KR20210157425A - 환경 콘트라스트 강화 커버 플레이트를 갖는 광학 디스플레이 장치 - Google Patents

환경 콘트라스트 강화 커버 플레이트를 갖는 광학 디스플레이 장치 Download PDF

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김대연
이구수
이경진
신동근
윤홍
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코닝 인코포레이티드
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Abstract

백플레인 기판 및 상기 백플레인 기판에 인접하고 그로부터 이격된 커버 플레이트를 갖는 광학 디스플레이 장치가 제공된다. 상기 백플레인 기판은 그 위에 배치된 복수의 전계발광 소자들을 포함할 수 있으며, 상기 커버 플레이트는 그 위에 로우들로 배열된 복수의 광 흡수 쐐기형 피쳐들을 포함할 수 있다.

Description

환경 콘트라스트 강화 커버 플레이트를 갖는 광학 디스플레이 장치
<관련 출원들에 대한 상호-참조>
본 출원은 2019년 5월 17일 출원된 미국 예비 출원 일련번호 제62/849,497호 및 2019년 11월 5일 출원된 제62/930,861호의 우선권의 이익을 주장하는 2020년 5월 7일 출원된 미국 예비 출원 일련번호 제63/021,167호의 우선권의 이익을 주장하며, 그 내용들은 아래에서 완전히 설명하는 바와 같이 전체로서 참조에 의해 본 명세서에 통합된다.
본 개시 내용은 광학 디스플레이 장치에 관한 것이며, 보다 상세하게는 환경광(ambient light)의 존재하에서 표시된 이미지의 콘트라스트를 향상시키도록 구성된 커버 플레이트를 포함하는 광학 디스플레이 장치에 관한 것이다.
환경광 콘트라스트는 유기 발광 다이오드(OLED) 및 마이크로-발광 다이오드(micro-LED) 디스플레이들과 같은 자체-발광 전계발광 디스플레이들에 대한 문제가 될 수 있다. 금속 전극들 및/또는 기타 반사성 재료들을 포함하는 표면들을 갔는 디스플레이 패널들은 태양 복사 또는 실내 조명으로부터의 광을 반사할 수 있다. 예를 들어, OLED 패널들은 주로 금속 전극들에서 거의 80%의 표면 반사율을 가질 수 있다. 원형 편광기들은 환경광 반사를 줄이고 디스플레이 콘트라스트비의 손실을 방지하기 위해 광학 기능성 필름으로 자주 사용된다. 그러나 이러한 편광 필름들은 입사광의 50%까지 흡수할 수 있으므로 잠재적으로 디스플레이 밝기를 감소시킬 수 있다.
백플레인 기판 및 상기 백플레인 기판에 인접하고 그로부터 이격된 커버 플레이트를 갖는 광학 디스플레이 장치가 제공된다. 상기 백플레인 기판은 그 위에 배치된 복수의 전계발광 소자들을 포함할 수 있으며, 상기 커버 플레이트는 그 위에 로우들로 배열된 복수의 광 흡수 쐐기형 피쳐들을 포함할 수 있다.
따라서, 위에 평행한 로우들로 놓여있는 복수의 전계발광 소자들을 포함하는 백플레인 기판으로서, 전계발광 소자들의 각각의 로우는 정렬 축을 포함하는, 상기 백플레인 기판; 상기 백플레인 기판에 인접하고 그로부터 이격된 커버 플레이트로서, 상기 커버 플레이트는 베이스층 및 그 위에 배치된 필터층을 포함하는 콘트라스트 강화층을 포함하며, 상기 필터층은 광-투과성 매트릭스 재료로 평행한 로우들로 배열된 제1 복수의 광흡수 쐐기형 피쳐들을 포함하며, 각각의 쐐기형 피쳐는 길이방향 축을 포함하는, 상기 커버 플레이트;를 포함하는 광학 디스플레이 장치가 개시되며, 상기 길이방향 축들은 0도 초과 내지 10도 범위의 각도만큼 상기 정렬 축들로부터 각도적으로(angularly) 오프셋되어 있다.
일부 실시예들에서, 상기 커버 플레이트는 상기 필터층과 상기 베이스층 사이에 배치된 광 흡수층을 더 포함할 수 있다. 상기 광 흡수층의 두께는 약 10 nm 내지 약 1 ㎛의 범위에 있을 수 있다.
상기 제1 복수의 쐐기형 피쳐들의 높이 H1은 약 10 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 범위, 예를 들어 약 50 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 범위에 있을 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 커버 플레이트는 H1과 다른 제2 높이 H2를 갖는 제2 복수의 쐐기형 피쳐들을 더 포함할 수 있으며, 상기 제1 복수의 쐐기형 피쳐들 및 상기 제2 복수의 쐐기형 피쳐들은 교대하는 배열로 배치된다. 일부 실시예들에서, H2는 H1보다 작을 수 있다.
상기 제1 복수의 쐐기형 피쳐들의 각각의 쐐기형 피쳐는 제1 최대 단면 폭 W1을 포함할 수 있으며, 상기 제2 복수의 쐐기형 피쳐들의 각각의 쐐기형 피쳐는 W1과 다른 제2 최대 단면 폭 W2를 포함할 수 있다.
W1은 약 10 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 범위에 있을 수 있다. W2는 약 10 ㎛ 내지 약 50 ㎛의 범위에 있을 수 있다.
일부 실시예들에서, H1/W1은 약 3 이상, 예를 들어 약 3 내지 약 6의 범위에 있을 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 제1 복수의 쐐기형 피쳐들의 피치 P1은 약 50 ㎛ 내지 약 200 ㎛의 범위에 있을 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 제1 복수의 쐐기형 피쳐들의 피치 P1은 약 50 ㎛ 내지 약 200 ㎛의 범위, 예를 들어 약 60 ㎛ 내지 약 150 ㎛의 범위, 약 60 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 범위, 또는 약 60 ㎛ 내지 약 90 ㎛의 범위에 있을 수 있으며, 상기 제2 복수의 쐐기형 피쳐들의 피치 P2는 상기 제1 복수의 쐐기형 피쳐들의 상기 피치와 동일할 수 있다. 상기 제1 복수의 쐐기형 피쳐들은 상기 제1 복수의 쐐기형 피쳐들로부터 동일하게 이격될 수 있다. 즉, 상기 제2 복수의 쐐기형 피쳐들의 쐐기형 피쳐는 상기 제1 복수의 쐐기형 피쳐들의 두 개의 인접한 쐐기형 피쳐들 사이의 중간에 위치된다.
실시예들에서, 상기 제1 복수의 쐐기형 피쳐들의 각각의 쐐기형 피쳐의 베이스와 상기 제1 복수의 쐐기형 피쳐들의 각각의 쐐기형 피쳐의 인접한 측벽 사이의 각도는 약 70도 내지 90도 미만의 범위에 있다.
다양한 실시예들에서, 상기 필터층의 흡광 계수 k는 약 0.01 내지 약 1의 범위, 예컨대 약 0.05 내지 약 1의 범위에 있을 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 커버 플레이트는 반사방지 필름을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 제1 복수의 쐐기형 피쳐들의 각각의 쐐기형 피쳐는 사다리꼴 단면 형상을 포함할 수 있으며, 상기 사다리꼴 단면 형상은 상기 커버 기판의 상기 제1 표면 상에 배열된 베이스 에지 및 상기 복수의 전계발광 소자들을 향하여 돌출된 대향하는 상단 에지를 포함한다.
상기 장치는, 일부 실시예들에서, 전자기 차폐층 또는 근적외선 차폐층을 포함하지 않을 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 복수의 전계발광 소자들에서 각각의 전계발광 소자는 LED를 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 백플레인 기판 및 상기 커버 플레이트는 약 1 mm 내지 약 5 mm의 갭만큼 이격될 수 있다.
상기 광학 디스플레이 장치는 30도보다 큰 시야각을 나타낼 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 제1 복수의 쐐기형 피쳐들의 굴절율은 nB이며, 상기 매트릭스 재료의 굴절율은 nF이며, △n = nB - nF는 약 -0.3 내지 약 0의 범위, 예를 들어 약 -0.1 내지 약 0의 범위에 있다.
상기 광학 디스플레이 장치는 약 40°이상의 입사각에서 약 5% 미만의 환경광 반사를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 베이스 기판은 유리를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 디스플레이 장치의 환경 콘트라스트 비는 상기 커버 플레이트의 투과율이 66%보다 큰 동안에 약 400 이상일 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 디스플레이 장치의 환경 콘트라스트 비는 상기 커버 플레이트의 투과율이 60%보다 큰 동안에 약 500 이상일 수 있다.
또 다른 실시예들에서, 광학 디스플레이 장치로서, 위에 평행한 로우들로 놓여있는 복수의 전계발광 소자들을 포함하는 백플레인 기판으로서, 전계발광 소자들의 각각의 로우는 정렬 축을 포함하는, 상기 백플레인 기판; 상기 백플레인 기판에 인접하고 그로부터 이격된 커버 플레이트로서, 상기 커버 플레이트는 베이스층과 그 위에 배치된 필터층을 포함하는 콘트라스트 강화층 및 상기 베이스 기판과 상기 필터층 사이에 배치된 광 흡수층을 포함하며, 상기 필터층은 광-투과성 매트릭스 재료로 평행한 로우들로 배열된 제1 복수의 광 흡수 쐐기형 피쳐들을 포함하며, 각각의 쐐기형 피쳐는 길이방향 축을 포함하는, 상기 커버 플레이트;를 포함하며, 상기 길이방향 축들은 0도 초과 내지 10도 범위의 각도만큼 상기 정렬 축들로부터 각도적으로 오프셋되어 있는 광학 디스플레이 장치가 기술된다.
일부 실시예들에서, 상기 광학 디스플레이 장치는 상기 제1 복수의 쐐기형 피쳐들과 교대하는 배열로 평행한 로우들로 배열된 제2 복수의 쐐기형 피쳐들을 더 포함하며, 상기 제1 복수의 쐐기형 피쳐들의 높이는 H1이며 상기 제2 복수의 쐐기형 피쳐들의 높이는 H1과 다른 H2이다.
일부 실시예들에서, H2는 H1보다 작을 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 제1 복수의 쐐기형 피쳐들의 각각의 쐐기형 피쳐는 최대 단면 폭 W1을 포함할 수 있으며, 상기 제2 복수의 쐐기형 피쳐들의 각각의 쐐기형 피쳐는 최대 단면 폭 W2를 포함할 수 있다. 상기 제1 복수의 쐐기형 피쳐들의 종횡비 H1/W1은 제2 복수의 쐐기형 피쳐들의 종횡비 H2/W2와 다를 수 있다.
일부 실시예들에서, W2는 W1보다 작을 수 있다.
또 다른 실시예들에서, 광학 디스플레이 장치로서, 위에 평행한 로우들로 놓여있는 복수의 전계발광 소자들을 포함하는 백플레인 기판으로서, 전계발광 소자들의 각각의 로우는 정렬 축을 포함하는, 상기 백플레인 기판; 상기 백플레인 기판에 인접하고 그로부터 이격된 커버 플레이트로서, 상기 커버 플레이트는 베이스층 및 그 위에 배치된 필터층을 포함하는 콘트라스트 강화층을 포함하며, 상기 필터층은 광-투과성 매트릭스 재료로 평행한 로우들로 배열된 제1 복수의 광 흡수 쐐기형 피쳐들을 포함하며, H1과 다른 제2 높이 H2를 가지며 평행한 로우들로 배열된 제2 복수의 쐐기형 피쳐들을 더 포함하며, 상기 제1 복수의 쐐기형 피쳐들 및 상기 제2 복수의 쐐기형 피쳐들은 교대하는 배열로 배치되며, 상기 제1 복수의 쐐기형 피쳐들의 각각의 쐐기형 피쳐 및 상기 제2 복수의 쐐기형 피쳐들의 각각의 쐐기형 피쳐는 길이방향 축을 포함하는, 상기 커버 플레이트;를 포함하며, 상기 길이방향 축들은 0도 초과 내지 10도 범위의 각도만큼 상기 정렬 축들로부터 각도적으로 오프셋되어 있는 광학 디스플레이 장치가 개시된다.
상기 광학 디스플레이 장치는 상기 필터층과 상기 베이스 기판 사이에 배치된 광 흡수층을 더 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 제2 복수의 쐐기형 피쳐들의 높이는 상기 제1 복수의 쐐기형 피쳐들의 높이보다 작을 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 제1 복수의 쐐기형 피쳐들의 각각의 쐐기형 피쳐는 최대 단면 폭 W1을 포함하며, 상기 제2 복수의 쐐기형 피쳐들의 각각의 쐐기형 피쳐는 최대 단면 폭 W2를 포함하며, 상기 제1 복수의 쐐기형 피쳐들의 종횡비 H1/W1은 제2 복수의 쐐기형 피쳐들의 종횡비 H2/W2와 다를 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시예들의 추가적인 피쳐들 및 이점들이 이어지는 상세한 설명에서 설명될 것이며, 부분적으로는 그 설명으로부터 당업자에게 명백해지거나, 또는 이어지는 상세한 설명, 청구항들뿐만 아니라 첨부된 도면들을 포함하여 본 명세서에서 기술된 실시예들을 실시함으로써 인식될 것이다.
전술한 일반적인 설명 및 하기의 상세한 설명 모두는 본 명세서에 개시된 실시예들의 본질 및 특성을 이해하기 위한 개요 또는 뼈대를 제공하도록 의도된 실시예들을 나타낸다. 첨부 도면들은 추가의 이해를 제공하기 위해 포함되며, 본 명세서에 통합되어 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면들은 본 개시의 원리들 및 동작들을 설명하는 상세한 설명과 함께 본 개시의 다양한 실시예들을 예시한다.
도 1은 원형 편광기를 사용하는 종래 기술의 전계발광 디스플레이의 개략도이다.
도 2는 본 명세서에 개시된 실시예들에 따른 예시적인 전계발광 디스플레이의 개략도이다.
도 3은 본 명세서에 개시된 실시예들에 따른 커버 플레이트를 제조하는 예시적인 방법의 개략도이다.
도 4는 전계발광 소자들의 상부에 위치된 쐐기형(wedge-shaped) 피쳐들의 각도들을 보여주는 예시적인 픽셀의 평면도이다.
도 5a는 콘트라스트 강화층의 요소들을 보여주는 도 2의 전계발광 디스플레이의 일부의 측단면도이다.
도 5b는 도 5a에 도시된 쐐기형 피쳐의 확대 단면도이다(명확성을 위해, 채움없음).
도 6은 본 명세서에 개시된 실시예들에 따른, 쐐기형 피쳐와 교차하는 전계발광 소자에 의해 방출된 광을 도시하는 개략도이다.
도 7은 본 명세서에 개시된 다른 커버 플레이트의 예시적인 실시예의 측단면도이다.
도 8은 본 명세서에 개시된 또 다른 커버 플레이트의 예시적인 실시예의 측단면도이다.
도 9는 본 명세서에 개시된 다른 커버 플레이트의 예시적인 실시예의 측단면도이다.
도 7은 쐐기형 피쳐 높이의 범위에 대한 전계발광 소자(LED)로부터의 방출각의 함수로서 정규화된 투과율의 도면이다.
도 8은 쐐기형 피쳐 높이의 범위에 대한 디스플레이 백플레인 상의 환경광의 입사각의 함수로서의 반사율의 도면이다.
도 9는 쐐기형 피쳐에 입사되고 그로부터 반사된 전계발광 소자로부터 방출된 광선의 개략도이다.
도 10은 임계각에서 쐐기형 피쳐로부터 반사된 광선의 도면이다.
도 11은 쐐기형 피쳐와 환경 매트릭스 재료 사이의 다양한 굴절률 차이들에 대한 쐐기형 피쳐에 대한 입사각의 함수로서의 정규화된 반사율의 도면이다.
도 12는 시야각 θv의 함수로서 정규화된 강도의 도면이다.
도 13은 원형 편광기(CP)를 사용하는 디스플레이 장치에 비해 쐐기형 피쳐(WSF)들을 사용하는 디스플레이 장치에 대한 잠재적 투과율 이점을 보여주는 도면이다.
도 14는 0°및 50°의 입사각을 갖는 들어오는 환경광에 대하여 원형 편광기에 비해 쐐기형 피쳐들을 포함하는 디스플레이 장치에 대한 정규화된 반사율을 나타내는 도면이다.
도 15는 쐐기형 피쳐들 및 광 흡수층을 포함하는 디스플레이 장치 커버 플레이트의 다른 실시예의 단면도이다.
도 16은 확장 계수 k의 함수로서 커버 플레이트 투과율의 도면이다.
도 17은 k의 다양한 값 및 70 ㎛의 쐐기형 피쳐 높이 H1에 대한 쐐기형 피쳐 피치의 함수로서 정규화된 투과율의 도면이다.
도 18은 k의 다양한 값 및 50 ㎛의 쐐기형 피쳐 높이 H1에 대한 쐐기형 피쳐 피치의 함수로서 반사율의 도면이다.
도 19는 k의 다양한 값 및 70 ㎛의 쐐기형 피쳐 높이 H1에 대한 쐐기형 피쳐 피치의 함수로서 반사율의 도면이다.
도 20은 높이 50 ㎛인 쐐기형 피쳐들과 광 흡수층을 갖는 디스플레이 장치와 높이가 50 ㎛인 쐐기형 피쳐들과 광 흡수층을 갖지 않는 디스플레이 장치를 k의 몇개의 값들에 대해 비교하는 전계발광 소자 방출 각도의 함수로서 정규화된 강도의 도면이다.
도 21은 높이 70 ㎛인 쐐기형 피쳐들과 광 흡수층을 갖는 디스플레이 장치와 높이가 70 ㎛인 쐐기형 피쳐들과 광 흡수층을 갖지 않는 디스플레이 장치를 k의 몇개의 값들에 대해 비교하는 전계발광 소자 방출 각도의 함수로서 정규화된 강도의 도면이다.
도 22는 상이한 레벨의 환경 조명 및 달성 가능한 환경 콘트라스트비(ACR : ambient contrast ratio) 하에서 ACR의 예측을 나타내는 반사율의 함수로서의 환경 콘트라스트비의 도면이다.
도 23은 제1 종횡비를 갖는 제1 복수의 쐐기형 피쳐들 및 제2 종횡비를 갖는 제2 복수의 쐐기형 피쳐들을 포함하는 디스플레이 장치 커버 플레이트의 다른 실시예의 단면도이다.
도 24는 제1 복수의 쐐기형 피쳐들을 갖는 디스플레이 커버 플레이트, 및 제1 종횡비를 갖는 제1 복수의 쐐기형 피쳐들 및 다른 종횡비를 갖는 제2 복수의 쐐기형 피쳐들을 갖는 디스플레이 장치에 대해 피치의 함수로서 정규화된 투과율을 비교하는 도면이다.
도 25는 제1 복수의 쐐기형 피쳐들을 갖는 디스플레이 커버 플레이트, 및 제1 종횡비를 갖는 제1 복수의 쐐기형 피쳐들 및 다른 종횡비를 갖는 제2 복수의 쐐기형 피쳐들을 갖는 디스플레이 장치에 대해 피치의 함수로서 반사율을 비교하는 도면이다.
도 26은 제1 종횡비를 갖는 제1 복수의 쐐기형 피쳐들 및 다른 종횡비를 갖는 제2 복수의 쐐기형 피쳐들을 갖는 디스플레이 커버 플레이트에 대해 제2 복수의 쐐기형 피쳐들의 높이 H2의 함수로서의 투과율 도면이다.
도 27은 제1 종횡비를 갖는 제1 복수의 쐐기형 피쳐들 및 다른 종횡비를 갖는 제2 복수의 쐐기형 피쳐들을 갖는 디스플레이 커버 플레이트에 대해 제2 복수의 쐐기형 피쳐들의 높이 H2의 함수로서의 반사율 도면이다.
도 28은 제1 복수의 쐐기형 피쳐들을 갖는 디스플레이 커버 플레이트, 및 제1 종횡비를 갖는 제1 복수의 쐐기형 피쳐들 및 다른 종횡비를 갖는 제2 복수의 쐐기형 피쳐들을 갖는 디스플레이 장치에 대해 전계발광 소자 방출각의 함수로서 정규화된 강도를 비교하는 도면이다.
도 29는 제1 종횡비를 갖는 제1 복수의 쐐기형 피쳐들 및 제2 종횡비를 갖는 제2 복수의 쐐기형 피쳐들을 포함하는 디스플레이 장치 커버 플레이트, 및 광 흡수층의 다른 실시예의 단면도이다.
이제 본 개시의 실시예들에 대한 참조가 상세히 이루어질 것이며, 그 예시들이 첨부되는 도면들에 예시된다. 가능하면 도면 전체에 걸쳐 동일한 참조 번호들이 동일하거나 유사한 부분을 지칭하기 위해 사용된다. 그러나, 본 개시 내용은 많은 상이한 형태들로 구현될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 국한되는 것으로 해석되서는 안된다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "약"은 양, 크기, 제형, 매개변수 및 기타 양 및 특성이 정확하지 않고 정확할 필요도 없지만, 공차, 변환 인자, 반올림, 측정 오차 등, 및 당업자에게 공지된 기타 인자들을 반영하여, 원하는 대로 근사치 및/또는 더 크거나 작을 수 있음을 의미한다.
범위들은 본 명세서에서 "약" 하나의 특정 값, 및/또는 "약" 다른 특정 값으로 표현될 수 있다. 그러한 범위가 표현될 때, 다른 실시예는 하나의 특정 값 내지 다른 특정 값을 포함한다. 유사하게, 값들이 선행사 "약"을 사용하여 근사치로 표현될 때, 특정 값은 다른 실시예를 형성함을 이해할 것이다. 각각의 범위들의 종점들은 다른 종점과 관련하여 그리고 다른 종점과는 독립적으로 모두 중요하다는 것이 추가로 이해될 것이다.
본 명세서에서 사용되는 방향 용어들- 예를 들어, 위로, 아래로, 오른쪽, 왼쪽, 앞, 뒤, 상부, 바닥-은 단지 도시된 대로의 도면들을 참조하여 만들어지며, 절대적인 방향을 의미하는 것으로 의도되지는 않는다.
달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 본 명세서에 설명된 임의의 방법은 그 단계들이 특정 순서로 수행될 필요가 있는 것으로 해석되는 것이라고 의도되지 않으며, 임의의 장치에서 특정 배향들이 요구되는 것으로도 해석되지 않는다. 따라서, 방법 청구항은 실제로 그 단계들에 뒤따르는 순서를 실제로 언급하지 않거나, 또는 임의의 장치 청구항이 개별 구성 요소들에 대한 순서 또는 배향을 실제로 언급하지 않는 경우, 또는 단계들이 특정 순서로 제한되거나 또는 장치의 구성 요소들에 대하여 특정 순서 또는 배향이 언급되지 않는 것을 청구항들 또는 설명에서 특별히 언급되지 않는 경우, 어떤 점에서도 순서 또는 배향이 추론되는 것을 결코 의도한 것은 아니다. 이는 다음을 포함하여 해석에 대한 임의의 가능한 비-표현적 기초를 유지한다: 단계들의 배열, 작동 흐름, 구성 요소들의 순서 또는 구성 요소들의 방향과 관련된 논리 문제들; 문법적 구성 또는 구두점에서 파생된 평범한 의미; 및 명세서에 기술된 실시 예들의 수 또는 유형.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 단수 형태들 "a", "an", 및 "the"는 문맥이 명시적으로 달리 지시하지 않는 한 복수의 지시 대상들을 포함한다. 따라서, 예를 들어, "a" 구성 요소에 대한 언급은 문맥이 달리 명시적으로 지시하지 않는 2 개 이상의 그러한 구성 요소들을 갖는 양태들을 포함한다.
용어 "예시적(exemplary)", "예시(example)" 또는 그등의 다양한 형태들은 본 명세서에서 예시, 예 또는 예시로서 역할을 하는 것을 의미하기 위해 사용된다. 본 명세서에 "예시적"으로서 또는 "예시"로서 기술된 임의의 양태 또는 디자인은 다른 양태 또는 디자인에 비해 선호되거나 유리한 것으로 해석되어서는 안된다. 더욱이, 예시들은 명확성과 이해의 목적으로만 제공되며, 어떠한 방식으로든 개시된 주제 또는 본 개시의 관련 부분들을 한정하거나 또는 제한하려는 것을 의미하지 않는다. 다양한 범위의 무수한 추가 또는 대안적인 예시들이 제시될 수 있었지만 간결함을 위해 생략되었음을 이해할 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "포함하는(comprising)" 및 "포함하는(including)" 및 이들의 변형은 달리 표시되지 않는 한 동의어이고, 개방형이고, 그리고 상호 교환 가능한 것으로 해석되어야 한다. 포함하거나 포함하는 과도기 구절 뒤에 오는 요소들의 목록은 비배타적 목록이므로 목록에 구체적으로 언급된 요소들에 부가하여 요소들도 존재할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어들 "실질적인(substantial)", "실질적으로(substantially)" 및 그 변형들은 설명된 피쳐가 값 또는 설명과 동일하거나 대략적으로 동일하다는 것을 주목하도록 의도된다. 예를 들어, "실질적으로 평면" 표면은 평면 또는 대략 평면인 표면을 나타내기 위한 것이다. 더욱이, "실질적으로"는 두 값이 동일하거나 대략 동일함을 나타내도록 의도된다. 일부 실시예들에서, "실질적으로"는 서로 약 10 % 이내, 예를 들어 서로 약 5 % 이내 또는 서로 약 2 % 이내의 값들을 나타낼 수 있다.
전계발광 디스플레이들은 환경 콘트라스트 저하를 초래할 수 있는 표면 반사를 겪을 수 있다. 예를 들어, 도 1은 그 위에 놓여있는 복수의 전계발광 소자(14), 예를 들어, LED를 포함하는 백플레인 기판(12)을 포함하는 종래의 마이크로-LED 디스플레이(10)의 일부를 보여주는 단면 이미지를 도시한다. 전계발광 디스플레이(10)는 커버 플레이트(18)를 더 포함한다. 커버 플레이트(18)는 함께 원형 편광기(24)를 형성하는 위상 지연층(20) 및 선형 편광층(22)을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 환경 광선(26)은 커버 플레이트(18)를 통해 디스플레이(10)에 들어갈 수 있고, 제1 표면(28)에 대한 법선에 대해 입사각 θinc로 백플레인 기판(12)의 제1 표면(28)에 입사되고 백플레인 기판(12)으로부터 반사될 수 있다. 상기 광선(30)은 반사각 θref로 반사된 환경광을 나타낸다. 복수의 전계발광 소자(14)는 또한 광선(32)을 생성 및 방출할 수 있다. 방출된 광(32)은 이미지로서 외부 관찰자(34)를 향한 방향으로 커버 플레이트(18)를 통해 투과될 수 있다. 반사된 환경광(ambient light)(30)은 방출된 광(32)과 경쟁하여, 관찰자(34)가 볼 때 디스플레이된 이미지가 감소된 콘트라스트를 가질 수 있다. 이와 같이, 디스플레이(10) 또는 그 일부는 관찰자에게 씻겨 나가는 것처럼 보일 수 있다.
환경 콘트라스트 저하를 피하기 위해, 발광 다이오드(LED) 디스플레이, 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이, 또는 양자점 디스플레이를 포함하는 전계발광 디스플레이 애플리케이션을 위해 콘트라스트-강화 커버 플레이트가 제공되지만, 그 커버 플레이트는 특히 마이크로-LED 디스플레이에 유용하다. 일부 실시예들에서, 커버 플레이트는 반사된 환경광이 전계발광 소자들에 의해 방출된 광과 경쟁하는 것을 억제하도록 구성된 마이크로-복제된 콘트라스트 강화 필터를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전계발광 디스플레이는 수십 마이크로미터 내지 수백 마이크로미터 정도의 픽셀 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 전계발광 디스플레이는 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) LED를 포함할 수 있으며, 적색, 녹색 및 청색 LED의 각 세트는 픽셀을 형성한다. 일부 실시예들에서, 예를 들어, 마이크로-LED의 크기(예를 들어, LED의 일 측부를 따른 치수)는 약 10 ㎛ 내지 약 1000 ㎛의 범위일 수 있다. 일부 실시예들에서, LED 칩은 약 10 ㎛2 내지 약 1000 ㎛2 범위의 면적으로 크기가 정해질 수 있다. 이러한 실시예들에서, 각각의 LED 칩의 발광 영역의 크기는 픽셀 영역의 약 20% 미만일 수 있다.
일부 실시예들에서, 커버 플레이트는 픽셀들 또는 그 구성요소들로부터 환경광 반사를 감소시키거나 제거하기 위한 요소들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 요소들은 로우(row)들로 배열된 복수의 광 흡수 쐐기형 피쳐들, 예를 들어 사다리꼴형 피쳐들을 포함할 수 있다. 쐐기형 피쳐들은 픽셀 전계발광 소자들(예: 개별 LED)에 의해 반사되는 환경광을 줄이거나 제거하기 위해 수치적으로 평가되고 최적화될 수 있다.
도 2는 그 위에 놓여있는 복수의 전계발광 소자(104)들을 포함하는 백플레인 기판(102) 및 콘트라스트 강화층(108)을 포함하는 커버 플레이트(106)를 포함하는 본 개시 내용에 따른 예시적인 전계발광 디스플레이 장치(100)의 단면도이다. 전계발광 소자(104)들은, 이미지 픽셀의 개별 픽셀 요소들을 포함할 수 있고, 따라서 상이한 색상들, 예를 들어 적색(R), 녹색(G) 및/또는 청색(B)을 표시하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 커버 플레이트(106)는 에어 갭(110)에 의해 백플레인 기판(102)으로부터 이격될 수 있다. 예를 들어, 에어 갭(110)은 모든 범위들 및 그 사이의 하위 범위들 포함하여, 약 50 ㎛ 내지 약 5 mm, 예를 들어 약 100 ㎛ 내지 약 5 mm 범위, 예컨대 약 200 ㎛ 내지 약 4 mm 범위, 약 300 ㎛ 내지 약 3 mm 범위, 또는 약 1 mm 내지 약 3 mm 범위에 있을 수 있다.
콘트라스트 강화층(108)은 베이스층(112) 및 필터층(114)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 베이스층(112)은 유리 재료, 예를 들어 알루미노실리케이트 유리 재료와 같은 실리케이트 유리 재료를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 베이스층(112)은 폴리머 재료를 포함할 수 있다. 필터층(114)은 차례로 지지층(116) 및 광 변형층(118)을 포함할 수 있다.
커버 플레이트(106)는 반사방지층(120)을 더 포함할 수 있다. 콘트라스트 강화층(108)은 접착층(122)에 의해 반사방지층(120)에 결합될 수 있다. 접착층(122)은, 일부 실시예들에서 감압(pressure-sensitive) 접착제를 포함할 수 있다.
광 변형층(118)은 광 투과 영역(126)에 의해 분리된 제1 복수의 광 흡수 쐐기형 피쳐(124)들을 포함한다. 제1 복수의 광 흡수 쐐기형 피쳐(124)들은 적어도 가시 스펙트럼의 일부에서 광을 흡수 또는 차단할 수 있는 임의의 적합한 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 광 흡수 재료는 흑색 착색제, 예를 들어 카본 블랙과 같은 흑색 미립자를 포함할 수 있다. 카본 블랙은 모든 범위들 및 그들 사이의 하위 범위들을 포함하여, 약 10 ㎛ 이하, 예를 들어 약 5 ㎛ 이하, 예컨대 1 ㎛ 이하, 약 500 nm 이하, 약 300 nm 이하, 또는 약 200 nm 이하의 입자 크기를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 카본 블랙은 약 1 ㎛ 이하의 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 광 흡수 재료는 백색, 적색, 녹색 또는 황색과 같은 다른 색상을 갖는 착색제를 포함할 수 있다. 추가 실시예들에서, 흡수 재료(예를 들어, 카본 블랙, 안료 또는 염료, 또는 이들의 조합)는 적합한 매트릭스 재료에 분산될 수 있다.
도 3을 참조하면, 커버 플레이트(106)를 형성하기 위한 예시적인 공정(200)이 도시되어 있다. 제1 단계(202)에서, 적절한 매트릭스 재료(128)(예를 들어, 아크릴레이트 수지 및 비스페놀 플루오르 디아크릴레이트)가 지지층(116)(예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)의 층) 상에 증착될 수 있다. 매트릭스 재료(128)는 쐐기형 리세스(130)들을 생성하기 위해 예를 들어, 패턴화된 롤러를 사용함으로써 단계(204)에서 패턴화될 수 있다. 패턴화는 예를 들어 롤-투-롤(roll-to-roll) 프로세스로 수행될 수 있다. 매트릭스 재료는 전체적으로 또는 부분적으로 경화될 수 있고, 이어서 단계(206)에서 광 흡수 재료(132)로 채워질 수 있다. 광 흡수 재료는 경화되고 이어서 단계(208)에 도시된 바와 같이, 예컨대 콘트라스트 강화층(108)을 형성하기 위해 접착제층(134)(예를 들어, 감압 접착제)으로 베이스층(112)의 표면에 적용될 수 있다.
도 4는 평행한 로우들로 배열된 제1 복수의 세장형(elongate) 쐐기형 피쳐(124)들의 로우들을 보여주는 디스플레이의 관찰자 측에서 본 전계발광 디스플레이의 일부(예를 들어, 단일 픽셀)의 상면도이며, 제1 복수의 쐐기형 피쳐들의 각각의 쐐기형 피쳐는 길이방향 축(136)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 쐐기형 피쳐들은 전계발광 소자들과 관찰자 사이에 위치된다. 추가로 도시된 바와 같이, 제1 제1 복수의 쐐기형 피쳐(124)들은 전계발광 소자(104)들의 로우의 정렬 축(138)과 정렬되지 않을 수 있지만, 대신에 각도 σ만큼 전계발광 소자들을 가로질러 각을 이룰 수 있다. 각도 σ는 약 0도 내지 약 10도 범위, 예를 들어 0도 초과 내지 약 10도 범위일 수 있다.
필터층(114)의 설계를 위한 조건들은 쐐기형 피쳐들의 굴절률 및 구조적 변화에 대한 매개변수 연구들에 의해 식별될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 쐐기형 피쳐들의 베이스(140)에서 취한, 제1 복수의 쐐기형 피쳐들의 개별 쐐기형 피쳐들의 최대 폭 W1은 50%보다 큰 투과율 T에 대한 디스플레이 픽셀의 길이 L(픽셀 )의 절반(L(픽셀)/2)보다 작을 수 있다. 투과율은 법선 방향을 따라 주입된 광 파워에 대한 주어진 기하학 구조를 통해 투과된 광 파워의 비율이다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 쐐기형 피쳐 최대 폭 W1은 약 10 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 범위에 있을 수 있다. 예를 들어, 일부 특정 백플레인 기판 설계(예: LED 칩 크기: 38 x 54 ㎛2, L(픽셀) = 432 ㎛, D(칩 대 칩) = 100 ㎛)의 경우, W1은 약 20 ㎛ 내지 약 25 ㎛의 범위에 있을 수 있다. 일부 실시예들에서, L(픽셀)은 약 10 ㎛ 내지 약 1000 ㎛의 범위에 있을 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 쐐기형 피쳐(124)들의 치수 파라미터들을 나타내는 콘트라스트 강화층(108)의 일부를 도시한다. 일부 실시예들에서, 제1 복수의 쐐기형 피쳐의 각각의 쐐기형 피쳐(124)는 피쳐의 베이스(140)에서 취한 최대 폭W1 (명확성을 위해 채움이 생략된 도 5b 참조), 베이스(140)에서 쐐기형 피쳐의 대향 단부(142)까지의 높이 H1, 하나의 쐐기형 피쳐의 중심으로부터 바로 인접한 쐐기형 피쳐(124)의 중심까지의 거리로 취한 피치 P1, 및 쐐기형 피쳐(124)의 베이스(140)와 쐐기형 피쳐의 인접한 측부(144) 사이에서 평가된 쐐기각 β를 포함한다.
일부 실시예들에서, 쐐기각 β는 약 70도 내지 90도 미만의 범위에 있을 수 있다. 이와 같이, 베이스(140)에서 최대 폭 W1은 대향 단부(142)에서 더 좁은 폭보다 더 크다. 다시 말해서, 쐐기형 피쳐는 베이스(140) 및 베이스(140)로부터 복수의 전계발광 소자(104)들을 향해 돌출하는 대향 측부(142)를 갖는 사다리꼴 단면 형상을 포함할 수 있다. 이러한 배열은 환경광 감소를 개선하는 동시에 전계발광 디스플레이에 더 큰 시야각을 제공할 수 있다. 시야각은 관찰자에 대한 전계발광 디스플레이의 밝기가 전계발광 디스플레이에 대한 법선(예를 들어, 커버 플레이트에 대한 법선)을 따라 평가된 밝기의 1/2인 각도이다.
도 6은 피쳐 폭 W1의 함수로서 모델링된 커버 플레이트 투과율을 보여주는 그래프이다. 데이터는 쐐기형 피쳐 폭 W1이 감소함에 따라 투과율이 증가함을 보여준다. 약 66%보다 큰 투과율의 경우, 쐐기형 피쳐 폭은 약 25 ㎛가 될 수 있지만, 원하는 투과율에 따라 다른 폭들도 가능하다.
도 7 및 8은 각각 LED 방출각(도 7) 및 입사각(도 8)의 함수로서 쐐기형 피쳐 높이 H1의 변화에 대한 투과율 및 반사율을 나타낸다. 도 7에 도시된 데이터는 쐐기형 피쳐 높이 H1가 감소함에 따라 투과율이 바람직하게 증가함을 나타낸다. 반대로, 도 8에 도시된 데이터는 쐐기형 피쳐 높이(H1)가 감소함에 따라 반사율이 바람직하지 않게 증가함을 나타낸다. 전계발광 소자의 방출각이 증가할수록 투과율은 감소한다. 환경광의 입사각이 증가함에 따라 반사율은 약 60°의 입사각에 도달할 때까지 감소하고, 이어서 큰 높이(약 50 ㎛ 초과)와 작은 높이(약 50 ㎛ 미만, 예를 들어 20 ㎛) 사이에 발산 거동(divergent behavior)이 있다. 20 ㎛ 및 10 ㎛의 높이 H1 및 약 60°초과의 입사각에 대해, 반사율이 증가하지만, 50 ㎛ 내지 150 ㎛의 높이에서는 반사율이 감소한다. 따라서 쐐기형 피쳐 높이는 특정 장치 구성에 대한 최적의 높이 H1을 찾기 위해 투과율과 반사율 사이의 절충을 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 높이 H1는 약 50 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 범위에 있을 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 쐐기형 피쳐(124)의 높이 대 폭 종횡비(H1/W1)는 약 2 이상, 예를 들어 약 3 이상일 수 있다. 일부 실시예들에서, 예를 들어 종횡비 H1/W1은 약 3 내지 약 6, 또는 약 3 내지 약 5, 또는 약 5 미만, 또는 약 4 미만의 범위에 있을 수 있다.
일부 실시예들에서, 쐐기형 피쳐(124)의 피치 P1은 D(칩 대 칩)보다 작거나 같을 수 있다. 예를 들어, 피치 P1은 모든 범위들 및 그들 사이의 하위 범위들을 포함하여, 약 40 ㎛ 내지 약 500 ㎛의 범위, 예를 들어 약 50 ㎛ 내지 약 200 ㎛의 범위, 예를 들어 약 60 ㎛ 내지 약 150 ㎛, 약 60 ㎛ 내지 약 100 ㎛, 또는 약 60 ㎛ 내지 약 90 ㎛의 범위에 있을 수 있다.
추가적으로, 각각의 쐐기형 피쳐(124)는 굴절률 nB를 포함할 수 있고, 매트릭스 재료(128)는 굴절률 nF를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 쐐기형 피쳐(124)의 굴절률 nB는 디스플레이의 시야각을 개선하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 도 9는 두 개의 인접한 쐐기형 피쳐들(명확성을 위해 채우기가 생략됨) 및 교차 표면에 대한 법선(148)에 대해 각도 θB로 쐐기형 피쳐(124)의 측면(146)과 교차하는 전계발광 소자(104)에 의해 방출된 광선(32)을 도시하는 개략도이다. 도 10은 θB가, 전반사가 발생하는 임계각(θC = arcsin nB/nF), θC 이상인 경우를 나타내는 확대도이다. 쐐기형 피쳐(124)의 굴절률 nB와 환경 매트릭스 재료(128)의 굴절률 nF 사이의 차이 Δn, 즉 Δn = nB - nF는 내부 전반사에 기인한 높은 입사각들에서, 예를 들어 도 11의 모델링된 데이터에서 보여지듯이 θB > θC, 큰 반사값을 생성한다.도 12는 Δn의 여러 값들에 대한 시야각(θV)의 함수로서 모델링되고 정규화된 광 강도를 램버트(Lambertian) 분포와 비교한 도면이다. 복수의 쐐기형 피쳐(124)를 평행한 로우들로의 배열, 쐐기형 피쳐의 베이스와 쐐기형 피쳐의 인접한 측부 사이의 쐐기각 β, 높이 대 폭(H/W) 종횡비, 및 베이스와 복수의 전계발광 소자를 향해 돌출된 대향하는 상부를 갖는 사다리꼴 단면 형상은 모두 투과율 및 시야각에서 관찰되는 개선에 기여한다. 데이터는 쐐기형 피쳐를 둘러싸는 매트릭스 재료에 대한 굴절률 nF보다 작은 굴절률 nB를 갖는 쐐기형 피쳐에 대한 재료를 선택하여 시야각을 개선(증가)할 수 있음을 보여준다. 예를 들어, 시야각은 30도 초과, 40도 초과, 45도 초과로 개선될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 매트릭스 재료(128) 및/또는 광 흡수 재료(132)는 약 -0.5 내지 약 0 범위, 예를 들어 약 -0.3 내지 0 범위의 Δn을 제공하도록 선택될 수 있다.
도 13 및 14는 각각 쐐기형 피쳐(WSF)(124)들을 포함하는 커버 플레이트와 종래의 원형 편광기(CP)를 포함하는 디스플레이 장치 사이의 모델링된 투과율 및 반사율을 도시한다. 도 13의 데이터는 본 명세서에 기술된 바와 같은 쐐기형 피쳐들을 사용하여 커버 플레이트에 대한 투과율에서 대략 22% 증가를 예측한다. 도 14는 입사각이 0°및 50°인 들어오는 환경 광선에 대해, 환경 반사광의 양이 쐐기형 피쳐 디스플레이에 대해 더 클 수 있는 반면에, 원형 편광기-장착 디스플레이는 동일한 입사각에서 WSF 디스플레이와 비교하여 50°의 입사각 θinc에서 반사 광에서 상당한 증가를 나타내는 것을 보여준다. WSF 커버 플레이트의 개선된 광 투과율은 원형 편광 커버 기판과 동일한 밝기를 얻기 위해 전계발광 소자(예: 마이크로-LED)로의 더 낮은 전류 주입을 활용할 수 있다. 이것은 예를 들어, 더 긴 디스플레이 수명 및 신뢰성을 포함하여 디스플레이 장치(예: 마이크로-LED 디스플레이)에 대한 추가 이점들을 제공한다. 일부 실시예들에서, WSF 커버 플레이트의 광 투과율은 적어도 50%, 예를 들어, 적어도 60%, 적어도 70%, 적어도 80%, 또는 적어도 90%일 수 있다.
이제 도 15를 참조하면, 또 다른 실시예들에서, 필터 층(114)은 광 변형 층(118)과 베이스 층(112) 사이에 위치된 선택적인 흡수층(150)을 포함할 수 있다. 광 흡수층(150)은 쐐기형 피쳐(124)들과 동일하거나 유사한 재료로부터 형성될 수 있다. 따라서, 다양한 실시예들에서, 광 흡수층(150)의 투과율은 미리 결정된 투과율을 얻기 위해 광 흡수층(150)에 배치된 광 흡수 재료(132)의 밀도 및/또는 광 흡수층(150)의 두께(151)를 제어함으로써 제어될 수 있다. 예를 들어, 광 흡수층(150)은 약 1 중량% 내지 약 20 중량% 범위, 예를 들어 약 5 중량% 내지 15 중량% 범위의 밀도를 갖는 탄소 입자들(예를 들어, 카본 블랙) 또는 다른 적합한 입자들을 함유할 수 있다. 광 흡수층(150)의 두께는 약 10 nm 내지 약 1 마이크로미터 범위일 수 있다. 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 일부 실시예들에서 밀도 및/또는 두께는 적어도 약 60%의 투과율을 얻기 위해 사용될 수 있다. 광 흡수층(150)은 쐐기형 피쳐(124)들을 갖지만 광 흡수층(150)이 없는 커버 플레이트와 비교하여 커버 플레이트(106)에 대한 작은 투과율 감소를 초래할 수 있지만, 결과들은 증가된 콘트라스트 비일 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 약 500 이상의 콘트라스트 비는 쐐기형 피쳐(124)들 및 광 흡수층(150) 둘 모두를 포함함으로써 달성될 수 있다.
광 흡수층(150)의 흡광 계수 k는 목표 투과율, 예를 들어 60% 이상의 투과율과 일치하도록 선택될 수 있다. 흡광 계수 k는 복소 굴절률(n + ik)의 허수 성분이며, 입자 밀도 및/또는 광 흡수층(150)의 두께를 선택함으로써 변경될 수 있으며, 이는 흡수 수준을 결정할 수 있다. 흡광 계수 k는 다음 방정식, T = e^(4nk/λ)d에서 계산할 수 있으며, 여기서 T는 투과율, d는 필름 두께, n은 굴절률(^은 지수를 나타낸다)이다. 도 16은 투과율 T(1-흡광도, A와 같음)의 함수로서, 층 두께 d(0.1 ㎛에서 10 ㎛) 및 그 흡광 계수 k에 대한 얇은 흡수층(150)의 광 투과율(또는 흡수)의 이론적 예측을 보여준다.
광 흡수층(150)의 성능 영향을 광선-광학 시뮬레이션을 통해 수치적으로 평가하였으며, 그 결과를 도 17 내지 도 19에 나타내었다. 쐐기형 피쳐(124)들의 피치 P1(공간 주기)은 k와 함께 연구된 기하학적 매개변수들 중 하나였다. 이 분석을 위해 백플레인 기판(102)에서의 반사율이 입사 환경광의 10%라고 가정했다. 커버 플레이트의 목표 투과율과 반사율은 각각 60%와 70%였다. 도 17은 k의 다양한 값에 대한 피치 P1과 70 ㎛의 쐐기형 피쳐 높이 H1의 함수로서의 투과율의 도면이다. 데이터는 k가 증가함에 따라(광 흡수층(150)이 더 흡수성이 됨), 예를 들어 0.05보다 크면 그에 따라 투과율이 감소함을 보여준(반사율은 환경 콘트라스트 비(ACR)에 반비례하기 때문에 광 투과율과 ACR은 대향하는 관계에 있음). ACR은 1+Io/(Iamb-Ramb)로 계산되며, 여기서 Io는 "온" 상태에서 전계발광 소자에 의해 방출되는 빛의 강도이고, Iamb는 환경광의 강도이고, Ramb는 환경광의 반사율이다. 투과율 및 반사율 요구를 모두 만족시키기 위해, k는 도 17에 도시된 바와 같이 약 0.05 내지 약 1의 범위에 있도록 선택될 수 있다. k의 선택은 또한 광 흡수층(150)의 두께에 의존할 수 있다. 예를 들어, 광 흡수층(150)의 두께(151)는 약 0.1 ㎛ 내지 약 10 ㎛ 범위에 있을 수 있다.
또한, 쐐기형 피쳐(124)의 높이(H1)는 약 50 ㎛ 내지 약 70 ㎛ 범위에 걸쳐 평가되었다. 도 18은 k의 다양한 값과 50 ㎛의 쐐기형 피쳐 높이(H1)에 대한 피치의 함수로서 모델링된 반사율의 그래프이며, 도 19는 k의 다양한 값과 70 ㎛의 쐐기형 피쳐 높이(H1)에 대한 피치의 함수로서 모델링된 반사율의 그래프이다. 데이터는 k가 증가함에 따라 반사율이 감소하지만 반대로 피치가 증가함에 따라 반사율이 증가함을 보여준다. 테스트는 쐐기형 피쳐의 높이(H1)를 감소시키는 것이 리세스(130)의 패터닝 및 이러한 리세스를 광 흡수 재료(132)로 채우는 프로세스 모두를 더 신뢰할 수 있게 만들 수 있음을 보여준다. 이러한 동작들은 피치, 쐐기형 피쳐 높이 및 반사율을 최소화하는 k 사이의 적절한 절충을 찾는 데 사용할 수 있다. 흥미롭게도, 양 시뮬레이션, 즉 k = 0.5에서 k의 큰 값에 대한 데이터는 피치와 높이 모두에 대해 낮은 반사율 감도를 보여주는데, 이는 k의 더 작은 값에서 분명한 경향이다. 즉, 데이터는 k 값이 높을 때 쐐기형 피쳐 피치와 높이에서의 변화의 결과로서 반사율이 거의 변하지 않는다는 것을 보여준다.
발광 프로파일이 전계발광 디스플레이 시야각을 결정하는 데 도움이 될 수 있기 때문에, 광 흡수층(150)의 존재 하에 디스플레이로부터(예를 들어, 커버 플레이트(106)로부터) 방출된 LED 광의 각도 방출 프로파일도 분석되었다. H1 = 50 ㎛(도 20) 및 70 ㎛(도 20 및 도 21)의 경우를 다시 평가하여 광 흡수층(150)이 없는 커버 플레이트와 비교하였다. 도 20 및 21은 전계발광 소자 방출각의 함수로서 모델링되고 정규화된 강도를 나타낸다. 이 분석은 쐐기형 피쳐(124)들에 추가하여 광 흡수층(150)의 존재가 광 흡수층(150)이 없는 커버 플레이트에 비해 증가된 시야각을 제공할 수 있음을 확인시켜주었다. 데이터는 쐐기형 피쳐(124)들 및 약 0.01 내지 약 0.1 범위의 흡광비를 나타내는 광 흡수층(150) 모두들 포함하는 커버 플레이트가 마이크로-LED 디스플레이에서 500을 초과하는 ACR을 제공할 수 있다는 것을 보여준다.
도 22는 전반사의 함수로서 모델링된 환경 콘트라스트 비를 보여주는 그래프이다. 데이터는 다양한 수준의 환경 조명 및 달성 가능한 ACR 하에서 환경 콘트라스트 비(ACR)의 예측을 나타낸다. 예를 들어, 축(153)은 본 명세서에 개시된 바와 같은 복수의 쐐기형 피쳐들 및 광 흡수층(150)을 포함하는 디스플레이 장치를 나타내는 반면, 축(155)은 쐐기형 피쳐(124)들을 갖지만 광 흡수층(150)이 없는 동일한 디스플레이를 나타낸다. 비교하자면, 축(157)은 쐐기형 피쳐(124)들 및 광 흡수층(150)이 없는 동일한 디스플레이를 나타낸다. 백플레인으로부터의 환경광 반사율의 양은 10%로 가정되었다. 데이터는 500보다 큰 ACR이 쐐기형 피쳐들과 베이스 층 사이에 위치된 광 흡수층(150)과 결합된 양 광 흡수 쐐기형 피쳐(124)들을 갖는 디스플레이 장치에 의해 달성될 수 있음을 보여준다.
도 23은 커버 플레이트(106)의 또 다른 실시예로서, 커버 플레이트는 높이와 폭이 다른 쐐기형 피쳐들이 교대하는 열들을 포함할 수 있다. 도 23은 베이스 층(112) 및 내부에 매립된 복수의 쐐기형 피쳐들을 포함하는 광 변형층(118)을 포함하는 커버 플레이트(106)의 일부의 단면도를 도시한다. 복수의 쐐기형 피쳐들은 이전에 설명된 것과 동일한 속성을 포함하는 제1 복수의 쐐기형 피쳐(124)들, 및 제2 복수의 쐐기형 피쳐(300)들을 포함할 수 있다. 제1 복수의 쐐기형 피쳐(124)들은 이전에 설명된 바와 같이 최대 폭 W1 및 높이 H1을 갖는 세장형 쐐기형 피쳐들의 로우들로서 배열될 수 있다. 제2 복수의 쐐기형 피쳐(300)들은 또한 쐐기형 피쳐(300)들의 베이스에서 최대 폭 W2 및 높이 H2를 갖는 세장형 쐐기형 피쳐들의 평행한 로우들로서 배열될 수 있으며, 여기서 높이 H2는 쐐기형 피쳐(124)들과 동일한 방식으로 쐐기형 피쳐(300)들의 베이스로부터 대향 단부(베이스층(112)에서 가장 먼 단부)까지 평가된다. 제2 복수의 쐐기형 피쳐들은 제1 복수의 쐐기형 피쳐들과 교대하는 배열로 배열될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 복수의 쐐기형 피쳐들의 쐐기형 피쳐(300)들의 높이 H2는 제1 복수의 쐐기형 피쳐들의 쐐기형 피쳐(124)들의 높이 H1보다 작을 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 복수의 쐐기형 피쳐들의 쐐기형 피쳐(300)들의 최대 폭 W2는 제1 복수의 쐐기형 피쳐들의 쐐기형 피쳐(124)들의 최대 폭 W1보다 작을 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 높이H2 및 최대 폭 W2 모두는 제1 복수의 쐐기형 피쳐들의 쐐기형 피쳐(124)의 높이 H1 및 최대 폭 W1보다 작을 수 있다. 일부 실시예들에서, 종횡비 H1/W1은 약 3 이상, 예를 들어 약 3 내지 약 6의 범위일 수 있다.
여전히 도 23을 참조하면, 쐐기형 피쳐(124)들은 쐐기형 피쳐(124)의 중심으로부터 인접한 쐐기형 피쳐(124)의 중심까지 측정된 인접한 쐐기형 피쳐들 사이의 분리 거리를 정의하는 피치 P1으로 주기적으로 이격될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 제1 복수의 쐐기형 피쳐의 피치 P1는 약 50 ㎛ 내지 약 200 ㎛의 범위, 예를 들어 약 60 ㎛ 내지 약 150 ㎛, 약 60 ㎛ 내지 약 100 ㎛, 또는 약 60 ㎛ 내지 약 90 ㎛ 범위에 있을 수 있다. 추가적으로, 쐐기형 피쳐(300)들은 또한 하나의 쐐기형 피쳐(300)의 중심으로부터 다른 인접한 쐐기형 피쳐(300)의 중심까지 측정된 인접한 쐐기형 피쳐(300)들 사이의 분리 거리를 정의하는 피치 P2로 주기적으로 이격될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 각각의 쐐기형 피쳐(300)는 P2가 P1과 동일하도록 인접한 쐐기형 피쳐(124)들 사이의 중간에 위치될 수 있다. 즉, 제2의 복수의 쐐기형 피쳐들은 제1의 복수의 쐐기형 피쳐들 사이에서 균등하게 이격될 수 있다. 따라서, 쐐기형 피쳐(124)의 중심과 인접한 쐐기형 피쳐(300) 사이의 거리는 (P1)/2일 수 있다.
도 24 및 25는 P2 = P1이라고 가정하고 피치 P1의 함수로서 투과율(도 24) 및 반사율(도 25)을 나타내는 모델링된 데이터를 제시한다. 데이터는 단일의 복수의 쐐기형 피쳐들을 갖는 디스플레이 대 2 개의 복수의 쐐기형 피쳐들을 갖는 디스플레이의 비교를 나타내며, 여기서 제2 복수의 쐐기형 피쳐들의 높이는 제1 복수의 쐐기형 피쳐들의 높이와 상이하다. 데이터는 또한, 60% 이상의 투과율과 8% 이하의 반사율을 유지하고자 하는 희망을 만족시키면서, 더 큰 피치 P1(예: 90 ㎛)을 갖는 2 개의 복수의 쐐기형 피쳐들을 갖는 디스플레이가 동일한 높이 및 짧은 피치(예를 들어, 60 ㎛)의 단일의 복수의 쐐기형 피쳐를 갖는 디스플레이와 유사한 광학 성능을 가질 수 있음을 보여준다. 제2 복수의 쐐기형 피쳐들의 추가는 관찰자의 관점에서 볼 때 쐐기형 피쳐들의 전체 패턴을 더 조밀하게 만들 수 있지만, 낮은 종횡비를 갖는 추가의 복수의 쐐기형 피쳐들은 인간 관찰자에 대한 시야각을 저하시키지 않으며, 환경광 배제를 돕는 흡수성 기하학 구조를 제공할 수 있다.
도 26 및 27은 2 개의 복수의 쐐기형 피쳐들을 갖는 디스플레이에 대한 모델링된 데이터를 제시하고 높이 H2의 함수로서 투과율(도 25) 및 반사율(도 26)을 나타낸다. 10 ㎛ 내지 70 ㎛ 범위의 H2에서, 결과는 피치 변화와 함께 관찰된 경향과 다르다. 그러나, H2의 영향은 그리 크지 않아, 흡수 재료가 고흡수성이다라는, 예를 들어 흡광 계수 k가 0.1보다 크다라는 가정하에 투과율의 변화는 10% 미만, 반사율의 변화는 1% 미만이다.
데이터는 높이 H2가 클수록 투과율이 높아지고 반사율이 낮아진다는 것을 보여준다. 내부 전반사를 유도하는 표면적이 넓어지기 때문에 높이 H2가 클수록 투과율이 증가한다. 그러나, 제2 복수의 쐐기형 피쳐들의 증가된 종횡비로 인해 반사율이 감소한다.
도 28은 단일의(제1) 복수의 쐐기형 피쳐들 및 2 개(제1 및 제2) 복수의 쐐기형 피쳐들을 갖는 디스플레이를 갖는 전계발광 소자로부터 방출된 광에 대한 모델링된 각도 방출 프로파일의 도면이다. 이 비교에서, 단일의 복수의 쐐기형 피쳐들을 갖는 디스플레이 및 2 개의 복수의 쐐기형 피쳐들을 갖는 디스플레이는 각각 60 ㎛ 및 90 ㎛의 피치(P1, P2)들을 갖는다. 데이터는 상이한 종횡비를 갖는 2 개의 복수의 쐐기형 피쳐들을 갖는 디스플레이가 기본 광학 성능을 희생하지 않으면서 단일의 복수의 쐐기형 피쳐들을 갖는 디스플레이와 비교하여 개선된 시야각을 가질 수 있음을 보여준다.
도 29는 본 개시에 따른 커버 플레이트의 또 다른 실시예를 도시하고, 도 29의 커버 플레이트는 상이한 높이들 및 최대 폭들을 갖는 제1 및 제2 복수의 쐐기형 피쳐들, 및 복수의 쐐기형 피쳐들과 베이스 층(112) 사이에 위치된 광 흡수층(150)을 모두 포함한다.
본 개시 내용의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 개시 내용의 실시예에 다양한 수정들 및 변형들이 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 개시 내용은 첨부된 청구범위 및 그 균등물들의 범위 내에 있는 한 그러한 수정들 및 변형들을 포함하도록 의도된다.

Claims (39)

  1. 광학 디스플레이 장치로서,
    위에 평행한 로우(row)들로 놓여있는 복수의 전계발광 소자들을 포함하는 백플레인 기판으로서, 전계발광 소자들의 각각의 로우는 정렬 축을 포함하는, 상기 백플레인 기판;
    상기 백플레인 기판에 인접하고 그로부터 이격된 커버 플레이트로서, 상기 커버 플레이트는 베이스층 및 그 위에 배치된 필터층을 포함하는 콘트라스트 강화층을 포함하며, 상기 필터층은 광-투과성 매트릭스 재료로 평행한 로우들로 배열된 제1 복수의 광흡수 쐐기형 피쳐(feature)들을 포함하며, 각각의 쐐기형 피쳐는 길이방향 축을 포함하는, 상기 커버 플레이트;를 포함하며,
    상기 길이방향 축들은 0도 초과 내지 10도 범위의 각도만큼 상기 정렬 축들로부터 각도적으로(angularly) 오프셋되어 있는, 광학 디스플레이 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 커버 기판은 상기 필터층과 상기 베이스층 사이에 배치된 광 흡수층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 디스플레이 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 광 흡수층의 두께는 약 10 nm 내지 약 1 ㎛의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 광학 디스플레이 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 복수의 쐐기형 피쳐들의 높이 H1은 약 10 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 광학 디스플레이 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 커버 플레이트는 H1과 다른 제2 높이 H2를 갖는 제2 복수의 쐐기형 피쳐들을 더 포함하며, 상기 제1 복수의 쐐기형 피쳐들 및 상기 제2 복수의 쐐기형 피쳐들은 교대하는 배열로 배치되는 것을 특징으로 하는 광학 디스플레이 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    H1은 약 50 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 광학 디스플레이 장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    H2는 약 5 ㎛ 내지 약 80 ㎛의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 광학 디스플레이 장치.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 복수의 쐐기형 피쳐들의 각각의 쐐기형 피쳐는 제1 최대 단면 폭 W1을 포함하며, 상기 제2 복수의 쐐기형 피쳐들의 각각의 쐐기형 피쳐는 W1과 다른 제2 최대 단면 폭 W2를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 디스플레이 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    W1은 약 10 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 광학 디스플레이 장치.
  10. 청구항 8에 있어서,
    W2는 약 10 ㎛ 내지 약 50 ㎛의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 광학 디스플레이 장치.
  11. 청구항 8에 있어서,
    H1/W1은 약 2 이상인 것을 특징으로 하는 광학 디스플레이 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    H1/W1은 약 2 내지 약 6의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 광학 디스플레이 장치.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 복수의 쐐기형 피쳐들의 피치 P1은 약 20 ㎛ 내지 약 200 ㎛의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 광학 디스플레이 장치.
  14. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 복수의 쐐기형 피쳐들의 피치 P1은 약 20 ㎛ 내지 약 200 ㎛의 범위에 있으며, 상기 제2 복수의 쐐기형 피쳐들의 피치 P2는 상기 제1 복수의 쐐기형 피쳐들의 상기 피치와 동일한 것을 특징으로 하는 광학 디스플레이 장치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 제1 복수의 쐐기형 피쳐들은 상기 제1 복수의 쐐기형 피쳐들로부터 동일하게 이격된 것을 특징으로 하는 광학 디스플레이 장치.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 복수의 쐐기형 피쳐들의 각각의 쐐기형 피쳐의 베이스와 각각의 쐐기형 피쳐의 인접한 측벽 사이의 각도는 약 70도 내지 90도 미만의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 광학 디스플레이 장치.
  17. 청구항 2에 있어서,
    상기 필터층의 흡광 계수 k는 약 0.01 내지 약 1의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 광학 디스플레이 장치.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 k는 약 0.05 내지 약 1의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 광학 디스플레이 장치.
  19. 청구항 1에 있어서,
    상기 커버 플레이트는 반사방지 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 디스플레이 장치.
  20. 청구항 1에 있어서,
    상기 장치는 전자기 차폐층 또는 근적외선 차폐층을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 광학 디스플레이 장치.
  21. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 전계발광 소자들에서 각 전계발광 소자는 LED를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 디스플레이 장치.
  22. 청구항 1에 있어서,
    상기 백플레인 기판 및 상기 커버 플레이트는 약 1 mm 내지 약 5 mm의 갭만큼 이격된 것을 특징으로 하는 광학 디스플레이 장치.
  23. 청구항 1에 있어서,
    상기 광학 디스플레이 장치는 30도보다 큰 시야각을 나타내는 것을 특징으로 하는 광학 디스플레이 장치.
  24. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 복수의 쐐기형 피쳐들의 굴절율은 nB이며, 상기 매트릭스 재료의 굴절율은 nF이며, △n = nB - nF는 약 -0.3 내지 약 0의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 광학 디스플레이 장치.
  25. 청구항 24에 있어서,
    상기 △n은 약 -0.1 내지 약 0의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 광학 디스플레이 장치.
  26. 청구항 1에 있어서,
    상기 광학 디스플레이 장치는 약 40°이상의 입사각에서 약 5% 미만의 환경광 반사를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 디스플레이 장치.
  27. 청구항 1에 있어서,
    상기 커버 플레이트의 광 투과율은 적어도 약 60%인 것을 특징으로 하는 광학 디스플레이 장치.
  28. 청구항 1에 있어서,
    상기 베이스층은 유리를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 디스플레이 장치.
  29. 청구항 1에 있어서,
    상기 디스플레이 장치의 환경 콘트라스트 비는 400 초과이며, 상기 커버 플레이트의 투과율은 약 55%보다 큰 것을 특징으로 하는 광학 디스플레이 장치.
  30. 청구항 2에 있어서,
    상기 디스플레이 장치의 환경 콘트라스트 비는 500 초과이며, 상기 커버 플레이트의 투과율은 약 50%보다 큰 것을 특징으로 하는 광학 디스플레이 장치.
  31. 광학 디스플레이 장치로서,
    위에 평행한 로우들로 놓여있는 복수의 전계발광 소자들을 포함하는 백플레인 기판으로서, 전계발광 소자들의 각각의 로우는 정렬 축을 포함하는, 상기 백플레인 기판;
    상기 백플레인 기판에 인접하고 그로부터 이격된 커버 플레이트로서, 상기 커버 플레이트는 베이스층과 그 위에 배치된 필터층을 포함하는 콘트라스트 강화층 및 상기 베이스 기판과 상기 필터층 사이에 배치된 광 흡수층을 포함하며, 상기 필터층은 광-투과성 매트릭스 재료로 평행한 로우들로 배열된 제1 복수의 광 흡수 쐐기형 피쳐들을 포함하며, 각각의 쐐기형 피쳐는 길이방향 축을 포함하는, 상기 커버 플레이트;를 포함하며,
    상기 길이방향 축들은 0도 초과 내지 10도 범위의 각도만큼 상기 정렬 축들로부터 각도적으로 오프셋되어 있는, 광학 디스플레이 장치.
  32. 청구항 31에 있어서,
    상기 제1 복수의 쐐기형 피쳐들과 교대하는 배열로 평행한 로우들로 배열된 제2 복수의 쐐기형 피쳐들을 더 포함하며, 상기 제1 복수의 쐐기형 피쳐들의 높이는 H1이며 상기 제2 복수의 쐐기형 피쳐들의 높이는 H1과 다른 H2인 것을 특징으로 하는 광학 디스플레이 장치.
  33. 청구항 32에 있어서,
    H2는 H1보다 작은 것을 특징으로 하는 광학 디스플레이 장치.
  34. 청구항 32에 있어서,
    상기 제1 복수의 쐐기형 피쳐들의 각각의 쐐기형 피쳐는 최대 단면 폭 W1을 포함하며, 상기 제2 복수의 쐐기형 피쳐들의 각각의 쐐기형 피쳐는 최대 단면 폭 W2를 포함하며, 상기 제1 복수의 쐐기형 피쳐들의 종횡비 H1/W1은 제2 복수의 쐐기형 피쳐들의 종횡비 H2/W2와 다른 것을 특징으로 하는 광학 디스플레이 장치.
  35. 청구항 34에 있어서,
    W2는 W1보다 작은 것을 특징으로 하는 광학 디스플레이 장치.
  36. 광학 디스플레이 장치로서,
    위에 평행한 로우들로 놓여있는 복수의 전계발광 소자들을 포함하는 백플레인 기판으로서, 전계발광 소자들의 각각의 로우는 정렬 축을 포함하는, 상기 백플레인 기판;
    상기 백플레인 기판에 인접하고 그로부터 이격된 커버 플레이트로서, 상기 커버 플레이트는 베이스층 및 그 위에 배치된 필터층을 포함하는 콘트라스트 강화층을 포함하며, 상기 필터층은 광-투과성 매트릭스 재료로 평행한 로우들로 배열된 제1 복수의 광 흡수 쐐기형 피쳐들을 포함하며, H1과 다른 제2 높이 H2를 가지며 평행한 로우들로 배열된 제2 복수의 쐐기형 피쳐들을 더 포함하며, 상기 제1 복수의 쐐기형 피쳐들 및 상기 제2 복수의 쐐기형 피쳐들은 교대하는 배열로 배치되며, 상기 제1 복수의 쐐기형 피쳐들의 각각의 쐐기형 피쳐 및 상기 제2 복수의 쐐기형 피쳐들의 각각의 쐐기형 피쳐는 길이방향 축을 포함하는, 상기 커버 플레이트;를 포함하며,
    상기 길이방향 축들은 0도 초과 내지 10도 범위의 각도만큼 상기 정렬 축들로부터 각도적으로 오프셋되어 있는, 광학 디스플레이 장치.
  37. 청구항 36에 있어서,
    상기 필터층과 상기 베이스 기판 사이에 배치된 광 흡수층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 디스플레이 장치.
  38. 청구항 36에 있어서,
    상기 제2 복수의 쐐기형 피쳐들의 높이는 상기 제1 복수의 쐐기형 피쳐들의 높이보다 작은 것을 특징으로 하는 광학 디스플레이 장치.
  39. 청구항 36에 있어서,
    상기 제1 복수의 쐐기형 피쳐들의 각각의 쐐기형 피쳐는 최대 단면 폭 W1을 포함하며, 상기 제2 복수의 쐐기형 피쳐들의 각각의 쐐기형 피쳐는 최대 단면 폭 W2를 포함하며, 상기 제1 복수의 쐐기형 피쳐들의 종횡비 H1/W1은 제2 복수의 쐐기형 피쳐들의 종횡비 H2/W2와 다른 것을 특징으로 하는 광학 디스플레이 장치.
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