KR20170052729A - 표시 장치 - Google Patents

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KR20170052729A
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Abstract

표시패널; 상기 표시패널로 광을 제공하는 광원; 및 상기 광원에서 출사된 광의 일부를 500nm 내지 580nm의 파장 범위를 갖는 광으로 변환시키는 광 변환 부재;를 포함하고, 상기 광원은, 발광 다이오드; 및 적색 형광체를 포함하는 표시장치를 제공한다.

Description

표시 장치{Display device}
본 발명은 표시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 색재현율 및 휘도를 높이는 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치(Liquid Crystal Display : LCD)는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치(Flat Panel Display : FPD) 중 하나로서, 전극이 형성되어 있는 두 장의 기판과 그 사이에 삽입되어 있는 액정층으로 이루어져, 전극에 전압을 인가하여 액정층의 액정 분자들을 재배열시킴으로써 투과되는 빛의 양을 조절하는 표시 장치이다. 액정 표시 장치에 포함되는 액정 표시패널은 비발광소자이기 때문에 빛을 공급하기 위한 백라이트 유닛이 위치한다.
한편, 최근에 액정 표시 장치의 광원으로 저전력 고효율의 LED 광원이 많이 사용되고 있다. LED 광원은 청색 광을 발광하고 형광체 등의 기타 색변환물질을 통해 백색 광을 액정 표시패널에 제공한다. 이에 따라, 액정 표시 장치는 변환된 백색 광으로 액정 표시패널의 컬러필터를 통해 풀컬러를 구현하기 때문에 청색 광의 색재현율을 향상시키는 연구가 부각되고 있다.
청색 광을 백색 광으로 변환하기 위해 양자점(Quantum Dot)을 포함하는 광 변환 부재가 액정 표시 장치에 사용되고 있다. 최근 주로 사용되는 양자점이 카드뮴(Cadmium)을 포함하고 있어서 환경 오염 및 인체 유해성에 관한 논란을 유발하고 있다.
그러나, 환경 오염 및 인체 유해성을 고려하여 카드뮴이 제외된 양자점(Cadmium-free Quantum Dot)은 카드뮴을 포함하는 양자점에 비하여 넓은 반치폭(half width)을 가져 낮은 색재현율을 나타내고 짧은 수명을 갖게 된다.
따라서, 본 발명은 환경 오염을 줄이면서도 휘도 및 색재현율을 높이는 표시 장치를 제안하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 표시패널; 상기 표시패널로 광을 제공하는 광원; 및 상기 광원에서 출사된 광의 일부를 500nm 내지 580nm의 파장 범위를 갖는 광으로 변환시키는 광 변환 부재;를 포함하고, 상기 광원은, 발광 다이오드; 및 적색 형광체를 포함하는 표시장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 발광 다이오드는 400nm 내지 500nm의 파장 범위를 갖는 광을 출사할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 발광 다이오드는 300nm 내지 400nm의 파장 범위를 갖는 광을 출사할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광원은 청색 형광체를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광원은 상기 발광 다이오드 상에 배치되고 상기 적색 형광체가 분산된 수지를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 적색 형광체는 상기 수지와 상기 적색 형광체의 총 중량 중 2 wt% 내지 30 wt% 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광원에서 출사된 광은 CIE 1931 색도좌표에서 0.1654 내지 0.255의 x 좌표값과 0.0258 내지 0.0734의 y 좌표값을 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광원은 580nm 내지 670nm의 파장 범위를 갖는 광과 400nm 내지 500nm의 파장 범위를 갖는 광을 1:1.8 내지 1:29.5 비율 로 출사할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광원에서 출사되는 400nm 내지 500nm의 파장 범위를 갖는 광과 상기 광 변환 부재에서 출사되는 400nm 내지 500nm의 파장 범위를 갖는 광의 비율은 1.6:1 내지 2.7:1 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광 변환 부재는 500nm 내지 580nm의 파장 범위를 갖는 광과 400nm 내지 500nm의 파장 범위를 갖는 광을 1:1.2 내지 1:3 비율로 출사할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광원은 상기 발광 다이오드와 상기 수지를 밀봉하는 렌즈를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광원이 실장된 회로기판을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광 변환 부재는 고분자 수지와 상기 고분자 수지에 분산된 녹색 양자점을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광 변환 부재는 상기 고분자 수지를 밀봉하는 보호층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 보호층은 바(bar) 형상을 갖는 튜브일수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 보호층은 제1 글래스와 상기 제1 글래스와 대향 배치된 제2 글래스를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광 변환 부재는 상기 표시패널로 백색광을 출사할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광원으로부터 방출된 광을 측면으로 입사받아 상기 표시패널로 출사하는 도광판을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광 변환 부재는 상기 도광판과 상기 표시패널 사이에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 도광판과 상기 표시패널 사이에 배치된 광학시트를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광 변환 부재는 상기 도광판과 상기 광학시트 사이에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광원과 상기 표시패널 사이에 배치된 확산판을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광 변환 부재는 상기 확산판과 상기 표시패널 사이에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 적색 형광체는 질화물(Nitride)계 적색 형광체, 플루오라이드(flouoride)계 적색 형광체, 실리케이트(Silicates)계 적색 형광체, 황화물(Sulfides)계 적색 형광체, 셀레나이드(Selenides)계 적색 형광체, 산화질화물(Oxynitrides)계 적색 형광체, 몰리브데이트(Molybdates)계 적색 형광체, 탄탈레이트(Tantalates)계 적색 형광체, Carbido-Nitrides, 텅스테이트(Tungstates)계 적색 형광체, Sr2MgAl22O36:Mn4+, (Ba,Sr,Ca)2MgAl16O27:Eu2+, (Ba,Sr,Ca)2MgAl16O27:Mn2+, Sr4Al14O460:Eu2+ 및 Mg4O5.5GeF:Mn4+ 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 녹색 양자점은 II-IV족 반도체 입자 또는 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 입자로 이루어진 코어 및 상기 코어를 감싸는 외부 쉘을 포함할수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 코어는 CdSe, CdTe, CdS, InP, InGaP 및 InZnP 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 외부 쉘은 CdSe, ZnS 및 ZnSeS 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 표시패널은, 제1 기판; 상기 제1 기판과 대향 배치된 제2 기판; 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 배치된 액정층을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광 변환 부재는 상기 제1 기판과 상기 액정층 사이에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광 변환 부재는 상기 제2 기판과 상기 액정층 사이에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 표시패널은, 상기 제1 기판의 외측에 부착된 제1 편광판; 및 상기 제2 기판의 외측에 부착된 제2 편광판을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광 변환 부재는 상기 제1 편광판의 외측에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광 변환 부재는 상기 제1 편광판과 상기 제1 기판 사이에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광 변환 부재는 상기 제2 편광판의 외측에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광 변환 부재는 상기 제2 편광판과 상기 제2 기판 사이에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광 변환 부재는 수지층과 상기 수지층 내에 일 방향으로 배열된 녹색 퀀텀 로드(Quantum Rod)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 녹색 퀀텀 로드는 장축 방향이 상기 일 방향과 실질적으로 동일하게 배열될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 녹색 퀀텀 로드는 결정 구조가 헥사고날(Hexagonal), 우루차이트(wurtzite) 및 징크블랜드(Zincbland) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 표시패널; 상기 표시패널로 400nm 내지 500nm의 파장 범위를 갖는 제1 광을 제공하는 제1광원 유닛; 상기 표시패널로 580nm 내지 670nm의 파장 범위를 갖는 제2 광을 제공하는 제2광원 유닛; 및 상기 제1 광원 유닛에서 출사된 상기 제1 광의 일부를 500nm 내지 580nm의 파장 범위를 갖는 광으로 변환시켜 상기 표시패널에 출사하는 광 변환 부재;를 포함하는 표시장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 광 변환 부재는 고분자 수지, 상기 고분자 수지에 분산된 녹색 양자점을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 표시패널은 프레임 단위의 영상을 표시하고, 상기 제1 및 제2 광원 유닛들은 상기 프레임을 시간적으로 구분한 제1 및 제2 서브 필드 동안 각각 상기 제1 및 제2 광을 상기 광 변환 부재로 출사할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치는 휘도 및 색재현율이 높아지고, 적색광의 신뢰성이 확보되고, 광 변환 부재 제작 비용이 절감되고, 환경 오염 및 인체 유해 가능성이 낮아진다.
도 1은 본 발명의 실시예1에 따른 표시장치를 개략적으로 나타낸 분해 사시도이다.
도 2 는 도 1의 표시패널 및 백라이트 유닛을 설명하기 위한 개념 단면도이다.
도 3은 도 1의 광 변환 부재 및 광원을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는 기존 적색 양자점과 적색 무기물 형광체의 발광 스펙트럼을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 적색 무기물 형광체의 여기 스펙트럼을 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 도 3의 광원의 발광 스펙트럼을 설명하기 위한 그래프이다.
도 7은 도 3의 광원의 제1 청색 광과 적색 광의 광량을 설명하기 위한 그래프이다.
도 8은 도 3의 제1 청색 광과 제2 청색 광의 광량을 설명하기 위한 그래프이다.
도 9는 도 3의 광원에서 출사된 광의 파장 분포를 설명하기 위한 그래프이다.
도 10은 도 3의 광 변환 부재에서 출사된 광의 파장 분포를 설명하기 위한 그래프이다.
도 11은 기존의 표시장치 및 본 발명의 실시예 1에 따른 표시장치로부터의 영상에 있어서의 컬러 영역을 나타내는 CIE 1931 색좌표이다.
도 12는 기존 광 변환 부재에서 출사된 광과 도 3의 광 변환 부재에서 출사된 광의 세기를 설명하기 위한 그래프이다.
도 13은 기존 광 변환 부재가 적용된 표시장치와 도 1의 표시장치의 휘도를 설명하기 위한 그래프이다.
도 14는 본 발명의 실시예2에 따른 표시장치를 개략적으로 나타낸 분해 사시도이다.
도 15는 도 14의 광원, 광 변환 부재 및 도광판을 설명하기 위한 개념 단면도이다.
도 16은 본 발명의 실시예3에 따른 표시장치를 개략적으로 나타낸 분해 사시도이다.
도 17은 본 발명의 실시예4에 따른 광원 및 광 변환 부재를 설명하기 위한 개념 단면도이다.
도 18은 본 발명의 실시예 5에 따른 광원 및 광 변환 부재를 설명하기 위한 개념 단면도이다.
도 19는 본 발명의 실시예 6에 따른 퀀텀 로드를 포함하는 광 변환 부재의 평면도이다.
도 20은 도 19의 광 변환 부재의 단면도이다.
도 21은 본 발명의 실시예 7에 따른 제1 광원 유닛 및 제2 광원 유닛을 이용한 필드 순차 구동 방식에 의한 풀컬러 구현 원리를 나타낸 도면이다.
도 22 는 본 발명의 실시예 8에 따른 표시패널 및 백라이트 유닛을 설명하기 위한 개념 단면도이다.
도 23은 본 발명의 실시예 9에 따른 표시패널 및 백라이트 유닛을 설명하기 위한 개념 단면도이다.
도 24는 본 발명의 실시예 10에 따른 광 변환 부재 및 광원을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 공정 단계들, 잘 알려진 소자 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 도 1 내지 도 13을 참조하여, 본 발명의 실시예1 에 따른 표시장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예1에 따른 표시장치를 개략적으로 나타낸 분해 사시도이다. 도 2 는 도 1의 표시패널 및 백라이트 유닛을 설명하기 위한 개념 단면도이다.
도 1및 도 2를 참조하면, 표시장치는 영상을 표시하는 표시패널(200), 표시패널(200)에 광을 제공하는 백라이트 유닛(400), 표시패널(200)을 감싸는 형태로 구비되는 상부 프레임(100) 및 표시패널(200)이 안착되는 중간 프레임(300)을 포함한다.
상부 프레임(100)은 중간 프레임(300) 상에 안착된 표시패널(200)의 가장자리를 덮기 위하여 하부 프레임(440)과 결합된다. 상부 프레임(100)으로 덮히는 표시패널(200)의 가장자리는 비표시 영역이다. 상부 프레임(100)은 그 중앙부에 표시패널(200)이 노출되는 개방창을 구비한다.
상부 프레임(100)은 후크 결합 및/또는 나사 결합을 통하여 하부 프레임(440)과 체결될 수 있다. 뿐만 아니라, 상부 프레임(100)과 하부 프레임(440)의 결합은 다양한 형태로 변형될 수 있다.
표시패널(200)은 영상을 표시한다. 표시패널(200)은 수광형 표시패널로서, 액정 표시패널(liquid crystal display panel), 전기습윤 표시패널(electrowetting display panel), 전기영동 표시패널(electrophoretic display panel), MEMS 표시패널(microelectromechanical system display panel) 등을 포함할 수 있다. 실시예1에서 액정 표시패널을 예로서 설명한다.
표시패널(200)은 서로 평행한 두 쌍의 변들을 가지는 사각형의 판상으로 마련될 수 있다. 실시예1에서 표시패널(200)은 한 쌍의 장변과 한 쌍의 단변을 가지는 직사각형일 수 있다. 표시패널(200)은 제1 기판(210)과, 제1 기판에 대향되는 제2 기판(220), 및 제1 기판(210)과 제2 기판(220) 사이에 형성된 액정층(230)을 포함한다. 표시패널(200)은 평면상에서 볼 때 영상이 표시되는 표시부와, 표시부를 둘러싸며 영상이 표시되지 않은 비표시부로 이루어진다. 비표시부는 상부 프레임(100)에 의해 가려진다.
제1 기판(210)은 다수의 화소 전극들(미도시) 및 화소 전극들과 일대일 대응하여 전기적으로 연결된 다수의 박막 트랜지스터(미도시)들을 포함할 수 있다. 박막 트랜지스터의 소스 전극에 데이터 라인이 연결되고, 게이트 전극에 게이트 라인이 연결되고, 드레인 전극에 화소 전극이 연결된다. 각 박막 트랜지스터는 대응하는 화소 전극 측으로 제공되는 구동 신호를 스위칭한다. 또한, 제2 기판(220)은 화소 전극들과 함께 액정의 배열을 제어하는 전계를 형성하는 공통전극(미도시)을 포함할 수 있다. 표시패널(200)은 액정층을 구동하여 전방으로 영상을 표시하는 역할을 한다.
표시패널(200)은 구동 신호를 제공하는 구동칩(미도시), 구동칩이 실장되는 구동칩 실장 필름(미도시) 및 구동칩 실장 필름을 통해 표시패널(200)과 전기적으로 연결되는 인쇄회로기판(미도시)을 포함한다. 구동칩 실장 필름은 테이프 캐리어 패키지(Tape Carrier Package, TCP)일 수 있다.
편광판(240)은 표시패널(200)에 배치되며, 제1 편광판(241) 및 제2 편광판(242)을 포함한다. 제1 기판(210)과 제2 기판(220)이 서로 마주보는 면의 반대편 측에 각각 제1 편광판(241)과 제2 편광판(242)이 배치된다. 즉, 제1 기판(210)의 외측에 제1 편광판(241)이 부착되고, 제2 기판(220)의 외측에 제2 편광판(242)이 부착될 수 있다. 제1 편광판(241)의 투과축은 제2 편광판(242)의 투과축과 실질적으로 직교한다.
중간 프레임(300)은 하부 프레임(440)과 결합하며, 표시패널(200)을 수납한다. 이러한 중간 프레임(300)은 표시패널(200)의 파손을 방지하기 위해, 플라스틱 재질과 같은 유연한 재질로 형성될 수 있다.
중간 프레임(300)은 표시패널(200)의 가장자리를 따라 제공되어 표시패널(200)의 하부에서 표시패널(200)을 지지한다. 중간 프레임(300)은 표시패널(200)의 네 변에 대응하는 위치, 또는 네 변의 적어도 일부에 대응하는 위치에 제공될 수 있다. 예를 들어, 중간 프레임(300)은 표시패널(200)의 네 변에 대응하는 사각의 고리 형상을 가질 수 있으며, 또는, 표시패널(200)의 가장자리 중 세 변에 대응하는 ㄷ자 형상을 가질 수 있다.
백라이트 유닛(400)은 광학 시트(410), 도광판(420), 반사 시트(430), 하부 프레임(440), 광원 유닛(450) 및 광 변환 시트(460)를 포함한다.
광원 유닛(450)은 광원(451) 및 광원(451)이 배치된 회로기판(452)을 포함한다. 광원 유닛(450)은 도광판(420)의 모서리부 또는 입광 측면에 배치될 수 있다. 즉, 광원 유닛(450)은 도광판(420)의 모서리부 또는 입광 측면으로 광을 출사할 수 있다.
광원(451)은 LED 패키지로 이루어질 수 있다. 광원(451)은 도광판(420)이 배치된 방향으로 출사면을 구비할 수 있다. 광원(451)에서 출사되는 광은 청색 광일 수 있다.
회로기판(452)은 예를 들어, 인쇄회로기판(PCB:Printed Circuit Board) 또는 금속 인쇄회로기판(metal PCB)로 구성된다.
광원 유닛(450)은 표시패널(200)의 크기, 휘도 및 균일성 등을 고려하여, 도광판(420)의 한측면, 양측면 또는 네 측면 모두에 형성될 수 있고, 도광판(420)의 모서리부 중 적어도 하나에 형성될 수 있다.
도광판(420)은 광원(451)으로부터 방출된 광을 입광 측면으로 입사받아 출광면으로 출사한다. 도광판(420)은 광원 유닛(450)으로부터 제공받은 광을 표시패널(200)로 균일하게 공급한다. 도광판(420)은 광원 유닛(450) 근방에 배치되며, 하부 프레임(440)에 수납된다. 도광판(420)은 예를 들어, 표시패널(200)과 같이 4각형의 판상으로 형성될 수 있다. 그러나, 이에 한정될 것은 아니며, LED와 같은 광원(451)을 사용하는 경우, 광원(451)의 위치에 따라 소정의 홈 또는 돌출 형상 등을 포함하는 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
도광판(420)은 설명의 편의상, 플레이트(plate)로 기술하였으나, 표시 장치의 슬림화를 위해 시트 또는 필름형태로 형성될 수 있다. 즉, 도광판(420)은 광을 가이드하기 위한 플레이트 및 필름을 모두 포함하는 개념으로 기술된다.
도광판(420)은 광이 효율적으로 가이드 될 수 있도록 투광성을 가지는 재료, 예를 들어 PMMA(PolyMethylMethAcrylate)와 같은 아크릴 수지, 폴리카보네이트(PC: PolyCarbonate)와 같은 재료로 이루어질 수 있다.
도광판(420)의 적어도 어느 하나의 면에 패턴이 형성될 수 있다. 예를 들어 하면에 가이드 된 광이 상부로 출사될 수 있도록 산란 패턴(미도시)이 형성될 수 있다.
광학 시트(410)는 도광판(420)의 상부에 배치되어 도광판(420)으로부터 전달되는 빛을 확산하고 집광하는 역할을 한다. 광학 시트(410)는 확산 시트, 프리즘 시트, 보호 시트 등을 포함할 수 있다.
확산 시트는 도광판(420)으로부터 입사되는 빛을 분산시켜서 빛이 부분적으로 밀집되는 것을 방지할 수 있다.
프리즘 시트는 일면에 삼각 기둥 모양의 프리즘이 일정한 배열을 갖고 형성되어 있을 수 있고, 확산 시트 상에 배치되어 확산 시트로부터 확산된 빛을 표시패널(200)에 수직한 방향으로 집광하는 역할을 수행할 수 있다.
보호 시트는 프리즘 시트 위에 형성될 수 있고, 프리즘 시트의 표면을 보호하고, 광을 확산시켜서 빛의 분포를 균일하게 할 수 있다.
반사 시트(430)는 도광판(420)과 하부 프레임(440) 사이에 배치되어, 도광판(420)의 하부로 방출되는 빛을 표시패널(200)로 향하도록 반사시켜 빛의 효율을 향상시킨다.
반사 시트(430)는, 예를 들어 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET: PolyEthylene Terephthalate)로 이루어져 반사성을 가질 수 있으며, 그 한쪽 표면은 예를 들어, 티타늄 디옥사이드를 함유하는 확산층으로 코팅될 수 있다.
한편, 반사 시트(430)는 예를 들어 은(Ag)과 같은 금속을 포함하는 재질로 형성될 수 있다.
하부 프레임(440)은 반사 시트(430) 및 도광판(420)을 수납한다. 하부 프레임(440)은 예를 들어 스테인레스 스틸과 같은 강성을 가지는 금속 재질 또는 알루미늄 혹은 알루미늄 합금과 같이 방열 특성이 좋은 재질로 이루어질 수 있다. 실시예1의 하부 프레임(440)은 표시 장치의 골격을 유지하며, 내부에 수납되는 각종 구성 요소를 보호하게 된다.
하기에서 도 2 내지 도 13을 참조하여 본 발명의 실시예 1에 따른 광원(451)과 광 변환 부재(460)를 보다 상세히 설명한다.
도 3은 도 1의 광 변환 부재 및 광원을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 광원(451)은 LED 패키지로 이루어진다. 광원(451)은 몰드(451a), 발광 다이오드(451b), 수지(451c) 및 적색 형광체(451d)를 포함한다. 한편, 하기에서 설명의 편의를 위해 광원(451)에서 출사된 광을 제1 광(L1)이라 명명하고, 광 변환 부재(460)에서 출사된 광을 제2 광(L2)이라 명명한다. 또한, 광원(451)에서 출사된 광 중에서 청색 광을 제1 청색 광(B1)이라 명명하고, 광 변환 부재(460)에서 출사된 광 중에서 청색 광을 제2 청색 광(B2)이라 명명한다.
몰드(451a)는 그 내부에 발광 다이오드(451b)를 수납하는 수납 공간을 갖고, 상부가 개방된 형상을 갖는다. 몰드(451a)는 절연성 재료를 포함할 수 있다. 예를 들면, 몰드(451a)는 폴리프탈아미드(Polyphthalamide, PPA)와 같은 플라스틱을 포함할 수 있다.
발광 다이오드(451b)는 몰드(451a)의 수납 공간에 수납되어 400nm 내지 500nm의 파장 범위를 갖는 광을 출사한다. 400nm 내지 500nm의 파장 범위를 갖는 광은 청색 광에 해당한다. 일반적으로 자외선은 400nm 미만의 파장을 갖는다고 할 때, 청색 광은 약 400nm 내지 약 500nm의 파장을 가질 수 있다.
수지(451c)는 발광 다이오드(451b) 상에 배치되고 적색 형광체(451d)가 분산된다. 예를 들면, 수지(451c)는 몰드(451a)의 수납 공간에 채워져 발광 다이오드(451b)를 커버한다. 수지(451c)는 절연성 재료를 포함하고, 절연성 재료는 실리콘 수지 및 에폭시 수지와 같은 광 투과도를 갖는 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 발광 다이오드(451b)로부터 발생되는 청색 광은 수지(451c)을 투과하여 외부로 출력되거나, 수지(451c) 내에 배치되는 적색 형광체(451d) 측에 제공될 수 있다.
적색 형광체(451d)는 수지(451c) 내부에 분산되고, 발광 다이오드(451b)에서 출사된 청색 광의 일부를 제공받아 청색 광과 상이한 파장을 갖는 580nm 내지 670nm의 파장 범위를 갖는 광을 발생시킨다. 580nm 내지 670nm의 파장 범위를 갖는 광은 적색 광(R)에 해당한다. 적색 형광체(451d)는 적색 무기물 형광체일 수 있다.
예를 들면, 적색 형광체(451d)는 질화물(Nitride)계 적색 형광체, 플루오라이드(flouoride)계 적색 형광체, 실리케이트(Silicates)계 적색 형광체, 황화물(Sulfides)계 적색 형광체, 셀레나이드(Selenides)계 적색 형광체, 산화질화물(Oxynitrides)계 적색 형광체, 몰리브데이트(Molybdates)계 적색 형광체, 탄탈레이트(Tantalates)계 적색 형광체, Carbido-Nitrides, 텅스테이트(Tungstates)계 적색 형광체, Sr2MgAl22O36:Mn4+, (Ba,Sr,Ca)2MgAl16O27:Eu2+, (Ba,Sr,Ca)2MgAl16O27:Mn2+, Sr4Al14O460:Eu2+ 및 Mg4O5.5GeF:Mn4+ 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
구체적으로, 질화물(Nitride)계 적색 형광체는 (Sr, Ca)AlSiN3:Eu, (Sr, Ca)AlSi(ON)3:Eu, (Sr, Ca)2Si5N8:Eu, (Sr, Ca)2Si5(ON)8:Eu, (Sr, Ba)SiAl4N7:Eu, CaAlSiN3:Eu2+, (Sr,Ca)AlSiN3:Eu2+ 및 Sr2Si5N8:Eu2 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 플루오라이드(flouoride)계 적색 형광체는 K2SiF6:Mn4+, K2TiF6:Mn4+, ZnSiF6:Mn4+, Na2SiF6:Mn4+ 및 Mg4O5.5GeF:Mn4+ 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 몰리브데이트(Molybdates)계 적색 형광체는 LiLa1-xEuxMo2O8 및 LiEuMo2O8 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 탄탈레이트(Tantalates)계 적색 형광체는 K(Gd,Lu,Y)Ta2O7:Eu3+를 포함할 수 있다. Carbido-Nitrides는 Cs(Y,La,Gd)Si(CN2)4:Eu를 포함할 수 있다. 텅스테이트(Tungstates)계 적색 형광체는 Gd2WO6:Eu3+, Gd2W2O9:Eu3+, (Gd,La)2W3O12:Eu3+, La2W3O12:Eu3+, La2W3O12:Sm3+ 및 LiLaW2O8:Eu3+ 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 4는 기존 적색 양자점과 적색 무기물 형광체의 발광 스펙트럼을 설명하기 위한 그래프이다. 도 5는 적색 무기물 형광체의 여기 스펙트럼을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4 를 참조하여 기존 적색 양자점의 발광 스펙트럼(a)과 적색 형광체의 발광 스펙트럼(b)을 비교하면, 적색 형광체의 발광 스펙트럼(b)의 반치폭이 기존 적색 양자점의 발광 스펙트럼(a)보다 작음을 알 수 있다. 따라서, 적색 형광체를 투과한 적색 광이 기존 적색 양자점을 투과한 적색 광과 동등하거나 더 높은 색순도를 보인다. 도 4에서 적색 형광체는 예를 들어 K2SiF6:Mn4+ 을 포함하는 적색 무기물 형광체일 수 있다.
또한, CIE(International Commission on Illumination) 1931 색좌표에 따르면, 기존 적색 양자점의 색좌표는 X축이 0.68이고 Y축이 0.319이다. K2SiF6:Mn4+ 를 포함하는 적색 무기물 형광체의 색좌표는 X축이 0.702 이고, Y축이 0.311이다. 따라서, 기존 적색 양자점에 비해 K2SiF6:Mn4+ 를 포함하는 적색 무기물 형광체가 더 넓은 색재현율(Color gamut)을 갖는다. 결국, K2SiF6:Mn4+ 등을 포함하는 적색 무기물 형광체를 사용함에 따라 표시장치는 적색 광의 신뢰성을 확보할 수 있고, 초고색재현 구현이 가능하다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이 K2SiF6:Mn4+를 포함하는 적색 무기물 형광체는 400 내지 500nm의 파장 범위를 갖는 청색 광(c)을 흡수하고, 500 내지 580nm의 파장 범위를 갖는 녹색 광(d)은 그대로 투과된다. 따라서, 적색 무기물 형광체는 기존의 적색 양자점과 동일한 효과를 갖는다.
이와 같이 광원(451)을 구성함에 따라 광원(451)은 제1 청색 광(B1) 및 적색 광(R)이 포함된 제1 광(L1)을 광 변환 부재(460)를 향해 출사한다. 즉, 적색 형광체(451d)가 수지(451c)에 분산됨에 따라 발광 다이오드(451b)에서 출사된 청색 광의 일부가 적색 광(R)으로 변환되고, 나머지 청색 광은 광 변환 부재(460)로 출사된다. 나머지 청색 광이 도면에 도시된 바와 같이 제1 청색 광(B1)이다.
한편, 수지(451c)에 분산된 적색 형광체(451d)의 함량과 제1 청색 광(B1)과 적색 광(R)의 광량 비율을 표 1, 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다.
도 6은 도 3의 광원의 발광 스펙트럼을 설명하기 위한 그래프이다. 도 7은 도 3의 광원의 제1 청색 광(B1)과 적색 광(R)의 광량을 설명하기 위한 그래프이다.
적색형광체 함량 0 2wt% 6wt% 8wt% 14wt% 30wt%
색좌표 cie x 0.157 0.1654 0.180 0.186 0.203 0.255
cie y 0.022 0.0258 0.033 0.036 0.046 0.0734
제1청색 광 광량 3.65E-01 0.3543 3.38E-01 3.22E-01 3.01E-01 0.2255
적색 광 광량 4.70E-04 0.012 3.09E-02 3.80E-02 5.82E-02 0.124
Blue/Red ratio - 29.5 10.9 8.5 5.2 1.8
표 1, 도 6 및 도 7을 참조하면, 수지(451c)에 대한 적색 형광체(451d)의 함량이 늘어날수록 적색 광(R)의 세기 및 광량은 증가하고 제1 청색 광(B1)의 세기 및 광량은 감소한다. 이는 도 6 및 도 7을 통해서 확인할 수 있다. 도 6에 도시된 적색 형광체(451d)의 함량이 6wt%인 광원의 발광 스펙트럼(D1)과 적색 형광체(451d)의 함량이 14wt%인 광원의 발광 스펙트럼(D2)을 비교하면, 적색 형광체(451d)의 함량이 14wt%인 발광 스펙트럼(D2)이 더 낮은 세기의 제1 청색 광(B1)과 더 높은 세기의 적색 광(R)을 갖는다. 또한, 도 7에 도시된 바와 같이 적색 형광체(451d)의 함량이 늘어날수록 적색 광(R)의 광량은 증가하고 제1 청색 광(B1)의 광량은 감소한다.
따라서, 적색 형광체(451d)의 함량은 표시장치의 용도를 고려하여 적절하게 선택할 수 있다. 일반적으로 사용되는 표시장치에서 요구되는 색좌표를 고려하면 수지(451c)의 적색 형광체(451d)의 함량은 2 wt% 내지 30 wt% 일 수 있다.
또한, 적색 형광체(451d)의 함량 범위에 따라 광원(451)은 580nm 내지 670nm의 파장 범위를 갖는 광과 400nm 내지 500nm의 파장 범위를 갖는 광을 1:1.8 내지 1:29.5 비율로 출사한다. 즉, 광원(451)은 적색 광(R)과 제1 청색 광(B1)을 1:1.8 내지 1:29.5 비율로 출사한다.
예를 들면, 표시장치에서 요구되는 색좌표가 백색 광을 기준으로 (0.313, 0.329) 일 경우 적절한 적색 형광체(451d)의 함량은 14wt% 일 수 있다. 또한, 적색 형광체(451d)의 함량이 14wt%일 경우, 적색 광(R)의 광량과 제1 청색 광(B1)의 광량의 비율은 1:5.2일 수 있다.
한편, 적색 형광체(451d)의 함량을 고려하면 광원(451)에서 출사된 제1 광(L1)은 CIE 1931 색도좌표에서 0.1654 내지 0.255의 x 좌표값과 0.0258 내지 0.0734의 y 좌표값을 나타낸다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 광 변환 부재(460)는 광원 유닛(450)에서 공급된 제1 청색 광(B1)의 일부를 500nm 내지 580nm의 파장 범위를 갖는 광으로 변환시켜 표시패널(200)에 출사한다. 500nm 내지 580nm의 파장 범위를 갖는 광은 녹색 광(G)에 해당한다. 또한, 광원에서 공급된 적색 광(R)은 광 변환 부재(460)를 그대로 투과하고, 제1 청색 광(B1)의 일부에 해당하는 제2 청색 광(B2)은 광 변환 부재(460)를 그대로 투과한다. 따라서, 표시패널(200)은 광 변환 부재(460)에서 제2 청색 광(B2), 적색 광(R) 및 녹색 광(G)이 혼합된 제2 광(L2)을 제공받는다. 제2 광(L2)은 백색 광이다.
광원(451)에서 출사된 제1 광(L1)을 제2 광(L2)으로 변환 시키기 위해 광 변환 부재(460)는 도광판(420)과 표시패널(200) 사이에 배치된다. 또한, 광 변환 부재(460)는 도광판(420)과 광학 시트(410) 사이에 배치된다.
광 변환 부재(460)는 보호층(461), 보호층(461) 사이에 배치된 광 변환층(462)을 포함한다. 보호층(461)은 광 변환층(462)을 밀봉하여 외부 가스 등을 차단시킨다. 보호층(461)은 투명하고 유리, 플라스틱 및 레진 중 적어도 하나를 포함한다.
광 변환층(462)은 고분자 수지(462a) 및 고분자 수지(462a) 내에 분산된 녹색 양자점(462b)을 포함한다. 본 발명의 실시예 1에서 광 변환층(462)은 광원(451)에서 출사된 제1 광(L1)을 녹색 광(G)으로 변환시키는 녹색 양자점(462b)만을 포함하고, 적색 양자점(미도시)은 제외된다.
고분자 수지(462a)는 절연성 고분자로 형성될 수 있으며, 예를 들어 실리콘 수지, 에폭시 수지, 또는 아크릴 수지 등이 사용될 수 있다.
녹색 양자점(462b)은 양자점의 종류 중 하나이다. 우선 일반적인 양자점에 대해 설명한다. 양자점은 대략 지름이 수 nm에서 수십 nm, 또는 수백 nm인 구형일 수 있다. 또한, 양자점은 나노 물질 중 하나로서, 밴드갭(band gap)이 작은 물질로 구성된 코어, 코어를 둘러싼 밴드갭이 큰 물질로 구성된 외부 쉘, 및 외부 쉘 상에 부착된 리간드(미도시)를 포함할 수 있다.
이러한 나노 사이즈를 갖는 양자점은 양자 구속 효과(quantum confinement effect)가 나타나는데, 양자 구속 효과의 큰 특징은 밴드갭이 크고 밴드갭이 벌크(bulk)의 결정과는 다르게 마치 하나의 개별적인 원자와 같이 불연속적인 밴드갭 구조를 갖는 것이다. 양자점은 양자점들의 크기에 따라 불연속적인 밴드갭의 간격을 조절할 수 있어 양자점이 균일한 크기 분포를 갖도록 합성하면 반치폭이 좁은 분광분포를 갖는 광변환체를 만들 수 있다. 구체적으로, 양자점의 크기가 클수록 파장이 긴 광을 발생시킬 수 있으므로, 양자점의 크기를 조절하여 방출되는 광의 파장을 조절할 수 있다.
양자점은 도광판(420)에서 출사된 광을 흡수한 다음, 양자점이 가지는 밴드 갭에 대응하는 파장을 가지는 광을 방출한다.
구체적으로, 광원(451)이 방출하는 광을 제3 광이라고 하고, 양자점이 방출하는 광을 제4 광이라고 하면, 제3 광의 파장은 제4 광의 파장보다 짧거나 같다. 이는 에너지 법칙에 의한 것으로, 양자점은 흡수한 광의 에너지보다 더 큰 에너지를 갖는 광을 방출할 수 없기 때문이며, 이에 따라 제4 광의 파장은 제3 광의 파장보다 길거나 같다. 예를 들면, 양자점이 작은 직경을 가지면 방출되는 빛의 파장이 짧아져 청색 계열의 빛이 발생되며, 양자점이 큰 직경을 가지면 방출되는 빛의 파장이 길어져 적색 계열의 빛이 발생된다.
양자점은　ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, HgS, HgSe 및 HgTe와 같은 II-VI족 양자점, PbS, PbSe, PbTe, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, InSb, InGaP, InZnP 와 같은 III-V족 양자점 등이 사용될 수 있다.
녹색 양자점(462b)은 대략 지름이 수 nm에서 수십 nm, 또는 수백 nm인 구형일 수 있다. 녹색 양자점(462b)은 녹색 광을 발생시킬 수 있는 적절한 범위내의 직경을 가질 수 있다. 예를 들면, 녹색 양자점(462b)의 직경은 3 nm 내지 5 nm 일 수 있다. 물론 상기 직경 범위 이외에도 녹색 양자점(462b)은 입사된 광을 녹색 광으로 파장 변환할 수 있는 직경을 가질 수 있다. 또한, 녹색 양자점(462b)은 나노 물질 중 하나로서, 밴드갭(band gap)이 작은 물질로 구성된 코어(462c), 코어(462c)를 둘러싼 밴드갭이 큰 물질로 구성된 외부 쉘(462d), 및 외부 쉘(462d) 상에 부착된 리간드(미도시)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 코어(462c)는 CdSe, CdTe, CdS, InP, InGaP 및 InZnP 중 적어도 하나를 포함한다. 외부 쉘(462d)은 CdSe, ZnS 및 ZnSeS 중 적어도 하나를 포함한다.
녹색 양자점(462b)은, 예를 들어, 망간이 도핑된 징크 실리콘 옥사이드계 형광체(예를 들어, Zn2SiO4:Mn), 유로퓸이 도핑된 스트론튬 갈륨 설파이드계 형광체(예를 들어, SrGa2S4:Eu) 및 유로퓸이 도핑된 바륨 실리콘 옥사이드 클로라이드계 형광체(예를 들어, Ba5Si2O7Cl4:Eu) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
한편, 적색 광(R)은 녹색 양자점(462b)을 통과하더라도 적색 광(R)으로 출사된다. 즉, 녹색 양자점(462b)은 적어도 녹색 광(G)의 파장보다 짧은 광을 녹색 광(G)으로 변환하기 때문에, 적색 광(R)은 녹색 양자점(462b)을 통과하더라도 적색 광(R)으로 출사된다. 즉, 앞서 설명한 바와 같이 양자점은 그 크기에 따라 특정한 밴드 갭을 형성하고 있어, 특정 파장 이상의 장파장이 입사되면 파장의 변환 없이 그대로 투과시키는 특성을 가지고 있다.
한편, 표 2 및 도 8을 참조하여 녹색 양자점(462b)의 함량에 따른 제1 청색 광(B1)과 제2 청색 광(B2)의 광량 비율과 녹색광(G)과 제2 청색 광(B2)의 광량 비율을 설명한다.
도 8은 도 3의 제1 청색 광과 제2 청색 광의 광량을 설명하기 위한 그래프이다.
녹색 양자점 함량 100% 70% 40% 20%
제1 청색 광(B1) 100 100 100 100
제2 청색 광(B2) 37 46 55 61
녹색 광(G) 31 27 23 20
B1/B2 2.7 2.2 1.8 1.6
B2/G 1.2 1.7 2.4 3.0
설명의 편의를 위해 표 2에 개시된 녹색 양자점 함량의 값들은 녹색 양자점 및 적색 양자점이 포함된 기존 양자점의 함량을 100% 란 기준 값으로 설정할 때의 상대적인 수치들로 표시했다. 예를 들면, 기존 광 변환 부재에서 녹색 양자점 및 적색 양자점이 총 11 개가 존재할 경우에 양자점 함량을 100% 라 할 경우, 본 발명의 광 변환 부재에서 녹색 양자점이 11개 존재할 경우에 녹색 양자점 함량을 100%라고 표시할 수 있다. 녹색 양자점의 함량은 표시장치의 종류 및 목적 등에 따라 달라지는 수치이다. 따라서 이와 같이 녹색 양자점의 함량을 상대적인 수치로 나타낸다.
한편, 표에 나타난 수치들은 각각의 광의 광량을 의미하고, 각각의 광의 광량은 제1 청색 광(B1)의 광량을 100이라고 설정할 경우의 상대적인 수치들이다.
한편, 표 2에서 B1/B2는 제1 청색 광(B1)과 제2 청색 광(B2)의 광량 비율을 나타내고, B2/G는 제2 청색 광(B2)과 녹색광의 광량 비율을 나타낸다.
표 2 를 참조하면, 녹색 양자점의 함량에 따라 제2 청색 광(B2)과 녹색 광(G)의 광량이 변한다. 즉, 제1 청색 광(B2)이 녹색 양자점을 통과할 경우 녹색 광(G)으로 변하기 때문에 녹색 양자점의 함량에 따라 제2 청색 광(B2)과 녹색 광(G)의 광량이 변하게 된다. 본 발명의 광 변환 부재(460)가 백색 광을 구현하기 위해서 녹색 양자점 함량은 대략 20 % 내지 100 %의 범위를 만족하면 된다.
따라서 녹색 양자점의 함량에 따르면 광원(451)에서 출사되는 400nm 내지 500nm의 파장 범위를 갖는 광과 광 변환 부재(460)에서 출사되는 400nm 내지 500nm의 파장 범위를 갖는 광의 비율은 1.6:1 내지 2.7:1 이다. 즉, 제1 청색 광(B1)과 제2 청색 광(B2)의 광의 비율은 1.6:1 내지 2.7:1 이다.
한편, 도 8은 녹색 양자점 함량이 대략 70 % 일 경우의 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다. 도 8에 도시된 도 3의 제1 광(L1)의 발광 스펙트럼(L11)과 도 3의 제2 광(L2)의 발광 스펙트럼(L22)을 비교하면, 제2 광(L2)은 제1 광(L1)에 비하여 청색 광이 줄어들고 적색 광은 제1 광(L1)과 동등하고, 녹색 광을 포함하고 있음을 알 수 있다. 제1 청색 광(B1)의 광량을 100이라고 하면 제2 청색 광(B2)는 대략적으로 46 일 수 있다. 따라서, 광원(451)에서 출사되는 400nm 내지 500nm의 파장 범위를 갖는 광과 광 변환 부재(460)에서 출사되는 400nm 내지 500nm의 파장 범위를 갖는 광은 2.2:1 일 수 있다. 즉, 광원(451)에서 출사되는 제1 청색 광(B1)과 광 변환 부재(460)에서 출사되는 제2 청색 광(B2)은 2.2:1 일 수 있고, 상기 비율은 앞서 언급한 제1 청색 광(B1)과 제2 청색 광(B2)의 광량 비율 범위에 포함된다.
이와 같이, 본 발명의 구조하에서 광원(451)에서 출사된 제1 청색 광(B1)의 광량은 광 변환 부재(460)에서 출사된 제2 청색 광(B2)의 광량보다 크다.
한편, 표2를 참조하면, 녹색 양자점 함량에 따라 광 변환 부재(460)는 500nm 내지 580nm의 파장 범위를 갖는 광과 400nm 내지 500nm의 파장 범위를 갖는 광을 1:1.2 내지 1:3 비율로 출사한다. 즉, 녹색 광(G)과 제2 청색 광(B2)의 광의 비율은 1:1.2 내지 1:3 이다.
이와 같이 광원(451) 및 광 변환 부재(460)를 구성함에 따라 표시패널(200)은 백색 광을 전달받을 수 있다. 하기에서 도3, 도 9 및 도 10을 참조하여 표시패널(200)에 백색 광이 공급되는 과정을 종합하여 설명한다.
도 9는 도 3의 광원에서 출사된 광의 파장 분포를 설명하기 위한 그래프이다. 도 10은 도 3의 광 변환 부재에서 출사된 광의 파장 분포를 설명하기 위한 그래프이다.
광원(451)은 발광 다이오드(451b)로부터 청색 광을 제공받아 제1 청색 광(B1) 및 적색 광(R)을 포함하는 제1 광(L1)을 방출한다. 제1 청색 광(B1)은 수지(451c)을 그대로 투과한 광이고, 400 내지 500nm의 파장 범위를 가질 수 있다. 적색 광(R)은 발광 다이오드(451b)로부터 제공받은 청색 광이 적색 형광체(451d)를 통과한 경우이고, 580 내지 670nm의 파장 범위를 가질 수 있다.
도 3 및 도 10을 참조하면, 광 변환 부재(460)는 광원(451)으로부터 제1 광(L1)을 제공 받아 적색 광(R), 녹색 광(G) 및 제2 청색 광(B2)이 혼합된 제2 광(L2)을 방출한다. 제2 광(L2)은 백색 광이다. 적색 광(R)은 광 변환 부재(460)를 그대로 투과한 광이고, 580 내지 670nm의 파장 범위를 가질 수 있다. 녹색 광(G)은 광원(451)으로부터 제공받은 제1 광(L1)이 녹색 양자점(462b)을 통과한 경우이고, 500 내지 580nm의 파장 범위를 가질 수 있다. 제2 청색 광(B2)은 광 변환층(462)의 고분자 수지(462a)를 그대로 투과한 경우이고, 400nm 내지 500nm의 파장 범위를 가질 수 있다. 따라서, 표시패널(200)은 광 변환 부재(460)에서 제2 청색 광(B2), 적색 광(R) 및 녹색 광(G)이 혼합된 백색 광인 제2 광(L2)을 제공받는다.
하기에서 도 11 내지 도 13을 참고하여 본 발명의 실시예 1에 따른 표시장치의 효과를 상세히 설명한다.
도 11은 기존의 표시장치 및 본 발명의 실시예 1에 따른 표시장치로부터의 영상에 있어서의 컬러 영역을 나타내는 CIE 1931 색좌표이다.
기존 표시장치 본 발명의 표시장치
NTSC 면적비
(CIE 1931)		 116% 116%
Adobe 일치율
(CIE 1931)		 100% 100%
DCI 일치율 98.2% 98.2%
표 3 및 도 11을 참조하면, NTSC 영역(NTSC), Adobe 영역(Adobe), DCI 영역(DCI), 기존 표시장치의 컬러 영역(10) 및 본 발명의 실시예 1에 따른 표시장치의 컬러 영역(20)이 도 11의 색좌표 내에 각각 표시되었다. 색좌표 내에 도시된 각각의 삼각형 내부의 면적은 색 영역에 해당한다. 색 영역이란 전체 태양 빛의 영역인 외각선에서 각각의 매체가 재현할 수 있는 색 공간 영역이다. 따라서, 색좌표 내에서 보다 큰 색 영역을 갖는다는 것은 더 넓은 범위의 색을 표현할 수 있다는 의미이다. 한편, 기존 표시장치는 녹색 및 적색 양자점을 모두 포함하는 광 변환 부재를 포함하는 경우이다.
본 발명의 실시예 1에 따른 광 변환 부재를 포함하는 표시장치의 컬러 영역(20)은 NTSC 영역(NTSC), Adobe 영역(Adobe), DCI 영역(DCI), 기존의 표시장치의 컬러 영역(10)을 대부분 포함한다. 즉, 본 발명의 실시예 1에 따른 광 변환 부재(460)가 적용된 표시장치는 적색 양자점이 제외되어도 기존의 광 변환 부재가 적용된 표시장치와 동등한 수준의 색재현율을 갖는다. 또한, 양자점이 포함된 광 변환 부재가 적용되지 않은 표시장치에 비하여 본 발명의 표시장치는 더 높은 색재현율을 갖는다.
도 12는 기존 광 변환 부재에서 출사된 광과 도 3의 광 변환 부재에서 출사된 광의 세기를 설명하기 위한 그래프이다.
기존 표시장치 본 발명의 표시장치
양자점 구성 적색 및 녹색 양자점 녹색 양자점 녹색 양자점
양자점 함량 100 90.9 63.6
청색 광 광량 68 80 100
적색 광 광량 38 68 59
표 4 및 도 12를 참조하면, 적색 양자점과 녹색 양자점을 포함하는 광 변환 부재가 적용된 기존 표시장치의 제1 발광 스펙트럼(Q1), 본 발명의 광 변환 부재가 적용된 표시장치의 제2 발광 스펙트럼(Q2) 및 제3 발광 스펙트럼(Q3)가 도 12에 도시되어 있다. 설명의 편의를 위해 표 4에 개시된 양자점 함량의 값들은 녹색 양자점 및 적색 양자점이 포함된 양자점의 함량을 100이란 기준 값으로 설정할 때의 상대적인 값들로 표시했다. 또한, 표 4에 개시된 광량 값들은 제3 발광 스펙트럼(Q3)을 갖는 표시장치의 청색 광의 광량을 100이란 기준 값으로 설정할 때의 상대적인 값들이다.
일반적으로 기존 광 변환 부재에 포함되는 녹색 양자점과 적색 양자점의 함량 비율은 10:1 이다. 따라서, 본 발명의 광 변환 부재는 적색 양자점이 제거되므로 양자점 함량이 기존 광 변환 부재의 총 양자점 함량 대비 약 90.9가 된다. 단, 표 3 및 도 12에 도시된 바와 같이 단지 적색 양자점만을 제거할 경우 녹색 광의 광량이 기존 표시장치 대비 77%나 증가하게 되고 청색 광은 17% 정도만 증가하게 된다. 따라서, 급격하게 녹색 광의 광량이 높아지는 것을 방지하기 위해 녹색 양자점의 함량을 기존 광 변환 부재의 총 양자점 함량 대비 약 63.6으로 낮춘다. 이와 같이 녹색 양자점의 함량을 낮출 경우 녹색 광의 광량은 기존 표시장치 대비 54% 증가하게 되고 청색 광의 광량은 기존 표시장치 대비 48% 증가하게 된다.
이와 같이 본 발명의 표시장치는 기존 표시장치보다 양자점 사용량이 최대 약 40% 정도 줄어들 수 있다. 따라서, 카드뮴을 포함하는 양자점의 개수가 줄어듬에 따라 본 발명의 실시예 1에 따른 표시장치는 환경 오염 및 인체 유해 가능성이 낮아진다. 또한, 양자점의 개수가 줄어듬에 따라 제조 비용이 절감된다.
한편, 녹색 양자점의 함량은 양자점의 조성, 양자점의 효율, 표시장치의 용도에 따라 맞추어야 할 색좌표 등에 따라 변동될 수 있다.
도 13은 기존 광 변환 부재가 적용된 표시장치와 도 1의 표시장치의 휘도를 설명하기 위한 그래프이다.
기존 표시장치 본 발명의 표시장치
패널 휘도 325 nit 399 nit
패널 색좌표
(Adobe)		 0.313, 0.329 0.313, 0.329
백라이트유닛
소비전력		 37W 37W
도 13 및 표 5를 참조하면, 녹색 양자점 및 적색 양자점을 포함하는 기존 표시장치에 비하여 본 발명의 실시예 1에 따른 표시장치가 휘도가 더 높다. 즉, 본 발명의 표시장치의 휘도는 기존 표시장치의 휘도보다 약 23% 정도 더 높아진다. 또한, 본 발명의 표시장치는 기존 표시장치와 동일한 색좌표를 구현하고 동등한 수준의 소비전력을 갖는다. 한편, 표 5에 기재된 패널 색좌표는 백색 광에 해당하는 색좌표이다.
하기에서 도 14 내지 24를 참조하여 본 발명의 실시예 2 내지 10에 대하여 설명한다. 설명의 간략화를 위해 본 발명의 실시예 1과 동일한 구성의 설명은 생략한다.
도 14는 본 발명의 실시예2에 따른 표시장치를 개략적으로 나타낸 분해 사시도이다. 도 15는 도 14의 광원, 광 변환 부재 및 도광판을 설명하기 위한 개념 단면도이다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 본 발명의 실시예 2에 따른 광 변환 부재(460)는 도광판(420)과 광원 유닛(450) 사이에 배치된다. 광 변환 부재(460)는 실시예1의 보호층에 해당하는 바(bar) 형상을 갖는 튜브(463)를 포함한다. 구체적으로, 광 변환 부재(460)는 내부에 공간을 구비하는 튜브(463) 및 튜브(463) 내부에 충진된 광 변환 물질(464)을 포함한다.
튜브(463)는 글래스 재질로 이루어지고 내부에 공간을 구비한다. 튜브(463)는 광 변환 물질(464)을 밀봉한다. 튜브(463)는 바(bar) 또는 라인(line) 형상을 가질 수 있다.
광 변환 물질(464)은 실시예 1의 광 변환층(462, 도 3에 도시)과 동일한 구성을 갖는다. 광 변환 물질(464)은 고분자 수지 및 녹색 양자점을 포함한다. 또한, 광원(451)도 실시예 1과 동일한 구성을 갖는다. 따라서, 도광판(420)에서 출사된 광은 적색 광(R), 녹색 광(G) 및 청색 광(B)이 혼합된 백색 광이다. 즉, 본 발명의 실시예 2에 따른 표시장치는 실시예 1과 동일한 효과를 갖는다.
도 16은 본 발명의 실시예3에 따른 표시장치를 개략적으로 나타낸 분해 사시도이다.
도 16을 참조하면, 본 발명의 실시예 3에 따른 표시장치는 실시예 1과 달리 직하형(direct type) 타입의 백라이트 유닛(400)을 포함한다. 광 변환 부재(460)는광원 유닛(450)과 표시패널(200) 사이에 배치된다. 광원 유닛(450)은 광 변환 부재(460)의 하부에 배치된다. 또한, 실시예 1과 달리 백라이트 유닛(400)은 확산판(470)을 포함한다.
도 17은 본 발명의 실시예4에 따른 광원 및 광 변환 부재를 설명하기 위한 개념 단면도이다.
도 17을 참조하면, 본 발명의 실시예 4에 따른 광 변환 부재(460)는 평판(flat plate) 형상을 갖는다. 광 변환 부재(460)는 제1 글래스(465), 제2 글래스(466) 및 광 변환 물질(464)을 포함한다.
제1 글래스(465) 및 제2 글래스(466)는 실시예 1의 보호층(461, 도 3에 도시)과 같은 역할을 한다. 제1 글래스(465) 및 제2 글래스(466)는 광이 투과될 수 있는 투명한 재질로 이루어질 수 있고, 예를 들면, 유리로 이루어질 수 있다. 또한, 제1 글래스(465) 및 제2 글래스(466)는 열전도율이 높은 사파이어(Sapphire), 산화아연(Zinc Oxide), 산화마그네슘(Magnesium Oxide) 등 투명전극 재료를 포함할 수 있다.
광 변환 물질(464)은 제1 글래스(465) 및 제2 글래스(466) 사이에 배치되고, 제1 글래스(465) 및 제2 글래스(466)에 의하여 밀봉된다. 예를 들어 광 변환 물질(464)은 제1 글래스의 충진 홈(465a)에 채워지고, 제2 글래스(466)를 제1 글래스(465)에 접착시킴에 따라 밀봉된다.
광 변환 물질(464)은 실시예 1의 광 변환층(462, 도 3에 도시)과 동일한 구성을 갖는다. 광 변환 물질(464)은 고분자 수지 및 녹색 양자점을 포함한다. 또한, 광원(451)도 실시예 1과 동일한 구성을 갖는다. 따라서, 광원(451)에서 출사된 광은 적색 광(R) 및 제1 청색 광(B1)을 포함하고, 광 변환 부재(460)에서 출사된 광은 적색 광(R), 녹색 광(G) 및 제2 청색 광(B2)이 혼합된 백색 광이다. 즉, 본 발명의 실시예 4에 따른 표시장치는 실시예 1과 동일한 효과를 갖는다.
한편, 본 발명의 실시예 4에 따른 광 변환 부재(460)는 도광판과 표시패널 사이, 도광판과 광원 사이 또는 직하형 구조에서의 확산판 하부에 배치될 수 있다.
도 18은 본 발명의 실시예 5에 따른 광원 및 광 변환 부재를 설명하기 위한 개념 단면도이다.
도 18을 참조하면, 본 발명의 실시예 5에 따른 광원 유닛(450)은 발광 다이오드(451b)가 회로기판(452)에 직접 실장(Chip on board, COB)된다. 적색 형광체(451d)가 분산된 수지(451c)는 발광 다이오드(451b)를 덮는다. 렌즈(451e)는 발광 다이오드(451b), 수지(451c) 및 적색 형광체(451d)를 밀봉한다. 적색 형광체(451d)는 실시예 1과 동일한 구성을 갖는다. 본 발명의 실시예 5에 따른 표시장치는 광원 유닛(450)의 구성을 제외하고 실시예 1과 동일한 구성과 효과를 갖는다.
도 19는 본 발명의 실시예 6에 따른 퀀텀 로드를 포함하는 광 변환 부재의 평면도이다. 도 20는 도 19의 광 변환 부재의 단면도이다.
도 19 및 도 20을 참조하면, 본 발명의 실시예 6에 따른 광 변환 부재(460)는 녹색 양자점 대신 녹색 퀀텀 로드(quantum rod, 460-2)를 포함한다.
광 변환 부재(460)는 일 방향으로 배열되어 있는 퀀텀 로드(460-2)와 퀀텀 로드(460-2)를 지지하면서 둘러싸고 있는 지지층(460-1)을 포함한다.
지지층(460-1)은 플라스틱 레진(plastic resin)으로 형성되어 있다. 플라스틱 레진은 폴리머나 필름을 형성하는 다양한 물질을 포함하고, 물질의 종류는 한정되지 않는다. 본 발명의 실시예 6에서 플라스틱 레진에 필요한 특성은 경화되어 퀀텀 로드(460-2)의 배열을 지지하고, 빛을 투과시키는 특성을 가지면 충분하며, 빛의 투과율에도 제한은 없다.
지지층(460-1)의 내에 퀀텀 로드(460-2)가 일 방향으로 배열되어 있다. 퀀텀 로드(460-2)는 구형 구조를 갖는 양자점과 달리 결정구조가 헥사고날(Hexagonal), 우루차이트(wurtzite) 및 징크블랜드(Zincbland) 중 어느 한 구조로 형성된다. 퀀텀 로드(460-2)는 일축 방향으로 결정이 성장하여 막대(rod) 형상을 갖고, 그 크기에 따라 다른 파장의 빛을 낸다.
퀀텀 로드(460-2)는 나노크기의 II-VI, III-V, I-III-VI, IV-VI 반도체 입자가 코어 (core)를 이루는 입자를 말하며, 코어를 보호하기 위한 쉘 (shell)을 포함한다. 또한, 분산을 돕기 위한 유기결합체(ligand)로 구분된다. 구체적으로 반도체 물질은 CdSe, CdS, CdTe, ZnO, ZnSe, ZnS, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, CdZnSe 및 이들의 조합으로부터 선택되는 II족-VI족 물질일 수 있다. 또한, 반도체 물질은 InAs, InP, InN, GaN, InSb, InAsP, InGaAs, GaAs, GaP, GaSb, AlP, AlN, AlAs, AlSb, CdSeTe, ZnCdSe 및 이들의 조합으로부터 선택되는 III족-V족 물질일 수 있다. 또한, 반도체 물질은 PbSe, PbTe, PbS, PbSnTe, TI2SnTe5 및 이들의 조합으로부터 선택되는 IV족-VI족 물질일 수 있다.
퀀텀 로드(460-2)는 일반적 염료에 비해 흡광계수 (extinction coefficient)가 매우 크고 양자효율 (quantum yield)도 우수하므로 강한 형광을 발생하며, 퀀텀 로드(460-2)의 직경을 조절하면 발하는 가시광선의 파장을 조절할 수 있다. 또한 퀀텀 로드(460-2)는 선편광을 내는 특성을 가지며 stark effect에 의해 외부 전기장이 인가되면 전자와 정공이 분리되어 발광을 조절할 수 있는 광학적 특성을 지니고 있다. 따라서, 이러한 특성을 이용하면 표시장치의 광효율을 향상시킬 수 있는 장점을 갖는다.
퀀텀 로드(460-2)는 코어와 쉘을 이루는 재료 및 막대의 크기 등을 조절하면 발광 색이 조절될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예 1 내지 5에 개시된 광 변환 부재(460)에 적용될 수 있도록 녹색 광을 방출 할 수 있는 적절한 재료로 이루어진 퀀텀 로드가 사용될 수 있다.
퀀텀 로드(460-2)는 중앙에서 단면을 치면 수 nm의 지름을 가지며, 수십 또는 수백 nm의 길이를 가질 수 있다. 퀀텀 로드(460-2) 중 일부는 일 방향으로부터 0도 초과 10도 이하의 각도로 비스듬하게 배열되어 있을 수도 있다. 광 변환 부재(460)에서 포함되어 있는 퀀텀 로드(460-2)의 중앙 단면의 지름은 모두 동일할 수 있다. 뿐만 아니라 실시예에 따라서는 퀀텀 로드(460-2)의 중앙 단면의 지름의 크기가 서로 다른 두 종류의 퀀텀 로드(460-2)가 포함되어 있을 수 있다. 또한, 실시예에 따라서는 퀀텀 로드(460-2)의 중앙 단면의 지름의 크기가 서로 다른 세 종류 이상의 퀀텀 로드(460-2)가 포함되어 있을 수도 있다. 퀀텀 로드(460-2)의 중앙 단면의 지름의 차이에 따라서 퀀텀 로드(460-2)의 연장 방향으로 편광시키는 빛의 파장 범위가 다르다. 그 결과 퀀텀 로드(460-2)의 중앙 단면의 지름이 다양한 실시예에서는 다양한 파장의 빛을 퀀텀 로드(460-2)의 연장 방향으로 편광시킬 수 있다.
이상과 같은 광 변환 부재(460)는 편광 특성을 가진다. 즉, 광 변환 부재(460)로 입사되는 빛은 퀀텀 로드(460-2)의 배열 방향의 빛으로 편광되어 방출된다. 광 변환 부재(460)의 투과축은 퀀텀 로드(460-2)의 배열방향과 일치한다.
광 변환 부재(460)는 퀀텀 로드(460-2)와 퀀텀 로드(460-2)를 둘러싸고 지지하는 지지층(460-1)과 지지층(460-1)의 외측에 각각 배치되어 있는 밀봉층(460-3)을 포함한다.
지지층(460-1)은 일 방향으로 연장되어 있는 홈을 포함하며, 퀀텀 로드(460-2)를 홈 내에 배열시키는 제1 지지층(460-11)과 제1 지지층(460-11)의 홈에 배열됨 퀀텀 로드(460-2)를 덮는 제2 지지층(460-12)을 포함한다. 제1 지지층(460-11)과 제2 지지층(460-12)은 동일한 물질로 형성될 수도 있지만, 서로 다른 물질로 형성될 수도 있다. 제1 지지층(460-11)과 제2 지지층(460-12)은 플라스틱 레진(plastic resin)으로 형성되어 있다. 플라스틱 레진은 폴리머나 필름을 형성하는 다양한 물질을 포함하고, 물질의 종류는 한정되지 않는다. 본 발명의 실시예 7에서 플라스틱 레진에 필요한 특성은 경화되어 퀀텀 로드(460-2)의 배열을 지지하고, 빛을 투과시키는 특성을 가지면 충분하며, 빛의 투과율에도 제한은 없다.
도 20에서 홈은 V자형(삼각형) 단면 구조를 가지며, 광 변환 부재(460)의 투과축에 평행한 방향으로 연장되어 있다. 홈의 V자형 단면 구조는 퀀텀 로드(460-2)가 일방향으로 배열되도록 가이드하는 역할을 수행한다. 도 20에서 홈에 포함되어 있는 퀀텀 로드(460-2)의 개수가 한 개 또는 두 개인 것으로 도시되어 있으나 이와 달리 많은 수의 퀀텀 로드(460-2)가 포함되어 있을 수도 있다.
밀봉층(460-3)은 지지층(460-1)의 양측에 배치되어 지지층(460-1) 및 퀀텀 로드(460-2)를 보호하는 역할을 한다. 밀봉층(460-3)은 반드시 포함되어야 하는 층은 아니며, 빛의 투과 특성이 좋은 PET(polyethylene terephthalate) 따위의 플라스틱 레진으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예 6에 따른 표시장치는 광 변환 부재(460)의 구성을 제외하고 실시예 1과 동일한 구성과 효과를 갖는다. 또한, 본 발명의 실시예 6에 따른 광 변환 부재(460)는 실시예 1 내지 5에 적용된 광 변환 부재(460) 대신 적용될 수 있다.
도 21은 본 발명의 실시예 7에 따른 제1 광원 유닛 및 제2 광원 유닛을 이용한 필드 순차 구동 방식에 의한 풀컬러 구현 원리를 나타낸 도면이다.
하기에서 본 발명의 실시예 7에 표시장치는 필드 순차 구동 방식(field sequential) 방식이 적용된다.
도 2 및 도 21을 참조하면, 본 발명의 실시예 7에 따른 표시장치는 제1 광원 유닛(453) 및 제2 광원 유닛(454)을 포함한다. 제1 광원 유닛(453)은 표시패널(200)로 400nm 내지 500nm의 파장 범위를 갖는 제1 서브 광(B)을 제공한다. 제1 서브 광(B)은 청색 광에 해당한다. 제2 광원 유닛(454)은 표시패널(200)로 580nm 내지 670nm의 파장 범위를 갖는 제2 서브 광(R)을 제공한다. 제2 서브 광(R)은 적색 광에 해당한다. 표시패널(200)은 프레임 단위의 영상을 표시하고, 제1 및 제2 광원 유닛(453, 454)들은 프레임을 시간적으로 구분한 제1 및 제2 서브 필드 동안 각각 제1 및 제2 서브 광(B, R)을 표시패널(200)로 공급한다.
예를 들면, 광원 구동부(미도시)는 제1 광원 유닛(453) 및 제2 광원 유닛(454)을 교대로 턴 온 시킬 수 있다. 제1 서브 필드에 제1 광원 유닛(453)이 턴 온 (turn-on)되고, 제2 광원 유닛(454)이 턴 오프 (turn-off)된다. 제2 서브 필드에 제1 광원 유닛(453)이 턴 오프 되고 제2 광원 유닛(454)이 턴 온 된다. 제1 서브 필드 및 제2 서브 필드의 시간 간격은 동일할 수 있다. 이와 달리 제1 서브 필드 및 제2 서브 필드의 시간 간격은 서로 상이할 수 있다. 즉, 표시패널(200)은 필드 순차 구동(Field Sequential Display, FSD) 방식에 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예 7에 따른 표시장치는 제1 광원 유닛(453) 및 제2 광원 유닛(454)의 구성 및 필드 순차 구동 방식을 제외하고 실시예 1과 동일한 구성과 효과를 갖는다.
한편, 도면에는 도시되지 않았지만, 광 변환 부재(460)는 표시패널(200) 내부의 컬러필터(미도시) 하부에 배치될 수 있다. 광 변환 부재(460)가 컬러필터 하부에 배치될 경우, 보호층(461)을 제외하고 광 변환층(462)만 컬러필터 하부에 배치된다.
도 22 는 본 발명의 실시예 8에 따른 표시패널 및 백라이트 유닛을 설명하기 위한 개념 단면도이다. 도 23은 본 발명의 실시예 9에 따른 표시패널 및 백라이트 유닛을 설명하기 위한 개념 단면도이다.
도 22를 참조하면, 표시패널(200)은 제1 기판(210), 제1 기판(210)과 대향 배치된 제2 기판(220), 제1 기판(210)과 제2 기판(220) 사이에 배치된 액정층(230), 제1 기판(210)과 제2 기판(220) 외면에 각각 부착된 편광판(240), 및 광 변환 부재(250)를 포함한다. 실시예 1과 달리 실시예 8에 따른 광 변환 부재(250)는 표시패널(200) 외부가 아닌 표시패널(200) 내부에 배치된다. 즉, 본 발명의 실시예 8에 따른 표시장치는 광 변환 부재(250)가 제1 기판(210)과 액정층(230) 사이에 배치된다.
또한, 실시예 9에 따른 광 변환 부재(260)도 실시예 8과 같이 표시패널(200) 내부에 배치된다. 단, 실시예 9에 따른 광 변환 부재(260)는 실시예 8과 달리 제2 기판(220)과 액정층(230) 사이에 배치된다.
한편, 실시예 8과 실시예 9에 따른 광 변환 부재(250, 260)는 보호층(461)을 제외하고 광 변환층(462)만 포함할 수 있다.
이와 같이 광 변환 부재(250, 260)가 표시패널(200) 내부에 배치되어도 표시장치는 실시예 1과 동일한 효과를 가질 수 있다.
한편, 도면에는 도시되지 않았지만 광 변환 부재(250, 260)는 제1 편광판(241)의 외측에 배치되거나 제1 편광판(241)과 제1 기판(210) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 도면에는 도시되지 않았지만 광 변환 부재(250, 260)는 제2 편광판(242) 외측에 배치되거나 제2 편광판(242)과 제2 기판(220) 사이에 배치될 수 있다.
도 24는 본 발명의 실시예 10에 따른 광 변환 부재 및 광원을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 24를 참조하면, 본 발명의 실시예 10에 따른 광원(455)은 청색 형광체(455e)를 더 포함한다. 또한, 발광 다이오드(455b)는 자외선을 방출한다.
구체적으로, 광원(455)은 LED 패키지로 이루어진다. 광원(454)은 몰드(455a), 발광 다이오드(455b), 수지(455c), 적색 형광체(455d) 및 청색 형광체(455e)를 포함한다.
몰드(455a)는 그 내부에 발광 다이오드(455b)를 수납하는 수납 공간을 갖고, 상부가 개방된 형상을 갖는다. 몰드(455a)는 절연성 재료를 포함할 수 있다. 예를 들면, 몰드(455a)는 폴리프탈아미드(Polyphthalamide, PPA)와 같은 플라스틱을 포함할 수 있다.
발광 다이오드(455b)는 몰드(455a)의 수납 공간에 수납되어 300nm 내지 400nm의 파장 범위를 갖는 광을 출사한다. 300nm 내지 400nm의 파장 범위를 갖는 광은 자외선에 해당한다.
수지(455c)는 발광 다이오드(455b) 상에 배치되고 적색 형광체(455d)와 청색 형광체(455e)가 분산된다. 예를 들면, 수지(455c)는 몰드(455a)의 수납 공간에 채워져 발광 다이오드(455b)를 커버한다. 수지(455c)는 절연성 재료를 포함하고, 절연성 재료는 실리콘 수지 및 에폭시 수지와 같은 광 투과도를 갖는 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 발광 다이오드(455b)로부터 발생되는 자외선은 수지(455c)를 투과하여 외부로 출력되거나, 수지(455c) 내에 배치되는 적색 형광체(455d) 및 청색 형광체(455e) 측에 제공될 수 있다.
적색 형광체(455d)는 수지(455c) 내부에 분산되고, 발광 다이오드(455b)에서 출사된 자외선의 일부를 제공받아 자외선과 상이한 파장을 갖는 580nm 내지 670nm의 파장 범위를 갖는 광을 발생시킨다. 580nm 내지 670nm의 파장 범위를 갖는 광은 적색 광(R)에 해당한다. 적색 형광체(455d)는 적색 무기물 형광체일 수 있다.
청색 형광체(455e)는 수지(455c) 내부에 분산되고, 발광 다이오드(455b)에서 출사된 자외선의 일부를 제공받아 자외선과 상이한 파장을 갖는 300nm 내지 400nm의 파장 범위를 갖는 광을 발생시킨다. 300nm 내지 400nm의 파장 범위를 갖는 광은 제1 청색 광(B1)에 해당한다. 예를 들면, 청색 형광체(455e)는 450nm 파장을 주파장으로 하는 바륨(Ba), 마그네슘(Mg)과 산화 알루미늄 계열의 물질 및 유로피움(EU)의 화합물인 BAM blue 계열의 형광체일 수 있다. 다만, 청색 형광체(455e)의 종류는 예시적인 것으로 본 발명의 범위가 상기한 청색 형광체(455e)의 종류에 의해 제한되지 않음은 물론이다.
이와 같이 광원(455)은 적색 형광체(455d) 및 청색 형광체(455e)의 비율을 적절히 조절하여 발광 다이오드(455b)에서 방출된 자외선을 적색 광(R) 및 청색 광(B1)으로 변환할 수 있다.
한편, 광원(455)은 자외선 차단 필름(미도시)을 더 포함할 수 있다. 자외선 차단 필름은 광원(455)의 출사면에 배치되어 자외선이 광 변환 부재(460)로 입사되는 것을 방지할 수 있다.
이상에서 설명된 표시 장치의 실시예들은 예시적인 것에 불과하며, 본 발명의 보호범위는 본 발명 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등예를 포함할 수 있다.
100: 상부 프레임 200: 표시패널
210: 제1 기판 220: 제2 기판
230: 액정층 240: 편광판
241: 제1 편광판 242: 제2 편광판
300: 중간 프레임 400: 백라이트 유닛
410: 광학시트 420: 도광판
430: 반사 시트 440: 하부 프레임
450: 광원 유닛 451: 광원
451a: 몰드 451b: 발광 다이오드
451c: 수지 451d: 적색 형광체
451e: 렌즈 452: 회로기판
460: 광 변환 부재 461: 보호층
462: 광 변환층 462a: 고분자 수지
462b: 녹색 양자점 462c: 코어
462d: 외부 쉘 463: 튜브
464: 광 변환 물질 465: 제1 글래스
465a: 충진 홈 466: 제2 글래스
470: 확산판 L1: 제1 광
L2: 제2 광

Claims (41)

  1. 표시패널;
    상기 표시패널로 광을 제공하는 광원; 및
    상기 광원에서 출사된 광의 일부를 500nm 내지 580nm의 파장 범위를 갖는 광으로 변환시키는 광 변환 부재;를 포함하고,
    상기 광원은,
    발광 다이오드; 및
    적색 형광체를 포함하는 표시장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드는 400nm 내지 500nm의 파장 범위를 갖는 광을 출사하는 표시장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드는 300nm 내지 400nm의 파장 범위를 갖는 광을 출사하는 표시장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 광원은 청색 형광체를 더 포함하는 표시장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 광원은 상기 발광 다이오드 상에 배치되고 상기 적색 형광체가 분산된 수지를 더 포함하는 표시장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 적색 형광체는 상기 수지와 상기 적색 형광체의 총 중량 중 2 wt% 내지 30 wt% 인 표시장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 광원에서 출사된 광은 CIE 1931 색도좌표에서 0.1654 내지 0.255의 x 좌표값과 0.0258 내지 0.0734의 y 좌표값을 나타내는 표시장치.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 광원은 580nm 내지 670nm의 파장 범위를 갖는 광과 400nm 내지 500nm의 파장 범위를 갖는 광을 1:1.8 내지 1:29.5 비율로 출사하는 표시장치.
  9. 제6 항에 있어서,
    상기 광원에서 출사되는 400nm 내지 500nm의 파장 범위를 갖는 광과 상기 광 변환 부재에서 출사되는 400nm 내지 500nm의 파장 범위를 갖는 광의 비율은 1.6:1 내지 2.7:1 인 표시장치.
  10. 제6 항에 있어서,
    상기 광 변환 부재는 500nm 내지 580nm의 파장 범위를 갖는 광과 400nm 내지 500nm의 파장 범위를 갖는 광을 1:1.2 내지 1:3 비율로 출사하는 표시장치.
  11. 제5 항에 있어서,
    상기 광원은 상기 발광 다이오드와 상기 수지를 밀봉하는 렌즈를 더 포함하는 표시장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 광원이 실장된 회로기판을 더 포함하는 표시장치.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 광 변환 부재는 고분자 수지와 상기 고분자 수지에 분산된 녹색 양자점을 포함하는 표시장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 광 변환 부재는 상기 고분자 수지를 밀봉하는 보호층을 더 포함하는 표시장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 보호층은 바(bar) 형상을 갖는 튜브인 표시장치.
  16. 제14 항에 있어서,
    상기 보호층은 제1 글래스와 상기 제1 글래스와 대향 배치된 제2 글래스를 포함하는 표시장치.
  17. 제13 항에 있어서,
    상기 광 변환 부재는 상기 표시패널로 백색 광을 출사하는 표시장치.
  18. 제1 항에 있어서,
    상기 광원으로부터 방출된 광을 측면으로 입사받아 상기 표시패널로 출사하는 도광판을 더 포함하는 표시장치.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 광 변환 부재는 상기 도광판과 상기 표시패널 사이에 배치된 표시장치.
  20. 제18 항에 있어서,
    상기 도광판과 상기 표시패널 사이에 배치된 광학시트를 더 포함하는 표시장치.
  21. 제20 항에 있어서,
    상기 광 변환 부재는 상기 도광판과 상기 광학시트 사이에 배치된 표시장치.
  22. 제1 항에 있어서,
    상기 광원과 상기 표시패널 사이에 배치된 확산판을 더 포함하는 표시장치.
  23. 제22 항에 있어서,
    상기 광 변환 부재는 상기 확산판과 상기 표시패널 사이에 배치된 표시장치.
  24. 제1 항에 있어서,
    상기 적색 형광체는 질화물(Nitride)계 적색 형광체, 플루오라이드(flouoride)계 적색 형광체, 실리케이트(Silicates)계 적색 형광체, 황화물(Sulfides)계 적색 형광체, 셀레나이드(Selenides)계 적색 형광체, 산화질화물(Oxynitrides)계 적색 형광체, 몰리브데이트(Molybdates)계 적색 형광체, 탄탈레이트(Tantalates)계 적색 형광체, Carbido-Nitrides, 텅스테이트(Tungstates)계 적색 형광체, Sr2MgAl22O36:Mn4+, (Ba,Sr,Ca)2MgAl16O27:Eu2+, (Ba,Sr,Ca)2MgAl16O27:Mn2+, Sr4Al14O460:Eu2+ 및 Mg4O5.5GeF:Mn4+ 중 적어도 하나를 포함하는 표시장치.
  25. 제13 항에 있어서,
    상기 녹색 양자점은 II-IV족 반도체 입자 또는 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 입자로 이루어진 코어 및 상기 코어를 감싸는 외부 쉘을 포함하는 표시장치.
  26. 제25 항에 있어서,
    상기 코어는 CdSe, CdTe, CdS, InP, InGaP 및 InZnP 중 적어도 하나를 포함하는 표시장치.
  27. 제25 항에 있어서,
    상기 외부 쉘은 CdSe, ZnS 및 ZnSeS 중 적어도 하나를 포함하는 표시장치.
  28. 제1 항에 있어서,
    상기 표시패널은,
    제1 기판;
    상기 제1 기판과 대향 배치된 제2 기판; 및
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 배치된 액정층을 포함하는 표시장치.
  29. 제28 항에 있어서,
    상기 광 변환 부재는 상기 제1 기판과 상기 액정층 사이에 배치된 표시장치.
  30. 제28 항에 있어서,
    상기 광 변환 부재는 상기 제2 기판과 상기 액정층 사이에 배치된 표시장치.
  31. 제28 항에 있어서,
    상기 표시패널은,
    상기 제1 기판의 외측에 부착된 제1 편광판; 및
    상기 제2 기판의 외측에 부착된 제2 편광판을 더 포함하는 표시장치.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 광 변환 부재는 상기 제1 편광판의 외측에 배치된 표시장치.
  33. 제31 항에 있어서,
    상기 광 변환 부재는 상기 제1 편광판과 상기 제1 기판 사이에 배치된 표시장치.
  34. 제31 항에 있어서,
    상기 광 변환 부재는 상기 제2 편광판의 외측에 배치된 표시장치.
  35. 제31 항에 있어서,
    상기 광 변환 부재는 상기 제2 편광판과 상기 제2 기판 사이에 배치된 표시장치.
  36. 제1 항에 있어서,
    상기 광 변환 부재는 수지층과 상기 수지층 내에 일 방향으로 배열된 녹색 퀀텀 로드(Quantum Rod)를 포함하는 표시장치.
  37. 제36 항에 있어서,
    상기 녹색 퀀텀 로드는 장축 방향이 상기 일 방향과 실질적으로 동일하게 배열되는 표시장치.
  38. 제36 항에 있어서,
    상기 녹색 퀀텀 로드는 결정 구조가 헥사고날(Hexagonal), 우루차이트(wurtzite) 및 징크블랜드(Zincbland) 중 어느 하나로 이루어진 표시장치.
  39. 표시패널;
    상기 표시패널로 400nm 내지 500nm의 파장 범위를 갖는 제1 광을 제공하는 제1광원 유닛;
    상기 표시패널로 580nm 내지 670nm의 파장 범위를 갖는 제2 광을 제공하는 제2광원 유닛; 및
    상기 제1 광원 유닛에서 출사된 상기 제1 광의 일부를 500nm 내지 580nm의 파장 범위를 갖는 광으로 변환시키는 광 변환 부재;를 포함하는 표시장치.
  40. 제39 항에 있어서,
    상기 광 변환 부재는 고분자 수지, 상기 고분자 수지에 분산된 녹색 양자점을 포함하는 표시장치.
  41. 제39 항에 있어서,
    상기 표시패널은 프레임 단위의 영상을 표시하고,
    상기 제1 및 제2 광원 유닛들은 상기 프레임을 시간적으로 구분한 제1 및 제2 서브 필드 동안 각각 상기 제1 및 제2 광을 상기 광 변환 부재로 출사하는 표시장치.
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