KR102171599B1 - 액정 표시 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

액정 표시 장치 및 그 제조 방법이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 제1 파장의 제1 광을 제공하는 광원, 제1 광을 제공받아 제1 파장보다 긴 제2 파장을 가지는 제2 광을 출사하는 제1 파장 변환층, 제1 파장 변환층과 중첩하고, 제1 광 또는 제2 광의 투과율을 조절하며, 액정 분자 및 이색성 염료를 포함하는 제1 광학 셔터를 포함한다.

Description

액정 표시 장치 및 그 제조 방법 {LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
본 발명은 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 표시 장치 중 하나이다.
일반적으로, 액정 표시 장치에서 투과되는 광의 양을 조절하기 위하여 액정층 상부 및 하부에 두 장의 편광판이 배치된다. 이러한 두 장의 편광판은 액정층과 상호 작용을 함으로써, 액정 표시 장치에서 투과되는 광의 양을 조절하는 셔터(shutter) 역할을 한다.
또한, 액정 표시 장치는 액정 자체가 발광을 할 수 없기 때문에 장치에 별도의 광원을 포함한다. 일반적으로, 액정 표시 장치에 사용되는 광원은 백색 광을 제공하고, 이러한 백색 광을 컬러 필터를 이용하여 특정 컬러를 가진 광으로 변환한다.
그러나, 이와 같은 편광판 및 컬러 필터는 이들을 통과하는 광의 일부를 흡수함으로써, 액정 표시 장치의 광학적 손실을 야기한다. 예를 들어, 한 장의 편광판은 이를 통과하는 광의 약 1/2를 흡수하고, 하나의 컬러 필터는 이를 통과하는 광의 약 1/3을 흡수한다.
이에, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 편광판 및 컬러 필터를 포함하지 않음으로써, 이들에 의한 광학적 손실을 배제할 수 있는 액정 표시 장치를 제공하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 편광판 및 컬러 필터를 포함하지 않음으로써, 이들에 의한 광학적 손실을 배제할 수 있는 액정 표시 장치의 제조 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 제1 파장의 제1 광을 제공하는 광원, 제1 광을 제공받아 제1 파장보다 긴 제2 파장을 가지는 제2 광을 출사하는 제1 파장 변환층, 제1 파장 변환층과 중첩하고, 제1 광 또는 제2 광의 투과율을 조절하며, 액정 분자 및 이색성 염료를 포함하는 제1 광학 셔터를 포함한다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 제1 파장 변환층은 양자점 또는 형광체를 포함할 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 제1 광학 셔터를 사이에 두고 서로 대향하는 화소 전극 및 공통 전극을 더 포함할 수 있고, 제1 광학 셔터의 광 투과율은 화소 전극 및 공통 전극 사이의 전압차에 따라 변화될 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 제2 광의 진행 경로 상에 위치하며, 제1 광을 반사하고 제2 광은 투과하는 제1 선택적 광 투과 필터를 더 포함할 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 제1 파장 변환층과 동일한 층에 위치하고, 제1 광을 제공받아 제1 파장보다 길고 제2 파장과 상이한 제3 파장을 가지는 제3 광을 출사하는 제2 파장 변환층, 및 제2 파장 변환층과 중첩하고, 제1 광 또는 제3 광의 투과율을 조절하며, 제1 광학 셔터와 실질적으로 동일한 물질로 이루어지는 제2 광학 셔터를 더 포함할 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 제3 광의 진행 경로 상에 위치하며, 제1 광을 반사하고 제3 광은 투과하는 제2 선택적 광 투과 필터를 더 포함할 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 제1 파장 변환층 및 제2 파장 변환층과 동일한 층에 위치하고, 투명한 물질로 이루어지는 투명층, 및 투명층과 중첩하고, 제1 광의 투과율을 조절하며, 제1 광학 셔터와 실질적으로 동일한 물질로 이루어지는 제3 광학 셔터를 더 포함할 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 제2 광 및 제3 광의 진행 경로 상에 위치하며, 제1 광을 반사하고 제2 광 및 제3 광은 투과하는 장파장 투과 필터를 더 포함할 수 있고, 투명층과 중첩한 영역에는 장파장 투과 필터가 위치하지 않을 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 제1 파장 변환층 및 제2 파장 변환층과 동일한 층에 위치하고, 제1 광을 제공받아 제1 파장보다 길고 제2 파장 및 제3 파장과 상이한 제4 파장을 가지는 제4 광을 출사하는 제3 파장 변환층, 및 제3 파장 변환층과 중첩하고, 제1 광 또는 제4 광의 투과율을 조절하며, 제1 광학 셔터와 실질적으로 동일한 물질로 이루어지는 제3 광학 셔터를 더 포함할 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 제4 광의 진행 경로 상에 위치하며, 제1 광을 반사하고 제4 광은 투과하는 제3 선택적 광 투과 필터를 더 포함할 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 광원은 자외선 또는 청색 광을 제공할 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치는 기판 상에 위치하고, 제1 색의 광이 방출되는 제1 화소 영역, 제1 화소 영역 상에 위치하고, 제1 색에 대응되는 양자점 또는 형광체를 포함하는 제1 파장 변환층, 및 제1 파장 변환층과 중첩하고, 액정 분자 및 이색성 염료를 포함하는 제1 광학 셔터를 포함한다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 제1 광학 셔터의 일측에 위치하는 화소 전극, 및 제1 광학 셔터의 타측에 위치하고, 화소 전극과 절연되며, 화소 전극과의 사이에 캐비티를 정의하는 공통 전극을 더 포함할 수 있고, 제1 광학 셔터는 캐비티 내에 위치할 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 공통 전극을 커버하며, 캐비티를 밀폐하는 덮개층을 더 포함할 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 기판 상에 위치하고, 제1 색과 상이한 제2 색의 광이 방출되는 제2 화소 영역, 제2 화소 영역 상에 위치하고, 제2 색에 대응되는 양자점 또는 형광체를 포함하는 제2 파장 변환층, 및 제2 파장 변환층과 중첩하고, 제1 광학 셔터와 실질적으로 동일한 물질로 이루어지는 제2 광학 셔터를 더 포함할 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 기판 상에 위치하고, 제1 색 및 제2 색과 상이한 제3 색의 광이 방출되는 제3 화소 영역, 제3 화소 영역 상에 위치하고, 투명한 물질로 이루어지는 투명층, 및 투명층과 중첩하고, 제1 광학 셔터와 실질적으로 동일한 물질로 이루어지는 제3 광학 셔터를 더 포함할 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치에 있어서, 기판 및 제1 파장 변환층과 제2 파장 변환층 사이에 개재되며, 제3 색의 광을 반사하고 제1 색의 광 및 제2 색의 광은 투과시키는 선택적 광 투과 필터를 더 포함할 수 있고, 선택적 광 투과 필터는 제3 화소 영역 상에는 위치하지 않을 수 있다.
상기 다른 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은 기판 상의 소정의 색의 광이 방출되는 화소 영역 상에 양자점 또는 형광체를 포함하는 파장 변환층을 형성하는 단계, 및 파장 변환층과 중첩하고, 액정 분자 및 이색성 염료를 포함하는 광학 셔터를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 다른 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서, 파장 변환층을 형성하는 단계 후에, 파장 변환층 상에 화소 전극을 형성하는 단계, 화소 전극 상에 희생층을 형성하는 단계, 희생층 상에 공통 전극을 형성하는 단계, 공통 전극 상에 공통 전극을 커버하는 덮개층을 형성하는 단계, 및 희생층을 제거하여 화소 전극과 공통 전극 사이에 캐비티를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있고, 광학 셔터는 캐비티 내에 위치할 수 있다.
상기 다른 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서, 파장 변환층을 형성하는 단계 전에, 기판 상에 소정의 색의 광을 선택적으로 투과시키는 선택적 광 투과 필터를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
즉, 편광판 및 컬러 필터를 포함하지 않음으로써, 이들에 의한 광학적 손실을 배제할 수 있다.
또한, 형광체 또는 양자점으로 이루어진 파장 변환층을 포함함으로써, 고색재현성을 향상시킬 수 있다.
또한, 한 장의 기판 상에 형성된 캐비티 내에 광학 셔터를 배치함으로써, 얇은 두께를 가지는 액정 표시 장치를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 평면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 3은 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 4 및 도 5는 제1 파장 변환층 및 선택적 광 투과 필터의 기능을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6 및 도 7은 전압에 따른 제1 광학 셔터의 동작을 살펴보기 위한 단면도들이다.
도 8 내지 도 17은 도 1의 액정 표시 장치의 제조 방법을 공정 단계별로 도시한 단면도들이다.
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층"위(on)"로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치(100)의 평면도이다. 도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'선을 따라 절단한 단면도이다. 도 3은 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 액정 표시 장치(100)는 기판(105), 선택적 광 투과 필터(SF), 제1 투명층(TL1), 게이트 라인(GL), 데이터 라인(DL), 게이트 절연막(GIL), 박막 트랜지스터(TFT), 절연층(110), 복수의 파장 변환층(WCL1, WCL2, WCL3), 제2 투명층(TL2), 블랙 매트릭스(BM), 제1 보호층(115), 복수의 화소 전극(PE1, PE2, PE3), 공통 전극(CE), 제2 보호층(120), 덮개층(125), 제3 보호층(130), 배향막(135), 복수의 광학 셔터(OS1, OS2, OS3), 실링막(140), 평탄화층(145), 및 광원(LS)을 포함할 수 있다.
기판(105)은 투명한 절연 기판일 수 있으며, 게이트 라인(GL)과 데이터 라인(DL)에 의해 정의되는 복수의 화소 영역(PA1, PA2, PA3)을 가질 수 있다. 이러한 복수의 화소 영역(PA1, PA2, PA3)은 매트릭스 형태로 배열될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 복수의 화소 영역(PA1, PA2, PA3)은 제1 색의 광이 방출되는 제1 화소 영역(PA1), 제1 색과 상이한 제2 색의 광이 방출되는 제2 화소 영역(PA2), 및 제1 색 및 제2 색과 상이한 제3 색의 광이 방출되는 제3 화소 영역(PA3)을 포함할 수 있다. 여기에서, 제1 색, 제2 색, 및 제3 색은 각각 적색, 녹색, 및 청색일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
선택적 광 투과 필터(SF)는 기판(105) 상에 위치할 수 있다. 선택적 광 투과 필터(SF)는 특정 파장 영역의 광만 선택적으로 투과시키고, 상기 특정 파장 영역 이외의 광은 반사시킬 수 있다. 예시적인 실시예에서, 선택적 광 투과 필터(SF)는 장파장 영역의 광만 선택적으로 투과시키고, 단파장 영역의 광은 반사시키는 장파장 투과 필터일 수 있다. 구체적으로, 선택적 광 투과 필터(SF)는 적색 광 및 녹색 광(약 500nm 내지 700nm의 파장을 가지는 광)은 투과시키고, 청색 광은 반사시킬 수 있다.
선택적 광 투과 필터(SF)는 소정의 굴절률을 가지는 제1 박막과 제1 박막의 굴절률보다 높은 굴절률을 가지는 제2 박막이 교대로 반복되어 적층되어 있는 반복층을 포함할 수 있다. 여기에서, 이러한 반복층의 수를 증가시켜 청색 광 반사율을 높일 수 있다. 다른 실시예에서, 선택적 광 투과 필터(SF)는 특정 파장 영역의 광을 흡수하는 염료를 포함할 수도 있다.
선택적 광 투과 필터(SF)는 제1 화소 영역(PA1) 및 제2 화소 영역(PA2) 상에 위치할 수 있다. 또한, 선택적 광 투과 필터(SF)는 제3 화소 영역(PA3) 상에는 위치하지 않을 수 있다. 예시적인 실시예에서, 선택적 광 투과 필터(SF)는 기판(105)의 전면 상에 형성되되, 제3 화소 영역(PA3)에 대응되는 부분에만 형성되지 않을 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 선택적 광 투과 필터(SF)는 제1 화소 영역(PA1) 및 제2 화소 영역(PA2)에 대응되는 부분에만 선택적으로 형성될 수 있다.
제1 투명층(TL1)은 기판(105)의 제3 화소 영역(PA3) 상에 위치할 수 있다. 제1 투명층(TL1)은 선택적 광 투과 필터(SF)와 동일한 층에 위치할 수 있다. 제1 투명층(TL1)은 투명한 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 투명층(TL1)은 투명한 포토 레지스트(photoresist)로 이루어질 수 있다. 이러한 제1 투명층(TL1)은 하프톤(half-tone) 마스크를 이용하여 선택적 광 투과 필터(SF)와 동시에 형성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제1 투명층(TL1)은 생략될 수도 있다.
게이트 라인(GL)은 기판(105) 상에 제1 방향으로 연장되게 형성되며, 게이트 신호를 전달한다. 게이트 라인(GL)의 일단에는 게이트 패드(GP)가 연결된다. 게이트 패드(GP) 상에는 게이트 패드 전극(GPE)이 형성될 수 있다. 게이트 패드 전극(GPE)은 복수의 화소 전극(PE1, PE2, PE3)에 신호를 인가하기 위한 외부 배선을 연결하기 위한 콘택 전극이다.
데이터 라인(DL)은 기판(105)에 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장되게 형성되며, 게이트 라인(GL)과 절연되고 데이터 신호를 전달한다. 데이터 라인(DL)의 일단에는 데이터 패드(DP)가 연결된다. 데이터 패드(DP) 상에는 데이터 패드 전극(DPE)이 형성될 수 있다. 데이터 패드 전극(DPE)은 복수의 화소 전극(PE1, PE2, PE3)에 신호를 인가하기 위한 외부 배선을 연결하기 위한 또 하나의 콘택 전극이다.
게이트 절연막(GIL)은 기판(105)의 표면에 형성되는 게이트 라인(GL) 및 게이트 패드(GP)를 커버하고, 절연 물질로 형성된다. 예를 들어, 게이트 절연막(GIL)은 실리콘 질화물이나, 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. 한편, 게이트 절연막(GIL) 상에는 데이터 라인(DL) 및 데이터 패드(DP)가 형성될 수 있다.
박막 트랜지스터(TFT)는 게이트 전극(GE), 반도체층(SM), 소스 전극(SE) 및 드레인 전극(DE)을 포함한다.
게이트 전극(GE)은 평면상으로 게이트 라인(GL)으로부터 반도체층(SM) 측으로 돌출되어 형성될 수 있다. 게이트 전극(GE)은 인듐틴옥사이드(ITO), 인듐징크옥사이드(IZO), 인듐틴징크옥사이드(ITZO) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 게이트 전극(GE)은 상술한 물질로 구성된 제1 전극층과 후술하는 물질로 구성된 제2 전극층을 포함하는 2층 구조를 가질 수도 있다. 상기 제2 전극층은 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 티타늄(Ti)과 같은 금속이나, 적어도 하나의 상기 금속을 포함하는 합금일 수 있다.
반도체층(SM)은 게이트 절연막(GIL)을 사이에 두고 게이트 전극(GE) 상에 형성된다. 반도체층(SM)은 게이트 절연막(GIL) 상에 제공되는 활성층과 상기 활성층 상에 제공되는 오믹 콘택층을 포함할 수 있다. 여기에서, 활성층은 비정질 실리콘, 미세 결정 실리콘, 다결정 실리콘, 또는 산화물 반도체로 이루어질 수 있다. 한편, 반도체층(SM)은 데이터 라인(DL)과 게이트 절연막(GIL) 사이에 형성될 수 있다. 또한, 반도체층(SM)은 데이터 패드(DP)와 게이트 절연막(GIL) 사이에도 형성될 수 있다.
소스 전극(SE)은 데이터 라인(DL)에서 돌출되어 형성되며, 평면상으로 게이트 전극(GE)의 적어도 일부와 중첩한다. 드레인 전극(DE)은 소스 전극(SE)으로부터 이격되게 형성되며, 평면상으로 게이트 전극(GE)의 적어도 일부와 중첩한다. 소스 전극(SE)과 드레인 전극(DE)은 구리, 몰리브덴, 알루미늄, 텅스텐, 크롬, 티타늄과 같은 금속이나, 적어도 하나의 상기 금속을 포함하는 합금일 수 있다. 여기서, 소스 전극(SE)과 드레인 전극(DE)은 소스 전극(SE)과 드레인 전극(DE) 사이의 이격된 영역을 제외한 영역에서 반도체층(SM)의 일부와 중첩한다.
절연층(110)은 게이트 절연막(GIL) 상에 형성되며, 드레인 전극(DE), 게이트 패드(GP) 및 데이터 패드(DP)를 노출하는 관통홀들을 가질 수 있다. 절연층(110)은 예를 들어 실리콘 질화물이나 실리콘 산화물을 포함할 수 있다.
복수의 파장 변환층(WCL1, WCL2, WCL3)은 절연층(110) 상에 위치할 수 있다. 복수의 파장 변환층(WCL1, WCL2, WCL3) 각각은 복수의 화소 영역(PA1, PA2, PA3) 각각에 대응되도록 형성될 수 있다. 복수의 파장 변환층(WCL1, WCL2, WCL3)은 광원(LS)에서 제공되는 광의 파장을 변환하는 기능을 수행할 수 있다. 예시적인 실시예에서 복수의 파장 변환층(WCL1, WCL2, WCL3)은 제1 파장 변환층(WCL1) 및 제2 파장 변환층(WCL2)을 포함할 수 있다.
제1 파장 변환층(WCL1)은 기판(105) 상의 제1 화소 영역(PA1) 상에 위치할 수 있다. 제1 파장 변환층(WCL1)은 광원(LS)에서 제공되는 제1 파장의 제1 광을 제공받아 제1 파장보다 긴 제2 파장을 가지는 제2 광을 출사할 수 있다. 여기에서, 제1 광은 청색 광이고, 제2 광은 적색 광일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 상술한 선택적 광 투과 필터(SF)는 제2 광의 진행 경로 상에 위치할 수 있다.
제1 파장 변환층(WCL1)은 제1 색, 예컨대, 적색에 대응되는 형광체, 양자점, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 즉, 제1 파장 변환층(WCL1)을 통과하는 광의 색은 제1 색으로 변환될 수 있다.
형광체는 일반적인 유기 형광체 또는 무기 형광체일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 형광체는 YAG계 형광 물질, Silicate계 형광 물질, 산질화물 형광 물질, 또는 이들의 조합일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
양자점은 코어-쉘(Core-Shell) 구조의 반도체 나노 입자로써 크기가 수㎚ 내지 수십㎚ 크기를 가지며 양자고립효과(Quantum Quanfinement Effect)에 의하여 입자의 크기에 따라 발광 빛이 다르게 나는 특성을 가지는 것을 의미한다. 보다 구체적으로, 양자점은 좁은 파장대에서 강한 빛을 발생하며, 양자점이 발산하는 빛은 전도대(Conduction band)에서 가전자대(valence band)로 불안정한(들뜬) 상태의 전자가 내려오면서 발생한다. 이때, 양자점은 그 입자가 작을수록 짧은 파장의 빛이 발생하고, 입자가 클수록 긴 파장의 빛을 발생하는 성질이 있다. 따라서, 양자점의 크기를 조절하면 원하는 파장의 가시광선 영역의 빛을 모두 낼 수 있다.
양자점은 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.
상기 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 하나인 것일 수 있다.
또한, 상기 III-V족계 화합물 반도체 나노결정은 GaPAs, AlNP, AlNAs, AlPAs, InNP, InNAs, InPAs, GaAlNP, GaAlNAs, GaAlPAs, GaInNP, GaInNAs, GaInPAs, InAlNP, InAlNAs, 및 InAlPAs로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나인 것일 수 있으며, 상기 IV-VI족계 화합물 반도체 나노결정은 SbTe일 수 있다.
제1 파장 변환층(WCL1)은 형광체 및 양자점과 같은 파장 변환 물질 외에 파장 변환 물질을 분산시키는 분산 매질을 더 포함할 수 있다. 즉, 형광체 또는 양자점은 유기 용매 또는 레진과 같은 분산 매질에 자연스럽게 배위된 형태로 분산될 수 있다. 이러한 분산 매질로는 형광체 또는 양자점의 파장 변환 성능에 영향을 미치지 않으면서 광에 의해 광을 반사시키지 않으며, 광 흡수를 일으키지 않도록 하는 범위에서 투명한 매질이라면 어느 것이든 사용할 수 있다.
상기 유기 용매는 예를 들면, 톨루엔(toluene), 클로로포름(chloroform) 및 에탄올(ethanol) 중 적어도 한가지를 포함할 수 있으며, 레진은 예를 들면, 에폭시(epoxy), 실리콘(silicone), 폴리스틸렌(polystyrene) 및 아크릴레이트(acrylate) 중 적어도 한가지를 포함할 수 있다.
또한, 제1 파장 변환층(WCL1)은 상기 분산 매질 외에 UV 개시제, 열경화 첨가제, 가교제, 확산제, 및 이들의 조합을 더 포함할 수 있다. 이와 같이, 제1 파장 변환층(WCL1)은 파장 변환 물질과 상기 첨가제들이 혼합된 상태로 기판(105) 상에 위치할 수 있다.
제2 파장 변환층(WCL2)은 기판(105) 상의 제2 화소 영역(PA2) 상에 위치할 수 있다. 제2 파장 변환층(WCL2)은 제1 파장 변환층(WCL1)과 동일한 층에 위치할 수 있다. 제2 파장 변환층(WCL2)은 광원(LS)에서 제공되는 제1 파장의 제1 광을 제공받아 제1 파장보다 길고 제2 파장과 상이한 제3 파장을 가지는 제3 광을 출사할 수 있다. 여기에서, 제1 광은 청색 광이고, 제3 광은 녹색 광일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 상술한 선택적 광 투과 필터(SF)는 제3 광의 진행 경로 상에 위치할 수 있다.
제2 파장 변환층(WCL2)은 제2 색, 예컨대, 녹색에 대응되는 형광체, 양자점, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 즉, 제2 파장 변환층(WCL2)을 통과하는 광의 색은 제2 색으로 변환될 수 있다. 제2 파장 변환층(WCL2)이 녹색에 대응되는 파장 변환 물질을 포함하는 것을 제외하고는 제2 파장 변환층(WCL2)은 제1 파장 변환층(WCL1)과 실질적으로 동일한 물질로 이루어질 수 있다.
제2 투명층(TL2)은 절연층(110) 상에 위치할 수 있다. 제2 투명층(TL2)은 기판(105) 상의 제3 화소 영역(PA3) 상에 위치할 수 있다. 제2 투명층(TL2)은 제1 파장 변환층(WCL1) 및 제2 파장 변환층(WCL2)과 동일한 층에 위치할 수 있다. 제2 투명층(TL2)은 투명한 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제2 투명층(TL2)은 투명한 포토 레지스트로 이루어질 수 있다. 이러한 제2 투명층(TL2)은 하프톤 마스크를 이용하여 제1 파장 변환층(WCL1) 및 제2 파장 변환층(WCL2)과 동시에 형성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제2 투명층(TL2)은 생략될 수도 있다.
정리하자면, 제1 화소 영역(PA1) 및 제2 화소 영역(PA2) 상에는 선택적 광 투과 필터(SF)가 위치하고, 제3 화소 영역(PA3) 상에는 제1 투명층(TL1)이 위치할 수 있다. 또한, 제1 화소 영역(PA1) 및 제2 화소 영역(PA2) 상에는 각각 제1 파장 변환층(WCL1) 및 제2 파장 변환층(WCL2)이 위치하고, 제3 화소 영역(PA3) 상에는 제2 투명층(TL2)이 위치할 수 있다. 이에 따라, 광원(LS)에서 청색 광이 제공될 경우, 제1 화소 영역(PA1)에서는 제1 파장 변환층(WCL1)에 의하여 청색 광이 적색 광으로 변환되고, 적색 광으로 변환되지 않은 광은 선택적 광 투과 필터(SF)에 의하여 필터링됨으로써, 고순도의 적색 광이 방출될 수 있다. 또한, 제2 화소 영역(PA2)에서는 제2 파장 변환층(WCL2)에 의하여 청색 광이 녹색 광으로 변환되고, 녹색 광으로 변환되지 않은 광은 선택적 광 투과 필터(SF)에 의하여 필터링됨으로써, 고순도의 녹색 광이 방출될 수 있다. 한편, 제3 화소 영역(PA3)에서는 광원(LS)에서 제공된 청색 광이 제2 투명층(TL2) 및 제1 투명층(TL1)을 거쳐 그대로 외부로 방출됨으로써, 고순도의 청색 광이 방출될 수 있다.
여기에서, 제1 파장 변환층(WCL1) 및 선택적 광 투과 필터(SF)의 기능을 구체적인 예를 들어 더욱 상세히 설명하기 위하여 도 4 및 도 5를 참조한다. 도 4 및 도 5는 제1 파장 변환층(WCL1) 및 선택적 광 투과 필터(SF)의 기능을 설명하기 위한 개념도이다. 제2 파장 변환층(WCL2) 및 선택적 광 투과 필터(SF)의 기능은 제1 파장 변환층(WCL1) 및 선택적 광 투과 필터(SF)의 기능과 실질적으로 동일하기 때문에 생략하도록 한다.
먼저, 도 4는 선택적 광 투과 필터(SF)가 없을 경우, 제1 화소 영역(PA1) 상의 광을 도시한 개념도이다. 광원(LS)에서 청색 광(L1)이 제공될 경우, 제1 파장 변환층(WCL1)은 청색 광(L1)이 대부분을 적색 광(L2)로 변환할 수 있다. 그러나, 청색 광(L1)의 일부는 제1 파장 변환층(WCL1)에 의하여 파장 변환되지 않고 제1 파장 변환층(WCL1)을 빠져나올 수 있다. 이러한 광을 미변환 청색 광(L3)라고 하면, 미변환 청색 광(L3)은 적색 광(L2)와 혼합되어 혼합 광(L4)을 형성한다. 이러한 혼합 광(L4)은 다량의 적색 광(L2)와 소량의 미변환 청색 광(L3)을 포함하므로 자주색을 가질 수 있다. 이러한 자주색의 혼합 광(L4)이 기판(105)을 통과하여 사용자에게 인식되므로, 사용자는 고순도의 적색 광을 인식할 수 없다.
다음으로, 도 5는 선택적 광 투과 필터(SF)가 있을 경우, 제1 화소 영역(PA1) 상의 광을 도시한 개념도이다. 도 4와 같이, 광원(LS)에서 제공되는 청색 광(L1)은 제1 파장 변환층(WCL1)을 통과함으로써 적색 광(L2) 및 미변환 청색 광(L3)으로 나뉘어 진다. 여기에서, 미변환 청색 광(L3)은 선택적 광 투과 필름을 통과하지 못하고 반사되어 다시 제1 파장 변환층(WCL1)으로 입사된다. 이러한 미변환 청색 광(L3)은 액정 표시 장치(100) 내부에서 반사되어 또 다시 제1 파장 변환층(WCL1)을 통과함으로써, 적색을 가지는 광으로 파장 변환될 수 있다. 이와 같이, 미변환 청색 광(L3)이 반사된 후 다시 기판(105) 방향으로 출사되는 광을 2차 적색 광(L3')이라고 하면, 2차 적색 광(L3')은 적색 광(L2)와 혼합되어 고순도의 적색 광(L4')을 형성한다. 이러한 고순도의 적색 광(L4')은 기판(105)을 통과하여 사용자에게 인식될 수 있다.
다시 도 1 내지 도 3을 참조하면, 블랙 매트릭스(BM)는 절연층(110) 상에 각 화소 영역의 가장 자리에 형성될 수 있다. 즉, 블랙 매트릭스(BM)는 복수의 파장 변환층(WCL1, WCL2, WCL3)을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 블랙 매트릭스(BM)는 데이터 라인(DL) 및 박막 트랜지스터(TFT)와 중첩될 수 있다. 블랙 매트릭스(BM)는 광차단 물질로 형성되어, 영상을 구현함에 있어 불필요한 광을 차단한다.
제1 보호층(115)은 복수의 파장 변환층(WCL1, WCL2, WCL3)과 블랙 매트릭스(BM) 상에 형성되며, 복수의 파장 변환층(WCL1, WCL2, WCL3)과 블랙 매트릭스(BM)를 평탄화하는 역할을 할 수 있다. 또한, 제1 보호층(115)은 복수의 파장 변환층(WCL1, WCL2, WCL3)과 블랙 매트릭스(BM)를 보호하여, 캐비티(CV)를 형성하는 마지막 단계에서 캐비티(CV) 내 잔여물을 제거하기 위한 O2 애싱(ashing) 공정으로 인해 복수의 파장 변환층(WCL1, WCL2, WCL3)과 블랙 매트릭스(BM)가 손상되는 것을 방지할 수 있다. 제1 보호층(115)은 SiNx, SiOx 및 SiOxNy 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.
복수의 화소 전극(PE1, PE2, PE3)은 제1 보호층(115) 상에 위치할 수 있다. 구체적으로, 복수의 화소 전극(PE1, PE2, PE3)은 복수의 화소 영역(PA1, PA2, PA3) 상에 형성될 수 있다. 복수의 화소 전극(PE1, PE2, PE3) 각각은 드레인 전극(DE)과 연결된다. 복수의 화소 전극(PE1, PE2, PE3)은 투명한 도전성 물질, 예를 들어 인듐틴옥사이드(ITO) 또는 인듐징크옥사이드(IZO)로 형성될 수 있다. 복수의 화소 전극(PE1, PE2, PE3)은 제1 화소 전극(PE1), 제2 화소 전극(PE2), 및 제3 화소 전극(PE3)을 포함할 수 있다. 제1 화소 전극(PE1)은 제1 화소 영역(PA1) 상에 위치할 수 있다. 제1 화소 전극(PE1)은 게이트 라인(GL)과 평행한 방향으로 연장된 적어도 하나의 슬릿을 포함할 수 있다. 제2 화소 전극(PE2)은 제2 화소 영역(PA2) 상에 위치할 수 있고, 제2 화소 전극(PE2)의 형상은 제1 화소 전극(PE1)의 형상과 실질적으로 동일할 수 있다. 또한, 제3 화소 전극(PE3)은 제3 화소 영역(PA3) 상에 위치할 수 있고, 제3 화소 전극(PE3)의 형상은 제1 화소 전극(PE1)의 형상과 실질적으로 동일할 수 있다.
덮개층(125)은 기판(105) 상에 복수의 화소 영역(PA1, PA2, PA3)을 구획하도록 형성되는 측벽(125a)들과, 측벽(125a)들 상에 측벽(125a)들을 연결하도록 형성되는 루프(125b)를 포함하며, 기판(105)과의 사이에 캐비티(CV)를 형성한다. 덮개층(125)은 유기물로 형성될 수 있다. 덮개층(125)은 기판(105)의 상기 제1 방향을 따라 형성되고 게이트 라인(GL)과 중첩하는 부분에 위치하는 액정 주입구(EN)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 액정 주입구(EN)는 각 화소 영역 단위로 기판(105)의 제1 방향과 평행한 측벽(125a)들의 일측면에 형성될 수 있으며, 캐비티(CV) 내부에 액정 분자(LC) 및 이색성 염료(DD)를 주입 가능하도록 한다.
공통 전극(CE)은 덮개층(125)의 저면 상에 형성되며, 측벽(125a)들의 저면 상에서는 제1 보호층(115)과 접촉하며 루프(125b)의 저면 상에서는 화소 전극과 이격되게 형성된다. 공통 전극(CE)은 투명한 도전성 물질, 예를 들어 인듐틴옥사이드(ITO) 또는 인듐징크옥사이드(IZO)로 형성될 수 있으며, 화소 전극과 함께 전계를 발생시켜 복수의 광학 셔터(OS1, OS2, OS3)를 제어하는 역할을 한다. 한편, 공통 전극(CE)의 일부가 제거되어 액정 주입구(EN)의 일부가 형성될 수 있다.
제2 보호층(120)은 공통 전극(CE)과 덮개층(125) 사이에 형성되며, 공통 전극(CE)을 보호한다. 제2 보호층(120)은 SiNx, SiOx 및 SiOxNy 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 한편, 제2 보호층(120)의 일부가 제거되어 액정 주입구(EN)의 일부가 형성될 수 있다.
제3 보호층(130)은 덮개층(125) 상에 형성되며, 덮개층(125)을 보호한다. 제3 보호층(130)은 SiNx, SiOx 및 SiOxNy 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 한편, 제3 보호층(130)의 일부가 제거되어 액정 주입구(EN)의 일부가 형성될 수 있다.
배향막(135)은 캐비티(CV) 내부의 복수의 화소 전극(PE1, PE2, PE3) 및 공통 전극(CE) 상에 형성될 수 있다. 배향막(135)은 폴리아믹산(Polyamic acid), 폴리실록산(Polysiloxane) 또는 폴리이미드(Polyimide) 등의 배향 물질로 형성될 수 있다.
복수의 광학 셔터(OS1, OS2, OS3)는 캐비티(CV) 내부에 위치할 수 있다. 구체적으로, 복수의 광학 셔터(OS1, OS2, OS3)는 캐비티(CV) 내부에 위치하는 배향막(135)으로 둘러싸일 수 있다. 이러한 복수의 광학 셔터(OS1, OS2, OS3)는 액정 주입구(EN)를 통하여 복수의 광학 셔터(OS1, OS2, OS3)를 이루는 물질이 캐비티(CV) 내부로 주입되어 형성될 수 있다. 복수의 광학 셔터(OS1, OS2, OS3)는 제1 광학 셔터(OS1), 제2 광학 셔터(OS2), 및 제3 광학 셔터(OS3)를 포함할 수 있다.
제1 광학 셔터(OS1)는 제1 화소 영역(PA1) 상에 위치하는 캐비티(CV) 내에 위치할 수 있다. 또한, 제1 광학 셔터(OS1)는 제1 파장 변환층(WCL1)과 중첩할 수 있다. 이러한 제1 광학 셔터(OS1)는 제1 광 또는 제2 광의 투과율을 조절할 수 있다. 제1 광학 셔터(OS1)는 액정 분자(LC) 및 이색성 염료(DD)를 포함한다. 여기에서, 액정 분자(LC)는 공지된 물질 중 어느 하나를 사용할 수 있고, 이색성 염료(DD)는 하기 화학식 1의 물질을 사용할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 1]
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또한, 제1 광학 셔터(OS1)는 이색성 염료(DD)를 약 10wt% 이하로 포함할 수 있다. 이색성 염료(DD)가 약 10wt% 이하로 존재한다면, 액정 분자(LC)의 방향 인자를 활성화시켜 제1 광학 셔터(OS1)에 전압 인가시 액정 분자(LC)의 응답 시간을 감소시킬 수 있다. 그러나, 이색성 염료(DD)의 농도는 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 제1 광학 셔터(OS1)는 액정 분자(LC) 및 이색성 염료(DD) 외에도 액정 분자(LC) 및 이색성 염료(DD)를 지지하는 고분자 물질 및/또는 수직 배향제를 더 포함할 수도 있다.
제2 광학 셔터(OS2)는 제2 화소 영역(PA2) 상에 위치하는 캐비티(CV) 내에 위치할 수 있다. 또한, 제2 광학 셔터(OS2)는 제2 파장 변환층(WCL2)과 중첩할 수 있다. 이러한 제2 광학 셔터(OS2)는 제1 광 또는 제3 광의 투과율을 조절할 수 있다. 제2 광학 셔터(OS2)는 제1 광학 셔터(OS1)와 실질적으로 동일한 물질로 이루어질 수 있다.
제3 광학 셔터(OS3)는 제3 화소 영역(PA3) 상에 위치하는 캐비티(CV) 내에 위치할 수 있다. 또한, 제3 광학 셔터(OS3)는 제2 투명층(TL2)과 중첩할 수 있다. 이러한 제3 광학 셔터(OS3)는 제1 광의 투과율을 조절할 수 있다. 제3 광학 셔터(OS3)는 제1 광학 셔터(OS1)와 실질적으로 동일한 물질로 이루어질 수 있다.
이러한 복수의 광학 셔터(OS1, OS2, OS3)는 액정 분자(LC)뿐만 아니라 이색성 염료(DD)를 포함함으로써, 광원(LS)에서 제공되는 광의 투과율을 조절하는 기능을 수행할 수 있다. 이러한 기능에 대하여 더욱 상세하게 설명하기 위하여 도 6 및 도 7을 참조한다. 도 6 및 도 7은 전압에 따른 제1 광학 셔터(OS1)의 동작을 살펴보기 위한 단면도들이다. 제2 광학 셔터(OS2) 및 제3 광학 셔터(OS3)의 동작은 제1 광학 셔터(OS1)의 동작과 실질적으로 동일하므로, 이들에 대한 설명은 생략하도록 한다.
먼저, 도 6을 참조하면, 제1 광학 셔터(OS1)에 전압이 인가되지 않을 경우, 제1 광학 셔터(OS1)의 액정 분자(LC) 및 이색성 염료(DD)는 모두 수직 배향 상태일 수 있다. 이 경우, 광원(LS)에서 방출된 광은 제1 광학 셔터(OS1)를 그대로 통과할 수 있다.
다음으로, 도 7을 참조하면, 제1 광학 셔터(OS1)의 전압이 인가될 경우, 제1 광학 셔터(OS1)의 액정 분자(LC) 및 이색성 염료(DD)는 모두 수평 배향 상태일 수 있다. 이 경우, 광원(LS)에서 방출된 광은 제1 광학 셔터(OS1)에 의하여 차단될 수 있다. 이와 같이, 이색성 염료(DD)는 액정 분자(LC)와 동일한 방향으로 정렬할 수 있다.
도 6 및 도 7에는 광이 완전히 투과되거나 차단되는 경우만을 도시하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 제1 광학 셔터(OS1)에 인가되는 전압을 조절하여 광의 일부가 투과되고 다른 일부가 차단되도록 할 수도 있다. 즉, 제1 광학 셔터(OS1)에 인가되는 전압을 조절하여 광원(LS)에서 제공되는 광의 투과율을 조절할 수 있다. 또한, 도 6 및 도 7에서는 전압 비인가시 광이 투과되고 전압 인가시 광이 차단되는 경우를 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 전압 비인가시 광이 차단되고 전압 인가시 광이 투과될 수도 있다.
다시 도 1 내지 도 3을 참조하면, 실링막(140)은 캐비티(CV)의 액정 주입구(EN)를 밀폐하도록 형성된다. 실링막(140)은 캐비티(CV) 내에 주입된 액정 분자(LC)와 반응하지 않는 실링 물질로 형성될 수 있다.
평탄화층(145)은 덮개층(125) 상에 형성되며, 덮개층(125) 및 덮개층(125) 하부에 위치하는 다른 구성을 평탄화하며 보호하는 역할을 할 수 있다. 이러한 평탄화층(145)은 절연 물질로 형성될 수 있다.
도시하진 않았지만, 액정 표시 장치(100)는 평탄화층(145) 상에 형성되는 봉지층을 더 포함할 수 있다. 상기 봉지층은 기존에 액정 표시 장치(100)에서 박막 트랜지스터(TFT)가 형성되는 기판(105)에 결합되는 또 다른 기판을 생략시킬 수 있다.
광원(LS)은 평탄화층(145) 상에 위치할 수 있다. 이러한 광원(LS)은 청색 광을 방출할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 광원(LS)은 청색 발광 다이오드일 수 있다.
상기와 같은 구조를 가지는 액정 표시 장치(100)에서는, 게이트 라인(GL)을 통해 제공되는 구동 신호에 응답하여 박막 트랜지스터(TFT)가 턴-온된다. 박막 트랜지스터(TFT)가 턴-온되면, 데이터 라인(DL)을 통해 제공되는 화상 신호가 박막 트랜지스터(TFT)를 통해 복수의 화소 전극(PE1, PE2, PE3)으로 제공된다. 이에 따라, 복수의 화소 전극(PE1, PE2, PE3)과 공통 전극(CE) 사이에 전계가 형성되고, 상기 전계에 따라 복수의 광학 셔터(OS1, OS2, OS3)의 액정 분자(LC) 및 이색성 염료(DD)가 구동되며, 그 결과 영상이 표시된다.
이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치(100)는 편광판 및 컬러 필터를 포함하지 않음으로써, 이들에 의한 광학적 손실을 배제할 수 있다. 또한, 형광체 또는 양자점으로 이루어진 복수의 파장 변환층(WCL1, WCL2, WCL3)을 포함함으로써, 고색재현성을 향상시킬 수 있다. 또한, 한 장의 기판(105) 상에 형성된 캐비티(CV) 내에 복수의 광학 셔터(OS1, OS2, OS3)를 배치함으로써, 얇은 두께를 가지는 액정 표시 장치(100)를 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치(100)의 제조 방법에 대해 설명하기 위하여 도 8 내지 도 17을 참조한다. 도 8 내지 도 17은 도 1의 액정 표시 장치(100)의 제조 방법을 공정 단계별로 도시한 단면도들이다. 설명의 편의상 상술한 도면에 도시된 구성 요소와 실질적으로 동일한 구성 요소에 대한 설명은 생략하도록 한다.
먼저, 도 8을 참조하면, 기판(105), 선택적 광 투과 필터(SF), 제1 투명층(TL1), 게이트 절연막(GIL), 박막 트랜지스터(도 1의 TFT), 절연층(110), 복수의 파장 변환층(WCL1, WCL2, WCL3), 블랙 매트릭스(BM), 및 제1 보호층(115)으로 이루어진 적층체 상에 복수의 화소 전극(PE1, PE2, PE3)을 형성한다.
구체적으로, 기판(105) 상에 선택적 광 투과 필터(SF) 및 제1 투명층(TL1)을 하프톤 마스크를 이용한 포토리소그래피 공정을 통하여 동시에 형성할 수 있다. 여기에서, 제1 투명층(TL1)은 상기 포토리소그래피 공정에 사용된 포토레지스트로 이루어질 수 있다.
그 후, 스퍼터링 공정 등을 통해 도전층을 형성하고 포토리소그래피 공정을 이용하여 패터닝하여, 게이트 라인(GL)을 형성한다. 이때, 게이트 패드(도 1의 GP)와 게이트 전극(도 1의 GE)을 동시에 형성한다.
그리고, 게이트 패드(GP) 및 게이트 전극(GE)이 형성된 기판(105) 위에 플라즈마 가속 화학 기상 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition: PECVD) 공정 등을 통해 게이트 절연막(GIL)을 형성한다.
그리고, 게이트 절연막(GIL) 위에 반도체 물질층과 도전층을 순차적으로 적층하고 포토리소그래피 공정을 이용하여 패터닝하여, 데이터 라인(DL), 데이터 라인(DL)에 연결되는 소스 전극(도 1의 SE), 소스 전극(SE)과 이격되는 드레인 전극(도 1의 DE), 및 소스 전극(SE)과 드레인 전극(DE) 사이의 영역에 대응하는 영역에 형성되는 반도체층(SM)을 형성한다. 이때, 데이터 패드(도 1의 DP)를 동시에 형성한다. 여기서, 게이트 전극(GE), 반도체층(SM), 소스 전극(SE) 및 드레인 전극(DE)은 박막 트랜지스터(TFT)를 구성한다.
그리고, 게이트 절연막(GIL) 상에 박막 트랜지스터(TFT)와 데이터 패드(DP)를 커버하도록 절연층(110)을 형성한다. 절연층(110)은 보호막으로서 플라즈마 가속 화학 기상 증착 공정을 통해 실리콘 질화물이나 실리콘 산화물로 형성될 수 있다.
그리고, 절연층(110) 상에서 복수의 화소 영역(PA1, PA2, PA3)과 대응되는 위치에 복수의 파장 변환층(WCL1, WCL2, WCL3) 및 제2 투명층(TL2)을 하프톤 마스크를 이용한 포토리소그래피 공정을 통하여 동시에 형성할 수 있다. 여기에서, 제2 투명층(TL2)은 상기 포토리소그래피 공정에 사용된 포토레지스트로 이루어질 수 있다.
그리고, 절연층(110) 상에 복수의 화소 영역(PA1, PA2, PA3)의 가장 자리와 대응되는 위치에 블랙 매트릭스(BM)를 형성할 수 있다. 블랙 매트릭스(BM)는 광차단 물질을 포토 포토리소그래피 공정을 통해 패터닝하여 형성될 수 있다.
그리고, 복수의 파장 변환층(WCL1, WCL2, WCL3), 제2 투명층(TL2), 및 블랙 매트릭스(BM) 상에 제1 보호층(115)을 형성한다. 제1 보호층(115)은 저온에서 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Deposition) 방법과 같은 증착 공정 등을 통해 SiNx, SiOx 및 SiOxNy 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.
그리고, 제1 보호층(115) 상에 복수의 화소 전극(PE1, PE2, PE3)을 형성한다. 복수의 화소 전극(PE1, PE2, PE3)은 제1 보호층(115) 상에 투명한 도전성 물질층을 형성하고 포토리소그래피 공정을 이용하여 패터닝하여 형성될 수 있다.
이어서, 도 9를 참조하면, 기판(105), 구체적으로 제1 보호층(115) 상에 복수의 화소 영역(PA1, PA2, PA3) 각각 상에 복수의 화소 전극(PE1, PE2, PE3)을 덮도록 희생층(SCR)을 형성한다. 희생층(SCR)은 포토레지스트 물질을 포토리소그래피 공정을 통해 패터닝하여 형성될 수 있다.
이어서, 도 10을 참조하면, 희생층(SCR)이 형성된 제1 보호층(115) 상에 공통 전극(CE)과 제2 보호층(120)을 차례로 형성한다. 공통 전극(CE)은 증착 공정 등을 통해 인듐틴옥사이드(ITO) 또는 인듐징크옥사이드(IZO)로 형성될 수 있으며, 제2 보호층(120)은 저온에서 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Deposition) 방법과 같은 증착 공정 등을 통해 SiNx, SiOx 및 SiOxNy 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.
이어서, 도 11을 참조하면, 제2 보호층(120) 상에 복수의 화소 영역(PA1, PA2, PA3)을 구획하는 측벽(125a)들과, 측벽(125a)들 상에 측벽(125a)들을 연결하는 루프(125b)를 포함하는 덮개층(125)을 형성한다. 덮개층(125)은 유기 물질로 형성될 수 있다. 그 후, 덮개층(125) 상에 제3 보호층(130)을 형성한다. 제3 보호층(130)은 저온에서 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Deposition) 방법과 같은 증착 공정 등을 통해 SiNx, SiOx 및 SiOxNy 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.
이이서, 도 12를 참조하면, 덮개층(125) 중 기판(105)의 제1 방향을 따라 형성되고 게이트 라인(GL)과 중첩하는 부분에 액정 주입구(EN)를 형성한다. 즉, 덮개층(125)의 측벽(125a)들의 일측면에 액정 주입구(EN)를 형성한다. 액정 주입구(EN)는 포토리소그래피 공정을 통해 형성될 수 있다. 이때, 제3 보호층(130), 제2 보호층(120), 공통 전극(CE)의 일부가 제거될 수 있다.
이어서, 도 13을 참조하면, 희생층(SCR)을 제거한다. 이에 따라, 액정 분자(도 2의 LC) 및 이색성 염료(도 2의 DD)가 주입되는 공간인 캐비티(CV)가 형성된다. 희생층(SCR)의 제거는 식각 공정 및 스트립 공정을 통해 제거될 수 있다.
이어서, 도 14를 참조하면, 캐비티(CV)의 내벽을 따라 복수의 화소 전극(PE1, PE2, PE3) 및 공통 전극(CE) 상에 배향막(135)을 형성한다. 배향막(135)은 잉크젯 공정을 이용하여 폴리아믹산(Polyamic acid), 폴리실록산(Polysiloxane) 또는 폴리이미드(Polyimide) 등의 액정 배향 물질로 형성될 수 있다.
이어서, 도 15를 참조하면, 액정 주입구(EN)를 통해 캐비티(CV)의 내부에 액정 분자(LC) 및 이색성 염료(DD)를 주입하여 복수의 광학 셔터(OS1, OS2, OS3)를 형성한다.
이어서, 도 16을 참조하면, 캐비티(CV)의 액정 주입구(EN)를 밀폐하는 실링막(140)을 형성한다. 실링막(140)은 캐비티(CV) 내에 주입된 액정 분자(LC) 및 이색성 염료(DD)와 반응하지 않는 실링 물질로 형성될 수 있다.
이어서, 도 17을 참조하면, 덮개층(125) 상에 평탄화층(145)을 형성한다. 평탄화층(145)은 증착 방법 등을 통해 절연 물질로 형성될 수 있다.
도시하진 않았지만, 액정 표시 장치(100)의 제조 방법은 평탄화층(145) 상에 봉지층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 봉지층은 기존에 액정 표시 장치(100)에서 박막 트랜지스터(TFT)가 형성되는 기판(105)에 결합되는 또 다른 기판을 생략시킬 수 있다.
또한, 도시하진 않았지만, 이 후 평탄화층(145) 상에 광원(도 2의 LS)을 배치할 수 있다.
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치(101)의 단면도이다. 설명의 편의상 상술한 도면에 도시된 구성 요소와 실질적으로 동일한 구성 요소에 대한 설명은 생략하도록 한다.
도 18을 참조하면, 액정 표시 장치(101)의 광원(LS')은 자외선을 방출할 수 있다. 이에, 제3 화소 영역(PA3)에서 자외선을 청색 광으로 변환하는 것이 필요하다. 따라서, 제2 투명층(도 2의 TL2) 대신에 제3 파장 변환층(WCL3)을 사용할 수 있다.
제3 파장 변환층(WCL3)은 기판(105) 상의 제3 화소 영역(PA3) 상에 위치할 수 있다. 제3 파장 변환층(WCL3)은 제1 파장 변환층(WCL1) 및 제2 파장 변환층(WCL2)과 동일한 층에 위치할 수 있다. 제3 파장 변환층(WCL3)은 광원(LS')에서 제공되는 제1 파장의 제1 광을 제공받아 제1 파장보다 길고 제2 파장 및 제3 파장과 상이한 제4 파장을 가지는 제4 광을 출사할 수 있다. 여기에서, 제1 광은 자외선이고, 제4 광은 청색 광일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 이에 따라, 제3 광학 셔터(OS3)는 제1 광 또는 제4광의 투과율을 조절할 수 있다.
제3 파장 변환층(WCL3)은 제3 색, 예컨대, 청색에 대응되는 형광체, 양자점, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 즉, 제3 파장 변환층(WCL3)을 통과하는 광의 색은 제3 색으로 변환될 수 있다. 제3 파장 변환층(WCL3)이 청색에 대응되는 파장 변환 물질을 포함하는 것을 제외하고는 제3 파장 변환층(WCL3)은 제1 파장 변환층(WCL1)과 실질적으로 동일한 물질로 이루어질 수 있다.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치(102)의 단면도이다. 설명의 편의상 상술한 도면에 도시된 구성 요소와 실질적으로 동일한 구성 요소에 대한 설명은 생략하도록 한다.
도 19를 참조하면, 액정 표시 장치(102)는 제1 선택적 광 투과 필터(SF1), 제2 선택적 광 투과 필터(SF2), 및 제3 선택적 광 투과 필터(SF3)를 포함할 수 있다.
제1 선택적 광 투과 필터(SF1)는 제1 화소 영역(PA1) 상의 제1 파장 변환층(WCL1)과 중첩되고, 제2 광의 진행 경로 상에 위치할 수 있다. 제1 선택적 광 투과 필터(SF1)는 제1 광을 반사하고, 제2 광만 투과할 수 있다. 여기에서, 제1 광은 자외선이고 제2 광은 적색 광일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 제1 선택적 광 투과 필터(SF1)는 굴절률이 서로 다른 두 개의 절연층(110)이 교대로 적층되어 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 선택적 광 투과 필터(SF2)는 제2 화소 영역(PA2) 상의 제2 파장 변환층(WCL2)과 중첩되고, 제3 광의 진행 경로 상에 위치할 수 있다. 제2 선택적 광 투과 필터(SF2)는 제1 광을 반사하고, 제3 광만 투과할 수 있다. 여기에서, 제1 광은 자외선이고 제3 광은 녹색 광일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 제2 선택적 광 투과 필터(SF2)는 굴절률이 서로 다른 두 개의 절연층(110)이 교대로 적층되어 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
제3 선택적 광 투과 필터(SF3)는 제3 화소 영역(PA3) 상의 제3 파장 변환층(WCL3)과 중첩되고, 제4 광의 진행 경로 상에 위치할 수 있다. 제3 선택적 광 투과 필터(SF3)는 제1 광을 반사하고, 제4 광만 투과할 수 있다. 여기에서, 제1 광은 자외선이고 제4 광은 청색 광일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 제3 선택적 광 투과 필터(SF3)는 굴절률이 서로 다른 두 개의 절연층(110)이 교대로 적층되어 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
이상에서 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
GL: 게이트 라인 GP: 게이트 패드
GPE: 게이트 패드 전극 DL: 데이터 라인
DP: 데이터 패드 DPE: 데이터 패드 전극
SM: 반도체층 GE: 게이트 전극
SE: 소스 전극 DE: 드레인 전극
TFT: 박막 트랜지스터 PA1: 제1 화소 영역
PA2: 제2 화소 영역 PA3: 제3 화소 영역
PE1: 제1 화소 전극 PE2: 제2 화소 전극
PE3: 제3 화소 전극 CE: 공통 전극
BM: 블랙 매트릭스 CV: 캐비티
OS1: 제1 광학 셔터 OS2: 제2 광학 셔터
OS3: 제3 광학 셔터 LC: 액정 분자
DD: 이색성 염료 GIL: 게이트 절연막
WCL1: 제1 파장 변환층 WCL2: 제2 파장 변환층
WCL3: 제3 파장 변환층 TL1: 제1 투명층
TL2: 제2 투명층 SF: 선택적 광 투과 필터
SF1: 제1 선택적 광 투과 필터 SF2: 제2 선택적 광 투과 필터
SF3: 제3 선택적 광 투과 필터 LS, LS': 광원
SCR: 희생층 EN: 액정 주입구
100, 101, 102: 액정 표시 장치 105: 기판
110: 절연층 115: 제1 보호층
120: 제2 보호층 125: 덮개층
125a: 측벽 125b: 루프
130: 제3 보호층 135: 배향막
140: 실링막 145: 평탄화층

Claims (20)

  1. 제1 파장의 제1 광을 제공하는 광원;
    상기 제1 광을 제공받아 상기 제1 파장보다 긴 제2 파장을 가지는 제2 광을 출사하는 제1 파장 변환층;
    상기 제1 파장 변환층과 중첩하고, 상기 제1 광 또는 상기 제2 광의 투과율을 조절하며, 액정 분자 및 이색성 염료를 포함하는 제1 광학 셔터;
    상기 제2 광의 진행 경로 상에 위치하며, 상기 제1 광을 반사하고 상기 제2 광은 투과하는 제1 선택적 광 투과 필터;
    상기 제1 파장 변환층과 동일한 층에 위치하고, 상기 제1 광을 제공받아 상기 제1 파장보다 길고 상기 제2 파장과 상이한 제3 파장을 가지는 제3 광을 출사하는 제2 파장 변환층;
    상기 제2 파장 변환층과 중첩하고, 상기 제1 광 또는 상기 제3 광의 투과율을 조절하며, 상기 제1 광학 셔터와 실질적으로 동일한 물질로 이루어지는 제2 광학 셔터;
    상기 제3 광의 진행 경로 상에 위치하며, 상기 제1 광을 반사하고 상기 제3 광은 투과하는 제2 선택적 광 투과 필터; 및
    상기 제1 파장 변환층과 상기 제2 파장 변환층 사이에 배치되는 블랙 매트릭스를 포함하며,
    상기 블랙 매트릭스는 상기 제1 선택적 광 투과 필터 및 상기 제2 선택적 광 투과 필터와 각각 적어도 부분적으로 중첩하는 액정 표시 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 파장 변환층은 양자점 또는 형광체를 포함하는 액정 표시 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 광학 셔터를 사이에 두고 서로 대향하는 화소 전극 및 공통 전극을 더 포함하되,
    상기 제1 광학 셔터의 광 투과율은 상기 화소 전극 및 상기 공통 전극 사이의 전압차에 따라 변화되는 액정 표시 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 파장 변환층 및 상기 제2 파장 변환층과 동일한 층에 위치하고, 투명한 물질로 이루어지는 투명층; 및
    상기 투명층과 중첩하고, 상기 제1 광의 투과율을 조절하며, 상기 제1 광학 셔터와 실질적으로 동일한 물질로 이루어지는 제3 광학 셔터를 더 포함하는 액정 표시 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제2 광 및 상기 제3 광의 진행 경로 상에 위치하며, 상기 제1 광을 반사하고 상기 제2 광 및 상기 제3 광은 투과하는 장파장 투과 필터를 더 포함하되,
    상기 투명층과 중첩한 영역에는 상기 장파장 투과 필터가 위치하지 않는 액정 표시 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 파장 변환층 및 상기 제2 파장 변환층과 동일한 층에 위치하고, 상기 제1 광을 제공받아 상기 제1 파장보다 길고 상기 제2 파장 및 상기 제3 파장과 상이한 제4 파장을 가지는 제4 광을 출사하는 제3 파장 변환층; 및
    상기 제3 파장 변환층과 중첩하고, 상기 제1 광 또는 상기 제4 광의 투과율을 조절하며, 상기 제1 광학 셔터와 실질적으로 동일한 물질로 이루어지는 제3 광학 셔터를 더 포함하는 액정 표시 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제4 광의 진행 경로 상에 위치하며, 상기 제1 광을 반사하고 상기 제4 광은 투과하는 제3 선택적 광 투과 필터를 더 포함하는 액정 표시 장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 광원은 자외선 또는 청색 광을 제공하는 액정 표시 장치.
  12. 기판 상에 정의되는 제1 화소 영역 및 상기 제1 화소 영역과 상이한 제2 화소 영역;
    상기 제1 화소 영역 상에 위치하고, 상기 제1 화소 영역으로 입사되는 광의 색을 제1 색으로 변환하는 양자점 또는 형광체를 포함하는 제1 파장 변환층;
    상기 제1 파장 변환층과 중첩하고, 액정 분자 및 이색성 염료를 포함하는 제1 광학 셔터;
    상기 제2 화소 영역 상에 위치하고, 상기 제2 화소 영역으로 입사되는 광의 색을 상기 제1 색과 상이한 제2 색으로 변환하는 양자점 또는 형광체를 포함하는 제2 파장 변환층;
    상기 제2 파장 변환층과 중첩하고, 상기 제1 광학 셔터와 실질적으로 동일한 물질로 이루어지는 제2 광학 셔터;
    상기 기판과 상기 제1 파장 변환층 사이 및 상기 기판과 상기 제2 파장 변환층 사이에 위치하고, 상기 제1 색 및 상기 제2 색의 광과 상이한 제3 색의 광을 반사하고 상기 제1 색의 광 및 상기 제2 색의 광은 투과시키는 선택적 광 투과 필터; 및
    상기 제1 파장 변환층과 상기 제2 파장 변환층 사이에 배치되는 블랙 매트릭스를 포함하며,
    상기 블랙 매트릭스는 상기 선택적 광 투과 필터와 각각 적어도 부분적으로 중첩하는 액정 표시 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 제1 광학 셔터의 일측에 위치하는 화소 전극; 및
    상기 제1 광학 셔터의 타측에 위치하고, 상기 화소 전극과 절연되며, 상기 화소 전극과의 사이에 캐비티를 정의하는 공통 전극을 더 포함하되,
    상기 제1 광학 셔터는 상기 캐비티 내에 위치하는 액정 표시 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 공통 전극을 커버하며, 상기 캐비티를 밀폐하는 덮개층을 더 포함하는 액정 표시 장치.
  15. 삭제
  16. 제 12항에 있어서,
    상기 기판 상에 정의되고, 상기 제1 화소 영역 및 상기 제2 화소 영역과 상이한 제3 화소 영역;
    상기 제3 화소 영역 상에 위치하고, 투명한 물질로 이루어지는 투명층; 및
    상기 투명층과 중첩하고, 상기 제1 광학 셔터와 실질적으로 동일한 물질로 이루어지는 제3 광학 셔터를 더 포함하는 액정 표시 장치.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 선택적 광 투과 필터는 상기 제3 화소 영역 상에는 위치하지 않는 액정 표시 장치.
  18. 기판 상에 정의된 제1 화소 영역 상에 상기 제1 화소 영역으로 입사되는 광의 색을 제1 색으로 변환하는 양자점 또는 형광체를 포함하는 제1 파장 변환층을 형성하고, 상기 제1 화소 영역과 상이한 제2 화소 영역 상에 제2 화소 영역으로 입사되는 광의 색을 상기 제1 색과 상이한 제2 색으로 변환하는 양자점 또는 형광체를 포함하는 제2 파장 변환층을 형성하는 단계;
    상기 제1 파장 변환층과 상기 제2 파장 변환층 사이에 블랙 매트릭스를 형성하는 단계;
    상기 제1 파장 변환층과 중첩하고 액정 분자 및 이색성 염료를 포함하는 제1 광학 셔터를 형성하고, 상기 제2 파장 변환층과 중첩하고 상기 제1 광학 셔터와 실질적으로 동일한 물질로 이루어지는 제2 광학 셔터를 형성하는 단계; 및
    상기 기판과 상기 제1 파장 변환층 사이 및 상기 기판과 상기 제2 파장 변환층 사이에 상기 제1 색 및 상기 제2 색의 광과 상이한 제3 색의 광을 반사하고 상기 제1 색의 광 및 상기 제2 색의 광은 투과시키는 선택적 광 투과 필터를 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 블랙 매트릭스는 상기 선택적 광 투과 필터와 각각 적어도 부분적으로 중첩하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 파장 변환층을 형성하는 단계 후에,
    상기 파장 변환층 상에 화소 전극을 형성하는 단계;
    상기 화소 전극 상에 희생층을 형성하는 단계;
    상기 희생층 상에 공통 전극을 형성하는 단계;
    상기 공통 전극 상에 상기 공통 전극을 커버하는 덮개층을 형성하는 단계; 및
    상기 희생층을 제거하여 상기 화소 전극과 상기 공통 전극 사이에 캐비티를 형성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 광학 셔터는 상기 캐비티 내에 위치하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  20. 삭제
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