KR20190102694A - 유기발광 디스플레이용 편광소자 - Google Patents

유기발광 디스플레이용 편광소자 Download PDF

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KR20190102694A
KR20190102694A KR1020180023486A KR20180023486A KR20190102694A KR 20190102694 A KR20190102694 A KR 20190102694A KR 1020180023486 A KR1020180023486 A KR 1020180023486A KR 20180023486 A KR20180023486 A KR 20180023486A KR 20190102694 A KR20190102694 A KR 20190102694A
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이승희
임영진
이창석
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전북대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 유기발광 디스플레이용 편광소자 및 그를 적용한 스위칭이 가능한 유기발광표시장치에 관한 것이다.
본 발명은 유기발광 디스플레이용 편광소자는 전기장에 의해 구동되는 편광소자로서, 서로 대향되게 배치된 하부기판 및 상부기판, 상기 하부기판 및 상부기판 사이에 제1 전극과 제2 전극, 상기 제1전극과 제2전극 사이에 제1수평배향막 및 제2수평배향막, 상기 제1수평배향막 및 제2수평배향막 사이에, 이색성 염료 및 액정으로 이루어진 액정 혼합용액이 충진되고, 상기 제1전극과 제2전극 사이에 전기장 인가에 의해 외부광의 조건에 따라 이색성 염료 및 액정의 배향거동이 제어됨으로써, 이를 적용한 유기발광표시장치가 외부광의 반사율 및 투과광의 투과율을 가역적으로 제어할 수 있다.

Description

유기발광 디스플레이용 편광소자{POLARIZING ELEMENT FOR ORGANIC LIGHT EMISSION DISPLAY DEVICES}
본 발명은 유기발광 디스플레이용 편광소자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 서로 대향되게 배치된 하부기판 및 상부기판, 상기 하부기판 및 상부기판 사이에 제1전극과 제2전극, 상기 제1전극과 제2전극 사이에 제1수평배향막 및 제2수평배향막, 상기 제1수평배향막 및 제2수평배향막 사이에, 이색성 염료 및 액정으로 이루어진 액정 혼합용액이 충진된 편광소자를 제공하고, 상기 제1전극과 제2전극 사이에 전기장 인가에 의해 이색성 염료 및 액정의 배향거동을 제어함으로써, 이를 적용한 유기발광표시장치가 외부광의 반사율 및 투과광의 투과율을 가역적으로 제어할 수 있는 전기장에 의해 구동되는 유기발광 디스플레이용 편광소자 및 그를 적용한 스위칭이 가능한 유기발광표시장치에 관한 것이다.
편광판은 액정표시장치(LCD), PDP(플라즈마 디스플레이 패널) 등의 화상표시장치에 사용되고 있으며, 특히, 유기발광표시장치(OLED)에 있어서도, 외광의 반사 방지를 위해서 사용되고 있다.
최근 편광판을 사용하는 화상표시장치는 텔레비젼, 모니터, 자동차 계기판, 컴퓨터, 노트북, PDA, 전화기, TV, 오디오/비디오 기기, 각종 사무용, 공업용 기계들의 표시판에 사용되고 있다.
이와 같이 화상표시장치의 사용영역이 확대됨에 따라 고온, 고습 등 가혹한 조건에서 장시간 사용하게 되는 경우가 많아지고 있으며, 따라서, 이러한 가혹한 환경에서 편광판 본래의 기능인 색상 재현성이 우수한 화상을 제공하기 위해 우수한 내구성과 높은 투과율 및 편광도를 겸비해야 한다.
이러한 편광판은 종래 폴리비닐알코올계 필름을 이색성 요오드 또는 이색성 염료 등을 사용하여 염색하고 가교한 후, 그 막을 일방향의 필름상으로 연신하여 이색성 염료를 배향시킴으로써 제조된다. 이색성 염료로서 요오드를 이용한 편광판은 요오드계 편광판으로 불리며, 한편, 이색성 염료로서 이색성을 갖는 유기 염료를 이용한 편광판은 염료계 편광판으로 불린다.
이중에서 요오드계 편광판은 광학 특성은 우수하지만, 내열성이 떨어지는 성질이 일반적으로 알려져 있으며, 그로 인해, 요오드계 편광판은 고내구성이 요구되는 환경하에서는 사용하기 어려운 문제가 지적되어 왔다.
반면에, 염료계 편광판은 고내열성, 고습열 내구성 및 고안정성을 가지며, 게다가, 색소의 배합에 의한 색 선택성이 높다는 특징이 있다. 그러나 요오드계 편광판과 비교하여 편광 성능 및 콘트라스트가 낮다는 또 다른 문제가 있어, 해당분야에서는 고 내구성을 유지하고, 색 선택성이 다양할 뿐만 아니라, 보다 고 콘트라스트 및 높은 편광 특성을 가지는 편광 소자가 요구된다.
유기발광표시장치(OLED)의 구조를 살피면, 하부 전극 및 상부 전극이 존재하고 그 사이에 유기 발광층이 들어있는 구조이다. 이때, 하부 전극은 알루미늄과 같은 금속 판을 이용하게 된다. 따라서, OLED의 하부 전극은 반사판과 같은 역할을 하게 되는데 이는 야외와 같이 외부 광이 강한 경우 시인성을 크게 저하시켜 종래에는 상부에 언급한 필름형 편광자와 l/4필름을 사용한다. 그러나 필름형 편광자는 OLED에서 나오는 빛의 50% 이상을 흡수하기 때문에 광효율이 크게 감소하는 문제가 발생한다.
이에, 본 발명자들은 종래 문제점을 개선하고자 노력한 결과, 편광판이 필름상으로 부착되어 배향이 이미 고정되어 외부광의 조건에 따라 야외 시인성이나 투과율 향상에 한계가 있으나 본 발명은 이색성 염료와 네마틱 액정이 혼합된 이색성 혼합물을 서로 대향되게 배치된 제1전극 및 제2전극 사이에 채우고, 상기 제1전극 및 제2전극 사이에 전기장을 인가하여 상기 이색성 염료와 네마틱 액정의 수직배향 및 수평배향의 거동을 제어한 편광소자를 제공하여, 외부반사가 적을 때 이색성 염료를 이용한 편광소자에 전기장을 인가하여 기판에 이색성 염료를 수직으로 세워 유기발광표시장치에서 발광하는 빛을 70% 이상 투과시키고, 외부 반사광의 세기를 줄여 야외 시인성을 높이고 특수 상황에서 편광소자의 광효율을 높일 수 있음을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.
대한민국특허 제1663895호(2016.09.30) 일본특허 제3739396호(2005.11.11) 미국특허 제6606138호(2003.08.12)
본 발명의 목적은 전기장에 의해 구동되는 이색성 염료가 함유된 유기발광 디스플레이용 편광소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 유기발광 디스플레이용 편광소자가 적용되어 외부광 세기에 따라 외부광의 반사율 및 투과광의 투과율을 가역적으로 조절되어 스위칭이 가능한 유기발광표시장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 서로 대향되게 배치된 하부기판(11, 21, 31, 41) 및 상부기판(18, 28, 38, 48), 상기 하부기판 및 상부기판 사이에 제1 전극(12, 22, 32, 42)과 제2 전극(17, 27, 37, 47), 상기 제1전극과 제2전극 사이에 제1수평배향막(13, 23, 33, 43) 및 제2수평배향막(16, 26, 36, 46), 상기 제1수평배향막 및 제2수평배향막 사이에, 이색성 염료(14, 24, 34, 44) 및 액정(15, 25, 35, 45)으로 이루어진 액정 혼합용액이 충진된 편광소자(10, 20, 30, 40)이고, 상기 제1전극과 제2전극 사이에 전기장 인가에 의해 이색성 염료 및 액정의 배향전환이 가능한 편광소자를 제공한다.
본 발명의 편광소자에 사용된 액정은 네마틱 액정이 바람직하다.
또한, 상기 액정 혼합용액에 대하여, 이색성 염료는 0.5 내지 10중량% 함유됨으로써, 전기장 인가에 의해 이색성 염료와 액정의 수직배향(Homeotropic) 또는 수평배향(Homogeneous)으로 거동이 제어 가능하다.
본 발명의 편광소자는 이색성 염료 및 액정으로 이루어진 액정 혼합용액이 충진된 배향구조가 수평배향(Homogeneous), 이중 도메인으로 수평배향 또는 수직배향(Homeotropic) 중에서 선택되는 어느 하나의 배향구조인 것이다.
또한, 상기의 배향구조에 제1 전극과 제2 전극이 패턴된 전극인 것을 특징으로 한다.
이때, 제1 전극과 제2 전극은 투명한 도전성 물질이고, 하부기판 및 상부기판은 투명 기판을 사용한다.
또한, 본 발명은 OLED 상에 l/4 위상지연 필름 및 상기의 편광소자(10, 20, 30, 40)가 적층되어 스위칭이 가능한 유기발광표시장치를 제공한다.
본 발명의 스위칭이 가능한 유기발광표시장치는 상기의 편광소자(10)가 전기장 인가에 의해 이색성 염료와 액정의 수직배향(Homeotropic) 또는 수평배향(Homogeneous)의 배향전환 거동을 통해 외부광의 세기 및 조건에 따라 외부광의 반사율 및 투과광의 투과율을 가역적으로 조절할 수 있다.
본 발명은 이색성 염료와 네마틱(nematic) 액정이 혼합된 이색성 혼합물을 서로 대향되게 배치된 제1전극 및 제2전극 사이에 채우고, 상기 제1전극 및 제2전극 사이에 전기장을 인가하여 상기 이색성 염료와 네마틱 액정의 수직배향(Homeotropic) 및 수평배향(Homogeneous)의 거동을 제어한 편광소자를 제공할 수 있다.
특히, 본 발명은 외부반사가 적을 때 이색성 염료를 이용한 편광소자에 전기장을 인가하여 기판에 이색성 염료를 수직으로 세워 유기발광표시장치에서 발광하는 빛을 70% 이상 투과시켜, 종래 요오드형 편광필름을 사용하는 유기발광표시장치 대비 투과율이 크게 향상된 물성을 구현한다.
나아가, 본 발명은 유기발광 디스플레이용 편광소자를 적용하되, 상기 편광소자가 전기장 인가에 따라 이색성 염료 및 액정의 배향거동을 조절함으로써, 외부광의 반사율 및 투과광의 투과율을 조건에 따라 가역적으로 제어 가능하므로 스위칭이 가능한 유기발광표시장치를 제공할 수 있다.
따라서, 본 발명의 편광소자는 투과율 조절을 통하여 외부 반사광을 선택적으로 조절할 수 있으며 전면 투과광의 효율을 높여 유기발광표시장치의 수명을 늘릴 수 있다. 구체적으로 외부 반사광의 세기를 줄여 야외 시인성을 높이고 특수 상황에서 편광소자의 광효율을 높여 유기발광표시장치의 수명을 높일 수 있다.
도 1은 종래 반사저감형 필름(100)이 적층된 유기발광표시장치의 단면모식도이고,
도 2는 본 발명의 전기장에 의해 구동되는 이색성 염료 및 액정이 함유된 유기발광 디스플레이용 편광소자(10)의 단면모식도이고,
도 3은 본 발명의 제1실시형태에 따른 수평 배향된 이색성 염료(14) 및 액정(15)을 이용한 편광소자(10)가 적층된 유기발광표시장치이고, 외부반사가 클 때 반사방지를 도시한 것이고,
도 4는 도 3의 유기발광표시장치에 대하여 외부반사가 클 때 내부 광의 투과를 도시한 것이고,
도 5는 도 3의 유기발광표시장치에 대하여, 외부반사가 적을 때 전기장 인가에 의해 이색성 염료(14) 및 액정(15)이 수직 배향으로 전환된 상태에서의 내부 광의 투과를 도시한 것이고,
도 6은 본 발명의 제2실시형태에 따른 이중 도메인으로 수평 배향된 이색성 염료(24) 및 액정(25)을 이용한 편광소자(20)가 적용된 유기발광표시장치이고, 외부반사가 클 때 반사방지를 도시한 것이고,
도 7은 도 6의 유기발광표시장치에 대하여 외부반사가 클 때 내부 광의 투과를 도시한 것이고,
도 8은 도 6의 유기발광표시장치에 대하여 외부반사가 적을 때 전기장 인가에 의해 이색성 염료(24) 및 액정(25)이 수직 배향으로 전환된 상태에서의 내부 광의 투과를 도시한 것이고,
도 9는 본 발명의 제3실시형태에 따른 선경사각이 존재하면서 수직 배향된 이색성 염료(34) 및 액정(35)을 이용한 편광소자(30)를 적용한 유기발광표시장치이고, 외부반사가 적을 때 내부 광의 투과를 도시한 것이고,
도 10은 도 9의 유기발광표시장치에 대하여 외부반사가 클 때 전기장 인가에 의해 이색성 염료(34) 및 액정(35)이 수평 배향으로 전환된 상태에서의 반사방지를 도시한 것이고,
도 11은 도 10의 유기발광표시장치에 대하여 외부반사가 클 때 전기장 인가에 의해 이색성 염료(34) 및 액정(35)이 수평 배향으로 전환된 상태에서의 내부 광 투과를 도시한 것이고,
도 12는 본 발명의 제4실시형태에 따른 패턴된 전극(42, 47)상에 수직 배향된 이색성 염료(44) 및 액정(45)을 이용한 편광소자(40)를 적용한 유기발광표시장치에 대하여 외부반사가 적을 때 내부 광의 투과를 도시한 것이고,
도 13은 도 12의 유기발광표시장치에 대하여 외부반사가 클 때 전기장 인가에 의해 이색성 염료(44) 및 액정(45)이 수평 배향으로 전환된 상태에서의 반사방지를 도시한 것이고,
도 14는 도 12의 유기발광표시장치에 대하여 외부반사가 클 때 전기장 인가에 의해 이색성 염료(44) 및 액정(45)이 수평 배향으로 전환된 상태에서의 내부 광의 투과 원리를 도시한 것이고,
도 15는 도 1의 종래 반사저감형 필름이 적층된 유기발광표시장치를 통한 외부 반사 차단모드와 반사 차단 중 투과모드를 관찰한 사진이고,
도 16은 도 3의 제1실시형태의 편광소자가 적층된 유기발광표시장치를 통한 외부 반사 차단모드와 반사 차단 중 투과모드를 관찰한 사진이고,
도 17은 도 5의 제1실시형태에서 전기장 인가에 의해 배향을 전환한 편광소자가 적층된 유기발광표시장치를 통한 투과모드를 관찰한 사진이고,
도 18은 도 1, 도 3 및 도 5의 유기발광표시장치에 대한 투과광 100% 조건에서의 정면 투과율 결과이다.
이하, 도면을 이용하여 본 발명을 상세히 설명하고자 한다.
도 1은 종래 반사저감형 필름(100)이 적층된 유기발광표시장치의 단면모식도이다. 구체적으로는, 음극(121) 알루미늄을 사용하고, 광활성층(122), 양극(ITO, 123) 및 유리기판(124)로 이루어진 OLED(120), l/4 위상지연 필름(110) 및 반사저감형 필름(100)으로 적층된 구조이다.
이때, OLED(120)는 음극을 알루미늄을 이용하기 때문에 하부 기판이 반사판의 역할을 하게 되는데, 이러한 경우, 외부 광이 강하여 하부 기판에서 반사되는 빛이 강할 경우, OLED 소자의 발광층에서 나오는 빛을 왜곡시켜 시인성을 떨어뜨여 투과광이 보이지 않는 문제점이 발생한다. 이러한 문제점을 극복하기 위하여 편광판 1장과 λ/4 위상지연 필름(110, Quarterwave plate)을 이용한다.
상기 방법 이외에도, Wide quarter wave plate (λ/4, λ/2 필름)을 특정 각도로 겹쳐 붙여 놓은 광학 소자를 이용하는 경우도 있다.
그러나 정면 광이 아닌 측면 광에 대한 반사에는 효율이 좋지 않으며 투과 광의 손실이 최소 50% 일어나는 단점이 존재한다.
또한, 반사저감형 필름(100)이 부착될 경우, 필름상으로 고정된 배향성으로 인해 외부광에 따른 전환이 어려워 광 손실의 개선이 해소될 수 없다.
이에, 본 발명은 도 1의 반사저감형 필름(100)을 전기장에 의해 구동되는 이색성 염료가 함유된 유기발광 디스플레이용 편광소자(10, 20, 30, 40)로 대체하여 유기발광표시장치를 완성한다.
이하. 유기발광 디스플레이용 편광소자는 상기 편광소자 구조 중에서 이색성 염료 및 액정으로 이루어진 액정 혼합용액이 충진된 배향구조가 제1실시형태의 수평배향(Homogeneous)의 편광소자(10), 제2실시형태의 이중 도메인으로 수평배향의 편광소자(20), 제3실시형태의 수직배향(Homeotropic)의 편광소자(30), 제4실시형태인 제1 전극과 제2 전극이 패턴된 전극이고, 수직배향의 편광소자(40)에 대하여 설명하고자 한다.
본 발명의 유기발광 디스플레이용 편광소자는 이색성 염료를 이용하여 종래에 사용되던 편광판 역할을 할 수 있으며, 편광된 빛을 원하지 않은 경우에는 전압을 이용한 배향 유도를 통해 광효율의 향상을 가져올 수 있는 제어 기술이며, 본 발명에서는 전압인가에 따른 액정 및 이색성 염료의 거동을 조절하여 전면 투과율 및 측면 반사광의 변화를 가져 올 수 있다.
이때, 본 발명에서 사용되는 이색성 염료는 배향에 따라 수평(Homogeneous) 및 수직배열(Homeotropic)의 거동을 나타내며 수평배향인 경우에는 특정 방향의 빛을 흡수하는 편광자의 역할을 할 수 있으며 전면 및 측면 반사광을 줄일 수 있다. 또한, 수직배향인 경우에는 투과광의 효율이 극대화되며 측면 반사광을 줄일 수 있다.
도 2는 본 발명의 전기장에 의해 구동되는 이색성 염료가 함유된 제1실시형태의 유기발광 디스플레이용 편광소자(10)의 단면모식도로서, 액정의 배향기술을 적용하고 액정의 배향성을 이용하여 전기장 인가에 따라 이색성 염료의 배향성을 제어할 수 있도록 한다. 이때, 이색성 염료 및 액정의 배향거동이 수직 배향할 경우, 관측각이 커질수록 투과율이 낮게 나오는 성질을 활용하여 개인정보 보호용 필름으로서 유용이 적용할 수 있다.
따라서, 필름상으로 고정된 배향거동이 아니라, 전기장 인가에 따라 이색성 염료 및 액정의 배향거동을 조절함으로써, 외부광의 반사율 및 투과광의 투과율을 조건에 따라 가역적으로 제어할 수 있다.
도 2에 도시된 본 발명의 바람직한 제1실시형태인 유기발광 디스플레이용 편광소자(10)를 구체적으로 살피면, 서로 대향되게 배치된 하부기판(11) 및 상부기판(18), 상기 하부기판 및 상부기판 사이에 제1 전극(12)과 제2 전극(17), 상기 제1전극과 제2전극 사이에 제1수평배향막(13) 및 제2수평배향막(16), 상기 제1수평배향막 및 제2수평배향막 사이에, 이색성 염료(14) 및 액정(15)으로 이루어진 액정 혼합용액이 충진되며, 상기 제1전극과 제2전극 사이에 전기장 인가에 의해 이색성 염료(14) 및 액정(15)의 배향거동이 제어된다.
이에, 본 발명의 바람직한 제1실시형태의 편광소자(10)는 도 2에 도시된 유기발광 디스플레이용 편광소자 구조에서, 이색성 염료(14) 및 액정(15)이 수평 배향된 것을 특징으로 한다.
도 3은 본 발명의 제1실시형태의 수평 배향된 이색성 염료(14) 및 액정(15)을 이용한 편광소자(10)가 적층된 유기발광표시장치를 도시한 것으로서, 상기 편광소자(10) 이하의 l/4 위상지연 필름(110) 및 OLED(120)은 도 1의 유기발광표시장치 구성과 동일하다.
전기장이 인가되지 않은 상태이면서, 외부광이 편광소자(10)의 상부기판(18), 제2 전극(17) 및 제2수평배향막(16)을 거쳐 수평 배향된 이색성 염료(14) 및 액정(15)이 충진된 영역에 입사하면, 수평방향으로 투과된 광은 흡수되고, 화살표 방향으로 배향된 제2수평배향막(13), 제2 전극(12) 및 상부기판(11)을 순차적으로 통과한다.
이후, l/4 위상지연 필름(110) 및 OLED(120)을 통과하면서, 광 방향이 수평방향으로 역전되고, 다시 수평 배향된 이색성 염료(14) 및 액정(15)을 이용한 편광소자(10)를 통과함으로써, 외부반사가 클 때 광의 반사방지를 구현한다.
도 4는 도 3의 유기발광표시장치에 대하여 외부반사가 클 때 내부 광의 투과를 도시한 것으로서, 내부 광이 OLED(120) 및 l/4 위상지연 필름(110)을 광의 세기나 방향 변화없이 진행하되, 제1실시형태의 수평 배향된 이색성 염료(14) 및 액정(15)을 이용한 편광소자(10)로 통과하면 수평방향의 이색성 염료(14)에 의해 흡수되어 투과된다.
도 5는 도 3의 유기발광표시장치에 대하여, 제1전극(12) 및 제2전극(17) 사이에 전압(V)을 인가하면, 제1전극(12) 및 제2전극(17) 사이에 있는 이색성 염료(14) 및 액정(15)으로 이루어진 액정 혼합용액 내에 전기장이 인가된다.
이와 같이, 상기 액정 혼합용액에 전기장이 인가되면 이색성 염료(14) 및 액정(15)은 전기장에 나란한 방향, 즉 제1 및 제2 기판(11,18)에 수직인 방향으로 정렬된다. 즉, 전기적인 특성을 가지는 액정(15)의 정렬에 따라 이색성 염료(14)도 액정과 동일방향으로 정렬된다.
상기와 같이, 전기장 인가에 의해 이색성 염료(14) 및 액정(15)이 수직 배향으로 전환되면, 외부반사가 적을 때라도 내부 광이 광의 세기나 방향 변화없이 통과하므로, 투과율 향상을 구현할 수 있다[도 18].
이에, 본 발명의 바람직한 제2실시형태의 편광소자(20)는 도 2에 도시된 유기발광 디스플레이용 편광소자 구조에서, 이색성 염료(24) 및 액정(25)이 이중 도메인으로 수평 배향된 구조를 특징으로 한다.
이상의 제2실시형태의 편광소자(20)는 시야각 의존성을 감소시키기 위하여 멀티배향한 것으로서, 수평배향막(23, 26)의 러빙 방향과 l/4 위상지연 필름(110)간의 각도가 45도 이상의 차이가 나야 한다. 이때, 상기 각도차이가 45도 미만이거나, 45도 특히, 90도를 초과하면, 시야각에 있어서 최적화된 값을 벗어나기 때문에 바람직하지 않다.
도 6은 본 발명의 제2실시형태의 이중 도메인으로 수평 배향된 이색성 염료를 이용한 편광소자(10)를 적용한 유기발광표시장치를 도시한 것으로서, 외부반사가 클 때 반사방지를 구현하고, 도 7은 도 6의 유기발광표시장치에 대하여 외부반사가 클 때 내부 광의 투과를 도시한 것이다.
도 8은 도 6의 유기발광표시장치에 대하여 전기장 인가에 의해 이색성 염료(24) 및 액정(25)이 수직 배향으로 전환되면, 외부반사가 적을 때 내부 광이 광의 세기나 방향 변화없이 그대로 통과하므로, 투과율 향상을 구현한다.
이때, 제2실시형태의 이중 도메인으로 수평 배향된 이색성 염료를 이용한 편광소자(10)에서 시야각 의존성 감소를 위하여 멀티도메인을 이용할 때는 러빙뿐만 아니라 전극의 패터닝도 적용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 제3실시형태의 편광소자(30)는 도 2에 도시된 유기발광 디스플레이용 편광소자 구조에서, 선경사각을 존재하면서 수직 배향된 이색성 염료(34) 및 액정(35)이 함유된 구조이다.
이때, 도 9에 도시된 바와 같이, 제3실시형태의 편광소자(30)를 적용한 유기발광표시장치의 경우, 외부반사가 적을 때 내부 광의 투과를 도시한 것이고, 도 10은 도 9의 유기발광표시장치에 대하여 외부반사가 클 때 전기장 인가에 의해 이색성 염료(34) 및 액정(35)을 수평 배향으로 전환하여, 광의 반사방지를 구현할 수 있다.
또한, 도 11은 도 10의 유기발광표시장치에 대하여 외부반사가 클 때 전기장 인가에 의해 이색성 염료(34) 및 액정(35)을 수평 배향으로 전환하여 내부 광의 투과율을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 제4실시형태의 편광소자(40)는 도 2에 도시된 유기발광 디스플레이용 편광소자 구조에서, 이색성 염료(44) 및 액정(45)이 수직 배향된 구조이면서, 제1 전극(42)과 제2 전극(47)이 패턴된 전극으로 형성된 특징이 있다. 상기 패턴된 전극을 구비함으로써, 시야각 의존성을 감소시킬 수 있다.
도 12는 상기의 제4실시형태의 편광소자를 적용한 유기발광표시장치에 대하여 내부 광의 투과를 도시한 것으로서, 외부반사가 적을 때라도 내부 광의 세기 및 방향의 변화없이 그대로 통과하여 투과율이 향상될 것이다.
도 13은 도 12의 유기발광표시장치에 대하여 외부반사가 클 때 전기장 인가에 의해 이색성 염료(44) 및 액정(45)을 수평 배향으로 전환함으로써, 광의 반사방지를 수행할 수 있다.
또한, 도 14는 도 12의 유기발광표시장치에 대하여 외부반사가 클 때 전기장 인가에 의해 이색성 염료(44) 및 액정(45)을 수평 배향으로 전환함으로써, 투과율을 조절할 수 있다.
이상의 유기발광 디스플레이용 편광소자(10, 20, 30, 40)에 있어서, 액정은 네마틱(nematic) 액정을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 네마틱 액정 분자는 장축 방향으로 가지런히 배열되어 있으나 층 모양으로 되어 있지 않고 서로의 위치가 불규칙하다.
또한, 액정 혼합용액에 대하여, 이색성 염료(14, 24, 34, 44)는 0.5 내지 10중량%, 바람직하게는 0.5 내지 5중량%, 더욱 바람직하게는 0.8 내지 2중량%로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 이색성 염료 함량의 결정은 전기장 인가에 의해 이색성 염료와 액정의 수직배향(Homeotropic) 또는 수평배향(Homogeneous)으로 배향전환이 가능하고 외부광의 반사율 및 투과광의 투과율을 최적화하기 위하여 실험적으로 결정된 범위로서, 상기 0.5중량% 미만으로 함유되면, 반사광의 흡수가 제대로 되지 않아 반사광 차단 효과가 낮아 바람직하지 않고, 10중량%를 초과하면, 광 흡수가 매우 강하여 투과광의 효율을 낮추는 문제가 있다.
이때, 본 발명에서 사용되는 이색성 염료는 가시광선 전 파장대역, 즉 400nm에서 800nm 대역의 흡수 파장을 가지는 화합물이라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 아조, 안트라퀴논 계열을 중심으로 하는 화합물을 사용할 수 있다. 본 발명에서 사용되는 이색성 염료는 네마틱 액정에 녹아 안정한 상을 이루며 네마틱 액정의 배향을 따라가고 방향에 따라 광 흡수율의 차이가 존재하는 특성을 가진 화합물이 적합하다.
이러한 이색성 염료는 배향에 따라 수평(Homogeneous) 및 수직배열(Homeotropic)의 거동을 나타내며 수평배향인 경우에는 특정 방향의 빛을 흡수하는 편광자의 역할을 할 수 있으며 전면 및 측면 반사광을 줄일 수 있다. 또한, 수직배향인 경우에는 투과광의 효율이 극대화되며 측면 반사광을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 유기발광 디스플레이용 편광소자(10, 20, 30, 40)에 있어서, 제1 전극(12, 22, 32, 42)과 제2 전극(17, 27, 37, 47)은 투명한 도전성 물질이고, 하부기판(11, 21, 31, 41) 및 상부기판(18, 28, 38, 48)은 투명 기판을 사용할 수 있으며, 본 당해 기술분야에 공지된 물질 중에서 투명한 도전성 물질 및 투명성을 가진 기판 소재는 특별한 제한 없이 채용할 수 있다.
이상으로부터, 본 OLED (120) 상에 l/4 위상지연 필름(110) 및 상기 제1실시형태 내지 제4실시형태의 편광소자(10, 20, 30, 40)가 적층되어, 스위칭이 가능한 유기발광표시장치를 제공한다.
이때, 스위칭이 가능한 유기발광표시장치는 외부광에 따라 이색성 염료(14, 24, 34, 44)와 액정(15, 25, 35, 45)으로 이루어진 혼합용액이 충진된 편광소자(10, 20, 30, 40)에 전기장을 인가하여 수직배향(Homeotropic) 또는 수평배향(Homogeneous)으로 전환하여 배향거동을 제어함으로써, 외부광의 반사율 및 투과광의 투과율을 가역적으로 조절할 수 있는 특징을 가진다.
이때, 상기 혼합용액은 이색성 염료와 네마틱 액정으로 이루어지며, 자외선 조사 등에 의해 경화되지 않으므로, 외부 광에 따라 전기장 인가에 의해 수직배향 또는 수평배향으로 배향거동을 제어하여, 스위칭이 가능한 유기발광표시장치를 제공할 수 있다.
도 15는 도 1에 도시된 종래 반사저감형 필름이 적층된 유기발광표시장치를 통한 외부 반사 차단모드와 반사 차단 중 투과모드를 관찰한 사진이고, 도 16은 도 3의 제1실시형태의 편광소자가 적층된 유기발광표시장치를 통한 외부 반사 차단모드와 반사 차단 중 투과모드를 관찰한 사진이다.
또한, 도 17은 도 5의 제1실시형태에서 전기장 인가에 의해 수평배향에서 수직배향으로 전환한 편광소자가 적층된 유기발광표시장치에 의한 투과모드 결과로서, 전압 구동에 의해 가역적으로 외부반사가 크거나 작을 조건에 따라 투과모드를 조절할 수 있다.
도 18은 도 1, 도 3 및 도 5의 유기발광표시장치에 대한 투과광 100% 조건에서의 정면 투과율 결과를 나타낸 것으로서, 외부 반사가 큰 경우, 종래 반사저감형 필름이 적층된 유기발광표시장치와 대등한 수준의 투과율을 보인 반면, 외부반사가 적을 때, 본 발명의 제1실시형태의 편광소자가 적층된 유기발광표시장치에 전기장을 인가한 경우, 정면 투과율 70.901%로서 현저한 향상을 확인할 수 있다.
즉, 본 발명은 외부반사가 적을 때 이색성 염료를 이용한 편광소자에 전기장을 인가하여 기판에 이색성 염료를 수직으로 세워 유기발광표시장치에서 발광하는 빛을 70% 이상 투과시켜 종래 50% 이상 빛을 흡수하는 요오드형 편광필름을 사용하는 유기발광표시장치 대비 투과율을 크게 향상시킨다.
이러한 투과율 조절을 통하여 외부 반사광을 선택적으로 조절할 수 있으며 전면 투과광의 효율을 높여 유기발광소자의 수명을 늘릴 수 있는 장점이 있다. 구체적으로 외부 반사광의 세기를 줄여 야외 시인성을 높이고 특수 상황에서 유기 발광소자의 광효율을 높여 디바이스의 수명을 높일 수 있다.
이때, 본 발명의 제1실시형태의 편광소자는 액정 혼합용액에 대하여, 이색성 염료가 0.8 중량% 함유되어 제작된 것이고, 정면 투과율은 UV-Vis 분광기를 사용하였으며 파장별 투과율 측정법을 이용하여 측정하였다.
즉, 본 발명의 유기발광표시장치는 정면 반사율의 결과는 종래와 비슷한 수준을 가지나 본 발명의 편광소자를 이용함으로써, 스위칭하여 정면 투과율을 극대화할 수 있다.
또한, 전기장 인가 시, 전기장 세기 즉, 인가 전압은 샘플의 구조 및 재료에 따라 다를 것이다. 일례로, 편광소자가 10㎛ 두께라면, 수평에서 수직으로 전환되는 전압은 약 1.5V를 시작으로 8V 전후로 최고 투과율의 90%까지 구현될 때까지 조절할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 편광소자는 전기장 인가를 통한 이색성 염료와 액정의 거동을 조절하여 반사광 및 투과광의 정도를 조절할 수 있으며, 전기장 인가에 따라 수직배향(Homeotropic) 및 수평배향(Homogeneous)의 배향전환의 거동을 나타냄으로써, 외부광의 반사율 및 투과광의 투과율을 가역적으로 조절할 수 있다.
본 발명의 유기발광 디스플레이용 편광소자는 이색성 염료를 사용하여 종래 편광판 역할을 수행하면서, 전기장 인자에 따라 전기적 성질의 액정과 동일방향으로 배향되고, 특히 외부반사가 적을 때 이색성 염료를 이용한 편광소자에 전기장을 인가하여 기판에 이색성 염료를 수직으로 세워 유기발광표시장치에서 발광하는 빛을 70% 이상 투과시켜 종래 50% 이상 빛을 흡수하는 요오드형 편광필름을 사용하는 유기발광표시장치 대비 투과율이 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 이러한 투과율 조절을 통하여 외부 반사광을 선택적으로 조절할 수 있으며 전면 투과광의 효율을 높여 유기발광소자의 수명을 늘릴 수 있으며, 외부 반사광의 세기를 줄여 야외 시인성을 높이고 특수 상황에서 유기 발광소자의 광효율을 높여 디바이스의 수명을 높일 수 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
10, 20, 30, 40: 유기발광 디스플레이용 편광소자
11, 21, 31, 41: 상부기판 18, 28, 38, 48: 하부기판
12, 22, 32, 42: 제1전극 17, 27, 37, 47: 제2전극
13, 23, 33, 43: 제1수평배향막 16, 26, 36, 46: 제2수평배향막
14, 24, 34, 44: 이색성 염료 15, 25, 35, 45: 액정
19, 29, 39, 49: 러빙방향 100: 반사저감형 필름
110: l/4 위상지연 필름 120: OLED
200: 입사광
210: 반사광
300: OLED 광

Claims (9)

  1. 서로 대향되게 배치된 하부기판 및 상부기판,
    상기 하부기판 및 상부기판 사이에 제1 전극과 제2 전극,
    상기 제1전극과 제2전극 사이에 제1수평배향막 및 제2수평배향막,
    상기 제1수평배향막 및 제2수평배향막 사이에, 이색성 염료 및 액정으로 이루어진 액정 혼합용액이 충진된 편광소자이고,
    상기 제1전극과 제2전극 사이에 전기장 인가에 의해 이색성 염료 및 액정의 배향전환이 가능한 유기발광 디스플레이용 편광소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 액정이 네마틱 액정인 것을 특징으로 하는 유기발광 디스플레이용 편광소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 이색성 염료가 액정 혼합용액에 대하여 0.5 내지 10중량% 함유된 것을 특징으로 하는 유기발광 디스플레이용 편광소자.
  4. 제1항에 있어서, 상기 편광소자가 이색성 염료 및 액정으로 이루어진 액정 혼합용액이 충진된 배향구조가 수평배향(Homogeneous), 이중 도메인으로 수평배향 또는 수직배향(Homeotropic) 중에서 선택되는 어느 하나의 배향구조인 것을 특징으로 하는 유기발광 디스플레이용 편광소자.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 전극과 제2 전극이 패턴된 전극인 것을 특징으로 하는 유기발광 디스플레이용 편광소자.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 전극과 제2 전극이 투명한 도전성 물질인 것을 특징으로 하는 유기발광 디스플레이용 편광소자.
  7. 제1항에 있어서, 상기 하부기판 및 상부기판이 투명 기판인 것을 특징으로 하는 유기발광 디스플레이용 편광소자.
  8. OLED 상에
    l/4 위상지연 필름및
    제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 유기발광 디스플레이용 편광소자가 적층되어 스위칭이 가능한 유기발광표시장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 유기발광 디스플레이용 편광소자가 전기장 인가에 의해 이색성 염료와 액정의 수직배향(Homeotropic) 또는 수평배향(Homogeneous)의 배향전환 거동을 통해 외부광의 반사율 및 투과광의 투과율이 가역적으로 조절된 것을 특징으로 하는 스위칭이 가능한 유기발광표시장치.
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