KR20240017073A - 디스플레이 장치 및 전자 디바이스 - Google Patents

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KR20240017073A
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후안 니
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후아웨이 테크놀러지 컴퍼니 리미티드
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Abstract

본 출원은 디스플레이 장치 및 전자 디바이스를 제공한다. 디스플레이 장치는 기판과, 기판 상에 위치하며 복수의 서브픽셀을 포함하는 발광층과, 발광층 상에 기판으로부터 먼 측에 배치된 광수렴층을 포함하며, 광수렴 층은 복수의 광수렴 구조를 포함하고, 복수의 광수렴 구조는 복수의 서브픽셀을 커버하고, 광수렴 구조는 광수렴 구조에 의해 커버되는 서브픽셀에 의해 방출된 광을 수렴시키도록 구성된다. 본 출원에서는, 디스플레이 장치 내부에 광수렴 구조를 배치하여 광을 수렴시킴으로써, 더 많은 광을 디스플레이 장치 외부로 추출할 수 있어, 디스플레이 장치의 광 출력 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

디스플레이 장치 및 전자 디바이스
본 출원은 "디스플레이 장치 및 전자 디바이스"라는 명칭으로 2021년 6월 18일에 중국 국가 지적 재산권 관리국에 출원된 중국 특허 출원 번호 202110683435.0에 대한 우선권을 주장하며, 이는 그 전체 내용이 참조로 본 명세서에 포함된다.
기술 분야
본 출원은 디스플레이 디바이스 기술 분야에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 디스플레이 장치 및 전자 디바이스에 관한 것이다.
유기발광다이오드(organic light emitting diode, OLED) 디스플레이 디바이스는 자체발광, 풍부한 색상, 빠른 응답속도, 넓은 시야각, 경량, 얇은 두께, 저전력 소모, 플렉서블 디스플레이 등 많은 장점을 갖고 있고, 따라서 일반적으로 업계에서 가장 잠재력이 높은 디스플레이 장치로 인식된다. OLED 패널의 실외 시인성 기능을 구현하기 위해, OLED 패널의 광 출력측에 원형 편광자(circular polarizer, C POL)가 배치될 수 있다. 원형 편광자는 강한 빛 아래에서 패널의 반사율을 효과적으로 감소시켜 OLED 패널의 명암비를 크게 향상시킬 수 있다. 그런데 원형 편광자는 흡수형 편광자로 빛투과율이 43% 정도이다. 따라서, OLED 패널에서 방출되는 빛의 약 60%가 흡수되어, OLED 패널의 빛 출력 효율이 감소된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 업계에서는 박막봉지 상의 컬러필터(color filter on thin film encapsulation, COE) 기술이 제안되고 있다. COE는 편광자를 대체할 수 있는 신기술로, 박막봉지(thin film encapsulation, TFE) 층 위에 컬러 필터(color filter, CF)를 제작한 것으로, 이를 통해 OLED 패널의 반사율을 원형 편광자 수준으로 낮출 수 있다. 또한, OLED 패널의 광 출력 효율은 약 60%까지 향상될 수 있다.
경제의 발전과 과학기술의 진보에 따라 전자 디바이스에 대한 사용자의 사용 요구 사항이 증가하고 있다. COE 아키텍처를 사용하는 OLED 패널의 빛 출력 효율은 어느 정도 향상되었으나, 빛 출력 효율은 여전히 사용자의 사용 요구 사항을 충족시키지 못한다. 현재, 더 높은 휘도를 달성하기 위해서는 OLED 패널에 더 많은 전력을 공급해야 하므로 OLED 패널의 수명이 단축된다. 따라서, 더 높은 광 출력 효율을 갖는 OLED 패널을 제공하는 것이 시급한 해결 과제가 되고 있다.
본 출원은 디스플레이 장치 및 전자 디바이스를 제공한다. 디스플레이 장치에는 빛을 수렴시키는 광수렴 구조가 배치되어, 더 많은 빛이 디스플레이 장치 외부로 추출될 수 있도록 하여 디스플레이 장치의 빛의 출력 효율을 향상시킬 수 있다.
제1 측면에 따르면, 디스플레이 장치가 제공되며, 디스플레이 장치는 기판과, 기판 상에 배치되고 복수의 서브픽셀을 포함하는 발광층과, 발광층 상에 기판으로부터 먼 측에 배치된 광수렴층을 포함하고, 광수렴층은 복수의 광수렴 구조를 포함하고, 복수의 광수렴 구조는 복수의 서브픽셀을 커버하고, 광수렴 구조는 광수렴 구조에 의해 커버되는 서브픽셀에 의해 방출된 광을 수렴하도록 구성된다.
서브픽셀에서 방출된 빛은 광수렴 구조를 통해 디스플레이 장치의 외부 표면으로 방출될 수 있다. 외부 표면은 디스플레이 장치와 외부 환경 사이의 경계면이자, 광학적으로 밀도가 높은 매질과 광학적으로 얇은 매질 사이의 경계면으로서 전반사가 일어나기 쉬운 곳이기도 하다. 광수렴 구조의 굴절 작용에 의해, 적어도 하나의 서브픽셀에서 방출되는 빛의 일부가 전체적으로 광수렴 구조의 법선(정투영의 안쪽) 방향으로 수렴될 수 있으며, 디스플레이 장치의 외부 표면으로 진입하는 광의 이 부분의 입사각이 감소되도록 한다. 따라서, 빛의 이 부분의 입사각은 전반사 현상의 임계값보다 작으며, 디스플레이 장치에서 빛의 전반사 현상이 감소되거나 완전히 방지되도록 하며, 그리고 더 많은 빛이 디스플레이 장치의 외부 표면을 통과하여 환경으로 들어갈 수 있다. 결과적으로, 디스플레이 장치의 광 출력 효율이 향상된다.
본 출원의 실시예에서 제공되는 디스플레이 장치에 따르면, 광수렴 구조의 어레이를 포함하는 광수렴층이 디스플레이 장치에 배치되어, 발광층의 서브픽셀에서 방출되는 광을 수렴시킨다. 각각의 광수렴 구조는 광수렴 구조의 해당 서브픽셀에서 방출되는 광을 수렴(수집)하고, 이로써 큰 시야각의 일부 빛이 작은 시야각으로 전달되도록 하고, 디스플레이 장치에서 완전히 반사되어 소산되어야 하는 빛을 디스플레이 장치 외부로 추출하도록 하는 것이다. 결과적으로, 디스플레이 장치의 광 출력 효율이 향상된다.
본 출원의 실시예에서 제공되는 디스플레이 장치는 더 높은 광 출력 효율을 가지며, 고휘도 디스플레이 장치에 대한 사용자의 사용 요구 사항을 충족할 수 있다. 광의 출력 효율이 높기 때문에 장치의 소비 전력을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 장치의 수명을 연장할 수 있다.
선택적으로, 발광층에 전원을 공급하기 위해, 기판과 발광층 사이에 회로층이 더 배치될 수 있다. 회로층은 예를 들어 박막 트랜지스터 어레이층일 수 있다. 기판은 유리, 세라믹, 플라스틱, 금속, 고무 등 어떤 재료로도 만들어질 수 있다. 이는 본 출원에서 제한되지 않는다.
가능한 구현예에서, 기판은 유연한 재료로 만들어질 수 있으며, 예를 들어 폴리이미드(polyimide, PI)로 만들어질 수 있고, 이로써 기판이 구부러지고 변형될 수 있고, 디스플레이 장치가 폴더블 단말 디바이스(예를 들어, 폴더블 휴대폰)의 사용 요구를 충족시킬 수 있다.
선택적으로, 광수렴 구조의 재료는 아크릴산 수지, 폴리이미드 수지, 실록산 수지, 페놀-포름알데히드 수지, 금속 나노입자가 복합된 수지계 등일 수 있다. 이것은 본 출원에서 제한되지 않는다.
가능한 설계에서, 복수의 광수렴 구조는 일대일 대응되게 복수의 서브픽셀을 커버한다. 이와 같은 설정을 통해, 각 서브픽셀의 빛의 집광(gathering) 효과가 가장 우수할 수 있고, 더 많은 빛을 디스플레이 장치 외부로 추출할 수 있어 디스플레이 장치의 빛 출력 효율이 향상될 수 있다.
선택적으로, 다른 구현에서, 각각의 광수렴 구조는 대응적으로 복수의 서브픽셀을 커버할 수도 있다. 또는, 복수의 광수렴 구조(예를 들어, 평행하게 배열되거나 적층된 구조)가 하나의 서브픽셀을 동시에 덮을 수도 있다. 위의 모든 설정은 서브픽셀의 빛을 수렴할 수 있으며 본 출원의 보호 범위에 속해야 한다.
각 광수렴 구조가 복수의 서브픽셀을 커버하는 경우, 광수렴 구조는 복수의 서브픽셀에서 방출되는 광을 동시에 수렴할 수 있다는 점에 유의해야 한다. 이 경우, 광수렴 구조는 복수의 서브픽셀에서 방출되는 빛을 전체적으로 광수렴 구조의 법선 방향 또는 중심선(정사영의 안쪽) 방향으로 수렴시킨다. 즉, 수렴의 기준 대상은 빛의 광수렴 구조에 관한 것이다.
가능한 설계에서, 디스플레이 장치는 발광층과 광수렴층 사이에 배치된 광 필터링층을 더 포함하고, 광 필터링층은 복수의 색저항부와 색저항부를 둘러싸는 블랙 매트릭스를 포함하고, 복수의 색저항부는 복수의 서브픽셀을 일대일 대응되게 커버한다.
본 출원의 실시예에서 제공되는 디스플레이 장치에서는, 광 필터링층이 배치되고, 주변광의 반사를 방지하는 편광자가 발광층의 광 출력측에 배치될 필요는 없다. 이는 디스플레이 장치의 광 출력 효율을 향상시키고, 디스플레이 장치의 전력 소모를 감소시키며, 디스플레이 장치의 수명을 연장시킬 수 있다.
선택적으로, 색저항부는 컬러 필터일 수 있다. 적색 색저항부, 녹색 색저항부, 청색 색저항부는 각각 적색 컬러필터, 녹색 컬러필터, 청색 컬러필터이다. 컬러 필터의 두께는 1 내지 5 마이크론일 수 있다. 컬러 필터는 스핀 코팅이나 잉크젯 인쇄와 같은 성숙한 공정을 통해 형성될 수 있다.
선택적으로, 블랙 매트릭스의 두께는 1.5 내지 5 마이크론이고, 광 필터링층에서 블랙 매트릭스가 차지하는 면적의 비율은 50%보다 크고, 예를 들어 75% 내지 85%이고, 블랙 매트릭스의 두께는 컬러 필터의 두께와 동일할 수 있다.
가능한 설계에서, 서브픽셀의 발광 면적에 대한 광수렴 구조의 면적의 비율은 0.6 내지 2.2이고, 광수렴 구조의 면적은 광수렴 구조 전체 높이의 10% 높이에서의 단면적이다.
상기와 같은 설정을 통해, 서브픽셀에서 방출되는 광의 대부분(예를 들어, 면적의 60% 이상)이 광수렴 구조에 의해 덮이는 것을 보장할 수 있으며, 이로써 광수렴 구조는 대부분의 빛을 수렴시킬 수 있도록 하며, 이는 장치의 빛의 출력 효율을 향상시키는 데 도움이 된다.
가능한 설계에서, 광수렴 구조의 높이는 2 마이크론 이상이다. 따라서, 광수렴 구조는 더 나은 광수렴 효과를 갖는다.
가능한 설계에서, 광수렴 구조는 볼록 렌즈와 같은 광수렴 마이크로렌즈이다.
선택적으로, 볼록렌즈의 볼록면의 표면 형태는 구면, 타원면, 포물면, 자유곡면 등 중 어느 하나일 수 있다.
가능한 설계에서, 디스플레이 장치는 광수렴층 상에서 기판으로부터 먼 측 상에 배치된 보호층을 더 포함하며, 광수렴 구조의 굴절률은 보호층의 굴절률보다 크다. 보호층은 광수렴층을 덮고, 광수렴 구조를 분리하여 보호할 수 있다.
선택적으로, 보호층은 광투과율이 높은 물질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 광학적으로 투명한 접착제(optically clear adhesive, OCA)일 수 있다. 광학적으로 투명한 접착제는 기재가 없는 양면 점착테이프이며, 무색 투명하며, 높은 광선 투과율(전광선 투과율 > 99%), 높은 접착력, 고온 저항성, 자외선 저항성 등의 특성을 가지고 있다. 광학적으로 투명한 접착제는 두께가 조절되어 균일한 간격을 제공할 수 있으며 장기간 사용해도 황변, 벗겨짐 및 열화 문제가 발생하지 않는다.
선택적으로, 광학적으로 투명한 접착제는 액체 광학 투명 접착제(liquid optical clear adhesive, LOCA)일 수 있다. LOCA는 경화 후 무색투명한 액상 접착제로 광투과율이 98% 이상이며, 경화수축률이 낮고 황변 저항성이 있는 특성을 가지고 있다. 전체 라미네이션 분야에서 기존 OCA 테이프와 비교하여 LOCA는 대형 크기, 곡면, 열악한 환경 및 기타 분야에서 고유한 장점을 가지고 있다. 예를 들어, LOCA는 광학용 투명 수지(optical clear resin, OCR)일 수 있다.
선택적으로, 보호층은 아크릴 수지, 에폭시 수지, 페놀-포름알데히드 수지, 폴리우레탄, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 불포화 폴리에스테르 중 적어도 하나의 물질로 이루어질 수 있으며, 그리고 보호층의 전체 광투과율은 99% 이상이다.
가능한 설계에 있어서, 광수렴 구조의 굴절률과 보호층의 굴절률의 차이는 0.1 내지 0.5이다. 전술한 설정을 통해, 광수렴 구조는 더 나은 광수렴 효과를 가질 수 있다.
예를 들어, 광수렴 구조의 굴절률은 1.6 내지 1.8이고, 보호층의 굴절률은 1.4 내지 1.55이다.
가능한 설계에서, 디스플레이 장치는 광수렴층 상에서 기판으로부터 먼 측에 배치된 산란층을 더 포함하며, 산란층의 헤이즈 값이 20% 내지 70%이고, 예를 들어 헤이즈 값은 40% 내지 55%이다.
COE 구조에서는 디스플레이 장치 내부로 입사된 빛이 반사되면서 회절 문제가 쉽게 발생할 수 있다. 그 결과, 외부 환경의 강한 빛(예를 들어 점광원이나 태양광 또는 램프 아래)에서는 다채로운 회절색 패턴이 생성되어 읽기 경험에 심각한 영향을 미치게 된다. 본 출원에서는 산란층을 발광층의 광 출력측에 배치함으로써 규칙적인 회절 패턴을 분산시킬 수 있어 회절 문제를 제거하고 사용자의 읽기 경험을 향상시킬 수 있다.
가능한 설계에서, 산란층은 보호층 내부에 분산된 입자를 산란시킴으로써 형성된다.
선택적으로, 산란 입자는 보호층의 제조 공정에서 도핑된다. 산란 입자의 크기는 2 마이크론보다 크고, 서브픽셀의 가장 짧은 변 길이의 절반보다 작다. 산란 입자의 재질은 가교(cross-linked 폴리스티렌(polystyrene, PS), 가교 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl metharyl, PMMA), 유기실리콘폴리머 등의 유기산란입자일 수 있거나, 또는 이산화티타늄과 같은 무기산란입자일 수 있다. 산란 입자의 분포 균일성이 85%보다 큰지 확인하려면 샘플 준비 과정에서 산란 입자를 완전히 혼합해야 한다. 헤이즈 값을 조정하는 방법은 산란 입자에 대한 매트릭스 수지의 비율을 제어하여 달성할 수 있다.
가능한 설계에서, 산란 입자는 구형 구조이고, 구형 구조의 직경은 1 내지 3 마이크론이다.
가능한 설계에서, 디스플레이 장치는 발광층과 광수렴층 사이에 배치된 봉지층과, 봉지층과 광수렴층 사이에 배치된 산란층을 포함하고, 산란층의 헤이즈 값은 5% 내지 85%이다.
선택적으로, 봉지층은 박막 봉지층일 수 있다. 봉지층은 발광층을 캡슐화하여 보호함으로써, 수증기, 산소 등의 불순물이 발광층에 유입되어 발광층에 침식 손상을 일으키는 것을 방지하도록 구성된다.
선택적으로, 봉지층은 박막 구조의 한 층으로 형성될 수도 있고, 박막 구조의 복수의 층을 겹쳐서 형성할 수도 있다. 예를 들어, 봉지층은 무기물층 및/또는 질화규소, 산화규소 등의 유기물층을 적어도 하나 포함할 수 있다.
가능한 설계에서, 디스플레이 장치는 봉지층과 광수렴층 사이에 배치된 터치층을 더 포함하고, 터치층은 오버코팅층을 포함하고, 산란층은 오버코팅층 내부에 분산된 입자들이 산란되어 형성되는 것이다. 본 출원의 실시예에서는 터치층의 오버코팅층을 재사용하고, 산란입자를 오버코팅층 내부에 분산시켜 산란층을 형성한다. 이는 디스플레이 패널의 전체 두께를 줄이는 데 도움이 된다.
가능한 설계에서, 복수의 광수렴 구조는 일대일 대응되게 복수의 청색 서브픽셀을 커버한다.
즉, 광수렴층의 복수의 광수렴 구조는 청색 서브픽셀만을 커버하고, 적색 서브픽셀이나 녹색 서브픽셀은 커버하지 않는다. 청색 서브픽셀의 발광 전력 소비는 전체 디스플레이 장치의 작동 전력 소비의 거의 절반을 차지하므로, 광수렴 구조의 개수가 제한되어 있다는 전제 하에 광수렴 구조는 청색 서브픽셀만을 덮고 광 획득을 수행하며, 이로써 청색 서브픽셀의 발광 전력 소모를 효과적으로 감소시킬 수 있고, 디스플레이 장치의 전체 전력 소모를 최대한 감소시킬 수 있다.
또한, 광수렴 구조는 청색 서브픽셀만을 커버함으로써 광수렴 구조의 설정 밀도를 낮추는 데 도움이 되며, 나아가 제조 공정에서 광수렴층의 가공 난이도를 줄이는 데에도 도움이 된다.
가능한 설계에서, 서브픽셀은 유기 발광 다이오드 또는 마이크론 발광 다이오드를 포함한다.
가능한 설계에서, 디스플레이 장치는 또한 발광층 상에서 기판으로부터 먼 측에 배치된 콜레스테릭 액정층 - 콜레스테릭 액정층은 서브픽셀에 의해 방출된 광을 제2 회전 방향으로 발광측으로 반사시키고 제1 회전 방향의 광을 통과시키도록 구성되고, 발광층은 제2 회전 방향의 광을 제1 회전 방향으로 회전시켜 콜레스테릭 액정층으로 반사시키도록 더 구성됨 - 과, 콜레스테릭 액정 층상에서 기판으로부터 먼 측에 배치된 원형 편광자 층 - 원형 편광자 층은 위상차 필름과 선형 편광자를 포함하고, 위상차 필름은 제1 회전 방향의 빛을 선형 편광자를 통과할 수 있는 수직 편광 또는 수평 편광으로 변환하도로 구성됨 - 을 포함한다.
본 출원의 실시예에 제공된 디스플레이 장치에 따르면, 콜레스테릭 액정층은 발광층과 원형 편광자 사이에 배치되어 좌향 편광 또는 우향 편광을 선택적으로 디스플레이 장치의 발광층으로 반사시킨다. 발광층은 반사된 좌향 또는 우향 편광을 회전시켜 재반사시키며, 발광층에서 방출된 좌향 편광과 우향 편광이 최종적으로 원형 편광자를 거쳐 디스플레이 장치 외부로 방출될 수 있도록 하여 디스플레이 장치의 광 출력 효율을 향상시킨다.
선택적으로, 제1 회전 방향의 광은 좌향 편광이고, 제2 회전 방향의 광은 우향 편광이다. 이 경우, 콜레스테릭 액정층은 발광층의 서브픽셀에서 방출된 우향 편광을 다시 발광층으로 반사시키고, 좌향 편광을 투명하게 투과시킬 수 있다. 발광층은 우향 편광을 좌향 편광으로 회전시킨 후, 좌향 편광을 다시 콜레스테릭 액정층으로 반사시킨다.
선택적으로, 제1 회전 방향의 광은 우향 편광일 수 있고, 제2 회전 방향의 광은 좌향 편광일 수 있다. 이 경우, 콜레스테릭 액정층의 구성(나선 방향)이 변경되어 콜레스테릭 액정층이 좌향 편광은 반사하고 우향 편광은 투명하게 투과시킬 수 있다. 선형 편광자는 수직 편광은 투과시키고 수평 편광은 차폐(차단)하도록 구성된다.
선택적으로, 선형 편광자는 금속 와이어 그리드 편광자, 다층 복굴절 폴리머 필름 편광자, 또는 MacNeille 편광자일 수 있다.
가능한 설계에서, 콜레스테릭 액정 층은 복수의 콜레스테릭 액정 패턴을 포함하고, 복수의 콜레스테릭 액정 패턴은 일대일 대응되게 복수의 서브픽셀을 커버한다.
가능한 설계에서, 콜레스테릭 액정층의 동작 파장대역은 전체 가시광선을 포함한다.
가능한 설계에서, 광수렴층은 광수렴 구조를 둘러싸는 블랙 매트릭스를 더 포함한다. 이와 같은 설정을 통해, 블랙 매트릭스는 외부 환경에서 방출되는 주변광을 흡수하여 패널의 반사율을 낮추고 디스플레이 장치의 명암비를 향상시킬 수 있다.
가능한 설계에서, 복수의 광수렴 구조는 일대일 대응되게 복수의 청색 서브픽셀을 커버하고, 콜레스테릭 액정층의 동작 파장대역은 청색광 파장대역을 포함한다.
가능한 설계에서, 광수렴층은 광수렴 구조를 둘러싸는 황색 포토레지스트를 더 포함한다. 황색 포토레지스트는 녹색광과 적색광은 통과시키고, 다른 파장대역의 빛은 흡수한다. 황색 포토레지스트를 설정함으로써, 디스플레이 장치의 반사율을 낮추고, 디스플레이 장치의 명암비를 향상시킬 수 있다.
제2 측면에 따르면, 본 출원의 실시예는 전자 디바이스를 추가로 제공한다. 전자 디바이스는 하우징 및 제1 측면의 임의의 가능한 설계로 제공되는 디스플레이 장치를 포함한다. 디스플레이 장치는 하우징에 장착된다.
선택적으로, 전자 디바이스는 디스플레이 기능을 갖춘 임의의 전자 제품이며, 휴대폰(접이식 휴대폰 등), 태블릿 컴퓨터, 텔레비전, 노트북 컴퓨터, 컴퓨터 디스플레이, 스마트 시계, 차량용 디스플레이 디바이스, 내비게이터 등을 포함하지만 이에 국한되지는 않는다.
도 1은 원형 편광자의 작동 원리에 대한 개략도이다.
도 2는 본 출원의 실시예에 따른 COE 아키텍처 기반의 OLED 패널 구조의 개략도이다.
도 3은 본 출원의 실시예에 따른 OLED 패널에서 방출되는 빛의 전반사 현상의 원리에 대한 개략도이다.
도 4는 본 출원의 실시예에 따른 디스플레이 장치의 일례의 구조에 대한 개략도이다.
도 5는 본 출원의 실시예에 따른 디스플레이 장치와 종래 기술의 디스플레이 장치 사이의 효과 시뮬레이션의 비교도이다.
도 6은 본 출원의 실시예에 따른 광수렴 구조의 단면의 개략도이다.
도 7은 본 출원의 실시예에 따른 디스플레이 장치의 다른 예의 구조에 대한 개략도이다.
도 8은 본 출원의 실시예에 따른 터치층 구조의 개략도이다.
도 9는 본 출원의 실시예에 따른 디스플레이 장치의 또 다른 예의 구조에 대한 개략도이다.
도 10은 콜레스테릭 액정층의 동작 원리에 대한 개략도이다.
도 11은 본 출원의 실시예에 따른 디스플레이 장치의 또 다른 예의 구조의 개략도이다.
도 12는 본 출원의 실시예에 따른 디스플레이 장치의 또 다른 예의 구조에 대한 개략도이다.
도 13은 본 출원의 실시예에 따른 디스플레이 장치의 또 다른 예의 구조에 대한 개략도이다.
도 14는 본 출원의 실시예에 따른 전자 디바이스의 구조에 대한 개략도이다.
참조번호: 1: 선형 편광자; 2: 위상차 필름; 3: OLED 구조의 음극층;
10: 기판; 20: 박막 트랜지스터 어레이층; 30: 유기발광층; 31: 픽셀 정의 층; 32: 서브픽셀 발광부; 33: 양극층; 34: 음극층; 40: 박막봉지층; 50: 오버코팅층; 60: 컬러필터층; 61: 블랙 매트릭스; 62: 색저항부; 70: 연결층; 80: 커버층; 90: 기능층;
L1: 제1 광; L2: 제2 광; L3: 제3 광;
100: 디스플레이 장치; 110: 기판; 111: 회로층; 120: 발광층; 121: 서브픽셀; 122: 픽셀 정의 층; 123: 양극층; 124: 음극층; 130: 봉지층; 140: 오버코팅층; 150: 광 필터링층; 151: 색저항부; 152: 블랙 매트릭스; 160: 광수렴층; 161: 광수렴 구조; 170: 보호층; 180: 커버층; 190: 기능층;
T1: 제1 오버코팅층; T2: 제2 오버코팅층; T3: 버퍼층;
200: 디스플레이 장치; 210: 기판; 220: 회로층; 230: 발광층; 231: 서브픽셀; 240: 봉지층; 250: 광수렴층; 251: 광수렴 구조; 252: 블랙 매트릭스; 253: 황색 포토레지스트; 260: 콜레스테릭 액정층; 261: 액정 패턴; 270: 원형 편광자; 271: 위상차 필름; 272: 선형 편광자; 280: 연결층; 290: 커버층;
1000: 전자 디바이스; 1100: 하우징; 및 1200: 디스플레이 장치.
다음은 본 출원의 구현을 상세히 설명한다. 구현의 예가 첨부 도면에 표시되어 있다. 동일하거나 유사한 참조 기호는 동일하거나 유사한 요소 또는 동일하거나 유사한 기능을 갖는 요소를 나타내는 데 항상 사용된다. 첨부된 도면을 참조하여 이하에서 설명되는 구현예는 예시로서, 단지 본 출원을 설명하기 위해 사용되며, 본 출원에 대한 제한으로 이해될 수는 없다.
본 출원의 설명에서 "제1" 및 "제2"라는 용어는 단지 설명의 목적으로 사용된 것으로 이해되어야 하며, 상대적인 중요성을 표시 또는 암시하거나 표시된 기술 기능의 수를 암시적으로 표시하는 것으로 이해되어서는 안된다. 따라서 "제1" 또는 "제2"로 제한되는 기능은 명시적 또는 암시적으로 해당 기능 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 본 출원의 설명에 있어서, "복수"는 특별히 제한되지 않는 한, 2개 이상을 의미한다.
본 출원의 설명에 있어서, 달리 명시하거나 제한하지 않는 한, "설치", "연결" 및 "고정"이라는 용어는 넓은 의미로 이해되어야 한다는 점에 유의해야 한다. 예를 들어, 연결은 고정 연결, 분리 연결, 일체형 연결이 될 수 있다. 대안적으로, 연결은 기계적 연결일 수도 있고, 전기적 연결일 수도 있으며, 상호 통신을 의미할 수도 있다. 대안적으로, 연결은 직접적인 연결일 수도 있고, 또는 중간 매체를 통한 간접적인 연결일 수도 있고, 또는 두 요소 간의 연결 또는 두 요소 간의 상호작용 관계일 수도 있다. 통상의 기술자는 특정한 경우에 따라 본 출원에서 전술한 용어의 특정한 의미를 해석할 수 있다.
본 출원의 설명에 있어서, "위", "아래", "옆", "앞", "뒤", "내부", "외부" 등의 용어로 표시되는 위치 또는 위치 관계는 설치에 따른 위치 또는 위치 관계를 기반으로 하며, 언급된 장치 또는 구성요소가 특정 위치에 제공되거나 특정 위치에서 구성 및 동작되어야 함을 나타내거나 암시하는 대신, 단지 본 출원을 쉽게 설명하고 설명을 단순화하기 위한 것이며, 그러므로 이 출원에 대한 제한으로 이해되어서는 안된다.
본 출원의 실시예에 있어서, 동일한 참조번호는 동일한 구성요소 또는 동일한 부품을 나타낸다는 점에 유의해야 한다. 본 출원의 실시예의 동일한 부품에 대해 도면에서는 참조번호가 표시된 하나의 부품 또는 구성요소만을 예시적으로 사용할 수 있다. 참조번호는 다른 동일한 부품 또는 구성요소에도 적용될 수 있음을 이해해야 한다.
유기발광다이오드(organic light emitting diode, OLED) 디스플레이 디바이스는 많은 장점, 예컨대 자체발광, 풍부한 색상, 빠른 응답 속도, 넓은 시야각, 가벼운 무게, 얇은 두께, 낮은 전력 소비, 유연한 디스플레이, 대면적 풀 컬러 디스플레이 등을 갖고, 일반적으로 업계에서 가장 잠재력이 높은 디스플레이 장치로 인식되고 있다. OLED 디스플레이 패널로 이루어진 OLED 디스플레이 장치는 활용 가능성이 큰 디스플레이 장치로 평가되고 있다. 특히 오버 코팅 패널 디스플레이 분야에서는, OLED 디스플레이 장치가 발전 추세로 여겨지고 있다.
OLED 디스플레이 패널에는 어레이 형태로 배열된 복수의 픽셀이 배치되고, 각 픽셀은 OLED 디스플레이 패널의 컬러 매칭 모드에 따라 대응하는 양의 서브픽셀을 포함한다. 예를 들어, OLED 디스플레이 패널이 적-녹-청(red-green-blue, RGB) 컬러 매칭 모드를 사용하는 경우, 각 픽셀은 3개의 서브픽셀을 포함할 수 있다. 하나의 서브픽셀은 R 서브픽셀이고, 하나의 서브픽셀은 G 서브픽셀이고, 하나의 서브픽셀은 B 서브픽셀이다. 각 서브픽셀은 발광부를 포함하며, 발광부에 포함된 발광층은 정공과 전자가 결합된 엑시톤에 의해 여기되어 해당 색상의 빛을 방출한다. 즉, R 서브픽셀, G 서브픽셀, B 서브픽셀은 각각 적색, 녹색, 청색광을 방출한다.
실제 응용에서, OLED 디스플레이 패널은 대안적으로 적-녹-청-백(적-녹-청-백, RGBW) 컬러 매칭 모드를 사용할 수 있다. 이 경우 각 픽셀은 4개의 서브픽셀을 포함한다. 4개의 서브픽셀은 적색광을 디스플레이할 수 있는 R 서브픽셀, 녹색광을 디스플레이할 수 있는 G 서브픽셀, 청색광을 디스플레이할 수 있는 B 서브픽셀, 백색광을 디스플레이할 수 있는 W 서브픽셀을 포함한다.
유기발광다이오드(OLED)는 구동 방식에 따라 수동형 매트릭스 OLED(passive matrix OLED, PMOLED)와 능동형 매트릭스 OLED(active Matrix OLED, AMOLED)로 분류될 수 있다. 능동형 매트릭스 OLED는 능동형 OLED라고도 한다. AMOLED는 각 픽셀에 박막트랜지스터(thin film transistor, TFT)와 커패시터를 집적하여 구동되고 커패시터에 의해 전압을 유지함으로써 구동되기 때문에 대형, 고해상도의 패널을 구현할 수 있고, 발광효율이 높다. 이는 현재 연구의 중점이자 미래 디스플레이 기술의 발전 방향이다. 본 출원의 실시예에서의 OLED 패널은 주로 AMOLED에 관한 것이다.
AMOLED는 일반적으로 기판 위에 양극(anode)층, 유기발광층, 음극(cathode)층 등이 순차적으로 형성되어 있다. 정공 구현 효율을 향상시키기 위해서는 양극층을 인듐주석산화물(indium tin oxide, ITO)과 같이 일함수(work function)가 최대한 높은 물질로 만들어야 한다. 음극층의 물질이 선택되는 경우, 일함수가 낮을수록 유기물과 음극 사이의 장벽이 낮아지고, 전자 주입이 용이하며, 발광 효율이 높아진다. 현재 일반적으로 사용되는 음극 재료(cathode material)는 마그네슘 은 합금(magnesium silver alloy)이다.
음극층은 금속재질로 이루어지기 때문에 외부로부터 주변광이 반사되기 쉬우므로 사용자가 관찰하는 대비가 크게 감소된다. 예를 들어, 사용자가 햇빛 아래서 화면을 통해 콘텐츠를 볼 때, 햇빛에 음극층이 반사되어 화면의 콘텐츠를 선명하게 볼 수 없게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 AMOLED 디스플레이 패널의 외부에 편광자(polarizer, POL)를 부착할 수 있는데, 그 편광자는 위상차 필름을 붙인 원형 편광자(circular polarizer, C POL)이다. 편광자는 편광 원리를 채택하여 화면에서 주변광의 반사 강도를 효과적으로 줄일 수 있다.
도 1은 원형 편광자의 작동 원리에 대한 개략도이다. 도 1의 (a) 부분에 도시된 바와 같이, 원형 편광자는 선형 편광자(1)와 위상차 필름(2)을 포함한다. 흡수축이 수직인 선형 편광자(1)를 외부의 빛이 통과한 후에는 수평 선형 편광의 절반만이 남게 된다. 위상차 필름(2)을 통과한 후, 수평 편광은 좌향(원형) 편광으로 변환된다. OLED 구조의 음극층(3)의 금속 전극에 의해 반사된 후, 좌향 편광은 180° 회전되어 우향 편광이 된다. 위상차 필름(2)을 통과한 후, 우향 편광은 수직 편광으로 변환된다. 수직 편광된 빛은 흡수축이 수직인 선형 편광자(1)를 통과할 수 없고, 발광할 수도 없다. 따라서 화면에 나타나는 외부 주변광의 반사 강도가 감소한다. 위의 단계를 거친 후 원형 편광자에서 외부 주변광이 차단되어 OLED 디스플레이 패널의 대비가 크게 향상되며, OLED 패널의 실외 가시성 기능을 구현해 강한 햇빛 아래에서도 화면 내용을 선명하게 볼 수 있다.
그러나, OLED 구조의 출사광은 비편광이고, 수직 편광의 50%가 선형 편광자를 통과하지 못하여 OLED 구조의 출사광량이 손실되는 문제가 있다. 구체적으로, 도 1의 (b) 부분에 도시된 바와 같이, OLED 구조의 출사광은 OLED 구조의 음극층(3)을 통과하여 위상차 필름(2)으로 방출되며, 출사광은 좌향 편광 50%와 우향 편광 50%를 포함한다. 위상차 필름(2)의 작용에 의해 좌향 편광과 우향 편광은 각각 수평 편광과 수직 편광으로 변환된다. 수직 편광은 선형 편광자(1)에 의해 흡수되고, 수평 편광만이 선형 편광자(1)을 통해 외부로 방출될 수 있다.
결론적으로, 원형 편광자는 흡수형 편광자로서 광투과도는 약 50% 정도이고, 실제 적용시에는 약 43%에 불과하다. 따라서, OLED 소자에서 방출되는 빛의 약 60%가 흡수되어, OLED 소자의 광 출력 효율이 감소된다. 즉, 원형 편광자는 OLED 패널의 실외 시인성 기능을 구현하지만, 원형 편광자는 빛의 출력 효율이 낮다는 문제를 가져온다.
상기 문제점을 해결하기 위해 업계에서는 박막봉지 상의 컬러필터(color filter on thin film encapsulation, CF on TFE, COE) 기술이 제안되고 있다. COE는 박막봉지(thin film encapsulation, TFE)층 위에 컬러필터를 제작하는 편광자를 대체할 수 있는 신기술로, 주변광을 억제하여 패널(panel)의 광 출력 효율을 향상시킬 수 있다. 컬러필터에 의해 패널의 반사율을 원형 편광자와 동등한 수준으로 낮출 수 있으며, 컬러 필터의 빛 투과율은 60% 이상에 도달할 수 있으므로 OLED 패널의 빛 출력 효율은 약 10% 내지 30% 향상될 수 있다. 또한, 컬러필터는 편광자에 비해 가볍고 얇으며, OLED 패널의 경량화 및 박형화 구현에도 도움이 되어 유연한 디스플레이 특성을 구현하는데 도움이 된다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 COE 아키텍처를 더 자세히 설명한다. 도 2는 본 출원의 실시예에 따른 COE 아키텍처 기반의 OLED 패널 구조의 개략도이다. 본 출원의 실시예에서 제공되는 OLED 디스플레이 패널은 어레이로 배열된 복수의 픽셀을 포함한다. 각 픽셀은 최소 3개의 서브픽셀을 포함한다. 각 서브픽셀은 한 가지 색상의 빛을 방출할 수 있다. 3개의 서브픽셀은 적색광을 방출하는 R 서브픽셀, 녹색광을 방출하는 G 서브픽셀, 청색광을 방출하는 B 서브픽셀일 수 있다. 서브픽셀의 설정 형태는 OLED 표시 패널의 컬러 매칭 모드에 따라 설정될 수 있다. 설명의 편의를 위해, 도 2는 OLED 패널의 하나의 픽셀만 도시한다.
도 2에 도시된 바와 같이, OLED 패널은 기판(10), 박막 트랜지스터 어레이층(20), 유기 발광층(30), 박막봉지층(40), 오버코팅(Over Coating, OC)층(50), 컬러필터층(60), 연결층(70), 커버층(80), 기능층(90)을 순차적으로 포함한다.
유기발광층(30)은 픽셀정의층(pixel define layer, PDL)(31), 서브픽셀 발광부(32), 양극층(33) 및 음극층(34)을 포함한다. 픽셀정의층(31)은 흑색 불투명 물질로 이루어진다. 픽셀정의층(31) 내부에는 복수의 개구 영역이 형성되어 있다. 각 개구 영역에는 서브픽셀 발광부(32)가 배치된다. 양극층(33)은 서브픽셀 발광부(32) 중 기판(10)과 마주보는 면에 배치된다. 양극층(33)은 픽셀정의층(31)에 의해 정의된 개구부 영역에도 위치한다. 음극층(34)은 서브픽셀 발광부(32) 측이자 기판(10)으로부터 멀어지는 측에 배치된다. 음극층(34)은 서브픽셀 발광부(32)에서 방출된 빛이 음극층(34)을 통해 외부로 방출될 수 있을 정도로 적어도 충분한 광투과율을 갖는다.
도 2는 하나의 픽셀 내에 3개의 서브픽셀 발광부(32)를 도시하는데, 각각 적색광을 방출하는 R 서브픽셀, 녹색광을 방출하는 G 서브픽셀, 청색광을 방출하는 B 서브픽셀이다.
박막봉지층(40)은 유기발광층(30)의 외측에 위치하며, 수증기나 산소가 유기발광층(30) 내부로 유입되어 유기발광층(30)이 손상되는 것을 방지하는 역할을 한다. 오버코팅층(50)은 박막봉지층(40)을 평탄화(레벨링)하여 컬러필터층(60)이 박막봉지층(40) 상에 안정적으로 배치되도록 구성된다.
컬러필터층(60)은 색저항부(62)와 인접한 색저항부(62) 사이에 위치하는 블랙 매트릭스(black matrix, BM)(61)를 포함한다. 블랙 매트릭스는 흑색의 불투명한 물질로 이루어지며, 서브픽셀 발광부(32)에서 방출되는 빛은 색저항부(62)를 통해서만 외부로 방출될 수 있다.
색저항부(62)는 특정 파장의 빛을 통과시키도록 구성된다. 색저항부(62)는 복수개 존재하며, 복수개의 색저항부들은 복수개의 서브픽셀 발광부(32)와 일대일 대응하여 배치된다. 구체적으로, 색 저항부(62)는 적색 저항부, 녹색 저항부, 청색 저항부를 포함할 수 있으며, R 서브픽셀, G 서브픽셀, B 서브픽셀이 일대일 대응하여 배치되어 컬러필터 기능층을 형성한다.
컬러필터층(60)의 상부에는 연결층(70), 커버층(80) 및 기능층(90)이 순차적으로 배치된다. 연결층(70)은 투명도가 높은 재질로 이루어지며, 커버층(80)과 컬러필터층(60)을 고정적으로 연결하도록 구성된다. 연결층(70)은, 예를 들어, 광학적으로 투명한 접착제(optically clear adhesive, OCA)로 이루어질 수 있다. 커버층(80)은 패널에 대한 기계적 지지 및 보호를 제공하도록 구성되며, 커버층(80)은 예를 들어 유리 커버일 수 있다. 기능층층(90)은 해당 기능을 구현하도록 구성된다. 예를 들어, 기능층(90)은 빛의 반사를 감소시키는 반사방지(anti-reflection, AR)층일 수 있다.
결론적으로, 도 2에 도시된 OLED 패널과 원형 편광자를 갖는 기존의 OLED 패널이 비교될 경우, 도 2에 도시된 바와 같이 컬러필터층(60)은 원형 편광자를 대체하기 위해 사용된다. 이는 주변광을 억제할 수 있을 뿐만 아니라(강한 빛 아래에서 패널의 반사율을 감소) 패널의 빛 출력 효율을 향상시킨다(빛의 출력 효율이 42%로부터 60%로 증가). 또한, 컬러필터층(60)은 원형 편광자(두께가 100μm로부터 5μm로 감소)에 비해 가볍고 얇다. 이는 OLED 패널의 접힘 및 휘어짐 특성을 구현하고, 패널의 경량화 및 박형화를 구현하는 데 도움이 된다.
경제의 발전과 과학기술의 진보에 따라 전자 디바이스에 대한 사용자의 사용요구가 증가하고 있다. COE 아키텍처를 사용하는 OLED 패널의 빛 출력 효율은 약 60%로 향상되었지만, 60%의 빛 출력 효율은 일부 경우에 여전히 사용자의 사용 요구 사항을 충족하지 못한다. 현재, 더 높은 휘도를 달성하기 위해서는 OLED 패널에 더 많은 전력을 제공해야 하며, 결과적으로 OLED 패널의 수명이 단축된다. 따라서, 더 높은 광 출력 효율을 갖는 OLED 패널을 제공하는 것이 시급한 해결 과제가 되고 있다.
빛이 두 매체 사이의 경계면으로 전파되면 일반적으로 반사와 굴절이 동시에 발생한다. 입사각이 특정 임계각을 초과하면 굴절된 빛은 완전히 사라지고, 빛은 더 이상 굴절되지 않고 원래의 매질로 돌아가 전파된다. 이러한 현상을 전반사 현상이라 한다. 전반사 현상의 존재로 인해 OLED 패널의 광 출력 효율은 더 이상 향상되기 어렵다. 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 전반사 현상이 OLED 패널의 광 출력 효율에 미치는 영향을 설명한다.
도 3은 본 출원의 실시예에 따른 OLED 패널에서 방출되는 빛의 전반사 현상의 원리에 대한 개략도이다. 설명의 편의를 위해 도 2와 비교하면, 도 3의 OLED 패널에는 몇 가지 구조적 단순화가 있다. 단순화는 본 출원의 실시예에 제공된 OLED 패널의 구조에 대한 어떠한 제한도 구성하지 않는다.
도 3에 도시된 바와 같이, OLED 패널은 기판(10), 유기발광층(30), 박막봉지층(40), 컬러필터층(60), 기능층(90) 등을 포함하고, 이들은 직접 또는 간접적으로(중간 매체를 사용하여) 순차적으로 적층된다. 유기발광층(30)은 복수의 서브픽셀 발광부(32)를 포함한다. 서브픽셀 발광부(32)에서 방출된 빛은 박막봉지층(40)과 컬러필터층(60) 위의 색저항부(62)를 차례로 통과한 후 기능층(90)의 상면(외면)으로 방출된다. 기능층(90)의 상면은 OLED 패널과 외부 환경 사이의 경계면이다. 기능층(90)으로부터 공기 중으로 광을 방출하는 것은 광학적으로 밀도가 높은 매질로부터 광학적으로 더 얇은 매질로 광을 방출하는 것과 동일하다. 이 경우 전반사 현상이 발생할 수 있다.
색저항부(62)는 서브픽셀 발광부(32)를 일대일 대응되게 덮는다. 색저항부(62)의 면적은 서브픽셀 발광부(32)의 발광 면적보다 크다. 서브픽셀 발광부(32)는 점광원에 해당한다. 서브픽셀 발광부(32)에서 방출된 빛이 색저항부(62)를 통과하여 기능층(90)에 입사되는 각도는 다를 수 있다. 빛의 일부의 입사각은 더 크고, 일부의 빛의 입사각은 더 작다. 입사각이 특정 임계값을 초과하면 빛의 전반사 현상이 발생하기 쉽다.
예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 서브픽셀 발광부(32)에서 방출된 제1 광(L1), 제2 광(L2), 제3 광(L3)은 색저항부(62)를 통과하여 기능층(90)의 상면으로 출사된다. 제2 광(L2)의 입사각(즉, 상면 법선과의 사이각)과 제3 광(L3)의 입사각이 임계각을 초과하여 전반사 현상이 발생한다. 이 경우, 제2 광(L2)과 제3 광(L3)의 굴절광은 완전히 사라진다. 빛은 더 이상 굴절되지 않고 전파를 위해 패널 내부로 돌아온다. 반사된 빛은 결국 패널 내부의 물질에 흡수된다. 즉, 제1 광(L1), 제2 광(L2), 제3 광(L3)은 제1 광(L1)만이 기능층(90)을 통과하여 외부로 방출될 수 있다.
결론적으로, 전반사 현상으로 인해 OLED 패널에서 방출되는 빛의 일부가 패널과 환경의 경계면에 의해 패널 내부로 다시 반사될 수 있으며, 최종적으로 패널 내부의 물질에 의해 흡수 및 소멸된다. 전반사가 발생하는 빛의 일부는 환경으로 방출될 수 없다. 따라서, OLED 패널의 광 출력 효율이 낮아지고, OLED 패널의 광 출력 효율을 더 이상 향상시키기 어렵다. 어떻게 병목 현상을 극복하고 빛의 출력 효율이 더 높은 OLED 패널을 제공할 수 있는지가 업계에서 뜨거운 이슈가 되고 있다.
전술한 문제를 해결하기 위해, 본 출원의 실시예는 디스플레이 장치 및 전자 디바이스를 제공한다. 디스플레이 장치에는 빛을 수렴시키는 광수렴 구조가 배치되어, 더 많은 빛이 디스플레이 장치 외부로 추출될 수 있도록 하여 디스플레이 장치의 빛의 출력 효율을 향상시킬 수 있다.
제1 측면에 따르면, 본 출원의 실시예는 먼저 디스플레이 장치를 제공한다. 디스플레이 장치는 디스플레이 패널을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 예를 들어, 디스플레이 장치는 전술한 OLED 디스플레이 패널일 수도 있고, 마이크로 발광 다이오드(micro light-emitting diode, micro-LED) 등의 구조를 갖는 디스플레이 패널일 수도 있다. 이는 이러한 것에 국한되지 않는다.
도 4는 본 출원의 실시예에 따른 디스플레이 장치(100)의 일례의 구조의 개략도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 출원의 실시예에서 제공되는 디스플레이 장치(100)는 기판(110), 발광층(120) 및 광수렴층(160)을 포함한다.
발광층(120)은 기판(110)의 일측면에 배치된다. 전원이 켜진 상태에서, 발광층(120)은 기판(110)으로부터 멀어지는 방향으로 빛을 방출할 수 있으며, 즉, 도 4의 수직 위쪽 방향이 발광층(120)이 빛을 발생시키는 출사 방향이다. 발광층(120)의 상부가 발광측이다.
발광층(120)은 어레이 형태로 배열된 복수의 픽셀 발광부(이하, 픽셀)를 포함한다. 각 픽셀은 적어도 3개의 서브픽셀 발광부(이하 서브픽셀)(121)를 포함한다. 각 서브픽셀(121)은 하나의 색상의 빛을 디스플레이할 수 있다.
본 출원의 이 실시예에서, 각 픽셀은 각각 적색광을 디스플레이(방출)할 수 있는 적색 서브픽셀, 녹색광을 디스플레이할 수 있는 녹색 서브픽셀, 청색광을 디스플레이할 수 있는 청색 서브픽셀인 3개의 서브픽셀(121)을 포함한다.
발광층(120)은 어레이로 배열된 복수의 서브픽셀(121)을 포함한다. 설명의 편의를 위해, 도 4에는 3개의 서브픽셀(121)만 도시되어 있다. 도 4의 좌측에서 우측 방향을 따라, 3개의 서브픽셀(121)은 각각 적색 서브픽셀, 녹색 서브픽셀, 청색 서브픽셀이고, 3개의 서브픽셀(121)이 하나의 픽셀을 이룬다. 즉, 도 4는 디스플레이 장치(100)의 픽셀 어레이 중 하나의 픽셀만을 도시한다.
발광층(120)의 구체적인 구조는 디스플레이 장치(100)의 종류에 따라 달라질 수 있다. 본 출원의 실시예에서, 디스플레이 장치(100)는 OLED 디스플레이 패널이고, 발광층(120)은 유기 발광층이다. 이 경우, 서브픽셀(121)은 유기 발광 다이오드를 포함한다.
다른 구현에서, 복수의 서브픽셀(121)은 백색광을 표시할 수 있는 전술한 W 서브픽셀을 더 포함할 수 있다. 즉, 이 경우, 디스플레이 장치(100)는 RGBW 컬러 매칭 모드일 수 있다.
다른 구현에서, 디스플레이 장치(100)는 마이크로 LED 디스플레이 패널일 수도 있다. 이 경우, 서브픽셀(121)은 마이크로 발광다이오드를 포함한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 발광층(120)은 픽셀정의층(122), 양극층(123) 및 음극층(124)을 더 포함할 수 있다. 픽셀정의층은 검정색의 불투명한 재질로 만들어진다. 픽셀정의층 내부에는 복수의 개구영역이 형성되어 있다. 서브픽셀(121)은 개구 영역마다 하나씩 배치된다. 양극층(123)은 서브픽셀(121) 중 기판(110)과 마주보는 면에 배치된다. 양극층(123)은 픽셀정의층(122)에 의해 정의된 개구부 영역에도 위치한다. 음극층(124)은 서브픽셀(121) 측이자 기판(110)으로부터 멀어지는 측에 배치된다. 음극층(124)은 서브픽셀(121)의 광 출력측에 위치한다. 따라서, 음극층(124)은 서브픽셀(121)에서 방출된 빛이 음극층(124)을 통해 외부로 방출될 수 있도록 충분한 광 투과도를 가져야 한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 발광층(120)에 전원을 공급하기 위해, 기판(110)과 발광층(120) 사이에 회로층(111)이 더 배치될 수 있다. 회로층(111)은 예를 들어, 박막 트랜지스터 어레이층일 수 있다. 기판(110)은 유리, 세라믹, 플라스틱, 금속, 고무 등 어떠한 재질로도 만들어질 수 있다. 이것은 본 출원에서는 제한되지 않는다. 가능한 구현예에서, 기판(110)은 유연한 재질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 폴리이미드(polyimide, PI)로 이루어질 수 있으며, 이로써 기판(110)이 구부러지고 변형될 수 있으며, 디스플레이 장치(100)는 폴더블 단말 디바이스(예를 들어, 폴더블 휴대폰)의 사용 요구 사항을 충족할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 광수렴층(160)은 발광층(120)보다 기판(110)과 반대측에 배치되는데, 다시 말해 광수렴층(160)은 발광층(120)의 광출력측에 배치된다. 광수렴층(160)은 복수의 광수렴 구조(161)를 포함한다. 복수의 광수렴 구조(161)는 복수의 서브픽셀(121)을 일대일 대응되게 덮는다. 광수렴 구조(161)는 광수렴 구조(161)에 의해 덮인 서브픽셀(121)에서 방출되는 빛을 모으도록 구성된다. 예를 들어, 광수렴 구조(161)는 서브픽셀(121)에서 방출되는 광수렴 구조(161)의 법선(축 또는 중심선) 방향으로 빛이 수렴하도록 구성된다. 즉, 빛은 장치의 외부 표면을 향하는 광수렴 구조(161)의 정투영(orthographic projection)의 내부측을 향해 수렴된다.
본 출원의 이 실시예에서, 각각의 광수렴 구조(161)는 상응하게 하나의 서브픽셀(121)을 덮는다. 서브픽셀(121)에서 방출된 빛은 광수렴 구조(161)를 통해 디스플레이 장치(100)의 외부면으로 방출될 수 있다. 외부면은 장치와 외부 환경 사이의 경계면이기도 하며, 광학적으로 밀도가 높은 매질과 광학적으로 얇은 매질 사이의 경계면이기도 하며 전반사가 일어나기 쉽다. 광수렴 구조의 굴절 작용에 의해 상기 서브픽셀(121)에서 방출되는 빛의 일부가 광수렴 구조의 법선 방향(내측)으로 수렴될 수 있으며, 이로써 디스플레이 장치(100)의 외부 표면으로 입사되는 광의 이 부분의 입사각이 감소되도록 한다. 따라서, 빛의 이 부분의 입사각은 전반사 현상의 임계값보다 작으며, 장치 내 빛의 전반사 현상이 감소되거나 완전히 방지되고 더 많은 빛이 장치의 외부 표면을 통과하여 환경에 들어갈 수 있다. 결과적으로, 디스플레이 장치(100)의 광 출력 효율이 향상된다.
여기서, 광수렴 구조(161)는 서브픽셀(121)을 커버하며, 서브픽셀(121) 전체를 커버할 수도 있고(즉, 완전한 커버리지), 서브픽셀(121)의 일부를 커버할 수도 있다(즉, 부분 커버리지). 이것은 본 출원에서 제한되지 않는다. 아래에 언급된 커버는 전체 커버와 부분 커버를 포함한다.
본 출원의 실시예에서 제공되는 디스플레이 장치(100)에 따르면, 광수렴 구조(161)의 어레이를 포함하는 광수렴층(160)은 디스플레이 장치(100)에 배치되어, 발광층(120)의 서브픽셀(121)에서 방출되는 빛을 수렴시킨다. 광수렴 구조(161)는 서브픽셀(121)을 일대일 대응되게 덮는다. 각 광수렴 구조(161)는 광수렴 구조(161)의 대응하는 서브픽셀(121)에서 방출되는 빛을 수렴(수집)시키고, 이로써 큰 시야각의 일부 빛이 작은 시야각으로 전달되고, 장치 내에서 완전히 반사되어 소산되어야 하는 빛이 장치 외부로 추출되도록 한다. 결과적으로, 디스플레이 장치(100)의 광 출력 효율이 향상된다.
본 출원의 실시예에서 제공되는 디스플레이 장치(100)는 더 높은 광 출력 효율을 갖고, 고휘도 장치에 대한 사용자의 사용 요구 사항을 충족할 수 있다. 광의 출력 효율이 높기 때문에 장치의 소비 전력을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 장치의 수명을 연장할 수 있다.
이해와 설명의 용이성을 위해, 특정 예에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 중앙의 서브픽셀(121)에서 방출된 3개의 광선은 광수렴 구조(161)를 통해 장치 외부 표면으로 방출된다. 광수렴 구조(161)가 배치되지 않은 경우에는 좌측과 우측의 두 광선이 도면에서 점선 화살표 방향으로 직접 외부면으로 방출된다. 이 경우, 두 광선의 입사각이 커서 임계값을 초과하여 전반사를 일으킬 수 있다. 전반사가 발생하면 이 두 광선은 장치 내부로 다시 반사되어 결국 장치 내부의 재료에 의해 흡수되고 소멸된다.
본 출원에서는 광수렴 구조(161)를 배치한 후, 2개의 광선은 광수렴 구조(161)의 중심축(중심선, 즉 광수렴 구조(161)의 투영 내측) 방향으로 수렴되며, 최종적으로 실선 화살표 방향으로 패널의 외부 표면으로 방출된다. 이 경우, 두 광선의 입사각은 명백히 감소하며, 전반사 현상은 발생하지 않는다. 2개의 광선은 중앙의 광선과 함께 장치 외부로 방출되므로 장치의 광 출력 효율이 향상된다.
선택적으로, 다른 구현에서, 각각의 광수렴 구조(161)는 대응적으로 복수의 서브픽셀(121)을 덮을 수도 있다. 또는, 복수의 광수렴 구조(161)(예를 들어, 평행하게 배열되거나 적층된)가 하나의 서브픽셀(121)을 동시에 덮을 수도 있다. 전술한 모든 설정은 서브픽셀(121)에서 방출된 빛을 수렴할 수 있으며, 본 출원의 보호 범위에 속해야 한다.
각각의 광수렴 구조(161)가 복수의 서브픽셀(121)을 커버할 때, 광수렴 구조(161)는 복수의 서브픽셀(121)에서 방출되는 빛을 전체적으로 광수렴 구조(161)의 법선 방향 또는 중심선(정사영의 내측) 방향으로 수렴시킨다. 즉, 광수렴의 기준 대상은 광수렴 구조(161)를 기준으로 한다.
즉, 복수의 광수렴 구조(161)가 복수의 서브픽셀(121)을 덮는 것으로 되어 있는 본 출원의 설명은, 복수의 광수렴 구조(161)가 일대일 대응(ono-to-one)으로 복수의 서브픽셀(121)을 커버하는 것과, 각각의 광수렴 구조(161)가 복수의 서브픽셀(121)(one-to-many)을 커버하는 것과, 복수의 광수렴 구조(161)가 하나의 서브픽셀(121)(many-to-one)을 동시에 커버하는 것의 세 가지 경우 중 하나 이상을 포함해야 한다. 통상의 기술자는 서브픽셀(121)의 광을 수렴하기 위해 특정 요구 사항에 기초하여 전술한 조합 중 하나 이상을 선택할 수 있다.
도 5는 본 출원의 실시예에 따른 디스플레이 장치(100)와 종래 기술의 디스플레이 장치 사이의 효과 시뮬레이션을 비교한 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 출원의 실시예에서 제공하는 디스플레이 장치(100)와 광수렴 구조가 배치되지 않은 기존의 디스플레이 장치를 이용하여 동일한 테스트 조건에서 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하여 서로 다른 시야각에서의 장치의 상대 휘도를 구하였다.
시뮬레이션 결과, 본 출원의 실시예에서 제공되는 디스플레이 장치(100)의 휘도(즉, 광의 출력 효율)는 기존의 기존 디스플레이 장치에 비해 명백히 우수함을 알 수 있다. 서로 다른 시야각에서, 본 출원의 실시예에서 제공되는 디스플레이 장치(100)의 상대 휘도는 기존의 종래 디스플레이 장치의 상대 휘도보다 거의 모두 크다. 시야각이 0도인 경우, 본 출원의 실시예에서 제공하는 디스플레이 장치(100)의 휘도 개선 효과는 기존의 종래 디스플레이 장치에 비해 가장 뚜렷하며, 휘도 개선 효과는 20% 이상에 이른다. 본 출원의 실시예에서 제공하는 디스플레이 장치(100)는 광수렴 구조(161)를 배치함으로써 장치의 광 출력 효율을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
다음은 첨부된 도면을 참조하여 본 출원의 실시예에서 제공되는 디스플레이 장치(100)의 구체적인 구조를 추가로 설명한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 디스플레이 장치(100)는 발광층(120) 상에 순차적으로 적층된 봉지층(130), 오버 코팅층(140) 및 광 필터링층(150)을 더 포함하고, 광수렴층(160)은 광 필터링층(150)의 광 출력측 상에 배치된다.
봉지층(130)은 박막 봉지층일 수 있다. 봉지층(130)은 발광층(120)을 캡슐화하여 보호함으로써 수증기, 산소 등의 불순물이 발광층(120)으로 유입되어 발광층(120)에 침식 손상을 일으키는 것을 방지하도록 구성된다.
봉지층(130)은 박막 구조의 한 층으로 형성될 수도 있고, 박막 구조의 복수의 층을 겹쳐서 형성할 수도 있다. 예를 들어, 봉지층(130)은 적어도 하나의 무기물층 및/또는 유기물(질화규소 또는 산화규소 등)층을 포함할 수 있다.
오버코팅층(140)은 봉지층(130) 상에 평탄화 처리를 수행하여 봉지층(130) 상의 광 필터링층(150)의 신뢰성 있는 배치를 용이하게 하도록 구성된다.
오버코팅층(140)은 광투과성이 높은 재질로 이루어지며, 전광선 투과율이 99% 이상이다.
선택적으로, 오버코팅층(140)은 아크릴 수지, 에폭시 수지, 페놀-포름알데히드 수지, 폴리우레탄, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 불포화 폴리에스테르 등 중 적어도 하나의 재료로 만들어질 수 있다.
광 필터링층(150)은 발광층(120)과 광수렴층(160) 사이에 배치된다. 광 필터링층(150)은 복수의 색저항부(151)와, 색저항부(151)를 둘러싸는 블랙 매트릭스(152)를 포함한다. 복수의 색저항부(151)는 복수의 서브픽셀(121)을 일대일 대응되게 덮는다.
구체적으로, 색저항부(151)는 특정 파장의 빛을 통과시키도록 구성되며, 복수의 색저항부(151)는 적색 저항부, 녹색 저항부, 청색 저항부를 포함한다. 복수의 색저항부(151)는 복수의 서브픽셀(121)과 일대일 대응된다. 적색 저항부는 적색 광을 방출하는 서브픽셀(121)을 덮고, 녹색 저항부는 녹색 광을 방출하는 서브픽셀(121)을 덮고, 청색 저항부는 청색 광을 방출하는 서브픽셀(121)을 덮는다. 즉, 도 4의 3개의 서브픽셀(121)에 대응하여, 도 4의 좌측에서 우측 방향을 따라, 도면의 3가지 색저항부는 각각 적색 저항부, 녹색 저항부, 청색 저항부이다.
색저항부(151) 주변에는 블랙 매트릭스(152)가 배치되고, 인접한 2개의 색저항부(151) 각각에는 블랙 매트릭스(152)가 배치된다. 즉, 블랙 매트릭스(152)에는 복수의 개구부가 배치되고, 각 개구부에는 색저항부(151)가 배치된다. 색저항부(151)의 색은 색저항부(151)에 의해 덮이는 서브픽셀(121)의 발광색에 대응된다.
블랙 매트릭스(152)는 흑색의 불투명 재질, 예를 들어 흑색 수지 재질로 이루어진다. 서브픽셀(121)에서 방출된 빛은 색저항부(151)를 통과하여 패널 외부로만 방출될 수 있다.
선택적으로, 색저항부(151)는 컬러 필터일 수 있다. 적색 색저항부, 녹색 색저항부, 청색 색저항부는 각각 적색 컬러필터, 녹색 컬러필터, 청색 컬러필터이다. 컬러 필터의 두께는 1 내지 5 마이크론일 수 있다. 컬러 필터는 스핀 코팅이나 잉크젯 인쇄와 같은 성숙한 공정을 통해 형성될 수 있다.
선택적으로, 블랙 매트릭스(152)의 두께는 1.5 내지 5 마이크론이고, 광 필터링층(150)에서 블랙 매트릭스(152)가 차지하는 면적의 비율은 50% 초과, 예를 들어 75% 내지 85%이고, 블랙 매트릭스(152)의 두께는 컬러 필터의 두께와 동일할 수 있다.
본 출원의 실시예에 제공된 디스플레이 장치(100)에서는, 광 필터링층(150)이 배치되고, 발광층(120)의 광출사측에는 주변 광의 반사를 방지하는 편광자가 배치될 필요가 없다. 이는 디스플레이 장치(100)의 광 출력 효율을 향상시키고, 디스플레이 장치(100)의 소비 전력을 감소시키며, 디스플레이 장치(100)의 수명을 연장시킬 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 광수렴 구조(161)는 색저항부(151)를 일대일 대응되게 덮는다. 광수렴 구조(161)의 중심과 색저항부(151)의 중심 사이의 위치 편차는 5 마이크론 이하이다. 광수렴 구조(161)와 색저항부(151) 사이의 면적 비율은 0.6 내지 2.2이다.
전술한 설정을 통해, 색저항부(151)의 적어도 대부분(예를 들어, 면적의 80% 이상)이 광수렴 구조(161)에 의해 덮이는 것을 보장할 수 있으며, 광수렴 구조(161)는 색저항부(151)를 통과한 대부분의 빛을 수렴시켜 패널의 빛 출력 효율을 향상시키는데 도움을 준다.
광 필터링층(150)은 저온 컬러필터 공정을 이용하여 제조될 수 있으며, 제조온도는 100℃ 미만이다. 제조공정은 오버코팅층(140) 위에 반사방지용 블랙 매트릭스(152)를 형성하고, 블랙 매트릭스(152)를 세정한 후 포토레지스트를 도포한다. 적색 포토레지스트를 코팅한 후 노광, 현상, 베이킹을 거쳐 적색 컬러필터(적색 저항부)를 형성한다. 이어서, 녹색 컬러필터와 청색 컬러필터를 차례로 형성한다.
본 출원의 실시예에서 제공되는 디스플레이 장치(100)는 COE 아키텍처의 디스플레이 장치라는 점에 유의해야 한다. 다만, 디스플레이 장치(100)는 COE 아키텍처에 한정되지 않고, 다른 아키텍처일 수도 있다. 예를 들어, 다른 실시예에서, 디스플레이 장치(100)는 광 필터링층(150)을 포함하지 않을 수도 있다. 이것은 본 출원에서 제한되지 않는다. 광수렴층(160)은 어레이 형태로 배열된 복수의 광수렴 구조(161)를 포함한다. 본 출원에서는 광수렴 구조(161)의 구체적인 구조가 제한되지 않는다. 광수렴 기능이 있는 모든 광학 요소는 본 출원의 보호 범위에 속한다. 광수렴 구조(161)는 더 많은 광을 장치 외부로 추출할 수 있으므로, 본 출원에서의 광수렴 구조는 광 획득 마이크로구조라고도 할 수 있다.
도 6은 본 출원의 실시예에 따른 광수렴 구조(161)의 단면의 개략도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 본 출원의 실시예에서 제공되는 광수렴 구조(161)는 광을 수렴할 수 있는 임의의 규칙적 또는 불규칙적 형태의 광학 요소일 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 출원의 실시예에 제공된 광수렴 구조(161)의 높이(H)는 2 마이크론 이상이므로, 광수렴 구조는 더 나은 광수렴 효과를 갖는다.
도 6의 (a) 부분, 도 6의 (c) 부분, 도 6의 (d) 부분에 도시된 바와 같이, 광수렴 구조(161)는 광수렴 볼록 렌즈와 같은 광수렴 마이크로렌즈일 수 있다. 이때, 광수렴 구조(161)의 높이(H)는 광수렴 구조(161)의 바닥면(S0)으로부터 광수렴 구조(161)의 꼭지점(apex)까지의 거리를 의미한다. 바닥면은 평면이다. 즉, 바닥면은 서브픽셀(121)을 향하는 광수렴 구조(161)의 측면, 색저항부(151)에 인접한 측면 및 광수렴 구조(161)의 광입사측을 의미한다. 꼭지점은 서브픽셀(121)로부터 멀리 떨어져 있으며, 광수렴 구조(161)의 광출사측이다. 광수렴 구조(161)의 바닥면(S0)에서 광수렴 구조(161)의 꼭지점 방향이 빛의 출사 방향, 즉 디스플레이 장치(100)의 두께 방향이다.
도 6의 (b) 부분에 도시된 바와 같이, 광수렴 구조(161)의 단면도 사다리꼴형일 수 있으며, 상면과 하면(S0)이 모두 평면형이다. 이때, 광수렴 구조(161)의 높이(H)는 광수렴 구조(161)의 하면(S0)에서 광수렴 구조(161)의 상면까지의 거리를 의미한다. 바닥면(S0)은 색저항부(151)에 부착된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 광수렴 구조(161)의 단면적은 높이에 따라 달라질 수 있다. 본 출원의 실시예에서는 광수렴 구조(161) 전체 높이의 10%(즉, H/10) 높이에서의 단면적(S)을 광수렴 구조(161)의 면적으로 정의한다. 즉, 도 6에 도시된 서로 다른 구조의 광수렴 구조(161)에 대해, H/10에서의 단면적 S는 광수렴 구조(161)의 면적이다.
또한, 본 출원의 실시예에서, 광수렴 구조(161)에 대응하는 서브픽셀(121)의 발광 면적에 대한 광수렴 구조(161)의 면적(즉, 전체 높이의 10% 높이에서의 단면적)은 0.6 내지 2.2이다.
전술한 설정을 통해, 서브픽셀(121)에서 방출되는 광의 대부분(예를 들어, 면적의 60% 이상)이 광수렴 구조(161)에 의해 덮이는 것을 보장할 수 있고, 이로써 광수렴 구조(161)는 대부분의 광을 수렴시킬 수 있고, 이는 장치의 광 출력 효율을 향상시키는 데 도움이 된다.
선택적으로, 광수렴 구조(161)는 볼록 렌즈이고, 볼록 렌즈의 벡터 높이는 2 마이크론보다 크거나 같아서, 광수렴 구조(161)는 더 나은 광수렴 효과를 갖게 된다.
선택적으로, 볼록 렌즈의 볼록 표면의 표면 유형은 구면, 타원형 표면, 포물선 표면, 자유 형태 표면 등 중 어느 하나일 수 있다.
선택적으로, 광수렴 구조(161)의 재료는 아크릴산 수지, 폴리이미드 수지, 실록산 수지, 페놀-포름알데히드 수지, 금속 나노입자와 혼합된 수지 시스템 등일 수 있다. 이는 본 출원에서 제한되지 않는다.
본 출원의 실시예에서, 복수의 광수렴 구조(161)는 복수의 서브픽셀(121)(즉, 복수의 색저항부(151))을 일대일로 대응하게 덮는다. 광수렴 구조(161)의 개수는 서브픽셀(121)의 개수와 같거나 작을 수 있다.
선택적으로, 광수렴 구조(161)의 개수는 서브픽셀(121)의 개수와 동일하다. 이 경우, 각 서브픽셀(121)은 광수렴 구조(161)에 의해 덮여진다. 즉, 적색 서브픽셀, 녹색 서브픽셀, 청색 서브픽셀은 모두 광수렴 구조(161)에 의해 덮여진다.
선택적으로, 광수렴 구조(161)의 개수는 서브픽셀(121)의 개수보다 적다. 이 경우, 서브픽셀(121) 중 일부만이 광수렴 구조(161)에 의해 덮이고, 서브픽셀(121) 전체가 덮히지는 않는다.
예를 들어, 복수의 광수렴 구조(161)는 일대일 대응되게 복수의 청색 서브픽셀을 덮는다. 즉, 광수렴층의 복수의 광수렴 구조(161)는 청색 서브픽셀만을 덮고, 적색 서브픽셀이나 녹색 서브픽셀은 덮지 않는다. 청색 서브픽셀의 발광 전력 소모는 전체 패널의 작동 전력 소모의 거의 절반을 차지하므로, 렌즈의 수량이 제한되어 있다는 전제 하에 광수렴 구조(161)는 청색 서브픽셀만을 덮고 광 획득을 수행하며, 이로써 청색 서브픽셀의 발광 전력 소비를 효과적으로 줄일 수 있으며 패널의 전체 전력 소비를 최대한 줄일 수 있다.
또한, 광수렴 구조(161)는 청색 서브픽셀만 덮고, 이는 또한 광수렴 구조(161)의 설정 밀도를 줄이는 데 도움이 되며, 제조 공정에서 광수렴층(160)의 가공 난이도를 줄이는 데에도 도움이 된다.
선택적으로, 다른 구현에서, 광수렴 구조(161)는 또한 실제 요구 사항에 기초한 임의의 방식으로 일부 서브픽셀(121)을 덮을 수 있으며, 예를 들어 적색 서브픽셀 및/또는 녹색 서브픽셀만 덮을 수 있다. 이는 본 출원에서는 제한되지 않는다.
본 출원의 실시예에서, 광수렴층(160)(즉, 광수렴 구조(161))은 황색광 공정을 이용하여 형성 및 가공될 수 있다. 구체적인 기술 프로세스는 다음과 같다.
먼저, 광 필터링층(150)의 표면을 세정하여 표면의 이물질을 제거하고 표면의 친수성을 향상시켜 코팅불량을 방지한다. 그 후, 코팅 디바이스에 의해 포토레지스트 필름 형성 코팅이 수행되어 전체 포토레지스트 필름을 형성한다. 이후, 소프트 베이킹 장치를 이용하여 포토레지스트를 1차 고화시킨 후 기판에 연결하고, 포토레지스트 내부의 약액 성분 중 일부를 제거한다. 그런 다음 포토리소그래픽 마스크를 사용하여 노광 간격과 노광 에너지를 기반으로 위치 정확도와 패턴을 정의한다. 그리고, 현상 온도와 현상 시간에 기초하여 현상 장치를 이용하여 리소그래피 후의 패턴을 현상한다. 마지막으로, 후속 공정에서 이상 현상이 발생하지 않도록 광수렴 구조(161)를 최종적으로 굳히기 위한 하드 베이킹 공정을 실시한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 디스플레이 장치(100)는 보호층(170)을 더 포함한다. 보호층(170)은 광수렴층(160) 측이자 기판(110)으로부터 멀어지는 측에 배치된다. 광수렴 구조(161)의 굴절률은 보호층의 굴절률보다 크다. 보호층(170)은 광수렴층(160)을 덮으며, 광수렴 구조(161)를 분리하여 보호할 수 있다.
보호층(170)은 광투과율이 높은 재질로 이루어지며, 예를 들어 광학적으로 투명한 접착제(optically clear adhesive, OCA)일 수 있다. 광학적으로 투명한 접착제는 기재가 없는 양면 접착테이프이며, 무색 투명하며, 높은 광선 투과율(전광선 투과율 > 99%), 높은 접착력, 고온 저항성, 자외선 저항성 등의 특성을 가지고 있다. 광학적으로 투명한 접착제는 두께가 조절되어 균일한 간격을 제공할 수 있으며 장기간 사용해도 황변, 벗겨짐 및 열화 문제가 발생하지 않는다.
선택적으로, 광학적으로 투명한 접착제는 액체 광학 투명 접착제(liquid optical clear adhesive, LOCA)일 수 있다. LOCA는 경화 후 무색투명한 액상 접착제로 광투과율이 98% 이상이며, 경화수축률이 낮고 황변 저항성이 있는 특성을 가지고 있다. 전체 라미네이션 분야에서 기존 OCA 테이프와 비교하여 LOCA는 대형 크기, 곡면, 열악한 환경 및 기타 분야에서 고유한 장점을 가지고 있다. 예를 들어, LOCA는 광학용 투명 수지(optical clear resin, OCR)일 수 있다.
선택적으로, 보호층(170)은 아크릴 수지, 에폭시 수지, 페놀-포름알데히드 수지, 폴리우레탄, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 불포화 폴리에스테르 등 중 적어도 하나의 재료로 만들어질 수 있고, 보호층(170)의 전광선 투과율은 99% 이상이다.
선택적으로, 광수렴 구조(161)의 굴절률과 보호층(170)의 굴절률 간의 차이는 0.1 내지 0.5이다. 이와 같은 설정을 통해, 광수렴 구조(161)는 보다 나은 광수렴 효과를 가질 수 있다.
본 출원의 실시예에서, 광수렴 구조(161)의 굴절률은 1.6 내지 1.8 범위이고, 보호층(170)의 굴절률 범위는 1.4 내지 1.55이다.
본 출원의 실시예에서 제공되는 디스플레이 장치(100)는 산란층을 더 포함한다. 산란층은 광수렴층(160) 측이자 기판(110)으로부터 멀어지는 측에 배치된다. 산란층의 헤이즈(haze) 값은 20% 내지 70%이고, 예를 들어 헤이즈 값은 40% 내지 55%이다.
COE 구조에서는 패널 내부로 입사된 빛이 반사될 때 회절 문제가 쉽게 발생할 수 있다. 그 결과, 외부 환경의 강한 빛(예를 들어 점광원이나 태양광 또는 램프 아래)에서는 다채로운 회절색 패턴이 생성되어 읽기 경험에 심각한 영향을 미치게 된다. 본 출원에서는 산란층을 발광층(120)의 광 출사측에 배치함으로써 규칙적인 회절 패턴을 분산시킬 수 있어 회절 문제를 제거하고 사용자의 읽기 경험을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 산란층은 보호층(170) 내부에 분산된 입자들이 산란되어 형성된다. 산란 입자들은 보호층(170) 내부에 고르게 분포되어 있다(분포 균일도가 85%보다 큼). 산란층의 헤이즈 값은 산란 입자의 농도에 따라 조정될 수 있다.
구체적으로, 보호층(170)의 제조 과정에서 산란 입자가 도핑된다. 산란 입자의 크기는 2 마이크론보다 크고, 서브픽셀의 가장 짧은 변 길이의 절반보다 작다. 산란입자의 재질은 가교(cross-linked) 폴리스티렌(polystyrene, PS), 가교 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl metharyl, PMMA), 유기실리콘폴리머 등의 유기 산란 입자일 수 있거나, 또는 이산화티타늄과 같은 무기 산란 입자일 수 있다. 산란 입자의 분포 균일성이 85%보다 큰지 확인하려면 샘플 준비 과정에서 산란 입자를 완전히 혼합해야 한다. 헤이즈 값을 조정하는 방법은 산란 입자에 대한 매트릭스 수지의 비율을 제어하여 달성할 수 있다.
선택적으로, 산란 입자는 구형 구조이고, 구형 구조의 직경은 1 내지 3 마이크론이다. 따라서 회절 문제를 보다 효과적으로 제거할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 디스플레이 장치(100)는 보호층(170) 상에 순차적으로 적층되어 배치되는 커버층(180) 및 기능층(190)을 더 포함한다.
커버층(180)은 패널에 대한 기계적 지지 및 보호를 제공하도록 구성되며, 커버층(180)은 예를 들어 유리 커버일 수 있다. 기능층(190)은 해당 기능을 구현하기 위한 구성으로, 기능층(190)은 하나 이상의 박막층이 적층되어 형성될 수 있다.
예를 들어, 기능층(190)은 빛의 반사를 감소시키는 반사방지층을 포함할 수 있다. 반사방지층은 패널 표면의 반사를 감소시키고, 디스플레이 장치(100) 영상의 명암비를 향상시키며, 표시되는 영상의 색재현율을 향상시키며, 스크린 오프 상태에서 시각적 색이 번지는 문제를 방지할 수 있다.
반사 방지층은 기존의 성숙한 건식 또는 습식 공정을 사용하여 제조될 수 있으며, 반사 방지층의 재료는 예를 들어 실리콘 산질화물 또는 이산화 실리콘일 수 있다.
다른 예로, 기능층(190)은 눈부심 방지(anti-glare, AG)층을 더 포함할 수 있다. 본 출원에서는 AG층을 배치함으로써, 디스플레이 장치(100)가 주변 광원 하에서 반사 및 눈부심이 발생하는 문제를 해결하고, 화질을 향상시킬 수 있다. AG층은 주변광 간섭을 줄이고, 표시된 이미지의 시야각과 휘도를 향상시키며, 화면 반사를 줄이고, 이미지를 더 선명하고, 다채롭고, 포화되게 만들어 패널의 디스플레이 효과를 크게 향상시킬 수 있다.
다른 예로, 기능층(190)은 지문 방지(anti-fingerprint, AF)층을 더 포함할 수 있다. 본 출원에서는 AF층을 배치함으로써 커버층(180)의 표면장력을 최소화할 수 있다. 결과적으로, 커버층(180)은 강한 소수성, 유성 및 내지문 성능을 가지게 되어 전자제품 표면 얼룩의 접착 불량 및 세척 용이성의 효과를 더욱 달성할 수 있다.
예를 들어, AF 층은 땀 오염을 감소시킬 수 있는 플루오로에테르 기반 지문 방지 층일 수 있다.
도 7은 본 출원의 실시예에 따른 디스플레이 장치(100)의 다른 예의 구조의 개략도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 도 4에 도시된 실시예와 비교하면, 본 실시예에서는 산란층(131)이 봉지층(130)과 광수렴층(160) 사이에 배치된다. 즉, 도 4에 도시된 실시예에서, 산란층은 광수렴층(160)의 광출사측에 위치한다. 광수렴층(160)은 발광층(120)에서 방출된 광을 수렴시킨 후, 산란층은 광을 산란 처리한다. 그러나 본 실시예에서는 산란층(131)이 광수렴층(160)의 광 입사측에 위치한다. 산란층(131)은 발광층(120)에서 방출된 빛을 산란시킨 후, 광수렴층(160)은 그 빛에 대한 수렴 처리를 수행한다. 도 4에 도시된 실시예와 비교하면, 본 실시예에서 제공되는 디스플레이 장치(100)는 정면 시야각의 휘도가 더 높다.
선택적으로, 산란층(131)의 헤이즈 값은 5% 내지 85%일 수 있다. 마찬가지로, 산란층(131)은 수지 등의 광투과성 물질 내부에 산란 입자를 도핑하여 형성할 수도 있다. 산란층(131)의 재료 선택, 제조 공정 등에 대해서는 앞선 실시예의 설명을 참조하고, 자세한 내용은 여기서 다시 설명하지 않는다.
또한, 디스플레이 장치(100)는 터치(touch on TFE, TOE)층을 더 포함한다. 터치층은 봉지층(130)과 광수렴층(160) 사이에 배치된다. 터치층은 오버코팅층을 포함한다. 산란층(131)은 오버코팅층 내부에 분산된 입자들이 산란되어 형성된다.
본 출원의 실시예에서는 터치층의 오버코팅층을 재사용하고, 산란 입자를 오버코팅층 내부에 분산시켜 산란층(131)을 형성한다. 이는 디스플레이 장치(100)의 전체 두께를 줄이는 데 도움이 된다.
도 8은 본 출원의 실시예에 따른 터치층 구조의 개략도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 터치층은 순차적으로 적층된 버퍼(buffer)층(T3), 제2 오버코팅층(T2), 제1 오버코팅층(T1)을 포함한다. 제1 오버코팅층(T1)의 두께와 제2 오버코팅층(T2)의 두께는 모두 약 2 마이크론이다. 제1 오버코팅층(T1) 및/또는 제2 오버코팅층은 재사용될 수 있다. 즉, 제1 오버 코팅층(T1) 및/또는 제2 오버 코팅층에 산란 입자를 도핑하여 산란층(131)을 형성할 수 있다. 터치층의 정상적인 동작에 영향을 미치지 않는다는 전제하에 부분 회절을 제거하는 효과를 얻을 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, OLED 디스플레이 패널은 내부 금속 전극 구조로 인해 실내나 외부의 강한 빛 아래에서도 빛을 반사하여 판독에 간섭을 일으키고, 어두운 상태에서도 어둡지 않다. 일반적으로 주변광 반사에 저항할 수 있는 원형 편광자를 외부에 추가한다. OLED 음극에서 반사된 빛은 선형 편광자와 위상보상필름의 결합을 통해 빛이 선형 편광자를 통과할 수 없는 편광 상태로 조절된다. 그러나 OLED의 출사광은 비편광된 빛이고 수직 편광의 50%가 선형 편광자를 통과하지 못하여 OLED 디스플레이 패널의 광 추출 손실이 발생한다.
도 4 내지 도 8에 도시된 실시예에 제공된 디스플레이 장치(100)에서, 종래의 원형 편광자를 대체하기 위해 광 필터링층(150)을 배치하고, 광 필터링층(150) 상에 광수렴층(160)을 더 배치하여 광을 수렴시킴으로써, 디스플레이 장치(100)의 광 출력 효율을 향상시킨다.
본 출원의 실시예는 디스플레이 장치를 추가로 제공한다. 디스플레이 장치는 원형 편광자를 그대로 유지하되, 좌향 편광 또는 우향 편광을 선택적으로 장치의 발광층으로 반사시키기 위해 콜레스테릭 액정(cholesteric liquid crystal, CLC)층을 디스플레이 장치 내부에 배치한다. 장치의 발광층은 반사된 좌향 또는 우향 편광을 회전시켜 다시 반사시킨다. 또한, 발광층에서 방출된 좌향 편광과 우향 편광이 모두 최종적으로 원형 편광자를 통과하여 패널 외부로 방출될 수 있어, 디스플레이 장치의 광 출력 효율이 향상된다.
콜레스테릭 액정층(키랄 발광층이라고도 함)은 기술적 효과를 구현하는 핵심이다. 콜레스테릭 액정은 기판과 액정을 포함한다. 콜레스테릭 액정의 액정 분자는 편평하고 층으로 배열되어 있으며, 층의 분자는 서로 평행하다. 분자 장축은 층의 평면과 평행하다. 서로 다른 층의 분자 장축 방향이 약간씩 변경된다. 분자 장축은 층의 법선 방향을 따라 나선형 구조로 배열된다. 콜레스테릭 액정의 구조에 따라 편광 선택성을 얻을 수 있다.
콜레스테릭 액정은 특정 파장 범위의 빛에 대해 한 회전 방향으로 원형 편광(좌향 또는 우향)을 반사하고 다른 방향으로 원형 편광(우향 또는 좌향)을 투과시킨다. 콜레스테릭 액정의 파장 범위는 굴절률 차이 △n과 액정 분자 주기 피치의 곱에 의해 결정된다. 동작 파장을 초과하는 빛의 경우 콜레스테릭 액정은 빛을 투과할 수만 있고 빛을 반사할 수는 없다. 본 출원의 실시예에서, 콜레스테릭 액정이 구성될 수 있고, 이로써 콜레스테릭 액정층의 동작 파장 대역은 청색 광 파장 대역, 녹색 광 파장 대역, 적색 광 파장 대역, 또는 전체 가시광 파장 대역을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다.
콜레스테릭 액정의 피치 회전 방향이 좌향인 경우, 우향 편광(우향 원형 편광이라고도 함)이 투과될 수 있으며, 좌향 편광(좌향 원형 편광이라고도 함)은 패널의 발광층에 반사될 수 있다. 또는, 콜레스테릭 액정의 피치 회전 방향이 우향일 경우, 좌향 편광은 투과되고, 우향 편광은 패널의 발광층으로 반사될 수 있다.
도 9는 본 출원의 실시예에 따른 디스플레이 장치(200)의 구조의 개략도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 디스플레이 장치(200)는 기판(210)과, 기판(210) 위에 순차적으로 적층되는 회로층(220), 발광층(230), 봉지층(240), 광수렴층(250), 콜레스테릭 액정층(260), 원형 편광자(270), 연결층(280) 및 커버층(290)을 포함한다. 기판(210), 회로층(220), 발광층(230), 봉지층(240), 광수렴층(250), 연결층(280) 및 커버층(290)에 대해서는 전술한 관련 설명을 참조하라. 본 출원은 콜레스테릭 액정층(260) 및 원형 편광자(270)에 초점을 맞춘다.
도 10은 콜레스테릭 액정층(260)의 동작 원리에 대한 개략도이다. 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 콜레스테릭 액정층(260)은 발광층(230) 측이자 기판(210)으로부터 멀어지는 측에 배치된다. 콜레스테릭 액정층(260)은 발광층(230)의 서브픽셀(231)에서 방출된 빛을 제2 회전 방향으로 반사시켜 제1 회전 방향의 빛을 통과시켜 다시 발광층(230)으로 복귀시키도록 구성된다. 발광층(230)은 금속물질층(예를 들어, 음극층)을 포함한다. 발광층(230)의 특성에 따라, 발광층(230)(예를 들어, 음극층)은 제2 회전 방향의 빛을 제1 회전 방향으로 회전시켜 콜레스테릭 액정층으로 반사시킬 수 있다. 발광층(230)의 회전에 의해 얻어지는 제1 회전 방향의 빛은 콜레스테릭 액정층(260)을 통과할 수 있다.
원형 편광자(270)는 위상차 필름(271)과 선형 편광자(272)를 포함한다. 콜레스테릭 액정층(260)에서 방출된 빛은 먼저 위상차 필름(271)으로 방출된다. 원형 편광자(270)는 콜레스테릭 액정층 측이자 기판(210)으로부터 멀어지는 측에 배치된다. 위상차 필름(271)은 제1 회전 방향의 빛을 선형 편광자(272)를 통과할 수 있는 수직 편광 또는 수평 편광으로 변환하는 역할을 한다.
본 출원의 이 실시 형태에서, 제1 회전 방향의 광은 좌향 편광이고, 제2 회전 방향의 광은 우향 편광이다. 이 경우, 콜레스테릭 액정층(260)은 발광층(230)의 서브픽셀(231)에서 방출된 우향 편광을 다시 발광층(230)으로 반사시키고, 좌향 편광을 투명하게 투과시킬 수 있다. 발광층(230)은 우향 편광을 좌향 편광으로 회전시킨 후, 좌향 편광을 다시 콜레스테릭 액정층(260)으로 반사시킨다.
구체적으로, 도 10에 도시된 바와 같이, 발광층(230)의 출사광은 자연광이며, 좌향 편광 50%와 우향 편광 50%를 포함한다. 콜레스테릭 액정층(260)으로 빛이 투과된 후, 50% 좌향 편광은 콜레스테릭 액정층(260)을 통해 직접 위상차 필름(271)으로 투과된다. 위상차 필름(271)은 이 빛의 일부를 수평 편광으로 변환하여 선형 편광자(272)로 전달한다. 선형 편광자(272)는 흡수형 편광자(absorptive polarizer)로서, 입사되는 빛을 차폐하고 투과시키는 기능을 갖고 있어 수평 편광은 투과시키고, 수직 편광은 차폐(차단)할 수 있다.
선택적으로, 선형 편광자(272)는 금속 와이어 그리드 편광자, 다층 이중 굴절 폴리머 필름 편광자, 또는 MacNeille 편광자일 수 있다.
발광층(230)에 의해 방출된 우향 편광은 콜레스테릭 액정층(260)을 통과할 수 없고, 콜레스테릭 액정층(260)에 의해 발광층(230)으로 다시 반사된다. 발광층(230)은 우향 편광을 좌향 편광으로 회전시킨 후 좌향 편광을 다시 콜레스테릭 액정층(260)으로 반사시킨다. 이 경우, 이 일부의 빛은 콜레스테릭 액정층(260), 위상차 필름(271) 및 선형 편광자(272)를 통과한 후 장치 외부로 방출될 수 있다.
본 출원의 실시예에서 제공되는 디스플레이 장치(200)에 따르면, 콜레스테릭 액정층(260)은 발광층(230)과 원형 편광자(270) 사이에 배치되어 좌향 편광 또는 우향 편광을 장치의 발광층으로 선택적으로 반사시킨다. 발광층은 반사된 좌향 또는 우향 편광을 회전시켜 재반사시키며, 발광층(230)에서 방출된 좌향 편광과 우향 편광이 최종적으로 원형 편광자(270)를 거쳐 장치 외부로 방출될 수 있도록 하며, 이는 디스플레이 장치(200)의 광 출력 효율을 향상시키기 위한 것이다.
선택적으로, 다른 구현에서, 제1 회전 방향의 광은 우향 편광일 수 있고, 제2 회전 방향의 광은 좌향 편광일 수 있다. 이 경우, 콜레스테릭 액정층(260)의 구성(나선 방향)이 변경될 수 있어, 콜레스테릭 액정층(260)은 좌향 편광을 반사하고 우향 편광을 투명하게 투과시킬 수 있다. 선형 편광자(272)는 수직 편광은 투과시키고 수평 편광은 차폐(차단)하도록 구성된다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 출원의 이 실시예에서, 콜레스테릭 액정 층(260)은 광수렴층(250) 측이고 기판(210)으로부터 먼 측 상에 위치된다. 즉, 콜레스테릭 액정층(260)은 광수렴층(250)의 광출사측에 위치한다.
도 11은 본 출원의 실시예에 따른 디스플레이 장치(200)의 다른 예의 구조의 개략도이다. 도 11에 도시된 실시예에서, 콜레스테릭 액정층(260)은 광수렴층 (250)과 기판(210) 사이에 위치할 수 있다. 즉, 콜레스테릭 액정층(260)은 광수렴층(250)의 광 입사측에 위치할 수 있다. 광수렴층(250)과 콜레스테릭 액정층(260)의 상대적인 위치는 본 출원의 실시예에서 제한되지 않는다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 출원의 실시예에서 콜레스테릭 액정층(260)은 복수의 액정 패턴(261)을 포함하고, 복수의 액정 패턴(261)은 일대일 대응으로 복수의 서브픽셀(231)을 덮는다.
이 경우, 복수의 액정 패턴(261)의 동작 파장대역은 복수의 서브픽셀(231)의 디스플레이 파장대역과 하나씩 대응된다. 동작 파장대역이 청색광 파장대역인 액정 패턴(261)(B-CLC)이 청색광을 디스플레이하는 서브픽셀(231(B))을 덮는다. 액정 패턴(261)(B-CLC)은 서브픽셀(231)에서 방출되는 청색광 중 제2 회전 방향(우향)으로 발광한 빛을 다시 발광층(230)으로 반사시키고, 제1 회전 방향(좌향)의 빛이 통과하도록 허용한다.
동작 파장대역이 녹색광 파장대역인 액정 패턴(261)(G-CLC)이 녹색광을 디스플레이하는 서브픽셀(231)(G)을 덮는다. 액정 패턴(261)(G-CLC)은 서브픽셀(231)에서 방출된 녹색광 중 제2 회전 방향(우향)으로 발광한 빛을 다시 발광층(230)으로 반사시키고, 제1 회전 방향(좌향)의 빛이 통과하도록 허용한다.
동작 파장대역이 적색광 파장대역인 액정 패턴(261)(R-CLC)이 적색광을 디스플레이하는 서브픽셀(231)(R)을 덮는다. 액정 패턴(261)(R-CLC)은 서브픽셀(231)에서 제2 회전 방향(우향)으로 방출된 광 중 적색광을 발광층(230)으로 반사시키고, 제1 회전 방향(좌향)의 빛이 통과하도록 허용한다.
또한, 콜레스테릭 액정층(260)은 액정 패턴(261)을 덮는 보호층을 더 포함한다. 보호층의 관련 특징에 대해서는 전술한 관련 설명을 참조하고, 세부사항은 여기서 다시 설명하지 않는다.
선택적으로, 다른 구현에서, 복수의 액정 패턴(261)의 동작 파장 대역은 동일할 수 있으며, 모두 가시광 파장 대역이다. 상기 설정을 통해 가공 및 성형이 편리하고 생산공정이 단순화되며 원가가 절감될 수 있다. 이 경우, 복수의 액정 패턴(251) 중 적어도 일부는 연결되어 일체형 구조를 이룰 수 있다.
본 출원의 실시예의 디스플레이 장치(200)는 다음과 같은 기술적 프로세스에 따라 제조될 수 있다.
1. 콜레스테릭 액정 층(260)을 코팅하고 정렬함: 콜레스테릭 액정층(260)은 광 정렬 또는 액정 자기 조립에 의해 배향된 상태로 규칙적으로 배열되며, 콜레스테릭 액정층(260)의 두께는 2 내지 5 마이크론이다. 콜레스테릭 액정의 동작 파장대는 R/G/B 중 하나이다.
2. 액정 패턴(261)을 패턴화함: 액정 분자의 배향이 이루어진 후, 그 배향에 따라 분자가 배열된다. 이때, 액상 필름 위에 마스크(mask, 광학 마스크 템플릿이라고도 함)를 배치하고, 마스크 위에 배향된 분자의 중합을 유도하는 광원을 배치한다. 이때, 마스크에 의해 가려지지 않은 필름의 일부만이 조사되어 중합될 수 있고, 마스크에 의해 가려진 필름의 일부는 중합되지 않는다. 중합되지 않은 단량체 분자는 용매를 이용한 세정을 통해 제거하여 패턴화된 액정 패턴(261)을 형성할 수 있다. 본 출원의 실시예에서는 마스크에 의해 차단되지 않은 액정 패턴(261), 즉 유지된 액정 패턴(261)이 해당 서브픽셀 위에 위치한다.
3. 단계 1과 2를 반복함: R/G/B 파장대역의 액정패턴(261)에 대한 코팅 및 패터닝은 필요에 따라 각각 수행되며, 제조공정은 1단계, 2단계와 동일하다. 마지막으로, 3개의 액정 패턴(261)의 임의의 조합이 얻어질 수 있다.
4. 보호층을 코팅함: 액정 패턴(261)이 제작된 패널에는 수지 등의 OC 소재를 보호 평탄층으로 도포한다.
5. 원형 편광자(270)를 커버층(290)에 부착함: 제조된 패널은 원형 편광자(270)와 커버층(290)(예를 들어, 유리 커버)에 차례로 부착된다.
도 12는 본 출원의 실시예에 따른 디스플레이 장치(200)의 또 다른 예의 구조의 개략도이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 본 출원의 실시예에서 콜레스테릭 액정층(260)은 박막형 일체형 구조로 되어 있고, 콜레스테릭 액정층(260)의 동작 파장대역은 가시광선 파장대역(CLC)이다. 위와 같은 설정은 생산 공정을 절약하고 생산 효율성을 높이는 데 도움이 된다.
또한, 도 12에 도시된 바와 같이, 광수렴층(250)은 광수렴 구조(251)를 둘러싸는 블랙 매트릭스(252)를 더 포함한다. 이와 같은 설정을 통해, 블랙 매트릭스(252)는 외부 환경으로부터 방출되는 주변 광을 흡수하여 장치의 반사율을 감소시키고 장치의 명암비를 향상시킬 수 있다.
OLED 광원은 비시준 광원이다. 콜레스테릭 액정층(260)과 발광층(230) 사이의 계면에서 두 번의 반사가 발생한 후 OLED 광원의 광스팟이 크게 증가한다.
블랙 매트릭스(252)에 의해 흡수된 후, 광 추출 이득은 상당한 영향을 받는다. 따라서, 광수렴 구조(251)를 마련하여 OLED에서 방출되는 빛을 수렴시켜 블랙 매트릭스(252)가 이득에 미치는 영향을 효과적으로 줄일 수 있다. 또는, 패터닝된 콜레스테릭 액정층(260)(즉, 액정 패턴(261))의 면적을 줄여 주변광의 반사량을 줄일 수도 있다.
도 13은 본 출원의 실시예에 따른 디스플레이 장치(200)의 또 다른 예의 구조의 개략도이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 복수의 광수렴 구조(251)가 복수의 청색 서브픽셀(231)을 일대일 대응되게 덮고 있으며, 콜레스테릭 액정층(260)의 동작 파장대는 청색 파장대역을 포함한다. 즉, 이 경우 청색광의 광출력 효율만 향상되므로, 장치의 전력 소모를 절약하고 처리를 용이하게 하는 데 유리하다.
또한, 광수렴층(250)은 광수렴 구조(251)를 둘러싸는 황색 포토레지스트(253)를 더 포함한다. 황색 포토레지스트(253)는 녹색광과 적색광은 통과시키고, 다른 파장대역의 빛은 흡수한다. 황색 포토레지스트(253)를 설정함으로써, 장치의 반사율을 감소시킬 수 있고, 장치의 명암비를 향상시킬 수 있다.
도 12 또는 도 13에 도시된 디스플레이 장치(200)는 다음과 같은 기술 프로세스에 따라 제조될 수 있다.
1. 콜레스테릭 액정층(260)을 형성함: 콜레스테릭 액정층(260)은 콜레스테릭 액정과 기판으로 만들어질 수 있다. 기판 위에 정렬층을 먼저 코팅한 후, 콜레스테릭 액정층을 1 내지 5 마이크론 두께로 코팅한다. 정렬 공정은 마찰 정렬, 광 정렬 또는 액정 자체 조립을 채택한다. 콜레스테릭 액정층(260)의 동작 파장대역은 R/G/B의 단일 파장대역 또는 이들의 조합을 포함하며, 전체 가시광 파장대역을 포함할 수도 있다.
기판은 원형 편광자, 트리아세틸 셀룰로오스(triacetyl cellulose, TAC), 사이클로 올레핀 폴리머(cyclo olefin polymer, COP), 유리(0.02 내지 0.5 mm), 복합 폴리머 필름 등일 수 있다.
정렬 프로세스: 마찰 정렬: 베어링 플랫폼 위에 모재(base material)를 놓고, 코팅된 정렬 필름측이 위를 향하게 향하게 한다. 베어링 플랫폼은 구동 메커니즘과 결합되며, 구동 메커니즘은 베어링 플랫폼을 구동하여 선형 운송을 수행한다. 모재 이송 경로에는 모직 천이 표면에 부착된 롤러가 배치된다. 모재가 롤러를 통과할 때, 롤러는 기판 표면의 정렬 필름에 시계방향의 롤링 방식으로 롤링마찰을 수행하는데, 롤러 바닥의 접선 속도 방향은 모재의 진행 방향과 반대이다. 마찰 정렬 후에는 정렬 필름 표면의 분자가 흩어지지 않고 균일하게 배열되어 액정이 일정한 방향으로 배열될 수 있다.
광 정렬: 광 정렬은 비접촉 정렬에 속한다. 고정밀 실시간 추적 보상 모드의 자외선을 이용하여 감광성 고분자 단량체 물질을 화학적으로 반응시켜 이방성을 발생시키고, 액정 분자가 정렬 필름 표면 분자와 상호 작용하여 최소 에너지의 안정된 상태를 구현한다. 액정 분자는 빛의 정렬에 의해 정의된 최대 힘의 방향을 따라 배열된다.
2. 원형 편광자(270)를 콜레스테릭 액정층(260)에 부착한다. 콜레스테릭 액정층(260)을 원형 편광자(270)에 직접 코팅하지 않는 경우, 콜레스테릭 액정층(260)과 원형 편광자(270)의 위상 보상 필름 표면은 광학적으로 투명한 접착제 또는 감압성 접착제(PSA)를 사용하여 부착되어야 한다.
3. 블랙 매트릭스(252)(가시광선 흡수층이라고도 함): 콜레스테릭 액정층(260)이 가시광선 파장대역 전체에 걸쳐 동작한다면, 흡수층으로 디스플레이 화면의 상면에 블랙 포토레지스트층을 마련하게 된다. 먼저, 블랙 포토레지스트를 코팅한 후, 황색광 공정에 기초하여 블랙 매트릭스(252)를 형성하며, 흡수 영역은 발광층(230)의 비발광 영역에 대응한다. 콜레스테릭 액정층(260)이 R/G/B의 단일 파장대역에서 동작하는 경우, 흡수층으로 보색 포토레지스트를 코팅할 수 있으며, 코팅 영역은 발광층(230)의 비발광 영역이 된다.
4. 광수렴 구조: 구체적인 제조 공정에 대해서는 위의 관련 설명을 참조하라.
5. 원형 편광자(270)를 커버층(290)에 부착함: 제조된 패널은 원형 편광자(270)와 커버층(290)(예를 들어 유리커버)에 부착되고, 여기서 콜레스테릭 액정층(260)은 디스플레이와 원형 편광자(270) 사이에 위치한다.
다른 측면에 따르면, 본 출원의 실시예는 전자 디바이스를 추가로 제공한다. 도 14는 본 출원의 실시예에 따른 전자 디바이스(1000)의 구조의 개략도이다. 도 14에 도시된 바와 같이, 전자 디바이스(1000)는 하우징(1100) 및 디스플레이 장치(1200)를 포함한다. 디스플레이 장치(1200)는 하우징(1100) 상에 설치된다. 디스플레이 장치(1200)는 전술한 실시예 중 어느 하나에 따른 디스플레이 장치(100) 또는 디스플레이 장치(200)이다.
선택적으로, 전자 디바이스(1000)는 디스플레이 기능을 갖춘 임의의 전자 제품이고, 휴대폰(접이식 휴대폰 등), 태블릿 컴퓨터, 텔레비전, 노트북 컴퓨터, 컴퓨터 디스플레이, 스마트 시계, 차량용 디스플레이 장치, 내비게이터 등을 포함하지만 이에 국한되지는 않는다.
전술한 설명은 단지 본 출원의 특정 구현일 뿐, 본 출원의 보호 범위를 제한하려는 의도는 아니다. 본 출원에 개시된 기술적 범위 내에서 통상의 기술자가 쉽게 알아낼 수 있는 모든 변형 또는 교체는 본 출원의 보호 범위에 속한다. 따라서 본 출원의 보호 범위는 청구범위의 보호 범위에 따른다.

Claims (22)

  1. 디스플레이 장치로서,
    기판과,
    상기 기판 상에 배치되며, 복수의 서브픽셀을 포함하는 발광층과,
    상기 발광층의 상기 기판으로부터 먼 측 상에 배치된 광수렴층을 포함하되,
    상기 광수렴층은 복수의 광수렴 구조를 포함하고, 상기 복수의 광수렴 구조는 상기 복수의 서브픽셀을 커버하며, 상기 광수렴 구조는 상기 광수렴 구조에 의해 커버되는 상기 서브픽셀에 의해 방출된 광을 수렴시키도록 구성되는,
    디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 광수렴 구조는 상기 복수의 서브픽셀을 일대일 대응으로 커버하는,
    디스플레이 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 디스플레이 장치는,
    상기 발광층과 상기 광수렴층 사이에 배치된 광 필터링층을 더 포함하되,
    상기 광 필터링층은 복수의 색저항부와 상기 색저항부를 둘러싸는 블랙 매트릭스를 포함하고, 상기 복수의 색저항부는 상기 복수의 서브픽셀을 일대일 대응으로 커버하는,
    디스플레이 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 광수렴 구조에 대응하는 상기 서브픽셀의 발광 면적에 대한 상기 광수렴 구조의 면적의 비율은 0.6 내지 2.2이고, 상기 광수렴 구조의 상기 면적은 상기 광수렴 구조의 전체 높이의 10% 높이에서의 단면적인,
    디스플레이 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광수렴 구조의 상기 높이는 2 마이크론 이상인,
    디스플레이 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디스플레이 장치는,
    상기 광수렴층의 상기 기판으로부터 먼 측 상에 배치된 보호층을 더 포함하되, 상기 광수렴 구조의 굴절률은 상기 보호층의 굴절률보다 큰,
    디스플레이 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 광수렴 구조의 상기 굴절률과 상기 보호층의 상기 굴절률의 차이는 0.1 내지 0.5인,
    디스플레이 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 디스플레이 장치는,
    상기 광수렴층의 상기 기판으로부터 먼 측 상에 배치된 산란층을 더 포함하되, 상기 산란층의 헤이즈 값은 20% 내지 70%인,
    디스플레이 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 산란층은 상기 보호층 내부에 분산된 입자들이 산란되어 형성되는,
    디스플레이 장치.
  10. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디스플레이 장치는,
    상기 발광층과 상기 광수렴층 사이에 배치된 봉지층(encapsulation layer)과,
    상기 봉지층과 상기 광수렴층 사이에 배치된 산란층을 더 포함하되,
    상기 산란층의 헤이즈 값은 5% 내지 85%인,
    디스플레이 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 디스플레이 장치는,
    상기 봉지층과 상기 광수렴층 사이에 배치된 터치층을 더 포함하되,
    상기 터치층은 오버코팅층을 포함하고, 상기 산란층은 상기 오버코팅층 내부에 분산된 입자들이 산란되어 형성되는,
    디스플레이 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 광수렴 구조는 복수의 청색 서브픽셀을 일대일 대응으로 커버하는,
    디스플레이 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서브픽셀은 유기 발광 다이오드 또는 마이크론 발광 다이오드를 포함하는,
    디스플레이 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광수렴 구조는 광수렴 마이크로렌즈인,
    디스플레이 장치.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 산란 입자는 구형 구조이고, 상기 구형 구조의 직경은 1 내지 3 마이크론인,
    디스플레이 장치.
  16. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 디스플레이 장치는,
    상기 발광층의 상기 기판으로부터 먼 측 상에 배치된 콜레스테릭 액정층과,
    상기 콜레스테릭 액정층의 상기 기판으로부터 먼 측 상에 배치된 원형 편광자 층을 포함하되,
    상기 콜레스테릭 액정층은 상기 서브픽셀에 의해 방출된 광을 제2 회전 방향으로 상기 발광층으로 반사시키고 제1 회전 방향의 광을 통과시키도록 구성되고, 상기 발광층은 또한 상기 제2 회전 방향의 광을 상기 제1 회전 방향으로 회전시키고 상기 콜레스테릭 액정층으로 반사시키도록 구성되고,
    상기 원형 편광자 층은 위상차 필름과 선형 편광자를 포함하고, 상기 위상차 필름은 상기 제1 회전 방향의 광을 상기 선형 편광자를 통과할 수 있는 수직 편광 또는 수평 편광으로 변환시키도록 구성되는,
    디스플레이 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 콜레스테릭 액정층은 복수의 콜레스테릭 액정 패턴을 포함하고, 상기 복수의 콜레스테릭 액정 패턴은 상기 복수의 서브픽셀을 일대일 대응으로 커버하는,
    디스플레이 장치.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 콜레스테릭 액정층의 동작 파장대역은 가시광선 전체를 포함하는,
    디스플레이 장치.
  19. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광수렴층은 또한 상기 광수렴 구조를 둘러싸는 블랙 매트릭스를 포함하는,
    디스플레이 장치.
  20. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 복수의 광수렴 구조는 복수의 청색 서브픽셀을 일대일 대응으로 커버하고, 상기 콜레스테릭 액정층의 동작 파장대역은 청색광 파장대역을 포함하는,
    디스플레이 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 광수렴층은 또한 상기 광수렴 구조를 둘러싸는 황색 포토레지스트를 포함하는,
    디스플레이 장치.
  22. 전자 디바이스로서,
    하우징과, 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 따른 디스플레이 장치를 포함하되, 상기 디스플레이 장치는 상기 하우징에 장착되는,
    전자 디바이스.
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