KR102477103B1 - 표시 장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

표시 장치 및 그 제조 방법이 제공된다. 일 실시예에 따른 표시 장치는, 제1 기판, 상기 제1 기판 상에 서로 이웃하게 배치되는 제1 내지 제3 서브 화소 전극, 상기 제1 기판에 대향되는 제2 기판, 상기 제2 기판 상에 배치되며, 상기 제1 서브 화소 전극과 적어도 일부가 중첩되고, 상기 제1 기판과 마주하는 일면 및 상기 제2 기판과 마주하는 타면을 포함하는 광 투과 패턴, 상기 제2 기판 상에 배치되며, 상기 제1 기판과 마주하는 일면 및 상기 제2 기판과 마주하는 타면을 포함하고, 상기 제2 서브 화소 전극과 적어도 일부가 중첩되는 제1 파장 변환 패턴 및 상기 제3 서브 화소 전극과 적어도 일부가 중첩되는 제2 파장 변환 패턴을 포함하는 파장 변환 패턴, 상기 광 투과 패턴의 측면과 상기 제1 파장 변환 패턴의 측면 사이의 이격 공간을 채우고, 상기 제1 기판과 마주하는 일면 및 상기 제2 기판과 마주하는 타면을 포함하는 제1 블랙 매트릭스, 및 상기 파장 변환 패턴, 상기 광 투과 패턴 및 상기 제1 블랙 매트릭스 상에 배치되는 평탄화층을 포함하되, 상기 제1 블랙 매트릭스의 상기 일면은 상기 타면보다 넓고, 상기 제2 파장 변환 패턴의 상기 일면은 상기 제2 파장 변환 패턴의 상기 타면보다 넓다.

Description

표시 장치 및 그 제조방법{DISPLAY DEVICE AND MEHTHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 표시 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
표시 장치는 멀티미디어의 발달과 함께 그 중요성이 증대되고 있다. 이에 부응하여 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display, LCD), 유기 발광 표시 장치(Organic Light Emitting Display, OLED) 등과 같은 여러 종류의 표시 장치가 사용되고 있다.
표시 장치 중 액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중 하나로서, 화소 전극과 공통 전극 등 전기장 생성 전극이 형성되어 있는 두 장의 기판과 그 사이에 삽입되어 있는 액정층으로 이루어지며, 전기장 생성전극에 전압을 인가하여 액정층에 전기장을 생성하고 이를 통하여 액정층의 액정 분자들의 배향을 결정하고 입사광의 편광을 제어함으로써 영상을 표시한다.
각 화소가 하나의 기본색을 고유하게 표현하도록 하기 위한 하나의 방법으로, 광원으로부터 시청자에 이르는 광 경로 상에 각 화소마다 색 변환 패턴을 배치하는 방법을 예시할 수 있다. 예컨대, 컬러 필터(color filter)는 입사광의 특정 파장 대역만을 선택적으로 투과시킴으로써 기본색을 구현할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 광 투과 패턴의 측면과 파장 변환 패턴의 측면 사이에 배치되는 블랙 매트릭스를 포함함으로써, 파장 변환 패턴 측으로의 입광 효율을 향상시킬 수 있는 표시 장치 및 그 제조 방법을 제공한다.
또한, 광 투과 패턴과 파장 변환 패턴 사이의 이격 공간에, 블랙 매트릭스를 배치시킴으로써 평탄화층에 대해 평탄성을 제공하는 표시 장치 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는, 제1 기판, 상기 제1 기판 상에 서로 이웃하게 배치되는 제1 내지 제3 서브 화소 전극, 상기 제1 기판에 대향되는 제2 기판, 상기 제2 기판 상에 배치되며, 상기 제1 서브 화소 전극과 적어도 일부가 중첩되고, 상기 제1 기판과 마주하는 일면 및 상기 제2 기판과 마주하는 타면을 포함하는 광 투과 패턴, 상기 제2 기판 상에 배치되며, 상기 제1 기판과 마주하는 일면 및 상기 제2 기판과 마주하는 타면을 포함하고, 상기 제2 서브 화소 전극과 적어도 일부가 중첩되는 제1 파장 변환 패턴 및 상기 제3 서브 화소 전극과 적어도 일부가 중첩되는 제2 파장 변환 패턴을 포함하는 파장 변환 패턴, 상기 광 투과 패턴의 측면과 상기 제1 파장 변환 패턴의 측면 사이의 이격 공간을 채우고, 상기 제1 기판과 마주하는 일면 및 상기 제2 기판과 마주하는 타면을 포함하는 제1 블랙 매트릭스, 및 상기 파장 변환 패턴, 상기 광 투과 패턴 및 상기 제1 블랙 매트릭스 상에 배치되는 평탄화층을 포함하되, 상기 제1 블랙 매트릭스의 상기 일면은 상기 타면보다 넓고, 상기 제2 파장 변환 패턴의 상기 일면은 상기 제2 파장 변환 패턴의 상기 타면보다 넓다.
상기 제1 파장 변환 패턴은 제1 파장 영역의 광을 제공받아 상기 제1 파장 영역의 광과 파장 영역이 상이한 제2 파장 영역의 광으로 변환하고, 상기 제2 파장 변환 패턴은 상기 제1 파장 영역의 광을 제공받아 상기 제1 파장 영역의 광 및 상기 제2 파장 영역의 광과 파장 영역이 상이한 제3 파장 영역의 광으로 변환할 수 있다.
상기 광 투과 패턴은 상기 제1 파장 영역의 광을 투과시킬 수 있다.
상기 제1 파장 변환 패턴의 상기 일면은 상기 제1 파장 변환 패턴의 상기 타면보다 좁을 수 있다.
상기 제2 파장 변환 패턴의 상기 일면은 상기 제1 파장 변환 패턴의 상기 일면보다 넓을 수 있다.
상기 광 투과 패턴의 상기 일면은 상기 광 투과 패턴의 상기 타면보다 좁을 수 있다.
상기 제2 파장 변환 패턴의 상기 일면은 상기 광 투과 패턴의 상기 일면보다 넓을 수 있다.
상기 제1 파장 변환 패턴 및 상기 제2 파장 변환 패턴은 퀀텀 도트 및 형광체 중 하나를 포함할 수 있다.
상기 파장 변환 패턴의 측면 및 상기 광 투과 패턴의 측면은 상기 제2 기판에 대하여 경사지도록 배치될 수 있다.
상기 제1 블랙 매트릭스는 상기 파장 변환 패턴의 상기 측면 및 상기 광 투과 패턴의 상기 측면과 접할 수 있다.
상기 제1 블랙 매트릭스의 측면은 상기 제2 기판에 대하여 경사지도록 배치될 수 있다.
상기 제1 파장 변환 패턴의 상기 측면 경사각은 상기 광 투과 패턴의 상기 측면 경사각보다 작을 수 있다.
상기 파장 변환 패턴과 상기 제2 기판 사이에 배치되는 색 필터층을 더 포함하고, 상기 색 필터층은 상기 제1 파장 영역의 광을 차단하고, 상기 제2 파장 영역의 광 및 상기 제3 파장 영역의 광을 투과시킬 수 있다.
상기 색 필터층은 상기 제1 블랙 매트릭스와 상기 기판 사이에 배치되며, 상기 파장 변환 패턴과 적으로 일부가 중첩될 수 있다.
상기 파장 변환 패턴과 상기 제2 기판 사이에 배치되는 제2 블랙 매트릭스를 포함할 수 있다.
상기 제2 블랙 매트릭스는 상기 제1 블랙 매트릭스와 중첩 배치될 수 있다.
상기 파장 변환 패턴의 상기 일면, 상기 광 투과 패턴의 상기 일면 및 상기 제1 블랙 매트릭스의 상기 일면은 실질적으로 하나의 평면 상에 정렬될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법은, 기판 상에 제1 파장 영역의 광을 투과시키는 광 투과 패턴을 형성하는 단계, 기 기판 상에 상기 광 투과 패턴과 비중첩하게 배치되고, 상기 제1 파장 영역의 광을 제공받아, 상기 제1 파장 영역의 광과 파장 영역이 상이한 제2 파장 영역의 광으로 변환하는 제1 파장 변환 패턴을 형성하는 단계, 상기 광 투과 패턴의 측면과 상기 제1 파장 변환 패턴의 측면을 사이의 이격 공간을 채우도록 제1 블랙 매트릭스를 형성하는 단계, 상기 광 투과 패턴과 상기 제1 파장 변환 패턴 사이에 배치되고, 상기 제1 파장 영역의 광을 제공 받아, 상기 제1 파장 영역의 광 및 상기 제2 파장 영역의 광과 파장 영역이 상이한 제3 파장 영역의 광으로 변환하는 제2 파장 변환 패턴을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 제2 파장 변환 패턴은 상기 기판과 마주하는 일면 및 상기 일면에 대향하는 타면을 포함하고, 상기 타면은 상기 일면보다 넓다.
상기 제1 블랙 매트릭스는 상기 기판과 마주하는 일면 및 상기 일면에 대향하는 타면을 포함하고, 상기 타면은 상기 일면보다 넓을 수 있다.
상기 제1 파장 변환 패턴 및 상기 제2 파장 변환 패턴과 상기 기판 사이에 배치되는 색 필터층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 다타낸 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 제1 서브 화소부를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 상부 표시판의 광 투과 패턴을 평면 시점에서 바라본 도면이다.
도 4는 도 1의 A 영역을 뒤집어서 나타낸 도면이자, 도 3의 IV-IV'를 따라 자른 단면도이다.
도 5는 도 1의 A 영역을 뒤집어서 나타내되, 제2 블랙 매트릭스가 없는 경우를 예시한 도면이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다.
도 7 내지 도 13은 일 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법을 나타낸 도면들이다.
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. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"는 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "위(on)", "상(on)", "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"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위"에 놓여질 수 있다. 또한 도면을 기준으로 다른 소자의 "좌측"에 위치하는 것으로 기술된 소자는 시점에 따라 다른 소자의 "우측"에 위치할 수도 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있으며, 이 경우 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
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. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는다.
명세서 전체를 통하여 동일하거나 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 다타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(1)는 표시 패널(10) 및 백라이트 유닛(20)을 포함한다.
표시 패널(10)은 화상을 표시한다. 표시 패널(10)은 하부 표시판(100), 상부 표시판(200) 및 액정층(300)을 포함할 수 있다. 여기서, "하부" 및 "상부"는 설명의 편의를 위한 것으로써, 도 1을 기준으로 한다. 하부 표시판(100)은 상부 표시판(200)과 서로 마주보도록 배치될 수 있다. 액정층(300)은 하부 표시판(100) 및 상부 표시판(200) 사이에 개재될 수 있으며, 복수의 액정 분자(310)를 포함할 수 있다. 하부 표시판(100)은 일 실시예로 상부 표시판(200)과 실링을 통해 합착될 수 있다.
백라이트 유닛(20)은 표시 패널(10)에 광을 제공한다. 보다 상세하게는, 백라이트 유닛(20)은 표시 패널(10)의 하부에 배치되어, 특정 파장 대역을 갖는 광을 표시 패널(10)에 제공할 수 있다. 이하, 백라이트 유닛(20)으로부터 표시 패널(10)에 제공되는 광을 제1 파장 대역을 갖는 광(L1)으로 지칭하기로 한다.
백라이트 유닛(20)은 제1 파장 대역을 갖는 광(L1)을 방출하여 표시 패널(10)로 제공할 수 있다. 여기서, 제1 파장 대역을 갖는 광(L1)은 제1 색을 나타내는 광으로 정의된다. 일 실시예에서, 제1 색은 약 420nm 내지 약 480nm 범위의 중심 파장을 갖는 청색(blue)일 수 있다. 상기 중심 파장은 피크 파장으로도 표현될 수 있다. 다시 말해, 제1 파장 대역을 갖는 광(L1)은 중심 파장이 약 420nm 내지 480nm의 범위인 청색 광으로도 정의된다. 즉, 백라이트 유닛(20)은 청색 광을 표시 패널(10)로 제공할 수 있다. 표시 패널(10)은 백라이트 유닛(20)으로부터 방출되는 제1 파장 대역을 갖는 광(L1)의 광 경로 상에 배치되어, 제공받은 광을 기초로 화상을 표시한다. 표시 패널(10)이 백라이트 유닛(20)으로부터 제공되는 광 경로 상에 배치되는 경우라면, 표시 패널(10) 및 백라이트 유닛(20) 간의 배치 관계는 도 1에 도시된 것으로 제한되지는 않는다.
백라이트 유닛(20)은 상기 광을 방출하는 광원(light source) 및 광원으로부터 제공받은 광을 가이드하여 표시 패널(10)로 제공하는 도광판(light guide plate)을 포함할 수 있다. 광원의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 일 실시예에서, 광원은 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED) 또는 레이저 다이오드(Laser Diode, LD)를 포함할 수 있다. 도광판의 재료 또한 특별히 제한되지 않는다. 일 실시예에서, 도광판은 글라스(glass), 석영(quartz) 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate), 폴리카보네이트(polycarbonate) 등의 플라스틱 재료로 이루어질 수 있다.
도면에는 도시하지 않았으나, 백라이트 유닛(20)은 적어도 하나의 광학 시트를 포함할 수 있다. 상기 광학 시트는 프리즘 시트, 확산 시트, 렌티큘러 렌즈 시트, 마이크로 렌즈 시트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 광학 시트는 백라이트 유닛(20)으로부터 방출되는 광의 광학 특성, 예컨대 집광, 확산, 산란 또는 편광 특성을 변조하여 표시 장치의 표시 품질을 개선할 수 있다.
이하, 하부 표시판(100), 상부 표시판(200) 및 액정층(300)에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
먼저 하부 표시판(100)에 대해 설명하기로 한다. 하부 표시판(100)은 하부 기판(110), 제1 편광층(120), 제1 화소부(PX1)를 포함하는 복수의 화소부, 제1 절연층(130) 및 하부 배향막(140)을 포함할 수 있다.
하부 기판(110)은 일 실시예로 투명 절연 기판일 수 있다. 여기서 투명 절연 기판은 유리 재료, 석영 재료 또는 투광성 플라스틱 재료를 포함할 수 있다. 하부 기판(110)은 일 실시예로 가요성(flexibility)을 가질 수 있다.
제1 편광층(120)은 하부 기판(110)과 백라이트 유닛(20) 사이의 광 경로 상에 배치될 수 있다. 일 실시예로, 제1 편광층(120)은 하부 기판(110)의 하부에 배치될 수 있다. 다만, 제1 편광층(120)의 배치 위치는 도 1에 도시된 것으로 제한되지 않는다. 일 실시예로, 제1 편광층(120)은 하부 기판(110)과 액정층(300) 사이에 배치될 수도 있다. 제1 편광층(120)은 일 실시예로 반사형 편광층일 수 있다. 제1 편광층(120)이 반사형 편광층인 경우, 투과축과 평행한 편광 성분은 투과시키고 반사축과 평행한 편광 성분은 반사할 수 있다.
제1 편광층(120)은 일 실시예로 하부 기판(110)과 직접 접촉할 수 있다. 즉, 제1 편광층(120)은 하부 기판(110)의 일면 상에 연속 공정을 통해 형성될 수 있다. 다른 실시예로, 제1 편광층(120)은 하부 기판(110)의 일면과 별도의 접착 부재를 통해 결합될 수도 있다. 여기서, 접착 부재는 일 실시예로 감압 접착 부재(PSA) 또는 광학 투명 접착 부재(OCA, OCR)일 수 있다.
제1 화소부(PX1)를 포함하는 복수의 화소부는 하부 기판(110) 상에 배치될 수 있다. 복수의 화소부에 대해서는 이하, 제1 화소부(PX1)를 기준으로 설명하기로 한다.
제1 화소부(PX1)는 제1 내지 제3 서브 화소부(SPX1, SPX2, SPX3)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 내지 제3 서브 화소부(SPX1, SPX2, SPX3)는 서로 다른 색을 표시한다. 제1 내지 제3 서브 화소부(SPX1, SPX2, SPX3)는 각각 스위칭 소자 및 서브 화소 전극을 포함한다. 이에 대해서는, 도 2를 참조하여, 제1 서브 화소부(SPX1)를 기준으로 설명하기로 한다.
도 2는 도 1에 도시된 제1 서브 화소부를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 스위칭 소자(Q1)는 일 실시예로 박막 트랜지스터와 같은 삼 단자 소자일 수 있다. 제1 스위칭 소자(Q1)는 제어 전극이 제1 스캔 라인(GL1)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 일 전극이 제1 데이터 라인(DL1)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 스위칭 소자(Q1)의 타 전극은 제1 서브 화소 전극(SPE1)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 스캔 라인(GL1)은 일 실시예로 제1 방향(d1)으로 연장될 수 있다. 제1 데이터 라인(DL1)은 일 실시예로 제1 방향(d1)과 다른 제2 방향(d2)으로 연장될 수 있다. 제1 방향(d1)은 제2 방향(d2)과 교차된다.
제1 스위칭 소자(Q1)는 제1 스캔 라인(GL1)으로부터 제공받은 스캔 신호에 따라 턴 온 되어, 제1 데이터 라인(DL1)으로부터 제공받은 데이터 신호를 제1 서브 화소 전극(SPE1)에 제공할 수 있다. 한편, 본 명세서에서는 제1 서브 화소부(SPX1)가 스위칭 소자를 제1 스위칭 소자(Q1) 하나만 포함하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 두 개 이상의 스위칭 소자가 포함될 수도 있다.
제1 서브 화소 전극(SPE1)은 하부 표시판(100)에 배치될 수 있다. 보다 상세하게는 제1 서브 화소 전극(SPE1)은 하부 기판(110) 상에 위치하는 제1 절연층(130) 상에 배치될 수 있다. 공통 전극(CE)은 후술하는 상부 표시판(200)에 위치할 수 있다. 제1 서브 화소 전극(SPE1)은 공통 전극(CE)과 적어도 일부가 중첩될 수 있다. 이에 따라, 제1 서브 화소부(SPX1)는 제2 서브 화소 전극(SPE2)과 공통 전극(CE)이 중첩됨에 따라 형성되는 제1 액정 커패시터를 더 포함할 수 있다. 본 명세서에서 '두 구성이 중첩되는 경우'는 특별한 언급이 없는 한, 하부 기판(110)을 기준으로 수직 방향으로 중첩되는 것을 의미한다.
다시 도 1을 참조하면, 제1 절연층(130)은 제1 내지 제3 스위칭 소자(Q1, Q2, Q3) 상에 배치될 수 있다. 제1 절연층(130)은 제1 절연층(130)의 하부에 배치되는 구성과 제1 절연층(130) 상에 배치되는 구성을 서로 전기적으로 절연시킨다.
일 실시예에서, 제1 절연층(130)은 질화 규소와 산화 규소 등의 무기 물질로 형성될 수 있다. 다른 실시예로, 제1 절연층(130)은 평탄화 특성이 우수하며, 감광성(photosensitivity)을 갖는 유기 물질을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제1 절연층(130)은 유기 물질로 이루어진 층과 무기 물질로 이루어진 층의 적층 구조로 형성될 수도 있다. 제1 절연층(130)은 제1 내지 제3 스위칭 소자(Q1, Q2, Q3)와 제1 내지 제3 서브 화소 전극(SPE3)(SPE1, SPE2, SPE3) 각각을 전기적으로 연결시키기 위한 복수의 컨택홀을 포함할 수 있다.
제1 내지 제3 서브 화소 전극(SPE3)(SPE1, SPE2, SPE3)은 제1 절연층(130) 상에 서로 이웃하도록 배치될 수 있다. 제1 내지 제3 서브 화소 전극(SPE3)(SPE1, SPE2, SPE3)은 일 실시예로 투명 전극 또는 반투명 전극이나, 또는 알루미늄, 은, 크롬 또는 그 합금 등의 반사성 금속으로 형성될 수 있다. 여기서, 투명 전극 또는 반투명 전극은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ZnO(Zinc Oxide), In2O3(Indiu, Oxide), (IGO, Indium Gallium Oxide) 및 AZO(Aluminum Zinc Oxide)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하여 이루어질 수 있다. 도면에는 도시하지 않았으나, 제1 내지 제3 서브 화소 전극(SPE3)(SPE1, SPE2, SPE3)은 복수의 슬릿을 포함할 수도 있다.
하부 배향막(140)은 제1 내지 제3 서브 화소 전극(SPE3)(SPE1, SPE2, SPE3) 상에 배치될 수 있다. 하부 배향막(140)은 액정층(300) 내의 복수의 액정 분자(310)의 초기 배향을 유도할 수 있다. 하부 배향막(140)은 일 실시예로 주쇄의 반복 단위 내에 이미드기를 갖는 고분자 유기 재료를 포함하여 이루어질 수 있다
다음으로, 도 3 내지 도 5를 참조하여 상부 표시판(200)에 대해 설명하기로 한다.
도 3은 일 실시예에 따른 상부 표시판의 광 투과 패턴을 평면 시점에서 바라본 도면이다. 도 4는 도 1의 A 영역을 뒤집어서 나타낸 도면이자, 도 3의 IV-IV'를 따라 자른 단면도이다. 도 5는 도 1의 A 영역을 뒤집어서 나타내되, 제2 블랙 매트릭스가 없는 경우를 예시한 도면이다.
도 1, 도 3 및 도 4를 참조하면, 상부 표시판(200)은 상부 기판(210), 제1 블랙 매트릭스(230, Black Matrix), 파장 변환 패턴(WC), 광 투과 패턴(TC), 색 필터층(220), 평탄화층(260), 제2 절연층(270), 제2 편광층(280), 공통 전극(CE) 및 상부 배향막(290)을 포함할 수 있다.
상부 기판(210)은 하부 기판(110)과 대향되도록 배치된다. 상부 기판(210)은 투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 형성될 수 있으며, 일 실시예로 하부 기판(110)과 동일한 재질로 형성될 수 있다.
제1 블랙 매트릭스(230)는 상부 기판(210) 상에 배치될 수 있다. 제1 블랙 매트릭스(230)는 복수의 화소부 간의 경계에 배치되며, 광의 투과를 차단하여 이웃한 화소부들 간의 혼색을 방지할 수 있다. 도 1을 기준으로, 제1 블랙 매트릭스(230)는 제1 내지 제3 서브 화소부(SPX1, SPX2, SPX3) 간의 경계에 배치된다. 한편, 제1 블랙 매트릭스(230)로 제공되는 광의 투과를 차단할 수 있는 경우라면, 제1 블랙 매트릭스(230)의 재료는 특별히 제한되지 않는다. 일 실시예로, 제1 블랙 매트릭스(230)는 유기물 또는 크롬 등의 금속 물질을 포함할 수 있다.
도면에는 도시하지 않았으나, 제1 블랙 매트릭스(230) 상에는 보호층이 배치될 수 있다. 보다 상세하게는, 상기 보호층은 제1 블랙 매트릭스(230)와 후술하는 색 필터층(220) 사이에 배치될 수 있다. 보호층은 상부 표시판(200)의 제조 공정 과정에서, 제1 블랙 매트릭스(230)가 손상 또는 부식되는 것을 방지할 수 있다. 보호층의 재료는 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 질화 규소 또는 산화 규소 등의 무기 절연 재료를 포함할 수 있다. 보호층은 생략될 수도 있다.
또한, 도면에는 도시하지 않았으나, 블랙 매트릭스는 하부 표시판(100)에도 배치될 수 있다. 블랙 매트릭스가 하부 표시판(100)에 배치되는 경우, 일 실시예로 블랙 매트릭스는 제1 절연층(130)과 하부 배향막(140) 사이에 배치될 수 있다. 하부 표시판(100)에 배치되는 블랙 매트릭스는 광 투과 패턴(TC)에 의해 산란된 광이 파장 변환 패턴(WC)에 유입되는 것을 방지함으로써, 혼색 발생을 억제할 수 있다.
한편, 본 명세서에서, "제1 구성 및 제2 구성 사이에 제3 구성이 배치된다"라고 표현하면, 상기 제3 구성의 배치는 제1 구성 및 제2 구성의 배치 형태에 따라 달라진다. 즉, 제1 구성과 제2 구성이 하부 기판(110)에 대해 수직 방향으로 중첩되는 경우, 제3 구성은 제1 구성 및 제2 구성 각각과 하부 기판(110)에 대해 수직 방향으로 중첩되도록 배치되는 것을 의미한다. 이에 반해, 제1 구성과 제2 구성이 하부 기판(110)에 대해 수평 방향으로 중첩되도록 배치되는 경우, 제3 구성은 제1 구성 및 제2 구성 각각과 하부 기판(110)에 대해 수평 방향으로 중첩되도록 배치되는 것을 의미한다. 아울러 상기 수직 방향과 수평 방향이라 함은 하부 기판(110)에 대해 대체로 수직인 방향과, 대체로 수평인 방향을 포함할 수 있다. 예를 들면, 후술하는 제2 블랙 매트릭스(240)는 하부 기판(110)에 대해 대체로 수평 방향으로 중첩되는 광 투과 패턴(TC), 제1 파장 변환 패턴(WC1), 및 제2 파장 변환 패턴(WC2) 사이에 배치된다. 이는 곧, 제2 블랙 매트릭스(240)는 광 투과 패턴(TC), 제1 파장 변환 패턴(WC1), 및 제2 파장 변환 패턴(WC2) 각각과 하부 기판(110)에 대해 수평 방향으로 중첩되도록 배치되는 것을 의미한다.
색 필터층(220)은 제1 블랙 매트릭스(230) 상에 배치될 수 있다. 보다 상세하게는 색 필터층(220)은 제1 블랙 매트릭스(230) 상에서 파장 변환 패턴(WC)과 중첩되도록 배치될 수 있다. 또한, 색 필터층(220)은 광 투과 패턴(TC)과는 중첩되지 않을 수 있다.
색 필터층(220)은 일 실시예로 감광성(photosensitivity)을 갖는 유기 재료를 포함할 수 있다. 색 필터층(220)은 일 실시예로 두께가 약 0.5㎛ 이상 2㎛, 또는 약 0.5㎛ 이상 1.5㎛ 이하일 수 있다. 색 필터층(220)의 두께가 0.5㎛ 이상일 경우 특정 파장 대역의 광에 대한 충분한 흡수능을 부여할 수 있다. 색 필터층(220)의 두께가 2㎛ 이하일 경우 색 필터층(220)이 형성하는 단차를 최소화할 수 있다. 일 실시예에서, 색 필터층(220)의 두께는 1.2㎛일 수 있다.
색 필터층(220)은 특정 파장 대역을 가지는 광은 투과시키고, 상기 특정 파장 대역과 상이한 다른 특정 파장 대역을 갖는 광은 차단하는 컷 오프 필터(cut-off filter)일 수 있다. 이에 대해서는 파장 변환 패턴(WC)과 함께 후술하도록 한다.
색 필터층(220)이 파장 변환 패턴(WC)과 중첩되는 경우라면 색 필터층(220)의 배치는 도 1에 도시된 것으로 제한되지 않는다. 예를 들어, 색 필터층(220)과 제1 블랙 매트릭스(230)는 서로 동일 층에 배치될 수도 있다. 다른 실시예로, 색 필터층(220) 상에 제1 블랙 매트릭스(230)가 배치될 수도 있다.
제1 블랙 매트릭스(230)와 색 필터층(220) 상에는 파장 변환 패턴(WC)과 광 투과 패턴(TC)이 배치된다. 광 투과 패턴(TC)은 상부 기판(210) 상에 배치되며, 제1 서브 화소와 하부 기판(110)을 기준으로 수직 방향으로 중첩될 수 있다. 보다 구체적으로, 광 투과 패턴(TC)의 일면은 대체로 상부 기판(210)과 접하고, 측면은 제1 블랙 매트릭스(230) 상에 정렬될 수 있다.
광 투과 패턴(TC)의 측면은 상부 기판(210)에 대하여 경사지도록 배치될 수 있다. 도 4를 참조하면, 단면상에서 광 투과 패턴(TC)의 폭은 상부 기판(210)에서 평탄화층(260)측으로 갈수록 대체로 감소할 수 있다. 즉, 광 투과 패턴(TC)은 상부 기판(210)에서 평탄화층(260)측으로 갈수록 폭이 감소하는 사다리꼴 형상일 수 있다.
광 투과 패턴(TC)의 측면 경사각은 50° 내지 90° 범위일 수 있다. 광 투과 패턴(TC)의 측면 경사각이 50° 이상인 경우, 평탄화층(260)과 마주하는 측의 면적이 넓어져, 백라이트 유닛(20)으로부터 출사된 광이 입사되기에 충분한 면적을 확보할 수 있다. 광 투과 패턴(TC)의 측면을 따라 후술하는 제2 블랙 매트릭스(240)가 배치되기 위하여는, 제2 블랙 매트릭스(240)가 중력에 의해 모두 아래로 흘러내리지 않을 정도의 기울기를 필요로 한다. 이러한 관점에서, 광 투과 패턴(TC)의 측면 기울기는 90° 이하일 수 있다.
광 투과 패턴(TC)의 측면 경사각은 후술하는 제1 파장 변환 패턴(WC1)의 측면 경사각보다 클 수 있다. 즉, 광 투과 패턴(TC)의 측면은 제1 파장 변환 패턴(WC1)의 측면보다 상부 기판(210)에 대하여 가파르게 배치될 수 있다. 그러나 이에 제한되는 것은 아니며, 광 투과 패턴(TC)의 측면 경사각은 제1 파장 변환 패턴(WC1)의 측면 경사각과 실질적으로 동일하거나, 작을 수 있다.
광 투과 패턴(TC)은 외부로부터 입사되는 광의 색을 변환시키지 않고 그대로 투과시킬 수 있다. 광 투과 패턴(TC)은 전술한 백라이트 유닛(20)으로부터 제1 파장 대역을 갖는 광(L1)을 제공받되, 중심 파장을 변환 또는 시프트 시키지 않고, 그대로 투과시킬 수 있다. 한편, 광 투과 패턴(TC)은 광 산란 물질(TCx) 및 제1 광 투과성 수지(TCy)를 포함할 수 있다.
광 산란 물질(TCx)은 제1 광 투과성 수지(TCy) 내에 분산되어 광 투과 패턴(TC)으로 제공되는 광을 산란시켜 외부로 방출할 수 있다. 보다 상세히 설명하면, 광 투과 패턴(TC)은 백라이트 유닛(20)으로부터 제공되는 제1 파장 대역을 갖는 광(L1)을 산란시켜 외부로 방출할 수 있다. 즉, 광 투과 패턴(TC)은 청색 광을 제공받아, 그대로 투과시킬 수 있다.
광 산란 물질(TCx)은 입사 광을 입사각과 무관하게 여러 방향으로 산란시켜 방출할 수 있다. 여기서, 방출 광은 편광이 해소되어 비편광 상태일 수 있다. 즉, 광 산란 물질(TCx)은 백라이트 유닛(20)으로부터 제공되는 제1 파장 대역을 갖는 광(L1)의 중심파장을 변환시키지 않으면서, 입사각과 무관하게 여러 방향으로 산란시킬 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 측면 시인성을 개선할 수 있다.
광 산란 물질(TCx)은 일 실시예로 제1 광 투과성 수지(TCy)와 상이한 굴절률을 갖는 물질일 수 있다. 또한, 광 산란 물질(TCx)은 입사 광을 산란시킬 수 있는 경우라면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 광 산란 물질(TCx)은 금속 산화물 또는 유기 입자일 수 있다. 상기 금속 산화물은 산화 티타늄(TiO2), 산화 지르코늄(ZrO2), 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 인듐(In2O3), 산화 아연(ZnO) 또는 산화 주석(SnO2) 등을 포함할 수 있다. 상기 유기 재료는 아크릴계 수지 또는 우레탄계 수지 등을 포함할 수 있다.
제1 광 투과성 수지(TCy)는 일 실시예로 투명한 광 투과성 수지일 수 있다. 제1 광 투과성 수지(TCy)는 제1 파장 변환 물질(WC1x)의 파장 변환 성능에 영향을 미치지 않으면서, 광 흡수를 일으키지 않는 범위 내의 투명한 매질이라면, 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 제1 광 투과성 수지(TCy)는 에폭시(epoxy)계 수지, 아크릴(acryl)계 수지 등의 유기 재료를 포함할 수 있다
파장 변환 패턴(WC)은 색 필터층(220) 상에 배치될 수 있다. 파장 변환 패턴(WC)과 색 필터층(220)은 하부 기판(110)을 기준으로 수직 방향으로 중첩될 수 있다.
파장 변환 패턴(WC)은 제1 파장 변환 패턴(WC1) 및 제2 파장 변환 패턴(WC2)을 포함할 수 있다.
제1 파장 변환 패턴(WC1)은 색 필터층(220) 상에 배치되며, 제2 서브 화소 전극(SPE2)과 하부 기판(110)을 기준으로 수직 방향으로 중첩될 수 있다. 제1 파장 변환 패턴(WC1)은 광 투과 패턴(TC)의 일 측면과 인접하여 배치된다.
제2 파장 변환 패턴(WC2)은 색 필터층(220) 상에 배치되며, 제3 서브 화소 전극(SPE3)과 하부 기판(110)을 기준으로 수직 방향으로 중첩될 수 있다. 제2 파장 변환 패턴(WC2)은 광 투과 패턴(TC)과 제1 파장 변환 패턴(WC1) 사이에 배치될 수 있다. 제1 파장 변환 패턴(WC1)과 제2 파장 변환 패턴(WC2)에 대한 구체적인 형상은 후술하도록 한다.
파장 변환 패턴(WC)은 외부로부터 제공받은 광의 파장 대역을 변환 또는 시프트 시킬 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 이에 따라, 파장 변환 패턴(WC)은 외부로 방출되는 광의 표시 색을 파장 변환 패턴(WC)으로 입사되는 광의 표시 색과 다르게 변환시킬 수 있다.
제1 파장 변환 패턴(WC1)은 전술한 백라이트 유닛(20)으로부터 제1 파장 대역을 갖는 광(L1)을 제공받아, 중심 파장을 변환 또는 시프트(shift)시켜 외부로 방출할 수 있다. 상기 제1 파장 변환 패턴(WC1)에 의해 중심 파장이 변환된 광을 제2 파장 대역을 갖는 광(L2)을 제2 파장 대역을 갖는 광(L2)으로 지칭한다.
제2 파장 대역을 갖는 광(L2)은 제1 색과 다른 제2 색을 나타낸다. 여기서, 제2 색은 일 실시예로, 약 600nm 내지 670nm의 범위의 중심 파장을 갖는 적색(red)일 수 있다. 즉, 제2 파장 대역을 갖는 광(L2)은 중심 파장이 약 600nm 내지 670nm 범위인 적색 광으로도 정의된다. 따라서, 제1 파장 변환 패턴(WC1)은 백라이트 유닛(20)으로부터 청색 광을 제공받아, 적색 광으로 변환시킬 수 있다.
제2 파장 변환 패턴(WC2)은 전술한 백라이트 유닛(20)으로부터 제1 파장 대역을 갖는 광(L1)을 제공받아, 중심 파장을 변환 또는 시프트(shift)시켜 외부로 방출할 수 있다. 상기 제2 파장 변환 패턴(WC2)에 의해 중심 파장이 변환된 광을 제3 파장 대역을 갖는 광(L3)으로 지칭한다. 제3 파장 대역을 갖는 광(L3)은 제1 색 및 제2 색과 다른 제3 색을 나타낸다. 여기서, 제3 색은 일 실시예로, 약 500nm 내지 570nm의 범위의 중심 파장을 갖는 녹색(green)일 수 있다. 즉, 제3 파장 대역을 갖는 광(L3)은 중심 파장이 약 500nm 내지 570nm 범위인 녹색 광으로도 정의된다. 따라서, 제2 파장 변환 패턴(WC2)은 백라이트 유닛(20)으로부터 청색 광을 제공받아, 녹색 광으로 변환시킬 수 있다.
먼저, 제1 파장 변환 패턴(WC1)에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다. 제1 파장 변환 패턴(WC1)은 제1 파장 변환 물질(WC1x) 및 제2 광 투과성 수지(WC1y)를 포함할 수 있다.
제1 파장 변환 물질(WC1x)은 제1 파장 대역을 갖는 광(L1)을 제2 파장 대역을 갖는 광(L2)으로 변환시키는 물질일 수 있다. 상기 제1 파장 변환 물질(WC1x)은 일 실시예로 제1 퀀텀도트 일 수 있다. 제1 퀀텀 도트(quantum dot)의 입자 크기는 제1 파장 변환 물질(WC1x)이 제1 파장 대역을 갖는 광(L1)을 제2 파장 대역을 갖는 광(L2)으로 변환시킬 수 있는 경우라면 특별히 제한되지 않는다.
제1 퀀텀 도트는 코어-쉘 구조를 가질 수 있다. 코어는 반도체 나노 결정 물질일 수 있다. 제1 퀀텀 도트의 코어는 일 실시예로, II-VI족 화합물, III-V족 화합물, IV-VI족 화합물, IV족 원소, IV족 화합물 및 이들의 조합에서 선택될 수 있다.
II-VI족 화합물은 CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, HgS, HgSe, HgTe, MgSe, MgS 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HgZnTe, MgZnSe, MgZnS 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 HgZnTeS, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
III-V족 화합물은 GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs, InSb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; GaNP, GaNAs, GaNSb, GaPAs, GaPSb, AlNP, AlNAs, AlNSb, AlPAs, AlPSb, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb, GaAlNP 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs, InAlPSb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
IV-VI족 화합물은 SnS, SnSe, SnTe, PbS, PbSe, PbTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; SnSeS, SnSeTe, SnSTe, PbSeS, PbSeTe, PbSTe, SnPbS, SnPbSe, SnPbTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 SnPbSSe, SnPbSeTe, SnPbSTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. IV족 원소로는 Si, Ge 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. IV족 화합물로는 SiC, SiGe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물일 수 있다.
여기서, 이원소 화합물, 삼원소 화합물 또는 사원소 화합물은 균일한 농도로 입자 내에 존재하거나, 농도 분포가 부분적으로 다른 상태로 나누어져 동일 입자 내에 존재하는 것일 수 있다. 또한 하나의 퀀텀 도트가 다른 퀀텀 도트를 둘러싸는 코어/쉘 구조를 가질 수도 있다. 코어와 쉘의 계면은 쉘에 존재하는 원소의 농도가 중심으로 갈수록 낮아지는 농도 구배(gradient)를 가질 수 있다.
제1 파장 변환 물질(WC1x)은 제2 광 투과성 수지(WC1y) 내에서 자연스럽게 배위된 형태로 분산될 수 있다. 제2 광 투과성 수지(WC1y)는 일 실시예로 투명한 광 투과성 수지일 수 있다. 제2 광 투과성 수지(WC1y)는 전술한 제1 광 투과성 수지(TCy)와 서로 동일한 재료로 이루어지거나, 또는 서로 다른 재료로 이루어질 수 있다.
다음으로, 제2 파장 변환 패턴(WC2)에 대하여 자세히 설명하도록 한다.
제2 파장 변환 패턴(WC2)은 제2 파장 변환 물질(WC2x) 및 제3 광 투과성 수지(WC2y)를 포함할 수 있다.
제2 파장 변환 물질(WC2x)은 제1 파장 대역을 갖는 광(L1)을 제3 파장 대역을 갖는 광(L3)으로 변환시키는 물질일 수 있다. 상기 제2 파장 변환 물질(WC2x)은 일 실시예로 제2 퀀텀 도트를 포함할 수 있다. 제2 퀀텀 도트의 입자 크기는 제2 파장 변환 물질(WC2x)이 제1 파장 대역을 갖는 광(L1)을 제3 파장 대역을 갖는 광(L3)으로 변환시킬 수 있는 경우라면 특별히 제한되지 않는다. 제2 퀀텀 도트의 코어는 일 실시예로, II-VI족 화합물, III-V족 화합물, IV-VI족 화합물, IV족 원소, IV족 화합물 및 이들의 조합에서 선택될 수 있다. 각 화합물 또는 원소의 예는 제1 퀀텀 도트에서 설명한 내용과 중복되므로, 생략하기로 한다.
제2 파장 변환 물질(WC2x)은 제3 광 투과성 수지(WC2y) 내에서 자연스럽게 배위된 형태로 분산될 수 있다. 제3 광 투과성 수지(WC2y)에 대한 구체적인 설명은 제2 광 투과성 수지(WC1y)에 대한 설명과 중복되므로, 생략하기로 한다.
제1 파장 변환 패턴(WC1)에서 방출되는 제2 파장 대역을 갖는 광(L2) 및 제2 파장 변환 패턴(WC2)에서 방출되는 제3 파장 대역을 갖는 광(L3)은 편광이 해소된 비편광(unpolarized)된 상태일 수 있다. 본 명세서에서, '비편광된 광'이란 특정 방향의 편광 성분만으로 이루어지지 않은 광, 즉 특정 방향만으로 편광되지 않은 광, 다시 말해서 무작위화된 편광(random polarization) 성분으로 이루어진 광을 의미한다. 비편광된 광의 예로는 자연 광(natural light)을 들 수 있다.
제1 파장 변환 패턴(WC1) 및 제2 파장 변환 패턴(WC2)은 다른 실시예로 상기 제1 퀀텀 도트 및 제2 퀀텀 도트 이외에도, 형광체, 양자 막대(quantum rod) 또는 포스퍼(phosphor) 물질을 포함할 수도 있다. 여기서, 형광체는 노란색, 녹색, 적색의 형광 물질을 포함할 수 있다.
파장 변환 패턴(WC)은 광 투과 패턴(TC)과 하부 기판(110)을 기준으로 수평 방향으로 중첩되도록 배치된다. 파장 변환 패턴(WC)은 광 투과 패턴(TC)의 양 측면에 배치될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 도 4와 같이 광 투과 패턴(TC)의 우측에는 제1 파장 변환 패턴(WC1)이 배치되고, 좌측에는 제2 파장 변환 패턴(WC2)이 배치될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 배치 순서가 변경될 수도 있다.
파장 변환 패턴(WC)의 제1 파장 변환 패턴(WC1) 및 제2 파장 변환 패턴(WC2)은 각각 평탄화층(260)과 마주하는 일면(WC1a, WC2a) 및 상부 기판(210)과 마주하는 타면(WC1b, WC2b)을 포함한다. 제1 파장 변환 패턴(WC1)의 일면(WC1a)은 제2 파장 변환 패턴(WC2)의 일면(WC2a)과 실질적으로 동일 평면 상에 정렬될 수 있다. 나아가, 제1 파장 변환 패턴(WC1)의 일면(WC1a) 및 제2 파장 변환 패턴(WC2)의 일면(WC2a)은 광 투과 패턴(TC)의 일면(TCa)에 실질적으로 정렬될 수 있다.
제1 파장 변환 패턴(WC1)의 측면은 상부 기판(210)에 대하여 경사지도록 배치될 수 있다. 도 4를 참조하면, 단면상에서 제1 파장 변환 패턴(WC1)의 폭은 상부 기판(210)에서 평탄화 측으로 갈수록 점차 감소할 수 있다. 즉, 제1 파장 변환 패턴(WC1)의 일면(WC1a)의 폭이 타면(WC1b)의 폭보다 작은 사다리꼴 형상일 수 있다. 따라서, 제1 파장 변환 패턴(WC1)의 일면(WC1a) 넓이는 타면(WC1b) 넓이보다 좁을 수 있다.
제1 파장 변환 패턴(WC1)의 측면 기울기는 광 투과 패턴(TC)과 동일한 관점에서, 광 투과 패턴(TC)의 측면 경사각과 동일한 범위 내의 경사각을 가질 수 있다. 즉, 제1 파장 변환 패턴(WC1)의 측면 기울기가 50° 내지 90° 범위이면, 주어진 화소 크기 내에서 제2 파장 변환 패턴(WC2)의 일면(WC2a)의 면적을 확장하여, 광(L1)이 입사되는 면적을 넓힐 수 있다. 제1 파장 변환 패턴(WC1)의 측면 기울기는 광 투과 패턴(TC)의 측면 기울기보다 완만할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며, 제1 파장 변환 패턴(WC1)의 측면 기울기와 광 투과 패턴(Tc)의 측면 기울기는 실질적으로 동일할 수도 있다.
제2 파장 변환 패턴(WC2)의 측면 역시 상부 기판(210)에 대하여 경사지도록 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 제2 파장 변환 패턴(WC2)의 측면 기울기는 후술하는 제2 블랙 매트릭스(240)의 측면 기울기에 의해 정해질 수 있다. 이는 제2 블랙 매트릭스(240)를 형성한 후 제2 파장 변환 패턴을 형성하는 제조 공정에 따른 결과일 수 있다.
제2 파장 변환 패턴(WC2)의 여러 측면 중 제1 파장 변환 패턴(WC1)의 측면과 인접한 측의 일 측면은 제1 파장 변환 패턴(WC1)의 측면과 반대 방향으로 기울어질 수 있다. 즉, 제1 파장 변환 패턴(WC1)의 측면을 기준으로, 제1 파장 변환 패턴(WC1)의 측면 경사각이 90° 이하의 값을 가지는 경우, 제2 파장 변환 패턴(WC2)의 상기 일 측면은 90° 이상의 값을 가질 수 있다. 아울러, 제2 파장 변환 패턴(WC2)의 여러 측면 중 광 투과 패턴(TC)과 인접한 측의 타 측면 또한 마찬가지이다. 즉, 광 투과 패턴(TC)의 측면 경사각이 90° 이하의 값을 가지는 경우, 제2 파장 변환 패턴(TC2)의 상기 타 측면 경사각은 90° 이상의 값을 가질 수 있다.
제2 파장 변환 패턴(WC2)의 일면(WC2a)의 폭은 타면(WC2b)의 폭보다 클 수 있다. 제2 파장 변환 패턴(WC2)의 단면 형상은 상부 기판(210)으로부터 평탄화층(260)측으로 갈수록 폭이 증가하는 사다리꼴 형상일 수 있다. 광 투과 패턴(TC)과 제1 파장 변환 패턴(WC1)이 평탄화층(260) 측으로 갈수록 폭이 감소하는 사다리꼴인 반면, 제2 파장 변환 패턴(WC2)은 평탄화층(260) 측으로 갈수록 폭이 증가하는 사다리꼴일 수 있다.
제2 파장 변환 패턴(WC2)의 일면(WC2a) 넓이는 제1 파장 변환 패턴(WC1)의 일면(WC1a) 넓이보다 넓을 수 있다(제2 파장 변환 패턴(WC2)의 일면(WC2a) 넓이 > 제1 파장 변환 패턴(WC1)의 일면(WC1a) 넓이). 또한, 제2 파장 변환 패턴(WC2)의 일면(WC2a)의 넓이는 광 투과 패턴(TC)의 일면(TCa) 넓이보다 넓을 수 있다(제2 파장 변환 패턴(WC2)의 일면(WC2a) 넓이 > 광 투과 패턴(TC)의 일면(TCa) 넓이). 다만, 이에 제한되는 것은 아니며, 제2 파장 패턴의 일면(WC2a) 넓이는 제1 파장 변환 패턴(WC1)의 일면(WC1a) 넓이 및/또는 광 투과 패턴(TC)의 일면(TCa) 넓이와 실질적으로 유사할 수 있다.
광 투과 패턴(TC), 제1 파장 변환 패턴(WC1), 및 제2 파장 변환 패턴(WC2)의 일면(TCa, WC1a, WC2a) 넓이는 색 좌표 타겟(target)에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 백라이트 유닛(20)에서 청색 광을 방출하는 경우, 광 투과 패턴(TC)은 파장 변환 없이 청색 광을 그대로 투과 시키면 되므로 타 패턴에 비하여 광이 입사되는 일면(TCa) 넓이가 작아도 충분한 발색 효율을 유지할 수 있다. 이에 반해, 청색 광을 내는 파장의 빛을 다른 색의 광을 내는 파장의 빛으로 변환하는 경우, 더 많은 빛을 필요로 할 수 있다. 이 경우, 해당 파장 변환 패턴(WC)에 입사되는 광량을 증가시키기 위하여, 파장 변환 패턴(WC)의 일면 넓이는 광 투과 패턴(TC)의 일면 넓이에 비하여 더 클 수 있다.
상기 관점에서, 광 투과 패턴(TC)의 일면 넓이와 제1 파장 변환 패턴(WC1)의 일면 넓이의 비는 1:1 내지 1:2.5 범위일 수 있으며, 제1 파장 변환 패턴(WC1)의 일면 넓이가 더 클 수 있다. 광 투과 패턴(TC)의 일면 넓이와 제2 파장 변환 패턴(WC2)의 일면 넓이의 비는 1:1 내지 1:3.5 범위일 수 있으며, 제2 파장 변환 패턴(WC2)의 일면 넓이가 더 클 수 있다. 일 실시예에서, 각 패턴(TC, WC1, WC2)의 윗면 넓이의 비는 '광 투과 패턴(TC) : 제1 파장 변환 패턴(WC1) : 제2 파장 변환 패턴(WC2) = 1 : 2.5 : 3'일 수 있다. 다른 실시예에서, 각 패턴(TC, WC1, WC2)의 윗면 넓이의 비는 '광 투과 패턴(TC) : 제1 파장 변환 패턴(WC1) : 제2 파장 변환 패턴(WC2) = 1 : 2 : 3.5'일 수 있다.
각 패턴(TC, WC1, WC2)의 윗면 길이가 일정한 경우, 각 패턴(TC, WC1, WC2)의 윗면 넓이는 각 패턴(TC, WC1, WC2)의 윗면 폭에 의존할 수 있다. 광 투과 패턴(TC)의 일면 폭을 제1 길이, 제1 파장 변환 패턴(WC1)의 윗면의 폭을 제2 길이, 제2 파장 변환 패턴(WC2)의 윗면을 폭을 제3 길이라 하면, 제3 길이는 제1 길이 및 제2 길이보다 큰 값을 가질 수 있다. 즉, '제3 길이 > 제1 길이'이고, '제3 길이 > 제2 길이'일 수 있다.
제2 블랙 매트릭스(240)는 제1 블랙 매트릭스(230) 상에 형성될 수 있다. 제2 블랙 매트릭스(240)는 제1 블랙 매트릭스(230)와 마찬가지로, 복수의 화소부 간의 경계에 배치되며, 광의 투과를 차단하여 이웃한 화소부들 간의 혼색을 방지할 수 있다. 아울러, 제2 블랙 매트릭스(240)는 각 패턴(TC, WC1, WC2)의 사이마다 배치될 수 있다. 즉, 제2 블랙 매트릭스(240)는 광 투과 패턴(TC)과 제1 파장 변환 패턴(WC1) 사이, 제1 파장 변환 패턴(WC1)과 제2 파장 변환 패턴(WC2) 사이, 및 제2 파장 변환 패턴(WC2)과 광 투과 패턴(TC) 사이에 배치될 수 있다. 이 경우, 각 패턴(TC, WC1, WC2) 사이의 혼색을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.
일 실시예에서, 제2 블랙 매트릭스(240)은 광 투과 패턴(TC)와 제1 파장 변환 패턴(WC1) 사이의 골 영역, 즉 이격 공간을 채울 수 있다. 상기 이격 공간을 채우는 제2 블랙 매트릭스(240)는 평탄화층(260)과 마주하는 일면 및 상부 기판(210)과 마주하는 타면을 포함할 수 있으며, 상기 일면은 상기 타면보다 넓을 수 있다. 즉, 광 투과 패턴(TC)의 일면(TCa)와 제1 파장 변환 패턴(WC1)의 일면(WC1a) 사이의 이격 거리가 타면(TCb, WC1b) 사이의 이격 거리보다 크기 때문에, 광 투과 패턴(TC)과 제1 파장 변환 패턴(WC1) 사이의 이격 공간은 평탄화층(260) 측으로 갈수록 커질 수 있다. 따라서, 광 투과 패턴(TC)과 제1 파장 변환 패턴(WC1) 사이의 이격 공간을 채우는 제2 블랙 매트릭스(240)의 일면은 타면보다 넓을 수 있다.
또한, 제2 블랙 매트릭스(240)가 광 투과 패턴(TC)과 파장 변환 패턴(WC) 사이의 이격 공간을 메꿈으로써, 후술하는 평탄화층(260)의 평탄성을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 제2 블랙 매트릭스(240)는 광 투과 패턴(TC)과 제1 파장 변환 패턴(WC1) 사이에 배치되어, 광 투과 패턴(TC)과 제1 파장 변환 패턴(WC1) 사이의 골을 채우도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 제2 절연층(270)과 마주하는 평탄화층(260)의 일면에 형성되는 단차(h2)를 최소화시킬 수 있다. 즉, 제2 블랙 매트릭스(240)에 의하여 광 투과 패턴(TC)과 제1 파장 변환 패턴(WC1) 사이의 골 단차(h1)가 최소화됨에 따라, 평탄화층(260)의 단차(h2)도 최소화 될 수 있다. 여기서, 특정 면의 단차는 특정 면 중 가장 낮은 부분과 가장 높은 부분 사이의 높이 차이를 의미한다.
일 실시예에서, 제2 블랙 매트릭스(240)에서 평탄화층(260)과 접하는 측의 일면은 각 패턴(TC, WC1, WC2)의 일면과 대체로 정렬될 수 있다. 이에 따라, 광 투과 패턴(TC), 파장 변환 패턴(WC) 및 제2 블랙 매트릭스(240)의 일면은 동일 평면상에 정렬되어, 각 패턴(TC, WC1, WC2) 사이에 형성되는 골 단차를 최소화시킬 수 있다. 이를 통해 후술하는 평탄화층(260)의 평탄성을 더욱 효과적으로 향상시킬 수 있다.
다른 실시예에서, 제2 블랙 매트릭스(240)는 외측으로 더 연장되어, 광 투과 패턴(TC) 및/또는 제1 파장 변환 패턴(WC1)의 일면을 덮을 수 있다. 이 경우에도, 각 패턴(TC, WC1, WC2) 사이의 골 단차가 채워져, 평탄화층(260)의 단차를 최소화시킴과 동시에 혼색 불량을 더욱 효과적으로 억제할 수 있다.
만약, 도 5와 같이 제2 블랙 매트릭스(240)가 없는 경우라면, 평탄화층(260)이 광 투과 패턴(TC)과 제1 파장 변환 패턴(WC1) 사이의 골 단차 영역을 채우도록 형성된다.
이에 따라, 평탄화층(260)의 일면에 형성된 단차(h3)의 크기는 상기 골 단차의 높이만큼 커지게 된다. 이에 따라, 도 5에 도시된 단차(h3)는 도 4에 도시된 단차(h2)보다 큰 값을 가질 수 있다.
또한, 제2 블랙 매트릭스(240)는 제2 파장 변환 패턴(WC2)의 일면(WC2a) 넓이에도 영향을 줄 수 있다. 만약, 도 5와 같이 제2 블랙 매트릭스(240)가 없는 경우라면, 제1 파장 변환 패턴(WC1) 및 제2 파장 변환 패턴(WC2)은 서로 일정 간격 이격되어 형성되며, 이를 통해 각 패턴(TC, WC1, WC2)간의 혼색을 방지할 수 있다. 이 경우, 제2 파장 변환 패턴(WC2)은 단면상에서 평탄화층(260)과 마주하는 일면의 폭이 상부 기판(210)과 마주하는 타면의 폭보다 작은 사다리꼴 형상일 수 있다.
이에 반해, 도 4와 같이 제2 블랙 매트릭스(240)가 있는 경우 제2 파장 변환 패턴(WC2)은 제1 파장 변환 패턴(WC1)과 인접하여 형성될 수 있다. 즉, 제2 블랙 매트릭스(240)가 각 패턴(TC, WC1, WC2) 사이의 혼색을 효과적으로 방지할 수 있으므로, 제1 파장 변환 패턴(WC1)과 제2 파장 변환 패턴(WC2)는 이격 공간 없이 배치될 수 있다. 이에 따라, 제2 파장 변환 패턴(WC2)은 일면(WC2a)의 폭이 타면(WC2b)의 폭보다 큰 사다리꼴 형상일 수 있다. 그 결과, 제한된 픽셀 크기 내에서 제2 파장 변환 패턴(WC2)의 일면(WC2a) 넓이를 확장 할 수 있다. 이에 따라, 제2 파장 변환 패턴(WC2) 내로 입사되는 광량을 최대로 확보할 수 있어, 입광 효율이 개선될 수 있다. 또한, 입광 효율이 개선됨에 따라, 제2 파장 변환 패턴(WC2)에 의해 변환된 제3 파장 대역을 갖는 광(L3)의 광량이 증가할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 평탄화층(260)은 제2 저굴절층(250) 상에 배치될 수 있다. 평탄화층(260)은 후술하는 제2 편광층(280)에 대해 평탄성을 제공할 수 있다. 즉, 공정 과정 등에서, 제1 파장 변환 패턴(WC1), 제2 파장 변환 패턴(WC2), 및 광 투과 패턴(TC) 간의 두께가 상이한 경우, 평탄화층(260)은 상기 구성들 간의 높이를 균일하게 형성할 수 있다.
평탄화층(260)의 재료는 평탄화 특성을 갖는 경우라면 특별히 제한되지 않는다. 일 실시예로 평탄화층(260)은 유기 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 유기 물질은 카도(cardo)계 수지, 폴리이미드(polyimide)계 수지, 아크릴계 수지, 실록산(siloxane)계 수지 또는 실세스퀴옥산(silsesquioxane)계 수지 등을 포함할 수 있다.
제2 절연층(270)은 평탄화층(260) 상에 배치될 수 있다. 제2 절연층(270)은 절연성 무기 물질을 갖는 적어도 하나의 층으로 형성될 수 있다. 상기 절연성 무기 물질은 일 실시예로 질화 규소와 산화 규소 등을 포함할 수 있다. 제2 절연층(270)은 후술하는 제2 편광층(280)의 형성 과정에서, 평탄화층(260)이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 제2 절연층(270)은 제2 편광층(280)의 부착성을 향상시킬 수 있으며, 공기 또는 수분에 의한 제2 편광층(280)의 부식 또는 손상 등을 방지할 수 있다. 한편, 제2 절연층(270)은 생략될 수도 있다.
제2 편광층(280)은 제2 절연층(270) 상에 배치될 수 있다. 제2 편광층(280)은 일 실시예로 와이어 그리드 편광자(wire grid polarizer)일 수 있다. 이하, 제2 편광층(280)이 와이어 그리드 편광자인 것으로 설명하기로 한다.
제2 편광층(280)은 복수의 선 격자 패턴을 포함할 수 있다. 상기 복수의 선 격자 패턴은 일 실시예로 전류가 흐르는 전도성 물질을 포함할 수 있다. 여기서, 전도성 물질은 일 실시예로 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu) 및 니켈(Ni)을 포함하는 금속을 포함할 수 있다. 또한, 전도성 물질은 티타늄(Ti) 및 몰리브덴(Mo)을 더 포함할 수 있다. 한편, 복수의 선 격자 패턴은 다른 실시예로, 적어도 두 개의 패턴 층이 적층된 구조일 수도 있다.
예를 들어, 제2 편광층(280)으로 제공되는 광이 제2 편광층(280)을 통과하는 경우, 제2 편광층(280)에 평행한 성분은 흡수 또는 반사되며, 수직인 성분만 투과광으로 편광을 이룰 수 있다. 제2 편광층(280)은 일 실시예로 나노 임프린팅(nanoimprinting) 등의 방법을 통해 형성될 수 있다.
캡핑층(281)은 제2 편광층(280) 상에 배치될 수 있다. 캡핑층(281)은 제2 편광층(280)의 복수의 선 격자 패턴 상에 직접 배치되어, 복수의 선 격자 패턴을 커버 및 보호할 수 있다. 캡핑층(281)은 공기 또는 수분의 침투에 의한 제2 편광층(280)의 손상 또는 부식을 방지할 수 있다. 캡핑층(281)은 일 실시예로 질화 규소 또는 산화 규소 등의 무기 절연 물질을 포함할 수 있다.
공통 전극(CE)은 캡핑층(281) 상에 배치될 수 있다. 공통 전극(CE)은 제1 내지 제3 서브 화소 전극(SPE1 내지 SPE3)과 적어도 일부가 중첩되도록 배치될 수 있다. 공통 전극(CE)은 일 실시예로 통판 형태일 수 있다. 또한, 공통 전극(CE)은 복수의 슬릿을 포함할 수도 있다. 공통 전극(CE)은 일 실시예로 투명 전극 또는 반투명 전극이나, 또는 알루미늄, 은, 크롬 또는 그 합금 등의 반사성 금속으로 형성될 수 있다. 여기서, 투명 전극 또는 반투명 전극은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ZnO(Zinc Oxide), In2O3(Indiu, Oxide), (IGO, Indium Gallium Oxide) 및 AZO(Aluminum Zinc Oxide)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하여 이루어질 수 있다.
상부 배향막(290)은 공통 전극(CE) 상에 배치될 수 있다. 상부 배향막(290)은 액정층(300) 내의 복수의 액정 분자(310)의 초기 배향을 유도할 수 있다. 상부 배향막(290)은 일 실시예로 주쇄의 반복 단위 내에 이미드기를 갖는 고분자 유기 재료를 포함하여 이루어질 수 있다.
이어서 액정층(300)에 대하여 설명한다. 액정층(300)은 초기 배향된 복수의 액정 분자(310)를 포함한다. 복수의 액정 분자(310)는 음의 유전율 이방성을 가지고 초기 배향 상태에서 수직 배향될 수 있다. 복수의 액정 분자(310)는 초기 배향 상태에서 소정의 선 경사(pretilt) 각도를 가질 수도 있다. 복수의 액정 분자(310)의 초기 배향은 하부 배향막(140) 및 상부 배향막(290)에 의해 유도될 수 있다. 복수의 액정 분자(310)는 하부 표시판(100)과 상부 표시판(200) 사이에 전계가 형성되면, 특정 방향으로 기울어지거나 또는 회전함으로써 액정층(300)을 투과하는 광의 편광 상태를 변화시킬 수 있다.
도 6은 다른 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치(2)는 제1 블랙 매트릭스(230)를 포함하지 않을 수 있다. 즉, 도 6의 실시예에 따른 표시 장치(2)는 도1에 도시한 표시 장치(1) 대비, 제1 블랙 매트릭스(230)를 포함하지 않는 점에서 차이가 있다.
제2 블랙 매트릭스(240)가 화소간 혼색을 방지하는 기능을 수행하므로, 제1 블랙 매트릭스(230)는 생략될 수 있다. 이 경우, 제1 블랙 매트릭스(230)를 형성하기 위한 공정이 생략되므로, 공정이 단순화 되고, 비용이 절감될 수 있다.
아울러, 색 필터층(220)의 두께가 일정하게 형성될 수 있어, 색 필터층(220) 표면은 단차 없이 매끄럽게 형성될 수 있다.
이상, 도 1 내지 도 6을 참조하여, 광 투과 패턴(TC), 파장 변환 패턴(WC) 및 이들 사이에 배치된 블랙 매트릭스를 포함하는 액정 표시 장치(1, 2)에 대하여 설명하였다. 상술한 바와 같이, 광 투과 패턴(TC)과 파장 변환 패턴(WC) 사이에 블랙 매트릭스를 배치함으로써, 각 패턴(TC, WC1, WC2) 사이의 골 단차를 감소할 수 있다. 또한, 파장 변환 패턴(WC)에서 빛이 입사되는 측인 일면의 넓이를 확장함으로써, 파장 변환 패턴(WC)으로의 입광 효율을 증대시켜 색 재현율을 개선할 수 있다.
다만, 이러한 구조, 즉 광 투과 패턴(TC)과 파장 변환 패턴(WC) 사이에 블랙 매트릭스를 배치하는 구조는 액정 표시 장치뿐만 아니라, 유기 발광 표시 장치의 경우에도 적용 가능하다. 이 경우, 평탄화층(260), 제2 절연층(270), 편광층, 공통 전극(CE), 상부 배향막(290) 등이 생략될 수 있다.
유기 발광층에서 발광 되는 빛이 제1 파장 대역을 갖는 광(L1), 즉, 중심 파장이 420nm 내지 480nm 범위인 청색 광인 경우, 광 투과 패턴(TC), 파장 변환 패턴(WC) 및 블랙 매트릭스는 액정 표시 장치에서와 동일한 기능을 수행할 수 있다. 즉, 광 투과 패턴(TC)은 제1 파장 대역을 갖는 광(L1)을 파장 변환 없이 그대로 투과시킬 수 있고, 제1 파장 변환 패턴(WC1)은 제1 파장 대역을 갖는 광(L1)을 제2 파장 대역을 갖는 광(L2)으로 변환시키고, 제2 파장 변환 패턴(WC2)은 제1 파장 대역을 갖는 광(L1)을 제3 파장 대역을 갖는 광(L3)으로 변환시킬 수 있다.
아울러, 각 패턴(TC, WC1, WC2) 사이에 블랙 매트릭스를 배치함으로써, 제1 파장 변환 패턴(WC1) 및/또는 제2 파장 변환 패턴(WC2)의 일면 넓이를 최대로 확보할 수 있다.
이하에서는, 도 7 내지 도 13를 참조하여 일 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 7 내지 도 13은 일 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법을 나타낸 도면들이다.
우선 도 7, 도 8a 및 도 8b를 참조하면, 블랙 매트릭스(230)가 형성된 기판(210)을 준비한다. 제1 블랙 매트릭스(230) 및 제1 블랙 매트릭스(230)가 형성되지 않은 영역 중 일부 영역에 색 필터층(220)을 형성한다. 보다 상세하게는 색 필터층(220)은 제1 서브 화소 전극(SPE1) 및 제2 서브 화소 전극(SPE2)과 하부 기판(110)을 기준으로 수직 방향으로 중첩되는 위치에 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 색 필터층(220)은 굴절율이 다른 적어도 두 개의 층을 적층하여 형성할 수 있다. 여기서, 상대적으로 굴절율이 높은 층은 일 실시예로 TiOx, TaOx, HfOx, ZrOx 등을 포함할 수 있다. 또한, 상대적으로 굴절율이 낮은 층은 일 실시예오 SiOx 및 SiCOx 등을 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 색 필터층(220)은 다른 실시예로 하나의 단일 층으로 형성할 수도 있다. 여기서, 색 필터층(220)이 단일 층으로 형성되는 경우, 색 필터층(220)은 옐로우 색 필터층(yellow color filter)일 수 있다. 일 실시예로 옐로우 포토레지스트를 제1 블랙 매트릭스(230) 및 제1 블랙 매트릭스(230)가 형성되지 않은 영역 전면을 덮도록 형성하고, 제1 마스크(M1)를 노광 마스크로 이용하여 옐로우 포토레지스트에 광을 조사하는 단계 및 현상액을 도포하여 컬러 패턴을 형성하는 단게를 거쳐 색 필터층을 형성할 수 있다.
상기 엘로우 포토레지스트는, 예를 들어, 네커티브 감광성 재료를 포함할 수 있다. 이 경우 제1 마스크의 개구부를 통해 광이 조사되는 부위에서 경화가 옐로우 포토레지스트의 경화가 발생하고 그 외 부분이 현상액에 의해 제거될 수 있다. 이를 통해, 제1 서브 화소 전극(SPE1) 및 제2 서브 화소 전극(SPE2)과 하부 기판(110)을 기준으로 수직 방향으로 중첩되는 영역에만 색 필터층(220)을 형성할 수 있다.
이하에서 진행되는 패터닝 공정은 상술한 네거티브 포토레지스트에 의한 포토리소그래피(photolithography) 공정을 기준으로 하여 설명하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
다음으로, 도 9a 및 도 9b를 참조하면, 색 필터층(220)이 형성되지 않은 영역에 광 투과 패턴(TC)을 형성한다. 광 투과 패턴(TC)은 제1 서브 화소 전극(SPE1)과 하부 기판(110)을 기준으로 수직 방향으로 중첩되는 위치에 형성될 수 있다.
광 투과 패턴(TC)은 인접한 색 필터층(220) 사이에도 형성될 수 있다. 즉, 색 필터층(220)의 길이 방향을 따라 배치된 색 필터층(220)의 장변 측에 배치될 수 있다. 이 경우, 광 투과 패턴(TC)은 제1 블랙 매트릭스(230) 상에 형성될 수 있으며, 상부 기판(210)과 비접촉 할 수 있다.
광 투과 패턴(TC)은 투명한 유기 물질 또는 투명한 포토 레지스트에 입사 광을 분산시키는 광 산란 물질(TCx)을 포함하는 물질을 적층하고, 이후, 제2 마스크를 이용하여 제1 서브 화소 전극(SPE1)과 하부 기판(110)을 수직 방향으로 중첩되는 영역만 남기는 패터닝을 공정을 수행하여 광 투과 패턴(TC)을 형성한다.
이어서, 도 10a 및 도 10b를 참조하면, 제1 파장 변환 패턴(WC1)을 색 필터층(220) 상에 형성한다. 제1 파장 변환 패턴(WC1)은 제2 서브 화소 전극(SPE2)과 하부 기판(110)을 기준으로 수직 방향으로 중첩되는 위치에 형성될 수 있다.
구체적으로, 투명한 유기 물질 또는 투명한 포토 레지스트에 복수의 제1 퀀텀 도트를 포함하는 물질을 적층하고, 이후, 제3 마스크(M3)를 이용하여 제2 서브 화소 전극(SPE2)과 하부 기판(110)을 기준으로 수직 방향으로 중첩되는 영역에 광을 조사한 후, 현상액을 도포하는 과정을 수행한다. 이러한 패터닝 공정을 통하여 제1 파장 변환 패턴(WC1)을 형성한다.
다음으로, 도 11a 및 도 11b를 참조하면, 광 투과 패턴(TC)의 측면 및 제1 파장 변환 패턴(WC1)의 측면을 따라 제2 블랙 매트릭스(240)를 형성한다.
제2 블랙 매트릭스(240)는 광을 차단하는 차광성 조성물을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제2 블랙 매트릭스(240)는 유기물을 포함하는 물질로 형성될 수 있다. 유기물을 포함하는 차광성 조성물은 네버티브 감광성 재료를 포함하여 이루어질 수 있다. 이 경우, 제4 마스크(M4)를 노광 마스크로 이용하여, 상기 차광성 조성물에 광을 조사하여 경화시키고, 그 외의 부분은 현상액을 이용하여 제거하는 방법을 통하여 제2 블랙 매트릭스(240)를 제조할 수 있다. 차광성 조성물은, 일 실시예에서 각 패턴(TC, WC1, WC2) 사이의 골 영역을 모두 채우도록 도포될 수 있다. 즉, 차광성 조성물은 각각의 패턴 높이보다 높게 도포될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 각 패턴(TC, WC1, WC2)의 외측면을 따라 도포되어, 각 패턴(TC, WC1, WC2) 사이의 골 영역을 부분적으로 채우도록 도포될 수도 있다.
다른 실시예에서, 제2 블랙 매트릭스(240)는 크롬을 포함하는 금속성 물질로 형성될 수 있다. 이 경우, 금속성 물질을 증착하는 단계, 상기 금속성 물질 상에 포토레지스트를 코팅한 후 이를 제4 마스크(M4)를 이용하여 노광하여 패턴을 형성하는 단계, 상기 패턴을 마스크로 이용하여 금속성 물질을 에칭(etch)하는 단계, 및 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
이어, 도 12a 및 도 12b를 참조하면, 제1 파장 변환 패턴(WC1)이 형성되지 않은 색 필터층(220) 상에 제2 파장 변환 패턴(WC2)을 형성한다. 제2 파장 변환 패턴(WC2)의 측면은 제2 블랙 매트릭스(240)와 접한다.
제2 파장 변환 패턴(WC2)은 제2 퀀텀 도트를 포함하는 투명한 유기 물질 또는 투명한 포토 레지스트를 이용하여 형성될 수 있다. 제2 파장 변환 패턴(WC2)의 구체적인 제조 방법은 제1 파장 변환 패턴(WC1)의 제조 방법과 동일하다.
제2 파장 변환 패턴(WC2)은 광 투과 패턴(TC) 및 제1 파장 변환 패턴(WC1)과 이격 거리 없어, 제2 블랙 매트릭스(240)를 사이에 두고 인접하여 배치될 수 있다. 그 결과, 상술한 바와 같이 제2 파장 변환 패턴(WC2)의 일면(WC2a)은 타면(WC2b)보다 넓이가 클 수 있으며, 주어진 픽셀 크기에서 넓은 입광 면적을 확보할 수 있다.
다음으로, 도 13을 참조하면, 각 패턴(TC, WC1, WC2) 및 제2 블랙 매트릭스(240) 상에 평탄화층(260)을 형성한다. 일 실시예에서, 평탄화층(260)은 유기 물질로 형성될 수 있다.
각 패턴(TC, WC1, WC2) 사이의 골 영역이 제2 블랙 매트릭스(240)에 의하여 채워짐에 따라, 평탄화층(260)의 일 면에 형성되는 단차를 최소화 할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 하부 표시판
200: 상부 표시판
TC: 광 투과 패턴
WC1: 제1 파장 변환 패턴
WC2: 제2 파장 변환 패턴
210: 상부 기판
220: 색 필터층
230: 제1 블랙 매트릭스
240: 제2 블랙 매트릭스

Claims (20)

  1. 제1 기판;
    상기 제1 기판 상에 서로 이웃하게 배치되는 제1 내지 제3 서브 화소 전극;
    상기 제1 기판에 대향되는 제2 기판;
    상기 제2 기판 상에 배치되며, 상기 제1 서브 화소 전극과 적어도 일부가 중첩되고, 상기 제1 기판과 마주하는 일면 및 상기 제2 기판과 마주하는 타면을 포함하는 광 투과 패턴;
    상기 제2 기판 상에 배치되며, 상기 제1 기판과 마주하는 일면 및 상기 제2 기판과 마주하는 타면을 포함하고, 상기 제2 서브 화소 전극과 적어도 일부가 중첩되는 제1 파장 변환 패턴 및 상기 제3 서브 화소 전극과 적어도 일부가 중첩되는 제2 파장 변환 패턴을 포함하는 파장 변환 패턴;
    상기 광 투과 패턴의 측면과 상기 제1 파장 변환 패턴의 측면 사이의 이격 공간을 채우고, 상기 제1 기판과 마주하는 일면 및 상기 제2 기판과 마주하는 타면을 포함하는 제1 블랙 매트릭스; 및
    상기 파장 변환 패턴, 상기 광 투과 패턴 및 상기 제1 블랙 매트릭스 상에 배치되는 평탄화층을 포함하되,
    상기 제1 블랙 매트릭스의 상기 일면은 상기 타면보다 넓으며,
    상기 제2 파장 변환 패턴의 상기 일면은 상기 제2 파장 변환 패턴의 상기 타면보다 넓고,
    상기 제2 파장 변환 패턴에 대향하는 상기 제1 블랙 매트릭스의 제1 측벽 및 상기 제1 파장 변환 패턴에 대향하는 상기 제1 블랙 매트릭스의 제2 측벽은 상기 제1 블랙 매트릭스의 상기 일면을 기준으로 동일한 방향으로 기울어진 표시 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 파장 변환 패턴은 제1 파장 영역의 광을 제공받아 상기 제1 파장 영역의 광과 파장 영역이 상이한 제2 파장 영역의 광으로 변환하고, 상기 제2 파장 변환 패턴은 상기 제1 파장 영역의 광을 제공받아 상기 제1 파장 영역의 광 및 상기 제2 파장 영역의 광과 파장 영역이 상이한 제3 파장 영역의 광으로 변환하는 표시 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 광 투과 패턴은 상기 제1 파장 영역의 광을 투과시키는 표시 장치.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 파장 변환 패턴의 상기 일면은 상기 제2 파장 변환 패턴의 상기 타면보다 넓은 표시 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제2 파장 변환 패턴의 상기 일면은 상기 제1 파장 변환 패턴의 상기 일면보다 넓은 표시 장치.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 광 투과 패턴의 상기 일면은 상기 광 투과 패턴의 상기 타면보다 좁은 표시 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제2 파장 변환 패턴의 상기 일면은 상기 광 투과 패턴의 상기 일면보다 넓은 표시 장치.
  8. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 파장 변환 패턴 및 상기 제2 파장 변환 패턴은 퀀텀 도트 및 형광체 중 하나를 포함하는 표시 장치.
  9. 제2 항에 있어서,
    상기 파장 변환 패턴의 측면 및 상기 광 투과 패턴의 측면은 상기 제2 기판에 대하여 경사지도록 배치되는 표시 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 블랙 매트릭스는 상기 제1 파장 변환 패턴의 상기 측면 및 상기 광 투과 패턴의 상기 측면과 접하는 표시 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 블랙 매트릭스의 측면은 상기 제2 기판에 대하여 경사지도록 배치되는 표시 장치.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 파장 변환 패턴의 상기 측면의 경사각은 상기 광 투과 패턴의 상기 측면의 경사각보다 작은 표시 장치.
  13. 제2 항에 있어서,
    상기 파장 변환 패턴과 상기 제2 기판 사이에 배치되는 색 필터층을 더 포함하고, 상기 색 필터층은 상기 제1 파장 영역의 광을 차단하고, 상기 제2 파장 영역의 광 및 상기 제3 파장 영역의 광을 투과시키는 표시 장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 색 필터층은 상기 제1 블랙 매트릭스와 상기 기판 사이에 배치되며, 상기 파장 변환 패턴과 적어도 일부가 중첩되는 표시 장치.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 색 필터층과 상기 제2 기판 사이에 배치되는 제2 블랙 매트릭스를 포함하는 표시 장치.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 제2 블랙 매트릭스는 상기 제1 블랙 매트릭스와 중첩 배치되는 표시 장치.
  17. 제2 항에 있어서,
    상기 파장 변환 패턴의 상기 일면, 상기 광 투과 패턴의 상기 일면 및 상기 제1 블랙 매트릭스의 상기 일면은 실질적으로 하나의 평면 상에 정렬되는, 표시 장치.
  18. 기판 상에 제1 파장 영역의 광을 투과시키는 광 투과 패턴을 형성하는 단계;
    상기 기판 상에 상기 광 투과 패턴과 비중첩하게 배치되고, 상기 제1 파장 영역의 광을 제공받아, 상기 제1 파장 영역의 광과 파장 영역이 상이한 제2 파장 영역의 광으로 변환하는 제1 파장 변환 패턴을 형성하는 단계;
    상기 광 투과 패턴의 측면과 상기 제1 파장 변환 패턴의 측면을 사이의 이격 공간을 채우도록 블랙 매트릭스를 형성하는 단계;
    상기 광 투과 패턴과 상기 제1 파장 변환 패턴 사이에 배치되고, 상기 제1 파장 영역의 광을 제공 받아, 상기 제1 파장 영역의 광 및 상기 제2 파장 영역의 광과 파장 영역이 상이한 제3 파장 영역의 광으로 변환하는 제2 파장 변환 패턴을 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 제2 파장 변환 패턴은 상기 기판과 마주하는 일면 및 상기 일면에 대향하는 타면을 포함하며, 상기 타면은 상기 일면보다 넓고, 상기 제2 파장 변환 패턴에 대향하는 상기 블랙 매트릭스의 제1 측벽 및 상기 제1 파장 변환 패턴에 대향하는 상기 블랙 매트릭스의 제2 측벽은 동일한 방향으로 기울어진 표시 장치의 제조 방법.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 블랙 매트릭스는 상기 기판과 마주하는 일면 및 상기 일면에 대향하는 타면을 포함하고, 상기 타면은 상기 일면보다 넓은 표시 장치의 제조 방법.
  20. 제18 항에 있어서,
    상기 제1 파장 변환 패턴 및 상기 제2 파장 변환 패턴과 상기 기판 사이에 배치되는 색 필터층을 형성하는 단계를 더 포함하는 표시 장치의 제조 방법.
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