KR101797065B1 - 양자점 광학 필름 및 이의 제조방법 - Google Patents

양자점 광학 필름 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하부기판; 상기 하부기판 상면에 배치된 제 1 격벽들 및 제 2 격벽들을 포함하며, 상기 제 1 격벽들 및 상기 제 2 격벽들에 의해 정의되는 셀 영역을 갖는 격벽 구조체; 상기 격벽 구조체 상에 배치된 상기 하부기판과 마주보는 상부기판; 상기 셀 영역 내에 형성되는 세미 격벽; 및 상기 셀 영역에 채워진 전기적 또는 광원 조사에 의해 광색변환이 가능한 잉크를 포함하되, 상기 제 1 격벽들은 개구를 가져 제 1 방향으로 나열되고, 상기 제 2 격벽들은 제 2 방향으로 상기 개구와 인접하게 상기 제 1 격벽들을 가로질러 나열되는 양자점 광학 필름 및 이의 제조 방법에 대한 것이다.

Description

양자점 광학 필름 및 이의 제조방법 {Quantum Dots Optical Films and Method of Manufacturing the Same}
본 발명은 양자점 광학 필름 및 이의 제조 방법과 양자점 광학 필름을 이용한 컬러 변환층, 파장 변환층, 광변환층, 풀 컬러 양자점 발광 소자, 광원 모듈, 백라이트 유닛, 조명 장치 및 디스플레이 장치에 관한 것이다.
양자점은 수 나노 크기의 결정 구조를 가진 물질로, 수백에서 수천 개 정도의 원자로 구성된다. 양자점은 크기가 매우 작기 때문에 양자 구속(quantum confinement) 효과가 나타난다. 양자 구속 효과는 물체가 나노 크기 이하로 작아지는 경우 그 물체의 에너지 띠 간격(band gap)이 커지는 현상을 말한다. 이에 따라, 양자점에 상기 에너지 띠 간격보다 큰 에너지를 갖는 파장의 광이 입사되는 경우에는, 양자점은 그 광의 에너지를 흡수하여 들뜬 상태로 되고, 특정 파장의 광을 방출하면서 바닥 상태로 떨어진다. 방출된 광의 파장은 상기 띠 간격에 해당하는 에너지에 의해 결정된다.
일반적으로 양자점의 크기가 작을수록 짧은 파장의 빛이 방출되고, 크기가 클수록 긴 파장의 빛이 방출된다. 이는 기존의 반도체 물질과 다른 독특한 전기적 광학적 특성이다. 따라서, 양자점은 그 크기와 조성 등을 조절하면 원하는 발광 특성을 구현할 수 있다. 다만, 수분 및 산소에 취약한 양자점의 특성 및 필름 형성시 빛샘 현상 등의 문제로 인하여 양자점을 이용한 필름의 상업화가 곤란한 문제가 있다.
양자점과 같은 나노입자는 이들을 고체 상태 조명에 사용되기 위한 진보된 발광 재료로 만드는 특성을 가질 수 있다. 예를 들어 높은 효율로 고질 백색광을 얻기 위해 청색광을 다른 색으로 변환시키는 데 사용될 수 있다. 양자점과 같은 나노입자는 좁은 발광 밴드 및 입자 크기 변화에 의한 색 조정성의 이점을 갖는다.
양자점은 LED 용도에 대한 유망한 인광체로서 사용된다. 좁은 발광 밴드 (약 25 내지 50 nm) 및 높은 양자 효율 (QE) (100℃에서 > 90%)을 가져서 훨씬 더 넓은 발광 밴드를 나타내는 적색에서 우수한 인광체로 사용된다. 양자점이 일반적 조명 용도에서 LED에서 적색 인광체로서 사용될 수 있는 경우에 효율에 있어 최대 20%의 전체적 향상이 기대된다. 백라이트 용도에서, 효율 이득은 훨씬 더 클 수있는데, 이는 녹색 및 적색 양자점 둘 다의 좁은 밴드 발광이 LCD의 밴드 통과 필터와 조화를 이룰 수 있기 때문이다. 따라서 양자점은 LED 용도에 대한 중요한 녹색 및/또는 적색 인광체인 것으로 알려져 있다.
이러한 양자점은 유기용매(organic solvent)에 자연스럽게 배위 된 형태로 분산되어 유지된다. 올바르게 분산되지 않거나, 산소, 혹은 수분에 노출되는 경우, 발광 효율(luminous efficacy of radiation)이 저하되는 문제점을 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서, 양자점을 유기물로 코팅하는 기술이 개발되었다. 그러나 양자점 자체를 유기물로 캐핑(capping) 하거나 밴드 갭(band gap)이 한층 더 큰 다른 물질로 가려 싸는 방법은 공정면이나 가격면에서, 그 효용성에 문제가 제기되었다. 따라서 안정성과 발광 성능이 향상된 양자점을 개발하고자 하는 연구가 진행되고 있다. 예를 들면, 폴리머셀(polymer cell)이나 유리 셀(glass cell)의 내부에 양자점이 분산된 유기용매(organic solvent), 폴리머(polymer) 등을 함입시켜, 산소 혹은 수분으로부터 안전하게 양자점을 보호하는 방법을 이용하여 조명용으로 사용하기 위한 시도가 진행 중이다.
적용에 있어 양자점의 주요 문제점은 그의 산소 및 물에 대한 민감성이다. 광-산화, 및/또는 물 및/또는 산소와의 광화학 반응에 의한 양자점-리간드 계면의 불안정성으로 인해, 양자점은 광 노출 및 승온에서 높은 QE를 유지하도록 산소 및 물로부터 시일링될 필요가 있다. 예를 들어 유리-샌드위치를 에폭시 또는 다른 (반-기밀) 시일로 시일링함으로써, 모듈 레벨로 양자점을 시일링/캡슐화하는 실험이 진행되고 있다.
그러나 양자점을 시일링/캡슐화하는 방법은 공정면이나 가격면에서 추가적인 공정이 필요하고, 컬러필터를 사용하지 않는 풀 컬러 디스플레이의 응용 시 양자점 입자들이 포함된 캡슐을 패터닝하는 것이 어렵다는 단점을 가진다.
일반적인 캡슐 타입 디스플레이의 패터닝 문제점을 해결하기 위한 셀 또는 마이크로 컵 타입의 디스플레이 구현에 있어서, 셀 또는 마이크로 컵에 전자 잉크를 채운 후 상부 기판을 덮는 방식의 제조 공정에서는 셀 또는 마이크로 컵에 전자잉크를 완전히 채울 수 없다는 단점이 있다. (JP 2008-51881 A1 (2008.03.06.), US 2014/0104674 A1 (2014.04.17))
이에 출원인은 셀 영역들을 가지는 격벽 구조체 및 상기 격벽 구조체의 일단에 잉크 주입 튜브를 동시에 형성 한 후 상기 격벽 구조체가 포함된 하부기판과 상부 기판이 접합되어 형성된 디스플레이 구조체를 형성한 후에 상기 잉크 주입 튜브에 전자잉크를 주입하여 상기 셀 영역들 내에 전자잉크를 가득 채우는 제조 공정을 통해 전자잉크의 특성(반사도, 대조비, 응답속도, 구동전압)을 최대한 발현하여 디스플레이 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있었다. (KR 2014-0047503 A (2014. 04. 22))
그러나 특허문헌(KR 2014-0047503 A (2014. 04. 22))은, 격벽 구조체가 포함된 하부기판과 상부 기판이 접합되어 형성된 디스플레이 구조체를 평면에 대해 직각으로 세워서 사용할 경우 셀 영역 내에서 전자 잉크의 중력에 따른 쏠림 현상이 나타나고, 각 셀 영역 내의 형성되어 있는 개구가 일직선 구조로 형성되어 있어 셀 간의 전자 잉크의 이동이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 캡슐화된 양자점의 패터닝 문제를 해결할 수 있고, 추가적인 캡슐화 공정이 없이도, 컬러필터를 사용하지 않는 풀 컬러 양자점 발광 소자와 이를 이용한 디스플레이나 조명장치 등의 다양한 응용이 가능하며, 장치를 평면, 직각 또는 임의의 각도나 방향으로 사용할 수 있도록 장치의 신뢰성과 안정성이 향상된 광학 구조체 내에 양자점을 포함하는 양자점 광학 필름 및 이의 제조 방법과 양자점 광학 필름을 이용한 다양한 장치들을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
JP 2008-51881 A1 (2008.03.06) US 2014/0104674 A1 (2014.04.17) KR 2014-0047503 A (2014. 04. 22) JP 2011-258951 (2011.12.22.) KR 2015-0133790(2015.11.30.) KR 2016-0022158(2016.02.29.) KR 2011-0109289(2011.10.06.) KR 2011-0129121(2011.12.01.)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 풀 컬러 양자점 발광 소자의 구현 시, 추가적인 캡슐화 공정이 없어, 캡슐화된 양자점의 패터닝 문제를 해결할 수 있고, 컬러필터가 필요 없는 풀 컬러 양자점 발광 소자와 이를 이용한 디스플레이나 조명장치 등의 다양한 응용이 가능한 양자점 광학 필름 및 이의 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 풀 컬러 양자점 발광 소자와 이를 이용한 디스플레이나 조명장치를 평면, 직각 또는 임의의 각도나 방향으로 사용할 수 있도록 신뢰성과 안정성이 향상된 광학 구조체 내에 양자점을 포함하는 양자점 광학 필름 및 이의 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 양자점 광학 필름을 이용한 컬러 변환층, 파장 변환층, 광변환층, 광원 모듈 및 이를 채용한 백라이트 유닛, 조명 장치 및 디스플레이 장치와 풀 컬러 양자점 발광 소자를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 광학 필름은 하부기판; 상기 하부기판 상면에 배치된 제 1 격벽들 및 제 2 격벽들을 포함하며, 상기 제 1 격벽들 및 상기 제 2 격벽들에 의해 정의되는 셀 영역을 갖는 격벽 구조체; 상기 격벽 구조체 상에 배치된 상기 하부기판과 마주보는 상부기판; 상기 셀 영역 내에 형성되는 세미 격벽; 및 상기 셀 영역에 채워진 전기적 또는 광원 조사에 의해 광색변환이 가능한 잉크를 포함하되, 상기 제 1 격벽들은 개구를 가져 제 1 방향으로 나열되고, 상기 제 2 격벽들은 제 2 방향으로 상기 개구와 인접하게 상기 제 1 격벽들을 가로질러 나열된다.
상기 잉크는 전기적 또는 광원 조사에 의해 광색변환이 가능한 것으로서, 적색광, 녹색광, 청색광 및 황색광으로 이루어진 군들로부터 선택되는 1종 이상의 색상을 나타내는 양자점, 청색 발광 형광체 또는 투명 유체일 수 있다.
상기 격벽 구조체의 일단 및 타단에 상기 개구를 채우는 절연물질을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풀 컬러 양자점 발광 소자는 상기 양자점 광학 필름을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 컬러 변환층은 상기 양자점 광학 필름을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 조명장치는 상기 양자점 광학 필름을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛은 상기 양자점 광학 필름을 포함하는 컬러 변환층과 도광판을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 광학 필름의 제조 방법은 하부기판 상에 개구를 포함하는 제 1 방향의 제 1 격벽과, 인접한 상기 개구의 양 옆에 상기 제 1 격벽을 가로지르는 제 2 격벽을 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 격벽들에 의해 정의되는 셀 영역들을 갖는 격벽 구조체를 형성하는 단계; 상기 셀 영역 내에 세미 격벽을 형성하는 단계; 상기 격벽 구조체의 일단에 잉크 주입 튜브를 형성하는 단계; 상기 격벽 구조체 및 세미 격벽 상에 상부기판을 덮는 단계; 및 상기 잉크 주입 튜브에 전기적 또는 광원 조사에 의해 광색변환이 가능한 잉크를 주입하여 상기 격벽 구조체에 상기 잉크를 채우는 단계를 포함한다.
상기 잉크는 전기적 또는 광원 조사에 의해 광색변환이 가능한 것으로서, 적색광, 녹색광, 청색광 및 황색광으로 이루어진 군들로부터 선택되는 1종 이상의 색상을 나타내는 양자점, 청색 발광 형광체 또는 투명 유체일 수 있다.
상기 잉크 주입 튜브는 상기 제 1 격벽으로부터 연장되게 형성될 수 있다.
상기 격벽 구조체 및 세미 격벽 상에 상기 상부기판을 덮는 것은, 상부기판 상에 접착제를 형성하는 단계; 및 상기 격벽 구조체 및 세미 격벽을 상기 접착제에 접착시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 격벽 구조체에 상기 잉크를 채운 후에, 상기 잉크 주입 튜브를 절단하여 상기 격벽 구조체로부터 제거하는 단계; 및 상기 잉크 주입 튜브가 절단된 부분에 절연물질로 막아, 상기 잉크가 상기 격벽 구조체로부터 이탈을 방지하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 셀 영역들은 상기 제 1 방향으로 교대로 나열된 제 1 셀 영역, 제 2 셀 영역, 및 제 3 셀 영역을 포함하고, 상기 제 1 셀 영역, 상기 제 2 셀 영역, 및 상기 제 3 셀 영역 각각은 상기 제 2 방향으로 나열되어 제 1 셀 영역 그룹, 제 2 셀 영역 그룹, 및 제 3 셀 영역 그룹으로 정의될 수 있다.
상기 잉크 주입 튜브를 형성할 때 상기 격벽 구조체의 타단에 상기 제 1 격벽으로부터 연장되는 잉크 배출 튜브를 형성할 수 있다.
상기 잉크 주입 튜브는 제 1 튜브 및 제 2 튜브를 포함하고, 상기 잉크 배출 튜브는 제 3 튜브 및 제 4 튜브를 포함하되, 상기 제 1 튜브 및 상기 제 3 튜브는 상기 셀 영역 그룹들에 채워지는 상기 잉크의 수와 동일하게 형성되고, 상기 제 2 튜브 및 상기 제 4 튜브는 상기 셀 영역 그룹들 각각의 일단 및 타탄에 형성되며, 상기 제 1 튜브는 동일한 색의 상기 잉크가 채워지는 상기 셀 영역 그룹들의 상기 제 2 튜브와 연결되고, 상기 제 3 튜브는 동일한 색의 잉크가 배출되는 상기 셀 영역 그룹들의 상기 제 4 튜브와 연결될 수 있다.
상기 잉크를 주입하기 전에, 펌프 및 상기 펌프와 연결된 잉크 배기용 펌프를 준비하고, 상기 잉크 배기용 튜브를 상기 잉크 배출 튜브에 연결하는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 격벽 구조체에 상기 잉크를 채우는 것은, 상기 잉크 주입 튜브들을 통해 상기 제 1 셀 영역 그룹, 상기 제 2 셀 영역 그룹, 및 상기 제 3 영역 그룹 각각에 서로 다른 색의 잉크가 주입되는 것을 포함할 수 있다.
상기 격벽 구조체, 세미 격벽 및 상기 잉크 주입 튜브는 포토레지스트 물질로 형성될 수 있다.
상기 잉크 주입 튜브는 상기 격벽 구조체의 일측면에 상기 제 1 방향으로 형성될 수 있다.
상기 잉크 주입 튜브를 형성하는 것은, 상기 격벽 구조체의 일측면 상에 포토레지스트막을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트막을 패터닝하여 상기 제 1 셀 영역 그룹과 연장되는 잉크 주입 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 잉크 주입 패턴 상에 잉크 주입 덮개를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 양자점 광학 필름의 제조 방법에 따라, 격벽 구조체가 포함된 하부기판과 상부 기판이 접합되어 형성된 광학 구조체를 평면에 대해 직각 또는 임의의 각도나 방향으로 사용할 경우 셀 영역 내에서의 잉크의 쏠림 현상과 일직선으로 형성되어 있는 셀 영역 내의 개구에 의한 셀 영역 간의 잉크의 이동을 방지 할 수 있도록, 각 셀 영역 내에 세미 격벽을 형성하는 방법, 셀 영역 내에 형성되는 개구가 일직선 구조를 갖지 않도록 랜덤하게 형성하는 방법 또는 상기 두 방법을 동시에 사용함으로써, 잉크의 쏠림 현상과 셀 영역 간의 잉크의 이동이 발생하지 아니하며, 이로 인하여 광학 구조체를 포함하는 풀 컬러 양자점 발광 소자, 디스플레이나 조명장치를 평면, 직각 또는 임의의 각도나 방향으로 사용하여도 잉크의 특성이 최대한 발현되어 소자나 장치의 신뢰성과 안정성을 향상시킬 수 있었다.
본 발명의 양자점 광학 필름을 포함하는 컬러 변환층과 이를 이용한 디스플레 및 조명 장치는 종래의 컬러 필터를 이용한 흡수가 아니라, 발광 영역대를 쉬프트시켜 출사하는 것으로서 광 효율이 높아지는 효과를 나타내며, 컬러 변환이 발생된 녹색과 적색 파장대에서 컬러 세기가 상승하는 효과를 나타낸다.
본 발명의 양자점 광학 필름을 포함하는 풀 컬러 양자점 발광 소자는, 양자점의 크기를 제어하여 원하는 천연색을 구현할 수 있으며, 휘도 및 색재현율이 좋아 발광다이오드의 단점을 보완할 수 있고, 장시간 구동에도 수분이 외기에 영향 없이 안정적으로 구현할 수 있어, 수명을 향상시키는 효과를 가진다.
또한, 본 발명의 양자점 광학 필름은 추가적인 캡슐화 공정이 없어, 캡슐화된 양자점의 패터닝 문제를 해결할 수 있고, 컬러필터가 필요 없는 풀 컬러 양자점 발광 소자, 디스플레이 또는 조명장치 등의 다양한 응용이 가능하다는 장점을 가진다.
도 1은 종래 기술로서 셀 영역 내에 형성되어 있는 개구가 일직선 구조로 형성된 셀 타입의 디스플레이 장치의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 광학 필름에 관한 단면도이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 광학 필름의 제조 방법에서 격벽 구조체와 튜브들을 나타낸 평면도이다.
도 4은 본 발명의 다른 실시예에 따른 양자점 광학 필름의 제조 방법에서 격벽 구조체와 튜브들을 나타낸 평면도이다.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 광학 필름의 제조 방법에서 튜브들을 이용하여 격벽 구조체의 셀 영역들 내에 삼색의 잉크들이 주입 및 배출되는 방법을 나타낸 평면도이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 광학 필름의 제조 방법에서 튜브들이 절단된 격벽 구조체의 모습을 나타낸 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 광학 필름의 제조 방법에서 셀 영역 내에 형성되는 가능한 세미 격벽 구조들을 나타낸 평면도이다.
도 8a 내지 도8c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 양자점 광학 필름의 제조 방법에서 격벽 구조체에 잉크 주입 튜브들을 형성하는 방법을 나타낸 사시도들이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 양자점 광학 필름의 제조 방법에서 격벽 구조체를 나타낸 평면도이다.
도 1은 종래 기술로서 셀 영역 내에 형성되어 있는 개구가 일직선 구조로 형성된 디스플레이 장치의 평면도이다.
도 1을 참조하면, 디스플레이 장치의 격벽 구조체(14)는 제 1 방향으로 형성된 제 1 격벽(14a) 및 제 2 방향으로 상기 제 1 격벽(14a)을 교차하도록 형성된 제 2 격벽(14b)을 포함하고, 상기 제 1 격벽(14a)은 개구(14c)을 포함하는 구조를 가진다. 상기 격벽 구조체(14)의 상기 제 1 및 제 2 격벽들(14a, 14b) 사이에 서브픽셀을 구성하는 셀 영역들(16)이 형성되며 상기 셀 영역들(16)은 제 1 셀 영역들(16a), 제 2 셀 영역들(16b), 제 3 셀 영역들(16c)을 포함한다.
상기 디스플레이 장치는 셀 영역들을 가지는 격벽 구조체 및 상기 격벽 구조체의 일단에 잉크 주입 튜브를 동시에 형성 한 후 상기 격벽 구조체가 포함된 하부기판과 상부 기판이 접합되어 형성된 디스플레이 구조체를 형성한 후에 상기 잉크 주입 튜브에 전자잉크를 주입하여 상기 셀 영역들 내에 전자잉크를 가득 채우는 제조 공정을 통해 제조되어 진다.
그러나 격벽 구조체가 포함된 하부기판과 상부 기판이 접합되어 형성된 디스플레이 구조체를 평면에 대해 직각으로 세워서 사용할 경우 셀 영역 내에서 전자 잉크의 중력에 따른 쏠림 현상이 나타나고, 각 셀 영역 내의 형성되어 있는 개구가 일직선 구조로 형성되어 있어 셀 간의 전자 잉크의 이동이 발생하는 문제점이 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 광학 필름에 관한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 양자점 광학 필름(100)은 하부기판(10)의 상면 상에 형성된 셀 영역(16)을 정의하는 격벽 구조체(14), 상기 하부기판(10)과 대향하는 상부기판(20) 및 상기 셀 영역 내에 채우는 잉크(26)를 포함한다. 상기 하부기판(10), 상기 격벽 구조체(14) 및 상기 상부기판(20)는 광학 구조체(30)일 수 있다.
상기 하부기판(10) 및 상기 상부기판(20)은 유연성을 가지는 물질로 이루어질 수 있다. 상기 하부, 및 상부기판들(10, 20)은 예를 들어, 반도체 기판, 유리기판, 석영기판, 금속기판, 또는 플라스틱 기판일 수 있다. 상기 하부, 및 상부기판(10, 20)들이 금속기판일 경우, 상기 금속기판 상에 추가로 절연막이 형성될 수 있다.
도 2 및 도 6을 참조하면, 상기 격벽 구조체(14)는 제 1 방향으로 나열되고 개구(14c)을 갖는 제 1 격벽(14a) 및 제 2 방향으로 나열되어 상기 제 1 격벽(14a)을 가로지르며, 인접하는 상기 개구(14c)의 양 옆에 형성되는 제 2 격벽(14b)을 포함할 수 있다. 상기 격벽 구조체(14)는 육각형 모양들로 이루어진 벌집 구조(honeycomb structure)를 가질 수 있다. 그러나 상기 격벽들(14)의 모양은 상기 육각형으로 한정하지 않는다. 예를 들어, 상기 격벽들(14)은 스트립(strip)형, 또는 사각형 모양들로 이루어진 그물 구조(network structure) 등 다양한 형태로 구성될 수 있다.
상기 격벽 구조체(14)로 정의되는 상기 셀 영역(16)은 제 1 셀 영역(16a), 제 2 셀 영역(16b), 및 제 3 셀 영역(16c)을 포함할 수 있다. 상기 셀 영역들(16a, 16b, 16c)은 제 1 방향으로 교대로 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 제 1 셀 영역, 상기 제 2 셀 영역(16b), 및 상기 제 3 셀 영역(16c)은 상기 제 2 격벽(14b)에 의해 구획될 수 있다. 한편, 상기 제 1 셀 영역(16a), 상기 제 2 셀 영역(16b), 및 상기 제 3 셀 영역(16c) 각각은 상기 제 2 방향으로 나열되어 형성될 수 있다. 이에 따라, 동일한 셀 영역들(16a, 16b, 16c)은 상기 제 1 격벽 (14a)에 의해 구획될 수 있다. 상기 제 2 방향으로 나열된 상기 제 1 셀 영역(16a), 상기 제 2 셀 영역(16b) 및 상기 제 3 셀 영역(16c) 각각은 제 1 셀 영역 그룹(16d), 제 2 셀 영역 그룹(16e), 및 제 3 셀 영역 그룹(16f)으로 정의될 수 있다. 상기 제 2 방향으로 상기 제 1 셀 영역 그룹(16d)에 포함된 상기 제 1 셀 영역들(16a), 상기 제 2 셀 영역 그룹(16e)에 포함된 상기 제 2 셀 영역들(16b), 및 상기 제 3 셀 영역 그룹(16f)에 포함된 상기 제 3 셀 영역들(16c)은 상기 개구(14c)에 의하여 서로 연결될 수 있다.
상기 셀 영역(16)에 잉크(26)가 채워질 수 있다. 예를 들어, 삼색으로 이루어지는 양자점 광학 필름(100)일 경우, 상기 제 1 셀 영역 그룹(16d)에 적색 발광 양자점(26a), 상기 제 2 셀 영역 그룹(16e)에 녹색 발광 양자점, 및 제 3 셀 영역 그룹(16f)에 청색 발광체(26c)가 채워질 수 있다. 이와 달리, 하나의 색으로 구동되는 디스플레이 장치일 경우, 상기 제 1, 제 2, 및 제 3 셀 영역 그룹들(16d, 16e, 16f)에 동일한 색의 잉크가 채워질 수 있다.
상기 잉크(26)는 전기적으로 또는 광원 (UV, 청색 LED 또는 태양광) 조사에 의해 광색변환이 가능한 것으로써 적색광, 녹색광, 청색광 및 황색광으로 이루어진 군들로부터 선택되는 1종 이상의 색상을 나타내는 양자점들을 포함할 수 있으며, 청색 발광 형광체일 수 있다. 또한, 청색 LED를 광원으로 사용하는 경우에는 청색 광원으로부터 출사된 청색광이 그대로 투과 될 수 있는 투명 유체일 수 있다.
상기 셀 영역들 내에는 세미 격벽(14d)이 형성될 수 있다. 상기 광학 구조체(30)를 평면에 대해 직각으로 세워서 사용할 경우에도, 상기 세미 격벽(14d)은 셀 영역 내부에서 중력에 의해 잉크(26)가 셀 하부로 쏠리는 현상을 방지하고, 일직선으로 형성되어 있는 셀 영역 내의 개구(14c)에 의한 셀 영역 간의 잉크(26)의 이동 또한 방지 하는 역할을 한다.
도 6을 참조하면, 셀 영역 내에 다양한 형태의 세미 격벽(14d) 구조들이 형성될 수 있으며, 도 7에서 예시한 세미 격벽(14d) 구조들에 한정되지 않고, 잉크(26)를 셀 영역 내에 고정 시킬 수 있는 형태의 구조는 모두 가능하다.
잉크(26)가 격벽 구조체(14)와 세미 격벽(14d)에 부분적으로 부착되는 현상을 방지하기 위해 잉크(26)와 접촉하는 격벽 구조체(14)와 세미 격벽(14d)의 벽면을 절연체 물질(예: SiO2)로 원자층 증착법 (ALD : Atomic Layer Deposition)을 이용하여 코팅하거나, 잉크(26)의 표면 개질이 추가적으로 이루어질 수 있다.
상기 격벽 구조체(14)의 일면, 및 타면에 배치된 상기 개구(14c) 내에 절연물질(29)이 배치될 수 있다. 상기 절연물질(29)은 봉지제 또는 봉지 필름을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 광학 필름은 하기와 같이 제조될 수 있다.
하부기판(10) 상에 격벽 구조체(14)와 세미 격벽(14d)을 형성한다. 상기 하부기판(10)은 유연성을 가지는 물질로 이루어질 수 있다. 상기 하부기판(10)은 예를 들어, 반도체 기판, 유리기판, 석영기판, 금속기판, 또는 플라스틱 기판일 수 있다. 상기 하부기판(10)이 금속기판일 경우, 상기 금속기판 상에 추가로 절연막이 형성될 수 있다.
상기 격벽 구조체(14)와 세미 격벽(14d)은 두 가지 방법을 사용하여 형성될 수 있다.
첫째로, 상기 하부기판(10) 상에 포토레지스트막을 형성하고, 상기 포토레지스트막에 리소그라피 공정(Lithography process)을 수행하여 형성할 수 있다. 이때, 상기 격벽 구조체(14)와 세미 격벽(14d)의 높이, 두께는 포토 마스크의 설계를 통해 조절할 수 있다. 둘째로, 별도로 제작된 격벽 구조물(미도시)을 상기 하부기판(10) 상에 접착하여 형성할 수 있다. 상기 격벽 구조물은 몰딩법 또는 프린팅법을 이용하여 제조될 수 있다. 상기 하부기판(10) 상에 접착되는 상기 격벽 구조물의 접착력을 높이기 위해 접착 강화제(adhension promoter)가 사용될 수 있다.
도 3 내지 도 4를 참조하면, 상기 격벽 구조체(14)는 제 1 방향으로 형성된 제 1 격벽(14a) 및 제 2 방향으로 상기 제 1 격벽(14a)을 교차하도록 형성된 제 2 격벽(14b)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 격벽(14a)은 개구(14c)을 포함할 수 있다. 상기 격벽 구조체(14)는 육각형 모양들로 이루어진 벌집 구조(honeycomb structure)를 가질 수 있다. 그러나, 상기 격벽 구조체(14)의 모양은 상기 벌집 구조로 한정하지 않는다. 예를 들어, 상기 격벽 구조체(14)는 스트립(strip)형, 또는 사각형 모양들로 이루어진 그물 구조(network structure) 등으로 구성될 수 있다.
상기 격벽 구조체(14)의 상기 제 1 및 제 2 격벽들(14a, 14b) 사이에 형성된 공간은 서브픽셀을 구성하는 셀 영역들(16)일 수 있다. 상기 셀 영역들(16)은 제 1 셀 영역들(16a), 제 2 셀 영역들(16b), 제 3 셀 영역들(16c)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 내지 제 3 셀 영역들(16a, 16b, 16c)은 상기 제 1 방향으로 교대로 나열될 수 있다. 상기 제 1 내지 제 3 셀 영역들(16a, 16b, 16c)은 상기 제 2 방향으로 형성된 상기 제 2 격벽(14b)에 의해 구획될 수 있다. 상기 제 1 내지 제 3 셀 영역들(16a, 16b, 16c) 각각은 상기 제 2 방향으로 나열될 수 있다. 동일한 셀 영역들(16a, 16b, 16c)은 상기 제 1 격벽(14a)에 의해 구획될 수 있다. 이에 따라, 상기 제 2 방향으로 나열된 상기 셀 영역들(16a, 16b, 16c)은 상기 제 1 격벽(14a)의 상기 개구(14c)에 의해 연결될 수 있다. 상기 제 2 방향으로 나열된 상기 제 1 셀 영역들(16a), 상기 제 2 셀 영역들(16b), 및 상기 제 3 셀 영역들(16c)은 각각의 제 1 셀 영역 그룹(16d), 제 2 셀 영역 그룹(16e) 및 제 3 셀 영역 그룹(16f)으로 정의될 수 있다.
상기 격벽 구조체(14)를 형성할 때 튜브들(18, 19)이 동시에 형성될 수 있다. 상기 튜브들(18, 19)은 상기 셀 영역 그룹들(16d, 16e, 16f) 내에 잉크를 주입하기 위해 사용될 수 있다. 상기 튜브들(18, 19)은 잉크 주입 튜브(18) 및 잉크 배출 튜브(19)를 포함할 수 있다. 상기 잉크 주입 튜브(18)는 제 1 튜브(18a) 및 제 2 튜브(18b)를 포함할 수 있다. 상기 잉크 배출 튜브(19)는 제 3 튜브(19a) 및 제 4 튜브(19b)를 포함할 수 있다. 상기 잉크 주입 튜브(18) 및 상기 잉크 배출 튜브(19)는 상기 셀 영역 그룹들(16d, 16e, 16f)의 양 끝에 위치한 상기 제 1 격벽(14a)에 연장되어 형성될 수 있다. 따라서, 상기 잉크 주입 튜브(18) 및 상기 잉크 배출 튜브(19)는 상기 셀 영역 그룹들(16d, 16e, 16f)과 연결될 수 있다. 상기 튜브들(18, 19)은 상기 격벽 구조체(14)와 동일한 물질로 형성될 수 있다.
상기 셀 영역들 내에는 다양한 형태의 세미 격벽(14d)이 형성될 수 있다. 상기 광학 구조체(30)를 평면에 대해 직각으로 세워서 사용할 경우에도, 상기 세미 격벽(14d)은 셀 영역 내부에서 중력에 의해 잉크(26)가 셀 하부로 쏠리는 현상을 방지하고, 일직선으로 형성되어 있는 셀 영역 내의 개구(14c)에 의한 셀 영역 간의 잉크(26)의 이동 또한 방지 하는 역할을 한다.
도 7에서 예시한 세미 격벽(14d) 구조들에 한정되지 않고, 잉크(26)를 셀 영역 내에 고정 시킬 수 있는 형태의 구조는 모두 가능하다.
잉크(26)가 격벽 구조체(14)와 세미 격벽(14d)에 부분적으로 부착되는 현상을 방지하기 위해 전자잉크(26)와 접촉하는 격벽 구조체(14)와 세미 격벽(14d)의 벽면을 절연체 물질 (예: SiO2)로 원자층 증착법 (ALD : Atomic Layer Deposition)을 이용하여 코팅하거나, 전자잉크(26)의 표면 개질이 추가적으로 이루어질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 도 3 및 도 4와 같이 상기 제 1 튜브들(18a) 및 제 3 튜브들(19a)은 상기 셀 영역 그룹들(16d, 16e, 16f)에 주입되는 잉크색의 수와 동일하게 형성될 수 있다. 상기 제 2 튜브들(18b)은 상기 제 1 튜브(18a)에 연장되며 상기 셀 영역 그룹들(16d, 16e, 16f)의 일단에 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 4 튜브(19b)는 상기 제 3 튜브(19a)에 연장되며 상기 셀 영역 그룹들(16d, 16e, 16f)의 타단에 형성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 셀 영역 그룹들(16d, 16e, 16f)에 제공되는 잉크의 색이 하나일 경우, 상기 제 1 튜브(18a) 및 상기 제 3 튜브(19a) 각각은 한 개씩 형성될 수 있고, 상기 제 2 튜브(18b) 및 상기 제 4 튜브(19b) 각각은 상기 제 1 튜브(18a) 및 상기 제 3 튜브(19a)와 연장되며 상기 셀 영역 그룹들(16d, 16e, 16f)의 개수에 따라 형성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 셀 영역 그룹들(16d, 16e, 16f) 내에 삼색(Red, Green, Blue)으로 채울 경우, 상기 잉크 주입 튜브들(18) 및 상기 잉크 배출 튜브들(19) 각각은 3개가 형성될 수 있다. 상기 제 1 튜브들(18a) 각각에 적색 잉크, 녹색 잉크, 및 청색 잉크가 주입될 수 있다. 아울러, 상기 제 3 튜브들(19a) 각각에 적색 잉크, 녹색 잉크, 및 청색 잉크가 배출될 수 있다. 그리고 상기 제 2 튜브들(18b) 및 제 4 튜브들(19b)은 상기 하나의 셀 영역 그룹들(16d, 16e, 16f) 각각에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 내지 제 3 셀 영역 그룹들(16d, 16e, 16f)각각에 적색 잉크, 녹색 잉크, 및 청색 잉크로 채워질 수 있다. 상기 제 1 튜브들(18a) 각각에는 상기 제 1 튜브들(18a)에 주입되는 색을 채우는 상기 제 1 내지 상기 제 3 셀 영역 그룹들(16d, 16e,16f) 의 상기 제 2 튜브들(18b)과 연결될 수 있다. 예를 들어, 적색으로 채워지는 상기 제 1 셀 영역 그룹들(16d)의 상기 제 2 튜브들(18b)은 상기 적색 잉크가 주입되는 제 1 튜브들(18a)과 연결될 수 있다. 마찬가지로, 상기 제 4 튜브들(19b) 중의 하나는 상기 적색 잉크가 배출되는 제 3 튜브들(19a)와 연결될 수 있다.
상부기판(20)은 유연성을 가지며 광투광성 물질로 이루어질 수 있다. 상기 상부기판(20)은 예를 들어, 반도체 기판, 유리기판, 석영기판, 금속기판, 또는 플라스틱 기판일 수 있다.
상기 상부기판(20) 상에 접착제(24)를 형성한다. 상기 접착제(24)는 상기 상부기판(20) 상에 패터닝되어 형성될 수 있다. 상기 접착제(24)는 후속 공정에서 제공되는 잉크와 화학적으로 반응하지 않는 물질일 수 있다.
격벽 구조체(14)와 세미 격벽(14d)를 상기 접착제(24)에 부착하여 광학 구조체(30)를 형성한다. 상기 격벽 구조체(14)와 세미 격벽(14d)는 상기 접착제(24)에 접착시켜 합지한 후에 상기 접착제(24)를 경화하여 상기 광학 구조체(30)를 완성할 수 있다.
도 2 및 도 5를 참조하면, 상기 셀 영역들(16)에 잉크(26)를 주입한다. 상기 잉크(26)는 전기적으로 또는 광원 (UV, 청색 LED 또는 태양광) 조사에 의해 광색변환이 가능한 것으로써 적색광, 녹색광, 청색광 및 황색광으로 이루어진 군들로부터 선택되는 1종 이상의 색상을 나타내는 양자점들을 포함할 수 있으며, 청색 발광 형광체일 수 있다. 또한, 청색 LED를 광원으로 사용하는 경우에는 청색 광원으로부터 출사된 청색광이 그대로 투과 될 수 있는 투명 유체일 수 있다.
상기 잉크(26)는 상기 잉크 주입 튜브(18)의 상기 제 1 튜브(18a)로 제공되어 상기 제 2 튜브(18b)로 분배되고, 상기 제 2 튜브(18b)와 연결된 상기 제 1 내지 제 3 셀 영역 그룹들(14d, 14e, 14f) 내로 주입될 수 있다.
세 개의 상기 잉크 주입 튜브들(18) 각각에 적색 발광 양자점(26a), 녹색 발광 양자점(26b), 및 청색 발광체(26c)를 주입할 수 있다. 상기 세 개의 잉크들(26a, 26b, 26c) 각각은 상기 제 1 셀 영역 그룹들(16d), 상기 제 2 셀 영역 그룹들(16e), 및 상기 제 3 셀 영역 그룹들(16f) 각각에 채울 수 있다. 상기 제 1 내지 제 3셀 영역 그룹들(16d, 16e, 16f)을 잉크들로 채운 후 나머지의 상기 잉크들(26a, 26b, 26c)은 상기 잉크 배출 튜브(19)를 통하여 배출될 수 있다. 상기 제 3 튜브(19a)는 잉크 배기용 튜브(27)에 의하여 펌프(28)와 연결될 수 있다. 상기 펌프(28)는 상기 주입된 잉크들(26a, 26b, 26c)의 주입 및 배출을 용이하게 하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 잉크 배기용 튜브(27)와 상기 제 3 튜브(19a) 사이에 상기 펌프(28)의 펌핑량을 조절할 수 있는 유량 조절계를 더 배치할 수 있다. 상기 펌프(28)는 연동 펌프(peristartic pump) 또는 진공 펌프일 수 있다.
도 2 및 도 6을 참조하면, 상기 튜브들(18, 19)을 제거하여 양자점 광학 필름(100)을 형성한다.(S70) 상기셀 영역들(16) 내에 상기 잉크들(26a, 26b, 26c)의 주입이 완료되면, 상기 잉크 주입 튜브(18) 및 상기 잉크 배출 튜브(19)를 절단할 수 있다. 바람직하게, 상기 제 2 튜브들(18b) 및 상기 제 4 튜브들(19b)을 절단할 수 있다. 상기 제 2 및 제 4 튜브들(18b, 19b)이 절단된 후에 상기 제 1 내지 상기 제 3 셀 영역들(16a, 16b,16c)로부터 상기 잉크들(26a, 26b, 26c)의 이탈을 방지하기 위해 상기 제 2 튜브(18b) 및 상기 제 4 튜브(29b)의 절단부에 절연물질(29)로 막을 수 있다. 상기 절연물질(19)은 봉지제 또는 봉지 필름을 포함할 수 있다.
상기 잉크(26)는 상기 광학 구조체(30)를 형성한 후에 상기 셀 영역들(16)에 주입된다. 상기 셀 영역들(16)과 연결된 상기 잉크 주입 튜브들(18)을 통해 상기 셀 영역들(16) 내에 상기 잉크(26)를 완전히 채울 수 있다. 이에 따라, 상기 전자잉크(26)는 상기 하부전극(12) 및 상기 상부전극(22)과 접촉되도록 채울 수 있다. 따라서 상기 잉크(26)의 특성을 최대한 발현하여 양자점 광학 필름(100)의 신뢰성이 향상될 수 있다. 아울러, 상기 셀 영역들(16) 내에 컬러 잉크들(26a, 26b, 26c)을 주입할 경우, 상기 잉크 주입 튜브(18)을 사용하여 원하는 상기 셀 영역들(16) 각각에 다른 색의 상기 잉크들(26a, 26b, 26c)을 주입할 수 있다. 따라서 상기 양자점 광학 필름(100)의 컬러 구현을 위한 제조 공정이 단순화될 수 있다.
도 8a 내지 도8c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 양자점 광학 필름의 제조 방법에서 격벽 구조체에 잉크 주입 튜브들을 형성하는 방법을 나타낸 사시도들이다. 설명의 간결함을 위해, 도 8a 내지 도8c에 도시된 다른 실시예에서, 일 실시예와 실질적으로 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하며, 해당 구성 요소에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 8a 참조하면, 상기 격벽 구조체(14)의 일측면에 제 1 막(50)을 형성하고, 상기 제 1 막(50)에 리소그라피 공정을 실시하여 제 1 잉크 주입 패턴(51a)을 형성한다. 상기 제 1 잉크 주입 패턴(51a)은 상기 제 2 방향으로 나열된 상기 제 1 셀 영역 그룹(16d)과 연장되도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 제 2 방향으로 나열된 상기 제 2 셀 영역 그룹(16e) 및 상기 제 3 셀 영역 그룹(16f)과 인접하는 상기 격벽 구조체(14)의 일측면은 상기 제 1 잉크 주입 패턴(51a)에 노출될 수 있다. 그리고 상기 제 1 잉크 주입 패턴(51a) 상에 제 1 잉크 주입 덮개(51b)가 형성될 수 있다. 상기 제 1 잉크 주입 패턴(51a) 및 상기 제 2 잉크 주입 덮개(51b)는 제 1 잉크 주입 튜브(51)로 정의될 수 있다.
도 8b를 참조하면, 상기 제 1 잉크 주입 튜브(51)가 형성되지 않은 상기 격벽 구조체(14)의 일측면에 제 2 막(52)을 형성하고, 상기 제 2 막(52)에 리소그라피 공정을 실시하여 제 2 잉크 주입 패턴(53a)을 형성한다. 상기 제 2 잉크 주입 패턴(53a)은 상기 제 2 방향으로 나열된 상기 제 2 셀 영역 그룹(16e)와 연장되도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 제 2 방향으로 나열된 상기 제 3 셀 영역 그룹(16f)과 인접하는 상기 격벽 구조체(14)의 일측면은 상기 제 1 및 제 2 잉크 주입 패턴들(51a, 53a)에 노출될 수 있다. 그리고 상기 제 2 잉크 주입 패턴 (53a) 상에 제 2 잉크 주입 덮개(53b)가 형성될 수 있다. 상기 제 2 잉크 주입 패턴(53a) 및 상기 제 2 잉크 주입 덮개(53b)는 제 2 잉크 주입 튜브(53)로 정의될 수 있다.
도 8c를 참조하면, 상기 제 1 및 제 2 잉크 주입 튜브들(51, 53)이 형성되지 않은 상기 격벽 구조체(14)의 일측면에 제 3 막(54)을 형성하고, 상기 제 3 막(54)에 리소그라피 공정을 실시하여 제 3 잉크 주입 패턴(55a)을 형성한다. 상기 제 3 잉크 주입 패턴(55a)은 상기 제 2 방향으로 나열된 상기 제 3 셀 영역 그룹(16f)와 연장되도록 형성될 수 있다. 그리고 상기 제 3 잉크 주입 패턴(55a) 상에 제 2 잉크 주입 덮개(55b)가 형성될 수 있다. 상기 제 3 잉크 주입 패턴(55a) 및 상기 제 2 잉크 주입 덮개(55b)는 제 3 잉크 주입 튜브(55)로 정의될 수 있다.
상기 제 1 잉크 주입 튜브(51), 상기 제 2 잉크 주입 튜브(53) 및 상기 제 3 잉크 주입 튜브(55)는 상기 격벽 구조체(14)의 일측면에 상기 제 1 방향에 수직으로 나열되어 형성될 수 있다. 상기 제 1 잉크 주입 튜브(51), 상기 제 2 잉크 주입 튜브(53) 및 상기 제 3 잉크 주입 튜브(55)는 DFR(Dry Film Photoresist) 필름으로 형성될 수 있다. 제 1 잉크 배출 튜브(미도시), 제 2 잉크 배출 튜브(미도시) 및 제 3 잉크 배출 튜브(미도시)는 상기 격벽 구조체(14)의 타측면에 상기 제 1, 2, 및 상기 제 3 잉크 주입 패턴들(51a, 53a, 55a)과 동일한 방법으로 형성될 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 양자점 광학 필름의 제조 방법에서 격벽 구조체를 나타낸 평면도이다.
도 9에 도시된 다른 실시예에서, 도 3 내지 6의 일 실시예와 실질적으로 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하며, 해당 구성 요소에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 9를 참조하면, 도 3 내지 6의 격벽 구조체에서 세미 격벽(14d)을 포함하며 격벽 구조체와 개구(14c)의 상대적인 위치가 변형된 격벽 구조체에 해당된다. 격벽 구조체가 포함된 하부기판(10)과 상부 기판(20)이 접합되어 형성된 광학 구조체(30)를 평면에 대해 직각으로 세워서 사용할 경우, 세미 격벽(14d)이 설치되지 아니한 도 1에서와 같은 기본 격벽 구조체(14)와 개구(14c)의 구조에서는 일직선으로 형성되어 있는 셀 영역 내의 개구(14c)에 의해 셀 영역 간의 잉크(26)의 이동이 가능하며, 셀 영역 내에서 잉크가 중력에 따라 셀 영역 하부로 쏠리는 현상이 나타날 수 있어 RGB 컬러 구현의 신뢰성에 문제가 발생할 수 있다.
도 9의 격벽 구조체 구조에서는 이러한 셀 영역 간의 잉크의 이동을 방지하고자, 셀 영역 내에 형성되는 개구(14c)가 일직선 구조를 갖지 않도록 격벽 구조체(14)를 중심으로 랜덤하게 형성될 수 있으며, 셀 영역 내에 형성되는 세미 격벽(14d)에 의해 잉크의 쏠림 현상을 방지할 수 있어 광학 구조체(30)를 평면, 직각 또는 임의의 각도나 방향으로 사용하여도 잉크의 특성이 최대한 발현되어 양자점 광학 필름을 포함하는 장치의 신뢰성과 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 격벽 구조체(14)는 개구(14c)를 포함하고 있는 제 1 격벽(14a)과 개구(14c)를 포함하지 아니하는 제 2 격벽(14b)이 개구(14c)가 일직선 구조를 갖지 않도록 교차하여 형성될 수 있다. 이러한 랜덤한 개구(14c)의 형성 패턴 구조는 도 9에 한정되지 아니하고 개구(14c)가 일직선 구조를 가지지 않는 모든 형태의 패턴 구조가 가능할 수 있다.
또한, 상기 세미 격벽(14d)은 도 7에서 예시한 세미 격벽(14d) 구조들에 한정되지 않고, 잉크(26)를 셀 영역 내에 고정 시킬 수 있는 형태의 구조는 모두 가능하다.
다른 실시예인 도 9의 격벽 구조체는 상기 차별적인 특징 구성 이외에는 도 2 내지 8에 따른 양자점 광학 필름의 제조방법과 단색 및 삼색 잉크의 구현 방법 및 격벽 구조체의 잉크 주입 튜브 형성 방법에 의해 제조되어 질수 있다.
도 2 내지 6, 8 및 9에 따른 양자점 광학 필름의 제조방법에서, 상기 양자점은 Si계 나노 결정, II－VI족계 화합물 반도체(compound semiconductor) 나노 결정, III－V족계 화합물 반도체(compound semiconductor) 나노 결정, IV－VI족계 화합물 반도체(compound semiconductor) 나노 결정 및 그러한 혼합물 중 어느 하나의 나노 결정을 포함할 수 있다.
II－VI족계 화합물 반도체(compound semiconductor) 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 선택되는 어느 하나 일수 있다.
III－V족계 화합물 반도체(compound semiconductor) 나노 결정은 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 선택되는 어느 하나 일수 있다. IV－VI족계 화합물 반도체(compound semiconductor) 나노 결정은 SbTe 일수 있다.
본 발명의 양자점은 적색광, 녹색광, 청색광 및 황색광으로 이루어진 군들로부터 선택되는 1종 이상의 색상을 나타내는 양자점들을 포함할 수 있다. 상기 양자점들은 약 100 내지 약 400nm 사이의 파장을 갖는 자외선 및 약 380 내지 780 nm 사이의 파장을 갖는 가시광선을 흡수할 수 있다.
상기 청색광은 410 nm 이상 500 nm 미만의 파장영역에서 발광피크를 가질 수 있고, 녹색광은 500nm 이상 550nm 미만의 파장영역에서 발광피크를 가질 수 있으며, 황색광은 550nm 이상 600nm 미만의 파장영역에서 발광피크를 가질 수 있고, 적색광은 600nm 이상 700nm 미만의 파장영역에서 발광피크를 가질 수 있다. 본 발명에서는 편의상 청색, 녹색, 황색, 적색으로 4가지 명칭으로 대표하여 표현하였지만 상기 파장 영역에는 이들 색상 외에 오렌지색, 인디고색, 바이올렛색 등의 다양한 색상들이 포함된다.
상기 청색 발광 양자점, 적색 발광 양자점, 녹색 발광 양자점 또는 황색 발광 양자점을 이루는 나노크리스털은, 카드뮴셀레나이드(CdSe), 카드뮴설파이드(CdS), 카드뮴텔레라이드(CdTe), 징크셀레나이드(ZnSe), 징크텔레라이드(ZnTe), 징크설파이드(ZnS), 머큐리텔레라이드(HgTe) 로부터 선택되는 적어도 하나의 화합물일 수 있다.
상기 서로 다른 색의 광을 발광하는 청색 발광 양자점과, 적색 발광 양자점, 녹색 발광 양자점 및 황색 발광 양자점은, 서로 다른 성분의 나노 결정 또는 이들의 혼합물을 이용하거나, 그 사이즈 선택을 달리하여, 서로 다른 색상의 광을 발광하게 할 수 있다.
상기 양자점의 구조는 중심에 코어(core), 상기 코어(core)를 둘러싼 쉘(shell), 상기 쉘(shell)을 둘러싼 리간드(ligand)의 구체로 이루어지며, 형성 공정에서 리간드가 제거되기도 한다.
상기 양자점은 유기용매(organic solvent) 혹은 고분자 수지에 분산되어 있는 잉크 형태로 잉크 주입 튜브에 주입된다. 이 때, 유기용매는 톨루엔(toluene), 클로로포름(chloroform) 그리고 에탄올(ethanol) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한 고분자 수지는 에폭시(epoxy), 실리콘(silicon), 폴리스티렌(polystyrene) 및 아크릴레이트(acrylate) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 리간드는 포스핀(phosphine)계 리간드 또는 애시드(acid)계 리간드가 사용될 수 있고, 상기 포스핀(phosphine)계 리간드는 TOP(trioctylphosphine), TOPO(trioctyl phosphineoxide), TBP(tributylphosphine), TBPO(tributylphosphineoxide) 또는 TPP(triphenylphosphine)일 수 있으며, 상기 애시드(acid)계 리간드는 올레익산, 스테아르산 또는 미리스트산일 수 있다.
상기 양자점 표면에 결합된 리간드는 양자점의 특성을 발휘할 수 있는 역할을 하며, 상기 리간드가 양자점에서 이탈하는 경우, 상기 양자점은 기능을 상실하거나, 성능이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 상기 양자점 표면에 결합된 리간드의 이탈을 방지하기 위해 리간드 이탈 방지제로서 트리부틸아민(TBA; tributylamine), 프로필아민(propylamine), 도데실아민(dodecylamine), 옥틸아민(octylamine), 디옥틸아민(dioctylamine), 및 트리옥틸아민(trioctylamine)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
청색 발광체로서, 청색 발광 양자점 외에도 청색 발광 형광체가 사용될 수 있으며, 청색 발광 형광체는 (Sr,Ba)Al2O4:Eu2 +, ZnS:Ag,Al, (SrCaBaMg)5, (PO4)3Cl:Eu, (Mg,Sr)Al2O4:Eu2 +, BaMgAl10O17:Eu, BaMg2Al16O27:Eu2+ 또는 CaWO4로부터 선택되는 적어도 하나의 화합물일 수 있다.
본 발명의 양자점 광학 필름을 포함하는 풀 컬러 양자점 발광 소자는, 발광층의 재료로 유기 발광 재료 대신 양자점을 이용하는 표시 소자로서, 양자점 발광 소자는 양자점의 크기를 제어하여 원하는 천연색을 구현할 수 있으며, 휘도 및 색재현율이 좋아 발광다이오드의 단점을 보완할 수 있고, 발광층을 이루는 성분을 무기 성분의 양자점을 이용함으로써, 장시간 구동에도 수분이 외기에 영향 없이 안정적으로 구현할 수 있어, 수명 향상을 기대할 수 있다.
풀 컬러 양자점 발광 소자는 기판 상에 서로 대향된 양극과, 음극과, 상기 양극과 음극 사이에 양자점 발광층과, 상기 양극과 양자점 발광층 사이에 위치한 정공 수송층과, 상기 양자점 발광층과 음극 사이에 위치한 전자 수송층을 포함하여 이루어진다. 상기 양자점 발광층으로 본 발명의 양자점 광학 필름을 적절히 변형하여 사용 가능하며, 본 발명의 양자점 광학 필름을 포함하는 양자점 발광 소자는, 양극과 박막 트랜지스터와 같은 스위칭 소자와 연결하여 액티브 매트릭스 구성 함으로써 다양한 디스플레이에 적용할 수 있다.
이 경우, 상기 음극(310)은 하부 발광을 위해 투명한 ITO, IZO, ITZO, AZO와 같은 투명 전도성 금속으로 이루어지며, 상기 양극(350)은 불투명한 금속으로 이루어진다. 예를 들어, 상기 양극(350)은 칼륨(Ca), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 은(Ag), 바륨(Ba) 중에서 선택되어 이루어지거나 혹은 이 중 하나를 포함한 합금에서 선택되어 이루어질 수 있다.
상기 정공 수송층은 CBP, α-NPD, TCTA 중 DNTPD 어느 하나일 수 있거나, 혹은 NiO 또는 MoO3일 수 있다. 상기 전자 수송층은 ZnO, TiO2, WO3 및 SnO2 중 어느 하나이거나, TPBI 또는 TAZ일 수 있다.
상기 박막 트랜지스터(TFT)는, 서로 교차하여 화소 영역을 정의하는 게이트 라인 및 데이터 라인의 교차부에 형성되며, 상기 게이트 라인으로부터 돌출된 게이트 전극과, 상기 게이트 전극 하부에 위치한 반도체층과, 상기 게이트 전극의 양측에 대응하여 상기 반도체층의 양측과 각각 접속된 소오스 전극 및 드레인 전극를 포함하여 이루어진다. 여기서, 상기 소오스 전극은 상기 데이터 라인으로부터 돌출되어 형성되며, 상기 드레인 전극은 상기 투명한 음극과 접속된다.
본 발명의 양자점 광학 필름을 포함하는 컬러 변환층 하부에 광원(UV, 청색 LED 또는 태양광)을 배치하여 이루어지는 광원 모듈의 제조가 가능하며, 이를 포함하여 조명 장치를 제조 할 수 있다. 양자점 광학 필름의 청색 발광체(26c)로서 청색 발광 양자점이나 청색 형광체를 사용할 수 있으며, 청색 광원으로 청색 LED(Light Emitting Diode)를 사용하는 경우에는 청색 LED 광원으로부터 출사된 청색광이 그대로 투과될 수 있도록, 양자점 광학 필름의 청색 발광체(26c)를 포함하는 셀 영역은 청색 발광체 대신 투명 유체로 채워질 수 있다.
청색 LED를 광원으로 사용하는 경우에는 청색 LED 칩의 청색광은 435nm에서 470nm의 파장을 가지고, 녹색광의 색좌표는 CIE 1931 색좌표계를 기준에, 4개의 정점(0.1270~0.8037), (0.4117~0.5861), (0.4197~0.5316) 및 (0.2555~0.5030)에 의해서 둘러싸인 영역 내에 있어, 적색광의 색좌표는 4개의 정점(0.5448~0.4544), (0.7200~0.2800), (0.6427~0.2905) 및 (0.4794~0.4633)에 의해서 둘러싸인 영역 내에 있을 수 있다.
녹색광의 색좌표는 CIE 1931 색좌표계 기준에, 4개의 정점(0.1270~0.8037), (0.3700~0.6180), (0.3700~0.5800) 및 (0.2500~0.5500)에 의해서 둘러싸인 영역 내에 있어, 적색광의 색좌표는 4개의 정점(0.6000~0.4000), (0.7200~0.2800), (0.6427~0.2905) 및 (0.6000~0.4000)에 의해서 둘러싸인 영역 내에 있을 수 있다.
청색 LED 칩은 10~30nm의 반치폭을 가지고, 녹색 양자점은 10~60nm의 반치폭을 가지고, 적색 양자점은 30~80nm의 반치폭을 가질 수 있다.
즉, 본 발명의 양자점 광학 필름의 한 실시 형태는, 청색 셀 영역에서는 청색 LED 광원으로부터 출사된 광이 그대로 출사되고, 나머지 파장대의 적색 셀 영역 및 녹색 셀 영역에서는 컬러 쉬프트하여, 파장을 떨어뜨려 다른 색상의 광을 표시할 수 있도록 한 것이다. 종래의 컬러 필터를 이용한 흡수가 아니라, 발광 영역대를 쉬프트시켜 출사하는 것으로서 광 효율이 높아지는 효과를 나타낸다.
또한 상기 양자점 광학 필름을 이용한 컬러 변환층 하부에 반사판을 배치하면 광 전달이 상측에 한하여 이루어져 광효율을 증가시킬 수 있다. 이러한 양자점 컬러 변환층을 이용할 경우, 일반적인 NTSC 컬러 범위(color gamut)와 비교하여, 특히, 적색과 녹색 영역에서 확장이 일어나며, 상대적으로 유기 발광 소자에서 이용하는 인광 방식에 비해, 컬러 변환이 발생된 녹색과 적색 파장대에서 컬러 세기가 상승하는 효과를 나타낸다.
본 발명의 양자점 광학 필름과 광을 발생시키는 광원을 포함하는 광원 모듈에 상기 광을 가이드하는 도광판을 배치시켜 백라이트 유닛을 제조할 수 있으며, 상기 광원 모듈을 채용하는 조명 장치 및 디스플레이 장치를 제조할 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 하부기판
14: 격벽 구조체
14a: 제 1 격벽 14b: 제 2 격벽
14c: 개구 14d: 세미 격벽
16: 셀 영역
18: 잉크 주입 튜브
19: 잉크 배출 튜브
20: 상부기판
24: 접착제
26: 잉크
26a: 적색 발광 양자점
26b: 녹색 발광 양자점
26c: 청색 발광체
29: 절연물질
30: 광학 구조체
50: 제 1 막
52: 제 2 막
54: 제 3 막
100: 양자점 광학 필름

Claims (20)

  1. 하부기판;
    상기 하부기판 상면에 배치된 제 1 격벽들 및 제 2 격벽들을 포함하며, 상기 제 1 격벽들 및 상기 제 2 격벽들에 의해 정의되는 셀 영역을 갖는 격벽 구조체;
    상기 격벽 구조체 상에 배치된 상기 하부기판과 마주보는 상부기판;
    상기 셀 영역 내에 형성되는 세미 격벽; 및
    상기 셀 영역에 채워진 전기적 또는 광원 조사에 의해 광색변환이 가능한 잉크를 포함하되,
    상기 제 1 격벽들은 개구를 가져 제 1 방향으로 나열되고, 상기 제 2 격벽들은 제 2 방향으로 상기 개구와 인접하게 상기 제 1 격벽들을 가로질러 나열되는 것을 특징으로 하는 양자점 광학 필름.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 잉크는 전기적 또는 광원 조사에 의해 광색변환이 가능한 것으로서, 적색광, 녹색광, 청색광 및 황색광으로 이루어진 군들로부터 선택되는 1종 이상의 색상을 나타내는 양자점, 청색 발광 형광체 또는 투명 유체인 것을 특징으로 하는 양자점 광학 필름.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 격벽 구조체의 일단 및 타단에 상기 개구를 채우는 절연물질을 더 포함하는 양자점 광학 필름.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 양자점 광학 필름을 포함하는 풀 컬러 양자점 발광 소자.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 양자점 광학 필름을 포함하는 컬러 변환층.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 양자점 광학 필름을 포함하는 조명장치.
  7. 제5항의 컬러 변환층과 도광판을 포함하는 백라이트 유닛.
  8. 하부기판 상에 개구를 포함하는 제 1 방향의 제 1 격벽과, 인접한 상기 개구의 양 옆에 상기 제 1 격벽을 가로지르는 제 2 격벽을 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 격벽들에 의해 정의되는 셀 영역들을 갖는 격벽 구조체를 형성하는 단계;
    상기 셀 영역 내에 세미 격벽을 형성하는 단계;
    상기 격벽 구조체의 일단에 잉크 주입 튜브를 형성하는 단계;
    상기 격벽 구조체 및 세미 격벽 상에 상부기판을 덮는 단계; 및
    상기 잉크 주입 튜브에 전기적 또는 광원 조사에 의해 광색변환이 가능한 잉크를 주입하여 상기 격벽 구조체에 상기 잉크를 채우는 단계를 포함하는 양자점 광학 필름의 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 잉크는 전기적 또는 광원 조사에 의해 광색변환이 가능한 것으로서, 적색광, 녹색광, 청색광 및 황색광으로 이루어진 군들로부터 선택되는 1종 이상의 색상을 나타내는 양자점, 청색 발광 형광체 또는 투명 유체인 것을 특징으로 하는 양자점 광학 필름의 제조 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 잉크 주입 튜브는 상기 제 1 격벽으로부터 연장되게 형성되는 양자점 광학 필름의 제조 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 격벽 구조체 및 세미 격벽 상에 상기 상부기판을 덮는 것은, 상부기판 상에 접착제를 형성하는 단계; 및
    상기 격벽 구조체 및 세미 격벽을 상기 접착제에 접착시키는 단계를 포함하는 양자점 광학 필름의 제조 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 격벽 구조체에 상기 잉크를 채운 후에,
    상기 잉크 주입 튜브를 절단하여 상기 격벽 구조체로부터 제거하는 단계; 및
    상기 잉크 주입 튜브가 절단된 부분에 절연물질로 막아, 상기 잉크가 상기 격벽 구조체로부터 이탈을 방지하는 단계를 포함하는 양자점 광학 필름의 제조 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 셀 영역들은 상기 제 1 방향으로 교대로 나열된 제 1 셀 영역, 제 2 셀 영역, 및 제 3 셀 영역을 포함하고, 상기 제 1 셀 영역, 상기 제 2 셀 영역, 및 상기 제 3 셀 영역 각각은 상기 제 2 방향으로 나열되어 제 1 셀 영역 그룹, 제 2 셀 영역 그룹, 및 제 3 셀 영역 그룹으로 정의되는 양자점 광학 필름의 제조 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 잉크 주입 튜브를 형성할 때 상기 격벽 구조체의 타단에 상기 제 1 격벽으로부터 연장되는 잉크 배출 튜브를 형성하는 것을 더 포함하는 양자점 광학 필름의 제조 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 잉크 주입 튜브는 제 1 튜브 및 제 2 튜브를 포함하고, 상기 잉크 배출 튜브는 제 3 튜브 및 제 4 튜브를 포함하되, 상기 제 1 튜브 및 상기 제 3 튜브는 상기 셀 영역 그룹들에 채워지는 상기 잉크의 수와 동일하게 형성되고, 상기 제 2 튜브 및 상기 제 4 튜브는 상기 셀 영역 그룹들 각각의 일단 및 타탄에 형성되며, 상기 제 1 튜브는 동일한 색의 상기 잉크가 채워지는 상기 셀 영역 그룹들의 상기 제 2 튜브와 연결되고, 상기 제 3 튜브는 동일한 색의 잉크가 배출되는 상기 셀 영역 그룹들의 상기 제 4 튜브와 연결되는 양자점 광학 필름의 제조 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 잉크를 주입하기 전에, 펌프 및 상기 펌프와 연결된 잉크 배기용 펌프를 준비하고, 상기 잉크 배기용 튜브를 상기 잉크 배출 튜브에 연결하는 것을 더 포함하는 양자점 광학 필름의 제조 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 격벽 구조체에 상기 잉크를 채우는 것은,
    상기 잉크 주입 튜브들을 통해 상기 제 1 셀 영역 그룹, 상기 제 2 셀 영역 그룹, 및 상기 제 3 영역 그룹 각각에 서로 다른 색의 잉크가 주입되는 것을 포함하는 양자점 광학 필름의 제조 방법.
  18. 제 8 항에 있어서,
    상기 격벽 구조체, 세미 격벽 및 상기 잉크 주입 튜브는 포토레지스트 물질로 형성되는 양자점 광학 필름의 제조 방법.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 잉크 주입 튜브는 상기 격벽 구조체의 일측면에 상기 제 1 방향으로 형성되는 양자점 광학 필름의 제조 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 잉크 주입 튜브를 형성하는 것은,
    상기 격벽 구조체의 일측면 상에 포토레지스트막을 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트막을 패터닝하여 상기 제 1 셀 영역 그룹과 연장되는 잉크 주입 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 잉크 주입 패턴 상에 잉크 주입 덮개를 형성하는 단계를 포함하는 양자점 광학 필름의 제조 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6088427B2 (ja) 2010-07-19 2017-03-01 ナノブリック カンパニー リミテッド 表示装置、表示方法及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体

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