가이드되는 원리는 도 3에 도시된 바와 같은 전반사의 효과일 수도 있고, 광경로가이드층(520) 상면의 표면거칠기로 인한 반사 효과일 수도 있다. 이때 광이 전반사에 의해 가이드되기 위해서는, 복수개의 그루브(525b)들의 내부를 충진하는 물질의 굴절률이 광경로가이드층(520)용 물질의 굴절률보다 클 필요가 있다. 예컨대, 광경로가이드층(520) 상에 제2전극(530)이 형성되는 경우, 복수개의 그루브(525b)들의 내부에는 제2전극(530) 형성용 물질이 충진될 수 있다.
또한, 광투과율을 높이기 위해 광경로가이드층(520)은 다공성의 재질로 형성될 수 있음은 물론이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 일부를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 6은 도 5의 VI-VI'선을 따라 취한 단면도이다.
도 5 및 도 6에 도시된 실시예의 경우, 도 2 내지 도 4에 도시된 실시예들과 달리, 제1전극(510)과 반사막(515)이 일체형으로 형성된다. 특히 도 6에 도시된 실시예의 경우, 제1전극 및 반사막의 구조 외에는 도 2에 도시된 실시예와 거의 유사하다. 그러므로, 이하에서는 도 2에 도시된 실시예와의 차이점을 중심으로 본 실시예에 대해 구체적으로 설명한다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 박막트랜지스터(TFT) 어레이 상에는 제1전극(510)이 배치된다. 제1전극(510)의 적어도 중앙부를 노출하도록 화소정의막(400)이 배치된다. 화소정의막(400)은 제1전극(510)을 노출하는 개구부(430)를 갖는데, 이 개구부(430) 내부에는 발광다이오드(300)가 수용된다.
제1전극(510)은 화소정의막(400)의 개구부(430)의 내측면을 덮도록 배치된다. 도 2에서는 화소정의막(400)이 제1전극(510)의 가장자리를 덮는 것으로 도시되어 있으나, 본 실시예의 경우 제1전극(510)이 개구부(430)의 내측면 및 저부(低部)는 물론이고, 화소정의막(400)의 상면을 덮도록 배치된다. 이와 같이 제1전극(510)이 화소정의막(400)의 내측면을 덮도록 형성되므로, 제1전극(510)은 도 2에 도시된 반사막(515)의 기능도 겸하게 된다. 따라서, 제1전극(510)은 발광다이오드(300)의 측면으로부터 발광되는 광을 반사하기 위해 반사전극으로 형성된다. 예컨대, 제1전극(510)은 알루미늄, 몰리브덴, 티타늄, 티타늄-텅스텐, 니켈, 크롬, 은, 금 및 이들의 합금 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
개구부(430)의 단면은 원형, 사각형 등 다양한 형상을 가질 수 있으나, 도 5에는 개구부(430)의 단면이 원형인 것으로 도시되어 있다. 이에 따라 도 5에 도시된 바와 같이, 개구부(430)의 내면을 덮도록 형성된 제1전극(510) 역시, 제2전극(530)의 상부에서 바라볼 때 원형을 갖게 된다.
제1전극(510)의 중앙부에는 발광다이오드(300)의 제1패드(310)가 안착되고, 발광다이오드(300)의 제2패드(390)만을 노출시킨 채 제1전극(510) 상에는 광경로가이드층(520)이 배치된다. 광경로가이드층(520)은 투광성 재질을 갖는 유기절연 물질을 포함할 수 있다. 이로써 광경로가이드층(520)은 제1전극(510)과 제2전극(530) 사이를 절연시키는 패시베이션층으로서 기능할 수도 있다.
본 실시예에서, 광경로가이드층(520)은 상면에 복수개의 홀(525a)들을 갖는다. 발광다이오드(300)의 측면으로부터 방출된 광은 제1전극(510) 중 개구부(430)의 내측면을 덮는 부분에 반사된다. 이후 이 반사광이 복수개의 홀(525a)들의 내부로 진입하게 되어 복수개의 홀(525a)들의 내측면에 연속적으로 반사되면서 복수개의 홀(525a)들의 관통방향으로 진행하게 된다. 이로써 발광다이오드(300)의 측면광이 대략 전면방향으로 진행하도록 가이드될 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 일부를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 7에 도시된 실시예의 경우, 이전 실시예들과 달리, 제1전극(510)과 반사막(515)이 일체형으로 형성되고, 광경로가이드층(520)의 상면에 복수개의 홀(525a)들이 아닌 복수개의 그루브(525b)들이 형성된다. 따라서, 본 실시예의 경우 광경로가이드층(520)의 상면에 복수개의 그루브(525b)들이 형성된다는 점 외에는 도 6에 도시된 실시예와 거의 유사하다. 그러므로, 이하에서는 도 6에 도시된 실시예와의 차이점을 중심으로 본 실시예에 대해 구체적으로 설명한다.
도 7을 참조하면, 제1전극(510)은 화소정의막(400)의 개구부(430)의 내측면을 덮도록 배치된다. 구체적으로, 제1전극(510)은 개구부(430)의 내측면 및 저부(低部)는 물론이고, 화소정의막(400)의 상면을 덮도록 배치된다. 이와 같이 제1전극(510)이 화소정의막(400)의 내측면을 덮도록 형성됨에 따라, 제1전극(510)은 도 1 내지 도 4에 도시된 반사막(515)의 기능도 겸하게 된다. 따라서, 제1전극(510)은 발광다이오드(300)의 측면으로부터 발광되는 광을 반사하기 위해 반사전극으로 형성된다.
발광다이오드(300)의 제2패드(390)만을 노출시킨 채 제1전극(510) 상에는 광경로가이드층(520)이 배치된다. 도 6에 도시된 실시예와 달리, 광경로가이드층(520)의 상면에는 복수개의 그루브(525b)들이 형성된다. 본 실시예에서와 같이 광경로가이드층(520)의 상면에 복수개의 그루브(525b)들을 형성하는 경우, 발광다이오드(300)로부터 입사된 광은 반사막(515)에 반사되어 광경로가이드층(520)을 투과하게 된다. 이후 상기 투과광은 광경로가이드층(520)의 상면에 도달하여 복수개의 그루브(525b)들에 의해 대략 전면방향으로 진행하도록 가이드될 수 있다. 이때 광경로가이드층(520)의 가이드 효과가 충분히 발현되기 위해, 복수개의 그루브(525b)들의 내부를 충진하는 물질의 굴절률을 광경로가이드층(520)용 물질의 굴절률보다 크게 하여 복수개의 그루브(525b)들의 내측면에서 전반사가 일어나게 할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치에 따르면, 발광다이오드의 광추출 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 발광다이오드의 광추출 효율을 향상시킴으로써 디스플레이 장치의 소비전력을 절감할 수 있다. 또한, 디스플레이 장치의 측면 휘도 저하를 방지할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
101: 기판 300: 발광다이오드
400: 화소정의막 430: 개구부
510: 제1전극 515: 반사막
520: 광경로가이드층 525a: 홀
525b: 그루브 530: 제2전극

Claims (16)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 배치된 제1전극;
    상기 제1전극의 적어도 중앙부를 노출시키는 개구부를 갖는 절연막;
    상기 제1전극 상에 배치되어 제1패드가 상기 제1전극에 전기적으로 연결된, 발광다이오드;
    상기 개구부의 내측면의 적어도 일부를 덮도록 상기 절연막 상에 배치되는, 반사막; 및
    상기 반사막의 적어도 일부를 덮도록 상기 절연막 상에 배치되고, 상면에 복수개의 홀들 또는 복수개의 그루브들을 갖는, 광경로가이드층;
    을 구비하는, 디스플레이 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광다이오드 상에 배치되어 상기 발광다이오드의 제2패드에 전기적으로 연결된 제2전극을 더 구비하는 디스플레이 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 개구부는 상기 제1전극 방향의 제1부분에서의 단면적이 상기 제2전극 방향의 제2부분에서의 단면적보다 좁은, 디스플레이 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 개구부는 상기 제1부분과 상기 제2부분 사이에서 테이퍼진 형상을 갖는, 디스플레이 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사막은 상기 발광다이오드를 둘러싸도록 배치된, 디스플레이 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 반사막은 폐루프(closed-loop) 형상을 갖는 디스플레이 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사막은 알루미늄, 몰리브덴, 티타늄, 티타늄-텅스텐, 니켈, 크롬, 은, 금 및 이들의 합금 중 어느 하나를 포함하는, 디스플레이 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사막은 상기 제1전극과 동일 물질을 포함하는, 디스플레이 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사막의 상기 개구부의 내측면을 덮는 부분은, 상기 발광다이오드로부터 방출되는 광의 일 경로 상에 위치하는, 디스플레이 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사막은 상기 제1전극과 일체형을 이루는, 디스플레이 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 광경로가이드층은 유기물을 포함하는 디스플레이 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 광경로가이드층은 투광성 재질을 갖는 디스플레이 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수개의 홀들 또는 상기 복수개의 그루브들은, 상기 광경로가이드층의 상면으로부터 상기 제1전극 하부에 위치한 하부층 방향으로 연장된, 디스플레이 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 광경로가이드층은 상기 복수개의 홀들을 갖고,
    상기 복수개의 홀들은, 상기 광경로가이드층의 전부를 관통하는, 디스플레이 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 광경로가이드층은 다공성 재질을 갖는 디스플레이 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수개의 홀들 또는 상기 복수개의 그루브들의 내부를 충진하는 물질의 굴절률이, 상기 광경로가이드층에 포함된 물질의 굴절률보다 큰, 디스플레이 장치.
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