KR20150039066A - 양자점 컬러 필터를 이용한 입체 영상 표시 장치 및 그 양자점 컬러 필터의 제조 방법 - Google Patents

양자점 컬러 필터를 이용한 입체 영상 표시 장치 및 그 양자점 컬러 필터의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 파장 분리를 통해 3D 영상을 구현하는 3D 영상 표시 장치에 관한 것으로, 본 발명의 3D 영상 표시 장치는 좌안 영상을 표시하는 좌안 표시 라인과, 좌안 영상과 파장대가 다른 우안 영상을 표시하는 우안 표시 라인이 번갈아 배치된 화소 매트릭스를 포함하는 표시 패널과, 상기 파장대가 서로 다른 좌안 영상과 우안 영상을 공간 분리시키는 안경을 구비하고; 상기 좌안 표시 라인의 각 픽셀은 제1, 제3, 제5 양자점을 각각 포함하여 제1, 제3, 제5 파장대의 서로 다른 컬러를 표시하는 제1, 제3, 제5 컬러 필터가 각각 형성된 제1, 제3, 제5 서브픽셀을 포함하고; 상기 우안 표시 라인의 각 픽셀은 제2, 제4, 제6 양자점을 각각 포함하여 제2, 제4, 제6 파장대의 서로 다른 컬러를 표시하는 제2, 제4, 제6 컬러 필터가 각각 형성된 제2, 제4, 제6 서브픽셀을 포함하고; 상기 좌안 표시 라인의 제1, 제3, 제5 파장대는 상기 우안 표시 라인의 제2, 제4, 제6 파장대와 중첩없이 분리되고; 상기 안경의 좌안 렌즈는 상기 제1, 제3, 제5 파장대의 좌안 영상만 투과시키고, 상기 안경의 우안 렌즈는 상기 제2, 제4, 제6 파장대의 우안 영상만 투과시키는 것을 특징으로 한다.

Description

양자점 컬러 필터를 이용한 입체 영상 표시 장치 및 그 양자점 컬러 필터의 제조 방법{STEREOSCOPIC IMAGE DISPLAY DEVICE USING QUANTUM DOT COLOR FILTER AND METHOD OF FABRICATING THE QUANTUM DOT COLOR FILTER}
본 발명은 입체 영상 표시 장치에 관한 것으로, 특히 양자점 컬러 필터를 이용한 컬러의 파장 분리를 통해 3D 영상을 구현함으로써 휘도 및 화질을 향상시킬 수 있는 입체 영상 표시 장치 및 그 양자점 컬러 필터의 제조 방법에 관한 것이다.
실제감이 풍부하도록 3차원(3D)으로 입체 영상을 표시하는 3D 표시 장치는 의학, 교육, 게임, 영화, 텔레비젼 등 여러 분야에 응용되고 있다. 입체 영상 표시 장치는 좌안 영상과 우안 영상을 공간적 또는 시간적으로 분리하여 표시함으로써 시청자가 좌우 시차 영상에 의해 입체감을 인식하게 한다.
3D 영상을 표시하는 방법으로는 특수 안경을 사용하는 안경 방식, 특수 안경을 사용하지 않는 무안경 방식이 대표적이다.
무안경 방식의 3D 표시 장치는 표시 장치의 전면 또는 후면에 설치되는 렌티큘러 렌즈(Lenticular Lenset), 패럴랙스 배리어(Parallax Barrier) 등과 같은 3D 광학판을 이용하여 입체 영상을 표시하므로, 안경이 필요하지 않은 장점이 있으나, 3D 시청 영역이 좁아 시청자수가 제한되는 단점이 있다.
안경 방식의 3D 표시 장치는 표시 패널에서 좌안 영상과 우안 영상의 편광 방향을 바꾸어 표시하거나 시분할 방식으로 분리하여 표시하고, 시청자가 편광 안경을 사용하거나 액정 셔터 안경을 사용하여 좌우 영상을 분리하여 3D 영상을 인지하므로, 안경이 필요하지만 3D 시청 영역이 제한되지 않는 장점이 있다.
편광 안경을 이용한 종래의 3D 표시 장치는 표시 패널의 좌안 표시 라인과 우안 표시 라인에 좌안 영상과 우안 영상을 각각 표시하고, 표시 패널의 표시면에 부착된 편광판 및 패턴드 리타더를 이용하여 좌안 영상과 우안 영상을 서로 다른 제1 및 제2 원편광으로 변환하여 출사시킨다. 편광 안경은 제1 및 제2 원편광을 각각 투과시키는 편광 필름을 좌안 렌즈 및 우안 렌즈에 각각 배치하여 편광 방향에 따라 좌안 영상과 우안 영상을 공간적으로 분리시킴으로써 사용자가 좌우 시차 영상에 의해 입체감을 인식하게 한다.
그러나, 종래의 패턴드 리타더를 이용한 3D 표시 장치는 표시면에 편광판 및 패턴드 리타더가 부착됨으로써 투과율이 감소하여 휘도가 감소하고, 시야각이 제한되는 문제점이 있다.
또한, 패턴드 리타더를 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode; OLED)에 적용하면 휘도 감소로 인하여 OLED 수명이 감소되는 문제점이 있다.
본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 양자점 컬러 필터를 이용하여 컬러의 파장 분리를 통해 3D 영상을 구현함으로써 휘도를 향상시킬 수 있는 있는 3D 영상 표시 장치 및 그 양자점 컬러 필터의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 3D 영상 표시 장치는 좌안 영상을 표시하는 좌안 표시 라인과, 좌안 영상과 파장대가 다른 우안 영상을 표시하는 우안 표시 라인이 번갈아 배치된 화소 매트릭스를 포함하는 표시 패널과, 상기 파장대가 서로 다른 좌안 영상과 우안 영상을 공간 분리시키는 안경을 구비하고; 상기 좌안 표시 라인의 각 픽셀은 제1, 제3, 제5 양자점을 각각 포함하여 제1, 제3, 제5 파장대의 서로 다른 컬러를 표시하는 제1, 제3, 제5 컬러 필터가 각각 형성된 제1, 제3, 제5 서브픽셀을 포함하고; 상기 우안 표시 라인의 각 픽셀은 제2, 제4, 제6 양자점을 각각 포함하여 제2, 제4, 제6 파장대의 서로 다른 컬러를 표시하는 제2, 제4, 제6 컬러 필터가 각각 형성된 제2, 제4, 제6 서브픽셀을 포함하고; 상기 좌안 표시 라인의 제1, 제3, 제5 파장대는 상기 우안 표시 라인의 제2, 제4, 제6 파장대와 중첩없이 분리되고; 상기 안경의 좌안 렌즈는 상기 제1, 제3, 제5 파장대의 좌안 영상만 투과시키고, 상기 안경의 우안 렌즈는 상기 제2, 제4, 제6 파장대의 우안 영상만 투과시키는 것을 특징으로 한다.
상기 좌안 표시 라인의 제1, 제3, 제5 컬러 필터는 R, G, B 컬러 필터이며; 상기 우안 표시 라인의 제2, 제4, 제6 컬러 필터는 상기 R, G, B 컬러 필터와 다른 R', G', B' 컬러 필터이며; 상기 좌안 표시 라인의 R, G, B 컬러 필터에 각각 포함된 상기 제1, 제3, 제5 양자점은 제1>제3>제5 양자점 순서로 작은 크기를 갖고; 상기 우안 표시 라인의 R', G', B' 컬러 필터에 각각 포함된 상기 제2, 제4, 제6 양자점은 제2>제4>제6 양자점 순서로 작은 크기를 갖고; 상기 제1 내지 제6 양자점은 제1>제2>제3>제4>제5>제6 양자점 순서로 작은 크기를 갖는다.
상기 제1 내지 제6 파장대는 제1>제2>제3>제4>제5>제6 파장대 순서로 작아진다.
상기 표시 패널은 액정 표시 패널, OLED 표시 패널 중 어느 하나이다.
상기 OLED 표시 패널은 기판 및 캡핑층 사이에 형성된 OLED 어레이와; 상기 기판과 OLED 어레이 사이 또는 상기 OLED 어레이와 캡핑층 사이에 형성되고 상기 제1 내지 제6 컬러 필터를 포함하는 컬러 필터 어레이를 포함한다.
상기 OLED 어레이는 백색광, 청색광, UV광 중 어느 하나를 공통으로 방출하거나, 상기 서브픽셀 단위로 서로 다른 컬러의 광을 각각 방출한다.
상기 서브픽셀 단위로 서로 다른 컬러의 광을 각각 방출하는 OLED 어레이 중, 상기 좌안 표시 라인의 R, G, B 서브픽셀은 상기 제1, 제3, 제5 양자점을 각각 포함하는 R, G, B 발광층을 각각 포함하고; 상기 우안 표시 라인의 R', G', B' 서브픽셀은 상기 제2, 제4, 제6 양자점을 각각 포함하는 R', G', B' 발광층을 각각 포함한다.
상기 제1 내지 제6 컬러 필터 각각은 컬러 필터층과, 그 컬러 필터층의 표면에 해당 컬러의 양자점 입자들로 이루어진 양자점층을 포함하고, 상기 양자점층의 두께는 0보다는 크고 10nm이하로 형성될 수 있으며, 상기 양자점층은 외부광 반사를 감소시키는 역할을 한다.
본 발명의 실시예에 따른 양자점 컬러 필터의 제조 방법은 기판 상에 양자점 입자들을 포함하는 컬러 필터층을 형성하는 단계와; 플라즈마 처리를 통해 상기 양자점 입자들을 상기 컬러 필터층의 표면으로 이동 시켜서 상기 컬러 필터층의 표면에 밀집된 상기 양자점 입자들로 이루어진 양자점층을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 3D 영상 표시 장치는 양자점 컬러 필터를 이용한 각 컬러의 파장대 분리를 통해 3D 영상을 표시함으로써 종래의 편광판 및 패턴드 리타더 등이 필요하지 않으므로, 편광판 및 패턴드 리타더로 인한 투과도 감소 및 시야각 제한을 방지하여 시야각 제한없이 휘도를 향상시킬 수 있고 OLED 표시 장치의 수명을 증가시킬 수 있으며 코스트를 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 3D 영상 표시 장치는 OLED 표시 장치의 양자점 발광층과 양자점 컬러 필터를 이용하여 보다 명확한 각 컬러의 파장대 분리를 통해 3D 영상을 표시함으로써 좌안 영상의 우안 영상의 파장대 중첩으로 인한 3D 크로스토크를 방지하여 3D 영상의 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 3D 영상 표시 장치 및 양자점 컬러 필터의 제조 방법은 컬러 필터층에 양자점층을 세그리게이션 공법에 의해 얇고 촘촘하게 형성함으로써 외부광 반사를 최소화하여 외광 컨트라스트를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 양자점 컬러 필터를 이용한 3D 영상 표시 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 나타낸 좌안 컬러 필터와 우안 컬러 필터의 분리된 파장대를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 적용된 양자점을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 양자점 컬러 필터를 이용한 RGB 구조의 3D OLED 표시 장치를 나타낸 단면도이다.
도 5는 도 4에 나타낸 한 서브픽셀의 구조를 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 양자점 컬러 필터를 이용한 RGBW 구조의 3D OLED 표시 장치를 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 양자점 발광층 및 양자점 컬러 필터를 이용한 RGB구조의 3D OLED 표시 장치를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 양자점 컬러 필터를 이용한 3D OLED 표시 장치를 나타낸 단면도이다.
도 9는 도 8에 도시된 양자점 컬러 필터의 제조 방법을 설명하는 도면이다.
도 10은 도 8에서 컬러 필터가 양자점층을 포함하기 이전과 이후의 외부광 반사율을 비교하여 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 녹색 양자점 컬러 필터의 외부광 반사 감소 효과를 보여주는 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 양자점 컬러 필터를 이용한 3D 영상 표시 장치를 나타낸 도면이다.
도 1에 나타낸 3D 영상 표시 장치는 각 컬러의 파장대를 분리하여 좌안 영상과 우안 영상을 표시하는 표시 패널(100)과, 각 컬러의 파장대가 서로 다른 좌안 영상과 우안 영상을 좌안 렌즈와 우안 렌즈를 통해 각각 투과시키는 안경(200)을 구비한다.
표시 패널(100)은 양자점 컬러 필터를 이용하여 각 컬러의 파장대를 분리를 통해 좌안 영상과 우안 영상을 표시한다. 표시 패널(100)은 좌안 영상을 표시하는 좌안 표시 라인(L)과, 우안 영상을 표시하는 우안 표시 라인(R)이 수평 방향, 수직 방향, 또는 경사 방향을 따라 번갈아가면서 배치된 화소 매트릭스를 갖는다. 도 1에서는 좌안 표시 라인(L)과, 우안 표시 라인(R)이 수직 방향을 따라 번갈아가면서 배치된 화소 매트릭스의 일부를 나타내고 있다.
표시 패널(100)로는 액정 표시 패널, OLED 표시 패널, 플라즈마 디스플레이 패널 등과 같은 컬러 필터를 이용하는 다양한 표시 패널이 적용될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의상 OLED 표시 패널만을 예로 들어 설명하기로 한다.
표시 패널(100)에서 좌안 표시 라인(L)에 포함된 픽셀들 각각은 양자점을 이용한 적색(이하 R), 녹색(이하 G), 청색(B) 컬러 필터가 각각 형성된 R, G, B 서브픽셀을 포함한다. 또한, 소비 전력을 줄이면서 휘도를 높이기 위하여, 각 픽셀은 휘도 향상을 위해 컬러 필터가 형성되지 않은 백색(이하 W) 서브픽셀을 추가로 구비할 수 있다. 각 픽셀은 RGB 서브픽셀 구조를 갖거나, RGBW 서브픽셀 구조를 갖을 수 있다. 좌안 표시 라인(L)의 R, G, B 컬러 필터는 제1, 제3, 제5 양자점을 각각 이용하여 도 2에 나타낸 바와 같이 제1, 제3, 제4 파장대(①, ③, ⑤; 좌안 파장대)의 컬러만 투과시킨다.
표시 패널(100)에서 우안 좌안 표시 라인(R)에 포함된 픽셀들 각각은 R', G', B' 컬러 필터가 각각 형성된 R', G', B' 서브픽셀을 포함한다. 또한, 각 픽셀은 휘도 향상을 위해 컬러 필터가 형성되지 않은 백색(이하 W) 서브픽셀을 추가로 구비할 수 있다. 각 픽셀은 RGB 서브픽셀 구조를 갖거나, RGBW 서브픽셀 구조를 갖을 수 있다. 우안 표시 라인(R)의 R', G', B' 컬러 필터는 제2, 제4, 제6 양자점을 각각 이용하여 도 2에 나타낸 바와 같이 제1, 제3, 제4 파장대(①, ③, ⑤)와 중첩하지 않는 제2, 제4, 제6 파장대(②, ④, ⑥; 우안 파장대)의 컬러만 투과시킨다.
도 2를 참조하면, 좌안 표시 라인(L)의 R, G, B 컬러 필터의 제1, 제3, 제5 파장대(①, ③, ⑤; 좌안 파장대)와, 우안 표시 라인(R)의 R', G', B' 컬러 필터의 제2, 제4, 제6 파장대(②, ④, ⑥; 우안 파장대)가 각 컬러 대역에서 서로 중첩없이 분리됨을 알 수 있다. 이에 따라, 좌안 표시 라인(L)에 표시되는 좌안 영상과, 우안 표시 라인(R)에 표시되는 우안 영상은 각 컬러에서 서로 다른 파장대를 갖고 표시된다.
안경(200)은 서로 다른 컬러 필터를 이용하여 각 컬러의 파장대가 서로 다른 좌안 영상과 우안 영상을 좌안 렌즈(LL)와 우안 렌즈(RL)를 통해 분리시켜 시청자의 좌안 및 우안에 각각 입사시킨다. 이에 따라, 시청자는 안경(200)에 의해 좌우 공간으로 분리된 좌우 영상의 시차에 의해 3D 영상을 인식하게 된다.
좌안 렌즈(LL)에 형성된 제1 컬러 필터는 표시 패널(100)의 좌안 표시 라인(L)에 표시된 좌안 영상의 좌안 파장대인 제1, 제3, 제5 파장대(①, ③, ⑤)만 투과시킨다. 우안 렌즈(RL)에 형성된 제2 컬러 필터는 표시 패널(100)의 우안 표시 라인(R)에 표시된 우안 영상의 우안 파장대인 제2, 제4, 제6 파장대(②, ④, ⑥)만 투과시킨다. 따라서, 안경(200)은 서로 다른 파장대를 갖는 좌안 영상과 우안 영상을 분리시켜 시청자의 좌안 및 우안에 각각 제공할 수 있다.
양자점(Quantum Dot; QD)은 화학적 합성 공정을 통해 만들어진 나노미터(nm) 크기의 직경을 갖는 반도체 결정체로 크기에 따라 출사되는 광의 파장을 다양하게 변화시킬 수 있고, 광의 색순도가 높아 다양한 파장의 광을 제공할 수 있다.
도 3을 참조하면, 양자점은 광을 내는 역할을 하는 중심체 부분(Core)과, 중심체 부분을 보호하는 역할을 하는 껍질 부분(Shell)과, 껍질 부분에 코팅된 고분자 수지층과, 고분자 수지층과 결합된 외부 연결기(Ligand)를 포함한다.
양자점은 2-6족 또는 3-5족의 나노 반도체 화합물을 포함한다. 예를 들면, 나노 반도체 화합물은 카드뮴 셀레나이드(CdSe), 카드뮴 설파이드(CdS), 카드뮴 텔레라이드(CdTe), 징크 셀레나이드(ZnSe), 징크 텔레라이드(ZnTe), 징크 설파이드(ZnS), 머큐리 텔레라이드(HgTe), 인듐 아세나이드(InAs), Cd1-xZnxSe1-ySy', CdSe/ZnS, 인듐 포스포러스(InP) 및 갈륨 아세나이드(GaAs) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
양자점은 불안정한 상태의 전자가 전도대에서 가전자대로 내려오면서 발광하는 것으로, 양자점의 입자가 작을수록 짧은 파장의 청색광을 방출하고, 입자가 클수록 긴 파장의 적색광을 방출한다. 다시 말하여, 양자점 크기를 조절하면 원하는 파장의 가시광선을 표시할 수 있다.
좌안 표시 라인(L)의 R, G, B 컬러 필터는 서로 다른 크기를 갖는 제1, 제3, 제5 양자점을 각각 포함하여 R, G, B 광을 방출하여 좌안 영상을 표시하고, 우안 표시 라인(R)의 R', G', B' 컬러 필터는 서로 다른 크기를 갖고 상기 제1, 제3, 제5 양자점과도 크기가 서로 다른 제2, 제4, 제6 양자점을 각각 포함하여 좌안 영상의 R, G, B 광과 다른 R', G', B' 광을 방출하여 우안 영상을 표시한다.
좌안 표시 라인(L)의 R, G, B 컬러 필터에 각각 포함된 제1, 제3, 제5 양자점의 크기는 제1>제3>제5 양자점 순서로 작게 설정된다. 따라서 R, G, B 컬러 필터의 제1, 제3, 제5 파장대(①, ③, ⑤)는 제1>제3>제5 파장대 순서로 작아지게 된다.
우안 표시 라인(L)의 R', G', B' 컬러 필터에 각각 포함된 제2, 제4, 제6 양자점의 크기는 제2>제4>제6 양자점 순서로 작게 설정된다. 따라서 R', G', B' 컬러 필터의 제2, 제4, 제6 파장대(②, ④, ⑥)는 제2>제4>제6 파장대 순서로 작아지게 된다.
R, G, B 컬러 필터의 제1, 제3, 제5 양자점과, R', G', B' 컬러 필터의 제2, 제4, 제6 양자점은 크기는 제1>제2>제3>제4>제5>제6 양자점 순서로 작게 설정된다. 따라서 R, G, B 컬러 필터의 제1, 제3, 제5 파장대(①, ③, ⑤)와, R', G', B' 컬러 필터의 제2, 제4, 제6 파장대(②, ④, ⑥)는 제1>제2>제3>제4>제5>제6 파장대 순서로 작아지게 된다. 이때, 제1 내지 제6 파장대는 서로 중첩하지 않으며, 이는 양자점 크기를 적절하게 조절하여 제1 내지 제6 양자점의 발광 스펙트럼 각각이 도 2에 나타낸 바와 같이 샤프한 형태의 스펙트럼을 갖기 때문에 가능하다. 도 2를 참조하면, 파장대는 서로 다르면서 비슷한 컬러를 내는 인접한 파장대의 간격은, 그 파장대와 인접하면서 다른 컬러를 내는 파장대와의 간격보다 작음을 알 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 양자점 컬러 필터를 갖는 3D OLED 표시 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 5는 한 서브픽셀의 구조를 확대하여 나타낸 구조이다.
도 4에 나타낸 3D OLED 표시 장치는 기판(10) 및 캡핑층(20) 사이에 형성된 OLED 어레이와, 양자점을 갖는 RGB 및 R'G'B' 컬러 필터(QD-CF)를 구비한다. OLED 어레이는 백색광(W), 청색광(B), UV광 중 어느 하나를 발생한다.
좌안 표시 라인(L)의 서브픽셀에 각각 형성된 RGB 컬러 필터는 전술한 바와 같이 제1, 제3, 제5 양자점을 각각 포함하여 OLED 어레이로부터 공급된 광을 해당 파장대로 각각 필터링함으로써 제1, 제3, 제5 파장대의 RGB 광을 출사한다.
우안 표시 라인(R)의 서브픽셀에 각각 형성된 R'G'B' 컬러 필터는 전술한 바와 같이 제2, 제4, 제6 양자점을 각각 포함하여 OLED 어레이로부터 공급된 광을 필터링함으로써 제2, 제4, 제6 파장대의 R'G'B' 광을 출사한다.
이에 따라, 좌안 표시 라인(L)에 표시되는 좌안 영상과, 우안 표시 라인(R)에 표시되는 우안 영상은 파장대가 서로 분리되고, 투과 파장대가 서로 다른 안경의 좌안 렌즈 및 우안 렌즈를 통해 좌우 공간으로 분리되어 3D 영상을 구현할 수 있다.
도 5를 참조하면, 각 서브픽셀은 기판(10) 상에 형성된 구동 박막 트랜지스터(TFT)를 포함하는 TFT 어레이와, TFT 어레이 상에 형성되고 구동 TFT와 접속된 OLED 어레이와, OLED 어레이와 캡핑층(20) 사이에 형성된 해당 파장의 양자점을 갖는 컬러 필터(QD-CF)를 구비한다. 여기서, 양자점을 갖는 컬러 필터(QD-CF)는 TFT 어레이와 OLED 어레이 사이나, 기판(10)과 TFT 어레이 사이에 형성될 수도 있다.
OLED 어레이는 제1 및 제2 전극(12, 16)과, 제1 및 제2 전극(12, 16) 사이에 형성된 발광층(14)을 구비하고, 제1 전극(12)이 구동 TFT와 접속되어 구동 전류를 공급받는다. 발광층(14) 및 제2 전극(16)은 모든 서브픽셀에 공통으로 형성되고, 제1 전극(12)은 서브픽셀별로 분리되어 구동 TFT와 접속된다.
제1 및 제2 전극(12,16) 중 어느 하나는 반투과 전극으로 형성되고, 나머지 하나는 반사 전극으로 형성된다. 제1 전극(12)이 반투과 전극이고, 제2 전극(16)이 반사 전극이면 하부로 광을 출사하는 배면 발광 구조이다. 제2 전극(16)이 반투과 전극이고, 제1 전극(12)이 반사 전극이면 상부로 광을 출사하는 전면 발광 구조이다. 한편, 제1 및 제2 전극(12, 16)을 반투과 전극으로 형성하여 상하부로 광을 출사하는 양면 발광 구조로 형성될 수도 있다. 도 4에서는 제1 전극(12)이 애노드로서 반사 전극이고, 제2 전극(16)이 캐소드로서 반투과 전극인 전면 발광 구조를 예를 들어 나타내고 있다.
제1 전극(12)은 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금(AlNd)으로 이루어진 금속층과, ITO(Indium Tin Oxide; ITO), IZO(Indum Zinc Oxide; IZO) 등으로 이루어진 투명층을 포함하는 복층 구조로 형성되어 반사 전극의 역할을 한다.
제2 전극(16)은 단층 또는 복층으로 이루어지며, 제2 전극(16)을 이루는 각 층은 금속, 무기물, 금속 혼합층 또는 금속과 무기물의 혼합 형성되거나 또는 그들의 혼합으로 형성된다. 제2 전극(16)을 이루는 금속은 Ag, Mg, Yb, Li 또는 Ca로 형성되며, 무기물은 Li2O, CaO, LiF 또는 MgF2로 형성되며, 전자 이동을 도와 발광층(12)으로 전자들이 많이 공급할 수 있도록 한다.
발광층(14)은 제1 전극(12)으로부터 정공 관련층을 경유하여 공급된 정공과, 제2 전극(16)으로부터 전자 관련층을 경유하여 공급된 전자들이 재결합하면서 발생한 에너지가 형광 또는 인광 물질을 발광시킴으로써 전류량에 비례하는 광을 발생한다. 발광층(14)은 복수의 스택이 적층된 멀티-스택 구조로 형성될 수 있고, 복수의 스택은 동일한 컬러의 발광층을 포함하거나, 서로 다른 컬러의 발광층을 포함하여 백색광(W), 청색광(B), UV광 중 어느 하나의 광을 발생할 수 있다. 백색광은 적색광, 녹색광, 청색광의 혼합으로 발생되거나, 청색광과 황록색광의 혼합으로 발생될 수 있다.
OLED 어레이 상에는 페시베이션층(18)이 형성되고, 페시베이션층(18)과 캡핑층(20) 사이에 투과형 게터나 실런트가 추가로 형성될 수 있다.
양자점을 갖는 컬러 필터(QD-CF)는 페시베이션층(18)과 투과형 게터 사이나, 게터와 실런트 사이, 또는 실런트와 캡핑층(20) 사이에 형성될 수 있다. RGB 컬러필터와 R'G'B' 컬러필터 각각은 해당 양자점을 포함하는 컬러 필터 물질을 이용한 프린팅 공정이나, 패터닝 공정으로 형성될 수 있고, RGB 컬러필터와 R'G'B' 컬러필터가 형성된 필름의 부착 공정을 통해 형성될 수 있다.
캡핑층(20)은 유기층과 무기층이 번갈아 형성되는 다층 구조로 형성되고, 외부로부터 유입되는 수분이나 산소의 침투를 차단함으로써 신뢰성을 향상시키는 역할을 한다. 무기층은 외부의 수분이나 산소의 침투를 1차적으로 차단하도록 알루미늄 옥사이드(AlxOx), 산화실리콘(SiOx), SiNx, SiON 및 LiF 중 적어도 어느 하나로 형성된다. 유기층은 외부의 수분이나 산소의 침투를 2차적으로 차단한다. 또한, 유기층은 OLED 표시 장치의 휘어짐에 따른 각 층들 간의 응력을 완화시키는 완충 역할을 하며, 평탄화 성능을 강화한다. 이러한 유기층은 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 폴리이미드 또는 폴리에틸렌 등의 폴리머 재질로 형성된다.
캡핑층(20) 상에는 외부광의 반사를 방지하는 반사 방지막(22)이 더 형성될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 3D OLED 표시 장치는 도 4에 나타낸 바와 같이 각 픽셀이 RGB 서브픽셀 구조를 갖거나, 도 6에 나타낸 바와 같이 RGBW 서브픽셀 구조를 갖을 수 있다.
도 6에 나타낸 OLED 표시 장치는 도 4에 나타낸 OLED 표시 장치와 대비하여, 컬러필터 대신 백색광 투과층을 갖는 W 서브픽셀이 각 픽셀에 추가된 것을 제외하고 나머지 구성들은 동일하므로, 중복된 구성들에 대한 설명은 생략하기로 한다. 도 5에서 OLED 소자는 백색광을 발생한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 양자점 발광층 및 양자점 컬러필터를 갖는 3D OLED 표시 장치를 간단히 나타낸 단면도이다.
도 7에 나타낸 OLED 표시 장치는 도 4에 나타낸 OLED 표시 장치와 대비하여 발광층(14')이 R, G, B 서브픽셀에 각각 대응하여 해당 양자점을 포함하는 R, G, B 발광층(RE, GE, BE)을 구비하고, R', G', B' 서브픽셀 각각에 대응하여 해당 양자점을 포함하는 R', G', B' 발광층(RE', GE', BE')을 구비하는 것을 제외하고 나머지 구성은 동일하므로, 중복된 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 7을 참조하면, OLED 어레이는 좌안 표시 라인(L)의 R, G, B 서브픽셀에 각각 대응하여 형성된 R, G, B 발광층(RE, GE, BE)과, 우안 표시 라인(R)의 R', G', B' 서브픽셀 각각 대응하여 형성된 R', G', B' 발광층(RE', GE', BE')을 포함한다.
좌안 표시 라인(L)의 R, G, B 발광층(RE, GE, BE)은 R, G, B 컬러 필터와 유사하게 제1, 제2, 제3 양자점을 각각 포함하여 제1, 제3, 제5 파장대의 RGB 광을 각각 출사한다.
우안 표시 라인(R)의 R', G', B' 발광층(RE', GE', BE')은 R', G', B' 컬러 필터와 유사하게 제2, 제4, 제6 양자점을 각각 포함하여 제2, 제4, 제6 파장대의 R'G'B' 광을 각각 출사한다.
다시 말하여, 좌안 표시 라인(L)의 R, G, B 서브픽셀은 제1, 제2, 제3 양자점을 각각 포함하는 R, G, B 발광층(RE, GE, BE)과 R, G, B 컬러 필터의 조합으로 제1, 제3, 제5 파장대의 RGB 광을 각각 출사한다.
우안 표시 라인(R)의 R', G', B' 서브픽셀은 제2, 제4, 제6 양자점을 각각 포함하는 R', G', B' 발광층(RE', GE', BE')과 R', G', B' 컬러 필터의 조합으로 제2, 제4, 제6 파장대의 R'G'B' 광을 각각 출사한다.
이에 따라, 이에 따라, 좌안 표시 라인(L)에 표시되는 좌안 영상과, 우안 표시 라인(R)에 표시되는 우안 영상은 파장대가 서로 분리되고, 투과 파장대가 서로 다른 안경의 좌안 렌즈 및 우안 렌즈를 통해 좌우 공간으로 분리되어 3D 영상을 구현할 수 있다. 또한, 발광층 및 컬러 필터에 해당 파장대의 양자점이 포함됨으로써 각 파장대의 스펙트럼이 더욱 샤프해지게 됨으로써 좌안 영상과 우안 영상의 파장대 중첩을 방지하여 3D 크로스토크를 방지할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 양자점 컬러 필터를 이용한 3D OLED 표시 장치를 나타낸 단면도이다.
도 8에 도시된 3D OLED 표시 장치는 컬러 필터(CF)의 표면에 양자점층(QD)을 형성함으로써 외부광 반사를 방지하는 반사 방지막을 더 제거할 수 있다.
도 8을 참조하면, 제1 기판(30) 상에 TFT 어레이가 형성되고, TFT 어레이 상에 R, G, B 양자점 컬러 필터(QD-CF)가 형성되고, 그 위에 평탄화막(32)이 형성된다. 평탄화막(32) 상에 제1 전극(34), 발광층(36), 제2 전극(38)이 순차 형성되어 OLED 소자가 형성된 다음, 그 위에 제2 기판(40)이 형성된다. 제1 및 제2 기판(30, 40) 중 어느 하나가 전술한 캡핑층이고, 제2 전극(38)이 반사 전극이다.
R, G, B 양자점 컬러 필터(QD-CF)는 컬러 필터층(CF)과, 그 컬러 필터층(CF) 표면에 촘촘하게 형성된 양자점층(QD)를 구비한다. 양자점층(QD)은 전술한 바와 같이 3D 구현을 위한 파장 분리 기능을 함과 아울러, 외부광이 입사할 경우 외부광을 흡수하여 좁은 스펙트럼 대역으로 변환하여 컬러필터층(CF)을 통과하게 함으로써 외부광 반사율을 감소시킬 수 있다.
양자점(QD)는 낮은 파장의 광(높은 에너지)을 흡수하고, 스토케(stoke) 천이에 의해 높은 파장의 광(낮은 에너지)의 광을 방출한다. 이러한 방식에 의해 화이트 OLED 소자에서 방출된 광을 흡수하고 R, G, B 각각의 양자점(QD)에 의해 방출되는 광는 네로우(narrow)한 스펙트럼 특성을 가지므로 파장 분리가 용이하다.
양자점층(QD)은 외부로부터 컬러 필터층(CF)을 통해 입사되는 외부광을 1차 흡수/방출하고, 반사 전극인 제2 전극(38)에 의해 반사되어 2차 흡수/방출함으로써 외부광 반사율을 감소시킬 수 있다.
이를 위하여, 양자점층(QD)은 컬러필터층(CF)의 표면에 얇고 촘촘하게 형성되는 것이 필요하다. 양자점층(QD)이 일반적인 양자점 시트와 같이 수백um의 두께를 가지는 경우 양자점층(QD)의 소요량이 많아 촘촘하게 형성하는 것은 어려우므로, 양자점층(QD)을 세그리게이션(segregation) 공법에 의해 10nm 이하의 두께로 얇고 촘촘하게 형성하여 외광 반사율을 감소시킬 수 있다.
도 9는 도 8에 도시된 양자점 컬러 필터의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이며, 녹색 양자점 컬러 필터를 형성하는 과정을 나타낸 예시 도면이다.
도 9를 참조하면, (a)에 도시된 바와 같이 TFT 어레이가 형성된 제1 기판(30) 상에 양자점(QD) 입자를 포함하는 컬러 필터층(CF)을 형성한 다음, (b)에 도시된 바와 같이 세그리게이션 공법인 플라즈마 처리를 함으로써 양자점(QB)이 컬러 필터층(CF)의 표면으로 이동하여 얇고 촘촘한 양자점층(QD)이 형성된다. 이에 따라, 컬러 필터층(CF)의 표면에 10nm 이하의 두께로 얇고 촘촘하게 양자점층(QD)이 형성된 양자점 컬러필터(QD-CF)를 형성한다.
R, G, B 컬러별로 양자점(QD) 입자를 포함하는 컬러 필터층(CF)을 형성 단계(a)와, 세그리게이션 공법인 플라즈마 처리를 통해 컬러 필터층(CF)과 양자점층(QD)을 분리하는 단계를 수행함으로써 양자점 컬러필터(QD-CF)를 형성할 수 있다.
도 10은 도 8에서 컬러 필터가 양자점층을 포함하기 이전과 이후의 외부광 반사율을 비교하여 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 도 8에서 컬러 필터(CF)가 양자점층(QD)을 포함하지 않을 경우, 입사된 외부광은 컬러 필터(CF)를 투과하고(투과율 75%), 반사 전극(38)에서 반사되어(반사율 95%), 다시 컬러 필터(CF)를 투과하므로(투과율 75%), 외부광 반사율이 53% 정도로 높으므로, 외부광 반사 방지를 위한 반사 방지막이 추가로 필요함을 알 수 있다.
반면에, 본 발명과 같이 도 8에서 컬러 필터(CF)의 표면에 양자점층(QD)을 얇고 촘촘하게 형성하고, 양자점층(QD)의 컨버젼(conversion) 효율을 50%라고 가정할 경우, 입사된 외부광은 컬러 필터(CF)를 투과하고(투과율 75%), 양자점층(QD)에서 흡수/방출되고(50%), 반사 전극(38)에서 반사되어(반사율 95%), 다시 양자점층(QD)에서 흡수/방출되고(50%), 컬러 필터(CF)를 투과하므로(투과율 50%), 외부광 반사율이 8% 정도로 감소하였으므로, 별도의 반사 방지막이 필요하지 않음을 알 수 있다.
여기서, 양자점(QD)의 스토케(stoke) 천이에 의한 컨버젼 효율은 일반적으로 흡수광의 파장과 방출광의 파장의 비율에 비례하는데, 양자점(QD)의 샤프한 스펙트럼 방출을 고려하여 컨버젼 효율을 50% 정도로 가정한 것이다.
도 11은 본 발명에 따른 녹색 양자점 컬러 필터의 외부광 반사 감소 효과를 보여주는 그래프이다.
도 11을 참조하면, 입사광 스펙트럼은 형광등에서 방출된 백색광의 스펙트럼을 나타낸 것으로 모든 파장대에 넓게 분포하는 백색광이 외부광으로 입사된다. 입사된 백색광은 컬러 필터(CF)의 표면에 촘촘하게 형성된 양자점층(QD)의 발광 스펙트럼은 컬러 필터(CF)의 투과율이 감소하는 영역에서 좁은 폭으로 걸쳐 있으므로 양자점층(QD)의 흡수/방출 이후 외부광의 투과율이 감소함을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 3D 영상 표시 장치는 양자점 컬러 필터를 이용한 컬러의 파장 분리를 통해 3D 영상을 표시함으로써 종래의 편광판 및 패턴드 리타더 등이 필요하지 않으므로, 편광판 및 패턴드 리타더로 인한 투과도 감소 및 시야각 제한을 방지하여 시야각 제한없이 휘도를 향상시킬 수 있고 OLED 표시 장치의 수명을 증가시킬 수 있으며 코스트를 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 3D 영상 표시 장치는 OLED 표시 장치의 양자점 발광층과 양자점 컬러 필터를 이용하여 보다 명확한 컬러의 파장 분리를 통해 3D 영상을 표시함으로써 좌안 영상의 스펙트럼과 우안 영상의 스펙트럼의 중첩으로 인한 3D 크로스토크를 방지하여 3D 영상의 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 3D 영상 표시 장치 및 양자점 컬러 필터의 제조 방법은 컬러 필터층에 양자점층을 세그리게이션 공법에 의해 얇고 촘촘하게 형성함으로써 외부광 반사를 최소화하여 외광 컨트라스트를 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
10: 기판, 30, 40 12, 34: 제1 전극
14, 36: 발광층 16, 38: 제2 전극
18: 페시페이션층 20: 캡핑층
22: 반사 방지막 100: 표시 패널
200: 안경

Claims (13)

  1. 좌안 영상을 표시하는 좌안 표시 라인과, 좌안 영상과 파장대가 다른 우안 영상을 표시하는 우안 표시 라인이 번갈아 배치된 화소 매트릭스를 포함하는 표시 패널과,
    상기 파장대가 서로 다른 좌안 영상과 우안 영상을 공간 분리시키는 안경을 구비하고;
    상기 좌안 표시 라인의 각 픽셀은 제1, 제3, 제5 양자점을 각각 포함하여 제1, 제3, 제5 파장대의 서로 다른 컬러를 표시하는 제1, 제3, 제5 컬러 필터가 각각 형성된 제1, 제3, 제5 서브픽셀을 포함하고;
    상기 우안 표시 라인의 각 픽셀은 제2, 제4, 제6 양자점을 각각 포함하여 제2, 제4, 제6 파장대의 서로 다른 컬러를 표시하는 제2, 제4, 제6 컬러 필터가 각각 형성된 제2, 제4, 제6 서브픽셀을 포함하고;
    상기 좌안 표시 라인의 제1, 제3, 제5 파장대는 상기 우안 표시 라인의 제2, 제4, 제6 파장대와 중첩없이 분리되고;
    상기 안경의 좌안 렌즈는 상기 제1, 제3, 제5 파장대의 좌안 영상만 투과시키고, 상기 안경의 우안 렌즈는 상기 제2, 제4, 제6 파장대의 우안 영상만 투과시키는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 좌안 표시 라인의 제1, 제3, 제5 컬러 필터는 R, G, B 컬러 필터이며,
    상기 우안 표시 라인의 제2, 제4, 제6 컬러 필터는 상기 R, G, B 컬러 필터와 다른 R', G', B' 컬러 필터이며;
    상기 좌안 표시 라인의 R, G, B 컬러 필터에 각각 포함된 상기 제1, 제3, 제5 양자점은 제1>제3>제5 양자점 순서로 작은 크기를 갖고,
    상기 우안 표시 라인의 R', G', B' 컬러 필터에 각각 포함된 상기 제2, 제4, 제6 양자점은 제2>제4>제6 양자점 순서로 작은 크기를 갖고,
    상기 제1 내지 제6 양자점은 제1>제2>제3>제4>제5>제6 양자점 순서로 작은 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 내지 제6 파장대는 제1>제2>제3>제4>제5>제6 파장대 순서로 작은 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 표시 패널은 액정 표시 패널, OLED 표시 패널 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시 장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 내지 제6 컬러 필터 각각은
    컬러 필터층과, 그 컬러 필터층의 표면에 해당 컬러의 양자점 입자들로 이루어진 양자점층을 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 양자점층의 두께는 0보다는 크고 10nm이하인 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시 장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 양자점층은 외부광 반사를 감소시키는 역할을 하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시 장치.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 OLED 표시 패널은
    기판 및 캡핑층 사이에 형성된 OLED 어레이와;
    상기 기판과 OLED 어레이 사이 또는 상기 OLED 어레이와 캡핑층 사이에 형성되고 상기 제1 내지 제6 컬러 필터를 포함하는 컬러 필터 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 OLED 어레이는 백색광, 청색광, UV광 중 어느 하나를 공통으로 방출하거나, 상기 서브픽셀 단위로 서로 다른 컬러의 광을 각각 방출하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 서브픽셀 단위로 서로 다른 컬러의 광을 각각 방출하는 OLED 어레이 중,
    상기 좌안 표시 라인의 R, G, B 서브픽셀은 상기 제1, 제3, 제5 양자점을 각각 포함하는 R, G, B 발광층을 각각 포함하고;
    상기 우안 표시 라인의 R', G', B' 서브픽셀은 상기 제2, 제4, 제6 양자점을 각각 포함하는 R', G', B' 발광층을 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시 장치.
  11. 청구항 1 내지 10 중 어느 한 청구항에 있어서,
    상기 각 픽셀은 백색광을 투과하는 W 서브픽셀을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 입체 영상 표시 장치.
  12. 기판 상에 양자점 입자들을 포함하는 컬러 필터층을 형성하는 단계와;
    플라즈마 처리를 통해 상기 양자점 입자들을 상기 컬러 필터층의 표면으로 이동 시켜서 상기 컬러 필터층의 표면에 밀집된 상기 양자점 입자들로 이루어진 양자점층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 양자점 컬러 필터의 제조 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 양자점층의 두께는 0보다는 크고 10nm이하로 형성하는 것을 특징으로 하는 양자점 컬러 필터의 제조 방법.
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