KR20210060927A - 평탄화배향층을 포함하는 표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

평탄화배향층을 포함하는 표시장치 및 그 제조방법 Download PDF

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KR20210060927A
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Abstract

본 발명은, 기판과; 상기 기판의 제1면에 배치되는 어레이층과; 상기 기판의 제2면에 배치되는 편광층과; 상기 기판과 상기 편광층 사이에 배치되는 나노구조층 및 사분파장판층과; 상기 나노구조층 및 상기 사분파장판층 사이에 배치되고, 상기 나노구조층의 표면의 요철 형태를 평탄화 하고, 상기 사분파장판층을 일 방향으로 배향하는 평탄화배향층을 포함하는 표시장치를 제공한다.

Description

평탄화배향층을 포함하는 표시장치 및 그 제조방법 {Display Device Including Planarization Alignment Layer And Method Of Fabricating The Same}
본 발명은 표시장치에 관한 것으로, 특히 평탄화배향층과 나노구조층을 포함하는 표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근, 박형화, 경량화, 저 소비전력화 등의 우수한 특성을 가지는 평판표시장치(flat panel display)가 널리 개발되어 다양한 분야에 적용되고 있다.
평판표시장치 중에서, 유기 발광다이오드(organic light emitting diode: OLED) 표시장치는 발광다이오드의 전자(electron) 주입 전극인 음극(cathode)과 정공(hole) 주입 전극인 양극(anode) 사이에 형성된 발광층에 전하를 주입하여 전자와 정공의 결합에 의해 여기자(exciton)가 형성된 후 소멸하면서 빛을 내는 소자이다.
이러한 유기 발광다이오드 표시장치는, 발광층으로부터 다양한 방향으로 방출된 빛의 일부를 사용자에게 전달하여 영상을 표시한다.
그런데, 발광층으로부터 방출된 빛 중에서 적층면에 평행한 방향으로 방출된 빛이나 적층면 사이의 계면에 전반사 임계각보다 큰 입사각을 갖는 빛은 적층면에 평행한 방향으로 전달되어 결국 소멸된다.
즉, 발광층으로부터 방출된 빛 중에서 일부는 사용자에게 전달되지 않고 영상 표시에 기여하지 못하게 되어 유기 발광다이오드 표시장치의 광추출 효율이 저하되는 문제가 있다.
또한, 유기 발광다이오드 표시장치는 다수의 금속물질의 적층면을 포함하는데, 유기 발광다이오드 표시장치의 영상 표시면으로 입사된 외부광이 금속물질의 적층면에서 반사되어 사용자에게 전달되어 영상 표시를 방해하는 문제가 있다.
본 발명은, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제시된 것으로, 영상 표시면에 나노구조층을 형성함으로써, 광추출 효율이 향상되는 표시장치 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은, 영상 표시면에 나노구조층, 평탄화배향층 및 사분파장판층을 형성함으로써, 광추출 효율이 향상되고 산란이 최소화 되고 외부광 반사가 최소화 되는 표시장치 및 그 제조방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
위와 같은 과제의 해결을 위해, 본 발명은, 기판과, 상기 기판의 제1면에 배치되는 어레이층과, 상기 기판의 제2면에 배치되는 편광층과, 상기 기판과 상기 편광층 사이에 배치되는 나노구조층 및 사분파장판층과, 상기 나노구조층 및 상기 사분파장판층 사이에 배치되고, 상기 나노구조층의 표면의 요철 형태를 평탄화 하고, 상기 사분파장판층을 일 방향으로 배향하는 평탄화배향층을 포함하는 표시장치를 제공한다.
그리고, 상기 평탄화배향층은, 380nm ~ 780nm의 파장대의 빛에 대하여 95% 이상의 투과율을 갖고, 1X1015Ωm 이상의 비저항을 가질 수 있다.
또한, 상기 평탄화배향층의 굴절률은 상기 나노구조층의 굴절률보다 크고, 상기 평탄화배향층은 1.0 ~ 1.4의 굴절률을 가질 수 있다.
그리고, 상기 나노구조층은 상기 기판 및 상기 평탄화배향층 사이에 배치되고, 상기 평탄화배향층은 상기 나노구조층 및 상기 사분파장판층 사이에 배치되고, 상기 사분파장판은 상기 평탄화배향층 및 상기 편광층 사이에 배치될 수 있다.
또한, 상기 나노구조층은 상기 편광층 및 상기 평탄화배향층 사이에 배치되고, 상기 평탄화배향층은 상기 나노구조층 및 상기 사분파장판층 사이에 배치되고, 상기 사분파장판은 상기 평탄화배향층 및 상기 기판 사이에 배치될 수 있다.
한편, 본 발명은, 기판의 제1면에 어레이층을 형성하는 단계와, 상기 기판의 제2면에 나노구조층을 형성하는 단계와, 상기 나노구조층 상부에 평탄화배향층을 형성하는 단계와, 상기 평탄화배향층 상부에 사분파장판층을 형성하는 단계와, 상기 사분파장판 상부에 편광층을 형성하는 단계를 포함하는 표시장치의 제조방법을 제공한다.
다른 한편, 본 발명은, 기판의 제1면에 어레이층을 형성하는 단계와, 편광층 상부에 나노구조층을 형성하는 단계와, 상기 나노구조층 상부에 평탄화배향층을 형성하는 단계와, 상기 평탄화배향층 상부에 사분파장판층을 형성하는 단계와, 상기 기판의 제2면과 상기 사분파장판층이 접촉하도록 상기 어레이층이 형성된 기판에 상기 나노구조층, 상기 평탄화배향층, 상기 사분파장판층이 형성된 편광층을 부착하는 단계를 포함하는 표시장치의 제조방법을 제공한다.
그리고, 상기 평탄화배향층을 형성하는 단계는, 배향물질, 광반응물질, 용매를 포함하는 혼합용액을 도포하여 혼합용액층을 형성하는 단계와, 상기 혼합용액층을 제1열처리 하는 단계와, 제1열처리 된 상기 혼합용액층에 자외선을 조사하는 단계와, 자외선이 조사 된 상기 혼합용액층을 제2열처리 하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 배향물질은 폴리이미드(polyimide) 계열의 고분자를 포함하고, 상기 용매는 톨루엔, 초산에틸, 메틸에틸케톤, 이소프로필알코올, 메타놀, 에타놀 중 하나를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 나노구조층은, 유기물질층을 표면처리 하거나, 상기 유기물질층에 자외선을 조사하거나, 상기 유기물질층을 열처리 하거나, 상기 유기물질층을 식각 하여 형성될 수 있다.
본 발명은, 영상 표시면에 나노구조층을 형성함으로써, 광추출 효율이 향상되는 효과를 갖는다.
그리고, 본 발명은, 영상 표시면에 나노구조층, 평탄화배향층 및 사분파장판을 형성함으로써, 광추출 효율이 향상되고 산란이 최소화 되고 외부광 반사가 최소화 되는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 평탄화배향층을 포함하는 표시장치를 도시한 단면도.
도 2는 도 1의 A부분의 확대도.
도 3a는 비교예에 따른 배향층이 포함하는 고분자 물질을 도시한 도면.
도 3b는 본 발명의 제1실시예에 따른 평탄화배향층이 포함하는 고분자 물질을 도시한 도면.
도 4는 비교예에 따른 배향층과 본 발명의 제1실시예에 따른 평탄화배향층의 파장에 따른 투과율을 도시한 그래프.
도 5는 비교예에 따른 배향층과 본 발명의 제1실시예에 따른 평탄화배향층의 파장에 따른 투과율 및 비저항을 나타내는 도면.
도 6은 비교예에 따른 배향층을 형성하기 위한 혼합용액의 유체방울과 본 발명의 제1실시예에 따른 평탄화배향층을 형성하기 위한 혼합용액의 유체방울의 시간에 따른 형태변화를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 평탄화배향층을 포함하는 표시장치를 도시한 단면도.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 제2실시예에 따른 표시장치(210)의 제조방법을 설명하는 단면도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 표시장치 및 그 제조방법을 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 평탄화배향층을 포함하는 표시장치를 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1의 A부분의 확대도로서, 하부발광(bottom emission) 방식의 유기 발광다이오드 표시장치를 예로 들어 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 표시장치(110)는, 기판(120), 어레이층(122), 발광다이오드층(124), 인캡층(126), 나노구조(nano structure)층(130), 평탄화배향(planarization alignment)층(132), 사분파장판(quarter wave plate: QWP)층(134), 편광층(136)을 포함한다.
구체적으로, 기판(120) 하부(기판(120)의 제1면)에는 어레이층(122)이 배치되고, 어레이층(122) 하부에는 발광다이오드층(124)이 배치되고, 발광다이오드층(124) 하부에는 인캡층(126)이 배치된다.
어레이층(122)은, 다수의 절연층, 다수의 반도체층 및 다수의 금속층으로 이루어지는데, 예를 들어, 스위칭 박막트랜지스터, 구동 박막트랜지스터와 같은 다수의 박막트랜지스터, 스토리지 커패시터와 같은 다수의 커패시터를 포함할 수 있다.
발광다이오드층(124)은, 다수의 도전층, 다수의 유기층으로 이루어지는데, 예를 들어, 제1전극, 발광층, 제2전극으로 이루어지는 발광다이오드를 포함할 수 있다.
인캡층(126)은, 다수의 무기층, 다수의 유기층으로 이루어지는데, 외부의 수분 또는 산소가 발광다이오드층(124)으로 침투하는 것을 방지하는 역할을 한다.
도시하지는 않았지만, 인캡층(126) 하부에는 유리 또는 금속의 인캡기판이 배치될 수 있다.
기판(120) 상부(기판(120)의 제2면)에는 나노구조층(130)이 배치되고, 나노구조층(130) 상부에는 평탄화배향층(132)이 배치된다.
나노구조층(130)은, 무작위(random) 형태를 갖는 다수의 공극을 포함하는데, 다수의 공극은 각각 가시광선의 파장보다 작은 나노 크기를 가질 수 있다.
여기서, 다수의 공극에 의하여 나노구조층(130)의 제1표면(S1)은 무작위 요철형태를 가질 수 있다.
예를 들어, 기판(120) 상부에 포토아크릴(photoacryl), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane)과 같은 유기물질을 도포하여 유기물질층을 형성한 후, 플라즈마를 이용하여 유기물질층을 표면처리 하거나, 노광기를 이용하여 유기물질층에 자외선을 조사하거나, 오븐이나 핫플레이트를 이용하여 유기물질층을 열처리 하거나, 반응성 이온 식각기(reactive ion etcher)를 이용하여 유기물질층을 식각 함으로써, 나노구조층(130)을 형성할 수 있다.
나노구조층(130)은, 발광다이오드층(124)으로부터 방출된 빛 중에서, 기판(120)의 제1면에 수직하게 입사되는 빛을 그대로 통과시키고, 기판(120)의 제1면에 나노구조층(130) 및 평탄화배향층(132)의 계면에서의 전반사 임계각보다 큰 각으로 입사되는 빛을 굴절시킬 수 있다.
평탄화배향층(132)은 나노구조층(130)의 제1표면(S1)을 덮어서 평탄화하고, 사분파장판층(134)을 일 방향으로 배향할 수 있도록 평탄화배향층(132)의 제2표면(S2)은 배향력을 갖는다.
예를 들어, 나노구조층(130) 상부에 배향물질, 광반응물질, 용매를 포함하는 혼합용액을 도포하여 혼합용액층을 형성한 후, 혼합용액층에 대하여 제1열처리(건조), 자외선 조사, 제2열처리(소성)를 진행함으로써, 평탄화배향층(132)을 형성할 수 있다.
여기서, 배향물질은 폴리이미드(polyimide) 계열의 고분자를 포함할 수 있다.
나노구조층(130) 상부에 평탄화배향층(132)이 존재하지 않을 경우, 나노구조층(130)에 입사되는 빛 중에서 일부는 나노구조층(130)의 제1표면(S1)의 요철형태에 의하여 산란되어 광추출 효율이 저하될 수 있는데, 본 발명의 제1실시예에 따른 표시장치(110)에서는, 평탄화배향층(132)이 나노구조층(130)의 제1표면(S1)의 요철형태를 덮어서 평탄화 하므로, 나노구조층(130)의 제1표면(S1)의 요철형태에 의한 산란이 최소화 되고 광추출 효율이 향상된다.
평탄화배향층(132) 상부에는 사분파장판층(134)이 배치되고, 사분파장판층(134) 상부에는 편광층(136)이 배치된다.
사분파장판층(134)은, 원편광 상태의 빛을 선편광 상태로 변환하고, 선편광 상태의 빛을 원편광 상태로 변환하여 통과시키는데, 통과되는 빛의 파장(λ)의 1/4(λ/4)의 위상지연값(retardation)을 갖는다.
예를 들어, 평탄화배향층(132) 상부에 반응성 액정단량체(reactive mesogen: RM)와 같은 위상차물질을 도포하여 위상차물질층을 형성한 후, 위상차물질층에 대한 열처리를 진행함으로써, 사분파장판층(134)을 형성할 수 있다.
편광층(136)은, 입사되는 빛 중에서, 투과축에 평행한 성분의 빛을 투과시키고, 투과축에 수직한 흡수축에 평행한 성분의 빛을 흡수한다.
예를 들어, 편광층(136)은 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol: PVA)을 포함할 수 있다.
이러한 표시장치(110)에서는, 발광다이오드층(124)으로부터 방출되는 빛이 어레이층(122), 기판(120), 나노구조층(130), 평탄화배향층(132), 사분파장판층(134), 편광층(136)을 통과하여 사용자에게 전달됨으로써, 영상이 표시되는데, 나노구조층(130)에 의하여 광추출 효율이 향상되고, 동시에 평탄화배향층(132)에 의하여 나노구조층(130)의 제1표면(S1)의 요철형태에 의한 산란이 최소화 되어 광추출 효율이 더욱 향상되고, 사분파장판층(134) 및 편광층(136)에 의하여 외부광의 반사가 최소화 된다.
구체적으로, 발광다이오드층(124)으로부터 방출되는 빛 중에서 기판(120)의 제1면에 수직하게 입사되는 제1광(L1)은, 나노구조층(130)을 그대로 통과한 후, 평탄화배향층(132), 사분파장판층(134), 편광층(136)을 통과하여 사용자를 향하여 방출된다.
발광다이오드층(124)으로부터 방출되는 빛 중에서 기판(120)의 제1면에 나노구조층(130) 및 평탄화배향층(132)의 계면에서의 전반사 임계각보다 큰 각으로 입사되는 제2광(L2)은, 나노구조층(130)에서 굴절 된 후, 평탄화배향층(132), 사분파장판층(134), 편광층(136)을 통과하여 사용자를 향하여 방출된다.
즉, 발광다이오드층(124)으로부터 방출되는 빛 중에서, 기판(120)의 제1면에 수직하게 입사되는 제1광(L1)뿐만 아니라, 기판(120)의 제1면에 나노구조층(130) 및 평탄화배향층(132)의 계면에서의 전반사 임계각보다 큰 각으로 입사되는 제2광(L2)도 영상 표시에 사용되므로, 표시장치(110)의 광추출 효율이 향상된다.
그리고, 평탄화배향층(132)이 나노구조층(130)의 제1표면(S1)의 요철형태를 덮어서 평탄화 하므로, 나노구조층(130)의 제1표면(S1)의 요철형태에 의한 제1 및 제2광(L1, L2)의 산란이 최소화 되어 표시장치(110)의 광추출 효율이 더욱 향상된다.
또한, 외부로부터 편광층(136)으로 입사되는 비편광 상태의 제3광(L3)은, 편광층(136)을 통과하면서 투과축에 평행한 제1선편광 상태로 변환되고, 사분파장판(134)을 통과하면서 제1원편광 상태(좌원편광 상태 또는 우원편광 상태 중 하나)로 변환되고, 평탄화배향층(132), 나노구조층(130), 기판(120)을 통과한 후, 어레이층(122)의 다수의 금속층에서 반사되면서 제1원편광 상태와 상이한 제2원편광 상태(좌원편광 상태 또는 우원편광 상태 중 다른 하나)로 변환되고, 다시 기판(120), 나노구조층(130), 평탄화배향층(132)을 통과한 후, 사분파장판(134)을 통과하면서 투과축에 수직한 흡수축에 평행한 제2선편광 상태로 변환되고, 편광층(136)에 흡수된다.
즉, 표시장치(110)에 입사되는 외부광인 비편광 상태의 제3광(L3)은, 편광층(136), 사분파장판(134)을 통과하면서 제1원편광 상태로 변환되고, 어레이층(122)에서 반사되면서 제2원편광 상태로 변환된 후, 사분파장판(134)을 통과하여 편광층(136)에 흡수되므로, 외부광의 반사가 최소화 되어 표시장치(110)가 표시하는 영상의 표시품질이 향상된다.
나노구조층(130)의 제1표면(S1)을 덮어서 평탄화하고 동시에 사분파장판층(134)을 배향하는 역할을 하는 평탄화배향층(132)은, 적층막을 배향하는 역할만 하는 배향층에 비하여 전기광학적 특성 측면에서 설계 자유도가 높은데, 이를 도면을 참조하여 설명한다.
도 3a는 비교예에 따른 배향층이 포함하는 고분자 물질을 도시한 도면이고, 도 3b는 본 발명의 제1실시예에 따른 평탄화배향층이 포함하는 고분자 물질을 도시한 도면이다.
도 3a에 도시한 바와 같이, 비교예에 따른 배향층의 고분자 물질은 다수의 벤젠고리(BR)와 다수의 벤젠고리를 연결하는 주쇄(MC)로 이루어지는데, 다수의 벤젠고리(BR)는 주쇄(MC)에 따라 제1거리(d1) 만큼 이격 될 수 있다.
도 3b에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 평탄화배향층(132)의 고분자 물질은 다수의 벤젠고리(BR)와 다수의 벤젠고리를 연결하는 주쇄(MC)로 이루어지는데, 다수의 벤젠고리(BR)는 주쇄(MC)에 따라 제1거리(d1)보다 큰 제2거리(d2) 만큼 이격 될 수 있다.
여기서, 전자 밀도가 상대적으로 높은 다수의 벤젠고리(BR)의 군집은 전자이동경로(EP)로 정의될 수 있는데, 본 발명의 제1실시예에 따른 평탄화배향층(132)의 고분자 물질의 전자이동경로(EP)의 밀도가 비교예에 따른 배향층의 고분자 물질의 전자이동경로(EP)의 밀도보다 작으며, 그 결과 본 발명의 제1실시예에 따른 평탄화배향층(132)은 비교예에 따른 배향층에 비하여 투과율이 증가하고 비저항이 증가한다.
도 4는 비교예에 따른 배향층과 본 발명의 제1실시예에 따른 평탄화배향층의 파장에 따른 투과율을 도시한 그래프이고, 도 5는 비교예에 따른 배향층과 본 발명의 제1실시예에 따른 평탄화배향층의 파장에 따른 투과율 및 비저항을 나타내는 도면으로, 도 3a 및 도 3b를 함께 참조하여 설명한다.
도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 비교예에 따른 배향층은 약 380nm ~ 약 780nm의 파장대의 빛에 대하여 약 80% ~ 약 95%의 투과율을 갖는 반면, 본 발명의 제1실시예에 따른 평탄화배향층(132)은 약 380nm ~ 약 780nm의 파장대의 빛에 대하여 약 95% ~ 약 100%의 투과율을 갖는다.
예를 들어, 약 400nm의 파장의 빛에 대하여, 비교예에 따른 배향층은 약 85%의 투과율을 갖는 반면, 본 발명의 제1실시예에 따른 평탄화배향층(132)은 약 96%의 투과율을 갖는다.
즉, 본 발명의 제1실시예에 따른 평탄화배향층(132)은 약 380nm ~ 약 780nm의 파장대의 빛에 대하여 약 95% 이상의 투과율을 가질 수 있다.
그리고, 비교예에 따른 배향층은 약 3.7X1013Ωm의 비저항(resistivity)을 갖는 반면, 본 발명의 제1실시예에 따른 평탄화배향층(132)은 약 4.3X1013Ωm의 비저항을 갖는다.
즉, 본 발명의 제1실시예에 따른 평탄화배향층(132)은 약 1X1015Ωm 이상의 비저항을 가질 수 있다.
도 6은 비교예에 따른 배향층을 형성하기 위한 혼합용액의 유체방울(fluid droplet)과 본 발명의 제1실시예에 따른 평탄화배향층을 형성하기 위한 혼합용액의 유체방울의 시간에 따른 형태변화를 도시한 도면이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 평탄화배향층을 형성하기 위한 혼합용액의 용매는 비교예에 따른 배향층을 형성하기 위한 혼합용액의 용매에 비하여 작은 표면장력(surface tension)을 가지며, 그 결과 본 발명의 제1실시예에 따른 평탄화배향층을 형성하기 위한 혼합용액의 유체방울은 제0시점(t0)에서 제2시점(t2)으로 갈수록 원형에서 퍼진 타원형으로 변화하는 반면, 비교예에 따른 배향층을 형성하기 위한 혼합용액의 유체방울은 제0시점(t0), 제1시점(t1), 제2시점(t2)에 각각 원형을 갖고 형태가 변화하지 않는다.
예를 들어, 본 발명의 제1실시예에 따른 평탄화배향층을 형성하기 위한 혼합용액의 용매는 각각 약 27.9dyne/cm, 약 23.4dyne/cm, 약 24.0dyne/cm, 약 20.9dyne/cm, 약 23.8dyne/cm, 약 21.9dyne/cm의 표면장력을 갖는 톨루엔, 초산에틸, 메틸에틸케톤, 이소프로필알코올, 메타놀, 에타놀 중 하나를 포함할 수 있다.
즉, 본 발명의 제1실시예에 따른 표시장치(110)에서는, 약 30dyne/cm 이하의 표면장력을 갖는 용매를 포함하는 혼합용액을 사용하여 평탄화배향층(132)을 형성함으로써, 나노구조층(130)의 제1표면(S1)의 요철형태를 효과적으로 평탄화 할 수 있다.
한편, 본 발명의 제1실시예에 따른 표시장치(110)에서는, 평탄화배향층(132)의 굴절률이 나노구조층(130)의 굴절률보다 작은 값이 되도록 평탄화배향층(132)의 고분자 물질을 결정함으로써, 나노구조층(130) 및 평탄화배향층(132)의 계면(즉, 나노구조층(130)의 제1표면(S1))에서 기판(120)의 법선에 평행한 방향(기판(120)에 수직한 방향)으로 굴절되는 빛의 양을 증가시킬 수 있으며, 그 결과 광추출 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 평탄화배향층(132)이 나노구조층(130)보다 큰 굴절률을 가질 경우, 스넬의 법칙(Snell's Law)에 따라 나노구조층(130) 및 평탄화배향층(132)의 계면에서 기판(120)의 법선에 평행한 방향으로 굴절되는 빛의 양에 비하여 기판(120)의 법선에 경사진 방향으로 굴절되는 빛의 양이 증가한다.
반면에, 평탄화배향층(132)이 나노구조층(130)보다 작은 굴절률을 가질 경우, 스넬의 법칙(Snell's Law)에 따라 나노구조층(130) 및 평탄화배향층(132)의 계면에서 기판(120)의 법선에 경사진 방향으로 굴절되는 빛의 양에 비하여 기판(120)의 법선에 평행한 방향으로 굴절되는 빛의 양이 증가한다.
예를 들어, 나노구조층(130)은 약 1.48 ~ 약 1.5의 굴절률을 갖고, 평탄화배향층(132)은 약 1.0 ~ 약 1.4의 굴절률을 가질 수 있다.
제1실시예에 따른 표시장치(110)의 제조방법을 설명한다.
기판(120)의 제1면 상부에 어레이층(122), 발광다이오드층(124), 인캡층(126)을 순차적으로 형성한다.
어레이층(122)은 절연물질, 반도체물질, 금속물질의 증착공정과 노광식각공정을 통하여 형성할 수 있고, 발광다이오드층(124)은 도전물질의 증착공정과 노광식각공정, 유기물질, 금속물질의 증착공정을 통하여 형성할 수 있고, 인캡층(126)은 무기물질, 유기물질의 증착공정을 통하여 형성할 수 있다.
어레이층(122), 발광다이오드층(124), 인캡층(126)이 형성된 기판(120)의 제2면 상부에 나노구조층(130), 평탄화배향층(132), 사분파장판층(134), 편광층(136)을 순차적으로 형성한다.
나노구조층(130)은 유기물질의 도포공정, 표면처리공정, 자외선조사공정, 열처리공정, 식각공정을 통하여 형성할 수 있고, 평탄화배향층(132)은 유기물질의 도포공정, 제1열처리공정, 자외선조사공정, 제2열처리공정을 통하여 형성할 수 있고, 사분파장판층(134)은 위상차물질의 도포공정, 열처리공정을 통하여 형성할 수 있고, 편광층(136)은 편광필름의 부착공정을 통하여 형성할 수 있다.
도시하지는 않았지만, 편광층(136)과 사분파장판층(134) 사이에는 점착층이 배치될 수 있다.
제1실시예에 따른 표시장치(110)에서는, 나노구조층(130)에 의하여 발광다이오드층(124)으로부터 방출되는 빛에 대한 광추출 효율이 향상되고, 동시에 평탄화배향층(132)에 의하여 나노구조층(130)의 제1표면(S1)의 요철형태에 의한 산란이 최소화 되어 광추출 효율이 더욱 향상되고, 사분파장판층(134) 및 편광층(136)에 의하여 외부광의 반사가 최소화 된다.
제1실시예에서는 하부발광 방식의 유기 발광다이오드 표시장치를 예로 들었으나, 다른 실시예에서는 상부발광 방식의 유기 발광다이오드 표시장치의 인캡층 또는 인캡기판 외면에 나노구조층, 평탄화배향층, 사분파장판층, 편광층을 순차적으로 형성할 수도 있고, 다른 실시예에서는 다양한 표시장치의 영상 표시면 상부에 나노구조층, 평탄화배향층, 사분파장판층, 편광층을 순차적으로 형성할 수도 있다.
한편, 다른 실시예에서는 나노구조층, 평탄화배향층, 사분파장판층을 편광층 상부에 형성한 후 편광층, 나노구조층, 평탄화배향층, 사분파장판층을 어레이층, 발광다이오드층이 형성된 기판에 부착할 수도 있는데, 이를 도면을 참조하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 평탄화배향층을 포함하는 표시장치를 도시한 단면도로서, 제1실시예와 동일한 부분에 대한 설명은 생략한다.
도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 표시장치(210)는, 기판(220), 어레이층(222), 발광다이오드층(224), 인캡층(226), 사분파장판(quarter wave plate: QWP)층(234), 평탄화배향(planarization alignment)층(232), 나노구조(nano structure)층(230), 편광층(236)을 포함한다.
구체적으로, 기판(220) 하부(기판(220)의 제1면)에는 어레이층(222)이 배치되고, 어레이층(222) 하부에는 발광다이오드층(224)이 배치되고, 발광다이오드층(224) 하부에는 인캡층(226)이 배치된다.
어레이층(222)은, 다수의 절연층, 다수의 반도체층 및 다수의 금속층으로 이루어지는데, 예를 들어, 스위칭 박막트랜지스터, 구동 박막트랜지스터와 같은 다수의 박막트랜지스터, 스토리지 커패시터와 같은 다수의 커패시터를 포함할 수 있다.
발광다이오드층(224)은, 다수의 도전층, 다수의 유기층으로 이루어지는데, 예를 들어, 제1전극, 발광층, 제2전극으로 이루어지는 발광다이오드를 포함할 수 있다.
인캡층(226)은, 다수의 무기층, 다수의 유기층으로 이루어지는데, 외부의 수분 또는 산소가 발광다이오드층(224)으로 침투하는 것을 방지하는 역할을 한다.
도시하지는 않았지만, 인캡층(226) 하부에는 유리 또는 금속의 인캡기판이 배치될 수 있다.
기판(220) 상부(기판(220)의 제2면)에는 사분파장판층(234)이 배치되고, 사분파장판층(234) 상부에는 평탄화배향층(232)이 배치된다.
사분파장판층(234)은, 원편광 상태의 빛을 선편광 상태로 변환하고, 선편광 상태의 빛을 원편광 상태로 변환하여 통과시키는데, 통과되는 빛의 파장(λ)의 1/4(λ/4)의 위상지연값(retardation)을 갖는다.
예를 들어, 평탄화배향층(232) 상부(도 8b)에 반응성 액정단량체(reactive mesogen: RM)와 같은 위상차물질을 도포하여 위상차물질층을 형성한 후, 위상차물질층에 대한 열처리를 진행함으로써, 사분파장판층(234)을 형성할 수 있다.
평탄화배향층(232)은 나노구조층(230)의 제1표면(S1)을 덮어서 평탄화하고, 사분파장판층(234)을 일 방향으로 배향할 수 있도록 평탄화배향층(232)의 제2표면(S2)은 배향력을 갖는다.
예를 들어, 나노구조층(230) 상부(도 8b)에 배향물질, 광반응물질, 용매를 포함하는 혼합용액을 도포하여 혼합용액층을 형성한 후, 혼합용액층에 대하여 제1열처리(건조), 자외선 조사, 제2열처리(소성)를 진행함으로써, 평탄화배향층(232)을 형성할 수 있다.
여기서, 배향물질은 폴리이미드(polyimide) 계열의 고분자를 포함할 수 있다.
나노구조층(230) 상부(도 8b)에 평탄화배향층(232)이 존재하지 않을 경우, 나노구조층(230)에 입사되는 빛 중에서 일부는 나노구조층(230)의 제1표면(S1)의 요철형태에 의하여 산란되어 광추출 효율이 저하될 수 있는데, 본 발명의 제2실시예에 따른 표시장치(210)에서는, 평탄화배향층(232)이 나노구조층(230)의 제1표면(S1)의 요철형태를 덮어서 평탄화 하므로, 나노구조층(230)의 제1표면(S1)의 요철형태에 의한 산란이 최소화 되고 광추출 효율이 향상된다.
평탄화배향층(232) 상부에는 나노구조층(230)이 배치되고, 나노구조층(230) 상부에는 편광층(236)이 배치된다.
나노구조층(230)은, 무작위(random) 형태를 갖는 다수의 공극을 포함하는데, 다수의 공극은 각각 가시광선의 파장보다 작은 나노 크기를 가질 수 있다.
여기서, 다수의 공극에 의하여 나노구조층(230)의 제1표면(S1)은 무작위 요철형태를 가질 수 있다.
예를 들어, 편광층(236) 상부(도 8b)에 포토아크릴(photoacryl), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane)과 같은 유기물질을 도포하여 유기물질층을 형성한 후, 플라즈마를 이용하여 유기물질층을 표면처리 하거나, 노광기를 이용하여 유기물질층에 자외선을 조사하거나, 오븐이나 핫플레이트를 이용하여 유기물질층을 열처리 하거나, 반응성 이온 식각기(reactive ion etcher)를 이용하여 유기물질층을 식각 함으로써, 나노구조층(230)을 형성할 수 있다.
나노구조층(230)은, 발광다이오드층(224)으로부터 방출된 빛 중에서, 기판(220)의 제1면에 수직하게 입사되는 빛을 그대로 통과시키고, 기판(220)의 제1면에 나노구조층(230) 및 편광층(236)의 계면에서의 전반사 임계각보다 큰 각으로 입사되는 빛을 굴절시킬 수 있다.
편광층(236)은, 입사되는 빛 중에서, 투과축에 평행한 성분의 빛을 투과시키고, 투과축에 수직한 흡수축에 평행한 성분의 빛을 흡수한다.
예를 들어, 편광층(236)은 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol: PVA)을 포함할 수 있다.
이러한 표시장치(210)에서는, 발광다이오드층(224)으로부터 방출되는 빛이 어레이층(222), 기판(220), 사분파장판층(234), 평탄화배향층(232), 나노구조층(230), 편광층(236)을 통과하여 사용자에게 전달됨으로써, 영상이 표시되는데, 나노구조층(230)에 의하여 광추출 효율이 향상되고, 동시에 평탄화배향층(232)에 의하여 나노구조층(230)의 제1표면(S1)의 요철형태에 의한 산란이 최소화 되어 광추출 효율이 더욱 향상되고, 사분파장판층(234) 및 편광층(236)에 의하여 외부광의 반사가 최소화 된다.
구체적으로, 발광다이오드층(224)으로부터 방출되는 빛 중에서 기판(220)의 제1면에 수직하게 입사되는 제1광(L1)은, 사분파장판층(234), 평탄화배향층(232)을 통과하고, 나노구조층(230)을 그대로 통과한 후, 편광층(236)을 통과하여 사용자를 향하여 방출된다.
발광다이오드층(224)으로부터 방출되는 빛 중에서 기판(220)의 제1면에 나노구조층(230) 및 편광층(236)의 계면에서의 전반사 임계각보다 큰 각으로 입사되는 제2광(L2)은, 나노구조층(230)에서 굴절 된 후, 편광층(236)을 통과하여 사용자를 향하여 방출된다.
즉, 발광다이오드층(224)으로부터 방출되는 빛 중에서, 기판(220)의 제1면에 수직하게 입사되는 제1광(L1)뿐만 아니라, 기판(220)의 제1면에 나노구조층(230) 및 편광층(236)의 계면에서의 전반사 임계각보다 큰 각으로 입사되는 제2광(L2)도 영상 표시에 사용되므로, 표시장치(210)의 광추출 효율이 향상된다.
그리고, 평탄화배향층(232)이 나노구조층(230)의 제1표면(S1)의 요철형태를 덮어서 평탄화 하므로, 나노구조층(230)의 제1표면(S1)의 요철형태에 의한 제1 및 제2광(L1, L2)의 산란이 최소화 되어 표시장치(210)의 광추출 효율이 더욱 향상된다.
또한, 외부로부터 편광층(236)으로 입사되는 비편광 상태의 제3광(L3)은, 편광층(236)을 통과하면서 투과축에 평행한 제1선편광 상태로 변환되고, 나노구조층(230), 평탄화배향층(232)을 통과한 후, 사분파장판(234)을 통과하면서 제1원편광 상태(좌원편광 상태 또는 우원편광 상태 중 하나)로 변환되고, 기판(220)을 통과한 후, 어레이층(222)의 다수의 금속층에서 반사되면서 제1원편광 상태와 상이한 제2원편광 상태(좌원편광 상태 또는 우원편광 상태 중 다른 하나)로 변환되고, 다시 기판(220)을 통과한 후, 사분파장판(234)을 통과하면서 투과축에 수직한 흡수축에 평행한 제2선편광 상태로 변환되고, 평탄화배향층(232), 나노구조층(230)을 통과한 후, 편광층(236)에 흡수된다.
즉, 표시장치(210)에 입사되는 외부광인 비편광 상태의 제3광(L3)은, 편광층(236), 사분파장판(234)을 통과하면서 제1원편광 상태로 변환되고, 어레이층(222)에서 반사되면서 제2원편광 상태로 변환된 후, 사분파장판(234)을 통과하여 편광층(236)에 흡수되므로, 외부광의 반사가 최소화 되어 표시장치(210)가 표시하는 영상의 표시품질이 향상된다.
여기서, 평탄화배향층(232)은, 적층막을 배향하는 역할만 하는 배향층에 비하여 상대적으로 높은 투과율, 상대적으로 큰 비저항을 갖고, 전기광학적 특성 측면에서 설계 자유도가 높다.
예를 들어, 본 발명의 제2실시예에 따른 평탄화배향층(232)은 약 380nm ~ 약 780nm의 파장대의 빛에 대하여 약 95% 이상의 투과율을 가질 수 있고, 약 1X1015Ωm 이상의 비저항을 가질 수 있다.
그리고, 본 발명의 제2실시예에 따른 표시장치(210)에서는, 약 30dyne/cm 이하의 표면장력을 갖는 용매를 포함하는 혼합용액을 사용하여 평탄화배향층(232)을 형성함으로써, 나노구조층(230)의 제1표면(S1)의 요철형태를 효과적으로 평탄화 할 수 있다.
또한, 평탄화배향층(232)의 굴절률이 나노구조층(230)의 굴절률보다 작은 값이 되도록 평탄화배향층(232)의 고분자 물질을 결정함으로써, 나노구조층(230) 및 평탄화배향층(232)의 계면(즉, 나노구조층(230)의 제1표면(S1))에서 기판(220)의 법선에 평행한 방향(기판(220)에 수직한 방향)으로 굴절되는 빛의 양을 증가시킬 수 있으며, 그 결과 광추출 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 나노구조층(230)은 약 1.48 ~ 약 1.5의 굴절률을 갖고, 평탄화배향층(232)은 약 1.0 ~ 약 1.4의 굴절률을 가질 수 있다.
제2실시예에 따른 표시장치(210)의 제조방법을 도면을 참조하여 설명한다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 제2실시예에 따른 표시장치(210)의 제조방법을 설명하는 단면도이다.
도 8a에 도시한 바와 같이, 기판(220)의 제1면 상부에 어레이층(222), 발광다이오드층(224), 인캡층(226)을 순차적으로 형성한다.
어레이층(222)은 절연물질, 반도체물질, 금속물질의 증착공정과 노광식각공정을 통하여 형성할 수 있고, 발광다이오드층(224)은 도전물질의 증착공정과 노광식각공정, 유기물질, 금속물질의 증착공정을 통하여 형성할 수 있고, 인캡층(226)은 무기물질, 유기물질의 증착공정을 통하여 형성할 수 있다.
도 8b에 도시한 바와 같이, 편광층(236) 상부에 나노구조층(230), 평탄화배향층(232), 사분파장판층(234)을 순차적으로 형성한다.
편광층(236)은 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol: PVA)을 포함할 수 있다.
도시하지는 않았지만, 편광층(236)은 트리아세틸 셀룰로오스(triacetyl cellulose: TAC)로 이루어지는 보호필름 상부에 배치될 수 있다.
나노구조층(230)은 유기물질의 도포공정, 표면처리공정, 자외선조사공정, 열처리공정, 식각공정을 통하여 형성할 수 있다.
예를 들어, 편광층(236) 상부에 포토아크릴(photoacryl), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane)과 같은 유기물질을 도포하여 유기물질층을 형성한 후, 플라즈마를 이용하여 유기물질층을 표면처리 하거나, 노광기를 이용하여 유기물질층에 자외선을 조사하거나, 오븐이나 핫플레이트를 이용하여 유기물질층을 열처리 하거나, 반응성 이온 식각기(reactive ion etcher)를 이용하여 유기물질층을 식각 함으로써, 나노구조층(230)을 형성할 수 있다.
평탄화배향층(232)은 유기물질의 도포공정, 제1열처리공정, 자외선조사공정, 제2열처리공정을 통하여 형성할 수 있다.
예를 들어, 나노구조층(230) 상부에 배향물질, 광반응물질, 용매를 포함하는 혼합용액을 도포하여 혼합용액층을 형성한 후, 혼합용액층에 대하여 제1열처리(건조), 자외선 조사, 제2열처리(소성)를 진행함으로써, 평탄화배향층(232)을 형성할 수 있다.
사분파장판층(234)은 위상차물질의 도포공정, 열처리공정을 통하여 형성할 수 있다.
예를 들어, 평탄화배향층(232) 상부에 반응성 액정단량체(reactive mesogen: RM)와 같은 위상차물질을 도포하여 위상차물질층을 형성한 후, 위상차물질층에 대한 열처리를 진행함으로써, 사분파장판층(234)을 형성할 수 있다.
편광층(236), 나노구조층(230), 평탄화배향층(232), 사분파장판층(234)은 필름 형태로 형성될 수 있으며, 사분파장판층(234) 상부에는 점착층이 배치될 수 있다.
도 8c에 도시한 바와 같이, 기판(220)의 제2면과 사분파장판층(234)이 접촉하도록, 어레이층(222), 발광다이오드층(224), 인캡층(226)이 형성된 기판(220)에 나노구조층(230), 평탄화배향층(232), 사분파장판층(234)이 형성된 편광층(236)을 부착하여 표시장치(210)를 완성한다.
도시하지는 않았지만, 기판(220)의 제2면과 사분파장판층(234) 사이에는 점착층이 배치될 수 있다.
제2실시예에 따른 표시장치(210)에서는, 나노구조층(230)에 의하여 발광다이오드층(224)으로부터 방출되는 빛에 대한 광추출 효율이 향상되고, 동시에 평탄화배향층(232)에 의하여 나노구조층(230)의 제1표면(S1)의 요철형태에 의한 산란이 최소화 되어 광추출 효율이 더욱 향상되고, 사분파장판층(234) 및 편광층(236)에 의하여 외부광의 반사가 최소화 된다.
제2실시예에서는 하부발광 방식의 유기 발광다이오드 표시장치를 예로 들었으나, 다른 실시예에서는 상부발광 방식의 유기 발광다이오드 표시장치의 인캡층 또는 인캡기판 외면에 나노구조층, 평탄화배향층, 사분파장판층, 편광층을 순차적으로 형성할 수도 있고, 다른 실시예에서는 다양한 표시장치의 영상 표시면 상부에 나노구조층, 평탄화배향층, 사분파장판층, 편광층을 순차적으로 형성할 수도 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110: 표시장치 120: 기판
122: 어레이층 124: 발광다이오드층
126: 인캡층 130: 나노구조층
132: 평탄화배향층 134: 사분파장판층
136: 편광층

Claims (10)

  1. 기판과;
    상기 기판의 제1면에 배치되는 어레이층과;
    상기 기판의 제2면에 배치되는 편광층과;
    상기 기판과 상기 편광층 사이에 배치되는 나노구조층 및 사분파장판층과;
    상기 나노구조층 및 상기 사분파장판층 사이에 배치되고, 상기 나노구조층의 표면의 요철 형태를 평탄화 하고, 상기 사분파장판층을 일 방향으로 배향하는 평탄화배향층
    을 포함하는 표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 평탄화배향층은, 380nm ~ 780nm의 파장대의 빛에 대하여 95% 이상의 투과율을 갖고, 1X1015Ωm 이상의 비저항을 갖는 표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 평탄화배향층의 굴절률은 상기 나노구조층의 굴절률보다 크고, 상기 평탄화배향층은 1.0 ~ 1.4의 굴절률을 갖는 표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노구조층은 상기 기판 및 상기 평탄화배향층 사이에 배치되고,
    상기 평탄화배향층은 상기 나노구조층 및 상기 사분파장판층 사이에 배치되고,
    상기 사분파장판은 상기 평탄화배향층 및 상기 편광층 사이에 배치되는 표시장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노구조층은 상기 편광층 및 상기 평탄화배향층 사이에 배치되고,
    상기 평탄화배향층은 상기 나노구조층 및 상기 사분파장판층 사이에 배치되고,
    상기 사분파장판은 상기 평탄화배향층 및 상기 기판 사이에 배치되는 표시장치.
  6. 기판의 제1면에 어레이층을 형성하는 단계와;
    상기 기판의 제2면에 나노구조층을 형성하는 단계와;
    상기 나노구조층 상부에 평탄화배향층을 형성하는 단계와;
    상기 평탄화배향층 상부에 사분파장판층을 형성하는 단계와;
    상기 사분파장판 상부에 편광층을 형성하는 단계
    를 포함하는 표시장치의 제조방법.
  7. 기판의 제1면에 어레이층을 형성하는 단계와;
    편광층 상부에 나노구조층을 형성하는 단계와;
    상기 나노구조층 상부에 평탄화배향층을 형성하는 단계와;
    상기 평탄화배향층 상부에 사분파장판층을 형성하는 단계와;
    상기 기판의 제2면과 상기 사분파장판층이 접촉하도록 상기 어레이층이 형성된 기판에 상기 나노구조층, 상기 평탄화배향층, 상기 사분파장판층이 형성된 편광층을 부착하는 단계
    를 포함하는 표시장치의 제조방법.
  8. 제 6 항 및 제 7 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 평탄화배향층을 형성하는 단계는,
    배향물질, 광반응물질, 용매를 포함하는 혼합용액을 도포하여 혼합용액층을 형성하는 단계와;
    상기 혼합용액층을 제1열처리 하는 단계와;
    제1열처리 된 상기 혼합용액층에 자외선을 조사하는 단계와;
    자외선이 조사 된 상기 혼합용액층을 제2열처리 하는 단계
    를 포함하는 표시장치의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 배향물질은 폴리이미드(polyimide) 계열의 고분자를 포함하고,
    상기 용매는 톨루엔, 초산에틸, 메틸에틸케톤, 이소프로필알코올, 메타놀, 에타놀 중 하나를 포함하는 표시장치의 제조방법.
  10. 제 6 항 및 제 7 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 나노구조층은, 유기물질층을 표면처리 하거나, 상기 유기물질층에 자외선을 조사하거나, 상기 유기물질층을 열처리 하거나, 상기 유기물질층을 식각 하여 형성되는 표시장치의 제조방법.
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