KR20160038112A - 필요시 외부광 차단이 가능한 투명 표시장치 - Google Patents

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KR20160038112A
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한양대학교 산학협력단
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Abstract

필요시 외부광 차단이 가능한 투명표시장치를 제공한다. 상기 표시장치는 광조절패널 및 상기 광조절패널 상에 배치된 투명표시패널을 포함한다. 상기 광조절패널는 하부기판, 상부 기판, 상기 상하부 기판들이 서로 바라보는 면들 상에 각각 배치된 하부 전극과 상부 전극, 및 상기 상하부 전극들 사이에 배치되고 액정분자들 및 흑색 막대형 염료들을 구비하는 액정층을 갖는다.

Description

필요시 외부광 차단이 가능한 투명 표시장치{Transparent display device capable of blocking external light if necessary}
본 발명은 표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유기발광 표시장치에 관한 것이다.
정보표시장치는 기술의 발전에 따라 다양한 양상으로 발전하고 있다. 그 중에서도 유기발광표시장치는 스스로 빛을 내는 자발광소자로서, 액정표시장치에 비해 백라이트를 필요로 하지 않는 장점이 있다. 따라서, 유기발광표시장치는 외부광을 투과할 수 있는 투명 표시장치로서의 응용이 시도되고 있다.
이러한 투명 유기발광표시장치에서 화면을 표시하고 있을 때, 블랙의 경우에는 화소에서 발광을 하지 않기 때문에 외부광이 그대로 투과될 수 있다. 따라서, 투명 유기발광표시장치에서 블랙을 구현하기는 불가능한 것으로 알려져 있다. 이를 해결하기 위해, 미국특허 제2007/0057932호는 적층된 유기발광소자인 투명 양면발광 패널과 광조절부를 구비하며, 상기 광조절부는 액정층과 그 양단의 편광판을 구비하는 것을 개시한다.
그러나, 편광판은 광의 투과율을 낮출 수 있는 요인이 될 수 있어, 투명표시장치의 광투과능력을 저감시킬 수 있다. 따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 광투과능력을 유지하면서도 필요시에만 외부광 차단이 가능한 투명 유기발광표시장치를 제공함에 있다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 표시장치를 제공한다. 상기 표시장치는 광조절패널 및 상기 광조절패널 상에 배치된 투명표시패널을 포함한다. 상기 광조절패널는 하부기판, 상부 기판, 상기 상하부 기판들이 서로 바라보는 면들 상에 각각 배치된 하부 전극과 상부 전극, 및 상기 상하부 전극들 사이에 배치되고 액정분자들 및 흑색 막대형 염료들을 구비하는 액정층을 갖는다.
상기 액정분자들은 음의 유전율 이방성을 가질 수 있다. 상기 하부 전극과 상기 액정층 사이에 하부 배향막이 배치될 수 있고, 상기 상부 전극과 상기 액정층 사이에 상부 배향막이 배치될 수 있으며, 상기 상하부 배향막들은 수직 배향막들일 수 있다.
상기 흑색 막대형 염료들은 가시광선영역 내 서로 다른 영역의 광을 흡수하는 다수 종류의 막대형 염료들을 포함하여 흑색을 나타낼 수 있다. 상기 막대형 염료는 아조계 염료(azo dyes), 안트라퀴논계 염료(anthraquinone dyes), 페릴렌계 염료(perylene dyes), 퀴노프탈론계 염료(quinophthalone dyes), 아조메틴계 염료(azomethine dyes), 톨란계 염료(tolane dyes), 또는 이들의 조합을 함유할 수 있다.
상기 하부 전극과 상기 상부 전극 중 어느 하나는 홀을 구비할 수 있다. 상기 홀은 원형일 수 있다. 이와는 달리, 상기 상부 기판과 상기 상부 전극 사이에 돌기부가 배치될 수 있다. 상기 돌기부는 원뿔형태를 가질 수 있다.
상기 투명표시패널은 화소전극, 공통전극, 및 상기 화소전극과 상기 공통전극 사이에 배치된 유기발광기능층을 구비하는 유기발광표시패널일 수 있다.
본 발명에 따르면, 액정분자 및 흑색 막대형 염료를 구비하는 광조절패널는 편광판을 구비하지 않으면서도 광의 투과 및 차단을 구현함에 따라, 필요시에 외부광을 차단할 수 있는 투명 표시장치를 제공할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명표시장치를 나타낸 단면도들로서, 단위 화소에 한정하여 나타낸다.
도 3은 전계 왜곡 수단을 중심으로 액정분자가 방사상으로 대칭 배치된 것을 보여주는 개략도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 투명표시장치를 나타낸 단면도들로서, 단위 화소에 한정하여 나타낸다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면들에 있어서, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명표시장치를 나타낸 단면도들로서, 단위 화소에 한정하여 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 광조절패널(100)와 광조절패널(100) 상에 적층된 투명표시패널(200)을 포함한다. 투명표시패널(200)은 패널의 양측으로 표시광을 방출할 수 있는 패널로서, 유기발광표시패널일 수 있다.
광조절패널(100)는 서로 마주보는 하부 기판(110) 및 상부 기판(190)을 구비한다. 상기 기판들(110, 190)은 광투과 기판으로서, 유리 기판일 수 있다.
하부 기판(110)과 상부 기판(190)이 서로 바라보는 면들 상에 하부 전극(130)과 상부 전극(170)이 각각 배치될 수 있다. 상기 상하부 전극들(130, 170)은 ITO(Indium Tin Oxide)나 IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 광투과 또는 투명 도전막일 수 있다. 하부 전극(130)과 상부 전극(170) 중 어느 하나는 전계 왜곡 수단을 구비할 수 있다. 구체적으로, 상부 전극(170)은 전계 왜곡 수단으로서 홀(170a)을 구비할 수 있다. 하부 전극(130)의 폭(RR)은 후술하는 발광영역(ER) 또는 화소전극(230) 전체와 중첩되면서 이보다 클 수 있다. 또한, 상기 홀(170a)은 후술하는 발광영역(ER) 또는 화소전극(230)에 중첩할 수 있고, 나아가 발광영역(ER) 또는 화소전극(230)의 거의 중심부에 대응하여 배치될 수 있다.
하부 전극(130) 상에 하부 배향막(140)이 배치될 수 있고, 상부 전극(170) 상에 상부 배향막(160)이 배치될 수 있다. 상기 배향막들(140, 160)은 폴리 아믹산(poly-amic acid), 폴리 이미드(poly-imide), 레시틴(lecithin), 나일론(nylon), 또는 PVA(polyvinylalcohol)를 사용하여 형성될 수 있다. 상기 배향막들(140, 160)은 물리적 러빙법, 광배향법 또는 그루브 패터닝법에 의해 배향된 막으로서, 선경사를 가져 액정 분자를 정렬시킬 수 있는 막이다. 상기 상하부 배향막들(140, 160)은 분지쇄의 밀도가 높은 폴리머를 사용하여 형성된 수직 배향막 예를 들어, 선경사의 극각이 거의 90°에 가까운 배향막들일 수 있다.
상하부 배향막들(140, 160) 사이에 액정층(150)이 배치될 수 있다. 액정층(150)은 액정분자(LC)와 막대형 염료(rod-type dye, D)를 구비할 수 있다. 막대형 염료(D)는 상기 액정층(140)의 전체 중량을 기준으로 약 1 내지 15wt%, 구체적으로 10 내지 15wt%로 함유될 수 있다.
막대형 염료(D)는 흑색 염료로서, 장축 방향과 단축 방향에서 광흡수도가 서로 다른 이색성 염료(dichroic dye)일 수 있다. 일 예로서, 막대형 염료(D)는 단축 방향에 비해 장축 방향의 광에 대한 흡수도가 매우 클 수 있다. 막대형 염료(D)는 각각이 가시광선영역의 광을 전부 흡수하여 흑색을 나타내는 염료이거나, 또는 다수 종류, 구체적으로 2 내지 5개, 더 구체적으로는 2개 내지 3개의 서로 다른 종류의 막대형 염료(D)가 가시광선영역 내 서로 다른 영역의 광을 흡수하여 전체적으로는 가시광선영역의 광을 전부 흡수 즉, 흑색을 나타낼 수 있다. 이러한 막대형 염료(D)는 아조계 염료(azo dyes), 안트라퀴논계 염료(anthraquinone dyes), 페릴렌계 염료(perylene dyes), 퀴노프탈론계 염료(quinophthalone dyes), 아조메틴계 염료(azomethine dyes), 톨란계 염료(tolane dyes), 또는 이들의 조합을 함유할 수 있다.
액정분자(LC)는 그의 장축이 전계에 수직하게 기울어지려는 특성을 나타내도록 음의 유전율 이방성을 가질 수 있다. 또한, 상하부 배향막들(140, 160)은 수직 배향막들이므로, 상기 상하부 전극들(130, 170)에 전계가 인가되지 않은 상태에서, 액정분자(LC)는 상하부 배향막들(140, 160)에 대해 수직 방향 즉, 상하부 기판들(110, 190)에 대해 수직으로 배열될 수 있다.
막대형 염료(D)는 액정분자(LC)와 같은 막대형의 형상을 가지므로, 액정분자(LC)와 혼합되었을 때 액정분자(LC)의 배열방향을 따라 배열하는 특징을 갖고 있다. 따라서, 상하부 전극들(130, 170)에 전계가 인가되지 않은 상태에서, 막대형 염료(D) 또한 상하부 배향막들(140, 160)에 대해 수직 방향으로 배열될 수 있다. 따라서, 상하부 전극들(130, 170)에 전계가 인가되지 않은 상태에서는, 광조절패널(100)는 광을 그대로 투과시킬 수 있다.
광조절패널(100)는 하부 전극(130)에 전기적으로 연결된 박막트랜지스터를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 광조절패널(100) 또한 액티브매트릭스로 구동될 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 광조절패널(100)는 단위 회소 내에서 하부 전극(130)과 상부 전극(170)이 서로 교차하도록 배치된 패시브매트릭스로 구동될 수도 있다.
유기발광표시패널(200)은 상부 기판(190) 상에 배치된 소자 기판(210), 소자 기판(210) 상에 배치된 화소 전극(230), 화소 전극(230) 상에 배치된 유기발광 기능층(250), 유기발광 기능층(250) 상에 배치된 공통 전극(270), 및 공통 전극(270) 상에 배치된 봉지기판(290)을 구비할 수 있다. 공통 전극(270)과 상기 봉지기판(290) 사이에 수분과 산소를 차단 또는 흡수하는 봉지재(280)가 배치될 수 있다. 소자 기판(210) 및 봉지 기판(290)은 광투과 기판으로서, 유리 기판일 수 있다.
소자 기판(210) 상에 상기 화소 전극(230)에 전기적으로 연결되고, 화소 전극(230)에 전기적 신호를 공급 또는 차단하는 박막트랜지스터(220)가 배치될 수 있다. 구체적으로, 소자 기판(210) 상에 버퍼층(215)이 배치될 수 있다. 버퍼층(215) 상에 소오스/드레인 영역들 및 이들 사이에 배치된 채널 영역을 구비하는 반도체층(221)이 배치될 수 있고, 반도체층(221) 상에 게이트 절연막(223)이 배치될 수 있으며, 게이트 절연막(223) 상에 반도체층(221)이 상부를 가로지르는 게이트 전극(225)이 배치될 수 있다. 게이트 전극(225) 상에 게이트 전극(225)을 덮는 제1 층간절연막(226)이 배치될 수 있고, 제1 층간절연막(226) 상에 제1 층간절연막(226) 및 게이트 절연막(223)을 관통하여 소오스/드레인 영역들에 각각 접속하는 소오스/드레인 전극들(227)이 배치될 수 있다. 소오스/드레인 전극들(227) 상에 소오스/드레인 전극들(227)을 덮는 제2 층간절연막(229)이 배치될 수 있으며, 제2 층간절연막(229) 상에 화소 전극(230)이 배치될 수 있다. 화소 전극(230)은 ITO(Indium Tin Oxide)나 IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 광투과 또는 투명 도전막일 수 있다.
화소 전극(230) 상에 화소 전극(230)을 노출하는 개구부를 구비하는 화소 정의막(235)이 배치될 수 있다. 개구부는 발광영역(ER)을 한정할 수 있다. 개구부 내에 노출된 화소 전극(230) 상에 유기발광 기능층(250)이 배치될 수 있다. 유기발광 기능층(250)은 발광층을 구비할 수 있다. 유기발광 기능층(250)은 정공주입층, 정공수송층, 전자수송층, 및 전자주입층 중 적어도 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 공통 전극(270) 또한 광투과 또는 투명전극으로서, 예를 들어, 알루미늄, 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 인듐, 이트륨, 리튬, 은, 납, 세슘 등의 금속 또는 이들의 2종 이상의 조합을 사용하여 형성될 수 있다.
유기발광표시패널(200)은 화소 전극(230)과 공통 전극(270) 사이에 전계가 인가될 때, 화소 전극(230)에서 주입된 정공과 공통 전극(270)에서 주입된 전자가 재결합하여 광을 방출할 수 있다. 한편, 광조절패널(100)은 상하부 전극들(130, 160)에 전계가 인가되지 않아 유기발광표시패널(200)에서 방출된 표시광 뿐 아니라 외부광을 그대로 투과시킬 수 있다. 이 경우, 표시장치(300)의 양측면들에서 모두 상기 표시광을 볼 수 있다.
도 2를 참조하면, 광조절패널(100)의 상하부 전극들(130, 160)에 전계가 인가되어, 액정분자(LC)는 장축이 전계에 수직하게 기울어지게 된다. 즉, 액정분자(LC)의 장축은 상하부 기판들(110, 190)에 거의 수평으로 배치될 수 있다. 이 때, 막대형 염료(D) 또한 액정분자(LC)를 따라 거의 수평으로 배치될 수 있다. 이 경우, 장축 방향의 광흡수도가 매우 큰 흑색 염료인 상기 막대형 염료로 인해, 상기 광조절패널(100)는 광을 차단할 수 있다.
이와 더불어서, 상기 홀(170a)의 주변에는 전계방향이 수직성분이 아닌 수평성분을 갖는 경사전계가 만들어진다. 홀(170a)은 원형의 홀일 수 있다. 따라서, 홀(170a)에 의한 경사전계는 홀(170a)을 중심으로 방사상으로 대칭 배치될 수 있고, 장축이 전계에 수직하게 기울어지려는 특성을 나타내는 액정 분자(LC)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 홀(170a)을 중심으로 방사상으로 대칭 배치될 수 있고, 막대형 염료(D) 또한 액정분자(LC)와 동일한 방향으로 배치되므로, 거의 모든 방향에서 빛샘이 방지될 수 있다. 이와 같이, 상기 광조절패널(100)는 편광판을 구비하지 않으면서도 광의 투과 및 차단을 구현할 수 있다.
한편, 상기 유기발광표시패널(200)에서는 상기 화소 전극(230)과 상기 공통 전극(270) 사이에 전계가 인가되지 않아 광이 방출되지 않을 수 있다. 이 경우, 표시장치(300)의 양측면들에서 모두 블랙이 구현될 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 상기 광조절패널(100)를 광차단 상태로 둔 상태에서, 상기 유기발광표시패널(200)이 광을 방출할 수 있다. 이 경우, 표시장치(300)의 일면에서만 화상을 볼 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 투명표시장치를 나타낸 단면도들로서, 단위 화소에 한정하여 나타낸 단면도이다. 본 실시예에 따른 투명 유기발광표시장치는 후술하는 것을 제외하고는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 투명 유기발광표시장치와 유사하다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 광조절패널(100)에서, 상부 기판(190)이 하부 기판(110)을 바라보는 면과 상부 전극(170) 사이에 전계 왜곡 수단인 돌기부(185)가 배치될 수 있다. 돌기부(185) 상에 위치하는 상부 전극(170)은 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 바와는 달리, 홀(도 1의 170a)을 구비하지 않는다. 돌기부(185)는 발광영역(ER) 또는 화소전극(230)에 중첩할 수 있고, 나아가 발광영역(ER) 또는 화소전극(230)의 중심부에 대응하여 배치될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상부 전극(170)과 하부 전극(130) 사이에 전계가 인가되지 않는 경우, 액정분자(LC) 및 막대형 염료(D)는 상하부 기판들(110, 170)에 대해 수직 방향으로 장축이 배열될 수 있다. 따라서, 상하부 전극들(130, 170)에 전계가 인가되지 않은 상태에서, 광조절패널(100)는 광을 그대로 투과시킬 수 있다. 한편, 상부 배향막(160)은 돌기부(185)에 의해 경사면을 가지므로, 돌기부(185)에 인접한 액정분자(LC) 및 막대형 염료(D)는 상기 상부 기판(190)에 대해 소정각도 기울어져 배열될 수 있다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 광조절패널(100)의 상하부 전극들(130, 160)에 전계가 인가되어, 액정분자(LC)는 장축이 전계에 수직하게 기울어지게 된다. 즉, 액정분자(LC)의 장축은 상하부 기판들(110, 190)에 거의 수평으로 배치될 수 있다. 이 때, 막대형 염료(D) 또한 액정분자(LC)를 따라 거의 수평으로 배치될 수 있다.
이와 더불어서, 돌기부(185)의 주변에서는 상부전극(170)이 경사면을 가지므로, 전계방향이 수직성분이 아닌 수평성분을 갖는 경사전계가 만들어진다. 돌기부(185)은 원뿔형태를 가질 수 있다. 따라서, 돌기부(185)에 의한 경사전계는 돌기부(185)을 중심으로 방사상으로 대칭 배치될 수 있고, 액정분자(LC) 및 막대형 염료(D)는 돌기부(185)를 중심으로 방사상으로 대칭 배치될 수 있다. 따라서, 거의 모든 방향에서 빛샘이 방지될 수 있다. 이 경우, 상기 광조절패널(100)는 광을 차단할 수 있다.
한편, 유기발광표시패널(200)에서는 화소 전극(230)과 공통 전극(270) 사이에 전계가 인가되지 않아 광이 방출되지 않는 경우, 표시장치(300)의 양측면들에서 모두 블랙이 구현될 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 광조절패널(100)를 광차단 상태로 둔 상태에서, 유기발광표시패널(200)이 광을 방출할 수 있다. 이 경우, 표시장치(300)의 일면에서만 화상을 볼 수 있다.
이상 본 발명을 바람직한 특정 실시예를 참조하여 설명했지만, 본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

Claims (16)

  1. 하부기판, 상부 기판, 상기 상하부 기판들이 서로 바라보는 면들 상에 각각 배치된 하부 전극과 상부 전극, 및 상기 상하부 전극들 사이에 배치되고 액정분자들 및 흑색 막대형 염료들을 구비하는 액정층을 갖는 광조절패널; 및
    상기 광조절패널 상에 배치된 투명표시패널을 포함하는 표시장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 액정분자들은 음의 유전율 이방성을 갖는 표시장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 하부 전극과 상기 액정층 사이에 배치된 하부 배향막; 및
    상기 상부 전극과 상기 액정층 사이에 배치된 상부 배향막을 더 포함하고,
    상기 상하부 배향막들은 수직 배향막들인 표시장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 흑색 막대형 염료들은 가시광선영역 내 서로 다른 영역의 광을 흡수하는 다수 종류의 막대형 염료들을 포함하여 흑색을 나타내는 표시장치.
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 막대형 염료는 아조계 염료(azo dyes), 안트라퀴논계 염료(anthraquinone dyes), 페릴렌계 염료(perylene dyes), 퀴노프탈론계 염료(quinophthalone dyes), 아조메틴계 염료(azomethine dyes), 톨란계 염료(tolane dyes), 또는 이들의 조합을 함유하는 표시장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 하부 전극과 상기 상부 전극 중 어느 하나는 홀을 구비하는 표시장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 홀은 원형인 표시장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 상부 기판과 상기 상부 전극 사이에 배치된 돌기부를 더 포함하는 표시장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 돌기부는 원뿔형태를 갖는 표시장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 투명표시패널은 화소전극, 공통전극, 및 상기 화소전극과 상기 공통전극 사이에 배치된 유기발광기능층을 구비하는 유기발광표시패널인 표시장치.
  11. 하부기판, 상부 기판, 상기 상하부 기판들이 서로 바라보는 면들 상에 각각 배치된 하부 전극과 상부 전극, 상기 하부 전극과 상기 상부 전극 상에 각각 배치된 수직 배향막인 하부 배향막과 상부 배향막, 및 상기 상하부 배향막들 사이에 배치되고 음의 유전율 이방성을 갖는 액정분자들 및 흑색 막대형 염료들을 구비하는 액정층을 갖고, 상기 상하부 전극들 사이에 발생하는 전계를 왜곡하는 전계 왜곡 수단을 구비하는 광조절패널; 및
    상기 광조절패널 상에 배치된 투명표시패널을 포함하는 표시장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 전계 왜곡 수단은 상기 하부 전극과 상기 상부 전극 중 어느 하나가 구비하는 홀인 표시장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 홀은 원형인 표시장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 전계 왜곡 수단은 상기 상부 기판과 상기 상부 전극 사이에 배치된 돌기부인 표시장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 돌기부는 원뿔형태를 갖는 표시장치.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 투명표시패널은 화소전극, 공통전극, 및 상기 화소전극과 상기 공통전극 사이에 배치된 유기발광기능층을 구비하는 유기발광표시패널인 표시장치.
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