KR102529150B1 - 광 변환 장치, 그 제조 방법, 및 이를 포함하는 광원 모듈과 백라이트 유닛 - Google Patents

광 변환 장치, 그 제조 방법, 및 이를 포함하는 광원 모듈과 백라이트 유닛 Download PDF

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Abstract

제1 방향으로 형성된 관통부와, 관통부 주변의 벽을 포함하는 프레임과, 관통부 내에서, 프레임의 벽에 의해 지지되는 기판, 기판 위에 배치된, 양자점을 포함하는 광 변환층, 광 변환층 위에 배치된 제1 무기층, 및 제1 무기층 위에 배치된 제1 유기층을 포함하는 광 변환 장치, 그 제조 방법과, 이를 포함하는 광원 모듈, 및 백라이트 유닛이 제공된다.

Description

광 변환 장치, 그 제조 방법, 및 이를 포함하는 광원 모듈과 백라이트 유닛 {LIGHT CONVERSION DEVICE, MAKING METHOD THEREOF, LIGHT SOURCE MODULE AND BACKLIGHT UNIT INCLUDING THE SAME}
광 변환 장치, 그 제조 방법, 및 이를 포함하는 광원 모듈과 백라이트 유닛에 관한 것이다.
양자점은 대략 10 nm 이하의 직경을 갖는 반도체 물질의 나노결정으로서 양자제한(quantum confinement) 효과를 나타내는 물질이다. 양자점은 통상의 형광체보다 강한 빛을 좁은 파장대에서 발생시킨다. 양자점의 발광은 전도대에서 가전자대로 들뜬 상태의 전자가 전이하면서 발생되는데 같은 물질의 경우에도 입자 크기에 따라 파장이 달라지는 특성을 나타낸다. 양자점의 크기가 작아질수록 짧은 파장의 빛을 발광하기 때문에 크기를 조절하여 원하는 파장 영역의 빛을 얻을 수 있다.
이러한 양자점은 유기 용매에 자연스럽게 배위된 형태로 분산되어 유지된다. 다만, 양자점이 산소, 혹은 수분에 노출되는 경우 발광 효율이 감소하게 될 수 있다. 이를 해결하기 위한 방안으로, 유리관(glass capillary)의 내부에 양자점이 분산된 레진(resin)을 충전시키는 방법이 제안된 바 있다.
다만, 양자점이 분산된 레진을 수 밀리미터의 직경을 갖는 주입구로 주입하기 어렵고, 주입된 레진을 경화하는 단계에서 충진된 레진의 부피가 팽창하거나 내부에 가스(gas)가 발생하여 유리관 내부 크랙(crack)을 야기할 수 있다. 또한, 유리관 자체는 취성(brittleness)에 기인한 낮은 내구성과 성형성을 가지므로, 운반, 또는 사용 시 쉽게 손상될 가능성이 있고, 고정된 형상 외의 다른 형상으로 성형하기 어렵다.
따라서, 내구성, 산소 또는 수분 차단 능력, 성형성 및 광효율이 모두 우수한 광 변환 장치의 개발이 필요하다.
내구성, 산소 또는 수분 차단 능력, 성형성 및 광효율이 모두 우수한 광 변환 장치, 이를 포함하는 포함하는 광원 모듈과 백라이트 유닛과, 공정 용이성과 대량생산성이 우수한 상기 광 변환 장치의 제조 방법을 제공하고자 한다.
일 구현예에 따르면, 제1 방향으로 형성된 관통부와, 관통부 주변의 벽을 포함하는 프레임, 상기 관통부 내에서, 상기 벽에 의해 지지되는 기판, 상기 기판 위에 배치된, 양자점을 포함하는 광 변환층, 상기 광 변환층 위에 배치된 제1 무기층, 및 상기 제1 무기층 위에 배치된 제1 유기층을 포함하는 광 변환 장치가 제공된다.
상기 제1 무기층과 상기 제1 유기층 중 적어도 하나는 상기 벽과 접촉하여 상기 광 변환층을 밀봉할 수 있다.
상기 제1 무기층은 산화실리콘, 질화실리콘, 산화알루미늄, 산화티타늄, 산화인듐, 산화주석, 산화주석인듐, 산화탄탈륨, 산화지르코늄, 산화니오븀, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 제1 유기층은 티올렌(thiol-ene) 중합체, 유기 규소 중합체, 비닐 중합체, 폴리이미드, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리아릴레이트, 폴리카보네이트, 에폭시, 폴리에테르이미드, 폴리에틸렌, 폴리아크릴레이트, 폴리에테르술폰, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 광 변환층과 상기 제1 무기층의 사이에 개재된 제2 유기층을 더 포함할 수 있다.
상기 제2 유기층은 상기 벽과 접촉하여 상기 광 변환층을 밀봉할 수 있다.
상기 제2 유기층은 티올렌(thiol-ene) 중합체, 유기 규소 중합체, 비닐 중합체, 폴리이미드, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리아릴레이트, 폴리카보네이트, 에폭시, 폴리에테르이미드, 폴리에틸렌, 폴리아크릴레이트, 폴리에테르술폰, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 기판의 일면에는 오목부(concave portion)가 형성되어 있고, 상기 광 변환층은 상기 오목부의 적어도 일부를 메우고 있을 수 있다.
상기 광 변환 장치는 상기 기판과 상기 광 변환층의 사이에 개재된 제2 무기층을 더 포함할 수 있다.
상기 제2 무기층은 상기 벽과 접촉하여 상기 광 변환층을 밀봉할 수 있다.
상기 제2 무기층은 산화실리콘, 질화실리콘, 산화알루미늄, 산화티타늄, 산화인듐, 산화주석, 산화주석인듐, 산화탄탈륨, 산화지르코늄, 산화니오븀, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 기판은 상기 제1 방향과 실질적으로 수직인 방향으로 배치되어 있다.
상기 프레임은 금속, 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리에테르술폰, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌, 폴리 카보네이트, 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 중합체, 폴리스티렌 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 프레임의 표면에는 70 % 이상의 광 반사율을 갖는 광 반사층이 형성되어 있을 수 있다.
상기 양자점은 II족-VI족 화합물, III족-V족 화합물, IV족- VI족 화합물, IV족 화합물, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 광 변환 장치는 상기 기판의 아래에 형성되어 있는 투명층을 더 포함할 수 있다.
상기 투명층의 두께는 0.1 mm 내지 5 mm 일 수 있다.
상기 광 변환 장치는 상기 제1 유기층의 위에 배치되어 있는 덮개층을 더 포함할 수 있다.
상기 프레임에는 상기 관통부가 2 이상 형성되어 있고, 상기 2 이상의 관통부는 열(列)을 이루어 배치될 수 있다.
상기 프레임은 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 직선 연장되거나, 또는 상기 제2 방향을 기준으로 만곡되어 있을 수 있다.
다른 일 구현예에 따르면, 제1 방향으로 관통부가 형성되고, 상기 관통부 주변으로 벽이 형성되어 있는 프레임을 준비하고, 기판 위에 양자점을 포함하는 광 변환층을 형성하고, 상기 기판을 상기 관통부를 통해 상기 프레임 내부로 삽입하여 상기 벽에 고정하고, 상기 광 변환층 위에 제1 무기층을 형성하고, 상기 제1 무기층의 위에 제1 유기층을 형성하는 것을 포함하는 광 변환 장치의 제조 방법이 제공된다.
상기 기판을 상기 프레임의 벽에 고정하는 것은 상기 제1 방향에 실질적으로 수직하도록 배치하는 것을 포함할 수 있다.
상기 광 변환층을 형성하는 것은 상기 광 변환층을 경화하는 것을 포함할 수 있다.
한편, 발광소자 패키지, 및 발광소자 패키지의 광 방출 방향의 전방에 배치되는, 일 구현예에 따른 광 변환 장치를 포함하는 광원 모듈이 제공될 수 있다.
상기 발광소자 패키지는 청색광을 방출하고 상기 광 변환 장치는 상기 청색광을 변환하여 백색광을 방출할 수 있다.
한편, 발광소자 패키지, 발광소자 패키지의 광 방출 방향의 전방에 배치되는, 일 구현예에 따른 광 변환 장치, 및 상기 광 변환 장치로부터 방출되는 광을 가이드하는 도광판을 포함하는 백라이트 유닛이 제공될 수 있다.
내구성, 산소 또는 수분 차단 능력, 성형성 및 광효율이 모두 우수한 광 변환 장치를 제공할 수 있다.
또한, 대량생산성이 우수하며, 비교적 간단한 공정을 통해 광 변환 장치를 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
한편, 상기 광 변환 장치를 포함하는 광원 모듈과 백라이트 유닛을 제공할 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 광 변환 장치를 나타낸 도면이고,
도 2 와 도 3은 일 구현예에 따른 광 변환 장치의 프레임의 서로 다른 예시를 나타낸 도면이고,
도 4 내지 도 11은 일 구현예에 따른 광 변환 장치의 다양한 변형예를 각각 나타낸 도면이고,
도 12는 일 구현예에 따른 광 변환 장치를 포함하는 광원 모듈을 나타낸 도면이고,
도 13은 일 구현예에 따른 광 변환 장치를 포함하는 백라이트 유닛을 나타낸 도면이다.
이하, 실시예에 대하여 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 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.
일 구현예에서 "광 변환 장치"는, 입사된 광을 특정한 색(color)을 갖는 광으로 변환하여 방출할 수 있는 장치를 의미한다.
우선, 도 1을 참조하여 일 구현예에 따른 광 변환 장치의 개략적인 구성을 설명한다.
도 1은 일 구현예에 따른 광 변환 장치를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 광 변환 장치(100)는 프레임(110), 기판(120), 광 변환층(130), 제1 무기층(140) 및 제1 유기층(150)을 포함할 수 있다.
일 구현예에 따른 광 변환 장치(100)는 제1 방향 D1으로 형성된 관통부(111)와, 관통부(111)를 둘러싼 벽(112)을 포함하는 프레임(110)을 제공한다. 또한, 프레임(110) 내부에는 벽(112)에 의해 지지되는 기판(120)이 배치되고, 상기 기판(120)의 위에는, 양자점(131)을 포함하는 광 변환층(130)이 배치되어 있다.
광 변환층(130)의 위에는 제1 무기층(140)과 제1 유기층(150)이 순차적으로 형성되어 있다. 제1 무기층(140)은 광 변환층(130)이 외부에 노출되지 않도록, 광 변환층(130)의 상부면과 측면을 모두 덮고 있다.
일 구현예에 따르면, 제1 무기층(140)과 제1 유기층(150) 중 적어도 하나는 상기 벽(112)과 접촉하여, 광 변환층(130)을 밀봉할 수 있다. 즉, 제1 무기층이나 제1 유기층과 벽 사이 간극을 제거함으로써, 산소 또는 수분이 간극을 통해 광 변환층(130)의 발광 효율을 저하시키는 것을 방지할 수 있다.
양자점을 포함하는 광 변환층의 광학적 특성 저하를 최소화하기 위한 다양한 방법 중, 유리관(glass capillary)의 내부로 양자점 포함 레진을 충진한 후, 밀봉한, 유리관 타입의 광 변환 장치가 제안된 바 있다.
그러나, 수 마이크로 내지 수 밀리미터의 직경을 갖는 주입부로 상기 양자점 포함 레진을 충진하는 공정은 레진의 점도, 충진 속도, 유리관 내부 수분 또는 가스의 사전 제거, 충진 시 진공 분위기 유지 등의 까다로운 조건들로 인해, 제조가 어려운 편이다. 또한, 유리관 주입 공정 특성 상, 내부에 충진된 레진을 경화하는 과정에서 충진된 레진의 부피가 팽창하거나 유리관 내부에 가스가 발생하여 유리관 내부에 크랙(crack)이 형성될 수 있으므로, 후속 경화 공정 에서 불량률이 크게 증가할 우려가 있다.
다만, 일 구현예에 따른 광 변환 장치(100)는 제1 방향 D1으로 관통부(111)가 형성된 프레임(110) 내부에 광 변환층(130)이 형성된 기판(120)을 배치하고, 광 변환층(130) 위에 제1 무기층(140), 제1 유기층(150)을 순차 적층하여 광 변환층(130)을 밀봉함으로써, 전술한 유리관 타입 광 변환 장치에 비해 제조가 용이하다.
또한, 광 변환층(130)을 밀봉할 배리어층으로써 제1 무기층(140)과 제1 유기층(150)을 광 변환층(130) 위에 순차 적층함으로써, 전술한 유리관 타입 광 변환 장치가 취성이 강한 유리관을 배리어로 사용하는 것에 비해 높은 내구성과 안정성을 가질 수 있다.
이하에서는, 전술한 도 1과, 도 2 및 도 3을 함께 참조하여 일 구현예에 따른 광 변환 장치의 보다 구체적인 구성에 대하여 설명한다.
도 2는 일 구현예에 따른 광 변환 장치의 프레임의 일 예시를 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2와 다른 프레임의 예시를 나타낸 도면이다.
일 구현예에 따른 프레임(110)은, 제1 방향 D1에 수직하는 제2 방향 D2을 따라 연장되어 있을 수 있다. 즉, 프레임(110)의 외형(外形)은 스트립(strip) 형상을 가질 수 있다. 다만, 일 구현예가 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 장방형, 정방형 타원형 등과 같은 다양한 외형을 가질 수 있다.
관통부(111)는 2 이상이 형성되어 있을 수 있으며, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 프레임(110)의 길이 방향을 따라 2 이상의 관통부(111)가 열(列)을 이루어 배치되어 있을 수 있다. 일 구현예에서는 관통부(111)가 도 2 또는 도 3에 도시된 바와 같이 프레임(110)의 길이 방향을 따라 일렬로 배치되어 있을 수 있다. 다만, 일 구현예가 이에 제한되는 것은 아니며, 관통부(111)가 2 이상의 열을 이루어 배치되어 있을 수도 있다.
한편, 일 구현예에 따른 광 변환 장치(100)는 각각의 관통부(111) 마다, 기판(120), 광 변환층(130), 제1 무기층(140), 및 제1 유기층(150)을 단위체로 하는 광 변환부가 배치되어 있을 수 있다. 상기 광 변환부는 프레임(110)의 내부에 배치되되, 프레임(110)의 외부로 돌출되지는 않도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 프레임(110)의 외형은 일 구현예에 따른 광 변환 장치(100)의 외형이 된다.
한편, 프레임(110)은 금속, 또는 폴리머 소재로 이루어질 수 있다. 일례로, 프레임(110)은 금속, 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리에테르술폰, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌, 폴리 카보네이트, 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 중합체, 폴리스티렌 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
프레임(110)이 상기 소재로 이루어질 경우, 전술한 유리관 타입 광 변환 장치의 유리관 몸체에 비해 우수한 성형성(formability)을 가지므로, 프레임(110)의 형상을 원하는 형상으로 성형하기 용이하다.
즉, 프레임(110)의 외형은 제1 방향 D1에 수직한 제2 방향 D2으로 직선 연장되어 있을 수도 있고(도 2 참조), 제2 방향 D2을 기준으로 볼 때 다소 만곡되어 있을 수도 있다(도 3 참조). 즉, 프레임(110)을 직선 스트립, 커브드 스트립 등의 형상을 갖도록 다양하게 성형할 수 있다.
이를 통해, 기존의 평판 표시 장치 외에 다양한 형상을 갖는 표시 장치, 예를 들어 곡면 모니터나 TV와 같은 커브드 디스플레이(curved display)나 스마트 워치(smart watch)와 같은 휴대용 장치(portable device) 등에 일 구현예에 따른 광 변환 장치(100)을 적용하기 용이하다.
한편, 프레임(110)이 금속으로 이루어질 경우, 프레임(110)이 우수한 열 전도성을 가지므로, 광 변환 작용에 의해 광 변환 장치(100) 내부에서 발생되는 열을 외부로 배출할 수 있다. 즉, 광 변환 장치(100)의 방열 특성을 개선할 수 있다.
일 구현예에서 기판(120)은 관통부(111) 내부로 삽입되되, 프레임(110) 외부로 이탈되지 않도록 벽(112)에 의하여 지지되어 있을 수 있다. 기판(120)은 프레임(110) 내부에서 위치를 이탈하지 않을 수 있도록 관통부(111)에 끼워져 고정될 수 있다.
기판(120)은 도 1에 도시된 바와 같이 제1 방향 D1과 실질적으로 수직인 방향으로 배치, 및 고정되어 있을 수 있다. 다만, 일 구현예가 이에 제한되는 것은 아니고, 입사광의 입사 방향, 변환된 광이 방출될 방향에 따라 기판(120)의 배치 각도를 달리할 수도 있다.
한편, 기판(120)은 프레임(110)의 최하단으로부터 수십 마이크로미터 내지 수십 밀리미터 가량 이격되도록 배치될 수 있다. 일례로, 기판(120)과 프레임(110)의 최하단이 이루는 간극은, 예를 들어 50 μm 이상, 예를 들어 80 μm 이상, 예를 들어 0.1 mm 이상, 예를 들어 1 mm 이상이고, 예를 들어 20 mm 이하, 예를 들어 10 mm 이하, 예를 들어 5 mm 이하, 예를 들어 2 mm 이하일 수 있다.
기판(120)과 프레임(110)의 최하단이 상기 범위 내의 간극을 이루도록 함으로써, 프레임(110) 최하단으로부터 기판(120)을 향해 입사되어오는 광의 굴절 정도, 굴절 방향을 조절할 수 있다. 즉, 상기 간극을 통해 기판(120)과 프레임(110) 최하단 사이의 굴절률을 조절하여 광 상기 광이 변환층에 입사되도록 유도함으로써 광 변환 장치(100)의 광효율을 향상시킬 수 있다.
기판(120)은 유리, 금속 산화물, 폴리머, 또는 이의 조합을 포함하는 소재로 이루어지되, 광학적으로 투명하다. 기판(120) 소재의 일례로, 유리, 금속 산화물, 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리에테르술폰, 티올렌(thiol-ene) 중합체, 가교, 또는 미가교 (메타)아크릴레이트 중합체, 멜라민(메타)아크릴레이트 중합체, 폴리에폭시, 에폭시(메타)아크릴레이트 중합체, 유기 규소 중합체, 실리콘(메타)아크릴레이트 중합체, 폴리우레탄(메타)아크릴레이트 중합체, 비닐 중합체, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 티올렌 중합체는, 말단에 티올 기(-SH)를 2 이상 갖는 제1 모노머와 말단에 탄소-탄소 불포화 결합을 2개 이상 가지는 제2 모노머를 포함하는 모노머 혼합물의 중합 생성물을 의미한다.
한편, 기판(120)이 폴리머 소재로 형성될 경우, 내부에 광 분산 입자(미도시)를 더 포함할 수도 있다.
기판(120)은 상기 소재로 이루어진 단일층 구조를 이루고 있을 수도 있고, 2 이상의 서로 다른 소재가 적층된 형태의 2 이상의 다중 층을 이루고 있을 수도 있다. 기판(120)이 다중 층을 이루는 경우, 2 이상의 서로 다른 소재의 층이 1회 이상 교번적으로 적층될 수도 있다. 다만, 기판(120)의 구조가 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 기판(120)과 프레임(110)의 최하단이 이루는 간극의 거리, 기판(120)의 구체적인 소재, 입사광의 종류, 입사광의 색 등에 따라 달리 설정될 수 있다.
광 변환층(130)은 기판(120)의 위에 배치되어 있다. 광 변환층(130)은 도 1에 도시된 바와 같이 기판(120)의 상부면 일부를 덮도록 형성될 수 있다. 이를 통해 후술할 제1 무기층(140)과 제1 유기층(150)이 광 변환층(130)을 덮어 밀봉하기 용이하다. 다만, 일 구현예가 이에 제한되는 것은 아니고, 광 변환층(130)이 기판(120) 상부면 전부를 덮도록 형성될 수도 있다.
광 변환층(130)은 발광체로 2 이상의 양자점(131)이 분산되어 있는 레진(resin)을 기판(120) 위에 도포 후, 경화함으로써 형성할 수 있다.
양자점(131)은 양자 구속 효과(quantum confinement effect)에 의해 불연속적인 에너지 밴드갭(energy band gap)을 가지므로, 입사된 광을 특정 파장을 갖는 광으로 변환하여 방사(radiate)할 수 있다. 이에 따라, 양자점(131)을 광 변환층으로 사용하는 광 변환 장치(100)는 우수한 색재현율과 색순도를 갖는 광을 방출할 수 있다.
일 구현예에서, 양자점(131)의 소재는 특별히 제한되지 않으며, 공지되었거나 상업적으로 입수 가능한 양자점을 사용할 수 있다. 예를 들어 양자점은, II족-VI족 화합물, III족-V족 화합물, IV족- VI족 화합물, IV족 화합물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 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.
상기 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 GaAlNP, 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. 상기 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.
상기 IV족 화합물은 Si, Ge 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 단원소 화합물; 및 SiC, SiGe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 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. 하나의 양자점(131)이 다른 양자점(131)을 둘러싸는 코어/쉘 구조를 가질 수도 있다. 코어와 쉘의 계면은 쉘에 존재하는 원소의 농도가 중심으로 갈수록 낮아지는 농도 구배(gradient)를 가질 수 있다. 또한, 상기 양자점(131)은 하나의 양자점 코어와 이를 둘러싸는 다층의 쉘을 포함하는 구조를 가질 수도 있다. 이때 다층의 쉘 구조는 2층 이상의 쉘 구조를 가지는 것으로 각각의 층은 단일 조성 또는 합금 또는 농도 구배를 가질 수 있다
또한, 양자점(131)은 코어보다 쉘을 구성하는 물질 조성이 더 큰 에너지 밴드갭을 갖고 있어, 양자 구속 효과가 효과적으로 나타나는 구조를 가질 수 있다. 다층의 쉘을 구성하는 경우도 코어에 가까운 쉘보다 코어의 바깥 쪽에 있는 쉘이 더 큰 에너지 밴드갭을 갖는 구조일 수 있으며, 이 때 양자점(131)은 자외선 내지 적외선 파장 범위를 가질 수 있다.
양자점(131)은 약 10% 이상, 예컨대, 약 30% 이상, 약 50% 이상, 약 60% 이상, 약 70% 이상, 또는 약 90% 이상의 양자 효율(quantum efficiency)을 가질 수 있다.
2 이상의 양자점(131)은 서로 동일한 소재로 형성될 수도 있고, 서로 다른 소재로 형성될 수도 있다. 또한, 2 이상의 양자점(131)간에는 서로 동일한 크기를 가질 수도 있고, 서로 다른 크기를 가질 수도 있다.
일 구현예에서, 만약 입사광이 청색광일 경우, 2 이상의 양자점(131)은 적어도 청색광을 녹색광으로 변환하는 녹색 양자점과 청색광을 적색광으로 변환하는 적색 양자점을 포함할 수 있다. 이에 따라, 일 구현예에 따른 광 변환 장치(100)가 최종적으로 방출하는 광이 청색광, 녹색광, 및 적색광의 혼색(color mixture)인 백색광이 되도록 조절할 수 있다.
다만, 일 구현예에서 발광체의 종류가 반드시 양자점으로 제한되는 것은 아니며, 양자점의 종류도 녹색 양자점과 적색 양자점으로 제한되는 것이 아니다.
예를 들어, 일 구현예에 따른 광 변환층은 녹색 양자점과 적색 형광체를 조합하여 백색광을 발광할 수도 있고, 적색 양자점과 녹색 형광체를 조합할 수도 있다. 또한, 양자점 외에 마젠타(magenta), 시안(cyan), 옐로우(yellow)를 발광하는 형광체를 각각 포함할 수도 있다.
제1 무기층(140)은 광 변환층(130) 표면에 밀착되되, 광 변환층(130)의 상부면과 측면을 모두 덮도록 형성되며, 광학적으로 투명하다. 일 구현예에서, 제1 무기층(140)은 프레임(110)의 벽(112)과 접촉하여 벽(112)과 제1 무기층(140) 사이의 간격이 발생하지 않도록 함으로써, 광 변환층(130)을 밀봉하는 역할을 수행할 수 있다.
제1 무기층(140)은 산화실리콘, 질화실리콘, 산화알루미늄, 산화티타늄, 산화인듐, 산화주석, 산화주석인듐, 산화탄탈륨, 산화지르코늄, 산화니오븀, 또는 이들의 조합을 포함하는 무기물로 이루어질 수 있다.
제1 무기층(140)은 스퍼터링이나 화학 기상 증착, 또는 산화실리콘, 산화티타늄 포함 무기물 용액을 기판 위에 얹는 용액 공정 등을 통해 형성될 수 있다.
일 구현예에서 제1 무기층(140)은, 예를 들어 10 g/m2. day. atm 이하, 예를 들어 6 g/m2.day. atm 이하, 예를 들어 2 g/m2. day. atm 이하, 예를 들어 1 g/m2. day. atm 이하의 수분투과도(water vapor trasmission rate, WVTR)를 가질 수 있다. 즉, 제1 무기층(140)은 우수한 투습, 투수 차단성을 가지므로, 광 변환층(130)에 외부의 산소, 또는 수분에 의해 발광 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
제1 유기층(150)은 제1 무기층(140)의 위에 형성되며, 광학적으로 투명하다. 제1 유기층(150)은 제1 무기층(140) 위에 유기물 용액을 얹는 용액 공정 등을 통해 형성될 수 있다. 제1 유기층(150)은 제1 무기층(140) 표면에 밀착되되, 제1 무기층(140)을 덮어 보호함으로써, 제1 무기층(140)과 광 변환층(130)의 물리적, 또는 화학적 손상을 방지할 수 있다.
일 구현예에서 제1 유기층(150)은 프레임(110)의 벽(112)과 접촉하여 벽(112)과 제1 유기층(150) 사이의 간격이 발생하지 않도록 함으로써, 광 변환층(130)을 밀봉하는 동시에, 제1 무기층(140)을 보호하는 역할을 수행할 수 있다.
일 구현예에서 제1 유기층(150)은 티올렌(thiol-ene) 중합체, 유기 규소 중합체, 비닐 중합체, 폴리이미드, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리아릴레이트, 폴리카보네이트, 에폭시, 폴리에테르이미드, 폴리에틸렌, 폴리아크릴레이트, 폴리에테르술폰, 또는 이들의 조합을 포함하는 유기물로 이루어질 수 있다.
상기 티올렌 중합체는, 말단에 티올 기(-SH)를 2 이상 갖는 제1 모노머와 말단에 탄소-탄소 불포화 결합을 2개 이상 가지는 제2 모노머를 포함하는 모노머 혼합물의 중합 생성물을 의미한다.
일 구현예에서, 제1 유기층(150)은 상부면이 평탄한 평탄화층일 수 있다. 즉, 제1 유기층(150)은 광 변환층(130)과 제1 무기층(140)에 의해 돌출된 부분과 그렇지 않은 부분을 모두 덮어 평탄화할 수 있다. 이를 통해, 광 변환 장치(100)에 충격이 가해질 경우, 상대적으로 기판(120) 위로 돌출되어 있는 광 변환층(130)과 제1 무기층(140)에 응력이 집중될 확률을 낮출 수 있다.
다만, 일 구현예가 이에 제한되는 것은 아니고, 예를 들어 제1 유기층(150)의 상부면에는, 광 변환 장치(100) 내부 광 추출 향상을 위한 다양한 형상 및 배치구조를 갖는 미세 패턴이 형성되어 있을 수도 있다.
한편, 제1 유기층(150)은 내부에 광 분산 입자(미도시)를 포함하거나, 제1 유기층(150)의 상부면에 광 분산 입자(미도시)로 이루어진 층이 더 형성되어 있을 수도 있다. 이 경우, 광 변환층(130)에서 변환되어 제1 유기층(150)으로 전달된 광이 제1 유기층(150)을 지나면서 여러 방향으로 산란, 방출될 수 있다.
일 구현예에 따른 광 변환 장치(100)는, 전술한 유리관 대비 비교적 저렴하며 내구성이 우수한 프레임(110)을 사용하되, 프레임(110) 내부에 광 변환층(130)을 배치하고, 제1 무기층(140), 제1 유기층(150)을 이용하여 밀봉함으로써 내구성 및 산소 또는 수분 차단 능력이 우수하다.
또한, 전술한 유리관 대비 우수한 성형성을 갖는 프레임(110)을 사용하므로, 광 변환 장치(100)가 우수한 성형성을 갖는다.
또한, 일 구현예에 따른 광 변환 장치(100)는 색순도와 색재현율이 우수한 양자점을 포함하여 광효율이 우수하다.
이하에서는, 일 구현예에 따른 광 변환 장치의 제조 방법에 대하여 설명한다.
우선, 제1 방향 D1으로 관통부(111)가 형성되고, 상기 관통부(111) 주변으로 벽(112)이 형성되어 있는 프레임(110)을 준비한다.
한편, 관통부(111)에 상응하는 평면 형상을 갖는 기판(120)을 준비하고, 상기 기판(120) 위에 광 변환층(130)을 형성한다. 광 변환층(130)은 기판(120) 위에 슬롯 다이 코팅, 그라비아 코팅, 콤마 코팅 등의 방법으로 양자점(131) 포함 레진을 도포한 후, 경화하여 형성할 수도 있고, 기판(120) 위에, 이미 경화된 양자점 포함 광 변환 스트립을 부착함으로써 형성할 수도 있다.
이후, 광 변환층(130)이 형성된 기판(120)을 광 변환층(130)이 상부면에 오도록 배치한 후, 상기 관통부(111)를 통해 프레임(110) 내부로 삽입한다. 삽입한 기판(120)은 상기 제1 방향 D1에 실질적으로 수직하도록 배치한 후, 프레임(110)의 벽(112)에 고정한다. 고정된 기판(120)은 프레임(110)의 관통부(111)를 관통부 상부 공간과 관통부 하부 공간으로 구획하게 되며, 광 변환층(130)은 관통부 상부 공간에 위치하게 된다.
일 구현예에 따른 광 변환 장치 제조 방법은 기판(120) 위에 양자점(131) 포함 레진을 도포, 및 경화하여 광 변환층(130)을 먼저 완성한 후, 순차적으로 제1 무기층(140), 제1 유기층(150)의 도포 및 경화 과정을 수행할 수 있으므로, 유리관 타입 광 변환장치와 달리 후속 공정에서 광 변환층의 부피가 팽창하거나, 가스가 발생하는 등의 문제가 발생하지 않고, 이에 따른 불량률 발생의 염려도 없다.
다만, 일 구현예가 반드시 상기 순서에 제한되는 것은 아니고, 프레임(110) 내부에 기판(120)을 먼저 삽입하고, 광 변환 스트립을 기판(120)에 부착한 후 경화할 수도 있다. 상기 광 변환 스트립은 전술한 슬롯 다이 코팅, 그라비아 코팅, 콤마 코팅 등의 방법으로 양자점(131) 포함 레진을 도포한 후, 경화할 수도 있고, 이미 경화된 양자점 포함 광 변환 스트립을 부착함으로써 형성할 수도 있다.
이후, 광 변환층(130) 위에 스퍼터링이나 화학 기상 증착, 또는 산화실리콘, 산화티타늄 포함 무기물 용액을 기판 위에 얹는 용액 공정 등을 통해 제1 무기층(140)을 형성한다. 제1 무기층(140)은 적어도 광 변환층(130)의 노출된 표면을 전부 덮도록 형성되되, 기판(120) 및 벽(112)과 빈틈 없이 접촉할 수 있도록 형성할 수 있다. 이에 따라, 제1 무기층(140)은 기판(120)에 의해 구획된 관통부 상부 공간과 관통부 하부 공간 사이에 산소, 또는 수분이 이동하는 것을 차단할 수 있다.
이후, 제1 무기층(140) 위에 유기물 용액을 얹는 용액 공정 등을 통해 제1 유기층(150)을 형성한다. 제1 유기층(150)은 기판(120) 및 벽(112)과 빈틈 없이 접촉할 수 있도록 형성할 수 있다. 또한, 일 구현예에 따른 광 변환 장치의 제조 방법에서, 제1 유기층(150)의 상부면을 평탄하게 형성할 수 있다.
일 구현예에 따른 광 변환 장치의 제조 방법은, 양자점 포함 레진의 주입 과정으로부터 경화에 이르기까지 복잡한 조건을 유지해야 하는 유리관 타입 변환장치 대비, 간단한 공정들을 거쳐 광 변환 장치(100)를 제조할 수 있다. 즉, 비교적 간단한 공정을 통해 광 변환 장치를 제조할 수 있다.
또한, 일 구현예에 따른 광 변환 장치 제조 방법은 내부에 수 마이크로 크기의 미세관을 갖는 고비용의 유리관을 사용하는 것에 비해, 상대적으로 저렴하고 상용성이 우수한 기판과 제1 유기층(150)을 사용하므로, 대량생산성이 매우 우수하다.
이하에서는 도 4 내지 도 11을 참조하여 일 구현예에 따른 광 변환 장치(100)의 다양한 변형예들을 설명한다. 이하에서 변형예들을 설명함에 있어, 전술한 일 구현예에 따른 광 변환 장치(100)와 동일한 구성에 대해서는 자세한 설명을 생략한다.
도 4는 제1 변형예에 따른 광 변환 장치를 나타낸 도면으로, 제1 변형예에 따른 광 변환 장치(101)에서는, 기판(120)의 일면에 오목부(121, concave portion)가 형성되어 있고, 광 변환층(130)은 오목부(121)의 적어도 일부를 메우고 있을 수 있다.
제1 변형예에 따른 광 변환 장치(101)는 전술한 광 변환 장치(100) 대비, 광 변환층(130)이 기판 상부면으로 돌출되지 않으므로, 광 변환층(130)을 덮은 제1 무기층(140)과, 제1 무기층(140) 위에 형성된 제1 유기층(150)이 모두 평탄한 층으로 형성된다.
제1 변형예에 따른 광 변환 장치(101)와 같이 기판(120)에 오목부(121)를 두어 광 변환층(130)을 수용하게 되면, 전술한 광 변환 장치(100) 대비 광 변환층(130)이 외부로 노출된 영역이 감소되어 광 변환층(130)이 효과적으로 수분 및 산소로부터 보호될 수 있고, 또한, 기판(120)에 오목부(121)를 형성하여 광 변환층(130) 형성 시 오목부(121)에 의해 형성되어야 할 영역이 가이드됨으로서, 광 변환층(130) 형성에 소요되는 시간과 노력이 절감될 수 있다.
한편, 제1 변형예에서, 기판(120)은 폴리머 기판일 수 있다. 즉, 기판(120)은 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리에테르술폰, 티올렌 중합체, 가교, 또는 미가교 (메타)아크릴레이트 중합체, 멜라민(메타)아크릴레이트 중합체, 폴리에폭시, 에폭시(메타)아크릴레이트 중합체, 유기 규소 중합체, 실리콘(메타)아크릴레이트 중합체, 폴리우레탄(메타)아크릴레이트 중합체, 비닐 중합체, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 기판(120)을 폴리머로 형성할 경우, 유리, 또는 금속 산화물 기판에 비해 비교적 제조, 가공이 용이하면서, 비용이 저렴하여 대량생산에 유리하다.
도 5는 제2 변형예에 따른 광 변환 장치를 나타낸 도면으로, 제2 변형예에 따른 광 변환 장치(102)에서는, 기판(120)의 일면에 오목부(121, concave portion)가 형성되어 있고, 광 변환층(130)은 오목부(121)의 적어도 일부를 메우고 있되, 기판(120)과 광 변환층(130)의 사이에 제2 무기층(160)이 개재되어 있을 수 있다.
제2 무기층(160)은 광학적으로 투명하며, 프레임(110)의 벽(112)과 접촉하여 광 변환층(130)을 밀봉할 수 있다. 제1 무기층(140)은 제2 무기층(160)과 광 변환층(130)을 모두 덮도록 형성되어 있고, 제1 무기층(140)의 위로 제1 유기층(150)이 형성되어 있다.
제2 무기층(160)은 산화실리콘, 질화실리콘, 산화알루미늄, 산화티타늄, 산화인듐, 산화주석, 산화주석인듐, 산화탄탈륨, 산화지르코늄, 산화니오븀, 또는 이들의 조합을 포함하는 무기물로 이루어져 있을 수 있다. 제2 무기층(160)은 전술한 제1 무기층(140)과 동일한 소재의 층일 수 있으나, 서로 다른 소재의 층일 수도 있다.
기판(120)에 오목부(121)가 형성되면서, 기판(120) 중 오목부(121) 가 형성된 부분의 두께가 얇아진다. 이를 통해 산소, 또는 수분이 침투할 위험이 존재하므로, 제2 무기층(160)을 오목부(121)를 포함한 기판(120) 상부면에 형성한 후, 광 변환층(130)을 형성할 수 있다.
즉, 제2 변형예에 따른 광 변환 장치(102)는 광 변환층(130)의 모든 면이 제1, 제2 무기층(140, 160)에 의해 둘러싸여 밀봉되므로, 관통부 상부공간과 관통부 하부공간 중 어느 쪽으로도 산소 또는 수분이 광 변환층(130)에 도달하기 어렵다. 즉, 산소 또는 수분 차단 능력이 더욱 향상된 광 변환 장치(102)를 제공할 수 있다.
한편, 제2 변형예에서, 기판(120)은 전술한 제1 변형예와 마찬가지로 폴리머 기판일 수 있다. 기판(120)을 폴리머 소재로 형성함으로써, 유리, 또는 금속 산화물 기판에 비해 비교적 제조, 가공이 용이하면서 비용이 저렴하므로, 광 변환 장치(102)의 대량생산에 유리하다.
도 6은 제3 변형예에 따른 광 변환 장치를 나타낸 도면으로, 제3 변형예에 따른 광 변환 장치(103)에서는, 광 변환층(130)과 제1 무기층(140)의 사이에 제2 유기층(170)이 개재되어 있을 수 있다.
제2 유기층(170)은 광학적으로 투명하며, 프레임(110)의 벽(112)과 접촉하여 광 변환층(130)을 밀봉할 수 있다. 제2 유기층(170)은 광 변환층(130)을 모두 덮도록 형성되되, 상부면이 평탄화되어 있고, 그 위로 제1 무기층(140)과 제1 유기층(150)이 순차적으로 적층되어 있다.
제2 유기층(170)은 티올렌(thiol-ene) 중합체, 유기 규소 중합체, 비닐 중합체, 폴리이미드, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리아릴레이트, 폴리카보네이트, 에폭시, 폴리에테르이미드, 폴리에틸렌, 폴리아크릴레이트, 폴리에테르술폰, 또는 이들의 조합을 포함하는 유기물로 이루어질 수 있다. 상기 티올렌 중합체는, 말단에 티올 기(-SH)를 2 이상 갖는 제1 모노머와 말단에 탄소-탄소 불포화 결합을 2개 이상 가지는 제2 모노머를 포함하는 모노머 혼합물의 중합 생성물을 의미한다.
제2 유기층(170)은 전술한 제1 유기층(150)과 동일한 소재의 층일 수 있으나, 서로 다른 소재의 층일 수도 있다.
제2 유기층(170)은 기판(120), 프레임(110), 광 변환층(130)과의 상용성이 우수한 유기물로서, 기판(120) 및 프레임(110), 광 변환층(130)과의 부착력이 무기물에 비해 우수하다.
또한, 제1 무기층(140)의 스퍼터링 효율 및 형성된 제1 무기층(140)의 안정성 측면에서, 기판(120) 위에 스퍼터링을 통해 제1 무기층(140)을 형성하는 것에 비해, 제2 유기층(170)을 먼저 형성한 후, 제2 유기층(170) 위에 스퍼터링을 통해 제1 무기층(140)을 형성하는 것이 보다 유리하다.
즉, 제3 변형예에 따른 광 변환 장치(103)는 제1 무기층(140)의 안정성과 스퍼터링 효율을 향상시킬 수 있으며, 추가의 밀봉층인 제2 유기층(170)에 의한 수분 및 산소 차단 능력을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 7은 제4 변형예에 따른 광 변환 장치를 나타낸 도면으로, 제4 변형예에 따른 광 변환 장치(104)에서는, 기판(120)의 아래에 투명층(180)이 형성되어 있다. 투명층(180)은 기판(120)과 관통부(111) 최하단 사이의 간극을 일부, 또는 전부 메우고 있을 수 있다.
상기 투명층(180)은, 예를 들어 50 μm 이상, 예를 들어 80 μm 이상, 예를 들어 0.1 mm 이상, 예를 들어 1 mm 이상이고, 예를 들어 20 mm 이하, 예를 들어 10 mm 이하, 예를 들어 5 mm 이하, 예를 들어 2 mm 이하일 수 있다.
투명층(180)이 상기 범위 내의 두께를 갖도록 함으로써, 프레임(110) 최하단으로부터 기판(120)을 향해 입사되어오는 광을 분산시켜 기판(120)의 각 지점에 균일하게 입사시킬 수 있다. 즉, 기판(120)에 대한 광 균제도(light uniformity)를 높임으로써 광 변환 장치(100)의 광 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
만약 투명층(180)이 전술한 간극을 일부 메우는 경우, 투명층(180)에 의한 광 변환 장치(100)의 광 신뢰성 향상 효과와, 간극에 의한 광 변환 장치(100)의 광효율 향상 효과가 함께 나타날 수 있다.
즉, 제4 변형예에 따른 광 변환 장치(104)는 전술한 간극 대신, 상기 간극의 일부, 또는 전부를 메우는 투명층(180)을 배치함으로써, 광 변환 장치(100)의 광 변환 장치(100)의 광효율 및/또는 광 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 8은 제5 변형예에 따른 광 변환 장치를 나타낸 도면으로, 제5 변형예에 따른 광 변환 장치(105)에서는, 프레임(110) 표면에 광 반사층(113)이 형성되어 있다. 광 반사층(113)은 관통부(111)가 위치한 프레임(110) 내부와, 프레임(110) 외부 모두에 형성되어 있을 수도 있고, 프레임(110) 내부에만 형성되어 있을 수도 있다.
광 반사층(113)은 공지되었거나 상업적으로 입수 가능한 도료를 프레임(110)의 표면에 도포, 후 경화하는 방식으로 형성될 수 있다.
광 반사층(113)은, 예를 들어 95 % 이상, 예를 들어 90 % 이상, 예를 들어 80 % 이상, 예를 들어 70 % 이상, 예를 들어 50 % 이상, 예를 들어 30 % 이상의 광 반사율을 가질 수 있다.
양자점(131)은 입사광을 받아 여기되었다가 안정되면서 모든 방향으로 고르게 특정 파장의 광을 방출하므로, 필연적으로 광 손실이 발생한다. 그러나, 제5 변형예에 따른 광 변환 장치(105)는 광 반사층(113)을 통하여 양자점(131)으로부터 방사된 빛을 반사시켜 재활용할 수 있으므로, 프레임(110) 내부에서 광 리사이클링(light recycling)을 통한 광 손실을 최소화할 수 있다.
또한, 광 변환 장치(105)로 입사되어온 광의 각도에 따라 입사광이 양자점(131)을 거치지 않고 외부로 방출되는 경우의 수도 최소화할 수 있으므로, 소량의 양자점(131)을 사용하더라도 높은 광 변환 효율을 유지할 수 있다.
즉, 제5 변형예에 따른 광 변환 장치(105)는 프레임(110) 표면에 광 반사층(113)을 형성함으로써, 광 변환층(130)의 광효율을 향상시킬 수 있다.
도 9는 제6 변형예에 따른 광 변환 장치를 나타낸 도면으로, 제6 변형예에 따른 광 변환 장치(106)에서는, 제1 유기층(150) 위에 덮개층(190)이 배치되어 있다.
덮개층(190)은, 기판(120)과 마주보도록 제1 방향 D1과 실질적으로 수직인 방향으로 배치, 및 고정되어 있을 수 있다. 기판(120)과 덮개층(190)을 기준으로 볼 때, 광 변환층(130), 제1 무기층(140), 제1 유기층(150)은 기판(120)과 덮개층(190) 사이에 개재되어 샌드위치 구조를 이루고 있다.
덮개층(190)은 광학적으로 투명하며, 유리, 금속 산화물, 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리에테르술폰, 또는 이들의 조합을 포함하는 소재로 이루어져 있을 수 있다. 덮개층(190)과 기판(120)은 서로 동일한 소재로 이루어져 있을 수도 있고, 서로 다른 소재로 이루어져 있을 수도 있다.
덮개층(190)은 외부의 물리적, 화학적 영향으로부터 제1 무기층(140)과 제1 유기층(150)을 덮어 보호하는 커버 윈도우의 역할을 수행할 수 있다. 즉, 제6 변형예에 따른 광 변환 장치(106)는 우천 시나 격렬한 이동, 운동 등의 거친 환경에 노출될 경우에도 외부의 물리적, 화학적 영향으로부터 제1 무기층(140)과 제1 유기층(150)을 보호할 수 있다. 즉, 내구성과 산소 또는 수분 차단 능력이 보다 향상된 광 변환 장치(106)를 제공할 수 있다.
한편, 다른 변형예들에 따른 광 변환 장치들은, 전술한 제1 내지 제6 변형예에 따른 구성을 2 이상 포함할 수도 있다.
도 10은 제7 변형예에 따른 광 변환 장치를 나타낸 도면으로, 제7 변형예에 따른 광 변환 장치(107)는, 기판(120)에 형성된 오목부(121), 오목부(121)를 메우는 광 변환층(130), 기판(120)과 광 변환층(130) 사이에 개재된 제2 무기층(160), 기판(120) 아래에 형성된 투명층(180), 및 제1 유기층(150) 위에 배치된 덮개층(190)을 모두 포함하고 있을 수도 있다.
한편, 도 11은 제8 변형예에 따른 광 변환 장치를 나타낸 도면으로, 제8 변형예에 따른 광 변환 장치(108)는, 광 변환층(130)과 제1 무기층(140) 사이에 개재된 제2 유기층(170), 기판(120) 아래에 형성된 투명층(180), 제1 유기층(150) 위에 배치된 덮개층(190), 및 프레임(110) 표면에 형성된 광 반사층(113)을 모두 포함하고 있을 수도 있다.
이와 같이, 일 구현예와 다양한 변형예에 따른 광 변환 장치(100 내지 108)는, 유리관 타입 광 변환 장치와 대비하여 내구성, 산소 또는 수분 차단 능력, 성형성 및 광효율이 모두 우수한 특성을 나타낼 수 있다.
이하에서는 도 12를 참조하여 일 구현예에 따른 광 변환 장치를 포함하는 광원 모듈에 대하여 설명한다.
도 12는 일 구현예에 따른 광 변환 장치를 포함하는 광원 모듈을 나타낸 도면이다.
도 12를 참조하면, 광원 모듈(300)은 특정 파장 영역의 광 L1을 방출하는 발광 소자 패키지(3)와, 발광 소자 패키지(3) 광 방출 방향의 전방에 배치되고, 입사된 광 L1을 변환하여 방출광 L2을 방출하는 광 변환 장치(100)를 포함한다. 발광 소자 패키지(3)와 광 변환 장치(100) 사이는 일정한 간극을 갖도록 이격되어 있다.
발광 소자 패키지(3)는 공지되었거나 상업적으로 입수된 다양한 발광 장치를 사용할 수 있다. 발광 소자 패키지(3)는 예를 들어 발광 다이오드(LED), 또는 레이저 다이오드(LD)일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
발광 소자 패키지(3)는 프레임(110)의 관통부(111) 마다 하나씩 배치되어 있을 수 있다. 즉, 발광 소자 패키지(3)는 기판(120), 광 변환층(130), 제1 무기층(140), 제1 유기층(150)을 단위체로 하는 광 변환부마다 하나씩 대응되도록 배치될 수 있다. 다만, 일 구현예가 이에 제한되는 것은 아니고, 하나의 발광 소자 패키지(3)를 이용해 2 이상의 관통부(111)로 광을 입사시킬 수도 있다.
한편, 일 구현예에 따르면, 발광 소자 패키지(3)가 방출하는 광 L1은 청색광이고, 광 변환 장치(100)에 의하여 변환되어 최종적으로 방출되는 방출광 L2은 백색광일 수 있다. 즉, 광 변환 장치(100)로 입사된 청색광은, 광 변환층(130) 내부의 녹색 양자점과 적색 양자점에 의해 각각 녹색광과 적색광으로 변환되며, 상기 변환된 녹색광과 적색광은 이는 양자점을 거치지 않고 투과되는 청색광과 혼색됨으로써, 최종적으로 백색광으로 방출될 수 있다.
다만, 일 구현예가 반드시 이에 제한되는 것은 아니고, 발광 소자 패키지가 방출하는 광과, 광 변환 장치(100)에 의해 변환되어 최종 방출되는 광은 다양하게 조절될 수 있다. 즉, 예를 들어, 일 구현예에 따른 광 변환층은 녹색 양자점과 적색 형광체를 조합하여 백색광을 발광할 수도 있고, 적색 양자점과 녹색 형광체를 조합할 수도 있으며, 녹색 양자점과 적색 양자점 외에 마젠타(magenta), 시안(cyan), 옐로우(yellow)를 발광하는 형광체를 포함하여 최종적으로 백색광을 발광하도록 조절될 수도 있다.
일 구현예에 따른 광원 모듈(300)은, 전술한 광 변환 장치(100)를 포함하여 광효율이 우수하다. 또한, 전술한 광 변환 장치(100)는 우수한 성형성을 가지므로, 예를 들어 곡선, 물결, 톱니 형상 등의 다양한 형상으로 성형할 수 있는 바, 다양한 형상을 갖는 광원 모듈(300)을 제공할 수 있다.
이하에서는 도 13을 참조하여 일 구현예에 따른 광 변환 장치를 포함하는 백라이트 유닛에 대하여 설명한다.
도 13은 일 구현예에 따른 광 변환 장치를 포함하는 백라이트 유닛을 나타낸 도면이다.
일 구현예에 따른 백라이트 유닛(500)은, 특정 파장 영역의 광 L1을 방출하는 발광 소자 패키지(3)와, 발광 소자 패키지(3) 광 방출 방향의 전방에 배치되고, 입사된 광 L1을 변환하여 방출광 L2을 방출하는 광 변환 장치(100)와, 광 변환 장치로부터 방출되는 광을 가이드하는 도광판(5), 및 방출광 L2 중 일부를 반사시켜 도광판(5)으로 되돌려 보내는 반사판(7)을 포함할 수 있다.
일 구현예에 따른 백라이트 유닛(500)은 발광 소자 패키지(3)와 광 변환 장치(100)가 도광판(5)과 반사판(7)의 측면에 배치된 에지형(edge type) 백라이트 유닛이다. 다만, 일 구현예가 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 발광 소자 패키지(3)와 광 변환 장치(100)를 도광판(5) 후방에 배치하는 직하형(direct type) 백라이트 유닛에도 적용 가능하다.
일 구현예에 따른 백라이트 유닛(500)은 전술한 광 변환 장치(100)를 포함하여 광효율이 우수하다. 또한, 광 변환 장치(100)의 우수한 성형성으로 인해, 기존의 평판 표시장치용 백라이트 유닛 뿐만 아닌, 커브드 디스플레이용, 또는 휴대용 장치용 백라이트 유닛에 적용하기 용이하다.
이와 같이, 일 구현예에 따른 광 변환 장치(100)는 내구성, 산소 또는 수분 차단 능력, 성형성 및 광효율이 모두 우수하며, 전술한 유리관 타입 광 변환 장치 대비 공정이 간단하고 대량생산성이 우수하다. 또한, 이러한 광 변환 장치(100)를 포함하는 광원 모듈(300) 및 백라이트 유닛(500)은 우수한 광효율과 내구성을 나타내며, 광 변환 장치(100)의 성형된 형상에 따라 다양한 형상을 갖는 광원 모듈(300) 및 백라이트 유닛(500)에 적용될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
3: 발광 소자 패키지 5: 도광판
7: 반사판 100: 광 변환 장치
110: 프레임 111: 관통부
112: 벽 120: 기판
121: 오목부 130: 광 변환층
131: 양자점 140: 제1 무기층
150: 제1 유기층 160: 제2 무기층
170: 제2 유기층 180: 투명층
190: 덮개층 300: 광원 모듈
500: 백라이트 유닛

Claims (26)

  1. 제1 방향으로 형성된 관통부와, 관통부 주변의 벽을 포함하는 프레임,
    상기 관통부 내에서, 상기 벽에 의해 지지되는 기판,
    상기 기판 위에 배치된, 양자점을 포함하는 광 변환층,
    상기 광 변환층 위에 배치된 제1 무기층, 및
    상기 제1 무기층 위에 배치된 제1 유기층
    을 포함하고,
    상기 광 변환층은 상기 벽으로부터 분리되어 있고,
    상기 제1 무기층은 상기 광 변환층을 덮고 상기 기판과 직접 접촉하며 상기 기판을 따라 연장되어 있고,
    상기 제1 유기층은 상기 제1 무기층을 따라 연장되어 있으며,
    상기 제1 무기층과 상기 제1 유기층 중 적어도 하나는 상기 벽과 접촉하여 상기 기판 위의 상기 광 변환층을 밀봉하는 광 변환 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 무기층과 상기 제1 유기층 중 적어도 하나는 상기 벽과 접촉하여 상기 광 변환층을 밀봉하는 광 변환 장치.
  3. 제1항에서,
    상기 제1 무기층은 산화실리콘, 질화실리콘, 산화알루미늄, 산화티타늄, 산화인듐, 산화주석, 산화주석인듐, 산화탄탈륨, 산화지르코늄, 산화니오븀, 또는 이들의 조합을 포함하는 광 변환 장치.
  4. 제1항에서,
    상기 제1 유기층은 티올렌(thiol-ene) 중합체, 유기 규소 중합체, 비닐 중합체, 폴리이미드, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리아릴레이트, 폴리카보네이트, 에폭시, 폴리에테르이미드, 폴리에틸렌, 폴리아크릴레이트, 폴리에테르술폰, 또는 이들의 조합을 포함하는 광 변환 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 광 변환층과 상기 제1 무기층의 사이에 개재된 제2 유기층을 더 포함하는 광 변환 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 제2 유기층은 상기 벽과 접촉하여 상기 광 변환층을 밀봉하는 광 변환 장치.
  7. 제5항에서,
    상기 제2 유기층은 티올렌(thiol-ene) 중합체, 유기 규소 중합체, 비닐 중합체, 폴리이미드, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리아릴레이트, 폴리카보네이트, 에폭시, 폴리에테르이미드, 폴리에틸렌, 폴리아크릴레이트, 폴리에테르술폰, 또는 이들의 조합을 포함하는 광 변환 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 기판의 일면에는 오목부(concave portion)가 형성되어 있고,
    상기 광 변환층은 상기 오목부의 적어도 일부를 메우고 있는 광 변환 장치.
  9. 제8항에서,
    상기 기판과 상기 광 변환층의 사이에 개재된 제2 무기층을 더 포함하는 광 변환 장치.
  10. 제9항에서,
    상기 제2 무기층은 상기 벽과 접촉하여 상기 광 변환층을 밀봉하는 광 변환 장치.
  11. 제9항에서,
    상기 제2 무기층은 산화실리콘, 질화실리콘, 산화알루미늄, 산화티타늄, 산화인듐, 산화주석, 산화주석인듐, 산화탄탈륨, 산화지르코늄, 산화니오븀, 또는 이들의 조합을 포함하는 광 변환 장치.
  12. 제1항에서,
    상기 기판은 상기 제1 방향과 실질적으로 수직인 방향으로 배치되어 있는 광 변환 장치.
  13. 제1항에서,
    상기 프레임은 금속, 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리에테르술폰, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌, 폴리 카보네이트, 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 중합체, 폴리스티렌 또는 이들의 조합을 포함하는 광 변환 장치.
  14. 제13항에서,
    상기 프레임의 표면에는 70 % 이상의 광 반사율을 갖는 광 반사층이 형성되어 있는 광 변환 장치.
  15. 제1항에서,
    상기 양자점은 II족-VI족 화합물, III족-V족 화합물, IV족- VI족 화합물, IV족 화합물, 또는 이들의 조합을 포함하는 광 변환 장치.
  16. 제1항에서,
    상기 기판의 아래에 형성되어 있는 투명층을 더 포함하는 광 변환 장치.
  17. 제16항에서,
    상기 투명층의 두께는 0.1 mm 내지 5 mm 인 광 변환 장치.
  18. 제1항에서,
    상기 제1 유기층의 위에 배치되어 있는 덮개층을 더 포함하는 광 변환 장치.
  19. 제1항에서,
    상기 프레임에는 상기 관통부가 2 이상 형성되어 있고,
    상기 2 이상의 관통부는 열(列)을 이루어 배치되는 광 변환 장치.
  20. 제19항에서,
    상기 프레임은 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 직선 연장되거나, 또는 상기 제2 방향을 기준으로 만곡되어 있는 광 변환 장치.
  21. 제1 방향으로 관통부가 형성되고, 상기 관통부 주변으로 벽이 형성되어 있는 프레임을 준비하고,
    기판 위에 양자점을 포함하는 광 변환층을 형성하고,
    상기 기판을 상기 관통부를 통해 상기 프레임 내부로 삽입하여 상기 벽에 고정하고,
    상기 광 변환층 위에 제1 무기층을 형성하고,
    상기 제1 무기층의 위에 제1 유기층을 형성하는 것
    을 포함하고,
    상기 광 변환층은 상기 벽으로부터 분리되어 있고,
    상기 제1 무기층은 상기 광 변환층을 덮고 상기 기판과 직접 접촉하며 상기 기판을 따라 연장되어 있고,
    상기 제1 유기층은 상기 제1 무기층을 따라 연장되어 있으며,
    상기 제1 무기층과 상기 제1 유기층 중 적어도 하나는 상기 벽과 접촉하여 상기 기판 위의 상기 광 변환층을 밀봉하는 광 변환 장치의 제조 방법.
  22. 제21항에서,
    상기 기판을 상기 프레임의 벽에 고정하는 것은 상기 제1 방향에 실질적으로 수직하도록 배치하는 것을 포함하는 광 변환 장치의 제조 방법.
  23. 제21항에서,
    상기 광 변환층을 형성하는 것은 상기 광 변환층을 경화하는 것을 포함하는 광 변환 장치의 제조 방법.
  24. 발광소자 패키지, 및
    발광소자 패키지의 광 방출 방향의 전방에 배치되는 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 따른 광 변환 장치를 포함하는 광원 모듈.
  25. 제24항에서,
    상기 발광소자 패키지는 청색광을 방출하고
    상기 광 변환 장치는 상기 청색광을 변환하여 백색광을 방출하는 광원 모듈.
  26. 발광소자 패키지,
    발광소자 패키지의 광 방출 방향의 전방에 배치되는 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 따른 광 변환 장치, 및
    상기 광 변환 장치로부터 방출되는 광을 가이드하는 도광판을 포함하는 백라이트 유닛.
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