KR20190074088A - 유기발광표시장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유기발광표시장치에 관한 것으로 특히 광 추출 효율이 향상된 유기발광표시장치에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 표면이 마이크로 렌즈를 이루는 제 2 오버코트층과 보호층 사이로, 다수의 에어홀을 포함하는 제 1 오버코트층과 인듐-틴-옥사이드(Indium Tin Oxide; ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(Indium Zinc Oxide; IZO)와 같은 금속 산화물로 이루어지는 투과전극을 더욱 위치시키는 것이다.
이를 통해, 마이크로 렌즈의 오목부에서도 광 추출 효율을 향상시킬 수 있어, OLED의 광 추출 효율을 보다 향상시키면서도 외부로 고르게 광을 추출할 수 있게 된다.
본 발명의 특징은 표면이 마이크로 렌즈를 이루는 제 2 오버코트층과 보호층 사이로, 다수의 에어홀을 포함하는 제 1 오버코트층과 인듐-틴-옥사이드(Indium Tin Oxide; ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(Indium Zinc Oxide; IZO)와 같은 금속 산화물로 이루어지는 투과전극을 더욱 위치시키는 것이다.
이를 통해, 마이크로 렌즈의 오목부에서도 광 추출 효율을 향상시킬 수 있어, OLED의 광 추출 효율을 보다 향상시키면서도 외부로 고르게 광을 추출할 수 있게 된다.
Description
본 발명은 유기발광표시장치에 관한 것으로 특히 광 추출 효율이 향상된 유기발광표시장치에 관한 것이다.
최근 사회가 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 대량의 정보를 처리 및 표시하는 정보 디스플레이에 관한 관심이 고조되고 휴대가 가능한 정보매체를 이용하려는 요구가 높아지면서, 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응하여 여러 가지 다양한 경량 및 박형의 평판표시장치가 개발되어 각광받고 있다.
이 같은 평판표시장치의 구체적인 예로는 액정표시장치(Liquid Crystal Display device : LCD), 플라즈마표시장치(Plasma Display Panel device : PDP), 전계방출표시장치(Field Emission Display device : FED), 전기발광표시장치(Electroluminescence Display device : ELD), 유기발광표시장치(organic light emitting diodes : OLED) 등을 들 수 있는데, 이들 평판표시장치는 박형화, 경량화, 저소비전력화의 우수한 성능을 보여 기존의 브라운관(Cathode Ray Tube : CRT)을 빠르게 대체하고 있다.
위와 같은 평판표시장치 중에서, 유기발광표시장치(이하, OLED라 함)는 자발광소자로서, 비발광소자인 액정표시장치에 사용되는 백라이트를 필요로 하지 않기 때문에 경량 박형이 가능하다.
그리고, 액정표시장치에 비해 시야각 및 대비비가 우수하며, 소비전력 측면에서도 유리하며, 직류 저전압 구동이 가능하고, 응답속도가 빠르며, 내부 구성요소가 고체이기 때문에 외부충격에 강하고, 사용 온도범위도 넓은 장점을 가지고 있다.
특히, 제조공정이 단순하기 때문에 생산원가를 기존의 액정표시장치 보다 많이 절감할 수 있는 장점이 있다.
이러한 OLED는 발광다이오드를 통해 발광하는 자발광소자로서, 발광다이오드는 유기전계 발광현상을 통해 발광하게 된다.
도 1은 일반적인 유기전계 발광현상에 의한 발광원리를 갖는 발광다이오드의 밴드다이어그램이다.
도시한 바와 같이, 발광다이오드(10)는 애노드 및 캐소드전극(21, 25)과 이들 사이에 위치하는 유기발광층으로 이루어지는데, 유기발광층은 정공수송막(hole transport layer : HTL)(33)과 전자수송막(electron transport layer : ETL)(35) 그리고 정공수송막(33)과 전자수송막(35) 사이로 개재된 발광막(emission material layer : EML)(40)으로 이루어진다.
그리고, 발광 효율을 향상시키기 위하여 애노드전극(21)과 정공수송막(33) 사이로 정공주입막(hole injection layer : HIL)(37)이 개재되며, 캐소드전극(25)과 전자수송막(35) 사이로 전자주입막(electron injection layer: EIL)(39)이 개재된다.
이러한 발광다이오드(10)는 애노드전극(21)과 캐소드전극(25)에 각각 양(+)과 음(-)의 전압이 인가되면 애노드전극(21)의 정공과 캐소드전극(25)의 전자가 발광막(40)으로 수송되어 엑시톤을 이루고, 이러한 엑시톤이 여기상태에서 기저상태로 천이될 때 광이 발생되어 발광막(40)에 의해 가시광선의 형태로 방출된다.
그러나, 이러한 발광다이오드(10)를 포함하는 OLED는 유기발광층에서 발광된 광이 OLED의 여러 구성요소들을 통과하여 외부로 방출되는 과정에서 상당 부분 손실되어, OLED의 외부로 방출되는 광은 유기발광층에서 발광된 광 중 약 20%정도 밖에 되지 않는다.
여기서, 유기발광층으로부터 방출되는 광량은 OLED로 인가되는 전류의 크기와 더불어 증가하게 되므로, 유기발광층으로 보다 많은 전류를 인가하여 OLED의 휘도를 보다 상승 시킬 수는 있으나, 이는 전력소모가 커지게 되고, 또한 OLED의 수명 또한 감소시키게 된다.
따라서, OLED의 광 추출 효율을 향상시키기 위한 다양한 연구가 필요한 실정이다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 광 추출 효율이 향상된 OLED를 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 바와 같이 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 발광영역과, 상기 발광영역의 가장자리를 따라 비발광영역이 정의되는 복수의 화소영역을 포함하는 기판과, 상기 기판 상부에 위치하며, 상기 발광영역에 대응하여 일정간격 이격하여 위치하는 다수의 산란부와, 상기 산란부를 포함하는 상기 기판 상부에 위치하며, 상기 다수의 산란부에 대응하여 상기 산란부를 향해 볼록한 다수의 오목부를 포함하는 제 1 오버코트층과, 상기 화소영역 별로, 상기 제 1 오버코트층 상부에 위치하는 제 1 전극과, 상기 제 1 전극 상부에 순차적으로 위치하는 유기발광층과 제 2 전극을 포함하는 유기발광표시장치를 제공한다.
이때, 상기 다수의 산란부는 에어홀(air hole)이며, 상기 에어홀은 상기 제 1 오버코트층 하부에 위치하는 제 2 오버코트층에 구비되며, 상기 제 1 오버코트층과 상기 제 2 오버코트층 사이로는 투명전극이 위치하며, 상기 투명전극은 상기 다수의 에어홀에 각각 대응되어 위치하는 홀(hole)을 포함한다.
그리고, 상기 다수의 에어홀과 상기 홀의 중심점은 상기 오목부의 정점에 대응되어 위치하며, 상기 투명전극은 인듐-틴-옥사이드(Indium Tin Oxide; ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(Indium Zinc Oxide; IZO)를 포함하는 금속 산화물로 이루어진다.
이때, 상기 산란부는 산란입자를 포함하는 산란패턴이며, 상기 산란부의 폭은 상기 오목부의 최대폭보다 작게 이루어진다.
그리고, 상기 제 2 오버코트층은 상기 다수의 오목부와 교대로 위치하는 볼록부를 포함하여, 표면이 마이크로 렌즈를 이루며, 상기 복수의 화소영역은 상기 발광영역 상에 파장 변환층이 구비된다.
이때, 상기 각 화소영역 별로, 구동 박막트랜지스터가 구비되며, 상기 구동 박막트랜지스터는 반도체층과, 반도체층 상부로 위치하는 게이트절연막, 상기 게이트절연막 상부로 위치하는 게이트전극, 상기 게이트전극 상부로 위치하는 제 1 층간절연막, 상기 제 1 층간절연막 상부로 위치하는 소스 및 드레인전극을 포함하며, 상기 파장 변환층은 상기 소스 및 드레인전극 상부에 위치하는 제 2 층간절연막 상부에 위치하며, 상기 제 1 오버코트층은 상기 파장 변환층 상부에 위치하는 보호층 상부로 위치한다.
위에 상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 표면이 마이크로 렌즈를 이루는 제 2 오버코트층과 보호층 사이로, 다수의 에어홀을 포함하는 제 1 오버코트층과 인듐-틴-옥사이드(Indium Tin Oxide; ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(Indium Zinc Oxide; IZO)와 같은 금속 산화물로 이루어지는 투과전극을 더욱 위치시킴으로써, 마이크로 렌즈의 오목부에서도 광 추출 효율을 향상시킬 수 있어, OLED의 광 추출 효율을 보다 향상시키면서도 외부로 고르게 광을 추출할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 유기전계 발광현상에 의한 발광원리를 갖는 발광다이오드의 밴드다이어그램.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 OLED를 개략적으로 도시한 단면도.
도 3은 마이크로 렌즈의 오목부에서 광이 가이드되는 모습을 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 OLED의 광이 가이드되는 모습을 개략적으로 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 제 1 오버코트층과 투명전극에 구비되는 홀과 에어홀의 모습을 나타낸 사진.
도 6은 본 발명의 에어홀과 마이크로 렌즈의 배치 구조를 개략적으로 도시한 평면도.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 OLED의 광이 가이드되는 모습을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 OLED를 개략적으로 도시한 단면도.
도 3은 마이크로 렌즈의 오목부에서 광이 가이드되는 모습을 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 OLED의 광이 가이드되는 모습을 개략적으로 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 제 1 오버코트층과 투명전극에 구비되는 홀과 에어홀의 모습을 나타낸 사진.
도 6은 본 발명의 에어홀과 마이크로 렌즈의 배치 구조를 개략적으로 도시한 평면도.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 OLED의 광이 가이드되는 모습을 개략적으로 도시한 도면.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
- 제 1 실시예 -
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 OLED를 개략적으로 도시한 단면도이며, 도 3은 마이크로 렌즈의 오목부에서 광이 가이드되는 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
설명에 앞서, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 OLED(100)는 발광된 광의 투과방향에 따라 상부 발광방식(top emission type)과 하부 발광방식(bottom emission type)으로 나뉘게 되는데, 이하 본 발명에서는 하부 발광방식을 일예로 설명하도록 하겠다.
그리고 설명의 편의를 위하여 각 화소영역(P)은 발광다이오드(E)가 구비되어 실질적으로 화상이 구현되는 발광영역(EA)과, 발광영역(EA)의 가장자리를 따라 위치하며 구동 박막트랜지스터(DTr)가 형성되는 스위칭영역(TrA)을 포함하도록 정의한다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 OLED(100)는 구동 박막트랜지스터(DTr)와 발광다이오드(E)가 형성된 기판(101)이 보호필름(130)에 의해 인캡슐레이션(encapsulation)된다.
이에 대해 좀더 자세히 살펴보면, 기판(101) 상의 각 화소영역(P)의 스위칭영역(TrA) 상에는 반도체층(103)이 위치하는데, 반도체층(103)이 위치하는데, 반도체층(103)은 실리콘으로 이루어지며 그 중앙부는 채널을 이루는 액티브영역(103a) 그리고 액티브영역(103a) 양측면으로 고농도의 불순물이 도핑된 소스 및 드레인영역(103b, 103c)으로 구성된다.
이러한 반도체층(103) 상부에는 게이트절연막(105)이 위치한다.
게이트절연막(105) 상부에는 반도체층(103)의 액티브영역(103a)에 대응하여 게이트전극(107)과 도면에 나타내지 않았지만 일방향으로 연장하는 게이트배선(미도시)이 구비된다.
또한, 게이트전극(107)과 게이트배선(미도시)을 포함하는 상부에는 제 1 층간절연막(109a)이 위치하며, 이때 제 1 층간절연막(109a)과 그 하부의 게이트절연막(105)은 액티브영역(103a) 양측면에 위치한 소스 및 드레인영역(103b, 103c)을 각각 노출시키는 제 1, 2 반도체층 콘택홀(116)이 구비된다.
다음으로, 제 1, 2 반도체층 콘택홀(116)을 포함하는 제 1 층간절연막(109a) 상부에는 서로 이격하며 제 1, 2 반도체층 콘택홀(116)을 통해 노출된 소스 및 드레인영역(103b, 103c)과 각각 접촉하는 소스 및 드레인 전극(110a, 110b)이 구비되어 있다.
그리고, 소스 및 드레인전극(110a, 110b)과 두 전극(110a, 110b) 사이로 노출된 제 1 층간절연막(109a) 상부에 제 2 층간절연막(109b)이 위치한다.
이때, 소스 및 드레인전극(110a, 110b)과 이들 전극(110a, 110b)과 접촉하는 소스 및 드레인영역(103b, 103c)을 포함하는 반도체층(103)과 반도체층(103) 상부에 위치하는 게이트절연막(105) 및 게이트전극(107)은 구동 박막트랜지스터(DTr)를 이루게 된다.
한편, 도면에 나타나지 않았지만 게이트배선(미도시)과 교차하여 각각의 화소영역(P)을 정의하는 데이터배선(미도시)이 위치하며, 스위칭 박막트랜지스터(미도시)는 구동 박막트랜지스터(DTr)와 동일한 구조로, 구동 박막트랜지스터(DTr)와 연결된다.
그리고, 스위칭 박막트랜지스터(미도시) 및 구동 박막트랜지스터(DTr)는 도면에서는 반도체층(103)이 폴리실리콘 반도체층 또는 산화물반도체층으로 이루어진 탑 게이트(top gate) 타입을 예로써 보이고 있으며, 이의 변형예로써 순수 및 불순물의 비정질실리콘으로 이루어진 보텀 게이트(bottom gate) 타입으로 구비될 수도 있다.
그리고, 기판(101)은 주로 유리 재질로 이루어지지만, 구부리거나 휠 수 있는 투명한 플라스틱 재질, 예로서, 폴리이미드 재질로 이루어질 수 있다. 플라스틱 재질을 기판(101)의 재질로 이용할 경우에는, 기판(101) 상에서 고온의 증착 공정이 이루어짐을 감안할 때, 고온에서 견딜 수 있는 내열성이 우수한 폴리이미드가 이용될 수 있다. 이러한 기판(101)의 전면(前面) 전체는 1 이상의 버퍼층(미도시)에 의해 덮일 수 있다.
이때, 스위칭영역(TrA)에 마련된 구동 박막트랜지스터(DTr)는 광에 의해 문턱전압이 쉬프트되는 특성을 가질 수 있는데, 이를 방지하기 위하여, 본 출원에 따른 OLED(100)는 반도체층(103)의 아래에 마련된 차광층(미도시)을 더 포함할 수 있다.
차광층(미도시)은 기판(101)과 반도체층(103) 사이에 마련되어 기판(101)을 통해서 반도체층(103) 쪽으로 입사되는 광을 차단함으로써 외부 광에 의한 트랜지스터의 문턱 전압 변화를 최소화 내지 방지한다. 이러한 차광층(미도시)은 버퍼층(미도시)에 의해 덮인다.
그리고 각 화소영역(P)의 발광영역(EA)에 대응하는 제 2 층간절연층(109b) 상부에는 파장 변환층(106)이 위치한다.
이러한 파장 변환층(106)은 발광다이오드(E)로부터 기판(101) 쪽으로 방출되는 백색광 중 화소영역(P)에 설정된 색상의 파장만을 투과시키는 컬러필터를 포함한다.
일 예에 따른 파장 변환층(106)은 적색, 녹색, 또는 청색의 파장만을 투과시킬 수 있다. 예를 들어, 본 출원에 따른 OLED(100)에서, 하나의 단위 화소는 인접한 제 1 내지 제 3 화소영역(P)으로 구성될 수 있으며, 이 경우 제 1 화소영역에 마련된 파장 변환층(106)은 적색 컬러필터, 제 2 화소영역에 마련된 파장 변환층(106)은 녹색 컬러필터, 및 제 3 화소영역에 마련된 파장 변환층(106)은 청색 컬러필터를 각각 포함할 수 있다.
추가적으로, 본 출원에 따른 OLED(100)에서, 하나의 단위 화소는 파장 변환층(106)이 형성되지 않은 백색 화소영역을 더 포함할 수 있다.
다른 예에 따른 파장 변환층(106)은 발광다이오드(E)로부터 기판(101)쪽으로 방출되는 백색광에 따라 재발광하여 각 화소영역(P)에 설정된 색상의 광을 방출하는 크기를 갖는 양자점을 포함할 수 있다. 여기서, 양자점은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, GaAs, GaP, GaAs-P, Ga-Sb, InAs, InP, InSb, AlAs, AlP, 또는 AlSb 등에서 선택될 수 있다.
예를 들어, 제 1 화소영역의 파장 변환층(106)은 CdSe 또는 InP의 양자점, 제 2 화소영역의 파장 변환층(106)은 CdZnSeS의 양자점, 및 제 3 화소영역의 파장 변환층(106)은 ZnSe의 양자점을 각각 포함할 수 있다. 이와 같이, 파장 변환층(106)이 양자점을 포함하는 OLED(100)는 높은 색재현율을 가질 수 있다.
또 다른 예에 따른 파장 변환층(106)은 양자점을 함유하는 컬러필터로 이루어질 수도 있다.
이러한 파장 편환층(106) 상부에는 제 2 층간절연막(109b)과 함께 드레인전극(110b)을 노출하는 제 1 드레인콘택홀(117a)을 갖는 보호층(109c)과 제 1 오버코트층(210)이 순차적으로 위치하며, 제 1 오버코트층(210) 상부에는 투과전극(220)이 위치한다.
투과전극(220)은 인듐-틴-옥사이드(Indium Tin Oxide; ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(Indium Zinc Oxide; IZO)와 같은 금속 산화물로 이루어지며, 일정간격 이격된 다수의 홀(221)을 포함한다.
그리고, 다수의 홀(221)에 대응되는 제 1 오버코트층(210)에는 에어홀(air hole : 211)이 위치하게 된다.
제 1 오버코트층(210)과 투과전극(220) 상부에는 제 2 오버코트층(230)이 위치하는데, 투과전극(220)과 제 2 오버코트층(230)은 제 1 드레인콘택홀(117a)을 통해 노출되는 드레인전극(110a)을 또한 노출하는 제 2 드레인콘택홀(117b)을 포함하는데, 이때 투과전극(220)은 제 2 오버코트층(230)에 의해 덮여 제 2 드레인콘택홀(117b)로 노출되지 않게 된다.
이때, 발광영역(EA) 상의 제 2 오버코트층(230)은 표면이 복수의 오목부(233) 및 복수의 볼록부(231)가 교번하여 배치되도록 하여, 마이크로 렌즈(235)를 이루게 된다.
표면이 마이크로 렌즈(235)를 이루는 제 2 오버코트층(230)을 통해 본 발명의 제 1 실시예에 따른 OLED(100)는 광 추출 효율이 보다 향상되게 된다.
이때, 제 1 오버코트층(210)에 구비되는 에어홀(211)은 제 2 오버코트층(230)의 오목부(233)에 대응되어 위치한다.
따라서, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 OLED(100)는 투과전극(220)과 제 1 오버코트층(210) 그리고 에어홀(211)의 구성을 통해 외부로 추출되지 못하고 발광다이오드(E) 내에 갇히게 되는 광이 외부로 추출되도록 함으로써, 광 추출 효율을 향상시키게 된다. 이에 대해 추후 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.
이러한 제 1 및 제 2 제 2 오버코트층(210, 230)은 굴절률이 약1.5인 절연 물질로 이루어지고, 예를 들어, 아크릴계 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리이미드계 수지, 불포화 폴리에스테르계 수지, 폴리페닐렌계 수지, 폴리페닐렌설파이드계 수지, 벤조사이클로부텐 및 포토레지스트 중 하나로 형성될 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 약 1.5의 굴절률을 갖는 임의의 절연 물질로 형성될 수 있다.
제 2 오버코트층(230) 상부에는 제 1 및 제 2 드레인콘택홀(117a, 117b)을 통해 노출되는 구동 박막트랜지스터(DTr)의 드레인전극(110b)과 연결되며 예를 들어 일함수 값이 비교적 높은 물질로 발광다이오드(E)의 양극(anode)을 이루는 제 1 전극(111)이 위치한다.
제 1 전극(111)은 인듐-틴-옥사이드(Indium Tin Oxide; ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(Indium Zinc Oxide; IZO)와 같은 금속 산화물, ZnO:Al 또는 SnO2:Sb와 같은 금속과 산화물의 혼합물, 폴리(3-메틸티오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)티오펜](PEDT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등으로 이루어질 수 있다. 또한, 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube; CNT), 그래핀(graphene), 은 나노와이어(silver nano wire) 등으로 이루어질 수 있다
이러한 제 1 전극(111)은 각 화소영역(P) 별로 위치하는데, 각 화소영역(P) 별로 위치하는 제 1 전극(111) 사이에는 뱅크(bank : 119)가 위치한다.
즉, 뱅크(119)는 각 화소영역(P)의 가장자리를 따라 위치하며, 제 1 전극(111)은 뱅크(119)를 각 화소영역(P) 별 경계부로 하여 화소영역(P) 별로 분리된 구조를 갖게 된다.
뱅크(119)는 굴절률이 약1.5인 투명한 절연 물질로 이루어지고, 예를 들어, 아크릴계 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리이미드계 수지, 불포화 폴리에스테르계 수지, 폴리페닐렌계 수지, 폴리페닐렌설파이드계 수지, 벤조사이클로부텐 및 포토레지스트 중 하나로 형성될 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 약 1.5의 굴절률을 갖는 임의의 절연 물질로 형성될 수 있다.
그리고 뱅크(119)를 포함하는 제 1 전극(111)의 상부에 유기발광층(113)이 위치하는데, 유기발광층(113)은 발광물질로 이루어진 단일층으로 구성될 수도 있으며, 발광 효율을 높이기 위해 정공주입층(hole injection layer), 정공수송층(hole transport layer), 발광층(emitting material layer), 전자수송층(electron transport layer) 및 전자주입층(electron injection layer)의 다중층으로 구성될 수도 있다.
그리고, 유기발광층(113)의 상부에는 전면에 음극(cathode)을 이루는 제 2 전극(115)이 위치한다.
제 2 전극(115)은 일함수 값이 비교적 작은 물질로 이루어질 수 있다. 이때, 제 2 전극(115)은 이중층 구조로, 일함수가 낮은 금속 물질인 Ag 등으로 이루어지는 제 1 금속과 Mg 등으로 이루어지는 제 2 금속이 일정 비율로 구성된 합금의 단일층 또는 이들의 다수 층으로 구성될 수 있다.
이러한 OLED(100)는 선택된 신호에 따라 제 1 전극(111)과 제 2 전극(115)으로 소정의 전압이 인가되면, 제 1 전극(111)으로부터 주입된 정공과 제 2 전극(115)으로부터 제공된 전자가 유기발광층(113)으로 수송되어 엑시톤(exciton)을 이루고, 이러한 엑시톤이 여기상태에서 기저상태로 천이 될 때 광이 발생되어 가시광선의 형태로 방출된다.
이때, 발광된 광은 투명한 제 1 전극(111)을 통과하여 외부로 나가게 되므로, OLED(100)는 임의의 화상을 구현하게 된다.
여기서, 제 2 오버코트층(230) 상부에 순차적으로 위치하는 제 1 전극(111), 유기발광층(113), 제 2 전극(115)은 모두 제 2 오버코트층(230)의 표면에 구비되는 오목부(233) 및 볼록부(231)를 그대로 따라 형성되게 된다.
그리고, 이러한 구동 박막트랜지스터(DTr)와 발광다이오드(E) 상부에는 얇은 박막필름 형태인 보호필름(130)이 형성되어, OLED(100)는 보호필름(130)을 통해 인캡슐레이션(encapsulation)된다.
여기서, 보호필름(130)은 외부 산소 및 수분이 OLED(100) 내부로 침투하는 것을 방지하기 위하여, 무기보호필름을 적어도 2장 적층하여 사용하는데, 이때, 2장의 무기보호필름 사이에는 무기보호필름의 내충격성을 보완하기 위한 유기보호필름이 개재되는 것이 바람직하다.
이러한 유기보호필름과 무기보호필름이 교대로 반복하여 적층된 구조에서는 유기보호필름의 측면을 통해서 수분 및 산소가 침투하는 것을 막아주어야 하기 때문에 무기보호필름이 유기보호필름을 완전히 감싸는 구조로 이루어지는 것이 바람직하다.
따라서, OLED(100)는 외부로부터 수분 및 산소가 OLED(100) 내부로 침투하는 것을 방지할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 OLED(100)는 제 2 오버코트층(230)의 표면을 오목부(233) 및 볼록부(231)의 마이크로 렌즈(235)로 형성함으로써 광 추출 효율을 향상시키게 된다.
즉, 유기발광층(113)에서 발광된 광 중 유기발광층(113)과 제 2 전극(115) 내부에서 계속해서 전반사되면서 갇히던 광은 제 2 오버코트층(230)의 마이크로 렌즈(235)에 의해 전반사 입계각 보다 작은 각도로 진행하게 되면서 다중 반사를 통해 외부 발광 효율이 증가하게 된다. 따라서, OLED(100)의 광 추출 효율이 향상되게 된다.
특히, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 OLED(100)는 표면이 마이크로 렌즈(235)를 이루는 제 2 오버코트층(230)과 보호층(109c) 사이로, 다수의 에어홀(211)을 포함하는 제 1 오버코트층(210)과 인듐-틴-옥사이드(Indium Tin Oxide; ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(Indium Zinc Oxide; IZO)와 같은 금속 산화물로 이루어지는 투과전극(220)을 더욱 위치시킴으로써, OLED(100)의 광 추출 효율을 보다 향상시키게 된다.
이에 대해 좀더 자세히 살펴보면, OLED(100)의 발광다이오드(E) 내에서는 금속(=제 1 및 제 2 전극)(111, 115)과 유기발광층(113) 경계에서 발생하는 표면 플라즈몬 성분에 의해 구성되는 광 도파 모드가 발광된 광의 60 ~ 70% 가량 차지한다.
즉, 유기발광층(113)에서 발생된 광 중 60 ~ 70%의 광이 발광다이오드(E) 내에 갇히는 현상이 발생하는 것이다.
따라서, 광 추출 효율을 향상시키기 위하여 도 3에 도시한 바와 같이, 오버코트층(230)의 표면이 마이크로 렌즈(235)를 이루도록 형성하여, 마이크로 렌즈(235)에 의해 외부 광 추출 효율을 향상시키게 되나, 이와 같이 마이크로 렌즈(235)를 통해 광 추출 효율을 향상시키더라도, 마이크로 렌즈(235)의 오목부(233)에서는 여전히 유기발광층(113)으로부터 발광된 광이 외부로 출력되지 못하고 갇히게 되는 문제점이 발생되고 있다.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 OLED(100)는 발광다이오드(E) 내에 갇힌 광을 에어홀(211)을 통해 외부로 추출되도록 하여, 광 추출 효율을 보다 향상시키게 된다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 OLED의 광이 가이드되는 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 발광영역(도 2의 EA)에 대응되는 보호층(109c) 상부에는 제 1 오버코트층(210)과 투과전극(220)이 순차적으로 위치하며, 투과전극(220) 상부에는 표면이 마이크로 렌즈(235)를 이루는 제 2 오버코트층(230)이 위치하며, 제 2 오버코트층(230) 상부에는 제 1 전극(111), 유기발광층(113) 및 제 2 전극(115)으로 이루어지는 발광다이오드(E)가 배치된다.
여기서, 표면이 오목부(233) 및 볼록부(231)의 마이크로 렌즈(235)를 제 2 오버코트층(230) 상부에 순차적으로 위치하는 제 1 전극(111), 유기발광층(113), 제 2 전극(115)은 모두 제 2 오버코트층(230)의 표면을 그대로 따라 형성되게 된다.
그리고, 투과전극(220)에는 제 2 오버코트층(230)의 오목부(233)에 대응하여 홀(hole)(221)이 구비되며, 투과전극(220)의 홀(221)에 대응되는 제 1 오버코트층(210)에는 에어홀(211)이 구비된다.
여기서, 유기발광층(113)과 제 1 전극(111)의 굴절률이 거의 동일하게 이루어지게 되므로, 유기발광층(113)에서 발생된 광은 유기발광층(113)과 제 1 전극(111)의 계면에서 광 경로가 변경되지 않는다.
유기발광층(113)과 제 1 전극(111)의 굴절률은 1.8 ~ 2.0 일 수 있다.
그리고, 제 1 및 제 2 오버코트층(210, 230)은 굴절률이 약 1.4 ~ 1.6 이므로, 유기발광층(113)으로부터 발광된 광이 제 1 전극(111)을 투과하여 기판(도 2의 101) 외부로 추출되는 과정에서, 유기발광층(113)에서 발광된 광은 제 1 전극(111)과 제 2 오버코트층(230) 사이의 계면에서 전반사되게 된다.
이때 제 1 전극(111)과 제 2 오버코트층(230) 사이의 계면에서 전반사되는 광 중 일부 광(L1)은 기판(도 2의 101)의 외부로 추출되게 되나, 일부 광은 전반사 임계각 보다 큰 각도를 가져 기판(도 1의 101) 외부로 추출되지 못하고 제 2 오버코트층(230)과 제 1 전극(111) 사이, 또는 제 1 전극(111)과 제 2 전극(115) 사이에 갇히게 된다.
여기서, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 OLED(도 2의 100)는 제 2 오버코트층(230)이 마이크로 렌즈(235)를 이룸에 따라, 제 1 전극(111)과 제 2 오버코트층(230) 사이의 계면에서 전반사되는 광(L2, L3) 중 일부 광(L2)은 제 2 오버코트층(230)의 볼록부(231)에 의한 굴곡에 의해 전반사 임계각 보다 작은 각도로 진행하게 되면서, 다중 반사를 통해 기판(도 2의 101) 외부로 추출되게 된다.
따라서, 광 추출 효율이 향상되게 된다.
그리고, 제 1 전극(111)과 제 2 오버코트층(230) 사이의 계면에서 전반사되는 광(L2, L3) 중 일부 광(L3)은 제 2 오버코트층(230)의 오목부(233)로 진행되게 되는데, 제 2 오버코트층(230)의 오목부(233)로 진행된 광은 투과전극(220)의 홀(221)과, 제 1 오버코트층(210)의 에어홀(211)을 통해 전반사 임계각 보다 작은 각도로 진행하게 되면서, 다중 반사를 통해 기판(도 2의 101) 외부로 추출되게 된다.
따라서, 마이크로 렌즈(235)의 오목부(233)에 대응해서도 광 추출 효율을 향상시키게 되므로, OLED(도 2의 100)는 광 추출 효율을 보다 향상시키면서도 외부로 고르게 광을 추출할 수 있게 된다.
한편, 유기발광층(113)으로부터 발광된 광과 제 1 전극(111)과 제 2 오버코트층(230) 사이의 계면에서 전반사되어 갇혀 있던 광 중 일부 광(L4, L5)은 제 2 오버코트층(230)에 비해 큰 굴절률을 갖는 투과전극(220)을 그대로 투과하게 되는데, 투과전극(220)을 투과한 광은 투과전극(220)과 제 1 오버코트층(210) 사이의 계면에서 다시 전반사되게 된다.
투과전극(220)과 제 1 오버코트층(210) 사이의 계면에서 전반사되는 광 중 일부 광(L4) 또한 기판(도 2의 101)의 외부로 추출되게 되나, 일부 광(L5)은 전반사 임계각 보다 큰 각도를 가져 기판(도 2의 101) 외부로 추출되지 못하고 투과전극(220)과 제 1 오버코트층(210) 사이로 갇히게 되는데, 이때, 투과전극(220)과 제 1 오버코트층(210) 사이의 계면에서 전반사되던 광(L5) 또한 제 1 오버코트층(210)에 구비된 에어홀(211)을 통해 전반사 임계각 보다 작은 각도로 진행하게 되면서, 다중 반사를 통해 기판(도 2의 101) 외부로 추출되게 된다.
여기서, 홀(221) 및 에어홀(211)과 마이크로 렌즈(235)의 배치 관계에 대해 좀더 자세히 살펴보면, 제 2 오버코트층(230)의 표면은 복수의 오목부(233) 및 복수의 볼록부(231)가 교번하여 배치되도록 하여 마이크로 렌즈(235)를 이루게 된다.
투과전극(220)의 홀(221)과 제 1 오버코트층(210)의 에어홀(211)은 마이크로 렌즈(235)의 오목부(233)에 대응되는 영역에 배치될 수 있다.
이때, 홀(221)과 에어홀(211)의 중심점은 제 2 오버코트층(230)의 오목부(233)의 정점(S)에 대응되어 위치한다.
여기서, 에어홀(211)의 폭(d1)은 마이크로 렌즈(235)의 오목부(233)의 최대폭(D)보다 작게 이루어질 수 있다. 에어홀(211)의 폭(d1)이 마이크로 렌즈(235)의 오목부(233)의 최대폭(D)보다 작게 이루어짐으로써, 마이크로 렌즈(235)를 통한 광 추출 효과가 향상될 수 있다.
즉, 에어홀(211)의 폭(d1)이 마이크로 렌즈(235)의 오목부(233)의 최대폭(D)보다 크게 이루어 질 경우, 마이크로 렌즈(235)로부터 기판(도 2의 101) 밖으로 추출되는 광의 경로가 변경되어, 광은 최종적으로 기판(도 2의 101) 밖으로 추출되지 못하고 소자 안에 갇힐 수 있다.
이는 곧, 에어홀(211)의 폭(d1)이 마이크로 렌즈(235)의 오목부(233)의 최대폭(D)보다 크게 이루어질 경우, 소자 안에 갇히는 광량이 증가하여 광 추출 효율이 감소할 수 있는 것이다.
한편, 제 1 오버코트층(210)의 에어홀(211)이 투과전극(220)의 홀(221)의 폭(d2)에 비해 넓은 폭(d1)을 갖도록 도시하였으나, 투과전극(220)의 홀(221)과 제 1 오버코트층(210)의 에어홀(211)은 제 2 오버코트층(230)의 오목부(233)의 최대폭(D)에 대응되는 한도 내에서 동일한 폭을 갖도록 형성될 수 있다.
그리고, 제 1 오버코트층(210)의 에어홀(211)은 투과전극(220)을 마스크로, 투과전극(220)의 홀(221)을 통해 패터닝하여 형성할 수 있어, 투과전극(220)은 제 2 오버코트층(230) 내부로 갇힌 광을 제 1 오버코트층(210)으로 추출하는 역할과 함께 제 1 오버코트층(210)의 에어홀(211)을 형성하기 위한 마스크의 역할 또한 모두 구현하게 된다.
여기서, 제 1오버코트층(210)의 에어홀(211)을 형성하는 과정에 대해 간략하게 설명하면, 보호층(109c) 상부에 제 1 오버코트층(210)과 금속층(미도시) 그리고 제 2 오버코트층(230)을 순차적으로 형성한다.
이후, 제 2 오버코트층(230)에 마이크로 렌즈(235)를 형성한 후, 마이크로 렌즈(235)의 오목부(233)에 대응하여 금속층(미도시)의 일부를 습식식각(wet etching)하여, 금속층에 홀을 형성하여 투과전극(220)을 형성하게 된다.
이후, 투과전극(220)의 홀(221)을 개구부로 제 1 오버코트층(210)에 에어홀(211)을 형성하게 된다.
도 5는 본 발명의 제 1 오버코트층과 투명전극에 구비되는 홀과 에어홀의 모습을 나타낸 사진이며, 도 6은 본 발명의 에어홀과 마이크로 렌즈의 배치 구조를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 5의 사진을 참조하면, 보호층(109c) 상부에 위치하는 제 1 오버코트층(210)에는 에어홀(211)이 구비되어 있으며, 제 1 오버코트층(211) 상부에 위치하는 투명전극(220)에는 에어홀(211)에 대응하여 홀(221)이 형성된 모습을 확인할 수 있다.
이러한 제 1 오버코트층(210)에 구비되는 에어홀(211)은 도 6에 도시한 바와 같이 마이크로 렌즈(235)의 오목부(233)에 대응하여 위치하게 된다.
즉, 도 6에 도시한 바와 같이 각 화소영역(도 5의 P)의 발광영역(EA)에 대응하여 복수의 마이크로 렌즈(235)가 배치되는데, 마이크로 렌즈(235)는 제 3 오버코트층(도 4의 230)의 표면에 복수의 오목부(233) 및 오목부(233)에 인접하여 배치되는 복수의 볼록부(231)가 교번하여 배치되어 이루어진다.
여기서, 마이크로 렌즈(235)의 볼록부(231)의 형상은 평면상 원형으로 도시하였으나, 이에 제한되지 않고 전체적으로 육각형, 반구 형상 또는 반타원체 형상, 사각 형상 등 다양한 형상일 수 있다.
이때, 제 1 오버코트층(210)에 구비되는 에어홀(211)은 마이크로 렌즈(235)의 오목부(233)에 대응하여 위치하게 되므로, 볼록부(231)가 형성된 이외의 영역은 모두 에어홀(211)로 이루어질 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 OLED(도 2의 100)는 표면이 마이크로 렌즈(235)를 이루는 제 2 오버코트층(도 4의 230)과 보호층(109c) 사이로, 다수의 에어홀(211)을 포함하는 제 1 오버코트층(210)과 인듐-틴-옥사이드(Indium Tin Oxide; ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(Indium Zinc Oxide; IZO)와 같은 금속 산화물로 이루어지는 투과전극(220)을 더욱 위치시킴으로써, OLED(도 2의 100)의 광 추출 효율을 보다 향상시키게 된다.
- 제 2 실시예 -
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 OLED의 광이 가이드되는 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 하나의 화소영역(도 2의 P) 내에 위치하는 발광영역(도 2의 EA)에 대응되는 보호층(109c) 상부에는 산란패턴(300)과, 표면이 마이크로 렌즈(235)를 이루는 오버코트층(230) 그리고 오버코트층(230) 상부에는 제 1 전극(111), 유기발광층(113) 및 제 2 전극(115)을 포함하는 발광다이오드(E)가 배치된다.
여기서, 표면이 오목부(233) 및 볼록부(231)의 마이크로 렌즈(235)를 오버코트층(230) 상부로 순차적으로 위치하는 제 1 전극(111), 유기발광층(113), 제 2 전극(115)은 모두 오버코트층(230)의 표면을 따라 그대로 형성되게 된다.
이때, 산란패턴(300)은 오버코트층(230)의 오목부(233)에 대응하여 보호층(109c) 상부에 위치하는데, 산란패턴(300)에 의해 제 1 전극(111)과 오버코트층(230) 사이의 계면에서 전반사되는 광(L3, L4) 중 오버코트층(230)의 오목부(230)로 진행되는 일부 광을 산란시켜 다중 반사를 통해 기판(도 2의 101) 외부로 추출되도록 한다.
따라서, 마이크로 렌즈(235)의 오목부(233)에 대응해서 광 추출 효율을 향상시키게 된다.
산란패턴(300)은 산란입자를 포함하는 패턴일 수 있는데, 바인더 내에 산란입자가 산포되어 이루어질 수 있다.
산란입자는 바인더와는 상이한 굴절률을 가지는 입자로, 1.0 내지 3.5의 굴절률, 예를 들면, 1.0 내지 2.0 또는 1.2 내지 1.8 정도이나 2.1 내지 3.5 또는 2.2 내지 3.0 정도의 굴절률을 가지고, 평균 입경이 50 nm 내지 20,000 nm 또는 100 nm 내지 5,000 nm 정도인 입자가 예시될 수 있다.
이러한 산란입자는 구형, 타원형, 다면체 또는 무정형과 같은 형상을 가질 수 있으나, 이의 형태는 특별히 제한되는 것은 아니다.
산란입자로는, 예를 들면, 폴리스티렌 또는 그 유도체, 아크릴 수지 또는 그 유도체, 실리콘 수지 또는 그 유도체, 또는 노볼락 수지 또는 그 유도체 등과 같은 유기 재료, 또는 실리카, 알루미나, 산화 티탄 또는 산화 지르코늄과 같은 무기 재료를 포함하는 입자가 예시될 수 있다.
또한, 산란입자는 위의 재료 중에 어느 하나의 재료만을 포함하거나, 2이상의 재료를 포함하여 형성될 수 있고, 필요에 따라서는 코어/셀 형태의 입자 또는 중공 입자 형태의 입자로 형성될 수도 있다.
그리고, 바인더로는 예를 들면, 산란입자가 산포될 수 있는 재료로서, 폴리이미드, 플루오렌 고리를 가지는 카도계 수지(caldo resin), 우레 탄, 에폭시드, 폴리에스테르 또는 아크릴레이트 계열의 열 또는 광경화성의 단량체성, 올리고머성 또는 고분자 성 유기 재료나 산화 규소, 질화 규소(silicon nitride), 옥시질화 규소(silicon oxynitride) 또는 폴리실록산 등의 무기 재료 또는 유무기 복합 재료 등을 사용할 수 있다.
이러한 산란패턴(230)은 습식코팅(wet coating) 방식으로 재료를 코팅하고, 열의 인가 또는 광의 조사 등의 방식이나, 졸겔 방식으로 재료를 경화시키는 방식이나, CVD(Chemical Vapor Deposition) 또는 PVD(Physical Vapor Deposition) 방식 등과 같은 증착 방식 또는 마이크로 엠보싱 방식 등을 통하여 형성할 수 있다.
이러한 산란패턴(230)의 폭(d3)은 마이크로 렌즈(235)의 오목부(233)의 최대폭(D)보다 작게 이루어질 수 있다. 산란패턴(230)의 폭(d3)이 마이크로 렌즈(235)의 오목부(233)의 최대폭(D)보다 작게 이루어짐으로써, 마이크로 렌즈(235)를 통한 광 추출 효과가 향상될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 OLED(도 2의 100)는 표면이 마이크로 렌즈(235)를 이루는 오버코트층(230)의 오목부(233)에 대응하여 보호층(109c) 상부에 산란패턴(300)을 위치시킴으로써, 오버코트층(230)의 오목부(233)에 대응하여 광 추출 효율을 향상시킬 수 있어, OLED(도 2의 100)의 광 추출 효율을 보다 향상시키게 된다.
본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
109c : 보호층
111 : 제 1 전극, 113 : 유기발광층, 115 : 제 2 전극
E : 발광다이오드
210 : 제 1 오버코트층, 211 : 에어홀
220 : 투명전극, 221 : 홀
230 : 제 2 오버코트층, 235 : 마이크로 렌즈(231 : 볼록부, 235 : 오목부)
111 : 제 1 전극, 113 : 유기발광층, 115 : 제 2 전극
E : 발광다이오드
210 : 제 1 오버코트층, 211 : 에어홀
220 : 투명전극, 221 : 홀
230 : 제 2 오버코트층, 235 : 마이크로 렌즈(231 : 볼록부, 235 : 오목부)
Claims (10)
- 발광영역과, 상기 발광영역의 가장자리를 따라 비발광영역이 정의되는 복수의 화소영역을 포함하는 기판과;
상기 기판 상부에 위치하며, 상기 발광영역에 대응하여 일정간격 이격하여 위치하는 다수의 산란부와;
상기 산란부를 포함하는 상기 기판 상부에 위치하며, 상기 다수의 산란부에 대응하여 상기 산란부를 향해 볼록한 다수의 오목부를 포함하는 제 1 오버코트층과;
상기 화소영역 별로, 상기 제 1 오버코트층 상부에 위치하는 제 1 전극과;
상기 제 1 전극 상부에 순차적으로 위치하는 유기발광층과 제 2 전극
을 포함하는 유기발광표시장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 다수의 산란부는 에어홀(air hole)이며,
상기 에어홀은 상기 제 1 오버코트층 하부에 위치하는 제 2 오버코트층에 구비되는 유기발광표시장치.
- 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 오버코트층과 상기 제 2 오버코트층 사이로는 투명전극이 위치하며, 상기 투명전극은 상기 다수의 에어홀에 각각 대응되어 위치하는 홀(hole)을 포함하는 유기발광표시장치.
- 제 3 항에 있어서,
상기 다수의 에어홀과 상기 홀의 중심점은 상기 오목부의 정점에 대응되어 위치하는 유기발광표시장치.
- 제 3 항에 있어서,
상기 투명전극은 인듐-틴-옥사이드(Indium Tin Oxide; ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(Indium Zinc Oxide; IZO)를 포함하는 금속 산화물로 이루어지는 유기발광표시장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 산란부는 산란입자를 포함하는 산란패턴인 유기발광표시장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 오버코트층은 상기 다수의 오목부와 교대로 위치하는 볼록부를 포함하여, 표면이 마이크로 렌즈를 이루는 유기발광표시장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 산란부의 폭은 상기 오목부의 최대폭보다 작게 이루어지는 유기발광 표시장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 복수의 화소영역은 상기 발광영역 상에 파장 변환층이 구비되는 유기발광표시장치.
- 제 9 항에 있어서,
상기 각 화소영역 별로, 구동 박막트랜지스터가 구비되며,
상기 구동 박막트랜지스터는 반도체층과, 반도체층 상부로 위치하는 게이트절연막, 상기 게이트절연막 상부로 위치하는 게이트전극, 상기 게이트전극 상부로 위치하는 제 1 층간절연막, 상기 제 1 층간절연막 상부로 위치하는 소스 및 드레인전극을 포함하며,
상기 파장 변환층은 상기 소스 및 드레인전극 상부에 위치하는 제 2 층간절연막 상부에 위치하며,
상기 제 1 오버코트층은 상기 파장 변환층 상부에 위치하는 보호층 상부로 위치하는 유기발광표시장치.
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