KR102506034B1 - 퀀텀로드층, 그 제조방법 및 이를 포함하는 표시장치 - Google Patents

퀀텀로드층, 그 제조방법 및 이를 포함하는 표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 일 방향으로 배열되는 베이스 고분자와, 상기 베이스 고분자에 결합되는 광반응부를 포함하는 광유도 고분자와, 상기 일 방향으로 배열되는 퀀텀로드를 포함하는 퀀텀로드층을 제공하는데, 광유도 고분자에 의하여 퀀텀로드의 정렬도가 개선됨으로써, 퀀텀로드층의 편광특성이 향상되고 퀀텀로드층의 제조비용이 절감되고, 표시장치의 휘도가 개선되고 표시장치의 소비전력이 절감된다.

Description

퀀텀로드층, 그 제조방법 및 이를 포함하는 표시장치 {Quantum Rod Layer, Fabricating Method Thereof And Display Device Including The Same}
본 발명은 퀀텀로드층에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 개선된 편광특성을 갖는 퀀텀로드층과, 퀀텀로드층의 제조방법과, 퀀텀로드층을 포함하는 표시장치에 관한 것이다.
사회가 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 대량의 정보를 처리 및 표시하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응하여 액정표시장치(liquid crystal display device: LCD), 플라즈마표시장치(plasma display panel: PDP), 전계방출표시장치(field emission display: FED), 유기발광다이오드표시장치(organic light emitting diode: OELD) 등과 같은 다양한 평판표시장치가 개발되어 각광받고 있다.
한편, 최근에는 높은 발광효율과 우수한 색재현률을 갖는 퀀텀로드(quantum rod, 양자막대)를 표시장치에 이용하고자 하는 연구가 진행되고 있는데, 퀀텀도트(quantum dot)는 빛의 등방성이 커서 비편광을 방출하는 반면, 퀀텀로드는 형상에 의하여 빛의 이방성이 커서 편광을 방출하는 특징을 가진다.
이러한 퀀텀로드가 적용된 표시장치를 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 종래의 퀀텀로드층을 포함하는 액정표시장치를 도시한 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 액정표시장치(10)는, 빛을 공급하는 백라이트유닛(20)과 백라이트유닛(20)의 빛을 이용하여 영상을 표시하는 액정패널(30)을 포함한다.
백라이트유닛(20)은, 빛을 방출하는 광원부(22)와, 광원부(22)의 빛을 이용하여 피크파장 특성이 개선된 빛을 방출하는 퀀텀로드층(24)을 포함한다.
퀀텀로드층(24)은 퀀텀로드를 포함하는데, 퀀텀로드는 일반적 염료에 비해 흡광계수(extinction coefficient)가 매우 크고 양자효율(quantum yield)이 우수하므로 강한 형광을 방출하며, 퀀텀로드의 직경을 조절하면 방출되는 가시광선의 파장을 조절할 수 있다.
이러한 퀀텀로드는 길이 방향에 평행한 방향으로 선편광된 빛을 방출하는 편광특성을 가지며, 슈타르크 효과(stark effect)에 의해 외부 전기장이 인가되면 전자와 정공이 분리되어 발광을 조절할 수 있는 광학적 특성을 갖는다.
그리고, 액정패널(30)은, 서로 마주보며 이격되는 제1 및 제2기판(32, 34)과, 제1 및 제2기판(32, 34) 사이에 개재되는 액정층(36)과, 제1 및 제2기판(32, 34)의 내면에 각각 배치되는 하부 및 상부 배향막(38, 40)과, 제1 및 제2기판(32, 34) 외면에 각각 배치되는 하부 및 상부 편광판(42, 44)을 포함한다.
액정표시장치(10)가 노멀리블랙(normally black) 모드인 경우, 액정층(36)은 전압 인가 시 통과하는 빛의 편광상태를 변경하고, 하부 및 상부 편광판(42, 44)의 편광축(또는 투과축)은 서로 수직으로 배치된다.
하부 및 상부 배향막(38, 40)은 액정층(36)의 초기배향상태를 결정하는 역할을 한다.
한편, 제조공정을 단순화하기 위하여 용액공정(soluble process)을 이용하여 퀀텀로드층(24)을 형성하는 방법이 제안되고 있다. 즉, 잉크젯(inkjet), 디스펜싱(dispensing), 롤투롤(roll-to-roll), 스핀코팅(spin-coating), 슬릿코팅(slit-coating) 등의 용액공정에 의해 퀀텀로드층(24)을 형성함으로써, 제조공정을 단순화하고 퀀텀로드층(24)의 두께 균일도 등을 증가시킬 수 있다.
그런데, 용액공정을 통하여 형성된 퀀텀로드층(24)에서는 퀀텀로드가 무작위(random)로 배열되므로, 퀀텀로드층(24)의 편광특성이 저하된다.
즉, 용액공정을 통하여 형성된 퀀텀로드층(24)은 편광특성이 거의 없으므로, 광원부(22)로부터 방출되는 비편광상태의 제1광(L1)을 이용하여 비편광상태의 제2광(L2)을 방출한다.
제2광(L2)은 하부 편광판(42)을 통과하면서 하부 편광판(42)의 편광축에 평행한 편광상태의 제3광(L3)이 되고, 제3광(L3)은 전압이 인가된 액정층(36)을 통과하면서 편광상태가 변경되어 상부 편광판(44)의 편광축에 평행한 편광상태의 제4광(L4)이 되고, 제4광(L4)은 상부 편광판(44)을 통과하여 상부 편광판(44)의 편광축에 평행한 편광상태의 제5광(L5)이 액정표시장치(10)로부터 방출된다.
여기서, 비편광상태의 제2광(L2)이 하부 편광판(42)에 입사될 때, 하부 편광판(42)의 편광축에 평행한 성분만이 하부 편광판(42)을 통과하고, 하부 편광판(42)의 편광축에 수직한 성분은 하부 편광판(42)에 흡수되어 소멸되므로, 백라이트유닛(20)이 공급하는 빛의 일부가 손실되어 액정표시장치(10)의 휘도가 저하되는 문제가 있다.
예를 들어, 하부 편광판(42)을 통과하면서 백라이트유닛(20)이 공급하는 빛의 약 40% 내지 약 50%가 손실될 수 있다.
그리고, 손실되는 빛을 보상하여 액정표시장치(10)의 휘도를 증가시키기 위해서는, 상대적으로 많은 양의 퀀텀로드가 포함되도록 퀀텀로드층(24)을 형성하여야 하는데, 이에 따라 퀀텀로드층(24)의 제조비용이 증가하고, 퀀텀로드의 재료, 예를 들어 카드뮴(Cd) 계열의 물질의 사용이 증가하여 환경규제로부터 취약하게 되는 문제가 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제시된 것으로, 광유도 고분자(photo-induced polymer)를 이용하여 퀀텀로드의 정렬도(degree of alignment)(또는 정렬 균일도)를 개선함으로써, 편광특성이 향상되고 제조비용이 절감되는 퀀텀로드층, 그 제조방법 및 이를 포함하는 표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은, 광유도 고분자를 이용하여 퀀텀로드의 정렬도를 개선하고 퀀텀로드층의 편광특성을 향상시켜 편광판의 역할을 하도록 함으로써, 하부 편광판을 생략하여 제조비용이 절감되고 휘도가 개선되고 소비전력이 절감되는 퀀텀로드층을 포함하는 표시장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 광유도 고분자를 이용하여 퀀텀로드의 정렬도를 개선하고 퀀텀로드층의 편광특성 및 배향특성을 향상시켜 편광판 및 배향막의 역할을 하도록 함으로써, 하부 편광판 및 하부 배향막을 생략하여 제조비용이 절감되고 휘도가 개선되고 소비전력이 절감되는 퀀텀로드층을 포함하는 표시장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
위와 같은 과제의 해결을 위해, 본 발명은, 일 방향으로 배열되는 베이스 고분자와, 상기 베이스 고분자에 결합되는 광반응부를 포함하는 광유도 고분자와, 상기 일 방향으로 배열되는 퀀텀로드를 포함하는 퀀텀로드층을 제공한다.
그리고, 상기 베이스 고분자는, PE(polyethylene), PET(polyethylene terephthalate), PI(polyimide), PA(polyacrylate), PE(polyester) 중 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 광반응부는, 상기 베이스 고분자의 주쇄 또는 측쇄에 화학적으로 결합되고, 빛에 의하여 광이성질화 반응(photo-isomerization reaction, 광가교 반응(photo-crosslinking reaction), 광분해 반응(photo-decomposition reaction) 중 하나가 발생하는 물질을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 광이성질화 반응이 발생하는 상기 광반응부는, 아래의 화학반응식1에 따라 빛 또는 열에 반응하는 아조벤젠(azobenzene), 아래의 화학반응식2에 따라 빛 또는 열에 반응하는 스틸벤 계열(stilbene group)의 모이어티(moiety) 중 하나를 포함할 수 있다.
[화학반응식1]
Figure 112015118932453-pat00001
[화학반응식2]
Figure 112015118932453-pat00002
또한, 상기 광가교 반응이 발생하는 상기 광반응부는, 아래의 화학식1 내지 화학식5로 각각 표시되는 신나메이트(cinnamate), 쿠마린(coumarin), 칼콘(chalcone), 말레이미드(maleimide), 안트라세닐 계열(anthracenyl group) 또는 그 유도체(derivative) 중 하나를 포함할 수 있다.
[화학식1]
Figure 112015118932453-pat00003
[화학식2]
Figure 112015118932453-pat00004
[화학식3]
Figure 112015118932453-pat00005
[화학식4]
Figure 112015118932453-pat00006
[화학식5]
Figure 112015118932453-pat00007
그리고, 상기 광분해 반응이 발생하는 상기 광반응부는, 아래의 화학식6 또는 화학식7에 따라 빛에 반응하는 싸이클로부탄(cyclobutane) 및 그 유도체를 포함하는 디안하이드라이드(dianhydride)를 포함하고, A~D는 각각 수소 계열(hydrogen group), 메틸 계열(methyl group), 에틸 계열(ethyl group) 중 하나일 수 있다.
[화학식6]
Figure 112015118932453-pat00008
[화학식7]
Figure 112015118932453-pat00009
또한, 상기 광유도 고분자는, 상기 베이스 고분자 또는 상기 광반응부에 결합되고, 액정상(liquid crystal phase)을 갖는 막대형(rod-like)의 메조겐을 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 메조겐은, 아래의 화학식8로 표시되는 강건한(rigid) 방향족 고리(aromatic ring) 또는 지방족 고리(aliphatic ring)이 2개 이상 연결되어 있는 바이페닐(biphenyl), 아래의 화학식9로 표시되는 방향족 고리(aromatic ring) 사이에 카르복실기(carboxyl group)를 포함하는 페닐(phenyl)과 아래의 화학식10으로 표시되는 벤조에이트(benzoate)의 화합물 또는 아래의 화학식11 내지 화학식13으로 표시되는 그 유도체 중 하나를 포함하고, X, Y는 탄소(carbon) 또는 산소(oxygen)를 하나 이상 포함할 수 있다.
[화학식8]
Figure 112015118932453-pat00010
[화학식9]
Figure 112015118932453-pat00011
[화학식10]
Figure 112015118932453-pat00012
[화학식11]
Figure 112015118932453-pat00013
[화학식12]
Figure 112015118932453-pat00014
[화학식13]
Figure 112015118932453-pat00015
또한, 상기 광유도 고분자는, 상기 일 방향으로 배열된 제1광유도 고분자와, 자외선 및 열에 의하여 변형 및 재변형 되어 상기 일 방향으로 배열된 제2광유도 고분자를 포함하고, 상기 퀀텀로드층은 상기 자외선에 의하여 구조가 변한 변형 고분자를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명은, 광유도 고분자, 퀀텀로드 및 용매를 포함하는 퀀텀로드 용액 조성물을 도포하여 베이스층 상부에 퀀텀로드 용액층을 형성하는 단계와, 상기 퀀텀로드 용액층에 편광상태의 자외선을 조사하는 단계와, 상기 퀀텀로드 용액층을 열처리하는 단계를 포함하는 퀀텀로드층의 제조방법을 제공한다.
그리고, 상기 자외선의 편광방향에 평행한 방향으로 배열된 상기 광유도 고분자는 상기 자외선에 의하여 변형 고분자가 되고, 상기 변형 고분자는 상기 열처리에 의하여 재변형 고분자가 되고, 상기 재변형 고분자의 일부는 상기 자외선의 편광방향에 수직한 방향으로 배열될 수 있다.
또한, 상기 자외선은 200nm 내지 400nm의 파장을 갖고, 상기 자외선을 조사하는 단계는, 상기 퀀텀로드 용액층에 380nm 내지 780nm의 파장을 갖는 가시광선을 조사하는 단계를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 열처리는 120도 내지 250도의 온도로 1시간 이하의 처리시간 동안 진행될 수 있다.
다른 한편, 본 발명은, 청색 빛을 방출하는 광원부와, 상기 광원부 상부에 배치되고, 상기 광원부의 상기 청색 빛을 이용하여 적, 녹, 청색에 대응되는 파장에서 피크를 갖는 편광상태의 백색 빛을 방출하는 퀀텀로드층과, 상기 광원부 상부에 배치되고, 서로 마주보며 이격되는 제1 및 제2기판과, 상기 제1 및 제2기판 사이에 배치되는 액정층과, 상기 제2기판 내면에 배치되는 상부 배향막과, 상기 제2기판 외면에 배치되는 상부 편광판을 포함하는 액정표시장치를 제공한다.
그리고, 퀀텀로드층은 상기 광원부와 상기 제1기판 사이에 배치될 수 있다.
또한, 상기 액정표시장치는, 상기 퀀텀로드층과 상기 제1기판 사이에 배치되는 하부 편광판을 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 퀀텀로드층은 상기 제1기판 내면에 배치될 수 있다.
또한, 상기 액정표시장치는 상기 제1기판 외면에 배치되는 하부편광판을 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 퀀텀로드층은, 일 방향으로 배열되는 베이스 고분자와, 상기 베이스 고분자에 결합되는 광반응부를 포함하는 광유도 고분자와, 상기 일 방향으로 배열되는 퀀텀로드를 포함할 수 있다.
또한, 상기 퀀텀로드층이 상기 광원부 또는 상기 제1기판에 직접 부착되거나, 상기 퀀텀로드층과, 상기 퀀텀로드층의 상부 또는 하부에 배치되는 베이스층, 점착층, 수분차단층, 오염방지층, 광학보상층 중 적어도 하나를 포함하는 필름이 상기 광원부 또는 상기 제1기판에 부착될 수 있다.
본 발명은, 광유도 고분자를 이용하여 퀀텀로드의 정렬도를 개선함으로써, 퀀텀로드층의 편광특성이 향상되고 퀀텀로드층의 제조비용이 절감되는 효과를 갖는다.
그리고, 본 발명은, 광유도 고분자를 이용하여 퀀텀로드의 정렬도를 개선하고 퀀텀로드층의 편광특성을 향상시켜 편광판의 역할을 하도록 함으로써, 하부 편광판을 생략하여 제조비용이 절감되고 표시장치의 휘도가 개선되고 표시장치의 소비전력이 절감되는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은, 광유도 고분자를 이용하여 퀀텀로드의 정렬도를 개선하고 퀀텀로드층의 편광특성 및 배향특성을 향상시켜 편광판 및 배향막의 역할을 하도록 함으로써, 하부 편광판 및 하부 배향막을 생략하여 제조비용이 절감되고 휘도가 개선되고 소비전력이 절감되는 효과를 갖는다.
도 1은 종래의 퀀텀로드층을 포함하는 액정표시장치를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 퀀텀로드층을 포함하는 액정표시장치를 도시한 도면.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 제1실시예에 따른 퀀텀로드층의 제조방법을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 퀀텀로드층을 포함하는 액정표시장치를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 퀀텀로드층을 포함하는 액정표시장치를 도시한 도면.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 퀀텀로드층, 그 제조방법 및 이를 포함하는 표시장치를 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 퀀텀로드층을 포함하는 액정표시장치를 도시한 도면이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 퀀텀로드층을 포함하는 액정표시장치(110)는, 빛을 공급하는 백라이트유닛(120)과 백라이트유닛(120)의 빛을 이용하여 영상을 표시하는 액정패널(130)을 포함한다.
백라이트유닛(120)은, 빛을 방출하는 광원부(122)와, 광원부(122)의 빛을 이용하여 피크파장 특성이 개선된 편광상태의 빛을 방출하는 퀀텀로드층(124)을 포함한다.
광원부(122)는 청색 빛을 방출할 수 있는데, 예를 들어, 에지타입(edge type)의 광원부(122)는, 청색 빛을 방출하는 발광다이오드(light emitting diode: LED)와 같은 광원과, 광원의 측면에 배치되어 광원의 빛의 경로를 변경하여 전달하는 도광판(light guide plate)을 포함할 수 있으며, 다이렉트타입(direct type)의 광원부(122)는, 청색 빛을 방출하는 발광다이오드와 같은 광원과, 광원의 상부에 배치되어 광원의 빛을 균일하게 전달하는 광학시트를 포함할 수 있다.
퀀텀로드층(124)은 청색 빛을 이용하여 적, 녹, 청색에 대응되는 파장에서 피크를 갖는 편광상태의 백색 빛을 방출할 수 있다.
예를 들어, 퀀텀로드층(124)은 약 650nm, 약 550nm, 약 450nm의 파장에서 각각 약 36nm, 약 50nm, 약 23nm의 반치폭(full width at half maximum: FWHM)을 갖는 빛을 방출할 수 있다.
이러한 퀀텀로드층(124)은 광유도 고분자(photo-induced polymer)(도 3d의 150), 변형 고분자(modified polymer)(도 3d의 152), 퀀텀로드(도 3d의 154)를 포함한다.
광유도 고분자(150)는 편광상태의 자외선(ultraviolet: UV) 조사에 의하여 자외선의 편광방향에 수직한 방향으로 정렬 및 재정렬 되고, 변형 고분자(152)는 편광상태의 자외선 조사에 의하여 자외선의 편광방향에 평행한 방향으로 배열된 광유도 고분자(150)가 변형되어 생성되는데, 이러한 광유도 고분자(150) 및 변형 고분자(152)는 도 3a 내지 도 3d에서 상세히 설명한다.
퀀텀로드(154)는 입사되는 빛을 이용하여 빛을 방출하는 광발광(photoluminescence) 특성을 갖는데, 광유도 고분자(150)에 의하여 자외선의 편광방향에 수직한 방향으로 정렬된다.
이와 같이 광유도 고분자(150)에 의하여 퀀텀로드(154)의 정렬도가 향상되므로, 퀀텀로드층(124)은 편광상태의 빛을 방출할 수 있으며, 그 결과 퀀텀로드층(124)이 방출하는 빛의 편광상태가 개선된다.
퀀텀로드(154)는 나노(nano) 크기의 II-VI족, III-V족, IV-VI족, I-III-VI족 반도체물질로 이루어지는 코어(core)와 코어를 보호하기 위한 쉘(shell)을 포함하는데, 코어의 양자효율을 높이기 위하여 쉘을 구성하는 물질을 적절히 선정하여야 하며, 분산특성 및 용액공정을 위하여 적절한 리간드(ligand)가 추가될 수 있다.
예를 들어, II-VI족 반도체물질은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe 등을 포함하고, III-V족 반도체물질은 GaAs, GaP, GaAs-P, Ga-Sb, InAs, InP, InSb, AlAs, AlP, AlSb 등을 포함하고, IV-VI족 반도체물질은 PbS, PbSe, PbTe 등을 포함하고, I-III-VI족 반도체물질은 CuInSe2, CuIS2, AgInS2 등을 포함하며, 그 외에 그래핀(graphene) 등이 사용될 수 있다.
이와 같은 퀀텀로드층(124)은, 용액공정을 통하여 백라이트유닛(120) 또는 액정패널(130)에 직접 형성되거나, 그 상부 또는 하부에 베이스층, 점착층, 수분차단층, 오염방지층, 광학보상층 중 적어도 하나를 더 포함하는 필름형태로 제조되어 백라이트유닛(120) 또는 액정패널(130)에 부착될 수 있다.
그리고, 액정패널(130)은, 서로 마주보며 이격되는 제1 및 제2기판(132, 134)과, 제1 및 제2기판(132, 134) 사이에 개재되는 액정층(136)과, 제1 및 제2기판(132, 134)의 내면에 각각 배치되는 하부 및 상부 배향막(138, 140)과, 제1 및 제2기판(132, 134) 외면에 각각 배치되는 하부 및 상부 편광판(142, 144)을 포함한다.
액정표시장치(110)가 노멀리블랙(normally black) 모드인 경우, 액정층(136)은 전압 인가 시 통과하는 빛의 편광상태를 변경하고, 하부 및 상부 편광판(142, 144)의 편광축(또는 투과축)은 서로 수직으로 배치된다.
그리고, 하부 및 상부 배향막(138, 140)은 액정층(36)의 초기배향상태를 결정하는 역할을 한다.
이러한 액정표시장치(110)에서, 퀀텀로드층(124)의 퀀텀로드(154)는 광유도 고분자(150)에 의하여 특정방향으로 정렬되므로, 퀀텀로드층(124)은 특정방향의 편광상태의 빛을 방출한다.
즉, 퀀텀로드층(124)은 광원부(122)로부터 방출되는 비편광상태의 제1광(L1)을 이용하여 편광상태의 제2광(L2)을 방출하는데, 제2광(L2)의 편광방향은 하부 편광판(142)의 편광축(투과축)과 평행하게 설정된다.
제2광(L2)의 편광방향이 하부 편광판(142)의 편광축과 평행하므로, 제2광(L2)은 하부 편광판(142)을 손실(흡수)없이 그대로 통과하여 하부 편광판(142)의 편광축에 평행한 편광상태의 제3광(L3)이 되고, 제3광(L3)은 전압이 인가된 액정층(136)을 통과하면서 편광상태가 변경되어 상부 편광판(144)의 편광축에 평행한 편광상태의 제4광(L4)이 되고, 제4광(L4)은 상부 편광판(144)을 통과하여 상부 편광판(144)의 편광축에 평행한 편광상태의 제5광(L5)이 액정표시장치(110)로부터 방출된다.
여기서, 제2광(L2)은 하부 편광판(142)의 편광축과 평행한 성분만을 가지므로, 편광상태의 제2광(L2) 중 하부 편광판(142)에 흡수되는 광량은 최소화 되고 하부 편광판(142)을 통과하는 광량은 최대화 되어, 액정표시장치(110)의 광효율 및 휘도가 개선된다.
그리고, 손실되는 광량이 최소화 되어 액정표시장치(110)의 휘도가 증가하므로, 상대적으로 적은 양의 퀀텀로드(154)가 포함되도록 퀀텀로드층(124)을 형성할 수 있으며, 이에 따라 퀀텀로드층(124)의 제조비용이 저감되고, 퀀텀로드(154)의 재료, 예를 들어 카드뮴(Cd) 계열의 물질의 사용이 최소화 되어 환경규제로부터 자유롭게 된다.
또한, 액정표시장치(110)의 휘도 증가를 소비전력 절감 형태로 제품화 할 수 있다.
이러한 퀀텀로드층(124)은 광유도 고분자(150), 퀀텀로드(154) 및 용매를 포함하는 퀀텀로드 용액 조성물을 이용하는 용액공정을 통하여 형성되는데, 이를 도면을 참조하여 설명한다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 제1실시예에 따른 퀀텀로드층의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a에 도시한 바와 같이, 잉크젯(inkjet), 디스펜싱(dispensing), 롤투롤(roll-to-roll), 스핀코팅(spin-coating), 슬릿코팅(slit-coating) 등의 용액공정을 통하여 베이스층(미도시) 상부에 퀀텀로드 용액 조성물을 도포함으로써, 베이스층 상부에 퀀텀로드 용액층(126)을 형성한 후, 퀀텀로드 용액층(126)에 편광상태의 자외선을 조사한다.
자외선은 약 200nm 내지 약 400nm의 파장, 예를 들어 254nm, 313nm, 365nm의 파장을 가질 수 있다.
그리고, y축 방향에 평행한 편광방향을 갖는 직사각형 형상의 자외선을 퀀텀로드 용액층(126)에 조사하면서 자외선 광원 또는 베이스층을 x축 방향으로 이동함으로써, 퀀텀로드 용액층(126) 전면에 자외선을 조사할 수 있다.
퀀텀로드 용액 조성물은 광유도 고분자(150), 퀀텀로드(154) 및 용매를 포함한다.
이때, 퀀텀로드(154)가 광유도 고분자(150)에 용이하게 분산되고 적절한 상호작용(interaction)을 가질 수 있도록, 광유도 고분자(150)에 적합하게 퀀텀로드(154)의 쉘을 표면처리 함으로써, 최종적으로 형성되는 퀀텀로드층(124)의 정렬도를 더 개선할 수 있다.
그리고, 퀀텀로드 용액층(126) 형성 후 자외선 조사 전에, 약 150도 이하의 온도로 퀀텀로드 용액층(126)을 열처리 함으로써, 퀀텀로드 용액층(126)으로부터 용매의 일부를 제거할 수 있다.
퀀텀로드 용액 조성물에서, 광유도 고분자(150)는 자외선 조사에 의하여 특정방향을 따라 정렬되는 호스트(host)의 역할을 하고, 퀀텀로드(154)는 광유도 고분자(150)의 정렬방향을 따라 정렬되는 게스트(guest)의 역할을 한다.
즉, 자외선이 조사되지 않은 퀀텀로드 용액층(126)의 B영역에서는 광유도 고분자(150)가 무작위(random)로 배열되어 있는 반면, y축에 평행한 편광방향을 갖는 자외선이 조사된 퀀텀로드 용액층(126)의 A영역에서는 광유도 고분자(150)가 자외선의 편광방향에 수직한 방향(즉, x축 방향)으로 정렬되고, 퀀텀로드 용액층(126)에 게스트 형태로 포함되어 있는 퀀텀로드(154)도 광유도 고분자(150)의 정렬방향에 따라 정렬된다.
이러한 광유도 고분자(150)는 베이스 고분자(base polymer)와 광반응부(photo-sensitive group 또는 photo-reactive group)를 포함한다.
베이스 고분자는, 광유도 고분자(150)의 기계적 및 화학적 특성을 유지하는 역할을 하는데, PE(polyethylene), PET(polyethylene terephthalate), PI(polyimide), PA(polyacrylate), polyester 중 하나를 포함할 수 있다.
광반응부는, 자외선을 감지하여 베이스 고분자를 정렬하는 역할을 하는데, 특히 편광상태의 자외선에 반응하여 베이스 고분자를 일축배향(uniaxial alignment) 할 수 있으며, 베이스 고분자의 주쇄(main chain) 또는 측쇄(side chain)에 화학적으로 결합될 수 있다.
광반응부는, 자외선에 의하여 광이성질화 반응(photo-isomerization reaction)(trans<->cis), 광가교 반응(photo-crosslinking reaction), 광분해 반응(photo-decomposition reaction) 중 하나가 발생하는 물질을 포함한다.
첫 번째로, 광이성질화 반응이 발생하는 광반응부는, 아래의 화학반응식1에 따라 빛 또는 열에 반응하는 아조벤젠(azobenzene), 아래의 화학반응식2에 따라 빛 또는 열에 반응하는 스틸벤 계열(stilbene group)의 모이어티(moiety) 중 하나를 포함할 수 있다.
[화학반응식1]
Figure 112015118932453-pat00016
[화학반응식2]
Figure 112015118932453-pat00017
예를 들어, 자외선의 편광방향에 평행한 방향으로 배열된 광유도 고분자(150)의 트랜스(trance) 아조벤젠 또는 E-스틸벤은 자외선의 조사에 의하여 각각 시스(cis) 아조벤젠 또는 Z-스틸벤으로 변형되는 반면, 자외선의 편광방향에 수직한 방향으로 배열된 광유도 고분자(150)의 트랜스 아조벤젠 또는 E-스틸벤은 자외선이 조사된 경우에도 변형되지 않을 수 있다.
그리고, 트랜스 아조벤젠 또는 E-스틸벤은 약 200nm 내지 약 400nm의 파장을 갖는 자외선에 의하여 각각 시스 아조벤젠 또는 Z-스틸벤으로 변형되고, 시스 아조벤젠 또는 Z-스틸벤은 약 380nm 내지 약 780nm의 파장을 갖는 가시광선 또는 열에 의하여 각각 트랜스 아조벤젠 또는 E-스틸벤으로 변형될 수 있다.
즉, 편광상태의 자외선과 함께 가시광선을 조사할 경우, 자외선에 의하여 변형된 시스 아조벤젠 또는 Z-스틸벤이 가시광선에 의하여 각각 트랜스 아조벤젠 또는 E-스틸벤으로 재변형되는데, 재변형된 트랜스 아조벤젠 또는 E-스틸벤을 포함하는 광유도 고분자(150)의 중 일부는 자외선의 편광방향에 수직한 방향으로 배열될 수 있다.
따라서, 약 200nm 내지 약 400nm의 파장을 갖는 편광상태의 자외선과 약 380nm 내지 약 780nm의 파장을 갖는 가시광선을 함께 조사함으로써, 광이성질화 반응이 발생하는 광반응부에 의한 광유도 고분자(150)의 정렬도 및 일축배향을 더욱 개선할 수 있다.
두 번째로, 광가교 반응이 발생하는 광반응부는, 광이분자화(photo-dimerization) 물질을 포함하는데, 예를 들어, 아래의 화학식1 내지 화학식5로 각각 표시되는 신나메이트(cinnamate), 쿠마린(coumarin), 칼콘(chalcone), 말레이미드(maleimide), 안트라세닐 계열(anthracenyl group) 또는 그 유도체(derivative) 중 하나를 포함할 수 있다.
[화학식1]
Figure 112015118932453-pat00018
[화학식2]
Figure 112015118932453-pat00019
[화학식3]
Figure 112015118932453-pat00020
[화학식4]
Figure 112015118932453-pat00021
[화학식5]
Figure 112015118932453-pat00022
신나메이트(cinnamate)에서는 빛 또는 열에 의하여 아래의 화학반응식3에 따라 2+2 고리화첨가 반응(cycloaddition reaction)이 발생하는데, 쿠마린(coumarin), 칼콘(chalcone), 말레이미드(maleimide)에서도 이와 마찬가지로 빛에 의하여 2+2 고리화 첨가반응이 발생한다.
[화학반응식3]
Figure 112015118932453-pat00023
그리고, 안트라세닐 계열(anthracenyl group)에서는 빛 또는 열에 의하여 아래의 화학반응식4에 따라 4+4 고리화첨가 반응(cycloaddition reaction)이 발생한다.
[화학반응식4]
Figure 112015118932453-pat00024
예를 들어, 자외선의 편광방향에 평행한 방향으로 배열된 광유도 고분자(150)의 신나메이트, 쿠마린, 칼콘, 말레이미드 또는 안트라세닐 계열은 자외선의 조사에 의하여 2+2 고리화첨가 반응 또는 4+4 고리화첨가 반응을 통하여 각각 이분자화된(dimerized) 신나메이트, 쿠마린, 칼콘, 말레이미드 또는 안트라세닐 계열로 변형되는 반면, 자외선의 편광방향에 수직한 방향으로 배열된 광유도 고분자(150)의 신나메이트, 쿠마린, 칼콘, 말레이미드 또는 안트라세닐 계열은 자외선이 조사된 경우에도 변형되지 않을 수 있다.
이와 같은 광가교 반응이 발생하는 광반응부는 광이성질화 반응이 발생하는 광반응부보다 낮은 자외선 조사량으로도 반응을 발생시킬 수 있다.
그리고, 신나메이트, 쿠마린, 칼콘, 말레이미드 또는 안트라세닐 계열은 약 200nm 내지 약 400nm의 파장을 갖는 자외선에 의하여 각각 이분자화된 신나메이트, 쿠마린, 칼콘, 말레이미드 또는 안트라세닐 계열로 변형되고, 이분자화된 신나메이트, 쿠마린, 칼콘, 말레이미드 또는 안트라세닐 계열은 약 380nm 내지 약 780nm의 파장을 갖는 가시광선 또는 열에 의하여 각각 신나메이트, 쿠마린, 칼콘, 말레이미드 또는 안트라세닐 계열로 변형될 수 있다.
즉, 편광상태의 자외선과 함께 가시광선을 조사할 경우, 자외선에 의하여 변형된 이분자화된 신나메이트, 쿠마린, 칼콘, 말레이미드 또는 안트라세닐 계열이 가시광선에 의하여 각각 신나메이트, 쿠마린, 칼콘, 말레이미드 또는 안트라세닐 계열로 재변형되는데, 재변형된 신나메이트, 쿠마린, 칼콘, 말레이미드 또는 안트라세닐 계열을 포함하는 광유도 고분자(150)의 중 일부는 자외선의 편광방향에 수직한 방향으로 배열될 수 있다.
따라서, 광이성질화 반응이 발생하는 광반응부와 마찬가지로, 약 200nm 내지 약 400nm의 파장을 갖는 편광상태의 자외선과 약 380nm 내지 약 780nm의 파장을 갖는 가시광선을 함께 조사함으로써, 광가교 반응이 발생하는 광반응부에 의한 광유도 고분자(150)의 정렬도 및 일축배향을 더욱 개선할 수 있다.
세 번째로, 광분해 반응이 발생하는 광반응부는, 광분해(photo-decomposition) 물질을 포함하는데, 예를 들어, 아래의 화학식6 또는 화학식7에 따라 빛에 반응하는 싸이클로부탄(cyclobutane) 및 그 유도체를 포함하는 디안하이드라이드(dianhydride)를 포함할 수 있다.
[화학식6]
Figure 112015118932453-pat00025
[화학식7]
Figure 112015118932453-pat00026
여기서, A~D는 각각 수소 계열(hydrogen group), 메틸 계열(methyl group), 에틸 계열(ethyl group) 중 하나일 수 있다.
예를 들어, 자외선의 편광방향에 평행한 방향으로 배열된 광유도 고분자(150)의 디안하이드라이드는 자외선의 조사에 의하여 싸이클로부탄이 절단되어 저분자로 변형되는 반면, 자외선의 편광방향에 수직한 방향으로 배열된 광유도 고분자(150)의 디안하이드라이드는 자외선이 조사된 경우에도 변형되지 않을 수 있다.
한편, 광유도 고분자(150)는 베이스 고분자와 광반응부 외에 배향특성 및 정렬도를 향상시키기 위하여 액정상(liquid crystal phase)을 갖는 메조겐(mesogen)을 더 포함할 수 있으며, 메조겐은 베이스 고분자 또는 광반응부에 화학적으로 결합될 수 있다.
메조겐은 막대형(rod-like) 일 수 있으며, 예를 들어, 아래의 화학식8로 표시되는 강건한(rigid) 방향족 고리(aromatic ring) 또는 지방족 고리(aliphatic ring)이 2개 이상 연결되어 있는 바이페닐(biphenyl), 아래의 화학식9로 표시되는 방향족 고리(aromatic ring) 사이에 카르복실기(carboxyl group)를 포함하는 페닐(phenyl)과 아래의 화학식10으로 표시되는 벤조에이트(benzoate)의 화합물 또는 아래의 화학식11 내지 화학식13으로 표시되는 그 유도체 중 하나를 포함할 수 있다.
[화학식8]
Figure 112015118932453-pat00027
[화학식9]
Figure 112015118932453-pat00028
[화학식10]
Figure 112015118932453-pat00029
[화학식11]
Figure 112015118932453-pat00030
[화학식12]
Figure 112015118932453-pat00031
[화학식13]
Figure 112015118932453-pat00032
여기서, X, Y는 탄소(carbon) 또는 산소(oxygen)를 하나 이상 포함하는 물질일 수 있다.
특히, 메조겐이 광반응부에 결합하는 형태로 존재할 경우, 자외선에 의한 배향특성과 액정의 결정성 배향을 통해 퀀텀로드(154)를 더 효과적으로 배향할 수 있다.
도 3b에 도시한 바와 같이, 퀀텀로드 용액층(126) 전면에 대한 편광상태의 자외선 조사가 완료되면, 퀀텀로드 용액층(126)의 광유도 고분자(150) 중 자외선의 편광방향에 평행한 방향으로 배열된 광유도 고분자(150)는 구조가 변하여 변형 고분자(152)가 되고, 자외선의 편광방향에 평행하지 않은 방향으로 배열된 광유도 고분자(150)는 변형되지 않고 그대로 잔존하게 된다.
도 3c에 도시한 바와 같이, 편광상태의 자외선 조사 완료 후, 퀀텀로드 용액층(126)에 대하여 약 1시간 이하의 처리시간 동안 약 120도 내지 약 250도의 온도로 열처리를 진행한다.
자외선에 의하여 1차로 정렬된 광유도 고분자(150)는, 열처리에 의하여 목표방향 또는 평균방향(예를 들어, 자외선의 편광방향에 수직인 방향, x축 방향)으로 재정렬 되므로, 대면적에 대해서도 균일한 배향공정을 확보할 수 있다.
즉, 자외선의 편광방향에 평행한 방향으로 배열된 광유도 고분자(150)는 자외선에 의하여 변형 고분자(152)가 되고, 변형 고분자(152)는 열처리에 의하여 재변형 고분자(156)가 되는데, 재변형 고분자(156)의 일부는 자외선의 편광방향에 수직한 방향으로 배열될 수 있으며, 이러한 재변형 고분자(156)에 의하여 퀀텀로드 용액층(126)의 정렬도가 개선된다.
예를 들어, 광이성질화 반응이 발생하는 광반응부를 포함하는 광유도 고분자(150)의 경우, 자외선에 의하여 변형된 시스 아조벤젠 또는 Z-스틸벤이 열처리에 의하여 각각 트랜스 아조벤젠 또는 E-스틸벤으로 재변형되는데, 재변형된 트랜스 아조벤젠 또는 E-스틸벤을 포함하는 재변형 고분자(156) 중 일부는 자외선의 편광방향에 수직한 방향으로 배열될 수 있다.
그리고, 광가교 반응이 발생하는 광반응부를 포함하는 광유도 고분자(150)의 경우, 자외선에 의하여 이분자화된(dimerized) 신나메이트, 쿠마린, 칼콘, 말레이미드 또는 안트라세닐 계열은 열처리에 의하여 각각 신나메이트, 쿠마린, 칼콘, 말레이미드 또는 안트라세닐 계열로 재변형되는데, 재변형된 신나메이트, 쿠마린, 칼콘, 말레이미드 또는 안트라세닐 계열을 포함하는 재변형 고분자(156) 중 일부는 자외선의 편광방향에 수직한 방향으로 배열될 수 있다.
또한, 광분해 반응이 발생하는 광반응부를 포함하는 광유도 고분자(150)의 경우, 자외선에 의하여 디안하이드라이드로부터 변형된 저분자는 열처리에 의하여 기화되어 제거되고, 자외선의 편광방향에 수직한 방향으로 배열된 디안하이드라이드를 포함하는 광유도 고분자(150)만 잔존할 수 있다.
한편, 열처리에 의하여 퀀텀로드 용액층(126)의 광유도 고분자(150) 및 재변형 고분자(156)가 자외선의 편광방향에 수직한 방향으로 정렬 및 재정렬함에 따라, 퀀텀로드 용액층(126)에 게스트 형태로 포함되어 있는 퀀텀로드(154)도 광유도 고분자(150) 및 재변형 고분자(156)의 정렬방향에 따라 정렬 및 재정렬 될 수 있다.
또한, 광유도 고분자(150)가 베이스 고분자 및 감광부 외에 메조겐을 포함할 경우, 자외선 조사 이후의 열처리 과정에서 메조겐도 재정렬됨으로써, 퀀텀로드(154)의 균일한 정렬도를 더 개선할 수 있다.
그리고, 열처리에 의하여 퀀텀로드 용액층(126)의 용매를 완전히 제거하여 퀀텀로드 용액층(126)을 경화할 수 있다.
도 3d에 도시한 바와 같이, 자외선 조사 및 열처리에 의하여 용매가 제거되고 퀀텀로드 용액층(126)의 광유도 고분자(150) 및 퀀텀로드(154)가 자외선의 편광방향에 수직한 방향(예를 들어 x축 방향)으로 정렬 및 재정렬 됨으로써, 대면적의 퀀텀로드 용액층(126)에 대하여 균일하고 향상된 정렬도를 확보할 수 있으며, 편광상태의 빛을 방출하는 퀀텀로드층(124)을 완성할 수 있다.
이때, 자외선의 편광방향에 수직한 방향(예를 들어 x축 방향)으로 정렬 및 재정렬된 광유도 고분자(150)는, 퀀텀로드 용액층(126) 형성 시에 자외선의 편광방향에 수직한 방향으로 배열된 제1광유도 고분자(150a)와, 자외선 및 열처리에 의하여 재변형되어 자외선의 편광방향에 수직한 방향으로 배열된 제2광유도 고분자(150b)를 포함할 수 있다.
그리고, 완성된 퀀텀로드층(124)은 자외선에 의하여 구조가 변한 변형 고분자(152)를 포함할 수 있는데, 이러한 변형 고분자(152)는 일부만 존재하므로, 퀀텀로드층(124)의 정렬도에 큰 영향을 끼치지 않으며, 퀀텀로드층(124)는 균일한 정렬도를 가질 수 있다.
이상과 같이, 제1실시예에서는 광유도 고분자(150), 퀀텀로드(154) 및 용매를 포함하는 퀀텀로드 용액 조성물을 이용하여 퀀텀로드용액층(126)을 형성하고, 퀀텀로드용액층(126)에 편광상태의 자외선을 조사하고 열처리 함으로써, 자외선의 편광방향에 수직한 방향으로 균일한 정렬도를 갖고 편광상태의 빛을 방출하는 퀀텀로드층(124)을 형성할 수 있다.
그리고, 이러한 퀀텀로드층(124)을 백라이트유닛(120)의 광원부(122)와 액정패널(130)의 하부 편광판(138) 사이에 배치함으로써, 액정표시장치(110)의 광효율 및 휘도를 개선할 수 있으며, 환경규제로부터 벗어날 수 있다.
제1실시예에서는 퀀텀로드층(124)을 백라이트유닛(120)의 광원부(122)와 액정패널(130)의 하부 편광판(138) 사이에 배치하였으나, 다른 실시예에서는 퀀텀로드층을 액정패널의 하부 편광판으로 사용할 수도 있는데, 이를 도면을 참조하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 퀀텀로드층을 포함하는 액정표시장치를 도시한 도면으로, 제1실시예와 동일한 부분에 대한 설명은 생략한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 퀀텀로드층을 포함하는 액정표시장치(210)는, 빛을 공급하는 백라이트유닛(220)과 백라이트유닛(220)의 빛을 이용하여 영상을 표시하는 액정패널(230)을 포함한다.
백라이트유닛(220)은, 빛을 방출하는 광원부(미도시)를 포함할 수 있는데, 광원부는 청색 빛을 방출할 수 있다.
예를 들어, 에지타입(edge type)의 광원부는, 청색광을 방출하는 발광다이오드(light emitting diode: LED)와 같은 광원과, 광원의 측면에 배치되어 광원의 빛의 경로를 변경하여 전달하는 도광판(light guide plate)을 포함할 수 있으며, 다이렉트타입(direct type)의 광원부는, 청색광을 방출하는 발광다이오드와 같은 광원과, 광원의 상부에 배치되어 광원의 빛을 균일하게 전달하는 광학시트를 포함할 수 있다.
그리고, 액정패널(230)은, 서로 마주보며 이격되는 제1 및 제2기판(232, 234)과, 제1 및 제2기판(232, 234) 사이에 개재되는 액정층(236)과, 제1 및 제2기판(232, 234)의 내면에 각각 배치되는 하부 및 상부 배향막(238, 240)과, 제1기판(232)의 외면에 배치되는 퀀텀로드층(224)과, 제2기판(234) 외면에 배치되는 상부 편광판(244)을 포함한다.
여기서, 퀀텀로드층(224)은 백라이트유닛(220)의 광효율을 개선하는 역할을 함과 동시에 하부 편광판의 역할을 한다.
액정표시장치(210)가 노멀리블랙(normally black) 모드인 경우, 액정층(236)은 전압 인가 시 통과하는 빛의 편광상태를 변경하고, 퀀텀로드층(224)이 방출하는 빛의 편광방향과 상부 편광판(244)의 편광축(또는 투과축)은 서로 수직으로 배치된다.
그리고, 하부 및 상부 배향막(238, 240)은 액정층(236)의 초기배향상태를 결정하는 역할을 한다.
퀀텀로드층(224)은 청색 빛을 이용하여 적, 녹, 청색에 대응되는 파장에서 피크를 갖는 편광상태의 백색 빛을 방출할 수 있다.
예를 들어, 퀀텀로드층(224)은 약 650nm, 약 550nm, 약 450nm의 파장에서 각각 약 36nm, 약 50nm, 약 23nm의 반치폭(full width at half maximum: FWHM)을 갖는 빛을 방출할 수 있다.
이러한 퀀텀로드층(224)은, 광유도 고분자(photo-induced polymer), 변형 고분자(modified polymer), 퀀텀로드를 포함하며, 이들의 역할 및 구성은 제1실시예와 동일하므로, 이들에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이와 같은 퀀텀로드층(224)은, 액정패널(230)에 직접 형성되거나, 그 상부 또는 하부에 TAC(tri acetyl cellulose)와 같은 베이스층, 점착층, 수분차단층, 오염방지층, 광학보상층 중 적어도 하나를 더 포함하는 필름형태로 제조되어 액정패널(230)에 부착될 수 있다.
이러한 액정표시장치(210)에서, 퀀텀로드층(224)의 퀀텀로드는 광유도 고분자에 의하여 특정방향으로 정렬되므로, 퀀텀로드층(224)은 특정방향의 편광상태의 빛을 방출한다.
즉, 퀀텀로드층(224)은 백라이트유닛(220)으로부터 방출되는 비편광상태의 제1광(L1)을 이용하여 편광상태의 제2광(L2)을 방출한다.
제2광(L2)은 전압이 인가된 액정층(236)을 통과하면서 편광상태가 변경되어 상부 편광판(244)의 편광축에 평행한 편광상태의 제3광(L3)이 되고, 제3광(L3)은 상부 편광판(244)을 통과하여 상부 편광판(244)의 편광축에 평행한 편광상태의 제4광(L4)이 액정표시장치(210)로부터 방출된다.
여기서, 퀀텀로드층(224)은 실질적으로 제1광(L1) 전부를 이용하여 편광상태의 제2광(L2)을 방출하므로, 비편광상태의 제1광(L1) 중 퀀텀로드층(224)에 흡수되는 광량은 최소화 되고 액정층(236)에 입사되는 광량은 최대화 되어, 액정표시장치(210)의 광효율 및 휘도가 개선된다.
그리고, 손실되는 광량이 최소화 되어 액정표시장치(210)의 휘도가 증가하므로, 상대적으로 적은 양의 퀀텀로드가 포함되도록 퀀텀로드층(224)을 형성할 수 있으며, 이에 따라 퀀텀로드층(224)의 제조비용이 저감되고, 퀀텀로드의 재료, 예를 들어 카드뮴(Cd) 계열의 물질의 사용이 최소화 되어 환경규제로부터 자유롭게 된다.
또한, 액정표시장치(210)의 휘도 증가를 소비전력 절감 형태로 제품화 할 수 있다.
그리고, 기존의 액정표시장치에 비하여 편광판의 개수가 감소되므로, 두께 및 무게를 감소시켜 경량 박형의 액정표시장치(210)를 확보할 수 있다.
이러한 퀀텀로드층(224)은, 광유도 고분자, 퀀텀로드 및 용매를 포함하는 퀀텀로드 용액 조성물을 이용하는 용액공정을 통하여 형성되는데, 퀀텀로드층(224)의 제조방법은 제1실시예와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이상과 같이, 제2실시예에서는 광유도 고분자, 퀀텀로드 및 용매를 포함하는 퀀텀로드 용액 조성물을 이용하여 퀀텀로드용액층을 형성하고, 퀀텀로드용액층에 편광상태의 자외선을 조사하고 열처리 함으로써, 자외선의 편광방향에 수직한 방향으로 균일한 정렬도를 갖고 편광상태의 빛을 방출하는 퀀텀로드층(224)을 형성할 수 있다.
그리고, 이러한 퀀텀로드층(224)을 액정패널(230)의 하부 편광판으로 이용함으로써, 액정표시장치(210)의 광효율 및 휘도를 개선할 수 있으며, 환경규제로부터 벗어날 수 있다.
제2실시예에서는 퀀텀로드층(224)을 액정패널(230)의 하부 편광판으로 사용하였으나, 다른 실시예에서는 퀀텀로드층을 액정패널의 하부 편광판 및 하부 배향막으로 사용할 수도 있는데, 이를 도면을 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 퀀텀로드층을 포함하는 액정표시장치를 도시한 도면으로, 제1 및 제2실시예와 동일한 부분에 대한 설명은 생략한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 퀀텀로드층을 포함하는 액정표시장치(310)는, 빛을 공급하는 백라이트유닛(320)과 백라이트유닛(320)의 빛을 이용하여 영상을 표시하는 액정패널(330)을 포함한다.
백라이트유닛(320)은, 빛을 방출하는 광원부(미도시)를 포함할 수 있는데, 광원부는 청색 빛을 방출할 수 있다.
예를 들어, 에지타입(edge type)의 광원부는, 청색광을 방출하는 발광다이오드(light emitting diode: LED)와 같은 광원과, 광원의 측면에 배치되어 광원의 빛의 경로를 변경하여 전달하는 도광판(light guide plate)을 포함할 수 있으며, 다이렉트타입(direct type)의 광원부는, 청색광을 방출하는 발광다이오드와 같은 광원과, 광원의 상부에 배치되어 광원의 빛을 균일하게 전달하는 광학시트를 포함할 수 있다.
그리고, 액정패널(330)은, 서로 마주보며 이격되는 제1 및 제2기판(332, 334)과, 제1 및 제2기판(332, 334) 사이에 개재되는 액정층(236)과, 제1 및 제2기판(332, 334)의 내면에 각각 배치되는 퀀텀로드층(324) 및 상부 배향막(340)과, 제2기판(334) 외면에 배치되는 상부 편광판(344)을 포함한다.
여기서, 퀀텀로드층(324)은 백라이트유닛(320)의 광효율을 개선하는 역할을 함과 동시에 하부 편광판 및 하부 배향막의 역할을 한다.
액정표시장치(310)가 노멀리블랙(normally black) 모드인 경우, 액정층(336)은 전압 인가 시 통과하는 빛의 편광상태를 변경하고, 퀀텀로드층(324)이 방출하는 빛의 편광방향과 상부 편광판(344)의 편광축(또는 투과축)은 서로 수직으로 배치된다.
그리고, 퀀텀로드층(324) 및 상부 배향막(340)은 액정층(336)의 초기배향상태를 결정하는 역할을 한다.
퀀텀로드층(324)은 청색 빛을 이용하여 적, 녹, 청색에 대응되는 파장에서 피크를 갖는 편광상태의 백색 빛을 방출할 수 있다.
예를 들어, 퀀텀로드층(324)은 약 650nm, 약 550nm, 약 450nm의 파장에서 각각 약 36nm, 약 50nm, 약 23nm의 반치폭(full width at half maximum: FWHM)을 갖는 빛을 방출할 수 있다.
이러한 퀀텀로드층(324)은, 광유도 고분자(photo-induced polymer), 변형 고분자(modified polymer), 퀀텀로드를 포함하며, 이들의 역할 및 구성은 제1 및 제2실시예와 동일하므로, 이들에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이와 같은 퀀텀로드층(324)은, 액정패널(330) 내부에 직접 형성될 수 있는데, 퀀텀로드층(324)의 배향방향은 퀀텀로드층(324)이 방출하는 빛의 편광방향에 평행할 수 있다.
그리고, 퀀텀로드층(324)의 주요역할인 하부 배향막으로서의 기능이 감소되지 않도록 퀀텀로드의 종류 및 함량을 최적화 할 수 있다.
이러한 액정표시장치(310)에서, 퀀텀로드층(324)의 퀀텀로드는 광유도 고분자에 의하여 특정방향으로 정렬되므로, 퀀텀로드층(324)은 특정방향의 편광상태의 빛을 방출하며, 동시에 액정층(336) 하부의 초기배향상태를 결정한다.
즉, 퀀텀로드층(324)은 백라이트유닛(320)으로부터 방출되는 비편광상태의 제1광(L1)을 이용하여 편광상태의 제2광(L2)을 방출하며, 액정층(336) 하부의 액정분자에 초기배열방향을 부여한다.
제2광(L2)은 전압이 인가된 액정층(336)을 통과하면서 편광상태가 변경되어 상부 편광판(344)의 편광축에 평행한 편광상태의 제3광(L3)이 되고, 제3광(L3)은 상부 편광판(344)을 통과하여 상부 편광판(344)의 편광축에 평행한 편광상태의 제4광(L4)이 액정표시장치(310)로부터 방출된다.
여기서, 퀀텀로드층(324)은 실질적으로 제1광(L1) 전부를 이용하여 편광상태의 제2광(L2)을 방출하므로, 비편광상태의 제1광(L1) 중 퀀텀로드층(324)에 흡수되는 광량은 최소화 되고 액정층(336)에 입사되는 광량은 최대화 되어, 액정표시장치(310)의 광효율 및 휘도가 개선된다.
그리고, 손실되는 광량이 최소화 되어 액정표시장치(310)의 휘도가 증가하므로, 상대적으로 적은 양의 퀀텀로드가 포함되도록 퀀텀로드층(324)을 형성할 수 있으며, 이에 따라 퀀텀로드층(324)의 제조비용이 저감되고, 퀀텀로드의 재료, 예를 들어 카드뮴(Cd) 계열의 물질의 사용이 최소화 되어 환경규제로부터 자유롭게 된다.
또한, 액정표시장치(310)의 휘도 증가를 소비전력 절감 형태로 제품화 할 수 있다.
그리고, 기존의 액정표시장치에 비하여 편광판의 개수가 감소되므로, 두께 및 무게를 감소시켜 경량 박형의 액정표시장치(210)를 확보할 수 있으며, 기존의 액정표시장치에 비하여 편광판 부착공정을 생략할 수 있으므로, 제조비용을 절감할 수 있다.
이러한 퀀텀로드층(324)은, 광유도 고분자, 퀀텀로드 및 용매를 포함하는 퀀텀로드 용액 조성물을 이용하는 용액공정을 통하여 형성되는데, 퀀텀로드층(324)의 제조방법은 제1 및 제2실시예와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이상과 같이, 제3실시예에서는 광유도 고분자, 퀀텀로드 및 용매를 포함하는 퀀텀로드 용액 조성물을 이용하여 제1기판(332) 내면에 퀀텀로드용액층을 형성하고, 퀀텀로드용액층에 편광상태의 자외선을 조사하고 열처리 함으로써, 자외선의 편광방향에 수직한 방향으로 균일한 정렬도를 갖고 편광상태의 빛을 방출하는 퀀텀로드층(324)을 형성할 수 있다.
그리고, 이러한 퀀텀로드층(324)을 액정패널(330)의 하부 편광판 및 하부 배향막으로 이용함으로써, 액정표시장치(310)의 광효율 및 휘도를 개선할 수 있으며, 환경규제로부터 벗어날 수 있다.
한편, 다른 실시예에서는 퀀텀로드층(324)이 방출하는 빛의 편광상태가 불완전할 경우 제1기판(332) 외면에 하부 편광판을 형성하여 퀀텀로드층(324)을 보완할 수도 있으며, 이 경우 퀀텀로드층(324)은 하부 배향막 역할을 주로 하면서 액정표시장치(310)의 색 특성을 개선하는 역할을 하는 것으로 볼 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110: 액정표시장치 120: 백라이트유닛
130: 액정패널 124: 퀀텀로드층
150: 광유도 고분자 152: 변형 고분자
154: 퀀텀로드 156: 재변형 고분자

Claims (21)

  1. 일 방향으로 배열되는 베이스 고분자와, 상기 베이스 고분자에 결합되는 광반응부를 포함하는 광유도 고분자와;
    상기 일 방향으로 배열되는 퀀텀로드
    를 포함하고,
    상기 광유도 고분자는, 상기 베이스 고분자 또는 상기 광반응부에 결합되고, 액정상(liquid crystal phase)을 갖는 막대형(rod-like)의 메조겐을 더 포함하는 퀀텀로드층.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 고분자는, PE(polyethylene), PET(polyethylene terephthalate), PI(polyimide), PA(polyacrylate), PE(polyester) 중 하나를 포함하는 퀀텀로드층.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광반응부는, 상기 베이스 고분자의 주쇄 또는 측쇄에 화학적으로 결합되고, 빛에 의하여 광이성질화 반응(photo-isomerization reaction, 광가교 반응(photo-crosslinking reaction), 광분해 반응(photo-decomposition reaction) 중 하나가 발생하는 물질을 포함하는 퀀텀로드층.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 광이성질화 반응이 발생하는 상기 광반응부는, 아래의 화학반응식1에 따라 빛 또는 열에 반응하는 아조벤젠(azobenzene), 아래의 화학반응식2에 따라 빛 또는 열에 반응하는 스틸벤 계열(stilbene group)의 모이어티(moiety) 중 하나를 포함하는 퀀텀로드층.
    [화학반응식1]
    Figure 112015118932453-pat00033

    [화학반응식2]
    Figure 112015118932453-pat00034

  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 광가교 반응이 발생하는 상기 광반응부는, 아래의 화학식1 내지 화학식5로 각각 표시되는 신나메이트(cinnamate), 쿠마린(coumarin), 칼콘(chalcone), 말레이미드(maleimide), 안트라세닐 계열(anthracenyl group) 또는 그 유도체(derivative) 중 하나를 포함하는 퀀텀로드층.
    [화학식1]
    Figure 112015118932453-pat00035

    [화학식2]
    Figure 112015118932453-pat00036

    [화학식3]
    Figure 112015118932453-pat00037

    [화학식4]
    Figure 112015118932453-pat00038

    [화학식5]
    Figure 112015118932453-pat00039

  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 광분해 반응이 발생하는 상기 광반응부는, 아래의 화학식6 또는 화학식7에 따라 빛에 반응하는 싸이클로부탄(cyclobutane) 및 그 유도체를 포함하는 디안하이드라이드(dianhydride)를 포함하고, A~D는 각각 수소 계열(hydrogen group), 메틸 계열(methyl group), 에틸 계열(ethyl group) 중 하나인 퀀텀로드층.
    [화학식6]
    Figure 112015118932453-pat00040

    [화학식7]
    Figure 112015118932453-pat00041

  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 메조겐은, 아래의 화학식8로 표시되는 강건한(rigid) 방향족 고리(aromatic ring) 또는 지방족 고리(aliphatic ring)이 2개 이상 연결되어 있는 바이페닐(biphenyl), 아래의 화학식9로 표시되는 방향족 고리(aromatic ring) 사이에 카르복실기(carboxyl group)를 포함하는 페닐(phenyl)과 아래의 화학식10으로 표시되는 벤조에이트(benzoate)의 화합물 또는 아래의 화학식11 내지 화학식13으로 표시되는 그 유도체 중 하나를 포함하고, X, Y는 탄소(carbon) 또는 산소(oxygen)를 하나 이상 포함하는 물질인 퀀텀로드층.
    [화학식8]
    Figure 112022048739986-pat00042

    [화학식9]
    Figure 112022048739986-pat00043

    [화학식10]
    Figure 112022048739986-pat00044

    [화학식11]
    Figure 112022048739986-pat00045

    [화학식12]
    Figure 112022048739986-pat00046

    [화학식13]
    Figure 112022048739986-pat00047

  9. 일 방향으로 배열되는 베이스 고분자와, 상기 베이스 고분자에 결합되는 광반응부를 포함하는 광유도 고분자와;
    상기 일 방향으로 배열되는 퀀텀로드
    를 포함하고,
    상기 광유도 고분자는, 상기 일 방향으로 배열된 제1광유도 고분자와, 자외선 및 열에 의하여 변형 및 재변형 되어 상기 일 방향으로 배열된 제2광유도 고분자를 포함하고,
    상기 자외선에 의하여 구조가 변한 변형 고분자를 더 포함하는 퀀텀로드층.
  10. 광유도 고분자, 퀀텀로드 및 용매를 포함하는 퀀텀로드 용액 조성물을 도포하여 베이스층 상부에 퀀텀로드 용액층을 형성하는 단계와;
    상기 퀀텀로드 용액층에 편광상태의 자외선을 조사하는 단계와;
    상기 퀀텀로드 용액층을 열처리하는 단계
    를 포함하는 퀀텀로드층의 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 자외선의 편광방향에 평행한 방향으로 배열된 상기 광유도 고분자는 상기 자외선에 의하여 변형 고분자가 되고, 상기 변형 고분자는 상기 열처리에 의하여 재변형 고분자가 되고, 상기 재변형 고분자의 일부는 상기 자외선의 편광방향에 수직한 방향으로 배열되는 퀀텀로드층의 제조방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 자외선은 200nm 내지 400nm의 파장을 갖고,
    상기 자외선을 조사하는 단계는, 상기 퀀텀로드 용액층에 380nm 내지 780nm의 파장을 갖는 가시광선을 조사하는 단계를 포함하는 퀀텀로드층의 제조방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 열처리는 120도 내지 250도의 온도로 1시간 이하의 처리시간 동안 진행되는 퀀텀로드층의 제조방법.
  14. 청색 빛을 방출하는 광원부와;
    상기 광원부 상부에 배치되고, 상기 광원부의 상기 청색 빛을 이용하여 적, 녹, 청색에 대응되는 파장에서 피크를 갖는 편광상태의 백색 빛을 방출하는 퀀텀로드층과;
    상기 광원부 상부에 배치되고, 서로 마주보며 이격되는 제1 및 제2기판과;
    상기 제1 및 제2기판 사이에 배치되는 액정층과;
    상기 제2기판 내면에 배치되는 상부 배향막과;
    상기 제2기판 외면에 배치되는 상부 편광판
    을 포함하고,
    상기 퀀텀로드층은,
    일 방향으로 배열되는 베이스 고분자와, 상기 베이스 고분자에 결합되는 광반응부를 포함하는 광유도 고분자와;
    상기 일 방향으로 배열되는 퀀텀로드
    를 포함하고,
    상기 광유도 고분자는, 상기 베이스 고분자 또는 상기 광반응부에 결합되고, 액정상(liquid crystal phase)을 갖는 막대형(rod-like)의 메조겐을 더 포함하는 액정표시장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 퀀텀로드층은 상기 광원부와 상기 제1기판 사이에 배치되는 액정표시장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 퀀텀로드층과 상기 제1기판 사이에 배치되는 하부 편광판을 더 포함하는 액정표시장치.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 퀀텀로드층은 상기 제1기판 내면에 직접 접촉되고,
    상기 퀀텀로드층이 방출하는 빛의 편광방향과 상기 상부 편광판의 편광축은 서로 수직으로 배치되고,
    상기 퀀텀로드층 및 상기 상부 배향막은 상기 액정층의 초기배향상태를 결정하는 액정표시장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제1기판 외면에 배치되는 하부 편광판을 더 포함하는 액정표시장치.
  19. 삭제
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 퀀텀로드층이 상기 광원부 또는 상기 제1기판에 직접 부착되거나,
    상기 퀀텀로드층과, 상기 퀀텀로드층의 상부 또는 하부에 배치되는 베이스층, 점착층, 수분차단층, 오염방지층, 광학보상층 중 적어도 하나를 포함하는 필름이 상기 광원부 또는 상기 제1기판에 부착되는 액정표시장치.
  21. 제 15 항에 있어서,
    상기 퀀텀로드층은 상기 제1기판 외면에 직접 접촉되고,
    상기 퀀텀로드층이 방출하는 빛의 편광방향과 상기 상부 편광판의 편광축은 서로 수직으로 배치되는 액정표시장치.
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