KR20110118477A

KR20110118477A - 컬러 필터 및 이를 채용한 디스플레이 장치

Info

Publication number: KR20110118477A
Application number: KR1020100038104A
Authority: KR
Inventors: 장재은; 이계황; 황규영; 정재은
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2010-04-23
Filing date: 2010-04-23
Publication date: 2011-10-31
Also published as: US8692969B2; KR101636052B1; US20110261294A1

Abstract

컬러필터 및 이를 채용한 디스플레이 장치가 개시된다. 개시된 컬러필터는 서로 다른 색상의 복수의 서브화소로 이루어진 화소유닛을 구비하며, 상기 복수의 서브화소는 각각, 평판형 금속층; 상기 평판형 금속층 위에 형성된 것으로, 폴리머, 상기 폴리머 내에 분산된 다수의 액정 방울 및 상기 액정 방울들 내부에 혼합된 색상발현물질로 이루어진 컬러 PDLC층;을 포함한다.

Description

컬러 필터 및 이를 채용한 디스플레이 장치{Color filter and display device employing the same}

본 개시는 컬러 필터 및 이를 채용한 디스플레이 장치에 관한 것이다.

최근, 휴대폰, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 등 휴대기기의 보급이 확대됨에 따라 전력 소모가 적고 시인성이 좋은 디스플레이에 대한 수요가 증가하고 있다.

이러한 디스플레이로서, 반사형 표시소자에 대한 관심이 높아지고 있다. 반사형 표시소자는 내장된 백라이트가 아닌 외부 광원, 예를 들어, 태양광이나 외부 조명광을 이용하여 화상을 형성한다. 반사형 표시소자에는 일반적으로, 입사된 외부광을 반사하는 반사판이 구비되는데, 이러한 반사판에는 광을 반사시킴에 있어서, 다양한 각도로 균일하게 반사시키는 산란 반사의 역할이 요구된다. 이상적인 산란, 반사를 구현하기 위해, 굴곡 패턴을 도입하는 등 다양한 설계안이 제시되고 있다.

본 개시는 반사형 컬러 필터 및 이를 채용한 디스플레이 장치를 제공하고자 한다.

서로 다른 색상의 복수의 서브화소로 이루어진 화소유닛을 구비하며, 상기 복수의 서브화소는 각각, 평판형 금속층; 상기 평판형 금속층 위에 형성된 것으로, 폴리머, 상기 폴리머 내에 분산된 다수의 액정 방울 및 상기 액정 방울들 내부에 혼합된 색상발현물질로 이루어진 컬러 PDLC층;을 포함하는 컬러 필터가 제공된다.

상기 복수의 서브 화소에서 각각 적색, 녹색, 청색이 발현되거나, 또는 옐로우(yellow), 마젠타(magenta), 시안(cyan)이 발현되도록 상기 컬러 PDLC층이 구성될 수 있다.

상기 색상발현물질은 이색성염료(dichroic dye), 양자점(quantum dot) 또는 형광염료(fluorescent dye)로 이루어질 수 있다.

상기 컬러 PDLC층에는 상기 평판형 금속층을 오픈하는 다수의 홀이 형성될 수 있으며, 상기 다수의 홀이 차지하는 단면적은 상기 컬러 PDLC층 단면적의 10% 내지 50%의 범위가 될 수 있다.

상기 컬러 PDLC층은 전도성 나노구조체를 더 포함할 수 있으며, 상기 전도성 나노구조체로는 탄소나노튜브, ZnO 나노와이어, TiO2 나노와이어, SnO 나노와이어, 메탈 나노와이어 중 어느 하나가 사용될 수 있다.

제1기판; 제1기판 상에 형성된 것으로, 서로 다른 색상의 복수의 서브화소로 이루어진 화소유닛을 구비하며, 상기 복수의 서브화소는 각각, 평판형 금속층과, 평판형 금속층 위에 형성된 컬러 PDLC층으로 이루어지며, 상기 컬러PDLC층은 색상발현물질이 혼합된 다수의 액정방울이 분산된 폴리머로 이루어진 컬러 필터; 상기 컬러필터 위에 형성된 것으로, 입사광의 투과율이 상기 서브화소에 대응하는 영역에서 개별적으로 조절되는 광셔터층; 상기 광셔터층 위에 형성된 투명전극; 상기 투명전극 위에 형성된 제2기판;을 포함하는 디스플레이 장치가 제공된다.

상기 광셔터층은 블랙 염료가 혼합된 고분자 분산형 액정으로 이루어질 수 있다.

상기 복수의 서브화소 각각에 포함된 평판형 금속층은, 상기 투명전극과의 사이에 전압을 인가하여 상기 서브화소에 대응하는 광셔터층 영역에 전기장을 형성하는 화소전극으로 사용될 수 있다.

상기 제1기판과 상기 컬러필터 사이에는 상기 복수의 서브화소의 화소전극을 각각 구동하는 복수의 TFT가 형성된 TFT 어레이층이 구비될 수 있다.

상기 복수의 서브 화소에서 각각 적색, 녹색, 청색이 발현되거나, 또는 옐로우(yellow), 마젠타(magenta), 시안(cyan)이 발현되도록 상기 컬러PDLC층이 구성될 수 있다.

상술한 컬러 필터는 산란, 반사 기능이 내재된 구조를 가지며, 이를 이용하여 컬러를 구현한다. 따라서, 이를 채용하는 반사형 디스플레이 장치는 별도의 산란 반사 패턴을 도입하지 않으며, 비교적 간단한 구조로 양호한 화상의 디스플레이를 제공할 수 있다.

도 1은 실시예에 따른 컬러필터의 개략적인 구조를 보인다.
도 2는 도 1의 컬러필터의 산란형 컬러구조체의 상세한 구조를 보인다.
도 3a 및 도 3b는 다른 실시예에 따른 컬러필터의 개략적인 구조를 보이며, 각각 단면도 및 평면도이다.
도 4는 실시예에 따른 디스플레이 장치의 개략적인 구조를 보인다.
도 5는 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 개략적인 구조를 보인다.
도 6은 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 개략적인 구조를 보인다.
도 7은 도 6의 디스플레이 장치에 채용된 컬러필터에 사용된 산란형 컬러구조체의 상세한 구조를 보인다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100, 200...컬러필터 110...기판
16R...색상발현물질 18...전도성 나노구조체
115...TFT 어레이층 120...평판형 금속층
131,132,133,136,137,138...컬러 PDLC층
12,131,171...폴리머 14, 133, 173...액정 방울
141, 151...제1 산란형컬러구조체 142, 152...제2 산란형컬러구조체
143,153..제3 산란형컬러구조체 170...광셔터층
175...블랙 염료 180...투명전극

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.

도 1은 실시예에 따른 컬러필터(100)의 개략적인 구조를 보이며, 도 2는 도 1의 컬러필터(100)의 제1 산란형 컬러구조체(141)의 상세한 구조를 보인다.

도면을 참조하면, 컬러필터(100)는 서로 다른 색상의 복수의 서브화소(P1, P2, P3)로 이루어진 화소유닛을 구비하며, 복수의 서브화소(P1, P2, P3)는 제1 산란형컬러구조체(141), 제2 산란형컬러구조체(142), 제3 산란형컬러구조체(143)로 이루어진다. 예를 들어, 기판(110) 상에 제1 내지 제3 산란형컬러구조체(141,142,143)가 형성될 수 있다. 제1 내지 제3 산란형 컬러구조체(141,142,143)는 각각, 평판형 금속층(120), 평판형 금속층 위에 형성된 컬러 PDLC층(131,132,133)으로 구성된다. 컬러PDLC층(131,132,133)은 각각 서로 다른 색상을 나타내도록 구성되는데, 예를 들어, 컬러PDLC층(131,132,133)이 각각 적색, 녹색, 청색을 구현하도록 구성될 수 있따. 또는, 옐로우, 마젠타, 시안을 나타내도록 구성될 수 있다. 도 2를 참조하면, 제1 산란형 컬러구조체(141)의 컬러PDLC층(131)은 폴리머(12), 폴리머(12) 내에 분산된 다수의 액정 방울(14) 및 액정 방울들 내부에 혼합된 색상발현물질(16R)로 이루어진다. 여기서, 색상발현물질(16R)은 적색을 나타내는 물질로 예시하고 있다. 색상발현물질(16R)로는 이색성염료(dichroic dye), 양자점(quantum dot), 형광염료(fluorescent dye) 등이 사용될 수 있다. 이러한 컬러PDLC층(131)은 예를 들어, 액정, 폴리머, 염료를 혼합한 혼합물을 UV광 또는 열 등에 의해 경화시켜 액정과 폴리머의 상분리를 일어나게 함으로써 제조될 수 있다. 이 때, 액정방울(14)과 폴리머(12)의 굴절률이 서로 다르게 되고, 따라서, 입사된 백색광(W)은 다수의 액정방울(14)에 의해 산란된다. 이러한 산란광이 액정방울(14)내의 색상발현물질(16R)에 도달하면, 적색광(R)만 반사되고, 다른 색은 흡수되므로, 적색이 표시되게 된다. 이 때, 입사된 백색광(W)이 적색광(R)으로 출사되는 경로 변환 과정을 살펴보면, 액정방울(14)에 의해 산란된 광이 평판형 금속층(120)에서 반사되고, 다시 액정방울(14)에 의해 수회의 산란을 거쳐 외부로 출사된다. 즉, 평판형 금속층(120)에서 반사된 광이 바로 외부로 출사되는 것이 아니라, 액정방울(14)에 의한 산란을 거쳐 다양한 방향을 따라 균일한 분포를 가지며 외부로 출사되게 된다. 즉, 반사층에 복잡한 반사 패턴을 도입하지 않은 평판형 금속층(120) 구조와 컬러 PDLC층(131)을 이용하여, 컬러 형성과 균일한 혼합 반사를 함께 구현하게 된다.

적색을 표시하는 제1 산란형 컬러구조체(141)를 예시하여 설명하였지만, 제2산란형 컬러구조체(142), 제3산란형 컬러구조체(143)도 각각 녹색, 청색을 나타낼 수 있는 색상발현물질을 포함하며, 마찬가지로, 컬러 형성과 균일한 혼합 반사를 구현하게 된다.

도 3a 및 도 3b는 다른 실시예에 따른 컬러필터(200)의 개략적인 구조를 보이며, 각각 단면도 및 평면도이다. 컬러필터(100)는 서로 다른 색상의 복수의 서브화소(P1, P2, P3)로 이루어진 화소유닛을 구비하며, 복수의 서브화소(P1, P2, P3)는 제1 산란형컬러구조체(151), 제2 산란형컬러구조체(152), 제3 산란형컬러구조체(153)로 이루어진다. 제1 내지 제3 산란형 컬러구조체(151,152,153)는 각각, 평판형 금속층(120), 평판형 금속층 위에 형성된 컬러 PDLC층(136,137,138)으로 구성된다. 컬러PDLC층(136,137,138)은 각각 적색, 녹색, 청색을 구현하도록 구성되거나, 또는, 옐로우, 마젠타, 시안을 구현하도록 구성될 수 있다. 본 실시예에서, 컬러PDLC층(136,137,138)은 복수의 홀이 형성된 패턴을 갖는 점에서 도 1의 실시예와 차이가 있으며, 재질 구성은 도 2에서 설명한 것과 실질적으로 동일하다. 컬러PDLC층(136,137,138)에서 다수의 홀이 차지하는 단면적은 컬러PDLC층(136,137,138) 단면적의 대략 10% 내지 50%의 범위가 되도록 할 수 있다. 홀의 형상은 도시된 형상에 한정되지 않으며, 원형, 타원형, 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 등의 구조가 사용될 수 있다. 컬러PDLC층(136,137,138)에 이러한 패턴을 형성한 것은 디스플레이 장치에 채용될 때의 편이성을 고려한 것으로, 이에 대해서는 디스플레이 장치의 설명에서 살펴본다.

도 4는 실시예에 따른 디스플레이 장치(500)의 개략적인 구조를 보인다. 디스플레이 장치(500)는 제1기판(110), 제1기판(110) 상에 형성된 컬러필터, 컬러필터 위에 형성된 광셔터층(170), 광셔터층(170) 위에 형성된 투명전극(180) 및 투명전극(180) 위에 형성된 제2기판(190)을 포함한다.

컬러필터는 서로 다른 색상의 복수의 서브화소(P1, P2, P3)로 이루어진 화소유닛을 구비하며, 복수의 서브화소(P1, P2, P3)는 각각, 평판형 금속층(120)과, 평판형 금속층(120) 위에 형성된 컬러PDLC층(131,132,133)으로 이루어진다. 컬러PDLC층(131,132,133)의 상세한 재질 구성은 도 2에서 설명한 것과 같다.

광셔터층(170)은 입사광의 투과율이 서브화소(P1, P2, P3)에 대응하는 영역에서 개별적으로 조절되는 것으로, 전기적 제어에 따라 입사광의 투과율이 변하는 물질로 이루어진다. 광셔터층(170)은 예를 들어, 블랙 염료가 포함된 고분자 분산형 액정(polymer dispersed licuid crystal)으로 이루어질 수 있는데, 즉, 폴리머(171), 폴리머(171) 내에 분산된 액정방울(173) 및 액정 방울(173)내에 혼합된 블랙 염료(175)를 포함하여 이루어질 수 있다. 광셔터층(170)으로는 이외에도, 일반적인 액정, 콜레스테릭 액정, 전기습율물질, 전기변색물질, 전기영동물질 등이 사용될 수 있다.

복수의 서브화소(P1, P2, P3) 각각에 포함된 평판형 금속층은, 투명전극(180)과의 사이에 전압을 인가하여 서브화소(P1, P2, P3)에 대응하는 광셔터층(170) 영역에 전기장을 형성하는 화소전극으로 사용될 수 있다.

또한, 제1기판(110) 기판 상에는 복수의 서브화소(P1, P2, P3)의 화소전극을 각각 구동하는 복수의 TFT(미도시)가 형성된 TFT 어레이층(115)이 구비될 수 있다.

디스플레이 장치(500)가 화상을 형성하는 과정을 살펴보면 다음과 같다. 서브화소(P1, P2, P3) 영역은 화상 정보에 따라 전기장이 인가되거나 인가되지 않은 상태로 제어되며, 이에 따라 광셔터층(170)의 액정방울(173)들이 정렬되거나 또는 랜덤한 방향을 향하게 된다. 다만, 도면에는 액정방울(173)들이 랜덤한 방향을 향한 것으로 도시되어 있다. 액정방울(173)들이 정렬된 상태에서, 폴리머(171)와 액정방울(173)의 굴절률 차이가 없어지고 투명한 상태가 된다. 액정방울(173)들이 랜덤하게 배치될 때, 폴리머(171)와 액정방울(173) 사이에는 굴절률 차이가 생겨 액정방울(173)에서 산란이 일어난다. 산란광은 블랙염료(175)에 의해 흡수되므로, 해당 화소는 불투명상태가 된다. 투명 상태로 제어되는 서브화소를 투과한 광은 컬러PDLC층(131,132,133), 평판형 금속층(120)으로 이루어진 산란형 컬러구조체(141,142,143)에 입사되고 균일하게 혼합된 컬러 광으로 출사되게 된다.

도 5는 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치(600)의 개략적인 구조를 보인다. 본 실시예는 컬러PDLC층(136,137,138)이 평판형 금속층(120)을 오픈하는 다수의 홀이 형성된 패턴을 갖는 점에서 도 4의 디스플레이 장치(500)와 차이가 있다. 이와 같이, 컬러PDLC층(136,137,138)에 다수의 홀을 형성한 것은 평판형 금속층(120)과 투명전극(180) 사이에 전압을 인가하여 광셔터층(170)에 전기장을 인가할 때의 효율을 높이기 위한 것이다. 컬러PDLC층(136,137,138)에서 다수의 홀이 차지하는 단면적은 컬러PDLC층(136,137,138) 단면적의 대략 10% 내지 50%의 범위가 되도록 할 수 있다. 홀의 형상은 도시된 형상에 한정되지 않으며, 원형, 타원형, 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 등의 구조가 사용될 수 있다.

도 6은 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치(700)의 개략적인 구조를 보이며, 도 7은 도 6의 디스플레이 장치(600)에 채용된 산란형 컬러구조체(251)의 상세한 구조를 보인다. 본 실시예는 제1 내지 제3산란형 컬러구조체(241,242,243)의 구조에서 도 4의 실시예와 차이가 있다. 구체적으로 컬러PDLC층(231, 232, 233)은 전도성 나노구조체를 더 포함한다. 도 7을 참조하면, 컬러PDLC층(231)하는 폴리머(12), 폴리머(12)내에 분산된 다수의 액정방울(14) 및 다수의 전도성 나노구조체(18), 액정방울(14)내에 혼합된 색상발현물질(16R)을 포함한다.

전도성 나노구조체(18)는 컬러PDLC층(231,232,233)에 전도성을 부여하기 위해 마련되는 것이다. 즉, 투명전극(180)과 평판형 금속층(120) 사이에 전압을 인가하여 광셔터층(170)에 전기장을 형성할 때, 컬러PDLC층(231,232,233)이 전도성을 띄게 되는 경우, 전기장 형성의 효율이 높아지게 된다.

전도성 나노구조체(18)로는 탄소나노튜브, ZnO 나노와이어, TiO2 나노와이어, SnO 나노와이어 등의 반도체형 산화물 나노와이어, 메탈 나노와이어 등이 채용될 수 있다.

이러한 본원 발명인 컬러 필터 및 이를 채용한 디스플레이 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims

서로 다른 색상의 복수의 서브화소로 이루어진 화소유닛을 구비하며,
상기 복수의 서브화소는 각각,
평판형 금속층;
상기 평판형 금속층 위에 형성된 것으로,
폴리머, 상기 폴리머 내에 분산된 다수의 액정 방울 및 상기 액정 방울들 내부에 혼합된 색상발현물질로 이루어진 컬러 PDLC층;을 포함하는 컬러 필터.
제1항에 있어서,
상기 복수의 서브 화소에서 각각 적색, 녹색, 청색이 발현되는 컬러 필터.
제1항에 있어서,
상기 복수의 서브 화소에서 각각 옐로우(yellow), 마젠타(magenta), 시안(cyan)이 발현되는 컬러 필터.
제1항에 있어서,
상기 색상발현물질은 이색성염료(dichroic dye), 양자점(quantum dot) 또는 형광염료(fluorescent dye)로 이루어지는 컬러 필터.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 컬러 PDLC층에는 상기 평판형 금속층을 오픈하는 다수의 홀이 형성된 컬러 필터.
제5항에 있어서,
상기 컬러 PDLC층에서 다수의 홀이 차지하는 단면적은 상기 컬러 PDLC층 단면적의 10% 내지 50%의 범위가 되는 컬러 필터.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 컬러 PDLC층은 전도성 나노구조체를 더 포함하는 컬러 필터.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전도성 나노구조체는 탄소나노튜브, ZnO 나노와이어, TiO2 나노와이어, SnO 나노와이어, 메탈 나노와이어 중 어느 하나로 이루어지는 컬러 필터.
제1기판;
제1기판 상에 형성된 것으로,
서로 다른 색상의 복수의 서브화소로 이루어진 화소유닛을 구비하며, 상기 복수의 서브화소는 각각, 평판형 금속층과, 평판형 금속층 위에 형성된 컬러 PDLC층으로 이루어지며, 상기 컬러PDLC층은 색상발현물질이 혼합된 다수의 액정방울이 분산된 폴리머로 이루어진 컬러 필터;
상기 컬러필터 위에 형성된 것으로, 입사광의 투과율이 상기 서브화소에 대응하는 영역에서 개별적으로 조절되는 광셔터층;
상기 광셔터층 위에 형성된 투명전극;
상기 투명전극 위에 형성된 제2기판;을 포함하는 디스플레이 장치.
제9항에 있어서,
상기 광셔터층은 블랙 염료가 혼합된 고분자 분산형 액정으로 이루어지는 디스플레이 장치.
제9항에 있어서,
상기 복수의 서브화소 각각에 포함된 평판형 금속층은, 상기 투명전극과의 사이에 전압을 인가하여 상기 서브화소에 대응하는 광셔터층 영역에 전기장을 형성하는 화소전극으로 사용되는 디스플레이 장치.
제11항에 있어서,
상기 제1기판과 상기 컬러필터 사이에는 상기 복수의 서브화소의 화소전극을 각각 구동하는 복수의 TFT가 형성된 TFT 어레이층이 구비되는 디스플레이 장치.
제9항에 있어서,
상기 복수의 서브 화소에서 각각 적색, 녹색, 청색이 발현되는 디스플레이 장치.
제9항에 있어서,
상기 복수의 서브 화소에서 각각 옐로우(yellow), 마젠타(magenta), 시안(cyan)이 발현되는 디스플레이 장치.
제9항에 있어서,
상기 색상발현물질은 이색성염료(dichroic dye), 양자점(quantum dot) 또는 형광염료(fluorescent dye)로 이루어지는 디스플레이 장치.
제9항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 컬러 PDLC층에는 상기 평판형 금속층을 오픈하는 다수의 홀이 형성된 디스플레이 장치.
제16항에 있어서,
상기 컬러 PDLC층에서 다수의 홀이 차지하는 단면적은 상기 컬러 PDLC층 단면적의 10% 내지 50%의 범위가 되는 디스플레이 장치.
제9항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 컬러 PDLC층은 전도성 나노구조체를 더 포함하는 디스플레이 장치.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전도성 나노구조체는 탄소나노튜브, ZnO 나노와이어, TiO2 나노와이어, SnO 나노와이어, 메탈 나노와이어 중 어느 하나로 이루어지는 디스플레이 장치.