KR20150006726A

KR20150006726A - 유기 발광 표시 장치

Info

Publication number: KR20150006726A
Application number: KR1020130080549A
Authority: KR
Inventors: 임재익; 최만섭
Original assignee: 삼성디스플레이 주식회사
Priority date: 2013-07-09
Filing date: 2013-07-09
Publication date: 2015-01-19
Also published as: US20150014650A1; US9064830B2

Abstract

야외 시인성을 높이기 위한 유기 발광 표시 장치를 제공한다. 유기 발광 표시 장치는 기판 상에 형성되는 화소 전극과, 화소 전극과 같은 층에 형성되는 제어 전극과, 화소 전극의 가장자리와 제어 전극을 덮는 화소 정의막과, 화소 전극 상에 형성되는 유기 발광층과, 유기 발광층과 화소 정의막을 덮는 공통 전극과, 제어 전극 상의 화소 정의막 내부에 분포하는 복수의 액정 캡슐을 포함한다.

Description

유기 발광 표시 장치 {ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE DISPLAY}

본 기재는 유기 발광 표시 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 야외 시인성을 높이기 위한 유기 발광 표시 장치에 관한 것이다.

표시 장치는 복수의 화소에서 방출되는 빛들의 조합으로 이미지를 표시한다. 유기 발광 표시 장치에서 각 화소는 화소 회로와, 화소 회로에 의해 동작이 제어되는 유기 발광 다이오드로 구성된다. 유기 발광 다이오드는 화소 회로와 연결되는 화소 전극과, 화소 전극 상에 형성되는 유기 발광층과, 유기 발광층을 덮는 공통 전극을 포함한다.

화소 전극과 공통 전극 중 어느 하나는 정공 주입을 위한 애노드(anode)이고, 다른 하나는 전자 주입을 위한 캐소드(cathode)이다. 애노드로부터 주입된 정공과 캐소드로부터 주입된 전자가 유기 발광층에서 결합하여 여기자(exciton)를 생성하며, 여기자가 에너지를 방출하면서 발광이 이루어진다.

유기 발광 표시 장치를 야외에서 관찰하면 외광에 의해 화질과 시인성이 저하된다. 따라서 외부 환경에서 유기 발광 표시 장치를 관찰할 때에는 화면의 휘도를 크게 높여야 시인성이 개선되지만 이 경우 소비 전력이 상승한다.

본 기재는 소비 전력의 상승을 최소화하면서 야외 시인성을 개선할 수 있는 유기 발광 표시 장치를 제공하고자 한다.

본 기재의 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치는, 기판 상에 형성되는 화소 전극과, 화소 전극과 같은 층에 형성되는 제어 전극과, 화소 전극의 가장자리와 제어 전극을 덮는 화소 정의막과, 화소 전극 상에 형성되는 유기 발광층과, 유기 발광층과 화소 정의막을 덮는 공통 전극과, 제어 전극 상의 화소 정의막 내부에 분포하는 복수의 액정 캡슐을 포함한다.

제어 전극은 복수의 슬릿을 형성하여 스트라이프 패턴으로 형성될 수 있다. 제어 전극은 화소 전극과 거리를 두고 화소 전극의 적어도 한 가장자리 외측에 형성될 수 있다.

제어 전극은 액정 구동용 박막 트랜지스터와 연결될 수 있다. 액정 구동용 박막 트랜지스터는 공통 전극에 인가된 전원전압(ELVSS)에 대해 해당 화소의 휘도에 비례하는 차이를 가지는 구동 전압을 제어 전극에 인가할 수 있다.

화소 전극과 제어 전극은 반사막으로 형성될 수 있고, 공통 전극은 반투과막 또는 투명 도전막으로 형성될 수 있다. 공통 전극 상에 1/4 파장판과 편광판이 위치할 수 있다. 제어 전극은 슬릿의 길이 방향이 편광판의 투과축과 45° 각도를 유지하고, 1/4 파장판의 주축과 90°를 유지하도록 형성될 수 있다.

다른 한편으로, 화소 전극과 제어 전극은 반투과막 또는 투명 도전막으로 형성될 수 있고, 공통 전극은 반사막으로 형성될 수 있다. 기판의 아래에 1/4 파장판과 편광판이 위치할 수 있다. 제어 전극은 슬릿의 길이 방향이 편광판의 투과축과 45° 각도를 유지하고, 1/4 파장판의 주축과 90°를 유지하도록 형성될 수 있다.

복수의 액정 캡슐 각각은 액정 분자들과, 액정 분자들을 둘러싸는 고분자층을 포함할 수 있다. 액정 분자들은 음(negative)의 유전율 이방성(dielectric anisotropy)을 가질 수 있다. 복수의 액정 캡슐 각각은 10nm 내지 380nm의 직경을 가질 수 있다.

본 기재의 다른 일 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치는, 화소 전극과 유기 발광층 및 공통 전극을 포함하며 유기 발광층에서 방출되는 빛을 외부로 투과시키는 투과 영역과, 제어 전극과 액정 캡슐 및 공통 전극을 포함하며 외광을 반사시키는 반사 영역을 포함한다. 반사 영역의 외광 반사율은 투과 영역의 휘도에 비례한다.

제어 전극은 화소 전극과 거리를 두고 화소 전극과 같은 층에 형성될 수 있으며, 복수의 슬릿을 형성하여 스트라이프 패턴으로 형성될 수 있다. 공통 전극은 전원전압(ELVSS)을 인가받을 수 있으며, 제어 전극은 액정 구동용 박막 트랜지스터와 연결되어 전원전압(ELVSS)에 대해 투과 영역의 휘도에 비례하는 차이를 가지는 구동 전압을 인가받을 수 있다.

유기 발광 표시 장치는, 투과 영역과 반사 영역에 걸쳐 위치하는 1/4 파장판과 편광판을 더 포함할 수 있다. 제어 전극은 슬릿의 길이 방향이 편광판의 투과축과 45° 각도를 유지하고, 1/4 파장판의 주축과 90°를 유지하도록 형성될 수 있다.

유기 발광 표시 장치는, 화소 전극의 가장자리와 제어 전극을 덮는 화소 정의막을 더 포함할 수 있다. 복수의 액정 캡슐은 화소 정의막의 내부에 분산되어 위치할 수 있다. 복수의 액정 캡슐 각각은 액정 분자들과, 액정 분자들을 둘러싸는 고분자 층을 포함할 수 있다. 액정 분자들은 음의 유전율 이방성을 가질 수 있으며, 복수의 액정 캡슐 각각은 10nm 내지 380nm의 직경을 가질 수 있다.

본 실시예들에서 반사 영역의 외광 반사로 인해 각 화소의 휘도는 투과 영역의 휘도에 반사 영역의 휘도를 더한 값이 된다. 따라서 유기 발광 표시 장치는 화면의 휘도를 높여 야외 시인성을 개선할 수 있으며, 외광을 이용함에 따라 소비 전력 상승을 유발하지 않는다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 부분 확대 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 유기 발광 표시 장치 중 화소 전극과 제어 전극을 나타낸 평면도이다.
도 3a와 도 3b는 도 1에 도시한 유기 발광 표시 장치 중 액정 캡슐의 예를 나타낸 개략도이다.
도 4는 도 2에 도시한 제어 전극의 평면도이다.
도 5는 도 1에 도시한 반사 영역에서 액정 캡슐이 오프 상태인 경우의 광 경로를 나타낸 구성도이다.
도 6은 도 1에 도시한 반사 영역에서 액정 캡슐이 온 상태인 경우를 나타낸 개략도이다.
도 7은 도 1에 도시한 반사 영역에서 액정 캡슐이 온 상태인 경우의 광 경로를 나타낸 구성도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 부분 확대 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 “상에” 또는 “위에” 있다고 할 때, 이는 다른 부분의 “바로 위에” 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, “~ 상에” 또는 “~ 위에”라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것을 의미하며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상측에 위치하는 것을 의미하지 않는다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 부분 확대 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시한 유기 발광 표시 장치 중 화소 전극과 제어 전극을 나타낸 평면도이다.

도 1과 도 2를 참고하면, 유기 발광 표시 장치(100)는 기판(10)과, 기판(10) 상에 형성되는 화소 회로(20, 30)와, 화소 회로(20, 30)에 의해 동작이 제어되는 유기 발광 다이오드(40)를 포함한다. 또한, 유기 발광 표시 장치(100)는 복수의 액정 캡슐(50)과, 액정 캡슐(50) 내부의 액정 분자들(51)의 배열을 제어하기 위한 제어 전극(60)을 포함한다.

기판(10)은 유리와 같은 강성(rigid) 기판이거나 고분자 필름과 같은 가요성(flexible) 기판일 수 있다. 기판(10) 위에 버퍼층(11)이 형성된다. 버퍼층(11)은 무기막으로 형성되며, 예를 들어 SiO₂ 또는 SiNx를 포함할 수 있다. 버퍼층(11)은 화소 회로(20, 30)를 형성하기 위한 평탄면을 제공하고, 화소 회로(20, 30)와 유기 발광 다이오드(40)로 수분과 이물질이 침투하는 것을 억제한다.

버퍼층(11) 위에 박막 트랜지스터(20)와 커패시터(30)가 형성된다. 박막 트랜지스터(20)는 반도체층(21)과 게이트 전극(22) 및 소스/드레인 전극(23, 24)을 포함한다. 반도체층(21)은 폴리실리콘 또는 산화물 반도체로 형성될 수 있으며, 불순물이 도핑되지 않은 채널 영역과, 불순물이 도핑된 소스 영역 및 드레인 영역을 포함한다. 반도체층(21)이 산화물 반도체로 형성되는 경우 반도체층(21)을 보호하기 위한 별도의 보호층이 추가될 수 있다.

반도체층(21)과 게이트 전극(22) 사이에 게이트 절연막(12)이 형성되고, 게이트 전극(22)과 소스/드레인 전극(23, 24) 사이에 층간 절연막(13)이 형성된다. 도 1에서는 탑 게이트 구조의 박막 트랜지스터(20)를 예로 들어 도시하였으나, 박막 트랜지스터(20)의 구조는 도시한 예로 한정되지 않는다.

커패시터(30)는 게이트 절연막(12) 상에 형성된 제1 축전판(31)과, 층간 절연막(13) 상에 형성된 제2 축전판(32)을 포함할 수 있다. 제1 축전판(31)은 게이트 전극(22)과 같은 물질로 형성될 수 있고, 제2 축전판(32)은 소스/드레인 전극(23, 24)과 같은 물질로 형성될 수 있다. 제2 축전판(32)은 소스 전극(23)과 연결될 수 있다.

도 1에 도시한 박막 트랜지스터(20)는 구동 박막 트랜지스터이며, 화소 회로(20, 30)는 스위칭 박막 트랜지스터(도시하지 않음)를 더 포함한다. 스위칭 박막 트랜지스터는 발광시키고자 하는 화소를 선택하는 스위칭 소자로 형성되고, 구동 박막 트랜지스터는 선택된 화소를 발광시키기 위한 전원을 해당 화소로 인가한다.

여기서, 화소는 최소의 발광 단위를 의미하며, 화소 회로(20, 30)는 적어도 두 개의 박막 트랜지스터(20)와 적어도 하나의 커패시터(30)를 포함한다. 유기 발광 표시 장치(100)는 복수의 화소를 구비하여 각 화소에서 방출되는 빛들의 조합으로 이미지를 표시한다. 복수의 화소는 같은 구성으로 이루어지며, 도 1에서는 편의상 하나의 화소 영역을 확대 도시하였다.

소스/드레인 전극(23, 24)과 제2 축전판(32) 위로 평탄화층(14)이 형성된다. 평탄화층(14)은 벤조시클로부텐(benzocyclobutene, BCB), 아크릴 수지, 에폭시 수지, 및 페놀 수지와 같은 유기물, 또는 SiNx와 같은 무기물을 포함할 수 있다. 평탄화층(14)은 드레인 전극(24)의 일부를 노출시키는 비아 홀을 형성하며, 평탄화층(14) 위로 유기 발광 다이오드(40)가 형성된다.

유기 발광 다이오드(40)는 화소 전극(41)과 유기 발광층(42) 및 공통 전극(43)을 포함한다. 화소 전극(41)은 화소마다 개별로 형성되고, 박막 트랜지스터(20)의 드레인 전극(24)과 연결된다. 화소 전극(41)은 화소 영역을 구획하는 화소 정의막(15)으로 둘러싸이며, 노출된 화소 전극(41) 위로 유기 발광층(42)이 형성된다. 공통 전극(43)은 유기 발광층(42)과 화소 정의막(15) 위로 표시 영역 전체에 형성된다.

유기 발광층(42)은 적색 발광층과 녹색 발광층 및 청색 발광층 가운데 어느 하나일 수 있다. 다른 한편으로, 유기 발광층(42)은 백색 발광층이거나, 적색 발광층과 녹색 발광층 및 청색 발광층의 적층 구조로 형성될 수 있다. 유기 발광층(42)이 백색광을 방출하는 경우, 유기 발광 표시 장치(100)는 색 필터(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다.

화소 전극(41)과 공통 전극(43) 중 어느 하나는 정공을 주입하는 애노드(anode)로 기능하고, 다른 하나는 전자를 주입하는 캐소드(cathode)로 기능한다. 애노드로부터 주입된 정공과 캐소드로부터 주입된 전자가 유기 발광층(42)에서 결합하여 여기자(exciton)를 생성하며, 여기자가 에너지를 방출하면서 발광이 이루어진다.

애노드와 유기 발광층(42) 사이에 정공 주입층과 정공 수송층 가운데 적어도 한 층이 위치할 수 있다. 그리고 캐소드와 유기 발광층(42) 사이에 전자 주입층과 전자 수송층 가운데 적어도 한 층이 위치할 수 있다.

화소 전극(41)은 금속 반사막으로 형성되고, 공통 전극(43)은 반투과막 또는 투명 도전막으로 형성된다. 유기 발광층(42)에서 방출된 빛은 화소 전극(41)에서 반사되고, 공통 전극(43)을 투과하여 외부로 방출된다. 공통 전극(43)이 반투과막으로 형성된 경우 유기 발광층(42)에서 방출된 빛의 일부가 화소 전극(41)으로 재반사되면서 공진 구조를 이룬다. 반투과막은 대략 200nm 이하 두께의 금속막일 수 있고, 투명 도전막은 인듐 주석 산화물(ITO)과 같은 투명한 금속 산화물로 형성될 수 있다.

각 화소마다 평탄화층(14)과 화소 정의막(15) 사이에 제어 전극(60)이 형성된다. 제어 전극(60)은 화소 전극(41)과 같은 층에 형성되고, 화소 전극(41)과 통전되지 않도록 화소 전극(41)과 이격 배치된다. 제어 전극(60)은 화소 전극(41)과 같은 물질(금속 반사막)로 형성될 수 있다. 제어 전극(60)은 화소 전극(41)과 달리 특정 모양, 예를 들어 스트라이프 패턴으로 형성될 수 있다. 이를 위해 제어 전극(60)은 복수의 슬릿(61)을 형성할 수 있다.

제어 전극(60)은 화소 전극(41)의 적어도 한 가장자리 외측에 위치한다. 도 2에서는 제어 전극(60)이 화소 전극(41)의 우측 가장자리 외측에 위치하는 경우를 도시하였으나, 이웃한 두 화소 영역의 화소 전극들(41) 사이의 간격이 충분한 경우 제어 전극(60)은 화소 전극(41)의 두 가장자리 또는 세 가장자리 외측에 걸쳐 위치할 수 있다.

화소 정의막(15)은 화소 전극(41)의 가장자리와 제어 전극(60) 전체를 덮으며, 제어 전극(60)과 중첩되는 화소 정의막(15)의 내부에 복수의 액정 캡슐(50)이 분산되어 위치한다. 각각의 액정 캡슐(50)은 액정 분자들과, 액정 분자들을 둘러싸는 고분자층으로 이루어진다. 복수의 액정 캡슐(50)은 화소 정의막(15) 내부에서 무질서하게 배열되거나 일정한 방향성을 갖도록 배열될 수 있다.

액정 캡슐(50) 내부의 액정 분자들은 전계가 인가되지 않을 경우 방사형(radial), 양극형(bipolar), 및 동축형(coaxial) 등의 다양한 형태로 배열되거나 임의 방향으로 무질서하게 배열될 수 있다. 도 3a와 도 3b는 도 1에 도시한 유기 발광 표시 장치 중 액정 캡슐의 예를 나타낸 개략도이다.

도 3a를 참고하면, 액정 캡슐(50)은 방사형으로 배열된 액정 분자들(51)을 구비할 수 있다. 도 3b를 참고하면, 액정 캡슐(50)은 수직 방향으로 배열된(기판(10)의 두께 방향과 나란하게 정렬된) 액정 분자들(51)을 구비할 수 있다. 도 3a와 도 3b에서 부호 52는 고분자층을 나타낸다. 액정 분자들(51)의 배열 구조는 도시한 예로 한정되지 않으며, 다양하게 변형 가능하다.

도 1을 참고하면, 액정 캡슐(50)은 나노 스케일(1nm 이상 1,000nm 미만)의 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 액정 캡슐(50)은 액정 분자들(51)의 직경보다 크고 광 투과를 위해 가시광선의 최단 파장보다 작은 크기를 가질 수 있다. 통상적으로 가시광선의 파장이 대략 380nm 내지 770nm의 범위에 속하므로, 액정 캡슐(50)은 대략 10nm 이상 380nm 이하의 직경을 가질 수 있다.

액정 캡슐(50)의 직경이 10nm 미만이면 액정 캡슐(50) 내부에서 전계 방향을 따라 액정 분자들(51)이 자유롭게 배열 방향을 바꾸는데 어려움이 생길 수 있다. 액정 캡슐(50)의 직경이 380nm를 초과하면 가시광선이 액정 캡슐(50)의 경계에서 산란을 일으키게 되므로, 산란 방지를 위한 추가 물질이 요구될 수 있다. 액정 캡슐(50)이 10nm 내지 380nm 범위의 직경을 가지는 경우, 액정 분자들(51)의 배열 방향을 쉽게 제어할 수 있고, 빛의 산란 현상을 억제할 수 있다.

액정 분자들(51)은 양(positive) 또는 음(negative)의 유전율 이방성(dielectric anisotropy)을 가진다. 액정 분자들(51)이 음의 유전율 이방성을 가지는 경우가 양의 유전율 이방성을 가지는 경우보다 계조 표현 및 온/오프 구현에 유리하므로, 액정 분자들(51)은 음의 유전율 이방성을 가질 수 있다. 액정 캡슐(50)은 액정 분자들(51)에 전계가 가해지지 않을 때 가장 어두운 상태가 되는 블랙 모드를 구현할 수 있다.

종래의 유기 발광 표시 장치에서 화소 정의막(15)이 위치하는 부분은 발광에 기여하지 않는 비발광 영역이다. 그러나 본 실시예의 유기 발광 표시 장치(100)는 전술한 제어 전극(60)과 액정 캡슐(50)을 구비함에 따라 화소 정의막(15)이 형성된 영역에서 외광을 이용하여 계조 표현을 할 수 있다.

즉 금속 반사막으로 형성된 제어 전극(60)이 외광을 반사시킬 때 제어 전극(60)과 공통 전극(43)의 전압 차를 이용하여 액정 분자들(51)의 배열을 변화시킴으로써 화소별로 외광 반사량을 조절할 수 있다. 이때 화소별 외광 반사량은 해당 화소의 휘도에 비례하도록 제어된다. 이를 위해 제어 전극(60)은 액정 구동용 박막 트랜지스터(70)와 전기적으로 연결된다.

액정 구동용 박막 트랜지스터(70)는 반도체층(71)과 게이트 전극(72) 및 소스/드레인 전극(73, 74)을 포함하며, 제어 전극(60)은 드레인 전극(74)과 연결된다. 액정 구동용 박막 트랜지스터(70)는 박막 트랜지스터(20)와 같은 구조로 형성될 수 있다.

공통 전극(43) 위에 봉지 기판(16) 또는 박막 봉지층이 형성된다. 도 1에서는 봉지 기판(16)을 예로 들어 도시하였다. 봉지 기판(16)은 투명한 유리 또는 투명한 고분자 필름으로 형성될 수 있다. 박막 봉지층은 복수의 유기막과 복수의 무기막이 하나씩 교대로 적층된 구성으로 이루어질 수 있다. 봉지 기판(16)과 박막 봉지층은 외기로부터 유기 발광 다이오드(40)를 밀봉시켜 외기에 포함된 수분과 산소에 의한 유기 발광 다이오드(40)의 열화를 억제한다.

봉지 기판(16) 위로 편광판(17)과 1/4 파장판(18)이 형성된다. 편광판(17)이 가장 외측에 위치하고, 편광판(17)과 봉지 기판(16) 사이에 1/4 파장판(18)이 위치할 수 있다. 편광판(17)은 선형 편광판으로서 임의 방향으로 진동하는 외광을 자신의 투과축과 평행한 방향의 직선 편광으로 변환시킨다. 1/4 파장판(18)은 입사 광을 90°(λ/4) 위상 지연시킨다. 유기 발광 표시 장치(100)에 구비된 편광판(17)과 1/4 파장판(18)은 외광 반사를 차단하는 기능을 한다.

도 4는 도 2에 도시한 제어 전극의 평면도로서, 편광판의 투과축과 1/4 파장판의 주축을 함께 도시하였다.

도 1과 도 4를 참고하면, 제어 전극(60)은 스트라이프 패턴으로 형성되며, 편광판(17)의 투과축(A-A선)은 제어 전극(60)의 패턴 방향(슬릿의 길이 방향)(도 4를 기준으로 수직 방향)과 45°의 각도를 유지할 수 있다. 그리고 1/4 파장판(18)의 주축(B-B선)은 제어 전극(60)의 패턴 방향과 90°의 각도를 유지할 수 있다. 이러한 조건을 만족하는 경우, 제어 전극(60)과 액정 캡슐(50)을 이용한 외광 반사율을 극대화할 수 있다.

도 1을 참고하면, 본 실시예의 유기 발광 표시 장치(100)에서 각각의 화소는 유기 발광층(42)이 위치하는 투과 영역과, 제어 전극(60)과 액정 캡슐(50)이 위치하는 반사 영역을 포함한다. 투과 영역에서는 유기 발광층(42)에서 방출된 빛이 외부로 투과되어 기본적인 표시가 이루어진다. 반사 영역에서는 액정 캡슐(50)에 인가되는 전계의 세기에 따라 액정 분자들(51)이 빛의 위상을 변화시켜 외광의 반사율을 조절한다.

도 5는 도 1에 도시한 반사 영역에서 액정 캡슐이 오프 상태인 경우의 광 경로를 나타낸 구성도이다.

도 1과 도 5를 참고하면, 편광판(17)은 무질서 편광 상태의 외광을 제공받아 자신의 투과축과 평행한 방향으로 진동하는 빛만을 투과시킨다. 즉 외광은 편광판(17)을 통과하면서 선형 편광된다. 선형 편광된 빛은 1/4 파장판(18)을 통과하면서 원 편광으로 변환된다. 이를 위해 편광판(17)의 투과축과 1/4 파장판(18)의 주축은 45 의 각도를 유지한다. 원 편광된 빛은 오른쪽으로 원 편광된 빛이거나 왼쪽으로 원 편광된 빛일 수 있다.

오프 상태에서 액정 캡슐(50)은 위상자의 역할을 하지 못하므로 원 편광된 빛은 액정 캡슐(50)을 그대로 투과하고, 제어 전극(60)에 의해 반사된다. 원 편광된 빛은 반사되면서 편광 방향이 반대로 바뀐다. 즉 오른쪽 원 편광된 빛은 왼쪽 원 편광 빛으로 바뀌고, 왼쪽 원 편광된 빛은 오른쪽 원 편광 빛으로 바뀐다.

제어 전극(60)에서 반사된 원 편광된 빛은 액정 캡슐(50)을 그대로 투과하고, 1/4 파장판(18)을 통과하면서 선형 편광으로 변환된다. 이때 선형 편광된 빛의 진동 방향은 편광판(17)의 투과축과 직교하므로 선형 편광된 빛은 편광판(17)을 투과하지 못하고 차단된다.

이와 같이 액정 캡슐(50)에 전계가 인가되지 않은 오프 상태에서 외광 반사율은 제로가 되며, 액정 캡슐(50)은 블랙 모드를 구현한다. 도 5에 도시한 광 경로는 투과 영역에서도 동일하게 적용된다. 즉 투과 영역에 입사한 외광은 편광판(17)과 1/4 파장판(18)에 의해 외부로 투과되지 못하고 차단된다.

액정 캡슐(50)의 오프 상태는 제어 전극(60)에 인가되는 전압이 공통 전극(43)에 인가되는 전원전압(ELVSS)과 같은 크기를 가지는 상태로 정의할 수 있다. 그리고 액정 캡슐(50)의 온 상태는 제어 전극(60)에 인가되는 전압이 공통 전극(43)의 전원전압(ELVSS)에 대해 액정 분자들(51)의 임계 전압 이상의 전압 차이를 가지는 상태로 정의할 수 있다.

도 6은 도 1에 도시한 반사 영역에서 액정 캡슐이 온 상태인 경우를 나타낸 개략도이다.

도 6을 참고하면, 온 상태에서 액정 분자들(51)은 제어 전극(60)의 패턴 방향을 따라 정렬하여 편광의 위상을 바꾸는 위상자로 기능한다. 이때 액정 캡슐(50)이 단축 방향 유전율이 장축 방향 유전율보다 큰 음의 유전율 이방성을 가지는 액정 분자들(51)을 포함하는 경우, 도 6에 도시한 바와 같이 액정 분자들(51)은 그 분자축(장축)이 전계 방향(점선으로 도시)과 수직하도록 배열된다.

제어 전극(60)과 공통 전극(43)의 전압 차가 커질수록 액정 분자들(51)에 의한 위상 변화가 커지며, 액정 분자들(51)에 의한 위상 변화가 90°(λ/4)가 되는 전압 조건에서 반사 영역은 최대의 외광 반사율을 나타낸다.

도 7은 도 1에 도시한 반사 영역에서 액정 캡슐이 온 상태인 경우의 광 경로를 나타낸 구성도이다.

도 1과 도 7을 참고하면, 외광은 편광판(17)을 통과하면서 선형 편광되고, 선형 편광된 빛은 1/4 파장판(18)을 통과하면서 원 편광으로 변환된다. 1/4 파장판(18)의 주축과 제어 전극(60)의 패턴 방향이 직교하므로, 원 편광된 빛은 액정 캡슐(50)을 통과하면서 90° 위상 지연되어 선형 편광으로 변환된다. 그리고 선형 편광된 빛은 제어 전극(60)에서 반사된다.

제어 전극(60)에서 반사된 선형 편광은 액정 캡슐(50)을 통과하면서 원 편광으로 변환되고, 원 편광된 빛은 1/4 파장판(18)을 통과하면서 선형 편광으로 변환된다. 이때 액정 캡슐(50)에서 1/4 파장판(18)으로 입사된 원 편광된 빛은 1/4 파장판(18)에서 액정 캡슐(50)로 입사된 원 편광된 빛과 같은 회전 방향을 가진다. 따라서 1/4 파장판(18)을 통과한 선형 편광된 빛은 편광판(17)의 투과축과 평행하므로 편광판(17)을 투과한다.

이와 같이 외광은 액정 캡슐(50)에 전계가 인가된 온 상태에서 반사되며, 액정 캡슐(50)은 화이트 모드를 구현한다. 도 7에서는 제어 전극(60)과 공통 전극(43)의 전압 차가 최대로 설정되어 액정 분자들(51)에 의한 위상 변화가 90°(λ/4)인 경우를 도시하였다.

반사 영역의 외광 반사율은 투과 영역의 휘도에 비례한다. 이를 위해 액정 구동용 박막 트랜지스터(70)는 공통 전극(43)에 인가된 전원전압(ELVSS)에 대해 해당 화소의 휘도에 비례하는 차이를 가지는 구동 전압을 제어 전극(60)에 인가한다.

반사 영역의 외광 반사로 인해 각 화소의 휘도는 투과 영역의 휘도에 반사 영역의 휘도를 더한 값이 된다. 따라서 본 실시예의 유기 발광 표시 장치(100)는 화면의 휘도를 높여 야외 시인성을 개선할 수 있으며, 외광을 이용함에 따라 소비 전력 상승을 유발하지 않는다.

한편, 제어 전극(60)이 복수의 슬릿(61)을 형성함에 따라, 도 6에 도시한 바와 같이 슬릿(61)이 형성된 부위에서 전계가 왜곡되고, 왜곡된 전계 방향을 따라 액정 분자들(51)의 배향이 국부적으로 달라지는 멀티 도메인이 형성된다. 즉 슬릿(61)과 멀리 떨어진 액정 분자들(51)의 경사 각도와 슬릿(61)에 대응하는 액정 분자들(51)의 경사 각도가 상이하다. 이 같은 멀티 도메인 형성으로 인해 반사광의 시야각이 향상될 수 있다.

도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 부분 확대 단면도이다.

도 8을 참고하면, 제2 실시예의 유기 발광 표시 장치(200)는 배면 발광형으로 구성되는 것을 제외하고 전술한 제1 실시예와 같은 구조로 이루어진다. 제1 실시예와 같은 부재에 대해서는 같은 도면 부호를 사용한다.

제2 실시예에서 공통 전극(43)은 금속 반사막으로 형성되고, 화소 전극(41)과 제어 전극(60)은 반투과막 또는 투명 도전막으로 형성된다. 유기 발광층(42)에서 방출된 빛은 공통 전극(43)에서 반사되고, 화소 전극(41)을 투과하여 외부로 방출된다.

제2 실시예에서 유기 발광 표시 장치(200)의 표시면은 기판(10)의 외면(도면을 기준으로 아래면)이 되며, 1/4 파장판(18)과 편광판(17)은 기판(10)의 외면에 부착된다. 투과 영역과 반사 영역의 작용은 전술한 제1 실시예와 동일하므로 반복되는 설명은 생략한다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

100, 200: 유기 발광 표시 장치 10: 기판
15: 화소 정의막 17: 편광판
18: 1/4 파장판 20: 박막 트랜지스터
30: 커패시터 40: 유기 발광 다이오드
50: 액정 캡슐 60: 제어 전극
70: 액정 구동용 박막 트랜지스터

Claims

기판 상에 형성되는 화소 전극;
상기 화소 전극과 같은 층에 형성되는 제어 전극;
상기 화소 전극의 가장자리와 상기 제어 전극을 덮는 화소 정의막;
상기 화소 전극 상에 형성되는 유기 발광층;
상기 유기 발광층과 상기 화소 정의막을 덮는 공통 전극; 및
상기 제어 전극 상의 상기 화소 정의막 내부에 분포하는 복수의 액정 캡슐
을 포함하는 유기 발광 표시 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어 전극은 복수의 슬릿을 형성하여 스트라이프 패턴으로 형성되는 유기 발광 표시 장치.
제2항에 있어서,
상기 제어 전극은 상기 화소 전극과 거리를 두고 상기 화소 전극의 적어도 한 가장자리 외측에 형성되는 유기 발광 표시 장치.
제2항에 있어서,
상기 제어 전극은 액정 구동용 박막 트랜지스터와 연결되며,
상기 액정 구동용 박막 트랜지스터는 상기 공통 전극에 인가된 전원전압(ELVSS)에 대해 해당 화소의 휘도에 비례하는 차이를 가지는 구동 전압을 상기 제어 전극에 인가하는 유기 발광 표시 장치.
제2항에 있어서,
상기 화소 전극과 상기 제어 전극은 반사막으로 형성되고,
상기 공통 전극은 반투과막 또는 투명 도전막으로 형성되며,
상기 공통 전극 상에 1/4 파장판과 편광판이 위치하는 유기 발광 표시 장치.
제5항에 있어서,
상기 제어 전극은 상기 슬릿의 길이 방향이 상기 편광판의 투과축과 45° 각도를 유지하고, 상기 1/4 파장판의 주축과 90°를 유지하도록 형성되는 유기 발광 표시 장치.
제2항에 있어서,
상기 화소 전극과 상기 제어 전극은 반투과막 또는 투명 도전막으로 형성되고,
상기 공통 전극은 반사막으로 형성되며,
상기 기판의 아래에 1/4 파장판과 편광판이 위치하는 유기 발광 표시 장치.
제7항에 있어서,
상기 제어 전극은 상기 슬릿의 길이 방향이 상기 편광판의 투과축과 45° 각도를 유지하고, 상기 1/4 파장판의 주축과 90°를 유지하도록 형성되는 유기 발광 표시 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 액정 캡슐 각각은 액정 분자들과, 액정 분자들을 둘러싸는 고분자층을 포함하는 유기 발광 표시 장치.
제9항에 있어서,
상기 액정 분자들은 음(negative)의 유전율 이방성(dielectric anisotropy)을 가지는 유기 발광 표시 장치.
제9항에 있어서,
상기 복수의 액정 캡슐 각각은 10nm 내지 380nm의 직경을 가지는 유기 발광 표시 장치.
화소 전극과 유기 발광층 및 공통 전극을 포함하며 유기 발광층에서 방출되는 빛을 외부로 투과시키는 투과 영역; 및
제어 전극과 액정 캡슐 및 상기 공통 전극을 포함하며 외광을 반사시키는 반사 영역
을 포함하고,
상기 반사 영역의 외광 반사율은 상기 투과 영역의 휘도에 비례하는 유기 발광 표시 장치.
제12항에 있어서,
상기 제어 전극은 상기 화소 전극과 거리를 두고 상기 화소 전극과 같은 층에 형성되며, 복수의 슬릿을 형성하여 스트라이프 패턴으로 형성되는 유기 발광 표시 장치.
제13항에 있어서,
상기 공통 전극은 전원전압(ELVSS)을 인가받으며,
상기 제어 전극은 액정 구동용 박막 트랜지스터와 연결되어 상기 전원전압(ELVSS)에 대해 상기 투과 영역의 휘도에 비례하는 차이를 가지는 구동 전압을 인가받는 유기 발광 표시 장치.
제13항에 있어서,
상기 투과 영역과 상기 반사 영역에 걸쳐 위치하는 1/4 파장판과 편광판을 더 포함하며,
상기 제어 전극은 상기 슬릿의 길이 방향이 상기 편광판의 투과축과 45° 각도를 유지하고, 상기 1/4 파장판의 주축과 90°를 유지하도록 형성되는 유기 발광 표시 장치.
제13항에 있어서,
상기 화소 전극의 가장자리와 상기 제어 전극을 덮는 화소 정의막을 더 포함하며,
상기 복수의 액정 캡슐은 상기 화소 정의막의 내부에 분산되어 위치하는 유기 발광 표시 장치.
제16항에 있어서,
상기 복수의 액정 캡슐 각각은 액정 분자들과, 액정 분자들을 둘러싸는 고분자 층을 포함하는 유기 발광 표시 장치.
제17항에 있어서,
상기 액정 분자들은 음의 유전율 이방성을 가지는 유기 발광 표시 장치.
제17항에 있어서,
상기 복수의 액정 캡슐 각각은 10nm 내지 380nm의 직경을 가지는 유기 발광 표시 장치.