KR101613959B1 - 백라이트유닛 및 이를 구비하는 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서 제공하는 백라이트유닛은, 1차광을 제공하도록 형성되는 광원; 및 양자점 복합체를 포함하고, 상기 양자점 복합체는, 상기 광원으로부터 제공되는 1차광에 의해 여기되어 상기 1차광과 다른 파장의 2차광을 방출하는 양자점 형광체; 및 상기 1차광을 산란시키는 산란제를 포함하고, 상기 산란제는, 제1 산란제; 및 상기 제1 산란제와 다른 크기로 형성되며, 5~50㎚의 직경을 갖는 입자들로 이루어진 제2 산란제를 포함한다.

Description

백라이트유닛 및 이를 구비하는 디스플레이 장치{BACK LIGHT UNIT AND DISPLAY DEVICE HAVING THE SAME}
본 발명은 양자점 형광체(quantum dot phosphor)를 이용한 백라이트유닛(Back Light Unit; BLU)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고효율을 구현하기 위한 백라이트유닛 및 이를 구비하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
백라이트유닛은 영상이 사용자의 눈에 보일 수 있도록 액정패널의 배면에 빛을 비춰주는 기능을 한다. 액정패널은 자체적으로 빛을 내지 못하기 때문에 백라이트유닛이 액정패널의 배면에 빛을 고르게 비춰주어야 사용자가 디스플레이 장치에서 출력되는 영상을 시각적으로 인식할 수 있다.
백라이트유닛은 광원을 포함하며, 광원은 기술의 발전에 의해 냉음극형광램프(Cold Cathode Flourscent lamp; CCFL)에서 발광다이오드(Light Emmiting Diode; LED)를 이용하기에 이르렀다. 발광다이오드는 전력 소모가 적고, 수명이 길 뿐만 아니라, 작은 크기의 소자로 만들기 용이하므로, 냉음극형광램프에 비하여 많은 장점을 가지고 있다.
발광다이오드를 광원으로 사용하는 백라이트유닛에서 백색광을 형성하는 방식은 여러 가지가 있을 수 있다.
ⅰ) 대표적으로 백색광은 각각 청색광, 적색광, 녹색광을 방출하는 발광다이오드들로부터 방출되는 빛의 조합에 의해 형성될 수 있다. 그러나, 이 방식은 발광다이오드의 수를 지나치게 많이 필요로 하고, 추가적인 피드백 시스템이 요구되어 디스플레이 장치의 단가를 높이는 원인이 된다.
ⅱ) 백색광을 형성하는 다른 방식은 청색광을 방출하는 발광다이오드와 황색(YAG) 형광체를 조합하는 것이다. 이 방식은 청색광, 적색광, 녹색광을 조합하는 방식에 비해 필요로 하는 발광다이오드의 수가 1/3로 줄고 피드백 시스템을 요구하지 않으므로 디스플레이 장치의 제조 비용을 절약할 수 있다. 그러나 이 방식은 제한적인 색 재현성을 보이는 한계가 있다.
이러한 한계를 극복하고자 최근에는 기존의 황색 형광체를 양자점(Quantum Dot; QD)으로 대체하는 접근 방식이 보고되고 있다. 양자점 형광체는 일반적인 형광체와는 다른 성질을 갖는다. 양자점은 물질의 종류와 입자의 크기에 따라 다양한 파장의 빛을 내는 특징이 있다. 예를 들어, 입자의 크기가 작을수록 양자점은 짧은 파장의 빛을 내고, 입자의 크기가 클수록 긴 파장의 빛을 낸다. 따라서, 양자점의 크기를 조절하면 적외선부터 자외선 영역까지 원하는 파장의 빛을 낼 수 있다.
양자점 형광체는 광원으로부터 제공된 1차광에 의해 여기되어 1차광과 다른 파장의 2차광을 방출한다. 여기서 1차광이란 광원으로부터 제공된 빛과 같이 양자점 형광체를 여기시키는 빛을 의미한다. 2차광이란 양자점 형광체로부터 방출된 빛을 의미한다.
2차광을 충분히 내기 위해서는 충분한 양의 양자점 형광체가 필요하다. 그런데 양자점 형광체의 양이 증가하면, 제품의 단가가 상승하여 경제적으로 바람직하지 못하고, 제품의 크기가 증가하게 되는 문제가 있다. 따라서, 상대적으로 적은 수의 양자점 형광체만으로 백색광을 형성하게 되면, 제품의 단가를 절약하고, 제품의 크기를 줄일 수 있다.
상대적으로 적은 수의 양자점 형광체만으로 백색광을 형성하기 위해서는 1차광을 충분히 산란시킬 필요가 있다. 1차광이 산란되면 상기 1차광의 경로 길이를 증가시킬 수 있고, 상대적으로 적은 수의 양자점 형광체만으로 백색광을 형성할 수 있으므로 양자점 형광체의 효율을 향상시킬 수 있다.
1차광을 산란시키기 위해서는 산란제가 이용된다. 그러나 기존에 알려진 산란제는 광원으로부터 제공된 1차광 뿐만 아니라 양자점 형광체로부터 방출된 2차광도 산란시킨다. 종래 기술에 알려진 산란제는 함량을 증가시키면 어느 정도까지는 양자점 형광체의 효율을 증가시킬 수 있다. 그러나, 산란제의 함량이 일정 수준을 넘어서면 오히려 산란제가 2차광의 추출을 방해하여 양자점 형광체의 효율을 감소하게 만드는 문제가 있었다.
본 발명의 일 목적은 종래보다 양자점 형광체의 효율을 향상시킬 수 있는 산란제를 제공하고, 상기 양자점 형광체와 상기 산란제를 포함하는 양자점 복합체 및 상기 양자점 복합체를 포함하는 백라이트유닛을 제안하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은 종래보다 적은 양의 양자점 형광체를 필요로 하는 백라이트유닛과 이를 구비하는 디스플레이 장치를 제시하기 위한 것이다.
이와 같은 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따르는 백라이트유닛은, 1차광을 제공하도록 형성되는 광원; 및 양자점 복합체를 포함하고, 상기 양자점 복합체는, 상기 광원으로부터 제공되는 1차광에 의해 여기되어 상기 1차광과 다른 파장의 2차광을 방출하는 양자점 형광체; 및 상기 1차광을 산란시키는 산란제를 포함하고, 상기 산란제는, 제1 산란제; 및 상기 제1 산란제와 다른 크기로 형성되며, 5~50㎚의 직경을 갖는 입자들로 이루어진 제2 산란제를 포함한다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 제2 산란제는 상기 제1 산란제보다 작은 크기로 형성될 수 있다.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 1차광은 청색광을 포함하고, 상기 2차광은 상기 1차광보다 긴 파장을 가진 녹색광과 적색광 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 제1 산란제는, 실리콘(Silicon), 알루미나(Alumina), 이산화티타늄(TiO2), 지르코니아(ZrO2), 황산바륨(Barium Sulfate), 산화아연(ZnO), 폴리메타크릴산메틸(Poly(methylmethacrylate), PMMA) 및 벤조구아나민(Benzoguanamine)계 폴리머로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 재료로 형성되고, 상기 제2 산란제는 실리카(Silica), 알루미나(Alumina), 이산화티타늄(TiO2), 지르코니아(ZrO2), 황산바륨(Barium Sulfate) 및 산화아연(ZnO)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 재료로 형성될 수 있다.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 제1 산란제는 0.5~10㎛의 직경을 갖는 입자들로 형성될 수 있다.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 제2 산란제는 상기 입자들의 응집에 의해 형성되며, 상기 응집된 입자들의 직경은 200㎚을 넘지 않을 수 있다.
상기 양자점 형광체와 상기 산란제의 중량비는 질량을 기준으로 1:1 내지 1:60일 수 있다.
상기 제 1산란제와 상기 제2 산란제의 중량비는 질량을 기준으로 1:1 내지 5:1일 수 있다.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 양자점 복합체는 상기 양자점 형광체와 상기 산란제를 지지하도록 이루어지는 매트릭스를 더 포함하고, 상기 매트릭스는 열경과 레진, 광경화 레진 또는 건조경화 레진의 경화에 의해 형성될 수 있다.
상기 양자점 복합체는 필름 또는 튜브의 형태로 형성되고, 상기 제1 산란제는 상기 필름 또는 튜브에 1~40 중량%로 포함되고, 상기 제2 산란제는 상기 필름 또는 튜브에 0.1~20 중량%로 포함될 수 있다.
상기 산란제 중 상기 제1 산란제의 함량은
Figure 112014094124661-pat00001
중량% 이상이고
Figure 112014094124661-pat00002
중량% 이하이며, 상기 산란제 중 상기 제2 산란제의 함량은
Figure 112014094124661-pat00003
중량% 이상이고
Figure 112014094124661-pat00004
중량% 이하일 수 있다. 여기서
Figure 112014094124661-pat00005
는 상기 매트릭스의 굴절률을 가리키고,
Figure 112014094124661-pat00006
는 상기 제1 산란제의 굴절률을 가리키며,
Figure 112014094124661-pat00007
는 상기 제2 산란제의 굴절률을 가리킨다.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 광원은 상기 1차광을 내는 발광다이오드를 포함하고, 상기 양자점 복합체는 상기 발광다이오드 위에 봉지될 수 있다.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 양자점 복합체는 필름 또는 튜브의 형태로 형성되고, 상기 광원으로부터 이격되게 배치될 수 있다.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 광원은 청색의 1차광을 내는 발광다이오드를 포함하고, 상기 양자점 복합체는, 상기 광원으로부터 제공되는 청색의 1차광에 의해 여기되어 녹색의 2차광을 내는 녹색광 방출 양자점 형광체; 및 상기 광원으로부터 제공되는 청색의 1차광에 의해 여기되어 적색의 2차광을 내는 적색광 방출 양자점 형광체를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 광원은 청색의 1차광을 내는 발광다이오드를 포함하고, 상기 백라이트유닛은 상기 청색의 1차광을 이용하여 녹색의 1차광을 내도록 상기 발광다이오드에 봉지되는 녹색광 방출 무기 형광체를 더 포함하며, 상기 양자점 복합체는 상기 광원으로부터 제공되는 1차광 또는 상기 녹색광 방출 무기 형광체로부터 제공되는 녹색의 1차광에 의해 여기되어 적색의 2차광을 내는 적색광 방출 양자점 형광체를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 광원은 청색의 1차광을 내는 발광다이오드를 포함하고, 상기 백라이트유닛은 상기 청색의 1차광을 이용하여 적색의 1차광을 내도록 상기 발광다이오드에 봉지되는 적색광 방출 무기 형광체를 더 포함하며, 상기 양자점 복합체는 상기 광원으로부터 제공되는 청색의 1차광에 의해 여기되어 녹색의 2차광을 내는 녹색광 방출 양자점 형광체를 포함할 수 있다.
또한 상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명은 백라이트유닛을 구비하는 디스플레이 장치를 개시한다. 디스플레이 장치는, 액정패널; 및 상기 액정패널의 배면으로 빛을 방출하는 백라이트유닛을 포함하며, 상기 백라이트유닛은, 1차광을 제공하도록 형성되는 광원; 및 양자점 복합체를 포함하고, 상기 양자점 복합체는, 상기 광원으로부터 제공되는 1차광에 의해 여기되어 상기 1차광과 다른 파장의 2차광을 방출하는 양자점 형광체; 및 상기 1차광을 산란시키는 산란제를 포함하고, 상기 산란제는, 제1 산란제; 및 상기 제1 산란제와 다른 크기로 형성되며, 5~50㎚의 직경을 갖는 입자들로 이루어진 제2 산란제를 포함한다.
상기 디스플레이 장치에서, 상기 광원은 청색의 1차광을 내는 발광다이오드를 포함하고, 상기 양자점 복합체는, 상기 광원으로부터 제공되는 청색의 1차광에 의해 여기되어 녹색의 2차광을 내는 녹색광 방출 양자점 형광체; 및 상기 광원으로부터 제공되는 청색의 1차광에 의해 여기되어 적색의 2차광을 내는 적색광 방출 양자점 형광체를 포함할 수 있다.
상기 디스플레이 장치에서, 상기 광원은 청색의 1차광을 내는 발광다이오드를 포함하고, 상기 백라이트유닛은 상기 청색의 1차광을 이용하여 녹색의 1차광을 내도록 상기 발광다이오드에 봉지되는 녹색광 방출 무기 형광체를 더 포함하며, 상기 양자점 복합체는 상기 광원으로부터 제공되는 1차광 또는 상기 녹색광 방출 무기 형광체로부터 제공되는 녹색의 1차광에 의해 여기되어 적색의 2차광을 내는 적색광 방출 양자점 형광체를 포함할 수 있다.
상기 디스플레이 장치에서, 상기 광원은 청색의 1차광을 내는 발광다이오드를 포함하고, 상기 백라이트유닛은 상기 청색의 1차광을 이용하여 적색의 1차광을 내도록 상기 발광다이오드에 봉지되는 적색광 방출 무기 형광체를 더 포함하며, 상기 양자점 복합체는 상기 광원으로부터 제공되는 청색의 1차광에 의해 여기되어 녹색의 2차광을 내는 녹색광 방출 양자점 형광체를 포함할 수 있다.
상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 제2 산란제를 이용하여 빛의 파장에 따라 산란 정도를 차별화할 수 있으므로, 1차광의 산란을 극대화하고 2차광의 산란을 제한할 수 있다.
또한 본 발명은, 1차광의 산란을 극대화함에 따라 양자점 형광체의 효율을 향상시킬 수 있다. 여기서 양자점 형광체의 효율이 증가한다는 것은 1차광에서 2차광으로 변환되는 빛의 양을 증가시킬 수 있는 것을 의미한다.
또한 본 발명은, 양자점 형광체의 효율을 증가시킴에 따라 종래보다 적은 수의 양자점 형광체만으로도 충분히 백색광을 형성할 수 있으며, 2차광의 방출을 방해하지 않는 장점이 있다. 이에 따라 본 발명에서 제공하는 양자점 복합체를 백라이트유닛에 적용할 경우, 백라이트유닛의 단가를 절약하고 백라이트유닛의 두께를 슬림화할 수 있다.
도 1은 본 발명과 관련된 디스플레이 장치의 개념도.
도 2는 본 발명과 관련된 양자점의 개념도.
도 3a는 양자점 복합체 및 이를 구비하는 백라이트유닛의 개념도.
도 3b는 양자점 복합체 및 이를 구비하는 백라이트유닛의 변형례를 보인 개념도.
도 3c는 양자점 복합체 및 이를 구비하는 백라이트유닛의 다른 변형례를 보인 개념도.
도 4는 양자점 복합체 및 이를 구비하는 백라이트유닛의 다른 개념도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 관련된 양자점 복합체의 개념도.
도 6은 제1 산란제와 관련된 미 산란의 개념도.
도 7은 제2 산란제와 관련된 레일리 산란의 개념도.
도 8은 제1 산란제와 제2 산란제를 포함하는 양자점 복합체에서 빛의 진행 과정을 도시한 개념도.
도 9는 백라이트유닛에 본 발명의 양자점 복합체를 적용했을 때 빛의 진행 과정을 도시한 개념도.
도 10은 백라이트유닛에 본 발명의 양자점 복합체를 적용했을 때 빛의 진행 과정을 도시한 다른 개념도.
도 11은 양자점 복합체의 투과율을 비교한 그래프.
도 12는 산란제의 함량에 따른 양자점 복합체의 효율을 비교한 그래프.
도 13은 백색광을 구현하기 위한 양자점 형광체의 소요량을 비교한 그래프.
이하, 본 발명에 관련된 양자점 복합체 및 이를 구비하는 백라이트유닛에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하에서는 본 발명을 명확하고 상세하게 설명하기 위해, 디스플레이 장치에 대하여 먼저 설명하고, 이어서 상기 디스플레이 장치의 백라이트유닛에 적용되는 양자점 및 양자점 형광체에 대하여 설명한다. 다음으로, 양자점 형광체를 적용한 백라이트유닛에 대하여 설명하고, 산란제를 포함하는 양자점 복합체에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명과 관련된 디스플레이 장치(90)의 개념도다.
디스플레이 장치(90)는 시각 정보를 표시(출력)하도록 이루어진다. 디스플레이 장치(90)는 액정패널(91)과 백라이트유닛(100)을 포함할 수 있다. 도 1은 발광다이오드(110)(Light Emitting Diode; LED)를 백라이트유닛(100)의 광원으로 사용하는 디스플레이 장치(90)를 보인 것이다.
액정패널(91)은 제1편광판, 액정셀 및 제2편광판의 적층에 의해 형성될 수 있다. 액정패널(91)은 전압을 인가받으면 분자의 배열이 변하는 성질을 이용한다. 액정패널(91)은 인가되는 전압에 따라 액정 투과도의 변화를 일으키고, 각종 장치에서 발생하는 여러 가지 전기적인 정보를 시각 정보로 변환한다. 액정패널(91)은 스스로 빛을 내지는 못하며, 백라이트유닛(100)으로부터 빛을 공급받아야 한다.
백라이트유닛(100)은 액정패널(91)의 뒤에서 빛을 방출하여 디스플레이 장치(90)의 영상이 사용자의 눈에 보일 수 있도록 빛을 비춰준다. 백라이트유닛(100)은 광원, 도광판(120), 반사판(130) 및 광학시트(150)를 포함할 수 있다.
광원은 빛을 내도록 형성된다. 광원은 예를 들어, 전류를 인가받아 빛을 내는 발광다이오드(110)를 포함할 수 있다. 복수의 발광다이오드(110)는 하우징(111)의 내부에 배치되고, 하우징(111)은 도광판(120)의 테두리를 감싸도록 형성될 수 있다. 다만, 발광다이오드(110)의 배치가 반드시 도 1에 도시된 것에 한정되는 것은 아니다. 광원의 배치에 따라 백라이트유닛(100)을 직하형(direct type)과 에지형(edge type)으로 구분할 수 있다.
도광판(120)은 발광다이오드(110)로부터 조사되는 빛을 가이드한다. 도광판(120)은 하우징(111)에 의해 정의되는 영역에 배치될 수 있으며, 상기 발광다이오드(110)로부터 빛을 제공받는다. 도광판(120)은 광원으로부터 발산되는 빛을 액정패널(91)의 전체 면에 균일하게 전달하는 역할을 한다.
반사판(130)은 도광판(120)에서 액정패널(91)을 향하지 못하고 방출되는 손실광을 도광판(120)으로 재입사시키도록 상기 도광판(120)의 아래에 배치된다. 여기서 도광판(120)의 아래란 도 1을 기준으로 설명한 것이며, 사용자가 디스플레이 장치(90)를 바라보는 관점을 기준으로 할 때, 반사판(130)은 도광판(120)의 뒤에 배치된다.
광학시트(150)는 백라이트유닛(100)의 광학적 특성을 향상시키기 위해 사용되는 여러 가지 시트를 포함한다. 광학시트(150)는 예를 들어 확산시트(151), 프리즘시트(152) 및 휘도강화필름 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
확산시트(151)는 빛을 액정패널(91)에 균일하게 전달하기 위해 도광판(120)으로부터 방출되는 빛을 균일한 밝기의 면광으로 변환한다. 직하형 백라이트유닛(100)에서는 확산판이 사용될 수 있다.
프리즘시트(152)(Prism Sheet)는 측광을 정면광으로 바꾸고 방사하는 광을 집광시켜 빛의 휘도를 높인다.
휘도강화필름(Brightness Enhancement Film; BEF) 또는 듀얼휘도강화필름(Dual Brightness Enhancement Film; DBEF)은 액정표시장치로 방출되는 빛의 휘도를 높이도록 이루어진다. 광원으로부터 제공된 빛의 효율은 도광판(120)과 확산시트(151)를 통과하면서 점점 떨어지게 된다. 휘도강화필름은 평면에 수직인 P파는 투과시키고, 평면과 수평한 S파는 반사시킨다. 평면과 수평한 S파는 반사되고 P파로 전환된 빛만 필름을 통과하므로, 휘도강화필름은 빛의 회수를 통해 휘도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 백라이트유닛(100)을 구성하기 위한 필수적인 구성요소들을 설명한 것은 아니다. 따라서, 본 명세서에서 설명되는 백라이트유닛(100)은 도 1에 도시된 구성요소들보다 더 많거나, 또는 더 적은 구성요소들을 가질 수도 있다.
백라이트유닛(100)은 액정패널(91)로 백색광을 제공하며, 백색광은 삼원광의 조합에 의하여 형성될 수 있다. 이를 위해 본 발명에서 제안하는 백라이트유닛(100)은 광원과 양자점 복합체(240)를 포함한다. 백라이트유닛(100)은 광원과 양자점 복합체(240) 외에 도 1에서 설명한 구성요소들을 선택적으로 포함할 수 있다.
이하에서는 먼저 본 발명과 관련된 양자점 형광체에 대하여 설명하고, 상기 양자점 형광체를 이용한 양자점 복합체에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명과 관련된 양자점(41)의 개념도다.
양자점(41)은 무기 물질로 이루어진 나노 크기의 코어(41a)와 상기 코어(41a)를 안정화시켜 주는 유기 리간드(41c)로 구성되어 있다. Ⅱ-Ⅵ족, Ⅲ-Ⅴ족, Ⅳ-Ⅵ족, Ⅰ-Ⅲ-Ⅴ족 등 다양한 양자점(41)이 보고되고 있다. 예를 들어, CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs, InSb, Si, Ge 및 이들의 혼합물로 구성된 선택된 어느 하나가 사용될 수 있다.
일반적으로 코어(41a)는 매우 큰 표면적과 부피비를 갖기 때문에 매우 불안정하다. 또한, 코어(41a)의 불안정한 표면에 여러 가지 광 결합을 억제하는 트랩이 존재한다. 불안정한 표면과 트랩은 광 발생에 영향을 주고, 비 형광적인 에너지 방출을 도모하기 때문에 절대적으로 양자 효율을 낮춘다. 양자 효율 저하를 방지하기 위한 방편으로 보고되어 있는 것이 코어(41a)를 무기물로 이루어진 셸(41b)로 둘어싸게 하게 하여, 양자점(41)을 안정하게 만드는 것이다.
양자점 형광체란 도 2에서 설명한 양자점을 형광체로 이용한 것이다. 양자점 형광체는 광원으로부터 제공된 1차광에 의해 여기되어 상기 1차광과 다른 파장의 2차광을 방출한다. 예를 들어, 양자점 형광체는 광원으로부터 제공되는 청색의 1차광에 의해 여기되어 녹색 또는 적색의 2차광을 방출할 수 있다.
여기서, 1차광과 2차광은 양자점 형광체에 흡수되기 전과 후로 구분할 수 있다. 광원으로부터 제공되는 빛과 같이 양자점 형광체를 여기시키는 빛은 1차광으로 분류된다. 양자점 형광체로부터 방출되는 빛은 2차광으로 분류된다.
양자점(41)의 형광은 들뜬 상태의 전자가 전도대(conduction band)에서 가전자대(valence band)로 내려오면서 발생하는 빛이다. 양자점 형광체는 기존의 형광체보다 좁은 반치폭(Full Width at Half Maximum; FWHM, 상대분광분포에서 최대값의 1/2값을 갖는 위치의 폭)을 가지므로 고색재현에 유리하다.
양자점 형광체는 청색의 1차광에 의해 여기되어 녹색 또는 적색의 2차광을 방출하므로, 상기 1차광과 2차광을 조합하면 백색광을 형성할 수 있다.
이하에서는 양자점(41)을 형광체로 사용한 양자점 복합체와 상기 양자점 복합체를 구비하는 여러 백라이트유닛에 대하여 설명한다.
도 3a는 양자점 복합체(240a) 및 이를 구비하는 백라이트유닛(200a)의 개념도다.
도 3a의 백라이트유닛(200a)은 직하형을 예시로 도시하였다. 그러나, 본 발명의 백라이트유닛(200a)이 반드시 직하형에 한정되는 것은 아니다.
백라이트유닛(200a)은 광원과 양자점 복합체(240a)를 포함한다.
광원은 1차광을 제공하도록 형성된다. 앞서 설명한 바와 같이 광원은 전류를 인가받아 빛을 내는 발광다이오드(210a)를 포함할 수 있다. 발광다이오드(210a)는 인쇄회로기판(260)의 일면상에 배치될 수 있다. 도 3a에 도시되지는 않았으나 인쇄회로기판(260)의 일면에는 반사판이 형성되고, 상기 반사판 위에 발광다이오드(210a)가 배치되는 구성도 가능하다. 반사판은 양자점 복합체(240a)를 향하지 못하는 손실광을 양자점 복합체(240a)로 반사시킨다. 도 3a에 도시된 발광다이오드(210a)는 청색의 1차광을 내도록 이루어진다.
양자점 복합체(240a)는 양자점 형광체(241)를 포함하는 구성요소다. 양자점 복합체(240a)는 발광다이오드(210a)로부터 제공되는 1차광을 이용하여 삼원광을 방출하도록 이루어진다. 양자점 형광체(241)는 발광다이오드(210a)로부터 제공되는 1차광에 의해 여기되어 상기 1차광과 다른 파장의 2차광을 방출한다.
양자점 형광체(241)의 구성은 광원과 무기 형광체(도 3b와 도 3c 참조)에 따라 달라질 수 있다. 도 3a와 같이 발광다이오드(210a)가 청색의 1차광을 내는 경우, 양자점 복합체(240a)는 녹색광 방출 양자점 형광체(241a)와 적색광 방출 양자점 형광체(241b)를 포함한다. 녹색광 방출 양자점 형광체(241a)는 발광다이오드(210a)로부터 제공되는 청색의 1차광에 의해 여기되어 녹색의 2차광을 낸다. 적색광 방출 양자점 형광체(241b)는 발광다이오드(210a)로부터 제공되는 청색의 1차광에 의해 여기되어 적색의 2차광을 낸다. 이에 따라 백라이트유닛(200a)은 청색의 1차광, 녹색의 2차광 및 적색의 2차광으로 이루어지는 삼원광을 방출할 수 있다.
양자점 복합체(240a)는 도 3a에 도시된 바와 같이 필름의 형태로 형성될 수 있다. 필름의 형태로 형성되는 양자점 복합체(240a)는 원격 형광체(Remote Phosphor) 구조를 형성하도록 발광다이오드(210a)로부터 이격되게 배치된다. 원격 형광체란 광원과 형광체가 서로 분리된 구성요소이며, 서로 이격되어 있다는 것을 의미한다. 직하형의 백라이트유닛(200a)에서 양자점 복합체(240a)는 발광다이오드(210a)를 마주하도록 배치되며, 상기 발광다이오드(210a)로부터 직접 청색의 1차광을 제공받을 수 있다.
도 3b는 양자점 복합체(240b) 및 이를 구비하는 백라이트유닛(200b)의 변형례를 보인 개념도다.
광원은 청색의 1차광을 내는 발광다이오드(210a)를 포함한다. 백라이트유닛(200b)은 녹색광 방출 무기 형광체(212a)를 포함한다. 상기 녹색광 방출 무기 형광체(212a)는 상기 발광다이오드(210a)로부터 제공되는 청색의 1차광을 이용하여 녹색의 1차광을 내도록 상기 발광다이오드(210a)에 봉지된다.
백라이트유닛(200b)은 삼원광을 방출하여야 한다. 삼원광 중 청색광은 발광다이오드(210a)로부터 방출되고, 녹색광은 녹색광 방출 무기 형광체(212a)로부터 제공된다. 따라서, 추가적으로 필요한 빛은 적색광이다.
앞서 설명한 바와 같이 양자점 형광체의 종류는 광원과 무기 형광체(212a)에 따라 달라질 수 있다. 도 3b의 양자점 복합체(240b)에서 삼원광을 위해 필요한 것은, 적색광 방출 양자점 형광체(241b)다.
도 3b를 참조하면, 양자점 복합체(240b)가 적색광 방출 양자점 형광체(241b)를 포함하는 것을 알 수 있다. 적색광 방출 양자점 형광체(241b)는, 광원으로부터 제공되는 청색의 1차광 또는 녹색광 방출 무기 형광체(212a)로부터 제공되는 녹색의 1차광에 의해 여기되어 적색의 2차광을 낸다.
백라이트유닛(200b)은 청색의 1차광, 녹색의 1차광 및 적색의 2차광으로 이루어지는 삼원광을 방출한다. 나머지 구성에 대한 설명은 도 3a에서 설명한 것으로 갈음한다.
도 3c는 양자점 복합체(240c) 및 이를 구비하는 백라이트유닛(200c)의 변형례를 보인 개념도다.
광원은 청색의 1차광을 내는 발광다이오드(210a)를 포함한다. 백라이트유닛(200c)은 적색광 방출 무기 형광체(212b)를 포함한다. 상기 적색광 방출 무기 형광체(212b)는 상기 발광다이오드(210a)로부터 제공되는 청색의 1차광을 이용하여 적색의 1차광을 내도록 상기 발광다이오드(210a)에 봉지된다.
백라이트유닛(200c)은 삼원광을 방출하여야 한다. 삼원광 중 청색광은 발광다이오드(210a)로부터 방출되고, 적색광은 적색광 방출 무기 형광체(212b)로부터 제공된다. 따라서, 추가적으로 필요한 빛은 녹색광이다.
앞서 설명한 바와 같이 양자점 형광체의 종류는 광원과 무기 형광체(212b)에 따라 달라질 수 있다. 도 3c의 양자점 복합체(240c)에서 삼원광을 위해 필요한 것은, 녹색광 방출 양자점 형광체(241a)다.
도 3c를 참조하면, 양자점 복합체(240c)가 녹색광 방출 양자점 형광체(241a)를 포함하는 것을 알 수 있다. 녹색광 방출 양자점 형광체(241a)는, 광원으로부터 제공되는 청색의 1차광에 의해 여기되어 녹색의 2차광을 낸다. 양자점 형광체는 방출하는 빛보다 파장이 짧은 빛을 흡수하므로, 녹색광 방출 양자점 형광체(241a)는 적색의 1차광을 흡수할 수는 없다.
백라이트유닛(200c)은 청색의 1차광, 적색의 1차광 및 녹색의 2차광으로 이루어지는 삼원광을 방출한다. 나머지 구성에 대한 설명은 도 3a에서 설명한 것으로 갈음한다.
본 발명에서 양자점 복합체는 광원의 종류나 양자점 형광체의 종류와 무관하게 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명에서 양자점 복합체는 도 3a 내지 도 3c에서 설명한 백라이트유닛(200a, 200b, 200c)에 모두 적용될 수 있다. 특히 조명의 경우 연색성을 확보하기 위해 여러 종류의 양자점 형광체가 적용될 수 있는데, 본 발명은 여러 종류의 양자점 형광체를 구비하는 경우에도 적용될 수 있다.
이하에서는 설명의 편의를 위하여, 1차광은 청색광으로 이루어지고, 2차광은 녹색광과 적색광으로 이루어지는 것으로 가정하여 설명한다. 다만, 이러한 설명이 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
도 4는 양자점 복합체(340) 및 이를 구비하는 백라이트유닛(300)의 다른 개념도다.
도 4는 도광판(320)의 테두리에 광원이 배치되는 에지형의 백라이트유닛(300)을 예시로 도시하였다. 그러나, 본 발명의 백라이트유닛(300)이 반드시 에지형에 한정되는 것은 아니다.
백라이트유닛(300)은 광원, 양자점 복합체(340) 및 도광판(320)을 포함한다.
광원은 1차광을 제공하도록 형성된다. 광원은 청색의 1차광을 내는 발광다이오드(310a)를 포함할 수 있다.
양자점 복합체(340)는 도 4에 도시된 바와 같이 튜브의 형태로 형성될 수 있다. 튜브의 형태로 형성되는 양자점 복합체(340)는 원격 형광체(Remote Phosphor) 구조를 형성하도록 발광다이오드(310a)로부터 이격되게 배치된다. 양자점 복합체(340)는 발광다이오드(310a)를 마주하도록 배치되며, 상기 발광다이오드(310a)로부터 직접 1차광을 제공받는다.
양자점 복합체(340)는 발광다이오드(310a)와 도광판(320)의 사이에 배치된다. 도광판(320)은 양자점 복합체(340)를 기준으로 발광다이오드(310a)의 반대편에 배치된다. 튜브 형태의 양자점 복합체(340)에서 방출되는 삼원광은 도광판(320)에 의해 가이드되어 도 1에서 설명한 액정패널(91)로 향하게 된다.
양자점 복합체(340)는 발광다이오드(310a)로부터 제공되는 1차광을 이용하여 삼원광을 방출하도록 이루어진다. 양자점 복합체(340)는 양자점 형광체(341)를 포함한다. 양자점 형광체(341)는 발광다이오드(310a)로부터 제공되는 1차광에 의해 여기되어 상기 1차광과 다른 파장의 2차광을 방출한다. 양자점 형광체(341)의 종류가 광원과 무기 형광체에 따라 달라질 수 있는 것은 앞서 도 3a 내지 도 3c에서 설명한 것으로 갈음한다.
발광다이오드(310a)는 청색의 1차광을 낸다. 양자점 복합체(340)는 녹색광 방출 양자점 형광체(341a) 및 적색광 방출 양자점 형광체(341b)를 포함한다. 녹색광 방출 양자점 형광체(341a)는 1차광에 의해 여기되어 녹색의 2차광을 방출한다. 적색광 방출 양자점 형광체(341b)는 1차광에 의해 여기되어 적색의 2차광을 방출한다. 백라이트유닛(300)은 청색의 1차광, 녹색의 2차광 및 적색의 2차광으로 이루어지는 삼원광을 방출한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 관련된 양자점 복합체(440)의 개념도다.
양자점 복합체(440)는 양자점 형광체(441), 매트릭스(443) 및 산란제(442)를 포함한다.
양자점 형광체(441)는 앞서 설명한 바와 같이 광원으로부터 제공되는 1차광에 의해 여기되어 상기 1차광과 다른 파장의 2차광을 방출한다. 도 5에 도시된 양자점 형광체(441)는 녹색광 방출 양자점 형광체(441a)와 적색광 방출 양자점 형광체(441a)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 이에 따라 광원은 청색의 1차광을 내는 발광다이오드(미도시)만으로 이루어질 수 있음을 미루어 짐작할 수 있다.
매트릭스(443)는 양자점 형광체(441)와 산란제(442)를 지지하도록 이루어진다. 매트릭스(443)는 레진(resin)의 경화에 의해 형성될 수 있다. 양자점 형광체(441)와 산란제(442)는 매트릭스(443)의 내부에 분산된다. 양자점 복합체(440)와 매트릭스(443)는 필름 또는 튜브의 형태로 형성될 수 있다.
양자점 복합체(440)의 효율은 제품의 단가, 제품의 성능 및 제품의 크기와 직결된다. 높은 효율을 가진 양자점 복합체(440)를 사용하여야 제품의 단가를 낮출 수 있으며, 더 슬림한 백라이트유닛을 구현할 수 있다. 높은 효율을 가진 양자점 복합체(440)는 적은 수의 양자점 형광체(441)만으로도 충분히 삼원광을 방출할 수 있는 것을 의미한다.
따라서, 상대적으로 적은 수의 양자점 형광체(441)만으로 삼원광을 방출하기 위해서는 1차광을 충분히 산란시킬 필요가 있다. 본 발명은 1차광을 산란시키기 위해서 산란제(442)를 이용한다. 산란제(442)는 양자점 형광체(441)에 의해 1차광으로부터 2차광으로 변환되는 빛의 양을 증가시키도록 1차광을 산란시킨다.
산란제(442)는 1차광의 산란을 통해 양자점 복합체(440)의 효율을 향상시킨다. 또한 산란제(442)는 양자점 형광체(441)에서 방출된 2차광이 다른 양자점 형광체(441)로 재흡수되는 것을 방지하고, 2차광의 추출 효율을 향상시킨다. 이에 따라 산란제(442)는 양자점 복합체(440)의 효율을 향상시킬 수 있다.
그러나 종래의 산란제는 광원으로부터 제공된 1차광 뿐만 아니라 양자점 형광체로부터 방출된 2차광도 산란시키는 문제가 있었다. 종래에 사용되던 마이크로 사이즈의 산란제는 빛의 파장과 무관하게 대부분의 빛을 산란시키기 때문이다. 양자점 복합체 내에서 산란제의 함량을 증가시키면 양자점 형광체의 효율을 증가시킬 수 있으나, 산란제의 함량이 일정 수준을 넘어서면 오히려 산란제가 2차광의 방출을 방해하여 양자점 형광체의 효율을 감소시키는 문제가 있었다.
이러한 종래 기술의 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 산란제(442)는 제1 산란제(442a)와 제2 산란제(442b)를 포함한다. 제1 산란제(442a)는 마이크로 사이즈로 형성되고, 제2 산란제(442b)는 나노 사이즈로 형성된다. 도 5를 참조하면, 제1 산란제(442a)의 크기가 제2 산란제(442b)의 크기보다 큰 것을 알 수 있다. 다만, 도 5에서의 크기는 상대적인 것을 나타낼 뿐, 도 5가 절대적인 크기의 비교를 보인 것은 아니다.
제1 산란제(442a)는 미 산란(Mie Scattering)을 일으킨다. 미 산란은 빛의 파장에는 거의 영향이 없고, 입자의 밀도, 크기, 모양 중 적어도 하나에 영향을 받는 산란이다. 미 산란에 대하여는 도 6을 참조하여 후술한다.
제1 산란제(442a)는 입자의 밀도, 크기, 모양 중 적어도 하나에 영향을 받아 빛을 산란시킨다. 제1 산란제(442a) 미 산란을 일으키도록 0.5~10㎛의 직경을 갖는 입자들로 이루어질 수 있다. 또한 제1 산란제(442a)는 0.5~10㎛의 직경을 갖는 비드들로 이루어질 수 있다.
제1 산란제(442a)의 크기가 0.5㎛ 이하이면, 빛을 산란시키는 기능적인 측면에서 제2 산란제(442b)와 구별되지 않고 산란의 차별성을 떨어뜨릴 수 있다. 또한 0.5㎛ 이하의 제1 산란제(442a)는 매트릭스(443)에 분산되기 어려울 수 있다. 제1 산란제(442a)의 크기가 10㎛ 이상이면, 양자점 복합체(440)로 이루어진 얇은 필름(약 100㎛ 이하)에서 빛을 충분히 산란시키기 어렵고 필름의 광학적 균일성을 저하시킬 우려가 있다.
제1 산란제(442a)는, 실리콘(silicone), 알루미나(alumina), 이산화티타늄(TiO2), 지르코니아(ZrO2), 황산바륨(barium bulfate), 산화아연(ZnO), 폴리메타크릴산메틸(Poly(methylmethacrylate), PMMA) 및 벤조구아나민(Benzoguanamine)계 폴리머로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 재료로 형성될 수 있다.
제2 산란제(442b)는 레일리 산란(Rayleigh Scattering)을 일으킨다. 레일리 산란은 빛의 파장에 영향을 받는 산란이며, 제2 산란제(442b)는 파장에 따라 빛을 차별적으로 산란시킨다. 레일리 산란에 대하여는 도 7을 참조하여 후술한다. 제2 산란제(442b)는 1차광을 산란시키고 2차광의 산란을 제한하도록 파장에 따라 빛을 차별적으로 산란시킨다.
제2 산란제(442b)는 빛의 파장에 영향을 받도록 빛의 파장보다 작은 크기로 형성된다. 제2 산란제(442b)는 레일리 산란을 일으키도록 5~200㎚의 직경을 갖는 입자들로 이루어질 수 있다. 또한 제2 산란제(442b)는 5~200㎚의 직경을 갖는 비드들로 형성될 수 있다.
효과의 극대화를 위해 제2 산란제(442b)는 5~50㎚의 직경을 갖는 입자들로 이루어지는 것이 바람직하다. 제2 산란제(442b)의 크기가 5㎚ 이하이면, 너무 작은 사이즈로 인하여 매트릭스(443)에 분산되기 어려울 수 있으며, 원재료의 가격 상승으로 인하여 제품의 단가 상승을 초래한다. 또한, 제2 산란제(442b)의 크기가 50㎚ 이상이면, 제2 산란제(442b)의 응집으로 인하여 그 크기가 제1 산란제(442a)와 비슷해질 수 있다. 제2 산란제(442b)가 응집되어 그 크기가 제1 산란제(442a)와 비슷해지면 기능적인 측면에서 제1 산란제(442a)와 차이를 보이지 않을 수 있다.
제2 산란제(442b)는 입자들의 응집에 의해 형성될 수도 있다. 이 경우에도 응집된 입자들의 직경은 레일리 산란을 위해 200㎚을 넘지 않는 것이 바람직하다.
제2 산란제(442b)는 실리카(silica), 알루미나(alumina), 이산화티타늄(TiO2), 지르코니아(ZrO2), 황산바륨(barium sulfate) 및 산화아연(ZnO)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 재료로 형성될 수 있다. 제2 산란제(442b)는 나노 사이즈를 가지므로, 제1 산란제(442a)와 달리 폴리머로 형성되기 어렵다.
양자점 복합체(440)가 서로 다른 크기의 제1 산란제(442a)와 제2 산란제(442b)를 포함하는 이유는 산란제(442)의 크기에 따라 서로 다른 유형의 산란을 하기 때문이다. 본 발명은 서로 다른 유형의 산란을 통해 양자점 복합체(440)의 효율을 극대화 할 수 있다.
이하에서는 제1 산란제(442a)와 제2 산란제(442b)의 산란 매커니즘을 각각 설명한다. 이어서 제1 산란제(442a)와 제2 산란제(442b)를 포함하는 양자점 복합체(440)에서 빛의 산란과 여기에 대하여 설명한다.
도 6은 제1 산란제(442a)와 관련된 미 산란의 개념도다.
입자의 크기가 빛의 파장과 비슷한 제1 산란제(442a)는 미 산란을 일으킨다. 도 6을 참조하면, 빛은 좌측으로부터 제1 산란제(242)를 향해 입사되는 것으로 도시되어 있다. 이 경우, 제1 산란제(442a)의 우측을 전방 산란으로 분류하고, 상기 제1 산란제(442a)의 좌측을 후방 산란으로 분류할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이 미 산란의 경우, 전방 산란의 에너지가 상대적으로 크고 후방 산란의 에너지가 상대적으로 작다.
미 산란은 빛의 파장보다는 입자의 밀도, 크기, 모양 중 적어도 하나에 영향을 받는다. 따라서, 제1 산란제(442a)는 빛의 파장에는 거의 영향을 받지 않으며, 입자의 밀도, 크기, 모양 중 적어도 하나에 영향을 받아 빛을 산란시킨다.
제1 산란제(442a)는 빛의 파장에 거의 영향을 받지 않으므로 청색광, 녹색광 및 적색광을 구분하지 않고 산란시킨다. 그 결과 양자점 복합체 내에서 제1 산란제(442a)의 함량을 점차 증가시키게 되면, 양자점 복합체의 효율도 점차 증가한다. 그러나 어느 순간 이후로는 제1 산란제(442a)가 오히려 2차광의 추출을 방해하게 되고, 양자점 복합체의 효율이 감소하게 된다. 따라서, 제1 산란제(442a)만으로 양자점 복합체의 효율을 향상시키는 것에는 한계가 있다.
도 7은 제2 산란제(442b)와 관련된 레일리 산란의 개념도다.
제2 산란제(442b)는 상기 언급한 제1 산란제(442a)의 한계를 극복하기 위한 것이다.
입자의 크기가 빛의 파장보다 작은 제2 산란제(442b)는 레일리 산란을 일으킨다. 도 7을 참조하면, 빛은 좌측으로부터 제2 산란제(442b)를 향해 입사되는 것으로 도시되어 있다. 이 경우, 제2 산란제(442b)의 우측을 전방 산란으로 분류하고, 상기 제2 산란제(442b)의 좌측을 후방 산란으로 분류할 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이 레일리 산란의 경우, 전방 산란과 후방 산란의 에너지가 거의 비슷하다.
레일리 산란은 빛의 파장의 4제곱에 반비례하므로, 빛의 파장이 길어질수록 산란되는 빛의 양이 급격히 줄어든다. 따라서, 제2 산란제(442b)는 빛의 파장에 영향을 많이 받는다.
제2 산란제(442b)는 빛의 파장이 상대적으로 짧은 청색광을 산란시킨다. 반대로, 제2 산란제(442b)는 빛의 파장이 상대적으로 긴 녹색광과 적색광의 산란을 제한한다. 청색의 1차광을 방출하는 발광다이오드를 광원으로 적용하고 녹색광 방출 양자점 형광체 및 적색광 방출 양자점 형광체를 적용한 구조에서, 제2 산란제(442b)는 1차광을 산란시킨다. 그러나, 제2 산란제(442b)에 의한 2차광의 산란은 제한적이다. 따라서 제2 산란제(442b)는 제1 산란제(442a)와 달리 2차광의 방출 효과를 감소시키지 않는다. 또한, 제1 산란제(442a)와 제2 산란제(442b)를 함께 사용하면, 제1 산란제(442a)만 적용했을 때보다 양자점 복합체의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 8은 제1 산란제(442a)와 제2 산란제(442b)를 포함하는 양자점 복합체(440)에서 빛의 진행 과정을 도시한 개념도다.
도 8에서 화살표는 빛의 진행 경로를 의미한다. 구분을 위해 도 8에서는 화살표에 대해 다음과 같은 규칙의 도면부호를 부여한다. 도 9와 도 10에서도 같은 규칙의 도면부호를 부여한다.
(1) 광원으로부터 제공되거나 무기 형광체로부터 방출된 빛과 같이 1차광에는 십의 자리에 1을 부여한다. 양자점 형광체(441a, 441b)로부터 방출된 2차광에는 십의 자리에 2를 부여한다. 예를 들어 광원으로부터 제공된 청색의 1차광은 10a의 도면 부호를 부여받는다.
(2) 산란되기 전의 1차광과 2차광에는 일의 자리에 0을 부여한다. 이미 산란된 1차광에 의해 양자점 형광체(441a, 441b)가 여기됨에 따라 여기된 양자점 형광체(441a, 441b)로부터 방출된 2차광에는, 다른 산란제(442a, 442b)에 의해 산란되기 전까지 일의 자리에 0을 부여한다. 제1 산란제(442a)에 의해 산란된 1차광과 2차광에 일의 자리에 1을 부여한다. 제2 산란제(442b)에 의해 산란된 1차광과 2차광에는 일의 자리에 2를 부여한다.
(3) 청색광에는 a를 부여하고, 녹색광에는 b를 부여하며, 적색광에는 c를 부여한다.
도 8을 참조하면, 광원으로부터 제공되는 1차광(10a)은 청색광이다. 청색의 1차광(10a)이 양자점 복합체(440)로 입사되면, 1차광(10a) 중 어느 일부는 양자점 형광체(441a, 441b)와 만날 수 있고 다른 일부는 산란제(442a, 442b)와 만날 수 있다. 2차광(20a, 20b, 21b, 20c, 21c)은, 제2 산란제(442b)에 의해 일어나는 산란이 제한적이도록 1차광(10a)보다 긴 파장을 가진 녹색광(20b, 21b)과 적색광(20c, 21c) 중 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
빛을 산란시키기 위해서는 산란제(442a, 442b)와 매트릭스(443) 사이에 굴절률 차이가 있어야 한다. 본 발명에서 산란제(442a, 442b)와 매트릭스(443)는 빛을 산란시키기 위해 0.02 이상의 굴절률 차이를 갖는 것이 바람직하다. 굴절률의 차이가 0.02 이하일 경우, 너무 작은 굴절률 차이로 인하여 1차광이나 2차광을 산란시키는 것이 어려워진다.
제1 산란제(442a)는 미 산란을 일으키며, 제1 산란제(442a)로 입사되는 1차광(10a)은 산란된다. 제1 산란제(442a)에 의해 산란된 1차광(11a) 중 어느 일부는 양자점 형광체(441a, 441b)와 만날 수 있고 다른 일부는 다른 산란제(442a, 442b)와 만날 수 있다.
제1 산란제(442a)에 의해 산란된 1차광(11a)이 양자점 형광체(441a, 441b)로 흡수되면, 양자점 형광체(441a, 441b)에서 녹색 또는 적색의 2차광(20b, 20c)이 방출된다. 도 8을 참조하면, 산란된 1차광(11a)이 녹색광 방출 양자점 형광체(441a)에 흡수됨에 따라 상기 녹색광 방출 양자점 형광체(441a)로부터 녹색의 2차광(20b)이 방출된다. 녹색의 2차광(20b) 중 어느 일부는 다른 양자점 형광체(441a, 441b)와 만날 수 있고, 다른 일부는 산란제(442a, 442b)와 만날 수 있다. 다만, 제2 산란제(442b)는 2차광(20b, 20c)이 다른 양자점 형광체로 재흡수되는 것을 방지하여 2차광(20b, 20c)의 추출효율을 향상시킬 수 있다.
제1 산란제(442a)로 흡수되는 녹색의 2차광(20b)은 산란된다. 제1 산란제(442a)는 빛의 파장에 영향을 받지 않기 때문이다. 제1 산란제(442a)에 의해 산란된 녹색의 2차광(21b)은 양자점 형광체(441a, 441b)와 만나거나 다른 산란제(442a, 442b)와 만날 수 있다.
이와 달리 제2 산란제(442b)로 입사되는 녹색의 2차광(20b)은 산란되지 않는다. 제2 산란제(442b)는 빛의 파장에 영향을 받으며, 녹색의 2차광(20b)은 청색광의 1차광(10a)에 비하여 상대적으로 긴 파장을 갖기 때문이다.
제2 산란제(442b)는 레일리 산란을 일으키며, 제2 산란제(442b)로 입사되는 1차광(10a)은 산란된다. 제2 산란제(442b)는 빛의 파장에 영향을 받는다. 1차광(10a)은 청색광이므로, 상대적으로 녹색광(20b, 21b)과 적색광(20c, 21c)에 비하여 파장이 짧다. 따라서, 제2 산란제(442b)는 청색의 1차광(10a)을 산란시킨다. 제2 산란제(442b)에 의해 산란된 1차광(12a) 중 일부는 양자점 형광체(441a, 441b)와 만날 수 있고 다른 일부는 다른 산란제(442a, 442b)와 만날 수 있다.
제2 산란제(442b)에 의해 산란된 1차광(12a)이 양자점 형광체(441a, 441b)로 흡수되면, 양자점 형광체(441a, 441b)에서 녹색 또는 적색의 2차광(20b, 20c)이 방출된다. 도 8을 참조하면, 산란된 1차광(12a)이 적색광 방출 양자점 형광체(441b)에 흡수됨에 따라 상기 적색광 방출 양자점 형광체(441b)로부터 적색의 2차광(20c)이 방출된다. 적색의 2차광(20c) 중 어느 일부는 다른 양자점 형광체(441a, 441b)와 만날 수 있고, 다른 일부는 산란제(442a, 442b)와 만날 수 있다.
제1 산란제(442b)로 입사되는 적색의 2차광(20c)은 산란된다. 제1 산란제(442b)는 빛의 파장에 영향을 받지 않기 때문이다. 제1 산란제(442b)에 의해 산란된 적색의 2차광(21c)은 양자점 형광체(441a, 441b)와 만나거나 다른 산란제(442a, 442b)와 만날 수 있다.
이와 달리 제2 산란제(442b)로 입사되는 적색의 2차광(20c)은 산란되지 않는다. 제2 산란제(442b)는 빛의 파장에 영향을 받으며, 적색의 2차광(20c)은 청색광의 1차광(10a)에 비하여 상대적으로 긴 파장을 갖기 때문이다.
이하에서는 먼저, 필름 또는 튜브의 형태로 형성되는 양자점 복합체에 대하여 설명하고, 양자점 복합체를 포함하는 백라이트유닛에서 빛의 진행 과정에 대하여 설명한다. 빛의 산란과 여기에 대하여는 도 8을 참조하며, 도 9와 도 10의 설명에 필요한 빛의 산란과 여기에 대한 설명은 도 8로 갈음한다.
양자점 복합체(540)는 필름의 형태로 형성될 수 있다(도 9 참조). 또는 양자점 복합체(640)는 튜브의 형태로 형성될 수 있다(도 10 참조).
양자점 형광체와 산란제를 레진에 분산시킨 후 필름의 형태로 경화시키면 필름 형태의 양자점 복합체가 형성된다. 또는 양자점 형광체와 산란제를 레진에 분산시킨 후 튜브의 형태로 경화시키면 튜브 형태의 양자점 복합체가 형성된다. 레진은 앞서 설명한 매트릭스가 된다.
양자점 형광체와 산란제를 분산시키기 위한 레진으로 열경화 레진, 광경화 레진 또는 건조경화 레진이 사용될 수 있다. 열경화 레진과 광경화 레진을 이용하는 경우 각각 열과 빛을 이용하여 레진을 경화시킨다. 건조경화 레진을 이용하는 경우 용매(solvent)에 양자점 형광체와 산란제를 분산시킨 후 열을 가해 레진을 경화시킨다.
열경화 레진이나 광경화 레진을 사용할 경우 필름의 조성은 양자점 복합체 원료의 조성과 일치한다. 그러나, 건조경화 레진을 사용할 경우 필름의 조성은 양자점 복합체 원료의 조성과 다를 수 있다. 열에 의한 건조경화 과정에서 용매가 일부 증발하므로, 양자점 복합체의 원료에서 산란제의 중량비는 필름에서 산란제의 중량비보다 낮을 수 있다.
레진의 경화 시 부피의 수축이 발생한다. 열경화 레진 또는 광경화 레진의 경우 적게는 2~3%, 많게는 20% 내외의 수축이 발생한다. 건조경화 레진의 경우 수십% 까지 수축이 발생한다. 레진의 수축에 의해 양자점 형광체의 이동이 발생하고 양자점 복합체 내에서 양자점 형광체의 분산도가 저하될 우려가 있다. 그러나, 본 발명에서는 제2 산란제가 양자점 형광체의 이동을 막아 고분산성을 유지할 수 있다.
도 9는 백라이트유닛(500)에 필름 형태의 양자점 복합체(540)를 적용했을 때 빛의 진행 과정을 도시한 개념도다.
양자점 복합체(540)는 원격 형광체 구조를 형성하도록 발광다이오드(510a)로부터 이격되게 배치된다. 도 9 에 도시한 바와 같이 양자점 복합체(540)는 도광판(520)과 광학시트(550)의 사이에 배치될 수 있다.
발광다이오드(510)는 청색의 1차광(10a)을 방출한다. 도광판(520)은 1차광(10a)을 가이드 한다. 반사판(530)은 1차광(10a)을 반사하며, 반사된 1차광(10a)은 도광판(520)을 지나 양자점 복합체(540)로 입사된다.
양자점 복합체(540)는 1차광(10a)을 이용하여 삼원광을 방출한다. 본 발명의 양자점 복합체(540)는 도 5 및 도 8에서 설명한 바와 같이 양자점 형광체(도 8의 441a, 441b를 참조한다. 이하 도 9 및 도 10에 대한 설명에서 같다.)를 포함한다. 녹색광 방출 양자점 형광체(441a)는 청색의 1 차광(10a)에 의해 여기되어 녹색의 2차광(20b)을 방출한다. 적색광 방출 양자점 형광체(441b)는 청색의 1차광(10a)에 의해 여기되어 적색의 2차광(20c)을 방출한다. 양자점 복합체(540)는 청색의 1차광(10a, 11a, 12a), 녹색의 2차광(20b, 21b) 및 적색의 2차광(20c, 21c)을 방출한다. 백라이트유닛(500)은 청색의 1차광(10a, 11a, 12a), 녹색의 2차광(20b, 21b) 및 적색의 2차광(20c, 21c)의 조합에 의해 백색광을 방출할 수 있다.
산란제(도 8의 442a, 442b를 참조한다. 이하 도 9 및 도 10에 대한 설명에서 같다.)는 제1 산란제(442a)와 제2 산란제(442b)를 포함한다. 제1 산란제(442a)는 청색의 1차광(10a), 녹색의 2차광(20b, 21b) 및 적색의 2차광(20c, 21c)을 산란시킨다. 제2 산란제(442b)는 파장에 따라 빛을 차별적으로 산란시키며, 제2 산란제(442b)에 의한 레일리 산란은 파장의 4제곱에 반비례한다. 따라서, 제2 산란제(442b)는 상대적으로 파장이 짧은 청색의 1차광(10a, 11a, 12b)을 산란시키나, 상대적으로 파장이 긴 녹색의 2차광(20b)과 적색의 2차광(20c)을 거의 산란시키지 못한다.
양자점 복합체(540)에서 방출되는 청색광(10a, 11a, 12a)은, 산란되지 않은 1차광(10a), 제1 산란제(442a)에 의해 산란된 1차광(11a) 및 제2 산란제(442b)에 의해 산란된 1차광(12a)을 포함한다. 양자점 복합체(540)에서 방출되는 녹색광(20b, 21b)은, 산란되지 않은 2차광(20b), 제1 산란제(442a)에 의해 산란된 2차광(21b)을 포함한다. 양자점 복합체(540)에서 방출되는 적색광(20c, 21c)은, 산란되지 않은 2차광(20c), 제1 산란제(442a)에 의해 산란된 2차광(21c)을 포함한다.
필름의 형태로 형성되는 양자점 복합체(540)는 산란제(442a, 442b)에 의한 빛의 산란을 통해 확산판의 기능을 대신할 수 있다. 산란제(442a, 442b)가 산란을 더 많이 일으키게 되면, 빛이 자연적으로 확산될 수 있기 때문이다. 따라서, 양자점 복합체(540)를 백라이트유닛(500)에 적용할 경우, 상기 백라이트유닛(500)에서 확산판을 제거할 수 있고, 백라이트유닛(500)의 두께를 더 슬림하게 구현할 수 있다. 확산판에 대한 설명은 도 1을 참조한다.
제1 산란제(442a)와 제2 산란제(442a)를 함께 이용한 양자점 복합체(540)는 청색광(10a, 11a, 12a)의 산란을 더 많이 일으키므로, 상기 양자점 복합체(540)에서 청색광(10a, 11a, 12a) 파장의 투과율이 감소한다(도 11 참조).
도 10은 백라이트유닛(600)에 튜브 형태의 양자점 복합체(640)를 적용했을 때 빛의 진행 과정을 도시한 다른 개념도다.
양자점 복합체(640)는 튜브의 형태로 형성된다. 양자점 복합체(640)는 원격 형광체 구조를 형성하도록 광원으로부터 이격되게 배치된다. 도 10에 도시한 바와 같이 양자점 복합체(640)는 발광다이오드(610a)와 도광판(620)의 사이에 배치될 수 있다.
발광다이오드(610a)는 청색의 1차광(10a)을 방출한다.
양자점 복합체(640)는 1차광(10a)을 이용하여 삼원광을 방출한다. 본 발명에서 양자점 복합체(640)는 도 5 및 도 8에서 설명한 바와 같이 양자점 형광체(441a, 441b)와 산란제(442a, 442b)를 포함한다.
양자점 형광체(441a, 441b)는 1차광(10a)에 의해 여기되어 1차광(10a)과 다른 파장의 2차광(20b, 20c)을 방출한다. 녹색광 방출 양자점 형광체(441a)는 청색의 1차광(10a)에 의해 여기되어 녹색의 2차광(20b)을 방출한다. 적색광 방출 양자점 형광체(441b)는 청색의 1차광(10a)에 의해 여기되어 적색의 2차광(20c)을 방출한다. 양자점 복합체(640)는 청색의 1차광(10a, 11a, 12a), 녹색의 2차광(20b, 21b) 및 적색의 2차광(20c, 21c)을 방출한다. 백라이트유닛(600)은 청색의 1차광(10a, 11a, 12a), 녹색의 2차광(20b, 21b) 및 적색의 2차광(20c, 21c)의 조합에 의해 백색광을 방출할 수 있다.
양자점 복합체(640)에서 방출되는 청색광(10a, 11a, 12a)은 산란되지 않은 1차광(10a), 제1 산란제(442a)에 의해 산란된 1차광(11a) 및 제2 산란제(442b)에 의해 산란된 1차광(12a)을 포함한다. 양자점 복합체(640)에서 방출되는 녹색광(20b, 21b)은 산란되지 않은 2차광(20b), 제1 산란제(442a)에 의해 산란된 2차광(21b)을 포함한다. 양자점 복합체(640)에서 방출되는 적색광(20c, 21c)은 산란되지 않은 2차광(20c), 제1 산란제(442a)에 의해 산란된 2차광(21c)을 포함한다.
도광판(620)은 1차광(10a, 11a, 12a) 및 2차광(20b, 21b, 20c, 21c)을 가이드 한다. 반사판(630)은 1차광(10a, 11a, 12a)과 2차광(20b, 21b, 20c, 21c)을 반사하며, 반사된 1차광(10a, 11a, 12a)과 2차광(20b, 21b, 20c, 21c)은 도광판(620)을 지나 광학시트(650)로 입사된다.
튜브 형태로 형성되는 양자점 복합체(640)에 제1 산란제(442a)와 제2 산란제(442b)를 함께 적용할 경우, 청색광(10a, 11a, 12a)의 산란이 증가한다. 특히, 무기 재료로 이루어지는 제2 산란제(442b)를 적용하면, 방열 특성을 향상시킬 수 있다. 방열 특성은 제품의 신뢰성에 영향을 미칠 수 있다.
도 9와 도 10에서는 양자점 복합체(540, 640)가 광원으로부터 이격된 원격 형광체 구조에 대하여 도시하였다. 그러나, 본 발명의 양자점 복합체가 반드시 원격 형광체 구조로 형성되어야 하는 것은 아니다. 양자점 복합체는, 예를 들어 발광다이오드 위에 봉지될 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 산란제와 제2 산란제를 갖는 레진에 양자점 형광체를 분산하고, 레진을 경화시켜 양자점 복합체를 발광다이오드 위에 봉지할 수 있다.
도 11은 양자점 복합체의 투과율을 비교한 그래프다.
도 11에서 비교 대상은 ⅰ) 제2 산란제 없이 제1 산란제를 적용한 양자점 복합체와 ⅱ) 제1 산란제 및 제2 산란제를 적용한 양자점 복합체다. 도 11에서 그래프의 가로축은 빛의 파장을 의미하고, 세로축은 양자점 복합체에 입사되는 빛의 투과율을 의미한다.
산란제의 효과는 파장별로 투과율을 비교하여 확인할 수 있다. 투과율이 감소한다는 것은 산란이 많이 발생한다는 것을 의미하기 때문이다. 도 11은 ⅱ) 제1 산란제와 제2 산란제를 함께 사용한 본 발명의 양자점 복합체의 파장별 투과율을 도시하였다. 그리고, 제2 산란제에 의한 효과를 확인하기 위해 ⅰ) 제1 산란제만을 사용한 것과 함께 비교하였다.
청색광의 파장은 약 430~490㎚다. 녹색광의 파장은 약 490~570㎚다. 적색광의 파장은 약 650~760㎚다. 도 11에서는 ⅱ) 제1 산란제와 제2 산란제를 함께 사용함에 따라 청색광의 영역에서 투과율이 감소한 것을 확인할 수 있다. 상대적으로 녹색광의 영역과 적색광의 영역에서는 투과율의 변화가 거의 없다.
따라서, 제2 산란제는 빛의 파장에 따라 선택적으로 산란을 일으키는 것을 알 수 있다. 또한, ⅱ) 제1 산란제와 제2 산란제를 모두 포함하는 양자점 복합체는 청색광의 산란을 더 많이 일으켜 양자점 복합체의 효율을 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
양자점 복합체의 투과율이 감소한다는 것은 반사율이 증가하는 것으로 이해될 수 있다. 도 9에서 설명한 바와 같이 필름 형태의 양자점 복합체가 제2 산란제에 의해 높은 반사율을 갖게 되면, 빛의 리사이클링 횟수를 감소시킬 수 있다. 빛의 리사이클링 횟수를 감소시키면, 상기 리사이클링 과정에서 발생하는 손실을 줄일 수 있다. 따라서, 제2 산란제는 양자점 복합체의 광효율을 향상시킬 수 있다.
도 12는 산란제의 함량에 따른 양자점 복합체의 효율을 비교한 그래프다.
도 12에서 비교 대상은 ⅰ) 제2 산란제 없이 제1 산란제를 적용한 양자점 복합체와 ⅱ) 제1 산란제 및 제2 산란제를 적용한 양자점 복합체다. 도 12의 그래프에서 가로축은 양자점 복합체에서 산란제의 함량을 의미한다. 그리고 세로축은 양자점 복합체의 효율을 의미한다. 여기서 효율이란 양자 효율(Quantum Efficiency)를 가리킨다.
도 12의 측정에서 ⅰ) 제2 산란제 없이 제1 산란제를 포함하는 양자점 복합체의 경우, 상기 제1 산란제는 silicone으로 이루어진다. ⅱ) 제1 산란제 및 제2 산란제를 포함하는 양자점 복합체의 경우, 제1 산란제는 silicone으로 이루어지고 제2 산란제는 SiO2로 이루어진다. 이 때, 제1 산란제와 제2 산란제의 중량비는 5:1이다.
도 12를 참조하면, 산란제의 함량이 증가할수록 어느 정도까지는 양자점 복합체의 효율이 증가한다. 그러나, 산란제의 함량을 계속해서 증가시키면 증가하던 효율이 감소하게 된다. 그러나, 두 양자점 복합체의 효율 감소 정도는 서로 상이하다.
먼저 ⅰ) 제1 산란제를 적용한 양자점 복합체의 효율에 대하여 설명한다. 양자점 복합체의 효율은 산란제의 함량이 약 20%를 넘어서면서부터 서서히 감소하기 시작하며, 산란제의 함량이 30%를 넘어서면서 급격하게 저하된다. 그 이유는 제1 산란제의 함량이 증가함에 따라 청색광 뿐만 아니라 녹색광과 적색광의 산란이 증가하게 되기 때문이다. 이 경우 제1 산란제는 녹색광과 적색광의 추출을 방해하게 된다.
다음으로, ⅱ) 제1 산란제와 제2 산란제를 함께 적용한 양자점 복합체의 효율에 대하여 설명한다. 산란제의 함량이 20%를 넘어서더라도 효율은 감소하지 않고, 산란제의 함량이 약 30%에 이를때까지 계속해서 효율이 증가한다. 따라서, 제1 산란제와 제2 산란제를 함께 적용한 양자점 복합체는 제1 산란제만을 적용한 양자점 복합체에 비하여 추가적인 효율 상승을 기대할 수 있다.
도 12의 결과로부터 ⅱ) 제1 산란제와 제2 산란제를 함께 적용한 양자점 복합체의 효율이 ⅰ) 제1 산란제를 적용한 양자점 복합체의 효율보다 높은 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 12의 결과로부터 산란제의 함량이 양자점 복합체의 효율에 영향을 미침을 알 수 있다.
도 13은 백색광을 구현하기 위한 양자점 형광체의 소요량(QD소요량)을 비교한 그래프다. 색좌표는 x=0.290, y=0.310을 기준으로 하였다.
도 13에서 비교 대상은 ⅰ) 제2 산란제 없이 제1 산란제를 적용한 양자점 복합체와 ⅱ) 제1 산란제 및 제2 산란제를 적용한 양자점 복합체다. 그래프의 가로축은 양자점 복합체에서 산란제의 함량을 의미한다. 그리고, 세로축은 양자점 형광체의 소요량을 의미한다.
양자점 복합체에서 산란제의 함량이 증가함에 따라, 백색광을 구현하기 위한 양자점 형광체의 소요량은 점차 감소하다가 다시 증가한다.
ⅰ) 제2 산란제 없이 제1 산란제를 적용한 양자점 복합체에 비해 ⅱ) 제1 산란제 및 제2 산란제를 적용한 양자점 복합체는, 양자점 형광체의 소요량 증가폭이 완만하다. 따라서, ⅱ) 제1 산란제 및 제2 산란제를 적용한 양자점 복합체가 ⅰ) 제2 산란제 없이 제1 산란제를 적용한 양자점 복합체에 비해 훨씬 적은 양의 양자점 형광체 만으로 백색광을 구현할 수 있음을 의미한다. ⅱ) 제1 산란제 및 제2 산란제를 적용한 양자점 복합체가 ⅰ) 제2 산란제 없이 제1 산란제를 적용한 양자점 복합체에 비해 약 20~30% 적은 양 만으로도 백색광을 구현할 수 있다.
양자점 형광체의 소요량이 작다는 것은 보다 적은 양자점 형광체만으로도 충분히 백색광을 형성할 수 있다는 것을 의미한다. 본 발명은 양자점 형광체의 소요량을 감소시킴에 따라, 복합체의 단가 절약, 백라이트유닛의 성능을 향상, 백라이트유닛의 슬림화를 구현할 수 있는 장점이 있다.
도 12와 도 13의 결과로부터 산란제의 함량이 양자점 형광체의 효율과 성능에 영향을 미친다는 것을 알 수 있다. 필름 또는 튜브의 형태로 형성된 양자점 복합체에서, 제1 산란제는 1~40 중량%로 포함되고, 제2 산란제는 0.1~20 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 제1 산란제와 제2 산란제가 각각 40 중량%와 20 중량%를 초과하게 되면, 과도한 산란으로 인하여 오히려 양자점 형광체의 효율을 감소시킬 수 있다.
양자점 형광체에서 제1 산란제의 중량%와 제2 산란제의 중량%를 측정하는 방법은 여러 가지가 적용될 수 있다. 예를 들어, 필름 또는 튜브의 형태로 형성된 양자점 복합체에서 가로와 세로의 크기가 각각 5㎝의 임의의 영역을 설정하고 그 영역 내에서 제1 산란제의 중량%와 제2 산란제의 중량%를 측정하는 방법이 적용될 수 있다. 이 영역 내에서 제1 산란제가 1~40 중량%고 제2 산란제가 0.1~20 중량%라면, 필름 또는 튜브의 다른 영역에서도 제1 산란제와 제2 산란제가 각각 1~40 중량%와 0.1~20 중량%라고 판단할 수 있다.
이러한 방법은 양자점 복합체에서 양자점 형광체와 산란제의 중량비를 측정하는 것과 양자점 복합체에서 제1 산란제와 제2 산란제의 중량비를 측정하는 것에도 동일하게 적용될 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이 산란제와 매트릭스는 0.02 이상의 굴절률 차이를 갖는 것이 바람직하며, 굴절률에 따라 산란제의 함량은 달라진다. 따라서, 산란제의 함량은 굴절률의 함수로 나타낼 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 산란제의 함량은
Figure 112014094124661-pat00008
중량% 이상이고,
Figure 112014094124661-pat00009
중량% 이하인 것이 바람직하다. 제2 산란제의 함량은
Figure 112014094124661-pat00010
중량% 이상이고,
Figure 112014094124661-pat00011
중량% 이하인 것이 바람직하다. 여기서
Figure 112014094124661-pat00012
는 상기 매트릭스의 굴절률을 가리키고,
Figure 112014094124661-pat00013
는 상기 제1 산란제의 굴절률을 가리키며,
Figure 112014094124661-pat00014
는 상기 제2 산란제의 굴절률을 가리킨다.
산란제의 함량이 위에서 한정한 값보다 작은 경우, 산란 효과의 저하를 유발하여 양자점 복합체로 이루어진 필름이나 튜브의 효율 상승을 기대할 수 없다. 반대로 산랸제의 함량이 위에서 한정한 값보다 클 경우, 투과율 저하를 유발하여 광추출을 어렵게 만들고 오히려 효율을 저하시킨다. 또한 산란제의 함량이 상한값보다 이사일 경우 양자점 복합체로 이루어진 필름이나 튜브의 칙소성(thixo)의 증가를 유발하여 코팅 특성의 저하 현상을 보인다.
칙소성이란 복합체에 전단응력(shear stress)가 가해질 때 점도값이 저하되는 특성을 말한다. 칙소성이 증가하면 코팅시 두께의 불균일을 유발하거나, 홀(hole) 또는 기공(pore) 같은 결함(defect)이 발생하기 쉽다.
양자점 복합체에서 양자점 형광체와 산란제의 중량비는 1:1 내지 1:60인 것이 바람직하다. 양자점 복합체에서 산란제의 함량이 양자점 형광체와 동등하거나 그 이상 포함되면, 산란제는 1차광을 충분히 산란시킬 수 있다.
그리고, 제1 산란제와 제2 산란제의 중량비는 양자점 복합체 필름 또는 튜브의 요구 광 특성에 따라 1:1 내지 5:1인 것이 바람직하다. 1차광과 2차광을 주로 산란시키는 것은 제1 산란제이며 제2산란제의 역할은 1차광을 추가적으로 산란시키는 것이므로, 제2 산란제는 제1 산란제의 함량보다 클 필요가 없다. 제1 산란제와 제2 산란제의 중량비는 필름 또는 튜브에서 요구되는 광특성 설계를 위해 1:1 내지 5:1까지의 비율로 변화될 수 있다.
본 발명은 제2 산란제를 이용하여 빛을 파장에 따라 차별적으로 산란시키고, 제1 산란제와 제2 산란제의 조합에 의해 1차광의 산란을 극대화한다. 이에 따라 양자점 복합체의 절대 양자 효율을 3~5% 향상시킬 수 있으며, 제품의 생산 비용 절감 및 제품의 크기를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 양자점 복합체에 제1 산란제를 포화함량 첨가하고 추가로 제2 산란제를 첨가하면, 제2 산란제는 1차광의 산란을 일으켜 리사이클링을 감소시킨다. 따라서 제2 산란제는 제1 산란제만으로는 한계가 있는 양자점 복합체의 효율을 추가로 상승시킬 수 있다.
이상에서 설명된 양자점 형광체 및 이를 구비하는 백라이트 유닛는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (20)

1차광을 제공하도록 형성되는 광원; 및
양자점 복합체를 포함하고,
상기 양자점 복합체는,
상기 광원으로부터 제공되는 1차광에 의해 여기되어 상기 1차광과 다른 파장의 2차광을 방출하는 양자점 형광체; 및
상기 1차광과 상기 2차광 중 적어도 하나를 산란시키는 산란제를 포함하고,
상기 산란제는,
상기 1차광과 상기 2차광을 산란시키는 제1 산란제; 및
상기 제1 산란제와 다른 크기로 형성되며, 상기 1차광과 상기 2차광 중 상기 1차광을 선택적으로 산란시키도록 5~50㎚의 직경을 갖는 입자들로 이루어진 제2 산란제를 포함하는 백라이트유닛.
제1항에 있어서,
상기 제2 산란제는 상기 제1 산란제보다 작은 크기로 형성되는 것을 특징으로 하는 백라이트유닛.
제1항에 있어서,
상기 1차광은 청색광을 포함하고,
상기 2차광은 상기 1차광보다 긴 파장을 가진 녹색광과 적색광 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트유닛.
제1항에 있어서,
상기 제1 산란제는, 실리콘(Silicon), 알루미나(Alumina), 이산화티타늄(TiO2), 지르코니아(ZrO2), 황산바륨(Barium Sulfate), 산화아연(ZnO), 폴리메타크릴산메틸(Poly(methylmethacrylate), PMMA) 및 벤조구아나민(Benzoguanamine)계 폴리머로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 재료로 형성되고,
상기 제2 산란제는 실리카(Silica), 알루미나(Alumina), 이산화티타늄(TiO2), 지르코니아(ZrO2), 황산바륨(Barium Sulfate) 및 산화아연(ZnO)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 백라이트유닛.
제1항에 있어서,
상기 제1 산란제는 0.5~10㎛의 직경을 갖는 입자들로 형성되는 것을 특징으로 하는 백라이트유닛.
제1항에 있어서,
상기 제2 산란제는 상기 입자들의 응집에 의해 형성되며, 상기 응집된 입자들의 직경은 200㎚을 넘지 않는 것을 특징으로 하는 백라이트유닛.
제1항에 있어서,
상기 양자점 형광체와 상기 산란제의 중량비는 1:1 내지 1:60인 것을 특징으로 하는 백라이트유닛.
제1항에 있어서,
상기 제 1산란제와 상기 제2 산란제의 중량비는 1:1 내지 5:1인 것을 특징으로 하는 백라이트유닛.
제1항에 있어서,
상기 양자점 복합체는 상기 양자점 형광체와 상기 산란제를 지지하도록 이루어지는 매트릭스를 더 포함하고,
상기 매트릭스는 열경과 레진, 광경화 레진 또는 건조경화 레진의 경화에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 백라이트유닛.
제9항에 있어서,
상기 양자점 복합체는 필름 또는 튜브의 형태로 형성되고,
상기 제1 산란제는 상기 필름 또는 튜브에 1~40 중량%로 포함되고,
상기 제2 산란제는 상기 필름 또는 튜브에 0.1~20 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 백라이트유닛.
제9항에 있어서,
상기 산란제 중 상기 제1 산란제의 함량은
Figure 112014094124661-pat00015
중량% 이상이고,
Figure 112014094124661-pat00016
중량% 이하이며,
상기 산란제 중 상기 제2 산란제의 함량은
Figure 112014094124661-pat00017
중량% 이상이고,
Figure 112014094124661-pat00018
중량% 이하인 것을 특징으로 하는 백라이트유닛.
여기서
Figure 112014094124661-pat00019
는 상기 매트릭스의 굴절률을 가리키고,
Figure 112014094124661-pat00020
는 상기 제1 산란제의 굴절률을 가리키며,
Figure 112014094124661-pat00021
는 상기 제2 산란제의 굴절률을 가리킨다.
제1항에 있어서,
상기 광원은 상기 1차광을 내는 발광다이오드를 포함하고,
상기 양자점 복합체는 상기 발광다이오드 위에 봉지되는 것을 특징으로 하는 백라이트유닛.
제1항에 있어서,
상기 양자점 복합체는 필름 또는 튜브의 형태로 형성되고, 상기 광원으로부터 이격되게 배치되는 것을 특징으로 하는 백라이트유닛.
제1항에 있어서,
상기 광원은 청색의 1차광을 내는 발광다이오드를 포함하고,
상기 양자점 복합체는,
상기 광원으로부터 제공되는 청색의 1차광에 의해 여기되어 녹색의 2차광을 내는 녹색광 방출 양자점 형광체; 및
상기 광원으로부터 제공되는 청색의 1차광에 의해 여기되어 적색의 2차광을 내는 적색광 방출 양자점 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트유닛.
제1항에 있어서,
상기 광원은 청색의 1차광을 내는 발광다이오드를 포함하고,
상기 백라이트유닛은 상기 청색의 1차광을 이용하여 녹색의 1차광을 내도록 상기 발광다이오드에 봉지되는 녹색광 방출 무기 형광체를 더 포함하며,
상기 양자점 복합체는 상기 광원으로부터 제공되는 1차광 또는 상기 녹색광 방출 무기 형광체로부터 제공되는 녹색의 1차광에 의해 여기되어 적색의 2차광을 내는 적색광 방출 양자점 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트유닛.
제1항에 있어서,
상기 광원은 청색의 1차광을 내는 발광다이오드를 포함하고,
상기 백라이트유닛은 상기 청색의 1차광을 이용하여 적색의 1차광을 내도록 상기 발광다이오드에 봉지되는 적색광 방출 무기 형광체를 더 포함하며,
상기 양자점 복합체는 상기 광원으로부터 제공되는 청색의 1차광에 의해 여기되어 녹색의 2차광을 내는 녹색광 방출 양자점 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트유닛.
액정패널; 및
상기 액정패널의 배면으로 빛을 방출하는 백라이트유닛을 포함하며,
상기 백라이트유닛은,
1차광을 제공하도록 형성되는 광원; 및
양자점 복합체를 포함하고,
상기 양자점 복합체는,
상기 광원으로부터 제공되는 1차광에 의해 여기되어 상기 1차광과 다른 파장의 2차광을 방출하는 양자점 형광체; 및
상기 1차광과 상기 2차광 중 적어도 하나를 산란시키는 산란제를 포함하고,
상기 산란제는,
상기 1차광과 상기 2차광을 산란시키는 제1 산란제; 및
상기 제1 산란제와 다른 크기로 형성되며, 상기 1차광과 상기 2차광 중 상기 1차광을 선택적으로 산란시키도록 5~50㎚의 직경을 갖는 입자들로 이루어진 제2 산란제를 포함하는 디스플레이 장치.
제17항에 있어서,
상기 광원은 청색의 1차광을 내는 발광다이오드를 포함하고,
상기 양자점 복합체는,
상기 광원으로부터 제공되는 청색의 1차광에 의해 여기되어 녹색의 2차광을 내는 녹색광 방출 양자점 형광체; 및
상기 광원으로부터 제공되는 청색의 1차광에 의해 여기되어 적색의 2차광을 내는 적색광 방출 양자점 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
제17항에 있어서,
상기 광원은 청색의 1차광을 내는 발광다이오드를 포함하고,
상기 백라이트유닛은 상기 청색의 1차광을 이용하여 녹색의 1차광을 내도록 상기 발광다이오드에 봉지되는 녹색광 방출 무기 형광체를 더 포함하며,
상기 양자점 복합체는 상기 광원으로부터 제공되는 1차광 또는 상기 녹색광 방출 무기 형광체로부터 제공되는 녹색의 1차광에 의해 여기되어 적색의 2차광을 내는 적색광 방출 양자점 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
제17항에 있어서,
상기 광원은 청색의 1차광을 내는 발광다이오드를 포함하고,
상기 백라이트유닛은 상기 청색의 1차광을 이용하여 적색의 1차광을 내도록 상기 발광다이오드에 봉지되는 적색광 방출 무기 형광체를 더 포함하며,
상기 양자점 복합체는 상기 광원으로부터 제공되는 청색의 1차광에 의해 여기되어 녹색의 2차광을 내는 녹색광 방출 양자점 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
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