KR102223421B1 - 표시장치 - Google Patents

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Abstract

제1 기판; 상기 제1 기판과 마주보는 제2 기판; 상기 제1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 개재된 광량 조절층; 및 상기 제1 기판 아래에 배치된 백라이트부;를 포함하고, 상기 제 2 기판은 복수의 화소 영역에 각각 배치되는 복수의 색 변환층을 포함하고, 상기 색 변환층은 격벽; 및 상기 격벽에 의해 정의되는 영역에 배치된 형광체를 포함하고, 상기 색 변환층은 상기 제2 기판과 상기 형광체 사이에 에어층을 구비하는 표시장치를 제공한다.

Description

표시장치{Display device}
본 발명은 표시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 광 추출 효율을 높이는 에어층을 구비하는 색 변환층을 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치(Liquid Crystal Display : LCD)는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치(Flat Panel Display : FPD) 중 하나로서, 전극이 형성되어 있는 두 장의 기판과 그 사이에 삽입되어 있는 액정층으로 이루어져, 전극에 전압을 인가하여 액정층의 액정 분자들을 재배열시킴으로써 투과되는 빛의 양을 조절하는 표시 장치이다.
액정 표시 장치는 컬러 필터 대신 형광체를 포함하는 색 변환층을 이용하여 색을 표시할 수 있다. 형광체를 포함하는 색 변환층을 상부 기판에 적용할 경우, 액정 표시 장치의 광시야각이 개선되고 고색 재현이 가능한 장점이 있지만, 광 추출 효율이 낮아지는 단점이 있다.
색 변환층 내부에서 변환된 광은 색 변환층 내부의 레진 등에서 트랩(Trap)되거나, 외부 공기와 상부 기판의 경계면에서 일어나는 전반사로 인하여 상부 기판 내부를 빠져나가지 못하게 되는 경우가 발생한다. 이는 결과적으로 광 추출 효율이 낮아지는 원인이 된다.
따라서, 색 변환층을 배치한 표시장치의 광 추출 효율을 높이는 구성이 필요하다.
본 발명은 에어층을 구비하는 색 변환층을 포함하는 표시 장치를 제안하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 제1 기판; 상기 제1 기판과 마주보는 제2 기판; 상기 제1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 개재된 광량 조절층; 및 상기 제1 기판 아래에 배치된 백라이트부;를 포함하고, 상기 제 2 기판은 복수의 화소 영역에 각각 배치되는 복수의 색 변환층을 포함하고, 상기 색 변환층은 격벽; 및 상기 격벽에 의해 정의되는 영역에 배치된 형광체를 포함하고, 상기 색 변환층은 상기 제2 기판과 상기 형광체 사이에 에어층을 구비하는 표시장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 색 변환층은 상기 제2 기판의 하면에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 격벽은 외측에 광을 반사시키는 반사면을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 색 변환층은 상기 에어층에 배치된 패턴을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 색 변환층 아래에 배치된 반사 필터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 격벽에 의해 정의되는 영역을 둘 이상의 영역으로 분할하는 서브 격벽을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 형광체는 산란 입자를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 형광체는 적색 형광체, 녹색 형광체 및 청색 형광체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 형광체는 퀀텀 도트(quantum dot) 입자를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 기판 상에 배치된 편광판을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 기판 상에 배치된 편광판을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 제1 기판; 상기 제1 기판과 마주보는 제2 기판; 상기 제1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 개재된 광량 조절층; 상기 제2 기판과 마주보는 제3 기판; 및 상기 제1 기판 아래에 배치된 백라이트부;를 포함하고, 상기 제3 기판은 복수의 화소 영역에 각각 배치되는 복수의 색 변환층을 포함하고, 상기 색 변환층은 격벽; 및 상기 격벽에 의해 정의되는 영역에 배치된 형광체를 포함하고, 상기 색 변환층은 상기 제3 기판과 상기 형광체 사이에 에어층을 구비하는 표시장치를 제공한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 색 변환층은 상기 제3 기판의 하면에 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 색 변환층은 상기 에어층에 배치된 패턴을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 색 변환층 아래에 배치된 반사 필터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 격벽에 의해 정의되는 영역을 둘 이상의 영역으로 분할하는 서브 격벽을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 격벽은 외측에 광을 반사시키는 반사면을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 형광체는 산란 입자를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예는 제1 기판; 상기 제1 기판과 마주보는 제2 기판; 상기 제1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 개재된 광량 조절층; 및 상기 제1 기판 아래에 배치된 백라이트부;를 포함하고, 상기 제 2 기판은 복수의 화소 영역에 각각 배치되는 복수의 색 변환층을 포함하고, 상기 색 변환층은 격벽; 및 상기 격벽에 의해 정의되는 영역에 배치된 형광체를 포함하고, 상기 색 변환층은 상기 제2 기판과 상기 형광체 사이에 저굴절률층을 구비하는 표시장치를 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 저굴절률층은 에어로겔(Aerogel)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치는, 외부 공기와 상부 기판의 경계면에서 반사되어 상부 기판 내부에 구속되는 광을 줄여주고, 외부 광 추출 효율을 증가시킨다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 표시장치의 분해 사시도이다.
도 2 는 도 1의 표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 2의 표시장치의 한 화소를 나타낸 단면도이다.
도 4는 에어층을 통과한 광이 외부로 추출되는 상황을 나타낸 단면도이다.
도 5는 에어층 적용에 따른 광 추출 효율을 나타낸 그래프이다.
도 6a 내지 6d는 에어층을 구비하는 색 변환층의 제조방법을 나타낸 단면도이다.
도 7a 내지 7d는 에어층을 구비하는 색 변환층의 다른 제조방법을 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예 2에 따른 표시장치의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예 3에 따른 표시장치의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 실시예 4에 따른 표시장치의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 실시예 5에 따른 표시장치의 단면도이다.
도 12는 본 발명의 실시예 6에 따른 표시장치의 분해 사시도이다.
도 13은 도 12의 표시장치를 개략적으로 나타낸 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. 따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 공정 단계들, 잘 알려진 소자 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 실시예 1에 따른 표시장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 표시장치의 분해 사시도이다. 도 2 는 도 1의 표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 3은 도 2의 표시장치의 한 화소를 나타낸 단면도이다. 도 4는 에어층을 통과한 광이 외부로 추출되는 상황을 나타낸 단면도이다. 도 5는 에어층 적용에 따른 광 추출 효율을 나타낸 그래프이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 표시장치는 제1 기판(110), 제1 기판(110) 상에 배치된 광량 조절층(130), 광량 조절층(130) 상에 배치되며, 제1 기판(110)과 마주보는 제2 기판(120), 제1 기판(110) 아래에 배치된 백라이트부(400), 제1 기판(110) 아래에 배치된 제1 편광판(10) 및 제2 기판(120) 상에 배치된 제2 편광판(20)을 포함한다.
제2 기판(120)은 복수의 화소 영역에 각각 배치되는 복수의 색 변환층(200)을 포함한다.
제1 기판(110) 및 제2 기판(120)은 투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 이루어진다.
제1 기판(110)과 제2 기판(120) 사이에 광량 조절층(130) 및 복수의 색 변환층(200)이 배치된다. 광량 조절층(130) 상에 색 변환층(200)이 배치된다.
표시장치는 제1 기판(110), 제2 기판(120), 광량 조절층(130) 및 복수의 색 변환층(200)의 수직한 방향에 대응하는 복수의 화소를 포함한다. 복수의 화소는 평면 상에서 매트릭스 형태로 배치될 수 있다.
제1 기판(110)의 아래에 백라이트부(400)가 배치된다. 백라이트부(400)는 광원(410) 및 도광판(420)을 포함한다. 백라이트부(400)는 자외선, 근자외선(rear ultraviolet), 또는 청색광을 조사할 수 있다.
제1 기판(110)과 제2 기판(120)이 서로 마주보는 면의 반대편 측에 각각 제1 편광판(10)과 제2 편광판(20)이 배치된다. 즉, 제1 기판(110)의 외측에 제1 편광판(10)이 부착되고, 제2 기판(120)의 외측에 제2 편광판(20)이 부착될 수 있다. 제1 편광판(10)의 투과축은 제2 편광판(20)의 투과축과 실질적으로 직교한다.
광량 조절층(300)은 복수의 액정 분자(31)를 포함할 수 있다. 광량 조절층(300)은 복수의 화소 경계를 구분하는 차광 부재(132)를 포함할 수 있다.
복수의 색 변환층(200)은 복수의 화소 영역을 구분하는 격벽(220)과 격벽(220)에 의해 정의되는 복수의 화소 영역에 배치된 복수의 형광체(210R, 210G, 210B)를 포함한다.
복수의 색 변환층(200)은 각각 제1 색 화소, 제2 색 화소 및 제3 색 화소 등으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 제1 색 화소는 적색 화소이고, 제2 색 화소는 녹색 화소이며, 제3 색 화소는 청색 화소로 이루어질 수 있다. 적색 화소는 적색 형광체(210R)을 포함하고, 녹색 화소는 녹색 형광체(210G)를 포함하고, 청색 화소(210B)는 청색 형광체(210B)를 포함한다.
색 변환층(200)의 적색 화소를 통과한 광은 적색을 나타내고, 녹색 화소를 통과한 광은 녹색을 나타내며, 청색 화소를 통과한 광은 청색을 나타낸다.
색 변환층(200)은 형광체(210R, 210G, 210B)를 포함하는 수지(resin)로 이루어질 수 있다. 형광체는 빛, 방사선 등의 조사로 형광을 발하는 물질로써, 조사되는 광의 색에 관계 없이 형광체 고유의 색을 가진 광이 방출된다. 또한, 조사되는 광의 방향에 관계없이 전 영역으로 광이 방출된다.
한편, 도시하지는 않았지만, 색 변환층(200)은 상기에서 언급한 색 이외에 다른 색을 갖는 형광체를 포함할 수 있고, 형광체는 제4 색의 빛을 산란할 수 있다.
색 변환층(200)의 형광체(210R, 210G, 210B)는 퀀텀 도트 입자를 포함할 수 있다.
퀀텀 도트 입자는 광의 파장을 변환하여 원하는 특정 광을 방출할 수 있도록 하는 파장변환 입자이다. 퀀텀 도트 입자는 그 크기에 따라 변환할 수 있는 파장이 다르다. 따라서, 퀀텀 도트의 직경을 조절하면 원하는 색상의 광을 방출할 수 있다.
퀀텀 도트 입자는 일반적인 형광 염료에 비해 흡광계수(extinction coefficient)가 100~1000배 크고 양자효율(quantum yield)도 높으므로 매우 센 형광을 발생한다.
특히, 퀀텀 도트 입자는 짧은 파장의 빛을 받아 시프트(shift)시켜 더 긴 파장으로 파장대를 변환시킬 수 있다.
퀀텀 도트 입자는 코어 나노 결정 및 코어 나노 결정을 둘러싸는 껍질 나노 결정을 포함할 수 있다. 또한, 퀀텀 도트 입자는 껍질 나노 결정에 결합되는 유기 리간드를 포함할 수 있다. 또한, 퀀텀 도트 입자는 껍질 나노 결정을 둘러싸는 유기 코팅층을 포함할 수 있다.
껍질 나노 결정은 두 층 이상으로 형성될 수 있다. 껍질 나노 결정은 코어 나노 결정의 표면에 형성된다. 퀀텀 도트 입자는 코어 나노 결정으로 입광되는 빛의 파장을 껍질층을 형성하는 껍질 나노 결정을 통해서 파장을 길게 변환시키고 빛의 효율을 증가시길 수 있다.
퀀텀 도트 입자는 Ⅱ족 화합물 반도체, Ⅲ족 화합물 반도체, Ⅴ족 화합물 반도체 그리고 VI족 화합물 반도체 중에서 적어도 한가지 물질을 포함할 수 있다. 보다 상세하게, 코어 나노 결정은 PbSe, InAs, PbS, CdSe, InGaP, CdTe, CdS, ZnSe, ZnTe, ZnS, HgTe 또는 HgS를 포함할 수 있다. 또한, 껍질 나노 결정은 CuZnS, CdSe, CdTe, CdS, ZnSe, ZnTe, ZnS, HgTe 또는 HgS를 포함할 수 있다.
예를 들면, 코어 나노 결정이 CdSe를 포함하고, 퀀텀 도트 입자의 직경이 1 nm 내지 3 nm 일 때, 청색광을 발생시킬 수 있다. 또한, 퀀텀 도트 입자의 직경이 3 nm 내지 5 nm 일 경우, 녹색광을 발생시킬 수 있으며, 퀀텀 도트 입자의 직경이 7 nm 내지 10 nm 일 경우, 적색광을 발생시킬 수 있다.
퀀텀 도트 입자에서 방출되는 빛의 파장은 퀀텀 도트 입자의 크기 또는 합성 과정에서의 분자 클러스터 화합물(molecular cluster compound)와 나노입자 전구체 (precurser)의 몰분율 (molar ratio)에 따라 조절이 가능하다. 유기 리간드는 피리딘(pyridine), 메르캅토 알콜(mercapto alcohol), 티올(thiol), 포스핀(phosphine) 및 포스핀 산화물(phosphine oxide) 등을 포함할 수 있다. 유기 리간드는 합성 후 불안정한 퀀텀 도트 입자를 안정화시키는 역할을 한다. 합성 후에 댕글링 본드(dangling bond)가 외곽에 형성되며, 댕글링 본드 때문에, 퀀텀 도트 입자가 불안정해 질 수도 있다. 그러나, 유기 리간드의 한 쪽 끝은 비결합 상태이고, 비결합된 유기 리간드의 한 쪽 끝이 댕글링 본드와 결합해서, 퀀텀 도트 입자를 안정화 시킬 수 있다.
퀀텀 도트 입자는 화학적 습식방법에 의해 합성될 수 있다. 여기에서, 화학적 습식방법은 유기용매에 전구체 물질을 넣어 입자를 성장시키는 방법으로서, 화학적 습식방법에 의해서, 퀀텀 도트 입자가 합성될 수 있다.
기존의 표시장치는 외부 공기와 제2 기판(120)의 경계면에서 전반사가 일어나서 전체 광 중 10% 내외의 광이 외부로 추출된다. 즉, 경계면에서 전반사된 광이 제2 기판(120) 내부에 트랩(Trap)되어 외부로 나가지 못하게 된다. 이는 광 추출 효율을 낮아지게 되는 원인이 된다.
따라서, 표시장치의 광 추출 효율을 높이기 위해 복수의 색 변환층(200)은 제2 기판(120)과 형광체 사이에 에어층(230)을 구비하고, 복수의 색 변환층(200)에 배치된 격벽(220)은 외측에 광 반사면을 갖고, 복수의 색 변환층(200)은 상기에서 설명한 바와 같이 퀀텀 도트 입자를 포함하거나 산란 입자를 포함한다. 산란 입자는 산화 티타늄(TiO2)으로 이루어질 수 있다.
도 4 를 참조하면, 색 변환층(200)이 에어층(230), 반사 기능을 갖는 격벽(220) 및 산란 입자를 포함함에 따라 광 추출 효율이 상승하는 이유는 다음과 같다.
도 4에 도시된 바와 같이, 산란 입자 및 반사 기능을 갖는 격벽(220)에 의해 에어층(230) 내부에서 광이 여러 방향으로 산란되면서 재활용(Recycling)되기 때문이다. 에어층(230) 내부에서 광을 산란시킴에 따라 제2 기판(120)으로 입사되는 광의 출광량이 늘어나게 되고, 외부 광 추출 효율이 높아진다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 에어층(230)은 광을 제2 기판(120)과 외부 공기의 경계면 방향으로 집광시키는 역할을 한다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 에어층(230)에 의하여 집광된 광은 직진성이 향상되고, 에어층(230)을 통과하는 광은 기존에 비해 외부 공기와 제2 기판(120)의 경계면에서 전반사가 일어날 확률이 줄어든다.
에어층(230)을 통과한 광의 전반사 확률이 낮아지는 이유는 기존에 비해 외부 공기와 제2 기판(120)의 경계면으로 입사되는 광의 입사각이 작아지고, 스넬의 법칙(Snell’s Law)에 따라 광의 입사각이 작아질수록 전반사는 일어나지 않게 되기 때문이다.
종합하면, 색 변환층(200)이 반사 기능을 갖는 격벽, 산란 입자를 포함하는 형광체 및 에어층을 가짐에 따라 광 추출 효율이 높아진다. 이는 에어층(230) 내부에서 산란되는 광이 많아짐에 따라 제2 기판(120)으로 입사되는 광이 늘어나고, 제2 기판(120)와 외부 공기의 경계면에서 전반사되는 광이 줄어들기 때문이다.
도 5를 참조하면, 에어층(230)을 색 변환층(200)에 적용함에 따라 광 추출 효율이 올라감을 알 수 있다. 도 5의 그래프는 X 축이 형광체 내부에 배치된 산란 입자의 농도이고, Y 축이 광 추출 효율이다. a는 에어층이 적용되지 않은 경우이고, b는 형광체를 담는 레진 내부에 공기를 일부 삽입한 경우이고, c는 에어층(230)을 적용한 경우이다. 그래프에서 보는 바와 같이, 같은 산란 입자 농도에서 에어층(230)을 적용한 경우가 가장 광 추출 효율이 높다.
하기에서 도 3을 참조하여 표시장치의 한 화소에 대하여 상세히 설명한다.
표시장치는 서로 마주하는 하부 표시판(30)과 상부 표시판(40), 이들 두 표시판(30, 40) 사이에 들어 있는 광량 조절층(130)을 포함한다. 도 3의 설명에서 광량 조절층(130)은 액정층을 일 예로 설명한다.
먼저, 하부 표시판(30)에 대하여 설명한다.
제1 기판(110)상에 일방향으로 게이트선 및 유지 전극선(112)이 배치된다. 제 1 기판(110)은 투명한 유리 또는 플라스틱으로 만들어질 수 있다.
게이트선은 주로 가로 방향으로 뻗어 있으며 게이트 신호를 전달한다. 게이트 전극(111)이 게이트선으로부터 돌출되어 있다.
유지 전극선(112)은 게이트선과 동일한 방향으로 연장되어 있고, 유지 전극선(112)에 일정한 전압이 인가된다. 유지 전극(113)이 유지 전극선(112)으로부터 돌출되어 있다.
게이트선, 유지 전극선(112), 게이트 전극(111), 유지 전극(113) 위에 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다. 게이트 절연막(140)은 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산화물(SiOx) 등과 같은 무기 절연 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 게이트 절연막(140)은 단일막 또는 다중막으로 이루어질 수 있다.
게이트 절연막(140) 위에 반도체층(150)이 형성되어 있다. 반도체층(150)은 게이트 전극(111)의 위에 위치할 수 있다.
반도체층(150)은 비정질 실리콘(amorphous silicon), 다결정 실리콘(polycrystalline silicon), 금속 산화물(metal oxide) 등으로 이루어질 수 있다.
반도체층(150) 위에 각각 저항성 접촉 부재(ohmic contact)(도시하지 않음)가 더 형성될 수 있다.
반도체층(150) 및 게이트 절연막(140) 위에 데이터선, 소스 전극(170), 드레인 전극(171)이 형성되어 있다.
반도체층(150)은 게이트 전극(111) 위에 형성될 뿐만 아니라 데이터선 아래에도 형성될 수 있다.
데이터선은 데이터 전압을 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선과 교차한다.
소스 전극은 데이터선으로부터 게이트 전극(111) 위로 돌출되어 형성되어 있다. 소스 전극(170)은 게이트 전극(111) 위에서 C자형으로 구부러진 형태를 가질 수 있다.
드레인 전극(171)은 게이트 전극(111) 위에서 소스 전극(170)과 이격되도록 형성되어 있다. 서로 이격되도록 형성된 소스 전극(170)과 드레인 전극(171) 사이로 노출된 부분의 반도체층(150)에 채널이 형성되어 있다.
상기에서 설명한 게이트 전극(111), 반도체층(150), 소스 전극(170), 및 드레인 전극(171)은 스위칭 소자를 이룬다.
데이터선, 소스 전극(170), 드레인 전극(171), 및 소스 전극(170)과 드레인 전극(171) 사이로 노출되어 있는 반도체층(150) 위에 제 1 보호막(180p)이 형성되어 있다. 제 1 보호막(180p)은 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산화물(SiOx) 등과 같은 무기 절연 물질로 이루어질 수 있다.
제 1 보호막(180p) 위에 평탄화층(160)이 위치한다. 평탄화층(160)은 아크릴계 수지(polyacrylates resin), 에폭시 수지(epoxy resin), 페놀 수지(phenolicresin), 폴리아미드계 수지(polyamides resin), 폴리이미드계 수지(polyimides rein), 불포화 폴리에스테르계수지(unsaturated polyesters resin), 폴리페닐렌계 수지(poly(phenylenethers) resin), 폴리페닐렌설파이드계 수지(poly(phenylenesulfides) resin), 및 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene, BCB) 으로 이루어진 그룹 중 선택된 적어도 하나로 만들어질 수 있다.
평탄화층(160) 위에 제 2 보호막(180q)이 더 형성되어 있다. 제 2 보호막(180q)은 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산화물(SiOx) 등과 같은 무기 절연 물질로 이루어질 수 있다. 제 2 보호막(180q)은 평탄화층(160)이 들뜨는 것을 방지하고 평탄화층(160)으로부터 유입되는 유기물에 의한 액정층(300)의 오염을 억제하여 화면 구동 시 초래할 수 있는 잔상과 같은 불량을 방지한다.
제 1 보호막(180p), 평탄화막(160), 및 제 2 보호막(180q)에 드레인 전극(171)을 드러내는 접촉 구멍(182)이 형성되어 있다.
제 1 보호막(180q) 위에는 제1 전극(191)이 형성되어 있다. 제1 전극(191)은 접촉 구멍(182)을 통해 드레인 전극(171)과 연결된다. 제1 전극(191)은 드레인 전극(171)으로부터 데이터 전압을 인가 받는다.
데이터 전압이 인가된 제1 전극(191)은 이후 설명하게 될 상부 표시판(40)의 제2 전극(270)과 함께 전기장을 생성함으로써, 두 전극(191, 270) 사이의 액정층(130)의 액정 분자(131)의 방향을 결정한다. 이와 같이 결정된 액정 분자(131)의 방향에 따라 액정층(130)을 통과하는 빛의 휘도가 달라진다.
제1 전극(191)과 제2 전극(270)은 그 사이의 액정층(130)과 함께 액정 축전기를 이루어 박막 트랜지스터가 턴 오프된 후에도 인가된 전압을 유지한다.
제1 전극(191)은 유지 전극(113)을 비롯한 유지 전극선(112)과 중첩하여 유지 축전기를 이룰 수 있고, 유지 축전기는 액정 축전기의 전압 유지 능력을 강화시킬 수 있다.
제1 전극(191) 위에 제1 배향막(11)이 형성되어 있다. 제1 배향막(11)은 수직 배향막일 수 있고, 광중합 물질을 이용하여 광배향된 배향막일 수 있다.
다음으로 상부 표시판(40)에 대하여 설명한다.
제2 기판(120) 위에 제2 전극(270)이 형성되어 있다. 제2 전극(270)은 인듐-주석 산화물(ITO, Indium Tin Oxide), 인듐-아연 산화물(IZO, Indium Zinc Oxide) 등과 같은 투명한 금속 물질로 이루어질 수 있다. 제2 전극(270)에 일정한 전압이 인가될 수 있고, 제1 전극(191)과 제2 전극(270) 사이에 전계가 형성될 수 있다.
제2 전극(270) 위에 제2 배향막(21)이 형성되어 있다. 제2 배향막(21)은 수직 배향막일 수 있고, 광중합 물질을 이용하여 광배향된 배향막일 수 있다.
하기에서 도 6a 내지 6d를 참조하여 본 발명의 표시장치의 제조 방법을 설명한다.
도 6a 및 도6b를 참조하면, 제2 기판(120) 상에 격벽(220)을 형성한다. 도6b는 현미경으로 확대한 실제 격벽(220)의 모습을 보여준다.
도 6c 및 도 6d를 참조하면, 형광체(210R, 210G, 210B)와 격벽(220) 또는 형광체(210R, 210G, 210B)와 제2 기판(120) 표면의 습윤성(Wettability)을 조절하여 에어층(230)을 형성한다. 즉, 형광체(210R, 210G, 210B)와 격벽(220) 또는 형광체(210R, 210G, 210B)와 제2 기판(120) 표면의 습윤성이 서로 차이나게 될 경우, 형광체(210R, 210G, 210B)는 제2 기판(120) 표면과 격벽(220)의 일부에서 완벽히 충진되지 않고 공극이 생긴다. 공극은 에어층(230)이 된다. 도 6d에 도시된 바와 같이, 현미경으로 확대할 경우, 형광체(210R, 210G, 210B)와 제2 기판(120) 사이에 에어층(230)이 형성됨을 확인할 수 있다.
한편, 형광체(210R, 210G, 210B)와 격벽(220)의 습윤성이 서로 달라질 수 있도록 격벽(220)의 표면 에너지를 높여준다. 또한, 형광체(210R, 210G, 210B)와 제2 기판(120) 표면의 습윤성이 서로 달라질 수 있도록 제2 기판(120)의 표면 에너지를 높여준다. 즉, 형광체(210R, 210G, 210B)와 격벽(220), 또는 형광체(210R, 210G, 210B)와 제2 기판(120)의 표면 에너지가 차이 날수록 서로 습윤성도 차이가 날 수 있다.
하기에서 도 7a 내지 7d를 참조하여 본 발명의 표시장치의 다른 제조 방법을 설명한다.
도 7a 내지 도7d를 참조하면, 제2 기판(120) 상에 격벽(220)을 형성한다. 격벽(220)에 의해 정의된 영역에 희생층(50)을 형성한다. 희생층(50)은 포토 레지스트 물질로 형성할 수 있다. 희생층(50) 상에 형광체(210R, 210G, 210B)를 형성한다. 형광체(210R, 210G, 210B)를 형성할 때 희생층(50)을 일부 노출시켜 형성한다. 일부 노출된 부위로 식각액을 희생층(50)에 주입하여 희생층(50)을 제거한다. 희생층(50)이 제거됨에 따라 에어층(230)이 형성된다. 한편, 희생층(50)을 특정 온도 도달 시 기화되는 물질로 형성한 뒤, 제거하는 공정을 선택할 수 있다.
하기에서 도 8 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 실시예 2 내지 5를 설명한다.
도 8은 본 발명의 실시예 2에 따른 표시장치의 단면도이다. 도 9는 본 발명의 실시예 3에 따른 표시장치의 단면도이다. 도 10은 본 발명의 실시예 4에 따른 표시장치의 단면도이다. 도 11은 본 발명의 실시예 5에 따른 표시장치의 단면도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예 2에 따른 표시장치는 에어층 대신 저굴절층(240)을 포함한다. 에어층은 제2 기판(120)이나 형광체보다 작은 굴절율을 갖는 매질에 해당하므로, 에어층과 유사한 효과를 가질 수 있는 저굴절률층(240)을 배치할 수 있다.
저굴절률층(240)은 에어로겔(Aerogel)을 포함한다. 에어로겔은 1.007 내지 1.05 범위의 굴절률을 갖는다. 즉, 에어로겔은 공기와 거의 유사한 굴절률을 갖는다. 따라서, 저굴절률층(240)은 에어층과 실질적으로 동일한 효과를 갖는다.
에어로겔은 머리카락 1만분의 1 굵기인 SiO2 나노구조체가 극히 성글게 얽혀 이루어진 구조로, 나노구조체에 들어 있는 공기 분자들이 전체 부피의 90% 이상을 차지한다. 에어로겔은 고다공성 망목구조를 형성하는 습윤겔 제조공정과 나노기공구조를 유지한 채로, 기공 사이를 채우고 있는 액체를 기체로 교환하는 건조공정을 거쳐 제조된다. 전자로는 졸-겔공정을, 후자로는 초임계(또는 상압) 건조공정을 사용하는 것이 가장 일반적인 방법이다. 에어로겔은 Si, Ti, Zr, Ce, Sn, Al을 포함한 금속 산화물을 기반으로 하는 무기소재, 유기소재, 유무기하이브리드 등의 다양한 형태로 제조 가능하나, 실리카를 기반으로 하는 에어로겔이 가장 널리 사용된다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예 3에 따른 표시장치는 에어층에 패턴(250)을 포함한다. 에어층에 패턴(250)을 배치할 경우, 에어층 내부에서 광 산란이 더 활발히 일어나게 된다. 따라서, 표시장치의 광 추출 효율이 올라간다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예 4에 따른 표시장치는 격벽(220)에 의해 정의되는 영역을 둘이상의 영역으로 분할하는 서브 격벽을 더 포함한다. 서브 격벽은 기존의 격벽(220)과 동일한 높이로 배치된다. 결국, 서브 격벽을 추가한 구조는 기존의 격벽(220)의 개수를 늘리면서 격벽(220)간 간격을 줄인 구조에 해당한다. 서브 격벽이 추가된 경우, 격벽(220)에서 일어나는 광 반사가 더 활발히 일어날 수 있고, 광 추출 효율이 올라간다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 실시예 5에 따른 표시장치는 색 변환층(220) 하부에 반사 필터(260)를 더 포함한다. 반사 필터(260)는 색 변환층(220)에서 변환된 광을 반사 시키는 역할을 한다. 즉, 반사 필터(260)는 외부로 출사되지 않고 내부로 향하는 광을 다시 재반사시켜 광 추출 효율을 높인다.
반사 필터(260)는 격자선(22a, wire grid)들을 포함할 수 있다. 여기서, 격자선(22a)들은 스트라이프 형상을 가지며, 도전성 메탈, 예를 들어, 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 크롬(Cr) 및 은(Ag) 등으로 이루어질 수 있다.
이때, 격자선(22a)은 인접한 격자선(22a)의 간격(d), 폭(w), 높이(h) 및 격자선 주기(p)를 갖게 된다. 여기서, 격자선 주기(p)는 격자선(22a)의 간격(d)와 폭(w)를 더한 값이다. 이러한 격자선 주기(p)는 입사되는 광의 파장보다 작아야 하며, 약 200 nm 이하일 수 있다. 또한 격자선의 높이(h)는 약 100 nm이상일 수 있다. 격자선(22a)의 간격(d), 폭(w), 주기(p), 또는 높이(h)에 대해서는 요구되는 광학 특성에 따라서 다양하게 형성할 수 있다.
반사 필터(260)는 백라이트부 방향으로 역 진행하는 가시광의 일부를 다시 색 변환층(220)측으로 반사시킨다. 예를 들어, 반사 필터(260)가 다수의 격자선(22a)을 포함하는 경우 S파를 색 변환층(220)측으로 반사시킬 수 있다. 따라서 반사 필터(260)는 색 변환층(220)에서 백라이트부 측으로 역 진행하는 가시광의 일부를 다시 색 변환층(220)으로 입사시킴으로써 화상 표시에 기여하고,　광 추출 효율이 증가할 수 있다.
하기에서 도 12 및 도 13을 참조하여 본 발명의 실시예 6에 대하여 설명한다.
도 12는 본 발명의 실시예 6에 따른 표시장치의 분해 사시도이다. 도 13은 도 12의 표시장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 본 발명의 실시예 6에 따른 표시장치는 제2 기판(120)을 마주보는 제3 기판(300)을 더 포함한다.
색 변환층(220)은 제3 기판(300)과 형광체(210R, 210G, 210B) 사이에 에어층(230)을 구비한다. 색 변환층(220)은 제3 기판(300)의 하면에 배치될 수 있다. 실시예 6은 색 변환층(220)의 위치 변화를 제외하고 실시예 1과 구성 및 효과가 동일하므로 다른 구성 및 효과에 관한 설명은 생략한다.
이상에서 설명된 표시 장치의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명의 보호범위는 본 발명 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등예를 포함할 수 있다.
10 : 제1 편광판 11 : 제1 배향막
20 : 제2 편광판 21 : 제2 배향막
30 : 하부 표시판 40 : 상부 표시판
50 : 희생층
110 : 제1 기판 111 : 게이트 전극
112 : 유지전극선 113 : 유지전극
120 : 제2 기판 130 : 광량 조절층
131 : 액정 분자 132 : 차광 부재
140 : 게이트 절연막 150 : 반도체층
160 : 평탄화막 170 : 소스 전극
171 : 드레인 전극 180p : 제1 보호막
180q : 제2 보호막 182 : 접촉 구멍
191 : 제1 전극 200 : 색 변환층
210R : 적색 형광체 210G : 녹색 형광체
210B : 청색 형광체 220 : 격벽
230 : 에어층 240 : 저굴절률층
250 : 패턴 260 : 반사 필터
270 : 제2 전극
300 : 제3 기판 400 : 백라이트부
410 : 광원 420 : 도광판

Claims (24)

  1. 서로 마주보며 중첩하는 제1 기판 및 제2 기판; 및
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 배치된 복수의 색 변환층;
    을 포함하고,
    상기 색 변환층은, 격벽; 상기 격벽에 의해 정의되는 영역에 배치된 형광체; 및 상기 형광체 상에 배치된 에어층;
    을 포함하며,
    상기 에어층은 서로 인접한 격벽들 사이에 배치된 표시장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 개재된 광량 조절층; 및
    상기 제1 기판 아래에 배치된 백라이트부;
    를 더 포함하는 표시장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 격벽은 외측에 광을 반사시키는 반사면을 포함하는 표시장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 에어층은 서로 이격되어 배치된 복수의 서브 에어층들을 포함하며, 상기 색 변환층은 인접한 서브 에어층들 사이에 배치된 패턴을 더 포함하는 표시장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 색 변환층 아래에 배치된 반사 필터를 더 포함하는 표시장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 격벽에 의해 정의되는 영역을 둘 이상의 영역으로 분할하는 서브 격벽을 더 포함하는 표시장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 형광체는 산란 입자를 포함하는 표시장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 형광체는 적색 형광체, 녹색 형광체 및 청색 형광체 중 적어도 하나를 포함하는 표시장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 형광체는 퀀텀 도트(quantum dot) 입자를 포함하는 표시장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 기판 상에 배치된 편광판을 더 포함하는 표시장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 기판 상에 배치된 편광판을 더 포함하는 표시장치.
  12. 제1 기판;
    상기 제1 기판과 마주보는 제2 기판;
    상기 제2 기판과 마주보는 제3 기판; 및
    상기 제2 기판과 상기 제3 기판 사이에 배치된 복수의 색 변환층;
    을 포함하고,
    상기 색 변환층은, 격벽; 상기 격벽에 의해 정의되는 영역에 배치된 형광체; 및 상기 형광체 상에 배치된 에어층;
    을 포함하며,
    상기 에어층은 서로 인접한 격벽들 사이에 배치된 표시장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 제1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 개재된 광량 조절층; 및
    상기 제1 기판 아래에 배치된 백라이트부;
    를 더 포함하는 표시장치.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 에어층은 서로 이격되어 배치된 복수의 서브 에어층들을 포함하며, 상기 색 변환층은 인접한 서브 에어층들 사이에 배치된 패턴을 더 포함하는 표시장치.
  15. 제12 항에 있어서,
    상기 색 변환층 아래에 배치된 반사 필터를 더 포함하는 표시장치.
  16. 제12 항에 있어서,
    상기 격벽에 의해 정의되는 영역을 둘 이상의 영역으로 분할하는 서브 격벽을 더 포함하는 표시장치.
  17. 제12 항에 있어서,
    상기 격벽은 외측에 광을 반사시키는 반사면을 포함하는 표시장치.
  18. 제12 항에 있어서,
    상기 형광체는 산란 입자를 포함하는 표시장치.
  19. 서로 마주보며 중첩하는 제1 기판 및 제2 기판; 및
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 배치된 복수의 색 변환층;
    을 포함하고,
    상기 색 변환층은, 격벽; 상기 격벽에 의해 정의되는 영역에 배치된 형광체; 및 상기 형광체 상에 배치된 저굴절률층을 포함하며,
    상기 저굴절률층은 서로 인접한 격벽들 사이에 배치된 표시 장치.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 저굴절률층은 에어로겔(Aerogel)을 포함하는 표시장치.
  21. 제1 항에 있어서,
    상기 에어층은 상기 제2 기판, 서로 인접한 격벽들 및 상기 형광체에 의해 둘러싸여 정의된 영역에 배치된 표시장치.
  22. 제19 항에 있어서,
    상기 저굴절률층은 상기 제2 기판, 서로 인접한 격벽들 및 상기 형광체에 의해 둘러싸여 정의된 영역에 배치된 표시장치.
  23. 제1 항에 있어서,
    상기 에어층이 상기 형광체로부터 멀어질수록 상기 에어층의 폭이 점진적으로 감소하는 표시장치.
  24. 제1 항에 있어서,
    상기 형광체의 습윤성과 상기 격벽의 습윤성이 서로 다른 표시장치.
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