KR20080018652A - 발광 소자 및 이를 이용한 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

기판 상부에 형성된 제1 전극, 상기 제1 전극 상부에 형성되며 광을 발생하는 발광층 및 상기 발광층 상부에 형성된 제2 전극을 포함하는 발광 소자 및 이를 이용한 표시 장치가 제공된다. 상기 발광층은 상기 광의 경로를 변경하는 발광 보조 입자를 포함하며, 이로 인하여 상기 발광 소자 및 표시 장치의 휘도가 향상된다.
발광체, 굴절률, 휘도, 액정, 백라이트 유닛

Description

발광 소자 및 이를 이용한 표시 장치{LIGHT EMITTING DEVICE AND DISPLAY APPARATUS USING THE SAME}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 소자의 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 발광 소자의 작동 원리를 설명하는 도면들이다.
도 3은 도 1의 발광 소자를 사용한 경우의 휘도 증가 효과를 나타내는 그래프이다.
도 4a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 소자의 단면도이다.
도 4b는 도 4a의 발광 소자의 일부에 대한 확대도이다.
도 5a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광 소자의 단면도이다.
도 5b는 도 5a의 발광 소자의 일부에 대한 확대도이다.
도 6a는 본 발명의 제4 실시예에 따른 발광 소자의 단면도이다.
도 6b는 도 6a의 발광 소자의 일부에 대한 확대도이다.
도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 발광 소자의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제6 실시예에 따른 발광 소자의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제7 실시예에 따른 발광 소자의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 표시 장치의 사시도이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 표시 장치의 사시도이다.
*도면의 주요부분에 대한 참조부호의 설명*
1 -- 발광 보조 입자 10 -- 기판
20 -- 제1 전극 30 -- 발광층
40 -- 제2 전극
본 발명은 발광 소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고휘도 및 장수명의 발광 소자 및 이를 이용한 표시 장치에 관한 것이다.
일반적으로 발광 소자는 발광층을 포함하며, 표시 장치에 사용되어 상기 발광층에서 발생된 광을 이용한 영상을 표시한다.
상기 발광층에서는 모든 방향으로 광이 방출된다. 이에 대해, 표시 장치에 있어서 영상을 표시할 때는 사용자가 시청하는 어느 한 방향의 광만이 유용하다. 가령, 상기 발광층에서 발생된 광을 좌측 방향/우측 방향/상측 방향/하측 방향 성분으로 구분한다면, 표시 장치에서는 상기 4가지 성분의 광 중 어느 한 방향 성분, 예컨대 상측 방향 성분의 광만이 유용하다. 결국, 상기 발광층에서 발생된 광 중 25%만이 표시 장치에서 사용될 수 있다.
위와 같이, 표시 장치에 있어서 발광 소자의 광 효율이 낮기 때문에 표시 장치의 휘도가 떨어진다. 또한 고휘도를 나타내도록 발광 소자가 고전압하에서 구동되면 발광 소자의 수명이 단축된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 고휘도 및 장수명을 갖는 발광 소자를 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기한 발광 소자를 이용하는 표시 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 발광 소자는 기판, 상기 기판 상부에 형성된 제1 전극, 상기 제1 전극 상부에 형성된 발광층 및 상기 발광층 상부에 형성된 제2 전극을 포함한다. 상기 발광층은 광을 발생하는 발광체와 상기 광의 경로를 변경하는 발광 보조 입자를 포함한다.
상기한 발광 소자에 있어서, 상기 발광 보조 입자는 상기 광을 반사하도록 상기 광의 파장보다 작은 직경을 갖는 것이 바람직하다. 또는 상기 발광 보조 입자는 가시 광선 영역에서 짧은 파장을 갖는 청색광의 파장보다 작은 직경을 갖는 것이 바람직하다.
상기한 발광 소자에 있어서, 상기 광은 백색광이거나 또는 컬러광일 수 있다. 상기 컬러광은 광의 삼원색에 해당하는 적색광, 녹색광 및 청색광을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 발광층은 상기 적색광, 녹색광 및 상기 청색광에 각각 대응되는 제1 발광층, 제2 발광층 및 제3 발광층을 포함한다.
상기한 발광 소자에 있어서, 상기 기판보다 작을 굴절률을 가지며 상기 기판의 하부에 형성되는 보조막이 더 포함될 수 있다. 상기 보조막은 상기 기판에서 출 사되는 광의 경로를 다시 상기 기판으로 변경하도록 작용한다.
본 발명의 실시예에 따른 표시 장치는 표시 패널 및 백라이트 유닛을 포함한다. 상기 표시 패널은 영상을 표시한다. 상기 백라이트 유닛은 상기 표시 패널의 하부에 장착되어 상기 표시 패널에 광을 제공한다. 상기 백라이트 유닛은 기판, 상기 기판 상부에 형성된 제1 전극, 상기 제1 전극 상부에 형성되는 발광층 및 상기 발광층 상부에 형성된 제2 전극을 포함한다. 상기 발광층은 광을 발생하는 발광체와 상기 광의 경로를 변경하는 발광 보조 입자를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치는 기판, 제1 전극, 발광층 및 제2 전극을 포함한다. 상기 기판은 화소 영역들이 정의된다. 상기 제1 전극은 상기 기판 상부의 상기 화소 영역들 각각에 형성된다. 상기 발광층은 상기 제1 전극 상부에 형성되며, 광을 발생하는 발광체와 상기 발광체에 분산되어 상기 광의 경로를 변경하는 발광 보조 입자를 포함한다. 상기 제2 전극은 상기 발광층 상부에 형성된다.
이하에서는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 여기서 설명된 실시예들은 기술 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 제공된 것이다. 따라서, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않으며 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
이하에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성 요소들을 기술하기 위해서 사용 되었지만, 상기 구성 요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되는 것은 아니다. 이러한 용어들은 단지 상기 구성 요소들을 서로 구별하기 위해 사용된 것이다. 또한 이하에서 언급되는 '상부'와 '하부'는 상대적인 개념으로 사용된 것이다. 따라서, 구성 요소들이 회전하거나 또는 관찰자의 보는 각도에 따라 '상부'가 '하부'가 되고 '하부'가 '상부'로 변경될 수 있다.
또한, 어떤 막이 다른 막 또는 기판 상에 있다고 언급하는 경우에 그것은 다른 막 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 막이 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 도면들에 있어서, 막 또는 영역들의 두께 등은 명확성을 기하기 위하여 일부 간략화되거나 과장되게 표현되었다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 발광 소자의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 기판(10), 제1 전극(20), 발광층(30) 및 제2 전극(40)이 구비된다. 기판(10)은 절연체이며 불요성(inflexibility)을 갖는 유리 기판이나 가요성(flexibility)을 갖는 플라스틱 기판이 모두 사용될 수 있다. 상기 가요성의 플라스틱 기판은 외형이 고정되지 않고 쉽게 변형되는데, 이는 발광 소자가 최근 수요가 증가하고 있는 전자종이나 말 수 있는 표시 장치와 같이 가요성의 표시 장치에 사용되는 경우에 유용하다. 기판(10)은 광이 투과되도록 대체로 투명성을 갖지만, 영상이 표시되는 방향이 제2 전극(40)의 상측 방향인 경우에는 기판(10)이 불투명하여도 무방하다.
제1 및 제2 전극(20,40)에는 전압이 인가된다. 제1 및 제2 전극(20,40)은 어느 하나가 양극(anode)이 되고 다른 하나가 음극(cathode)이 된다. 상기 전압이 인 가되면, 상기 양극에서 발광층(30)으로 정공(hole)이 제공되고 상기 음극에서 발광층(30)으로 전자(electron)가 제공된다. 상기 정공과 전자는 발광층(30)에서 재결합하며, 이 과정에서 생성된 에너지에 의해 발광층(30)에서 광이 발생된다.
상기 음극은 전자를 충분히 제공할 수 있도록 내부에 충분한 자유 전자를 갖는 금속, 예컨대 알루미늄(Al), 은(Ag), 마그네슘(Mg)으로 형성될 수 있다. 상기 양극은 투명한 재질의 도전성 막, 예컨대 산화주석인듐(Indium Tin Oxide; ITO)이나 산화아연인듐(Indium Zinc Oxide; IZO)로 형성될 수 있다.
상기 발광체에서 발생된 광은 발광층(30)을 기준으로 상방향과 하방향으로 방출된다. 발광층(30)의 상부에 금속 전극이 있고 하부에 투명 도전 전극이 있는 경우, 상기 상방향의 광은 상기 금속 전극을 투과하지 못하며 상기 하방향의 광은 상기 투명 도전 전극을 투과한다. 이 경우, 발광 소자는 상기 하방향의 광을 이용하는 후면 발광형(bottom emission type)이 된다. 만약 발광층(30)의 상부에 투명 도전 전극이 있고, 하부에 금속 전극이 있는 경우에는 발광 소자는 상기 상방향의 광을 이용하는 전면 발광형(top emission type)이 된다. 본 실시예는 상기 전면 발광형이나 후면 발광형에 모두 적용될 수 있다.
발광층(30)은 발광체와 발광 보조 입자(1)를 포함한다. 상기 발광체는 상기 정공과 전자의 재결합 과정에서의 에너지에 의해 광을 발생하는 물질이다. 상기 발광체는 소정의 유기 화합물로 형성될 수 있으며, 상기 유기 화합물의 성분에 따라 상기 발생되는 광의 컬러가 달라질 수 있다. 발광 보조 입자(1)는 발광체 내부에 분산되어 있으며, 상기 발광체에서 발생되는 광을 반사하여 그 경로를 변경한다. 상기 광의 경로가 변경되면서 발광 소자의 휘도가 향상되고 수명이 증가될 수 있는데, 이하에서 이러한 발광 보조 입자(1)의 작용에 대해 상세하게 설명한다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 발광 소자의 작동 원리를 설명하는 도면들이다. 도 2a 및 도 2b는 발광층(30)의 일부를 상세하게 도시한 것으로, 도 2a는 본 실시예에 대한 비교예로써 발광 보조 입자(1)가 포함되지 않은 경우를 나타낸다.
도 2a를 참조하면, 발광체는 복수의 발광 입자(2)로 구성된다. 발광 입자(2)에서 발생되는 광은 모든 방향으로 방출된다. 따라서, 상기 광을 제1 내지 제4 방향(D1,D2,D3,D4) 성분에 따라 제1 내지 제4 광(L1,L2,L3,L4)으로 구분하면, 이들은 각각 발광 입자(2)에서 발생되는 광의 25%를 차지하게 된다.
발광 소자가 전면 발광형인 경우, 상기 제1 내지 제4 광(L1,L2,L3,L4) 중에서 제2 광(L2)을 제외한 나머지 제1, 제3 및 제4 광(L1,L3,L4)은 사용되지 못하고 낭비된다. 마찬가지로, 발광 소자가 후면 발광형인 경우에는 제4 광(L4)을 제외한 제1 내지 제3 광(L1,L2,L3)이 사용되지 못하고 낭비된다.
도 2b를 참조하면, 발광 입자(2) 사이에 발광 보조 입자(1)가 구비된다. 발광 보조 입자(1)는 전기적 에너지에 의해 발광하는 발광체는 아니며, 재질상의 제한이 없어 금속이나 비금속이 모두 사용될 수 있다. 발광 보조 입자(1)는 크기상의 제한이 있는데, 구형의 형상을 가질 때 상기 구형의 직경이 발광 입자(2)에서 발생되는 광의 파장보다 작은 것이 바람직하다. 이에 비해, 발광 입자(2)는 상기 광의 파장 보다 큰 직경을 갖는다.
상기 광은 영상을 표시하기 위한 가시 광선에 대응된다. 따라서, 발광 보조 입자(1)는 가시 광선보다 파장이 짧은 자외선의 파장에 대응되는 나노 크기 입자가 될 수 있다. 또는 영상을 표시함에 있어서, 대체로 가시 광선에서 광의 삼원색에 해당하는 적색광, 녹색광 및 청색광이 주로 사용되고, 이 중 청색광이 파장이 가장 짧으므로, 발광 보조 입자(1)는 청색광의 파장보다 작은 직경을 가질 수 있다. 예컨대, 발광 보조 입자(1)는 300nm 이하의 직경을 갖는 것이 바람직하다.
발광 입자(2)는 광의 파장보다 큰 크기를 갖기 때문에, 상기 광을 흡수하여 소멸시킨다. 이에 비해, 발광 보조 입자(1)는 광의 파장보다 작은 크기를 갖기 때문에, 상기 광을 반사하여 산란시킨다. 그에 따라 발광 보조 입자(1)에 조사된 광은 그 경로가 변경되어, 낭비될 수 있었던 광의 일부가 사용될 수 있게 된다. 예컨대, 전면 발광형의 발광 소자에 있어서, 제1 및 제3 광(L1,L3)의 일부가 발광 보조 입자(1)의 작용으로 제2 방향(D2)으로 변경될 수 있다. 위와 같이, 발광 보조 입자(1)에 의해 경로가 변경된 광(L2')은 제2 광(L2)에 더하여 발광 소자의 휘도를 증가하는데 기여한다.
발광 소자의 휘도는 제1 및 제2 전극(20,40)에 고전압이 인가될수록 증가된다. 그러나, 고전압 인가시 발광 소자의 수명이 단축될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 발광 보조 입자(1)를 사용하여 휘도가 증가되므로 고전압을 인가할 필요가 없고, 고전압을 사용하지 않으므로 발광 소자의 수명이 연장되는 효과가 있다.
도 3은 도 1의 발광 소자를 사용한 경우의 휘도 증가 효과를 나타내는 그래프이다.
도 3은 다양한 발광 소자에 대한 휘도를 측정한 결과를 나타낸 것이다. 도 3 에서 횡축은 정면을 기준으로 위치를 변경하며 측정한 경우 정면에 대한 측정 각도이다. 종축은 상대적인 휘도 증가분을 나타낸 것이다. 도 3의 그래프는 비교예를 기준으로 하여 실험예1 내지 4에서 각도에 따른 상대적인 휘도 증가분을 나타낸다.
도 3의 그래프에 있어서, 비교예(A)는 발광층이 발광체로만 된 발광 소자이고 실험예 1 내지 4(B1,B2,B3,B4)는 상기 발광 보조 입자가 포함된 발광 소자를 대상으로 한다. 실험예 1 내지 4(B1,B2,B3,B4)는 사용된 발광 보조 입자의 직경 크기(단위: 1/1000 인치)에 따라 구분된다.
도 3을 참조하면, 발광 보조 입자가 사용되는 경우 정면에서의 휘도가 대략 1.6 ~ 1.9배 정도로 증가되며, 또한 상기 발광 보조 입자의 크기가 작을수록 휘도가 증가분이 커지게 됨을 확인할 수 있다.
도 4a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 발광 소자의 단면도이고, 도 4b는 도 4a의 발광 소자의 일부에 대한 확대도이다.
도 4a를 참조하면, 기판(10), 제1 전극(20), 발광층(30), 제2 전극(40) 및 보조막(10a)이 구비된다. 제1 및 제2 전극(20,40)에 전압이 인가되어 발광층(30)으로 정공과 전자가 제공되고, 상기 제공된 정공과 전자의 결합으로 광이 발생된다. 발광층(30)은 나노 크기의 발광 보조 입자(1)를 포함하며, 발광 보조 입자(1)는 상기 광의 경로를 변경하여 발광 소자의 휘도가 향상된다. 이러한 동작 과정은 앞서 살핀 제1 실시예와 동일하므로 상세 설명은 생략한다.
보조막(10a)은 기판(10)의 하부에 부착된 것으로, 기판(10)으로부터 입사된 광을 기판(10)쪽으로 재출사한다. 상기 재출사된 광에 의해 전면 발광형 발광 소자 에 있어서 그 휘도가 향상된다. 상기 광의 재출사는 보조막(10a)과 기판(10) 사이의 굴절률 차이를 이용한 것이다.
도 4b를 참조하면, 기판(10)과 보조막(10a)의 굴절률을 각각 n과 n1이라 표시한다. 또한 기판(10)에서 입사되는 광(L5)이 기판(10)과 보조막(10a)의 경계에 대한 법선(점선 표시)과 이루는 입사각을 θ, 상기 입사광(L5)이 보조막(10a)에서 굴절된 굴절광(L5')이 상기 법선과 이루는 굴절각을 θ1이라 표시한다.
일반적으로, 특정 매질에서의 굴절률은 해당 매질에서의 광속과 진공에서의 광속비로 정의된다. 굴절률이 클수록 매질에서의 광속이 작아지며, 광은 해당 매질에서의 속도에 따라 최소한의 시간이 소요되는 경로를 찾아 이동한다. 따라서 서로 상이한 매질의 경계에서는 광이 굴절되어 경로가 변경된다. 이러한 원리에 따라, 상기 굴절률(n,n1)과 입사각(θ) 및 굴절각(θ1) 사이에는 다음과 같은 관계식이 성립된다.
sinθ1 = sinθ × (n / n1)
상기한 관계식으로부터, 보조막(10a)이 기판(10)보다 작은 굴절률을 갖는 재질로 선택되었을 때, 상기 굴절각(θ1)이 입사각(θ)에 비해 증가된다. 마찬가지로, 상기 입사광(L5)이 소정의 임계각으로 입사되었을 때(θ=θc), 상기 굴절광(L5')의 각도는 직각(θ1=90°)이 된다. 따라서, 상기 입사광(L5)의 각도가 임계각 이상이 되면(θ>θc), 상기 입사광(L5)은 보조막(10a)의 표면에서 전반사되어 기판(10)으로 재출사될 수 있다.
도 5a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 발광 소자의 단면도이고, 도 5b는 도 5a의 발광 소자의 일부에 대한 확대도이다.
도 5a를 참조하면, 기판(10), 제1 전극(20), 발광층(30), 제2 전극(40) 및 보조막(10a)이 구비된다. 발광층(30)은 나노 크기의 발광 보조 입자(1)를 포함하며, 발광 보조 입자(1)는 발광층(30)에서 발생된 광의 경로를 변경하여 발광 소자의 휘도를 향상시킨다. 보조막(10a)은 기판(10)의 하부에 부착되며, 기판(10)의 굴절률 보다 작은 굴절률을 갖는 재질로 형성되어 기판(10)으로부터 입사된 광을 기판(10)쪽으로 재출사한다. 또한 보조막(10a)은 내부에 분산된 복수의 광반사 입자(3)를 포함하여 상기 재출사 과정을 보완한다.
도 5b를 참조하면, 기판(10)으로부터 보조막(10a)으로 입사되는 광(L6,L7)은 두 가지로 구분된다. 하나는 소정의 임계각(θc) 이상의 입사각을 갖는 입사광(L6)이다. 상기한 입사광(L6)은 보조막(10a)의 표면에서 전반사되며, 상기 전반사된 광(L6')은 기판(10)으로 재출사된다. 다른 하나는 소정의 임계각(θc) 미만의 입사각을 갖는 입사광(L7)이다. 상기한 입사광(L7)은 보조막(10a)의 내부를 통과한다. 상기 통과광(L7')은 상기 보조막(10a) 내부에 분산된 광반사 입자(3)에 의해 반사되며, 일부의 반사광(L7")은 기판(10)으로 재출사된다.
보조막(10a) 내부에 분산된 광반사 입자(3)는 그 크기가 작을수록 바람직하다. 다만, 발광층(30)에 포함된 발광 보조 입자(1)와 동일한 조건의 크기 제한은 없으며, 상기 발광 보조 입자(1)보다 다소 큰 입자라도 무방하다. 왜냐하면, 광반사 입자(3)는 선택적으로 사용되는 것이므로, 보조막(10a)으로 입사된 광 중 일부라도 재출사하면 충분하기 때문이다.
위와 같이, 보조막(10a)과 그 내부의 발광 보조 입자(3)의 상호 작용에 의해 보조막(10a)으로 입사되는 광 중 상당량이 기판(10)으로 재입사될 수 있으며, 그 결과 발광 소자의 휘도가 향상된다.
도 6a는 본 발명의 제4 실시예에 따른 발광 소자의 단면도이고, 도 6b는 도 6a의 발광 소자의 일부에 대한 확대도이다.
도 6a를 참조하면, 기판(10), 제1 전극(20), 발광층(30), 제2 전극(40), 그리고 제1 내지 제4 보조막(10a',10b',10c',10d')이 구비된다. 제1 내지 제4 보조막(10a',10b',10c',10d')은 기판(10)의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖는 재질로 형성되어, 각각으로 입사되는 광을 기판(10)으로 재출사한다. 또한 제1 내지 제4 보조막(10a',10b',10c',10d') 각각은 내부에 광반사 입자(3)를 포함할 수 있으며, 이로써 상기 재출사 과정을 보완한다.
제1 내지 제4 보조막(10a',10b',10c',10d')은 그 개수를 증가하거나 감소할 수 있다. 따라서 세 개의 보조막이 사용되거나 다섯 개의 보조막이 사용될 수도 있다. 다만, 적어도 두 개 이상의 보조막이 사용되며, 이와 같이 복수가 사용되면 단수인 경우에 비해 다음과 같은 장점이 있다.
도 6b를 참조하면, 기판(10)으로부터의 입사광(L8)은 제1 보조막(10a')에서 1차로 굴절되고, 상기 1차 굴절광(L8')은 제2 보조막(10b')에서 2차로 굴절된다. 상기 입사광(L8)이 굴절되지 않고 제2 보조막(10b')에 입사되는 경우의 가상의 광(L0)을 고려한다. 상기 가상의 광(L0)과 상기 1차 굴절광(L8')이 제2 보조막(10b')에 입사될 때의 입사각을 고려하면, 전자(θ0)가 후자(θ8)에 비해 작다.
기판(10), 제1 보조막(10a') 및 제2 보조막(10b')의 굴절률을 각각 n,n1,n2라 하면, 상기 각 굴절률은 하부에 배치된 것이 더 작도록 설정(n>n1>n2)된다. 따라서, 소정의 임계각 이상으로 제2 보조막(10b')에 입사되는 광은 전반사되어 기판(10)으로 재출사된다. 상기 임계각이 상기 가상광(L0)의 입사각(θ0)과 상기 1차 굴절광(L8')의 입사각(θ8) 사이의 값을 갖는 경우, 기판(10)에서 제2 보조막(10b')으로 직접 입사되었다면 재출사될 없는 경우라도, 제1 보조막(10a')을 통과하면서 굴절된 광(L8')은 제2 보조막(10b')에서 전반사되고 상기 전반사된 광(L8")은 기판(10)으로 재출사될 수 있다.
위와 같이, 여러개의 보조막이 사용될수록 상기 재출사되는 광량이 증가될 수 있다. 이러한 원리에 따라, 제1 내지 제4 보조막(10a',10b',10c',10d')의 각 굴절률을 n1,n2,n3,n4 라고 하면, 하부에 배치된 것일수록 더 작은 굴절률을 갖게된다(n1>n2>n3>n4).
도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 발광 소자의 단면도이다.
도 7을 참조하면, 기판(10), 제1 전극(20), 발광층(30) 및 제2 전극(40)이 구비된다. 발광층(30)은 제1 내지 제3 발광층(31,32,33)을 포함한다. 제1 내지 제3 발광층(31,32,33)에서는 서로 다른 컬러광을 발생한다. 예컨대, 상기 컬러광은 광의 삼원색에 대응되는 적색, 녹색 및 청색에 대응될 수 있다. 이 경우, 제1 발광층(31)에서 적색광이 발생되고, 제2 발광층(32)에서 녹색광이 발생되며, 제3 발광층(33)에서 청색광이 발생된다.
발광층(30)에서 발생되는 광의 컬러는 발광층(30)을 구성하는 발광체의 성분 에 따라 달라진다. 따라서, 제1 내지 제3 발광층(31,32,33)은 서로 다른 컬러광을 발생하도록 서로 다른 성분을 갖는 발광체로 구성될 수 있다. 또는 제1 내지 제3 발광층(31,32,33)은 백색광을 발생하는 동일한 발광체로 구성될 수 있다. 이 경우, 제1 내지 제3 발광층(31,32,33)은 각각 적색 필터, 녹색 필터 및 청색 필터를 포함한다. 제1 발광층(31)에서 발생된 백색광은 상기 적색 필터를 통과하면서, 적색광만이 필터링되어 외부에 제공된다. 마찬가지로, 제2 및 제3 발광층(32,33)에서 발생된 백색광은 상기 녹색 필터와 청색 필터를 통과하면서 각각 녹색광과 청색광으로 필터링되어 외부에 제공된다.
제1 내지 제3 발광층(31,32,33)에는 각각 발광 보조 입자(1)가 포함되어 있으며, 상기 발광 보조 입자(1)에 의해 광의 경로가 변경되면서 제공되는 광량이 증가되고 발광 소자의 휘도가 증가된다.
도 8은 본 발명의 제6 실시예에 따른 발광 소자의 단면도이다.
도 8을 참조하면, 기판(10), 제1 전극(20), 발광층(30), 제2 전극(40), 중간막(50) 및 보호막(60)이 구비된다. 발광층(30)은 휘도가 향상되도록 발광 보조 입자(1)를 포함하며, 중간막(50)은 발광층(30)에서 발생된 광의 진행 방향을 정면 방향으로 변경한다. 여기서 정면 방향은 중간막(50)의 상부 방향으로 중간막(50)의 표면에 수직한 방향이다. 상기 정면 방향은, 전면 발광형에서 사용자가 시청하는 방향에 대응된다.
도 8의 중간막(50)의 하부를 확대하여 도시된 부분(점선 표시)을 참조하면, 중간막(50)의 하부 표면에는 요철이 형성될 수 있다. 상기 요철 형상에 의해, 제2 전극(40)으로부터 중간막(50)으로 입사되는 광의 입사각이 달라진다. 따라서, 상기 요철 형상을 통하여 상기 입사각의 크기를 조절함으로써, 상기 광이 중간막(50)에서 정면 방향에 근접하게 굴절되도록 할 수 있다.
상기 광의 굴절시, 앞서 보조막(10a)을 설명하면서 언급된 관계식이 그대로 적용되며, 이에 대한 상세 설명은 생략한다. 상기 요철의 형상은 일정하게 고정되는 것은 아니며, 제2 전극(40)과 중간막(50)간 굴절률의 대소에 따라 위로 볼록하거나 아래로 볼록한 다양한 형상이 적용될 수 있다.
보호막(60)은 제1 및 제2 전극(20,40)이나 발광층(30)을 보호하기 위해 사용된다. 제1 및 제2 전극(20,40)이나 발광층(30)을 구성하는 발광체는 화학적으로 불안정하여 외부의 수분이나 공기에 취약하다. 보호막(60)은 중간막(50)상에서 기판(10)의 전면을 덮도록 형성된다. 따라서, 보호막(60)은 수분이나 공기의 침투를 차단하고, 제1 및 제2 전극(20,40)이나 발광층(30)을 외부로부터 밀폐시켜 보호한다. 보호막(60)은 광이 투과되도록 투명한 절연막을 증착하여 형성될 수 있다.
도 9는 본 발명의 제7 실시예에 따른 발광 소자의 단면도이다.
도 9를 참조하면, 기판(10), 제1 전극(20), 발광층(30), 제2 전극(40), 중간막(50), 보호막(60) 및 보조막(10a)이 구비된다. 보조막(10a)은 기판(10)의 하부면에 부착되어 기판(10)으로부터 입사된 광을 기판(10)으로 재출사한다. 중간막(50)은 정면 방향에서의 광의 휘도를 증가하고, 보호막(60)은 외부로부터의 수분이나 공기를 차단한다. 보호막(60)은 기판(10)과 동일한 재질로 형성되며, 기판(10)과 유사한 두께, 예컨대 0.1 - 0.15㎛ 정도의 두께를 갖는다.
이상 발광 소자에 관한 제1 내지 제7 실시예를 설명하였으며, 이하에서는 상기한 발광 소자를 이용하는 표시 장치에 대해 설명한다.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 표시 장치의 사시도이다.
도 10을 참조하면, 백라이트 유닛(101) 및 표시 패널(110)이 구비된다. 표시 패널(110)은 서로 마주보는 제1 기판(120)과 제2 기판(130)을 포함한다. 제1 기판(120) 상에는 복수의 제1 라인(121)과 제2 라인(122)이 형성된다. 복수의 제1 및 제2 라인(121,122)은 상호간에 절연된 상태로 종횡으로 교차하며, 이들이 교차하며 구분되는 영역에 따라 복수의 화소 영역(PA)이 정의된다. 각 화소 영역(PA)에는 제1 전극(123)과 박막 트랜지스터(124)가 구비된다.
박막 트랜지스터(124)는 제1 라인(121)에 연결된 제어 전극, 제2 라인(122)에 연결된 입력 전극 및 상기 입력 전극과 대향되어 제1 전극(123)에 연결된 출력 전극을 포함한다. 제2 기판(130)에는 제1 전극(123)과 마주보는 제2 전극(131)이 형성되며, 제1 및 제2 기판(120,130)의 사이에는 액정(150)이 배열된 액정층이 개재된다.
동작시, 제1 라인(121)을 따라 전송되는 신호에 의해 박막 트랜지스터(124)가 턴 온 되면, 제2 라인(122)을 따라 전송되는 신호에 의해 제1 전극(123)에 영상 정보에 대응되는 데이터 전압이 인가된다. 또한 제2 전극(131)에는 일정한 공통 전압이 인가되며, 상기 데이터 전압과 공통 전압의 차이에 따라, 액정(150)에 전기장이 작용하여 액정(150)의 배열이 변경된다. 액정(150)의 배열 상태에 따라 액정(150)을 통과하는 광에 대한 투과율이 달라지며, 상기 액정(150)의 배열 상태에 대응되는 영상이 표시된다.
위와 같은 동작에 있어서, 액정(150)은 발광체가 아니므로 영상을 표시하기 위해서는 액정(150)에 광이 제공될 필요가 있다. 상기 광은 백라이트 유닛(101)에서 제공되며, 백라이트 유닛(101)으로는 제1 내지 제7 실시예의 발광 소자가 적용될 수 있다. 상기 제1 내지 제7 실시예의 발광 소자는 휘도가 향상되고 수명이 증가된 것으로, 이러한 효과는 상기한 발광 소자가 적용된 본 실시예의 표시 장치에도 그대로 나타난다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 표시 장치의 사시도이다.
도 11을 참조하면, 기판(200), 제1 전극(210), 발광층(220) 및 제2 전극(230)이 구비된다. 기판(200)상에는 복수의 제1 라인(201)과 제2 라인(202)이 형성된다. 복수의 제1 및 제2 라인(201,202)은 상호간에 절연된 상태에서 매트릭스 형태로 교차하며, 이들이 교차하며 구분되는 영역에 따라 복수의 화소 영역(PA)이 정의된다. 각 화소 영역(PA)에는 제1 전극(210)과 박막 트랜지스터(211)가 구비된다.
제1 전극(210)은 제1 부전극(210R), 제2 부전극(210G) 및 제3 부전극(210B)을 포함한다. 상기 발광층(220)은 제1 내지 제3 부전극(210R,210G,210B)에 대응되는 제1 내지 제3 발광층(221,222,223)을 포함한다. 제1 부전극(210R)은 제1 발광층(221)을 제어하며, 제1 발광층(221)에서는 적색광이 발생된다. 마찬가지로, 제2 및 제3 발광층(222,223)은 각각 제2 및 제3 부전극(210G,210B)을 제어하여 녹색광과 청색광을 발생한다. 제1 전극(210)은 영상을 표시하는 최소 단위가 되는 하나의 화소 전극에 해당하며, 상기 적색광, 녹색광 및 청색광의 조합으로 다양한 컬러를 갖는 영상을 표시한다.
이상 예시적인 관점에서 몇 가지 실시예들을 살펴보았지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 갖는 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 본 발명은 상술한 실시예들에 한정되지 않으며 하기의 특허 청구 범위 및 이에 균등한 것들을 포함한다.
상기한 실시예들에 따르면, 발광 소자 및 표시 장치에 있어서 휘도가 향상되고 수명이 증가되는 효과가 있다.

Claims (22)

  1. 기판;
    상기 기판 상부에 형성된 제1 전극;
    상기 제1 전극 상부에 형성되며, 광을 발생하는 발광체와 상기 발광체에 분산되어 상기 광의 경로를 변경하는 발광 보조 입자를 포함하는 발광층; 및
    상기 발광층 상부에 형성된 제2 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 발광 보조 입자는 상기 광의 파장보다 작은 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 광은 청색광을 포함하고, 상기 발광 보조 입자는 청색광의 파장보다 작은 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 광은 백색광인 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 발광층은,
    적색광을 발생하는 제1 발광층;
    녹색광을 발생하는 제2 발광층; 및
    청색광을 발생하는 제3 발광층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 기판보다 작은 굴절률을 가지며 상기 기판의 하부에 형성되는 보조막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 보조막은 내부에 상기 발광층으로부터 입사된 광의 경로를 변경하는 광반사 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 보조막은 적어도 두개의 층으로 이루어지고, 하부층은 상부층 보다 작은 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 기판은 가요성을 갖는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 기판은 불요성을 갖는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 발광층과 상기 제2 전극 사이에 개재되며, 상기 제2 전극에 대해 경사지는 방향으로 입사된 광을 상기 제2 전극에 대해 수직한 방향에 근접하도록 출사하는 중간막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 전극상에 상기 기판의 전면을 덮도록 형성되며, 상기 발광층을 보호하는 보호막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 보호막은 상기 기판과 동일한 재질인 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 발광체는 유기 화합물인 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  15. 영상을 표시하는 표시 패널; 및
    상기 표시 패널의 하부에 장착되어 상기 표시 패널에 광을 제공하는 백라이트 유닛을 포함하고,
    상기 백라이트 유닛은,
    기판;
    상기 기판 상부에 형성된 제1 전극;
    상기 제1 전극 상부에 형성되며, 광을 발생하는 발광체와 상기 발광체에 분산되어 상기 광의 경로를 변경하는 발광 보조 입자를 포함하는 발광층; 및
    상기 발광층 상부에 형성된 제2 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 발광 보조 입자는 상기 광의 파장보다 작은 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 광은 청색광을 포함하며, 상기 발광 보조 입자는 청색광의 파장보다 작은 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  18. 제 15항에 있어서,
    상기 광은 백색광인 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  19. 제 15항에 있어서,
    상기 발광층은,
    적색광을 발생하는 제1 발광층;
    녹색광을 발생하는 제2 발광층; 및
    청색광을 발생하는 제3 발광층을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  20. 제 15항에 있어서,
    상기 표시 패널은,
    서로 마주보는 두 개의 투명 기판; 및
    상기 두 개의 투명 기판 사이에 개재된 액정층을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  21. 화소 영역들이 정의된 기판;
    상기 기판 상부의 상기 화소 영역들 각각에 형성된 제1 전극;
    상기 제1 전극 상부에 형성되며, 광을 발생하는 발광체와 상기 발광체에 분산되어 상기 광의 경로를 변경하는 발광 보조 입자를 포함하는 발광층; 및
    상기 발광층 상부에 형성된 제2 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 제1 전극은 상호 구분된 제1 내지 제3 부전극을 포함하고,
    상기 발광층은,
    상기 제1 부전극에 대응되어 적색광을 발생하는 제1 발광층;
    상기 제2 부전극에 대응되어 녹색광을 발생하는 제2 발광층; 및
    상기 제3 부전극에 대응되어 청색광을 발생하는 제3 발광층을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
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