KR20200082763A - 투명 표시 장치 - Google Patents

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박은정
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김석현
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Abstract

본 발명은 투과도와 발광의 파장별 균일도가 개선된 투명 표시 장치에 관한 것으로, 상쇄 간섭 특성으로, 굴절률 차를 갖는 적층된 캐핑 구조를 구비한다.

Description

투명 표시 장치 {Transparent Display Device}
본 발명은 표시 장치에 관한 것으로, 특히 투과도와 발광의 파장별 균일도가 개선된 투명 표시 장치에 관한 것이다.
최근 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 전기적 정보신호를 시각적으로 표현하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응하여 박형화, 경량화, 저소비전력화의 우수한 성능을 지닌 여러 가지 다양한 평판 표시장치(Flat Display Device)가 개발되어 기존의 브라운관(Cathode Ray Tube: CRT)을 빠르게 대체하고 있다.
이 같은 평판 표시장치의 구체적인 예로는 액정 표시장치(Liquid Crystal Display device: LCD), 플라즈마 표시장치(Plasma Display Panel device: PDP), 전계방출 표시장치(Field Emission Display device: FED), 유기 발광 표시장치(Organic Light Emitting Device: OLED) 및 양자점 표시 장치(Quantum Dot Display Device) 등을 들 수 있다.
이 중, 별도의 광원을 요구하지 않으며 장치의 컴팩트화 및 선명한 컬러 표시를 위해 유기 발광 표시 장치나 양자점 발광 표시 장치와 같은 자발광 표시 장치가 경쟁력 있는 어플리케이션(application)으로 고려되고 있다.
한편, 자발광 표시 장치는 기판 상에 복수개의 화소를 구비하며, 각 화소 내에 서로 대향된 애노드 전극과 캐소드 전극과, 그 사이에 발광층을 구비한 발광 다이오드를 구비한다.
자발광 표시 장치에서는 발광 다이오드 자체에서 나오는 빛으로 표시가 이루어지기 때문에, 발광 다이오드에서 나오는 광의 추출량을 효과적으로 이용하는 것이 중요하다. 따라서, 투과성을 높이기 위해 빛이 나오는 방향에 위치하는 캐소드 전극의 두께를 줄이며 장치의 성능 안정을 위해 캐소드 전극 및 이에 인접한 구성들의 신뢰성을 높이고자 하는 노력이 제기되고 있다.
현재 이용되고 있는 상부 발광 구조에서는, 발광 소자의 애노드 전극은 반사 금속을 포함하고, 캐소드 전극은 반사 투과성 금속을 포함하는 예를 적용하기도 한다. 이 경우, 애노드 및 캐소드 전극 사이에 위치하는 발광층에서 나온 광이 반사성의 애노드 전극에 반사되며, 캐소드 전극과의 사이에서 여러 차례 공진하며, 애노드 전극 및 캐소드 전극 사이의 거리에 따라 특정 파장의 광이 출사된다. 이러한 구조에서 보다 투과 효율을 높이기 위해 캐소드 전극의 두께를 얇게 하고자 하는 노력이 제기된다.
또한, 최근에는 전면 및 후면에서 광이 투과되며 시야를 방해하지 않으면서도 화상을 표시할 수 있는 투명 표시 장치의 요구도 늘어나고 있다.
투명 표시 장치는, 이러한 자발광 영역과 투명 영역에 대해 발광 다이오드의 배치를 달리하여 동시에 투명 표시와 발광 표시를 얻고자 한다.
그러나, 자발광 영역과 투명 영역은 각각 발광의 효율 증대 및 투과율이 최우선적으로 고려되어야 할 것으로, 서로 목적이 상이하여 이로 인해 요구되는 구조가 달라 공통의 형성 방법으로 구현이 어려운 실정이다.
또한, 기판 상에 자발광 영역과 투명 영역을 함께 갖는 경우 투명 영역에서는 투과율을 높이기 위해 자발광 영역의 구성 대비 일부 구성 요소의 생략이 요구되어, 투명 영역의 존재만큼 발광 영역이 그만큼 줄어드는 문제가 있고, 또한 줄어든 발광 영역만으로 일정 밝기 이상의 발광 표시를 위해 요구되는 구동 전압이 높은 문제점이 있다.
최근에는 투명 표시 장치에서는 투과율을 높이기 위해 출사측의 전극이나 캐핑층의 두께가 얇아지는데, 이 때에는 발광 영역에서 출사하는 파장별 세기의 편차가 발생하여 색순도가 저하하고 색효율이 감소하는 또 다른 문제점이 있다.
즉, 현재까지 제안된 투명 표시 장치에서는, 투과도와 파장별 고른 색 효율을 갖는 투명 표시 장치의 구현이 어렵다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 특히 투명 표시와 발광 표시가 동시에 가능하며 이를 통해 투명도, 및 파장별 색효율을 균일하게 한 투명 표시 장치에 관한 것이다.
본 발명의 투명 표시 장치는 출사측의 구조를 변경하여, 투명 표시와 발광 표시가 동시에 가능하며 각각 투과율과 색특성이 동시에 우수하다.
일 실시예에 따른 본 발명의 투명 표시 장치는 복수의 화소를 갖는 기판과, 상기 화소들 각각에 구비된 발광부와 투과부와, 상기 발광부에 구비된 유기 발광층과, 상기 발광부에, 상기 유기 발광층의 제 1면과 상기 기판 사이에 구비된 반사 전극 구조와, 상기 기판 상에 복수의 화소들에 걸쳐, 상기 유기 발광층의 제 2 면 상부에 위치하는 투과 전극 및 상기 투과 전극과 접하며 상쇄 간섭 특성이며, 2.0 이상의 제 1 굴절률을 갖는 제 1 캐핑층과, 상기 제 1 캐핑층 상에 접하며 상기 제 1 굴절률보다 0.2 이상이며 1.2 미만으로 작은 제 2 굴절률을 갖는 제 2 캐핑층을 포함한 캐핑 구조를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 굴절률은 2.0 내지 2.7 이며, 상기 제 2 굴절률은 1.3 내지 2.0일 수 있다.
상기 제 1 캐핑층은 제 1 두께(d1)를 갖고, 상기 제 1 캐핑층의 제 1 광학 거리 (n1d1)는, mλ/2cosθ (m은 정수, λ는 상쇄 간섭되는 파장, θ는 입사각)의 값을 가질 수 있다.
상기 상쇄 간섭되는 파장은 청색 파장일 수 있다.
상기 상쇄 간섭되는 파장의 피크 파장은 430nm 내지 465nm일 수 있다.
상기 제 2 캐핑층은 제 2 두께(d2)를 갖고, 상기 제 2 캐핑층의 제 2 광학 거리(n2d2)는, 상기 제 1 광학 거리의 0.9 배 내지 1.1배일 수 있다.
상기 제 2 캐핑층의 상부 표면 반사도는 상기 제 1 캐핑층과 제 2 캐핑층의 사이 계면 반사도의 차는 5% 이하일 수 있다.
상기 제 2 캐핑층의 상부에는 상기 제 2 굴절률보다 굴절률이 0.1 내지 0.7 작은 봉지층을 더 포함할 수 있다.
상기 제 2 캐핑층의 상부 표면 반사도는
Figure pat00001
(nEncap 는 제 2 캐핑층 상부 구성의 굴절률, θi는 입사각, θt는 출사각)일 수 있다.
상기 제 1 캐핑층과 제 2 캐핑층의 사이 계면 반사도는
Figure pat00002
(θi는 입사각, θt는 출사각)이며, 상기 제 2 캐핑층의 상부 표면 반사도와 5% 이하의 차이를 가질 수 있다.
상기 제 1 두께는 300 Å 내지 500 Å이며, 상기 제 2 두께는 300Å 내지 700Å일 수 있다.
상기 유기 발광층의 제 2 면을 통해 출사되는 광은 상기 투과 전극, 제 1 캐핑층 및 제 2 캐핑층의 순서로 출사되며, 상기 제 2 캐핑층에서 나오는 출사 광량은 상기 유기 발광층의 제 2 면을 통해 출사되는 광량의 총량을 1로 할 때, 상기 투과 전극의 반사도와, 제 1 캐핑층 및 제 2 캐핑층의 사이 계면 반사도 및 상기 제 2 캐핑층 상부 표면의 반사도를 뺀 값에 비례할 수 있다.
본 발명의 투명 표시 장치는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 발광부와 투과부에 대해 공통적으로 고굴절률이며, 상쇄 간섭 특성의 제 1 캐핑층 및 저굴절률의 제 2 캐핑층이 적층된 캐핑 구조가 적용됨으로써, 각 캐핑층 계면에서 굴절률 차가 작고, 캐핑층의 최상부와 그 외부의 봉지층 등과의 계면에서도 작은 굴절률 차를 가져 각 계면의 낮은 반사도를 통해 안티 리플렉션 효과에 의해 캐핑 구조를 통과하는 투과량을 늘릴 수 있다.
둘째, 이중 캐핑층 간섭 효과 최적화 및 제 1, 제 2 캐핑층의 광학 거리를 동일 또는 유사하게 하여, 유사 범위의 파장에 대해 상쇄 간섭 특성을 통해 투과도 상승에 따른 색좌표의 틀어짐없이 색 효율을 향상시킬 수 있다.
셋째, 제 2 전극 두께 및 캐핑층 구조 변화를 통해, 발광 소자 내부 구성을 변경하지 않더라도 고효율의 투명 및 발광 소자의 구현이 가능하다.
넷째, 투과부의 고투과 확보 및 발광부 내 EL 스펙트럼 최적화가 가능하다.
다섯째, 가시광 영역 내 균일한 투과도 특성 확보가 가능하다.
도 1은 본 발명의 투명 표시 장치를 나타낸 평면도
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 투명 표시 장치를 나타낸 단면도
도 3a 및 도 3b는 상쇄 간섭 및 보강 간섭의 원리를 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 투명 표시 장치의 캐핑층 및 계면에서 투과 및 반사 특성을 나타낸 개략 단면도
도 5는 캐핑 구조의 구조별 투과도를 나타낸 그래프
도 6은 캐핑 구조의 구조별 청색 발광시 발광 세기를 나타낸 그래프
도 7a 내지 도 7c는 출사측 제 2 전극 및 캐핑 구조의 배치에 따른 투명 표시 장치의 다양한 비교예를 나타낸 단면도
도 8은 도 7a 내지 도 7c에 따른 투과도를 나타낸 그래프
도 9는 제 3 비교예 및 본 발명의 투명 표시 장치의 캐핑층 및 계면에서 투과 및 반사 특성을 나타낸 개략 단면도
도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 투명 표시 장치의 캐핑 구조의 각 캐핑층 두께 적용에 따라 청색, 녹색 및 적색의 투과율 경향을 나타낸 도면
도 11a 및 도 11b는 고굴절률 캐핑층을 단일 캐핑층으로 적용하되 고굴절률 캐핑층의 상쇄 및 간섭 특성을 달리한 실험예들의 투과도 및 스펙트럼을 나타낸 그래프
도 12a 및 도 12b는 상쇄 간섭 특성의 고굴절률 캐핑층 및 저굴절률 캐핑층의 적층 캐핑 구조와 다른 적층 캐핑 구조 및 보강 간섭 특성의 고굴절률 캐핑 단일층에 대한 투과도 및 스펙트럼을 나타낸 그래프
도 13a 내지 도 13c는 상쇄 간섭 단일 캐핑층, 보강 간섭 단일 캐핑층 및 본 발명의 캐핑 구조의 실험예들의 청색, 녹색 및 적색 발광시 각 스펙트럼을 나타낸 그래프
도 14는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 투명 표시 장치를 나타낸 평면도
도 15는 도 14의 I~I' 선상에 따른 단면도
도 16은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 투명 표시 장치를 나타낸 단면도
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 실질적으로 동일한 구성 요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 기술 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소 명칭은 명세서 작성의 용이함을 고려하여 선택된 것으로, 실제 제품의 부품 명칭과 상이할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도면에 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 본 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급한 '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.
본 발명의 다양한 실시예에 포함된 구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
본 발명의 다양한 실시예를 설명함에 있어, 위치 관계에 대하여 설명하는 경우에, 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.
본 발명의 다양한 실시예를 설명함에 있어, 시간 관계에 대한 설명하는 경우에, 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.
본 발명의 다양한 실시예를 설명함에 있어, '제 1~', '제 2~' 등이 다양한 구성 요소를 서술하기 위해서 사용될 수 있지만, 이러한 용어들은 서로 동일 유사한 구성 요소 간에 구별을 하기 위하여 사용될 따름이다. 따라서, 본 명세서에서 '제 1~'로 수식되는 구성 요소는 별도의 언급이 없는 한, 본 발명의 기술적 사상 내에서 '제 2~' 로 수식되는 구성 요소와 동일할 수 있다.
본 발명의 여러 다양한 실시예의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 다양한 실시예가 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 투명 표시 장치를 나타낸 평면도이며, 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 투명 표시 장치를 나타낸 단면도이다. 또한, 도 3a 및 도 3b는 상쇄 간섭 및 보강 간섭의 원리를 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 투명 표시 장치는, 기판(100)의 액티브 영역(AA)에 도 2와 같이 발광부(E)와 투과부(T)를 포함한 화소가 가로 및 세로 선상에서 이차원적으로 반복되어 배치된다.
기판(100)은 배면 투과가 가능할 정도의 투명한 재질로 형성되며, 예를 들어, 유리 기판 혹은 투명 플라스틱 필름으로 형성한다. 장치적으로 영구적 혹은 사용 중의 가요성(flexibility)이 필요할 경우 투명 플라스틱 필름으로 형성하는 경우가 많으나, 유리 기판 적용의 경우에도 그 두께를 얇게 하여 적용 가능하다.
상기 화소들 각각에 대응하여 발광부(E)와 투과부(T)가 구비된다. 발광부(E)에는 복수개의 서브 화소를 포함할 수 있으며, 각 서브 화소는 서로 다른 색을 발광하는 발광층을 포함할 수 있다. 발광부(E)의 구비된 서브 화소의 배열은 예를 들어, 적색, 녹색 및 청색 서브 화소일 수 있으며, 이에 한하지 않으며, 백색 서브 화소를 더 포함할 수도 있고, 혹은 적녹청이 아닌 다른 배열, 예를 들어, 시안, 마젠타, 옐로우 등의 배열로 대체될 수도 있으며, 다른 색 조합의 서브 화소의 배열을 가질 수도 있다. 발광층에 구비되는 성분에 따라 발광부의 발광 소자가 유기 발광 소자(OLED)로도 혹은 무기 발광 소자로도 이용될 수 있다.
이하의 설명은 유기 발광 소자로 적용한 경우에 대해서 주로 제시되나 유기 발광층을 예를 들어, 양자점 발광층을 포함한 층으로 변경하여 발광부에 양자점 발광 소자(QLED)를 구비할 수도 있다.
상기 발광부(E)에 유기 발광 소자(OLED)를 구비하는 경우, 유기 발광 소자에는 유기 발광층(132a, 132b, 132c)과, 상기 유기 발광층(132a, 132b, 132c)의 제 1면(도 2의 유기 발광층(132a, 132b, 132c)의 하면)과 상기 기판(100) 사이에 반사 전극 구조(111)와, 상기 기판(100) 상에 복수의 화소들에 걸쳐, 상기 유기 발광층(132a, 132b, 132c)의 제 2 면(도 2의 유기 발광층(132a, 132b, 132c)의 상면) 상부에 투과 전극(140)이 구비된다. 그리고, 상기 반사 전극 구조(111)와 상기 유기 발광층(132a, 132b, 132c)의 사이에는 정공 주입 및 정공 수송성의 제 1 공통층(131)이 구비되며, 상기 유기 발광층(132a, 132b, 132c)과 투과 전극(140) 사이에는 전자 수송 및 전자 주입성의 제 2 및 제 3 공통층(133, 134)이 구비된다. 경우에 따라, 제 3 공통층(134)은 생략되어 제 2 공통층(133)이 유기 발광층(132a, 132b, 132c)과 투과 전극(140) 사이의 공통층으로 단일로 구비될 수도 있다.
상기 반사 전극 구조(111)는 적어도 하나의 반사 전극을 포함하며, 경우에 따라 그 상부 및/또는 하부에 투명 전극이 더 구비될 수 있다. 본 발명의 투명 표시 장치는 발광부(E)에만 선택적으로 반사 전극 구조(111)를 구비하는 것으로, 반사 전극 구조(111)는 유기 발광층(132a, 132b, 132c)에서 하부로 향하는 광을 다시 반사시켜 상부로 되돌리는 기능을 한다.
상기 발광부(E)에 반사 전극 구조(111)는 복수개 분할되어, 각각 반사 전극 구조(111)가 분리된 영역별로 서브 화소가 정의될 수 있으며, 각 서브 화소에는 적어도 하나 이상의 박막 트랜지스터(TFT1, TFT2, TFT3)가 구비된다. 상기 박막 트랜지스터(TFT1, TFT2, TFT3)는 서브 화소별로 상기 반사 전극 구조(111)에 각각 접속된다.
상기 제 1 내지 제 3 공통층(131, 133, 134) 및 투과 전극(140)은 발광부(E)뿐만 아니라 투과부(T)에도 끊김없이 연속 형성된다.
발광부(E)측의 반사 전극 구조(111)에서 투과 전극(140)까지의 구성을 포함하여 발광 소자(Light Emitting Device)라 하며, 특히 이에 이용된 발광층이 유기 발광층(132a, 132b, 132c)일 때, 유기 발광 소자(OLED)라 한다. 이하에서 설명하는 실험 및 특성 비교는 유기 발광 소자로 적용한 것에 근거하고 있다. 그러나, 본 발명의 투명 표시 장치에 있어서, 유기 발광 소자를 발광부의 발광 소자로 적용한 예에 한하지 않고, 발광층을 양자점 발광층으로 적용한 양자점 발광 소자도 동일하게 적용할 수 있을 것이다.
한편, 본 발명의 발광부(E)는 각각의 반사 전극 구조(111)와 전기적으로 연결된 박막 트랜지스터(TFT1, TFT2, TFT3)가 구비되어 선택적으로 각 박막 트랜지스터(TFT1, TFT2, TFT3)의 턴온 구동에 따라, 상기 박막 트랜지스터에 연결된 수직한 방향의 유기 발광 소자(OLED)가 구동된다.
투과부(T)는 기판(100)의 배면측이 그대로 투영되어 보이는 것으로, 그 투명성을 위해 발광부(E)와 비교하여 박막 트랜지스터(TFT1, TFT2, TFT3), 반사 전극(111) 및 유기 발광층(132a, 132b, 132c)을 구비하지 않는다. 여기서, 발광부(E)와 투과부(T)에서 공통으로 구비된 제 1 내지 제 3 공통층(131, 133, 134)은 투명성을 갖는 유기 스택(EL)들로, 기판(100)으로부터 유기 스택(EL)을 통해 광이 투과되게 된다.
한편, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 투명 표시 장치에서, 상기 투과 전극(140)은 발광부(E)와 투과부(T)에 공유되어 있다. 이는 공통 전압 혹은 접지 전압이 인가되는 투과 전극(140)은 표시가 이루어지는 복수개의 화소를 포함한 액티브 영역에 걸쳐 단일로 형성되어 있다. 투과부(T) 부위에 선택적으로 투과 전극(140)을 제거하는 경우, 제거된 부위 주변의 저항이 늘어나 투과 전극(140)의 전압 강하가 발생될 위험이 있기 때문에, 이 때, 투과부(T)와 발광부(E)를 포함하여 상기 투과 전극(140)은 공통적으로 형성할 수 있다.
투과 전극(140)은 투과부(T)의 광 투과 특성과, 발광부(E)의 공진 특성을 위해 MgAg와 같은 은 합금(Ag alloy) 등으로 형성하여 반사 투과 특성을 함께 가질 수 있다. 혹은 IZO 또는 ITO 등의 투명 전극으로 형성할 수도 있다. 반사 투과 특성을 갖는 금속으로 투과 전극(140)으로 이루어질 때, 공통으로 배치된 투과 전극(140)의 배치 특성상 투과부(T)의 일정 이상의 투과율을 위해 그 두께는 100
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이하로 한다.
또한, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 투명 표시 장치는 상기 투과 전극(140) 상부에 접하며 상쇄 간섭 특성이며, 2.0 이상의 제 1 굴절률을 갖는 제 1 캐핑층(171)과, 상기 제 1 캐핑층(171) 상에 접하며 상기 제 1 굴절률(n1)보다 0.2 이상이며 1.2 미만으로 작은 제 2 굴절률(n2)을 갖는 제 2 캐핑층(172)을 포함한 캐핑 구조(170)를 포함한다.
여기서, 상기 제 1 굴절률(n1)은 2.0 내지 2.7 이며, 상기 제 2 굴절률(n2)은 1.3 내지 2.0일 수 한다. 상대적으로 제 1 캐핑층(171)이 제 2 캐핑층(172) 대비 고굴절률을 갖는다.
본 발명의 투명 표시 장치에서, 상기 캐핑 구조(170)는 유기 발광 소자(OLED)를 보호하며, 발광부(E)의 내부 광 추출을 돕고 더불어 투과부(T)에서의 투과성을 높이기 위해 구비되는 것이다. 이를 위해 캐핑 구조(170)는 단일층이 아닌 서로 다른 굴절률 특성, 즉, 고굴절률의 제 1 캐핑층(171)과 저굴절률의 제 2 캐핑층(172)을 적층시키며, 상기 제 1, 제 2 캐핑층(171, 172) 각각의 광학 거리(nd) 조정을 통해 유기 발광 소자(OLED)로부터 광이 캐핑 구조(170)를 통과할 때 비반사(anti-reflection) 특성에 유사한 상쇄 간섭의 특성을 갖는다. 특히, 비반사 특성은 투과부(T)에서 기판(100)을 통과하며, 유기 스택(EL)을 통과하는 광량(L)을 1로 할 때, 캐핑 구조(170)를 통과할 때의 반사량(R)을 거의 0과 가깝게 하여, 최종적으로 캐핑 구조(170)를 출사하는 광량(1-R)이 1에 가까운 값이 되도록 하여, 초기 유기 스택(EL)을 지나는 광량의 손실을 거의 없게 하여 투과율을 높인 것이다.
한편, 상기 캐핑 구조(170)는 앞서 설명한 제 1 내지 제 3 공통층(131, 133, 134) 및 투과 전극(140)과 같이 액티브 영역(AA)을 덮으며 일체형으로 형성된다. 제 1 내지 제 3 공통층(131, 133, 134), 투과 전극(140) 및 캐핑 구조(170)는 상부로 올라올수록 면적을 더 크게 하여 하부층을 덮도록 형성될 수 있다. 투과 전극(140)의 경우 액티브 영역(AA: 도 1의 점선 내 영역)) 외곽 영역에 돌출 부위를 가져 하부에 위치하는 박막 트랜지스터 어레이에 형성된 배선층과 접속되어 공통 전압 또는 접지 신호를 인가받을 수 있다. 이 경우, 캐핑 구조(170)는 상기 투과 전극(140) 전체를 덮으며 액티브 영역(AA)와 외곽 영역 일부로 돌출되어 구비될 수 있다.
상기 캐핑 구조(170)에서 제 1 캐핑층(171) 및 제 2 캐핑층(172)은 유기 물질 또는 무기 물질로 형성될 수 있고 혹은 유무기 복합 물질로도 형성될 수 있다. 제 1 캐핑층(171)과 제 2 캐핑층(172)의 특성을 결정하는 것은 이들을 이루는 물질이 갖는 굴절률(refractive index)과, 해당층의 두께로 결정되는 광학 거리(nd)이다. 상기 제 1 캐핑층(171)의 광학 거리에 대해 제 2 캐핑층(172)의 광학 거리(nd)의 차는 10% 이내가 되도록 하여 이들 층들이 동일하거나 유사 범위의 파장에 대해 상쇄 간섭의 특성을 갖는다.
도 3a 및 도 3b는 na의 굴절률을 갖는 제 1 층을 지나는 광(L)이 이와 다른 굴절률(nb, nc)의 제 2 및 제 3 층을 지날 때, 광의 투과와 반사 특성을 각각 상쇄 간섭(destructive interference)일 경우와 보강 간섭(constructive interference)일 경우를 살펴본 것이다.
여기서, 광(L)은 진행 방향에서 서로 다른 계면을 만나며 각 계면에서 다른 반사 파동을 발생시킨다. 도 3a의 상쇄 간섭이란, 제 1 층(굴절률 na)에서 제 2 층(굴절률 nb)을 지나가며 발생된 반사 파동(RW1)과, 제 2 층에서 제 3 층(굴절률 nc)을 지나가며 발생된 반사 파동(RW2)이 서로 반대 위상을 가지기 때문에 발생되는 것이다. 이 때, 각 반사 파동의 진폭(amplitude) 및 주기가 동일하다면 두 반사 파동의 합이 0이 되어(서로의 반사 파동을 상쇄시킨다), 광(L)은 제 1 층(굴절률 na) 에서 제 2 층(굴절률 nb)을 거쳐 제 3 층(굴절률 nc)을 통과하며 진행 방향의 각 계면에서 거의 반사량을 갖지 않고, 전량 투과(T)되는 것이다.
반면, 도 3b의 보강 간섭은, 제 1 층(굴절률 na)에서 제 2 층(굴절률 nb)을 지나가며 발생된 반사 파동(RW1)과, 제 2 층에서 제 3 층(굴절률 nc)을 지나가며 발생된 반사 파동(RW3)이 서로 동일 위상일 때 나타나는 것이다. 이 경우, 각 반사 파동의 진폭(amplitude)이 동일하다면 두 반사 파동의 합은 단일 반사 파동(RW1)의 진폭의 2배가 되어, 단일 반사 파동대비 보강되어 반사량이 늘어나게 된다. 제 1 층과 제 2 층 사이의 계면과, 제 2 층과 제 3 층 사이의 계면에서의 각 반사 파동의 주기와 진폭 모두가 이론적으로 동일할 때, 각 계면에서는 반사된 광(R)은 제 1층을 향해 되돌아 오게 되며, 따라서, 광의 진행 방향에서 제 3 층으로 통과하는 광량이 없게 된다.
본 발명의 캐핑 구조(170)는 상기 투과 전극(140)과 접하여 위치하며, 캐핑 구조(170) 하부로부터의 광이 캐핑 구조(170)를 통과할 때, 도 3a의 개시된 상쇄 간섭 특성을 갖게 한 것으로, 상기 제 1 층(na 의 굴절률)이 OLED에 해당하며, 제 2 층(nb 의 굴절률)이 캐핑 구조(170)에 해당되며, 제 3 층(nc 의 굴절률)이 캐핑 구조 외측에 해당되는 것이다.
도 4는 본 발명의 투명 표시 장치의 캐핑층 및 계면에서 투과 및 반사 특성을 나타낸 개략 단면도이다.
도 4는 도 2의 본 발명의 투명 표시 장치의 투과부를 나타낸 것으로, 도 4와 같이, 본 발명의 투명 표시 장치에서 투과부는 유기 스택(EL) 상에, 투과 전극(140), 캐핑 구조(170: 171, 172)가 적층되어 있다. 유기 스택(EL)은 내부 유기 발광층을 포함하며 상기 유기 발광층을 통해 상부로 향하는 전자기파(UEo, 및 하부 향하는 전자기판(DEo)가 발생된다. 상부로 향하는 전자기파(UEO)에 대해 투과 전극(140)에서 상하로 투과되는 전자기파(1ET)와 반사되는 전자기파(1ER)로 나뉘어 발생되며, 캐핑 구조(170) 내 제 1 캐핑층(171)과 제 2 캐핑층(172) 사이의 계면에서의 반사 전자기파(HER)와 제 2 캐핑층(172)의 표면에서 하측으로 반사되는 전자기파(LER)가 발생한다. 따라서, 상기 투과 전극(140)에서 상부로 투과되는 전자기파(1ET)에 대해, 상기 캐핑 구조(170)에서는 최종 투과되는 전자기파 는 하부 반사되는 광량만큼 전자기파의 전달이 제한되므로, '1ET-(LER+HER)'에 해당하는 만큼의 전자기파로 캐핑 구조(170)에서 광이 투과되는 것이다.
즉, 상기 제 1 캐핑층(171)은 제 1 두께(d1), 제 1 굴절률(n1)을 가지며, 상쇄 간섭의 조건식에 따라 상기 제 1 캐핑층(171)의 제 1 광학 거리 (n1d1)는, mλ/2cosθ (m은 정수, λ는 상쇄 간섭되는 파장, θ는 입사각)의 값을 갖는다.
그리고, 캐핑 구조(170)에서 제 1 캐핑층(171) 상부에 위치하는 상기 제 2 캐핑층(172)은 제 2 두께(d2), 제 2 굴절률(n2)을 가지며, 상기 제 2 캐핑층(172)이 갖는 제 2 광학 거리(n2d2)는 상기 제 1 캐핑층(171)의 제 1 광학 거리(n1d1)와 동일하거나 제 1 광학 거리의 0.9 배 내지 1.1배로 10% 이내의 차이를 갖게 한다. 따라서, 상기 제 2 캐핑층(172)은 상기 제 1 캐핑층(171)과 제 2 캐핑층(172)은 같거나 유사한 값의 광학 거리를 가져, 동일 또는 유사하게 상쇄 간섭의 조건을 만족한다.
여기서, 상쇄 간섭의 조건식에 따라 상기 제 1 캐핑층(171)의 제 1 광학 거리 (n1d1) 및 제 2 캐핑층(172)의 제 2 광학 거리(n2d2)는, 각각 mλ/2cosθ (m은 정수, λ는 상쇄 간섭되는 파장, θ는 입사각)의 값 혹은 mλ/2cosθ 의 0.9배 내지 1.1배의 값을 갖는다. 여기서, 일차적으로 상쇄 간섭되는 파장(λ)은 가시광 영역대에서 단파장, 즉, 청색 파장으로 한다. 상쇄 간섭의 조건식 2ndcosθ= mλ 에서 m의 값을 달리하여, 청색 외의 녹색 및 적색의 파장대에서도 상쇄 간섭의 조건식을 만족할 수 있다.
본 발명에서 일차적으로 상쇄 간섭되는 파장(λ)을 청색 파장으로 한 것은, 단일 캐핑층 구조에서, 청색 파장에서의 투과율 균일도가 가장 좋지 않기 때문에 이를 보상하기 위함이다. 대략적으로 상기 상쇄 간섭되는 파장의 피크 파장은 430nm 내지 465nm일 수 있다.
본 발명에서는 캐핑 구조(170)에서 전체적으로 상쇄 간섭 특성을 갖도록 하여, 각 계면의 반사 파동을 상쇄시켜 최종 출사되는 광의 투과량을 늘여 투과도를 향상시킨 것이며, 또한, 가시광 영역대의 파장 변화에 관계없이 균일한 색 투과 특성을 얻고자 고굴절률의 제 1 캐핑층(171) 및 저굴절률의 제 2 캐핑층(172)의 적층 구조를 구현한다.
도 5는 캐핑 구조의 구조별 투과도를 나타낸 그래프이며, 도 6은 캐핑 구조의 구조별 청색 발광시 발광 세기를 나타낸 그래프이다.
도 5와 같이, 고굴절률(HR: High Refractive index)이며 보강 간섭(C-I: Constructive Interference) 특성의 단일 캐핑층(HRCPL C-I) 적용시 400nm 내지 650nm의 가시광 영역대에서 투과율이 단파장으로 장파장으로 갈수록 투과도(Transmittance)가 늘어나는 경향을 보인다.
또한, 고굴절률(HR: High Refractive index)이며 상쇄 간섭(D-I: Destructive Interference) 특성의 단일 캐핑층(HRCPL D-I) 적용시 400nm 내지 520nm 범위에서 45% 이상의 투과율 변화를 갖고 증가 특성을 보이다가 520nm 에서 장파장으로 가며 다시 투과율이 줄어드는 경향을 보인다.
이들과 달리, 본 발명의 투명 표시 장치의 캐핑 구조(170)와 같이, 고굴절률이며 상쇄 간섭 특성을 제 1 캐핑층(171) 및 저굴절률의 제 2 캐핑층(172)의 적층 구조로 적용시 적어도 450nm 내지 650nm의 가시광 범위에서 균일하게 90% 이상의 투과도 특성을 나타내고 있다. 즉, 본 발명의 투명 표시 장치에서는 도 3a의 상쇄 간섭의 효과와 같이 고굴절률 캐핑층(171) 및 저굴절률(172) 캐핑층의 계면에서의 반사도를 줄여 출사 광량을 늘리는 원리에 의해 투과도의 향상에 일차적 효과가 있다. 더불어, 본 발명의 투명 표시 장치는 이중 캐핑 구조(170)를 통해 상쇄 간섭이나 보강 간섭의 단일 적용시 문제시되는 파장별 투과율의 변화 특성을 방지하여 파장별, 특히 가시광 영역대에서 균일한 투과율을 유지한 점에서 2차적 효과가 있다.
즉, 단일층의 캐핑층(HRCPL D-I, HRCPL C-I)을 갖는 비교예들에서는 파장 증가에 따라 증가하거나 감소하는 점 대비 본 발명의 투명 표시 장치의 캐핑 구조(170)은 가시광 영역에서는 파장의 관계없이, 균일한 투과율을 나타내는 점에서 큰 차이를 갖는다. 단일층의 캐핑층 적용시 가시광 영역대에서 투과율이 증가하거나 감소하고 있다. 보강 간섭(HRCPL-CI)의 단일층 적용의 경우, 가시광 영역보다 장파장에서 투과율이 증가하는 경향이 있으며 오히려 가시광 영역에서 투과율이 떨어지는 문제가 있다. 그리고, HRCPL-DI의 단일층 적용의 경우, 가시광 영역의 투과율이 높지만 가시광 영역에서 광의 투과량 증가와 감소가 나타나고 있어, 이를 발광 표시 장치에 적용시 녹색 파장에서 상대적 휘도가 두드러져 오히려 사용자에게 시감을 저해시키는 요소로 작용한다. 본 발명의 투명 표시 장치는 광학 거리 및 두 계면이 갖는 광학 거리 차를 줄임으로써 가시광 450nm 내지 650nm의 영역대에서 투과율이 단파장으로 장파장으로 갈수록 균일한 투과도(Transmittance)를 가져 가시광 영역에서 특정 색의 휘도 차를 갖지 않고 안정적인 표시가 가능하다는 이점이 있다.
도 6과 같이, 고굴절률(HR: High Refractive index)이며 상쇄 간섭(D-I: Destructive Interference) 특성의 단일 캐핑층(HRCPL D-I) 적용시의 피크 파장의 세기는 대략 0.21로, 고굴절률(HR: High Refractive index)이며 보강 간섭(C-I: Constructive Interference) 특성의 단일 캐핑층(HRCPL C-I) 적용시의 0.26보다 작음을 확인할 수 있다. 이는 단일 캐핑층으로 상쇄 간섭 특성을 적용시 투과 특성은 전 파장대에서 향상되나 유기 발광 소자 내 미세 공진의 효과가 줄어드는 weak cavity 특성을 나타내어 순수 청색의 효율이 떨어짐을 의미한다. 또한, 고굴절률(HR: High Refractive index)이며 상쇄 간섭(D-I: Destructive Interference) 특성의 단일 캐핑층(HRCPL D-I) 적용시 대략 490nm 범위에서 스펙트럼의 쇼울더(shoulder)가 나타나, 피크 파장의 집중이 떨어지며 이에 따라 색순도가 떨어짐을 알 수 있다.
반면, 상대적으로 고굴절률(HR: High Refractive index)이며 보강 간섭(C-I: Constructive Interference) 특성의 단일 캐핑층(HRCPL C-I) 적용시나 본 발명의 이중층의 캐핑 구조(171, 172) 적용시 대략 450nm 내지 460nm의 범위에서 피크 파장 특성을 나타내며, 세기 또한 0.235 이상으로 캐핑층들 계면에서의 반사량을 줄여 출사광량을 늘렸으며, 청색 발광시 스펙트럼 내 다른 파장에서 쇼울더(shoulder)가 발생하지 않아 색 순도가 높게 나타남을 알 수 있다.
도 6에 따르면, 색 순도 관점에서 고굴절률(HR: High Refractive index)이며 보강 간섭(C-I: Constructive Interference) 특성의 단일 캐핑층(HRCPL C-I) 적용시 우수하나, 앞서 설명한 바와 같이(도 5 관련 설명), 보강 간섭의 단일 캐핑층의 구조는 투과도가 가시광 전 영역대에서 90% 미만이며, 가시광 영역대에서 투과도의 편차가 커 파장별 색효율의 균일도를 확보할 수 없다는 문제가 있다.
즉, 단일층의 캐핑층을 구비하는 경우, 고굴절률(HR: High Refractive index)이며 보강 간섭(C-I: Constructive Interference) 특성의 단일 캐핑층(HRCPL C-I)이나 고굴절률(HR: High Refractive index)이며 상쇄 간섭(D-I: Destructive Interference) 특성의 단일 캐핑층(HRCPL D-I) 적용시 모두 가시 광 파장대에서 투과도의 편차가 커, 이는 투명 표시 장치를 백색 발광으로 구현하더라도 투과율이 상대적으로 높은 색으로 관찰되는 문제를 야기시킨다. 본 발명의 고굴절률의 제 1 캐핑층(171)과 저굴절률의 제 2 캐핑층(172)이 상쇄 간섭 특성을 갖는 적층 캐핑 구조는 전 가시광 영역대에서 균일한 투과 특성을 갖도록 하여, 단일층의 캐핑층이 갖는 이러한 문제점을 해결한다.
이하, 본 발명의 투명 표시 장치와 비교되는 다양한 비교예들의 구조 및 이의 실험 결과를 살펴본다.
도 7a 내지 도 7c는 출사측 제 2 전극 및 캐핑 구조의 배치에 따른 투명 표시 장치의 다양한 비교예를 나타낸 단면도이며, 도 8은 도 7a 내지 도 7c에 따른 투과도를 나타낸 그래프이다.
도 7a와 같이, 제 1 비교예에 다른 투명 표시 장치(도 8의 A: PO ref.)는 기판(10)의 각 화소에 서로 다른 색을 발광하는 서브 화소와 투과부가 구비되고, 각 서브 화소에 각각 박막 트랜지스터(TFT1, TFT2, TFT3)가 구비되며, 상기 박막 트랜지스터와 접속하여 유기 발광 소자(OLED)가 구비된다. 상기 유기 발광 소자(OLED)는 제 1 전극(11) 및 이와 대향된 제 2 전극(40)과, 상기 제 1, 제 2 전극(11, 40) 사이에 복수개의 유기층(31, 32a/32b/32c, 33, 34)이 구비된다. 제 1 비교예는 상기 제 2 전극(40)은 ITO 또는 IZO 등 투명 산화물의 투명 전극으로 이루어져 바로 접하는 유기층과의 계면 정합성이 좋지 않은 경우가 많아 버퍼층(39)을 더 구비한 것이다. 각각 유기층의 순서는 정공 수송성의 제 1 공통층(31), 유기 발광층(32a, 32b, 32c), 전자 수송성의 제 2 공통층(33) 및 전자 주입성의 제 3 공통층(34)으로 이루어진다. 제 1 내지 제 3 공통층(31, 33, 34) 및 제 2 전극(40)은 투과부까지 공통적으로 구비되며, 유기 발광 소자(OLED) 상부의 캐핑층(50)은 상쇄 간섭 특성의 단일 캐핑층으로 구비된다.
상기 제 1 비교예에 따른 투명 표시 장치는 초기 투명 표시 장치에서 적용한 예로, 발광부와 투과부를 함께 구비한 구조에서, 투과부의 투과 특성에 보다 주목한 것으로, 이를 위해 제 2 전극(40)을 투명 전극으로 이용한 것이나, 이 때, 발광부는 유기 발광 소자 내 적색, 녹색 및 청색 파장에서 공진 효과가 떨어지기 때문에(weak cavity 특성), 도 8과 같이 가시 광 영역에서 75% 미만으로 투과도를 갖는 것으로, 단일 캐핑층(50)의 간섭 성질에 관계없이 발광부의 색 효율이 좋지 않다.
도 7b와 같이, 제 2 비교예(B: CPL 상쇄간섭)는, 제 1 비교예와 비교하여, 제 3 공통층(34)과의 계면 정합이 우수한 금속 혹은 금속 합금성분으로 제 2 전극(60)을 형성하고, 버퍼층을 생략하여 제 3 공통층(34)과 제 2 전극(60)이 바로 접하도록 형성한 것에 차이를 갖는다. 이 경우, 금속 성분의 제 2 전극(60)은 발광부에서 충분한 공진 효과를 위해 140Å 이상의 두께를 갖도록 형성한 것이다. 이 때, 상기 제 2 전극(60) 상부에 위치하는 캐핑층(50)은 광 추출 효과를 높이도록 상쇄 간섭의 단일 캐핑층을 적용한다. 이 경우, 제 2 비교예에 따른 투명 표시 장치는 도 8과 같이, 발광부의 효율 상승으로, 적색, 녹색 및 청색의 투과율이 전체적으로 개선되나, 파장 변화에 따라 투과율의 변동성이 큰 문제점이 있다. 또한, 반사 투과성의 금속을 140Å 이상의 두께로 적용하였기에, 투과부에서 투과도가 떨어지는 문제점이 있다.
제 2 비교예에 따른 투명 표시 장치의 투과부의 투과도를 개선하기 위해 제 2 전극(70)의 두께를 낮추는 방안의 제 3 비교예가 제안되었다. 도 7c은 제 3 비교예(도 8의 C: CPL 보강 간섭)에 따른 투명 표시 장치로, 이 경우, 제 2 전극(70) 상부에 위치하는 캐핑층(80)은 투과 효율(투과도)을 높이기 위해 보강 간섭 특성의 단일 캐핑층(80)을 이용하였다. 제 3 비교예의 경우, 제 2 전극(70)은 금속 또는 금속 합금이며 두께 100Å 이하이며, 그 상부에 위치하는 캐핑층(80)이 보강 간섭일 경우, 가시 광 영역에서 투과 효율이 늘어날 수도는 있지만 도 8과 같이, 특히, 400nm 내지 490nm의 청색 영역에서, 투과 효율의 변화가 대략 30% 로 그 변화가 크며, 나머지 파장대에서도 균일한 특성을 보이지 않고, 대략 490nm 내지 510nm 이상에서는 투과율이 다시 저하하는 특성을 보이고 있다. 즉, 제 3 비교예는 얇은 제 2 전극(70)의 전극으로 일정 정도의 투과부 효율을 얻었지만 가시광 영역 파장대에서 불균일한 투과도가 나타나 청색, 녹색 및 적색의 색 효율이 다르다는 문제점이 있어 균일하고 안정적인 색 표현이 어렵다는 문제가 있다.
특히, 제 2 비교예와 제 3 비교예를 비교시 청색의 CIEy 색좌표 값를 측정한 결과 0.055에서 0.102으로 변동되는 것으로 관찰되었다. 이는 제 3 비교예에서 청색의 색 틀어짐이 심해 순수 청색의 색표현 자체가 어려움을 의미한다.
도 9는 제 3 비교예 및 본 발명의 투명 표시 장치의 캐핑층 및 계면에서 투과 및 반사 특성을 나타낸 개략 단면도이다.
도 9에서 1st step으로 제시한 것은 제 3 비교예의 각 층의 투과 및 반사 특성을 나타낸 것이며, 2nd step 으로 제시한 것은 본 발명의 투명 표시 장치의 각 층의 투과 및 반사 특성이다.
제 3 비교예 및 본 발명에서 각각 제 2 전극 혹은 반투과 전극(140)은 Ag:Mg의 은 합금의 반투과성 금속으로 구비한다. 제 2 전극 혹은 반투과 전극(140)의 두께는 공통적으로 100Å 이하이며, 전체 면적에서 저항 증가를 방지하기 위해 50Å 이상의 두께로 한다. 이는 투과부에서의 투과율을 높이기 위함이다.
반사 및 투과 특성에서 제 3 비교예와 본 발명의 투명 표시 장치는 동일한 두께를 적용하였을 때, 상부로 나오는 투과도를 비교한다.
제 3 비교예에 따른 투명 표시 장치에서, 유기 스택(EL) 상에, 제 2 전극(도 7c의 70 참조, 140), 및 단일의 고굴절률의 캐핑층(80)이 순차로 구비되어 있다. 유기 스택(EL)은 내부 유기 발광층을 포함하며 상기 유기 발광층을 통해 상하로 향하는 전자기파(UEo, DEo)가 발생되며, 상부로 향하는 전자기파(UEO)에 대해 제 2 전극(140)에서 상하로 투과와 반사되는 전자기파(1ET, 1ER)가 발생되며, 캐핑층(80)은 그 상부 계면에서, 상하로 투과와 반사되는 전자기파(2ET, 2ER)가 발생한다.
본 발명의 투명 표시 장치에서, 앞서 도 4에 관해 상술한 바와 같이, 유기 스택(EL)은 내부 유기 발광층을 포함하며 상기 유기 발광층을 통해 상하로 향하는 전자기파(UEo, DEo)가 발생되며, 상부로 향하는 전자기파(UEO)에 대해 투과 전극(140)에서 상하로 투과와 반사되는 전자기파(1ET, 1ER)가 발생되며, 캐핑 구조(170) 내 제 1 캐핑층(171)과 제 2 캐핑층(172) 사이의 계면과 제 2 캐핑층(172)의 표면에서 하측으로 반사(HER, LER)이 발생한다.
여기서, 제 3 비교예와 본 발명에서 공통적으로 구비된 제 2 전극 (혹은 투과 전극)(140)으로는 상부로 투과되는 전자기파(1ET)의 총 량을 1로 할 때, 그 상부에 위치하는 캐핑층 혹은 캐핑 구조에서 반사되는 반사도(반사량)를 뺀 것이 상기 캐핑층 혹은 캐핑 구조 상부에서 실질적으로 투과되는 투과광량이다.
제 3 비교예에서 반사도는 제 2 전극 상부에 단일의 캐핑층(80)이 구비되어 캐핑층(80) 상부 표면의 단일 반사(2ER)가 발생된다. 본 발명의 투명 표시 장치에서의 반사도는 제 2 전극 상부에 제 1, 제 2 캐핑층(171, 172)의 이층 구비에 따라 캐핑 구조(170) 전체의 반사도는 (LER+HER)에 상당하다.
예를 들어, 제 1 캐핑층(171) 및 단일의 고굴절률 캐핑층(80)의 제 1 굴절률을 2.25로 하고, 제 2 캐핑층(172)의 제 2 굴절률을 1.5로 하고, 각 캐핑층 혹은 캐핑 구조 상부의 구조를 공기로 가정한 경우에 제 3 비교예와 본 발명의 투명 표시 장치의 반사도를 비교하여 본다.
참고로 서로 다른 두 굴절률(n1, n2)을 갖는 두 층의 계면에서 발생되는 반사도는
Figure pat00004
(θi는 입사각, θt는 출사각)에 상당하다.
정면 시인이 가장 효과적인 각 층의 법선 방향으로 들어오는 입삭각 및 출사각의 경우를 고려하면, θi와 θt는 모두 0°로 고려하여 계산할 수 있다.
제 3 비교예에서는 단일 캐핑층(80)의 상부 표면에서의 단일 반사(2ER)만을 고려하므로, 캐핑층(80)의 굴절률 2.25와 공기의 굴절률 1을 반사도를 계산하는 위 식에 대입하여 계산하여 보면 대략 15%에 해당하는 반사도가 나온다.
본 발명의 투명 표시 장치에서, 제 1, 제 2 캐핑층(171, 172)의 계면에서의 반사(HER)의 반사도는, 각각 제 1, 제 2 캐핑층(171, 172)의 2.25 굴절률, 1.5 굴절률에 따라, 4%가 되며, 제 2 캐핑층(172)의 상부 표면에서의 반사(LER)의 반사도는, 제 2 캐핑층(172) 상부의 공기가 위치할 때, 그 굴절률이 1이 되므로, 유사하게 4%가 된다. 즉, 두 계면이 있지만 반사도의 차는 0%가 된다. 다른 예로, 제 1 캐핑층(171)이 2.0의 굴절률, 제 2 캐핑층(172)이 1.5의 굴절률을 가지고, 제 2 캐핑층(172) 상부를 공기로 할 때, 제 1, 제 2 캐핑층(171, 172) 계면에서는 대략 2.8%의 반사도를 갖고, 제 2 캐핑층(172)의 계면에서는 4%의 반사도를 갖게 되어 그 차이가 2% 내에 해당한다.
즉, 본 발명의 투명 표시 장치에서, 캐핑 구조(170)의 적층 구조로, 광의 진행 방향에서 반사가 일어나는 복수개의 계면이 있지만 계면을 이루는 두 층간의 굴절률 차를 줄여 굴절률 차의 제곱에 비례하여 반사도를 현저히 줄일 수 있으며, 투과율이 높은 제 3 비교예와 비교하여서도 캐핑 구조 상부에서 하부로 반사되는 반사 광량을 줄여(2ER > (LER+HER)), 안티 리플렉션(anti-reflection) 효과에 따라 투과 효율을 높일 수 있다.
위의 예에서는 캐핑층 및 캐핑 구조의 외측이 공기가 있을 경우를 예로 들었지만, 본 발명의 투명 표시 장치에 있어서는, 캐핑 구조(170) 상부에, 봉지층 혹은 필재 및 상부 기판에 대응된 구조를 적용하는 경우도 고려할 수 있을 것이다.
이 때, 상기 캐핑 구조(170) 상부에 위치하는 봉지층 혹은 필재의 굴절률을 nEncap 이라 할 때, 상기 제 2 캐핑층의 상부 표면 반사도는
Figure pat00005
(nEncap 는 제 2 캐핑층 상부 구성의 굴절률, θi는 입사각, θt는 출사각)이다.
상기 제 1 캐핑층(171)과 제 2 캐핑층(172)의 사이 계면 반사도는
Figure pat00006
(θi는 입사각, θt는 출사각)이며, 상기 제 2 캐핑층(172)의 상부 표면 반사도와 5% 이하의 차이를 갖게 하여 본 발명의 투명 표시 장치에서의 투과율 상승 효과를 갖고자 한다. 만일 광의 출사하는 측에서 어느 한 계면에서의 반사도 차가 우세할 경우, 도 5에서 나타난 고굴절률 캐핑층(171) 및 저굴절류 캐핑층(172)의 적층 구조 캐핑층에서 얻고자 하는 파장별 균일한 투과 특성을 얻기 어려우므로, 두 계면에서의 반사도 차이는 최소화한다.
본 발명의 투명 표시 장치에 있어서, 캐핑 구조는 투과율을 위해 상쇄 간섭 특성을 가져야 하기 때문에, 상기 제 1 두께는 300Å 내지 500Å이며, 상기 제 2 두께는 300Å 내지 700Å일 수 있다.
제 1 캐핑층(171) 및 제 2캐핑층(172)은 상쇄 간섭의 조건식 2ndcosθ= mλ에 따르면, 이에 따라, 각 층의 광학 거리가 동등하거나 10% 이내의 차이를 갖도록 한다. 이 때, 상쇄 간섭의 조건식에서 상쇄 간섭되는 파장(λ)은 높은 투과도를 높은 유지하도록 청색 파장, 대략 430nm 465nm 의 파장에 따른다. 정면에서의 시인을 고려하여 θ는 0°로 하여 계산할 수 있다.
상대적으로 제 2 캐핑층(172)이 낮은 굴절률(n2<n1)이기 때문에, 높은 굴절률(n1)의 제 1 캐핑층(171)과 그 광학 거리 차(n1d1-n2d2)를 제 1 캐핑층(171)이 갖는 광학 거리(n1d1)를 10% 이내로 맞추기 위해, 제 1 캐핑층(171)의 제 1 두께(d1)보다 제 2 캐핑층(172)의 제 2 두께(d2)는 두꺼울 수 있다.
상기 캐핑 구조(170) 상부에 위치하는 봉지층은 대략 봉지 기능을 위해 복수층 구비되고 그 두께가 1㎛ 이상을 넘기 때문에, 하부의 캐핑 구조(170)와의 굴절률 차와 상관없이 거의 계면에서의 반사없이 하부에서 전달되는 광이 그대로 투과되는 경우도 있을 것이다.
상기 봉지층은 SiNx, SiONy, SiOx, Al2O3 등의 저온 증착이 가능한 무기막과 PCL, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 폴리이미드, 폴리에틸렌 또는 실리콘옥시카본(SiOC)과 같은 비감광성 유기 절연 재질 또는 포토아크릴과 같은 감광성 유기 절연 재질의 유기막의 교번 적층 구조일 수 있다. 필재의 경우, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 폴리 이미드, 폴리에틸렌 등의 수지 계열에 흡습제를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 이중 구조의 캐핑층을 이용하는 이유를 설명한다.
한편, 본 발명의 투명 표시 장치에서 캐핑 구조는 상쇄 간섭이 투과 전극(140)에서 가장 가까운 제 1 캐핑층(171)에 의해 좌우되며, 특히, 그 굴절률은 2.0 이상의 고굴절률이며, 이용된 두께도 300Å 내지 500Å로 매우 얇다. 이와 같이, 얇고 고굴절률 특성의 재료는 파장이 증가함에 따라, 배치 특성에 따라 도 5 및 도 6의 D-I(Destructive interference) 특성의 그래프와 같이, 청색의 광량이 낮고 전체 가시광에서 파장이 증가할 때 투과율이 줄어드는 경향을 보인다. 따라서, 본 발명의 투명 표시 장치에서는 상대적으로 제 1 캐핑층(171)보다 저굴절률의 제 2캐핑층(172)을 제 1 캐핑층(171)과 적층하여 이용함으로써, 가시광 영역의 투과 특성을 파장에 관계없이 일정하게 되도록 유지하고자 한 것이다. 저굴절률 재료 중 파장에 따라 변화가 거의 없는 재료를 적용할 수 있으므로, 파장별 균일한 투과도 달성에 최적 조건이 될 수 있다. 또한, 파장이 증가함에 따라 계면 반사가 감소하기 때문에, 장파장 영역에서 투과도도 증가 가능하다.
도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 투명 표시 장치의 캐핑 구조의 각 캐핑층 두께 적용에 따라 청색, 녹색 및 적색의 투과율 경향을 나타낸 도면이다.
본 발명의 투명 표시 장치에서, 제 1 및 제 2캐핑층(171, 172)은 서로의 동등 또는 유사의 상쇄 간섭 특성을 갖기 위해 제 2 캐핑층(172)의 광학 거리는 제 2 캐핑층(171)의 광학 거리에 대해 0.9 배 내지 1.1배가 되도록 한 것이다. 전체 액티브 영역(AA)에서 동일 두께로 적용되는 캐핑 구조(170)에서, 제 1 캐핑층(171)과 제 2 캐핑층의 두께 변화에 따라, 청색, 녹색 및 적색의 투과율을 측정한 결과, 대략 제 1 캐핑층(171)이 250Å(=25nm) 내지 500Å(=50nm)이고, 제 2 캐핑층(172)이 300Å(=30nm) 내지 700Å(=70nm)일 때, 청색은 0.860 이상의 투과율, 녹색은 0.86 이상의 투과율, 적색은 0.087이상의 투과율을 나타내고 있으며, 서로 다른 파장에 대해서도 공통적으로 0.86 이상의 고투과율을 나타냄을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명의 서로 다른 굴절률의 제 1, 제 2 캐핑층을 상쇄 간섭 특성을 갖도록 구비한 캐핑 구조 적용시 상술한 제 1, 제 2 캐핑층의 두께 범위에서 가시광 영역대의 파장에서 골고루 고투과율을 가짐을 알 수 있다.
도 11a 및 도 11b는 고굴절률 캐핑층을 단일 캐핑층으로 적용하되 고굴절률 캐핑층의 상쇄 및 간섭 특성을 달리한 실험예들의 투과도 및 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 11a에 나타난 실험은, 제 3 비교예에서, 단일 캐핑층(80)을 공통적으로 굴절률을 2.2로 동일하게 고굴절이 되도록 하되, 캐핑층의 두께를 조절하여 상쇄 간섭 특성을 갖는 제 1 실험예(HRCPL D-I), 보강 간섭과 상쇄 간섭 사이의 특성 갖는 제 2 실험예(HRCPL D-I<t<C-I) 및 보강 간섭 특성을 갖는 제 3 실험예 (HRCPL C-I)의 세 경우에 따라 파장별 투과도를 측정한 것이다. 도 11a와 같이, 제 1 실험예는 대략 460nm 내지 520nm에서 청색 파장 범위에서 고투과율을 나타냈고, 제 2 실험예는 대략 520nm 내지 590nm의 녹색 파장 범위에서 고투과율을 나타냈으며, 제 3 실험예는 대략 620nm 내지 630nm의 적색 파장 범위에서 고투과율을 나타내었다. 그러나 제시된 제 1 내지 제 3 실험예 어느 경우나 단일의 캐핑층을 적용하는 경우는 상쇄 간섭이나 보강 간섭의 특성을 달리하여도 특정 파장 영역에서만 고투과율을 보이고 나머지 파장에서는 낮은 투과율이 나타나 가시 광 영역에서 고른 투과율을 나타내기 힘듦을 확인할 수 있다. 또한, 제 1 내지 제 3 실험예 모두에서 가시광 영역에서 균일하지 못한 투과율을 나타냄을 알 수 있다.
도 11b에 나타난 실험은, 제 1 내지 제 3 실험예들에 대해 각각 청색 발광의 피크 특성을 살펴본 것으로, 단일 고굴절률의 보강 간섭을 적용한 상대적으로 유기 발광 소자 내의 공진 효과가 커 피크 파장의 세기는 크며, 상쇄 간섭 특성이 커질수록 청색 발광의 세기가 줄어들며, 쇼율더가 있어, 청색의 색 틀어짐, 청색의 CIEy 색좌표가 큰 값으로 변동됨을 알 수 있다. 즉, 보강 간섭 적용한 제 3 실험예(HRCPL C-I)의 경우 CIEy 색좌표(By)가 0.055이나, 캐핑층의 두께를 조절하여 상쇄 간섭 특성을 갖는 제 1 실험예(HRCPL D-I)의 경우 CIEy 색좌표(By)가 0.108이며 , 보강 간섭과 상쇄 간섭 사이의 특성 갖는 제 2 실험예(HRCPL D-I<t<C-I)의 경우에는 각각 CIEy색좌표 값(By)이 0.094에 해당하였다.
실험예 조건 전광특성(요구휘도)
캐핑층성질 구동전압
(V)		 전류밀도(mA/cm2) ηJ(휘도)
(Cd/A)		 CIEx CIEy 투과도
/460nm
제1실험예 HRCPL D-I (t0) 8.0 8.4 12.4(121) 0.137 0.102 94%
제2실험예 HRCPL(t1)t0<t1<t3 7.9 6.5 11.7(152) 0.141 0.077 87%
제3실험예 HRCPL C-I (t3) 7.5 4.9 10.1(183) 0.141 0.055 79%
제4실험예 HRCPL(t2)t1<t2<t3 7.6 5.1 11.7(191) 0.143 0.061 82%
표 1을 참조하면, 상쇄 간섭 특성이 강할수록 제 1 실험예와 같이, 투과율은 청색에서 94%이나 구동 전압이 높고, 색좌표 CIEy의 왜곡이 심한 것을 알 수 있다. 참고로 표 1에서 제 4 실험예는 제 3 실험예와 같이 캐핑층의 두께를 조절하여 제 2 실험예보다 두꺼운 t2로 하되, 상쇄 간섭과 보강 간섭 사이의 특성을 갖도록 한 것이다. 제 2 실험예보다 보다 장파장에서 최고의 투과율을 가질 것이다. 제 2 실험예와 제 3 실험예 사이로 캐핑층의 두께를 적용하였기 때문에, 대략적으로 구동 전압, 전류 밀도, 투과도 등에서 제 2 실험예와 제 3 실험예 사이의 효과를 갖는다.
상술한 제 1 내지 제 4 실험예 중 투과도는 낮지만 보강 간섭 특성의 단일층으로 캐핑층을 구비한 제 3 실험예에서 가장 CIEy의 색좌표 왜곡이 적음을 알 수 있다.
이하에서는 제 3 실험예와 비교하여, 본 발명의 투명 표시 장치와 같이, 캐핑 구조를 고굴절률과 저굴절률의 이층 구조로 적용하되, 제 1 캐핑층의 두께 적용을 달리하여 상쇄 간섭의 특징을 갖는 제 5 실험예, 상쇄 간섭과 보강 간섭의 특징을 갖는 제 6-7 실험예에 대해서 전광 특성을 비교한 실험에 대해 설명한다.
도 12a 및 도 12b는 상쇄 간섭 특성의 고굴절률 캐핑층 및 저굴절률 캐핑층의 적층 캐핑 구조와 다른 적층 캐핑 구조 및 보강 간섭 특성의 고굴절률 캐핑 단일층에 대한 투과도 및 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
실험예 조건 전광특성(요구휘도)
캐핑층성질 구동전압
(V)		 전류밀도(mA/cm2) ηJ(휘도)
(Cd/A)		 CIEx CIEy 투과도
/460nm
제3실험예 HRCPL C-I(t3) 7.5 4.9 10.1(183) 0.144 0.055 79%
제5실험예 HRCPL D-I(t4)/LRCPL 7.6 6.1 10.5(162) 0.141 0.065 91%
제6실험예 HRCPL(t5)/LRCPL(t4<t5) 7.5 5.7 10.4(170) 0.141 0.061 86%
제7실험예 HRCPL (t6)/LRCPL(t5<t6) 7.5 5.4 11.1(182) 0.140 0.061 83%
표 2의 제 5 내지 제 7 실험예와 같이, 캐핑층을 굴절률 차를 달리한 이중 구조로 하였을 때, 모두 청색 파장에서 투과율이 상승함을 확인할 수 있다. 특히, 제 1 캐핑층(171)을 상쇄 간섭과 보강 간섭 사이의 특성을 갖게 제 6 내지 제 7실험예와 비교하여 상쇄 간섭 특성만을 갖도록 한 제 5 실시예의 경우, 청색 파장의 투과율이 91%로 상승함을 확인할 수 있었고, 또한 전류 밀도도 6.1mA/cm2로 가장 높고, 색좌표 CIEy의 값도 0.065로 청색의 색순도 범위 내에 있음을 알 수 있다.도 12a와 같이, 이중 구조의 캐핑 구조 중에서도 제 5 실험예에서 투과율을 가시광 영역대에 고르게 90% 이상의 투과율을 가진 것을 알 수 있다.
도 12b에서는 460nm의 파장에서 발광 세기가 단일층 보강 간섭특성의 캐핑층을 적용한 제 3 실험예에서 우수하지만 유사하게 이중 캐핑층을 구비한 본 발명의 투명 표시 장치와 같이, 제 5 및 제 6 실험예들에서 스펙트럼에서 쇼율더(shoulder)를 보이지 않고, 460nm에서 피크 특성을 나타내고 있어, 색좌표의 0.065 이하를 유지하고 있어, 색좌표 왜곡이 거의 없음을 확인할 수 있다.
도 13a 내지 도 13c는 상쇄 간섭 단일 캐핑층, 보강 간섭 단일 캐핑층 및 본 발명의 캐핑 구조의 실험예들의 청색, 녹색 및 적색 발광시 각 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
조건 전광특성(요구휘도)
캐핑층 구동전압(V) 전류밀도(mA/cm2) ηJ(휘도)
(Cd/A)		 CIEx CIEy 투과도
청
(460nm)		 제3실험예
(C-I)		 7.5 4.9 10.1(183) 0.144 0.066 79%
제1실험예
(D-I)		 8.0 8.4 12.4(121) 0.137 0.102 94%
제5실험예(HRCPL(D-I)/LRCPL) 7.6 6.1 10.5(162) 0.141 0.065 91%
녹
(520nm)		 제 3 실험예 6.8 3.9 219.4(789) 0.278 0.683 83%
제 1 실험예 7.3 6.6 1391(412) 0.338 0.630 95%
제 5 실험예 7.0 4.6 187.0(649) 0.288 0.675 91%
적
(630nm)		 제 3 실험예 6.6 6.8 45.1 0.693 0.305 89%
제 1 실험예 7.0 10.9 27.8 0.695 0.303 89%
제 5 실험예 6.5 7.3 41.6 0.694 0.304 90%
표 3 및 도 13a 내지 도 13c와 같이, 제 5 실험예와 같이, 단일의 보강 간섭 특성의 캐핑층(제 3 실험예), 단일의 상쇄 간섭 특성의 캐핑층(제 1 실험예)과 대비하여 본 발명의 고굴절률이 상쇄 간섭 특성의 제 1 캐핑층과 저굴절률의 제 2 캐핑층의 적층 구조의 캐핑 구조 적용시(제 5 실험예) 낮은 구동 전압 특성을 얻을 수 있으며, 색순도가 좋은 보강 간섭 단일층 캐핑층(제 3 실험예)보다 투과도가 현저히 높게 상승하며, 각각의 해당 파장에서 색 왜곡이 없음을 알 수 있다. 또한, 도 13a 내지 도 13c와 같이, 상쇄 간섭 단일층 캐핑층(제 1 실험예)에서 각 파장에서 자신의 발광 파장 외에서 나타나는 쇼울더가 본 발명의 제 5 실험예에서 발생하지 않아 각각 색 효율이 상승함을 알 수 있다.즉, 본 발명의 적층 구조의 캐핑 구조 적용시 제 3 실험예 대비 30%의 색효율 증가의 효과와 제 1 실험예 대비 색좌표 보정을 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 발명자는 색좌표 보정을 위해, 캐핑층 하부 유기 발광 소자에 이용되는 청색 발광층의 발광 도펀트를 일반적인 파이렌(pyrene)계의 청색 도펀트를 대체한 deep blue 발광 특성의 보론(boron) 계열의 도펀트를 사용하여, 상술한 제 3 실험예(단일의 보강 간섭 특성의 캐핑층), 제 1 실험예(단일의 상쇄 간섭 특성의 캐핑층) 및 본 발명에 적용한 제 5 실험예(상쇄 간섭 특성이며 고굴절률의 제 1 캐핑층 및 저굴절률의 제 2 캐핑층 적층 적용)에 대해 그 전광 특성을 살펴보았다.
Deep blue 발광 특성의 보론 도펀트는 피크 파장이 파이렌 계열의 청색 도펀트 대비 5nm 이상 낮고, FWHM이 10% 이상 좁은 재료이다.
이상의 표 1 내지 표 3에서 설명한 실험예에서는 청색 발광 도펀트의 재료를 파이렌 계열의 청색 도펀트로 한 것으로, 대략적으로 청색 피크 파장이 460nm 이상에 있다.
Deep blue 발광 특성의 보론 도펀트를 적용할 경우, 그 피크 파장을 455nm 이하로 할 수 있으며, FWHM이 대략 20~30nm 에 있는 것으로, deep 하며, 좁은 발광 스펙트럼을 나타낸다.
실험예 전광특성(요구휘도)
구동전압
(V)		 전류밀도
(mA/cm2)		 ηJ(휘도)
(Cd/A)		 CIEy CIEy 투과도
/460nm		 투과도
/520nm
제3실험예 7.8 4.3 12.5(226) 0.144 0.055 79% 83%
제1실험예 8.1 8.4 12.2(123) 0.138 0.099 95% 95%
제5실험예 7.7 5.6 11.9(178) 0.141 0.067 91% 91%
표 4와 같이, 유기 발광 소자 내 청색 발광층에 deep blue 특성 보론 도펀트 적용시 본 발명의 캐핑 구조와 더불어 설명하면, 환산 휘도가 일반 파이렌 계열의 청색 도펀트 사용의 경우(표 3의 청색 제 5 실험예) 대비 162 Cd/A에서, 178 Cd/A 로 약 10% 의 효율 상승이 있음을 알 수 있다. 또한, 청색 및 녹색의 투과 특성이 모두 91% 이상을 유지하고 있어, 가시광 파장에서 고르고 높은 투과율을 색좌표의 왜곡없이 나타냄을 확인할 수 있다.
한편, 상술한 본 발명의 캐핑 적층 구조는 상술한 이중층 외에도 3중층, 4중층으로 특성으로 구비될 수 있다. 이 경우, 3중층, 4중층일 때, 상부로 가며 굴절률 값을 점차 줄이는 구조로 이루어진다. 또한, 전체 캐핑층에서의 광학 거리가 단일 캐핑층 적용시 청색에서 보강간섭되는 광학 거리 적용을 따른 후 상술한 계면들간의 반사도차을 일정 범위 내로 유지 및 광학 거리 차를 일정 범위 내로 유지한다. 그리고, 상부에 위치하는 층일수록 저굴절률의 캐핑층으로 이들은 파장 특성에 반사도의 변동성이 거의 없으므로, 도 5 및 도 6의 이중층 구조의 캐핑층(HRCPL D-I/LRCPL)과 유사한 광학 특성을 가질 것이다.
이하, 구체적으로 본 발명의 투명 표시 장치를 어레이 기판(100) 상에 형성된 어레이 구성과 연계하여 살펴본다.
도 14는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 투명 표시 장치를 나타낸 평면도이며, 도 15는 도 14의 I~I' 선상에 따른 단면도이다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 투명 표시 장치는 일예로, 스캔 라인(SL)과 데이터 라인(DL)의 중첩 부위에 대응되어 발광부(E)가 구비되며, 인접한 발광부(E) 사이에 투과부(T)가 구비된다.
투과부(T)는 투명하여야 하므로, 배선(SL, DL) 및 박막 트랜지스터(TFT1, TFT2)과 중첩하지 않게 배치된다.
발광부(E)와 투과부(T) 이외의 영역으로, 예를 들어 배선 등의 차광 요소를 가리며, 이웃하는 화소 또는 서브 화소들간의 영역 구분을 위해 뱅크(150)가 형성된다.
여기서, 발광부(E)와 투과부(T) 사이의 갭은 존재할 수도 있고, 존재하지 않을 수도 있으며, 발광부(E)와 투과부(T) 사이의 영역이 존재하지 않는 경우에는 발광부(E)가 배선(SL, DL)을 덮도록 하여, 발광부(E)의 유기 발광 소자(OLED) 하부에 위치하는 배선이 시인되지 않도록 한다.
본 발명의 투명 표시 장치에서 발광색 배치를 살펴보면 다음과 같다.
적색 발광의 서브 화소(RE)와 청색 서브 화소(BE)가 투과부(T)를 사이에 두고 수평 인접하며, 적색 서브 화소(RE)와 녹색 서브 화소(GE)가 수직 방향에서 인접하게 배치될 수 있다. 도시된 예는 전체 액티브 영역에서 녹색 서브 화소(GE)의 배치를 늘려 백색 발광에 녹색 발광의 기여를 높인 것이다. 그러나, 이에 한하지 않으며, 특정 목적에 따라 적색 혹은 녹색 서브 화소의 배치 수를 늘리거나 혹은 적색, 녹색, 청색 발광 화소의 배치를 동등하게 할 수도 있다.
공통적으로 투과부(T)에 A 영역과 같이, 투명 전극(1200), 제 1 공통층(131), 제 2 공통층(133), 제 3 공통층(134)의 유기 스택(130') 및 투과 전극(140)이 배치된다. 또한, 상기 투과 전극(140) 상부에는 상술한 고굴절률이며, 상쇄 간섭 특성의 제 1 캐핑층(171)과 저굴절률의 제 2 캐핑층(172) 적층의 캐핑 구조(170)가 구비된다. 제 2 캐핑층(172)의 광학 거리(n2d2)는 상기 제 1 캐핑층(171)의 광학 거리(n1,d1)에 같거나 10% 이내의 차이를 갖는 유사한 값이기 때문에, 상기 제 2 캐핑층(172)도 제 1 캐핑층(171)이 상쇄하는 파장에 대해 상쇄 간섭하는 조건에 부합할 수 있다.
발광부(E) 는 B 영역과 같이, 반사 전극(111)의 하부 및 상부에 투명 전극(112a, 112b)을 적층시켜 3중 구조의 반사 애노드(1100)와, 상기 반사 애노드(1100) 상에 차례로 형성되는 정공 수송성의 제 1 공통층(131), 유기 발광층(132), 전자 수송성의 제 2 공통층(133) 및 전자 주입성의 제 3 공통층(134)과 은 또는 은 합금 등의 얇은 반사 투과성 혹은 투명 전극 성분의 투과 전극(140)으로 이루어진 유기 발광 소자(OLED)와, 상기 유기 발광 소자(OLED) 상부에 앞서 설명한 제 1 캐핑층(171), 제 2 캐핑층(172) 적층의 캐핑 구조(170)가 구비된다.
발광부(E)의 반사 애노드(1200)에는 상기 상하 투명 전극(112b, 112a) 중 하나만 구비될 수 있고, 투과부(T)의 투명 전극(1200)은 이들 상하 투명 전극(112b, 112a) 중 한 층만으로 형성되거나 혹은 두 층 모두를 적층시켜 형성될 수 있다.
한편, 본 발명에서 설명하는 적색 발광의 파장은 600nm 내지 650nm이며, 청색 발광의 파장은 430nm 내지 460nm이며, 녹색 발광의 파장은 510nm 내지 590nm 에 해당하며, 서로 상이한 색을 발광한다.
도 14의 예를 들어, 세로로 인접한 적색, 녹색, 청색 서브 화소와 그에 각각 인접한 3개의 투과부(T)를 포함하여 화소(pixel)라 할 수 있으며, 상기 화소는 투명 기판(100) 상에 복수개의 행과 열로 배치된다. 그리고, 각 발광부 및 투과부(T)는 제 1 박막 트랜지스터(TFT1), 제 2 박막 트랜지스터(TFTS)가 접속되어 독립적으로 구동하는 서브 화소(sub-pixel)로 기능할 수 있다. 도시된 예에서는 투과부에도 투명 전극(1200)이 구비되어 제 2 박막 트랜지스터(TFTS)에 의해 구동될 수 있음을 나타내었으나, 투명 전극(1200)과 제 2 박막 트랜지스터(TFTS)가 생략되는 예도 가능하다. 도 14 및 도 15에 구비된 예와 같이, 제 2 박막 트랜지스터(TFTS)를 구비하는 경우, 상기 투과부(T) 또한, 필요에 따라 선택적인 구동이 가능할 것이다. 이 경우, 선택적인 구동에 발광 특성을 부가하도록 투과부(T)에도 발광층을 더 구비할 수 있을 것이다.
투과부(T)의 투명 전극(1200)은 발광부(E)에 구비하는 반사 애노드(1100)에서 투명 전극층만 남겨 구비될 수 있다.
한편, 각 적색 서브 화소(RE)에는 적색 유기 발광층(132: red)이 구비되며, 청색 서브 화소(BE)에는 청색 발광 유기 발광층(132: blue)이 구비되며, 녹색 서브 화소(GE)에는 녹색 유기 발광층(132: green)이 구비된다.
상기 발광부(E: RE, BE, GE)의 제 1 박막 트랜지스터(TFT1)는 상기 스캔 라인(SL)과 동일층에 형성되는 제 1 게이트 전극(1120)과, 상기 제 1 게이트 전극(1120)과 채널 영역이 중첩되는 제 1 반도체층(1110)과, 상기 제 1 반도체층(1110)과 양측에 접속된 제 1 소스 전극(1140) 및 제 1 드레인 전극(1160)으로 이루어진다. 그리고, 상기 제 1 게이트 전극(1120)은 상기 스캔 라인(SL)과 일체형으로 스캔 라인(SL)에서 돌출되는 돌출 패턴으로 형성될 수 있다. 상기 제 1 소스 전극(1140)은 상기 데이터 라인(DL)으로부터 돌출되는 돌출 패턴으로 형성될 수 있으며, 제 1 드레인 전극(1160)은 이와 이격하여 형성하며, 제 1 드레인 전극(1160)은 유기 발광 소자(OLED)의 반사 애노드(1100)와 제 1 접속부(CT1)를 통해 접속된다.
제 2 박막 트랜지스터(TFTS)는 상기 제 1 박막 트랜지스터(TFT1)와 동일 공정에서 형성될 수 있으며, 따라서, 상기 스캔 라인(SL)과 동일층에 형성되는 제 2 게이트 전극(1122)과, 상기 제 2 게이트 전극(1122)과 채널 영역이 중첩되는 제 2 반도체층(1112)과, 상기 제 2 반도체층(1112)과 양측에 접속된 제 2 소스 전극(1161) 및 제 2 드레인 전극(1142)으로 이루어진다. 그리고, 상기 제 2 게이트 전극(1122)은 상기 스캔 라인(SL)과 일체형으로 스캔 라인(SL)에서 돌출되는 돌출 패턴으로 형성되거나 별도의 스캔 라인(ASL, 미도시)을 구비하여 별도의 스캔 라인(ASL)으로부터의 돌출 패턴으로 형성될 수 있다. 여기서, 제 2 게이트 전극(1122)이 별도의 스캔 라인(ASL)으로부터 형성되거나 접속되는 경우, 상기 제 2 박막 트랜지스터(TFTS)는 상기 제 1 박막 트랜지스터(TFT1)와 다른 시점에서의 구동을 꾀할 수 있다. 상기 제 2 소스 전극(1161)은 상기 데이터 라인(DL)으로부터 돌출되는 돌출 패턴으로 형성될 수 있으며, 이 경우, 제 2 소스 전극(1161)이 접속하는 데이터 라인(DL)은 인접한 제 1 박막 트랜지스터(TFT1)가 연결되는 데이터 라인(DL)과 다른 데이터 라인일 수 있다. 그리고, 제 2 드레인 전극(1141)은 상기 데이터 라인(DL), 제 2 소스 전극(1161)과 이격하여 형성하며, 제 2 드레인 전극(1142)은 투과부(T)의 투명 전극(1200)과 제 2 접속부(CT2)를 통해 접속된다.
도 15를 참조하여 표시 장치의 층상 구조를 세분하여 설명하면 다음과 같다.
투명 기판(100) 상에는 버퍼층(105)이 구비되며, 상기 버퍼층(105) 상에 제 1, 제 2, 제 3 반도체층(1110, 1112, 1111)이 구비되어 있다. 버퍼층(105)은 투명 기판(100)에 잔존하는 불순물들이 반도체층(1110, 1112, 1111)에 유입되지 않도록 하는 기능을 한다. 상기 반도체층(1110, 1111, 1112)은 비정질 또는 결정질 실리콘 반도체층일 수 있으며, 혹은 투명 산화물 반도체층일 수 있다. 그리고, 각각 제 1, 제 2 소스 전극(1140, 1161) 및 제 1, 제 2 드레인 전극(1160, 1142)와 접속하는 제 1, 제 2 반도체층(1110, 1112)의 양측은 불순물이 주입된 영역일 수 있으며, 상기 제 1, 제 1 반도체층(1110, 1112)에서 불순물이 주입된 영역 사이에 진성 영역으로 채널 영역으로 기능할 수 있다.
상기 제 3 반도체층(1111)은 상부에 형성될 스토리지 전극들(1121, 1141)과 중첩되어 위치할 수 있으며, 이는 불순물이 주입된 경우 스토리지 캐패시터의 용량을 증가시키는 보조 스토리지 전극으로 이용될 수 있다. 혹은 경우에 따라 상기 제 3 반도체층(1111)은 생략될 수도 있다.
그리고, 상기 제 1 내지 제 3 반도체층(1110, 1112, 1111)을 덮도록 게이트 절연막(106)이 구비되며, 상기 제 1 및 제 2 반도체층(1110, 1112)의 진성 영역 및 제 3 반도체층(1111)을 중첩하는 제 1 및 제 2 게이트 전극(1120, 1122) 및 제 1 스토리지 전극(1121)이 형성된다.
상기 제 1, 제 2 내지 제 3 반도체층(1110, 1112, 1111) 및 제 1, 제 2 게이트 전극(1120, 1122) 및 제 1 스토리지 전극(1121)을 덮으며 제 1 층간 절연막(107)이 구비된다.
상기 제 1 반도체층(1110) 및 제 2 반도체층(1112)의 양측은 상기 제 1 층간 절연막(107) 및 게이트 절연막(106)을 선택적으로 제거하여 콘택홀을 형성하고, 상기 콘택홀들을 통해 각각 제 1 소스 전극(1140), 제 1 드레인 전극(1160)을 제 1 반도체층(1110)에 접속시키고, 제 2 소스 전극(1161) 및 제 2 드레인 전극(1142)을 제 2 반도체층(1112)에 접속시킨다. 동일 공정에서, 상기 제 1 스토리지 전극(1121)와 중첩하는 제 1 층간 절연막(107) 상에 제 2 스토리지 전극(1141)이 형성된다.
여기서, 발광부(E: RE, BE)에 구비된 제 1 유기 발광 소자(OLED1)의 구동을 위한 제 1 박막 트랜지스터(TFT1)는 아래에서부터 차례로 제 1 반도체층(1110), 이와 채널 영역이 중첩한 제 1 게이트 전극(1120) 및 상기 제 1 반도체층(1110)의 양측에 접속된 제 1 소스 전극(1140) 및 제 1 드레인 전극(1160)으로 이루어진다. 투과부(T/E)에 구비되는 제 2 유기 발광 소자(OLED2)의 구동을 위한 제 2 박막 트랜지스터(TFT2)는 상기 투과부(T/E)와 비중첩하며, 상기 제 1 박막 트랜지스터(TFT1)와 동일 층상 구조로, 아래에서부터 차례로 제 2 반도체층(1112), 이와 채널 영역이 중첩한 제 2 게이트 전극(1122) 및 상기 제 2 반도체층(1112)의 양측에 접속된 제 2 소스 전극(1161) 및 제 2 드레인 전극(1142)으로 이루어진다.
또한, 스토리지 캐패시터(STC)는 제 1 층간 절연막(107)을 사이에 두고 서로 중첩된 제 1, 제 2 스토리지 전극(1121, 1141)으로 이루어진다.
상기 제 1, 제 2 박막 트랜지스터(TFT1, TFT2) 및 스토리지 캐패시터(STC)를 덮으며, 제 2 층간 절연막(108)이 형성된다.
여기서, 제 1, 제 2 박막 트랜지스터(TFT1, TFTS) 및 스토리지 캐패시터(STC)는 차광성의 금속층들을 구비하는 것으로, 투과부(T)와 비중첩시켜 배치시키며, 이에 따라 발광부(E: RE, BE, GE)와 중첩시키거나 혹은 뱅크(150) 형성부와 중첩하여 배치시킬 수 있다. 여기서, 뱅크(150)는 투과부(T)와 발광부(E) 사이에 있거나 발광부(E) 중 서로 이격하는 발광 영역(RE) 사이에 위치할 수 있다. 발광부(E)의 경우 반사 애노드(1100)가 그 하부에 배치되는 금속층들이 시인됨을 방지하며, 뱅크(150)가 위치한 부위에서는 두꺼운 뱅크(150)의 배치로 하부 구성의 시인을 방지할 수 있다.
한편, 제 1 층간 절연막(108)을 덮으며 표면을 평탄화하도록 평탄화막(109)이 더 형성되며, 평탄화막(109) 및 제 2 층간 절연막(108)을 선택적으로 제거하여 제 1, 제 2 접속부(CT1, CT2)를 구비하여 상기 제 1, 제 2 박막 트랜지스터(TFT1, TFTS)와 반사 애노드(1100) 및 투명 애노드(1200)가 각각 접속될 수 있다.
또한, 본 발명의 표시 장치는 상기 투과부(T)와 발광부(E)가 위치하지 않은 부위의 소정 영역에 격벽(160)이 더 구비되어 인접한 투과부들(T) 혹은 발광부들(E)을 구분할 수 있다. 격벽(160)은 유기 스택(130, 130'(G)) 형성시 유기 물질의 증착에 사용되는 증착 마스크(미도시)가 직접적으로 뱅크(150)에 닿지 않게 하여, 영역을 구분하는 뱅크(150)가 무너지지 않고 그 형상을 유지하도록 한다.
상기 격벽(160)은 뱅크(150)와 동일층에 형성되는 제 1 층(161)과 상기 제 1 층(161)을 덮도록 하여 제 1 층(161)의 상부 표면으로 일정 높이를 갖는 제 2 층(162)을 포함하여 이루어진다. 상기 제 2 층(162)은 뱅크(150) 형성 후, 유기 공통층이나 발광층의 형성시 요구되는 증착 마스크가 직접적으로 뱅크(150)에 닿거나 쳐짐을 방지하기 위해, 뱅크 상에 형성하는 스페이서(미도시)와 동일층에 형성될 수 있다.
발광부(E)에는 반사 애노드(1100)와 투과 전극(140)이 대향된 전극 구조를 이룬다. 여기서, 반사 애노드(1100)는 반사 전극층(111)과 상하 투명 전극층(112b, 112a)의 삼층형으로 도시되어 있으나 이에 한하지 않으며, 투명 전극층(112b, 112a)이 어느 하나 혹은 두 층 모두 생략될 수 있으며, 혹은 투명 전극층(112)과 반사 전극층(111)은 각각 복수층일 수 있다. 상기 반사 애노드(1100)가 투명 전극층(112)을 구비시 투과부(T)의 상기 투명 전극(1200)은 투명 전극층(112b, 112a)과 동일 공정에서 형성될 수 있다.
상술한 예에서 발광부에 구비된 유기 발광 소자는 각 서브 화소에서 단일의 유기 발광층을 포함한 단일 스택으로 도시되어 있으나, 각 스택에 발광층을 구비하고, 이를 복수 스택으로 적용한 발광 소자의 구조에서도 본 발명의 투명 표시 장치에서 적용가능하다.
도 16은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 투명 표시 장치를 나타낸 단면도이다.
도 16과 같이, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 투명 표시 장치는 발광부(E)와 투과부(T)로 구분되며, 각 발광부의 서브 화소에 박막 트랜지스터까지 포함된 기판(200) 상에, 각각 박막 트랜지스터가 접속되도록 반사 애노드(1100)와 상기 반사 애노드(1100) 상에 차례로 정공 주입층(231), 제 1 정공 수송층(232), 제 1 유기 발광층(233a/233b/233c), 제 1 전자 수송층(234), n형 전하 생성층(nCGL: 235a)과 p형 전하 생성층(pCGL: 235b) 적층의 전하 생성층(235)과 제 2 정공 수송층(236), 제 2 유기 발광층(237a, 237b, 237c), 제 2 전자 수송층 및 전자 주입층(239)이 적층된 유기 스택과, 상기 유기 스택 상에 얇은 반사 투과성의 투과 전극(240)이 구비되어 유기 발광 소자를 이룬다.
도시된 예는 전하 생성층(235)을 기준으로 유기 스택이 하부 제 1 스택과 상부 제 2 스택으로 구분된 2 스택 구조이며, 이에 한하지 않으며, 정공 수송층, 유기 발광층 및 전자 수송층을 하나의 스택 구성으로 하여, 상기 제 2 전자 수송층(238) 상에 하나 이상의 스택이 더 부가될 수도 있다.
또한, 도시된 예는 적색, 녹색 및 청색의 색 효율을 향상시키기 위해 각 스택이 수직 구조에서 동일 색상 발광의 유기 발광층을 적용한 예를 나타낸 것이다.
또한, 각 색상 발광의 유기 발광층(233a/233b/233c, 237a/237b/237c)은 각 색상의 최적 공진을 위해 서로 다른 두께로 설정되어 있다.
한편, 발광부(E)에 인접하여 구비된 투과부(T)는 공통적으로 형성되는 유기 스택의 구성으로 정공 주입층(231), 제 1 정공 수송층(232), 제 1 전자 수송층(234), n형 전하 생성층(nCGL: 235a)과 p형 전하 생성층(pCGL: 235b) 적층의 전하 생성층(235)과 제 2 정공 수송층(236), 제 2 전자 수송층 및 전자 주입층(239)이 함께 적층되어 있다.
그리고, 발광부(E) 및 투과부(T)에는 상기 유기 스택 상에, 공통적으로 상기 투과 전극(240)과 고굴절률이며, 상쇄 간섭 특성의 제 1 캐핑층(271) 및 저굴절률의 제 2 캐핑층(272)이 적층된 캐핑 구조(270)가 적용된다.
상기 캐핑 구조(270)의 특성은 상술한 바와 같이, 각 캐핑층 계면에서 굴절률 차가 작고, 캐핑층의 최상부와 그 외부의 봉지층 등과의 계면에서도 작은 굴절률 차를 가져 각 계면의 낮은 반사도를 통해 안티 리플렉션 효과에 의해 캐핑 구조를 통과하는 투과량을 늘릴 수 있다. 또한, 상쇄 간섭 특성을 통해 색좌표의 틀어짐없이 색 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 상술한 실시예들에서는 캐핑 구조를 제 1 캐핑층, 제 2 캐핑층의 이층 구조로 설명하였지만 이에 한하지 않으며, 삼층 이상으로도 적층할 수 있을 것이다. 그러나, 캐핑 구조는 투과측의 투과 전극 상부에 구성되는 것으로, 이 구성이 광량을 차폐하는 것을 고려하여, 총 캐핑 구조의 두께는 2000
Figure pat00007
이하가 되도록 한다.
상기 유기 발광 소자(OLED)를 통해 출사되는 광은 상기 투과 전극(140), 제 1 캐핑층(271) 및 제 2 캐핑층(272)의 순서로 출사되며, 상기 제 2 캐핑층(272)에서 나오는 출사 광량은 상기 유기 발광 소자를 통해 출사되는 광량의 총량을 1로 할 때, 상기 투과 전극(140)의 반사도와, 제 1 캐핑층(271) 및 제 2 캐핑층(272)의 사이 계면 반사도 및 상기 제 2 캐핑층(272) 상부 표면의 반사도를 뺀 값에 비례할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 다양한 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 다양한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100, 200: 기판 111: 반사 전극
131: 제 1 공통층
132a, 132b, 132c: 유기 발광층
133: 제 2 공통층 134: 제 3 공통층
140: 투과 전극 170: 캐핑 구조
171: 제 1 캐핑층 172: 제 2 캐핑층

Claims (12)

  1. 복수의 화소를 갖는 기판;
    상기 화소들 각각에 구비된 발광부와 투과부;
    상기 발광부에 구비된 유기 발광층;
    상기 발광부에, 상기 유기 발광층의 제 1면과 상기 기판 사이에 구비된 반사 전극 구조;
    상기 기판 상에 복수의 화소들에 걸쳐, 상기 유기 발광층의 제 2 면 상부에 위치하는 투과 전극; 및
    상기 투과 전극과 접하며 상쇄 간섭 특성이며, 2.0 이상의 제 1 굴절률을 갖는 제 1 캐핑층과, 상기 제 1 캐핑층 상에 접하며 상기 제 1 굴절률보다 0.2 이상이며 1.2 미만으로 작은 제 2 굴절률을 갖는 제 2 캐핑층을 포함한 캐핑 구조를 포함한 투명 표시 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 굴절률은 2.0 내지 2.7 이며, 상기 제 2 굴절률은 1.3 내지 2.0인 투명 표시 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 캐핑층은 제 1 두께(d1)를 갖고,
    상기 제 1 캐핑층의 제 1 광학 거리 (n1d1)는, mλ/2cosθ (m은 정수, λ는 상쇄 간섭되는 파장, θ는 입사각)의 값을 갖는 투명 표시 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 상쇄 간섭되는 파장은 청색 파장인 투명 표시 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 상쇄 간섭되는 파장의 피크 파장은 430nm 내지 465nm인 투명 표시 장치.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 제 2 캐핑층은 제 2 두께(d2)를 갖고,
    상기 제 2 캐핑층의 제 2 광학 거리(n2d2)는, 상기 제 1 광학 거리의 0.9 배 내지 1.1배인 투명 표시 장치.
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 제 2 캐핑층의 상부 표면 반사도와 상기 제 1 캐핑층과 제 2 캐핑층의 사이 계면 반사도의 차가 5% 이내인 투명 표시 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 캐핑층의 상부에는 가시광 영역대에서 파장별 굴절률의 변화가 0.2 이하로 작은 봉지층을 더 포함한 투명 표시 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제 2 캐핑층의 상부 표면 반사도는
    Figure pat00008
    (nEncap 는 제 2 캐핑층 상부 구성의 굴절률, θi는 입사각, θt는 출사각)인 투명 표시 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제 1 캐핑층과 제 2 캐핑층의 사이 계면 반사도는
    Figure pat00009
    (θi는 입사각, θt는 출사각)이며,
    상기 제 2 캐핑층의 상부 표면 반사도와 5% 이하의 차이를 갖는 투명 표시 장치.
  11. 제 6항에 있어서,
    상기 제 1 두께는 250Å 내지 500Å이며,
    상기 제 2 두께는 300Å 내지 700Å인 투명 표시 장치.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 유기 발광층의 제 2 면을 통해 출사되는 광은 상기 투과 전극, 제 1 캐핑층 및 제 2 캐핑층의 순서로 출사되며,
    상기 제 2 캐핑층에서 나오는 출사 광량은 상기 유기 발광층의 제 2 면을 통해 출사되는 광량의 총량을 1로 할 때, 상기 투과 전극의 반사도와, 제 1 캐핑층 및 제 2 캐핑층의 사이 계면 반사도 및 상기 제 2 캐핑층 상부 표면의 반사도를 뺀 값에 비례하는 투명 표시 장치.
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