KR102522593B1 - 색변환 표시판 및 이를 포함하는 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

일 실시예에 따른 색변환 표시판은 기판 위에 위치하며 서로 다른 색을 나타내는 제1 색변환층, 제2 색변환층 및 광파장 변환층을 포함하고, 상기 제1 색변환층은 적색광을 방출하는 제1 반도체 나노 결정을 포함하며, 상기 제2 색변환층은 녹색광을 방출하는 제2 반도체 나노 결정을 포함하고, 상기 광파장 변환층은 녹색광을 방출하는 제3 반도체 나노 결정을 포함하며, 상기 광파장 변환층에서는 상기 제3 반도체 나노 결정에서 방출되는 녹색광과 상기 광파장 변환층을 투과하는 청색광이 방출된다.

Description

색변환 표시판 및 이를 포함하는 표시 장치{COLOR CONVERSION PANEL AND DISPLAY DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 개시는 색변환 표시판 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.
표시 장치로 사용되는 액정 표시 장치는 두 개의 전기장 생성 전극과 액정층, 색필터, 그리고 편광층을 포함할 수 있다. 표시 장치의 편광층과 색필터에서는 광손실이 발생할 수 있다. 이에 광손실을 줄이고 높은 색재현율을 가지는 표시 장치를 구현하기 위하여 색변환 표시판을 포함하는 표시 장치가 제안되고 있다.
실시예들은 색재현율 및 출광 효율이 향상된 색변환 표시판 및 이를 포함하는 표시 장치를 제공하고자 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
일 실시예에 따른 색변환 표시판은 기판 위에 위치하며 서로 다른 색을 나타내는 제1 색변환층, 제2 색변환층 및 광파장 변환층을 포함하고, 상기 제1 색변환층은 적색광을 방출하는 제1 반도체 나노 결정을 포함하며, 상기 제2 색변환층은 녹색광을 방출하는 제2 반도체 나노 결정을 포함하고, 상기 광파장 변환층은 녹색광을 방출하는 제3 반도체 나노 결정을 포함하며, 상기 광파장 변환층에서는 상기 제3 반도체 나노 결정에서 방출되는 녹색광과 상기 광파장 변환층을 투과하는 청색광이 방출된다.
상기 제2 반도체 나노 결정과 상기 제3 반도체 나노 결정이 동일할 수 있다.
상기 제2 반도체 나노 결정에 의해 변환되어 방출되는 광의 파장은 상기 제3 반도체 나노 결정에 의해 변환되어 방출되는 광의 파장 보다 클 수 있다.
상기 제3 반도체 나노 결정의 함량은 상기 광파장 변환층의 전체 함량 대비 약 20 wt% 이하일 수 있다.
상기 광파장 변환층에서 방출되는 광의 파장 범위는 약 455 nm 내지 약 465 nm일 수 있다.
상기 광파장 변환층은 염료 및 안료 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 색변환층과 상기 기판 사이 및 상기 제2 색변환층과 상기 기판 사이 중 적어도 하나에 위치하는 청색광 컷팅 필터를 더 포함할 수 있다.
상기 광파장 변환층과 상기 기판 사이에 위치하는 청색 색필터를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 색변환층, 상기 제2 색변환층 및 상기 광파장 변환층 중 적어도 하나는 산란체를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 표시 장치는 박막 트랜지스터를 포함하는 하부 표시판, 및 상기 하부 표시판과 중첩하는 색변환 표시판을 포함하고, 상기 색변환 표시판은 기판과 상기 하부 표시판 사이에 위치하는 제1 색변환층, 제2 색변환층 및 광파장 변환층을 포함하고, 상기 제1 색변환층은 적색광을 방출하는 제1 반도체 나노 결정을 포함하고, 상기 제2 색변환층은 녹색광을 방출하는 제2 반도체 나노 결정을 포함하며, 상기 광파장 변환층은 녹색광을 방출하는 제3 반도체 나노 결정을 포함하며, 상기 광파장 변환층에서는 상기 제3 반도체 나노 결정에서 방출되는 녹색광과 상기 광파장 변환층을 투과하는 청색광이 방출된다.
상기 하부 표시판의 배면에 위치하는 라이트 유닛을 더 포함하고, 상기 라이트 유닛에서 방출되는 광의 파장은 약 440 nm 내지 약 450 nm일 수 있다.
실시예들에 따르면 색재현율 및 출광 효율이 향상된 색변환 표시판 및 이를 포함하는 표시장치를 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 색변환 표시판의 단면도이다.
도 2 및 도 3 각각은 변형 실시예에 따른 색변환 표시판의 단면도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 표시 장치의 일부 화소에 대한 평면도이다.
도 5는 도 4의 V-V선을 따라 자른 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향 쪽으로 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
이하에서는 도 1을 참조하여 일 실시예에 따른 색변환 표시판에 대해 설명한다. 도 1은 일 실시예에 따른 색변환 표시판의 단면도이다.
색변환 표시판은 기판(310) 위에 위치하는 차광 부재(321)를 포함한다. 차광 부재(321)는 제1 방향으로 이웃하는 제1 색변환층(330R)과 제2 색변환층(330G) 사이, 이웃하는 제2 색변환층(330G)과 광파장 변환층(330B) 사이, 이웃하는 광파장 변환층(330B)과 제1 색변환층(330R) 사이에 형성되는 각각의 골짜기에 위치할 수 있다. 차광 부재(321)는 제1 색변환층(330R), 제2 색변환층(330G) 및 광파장 변환층(330B)이 배치되는 영역을 구획할 수 있다. 또한 제1 색변환층(330R), 제2 색변환층(330G) 및 광파장 변환층(330B)이 행렬 형태로 배치되는 경우, 차광 부재(321)는 상기 제1 방향과 수직하는 제2 방향으로 이웃하는 제1 색변환층(330R) 사이, 이웃하는 제2 색변환층(330G) 사이 및 이웃하는 광파장 변환층(330B) 사이에도 위치할 수 있다.
기판(310) 위에는 청색광 컷팅 필터(325)가 위치한다.
청색광 컷팅 필터(325)는 적색 및 녹색을 방출하는 영역과 중첩하도록 위치하고 청색을 방출하는 영역에는 위치하지 않는다. 청색광 컷팅 필터(325)는 청색을 방출하는 영역과 중첩하는 개구부를 가질 수 있다. 청색광 컷팅 필터(325)는 제1 색변환층(330R)과 중첩하는 영역 및 제2 색변환층(330G)과 중첩하는 영역을 포함할 수 있다.
기판(310) 위에 위치하는 청색광 컷팅 필터(325)는 서로 연결되거나 분리될 수 있다.
청색광 컷팅 필터(325)는 청색의 파장 대역을 제외한 파장을 가지는 광은 투과시키고 청색의 파장 대역을 가지는 광은 차단한다. 청색광 컷팅 필터(325)는 전술한 기능을 수행하기 위한 어떠한 물질도 포함할 수 있다. 청색광 컷팅 필터(325)는 일 예로 황색 색필터(Yellow color filter)일 수 있다. 이 경우 청색광 컷팅 필터(325)는 제1 색변환층(330R) 및 제2 색변환층(330G)과 중첩하면서 서로 연결될 수 있다. 다른 일 예로 청색광 컷팅 필터(325)는 제1 색변환층(330R)과 중첩하는 영역에 위치하는 적색 색필터 및 제2 색변환층(330G)과 중첩하는 영역에 위치하는 녹색 색필터일 수 있다. 이 경우 제1 색변환층(330R)과 중첩하는 영역에 위치하는 청색광 컷팅 필터(325)와 제2 색변환층(330G)과 중첩하는 영역에 위치하는 청색광 컷팅 필터(325)는 서로 연결되지 않으며 이격될 수 있다.
한편 본 명세서는 청색광 컷팅 필터(325)가 기판(310)과 맞닿아 있는 실시예를 설명한다. 그러나 이에 제한되지 않고 일 실시예에 따른 색변환 표시판은 청색광 컷팅 필터(325)와 기판(310) 사이에 위치하는 버퍼층 등을 더 포함할 수 있다.
제1 색변환층(330R) 및 제2 색변환층(330G)은 청색광 컷팅 필터(325) 위에 위치하고 광파장 변환층(330B)은 기판(310) 위에 위치할 수 있다. 제1 색변환층(330R), 제2 색변환층(330G) 및 광파장 변환층(330B) 각각은 섬(Island) 형태를 가지면서 행렬 형태로 배치되거나 스트라이프(stripe) 형태를 가지면서 배치될 수 있다.
일 실시예에 따른 제1 색변환층(330R), 제2 색변환층(330G) 및 광파장 변환층(330B) 각각은 입사되는 광과 다른 파장을 가지는 광을 방출할 수 있다.
제1 색변환층(330R)은 청색광을 적색광으로 변환하여 방출하는 적색 색변환층일 수 있다. 제1 색변환층(330R)은 입사되는 청색광을 적색광으로 변환하는 제1 반도체 나노 결정(331R)을 포함할 수 있다. 제1 반도체 나노 결정(331R)은 형광체 및 양자점 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
제1 반도체 나노 결정(331R)이 적색 형광체를 포함하는 경우, 적색 형광체는 (Ca, Sr, Ba)S, (Ca, Sr, Ba)2Si5N8, CaAlSiN3, CaMoO4 및 Eu2Si5N8 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며 이에 제한되는 것은 아니다.
제2 색변환층(330G)은 청색광을 녹색광으로 변환하여 방출하는 녹색 색변환층일 수 있다. 제2 색변환층(330G)은 입사되는 청색광을 녹색광으로 변환하는 제2 반도체 나노 결정(331G)을 포함할 수 있다. 제2 반도체 나노 결정(331G)은 형광체 및 양자점 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
제2 반도체 나노 결정(331G)이 녹색 형광체를 포함하는 경우, 녹색 형광체는 이트륨 알루미늄 가닛(yttrium aluminum garnet, YAG), (Ca, Sr, Ba)2SiO4, SrGa2S4, 바리움마그네슘알루미네이트(BAM), 알파 사이알론(α-SiAlON), 베타 사이알론(β-SiAlON), Ca3Sc2Si3O12, Tb3Al5O12, BaSiO4, CaAlSiON 및 (Sr1 - xBax)Si2O2N2 중 적어도 하나일 수 있으며 이에 제한되는 것은 아니다. 이때 상기 x는 0 내지 1 사이의 임의의 수일 수 있다.
광파장 변환층(330B)은 입사되는 청색광을 녹색광으로 변환하는 제3 반도체 나노 결정(331B)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따른 제3 반도체 나노 결정(331B)은 제2 반도체 나노 결정(331G)과 동일할 수 있다. 제3 반도체 나노 결정(331B)은 녹색 형광체 및 양자점 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한 광파장 변환층(330B)은 제1 파장으로 입사되는 청색광을 그대로 방출할 수 있다. 일 실시예에 따른 광파장 변환층(330B)은 제1 파장을 가지며 입사된 그대로 방출되는 청색광과, 광파장 변환층(330B)에 입사된 청색광이 변환되어 방출되는 녹색광이 합쳐져서 제2 파장을 가지는 청색광을 방출할 수 있다.
입사되는 청색광의 제1 파장은 약 440 nm 내지 약 450 nm일 수 있으며 제3 반도체 나노 결정(331B)을 통해 변환된 녹색광의 파장은 약 530 nm 내지 약 540 nm일 수 있다. 제1 파장을 가지는 청색광과 제3 반도체 나노 결정(331B)에 의해 변환된 광은 합해져서 광파장 변환층(330B)은 약 455nm 내지 약 465nm의 파장을 가지는 광을 방출할 수 있다. 이와 같은 파장 범위를 가지는 청색광은 색재현율이 우수할 수 있다.
제3 반도체 나노 결정(331B)의 함량은 광파장 변환층(330B)의 전체 함량 대비 약 20wt% 이하일 수 있다. 제3 반도체 나노 결정(331B)의 함량이 상기 수치 범위 보다 클 경우, 광파장 변환층(330B)에서 방출하는 광이 청색을 나타내지 못하거나 청색 색재현율이 감소할 수 있다.
일 실시예에 따른 광파장 변환층(330B)은 염료 및 안료(335) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 염료 및 안료(335) 각각은 청색 염료이거나 청색 안료일 수 있으며, 염료 및 안료는 적색광 또는 녹색광을 흡수하고 청색광을 방출함으로써 색재현율을 향상시킬 수 있다. 광파장 변환층(330B)에 포함된 전체 염료 및 안료(335)는 광파장 변환층(330B)의 전체 함량 대비 약 1 wt% 내지 약 5wt% 포함될 수 있다.
제1 색변환층(330R), 제2 색변환층(330G) 및 광파장 변환층(330B)은 형광체 대신 색을 변환하는 양자점(Quantum Dot)을 포함할 수 있다. 양자점(Quantum Dot)은 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 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, GaAlNP, 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.
이때, 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 양자점이 다른 양자점을 둘러싸는 코어/쉘 구조를 가질 수도 있다. 코어와 쉘의 계면은 쉘에 존재하는 원소의 농도가 중심으로 갈수록 낮아지는 농도 구배(gradient)를 가질 수 있다.
양자점은 약 45nm 이하, 바람직하게는 약 40nm 이하, 더욱 바람직하게는 약 30nm 이하의 발광 파장 스펙트럼의 반치폭(full width of half maximum, FWHM)을 가질 수 있으며, 이 범위에서 색순도나 색재현성을 향상시킬 수 있다. 또한 이러한 양자점을 통해 발광되는 광은 전 방향으로 방출되는바, 광 시야각이 향상될 수 있다.
또한, 양자점의 형태는 당 분야에서 일반적으로 사용하는 형태의 것으로 특별히 한정하지 않지만, 보다 구체적으로 구형, 피라미드형, 다중 가지형(multi-arm), 또는 입방체(cubic)의 나노 입자, 나노 튜브, 나노와이어, 나노 섬유, 나노 판상 입자 등의 형태의 것을 사용할 수 있다.
제1 색변환층(330R), 제2 색변환층(330G) 및 광파장 변환층(330B) 중 적어도 하나는 산란체를 더 포함할 수 있다. 예를 들어 제1 색변환층(330R), 제2 색변환층(330G) 및 광파장 변환층(330B)은 각각 산란체를 포함할 수 있으며, 이에 제한되지 않고 광파장 변환층(330B)은 산란체를 포함하고 제1 색변환층(330R) 및 제2 색변환층(330G)은 산란체를 포함하지 않는 실시예도 가능하다. 또한 제1 색변환층(330R), 제2 색변환층(330G) 및 광파장 변환층(330B)이 포함하는 각각의 산란체의 함량이 상이할 수 있다.
산란체는 입사되는 광을 고르게 산란시키기 위한 어떠한 물질도 포함할 수 있으며, 일례로써 TiO2, ZrO2, Al2O3, In2O3, ZnO, SnO2, Sb2O3 및 ITO 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
전술한 제1 색변환층(330R), 제2 색변환층(330G) 및 광파장 변환층(330B)은 일례로써 감광성 수지를 포함할 수 있으며, 포토리소그래피 공정을 통해 제조될 수 있다. 또는 프린팅 공정을 통해 형성될 수 있으며 이러한 제조 공정에 의할 경우, 제1 색변환층(330R), 제2 색변환층(330G) 및 광파장 변환층(330B)은 감광성 수지가 아닌 다른 물질을 포함할 수 있다. 본 명세서는 포토리소그래피 공정 또는 프린팅 공정에 의해 형성되는 색변환층에 대해 설명하였으나 이에 제한되지 않을 수 있다.
이하에서는 도 2 및 도 3을 참조하여 변형 실시예에 따른 색변환 표시판에 대해 설명한다. 도 2 및 도 3 각각은 도 1의 변형 실시예에 따른 색변환 표시판의 단면도이다. 전술한 구성요소와 동일 유사한 구성요소에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
도 2를 참고하면, 기판(310)과 광파장 변환층(330B) 사이에 청색 색필터(325B)가 위치한다. 청색 색필터(325B)는 후술할 광파장 변환층(330B)과 기판(310) 사이에 위치하며 외광 반사를 저감시키면서 색재현율을 향상시킬 수 있다.
청색 색필터(325B)는 도 1을 참조하여 설명한 실시예에서 염료 및 안료를 대체할 수 있다. 도 2의 실시예에 따르면 광파장 변환층(330B)은 염료 및 안료를 포함하지 않을 수 있다.
광파장 변환층(330B)은 입사되는 청색광을 녹색광으로 변환하는 제3 반도체 나노 결정(331B)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라 제3 반도체 나노 결정(331B)은 제2 반도체 나노 결정(331G)과 동일할 수 있다. 제3 반도체 나노 결정(331B)은 청색광을 녹색광으로 변환하는 녹색 형광체 및 양자점 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 1의 실시예와 마찬가지로 광파장 변환층(330B)은 제1 파장을 가지며 입사되는 청색광을 제2 파장을 가지는 청색광으로 방출할 수 있다. 상기 제1 파장은 약 440 nm 내지 약 450 nm일 수 있으며 상기 제2 파장은 약 455 nm 내지 약 465 nm일 수 있다. 광파장 변환층(330B)에서 방출되는 광은 광파장 변환층(330B)에 입사되는 광 보다 장파장을 가질 수 있다.
또한 광파장 변환층(330B)은 제1 파장으로 입사되는 청색광을 파장만 변화시켜 그대로 방출할 수 있다. 따라서 일 실시예에 따른 광파장 변환층(330B)은 제1 파장을 가지며 입사된 그대로 방출되는 청색광과 입사된 청색광이 변환되어 방출되는 녹색광이 합쳐져서 제2 파장을 가지는 청색광을 방출할 수 있다.
구체적으로 입사되는 청색광의 제1 파장은 약 440 nm 내지 약 450 nm일 수 있으며 제3 반도체 나노 결정(331B)을 통해 변환된 녹색광의 파장은 약 530 nm 내지 약 540 nm일 수 있다. 제1 파장을 가지는 청색광과 제3 반도체 나노 결정(331B)에 의해 변환된 광은 합해져서 약 455nm 내지 약 465nm의 파장을 가지는 광을 방출할 수 있다. 이와 같은 파장 범위를 가지는 청색광은 색재현율이 우수할 수 있다.
광파장 변환층(330B)에 포함된 제3 반도체 나노 결정(331B)의 함량은 광파장 변환층(330B)의 전체 함량 대비 약 20wt% 이하일 수 있다. 제3 반도체 나노 결정(331B)의 함량이 상기 수치 범위 보다 클 경우, 광파장 변환층(330B)에서 방출하는 광이 청색을 나타내지 못하거나 청색 색재현율이 감소할 수 있다.
제1 색변환층(330R), 제2 색변환층(330G) 및 광파장 변환층(330B) 중 적어도 하나는 산란체(미도시)를 더 포함할 수 있다.
이하에서는 도 3을 참조하면, 광파장 변환층(330B)은 입사되는 청색광을 녹색광으로 변환하여 방출하는 제3 반도체 나노 결정(331B)을 포함할 수 있다. 제3 반도체 나노 결정(331B)은 제1 파장(약 440 nm 내지 450 nm)를 가지는 청색광을 제3 파장(약 480 nm 내지 약 520 nm)를 가지는 녹색광으로 방출시킬 수 있다. 제3 반도체 나노 결정(331B)에서 방출되는 광은 제2 반도체 나노 결정(331G)에서 방출되는 광보다 짧은 파장을 가질 수 있다. 즉, 제2 반도체 나노 결정(331G)과 제3 반도체 나노 결정(331B)는 녹색광을 방출하나 상기 녹색광의 파장이 상이할 수 있다.
또한 광파장 변환층(330B)은 제1 파장으로 입사되는 청색광을 그대로 방출할 수 있다. 광파장 변환층(330B)은 제1 파장을 가지며 입사된 그대로 방출되는 청색광과 입사된 청색광이 변환되어 방출되는 녹색광이 합쳐져서 제2 파장을 가지는 청색광을 방출할 수 있다. 구체적으로 입사되는 청색광의 제1 파장은 약 440 nm 내지 약 450 nm일 수 있으며 제3 반도체 나노 결정(331B)을 통해 변환된 녹색광의 파장은 약 480 nm 내지 약 520 nm일 수 있다. 제1 파장을 가지는 청색광과 제3 반도체 나노 결정(331B)에 의해 변환되며 제3 파장을 가지는 광은 합해져서 약 455nm 내지 약 465nm의 파장을 가지는 광을 방출할 수 있다. 이와 같은 파장 범위를 가지는 청색광은 색재현율이 우수할 수 있다.
제3 반도체 나노 결정(331B)의 함량은 광파장 변환층(330B)의 전체 함량 대비 약 20wt% 이하일 수 있다. 제3 반도체 나노 결정(331B)의 함량이 상기 수치 범위 보다 클 경우, 광파장 변환층(330B)에서 방출하는 광이 청색을 나타내는 광 파장이 아닐 수 있거나 청색 색재현율이 감소할 수 있다.
일 실시예에 따라 제2 반도체 나노 결정(331G) 보다 단파장 범위를 가지는 제3 반도체 나노 결정(331B)을 포함하는 실시예에 따르면, 광파장 변환층(330B)은 별도의 염료 및 안료를 포함하지 않을 수 있으며, 별도의 청색 색필터도 포함하지 않을 수 있다.
제1 색변환층(330R), 제2 색변환층(330G) 및 광파장 변환층(330B) 중 적어도 하나는 산란체(미도시)를 더 포함할 수 있다.
이하에서는 도 4 및 도 5를 참조하여 일 실시예에 따른 표시 장치에 대해 설명한다. 도 4는 일 실시예에 따른 표시 장치의 일부 화소에 대한 평면도이고, 도 5는 도 4의 V-V선을 따라 자른 단면도이다. 본 명세서는 색변환 표시판이 도 1의 색변환 표시판임을 도시하였으나 이에 제한되지 않고 도 2 및 도 3에 도시된 색변환 표시판으로 대체될 수 있음은 물론이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 표시 장치는 라이트 유닛(500), 라이트 유닛(500) 위에 위치하는 표시 패널(10)을 포함한다. 일 실시예에 따른 표시 패널(10)은 박막 트랜지스터를 포함하는 하부 표시판(100), 하부 표시판(100)과 중첩하는 색변환 표시판(300) 및 하부 표시판(100)과 색변환 표시판(300) 사이에 위치하는 액정층(3)을 포함한다.
라이트 유닛(500)은 표시 패널(10)의 배면에 위치하며 광을 발생하는 광원 및 상기 광을 수신하고 수신된 광을 표시 패널(10) 방향으로 가이드하는 도광판(미도시)을 포함할 수 있다. 표시 패널(10)이 유기 발광 표시 패널인 경우 라이트 유닛(500)은 생략될 수 있다.
라이트 유닛(500)은 적어도 하나의 발광 다이오드(light emitting diode)를 포함할 수 있으며 일례로써 청색 발광 다이오드일 수 있다. 일례에 따른 광원은 도광판(미도시)의 적어도 하나의 측면에 배치되는 에지형(edge type)이거나, 라이트 유닛(500)의 광원이 도광판(미도시)의 직하부에 위치하는 직하형일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
라이트 유닛(500)에서 방출되는 광은 제1 파장을 가질 수 있으며, 제1 파장은 약 440 nm 내지 약 450nm일 수 있다. 제1 파장은 상대적으로 단파장 범위에 해당하여 제1 반도체 나노 결정(331R) 및 제2 반도체 나노 결정(331G)에 큰 여기 에너지를 제공할 수 있다. 이러한 광이 입사되는 제1 색변환층(330R) 및 제2 색변환층(330G)은 광 변환 효율이 향상될 수 있다.
표시 패널(10)은 수직 전계를 형성하는 액정 표시 패널을 포함할 수 있으며 이에 제한되지 않고 수평 전계를 형성하는 액정 표시 패널, 플라즈마 표시 패널(Plasma Display Panel, PDP), 유기 발광 표시 장치(Organic Light Emitting Diode Display, OLED), 표면 전도형 전자 방출 소자 표시 장치(Surface conduction Electron-emitter Display, SED), 전계 방출 표시 장치(Field Emission Display, FED), 진공 형광 표시 장치(Vacuum Fluorescent Display, VFD), 전자 페이퍼(E-Paper) 등과 같은 표시 패널일 수 있다. 이하에서는 수직 전계를 이루는 표시 패널(10)에 대해 구체적으로 설명한다.
하부 표시판(100)은 액정층(3)과 라이트 유닛(500) 사이에 위치한다.
하부 표시판(100)은 제1 기판(110)과 라이트 유닛(500) 사이에 위치하는 제1 편광층(12)을 포함한다. 제1 편광층(12)은 라이트 유닛(500)에서 입사되는 광을 편광시킨다.
제1 편광층(12)은 도포형 편광층, 코팅형 편광층, 와이어 그리드 편광층(wire grid polarizer) 중 하나 이상이 사용될 수 있다. 이러한 제1 편광층(12)은 필름 형태, 도포 형태, 부착 형태, 프린팅 형태 등 다양한 방법으로 제1 기판(110)의 일면에 위치할 수 있다.
제1 기판(110)에는 다수의 화소가 매트릭스 형태로 배치된다. 제1 기판(110)은 제1 편광층(12)과 액정층(3) 사이에 위치한다.
제1 기판(110)과 액정층(3) 사이에는 x 방향으로 연장되며 게이트 전극(124)을 포함하는 게이트선(121), 게이트선(121)과 액정층(3) 사이에 위치하는 게이트 절연막(140), 게이트 절연막(140)과 액정층(3) 사이에 위치하는 반도체층(154), 반도체층(154)과 액정층(3) 사이에 위치하며 y 방향으로 연장되고 소스 전극(173)과 연결된 데이터선(171) 및 드레인 전극(175), 데이터선(171)과 액정층(3) 사이에 보호막(180)이 위치할 수 있다. 보호막(180) 위에 화소 전극(191)이 위치한다. 화소 전극(191)은 보호막(180)이 가지는 접촉 구멍(185)을 통해 드레인 전극(175)과 물리적, 전기적으로 연결될 수 있다. 화소 전극(191)과 액정층(3) 사이에 제1 배향막(11)이 위치할 수 있다.
반도체층(154)은 소스 전극(173)과 드레인 전극(175)으로 덮이지 않은 부분에서 채널층을 형성하며, 게이트 전극(124), 반도체층(154), 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)은 하나의 박막 트랜지스터를 이룬다.
색변환 표시판(300)은 하부 표시판(100)과 중첩하는 기판(310)을 포함한다. 기판(310)과 액정층(3) 사이에 차광 부재(321) 및 청색광 컷팅 필터(325)가 위치한다.
청색광 컷팅 필터(325)는 적색 및 녹색을 방출하는 영역과 중첩하며 기판(310) 위에 위치한다. 청색광 컷팅 필터(325)는 청색을 방출하는 영역과 중첩하는 개구부를 포함할 수 있다.
청색광 컷팅 필터(325)와 액정층(3) 사이에 제1 색변환층(330R) 및 제2 색변환층(330G)이 각각 위치한다.
제1 색변환층(330R)은 적색 색변환층일 수 있다. 제1 색변환층(330R)은 입사되는 청색광을 적색광으로 변환하는 제1 반도체 나노 결정(331R)을 포함할 수 있다.
제2 색변환층(330G)은 녹색 색변환층일 수 있다. 제2 색변환층(330G)은 입사되는 청색광을 녹색광으로 변환하는 제2 반도체 나노 결정(331G)을 포함할 수 있다.
기판(310)과 액정층(3) 사이에 광파장 변환층(330B)이 위치할 수 있다.
광파장 변환층(330B)은 청색광을 녹색광으로 변환하는 제3 반도체 나노 결정(331B)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라 제3 반도체 나노 결정(331B)은 제2 반도체 나노 결정(331G)과 동일할 수 있다. 제3 반도체 나노 결정(331B)은 청색광을 녹색광으로 변환하는 녹색 형광체 및 양자점 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 광파장 변환층(330B)은 염료 및 안료(335) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 염료 및 안료(335) 각각은 청색 염료이거나 청색 안료일 수 있으며, 염료 및 안료는 적색광 또는 녹색광을 흡수하고 청색광을 방출함으로써 색재현율을 향상시킬 수 있다.
제1 색변환층(330R), 제2 색변환층(330G) 및 광파장 변환층(330B) 중 적어도 하나는 산란체(미도시)를 더 포함할 수 있다.
광필터층(340)은 제1 색변환층(330R), 제2 색변환층(330G) 및 광파장 변환층(330B)과 액정층(3) 사이에 위치할 수 있다.
광필터층(340)은 제1 색변환층(330R), 제2 색변환층(330G) 및 광파장 변환층(330B)을 형성하고 난 이후의 고온 공정들에서 제1 색변환층(330R), 제2 색변환층(330G)이 포함하는 형광체 또는 양자점의 손상 및 소광을 방지하거나, 특정 파장의 광을 투과시키고 상기 특정 파장의 광 이외의 광은 반사 또는 흡수하는 필터일 수 있다.
광필터층(340)은 고굴절률을 가지는 무기막과 저굴절률을 가지는 무기막이 약 10 내지 20층을 형성하도록 교번하여 적층된 구조를 포함할 수 있다. 즉, 광필터층(340)은 굴절률이 서로 다른 복수의 층이 적층된 구조를 가질 수 있다. 이때 광필터층(340)은 특정 파장의 광을 반사 또는 흡수할 수 있다. 고굴절률을 가지는 무기막과 저굴절률을 가지는 무기막 사이의 보강 및/또는 상쇄 간섭을 이용하여 특정 파장을 투과 및/또는 반사 시키는 원리를 이용한 것이다.
광필터층(340)은 TiO2, SiNx, SiOy, TiN, AlN, Al2O3, SnO2, WO3, ZrO2 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 일례로써 SiNx와 SiOy가 교번하여 적층된 구조일 수 있다. SiNx, SiOy에서 x, y는 화학조성비를 결정하는 요소로서, 막을 형성하는 공정 조건에 따라 조절될 수 있다.
오버코팅막(360)은 광필터층(340)과 액정층(3) 사이에 위치한다. 오버코팅막(360)은 제1 색변환층(330R), 제2 색변환층(330G) 및 광파장 변환층(330B)의 액정층(3)을 향하는 일면을 평탄화시킨다.
제2 편광층(22)은 오버코팅막(360)과 액정층(3) 사이에 위치한다. 제2 편광층(22)은 오버코팅막(360)의 평탄한 일면 상에 위치할 수 있다.
제2 편광층(22)은 도포형 편광층, 코팅형 편광층, 와이어 그리드 편광층(wire grid polarizer) 중 하나 이상이 사용될 수 있으며, 일 예로 제2 편광층(22)은 금속 패턴을 포함하는 와이어 그리드 편광층일 수 있다. 제2 편광층(22)은 필름 형태, 도포 형태, 부착 형태, 프린팅 형태 등 다양한 방법으로 오버코팅막(360)과 액정층(3) 사이에 위치할 수 있다. 이때 제2 편광층(22)이 형성되는 오버코팅막(360)의 일면은 평탄하므로 제2 편광층(22)이 안정적으로 형성될 수 있다.
공통 전극(370)은 제2 편광층(22)과 액정층(3) 사이에 위치한다. 한편 본 명세서는 도시하지 않았으나 제2 편광층(22)이 금속 재질인 경우 공통 전극(370)과 제2 편광층(22) 사이에 절연막(미도시)이 추가로 위치할 수 있다.
공통 전압을 인가받는 공통 전극(370)은 화소 전극(191)과 전계를 형성하여, 액정층(3)에 위치하는 복수의 액정 분자(31)들을 배열시킨다.
제2 배향막(21)은 공통 전극(370)과 액정층(3) 사이에 위치한다. 액정층(3)은 복수의 액정 분자(31)를 포함하고, 액정 분자(31)들은 화소 전극(191)과 공통 전극(370) 사이의 전계에 의해서 움직임이 제어된다. 액정 분자(31)들의 움직임 정도 등에 따라 라이트 유닛(500)으로부터 수신된 광의 투과도를 제어하여 영상을 표시할 수 있다.
이하에서는 실험예 및 비교예에 따른 색변환 패널의 광 변환 효율 및 색재현율을 살펴본다.
우선, 실험예로 약 445 nm의 광 파장을 가지는 라이트 유닛을 사용한 경우 제2 반도체 나노 결정의 광 변환 효율은 약 130%임을 확인하였다. 반면 전술한 범위 이외에 약 458 nm의 광 파장을 가지는 라이트 유닛을 사용한 비교예의 경우 제2 반도체 나노 결정의 광 변환 효율은 약 100%임을 확인하였다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 실험예의 경우, 광 변환 효율이 약 30 % 증가함을 알 수 있다.
이하에서는 표 1을 참조하여 적색 색변환층의 색재현율에 대해 살펴본다. DCI 색좌표를 기준으로 적색광의 X 좌표는 0.68에 가까울수록 Y 좌표는 0.32에 가까울수록 색재현율이 우수함을 나타낸다.
실험예 1은 약 445 nm의 파장을 가지는 라이트 유닛을 포함하는 적색 색변환층의 색좌표이고, 실험예 2는 약 445 nm의 파장을 가지는 라이트 유닛 및 청색광 컷팅 필터를 포함하는 경우에 대한 적색 색좌표이다. 비교예 1은 약 458 nm의 파장을 가지는 라이트 유닛을 제공하는 경우에 대한 적색 색좌표이고, 비교예 2는 약 458 nm의 파장을 가지는 라이트 유닛 및 청색광 컷팅 필터를 제공하는 경우에 대한 적색 색좌표이다.
X 좌표 Y 좌표
실험예 1 0.610 0.336
실험예 2 0.638 0.332
비교예 1 0.531 0.348
비교예 2 0.586 0.340
표 1을 참조하면 실험예 1 및 2의 경우 비교예 1 및 2에 비해 X 좌표는 0.68에 가까운 값을 나타냈으며 Y 좌표는 0.32에 가까운 값을 나타낸 것을 확인하였다. 이에 따르면 라이트 유닛의 파장을 변경함으로써 적색 색변환층으로부터 방출되는 적색광의 색재현율이 향상됨을 확인하였다.
추가로 라이트 유닛이 445 nm의 광 파장을 가지고 광파장 변환층이 제2 반도체 나노 결정 또는 제3 반도체 나노 결정을 포함하는 실험예를 살펴본 결과, DCI 일치율이 약 99.4%가 됨을 확인하였다. 반면 라이트 유닛이 445 nm의 광 파장을 가지나 광파장 변환층이 반도체 나노 결정을 포함하지 않는 비교예에서는 DCI 일치율이 약 97.7%임을 확인하였다. 이는 청색광을 방출하는 광파장 변환층 영역에서 비교예에 따른 청색 광의 색재현율이 저하되기 때문이다.
정리하면, 적색을 발광하는 영역과 녹색을 발광하는 영역에서 광 변환 효율을 향상시키고 색재현율을 향상시키기 위해 일 실시예에 따른 표시 장치는 단파장을 가지는 청색광을 제공할 수 있다. 그러나 이러한 청색광이 광파장 변환층을 단순 투과하는 경우, 청색의 색재현율이 감소될 수 있다. 따라서 본 발명의 일 실시예는 광파장 변환층이 제2 반도체 나노 결정을 포함함으로써 제공되는 파장 보다 장파장을 가지는 청색광을 방출할 수 있도록 한다. 이에 따르면 청색을 발광하는 영역에서도 색재현율이 향상되어 표시 장치 전반에 걸쳐 향상된 색재현율을 가질 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
310: 기판
330R: 제1 색변환층
330G: 제2 색변환층
330B: 광파장 변환층

Claims (19)

  1. 기판 위에 위치하며 서로 다른 색을 나타내는 제1 색변환층, 제2 색변환층 및 광파장 변환층을 포함하고,
    상기 제1 색변환층은 적색광을 방출하는 제1 반도체 나노 결정을 포함하며,
    상기 제2 색변환층은 녹색광을 방출하는 제2 반도체 나노 결정을 포함하고,
    상기 광파장 변환층은 녹색광을 방출하는 제3 반도체 나노 결정을 포함하며,
    상기 광파장 변환층에서는 상기 제3 반도체 나노 결정에서 방출되는 녹색광과 상기 광파장 변환층을 투과하는 청색광이 방출되고,
    상기 광파장 변환층은 상기 제1 색변환층 및 상기 제2 색변환층과 상기 기판의 면에 수직한 방향으로 중첩하지 않는 색변환 표시판.
  2. 제1항에서,
    상기 제2 반도체 나노 결정과 상기 제3 반도체 나노 결정이 동일한 색변환 표시판.
  3. 제1항에서,
    상기 제2 반도체 나노 결정에 의해 변환되어 방출되는 광의 파장은 상기 제3 반도체 나노 결정에 의해 변환되어 방출되는 광의 파장 보다 큰 색변환 표시판.
  4. 제1항에서,
    상기 제3 반도체 나노 결정의 함량은 상기 광파장 변환층의 전체 함량 대비 20 wt% 이하인 색변환 표시판.
  5. 제1항에서,
    상기 광파장 변환층을 투과하는 상기 청색광의 파장은 440 nm 내지 450nm이고,
    상기 광파장 변환층에서 방출되는 광의 파장 범위는 455 nm 내지 465 nm인 색변환 표시판.
  6. 제1항에서,
    상기 광파장 변환층은 염료 및 안료 중 적어도 하나를 더 포함하는 색변환 표시판.
  7. 제1항에서,
    상기 제1 색변환층과 상기 기판 사이 및 상기 제2 색변환층과 상기 기판 사이 중 적어도 하나에 위치하는 청색광 컷팅 필터를 더 포함하는 색변환 표시판.
  8. 제1항에서,
    상기 광파장 변환층과 상기 기판 사이에 위치하는 청색 색필터를 더 포함하는 색변환 표시판.
  9. 제1항에서,
    상기 제1 색변환층, 상기 제2 색변환층 및 상기 광파장 변환층 중 적어도 하나는 산란체를 더 포함하는 색변환 표시판.
  10. 박막 트랜지스터를 포함하는 하부 표시판, 및
    상기 하부 표시판과 중첩하는 색변환 표시판을 포함하고,
    상기 색변환 표시판은
    기판과 상기 하부 표시판 사이에 위치하는 제1 색변환층, 제2 색변환층 및 광파장 변환층을 포함하고,
    상기 제1 색변환층은 적색광을 방출하는 제1 반도체 나노 결정을 포함하고,
    상기 제2 색변환층은 녹색광을 방출하는 제2 반도체 나노 결정을 포함하며,
    상기 광파장 변환층은 녹색광을 방출하는 제3 반도체 나노 결정을 포함하며,
    상기 광파장 변환층에서는 상기 제3 반도체 나노 결정에서 방출되는 녹색광과 상기 광파장 변환층을 투과하는 청색광이 방출되고,
    상기 광파장 변환층은 상기 제1 색변환층 및 상기 제2 색변환층과 상기 기판의 면에 수직한 방향으로 중첩하지 않는 표시 장치.
  11. 제10항에서,
    상기 하부 표시판의 배면에 위치하는 라이트 유닛을 더 포함하고,
    상기 라이트 유닛에서 방출되는 광의 파장은 440 nm 내지 450 nm인 표시 장치.
  12. 제10항에서,
    상기 제2 반도체 나노 결정과 상기 제3 반도체 나노 결정이 동일한 표시 장치.
  13. 제10항에서,
    상기 제2 반도체 나노 결정이 방출하는 광의 파장은 상기 제3 반도체 나노 결정이 방출하는 광의 파장 보다 큰 표시 장치.
  14. 제10항에서,
    상기 제3 반도체 나노 결정의 함량은 상기 광파장 변환층의 전체 함량 대비 20 wt% 이하인 표시 장치.
  15. 제10항에서,
    상기 광파장 변환층에서 방출하는 광의 파장 범위는 455 nm 내지 465 nm인 표시 장치.
  16. 제10항에서,
    상기 광파장 변환층은 염료 및 안료 중 적어도 하나를 더 포함하는 표시 장치.
  17. 제10항에서,
    상기 제1 색변환층과 상기 기판 사이 및 상기 제2 색변환층과 상기 기판 사이 적어도 하나에 위치하는 청색광 컷팅 필터를 더 포함하는 표시 장치.
  18. 제10항에서,
    상기 광파장 변환층과 상기 기판 사이에 위치하는 청색 색필터를 더 포함하는 표시 장치.
  19. 제10항에서,
    상기 제1 색변환층, 상기 제2 색변환층 및 상기 광파장 변환층 중 적어도 하나는 산란체를 더 포함하는 표시 장치.
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