KR20230143258A - 표시 장치 및 헤드 마운트 표시 장치 - Google Patents

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이지원
이천명
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는, 기판, 상기 기판 상에 배치되고, 화소 전극, 발광층 및 공통 전극을 포함하는 서브 화소; 상기 서브 화소를 정의하는 화소 정의막; 화소 정의막 상에 배치되는 캐핑층; 상기 서브 화소에 중첩하고, 상기 캐핑층 상에 배치되는 마이크로 렌즈; 상기 화소 정의막과 중첩하고 상기 캐핑층 상에 상기 마이크로 렌즈를 둘러싸도록 배치되는 전반사 패턴을 포함하고, 상기 마이크로 렌즈는 상기 전반사 패턴의 굴절률보다 크고 상기 캐핑층의 굴절률 보다 작거나 같은 굴절률을 갖는다.

Description

표시 장치 및 헤드 마운트 표시 장치 {DISPLAY DEVICE AND HEAD MOUNT DISPLAY DEVICE}
본 발명은 표시 장치 및 헤드 마운트 표시 장치에 관한 것이다.
표시 장치는 멀티미디어의 발달과 함께 그 중요성이 증대되고 있다. 이에 부응하여 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display, LCD), 표시 장치(Organic Light Emitting Display, OLED) 등과 같은 여러 종류의 표시 장치가 사용되고 있다.
표시 장치 중 표시 장치는 전자와 정공의 재결합에 의하여 빛을 발생하는 유기 발광 소자를 이용하여 영상을 표시한다. 표시 장치는 빠른 응답 속도를 가지며, 휘도 및 시야각이 크고, 동시에 낮은 소비 전력으로 구동되는 장점이 있다.
헤드 마운트 표시 장치는 사용자의 머리에 장착될 수 있으며, 안경 또는 헬맷 등의 형태를 가질 수 있다. 헤드 마운트 표시 장치는 사용자의 눈 전방에서 화상을 표시함으로써 사용자가 이미지를 인식할 수 있도록 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 광 추출 효율이 높은 표시 장치를 제공한다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 모기장 효과를 개선할 수 있는 표시 장치 및 헤드 마운트 표시 장치를 제공한다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는, 기판, 상기 기판 상에 배치되고, 화소 전극, 발광층 및 공통 전극을 포함하는 서브 화소; 상기 서브 화소를 정의하는 화소 정의막; 화소 정의막 상에 배치되는 캐핑층; 상기 서브 화소에 중첩하고, 상기 캐핑층 상에 배치되는 마이크로 렌즈; 상기 화소 정의막과 중첩하고 상기 캐핑층 상에 상기 마이크로 렌즈를 둘러싸도록 배치되는 전반사 패턴을 포함하고, 상기 마이크로 렌즈는 상기 전반사 패턴의 굴절률보다 크고 상기 캐핑층의 굴절률 보다 작거나 같은 굴절률을 가질 수 있다.
상기 마이크로 렌즈의 굴절률은 상기 전반사 패턴의 굴절률과 0.05 이상 0.3 이하의 차이가 날 수 있다.
상기 화소 전극은 제1 화소 전극과, 제1 화소 전극 상에 배치되고 측면에 제1 경사각을 갖는 제2 화소 전극을 포함할 수 있다.
상기 화소 정의막은 제1 화소 전극의 적어도 일부를 노출시키는 제1 개구부를 포함하는 제1 화소 정의막 및 상기 제2 화소 전극의 적어도 일부를 노출시키는 제2 개구부를 포함하는 제2 화소 정의막을 포함하고, 상기 제2 화소 정의막은 상기 제1 화소 정의막 상에 배치될 수 있다.
상기 제2 개구부는 상기 제1 개구부 보다 더 작을 수 있다.
상기 마이크로 렌즈는 상기 제2 개구부 보다 더 큰 직경을 가질 수 있다.
상기 마이크로 렌즈는 0.12 이상 0.2 이하의 곡률을 가질 수 있다.
상기 제2 화소 전극의 상기 측면은 상기 제1 화소 정의막 상에 형성되고, 상기 제1 경사각은 상기 제1 화소 정의막의 높이에 의해 정의될 수 있다.
상기 제2 화소 전극의 상기 측면은 상기 전반사 패턴과 중첩될 수 있다.
상기 제2 화소 전극의 상기 측면은 상기 전반사 패턴과 중첩되지 않을 수 있다.
상기 전반사 패턴은 상기 마이크로 렌즈와 접하는 면에 제2 경사각을 갖고, 상기 제2 경사각은 상기 제1 경사각 보다 더 클 수 있다.
상기 제1 화소 정의막은 차광성을 가질 수 있는 불투명한 물질을 포함할 수 있다.
상기 제1 화소 정의막은 제2 화소 정의막과 동일한 재료로 형성될 수 있다.
상기 제2 화소 정의막은 투명한 유기물로 형성될 수 있다.
상기 캐핑층과 상기 전반사 패턴 사이에 배치되고 상기 전반사 패턴에 의해 커버되는 차광 패턴을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 헤드 마운트 표시 장치는 표시부; 및 상기 표시부로부터 출사되는 광 경로 상에 배치되는 렌즈부를 포함하고, 상기 표시부는 기판, 상기 기판 상에 배치되고, 화소 전극, 발광층 및 공통 전극을 포함하는 서브 화소; 상기 서브 화소를 정의하는 화소 정의막; 화소 정의막 상에 배치되는 캐핑층; 상기 서브 화소에 중첩하고, 상기 캐핑층 상에 배치되는 마이크로 렌즈; 상기 화소 정의막과 중첩하고 상기 캐핑층 상에 상기 마이크로 렌즈를 둘러싸도록 배치되는 전반사 패턴을 포함하고, 상기 마이크로 렌즈는 상기 전반사 패턴의 굴절률보다 크고 상기 캐핑층의 굴절률 보다 작거나 같은 굴절률을 가질 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 표시 장치의 외부 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 표시 장치의 모기장 효과를 개선할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1의 Xa-Xa'을 따라 절단한 표시 장치의 단면도이다.
도 3은 도 1의 표시 장치의 일부를 상세히 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 패널의 하나의 화소를 나타내는 평면도이다.
도 5는 도 4의 또 다른 실시예에 따른 표시 패널의 하나의 화소를 나타내는 평면도이다.
도 6은 도 4의 A영역의 확대도이다.
도 7은 도 5의 또 다른 실시예에 따른 표시 패널의 하나의 화소를 나타내는 평면도이다.
도 8은 도 3의 다른 실시예에 따른 표시 장치의 일부를 상세히 나타낸 단면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 패널의 하나의 화소를 나타내는 평면도이다.
도 10은 도 9의 또 다른 실시예에 따른 표시 패널의 하나의 화소를 나타내는 평면도이다.
도 11은 도 9의 B영역의 확대도이다.
도 12는 도 10의 또 다른 실시예에 따른 표시 패널의 하나의 화소를 나타내는 평면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 평면도이다.
도 14는 도 13에 도시된 Ⅱ 영역의 화소들과 마이크로 렌즈들의 배치 관계를 나타낸 평면도이다.
도 15는 도 14에 도시된 마이크로 렌즈 어레이층(MLAL)을 통과한 후의 확대된 영상을 나타낸 도면이다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에서 외부 발광 효율의 증가를 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에서 광 방출 프로파일을 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 도 3에 도시한 표시 장치를 포함하는 헤드 마운트 표시 장치를 나타낸 단면도이다.
도 20은 도 8에 도시한 표시 장치를 포함하는 헤드 마운트 표시 장치를 나타낸 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "위(on)", "상(on)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위"에 놓여질 수 있다. 또한 도면을 기준으로 다른 소자의 "좌측"에 위치하는 것으로 기술된 소자는 시점에 따라 다른 소자의 "우측"에 위치할 수도 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있으며, 이 경우 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는다.
명세서 전체를 통하여 동일하거나 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1의 Xa-Xa'을 따라 절단한 표시 장치의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 표시장치(1)는 표시패널(DP), 윈도우(WM) 및 마이크로 렌즈 어레이층(MLAL)을 포함한다.
표시패널(DP)은 리지드(rigid) 표시패널 또는 플렉서블(flexible) 표시패널일 수 있다. 플렉서블 표시패널의 경우, 표시패널(DP)은 벤딩, 폴딩, 롤딩 등의 동작에 의해 형상 변형이 가능할 수 있다. 본 발명의 일 예로, 표시패널(DP)은 유기발광 소자를 포함하는 표시패널일 수 있다.
표시패널(DP)에는 표시 영역(DA) 및 비표시 영역(NDA)이 정의될 수 있다. 표시 영역(DA)은 영상이 표시되는 영역이고, 비표시 영역(NDA)은 표시 영역(DA)에 인접한 영역으로, 영상이 표시되지 않는 영역이다. 비표시 영역(NDA)은 표시 영역(DA)을 에워쌀 수 있다. 다만, 이는 예시적으로 도시한 것이고, 비표시 영역(NDA)은 표시 영역(DA)의 가장자리 중 일부에만 인접할 수도 있으며 어느 하나의 실시예로 한정되지 않는다.
표시패널(DP)은 기판(SUB), 기판(SUB) 상에 배치된 박막 트랜지스터층(TFTL), 발광 소자층(EML), 및 박막 봉지층(TFEL)을 포함한다.
기판(SUB)은 유리, 석영, 고분자 수지 등의 절연 물질로 이루어질 수 있다. 고분자 물질의 예로는 폴리에테르술폰(polyethersulphone: PES), 폴리아크릴레이트(polyacrylate: PA), 폴리아릴레이트(polyarylate: PAR), 폴리에테르이미드(polyetherimide: PEI), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene napthalate: PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이드(polyethylene terepthalate: PET), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide: PPS), 폴리알릴레이트(polyallylate), 폴리이미드(polyimide: PI), 폴리카보네이트(polycarbonate: PC), 셀룰로오스 트리 아세테이트(cellulose triacetate: CAT), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propionate: CAP) 또는 이들의 조합을 들 수 있다. 또는, 기판(SUB)은 금속 재질의 물질을 포함할 수도 있다.
기판(SUB)은 리지드(rigid) 기판이거나 벤딩(bending), 폴딩(folding), 롤링(rolling) 등이 가능한 플렉서블(flexible) 기판일 수 있다. 기판(SUB)이 플렉서블 기판인 경우, 폴리이미드(PI)로 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
박막 트랜지스터층(TFTL)은 기판(SUB) 상에 배치될 수 있다. 박막 트랜지스터층(TFTL)에는 화소들 각각의 박막 트랜지스터들뿐만 아니라, 스캔 라인들, 데이터 라인들, 전원 라인들, 스캔 제어 라인들, 및 패드들과 데이터 라인들을 연결하는 라우팅 라인들 등이 형성될 수 있다. 박막 트랜지스터들 각각은 게이트 전극, 반도체층, 소스 전극, 및 드레인 전극을 포함할 수 있다.
박막 트랜지스터층(TFTL)은 표시 영역(DA)과 비표시 영역(NDA)에 배치될 수 있다. 구체적으로, 박막 트랜지스터층(TFTL)의 화소들 각각의 박막 트랜지스터들, 스캔 라인들, 데이터 라인들, 및 전원 라인들은 표시 영역(DA)에 배치될 수 있다. 박막 트랜지스터층(TFTL)의 스캔 제어 라인들과 링크 라인들은 비표시 영역(NDA)에 배치될 수 있다.
박막 트랜지스터층(TFTL) 상에는 발광 소자층(EML)이 배치될 수 있다. 발광 소자층(EML)은 제1 전극, 발광층, 및 제2 전극을 포함하는 화소들과 화소들을 정의하는 화소 정의막을 포함할 수 있다. 발광층은 유기 물질을 포함하는 유기 발광층일 수 있다. 이 경우, 발광층은 정공 수송층(hole transporting layer), 유기 발광층(organic light emitting layer), 및 전자 수송층(electron transporting layer)을 포함할 수 있다. 박막 트랜지스터층(TFTL)의 박막 트랜지스터를 통해 제1 전극에 소정의 전압이 인가되고, 제2 전극에 캐소드 전압이 인가되면 정공과 전자가 각각 정공 수송층과 전자 수송층을 통해 유기 발광층으로 이동되며, 유기 발광층에서 서로 결합하여 발광하게 된다. 발광 소자층(EML)의 화소들은 표시 영역(DA)에 배치될 수 있다.
발광 소자층(EML) 상에는 박막 봉지층(TFEL)이 배치될 수 있다. 박막 봉지층(TFEL)은 발광 소자층(EML)에 산소 또는 수분이 침투되는 것을 방지하는 역할을 한다. 이를 위해, 박막 봉지층(TFEL)은 적어도 하나의 무기막을 포함할 수 있다. 무기막은 실리콘 나이트라이드층, 실리콘 옥시 나이트라이드층, 실리콘 옥사이드층, 티타늄옥사이드층, 또는 알루미늄옥사이드층일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 박막 봉지층(TFEL)은 먼지와 같은 이물질로부터 발광 소자층(EML)을 보호하는 역할을 한다. 이를 위해, 박막 봉지층(TFEL)은 적어도 하나의 유기막을 포함할 수 있다. 유기막은 아크릴 수지(acryl resin), 에폭시 수지(epoxy resin), 페놀 수지(phenolic resin), 폴리아미드 수지(polyamide resin), 또는 폴리이미드 수지(polyimide resin)일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
박막 봉지층(TFEL)은 표시 영역(DA)과 비표시 영역(NDA) 모두에 배치될 수 있다. 구체적으로, 박막 봉지층(TFEL)은 표시 영역(DA)과 비표시 영역(NDA)의 발광 소자층(EML)을 덮으며, 비표시 영역(NDA)의 박막 트랜지스터층(TFTL)을 덮도록 배치될 수 있다.
윈도우(WM)는 표시패널(DP)의 상에 배치되고, 광학적으로 투명할 수 있다. 이에 따라, 표시패널(DP)에서 생성된 영상은 윈도우(WM)를 통과할 수 있다.
마이크로 렌즈 어레이층(MLAL)은 표시패널(DP)과 윈도우(WM) 사이에 배치될 수 있다. 마이크로 렌즈 어레이층(MLAL)은 박막 트랜지스터층(TFTL)의 화소와 윈도우(WM) 사이에 배치된다. 마이크로 렌즈 어레이층(MLAL)은 복수의 화소와 각각 대응하는 복수의 마이크로 렌즈(MLA)를 포함할 수 있다.
복수의 마이크로 렌즈들(MLA) 각각은 소정의 곡률 반경을 가지며, 표시패널(DP)로부터 출력된 영상을 확대한 후 가상면(미도시)에 확대된 영상을 투사시킨다.
윈도우(WM)는 OCA(optically clear adhesive) 필름과 같은 투명 접착 부재(AL)에 의해 마이크로 렌즈 어레이층(MLAL)에 부착될 수 있다.
도 3은 도 1의 표시 장치의 일부를 상세히 나타낸 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 패널의 하나의 화소를 나타내는 평면도이며, 도 5는 도 4의 또 다른 실시예에 따른 표시 패널의 하나의 화소를 나타내는 평면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 기판(SUB) 상에는 박막 트랜지스터층(TFTL)이 형성된다. 박막 트랜지스터층(TFTL)은 박막 트랜지스터(TFT)들, 게이트 절연막(130), 층간 절연막(140), 보호막(150) 및 평탄화막(160)을 포함한다.
기판(SUB)의 일면 상에는 버퍼막(BF1)이 형성될 수 있다. 버퍼막(BF1)은 투습에 취약한 기판(SUB)을 통해 침투하는 수분으로부터 박막 트랜지스터(TFT)들과 발광 소자층(EML)의 발광층(172)을 보호하기 위해 기판(SUB)의 일면 상에 형성될 수 있다. 버퍼막(BF1)은 교번하여 적층된 복수의 무기막들로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 버퍼막(BF1)은 실리콘 나이트라이드층, 실리콘 옥시 나이트라이드층, 실리콘 옥사이드층, 티타늄옥사이드층, 및 알루미늄옥사이드층 중 하나 이상의 무기막이 교번하여 적층된 다중막으로 형성될 수 있다. 버퍼막(BF1)은 생략될 수 있다.
버퍼막(BF1) 상에는 박막 트랜지스터(TFT)가 형성된다. 박막 트랜지스터(TFT)는 액티브층(ACT), 게이트 전극(G), 소스 전극(S) 및 드레인 전극(D)을 포함한다. 도 4에서는 박막 트랜지스터(TFT)가 게이트 전극(G)이 액티브층(ACT)의 상부에 위치하는 상부 게이트(탑 게이트, top gate) 방식으로 형성된 것을 예시하였으나, 이에 한정되지 않음에 주의하여야 한다. 즉, 박막 트랜지스터(TFT)들은 게이트 전극(G)이 액티브층(ACT)의 하부에 위치하는 하부 게이트(보텀 게이트, bottom gate) 방식 또는 게이트 전극(G)이 액티브층(ACT)의 상부와 하부에 모두 위치하는 더블 게이트(double gate) 방식으로 형성될 수 있다.
버퍼막(BF1) 상에는 액티브층(ACT)이 형성된다. 액티브층(ACT)은 다결정 실리콘, 단결정 실리콘, 저온 다결정 실리콘, 비정질 실리콘, 또는 산화물 반도체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 산화물 반도체는 인듐, 아연, 갈륨, 주석, 티타늄, 알루미늄, 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr), 마그네슘(Mg) 등을 함유하는 이성분계 화합물(ABx), 삼성분계 화합물(ABxCy), 사성분계 화합물(ABxCyDz)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 액티브층(ACT)은 ITZO(인듐, 주석, 티타늄을 포함하는 산화물)나 IGZO(인듐, 갈륨, 주석을 포함하는 산화물)를 포함할 수 있다. 버퍼막과 액티브층(ACT) 사이에는 액티브층(ACT)으로 입사되는 외부광을 차단하기 위한 차광층이 형성될 수 있다.
액티브층(ACT) 상에는 게이트 절연막(130)이 형성될 수 있다. 게이트 절연막(130)은 무기막, 예를 들어 실리콘 나이트라이드층, 실리콘 옥시 나이트라이드층, 실리콘 옥사이드층, 티타늄옥사이드층, 또는 알루미늄옥사이드층으로 형성될 수 있다.
게이트 절연막(130) 상에는 게이트 전극(G)과 게이트 라인이 형성될 수 있다. 게이트 전극(G)과 게이트 라인은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 및 구리(Cu) 중 어느 하나 또는 이들의 합금으로 이루어진 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있다.
게이트 전극(G)과 게이트 라인 상에는 층간 절연막(140)이 형성될 수 있다. 층간 절연막(140)은 무기막, 예를 들어 실리콘 나이트라이드층, 실리콘 옥시 나이트라이드층, 실리콘 옥사이드층, 티타늄옥사이드층, 또는 알루미늄옥사이드층으로 형성될 수 있다.
층간 절연막(140) 상에는 소스 전극(S)과 드레인 전극(D)이 형성될 수 있다. 소스 전극(S)과 드레인 전극(D) 각각은 게이트 절연막(130)과 층간 절연막(140)을 관통하는 콘택홀을 통해 액티브층(ACT)에 접속될 수 있다. 소스 전극(S)과 드레인 전극(D)은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd) 및 구리(Cu) 중 어느 하나 또는 이들의 합금으로 이루어진 단일층 또는 다중층으로 형성될 수 있다.
소스 전극(S)과 드레인 전극(D) 상에는 박막 트랜지스터(TFT)를 절연하기 위한 보호막(150)이 형성될 수 있다. 보호막(150)은 무기막, 예를 들어 실리콘 나이트라이드층, 실리콘 옥시 나이트라이드층, 실리콘 옥사이드층, 티타늄옥사이드층, 또는 알루미늄옥사이드층으로 형성될 수 있다.
보호막(150) 상에는 박막 트랜지스터(TFT)로 인한 단차를 평탄하게 하기 위한 평탄화막(160)이 형성될 수 있다. 평탄화막(160)은 아크릴 수지(acryl resin), 에폭시 수지(epoxy resin), 페놀 수지(phenolic resin), 폴리아미드 수지(polyamide resin), 폴리이미드 수지(polyimide resin) 등의 유기막으로 형성될 수 있다.
평탄화막(160) 상에는 발광 소자층(EML)이 배치될 수 있다. 발광 소자층(EML)은 발광 소자(LEL)들과 화소 정의막(180)을 포함할 수 있다. 발광 소자(LEL)들 각각은 화소 전극(171), 발광층(172) 및 공통 전극(173)을 포함한다. 공통 전극(173)은 복수의 발광 소자(LEL)들에 공통적으로 연결될 수 있다.
화소 전극(171)은 평탄화막(160) 상에 형성될 수 있다. 일 실시예로 애노드(anode) 전극일 수 있다. 화소 전극(171)이 애노드 전극인 경우, 화소 전극(171)은 반사성 재료를 포함할 수 있다. 반사성 재료는 일 실시예로, 은(Ag), 마그네슘(Mg), 크롬(Cr), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 구리(Cu), 텅스텐(W) 및 알루미늄(Al)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 반사막과 반사막 상에 형성된 투명 또는 반투명 전극을 포함할 수 있다.
여기서, 투명 또는 반투명 전극은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ZnO(Zinc Oxide), In2O3(Indiu, Oxide), IGO(Indium Gallium Oxide) 및 AZO(Aluminum Zinc Oxide)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하여 이루어질 수 있다.
화소 전극(171)은 제1 화소 전극(171-1)과 제2 화소 전극(171-2)을 포함한다.
평탄화막(160)에는 콘택홀(CH)이 형성될 수 있다. 콘택홀(CH)은 박막 트랜지스터(TFT)의 드레인 전극(D)을 노출시키도록 형성될 수 있다. 제1 화소 전극(171-1)은 콘택홀(CH)을 통해 박막 트랜지스터(TFT)의 드레인 전극(D)에 연결될 수 있다.
제2 화소 전극(171-2)은 제1 화소 전극(171-1) 및 후술되는 제1 화소 정의막(181) 상에 형성될 수 있다. 제2 화소 전극(171-2)은 제1 화소 정의막(181)의 경사면 및 제1 화소 정의막(181)의 상부에 배치될 수 있다. 제2 화소 전극(171-2)은 후술되는 전반사 패턴(190)과 중첩하여 형성될 수 있다.
발광층(172)에서 발생되는 광의 일부(L)는 제2 화소 전극(171-2)의 상부로 진행하지 않고 제1 화소 정의막(181)을 향해서 제2 화소 전극(171-2)의 측면으로 진행할 수 있다.
제2 화소 전극(171-2)은 제2 화소 전극(171-2)의 상부로 진행하지 않고 제2 화소 전극(171-2)의 측면을 향해서 진행하는 광을 반사시킬 수 있다. 즉, 발광층(172)의 측면광이 손실되지 않고 상부로 진행하도록 측면광을 가이드할 수 있으므로 광 추출 효율(light extraction efficiency)을 향상시키고, 높은 발광 효율을 제공할 수 있다.
화소 정의막(180)은 기판(SUB) 상에 형성된 각각의 발광 소자(LEL)를 구분지을 수 있어, 발광 영역을 정의할 수 있다. 또한, 화소 정의막(180)은 제1 화소 정의막(181) 및 제2 화소 정의막(182)을 포함할 수 있다.
제1 화소 정의막(181)은 평탄화막(160) 상에 형성될 수 있다. 제1 화소 정의막(181)은 평탄화막(160)의 전면에 형성되는 것이 아니며 개구부(OP1)를 포함하여 제1 화소 전극(171-1)의 적어도 일부를 노출시킬 수 있다. 즉, 제1 화소 정의막(181)은 평탄화막(160)상에 형성된 상호 인접한 복수개의 제1 화소 전극(171-1) 사이의 이격된 영역에 형성된 것일 수 있다.
제1 화소 전극(171-1)의 가장자리를 덮도록 형성될 수 있다.
제1 화소 정의막(181)은 불투명한 물질을 포함할 수 있다. 제1 화소 정의막(181)은 차광성을 가질 수 있는 불투명한 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 화소 정의막(181)은 검은색 계열을 낼 수 있는 탄소를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 몇몇 실시예에서 제1 화소 정의막(181)은 자외선 등의 광 조사에 의해 경화되어 검은색 계열의 색을 나타내는 광중합성 화합물을 포함할 수 있다. 상기 불투명한 물질은 제1 화소 정의막(181)의 전 영역에 분포되어 제1 화소 정의막(181) 자체가 불투명할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며 상기 불투명한 물질은 제1 화소 정의막(181)의 경사면에 집중적으로 분포될 수 있으며 발광층(172)에서 방출된 광과 접촉하는 제1 화소 정의막(181)의 영역만이 불투명할 수 있다. 상기 불투명한 물질을 포함하는 제1 화소 정의막(181)은 광투과율이 매우 낮을 수 있다. 따라서 제2 화소 전극(171-2)에서 반사되지 않은 일부 광이 제1 화소 정의막(181)으로 진행하더라도 제1 화소 정의막(181)을 투과하지 못하고 다시 반사될 수 있다. 즉, 발광층(172)에서 제1 화소 정의막(181)으로 방출된 광이 제1 화소 정의막(181)을 투과하여 제1 화소 정의막(181) 내부에서 열로 소멸되는 것을 방지할 수 있다.
도 5를 참조하면, 또 다른 실시예에서, 제1 화소 정의막(181a)은 아크릴 수지(acryl resin), 에폭시 수지(epoxy resin), 페놀 수지(phenolic resin), 폴리아미드 수지(polyamide resin), 폴리이미드 수지(polyimide resin) 등의 유기막으로 형성될 수 있다. 제1 화소 정의막(181a)은 제2 화소 정의막(182)과 동일한 재료로 형성될 수 있다.
다시, 도 3 및 도 4를 참조하면, 제1 화소 정의막(181)은 제1 경사각(θ1)을 가지도록 형성될 수 있다.　제1 경사각(θ1)은 20° 내지 70°일 수 있으며, 바람직하게는 30° 내지 40°일 수 있다. 제1 화소 정의막(181)의 제1 경사각(θ1)에 의해 제2 화소 전극(171-2)의 경사면의 경사각이 정해진다. 즉, 제2 화소 전극(171-2)의 경사면의 경사각은 제1 화소 정의막(181)의 제1 경사각(θ1)과 같다.
제1 화소 정의막(181)은 제1 높이(h1)를 가지도록 형성될 수 있다.　여기서, 제1 높이(h1)는 1~2㎛일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
제2 화소 정의막(182)은 제1 화소 정의막(181)과 제2 화소 전극(171-2) 상에 배치된다. 제2 화소 정의막(182)은 제2 화소 전극(171-2)의 전면에 형성되는 것이 아니며 개구부(OP2)를 포함하여 제2 화소 전극(171-2)의 적어도 일부를 노출시킬 수 있다.
제2 화소 정의막(182)은 제1 화소 전극(171-1)의 콘택홀(CH)과 중첩하도록 형성될 수 있다. 제2 화소 정의막(182)에 의해 생성된 개구부(OP2)는 제1 화소 정의막(181)에 의해 생성된 개구부(OP1) 보다 작을 수 있다.
제2 화소 정의막(182)은 제2 높이(h2)를 가지도록 형성될 수 있다.　여기서, 제2 높이(h2)는 1~2㎛일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
제2 화소 정의막(182)은 제2 높이(h2)에 의해 제2 화소 전극(171-2)의 가장자리와 공통 전극(173) 사이의 간격을 확보할 수 있다. 제2 화소 정의막(182)은 제2 화소 전극(171-2)의 가장자리와 공통 전극(173) 사이의 간격을 넓혀, 제2 화소 전극(171-2)의 가장자리 부분에서 전계가 집중되는 현상을 방지할 수 있다. 즉, 제2 화소 정의막(182)은 제2 화소 전극(171-2)과 공통 전극(173)의 단락을 방지하는 기능을 제공할 수 있다.
제2 화소 정의막(182)은 아크릴 수지(acryl resin), 에폭시 수지(epoxy resin), 페놀 수지(phenolic resin), 폴리아미드 수지(polyamide resin), 폴리이미드 수지(polyimide resin) 등의 유기막으로 형성될 수 있다.
제2 화소 전극(171-2) 상에는 발광층(172)이 형성된다. 발광층(172)은 제2 화소 전극(171-2) 및 제2 화소 정의막(182) 상에 배치될 수 있다. 발광층(172)은 제2 화소 전극(171-2) 중 제2 화소 정의막(182)의 개구부(OP1)를 통해 노출되는 영역 상에 배치될 수 있다. 즉, 발광층(172)은 제2 화소 정의막(182)의 개구부(OP2)와 중첩될 수 있다. 발광층(172)은 일 실시예로, 제2 화소 정의막(182)의 개구부(OP2)의 적어도 일부를 덮을 수 있다.
발광층(172)은 일 실시예로 적색(red) 광, 녹색(green) 광 및 청색(blue) 광 중 하나를 발광할 수 있다. 적색 광의 파장은 약 620nm 내지 750nm일 수 있으며, 녹색 광의 파장은 약 495nm 내지 570nm일 수 있다. 또한, 청색 광의 파장은 약 450nm 내지 495nm일 수 있다.
다른 실시예로, 발광층(172)은 백색(white)을 발광할 수 있다. 발광층(172)이 백색을 발광하는 경우, 발광층(172)은 일 실시예로, 적색 발광층, 녹색 발광층 및 청색 발광층이 적층된 형태를 가질 수 있다. 또한, 적색, 녹색 및 청색을 표시하기 위한 별도의 컬러 필터(Color Filter)를 더 포함할 수 있다.
도면에는 도시하지 않았으나, 발광층(172)은 정공 수송층(hole transporting layer), 유기 발광층(organic light emitting layer), 및 전자 수송층(electron transporting layer) 등을 포함하는 다층 구조일 수도 있다.
제2 화소 정의막(182)과 공통 전극(173) 사이에 스페이서(SPC)가 더 배치될 수 있다. 스페이서(SPC)의 일면은 제2 화소 정의막(182)과 접촉하고, 스페이서(SPC)의 타면은 공통 전극(173)에 접촉할 수 있다. 스페이서(SPC)는 제2 화소 정의막(182)과 공통 전극(173) 사이의 간격을 유지할 수 있다. 스페이서(SPC)는 유기 물질, 또는 무기 물질 등으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 스페이서(SPC)는 포토레지스트, 폴리아크릴계 수지, 폴리이미드계 수지, 아크릴계 수지 등의 유기물질로 이루어질 수 있다. 다른 변형예에서, 스페이서(SPC)는 포함되지 않을 수 있다.
공통 전극(173)은 발광층(172) 및 제2 화소 정의막(182) 상에 배치될 수 있다. 공통 전극(173)은 일 실시예로 발광층(172) 및 제2 화소 정의막(182) 상에 전면적으로 형성될 수 있다. 공통 전극(173)은 모든 발광 소자(LEL)에 공통적으로 형성되는 공통층일 수 있다. 공통 전극(173)은 일 실시예로 캐소드(cathode) 전극일 수 있다. 공통 전극(173)은 일 실시예로 Li. Ca, Lif/Ca, LiF/Al, Al, Ag, Mg로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 공통 전극(173)은 일함수가 낮은 금속 박막으로 이루어질 수 있다. 공통 전극(173)은 일 실시예로 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ZnO(Zinc Oxide), In2O3(Indiu, Oxide), (IGO, Indium Gallium Oxide) 및 AZO(Aluminum Zinc Oxide)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 투명 또는 반투명 전극일 수 있다.
상부 발광 구조에서 공통 전극(173)은 광을 투과시킬 수 있는 ITO(Induim Tin Oxide) 및 IZO(Induim Zinc Oxide)와 같은 투명한 도전성 산화물(TCO, Transparent Conductive Oxide), 또는 마그네슘(Mg), 은(Ag), 또는 마그네슘(Mg)과 은(Ag)의 합금과 같은 반투과 금속물질(Semi-transmissive Conductive Material)로 형성될 수 있다. 공통 전극(173)이 반투과 금속물질로 형성되는 경우, 마이크로 캐비티(micro cavity)에 의해 출광 효율이 높아질 수 있다.
공통 전극(173) 상에는 봉지층(TFEL)이 배치될 수 있다. 봉지층(TFEL)은 공통 전극(173) 상에 배치된다. 봉지층(TFEL)은 발광층(172)과 공통 전극 (173)에 산소 또는 수분이 침투되는 것을 방지하기 위해 적어도 하나의 무기막을 포함할 수 있다. 또한, 봉지층(TFEL)은 먼지와 같은 이물질로부터 발광 소자층(EML)을 보호하기 위해 적어도 하나의 유기막을 포함할 수 있다. 예를 들어, 봉지층(TFEL)은 공통 전극(173) 상에 배치된 제1 무기막(TFE1), 제1 무기막(TFE1) 상에 배치된 유기막(TFE2), 유기막(TFE2) 상에 배치된 제2 무기막(TFE3)을 포함할 수 있다. 제1 무기막(TFE1)과 제2 무기막(TFE3)은 실리콘 나이트라이드층, 실리콘 옥시 나이트라이드층, 실리콘 옥사이드층, 티타늄옥사이드층, 또는 알루미늄옥사이드층으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 유기막은 아크릴 수지(acryl resin), 에폭시 수지(epoxy resin), 페놀 수지(phenolic resin), 폴리아미드 수지(polyamide resin), 폴리이미드 수지(polyimide resin) 등으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
박막 봉지층(TFEL) 상에는 제2 버퍼막(미도시)이 형성된다. 제2 버퍼막(미도시)은 교번하여 적층된 복수의 무기막들로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제2 버퍼막(미도시)은 실리콘 나이트라이드층, 실리콘 옥시 나이트라이드층, 실리콘 옥사이드층, 티타늄옥사이드층, 및 알루미늄옥사이드층 중 하나 이상의 무기막이 교번하여 적층된 다중막으로 형성될 수 있다. 제2 버퍼막(미도시)은 생략될 수 있다.
봉지층(TFEL) 상에는 캐핑층(CPL)이 형성될 수 있다.
캐핑층(CPL)은 봉지층(TFEL) 전체를 덮도록 형성될 수 있다. 캐핑층(CPL)은 고굴절률을 갖는 유기물질로 이루어질 수 있으며, 표면 플라즈마 공진(surface plasma resonance)에 의해 캐핑층(CPL)을 따라 이동하는 빛의 파장이 증폭되고 이로 인해 피크(peak)의 세기(intensity)가 증가하여, 전면발광 방식의 표시장치에서의 광추출 효율을 향상시킨다. 몇몇 실시예에서, 캐핑층(CPL)은 생략될 수도 있다.
캐핑층(CPL) 상에 복수의 마이크로 렌즈(MLA) 및 전반사 패턴(190)이 형성될 수 있다.
복수의 마이크로 렌즈(MLA)는 서로 이격되어 형성될 수 있다. 마이크로 렌즈(MLA) 둘레에 전반사 패턴(190)이 형성된다. 전반사 패턴(190)은 평면상에 마이크로 렌즈(MLA)를 둘러싸도록 배치할 수 있다. 표시장치(1)의 단면에서 마이크로 렌즈(MLA)와 전반사 패턴(190)이 서로 교번적으로 배치될 수 있다. 복수의 마이크로 렌즈(MLA) 각각은 발광층(172)과 중첩할 수 있다.
복수의 마이크로 렌즈(MLA) 각각은 캐핑층(CPL) 상면 또는 박막 봉지층(TFEL)의 상면으로부터 볼록하게 돌출된 볼록 렌즈 형상을 가질 수 있다. 즉, 복수의 마이크로 렌즈(MLA) 각각은 평면에서 봤을 때 원 형상을 가질 수 있다. 즉, 복수의 마이크로 렌즈(MLA) 각각은 반구형으로 돌출된 형상을 가질 수 있다. 그러나, 마이크로 렌즈들(MLA)의 형상은 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 복수의 마이크로 렌즈(MLA) 각각은 평면 상에서 다각형 또는 타원형의 형상을 가질 수 있다. 또한, 복수의 마이크로 렌즈(MLA) 각각은 대칭 또는 비대칭 구조를 가질 수 있다. 또한, 도 3에서 복수의 마이크로 렌즈(MLA) 각각은 서로 동일한 사이즈를 갖는 것으로 도시되었다. 그러나, 다른 일 예로 복수의 마이크로 렌즈(MLA) 각각은 서로 다른 사이즈를 가질 수 있다.
복수의 마이크로 렌즈(MLA) 각각은 아크릴 수지 등으로 이루어질 수 있고, 포토(Photo) 공정 또는 인프린팅(Inprinting) 공정을 통해 박막 봉지층(TFEL) 상에 형성될 수 있다.
복수의 마이크로 렌즈(MLA)를 표시패널(DP) 상에 직접적으로 형성됨으로써, 복수의 마이크로 렌즈(MLA) 각각의 사이즈를 화소 사이즈로 감소시킬 수 있다. 또한, 마이크로 렌즈(MLA) 사이즈가 감소함에 따라 마이크로 렌즈(MLA)와 초점면 사이의 거리(즉, 초점 거리)가 감소한다. 본 발명의 일 예로 마이크로 렌즈(MLA)와 초점 거리는 10㎛~30㎛일 수 있다. 여기서, 마이크로 렌즈(MLA)와 발광층(172) 사이의 거리(hD)는 5㎛~10㎛일 수 있다.
표시패널(DP)의 각 화소 영역(PA)은 발광 영역(PXA) 및 비발광 영역(NPXA)을 포함할 수 있다. 발광 영역(PXA)은 각 화소 영역(PA) 중 실제 광이 출력하는 발광층(172)이 배치된 영역이며, 비발광 영역(NPXA)은 발광 영역(PXA)에 인접하고 블랙 매트릭스와 같은 차광 물질이 배치된 차광 영역일 수 있다. 일 실시예에서, 발광 영역(PXA)은 제1 화소 정의막(171-1)에 의해 정의되는 개구부(OP1) 보다 더 넓게 형성될 수 있다.
복수의 마이크로 렌즈(MLA)는 복수의 화소 영역(PA)에 각각 대응하여 배치될 수 있다. 즉, 복수의 마이크로 렌즈(MLA) 각각은 대응하는 화소 영역(PA)의 발광 영역(PXA)에 중첩하도록 배치될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 마이크로 렌즈(MLA) 각각은 대응하는 화소 영역(PA) 중 발광 영역(PXA)에 대응하여 배치될 수 있다.
복수의 마이크로 렌즈(MLA) 각각은 대응하는 화소들(PX)에 포커싱되는 초점을 갖도록 설계될 수 있다. 본 발명의 일 예에 따른 복수의 마이크로 렌즈(MLA) 각각의 피치(P1)는 발광 영역(PXA)에 대응하는 크기를 가질 수 있다. 복수의 마이크로 렌즈(MLA) 각각의 피치(P1)는 마이크로 렌즈(MLA)의 직경에 대응하는 크기를 가질 수 있다. 마이크로 렌즈(MLA)는 약 10㎛이상의 직경을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 복수의 마이크로 렌즈(MLA) 각각의 피치(P1)는 개구부(OP1)보다 더 클 수 있다. 복수의 마이크로 렌즈(MLA) 각각의 피치(P1)는 발광 영역(PXA)의 크기에 대응할 수 있다.
또한, 마이크로 렌즈(MLA) 각각의 곡률 반경 및 높이 등을 조절하여 마이크로 렌즈(MLA) 각각의 초점을 대응하는 화소(PX)에 포커싱시킬 수 있다. 복수의 마이크로 렌즈(MLA) 각각은 0.05 내지 0.2의 곡률 바람직하게는 0.12 내지 0.2를 가질 수 있다. 마이크로 렌즈(MLA)는 두께(hM)는 2㎛ 내지 3.5㎛로 형성될 수 있다.
또한, 복수의 마이크로 렌즈(MLA) 각각은 대응하는 화소 영역(PA) 중 발광 영역(PXA)에 대응하여 배치될 수 있다. 따라서, 마이크로 렌즈(MLA) 각각이 비발광 영역(NPXA)까지 형성되면, 화소(PX)로부터 출력된 영상을 확대할 때 비발광 영역(NPXA)까지 확대되어 사용자의 눈에 비발광 영역(NPXA)이 시인되는 스크린 도어 효과(screen door effect)가 발생할 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 마이크로 렌즈(MLA)는 각각의 발광 영역(PXA)에 대응하여 배치되어, 비발광 영역(NPXA)이 확대되어 보이는 현상을 최소화할 수 있다.
전반사 패턴(190)은 캐핑층(CPL) 상면 또는 박막 봉지층(TFEL)의 상면에 형성한다. 전반사 패턴(190)은 화소 영역(PA)의 비발광 영역(NPXA)에 중첩하도록 배치될 수 있다. 전반사 패턴(190)은 발광층(172)으로부터 발광되는 광 중에서 상부 방향(Z축 방향)이 아닌 측면 방향으로 진행하는 광을 상부 방향(Z축 방향)으로 진행하도록 전반사시키는 층이다. 전반사 패턴(190)은 제2 화소 정의막(182)과 중첩하며, 발광 영역(PXA)과 중첩하지 않는다. 발광 영역(PXA) 내에 발광층(172)이 포함될 수 있다. 즉, 전반사 패턴(190)은 발광층(172)과 중첩하지 않는다.
전반사 패턴(190)은 마이크로 렌즈(MLA)와 접하는 면에 소정의 경사각을 갖는 경사면을 포함할 수 있다. 경사면의 테이퍼 각도(θ2) 즉 경사각은 70도 이상 90도 이하로 형성될 수 있다. 테이퍼 각도(θ2)는 전반사 패턴(190)의 경사면의 경사 각도로, 캐핑층(CPL)과 전반사 패턴(190)의 경사면이 이루는 각도를 가리킨다.
전반사 패턴(190)의 경사각은 제2 화소 전극(171-2)의 경사면의 경사각 보다 더 크다.
전반사 패턴(190)은 유기막으로 형성되거나 무기 입자를 포함하는 유기막으로 형성될 수 있다. 유기막은 아크릴 수지(acryl resin), 에폭시 수지(epoxy resin), 페놀 수지(phenolic resin), 폴리아미드 수지(polyamide resin), 폴리이미드 수지(polyimide resin)일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 무기 입자는 금속 파티클(particle)일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
전반사 패턴(190)의 두께(hp)가 두꺼울수록 발광층(172)의 광 중에서 전반사 패턴(190)의 경사면에서 전반사되어 상부 방향(Z축 방향)으로 진행하는 광의 비율이 높아질 수 있다. 그러므로, 화소(PX)의 광의 출광 효율을 높이기 위해서 전반사 패턴(190)의 두께(hp)는 1.5㎛ 이상 마이크로 렌즈의 두께(hM) 이하로 형성될 수 있다. 전반사 패턴(190)의 z 방향 상부와 마이크로 렌즈(MLA)의 z방향 상부와의 단차는 0.5㎛ 이상이고, 마이크로 렌즈(MLA)의 두께(hM)는 5㎛ 이하, 바람직하게는 3.5 ㎛ 이하이다. 따라서, 전반사 패턴(190)의 두께(hp)는 1.5㎛ 이상 4.5㎛ 이하, 바람직하게는 1.5㎛ 이상 3㎛ 이하로 형성되는 것이 바람직하다. 전반사 패턴(190)의 두께(hp)는 도 4를 기준으로, 하부 면에서 상부 면까지의 거리를 의미한다. 마이크로 렌즈(MLA)의 두께(hM)는 도 5를 기준으로, 하부 면에서 상부 면까지의 거리를 의미한다.
복수의 전반사 패턴(190)은 복수의 발광 소자층(EML)에서 출사되는 광 중 제2 화소 전극(171-2)의 측면으로 진행하는 광을 발광 소자층(EML) 상부로 진행시켜 발광 면적을 확대시킬 수 있다. 이에 대해서는, 도 6을 참조하여 후술하기로 한다.
도 6은 도 4의 A영역의 확대도이다.
도 6을 참조하면, 발광층(172)에서 발광되는 광은 발광층(172) 상부로 진행하는 제1 광(L1)과, 발광층(172) 측면으로 진행하는 제2 광(L2), 제3 광(L3) 및 제4 광(L4)을 포함할 수 있다. 설명의 편의상 발광층(172)으로부터 출광되어 상부로 진행하지 않고, 제1 화소 정의막(181) 또는 제2 화소 정의막(182) 측으로 진행하는 광을 측면광이라고 할 수 있다.
제1 광(L1)은 발광층(172) 상부로 진행하여 캐핑층(CPL)과 마이크로 렌즈(MLA)를 통과하여 마이크로 렌즈(MLA)의 상면으로 출광한다.
제2 광(L2)은 발광층(172) 측면으로 진행하여 제2 화소 전극(171-2)의 경사면(S1)에서 반사되어 마이크로 렌즈(MLA)를 통과하여 출광한다. 이를 위해 제2 화소 전극(171-2)의 경사면(S1)의 경사각도를 정의하는 제1 화소 정의막(181)까지의 높이(h1)는 발광층(172)까지의 높이(hL) 보다 높게 형성될 수 있다. 여기서, 제1 화소 정의막(181)까지의 높이(h1)는 화소 정의막(181) 보다 하부에 위치하는 일 기준면 예를 들어 평탄화막(160)의 일면에서 제1 화소 정의막(181)의 상면까지의 높이(hL)를 의미하고, 발광층(172)까지의 높이(hL)는 평탄화막(160)의 일면에서 발광층(172)의 상면까지의 높이(hL)를 의미한다.
제3 광(L3)은 캐핑층(CPL)과 마이크로 렌즈(MLA)의 계면에서 제1 출광 각도(θ11)로 출광되어 전반사 패턴(190)에서 제1 출광 각도(θ12)로 전반사되는 광이다. 발광층(172)의 측면광은 캐핑층(CPL)과 마이크로 렌즈(MLA) 간의 굴절률 차이에 의해 캐핑층(CPL)과 마이크로 렌즈(MLA) 계면에서 굴절될 수 있다. 이로 인해, 제1 출광 각도(θ11)는 캐핑층(CPL)과 마이크로 렌즈(MLA)의 계면에서 상부 방향으로 수직으로 그은 법선(VL)과 제1 광(L1)이 이루는 각도를 가리킨다.
제4 광(L4)은 발광층(172) 측면으로 진행하여 제2 화소 전극(171-2)의 경사면(S1)에서 1차 반사된다. 1차 반사된 광은 제2 화소 정의막(182), 캐핑층(CPL)과 마이크로 렌즈(MLA)를 지나 전반사 패턴(190)의 경사면(S2)에서 2차 반사되어 마이크로 렌즈(MLA)를 통과하여 출광한다.
캐핑층(CPL)과 마이크로 렌즈(MLA) 계면에서 굴절되어 전반사 패턴(190)으로 진행되는 광을 전반사하기 위하여, 전반사 패턴(190)의 굴절률은 마이크로 렌즈(MLA)의 굴절률보다 작다. 여기서, 전반사 패턴(190)과 마이크로 렌즈(MLA) 사이의 굴절률 차이는 0.05 이상 0.3 이하일 수 있다. 마이크로 렌즈(MLA)의 굴절률은 전반사 패턴(190)의 굴절률보다 크고 캐핑층(CPL)의 굴절률보다 작거나 같다. 일 실시예에서, 마이크로 렌즈(MLA)의 곡률은 0.12이고, 마이크로 렌즈(MLA)의 직경은 10㎛이고 전반사 패턴(190)의 경사각은 70°이며, 제2 화소 전극(171-2)의 측면의 경사각은 30°이고, 마이크로 렌즈(MLA)의 굴절률은 1.64이고, 전반사 패턴(190)의 굴절률은 1.53이며, 전반사 패턴(190)과 마이크로 렌즈(MLA) 사이의 굴절률 차이는 0.11일 수 있다. 여기서 유효광은 0~40°일 수 있다.
도 7a와 도 7b는 도 5의 또 다른 실시예에 따른 표시 패널의 하나의 화소를 나타내는 평면도이다.
도 7a를 참조하면, 화소 전극(1171)은 제1 화소 전극(1171-1)과 제2 화소 전극(1171-2)을 포함한다.
제1 화소 전극(1171-1)은 평탄화막(160) 상에 형성되고, 콘택홀(CH)을 통해 박막 트랜지스터(TFT)의 드레인 전극(D)에 연결될 수 있다.
제2 화소 전극(1171-2)은 제1 화소 전극(1171-1) 및 제1 화소 정의막(181a) 상에 형성될 수 있다. 제2 화소 전극(1171-2)은 제1 화소 정의막(181a)의 경사면에 배치될 수 있다. 제2 화소 전극(1171-2)은 제1 화소 정의막(181a) 상에 형성되지 않는다. 제2 화소 전극(1171-2)은 후술되는 전반사 패턴(190)과 중첩하지 않도록 형성될 수 있다.
도 7b를 참조하면, 화소 전극(2171)은 제1 화소 전극(2171-1)과 제2 화소 전극(2171-2)을 포함한다.
제1 화소 전극(2171-1)은 평탄화막(160) 상에 형성되고, 콘택홀(CH)을 통해 박막 트랜지스터(TFT)의 드레인 전극(D)에 연결될 수 있다.
제2 화소 전극(2171-2)은 제1 화소 전극(2171-1) 및 제1 화소 정의막(181a) 상에 형성될 수 있다. 제2 화소 전극(2171-2)은 제1 화소 정의막(181a)의 경사면 및 제1 화소 정의막(181a)의 상부에 배치될 수 있다. 제2 화소 전극(2171-2)은 전반사 패턴(190)과 중첩하지 않도록 형성될 수 있다.
도 7a 및 도 7b와 같이 제2 화소 전극(1171-2, 2171-2)이 전반사 패턴(190)과 중첩하지 않는 경우, 제1 화소 정의막(181a)은 아크릴 수지(acryl resin), 에폭시 수지(epoxy resin), 페놀 수지(phenolic resin), 폴리아미드 수지(polyamide resin), 폴리이미드 수지(polyimide resin) 등의 유기막으로 형성될 수 있다. 제1 화소 정의막(181a)은 제2 화소 정의막(182)과 동일한 재료로 형성될 수 있다.
그 밖의 구성에 대한 설명은 동일한 식별부호를 갖는 도 4 및 5의 표시 패널의 구성요소에 대한 설명과 실질적으로 동일하므로 생략한다.
도 8은 도 3의 다른 실시예에 따른 표시 장치의 일부를 상세히 나타낸 단면도이고, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 패널의 하나의 화소를 나타내는 평면도이며, 도 10은 도 9의 또 다른 실시예에 따른 표시 패널의 하나의 화소를 나타내는 평면도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 표시장치(2)는 기판(SUB), 박막 트랜지스터층(TFTL), 발광 소자층(EML), 박막 봉지층(TFEL) 및 마이크로 렌즈 어레이층(MLAL)을 포함할 수 있다.
발광 소자층(EML)은 발광 소자(LEL)들과 화소 정의막(180)을 포함할 수 있다. 발광 소자(LEL)들 각각은 화소 전극(171), 발광층(172) 및 공통 전극(173)을 포함한다. 공통 전극(173)은 복수의 발광 소자(LEL)들에 공통적으로 연결될 수 있다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 화소 전극(171)은 제1 화소 전극(171-1)과 제2 화소 전극(171-2)을 포함한다.
화소 정의막(180)은 제1 화소 정의막(181) 및 제2 화소 정의막(182)을 포함할 수 있다.
제1 화소 정의막(181)은 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 차광성을 가질 수 있는 불투명한 물질을 포함할 수 있다. 또한, 도 9의 제1 화소 정의막(181)은 도 5를 참조하여 설명한 바와 같이, 아크릴 수지(acryl resin), 에폭시 수지(epoxy resin), 페놀 수지(phenolic resin), 폴리아미드 수지(polyamide resin), 폴리이미드 수지(polyimide resin) 등의 유기막으로 형성될 수 있다. 제1 화소 정의막(181)은 제2 화소 정의막(182)과 동일한 재료로 형성될 수 있다.
다시 도 8 내지 도 9를 참조하면, 박막 봉지층(TFEL)과 마이크로 렌즈 어레이층(MLAL) 사이에 캐핑층(CPL)을 더 포함할 수 있다.
마이크로 렌즈 어레이층(MLAL)은 복수의 마이크로 렌즈(MLA), 전반사 패턴(290) 및 차광 패턴(295)을 포함할 수 있다.
캐핑층(CPL) 상에 복수의 마이크로 렌즈(MLA) 및 전반사 패턴(290)이 형성될 수 있다. 캐핑층(CPL)과 전반사 패턴(290) 사이에 차광 패턴(295)이 형성될 수 있다.
차광 패턴(295)은 광을 차단할 수 있는 감광성 수지로 형성될 수 있다. 예를 들어, 차광 패턴(295)은 카본 블랙 등의 무기 흑색 안료나 유기 흑색 안료(organic black pigment)를 포함할 수 있다. 차광 패턴(295)은 전반사 패턴(290)보다 광 투과율이 낮을 수 있다. 차광 패턴(295)의 광 투과율은 60% 이하일 수 있다. 따라서, 제2 화소 전극(171-2)에서 반사되지 않은 일부 광이 차광 패턴(295)으로 진행하더라도 차광 패턴(295)을 투과하지 못하고 다시 반사될 수 있다. 이로써 차광 패턴(295)은 인접한 발광 영역 간의 혼색을 방지할 수 있다.
복수의 마이크로 렌즈(MLA)는 서로 이격되어 형성될 수 있다. 마이크로 렌즈(MLA)에 이웃하게 전반사 패턴(290)이 형성된다. 전반사 패턴(290)은 평면상에 마이크로 렌즈(MLA)를 둘러싸도록 배치할 수 있다. 표시장치(2)의 단면에서 마이크로 렌즈(MLA)와 전반사 패턴(290)이 서로 교번적으로 배치될 수 있다. 복수의 마이크로 렌즈(MLA) 각각은 발광층(172)과 중첩할 수 있다.
복수의 마이크로 렌즈(MLA) 각각은 캐핑층(CPL) 상면 또는 박막 봉지층(TFEL)의 상면으로부터 볼록하게 돌출된 볼록 렌즈 형상을 가질 수 있다. 즉, 복수의 마이크로 렌즈(MLA) 각각은 평면에서 봤을 때 원 형상을 가질 수 있다. 즉, 복수의 마이크로 렌즈(MLA) 각각은 반구형으로 돌출된 형상을 가질 수 있다. 그러나, 마이크로 렌즈(MLA)의 형상은 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 복수의 마이크로 렌즈(MLA) 각각은 평면 상에서 다각형 또는 타원형의 형상을 가질 수 있다. 또한, 복수의 마이크로 렌즈(MLA) 각각은 대칭 또는 비대칭 구조를 가질 수 있다. 또한, 도 8에서 복수의 마이크로 렌즈(MLA) 각각은 서로 동일한 사이즈를 갖는 것으로 도시되었다. 그러나, 다른 일 예로 복수의 마이크로 렌즈(MLA) 각각은 서로 다른 사이즈를 가질 수 있다.
복수의 마이크로 렌즈(MLA) 각각은 아크릴 수지 등으로 이루어질 수 있고, 포토(Photo) 공정 또는 인프린팅(Inprinting) 공정을 통해 박막 봉지층(TFEL) 상에 형성될 수 있다.
표시패널(DP)의 각 화소 영역(PA)은 발광 영역(PXA) 및 비발광 영역(NPXA)을 포함할 수 있다. 발광 영역(PXA)은 각 화소 영역(PA) 중 실제 광이 출력하는 발광층(172)이 배치된 영역이며, 비발광 영역(NPXA)은 발광 영역(PXA)에 인접하고 차광 패턴(295)이 배치된 영역일 수 있다. 일 실시예에서, 발광 영역(PXA)은 제1 화소 정의막(171-1)에 의해 정의되는 개구부(OP1) 보다 더 넓게 형성될 수 있다.
복수의 마이크로 렌즈(MLA)는 복수의 화소 영역(PA)에 각각 대응하여 배치될 수 있다. 즉, 복수의 마이크로 렌즈(MLA) 각각은 대응하는 화소 영역(PA)의 발광 영역(PXA)에 중첩하도록 배치될 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 복수의 마이크로 렌즈(MLA) 각각은 대응하는 화소 영역(PA) 중 발광 영역(PXA)에 대응하여 배치될 수 있다.
복수의 마이크로 렌즈(MLA) 각각은 대응하는 화소들(PX)에 포커싱되는 초점을 갖도록 설계될 수 있다. 본 발명의 일 예에 따른 복수의 마이크로 렌즈(MLA) 각각의 피치(P1)는 발광 영역(PXA)에 대응하는 크기를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 복수의 마이크로 렌즈(MLA) 각각의 피치(P1)는 개구부(OP1)보다 더 클 수 있다. 복수의 마이크로 렌즈(MLA) 각각의 피치(P1)는 발광 영역(PXA)의 크기에 대응할 수 있다.
또한, 마이크로 렌즈(MLA) 각각의 곡률 반경 및 높이 등을 조절하여 마이크로 렌즈(MLA) 각각의 초점을 대응하는 화소(PX)에 포커싱시킬 수 있다. 복수의 마이크로 렌즈(MLA) 각각은 0.05 내지 0.2의 곡률 바람직하게는 0.12 내지 0.2를 가질 수 있다. 마이크로 렌즈(MLA)는 두께(hM)는 2㎛ 내지 3.5㎛로 형성될 수 있다.
또한, 복수의 마이크로 렌즈(MLA) 각각은 대응하는 화소 영역(PA) 중 발광 영역(PXA)에 대응하여 배치될 수 있다. 따라서, 마이크로 렌즈(MLA) 각각이 비발광 영역(NPXA)까지 형성되면, 화소(PX)로부터 출력된 영상을 확대할 때 비발광 영역(NPXA)까지 확대되어 사용자의 눈에 비발광 영역(NPXA)이 시인되는 스크린 도어 효과(screen door effect)가 발생할 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 마이크로 렌즈(MLA)는 각각의 발광 영역(PXA)에 대응하여 배치되어, 비발광 영역(NPXA)이 확대되어 보이는 현상을 최소화할 수 있다.
전반사 패턴(290)은 캐핑층(CPL) 상면 또는 박막 봉지층(TFEL)의 상면에 형성한다. 전반사 패턴(290)은 화소 영역(PA)의 비발광 영역(NPXA)에 중첩하도록 배치될 수 있다. 전반사 패턴(290)은 발광층(172)으로부터 발광되는 광 중에서 상부 방향(Z축 방향)이 아닌 측면 방향으로 진행하는 광을 상부 방향(Z축 방향)으로 진행하도록 전반사시키는 층이다. 전반사 패턴(290)은 제2 화소 정의막(182)과 중첩하며, 발광 영역(PXA)과 중첩하지 않는다. 발광 영역(PXA) 내에 발광층(172)이 포함될 수 있다. 즉, 전반사 패턴(290)은 발광층(172)과 중첩하지 않는다.
전반사 패턴(290)은 마이크로 렌즈(MLA)와 접하는 면에 소정의 경사각을 갖는 경사면을 포함할 수 있다. 경사면의 테이퍼 각도(θ2)는 70도 이상 90도 이하로 형성될 수 있다. 테이퍼 각도(θ2)는 전반사 패턴(290)의 경사면의 경사 각도로, 캐핑층(CPL)과 전반사 패턴(290)의 경사면이 이루는 각도를 가리킨다.
전반사 패턴(290)은 유기막으로 형성되거나 무기 입자를 포함하는 유기막으로 형성될 수 있다. 유기막은 아크릴 수지(acryl resin), 에폭시 수지(epoxy resin), 페놀 수지(phenolic resin), 폴리아미드 수지(polyamide resin), 폴리이미드 수지(polyimide resin)일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 무기 입자는 금속 파티클(particle)일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
전반사 패턴(290)의 두께(hp)가 두꺼울수록 발광층(172)의 광 중에서 전반사 패턴(290)의 경사면에서 전반사되어 상부 방향(Z축 방향)으로 진행하는 광의 비율이 높아질 수 있다. 그러므로, 화소(PX)의 광의 출광 효율을 높이기 위해서 전반사 패턴(290)의 두께(hp)는 1.5㎛ 이상 마이크로 렌즈의 두께(hM) 이하로 형성될 수 있다. 전반사 패턴(290)과 마이크로 렌즈(MLA)의 z방향의 단차는 0.5㎛ 이상이고, 마이크로 렌즈(MLA)의 두께(hM)는 5㎛ 이하, 바람직하게는 3.5 ㎛ 이하이다. 따라서, 전반사 패턴(290)의 두께(hp)는 1.5㎛ 이상 4.5㎛ 이하, 바람직하게는 1.5㎛ 이상 3㎛ 이하로 형성되는 것이 바람직하다. 전반사 패턴(290)의 두께(hp)는 도 5를 기준으로, 하부 면에서 상부 면까지의 거리를 의미한다. 마이크로 렌즈(MLA)의 두께(hM)는 도 9를 기준으로, 하부 면에서 상부 면까지의 거리를 의미한다.
복수의 전반사 패턴(290)은 복수의 발광 소자층(EML)에서 출사되는 광 중 제2 화소 전극(171-2)의 측면으로 진행하는 광을 발광 소자층(EML) 상부로 진행시켜 발광 면적을 확대시킬 수 있다. 이에 대해서는, 도 11을 참조하여 후술하기로 한다.
그 밖의 구성에 대한 설명은 동일한 식별부호를 갖는 도 3, 4, 5의 표시 장치의 구성요소에 대한 설명과 실질적으로 동일하므로 생략한다.
도 11은 도 9의 B영역의 확대도이다.
도 11은 참조하면, 도 6을 참조하여 설명한 바와 같이, 발광층(172)의 측면광을 제2 화소 전극과 전반사 패턴(290)을 통해 전반사시켜 발광 영역(도 8의 PXA)을 개구부(OP1) 보다 더 확장시킬 수 있다. 반면, 종래의 경우, 발광 영역은 개구부와 동일한 크기를 가질 수 있다.
도 12는 도 10의 또 다른 실시예에 따른 표시 패널의 하나의 화소를 나타내는 평면도이다.
도 12를 참조하면, 제2 화소 전극(1171-2)은 제1 화소 전극(1171-1)과 대응하는 크기를 가질 수 있다. 제2 화소 전극(1171-2)은 전반사 패턴(290)과 중첩하지 않을 수 있다. 제2 화소 전극(1171-2)이 전반사 패턴(290)과 중첩하지 않는 경우, 제1 화소 정의막(181a)은 투명한 물질로 형성될 수 있다. 따라서, 제1 화소 정의막(181a)은 아크릴 수지(acryl resin), 에폭시 수지(epoxy resin), 페놀 수지(phenolic resin), 폴리아미드 수지(polyamide resin), 폴리이미드 수지(polyimide resin) 등의 유기막으로 형성될 수 있다. 제1 화소 정의막(181a)은 제2 화소 정의막(182)과 동일한 재료로 형성될 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 평면도이고, 도 14는 도 13에 도시된 ±영역의 화소들과 마이크로 렌즈들의 배치 관계를 나타낸 평면도이며, 도 15는 도 14에 도시된 마이크로 렌즈 어레이층(MLAL)을 통과한 후의 확대된 영상을 나타낸 도면이다.
도 13를 참조하면, 표시장치는 복수개의 화소 그룹들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수개의 화소 그룹들은 제1 화소 그룹들(PG1) 및 제2 화소 그룹들(PG2)을 포함할 수 있다. 제1 화소 그룹들(PG1)과 제2 화소 그룹들(PG2)은 제1 방향(Y 방향)을 따라 서로 교대로 반복하여 배열될 수 있다.
제1 화소 그룹들(PG1)은 복수의 제1 화소들(PX1)을 포함할 수 있다. 복수의 제1 화소들(PX1)은 제2 방향(X 방향)을 따라 배열될 수 있다. 제2 화소 그룹들(PG2)은 복수의 제2 화소들(PX2) 및 복수의 제3 화소들(PX3)을 포함할 수 있다. 제2 화소들(PX2) 및 제3 화소들(PX3)은 서로 교대로 반복되며 제2 방향(X 방향)을 따라 배열될 수 있다. 제1 내지 제3 화소들(PX1, PX2, PX3) 사이에는 비화소 영역(NPA)이 정의될 수 있다.
도 13에 도시한 제1 내지 제3 화소들(PX1, PX2, PX3)의 배열 구조는 하나의 예시로 도시한 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 예컨대, 본 발명의 다른 실시예로 제1 화소(PX1), 제2 화소(PX2), 및 제3 화소(PX3)가 제2 방향(X 방향)을 따라 번갈아 배치되는 스트라이프 형태로 배열될 수도 있다. 또한, 제1 내지 제3 화소들(PX1, PX2, PX3) 각각이 사각 형상을 갖는 것을 예시적으로 도시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니고, 제1 내지 제3 화소들(PX1, PX2, PX3) 각각의 형상은 다각형, 원형, 타원형 등으로 다양하게 변형될 수 있다. 다른 일 예로, 제1 내지 제3 화소(PX1, PX2, PX3)의 형상은 서로 상이할 수 있다. 즉, 제1 화소(PX1)는 원 형상을 갖고, 제2 및 제3 화소(PX2, PX3)는 사각 형상을 가질 수 있다.
또한, 도 13에서는 제1 화소들(PX1)의 사이즈가 제2 화소들(PX2) 및 제3 화소들(PX3)의 사이즈보다 작은 것을 예시적으로 도시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예컨대, 본 발명의 다른 실시예에서 제1 내지 제3 화소들(PX1, PX2, PX3)은 서로 동일한 사이즈를 가질 수도 있다.
본 발명의 일 예로, 제1 화소들(PX1)은 녹색의 화소이고, 제2 화소들(PX2)은 청색의 화소이고, 제3 화소들(PX3)은 적색의 화소일 수 있다. 하지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 표시장치가 5 시점 영상을 제공할 수 있도록 구성된 마이크로 렌즈 어레이층(MLA1)을 포함한다.
마이크로 렌즈 어레이층(MLA1)은 제1 화소 그룹(PG1)에 대응하여 배치된 제1 마이크로 렌즈 그룹(LG1) 및 제2 화소 그룹(PG2)에 대응하여 배치된 제2 마이크로 렌즈 그룹(LG2)을 포함한다. 제1 마이크로 렌즈 그룹(LG1)은 제1 화소들(PX1)에 각각 대응하여 배치되는 제1 마이크로 렌즈들(LS1)을 포함하고, 제2 마이크로 렌즈 그룹(LG2)은 제2 화소들(PX2)에 각각 대응하여 배치되는 제2 마이크로 렌즈들(LS2) 및 제3 화소들(PX3)에 각각 대응하여 배치되는 제3 마이크로 렌즈들(LS3)을 포함한다.
제1 및 제2 마이크로 렌즈 그룹들(LG1, LG2)은 제1 방향(Y 방향)으로 서로 교대로 반복되어 배치되고, 제2 마이크로 렌즈들(LS2) 및 제3 마이크로 렌즈들(LS3)은 제2 방향(X 방향)으로 서로 교대로 반복되어 배치된다. 제1 내지 제3 마이크로 렌즈들(LS1~LS3) 각각은 평면에서 봤을 때 원 형상을 가질 수 있다.
도 14에서는 제1 내지 제3 마이크로 렌즈(LS1~LS3)의 사이즈가 서로 동일한 것을 예시적으로 도시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예컨대, 제1 마이크로 렌즈(LS1)의 사이즈는 제2 및 제3 마이크로 렌즈(LS2, LS3)의 사이즈보다 작을 수 있다. 즉, 마이크로 렌즈들(LS1~LS3) 각각은 대응하는 화소의 사이즈에 따라 다른 사이즈를 가질 수 있다.
제1 내지 제3 마이크로 렌즈(LS1~LS3)의 사이즈가 서로 동일한 경우, 제1 마이크로 렌즈(LS1)를 둘러싸는 전반사 패턴(LCP)의 크기, 제2 마이크로 렌즈(LS2)를 둘러싸는 전반사 패턴(LCP)의 크기 및 제3 마이크로 렌즈(LS3)를 둘러싸는 전반사 패턴(LCP)의 크기는 동일할 수 있다. 또는 제1 내지 제3 마이크로 렌즈(LS1~LS3)의 사이즈가 서로 상이한 경우, 제1 마이크로 렌즈(LS1)를 둘러싸는 전반사 패턴(LCP)의 크기, 제2 마이크로 렌즈(LS2)를 둘러싸는 전반사 패턴(LCP)의 크기 및 제3 마이크로 렌즈(LS3)를 둘러싸는 전반사 패턴(LCP)의 크기는 서로 상이할 수 있다. 즉, 전반사 패턴(LCP) 각각은 대응하는 마이크로 렌즈들(LS1~LS3)의 사이즈에 따라 다른 사이즈를 가질 수 있다.
도 15를 참조하면, 마이크로 렌즈 어레이층(MLA1)은 대응하는 화소로부터 출력된 영상을 확대한다. 이 경우, 마이크로 렌즈 어레이층(MLA1)의 각 마이크로 렌즈(LS1~LS3)는 화소 영역(PA)에 대응하여 배치될 수 있다. 이 경우, 화소 영역(PA)이 마이크로 렌즈(LS1~LS3)에 의해 확대되고, 비화소 영역(NPA)은 다시점층(MLA1)에 의해 확대되지 않는다. 따라서, 비화소 영역(NPA)이 확대되어 사용자에게 시인되는 것을 방지할 수 있다.
마이크로 렌즈 어레이층(MLA1)의 마이크로 렌즈들(LS1~LS3)은 5 시점 영상을 제공하기 위해 복수의 시점 유닛(VU5)으로 그룹핑될 수 있다. 각 시점 유닛(VU5)은 5개의 마이크로 렌즈(RLS, PLS1~PLS4)를 포함한다. 본 발명의 일 예로, 각 시점 유닛(VU5)은 기준 화소(RPX)에 대응하는 기준 마이크로 렌즈(RLS) 및 기준 화소(RPX)의 주변 화소(PPX1~PPX4)에 대응하는 주변 마이크로 렌즈(PLS1~PLS4)를 포함한다. 예컨대, 기준 화소(RPX)는 제1 화소(PX1)이고, 주변 화소(PPX1~PPX4)는 제1 화소(PX1)의 주변에 배치된 두 개의 제2 화소(PX2) 및 두 개의 제3 화소(PX3)를 포함할 수 있다. 설명의 편의를 위해 4개의 주변 화소를 제1 내지 제4 주변 화소(PPX1~PPX4)로 지칭하고, 4개의 주변 마이크로 렌즈를 제1 내지 제4 주변 마이크로 렌즈(PLS1~PLS4)로 지칭한다.
기준 화소(RPX)의 중점(C1)은 기준 마이크로 렌즈(RLS)의 중점(C1)과 일치할 수 있다. 기준 마이크로 렌즈(RLS)의 중점(C1)을 기준으로 제1 내지 제4 주변 마이크로 렌즈(PLS1~PLS4) 각각의 중점(C2)은 제1 간격(d5)으로 이격될 수 있다. 기준 화소(RPX)의 중점(C1)을 기준으로 제1 내지 제4 주변 화소(PPX1~PPX4) 각각의 중점(C3)은 제2 간격(d6)으로 이격될 수 있다. 여기서, 제2 간격(d6)은 제1 간격(d5)보다 클 수 있다. 즉, 제1 내지 제4 주변 화소(PPX1~PPX4) 각각의 중점(C3)은 제1 내지 제4 주변 마이크로 렌즈(PLS1~PLS4) 각각의 중점(C2)과 매칭되지 않는다. 따라서, 제1 내지 제4 주변 화소(PPX1~PPX4)로부터 출력된 영상들은 대응하는 주변 렌즈로부터 굴절되어 기준 화소(RPX)로부터 출력된 영상과 한 지점에 포커싱될 수 있다. 이에, 상기 시점 유닛(VU5)에 의해 5개의 시점 영상(VIM1~VIM5)을 표현할 수 있다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에서 외부 발광 효율의 증가를 설명하기 위한 도면이다.
여기서, 도 16은 전반사 패턴(190, 290) 및 제2 화소 전극(171-2, 1171-2)을 배치하지 않은 표시장치의 화소 PX2에 대한 발광 패턴의 일 예를 나타낸 것이며, 도 17은 전반사 패턴(190, 290) 및 제2 화소 전극(171-2, 1171-2)을 배치한 표시장치의 화소 PX2에 대한 발광 패턴의 일 예를 나타낸 것이다.
발광 패턴은 모두 마름모 형태로 도시하였으나, 발광 패턴은 화소부의 형상 및 크기에 대응하며 도 16 및 도 17에 도시된 것으로 제한되는 것은 아니다.
동일한 화소 PX2에 대한 발광 패턴을 도 16과 도 17을 참조하여 비교하면, 도 17에서의 발광 패턴(LA2-1)의 크기가 도 16에서의 발광 패턴(LA1-1)의 크기보다 증가한 것을 알 수 있다. 제1 화소(PX1)에 대응하는 발광 패턴(LA1-1)과, 제1 화소(PX1)와 이웃하는 제2 화소(PX2)에 대응하는 발광 패턴(LA1-2)의 각각의 중심 사이의 거리(DLA1)는 제1 화소(PX1)에 대응하는 발광 패턴(LA2-1)과, 제1 화소(PX1)와 이웃하는 제2 화소(PX2)에 대응하는 발광 패턴(LA2-2)의 각각의 중심 사이의 거리(DLA2)는 서로 같다. 반면, 제1 화소(PX1)에 대응하는 발광 패턴(LA2-1)과, 제1 화소(PX1)와 이웃하는 제2 화소(PX2)에 대응하는 발광 패턴(LA2-2) 사이의 최단 거리(DLAD2)는 제1 화소(PX1)에 대응하는 발광 패턴(LA1-1)과, 제1 화소(PX1)와 이웃하는 제2 화소(PX2)에 대응하는 발광 패턴(LA1-2) 사이의 최단 거리(DLAD1) 보다 짧다.
이는 곧 외부 발광 효율의 향상을 의미한다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 복수의 발광 소자(LEL)로부터 출사된 측면광을 전반사 시킴으로써, 외부 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에서 광 방출 프로파일을 설명하기 위한 도면이다.
도 18의 그래프에서 가로축은 표시장치의 입사광의 각도를 나타내고, 세로축은 상기 입사광의 각도에 따른 광량을 나타낸다.
도 18에서 a는 이상적인 광 방출 프로파일을 나타내고, b는 전반사 패턴(190, 290) 및 제2 화소 전극(171-2, 1171-2)을 배치하지 않은 표시장치의 광 방출 프로파일을 나타내고, c는 전반사 패턴(190, 290) 및 제2 화소 전극(171-2, 1171-2)을 배치한 표시장치의 광 방출 프로파일을 나타낸다.
도 18의 a,b,c를 참조하면, 일 실시예에 따른 전반사 패턴(190, 290) 및 제2 화소 전극(171-2, 1171-2)을 배치한 표시장치는 입사각이 20에서 40일 때 이상적인 광 방출 프로파일과 유사한 결과를 나타냄을 알 수 있다. 또한 일 실시예에 따른 전반사 패턴(190, 290) 및 제2 화소 전극(171-2, 1171-2)을 배치한 표시장치는 입사각이 15~70일 때 전반사 패턴(190, 290) 및 제2 화소 전극(171-2, 1171-2)을 배치하지 않은 표시장치와 비교하여 보다 이상적인 광 방출 프로파일과 더 유사한 결과를 나타냄을 알 수 있다.
도 19는 도 3에 도시한 표시 장치를 포함하는 헤드 마운트 표시 장치를 나타낸 단면도이다. 다만, 도 3 내지 도 18에서 설명한 내용과 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 3 및 도 19를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 마운트 표시 장치(10)는 제1 표시부(13) 및 렌즈부(12)를 포함할 수 있다. 도면에는 도시하지 않았으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 마운트 표시 장치는 카메라, 적외선 센서, 신호 처리부 및 사용자의 머리에 장착될 수 있는 형태의 프레임 등을 더 포함할 수 있다.
렌즈부(12)는 제1 표시부(13)로부터 광을 제공받을 수 있다. 렌즈부(12)는 일 실시예로 대상체와 사용자 사이에 배치될 수 있다. 렌즈부(12)는 일 실시예로 가상 현실을 구현하기 위해, 불투명 렌즈로 구성될 수 있다. 렌즈부(12)는 다른 실시예로 증강 현실을 구현하기 위해 투명 렌즈 또는 반투명 렌즈로 구성될 수 있다. 한편, 렌즈부(12)는 일 실시예로 볼록 렌즈일 수 있다.
제1 표시부(13)는 도 3에 도시된 표시장치와 같이, 전반사 패턴(190) 및 제2 화소 전극(171-2)을 포함할 수 있다. 발광층(172)으로부터 출광된 광 중에서 캐핑층(CPL)에 입사하는 각이 69°이상인 광을 전반사 패턴(190) 및 제2 화소 전극(171-2)에 의해 전반사 시킴으로써, 제1 표시부(13)는 발광 면적이 확대될 수 있다. 이는 곧, 외부 발광 효율이 향상될 수 있음을 의미한다.
한편, 사용자는 렌즈부(12)에 의해 제1 표시부(13)의 이미지를 확대하여 볼 수 있다. 다만, 상기 확대 환경에 의해, 모기장 효과(SDE: Screen Door Effect)가 발생될 수 있다. 즉, 상기 확대 환경에 의해, 표시부 내의 화소 정의막 간의 간격 등이 사용자에게 시인될 수 있다. 다만, 상기 확대 환경에 의해 사용자에게 시인되는 영역은 비발광 영역에 해당된다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이 장치는 외부 발광 효율을 향상시키고, 발광 영역의 면적을 늘릴 수 있다. 이는 곧 비발광 영역의 면적이 감소되는 것으로 표현될 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 마운트 디스플레이 장치는 상기 비발광 영역의 면적을 감소시킬 수 있으며, 확대 환경에 의해 사용자에게 시인되는 비발광 영역의 면적을 줄일 수 있다. 이에 따라, 모기장 효과를 개선할 수 있다.
도 20은 도 8에 도시한 표시 장치를 포함하는 헤드 마운트 표시 장치를 나타낸 단면도이다. 도 8 내지 도 18 및 도 19에서 설명한 내용과 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 8 및 도 20을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 마운트 표시 장치(20)는 제2 표시부(23) 및 렌즈부(12)를 포함할 수 있다. 도면에는 도시하지 않았으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 헤드 마운트 표시 장치는 카메라, 적외선 센서, 신호 처리부 및 사용자의 머리에 장착될 수 있는 형태의 프레임 등을 더 포함할 수 있다.
렌즈부(12)는 제2 표시부(23)로부터 광을 제공받을 수 있다.
제2 표시부(23)는 도 8에 도시된 표시장치와 같이, 제2 화소 전극(171-2), 전반사 패턴(290) 및 차광 패턴(295)을 포함할 수 있다. 발광층(172)으로부터 출광된 광 중에서 캐핑층(CPL)에 입사하는 각이 69°이상인 광을 전반사 패턴(190) 및 제2 화소 전극(171-2)에 의해 전반사 시킴으로써, 제2 표시부(23)는 발광 면적이 확대될 수 있다. 이는 곧, 유효 발광 면적비가 증가될 수 있음을 의미한다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 헤드 마운트 표시 장치는 유효 발광 면적비를 증가시킴에 따라, 상기 모기장 효과를 개선시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
171: 복수의 화소 전극;
171-1: 제1 화소 전극;
171-2: 제2 화소 전극;
172 : 발광층
173 : 공통 전극
180 : 화소 정의막
181 : 제1 화소 정의막
182 : 제2 화소 정의막
190, 290 : 전반사 패턴
295 : 차광 패턴
MLA : 마이크로 렌즈
CPL : 캐핑층

Claims (25)

  1. 기판,
    상기 기판 상에 배치되고, 화소 전극, 발광층 및 공통 전극을 포함하는 서브 화소;
    상기 서브 화소를 정의하는 화소 정의막;
    화소 정의막 상에 배치되는 캐핑층;
    상기 서브 화소에 중첩하고, 상기 캐핑층 상에 배치되는 마이크로 렌즈; 및
    상기 화소 정의막과 중첩하고 상기 캐핑층 상에 상기 마이크로 렌즈를 둘러싸도록 배치되는 전반사 패턴
    을 포함하고,
    상기 마이크로 렌즈는 상기 전반사 패턴의 굴절률보다 크고 상기 캐핑층의 굴절률 보다 작거나 같은 굴절률을 갖는 표시장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 마이크로 렌즈의 굴절률은 상기 전반사 패턴의 굴절률과 0.05 이상 0.3 이하의 차이가 나는 표시장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 화소 전극은 제1 화소 전극과, 제1 화소 전극 상에 배치되고 측면에 제1 경사각을 갖는 제2 화소 전극을 포함하는 표시장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 화소 정의막은 제1 화소 전극의 적어도 일부를 노출시키는 제1 개구부를 포함하는 제1 화소 정의막 및 상기 제2 화소 전극의 적어도 일부를 노출시키는 제2 개구부를 포함하는 제2 화소 정의막을 포함하고,
    상기 제2 화소 정의막은 상기 제1 화소 정의막 상에 배치되는 표시장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 개구부는 상기 제1 개구부 보다 더 작은 표시장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈는 상기 제2 개구부 보다 더 큰 직경을 갖는 표시장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로 렌즈는 0.12 이상 0.2 이하의 곡률을 갖는 표시장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 제2 화소 전극의 상기 측면은 상기 제1 화소 정의막 상에 형성되고, 상기 제1 경사각은 상기 제1 화소 정의막의 높이에 의해 정의되는 표시장치.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 제2 화소 전극의 상기 측면은 상기 전반사 패턴과 중첩되는 표시장치.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 제2 화소 전극의 상기 측면은 상기 전반사 패턴과 중첩되지 않는 표시장치.
  11. 제4항에 있어서, 상기 전반사 패턴은 상기 마이크로 렌즈와 접하는 면에 제2 경사각을 갖고,
    상기 제2 경사각은 상기 제1 경사각 보다 더 큰 표시장치.
  12. 제4항에 있어서,
    상기 제1 화소 정의막은 차광성을 가질 수 있는 불투명한 물질을 포함하는 표시장치.
  13. 제4항에 있어서,
    상기 제1 화소 정의막은 제2 화소 정의막과 동일한 재료로 형성되는 표시장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 화소 정의막은 투명한 유기물로 형성되는 표시장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 캐핑층과 상기 전반사 패턴 사이에 배치되고 상기 전반사 패턴에 의해 커버되는 차광 패턴을 포함하는 표시장치.
  16. 기판,
    상기 기판 상에 배치되고, 화소 전극, 발광층 및 공통 전극을 포함하는 서브 화소;
    상기 서브 화소를 정의하는 화소 정의막;
    화소 정의막 상에 배치되는 캐핑층;
    상기 서브 화소에 중첩하고, 상기 캐핑층 상에 배치되는 마이크로 렌즈; 및
    상기 화소 정의막과 중첩하고 상기 캐핑층 상에 상기 마이크로 렌즈를 둘러싸도록 배치되는 전반사 패턴
    을 포함하고,
    상기 화소 전극은 제1 화소 전극과, 제1 화소 전극 상에 배치되고 측면에 제1 경사각을 갖는 제2 화소 전극을 포함하고,
    상기 전반사 패턴은 상기 마이크로 렌즈와 접하는 면에 제2 경사각을 갖고,
    상기 제2 경사각은 상기 제1 경사각 보다 더 큰 표시장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 마이크로 렌즈의 굴절률은 상기 전반사 패턴의 굴절률과 0.05 이상 0.3 이하의 차이가 나는 표시장치.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 화소 정의막은 제1 화소 전극의 적어도 일부를 노출시키는 제1 개구부를 포함하는 제1 화소 정의막 및 상기 제2 화소 전극의 적어도 일부를 노출시키는 제2 개구부를 포함하는 제2 화소 정의막을 포함하고,
    상기 제2 화소 정의막은 상기 제1 화소 정의막 상에 배치되는 표시장치.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 제2 개구부는 상기 제1 개구부 보다 더 작은 표시장치.
  20. 제16항에 있어서, 상기 캐핑층과 상기 전반사 패턴 사이에 배치되고 상기 전반사 패턴에 의해 커버되는 차광 패턴을 포함하는 표시장치.
  21. 표시부; 및
    상기 표시부로부터 출사되는 광 경로 상에 배치되는 렌즈부를 포함하고,
    상기 표시부는
    기판,
    상기 기판 상에 배치되고, 화소 전극, 발광층 및 공통 전극을 포함하는 서브 화소;
    상기 서브 화소를 정의하는 화소 정의막;
    화소 정의막 상에 배치되는 캐핑층;
    상기 서브 화소에 중첩하고, 상기 캐핑층 상에 배치되는 마이크로 렌즈;
    상기 화소 정의막과 중첩하고 상기 캐핑층 상에 상기 마이크로 렌즈를 둘러싸도록 배치되는 전반사 패턴
    을 포함하고,
    상기 마이크로 렌즈는 상기 전반사 패턴의 굴절률보다 크고 상기 캐핑층의 굴절률 보다 작거나 같은 굴절률을 갖는 헤드 마운트 표시 장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 마이크로 렌즈의 굴절률은 상기 전반사 패턴의 굴절률과 0.05 이상 0.3 이하의 차이가 나는 헤드 마운트 표시 장치.
  23. 제21항에 있어서, 상기 화소 전극은 제1 화소 전극과, 제1 화소 전극 상에 배치되고 측면에 제1 경사각을 갖는 제2 화소 전극을 포함하는 헤드 마운트 표시 장치.
  24. 제23항에 있어서, 상기 전반사 패턴은 상기 마이크로 렌즈와 접하는 면에 제2 경사각을 갖고,
    상기 제2 경사각은 상기 제1 경사각 보다 더 큰 헤드 마운트 표시 장치.
  25. 제21항에 있어서,
    상기 캐핑층과 상기 전반사 패턴 사이에 배치되고 상기 전반사 패턴에 의해 커버되는 차광 패턴을 포함하는 헤드 마운트 표시 장치.
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