KR20040064625A - Ｏｌｅｄ 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

OLED 디스플레이 장치는, 기판과, 일 방향으로 광을 방사하기 위해 기판의 한 측면 위에 배치된 OLED 소자 어레이와, 기판 상의 OLED 소자의 어레이 옆에 위치한, OLED 소자를 구동하기 위한 회로와, 발광 방향으로 회로 위에 위치한 광 흡수 재료와, 회로, OLED 소자 및 발광 방향의 광 흡수 재료 위에 위치한 원형 편광자를 포함한다.

Description

ＯＬＥＤ 디스플레이 장치{OLED DISPLAYS HAVING IMPROVED CONTRAST}
본 발명은 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 이 디스플레이의 콘트라스트를 개선시키는 것에 관한 것이다.
유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이와 같은 다양한 크기의 평판 디스플레이는 다수의 계산 및 통신 애플리케이션용으로 제안된다. 특히, OLED 디스플레이는 아주 다양한 주변 발광 조건 하에서 실내 및 실외의 양 애플리케이션용으로 제안된다. 실내 애플리케이션은 비교적 낮은 주변 조도를 갖고 보다 낮은 레벨의 디스플레이 휘도를 필요로한다. 콘트라스트 면에 있어서, 실외 애플리켄이션은 높은 주변 휘도를 가질 수 있고 낮은 디스플레이 반사율과 함께 보다 높은 레벨의 디스플레이 휘도를 요구할 수 있다. 또한, 대부분의 OLED 디스플레이는 주간의 외부 사용에서부터 어두운 공간의 야간 사용까지, 높은 또는 낮은 주변 조명에서부터 주변 조명이 없는 상황 모두에 사용하도록 제안된다.
현재의 조명 및 디스플레이 시계 표준은 예를 들면 맑고 화창한 날에 외부 조명의 표준으로서 75,000 럭스이다. 맑은 날은 16,000 럭스의 조도를 가지고, 흐린 날은 6,000 럭스의 조도를 가지며, 매우 흐린 날은 1,000 럭스의 조도를 가진다. 실내 조도 범위는 0에서부터 1000 럭스이다. 디스플레이 장치에 대한 가시성(viewability) 표준은 디스플레이 상에서 텍스트를 판독하기 위한 최소 디스플레이 콘트라스트 비 표준(minimum display contrast ratio standard)을 3으로 설정한다. 이미지와 같은 다른 부류의 디스플레이되는 정보는 보다 높은 콘트라스트, 예를 들어 10을 필요로 한다.
OLED 디스플레이에 대해 제안된 폭넓고 다양한 보기 조건(viewing conditions)이 주어지면, 적절한 콘트라스트를 갖는 OLED 디스플레이를 설계하는것이 어렵다. OLED 디스플레이는 도전성 전극, 전형적으로 어떤 형태의 고도의 반사성 금속의 사용에 의존하여, 유기 재료의 방사 층에 전류를 제공한다. 반사성 금속은 주변 광을 디스플레이 관찰자(display viewer)에 반사하여, 디스플레이를 보기 어렵게 만든다. 또한, OLED 디스플레이 장치는 발광 영역 및 비발광 영역 모두를 포함한다. 비발광 영역은 전형적으로 박막 트랜지스터, 캐패시터, 드라이버 및 신호 라인으로 구성된다.
OLED 디스플레이 장치의 콘트라스트를 개선하는 하나의 방법은 디스플레이 위에 원형 편광자(circular polarizer)를 사용하는 것이다. 이 원형 편광자는 편광자 및 사분의 일 파장판(quarter wave plate)을 포함한다. 이 편광자는 디스플레이 상에 비치는 주변 광을 편광시키고, 사분의 일 파장판은 편광된 광의 편광 방향을 45도 회전시킨다. 사분의 일 파장판을 통과하여 뒤이어 반사되는 임의의 편광된 광은 45도 더 회전되어 그것의 편광 방향은 편광자에 수직이되고, 따라서 실질적으로 편광자에 의해 완전히 흡수된다. 원형 편광자는 이 편광자를 통과하는 광의 약 60%를 한번에 흡수한다. 원형 편광자를 통과하여 거울과 같이(specularly) 반사되는 주변 광의 약 99.5%가 흡수된다. 그러므로, 원형 편광자를 통과하는 OLED 디스플레이 장치에 의해 방사되는 광의 약 60%는 손실되는 반면, OLED 디스플레이 장치의 표면 상에 떨어지는 주변 광의 99.5%는 흡수된다. 적절한 원형 편광자는 예를 들어 3M으로부터 상업적으로 이용가능하고, 특허 문헌에 개시되어 있다. 2002년 2월 7일 Trapani 외 다수에 의해 공개된 WO0210845 A2호를 참조하면, 유기 발광 다이오드와 같은 방사 디스플레이 모듈 또는 플라즈마 디스플레이 장치용으로 설계된 사분의 일 파장길이 및 비보호된 K형 편광자를 포함하는 고 내구성 원형 편광자가 개시되어 있다. 그러나, 원형 편광자를 사용할지라도, OLED 장치의 콘트라스트는 실외용으로는 적합하지 않다.
OLED 디스플레이 장치의 콘트라스트를 개선시키는 제 2 수단은 광 흡수 재료와 같은 흡수 층 또는 소멸간섭 층(destructive interference layer)을 장치의 후면, 예를 들어 기판 또는 전극 상에 배치하는 것이다. 예를 들어, 2002년 6월 25일 Hofstra 외 다수에 허여된 미국 특허 제 6,411,019 호를 참조하라. 흡수 층은 유기 재료의 방사 층으로부터 방사되는 임의의 광 외에 주변 광을 흡수한다. 그러나, 이 접근 방법은 OLED에서부터 흡수 층 쪽으로 방사되는 대부분의 광이 손실되어, 디스플레이의 휘도를 굉장히 감소시킨다는 단점을 가지고 있다.
OLED 디스플레이 장치의 콘트라스트를 개선하는 제 3 수단은 발광 소자와 디스플레이 장치의 에지 주위 사이에 블랙 매트릭스로 지칭되는 광 흡수 재료의 매트릭스를 제공하는 것이다. 2002년 5월 2일에 공개된, Matthies 외 다수에 의한 미국 특허 출원 제 2002/0050958 A1를 참조하라, 이러한 접근 방법은 디스플레이의 반사율을 상당히 감소시킬 수는 있지만, 여전히 상당한 주변 광은 발광 소자의 반사성 애노드로부터의 반사에 의해 디스플레이로부터 반사가 일어난다.
그러므로 콘트라스트를 개선시킨 개선된 OLED 디스플레이 장치가 필요하다.
이러한 필요성은, 기판과, 일 방향으로 광을 방사하기 위해 기판의 한 측면위에 배치된 OLED 소자 어레이와, 기판 상의 OLED 소자의 어레이 옆에 위치한 OLED 소자를 구동하기 위한 회로와, 발광 방향으로 회로 위에 위치한 광 흡수 재료와, 회로, OLED 소자 및 발광 방향의 광 흡수 재료 위에 위치한 원형 편광자를 포함하는 OLED 디스플레이 장치를 제공함으로써 충족된다.
도 1은 원형 편광자를 갖는 종래의 OLED 디스플레이 장치의 부분적 단면 개략도,
도 2는 블랙 매트릭스 및 반사성 애노드를 갖는 종래의 OLED 디스플레이 장치의 부분적 단면 개략도,
도 3은 본 발명에 따른 OLED 장치의 부분적 단면 개략도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
12 : 발광 재료 14,16 : 전극
20 : 기판 22 : 회로
36 : 캡슐화 커버 50 : 원형 편광자
본 발명은 주변 조명의 넓은 범위에 걸쳐 OLED 디스플레이 장치의 콘트라스트를 증가시키는 장점을 가지고 있다.
도 1을 참조하면, 콘트라스트를 강화시키기 위해 원형 편광자를 구비한 종래의 OLED 디스플레이 장치는 회로(22)가 형성되는 기판(20)을 포함한다. 이 회로의 일부는 회로(22)에 연결된 전극(16)에 의해 정의된 발광 영역 아래에 위치한다. OLED 방사 층(12)은 전극(16)과 접촉하며 장치 상에 증착되고 종래에 알려져 있는 또 다른 층을 더 포함할 수 있다. 회로(22)에 연결된 제 2 전극(14)도 OLED 방사 층(12) 위에 배치되고 회로 층(22) 위로 연장될 수 있다. 회로(22)가 전극(16 및 14) 사이에 전류를 흐르게 하는 경우 광은 전극(16) 위의 영역의 방사 층(12)으로부터 방사된다. 커버(36)는 장치를 캡슐화하고 원형 편광자(50)를 포함하여 디스플레이의 주변 콘트라스트를 개선시킨다.
원형 편광자는 디스플레이 상에 비치는 주변 광 중 약 99.5%를 흡수하고 디스플레이에 의해 방사된 광의 약 60%는 원형 편광자에 의해 흡수된다. 약 5의 주변 콘트라스트 비는 평방 미터 방사 당 100 칸델라에서 구동된 디스플레이 및 흐린조건 하에서 동작하는 디스플레이의 모든 영역으로부터 50% 충진률(fill factor) 및 100% 반사율을 가정함으로써 기대될 수 있다. 이 충진률은 광이 방사되는 디스플레이 영역의 비율로서 정의된다(즉, 50% 충진률에 있어서, 디스플레이 영역의 절반은 전극(16)(즉, 발광 층(12)의 발광 부분)이 차지한다). 주변 콘트라스트 비는 반사된 주변 광 더하기 방사된 광 대 반사된 주변 광의 비로 계산된다.
도 2를 참조하면, 디스플레이 장치의 주변 콘트라스트를 강화하기 위해 블랙 매트릭스(54)를 갖는 종래의 OLED 디스플레이 장치는 장치의 광을 방사하지 않는 영역 위에 광 흡수 층을 포함한다. 블랙 매트릭스(54)는 픽셀들 사이의 임의의 광을 방사하지 않는 영역을 커버하고 디스플레이 장치의 주변으로 연장할 수 있다. 블랙 매트릭스(54)는 마스크 상에 비치는 광의 약 97%를 흡수하지만, OLED 소자 상에 비치는 주변 광의 약 97%는 반사된다. 약 1.1의 전형적인 주변 콘트라스트 비는 평방 미터 방사 당 100 칸델라를 갖는 디스플레이 및 흐릿한 조건 하에서의 50% 충진률에 의해 달성될 것으로 기대된다.
블랙 매트릭스를 갖는 디스플레이에 원형 편광자를 부가함으로써, 약 5의 콘트라스트 비가 달성될 것으로 기대될 수 있는데, 그 이유는 이 블랙 매트릭스는 디스플레이의 블랙 매트릭스 부분에 비치는 광의 편광을 방해하여 블랙 매트릭스 상에 비치는 광의 약 0.5%(40%,40% 및 3%의 곱)가 디스플레이로부터 반사되도록 야기할 것으로 기대되기 때문이다. 그러므로 블랙 매트릭스를 갖는 디스플레이에 원형 편광자를 제공하여도 콘트라스트에는 개선이 얻어질 수 없다는 것이 예상되었다.
그러나, 본 발명의 발명자에 의해 수행된 실험은 놀랍게도 그리고 뜻밖에도,원형 편광자가 블랙 매트릭스를 갖는 OLED 디스플레이 장치에 부가된 경우, 블랙 매트릭스로 인한 편광 상태의 방해는 기대되는 것보다 훨씬 낮고 디스플레이의 블랙 매트릭스 부분으로부터 경험한 실제 반사는 0.5%이기보다는 약 0.015%이여서 주변 콘트라스트 비에 뜻밖의 개선을 야기한다는 것을 보여주었다. 평방 미터 당 100 칸델라를 갖는 디스플레이 및 흐릿한 조건 하의 50% 충진률에 대해, 본 발명의 블랙 매트릭스와 원형 편광자의 결합을 이용함으로써, 주변 콘트라스트 비는 9로 발견되었는데, 이는 편광자만을 이용할 경우의 콘트라스트 비의 거의 두 배이고, 블랙 매트릭스만을 이용할 경우의 콘트라스트 비의 약 8배이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예는 반사성의 제 1 전극(16), OLED 발광 층(12) 및 제 2 전극(14)을 구비한 기판을 포함한다. 선택적(optional) 전극 보호 층(도시되어 있지 않음)은 제 2 전극(14) 위에 배치될 수 있다. 블랙 매트릭스(54)는 디스플레이의 비발광 영역에서 제 2 전극(14) 위에 배치된다. 캡슐화 커버(36)는 기판(20) 위에 부착된다. 원형 편광자(50)는 캡슐화 커버 위에 배치된다. 이와 달리, 원형 편광자(50)는 캡슐화 커버(36) 내에 배치될 수 있다.
블랙 매트릭스용으로 적절한 광흡수 재료는 염료 및 안료를 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 안료는 예를 들어 카본 블랙, 흑연, 금속 산화물, 금속 황화물 및 프탈로시아닌(phthalocyanines)과 같은 금속 합성물을 포함할 수 있다. 블랙 합성수지 재료, 블랙 크롬 및 반사방지(antireflection) 층도 블랙 매트릭스를 제공하는데 사용될 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 광 흡수재는 건조 특성(desiccating properites)을 가질 수 있어, 유기 층의 수명을 개선시킬 수 있다.
동작에 있어서, OLED 발광 층(12)으로부터 방사된 광은 커버(36) 및 원형 편광자(50)로부터 방사된다. 장치의 뒤쪽으로 방사된 광은 커버(36) 및 원형 편광자(50)를 통해 제 1 전극(16)으로부터 반사된다. 전극(16 및 14) 사이에 있지 않은 영역으로부터는 광이 방사되지 않는다. 커버(36)의 내부로부터 블랙 매트릭스(54) 상으로 반사된 임의의 광은 흡수되어, 장치의 선명함 및 콘트라스트를 개선시킨다.
주변 광은 원형 편광자(50)를 관통한다. 블랙 매트릭스(54)는 발광 영역 사이에 비치는 대부분의 주변 광을 흡수한다. 블랙 매트릭스(54)로부터 반사된 광은 원형 편광자(50)에 의해 흡수된다는 것을 알게되었다. 블랙 매트릭스(54)를 관통하고 반사되는 광은 대부분 블랙 매트릭스(54)에 의해 흡수된다. 블랙 매트릭스(54)를 관통하여 반사된 광은 원형 편광자에 의해 흡수된다는 것을 알게되었다. 전극(16)으로부터 반사되는 주변 광은 종래의 기술에서 이루어진 것과 같이 원형 편광자에 의해 흡수된다. 충진률(발광 영역 대 비발광 영역의 비율)은 100%보다 훨씬 작기 때문에(흔히 50% 이하), 블랙 매트릭스(54)에 의해 제공된 부가적인 광 흡수는 발광에 대해 악영향을 끼치지 않고서 장치의 전체 반사율을 상당히 감소시켜 장치의 콘트라스트를 개선시킨다.
본 발명은 상단(top) 및 하단(bottom) 방사체 OLED 디스플레이 모두에 적용될 수 있다. 하부 방사체의 경우에 있어서, 블랙 매트릭스는 회로(22)와 기판(20) 사이에 배치될 수 있고 원형 편광자(50)는 기판의 바깥측 상에 배치될 수 있다.편광 및 도전성 층은 블랙 매트릭스(54)의 위 또는 아래에 배치될 수 있다.
제 2 전극(14)과 직접적인 접촉을 하는 선택적 투명 보호 층(optional transparent protection layer)(도시되어 있지 않음)이 제공될 수 있다. 제공된 경우, 이 보호 층은 예를 들어 JP 2001126864호에 개시되어 있는 바와 같이 SiOx 또는 SiNx와 같은 무기 재료를 포함할 수 있다. 이와 달리, 이 보호 층은 JP 11-162634 호에 개시되어 있는 Teflon, 폴리이미드 및 폴리머를 포함하나 여기에 제한되지 않는 폴리머와 같은 유기 재료를 포함할 수 있다. 보호 층은 다수의 유기 또는 무기 재료 층 또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다. 예를 들어 2001년 7월 31일에 Ohta 등에 허여된 미국 제 6,268,295 호 및 200년 6월 22일에 Graff 등에 의해 공개된 WO 00/36665 호에 개시되어 있는, 이와 다른 무기 및 유기 층도 보호 층으로서 유용하다. 모든 경우에 있어서, 보호 층은 높은 광학 투명성, 바람직하게 70% 투과율을 가져야 한다.
블랙 매트릭스(54)는 당 업계에 알려져 있는 포토리쏘그래픽 기법을 사용하여 패턴으로 증착될 수 있다. 예를 들어, 광 흡수 재료는 전체 표면 상에서 유체로서 코팅될 수 있고 마스크를 통해 방사물(radiation)에 노출되어 코팅 부분을 중합시킬 수 있다. 방사물에 노출된 재료의 부분은 경화되고 나머지는 세척된다. 건조 박막 포토리쏘그래피도 사용될 수 있다. 또한, 패터닝된 열 전달은, 예를 들어 재료를 도너 기판(donor substrate) 상에 코팅함으로써, 도너 기판을 OLED 기판과 접촉하도록 또는 근접하게 배치함으로써, 그리고 광 흡수 재료가 OLED 기판으로 전달되도록 레이저를 이용하여 도너를 선택적으로 가열함으로써 사용될 수 있다.블랙 매트릭스(54)는 광 흡수 재료의 순차적 증착에 의해 증착된 다수의 보다 얇은 층을 포함할 수 있다.
이와 다른 실시예에서, 블랙 매트릭스(54)는 OLED 기판의 상단 층보다는 투명 커버(36)의 내부에 적용될 수 있다. 그러므로, 블랙 매트릭스를 갖는 커버는 OLED 기판으로부터 별개로 준비될 수 있다. 위에서 설명한 것과 유사한 마스킹 기법이 블랙 매트릭스(54)를 커버(36) 상으로 증착하는데 사용될 수 있다. 커버(36)는, 광 흡수 그리드(light-absorbing grid)가 픽셀로부터 광을 차단하지 않도록 보장하기 위해 이 커버가 기판에 부착되는 경우 OLED 기판과 정렬된다.
또 다른 실시예에 따르면, 블랙 매트릭스(54)는 유기 EL 층을 포함하는 하나 이상의 층과 연계하여 패터닝되어 이 패터닝된 층은 픽셀 영역 사이에 제공된다. 블랙 매트릭스는 하나 이상의 층의 전부 또는 일부분을 포함할 수 있다. 즉, 그것은 층을 포함할 수 있거나 또는 층들 중 하나 내에 위치할 수 있다. 이 경우에, 장치를 형성하는 프로세스는 종래의 것이고, 단지 차이점은 픽셀 영역 사이의 갭을 충진하는데 사용되는 재료가 광 흡수 특성을 갖는다는 것이다.
본 발명의 다양한 실시예는 상호 배타적이지 않으며 단일 장치에 결합될 수 있다. 예를 들어, 블랙 매트릭스(54)는 기판의 상단 층 상에, 커버 상에 그리고 다른 층 내에 패터닝될 수 있다. 다양한 실시예를 조합함으로써 디스플레이 장치에서 한 층 더한 광 흡수 및 콘트라스트 증대를 제공한다.
컬러 OLED 디스플레이는 상이한 컬러의 광을 방사하는 발광 재료(12)의 어레이에 의해 제공될 수 있다. 이와 달리, 컬러 OLED 디스플레이는 컬러 필터의 어레이와 함께 백색 발광 OLED 층에 의해 제공되어 컬러 디스플레이를 제공할 수 있다. 이 실시예에서, 광 흡수 재료는 컬러 필터, 예를 들어 적색 및 청색의 오버랩을 통해 생성되어 블랙 매트릭스를 제공할 수 있다.
투명 커버(36)는 전형적으로 유리 또는 플라스틱 시트인 반면, 커버는 기판 위, 즉 블랙 매트릭스(54)를 갖는 기판 위에 증착된 재료의 표면 위에 순응적 방식(conformalble manner)으로 증착되는 재료를 포함할 수 있다.
본 발명은 상부 또는 하부 발광 OLED 능동 또는 수동 매트릭스 장치에 의해 유리하게 구현된다.
본 발명에 따르면, 종래의 디스플레이 장치보다 콘트라스트를 개선시킨 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.

Claims (1)

  1. a) 기판과,
    b) 상기 기판의 한 측면 위에 배치되어 일 방향으로 광을 방사하는 OLED 소자의 어레이와,
    c) 상기 기판 상의 OLED 소자의 상기 어레이 옆에 위치한, 상기 OLED 소자를 구동하는 회로와,
    d) 상기 발광 방향으로 상기 회로 위에 위치한 블랙 매트릭스와,
    e) 상기 회로, 상기 OLED 소자 및 상기 발광 방향의 상기 블랙 매트릭스 위에 위치한 원형 편광자
    를 포함하는 OLED 디스플레이 장치.
KR1020040001338A 2003-01-10 2004-01-09 Ｏｌｅｄ 디스플레이 장치 KR20040064625A (ko)

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