KR20110041824A - 양자점을 이용한 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양자점을 이용한 표시장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 양자점을 이용한 표시장치는 서로 대향하는 제1 및 제2 기판과, 상기 제1 및 제2 기판 사이에 형성되어 단위 화소영역을 정의하는 격벽과, 상기 제1 기판 상에 형성되는 제1 전극과, 상기 제1 전극에 상응하도록 형성되는 제2 전극과, 상기 제1 기판의 하부에 형성되어 광원인 UV를 구비하는 백라이트 유닛과, 상기 제2 기판의 상부에 형성되는 UV 차단막과, 상기 단위 화소내부에 적색 양자점이 형성된 적색 발광층, 청색 양자점이 형성된 청색 발광층, 녹색 양자점이 형성된 녹색 발광층을 포함한다.
양자점. 표시장치

Description

양자점을 이용한 표시장치{display device using Quantum Dot}
본 발명은 양자점을 이용한 표시장치에 관한 것이다.
근래 정보 통신 분야의 급속한 발전으로 각종 정보를 표시해 주는 디스플레이 장치의 중요도가 갈수록 높아지고 있는 가운데, 기존의 표시 장치 중의 하나인 음극선관(Cathode Ray Tube)은 일정한 한계가 있어 최신의 추세인 량화, 박형화에 부응할 수 없었다. 이에, 평판 디스플레이로서 액정표시장치(LCD : Liquid Crystal Display), 플라즈마 표시 장치(PDP : Plasma Display Panel), ELD(Electro Luminescence Display) 등이 개발되어 기대에 부응하고 있으며 이에 대한 연구와 개발이 활발히 진행되고 있다.
이러한 표시 장치 중 액정표시장치는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용하게 된다. 상기 액정은 구조가 가늘고 길기 때문에 분자의 배열에 방향성을 갖고 있으며, 인위적으로 액정에 전기장을 인가하여 분자 배열의 방향을 제어할 수 있다.
따라서, 상기 액정의 분자배열 방향을 임의로 조절하며, 액정의 분자 배열이 변하게 되고, 광학적 이방성에 의해 상기 액정의 분자배열 방향으로 빛이 굴절하여 화상을 표현하게 된다.
한편, 이와 같은 액정표시장치는 다음과 같은 문제점을 갖고 있다.
첫째, 액정표시장치의 액정 분자는 굴절율 이방성에 의해 전압의 인가시 시야각이 좁아지는 문제점이 있다.
둘째, 액정표시장치는 주로 박막트랜지스터 어레이기판, 컬러필터 기판, 편광판, 액정층과 같이 다층 구조로 형성되므로, 최하층부터 최상층까지 통과되는 광의 효율이 감소하게 되어 저투과율을 갖게 되는 문제점이 있다.
섯째, 액정표시장치는 박막트랜지스터 어레이기판, 컬러필터 기판등이 다양한 막의 증착 및 패터닝 등으로 이루어지기 때문에, 제조공정이 매우 복잡한 문제점이 있다.
넷째, 액정표시장치는 액정표시장치를 구성하는 백라이트유닛, 액정, 컬러필터, 편광판 등등 다양한 부품이 사용되기 때문에, 고비용을 갖게 되는 문제점이 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 시야각이 좁아지는 것을 방지하는 양자점을 이용한 표시장치를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 목적은 고투과율을 갖는 양자점을 이용한 표시장치를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 목적은 제조공정이 단순한 양자점을 이용한 표시장치를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 목적은 저비용으로 구현되는 양자점을 이용한 표시장치를 제공함에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 양자점을 이용한 표시장치는 서로 대향하는 제1 및 제2 기판과, 상기 제1 및 제2 기판 사이에 형성되어 단위 화소영역을 정의하는 격벽과, 상기 제1 기판 상에 형성되는 제1 전극과, 상기 제1 전극에 상응하도록 형성되는 제2 전극과, 상기 제1 기판의 하부에 형성되어 광원인 UV를 구비하는 백라이트 유닛과, 상기 제2 기판의 상부에 형성되는 UV 차단막과, 상기 단위 화소내부에 적색 양자점이 형성된 적색 발광층, 청색 양자점이 형성된 청색 발광층, 녹색 양자점이 형성된 녹색 발광층을 포함한다.
상기 적색 양자점, 청색 양자점, 녹색 양자점은 코어와, 상기 코어의 외부에 형성되는 쉘과, 상기 쉘의 외부에 형성되는 유기 리간드를 포함하고, 상기 쉘은 두 개의 쉘로 분리 형성될 수도 있다.
상기 코어는 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, GaAs, GaP, GaAs, GaSb, HgS, HgSe, HgTe, InAs, InP, InSb, AlAs, AlP, AlSb 중 어느 하나 또는 3~4종의 화합물을 사용하고, 상기 쉘은 SiO, TiO, ZnO, Silica, MgO 중 어느 하나를 사용하고, 상기 유기 리간드는 S, P, COOH, NH4가 포함된 유기 화합물을 사용한다.
상기 적색 양자점은 18-20nm이고, 상기 청색 양자점은 6~ 8nm이고, 상기 녹색 양자점은 12~ 14nm이다.
상기 제2 전극은 상기 제1 전극이 형성된 제1 기판에 형성되거나 상기 제1 전극이 형성된 제1 기판에 대향하는 기판인 상기 제2 기판에 형성된다. 상기 UV는 350~ 400nm의 파장이다.
상기 제1 구동전극 및 제2 구동전극에 인가되는 전압의 차이에 따라 상기 적색 양자점들, 녹색 양자점들, 청색 양자점들이 이동한다.
본 발명에 따른 양자점을 이용한 표시장치는 적색 양자점, 청색 양자점, 녹색 양자점을 액정분자 대신 사용하고 있기 때문에, 액정분자의 굴절율 이방성에 의해 시야각이 좁아지는 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 본 발명에 따른 양자점을 이용한 표시장치는 컬러필터 기판, 편광판등을 사용하지 않기 때문에, 최하층부터 최상층까지 통과하는 광의 효율이 액정표시장치에 비해 월등이 우수하여 고투과율을 갖게 되는 효과가 있다.
그리고, 본 발명에 따른 양자점을 이용한 표시장치는 적색 양자점(RQ), 청색 양자점(BQ), 녹색 양자점(GQ)을 이용하여 컬러를 구현하게 되어 컬러필터 기판을 형성하지 않기 때문에, 액정표시장치의 제조공정에 비해 단순해지는 효과가 있다.
그리고, 본 발명에 따른 양자점을 이용한 표시장치는 액정, 컬러필터, 편광판등의 부품이 사용되지 않고, 양자점의 형성 또한 저비용으로 구현될 수 있으므로, 액정표시장치의 제조비용에 비해 저비용을 갖게 되는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명은 크기 및 조성에 따라 적색, 녹색, 청색을 포함한 다양한 컬러로 변환되는 양자점을 이용한 표시장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 표시장치의 구조 설명에 앞서 본 발명에서 이용하는 양자점에 대해 살펴본다.
먼저, 양자점(Quantum Dot: QD)이라 불리는 나노 입자 즉 나노 결정(nanocrystal)은 나노미터 크기의 반도체적 구조물로서 1차원의 양자 와이어(quantum wire)와는 달리 양자점은 영(0)차원을 가지는 구조를 이루어져 있다. 즉, 전자 등의 입자를 영 차원의 공간에 가두어 입자의 존재 또는 부재의 상태 자체를 정보로 사용하는 입자를 의미하며, 이러한 양자점의 직경은 2 내지 20nm의 범위에 있으며 양자점의 크기 변화에 따라 적색, 녹색, 청색을 포함한 다양한 컬러로 변환될 수 있다.
그리고, 양자점은 도 1에 도시된 바와 같이, 코어(core), 제1 쉘(shell), 제 2 쉘(shell), 유기 리간드(organic ligands)의 구조로 형성되며, 코어(core)는 주기율표상의 Ⅱ-Ⅵ족 또는 Ⅲ-Ⅴ족으로 구성되는 반도체 특성의 나노결정(nanocrystal)으로 형성되며, 조성 및 크기에 따라 특정 밴드갭(bandgap)을 가져 빛을 흡수하여 고유의 파장으로 방출하게 된다. 예를 들어, 코어는 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, GaAs, GaP, GaAs, GaSb, HgS, HgSe, HgTe, InAs, InP, InSb, AlAs, AlP, AlSb 등의 화합물 또는 상기 원소들을 이용한 3~4종의 화합물을 사용한다. 그리고, 제1 쉘(shell)은 코어의 화학적 변성을 방지하여 반도체 특성을 유지하기 위한 패시베이션막으로써, 코어의 성분과 절연 특성을 가지는 SiO, TiO, ZnO, Silica, MgO 등과 같이 산소를 포함한 무기화합물(inorganic compound)을 사용한다. 그리고, 제2 쉘(shell)은 상기 양자점에 전기영동(electrophoresis) 특성을 부여하기 위한 챠징막(charging layer)으로써, 절연특성을 가지는 SiO, TiO, ZnO, Silica, MgO 등과 같이 산소를 포함한 무기화합물(inorganic compound)을 사용한다. 이때, 쉘은 상술한 바와 같이 제1 및 제2 쉘로 이루어질 수도 있고, 하나의 쉘로도 형성될 수 있으며, 코어와 쉘간의 다른 성분 구성으로 인한 래티스 미스매치(lattice mismatch)효과를 최소화하기 위해 코어의 성분과 쉘간의 성분들이 점진적인 농도로 형성되도록 구성한다.
그리고, 유기 리간드는 상기 양자점들간의 응집을 방지하고, 차징(charging)특성을 부여하는 유기층으로 양자점의 표면과 결합되고, S, P, COOH, NH4가 포함된 유기 화합물로 구성되며, 좀 더 구체적으로, S(CH2)nCOOH, PH(CH2)nCOOH, S(CH2)nCHNH2, PH(CH2)nCHNH2, S(CH2)n(C6H4)m, PH(CH2)n(C6H4)m 등의 유기 화합물이 사용된다.
상기와 같은 구조를 가진 양자점은 사이즈에 따라 적색의 양자점, 청색의 양자점, 녹색의 양자점으로 구현가능하다. 즉, 적색 양자점의 크기가 대략 18~ 20nm 정도이고, 녹색 양자점의 크기가 대략 12~ 14nm 정도이고, 청색 양자점의 크기가 6~ 8nm정도이다.
상기와 같이 형성되는 적색 양자점, 청색 양자점, 녹색 양자점은 조사된 UV를 흡수하여 적색광, 청색광, 녹색광을 발광한다. 즉, 적색 양자점, 청색 양자점, 녹색 양자점에 350~ 400nm의 파장의 UV를 조사하여 적색 양자점, 청색 양자점, 녹색 양자점의 흡수파장이 400~ 500nm이면, 530nm 중심파장의 청색광을 발광하고, 480nm 중심파장의 청색광을 발광하고, 600nm 중심파장의 적색광을 발광한다.
다음은 상술한 양자점을 이용한 표시장치에 대해 상세히 설명하고자 한다.
도 2는 본 발명에 따른 양자점을 이용한 표시장치를 도시한 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 양자점을 이용한 표시장치(10)는 디스플레이 패널(10)과, 상기 디스플레이 패널(10)의 하부에 위치하여 상기 디스플레이 패널(10)에 UV를 제공하는 백라이트 유닛(20)과, 상기 디스플레이 패널(10)의 상부에 위치하여 백라이트 유닛(20)로부터 출사되어 디스플레이 패널(10)을 통과한 UV를 차단하는 UV 차단막(30)을 포함한다.
상기 백라이트 유닛(20)은 광원인 복수의 UV 램프가 구비된 램프부(21a)와, 도광확산부재(21b)로 크게 구분된다. 상기 램프부(21a)의 UV 램프는 350~ 400nm의 파장의 UV를 조사하고, 상기 도광확산부재(21b)는 상기 램프로부터의 광을 디스플레이 패널(10)의 배면 측으로 전파시킴과 아울러 이를 고른 분포로 확산시킨다.
이때, 램프부는 직하방식, 에지방식으로 나뉘며, 본 발명의 실시예에서는 에지방식으로서 도광/확산부재의 일측 가장자리에 배치되는 에지방식구조를 가질 수도 있고, 도광/확산부재의 후면 전체에 걸쳐 배치되는 직하방식구조를 가질 수도 있다. 본 발명의 실시예를 설명하고 있는 도 2에서는 에지방식을 채택하고 있으나, 도시되진 않았지만 직하방식을 채택할 수도 있다.
이어, 디스플레이 패널(10)은 제1 기판(101)과 제2 기판(103)이 소정간격 이격되어 있고, 이들 사이에 개재되어 단위 화소를 정의하는 격벽(105)과, 상기 단위화소 내부 각각에는 상기 적색 양자점(RQ)들이 형성된 적색 발광층(106R), 청색 양자점(BQ)들이 형성된 청색 발광층(106B), 녹색 양자점(GQ)들이 형성된 녹색 발광층(106G)들이 형성된다. 따라서, 단위 화소 각각에 적색 발광층(106R), 청색 발광층(106B), 녹색 발광층(106G)을 형성하여, 각 색상의 컬러가 단위 화소에 대응하도록 형성함으로써, 컬러를 구현할 수 있다.
그리고, 제1 기판(101)에는 제1 구동 전극(미도시)이 형성되어 있으며, 상기 제1 구동전극(미도시)에 상응하는 제2 구동 전극(미도시)이 제1 기판(101)에 형성될 수도 있고, 대향하는 제2 기판(103)에 형성될 수도 있다. 이는 이하의 구동방식에 대한 설명에서 보다 상세히 설명하고자 한다. 그리고 제1 구동전극은 ITO, IZO와 같이 투명전극으로 형성될 수도 있고, 제2 구동전극은 Mo, Cr, Cu, Al와 같이 불투명전극으로 형성될 수도 있다.
그리고, UV 차단막(30)은 백라이트 유닛(30)에서 조사되어 디스플레이 패널(10)을 통과한 UV를 차단하는 막으로써, 폴리에스테르(polyester)를 주성분으로 하되, UV를 흡수 및 차단하는 고분자들로 포함하여 형성된다.
상기와 같이 형성되는 적색 양자점, 청색 양자점, 녹색 양자점은 조사된 UV를 흡수하여 적색광, 청색광, 녹색광을 발광한다.
상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 양자점을 이용한 표시장치는 적색 양자점, 청색 양자점, 녹색 양자점을 액정분자 대신 사용하고 있기 때문에, 액정분자의 굴절율 이방성에 의해 시야각이 좁아지는 현상을 방지할 수 있게 된다.
그리고, 본 발명에 따른 양자점을 이용한 표시장치는 컬러필터 기판, 편광판등을 사용하지 않기 때문에, 최하층부터 최상층까지 통과하는 광의 효율이 액정표시장치에 비해 월등이 우수하여 고투과율을 갖게 된다.
그리고, 본 발명에 따른 양자점을 이용한 표시장치는 적색 양자점(RQ), 청색 양자점(BQ), 녹색 양자점(GQ)을 이용하여 컬러를 구현하게 되어 컬러필터 기판을 형성하지 않기 때문에, 액정표시장치의 제조공정에 비해 단순해진다.
그리고, 본 발명에 따른 양자점을 이용한 표시장치는 액정, 컬러필터, 편광판등의 부품이 사용되지 않고, 양자점의 형성 또한 저비용으로 구현될 수 있으므로, 액정표시장치의 제조비용에 비해 저비용을 갖게 된다.
이와 같은 본 발명에 따른 양자점을 이용한 표시장치는 제1 구동 전극 및 제2 구동 전극에 인가되는 전압 차들에 따라 차징특성을 띠는 양자점들이 이동하게 되어 각 컬러를 구현할 수 있게 되는 데, 이와 같은 양자점을 이용한 표시장치의 구동모드에 대해 도면들을 참조하여 보다 상세히 설명하고자 한다.
도 3a 및 도 3b는 제1 구동전극 및 제2 구동전극이 제1 기판(101)에 형성되는 디스플레이 패널의 단위화소를 도시한 도면이고, 도 4a 및 도 4b는 제1 구동전극은 제1 기판에, 제2 구동전극은 제2 기판에 형성되는 디스플레이 패널의 단위화소를 도시한 도면이다. 이때, 단위화소는 적색 발광층이 형성된 단위화소로 한정하여 설명한다.
먼저, 제1 기판(101)상에 제1 구동전극(107a) 및 제2 구동전극(107b)이 이웃하여 형성된 디스플레이 패널의 구동에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 제1 구동전극(107a) 및 제2 구동전극(107b) 각각에 동일한 전압 즉, 0V를 인가하면 제1 구동전극(107a) 및 제2 구동전극(107b) 사이로 적색 양자점(RQ)이 이동하여 분포하게 되고, 이 적색 양자점(RQ)은 제1 기판(101)의 하부에 형성된 백라이트 유닛(도 2의 21)을 통해 분사되는 UV의 광을 흡수하게 되어 적색광을 발광하게 된다. 이와 같이 청색 양자점(BQ)가 형성된 단위 화소도, 녹색 양자점(GQ)가 형성된 단위화소도 상기와 같은 원리로 청색광 및 녹색광을 발광하게 된다.
그리고, 도 3b에 도시된 바와 같이, 제2 구동전극(107b)에 제1 구동전극(107a)보다 높은 전압이 인가되면(즉, 0V의 전압이 인가되는 제1 구동전극(107a)보다 높은 전압인 5V가 제2 구동전극(107b)에 인가되면), 높은 전압이 인가된 제2 구동전극(107b) 상부로 적색 양자점(RQ)이 이동하여 분포하게 되고, 제1 기판(101)의 하부에 형성된 백라이트 유닛(도 2의 21)을 통해 분사되는 UV의 광이 그대로 제 2 기판(103)에 도달하게 되어 적색광은 구현되지 않는다. 이와 같이, 이와 같이 청색 양자점(BQ)가 형성된 단위 화소도, 녹색 양자점(GQ)가 형성된 단위화소도 상기와 같은 원리로 청색광 및 녹색광이 구현되지 않는다.
다음은 제1 구동전극(107a) 및 제2 구동전극(107b)이 제1 기판(101) 및 제2 기판(103) 각각에 형성된 디스플레이 패널의 구동에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 제1 구동전극(107a) 및 제2 구동전극(107b) 각각에 동일한 전압 즉, 0V를 인가하면 제1 구동전극(107a) 및 제2 구동전극(107b) 사이로 적색 양자점(RQ)이 이동하여 분포하게 되고, 이 적색 양자점(RQ)은 제1 기판(101)의 하부에 형성된 백라이트 유닛(도 2의 21)을 통해 분사되는 UV의 광을 흡수하게 되어 적색광을 발광하게 된다. 이와 같이 청색 양자점(BQ)가 형성된 단위 화소도, 녹색 양자점(GQ)가 형성된 단위화소도 상기와 같은 원리로 청색광 및 녹색광을 발광하게 된다.
그리고, 도 4b에 도시된 바와 같이, 제2 구동전극(107b)에 제1 구동전극(107a)보다 높은 전압이 인가되면(즉, 0V의 전압이 인가되는 제1 구동전극(107a)보다 높은 전압인 5V가 제2 구동전극(107b)에 인가되면), 높은 전압이 인가된 제2 구동전극(107b) 상부로 적색 양자점(RQ)이 이동하여 분포하게 되고, 제1 기판(101)의 하부에 형성된 백라이트 유닛(도 2의 21)을 통해 분사되는 UV의 광이 그대로 제2 기판(103)에 도달하게 되어 적색광은 구현되지 않는다. 이와 같이, 이와 같이 청색 양자점(BQ)가 형성된 단위 화소도, 녹색 양자점(GQ)가 형성된 단위화소도 상기와 같은 원리로 청색광 및 녹색광이 구현되지 않는다.
이와 같은 본 발명에 따른 양자점을 이용한 표시장치는 제1 구동 전극 및 제2 구동 전극에 인가되는 전압 차들에 따라 양자점들이 이동하게 되어 각 컬러를 구현할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 양자점의 구조를 도시한 도면
도 2는 본 발명에 따른 양자점을 이용한 표시장치를 도시한 단면도
도 3a 및 도 3b는 제1 구동전극 및 제2 구동전극이 제1 기판에 형성되는 디스플레이 패널의 단위화소를 도시한 도면
도 4a 및 도 4b는 제1 구동전극은 제1 기판에, 제2 구동전극은 제2 기판에 형성되는 디스플레이 패널의 단위화소를 도시한 도면

Claims (11)

  1. 서로 대향하는 제1 및 제2 기판과,
    상기 제1 및 제2 기판 사이에 형성되어 단위 화소영역을 정의하는 격벽과,
    상기 제1 기판 상에 형성되는 제1 전극과,
    상기 제1 전극에 상응하도록 형성되는 제2 전극과,
    상기 제1 기판의 하부에 형성되어 광원인 UV를 구비하는 백라이트 유닛과,
    상기 제2 기판의 상부에 형성되는 UV 차단막과,
    상기 단위 화소내부에 적색 양자점이 형성된 적색 발광층, 청색 양자점이 형성된 청색 발광층, 녹색 양자점이 형성된 녹색 발광층을 포함하는 양자점을 이용한 표시장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 적색 양자점, 청색 양자점, 녹색 양자점은
    코어와,
    상기 코어의 외부에 형성되는 쉘과,
    상기 쉘의 외부에 형성되는 유기 리간드를 포함하는 것을 특징으로 하는 양자점을 이용한 표시장치.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 쉘은
    두 개의 쉘로 분리 형성되는 것을 특징으로 하는 양자점을 이용한 표시장치.
  4. 제2 항에 있어서, 상기 코어는
    CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, GaAs, GaP, GaAs, GaSb, HgS, HgSe, HgTe, InAs, InP, InSb, AlAs, AlP, AlSb 중 어느 하나 또는 3~4종의 화합물을 사용하는 것을 특징으로 하는 양자점을 이용한 표시장치.
  5. 제2 항에 있어서, 상기 쉘은
    SiO, TiO, ZnO, Silica, MgO 중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 양자점을 이용한 표시장치.
  6. 제2 항에 있어서, 상기 유기 리간드는
    S, P, COOH, NH4가 포함된 유기 화합물을 사용하는 것을 특징으로 하는 양자점을 이용한 표시장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 적색 양자점은 18-20nm이고, 상기 청색 양자점은 6~ 8nm이고, 상기 녹색 양자점은 12~ 14nm인 것을 특징으로 하는 양자점을 이용한 표시장치.
  8. 제1 항에 있어서, 상기 제2 전극은
    상기 제1 전극이 형성된 상기 제1 기판에 형성되는 것을 특징으로 하는 양자점을 이용한 표시장치.
  9. 제1 항에 있어서, 상기 제2 전극은
    상기 제1 전극이 형성된 제1 기판에 대향하는 기판인 상기 제2 기판에 형성되는 것을 특징으로 하는 양자점을 이용한 표시장치.
  10. 제1 항에 있어서, 상기 UV는
    350~ 400nm의 파장인 것을 특징으로 하는 양자점을 이용한 표시장치.
  11. 제1 항에 있어서, 상기 제1 구동전극 및 제2 구동전극에 인가되는 전압의 차이에 따라 상기 적색 양자점들, 녹색 양자점들, 청색 양자점들이 이동하는 것을 특징으로 하는 양자점을 이용한 표시장치.
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