WO2017061776A1 - 디스플레이 장치 - Google Patents

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WO2017061776A1
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이일하
임진형
김기환
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주식회사 엘지화학
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    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/15—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect
    • G02F1/1514—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect characterised by the electrochromic material, e.g. by the electrodeposited material
    • G02F1/1516—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect characterised by the electrochromic material, e.g. by the electrodeposited material comprising organic material
    • G02F2001/1518—Ferrocene compounds
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    • G02F2203/68—Green display, e.g. recycling, reduction of harmful substances
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    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/78606—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film with supplementary region or layer in the thin film or in the insulated bulk substrate supporting it for controlling or increasing the safety of the device
    • H01L29/78633—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film with supplementary region or layer in the thin film or in the insulated bulk substrate supporting it for controlling or increasing the safety of the device with a light shield
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
    • H10K59/80—Constructional details
    • H10K59/8791—Arrangements for improving contrast, e.g. preventing reflection of ambient light
    • H10K59/8792—Arrangements for improving contrast, e.g. preventing reflection of ambient light comprising light absorbing layers, e.g. black layers

Definitions

  • the present specification relates to a display device.
  • a black matrix between color pixels of a color filter for the purpose of improving contrast.
  • a method of forming a pattern by depositing and etching chromium (Cr) on the entire glass substrate is used as a pigment, but a high cost is required in the process, and a high reflectance problem of chromium and environmental pollution due to chromium waste solution A problem occurred.
  • the screen size of the display device increases, brightness becomes a problem, and thus a brighter backlight is adopted. As the backlight becomes brighter, the black matrix also requires higher shading characteristics.
  • the present specification relates to a display device including a black matrix capable of effectively controlling a glare phenomenon in a non-pixel region.
  • An exemplary embodiment of the present specification includes a substrate including a pixel region and a non-pixel region; A black matrix provided on at least a portion of the non-pixel region of the substrate; And a pixel electrode provided on the pixel area of the substrate and a common electrode corresponding thereto.
  • the pixel region is divided by a plurality of gate lines and a plurality of data lines provided to cross each other on the substrate, and the non-pixel region includes a thin film transistor and a wiring unit including the gate line and the data line.
  • the black matrix provides a display device in which the value of the following Equation 1 satisfies 0.004 or more and 0.22 or less.
  • Equation 1 k means the extinction coefficient of the black matrix, t means the thickness of the black matrix, ⁇ means the wavelength of light.
  • the display device controls the light reflectance by the wiring unit in the non-pixel area, thereby realizing a high quality display.
  • FIG. 1 illustrates an example of one pixel area of the present specification.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a liquid crystal display device according to an exemplary embodiment of the present specification.
  • FIG 3 is a cross-sectional view of a liquid crystal display device according to an exemplary embodiment of the present specification.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a liquid crystal display device according to an exemplary embodiment of the present specification.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of an organic light emitting display device according to an exemplary embodiment of the present specification.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of an organic light emitting display device according to an exemplary embodiment of the present specification.
  • FIG. 7 is a graph showing n and k values according to the wavelength of the light reflection reduction layer of Example 1.
  • FIG. 8 is a graph showing n and k values according to the wavelength of the MoTi layer of Comparative Example 1.
  • the display device is a term referring to a TV, a computer monitor, and the like, and includes a display element for forming an image and a case for supporting the display element.
  • the inventors of the present invention have developed the following display apparatuses as a result of enabling the black matrix performance and fine patterning to prevent the reflection of light in the non-pixel region, light leakage phenomenon, and the like. Specifically, the present inventors show excellent light reflection reduction performance when the black matrix satisfies Equation 1 below, and further, when the black matrix is formed using metal oxides, metal nitrides, and metal oxynitrides, the process is simplified and patterned. It has been found that the reliability of.
  • An exemplary embodiment of the present specification includes a substrate including a pixel region and a non-pixel region; A black matrix provided on at least a portion of the non-pixel region of the substrate; And a pixel electrode provided on the pixel area of the substrate and a common electrode corresponding thereto.
  • the pixel region is divided by a plurality of gate lines and a plurality of data lines provided to cross each other on the substrate, and the non-pixel region includes a thin film transistor and a wiring unit including the gate line and the data line.
  • the black matrix provides a display device in which the value of the following Equation 1 satisfies 0.004 or more and 0.22 or less.
  • Equation 1 k means the extinction coefficient of the black matrix, t means the thickness of the black matrix, ⁇ means the wavelength of light.
  • the black matrix may be provided on the light emitting surface layer of the display device, and may serve to prevent reflection of light on the surface of the thin film transistor and the wiring electrode including the gate line and the data line in the non-pixel region.
  • FIG. 1 illustrates an example of one pixel area of the present specification. Specifically, FIG. 1 illustrates a pixel area partitioned by a plurality of gate lines 101a and 101b and a plurality of data lines 201a and 201b provided on a substrate as hatched areas.
  • the thin film transistor 301 electrically connected to the gate line 101b and the data line 201a may be provided in the pixel area to control an electrical signal of each pixel area.
  • the black matrix may lower the light reflectivity through the extinction interference between the primary reflected light and the secondary reflected light.
  • the present inventors When the present inventors have a black matrix having a value of 0.004 or more and 0.22 or less in the non-pixel region, the present inventors dramatically lower the light reflectivity of the wiring portion under the black matrix through extinction interference, thereby improving the display's high resolution. It turns out that it can be implemented.
  • Equation 2 the condition in which the primary reflected light and the secondary reflected light become extinction interference due to a phase difference of 180 degrees is given by Equation 2 below.
  • Equation 2 t means the thickness of the black matrix, ⁇ means the wavelength of light, n means the refractive index of the black matrix, N means any odd number such as 1, 3, 5 .
  • the primary reflectance under the condition of the extinction interference may be obtained as shown in Equation 3 below.
  • Equation 3 n means the refractive index of the black matrix, k means the extinction coefficient of the black matrix.
  • the secondary reflectance under the condition of the extinction interference may be obtained as in Equation 4 below.
  • Equation 4 R metal denotes the reflectance of the wiring electrode surface under the black matrix, R 1 denotes the primary reflectance in the black matrix, and I o denotes the intensity of incident light.
  • n means the refractive index of the black matrix, k means the extinction coefficient of the black matrix, N N means any odd number such as 1, 3, 5.
  • the absolute value of the difference between the primary reflectance and the secondary reflectance may be 0.13 or more and 0.42 or less.
  • the ⁇ may be 550nm. That is, it may be light of 550nm wavelength.
  • it may further include a metal layer provided in contact with the lower black matrix.
  • the lower portion of the black matrix may mean an opposite surface to a surface recognized as a screen.
  • the metal layer may include one or two or more metals selected from the group consisting of Cu, Al, Mo, Ti, Ag, Ni, Mn, Au, Cr, and Co.
  • the thickness of the metal layer may be 10 nm or more and 1 ⁇ m or less.
  • the metal layer may play a role of lowering light reflectivity on the surface of the black matrix through vanishing interference between the primary reflected light and the secondary reflected light.
  • the thickness of the black matrix may be 10 nm or more and 100 nm or less.
  • the thickness of the black matrix may be 10 nm or more and 100 nm or less. Specifically, according to one embodiment of the present specification, the thickness of the black matrix may be 20 nm or more and 60 nm or less.
  • the thickness of the black matrix is less than 10 nm, a problem may occur in that the light reflectivity of the wiring part provided in the non-pixel region is not sufficiently controlled. In addition, when the thickness of the black matrix is greater than 100 nm, it may be difficult to pattern the black matrix.
  • the extinction coefficient k of the black matrix may be 0.1 or more and 2 or less in light of 550 nm wavelength. Specifically, according to one embodiment of the present specification, the extinction coefficient k of the black matrix may be 0.4 or more and 2 or less in light having a wavelength of 550 nm.
  • the extinction coefficient is in the above range, it is possible to effectively control the light reflectivity of the wiring portion provided in the non-pixel region, thereby further improving the visibility of the liquid crystal display device.
  • the extinction coefficient may be measured using an Ellipsometer measuring device known in the art.
  • the extinction coefficient k may also be referred to as an absorption coefficient, and may be a measure for defining how strongly the target material absorbs light at a specific wavelength. Accordingly, the incoming light passes through the black matrix of thickness t, and the first absorption occurs according to the degree of k, and the light reflected by the lower electrode layer passes through the black matrix of thickness t again, and the second reflection occurs after the second reflection occurs. Get up. Therefore, the thickness of the black matrix and the values of the absorption coefficient serve as important factors affecting the overall reflectance. Therefore, according to an exemplary embodiment of the present specification, a region capable of reducing light reflection within a predetermined range of the absorption coefficient k and the thickness t of the black matrix is shown through Equation 1.
  • the refractive index n of the black matrix may be 2 or more and 3 or less in light of 550 nm wavelength.
  • the primary reflection occurs in the material of the black matrix having the refractive index n along with the extinction coefficient k.
  • the main factors determining the primary reflection are the refractive index n and the absorption coefficient k. Therefore, the refractive index n and the absorption coefficient k are closely related to each other, and the effect can be maximized within the above range.
  • the light reflectivity on the black matrix surface may be 40% or less.
  • the black matrix may include one or more selected from the group consisting of metal oxides, metal nitrides, and metal oxynitrides. Specifically, according to one embodiment of the present specification, the black matrix may include at least one selected from the group consisting of metal oxides, metal nitrides, and metal oxynitrides as a main material.
  • the metal oxide, metal nitride and metal oxynitride are one, two or more metals selected from the group consisting of Cu, Al, Mo, Ti, Ag, Ni, Mn, Au, Cr and Co It may be derived from.
  • the black matrix may include a material selected from the group consisting of copper oxide, copper nitride and copper oxynitride.
  • the black matrix may include a material selected from the group consisting of aluminum oxide, aluminum nitride, and aluminum oxynitride.
  • the black matrix may include copper-manganese oxide.
  • the black matrix may include copper-manganese oxynitride.
  • the black matrix may include copper-nickel oxide.
  • the black matrix may include copper-nickel oxynitride.
  • the black matrix may include molybdenum-titanium oxide.
  • the black matrix may include molybdenum-titanium oxynitride.
  • the black matrix may be formed of a single layer or may be formed of two or more layers.
  • the black matrix has a colorless achromatic color, but is not limited thereto.
  • the achromatic color means a color that appears when light incident on a surface of an object is not selectively absorbed and is evenly reflected and absorbed for the wavelength of each component.
  • the pixel electrode and the common electrode may include at least one metal selected from the group consisting of Cu, Al, Mo, Ti, Ag, Ni, Mn, Au, Cr, and Co. Can be.
  • the non-pixel area may include a wiring part including the gate line and the data line, and may include an insulating layer between the wiring part and the black matrix.
  • the black matrix may be provided closer to the substrate than the wiring unit.
  • the black matrix may be provided farther on the substrate than the wiring unit.
  • the black matrix may be provided on the non-pixel region of the substrate, and at least a part of the wiring portion may be provided on the black matrix.
  • the wiring portion is provided on the black matrix, the screen can be seen through the substrate.
  • An example of such a structure may be as shown in FIGS. 3 to 6.
  • the black matrix may serve as a cover part of the existing bezel area, thereby eliminating a step caused by the cover part of the bezel area.
  • a thin film transistor connected to each of the gate line and the data line is included in one side of each pixel area.
  • the thin film transistor includes a gate electrode branching from the gate line and a semiconductor layer provided on the gate electrode through an insulating layer.
  • the semiconductor layer is connected to a source electrode and a drain electrode through an ohmic contact layer, and the source electrode is connected to the data line.
  • the gate line supplies a scan signal from a gate driver, and the data line supplies a video signal from a data driver.
  • the display device may be a liquid crystal display device including a color filter layer on each pixel area, and the pixel electrode and the common electrode on the same plane of the color filter layer. .
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a liquid crystal display device according to an exemplary embodiment of the present specification.
  • a thin film transistor 301 including a gate electrode 310, a semiconductor layer 320, a source electrode 330, and a drain electrode 340 is provided on a substrate, and a gate line connected to the gate electrode (not shown).
  • the pixel area are divided by the data line 201 and the color filter layers 510 and 520 are provided in the pixel area, respectively.
  • the common electrode 601 and the pixel electrode are disposed on the color filter layers 510 and 520 in each pixel area. 701 are provided side by side.
  • the substrate may be divided into a non-pixel region 2000 and a pixel region 3000.
  • the liquid crystal alignment layer 901 is provided. 2 illustrates a liquid crystal layer provided on the liquid crystal alignment layer 901.
  • the liquid crystal display device according to the exemplary embodiment of the present specification may be applied to various structures in addition to the structure shown in FIG. 2.
  • the black matrix should be provided closer to the substrate than the wiring portion.
  • the black matrix since the black matrix has to be advanced under high temperature conditions in the process of forming a thin film transistor or the like, there is a problem that it is difficult to use the black matrix as an organic material. Therefore, since the black matrix according to the present specification does not use an organic material, stability at high temperature can be ensured.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a liquid crystal display device according to an exemplary embodiment of the present specification.
  • FIG. 3 illustrates a case of a liquid crystal display device having an inverted structure according to an exemplary embodiment of the present specification, and the position where the black matrix is provided is different from that of FIG. 2. That is, according to FIG. 3, after the black matrix 801 is formed on the substrate and the insulating layer 1040 is formed, the gate electrode 310, the semiconductor layer 320, and the source electrode are formed on the insulating layer 1040.
  • a thin film transistor 301 including a 330 and a drain electrode 340, and a pixel region is partitioned by a gate line (not shown) and a data line 201 connected to the gate electrode, respectively, and a color filter layer in the pixel region, respectively.
  • 510 and 520 are provided, the common electrode 601 and the pixel electrode 701 are disposed side by side on the color filter layers 510 and 520 in each pixel area, and the liquid crystal alignment layer 901 is provided.
  • the substrate may be divided into a non-pixel area 2000 and a pixel area 3000.
  • the liquid crystal display device according to the exemplary embodiment of the present specification may be applied to various structures in addition to the structure shown in FIG. 3.
  • the wiring part may be formed except for the insulating layer 1040 provided after the black matrix is formed.
  • FIG. 4 illustrates that the gate electrode 301 is directly formed on the black matrix 801 in the structure of FIG. 3.
  • the pixel electrode and the common electrode may each include a plurality of conductive lines, and the pixel electrode and the common electrode may be provided in parallel with each other in the pixel area. have.
  • the pixel electrode and the common electrode may be alternately provided in each pixel area. Accordingly, the liquid crystal molecules may be driven by forming a horizontal electric field in each pixel region.
  • the common electrode is supplied with a common voltage which is a reference voltage for driving the liquid crystal, and thus, a pixel electrode supplied with a pixel voltage signal and a common electrode supplied with a common voltage A horizontal electric field is formed between the liquid crystal molecules arranged in the horizontal direction to rotate by dielectric anisotropy.
  • the light transmittance passing through the pixel region may vary according to the degree of rotation of the liquid crystal molecules, thereby realizing an image.
  • At least one electrode of the pixel electrode and the common electrode may be provided on an overlapping portion of the color filter layer.
  • the overlapping portion of the color filter layer may mean an area where color filters of different colors are in contact, and may mean an area where different color filter layers 510 and 520 are in contact with each other in FIG. 2.
  • the color filter layer included in each pixel area may be a red, green, or blue color filter layer.
  • a white color filter layer may be provided in one pixel area.
  • the red color filter layer, the green color filter layer, the blue color filter layer, and the white color filter layer each constitute one unit pixel, and one unit pixel is formed of the color emitted through the red color filter layer, the green color filter layer, and the blue color filter layer.
  • the image can be displayed through light.
  • the display device may include an organic material layer on each pixel area, and the organic material layer may be an organic light emitting display device provided between the pixel electrode and the common electrode.
  • the thin film transistor 301 including the gate electrode 310, the semiconductor layer 320, the source electrode 330, and the drain electrode 340 is provided on the substrate 401, and is connected to the gate electrode 310.
  • a pixel region is divided by a gate line (not shown) and a data line 201, and an organic light emitting diode having a pixel electrode 701, an organic layer 550, 560, and a common electrode 601 is provided in the pixel region, respectively.
  • Each organic light emitting element is spaced apart through the partition wall 901.
  • the gate electrode 310 and the semiconductor layer 320 may be insulated by the insulating layer 1010.
  • the insulating layer 1010 may be a gate insulating layer.
  • the substrate may be divided into a non-pixel region 2000 and a pixel region 3000. After the black matrix 801 is provided in the non-pixel region, an insulating layer 1030 is formed and a thin film transistor is formed. do.
  • the organic light emitting display device according to the exemplary embodiment of the present specification may be applied to various structures in addition to the structure shown in FIG. 5.
  • the wiring part may be formed except for the insulating layer 1030 provided after the black matrix is formed.
  • An example of the structure thereof is shown in FIG. 6.
  • FIG. 6 illustrates that the gate electrode 301 is directly formed on the black matrix 801 in the structure of FIG. 5.
  • the pixel electrode may be a transparent electrode.
  • organic material layer includes at least one light emitting layer, and includes: a hole injection layer; Hole transport layer; Hole blocking layer; A charge generating layer; Electron blocking layer; Electron transport layer; And it may further comprise one or two or more selected from the group consisting of an electron injection layer.
  • the charge generating layer is a layer in which holes and electrons are generated when a voltage is applied.
  • the pixel electrode may be an anode, and the common electrode may be a cathode.
  • the pixel electrode may be a cathode, and the common electrode may be an anode.
  • anode a material having a large work function is generally preferred to facilitate hole injection into the organic material layer.
  • anode materials that can be used in the present invention include metals such as vanadium, chromium, copper, zinc, gold or alloys thereof; Metal oxides such as zinc oxide, indium oxide, indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO); Combinations of metals and oxides such as ZnO: Al or SnO 2 : Sb; Conductive polymers such as poly (3-methylthiophene), poly [3,4- (ethylene-1,2-dioxy) thiophene] (PEDT), polypyrrole and polyaniline, and the like, but are not limited thereto.
  • the anode material is not limited to the anode, but may be used as the material of the cathode.
  • the cathode is preferably a material having a small work function to facilitate electron injection into the organic material layer.
  • the cathode materials include metals such as magnesium, calcium, sodium, potassium, titanium, indium, yttrium, lithium, gadolinium, aluminum, silver, tin and lead or alloys thereof; Multilayer structure materials such as LiF / Al or LiO 2 / Al, and the like, but are not limited thereto.
  • the material of the cathode is not limited to the cathode, but may be used as the material of the anode.
  • a material capable of transporting holes from an anode or a hole injection layer to be transferred to the light emitting layer is a material having high mobility to holes.
  • Specific examples thereof include an arylamine-based organic material, a conductive polymer, and a block copolymer having a conjugated portion and a non-conjugated portion together, but are not limited thereto.
  • the light emitting layer material is a material capable of emitting light in the visible region by transporting and combining holes and electrons from the hole transport layer and the electron transport layer, respectively, and a material having good quantum efficiency with respect to fluorescence or phosphorescence is preferable.
  • Specific examples include 8-hydroxy-quinoline aluminum complex (Alq 3 ); Carbazole series compounds; Dimerized styryl compounds; BAlq; 10-hydroxybenzoquinoline-metal compound; Benzoxazole, benzthiazole and benzimidazole series compounds; Poly (p-phenylenevinylene) (PPV) -based polymers; Spiro compounds; Polyfluorene; Rubrene and the like, but are not limited thereto.
  • the electron transport layer material As the electron transport layer material according to the present specification, a material capable of injecting electrons well from a cathode and transferring the electrons to a light emitting layer is suitable. Specific examples include Al complexes of 8-hydroxyquinoline; Complexes including Alq 3 ; Organic radical compounds; Hydroxyflavone-metal complexes and the like, but are not limited thereto.
  • a 30 nm thick MoTi layer was formed on the glass substrate by sputtering using a MoTi (50: 50 at%) alloy target, and on top of the MoTi (50:50 at%) Using a target, a MoTi oxynitride layer having a thickness of 40 nm was formed by reactive sputtering. The reflectance of the deposited film was 9.4%.
  • a MoTi oxynitride monolayer was formed on the glass substrate in the same manner as above to obtain the light absorption coefficient (k) value. Then, the refractive index and the light absorption coefficient were measured using an ellipsometer. The n and k values at the wavelength of 380 to 1,000 nm are shown in FIG. 7, and the light absorption coefficient at 550 nm is 0.43. Substituting Equation 1 yielded 0.031.
  • a MoTi layer having a thickness of 30 nm was formed on a glass substrate by sputtering using a MoTi (50:50 at%) alloy target. The reflectance of the deposited film was 52%.
  • a MoTi monolayer was formed on the glass substrate in the same manner as above to obtain a light absorption coefficient (k) value. Then, the refractive index and the light absorption coefficient were measured using an ellipsometer. The n and k values at the wavelength of 380 to 1,000 nm are shown in FIG. 8, and the light absorption coefficient at 550 nm is 3.18. Substituting Equation 1 yielded 0.23.
  • a graph comparing the reflectances of Example 1 and Comparative Example 1 is shown in FIG. 9.
  • a Cu layer having a thickness of 60 nm was formed as a conductive layer on a glass substrate by a DC power sputtering method using a Cu single target, and a MoTi (50: 50 at%) alloy target was used.
  • a light reflection reduction layer including MoTiaNxOy (0 ⁇ a ⁇ 2, 0 ⁇ x ⁇ 3, 0 ⁇ y ⁇ 2) having a thickness of 35 nm by reactive DC sputtering.
  • the total reflectance according to the wavelength was measured using a Solidspec 3700 (UV-Vis spectrophotometer, Shimadzu) and the results are shown in FIG. 10.
  • the value of 1 in the formula of the light reflection reduction layer was 0.059.
  • a Cu layer having a thickness of 60 nm was formed as a first conductive layer on a glass substrate by a DC power sputtering method using a Cu single target, and a MoTi (50: 50 at%) alloy target was used.
  • MoTi layer having a thickness of 20 nm is formed as a second conductive layer by DC sputtering method using a target, and MoTiaNxOy having a thickness of 35 nm by reactive DC sputtering method using the same target.
  • a light reflection reduction layer containing (0 ⁇ a ⁇ 2, 0 ⁇ x ⁇ 3, 0 ⁇ y ⁇ 2) was formed. The total reflectance according to the wavelength was measured using a Solidspec 3700 (UV-Vis spectrophotometer, Shimadzu) and the results are shown in FIG. 11. The value of 1 in the formula of the light reflection reduction layer was 0.059.

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Abstract

본 발명은 기판, 기판의 화소 영역 상에 구비되는 화소 전극, 공통 전극, 비 화소 영역의 박막 트랜지스터 및 게이트 라인과 데이터 라인을 포함하는 배선부 그리고 적어도 일부의 기판의 비 화소 영역 상에 구비되는 블랙매트릭스를 구비하여 비 화소 영역에서의 눈부심 현상을 효과적으로 제어할 수 있는 블랙 매트릭스를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.

Description

디스플레이 장치
본 출원은 2015년 10월 6일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2015-0140574호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
본 명세서는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
칼라 필터의 칼라 픽셀 사이에는 콘트라스트를 향상시킬 목적으로 블랙 매트릭스라고 불리는 격자상의 흑색 패턴을 배치하는 것이 일반적이다. 종래의 블랙 매트릭스에서는 안료로서 크롬(Cr)을 유리 기판 전체에 증착 및 에칭시켜 패턴을 형성하는 방식을 이용하였으나, 공정상 고비용이 요구되고, 크롬의 고반사율 문제, 크롬 폐액에 의한 환경오염 등의 문제가 발생하였다.
이와 같은 이유로 미세가공이 가능한 블랙 매트릭스의 연구가 활발히 이루어지고 있으며, 카본블랙 이외의 착색 안료로 흑색 조성물을 제조하는 연구도 진행되고 있으나, 카본블랙 이외의 착색 안료는 차광성이 약하기 때문에 그 배합량을 극히 많은 양으로 늘려야 하고, 그 결과 조성물의 점도가 증가하여 취급이 곤란해지거나, 형성된 피막의 강도 또는 기판에 대한 밀착성이 현저하게 저하되는 문제가 있었다.
나아가, 디스플레이 장치의 화면의 크기가 커지면서 밝기가 문제가 되기 때문에 좀 더 밝은 백라이트를 채용하고 있다. 백라이트가 밝아지면서 블랙 매트릭스 역시 기존과는 다른 좀 더 높은 차광 특성이 요구되고 있다.
본 명세서는 비화소 영역에서의 눈부심 현상을 효과적으로 제어할 수 있는 블랙 매트릭스를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
본 명세서의 일 실시상태는, 화소 영역과 비화소 영역을 포함하는 기판; 적어도 일부의 상기 기판의 비화소 영역 상에 구비되는 블랙 매트릭스; 및 상기 기판의 화소 영역 상에 구비되는 화소 전극 및 이에 대응하는 공통 전극을 포함하고,
상기 화소 영역은 상기 기판 상에 서로 교차하여 구비되는 복수의 게이트 라인 및 복수의 데이터 라인에 의하여 구획되며, 상기 비화소 영역은 박막 트랜지스터 및 상기 게이트 라인과 상기 데이터 라인을 포함하는 배선부를 포함하고, 상기 블랙 매트릭스는 하기 식 1의 값이 0.004 이상 0.22 이하를 만족하는 것인 디스플레이 장치를 제공한다.
[식 1]
Figure PCTKR2016011162-appb-I000001
식 1에 있어서, k는 블랙 매트릭스의 소멸계수를 의미하고, t는 블랙 매트릭스의 두께를 의미하며, λ는 빛의 파장을 의미한다.
본 명세서에 따른 디스플레이 장치는 비화소 영역에서의 배선부에 의한 광반사율을 제어하여, 고화질의 디스플레이 구현이 가능하다.
도 1은 본 명세서의 일 화소 영역의 예시를 도시한 것이다.
도 2는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 액정 디스플레이 장치의 단면을 도시한 것이다.
도 3은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 액정 디스플레이 장치의 단면을 도시한 것이다.
도 4는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 액정 디스플레이 장치의 단면을 도시한 것이다.
도 5는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 디스플레이 장치의 단면을 도시한 것이다.
도 6은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 디스플레이 장치의 단면을 도시한 것이다.
도 7은 실시예 1의 광반사저감층의 파장에 따른 n, k 값을 나타낸 그래프이다.
도 8은 비교예 1의 MoTi층의 파장에 따른 n, k 값을 나타낸 그래프이다.
도 9는 실시예 1 과 비교예 1의 반사율을 비교한 것이다.
도 10은 실시예 13의 반사율을 나타낸 것이다.
도 11은 실시예 14의 반사율을 나타낸 것이다.
도 12 및 13은 실시예 15에서 제조된 구조로 구현한 반사율 및 광학 상수 값을 나타낸 것이다.
[부호의 설명]
101a, 101b: 게이트 라인
201, 201a, 201b: 데이터 라인
301: 박막 트랜지스터
310: 게이트 전극
320: 반도체층
330: 소스 전극
340: 드레인 전극
401: 기판
510, 520: 컬러필터층
550, 560: 유기물층
601: 공통 전극
701: 화소 전극
801: 블랙 매트릭스
901: 액정 배향층
950: 격벽
1010, 1020, 1030, 1040: 절연층
2000: 비화소 영역
3000: 화소 영역
본 명세서에서 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서에서, 디스플레이 장치란 TV나 컴퓨터용 모니터 등을 통틀어 일컫는 말로서, 화상을 형성하는 디스플레이 소자 및 디스플레이 소자를 지지하는 케이스를 포함한다.
본 발명자들은 비화소 영역의 빛의 반사, 빛샘 현상 등을 방지하기 위한 블랙 매트릭스(black matrix)의 성능 및 미세 패터닝을 가능하게 하기 위한 연구를 거듭한 결과, 하기와 같은 디스플레이 장치를 개발하였다. 구체적으로, 본 발명자들은 블랙 매트릭스가 하기 식 1을 만족하는 경우, 우수한 광반사 저감 성능을 나타내고, 나아가 금속 산화물, 금속 질화물 및 금속 산질화물을 이용하여 블랙 매트릭스를 형성하는 경우, 공정의 간소화 및 패터닝의 신뢰성을 확보할 수 있음을 밝혀내었다.
본 명세서의 일 실시상태는, 화소 영역과 비화소 영역을 포함하는 기판; 적어도 일부의 상기 기판의 비화소 영역 상에 구비되는 블랙 매트릭스; 및 상기 기판의 화소 영역 상에 구비되는 화소 전극 및 이에 대응하는 공통 전극을 포함하고,
상기 화소 영역은 상기 기판 상에 서로 교차하여 구비되는 복수의 게이트 라인 및 복수의 데이터 라인에 의하여 구획되며, 상기 비화소 영역은 박막 트랜지스터 및 상기 게이트 라인과 상기 데이터 라인을 포함하는 배선부를 포함하고, 상기 블랙 매트릭스는 하기 식 1의 값이 0.004 이상 0.22 이하를 만족하는 것인 디스플레이 장치를 제공한다.
[식 1]
Figure PCTKR2016011162-appb-I000002
식 1에 있어서, k는 블랙 매트릭스의 소멸계수를 의미하고, t는 블랙 매트릭스의 두께를 의미하며, λ는 빛의 파장을 의미한다.
상기 블랙 매트릭스는 디스플레이 장치의 발광면층에 구비되며, 비화소 영역에 구비되는 박막 트랜지스터 및 상기 게이트 라인과 상기 데이터 라인을 포함하는 배선부의 배선 전극 표면의 빛의 반사를 방지하는 역할을 할 수 있다.
상기 블랙 매트릭스에 외부 광이 입사하는 경우, 상기 블랙 매트릭스의 표면에서 반사되는 1차 반사광이 존재하고, 상기 블랙 매트릭스를 통과하여 하부의 배선부에서 반사되는 2차 반사광이 존재한다.
도 1은 본 명세서의 일 화소 영역의 예시를 도시한 것이다. 구체적으로, 도 1은 기판 상에 구비된 복수의 게이트 라인(101a, 101b)과 복수의 데이터 라인(201a, 201b)에 의하여 구획되는 화소 영역을 빗금 영역으로 나타낸 것이다. 또한, 화소 영역 내에 게이트 라인(101b)과 데이터 라인(201a)에 전기적으로 연결된 박막 트랜지스터(301)가 구비되어 각 화소 영역의 전기적 신호를 제어할 수 있다.
상기 블랙 매트릭스는 상기 1차 반사광과 상기 2차 반사광의 소멸 간섭을 통하여 광반사도를 낮출 수 있다.
본 발명자들은 상기 식 1의 값이 0.004 이상 0.22 이하를 만족하는 블랙 매트릭스를 비화소 영역에 구비하는 경우, 소멸 간섭을 통하여 블랙 매트릭스 하부의 배선부에 의한 광반사도를 획기적으로 낮추어 디스플레이의 높은 해상도를 구현할 수 있음을 밝혀내었다.
구체적으로, 상기 1차 반사광과 상기 2차 반사광이 180도의 위상 차이가 되어 소멸 간섭이 되는 조건은 하기 식 2와 같다.
[식 2]
Figure PCTKR2016011162-appb-I000003
상기 식 2에 있어서, t는 블랙 매트릭스의 두께를 의미하고, λ는 빛의 파장을 의미하며, n는 블랙 매트릭스의 굴절율을 의미한고, N은 1, 3, 5와 같은 임의의 홀수를 의미한다.
상기 소멸 간섭의 되는 조건에서의 1차 반사율은 하기 식 3과 같이 구해질 수 있다.
[식 3]
Figure PCTKR2016011162-appb-I000004
상기 식 3에 있어서, n은 블랙 매트릭스의 굴절율을 의미하고, k는 블랙 매트릭스의 소멸계수를 의미한다.
나아가, 상기 소멸 간섭의 되는 조건에서의 2차 반사율은 하기 식 4와 같이 구해질 수 있다.
[식 4]
Figure PCTKR2016011162-appb-I000005
상기 식 4에 있어서, Rmetal은 블랙 매트릭스 하부의 배선부의 배선 전극 표면의 반사도를 의미하고, R1은 블랙 매트릭스에서의 1차 반사율을 의미하며, Io은 입사되는 빛의 세기를 의미하고, n은 블랙 매트릭스의 굴절율을 의미하며, k는 블랙 매트릭스의 소멸 계수를 의미하고, N은 N은 1, 3, 5와 같은 임의의 홀수를 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 1차 반사율과 상기 2차 반사율의 차이의 절대값은 0.13 이상 0.42 이하일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 λ는 550nm 일 수 있다. 즉, 550nm 파장의 빛일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 블랙 매트릭스 하부에 접하여 구비되는 금속층을 더 포함할 수 있다.
상기 블랙 매트릭스 하부는 화면으로 인식되는 면의 반대면을 의미할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 금속층은 Cu, Al, Mo, Ti, Ag, Ni, Mn, Au, Cr 및 Co로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 금속을 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 금속층의 두께는 10nm 이상 1㎛ 이하일 수 있다.
상기 블랙 매트릭스에 외부 광이 입사하는 경우, 상기 블랙 매트릭스의 표면에서 반사되는 1차 반사광이 존재하고, 상기 블랙 매트릭스를 통과하여 하부의 금속층에서 반사되는 2차 반사광이 존재한다. 상기 금속층은 상기 1차 반사광과 상기 2차 반사광의 소멸 간섭을 통하여 블랙 매트릭스 표면에서의 광반사도를 낮출 수 있는 역할을 할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 블랙 매트릭스의 두께는 10nm 이상 100nm 이하일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 블랙 매트릭스의 두께는 10nm 이상 100nm 이하일 수 있다. 구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 블랙 매트릭스의 두께는 20nm 이상 60nm 이하일 수 있다.
상기 블랙 매트릭스의 두께가 10nm 미만인 경우, 비화소 영역에 구비되는 배선 부의 광반사도를 충분히 제어하지 못하는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 상기 블랙 매트릭스의 두께가 100nm 초과인 경우, 상기 블랙 매트릭스를 패턴화하기 곤란한 문제가 발생할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 블랙 매트릭스의 소멸계수(k)는 550nm 파장의 빛에서 0.1 이상 2 이하일 수 있다. 구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 블랙 매트릭스의 소멸계수(k)는 550nm 파장의 빛에서 0.4 이상 2 이하일 수 있다.
상기 소멸계수가 상기 범위 내인 경우, 비화소 영역에 구비되는 배선부의 광반사도를 효과적으로 제어할 수 있으며, 이에 따라 상기 액정 디스플레이 장치의 시인성이 더욱 더 개선될 수 있다.
상기 소멸계수는 당업계에 알려진 Ellipsometer 측정장비 등을 이용하여 측정할 수 있다.
상기 소멸계수 k는 흡수계수(Absorption Coefficient)라고도 하며, 특정 파장에서 대상 물질이 빛을 얼마나 강하게 흡수하는지를 정의할 수 있는 척도가 될 수 있다. 이에 따라서 들어온 빛이 두께 t의 블랙 매트릭스를 지나며, k의 정도에 따라 1차 흡수가 일어나며, 하부의 전극층에 의하여 반사된 빛이 다시 두께 t의 블랙 매트릭스를 지나며 2차 흡수가 일어난 후 외부 반사가 일어나게 된다. 따라서, 블랙 매트릭스의 두께 및 흡수 계수의 값은 전체 반사율에 영향을 끼치는 중요한 인자로 작용하게 된다. 그러므로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 블랙 매트릭스의 흡수계수 k와 두께 t의 일정 범위 내에서 광반사를 저감할 수 있는 영역을 식 1을 통하여 나타내었다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 블랙 매트릭스의 굴절율(n)은 550nm 파장의 빛에서 2 이상 3 이하일 수 있다.
소멸계수(k)와 함께 굴절율(n)을 가지는 블랙 매트릭스의 재료에서 1차 반사가 일어나게 되는데 이때 1차 반사를 결정하는 주요 인자는 굴절율(n)과 흡수계수(k)이다. 따라서, 굴절율(n)과 흡수계수(k)는 서로 밀접한 관련을 가지고 있으며 상기 범위 내에서 그 효과가 극대화 될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 블랙 매트릭스 표면에서의 광반사도는 40% 이하일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 블랙 매트릭스는 금속 산화물, 금속 질화물 및 금속 산질화물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 블랙 매트릭스는 금속 산화물, 금속 질화물 및 금속 산질화물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 주재료로 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 금속 산화물, 금속 질화물 및 금속 산질화물은 Cu, Al, Mo, Ti, Ag, Ni, Mn, Au, Cr 및 Co로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 금속으로부터 유래된 것일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 블랙 매트릭스는 구리 산화물, 구리 질화물 및 구리 산질화물로 이루어진 군에서 선택되는 물질을 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 블랙 매트릭스는 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물 및 알루미늄 산질화물로 이루어진 군에서 선택되는 물질을 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 블랙 매트릭스는 구리-망간 산화물을 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 블랙 매트릭스는 구리-망간 산질화물을 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 블랙 매트릭스는 구리-니켈 산화물을 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 블랙 매트릭스는 구리-니켈 산질화물을 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 블랙 매트릭스는 몰리브데늄-티타늄 산화물을 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 블랙 매트릭스는 몰리브데늄-티타늄 산질화물을 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 블랙 매트릭스는 단일층으로 이루어질 수도 있고, 2층 이상의 복수층으로 이루어질 수도 있다. 상기 블랙 매트릭스는 무채색(無彩色) 계열의 색상을 띠는 것이 바람직하나 특별이 이에 한정되지는 않는다. 이 때, 무채색 계열의 색상이라 함은 물체의 표면에 입사(入射)하는 빛이 선택 흡수되지 않고, 각 성분의 파장(波長)에 대해 골고루 반사 흡수될 때에 나타나는 색을 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화소 전극 및 상기 공통 전극은 Cu, Al, Mo, Ti, Ag, Ni, Mn, Au, Cr 및 Co로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 금속을 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 비화소 영역은 상기 게이트 라인과 상기 데이터 라인을 포함하는 배선부를 포함하고, 상기 배선부와 상기 블랙 매트릭스 사이에 절연층을 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 블랙 매트릭스는 상기 배선부보다 기판에 더 가까이 구비될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 블랙 매트릭스는 상기 배선부보다 기판에 더 멀리 구비될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 블랙 매트릭스는 상기 기판의 비화소 영역 상에 구비되고, 상기 배선부의 적어도 일부는 상기 블랙 매트릭스 상에 구비될 수 있다. 구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 배선부는 상기 블랙 매트릭스 상에 구비되고, 상기 기판을 통하여 화면이 보일 수 있다. 이와 같은 구조의 일 예시는 도면 3 내지 6과 같을 수 있다. 이와 같은 경우, 디스플레이 장치의 베젤 영역에 추가적으로 커버부를 형성하지 않아도 되는 이점이 있다. 즉, 상기 블랙 매트릭스가 기존의 베젤 영역의 커버부의 역할을 할 수 있으며, 이에 따라 베젤 영역의 커버부에 따른 단차를 제거할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 게이트 라인과 데이터 라인에 각각 연결되는 박막 트랜지스터가 각각의 화소 영역의 일측에 포함된다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트 라인으로부터 분기하는 게이트 전극 및 상기 게이트 전극 상에 절연층을 개재하여 구비되는 반도체층을 구비한다. 나아가, 상기 반도체층은 오믹 컨택층을 개재하여 소스 전극 및 드레인 전극과 연결되고, 상기 소스 전극은 상기 데이터 라인과 연결된다.
상기 게이트 라인은 게이트 드라이버로부터의 스캔 신호를 공급하고, 상기 데이터 라인은 데이터 드라이버로부터의 비디오 신호를 공급한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 상기 디스플레이 장치는, 각각의 상기 화소 영역 상에 컬러필터층을 포함하고, 상기 컬러필터층의 동일 평면 상에 상기 화소 전극 및 상기 공통 전극이 구비되는 액정 디스플레이 장치일 수 있다.
도 2는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 액정 디스플레이 장치의 단면을 도시한 것이다. 구체적으로, 기판 상에 게이트 전극(310), 반도체층(320), 소스 전극(330) 및 드레인 전극(340)으로 이루어진 박막 트랜지스터(301)가 구비되고, 게이트 전극과 연결된 게이트 라인(미도시)과 데이터 라인(201)에 의하여 화소 영역이 구획되고, 화소 영역 내에 각각 컬러필터층(510, 520)이 구비되며, 각 화소 영역 내의 컬러필터층(510, 520) 상에 공통 전극(601) 및 화소 전극(701)이 나란하게 구비된다. 나아가, 상기 기판은 비화소 영역(2000) 및 화소 영역(3000)으로 구분될 수 있으며, 비화소 영역에 블랙 매트릭스(801)이 구비된 후, 액정 배향층(901)이 구비된다. 도 2는 액정 배향층(901) 상에 구비되는 액정층은 미도시 하였다. 다만, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 액정 디스플레이 장치는 도 2에 도시된 구조 외에 다양한 구조로의 적용이 가능하다.
나아가, 도 2의 구조와 같은 액정 디스플레이 장치와 달리, 반전된 구조의 액정 디스플레이 장치, 즉 기판을 통하여 화소부의 화면이 보이게 되는 구조의 경우, 블랙 매트릭스는 배선부보다 기판에 더 가까이 구비되어야 한다. 이 경우, 블랙 매트릭스의 형성 후 박막 트랜지스터 등을 형성하는 공정시 고온의 조건에서 진행되어야 하므로, 블랙 매트릭스를 유기 재료로 하기 곤란한 문제가 있다. 이에 본 명세서에 따른 블랙 매트릭스는 유기 재료를 사용하지 않으므로, 고온에서의 안정성을 확보할 수 있다.
도 3은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 액정 디스플레이 장치의 단면을 도시한 것이다. 구체적으로, 도 3은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 반전된 구조의 액정 디스플레이 장치의 경우를 예시한 것으로서, 블랙 매트릭스가 구비되는 위치는 도 2의 경우와는 상이하다. 즉, 도 3에 따르면, 기판상에 블랙 매트릭스(801)를 형성하고, 절연층(1040)을 형성한 후, 절연층(1040) 상에 게이트 전극(310), 반도체층(320), 소스 전극(330) 및 드레인 전극(340)으로 이루어진 박막 트랜지스터(301)가 구비되고, 게이트 전극과 연결된 게이트 라인(미도시)과 데이터 라인(201)에 의하여 화소 영역이 구획되고, 화소 영역 내에 각각 컬러필터층(510, 520)이 구비되며, 각 화소 영역 내의 컬러필터층(510, 520) 상에 공통 전극(601) 및 화소 전극(701)이 나란하게 구비되고, 액정 배향층(901)이 구비된다. 나아가, 상기 기판은 비화소 영역(2000) 및 화소 영역(3000)으로 구분될 수 있다. 다만, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 액정 디스플레이 장치는 도 3에 도시된 구조 외에 다양한 구조로의 적용이 가능하다.
나아가, 도 3과 같은 경우의 구조에서, 블랙 매트릭스 형성 후 구비되는 절연층(1040)을 제외하고, 배선부를 형성할 수도 있다. 이에 대한 구조의 일 예시는 도 4에 도시하였다. 구체적으로, 도 4는 상기 도 3의 구조에서 블랙 매트릭스(801) 상에 게이트 전극(301)을 직접 형성한 것을 나타낸 것이다.
도 3 및 도 4와 같은 반전된 구조의 액정 디스플레이 장치의 경우, 도 2의 구조와 같은 경우에 필요한 전극 패드부를 가리기 위한 커버부를 구비하지 않을 수 있는 장점이 있다. 구체적으로, 도 3과 같은 구조의 액정 디스플레이 장치의 경우, 블랙 매트릭스를 통하여 배선부의 광반사를 차단할 수 있으므로, 베젤 영역의 광반사 차단을 위한 커버부를 추가하지 않을 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 액정 디스플레이 장치에 있어서, 상기 화소 전극 및 상기 공통 전극은 각각 복수의 전도성 라인을 포함하고, 상기 화소 영역 내에서 상기 화소 전극과 상기 공통 전극은 서로 평행하게 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 화소 전극과 상기 공통 전극은 각 화소 영역 내에 교대로 구비될 수 있다. 이에 따라, 각각의 화소 영역 내에서 수평 전계를 형성하여 액정 분자를 구동시킬 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 액정 디스플레이 장치에 있어서, 상기 공통 전극은 액정 구동을 위한 기준 전압인 공통 전압이 공급되며, 이에 따라, 화소 전압 신호가 공급된 화소 전극과 공통 전압이 공급된 공통전극 사이에는 수평 전계를 형성하여 수평 방향으로 배열된 액정 분자들이 유전 이방성에 의해 회전하게 된다. 그리고, 액정 분자들의 회전 정도에 따라 화소 영역을 투과하는 광투과율이 달라지게 됨으로써 화상을 구현할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 액정 디스플레이 장치에 있어서, 상기 화소 전극 및 상기 공통 전극 중 적어도 하나의 전극은 상기 컬러필터층의 중첩부 상에 구비될 수 있다.
상기 컬러필터층의 중첩부는 서로 다른 색상의 컬러필터가 접하는 영역을 의미할 수 있으며, 도 2에서 서로 다른 컬러필터층(510, 520)이 접하는 영역을 의미할 수 있다.
상기 컬러필터층의 중첩부 상에 상기 화소 전극 또는 상기 공통 전극이 구비되는 경우, 디스플레이 구동시 컬러필터층의 중첩부에서의 색혼합을 방지할 수 있는 장점이 있다.
각각의 화소 영역 내에 구비되는 컬러필터층은 적색, 녹색 또는 청색의 컬러필터층일 수 있다. 또한, 경우에 따라서는 백색의 컬러필터층이 어느 하나의 화소 영역 내에 구비될 수 있다. 적색 컬러필터층, 녹색 컬러필터층, 청색의 컬러필터층, 백색의 컬러필터층은 각각 하나의 단위 화소를 이루고, 하나의 단위 화소는 상기 적색 컬러필터층, 녹색 컬러필터층 및 청색 컬러필터층을 투과하여 방출되는 색상의 빛을 통해 영상을 표시할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 디스플레이 장치는, 각각의 상기 화소 영역 상에 유기물층을 포함하고, 상기 유기물층은 상기 화소 전극과 상기 공통 전극 사이에 구비되는 유기 발광 디스플레이 장치일 수 있다.
도 5는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 디스플레이 장치의 단면을 도시한 것이다. 구체적으로, 기판(401) 상에 게이트 전극(310), 반도체층(320), 소스 전극(330) 및 드레인 전극(340)으로 이루어진 박막 트랜지스터(301)가 구비되고, 게이트 전극(310)과 연결된 게이트 라인(미도시)과 데이터 라인(201)에 의하여 화소 영역이 구획되고, 화소 영역 내에 각각 화소 전극(701), 유기물층(550, 560) 및 공통 전극(601)이 구비된 유기발광소자가 구비되고, 각 유기 발광 소자는 격벽(901)을 통하여 이격된다. 또한, 게이트 전극(310)과 반도체층(320)은 절연층(1010)으로 절연될 수 있다. 상기 절연층(1010)은 게이트 절연층일 수 있다. 나아가, 상기 기판은 비화소 영역(2000) 및 화소 영역(3000)으로 구분될 수 있으며, 비화소 영역에 블랙 매트릭스(801)이 구비된 후, 절연층(1030)를 형성한 뒤 박막 트랜지스터를 형성한다. 다만, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 디스플레이 장치는 도 5에 도시된 구조 외에 다양한 구조로의 적용이 가능하다.
나아가, 도 5와 같은 경우의 구조에서, 블랙 매트릭스 형성 후 구비되는 절연층(1030)을 제외하고, 배선부를 형성할 수도 있다. 이에 대한 구조의 일 예시는 도 6에 도시하였다. 구체적으로, 도 6은 상기 도 5의 구조에서 블랙 매트릭스(801) 상에 게이트 전극(301)을 직접 형성한 것을 나타낸 것이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 디스플레이 장치에 있어서, 상기 화소 전극은 투명 전극일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 디스플레이 장치에 있어서, 상기 유기물층은 적어도 1층 이상의 발광층을 포함하고, 정공 주입층; 정공 수송층; 정공 차단층; 전하 발생층; 전자 차단층; 전자 수송층; 및 전자 주입층으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 전하 발생층(Charge Generating layer)은 전압을 걸면 정공과 전자가 발생하는 층을 말한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 발광 디스플레이 장치에 있어서, 상기 화소 전극은 애노드이고, 상기 공통 전극은 캐소드일 수 있다. 또한, 상기 화소 전극은 캐소드이고, 상기 공통 전극은 애노드일 수 있다.
상기 애노드로는 통상 유기물층으로 정공 주입이 원활할 수 있도록 일함수가 큰 물질이 바람직하다. 본 발명에서 사용될 수 있는 애노드 물질의 구체적인 예로는 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 금과 같은 금속 또는 이들의 합금; 아연 산화물, 인듐 산화물, 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO)과 같은 금속 산화물; ZnO:Al 또는 SnO2:Sb와 같은 금속과 산화물의 조합; 폴리(3-메틸티오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)티오펜](PEDT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 애노드 재료는 애노드에만 한정되는 것이 아니며, 캐소드의 재료로 사용될 수 있다.
상기 캐소드로는 통상 유기물층으로 전자 주입이 용이하도록 일함수가 작은 물질인 것이 바람직하다. 캐소드 물질의 구체적인 예로는 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 타이타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 주석 및 납과 같은 금속 또는 이들의 합금; LiF/Al 또는 LiO2/Al과 같은 다층 구조 물질 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 캐소드의 재료는 캐소드에만 한정되는 것은 아니며, 애노드의 재료로 사용될 수 있다.
본 명세서에 따른 상기 정공 수송층 물질로는 애노드나 정공 주입층으로부터 정공을 수송받아 발광층으로 옮겨줄 수 있는 물질로 정공에 대한 이동성이 큰 물질이 적합하다. 구체적인 예로는 아릴아민 계열의 유기물, 전도성 고분자, 및 공액 부분과 비공액 부분이 함께 있는 블록 공중합체 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 따른 상기 발광층 물질로는 정공 수송층과 전자 수송층으로부터 정공과 전자를 각각 수송받아 결합시킴으로써 가시광선 영역의 빛을 낼 수 있는 물질로서, 형광이나 인광에 대한 양자효율이 좋은 물질이 바람직하다. 구체적인 예로는 8-히드록시-퀴놀린 알루미늄 착물 (Alq3); 카르바졸 계열 화합물; 이량체화 스티릴(dimerized styryl) 화합물; BAlq; 10-히드록시벤조 퀴놀린-금속 화합물; 벤족사졸, 벤즈티아졸 및 벤즈이미다졸 계열의 화합물; 폴리(p-페닐렌비닐렌)(PPV) 계열의 고분자; 스피로(spiro) 화합물; 폴리플루오렌; 루브렌 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 따른 상기 전자 수송층 물질로는 캐소드로부터 전자를 잘 주입 받아 발광층으로 옮겨줄 수 있는 물질로서, 전자에 대한 이동성이 큰 물질이 적합하다. 구체적인 예로는 8-히드록시퀴놀린의 Al 착물; Alq3를 포함한 착물; 유기 라디칼 화합물; 히드록시플라본-금속 착물 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 다만, 이하의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위를 한정하기 위한 것은 아니다.
<실시예 1>
유리(Glass) 기재 상에 MoTi(50 : 50 at%) 합금 타겟(target)을 이용하여 스퍼터링(sputtering) 방법에 의하여 두께 30nm인 MoTi층을 형성하고, 그 상부에 MoTi(50:50 at%) 타겟을 이용하여 반응성 스퍼터링 (Reactive sputtering) 방법으로 두께 40nm인 MoTi 산질화물층을 형성하였다. 증착된 막의 반사율은 9.4% 이었다.
광 흡수계수(k) 값을 얻기 위하여 유리(Glass) 기재 상에 MoTi 산질화물 단일층을 상기와 동일한 방법으로 형성하였다. 그 후 ellipsometer를 이용하여 굴절률 및 광 흡수계수를 측정하였다. 380 ~ 1,000nm 파장에서의 n, k값은 도 7과 같으며, 550nm에서의 광 흡수계수 값은 0.43 이다. 식 1에 대입하게 되면 0.031로 계산되었다.
<실시예 2 내지 12>
실시예 2 내지 12의 경우 MacLeod program을 통하여 광학 시뮬레이션을 진행하였다. 실시예 1의 광학 상수 값을 프로그램 상에 대입하여 MoTi 산질화물층이 각각의 두께를 가질 경우 반사율 값을 얻었으며, 그 값을 하기 표 1에 나타내었다.
[표 1]
Figure PCTKR2016011162-appb-I000006
<비교예 1>
유리(Glass) 기재 상에 MoTi(50 : 50 at%) 합금 타겟(target)을 이용하여 스퍼터링(sputtering) 방법에 의하여 두께 30nm인 MoTi층을 형성하였다. 증착된 막의 반사율은 52% 이었다. 광 흡수계수(k) 값을 얻기 위하여 유리(Glass) 기재 상에 MoTi 단일층을 상기와 동일한 방법으로 형성하였다. 그 후 ellipsometer를 이용하여 굴절률 및 광 흡수계수를 측정하였다. 380 ~ 1,000nm 파장에서의 n, k값은 도 8과 같으며, 550nm에서의 광 흡수계수 값은 3.18 이다. 식 1에 대입하게 되면 0.23으로 계산되었다. 실시예 1과 비교예 1의 반사율을 비교한 그래프를 도 9에 나타내었다.
<비교예 2>
MoTi 산질화물층의 두께를 4nm로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 식 1의 값은 0.003으로 계산되었다. 반사율은 53% 이었다.
<실시예 13>
유리(Glass) 기재 상에 Cu 단일 타겟(target)을 이용하여 직류 전원 스퍼터링(DC sputtering) 방법에 의하여 도전성층으로 두께 60nm인 Cu층을 형성하고, MoTi(50 : 50 at%) 합금 타겟(target)을 이용하여 반응성 직류 전원 스퍼터링(Reactive DC sputtering) 방법으로 두께 35nm인 MoTiaNxOy(0 < a ≤ 2, 0 < x ≤ 3, 0 < y ≤ 2)를 포함하는 광반사 저감층을 형성하였다. 파장에 따른 전반사율을 Solidspec 3700(UV-Vis spectrophotometer, Shimadzu社)를 사용하여 측정하여 그 결과를 도 10에 나타내었다. 광반사 저감층의 식의 1의 값은 0.059이었다.
<실시예 14>
유리(Glass) 기재 상에 Cu 단일 타겟(target)을 이용하여 직류 전원 스퍼터링(DC sputtering) 방법에 의하여 제1 도전성층으로 두께 60nm인 Cu층을 형성하고, MoTi(50 : 50 at%) 합금 타겟(target)을 이용하여 직류 전원 스퍼터링(DC sputtering) 방법에 의하여 제2 도전성층으로 두께 20nm인 MoTi층을 형성하며, 동일한 타겟을 이용하여 반응성 직류 전원 스퍼터링(Reactive DC sputtering) 방법으로 두께 35nm인 MoTiaNxOy(0 < a ≤ 2, 0 < x ≤ 3, 0 < y ≤ 2)를 포함하는 광반사 저감층을 형성하였다. 파장에 따른 전반사율을 Solidspec 3700(UV-Vis spectrophotometer, Shimadzu社)를 사용하여 측정하여 그 결과를 도 11에 나타내었다. 광반사 저감층의 식의 1의 값은 0.059이었다.
<실시예 15>
MoTi층 대신 Al을 증착한 Al층을 사용하고, MoTi 산질화물 대신 알루미늄 산질화물(k=1.24)을 사용하여 두께 87nm로 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 이 때의 식 1의 값은 0.2 이고, 반사율은 ~ 28% 이었다. 도 12 및 13은 본 구조로 구현한 반사율 및 광학 상수 값을 나타낸다.
상기 실시예들 및 비교예들의 실험결과를 통하여, 본원 청구범위에 기재된 구조에서 우수한 광반사 저감층의 효과를 나타낼 수 있음을 확인할 수 있었다.

Claims (13)

  1. 화소 영역과 비화소 영역을 포함하는 기판;
    적어도 일부의 상기 기판의 비화소 영역 상에 구비되는 블랙 매트릭스; 및
    상기 기판의 화소 영역 상에 구비되는 화소 전극 및 이에 대응하는 공통 전극을 포함하고,
    상기 화소 영역은 상기 기판 상에 서로 교차하여 구비되는 복수의 게이트 라인 및 복수의 데이터 라인에 의하여 구획되며,
    상기 비화소 영역은 박막 트랜지스터 및 상기 게이트 라인과 상기 데이터 라인을 포함하는 배선부를 포함하고,
    상기 블랙 매트릭스는 하기 식 1의 값이 0.004 이상 0.22 이하를 만족하는 것인 디스플레이 장치:
    [식 1]
    Figure PCTKR2016011162-appb-I000007
    식 1에 있어서, k는 블랙 매트릭스의 소멸계수를 의미하고, t는 블랙 매트릭스의 두께를 의미하며, λ는 빛의 파장을 의미한다.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 블랙 매트릭스의 두께는 10nm 이상 100nm 이하인 것인 디스플레이 장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 블랙 매트릭스의 소멸계수(k)는 550nm 파장의 빛에서 0.1 이상 2 이하인 것인 디스플레이 장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 블랙 매트릭스의 굴절율(n)은 550nm 파장의 빛에서 2 이상 3 이하인 것인 디스플레이 장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 블랙 매트릭스 표면에서의 광반사도는 40 % 이하인 것인 디스플레이 장치.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 블랙 매트릭스는 금속 산화물, 금속 질화물 및 금속 산질화물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인 디스플레이 장치.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 금속 산화물, 금속 질화물 및 금속 산질화물은 Cu, Al, Mo, Ti, Ag, Ni, Mn, Au, Cr 및 Co로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 금속으로부터 유래된 것인 디스플레이 장치.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 배선부와 상기 블랙 매트릭스 사이에 절연층을 포함하는 것인 디스플레이 장치.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 블랙 매트릭스는 상기 배선부보다 기판에 더 가까이 구비되는 것인 디스플레이 장치.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 블랙 매트릭스는 상기 배선부보다 기판에 더 멀리 구비되는 것인 디스플레이 장치.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 블랙 매트릭스는 상기 기판의 비화소 영역 상에 구비되고, 상기 배선부의 적어도 일부는 상기 블랙 매트릭스 상에 구비된 것인 디스플레이 장치.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 디스플레이 장치는, 각각의 상기 화소 영역 상에 컬러필터층을 포함하고, 상기 컬러필터층의 동일 평면 상에 상기 화소 전극 및 상기 공통 전극이 구비되는 액정 디스플레이 장치인 것인 디스플레이 장치.
  13. 청구항 1에 있어서, 상기 디스플레이 장치는, 각각의 상기 화소 영역 상에 유기물층을 포함하고, 상기 유기물층은 상기 화소 전극과 상기 공통 전극 사이에 구비되는 유기 발광 디스플레이 장치인 것인 디스플레이 장치.
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