KR101530047B1 - 광학 부재 및 이를 구비하는 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광학 부재 및 이를 구비하는 표시 장치에 관한 것으로, 광학 부재는 복수의 돌출 요소를 구비하는 볼록부 및 상기 볼록부보다 굴절률이 작은 커버제를 구비하는 제1층 및 상기 제1층의 적어도 일면 상에 위치하고, 내부에 복수의 산란 입자가 분산된 제2층을 포함한다.
따라서 본 발명은 표시 장치의 정면 휘도의 감소를 억제하면서, 전반사를 억제하여 광 추출 효율을 향상시킨다. 또한, 광 추출 효율의 저하 없이, 픽셀의 중첩을 감소시켜 이미지 블러 현상을 억제할 수 있다.

Description

광학 부재 및 이를 구비하는 표시 장치{Optical member and display apparatus having the same}
본 발명은 광학 부재 및 이를 구비하는 표시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광 추출 효율을 향상시키고 컬러 시프트를 개선시킬 수 있는 광학 부재 및 이를 구비하는 표시 장치에 관한 것이다.
최근 디스플레이 소자로 평판표시장치(Flat Panel Display)가 각광 받고 있다. 이러한 평판표시장치에는 액정표시장치(Liquid Crystal Display), 플라즈마표시장치(Plasma Display Panel) 및 유기 발광 표시 장치(Organic Light Emitting Device) 등이 있다.
그 중에서 유기 발광 표시 장치는 시야각이 넓고, 빠른 응답속도를 가지고 있어, 고화질의 디스플레이 구현이 가능하다. 이러한 유기 발광 표시 장치는 기판, 기판 상에 형성된 투광성의 제 1 전극, 제 1 전극 상에 형성된 유기물 레이어 및 유기물 레이어 상에 형성되며 반사율이 높은 제 2 전극을 포함한다. 통상적으로 기판은 유리 기판 또는 플라스틱 기판을 사용한다. 그리고 유기물 레이어는 정공 주입 레이어, 정공 수송 레이어, 광 생성 레이어, 정공 저지 레이어 및 전자 수송 레이어를 포함한다. 즉 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 복수의 유기물 레이어가 적층됨에 따라, 다층 구조의 유기 발광 표시 장치가 제작된다.
한편, 유기 발광 표시 장치는 내부 반사에 의해서 전방이 아닌 측방향으로 진행되는 광으로 인해, 광 추출 효율이 낮아지는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 제 1 전극 상에 마이크로 렌즈 어레이를 형성하여, 측방향으로 진행되는 광을 억제시켰다.
하지만, 마이크로 렌즈 어레이는 대면적 제작이 어렵고, 광이 마이크로 렌즈를 통과하면서 전방에 포커싱 되어 광이 중첩됨에 따라, 출력 이미지가 또렷하지 않은 이미지 블러(image blur) 현상이 발생되는 문제가 있다. 이러한 이미지 블러(image blur) 현상은 화면의 품질을 저하시키는 요인이 된다.
한편, 한국공개특허 제10-2006-0081190호에는 기판, 제1전극, 제2전극 및 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 개재되며 적어도 발광층을 포함하는 유기층을 구비하고, 상기 제1전극 및 상기 제2전극 중 적어도 하나의 일면에 복수의 금속 나노패턴을 구비하는 것을 특징으로 하는 전계 발광 소자에 대한 기술이 개시되어 있다.
한국공개특허 제10-2006-0081190호
본 발명은 광 추출 효율을 향상시킬 수 있는 광학 부재 및 이를 구비하는 표시 장치를 제공한다.
본 발명은 이미지 블러를 억제하고 컬러 시프트를 개선할 수 있는 광학 부재 및 이를 구비하는 표시 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 광학 부재는 복수의 돌출 요소를 구비하는 볼록부 및 상기 볼록부보다 굴절률이 작은 커버제를 구비하는 제1층 및 상기 제1층의 적어도 일면 상에 위치하고, 내부에 복수의 산란 입자가 분산된 제2층을 포함한다.
여기서, 상기 제2층은 베이스제를 포함하고, 상기 베이스제에 상기 산란 입자가 분산될 수 있으며, 상기 커버제 및 상기 베이스제 중 적어도 어느 하나는 접착제를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1층과 상기 제2층 사이에는 고분자 수지를 포함하는 제3층이 배치될 수 있으며, 상기 볼록부와 상기 커버제의 굴절률 차이가 0.01 내지 0.4 범위일 수 있다.
상기 돌출 요소는 일방향으로 연장되는 막대 형상 및 서로 분리되는 섬 형상 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 돌출 요소는 서로 접촉되거나 이격되어 배치될 수 있다. 또한, 돌출 요소의 단면 형상은 다각형, 반원형, 타원형 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
구조 면에서, 상기 제1층의 두께는 상기 제2층의 두께와 같거나 클 수 있고, 상기 제1층의 두께를 100이라 할 때, 상기 볼록부의 높이는 60 내지 100 범위일 수 있으며, 상기 돌출 요소의 정점에서 상기 제1층의 상부면까지의 높이는 0 내지 50 ㎛ 범위일 수 있다.
각 구성 요소의 굴절률면에서, 상기 베이스제의 굴절률이 n1이고, 상기 볼록부의 굴절률이 n2이고, 상기 커버제의 굴절률이 n3이고, 상기 산란 입자의 굴절률이 n4 일 때, n2는 n1 및 n3 보다 크고, n1과 n4는 서로 다른 값을 가질 수 있고, 상기 n1과 상기 n4의 차이는 대략 0.01 내지 0.7 범위일 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 표시 장치는 광이 발생되는 발광층, 상기 발광층 상에 형성되는 원편광층 및 상기 발광층과 상기 원편광층 사이에 배치되며 복수의 돌출 요소를 구비하는 볼록부 포함하는 제1층과 상기 제1층의 적어도 일면 상에 위치하고 내부에 복수의 산란 입자가 분산된 제2층을 포함하는 패턴층을 포함한다.
여기서, 상기 원편광층은 위상차 필름(QWP) 및 상기 위상차 필름(QWP) 상에 형성된 편광 필름을 포함하며, 상기 원편광층의 상부 혹은 상기 발광층과 상기 패턴층 사이에 터치 패널이 배치될 수 있다.
또한, 상기 제1층은 상기 위상차 필름과 접촉하고, 상기 제2층은 발광층과 접촉할 수 있으며, 상기 제1층과 상기 제2층 사이에는 고분자 수지를 포함하는 제3층이 배치될 수 있다.
상기 제1층은 상기 볼록부 상부에는 커버제가 위치하며, 상기 커버제와 상기 볼록부 사이의 굴절률 차이가 상기 볼록부와 공기 사이의 굴절률 차이보다 작고, 상기 제2층은 베이스제를 포함하고 상기 베이스제에 상기 산란 입자가 분산될 수 있다.
굴절률 면에서, 상기 베이스제의 굴절률이 n1이고, 상기 볼록부의 굴절률이 n2이고, 상기 커버제의 굴절률이 n3이고, 상기 산란 입자의 굴절률이 n4 일 때, n2는 n1 및 n3 보다 크고, n1과 n4는 서로 다른 값을 가질 수 있다.
한편, 상기 커버제 및 상기 베이스제 중 적어도 어느 하나는 접착제를 포함할 수 있고, 상기 산란 입자는 상기 제2층의 전체 중량에 대하여 0.01 내지 3 중량% 범위로 함유될 수 있다.
또한, 상기 제1층의 두께가 100이라 할 때, 상기 볼록부의 높이는 60 내지 100 범위일 수 있으며, 상기 돌출 요소의 정점에서 상기 제1층의 상부면까지의 높이는 0 내지 50 ㎛ 범위일 수 있고, 상기 커버제의 높이는 0.1 내지 100 ㎛ 범위이고, 상기 돌출 요소의 높이는 0.1 내지 50 ㎛ 범위일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 복수의 돌출 요소를 구비하는 볼록부 및 저 굴절률의 커버제를 포함하는 제1층과 복수의 산란 입자가 분산된 제2층을 함께 광학 부재로 사용한다. 즉, 이러한 광학 부재를 발광층 상에 형성한다.
이에, 본 발명의 실시예들에 의하면, 표시 장치의 정면 휘도의 감소를 억제하면서, 전반사를 억제하여 광 추출 효율을 향상시킨다. 또한, 광 추출 효율의 저하 없이, 픽셀의 중첩을 감소시켜 이미지 블러 현상을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 시야각에 따라 색 변화가 급격하게 발생하는 컬러 시프트(color shift)를 개선할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 광학 부재를 표시 장치와 별도의 부재로 용이하게 제조할 수 있고, 원하는 성능에 따라 표시 장치의 다양한 위치에 용이하게 배치하여 표시 장치의 광학 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치를 개략적으로 도시한 단면도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광학 부재를 도시한 단면도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치에서 광 방출 경로를 개념적으로 도시한 단면도
도 4는 본 발명의 여러 변형예에 따른 광학 부재를 도시한 단면도
도 5는 본 발명의 여러 변형예에 따른 표시 장치를 개략적으로 도시한 단면도
도 6은 본 발명의 실험예의 시야각에 따른 색좌표 그래프
도 7은 본 발명의 실험예의 픽셀 이미지 사진
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 여러 층 및 각 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 과장하거나 확대하여 표현하였으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광학 부재를 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치는 전기 신호를 받아 광학적으로 이미지를 표시하는 장치로서, 광이 발생되는 발광층(10), 발광층(10) 상에 형성되는 원편광층(30), 및 발광층(10)과 원편광층(30) 사이에 배치되며 복수의 돌출 요소를 구비하는 볼록부를 포함하는 제1층(22)과 제1층(22)의 적어도 일면 상에 위치하고 내부에 복수의 산란 입자가 분산된 제2층(21)을 포함하는 패턴층(20)을 포함한다.
발광층(10)은 유기물로 이루어져, 자체 발광이 가능한 유기 발광층을 포함한다. 이러한 발광층(10)은 광을 발생시키는 유기물 레이어(11), 유기물 레이어(11)의 일측에 형성된 제 1 전극(12) 및 유기물 레이어(11)의 타측에 형성된 제 2 전극(13)을 포함한다. 제 1 전극(12)은 양전극(anode)의 역할을 하는 것으로 광이 투과될 수 있는 투명 전도성 산화물로 형성되며, ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ZnO(Zinc Oxide) 및 In2O3 중 어느 하나일 수 있다. 제 2 전극(13)은 음전극(cathode)의 역할을 하는 것으로 광이 반사될 수 있는 금속 재료로 형성되며, LiF/Al, Ca/Al, Ca/Ag, Ag, Au 및 Cu 중 어느 하나일 수 있다. 광이 투과되는 투명 전극인 제 1 전극(12)은 유기물 레이어(11)와 패턴층(20) 사이에 위치하고, 광이 반사되는 제 2 전극(13)은 유기물 레이어(11)의 타측면에 형성된다.
유기물 레이어(11)는 정공 주입 레이어(Hole Injection Layer; HIL), 정공 수송 레이어(Hole Transport Layer; HTL), 광 발생 레이어(Emitting Layer), 정공 저지 레이어(Hole Block Layer; HBL) 및 전자 수송 레이어(Electron Transport Layer; ETL) 등을 포함한다. 이때, 제 1 전극(12)으로부터 제 2 전극(13)이 위치한 방향으로 정공 주입 레이어(HIL), 정공 수송 레이어(HTL), 광 발생 레이어(EML), 정공 저지 레이어(HBL) 및 전자 수송 레이어(ETL) 순으로 적층될 수 있다. 물론 제조하고자 하는 발광층(10)의 구조 및 특성에 따라 정공 주입 레이어(HIL), 정공 수송 레이어(HTL), 정공 저지 레이어(HBL) 및 전자 수송 레이어(ETL) 중 적어도 어느 하나를 형성하지 않거나, 추가로 다른 레이어를 형성할 수도 있다.
상기에서는 투광성의 재료로 양전극용 제 1 전극(12)을 형성하고, 반사율이 높은 재료로 음전극용 제 2 전극(13)을 형성하여, 유기물 레이어(11)에서 발생된 광이 양전극(제 1 전극(12)) 방향으로 방출되는 하부 발광 방식(Bottom Emission type)을 설명하였다. 하지만, 이에 한정되지 않고, 유기물 레이어(11)에서 발생된 광이 음전극(제 2 전극(13))이 위치한 방향으로 방출되는 상부 발광 방식(Top Emission type)일 수도 있다. 여기서 상부 발광 방식의 발광층(10)은 반사율이 높은 재료 예컨대, Ni과 같은 금속을 이용하여 양전극 용 제 1 전극(12)을 형성하고, 금속 재료를 얇은 두께로 형성하여 광이 투과될 수 있도록 음전극용 제 2 전극(13)을 형성하는 구조이다. 이러한 상부 발광 방식의 경우, 제 2 전극(13)의 하측 방향(도 1에서 제 2 전극의 하측 방향)으로 패턴층(20) 및 원편광층(30)이 적층된다. 또한, 다른 예로 유기물 레이어(110)에서 발생된 광이 양전극(제 1 전극(12)) 및 음전극(제 2 전극(13))의 양측으로 방출되는 양면 발광 방식(Transparent Emission type)일 수도 있다. 양면 발광 방식에서 발광층(10)은 제 1 전극(12)과 제 2 전극(13) 모두가 투광성의 특성을 가지도록 형성하며, 제 1 전극(12)의 상부 및 제 2 전극(13)의 하부 각각에 패턴층(20) 및 편광 필름(31)이 적층된다.
원편광층(30)은 외부 광이 표시 패널 내에서 재반사되는 것을 방지하고, 외광 반사가 차단되어 휘도 및 색순도를 향상시키는 층이다. 또한, 원편광층(30)은 위상차 필름(QWP)과 편광 필름(Pol)을 포함할 수 있다.
편광 필름(32)은 위상차 필름(31) 상에 형성되며, 외부에서 입사되는 광(이하, 외부 입사광) 중 특정 방향의 편광 예컨대, Y 축선 편광을 흡수시키고, 나머지 다른 방향의 편광 예컨대 X 축선 편광에 대해서는 투과시키는 기능을 한다.
위상차 필름(QWP)(31)은 패턴층(20)와 편광 필름(32) 사이에 위치된다. 편광 필름(32)을 통과한 선편광 상태인 광의 위상을 지연시켜 원편광 상태로 변환시키는 역할을 한다. 사용되는 위상차 필름(31)은 통상적인 디스플레이 장치에서 사용되는 것과 유사 또는 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이때, 편광 필름(32)에 흡수되지 않고, 투과하는 외부 입사광은 패턴층(20)에서 산란된 후, 발광층(10)으로 입사된다. 편광 필름(32)은 PVA(polyvinyl alcohol)과 요오드 계열 염료가 혼합된 재료를 이용하여 형성될 수 있다. 예컨대, PVA(polyvinyl alcohol)과 요오드 계열 염료가 혼합된 재료를 필름(film) 형태로 제작한 후, 상기 필름을 위상차 필름(31) 상에 부착하는 방법으로 형성할 수 있다. 여기서 편광 필름(32)은 상기에서 제시된 재료로 형성된 편광 필름에 한정되지 않고, 통상적인 표시 장치에서 사용되는 다양한 편광 필름을 적용할 수 있다.
패턴층(20)은 발광층(10)과 원편광층(30) 사이에 배치되어, 표시 장치의 광학적 성능을 향상시키기 위해 사용되는 일종의 광학 부재이다.
도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광학 부재는 복수의 돌출 요소(221b)를 구비하는 볼록부(221) 및 볼록부(221)보다 굴절률이 작은 커버제(222)를 구비하는 제1층(22), 및 제1층(22)의 적어도 일면 상에 위치하고, 내부에 복수의 산란 입자(211)가 분산된 제2층(21)을 포함한다.
제1층(22)은 발광층(10)에서 방출되는 광을 집광시켜 정면 휘도를 향상시키는 층으로 볼록부(221)와 볼록부(221)의 상부를 피복하는 커버제(222)를 포함한다. 이때, 제1층(22)은 위상차 필름(31)과 접촉하도록 배치될 수 있다. 볼록부(221)는 상부 방향으로 돌출 형성된 복수의 돌출 요소(221b)와 돌출 요소(221b) 사이를 이어주며 제2층(21) 상부면을 피복하는 잔류층(221a)을 포함한다.
돌출 요소(221b)는 일방향으로 연장되는 막대 형상으로 형성될 수도 있고, 서로 분리되는 섬 형상으로 형성될 수도 있으며, 이들이 혼합되어 형성될 수도 있다. 즉, 돌출 요소(221b)는 제1층(22)의 일변에서 대향하는 타변까지 연장되는 막대 형상, 예를 들면 단면이 곡면인 막대, 프리즘 패턴, 렌티귤러 패턴 일 수 있다. 또한, 각각의 돌출 요소(221b)가 섬 형상으로 고립되어 배치되는 구조, 예를 들면 피라미드, 삼각뿔, 원뿔들이 배치된 구조일 수도 있다. 이러한 돌출 요소(221b)들은 서로 접촉될 수도 있고, 이격되어 배치될 수도 있다. 또한, 돌출 요소(221b)들은 수직 방향으로 절단하여 본 단면의 형상이 다각형, 반원형, 타원형 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 예를 들면, 돌출 요소(221b)의 단면이 삼각형, 사다리꼴, 사각형, 혹은 반원형, 원호형, 타원형 등일 수 있다. 또한, 돌출 요소(221b)들은 동일한 크기로 형성될 수도 있고, 서로 다른 크기로 예를 들면 랜덤한 크기로 형성될 수도 있다. 돌출 요소(221b)들은 규칙적으로 배치될 수도 있고, 무작위로 불규칙적으로 배치될 수도 있다. 돌출 요소(221b)는 제1층(22) 전체 면적에 대하여 20 내지 100% 범위의 면적을 차지할 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 돌출 요소(221b)가 볼록한 볼록 렌즈 형상으로 제조되는 경우, 렌즈의 단면에서 종횡비는 0.01:1 내지 2:1의 범위일 수 있다. 또한 돌출 요소(221b)가 삼각형 단면을 가지는 프리즘 패턴으로 제조되는 경우, 각 프리즘의 정점각도는 40 내지 170도 범위일 수 있고, 프리즘의 단면에서 종횡비는 0.08:1 내지 2:1의 범위일 수 있다.
잔류부(221a)는 돌출 요소(221b)의 제조 시에 형성되는 패턴 잔류층으로 제조 방법에 따라 다양한 두께로 생성될 수 있다. 잔류부(221a)는 제2층(21)의 상부면에 형성되고, 볼록부(221)와 제2층(21)과의 결합력을 증가시킨다. 또한, 돌출 요소(221b) 및 잔류부(221a)를 포함하는 볼록부(221)는 광 경화성 조성물 혹은 열 경화성 조성물로 제조될 수 있고, 굴절률은 예를 들면 1.51 내지 1.7의 범위일 수 있다.
커버제(222)는 상기 볼록부(221)의 상부에 형성되는 층으로 볼록부(221)를 평탄화하여 이들의 상부에 적층되는 층과의 결합력을 향상시킨다. 또한, 커버제(222)는 제1층(22)을 평탄하게 하여, 복수의 층이 적층되는 적층 구조물의 중간에 제1층(22)이 용이하게 삽입될 수 있도록 한다. 커버제(222)는 상기 볼록부(221)보다 굴절률이 작은 재질로 이루어질 수 있고, 커버제(222)의 굴절률은 예를 들면 1.3 내지 1.5의 범위일 수 있고, 볼록부(221)의 굴절률과의 차이는 0.01 내지 0.4 범위일 수 있다. 또한, 커버제(222)는 광 경화성 조성물 혹은 열 경화성 조성물로 제조될 수 있고, 접착제로 제조될 수도 있다. 커버제(222)가 접착제로 형성되는 경우, 상부에 적층되는 층과의 결합력을 더욱 향상시킬 수 있다.
종래 표시 소자에서 마이크로 렌즈를 사용하는 경우, 일반적으로 마이크로 렌즈 구조물을 표시 소자의 최외각에 사용하였다. 이때는 마이크로 렌즈 구조물과 공기(굴절률 대략 1)의 굴절률 차이가 커서 출력 이미지가 또렷하지 않은 이미지 블러 현상이 발생되었다. 반면, 본 발명의 실시예는 저굴절률을 가지는 커버제(222)를 구비하는 제1층(22)을 발광층(10)과 원편광층(30) 사이에 배치한다. 이에, 볼록부(221)와 공기 사이의 굴절률 차이보다 커버제(222)와 볼록부(221) 사이의 굴절률 차이가 작아지게 되어 볼록부와 계면에서의 굴절률 차이를 저하시키게 되며, 제1층(22)이 발광층(10)에 가까이 배치되어 방출광의 초점 거리가 짧아지게 되어, 이미지 블러가 개선된다. 또한, 볼록부(221)에서 광을 집광시켜 정면 휘도를 상승시킨다.
제2층(21)은 컬러 시프트를 개선하고 전반사를 제거하는 층으로, 일면이 상기 제1층(22)의 일면에 접촉하여 결합된다. 예를 들면, 제1층(22)의 하부면에 제2층(21)의 상부면이 접촉되어 두 층이 결합된다. 또한, 제2층(21)의 타면은 발광층(10)과 접촉하여 결합될 수 있다. 제2층(21)은 베이스제(212) 및 베이스제(212) 내부에 분산된 복수의 산란 입자(211)를 구비한다.
베이스제(212)는 제2층(21)의 형태를 유지하는 얇은 시트 형상일 수 있고, 열 경화성 조성물이나 광 경화성 조성물 등 고분자 수지를 사용하여 제조될 수 있다. 또한, 베이스제(212)는 접착제를 사용하여 제조될 수 있다. 접착제를 사용하는 경우, 상하부에 적층되는 층들과의 결합력을 향상시킬 수 있다. 열 경화성 조성물은 열 경화성 수지와 경화제를 포함할 수 있고, 열 경화성 수지로는 아크릴계 수지, 실리콘계 수지 또는 에폭시계 수지 중 적어도 어느 하나를 사용할 수 있고, 경화제로는 이소시아네이트 화합물, 아민계 화합물, 유기산 무수물계 화합물, 아마이드계 화합물, 디알데히드계 화합물 아디리딘계 화합물, 금속 킬레이트 화합물, 금속 알콕시드 화합물 또는 금속염 등을 사용할 수 있다. 광 경화성 조성물은 광 경화성 화합물과 광 개시제(photo-initiator)를 포함할 수 있고, 광 경화성 화합물은 폴리머 또는 올리고머, 모노머일 수 있고, 또한 광 경화성 화합물은 폴리머, 올리고머 및 모노머 중 2 이상을 조합하여 사용할 수도 있다. 이때, 폴리머 또는 올리고머의 예로서는, 아크릴계 화합물, 실리콘계 화합물, 에폭시계 화합물 등을 사용할 수 있으며, 이들은 각각 단독으로 또는 2 이상으로 조합하여 사용할 수 있다.
산란 입자(211)는 베이스제(212)와 굴절률이 다른 입자를 사용한다. 즉, 산란 입자(211)는 베이스제(212)보다 굴절률이 큰 재료, 혹은 베이스제(212)보다 굴절률이 작은 재료를 사용할 수 있다. 산란 입자(211)의 굴절률은 1.5 내지 2.7 범위일 수 있고, 베이스제(212)와의 굴절률 차이가 0.01 내지 0.7 범위일 수 있다. 이때, 굴절률 차이가 0.01 보다 작으면 입사광이 산란 입자를 인지하기가 어려워서 산란 효과가 거의 없고, 굴절률 차이가 0.7을 초과하면 헤이즈가 심하게 변하는 문제가 야기되어 휘도가 감소하고 제품 양산 효율이 저하된다. 산란 입자(211)로는 ZrO2, TiO2, Al2O3, MgO, 및 SiO2 중 적어도 어느 하나로 제조될 수 있고, 입자의 형상은 구형 또는 다양한 다각형의 형상일 수 있다. 산란 입자(211)의 크기는 0.1 내지 1 ㎛ 범위일 수 있다. 이때 크기는 입자의 평균 직경을 의미한다. 상기 범위 크기의 산란 입자(211)를 사용하면, 가시광 영역대의 파장과 비슷한 크기의 산란 입자를 사용하게 되므로, 미산란(Mie Scattering) 효과를 극대화하여 전방으로 산란시킬 수 있고, 이에 따라 특정 파장의 광 직진성을 감소시킬 수 있어 표시 장치를 바라보는 각도에 따라 색상이 왜곡되어 보이게 되는 컬러 시프트 현상을 감소시킬 수 있다. 또한, 산란 입자(211)의 충진률 즉, 제2층(21)의 전체 중량에 대한 산란 입자(211)의 함유량은 0.01 내지 3 중량% 범위일 수 있다. 함유량이 0.01 중량% 미만으로 작을 경우에는 컬러 시프트를 개선하는 효과가 미미하고, 함유량이 3 중량%를 초과하여 클 경우에는 휘도가 저하되고 블랙 시인성 개선 효과가 미미하다.
일반적으로 표시 장치의 상부에 산란 입자가 분산된 필름을 부착하여 사용하는 경우 전반사를 제거하고 컬러 시프트를 다소 개선할 수 있으나, 전반사를 일으키지 않는 각도의 광도 산란시키게 되어 정면 휘도를 저하시키며, 표시 장치가 꺼졌을 때 검게 보여야 하는 화면(블랙 시인성)이 밝게 보이는 문제가 있다. 반면, 본 발명의 실시예에서는 산란 입자가 분산된 층 및 볼록부가 구비된 층을 구비하는 광학 부재를 마련하고 이를 위상차 필름 하부에 위치시키므로, 정면 휘도 저하가 억제되고 컬러 시프트를 효율적으로 개선하며 블랙 시인성을 현저하게 향상시킬 수 있다.
하기에서는 도 2를 참조하여, 광학 부재의 구조 및 요소간 굴절률 관계를 보다 상세히 설명한다.
광학 부재는 제1층(22)의 두께(e)가 제2층(21)의 두께(f)와 같거나 이보다 클 수 있다. 예를 들면, 제1층(22)의 두께(e)는 0.2 내지 130 ㎛ 범위일 수 있고, 제2층(21)의 두께(f)는 0.1 내지 130 ㎛ 범위일 수 있다. 제1층(22)의 두께(e)를 100이라고 하면, 볼록부(221)의 높이(c+d)는 60 내지 100 범위일 수 있다. 또한, 볼록부(221)의 높이(c+d)는 0.2 ~ 80 ㎛ 범위일 수 있고, 볼록부(221) 중 돌출 요소(221b)의 높이(c)는 0.1 ~ 50 ㎛ 범위일 수 있고, 볼록부(221) 중 잔류부(221a)의 높이(d)는 0.1 ~ 30 ㎛ 범위일 수 있다. 또한, 돌출 요소(221b)의 정점에서 제1층(22)의 상부면까지의 높이(b)는 0 내지 50 ㎛ 범위일 수 있다. 즉, 높이(b)가 0인 경우는 돌출 요소(221b)의 정점에 맞추어 제1층(22)의 상부면이 평탄화 되도록 한 것이다.
이때, 높이(b)가 0 보다 작으면 커버제(222)가 돌출 요소(221b)의 높이보다 낮은 높이로 피복되어 제1층의 상부가 평탄면으로 형성되지 않아 제2층 위에 결합되는 층과의 결합력을 저하시키게 된다. 또한, 높이(b)가 50 ㎛ 보다 커지게 되면 광학 부재의 투과도가 저하되고 이에 휘도를 감소시키게 된다. 한편, 볼록부(221)의 잔류층(221a)에서 제1층(22) 상부면 까지의 높이 즉, 커버제(222)의 높이(a)는 볼록부(221)의 돌출 요소(221b)의 높이(c)보다 크다. 이는 높이(a)가 돌출 요소(221b)의 높이(c)보다 작으면, 커버제(222)가 돌출 요소(221b)의 높이보다 낮은 높이(b)로 피복되어 제1층(22)의 상부가 평탄면으로 형성되지 않아 제1층(22) 위에 결합되는 층과의 결합력을 저하시키기 때문이다. 또한, 커버제(222)의 높이(a)는 0.1 내지 100 ㎛ 범위일 수 있다. 커버제(222)의 높이(a)가 너무 낮으면 볼록부(221)를 제대로 피복할 수 없고, 커버제(222)의 높이(a)가 너무 높으면 광의 투과도가 감소하게 된다.
한편, 광학 부재의 각 요소들은 적정한 굴절률 관계를 가진다. 예를 들면, 베이스제(212)의 굴절률이 n1이고, 볼록부(221)의 굴절률이 n2이고, 커버제(222)의 굴절률이 n3이고, 산란 입자(211)의 굴절률이 n4 일 때, n2는 n1 및 n3 보다 크고, n1과 n4는 서로 다른 값을 가질 수 있다. 즉, n1〈 n2, n3〈 n2, n1 ≠ n4의 관계를 가질 수 있고, n1과 n4의 차이는 0.01 내지 0.7 범위일 수 있다. 여기서, 베이스제(212)의 굴절률 n1이 볼록부(221)의 굴절률이 n2 보다 클 경우에는 계면에서 전반사로 광 추출 효율이 저하되고, 커버제(222)의 굴절률 n3가 볼록부(221)의 굴절률 n2 보다 클 경우에는 볼록부(221)의 집광 효율이 저하된다. 또한, 베이스제(212)의 굴절률 n1과 산란 입자(211)의 굴절률 n4가 같은 경우에는 광 산란 효과가 거의 없어지게 된다.
하기에서는 도 3을 참조하여, 광 방출 경로를 상세히 설명한다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치에서 광 방출 경로를 개념적으로 도시한 단면도이다.
본 발명의 실시예의 표시 장치는 발광층(10)과 위상차 필름(31) 사이에 제1층(22) 및 제2층(21)을 구비하는 광학 부재가 배치된다. 이로부터, 발광층(10)으로부터 발생되는 광을 산란 및 굴절시킴으로써, 광 추출 효율을 향상시키고, 이미지 블러 현상을 감소시켜, 컬러 시프트 현상을 개선한다.
발광층(10)으로부터 발생된 광은 분산되어 있는 산란 입자(211)에 부딪혀 산란 된다. 즉, 광이 산란 입자(211)에 의해 산란되어 여러 개의 광으로 분산되면서 전방으로 향한다. 이어서, 볼록부(221)와 커버제(22)의 굴절률 차이에 의해, 상기 광이 경계면에서 굴절되어 전방으로 향한다. 즉, 표시 장치의 측 방향으로 향하지 않고, 편광 필름(32)의 상면부를 향하도록 진행한다. 이와 같이, 산란 입자(211)에 의해 여러 개의 광으로 산란되어 전방으로 향하기 때문에, 종래와 같은 이미지 블러 현상을 억제하고 컬러 시프트를 개선할 수 있다. 또한, 제1층(22)은 발광층(10)에서 발생된 광이 전반사되어 방출되는 것을 억제하고, 정면부로 추출되도록 함으로써, 광 추출 효율을 향상시킨다.
하기에서는 본 발명 광학 부재의 다양한 변형예를 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 여러 변형예에 따른 광학 부재를 도시한 단면도이다.
광학 부재는 제1층(22)의 하부에 제2층(21)을 직접 결합하는(도 4의 (a)) 외에 다양한 방식이 있을 수 있다. 예를 들면, 제1층(22)과 제2층(21) 사이에 별도의 제3층(23)을 배치할 수도 있고(도 4의 (b)), 제1층(22)의 상부에 제2층(21)을 배치할 수도 있다(도 4의 (c)). 여기서, 제3층(23)은 고분자 수지를 포함할 수 있고, 제3층(23)의 삽입으로 제1층(22)과 제2층(21)의 결합을 향상시킬 수 있고 광학 부재를 제조하는 공정을 용이하게 수행할 수 있게 한다. 또한, 제1층(22)과 제2층(21)의 순서를 바꾼 경우에는 광의 경로가 변경된다. 즉, 도 4의 (a)의 광학 부재를 표시 장치에 배치하면 상술한 바와 같이, 발광층에서 방출되는 광이 산란되고 굴절된다. 도 4의 (c)의 광학 부재를 표시 장치에 배치하면, 발광층에서 방출되는 광이 굴절되고 산란된다. 물론 이 경우도 광 추출 효율을 향상시키고, 이미지 블러 현상을 감소시켜, 컬러 시프트 현상을 개선할 수 있다. 또한, 광학 부재에서 볼록부(221)의 형상을 다양하게 변경할 수 있다. 이와 관련해서는 상술하였으며, 예를 들면 돌출 요소를 삼각 프리즘 요소로 제조할 수 있다(도 4의 (d)).
하기에서는 본 발명 표시 장치의 다양한 변형예를 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5는 본 발명의 여러 변형예에 따른 표시 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
표시 장치에서 광학 부재가 발광층(10) 상부에 배치되는 외에 다양한 변경이 있을 수 있다. 예를 들면, 원편광층(30) 상부에 투과창(Cover glass)(40)이 배치될 수 있고(도 5의 (a)), 원편광층(30) 상부에 터치 패널(50)이 배치될 수 있고(도 5의 (b)), 터치 패널(50)이 발광층(10)과 패턴층(20) 사이에 배치될 수도 있다(도 5의 (c)). 물론 이외에도 다양한 변경이 가능하다.
실험예 및 종래예
이하에서는, 본 발명의 구체적 실험예 및 종래예를 설명한다.
실험예의 광학 부재는 베이스제에 산란입자를 분산시킨 제1층과 볼록부를 포함하는 제2층을 결합하여 제조하였다. 우선, 굴절률이 1.5인 OCA(Optical Clear adhesive)의 베이스제 49.47 중량%에 굴절률이 1.77인 알루미나(Al2O3) 산란입자 0.5 중량%와 에틸 아세테이트(Ethyl acetate) 50 중량%, 경화제 0.03 중량%를 혼합한다. 이러한 혼합물 즉, 산란입자 분산액을 약 200㎛ 두께로 코팅하고, 100℃ 오븐에서 건조하여 약 30㎛ 두께의 제2층으로 제조하였다. 이후 자외선(UV) 경화성 레진(n=1.58)을 제2층의 일면 상에 도포하고 임프린팅(Imprinting) 공정을 통해 성형하고 UV 경화기를 통해 경화하여 돌출 요소를 포함한 볼록부를 제조하였다. 이때, 볼록부의 높이는 대략 8㎛ 이였으며, 돌출 요소들 사이의 피치(Pitch)는 대략 30㎛ 이였다. 그리고, 볼록부 상면에 굴절률이 1.47인 저굴절률 광 경화성 레진을 코팅하고 UV 경화기를 통해 경화하여 제1층을 제조하였다.
종래예는 광학 부재를 사용하지 않거나 마이크로 렌즈를 광학 부재로 사용하였다. 즉, 종래예1은 광학 부재를 사용하지 않는 경우이며, 종래예2는 광학 부재로 마이크로렌즈가 형성된 층을 사용하였다. 종래예2의 광학 부재에서는 굴절률이 1.58인 UV 경화성 레진(n=1.58)을 PET 필름의 일면 상에 도포하고 임프린팅 공정을 통해 성형하고, UV 경화기를 통해 경화하여 복수의 마이크로 렌즈를 제조하였다. 이때, 마이크로 렌즈의 높이는 8㎛ 이였으며, 마이크로 렌즈들 사이의 피치는 30㎛ 이였다.
상기와 같이 제조된 각 광학 부재를 표시 장치에 배치하고, 광학 성능을 관찰하였다. 일반적으로 공급되는 상용화된 유기 발광 표시 패널(OLED 패널)을 광원으로 활용하고 원편광층으로 상용화된 원편광필름을 활용하였으며, 그 상부에 상기의 각 예들의 광학 부재를 설치하고, EZ 콘트라스트(Contrast) 장비(Eldim 사, 프랑스)를 이용하여 시야각에 따른 휘도 및 색좌표를 측정하였으며,VK-9500(키엔스 사, 일본) 장비를 이용하여 픽셀 이미지를 측정하였다.
즉, 우선 별도의 광학 부재를 설치하지 않은 경우(종래예1)의 광학 성능을 관찰하기 위해 광원(OLED 패널)의 상부(광이 외부로 방출되는 면)에 원편광층을 적층하였다. 이를 EZ 콘트라스트 장비를 이용하여 시야각에 따른 휘도 및 색좌표를 측정하였다. 그리고 이미지 블러 현상을 확인하기 위하여 원편광층을 제거한 후 VK-9500 장비를 이용하여 픽셀 이미지를 측정하였다.
또한, 종래예2의 광학성능을 평가하기 위해 상기와 같은 방법으로 광원과 원편광층을 적층한 후 원편광층 상부에 종래예2의 광학 부재를 적층하고, EZ 콘트라스트 장비를 이용하여 시야각에 따른 휘도 및 색좌표를 측정하였다. 그리고 이미지 블러 현상을 확인하기 위하여 원편광층을 제거한 후 VK-9500 장비를 이용하여 픽셀 이미지를 측정하였다.
또한, 실험예의 광학성능을 평가하기 위해 상기와 같은 방법으로 광원과 원편광층을 적층하면서 그 사이에 실험예의 광학 부재를 배치하고, EZ 콘트라스트 장비를 이용하여 시야각에 따른 휘도 및 색좌표를 측정하였다. 그리고 이미지 블러 현상을 확인하기 위하여 원편광층을 제거한 후 VK-9500 장비를 이용하여 픽셀 이미지를 측정하였다.
표 1에는 상기의 휘도 및 색좌표 수치를 나타내었으며, 도 6은 본 발명의 실험예 및 종래예의 시야각에 따른 색좌표 그래프이고, 도 7은 본 발명의 실험예 및 종래예의 픽셀 이미지 사진이다.
표 1은 상기의 휘도 및 색좌표를 나타낸 것으로서, 휘도는 표시장치 상에 배치된 광학 부재 상부의 영역 중 9개의 지점들에서 각각 측정된 휘도값들의 평균값을 의미한다. 색좌표(u', v')는 측정된 CIE 1931 (x,y) 값을 기준으로 하기 식들을 통하여 CIE 1976 UCS (u', v') 값으로 변환한 후 0도를 1값으로 표준화(normalization)하여 비교하였다.
식)
u = 4x / -2x + 12y + 3
v = 6y / -2x + 12y + 3
u'= u
v'= 3v / 2
휘도 ( cd /m 2 ) 색좌표( u' , v' )
-70도 -30도 0도 30도 70도
종래예1 344.7 0.8842 0.9851 1.0000 0.9818 0.8731
종래예2 352.5 0.8929 0.9869 1.0000 0.9850 0.8780
시험예1 361.2 0.9194 0.9912 1.0000 0.9953 0.9378
표 1 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 실험예는 종래예1 및 2에 비하여 휘도가 증가된 것을 알 수 있다. 또한, 실험예는 종래예1 및 2에 비하여 컬러 시프트 현상이 개선된 것을 알 수 있다. 즉, 종래예1의 광학 부재를 사용하지 않은 표시 장치의 경우 및 종래예2의 마이크로 렌즈를 광학 부재로 사용하는 경우에는 시야각이 증가함에 따라 컬러 시프트 현상이 심하게 나타남을 알 수 있다. 특히, 60도 이상에서 색 변화가 급격하게 일어남을 알 수 있다. 반면, 실험예 즉, 표시 장치의 위상차 필름 하부에 본 발명 실시예의 광학 부재를 적용하는 경우에는 시야각이 증가하더라도 색 변화가 완만하게 나타나고 있고, 이로부터 컬러 시프트 현상이 개선되는 것을 알 수 있다.
또한 도 7에 나타낸 바와 같이, 유기 발광 표시 패널은 별도의 광학 부재를 설치하지 않은 종래예1의 경우, 도 6의 (a)과 같은 픽셀 이미지를 얻을 수 있다. 그러나, 종래예2의 경우 즉, 표시 패널의 최외각에 마이크로 렌즈가 형성된 층을 적용하는 경우에는 각 픽셀이 겹쳐져서 선명한 상을 얻을 수 없었으며 화면이 왜곡되는 현상이 관찰되었다(도 6의 (b)). 반면, 실험예의 경우 즉, 표시 패널의 위상차 필름 하부에 본 발명의 실시예의 광학 부재를 적용하는 경우에는 픽셀이 중첩되는 현상이 개선되어 명확한 이미지를 얻을 수 있었다(도 6의 (c)).
상기에서는 유기 발광 표시 장치를 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 광 추출 효율을 향상시키고 이미지 블러 및 컬러 시프트 현장을 개선하고자 하는 다양한 발광 장치 또는 디스플레이 장치에 적용될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상은 상기 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
10: 발광층 20: 패턴층
30: 원편광층 221: 돌출 요소
211: 산란 입자

Claims (24)

  1. 복수의 돌출 요소를 구비하는 볼록부 및 상기 볼록부보다 굴절률이 작은 커버제를 구비하는 제1층; 및
    상기 제1층의 적어도 일면 상에 위치하고, 내부에 복수의 산란 입자가 분산된 제2층을 포함하며,
    상기 커버제는 상기 볼록부에 비해 굴절율이 작은 재료를 상기 볼록부의 상면에 도포하여, 상기 제1층을 평탄화하고, 상기 커버제와 상기 볼록부 사이의 굴절률 차이가 상기 볼록부와 공기 사이의 굴절률 차이보다 작은 광학 부재.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2층은 베이스제를 포함하고, 상기 베이스제에 상기 산란 입자가 분산되는 광학 부재.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 커버제 및 상기 베이스제 중 적어도 어느 하나는 접착제를 포함하는 광학 부재.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1층과 상기 제2층 사이에는 고분자 수지를 포함하는 제3층이 배치되는 광학 부재.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 볼록부와 상기 커버제의 굴절률 차이가 0.01 내지 0.4 범위인 광학 부재.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 돌출 요소는 일방향으로 연장되는 막대 형상 및 서로 분리되는 섬 형상 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 돌출 요소는 서로 접촉되거나 이격되어 배치되는 광학 부재.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 돌출 요소의 단면 형상은 다각형, 반원형, 타원형 중 적어도 어느 하나를 포함하는 광학 부재.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1층의 두께는 상기 제2층의 두께와 같거나 큰 광학 부재.
  9. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1층의 두께를 100이라 할 때, 상기 볼록부의 높이는 60 내지 100 범위인 광학 부재.
  10. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 돌출 요소의 정점에서 상기 제1층의 상부면까지의 높이는 0 내지 50 ㎛ 범위인 광학 부재.
  11. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 베이스제의 굴절률이 n1이고, 상기 볼록부의 굴절률이 n2이고, 상기 커버제의 굴절률이 n3이고, 상기 산란 입자의 굴절률이 n4 일 때, n2는 n1 및 n3 보다 크고, n1과 n4는 서로 다른 값을 가지는 광학 부재.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 n1과 상기 n4의 차이는 0.01 내지 0.7 범위인 광학 부재.
  13. 광이 발생되는 발광층;
    상기 발광층 상에 형성되는 원편광층; 및
    상기 발광층과 상기 원편광층 사이에 배치되며 복수의 돌출 요소를 구비하는 볼록부 및 상기 볼록부보다 굴절률이 작은 커버제를 구비하는 제1층과, 상기 제1층의 적어도 일면 상에 위치하고 내부에 복수의 산란 입자가 분산된 제2층을 포함하는 패턴층을 포함하며,
    상기 커버제는 상기 볼록부에 비해 굴절율이 작은 재료를 상기 볼록부의 상면에 도포하여, 상기 제1층을 평탄화하고, 상기 커버제와 상기 볼록부 사이의 굴절률 차이가 상기 볼록부와 공기 사이의 굴절률 차이보다 작은 표시 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 원편광층은 위상차 필름(QWP) 및 상기 위상차 필름(QWP) 상에 형성된 편광 필름을 포함하는 표시 장치.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 원편광층의 상부 혹은 상기 발광층과 상기 패턴층 사이에 터치 패널이 배치되는 표시 장치.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 제1층은 상기 위상차 필름과 접촉하고, 상기 제2층은 발광층과 접촉하는 표시 장치.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 제1층과 상기 제2층 사이에는 고분자 수지를 포함하는 제3층이 배치되는 표시 장치.
  18. 청구항 13에 있어서,
    상기 제2층은 베이스제를 포함하고 상기 베이스제에 상기 산란 입자가 분산되는 표시 장치.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 베이스제의 굴절률이 n1이고, 상기 볼록부의 굴절률이 n2이고, 상기 커버제의 굴절률이 n3이고, 상기 산란 입자의 굴절률이 n4 일 때, n2는 n1 및 n3 보다 크고, n1과 n4는 서로 다른 값을 가지는 표시 장치.
  20. 청구항 18에 있어서,
    상기 커버제 및 상기 베이스제 중 적어도 어느 하나는 접착제를 포함하는 표시 장치.
  21. 청구항 13 내지 청구항 20 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1층의 두께를 100이라 할 때, 상기 볼록부의 높이는 60 내지 100 범위인 표시 장치.
  22. 청구항 13 내지 청구항 20 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 돌출 요소의 정점에서 상기 제1층의 상부면까지의 높이는 0 내지 50 ㎛ 범위인 표시 장치.
  23. 청구항 18 내지 청구항 20 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커버제의 높이는 0.1 내지 100 ㎛ 범위이고, 상기 돌출 요소의 높이는 0.1 내지 50 ㎛ 범위인 표시 장치.
  24. 청구항 13 내지 청구항 20 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산란 입자는 상기 제2층의 전체 중량에 대하여 0.01 내지 3 중량% 범위로 함유되는 표시 장치.
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