KR20200023571A - 디스플레이 장치 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예는, 디스플레이 기판, 상기 디스플레이 기판 상에 배치된 발광소자, 상기 발광소자 상에 배치되고, 상기 디스플레이 기판과 합착하는 봉지기판, 및 상기 봉지기판의 상면에 배치된 회절격자층을 포함하고, 상기 회절격자층은 서로 일정간격 이격된 복수의 회절 패턴들을 포함하며, 상기 복수의 회절 패턴들 각각은 서로 다른 재질을 포함하는 하층과 상층의 적층구조를 가지는 디스플레이 장치를 개시한다.
Description
본 발명의 실시예들은, 헤드 마운트 디스플레이 장치에 사용될 수 있는 디스플레이 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
각종 전기적 신호정보를 시각적으로 표현하는 디스플레이 분야가 급속도로 발전함에 따라, 박형화, 경량화, 저소비 전력화 등의 우수한 특성을 지닌 다양한 디스플레이 장치들이 연구 및 개발되고 있다. 또한, 최근 웨어러블(wearable) 디바이스에 대한 관심이 높아지면서, 그 일환으로 헤드 마운트 디스플레이 장치가 소개되고 있다. 헤드 마운트 디스플레이 장치는 사용자의 눈 앞에 화상을 표시함으로써, 사용자로 하여금 가상현실이나 증강현실을 체험할 수 있도록 할 수 있다. 이와 같은 헤드 마운트 디스플레이 장치는, 사용자의 눈 앞에 화상을 표시하기 위해, 디스플레이 장치와 사용자의 눈 사이에 디스플레이 장치에서 구현되는 이미지를 확대하기 위한 렌즈를 포함할 수 있다. 그러나, 렌즈에 의한 이미지의 확대시, 디스플레이 장치의 비발광영역이 사용자에게 시인되는 모기장 효과(SDE: Screen Door Effect)가 발생될 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 헤드 마운트 디스플레이 장치의 구현시, 모기장 효과를 개선하여 고품질의 이미지를 제공할 수 있는 디스플레이 장치 및 이의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, 디스플레이 기판; 상기 디스플레이 기판 상에 배치된 발광소자; 상기 발광소자 상에 배치되고, 상기 디스플레이 기판과 합착하는 봉지기판; 및 상기 봉지기판의 상면에 배치된 회절격자층;을 포함하고, 상기 회절격자층은 서로 일정간격 이격된 복수의 회절 패턴들을 포함하며, 상기 복수의 회절 패턴들 각각은 서로 다른 재질을 포함하는 하층과 상층의 적층구조를 가지는 디스플레이 장치를 개시한다.
본 실시예에 있어서, 상기 상층은 상기 봉지기판과 동일한 성분을 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 복수의 회절 패턴들은 서로 수직한 방향으로 교차하는 제1방향과 제2방향을 따라 동일한 주기를 가지고 배치될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 하층과 상기 상층은 서로 다른 무기재질을 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 하층은 ITO, IZO 및 ITZO 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 상층은 실리콘옥사이드, 실리콘나이트라이드 및 실리콘옥시나이트라이드 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 발광소자에서 발생된 광은 상기 회절격자층을 통과하며 발광영역이 확대될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 복수의 회절 패턴들은 상기 발광소자로부터 출사되는 광을 회절시켜 기준 발광 패턴 및 복수의 복제 발광 패턴들을 생성할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 디스플레이 기판은 상기 발광소자와 전기적으로 연결된 박막 트랜지스터를 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 발광소자는 상기 박막 트랜지스터와 전기적으로 연결된 화소전극, 상기 화소전극 상의 대향전극, 및 상기 화소전극과 상기 대향전극 사이에 개재되며 발광층을 포함하는 중간층을 갖는 유기발광소자일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는, 디스플레이 기판 상에 발광소자를 형성하는 단계; 상기 발광소자 상에 봉지기판을 위치시키고, 상기 디스플레이 기판과 상기 봉지기판을 합착하는 단계; 및 상기 봉지기판의 상면에 회절격자층을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 회절격자층을 형성하는 단계는, 상기 봉지기판의 상면 전체에 서로 다른 재질로 이루어진 제1층과 제2층을 순차적으로 형성하는 단계; 개구를 포함하는 감광막을 사용하여 상기 제2층을 패터닝하여 상기 회절격자층의 상층을 형성하는 단계; 및 패터닝된 상기 제2층을 마스크로 사용하여 상기 제1층을 패터닝하여 상기 회절격자층의 하층을 형성하는 단계;를 포함하는 디스플레이 장치의 제조 방법을 개시한다.
본 실시예에 있어서, 상기 상층과 상기 하층은 상기 회절격자층의 회절 패턴들을 이루고, 상기 회절 패턴들은 서로 일정간격 이격되도록 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1층과 상기 제2층은 서로 다른 무기재질을 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제2층은 상기 봉지기판과 동일한 성분을 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1층은 ITO, IZO 및 ITZO 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제2층은 실리콘옥사이드, 실리콘나이트라이드 및 실리콘옥시나이트라이드 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 디스플레이 기판은 상기 발광소자와 전기적으로 연결된 박막 트랜지스터를 포함하고, 상기 발광소자는 상기 박막 트랜지스터와 전기적으로 연결된 화소전극, 상기 화소전극 상의 대향전극, 및 상기 화소전극과 상기 대향전극 사이에 개재되며 발광층을 포함하는 중간층을 갖는 유기발광소자일 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 대향전극과 상기 봉지기판 사이의 공간에는 충전재가 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제2층은 건식 식각에 의해 패터닝되고, 상기 제1층은 습식 식각에 의해 패터닝될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제2층의 식각시, 상기 제1층은 식각되지 않는다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치는, 회절 격자층에 의해 발광소자로부터 발생한 광의 회절을 유도하여 발광 영역을 증가시킴에 따라, 헤드 마운트 디스플레이 장치의 구동시, 모기장 효과를 개선하며 고품질의 이미지를 제공할 수 있다.
또한, 회절 격자층은 식각 선택비가 큰 하층과 상층의 적층 구조를 가짐으로써, 회절 격자층의 형성시 봉지기판의 표면에 손상이 발생하지 않아, 회절광의 광경로가 변경되는 것을 방지할 수 있다.
물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 일 예를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 디스플레이 장치의 디스플레이 기판과 발광소자의 일 예를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1의 디스플레이 장치의 회절격자층의 일 예를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 4는 도 1의 디스플레이 장치의 회절 격자층에 의한 발광영역 확대를 설명하기 위한 모식도이다.
도 5는 도 1의 디스플레이 장치를 포함하는 헤드 마운트 디스플레이 장치의 일 예를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6 내지 도 9는 도 1의 디스플레이 장치의 제조 방법을 개략적으로 도시한 단면도들이다.
도 2는 도 1의 디스플레이 장치의 디스플레이 기판과 발광소자의 일 예를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1의 디스플레이 장치의 회절격자층의 일 예를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 4는 도 1의 디스플레이 장치의 회절 격자층에 의한 발광영역 확대를 설명하기 위한 모식도이다.
도 5는 도 1의 디스플레이 장치를 포함하는 헤드 마운트 디스플레이 장치의 일 예를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6 내지 도 9는 도 1의 디스플레이 장치의 제조 방법을 개략적으로 도시한 단면도들이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
이하의 실시예에서, 막, 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 일 예를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1의 디스플레이 장치의 디스플레이 기판과 발광소자의 일 예를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치(100)는 디스플레이 기판(110), 디스플레이 기판(110) 상에 배치된 발광소자, 디스플레이 기판(110) 상에 배치된 봉지기판(160), 및 봉지기판(160)의 상면에 배치된 회절격자층(170)을 포함할 수 있다. 이하에서는 발광소자가 화소전극(121), 대향전극(150) 및 이들 사이에 개재되며 발광층을 포함하는 중간층(141)을 갖는 유기발광소자(OLED)인 것으로 설명하기로 한다. 다만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 디스플레이 장치(100)는 다양한 종류의 발광소자를 포함할 수 있다.
디스플레이 기판(110)은 베이스 기판(101), 베이스 기판(101) 상에 배치되고 유기발광소자(OLED)와 전기적으로 연결된 박막트랜지스터(TFT)를 포함할 수 있다. 그 외 디스플레이 기판(110)은 커패시터와 유기발광소자(OLED)의 구동에 필요한 전자소자들을 포함할 수 있다.
베이스 기판(101)은 절연 기판일 수 있다. 예를 들어, 베이스 기판(101)은 SiO2를 주성분으로 하는 투명한 유리 재질로 이루어질 수 있다. 그러나, 베이스 기판(101)은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 투명한 플라스틱 재질로 형성할 수도 있다. 플라스틱 재질은 폴리에테르술폰(PES, polyethersulphone), 폴리아크릴레이트(PAR, polyacrylate), 폴리에테르 이미드(PEI, polyetherimide), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN, polyethyelenen napthalate), 폴리에틸렌 테레프탈레이드(PET, polyethyeleneterepthalate), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide: PPS), 폴리아릴레이트(polyallylate), 폴리이미드(polyimide), 폴리카보네이트(PC), 셀룰로오스 트리 아세테이트(TAC), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propionate: CAP) 등일 수 있다.
또한, 디스플레이 장치(100)가 전면 발광형인 경우에는 베이스 기판(101)이 투명한 재질로 형성될 필요가 없으므로, 이 경우 금속으로 베이스 기판(101)을 형성할 수 있다. 금속으로 베이스 기판(101)을 형성할 경우 베이스 기판(101)은 철, 크롬, 망간, 니켈, 티타늄, 몰리브덴, 스테인레스 스틸(SUS), Invar 합금, Inconel 합금, Kovar 합금 등을 포함할 수 있다.
베이스 기판(101) 상에는 버퍼층(112)이 형성될 수 있다. 버퍼층(112)은 베이스 기판(101)의 상부에 평탄면을 제공할 수 있고, 베이스 기판(101)을 통하여 침투하는 이물, 또는 디스플레이 장치(100)의 제조 과정 중 베이스 기판(101)으로부터 용출되는 이물 등을 차단할 수 있다. 예를 들어, 버퍼층(112)은 실리콘 옥사이드, 실리콘 나이트라이드, 실리콘 옥시나이트라이드, 알루미늄옥사이드, 알루미늄나이트라이드, 티타늄옥사이드 또는 티타늄나이트라이드 등의 무기물이나, 폴리이미드, 폴리에스테르, 아크릴 등의 유기물을 함유할 수 있고, 예시한 재료들 중 복수의 적층체로 형성될 수 있다.
버퍼층(112) 상에는 박막트랜지스터(TFT)가 위치한다. 박막트랜지스터(TFT)는 비정질실리콘, 다결정실리콘 또는 유기반도체물질을 포함하는 반도체층(A), 게이트전극(G), 소스전극(S) 및 드레인전극(D)을 포함한다.
반도체층(A)의 상부에는 게이트전극(G)이 배치되는데, 이 게이트전극(G)에 인가되는 신호에 따라 소스전극(S)과 드레인전극(D)이 전기적으로 연결된다. 게이트전극(G)은 예컨대 알루미늄(Al), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 금(Au), 니켈(Ni), 네오디윰(Nd), 이리듐(Ir), 크롬(Cr), 리튬(Li), 칼슘(Ca), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 구리(Cu) 중 하나 이상의 물질을 포함할 수 있으며, 단층 또는 다층 구조를 가질 수 있다. 이때 반도체층(A)과 게이트전극(G)의 절연성을 확보하기 위하여, 실리콘옥사이드, 실리콘나이트라이드 또는 실리콘옥시나이트라이드 등과 같은 무기물으로 형성되는 게이트절연층(113)이 반도체층(A)과 게이트전극(G) 사이에 개재될 수 있다.
게이트전극(G)의 상부에는 층간절연층(114)이 배치될 수 있는데, 이는 실리콘옥사이드, 실리콘나이트라이드 또는 실리콘옥시나이트라이드 등과 같은 무기물로 단층 또는 다층구조를 갖도록 형성될 수 있다.
층간절연층(114)의 상부에는 소스전극(S) 및 드레인전극(D)이 배치된다. 소스전극(S) 및 드레인전극(D)은 층간절연층(114)과 게이트절연층(113)에 형성되는 컨택홀을 통하여 반도체층(A)에 각각 전기적으로 연결된다. 소스전극(S) 및 드레인전극(D)은 도전성 등을 고려하여 예컨대 알루미늄(Al), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 금(Au), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd), 이리듐(Ir), 크롬(Cr), 리튬(Li), 칼슘(Ca), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 구리(Cu) 중 하나 이상의 물질을 포함할 수 있으며, 단층 또는 다층 구조를 가질 수 있다.
이러한 구조의 박막트랜지스터(TFT) 등의 보호를 위해 박막트랜지스터(TFT)를 덮는 보호막(미도시)이 배치될 수 있다. 보호막은 예컨대 실리콘옥사이드, 실리콘나이트라이드 또는 실리콘옥시나이트라이드 등과 같은 무기물로 형성될 수 있다. 이러한 보호막은 단층일 수도 있고 다층일 수도 있다.
박막트랜지스터(TFT) 상에는 평탄화층(115)이 배치될 수 있다. 예컨대 도 2에 도시된 것과 같이 박막트랜지스터(TFT) 보다 높은 위치에 유기발광소자(OLED)가 배치될 경우, 평탄화층(115)은 박막트랜지스터(TFT)를 덮어 박막트랜지스터(TFT)에 의한 굴곡을 평탄화하는 역할을 할 수 있다. 이러한 평탄화층(115)은 예컨대 아크릴, BCB(Benzocyclobutene) 또는 HMDSO(hexamethyldisiloxane) 등과 같은 유기물을 포함할 수 있다. 도 2에서는 평탄화층(115)이 단층으로 도시되어 있으나, 다층일 수도 있는 등 다양한 변형이 가능하다. 물론 본 실시예에 따른 디스플레이 장치(100)는 보호막과 평탄화층(115)을 모두 가질 수도 있고 필요에 따라 평탄화층(115)만을 가질 수도 있다.
이와 같은 디스플레이 기판(110) 상에는 화소전극(121), 대향전극(150) 및 그 사이에 개재되며 발광층을 포함하는 중간층(141)을 갖는 유기발광소자(OLED)가 배치된다. 구체적으로, 평탄화층(115)에는 박막트랜지스터(TFT)의 소스전극(S) 및 드레인전극(D) 중 적어도 어느 하나를 노출시키는 개구부가 존재하며, 이 개구부를 통해 소스전극(S) 및 드레인전극(D) 중 어느 하나와 컨택하여 박막트랜지스터(TFT)와 전기적으로 연결되는 화소전극(121)이 평탄화층(115) 상에 배치된다.
화소전극(121)은 (반)투명 전극 또는 반사형 전극일 수 있다. 화소전극(121)이 (반)투명 전극일 경우에는 예컨대 ITO, IZO, ZnO, In2O3, IGO 또는 AZO를 포함할 수 있다. 화소전극(121)이 반사형 전극일 때에는 Ag, Mg, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr 및 이들의 화합물 등으로 형성된 반사막과, ITO, IZO, ZnO, In2O3, IGO 또는 AZO로 형성된 층을 가질 수 있다. 물론 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고 화소전극(121)은 다양한 재질을 포함할 수 있으며, 그 구조 또한 단층 또는 다층이 될 수 있는 등 다양한 변형이 가능하다.
평탄화층(115) 상부에는 화소정의막(130)이 배치될 수 있다. 화소정의막(130)은 적어도 화소전극(121)의 중앙부가 노출되도록 하는 개구를 가짐으로써 화소를 정의하는 역할을 한다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같은 경우, 화소정의막(130)은 화소전극(121)의 가장자리를 덮음으로써, 화소전극(121)의 가장자리와 화소전극(121) 상부의 대향전극(150)과의 사이의 거리를 증가시켜 화소전극(121)의 가장자리에서 아크 등이 발생하는 것을 방지하는 역할을 한다. 이와 같은 화소정의막(130)은 예컨대 폴리이미드 또는 HMDSO(hexamethyldisiloxane) 등과 같은 유기물을 포함할 수 있다.
유기발광소자(OLED)의 중간층(141)은 발광층을 포함한다. 발광층은 소정의 색상의 빛을 방출하는 고분자 또는 저분자 유기물을 포함할 수 있다. 또한, 중간층(141)은 홀 수송층(HTL: Hole Transport Layer), 홀 주입층(HIL: Hole Injection Layer), 전자 수송층(ETL: Electron Transport Layer), 전자 주입층(EIL: Electron Injection Layer) 중 적어도 어느 하나의 기능층을 포함할 수 있다. 이와 같은 기능층은 유기물질을 포함할 수 있다.
대향전극(150)은 복수개의 유기발광소자(OLED)들에 있어서 일체(一體)로 형성되어 복수 개의 화소전극(121)들에 대응할 수 있다. 이러한 대향전극(150)은 (반)투명 전극 또는 반사형 전극일 수 있다. 대향전극(150)이 (반)투명 전극일 때에는 일함수가 작은 금속 즉, Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Al, Ag, Mg 및 이들의 화합물로 형성된 층과 ITO, IZO, ZnO 또는 In2O3 등의 (반)투명 도전층을 가질 수 있다. 대향전극(150)이 반사형 전극일 때에는 Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Al, Ag, Mg 및 이들의 화합물로 형성된 층을 가질 수 있다. 물론 대향전극(150)의 구성 및 재료가 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 변형이 가능함은 물론이다.
봉지기판(160)은 디스플레이 기판(110) 상에 배치될 수 있다. 봉지기판(160)은 일 실시예로 투명 절연 기판으로, 유리 기판, 석영 기판, 투명 수지 기판 등일 수 있다. 봉지기판(160)과 디스플레이 기판(110) 사이에서 봉지기판(160)과 디스플레이 기판(110)의 가장자리에는 실링(sealing) 부재가 배치되어 봉지기판(160)과 디스플레이 기판(110)을 합착시킬 수 있다. 이에 의해, 유기발광소자(OLED) 등이 위치하는 디스플레이 장치(100)의 내부 공간을 밀봉하여, 외부의 산소 및 수분의 침투를 차단시킬 수 있다.
대향전극(150)과 봉지기판(160) 사이의 공간에는 충전재(151)가 배치될 수 있다. 충전재(151)는 충격 등에 의한 디스플레이 장치(100)의 파손을 방지하고, 디스플레이 장치(100)의 기구적 안정성을 확보하도록 할 수 있다. 충전재(151)는 탄성력과 접착성을 동시에 갖는 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 충전재(151)는 실록산(Siloxane) 가교 반응을 포함하는 실리콘계 수지로, 예를 들어 폴리메틸트리플루오로프로필 실록산(polymethyltrifluoropropyl siloxane), 폴리메틸비닐 실록산(polymethylvinyl-siloxane) 등을 포함하는 실리콘계 수지로 형성될 수 있다. 다른 예로, 대향전극(150)과 봉지기판(160) 사이의 공간에는 특별한 구성이 배치되지 않을 수 있다. 이와 같은 경우는, 대향전극(150)과 봉지기판(160) 사이의 공간에는 공기층이 배치된 것을 의미한다.
봉지기판(160)의 상면에는 회절격자층(170)이 배치될 수 있다. 회절격자층(170)은 서로 일정간격 이격된 복수의 회절 패턴(171)들을 포함하고, 유기발광소자(OLED)에서 방출된 광의 진행 경로 상에 배치되어, 방출된 광을 회절 시킴으로써 유기발광소자(OLED)의 발광 면적을 확대시킬 수 있다. 또한, 복수의 회절 패턴(171)들 각각은 서로 다른 재질로 이루어진 하층(171a)과 상층(171b)의 적층 구조를 가짐으로써, 회절 패턴(171)의 형성시 봉지기판(160)의 표면에 요철 등이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 유기발광소자(OLED)에서 방출된 광이 회절격자층(170)에 의해 회절시, 요철 등에 의해 광경로가 변경되는 것을 방지할 수 있다.
도 3은 도 1의 디스플레이 장치의 회절격자층의 일 예를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 4는 도 1의 디스플레이 장치의 회절 격자층에 의한 발광영역 확대를 설명하기 위한 모식도이다.
먼저 도 3을 참조하면, 봉지기판(160)의 상면(160u)에 배치된 회절격자층(170)은 복수의 회절 패턴(171)들을 포함한다. 복수의 회절 패턴(171)들 각각은 봉지기판(160)의 상면(160u)으로부터 외부로 돌출되며, 서로 동일한 형상을 가질 수 있다. 일 예로, 복수의 회절 패턴(171)들 각각은 원기둥 형상을 가질 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 복수의 회절 패턴(171)들 각각은 사각 기둥 등 다양한 형상을 가질 수 있다.
복수의 회절 패턴(171)들 각각은 서로 일정간격 이격될 수 있다. 즉, 복수의 회절 패턴(171) 각각은 봉지기판(160)의 상면(160u)에서 제1방향(X)과 제2방향(Y)을 따라 동일한 주기(DP1)를 가지고 배치될 수 있다. 제1방향(X)과 제2방향(Y)은 서로 수직한 방향일 수 있다. 또한, 주기(DP1)는 어느 하나의 회절 패턴(171)의 일측에서부터 이웃하는 회절 패턴(171)의 동일한 위치인 일측까지의 거리를 의미한다. 또는, 주기(DP1)는 어느 하나의 회절 패턴(171)의 중심과 이웃하는 회절 패턴(171)의 중심 사이의 거리로 이해될 수도 있다.
이와 같은 복수의 회절 패턴(171)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 유기발광소자(OLED)에서 발생된 광의 발광 영역을 증가시킬 수 있다.
이하에서는, 유기발광소자(OLED)로부터 출사된 광(L1)에 의해 제1 영역(TA1)에 생성된 발광 패턴을 제1 발광 패턴(EP1)이라고 정의하고, 회절격자층(170)을 통과한 광(L2a, L2b, L2c)에 의해, 제2 영역(TA2)에 생성된 발광 패턴을 제2 발광 패턴(EP2)이라고 정의한다. 제1 영역(TA1)은 봉지기판(160)의 하부에 위치한 임의의 영역일 수 있으며, 제2 영역(TA2)은 회절격자층(170)의 상부에 위치한 영역일 수 있다. 또한, 유기발광소자(OLED)로부터 출사된 광(L1)을 '출사광'이라 지칭하며, 회절격자층(170)을 통과한 광(L2a, L2b, L2c)을 '회절광'으로 지칭하기로 한다.
출사광(L1)은 충전재(151) 및 봉지기판(160)을 통과하여 회절격자층(170)에 제공될 수 있다. 이때, 충전재(151)와 봉지기판(160)의 굴절율에 의해, 출사광(L1)은 제1입사각(θ1)을 가지고 충전재(151)로 입사될 수 있으며, 제2입사각(θ2)을 가지고 봉지기판(160)으로 입사될 수 있다.
회절격자층(170)은 봉지기판(160)을 통과한 출사광(L1)을 회절 시켜 회절광(L2a, L2b, L2c)을 생성할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의상 제1 내지 제3 회절광(L2a, L2b, L2c)을 대상으로 설명한다.
제1 내지 제3 회절광(L2a, L2b, L2c)은 각각 0차(order) 및 1차 회절 광을 포함할 수 있다. 여기서, 0차 회절 광은 회절격자층(170)에 의해 회절되기 전과 후의 광 경로가 동일한 광을 의미한다. 또한, 1차 회절 광은 광 경로가 회절격자층(170)에 의해 변경되되, 0차 회절 광을 기준으로 제2 회절각(θ2)을 갖는 광을 의미한다.
즉, 도면 부호 L2b1, L2a1 및 L2c1은 0차 회절 광이다. 또한, 도면 부호 L2b2, L2b3, L2a2, L2a3, L2c2 및 L2c3는 1차 회절 광이다. 다른 실시예로, 제1 내지 제3 회절 광(L2a, L2b, L2c)은 2차 이상의 회절 광을 더 포함할 수도 있다. 본 명세서에서는 제1 내지 제3 회절 광(L2a, L2b, L2c)이 0차 회절 광 및 1차 회절 광을 포함하는 것으로 예를 들어 설명하기로 한다.
제1 내지 제3 회절 광(L2a, L2b, L2c)은 각각 디스플레이 기판(110)에 수직 방향의 광 경로를 갖는 제1 내지 제3 유효 광(L2a1, L2b3, L2c2)을 포함할 수 있다. 여기서, 수직 방향은 디스플레이 기판(110)을 기준으로 완전히 수직인 경우뿐만 아니라, 실질적으로 수직에 가까운 방향도 포함할 수 있다. 한편, 유효 광은 디스플레이 기판(110)에 수직 방향의 광 경로를 갖는 경우라면, 회절 광의 차수는 제한되지 않는다. 즉, 유효 광은 수직 방향의 광 경로를 갖는 경우라면, 0차 회절 광 및 1차 회절 광을 모두 포함할 수도 있다.
회절격자층(170)은 제1 유기 발광 소자(141)으로부터 출사된 광(L1)을 회절시킴으로써, 제1 내지 제3 유효 광(L2a1, L2b3, L2c2)을 생성할 수 있다. 이에 따라, 제2 발광 패턴(EP2)은 기준 발광 패턴(Pref) 및 기준 발광 패턴(Pref)으로부터 복제된 복수의 복제 발광 패턴(P1 내지 P8)을 포함할 수 있다.
한편, 제1 영역(TA1)과 제2 영역(TA2)은 면적이 동일하다. 이에 반해, 제2 영역(TA2)에 포함되는 발광 패턴의 개수는 제1 영역(TA1)에 포함되는 발광 패턴의 개수보다 많다. 이는 곧, 제2 영역(TA2)의 발광 영역의 면적이 제1 영역(TA1)의 면적보다 넓은 것을 의미한다.
한편, 상기 발광 영역의 면적이 넓은 것은 유효 발광 면적비가 큰 것으로 표현될 수 있다. 유효 발광 면적비는, 일 영역의 면적 대비, 일 영역 내에 존재하는 발광 패턴의 면적의 비로 정의된다. 여기서, 유효 발광 면적비를 계산하기 위한 발광 패턴은 기준 발광 패턴 및 복제 발광 패턴 모두를 포함할 수 있다. 예를 들어 설명하면, 제2 영역(TA2)은 기준 발광 패턴(Pref) 및 복수의 복제 발광 패턴(P1 내지 P8)을 포함하여 9개의 발광 패턴이 존재하는데 반해, 제1 영역(TA1)은 1개의 발광 패턴이 존재한다. 이에 따라, 제2 영역(TA2)의 유효 발광 면적비는 제1 영역(TA1)의 유효 발광 면적비보다 크다.
한편, 유효 발광 면적비는 회절 거리(β)가 길어질 때 대체로 증가할 수 있는데, 회절 거리(β)는 유기발광소자(OLED)에서 방출하는 광의 파장, 충전재(151)의 두께와 굴절율, 봉지기판(160)의 두께와 굴절율, 회절 패턴(171)의 주기(DP1) 등에 의해 영향을 받을 수 있다.
즉, 회절 거리(β)는 아래의 수학식 1로 표현될 수 있다.
여기서, z1은 유기발광소자(OLED)와 봉지기판(160) 사이의 최단 거리를 의미하며, z2는 충전재(151)과 회절격자층(170) 사이의 최단 거리를 의미한다. 즉, z2는 봉지기판(160)의 두께로도 정의될 수 있다. 전술한 바와 같이, θ1 및 θ2는 각각 충전재(151)와 봉지기판(160)으로의 입사각도를 의미하며 이는 하기 수학식 2 및 수학식 3으로 각각 표현될 수 있다.
여기서, λ는 유기발광소자(OLED)에서 방출하는 광의 파장을 의미하고, n151은 충전재(151)의 굴절율을 의미한다.
여기서 nEN은 봉지기판(160)의 굴절율을 의미한다.
상기 수학식 1에 θ1 및 θ2를 대입하면, 회절 거리(β)는 아래의 수학식 4로 표현될 수 있다.
일 실시예로, 충전재(151) 대신, 봉지기판(160)과 유기발광소자(OLED) 사이에 다른 구성이 존재하는 경우라면, 수학식 4의 n151는 상기 다른 구성의 굴절율로 치환될 수 있다. 다른 실시예로, 봉지기판(160)과 유기발광소자(OLED) 사이에 공기층이 존재하는 경우라면, 수학식 4의 n151은 공기의 굴절율로 치환될 수 있다.
또 다른 실시예로, 충전재(151)의 두께가 무시할 수 있을 정도로 작은 경우라면, 유기발광소자(OLED)와 회절격자층(170) 사이의 최단 거리는 봉지기판(160)의 두께로 근사화될 수 있으므로, 이 경우 회절 거리(β')는 아래의 수학식 5로도 간단히 표현될 수 있다.
다시 말해, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치(도 1의 100)는 유기발광소자(OLED)의 발광 색, 봉지기판(160)의 두께 및 굴절율, 회절 패턴(171)의 주기(DP1) 등을 조절함으로써 회절 거리(β)를 제어할 수 있고, 이에 의해 디스플레이 장치(도 1의 100)의 유효 발광 면적비를 증가시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 디스플레이 장치(도 1의 100)를 헤드 마운트 디스플레이 장치에 사용할 때, 렌즈에 의해 이미지를 확대하더라도 모기장 효과가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 복수의 회절 패턴(171)들 각각은 제1 무기재질을 포함하는 하층(171a)과 제2 무기재질을 포함하는 상층(171b)의 적층 구조를 가진다. 제1 무기재질과 제2 무기재질은 서로 상이하다.
제1 무기재질은 봉지기판(160)과의 식각 선택비가 크고, 우수한 투과율을 가지는 ITO, IZO 및 ITZO 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 제2 무기재질은 제1 무기재질과의 식각 선택비가 큰 실리콘 함유 무기물일 수 있다. 예를 들어, 제2 무기재질은 실리콘옥사이드, 실리콘나이트라이드 및 실리콘옥시나이트라이드 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
이와 같이 복수의 회절 패턴(171)들 각각이 서로 다른 재질로 이루어진 하층(171a)과 상층(171b)의 적층 구조를 가지면, 회절 패턴(171)의 형성시 봉지기판(160)의 표면에 요철 등이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 유기발광소자(OLED)에서 방출된 광이 회절격자층(170)에 의해 회절시, 요철 등에 의해 광경로가 변경되는 것을 방지하여, 복제 발광 패턴의 형상이 불량해 지는 것을 방지할 수 있다.
도 5는 도 1의 디스플레이 장치를 포함하는 헤드 마운트 디스플레이 장치의 일 예를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5를 참조하면, 헤드 마운트 디스플레이 장치(10)는 렌즈부(12) 및 렌즈부(12)로 이미지를 제공하는 디스플레이 장치(100)를 포함할 수 있다. 또한, 헤드 마운트 디스플레이 장치(10)는 카메라, 적외선 센서, 신호 처리부 및 사용자의 머리에 장착될 수 있는 형태의 프레임 등을 더 포함할 수 있다.
렌즈부(12)는 디스플레이 장치(100)와 사용자 사이에 배치되어, 디스플레이 장치(100)로부터 제공되는 이미지를 확대할 수 있다. 이와 같은 렌즈부(12)는 가상 현실을 구현하기 위해 불투명 렌즈로 구성되거나, 증강 현실을 구현하기 위해 투명 렌즈 또는 반투명 렌즈로 구성될 수 있다.
디스플레이 장치(100)는 전술한 바와 같이, 봉지기판(160) 상에 배치되는 회절격자층(170)을 포함한다. 회절격자층(170)은 서로 일정 간격 이격된 회절 패턴(171)들을 포함함으로써, 유기발광소자(OLED)로부터 출사된 광의 유효 발광 면적을 증가시킬 수 있다. 또한, 회절 패턴(171)들 각각은 서로 다른 무기재질로 이루어진 하층(171a)과 상층(171b)의 적층 구조를 가짐으로써, 봉지기판(160)의 상면(160u)이 손상되는 것을 방지하는바, 회절격자층(170)을 통과하며 형성된 복제 발광 패턴의 형상이 균일할 수 있다.
따라서, 디스플레이 장치(100)에서 표시되는 이미지를 렌즈부(12)에 의해 확대하더라도 사용자는 디스플레이 장치(100)의 비발광 영역을 쉽게 인지하지 못하게 되는바, 헤드 마운트 디스플레이 장치(10)의 구동시 모기장 효과를 개선하며 고품질의 이미지를 제공할 수 있다.
도 6 내지 도 9는 도 1의 디스플레이 장치의 제조 방법을 개략적으로 도시한 단면도들이다.
먼저, 도 6에 도시된 바와 같이, 디스플레이 기판(110) 상에 유기발광소자(OLED)를 형성한 다음, 디스플레이 기판(110)과 봉지기판(160)을 합착한다. 이때, 디스플레이 기판(110)에는 전술한 바와 같이 유기발광소자(OLED)와 전기적으로 연결된 박막 트랜지스터(TFT) 등이 형성된 상태일 수 있다.
디스플레이 기판(110)과 봉지기판(160)의 합착은, 디스플레이 기판(110) 또는 봉지기판(160)의 가장자리에 실링(sealing) 부재를 도포한 다음, 디스플레이 기판(110)과 봉지기판(160) 사이에 유기발광소자(OLED)가 위치하도록 유기발광소자(OLED) 상에 봉지기판(160)을 배치하고, 실링(sealing) 부재를 경화시켜 수행될 수 있다. 또한, 디스플레이 기판(110)과 봉지기판(160)의 합착시, 대향전극(150)과 봉지기판(160) 사이의 공간은 충전재(151)에 의해 채워질 수 있다.
한편, 화소정의막(130)은 유기발광소자(OLED)의 화소전극(121)의 중앙부를 노출하도록 형성되며, 노출된 화소전극(121) 상에는 유기발광층을 포함하는 중간층(141)을 형성한다. 또한, 대향전극(150)은 복수 개의 화소전극(121)들에 대응하도록 복수개의 유기발광소자(OLED)들에 걸쳐 일체(一體)로 형성될 수 있다.
디스플레이 기판(110)과 봉지기판(160)을 합착한 후에는, 봉지기판(160)의 상면에 회절격자층(170)을 형성한다.
구체적으로, 봉지기판(160)의 상면 전체에 순차적으로 제1층(172a)과 제2층(172b)을 순차적으로 형성한다. 제1층(172a)은 제1 무기재질로 형성될 수 있으며, 제2층(172b)은 제1 무기재질과 상이한 제2 무기재질로 형성될 수 있다. 일 예로, 제1 무기재질은 ITO, IZO 및 ITZO 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 제2 무기재질은 실리콘옥사이드, 실리콘나이트라이드 및 실리콘옥시나이트라이드 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
제2층(172b) 상에는 감광막(PR)을 형성하고, 이를 패터닝하여 개구(OP)를 형성한다.
이어서, 도 7에 도시된 바와 같이, 개구(OP)를 포함하는 감광막(PR)을 마스크로 사용하여 제2층(172b)을 패터닝함으로써 회절 패턴(도 9의 171)의 상층(171b)을 형성한다. 일 예로, 제2층(172b)은 건식 식각 공정에 의해 식각될 수 있다. 한편, 제1 무기재질과 제2 무기재질은 식각 선택비가 크기 때문에, 제2층(172b)의 식각시 제1층(172a)은 식각되지 않는다. 이는 제1층(172a)을 ITO로 형성하고, 제2층(172b)을 실리콘옥사이드로 형성한 후, 제2층(172b)을 식각한 결과를 나타내는 도 8로부터 명확하게 알 수 있다. 즉, 제1층(172a)은 제2층(172b)의 식각시 에칭 스토퍼로 기능할 수 있다. 따라서, 상층(171b)의 형성과정 중, 봉지기판(160)의 상면(160u)이 손상되지 않는다.
다음으로, 도 9에 도시된 바와 같이, 상층(171b)을 마스크로 사용하여 제1층(172a)을 식각함으로써, 회절 패턴(171)의 하층(171a)을 형성한다. 일 예로, 제1층(172ab)은 습식 식각 공정에 의해 식각될 수 있다. 한편, 유리 재질 등으로 형성되는 봉지기판(160)은 실리콘옥사이드 등으로 형성되는 상층(171b)과 동일한 성분을 가지고 있으므로, 하층(171a)의 형성을 위한 제1층(172a)의 식각시 봉지기판(160)의 상면(160u)은 식각 공정 중에 손상되지 않을 수 있다. 따라서, 회절 패턴(171)의 형성에 의해 봉지기판(160)의 상면(160u)이 손상되지 않을 수 있다. 즉, 봉지기판(160)의 상면(160u)에 식각 공정에 의한 요철 등이 형성되지 않으므로, 유기발광소자(OLED)에서 방출된 광이 회절격자층(170)에 의해 회절시 요철 등에 의해 광경로가 변경되는 것이 방지되어, 유기발광소자(OLED)에서 방출된 광이 회절격자층(170)을 통과할 때 균일한 형상의 복제 발광 패턴이 형성될 수 있다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
Claims (20)
- 디스플레이 기판;
상기 디스플레이 기판 상에 배치된 발광소자;
상기 발광소자 상에 배치되고, 상기 디스플레이 기판과 합착하는 봉지기판; 및
상기 봉지기판의 상면에 배치된 회절격자층;을 포함하고,
상기 회절격자층은 서로 일정간격 이격된 복수의 회절 패턴들을 포함하며,
상기 복수의 회절 패턴들 각각은 서로 다른 재질을 포함하는 하층과 상층의 적층구조를 가지는 디스플레이 장치. - 제1항에 있어서,
상기 상층은 상기 봉지기판과 동일한 성분을 포함하는 디스플레이 장치. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 회절 패턴들은 서로 수직한 방향으로 교차하는 제1방향과 제2방향을 따라 동일한 주기를 가지고 배치되는 디스플레이 장치. - 제1항에 있어서,
상기 하층과 상기 상층은 서로 다른 무기재질을 포함하는 디스플레이 장치. - 제4항에 있어서,
상기 하층은 ITO, IZO 및 ITZO 중 적어도 어느 하나를 포함하는 디스플레이 장치. - 제4항에 있어서,
상기 상층은 실리콘옥사이드, 실리콘나이트라이드 및 실리콘옥시나이트라이드 중 적어도 어느 하나를 포함하는 디스플레이 장치. - 제1항에 있어서,
상기 발광소자에서 발생된 광은 상기 회절격자층을 통과하며 발광영역이 확대되는 디스플레이 장치. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 회절 패턴들은 상기 발광소자로부터 출사되는 광을 회절시켜 기준 발광 패턴 및 복수의 복제 발광 패턴들을 생성하는 디스플레이 장치. - 제1항에 있어서,
상기 디스플레이 기판은 상기 발광소자와 전기적으로 연결된 박막 트랜지스터를 포함하는 디스플레이 장치. - 제9항에 있어서,
상기 발광소자는 상기 박막 트랜지스터와 전기적으로 연결된 화소전극, 상기 화소전극 상의 대향전극, 및 상기 화소전극과 상기 대향전극 사이에 개재되며 발광층을 포함하는 중간층을 갖는 유기발광소자인 디스플레이 장치. - 디스플레이 기판 상에 발광소자를 형성하는 단계;
상기 발광소자 상에 봉지기판을 위치시키고, 상기 디스플레이 기판과 상기 봉지기판을 합착하는 단계; 및
상기 봉지기판의 상면에 회절격자층을 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 회절격자층을 형성하는 단계는,
상기 봉지기판의 상면 전체에 서로 다른 재질로 이루어진 제1층과 제2층을 순차적으로 형성하는 단계;
개구를 포함하는 감광막을 사용하여 상기 제2층을 패터닝하여 상기 회절격자층의 상층을 형성하는 단계; 및
패터닝된 상기 제2층을 마스크로 사용하여 상기 제1층을 패터닝하여 상기 회절격자층의 하층을 형성하는 단계;를 포함하는 디스플레이 장치의 제조 방법. - 제11항에 있어서,
상기 상층과 상기 하층은 상기 회절격자층의 회절 패턴들을 이루고, 상기 회절 패턴들은 서로 일정간격 이격되도록 형성되는 디스플레이 장치의 제조 방법. - 제11항에 있어서,
상기 제1층과 상기 제2층은 서로 다른 무기재질을 포함하는 디스플레이 장치의 제조 방법. - 제13항에 있어서,
상기 제2층은 상기 봉지기판과 동일한 성분을 포함하는 디스플레이 장치의 제조 방법. - 제13항에 있어서,
상기 제1층은 ITO, IZO 및 ITZO 중 적어도 어느 하나를 포함하는 디스플레이 장치의 제조 방법. - 제13항에 있어서,
상기 제2층은 실리콘옥사이드, 실리콘나이트라이드 및 실리콘옥시나이트라이드 중 적어도 어느 하나를 포함하는 디스플레이 장치의 제조 방법. - 제11항에 있어서,
상기 디스플레이 기판은 상기 발광소자와 전기적으로 연결된 박막 트랜지스터를 포함하고,
상기 발광소자는 상기 박막 트랜지스터와 전기적으로 연결된 화소전극, 상기 화소전극 상의 대향전극, 및 상기 화소전극과 상기 대향전극 사이에 개재되며 발광층을 포함하는 중간층을 갖는 유기발광소자인 디스플레이 장치의 제조 방법. - 제17항에 있어서,
상기 대향전극과 상기 봉지기판 사이의 공간에는 충전재가 형성되는 디스플레이 장치의 제조 방법. - 제11항에 있어서,
상기 제2층은 건식 식각에 의해 패터닝되고, 상기 제1층은 습식 식각에 의해 패터닝되는 디스플레이 장치의 제조 방법. - 제19항에 있어서,
상기 제2층의 식각시, 상기 제1층은 식각되지 않는 디스플레이 장치의 제조 방법.
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