KR20140086058A - 양자 막대 및 이를 이용한 디스플레이 - Google Patents

양자 막대 및 이를 이용한 디스플레이 Download PDF

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Abstract

본 발명은 양자 막대 및 이를 이용한 디스플레이를 개시한다. 개시된 본 발명의 양자 막대 및 이를 이용한 디스플레이는, 코어; 상기 코어를 둘러싸는 쉘; 상기 쉘에 결합된 리간드; 및 상기 리간드 일단에 형성된 자기 조립 가능한 액정 분자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 따른 양자 막대 및 이를 이용한 디스플레이는, 리간드 일단에 자기 조립이 가능한 액정분자를 형성하여 열, 광 또는 낮은 전압으로 배향이 가능하다. 또한, 배향성을 향상시켜 발광체의 밀도가 증가함에 따라 발생하는 소광(quenching) 현상을 방지하고, 편광 특성을 향상시키고, 광효율을 향상시킨다. 또한, 종래 다른 디스플레이보다 적은 수의 층을 가지며, 별도의 편광기없이 편광된 빛을 방출할 수 있다. 이로 인해, 보다 좋은 휘도와 시야각을 가질 수 있다. 또한, 양자 막대를 이용한 디스플레이는 플렉서블 디스플레이로 형성될 수도 있다.

Description

양자 막대 및 이를 이용한 디스플레이{Quantum rod and display using the same}
본 발명은 양자 막대 및 이를 이용한 디스플레이에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 배향성이 향상되고, 효율이 향상된 양자 막대 및 이를 이용한 디스플레이에 관한 것이다.
정보화 사회에서 디스플레이(Display)는 시각정보 전달매체로서 그 중요성이 한층 강조되고 있으며, 향후 주요한 위치를 점하기 위해서는 저소비전력화, 박형화, 경량화, 고화질화 등의 요건을 충족시켜야 한다.
이러한 디스플레이 중 발광 재료를 이용하여 표시가 가능하며, 슬림화가 가능하며, 색순도가 높고 또한, 장시간 구동이 가능한 양자 막대를 이용한 디스플레이가 근래 연구되고 있다.
양자 막대(QR:Quantum Rod)는 반도체 나노입자이다. 이러한 양자 막대는 구형 입자인 양자점(QD:Quantum Dot)과 같이, 나노 크기의 II-VI, III-V, I-III-VI, IV-VI 반도체 입자가 코어(core)를 이루고, 코어를 보호하기 위한 쉘(shell)과 분산을 돕기 위한 유기결합체인 리간드(ligand)를 포함한다.
하지만, 상기 양자 막대는 상기 양자점과 변형된 특성을 보인다. 상기 양자 막대는 장축을 따라 편광된 빛을 방출하고, 양자점은 편광되지 않은 빛이 방출된다. 이러한, 양자 막대를 이용한 디스플레이를 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래 양자 막대를 이용한 디스플레이를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 양자 막대가 포함된 발광층(50)은 양자 막대를 제어하여 외부에서 가해지는 빛을 적색(10), 녹색(20) 및 청색(30)으로 방출할 수 있으며, 색 재현율이 좋고, 휘도 또한 기존의 발광다이오드에 뒤쳐지지 않아 종래 발광 다이오드의 단점을 보완할 수 있는 소재로 사용될 수 있다.
상기 양자 막대는, 외부 전기장이 걸리면 전자와 정공이 만나 빛을 방출하는 양자점과 달리, 외부 전기장이 걸리면 전자와 정공이 분리되어 빛을 방출하지 않는 특성을 가진다. 따라서, 양자점을 이용한 디스플레이와 달리, 양자 막대를 이용한 디스플레이는 전자, 정공을 주입하기 위한 공정을 필요로 하지 않는다. 이때, 발광층 양쪽에 형성되는 전압에 따라 상기 양자 막대의 정공과 전자가 만날 확률을 조절하여 발광하는 빛을 온/오프 할 수 있다.
백라이트 등 외부에서 빛(40)이 상기 발광층에 가해지면, 상기 발광층에 외부 전기장이 걸리지 않는 경우, 적색(10), 녹색(20) 및 청색(30)빛의 혼색으로 백색광이 방출된다. 이때, 각 컬러별로 외부 전기장이 가해지면 선택적으로 색을 구현할 수 있다. 이로써, 기존 액정표시장치(LCD) 구조에서 액정을 이용하여 빛을 차폐하고 컬러 필터를 통해 색을 구현하는 디스플레이를 대체할 수 있다.
도 2는 종래 양자 막대를 이용한 발광층의 양자 막대 배열을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 상기 양자 막대는 편광된 빛을 방출하기 위해서 일방향으로 배향할 필요가 있다. 이때, 상기 양자 막대가 가지는 양극성을 이용하여 배향하며 매우 높은 전압을 필요로 한다. 또한, 발광층 양쪽에 형성된 전극 사이의 거리에 따라 더 큰 전압을 필요로 한다. 이러한 높은 전압에도 불구하고, 도 2를 참조하면, 상기 양자 막대는 일방향으로 배향되기 어려우며, 편광 특성이 떨어진다. 따라서, 양자 막대를 이용한 디스플레이를 효율적으로 구성하기 위해서, 낮은 전압에서 양자 막대를 배향성을 향상시킬 필요가 있다.
본 발명은 리간드 일단에 자기 조립이 가능한 액정분자를 형성하여 열, 광 또는 낮은 전압으로 배향이 가능한 양자 막대 및 이를 이용한 디스플레이를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 배향성을 향상시켜 발광체의 밀도가 증가함에 따라 발생하는 소광(quenching) 현상을 방지하는 양자 막대 및 이를 이용한 디스플레이를 제공하는데 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 열, 광 또는 낮은 전압으로 배향성을 향상시켜 편광 특성을 향상시키고, 광효율을 향상하는 양자 막대 및 이를 이용한 디스플레이를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 종래 다른 디스플레이보다 적은 수의 층을 가지며, 별도의 편광기없이 편광된 빛을 방출하는 양자 막대 및 이를 이용한 디스플레이를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 양자 막대를 이용한 발광층을 포함하여 플렉서블한 디스플레이를 형성할 수 있는 양자 막대 및 이를 이용한 디스플레이를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기와 같은 종래 기술의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 양자 막대는, 코어; 상기 코어를 둘러싸는 쉘; 상기 쉘에 결합된 리간드; 및 상기 리간드 일단에 형성된 자기 조립 가능한 액정 분자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 디스플레이는, 양자 막대로 이루어진 발광층; 및 상기 발광층으로 빛을 유입하는 백라이트 유닛을 포함하고, 상기 양자 막대는, 코어, 상기 코어를 둘러싸는 쉘, 상기 쉘에 결합된 리간드 및 상기 리간드 일단에 형성된 자기 조립 가능한 액정 분자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 양자 막대 및 이를 이용한 디스플레이는, 리간드 일단에 자기 조립이 가능한 액정분자를 형성하여 열, 광 또는 낮은 전압으로 배향이 가능한 제 1 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 양자 막대 및 이를 이용한 디스플레이는, 배향성을 향상시켜 발광체의 밀도가 증가함에 따라 발생하는 소광(quenching) 현상을 방지하는 제 2 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 양자 막대 및 이를 이용한 디스플레이는, 열, 광 또는 낮은 전압으로 배향성을 향상시켜 편광 특성을 향상시키고, 광효율을 향상하는 제 3 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 양자 막대 및 이를 이용한 디스플레이는, 종래 다른 디스플레이보다 적은 수의 층을 가지며, 별도의 편광기없이 편광된 빛을 방출하는 제 4 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 양자 막대 및 이를 이용한 디스플레이는, 양자 막대를 이용한 발광층을 포함하여 플렉서블한 디스플레이를 형성할 수 있는 제 5 효과가 있다.
도 1은 종래 양자 막대를 이용한 디스플레이를 도시한 도면이다.
도 2는 종래 양자 막대를 이용한 발광층의 양자 막대 배열을 도시한 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 양자 막대를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 양자 막대를 이용한 디스플레이를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 양자 막대를 포함하는 발광층을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 양자 막대를 도시한 도면이다.
도 3a를 참조하면, 본 발명의 양자 막대는 코어(core;100), 상기 코어를 보호하는 쉘(shell;110) 및 양자 막대의 분산을 돕기 위한 리간드(ligand;120)로 이루어진다. 상기 양자 막대의 코어(100)는 쉘(110)의 일측 끝단에 치우쳐 형성된다.
상기 양자 막대에 백라이트 유닛에 의해 빛이 유입되면, 상기 코어(100)에서 전자와 정공이 엑시톤(exiton)을 이루고, 상기 코어(100)에서 이러한 엑시톤이 여기상태에서 기저상태로 전이될 때, 빛이 발생되어 가시광선의 형태로 방출된다. 이때, 상기 양자 막대의 크기, 형상, 조성 및 배열을 조절하여, 원하는 파장의 가시광선 영역의 빛을 얻을 수 있다. 상기 양자 막대는 장축을 따라 편광된 빛을 방출할 수 있다. 상기 양자 막대에 외부 전기장이 걸리면, 전자와 정공이 분리되고, 발광 세기에 영향을 미친다.
상기 코어(100)는 나노 크기의 II-VI족, III-V족, I-III-VI족 및 IV-VI족으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나로 이루어진 반도체 입자이다. 상기 코어(100)는 조성 및 크기에 따라 특정 밴드갭(bandgap)을 가져 빛을 흡수하여 고유의 파장으로 방출하게 된다. 상기 쉘(110)은 코어(100)의 성분과 절연 특성을 가지는 물질로 형성되고, 무기 화합물로 형성될 수 있다. 상기 리간드(120)는 상기 쉘(110)의 표면에 치환되어 결합할 수 있으며, 부도체로써 상기 양자 막대들 간의 응집을 방지하고 분산이 잘되게 할 수 있다.
이때, 상기 양자 막대를 이용하여 디스플레이를 형성하기 위해, 상기 양자 막대는 일 방향으로 정렬된다. 상기 일 방향으로 정렬된 양자 막대는 장축을 따라 선형으로 편광된 빛을 방출할 수 있다.
도 3b를 참조하면, 상기 리간드(120)의 일단을 확대하여 살펴보면, 상기 리간드(120)의 일단에는 자기조립이 가능한 액정분자(130)가 형성된다. 상기 리간드(120)의 일단이 액정 분자로 형성되면, 상기 양자 막대는 액정의 기본 성질이 자기 조립(self-assembly) 특성을 갖게 된다. 이러한 자기 조립의 특성으로 인해 낮은 전압에서 상기 양자 막대의 정렬이 가능해진다. 이때, 상기 리간드(120)에 광에 반응할 수 있는 기능기를 추가하면 빛으로 인한 정렬도 가능할 수 있다. 또한, 열 등 온도를 이용하여 배향할 수도 있다.
이로써, 종래 양자 막대의 양극성을 이용하여 전압으로만 일 방향으로 정렬하기 위해 약 1000V~10000V의 매우 높은 전압이 필요했던 문제점을 해결할 수 있다. 본 발명의 양자 막대는 자기조립 가능한 액정분자가 리간드 일단에 형성되어, 낮은 전압에서 배열할 수 있다. 또한, 외부 전기장 없이 광, 열 또는 배향막을 통한 액정 배열로 상기 양자 막대의 배열이 가능해지며, 공정이 단순해 질 수 있다.
도 4는 본 발명의 양자 막대를 이용한 디스플레이를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 디스플레이는 양자 막대를 포함하는 발광층(300)과 백라이트 유닛(400)을 포함한다. 상기 발광층(300)은 적색부(300r), 녹색부(300g) 및 청색부(300b)으로 이루어질 수 있다. 상기 백라이트 유닛(400)으로부터 상기 발광층(300)으로 빛이 유도된다. 상기 발광층(300)은 나노크기의 양자 막대를 이용한 것으로 플렉서블(flexible) 디스플레이로 형성될 수도 있다.
이때, 상기 발광층(300)의 적색부(300r), 녹색부(300g) 및 청색부(300b)는 전자와 정공이 결합하여 엑시톤(exiton)을 형성하고, 여기상태에서 기저상태로 전이되며 각각 가시광선 형태의 빛을 발광한다. 이때, 적색부(300r), 녹색부(300g) 및 청색부(300b)가 모두 발광하면 혼색되어 기본적으로 백색광을 방출할 수 있다. 이때, 상기 양자 막대의 크기, 형상, 조성 및 배열을 조절하여, 원하는 파장의 가시광선 영역의 빛을 얻을 수 있다. 상기 양자 막대는 장축을 따라 편광된 빛을 방출할 수 있다.
또한, 상기 양자 막대들로부터 빛을 방출을 조절하기 위해 각 컬러별로 한 쌍의 전극들이 추가로 형성될 수 있다. 상기 전극들에 전압이 공급되면 한 쌍의 전극들 사이에 외부 전기장이 형성된다. 상기 외부 전기장은 특정 영역에만 영향을 미치는 국소 전기장을 말하며, 장치의 다른 영역에는 영향을 미치지 아니한다. 상기 외부 전기장은 상기 발광층(300)에서 전자 및 정공의 분리를 유도함으로써, 발광 세기를 조절하고, 색 구현을 유도할 수 있다.
예를 들면, 상기 적색부(300r) 및 녹색부(300g)에 외부 자기장이 걸리면, 상기 적색부(300r) 및 녹색부(300g)의 전자와 정공은 분리되어 빛을 발광하지 않고, 청색빛만 방출된다. 적색, 녹색 및 청색 뿐만 아니라 발광 세기를 조절하여 다양한 색의 구현이 가능하다. 이때, 양자 막대를 포함하는 발광층을 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명의 양자 막대를 포함하는 발광층을 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 발광층(300)은 코어(core;100), 상기 코어를 보호하는 쉘(shell;110) 및 양자 막대의 분산을 돕기 위한 리간드(ligand;120)로 이루어진다. 상기 양자 막대의 코어(100)는 쉘(110)의 일측 끝단에 치우쳐 형성된다. 또한, 상기 리간드(120)의 일단에는 자기조립이 가능한 액정분자(130)가 형성된다.
상기 리간드(120)의 일단이 액정 분자로 형성되면, 상기 양자 막대는 액정의 기본 성질이 자기 조립(self-assembly) 특성을 갖게 된다. 이러한 자기 조립의 특성으로 인해 도 5와 같이 낮은 전압에서 상기 양자 막대를 일정하게 정렬할 수 있다. 이때, 상기 리간드(120)에 광에 반응할 수 있는 기능기를 추가하면 빛으로 인한 정렬도 가능할 수 있다. 또한, 열 등 온도를 이용하여 배향할 수도 있다.
즉, 상기 발광층(300)을 이루는 양자 막대는 상기 양자 막대의 액정분자(130)로 인해 일정 간격 이격하여 균일하게 배열된다. 일정한 배열의 양자 막대로 이루어진 발광층(300)은 상기 양자 막대의 장축을 따라 선형으로 편광된 빛을 방출할 수 있다.
이로써, 양자 막대의 리간드(120) 일단을 자기 조립이 가능한 액정분자(130)로 형성하여, 낮은 전압에서도 양자 막대가 고르게 일 방향으로 배열된 발광층(300)을 얻을 수 있다. 또한, 양자 막대의 배향성을 향상시키고, 양자 막대가 상기 액정분자(130)로 인해 서로 일정 간격 이격하여 형성됨으로 인해, 발광체의 밀도가 증가함에 따라 발생하는 소광(quenching) 현상을 방지할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 양자 막대 및 이를 이용한 디스플레이는, 리간드 일단에 자기 조립이 가능한 액정분자를 형성하여 열, 광 또는 낮은 전압으로 배향이 가능하다. 또한, 배향성을 향상시켜 발광체의 밀도가 증가함에 따라 발생하는 소광(quenching) 현상을 방지하고, 편광 특성을 향상시키고, 광효율을 향상시킨다. 또한, 종래 다른 디스플레이보다 적은 수의 층을 가지며, 별도의 편광기없이 편광된 빛을 방출할 수 있다. 이로 인해, 보다 좋은 휘도와 시야각을 가질 수 있다. 또한, 양자 막대를 이용한 디스플레이는 플렉서블 디스플레이로 형성될 수도 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
100: 코어 130: 액정분자
110: 쉘 300: 발광층
120: 리간드 400: 백라이트 유닛

Claims (11)

  1. 코어;
    상기 코어를 둘러싸는 쉘;
    상기 쉘에 결합된 리간드; 및
    상기 리간드 일단에 형성된 자기 조립 가능한 액정 분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 양자 막대.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 코어는 상기 쉘 일측에 치우치도록 형성된 것을 특징으로 하는 양자 막대.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 양자 막대는 외부 전기장이 걸리면 비발광하는 것을 특징으로 하는 양자 막대.
  4. 양자 막대로 이루어진 발광층; 및
    상기 발광층으로 빛을 유입하는 백라이트 유닛을 포함하고,
    상기 양자 막대는,
    코어, 상기 코어를 둘러싸는 쉘, 상기 쉘에 결합된 리간드 및 상기 리간드 일단에 형성된 자기 조립 가능한 액정 분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 양자 막대의 코어는 상기 쉘 일측에 치우치도록 형성된 것을 특징으로 하는 디스플레이.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 발광층은 적색영역, 녹색영역 및 청색영역으로 이루어진 것을 특징으로 하는 디스플레이.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 발광층의 적색영역, 녹색영역 및 청색영역 각각에 외부 전기장을 생성시키는 전극 배열을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 외부 전기장이 걸리는 상기 발광층 영역은 비발광하는 것을 특징으로 하는 디스플레이.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 양자 막대의 장축을 따라 편광된 빛을 발광하는 것을 특징으로 하는 디스플레이.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 발광층의 양자 막대는, 상기 양자막대의 액정분자로 인해 일정 간격 이격하여 배열된 것을 특징으로 하는 디스플레이.
  11. 제 4 항에 있어서,
    상기 디스플레이는 플렉서블(flexible) 한 것을 특징으로 하는 디스플레이.
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