KR20160110630A - 광학 부재 및 이를 구비하는 표시 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광학 부재 및 이를 구비하는 표시 장치에 관한 것으로, 광학 부재는 제 1 면, 상기 제 1 면에 대향하는 제 2 면 및 상기 제 1 면과 상기 제 2 면 사이에 형성되는 물질층을 가지며, 물질층은 광이 투과하는 투과 영역 및 광이 산란되는 복수의 산란 영역을 구비하고, 상기 복수의 산란 영역은 면방향으로 서로 이격 배치되며, 내부에 복수의 산란 입자를 포함한다.
따라서 본 발명은 표시 장치의 정면 휘도의 감소를 최소화하면서도, 광 추출 효율을 향상시키고, 컬러 시프트 현상을 개선할 수 있다.
따라서 본 발명은 표시 장치의 정면 휘도의 감소를 최소화하면서도, 광 추출 효율을 향상시키고, 컬러 시프트 현상을 개선할 수 있다.
Description
본 발명은 광학 부재 및 이를 구비하는 표시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광 추출 효율을 향상시키고 컬러 시프트를 개선시킬 수 있는 광학 부재 및 이를 구비하는 표시 장치에 관한 것이다.
최근 디스플레이 소자로 평판표시장치(Flat Panel Display)가 각광 받고 있다. 이러한 평판표시장치에는 액정표시장치(Liquid Crystal Display), 플라즈마표시장치(Plasma Display Panel) 및 유기 발광 표시 장치(Organic Light Emitting Deviece) 등이 있다.
그 중에서 유기 발광 표시 장치는 시야각이 넓고, 빠른 응답속도를 가지고 있어, 고화질의 디스플레이 구현이 가능하다. 특히, 마이크로캐비티(microcavity) 구조를 가지는 유기 발광 표시 장치는 상하 전극 사이의 광의 공진 효과를 이용하여 출력 효율을 높일 수 있고, 광의 색순도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다. 이러한 유기 발광 표시 장치는 기판, 기판상에 형성된 투광성의 제 1 전극, 제 1 전극 상에 형성된 유기물 레이어 및 유기물 레이어 상에 형성되며 반사율이 높은 제 2 전극을 포함한다. 통상적으로 기판은 유리 기판 또는 플라스틱 기판을 사용한다. 그리고 유기물 레이어는 정공 주입 레이어, 정공 수송 레이어, 광 생성 레이어, 정공 저지 레이어 및 전자 수송 레이어를 포함한다. 즉 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 복수의 유기물 레이어가 적층됨에 따라, 다층 구조의 유기 발광 표시 장치가 제작된다.
한편, 유기 발광 표시 장치는 내부 반사에 의해서 전방이 아닌 측방향으로 진행되는 광으로 인해 광 추출 효율이 낮아지는 문제가 있으며, 소자 구조에 의하여 시야각에 따라 컬러 시프트(color shift)가 발생되는 문제점이 있다.
이러한 문제들을 해결하기 위해, 즉, 전반사에 의한 휘도 감소 및 구조에 의한 컬러 시프트 방지를 위하여, 특정 크기의 입자를 사용한 확산층을 유기 발광 표시 장치에 구비하는 기술이 제안되어 왔다.
그러나 특정 크기의 입자를 이용한 확산층을 사용하는 경우, 전반사를 감소시키고 컬러 시프트는 억제되나, 표시 장치의 정면 휘도가 낮아지는 단점이 있다.
본 발명은 광 추출 효율을 향상시킬 수 있는 광학 부재 및 이를 구비하는 표시 장치를 제공한다.
본 발명은 컬러 시프트를 개선할 수 있는 광학 부재 및 이를 구비하는 표시 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 광학 부재는 제 1 면, 상기 제 1 면에 대향하는 제 2 면 및 상기 제 1 면과 상기 제 2 면 사이에 형성되는 물질층을 가지며, 상기 물질층은 광이 투과하는 투과 영역 및 광이 산란되는 복수의 산란 영역을 구비하며, 상기 복수의 산란 영역은 면방향으로 서로 이격 배치되며, 내부에 복수의 산란 입자를 포함함을 특징으로 한다.
상기 산란 영역은 상기 제 1 면과 상기 제 2 면을 가로지르는 방향으로 형성되며, 상기 제 1 면과 상기 제 2 면 중 적어도 어느 한 면에서 노출되는 것을 특징으로 한다.
상기 산란 영역은 베이스제를 포함하고, 상기 베이스제에 상기 산란 입자가 분산되는 것을 특징으로 한다.
상기 산란 영역의 전체 중량에 대한 산란 입자의 함유량은 10 내지 70 중량% 범위인 것을 특징으로 한다.
상기 투과 영역은 상기 복수의 산란 영역 사이에 형성되는 제 1 층과, 상기 산란 영역의 하측에 형성되는 제 2 층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 산란 영역은 상기 제 2 면을 향하여 볼록한 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 산란 영역은 상기 제 2 면으로부터 이격되고, 상기 제 1 면으로 노출되며, 상기 산란 영역은 상기 산란 입자만 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 산란 영역들 사이의 간격(C) 대 상기 산란 영역의 폭(d)은 1 : 0.1 내지 1 : 1의 범위를 갖는 것을 특징으로 한다.
일 산란 영역의 단부에서 인접하는 다른 산란 영역의 단부까지의 횡폭(a) 대 상기 산란 영역의 높이(b)는 1 : 0.5 내지 1 : 5의 범위를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 산란 영역의 높이(b)는 상기 산란 영역의 폭(d)과 같거나 이보다 큰 것을 특징으로 한다.
상기 투과 영역의 부피의 총합은 상기 산란 영역의 부피의 총합 보다 큰 것을 특징으로 한다.
상기 투과 영역의 굴절율은 상기 베이스제의 굴절율과 같거나 작은 것을 특징으로 한다.
상기 산란 입자와 상기 베이스의 굴절율 차이는 0.01 내지 0.7 범위인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 표시 장치는 광이 발생되는 발광층, 상기 발광층 상에 형성되는 원편광층, 및 상기 발광층과 상기 원편광층 사이에 배치되며, 광이 투과하는 투과 영역과 광이 산란되며 내부에 복수의 산란 입자를 구비하고 서로 수평방향으로 이격 배치되는 복수의 산란 영역을 포함하는 물질층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 원편광층은 위상차 필름(QWP) 및 상기 위상차 필름(QWP) 상에 형성된 편광 필름을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 산란 영역은 상기 물질층을 가로지르는 방향으로 형성되며, 적어도 일면에서 상기 원평광층과 접촉하는 것을 특징으로 한다.
상기 상기 투과 영역은 상기 복수의 산란 영역 사이에 형성되며, 적어도 일면이 상기 원평광층과 접촉하는 것을 특징으로 한다.
상기 산란 영역은 베이스제를 포함하고, 상기 베이스제에 상기 산란 입자가 분산되며, 상기 투과 영역은 고분자 수지를 포함하며, 상기 고분자 수지의 굴절율은 상기 베이스제의 굴절율과 같거나 이 보다 작은 것을 특징으로 한다.
상기 산란 영역들 사이의 간격(C) 대 상기 산란 영역의 폭(d)은 1 : 0.1 내지 1 : 1의 범위인 것을 특징으로 한다.
일 산란 영역의 단부에서 인접하는 다른 산란 영역의 단부까지의 영역 폭(a) 대 상기 산란 영역의 높이(b)는 1 : 0.5 내지 1 : 5의 범위인 것을 특징으로 한다.
상기 산란 영역의 높이(b)는 상기 산란 영역의 폭(d)과 같거나 이보다 큰 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 광이 투과하는 투과 영역 및 광이 산란되는 복수의 산란 영역을 구비하며, 복수의 산란 영역이 면방향으로 서로 이격 배치되고 내부에 복수의 산란 입자를 포함하는 물질층을 광학 부재로 사용한다. 즉, 이러한 광학 부재를 발광층 상에 형성한다.
이에, 본 발명의 실시예들에 의하면, 표시 장치의 정면 휘도의 감소를 억제하면서, 전반사를 억제하여 광 추출 효율을 향상시킨다. 또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 표시 장치의 정면 휘도의 감소를 억제하면서, 시야각에 따라 색 변화가 급격하게 발생하는 컬러 시프트(color shift)를 개선할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 광학 부재를 표시 장치와 별도의 부재로 용이하게 제조할 수 있고, 원하는 성능에 따라 표시 장치의 다양한 위치에 용이하게 배치하여 표시 장치의 광학 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치를 개략적으로 도시한 단면도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광학 부재를 도시한 단면도 및 평면도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치에서 광 방출 경로를 개념적으로 도시한 단면도
도 4는 본 발명의 일 변형예에 따른 광학 부재를 개략적으로 도시한 사시도
도 5는 본 발명의 다른 변형예에 따른 광학 부재를 도시한 단면도
도 6은 본 발명의 시험예의 광학 특성을 나타내는 특성표
도 7은 본 발명의 시험예의 시야각에 따른 색좌표 그래프
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광학 부재를 도시한 단면도 및 평면도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치에서 광 방출 경로를 개념적으로 도시한 단면도
도 4는 본 발명의 일 변형예에 따른 광학 부재를 개략적으로 도시한 사시도
도 5는 본 발명의 다른 변형예에 따른 광학 부재를 도시한 단면도
도 6은 본 발명의 시험예의 광학 특성을 나타내는 특성표
도 7은 본 발명의 시험예의 시야각에 따른 색좌표 그래프
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 여러 층 및 각 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 과장하거나 확대하여 표현하였으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광학 부재를 도시한 단면도 및 평면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치는 전기 신호를 받아 광학적으로 이미지를 표시하는 장치로서, 광이 발생되는 발광층(10), 발광층(10) 상에 형성되는 원편광층(30), 및 발광층(10)과 원편광층(30) 사이에 배치되며, 광이 투과하는 투과 영역(22)과 광이 산란되며 내부에 복수의 산란 입자를 구비하고 서로 수평방향으로 이격 배치되는 복수의 산란 영역(21)을 포함하는 물질층(20)을 포함한다.
발광층(10)은 유기물로 이루어져, 자체 발광이 가능한 유기 발광층(Organic Light Emitthg Device; OLED)을 포함한다. 이러한 발광층(10)은 광을 발생시키는 유기물 레이어(11), 유기물 레이어(11)의 일측에 형성된 제 1 전극(12) 및 유기물 레이어(11)의 타측에 형성된 제 2 전극(13)을 포함한다. 제 1 전극(12)은 양전극(anode)의 역할을 하는 것으로 광이 투과될 수 있는 투명 전도성 산화물로 형성되며, ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ZnO(Zinc Oxide) 및 In2O3 중 어느 하나일 수 있다. 제 2 전극(13)은 음전극(cathode)의 역할을 하는 것으로 광이 반사될 수 있는 금속 재료로 형성되며, LiF/Al, Ca/Al, Ca/Ag, Ag, Au 및 Cu 중 어느 하나일 수 있다. 광이 투과되는 투명 전극인 제 1 전극(12)은 유기물 레이어(11)와 패턴층(20) 사이에 위치하고, 광이 반사되는 제 2 전극(13)은 유기물 레이어(11)의 타측면에 형성된다.
유기물 레이어(11)는 정공 주입 레이어(Hole Injection Layer; HIL), 정공 수송 레이어(Hole Transport Layer; HTL), 광 발생 레이어(Emitting Layer; EML), 정공 저지 레이어(Hole Block Layer; HBL) 및 전자 수송 레이어(Electron Transport Layer; ETL) 등을 포함한다. 이때, 제 1 전극(12)으로부터 제 2 전극(13)이 위치한 방향으로 정공 주입 레이어(HIL), 정공 수송 레이어(HTL), 광 발생 레이어(EML), 정공 저지 레이어(HBL) 및 전자 수송 레이어(ETL) 순으로 적층될 수 있다. 물론 제조하고자 하는 발광층(10)의 구조 및 특성에 따라 정공 주입 레이어(HIL), 정공 수송 레이어(HTL), 정공 저지 레이어(HBL) 및 전자 수송 레이어(ETL) 중 적어도 어느 하나를 형성하지 않거나, 추가로 다른 레이어를 형성할 수도 있다.
상기에서는 투광성의 재료로 양전극용 제 1 전극(12)을 형성하고, 반사율이 높은 재료로 음전극용 제 2 전극(13)을 형성하여, 유기물 레이어(11)에서 발생된 광이 양전극(제 1 전극(12)) 방향으로 방출되는 하부 발광 방식(Bottom Emission type)을 설명하였다. 하지만, 이에 한정되지 않고, 유기물 레이어(11)에서 발생된 광이 음전극(제 2 전극(13))이 위치한 방향으로 방출되는 상부 발광 방식(Top Emission type)일 수도 있다. 여기서 상부 발광 방식의 발광층(10)은 반사율이 높은 재료 예컨대, Ni과 같은 금속을 이용하여 양전극 용 제 1 전극(12)을 형성하고, 금속 재료를 얇은 두께로 형성하여 광이 투과될 수 있도록 음전극 용 제 2 전극(13)을 형성하는 구조이다. 이러한 상부 발광 방식의 경우, 제 2 전극(13)의 하측 방향(도 1에서 제 2 전극의 하측 방향)으로 패턴층 및 원편광층이 적층될 수 있다. 또한, 다른 예로 유기물 레이어(11)에서 발생된 광이 양전극(제 1 전극(12)) 및 음전극(제 2 전극(13))의 양측으로 방출되는 양면 발광 방식(Transparet Emission type)일 수도 있다. 양면 발광 방식에서 발광층(10)은 제 1 전극(12)과 제 2 전극(13) 모두가 투광성의 특성을 가지도록 형성하며, 제 1 전극(12)의 상부 및 제 2 전극(13)의 하부 각각에 패턴층 및 편광 필름이 적층될 수 있다.
원편광층(30)은 외부 광이 표시 패널 내에서 재반사되는 것을 방지하고, 외광 반사가 차단되어 휘도 및 색순도를 향상시키는 층이다. 또한, 원편광층(30)은 위상차 필름(QWP)(31)과 편광 필름(Pol)(32)을 포함할 수 있다. 위상차 필름(QWP)(31)은 물질층(20)와 편광 필름(32) 사이에 위치된다. 위상차 필름(31)은 외부 입사광 중 일 방향 원편광을 위상 지연시켜, 편광 필름(32)의 흡수축에 대응하는 방향의 원편광으로 변경시키는 역할을 한다. 사용되는 위상차 필름(31)은 통상적인 디스플레이 장치에서 사용되는 것과 유사 또는 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
편광 필름(32)은 위상차 필름(31) 상에 형성되며, 외부에서 입사되는 광(이하, 외부 입사광) 중 특정 방향의 편광 예컨대, Y 축선 편광을 흡수시키고, 나머지 다른 방향의 편광 예컨대 X 축선 편광에 대해서는 투과시키는 기능을 한다. 이때, 편광 필름(32)에 흡수되지 않고, 투과하는 외부 입사광은 물질층(20)에서 산란된 후, 발광층(10)으로 입사된다. 편광 필름(32)은 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol; PVA)과 요오드 계열 염료가 혼합된 재료를 이용하여 형성될 수 있다. 예컨대, PVA와 요오드 계열 염료가 혼합된 재료를 필름(film) 형태로 제작한 후, 상기 필름을 위상차 필름(31) 상에 부착하는 방법으로 형성할 수 있다. 여기서 편광 필름(32)은 상기에서 제시된 재료로 형성된 편광 필름에 한정되지 않고, 통상적인 표시 장치에서 사용되는 다양한 편광 필름을 적용할 수 있다.
물질층(20)은 발광층(10)과 원편광층(30) 사이에 배치되어, 표시 장치의 광학적 성능을 향상시키기 위해 사용되는 일종의 광학 부재이다.
도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광학 부재는 제 1 면(23), 제 1 면(23)에 대향하는 제 2 면(24) 및 제 1 면(23)과 제 2 면(24) 사이에 형성되는 물질층(20)을 가지는 광학 부재로서, 물질층(20)은 광이 투과하는 투과 영역(22) 및 광이 산란되는 복수의 산란 영역(21)을 구비하며, 복수의 산란 영역(21)은 면방향으로 서로 이격 배치되며, 내부에 복수의 산란 입자(211)를 포함한다.
광학 부재는 서로 대향하는 제 1 면(23)과 제 2 면(24), 이들을 연결하는 측면을 가지는 얇은 시트나 판 형상의 부재이며, 이는 서로 다른 특성을 가지는 영역을 포함하는 물질층(20)을 구비한다.
물질층(20)은 소정 두께로 형성되며, 광이 투과하는 투과 영역(22) 및 광이 산란되는 복수의 산란 영역(21)을 구비한다. 즉, 동일층에 투과 영역(22)과 산란 영역(21)이 함께 존재하며, 이들 영역은 서로 구분된다. 예를 들면, 투과 영역(22)과 산란 영역(21)이 물질층(20)의 면방향으로 교대로 반복적으로 형성될 수 있고, 물질층(20)에서 산란 영역(21)들이 소정 간격을 두고 서로 이격되어 배치될 수도 있다. 산란 영역(21)과 투과 영역(22)은 규칙적으로 배치될 수도 있고, 불규칙적으로 배치될 수도 있다. 또한, 도면에서는 산란 영역(21)을 원통형 형성으로 도시하였으나, 산란 영역(21)의 형상은 소정의 폭과 높이를 가지는 영역으로 그 형상 및 크기가 특별히 제한되지 않는다.
산란 영역(21)은 내부에 복수의 산란 입자(211)를 포함하여 입사되는 광을 산란시키는 영역으로, 상기 제 1 면(23)과 상기 제 2 면(24)을 가로지르는 방향으로 형성되며, 제 1 면(23)과 제 2 면(24) 중 적어도 어느 한 면에서 노출될 수 있다. 즉, 산란 영역(21)은 물질층(20)의 두께 방향으로 연장 형성되며 적절하게 조절된 폭을 가진다. 산란 영역(21)은 제 1 면(23)과 제 2 면(24) 중 어느 한 면에서만 노출될 수도 있고, 제 1 면(23)과 제 2 면(24) 모두에서 노출될 수도 있다. 산란 영역(21)이 제 1 면(23)과 제 2 면(24)에서 노출되는 경우 산란 영역(21)은 물질층(20)을 그 두께 방향으로 관통하여 형성될 수 있다. 이때, 광학 부재가 표시 장치에 사용되는 경우, 도 1에 표시하였듯이, 산란 영역(21)은 표시 장치의 다른 층과 접촉할 수 있다. 예를 들면, 산란 영역(21)은 적어도 일면에서 상기 원평광층(30)과 접촉할 수 있다.
또한, 산란 영역(21)은 베이스제(212)를 포함하고, 베이스제(212)에 상기 산란 입자(211)가 분산된다.
베이스제(212)는 산란 영역(21)의 형태를 유지하는 재질일 수 있고, 열 경화성 조성물이나 광 경화성 조성물 등 고분자 수지를 사용하여 제조될 수 있다. 또한, 베이스제(212)는 접착제를 사용하여 제조될 수 있다. 접착제를 사용하는 경우, 상하부에 적층되는 층들과의 결합력을 향상시킬 수 있다. 열경화성 조성물은 열경화성 수지와 경화제를 포함할 수 있고, 열경화성 수지로는 아크릴계 수지, 실리콘계 수지 또는 에폭시계 수지 중 적어도 어느 하나를 사용할 수 있고, 경화제로는 이소시아네이트 화합물, 아민계 화합물, 유기산 무수물계 화합물, 아마이드계 화합물, 디알데히드계 화합물, 아디리딘계 화합물, 금속 킬레이트 화합물, 금속 알콕시드 화합물 또는 금속염 등을 사용할 수 있다. 광경화성 조성물은 광경화성 화합물과 광개시제(photo-initiator)를 포함할 수 있고, 광경화성 화합물은 폴리머 또는 올리고머, 모노머일 수 있고, 또한 광경화성 화합물은 폴리머, 올리고머 및 모노머 중 2 이상을 조합하여 사용할 수도 있다. 이때, 폴리머 또는 올리고머의 예로서는, 아크릴계 화합물, 실리콘계 화합물, 에폭시계 화합물 등을 사용할 수 있으며, 이들은 각각 단독으로 또는 2 이상으로 조합하여 사용할 수 있다.
산란 입자(211)는 베이스제(212)와 굴절율이 다른 입자를 사용한다. 즉, 산란 입자(211)는 베이스제(212) 보다 굴절율이 큰 재료, 혹은 베이스제(212) 보다 굴절율이 작은 재료를 사용할 수 있다. 산란 입자(211)의 굴절율은 1.5 내지 2.7 범위일 수 있고, 베이스제(212)와의 굴절율 차이가 0.01 내지 0.7 범위일 수 있다. 이때, 굴절율 차이가 0.01 보다 작으면 입사광이 산란 입자를 인지하기가 어려워서 산란 효과가 거의 없고, 굴절율 차이가 0.7을 초과하면 헤이즈가 심하게 변하는 문제가 야기되어 휘도가 감소하고 제품 양산 효율이 저하된다.
산란 입자(211)로는 ZrO2, TiO2, Al2O3, MgO, 및 SiO2 중 적어도 어느 하나로 제조될 수 있고, 입자의 형상은 구형 또는 다양한 다각형의 형상일 수 있다. 산란 입자(211)의 크기는 0.1 내지 2 ㎛ 범위일 수 있다. 이때 크기는 입자의 평균 직경을 의미한다. 상기 범위 크기의 산란 입자(211)를 사용하면, 가시광 영역대와 비슷한 크기의 산란 입자를 사용하게 되므로, 미산란(Mie Scattering) 효과를 극대화하여 전방 산란시킬 수 있고, 이에 따라 특정 파장의 광 직진성을 감소시킬 수 있어 표시 장치를 바라보는 각도에 따라 색상이 왜곡되어 보이게 되는 컬러 시프트 현상을 감소시킬 수 있다. 또한, 산란 입자(211)의 충진률 즉, 산란 영역(21)의 전체 중량에 대한 산란 입자(211)의 함유량은 10 내지 70 중량% 범위일 수 있다. 함유량이 10 중량% 미만으로 작을 경우에는 컬러 시프트를 개선하는 효과가 미미하고, 함유량이 70 중량%를 초과하여 클 경우에는 휘도가 저하된다.
투과 영역(22)은 입사되는 광이 투과되는 영역으로, 상기 물질층(20)에서 상기 산란 영역(21)을 제외한 모든 영역을 의미한다. 즉, 투과 영역(22)은 상기 제 1면(23) 및 상기 제 2 면(24) 대부분의 영역을 형성하며 상하부에 표시 장치의 다른 층이 접촉될 수 있는 면을 형성할 수 있다. 예를 들면, 투과 영역(22)은 복수의 산란 영역 사이에 형성되며, 적어도 일면이 상기 원편광층(22)과 접촉할 수 있다. 또한, 물질층(20) 전체에 대하여 투과 영역(22)이 차지하는 비율이 산란 영역(21)이 차지하는 비율 보다 높을 수 있다. 예를 들면, 투과 영역(22)의 부피의 총합은 산란 영역(21)의 부피의 총합보다 클 수 있다. 이로부터 광학 부재를 투과하는 광의 비율을 높일 수 있다. 또한, 투과 영역(22)은 상기 복수의 산란 영역(21)들 사이에 형성되는 제 1 층(221)과, 상기 산란 영역(21)의 하측에 형성되는 제 2 층(222)을 포함할 수 있다. 물론, 제 2 층(222)은 형성되지 않을 수도 있으며, 이 경우 제 1 층(221)의 하부 표면이 노출된다. 여기서, 제 2 층(222)은 하부에 접촉하는 표시 장치의 다른 층과의 접착력을 향상시킬 수 있으며, 광학 부재의 제조 공정을 용이하게 한다.
또한, 투과 영역(22)은 고분자 수지를 포함하며, 고분자 수지는 상기 베이스제(212)와 동일하거나 다른 물질을 포함할 수 있다. 즉, 고분자 수지는 상술된 베이스제(212)의 재료 중에서 선택하여 사용될 수 있고, 동일 물질층(20) 내에서 베이스제(212)와 동일한 재료를 선택하여 제조될 수도 있고, 이와 다른 재료를 선택하여 제조될 수도 있다. 투과 영역(22)의 굴절율은 베이스제(212)의 굴절율과 같거나 이보다 작을 수 있다.
상기에서 상술된 광학 부재는 종래에 이미 알려진 다양한 제조 방법을 이용하여 제조될 수 있으므로, 그 상세한 제조 과정의 설명은 생략한다.
일반적으로 표시 장치의 상부에 산란 입자가 분산된 필름을 부착하여 사용하는 경우 전반사를 제거하고 컬러 시프트를 다소 개선할 수 있으나, 전반사를 일으키지 않는 각도의 광도 산란시키게 되어 정면 휘도를 저하시키며, 표시 장치가 꺼졌을 때 검게 보여야 하는 화면(블랙 시인성)이 밝게 보이는 문제가 있다. 반면, 본 발명의 실시예에서는 산란 입자가 분산된 복수의 산란 영역과 산란 영역들 사이에 위치하는 투과 영역이 동일층에 형성된 광학 부재를 마련하고, 이를 위상차 필름 하부에 위치시키므로, 정면 휘도 저하가 억제되고 컬러 시프트를 효율적으로 개선하며 블랙 시인성을 현저하게 향상시킬 수 있다.
하기에서는 도 2를 참조하여, 광학 부재의 구조 및 요소간 기하학적 관계를 보다 상세히 설명한다.
광학 부재에서 산란 영역(21)들 사이의 간격(C) 대 산란 영역(21)의 폭(d)은 1 : 0.1 내지 1 : 1의 범위일 수 있다. 산란 영역(21) 폭에 대하여 이들 사이의 간격의 비가 클수록 투과 영역(22)이 차지하는 비율이 증가하므로 산란되지 않고 출사되는 광이 증가하여 중심 휘도가 상승하게 된다. 이때, 산란 영역(21)들 사이의 간격(C) 대 산란 영역(21)의 폭(d)이 1 : 0.1 보다 작은 경우에는 산란 영역(21)의 크기가 매우 작게 되어 산란 영역(21) 및 투과 영역(22)을 정확하고 안정되게 제조하기가 매우 어렵고, 양산성이 저하하게 된다. 산란 영역(21)들 사이의 간격(C) 대 산란 영역(21)의 폭(d)이 1 : 1을 초과하여 지나치게 큰 경우에는 산란 영역(21)의 크기가 너무 증가되어 산란되지 않고 출사하는 광이 감소하여 중심 휘도가 저하되게 된다.
또한, 일 산란 영역의 단부에서 인접하는 다른 산란 영역의 단부까지의 횡 폭(a) 대 산란 영역의 높이(b)는 1 : 0.5 내지 1 : 5의 범위일 수 있다. 즉, 일 광학 영역의 종횡비(a:b)가 상기의 범위일 수 있다. 또한, 산란 영역(21)의 높이(b)는 산란 영역(21)의 폭(d)과 같거나 이보다 클 수 있다. 종횡비에서 산란 영역(21)의 높이(b)가 클수록 큰 각도로 출사되는 광의 산란이 증가하여 시야각에 따는 컬러 시프트의 개선 정도가 상승한다. 이때, 종횡비가 1 : 0.5 보다 작은 경우는 산란 영역(21)의 높이(b)가 너무 낮아져 큰 각도로 출사되는 광의 산란이 감소되고 이로부터 시야각에 따른 컬러 시프트의 개선이 미미하게 된다. 또한, 종횡비가 1 : 5를 초과하는 너무 큰 경우에는 산란 영역(21)의 높이(b)가 지나치게 높아져 산란 영역(21) 및 투과 영역(22)을 안정되게 형성하기가 어렵고 제조시 양산성이 저하된다.
또한, 광학 부재에서 산란 영역(21)의 높이(b)는 100 ㎛ 이하일 수 있고, 투과 영역(22)의 제 2 층(222)의 높이(e)는 0.1 내지 5 ㎛일 수 있다. 여기서, 산란 영역(21)의 높이(b)가 너무 높으면 산란 영역(21)을 안정되게 형성하기가 어렵기 때문이다. 또한, 제 2 층(222)의 높이(e)가 0.1 ㎛ 미만으로 너무 낮으면 제조 공정상에 어려움이 발생될 수 있으며, 제 2 층의 높이(e)가 5 ㎛를 초과하여 너무 크면 광 투과 정도가 저하될 수 있기 때문이다.
하기에서는 도 3를 참조하여, 광 방출 경로를 상세히 설명한다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치에서 광 방출 경로를 개념적으로 도시한 단면도이다.
본 발명의 실시예의 표시 장치는 발광층(10)과 위상차 필름(31) 사이에 동일층에 산란 영역(21)과 투과 영역(21)을 함께 구비한 광학 부재가 배치된다. 이로부터, 발광층(10)으로부터 발생되는 광을 투과 및 산란시킴으로써, 정면 휘도 감소를 최소화하면서, 광 추출 효율을 향상시키고, 컬러 시프트 현상을 개선한다.
발광층(10)으로부터 발생된 광은 투과 영역(22)과 산란 영역(21)을 지나게 되며, 산란 영역(21)을 지나는 광은 분산되어 있는 산란 입자(211)에 부딪혀 산란 된다. 즉, 광학 부재에 입사되는 광 중 직진 광은 투과 영역(22)을 통하여 그대로 외부로 출사하고, 비스듬히 경사지어 입사되는 광은 산란 영역(21)에 위치하는 산란 입자(211)에 의해 산란되어 여러 개의 광으로 분산되면서 전방쪽으로 휘어져 향한다. 이와 같이, 직직광은 그대로 통과하고, 경사진 광은 산란 입자(211)에 의해 여러 개의 광으로 산란되어 전방쪽으로 향하기 때문에, 정면 휘도 감소를 최소화하면서, 광 추출 효율을 향상시키고, 컬러 시프트 현상을 개선할 수 있다.
하기에서는 본 발명 광학 부재의 다양한 변형예를 도면을 참조하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 일 변형예에 따른 광학 부재를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 5는 본 발명의 다른 변형예에 따른 광학 부재를 도시한 단면도이다. 상기 실시예와 동일한 부분은 그 설명을 생략한다.
도 4를 참조하면, 일 변형예에 따른 광학 부재는 물질층(20) 내에 형성되는 산란 영역(21)의 형상을 변경한다. 즉, 산란 영역(21)은 제 2 면(24)으로부터 이격되고, 제 1 면(23)으로 노출되며, 물질층(20) 내에 위치하는 부분이 곡면을 형성한다. 산란 영역(21)의 곡면은 제 2 면(24)을 향하여 볼록한 형상으로 형성될 수 있다. 물론 산란 영역(21)은 곡면을 형성하는 베이스제(212)와 이에 분산되는 산란 입자(211)를 포함한다.
이러한 구조에서는 개별 단위 패턴이 형성되는 구조이므로 패턴이 배치되는 위치의 자유도가 높아 모아레와 같은 외관 문제 해결 용이할 수 있다.
도 5를 참조하면, 다른 변형예에 따른 광학 부재는 물질층(20) 내에 형성되는 산란 영역(21)의 구조를 변경한다. 상술된 실시예들에서는 산란 영역(21)이 베이스제와 산란 입자를 포함하였으나 이 변형예서는 산란 입자만 포함한다. 즉, 산란 영역은 제 2 면(24)으로부터 이격되고, 제 1 면(23)쪽으로 노출되며, 산란 영역(21)은 산란 입자(211)만 포함한다. 예를 들면 물질층(20)은 광이 투과하는 투과 영역으로 작용하는 투과 시트(22)를 포함하며, 투과 시트(22)에는 제 1 면에서 내측으로 함몰된 오목홈(213)이 형성된다. 이러한 오목홈(213)의 공간 내에 복수의 산란 입자(211)을 채워서 산란 영역(21)을 형성하게 된다. 이때, 산란 영역(21)의 높이(h)는 산란 입자(211)의 평균 직경의 0.8 내지 1.2배 일 수 있다. 이로부터 오목홈(213) 내에 위치되는 산란 입자(211)는 거의 단일층으로 형성될 수 있다.
이러한 구조에서는 공기가 베이스제의 역할을 하므로 산란 입자와 공기와의 굴절율 차이가 극대화되어 산란 효과를 보다 향상시킬 수 있다.
상술된 변형예들 외에도 산란 영역과 투과 영역의 구조 및 형상을 다양하게 변경할 수 있다.
시험예
및
종래예
이하에서는, 본 발명의 구체적 시험예 및 종래예를 설명한다.
시험예의 광학 부재는 고분자 수지의 시트를 패턴닝하여 오목부를 형성하고, 오목부에 산란입자를 분산시킨 베이스제를 채워서 제조하였다. 우선, 모재 상에 굴절률이 대략 1.5인 고분자 수지를 도포하고, 이를 요철부가 형성된 몰드를 이용하여 고분자 수지에 오목부를 형성하고 경화하였다. 즉, 고분자 수지로 투과 영역을 형성하고 오목부에는 산란 영역이 형성된다. 이때, 투과 영역의 폭(c)은 3 ㎛, 오목부의 폭(d)은 2.5 ㎛, 오목부의 높이(b)는 3.2 ㎛, 오목부 하측의 고분자 수지의 높이 즉, 제 2 층의 높이(e)는 2 ㎛로 형성하였다.
이후, 상기 고분자 수지와 굴절률이 1.77인 구형 알루미나 (Al2O3) 산란 입자를 50:50의 중량비로 혼합하였다. 이후 상기 혼합물을 스퀴징(squeezing) 방식을 이용하여 상기의 경화된 고분자 수지의 오목부에 채워 넣은 후, UV 경화하여 광학 부재를 완성하였다. 즉, 고분자 수지로 형성된 투과 영역과 산란 입자가 분산된 산란 영역을 가지는 시트형 광학 부재를 제조하였다. 이때 오목부의 폭(d) 2.5 ㎛가 산란 영역의 폭이 되며, 오목부의 높이(b) 3.2 ㎛가 산란 영역의 높이가 된다.
종래예는 광학 부재를 사용하지 않거나 산란 입자가 전체적으로 분산된 시트를 광학 부재로 사용하였다. 즉, 종래예1은 광학부재를 사용하지 않는 경우이며, 종래예2는 광학 부재로 산란 입자가 분산된 시트를 사용하였다. 종래예2의 광학 부재는 굴절율이 대략 1.5인 고분자 수지에 구형 알루미나(Al2O3) 산란 입자와, 에틸 아세테이트(Ethyl acetate)을 각각 66: 0.9: 33.1 비율로 혼합하하였다. 이후 상온에서 약 1시간 동안 교반하여 입자 분산액을 제조하였다. 이후 블레이트 코터를 이용하여 약 200 ㎛ 두께로 입자 분산액을 코팅한 후, 섭씨 100도씨 오븐에서 10분간 솔벤트를 제거하도록 건조하고, 섭씨 40도씨 오븐에서 24시간 동안 유지하여 입자가 분산된 시트를 제조하였다.
상기와 같이 제조된 각 광학 부재를 표시 장치에 배치하고, 광학 성능을 관찰하였다. 일반적으로 공급되는 상용화된 유기 발광 표시 패널(OLED 패널)을 광원으로 활용하고 원편광층으로 상용화된 원편광필름을 활용하였으며, 그 상부에 상기의 각 예들의 광학 부재를 설치하고, EZ 콘트라스트(Contrast) 장비(Eldim 사, 프랑스)를 이용하여 시야각에 따른 휘도 및 색좌표를 측정하였으며, K-9500(키엔스 사, 일본) 장비를 이용하여 픽셀이미지를 측정하였다.
즉, 우선 별도의 광학 부재를 설치하지 않은 경우(종래예1)의 광학 성능을 관찰하기 위해 광원(OLED 패널)의 상부(광이 외부로 방출되는 면)에 원편광층을 적층하였다. 이를 EZ 콘트라스트 장비를 이용하여 시야각에 따른 휘도 및 색좌표를 측정 하였다. 또한, 종래예2의 광학성능을 평가하기 위해 상기와 같은 방법으로 광원과 원편광층을 적층 후 원편광층 상부에 종래예2의 광학부재를 적층하고, EZ 콘트라스트 장비를 이용하여 시야각에 따른 휘도 및 색좌표를 측정하였다. 또한, 시험예의 광학성능을 평가하기 위해 상기와 같은 방법으로 광원과 원편광층을 적층 후 그 사이에 시험예의 광학부재를 배치하고, EZ 콘트라스트 장비를 이용하여 시야각에 따른 휘도 및 색좌표를 측정하였다.
도 6의 특성표에는 상기의 휘도 및 색좌표 수치를 나타내었으며, 도 7은 본 발명의 시험예의 시야각에 따른 색좌표 그래프이다.
도 6의 특성표는 상기 각 예에 대한 휘도 및 색좌표 결과를 나타낸 것으로서, 휘도는 표시장치 상에 배치된 광학부재 상부의 영역 중 9개의 지점들에서 각각 측정된 휘도값들의 평균값을 의미한다. 색좌표(u', v')는 측정된 CIE 1931 (x,y) 값을 기준으로 하기 식들을 통하여 CIE 1976 UCS (u', v') 값으로 변환한 후 0도를 1값으로 표준화(normalization)하여 비교하였다.
식)
u = 4x / -2x + 12y + 3
v = 6y / -2x + 12y + 3
u'= u
v'= 3v / 2
도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 시험예는 종래예1 및 2에 비하여 휘도가 증가된 것을 알 수 있다. 즉, 시험예는 산란 입자를 사용하는 종래예2에 비해서도 휘도가 약 105.8% 증가하는 것을 알 수 있다. 또한, 시험예는 종래예1에 비하여 컬러 시프트 현상이 개선된 것을 알 수 있다. 즉, 종래예1의 광학 부재를 사용하지 않은 표시 장치의 경우에는 시야각이 증가함에 따라 컬러 시프트 현상이 심하게 나타남을 알 수 있다. 특히, 60도 이상에서 색 변화가 급격하게 일어남을 알 수 있다. 반면, 시험예 즉, 표시 장치의 위상차 필름 하부에 본 발명 실시예의 광학 부재를 적용하는 경우에는 시야각이 증가하더라도 색 변화가 완만하게 나타나고 있고, 이로부터 컬러 시프트 현상이 개선되는 것을 알 수 있다.
상기에서는 유기 발광 표시 장치를 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 광 추출 효율을 향상시키고 컬러 시프트 현상을 개선하고자 하는 다양한 발광 장치 또는 디스플레이 장치에 적용될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상은 상기 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
10: 발광층
20: 물질층
30: 원편광층 22: 투과 영역
21: 산란 영역 211: 산란 입자
30: 원편광층 22: 투과 영역
21: 산란 영역 211: 산란 입자
Claims (21)
- 제 1 면, 상기 제 1 면에 대향하는 제 2 면 및 상기 제 1 면과 상기 제 2 면 사이에 형성되는 물질층을 가지는 광학 부재로서,
상기 물질층은 광이 투과하는 투과 영역 및 광이 산란되는 복수의 산란 영역을 구비하며,
상기 복수의 산란 영역은 면방향으로 서로 이격 배치되며, 내부에 복수의 산란 입자를 포함하는 광학 부재. - 청구항 1에 있어서,
상기 산란 영역은 상기 제 1 면과 상기 제 2 면을 가로지르는 방향으로 형성되며, 상기 제 1 면과 상기 제 2 면 중 적어도 어느 한 면에서 노출되는 광학 부재. - 청구항 1에 있어서,
상기 산란 영역은 베이스제를 포함하고, 상기 베이스제에 상기 산란 입자가 분산되는 광학 부재. - 청구항 1에 있어서,
상기 산란 영역의 전체 중량에 대한 산란 입자의 함유량은 10 내지 70 중량% 범위인 광학 부재. - 청구항 1에 있어서,
상기 투과 영역은 상기 복수의 산란 영역 사이에 형성되는 제 1 층과, 상기 산란 영역의 하측에 형성되는 제 2 층을 포함하는 광학 부재. - 청구항 5에 있어서,
상기 산란 영역은 상기 제 2 면을 향하여 볼록한 형상으로 형성되는 광학 부재. - 청구항 1에 있어서,
상기 산란 영역은 상기 제 2 면으로부터 이격되고, 상기 제 1 면으로 노출되며, 상기 산란 영역은 상기 산란 입자만 포함하는 광학 부재. - 청구항 1에 있어서,
상기 산란 영역들 사이의 간격(C) 대 상기 산란 영역의 폭(d)은 1 : 0.1 내지 1 : 1의 범위인 광학 부재. - 청구항 1에 있어서,
일 산란 영역의 단부에서 인접하는 다른 산란 영역의 단부까지의 횡폭(a) 대 상기 산란 영역의 높이(b)는 1 : 0.5 내지 1 : 5의 범위인 광학 부재. - 청구항 1에 있어서,
상기 산란 영역의 높이(b)는 상기 산란 영역의 폭(d)과 같거나 이보다 큰 광학 부재. - 청구항 1에 있어서,
상기 투과 영역의 부피의 총합은 상기 산란 영역의 부피의 총합 보다 큰 광학 부재. - 청구항 3에 있어서,
상기 투과 영역의 굴절율은 상기 베이스제의 굴절율과 같거나 작은 광학 부재. - 청구항 13에 있어서,
상기 산란 입자와 상기 베이스의 굴절율 차이는 0.01 내지 0.7 범위인 광학 부재. - 광이 발생되는 발광층;
상기 발광층 상에 형성되는 원편광층; 및
상기 발광층과 상기 원편광층 사이에 배치되며, 광이 투과하는 투과 영역과 광이 산란되며 내부에 복수의 산란 입자를 구비하고 서로 수평방향으로 이격 배치되는 복수의 산란 영역을 포함하는 물질층;을 포함하는 표시 장치. - 청구항 14에 있어서,
상기 원편광층은 위상차 필름(QWP) 및 상기 위상차 필름(QWP) 상에 형성된 편광 필름을 포함하는 표시 장치. - 청구항 14에 있어서,
상기 산란 영역은 상기 물질층을 가로지르는 방향으로 형성되며, 적어도 일면에서 상기 원평광층과 접촉하는 표시 장치. - 청구항 16에 있어서,
상기 상기 투과 영역은 상기 복수의 산란 영역 사이에 형성되며, 적어도 일면이 상기 원평광층과 접촉하는 표시 장치. - 청구항 14에 있어서,
상기 산란 영역은 베이스제를 포함하고, 상기 베이스제에 상기 산란 입자가 분산되며,
상기 투과 영역은 고분자 수지를 포함하며, 상기 고분자 수지의 굴절율은 상기 베이스제의 굴절율과 같거나 이 보다 작은 표시 장치. - 청구항 14에 있어서,
상기 산란 영역들 사이의 간격(C) 대 상기 산란 영역의 폭(d)은 1 : 0.1 내지 1 : 1의 범위인 표시 장치. - 청구항 14에 있어서,
일 산란 영역의 단부에서 인접하는 다른 산란 영역의 단부까지의 영역 폭(a) 대 상기 산란 영역의 높이(b)는 1 : 0.5 내지 1 : 5의 범위인 표시 장치. - 청구항 14에 있어서,
상기 산란 영역의 높이(b)는 상기 산란 영역의 폭(d)과 같거나 이보다 큰 표시 장치.
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