KR20150117343A - 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

표시 장치는 제1 기판 및 상기 제1 기판과 대향하고 컬러 필터층을 포함하는 제2 기판을 포함한다. 상기 컬러 필터층은 적색 컬러 필터, 녹색 컬러 필터 및 청색 컬러 필터를 포함한다. 상기 적색 컬러 필터는 제1 형광 염료 및 제1 나노 입자를 포함하고, 적색을 나타낸다. 상기 녹색 컬러 필터는 상기 제2 형광 염료 및 제2 나노 입자를 포함하고, 녹색을 나타낸다. 상기 청색 컬러 필터는 제3 형광 염료 및 제3 나노 입자를 포함하고, 청색을 나타낸다. 상기 제1 내지 제3 나노 입자들은 각각 비구형을 갖고, 각각 제1 파장, 제2 파장 및 제3 파장에서 최대 흡광율을 갖는다. 상기 제1 파장은 상기 제2 파장보다 긴 파장을 갖고, 상기 제2 파장은 상기 제3 파장보다 긴 파장을 갖는다.

Description

표시 장치{DISPLAY DEVICE}
본 발명은 표시 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 휘도가 높은 표시 장치에 관한 것이다.
최근 대량의 정보를 처리 및 표시하는 디스플레이 분야가 발전하고 있다. 이에 부응하여 박형화, 경량화, 저 소비전력화 등의 우수한 특성을 보유한 여러 가지 다양한 표시 장치가 소개되어 기존의 음극선관(Catohode Ray Tube, CRT)을 대체하고 있다. 구체적인 예로 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display device, LCD), 플라즈마 표시 장치(Plasma Display Panel device, PDP), 전계방출 표시 장치(Field Emission Display device, FED), 유기전계 발광소자(Organic Electroluminescence Device, OLED), 및 전기영동 표시 장치(Electrophoretic Display device, EPD) 등을 들 수 있다.
상기 표시 장치들은 색을 표시하는 컬러 필터를 포함한다. 광원으로부터 나오는 빛의 파장 중 특정 파장이 컬러 필터를 통과하여 색을 나타낸다. 이 때, 컬러 필터를 통과하지 못하는 빛의 양이 많아 휘도가 저하되어, 휘도를 높이기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
본 발명의 목적은 휘도가 높은 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 제1 기판 및 상기 제1 기판과 대향하고 컬러 필터층을 포함하는 제2 기판을 포함한다. 상기 컬러 필터층은 상기 유기 발광층 상에 형성된다. 상기 컬러 필터층은 적색 컬러 필터, 녹색 컬러 필터 및 청색 컬러 필터를 포함한다. 상기 적색 컬러 필터는 제1 광을 제공받아 상기 제1 광과 상이한 파장을 갖는 제2 광을 발생하는 제1 형광 염료 및 상기 제1 광을 제공받아 표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonance)이 발생하는 제1 나노 입자를 포함하고, 적색을 나타낸다. 상기 녹색 컬러 필터는 상기 제1 광을 제공받아 상기 제1 광 및 상기 제2 광과 상이한 파장을 갖는 제3 광을 발생하는 제2 형광 염료 및 상기 제1 광을 제공받아 표면 플라즈몬 공명이 발생하는 제2 나노 입자를 포함하고, 녹색을 나타낸다. 상기 청색 컬러 필터는 상기 제1 광을 제공받아 상기 제1 광 내지 제3 광과 상이한 파장을 갖는 제4 광을 발생하는 제3 형광 염료 및 상기 제1 광을 제공받아 표면 플라즈몬 공명이 발생하는 제3 나노 입자를 포함하고, 청색을 나타낸다.
상기 제1 내지 제3 나노 입자들은 각각 비구형(non-spherical shape)을 갖고, 각각 제1 파장, 제2 파장 및 제3 파장에서 최대 흡광율(extinction)을 갖는다. 상기 제1 파장은 상기 제2 파장보다 긴 파장을 갖고, 상기 제2 파장은 상기 제3 파장보다 긴 파장을 갖는다.
상기 제1 내지 제3 나노 입자들의 단면상 형상들은 서로 상이할 수 있다.
상기 제1 내지 제3 나노 입자들의 단면상 형상들은 각각 동일한 개수의 변을 가질 수 있다.
상기 제1 내지 제3 나노 입자들 각각은 단면상에서 육각 형상을 가질 수 있다.
상기 제1 나노 입자는 단면상에서 제1 육각형의 형상을 갖고, 상기 제2 나노 입자는 단면상에서 제2 육각형의 형상을 갖고, 상기 제3 나노 입자는 단면상에서 제3 육각형의 형상을 가질 수 있다. 상기 제3 육각형은 상기 제2 육각형보다 정육각형에 가깝고, 상기 제2 육각형은 상기 제1 육각형보다 정육각형에 가까운 것일 수 있다.
상기 제1 육각형은 서로 연결되는 제1 적색 변 및 제2 적색 변을 포함하고, 상기 제2 육각형은 서로 연결되는 제1 녹색 변 및 제2 녹색 변을 포함하고, 상기 제3 육각형은 서로 연결되는 제1 청색 변 및 제2 청색 변을 포함할 수 있다. 상기 제1 적색 변의 길이/상기 제2 적색 변의 길이를 A라 하고, 상기 제1 녹색 변의 길이/상기 제2 녹색 변의 길이를 B라 하고, 상기 제1 청색 변의 길이/상기 제2 청색 변의 길이를 C라 할 때, |A-1|>|B-1|>|C-1|일 수 있다.
상기 제1 내지 제3 나노 입자들 각각은 육각 기둥 형상을 가질 수 있다.
상기 제1 내지 제3 나노 입자들의 높이는 서로 동일할 수 있다.
상기 제1 나노 입자는 비구형의 단위 나노 입자를 a개 포함하고, 상기 제2 나노 입자는 상기 단위 나노 입자를 b개 포함하고, 상기 제3 나노 입자는 상기 단위 나노 입자를 c개 포함할 수 있다. 단 a, b 및 c는 각각 자연수이고, a>b>c 이다.
상기 제1 내지 제3 나노 입자들은 각각 상기 단위 나노 입자가 일 방향으로 연장되어 형성되는 것일 수 있다.
상기 단위 나노 입자는 단면상에서 곡률을 갖는 것일 수 있다.
상기 단위 나노 입자는 단면상에서 원 또는 타원 형상을 갖는 것일 수 있다.
상기 제1 내지 제3 나노 입자들은 각각 내부에 빈 공간을 가질 수 있다.
상기 제1 내지 제3 나노 입자들 각각은 동일한 물질로 구성될 수 있다.
상기 제1 내지 제3 나노 입자들 각각은 Au, Ag, Al, Co, Cu, Cr, Pt, Ni, Fe, Mo 및 W로 이루어진 군에서 선택되는 금속 또는 상기 선택되는 금속의 산화물로 구성될 수 있다.
상기 제1 내지 제3 형광 염료는 445 내지 455nm, 465 내지 475nm, 500 내지 520nm 및 615 내지 625nm 중 적어도 하나의 구간에서 최대 형광 강도를 가질 수 있다.
상기 제1 내지 제3 나노 입자들 각각과 레벨링제는 서로 결합하여 구형을 가질 수 있다.
상기 레벨링제는 헥산(Hexane), 헵탄(Heptane), 옥탄(Octane), 노난(Nonane), 데칸(Decane), 언데칸(Undecane), 도데칸(Dodecane), 트리데칸(Tridecane), 테트라데칸(Tetradecane), 펜타데칸(Pentadecane), 헥사데칸(Hexadecane), 세탄(Cetane), 헵타데칸(Heptadecane), 옥타데칸(Octadecane), 노나데칸(Nonadecane) 및 이코산(Icosane)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에 의하면, 휘도를 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 I-I'선에 대응하는 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에 포함되는 컬러 필터층의 구성 물질들을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에 포함되는 제1 내지 제3 나노 입자들의 다양한 단면상 형상들을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5a 내지 도 5c는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에 포함되는 제1 내지 제3 나노 입자의 개략적인 단면도이다.
도 6a 내지 도 6c는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에 포함되는 제1 내지 제3 나노 입자의 개략적인 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에 포함되는 제1 내지 제3 나노 입자들의 다양한 형상들을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 8a 내지 도 8c는 각각 실시예 1의 제1 내지 제3 나노 입자의 SEM 사진이다.
도 9a 내지 도 9c는 각각 실시예 1의 제1 내지 제3 나노 입자의 파장에 따른 흡광율을 나타낸 그래프이다.
도 10a 내지 도 10c는 각각 실시예 1의 제1 내지 제3 나노 입자의 파장에 따른 투과도(transmission)을 나타낸 그래프이다.
도 11a 내지 도 11d는 각각 실시예 1의 제1 내지 제3 나노 입자를 포함하는 컬러 필터의 파장에 따른 형광 강도를 나타낸 그래프이다.
도 12a 내지 도 12c는 각각 실시예 1의 제1 내지 제3 나노 입자의 SEM 사진이다.
도 13a 내지 도 13c는 각각 실시예 1의 제1 내지 제3 나노 입자의 파장에 따른 흡광율을 나타낸 그래프이다.
도 14a 내지 도 14c는 각각 실시예 1의 제1 내지 제3 나노 입자의 파장에 따른 투과도(transmission)을 나타낸 그래프이다.
도 15a 내지 도 15c는 각각 실시예 1의 제1 내지 제3 나노 입자를 포함하는 컬러 필터의 파장에 따른 형광 강도를 나타낸 그래프이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 액정 표시 장치(liquid crystal display device), 유기발광 표시 장치(organic light emitting display device), 전기영동 표시 장치(electrophoretic display device), 일렉트로웨팅 표시 장치(electrowetting display device) 중 적어도 하나일 수 있다. 다만, 본 실시예에서는 상기 유기발광 표시 장치를 예시적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 I-I'선에 대응하는 개략적인 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 표시 장치(10)는 제1 기판(100) 및 제2 기판(200)을 포함한다.
상기 제1 기판(100)은 제1 베이스 기판(SUB1), 박막 트랜지스터(TFT), 제1 전극(E1), 유기 발광층(OEL), 화소 정의막(PDL), 제2 전극(E2) 및 봉지층(220) 을 포함할 수 있다.
상기 표시 장치(10)는 다수의 화소 영역(PXL) 및 상기 화소 영역(PXL)을 둘러싸는 비표시 영역을 포함할 수 있다. 상기 화소 영역(PXL)은 영상을 표시할 수 있고, 상기 비표시 영역은 영상을 표시하지 않는다. 상기 화소 영역(PXL)에는 화소가 구비된다.
상기 제1 베이스 기판(SUB1)은 통상적으로 사용하는 것이라면 특별히 한정하지 않으나, 플라스틱 기판, 유리 기판, 석영 기판 등일 수 있다. 상기 제1 베이스 기판(SUB1)은 투명한 절연 기판일 수 있다.
상기 박막 트랜지스터(TFT)는 상기 제1 베이스 기판(SUB1) 상에 형성된다. 상기 박막 트랜지스터(TFT)는 대응하는 상기 제1 전극(E1) 및 상기 제2 전극(E2)에 전계를 인가하여 유기 발광층(OEL)을 발광시킨다.
상기 박막 트랜지스터(TFT)는 게이트 전극(GE), 반도체 패턴(SM), 소스 전극(SE) 및 드레인 전극(DE)을 포함한다.
상기 게이트 전극(GE)은 상기 게이트 라인으로부터 돌출되거나 상기 게이트 라인의 일부 영역 상에 제공된다. 상기 게이트 전극(GE)은 금속으로 이루어질 수 있다. 상기 게이트 전극(GE)은 니켈, 크롬, 몰리브덴, 알루미늄, 티타늄, 구리, 텅스텐 및 이들을 포함하는 합금으로 이루어질 수 있다.
상기 게이트 전극(GE) 상에는 게이트 절연막(GI)이 형성된다. 상기 게이트 절연막(GI)은 상기 제1 베이스 기판(SUB1)의 전면에 제공되며, 상기 게이트 전극(GE)을 커버한다.
상기 반도체 패턴(SM)은 상기 게이트 절연막(GI) 상에 제공된다. 상기 반도체 패턴(SM)은 게이트 절연막(GI)을 사이에 두고 상기 게이트 전극(GE) 상에 제공되어, 일부 영역이 상기 게이트 전극(GE)과 중첩된다.
상기 소스 전극(SE) 및 상기 드레인 전극(DE)은 상기 반도체 패턴(SM) 상에 형성된다. 상기 소스 전극(SE)은 일부 영역이 상기 게이트 전극(GE)과 중첩한다. 상기 드레인 전극(DE)은 상기 반도체 패턴(SM)을 사이에 두고 상기 소스 전극(SE)으로부터 이격되어 제공된다. 상기 드레인 전극(DE)은 일부 영역이 상기 게이트 전극(GE)과 중첩한다.
상기 소스 전극(SE)과 상기 드레인 전극(DE)은 니켈, 크롬, 몰리브덴, 알루미늄, 티타늄, 구리, 텅스텐 및 이들을 포함하는 합금으로 이루어질 수 있다.
상기 소스 전극(SE) 및 상기 드레인 전극(DE) 상에 보호층(110)이 형성될 수 있다. 상기 보호층(110)은 상기 소스 전극(SE) 및 상기 드레인 전극(DE)을 덮는다.
상기 제1 전극(E1)은 상기 보호층(110) 상에 형성될 수 있다. 상기 제1 전극(E1)은 상기 박막 트랜지스터(TFT)와 전기적으로 연결된다. 상기 제1 전극(E1)은 이에 한정하는 것은 아니나, ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), AZO(aluminum Zinc Oxide), GZO(gallium doped zinc oxide), ZTO(zinc tin oxide), GTO(Gallium tin oxide) 및 FTO(fluorine doped tin oxide) 중 어느 하나의 투명 도전성 산화물을 포함할 수 있다.
화소 정의막(PDL)은 상기 제1 전극(E1) 상에 형성될 수 있다. 상기 화소 정의막(PDL)의 경계면은 소정의 경사각을 가질 수 있다. 상기 화소 정의막(PDL)은 화소 영역(PXL)들에서 평탄하게 형성된 유기 발광층(OEL)을 노출시킨다. 상기 화소 정의막(PDL)에 의해 화소 영역들(PXL)이 정의될 수 있다.
상기 화소 정의막(PDL)은 LiF, BaF2 및 CsF 중 어느 하나의 금속-불소 이온 화합물로 구성될 수 있다. 상기 화소 정의막(PDL)은 10 nm보다 크거나 같은 두께를 갖고 절연 특성을 갖는다. 예를 들어, 상기 화소 정의막(PDL)은 10 nm 내지 100 nm의 두께를 갖는다.
상기 유기 발광층(OEL)은 상기 제1 전극(E1) 상에 형성된다. 상기 유기 발광층(OEL)은 제1 광을 발생한다. 상기 제1 광은 상기 컬러 필터층(210)에 제공된다. 상기 유기 발광층(OEL)의 경계면은 소정의 경사각을 가질 수 있다.
상기 유기 발광층(OEL)은 도시하지는 않았으나, 정공 주입층(Hole Injection Layer, HIL), 정공 수송층(Hole Transpoting Layer, HTL), 발광층(Emission Layer:EML), 전자 수송층(Electron Transporting Layer, ETL) 및 전자 주입층(Electron Injection Layer, EIL)을 포함하는 다중막으로 형성될 수 있다.
상기 유기 발광층(OEL)은 백색 광을 방출할 수 있다. 예를 들면, 상기 유기 발광층(OEL)은 적색, 녹색 및 청색의 서브 유기 발광층(OEL)이 적층된 구조를 가질 수 있다. 또한, 상기 유기 발광층(OEL)은 유기 물질에 적색, 녹색 및 청색의 컬러링 물질이 도핑된 단일 유기 발광층(OEL)일 수도 있다.
상기 제2 전극(E2)은 상기 화소 정의막(PDL) 및 상기 유기 발광층(OEL) 상에 형성된다. 상기 제2 전극(E2)은 이에 한정하는 것은 아니나, ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), AZO(aluminum Zinc Oxide), GZO(gallium doped zinc oxide), ZTO(zinc tin oxide), GTO(Gallium tin oxide) 및 FTO(fluorine doped tin oxide) 중 어느 하나의 투명 도전성 산화물을 포함할 수 있다.
상기 제1 전극(E1) 및 상기 제2 전극(E2) 중 어느 하나는 상기 유기 발광층(OEL)으로 주입되는 정공을 공급하는 애노드 전극일 수 있으며, 다른 하나는 상기 유기 발광층(OEL)으로 주입되는 전자를 공급하는 캐소드 전극일 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 전극(E1)은 애노드 전극일 수 있으며, 상기 제2 전극(E2)은 캐소드 전극일 수 있다.
상기 봉지층(220)은 상기 제2 전극(E2) 상에 형성된다. 상기 봉지층(220)은 상기 제1 전극(E1), 상기 유기 발광층(OEL) 및 상기 제2 전극(E2)을 보호하는 역할을 한다. 상기 봉지층(220)은 도시하지 않았으나, 무기막 및 유기막을 포함할 수 있다.
상기 제2 기판(200)은 상기 제1 기판(100)과 대향한다.
상기 제2 기판(200)은 제2 베이스 기판(SUB2), 블랙 매트릭스(BM) 및 컬러 필터층(210)을 포함할 수 있다.
상기 제2 베이스 기판(SUB2)은 통상적으로 사용하는 것이라면 특별히 한정하지 않으나, 플라스틱 기판, 유리 기판, 석영 기판 등일 수 있다. 상기 제2 베이스 기판(SUB2)은 투명한 절연 기판일 수 있다.
상기 제2 베이스 기판(SUB2) 상에는 블랙 매트릭스(BM) 및 컬러 필터층(210)이 형성될 수 있다. 상기 블랙 매트릭스(BM) 및 상기 컬러 필터층(210) 상에는 도시하지는 않았으나, 상기 블랙 매트릭스(BM) 및 상기 컬러 필터층(210)을 커버하는 오버 코트층을 더 포함할 수 있다.
상기 블랙 매트릭스(BM)는 상기 컬러 필터층(210)을 형성하는 단계 이전, 이후 또는 동시에 형성될 수 있다. 상기 블랙 매트릭스(BM)는 광을 흡수하는 차광층을 형성하고 상기 차광층을 포토리소래피를 이용하여 패터닝함으로써 형성할 수 있으며, 선택적으로 다른 방법, 예를 들어 잉크젯 방법 등으로도 형성할 수 있다.
상기 컬러 필터층(210)은 복수의 컬러 필터들을 포함할 수 있다. 상기 복수의 컬러 필터들 사이에 블랙 매트릭스(BM)를 포함할 수 있다.
상기 컬러 필터층(210)은 제1 광을 제공받고, 적색 컬러 필터(211), 녹색 컬러 필터(212), 청색 컬러 필터(213), 흰색 컬러 필터(미도시) 등을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에서는 상기 컬러 필터층(210)이 적색 컬러 필터(211), 녹색 컬러 필터(212) 및 청색 컬러 필터(213)을 포함하는 것을 예를 들어 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에 포함되는 컬러 필터층(210)의 구성 물질들을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3을 참조하면, 상기 적색 컬러 필터(211), 녹색 컬러 필터(212) 및 청색 컬러 필터(213) 각각은 나노 입자(311) 및 형광 염료(312)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서는, 상기 적색 컬러 필터(211), 녹색 컬러 필터(212) 및 청색 컬러 필터(213) 각각이 형광 염료(312)를 포함하는 것으로 설명하였으나, 양자점을 포함할 수도 있다. 또한 상기 적색 컬러 필터(211), 녹색 컬러 필터(212) 및 청색 컬러 필터(213) 각각은 레벨링제(leveling agent)(313), 개시제(initiator)(314), 바인더 폴리머(binder polymer)(315), 커플링제(coupling agent)(316), 안료(pigment)(317), 모노머(monomer)(318) 및 용매(solvent)(미도시)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 레벨링제(313)와 상기 나노 입자(311)는 서로 결합하여 구형을 가질 수 있다. 상기 레벨링제(313)와 상기 나노 입자(311)가 서로 결합하여 구형을 가져, 상기 나노 입자들(311) 간의 거리를 유지할 수 있다. 상기 나노 입자들(311) 간의 거리를 유지하여, 상기 나노 입자들(311) 간의 인력 등을 최소화하여, 표면 플라즈몬 공명 현상 발생을 극대화할 수 있다.
상기 레벨링제(313)의 종류는 통상적으로 사용하는 것이라면 특별히 제한하지 않으며, 하나 이상의 레벨링제(313)가 혼합되어 사용할 수도 있다. 예를 들어, 상기 레벨링제(313)는 헥산(Hexane), 헵탄(Heptane), 옥탄(Octane), 노난(Nonane), 데칸(Decane), 언데칸(Undecane), 도데칸(Dodecane), 트리데칸(Tridecane), 테트라데칸(Tetradecane), 펜타데칸(Pentadecane), 헥사데칸(Hexadecane), 세탄(Cetane), 헵타데칸(Heptadecane), 옥타데칸(Octadecane), 노나데칸(Nonadecane) 및 이코산(Icosane)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 개시제(314) 역시, 특별히 제한되지 않으며, 하나 이상의 개시제(314)가 혼합되어 사용될 수 있다. 예를 들어, 개시제(314)는 아세토페논계 화합물(acetophenone based compound), 벤조페논계 화합물(benzophenone compound), 옥심계 화합물(oxime based compound) 등일 수 있다.
상기 바인더 폴리머(315)는 통상적으로 사용하는 것이라면 특별히 한정하지 않으나, 하나 이상의 바인더가 혼합되어 사용될 수 있다. 또한 바인더 폴리머(315)는 공중합체일 수 있다. 예를 들어, 바인더는 아크릴계 폴리머(acrylic polymer), 메타크릴레이트계(meth acrylic polymer)일 수 있다. 바인더 폴리머(315)의 중량 평균 분자량은 대략 10,000 내지 100,000일 수 있다.
상기 커플링제(316)는 종류를 특별히 제한되지 않으며, 하나 이상의 커플링제(316)가 혼합되어 사용될 수 있다. 예를 들어, 커플링제(316)는 실란계 화합물(silane based compound)일 수 있다.
상기 안료(317)는 통상적으로 사용하는 것이라면 특별히 한정하지 않으며, 예를 들어 안트라퀴논계 안료, 페릴렌계 등의 축합다환 안료, 프탈로시아닌 안료, 아조계 안료 등을 사용할 수 있다.
상기 모노머(318)의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 하나 이상이 모노머(318)가 혼합되어 사용될 수 있다. 예를 들어, 모노머(318)는 아크릴계 모노머(acrylic monomer)일 수 있다.
상기 용매(미도시)는 하나 이상의 용매가 혼합되어 사용될 수 있다. 이에 한정하는 것은 아니나, 상기 용매는 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트(PGMEA), 에틸-3-에톡시 프로피오네이트(EEP), 에틸렌디글리콜메틸에틸에테르(EDM), 메틸-3-메톡시 프로피오네이트(MMP), 감마-부티로락톤, N-메틸-2-피롤리돈 등일 수 있다.
상기 컬러 필터층(210)은 적색 컬러 필터(211), 녹색 컬러 필터(212) 및 청색 컬러 필터(213)를 포함한다. 상기 적색 컬러 필터(211), 녹색 컬러 필터(212) 및 청색 컬러 필터(213) 각각은 나노 입자(311)를 포함한다. 상기 나노 입자(311)는 집단적으로 나노 입자 내에 집단적으로 진동하는 자유 전자, 즉 플라즈몬(Plasmon)을 갖는다.
광이 나노 입자(311) 측에 입사할 때(예를 들어, 상기 유기 발광층(OEL)에서 발생하는 제1 광), 상기 광 성분을 입사광으로 정의하고, 상기 입사광이 상기 나노 입자(311)에 입사되는 각, 보다 상세하게는 상기 나노 입자(311)의 표면에 수직인 법선 및 상기 입사광 간의 각을 입사각으로 정의할 때, 상기 입사각의 특정 값에 대응하여 상기 입사광과 상기 나노 입자(311)의 표면 플라즈몬 파의 위상이 서로 일치할 수 있다. 이 때, 상기 입사광의 에너지는 상기 나노 입자(311)에 흡수되고, 그 결과 상기 나노 입자(311)의 표면에 수직한 방향의 전기장 분포는 지수 함수적으로 증가하고, 상기 나노 입자(311)의 내측으로 갈수록 급격히 감소하는 현상이 발생한다. 상기 현상을 표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonance)이라 하고, 상기 표면 플라즈몬 공명이 발생될 때 상기 입사각을 공명각(surface plasmon resonance angle)이라 한다.
따라서, 상기 표면 플라즈몬 공명에 의해 상기 나노 입자(311)의 표면에 국부적 전기장(localized field)이 발생되고, 상기 국부적 전기장은 상기 형광 염료(312)의 전자가 재결합(recombination)되는 속도를 증가시킨다. 상기 전자의 재결합 속도가 증가함에 따라 상기 형광 염료(312)가 발광할 수 있는 조건이 충족되는 빈도가 증가되므로, 결과적으로, 상기 표면 플라즈몬 공명에 의해 상기 형광 염료(312)의 발광 효율이 향상될 수 있다. 또한, 상기 표면 플라즈몬 공명에 의해 상기 유기 발광층(OEL)에서 발생하는 제1 광, 형광 염료(312)에서 발생하는 적색광, 녹색광 및 청색광 등의 전기장과 플라즈몬이 짝지어져 광흡수가 일어나고, 이에 따라 선명한 색을 띨 수 있다.
즉, 상기 나노 입자(311)의 표면에 속박되어 있는 표면 플라즈몬(surface plasmon)은 형광 염료(312)의 전자가 재결합되는 속도를 증가시켜, 상기 형광 염료(312)에 의해 발생하는 적색광, 녹색광, 청색광의 발광 효율을 높일 수 있다.
상기 형광 염료(312)는 통상적으로 사용하는 것이라면 특별히 한정하지 않으나, 예를 들어 옥사트리카보시아닌(Oxatricarbocyanine), 로다민 B(Rhodamine B), 나일 블루(Nile Blue), 리보플라빈(Riboflavin), 쿠마린 343(Coumarin 343), 페릴렌(perylene), 루브린(rubrene), 안트라센(anthracene), 코로넨(coronene), 난트라센(phenanthrecene), 피렌(pyrene), 1,4-디페닐부타디엔과 테트라페닐부타디엔과 같은 부타디엔들, 그리고 스틸벤, 그리고 유사류등을 사용할 수 있다.
상기 적색 컬러 필터(211)는 적색을 나타내고, 제1 형광 염료(312_R) 및 제1 나노 입자(311_R)를 포함한다. 상기 제1 나노 입자(311_R)에서는 상기 제1 광을 제공받아 표면 플라즈몬 공명이 발생한다.
상기 제1 형광 염료(312_R)는 상기 제1 광을 제공받아 상기 제1 광과 상이한 파장을 갖는 제2 광을 발생한다. 상기 제1 형광 염료(312_R)는 제2 광을 발생하는 것을 발생하는 것이라면 특별히 한정하지 않으며, 상기 제2 광은 적색 광일 수 있다. 상기 제1 형광 염료(312_R)는 예를 들어, 옥사트리카보시아닌(Oxatricarbocyanine)일 수 있다.
상기 녹색 컬러 필터(212)는 녹색을 나타내고, 제2 형광 염료(312_G) 및 제2 나노 입자(311_G)를 포함한다. 상기 제2 나노 입자(311_G)에서는 상기 제1 광을 제공받아 표면 플라즈몬 공명이 발생한다.
상기 제2 형광 염료(312_G)는 상기 제1 광을 제공받아 상기 제1 광 및 상기 제2 광과 상이한 파장을 갖는 제3 광을 발생한다. 상기 제2 형광 염료(312_G)는 제3 광을 발생하는 것을 발생하는 것이라면 특별히 한정하지 않으며, 상기 제3 광은 녹색 광일 수 있다. 상기 제2 형광 염료(312_G)는 예를 들어, 로다민 B(Rhodamine B), 나일 블루(Nile Blue), 리보플라빈(Riboflavin)일 수 있다.
상기 청색 컬러 필터(213)는 청색을 나타내고, 제3 형광 염료(312_B) 및 제3 나노 입자(311_B)를 포함한다. 상기 제3 나노 입자(311_B)에서는 상기 제1 광을 제공받아 표면 플라즈몬 공명이 발생한다.
상기 제3 형광 염료(312_B)는 상기 제1 광을 제공받아 상기 제1 광 내지 제3 광과 상이한 파장을 갖는 제4 광을 발생한다. 상기 제3 형광 염료(312_B)는 제4 광을 발생하는 것을 발생하는 것이라면 특별히 한정하지 않으며, 상기 제4 광은 청색 광일 수 있다. 상기 제3 형광 염료(312_B)는 예를 들어, 쿠마린 343(Coumarin 343) 일 수 있다.
상기 제1 내지 제3 형광 염료(312_B)는 445 내지 455nm, 465 내지 475nm, 500 내지 520nm 및 615 내지 625nm 중 적어도 하나의 구간에서 최대 형광 강도를 가질 수 있다.
상기 제1 내지 제3 나노 입자들(311_R, 311_G, 311_B) 각각은 동일한 물질로 구성될 수 있다. 상기 제1 내지 제3 나노 입자들(311_R, 311_G, 311_B) 각각은 통상적으로 사용하는 것이라면 특별히 한정하지 않으나, Au, Ag, Al, Co, Cu, Cr, Pt, Ni, Fe, Mo 및 W로 이루어진 군에서 선택되는 금속 또는 상기 선택되는 금속의 산화물로 구성될 수 있다.
상기 제1 내지 제3 나노 입자들(311_R, 311_G, 311_B)은 각각 비구형(non-spherical shape)을 갖는다. 상기 제1 내지 제3 나노 입자들(311_R, 311_G, 311_B)은 비구형이라면 특별히 형상을 한정하지 않으나, 예를 들어, 상기 제1 내지 제3 나노 입자들(311_R, 311_G, 311_B)은 각각 막대, 4면체, 6면체, 및 8면체 등과 같은 다양한 형상을 가질 수 있다.
상기 제1 내지 제3 나노 입자들(311_R, 311_G, 311_B)의 단면상 형상들은 서로 상이할 수 있다. 상기 제1 내지 제3 나노 입자들(311_R, 311_G, 311_B)의 단면상 형상들은 각각 동일한 개수의 변을 가질 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에 포함되는 제1 내지 제3 나노 입자들(311_R, 311_G, 311_B)의 다양한 단면상 형상들을 개략적으로 나타낸 것이다. 도 4a를 참조하면, 상기 제1 내지 제3 나노 입자들(311_R, 311_G, 311_B)의 단면상 형상들은 각각 삼각형, 사각형, 오각형 등의 다양한 형상을 가질 수 있고, 도 4b를 참조하면, 상기 제1 내지 제3 나노 입자들(311_R, 311_G, 311_B)의 단면상 형상들은 예를 들어, 원, 타원, 달, 반달 형상 등 다양한 형상을 가질 수 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에서는 상기 제1 내지 제3 나노 입자들(311_R, 311_G, 311_B)의 단면상 형상들이 각각 육각형인 것을 예를 들어 설명한다.
도 5a 내지 도 5c는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에 포함되는 제1 내지 제3 나노 입자(311_R, 311_G, 311_B)의 개략적인 단면도이다.
도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 상기 제1 내지 제3 나노 입자들(311_R, 311_G, 311_B) 각각은 단면상에서 육각 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 나노 입자(311_R)는 단면상에서 제1 육각형의 형상을 갖고, 상기 제2 나노 입자(311_G)는 단면상에서 제2 육각형의 형상을 갖고, 상기 제3 나노 입자(311_B)는 단면상에서 제3 육각형의 형상을 가질 수 있다.
상기 제1 육각형, 상기 제2 육각형 및 상기 제3 육각형의 크기는 서로 비슷할 수 있다. 상기 제1 육각형, 상기 제2 육각형 및 상기 제3 육각형의 각 변의 길이들은 70 내지 130nm일 수 있다. 각 변의 길이들이 70nm 미만이면, 충분한 표면 플라즈몬 공명 현상을 유도할 수 없고, 각 변의 길이들이 130nm 초과이면, 상기 제1 내지 제3 나노 입자들(311_R, 311_G, 311_B)의 크기가 커서 입자들 간의 인력 등에 의해 표면 플라즈몬 공명 현상이 방해를 받을 수 있다.
상기 제1 내지 제3 나노 입자들(311_R, 311_G, 311_B) 각각은 기둥 형상을 가질 수 있다. 이 때, 상기 제1 나노 입자(311_R)의 높이(h1), 상기 제2 나노 입자(311_G)의 높이(h2) 및 상기 제3 나노 입자(311_B)의 높이(h3)는 서로 동일할 수 있다.
상기 제1 육각형은 서로 연결되는 제1 적색 변(R1) 및 제2 적색 변(R2)을 포함하고, 상기 제2 육각형은 서로 연결되는 제1 녹색 변(G1) 및 제2 녹색 변(G2)을 포함하고, 상기 제3 육각형은 서로 연결되는 제1 청색 변(B1) 및 제2 청색 변(B2)을 포함할 수 있다.
상기 제1 적색 변(R1)의 길이/상기 제2 적색 변(R2)의 길이를 A라 하고, 상기 제1 녹색 변(G1)의 길이/상기 제2 녹색 변(G2)의 길이를 B라 하고, 상기 제1 청색 변(B1)의 길이/상기 제2 청색 변(B2)의 길이를 C라 할 때, |A-1|>|B-1|>|C-1|일 수 있다. 즉, 상기 제3 육각형은 상기 제2 육각형보다 정육각형에 가깝고, 상기 제2 육각형은 상기 제1 육각형보다 정육각형에 가까운 것일 수 있다. 상기 제1 내지 제3 나노 입자들(311_R, 311_G, 311_B)이 기둥 형상을 갖고, 각각의 높이가 같을 때, 상기 제1 내지 제3 나노 입자들(311_R, 311_G, 311_B)의 흡광율은 단면상에서의 형상에 의해 결정된다.
하기 식 1을 참조하면, 나노 입자(311)의 단위 면적당 광자 흡광율(extinction cross-section)은 나노 입자(311)의 단위 면적당 광자 산란율(scattering cross-section) 및 나노 입자(311)의 단위 면적당 광자 흡수율(absorption cross-section)의 합과 같다.
[식 1]
Figure pat00001
Figure pat00002
: 단위 면적당 광자 흡광율(extinction cross-section)
Figure pat00003
: 단위 면적당 광자 산란율(scattering cross-section)
Figure pat00004
: 단위 면적당 광자 흡수율(absorption cross-section)
하기 식 2 및 식 3을 참조하면, 하기 식 2를 통해 나노 입자(311)의 단위 면적당 광의 산란율을 구할 수 있고, 하기 식 3을 통해 나노 입자(311)의 단위 면적당 광의 흡수율을 구할 수 있다.
[식 2]
Figure pat00005
k : 2Π/λ(λ: 빛의 파장)
Figure pat00006
: 나노 입자의 각 축의 반길이(radius)
[식 3]
Figure pat00007
k : 2Π/λ(λ: 빛의 파장)
Figure pat00008
: 나노 입자의 각 축(x축, y축, z축: x, y, z축은 서로 수직)의 반길이(radius)
Figure pat00009
: 나노 입자의 유전율(dielectric constant of metal)
Figure pat00010
: 나노 입자 주위의 유전율(dielectric constant of the surrounding medium)
상기 식 2 및 식 3을 참조하면, 나노 입자(311)의 단위 면적당 광자 흡수율은 나노 입자(311)의 각 축의 반 길이의 값에 따라 상이한 값을 갖는 바, 상기 제1 내지 제3 나노 입자들(311_R, 311_G, 311_B)의 형상에 따라 나노 입자(311)의 단위 면적당 광자 산란율 및 나노 입자(311)의 단위 면적당 광자 흡수율이 변할 수 있다. 또한 상기 식 1을 참조하면, 나노 입자(311)의 단위 면적당 광자 산란율 및 나노 입자(311)의 단위 면적당 광자 흡수율이 변함에 따라, 나노 입자(311)의 단위 면적당 광자 흡광율도 변할 수 있다. 예를 들어, 나노 입자(311)의 단위 면적당 광자 산란율 및 나노 입자(311)의 단위 면적당 광자 흡수율 중 적어도 하나가 증가함에 따라, 나노 입자(311)의 단위 면적당 광자 흡광율도 증가할 수 있다.
상기 식 1 내지 식 3을 참조하면, 비구형이지만 보다 구형에 가깝거나, 어느 한 축의 반 길이가 다른 나노 입자의 한 축의 반길이보다 긴 나노 입자의 경우, 단위 면적당 광자 산란율 및 단위 면적당 광자 흡수율이 증가하게 되고, 이에 따라 단위 면적당 광자 흡광율 역시 증가하게 된다.
하기 식 4를 참조하면, 나노 입자(311)의 단위 면적당 광자 흡수율이 증가함에 따라, 형광 염료의 강도가 증가한다. 즉, 나노 입자(311)의 단위 면적당 광자 흡수율이 증가하면, 나노 입자(311)의 단위 면적당 광자 흡광율도 증가하게 되고, 이에 따라 형광 염료의 강도가 증가한다.
[식 4]
Figure pat00011
Figure pat00012
: 형광 염료의 강도(power of fluorescence)
Figure pat00013
: 형광 염료의 양자 효율: 형광 염료 고유값(Quantum yield)
Figure pat00014
: 국부 플라즈몬에 의한 증폭 요소(local field intensity enhancement factor)
Figure pat00015
: 주파수
Figure pat00016
: 증폭된 단위 면적당 광자 흡수율(enhanced absorption cross-section)
Figure pat00017
: 단위 면적당 광자 흡수율(absorption cross-section)
Figure pat00018
: 전자가 여기 되는 밀도(excitation density)
즉, 상기 식 1 내지 식 4를 참조하면, 상기 제1 내지 제3 나노 입자들(311_R, 311_G, 311_B)의 흡광율은 단면상에서의 형상에 의해 결정된다.
또한, 상기 제1 내지 제3 나노 입자들(311_R, 311_G, 311_B)은 각각 적색 컬러 필터(211), 녹색 컬러 필터(212) 및 청색 컬러 필터(213)에 각각 포함되므로, 최대 흡광율을 갖는 파장대가 서로 상이하다. 즉, 상기 제1 내지 제3 나노 입자들(311_R, 311_G, 311_B)은 각각 제1 파장, 제2 파장 및 제3 파장에서 최대 흡광율(extinction)을 갖는다. 상기 제1 파장은 상기 제2 파장보다 긴 파장을 갖고, 상기 제2 파장은 상기 제3 파장보다 긴 파장을 갖는다.
상기 제1 내지 제3 파장은 각각 적색광의 파장 범위, 녹색광의 파장 범위, 청색광의 파장 범위를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 파장은 600nm 초과 750nm 미만의 값을 가질 수 있고, 상기 제2 파장은 500nm 초과 550nm 미만의 값을 가질 수 있고, 상기 제3 파장은 430nm 초과 480nm 미만의 값을 가질 수 있다.
상기 식 1 내지 식 4를 참조하면, 상기 제1 내지 제3 나노 입자들(311_R, 311_G, 311_B)은 서로 모양이 상이하여 상이한 흡광율을 갖는다. 보다 구체적으로, 상기 제1 내지 제3 나노 입자들(311_R, 311_G, 311_B) 중 정육각형에 가장 가까운 제3 육각형이 각 축의 반 길이들의 곱이 가장 작아, 낮은 흡광율을 가질 수 있다. 또한 정육각형에 가장 가깝지 않은 제1 육각형이 각 축의 반 길이들의 곱이 가장 커서, 높은 흡광율을 가질 수 있다. 또한, 상기 제1 내지 제3 나노 입자들(311_R, 311_G, 311_B)이 최대 흡광율을 갖는 파장대 역시 상이하며, 가장 높은 파장대에서 최대 흡광율을 갖는 상기 제1 나노 입자(311_R)는 적색 컬러 필터(211)에 포함되고, 중간 파장대에서 최대 흡광율을 갖는 상기 제2 나노 입자(311_G)는 녹색 컬러 필터(212)에 포함되고, 가장 낮은 파장대에서 최대 흡광율을 갖는 상기 제3 나노 입자(311_B)는 청색 컬러 필터(213)에 포함된다.
즉, 비구형이지만 보다 구형에 가깝거나, 어느 한 축의 반 길이가 다른 나노 입자(311)의 한 축의 반길이보다 긴 나노 입자(311), 예를 들어 상기 제3 나노 입자(311_B)의 경우, 상대적으로 낮은 파장에서 최대 흡광율을 갖는다. 보다 구체적으로, 상기 제1 청색 변(B1)의 길이/상기 제2 청색 변(B2)의 길이를 C라 할 때, 1과의 차이가 가장 작은 상기 제3 나노 입자(311_B)는 각 축의 반 길이들의 곱이 가장 작아, 보다 낮은 파장대에서 최대 흡광율을 가질 수 있다. 또한 상기 제1 적색 변(R1)의 길이/상기 제2 적색 변(R2)의 길이를 A라 할 때, 1과의 차이가 가장 큰 상기 제1 나노 입자(311_R)는 각 축의 반 길이들의 곱이 가장 커서, 보다 높은 파장대에서 최대 흡광율을 가질 수 있다. 따라서, 가장 높은 파장대에서 최대 흡광율을 갖는 상기 제1 나노 입자(311_R)는 적색 컬러 필터(211)에 포함되고, 중간 파장대에서 최대 흡광율을 갖는 상기 제2 나노 입자(311_G)는 녹색 컬러 필터(212)에 포함되고, 가장 낮은 파장대에서 최대 흡광율을 갖는 상기 제3 나노 입자(311_B)는 청색 컬러 필터(213)에 포함된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 컬러 필터별로 서로 상이한 형태를 갖고, 특정 파장대에서 최대 흡광율을 갖는 나노 입자를 사용하여, 각 컬러 필터 별로 사용되는 형광 염료의 효율을 최대화할 수 있다. 상기 형광 염료의 효율을 최대함으로써, 컬러 필터의 휘도를 증폭시킬 수 있고, 이에 다라 고색 및 고휘도의 표시 장치를 제공할 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에 포함되는 제1 내지 제3 나노 입자(311_R, 311_G, 311_B)의 개략적인 단면도이다.
도 6a 내지 도 6c를 참조하면, 상기 제1 나노 입자(311_R)는 비구형의 단위 나노 입자(311_U)를 a개 포함하고, 상기 제2 나노 입자(311_G)는 상기 단위 나노 입자(311_U)를 b개 포함하고, 상기 제3 나노 입자(311_B)는 상기 단위 나노 입자(311_U)를 c개 포함할 수 있다. 단 a, b 및 c는 각각 자연수이고, a>b>c 이다. 상기 제1 내지 제3 나노 입자들(311_R, 311_G, 311_B)은 각각 상기 단위 나노 입자(311_U)가 일 방향으로 연장(예를 들어 도 6a 및 도 6b의 DR1)되어 형성되는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 나노 입자(311_R)는 비구형의 단위 나노 입자(311_U) 5개가 연장되어 형성될 수 있고, 상기 제2 나노 입자(311_G)는 비구형의 단위 나노 입자(311_U) 2개가 연장되어 형성될 수 있고, 상기 제3 나노 입자(311_B)는 비구형의 단위 나노 입자(311_U)를 1개 포함할 수 있다.
상기 단위 나노 입자(311_U)는 단면상에서 다양한 형상을 가질 수 있다. 다시 도 4a를 참조하면, 상기 단위 나노 입자(311_U)는 단면상에서 각각 삼각형, 사각형, 오각형 등의 다양한 형상을 가질 수 있고, 도 4b를 참조하면, 상기 단위 나노 입자(311_U)는 곡률을 가질 수 있고, 예를 들어, 단면상에서 원, 타원, 달, 반달 형상 등 다양한 형상을 가질 수 있다.
상기 단위 나노 입자(311_U)가 단면상에서 원 형상을 가질 때, 상기 원 형상의 지름은 50 내지 60nm인 것일 수 있다.
상기 식 1 내지 식 4를 참조하면, 상기 제1 내지 제3 나노 입자들(311_R, 311_G, 311_B)은 서로 모양이 상이하여 상이한 흡광율을 갖는다. 보다 구체적으로, 상기 제1 내지 제3 나노 입자들(311_R, 311_G, 311_B) 중 단위 나노 입자(311_U)를 적게 포함하는 상기 제3 나노 입자(311_B)의 각 축의 반 길이들의 곱이 가장 작아, 낮은 흡광율을 가질 수 있다. 또한 단위 나노 입자(311_U)를 많이 포함하는 상기 제1 나노 입자(311_R)의 각 축의 반 길이들의 곱이 가장 커서, 높은 흡광율을 가질 수 있다. 또한, 상기 제1 내지 제3 나노 입자들(311_R, 311_G, 311_B)이 최대 흡광율을 갖는 파장대 역시 상이하며, 가장 높은 파장대에서 최대 흡광율을 갖는 상기 제1 나노 입자(311_R)는 적색 컬러 필터(211)에 포함되고, 중간 파장대에서 최대 흡광율을 갖는 상기 제2 나노 입자(311_G)는 녹색 컬러 필터(212)에 포함되고, 가장 낮은 파장대에서 최대 흡광율을 갖는 상기 제3 나노 입자(311_B)는 청색 컬러 필터(213)에 포함된다.
즉, 어느 한 축의 반 길이가 다른 나노 입자의 한 축의 반길이보다 긴 나노 입자, 예를 들어 상기 제3 나노 입자(311_B)의 경우, 상대적으로 낮은 파장에서 최대 흡광율을 갖는다. 보다 구체적으로, 단위 나노 입자들(311_U)이 연장되는 방향의 길이가 가장 짧은 상기 제3 나노 입자(311_B)는 각 축의 반 길이들의 곱이 가장 작아, 보다 낮은 파장대에서 최대 흡광율을 가질 수 있다. 또한 단위 나노 입자들(311_U)이 연장되는 방향의 길이가 가장 긴 상기 제1 나노 입자(311_R)는 각 축의 반 길이들의 곱이 가장 커서, 보다 높은 파장대에서 최대 흡광율을 가질 수 있다. 따라서, 가장 높은 파장대에서 최대 흡광율을 갖는 상기 제1 나노 입자(311_R)는 적색 컬러 필터(211)에 포함되고, 중간 파장대에서 최대 흡광율을 갖는 상기 제2 나노 입자(311_G)는 녹색 컬러 필터(212)에 포함되고, 가장 낮은 파장대에서 최대 흡광율을 갖는 상기 제3 나노 입자(311_B)는 청색 컬러 필터(213)에 포함된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에 포함되는 제1 내지 제3 나노 입자들(311_R, 311_G, 311_B)의 다양한 형상들을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 7을 참조하면, 상기 제1 내지 제3 나노 입자들(311_R, 311_G, 311_B)은 각각 내부에 빈 공간을 가질 수도 있다. 빈 공간의 형상은 특별히 한정하지 않으며, 구형 등 다양한 형상을 가질 수 있다. 이 때, 빈 공간의 부피는 동일할 수 있다. 다만 이에 한정하는 것은 아니고, 상기 제1 파장이 가장 긴 파장을 갖고, 상기 제3 파장이 가장 짧은 파장을 갖도록 한다면, 상기 제1 내지 제3 나노 입자들(311_R, 311_G, 311_B) 각각의 빈 공간의 부피는 상이할 수도 있다.
종래의 표시 장치는 일반적으로, 컬러 필터별로 동일한 형태의 나노 입자, 즉 구형의 나노 입자를 사용하여 각 컬러 필터 별로 형광 염료의 효율을 최대화하기 어려웠다. 다만 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 컬러 필터별로 서로 상이한 형태를 갖고, 특정 파장대에서 최대 흡광율을 갖는 나노 입자를 사용하여, 각 컬러 필터 별로 사용되는 형광 염료의 효율을 최대화할 수 있다. 상기 형광 염료의 효율을 최대함으로써, 컬러 필터의 휘도를 증폭시킬 수 있고, 이에 다라 고색 및 고휘도의 표시 장치를 제공할 수 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예
실시예 1
Ag로 구성되고, 육각형 단면 모양을 갖는 제 1 내지 제3 나노 입자를 준비하였다. 도 8a 내지 도 8c는 각각 실시예 1의 제1 내지 제3 나노 입자의 SEM 사진이다. 도 8a 내지 도 8c를 참조하면, 도 8c의 제3 나노 입자의 단면 형상이 가장 원형에 가깝고, 도 8a의 제1 나노 입자의 단면 형상이 가장 원형에 가깝지 않은 것을 확인할 수 있다. 상기 제1 내지 제3 나노 입자들은 각각 70 내지 130nm의 평균 크기를 가졌다.
상기 제1 내지 제3 나노 입자들의 파장에 따른 흡광율을 각각 측정하여 도 9a 내지 도 9c에 각각 나타내었고, 파장에 따른 투과도(transmission)을 각각 측정하여 도 10a 내지 도 10c에 각각 나타내었다. 도 10a 내지 도 10c의 A는 제1 나노 입자, B는 제2 나노 입자, C는 제3 나노 입자를 나타낸 것이다.
상기 제1 나노 입자 및 제1 형광 염료로 옥사트리카보시아닌(Oxatricarbocyanine)을 사용하여, 파장에 따른 형광 강도를 측정하였고, 이를 도 11a에 나타내었다.
상기 제2 나노 입자 및 제2 형광 염료로 로다민 B(Rhodamine B)를 사용하여, 파장에 따른 형광 강도를 측정하였고, 이를 도 11b에 나타내었다. 및 리보플라빈(Riboflavin)을 사용하여, 파장에 따른 형광 강도를 측정하였고, 이를 도 11c에 나타내었다.
상기 제3 나노 입자 및 제3 형광 염료로 쿠마린 343(Coumarin 343)을 사용하여, 파장에 따른 형광 강도를 측정하였고, 이를 도 11d에 나타내었다.
도 11a 내지 도 11d의 A는 제1 나노 입자, B는 제2 나노 입자, C는 제3 나노 입자를 나타낸 것이다.
실시예 2
Ag로 구성된 단위 나노 입자가 5개 연결된 제1 나노 입자, 상기 단위 나노 입자가 2개 연결된 제2 나노 입자, 상기 단위 나노 입자로 구성된 제3 나노 입자를 준비하였다. 도 12a 내지 도 12c는 각각 실시예 2의 제1 내지 제3 나노 입자의 SEM 사진이다. 도 12a 내지 도 12c를 참조하면, 도 12a의 제1 나노 입자가 단위 나노 입자들이 결합하는 방향의 길이가 가장 길고, 도 12c의 제3 나노 입자가 단위 나노 입자들이 결합하는 방향의 길이가 가장 짧은 것을 확인할 수 있다. 상기 제1 내지 제3 나노 입자들은 각각 70 내지 130nm의 평균 크기를 가졌다.
상기 제1 내지 제3 나노 입자들의 파장에 따른 흡광율을 각각 측정하여 도 13a 내지 도 13c에 각각 나타내었고, 파장에 따른 투과도(transmission)을 각각 측정하여 도 14a 내지 도 14c에 각각 나타내었다. 도 14a 내지 도 14c의 A는 제1 나노 입자, B는 제2 나노 입자, C는 제3 나노 입자를 나타낸 것이다.
상기 제1 나노 입자 및 제1 형광 염료로 옥사트리카보시아닌(Oxatricarbocyanine)을 사용하여, 파장에 따른 형광 강도를 측정하였고, 이를 도 15a에 나타내었다.
상기 제2 나노 입자 및 제2 형광 염료로 나일 블루(Nile Blue)를 사용하여, 파장에 따른 형광 강도를 측정하였고, 이를 도 15b에 나타내었다.
상기 제3 나노 입자 및 제3 형광 염료로 쿠마린 343(Coumarin 343)을 사용하여, 파장에 따른 형광 강도를 측정하였고, 이를 도 15c에 나타내었다.
도 15a 내지 도 15c의 A는 제1 나노 입자, B는 제2 나노 입자, C는 제3 나노 입자를 나타낸 것이다.
실험 결과
실시예 1의 실험 결과
도 9a 내지 도 9c는 각각 실시예 1의 제1 내지 제3 나노 입자의 파장에 따른 흡광율을 나타낸 그래프이다. 도 9a 내지 도 9c를 참조하면, 단면의 형상이 가장 원형에 가깝지 않은 제1 나노 입자는 가장 높은 파장대에서 최대 흡광율을 갖고, 단면의 형상이 가장 원형에 가까운 제3 나노 입자는 가장 낮은 파장대에서 최대 흡광율을 갖는 것을 확인할 수 있다.
도 10a 내지 도 10c는 각각 실시예 1의 제1 내지 제3 나노 입자의 파장에 따른 투과도(transmission)을 나타낸 그래프이다. 도 10a을 참조하면, 단면의 형상이 가장 원형에 가깝지 않은 제1 나노 입자(A)는 높은 파장대에서 가장 높은 투과도를 갖고, 도 10b를 참조하면, 중간 파장대에서 제2 나노 입자(B)가 가장 높은 투과도를 갖고, 도 10c를 참조하면, 단면의 형상이 가장 원형에 가까운 제3 나노 입자(C)는 낮은 파장대에서 가장 높은 투과도를 갖는 것을 확인할 수 있다.
도 11a 내지 도 11d는 각각 실시예 1의 제1 내지 제3 나노 입자를 포함하는 컬러 필터의 파장에 따른 형광 강도를 나타낸 그래프이다. 도 11a를 참조하면, 단면의 형상이 가장 원형에 가깝지 않은 제1 나노 입자가 옥사트리카보시아닌(Oxatricarbocyanine)의 형광 강도를 가장 극대화 시킬 수 있음을 확인할 수 있다. 도 11b 및 도 11c를 참조하면, 제2 나노 입자가 로다민 B(Rhodamine B) 및 리보플라빈(Riboflavin)의 형광 강도를 가장 극대화 시킬 수 있음을 확인할 수 있다. 또한 도 11d를 참조하면, 제3 나노 입자가 쿠마린 343(Coumarin 343)의 형광 강도를 가장 극대화 시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
실시예 2의 실험 결과
도 13a 내지 도 13c는 각각 실시예 2의 제1 내지 제3 나노 입자의 파장에 따른 흡광율을 나타낸 그래프이다. 도 13a 내지 도 13c를 참조하면, 단위 나노 입자들이 결합하는 방향의 길이가 가장 긴 제1 나노 입자는 가장 높은 파장대에서 최대 흡광율을 갖고, 단위 나노 입자들이 결합하는 방향의 길이가 가장 짧은 제3 나노 입자는 가장 낮은 파장대에서 최대 흡광율을 갖는 것을 확인할 수 있다.
도 14a 내지 도 14c는 각각 실시예 2의 제1 내지 제3 나노 입자의 파장에 따른 투과도(transmission)을 나타낸 그래프이다. 도 14a를 참조하면, 단위 나노 입자들이 결합하는 방향의 길이가 가장 긴 제1 나노 입자(A)는 높은 파장대에서 가장 높은 투과도를 갖고, 도 14b를 참조하면, 중간 파장대에서 제2 나노 입자(B)가 가장 높은 투과도를 갖고, 도 14c를 참조하면, 단위 나노 입자들이 결합하는 방향의 길이가 가장 짧은 제3 나노 입자(C)는 낮은 파장대에서 가장 높은 투과도를 갖는 것을 확인할 수 있다.
도 15a 내지 도 15c는 각각 실시예 2의 제1 내지 제3 나노 입자를 포함하는 컬러 필터의 파장에 따른 형광 강도를 나타낸 그래프이다. 도 15a를 참조하면, 단위 나노 입자들이 결합하는 방향의 길이가 가장 긴 제1 나노 입자가 옥사트리카보시아닌(Oxatricarbocyanine)의 형광 강도를 가장 극대화 시킬 수 있음을 확인할 수 있다. 도 15b를 참조하면, 제2 나노 입자가 나일 블루(Nile Blue)의 형광 강도를 가장 극대화 시킬 수 있음을 확인할 수 있다. 또한 도 15c를 참조하면, 제3 나노 입자가 쿠마린 343(Coumarin 343)의 형광 강도를 가장 극대화 시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징으로 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 표시 장치 100: 제1 기판
110: 보호층 200: 제2 기판
210: 컬러 필터층 211: 적색 컬러 필터
212: 녹색 컬러 필터 213: 청색 컬러 필터
220: 봉지층 311: 나노 입자
311_U: 단위 나노 입자 311_R: 제1 나노 입자
311_G: 제2 나노 입자 311_B: 제3 나노 입자
312: 형광 염료 313: 레벨링제
314: 개시제 315: 바인더 폴리머
316: 커플링제 317: 안료
318: 모노머

Claims (19)

  1. 제1 기판; 및
    상기 제1 기판과 대향하고, 컬러 필터층을 포함하는 제2 기판을 포함하고,
    상기 컬러 필터층은
    제1 광을 제공받아 상기 제1 광과 상이한 파장을 갖는 제2 광을 발생하는 제1 형광 염료 및 상기 제1 광을 제공받아 표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonance)이 발생하는 제1 나노 입자를 포함하고, 적색을 나타내는 적색 컬러 필터;
    상기 제1 광을 제공받아 상기 제1 광 및 상기 제2 광과 상이한 파장을 갖는 제3 광을 발생하는 제2 형광 염료 및 상기 제1 광을 제공받아 표면 플라즈몬 공명이 발생하는 제2 나노 입자를 포함하고, 녹색을 나타내는 녹색 컬러 필터; 및
    상기 제1 광을 제공받아 상기 제1 광 내지 제3 광과 상이한 파장을 갖는 제4 광을 발생하는 제3 형광 염료 및 상기 제1 광을 제공받아 표면 플라즈몬 공명이 발생하는 제3 나노 입자를 포함하고, 청색을 나타내는 청색 컬러 필터를 포함하고,
    상기 제1 내지 제3 나노 입자들은 각각 비구형(non-spherical shape)을 갖고,
    상기 제1 나노 입자는 제1 파장에서 최대 흡광율(extinction)을 갖고,
    상기 제2 나노 입자는 상기 제1 파장보다 짧은 제2 파장에서 최대 흡광율을 갖고,
    상기 제3 나노 입자는 상기 제2 파장보다 짧은 제3 파장에서 최대 흡광율을 갖는 것인 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 나노 입자들의 단면상 형상들은 서로 상이한 것인 표시 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 나노 입자들의 단면상 형상들은 각각 동일한 개수의 변을 갖는 것인 표시 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 나노 입자들 각각은 단면상에서 육각 형상을 갖는 것인 표시 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 나노 입자는 단면상에서 제1 육각형의 형상을 갖고,
    상기 제2 나노 입자는 단면상에서 제2 육각형의 형상을 갖고,
    상기 제3 나노 입자는 단면상에서 제3 육각형의 형상을 갖고,
    상기 제3 육각형은 상기 제2 육각형보다 정육각형에 가깝고, 상기 제2 육각형은 상기 제1 육각형보다 정육각형에 가까운 것인 표시 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 육각형은 서로 연결되는 제1 적색 변 및 제2 적색 변을 포함하고,
    상기 제2 육각형은 서로 연결되는 제1 녹색 변 및 제2 녹색 변을 포함하고,
    상기 제3 육각형은 서로 연결되는 제1 청색 변 및 제2 청색 변을 포함하고,
    상기 제1 적색 변의 길이/상기 제2 적색 변의 길이를 A라 하고,
    상기 제1 녹색 변의 길이/상기 제2 녹색 변의 길이를 B라 하고,
    상기 제1 청색 변의 길이/상기 제2 청색 변의 길이를 C라 할 때,
    |A-1|>|B-1|>|C-1|인 것인 표시 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 나노 입자들 각각은 육각 기둥 형상을 갖는 것인 표시 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 나노 입자들의 높이는 서로 동일한 것인 표시 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 나노 입자는 비구형의 단위 나노 입자를 a개 포함하고,
    상기 제2 나노 입자는 상기 단위 나노 입자를 b개 포함하고,
    상기 제3 나노 입자는 상기 단위 나노 입자를 c개 포함하는 것인 표시 장치.
    단 a, b 및 c는 각각 자연수이고, a>b>c 이다.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 나노 입자들은 각각 상기 단위 나노 입자가 일 방향으로 연장되어 형성되는 것인 표시 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 단위 나노 입자는 단면상에서 곡률을 갖는 것인 표시 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 단위 나노 입자는 단면상에서 원 또는 타원 형상을 갖는 것인 표시 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 나노 입자들은 각각 내부에 빈 공간을 갖는 것인 표시 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 나노 입자들 각각은 동일한 물질로 구성되는 것인 표시 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 나노 입자들 각각은 Au, Ag, Al, Co, Cu, Cr, Pt, Ni, Fe, Mo 및 W로 이루어진 군에서 선택되는 금속 또는 상기 선택되는 금속의 산화물로 구성되는 것인 표시 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 제1 파장은 600 내지 750nm 이고,
    상기 제2 파장은 500 내지 550nm 이고,
    상기 제3 파장은 430 내지 480nm 인 것인 표시 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 나노 입자들 각각과 레벨링제는 서로 결합하여 구형을 갖는 것인 표시 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 레벨링제는 헥산(Hexane), 헵탄(Heptane), 옥탄(Octane), 노난(Nonane), 데칸(Decane), 언데칸(Undecane), 도데칸(Dodecane), 트리데칸(Tridecane), 테트라데칸(Tetradecane), 펜타데칸(Pentadecane), 헥사데칸(Hexadecane), 세탄(Cetane), 헵타데칸(Heptadecane), 옥타데칸(Octadecane), 노나데칸(Nonadecane) 및 이코산(Icosane)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것인 표시 장치.
  19. 제1 기판; 및
    상기 제1 기판과 대향하고, 컬러 필터층을 포함하는 제2 기판을 포함하고,
    상기 컬러 필터층은
    제1 광을 제공받아 상기 제1 광과 상이한 파장을 갖는 제2 광을 발생하는 제1 형광 염료 및 제1 나노 입자를 포함하고, 적색을 나타내는 적색 컬러 필터;
    상기 제1 광을 제공받아 상기 제1 광 및 상기 제2 광과 상이한 파장을 갖는 제3 광을 발생하는 제2 형광 염료 및 제2 나노 입자를 포함하고, 녹색을 나타내는 녹색 컬러 필터; 및
    상기 제1 광을 제공받아 상기 제1 광 내지 제3 광과 상이한 파장을 갖는 제4 광을 발생하는 제3 형광 염료 및 제3 나노 입자를 포함하고, 청색을 나타내는 청색 컬러 필터를 포함하고,
    상기 제1 내지 제3 나노 입자들은 각각 비구형(non-spherical shape)을 갖고,
    상기 제1 나노 입자는 제1 파장에서 최대 흡광율(extinction)을 갖고,
    상기 제2 나노 입자는 상기 제1 파장보다 짧은 제2 파장에서 최대 흡광율을 갖고,
    상기 제3 나노 입자는 상기 제2 파장보다 짧은 제3 파장에서 최대 흡광율을 갖는 것인 표시 장치.
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