KR20180073793A - 유기발광장치 - Google Patents
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Abstract
본 실시예들은 유기발광장치를 개시한다. 개시된 유기발광장치는 발광영역에서 복수의 함몰부 또는 복수의 돌출부를 구비하는 제 1 절연층, 제 1 절연층 상에 배치되고, 복수의 오목부 또는 복수의 볼록부를 구비하는 제 2 절연층, 제 2 절연층 상에 배치되는 제 1 전극, 제 1 전극 상에 배치되고, 제 2 절연층 또는 제 1 전극 중 적어도 1 개의 모폴로지를 따르는 유기발광층 및 유기발광층 상에 배치되는 제 2 전극을 포함한다. 이를 통해, 유기발광장치의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
Description
본 실시예들은 유기발광장치에 관한 것이다.
유기발광장치는 스스로 발광하는 유기발광소자(OLED: Organic Light Emitting Diode)를 이용함으로써 응답속도가 빠르고, 발광효율, 휘도 및 시야각 등이 큰 장점이 있다.
유기발광장치의 유기발광층에서 발광된 광은 유기발광장치의 여러 구성들을 통과하여 유기발광장치 외부로 나오게 된다. 그러나, 유기발광층에서 발광된 광 중 유기발광장치 외부로 나오지 못하고 유기발광장치 내부에 갇히는 광들이 존재하게 되어, 유기발광장치의 광 추출 효율이 문제가 된다. 유기발광장치의 광 추출 효율을 향상시키기 위해, 유기발광장치의 기판 외측에 마이크로 렌즈 어레이(micro lens array; MLA)를 부착하는 방식이 사용되고 있다.
이러한 배경에서, 본 발명의 목적은, 광 추출 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 유기발광장치를 제공하는 데 있다.
본 실시예들에 따른 유기발광장치는 발광영역과 비 발광영역으로 구분되는 기판을 포함한다. 또한, 본 실시예들에 따른 유기발광장치는 기판 상에 배치되고, 발광영역에서 복수의 함몰부 또는 복수의 돌출부를 구비하는 제 1 절연층을 포함한다. 또한, 본 실시예들에 따른 유기발광장치는 제 1 절연층 상에 배치되고, 복수의 오목부 또는 복수의 볼록부를 구비하는 제 2 절연층을 포함한다. 또한, 본 실시예들에 따른 유기발광장치는 제 2 절연층 상에 배치되는 제 1 전극을 포함한다. 또한, 본 실시예들에 따른 유기발광장치는 제 1 전극 상에 배치되고, 제 2 절연층 또는 제 1 전극 중 적어도 1 개의 모폴로지를 따르는 유기발광층 및 유기발광층 상에 배치되는 제 2 전극을 포함한다.
본 실시예들에 따른 유기발광장치는 구조를 개선하여 광 추출 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 제 1 실시예에 따른 유기발광 표시장치의 단면도이다
도 2는 도 1의 발광영역을 확대한 도면이다.도 3은 제 2실시예에 따른 유기발광 표시장치 및 광 경로를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 실시예들에 따른 마이크로 렌즈 또는 복수의 굴곡의 다양한 형상을 도시한 도면이다.
도 5는 비교예 및 제 2 실시예에 따른 유기발광 표시장치의 파장 별 투과율을 측정한 그래프이다.
도 6은 제 3 실시예에 따른 유기발광 표시장치의 단면도이다.
도 7은 제 3 실시예에 따른 유기발광 표시장치의 발광영역의 일부를 확대한 평면도이다.
도 8은 제 3 실시예에 따른 유기발광 표시장치의 발광영역의 일부를 확대한 단면도이다.
도 2는 도 1의 발광영역을 확대한 도면이다.도 3은 제 2실시예에 따른 유기발광 표시장치 및 광 경로를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 실시예들에 따른 마이크로 렌즈 또는 복수의 굴곡의 다양한 형상을 도시한 도면이다.
도 5는 비교예 및 제 2 실시예에 따른 유기발광 표시장치의 파장 별 투과율을 측정한 그래프이다.
도 6은 제 3 실시예에 따른 유기발광 표시장치의 단면도이다.
도 7은 제 3 실시예에 따른 유기발광 표시장치의 발광영역의 일부를 확대한 평면도이다.
도 8은 제 3 실시예에 따른 유기발광 표시장치의 발광영역의 일부를 확대한 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형상으로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형상으로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장될 수 있다.
소자(element) 또는 층이 다른 소자 또는 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않는 것을 나타낸다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below, beneath)", "하부 (lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해 되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함 할 수 있다.
도 1은 제 1 실시예에 따른 유기발광 표시장치의 단면도이다. 도 1을 참조하면, 제 1 실시예에 따른 유기발광 표시장치(1000)는 기판(100) 상에 배치되는 박막 트랜지스터(120) 및 박막 트랜지스터(120)와 전기적으로 연결되는 유기발광소자(EL)를 포함한다.
구체적으로는, 박막 트랜지스터(120)는 액티브층(122), 게이트 전극(124), 소스전극(126) 및 드레인전극(128)을 포함한다. 액티브층(122)과 게이트 전극(124) 사이에는 게이트 절연막(123)이 배치된다. 그리고, 유기발광소자(EL)는 무기층(170), 유기발광층(180) 및 제 2 전극(190)을 포함한다.
게이트 전극(124) 상에는 층간 절연막(140)이 배치된다. 그리고, 소스전극(126) 및 드레인전극(128)은 층간절연막(140)에 구비된 제 1 및 제 2 컨택홀(142, 144)을 통해 액티브층(122)과 접촉한다. 소스전극(126) 및 드레인전극(128) 상에는 보호층(150)이 배치된다.
보호층(150)을 포함하는 기판(100) 상에는 제 1 절연층(160) 및 제 2 절연층(260)이 배치된다. 제 1 절연층(160) 및 제 2 절연층(260) 상에는 박막 트랜지스터(120)의 드레인전극(128)과 연결되는 유기발광소자(EL)의 제 1 전극(170)이 배치된다. 여기서, 제 1 전극(170)은 투명 도전 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 제 1 전극(170)은 ITO(Indium tin oxide), FTO(Fluorine-doped Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), AZO(Aluminum doped Zinc Oxide) 및 IZO(Indium Zinc Oxide) 중 어느 하나일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
제 2 절연층(260) 상에는 제 1 전극(170)의 일부를 노출하여 발광영역과 비 발광영역을 정의하는 뱅크패턴(155)이 배치된다. 뱅크패턴(155)에 의해 노출된 제 1 전극(170) 및 뱅크패턴(155) 상에는 유기발광층(180)이 배치된다. 그리고, 유기발광층(180) 상에 유기발광소자(EL)의 제 2 전극(190)이 배치된다.
여기서, 유기발광소자(EL)의 제 1 전극(170)은 상술한 바와 같이 투명 도전물질일 수 있으며, 제 2 전극(190)은 반사율이 높은 도전물질로 이루어질 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 유기발광 표시장치(1000)는 하부발광(bottom-emission)방식의 유기발광 표시장치(1000)일 수 있다. 다만, 본 실시예는 설명의 편의를 위해 유기발광 표시장치(1000)가 하부발광 방식인 구성을 중심으로 설명하나, 본 실시예의 유기발광 표시장치는 상부발광(top-emission) 방식에도 적용될 수 있다.
또한, 도 1에서는 도시하지 않았으나, 본 실시예들이 적용될 수 있는 유기발광 표시장치(1000)는 보호층(150) 상에 배치되는 컬러필터층을 더 포함할 수 있다. 다만, 컬러필터층은 유기발광 표시장치(1000)를 구성하는 복수의 서브픽셀 중에서 일부의 서브픽셀에만 배치될 수도 있다.
일반적인 하부발광 방식의 유기발광 표시장치는 유기발광층에서 발광된 광의 일부가 제 1 전극을 통과하여 기판 밖으로 추출되거나, 나머지 일부의 광이 제 2 전극에 의해 반사되어 제 1 전극 및 기판을 통과하고 표시장치 외부로 추출될 수 있다. 그러나, 이러한 유기발광 표시장치는 각 구성들이 굴절률 차이로 인해, 유기발광층으로부터 발광된 광이 기판 밖으로 추출되지 못하고 표시장치 안에 갇히게 되어 유기발광 표시장치의 광 추출 효율을 현저히 떨어뜨리는 문제가 있다.
제 1 실시예에 따른 유기발광 표시장치(1000)는 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 유기발광 표시장치(1000)의 광 추출 효율을 향상시키기 위해 발광영역(EA)에서 유기발광소자(EL)의 유기발광층(180)은 복수의 굴곡을 가질 수 있다. 구체적으로는, 유기발광층(180)은 복수의 오목한 굴곡(181) 및 복수의 볼록한 굴곡(182)을 가질 수 있다. 이에 따라, 유기발광층(180) 상에 배치되는 제 2 전극(190) 역시 유기발광층(180)의 모폴로지(morphology)를 따라 복수의 굴곡을 가질 수 있다.
유기발광층(180)이 복수의 굴곡을 갖기 위해서는 유기발광소자(EL)의 제 1 전극(170) 또는 제 1 전극(170) 하부에 배치되는 제 2 절연층(260)이 발광영역(EA)에서 유기발광층(180)의 복수의 오목한 굴곡(181) 및 복수의 볼록한 굴곡(182)과 대응하는 영역에서 굴곡을 구비할 수 있다.
구체적으로는, 유기발광층(180)의 복수의 오목한 굴곡(181) 및 복수의 볼록한 굴곡(182)과 대응하는 영역에서 제 1 전극(170)이 굴곡을 구비할 수 있다. 또는, 유기발광층(180)의 복수의 오목한 굴곡(181) 및 복수의 볼록한 굴곡(182)과 대응하는 영역에서 제 2 절연층(260)이 굴곡을 가질 수 있다, 이 경우, 제 2 절연층(260)과 유기발광층(180) 사이에 위치하는 제 1 전극(170) 역시 유기발광층(180)의 복수의 오목한 굴곡(181) 및 복수의 볼록한 굴곡(182)과 대응하는 영역에서 굴곡을 가질 수 있다.
즉, 본 실시예에 따른 유기발광 표시장치는 발광영역(EA)에서 유기발광층(180) 하부에 배치되는 제 1 전극(170)에서부터 제 2 전극(190)까지 복수의 굴곡이 구비되거나, 제 2 절연층(260)에서부터 제 2 전극(190)까지 복수의 굴곡이 구비되는 구성이면 충분하다. 다만, 후술하는 설명에서는 설명의 편의를 위하여 제 2 절연층(260)에 굴곡이 구비되는 구성을 중심으로 설명한다.
상술한 바와 같이, 유기발광 표시장치(1000)에서 제 2 절연층(260)에서와 같이 발광영역(EA)에 복수의 볼록부(172)와 복수의 오목부(171)를 구비하는 구조를 마이크로 렌즈 어레이 또는 마이크로 렌즈라고 한다.
이 경우, 마이크로 렌즈와 유기발광 표시장치(1000)의 제 1 전극(170) 계면에 입사되는 광 중, 입사각이 전반사 임계각 이하로 입사되는 광은 그대로 기판(100) 밖으로 추출된다. 그리고, 입사각이 전반사 임계각을 초과하여 입사되는 광은 마이크로 렌즈에 부딪혀 광 경로가 변하게 됨으로써, 최종적으로 기판(100) 밖으로 추출된다. 따라서, 마이크로 렌즈를 적용한 유기발광 표시장치(1000)의 광 추출 효율이 향상될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 유기발광 표시장치(1000)는 광 추출 효율을 더욱 향상 시키기 위해, 제 2 절연층 하부에 복수의 돌출부(162) 및 복수의 함몰부(161)를 구비하는 제 1 절연층(160)을 포함한다. 이 때, 제 1 절연층 (160) 및 제 2 절연층(160)은 투명한 유기 물질로 이루어질 수 있으나, 본 실시예가 이에 국한되는 것은 아니다.
구체적으로는, 도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 절연층(160)은 발광영역(EA)에서 복수의 돌출부(162)와 복수의 함몰부(161)를 구비한다. 그리고, 제 1 절연층(160)의 복수의 돌출부(162)의 위치는 제 2 절연층(260)의 복수의 오목부(171)의 위치와 대응될 수 있다. 제 1 절연층(160)의 복수의 함몰부(161)의 위치는 제 2 절연층(260)의 복수의 볼록부(172)의 위치와 대응될 수 있다.
즉, 본 실시예에 따른 유기발광 표시장치(1000)는 유기발광층(180) 하부에 구비되는 제 1 절연층(160) 및 제 2 절연층(260)을 통해 2 중층의 마이크로 렌즈를 구비할 수 있다. 따라서, 2 중층의 마이크로 렌즈 구조를 통해 광 경로 변화의 다양성이 고려되므로, 기판(100) 밖으로 추출되는 광량이 많아질 수 있다.
구체적으로는, 유기발광층(180)으로부터 발광된 광 중 전반사 임계각을 초과하는 각도로 입사되는 광은 1차적으로 제 1 전극(170)과 제 2 절연층(260)의 계면에서 경로가 적어도 1번 변경되어 기판(100) 밖으로 추출될 수 있다. 그리고, 이 과정에서 추출되지 못한 광의 일부는 제 2 절연층(260)과 제 1 절연층(160) 계면에서 경로가 변경되어 기판(100) 밖으로 추출될 수 있다.
이러한 구성을 도 2를 참조하여 자세히 검토하면 다음과 같다. 도 2는 도 1의 발광영역을 확대한 도면이다.
도 2를 참조하면, 제 1 실시예에 따른 유기발광 표시장치는 기판(100) 상에 제 1 절연층(160) 및 제 2 절연층(260)이 배치된다. 제 2 절연층(260) 상에는 유기발광소자(EL)의 제 1 전극(170), 유기발광층(180) 및 제 2 전극(190)이 배치된다. 한편, 도 2에서는 도시하지 않았으나, 기판(100)과 제 1 절연층(160) 사이에는 층간 절연막, 보호층 및 컬러필터층 중 적어도 어느 하나의 구성이 더 배치될 수 있으나, 설명의 편의를 위해 상술한 구성들의 설명은 생략한다.
제 1 절연층(160)은 발광영역(EA)에서 복수의 함몰부(171) 및 복수의 돌출부(172)를 구비한다. 그리고, 제 1 절연층(160) 상에 배치되는 제 2 절연층(260)은 발광영역(EA)에서 복수의 오목부(261) 및 복수의 볼록부(262)를 구비한다.
그리고, 제 2 절연층(260) 상에 구비되는 유기발광소자(EL)의 제 1 전극(170), 유기발광층(180) 및 제 2 전극(190)은 제 2 절연층(260)의 모폴로지를 따를 수 있다. 즉, 제 1 전극(170), 유기발광층(180) 및 제 2 전극(190)은 제 2 절연층(260)의 복수의 오목부(261) 및 복수의 볼록부(262)와 대응되는 위치에서 각각 복수의 굴곡을 구비할 수 있다.
이로 인해, 유기발광층(180)은 복수의 굴곡의 경사면에서 수평방향을 기준으로 한 두께가 가장 얇게 이루어짐으로써, 복수의 굴곡의 경사면에서 전기장이 국부적으로 모이게 되어 복수의 굴곡의 경사면에서 주 발광이 일어날 수 있다.
이 때, 제 2 절연층(260)의 복수의 볼록부(262)는 제 1 절연층(160)의 복수의 함몰부(161)와 대응되는 위치에 위치할 수 있다. 그리고, 제 2 절연층(260)의 복수의 오목부(261)는 제 1 절연층(160)의 복수의 돌출부(162)와 대응되는 위치에 위치할 수 있다. 즉, 제 1 절연층(160)에 삽입된 마이크로 렌즈의 형상은 제 2 절연층(260)에 삽입된 마이크로 렌즈의 형상과 반대일 수 있다.
또한, 제 2 절연층(260)의 굴절률은 제 1 절연층(160)의 굴절률보다 클 수 있다. 예를 들면, 제 2 절연층(260)의 굴절률은 1.3 이상에서 1.75 미만일 수 있으며, 제 1 절연층(160)의 굴절률은 1 이상에서 1.3 미만일 수 있다.
상술한 바와 같이, 제 1 절연층(160)과 제 2 절연층(260)의 형상과 굴절률 차이로 인해, 유기발광소자(EL)의 유기발광층(180)으로부터 발광된 광이 리사이클링(recycling)되어 기판(100) 밖으로 추출될 수 있다.
구체적으로는, 유기발광층(180)으로부터 발광된 과의 일부는 유기발광소자(EL)의 제 1 전극(170)을 통과하여 제 1 전극(170)과 제 2 절연층(260)의 계면에 도달한다. 이 때, 제 1 전극(170)과 제 2 절연층(260)의 계면에 도달한 광 중 전반사 임계각 이하로 입사되는 광은 제 2 절연층(260), 제 1 절연층(160) 및 기판(100)을 거쳐 표시장치 외부로 추출된다.
그리고, 제 1 전극(170)과 제 2 절연층(260)의 계면에 도달한 광 중 전반사 임계각 이상의 각도로 입사되는 광은 제 2 절연층(260)에 구비된 마이크로 렌즈에 부딪친 후 광 경로가 변경되어 제 1 절연층(160)으로 입사된다. 이 때, 제 2 절연층(260)과 제 1 절연층(160) 계면에 도달한 광 중 전반사 임계각 이하로 입사된 광의 일부(a)는 제 2 절연층(260)과 제 1 절연층(160)을 거쳐 기판(100) 외부로 빠져 나간다.
그리고, 제 2 절연층(260)과 제 1 절연층(160) 계면에 전반사 임계각 이하로 입사된 광의 나머지 일부(b)는 제 1 절연층(160)과 기판(100)의 계면에 도달하여 반사될 수 있으며, 이러한 광은 제 1 절연층(160)의 마이크로 렌즈에 의해 광 경로가 변경되어 최종적으로 기판(100) 외부로 추출될 수 있다.
즉, 제 1 실시예에 따른 유기발광 표시장치는 하나의 절연층에 구비된 마이크로 렌즈 도입만으로는 표시장치 외부로 추출할 수 없는 광, 예를 들면, 유기발광층(180)으로부터 발광된 광이 하나의 절연층에 의해 경로가 변경됨으로써, 기판(100)의 배면에 배치되는 편광판의 광축과 상이한 광축을 갖게 되어 표시장치 내부에 갇히던 광을 리사이클링을 통해 외부로 추출하여 광 추출 효율 향상에 기여할 수 있다.
다시 설명하면, 본 실시예에 따른 유기발광 표시장치에서와 같이 제 1 및 제 2 절연층(160, 260)이 각각 마이크로 렌즈를 구비하고, 제 2 절연층(260)의 굴절률이 제 1 절연층(160)의 굴절률보다 크게 이루어짐으로써, 유기발광층(180)으로부터 발광된 광이 굴절률이 큰 매질에서 굴절률이 작은 매질로 나아가게 되므로 전반사 현상을 활용하여 통해 광을 리사이클링 시켜 표시장치 외부로 빠져나가게 할 수 있다.
특히, 본 실시예에 따른 유기발광 표시장치에서 제 1 절연층(160)의 함몰부(161)는 제 2 절연층(260)의 볼록부(262)와 대응되고, 제 1 절연층(160)의 돌출부(162)는 제 2 절연층(260)의 오목부(261)에 대응됨으로써, 유기발광층(180)으로부터 발광된 광이 제 2 절연층(260)을 거쳐, 제 1 절연층(160)의 함몰부(161)와 돌출부(162) 사이의 경사부(163)에 입사될 수 있다. 제 1 절연층(160)의 함몰부(161)와 돌출부(162) 사이의 경사부(163)에 입사된 광은 마주보는 다른 경사부(163)에 부딪혀 광의 다중 반사를 가능하게 하고, 이로써 광의 경로 및 광축을 변경하여 기판(100) 밖으로 추출되는 광량을 많아지게 한다.
즉, 본 실시예에 따른 유기발광 표시장치에서 제 1 절연층(160)의 함몰부(161)는 제 2 절연층(260)의 볼록부(262)와 대응되고, 제 1 절연층(160)의 돌출부(162)는 제 2 절연층(260)의 오목부(261)에 대응됨으로써, 제 2 절연층(260)을 통해 다중 반사를 거친 광이 제 1 절연층(160)에서 한번 더 다중 반사되어 표시장치 내부에 갇힐 수 있는 광을 표시장치 외부로 빠져나가게 할 수 있다.
이어서, 도 3을 참조하여 제 2 실시예에 따른 유기발광 표시장치 및 광 경로를 검토하면 다음과 같다. 도 3은 제 2실시예에 따른 유기발광 표시장치 및 광 경로를 나타낸 도면이다. 제 2 실시예에 따른 유기발광 표시장치는 앞서 설명한 실시예와 동일한 구성요소를 포함할 수 있다. 앞서 설명한 실시예와 중복되는 설명은 생략할 수 있다. 동일한 구성은 동일한 도면부호를 사용할 수 있다.
도 3을 참조하면, 제 2 실시예에 따른 유기발광 표시장치는 기판(100) 상에 배치되는 제 1 절연층(360), 제 1 절연층(360) 상에 배치되는 제 2 절연층(460), 제 2 절연층(460) 상에 배치되는 유기발광소자(EL)를 포함한다.
이 때, 제 1 절연층(360)은 복수의 돌출부(362) 및 복수의 함몰부(361)를 포함한다. 여기서, 제 1 절연층(360)은 복수의 함몰부(361)를 통해 기판(100)을 노출하도록 구비될 수 있다. 즉, 제 1 절연층(360)은 복수의 함몰부(361)와 대응되는 영역에서 기판(100)을 노출하도록 배치되는 마이크로 렌즈를 구비할 수 있다. 다시 설명하면, 제 1 절연층(360)의 마이크로 렌즈는 돌출부(362)와 인접하는 다른 돌출부(362) 사이에 갭(gap)이 존재할 수 있다(갭은 함몰부와 동일한 영역을 지칭한다.). 이 때, 제 2 절연층(460)은 기판(100)을 노출하는 영역 없이 구성될 수 있다.
한편, 도 3에서는 제 1 절연층(360)의 함몰부(361)로 인해 기판(100)이 노출되는 구성을 도시하고 있으나, 본 실시예는 이에 국한되지 않으며, 제 1 절연층(360)과 기판(100) 사이에 다른 구성요소가 배치될 경우, 예를 들면, 컬러필터층이 배치될 경우, 제 1 절연층(360)의 함몰부(361)는 컬러필터층을 노출하도록 구성될 수 있다.
또한, 제 1 절연층(360)의 굴절률은 제 2 절연층(460)의 굴절률보다 작을 수 있다. 예를 들면, 제 2 절연층(460)의 굴절률은 1.3 이상에서 1.75 미만일 수 있으며, 제 1 절연층(360)의 굴절률은 1 이상에서 1.3 미만일 수 있다. 다만, 상술한 수치는 예시적인 것일 뿐이며, 기판(100)과 가깝게 배치된 절연층일수록 굴절률이 낮게 이루어지는 구성이면 충분하다.
본 실시예에 따른 유기발광 표시장치에서와 같이 제 1 및 제 2 절연층(360, 460)이 각각 마이크로 렌즈를 구비하고, 제 2 절연층(460)의 굴절률이 제 1 절연층(360)의 굴절률보다 크게 이루어짐으로써, 유기발광층(180)으로부터 발광된 광이 굴절률이 큰 매질에서 굴절률이 작은 매질로 나아가게 되므로 전반사 현상을 활용하여 광을 리사이클링 시켜 표시장치 외부로 빠져나가게 할 수 있다.
특히, 본 실시예에 따른 유기발광 표시장치에서 제 1 절연층(360)의 함몰부(361)는 제 2 절연층(460)의 볼록부(462)와 대응되고, 제 1 절연층(360)의 돌출부(362)는 제 2 절연층(460)의 오목부(461)에 대응됨으로써, 유기발광층(180)으로부터 발광된 광이 제 2 절연층(460)을 거쳐, 제 1 절연층(460)의 함몰부(461)와 돌출부(462) 사이의 경사부(463)에 입사될 수 있다. 제 1 절연층(360)의 함몰부(361)와 돌출부(362) 사이의 경사부(363)에 입사된 광은 마주보는 다른 경사부(363)에 부딪혀 광의 다중 반사를 가능하게 하고, 이로써 광의 경로 및 광축을 변경하여 기판(100) 밖으로 추출되는 광량을 많아지게 한다.
상술한 바와 같이, 제 1 및 제 2 실시예에 따른 유기발광 표시장치는 굴절률이 서로 상이한 적어도 2 개의 절연층이 유기발광층(180) 하부에 배치되고, 동일 위치을 기준으로 각각의 절연층이 서로 반대 형상의 마이크로 렌즈가 구비됨으로써, 표시장치 내에 갇히는 광을 줄이고, 기판(100) 밖으로 추출되는 광량을 증가시켜, 표시장치의 광 추출 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 제 1 및 제 2 실시예를 통해, 제 1 절연층(160, 360)의 마이크로 렌즈 형상이 다른 구성을 설명하였으나, 본 명세서의 범위는 이에 국한되지 않으며, 제 1 절연층(160, 360)의 형상뿐만 아니라, 제 2 절연층(260, 460)의 형상 역시 도 2 및 도 3에 국한되지 않고 다양하게 이루어질 수 있다.
제 1 절연층, 제 2 절연층 및 유기발광층에 구비될 수 있는 마이크로 렌즈 또는 복수의 굴곡의 다양한 형상을 구체적으로 검토하면 다음과 같다. 도 4는 본 실시예들에 따른 마이크로 렌즈 또는 복수의 굴곡의 다양한 형상을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예들에 따른 제 1 절연층, 제 2 절연층 및 유기발광층에는 마이크로 렌즈 또는 복수의 굴곡이 구비될 수 있다. 마이크로 렌즈 및 복수의 굴곡의 형상을 결정짓는 변수들에는 여러 가지가 있으며, 후술하는 설명에서는 설명의 편의를 위해, 제 1 절연층(160)의 복수의 돌출부(162)를 기준으로 설명한다.
제 1 절연층(160)의 돌출부(162)의 형상을 결정짓는 변수들에는 지름(D(Diameter)), 높이(H (Height)), 종횡비(A/R(Aspect Ratio)), 반높이 너비(F(Full Width at Half Max)), 반높이 너비 종횡비(F_A/R(=H/F)), 기울기(S(Slope)), 돌출부(162)의 바닥에서 이격 거리(G(Gap)), 종횡비에 대한 반높이 너비 종횡비(Rm(Ratio of MLA=(F_A/R)/(A/R))) 등이 있다.
여기서, 제 1 절연층(160)의 돌출부(162)의 지름(D)은 두 개의 돌출부(162) 사이의 중심들 간의 길이를 의미하고, 높이(H)는 제 1 절연층(160)의 함몰부(161)의 바닥에서부터 돌출부(162)까지의 수직 길이를 의미한다. 반높이 너비(F)는 높이의 절반 위치에서 돌출부(162)의 폭을 의미한다. 돌출부(162)의 종횡비(A/R)는 돌출부(162)의 높이(H)를 돌출부(162)의 반지름(D/2)으로 나눈 값을 의미한다.
예를 들면, 제 1 절연층(160)의 돌출부(162)의 지름(D)은 1㎛ 내지 5㎛이고, 높이(H)는 1㎛ 내지 4㎛일 수 있다. 한편, 제 1 절연층(160)의 돌출부(162)의 지름(D)과 높이(H)가 상술한 범위로 이루어질 때, 돌출부(162)의 종횡비(A/R)는 0.2 내지 0.8일 수 있다. 그리고, 돌출부(162)의 반높이 너비(F)는 0.5㎛ 내지 2.5㎛일 수 있으며, 이에 따라 돌출부(162)의 반높이 너비 종횡비(F_A/R)는 0.4 내지 2일 수 있다. 또한, 제 1 절연층(160)의 돌출부(162)의 반높이 너비(F)가 0.5㎛ 내지 2.5㎛이고, 종횡비(A/R)가 0.2 내지 0.8로 이루어짐으로써, 종횡비에 대한 반높이 너비 종횡비(Rm)는 1이상인 조건을 만족할 수 있다.
한편, 제 1 절연층(160)의 돌출부(162)의 형상을 정의하는 변수로 종횡비(A/R)만 적용하였을 때, 지름(D)과 높이(H)로만 정의하는 그 비율, 즉, 종횡비(A/R)가 동일하더라도 돌출부(162)의 반높이 너비(F)나 돌출부(162)들 사이의 간격(G)등 나머지 변수들로 정의되는 값들이 달라질 때, 제 1 절연층(160)의 돌출부(162)의 형상이 확연히 달라지게 된다.
구체적으로는, 제 1 절연층(160)의 돌출부(162)의 지름(D)과 높이(H)가 동일할 때, 반높이 너비(F)가 줄어들수록 돌출부(162)의 측면이 홀쭉한 형상을 이루게 된다. 또한, 지름(D)과 높이(H)가 동일할 때, 돌출부(162) 사이의 간격(G)이 증가할 경우에도 돌출부(162)의 측면이 홀쭉한 형상을 이룰 수 있다. 돌출부(162)의 측면의 형상에 따라 유기발광층으로부터 발광된 광 중 기판 방향이 아닌 측면 방향으로 향하는 광의 경로를 적절히 변경 시킬 수 있다.
한편, 돌출부(162)의 측면 형상이 변경됨에 따라, 돌출부(162)를 이루는 경사면의 기울기(S)가 달라질 수 있다. 예를 들어, 제 1 절연층(160)의 돌출부(162)를 높이(H)를 기준으로 삼등분할 때, 가운데 영역인 제 2 영역(B)에서, 즉, 동일 영역을 기준으로 경사면의 기울기(S)는 돌출부(162)의 측면 형상이 홀쭉해 질수록 커질 수 있다. 여기서, 돌출부(162)의 높이(H)를 기준으로 삼등분할 때, 돌출부(162)의 정상부는 제 1 영역(A)이고, 돌출부(162)의 바닥부는 제 3 영역(C)이며, 돌출부(162)의 정상부와 바닥부 사이에 구비된 영역은 제 2 영역(B)으로 정의될 수 있다.
또한, 돌출부(162)의 측면 형상이 변경됨에 따라, 돌출부(162)를 이루는 경사면의 최대 기울기(Smax)가 위치하는 영역 역시 달라질 수 있다. 예를 들면, 돌출부(162)의 측면 형상이 홀쭉해 질수록 돌출부(162)를 이루는 경사면의 최대 기울기(Smax)가 위치하는 영역은 돌출부(162)의 정상에 가까운 제 1 영역(A)쪽으로 이동할 수 있다.
한편, 돌출부(162)를 이루는 경사면의 최대 기울기가 위치하는 영역을 결정짓는 또 하나의 변수로는 종횡비에 대한 반높이 너비 종횡비(Rm)값을 들 수 있다. 돌출부(162)의 종횡비에 대한 반높이 너비 종횡비(Rm)의 비가 1.0 미만인 경우, 최대 기울기를 가지는 영역이 제 3 영역(C)이다. 돌출부(162)의 종횡비에 대한 반높이 너비 종횡비(Rm)의 비가 1.0인 경우 최대 기울기(Smax)를 가지는 영역이 제 2 영역(B)이다. 돌출부(162)의 종횡비에 대한 반높이 너비 종횡비(Rm)의 비가 1.0 초과인 경우 최대 기울기(Smax)를 가지는 영역이 제 1 영역(A)이다.
한편, 상술한 바와 같이 제 1 절연층(160)의 돌출부(162)의 종횡비에 대한 반높이 너비 종횡비(Rm)의 값이 1이상일 경우 가장 급격한 최대 기울기를 가지는 영역은 제 1 영역(A) 또는 제 2 영역(B)이 될 수 있다. 돌출부(162)를 이루는 경사면의 최대 기울기(Smax)를 갖는 영역에서 유기발광소자가 주 발광하므로, 최대 기울기를 갖는 영역이 달라질 경우, 유기발광소자가 주 발광하는 영역 역시 달라질 수 있다. 유기발광소자가 주 발광하는 영역이 달라지면 마이크로 렌즈의 경사면에 부딪치는 지점 역시 달라지게 되고, 이로 인해 다중 반사되는 광량 역시 달라지게 된다. 그리고 최종적으로는 광 추출 효율 역시 달라질 수 있다.
즉, 본 실시예들에 따른 유기발광 표시장치는 돌출부(162)의 형상을 조절하여 유기발광소자의 최적의 주 발광 지점을 조절할 수 있다. 다시 설명하면, 유기발광소자의 수명 및 효율에 따라 표시장치의 서브픽셀 별로 최적 주 발광 지점을 조절하여 마이크로 렌즈에 광이 다중 반사되는 양을 조절할 수 있다.
이상, 제 1 절연층(160)의 돌출부(162)의 형상을 중심으로 설명하였으나, 상술한 설명은 제 1 절연층(160)의 함몰부(161), 제 2 절연층의 오목부와 볼록부 그리고, 유기발광층의 오목한 굴곡과 볼록한 굴곡에도 해당될 수 있다. 즉, 제 1 및 제 2 실시예에 따른 유기발광 표시장치는 제 1 절연층(160), 제 2 절연층 및 유기발광층 중 적어도 어느 하나의 형상을 변경하여 유기발광소자로부터 발광된 광의 경로를 변경하여 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
이어서, 도 5를 참조하여, 발광영역에서 2중층의 마이크로 렌즈 구조를 구비하는 유기발광 표시장치의 파장 별 투과율을 검토하면 다음과 같다. 도 5는 비교예 및 제 2 실시예에 따른 유기발광 표시장치의 파장 별 투과율을 측정한 그래프이다.
도 5의 그래프를 비교예와 제 2 실시예에 따른 유기발광 표시장치에 있어서, 380nm 내지 780nm의 파장에서 기판으로 투과되는 광의 투과율을 알 수 있다. 여기서, 비교예에 따른 유기발광 표시장치는 기판과 유기발광소자 사이에 배치되는 절연층 중 한 층의 절연층에만 마이크로 렌즈 구조가 구비된 유기발광 표시장치이다. 또한, 제 2 실시예에 따른 유기발광 표시장치는 제 1 절연층의 굴절률이 1.25이고, 제 2 절연층의 굴절률이 1.5이며, 제 1 절연층의 돌출부와 인접한 다른 돌출부 사이의 이격거리(G)가 2㎛이다.
도 5를 참조하면, 비교예에 따른 유기발광 표시장치의 평균 투과율은 22.7%이며, 제 2 실시예에 따른 유기발광 표시장치의 평균 투과율은 26.1%로 제 2 실시예에 따른 유기발광 표시장치의 평균 투과율이 비교예에 따른 유기발광 표시장치의 평균 투과율 보다 높은 것을 알 수 있다.
특히, 제 2 실시예에 따른 유기발광 표시장치는 480nm 내지 520nm의 파장의 광의 투과율이 비교예에 따른 유기발광 표시장치의 투과율보다 높은 것을 알 수 있다.
이어서, 도 6 내지 도 8을 참조하여, 제 3 실시예에 따른 유기발광 표시장치를 검토하면 다음과 같다. 도 6은 제 3 실시예에 따른 유기발광 표시장치의 단면도이다. 제 3 실시예에 따른 유기발광 표시장치는 앞서 설명한 실시예와 동일한 구성요소를 포함할 수 있다. 앞서 설명한 실시예와 중복되는 설명은 생략할 수 있다. 동일한 구성은 동일한 도면부호를 사용할 수 있다.
도 6을 참조하면, 제 3 실시예에 따른 유기발광 표시장치(2000)는 기판(100) 상에 배치되는 제 1 절연층(560) 및 제 1 절연층(560) 상에 배치되는 제 2 절연층(660)을 포함한다. 제 2 절연층(660) 상에는 유기발광소자(EL)의 제 1 전극(170), 유기발광층(180) 및 제 2 전극(190)이 차례로 배치된다.
제 3 실시예에 따른 유기발광 표시장치(2000)의 발광영역(EA)에서 제 1 절연층(560)과 제 2 절연층(660) 중 적어도 1층의 절연층은 마이크로 렌즈 구조를 포함할 수 있다. 예를 들면, 도 6에 도시된 바와 같이, 제 2 절연층(660)에 복수의 오목부(661) 또는 복수의 볼록부(662)를 포함하는 마이크로 렌즈 구조가 적용될 수 있다.
한편, 제 1 절연층(560)은 복수의 함몰부(561)와 복수의 돌출부(562)를 포함할 수 있다. 이때, 복수의 돌출부(562)는 상면이 평탄한 형상일 수 있다. 평탄한 형상의 복수의 돌출부(562) 상에는 제 1 무기층(570)이 배치된다. 이때, 제 1 무기층(570)은 발광영역(EA)에서 적어도 2개의 홀(575)을 구비할 수 있다. 한편, 제 1 절연층(560)의 복수의 함몰부(561)는 공정을 단순하게 하기 위해 제 1 무기층(570)의 적어도 2개의 홀(575)을 구비하는 제 1 무기층(570)을 마스크로 하여 에슁(ashing) 공정을 통해 형성될 수 있다. 따라서, 제 1 무기층(570) 하부에 배치되는 제 1 절연층(560)의 일부 영역은 제 1 무기층(570)에 의해 함몰부(561) 형성 공정 중 에슁 가스가 도달하지 못하게 된다. 즉, 에슁 가스가 도달하지 못한 영역은 제 1 절연층(560)의 복수의 돌출부(562)로 평탄하게 형성될 수 있다.
그리고, 제 1 무기층(570)과 제 1 절연층(560) 상에는 제 2 무기층(580)이 배치된다. 이 때, 제 2 무기층(580)은 제 1 무기층(570)의 적어도 일 측면과 하면에도 배치될 수 있다. 그리고, 제 1 절연층(560)의 함몰부(561)의 표면 및 제 2 무기층(580)은 제 1 무기층(570)의 홀(575) 상에 배치될 수 있다. 즉, 제 2 무기층(580)은 제 1 무기층(570)의 홀(575)을 메울 수 있으며, 제 1 무기층(570)의 홀(575)과 대응되는 영역에서 공간(565)을 구비할 수 있다. 이 때, 공간에는 굴절률이 1인 공기가 구비될 수 있으며, 후술하는 설명에서는 공간(565)을 에어갭(air-gap)으로 명명한다.
이와 같이, 제 2 무기층(580)은 제 1 절연층(560)의 함몰부(561)와 대응되는 영역에서 제 1 절연층(560)이 에어갭(565)을 구비하도록 배치될 수 있다. 제 3 실시예에 따른 유기발광 표시장치가 1 무기층(570) 하부에 적어도 2개의 에어갭(565)을 구비함으로써, 유기발광 표시장치 내부에 갇혀 손실될 수 있는 광을 표시장치 외부로 추출하여 광 추출 효율 향상에 기여할 수 있다.
한편, 제 2 무기층(580)은 공정의 편의를 위하여 도 6에 도시된 바와 같이 발광영역(EA)뿐만 아니라 비 발광영역(NEA)까지 연장되어 배치될 수 있다. 다만, 본 실시예가 이에 국한되는 것은 아니며, 제 2 무기층(580)은 발광영역(EA)에만 배치되는 구성 역시 포함할 수도 있다.
한편, 제 1 절연층(560)의 함몰부(561)와 대응되는 영역에 구비되는 에어갭(565)은 제 2 절연층(660)의 오목부(661)와 대응될 수 있다. 그리고, 제 1 절연층(560)의 돌출부(562)는 제 2 절연층(660)의 볼록부(662)와 대응될 수 있다. 상술한 바와 같이, 제 1 절연층(560)의 함몰부(561)와 대응되는 영역에 구비되는 에어갭(565)이 제 2 절연층(660)의 오목부(661)와 대응되도록 배치됨으로써, 제 2 절연층(660) 상에 배치된 유기발광소자(EL)로부터 발광된 광 중 기판(100) 밖으로 빠져나가지 못한 광이 에어갭(565)으로 인해 전반사되어 경로가 변경되고, 경로가 변경된 광은 기판(100) 밖으로 빠져나감으로써, 광 추출 효율이 향상될 수 있다.
이러한 구성을 도 7 및 도 8을 참조하여 구체적으로 검토하면 다음과 같다. 도 7은 제 3 실시예에 따른 유기발광 표시장치의 발광영역의 일부를 확대한 평면도이다.
도 7을 참조하면, 제 3 실시예에 따른 유기발광 표시장치의 발광영역(EA)에서 제 1 무기층(570)은 적어도 2 개의 홀(575)을 구비할 수 있다. 이 때, 제 1 무기층(570)에 구비된 적어도 2개의 홀(575)은 각각 평면상으로 원형일 수 있다.
한편, 도 7에서는 제 1 무기층(570)에 구비된 적어도 2개의 홀(575)이 각각 평면상으로 원형인 구성을 도시하였으나, 본 실시예는 이에 국한되지 않으며, 타원형, 반구형 또는 호형상 등이거나 다각형, 예를 들면, 삼각형, 사각형 또는 육각형일 수 있으며, 이들의 조합 역시 가능하다. 상술한 제 1 무기층(570)의 홀(575)의 평면 형상은 노광 공정을 통해 형성하는데 용이할 수 있다.
제 1 무기층(570)에 구비된 적어도 2개의 홀(575)에는 제 2 무기층(580)이 구비될 수 있다. 즉, 제 2 무기층(580)은 제 1 무기층(570)에 구비된 적어도 2개의 홀(575)을 채우도록 배치될 수 있다,
도 8은 제 3 실시예에 따른 유기발광 표시장치의 발광영역의 일부를 확대한 단면도이다. 도 8을 참조하면, 제 3 실시예에 따른 유기발광 표시장치는 발광영역(EA)에서 기판(100) 상에 배치되는 제 1 절연층(560), 제 1 절연층(560) 상에 배치되는 제 1 무기층(570), 제 1 무기층(570) 상에 배치되는 제 2 무기층(580), 제 2 무기층(560) 상에 배치되는 제 2 절연층(660) 및 제 2 절연층(660) 상에 배치되는 유기발광소자(EL)를 포함한다.
여기서, 제 1 절연층(560)은 발광영역(EA)에서 적어도 2개의 함몰부(561)와 돌출부(562)를 구비할 수 있다. 그리고, 제 2 절연층(660)은 발광영역(EA)에서 적어도 2개의 오목부(661)과 볼록부(662)를 구비할 수 있다. 이 때, 제 1 절연층(560)의 함몰부(561)는 제 2 절연층(660)의 오목부(661)와 대응되고, 제 1 절연층(560)의 돌출부(562)는 제 2 절연층(660)의 볼록부(662)와 대응될 수 있다. 한편, 도 10에서는 함몰부(561)의 단면 형상이 기판(100)과 가까울수록 폭이 좁아지는 형상을 도시하고 있으나, 본 실시예에 따른 유기발광 표시장치의 함몰부(561)의 형상은 이에 국한되지 않으며, 기판(100)과 가까울수록 폭이 넓어지는 형상일 수도 있다.
제 1 절연층(560)의 돌출부(562) 상에는 제 1 무기층(570)이 배치될 수 있으며, 적어도 2개의 홀(575)을 구비할 수 있다.
제 1 무기층(570)의 홀(575)이 구비된 영역과 대응되는 영역에서 제 1 절연층(560)은 함몰부(561)를 구비할 수 있다. 한편, 제 1 무기층(570)의 홀(575)의 직경(W1)은 제 1 절연층(560)의 함몰부(561)의 직경(W2)보다 작을 수 있다. 여기서, 제 1 절연층(560)의 함몰부(561)의 직경(W2)은 단면상으로 제 1 절연층(560)의 함몰부(561)의 직경(W2)이 가장 넓은 직경(또는 폭), 즉, 함몰부(561)의 최대 직경(또는 최대 폭)을 의미한다. 다시 설명하면, 제 1 무기층(570)의 홀(575)의 직경(W1)은 홀(575)과 인접한(또는 맞닿는) 제 1 절연층(560)의 함몰부(561)의 직경보다 작을 수 있다.
즉, 제 1 절연층(560)의 함몰부(561)는 제 1 무기층(570)의 홀(575) 전체와 중첩하고, 제 1 무기층(570)의 일부와도 중첩할 수 있다. 다시 설명하면, 발광영역(EA)에서 제 1 무기층(570)은 제 1 절연층(560)의 함몰부(561)와 중첩하는 돌기부(571)와 제 1 절연층(560)의 돌출부(562)와 중첩하는 영역으로 구분될 수 있다. 다른 측면으로 설명하면, 제 1 무기층(570)의 직경(L1)은 제 1 절연층(560)의 돌출부(562)의 직경(L2)보다 클 수 있다. 여기서, 제 1 절연층(560)의 돌출부(562)의 직경(L2)은 단면상으로 제 1 절연층(560)의 돌출부(562)의 직경(L2)이 가장 작은 직경(또는 폭), 즉 최소 직경(또는 최대 폭)을 의미한다. 다시 설명하면, 제 1 무기층(570)의 직경(L1)은 제 1 무기층(570)과 맞닿는 제 1 절연층(560)의 돌출부(562)의 최소 직경(L2)보다 작을 수 있다. 제 1 무기층(570)의 직경(L1)이 제 1 절연층(560)의 돌출부(562)의 직경(L2)보다 크게 이루어짐으로써, 제 1 절연층(560)의 함몰부(561) 형성 시, 돌출부(562)에 에슁 가스가 침투하지 못할 수 있다.
제 1 절연층(560)의 함몰부(561)의 표면에는 제 2 무기층(580)이 구비될 수 있다. 또한, 제 2 무기층(580)은 제 1 무기층(570)의 하면의 일부와도 접촉할 수 있다. 구체적으로는, 제 2 무기층(580)은 제 1 무기층(570)의 돌기부(571)의 하면과 접촉하도록 배치될 수 있다. 그리고, 제 2 무기층(580)은 제 1 무기층(570)의 홀(575) 상에 배치될 수 있다. 다시 설명하면, 제 2 무기층(580)은 제 1 무기층(570)의 홀(575)을 메울 수 있다.
이 때, 제 2 무기층(580)은 제 1 무기층(570)과 제 1 절연층(560)의 함몰부(561) 사이에 공간을 구비하도록 배치될 수 있다. 구체적으로는, 제 1 무기층(570)의 홀(575)과 제 1 절연층(560)의 함몰부(561)의 위치가 대응되고, 제 1 무기층(570)의 홀(575)의 직경(W1)이 제 1 절연층(560)의 함몰부(561)의 최대직경(W2)보다 작게 이루어짐으로써, 제 2 무기층(580) 형성 과정에서 제 2 무기층(580) 물질이 함몰부(561)를 채우기 전에 홀(575)을 막아 제 1 무기층(570)과 함몰부(561) 사이에 공간을 구비하도록 형성될 수 있다.
여기서, 제 2 무기층(580)을 형성하는 공정은 기판(100)에 형성된 구성들의 모폴로지를 따라 제 2 무기층(580)을 성장시킬 수 있는 공정이면 충분하다. 예를 들면, 제 2 무기층(580)을 형성하는 공정은 화학기상증착법(chemical vapor deposition) 또는 원자층증착법(atomic layer deposition) 등이 사용될 수 있으나, 본 실시예가 이에 국한되는 것은 아니다.
빈 공간의 내부에는 굴절률이 1인 에어갭(565)이 구비될 수 있다. 즉, 에어갭(565)은 제 2 무기층(580)으로 둘러싸이는 구조일 수 있다. 여기서, 에어갭(565)은 굴절률이 1이므로, 제 2 무기층(580)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 가질 수 있다.
한편, 제 3 실시예에 따른 유기발광 표시장치가 제 1 무기층(570) 하부에 적어도 2개의 에어갭(565)을 구비함으로써, 유기발광 표시장치 내부에 갇혀 손실될 수 있는 광을 표시장치 외부로 추출하여 광 추출 효율 향상에 기여할 수 있다. 제 3 실시예에 따른 유기발광 표시장치의 광 경로를 구체적으로 검토하면 다음과 같다.
본 실시예에 따른 유기발광 표시장치는 제 1 절연층(560), 제 2 절연층(660), 제 1 무기층(570) 및 제 2 무기층(580)의 굴절률이 유사할 수 있다. 예를 들면, 제 1 절연층(560), 제 2 절연층(660), 제 1 무기층(570) 및 제 2 무기층(560)의 굴절률은 1.3 이상에서 1.75일 수 있다.
한편, 제 1 절연층(560) 함몰부(561) 형성 공정의 편의를 위해 제 1 절연층(560)은 유기절연물질로 이루어지고, 제 1 무기층(570)은 무기절연물질로 이루어질 수 있으나, 본 실시예가 이에 국한되는 것은 아니다. 또한, 공정의 편의를 위해, 제 1 절연층(560) 및 제 2 절연층(660)이 동일 물질로 이루어지고, 제 1 무기층(570) 및 제 2 무기층(580)이 동일 물질로 이루어질 수 있으나, 본 실시예가 이에 국한되는 것은 아니다.
유기발광소자(EL)의 유기발광층(180)으로부터 발광 광의 일부(d)는 제 1 전극(170), 제 2 절연층(660), 제 2 무기층(580), 제 1 무기층(570) 및 제 1 절연층(560)을 거쳐 기판(100) 밖으로 추출되거나, 기판(100)과 편광판(110)의 계면에서 굴절되어 기판(100) 밖으로 추출될 수 있다. 그리고, 유기발광층(180)으로부터 발광된 광의 다른 일부(e)는 제 2 전극(190)에 의해 반사되어 다시 유기발광층(180), 제 1 전극(170), 제 2 절연층(660), 제 2 무기층(580), 제 1 무기층(570) 및 제 1 절연층(560)을 거쳐 기판(100) 밖으로 추출될 수 있다.
또한, 유기발광층(180)으로부터 발광된 광의 또 다른 일부(f)는 제 2 절연층(660)에 전반사 임계각 이상으로 입사되어 제 2 절연층(660)에 구비된 마이크로 렌즈에 의해 다중 반사되고, 광 경로가 변경되어 제 2 절연층(660), 제 2 무기층(580), 제 1 무기층(570) 및 제 1 절연층(560)을 거쳐 기판(100) 밖으로 추출될 수 있다.
또한, 유기발광층(180)으로부터 발광된 광의 또 다른 일부(g, h)는 제 1 전극(170)과 제 2 절연층(660)의 계면에 전반사 임계각 이하로 입사되고 제 2 절연층(660), 제 2 무기층(580) 및 제 1 무기층(570)을 거친 후, 제 1 무기층(570) 하부에 배치되는 제 2 무기층(580)과 에어갭(565)의 계면에 도달한다. 이 때, 광은 제 2 무기층(580)과 에어갭(565)의 계면에 전반사 임계각 이상으로 입사되어 전반사될 수 있고, 전반사된 광은 제 2 절연층(680)의 마이크로 렌즈의 경사면에 도달하여 인접한 다른 경사면에 반사된 후 다시 제 2 무기층(580), 제 1 무기층(570), 제 1 절연층(560)을 거쳐 기판(100) 밖으로 빠져나갈 수 있다.
한편, 유기발광층(180)으로부터 발광된 광의 또 다른 일부(i)는 제 1 전극(170)과 제 2 절연층(660)의 계면에 전반사 임계각 이하로 입사되고 제 2 절연층(660), 제 2 무기층(580), 제 1 무기층(570) 및 제 1 절연층(560)을 거친 후, 함몰부(561)의 표면에 배치된 제 2 무기층(580)과 에어갭(565)의 계면에 도달한다. 이 때, 광은 제 2 무기층(580)과 에어갭(565)의 계면에 전반사 임계각 이하로 입사되어 전반사될 수 있고, 전반사된 광은 기판(100)을 거쳐 표시장치 외부로 추출될 수 있다.
일반적인 유기발광 표시장치는 유기발광층에서 발광된 광이 도 10에 도시된 광의 경로 중 d경로, e경로 및 f경로를 통해 기판 밖으로 추출될 수 있다. 반면에, 본 실시예에 따른 유기발광 표시장치의 유기발광층(180)에서 발광된 광은 d, e, f, g, h 및 i 경로를 통해 기판(100) 밖으로 추출될 수 있다. 즉, 일반적인 유기발광 표시장치에 비해 본 실시예에 따른 유기발광 표시장치는 g, h 및 I 경로를 통해 광이 더 추출될 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 유기발광 표시장치는 내부에 갇히던 광이 에어갭(565)을 통해 기판 밖으로 더욱 추출될 수 있으므로, 유기발광 표시장치의 광 추출 효율이 향상될 수 있는 효과가 있다.
한편, 제 1 내지 제 3 실시예들에 따른 구조를 유기발광 표시장치에 적용되는 구성을 예시로 하여 설명하였으나, 본 실시예들은 이에 국한되지 않으며, 유기발광소자를 포함하는 조명장치 등의 유기발광장치에도 적용될 수 있다.
유기발광장치는 기판, 기판 상에 배치되는 제 1 절연층 및 제 2 절연층, 제 2 절연층 상에 배치되는 유기발광소자를 포함할 수 있다. 이 때, 유기발광장치의 제 1 절연층 및 제 2 절연층은 본 실시예들의 제 1 절연층 및 제 2 절연층과 동일한 구성일 수 있다. 또한, 본 실시예들이 적용되는 유기발광장치는 제 1 절연층과 제 2 절연층 사이에 배치되는 제 1 무기층과 제 2 무기층을 포함할 수 있으며, 제 1 무기층과 제 1 절연층의 함몰부 사이에는 에어갭을 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시예들에 따른 유기발광 표시장치는 유기발광소자의 제 1 전극과 접하고, 발광영역에서 마이크로 렌즈를 구비하는 제 2 절연층과 제 2 절연층 하부에 제 2 절연층보다 굴절률이 낮은 제 1 절연층을 포함하거나, 제 1 절연층이 에어갭을 포함함으로써, 표시장치 외부로 추출되는 광량을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
상술한 실시예에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예들을 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다.
100: 기판
160, 360, 560: 제 1 절연층
161, 361, 561: 함몰부
162, 362, 562: 돌출부
260, 460, 660: 제 2 절연층
261, 461, 661: 오목부
262, 462, 662: 볼록부
160, 360, 560: 제 1 절연층
161, 361, 561: 함몰부
162, 362, 562: 돌출부
260, 460, 660: 제 2 절연층
261, 461, 661: 오목부
262, 462, 662: 볼록부
Claims (19)
- 발광영역과 비 발광영역으로 구분되는 기판;
상기 기판 상에 배치되고, 상기 발광영역에서 복수의 함몰부 또는 복수의 돌출부를 구비하는 제 1 절연층;
상기 제 1 절연층 상에 배치되고, 복수의 오목부 또는 복수의 볼록부를 구비하는 제 2 절연층;
상기 제 2 절연층 상에 배치되는 제 1 전극;
상기 제 1 전극 상에 배치되고, 상기 발광영역에서 복수의 굴곡을 구비하며, 수평 방향을 기준으로 최대 기울기를 갖는 영역에서 두께가 가장 얇은 유기발광층;
상기 유기발광층 상에 배치되는 제 2 전극을 포함하는 유기발광장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 절연층의 함몰부는 상기 제 2 절연층의 볼록부와 대응되고, 상기 제 1 절연층의 돌출부는 상기 제 2 절연층의 오목부와 대응되는 유기발광장치.
- 제 2 항에 있어서,
상기 제 2 절연층의 굴절률은 상기 제 1 절연층의 굴절률보다 큰 유기발광장치.
- 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 절연층의 함몰부로 인해 기판이 노출되는 유기발광장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 절연층의 함몰부는 상기 제 2 절연층의 오목부와 대응되고, 상기 제 1 절연층의 돌출부는 상기 제 2 절연층의 볼록부와 대응되는 유기발광장치.
- 제 5 항에 있어서,
상기 제 1 절연층의 돌출부는 상부가 평탄한 형상인 유기발광장치.
- 제 5 항에 있어서,
상기 제 1 절연층의 돌출부 상에 배치되는 제 1 무기층을 포함하고,
상기 제 1 무기층의 직경은 상기 돌출부의 최소 직경보다 큰 유기발광장치.
- 제 7 항에 있어서,
상기 제 1 무기층은 상기 제 1 절연층의 함몰부의 일부와 중첩하는 유기발광장치.
- 제 7 항에 있어서,
상기 제 1 무기층은 상기 제 1 절연층의 함몰부와 대응하는 영역에서 홀을 구비하는 유기발광장치.
- 제 9 항에 있어서,
상기 홀의 직경은 상기 함몰부의 최대 직경보다 작은 유기발광장치.
- 제 7 항에 있어서,
상기 제 1 무기층의 상면, 적어도 일 측면, 하면의 일부 및 홀 상에 배치되고, 상기 제 1 절연층의 함몰부 표면에 배치되는 제 2 무기층을 포함하는 유기발광장치.
- 제 11 항에 있어서,
상기 제 1 무기층과 상기 제 1 절연층의 함몰부 사이에 구비되고, 상기 제 2 무기층으로 둘러싸인 에어갭을 포함하는 유기발광장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 절연층의 돌출부와 함몰부 및 상기 제 2 절연층의 오목부와 볼록부의 높이는 0.6㎛ 내지 4㎛인 유기발광장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 절연층의 돌출부와 함몰부 및 상기 제 2 절연층의 오목부와 볼록부의 지름은 1㎛ 내지 5㎛인 유기발광장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 절연층의 돌출부와 함몰부 및 상기 제 2 절연층의 오목부와 볼록부의 종횡비는 0.2 내지 0.8인 유기발광장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 절연층의 돌출부와 함몰부 및 상기 제 2 절연층의 오목부와 볼록부의 종횡비에 대한 반높이 너비는 0.4 내지 2인 유기발광장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 절연층의 돌출부와 함몰부 및 상기 제 2 절연층의 오목부와 볼록부의 종횡비에 대한 반높이 너비 종횡비는 1이상인 유기발광장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 절연층의 돌출부와 함몰부 및 상기 제 2 절연층의 오목부와 볼록부의 경사면의 최대 기울기는 20도 내지 60도인 유기발광장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 유기발광층은 상기 제 2 절연층 또는 제 1 전극 중 적어도 1 개의 모폴로지를 따르는 유기발광장치.
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