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KR102474201B1 - 양자점 컬러 필터 및 이를 구비하는 표시 장치 - Google Patents

양자점 컬러 필터 및 이를 구비하는 표시 장치 Download PDF

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KR102474201B1
KR102474201B1 KR1020150166404A KR20150166404A KR102474201B1 KR 102474201 B1 KR102474201 B1 KR 102474201B1 KR 1020150166404 A KR1020150166404 A KR 1020150166404A KR 20150166404 A KR20150166404 A KR 20150166404A KR 102474201 B1 KR102474201 B1 KR 102474201B1
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김용석
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

양자점 컬러 필터는 입사광을 제 1 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 1 색변환층을 포함하는 제 1 화소 영역; 입사광을 제 1 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 2 색변환층과, 입사광을 제 2 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 3 색변환층을 포함하는 제 2 화소 영역; 입사광을 제 2 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 4 색변환층을 포함하는 제 3 화소 영역; 및 산란물질층을 포함하는 제 4 화소 영역;을 포함한다.

Description

양자점 컬러 필터 및 이를 구비하는 표시 장치{Quantum dot color filter and display device including the same}
본 발명의 실시예들은 양자점 컬러 필터 및 이를 구비하는 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중 하나로서, 화소 전극과 공통 전극 등 전기장 생성 전극이 형성되어 있는 두 장의 표시판과 그 사이에 들어 있는 액정층으로 이루어진다. 전기장 생성 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전기장을 생성하고 이를 통하여 액정층의 액정 분자들의 배향을 결정하고 입사광의 편광을 제어함으로써 영상을 표시한다.
액정 표시 장치는 컬러 형성을 위해, 컬러 필터를 사용하는데, 백라이트 광원으로부터 출사된 광이 적색 컬러필터, 녹색 컬러필터, 청색 컬러필터를 통과할 때, 각각의 컬러필터에 의해 광량이 약 1/3로 감소되어 광효율이 낮다.
이러한 광효율 저하를 보완하고 높은 색재현성을 위해 제안되는 포토루미네선트 액정 표시 장치(Photo-Luminescent Liquid Crystal Display Apparatus; PL-LCD)는 기존의 액정 표시 장치에 사용되는 컬러필터를 QD-CCL(quantum dot color conversion layer)로 대체한 액정 표시 장치이다. PL-LCD는 광원으로부터 발생되어 액정층에 의해 제어된 자외선 또는 청색광 등 저파장대역의 광이 색전환층(Color Conversion Layer; CCL)에 조사될 때 발생하는 가시광을 이용하여 컬러 영상을 표시한다.
본 발명의 실시예들은 색재현성, 광효율이 개선된 표시 장치를 제공한다.
본 발명의 일 유형에 따르면, 입사광을 제 1 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 1 색변환층을 포함하는 제 1 화소 영역; 입사광을 제 1 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 2 색변환층과, 입사광을 제 2 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 3 색변환층을 포함하는 제 2 화소 영역; 입사광을 제 2 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 4 색변환층을 포함하는 제 3 화소 영역; 및 산란물질층을 포함하는 제 4 화소 영역;을 포함하는 양자점 컬러 필터가 제공된다.
상기 제 2 화소 영역에서, 상기 제 2 색변환층과 제 3 색변환층은 적층된 형태를 가질 수 있다.
상기 제 2 색변환층과 제 3 색변환층은 부분적으로 오버랩 되게 적층될 수 있다.
상기 제 2 색변환층과 제 3 색변환층은 상기 제 2 화소 영역 내에 수평적으로 배치될 수 있다.
또한, 일 유형에 따르면, 입사광을 제 1 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 1 색변환층을 포함하는 제 1 화소 영역; 입사광을 제 1 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 2 색변환층과, 입사광을 제 2 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 3 색변환층과, 입사광을 제 3 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 4 색변환층을 포함하는 제 2 화소 영역; 입사광을 제 2 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 5 색변환층을 포함하는 제 3 화소 영역; 및 입사광을 제 3 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 5 색변환층을 포함하는 제 4 화소 영역;을 포함하는 양자점 컬러 필터가 제공된다.
상기 제 2 화소 영역에서, 상기 제 2 색변환층, 제 3 색변환층, 제 4 색변환층은 적층된 형태를 가질 수 있다.
상기 제 2 색변환층, 제 3 색변환층, 제 4 색변환층 중 적어도 두 층은 부분적으로 오버랩 되게 적층될 수 있다.
상기 제 2 색변환층, 제 3 색변환층, 제 4 색변환층 중 어느 한 층 상에 나머지 두 층이 수평적으로 배치될 수 있다.
또한, 일 유형에 따르면, 서로 마주하는 제 1 및 제 2 기판과, 상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 배치된 액정층을 포함하는 액정 패널; 상기 액정 패널에 화상 형성용 광을 제공하는 백라이트 장치; 및 상기 백라이트 장치로부터 출사되고 상기 액정 패널을 투과한 광의 파장을 변환시켜 컬러를 형성하는 것으로, 입사광을 제 1 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 1 색변환층을 포함하는 제 1 화소 영역, 입사광을 제 1 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 2 색변환층과, 입사광을 제 2 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 3 색변환층을 포함하는 제 2 화소 영역, 입사광을 제 2 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 4 색변환층을 포함하는 제 3 화소 영역, 및 산란물질층을 포함하는 제 4 화소 영역을 포함하는 양자점 컬러 필터;를 포함하는 표시 장치가 제공된다.
상기 백라이트 장치는 상기 액정 패널에 청색광을 제공할 수 있다.
상기 양자점 컬러 필터의 제 1 화소 영역 및 제 3 화소 영역 상에는 상기 제 1 색변환층 및 제 4 색변환층에서 색변환되지 않은 청색광이 상기 제 1 화소 영역 및 제 2 화소 영역에서 출사되지 않도록 차단하는 밴드 컷 필터가 더 구비될 수 있다.
상기 제 2 화소 영역에서, 상기 제 2 색변환층과 제 3 색변환층은 적층된 형태를 가질 수 있다.
상기 제 2 색변환층과 제 3 색변환층은 부분적으로 오버랩 되게 적층될 수 있다.
상기 제 2 색변환층과 제 3 색변환층은 상기 제 2 화소 영역 내에 수평적으로 배치될 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 색변환층은 동일한 재질로 형성될 수 있다.
상기 제 3 및 제 4 색변환층은 동일한 재질로 형성될 수 있다.
또한, 일 유형에 따르면, 서로 마주하는 제 1 및 제 2 기판과, 상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 배치된 액정층을 포함하는 액정 패널; 상기 액정 패널에 화상 형성용 광을 제공하는 백라이트 장치; 및 상기 백라이트 장치로부터 출사되고 상기 액정 패널을 투과한 광의 파장을 변환시켜 컬러를 형성하는 것으로, 입사광을 제 1 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 1 색변환층을 포함하는 제 1 화소 영역, 입사광을 제 1 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 2 색변환층과, 입사광을 제 2 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 포함하는 제 3 색변환층과, 입사광을 제 3 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 4 색변환층을 포함하는 제 2 화소 영역, 입사광을 제 2 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 5 색변환층을 포함하는 제 3 화소 영역, 및 입사광을 제 3 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 5 색변환층을 포함하는 제 4 화소 영역을 포함하는 양자점 컬러 필터;를 포함하는 표시 장치가 제공된다.
상기 백라이트 장치는 상기 액정 패널에 자외선 광을 제공할 수 있다.
상기 양자점 컬러 필터는 상기 제 1 내지 제 4 화소 영역에서 색변환되지 않은 자외선 광이 출사되지 않도록 차단하는 밴드 컷 필터를 더 포함할 수 있다.
상기 제 2 화소 영역에서, 상기 제 2 색변환층, 제 3 색변환층, 제 4 색변환층 중 적어도 두 층이 적층될 수 있다.
상술한 양자점 컬러 필터는 복수의 양자점층을 구비하는 백색 화소를 포함하며, 복수의 양자점층의 배치 형태를 조절하여 원하는 백색을 구현할 수 있으므로, 광효율이 높다. 예를 들어, ACC 튜닝시 컬러 클리핑이 최소화될 수 있다.
상술한 양자점 컬러 필터를 채용하는 표시 장치는 높은 광효율과 광시야각의 영상을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 양자점 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.
도 2는 비교예에 따른 양자점 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.
도 3은 비교예에 따른 양자점 컬러 필터에서 출사된 광으로 백색 색좌표 기준을 맞출 때 광손실이 발생함을 예시적으로 설명하는 도면이다.
도 4a 내지 도 4d는 실시예에 따른 양자점 컬러필터를 제조하는 방법을 예시적으로 설명하는 도면들이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 양자점 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 양자점 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 양자점 컬러 필터의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 양자점 컬러 필터의 화소 배치를 보인 평면도이다.
도 9는 다른 실시예에 따른 양자점 컬러 필터의 화소 배치를 보인 평면도이다.
도 10는 도 8의 양자점 컬러 필터에 청색광이 입사되었을 때, 또는 도 9의 양자점 컬러 필터에 UV광이 입사되었을 때 구현되는 컬러 배치를 보인 평면도이다.
도 11은 다른 실시예에 따른 양자점 컬러 필터의 화소 배치를 보인 평면도이다.
도 12는 다른 실시예에 따른 양자점 컬러 필터의 화소 배치를 보인 평면도이다.
도 13은 도 11의 양자점 컬러 필터에 청색광이 입사되었을 때, 또는 도 12의 양자점 컬러 필터에 UV광이 입사되었을 때 구현되는 컬러 배치를 보인 평면도이다.
도 14는 일 실시예에 따른 표시 장치의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.
도 15는 다른 실시예에 따른 표시 장치의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
이하의 실시예에서, 막, 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 양자점 컬러 필터(100)의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.
양자점 컬러 필터(100)는 서로 다른 컬러 형성을 위한 제 1 내지 제 4 화소 영역(C1)(C2)(C3)(C4)을 포함한다. 예를 들어, 청색광이 양자점 컬러 필터(100)에 입사되면, 제 1 내지 제 4 화소 영역(C1)(C2)(C3)(C4)에서 각각, 적색광, 백색광, 녹색광, 청색광이 출사될 수 있다.
제 1 화소 영역(C1)은 입사광을 제 1 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 1 색변환층(140)을 포함한다. 제 1 색변환층(140)은 입사광을, 입사광의 파장보다 장파장 대역의 광으로 변환시켜 출사한다. 제 1 색변환층(140)은 예를 들어, 청색광을 흡수하고 적색광을 방출하는 양자점들을 포함할 수 있다.
청색광이 제 1 화소 영역(C1)에 입사되면, 제 1 색변환층(140)에 의해 적색광으로 변환된다. 제 1 화소 영역(C1)에는 또한, 제 1 색변환층(140)에서 색변환되지 않은 청색광이 제 1 화소 영역(C1)에서 출사되지 않도록 차단하는 밴드 컷 필터(130)가 더 구비될 수 있다.
제 2 화소 영역(C2)은 입사광을 제 1 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 2 색변환층(141)과 입사광을 제 2 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 3 색변환층(151)을 포함한다. 제 2 색변환층(151), 제 3 색변환층(151)은 입사광을, 입사광의 파장보다 장파장 대역의 광으로 변환시켜 출사한다. 제 2 색변환층(141)은 예를 들어, 청색광을 적색광으로 변환할 수 있다. 제 3 색변환층(151)은 예를 들어, 청색광을 녹색광으로 변환할 수 있다. 제 2 색변환층(141)은 제 1 색변환층(140)과 동일한 컬러를 형성하는 층이므로, 같은 재질로 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다. 하지만, 제 1 및 제 2 색변환층(140)(141)을 같은 재질로 하는 것이 제조과정이 보다 용이할 수 있다.
청색광이 제 2 화소 영역(C2)에 입사되면, 청색광 일부는 제 2 색변환층(141)에 의해 적색광으로 변환되고, 청색광 일부는 제 3 색변환층(151)에 의해 녹색광으로 변환되어, 적색광, 녹색광, 청색광의 혼합으로 백색광이 형성된다.
제 2 색변환층(141)과 제 3 색변환층(151)은 도시된 바와 같이 적층 배치될 수 있다. 제 2 색변환층(141)이 적색 변환, 제 3 색변환층(151)이 녹색 변환을 하는 경우, 보다 장파장의 광을 방출하는 제 2 색변환층(141)이 제 3 색변환층(151) 보다 입사면에 가까운 쪽에 배치될 수 있다. 제 2 및 제 3 색변환층(141)(151)은 입사광의 파장보다 장파장의 광으로 변환시키는 층이므로, 제 2 색변환층(141)에 의해 적색광으로 변환된 광은 제 3 색변환층(151)에 입사되어도 녹색광으로 변환되지 않고 적색광을 유지한다. 제 2 색변환층(141)에서 색변환되지 않은 청색광이 제 3 색변환층(151)에 입사되어 녹색광으로 변환될 수 있고, 청색광 중 일부는 제 2 색변환층(141)을 거치지 않고 직접 제 3 색변환층(151)에 입사되어 녹색광으로 변환될 수 있다.
제 2 색변환층(141)과 제 3 색변환층(151)이 적층될 때, 전체적으로 오버랩될 수도 있으나, 도시된 바와 같이, 부분적으로만 오버랩될 수도 있다. 오버랩되는 범위에 따라, 제 3 색변환층(151)에 직접 입사하는 청색광이 양이 조절된다. 예를 들어, 제 2 색변환층(141)과 제 3 색변환층(151)이 전체적으로 오버랩되는 경우, 제 2 색변환층(141)에서 색변환되지 않은 청색광만이 제 3 색변환층(151)에서의 색변환에 기여한다. 이 경우, 제 2 색변환층(141)의 색변환 효율이 높은 경우, 상대적으로 적은 양의 청색광이 제 3 색변환층(151)에 입사하게 되므로 백색 형성에 기여할 녹색광이 부족할 수도 있다. 따라서, 제 2 화소 영역(C2) 형성을 위한, 제 2 색변환층(141), 제 3 색변환층(151) 각각의 두께나 적층시의 오버랩 범위는 백색광 구현이 용이하도록 각 층의 효율 등을 고려하여 정할 수 있다. 또한, 구현하고자 하는 백색광의 구체적인 색좌표를 함께 고려할 수 있다.
제 3 화소 영역(C3)은 입사광을 제 2 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 4 색변환층(150)을 포함한다. 제 4 색변환층(150)은 제 3 색변환층(151)과 동일한 컬러를 형성하는 층이므로, 같은 재질로 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다. 하지만, 제 3 및 제 4 색변환층(151)(150)을 같은 재질로 하는 것이 제조과정이 보다 용이해진다.
청색광이 제 3 화소 영역(C3)에 입사되면, 제 4 색변환층(151)에 의해 녹색광으로 변환된다. 제 3 화소 영역(C3)에는 또한, 제 4 색변환층(151)에서 색변환되지 않은 청색광이 제 3 화소 영역(C3)에서 출사되지 않도록 차단하는 밴드 컷 필터(130)가 더 형성될 수 있다.
제 4 화소 영역(C4)은 입사광을 산란시키는 산란 물질층(160)을 포함한다. 산란물질층(160)은 입사된 청색광을 색변환시키지 않고 출사시키며, 즉, 제 4 화소 영역(C4)에서 청색광이 출사된다.
제 1 내지 제 4 화소 영역(C1)(C2)(C3)(C4)은 투명 기판(110) 상에 형성될 수 있고, 투명 기판(110) 상에는 각 화소 영역을 구획하기 위한 격벽(120)이 형성될 수 있다.
제 1 내지 제 4 색변환층(140)(141)(151)(150)에 구비된 양자점들은 Si계 나노결정, II-VI족계 화합물 반도체 나노결정, III-V족계 화합물 반도체 나노결정, IV-VI족계 화합물 반도체 나노결정 및 이들의 혼합물 중 어느 하나의 나노결정을 포함할 수 있다. II-VI족계 화합물 반도체 나노결정은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HggZnTe, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe 및 HgZnSTe로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다. III-V족계 화합물 반도체 나노결정은 GaN, GaP, GaAs, AlN, AlP, AlAs, InN, InP, InAs, GaNP, GaNAs, GaPAs, AlNP, AlNAs, AlPAs, InNP, InNAs, InPAs, GaAlNP, GaAlNAs, GaAlPAs, GaInNP, GaInNAs, GaInPAs, InAlNP, InAlNAs, 및 InAlPAs로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다. IV-VI족계 화합물 반도체 나노결정은 SbTe일 수 있다.
제 1 내지 제 4 색변환층(140)(141)(151)(150)에 구비된 양자점들이 동일한 물질로 이루어지더라도, 양자점의 크기에 따라 발광 파장이 달라진다. 양자점의 크기가 작아질수록 짧은 파장의 광을 방출한다. 따라서, 제 1 내지 제 4 색변환층(140)(141)(151)(150)에 구비된 양자점의 크기를 조절함으로써 원하는 가시광선 영역대의 광을 방출할 수 있다.
제 1 및 제 2 색변환층(140)(141)에서 형성되는 광이 적색, 제 3 및 제 4 색변환층(151)(150)에서 형성하고자 하는 광이 녹색인 경우, 제 1 내지 제 4 색변환층(140)(141)(151)(150)에 구비되는 양자점들을 동일한 재질로 형성하고, 제 1 및 제 2 색변환층(140)(141)에 구비되는 양자점의 크기를 제 3 및 제 4 색변환층(151)(150)에 구비되는 양자점들의 크기보다 더 크게 할 수 있다.
상술한 양자점 컬러 필터(100)는 제 2 화소 영역(C2)을 제 2 및 제 3 색변환층(141)(151)의 적층 구조로 하여 백색광을 구현하고 있으며, 이 때, 제 2 및 제 3 색변환층(141)(151)의 두께나 오버랩되는 범위를 적절히 정하여 요구되는 백색 색좌표를 맞출 수 있기 때문에, 입사광을 효율적으로 사용할 수 있어 광효율이 높다.
도 2는 비교예에 따른 양자점 컬러 필터(10)의 개략적인 구조를 보이는 단면도이고, 도 3은 비교예에 따른 양자점 컬러 필터(10)에서 출사된 광으로 백색 색좌표 기준을 맞출 때 광손실이 발생함을 예시적으로 설명하는 도면이다.
양자점 컬러 필터(10)는 적색 양자점층(14), 녹색 양자점층(15), 산란물질층(16)을 포함한다. 투명 기판(11) 상에 화소 영역을 구획하는 격벽(13)이 구비되고, 화소 영역 각각에 적색 양자점층(14), 녹색 양자점층(15), 산란물질층(16)이 구비된다. 적색 양자점층(14), 녹색 양자점층(15) 상에는 각각에서 적색, 녹색으로 변환되지 않은 청색광을 차단하기 위한 밴드 컷 필터(12)가 구비되어 있다.
청색광이 양자점 컬러 필터(10)에 입사되면, 적색 양자점층(14), 녹색 양자점층(15), 산란물질층(16)을 통해 각각 적색광, 녹색광, 청색광이 출사된다. 이 경우, 색변환이 수행되는 적색 양자점층(14), 녹색 양자점층(15)에서 출사되는 광량에 비해, 색변환 과정이 없이 산란물질층(16)을 통해 출사되는 광량이 많을 수 있다. 예를 들어, 백색광을 형성하고자 할 때, 도 3에 예시한 바와 같이, 청색광이 필요 이상으로 많아 청색광의 클립핑(clipping)이 필요할 수 있다. 즉, ACC(accurate color capture) tuning 시 일부 광을 제거해야 하기 때문에, ACC tuning에 위해 휘도가 낮아지며, 이것은 광효율 저하의 원인이 된다.
실시예의 양자점 컬러 필터(100)는 백색 형성용 화소를 두 색변환층의 적층 구조로 따로 형성함으로써, 입사광의 사용 효율을 높이며, 원하는 색좌표의 백색광을 형성할 수 있다.
또한, 비교예의 양자점 컬러 필터(10)의 경우, 밴드 컷 필터(12)가 세 개의 화소 중 두 개의 화소 영역에 구비되는 반면, 실시예의 양자점 컬러 필터(100)의 경우, 네 개의 화소 중 두 개의 화소 영역에 밴드 컷 필터(130)가 구비되고 있으므로, 밴드 컷 필터(130)에 의한 광효율 감소도 적다.
도 4a 내지 도 4d는 실시예에 따른 양자점 컬러필터를 제조하는 방법을 예시적으로 설명하는 도면들이다.
실시예에 따른 양자점 컬러 필터의 제조를 위해, 양자점이 함유된 포토리지스트를 사용한 포토리소그라피 공정이 사용될 수 있다.
도 4a와 같이, 제 1 내지 제 3 화소 영역(C1)(C2)(C3)을 구획하는 격벽(120)이 구비된 투명 기판(110)을 준비한다. 단층의 색변환층이 형성될 제 1 및 제 3 화소 영역(C1)(C3)에는 색변환되지 않은 광이 출사되지 않도록 차단하는 밴드 컷 필터(130)가 더 구비될 수 있다.
다음, 도 4b와 같이, 입사광을 제 2 컬러의 광으로 변환하는 양자점들이 분산된 양자점-포토리지스트(150')을 투명 기판(110) 상에 전면적으로 도포한다. 양자점층이 제 2 화소 영역(C2) 및 제 3 화소 영역(C3)에 걸쳐 형성되고, 제 2 화소 영역(C2)에서의 두께가 제 3 화소 영역(C3)에서의 두께보다 더 얇게 되도록 양자점-포토리지스트(150')를 패터닝하기 위해, 제 2 화소 영역(C2)은 제 3 화소 영역(C3)에 비해 낮은 광에너지로 노광된다. 양자점층이 형성되지 않을 제 1 화소 영역(C1)에는 광이 조사되지 않는다. 이러한 노광 패턴은 양자점 포토리지스트(150')가 네거티브(negative) 포토리지스트인 것으로 가정한 것이며, 포지티브(positive) 포토리시스트의 경우, 노광 패턴은 반대가 될 수 있다. 노광 에너지 조절을 위해서는 제 2 화소 영역(C2), 제 3 화소 영역(C3)에 조사되는 광에너지를 다르게 할 수도 있고, 또는 제 2 화소 영역(C2)에 다수의 슬릿이 형성된 마스크를 사용하여 광을 조사함으로써 제 2 화소 영역(C2)에 도달하는 광량을 줄이는 방법이 사용될 수도 있다.
도 4c와 같은 노광 공정 후, 현상(development)에 의해 도 4c와 같이 제 2 화소 영역(C2)의 제 3 색변환층(151), 제 4 화소 영역(C3)의 제 4 색변환층(150)이 형성된다.
다음, 입사광을 제 1 컬러의 광으로 변환하는 양자점들이 분산된 양자점-포토리지스트를 사용하고, 노광 에너지를 화소 영역에 따라 조절하는 포토 리소그라피 공정에 의해, 도 4d와 같이, 제 1 화소 영역(C1)에 제 1 색변환층(140), 제 2 화소 영역(C2)의 제 3 색변환층(151) 상에 제 2 색변환층(141)이 형성된다.
이와 같은 방법에 따라, 제 2 화소 영역(C2)에 복수의 색변환층, 즉, 제 2 색변환층(141), 제 3 색변환층(151)의 적층 구조를 포함하는 양자점 컬러 필터(100)가 제조될 수 있다. 제조방법의 설명은 제 2 화소 영역(C2)의 제조 과정을 주로 설명하였으므로, 양자점층이 형성되지 않는 제 4 화소 영역의 도시는 생략하였다.
설명한 제조방법은 예를 들어, 비교예에 따른 도 2의 양자점 컬러 필터(10)의 제조에 사용될 수 있는 양자점 포토리지스트를 사용하는 포토리지스트 공정을 그대로 활용하고 있다. 다만, 추가적으로, 화소 영역에 따라 노광 에너지를 조절하고 있을 뿐이므로, 기존 공정을 활용하여 용이하게 제조할 수 있다.
도 5는 다른 실시예에 따른 양자점 컬러 필터(200)의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.
양자점 컬러 필터(200)는 서로 다른 컬러 형성을 위한 제 1 내지 제 4 화소 영역(C1)(C2)(C3)(C4)을 포함한다. 제 1 내지 제 4 화소 영역(C1)(C2)(C3)(C4)은 투명 기판(210) 상에 구비된 격벽(220)에 의해 구획된다.
제 1 화소 영역(C1)은 입사광을 제 1 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 1 색변환층(240)을 포함한다. 제 1 색변환층(240)은 예를 들어, 청색광을 흡수하고 적색광을 방출할 수 있다. 제 1 화소 영역(C1)에는 또한, 제 1 색변환층(240)에서 색변환되지 않은 청색광이 제 1 화소 영역(C1)에서 출사되지 않도록 차단하는 밴드 컷 필터(230)가 더 구비될 수 있다.
제 2 화소 영역(C2)은 입사광을 제 1 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 2 색변환층(241)과 입사광을 제 2 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 3 색변환층(251)을 포함한다. 제 2 색변환층(241)은 청색광을 적색광으로 변환할 수 있다. 제 3 색변환층(251)은 청색광을 녹색광으로 변환할 수 있다. 제 2 색변환층(241)과 제 3 색변환층(251)은 제 2 화소 영역(C2) 상에 수평적으로 배치되어 있다.
제 3 화소 영역(C3)은 입사광을 제 2 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 4 색변환층(250)을 포함한다. 제 3 화소 영역(C3)에는 또한, 제 4 색변환층(250)에서 색변환되지 않은 청색광이 제 3 화소 영역(C3)에서 출사되지 않도록 차단하는 밴드 컷 필터(230)가 더 구비될 수 있다.
제 4 화소 영역(C4)은 입사광은 산란시키는 산란물질층(260)을 포함한다.
본 실시예의 양자점 컬러 필터(200)는 제 2 화소 영역(C2)에 형성된 제 2 색변환층(241), 제 3 색변환층(250)이 수평적으로 배치된 점에서 도 1의 양자점 컬러 필터(100)와 차이가 있다. 제 2 색변환층(241), 제 3 색변환층(250)이 수평적으로 배치되어도, 사람의 눈은 소정 거리 이내의 수평 방향의 광을 혼합하여 인지하기 때문에, 제 2 화소 영역(C2)에서 백색광이 형성될 수 있다. 제 2 화소 영역(C2)에 형성되는 제 2 색변환층(241), 제 3 색변환층(250)의 수평 방향의 각각의 폭은 도 1의 설명에서 설명한 것과 마찬가지로, 제 2 색변환층(241), 제 3 색변환층(250)의 색변환 효율과 제 2 화소 영역(C2)에서 구현하고자 하는 백색의 색좌표를 고려하여 정할 수 있다.
도 6은 다른 실시예에 따른 양자점 컬러 필터(300)의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.
양자점 컬러 필터(300)는 서로 다른 컬러 형성을 위한 제 1 내지 제 4 화소 영역(C1)(C2)(C3)(C4)을 포함한다. 제 1 내지 제 4 화소 영역(C1)(C2)(C3)(C4)은 투명 기판(310) 상에 구비된 격벽(320)에 의해 구획된다.
제 1 화소 영역(C1)은 입사광을 제 1 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 1 색변환층(340)을 포함한다. 제 1 색변환층(340)은 자외선(UV) 광을 적색광으로 변환할 수 있다.
제 2 화소 영역(C2)은 입사광을 제 1 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 2 색변환층(341)과 입사광을 제 2 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 3 색변환층(351)과, 입사광을 제 3 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 4 색변환층(361)을 포함한다. 제 2 색변환층(341), 제 3 색변환층(351), 제 4 색변환층(361)은 제 2 화소 영역(C2) 상에 적층 배치되어 있다. 제 2 색변환층(341), 제 3 색변환층(351), 제 4 색변환층(361) 중 적어도 두 층은 부분적으로 오버랩 될 수 있다.
제 2 색변환층(341)은 예를 들어, UV광을 적색광으로 변환할 수 있다. 제 3 색변환층(351)은 예를 들어, UV광을 녹색광으로 변환할 수 있다. 제 4 색변환층(361)은 예를 들어, UV광을 청색광으로 변환할 수 있다.
UV광이 제 2 화소 영역(C2)에 입사되면, UV광 일부는 제 2 색변환층(341)에 의해 적색광으로 변환되고, UV광 일부는 제 3 색변환층(351)에 의해 녹색광으로 변환되고, UV광 일부는 제 4 색변환층(361)에 의해 청색광으로 변환되어, 적색광, 녹색광, 청색광의 혼합으로 백색광이 형성된다.
제 2 색변환층(341), 제 3 색변환층(351), 제 4 색변환층(361)은 도시된 바와 같이 적층 배치될 수 있다. 제 2 색변환층(341)이 적색 변환, 제 3 색변환층(351)이 녹색 변환, 제 4 색변환층(361)이 청색 변환을 하는 경우, 방출광의 파장이 긴 순서대로, 입사면으로부터, 제 2 색변환층(341), 제 3 색변환층(351), 제 4 색변환층(361)의 순서로 배치될 수 있다. 제 2 색변환층(341), 제 3 색변환층(351), 제 4 색변환층(361)은 입사광의 파장보다 긴 파장의 광을 방출하는 층이므로, 제 2 색변환층(351)에 의해 적색광으로 변환된 광은 제 3 색변환층(361), 제 4 색변환층(361)에 입사되어도 녹색광이나 청색광으로 변환되지 않고 적색광을 유지한다. 제 2 색변환층(341)에서 색변환되지 않은 UV광이 제 3 색변환층(351)에 입사되어 녹색광으로 변환될 수 있고, 녹색광은 제 4 색변환층(361)에 입사되어도 청색광으로 변환되지 않는다. 제 2 색변환층(341), 제 3 색변환층(351)에서 색변환되지 않은 UV 광이 제 4 색변환층(361)에 입사되어 청색광으로 변환된다.
제 2 색변환층(341), 제 3 색변환층(351), 제 4 색변환층(361)이 적층될 때, 전체적으로 오버랩될 수도 있으나, 도시된 바와 같이, 적어도 두 층은 부분적으로만 오버랩될 수도 있다. 오버랩되는 범위에 따라, 제 3 색변환층(351)에 직접 입사하는 UV광이 양이 조절된다. 예를 들어, 제 2 색변환층(341)과 제 3 색변환층(351)이 전체적으로 오버랩되는 경우, 제 2 색변환층(341)에서 색변환되지 않은 UV광만이 제 3 색변환층(351)에서의 색변환에 기여한다. 이 경우, 제 2 색변환층(341)의 색변환 효율이 높은 경우, 상대적으로 적은 양의 UV광이 제 3 색변환층(351)에 입사하게 되므로 백색 형성에 기여할 녹색광이 부족할 수도 있다. 또한, 제 2 색변환층(341), 제 3 색변환층(351)에서 색변환되지 않은 UV 광만이 제 4 색변환층(361)에서의 청색광 형성에 기여할 수 있으므로, 제 2 색변환층(341), 제 3 색변환층(351)이 전체적으로 제 4 색변환층(361)과 오버랩되는 경우, 제 4 색변환층(361)에 입사되는 UV 광이 적어, 백색 형성에 기여할 청색광이 부족할 수도 있다.
따라서, 제 2 색변환층(341), 제 3 색변환층(351), 제 4 색변환층(361) 각각의 두께와 적층시 오버랩되는 범위는 각 층의 색변환 효율과 제 2 화소 영역(C2)에서 형성하고자 백색광의 색좌표를 고려하여 정할 수 있다.
제 3 화소 영역(C3)은 입사광을 제 2 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 5 색변환층(350)을 포함한다. 제 5 색변환층(350)은 예를 들어, UV광을 녹색광으로 변환할 수 있다.
제 4 화소 영역(C4)은 입사광을 제 3 컬러의 광으로 변환시키는 다수의 양자점을 구비하는 제 6 색변환층(360)을 포함한다. 제 6 색변환층(360)은 예를 들어, UV광을 청색광으로 변환할 수 있다.
제 1 내지 제 4 화소 영역(C1)(C2)(C3)(C4) 상에는 색변환되지 않은 UV 광이 제 1 내지 제 4 화소 영역(C4)으로부터 출사되지 않도록 차단하는 밴드 컷 필터(330)가 더 구비될 수 있다.
도 7은 다른 실시예에 따른 양자점 컬러 필터(400)의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.
양자점 컬러 필터(400)는 서로 다른 컬러 형성을 위한 제 1 내지 제 4 화소 영역(C1)(C2)(C3)(C4)을 포함한다. 제 1 내지 제 4 화소 영역(C1)(C2)(C3)(C4)은 투명 기판(410) 상에 형성된 격벽(420)에 의해 구획된다.
제 1 화소 영역(C1)은 입사광을 제 1 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 1 색변환층(440)을 포함한다. 제 1 색변환층(440)은 자외선(UV) 광을 적색광으로 변환할 수 있다.
제 2 화소 영역(C2)은 입사광을 제 1 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 2 색변환층(441)과 입사광을 제 2 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 3 색변환층(451)과, 입사광을 제 3 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 4 색변환층(461)을 포함한다. 제 2 색변환층(441)은 예를 들어, UV광을 적색광으로 변환할 수 있다. 제 3 색변환층(451)은 예를 들어, UV광을 녹색광으로 변환할 수 있다. 제 4 색변환층(450)은 예를 들어, UV광을 청색광으로 변환할 수 있다. 제 2 색변환층(441), 제 3 색변환층(451)은 제 4 색변환층(461) 상에 수평적으로 배치되어 있다.
제 3 화소 영역(C3)은 입사광을 제 2 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 5 색변환층(450)을 포함한다. 제 5 색변환층(450)은 예를 들어, UV광을 녹색광으로 변환할 수 있다.
제 4 화소 영역(C4)은 입사광을 제 3 컬러의 광으로 변환시키는 다수의 양자점을 구비하는 제 6 색변환층(460)을 포함한다. 제 6 색변환층(460)은 예를 들어, UV광을 청색광으로 변환할 수 있다.
제 1 내지 제 4 화소 영역(C1)(C2)(C3)(C4) 상에는 색변환되지 않은 UV 광이 제 1 내지 제 4 화소 영역(C1)(C2)(C3)(C4)으로부터 출사되지 않도록 차단하는 밴드 컷 필터(430)가 더 구비될 수 있다.
본 실시예의 양자점 컬러 필터(400)는 제 2 화소 영역(C2)은 제 5 색변환층(461) 상에 제 2 색변환층(441), 제 3 색변환층(451)이 수평적으로 배치된 형태인 점에서 도 6의 양자점 컬러 필터(300)와 차이가 있다. 제 2 색변환층(441), 제 3 색변환층(451)이 수평적으로 배치되어도, 사람의 눈은 소정 거리 이내의 수평 방향의 광을 혼합하여 인지하기 때문에, 제 2 화소 영역(C2)에서 백색광이 형성될 수 있다. 제 2 화소 영역(C2)에 형성되는 제 5 색변환층(461)의 두께나, 제 2 색변환층(441), 제 3 색변환층(451) 각각의 수평 방향의 폭은 제 2 색변환층(441), 제 3 색변환층(451), 제 5 색변환층(461)의 색변환 효율과 제 2 화소 영역(C2)에서 구현하고자 하는 백색의 색좌표를 고려하여 정할 수 있다.
도 8은 다른 실시예에 따른 양자점 컬러 필터(500)의 화소 배치를 보인 평면도이다.
양자점 컬러 필터(500)는 서로 다른 컬러 형성을 위한 제 1 내지 제 4 화소 영역(C1)(C2)(C3)(C4)을 포함한다.
도 1 및 도 5의 실시예들에서 설명한 바와 같이, 제 1 화소 영역(C1)은 입사광을 제 1 컬러의 광으로 변환하며, 예를 들어, 청색광을 흡수하고 적색광을 방출할 수 있다. 제 2 화소 영역(C2)은 입사광을 제 1 컬러의 광으로 변환하는 영역과, 입사광을 제 2 컬러의 광으로 변환하는 영역을 포함한다. 예를 들어, 청색광을 적색광으로 변환하는 영역, 청색광을 녹색광으로 변환하는 영역이 포함되어, 전체적으로 백색광이 구현된다. 제 3 화소 영역(C3)은 입사광을 제 2 컬러의 광으로 변환하며, 예를 들어, 청색광을 녹색광으로 변환할 수 있다. 제 4 화소 영역(C4)은 색변환 없이, 입사광을 산란시켜 방출한다.
서로 다른 색변환을 하는 영역은 도면에서 다른 해칭으로 표현하고 있으며, 제 2 화소 영역(C2)은 두 개의 색변환 영역이 수평 배치된 것으로 편의상 도시되어 있으나 이에 한정되지 않으며, 도 1에서 예시한 것과 같은 적층 배치도 가능하다.
제 1 내지 제 4 화소 영역(C1)(C2)(C3)(C4)은 네 개의 사분면에 각각 배치되는 형태로, 반복 배열되며, 각 화소 영역의 면적 비율은 1:1:1:1이다.
도 9는 다른 실시예에 따른 양자점 컬러 필터(600)의 화소 배치를 보인 평면도이다.
양자점 컬러 필터(600)는 서로 다른 컬러 형성을 위한 제 1 내지 제 4 화소 영역(C1)(C2)(C3)(C4)을 포함한다.
도 6 및 도 7의 실시예들에서 설명한 바와 같이, 제 1 화소 영역(C1)은 입사광을 제 1 컬러의 광으로 변환하며, 예를 들어, UV광을 흡수하고 적색광을 방출할 수 있다. 제 2 화소 영역(C2)은 입사광을 제 1 컬러의 광으로 변환하는 영역과, 입사광을 제 2 컬러의 광으로 변환하는 영역과, 입사광을 제 3 컬러의 광으로 변환하는 영역을 포함한다. 예를 들어, UV광을 적색광으로 변환하는 영역, UV광을 녹색광으로 변환하는 영역, UV광을 청색광으로 변환하는 영역이 포함되어, 전체적으로 백색광이 구현된다. 제 3 화소 영역(C3)은 입사광을 제 2 컬러의 광으로 변환하며, 예를 들어, UV광을 녹색광으로 변환할 수 있다. 제 4 화소 영역(C4)은 입사광을 제 3 컬러의 광으로 변환하며, 예를 들어, UV광을 청색광으로 변환할 수 있다.
서로 다른 색변환을 하는 영역은 도면에서 다른 해칭으로 표현하고 있으며, 제 2 화소 영역(C2)은 세 개의 색변환 영역이 수평 배치된 것으로 편의상 도시되어 있으나 이에 한정되지 않으며, 도 6 및 도 7 에서 예시한 것과 같은 형태의 적층 배치도 가능하다.
제 1 내지 제 4 화소 영역(C1)(C2)(C3)(C4)은 네 개의 사분면에 각각 배치되는 형태로, 반복 배열되며, 각 화소 영역의 면적 비율은 1:1:1:1이다.
도 10는 도 8의 양자점 컬러 필터(500)에 청색광이 입사되었을 때, 또는 도 9의 양자점 컬러 필터(600)에 UV광이 입사되었을 때 구현되는 컬러 배치를 보인 평면도이다.
도 8 및 도 9에서 예시한 화소 배치에 의해, 적색, 녹색, 청색, 백색의 면적 비율이 1:1:1:1로 구현된다.
도 11은 다른 실시예에 따른 양자점 컬러 필터(700)의 화소 배치를 보인 평면도이다.
양자점 컬러 필터(700)는 서로 다른 컬러 형성을 위한 제 1 내지 제 4 화소 영역(C1)(C2)(C3)(C4)을 포함한다. 본 실시예의 제 1 내지 제 4 화소 영역(C1)(C2)(C3)(C4)은 도 8에서 설명한 것과 동일하며, 각 화소 영역의 배치와 면적 비율에서만 차이가 있다. 제 1 내지 제 4 화소 영역(C1)(C2)(C3)(C4)의 면적 비율은 2:1:2:1이다.
도 12는 다른 실시예에 따른 양자점 컬러 필터(800)의 화소 배치를 보인 평면도이다.
양자점 컬러 필터(800)는 서로 다른 컬러 형성을 위한 제 1 내지 제 4 화소 영역(C1)(C2)(C3)(C4)을 포함한다. 본 실시예의 제 1 내지 제 4 화소 영역(C1)(C2)(C3)(C4)은 도 9에서 설명한 것과 동일하며, 각 화소 영역의 배치와 면적 비율에서만 차이가 있다. 제 1 내지 제 4 화소 영역(C1)(C2)(C3)(C4)의 면적 비율은 2:1:2:1이다.
도 13은 도 11의 양자점 컬러 필터(700)에 청색광이 입사되었을 때, 또는 도 12의 양자점 컬러 필터(800)에 UV광이 입사되었을 때 구현되는 컬러 배치를 보인 평면도이다.
도 11 및 도 12에서 예시한 화소 배치에 의해, 적색, 백색, 녹색, 청색의 면적 비율이 2:1:2:1로 구현된다.
도 8 내지 도 13에서는 적색, 녹색, 청색, 백색이 구현되는 면적 비율을 두 가지로 예시하여 설명하였으나, 이에 한정되지 않으며, 구현되는 컬러의 효율, 휘도를 고려하여 적절한 면적 비율이 정해질 수 있다.
도 14는 일 실시예에 따른 표시 장치(1001)의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.
표시 장치(1001)는 서로 마주하는 하부 기판(1200), 상부 기판(1400) 및 하부 기판(1200)과 상부 기판(1400) 사이에 배치된 액정층(1300)을 구비하는 액정 패널과 상기 액정 패널에 화상 형성용 광을 제공하는 백라이트 장치(1100), 백라이트 장치(1100)로부터 출사되고 상기 액정 패널을 투과한 광의 파장을 변환시켜 컬러를 형성하는 양자점 컬러 필터(1600)를 포함한다.
백라이트 장치(1100)는 청색광(LB)을 발광하는 광원을 포함하여, 액정 패널에 청색광(LB)을 제공할 수 있다.
하부 기판(1200)은 제 1 기판(1220), 제 1 기판(1220)의 하면에 형성된 하부 편광판(1210), 제 1 기판(1220)의 상면에 형성된 화소 전극(1240)을 포함한다. 또한, 제 1 기판(1220)과 화소 전극(1240) 사이에는 개개의 화소에 대응하는 액정층(1300) 영역을 각각 제어하기 위한 다수의 트랜지스터를 구비하는 TFT 어레이층(1230)이 형성된다.
제 1 기판(1220)은 글래스 또는 투명 플라스틱 재질로 형성될 수 있다.
제 1 기판(1220)의 하면에 배치된 하부 편광판(1210)은 특정 편광의 광만을 투과시키기 위한 것이다. 예를 들어, 제 1 방향으로 선편광된 광을 투과시키는 편광판일 수 있다.
TFT 어레이층(1230)은 다수의 트랜지스터(미도시), 다수의 트랜지스터 각각에 게이트 신호, 데이터 신호를 각각 인가하기 위한 게이트 배선, 데이터 배선을 포함할 수 있다.
화소 전극(1240)은 TFT 어레이층(1230)에 형성된 트랜지스터의 드레인 전극과 연결되어 데이터 전압을 인가 받는다.
상부 기판(1400)은 제 2 기판(1420), 제 2 기판(1420)의 상면에 형성된 상부 편광판(1410), 제 2 기판(1420)의 하면에 형성된 공통 전극(1430)을 포함한다.
상부 편광판(1410)은 하부 편광판(1210)이 투과시키는 제 1 방향의 선편광과 수직인, 제 2 방향의 선편광의 광을 투과시키는 편광판일 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것이고, 상부 편광판(1410)과 하부 편광판(1210)은 모두 동일한 편광의 광을 투과시키도록 구성될 수도 있다.
액정층(1300)은 상부 기판(1400)과 하부 기판(1200) 사이에 배치되며, 공통 전극(1430)과 화소 전극(1240) 간에 인가되는 전압에 따라 액정층(1300)에 포함된 액정 분자의 배열이 조절된다. 즉, 공통 전극(1430)과 화소 전극(1240) 사이에 인가되는 전압에 따라 공통 전극(1430)과 화소 전극(1240) 사이의 액정층(1300) 영역이 제어되어 입사광의 편광을 변화시키는 모드(on), 입사광의 편광을 변화시키지 않는 모드(off)로 제어된다. 또한, 입사광의 편광을 변화시키는 정도가 조절되어 중간 계조 표현이 가능하다.
양자점 컬러 필터(1600)는 투명 기판(1610), 서로 다른 컬러 형성을 위한 제 1 내지 제 4 화소 영역(C1)(C2)(C3)(C4), 상기 화소 영역들을 구획하는 격벽(1620)을 포함한다.
제 1 내지 제 4 화소 영역(C1)(C2)(C3)(C4)은 도 1, 도 5, 도 8, 도 11에서 설명한 바와 같이, 적색, 백색, 녹색, 청색을 구현하도록 구성된다. 제 1 화소 영역(C1)은 청색광(LB)을 적색광으로 변환하는 제 1 색변환층(1630)을 포함하며, 제 2 화소 영역은 청색광(LB)을 적색광으로 변환하는 제 2 색변환층(1631), 청색광(LB)을 녹색광으로 변환하는 제 3 색변환층(1641)을 포함하며, 제 3 화소 영역(C3)은 청색광(LB)을 녹색광으로 변환하는 제 4 색변환층(1640)을 포함하며, 제 4 화소 영역(C4)은 산란물질층(1650)을 포함한다. 제 2 화소 영역(C2)은 제 2 색변환층(1631)과 제3 색변환층(1641)이 적층 배치된 것으로 도시되었으나, 이에 한정되지 않으며, 수평 배치, 부분적으로만 오버랩되는 적층 배치도 가능하다.
도시되지는 않았으나, 제 1 화소 영역(C1), 제 3 화소 영역(C3) 상에는 각각 적색광, 녹색광으로 변환되지 않은 청색광(LB)이 방출되지 않도록 차단하는 밴드 컷 필터가 더 마련될 수 있다.
백라이트 장치(1100)에서의 청색광(LB)이 액정 패널을 지나며, 화상 정보에 알맞게 화소 영역에 따라 온(on)/오프(off)되어 양자점 컬러필터(1600)에 입사되고, 적색, 녹색, 청색, 백색으로 변환됨에 따라, 영상이 표시된다.
도 15는 다른 실시예에 따른 표시 장치(1002)의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.
표시 장치(1002)는 서로 마주하는 하부 기판(1200), 상부 기판(1400) 및 하부 기판(1200)과 상부 기판(1400) 사이에 배치된 액정층(1300)을 구비하는 액정 패널과 상기 액정 패널에 화상 형성용 광을 제공하는 백라이트 장치(1110), 백라이트 장치(1110)로부터 출사되고 상기 액정 패널을 투과한 광의 파장을 변환시켜 컬러를 형성하는 양자점 컬러 필터(1700)를 포함한다.
본 실시예의 표시 장치(1002)는 백라이트 장치(1110), 양자점 컬러 필터(1700)의 구성에서 도 14의 표시 장치(1001)와 차이가 있다.
백라이트 장치(1110)은 UV광(LUV)을 방출하도록 구성된다.
양자점 컬러 필터(1700)는 투명 기판(1710), 서로 다른 컬러 형성을 위한 제 1 내지 제 4 화소 영역(C1)(C2)(C3)(C4), 상기 화소 영역들을 구획하는 격벽(1720)을 포함한다. 양자점 컬러 필터(1700)는 제 1 내지 제 4 화소 영역(C1)(C2)(C3)(C4)은 도 6, 도 7, 도 9, 도 12에서 설명한 바와 같이, 적색, 백색, 녹색, 청색을 구현하도록 구성된다. 제 1 화소 영역(C1)은 UV광(LUV)을 적색광으로 변환하는 제 1 색변환층(1730)을 포함하며, 제 2 화소 영역은 UV광(LUV)을 적색광으로 변환하는 제 2 색변환층(1731), UV광(LUV)을 녹색광으로 변환하는 제 3 색변환층(1741), UV광(LUV)을 청색광으로 변환하는 제 4 색변환층(1751)을 포함하며, 제 3 화소 영역(C3)은 UV광(LUV)을 녹색광으로 변환하는 제 5 색변환층(1740)을 포함하며, 제 4 화소 영역(C4)은 UV광(LUV)을 청색광으로 변환하는 제 6 색변환층(1750)을 포함한다. 제 2 화소 영역(C2)은 제 2 색변환층(1731), 제 3 색변환층(1741), 제 4 색변환층(1751)이 적층 배치된 것으로 도시되었으나, 이에 한정되지 않으며, 수평 배치, 부분적으로만 오버랩되는 적층 배치나, 수평 배치와 적층 배치가 혼합된 배치도 가능하다.
도시되지는 않았으나, 제 1 내지 제 4 화소 영역(C1)(C2)(C3)(C4) 상에는 UV광(LUV)이 방출되지 않도록 차단하는 밴드 컷 필터가 더 마련될 수 있다.
백라이트 장치(1110)에서의 UV광(LUV)이 액정 패널을 지나며, 화상 정보에 알맞게 화소 영역에 따라 온(on)/오프(off)되어 양자점 컬러필터(1700)에 입사되고, 적색, 녹색, 청색, 백색으로 변환됨에 따라, 영상이 표시된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100, 200, 300, 400, 500, 600,700,800,1600,1700: 양자점 컬러 필터
110, 1610, 1710: 투명 기판 120, 1620, 1720: 격벽
130, 330: 밴드 컷 필터
140, 240, 340, 440, 1630, 1730 : 제 1 색변환층
141, 241, 341, 441, 1631, 1731: 제 2 색변환층
151, 251,451, 451, 1641, 1741: 제 3 색변환층
150, 250, 350, 461, 1640, 1751: 제 4 색변환층
160, 160, 1650: 산란물질층 450, 1740: 제 5 색변환층
460, 1750: 제 6 색변환층 1001, 1002: 표시 장치
1100, 1110: 백라이트 장치 1200: 하부 기판
1210: 하부 편광판 1220: 제 1 기판
1230: TFT 어레이층 1240: 화소 전극
1300: 액정층 1400: 상부 기판
1410: 상부 편광판 1420: 제 2 기판
1430: 공통 전극
C1, C2, C3, C4: 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 화소 영역

Claims (20)

  1. 입사광을 제 1 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 1 색변환층을 포함하는 제 1 화소 영역;
    입사광을 제 1 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 2 색변환층과, 입사광을 제 2 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 3 색변환층을 포함하는 제 2 화소 영역;
    입사광을 제 2 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 4 색변환층을 포함하는 제 3 화소 영역; 및
    산란물질층을 포함하는 제 4 화소 영역;을 포함하고,
    상기 제 2 화소 영역은 상기 제 1 화소 영역과 상기 제 3 화소 영역 각각에 인접하게 배치되되 상기 제 1 화소 영역과 상기 제 3 화소 영역 사이에 위치하고,
    상기 입사광을 상기 제 2 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점을 포함하는 물질이 상기 제 3 화소 영역과 상기 제 2 화소 영역에 위치하도록 형성되며,
    상기 입사광을 제 1 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점을 포함하는 물질이 상기 제 1 화소 영역과 상기 제 2 화소 영역에 위치하도록 일체로 형성되며 상기 제 1 화소 영역과 상기 제 2 화소 영역 사이의 격벽과 중첩하는, 양자점 컬러 필터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 화소 영역에서, 상기 제 2 색변환층과 제 3 색변환층은 적층된 형태인, 양자점 컬러 필터.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 색변환층과 제 3 색변환층은 부분적으로 오버랩 되게 적층된, 양자점 컬러 필터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 색변환층과 제 3 색변환층은 상기 제 2 화소 영역 내에 수평적으로 배치된, 양자점 컬러 필터.
  5. 입사광을 제 1 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 1 색변환층을 포함하는 제 1 화소 영역;
    입사광을 제 1 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 2 색변환층과, 입사광을 제 2 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 3 색변환층과, 입사광을 제 3 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 4 색변환층을 포함하는 제 2 화소 영역;
    입사광을 제 2 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 5 색변환층을 포함하는 제 3 화소 영역; 및
    입사광을 제 3 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 6 색변환층을 포함하는 제 4 화소 영역;을 포함하고,
    상기 제 2 화소 영역은 상기 제 1 화소 영역과 상기 제 3 화소 영역 각각에 인접하게 배치되되 상기 제 1 화소 영역과 상기 제 3 화소 영역 사이에 위치하고,
    상기 입사광을 상기 제 2 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점을 포함하는 물질이 상기 제 3 화소 영역과 상기 제 2 화소 영역에 위치하도록 형성되며,
    상기 입사광을 제 1 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점을 포함하는 물질이 상기 제 1 화소 영역과 상기 제 2 화소 영역에 위치하도록 일체로 형성되며 상기 제 1 화소 영역과 상기 제 2 화소 영역 사이의 격벽과 중첩하는, 양자점 컬러 필터.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 화소 영역에서, 상기 제 2 색변환층, 제 3 색변환층, 제 4 색변환층은 적층된 형태인, 양자점 컬러 필터.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 색변환층, 제 3 색변환층, 제 4 색변환층 중 적어도 두 층은 부분적으로 오버랩 되게 적층된, 양자점 컬러 필터.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 색변환층, 제 3 색변환층, 제 4 색변환층 중 어느 한 층 상에 나머지 두 층이 수평적으로 배치된, 양자점 컬러 필터.
  9. 서로 마주하는 제 1 및 제 2 기판과, 상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 배치된 액정층을 포함하는 액정 패널;
    상기 액정 패널에 화상 형성용 광을 제공하는 백라이트 장치; 및
    상기 백라이트 장치로부터 출사되고 상기 액정 패널을 투과한 광의 파장을 변환시켜 컬러를 형성하는 양자점 컬러 필터;를 포함하며,
    상기 양자점 컬러 필터는
    입사광을 제 1 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 1 색변환층을 포함하는 제 1 화소 영역과,
    입사광을 제 1 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 2 색변환층과, 입사광을 제 2 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 3 색변환층을 포함하는 제 2 화소 영역과,
    입사광을 제 2 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 4 색변환층을 포함하는 제 3 화소 영역 및,
    산란물질층을 포함하는 제 4 화소 영역을 포함하고,
    상기 제 2 화소 영역은 상기 제 1 화소 영역과 상기 제 3 화소 영역 각각에 인접하게 배치되되 상기 제 1 화소 영역과 상기 제 3 화소 영역 사이에 위치하고,
    상기 입사광을 상기 제 2 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점을 포함하는 물질이 상기 제 3 화소 영역과 상기 제 2 화소 영역에 위치하도록 형성되며,
    상기 입사광을 제 1 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점을 포함하는 물질이 상기 제 1 화소 영역과 상기 제 2 화소 영역에 위치하도록 일체로 형성되며 상기 제 1 화소 영역과 상기 제 2 화소 영역 사이의 격벽과 중첩하는, 표시 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 백라이트 장치는 상기 액정 패널에 청색광을 제공하는, 표시 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 양자점 컬러 필터의 제 1 화소 영역 및 제 3 화소 영역 상에는
    상기 제 1 색변환층 및 제 4 색변환층에서 색변환되지 않은 청색광이 상기 제 1 화소 영역 및 제 3 화소 영역에서 출사되지 않도록 차단하는 밴드 컷 필터가 더 구비된, 표시 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 화소 영역에서, 상기 제 2 색변환층과 제 3 색변환층은 적층된 형태인, 표시 장치.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 색변환층과 제 3 색변환층은 부분적으로 오버랩 되게 적층된 형태인, 표시 장치.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 색변환층과 제 3 색변환층은 상기 제 2 화소 영역 내에 수평적으로 배치된, 표시 장치.
  15. 제 9 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 색변환층은 동일한 재질로 형성되는, 표시 장치.
  16. 제 9 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 3 및 제 4 색변환층은 동일한 재질로 형성되는, 표시 장치.
  17. 서로 마주하는 제 1 및 제 2 기판과, 상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 배치된 액정층을 포함하는 액정 패널;
    상기 액정 패널에 화상 형성용 광을 제공하는 백라이트 장치; 및
    상기 백라이트 장치로부터 출사되고 상기 액정 패널을 투과한 광의 파장을 변환시켜 컬러를 형성하는 양자점 컬러 필터;를 포함하며,
    상기 양자점 컬러 필터는,
    입사광을 제 1 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 1 색변환층을 포함하는 제 1 화소 영역과,
    입사광을 제 1 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 2 색변환층과, 입사광을 제 2 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 3 색변환층과, 입사광을 제 3 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 4 색변환층을 포함하는 제 2 화소 영역과,
    입사광을 제 2 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 5 색변환층을 포함하는 제 3 화소 영역 및
    입사광을 제 3 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제 6 색변환층을 포함하는 제 4 화소 영역을 포함하고,
    상기 제 2 화소 영역은 상기 제 1 화소 영역과 상기 제 3 화소 영역 각각에 인접하게 배치되되 상기 제 1 화소 영역과 상기 제 3 화소 영역 사이에 위치하고,
    상기 입사광을 상기 제 2 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점을 포함하는 물질이 상기 제 3 화소 영역과 상기 제 2 화소 영역에 위치하도록 형성되며,
    상기 입사광을 제 1 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점을 포함하는 물질이 상기 제 1 화소 영역과 상기 제 2 화소 영역에 위치하도록 일체로 형성되며 상기 제 1 화소 영역과 상기 제 2 화소 영역 사이의 격벽과 중첩하는, 표시 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 백라이트 장치는 상기 액정 패널에 자외선 광을 제공하는, 표시 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 양자점 컬러 필터는
    상기 제 1 내지 제 4 화소 영역에서 색변환되지 않은 자외선 광이 출사되지 않도록 차단하는 밴드 컷 필터를 더 포함하는, 표시 장치.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 2 화소 영역에서, 상기 제 2 색변환층, 제 3 색변환층, 제 4 색변환층 중 적어도 두 층이 적층된 형태인, 표시 장치.
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