KR102614932B1 - 광학 부재 및 이를 포함하는 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

광학 부재 및 이를 포함하는 표시 장치가 제공된다. 일 실시예에 따른 광학 부재는 도광판, 상기 도광판 상에 배치되고, 상기 도광판보다 작은 굴절율을 갖는 저굴절층, 상기 저굴절층과 상기 도광판 사이에 배치되고, 상기 저굴절층보다 작은 두께를 갖는 저굴절 하부층 및 상기 저굴절층 상에 배치된 파장 변환층을 포함한다.

Description

광학 부재 및 이를 포함하는 표시 장치{Optical member and display including the same}
본 발명은 광학 부재 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 백라이트 어셈블리로부터 빛을 받아 영상을 표시한다. 일부 백라이트 어셈블리는 광원과 도광판을 포함한다. 도광판은 광원으로부터 빛을 받아 표시 패널 측으로 빛의 진행 방향을 가이드한다. 일부 제품은 광원에서 제공되는 빛이 백색이고, 이 백색의 빛을 표시 패널에 있는 컬러 필터로 필터링해서 색상을 구현한다.
최근에는 액정 표시 장치의 색 재현성 등 화질을 개선하기 위해 파장 변환 필름을 적용하는 것이 연구되고 있다. 통상 광원으로 청색 광원을 사용하고 파장 변환 필름을 도광판 상부에 배치하여 백색의 빛으로 변환시킨다. 파장 변환 필름은 파장 변환 입자를 포함하는데, 파장 변환 입자는 일반적으로 수분에 취약하여 배리어 필름으로 파장 변환 입자를 보호한다. 그런데, 배리어 필름은 가격이 비싸고, 두께를 증가시키는 원인이 될 수 있다. 또한, 도광판에 파장 변환 필름을 적층하여야 하므로 복잡한 조립 공정이 요구될 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 광 투과 효율이 향상된 적층 구조를 갖는 광학 부재를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 광 투과 효율이 향상된 적층 구조를 갖는 광학 부재를 포함하는 표시 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 광학 부재는 도광판, 상기 도광판 상에 배치되고, 상기 도광판보다 작은 굴절율을 갖는 저굴절층, 상기 저굴절층과 상기 도광판 사이에 배치되고, 상기 저굴절층보다 작은 두께를 갖는 저굴절 하부층 및 상기 저굴절층 상에 배치된 파장 변환층을 포함한다.
상기 저굴절 하부층의 하면은 상기 도광판의 상면과 접하고, 상기 저굴절 하부층의 상면은 상기 저굴절층의 하면과 접할 수 있다.
상기 저굴절 하부층은 굴절률이 1.3 내지 1.7인 저굴절 물질 또는 굴절률이 1.5 내지 2.2인 고굴절 물질을 포함할 수 있다.
상기 저굴절 하부층의 굴절률은 상기 저굴절층의 굴절률보다 클 수 있다.
상기 저굴절 하부층은 상기 도광판 상에 배치된 제1 저굴절 하부층 및 상기 제1 저굴절 하부층 상에 배치된 제2 저굴절 하부층을 포함할 수 있다.
상기 제1 저굴절 하부층 및 상기 제2 저굴절 하부층 중 어느 하나는 상기 저굴절 물질을 포함하고, 다른 하나는 상기 고굴절 물질을 포함할 수 있다.
상기 제1 저굴절 하부층의 두께 및 상기 제2 저굴절 하부층의 두께는 각각 0.2um 이하일 수 있다.
상기 저굴절 물질은 SiOx이고, 상기 고굴절 물질은 SiNx일 수 있다.
상기 도광판과 상기 저굴절층의 굴절률의 차이는 0.2 이상일 수 있다.
상기 저굴절층은 보이드를 포함할 수 있다.
상기 저굴절층의 굴절률은 1.2 내지 1.3일 수 있다.
상기 저굴절층의 두께는 0.8um 내지 1.2um일 수 있다.
상기 광학 부재는 상기 파장 변환층 상부에 배치된 파장 변환 상부층을 더 포함 할 수 있다.
상기 파장 변환 상부층의 하면은 상기 도광판의 상면과 평행할 수 있다.
상기 파장 변환 상부층은 SiOx 또는 SiNx를 포함할 수 있다.
상기 파장 변환 상부층은 상기 파장 변환층 상에 배치된 제1 파장 변환 상부층 및 상기 제1 파장 변환 상부층 상에 배치된 제2 파장 변환 상부층을 포함할 수 있다.
상기 제1 파장 변환 상부층 및 상기 제2 파장 변환 상부층 중 어느 하나는 투명 유기 물질을 포함하고, 다른 하나는 SiOx 및 SiNx 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 파장 변환 상부층은 SiOx를 포함하고, 상기 제2 파장 변환 상부층은 투명 유기 물질을 포함할 수 있다.
상기 제1 파장 변환 상부층 및 상기 제2 파장 변환 상부층 중 어느 하나는 SiOx를 포함하고, 다른 하나는 SiNx를 포함할 수 있다.
상기 파장 변환 상부층은 상기 제2 파장 변환 상부층 상에 제3 파장 변환 상부층을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 파장 변환 상부층은 투명 유기 물질을 포함할 수 있다.
상기 제2 파장 변환 상부층 및 상기 제3 파장 변환 상부층 중 어느 하나는 SiOx를 포함하고, 다른 하나는 SiNx를 포함할 수 있다.
상기 도광판은 유리를 포함할 수 있다.
상기 도광판의 상면은 상기 저굴절층의 하면과 평행할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 다른 실시예에 따른 광학 부재는 도광판, 상기 도광판 상에 배치되고, 상기 도광판보다 작은 굴절율을 갖는 저굴절층, 상기 저굴절층 상에 배치된 파장 변환층 및 상기 저굴절층과 상기 파장 변환층 상에 배치되고, 상기 저굴절층보다 작은 두께를 갖는 저굴절 상부층을 포함한다.
상기 저굴절 상부층은 굴절률이 1.3 내지 1.7인 저굴절 물질 또는 굴절률이 1.5 내지 2.2인 고굴절 물질을 포함하는 광학 부재.
상기 저굴절 상부층의 굴절률은 상기 저굴절층의 굴절률보다 클 수 있다.
상기 저굴절 상부층은 상기 저굴절층 상에 배치된 제1 저굴절 상부층 및 상기 제1 저굴절 상부층 상에 배치된 제2 저굴절 상부층을 포함할 수 있다.
상기 제1 저굴절 상부층 및 상기 제2 저굴절 상부층 중 어느 하나는 상기 저굴절 물질을 포함하고, 다른 하나는 상기 고굴절 물질을 포함할 수 있다.
상기 제1 저굴절 상부층의 두께 및 상기 제2 저굴절 상부층의 두께는 각각 0.2um 이하일 수 있다.
상기 저굴절 물질은 SiOx이고, 상기 고굴절 물질은 SiNx일 수 있다.
상기 광학 부재는 상기 파장 변환층 상부에 배치된 파장 변환 상부층을 더 포함할 수 있다.
상기 파장 변환 상부층은 SiOx 또는 SiNx를 포함할 수 있다.
상기 파장 변환 상부층은 상기 파장 변환층 상에 배치된 제1 파장 변환 상부층 및 상기 제1 파장 변환 상부층 상에 배치된 제2 파장 변환 상부층을 포함할 수 있다.
상기 제1 파장 변환 상부층 및 상기 제2 파장 변환 상부층 중 어느 하나는 투명 유기 물질을 포함하고, 다른 하나는 SiOx 및 SiNx 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 파장 변환 상부층은 SiOx를 포함하고, 상기 제2 파장 변환 상부층은 투명 유기 물질을 포함할 수 있다.
상기 파장 변환 상부층은 상기 제2 파장 변환 상부층 상에 제3 파장 변환 상부층을 더 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 또 다른 실시예에 따른 광학 부재는 도광판, 상기 도광판 상에 배치되고, 상기 도광판보다 작은 굴절율을 갖는 저굴절층, 상기 저굴절층 상에 배치된 파장 변환층, 상기 저굴절층과 상기 도광판 사이에 배치된 저굴절 하부층 및 상기 저굴절층과 상기 파장 변환층 상에 배치된 저굴절 상부층을 포함한다.
상기 저굴절 하부층은 SiOx 또는 SiNx를 포함하고, 상기 저굴절 하부층의 굴절률은 상기 저굴절층의 굴절률보다 클 수 있다.
상기 저굴절 하부층은 상기 도광판 상에 배치된 제1 저굴절 하부층 및 상기 제1 저굴절 하부층 상에 배치된 제2 저굴절 하부층을 포함할 수 있다.
상기 제1 저굴절 하부층의 두께 및 상기 제2 저굴절 하부층의 두께는 각각 0.2um 이하일 수 있다.
상기 저굴절 상부층은 SiOx 또는 SiNx를 포함하고, 상기 저굴절 상부층의 굴절률은 상기 저굴절층의 굴절률보다 클 수 있다.
상기 저굴절 상부층은 상기 저굴절층 상에 배치된 제1 저굴절 상부층 및 상기 제1 저굴절 상부층 상에 배치된 제2 저굴절 상부층을 포함할 수 있다.
상기 제1 저굴절 상부층의 두께 및 상기 제2 저굴절 상부층의 두께는 각각 0.2um 이하일 수 있다.
상기 파장 변환층 상부에 배치된 파장 변환 상부층을 더 포함하되, 상기 파장 변환 상부층은 SiOx 또는 SiNx를 포함할 수 있다.
상기 파장 변환 상부층은 상기 파장 변환층 상에 배치된 제1 파장 변환 상부층 및 상기 제1 파장 변환 상부층 상에 배치된 제2 파장 변환 상부층을 포함할 수 있다.
상기 제1 파장 변환 상부층 및 상기 제2 파장 변환 상부층 중 어느 하나는 투명 유기 물질을 포함하고, 다른 하나는 SiOx 및 SiNx 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 파장 변환 상부층은 SiOx를 포함하고, 상기 제2 파장 변환 상부층은 투명 유기 물질을 포함할 수 있다.
상기 파장 변환 상부층은 상기 제2 파장 변환 상부층 상에 제3 파장 변환 상부층을 더 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 표시 장치는 도광판, 상기 도광판 상에 배치되고, 상기 도광판보다 작은 굴절율을 갖는 저굴절층, 상기 저굴절층과 상기 도광판 사이에 배치된 저굴절 하부층, 및 상기 저굴절층 상에 배치된 파장 변환층을 포함하는 광학 부재, 상기 도광판의 적어도 일측에 배치된 광원 및 상기 광학 부재의 상부에 배치된 표시 패널을 포함한다.
상기 저굴절 하부층은 SiOx 또는 SiNx를 포함하고, 상기 저굴절 하부층의 굴절률은 상기 저굴절층의 굴절률보다 클 수 있다.
상기 저굴절 하부층은 상기 도광판 상에 배치된 제1 저굴절 하부층 및 상기 제1 저굴절 하부층 상에 배치된 제2 저굴절 하부층을 포함할 수 있다.
상기 파장 변환층 상부에 배치된 파장 변환 상부층을 더 포함하되, 상기 파장 변환 상부층은 SiOx 또는 SiNx를 포함할 수 있다.
상기 파장 변환 상부층은 상기 파장 변환층 상에 배치된 제1 파장 변환 상부층 및 상기 제1 파장 변환 상부층 상에 배치된 제2 파장 변환 상부층을 포함할 수 있다.
상기 파장 변환 상부층은 상기 제2 파장 변환 상부층 상에 제3 파장 변환 상부층을 더 포함할 수 있다.
상기 광학 부재는 상기 파장 변환층과 상기 저굴절층 사이에 배치된 저굴절 상부층을 더 포함할 수 있다.
상기 저굴절 상부층은 SiOx 또는 SiNx를 포함하고, 상기 저굴절 상부층의 굴절률은 상기 저굴절층의 굴절률보다 클 수 있다.
상기 파장 변환층 상부에 배치된 파장 변환 상부층을 더 포함하되, 상기 파장 변환 상부층은 SiOx 또는 SiNx를 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 다른 실시예에 따른 표시 장치는 도광판, 상기 도광판 상에 배치되고, 상기 도광판보다 작은 굴절율을 갖는 저굴절층, 상기 저굴절층 상에 배치된 파장 변환층, 및 상기 저굴절층과 상기 파장 변환층 사이에 배치된 저굴절 상부층을 포함하는 광학 부재, 상기 도광판의 적어도 일측에 배치된 광원 및 상기 광학 부재의 상부에 배치된 표시 패널을 포함한다.
상기 저굴절 상부층은 SiOx 또는 SiNx를 포함하고, 상기 저굴절 상부층의 굴절률은 상기 저굴절층의 굴절률보다 클 수 있다.
상기 파장 변환층 상부에 배치된 파장 변환 상부층을 더 포함하되, 상기 파장 변환 상부층은 SiOx 또는 SiNx를 포함할 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
일 실시예에 따른 광학 부재는 광 가이드 기능과 파장 변환 기능을 동시에 수행할 수 있으면서 굴절률이 서로 다른 물질의 적층 구조에 의해 광 투과 효율을 향상 할 수 있다. 일 실시예에 따른 광학 부재는 상대적으로 얇은 두께를 가지며, 광 투과 효율을 극대화하여 표시 장치의 광 특성을 향상시킬 수 있다.
실시예들에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 광학 부재와 광원의 사시도이다.
도 2는 도 1의 II-II' 선을 따라 자른 단면도이다.
도 3 및 도 4는 다양한 실시예들에 따른 저굴절층의 단면도들이다.
도 5는 파장 변환 하부층의 적층 Case 및 도광판 상부 SiNx 두께에 따른 투과율 변화 그래프이다.
도 6은 파장 변환 하부층의 적층 Case 별 최대 투과율 확보를 위한 적층 구조 및 두께를 나타내는 표이다.
도 7 내지 도 14는 다양한 실시예에 따른 파장 변환 하부층의 단면도들이다.
도 15는 파장 변환 상부층의 적층 Case 및 파장 변환층 상부 SiNx 두께에 따른 투과율 변화 그래프이다.
도 16은 파장 변환 상부층의 적층 Case 별 최대 투과율 확보를 위한 적층 구조 및 두께를 나타내는 표이다.
도 17 내지 도 20은 다양한 실시예에 따른 파장 변환 상부층의 단면도이다.
도 21 내지 도 23은 다양한 실시예에 따른 광학 부재의 단면도들이다.
도 24는 일 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다.
도 25는 다른 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 실시예들에 대해 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 광학 부재와 광원의 사시도이다. 도 2는 도 1의 II-II'선을 따라 자른 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 광학 부재(100)는 도광판(10), 도광판 상에 배치된 파장 변환 하부층(70), 파장 변환 하부층(70) 상에 배치된 파장 변환층(50) 및 파장 변환층(50) 상에 배치된 파장 변환 상부층(60)을 포함할 수 있다. 파장 변환 하부층(70)은 저굴절 하부층(20), 저굴절 하부층(20) 상에 배치된 저굴절층(30) 및 저굴절층(30) 상에 배치된 저굴절 상부층(40)을 포함할 수 있다.
도광판(10)은 빛의 진행 경로를 인도하는 역할을 한다. 도광판(10)은 대체로 다각 기둥 형상을 가질 수 있다. 도광판(10)의 평면 형상은 직사각형일 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 예시적인 실시예에서, 도광판(10)은 평면 형상이 직사각형인 육각 기둥 형상으로서, 상면(10a), 하면(10b) 4개의 측면(10s; 10s1, 10s2, 10s3, 10s4)을 포함할 수 있다. 본 명세서 및 첨부된 도면에서 4개의 측면을 각각 구분할 필요가 있을 경우에는 "10s1", "10s2", "10s3", "10s4"로 표기하지만, 단순히 일 측면을 언급하기 위한 경우에는 "10s"로 표기한다.
일 실시예에서, 도광판(10)의 상면(10a)과 하면(10b)은 각각 하나의 평면 상에 위치하며 상면(10a)이 위치하는 평면과 하면(10b)이 위치하는 평면은 대체로 평행하여 도광판(10)이 전체적으로 균일한 두께를 가질 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니고, 상면(10a)이나 하면(10b)이 복수의 평면으로 이루어지거나, 상면(10a)이 위치하는 평면과 하면(10b)이 위치하는 평면이 교차할 수도 있다. 예를 들어, 쐐기형 도광판과 같이 일 측면(예컨대, 입광면)에서 그에 대향하는 타 측면(예컨대, 대광면)으로 갈수록 두께가 얇아질 수 있다. 또한, 특정 지점까지는 일 측면 (예컨대, 입광면) 근처에서는 그에 대향하는 타 측면 (예컨대, 대광면) 측으로 갈수록 하면(10b)이 상향 경사져 두께가 줄어들다가 이후 상면과 하면(10b)이 평탄한 형상으로 형성될 수도 있다.
광학 부재(100)의 일 적용예에서, 광원(400)은 도광판(10)의 적어도 일 측면(10s)에 인접하여 배치될 수 있다. 도면에서는 도광판(10)의 일 장변에 위치하는 측면(10s1)에 인쇄회로기판(420)에 실장된 복수의 LED 광원(410)이 배치된 경우를 예시하였지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 예컨대, 복수의 LED 광원(410)이 양 장변의 측면(10s1, 10s3)에 모두 인접 배치되거나, 일 단변 또는 양 단변의 측면(10s2, 10s4)에 인접 배치될 수도 있다. 도 1의 실시예에서, 광원(400)이 인접 배치된 도광판(10)의 일 장변의 측면(10s1)은 광원(400)의 빛이 직접 입사되는 입광면(도면에서 설명의 편의상 '10s1'으로 표기)이 되고, 그에 대향하는 타 장변의 측면(10s3)은 대광면(도면에서 설명의 편의상 '10s3'으로 표기)이 된다.
도광판(10)은 무기 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도광판(10)은 유리로 이루어질 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
광학 부재(100)의 각 층(20, 30, 40, 50, 60)이 서로 만나는 면에서 광학 계면이 형성될 수 있다. 광학 부재(100)는 복수의 광학 계면(30a, 30b, 50a, 50b)을 포함할 수 있다. 각 광학 계면(30a, 30b, 50a, 50b)은 도광판(10)의 상면(10a)과 실질적으로 평행할 수 있다.
도광판(10)의 상면(10a)에는 파장 변환 하부층(70)이 배치된다. 파장 변환 하부층(70)은 저굴절층(30), 저굴절 하부층(20) 및 저굴절 상부층(40)을 포함할 수 있다. 파장 변환 하부층(70)은 도광판의 상면(10a) 상에 직접 형성되어, 도광판의 상면(10a)과 접촉할 수 있다. 파장 변환 하부층(70)은 도광판(10)과 파장 변환층(50) 사이에 개재되어 광학 부재(100)의 전반사를 돕는다.
더욱 구체적으로 설명하면, 도광판(10)에 의하여 입광면(10s1)으로부터 대광면(10s3) 측으로 효율적인 광 가이드가 이루어지기 위해서는 도광판(10)에서 효과적인 내부 전반사가 이루어지는 것이 바람직하다. 도광판(10)에서 내부 전반사가 이루어질 수 있는 조건 중 하나는 도광판(10)의 굴절률이 그와 광학적 계면을 이루는 매질의 굴절률에 비해 큰 것이다. 도광판(10)과 광학적 계면을 이루는 매질의 굴절률이 낮을수록 전반사 임계각이 작아져 더 많은 내부 전반사가 이루어질 수 있다.
도광판(10)이 굴절률이 약 1.5인 유리로 이루어진 경우를 예로 하여 설명하면, 도광판(10)의 하면(10b)은 굴절률이 약 1인 공기층에 노출되어 그와 광학적 계면을 이루기 때문에 충분한 전반사가 이루어질 수 있다.
반면, 도광판(10)의 상면(10a)에는 다른 광학 기능층들이 적층되어 일체화되어 있기 때문에, 하면(10b)의 경우보다 충분한 전반사가 이루어지기 어렵다. 예를 들어, 도광판(10)의 상면(10a)에 굴절률이 1.5 이상인 물질층이 적층되면, 도광판(10)의 상면(10a)에서는 전반사가 이루어지지 못한다. 또한, 도광판(10)의 상면(10a)에 도광판(10)보다 굴절률이 미세하게 작은, 예컨대 1.49 정도의 물질층이 적층되면, 도광판(10)의 상면(10a)에서 내부 전반사가 이루어질 수는 있지만, 임계각이 너무 커서 충분한 전반사가 이루어지지 못한다. 도광판(10)의 상면(10a) 상에 적층되는 파장 변환층(50)은 통상 1.5 내외의 굴절률을 갖는데, 이러한 파장 변환층(50)이 도광판(10)의 상면(10a)에 직접 적층되면 도광판(10)의 상면(10a)에서 충분한 전반사가 이루어지기 어렵다.
도광판(10)과 파장 변환층(50) 사이에 개재되어 도광판(10)의 상면(10a)과 계면을 이루는 저굴절층(30)은 도광판(10)보다 낮은 굴절률을 가져 저굴절층(30)의 하면(30b)에서 전반사가 이루어지도록 한다. 또한, 저굴절층(30)은 그 상부에 배치되는 물질층인 파장 변환층(50)보다 낮은 굴절률을 가져, 파장 변환층(50)이 직접 도광판(10)의 상면(10a)에 배치되는 경우보다 더 많은 전반사가 이루어지도록 할 수 있다.
도광판(10) 상에 저굴절 하부층(20)이 배치된 경우, 도광판(10)과 저굴절 하부층(20) 계면에서도 굴절률의 차이가 있어 전반사가 이루어질 수 있지만, 해당 계면에서 전반사 임계각보다 작은 각으로 입사한 광은 저굴절 하부층(20) 측으로 투과하여 진행할 수 있다. 저굴절 하부층(20)과 저굴절층(30) 계면에서 다시 반사 및/또는 굴절이 이루어지는데, 저굴절층(30)의 굴절률이 저굴절 하부층(20)의 굴절률보다 작은 경우 상기 계면에서도 전반사가 이루어질 수 있다. 광학 부재(100)가 저굴절 하부층(20)을 포함하는 경우, 도광판(10)과 저굴절층(30) 사이에 저굴절 하부층(20)이 개재되지만, 최종적으로 전반사의 임계각을 결정하는 것은 도광판(10)과 저굴절층(30)의 굴절률의 차이이다. 저굴절층(30)의 굴절률이 작을수록 상기 굴절률의 차이가 커지므로 전반사 임계각은 작아져 보다 많은 전반사가 이루어질 수 있다.
도광판(10)과 파장 변환층(50) 사이에 개재되어 도광판(10)의 상면(10a)과 계면을 이루는 파장 변환 하부층(70)은 저굴절층(30)을 포함할 수 있다. 저굴절층(30)은 도광판(10)보다 낮은 굴절률을 가져 저굴절층(30)의 하면(30b)에서 전반사가 이루어지도록 한다. 또한, 저굴절층(30)은 그 상부에 배치되는 물질층인 파장 변환층(50)보다 낮은 굴절률을 가져, 파장 변환층(50)이 직접 도광판(10)의 상면(10a)에 배치되는 경우보다 더 많은 전반사가 이루어지도록 할 수 있다.
도광판(10)의 굴절률과 저굴절층(30)의 굴절률의 차는 0.2 이상일 수 있다. 저굴절층(30)의 굴절률이 도광판(10)의 굴절률보다 0.2 이상 작은 경우, 저굴절층(30)의 하면(30b)을 통해서 충분한 전반사가 이루어질 수 있다. 도광판(10)의 굴절률과 저굴절층(30)의 굴절률의 차의 상한에는 제한이 없지만, 통상 적용되는 도광판(10)의 물질과 저굴절층(30)의 굴절률을 고려할 때 1 이하일 수 있다. 저굴절층(30)의 굴절률은 1.2 내지 1.4의 범위에 있을 수 있다. 일반적으로 고체상의 매질은 그 굴절률을 1에 가깝게 만들수록 제조 비용이 기하급수적으로 증가한다. 저굴절층(30)의 굴절률이 1.2 이상이면, 지나친 제조 원가의 증가를 막을 수 있다. 또한, 저굴절층(30)의 굴절률이 1.4 이하인 것이 도광판(10)의 상면(10a) 전반사 임계각을 충분히 작게 하는 데에 유리하다. 예시적인 실시예에서, 약 1.25의 굴절률을 갖는 저굴절층(30)이 적용될 수 있다.
상술한 낮은 굴절률을 나타내기 위해 저굴절층(30)은 보이드를 포함할 수 있다. 보이드는 진공으로 이루어지거나, 공기층, 기체 등으로 채워질 수 있다. 보이드의 공간은 파티클이나 매트릭스 등에 의해 정의될 수 있다. 더욱 상세한 설명을 위해 도 3 및 도 4가 참조된다.
도 3 및 도 4는 다양한 실시예들에 따른 저굴절층의 단면도들이다.
일 실시예에서, 저굴절층(30)은 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 파티클(PT), 파티클(PT)을 둘러싸고 전체가 하나로 연결된 매트릭스(MX) 및 보이드(VD)를 포함할 수 있다. 파티클(PT)은 저굴절층(30)의 굴절률 및 기계적 강도를 조절하는 필러(filler)일 수 있다.
저굴절층(30)에는 복수의 매트릭스(MX) 내부에 파티클(PT)들이 분산 배치되고, 매트릭스(MX)가 부분적으로 벌어져 해당 부위에 보이드(VD)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 복수의 파티클(PT)과 매트릭스(MX)를 용매에 혼합한 후, 건조 및/또는 경화시키면 용매가 증발하는데, 이때 매트릭스(MX) 사이사이에 보이드(VD)가 형성될 수 있다.
다른 실시예에서, 저굴절층(30)은 도 4에 도시된 것처럼, 파티클 없이 매트릭스(MX)와 보이드(VD)를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 저굴절층(30)은 발포수지와 같이 전체가 하나로 연결된 매트릭스(MX) 및 그 내부에 배치된 복수의 보이드(VD)를 포함할 수도 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 저굴절층(30)이 보이드(VD)를 포함하는 경우, 저굴절층(30)의 전체 굴절률은 파티클(PT)/매트릭스(MX)의 굴절률과 보이드(VD)의 굴절률의 사이값을 가질 수 있다. 상술한 바와 같이 보이드(VD)가 굴절률이 1인 진공이나 굴절률이 대략 1인 공기층, 기체 등으로 채워지는 경우, 파티클(PT)/매트릭스(MX)로 1.4 이상의 물질을 사용하더라도 저굴절층(30)의 전체 굴절률은 1.4 이하의 값, 예컨대 약 1.25의 값을 가질 수 있다. 예시적인 실시예에서, 파티클(PT)은 SiO2, Fe2O3, MgF2와 같은 무기 물질로 이루어지고, 매트릭스(MX)는 폴리실록산(polysiloxane)과 같은 유기물로 이루어질 수 있지만, 그 밖의 다른 유기물이나 무기물로 이루어질 수도 있다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 저굴절층(30)의 두께는 0.4㎛ 내지 2㎛일 수 있다. 저굴절층(30)의 두께가 가시광 파장 범위인 0.4㎛ 이상인 경우 실효적인 광학적 계면을 이룰 수 있어 저굴절층(30)의 하면(30b)에서 스넬의 법칙에 따른 전반사가 잘 이루어질 수 있다. 저굴절층(30)이 너무 두꺼울 경우 광학 부재(100)의 박막화에 역행하고, 재료 비용이 증가하며 광학 부재(100)의 휘도 측면에도 불리할 수 있으므로, 저굴절층(30)은 2㎛ 이하의 두께로 형성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 저굴절층(30)의 두께는 약 1㎛일 수 있다.
저굴절 하부층(20)은 도광판(10)과 저굴절층(30) 사이에 배치될 수 있다. 저굴절 하부층(20)은 도광판(10)의 상면 상에 직접 형성되어 도광판(10)의 상면과 접촉할 수 있다. 또한, 저굴절층(30)의 하면과 접촉할 수 있다. 저굴절 하부층(20)은 도광판(10)과 저굴절층(30) 사이에 개재될 수 있다. 저굴절 하부층(20)은 저굴절층(30) 보다 굴절률이 클 수 있다. 저굴절 하부층(20)은 저굴절 물질과 고굴절 물질 중 어느 하나로 이루어지는 단층 구조일 수 있다. 또한, 저굴절 하부층(20)은 저굴절 물질 및 고굴절 물질이 교대로 적층 된 다층 구조일 수 있다. 저굴절 물질의 굴절률은 1.3 내지 1.7일 수 있다. 고굴절 물질의 굴절률은 1.5 내지 2.2일 수 있다. 일 실시예로 저굴절 물질은 SiOx일 수 있고, 고굴절 물질은 SiNx일 수 있다. 다만, 저굴절 물질 및 고굴절 물질은 이에 한정되는 것은 아니며 굴절률을 만족하는 다양한 물질이 될 수 있다.
저굴절 하부층(20)의 적층 물질 및 적층 두께에 따라 광의 보강 간섭 또는 상쇄 간섭에 의한 영향이 변화하므로 광 투과율이 변하게 된다. 즉, 저굴절 하부층(20)의 적층 물질 및 적층 두께를 조절하여 광 투과율을 조절할 수 있게 된다. 또한, 저굴절 하부층(20)이 무기막을 포함하는 경우, 저굴절 하부층(20)은 저굴절층(30)으로 수분/산소가 침투하는 것을 방지하는 보호막의 역할을 할 수 있다.
저굴절 상부층(40)은 저굴절층(30)과 파장 변환층(50) 사이에 배치될 수 있다. 저굴절 상부층(40)은 저굴절층(30)의 상면 상에 직접 형성되어 저굴절층(30)의 상면과 접촉할 수 있다. 또한, 파장 변환층(50)의 하면과 접촉할 수 있다. 저굴절 상부층(40)은 저굴절층(30)과 파장 변환층(50) 사이에 개재될 수 있다. 저굴절 상부층(40)은 저굴절층(30)보다 굴절률이 클 수 있다. 저굴절 상부층(40)은 저굴절층(30) 상면에서 파장 변환층(50) 방향으로 전반사가 일어나는 것을 돕는다. 저굴절 상부층(40)은 저굴절 물질과 고굴절 물질 중 어느 하나로 이루어지는 단층 구조일 수 있다. 또한, 저굴절 상부층(40)은 저굴절 물질 및 고굴절 물질이 교대로 적층 된 다층 구조일 수 있다. 저굴절 하부층(20)과 같이 저굴절 물질의 굴절률은 1.2 내지 1.7일 수 있다. 고굴절 물질의 굴절률은 1.5 내지 2.2일 수 있다. 일 실시예로 저굴절 물질은 SiOx일 수 있고, 고굴절 물질은 SiNx일 수 있다. 다만, 저굴절 물질 및 고굴절 물질은 이에 한정되는 것은 아니며 굴절률을 만족하는 다양한 물질이 될 수 있다.
저굴절 상부층(40)의 적층 물질 및 적층 두께에 따라 광의 보강 간섭 또는 상쇄 간섭에 의한 영향이 변화하므로 광 투과율이 변하게 된다. 즉, 저굴절 상부층(40)의 적층 물질 및 적층 두께를 조절하여 광 투과율을 조절할 수 있게 된다. 또한, 저굴절 상부층(40)은 광학 부재(100)의 광학 효율을 향상시킬 수 있다. 저굴절층(30)을 투과한 광이 파장 변환층(50)으로 진입하여 분산된 산란 입자를 만나면 파장이 변하면서 산란하는데, 산란한 광의 일부는 다시 도광판(10) 방향으로 진행할 수 있다. 저굴절 상부층(40)이 저굴절층(30)보다 높은 굴절률을 가지면 그 계면에서 전반사가 이루어지고, 다시 상부로 반사시킬 수 있어, 표시 장치의 휘도와 같은 광학 효율을 증가시킬 수 있다.
저굴절 상부층(40)은 저굴절층(30)과 완전히 중첩하여 저굴절층(30)으로 수분 및/또는 산소의 침투하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 저굴절 상부층(40)은 저굴절층(30)의 변형을 방지할 수 있으며, 경도를 증가시켜 구조적인 안정성을 가져올 수 있다. 또한 무기막을 포함하는 저굴절 상부층(40)은 상부의 파장 변환층(50) 및 하부의 저굴절층(30)으로 수분 및/또는 산소가 침투하는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다.
파장 변환 하부층(70)은 증착 및 코팅 등의 방법으로 형성될 수 있다. 파장 변환 하부층(70)은 도광판(10)상에 저굴절 하부층(20), 저굴절층(30), 저굴절 상부층(40) 순으로 형성될 수 있다. 일 실시예로 저굴절 하부층(20)과 저굴절 상부층(40)은 무기물을 포함하는 무기막으로 화학 기상 증착 방법을 이용하여 형성될 수 있다. 저굴절층(30)은 유기물을 포함하는 유기막으로 코팅 방법을 이용하여 형성될 수 있다. 상기 코팅 방법으로는 슬릿 코팅, 스핀 코팅, 롤 코팅, 스프레이 코팅, 잉크젯 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니고, 다른 다양한 적층 방법이 적용될 수 있다.
파장 변환층(50)은 파장 변환 하부층(70) 상에 배치된다. 일 실시예로 파장 변환 하부층(70)이 저굴절 상부층(40)을 포함하는 경우, 파장 변환층(50)은 저굴절 상부층(40)의 상면에 배치될 수 있다. 다른 실시예로 파장 변환 하부층(70)이 저굴절 상부층(40)을 포함하지 않는 경우, 파장 변환층(50)은 저굴절층(30) 상면에 배치될 수 있다. 파장 변환층(50)은 바인더층과 바인더층 내에 분산된 파장 변환 입자를 포함할 수 있다. 파장 변환층(50)은 파장 변환 입자 외에 바인더층에 분산된 산란 입자를 더 포함할 수 있다.
바인더층은 파장 변환 입자가 분산되는 매질로서, 일반적으로 바인더로 지칭될 수 있는 다양한 수지 조성물로 이루어질 수 있다. 다만, 그에 제한되는 것은 아니며, 본 명세서에서 파장 변환 입자 및/또는 산란 입자를 분산 배치시킬 수 있는 매질이면 그 명칭, 추가적인 다른 기능, 구성 물질 등에 상관없이 바인더층으로 지칭될 수 있다.
파장 변환 입자는 입사된 빛의 파장을 변환하는 입자로, 예를 들어 양자점(Quant㎛ dot: QD), 형광 물질 또는 인광 물질일 수 있다. 파장 변환 입자의 일 예인 양자점에 대해 상세히 설명하면, 양자점은 수 나노미터 크기의 결정 구조를 가진 물질로, 수 백에서 수천 개 정도의 원자로 구성되며, 작은 크기로 인해 에너지 밴드 갭(band gap)이 커지는 양자 구속(quant㎛ confinement) 효과를 나타낸다. 양자점에 밴드 갭보다 에너지가 높은 파장의 빛이 입사하는 경우, 양자점은 그 빛을 흡수하여 들뜬 상태로 되고, 특정 파장의 광을 방출하면서 바닥 상태로 떨어진다. 방출된 파장의 빛은 밴드 갭에 해당되는 값을 갖는다. 양자점은 그 크기와 조성 등을 조절하면 양자 구속 효과에 의한 발광 특성을 조절할 수 있다.
양자점은 예를 들어, Ⅱ-Ⅵ족 화합물, Ⅱ-Ⅴ족 화합물, Ⅲ-Ⅵ족 화합물, Ⅲ-Ⅴ족 화합물, Ⅳ-Ⅵ족 화합물, Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ족 화합물, Ⅱ-Ⅳ-Ⅵ족 화합물 및 Ⅱ-Ⅳ-Ⅴ족 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
양자점은 코어(Core) 및 코어를 오버 코팅하는 쉘(Shell)을 포함하는 것일 수 있다. 코어는 이에 한정하는 것은 아니나, 예를 들어, CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InP, InAs, InSb, SiC, Ca, Se, In, P, Fe, Pt, Ni, Co, Al, Ag, Au, Cu, FePt, Fe2O3, Fe3O4, Si, 및 Ge 중 적어도 하나일 수 있다. 쉘은 이에 한정하는 것은 아니나, 예를 들어, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, HgS, HgSe, HgTe, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, GaSe, InN, InP, InAs, InSb, TlN, TlP, TlAs, TlSb, PbS, PbSe 및 PbTe 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
파장 변환 입자는 입사광을 서로 다른 파장으로 변환하는 복수의 파장 변환 입자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 파장 변환 입자는 특정 파장의 입사광을 제1 파장으로 변환하여 방출하는 제1 파장 변환 입자와 제2 파장으로 변환하여 방출하는 제2 파장 변환 입자를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 광원(400)에서 출사되어 파장 변환 입자에 입사되는 빛은 블루 파장의 빛이고, 상기 제1 파장은 그린 파장이고, 상기 제2 파장은 레드 파장일 수 있다. 예를 들어, 상기 블루 파장은 420 내지 470nm에서 피크를 갖는 파장이고, 상기 그린 파장은 520nm 내지 570nm에서 피크를 갖는 파장이고, 상기 레드 파장은 620nm 내지 670nm에서 피크를 갖는 파장일 수 있다. 그러나, 블루, 그린, 레드 파장이 위 예시에 제한되는 것은 아니며, 본 기술분야에서 블루, 그린, 레드로 인식될 수 있는 파장 범위를 모두 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
상기 예시적인 실시예에서, 파장 변환층(50)에 입사된 블루광은 파장 변환층(50)을 통과하면서 일부가 제1 파장 변환 입자에 입사하여 그린 파장으로 변환되어 방출되고, 다른 일부가 제2 파장 변환 입자에 입사하여 레드 파장으로 변환되어 방출되며, 나머지 일부는 제1 및 제2 파장 변환 입자에 입사되지 않고 그대로 출사될 수 있다. 따라서, 파장 변환층(50)을 통과한 빛은 블루 파장의 빛, 그린 파장의 빛, 및 레드 파장의 빛을 모두 포함하게 된다. 방출되는 서로 다른 파장의 빛들의 비율을 적절하게 조절하면 백색광 또는 다른 색의 출사광을 표시할 수 있다. 파장 변환층(50)에 변환된 빛들은 좁은 범위의 특정 파장 내에 집중되고, 좁은 반치폭을 갖는 샤프한 스펙트럼을 갖는다. 따라서, 이와 같은 스펙트럼의 빛을 컬러 필터로 필터링하여 색상을 구현할 경우, 색재현성이 개선될 수 있다.
상기 예시적인 실시예와는 달리, 입사광이 자외선 등과 같은 단파장의 빛이고 이를 각각 블루, 그린, 레드 파장으로 변환하는 3 종류의 파장 변환 입자가 파장 변환층(50) 내에 배치되어 백색광을 출사할 수도 있다.
파장 변환층(50)은 산란 입자를 더 포함할 수 있다. 산란 입자는 비양자점 입자로서, 파장 변환 기능이 없는 입자일 수 있다. 산란 입자는 입사된 빛을 산란시켜 더 많은 입사광이 파장 변환 입자 측으로 입사될 수 있도록 한다. 뿐만 아니라, 산란 입자는 파장별 빛의 출사각을 균일하게 제어하는 역할을 수행할 수 있다. 구체적으로 설명하면 일부의 입사광이 파장 변환 입자에 입사된 후 파장이 변환되어 방출될 때, 그 방출 방향은 무작위인 산란 특성을 갖는다. 만약, 파장 변환층(50) 내에 산란 입자가 없다면, 파장 변환 입자 충돌 후 방출하는 그린, 레드 파장은 산란 방출 특성을 갖지만, 파장 변환 입자의 충돌 없이 방출하는 블루 파장은 산란 방출 특성을 갖지 않아 출사 각도에 따라 블루/그린/레드 파장의 방출량이 상이해질 것이다. 산란 입자는 파장 변환 입자에 충돌하지 않고 방출되는 블루 파장에 대해서도 산란 방출 특성을 부여함으로써, 파장별 빛의 출사각을 유사하게 조절할 수 있다. 산란 입자로는 TiO2, SiO2 등이 사용될 수 있다.
파장 변환층(50)은 저굴절층(30)보다 두꺼울 수 있다. 파장 변환층의 두께는 약 10 내지 50㎛일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 파장 변환층(50)의 두께는 약 10㎛일 수 있다.
파장 변환층(50)은 코팅 등의 방법으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 파장 변환 하부층이 형성된 도광판(10) 상에 파장 변환 조성물을 슬릿 코팅하고, 건조 및 경화하여 파장 변환층(50)을 형성할 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니고, 다른 다양한 적층 방법이 적용될 수 있다.
파장 변환층(50) 상에는 파장 변환 상부층(60)이 배치될 수 있다. 파장 변환 상부층(60)은 수분 및/또는 산소(이하, '수분/산소'로 칭함)의 침투를 막는 패시베이션층일 수 있다. 파장 변환 상부층(60)은 복수의 적층막을 포함할 수 있다. 각 적층막은 무기막 또는 유기막을 포함할 수 있다. 파장 변환 상부층(60)은 적어도 하나의 무기막을 포함할 수 있다. 즉, 파장 변환 상부층(60)은 무기막의 단일막으로 이루어지거나 복수의 무기막으로 이루어지거나 유기막과 무기막의 적층막으로 이루어질 수 있다.
각 적층막은 고굴절 물질, 저굴절 물질 및/또는 투명 유기 물질을 포함하여 이루어질 수 있다. 파장 변환 상부층(60)은 저굴절 물질, 고굴절 물질 또는 투명 유기 물질로 이루어진 단층막일 수 있으며, 굴절률이 서로 다른 물질이 적층된 다층막일 수 있다. 일 실시예로 상기 고굴절 물질 및 저굴절 물질은 실리콘 질화물, 알루미늄 질화물, 지르코늄 질화물, 티타늄 질화물, 하프늄 질화물, 탄탈륨 질화물, 실리콘 산화물, 알루미늄 산화물, 티타늄 산화물, 주석 산화물, 세륨 산화물 및 실리콘 산화질화물 등 일 수 있다. 일 실시예로 고굴절 물질은 SiNx(실리콘 나이트라이드)이며, 저굴절 물질은 SiOx(실리콘 옥사이드)일 수 있다. 투명 유기 물질은 실리콘계 수지, 아크릴계 수지, 에폭시계 수지 등 일 수 있다.
파장 변환 상부층(60)은 파장 변환층(50)에 완전히 중첩하고 파장 변환층(50)의 상면을 덮을 수 있다. 일 실시예로 파장 변환 상부층(60)은 파장 변환층(50)의 상면만 덮을 수 있으나, 다른 실시예로 파장 변환 상부층(60)은 외측으로 더 연장되어 파장 변환층(50)의 측면과 파장 변환 하부층(70)의 측면까지 덮을 수 있다.
파장 변환 상부층(60)의 두께는 0.1㎛ 내지 5㎛일 수 있다. 일 실시예로 파장 변환 상부층(60)이 유기막을 포함하지 않는 경우, 파장 변환 상부층(60)의 두께는 0.15㎛ 내지 0.5㎛일 수 있다. 다른 실시예로 파장 변환 상부층(60)이 유기막을 포함하는 경우, 파장 변환 상부층(60)의 두께는 1㎛ 내지 5㎛일 수 있다. 파장 변환 상부층(60)의 두께는 파장 변환층(50)보다 작을 수 있다. 파장 변환 상부층(60)의 두께가 0.1㎛ 이상이면 유의미한 수분/산소 침투 방지 기능을 발휘할 수 있다. 파장 변환 상부층(60)의 두께가 2㎛ 이하인 것이 박막화 및 투과율 관점에서 유리하다. 다만 파장 변환 상부층(60)의 두께가 이에 한정되는 것은 아니며, 파장 변환 상부층(60)은 다양한 두께로 배치될 수 있다. 파장 변환 상부층(60)의 적층 물질의 굴절률 및 적층 두께 등에 따라서 상부로 추출되는 빛의 양, 다시 말해 투과율에 영향을 줄 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
파장 변환 상부층(60)은 코팅 및 증착 등의 방법으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 무기물을 포함하는 무기막은 파장 변환 하부층(70)과 파장 변환층(50)이 순차 형성된 도광판(10) 상에 화학 기상 증착 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 유기물을 포함하는 유기막은 도광판 상에 코팅 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니고, 다른 다양한 적층 방법이 적용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 광학 부재(100)는 광 가이드 기능과 파장 변환 기능을 동시에 수행할 수 있다. 광학 부재(100)는 파장 변환 하부층(70) 및 파장 변환 상부층(60)을 포함할 수 있다. 파장 변환 하부층(70)은 저굴절층(30), 저굴절 하부층(20) 및 저굴절 상부층(40)을 포함할 수 있다. 저굴절 하부층(20) 및 저굴절 상부층(40)은 저굴절층(30)의 굴절률보다 큰 물질로 이루어질 수 있다. 저굴절 하부층(20) 및 저굴절 상부층(40)은 광학 부재로 입사된 광의 보강 간섭 또는 상쇄 간섭에 의한 영향을 변화시키므로 광 투과율을 향상시킬 수 있다. 파장 변환 상부층(60)은 고굴절 물질 또는 저굴절 물질 중 적어도 하나의 물질로 이루어진 층을 포함할 수 있다. 또한 파장 변환 상부층(60)은 투명 유기 물질을 더 포함하는 다층막 일 수 있다. 파장 변환 상부층(60)은 파장 변환층을 완전히 덮어 수분/산소의 침투를 막는다. 또한 파장 변환 상부층(60)은 파장 변환층을 투과한 광이 광학 부재(100) 외부로 효과적으로 출광 되도록 하여 광학 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 광학 부재(100)의 파장 변환층(50) 상에 배치되는 파장 변환 상부층(60)은 별도의 필름으로 제공되는 파장 변환 필름보다 제조 단가를 낮추고 두께를 감소시킬 수 있다. 일 예로, 파장 변환 필름은 파장 변환층(50) 상하부 배리어 필름을 부착하는데, 배리어 필름은 고가일 뿐만 아니라 두께도 100㎛ 이상으로 두꺼워, 파장 변환 필름의 전체 두께는 약 270㎛에 이른다. 반면, 본 실시예에 따른 광학 부재(100)의 경우 도광판(10)을 제외한 전체 두께를 약 12㎛ 내지 13㎛의 수준으로 유지할 수 있어, 이를 채용하는 표시 장치의 두께를 감소시킬 수 있다. 또한, 광학 부재(100)는 고가의 배리어 필름을 생략할 수 있어 제조 단가도 파장 변환 필름보다 저렴한 수준으로 관리할 수 있다.
이하, 파장 변환 하부층에 있어서 최대 광 투과율을 얻기 위한 파장 변환 하부층의 적층 구조 및 두께에 대해 설명한다. 광이 굴절률이 서로 다른 매질을 투과할 때, 서로 다른 굴절률을 가진 매질이 만나는 지점에서 광의 반사와 굴절이 일어난다. 매질의 굴절률과 두께를 알 수 있다면, 광의 반사와 굴절에 관한 프레넬 방정식(Fresnel equations)을 통해 적층 구조의 투과율을 도출할 수 있다. 즉, 파장 변환 하부층의 적층 구조 및 두께에 따른 투과율을 도출하기 위한 시뮬레이션을 수행할 수 있다.
도 5는 파장 변환 하부층의 적층 Case 및 도광판 상부 SiNx 두께에 따른 투과율 변화 그래프이다. 도 6은 파장 변환 하부층의 적층 Case 별 최대 투과율 확보를 위한 적층 구조 및 두께를 나타내는 표이다.
도 5(a)는 시뮬레이션을 수행하기 위한 조건을 설명한다. 도 5(a)에서 저굴절 하부층과 저굴절 상부층이 모두 2개의 층을 갖는 경우를 예로 하여 설명하고, 저굴절 하부층과 저굴절 상부층이 생략되거나 하나의 층 만을 갖는 경우에는 편의상 해당 층의 두께가 0㎛인 것으로 표현하기로 한다.
도 2 및 도 5(a)를 참조하면, 파장 변환 하부층(70)은 도광판(10) 상에 저굴절 하부층(20), 저굴절층(30), 저굴절 상부층(40) 순으로 적층 되어 있다. 파장 변환 하부층(70)은 도광판(10)과 파장 변환층(50) 사이에 개재될 수 있다. 저굴절 하부층(20) 및 저굴절 상부층(40)은 각각 2개 이하의 층을 포함할 수 있다.
시뮬레이션 조건에서 각 층의 두께는 0㎛ 내지 0.2㎛ 범위에서 선택된다. 두께가 0㎛라는 것은 상술한 바와 같이 해당 층을 포함하지 않는 것을 의미한다. 시뮬레이션 조건에서 저굴절층(30)의 두께는 1㎛로 설정된다. 저굴절 하부층(20) 및 저굴절 상부층(40)이 포함하는 층은 고굴절 물질과 저굴절 물질로 이루어질 수 있다. 일 실시예로 고굴절 물질은 SiNx(실리콘 나이트라이드)이며, 저굴절 물질은 SiOx(실리콘 옥사이드)일 수 있다. 이하, 고굴절 물질은 SiNx이고 저굴절 물질은 SiOx인 것으로 설명한다. 고굴절 물질을 포함하는 층과 저굴절 물질을 포함하는 층은 교번적으로 적층 될 수 있다. 고굴절 물질과 저굴절 물질의 굴절률은 저굴절층의 굴절률보다 클 수 있다. 적층 구조에 따라 파장 변환 하부층(70)의 광 투과율을 구하기 위한 조건을 4개로 구분할 수 있다.
파장 변환 하부층의 Case 1은 도광판 상에 저굴절 물질, 고굴절 물질 순으로 적층 된 저굴절 하부층(20)과 저굴절층 상에 고굴절 물질, 저굴절 물질 순으로 적층 된 저굴절 상부층(40)을 포함한다.
파장 변환 하부층의 Case 2는 도광판 상에 고굴절 물질, 저굴절 물질 순으로 적층 된 저굴절 하부층(20)과 저굴절층 상에 고굴절 물질, 저굴절 물질 순으로 적층 된 저굴절 상부층(40)을 포함한다.
파장 변환 하부층의 Case 3는 도광판 상에 고굴절 물질, 저굴절 물질 순으로 적층 된 저굴절 하부층(20)과 저굴절층 상에 저굴절 물질, 고굴절 물질 순으로 적층 된 저굴절 상부층(40)을 포함한다.
파장 변환 하부층의 Case 4는 도광판 상에 저굴절 물질, 고굴절 물질 순으로 적층 된 저굴절 하부층(20)과 저굴절층 상에 저굴절 물질, 고굴절 물질 순으로 적층 된 저굴절 상부층(40)을 포함한다.
도 5(b)는 Case 1에 있어서, 도광판 상에 배치된 저굴절 하부층의 SiNx의 두께에 따른 적층 조건 별 투과율 변화를 나타내는 그래프이다. 도 5(b)는 시뮬레이션 결과에 대한 일 예이며, 도 5(b)와 같은 방식으로 다른 Case의 적층 구조를 가진 파장 변환 하부층의 투과율을 구할 수 있다. 여기서 투과율이란 광원을 통해 입사된 청색 광 대비 파장 변환 하부층을 투과하여 외부로 방출된 청색 광의 비율을 의미한다. 도 5(b)의 그래프 상 SiNx는 고굴절 물질을 지칭하며, SiOx는 저굴절 물질을 지칭한다.
도 2 및 도 5(b)를 참조하면, 도 5(b)의 시뮬레이션이 수행되는 파장 변환 하부층(70)은 상술한 Case 1의 구조를 가지고 있다. Case 1의 파장 변환 하부층(70)은 SiNx, SiOx 순으로 적층 된 저굴절 하부층(20)과 SiNx, SiOx 순으로 적층 된 저굴절 상부층(40)을 포함한다. 저굴절 하부층(20)의 SiNx는 도 5(b)의 그래프 상 X축에 해당하는 SiNx 두께에 대응한다. 즉, 그래프에서 SiNx는 변동되는 값이며, 저굴절 하부층(20)의 SiNx을 제외한 저굴절 하부층(20)의 SiOx와 저굴절 상부층(40)의 SiNx와 SiOx의 두께는 지정된 값을 가진다. 도 5(b)는 저굴절 하부층(20)의 SiOx의 두께가 각 0.06㎛, 0.08㎛ 및 0.2㎛인 경우 저굴절 하부층(20)의 SiNx의 두께에 따른 투과율 변화를 나타내는 3개의 그래프(G1, G2, G3)를 도시한다. 이 때, 저굴절 상부층(40)의 SiNx와 SiOx의 두께는 각 0㎛으로 파장 변환 하부층(70)이 저굴절 상부층(40)을 포함하지 않는 경우를 나타낸다.
G1은 저굴절 하부층(20)의 SiOx의 두께가 0.06㎛일 때의 투과율의 변화를 나타내는 그래프이다. G2는 저굴절 하부층(20)의 SiOx의 두께가 0.08㎛일 때의 투과율의 변화를 나타내는 그래프이다. G3은 저굴절 하부층(20)의 SiOx의 두께가 0.2㎛일 때의 투과율의 변화를 나타내는 그래프이다. G1은 저굴절 하부층(20)의 SiNx의 두께가 약 0.1㎛일 때 최대 투과율을 가진다. G2는 저굴절 하부층(20)의 SiNx의 두께가 약 0.02㎛ 또는 약 0.14㎛일 때 최대 투과율을 가진다. G3는 저굴절 하부층(20)의 SiNx의 두께가 약 0.1㎛일 때 최대 투과율을 가진다. 즉, 적층 순서 및 적층 두께와 같은 적층 구조가 변하면 투과율도 같이 변화한다. 이를 통해 각 적층 조건에서의 최대 투과율을 확인할 수 있으며, 그에 따라, 최대 투과율을 갖는 각 적층 조건을 결정할 수 있다.
도 6은 파장 변환 하부층의 적층 Case 별 최대 청색 광 투과율 확보를 위한 적층 구조 및 두께를 나타내는 표이다. 도 6은 각 적층 Case 별 투과율이 높은 3개의 결과값을 나타낸다. 1.5T의 Glass는 1.5mm 두께의 도광판을 의미한다. 저굴절층은 1㎛이고, 파장 변환층은 10㎛인 경우에 대한 시뮬레이션 결과값이다. 도 6에서 SiOx는 저굴절 물질의 일 예이며, SiNx는 고굴절 물질의 일 예이다.
도 2 및 도 6을 참조하면, Case 1의 result 3은 도 5(b)에서 설명하였던 G1에 따른 결과값이다. Case 1의 result 3는 SiNx 0.1㎛, SiOx 0.06㎛가 도광판 상에 차례로 적층되는 저굴절 하부층(20)을 포함하고, 저굴절 상부층(40)의 SiNx와 SiOx가 0㎛, 즉 파장 변환 하부층(70)이 저굴절 상부층(40)을 포함하지 않는 파장 변환 하부층(70)의 투과율을 나타낸다. result 3의 파장 변환 하부층(70)은 81.3%의 청색 광 투과율을 가진다. 이와 같이 각 Case 별 최대 청색 광 투과율을 구하면 4개의 Case 모두 약 81.4%의 최대 투과율을 가질 수 있다. 다양한 실시예에 따른 파장 변환 하부층의 적층 구조는 이하 도 7 내지 도 14에서 상세히 설명한다.
도 7 내지 도 14는 다양한 실시예에 따른 파장 변환 하부층의 단면도들이다. 도 7 내지 도 14의 실시예들은 파장 변환 하부층(71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78)의 각 구성들이 다양하게 배치될 수 있음을 예시한다. 파장 변환 하부층(71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78)은 저굴절층(30)을 포함하되, 저굴절 하부층(도 2의 '20') 또는 저굴절 상부층(도 2의 '40')을 더 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서 파장 변환 하부층은 저굴절 하부층 또는 저굴절 상부층을 포함하지 않는다. 다만, 파장 변환 하부층(71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78)은 효과적으로 전반사를 유도하고 광 투과율을 향상하기 위해 저굴절 하부층(도 2의 '20') 및 저굴절 상부층(도 2의 '40') 중 적어도 하나의 층을 포함할 수 있다. 저굴절 하부층(도 2의 '20') 및 저굴절 상부층(도 2의 '40')은 단층 구조일 수 있으며, 고굴절 물질과 저굴절 물질이 교대로 적층된 다층 구조일 수 있다. 이하 고굴절 물질의 예시로 SiNx를 들고 저굴절 물질의 예시로 SiOx를 들어 설명한다. 다만 고굴절 물질 및 저굴절 물질은 이에 한정되지 아니한다.
도 7은 파장 변환 하부층(71)의 저굴절 하부층(21) 및 저굴절 상부층(41)이 단층 구조인 것을 예시한다. 도 7의 파장 변환 하부층(71)은 도 6의 Case 2의 result 2에 대응하는 구조이다. 즉, 도 7의 파장 변환 하부층(71)에서 저굴절 하부층(21)은 고굴절 물질로 이루어진 단층이고, 저굴절 상부층(41)은 저굴절 물질로 이루어진 단층이다. 일 실시예로 저굴절 하부층(21)은 SiNx로 이루어지고 두께는 0.06㎛이다, 저굴절 상부층(41)은 SiOx로 이루어지고 두께는 0.1㎛이다. 일 실시예에 따른 파장 변환 하부층(71)의 청색 광 투과율은 81.3%이다.
도 8은 파장 변환 하부층(72)의 저굴절 하부층(22a, 22b)이 서로 다른 굴절률을 가진 물질이 교대로 적층 되고 저굴절 상부층(42)이 단층 구조인 것을 예시한다. 도 8의 파장 변환 하부층(72)은 도 6의 Case 1의 result 1 및 result 2에 대응하는 구조이다. 즉, 도 8의 파장 변환 하부층(72)에서 저굴절 하부층(22a, 22b)은 굴절률이 서로 다른 제1 저굴절 하부층(22a) 및 제2 저굴절 하부층(22b)을 포함하는 다층으로 이루어질 수 있으며, 저굴절 상부층(42)은 저굴절 물질의 단층으로 이루어질 수 있다. 제1 저굴절 하부층(22a)의 굴절률은 제2 저굴절 하부층(22b)의 굴절률보다 클 수 있다. 제2 저굴절 하부층(22b)은 저굴절 상부층(42)과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 일 실시예로 제1 저굴절 하부층(22a)은 SiNx로 이루어지고 두께는 0.02㎛이다. 제2 저굴절 하부층(22b)은 SiOx로 이루어지고 두께는 0.06㎛이다. 저굴절 상부층(42)은 저굴절 물질인 SiOx로 이루어지고 두께는 0.04㎛이다. 이에 따른 파장 변환 하부층(72)의 청색 광 투과율은 81.4%이다. 다른 실시예에 따른 파장 변환 하부층(72)은 일 실시예의 파장 변환 하부층(72)과 동일한 물질로 적층 되며 각 층의 두께를 달리한다. 제1 저굴절 하부층(22a)의 두께는 0.02㎛이다. 제2 저굴절 하부층(22b)의 두께는 0.08㎛이다. 저굴절 상부층(42)의 두께는 0.14㎛이다. 이에 따른 파장 변환 하부층(72)의 청색 광 투과율은 81.4%이다.
도 9는 파장 변환 하부층(73)의 저굴절 하부층(23a, 23b)이 서로 다른 굴절률을 가진 물질이 교대로 적층 되고 저굴절 상부층(43)이 단층 구조인 것을 예시한다. 도 9의 파장 변환 하부층(73)은 도 6의 Case 2의 result 1 및 result 3에 대응하는 구조이다. 즉, 도 9의 파장 변환 하부층(73)에서 저굴절 하부층(23a, 23b)은 굴절률이 서로 다른 제1 저굴절 하부층(23a) 및 제2 저굴절 하부층(23b)을 포함하는 다층으로 이루어질 수 있으며, 저굴절 상부층(43)은 저굴절 물질의 단층으로 이루어질 수 있다. 도 9의 실시예는 도 8과 동일한 층 수를 포함하지만, 도 9의 실시예에 있어서 제1 저굴절 하부층(23a)의 굴절률은 제2 저굴절 하부층(23b)의 굴절률보다 작을 수 있다. 또한, 제1 저굴절 하부층(23a)은 저굴절 상부층(43)과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 일 실시예로 제1 저굴절 하부층(23a)은 SiOx로 이루어지고 두께는 0.06㎛이다. 제2 저굴절 하부층(23b)은 SiNx로 이루어지고 두께는 0.08㎛이다. 저굴절 상부층(43)은 SiOx로 이루어지고 두께는 0.02㎛이다. 이에 따른 파장 변환 하부층(73)의 청색 광 투과율은 81.4%이다. 다른 실시예에 따른 파장 변환 하부층(73)은 일 실시예의 파장 변환 하부층(73)과 동일한 물질로 적층 되며 각 층의 두께를 달리한다. 제1 저굴절 하부층(23a)의 두께는 0.04㎛이다. 제2 저굴절 하부층(23b)의 두께는 0.08㎛이다. 저굴절 상부층(43)의 두께는 0.02㎛이다. 이에 따른 파장 변환 하부층(73)의 청색 광 투과율은 81.3%이다.
도 10은 저굴절 하부층을 포함하지 않고, 저굴절 상부층(44a, 44b)이 다층 구조인 파장 변환 하부층(74)을 예시한다. 도 10의 파장 변환 하부층(74)은 도 6의 Case 4의 result 3에 대응하는 구조이다. 즉, 도 10의 파장 변환 하부층(74)에서 저굴절 하부층은 두께가 0㎛으로 배치되지 않으며, 저굴절 상부층(44a, 44b)은 굴절률이 서로 다른 제1 저굴절 상부층(44a) 및 제2 저굴절 상부층(44b)을 포함하는 다층으로 이루어질 수 있다. 제1 저굴절 상부층(44a)의 굴절률은 제2 저굴절 상부층(44b)의 굴절률보다 작을 수 있다. 일 실시예로 제1 저굴절 상부층(44a)은 SiOx로 이루어지고 두께는 0.06㎛이다. 제2 저굴절 상부층(44b)은 SiNx로 이루어지고 두께는 0.1㎛이다. 이에 따른 파장 변환 하부층(74)의 청색 광 투과율은 81.3%이다.
도 11은 파장 변환 하부층(75)의 저굴절 하부층(25)이 단층 구조이고, 저굴절 상부층(45a, 45b)이 서로 다른 굴절률을 가진 물질이 교대로 적층 된 다층 구조인 것을 예시한다. 도 11의 파장 변환 하부층(75)은 도 6의 Case 3의 result 1에 대응하는 구조이다. 즉, 도 11의 파장 변환 하부층(75)에서 저굴절 하부층(25)은 고굴절 물질을 포함하는 단층 구조이고, 저굴절 상부층(45a, 45b)은 굴절률이 서로 다른 제1 저굴절 상부층(45a) 및 제2 저굴절 상부층(45b)을 포함하는 다층으로 이루어질 수 있다. 제1 저굴절 상부층(45a)의 굴절률은 제2 저굴절 상부층(45b)의 굴절률보다 작을 수 있다. 저굴절 하부층(25)은 제2 저굴절 상부층(45b)과 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 일 실시예로 저굴절 하부층(25)은 SiNx로 이루어지고 두께는 0.02㎛이다. 제1 저굴절 상부층(45a)은 SiOx로 이루어지고 두께는 0.06㎛이다. 제2 저굴절 상부층(45b)은 SiNx로 이루어지고 두께는 0.04㎛이다. 이에 따른 파장 변환 하부층(75)의 청색 광 투과율은 81.4%이다.
도 12는 파장 변환 하부층(76)의 저굴절 하부층(26)이 단층 구조이고, 저굴절 상부층(46a, 46b)이 서로 다른 굴절률을 가진 물질이 교대로 적층 된 다층 구조인 것을 예시한다. 도 12의 파장 변환 하부층(76)은 도 6의 Case 4의 result 1 및 result 2에 대응하는 구조이다. 즉, 도 12의 파장 변환 하부층(76)에서 저굴절 하부층(26)은 고굴절 물질을 포함하는 단층 구조이고, 저굴절 상부층(46a, 46b)은 굴절률이 서로 다른 제1 저굴절 상부층(46a) 및 제2 저굴절 상부층(46b)을 포함하는 다층으로 이루어질 수 있다. 제1 저굴절 상부층(46a)의 굴절률은 제2 저굴절 상부층(46b)의 굴절률보다 작을 수 있다. 도 12의 실시예는 도 11과 동일한 층 수를 포함하지만, 도 11의 실시예에 있어서 저굴절 하부층(26)이 저굴절 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 저굴절 하부층(26)은 제1 저굴절 상부층(46a)과 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 일 실시예로 저굴절 하부층(26)은 SiOx로 이루어지고 두께는 0.06㎛이다. 제1 저굴절 상부층(46a)은 SiOx로 이루어지고 두께는 0.08㎛이다. 제2 저굴절 상부층(46b)은 SiNx로 이루어지고 두께는 0.02㎛이다. 이에 따른 파장 변환 하부층(76)의 청색 광 투과율은 81.4%이다. 다른 실시예에 따른 파장 변환 하부층(76)은 일 실시예의 파장 변환 하부층(76)과 동일한 물질로 적층 되며 각 층의 두께를 달리한다. 저굴절 하부층(26)의 두께는 0.04㎛이다. 제1 저굴절 상부층(46a)의 두께는 0.08㎛이다. 제2 저굴절 상부층(46b)의 두께는 0.02㎛이다. 이에 따른 파장 변환 하부층(76)의 청색 광 투과율은 81.3%이다.
도 13은 파장 변환 하부층(77)의 저굴절 하부층(27a, 27b) 및 저굴절 상부층(47a, 47b)이 서로 다른 굴절률을 가진 물질이 교대로 적층 된 다층 구조인 것을 예시한다. 도 13의 파장 변환 하부층(77)은 도 6의 Case 3의 result 2 및 result 3에 대응하는 구조이다. 즉, 도 13의 파장 변환 하부층(77)에서 저굴절 하부층(27a, 27b)은 굴절률이 서로 다른 제1 저굴절 하부층(27a) 및 제2 저굴절 하부층(27b)을 포함하는 다층으로 이루어지고, 저굴절 상부층(47a, 47b)은 굴절률이 서로 다른 제1 저굴절 상부층(47a) 및 제2 저굴절 상부층(47b)을 포함하는 다층으로 이루어질 수 있다. 제1 저굴절 하부층(27a)의 굴절률은 제2 저굴절 하부층(27b)의 굴절률보다 클 수 있다. 제1 저굴절 상부층(47a)의 굴절률은 제2 저굴절 상부층(47b)의 굴절률보다 작을 수 있다. 또한, 제1 저굴절 하부층(27a)은 제2 저굴절 상부층(47b)과 동일한 물질로 이루어질 수 있으며, 제2 저굴절 하부층(27b)은 제1 저굴절 상부층(47a)과 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 일 실시예로 제1 저굴절 하부층(27a)은 SiNx로 이루어지고 두께는 0.02㎛이다. 제2 저굴절 하부층(27b)은 SiOx로 이루어지고 두께는 0.02㎛이다. 제1 저굴절 상부층(47a)은 SiOx로 이루어지고 두께는 0.04㎛이다. 제2 저굴절 상부층(47b)은 SiNx로 이루어지고 두께는 0.06㎛이다. 이에 따른 파장 변환 하부층(77)의 청색 광 투과율은 81.4%이다. 다른 실시예에 따른 파장 변환 하부층(77)은 일 실시예의 파장 변환 하부층(77)과 동일한 물질로 적층 되며 각 층의 두께를 달리한다. 제1 저굴절 하부층(27a)의 두께는 0.02㎛이다. 제2 저굴절 상부층(47b)의 두께는 0.04㎛이다. 제1 저굴절 상부층(47a)의 두께는 0.02㎛이다. 제2 저굴절 상부층(47b)의 두께는 0.08㎛이다. 이에 따른 파장 변환 하부층(77)의 청색 광 투과율은 81.4%이다.
도 14는 도 10과 반대로 저굴절 상부층을 포함하지 않고, 저굴절 하부층(28a, 28b)이 다층 구조인 파장 변환 하부층(78)을 예시한다. 도 14의 파장 변환 하부층(78)은 도 6의 Case 1의 result 3에 대응하는 구조이다. 즉, 도 14의 파장 변환 하부층(78)에서 저굴절 상부층은 두께가 0㎛으로 배치되지 않으며, 저굴절 하부층(28a, 28b)은 굴절률이 서로 다른 제1 저굴절 하부층(28a) 및 제2 저굴절 하부층(28b)을 포함하는 다층으로 이루어질 수 있다. 제1 저굴절 하부층(28a)의 굴절률은 제2 저굴절 하부층(28b)의 굴절률보다 클 수 있다. 일 실시예로 제1 저굴절 하부층(28a)은 SiNx로 이루어지고 두께는 0.1㎛이다. 제2 저굴절 하부층(28b)은 SiOx로 이루어지고 두께는 0.06㎛이다. 이에 따른 파장 변환 하부층(78)의 청색 광 투과율은 81.3%이다.
도 15는 파장 변환 상부층의 적층 Case 및 파장 변환층 상부 SiNx 두께에 따른 투과율 변화 그래프이다. 도 16은 파장 변환 상부층의 적층 Case 별 최대 투과율 확보를 위한 적층 구조 및 두께를 나타내는 표이다.
도 2 및 도 15를 참조하면, 도 15(a)는 시뮬레이션을 수행하기 위한 조건을 설명한다. 파장 변환 상부층(60)은 파장 변환층(50) 상에 배치될 수 있다. 파장 변환 상부층(60)은 고굴절 물질, 저굴절 물질 및 투명 유기 물질을 포함할 수 있다. 일 실시예로 고굴절 물질은 SiNx(실리콘 나이트라이드)이며, 저굴절 물질은 SiOx(실리콘 옥사이드)일 수 있다. 이하, 고굴절 물질은 SiNx이고 저굴절 물질은 SiOx인 것으로 설명한다. 투명 유기 물질은 실리콘계 수지, 아크릴계 수지, 에폭시계 수지 등 일 수 있다. 고굴절 물질 및 저굴절 물질을 포함하는 각 층은 두께가 0㎛ 내지 0.2㎛일 수 있다. 투명 유기 물질을 포함하는 층은 두께가 0㎛ 내지 5㎛일 수 있다. 두께가 0㎛라는 것은 해당 층을 포함하지 않는 것을 의미한다. 고굴절 물질, 저굴절 물질 및 투명 유기 물질을 포함하는 층의 적층 구조에 따라 총 6개의 조건으로 구분할 수 있으나, 실질적으로 높은 광 투과율을 나타내는 3개의 조건에 대해 설명한다.
파장 변환 상부층(60)의 Case 1은 파장 변환층(50) 상에 고굴절 물질, 저굴절 물질, 투명 유기 물질을 포함하는 층 순으로 적층 된 구조를 포함할 수 있다.
파장 변환 상부층(60)의 Case 2은 파장 변환층(50) 상에 고굴절 물질, 투명 유기 물질을, 저굴절 물질을 포함하는 층 순으로 적층 된 구조를 포함할 수 있다.
파장 변환 상부층(60)의 Case 3은 파장 변환층(50) 상에 투명 유기 물질, 고굴절 물질, 저굴절 물질을 포함하는 층 순으로 적층 된 구조를 포함할 수 있다.
도 15(b)는 Case 2에 있어서, 파장 변환층(50) 상에 배치된 SiNx의 두께에 따른 투과율 변화를 나타내는 그래프이다. 도 15(b)는 시뮬레이션 결과에 대한 일 예이며, 도 15(b)와 같은 방식으로 다른 Case의 적층 구조를 가진 파장 변환 상부층(60)의 투과율을 구할 수 있다. 여기서 투과율이란 파장 변환층(50)을 통해 입사된 백색 광 대비 파장 변환 상부층(60)을 투과하여 외부로 방출된 백색 광의 비율을 의미한다. 도 15(b)의 그래프 상 SiNx는 고굴절 물질을 지칭하며, SiOx는 저굴절 물질을 지칭한다.
도 15(b)를 참조하면, 파장 변환 상부층(60)의 SiNx의 두께가 변화함에 따라 투과율도 변화하는 것을 알 수 있다. SiNx의 두께가 변하는 경우 광의 보강 간섭 또는 상쇄 간섭에 의한 영향이 변화하므로 광 투과율이 변하게 된다. 재료에 의한 광 흡수로 인해 SiNx의 두께가 두꺼워질수록 최대 광 투과율 값이 낮아지는 경향을 보인다. Case 2에 따른 파장 변환 상부층(60)은 SiNx의 두께가 약 0.1㎛일 때 최대 투과율을 가진다. 이처럼 Case 1 내지 Case 3에 따른 파장 변환 상부층(60)의 적층 순서 및 적층 두께와 같은 적층 구조를 변화하여 각 적층 조건에서의 최대 투과율을 구할 수 있다.
도 16은 파장 변환 상부층의 적층 Case 별 최대 투과율 확보를 위한 적층 구조 및 두께를 나타내는 표이다. 도 16은 각 적층 Case 별 투과율이 높은 3개의 결과값을 나타낸다. 도 16에서 SiNx는 고굴절 물질의 일 예이고, SiOx는 저굴절 물질의 일 예이다. OC는 투명 유기 물질을 지칭한다. 각 Case 별 최대 광 투과율을 구하면 파장 변환 상부층(60)은 87.5% 내지 88.2%의 최대 광 투과율을 가질 수 있다. 다양한 실시예에 따른 파장 변환 상부층(60)의 적층 구조는 이하 도 17 내지 도 20에서 상세히 설명한다.
도 17 내지 도 20은 다양한 실시예에 따른 파장 변환 상부층(61, 62, 63, 64)의 단면도들이다. 도 17 내지 도 20의 실시예들은 파장 변환 상부층(61, 62, 63, 64)의 각 구성들이 다양하게 배치될 수 있음을 예시한다. 파장 변환 상부층(61, 62, 63, 64)은 효과적으로 광을 투과하고 파장 변환층으로 수분/산소가 침투하는 것을 방지하기 위해 고굴절 물질, 저굴절 물질 및 투명 유기 물질 중 적어도 두개 이상의 물질을 포함하는 층이 적층된 다층 구조일 수 있다.
도 17은 파장 변환층(50) 상에 파장 변환 상부층이 배치되고, 파장 변환 상부층(61a, 61b)은 제1 파장 변환 상부층(61a)과 제2 파장 변환 상부층(61b)을 포함하는 다층 구조인 것을 예시한다. 도 17의 파장 변환 상부층(61a, 61b)은 도 16의 Case 1의 result 1 내지 result 3에 대응하는 구조이다. 즉, 도 17의 파장 변환 상부층(61a, 61b)은 고굴절 물질을 포함하지 않으며, 굴절률이 서로 다른 제1 파장 변환 상부층(61a) 및 제2 파장 변환 상부층(61b)을 포함하는 다층으로 이루어질 수 있다. 제1 파장 변환 상부층(61a)의 굴절률은 제2 파장 변환 상부층(61b)의 굴절률보다 클 수 있다. 일 실시예로 제1 파장 변환 상부층(61a)은 SiOx로 이루어지고 두께는 0.1㎛이다. 제2 파장 변환 상부층(61b)은 투명 유기 물질로 이루어지고 두께는 2㎛이다. 이에 따른 파장 변환 상부층(61a, 61b)의 백색 광 투과율은 87.9%이다. 다른 실시예에 따른 파장 변환 상부층(61a, 61b)은 일 실시예의 파장 변환 상부층과 동일한 물질로 적층 되며 각 층의 두께를 달리한다. 제1 파장 변환 상부층(61a)의 두께는 0.1㎛이다. 제2 파장 변환 상부층(61b)의 두께는 3.5㎛이다. 이에 따른 파장 변환 상부층(61a, 61b)의 백색 광 투과율은 87.7%이다. 또 다른 실시예에 따른 파장 변환 상부층(61a, 61b)은 일 실시예의 파장 변환 상부층과 동일한 물질로 적층 되며 각 층의 두께를 달리한다. 제1 파장 변환 상부층(61a)의 두께는 0.1㎛이다. 제2 파장 변환 상부층(61b)의 두께는 4.5㎛이다. 이에 따른 파장 변환 상부층(61a, 61b)의 백색 광 투과율은 87.5%이다.
도 18은 파장 변환층(50) 상에 파장 변환 상부층(62a, 62b)이 배치되고, 파장 변환 상부층은 제1 파장 변환 상부층(62a)과 제2 파장 변환 상부층(62b)을 포함하는 다층 구조인 것을 예시한다. 도 18의 파장 변환 상부층(62a, 62b)은 도 16의 Case 2의 result 1 내지 result 3에 대응하는 구조이다. 즉, 도 18의 파장 변환 상부층(62a, 62b)은 투명 유기 물질을 포함하지 않으며, 굴절률이 서로 다른 제1 파장 변환 상부층(62a) 및 제2 파장 변환 상부층(62b)을 포함하는 다층으로 이루어질 수 있다. 제1 파장 변환 상부층(62a)의 굴절률은 제2 파장 변환 상부층(62b)의 굴절률보다 클 수 있다. 일 실시예로 제1 파장 변환 상부층(62a)은 SiNx로 이루어지고 두께는 0.1㎛이다. 제2 파장 변환 상부층(62b)은 SiOx로 이루어지고 두께는 0.05㎛이다. 이에 따른 파장 변환 상부층(62a, 62b)의 백색 광 투과율은 88.2%이다. 다른 실시예에 따른 파장 변환 상부층(62a, 62b)은 일 실시예의 파장 변환 상부층과 동일한 물질로 적층 되며 각 층의 두께를 달리한다. 제1 파장 변환 상부층(62a)의 두께는 0.1㎛이다. 제2 파장 변환 상부층(62b)의 두께는 0.2㎛이다. 이에 따른 파장 변환 상부층(62a, 62b)의 백색 광 투과율은 87.9%이다. 또 다른 실시예에 따른 파장 변환 상부층(62a, 62b)은 일 실시예의 파장 변환 상부층과 동일한 물질로 적층 되며 각 층의 두께를 달리한다. 제1 파장 변환 상부층(62a)의 두께는 0.1㎛이다. 제2 파장 변환 상부층(62b)의 두께는 0.35㎛이다. 이에 따른 파장 변환 상부층(62a, 62b)의 백색 광 투과율은 87.7%이다.
도 19는 파장 변환층(50) 상에 파장 변환 상부층(63a, 63b)이 배치되고, 파장 변환 상부층(63a, 63b)은 제1 파장 변환 상부층(63a)과 제2 파장 변환 상부층(63b)을 포함하는 다층 구조인 것을 예시한다. 도 19의 파장 변환 상부층(63a, 63b)은 도 16의 Case 3의 result 1에 대응하는 구조이다. 즉, 도 17의 파장 변환 상부층은 저굴절 물질을 포함하지 않으며, 굴절률이 서로 다른 제1 파장 변환 상부층(63a) 및 제2 파장 변환 상부층(63b)을 포함하는 다층으로 이루어질 수 있다. 제1 파장 변환 상부층(63a)의 굴절률은 제2 파장 변환 상부층(63b)의 굴절률보다 작을 수 있다. 일 실시예로 제1 파장 변환 상부층(63a)은 투명 유기 물질로 이루어지고 두께는 1㎛이다. 제2 파장 변환 상부층(63b)은 SiNx로 이루어지고 두께는 0.05㎛이다. 이에 따른 파장 변환 상부층(63a, 63b)의 백색 광 투과율은 88.2%이다.
도 20은 파장 변환층(50) 상에 파장 변환 상부층(64a, 64b, 64c)이 배치되고, 파장 변환 상부층(64a, 64b, 64c)은 제1 파장 변환 상부층(64a), 제2 파장 변환 상부층(64b) 및 제3 파장 변환 상부층(64c)을 포함하는 다층 구조인 것을 예시한다. 도 20의 파장 변환 상부층(64a, 64b, 64c)은 도 16의 Case 3의 result 2 내지 result 3에 대응하는 구조이다. 즉, 도 20의 파장 변환 상부층(64a, 64b, 64c)은 굴절률이 서로 다른 제1 파장 변환 상부층(64a), 제2 파장 변환 상부층(64b) 및 제3 파장 변환 상부층(64c)을 포함하는 다층으로 이루어질 수 있다. 제1 파장 변환 상부층(64a)의 굴절률이 가장 작을 수 있으며, 제2 파장 변환 상부층(64b)의 굴절률이 가장 클 수 있다. 제3 파장 변환 상부층(64c)의 굴절률은 제1 파장 변환 상부층(64a)의 굴절률보다 크고 제2 파장 변환 상부층(64b)의 굴절률보다 작을 수 있다. 일 실시예로 제1 파장 변환 상부층(64a)은 투명 유기 물질로 이루어지고 두께는 1㎛이다. 제2 파장 변환 상부층(64b)은 SiNx로 이루어지고 두께는 0.05㎛이다. 제3 파장 변환 상부층(64c)은 SiOx로 이루어지고 두께는 0.05㎛이다. 이에 따른 파장 변환 상부층(64a, 64b, 64c)의 백색 광 투과율은 88.2%이다. 다른 실시예에 따른 파장 변환 상부층(64a, 64b, 64c)은 일 실시예의 파장 변환 상부층과 동일한 물질로 적층 되며 각 층의 두께를 달리한다. 제1 파장 변환 상부층(64a)의 두께는 1㎛이다. 제2 파장 변환 상부층(64b)의 두께는 0.05㎛이다. 제3 파장 변환 상부층(64c)의 두께는 0.3㎛이다. 이에 따른 파장 변환 상부층(64a, 64b, 64c)의 백색 광 투과율은 88.2%이다.
도 21 내지 도 23은 다양한 실시예에 따른 광학 부재의 단면도들이다. 도 21 내지 도 23의 실시예들은 상술하였던 파장 변환 하부층(70)과 파장 변환 상부층(60)이 다양하게 조합될 수 있음을 예시한다. 도 7 내지 도 14에서 설명하였던 8개의 파장 변환 하부층(71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78) 구조와 도 17 내지 도 20에서 설명하였던 4개의 파장 변환 상부층(61, 62, 63, 64) 구조를 조합하는 경우 32개의 다양한 실시예에 따른 광학 부재(101, 102, 103)를 얻을 수 있다. 다만, 광학 부재의 적층 구조는 이에 한정되지 않으며, 더 다양한 적층 구조를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따른 광학 부재에 있어서 도 7 내지 도 14에서 설명한 파장 변환 하부층(71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78)은 저굴절 하부층(20)을 포함하지 않는 파장 변환 하부층(74), 저굴절 상부층(40)을 포함하지 않는 파장 변환 하부층(78) 및 저굴절 하부층과 저굴절 상부층을 모두 포함하는 파장 변환 하부층(71, 72, 73, 75, 76, 77)으로 구분될 수 있다. 파장 변환 상부층(60)은 도 17 내지 도 20에서 설명하였던 4개의 파장 변환 상부층(61, 62, 63, 64) 일 수 있다.
광학 부재(100)의 최종 광 투과율은 파장 변환 하부층(70)의 청색 광 투과율과 파장 변환 상부층(60)의 백색 광 투과율을 곱하여 얻을 수 있다.
도 21을 참조하면, 일 실시예에 따른 광학 부재(101)는 파장 변환 하부층(70) 및 파장 변환 상부층(60a)을 포함할 수 있다. 파장 변환 하부층(70)은 저굴절층(30) 및 저굴절 상부층(40a)을 포함하며, 저굴절 하부층은 포함하지 않을 수 있다. 파장 변환 하부층(70)은 도 10에서 설명한 파장 변환 하부층(74)일 수 있다. 즉, 저굴절 하부층을 포함하지 않고, 저굴절 상부층(40a)이 다층 구조인 파장 변환 하부층(70) 일 수 있다. 파장 변환 상부층(60a)은 무기물 또는 유기물을 포함하는 층이 적층 된 다층 구조일 수 있다.
도 22를 참조하면, 다른 실시예에 따른 광학 부재(102)는 파장 변환 하부층(70) 및 파장 변환 상부층(60b)을 포함할 수 있다. 파장 변환 하부층(70)은 저굴절 하부층(20b) 및 저굴절층(30)을 포함하며, 저굴절 상부층은 포함하지 않을 수 있다. 파장 변환 하부층(70)은 도 14에서 설명한 파장 변환 하부층(78)일 수 있다. 즉, 저굴절 상부층을 포함하지 않고, 저굴절 하부층(20b)이 다층 구조인 파장 변환 하부층(70) 일 수 있다. 파장 변환 상부층(60b)은 무기물 또는 유기물을 포함하는 층이 적층 된 다층 구조일 수 있다.
도 23을 참조하면, 또 다른 실시예에 따른 광학 부재(103)는 파장 변환 하부층(70) 및 파장 변환 상부층(60c)을 포함할 수 있다. 파장 변환 하부층(70)은 저굴절 하부층(20c), 저굴절층(30) 및 저굴절 상부층(40c)을 포함할 수 있다. 파장 변환 하부층(70)은 도 7 내지 도 14에서 설명한 파장 변환 하부층(70) 중 도 10 및 도 14의 파장 변환 하부층(74, 78)을 제외한 나머지 실시예에 따른 파장 변환 하부층(71, 72, 73, 75, 76, 77)일 수 있다. 즉, 파장 변환 하부층(70)은 단층 구조 또는 다층 구조의 저굴절 하부층(20c)과 단층 구조 또는 다층 구조의 저굴절 상부층(40c)을 포함할 수 있다. 파장 변환 상부층(60c)은 무기물 또는 유기물을 포함하는 층이 적층 된 다층 구조일 수 있다.
도 24는 일 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다.
도 24를 참조하면, 표시 장치(1000)는 광원(400), 광원의 출사 경로 상에 배치된 광학 부재(100), 광학 부재의 상부에 배치된 표시 패널(300)을 포함한다.
광학 부재는 상술한 실시예들에 따른 광학 부재들이 모두 적용될 수 있다. 도 24에서는 도 2의 광학 부재(100)가 적용된 경우를 예시한다.
광원(400)은 광학 부재(100)의 일측에 배치된다. 광원(400)은 광학 부재(100)의 도광판(10)의 입광면(10s1)에 인접 배치될 수 있다. 광원(400)은 복수의 점광원 또는 선광원을 포함할 수 있다. 상기 점광원은 LED(light emitting diode) 광원(410)일 수 있다. 복수의 LED 광원(410)은 인쇄회로기판(420)에 실장될 수 있다. LED 광원(410)은 블루 파장의 빛을 발광할 수 있다.
LED 광원(410)은 도 24에 도시된 바와 같이, 상면으로 빛을 방출하는 상면 발광 LED일 수 있다. 이 경우, 인쇄회로기판(420)은 하우징(500)의 측벽(520) 상에 배치될 수 있다.
LED 광원(410)으로부터 방출된 블루 파장의 빛은 광학 부재(100)의 도광판(10)으로 입사된다. 광학 부재(100)의 도광판(10)은 빛을 인도하고, 도광판(10)의 상면(10a)이나 하면(10b)을 통해 출사시킨다. 광학 부재(100)의 파장 변환층(50)은 도광판(10)으로부터 입사된 블루 파장의 빛의 일부를 다른 파장 예컨대 그린 파장과 레드 파장으로 변환한다. 변환된 그린 파장과 레드 파장의 빛은 변환되지 않은 블루 파장과 함께 상부로 방출되어 표시 패널(300) 측으로 제공된다.
도광판(10)의 하면(10b)에는 산란 패턴(80)이 배치될 수 있다. 산란 패턴(80)은 도광판(10) 내부에서 전반사로 진행하는 빛의 진행 각도를 바꿔 도광판(10) 외부로 출사 시키는 역할을 한다.
일 실시예에서, 산란 패턴(80)은 별도의 층이나 패턴으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 도광판(10)의 하면(10b) 상에 돌출 패턴 및/또는 오목 홈 패턴을 포함하는 패턴층을 형성하거나, 인쇄 패턴을 형성하여 산란 패턴(80)으로 기능하도록 할 수 있다.
다른 실시예에서, 산란 패턴(80)은 도광판(10) 자체의 표면 형상으로 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 도광판(10)의 하면(10b)에 오목 홈을 형성하여 산란 패턴(80)으로서 기능하도록 할 수 있다.
산란 패턴(80)의 배치 밀도는 영역에 따라 상이할 수 있다. 예를 들어, 상대적으로 진행하는 광량이 풍부한 입광면(10s1)에 인접한 영역은 배치 밀도를 작게 하고, 상대적으로 진행하는 광량이 작은 대광면(10s3)에 인접한 영역은 배치 밀도를 크게 할 수 있다.
표시 장치(1000)는 광학 부재(100)의 하부에 배치된 반사 부재(90)를 더 포함할 수 있다. 반사 부재(90)는 반사 필름이나 반사 코팅층을 포함할 수 있다. 반사 부재(90)는 광학 부재(100)의 도광판(10) 하면(10b)으로 출사된 빛을 반사하여 다시 도광판(10) 내부로 진입시킨다.
표시 패널(300)은 광학 부재(100)의 상부에 배치된다. 표시 패널(300)은 광학 부재(100)로부터 빛을 제공받아 화면을 표시한다. 이와 같이 빛을 받아 화면을 표시하는 수광성 표시 패널의 예로는 액정 표시 패널, 전기 영동 패널 등을 들 수 있다. 이하에서는 표시 패널로서 액정 표시 패널의 예를 들지만, 이에 제한되지 않고 다른 다양한 수광성 표시 패널이 적용될 수 있다.
표시 패널(300)은 제1 기판(310), 제1 기판(310)에 대향하는 제2 기판(320) 및 제1 기판(310)과 제2 기판(320) 사이에 배치된 액정층(미도시)을 포함할 수 있다. 제1 기판(310)과 제2 기판(320)은 상호 중첩한다. 일 실시예에서, 어느 하나의 기판이 다른 하나의 기판보다 커서 외측으로 더 돌출될 수 있다. 도면에서는 상부에 위치하는 제2 기판(320)이 더 크고, 광원(400)이 배치된 측면에서 돌출된 경우가 예시되어 있다. 제2 기판(320)의 돌출 영역은 구동칩이나 외부 회로 기판이 실장되는 공간을 제공할 수 있다. 예시된 예와는 다르게, 아래에 위치하는 제1 기판(310)이 제2 기판(320)보다 커서 외측으로 돌출될 수도 있다. 표시 패널(300)에서 상기 돌출된 영역을 제외한 제1 기판(310)과 제2 기판(320)이 중첩하는 영역은 광학 부재(100)의 도광판(10)의 측면(10s)에 대체로 정렬될 수 있다.
광학 부재(100)는 모듈간 결합 부재(610)를 통해 표시 패널(300)과 결합할 수 있다. 모듈간 결합 부재(610)는 평면상 사각틀 형상으로 이루어질 수 있다. 모듈간 결합 부재(610)는 표시 패널(300) 및 광학 부재(100)에서 각각 테두리 부위에 위치할 수 있다.
일 실시예에서, 모듈간 결합 부재(610)의 하면은 광학 부재(100)의 파장 변환 상부층(60) 상면에 배치된다. 모듈간 결합 부재(610)의 하면은 파장 변환 상부층(60) 상에서 파장 변환층(50)의 상면에만 중첩하고 측면에는 중첩하지 않도록 배치될 수 있다.
모듈간 결합 부재(610)는 폴리머 수지나 접착 또는 점착 테이프 등을 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 모듈간 결합 부재(610)는 광투과 저지 기능을 더 수행할 수 있다. 예를 들어, 모듈간 결합 부재(610)가 블랙 안료나 염료 등과 같은 광 흡수 물질을 포함하거나, 반사 물질을 포함함으로써, 광투과 저지 기능을 수행할 수 있다.
표시 장치(1000)는 하우징(500)을 더 포함할 수 있다. 하우징(500)은 일면이 개방되어 있고, 바닥면(510) 및 바닥면(510)과 연결된 측벽(520)을 포함한다. 바닥면(510)과 측벽(520)에 의해 정의된 공간 내에 광원(400), 광학 부재(100)/표시 패널(300) 부착체 및 반사 부재(90)가 수납될 수 있다. 광원(400), 반사 부재(90) 및 광학 부재(100)/표시 패널(300) 부착체는 하우징(500)의 바닥면(510) 상에 배치된다. 하우징(500)의 측벽(520)의 높이는 하우징(500) 내부에 놓인 광학 부재(100)/표시 패널(300) 부착체의 높이와 실질적으로 동일할 수 있다. 표시 패널(300)은 하우징(500)의 측벽 상단과 인접 배치되고, 이들은 하우징 결합 부재(620)에 의해 상호 결합할 수 있다. 하우징 결합 부재(620)는 평면상 사각틀 형상으로 이루어질 수 있다. 하우징 결합 부재(620)는 폴리머 수지나 접착 또는 점착 테이프 등을 포함할 수 있다.
표시 장치(1000)는 적어도 하나의 광학 필름(200)을 더 포함할 수 있다. 하나 또는 복수의 광학 필름(200)은 광학 부재(100)와 표시 패널(300) 사이에서 모듈간 결합 부재(610)에 의해 둘러싸인 공간에 수납될 수 있다. 하나 또는 복수의 광학 필름(200)의 측면은 모듈간 결합 부재(610)의 내측면에 접하여 그에 부착될 수 있다. 도면에서는 광학 필름(200)과 광학 부재(100) 사이 및 광학 필름(200)과 표시 패널(300) 사이가 각각 이격된 경우를 예시적으로 도시하였지만, 상기 이격 공간이 필수적으로 요구되는 것은 아니다.
광학 필름(200)은 프리즘 필름, 확산 필름, 마이크로 렌즈 필름, 렌티큘러 필름, 편광 필름, 반사 편광 필름, 위상차 필름 등일 수 있다. 표시 장치(1000)는 동일한 종류 또는 상이한 종류의 복수의 광학 필름(200)을 포함할 수 있다. 복수의 광학 필름(200)이 적용되는 경우, 각 광학 필름(200)은 서로 중첩하도록 배치되고, 각각 측면이 모듈간 결합 부재(610)의 내측면에 접하여 그에 부착될 수 있다. 각 광학 필름(200) 사이는 이격되고, 그 사이에 공기층이 배치될 수 있다.
도 24의 실시예에 따른 표시 장치(1000)는 모듈간 결합 부재(610)를 통해 광학 부재(100)와 표시 패널(300), 나아가 광학 필름(200)까지 일체화하고, 하우징 결합 부재(620)를 통해 표시 패널(300)과 하우징(500)을 결합한다. 따라서, 몰드 프레임을 생략하더라도 여러 부재들의 안정적인 결합이 가능하므로, 표시 장치(1000)의 경량화를 이룰 수 있다. 또, 도광판(10)과 파장 변환층(50)이 일체화됨으로써, 표시 장치(1000)의 두께를 감소시킬 수 있다. 아울러, 하우징 결합 부재(620)를 통해 표시 패널(300)의 측면과 하우징(500)의 측벽(520)을 결합시킴으로써, 표시 화면 측 베젤 공간을 없애거나 최소화할 수 있다.
도 25는 다른 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다.
도 25를 참조하면, 표시 장치(1000_1)는 광원(400), 광원의 출사 경로 상에 배치된 광학 부재(100_1), 광학 부재의 상부에 배치된 표시 패널(300)을 포함한다. 도 25은 도 24와 달리 파장 변환 상부층(60_1)이 파장 변환층(50_1) 상면과 측면 및 파장 변환 하부층(70_1)의 측면을 덮고 있는 광학 부재(100_1)를 포함하는 표시 장치(1001)를 도시한다.
파장 변환층(50_1), 특히 그에 포함된 파장 변환 입자는 수분/산소에 취약하다. 파장 변환 필름의 경우 파장 변환층 상하면에 배리어 필름을 적층하여 파장 변환층으로의 수분/산소 침투를 막지만, 본 실시예의 경우 배리어 필름 없이 파장 변환층(50_1)이 직접 배치되므로 배리어 필름을 대신하여 파장 변환층(50_1)을 보호하는 밀봉 구조가 필요하다. 상기 밀봉 구조는 파장 변환 상부층(60_1)과 도광판(10_1)에 의해 구현될 수 있다.
파장 변환층(50_1)에 수분이 침투할 수 있는 게이트는 파장 변환층(50_1)의 상면, 측면, 및 하면이다. 상술한 것처럼, 파장 변환층(50_1)의 상면과 측면은 파장 변환 상부층(60_1)에 의해 덮여 보호되므로 수분/산소 침투가 차단되거나 적어도 감소(이하, '차단/저감'이라 칭함)할 수 있다.
한편, 파장 변환층(50_1)의 하면은 파장 변환 하부층(70_1)의 상면과 맞닿아 있는데, 파장 변환 하부층(70_1)이 보이드(VD)를 포함하거나 유기 물질로 이루어질 경우 파장 변환 하부층(70_1) 내부에서 수분의 이동이 가능하므로, 그를 통해 파장 변환층(50_1)의 하면으로 수분/산소 침투가 이루어질 수 있다. 다만, 본 실시예에서는 파장 변환 하부층(70_1)의 경우에도 밀봉 구조를 가지므로 파장 변환층(50_1)의 하면을 통한 수분/산소 침투과 원천적으로 차단될 수 있다.
구체적으로 설명하면, 파장 변환 하부층(70_1)의 측면은 파장 변환 상부층(60_1)에 의해 덮여 보호되므로 파장 변환 하부층(70_1) 측면을 통한 수분/산소 침투가 차단/저감될 수 있다. 파장 변환 하부층(70_1)이 파장 변환층(50_1)보다 돌출되어 상면의 일부가 노출되더라도 해당 부위는 파장 변환 상부층(60_1)에 의해 덮여 보호되므로 이를 통한 수분/산소 침투도 차단/저감될 수 있다. 파장 변환 하부층(70_1)의 하면은 도광판(10_1)에 맞닿아 있다. 도광판(10_1)이 유리 등과 같은 무기 물질로 이루어질 경우 파장 변환 상부층(60_1)과 마찬가지로 수분/산소 침투를 차단/저감 시킬 수 있다. 결국, 파장 변환 하부층(70_1)과 파장 변환층(50_1)의 적층체는 표면이 파장 변환 상부층(60_1)과 도광판(10_1)에 의해 둘러싸여 밀봉되므로, 비록 파장 변환 하부층(70_1) 내부에 수분/산소 이동 경로가 마련되어 있다고 하더라도 수분/산소 침투 자체가 상기 밀봉 구조에 의해 차단/저감될 수 있어, 수분/산소에 의한 파장 변환 입자의 열화를 방지하거나 적어도 완화시킬 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 도광판
20: 저굴절 하부층
30: 저굴절층
40: 저굴절 상부층
50: 파장 변환층
60: 파장 변환 상부층
70: 파장 변환 하부층
80: 산란 패턴
90: 반사 부재
100: 광학 부재
400: 광원

Claims (61)

  1. 도광판;
    상기 도광판 상에 배치되고, 상기 도광판보다 작은 굴절율을 갖는 저굴절층;
    상기 저굴절층과 상기 도광판 사이에 배치된 저굴절 하부층으로서, 상기 도광판 상에 배치된 제1 저굴절 하부층 및 상기 제1 저굴절 하부층 상에 배치된 제2 저굴절 하부층을 포함하는 저굴절 하부층; 및
    상기 저굴절층 상에 배치된 파장 변환층을 포함하는 광학 부재.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 저굴절 하부층의 하면은 상기 도광판의 상면과 접하고, 상기 저굴절 하부층의 상면은 상기 저굴절층의 하면과 접하는 광학 부재.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 저굴절 하부층 및 상기 제2 저굴절 하부층은 각각 굴절률이 1.3 내지 1.7인 저굴절 물질 또는 굴절률이 1.5 내지 2.2인 고굴절 물질을 포함하는 광학 부재.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 저굴절 하부층 및 상기 제2 저굴절 하부층의 굴절률은 각각 상기 저굴절층의 굴절률보다 큰 광학 부재.
  5. 삭제
  6. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 저굴절 하부층 및 상기 제2 저굴절 하부층 중 어느 하나는 상기 저굴절 물질을 포함하고, 다른 하나는 상기 고굴절 물질을 포함하는 광학 부재.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 저굴절 하부층의 두께 및 상기 제2 저굴절 하부층의 두께는 각각 0.2um 이하인 광학 부재.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 저굴절 물질은 SiOx이고, 상기 고굴절 물질은 SiNx인 광학 부재.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 도광판과 상기 저굴절층의 굴절률의 차이는 0.2 이상인 광학 부재.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 저굴절층은 보이드를 포함하는 광학 부재.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 저굴절층의 굴절률은 1.2 내지 1.3인 광학 부재.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 저굴절층의 두께는 0.8um 내지 1.2um인 광학 부재.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 파장 변환층 상부에 배치된 파장 변환 상부층을 더 포함하는 광학 부재.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 파장 변환 상부층의 하면은 상기 도광판의 상면과 평행한 광학 부재.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 파장 변환 상부층은 SiOx 또는 SiNx를 포함하는 광학 부재.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 파장 변환 상부층은 상기 파장 변환층 상에 배치된 제1 파장 변환 상부층 및 상기 제1 파장 변환 상부층 상에 배치된 제2 파장 변환 상부층을 포함하는 광학 부재.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 제1 파장 변환 상부층 및 상기 제2 파장 변환 상부층 중 어느 하나는 투명 유기 물질을 포함하고, 다른 하나는 SiOx 및 SiNx 중 어느 하나를 포함하는 광학 부재.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 제1 파장 변환 상부층은 SiOx를 포함하고, 상기 제2 파장 변환 상부층은 투명 유기 물질을 포함하는 광학 부재.
  19. 제16 항에 있어서,
    상기 제1 파장 변환 상부층 및 상기 제2 파장 변환 상부층 중 어느 하나는 SiOx를 포함하고, 다른 하나는 SiNx를 포함하는 광학 부재.
  20. 제16 항에 있어서,
    상기 파장 변환 상부층은 상기 제2 파장 변환 상부층 상에 제3 파장 변환 상부층을 더 포함하는 광학 부재.
  21. 제20 항에 있어서,
    상기 제1 파장 변환 상부층은 투명 유기 물질을 포함하는 광학 부재.
  22. 제21 항에 있어서,
    상기 제2 파장 변환 상부층 및 상기 제3 파장 변환 상부층 중 어느 하나는 SiOx를 포함하고, 다른 하나는 SiNx를 포함하는 광학 부재.
  23. 제1 항에 있어서,
    상기 도광판은 유리를 포함하는 광학 부재.
  24. 제23 항에 있어서,
    상기 도광판의 상면은 상기 저굴절층의 하면과 평행한 광학 부재.
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  50. 도광판,
    상기 도광판 상에 배치되고, 상기 도광판보다 작은 굴절율을 갖는 저굴절층,
    상기 저굴절층과 상기 도광판 사이에 배치된 저굴절 하부층으로서, 상기 도광판 상에 배치된 제1 저굴절 하부층 및 상기 제1 저굴절 하부층 상에 배치된 제2 저굴절 하부층을 포함하는 저굴절 하부층, 및
    상기 저굴절층 상에 배치된 파장 변환층을 포함하는 광학 부재;
    상기 도광판의 적어도 일측에 배치된 광원; 및
    상기 광학 부재의 상부에 배치된 표시 패널을 포함하는 표시 장치.
  51. 제50 항에 있어서,
    상기 저굴절 하부층은 SiOx 또는 SiNx를 포함하고, 상기 저굴절 하부층의 굴절률은 상기 저굴절층의 굴절률보다 큰 표시 장치.
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  53. 제50 항에 있어서,
    상기 파장 변환층 상부에 배치된 파장 변환 상부층을 더 포함하되, 상기 파장 변환 상부층은 SiOx 또는 SiNx를 포함하는 표시 장치.
  54. 제53 항에 있어서,
    상기 파장 변환 상부층은 상기 파장 변환층 상에 배치된 제1 파장 변환 상부층 및 상기 제1 파장 변환 상부층 상에 배치된 제2 파장 변환 상부층을 포함하는 표시 장치.
  55. 제54 항에 있어서,
    상기 파장 변환 상부층은 상기 제2 파장 변환 상부층 상에 제3 파장 변환 상부층을 더 포함하는 표시 장치.
  56. 제50 항에 있어서,
    상기 광학 부재는 상기 파장 변환층과 상기 저굴절층 사이에 배치된 저굴절 상부층을 더 포함하는 표시 장치.
  57. 제56 항에 있어서,
    상기 저굴절 상부층은 SiOx 또는 SiNx를 포함하고, 상기 저굴절 상부층의 굴절률은 상기 저굴절층의 굴절률보다 큰 표시 장치.
  58. 제57 항에 있어서,
    상기 파장 변환층 상부에 배치된 파장 변환 상부층을 더 포함하되, 상기 파장 변환 상부층은 SiOx 또는 SiNx를 포함하는 표시 장치.
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