JP2017532600A - 色変換用基板、その製造方法、及びそれを含むディスプレイ装置 - Google Patents

色変換用基板、その製造方法、及びそれを含むディスプレイ装置 Download PDF

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Abstract

本発明は、色変換用基板、その製造方法、及びそれを含むディスプレイ装置に係り、より詳しくは、量子点の長期安定性を確保し、且つ優れた色変換効率を示す色変換用基板、その製造方法及びこれを含むディスプレイ装置に関する。このために、本発明は、薄板ガラス;前記薄板ガラスの一方の面に形成される量子点コーティング層;前記量子点コーティング層と向き合うように配置され、側方では発光ダイオードが配置される導光板;及び前記薄板ガラスと前記導光板との間に形成され、前記量子点コーティング層を外部と遮断させる封止材を含むことを特徴とする色変換用基板、その製造方法、及びそれを含むディスプレイ装置を提供する。

Description

本発明は、色変換用基板、その製造方法、及びそれを含むディスプレイ装置に係り、より詳しくは、量子点の長期安定性を確保し、且つ優れた色変換効率を示す色変換用基板、その製造方法、及びそれを含むディスプレイ装置に関する。
発光ダイオード(light emitting diode;LED)は、ガリウムヒ素などの化合物に通電して光を発散する半導体素子であって、半導体のp−n接合構造を利用して電子や正孔のような少数キャリアを注入し、これらの再結合によって光を発光させる。
この種の発光ダイオードは消費電力が少なくて寿命が長く、且つ狭い空間に設置可能であり、振動にも強いという特性を持つ。また、発光ダイオードは表示素子及びそのバックライトとして利用されており、近年は、これを一般照明にも適用するための研究が進行中であり、赤色、青色、または緑色の単一色成分の発光ダイオードの他に白色発光ダイオードが発売されている。特に、白色発光ダイオードは、自動車及び照明用製品に応用されながら、その需要が急増することが予想される。
発光ダイオード技術において、白色を実現する方式は大きく二つに分けられる。第一は、赤色、緑色、青色発光ダイオードを隣接して設置し、各発光ダイオードから発光した光を混色させて白色を実現する方式である。しかし、各発光ダイオードは熱的または時間的特性が異なることから、使用環境によって色調が変わり、特に、色むらが発生するなど、色を均一に混合するには限界がある。第二は、蛍光体を発光ダイオードに配置させ、発光ダイオードの一次発光の一部と蛍光体によって波長変換された二次発光とが混色されて白色を実現する方式である。例えば、青色にて発光する発光ダイオード上にその光の一部を励起源として黄緑色または黄色発光する蛍光体を分布させ、発光ダイオードの青色発光と蛍光体の黄緑色または黄色発光によって白色を得ることができる。現在は、このように青色発光ダイオードと蛍光体を利用して白色光を実現する方法が普遍化している。
一方、近年は、通常の蛍光体よりも狭い波長帯で強い光を発生させる量子点(quantum dot;QD)が白色光の実現のための色変換物質として使用されている。一般に、QD-LEDバックライトは黄色量子点に青色発光ダイオードから発光する青色光を照射して白色光を発生させ、これを液晶表示装置のバックライトに適用する。このようなQD-LEDバックライトを使用した液晶表示装置は、既存の発光ダイオードだけを使用したバックライトとは異なって色再現性に優れ、OLED(有機発光素子)に比べると天然色の実現が可能であると共に、OLED TVよりも製造コストが低く且つ生産性が高いことから、新しいディスプレイとしての潜在力を持っている。
ところが、このような量子点が外部空気層の酸素及び水分と持続的に接触すると、量子点の表面に欠陥が生じ、色変換効率の減少や色座標変動のような問題を誘発するようになる。したがって、量子点をディスプレイ装置の色波長変換素材として使用するためには、量子点の熱的安定性の確保及び外部空気層からの遮断が重要である。
米国特許出願公開第2012/0113672号明細書
本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、量子点の長期安定性を確保し、且つ優れた色変換効率を示す色変換用基板、その製造方法、及びそれを含むディスプレイ装置を提供することである。
このために、本発明は、薄板ガラス;前記薄板ガラスの一方の面に形成される量子点コーティング層;前記量子点コーティング層と向き合うように配置され、側方では発光ダイオードが配置される導光板;及び前記薄板ガラスと前記導光板との間に形成され、前記量子点コーティング層を外部と遮断させる封止材を含むことを特徴とする色変換用基板を提供する。
ここで、前記導光板と向き合う前記量子点コーティング層の表面には凹凸構造のパターンが形成されていてよい。
また、前記薄板ガラスの他方の面には凹凸構造のパターンが形成されていてよい。
そして、前記導光板は、ガラス導光板またはポリマー導光板からなるものであってよい。
このとき、前記導光板がガラス導光板からなる場合、前記封止材はフリットからなり、前記導光板がポリマー導光板からなる場合、前記封止材はエポキシからなるものであってよい。
また、前記量子点コーティング層と前記封止材との間に配置される吸湿剤を更に含んでいてよい。
一方、本発明は、第1薄板ガラス;前記第1薄板ガラスの下面に形成される量子点コーティング層;前記量子点コーティング層の下面に密着する第2薄板ガラス;前記第1薄板ガラスと前記第2薄板ガラスとの間に形成されて、前記量子点コーティング層を外部と遮断させる封止材;及び前記第2薄板ガラスの下側に配置され、側方では発光ダイオードが配置される導光板を含むことを特徴とする色変換用基板を提供する。
ここで、前記量子点コーティング層の下面には凹凸構造のパターンが形成されていてよい。
また、前記第1薄板ガラスの上面には凹凸構造のパターンが形成されていてよい。
そして、前記第2薄板ガラスの下面には凹凸構造のパターンが形成されていてよい。
さらに、前記封止材はフリットからなるものであってよい。
また、前記量子点コーティング層と前記封止材との間に配置される吸湿剤を更に含んでいてよい。
さらに、本発明は、前記色変換用基板;前記色変換用基板の前方に配置されるディスプレイパネル;及び前記色変換用基板の導光板の側方に配置され、前記色変換用基板と側面発光型バックライトユニットをなす発光ダイオードを含むことを特徴とするディスプレイ装置を提供する。
ここで、前記ディスプレイパネルはLCDパネルであってよい。
一方、本発明は、量子点が含まれているペーストを薄板ガラス上にコーティングして量子点コーティング層を形成する第1段階;他の薄板ガラスまたは導光板を前記薄板ガラスと対向し且つ前記量子点コーティング層と向き合うように配置する第2段階;及び前記薄板ガラスと前記他の薄板ガラスとの向き合う面縁または前記薄板ガラスと前記導光板との向き合う面縁を、封止材を介して封止する第3段階を含むことを特徴とする色変換用基板の製造方法を提供する。
ここで、前記第1段階では、前記ペーストの硬化程度を調節して、前記量子点コーティング層の表面に凹凸構造のパターンを形成していてよい。
また、前記封止材は、前記第1段階で前記薄板ガラスに塗布するか、または前記第2段階で前記他の薄板ガラスまたは前記導光板に塗布していてよい。
さらに、前記封止材としてはフリットまたはエポキシを使用していてよい。
そして、前記第2段階の実施の前に、前記量子点コーティング層の周りに沿って吸湿剤を配置していてよい。
本発明によれば、封止特性に優れるフリット素材とエポキシ素材を封止材として使用することにより、内部の量子点コーティング層に水分や酸素が浸透することを防止し、量子点の長期安定性を確保することができる。
また、本発明によれば、量子点コーティング層の表面にパターンを形成することにより、発光ダイオードから放出されてから導光板を介して導光された後に量子点に会って波長変換された光を散乱させて更なる波長変換を可能にし、結局、色変換効率を向上させることができる。さらに、一方の面には量子点コーティング層が形成され他方の面には空気が接触する薄板ガラスの表面にもパターンを形成することにより、量子点コーティング層を通過した光が薄板ガラスと空気層との間の界面を通過する際に発生する全反射を減らすことができ、これにより、量子点による色変換効率を高めることができ、ひいては、光源として使用される発光ダイオードの個数及びエネルギーを削減させ、究極的に、高効率且つ環境親和型のディスプレイ装置の実現が可能になる。
本発明の一実施例に係る色変換用基板及びこれを含むディスプレイ装置を概略的に示す断面模式図である。 量子点コーティング層の表面に凹凸構造のパターンが形成されている場合(左図)と、そうではなくて平坦面をなす場合(右図)における光が拡散する程度を示すシミュレーション結果を示す図である。 本発明の他の実施例に係る色変換用基板及びこれを含むディスプレイ装置を概略的に示す断面模式図である。
以下、添付の図面を参照して本発明の実施例に係る色変換用基板、その製造方法、及びそれを含むディスプレイ装置について詳細に説明する。
なお、本発明を説明するにあたって、関連した公知機能あるいは構成に関する具体的な説明が本発明の要旨を不必要に曖昧にし得ると判断された場合、その詳細な説明は省略する。
図1に示すように、本発明の一実施例に係る色変換用基板100は、ディスプレイ装置、例えば、液晶表示装置のバックライト光源として使用される発光ダイオード10から放出された光の一部を色変換させる基板である。本発明の一実施例において、このような色変換用基板100は、発光ダイオード10とともにディスプレイパネル20、すなわち、LCDパネルの後方に配置され、LCDパネル側に光を照射する液晶表示装置のバックライトユニット(BLU)をなすようになる。ここで、図示してはいないが、発光ダイオード10は、本体及び発光ダイオードチップを含んでなるものであってよい。本体は、所定形状の開口部が形成された構造物であって、発光ダイオードチップが実装される構造的空間を提供する。このような本体には、発光ダイオードチップを外部の電源に電気的に接続させるワイヤーとリードフレームが設置される。また、発光ダイオードチップは、外部から印加される電流によって光を放出する光源であって、本体に実装され、ワイヤーとリードフレームを介して外部電源に連結され、電子(electron)を提供するn型半導体層と正孔(hole)を提供するp型半導体層との順方向接合で構成される。このとき、本発明の一実施例に係るバックライトユニットは側面発光型からなるものである。これに伴い、発光ダイオード10は、色変換用基板100の側方に配置され、色変換用基板100側に光を放出させる。
このように、発光ダイオード10とともにディスプレイパネル20のバックライトユニットをなす本発明の一実施例に係る色変換用基板100は、薄板ガラス110、量子点コーティング層120、導光板130、封止材140を含んでなる。
薄板ガラス110は、下面(図面基準)に形成される量子点コーティング層120を外部環境から保護する。また、薄板ガラス110は、発光ダイオード10から放出された光を上側に配置されているディスプレイパネル20側に透過あるいは放出させる通路となる。そして、薄板ガラス110は、導光板130とともに封止材140により封止され、量子点コーティング層120を外部と遮断させる。このような薄板ガラス110は、厚さが0.3mm以下のケイ酸塩ガラス、シリカガラス、ホウケイ酸ガラス、無アルカリガラスなどからなるものであってよい。本発明の一実施例では、このような薄板ガラス110を備えることにより、色変換用基板100を薄型化することができ、これはディスプレイ装置の薄型化にもつながるようになる。
一方、本発明の一実施例に係る薄板ガラス110の上面、すなわち、ディスプレイパネル20と向き合う面には凹凸構造のパターン111が形成される。このとき、本発明の一実施例では、断面が半円のパターン111を例示したが、これは一例であるに過ぎず、パターン111は多様な形状で形成されていてよい。
このように、薄板ガラス110の上面にパターン111が形成されると、薄板ガラス110を通過する光が薄板ガラス110と空気の接触面で全反射する現象を減らすことができ、これにより、量子点コーティング層120をなす量子点による色変換効率を高めることができ、ひいては、光源として使用される発光ダイオード10の個数及びエネルギーを削減させ、究極的に、高効率且つ環境親和型のディスプレイ装置の実現が可能になる。
量子点コーティング層120は、薄板ガラス110の下面に形成される。また、量子点コーティング層120は、薄板ガラス110、導光板130、及び封止材140により気密封止(hermetic sealing)され、空気との接触が遮断される。すなわち、本発明の一実施例によれば、量子点コーティング層120に水分や酸素が浸透することが防止され、量子点コーティング層120の長期安定性を確保することができる。ここで、量子点コーティング層120をなす量子点(QD)は発光ダイオード10から放出される光の波長を変換して波長変換光、すなわち、蛍光を発生させる。本発明の一実施例において、発光ダイオード10としては青色発光ダイオードが使用されるため、このような青色光との混色による白色光の実現のために、量子点コーティング層120は、青色発光ダイオード10から発せられた光の一部を黄色に波長変換させる量子点物質からなるものであってよい。
一方、本発明の一実施例に係る量子点コーティング層120の下面、すなわち、導光板130と向き合う量子点コーティング層120の表面には凹凸構造のパターン121が形成されていてよい。このとき、凹凸構造のパターン121は図示したように、断面が三角形からなるものであってよいが、その他、様々な形状で形成されていてもよいので、本発明の一実施例では、量子点コーティング層120の表面に形成されるパターン121の形状を特定のいずれか一つの形状に限定しない。このように、導光板130により導光された光に会う量子点コーティング層120の表面に凹凸構造のパターン121が形成されると、量子点コーティング層120に会って波長変換された光を散乱させて、更なる波長変換を可能にし、結局、色変換効率を向上させることができるようになる。
図2は、前記のような量子点コーティング層120の表面に形成されるパターン121の効果を確認するためのシミュレーション結果を示す図であって、量子点コーティング層120の表面にパターン121が形成されている場合(左図)は光が拡散するのに対し、そうではなく平坦面をなす場合(右図)には光がほとんど拡散しないことを確認することができる。
導光板(light guide plate;LGP)130は、量子点コーティング層120と向き合うように配置される。このとき、導光板130は、封止材140により薄板ガラス110と互いに接合され、量子点コーティング層120を封止させる。また、導光板130は、側方に配置されている点光源である発光ダイオード10から出射してから入射する光をディスプレイパネル20の全領域で均一に分散させる。すなわち、導光板130は、発光ダイオード10から発せられた光を量子点コーティング層120及びディスプレイパネル20側に導く。
本発明の一実施例において、このような導光板130は、ガラス導光板またはポリマー導光板からなるものであってよい。また、導光板130の厚さは1.0mm以下であってよい。
封止材140は、薄板ガラス110と導光板130との間に形成される。具体的に、封止材140は、薄板ガラス110の下面に形成されている量子点コーティング層120と水平方向に離間する薄板ガラス110の下面縁及びこれに対応する導光板130の上面縁に形成される。すなわち、薄板ガラス110と導光板130との間に形成される封止材140は、量子点コーティング層120の周りを取り囲む形態で形成され、薄板ガラス110及び導光板130とともに量子点コーティング層120を外部と遮断させる。このとき、導光板130がガラス導光板からなる場合、封止材140は、薄板ガラス110及びガラス導光板との封止特性に優れたフリット(frit)からなるものであってよい。また、導光板130がポリマー導光板からなる場合、封止材140は、エポキシからなるものであってよい。
一方、本発明の一実施例に係る色変換用基板100は、量子点コーティング層120と封止材140との間に配置される吸湿剤150を含んでいてよい。このように、薄板ガラス110、封止材140、及び導光板130により形成される密閉空間の内部に吸湿剤150が量子点コーティング層120に隣接して配置されると、量子点コーティング層120に水分が浸透することを防ぎ、量子点コーティング層120の長期安定性をより向上させることができるようになる。
以下、本発明の他の実施例に係る色変換用基板について、図3を参照して説明することにする。
図3に示したように、本発明の他の実施例に係る色変換用基板200は、第1薄板ガラス210、量子点コーティング層120、第2薄板ガラス230、封止材140、導光板240を含んでなる。
第1薄板ガラス210は、本発明の一実施例に係る薄板ガラス(図1の110)と同様、厚さが0.5mm以下のケイ酸塩ガラス、シリカガラス、ホウケイ酸ガラス、無アルカリガラスなどからなるものであってよい。また、第1薄板ガラス210の上面には凹凸構造のパターン211が形成され、それの作用及び効果は、本発明の一実施例に係る薄板ガラス(図1の110)のパターン111と同一であるため、それについての説明は省略することにする。
量子点120は、第1薄板ガラス210の下面に形成される。このような量子点120は、本発明の一実施例に係る量子点(図1の120)と同一のものであるため、これについての説明は省略することにする。
第2薄板ガラス230は、量子点コーティング層120の下面に密着される。このような第2薄板ガラス230は、第1薄板ガラス210と同じ厚さ及び同種の材料からなるものであってよい。このとき、第2薄板ガラス230の下面には凹凸構造のパターン231が形成されていてよい。このパターン231は、導光板240と向き合うようになる。このように、導光板240と向き合う第2薄板ガラス230の下面にパターン231が形成されると、導光板240を介して導光された光の経路を増加させ、これにより、光と量子点コーティング層120との接触が多くなり、結局、色変換効率がより増大する効果を得ることができる。
本発明の他の実施例に係る封止材140は、本発明の一実施例とは異なり、第1薄板ガラス210と第2薄板ガラス230との間に形成され、量子点コーティング層120を外部と遮断させる。このとき、封止材140は、第1薄板ガラス210及び第2薄板ガラス230と封止特性に優れたフリットからなるものであってよい。
本発明の他の実施例では、第2薄板ガラス230が封止材140を介して第1薄板ガラス210と接合され、第1薄板ガラス210の下面に形成されている量子点コーティング層120を封止させる。これに伴い、導光板240は、側方に配置されている発光ダイオード10から出射する光を量子点コーティング層120に導くために、第2薄板ガラス230の下側に配置される。
一方、本発明の他の実施例は、本発明の一実施例と同様、量子点コーティング層120と封止材140のとの間に配置される吸湿剤150を含んでいてよい。
以下、本発明の実施例に係る色変換用基板の製造方法について説明することにする。ここで、各構成要素の図面符号は図1を参照する。
先ず、量子点物質が含まれているペーストを薄板ガラス110上にコーティングして量子点コーティング層120を形成する。このとき、ペーストの硬化程度を調節して、量子点コーティング層120の表面に凹凸構造のパターン121を形成することができる。また、ペーストがコーティングされる薄板ガラス110の面と反対の面に凹凸構造のパターン111を形成することができる。
次いで、導光板130やパターン(図3の231)が形成されている他の薄板ガラス(図3の230)を、量子点コーティング層120が形成されている薄板ガラス110と対向し量子点コーティング層120と向き合うように配置する。このとき、封止材140は、薄板ガラス110に量子点コーティング層120を形成した後に量子点コーティング層120と水平方向に離間する薄板ガラス110の縁に沿って塗布するか、これと対向して配置される他の薄板ガラス(図3の230)や導光板130の縁に沿って塗布していてよい。
一方、薄板ガラス(図3の230)や導光板130を量子点コーティング層120と向き合うように配置する前に、量子点コーティング層120と塗布された封止材140との間の薄板ガラス110上に量子点コーティング層120の周りに沿って吸湿剤150を配置していてよい。
最後に、薄板ガラス110と他の薄板ガラス(図3の230)との間に形成されている封止材140または薄板ガラス110と導光板130との間に形成されている封止材140を焼成して、これらを封止すると、本発明の実施例に係る色変換用基板の製造方法が完了する。
このとき、薄板ガラス110と他の薄板ガラス(図3の230)とを接合する場合や薄板ガラス110とガラスからなる導光板130とを接合する場合には、封止材140としてフリットを使用することが好ましく、薄板ガラス110とポリマーからなる導光板130とを接合する場合には、封止材140としてエポキシを使用することが好ましい。
また、薄板ガラス(110、図3の230)を接合して、量子点コーティング層120を封止させた場合、側方に配置される発光ダイオード10から出射する光を量子点コーティング層120に導光させるために、薄板ガラス(図3の230)の下側に導光板(図3の240)を配置する。
以上、本発明を限定された実施例や図面に基づいて説明してきたが、本発明は前記の実施例に限定されるものではなく、本発明の属する分野における通常の知識を有する者であればこのような記載から種々の修正及び変形が可能である。
よって、本発明の範囲は説明された実施例に限定されて決められてはならず、後述する特許請求の範囲及び特許請求の範囲と均等なもの等によって決められるべきである。
10:発光ダイオード
20:ディスプレイパネル
100、200:色変換用基板
110:薄板ガラス
111、121、211、231:パターン
120:量子点コーティング層
130、240:導光板
140:封止材
150:吸湿剤
210:第1薄板ガラス
230:第2薄板ガラス

Claims (19)

  1. 薄板ガラス;
    前記薄板ガラスの一方の面に形成される量子点コーティング層;
    前記量子点コーティング層と向き合うように配置され、側方では発光ダイオードが配置される導光板;及び
    前記薄板ガラスと前記導光板との間に形成され、前記量子点コーティング層を外部と遮断させる封止材;
    を含むことを特徴とする色変換用基板。
  2. 前記導光板と向き合う前記量子点コーティング層の表面には凹凸構造のパターンが形成されていることを特徴とする請求項1に記載の色変換用基板。
  3. 前記薄板ガラスの他方の面には凹凸構造のパターンが形成されていることを特徴とする請求項1に記載の色変換用基板。
  4. 前記導光板は、ガラス導光板またはポリマー導光板からなることを特徴とする請求項1に記載の色変換用基板。
  5. 前記導光板がガラス導光板からなる場合、前記封止材はフリットからなり、前記導光板がポリマー導光板からなる場合、前記封止材はエポキシからなることを特徴とする請求項4に記載の色変換用基板。
  6. 前記量子点コーティング層と前記封止材との間に配置される吸湿剤を更に含むことを特徴とする請求項1に記載の色変換用基板。
  7. 第1薄板ガラス;
    前記第1薄板ガラスの下面に形成される量子点コーティング層;
    前記量子点コーティング層の下面に密着する第2薄板ガラス;
    前 記第1薄板ガラスと前記第2薄板ガラスとの間に形成されて、前記量子点コーティング層を外部と遮断させる封止材;及び
    前記第2薄板ガラスの下側に配置され、側方では発光ダイオードが配置される導光板;
    を含むことを特徴とする色変換用基板。
  8. 前記量子点コーティング層の下面には凹凸構造のパターンが形成されていることを特徴とする請求項7に記載の色変換用基板。
  9. 前記第1薄板ガラスの上面には凹凸構造のパターンが形成されていることを特徴とする請求項7に記載の色変換用基板。
  10. 前記第2薄板ガラスの下面には凹凸構造のパターンが形成されていることを特徴とする請求項7に記載の色変換用基板。
  11. 前記封止材はフリットからなることを特徴とする請求項7に記載の色変換用基板。
  12. 前記量子点コーティング層と前記封止材との間に配置される吸湿剤を更に含むことを特徴とする請求項7に記載の色変換用基板。
  13. 請求項1または請求項7に記載の色変換用基板;
    前記色変換用基板の前方に配置されるディスプレイパネル;及び
    前記色変換用基板の導光板の側方に配置され、前記色変換用基板と側面発光型バックライトユニットをなす発光ダイオード;
    を含むことを特徴とするディスプレイ装置。
  14. 前記ディスプレイパネルはLCDパネルであることを特徴とする請求項13に記載のディスプレイ装置。
  15. 量子点が含まれているペーストを薄板ガラス上にコーティングして量子点コーティング層を形成する第1段階;
    他の薄板ガラスまたは導光板を前記薄板ガラスと対向し且つ前記量子点コーティング層と向き合うように配置する第2段階;及び
    前記薄板ガラスと前記他の薄板ガラスとの向き合う面縁または前記薄板ガラスと前記導光板との向き合う面縁を、封止材を介して封止する第3段階;
    を含むことを特徴とする色変換用基板の製造方法。
  16. 前記第1段階では、前記ペーストの硬化程度を調節して、前記量子点コーティング層の表面に凹凸構造のパターンを形成することを特徴とする請求項15に記載の色変換用基板の製造方法。
  17. 前記封止材は、前記第1段階で前記薄板ガラスに塗布するか、または前記第2段階で前記他の薄板ガラスまたは前記導光板に塗布することを特徴とする請求項15に記載の色変換用基板の製造方法。
  18. 前記封止材としてはフリットまたはエポキシを使用することを特徴とする請求項15に記載の色変換用基板の製造方法。
  19. 前記第2段階の実施の前に、前記量子点コーティング層の周りに沿って吸湿剤を配置することを特徴とする請求項15に記載の色変換用基板の製造方法。
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