KR20200042140A

KR20200042140A - 스트레쳐블 표시장치

Info

Publication number: KR20200042140A
Application number: KR1020180122320A
Authority: KR
Inventors: 박종현
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2018-10-15
Filing date: 2018-10-15
Publication date: 2020-04-23

Abstract

본 출원은 미세한 다수 개의 표시 소자들을 신축성이 우수한 매체로 연결함으로써 형상을 자유롭게 변경할 수 있는 스트레쳐블 표시장치에 관한 것이다. 본 출원에 의한 스트레쳐블 표시장치는, 하부 신축 기판, 강성 기판들, 연결 배선들, 단위 화소, 무기 보호막, 그래핀 층 그리고 상부 신축 기판을 포함한다. 강성 기판들은, 하부 신축 기판 위에 일정 간격으로 배열된다. 연결 배선들은, 하부 신축 기판과 강성 기판 위에 배치된다. 단위 화소는, 강성 기판 각각 위에 배치된다. 무기 보호막은, 단위 화소별로 강성 기판 각각을 덮는다. 그래핀 층은, 무기 보호막 및 연결 배선 위에 적층된다. 상부 신축 기판은, 그래핀 층 위에 적층된다.

Description

스트레쳐블 표시장치{Stretchable Display}

본 출원은 미세한 다수 개의 표시 소자들을 신축성이 우수한 매체로 연결함으로써 형상을 자유롭게 변경할 수 있는 스트레쳐블 (Stretchable) 표시장치, 혹은 자유 형상 (Free Shape or Free Form) 표시장치에 관한 것이다. 특히, 본 출원은 밀봉 기능과 신축 기능을 동시에 보완한 스트레쳐블 전계발광 표시장치 혹은 자유 형상 전계발광 표시장치에 관한 것이다.

정보화 사회가 발전함에 따라 영상을 표시하기 위한 표시장치에 대한 요구가 다양한 형태로 증가하고 있다. 이에 따라, 최근에는 액정 표시장치(LCD: Liquid Crystal Display), 전계발광 표시장치(EL: Electroluminescence Display), 양자점 표시장치(QD: Quantum Dot Display)와 같은 여러 가지 표시장치가 활용되고 있다.

표시장치들 중에서 전계발광 표시장치는 자체 발광형으로서, 시야각, 대조비 등이 우수하며, 별도의 백 라이트가 필요하지 않아 경량 박형이 가능하며, 소비 전력이 유리한 장점이 있다. 특히, 전계발광 표시장치 중 유기발광 표시장치는 직류 저전압 구동이 가능하고, 응답 속도가 빠르며, 제조 비용이 저렴한 장점이 있다.

전계발광 표시장치는 다수 개의 전계발광 다이오드를 포함한다. 전계발광 다이오드는, 애노드 전극, 애노드 전극 상에 형성되는 발광층, 그리고 발광층 위에 형성되는 캐소드 전극을 포함한다. 애노드 전극에 고전위 전압이 인가되고 캐소드 전극에 저전위 전압이 인가되면, 애노드 전극에서는 정공이 캐소드 전극에서는 전자가 각각 발광층으로 이동된다. 발광층에서 정공과 전자가 결합할 때, 여기 과정에서 여기자(exiton)가 형성되고, 여기자로부터의 에너지로 인해 빛이 발생한다. 전계발광 표시장치는, 뱅크에 의해 개별적으로 구분되는 다수 개의 전계발광 다이오드의 발광층에서 발생하는 빛의 양을 전기적으로 제어하여 영상을 표시한다.

특히, 유기발광 다이오드 표시장치는, 구성 요소들을 유기물질로 형성함으로써, 유기 물질이 갖는 특성 중 하나인 "플렉서블(Flexible; 유연한)" 즉, 자유롭게 구부릴 수 있다는 장점을 갖는다. 이러한 장점을 이용하여, 유기발광 다이오드 표시장치는 웨어러블(warable) 표시장치와 같이 신체의 곡선을 따라 구부러진 표면에 장착 가능한 표시장치로 개발되고 있다. 또한, 대형 표시장치의 경우에도, 곡면형상을 갖는 표시장치로 개발하거나, 두루마리 형식으로 말아서 보관하는 표시장치로 개발하기도 한다.

하지만, 지금까지 개발된 플렉서블 표시장치는 기본적으로 장방형의 판상 구조를 가지며, 이를 어느 정도의 반경을 갖고 구부리거나 둥글게 말아서 휴대할 수 있는 정도의 유연성만을 부여할 수 있다. 따라서, 웨어러블 표시장치로 개발하는 데에는 한계가 있다. 천이나 직물과 같이 형태의 변경이 자유로운 실질적인 웨어러블 표시장치로 개발하기 위해서는 형태 변경의 자유도(Degree of Freedom)을 더 높인 자유 형상 표시장치의 개발이 필요하다. 자유 형상을 구현하기 위해서는 먼저 표시장치가 사방으로 자유롭게 신축 가능한 스트레쳐블 표시장치의 개발이 선행 되어야 한다.

표시장치에 우수한 신축성을 부여하여 여러 번 접거나 구부릴 경우, 외력에 의해 표시장치의 보호층들이 손상될 위험에 쉽게 노출된다. 유기발광 표시장치의 경우, 보호층이 손상되면 외부로부터 수분이 침투하여 표시 소자가 손상될 수 있다. 따라서, 스트레쳐블 전계발광 표시장치의 경우, 우수한 신축성과 함께 우수한 보호 기능을 확보할 수 있어야 한다.

본 출원의 목적은 상기 종래 기술의 문제점들을 해결하고자 안출 된 발명으로써, 직물 혹은 옷감과 같이 반복하여 접거나, 뭉치거나 구부려도 표시 기능을 유지할 수 있는 스트레쳐블 전계발광 표시장치를 제공하는 데 있다. 본 출원의 다른 목적은, 표시 소자가 형성된 강성부에서는 밀봉 기능을 보완하고, 연결 배선이 배치된 신축부에서는 밀봉 기능과 함께 신축성을 더 확보한 스트레쳐블 전계발광 표시장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 출원에 의한 스트레쳐블 전계발광 표시장치는, 하부 신축 기판, 강성 기판들, 연결 배선들, 단위 화소, 무기 보호막, 그래핀 층 그리고 상부 신축 기판을 포함한다. 강성 기판들은, 하부 신축 기판 위에 일정 간격으로 배열된다. 연결 배선들은, 하부 신축 기판과 강성 기판 위에 배치된다. 단위 화소는, 강성 기판 각각 위에 배치된다. 무기 보호막은, 단위 화소별로 강성 기판 각각을 덮는다. 그래핀 층은, 무기 보호막 및 연결 배선 위에 적층된다. 상부 신축 기판은, 그래핀 층 위에 적층된다.

일례로, 단위 화소는 적어도 세 개의 서브 화소들을 포함한다. 각 서브 화소는, 스위칭 박막 트랜지스터, 구동 박막 트랜지스터 그리고 전계발광 소자를 포함한다. 구동 박막 트랜지스터는, 스위칭 박막 트랜지스터에 연결된다. 전계발광 소자는, 구동 박막 트랜지스터에 연결된다.

일례로, 전계발광 소자는, 구동 박막 트랜지스터에 연결된 애노드 전극, 애노드 전극 위에 적층된 유기발광 층 그리고 유기발광 층 위에 적층된 캐소드 전극을 포함한다.

일례로, 전계발광 소자 위에 적층된 인캡층, 그리고 인캡층 위에서 각 서브 화소별로 배치된 칼라 필터층을 더 포함한다.

일례로, 무기 보호막은, 칼라 필터층 위에 적층되며, 전계발광 소자의 측면 및 상부 표면과 접촉하여 단위 화소별로 밀봉한다.

일례로, 연결 배선들은, 강성 기판들 사이에서 'S'자 형상으로 적어도 1회 이상 구부러진 곡선 구조를 갖는다.

일례로, 그래핀 층과 상부 신축 기판은, 감압 접착층으로 합착된다.

일례로, 강성 기판 사이에서 연기 배선들을 덮는 유연 매질을 더 포함한다. 그래핀 층은, 무기 보호막 및 유연 매질 상부 층에 합착된다.

일례로, 무기 보호막의 상부 표면은, 유연 매질의 상부 표면보다 높은 높이를 갖는다. 그래핀 층은, 무기 절연막과 유연 매질 사이의 높이 차이로 인해 굴곡진 표면에 의해 밀착된다.

일례로, 강성 기판들 사이에 배치된, 하부 신축 기판, 상부 신축 기판 및 그래핀 층은 적어도 15% 이상의 신축율을 갖는다.

본 출원에 의한 스트레쳐블 표시장치는, 다수 개의 강성부들, 신축부들, 표시소자, 연결 배선 그리고 그래핀 층을 포함한다. 강성부들은, 일정 간격으로 이격되어 배치된다. 신축부들은, 강성부들 사이에 배치된다. 표시 소자는, 강성부 각각에 배치된다. 연결 배선은, 신축부들에 배치되어 표시 소자들을 연결한다. 그래핀 층은, 강성부와 신축부 상부 표면에 합착된다.

일례로, 강성부와 신축부의 하부 표면에 합착된 하부 신축 기판, 그리고 그래핀 층의 상부 표면에 합착된 상부 신축 기판을 더 포함한다.

일례로, 강성부는, 하부 신축 기판 위에 배치된 강성 기판, 강성 기판 위에 형성된 표시 소자, 표시 소자의 측면과 상부 표면을 덮는 무기 보호막, 무기 보호막 위에 합착된 그래핀 층, 그리고 그래핀 층 위에 합착된 상부 신축 기판을 포함한다.

일례로, 신축부는, 하부 신축 기판 위에 배치된 연결 배선, 연결 배선 위에 합착된 그래핀 층, 그리고 그래핀 층 위에 합착된 상부 신축 기판을 포함한다.

일례로, 연결 배선과 그래핀 층 사이에 개재된 유연 매질을 더 포함한다.

본 출원은 접거나, 반복하여 구부리거나, 심지어는 구겨도 표시 기능을 정상적으로 유지하는 스트레쳐블 전계발광 표시장치를 제공한다. 본 출원에 의한 스트레쳐블 전계발광 표시장치는, 접어진 상태에서 혹은 구부러진 상태에서 원상 복구되지 않더라도, 표시 기능을 정상적으로 유지한다. 본 출원에 의한 스트레쳐블 전계발광 표시장치는 형태 변경의 자유도가 매우 높아서, 웨어러블 표시장치로 응용하는 데 장점이 매우 높다. 본 출원은, 의류에 적용하여 사용자가 착용하고 자유롭게 움직이더라도 움직임에 제한을 주지 않고 정상적인 표시 기능을 부여하는 스트레쳐블 전계발광 표시장치를 제공할 수 있다. 본 출원은, 표시 기능을 갖는 강성부에는 밀봉 기능을 보완한 스트레쳐블 전계발광 표시장치를 제공한다. 또한, 이와 동시에 연결 배선이 배치된 신축부에는 밀봉 기능과 더불어 신축 성능을 더 확보한 스트레쳐블 전계발광 표시장치를 제공한다.

도 1은 본 출원에 의한 스트레쳐블 전계발광 표시장치의 구조를 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1의 절취선 I-I'로 자른 단면으로, 본 출원에 의한 스트레쳐블 전계발광 표시장치의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 1의 절취선 II-II'로 자른 단면으로, 본 출원에 의한 스트레쳐블 전계발광 표시장치의 한 단위 화소의 구조를 나타내는 단면도이다.

본 출원의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 출원은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 출원이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 출원은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 출원의 실시 예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 출원이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 출원을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 출원의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

본 명세서에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.

구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.

위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.

시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.

제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.

"X축 방향", "Y축 방향" 및 "Z축 방향"은 서로 간의 관계가 수직으로 이루어진 기하학적인 관계만으로 해석되어서는 아니 되며, 본 출원의 구성이 기능적으로 작용할 수 있는 범위 내에서보다 넓은 방향성을 가지는 것을 의미할 수 있다.

"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제 1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제 1 항목, 제 2 항목 또는 제 3 항목 각각 뿐만 아니라 제 1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미할 수 있다.

본 출원의 여러 실시 예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시 예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.

이하, 도 1 및 2를 참조하여, 본 출원에 의한 스트레쳐블 전계발광 표시장치의 개략적인 구조에 대해 설명한다. 도 1은 본 출원에 의한 스트레쳐블 전계발광 표시장치의 구조를 나타내는 평면도이다. 도 2는 도 1의 절취선 I-I'로 자른 단면으로, 본 출원에 의한 스트레쳐블 전계발광 표시장치의 구조를 나타내는 단면도이다.

먼저, 도 1을 참조하여 본 출원에 의한 스트레쳐블 전계발광 표시장치의 평면 구조에 대해 설명한다. 본 출원에 의한 스트레쳐블 전계발광 표시장치는, 스트레쳐블 유기발광 표시 패널(SED)과 구동부(도시하지 않음)를 구비한다. 스트레쳐블 유기발광 표시 패널(SED)은, 일정 간격으로 이격되어 배치된 다수 개의 강성부(RP)들과 강성부(RP)들 사이에 배치된 신축부(SP)를 포함한다. 강성부(RP)는 표시장치를 구성하는 XY평면 상에서 어느 방향으로도 늘어나거나 줄어들지 않는 고정된 크기를 갖는 영역이다. 하지만, Z축 상에서는 일정 정도 구부러지거나 휘어질 수 있다. 신축부(SP)는 우수한 신축성을 가져 XY 평면 상에서 늘어나거나 줄어들어 크기가 변화하는 영역을 말한다. 특히, 신축부(SP)는 최대 늘어난 정도는 늘어나지 않았을 때와 비교해서, 어느 한 축 상에서 길이가 적어도 15% 이상 신장될 수 있다.

강성부(RP)에는 영상을 표시하는 기본 단위인 단위 화소(UPX)가 배치된다. 예를 들어, 강성부(RP)에는 단위 화소 기판(USU)이 하나씩 배치되어 있고, 단위 화소 기판(USU)에 단위 화소(UPX)가 형성된다. 신축부(SP)에는 단위 화소(UPX)들 사이에서 배선들의 전기적 신호를 연결하는 연결 배선(LIN)들이 배치되어 있다.

단위 화소(UPX)는 적어도 세 개의 서브 화소들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 단위 화소(UPX)는 적색 서브 화소(SPR), 녹색 서브 화소(SPG) 및 청색 서브 화소(SPB)들을 구비할 수 있다. 다른 예로, 도면으로 나타내지 않았지만, 백색 서브 화소를 더 포함하여 네 개의 서브 화소들이 하나의 단위 화소(UPX)를 구성할 수도 있다.

연결 배선(LIN)들은 각 단위 화소 기판(USU)에 배치된 스캔 배선(SL), 데이터 배선(DL), 구동 전류 배선(VDD) 및 기저 배선(VSS)들을 연결하는 배선들이다. 연결 배선(LIN)들은 각 단위 화소 기판(USU)에 배치된 배선들과 함께 형성할 수 있다. 또는, 연결 배선(LIN)들을 먼저 형성하고, 단위 화소 기판(USU)에 배치된 배선들을 나중에 형성하면서, 연결 배선(LIN)들과 접촉하도록 형성할 수도 있다. 각 단위 화소 기판(USU)에 배치된 배선들은 직선 형상을 가질 수 있다. 반면에, 연결 배선(LIN)은 곡선 혹은 지그재그 형상을 가질 수 있다.

신축부(SP)는 XY 평면 상에서 자유롭게 늘어나거나 줄어들 수 있으며, Z축상으로 자유롭게 구부러지거나 뒤틀려질 수 있다. 따라서, 신축부(SP)에 배치되는 연결 배선(LIN)들도 XY 평면상에서 그 길이가 늘어나고 줄어들며, Z축상으로 구부러질 수 있어야 한다. 연결 배선(LIN)들은 금속 재질을 포함하므로, 신축성이 자유롭지 못하다. 금속 재질의 연결 배선(LIN)들을 곡선 형상으로 형성함으로써, 신축성을 부여할 수 있다. 예를 들어, "S"자 형상이 1회 이상 반복된 곡선 형상 또는 지그재그 형상으로 연결 배선(LIN)들을 형성할 경우, XY 평면 상에서 그 길이가 늘어났다 줄었다 하더라도 연결 배선(LIN)이 끊어지지 않는다. 또한, Z축 상으로 구부러지거나 뒤틀어지더라도 끊어지지 않고, 구부러짐 응력 또는 뒤틀림 응력을 흡수할 수 있다.

도 1에서 확대 부분(A)을 참고하여, 본 출원에 의한 스트레쳐블 전계발광 표시 패널의 단위 화소 기판(USU)의 상세 구조를 설명한다. 여기서는, 유기발광 다이오드를 구비한 경우로 설명한다. 본 출원에 의한 단위 화소 기판(USU)에는 스위칭 박막 트랜지스터(ST), 구동 박막 트랜지스터(DT), 보조 용량(Cst) 및 유기 발광다이오드(OLE)가 형성되어 있다.

스위칭 박막 트랜지스터(ST)는 스캔 배선(SL)을 통해 공급된 스캔 신호에 응답하여 데이터 배선(DL)을 통해 공급되는 데이터 신호가 보조 용량(Cst)에 데이터 전압으로 저장되도록 스위칭 동작한다. 구동 박막 트랜지스터(DT)는 보조 용량(Cst)에 저장된 데이터 전압에 따라 전원 배선(VDD)과 기저 배선(VSS) 사이에 구동 전류가 흐르도록 동작한다. 유기발광 다이오드(OLE)는 구동 박막 트랜지스터(DT)에 의해 형성된 구동 전류에 따라 빛을 발광한다.

스위칭 박막 트랜지스터(ST)는 데이터 배선(DL)에 소스 전극이 연결되고, 구동 박막 트랜지스터(DT)의 게이트 전극에 드레인 전극이 연결된다. 구동 박막 트랜지스터(DT)는 전원 배선(VDD)에 소스 전극이 연결되고 유기발광 다이오드(OLE)의 애노드 전극에 드레인 전극이 연결된다. 보조 용량(Cst)은 구동 박막 트랜지스터(DT)의 게이트 전극 (혹은 스위칭 박막 트랜지스터(ST)의 드레인 전극)에 제1 전극이 연결되고 유기발광 다이오드(OLE)의 애노드 전극에 제2 전극이 연결된다.

유기발광 다이오드(OLE)는 구동 박막 트랜지스터(DT)의 드레인 전극에 애노드 전극이 연결되고 기저 배선(VSS)에 캐소드 전극이 연결된다. 도 2에서는 스위칭 박막 트랜지스터(ST), 구동 박막 트랜지스터(DT), 보조 용량(Cst), 유기발광 다이오드(OLE)를 포함하는 2T1C (2 트랜지스터, 1 커패시터) 구조의 화소를 일례로 설명하였지만, 보상회로가 더 추가된 경우 3T1C, 3T2C, 4T2C, 5T1C, 6T2C 등으로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 센싱 트랜지스터, 센싱 제어 배선 및 센싱 배선을 더 포함될 수 있다. 센싱 트랜지스터는 센싱 제어 배선에 게이트 전극이, 센싱 배선에 소스 전극이 연결되고 센싱 노드인 유기발광 다이오드(OLE)의 애노드 전극에 드레인 전극이 연결된다.

이하, 도 2를 더 참조하여, 본 출원에 의한 스트레쳐블 전계발광 표시장치의 평면 구조에 대해 설명한다. 도 2에서는 두 개의 이웃하는 강성부(RP)와 그 사이에 배치된 신축부(SP)를 개략적으로 도시하고 있다. 본 출원에 의한 스트레쳐블 전계발광 표시장치는, 스트레쳐블 유기발광 표시 패널(SED)과 구동부(도시하지 않음)를 구비한다.

본 출원에 의한 스트레쳐블 유기발광 표시 패널(SED)은, 일정 간격을 갖고 배열된 강성부(RP)와 강성부(RP)들 사이에 배치된 신축부(SP)를 포함한다. 단면 구조상의 구조를 보면, 본 출원에 의한 스트레쳐블 유기발광 표시 패널(SED)은, 하부 신축 기판(FSD), 단위 화소 기판(USU), 연결 배선(LIN), 유연 매질(FF), 표시 소자(DSE), 무기 보호막(IOL), 그래핀 층(GR) 및 상부 신축 기판(FSU)을 포함한다.

다수 개의 단위 화소 기판(USU)들이 일정 간격을 두고 하부 신축 기판(FSD) 위에 배치되어 있다. 단위 화소 기판(USU)들 사이의 일정 간격 영역이 신축부(SP)에 대응한다. 연결 배선(LIN)은 하부 신축 기판(FSD) 위에서 단위 화소 기판(USU)들을 연결하도록 배치된다. 예를 들어, 연결 배선(LIN)은 강성부(RP)의 단위 화소 기판(USU) 상부 표면 위와 신축부(SP)의 하부 신축 기판(FSD) 상부 표면 위에서 일체형으로 형성될 수 있다. 유연 매질(FF)은 단위 화소 기판(USU)들 사이에 배치된 연결 배선(LIN)의 상부를 덮는다. 신축부(SP)에서 유연 매질(FF)과 하부 신축 기판(FSD) 사이에 연결 배선(LIN)이 개재된 구조를 갖는다.

표시 소자(DSE)는 단위 화소 기판(USU) 위에 형성된다. 표시 소자(DSE)의 상세한 구조에 대해서는 후술한다. 무기 보호막(IOL)은 단위 화소 기판(USU) 별로 개별적으로 형성된다. 특히, 표시 소자(DSE)의 측면과 상부 표면을 덮으면서 밀봉하는 구조를 갖는다. 무기 보호막(IOL)은 외부로부터 수분이나 이물질이 표시 소자(DSE)로 침투하는 것을 방지하는 기능을 한다.

그래핀 층(GR)은 강성부(RP)와 신축부(SP) 모두를 덮도록 적층된다. 특히, 그래핀 층(GR)은 무기 보호막(IOL)의 측면과 상부 표면을 따라 합착되며, 신축부(SP)의 유연 매질(F)F) 상부 표면을 따라 합착된다. 그래핀 층(GR)은 강성부(RP)와 신축부(SP) 모두를 덮도록 적층된다. 상부 신축 기판(FSU)은 그래핀 층(GR)의 상부 표면 위에 합착되어 있다.

그래핀 층(GR)은 그래핀(Graphene) 박막층을 말한다. 그래핀은 탄소 원자가 벌집 모양의 육각 구조를 이루면서 한 층으로 펼쳐져 있는 나노 물질이다. 즉, 그래핀 층(GR)은 탄소 원자가 한 층으로 펼쳐진 박막으로 0.35nm(nano meter)의 두께를 갖는다.

제조 공정을 고려하면, 하부 신축 기판(FSD) 위에 단위 화소 기판(USU) 및 연결 배선(LIN)을 형성하고, 순차적으로 표시 소자(DSE), 무기 보호막(IOL) 및 유연 매질(FF)을 형성한다. 별도로, 상부 신축 기판(FSU)의 일측 표면 위에 감압 접착제(PSA: Pressure Sensitive Adhesive)와 같은 접착 물질로 그래핀 층(GR)을 합착하여 준비한다. 그 후에, 그래핀 층(GR)의 일측면이 무기 보호막(IOL)과 유연 매질(FF)의 표면과 대응하도록 배치하고, 압력을 가해 합착한다.

도 2와 같이, 무기 보호막(IOL)과 유연 매질(FF)이 형성된 하부 신축 기판(FSD)의 표면은 매끄럽지 못하고, 단차가 많은 거친 표면 상태를 갖는다. 여기에 그래핀 층(GR)을 합착하면, 단차진 표면을 따라 그래핀 층(GR)이 상당히 강한 접착력을 갖고 합착된다.

이와 같이 본 출원에 의한 스트레쳐블 유기발광 표시 패널은, 강성부(RP)에는 하부 신축 기판(FSD), 단위 화소 기판(USU), 표시 소자(DES), 무기 보호막(IOL), 그래핀 층(GR) 및 상부 신축 기판(FSU)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다. 한편, 신축부(SP)에는 하부 신축 기판(FSD), 연결 배선(LIN), 유연 매질(FF), 그래핀 층(GR) 및 상부 신축 기판(FSU)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다. 표시 소자(DES)에는 버퍼 층(BUF), 박막 트랜지스터 층(TL), 유기발광 다이오드(OLE) 및 칼라 필터 층(CFR, CFG, CFB)을 포함한다.

단위 화소 기판(USU)들을 연결하는 연결 배선(LIN), 단위 화소 기판(USU) 사이에서 연결 배선(LIN) 상층 공간을 메우는 유연 매질(FF), 단위 화소 기판(USU)과 유연 매질(FF)을 고정하는 하부 신축 기판(FSD), 단위 화소 기판(USU)과 유연 매질(FF)의 상부 표면에 합착된 그래핀 층(GR) 그리고 그래핀 층(GR) 상부에 합착된 상부 신축 기판(FSU)을 포함한다. 하부 신축 기판(FSD) 위에 다수 개의 단위 화소 기판(USU)들이 일정 간격을 갖고 매트릭스 방식으로 배치되어 있다. 다수 개의 단위 화소 기판(USU)들 사이에는 유연 매질(FF)이 채워져 있다.

단위 화소 기판(USU)은 0.1mm 정도의 얇은 두께를 갖는 유리, 금속 혹은 플라스틱으로 만든 강성 기판이다. 단위 화소 기판(USU)은 단위 화소(UPX) 하나에 대응하는 크기를 갖는다. 예를 들어, 대각선 크기가 5인치이고, 해상도가 400ppi인 스트레쳐블 유기발광 표시장치의 경우, 단위 화소(UPX)는 한 변이 50 ~ 70㎛인 정사각형일 수 있다. 단위 화소 기판(USU)의 두께가 0.1mm 정도로 얇을 경우 유연성을 가질 수 있다. 하지만, 본 출원에 의한 단위 화소 기판(USU)은 그 크기가 단위 화소의 크기에 상응하는 미세한 면적을 가지므로, 강성 기판의 성질을 갖는다.

단위 화소 기판(USU)들과 하부 신축 기판(FSD)의 상부 표면 위에는 가로 방향 및 세로 방향으로 연장된 연결 배선(LIN)들이 배치되어 각 단위 화소 기판(USU)들에 형성된 각 단위 화소(UPX)들을 전기적으로 연결한다. 단위 화소 기판(USU)을 지나가는 연결 배선(LIN)들 위에는 단위 화소(UPX)가 형성된다. 단위 화소 기판(USU) 하나에는 단위 화소(UPX) 하나가 배치되어 있다. 단위 화소(UPX) 하나는 적색 서브 화소(SPR), 녹색 서브 화소(SPG) 및 청색 서브 화소(SPB)를 포함한다. 또는, 도면으로 도시하지 않았으나, 백색 서브 화소를 더 포함할 수 있다.

단위 화소 기판(USU)들은 동일 수평면 상에 나열되어 있다. 이들 단위 화소 기판(USU)들 사이에서 연결 배선(LIN) 상부 공간에는 유연 매질(FF)이 채워져 있다. 유연 매질(FF)은, 도 2에서와 같이, 단위 화소 기판(USU)과 하부 신축 기판(FSD)의 높이 차이를 메우는 정도로 채워질 수 있다. 이에 국한되는 것은 아니며, 유연 매질(FF)은 무기 보호막(IOL)의 높이까지 채워질 수도 있다. 유연 매질(FF)은 신축성이 매우 우수한 탄성 폴리머(Elastomeric Polymer)와 같은 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 예를 들어, 유연 매질(FF)은 실리콘 오일인 폴리디메틸실록산(PolyDiMethiylSiloxane)을 포함할 수 있다.

단위 화소 기판(USU) 및 유연 매질(FF)의 하부 표면에는 하부 신축 기판(FSD)이 합착되어 있다. 또한, 신축부(SP)에 배치된 연결 배선(LIN)은 유연 매질(FF)과 하부 신축 기판(FSD) 사이에 개재된 구조를 갖는다. 다른 관점에서 보면, 하부 신축 기판(FSD)의 상부 표면 위에 단위 화소 기판(USU)들, 연결 배선(LIN) 및 유연 매질(FF)이 부착된 형상을 갖는다. 하부 신축 기판(FSD) 역시 유연 매질(FF)과 동일한 물질인, 폴리디메틸실록산(PolyDiMethiylSiloxane)과 같은 탄성 폴리머로 이루어지는 것이 바람직하다.

탄성 폴리머는 최소 100% 이상의 신축 안정성(Failue Strain)을 갖는다. 즉, 탄성 폴리머는 어느 한 길이 방향으로 인장력이 가해질 경우, 원래 길이보다 100% 이상 더 늘어나더라도 즉, 2배 이상 늘어나더라도 파손되지 않는다. 또한, 늘어난 상태에서 인장력을 제거하면, 원래의 상태로 복원된다.

단위 화소 기판(USU)이 유연성이 없는 강성 구조이더라도, 유연 매질(FF)과 하부 신축 기판(FSD)의 신축성 및 유연성으로 인해, 단위 화소 기판(USU)들은 그 위치가 동일 평면 상으로만 국한되지 않고, 일정 각도를 갖고 배치되거나 서로 포개어 지도록 배치될 수 있다. 즉, 전체 표시 패널의 관점에서 보면, 기본적인 형상을 사각 형태를 갖더라도, 그 형태가 고정되지 않고, 자유롭게 접히거나 휘어지거나 구부러지거나 포개어진 상태를 유지할 수 있다.

하부 신축 기판(FSD), 유연 매질(FF) 그리고 상부 신축 기판(FSU)은 신축성 및 유연성이 매우 우수한 물질을 포함하는 것이 바람직하다. 경우에 따라서는, 투명한 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 예를 들어, 하부 발광형인 경우 적어도 하부 신축 기판(FSD)이 투명 물질로 이루어지는 것이, 상부 발광형인 경우 적어도 상부 신축 기판(FSU)이 투명 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.

다음으로, 도 3을 더 참조하여, 단위 화소의 단면 구조를 설명한다. 도 3은 도 1의 절취선 II-II'로 자른 단면으로, 본 출원에 의한 스트레쳐블 전계발광 표시장치의 한 단위 화소의 구조를 나타내는 단면도이다.

단위 화소 기판(USU) 상부 표면 위에는 연결 배선(LIN)이 형성되어 있다. 연결 배선(LIN)은 신축부(SP)에만 형성될 수도 있고, 강성부(RP)와 신축부(SP)를 연결하는 구조로 형성될 수도 있다. 여기서는, 후자의 경우로 설명한다.

연결 배선(LIN) 위에는 버퍼 층(BUF)이 도포되어 있다. 도면으로 도시하지 않았으나, 연결 배선(LIN)을 통해 단위 화소 기판(USU)에 형성되는 소자들을 연결하는 경우, 버퍼층(BUF)을 관통하는 콘택홀을 더 형성할 수 있다.

도 3에서는, 도 2에 도시한 스위칭 박막 트랜지스터를 생략하고, 편의상 유기발광 다이오드를 구동하는 소자로 구동 박막 트랜지스터만 도시하였다. 스위칭 박막 트랜지스터와 센싱 박막 트랜지스터를 더 포함할 수 있다.

버퍼 층(BUF) 위에는 반도체 층(A)이 형성되어 있다. 반도체 층(A)의 중앙부 위에는 게이트 절연막(GI)을 사이에 두고 게이트 전극(G)이 배치되어 있다. 반도체 층(A)과 게이트 전극(G)이 중첩하는 영역이 채널 영역이다.

게이트 전극(G) 및 반도체 층(A) 위에는 중간 절연막(ILD)이 덮고 있다. 중간 절연막(ILD) 위에는 소스 전극(S)과 드레인 전극(D)이 형성되어 있다. 소스 전극(S)은 반도체 층(A)의 일측부와 접촉한다. 드레인 전극(D)은 반도체 층(A)의 타측부와 접촉한다. 반도체 층(A)의 일측부와 타측부는 게이트 전극(G)과 중첩하는 채녈 영역을 가운데 두고 대향하고 있다.

박막 트랜지스터(T) 위에는 평탄화 막(OC)이 단위 화소 기판(USU) 전체 표면을 덮고 있다. 평탄화 막(OC) 위에는 애노드 전극(ANO)이 형성되어 있다. 애노드 전극(ANO)은 평탄화 막(OC)에 형성된 콘택홀을 통해 박막 트랜지스터(T)의 드레인 전극(D)과 연결되어 있다.

애노드 전극(ANO) 위에는 뱅크(BN)가 형성되어 있다. 뱅크(BN)는 애노드 전극(ANO)의 중앙부 대부분을 노출하는 개구부를 갖고 있다. 이 개구부가 발광 영역을 정의한다. 뱅크(BN)와 애노드 전극(ANO) 위에 유기발광 층(OL)과 캐소드 전극(CAT)이 연속으로 적층되어 있다. 개구부에서는 애노드 전극(ANO), 유기발광 층(OL) 및 캐소드 전극(CAT)이 순차적으로 적층된 유기발광 다이오드(OLE)가 형성되어 있다.

유기발광 다이오드(OLE)가 형성된 단위 화소 기판(USU)의 상부 표면 전체에는 인캡층(CPL)이 적층되어 있다. 인캡층(CPL)은 수분 및 공기와 같은 외부 물질이 유기발광 다이오드(OLE)로 침투하는 것을 방지하기 위한 것이다.

인캡층(CPL) 위에는 적색 칼라 필터(CFR), 녹색 칼라 필터(CFG) 및 청색 칼라 필터(CFB)가 형성되어 있다. 이들 칼라 필터들은 인캡층(CPL)보다 아래 층에 형성될 수도 있다. 인캡층(CPL)은 무기막과 유기막이 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 무기막, 유기막 및 제2 무기막이 순차적으로 적층된 구조를 가질 수 있다.

적색 칼라 필터(CFR)는 적색 서브 화소(SPR)의 유기발광 다이오드(OLE)에 대응하여 배치되어 있다. 녹색 칼라 필터(CFG)는 녹색 서브 화소(SPG)의 유기발광 다이오드(OLE)에 대응하여 배치되어 있다. 청색 칼라 필터(CFB)는 청색 서브 화소(SPB)의 유기발광 다이오드(OLE)에 대응하여 배치되어 있다.

칼라 필터(CFR, CFG, CFB) 위에는 무기 보호막(IOL)이 적층되어 있다. 도면으로 도시하지 않았으나, 무기 보호막(IOL)과 칼라 필터(CFR, CFG, CFB) 사이에는 자외선 흡수 레진층이 더 개재될 수 있다. 또는 칼라 필터(CFR, CFG, CFB)가 자외선 흡수 물질을 포함할 수 있다.

도면으로 도시하지 않았으나, 무기 보호막(IOL) 위에는 발수층 및/또는 방오층이 적층될 수 있다. 발수층은 수분이 스트레쳐블 전계발광 표시장치에 부착되지 않고 쉽게 떨어져 나가도록 하기 위한 코팅층이다. 방오층은 이물질이 흡착되는 것을 방지하기 위한 코팅층이다. 예를 들어, 지문이 스트레쳐블 전계발광 표시장치의 표면에 남지 않도록 하기 위한 보호층일 수 있다.

무기 보호막(IOL) 위에는 그래핀 층(GR)이 적층되어 있다. 그래핀 층(GR)은 무기 보호막(IOL)의 측면 및 상부 표면과 밀착되어 무기 보호막(IOL)의 배리어 특성을 더 보강하는 특징이 있다. 또한, 신축부(SP)에 해당하는 유연 매질(FF) 위에도 그래핀 층(GR)이 밀착되어 있다. 그래핀 층(GR)은 최소 15% 이상의 신축 안정성(Failue Strain)을 갖는다. 즉, 그래핀 층(GR)은 어느 한 길이 방향으로 인장력이 가해질 경우, 15% 이상 더 늘어나더라도 파손되지 않으며, 인장력을 제거하면, 원래의 상태로 복원된다.

그래핀 층(GR) 위에는 상부 신축 기판(FSU)이 합착되어 있다. 도면으로 도시하지 않았으나, 그래핀 층(GR)과 상부 신축 기판(FSU)은 감압 접착층에 의해 합착될 수 있다. 상부 신축 기판(FSU)는 하부 신축 기판(FSD)와 동일한 폴리디메틸실록산(PolyDiMethiylSiloxane)과 같은 탄성 폴리머로 이루어지는 것이 바람직하다.

앞에서 설명했듯이, 하부 신축 기판(FSD), 유연 매질(FF) 및 상부 신축 기판(FSU)들은 신축 안정성이 100% 이상인 탄성 폴리머로 이루어지므로, 원래 길이보다 2배 늘어나더라도 파손되지 않는다. 여기에, 신축 안정성이 15%인 그래핀 층(GR)이 개재되어 있으므로, 신축부(SP)는 적어도 원래 길이보다 15% 더 늘어나더라도 파손이 발생하지 않는다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 출원의 실시 예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 명세서는 반드시 이러한 실시 예로 국한되는 것은 아니고, 본 출원의 기술 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 출원에 개시된 실시 예들은 본 출원의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 출원의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 출원의 보호 범위는 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 출원의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

SED: 스트레쳐블 유기발광 표시 패널 RP: 강성부
SP: 신축부 USU: 단위 화소 기판
UPX: 단위 화소 SPR: 적색 서브 화소
SPG: 녹색 서브 화소 SPB: 청색 서브 화소
LIN: 연결 배선 CPL: 인캡층
IOL: 무기 보호막 GR: 그래핀 층
FSD: 하부 신축 기판 FSU: 상부 신축 기판

Claims

하부 신축 기판 위에 일정 간격으로 배열된 강성 기판들;
상기 하부 신축 기판과 상기 강성 기판 위에 배치된 연결 배선들;
상기 강성 기판 각각 위에 배치된 단위 화소;
상기 단위 화소별로 상기 강성 기판 각각을 덮는 무기 보호막;
상기 무기 보호막 및 상기 연결 배선 위에 적층된 그래핀 층; 그리고
상기 그래핀 층 위에 적층된 상부 신축 기판을 포함하는 스트레쳐블 표시장치.
제 1 항에 있어서,
상기 단위 화소는 적어도 세 개의 서브 화소들을 포함하고,
상기 각 서브 화소는,
스위칭 박막 트랜지스터;
상기 스위칭 박막 트랜지스터에 연결된 구동 박막 트랜지스터; 그리고
상기 구동 박막 트랜지스터에 연결된 전계발광 소자를 포함하는 스트레쳐블 표시장치.
제 2 항에 있어서,
상기 전계발광 소자는,
상기 구동 박막 트랜지스터에 연결된 애노드 전극;
상기 애노드 전극 위에 적층된 유기발광 층; 그리고
상기 유기발광 층 위에 적층된 캐소드 전극을 포함하는 스트레쳐블 표시장치.
제 2 항에 있어서,
상기 전계발광 소자 위에 적층된 인캡층; 그리고
상기 인캡층 위에서 상기 각 서브 화소별로 배치된 칼라 필터층을 더 포함하는 스트레쳐블 표시장치.
제 4 항에 있어서,
상기 무기 보호막은,
상기 칼라 필터층 위에 적층되며, 전계발광 소자의 측면 및 상부 표면과 접촉하여 상기 단위 화소별로 밀봉하는 스트레쳐블 표시장치.
제 1 항에 있어서,
상기 연결 배선들은,
상기 강성 기판들 사이에서 'S'자 형상으로 적어도 1회 이상 구부러진 곡선 구조를 갖는 스트레쳐블 표시장치.
제 1 항에 있어서,
상기 그래핀 층과 상기 상부 신축 기판은,
감압 접착층으로 합착된 스트레쳐블 표시장치.
제 1 항에 있어서,
상기 강성 기판 사이에서 상기 연기 배선들을 덮는 유연 매질을 더 포함하고,
상기 그래핀 층은 상기 무기 보호막 및 상기 유연 매질 상부 층에 합착된 스트레쳐블 표시장치.
제 8 항에 있어서,
상기 무기 보호막의 상부 표면은 상기 유연 매질의 상부 표면보다 높은 높이를 갖고,
상기 그래핀 층은, 상기 무기 절연막과 상기 유연 매질 사이의 높이 차이로 인해 굴곡진 표면에 의해 밀착된 스트레쳐블 표시장치.
제 1 항에 있어서,
상기 강성 기판들 사이에 배치된, 상기 하부 신축 기판, 상기 상부 신축 기판 및 상기 그래핀 층은 적어도 15% 이상의 신축율을 갖는 스트레쳐블 표시장치.
일정 간격으로 이격되어 배치된 다수 개의 강성부들;
상기 강성부들 사이에 배치된 신축부들;
상기 강성부 각각에 배치된 표시 소자;
상기 신축부들에 배치되어 상기 표시 소자들을 연결하는 연결 배선; 그리고
상기 강성부와 상기 신축부 상부 표면에 합착된 그래핀 층을 포함하는 스트레쳐블 표시장치.
제 11 항에 있어서,
상기 강성부와 상기 신축부의 하부 표면에 합착된 하부 신축 기판;
상기 그래핀 층의 상부 표면에 합착된 상부 신축 기판을 더 포함하는 스트레쳐블 표시장치.
제 12 항에 있어서,
상기 강성부는,
상기 하부 신축 기판 위에 배치된 강성 기판;
상기 강성 기판 위에 형성된 상기 표시 소자;
상기 표시 소자의 측면과 상부 표면을 덮는 무기 보호막;
상기 무기 보호막 위에 합착된 상기 그래핀 층;
상기 그래핀 층 위에 합착된 상기 상부 신축 기판을 포함하는 스트레쳐블 표시장치.
제 12 항에 있어서,
상기 신축부는,
상기 하부 신축 기판 위에 배치된 상기 연결 배선;
상기 연결 배선 위에 합착된 상기 그래핀 층;
상기 그래핀 층 위에 합착된 상기 상부 신축 기판을 포함하는 스트레쳐블 표시장치.
제 14 항에 있어서,
상기 연결 배선과 상기 그래핀 층 사이에 개재된 유연 매질을 더 포함하는 스트레쳐블 표시장치.