KR20220118325A - 양자점 유기 발광디스플레이장치의 광효율 향상을 위한 인셀구조 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 양자점 유기 발광디스플레이장치의 광효율 향상을 위한 인셀구조는, 최하부 기판과, 그 위에 적층되는 양극층과, 그 위쪽의 발광층과, 그 위쪽의 음극층과, 그 위쪽의 굴절률 정합층과, 그 위쪽의 양자점 층과, 그 위쪽의 컬러필터와, 그리고 최상층의 기판으로 구성되고, 상기 굴절률 정합층에는 상이한 굴절률을 가지는 패턴이 형성된다.

Description

양자점 유기 발광디스플레이장치의 광효율 향상을 위한 인셀구조{In-cell structure for improving light efficiency of quantum dot organic light emitting display device}

본 발명은 발광디스플레이장치의 광효율 향상을 위한 인셀구조에 관한 것으로서, 특히 양자점 유기 발광디스플레이장치의 광효율 향상을 위한 인셀구조에 관한 것이다.

양자점(퀀텀 닷(Quantum Dot:QD))은 물질의 크기가 나노미터로 줄어들 경우 전기적, 광학적 성질이 크게 변하는 반도체 나노 입자를 말한다. 1980년대 초 당시 미국 벨연구소 연구원이던 루이스 브루스 컬럼비아대 교수가 화학-물리학 저널에 작은 반도체 결정에 대해 발표하였고, 그 이후 마크 리드 예일대 교수가 이 반도체 결정을 퀀텀닷(양자점)이라고 불렀다.

퀀텀 닷은 물질 종류의 변화 없이도 입자 크기별로 다른 길이의 빛 파장이 발생되어 다양한 색을 낼 수 있으며 기존 발광체보다 색 순도, 광 안정성 등이 높다는 장점이 있어 차세대 발광 소자로 주목받고 있다.

이러한 퀀텀 닷의 장점을 디스플레이장치에 이용하고자 하는 시도가 있었고, 이러한 결과로 QD-OLED 디스플레이가 개발되었다. QLED(QD-OLED)는 백라이트부에 QDEF를 적용하여 고색순도를 구현하는 LCD로서, 프리미엄 TV에 적용되는 디스플레이다. 이들 디스플레이는 QD입자에 청색광을 입사하여 입사의 크기에 따라 파장 대역이 좁은 적색광과 녹색광을 발생시켜서 색순도가 좋은 컬러 영상을 구현한다.

청색광을 받아서 적색 또는 녹색의 빛을 방출하는 QD입자는 전후방의 모든 방향으로 빛을 방출하는데 후방으로 방사되는 빛은 디스플레이의 휘도에 기여하지 못하고 열로 손실되게 된다.

이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로서, 선행기술에서는 입사광을 나노 패턴을 통과시켜 QLED의 QD 충에 조사시켜서 광 추출 효율 과 색 재현율을 증가시키는 것을 제안하고 있다. 선행기술은, 나노 패턴의 크기에 따라 광 확산 각도의 변화를 시물레이션하여 최적의 나노 패턴 크기를 찾는 연구로 색재현율 105.1%를 달성하고 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다는 이론적인 결과를 얻었지만 상기에서 제기한 문제점을 충분히 해결하지는 못한다.

그러므로, 손실되는 광을 재활용할 수 있다면 휘도 향상과 더불어 디스플레이의 과열을 방지할 수 있게 된다.

본 발명의 목적은 QD입자의 후방으로 방사되는 빛을 재반사시켜 재활용할 수 있게 함으로써 휘도를 향상시키는 한편 디스플레이의 과열을 방지할 수 있는, 양자점 유기 발광디스플레이장치의 광효율 향상을 위한 인셀구조를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 양자점 유기 발광디스플레이장치의 광효율 향상을 위한 인셀구조는, 최하부 기판과, 그 위에 적층되는 양극층과, 그 위쪽의 발광층과, 그 위쪽의 음극층과, 그 위쪽의 굴절률 정합층과, 그 위쪽의 양자점 층과, 그 위쪽의 컬러필터와, 그리고 최상층의 기판으로 구성되고, 상기 굴절률 정합층에는 상기 양자점 층의 양자로부터 반사되는 광을 다시 양자점 층으로 반사하는 광추출 패턴층이 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 양자점 유기 발광디스플레이장치의 광효율 향상을 위한 인셀구조에서, 광추출 패턴의 굴절률이 상기 굴절률 정합층의 굴절률보다 크게 이루어져, 패턴 내에서 패턴과 굴절률 정합층의 경계면에서 광의 전반사가 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 양자점 유기 발광디스플레이장치의 광효율 향상을 위한 인셀구조에서, 광추출 패턴은 반구형의 오목면, 타원면 및 쌍곡면 중 선택된 하나를 가지도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 양자점 유기 발광디스플레이장치의 광효율 향상을 위한 인셀구조에서, 상기 광추출 패턴은 나노임프린팅, 엠보싱 또는 포토리소그래피방식 중 선택된 하나를 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 인셀구조.

QLED에서 굴절률 정합층에 정합층보다 굴절률이 큰 패턴을 형성함으로써, 패턴 내에서 정합층과 패턴 간의 경계면에서 광의 전반사가 이루어지도록 하여, QD 입자에서 후방으로 방사되는 광을 컬러필터 방향으로 반사시켜 휘도를 향상시키는 한편 과열을 방지하는 효과가 있다.

도 1은 종래 QLED 구조를 개략적으로 보여주는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 QLED 구조를 개략적으로 보여주는 도면.
도 3은 본 발명에 따라 후방으로 방사된 광을 전반사하는 것을 세부적으로 보여주는 도면.

이하에서는, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 현재 사용되고 있는 통상적인 QLED의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

도면에서 알 수 있듯이, 통상적인 QLED구조는 최하부 기판(1)과, 그 위에 적층되는 양극층(2)과, 그 위쪽의 발광층(3)과, 그 위쪽의 음극층(4)과, 그 위쪽의 굴절률 정합층(5)과, 그 위쪽의 양자점 층(6)과, 그 위쪽의 컬러필터(7)와, 그리고 최상층의 기판(8)으로 구성딘다.

상기 양극층과 음극층을 발광층을 구동시키기 위한 것이고, 상기 발광층은 양극층과 음극층의 가동에 따라 빛, 바람직하게는 청색광을 발광하게 된다.

상기 양자점 층(6)은 서로 간에 상이한 색상을 구현하기 하기 위해 구획되어 있으며, 두 개의 구획에는, 예컨대 적색과 녹색의 방사를 위한 구획에는 QD 입자들이 배치되고, 청색의 방사를 위한 구획에는 QD 입자가 배치되지 않는다. 이는 발광층으로부터 방사되는 광이 청색광이기 때문에, 청색광을 위한 QD 입자가 필요 없기 때문이다.

종래 QLED에서는, 양극과 음극에 의해 발광층에서 청색광이 방사되고, 방사된 청색광은 양자점 층 내 QD 입자에 작용하여 QD입자는 정해진 색상의 광, 즉 적색 및 녹색의 광을 방사하게 된다. QD입자에서 방사되는 빛은 모든 방향으로 방사되게 되어, 일부는 컬러 필터쪽으로 방사되지만 일부는 굴절률 정합층으로 반사되게 된다. 따라서, QD 입자로부터의 모든 광이 컬러필터로 진행하지 않고 일부가 후방으로 방사되게 되어 광효율이 낮아지며, 또한 후방으로 반사된 빛은 열로 전환이 되게 되고, 이에 따라 디스플레이장치가 과열될 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 QLED의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2를 통해 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 QLED의 구조는 굴절률 정합층(50)을 제외한 나머지 구조는 도 1에 도시한 통상적인 QLED의 구조와 동일하다.

본 발명에 따른 QLED의 구조에서 굴절률 정합층(50)은 광효율 증가를 위한 광추출 패턴층(51)을 더 포함한다.

특정 형상의 경계면을 갖는 굴절률이 다른 두 개의 매질을 적층하여 경계면에서 전반사가 일어나도록 하여 광의 전파방향을 전환시킬 수 있는데, 전반사는 굴절률이 큰 매질(n₂)에서 굴절률이 작은 매질(n₁)로 광이 입사할 때 입사각이 임계각 sin^-1(n₁/n₂)보다 크면 입사광이 모두 반사되는 광학적 현상이다.

이와 같은 광학적 현상을 이용하여 광효율을 향상시키기 위하여 본 발명에서는 굴절률 정합층에 다른 굴절률을 가지는 광추출 패턴층, 바람직하게는 굴절률 정합층보다 큰 굴절률을 가지는 광추출 패턴층(51)을 형성한다.

QD 입자에 의해 후방으로 방사되는 광을 컬러필터 방향으로 반사시키기 위해서는 오목한 형태로 경계면을 이루도록 하면 전반사된 빛이 전파방향을 입사방향과 반대방향으로 전환하는데 효율적이다. 이에 도 2에 도시된 광추출 패턴층(51)의 형상은 반구형의 형상을 가진다.

도 3은 QD 입자로부터 후방으로 방사되는 빛을 반대방향, 즉 컬러필터 방향으로 전환시키는 것을 개략적으로 보여준다.

도 3에 도시된 바와 같이, 오목 형태의 광추출 패턴층(51)은 굴절률 n₂ 를 가지고 패턴이 적층되는 굴절률 정합층(50)은 굴절률 n₁ 을 가지며, n₂>n₁ 의 관계를 가진다. 따라서 QD 입자로부터 후방으로 방사되는 광은, 패턴과 정합층의 경계면에서 전반사되어 궁극적으로 입사방향의 반대방향, 즉 컬러필터의 방향으로 진행되게 된다. 따라서, QD 입자로부터의 광을 거의 대부분 컬러필터 방향으로 진행시키게 됨으로써 광효율이 향상되어 휘도를 증가시키고, 또한 종래기술에서 발생하는 과열이라는 문제점도 해결할 수 있게 된다.

한편, 상기에서 광추출 패턴의 형상을 반구형의 오목면으로 하였지만, 타원면 또는 쌍곡면으로 이루어질 수 있고, 또한 광을 전반사할 수 있는 형태라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다.

또한 상기 광추출 패턴은 나노임프린팅, 엠보싱 또는 포토리소그래피방식 중 선택된 하나를 사용할 수 있다.

상기한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.

Claims (5)

1. 최하부 기판과, 그 위에 적층되는 양극층과, 그 위쪽의 발광층과, 그 위쪽의 음극층과, 그 위쪽의 굴절률 정합층과, 그 위쪽의 양자점 층과, 그 위쪽의 컬러필터와, 그리고 최상층의 기판으로 구성되고,
   상기 굴절률 정합층에는 상기 양자점 층의 양자로부터 반사되는 광을 다시 양자점 층으로 반사하는 광추출 패턴층이 형성되는 것을 특징으로 하는 양자점 유기 발광디스플레이장치의 광효율 향상을 위한 인셀구조.
2. 제1항에 있어서,
   상기 광추출 패턴층은 상기 굴절률 정합층과는 상이한 굴절률을 가지는 것을 특징으로 하는 양자점 유기 발광디스플레이장치의 광효율 향상을 위한 인셀구조.
3. 제2항에 있어서,
   상기 광추출 패턴층의 굴절률은 상기 굴절률 정합층의 굴절률보다 크도록 형성되어, 광추출 패턴층 내에서 패턴층과 굴절률 정합층의 경계면에서 양자점 층의 양자로부터 반사된 광의 전반사가 이루어지는 것을 특징으로 하는 인셀구조.
4. 제2항에 있어서,
   상기 광추출 패턴층은 반구형의 오목면, 타원면 및 쌍곡면 중 선택된 하나를 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 인셀구조.
5. 제2항에 있어서,
   상기 광추출 패턴층은 나노임프린팅, 엠보싱 또는 포토리소그래피방식 중 선택된 하나를 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 인셀구조.

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