CN110865513B

CN110865513B - 滤色器及其制造方法以及包括滤色器的图像显示装置

Info

Publication number: CN110865513B
Application number: CN201910795391.3A
Authority: CN
Inventors: 金勋植; 朴薛基; 李宗洙
Original assignee: Dongwoo Fine Chem Co Ltd
Current assignee: Dongwoo Fine Chem Co Ltd
Priority date: 2018-08-27
Filing date: 2019-08-27
Publication date: 2024-05-24
Anticipated expiration: 2039-08-27
Also published as: KR102285669B1; KR20200023964A; US11626453B2; CN110865513A; JP2020034913A; US20200066803A1; JP6896812B2

Abstract

本发明涉及滤色器及其制造方法以及包括该滤色器的图像显示装置，其特征在于，所述滤色器具有由一种以上颜色形成的颜色层、量子点层、以及相对于所述颜色层及所述量子点层为单一形态的隔壁，因此不仅外界光抑制效果优异且能够提高滤色器的光效率，还能够简化滤色器的制造工艺而提高生产率，本发明可以提供包括所述滤色器而能够改善亮度特性并实现高质量的画质的图像显示装置。

Description

滤色器及其制造方法以及包括滤色器的图像显示装置

技术领域

本发明涉及滤色器及其制造方法以及包括滤色器的图像显示装置。

背景技术

最近出现的显示装置大体具有液晶显示装置(Liquid Crystal Display)、有机电致发光显示装置(Organic electroluminescence device)等。

液晶显示装置为了形成颜色而使用滤色器，所述滤色器采取依次层压黑色矩阵层和像素部而成的结构，其中，该黑色矩阵层在透明基板上以规定的图案形成以对各个像素间的边界部进行遮光，所述像素部是为了形成各个像素而将多种颜色(通常，红色(R)、绿色(G)及蓝色(B))的三原色以规定的顺序排列而成。

通过利用颜料分散法、电沉积法、印刷法、染色法、转印法、喷墨方式等将三种以上的颜色涂布在透明基板上而制造滤色器。近年来，利用质量及性能方面优异的颜料分散型感光性树脂的颜料分散法成为主流。

颜料分散法为通过反复进行如下的一系列过程而形成着色薄膜的方法，该一系列过程在具备黑色矩阵的透明基质上涂布包含以着色剂为首的碱溶性树脂、光聚合单体、光聚合引发剂、环氧树脂、溶剂、其他添加剂等的感光性树脂组合物，并且曝光欲形成形态的图案之后，利用溶剂去除非曝光部位并进行热固化，在制造手机、笔记本、监视器、TV等的LCD时活跃应用该颜料分散法。

通常在利用颜料分散法时，作为着色剂利用染料或颜料，但在该情况下引起光源的透射效率下降的问题。透射效率下降的结果降低图像显示装置的颜色再现性，最终难以实现高质量的画面。因此，随着与优异的图案特性以及更多样的颜色表现、高的颜色再现率一同要求高亮度及高对比度等进一步提高的性能，提出代替染料或颜料使用自发光的量子点。

在将量子点作为滤色器的发光物质使用的情况下，能够缩窄发光波形，具有颜料无法实现的高的颜色体现能力，并且具有优异的亮度特性。但是，据报道具有因在滤色器制备中执行的量子点的低安全性导致表面发生结晶等而大幅降低量子点的发光效率的现象。

与此相关联地，例如在韩国专利公开第2018-0030353中公开了用于提高光效率的量子点滤色器及具备该量子点滤色器的显示装置，持续要求开发能够使自发光型滤色器的制造工艺中的光效率降低最小化的技术。

另外，通过提高发光效率而减小所消耗的电力，具有高亮度的显示器能够让用户获得亮的图像，并且能够让用户认知鲜明的色感，从这一点看需要持续进行开发。

[现有技术文献]

[专利文献]

(专利文献1)：韩国专利公开第2018-0030353号

发明内容

技术问题

本发明的目的是提供一种滤色器，该滤色器能够提高包含量子点的像素的光效率，并且确保高的开口率，从而能够获得亮度提高的亮的图像，在电力消耗方面也具有优点。

此外，本发明的目的是提供一种所述滤色器的制造方法及包括滤色器的图像显示装置。

技术方案

本发明提供一种滤色器，其特征在于，具有由一种以上颜色形成的颜色层、量子点层、以及相对于所述颜色层及所述量子点层为单一形态的隔壁。

此外，本发明提供一种滤色器制造方法，该滤色器制造方法用于制造所述滤色器，包括以下步骤：在基材上形成隔壁；在形成有所述隔壁的基材上形成由一种以上颜色形成的颜色层；以及在所述颜色层上形成所述量子点层。

有益效果

本发明所涉及的滤色器包括相对于包含有量子点的层和颜色层为单一形态的隔壁，因此外界光抑制效果优异，并且能够提高光效率。

此外，根据本发明，在制造所述滤色器时能够简化工艺，从而能够提高生产率。

此外，能够提供一种图像显示装置，该图像显示装置包括所述滤色器，确保高的开口率，从而能够提高亮度且获得亮的图像，并且能够实现高质量的画质，在电力消耗方面也具有优点。

附图说明

图1及图2是示意性地表示本发明的示例性实施方式所涉及的滤色器的图。

图3是示意性地表示本发明的比较例所涉及的滤色器的图。

具体实施方式

本发明涉及一种滤色器及其制造方法以及包括该滤色器的图像显示装置，该滤色器包括：由一种以上颜色形成的颜色层；量子点层；以及隔壁，所述隔壁的特征在于相对于所述颜色层及所述量子点层为单一形态。

本发明的单一形态的隔壁是指相对于所述颜色层及所述量子点层两者的单个一体型隔壁，而不是相对于所述颜色层及所述量子点层中的每一者的独立隔壁。

由此，本发明的外界光抑制效果优异，不仅能够提高滤色器的光效率，还能够简化滤色器的制造工艺，从而能够提高生产率。此外，能够提供一种图像显示装置，该图像显示装置通过单一形态的隔壁来确保高的开口率，从而亮度提高且能够获得亮的图像，并且能够实现高质量的画质，在电力消耗方面也具有优点。

下面，参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明。在本发明的说明中，对于认为是对前述相关公知功能及结构的具体说明可能会导致本发明要点不清楚的部分，省略关于此的说明。

以下说明和附图举例说明特定实施例，使得本领域技术人员能够容易实施所说明的装置和方法。其他实施例在结构及逻辑上可包含其他变形。如果没有明确要求，则通常能够选择个别结构要素和功能，并且能够变更过程顺序。一些实施例的部分和特征可包含在其他实施例中，或者可由其他实施例代替。

<滤色器>

图1是示意性地表示本发明的第一实施方式所涉及的滤色器的图，图2是示意性地表示本发明的第二实施方式所涉及的滤色器的图。

参照图1及图2，本发明的滤色器包括颜色层、量子点层和隔壁。

颜色层为包含红色(Red)、绿色(Green)、蓝色(Blue)等中的任一者以上颜色的层，该颜色层可利用包含选自着色剂、碱溶性树脂、光聚合性化合物、光聚合引发剂及溶剂中的一者以上的着色感光性树脂组合物来形成。

量子点层为包含量子点的层，可设置在所述颜色层上。

本发明的量子点层可利用包含选自光致发光量子点、碱溶性树脂、光聚合性化合物、光聚合引发剂及溶剂中的一者以上的自发光感光性树脂组合物来形成。

量子点(quantum dot，QD)为纳米尺寸的半导体物质。原子形成分子，分子构成称为簇的小分子的集合体，当纳米粒子尤其呈现出半导体特性时，将该纳米粒子称作量子点。在量子点从外部接受能量而处于激发态时，则自身根据相应的能带隙发射能量。

所述量子点只要是能够通过光的刺激而发光的量子点，则不受特别限定，例如可以选自由Ⅱ-VI族半导体化合物、Ⅲ-V族半导体化合物、Ⅳ-Ⅵ族半导体化合物、Ⅳ族元素或包含其的化合物、以及它们的组合组成的组。他们可以单独或混合两种以上来使用。

所述Ⅱ-Ⅵ族半导体化合物可以选自由二元素化合物、三元素化合物及四元素化合物组成的组，其中，该二元素化合物选自由CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、ZnO、HgS、HgSe、HgTe及它们的混合物组成的组，该三元素化合物选自由CdSeS、CdSeTe、CdSTe、ZnSeS、ZnSeTe、ZnSTe、HgSeS、HgSeTe、HgSTe、CdZnS、CdZnSe、CdZnTe、CdHgS、CdHgSe、CdHgTe、HgZnS、HgZnSe、HgZnTe及它们的混合物组成的组，该四元素化合物选自由CdZnSeS、CdZnSeTe、CdZnSTe、CdHgSeS、CdHgSeTe、CdHgSTe、HgZnSeS、HgZnSeTe、HgZnSTe及它们的混合物组成的组。所述Ⅲ-V族半导体化合物可以选自由二元素化合物、三元素化合物及四元素化合物组成的组，其中，该二元素化合物选自由GaN、GaP、GaAs、GaSb、AlN、AlP、AlAs、AlSb、InN、InP、InAs、InSb及它们的混合物组成的组，该三元素化合物选自由GaNP、GaNAs、GaNSb、GaPAs、GaPSb、AlNP、AlNAs、AlNSb、AlPAs、AlPSb、InNP、InNAs、InNSb、InPAs、InPSb、GaAlNP及由它们的混合物组成的组，该四元素化合物选自由GaAlNAs、GaAlNSb、GaAlPAs、GaAlPSb、GaInNP、GaInNAs、GaInNSb、GaInPAs、GaInPSb、InAlNP、InAlNAs、InAlNSb、InAlPAs、InAlPSb及由它们的混合物组成的组。所述Ⅳ-Ⅵ族半导体化合物可以选自由二元素化合物、三元素化合物及四元素化合物组成的组，其中，该二元素化合物选自由SnS、SnSe、SnTe、PbS、PbSe、PbTe及它们的混合物组成的组，该三元素化合物选自由SnSeS、SnSeTe、SnSTe、PbSeS、PbSeTe、PbSTe、SnPbS、SnPbSe、SnPbTe及它们的混合物组成的组，该四元素化合物选自由SnPbSSe、SnPbSeTe、SnPbSTe及它们的混合物组成的组。所述IV族元素或包含其的化合物可以选自由元素化合物及二元素化合物组成的组，其中，该元素化合物选自由Si、Ge及它们的混合物组成的组，该二元素化合物选自由SiC、SiGe及它们的混合物组成的组。

此外，所述量子点可以是均匀(homogeneous)的单一结构、如核-壳(core-shell)、梯度(gradient)结构等的双重结构或它们的混合结构。

在所述核-壳(core-shell)的双重结构中，形成各个核(core)和壳(shell)的物质可由上述所提及的彼此不同的半导体化合物构成。例如，所述核可包含选自由CdSe、CdS、ZnS、ZnSe、CdTe、CdSeTe、CdZnS、PbSe、AgInZnS及ZnO组成的组中的一者以上物质，但并不限定于此。所述壳可包含选自由CdSe、ZnSe、ZnS、ZnTe、CdTe、PbS、TiO、SrSe及HgSe组成的组中的一者以上物质，但并不限定于此。

本发明的量子点可被分类为呈现红色的量子点、呈现绿色的量子点及呈现蓝色的量子点。本发明所涉及的量子点层可包含选自由红色、绿色、蓝色及它们的组合的一种量子点，从而与所述颜色层所呈现出的颜色对应。

例如，在从背光单元照射蓝色光的情况下，如果向与红色颜色层对应的位置上存在的量子点层照射蓝色光，则蓝色光因量子点层而转变为红色光。在向与绿色颜色层对应的位置上存在的量子点层入射蓝色光的情况下，蓝色光因量子点层而转变为绿色光。即，本发明的量子点层是将入射光转变为与颜色层所呈现的颜色相同的颜色的颜色转变层。

量子点层可包含用于散射入射光的散射粒子。包含有散射粒子的量子点层不会对入射光进行颜色转变而射出入射光，如上述示例那样在蓝色光入射到包含有散射粒子的量子点层的情况下，入射的蓝色光不会发生颜色转变而射出。

作为所述散射粒子可使用通常的所有无机材料，优选可使用金属氧化物。

所述金属氧化物可以是包含选自由Li、Be、B、Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Sc、V、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Rb、Sr、Y、Mo、Cs、Ba、La、Hf、W、Tl、Pb、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Ti、Sb、Sn、Zr、Nb、Ce、Ta、In及它们的组合组成的组中的一者以上的金属氧化物。

具体而言，金属氧化物可使用选自由Al₂O₃、SiO₂、ZnO、ZrO₂、BaTiO₃、TiO₂、Ta₂O₅、Ti₃O₅、ITO、IZO、ATO、ZnO-Al、Nb₂O₃、SnO、MgO及它们的组合组成的组中的一者以上。根据需要，也可以使用利用丙烯酸酯等具有不饱和键的化合物进行表面处理后的材质。

所述量子点可通过湿式化学工艺(wet chemical process)、有机金属化学沉积工艺或分子束外延工艺来合成。

所述湿式化学工艺为通过向有机溶剂中加入前体物质而使粒子生长的方法。由于在结晶生长时有机溶剂自然配位到量子点结晶的表面上而发挥分散剂作用并调节结晶生长，因此能够通过与如所述有机金属化学沉积(MOCVD，metal organic chemical vapordeposition)或分子束外延(MBE，molecular beam epitaxy)等的气相沉积法相比更容易且廉价的工艺来控制纳米粒子的生长。

所述量子点代替以往所使用的颜料、染料等的着色剂，能够对滤色器提供各种颜色表现、高的颜色再现率、高亮度及高对比度等的进一步提高的性能，由于这种量子点向所有方向发射光，因此发生光应用率不高的问题。

本发明的滤色器包括颜色层、量子点层及相对于在颜色层上层压设置有量子点层的多层结构的像素区域为单一形态的隔壁，从而能够提高滤色器的光效率。

换言之，所述隔壁在基材上设置在多层结构的像素区域之间。

作为一例，所述隔壁可利用包含碱溶性树脂、光聚合性化合物、光聚合引发剂及溶剂的感光性树脂组合物来形成。

在本发明的滤色器中，如图1所示，基材可以是滤色器自身的基板，或者也可以滤色器设置于显示装置等的部位，因此不受特别限制。所述基板可以是玻璃、硅(Si)、硅氧化物(SiO_x)或高分子基板。所述高分子基板可以是聚醚砜(polyethersulfone，PES)或聚碳酸酯(polycarbonate，PC)等。

本发明的滤色器在基材上形成有隔壁，并且在所述隔壁之间通过喷墨法或光刻工艺形成有颜色层及量子点层，在利用喷墨法在颜色层上形成量子点层的情况下，能够简化工艺，并且能够缩减材料损失。

在一部分实施例中，所述隔壁可具有5至15μm的高度。在所述隔壁的高度小于5μm的情况下，颜色层和量子点层无法具有足够的厚度，有可能会发生未表达特性的问题，在所述隔壁的高度大于15μm的情况下，有可能会发生工艺上难以形成颜色层和量子点层的均匀的涂膜的问题。

此外，本发明的滤色器可被形成为量子点层比颜色层更厚。例如，与所述隔壁相邻的量子点层的厚度可被更厚地形成为以与所述隔壁相邻的颜色层的厚度为基准的100至600％。如果量子点层的厚度以上述范围形成，则对提高滤色器的光效率有利。

作为一例，本发明的颜色层优选以5μm以下的厚度形成，在量子点层的情况下优选以5μm以上的厚度形成。

如上所述的本发明所涉及的滤色器可以应用到显示器中并应于显示颜色。

例如，针对实施例所涉及的滤色器，各滤色器区域对应地设置在根据图像信号控制的显示部的多个像素区域上，从而能够形成颜色。所述显示部例如可以是透射型或反射型液晶面板或者有机发光面板。

<滤色器制造方法>

下面，对制造本发明的一实施例所涉及的滤色器的方法进行说明。

所述滤色器可经过以下步骤制造：形成单一形态的隔壁；形成颜色层；以及在所述颜色层上形成所述量子点层。或者，可根据情况形成单一形态的隔壁，并且在形成颜色层之前形成量子点层后形成颜色层。

例如，本发明的一实施例所涉及的滤色器的制造方法可包括以下步骤：

在基材上形成单一的隔壁；

在形成有所述隔壁的基材上形成由一种以上颜色形成的所述颜色层；以及在所述颜色层上形成所述量子点层。

或者，一实施例所涉及的滤色器制造方法可包括以下步骤：

在背光单元上形成单一形态的隔壁；

在形成有所述隔壁的背光单元上形成量子点层；以及

在所述量子点层上形成由一种以上颜色形成的颜色层。

通过所述示例方法制造的本发明所涉及的滤色器可以是具有单一形态的隔壁且同时具有量子点层和颜色层的滤色器。

在本发明中，隔壁制造方法可根据现有的滤色器所包含的隔壁形成方法来进行制造。

例如，本发明的滤色器用隔壁可通过如下的工艺来形成：即，利用包含着色剂、碱溶性树脂、光聚合性化合物、光聚合引发剂及溶剂的感光性树脂组合物，在基板或背光单元的至少一侧形成树脂层，并且通过将所述树脂层曝光并显影为图案状而形成用于隔离量子点层和颜色层的隔壁图案。根据需要，也可以进一步包括烘烤处理等的其他工艺。

只是能够利用制造现有的滤色器的方法来在如此制造的隔壁上形成颜色层和量子点层时使用的掩模的形态不同，形成所述隔壁的方法类似。由于利用附加导入方法来形成隔壁，因此能够利用并非为旋涂的喷墨方式按喷墨方法在隔壁上形成颜色层及量子点层，如此经过喷墨工艺的工艺具有能够缩减使用量的优点。

<图像显示装置>

本发明提供一种包括所述滤色器的图像显示装置。

本发明的滤色器不仅能够应用到通常的液晶显示装置，还能够应用到电致发光显示装置、等离子体显示装置、场致发射显示装置等的各种图像显示装置中。

本发明的图像显示装置可具备滤色器，该滤色器包括：由一种以上颜色形成的颜色层、量子点层及隔壁，所述隔壁的特征在于相对于所述颜色层及量子点层为单一形态。在该情况下，应用到图像显示装置时光源的发射光不受特别限定，从更优异的颜色再现性方面看，优选可使用发射蓝色光的光源。

本发明的图像显示装置的光效率优异，呈现出高的亮度，并且颜色再现性优异，具有宽的视野角。

下面，利用实施例及比较例对本发明进行更详细说明。但是，下述实施例用于举例说明本发明，本发明并非由下述实施例限定，能够进行多种修改及变更。本发明的范围由所附的权利要求书的技术思想来确定。

实施例及比较例：滤色器的制造

将宽长分别为10厘米的玻璃基板(Eagle 2000；康宁公司制造)利用中性洗涤剂、水及乙醇依次清洗之后干燥。为了在所述玻璃基板上形成隔壁，旋涂东宇精细化工有限公司的SY-LR1001产品进行之后，在清洁烘箱中以90℃预烘三分钟。在将预烘后的所述基板冷却至常温之后，将该基板与石英玻璃制光罩之间的间隔设为200μm，使用曝光机(TME-150RSK；拓普康(株)制造)分别以60mJ/cm²的曝光量(以365nm为基准)照射光。此时的照射使用来自超高压水银灯的放射光。此时，光罩使用图案形成在同一平面上的光罩。现有的用于形成黑色矩阵的掩模在内部具有直角四边形的形态的阻断部(未曝光部)，透光部(图案)具有直线形态彼此交叉的形态。透光部的图案大小为15μm。在光照射之后，在含有0.12重量％的非离子类表面活性剂和0.04重量％的氢氧化钾的水类显影液中在25℃下浸渍所述涂膜100秒钟并进行显影，在水洗之后在烘箱中以220℃实施20分钟的后烘。得到的膜厚为13μm。膜厚使用膜厚测量装置(DEKTAK 6M；Veeco公司制造)来测量。

此时，由实施例1至2及比较例1制造的颜色层以2.0μm厚度形成涂膜，量子点层以11.0μm厚度形成涂膜。

在实施例1的情况下，使用单一形态的隔壁来按如图1的结构制造滤色器。

在实施例2的情况下，使用单一形态的隔壁来按如图2的结构制造滤色器。

在比较例1的情况下，按如图3的结构形成隔壁和颜色层后形成隔壁和量子点层而制造滤色器。如此制造的滤色器分别设置有用于颜色层和量子点层的隔壁。

试验例：滤色器的特性评价

实验例1：亮度测量

使用显微分光光度计(奥林巴斯公司产品；OSP100)，在针孔直径100μm下测量由上述实施例1至2及比较例1制造的滤色器与OLED面板一同组装时发生的亮度。将该结果示于下述表1。

实验例1：开口率评价

相对于总体面积计算由上述实施例1至2及比较例2制造的滤色器的发出光的部分的面积而测量开口率。将该结果示于下述表1。

[表1]

	亮度(Y)	开口率(％)
			实施例1	87	88
实施例2	89	88
			比较例1	78	83

如上述表1所示，可知在如实施例1及实施例2那样形成有隔壁的滤色器中测量的亮度高，并且能够确认到在利用单一形态的隔壁形成颜色层和量子点层时具有能够缩小开口率损失的优点。

相反，在如比较例1那样未包含单一形态的隔壁的滤色器的情况下，能够确认到亮度特性不佳且与实施例相比开口率损失大。

Claims

1.一种滤色器，其中，

所述滤色器具有由一种以上颜色形成的颜色层、量子点层、以及相对于所述颜色层及所述量子点层为单一形态的隔壁，

其中，直接在背光单元上形成所述量子点层和所述单一形态的隔壁，

其中，所述背光单元为OLED背光单元。

2.根据权利要求1所述的滤色器，其中，

所述隔壁的高度为5μm至15μm。

3.根据权利要求1所述的滤色器，其中，

由一种以上颜色形成的所述颜色层及所述量子点层通过喷墨法工艺形成。

4.根据权利要求1所述的滤色器，其中，

所述量子点层通过喷墨法形成。

5.根据权利要求1所述的滤色器，其中，

与所述隔壁相邻的量子点层的厚度为与所述隔壁相邻的颜色层的厚度的100%至600%。

6.根据权利要求1所述的滤色器，其中，

所述量子点层还包含散射粒子。

7.根据权利要求6所述的滤色器，其中，

所述散射粒子包含选自由Al₂O₃、SiO₂、ZnO、ZrO₂、BaTiO₃、TiO₂、Ta₂O₅、Ti₃O₅、ITO、IZO、ATO、ZnO-Al、Nb₂O₃、SnO及MgO组成的组中的一者以上。

8.一种滤色器制造方法，所述滤色器制造方法用于制造根据权利要求1至7中任一项所述的滤色器，所述滤色器制造方法包括以下步骤：

在背光单元上形成单一形态的隔壁；

在形成有所述隔壁的背光单元上形成所述量子点层；以及

在所述量子点层上形成由一种以上颜色形成的颜色层。

9.一种图像显示装置，包括根据权利要求1至7中任一项所述的滤色器。