KR102581137B1 - 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 기판; 상기 기판 상에 제공되며, 광을 발광하는 적어도 하나의 발광 다이오드를 각각 구비한 제1 내지 제3 서브 화소들을 포함하는 복수의 화소들; 및 상기 제1 내지 제3 서브 화소들 각각에 대응되며, 상기 광을 다른 컬러의 광으로 변환하거나 통과시키는 제1 내지 제3 컬러 변환 패턴들을 포함하는 컬러 변환층을 포함하고, 상기 제1 내지 제3 서브 화소들은 제1 전극, 제2 전극, 및 제1 전극과 제2 전극에 연결되는 발광 다이오드를 포함하며, 상기 제1 내지 제3 컬러 변환 패턴들 중 적어도 하나의 컬러 변환 패턴은 페로브스카이트 화합물을 포함한다.

Description

표시 장치{DISPLAY DEVICE}
본 발명은 표시 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)는 열악한 환경 조건에서도 비교적 양호한 내구성을 나타내며, 수명 및 휘도 측면에서도 우수한 성능을 보유한다. 최근, 이러한 발광 다이오드를 다양한 표시 장치에 적용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
이러한 연구의 일환으로서, 무기 결정 구조, 예컨대, 질화물계 반도체를 성장시킨 구조를 이용하여 마이크로 스케일이나 나노 스케일 정도로 작은 초소형의 발광 다이오드를 제작하는 기술이 개발되고 있다. 예를 들면, 발광 다이오드는 자발광 표시 장치의 화소 등을 구성할 수 있을 정도로 작은 크기로 제작될 수 있다.
본 발명은 색재현성이 개선된 표시 장치를 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 기판; 상기 기판 상에 제공되며, 광을 발광하는 적어도 하나의 발광 다이오드를 각각 구비한 제1 내지 제3 서브 화소들을 포함하는 복수의 화소들; 및 상기 제1 내지 제3 서브 화소들 각각에 대응되며, 상기 광을 다른 컬러의 광으로 변환하거나 통과시키는 제1 내지 제3 컬러 변환 패턴들을 포함하는 컬러 변환층을 포함하고, 상기 제1 내지 제3 서브 화소들은 제1 전극, 제2 전극, 및 제1 전극과 제2 전극에 연결되는 발광 다이오드를 포함하며, 상기 제1 내지 제3 컬러 변환 패턴들 중 적어도 하나의 컬러 변환 패턴은 페로브스카이트 화합물을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 내지 제3 컬러 변환 패턴들 중 둘은 페로브스카이트 화합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 페로브스카이트 화합물을 포함하는 컬러 변환 패턴은 상기 제1 및 제2 컬러 변환 패턴들이고, 상기 제1 컬러 변환 패턴은 상기 광을 적색 광으로 변환하고, 상기 제2 컬러 변환 패턴은 상기 광을 녹색 광으로 변환하고, 상기 제3 컬러 변환 패턴은 상기 광을 투과시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 컬러 변환 패턴들 중 적어도 하나는 퀀텀 닷을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 발광 다이오드는 청색 광을 발광할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 내지 제3 컬러 변환 패턴들 중 하나는 페로브스카이트 화합물을 포함하고, 다른 하나는 퀀텀 닷을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 컬러 변환 패턴은 상기 광을 적색 광으로 변환하는 퀀텀 닷을 포함하고, 상기 제2 컬러 변환 패턴은 상기 광을 녹색 광으로 변환하는 페로브스카이트 화합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 컬러 변환 패턴은 퀀텀 닷을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 발광 다이오드는 청색 광을 발광할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 페로브스카이트 화합물은 하기 화학식 1로 표시될 수 있다:
[화학식 1]
AMX3
상기 식에서, A는 1가의 유기 양이온, 또는 1가의 전이금속 또는 알칼리금속의 양이온이고, M은 2가의 전이금속, 희토류 금속, 알칼리토류 금속, Pb, Sn, Ge, Ga, In, Al, Sb, Bi, Po의 양이온이고, X는 할로겐 음이온 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되며, 2 이상의 X는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 페로브스카이트 화합물은 하기 화학식 2로 표시될 수 있다:
[화학식 2]
A3M2X9
상기 식에서, A는 1가의 유기 양이온, 1가의 전이금속 및 알칼리금속의 양이온, 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되고, M은 3가 양이온 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되고, X는 할로겐 음이온 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되며, 2 이상의 A, M 또는 X는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 페로브스카이트 화합물은 하기 화학식 3으로 표시될 수 있다:
[화학식 3]
A2MM'X6
상기 식에서, A는 1가의 유기 양이온, 1가의 전이금속 및 알칼리금속의 양이온, 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되고, M은 1가의 전이금속, 알칼리금속 또는 In의 양이온이고, M'는 3가 양이온이고, X는 할로겐 음이온 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되며, 2 이상의 A, M 또는 X는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 페로브스카이트 화합물은 하기 화학식 4로 표시될 수 있다:
[화학식 4]
A2MX4
상기 식에서, A는 1가의 유기 양이온, 1가의 전이금속 및 알칼리금속의 양이온, 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되고, M은 2가의 전이금속 또는 전형금속의 양이온이고, X는 할로겐 음이온 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되며, 2 이상의 A 또는 X는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 페로브스카이트 화합물은 퀀텀 닷, 나노크리스탈, 나노플레이트, 나노시트 및 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택되는 형태를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 페로브스카이트 화합물은 고분자 중합체와 복합재화될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 컬러 변환 패턴은 상기 페로브스카이트 화합물이 유전체 매트릭스 내에 산란되거나 적층되어 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 내지 제3 컬러 변환 패턴들 중 적어도 하나는 산란체를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 컬러 변환층은 상기 제1 내지 제3 컬러 변환 패턴 상에 각각 제공되는 제1 내지 제3 컬러 필터들을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 색재현성 등 표시 품질을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 막대형 발광 다이오드를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 막대형 발광 다이오드를 포함한, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치 중 하나의 화소에 포함된 제1 내지 제3 서브 화소를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 3은 도 2의 I ~ I'선에 따른 단면도이다.
도 4는 도 2의 I ~ I'선에 따른 다른 단면도이다.
도 5는 도 2의 I ~ I'선에 따른 또다른 단면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들면, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 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 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 명세서에 있어서, 어느 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 상(on)에 형성되었다고 할 경우, 상기 형성된 방향은 상부 방향만 한정되지 않으며 측면이나 하부 방향으로 형성된 것을 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드의 예로서, 막대형 발광 다이오드를 나타내는 사시도이다.
도 1에 있어서, 원 기둥 형상의 막대형 발광 다이오드(LD)를 도시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 막대형 발광 다이오드(LD)는 제1 도전성 반도체층(11)과, 제2 도전성 반도체층(13), 상기 제1 및 제2 도전성 반도체층(11, 13) 사이에 개재된 활성층(12)을 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 막대형 발광 다이오드(LD)는 상기 제1 도전성 반도체층(11), 상기 활성층(12), 및 상기 제2 도전성 반도체층(13)이 순차적으로 적층된 적층체로 구현될 수 있다. 이하의 실시예에 있어서, 설명의 편의를 위해 상기 막대형 발광 다이오드(LD)를 "막대형 LED(LD)"로 지칭한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 막대형 LED(LD)는 일 방향을 따라 연장된 막대 형상으로 제공될 수 있다. 상기 막대형 LED(LD)의 연장 방향을 길이 방향이라고 하면, 상기 막대형 LED(LD)는 상기 연장 방향을 따라 일측 단부와 타측 단부를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 일측 단부에는 상기 제1 및 제2 도전성 반도체층(11, 13) 중 하나, 상기 타측 단부에는 상기 제1 및 제2 도전성 반도체층(11, 13) 중 나머지 하나가 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 막대형 LED(LD)는 원 기둥 형상으로 제공될 수 있다. 그러나, 여기서 "막대형"이라고 함은 원 기둥, 다각 기둥 등과 같이, 상기 길이 방향으로 긴(즉, 종횡비가 1보다 큰) 로드 형상(rod-like shape), 혹은 바 형상(bar-like shape)을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 막대형 LED(LD)의 길이는 그 직경보다 클 수 있다.
이러한 막대형 LED(LD)는, 예를 들어, 마이크로 스케일 혹은 나노 스케일 정도의 직경 및/또는 길이를 가질 정도로 작게 제작될 수 있다.
다만, 본 발명의 일 실시예에 의한 상기 막대형 LED(LD)의 크기가 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 막대형 LED(LD)가 적용되는 표시 장치의 요구 조건에 부합되도록 상기 막대형 LED(LD)의 크기가 변경될 수도 있다.
상기 제1 도전성 반도체층(11)은, 예를 들어, 적어도 하나의 n형 반도체층을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 제1 도전성 반도체층(11)은 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN, InN 중 어느 하나의 반도체 재료를 포함하며, Si, Ge, Sn 등과 같은 제1 도전성 도펀트가 도핑된 반도체층을 포함할 수 있다.
상기 제1 도전성 반도체층(11)을 구성하는 물질이 이에 한정되는 것은 아니며, 이 외에도 다양한 물질로 상기 제1 도전성 반도체층(11)을 구성할 수 있다.
상기 활성층(12)은 상기 제1 도전성 반도체층(11) 상에 형성되며, 단일 또는 다중 양자 우물 구조로 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 활성층(12)의 상부 및/또는 하부에는 도전성 도펀트가 도핑된 클래드층(미도시)이 형성될 수도 있다. 예를 들어, 상기 클래드층은 AlGaN층 또는 InAlGaN층으로 구현될 수 있다. 그 외에 AlGaN, AlInGaN 등의 물질도 상기 활성층(12)으로 이용될 수 있다.
상기 막대형 LED(LD)의 양단에 소정 전압 이상의 전계를 인가하면, 상기 활성층(12)에서 전자-정공 쌍이 결합하면서 상기 막대형 LED(LD)가 발광하게 된다.
상기 제2 도전성 반도체층(13)은 상기 활성층(12) 상에 제공되며, 상기 제1 도전성 반도체층(11)과 상이한 타입의 반도체층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 도전성 반도체층(13)은 적어도 하나의 p형 반도체층을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 제2 도전성 반도체층(13)은 InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN, InN 중 적어도 하나의 반도체 재료를 포함하며, Mg 등과 같은 제2 도전성 도펀트가 도핑된 반도체층을 포함할 수 있다.
상기 제2 도전성 반도체층(13)을 구성하는 물질이 이에 한정되는 것은 아니며, 이 외에도 다양한 물질이 상기 제2 도전성 반도체층(13)을 구성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 막대형 LED(LD)는 상술한 상기 제1 도전성 반도체층(11), 상기 활성층(12), 및 상기 제2 도전성 반도체층(13) 외에도 각 층의 상부 및/또는 하부에 다른 형광체층, 활성층, 반도체층 및/또는 전극층을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 막대형 LED(LD)는 절연성 피막(14)을 더 포함할 수 있다. 다만, 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 절연성 피막(14)은 생략될 수도 있으며, 상기 제1 도전성 반도체층(11), 상기 활성층(12), 및 상기 제2 도전성 반도체층(13) 중 일부만을 덮도록 제공될 수도 있다.
예를 들어, 상기 절연성 피막(14)은 상기 막대형 LED(LD)의 양 단부를 제외한 부분에 제공됨으로써 상기 막대형 LED(LD)의 양 단부가 노출될 수도 있다.
설명의 편의를 위해, 도 1은 상기 절연성 피막(14)의 일부를 삭제한 모습을 도시한 것으로서, 실제 막대형 LED(LD)는 원 기둥의 측면이 모두 상기 절연성 피막(14)으로 둘러싸일 수 있다.
상기 절연성 피막(14)은 상기 제1 도전성 반도체층(11), 상기 활성층(12) 및/또는 상기 제2 도전성 반도체층(13)의 외주면 적어도 일부를 감싸도록 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 절연성 피막(14)은 적어도 상기 활성층(12)의 외주면을 감싸도록 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 절연성 피막(14)은 투명한 절연 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 절연성 피막(14)은 SiO2, Si3N4, Al2O3 및 TiO2로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 절연물질을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 절연성을 갖는 다양한 재료가 사용될 수 있다.
상기 절연성 피막(14)이 상기 막대형 LED(LD)에 제공되면, 상기 활성층(12)이 도시되지 않은 제1 및/또는 제2 전극과 단락되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 절연성 피막(14)을 형성함에 의해 상기 막대형 LED(LD)의 표면 결함을 최소화하여 수명과 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 다수의 막대형 LED들(LD)이 밀접하여 배치되는 경우, 상기 절연성 피막(14)은 막대형 LED들(LD)의 사이에서 발생할 수 있는 원치 않은 단락을 방지할 수 있다.
상술한 막대형 LED(LD)는, 다양한 표시 장치의 발광원으로 이용될 수 있다. 예를 들어, 상기 막대형 LED(LD)는, 조명 장치나 자발광 표시 장치로 이용될 수 있다.
실시예에 따라, 본 발명의 발광 다이오드는 상기 막대형 LED(LD)을 이루는 제1 도전성 반도체층(11), 활성층(12), 및 제2 도전성 반도체층(13)에 대응되는 각 층이 발광 영역에 종방향으로 적층된 구조로서 제공될 수 있다.
도 2는 도 1의 막대형 발광 다이오드를 포함한, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치 중 하나의 화소에 포함된 제1 내지 제3 서브 화소를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 3은 도 2의 I ~ I'선에 따른 단면도이다.
도 2에 있어서, 도시의 편의를 위하여 복수의 막대형 LED들이 수평 방향으로 정렬된 것으로 도시하였으나, 상기 막대형 LED들의 배열이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 도 2에 있어서, 도시의 편의를 위하여 막대형 LED가 수평 방향으로 정렬된 것으로 도시하였으나, 상기 막대형 LED의 배열이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 막대형 LED는 제1 및 제2 전극 사이에 사선 방향으로 정렬되어 있을 수도 있다. 또한, 도시의 편의를 위하여 상기 막대형 LED들에 연결되는 트랜지스터 및 상기 트랜지스터에 연결된 신호 배선들의 도시를 생략하였다.
도 2에 있어서, 단위 발광 영역은 상기 제1 내지 제3 서브 화소를 구비한 하나의 화소를 포함하는 화소 영역일 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 복수의 화소들(PXL)을 포함하며, 하나의 화소(PXL)는 상기 기판(SUB) 상에 제공된 제1 서브 화소(SP1), 제2 서브 화소(SP2), 및 제3 서브 화소(SP3)를 포함할 수 있다.
상기 제1 내지 제3 서브 화소(SP1, SP2, SP3)는 상기 하나의 화소(PXL)에서 영상을 표시하는 화소 영역이며 광이 출사되는 발광 영역일 수 있다. 상기 제1 내지 제3 서브 화소(SP1, SP2, SP3)는 백색 광 및/또는 컬러 광을 발광하는 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 각 서브 화소들(SP1, SP2, SP3)는 적색, 녹색, 및 청색 중 어느 하나의 색을 출사할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 각 제1 내지 제3 서브 화소(SP1, SP2, SP3)는 시안, 마젠타, 옐로우, 및 백색 중 하나의 색을 출사할 수도 있다.
상기 제1 내지 제3 서브 화소(SP1, SP2, SP3) 각각은 상기 기판(SUB), 화소 회로부(PCL), 및 표시 소자층(DPL)을 포함할 수 있다.
상기 기판(SUB)은 유리, 유기 고분자, 수정 등과 같은 절연성 재료를 포함할 수 있다. 또한, 상기 기판(SUB)은 휘거나 접힘이 가능하도록 가요성(flexibility)을 갖는 재료로 이루어질 수 있고, 단층 구조나 다층 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(SUB)은 폴리스티렌(polystyrene), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol), 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethyl methacrylate), 폴리에테르술폰(polyethersulfone), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide), 폴리아릴레이트(polyarylate), 폴리이미드(polyimide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 트리아세테이트 셀룰로오스(triacetate cellulose), 셀룰로오스아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propionate) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 다만, 상기 기판(SUB)을 구성하는 재료는 다양하게 변화될 수 있다.
상기 화소 회로부(PCL)는 상기 기판(SUB) 상에 배치된 버퍼층(BFL), 상기 버퍼층(BFL) 상에 배치된 트랜지스터(T), 구동 전압 배선(DVL)을 포함할 수 있다.
상기 버퍼층(BFL)은 상기 트랜지스터(T)에 불순물이 확산되는 것을 방지할 수 있다. 상기 버퍼층(BFL)은 단일층으로 제공될 수 있으나, 2중층 이상의 다중층으로 제공될 수도 있다.
상기 버퍼층(BFL)이 다중층으로 제공될 경우, 각 층은 동일한 재료로 형성되거나 또는 서로 다른 재료로 형성될 수 있다. 상기 버퍼층(BFL)은 상기 기판(SUB)의 재료 및 공정 조건에 따라 생략될 수도 있다.
상기 트랜지스터(T)는 상기 표시 소자층(DPL)에 포함된 복수의 막대형 LED(LD)들 중 일부에 전기적으로 연결되어 상기 막대형 LED(LD)을 구동할 수 있다. 상기 트랜지스터(T)는 반도체층(SCL), 게이트 전극(GE), 소스 전극(SE), 및 드레인 전극(DE)을 포함할 수 있다.
상기 반도체층(SCL)은 상기 버퍼층(BFL) 상에 배치될 수 있다. 상기 반도체층(SCL)은 상기 소스 전극(SE)에 접촉되는 소스 영역과 상기 드레인 전극(DE)에 접촉되는 드레인 영역을 포함할 수 있다. 상기 소스 영역과 상기 드레인 영역 사이의 영역은 채널 영역일 수 있다.
상기 반도체층(SCL)은 폴리 실리콘, 아몰퍼스 실리콘, 산화물 반도체 등으로 이루어진 반도체 패턴일 수 있다. 상기 채널 영역은 불순물로 도핑되지 않는 반도체 패턴으로서, 진성 반도체일 수 있다. 상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역은 상기 불순물이 도핑된 반도체 패턴일 수 있다.
상기 게이트 전극(GE)은 게이트 절연층(GI)을 사이에 두고 상기 반도체층(SCL) 상에 제공될 수 있다.
상기 소스 전극(SE)과 상기 드레인 전극(DE) 각각은 층간 절연층(ILD)과 상기 게이트 절연층(GI)을 관통하는 컨택 홀을 통해 상기 반도체층(SCL)의 소스 영역 및 드레인 영역에 접촉될 수 있다.
상기 트랜지스터(T)는 탑-게이트(top-gate) 구조로 설명되었으나, 필요에 따라 바텀-게이트(bottom-gate) 구조를 가질 수도 있다.
상기 트랜지스터(T) 상에는 보호층(PSV)이 제공될 수 있다.
상기 구동 전압 배선(DVL)은 도면에 도시하지 않았으나 상기 층간 절연층(ILD) 상에 제공되며, 평면 상에서 볼 때 제2 방향(DR2)을 따라 연장될 수 있다. 상기 구동 전압 배선(DVL)은 상기 보호층(PSV)을 관통하는 컨택 홀(미도시)을 통해 상기 표시 소자층(DPL)에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 표시 소자층(DPL)은 상기 보호층(PSV) 상에 제공된 상기 막대형 LED들(LD)을 포함할 수 있다.
상기 막대형 LED(LD)는 제1 도전성 반도체층(11), 제2 도전성 반도체층(13), 및 상기 제1 및 제2 도전성 반도체층(11, 13) 사이에 개재된 활성층(12)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 막대형 LED(LD)는 제1 방향(DR1)을 따라 제1 단부(EP1)와 제2 단부(EP2)를 포함할 수 있다. 상기 제1 단부(EP1)에는 상기 제1 및 제2 도전성 반도체층(11, 13) 중 하나, 상기 제2 단부(EP2)에는 상기 제1 및 제2 도전성 반도체층(11, 13) 중 나머지 하나가 배치될 수 있다.
상기 막대형 LED(LD)는 백색 광 또는 컬러 광을 발광할 수 있다. 예를 들어, 상기 막대형 LED(LD)는 청색 계열의 광을 발광할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하, 설명의 편의를 의해, 상기 컬러 광을 청색 광으로 지칭한다.
상기 표시 소자층(DPL)은 격벽(PDL), 제1 및 제2 전극(EL1, EL2), 제1 및 제2 컨택 전극(CNE1, CNE2), 제1 및 제2 연결 배선(CNL1, CNL2)을 더 포함할 수 있다.
상기 격벽(PDL)은 상기 보호층(PSV) 상에 제공되며, 상기 제1 내지 제3 서브 화소(SP1, SP2, SP3) 각각에서 발광 영역을 구획할 수 있다. 상기 격벽(PDL)은 상기 제1 내지 제3 서브 화소(SP1, SP2, SP3) 각각에 포함된 막대형 LED들(LD)을 노출하는 개구부를 포함할 수 있다.
상기 기판(SUB) 상에서 서로 인접한 두 개의 격벽(PDL)은 일정 간격 이격될 수 있다. 예를 들어, 서로 인접한 두 개의 격벽(PDL)은 상기 막대형 LED(LD)의 길이 이상으로 상기 기판(SUB) 상에서 이격될 수 있다. 상기 격벽(PDL)은 무기 재료 또는 유기 재료를 포함하는 절연 물질일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 격벽(PDL)은 유기 재료를 포함하는 절연 물질일 수 있다. 예컨대, 상기 격벽(PDL)은 폴리스티렌(polystyrene), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA, polymethylmethacrylate), 폴리아크릴로니트릴(PAN, polyacrylonitrile), 폴리아미드(PA, polyamide), 폴리이미드(PI, polyimide), 폴리아릴에테르(PAE, polyarylether), 헤테로사이클릭 폴리머(heterocyclic polymer), 파릴렌(parylene), 에폭시(epoxy), 벤조시클로부텐(BCB, benzocyclobutene), 실록산계 수지(siloxane based resin) 및 실란계 수지(silane based resin) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 격벽(PDL)을 포함하는 상기 기판(SUB) 상에는 제1 절연층(INS1)이 제공될 수 있다. 상기 제1 절연층(INS1)은 상기 제1 내지 제3 서브 화소(SP1, SP2, SP3) 각각에 제공된 상기 막대형 LED들(LD) 각각의 상면 일부를 커버할 수 있다. 상기 제1 절연층(INS1)으로 인해, 각 막대형 LED(LD)의 상기 제1 단부(EP1)와 제2 단부(EP2)는 외부로 노출될 수 있다.
상기 제1 전극(EL1)은 상기 보호층(PSV) 상에 제공될 수 있다. 상기 제1 전극(EL1)은 상기 대응하는 막대형 LED(LD)의 상기 제1 및 제2 단부(EP1, EP2) 중 하나의 단부에 인접하게 배치되고, 상기 제1 컨택 전극(CNE1)을 통해 상기 대응하는 막대형 LED(LD)에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제1 전극(EL1)은 컨택 홀(미도시)을 통해 상기 구동 전압 배선(DVL)과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제1 전극(EL1)은 상기 제1 연결 배선(CNL1)의 일부로 제공되거나 상기 제1 연결 배선(CNL1)으로부터 돌출된 형상으로 제공될 수 있다. 상기 제1 연결 배선(CNL1)은 상기 대응하는 막대형 LED(LD)의 정렬 시에 상기 제1 전극(EL1)으로 전압을 인가하는 배선일 수 있다.
상기 제2 전극(EL2)은 상기 대응하는 막대형 LED(LD)의 상기 제1 및 제2 단부(EP1, EP2) 중 하나의 단부에 인접하게 배치되고, 상기 제2 컨택 전극(CNE2)을 통해 상기 대응하는 막대형 LED(LD)에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제1 내지 제3 서브 화소(SP1, SP2, SP3) 각각에 포함된 상기 제2 전극(EL2)은 상기 제2 연결 배선(CNL2)을 통해 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제2 전극(EL2)은, 상기 보호층(PSV)을 관통하는 컨택 홀(CH)을 통해 상기 트랜지스터(T)의 드레인 전극(DE)에 전기적으로 연결되어, 상기 트랜지스터(T)를 통해 신호를 공급받을 수 있다.
상기 제2 전극(EL2)은 상기 제2 연결 배선(CNL2)의 일부로 제공되거나 상기 제2 연결 배선(CNL2)으로부터 돌출된 형상으로 제공될 수 있다. 상기 제2 연결 배선(CNL2)은 상기 대응하는 막대형 LED(LD)의 정렬 시에 상기 제2 전극(EL2)으로 전압을 인가하는 배선일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 전극(EL1)과 상기 제1 연결 배선(CNL1)은 일체로 제공될 수 있고, 상기 제2 전극(EL2)과 상기 제2 연결 배선(CNL2)은 일체로 제공될 수 있다.
상기 제1 전극(EL1)과 상기 제2 전극(EL2)은 동일 평면 상에 배치될 수 있으며, 동일한 높이를 가질 수 있다. 상기 제1 전극(EL1)과 상기 제2 전극(EL2)이 동일한 높이를 가지면, 상기 막대형 LED(LD)가 상기 제1 및 제2 전극(EL1, EL2)에 보다 안정적으로 연결될 수 있다.
상기 제1 전극(EL1), 상기 제2 전극(EL2), 상기 제1 연결 배선(CNL1), 및 상기 제2 연결 배선(CNL2)은 동일한 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극(EL1), 상기 제2 전극(EL2), 상기 제1 연결 배선(CNL1), 및 상기 제2 연결 배선(CNL2)은 도전성 물질을 포함할 수 있다.
상기 도전성 물질로는 Ag, Mg, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, 이들의 합금과 같은 금속, ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), ZnO(zinc oxide), ITZO(indium tin zinc oxide)와 같은 도전성 산화물, PEDOT와 같은 도전성 고분자 등이 포함될 수 있다.
또한, 상기 제1 전극(EL1), 상기 제2 전극(EL2), 상기 제1 연결 배선(CNL1), 및 상기 제2 연결 배선(CNL2)은 단일막으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 금속들, 합금들, 도전성 산화물들, 도전성 고분자들 중 2 이상 물질이 적층된 다중막으로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 제1 전극(EL1), 상기 제2 전극(EL2), 상기 제1 연결 배선(CNL1), 및 상기 제2 연결 배선(CNL2)의 재료는 상술한 재료들에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 제1 전극(EL1), 상기 제2 전극(EL2), 상기 제1 연결 배선(CNL1), 및 상기 제2 연결 배선(CNL2)은 상기 막대형 LED(LD)의 양단부에서 출사되는 광이 화상이 표시되는 방향(예를 들어, 정면 방향)으로 진행되도록 일정한 반사율을 갖는 도전성 재료로 이루어질 수 있다.
상기 막대형 LED(LD)는 상기 기판(SUB) 상에서 상기 제1 및 제2 전극(EL1, EL2) 사이에 제공될 수 있다. 상기 막대형 LED(LD)는 상기 제1 및 제2 전극(EL1, EL2) 사이에 형성된 전계에 의해 자가 정렬이 유도될 수 있다. 여기서, 상기 막대형 LED(LD)는 상기 제1 방향(DR1)으로 연장된 막대 형상으로 제공될 수 있다.
상기 막대형 LED(LD)의 제1 단부(EP1)는 상기 제1 전극(EL1)에 인접하게 배치되고, 상기 막대형 LED(LD)의 제2 단부(EP2)는 상기 제2 전극(EL2)의 일측에 인접하게 배치될 수 있다.
상기 제1 전극(EL1) 상에는 상기 제1 전극(EL1)과 상기 대응하는 막대형 LED(LD)를 전기적 및/또는 물리적으로 안정되게 연결하기 위한 상기 제1 컨택 전극(CNE1)이 제공될 수 있다. 평면 상에서 볼 때, 상기 제1 컨택 전극(CNE1)은 상기 제1 전극(EL1)에 중첩될 수 있다.
상기 제1 컨택 전극(CNE1)은 상기 제1 전극(EL1)에 저항성(Ohmic) 접촉할 수 있다.
상기 막대형 LED(LD)의 제1 단부(EP1)는 상기 제1 컨택 전극(CNE1)을 통해 상기 제1 전극(EL1)에 전기적 및/또는 물리적으로 안정되게 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 구동 전압 배선(DVL)에 인가된 전압이 상기 제1 전극(EL1)과 상기 제1 컨택 전극(CNE1)을 통해 상기 막대형 LED(LD)의 제1 단부(EP1)로 인가될 수 있다.
상기 제1 컨택 전극(CNE1)은 상기 막대형 LED(LD)로부터 방출되는 광이 투과할 수 있도록 ITO, IZO, ITZO와 같은 투명 도전성 물질로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 컨택 전극(CNE1)은 평면 상에서 볼 때 상기 제1 전극(EL1)을 커버하며 상기 제1 전극(EL1)에 중첩될 수 있다. 또한, 상기 제1 컨택 전극(CNE1)은 상기 막대형 LED(LD)의 상기 제1 단부(EP1)에 부분적으로 중첩될 수 있다.
상기 제1 컨택 전극(CNE1)을 포함하는 상기 기판(SUB) 상에는 제2 절연층(INS2)이 제공될 수 있다. 상기 제2 절연층(INS2) 상기 제1 컨택 전극(CNE1)이 외부로 노출되지 않도록 하여 상기 제1 컨택 전극(CNE1)의 부식을 방지할 수 있다. 상기 제2 절연층(INS2)은 무기 재료를 포함하는 무기 절연막 또는 유기 재료를 포함하는 유기 절연막일 수 있다.
상기 제2 전극(EL2) 상에는 상기 제2 전극(EL2)과 상기 대응하는 막대형 LED(LD)를 전기적 및/또는 물리적으로 안정되게 연결하기 위한 상기 제2 컨택 전극(CNE2)이 제공될 수 있다. 평면 상으로 볼 때, 상기 제2 컨택 전극(CNE2)은 상기 제2 전극(EL2)에 중첩될 수 있다.
상기 제2 컨택 전극(CNE2)은 상기 제2 전극(EL2)에 저항성(Ohmic) 접촉할 수 있다. 상기 막대형 LED(LD) 각각의 제2 단부(EP2)는 상기 제2 컨택 전극(CNE2)을 통해 상기 제2 전극(EL2)에 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 트랜지스터(T)의 전압이 상기 제2 전극(EL2) 및 상기 제2 컨택 전극(CNE2)을 통해 상기 막대형 LED(LD) 각각의 제2 단부(EP2)로 인가될 수 있다.
결국, 상기 막대형 LED(LD)의 양측 단부(EP1, EP2)에 상기 제1 전극(EL1)과 상기 제2 전극(EL2)을 통해 소정 전압이 인가됨에 따라, 상기 막대형 LED(LD)는 상기 청색 광을 발광할 수 있다.
상기 제2 컨택 전극(CNE2)은 상기 제1 컨택 전극(CNE1)과 동일한 물질로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제2 컨택 전극(CNE2)이 제공된 상기 기판(SUB) 상에 제3 절연층(INS3)이 제공될 수 있다. 상기 제3 절연층(INS3)은 그 하부에 배치되는 상기 제2 컨택 전극(CNE2)을 외부에 노출되지 않게 커버하여, 상기 제2 컨택 전극(CNE2)의 부식을 방지할 수 있다. 상기 제3 절연층(INS3)은 무기 재료를 포함하는 무기 절연막 또는 유기 재료를 포함하는 유기 절연막일 수 있다.
상기 표시 장치는 상기 제3 절연층(INS3) 상에 제공되는 컬러 변환층(CCL)을 포함할 수 있다.
상기 컬러 변환층(CCL)은 상기 막대형 LED(LD)에서 출사된 상기 청색 광을 각 서브 화소 별로 특정 색의 광으로 변환할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 컬러 변환층(CCL)은 제1 내지 제3 컬러 변환 패턴(CCP1, CCP2, CCP3)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1 내지 제3 컬러 변환 패턴(CCP1, CCP2, CCP3) 각각은 각 서브 화소에 대응될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 컬러 변환 패턴(CCP1)은 상기 제1 서브 화소(SP1)에 대응되고, 상기 제2 컬러 변환 패턴(CCP2)은 상기 제2 서브 화소(SP2)에 대응되며, 상기 제3 컬러 변환 패턴(CCP3)은 상기 제3 서브 화소(SP3)에 대응될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 내지 제3 컬러 변환 패턴(CCP1, CCP2, CCP3)는 아래와 같은 구성을 가질 수 있다.
상기 제1 내지 제3 컬러 변환 패턴들 중 적어도 하나의 컬러 변환 패턴은 컬러 변환 입자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 내지 제3 컬러 변환 패턴들 중 둘의 컬러 변환 패턴은 컬러 변환 입자를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 컬러 변환 패턴(CCP1) 및 제2 컬러 변환 패턴(CCP2)는 각각 제1 및 제2 컬러 변환 입자를 포함할 수 있다.
상기 제1 컬러 변환 패턴(CCP1)은 상기 제1 서브 화소(SP1)의 상기 막대형 LED(LD)에서 발광된 광을 적색 광으로 변환할 수 있다. 상기 제1 컬러 변환 패턴(CCP1)은 상기 청색 광을 흡수하여 에너지 천이에 따라 파장을 쉬프트 시켜 대략 620nm 내지 780nm 파장의 적색 광을 방출할 수 있다.
상기 제1 컬러 변환 패턴(CCP1)은 제1 컬러 변환 입자를 포함할 수 있다. 상기 제1 컬러 변환 입자는 페로브스카이트 화합물일 수 있다. 상기 제1 컬러 변환 입자는 적색 페로브스카이트 화합물일 수 있다.
상기 페로브스카이트 화합물 각각은 페로브스카이트 구조를 갖는 화합물로서, 본 명세서에서 사용된 용어 "페로브스카이트 화합물"은 상기 페로브스카이트 구조를 갖는 화합물뿐만 아니라 이중 페로브스카이트 구조를 갖는 화합물 또는 페로브스카이트 유사 구조를 갖는 화합물을 포함하여 지칭한다.
상기 페로브스카이트 구조를 갖는 화합물은 동일하거나 상이할 수 있는, 3개 또는 4개의 음이온, 및 2개 또는 3개의 양전하를 운반하는 2개의 금속 원자를 갖는 구조들을 포함할 수 있다. 상기 페로브스카이트 구조를 갖는 화합물은 하기 화학식 1의 화합물일 수 있다:
[화학식 1]
AMX3
상기 식에서, A는 1가의 유기 양이온, 또는 1가의 전이금속 또는 알칼리금속의 양이온이고, M은 2가의 전이금속, 희토류 금속, 알칼리토류 금속, Pb, Sn, Ge, Ga, In, Al, Sb, Bi, Po의 양이온이고, X는 할로겐 음이온 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되며, 2 이상의 X는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
상기 화학식 1에서, A가 1가의 유기 양이온일 경우, 페로브스카이트 구조를 갖는 화합물은 유무기 하이브리드 페로브스카이트 구조를 형성할 수 있고, 상기 유기 양이온은 유기암모늄 양이온, 유기포스포늄 양이온, 유기피리디늄　양이온, 유기이미다졸륨 양이온 또는 유기술포늄　양이온을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 유기 양이온들을 이루는 유기기는 수소, 알킬기, 하이드록시알킬기, 알케닐기, 아릴기 및 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다. 상기 알킬기는 치환되지 않거나 치환된 C1　내지 C24의 선형 또는 분지형 알킬기 또는 치환되지 않거나 치환된 C3 내지 C20의 시클로알킬기일 수 있고, 상기 하이드록시알킬기는 치환되지 않거나 치환된 C1 내지 C6의 하이드록시알킬기일 수 있고, 상기 알케닐기는 치환되지 않거나 치환된 C10 내지 C20의 알케닐기일 수 있고, 상기 아릴기는 치환되지 않거나 치환된 C6 내지 C20의 아릴기 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택될 수 있다.
예를 들어, 화학식 1의 A를 구성하는 유기암모늄 양이온은 (R1R2R3R4N)+ 또는 (R1R2N=CH-NR3R4)+로 표시되는 1가의 유기암모늄 이온으로서, R1 내지 R4는 독립적으로 H, 치환되지 않거나 할로겐으로 치환된 C1 내지 C24의 선형 또는 분지형 알킬기, 치환되지 않거나 할로겐으로 치환된 C3~C20의 시클로알킬기, 치환되지 않거나 할로겐으로 치환된 C6~C20의 아릴기 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 유기암모늄 양이온은 치환되지 않거나 할로겐으로 치환된 C1~C10　알킬암모늄 또는 C1~C10　알킬렌디암모늄아민일 수 있다. 구체적으로, 화학식 1에서 A를 구성하는 유기암모늄 이온은 메틸아민(methyl amine), 에틸아민(ethyl amine), 메틸렌디아민(methylene diamine), 에틸렌디아민(ethylene diamine), 테트라에틸아민(tetraethylamine), 벤질트리메틸아민(benzyltrimethylamine) 또는 벤질트리에틸아민(benzyltriethylamine)의 1가 양이온일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 화학식 1의 A를 구성하는 유기포스포늄 양이온은 (R1R2R3R4P)+로 표시되는 1가의 유기포스포늄 이온으로서, R1 내지 R4는 독립적으로 H, 치환되지 않거나 할로겐으로 치환된 C1 내지 C24의 선형 또는 분지형 알킬기, 치환되지 않거나 할로겐으로 치환된 C3~C20의 시클로알킬기, 치환되지 않거나 할로겐으로 치환된 C6~C20의 아릴기 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 화학식 1에서 A를 구성하는 유기포스포늄 이온은 테트라알킬포스포늄 이온, 예컨대 테트라에틸포스포늄, 테트라부틸포스포늄, 테트라페닐포스포늄 양이온 등, 트리에틸벤질포스포늄, 트리메틸데실포스포늄, 메틸트리페닐포스포늄, 트리부틸아릴포스포늄, 디페닐데옥틸포스포늄 양이온 등을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 화학식 1에서 A가 전이금속의 1가 양이온인 경우, 페로브스카이트 구조를 갖는 화합물은 전이금속 페로브스카이트 구조를 형성할 수 있다. 화학식 1의 A를 구성하는 전이금속은 Ti일 수 있다.
또한, 상기 화학식 1에서 A가 알칼리금속의 1가 양이온인 경우, 페로브스카이트 구조를 갖는 화합물은 무기금속 페로브스카이트 구조를 형성할 수 있다. 화학식 1의 A를 구성하는 알칼리금속은 Na, K, Rb, Cs 또는 Fr일 수 있다.
상기 화학식 1에서, 할로겐 음이온은 Cl-, Br- 또는 I-일 수 있다.
상기 페로브스카이트　구조를 갖는 화합물이 유무기 하이브리드 페로브스카이트 구조를 가지는 경우, 높은 색 순도를 가지는 빛을 발광할 수 있는 이점을 갖는다. 또한,　페로브스카이트　구조를 갖는 화합물이 무기금속 페로브스카이트 구조를 가지는 경우, 재료의 안정성 면에서 유리할 수 있다.
예를 들어, 페로브스카이트 구조를 갖는 화합물은 CsPbX3, CsSbX3, 구체적으로 CsPbCl3, CsPbBr3, CsPbI3, CsSbCl3, CsSbBr3, CsSbI3를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또는 상기 페로브스카이트 유사 구조를 갖는 화합물은 하기 화학식 2의 화합물일 수 있다:
[화학식 2]
A3M2X9
상기 식에서, A는 1가의 유기 양이온, 1가의 전이금속 및 알칼리금속의 양이온, 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되고, M은 3가 양이온 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되고, X는 할로겐 음이온 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되며, 2 이상의 A, M 또는 X는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
이하, A, M 및 X의 정의는 상기 화학식 1에서와 차이가 있는 것을 중심으로 기재하며, 생략된 내용은 화학식 1에 대하여 기재된 내용과 같다.
상기 화학식 2에서, 3가 양이온은 준금속 또는 전이후금속의 3가 양이온일 수 있고, 예를 들어, Sb3+ 또는 Bi3+일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 페로브스카이트 유사 구조를 갖는 화합물은 Cs3Sb2X9, 구체적으로 Cs3Sb2Cl9, Cs3Sb2Br9, Cs3Sb2I9를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 이중 페로브스카이트 구조를 갖는 화합물은 하기 화학식 3의 화합물일 수 있다:
[화학식 3]
A2MM'X6
상기 식에서, A는 1가의 유기 양이온, 1가의 전이금속 및 알칼리금속의 양이온 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되고, M은 1가의 전이금속, 알칼리금속 또는 In의 양이온이고, M'는 3가 양이온이고, X는 할로겐 음이온 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되며, 2 이상의 A, M 또는 X는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
상기 A, M, M'및 X의 정의는 상기 화학식 1 또는 2에 기재된 내용과 같다.
또는 상기 페로브스카이트 유사 구조를 갖는 화합물은 하기 화학식 4의 화합물일 수 있다:
[화학식 4]
A2MX4
상기 식에서, A는 1가의 유기 양이온, 1가의 전이금속 및 알칼리금속의 양이온, 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되고, M은 2가의 금속의 양이온이고, X는 할로겐 음이온 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되며, 2 이상의 A 또는 X는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
이하, A, M 및 X의 정의는 상기 화학식 1에서와 차이가 있는 것을 중심으로 기재하며, 생략된 내용은 화학식 1에 대하여 기재된 내용과 같다.
상기 화학식 4에서, M을 구성하는 2가의 금속 양이온은 전이금속 또는 전형금속의 2가 양이온일 수 있고, 예를 들어, Mn2+ 또는 Zn2+일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 페로브스카이트 화합물은 나노크리스탈, 나노플레이트, 나노시트 등의 형태를 가질 수 있다.
상기 페로브스카이트 화합물은 고분자 중합체와 복합재화될 수 있다. 상기 복합재화에 사용되는 고분자 중합체는, 예를 들어, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 아크릴로니트릴 부타디엔스티렌 또는 폴리비닐클로라이드일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 페로브스카이트 화합물은 고분자 복합재화되어 내수성 및 내열성이 강화될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 컬러 변환 패턴(CCP1)이 상기 제1 서브 화소(SP1)의 상기 막대형 LED(LD) 상부에 제공되는 것으로 도시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 제1 컬러 변환 패턴(CCP1)은 상기 제1 서브 화소(SP1) 내에서 상기 막대형 LED(LD)의 측면 또는 하부에 제공될 수도 있다. 상기 제2 컬러 변환 패턴(CCP2)은 상기 제2 서브 화소(SP2)의 상기 막대형 LED(LD)에서 출사된 상기 청색 광을 녹색 광으로 변환할 수 있다. 상기 제2 컬러 변환 패턴(CCP2)은 상기 청색 광을 흡수하여 에너지 천이에 따라 파장을 쉬프트 시켜 대략 500nm 내지 565nm 파장의 녹색 광을 방출할 수 있다.
상기 제2 컬러 변환 패턴(CCP2)은 제2 컬러 변환 입자를 포함할 수 있다. 상기 제2 컬러 변환 입자는 페로브스카이트 화합물일 수 있다. 상기 제2 컬러 변환 입자는 녹색 페로브스카이트 화합물일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 컬러 변환 패턴(CCP2)이 상기 제2 서브 화소(SP2)의 상기 막대형 LED(LD) 상부에 제공되는 것으로 도시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 제2 컬러 변환 패턴(CCP2)은 상기 제2 서브 화소(SP2) 내에서 상기 막대형 LED(LD)의 측면 또는 하부에 제공될 수도 있다.
상기 제1 및 제2 컬러 변환 패턴(CCP1, CCP2) 중 적어도 하나는 퀀텀 닷(Quantum dot), 예를 들어 적색 퀀텀 닷 또는 녹색 퀀텀 닷을 선택적으로 더 포함할 수 있다.
퀀텀 닷은 II족 화합물 반도체, III족 화합물 반도체, V족 화합물 반도체 및 VI족 화합물 반도체 중에서 적어도 한 가지 물질을 포함할 수 있다. 보다 상세하게, 퀀텀 닷 입자를 구성하는 코어 나노 결정은 CdSe, CdS, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdSeTe, CdZnS, CdSeS, PbSe, PbS, PbTe, AgInZnS, HgS, HgSe, HgTe, GaN, GaP, GaAs, InP, InZnP, InGaP, InGaN InAs 및 ZnO로 구성된 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 껍질 나노 결정은 CdS, CdSe, CdTe, CdO, ZnS, ZnSe, ZNSeS, ZnTe, ZnO, InP, InS, GaP, GaN, GaO, InZnP, InGaP, InGaN, InZnSCdSe, PbS, TiO, SrSe 및 HgSe로 구성된 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다.
예를 들면, 코어 나노 결정이 CdSe를 포함하고, 양자점의 직경이 1㎚ 이상 3㎚ 이하일 때 청색 광을 발생시킬 수 있고, 양자점의 직경이 3㎚ 이상 5㎚ 이하일 경우 녹색 광을 발생시킬 수 있고, 양자점의 직경이 7㎚ 이상 10㎚ 이하일 경우 적색 광을 발생시킬 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 퀀텀 닷의 형태는 당 분야에서 일반적으로 사용되는 형태의 것으로 특별히 한정하지 않지만, 보다 구체적으로 구형, 피라미드형, 다중 가지형(multi-arm), 또는 입방체(cubic)의 나노 입자, 나노 튜브, 나노 와이어, 나노 섬유, 나노 판상 입자 등의 형태의 것을 사용할 수 있다.
일반적으로, 퀀텀 닷은 입사되는 광의 파장이 클수록 흡수 계수(absorption coefficient)가 감소하는 특성이 있다. 특히, 적색 및 녹색 퀀텀 닷은 450nm 이상의 파장을 갖는 광이 입사될 때 흡수 계수가 현저하게 감소한다.
따라서, 상기 450nm 이상의 파장을 갖는 광이 적색 및 녹색 퀀텀 닷만을 포함하는 컬러 변환층(CCL)으로 입사되는 경우, 상기 적색 및 녹색 퀀텀 닷에서 최종적으로 출사되는 광의 효율이 떨어지게 된다.
한편, 상기 페로브스카이트 화합물로부터 방출되는 빛은 반치전폭(FWHM, full width at half maximum)이 상대적으로 매우 좁다. 즉, 상기 페로브스카이트　화합물로부터 방출되는 빛은 색순도가 매우 높음을 의미한다. 상기 페로브스카이트　화합물은 그 자체로 양자 우물을 갖는 단결정과 같아서, 여기에 전자와 정공이 직접 결합될 수 있다. 또한, 상기 페로브스카이트　화합물은 발광에 관여하지 않는 부분이 적다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서와 같이, 상기 컬러 변환층(CCL)에 상기 표시되는　페로브스카이트　화합물을 포함시키는 경우, 높은 색재현율을 갖는 표시 장치를 제공할 수 있다.
따라서, 상기 청색 광이 상기 페로브스카이트 화합물, 특히 상기 녹색 페로브스카이트 화합물에 입사되는 경우, 흡수 계수 증가로 인해 상기 제2 서브 화소(SP2)에서 최종적으로 출사되는 광의 효율은 증가할 수 있다.
이로 인해, 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치의 휘도가 개선되고, 상기 표시 장치에서 최종적으로 표시되는 영상의 표시 품질이 향상될 수 있다.
상기 제1 및 제2 컬러 변환 패턴(CCP1, CCP2)은 상기 컬러 변환 입자들, 즉, 페로브스카이트 화합물 및/또는 퀀텀 닷이 그 형태에 따라 유전체 매트릭스 내에 균일 또는 불균일하게 산란되어 있거나 적층되어 제공될 수 있다.
한편, 상기 제3 컬러 변환 패턴(CCP3)은 상기 막대형 LED(LD)에서 출사된 상기 청색 광을 그대로 투과시킬 수 있다. 이를 위해, 상기 제3 컬러 변환 패턴(CCP3)은 투명 층을 포함할 수 있다.
상기 투명 층은 투명 폴리머로 이루어질 수 있으며, 상기 막대형 LED(LD)에서 출사된 상기 청색 광이 투과되어 상기 청색 광을 그대로 방출할 수 있다.
상기 투명 층은 청색 안료를 더 포함할 수 있다. 상기 청색 안료는 외광에 포함된 적색 광 및 녹색 광 중 적어도 하나를 흡수할 수 있다.
상기 투명 층을 포함한 상기 제3 컬러 변환 패턴(CCP3)은 별도의 컬러 변환 입자 없이 입사된 상기 청색 광을 그대로 출광할 수 있다. 이로 인해, 상기 제3 서브 화소(SP3)에서 출사되는 광의 세기는 향상될 수 있다.
상기 제1 내지 제3 컬러 변환 패턴(CCP1, CCP2, CCP3) 중 적어도 하나는 산란체를 더 포함할 수 있다. 상기 산란체는, 예를 들면, TiO2, Al2O3, SiO2 및 ZnO중에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 산란체는 상기 제1 내지 제3 컬러 변환 패턴(CCP1, CCP2, CCP3)에 입사되는 광을 산란시켜 상기 제1 내지 제3 컬러 변환 패턴(CCP1, CCP2, CCP3)에서 방출되는 광량을 증가시키거나 정면 휘도와 측면 휘도를 균일하게 만들 수 있다.
상기 컬러 변환 층(CCL)은 상기 제1 내지 제3 컬러 변환 패턴(CCP1, CCP2, CCP3) 사이에 제공되는 차광 패턴들(BLP)을 더 포함할 수 있다. 상기 차광 패턴(BLP)은 상기 제1 내지 제3 컬러 변환 패턴(CCP1, CCP2, CCP3) 사이에는 배치되어 상기 제1 내지 제3 컬러 변환 패턴들(CCP1, CCP2, CCP3) 간의 혼색을 방지할 수 있다.
또한, 상기 차광 패턴(BLP)은 대응하는 서브 화소의 발광 영역을 제외한 비발광 영역에 배치되며, 상기 비발광 영역에 배치된 상기 트랜지스터(T), 상기 구동 전압 배선(DVL) 등이 외부로 시인되는 것을 방지할 수 있다.
상기 차광 패턴(BLP)은 블랙 매트릭스를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 광을 차단하는 물질을 포함하는 재료들로 구성될 수 있다.
상기 컬러 변환층(CCL) 상에는 오버 코트층(OC)이 제공될 수 있다. 상기 오버 코트층(OC)은 그 하부에 배치된 구성 요소들에 의해 발생한 단차를 완화시키는 평탄화층일 수 있다. 또한, 상기 오버 코트층(OC)은 상기 막대형 LED(LD)로 산소 및 수분 등이 침투하는 것을 방지하는 봉지층일 수 있다.
도 4는 도 2의 I ~ I'선에 따른 다른 단면도이다
도 1, 도 2 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 표시 장치는 제1 내지 제3 서브 화소(SP1, SP2, SP3)를 포함하고, 상기 제1 내지 제3 서브 화소(SP1, SP2, SP3) 각각은 기판(SUB), 화소 회로부(PCL), 표시 소자층(DPL), 컬러 변환층(CCL) 및 오버 코트층(OC)를 포함할 수 있다.
이하에서는 본 실시예가 앞선 실시예 대비 달라지는 점 위주로 설명하도록 하며, 설명을 생략한 부분은 앞선 내용으로 갈음한다.
상기 제1 컬러 변환 패턴(CCP1')은 제1 컬러 변환 입자를 포함할 수 있다. 상기 제1 컬러 변환 입자는 퀀텀 닷일 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 컬러 변환 패턴(CCP1')은 상기 제1 서브 화소(SP1)의 상기 막대형 LED(LD)에서 발광된 광을 적색 광으로 변환할 수 있고, 상기 제1 컬러 변환 입자는 적색 퀀텀 닷일 수 있다.
상기 제2 컬러 변환 패턴(CCP2')은 제2 컬러 변환 입자를 포함할 수 있다. 상기 제2 컬러 변환 입자는 페로브스카이트 화합물일 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 컬러 변환 패턴(CCP2')은 상기 제2 서브 화소(SP2)의 상기 막대형 LED(LD)에서 발광된 광을 녹색 광으로 변환할 수 있고, 상기 제2 컬러 변환 입자는 녹색 페로브스카이트 화합물일 수 있다.
상기 제1 컬러 변환 입자는 퀀텀 닷, 예를 들어 녹색 퀀텀 닷을 더 포함할 수 있다.
도 5는 도 2의 I ~ I'선에 따른 또다른 단면도이다.
도 1, 도2 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 표시 장치는 제1 내지 제3 서브 화소(SP1, SP2, SP3)를 포함하고, 상기 제1 내지 제3 서브 화소(SP1, SP2, SP3) 각각은 기판(SUB), 화소 회로부(PCL), 표시 소자층(DPL), 컬러 변환층(CCL) 및 오버 코트층(OC)를 포함할 수 있다.
이하에서는 본 실시예가 앞선 실시예 대비 달라지는 점 위주로 설명하도록 하며, 설명을 생략한 부분은 앞선 내용으로 갈음한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 컬러 변환층(CCL)은 상기 제1 내지 제3 컬러 변환 패턴(CCP1, CCP2, CCP3) 상에 각각 제공되는 제1 내지 제3 컬러 필터들(CF1, CF2, CF3)을 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 컬러 필터(CF1)는 상기 제1 컬러 변환층(CCL1)에 대응되고, 상기 제2 컬러 필터(CF2)는 상기 제2 컬러 변환층(CCL2)에 대응되고, 상기 제3 컬러 필터(CF3)는 상기 제3 컬러 변환층(CCL3)에 대응될 수 있다.
상기 제1 내지 제3 컬러 필터(CF1, CF2, CF3)는 컬러 변환층(CCL)으로부터 방출되는　광의 적어도 하나의 진행 방향 상에 위치될 수 있다.
상기 제1 내지 제3 컬러 필터(CF1, CF2, CF3)는 각 컬러 변환 패턴(CCP1, CCP2, CCP3)으로부터 출사된 광 중에서 각 서브 화소 별로 특정 색의 광, 예를 들어, 적색, 녹색 또는 청색만을 투과시킬 수 있다. 일 실시예에서, 상기 제1 컬러 필터(CF1)는 상기 제1 컬러 변환 패턴(CCP1)에서 출사된 적색 광을 투과하고, 적색 광 이외의 광을 차단할 수 있다. 상기 제2 컬러 필터(CF2)는 상기 제2 컬러 변환 패턴(CCP2)에서 출사된 녹색 광을 투과하고, 녹색 광 이외의 광을 차단할 수 있다. 상기 제3 컬러 필러(CF3)는 상기 제3 컬러 변환 패턴(CCP3)을 통과한 청색 광을 투과하고, 청색 광 이외의 광을 차단할 수 있다.
상기 제 1 내지 제3 컬러 필터(CF1, CF2, CF3)는 각 서브 화소 별로 특정 색의 안료를 포함하는 감광성 수지로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 제1 컬러 필터(CF1)는 적색 안료를 포함하는 감광성 수지로, 상기 제2 컬러 필터(CF2)는 녹색 안료를 포함하는 감광성 수지로, 및 제3 컬러 필터(CF3)는 청색 안료를 포함하는 감광성 수지로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 다양한 전자 기기에 채용될 수 있다. 예를 들어, 표시 장치는 텔레비전, 노트북, 휴대폰, 스마트폰, 스마트패드(PD), 피엠피(PMP), 피디에이(PDA), 내비게이션, 스마트워치와 같은 각종 웨어러블 기기 등에 적용될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
SP1, SP2, SP3: 제1 내지 제3 서브 화소
SUB: 기판
PCL: 화소 회로부
DPL: 표시 소자층
T: 트랜지스터
LD: 초소형 LED
CCL: 컬러 변환층
CCP1, CCP2, CCP3: 제1 내지 제3 컬러 변환 패턴
OC: 오버 코트층
CF: 컬러 필터 영역
CF1, CF2, CF3: 제1 내지 제3 컬러 필터

Claims (18)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 제공되며, 광을 발광하는 적어도 하나의 발광 다이오드를 각각 구비한 제1 내지 제3 서브 화소들을 포함하는 복수의 화소들; 및
    상기 제1 내지 제3 서브 화소들 각각에 대응되며, 상기 광을 다른 컬러의 광으로 변환하거나 통과시키는 제1 내지 제3 컬러 변환 패턴들을 포함하는 컬러 변환층을 포함하고,
    상기 제1 내지 제3 서브 화소들은 제1 전극, 제2 전극, 및 제1 전극과 제2 전극에 연결되는 발광 다이오드를 포함하며,
    상기 제1 컬러 변환 패턴은 상기 광을 적색 광으로 변환하며, 상기 제2 컬러 변환 패턴은 상기 광을 녹색 광으로 변환하고,
    상기 제2 컬러 변환 패턴은 페로브스카이트 화합물을 포함하며,
    상기 페로브스카이트 화합물은 하기 화학식 2로 표시되되 Pb를 포함하지 않는 표시 장치:
    [화학식 2]
    A3M2X9
    상기 식에서, A는 1가의 유기 양이온, 1가의 전이금속 및 알칼리금속의 양이온, 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되고, M은 3가 양이온 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되고, X는 할로겐 음이온 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되며, 2 이상의 A, M 또는 X는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 컬러 변환 패턴들 중 둘은 페로브스카이트 화합물을 포함하는 표시 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 페로브스카이트 화합물을 포함하는 컬러 변환 패턴은 상기 제1 및 제2 컬러 변환 패턴들이고,
    상기 제3 컬러 변환 패턴은 상기 광을 투과시키는 표시 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 컬러 변환 패턴들 중 적어도 하나는 퀀텀 닷을 더 포함하는 표시 장치.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드는 청색 광을 발광하는 표시 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 컬러 변환 패턴들 중 하나는 퀀텀 닷을 포함하는 표시 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 컬러 변환 패턴은 상기 광을 적색 광으로 변환하는 퀀텀 닷을 포함하는 표시 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제2 컬러 변환 패턴은 퀀텀 닷을 더 포함하는 표시 장치.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드는 청색 광을 발광하는 표시 장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 페로브스카이트 화합물은 퀀텀 닷, 나노크리스탈, 나노플레이트, 나노시트 및 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택되는 형태를 가지는 표시 장치.
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 페로브스카이트 화합물은 고분자 중합체와 복합재화되는 표시 장치.
  16. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 컬러 변환 패턴은 상기 페로브스카이트 화합물이 유전체 매트릭스 내에 산란되거나 적층되어 제공되는 표시 장치.
  17. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 컬러 변환 패턴들 중 적어도 하나는 산란체를 더 포함하는 표시 장치.
  18. 제1 항에 있어서,
    상기 컬러 변환층은 상기 제1 내지 제3 컬러 변환 패턴 상에 각각 제공되는 제1 내지 제3 컬러 필터들을 더 포함하는 표시 장치.
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