KR20090023982A - Color filter and display apparatus using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 칼라필터 및 이를 채용한 디스플레이장치에 관한 것으로서, 특히 투과율의 저하를 줄이고 색순도를 향상시킬 수 있는 칼라필터 및 이를 채용한 디스플레이장치에 관한 것이다.The present invention relates to a color filter and a display device employing the same, and more particularly, to a color filter capable of reducing a decrease in transmittance and improving color purity and a display device employing the same.
액정 디스플레이(Liquid Crystal Display; LCD) 등의 화상패널을 채용한 디스플레이장치가 개발되어 있다. 이들 디스플레이장치에서 칼라화상을 구현하기 위하여 칼라필터가 채용된다. 칼라필터는 백색광 중에서 특정 색상의 광만을 통과시키는 것으로서, 기판 상에 화상패널의 화소에 대응되는 복수의 필터영역이 배열된 것이다. 복수의 필터영역 각각은 예를 들면 적색(R:red), 녹색(G:green), 청색(B:blue)의 서브필터영역을 구비한다. Display apparatuses employing image panels such as liquid crystal displays (LCDs) have been developed. Color filters are employed to implement color images in these display devices. The color filter passes only light of a specific color among white light, and a plurality of filter areas corresponding to pixels of an image panel are arranged on a substrate. Each of the plurality of filter regions includes, for example, sub-filter regions of red (R: red), green (G: green), and blue (B: blue).
디스플레이장치에서 고품질의 화질을 구현하기 위해서는 높은 색순도와 높은 광투과율을 가지는 칼라필터가 필요하다. 투과형 화상패널을 채용하는 디스플레이장치의 경우에 화상의 색순도를 높이기 위하여는 광원으로서 사용되는 백라이트장치의 광품질을 높이면 된다. 즉, 백라이트장치에서 조사되는 광의 색스펙트럼을 개 선하면 된다. 따라서, 투과형 화상패널을 채용하는 디스플레이장치는 화상의 색순도가 칼라 필터의 색특정에 영향을 덜 받는다. 그러나, 외부광을 광원으로 사용하는 반사형 화상패널을 채용한 디스플레이장치의 경우에는 칼라필터의 색특성이 화상의 색순도에 큰 영향을 미친다. 한편, 색순도는 필터영역의 두께에 비례하며, 광투과율은 필터영역의 두께에 반비례한다. 따라서, 색순도를 높이기 위하여 필터영역의 두께를 증가시키면 광투과율이 감소된다.In order to realize high quality image quality in display devices, a color filter having high color purity and high light transmittance is required. In the case of a display device employing a transmissive image panel, in order to increase the color purity of the image, the light quality of the backlight device used as the light source may be increased. That is, the color spectrum of the light irradiated from the backlight device may be improved. Therefore, in the display apparatus employing the transmissive image panel, the color purity of the image is less affected by the color specification of the color filter. However, in the case of a display device employing a reflective image panel using external light as a light source, the color characteristics of the color filter greatly affect the color purity of the image. On the other hand, color purity is proportional to the thickness of the filter region, and light transmittance is inversely proportional to the thickness of the filter region. Therefore, increasing the thickness of the filter region to increase the color purity reduces the light transmittance.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 색순도를 향상시키면서 광투과율의 저하를 줄일 수 있는 칼라필터 및 이를 채용한 디스플레이장치를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a color filter and a display apparatus employing the same, which can reduce a decrease in light transmittance while improving color purity.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 칼라필터는, 기판; 화상패널의 화소에 대응되게 상기 기판 상에 배열되어 특정 색상의 광만을 선택적으로 투과시키는 것으로서, 안료가 분산된 분산매와 상기 분산매에 분산되어 플라즈몬공명에 의하여 특정 파장대역의 광을 흡수하는 금속나노입자를 포함하는 복수의 필터영역;를 포함한다.In order to achieve the above object, the color filter according to the present invention, the substrate; Metal nanoparticles arranged on the substrate to correspond to the pixels of the image panel to selectively transmit only light of a specific color, and are dispersed in the dispersion medium and the pigment dispersed in the dispersion medium to absorb light of a specific wavelength band by plasmon resonance It includes; a plurality of filter region including a.
일 실시예로서, 상기 금속나노입자는 유전성 코어의 표면에 금속박막이 입혀진 코어-쉘 구조의 금속나노입자이다.In one embodiment, the metal nanoparticles are core-shell structured metal nanoparticles with a metal thin film coated on the surface of the dielectric core.
일 실시예로서, 상기 금속 나노입자는 구형, 막대형, 와이어형, 다면체 중 하나 이상의 형태를 갖는다.In one embodiment, the metal nanoparticles have one or more of spherical, rod, wire, and polyhedron.
일 실시예로서, 상기 코어는 금속 산화물, 반도체 산화물 등의 유전체 물질 중에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다. 일 실시예로서, 상기 금속박막은 Au, Pt, Ag, Al, Cu, Ni, Mo, Cr, 또는 이들 금속입자의 알로이(alloy) 중에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.In one embodiment, the core may include one or more materials selected from dielectric materials such as metal oxides and semiconductor oxides. In one embodiment, the metal thin film may include at least one material selected from Au, Pt, Ag, Al, Cu, Ni, Mo, Cr, or an alloy of these metal particles.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 디스플레이장치는, 개별적으 로 제어할 수 있는 복수의 화소; 상기 복수의 화소에 대응되게 배열되어 특정 색상의 광만을 선택적으로 투과시키는 복수의 필터영역을 구비하는 칼라필터;를 포함하며, 상기 필터영역은, 안료가 분산된 분산매와, 상기 분산매에 분산되어 플라즈몬공명에 의하여 특정 파장대역의 광을 흡수하는 금속나노입자를 포함한다.In order to achieve the above object, the display device according to the present invention, a plurality of pixels that can be controlled individually; A color filter having a plurality of filter regions arranged to correspond to the plurality of pixels and selectively transmitting only light of a specific color, wherein the filter regions include a dispersion medium in which pigments are dispersed and a plasmon dispersed in the dispersion medium. It includes metal nanoparticles that absorb light in a specific wavelength band by resonance.
일 실시예로서, 상기 금속나노입자는 유전성 코어의 표면에 금속박막이 입혀진 코어-쉘 구조의 금속나노입자이다. In one embodiment, the metal nanoparticles are core-shell structured metal nanoparticles with a metal thin film coated on the surface of the dielectric core.
일 실시예로서, 상기 금속 나노입자는 구형, 막대형, 와이어형, 다면체 중 하나 이상의 형태를 갖는다.In one embodiment, the metal nanoparticles have one or more of spherical, rod, wire, and polyhedron.
일 실시예로서, 상기 코어는 금속 산화물, 반도체 산화물 등의 유전체 물질 중에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다. 일 실시예로서, 상기 금속박막은 Au, Pt, Ag, Al, Cu, Ni, Mo, Cr, 또는 이들 금속입자의 알로이(alloy) 중에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.In one embodiment, the core may include one or more materials selected from dielectric materials such as metal oxides and semiconductor oxides. In one embodiment, the metal thin film may include at least one material selected from Au, Pt, Ag, Al, Cu, Ni, Mo, Cr, or an alloy of these metal particles.
일 실시예로서, 상기 복수의 화소는 반사 화소를 포함한다.In one embodiment, the plurality of pixels includes reflective pixels.
일 실시예로서, 상기 복수의 화소는 서로 쌍을 이루는 반사 화소와 투과 화소를 포함한다.In example embodiments, the plurality of pixels may include reflection pixels and transmission pixels that are paired with each other.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 칼라필터 및 이를 채용한 디스플레이장치에 따르면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.As described above, according to the color filter and the display device employing the same according to the present invention, the following effects can be obtained.
첫째, 금속나노입자를 분산매에 소량 분산시킴으로써 칼라필터의 색특성을 개선하여 칼라필터를 통과한 광의 색순도를 향상시킬 있다. First, by dispersing a small amount of metal nanoparticles in a dispersion medium to improve the color characteristics of the color filter to improve the color purity of the light passing through the color filter.
둘째, 필터영역의 두께변화가 거의 없으므로, 광투과율의 저하를 최소화할 수 있다. Second, since there is little change in the thickness of the filter region, it is possible to minimize the decrease in the light transmittance.
셋째, 분산매에 분산되는 금속나노입자의 농도가 매우 작아서, 안료분산법, 인쇄법, 잉크젯 시스템을 이용하는 방법 등의 기존의 칼라필터 제조방식을 이용하여 금속나노입자를 적용한 칼라필터의 제조가 가능하다.Third, since the concentration of metal nanoparticles dispersed in the dispersion medium is very small, it is possible to manufacture color filters using metal nanoparticles using conventional color filter manufacturing methods such as pigment dispersion method, printing method and inkjet system. .
넷째, 본 발명에 따른 칼라필터가 반사형 디스플레이장치 또는 반투과형 디스플레이장치에 적용되는 경우에, 밝기의 저하를 최소화하면서 색순도를 개선할 수 있다. 더 나아가서는 외부광이 통과되는 필터영역에 밝기 개선 및 화이트 발란스 개선을 위한 투광영역(light hole) 등의 구조를 마련할 필요가 없게 될 수도 있어, 칼라필터의 제조공정을 단순화할 수도 있다. Fourth, when the color filter according to the present invention is applied to a reflective display device or a transflective display device, color purity can be improved while minimizing a decrease in brightness. Furthermore, it may not be necessary to provide a structure such as a light hole for improving brightness and white balance in the filter area through which external light passes, thereby simplifying the manufacturing process of the color filter.
다섯째, 본 발명에 따른 칼라필터가 투과형 디스플레이장치에 적용되는 경우에, 색순도 개선효과로 인하여 조명유닛의 광원에 요구되는 색특성 조건이 완화되므로, 광원의 선택범위가 넓어지며 제조비용절감의 효과를 얻을 수 있다.Fifth, when the color filter according to the present invention is applied to a transmissive display device, the color characteristic condition required for the light source of the lighting unit is alleviated due to the color purity improvement effect, thereby widening the selection range of the light source and reducing the manufacturing cost. You can get it.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1에는 본 발명에 따른 디스플레이장치의 일 실시예로서 투과형 디스플레이장치의 단면도가 도시되어 있다. 도 1을 보면, 디스플레이장치는, 화상패널(100), 조명유닛(150), 및 필터영역(F)을 구비한다. 1 is a cross-sectional view of a transmissive display device as an embodiment of a display device according to the present invention. Referring to FIG. 1, the display apparatus includes an
본 실시예의 화상패널(100)은 액정을 이용하는 투과형 화상패널이다. 화상패 널(100)은 두 개의 기판(110)(120) 사이에 봉입된 액정층(130)을 포함한다. 도면으로 도시되지 않은 화소 전극이나 TFT(thin film transistor) 등에 의하여 액정층(130)은 개별적으로 온/오프 제어가능한 복수의 화소(P)로 구분된다. 화소 전극이나 TFT에 의하여 복수의 화소(P)는 광을 통과시키거나 차단한다. 칼라화상을 구현하기 위하여 각 화소(P)는 예를 들면 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 서브화소(PR)(PG)(PB)를 포함한다. 화상패널(100)의 기판(120)에는 복수의 화소(P)에 대응되게 배열되는 복수의 필터영역(F)이 마련된다. 복수의 필터영역(F) 각각에는 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 서브화소(PR)(PG)(PB)에 대응되는 서브필터영역(FR)(FG)(FB)이 마련된다. The
조명유닛(150)은 광원(150)과, 도광판(152)을 구비한다. 도광판(152)은 PMMA, PC 등의 투광성 재료로 제조되는 평판형상의 부재이다. 도광판(152)은 광원(151)으로부터 출사되는 광이 입사되는 측면(153)과, 이 측면(153)과 교차되는 전면(154) 및 배면(155)을 구비한다. 전면(154)과 배면(155)은 서로 마주보게 위치된다. 도광판(152)의 전면(154)과 배면(155) 중 적어도 어느 한 면에는 측면(153)을 통하여 입사된 광을 전면(154)으로 안내하기 위한 광안내수단(156)에 마련된다. 광안내수단(156)으로서 예를 들면 산란패턴, 회절패턴 등이 채용될 수 있다. 조명유닛(150)은 화상패널(100)의 배면(101) 쪽에 위치된다. 광원(151)으로서는 LED등의 점광원, 냉음극선광 등의 선광원이 채용될 수 있다. 이와 같은 형태의 조명유닛(150)을 특히 백라이트유닛이라 한다. The
조명유닛(150)의 조명광(L1)이 필터영역(F)에 입사되면, 각 서브필터영역(FR)(FG)(FB)에 해당하는 파장 대역의 광은 투과되고 나머지는 흡수되어 각각 적색(R), 녹색(G), 청색(B)광이 형성된다. 적색(R), 녹색(G), 청색(B)광은 액정층(130)이 전기적 제어에 의하여 온/오프 됨으로써 액정층(130)을 투과하거나 또는 투과하지 못한다. 액정층(130)을 투과한 광은 화상패널(100)의 전면(102)을 통하여 출사된다. 이 투과광에 의하여 칼라화상이 표시된다.When the illumination light L1 of the
도 2에는 본 발명에 따른 디스플레이장치의 일 실시예로서 반사형 디스플레이장치의 단면도가 도시되어 있다. 도 2를 보면, 본 실시예의 디스플레이장치는 도 1에 도시된 조명유닛(150)이 없으며, 외부광(L2)을 광원으로 사용한다. 본 실시예의 화상패널(100a)은 액정을 이용하는 반사형 화상패널이다. 화상패널(100a)은 액정층(130)의 하방에 광을 반사시키는 반사막(140)이 마련된 점을 제외하고는 도 1에 도시된 화상패널(100)과 동일하다. 2 is a cross-sectional view of the reflective display device as one embodiment of the display device according to the present invention. Referring to FIG. 2, the display apparatus of this embodiment does not have the
외부광(L2)이 필터영역(F)에 입사되면, 각 서브필터영역(FR)(FG)(FB)에 해당하는 파장 대역의 광은 투과되고 나머지는 흡수되어 각각 적색(R), 녹색(G), 청색(B)광이 형성된다. 적색(R), 녹색(G), 청색(B)광은 액정층(130)이 전기적 제어에 의하여 온/오프 됨으로써 액정층(130)을 투과하거나 또는 투과하지 못한다. 액정층(130)을 투과한 광은 반사막(140)에서 반사된다. 반사된 광은 다시 액정층(130)과 필터영역(F)을 투과하여 화상패널(100a)의 전면(102)으로 출사된다. 이 반사광에 의하여 칼라화상이 표시된다.When the external light L2 is incident on the filter region F, the light of the wavelength band corresponding to each of the sub filter regions F R (F G ) (F B ) is transmitted and the rest is absorbed, respectively, to red (R). , Green (G) and blue (B) light is formed. Red (R), green (G), and blue (B) light may or may not pass through the
도 3에는 본 발명에 따른 디스플레이장치의 일 실시예로서 반투과형 디스플레이장치의 단면도가 도시되어 있다. 도 3을 보면, 본 실시예의 화상패널(100b)은 액정을 이용하는 반투과형 화상패널이다. 본 실시예의 디스플레이장치는 조명유닛(150)에 의한 조명광(L1)과, 외부광(L2)을 광원으로 사용한다. 화상패널(100b)에는 외부광(L1)을 반사시키는 반사막(140)이 마련된 반사영역(131)과, 조명광(L1)을 투과시키는 투과영역(132)이 마련된다. 반사영역(131)과 투과영역(132)은 각각 해당 액정층(130)과 함께 반사 화소(P1)와 투과 화소(P2)를 구성한다. 반사 화소(P1)와 투과 화소(P2)는 서로 쌍을 이루도록 배열된다. 칼라화상을 구현하기 위하여 반사 화소(P1)와 투과 화소(P2) 각각은 예를 들면 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 서브화소(PR)(PG)(PB)를 포함한다. 기판(120)에는 필터영역(F)이 마련된다. 필터영역(F)은 반사영역(131)에 대응되는 반사필터영역(F1)과 투과영역(P2)에 대응되는 투과필터영역(F2)을 구비한다. 반사필터영역(F1)과 투과필터영역(F2) 각각에는 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 서브화소(PR)(PG)(PB)에 대응되는 서브필터영역(FR)(FG)(FB)이 마련된다.3 is a cross-sectional view of the transflective display device as one embodiment of the display device according to the present invention. 3, the
조명광(L1)은 투과영역(131)의 액정층(130)이 전기적 제어에 의하여 온/오프 됨으로써 액정층(130)을 투과하거나 또는 투과하지 못한다. 액정층(130)을 투과한 광은 투과필터영역(P2)에 입사된다. 그러면, 각 서브필터영역(FR)(FG)(FB)에 해당하는 파장 대역의 광은 투과되고 나머지는 흡수되어 각각 적색(R), 녹색(G), 청색(B)광이 형성된다. 적색(R), 녹색(G), 청색(B)광은 화상패널(100b)의 전면(102)을 통 하여 출사된다. 이 투과광에 의하여 칼라화상이 표시된다. The illumination light L1 may or may not transmit through the
반사필터영역(F1)에 입사된 외부광(L2)은 각 서브필터영역(FR)(FG)(FB)에 해당하는 파장 대역의 광은 투과되고 나머지는 흡수되어 각각 적색(R), 녹색(G), 청색(B)광이 형성된다. 적색(R), 녹색(G), 청색(B)광은 액정층(130)이 전기적 제어에 의하여 온/오프 됨으로써 액정층(130)을 투과하거나 또는 투과하지 못한다. 액정층(130)을 투과한 광은 반사막(140)에서 반사된다. 반사된 광은 다시 액정층(130)과 투과필터영역(F1)을 투과하여 화상패널(100b)의 전면(102)으로 출사된다. 이 반사광에 의하여 칼라화상이 표시된다.The external light L2 incident on the reflective filter area F1 is transmitted through the light of the wavelength band corresponding to each of the sub-filter areas F R (F G ) (F B ), and the rest of the external
칼라필터를 채용한 디스플레이장치에서 고화질의 칼라화상을 구현하기 위하여 칼라필터의 색특성이 매우 중요하다. 칼라필터는 기판과 이 기판 상에 배열되는 필터영역(F)을 포함하여 지칭한다. 여기서 기판은 화상패널(100, 100a, 1100b)에 채용된 기판(110, 120)일 수 있으며, 이들 기판(110, 120)과는 다른 별도의 기판일 수도 있다. 칼라필터는 안료가 분산된 분산매를 화상패널의 복수의 화소에 대응되도록 기판 상에 배열한 것이다. 분산매는 칼라필터의 제조방법에 따라 달라진다. In the display device employing the color filter, the color characteristics of the color filter are very important for realizing high quality color images. The color filter is referred to as including a substrate and a filter region F arranged on the substrate. The substrate may be the
예를 들어, 안료 분산법(pigment dispersion method) 또는 포토리소그래피법은 기판 상에 안료가 분산된 감광 수지층을 형성하고, 이를 단색 패턴으로 패턴화시키는 방법이다. 이러한 공정을 3회 반복함으로써 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 컬러 필터층을 얻는다. 이 방법의 경우에 분산매로서는 포토레지스트 등의 감광성 분산매가 사용된다. 또, 안료를 열경화성 수지에 분산시켜 기판 상에 인쇄하는 동 작을 3회 수행함으로써 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 컬러 필터층을 각각 형성하고, 수지를 열경화시켜 칼라필터를 제조하는 인쇄법의 경우에는, 분산매로서 열경화성 수지가 사용된다. 또, 최근에 개발되고 있는 잉크젯 시스템을 이용하여 칼라필터를 제조하는 방법의 경우에는 안료를 왁스 등의 바인더와 혼합하여 물이나 유기용매 등의 캐리어에 분산한 형태의 잉크가 사용된다. 이 경우에 분산매는 왁스 등의 바인더를 지칭한다. For example, the pigment dispersion method or the photolithography method is a method of forming the photosensitive resin layer in which the pigment was disperse | distributed on the board | substrate, and patterning it in a monochrome pattern. By repeating this process three times, a color filter layer of red (R), green (G) and blue (B) is obtained. In this case, a photosensitive dispersion medium such as a photoresist is used as the dispersion medium. Further, by dispersing the pigment in the thermosetting resin and printing the substrate three times, a color filter layer of red (R), green (G), and blue (B) is formed, respectively, and the resin is thermally cured to produce a color filter. In the case of the printing method to manufacture, a thermosetting resin is used as a dispersion medium. Moreover, in the case of the method of manufacturing a color filter using the inkjet system currently developed, the ink of the form which mixed a pigment with binders, such as wax, and disperse | distributed to carriers, such as water or an organic solvent, is used. In this case, the dispersion medium refers to a binder such as wax.
외부광(L1)을 사용하는 반사형 디스플레이장치의 경우에는 칼라필터의 색특성이 디스플레이장치의 칼라화상의 품질에 큰 영향을 미친다. 또, 외부광(L2)과 조명유닛(150)으로부터 제공되는 조명광(L1)을 이용하여 반사와 투과에 의하여 각각 화상을 표시할 수 있는 반투과형 디스플레이장치의 경우에는 칼라필터의 색특성이 반사에 의하여 표시되는 화상의 품질에 큰 영향을 미친다. 왜냐하면, 외부광(L2)으로서 자연광이 사용되는 경우에 자연광은 도 4에 도시된 바와 같이 가시광 영역에서 매우 넓은 스펙트럼분포를 가지기 때문에, 반사막(140)에서 반사되어 칼라필터를 통과한 반사광의 스펙트럼은 칼라필터의 색특성에 크게 의존된다. 따라서, 칼라필터의 색특성을 향상시킬 필요성이 매우 크다. 투과형 디스플레이장치의 경우에는 일반적으로 조명유닛(150)으로부터 도 5에 도시된 바와 같은 매우 날카로운 R, G, B 스펙트럼을 갖는 광(L1)이 공급되기 때문에 비교적 칼라필터 자체의 색특성에 의한 영향이 적다. In the case of the reflective display device using the external light L1, the color characteristics of the color filter greatly affect the quality of the color image of the display device. In addition, in the case of a semi-transmissive display device that can display an image by reflection and transmission by using the external light L2 and the illumination light L1 provided from the
칼라필터를 통과한 광의 색순도는 필터영역(F)의 두께가 증가될수록 향상된다. 도 6에는 필터영역(F)의 두께에 따른 광강도와 색순도의 변화를 도시한 그래프 가 되어 있다. 도 6을 보면, 필터영역(F)의 두께가 약 1.47㎛에서 2.94㎛로 2배 증가되면, 색순도는 약 30% 증가된다. The color purity of the light passing through the color filter is improved as the thickness of the filter region F is increased. 6 is a graph showing a change in light intensity and color purity according to the thickness of the filter region F. FIG. Referring to FIG. 6, when the thickness of the filter region F is increased twice from about 1.47 μm to 2.94 μm, the color purity is increased by about 30%.
그러나, 광투과율은 필터영역(F)의 두께에 반비례한다. 도 7에는 필터영역(F)의 두께의 변화에 따른 광투과율의 변화를 측정한 그래프가 도시되어 있다. 측정에는 녹색광(G)이 사용되었다. 도 7의 그래프에서 측정선의 아래쪽 영역의 면적이 총광투과율이 된다. 실험에 의하면, 필터영역(F)의 두께가 약 1.47㎛에서 2.94㎛로 2배 증가되면 총광투과율은 약 30% 감소된다. However, the light transmittance is inversely proportional to the thickness of the filter region F. FIG. 7 is a graph illustrating a change in light transmittance according to a change in thickness of the filter region F. As shown in FIG. Green light (G) was used for the measurement. In the graph of FIG. 7, the area of the lower area of the measurement line is the total light transmittance. According to the experiment, when the thickness of the filter region F is doubled from about 1.47 μm to 2.94 μm, the total light transmittance is reduced by about 30%.
디스플레이장치에서 광투과율이 저하된다는 것은 표시되는 화상의 밝기가 저하된다는 것을 의미한다. 따라서, 광투과율의 저하없이 내지는 광투과율의 저하를 최소화하면서 색순도를 향상시킬 필요가 있다. 일반적으로 베이스 레진에 안료만을 분산시킨 기존의 안료형 칼라필터의 경우에는 안료의 특정에 의하여 칼라필터의 색순도가 결정되기 때문에 안료의 농도를 변화시키는 방법 이외에는 색순도를 조절할 방법이 없다. 또, 안료형 칼라필터의 경우에는 안료의 농도에 따른 색특성이 파장에 대하여 비교적 완만하게 변하기 때문에 안료의 농도를 조절하는 것만으로 색순도를 향상시키기에는 한계가 있다. 특히 반사형 또는 반투과형 디스플레이장치의 경우에는 반사에 의한 화상은 외부광(L2)이 칼라필터를 두 번 통과하여 형성되기 때문에 광투과율이 저하되면 조명광(L1)을 칼라필터를 한 번만 투과시켜 화상을 형성하는 투과형 디스플레이장치에 비하여 화상의 밝기가 더 저하된다. 또, 반투과형 디스플레이장치의 경우에는 외부광(L2)과 조명광(L1)의 스펙트럼이 서로 다르기 때문에 화이트 발란스가 맞지 않게 된다. 이를 보완하기 위하여 반사광이 통과되는 반사필터영역(F1) 내에 외부광(L2)이 필터링되지 않고 투과되도록 투광영역(light hole)을 마련하여 화상의 휘도를 향상시키고 화이트 발란스를 맞추는 방법이 이용된다. 그러나, 이 경우에 투광영역을 통과하는 광은 외부광(L2) 그대로이기 때문에 반사에 의하여 형성되는 화상의 색특성은 더욱 나빠진다. The decrease in the light transmittance in the display device means that the brightness of the displayed image is reduced. Therefore, it is necessary to improve the color purity without reducing the light transmittance or to minimize the decrease in the light transmittance. In general, in the case of the existing pigment type color filter in which only the pigment is dispersed in the base resin, since the color purity of the color filter is determined by the specification of the pigment, there is no method of adjusting the color purity other than the method of changing the concentration of the pigment. In addition, in the case of the pigment-type color filter, since the color characteristics of the pigments change relatively slowly with respect to the wavelength, there is a limit in improving the color purity only by adjusting the concentration of the pigments. In particular, in the case of the reflective or semi-transmissive display device, the image by reflection is formed by passing the external light L2 twice through the color filter, so when the light transmittance is reduced, the illumination light L1 is transmitted through the color filter only once. The brightness of the image is further lowered as compared with the transmissive display device which forms the device. In the case of the transflective display device, the white balance is not matched because the spectra of the external light L2 and the illumination light L1 are different from each other. In order to compensate for this, a light hole is provided in the reflection filter area F1 through which the reflected light passes, so that the external light L2 is transmitted without being filtered, thereby improving brightness of the image and matching white balance. However, in this case, since the light passing through the light-transmitting region remains the external light L2, the color characteristic of the image formed by reflection becomes worse.
상술한 바와 같이, 분산매에 분산되는 안료의 농도를 조절하거나 필터영역(F)의 두께를 변화시키는 방안으로는 색순도의 향상과 광투과율의 저하방지라는 두 가지의 효과를 동시에 얻기 어렵다. 본 발명에 따른 칼라필터는 분산매에 안료와 함께 금속나노입자를 분산시킨 것을 특징으로 한다. 금속나노입자 고유의 플라즈몬 공명(plasmon resonance)을 이용하여 특정파장의 광만을 흡수함으로써 필터영역(F)의 두께를 거의 변화시키지 않고 칼라필터의 색순도를 향상시킴은 물론 광투과율의 저하를 줄일 수 있다. As described above, in order to adjust the concentration of the pigment dispersed in the dispersion medium or to change the thickness of the filter region (F), it is difficult to obtain two effects at the same time: improving color purity and preventing lowering of light transmittance. The color filter according to the present invention is characterized by dispersing metal nanoparticles together with a pigment in a dispersion medium. By using plasmon resonance, which is inherent in metal nanoparticles, only light having a specific wavelength can be absorbed, thereby improving color purity of the color filter without substantially changing the thickness of the filter region F, and reducing light transmittance. .
금속나노입자에 의한 광흡수는 금속나노입자의 분극에 의한 전자기파 흡수에 기인한다. 특정한 파장의 빛이 금속나노입자의 표면에 입사 될 때 대부분의 빛에너지가 금속 표면의 자유전자로 전이되어 공명현상을 일으키며, 이러한 현상을 플라즈몬 공명이라고 한다. 금속나노입자의 플라즈몬 공명조건은, 금속나노입자의 전기분극율(electrical polarizability)로부터 구해진다. 아래의 식은 구형의 금속나노입자인 경우에 적용된다.Light absorption by metal nanoparticles is due to absorption of electromagnetic waves by polarization of metal nanoparticles. When light of a specific wavelength is incident on the surface of the metal nanoparticles, most of the light energy is transferred to free electrons on the surface of the metal to cause resonance, which is called plasmon resonance. The plasmon resonance condition of the metal nanoparticles is obtained from the electrical polarizability of the metal nanoparticles. The following formula applies to spherical metal nanoparticles.
구형 금속나노입자의 전기분극율(α)은,The electrical polarization (α) of the spherical metal nanoparticles is
로 표시된다. Is displayed.
여기서, ε은 금속나노입자의 유전율, εm은 금속나노입자를 둘러싸는 매질의 유전율이다. 유전율은 파장의 함수이므로, 을 만족하는 파장영역에서 광흡수가 일어나게 된다. Where ε is the dielectric constant of the metal nanoparticles and ε m is the dielectric constant of the medium surrounding the metal nanoparticles. Since the dielectric constant is a function of wavelength, The absorption of light occurs in the wavelength region satisfying.
칼라필터의 색순도 향상을 위하여 사용될 수 있는 금속입자는 가시광 인접 영역에서 흡수특성을 가진 것이어야 한다. 이러한 금속나노입자로서는 예를 들면, Au, Pt, Ag, Al, Cu, Ni, Mo, Cr, 또는 이들 금속입자의 알로이(alloy) 등이 있다. Metal particles that can be used to improve the color purity of color filters should have absorption characteristics in the vicinity of visible light. Such metal nanoparticles include, for example, Au, Pt, Ag, Al, Cu, Ni, Mo, Cr, or alloys of these metal particles.
입경이 약 10nm 정도의 은(Ag)나노입자는 도 8에 도시된 바와 같이, 파장이 약 350nm 정도인 자외선 영역에서 흡수특성을 가지므로 은나노입자를 칼라필터의 색순도개선을 위하여 사용하기 위하여는 흡수대역을 약간 이동시킬 필요가 있다. 도 9에 도시된 바와 같이 유전성 코어(21)의 표면에 은을 박막 코팅하여 쉘(22)을 형성한 코어-쉘 구조의 금속나노입자를 만든다. 코어-쉘 구조의 금속나노입자의 플라즈몬 공명조건은, 코어-쉘 구조의 금속나노입자의 전기분극율(electrical ploarizability)로부터 구해진다. 아래의 식은 구형의 금속나노입자인 경우에 적용된다.As shown in FIG. 8, silver (Ag) nanoparticles having a particle diameter of about 10 nm have absorption characteristics in an ultraviolet region having a wavelength of about 350 nm, so that silver nanoparticles may be absorbed in order to improve color purity of a color filter. You need to shift the band slightly. As shown in FIG. 9, a thin film of silver is coated on the surface of the
여기서, 공명조건은, Here, the resonance condition is
두꺼운 쉘()인 경우에는 ,Thick shell ( ) ,
얇은 쉘(p << 1 )인 경우에는 가 된다.For thin shells (p << 1) Becomes
r1은 코어(21)의 반경, r2는 쉘(22)을 포함하는 금속나노입자의 반경, ε1은 코어(21)의 유전율, ε2은 쉘(22)의 유전율, ε3은 금속나노입자를 둘러싸는 매질의 유전율이다. r 1 is the radius of the core 21, r 2 is the radius of the metal nanoparticles including the
도 10에는 SiO2-Ag의 코어-쉘구조의 금속나노입자의 흡수특성이 도시되어 있다. 도 10을 보면, 10nm 직경의 SiO2코어에 1nm 두께로 Ag을 입힌 금속나노입자와 20nm 직경의 SiO2코어에 2nm 두께로 Ag을 입힌 금속나노입자의 경우에 가시광 영역인 약 635nm 파장대역에서 흡수특성을 띠는 것을 알 수 있다. 따라서, 코어-쉘 구조의 금속나노입자가 칼라필터의 색순도 개선을 위하여 사용될 수 있다.10 shows absorption characteristics of metal nanoparticles having a core-shell structure of SiO 2 -Ag. Referring to Figure 10, the absorption at about 635nm wavelength range of the visible light range in the case of the metal nano-particles coated with Ag to 2nm thick SiO 2 cores coated with Ag to a 1nm thick metal nanoparticles and 20nm in diameter on SiO 2 core of 10nm diameter It can be seen that it has characteristics. Therefore, metal nanoparticles having a core-shell structure may be used to improve color purity of the color filter.
다른 예로서, 도 11은 필터영역(FG, FB)에 10nm의 SiO2 구형코어에 약 2~5nm 두께로 은을 입힌 SiO2-Ag의 코어-쉘구조의 금속나노입자를 약 50개/㎛3 정도로 분산시킨 경우의 광투과율을 도시한 그래프이다. 도 11에서 실선은 기존의 안료형 칼라필터의 광투과율을 표시하며, 점선은 코어-쉘구조의 금속나노입자를 분산시킨 경우의 광투과율을 표시한다. 도 12는 이 경우의 칼라 게멋(color gamut)을 도시한 그래프이다. 도 11을 보면, 녹색광(G)과 청색광(B)의 밴드폭이 금속나노입자의 광흡수에 의하여 좁아진 것을 볼 수 있다. 도 12에서 SNTSC는 NTSC 표준 색좌표를, S1은 기존의 안료형 칼라필터를 채용한 경우의 색좌표를, S2는 SiO2-Ag의 코어-쉘구조의 금속나노입자를 약 50개/㎛3 정도로 분산시킨 경우의 색좌표를 표시한다. 색순도는 색좌표(SNTSC)의 내부면적에 대한 색좌표(S1)(S2)의 내부면적의 비로서 표시될 수 있다. 도 12의 실험에 따르면, S1/SNTSC는 약 44.7%이며, S2/SNTSC는 약 59.2%이다. 따라서, 색순도는 약 30% 이상 향상된 것을 확인할 수 있다. 총광투과율은 도 11에서 실선의 아래 영역의 면적과 점선의 아래영역의 면적을 비교하면 알 수 있는데, 약 10% 정도 저하되었다. 따라서, 칼라필터의 필터영역(F)의 두께를 두껍게 하지 않고 약 30% 정도의 색순도 개선효과를 거둘 수 있다. 약 30%의 색순도 개선을 위하여 필터영역(F)의 두께를 두 배로 하는 경우에 광투과율이 약 30% 저하된다는 점을 감안하면, 본 실험에 의한 색순도 개선효과는 매우 만족스러운 것이다.As another example, FIG. 11 shows about 50 metal nanoparticles of SiO 2 -Ag core-shell structure coated with silver having a thickness of about 2 to 5 nm on a 10 nm SiO 2 spherical core in the filter regions F G and F B. It is a graph which shows the light transmittance at the time of disperse | distributing about / micrometer <3> . In FIG. 11, the solid line indicates the light transmittance of the conventional pigment type color filter, and the dotted line indicates the light transmittance when the metal nanoparticles of the core-shell structure are dispersed. Fig. 12 is a graph showing the color gamut in this case. Referring to FIG. 11, it can be seen that the bandwidths of the green light G and the blue light B are narrowed by the light absorption of the metal nanoparticles. In FIG. 12, S NTSC denotes NTSC standard color coordinate, S 1 denotes color coordinate when a conventional pigment-type color filter is adopted, and S 2 denotes about 50 nanoparticles of SiO 2 -Ag core-shell structured metal nanoparticles. The color coordinates at the time of dispersing to about 3 are displayed. The color purity may be expressed as the ratio of the inner area of the color coordinates S 1 (S 2 ) to the inner area of the color coordinates S NTSC . According to the experiment of FIG. 12, S 1 / S NTSC is about 44.7%, and S 2 / S NTSC is about 59.2%. Therefore, it can be seen that the color purity is improved by about 30% or more. The total light transmittance can be seen by comparing the area of the bottom area of the solid line and the area of the bottom area of the dotted line in FIG. 11, which is reduced by about 10%. Accordingly, the color purity can be improved by about 30% without increasing the thickness of the filter region F of the color filter. Considering that the light transmittance is reduced by about 30% when the thickness of the filter area F is doubled to improve the color purity by about 30%, the color purity improvement effect of the present experiment is very satisfactory.
본 실험에서는 SiO2-Ag의 코어-쉘 구조의 금속나노입자를 사용하여 색순도 개선효과를 확인하였으나, 본 발명의 범위가 이에 의하여 한정되는 것은 아니다. 쉘을 형성하는 금속으로서 은(Ag) 이외에 예를 들면, Au, Pt, Ag, Al, Cu, Ni, Mo, Cr, 또는 이들 금속입자의 알로이(alloy) 등이 사용될 수 있다. 또, 코어로서는 Si, TiO2등의 금속산화물, 반도체 산화물 등의 다양한 유전체 물질이 사용될 수 있다. 또, 금속나노입자의 광흡수 대역은 금속입자의 종류, 크기, 형상, 농도 등에 의존된다, 따라서, 칼라필터의 색순도와 광투과율을 소망하는 범위 이내로 조절하기 위하여 코어-쉘 구조의 금속나노입자의 크기, 형상, 농도를 다양하게 변화시킬 수 있음을 당업자라면 이해할 수 있을 것이다. 또, 구형 뿐 아니라, 막대형, 와이어형, 다면체형 등 다양한 형태의 금속나노입자가 채용될 수 있음을 당업자라면 이해할 수 있을 것이다. In the present experiment, the effect of improving color purity was confirmed using SiO 2 -Ag core-shell metal nanoparticles, but the scope of the present invention is not limited thereto. In addition to silver (Ag), for example, Au, Pt, Ag, Al, Cu, Ni, Mo, Cr, or an alloy of these metal particles may be used as the metal forming the shell. As the core, various dielectric materials such as metal oxides such as Si and TiO 2 and semiconductor oxides can be used. In addition, the light absorption band of the metal nanoparticles depends on the type, size, shape, concentration, etc. of the metal particles. Therefore, in order to adjust the color purity and the light transmittance of the color filter within a desired range, It will be understood by those skilled in the art that various changes in size, shape, and concentration can be made. In addition, it will be understood by those skilled in the art that not only spherical but also various types of metal nanoparticles such as rod, wire, and polyhedron may be employed.
상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.The above embodiments are merely exemplary, and various modifications and equivalent other embodiments are possible to those skilled in the art. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the invention described in the claims below.
도 1은 본 발명에 따른 디스플레이장치의 일 실시예로서 투과형 디스플레이장치의 구조를 도시한 단면도.1 is a cross-sectional view showing the structure of a transmissive display device as one embodiment of a display device according to the present invention;
도 2은 본 발명에 따른 디스플레이장치의 일 실시예로서 반사형 디스플레이장치의 구조를 도시한 단면도.2 is a cross-sectional view showing the structure of a reflective display device as one embodiment of the display device according to the present invention;
도 3은 본 발명에 따른 디스플레이장치의 일 실시예로서 반투과형 디스플레이장치의 구조를 도시한 단면도.3 is a cross-sectional view showing the structure of a transflective display device as one embodiment of the display device according to the present invention;
도 4는 조명광과 칼라필터의 색특성과의 관계를 도시한 그래프.4 is a graph showing a relationship between illumination light and color characteristics of a color filter.
도 5는 자연광과 칼라필터의 색특성과의 관계를 도시한 그래프.5 is a graph showing a relationship between natural light and color characteristics of a color filter;
도 6은 필터영역의 두께의 변화에 따른 광강도 및 색순도의 변화를 도시한 그래프.6 is a graph showing a change in light intensity and color purity according to the change in the thickness of the filter region.
도 7은 필터영역의 두께의 변화에 따른 광투과율의 변화를 도시한 그래프.7 is a graph showing the change in light transmittance according to the change in the thickness of the filter region.
도 8은 은나노입자의 광흡수특성을 도시한 그래프.8 is a graph showing the light absorption characteristics of silver nanoparticles.
도 9는 코어-쉘구조의 금속나노입자를 도시한 도면.9 illustrates metal nanoparticles having a core-shell structure.
도 10은 코어-쉘구조의 은나노입자의 광흡수특성을 도시한 그래프.10 is a graph showing light absorption characteristics of silver nanoparticles having a core-shell structure.
도 11은 코어-쉘구조의 은나노입자를 채용한 경우, 칼라필터의 광투과율을 도시한 그래프.FIG. 11 is a graph showing the light transmittance of a color filter when silver nanoparticles having a core-shell structure are employed. FIG.
도 12는 코어-쉘구조의 은나노입자를 채용한 경우, 칼라필터의 색순도를 도시한 색좌표 그래프.12 is a color coordinate graph showing color purity of a color filter when silver nanoparticles having a core-shell structure are employed.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
21......코어 22......쉘21 ......
100, 100a, 100b......화상패널 101......화상패널의 전면100, 100a, 100b ......
102......화상패널의 배면 110. 120......기판102 ...... Back of image panel 110.120 ...... Substrate
130......액정층 131......반사영역130 ......
132......투과영역 140......반사막132 ......
150......조명유닛 151......광원150 ......
152......도광판 153......도광판의 측면152 ...
154......도광판의 전면 155......도광판의 배면154 ...... The front of the
156......광안내수단 P......화소156 ...... Light guide P ...... pixel
P1......반사 화소 P2......투과 화소P1 ...... reflective pixel P2 ...... transmissive pixel
PR, PG, PB......서브화소 F......필터영역P R , P G , P B ... Subpixel F ... Filter Area
F1......반사필터영역 F2......투과필터영역F1 ...... reflection filter area F2 ...... transmission filter area
FR, FG, FB......서브필터영역F R , F G , F B ... sub filter area
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