KR20170080855A - 퀀텀로드 발광표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 퀀텀로드 발광표시장치에 관한 것으로, 특히 광효율을 극대화시킨 퀀텀로드 발광표시장치에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 퀀텀로드층을 포함하는 표시장치를 제공함으로써, 퀀텀로드 발광표시장치는 편광판을 필요로 하지 않으므로, 편광판이 구비됨으로써 휘도 특성이 저하되며, 저하된 휘도 특성을 향상시키고자 더 밝은 광원을 구비함으로써 소비전력이 증가되는 액정표시장치 대비 휘도 특성 및 저 소비전력을 구현할 수 있다.
또한, 게이트절연막과 보호층 또는 게이트절연막의 하부로 다층반사막을 구비하여, 퀀텀로드층으로부터 발광된 빛 중 백라이트 유닛을 향해 발광되는 빛을 반사시켜 재생되도록 함으로써, 광효율을 향상시키게 된다.
이를 통해, 보다 휘도 특성을 향상시킬 수 있으며, 나아가 소비전력을 저감시킬 수 있다.

Description

퀀텀로드 발광표시장치{Quantum rod luminescent display device}
본 발명은 퀀텀로드 발광표시장치에 관한 것으로, 특히 광효율을 극대화시킨 퀀텀로드 발광표시장치에 관한 것이다.
최근 정보화 시대에 발맞추어 디스플레이(display) 분야 또한 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응해서 박형화, 경량화, 저소비전력화 장점을 지닌 평판표시장치(flat panel display device : FPD)로서 액정표시장치(liquid crystal display device : LCD), 플라즈마표시장치(plasma display panel device : PDP), 전기발광표시장치(electroluminescence display device : ELD), 전계방출표시장치(field emission display device : FED) 등이 소개되어 기존의 브라운관(cathode ray tube : CRT)을 빠르게 대체하며 각광받고 있다.
이중에서도 액정표시장치는 동화상 표시에 우수하고 높은 콘트라스트비(contrast ratio)로 인해 노트북, 모니터, TV 등의 분야에서 가장 활발하게 사용되고 있다.
한편, 이러한 액정표시장치는 광원으로 백라이트 유닛을 필요로 하게 되는데, 백라이트 유닛으로부터 나온 빛량을 100이라 할 때 최종적으로 액정표시장치를 투과하여 나온 빛량은 5 내지 10 정도로 투과효율이 매우 낮은 단점을 갖는다.
따라서, 휘도를 향상시키기 위하여 소비전력이 증가되며, 더욱이 제조를 위해 요구되는 부품수가 많아 제조 비용을 저감시키는데 많은 어려움이 있다.
따라서 최근에는 이러한 액정표시장치의 저투과율의 문제를 해결하여 소비전력을 저감시키고, 상대적으로 구비되는 구성요소가 작아 제조 비용을 저감시킬 수 있는 새로운 평판표시장치가 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 편광판을 필요로 하지 않아 큰 투과 효율을 가지며, 소비전력을 저감할 수 있으면서도, 액정표시장치 대비 간단한 구성을 가져 제조 비용을 저감시킬 수 있는 표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 바와 같이 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 적색을 발광하는 제 1 화소영역과, 녹색을 발광하는 제 2 화소영역과, 청색을 발광하는 제 3 화소영역이 구비된 제 1 기판과, 상기 제 1 기판 상에 위치하며, 게이트전극, 게이트절연막을 포함하는 박막트랜지스터와, 상기 박막트랜지스터의 드레인전극을 노출하는 드레인콘택홀을 포함하며, 고굴절율층과 저굴절율층이 교대로 적층된 보호층과, 상기 보호층 상부로 위치하며, 상기 드레인콘택홀을 통해 상기 드레인전극과 접촉하는 제 1 전극과, 상기 제 1 전극 상부로 위치하며, 적, 녹, 청색을 발광하는 화소영역에 대응하여 다수의 퀀텀로드가 구비된 퀀텀로드층과, 상기 퀀텀로드층 상부로 위치하는 제 2 전극과, 상기 제 1 기판과 마주보며, 상기 제 1, 2, 3 화소영역의 경계부에 대응하여 블랙매트릭스가 구비된 제 2 기판과, 상기 제 1 기판의 하부로 구비되는 백라이트 유닛을 포함하는 퀀텀로드 발광표시장치를 제공한다.
또한, 적색을 발광하는 제 1 화소영역과, 녹색을 발광하는 제 2 화소영역과, 청색을 발광하는 제 3 화소영역이 구비된 제 1 기판과, 상기 제 1 기판 상에 위치하며, 고굴절율층과 저굴절율층이 교대로 적층된 다층반사막과, 상기 다층반사막 상에 위치하며, 게이트전극, 게이트절연막을 포함하는 박막트랜지스터와, 상기 박막트랜지스터의 드레인전극을 노출하는 드레인콘택홀을 포함하는 보호층과, 상기 보호층 상부로 위치하며, 상기 드레인콘택홀을 통해 상기 드레인전극과 접촉하는 제 1 전극과, 상기 제 1 전극 상부로 위치하며, 다수의 퀀텀로드가 구비된 퀀텀로드층과, 상기 퀀텀로드층 상부로 위치하는 제 2 전극과, 상기 제 1 기판과 마주보며, 상기 제 1, 2, 3 화소영역의 경계부에 대응하여 블랙매트릭스가 구비된 제 2 기판과, 상기 제 1 기판의 하부로 구비되는 백라이트 유닛을 포함하는 퀀텀로드 발광표시장치를 제공한다.
위에 상술한 바와 같이, 본 발명의 퀀텀로드 발광표시장치는 편광판을 필요로 하지 않으므로, 편광판이 구비됨으로써 휘도 특성이 저하되며, 저하된 휘도 특성을 향상시키고자 더 밝은 광원을 구비함으로써 소비전력이 증가되는 액정표시장치 대비 휘도 특성 및 저 소비전력을 구현하는 효과를 갖는다.
또한, 게이트절연막과 보호층 또는 게이트절연막의 하부로 다층반사막을 구비하여, 퀀텀로드층으로부터 발광된 빛 중 백라이트 유닛을 향해 발광되는 빛을 반사시켜 재생되도록 함으로써, 광효율을 향상시키게 되는 효과를 갖는다.
이를 통해, 보다 휘도 특성을 향상시킬 수 있으며, 나아가 소비전력을 더욱 저감시킬 수 있는 효과를 갖는다.
도 1a 퀀텀로드의 형태를 나타낸 도면.
도 1b는 퀀텀로드에 전기장을 인가하기 전과 후의 전자와 전공 상태를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 퀀텀로드 발광표시장치의 단면도.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 퀀텀로드 발광표시장치의 단면도.
도 4a ~ 4b는 본 발명의 제 2 실시예의 다양한 변형예에 따른 퀀텀로드 발광표시장치의 단면도.
도 5는 박막층의 적층 수에 따른 반사율을 측정한 실험결과.
도 6은 박막층의 굴절율에 따른 반사율 특성을 측정한 실험결과.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 퀀텀로드 발광표시장치의 단면도.
도 8의 그래프는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 퀀텀로드 발광표시장치의 각 화소영역 별 반사율을 측정한 실험결과.
도 9의 그래프는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 퀀텀로드 발광표시장치의 각 화소영역 별 반사율을 측정한 실험결과.
도 10의 그래프는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 퀀텀로드 발광표시장치의 각 화소영역 별 반사율을 측정한 실험결과.
본원발명은 적색을 발광하는 제 1 화소영역과, 녹색을 발광하는 제 2 화소영역과, 청색을 발광하는 제 3 화소영역이 구비된 제 1 기판과, 상기 제 1 기판 상에 위치하며, 게이트전극, 게이트절연막을 포함하는 박막트랜지스터와, 상기 박막트랜지스터의 드레인전극을 노출하는 드레인콘택홀을 포함하며, 고굴절율층과 저굴절율층이 교대로 적층된 보호층과, 상기 보호층 상부로 위치하며, 상기 드레인콘택홀을 통해 상기 드레인전극과 접촉하는 제 1 전극과, 상기 제 1 전극 상부로 위치하며, 적, 녹, 청색을 발광하는 화소영역에 대응하여 다수의 퀀텀로드가 구비된 퀀텀로드층과, 상기 퀀텀로드층 상부로 위치하는 제 2 전극과, 상기 제 1 기판과 마주보며, 상기 제 1, 2, 3 화소영역의 경계부에 대응하여 블랙매트릭스가 구비된 제 2 기판과, 상기 제 1 기판의 하부로 구비되는 백라이트 유닛을 포함하는 퀀텀로드 발광표시장치를 제공한다.
또한, 본원발명은 적색을 발광하는 제 1 화소영역과, 녹색을 발광하는 제 2 화소영역과, 청색을 발광하는 제 3 화소영역이 구비된 제 1 기판과, 상기 제 1 기판 상에 위치하며, 고굴절율층과 저굴절율층이 교대로 적층된 다층반사막과, 상기 다층반사막 상에 위치하며, 게이트전극, 게이트절연막을 포함하는 박막트랜지스터와, 상기 박막트랜지스터의 드레인전극을 노출하는 드레인콘택홀을 포함하는 보호층과, 상기 보호층 상부로 위치하며, 상기 드레인콘택홀을 통해 상기 드레인전극과 접촉하는 제 1 전극과, 상기 제 1 전극 상부로 위치하며, 다수의 퀀텀로드가 구비된 퀀텀로드층과, 상기 퀀텀로드층 상부로 위치하는 제 2 전극과, 상기 제 1 기판과 마주보며, 상기 제 1, 2, 3 화소영역의 경계부에 대응하여 블랙매트릭스가 구비된 제 2 기판과, 상기 제 1 기판의 하부로 구비되는 백라이트 유닛을 포함하는 퀀텀로드 발광표시장치를 제공한다.
여기서, 상기 백라이트 유닛은 430nm 이하의 단파장을 갖는 청색 또는 UV(ultra violet)광을 발생시키며, 상기 게이트절연막 및 보호층 또는 상기 다층반사막 및 게이트절연막은 430nm 이하의 단 파장대를 갖는 빛은 투과시키고, 상기 퀀텀로드층으로부터 형광된 450nm보다 큰 파장대를 갖는 가시광선은 반사시킨다.
또한, 상기 게이트절연막은 3λ/(4n)(λ= 빛의 파장, n=게이트절연막의 굴절율)을 만족하며, 상기 고굴절율층과 상기 저굴절율층은 산화실리콘(SiO2)과 산화티타늄(TiO2)과 산화주석(SnO2) 중 적어도 하나로 이루어진다.
그리고, 상기 게이트절연막 및 상기 보호층 또는 상기 다층반사막 및 상기 게이트절연막은 상기 제 1 화소영역에 대응하여 630nm/(4n)을 만족하며, 상기 제 2 화소영역에 대응하여 530nm/(4n)을 만족하며, 상기 제 3 화소영역에 대응하여 450nm/(4n)을 만족하며, 상기 n은 상기 게이트절연막과 상기 보호층 또는 상기 다층반사막과 상기 게이트절연막을 이루는 고굴절율층과 저굴절율층의 굴절율로 이루어지며, 상기 게이트절연막 및 상기 보호층 또는 상기 다층반사막과 상기 게이트절연막은 상기 제 1 화소영역에 대응하여 n(Red)=630nm/(4*d)을 만족하며, 상기 제 2 화소영역에 대응하여 n(Green)=530nm/(4*d)을 만족하며, 상기 제 3 화소영역에 대응하여 n(Blue)=450nm/(4*d)을 만족하며, 상기 n은 상기 게이트절연막과 상기 보호층 또는 상기 다층반사막과 상기 게이트절연막을 이루는 고굴절율층과 저굴절율층의 굴절율을 의미하며, 상기 d는 상기 상기 게이트절연막과 상기 보호층 또는 상기 다층반사막과 상기 게이트절연막을 이루는 고굴절율층과 저굴절율층의 두께를 의미한다.
이때, 상기 게이트절연막 및 상기 보호층 또는 상기 다층반사막과 상기 게이트절연막은 상기 제 2 화소영역에 대응하여 (HL)NL(H=고굴절율층, L=저굴절율층, N=적층 수)으로 적층되며, 상기 제 1 및 제 3 화소영역에 대응하여 (HL)NL(HL)N(H=고굴절율층, L=저굴절율층, N=적층 수)으로 적층되며, 상기 퀀텀로드층은 상기 제 1, 2, 3 화소영역 별로 서로 다른 크기를 갖는다.
그리고, 상기 퀀텀로드층은 각 화소영역에 동일한 크기의 퀀텀로드를 구비하며, 상기 제 2 기판에는 상기 제 1, 2, 3 화소영역에 대응하여 적, 녹, 청색 컬러필터패턴이 구비된다.
또한, 상기 퀀텀로드층은 상기 제 1 기판 상에서 각 화소영역 별로 분리 형성되거나, 또는 화상을 표시하는 표시영역 전면에 위치하며, 상기 퀀텀로드층에 구비되는 다수의 퀀텀로드는 일 방향으로 배열된다.
또한, 상기 다수의 퀀텀로드가 일방향으로 배열되는 구성은, 수평 방향의 편광비 PRh 와 수직 방향의 편광비 PRv를 각각 PRh = Ih/(Ih+Iv)PRv = Iv/(Ih+Iv) 이라 정의할 때, 상기 수평 방향의 편광비 PRh 또는 수직 방향의 편광비 PRv가 0.5보다는 크고 1보다는 작은 값을 갖는다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 1a 퀀텀로드의 형태를 나타낸 도면이며, 도 1b는 퀀텀로드에 전기장을 인가하기 전과 후의 전자와 전공 상태를 나타낸 도면이다.
도 1a에 도시한 바와 같이, 퀀텀로드(quantum rod)(100)는 중심을 이루는 코어(core)(101)와 코어(101)를 감싸는 쉘(shell)(103)로 이루어지고 있다. 이때, 도면에서는 퀀텀로드(100)는 코어(101)와 이를 감싸는 쉘(103)로 이루어지는 것을 일예로 보이고 있지만, 쉘(103)은 생략되어 코어(101)만으로 이루어질 수도 있다.
이때, 코어(101)는 그 형상이 구, 타원구, 다면체, 막대 형태 중 어느 하나로 이루어질 수 있으며, 도면에서는 일예로 구 형태를 이루는 것을 도시하였다.
한편, 코어(101)만으로 퀀텀로드(100)를 이루는 경우, 코어(101)는 타원구 또는 막대 형태를 이루는 것이 특징이다.
또한, 퀀텀로드(100)가 코어(101)를 감싸는 쉘(103)을 포함하는 경우, 코어(101)는 구, 타원구, 다면체, 막대 형태 중 어느 형태를 이룰 수 있으며, 이를 감싸는 쉘(103)은 장축과 단축을 가지며, 퀀텀로드(100)의 단축 방향으로 절단한 절단면이 원, 타원, 다각형 형태 중 어느 하나의 형태를 이룰 수 있다.
또한, 쉘(103)은 단일층 또는 다중층 구조로 가질 수 있으며, 합금(alloy), 옥사이드 계열의 물질 또는 불순물이 도핑된 물질 중 어느 하나 또는 둘 이상이 혼합된 물질로 이루어지는 것이 특징이다.
이때, 쉘(103)은 그 단축 대 장축의 비율이 1:1.1 내지 1:30의 범위를 가짐으로써 다양한 비율을 가질 수 있는 것이 특징이다.
이러한 퀀텀로드(100)의 코어(101)는 주기율 표의 Ⅱ-Ⅵ, Ⅲ-V, Ⅲ-Ⅵ, Ⅵ-Ⅳ, Ⅳ 족의 반도체, 합금 혹은 그것의 혼합된 물질로 이루어질 수 있다.
즉, 퀀텀로드(100)의 코어(101)가 주기율표의 Ⅱ-Ⅵ족으로 이루어지는 경우, CdSe, CdS, CdTe, ZnO, ZnSe, ZnS, ZnTe, HgSe, HgTe, CdZnSe 중 어느 하나로 또는 둘 이상의 물질이 혼합될 수 있다.
그리고, Ⅲ-V 족으로 이루어지는 경우, InP, InN, GaN, InSb, InAsP, InGaAs, GaAs, GaP, GaSb, AlP, AlN, AlAs, AlSb, CdSeTe, ZnCdSe 중 어느 하나로 또는 둘 이상의 물질이 혼합될 수 있다.
또한, Ⅵ-Ⅳ족으로 이루어지는 경우, PbSe, PbTe, PbS, PbSnTe, Tl2SnTe5중 어느 하나로 또는 둘 이상의 물질이 혼합될 수 있다.
이러한 물질과 비율을 갖는 퀀텀로드(100)는 동일한 물질의 코어(101)로 구성되더라도 코어(101)의 크기에 따라 형광 파장이 달라진다는 것이다. 코어(101)의 크기가 적어질수록 짧은 파장의 형광을 내며 크기가 커질수록 긴 파장의 형광을 발생시킨다. 따라서 코어(101) 크기를 조절함으로써 원하는 가시광선 영역대의 빛을 발광할 수 있는 것이 특징이다.
전술한 바와 같은 물질로 이루어지는 퀀텀로드(100)는 도 1b에 도시한 바와 같이, 코어(101) 그 자체 또는 코어(101)를 감싸는 쉘(103)은 장축과 단축을 갖는 형태를 이루고 있다.
따라서, 장축과 단축을 갖는 쉘(103) 또는 코어(101)의 장축 방향으로 전기장을 인가하기 전에는 코어(101) 내에 전자와 정공이 결합된 상태를 이루고 있지만, 쉘(103) 또는 코어(101)의 장축 방향으로 전기장이 가해지면 전자(e)와 정공(h)이 코어(101) 내부 또는 코어(101)와 쉘(103) 사이에서 공간적으로 분리됨으로써 밴드 갭의 분리를 유도할 수 있는 것이 특징이며, 이에 따라 퀀텀로드(100)로부터 발광되는 형광 또는 발광량 조절이 가능함으로써 그레이레벨을 구현할 수 있는 것이다.
이러한 퀀텀로드(100)는 자체 양자효율(quantum yield)이 이론상으로 100%가 되므로 매우 센 형광을 발생시킬 수 있는 것이 또 다른 특징이다.
이하, 전술한 특징을 갖는 퀀텀로드(100)를 이용한 본 발명의 실시예에 따른 퀀텀로드 발광표시장치의 구성에 대해 설명한다.
- 제 1 실시예 -
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 퀀텀로드 발광표시장치의 단면도로, 이웃한 3개의 화소영역을 도시하였으며, 이중 하나의 화소영역(P)에 대해서만 박막트랜지스터(DTr)를 도시하였다.
이때, 설명의 편의를 위해 각 화소영역(P) 내에 박막트랜지스터(DTr)가 구비되는 영역을 스위칭 영역(TrA)이라 정의하였다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 퀀텀로드 발광표시장치(200)는 화소영역(P) 별로 분리 형성된 제 1 전극(231)과, 화상을 표시하는 표시영역 전면에 형성된 제 2 전극(235) 그리고 제 1, 2 전극(231, 235) 사이에 개재된 퀀텀로드층(233)이 구비되는 제 1 기판(201)과, 이와 마주하는 제 2 기판(203)으로 이루어진 퀀텀로드 패널(210)과, 백라이트 유닛(220)을 포함한다.
우선, 제 1 및 2 전극(231, 235) 및 퀀텀로드층(233)이 구비되는 제 1 기판(201)의 구성에 대해 살펴보면, 투명한 절연 기판인 제 1 기판(201) 상에는 소정간격 이격되어 평행하게 구성된 다수의 게이트배선(미도시)과 게이트배선(미도시)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 데이터배선(214)이 구성되어 있다.
그리고, 각 화소영역(P)의 게이트배선(미도시)과 데이터배선(214)의 교차지점의 스위칭영역(TrA)에는 박막트랜지스터(DTr)가 형성되며, 각 화소영역(P)에는 박막트랜지스터(DTr)와 드레인콘택홀(219)을 통해 연결되며 투명 도전성 물질로 이루어진 다수의 제 1 전극(231)이 형성되어 있다.
여기서, 박막트랜지스터(DTr)는 게이트전극(211), 게이트절연막(213), 비정질 실리콘으로 이루어진 액티브층(215a)과 오믹콘택층(215b)의 으로 이루어지는 반도체층(215), 소스 및 드레인전극(217, 218)으로 이루어진다.
그리고 데이터배선(214)과 소스 및 드레인전극(217, 218) 상부에는 평탄한 표면을 갖는 보호층(300)이 구비되고 있다. 이때, 보호층(300)에는 각 화소영역(P) 별로 박막트랜지스터(DTr)의 드레인전극(218)을 노출시키는 드레인콘택홀(219)이 구비되어 있다.
여기서, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 퀀텀로드 발광표시장치(200)는 보호층(300)이 굴절율이 서로 다른 두 가지 이상의 물질 예를 들면 산화실리콘(SiO2)과 산화티타늄(TiO2)과 산화주석(SnO2) 중 어느 2가지 이상의 물질이 적어도 1회 이상 교대하며 3중층 이상의 적층구조를 이루도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
이러한 보호층(300)은 보호층(300)의 하부로 위치하는 게이트절연막(213)과 함께 백라이트 유닛(220)으로 나온 빛은 투과시키고, 퀀텀로드층(233)에서 발광된 빛은 반사시켜 재생시키는 특성을 갖는다.
즉, 게이트절연막(213)과 보호층(300)은 백라이트 유닛(220)으로부터 나온 빛에 대해서는 반사시키지 않음으로 휘도 특성에 전혀 영향을 주지 않고, 백라이트 유닛(220)으로 나온 빛을 받아들여 퀀텀로드층(233)으로부터 나온 형광된 빛에 대해서만 퀀텀로드층(233)이 위치하는 퀀텀로드 패널(210) 쪽으로 반사시킴으로써 광효율을 더욱 향상시키게 된다.
따라서, 퀀텀로드층(233)으로부터 나온 빛을 재생시키게 되므로, 광효율 즉, 인가되는 전력대비 발생된 휘도 특성을 향상시키게 된다. 이에 대해 추후 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.
또한, 보호층(300) 상부에는 각 화소영역(P) 내에 드레인콘택홀(219)을 통해 박막트랜지스터(DTr)의 드레인전극(218)과 접촉하며 투명 도전성 물질로 이루어진 제 1 전극(231)이 형성되어 있다.
그리고, 제 1 전극(231)과, 제 1 전극(231) 사이로 노출된 보호층(300) 상부에는 각 화소영역(P)의 경계 즉, 게이트배선(미도시)과 데이터배선(214)에 대응하여 제 1 전극(231)의 가장자리와 중첩하며 버퍼패턴(237)이 형성되어 있다.
그리고, 버퍼패턴(237)에 위해 둘러싸인 각 화소영역(P) 내에 제 1 전극(231) 상부에는 다수의 퀀텀로드(100)로 이루어진 퀀텀로드층(233)이 구비되고 있다.
이때, 퀀텀로드층(233)은 각각 적, 녹, 청색을 발광하는 화소영역(P)별로 서로 다른 크기의 코어(도 1b의 101)를 갖는 퀀텀로드(100)가 구비되며, 다수의 퀀텀로드(100)는 제 1 기판(201)의 표시영역 전면에 있어서 일방향으로 배열된 상태를 갖는다.
이때, 퀀텀로드(100)의 장축이 일방향으로 잘 배열된 정도 즉, 정열도 수준은 편광비(polarization ratio) 측정을 통해 알 수 있다.
수평 또는 수직 편광된 빛을 퀀텀로드층(233)을 향해 조사한 후, 검광판을 통과한 상태의 빛량을 측정함으로써 퀀텀로드층(233)의 편광 정도를 알 수 있다.
라이트 소스로부터 나온 빛량의 세기를 I, 수평 성분만을 갖는 빛을 Ih, 수직 성분만을 갖는 빛을 Iv라 정의 할 때, 통상적으로 퀀텀로드(100)의 방향성을 부여하지 않았을 경우 즉, 배향공정을 진행하지 않았을 경우, 편광비(polarization ratio) PR은,
PR = (Ih - Iv)/(Ih+Iv)
로 정의된다.
이때, 퀀텀로드층(233)이 배향공정 진행에 의해 일방향 즉, 수평 또는 수직방향으로 배열되는 경우, 수평 및 수직 방향의 편광비 PRh 및 PRv는 각각 다음과 같이 정의된다.
PRh = Ih/(Ih+Iv),
PRv = Iv/(Ih+Iv)
따라서, 퀀텀로드층(233)에 있어서 일방향으로 잘 정렬되었다 하는 것은 수평 방향의 편광비 PRh 또는 수직 방향의 편광비 PRv가 0.5보다는 크고 1보다는 작은 값을 갖는 것 즉, 0.5 < PRh 또는 PRv < 1을 만족시키는 것을 의미한다.
전술한 바와 같이, 적, 녹, 청색을 나타내는 화소영역(P) 별로 서로 다른 크기의 코어(도 1b의 101)를 갖는 퀀텀로드(100)가 구비되는 경우, 퀀텀로드(100)는 코어(도 1b의 101)의 크기에 따라 형광되는 빛의 파장이 달라지게 된다.
즉, 코어(도 1b의 101)의 크기가 작어질수록 짧은 파장의 형광을 내며 크기가 커질수록 긴 파장의 형광을 발생시킨다.
따라서, 적색을 나타내어야 하는 화소영역(P)에 대응해서는 가장 큰 코어(도 1b의 101) 크기를 갖는 퀀텀로드층(233a)을 형성하고, 그리고 녹색과 청색을 나타내어야 하는 화소영역(P)에 대해서는 순차적으로 적색을 나타내는 화소영역(P)에 구비되는 퀀텀로드(100)의 코어(도 1b의 101) 크기보다 작은 크기의 퀀텀로드(100)를 구비한 퀀텀로드층(233b, 233c)이 형성된 것이 특징이다.
이러한 퀀텀로드층(233) 상부로, 퀀텀로드층(233)으로 전압을 인가하기 위한 제 2 전극(235)이 위치한다.
이러한 구성을 포함하는 제 1 기판(201)에 대응하여 마주보는 제 2 기판(203)의 내면으로는 화소영역(P)의 경계 및 박막트랜지스터(DTr)가 형성된 부분에 대응하여 블랙매트릭스(241)가 형성되어 있다.
한편, 이러한 구성을 갖는 퀀텀로드 패널(210)의 하부 더욱 정확히는 제 1 기판(201)의 외측면에는 퀀텀로드층(233)으로 빛을 공급하는 백라이트 유닛(220)이 구비되고 있다.
이때, 백라이트 유닛(220)은 광원(221)과, 반사판(223)과, 반사판(223) 상에 안착되는 도광판(225) 그리고 이의 상부로 위치하는 다수의 광학시트(227)를 포함하여 구성된다.
광원(221)은 본 발명의 특징 상 450nm보다 작은 즉, 단 파장대의 빛 예를 들면 청색 가시광선 또는 UV광을 발생시키는 것으로, CCFL(cold cathode fluorescent lamp)와 EEFL(external electrode fluorescent lamp)를 포함하는 형광램프 또는 LED(light emit diode) 중에서 선택된 하나로 이루어질 수 있으며, 도면에서는 일예로 LED로 이루어진 것을 도시하였다.
광원(221)은 도광판(225)의 입광부와 대면하도록 도광판(225)의 일측에 위치하며, 도광판(225)은 광원(221)으로부터 입사된 광을 여러 번의 전반사에 의해 그 내부를 진행하도록 하면서 도광판(225) 면내로 고르게 퍼지도록 하여, 퀀텀로드 패널(210)에 면광원을 제공하게 된다.
또한, 반사판(223)은 도광판(225)의 배면에 위치하여, 도광판(225)의 배면을 통과한 광을 퀀텀로드 패널(210) 쪽으로 반사시킴으로써 광의 휘도를 향상시키게 된다.
그리고 도광판(225) 상부에 구비된 광학시트(227)는 확산시트와 적어도 하나의 집광시트를 포함한다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 퀀텀로드 발광표시장치(200)는 백라이트 유닛(220)으로 나온 빛을 퀀텀로드 패널(210)의 퀀텀로드층(233)이 흡수하여 내부적으로 전자와 정공의 재결합이 이루어져 빛을 형광시키게 된다.
이때, 퀀텀로드층(233) 하부 및 상부에 위치하는 제 1 및 제 2 전극(231, 235)에 전압을 인가하여 전기장을 세기를 달리하여 발생시킴으로써, 퀀텀로드층(233) 내의 다수의 퀀텀로드(100) 내부에서 전자와 정공의 재결합율을 조절하여 그레이 레벨을 표시하게 되며, 퀀텀로드층(233)은 화소영역(P)별로 퀀텀로드(100)의 크기를 달리함으로써 적, 녹, 청색을 발생시킬 수 있으므로 풀 컬러를 구현할 수 있으므로 풀 컬러의 화상을 표시할 수 있다.
이러한 퀀텀로드 발광표시장치(200)는 별도의 컬러필터층을 필요로하는 액정표시장치 대비 구성을 간소화할 수 있고, 또한 편광판을 필요로 하지 않음으로써 휘도 및 투과율 특성이 우수하며, 또한 저 소비전력의 특성을 가질 수 있다.
특히, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 퀀텀로드 발광표시장치(200)는 보호층(300)이 굴절율이 서로 다른 두 가지 이상의 물질이 적어도 1회 이상 교대하며 3중층 이상의 적층구조를 이루도록 형성하여, 보호층(300) 하부로 위치하는 게이트절연막(213)과 보호층(300)을 통해 백라이트 유닛(220)으로 나온 빛은 투과시키고, 퀀텀로드 패널(210)의 퀀텀로드층(233)에서 발광된 빛은 반사시켜 재생시키게 되므로, 퀀텀로드 발광표시장치(200)의 광효율을 향상시키게 된다.
즉, 보호층(300)과 게이트절연막(213)은 백라이트 유닛(220)으로부터 나온 빛에 대해서는 반사시키지 않음으로 휘도 특성에 전혀 영향을 주지 않고, 백라이트 유닛(220)으로 나온 빛을 받아들여 퀀텀로드층(233)으로부터 나온 형광된 빛에 대해서만 퀀텀로드층(233)이 위치하는 퀀텀로드 패널(210) 쪽으로 반사시킴으로써 광효율을 더욱 향상시키게 된다.
- 제 2 실시예 -
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 퀀텀로드 발광표시장치의 단면도로, 이웃한 3개의 화소영역을 도시하였으며, 이중 하나의 화소영역(P)에 대해서만 박막트랜지스터(Tr)를 도시하였다.
그리고, 도 4a ~ 4b는 본 발명의 제 2 실시예의 다양한 변형예에 따른 퀀텀로드 발광표시장치의 단면도이다.
또한, 도 5는 박막층의 적층 수에 따른 반사율을 측정한 실험결과이며, 도 6은 박막층의 굴절율에 따른 반사율 특성을 측정한 실험결과이다.
한편, 중복된 설명을 피하기 위해 앞서의 앞서 전술한 제 1 실시예의 설명과 동일한 역할을 하는 동일 부분에 대해서는 동일 부호를 부여하며, 제 2 실시예에서 전술하고자 하는 특징적인 내용만을 살펴보도록 하겠다.　
도시한 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 퀀텀로드 발광표시장치(200)는 화소영역(P) 별로 분리 형성된 제 1 전극(231)과, 화상을 표시하는 표시영역 전면에 형성된 제 2 전극(235) 그리고 제 1, 2 전극(231, 235) 사이에 개재된 퀀텀로드층(233)이 구비되는 제 1 기판(201)과, 이와 마주하며 블랙매트릭스(241)가 형성된 제 2 기판(203)으로 이루어진 퀀텀로드 패널(210)과, 백라이트 유닛(220)을 포함한다.
여기서, 퀀텀로드 패널(210)은 제 1 기판(201) 상의 게이트배선(미도시) 및 데이터배선(214)이 교차하여 정의되는 스위칭영역(TrA)에 구비되는 박막트랜지스터(DTr)와, 보호층(216), 박막트랜지스터(DTr)와 드레인콘택홀(219)을 통해 연결되는 제 1 전극(231), 제 1 전극(231) 상부로 위치하는 퀀텀로드층(233)과 퀀텀로드층(233) 상부로 위치하는 제 2 전극(235)을 포함한다.
이때, 박막트랜지스터(DTr)는 게이트전극(211), 게이트절연막(213), 비정질 실리콘으로 이루어진 액티브층(215a)과 오믹콘택층(215b)으로 이루어지는 반도체층(215), 소스 및 드레인전극(217, 218)으로 이루어진다.
이때, 데이터배선(214) 하부에는 액티브층(120a)과 오믹콘택층(120b)을 이루는 동일한 물질로 더미패턴이 형성됨을 보이고 있지만, 이는 제조 공정적 특징에 의해 일예를 보인 것이며, 더미패턴은 생략될 수도 있다.
그리고, 도면에 있어서 박막트랜지스터(DTr)는 비정질실리콘으로 이루어진 액티브층(215a)과 오믹콘택층(215b)의 반도체층(215)을 포함하여 게이트전극(211)이 가장 하부에 위치하는 보텀 게이트(bottom gate) 타입을 이루는 것을 일예로 보이고 있지만, 폴리실리콘을 이용한 반도체층을 구비함으로써 폴리실리콘의 반도체층과, 게이트절연막과, 게이트전극과, 층간절연막과, 폴리실리콘의 반도체층과 접촉하며 서로 이격하는 소스 및 드레인전극이 순차 적층된 구조를 갖는 탑 게이트(top gate) 타입으로 이루어 질 수도 있다.
이러한 탑 게이트 타입의 박막트랜지스터가 구비되는 경우, 게이트배선은 게이트전극이 형성된 게이트절연막 상부에 구비되며, 데이터배선은 층간절연막 상에 구비된다.
여기서, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 퀀텀로드 발광표시장치(200)는 제 1 기판(201) 상부 즉, 제 1 기판(201)과 게이트절연막(213) 사이로 굴절율이 서로 다른 두 가지 이상의 물질 예를 들면 산화실리콘(SiO2)과 산화티타늄(TiO2)과 산화주석(SnO2) 중 어느 2가지 이상의 물질이 적어도 1회 이상 교대하며 3중층 이상의 적층구조를 이루는 다층반사막(400)이 형성되는 것을 특징으로 한다.
이러한 다층반사막(400)은 상부의 게이트절연막(213)과 함께 백라이트 유닛(220)으로 나온 빛은 투과시키고, 퀀텀로드 패널(210)의 퀀텀로드층(233)에서 발광된 빛은 반사시켜 재생시키는 특성을 갖는다.
따라서, 퀀텀로드층(233)으로부터 나온 빛을 재생시키게 되므로, 광효율 즉, 인가되는 전력대비 발생된 휘도 특성을 향상시키게 된다.
한편, 도면에서는 퀀텀로드층(233)은 각 화소영역(P)별로 분리 형성된 것을 일예로 보이고 있지만, 변형예로서 도 4a와 도 4b에 도시한 바와 같이, 퀀텀로드층(233)은 다수의 화소영역(P)이 구비되는 표시영역 전면에 형성될 수도 있으며, 이 경우 각 화소영역(P)의 경계에 구비되는 버퍼패턴(237)을 생략된다.
그리고, 제 2 기판(203)의 내측면에는 화소영역(P)의 경계 및 박막트랜지스터(DTr)가 형성된 부분에 대응하여 블랙매트릭스(241)가 형성되어 있는데, 도 4a에 도시한 바와 같이 퀀텀로드층(233)이 표시영역 전면에 형성되는 경우 빛샘 방지를 위해 반드시 구비되어야 하며, 퀀텀로드층(233)이 각 화소영역(P)별로 분리 형성되는 경우에는 생략될 수도 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 있어서는 제 2 기판(203)의 내측면에 블랙매트릭스(241)만이 구비된 것을 보이고 있지만, 퀀텀로드층(233)이 각 화소영역(P)별로 모두 동일한 크기를 갖는 코어(도 1b의 101)를 갖는 퀀텀로드(100)로 이루어진 경우, 도 4b에 도시한 바와 같이, 풀 컬러(full color) 구현을 위해 블랙매트릭스(241)로 둘러싸인 영역에 대응하여 이웃하는 3개의 화소영역(P)에 순차 반복하는 형태로 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(243a, 243b, 243c)이 대응되는 컬러필터층(243)이 구비될 수도 있다.
그리고, 도면에 나타내지 않았지만, 이러한 블랙매트릭스(241)와 컬러필터층(243) 상부로 오버코트층(미도시)이 상기 제 2 기판(203) 전면에 구비될 수 있다.
여기서, 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예의 게이트절연막(213)은 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)으로 이루어지는데, 이러한 게이트절연막(213)을 보호층(도 2의 300) 또는 다층반사막(400)과 함께 퀀텀로드층(233)으로부터 발광된 빛을 반사시키기 위해서는 게이트절연막(213)은 λ/(4n)을 만족해야 한다.
그러나, 게이트절연막(213)을 λ/(4n)을 만족하도록 형성하기 위해서는 게이트절연막(213)의 두께가 너무 얇게 형성될 수 있어, 게이트절연막(213) 자체의 역할을 구현할 수 없으므로, 게이트절연막(213)의 두께는 3λ/(4n)을 만족하도록 하는 것이 바람직하다.
여기서, 중심파장(530nm)에 대응하는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 게이트절연막(213)과 보호층(도 2의 300) 그리고 본 발명의 제 2 실시예에 따른 게이트절연막(213)과 다층반사막(400)의 적층 구조에 대해 살펴보면, 도 5의 그래프를 참조하면 박막층의 적층 수가 증가할수록 반사율이 증가하는 것을 확인할 수 있다.
이때, 게이트절연막(213)이 질화실리콘(SiNx)으로 이루어지며, 209nm의 두께를 가지며, 저굴절율을 갖는 박막층(이하, 저굴절율층이라 함)이 1.5의 굴절율을 갖는 산화실리콘(SiO2)으로 이루어지고, 고굴절율을 갖는 박막층(이하 고굴절율층이라 함)이 1.9의 굴절율을 갖는 산화티타늄(TiO2)으로 이루어진다.
여기서, N은 N pair로, N = 2는 제 1 박막층/제 2 박막층/ 제 1 박막층/제 2 박막층이 적층된 구조를 의미한다.
즉, 저굴절율층과 고굴절율층이 각각 4개씩 교대하여 적층될 경우 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따른 퀀텀로드 발광표시장치(200)는 67%의 반사율을 확보할 수 있게 된다.
67%의 반사율은 퀀텀로드 발광표시장치(200)의 퀀텀로드층(233)으로부터 나온 빛을 67% 반사시켜 재생시키게 됨을 의미하므로, 퀀텀로드 발광표시장치(200)의 광효율을 매우 크게 향상시키게 된다.
도 6의 그래프와 [표 1]은 박막층의 굴절율에 따른 반사율 특성을 측정한 실험결과이다.
이때, 게이트절연막(213)이 질화실리콘(SiNx)으로 이루어지며, 209nm의 두께를 가지며, 보호층(도 2의 300) 또는 다층반사막(400)은 저굴절율층과 고굴절율층이 각각 4개씩 교대하여 적층되었다.
여기서, 저굴절율층과 고굴절율층의 박막층은 λ/4 두께를 만족한다.
아래 [표 1]에서 H층은 고굴절율층을 의미하며, L층은 저굴절율층을 의미한다.
nH
(H층의 굴절율)		 nL
(L층의 굴절율)		 Δn = (nH-nL)
A 1.8 1.5 0.3
B 1.9 1.5 0.4
C 2.0 1.5 0.5
D 2.2 1.5 0.7
E 2.4 1.5 0.9
도 6의 그래프와 위의 [표 1]을 참조하면, 박막층의 굴절율 차인 Δn 이 클수록 적층구조에서 높은 반사율을 구현할 수 있는 것을 확인할 수 있다.
또한, 반사대역폭이 커지게 된다.
따라서, 굴절율차가 클수록 적은 적층으로 높은 반사특성을 구현할 수 있다.
즉, 고굴절율층과 저굴절율층의 굴절율차가 클수록 고굴절율층과 저굴절율층을 적은 적층으로 형성할 수 있음을 의미한다.
여기서, 도 5와 도 6의 그래프를 살펴보면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 게이트절연막(213) 및 보호층(도 2의 300)과 본 발명의 제 2 실시예에 따른 게이트절연막(213) 및 다층반사막(400)은 450nm 보다 작은 단 파장대의 빛에 대해서는 반사율이 매우 낮은 것을 확인할 수 있는데, 이를 통해, 백라이트 유닛(220)의 광원으로부터 발생된 450nm 보다 작은 파장대를 갖는 청색 가시광선이나 UV는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 게이트절연막(213) 및 보호층(도 2의 300)과 본 발명의 제 2 실시예에 따른 게이트절연막(213) 및 다층반사막(400)을 통과하게 됨을 확인할 수 있다.
즉, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 게이트절연막(213)과 보호층(도 2의 300) 그리고 본 발명의 제 2 실시예에 따른 게이트절연막(213)과 다중반사막(400)은 고굴절율층과 저굴절율층을 교대하여 적층함으로써, 백라이트 유닛(220)으로부터 나오는 빛은 투과하고, 퀀텀로드 패널(210)의 퀀텀로드층(233)으로부터 나온 빛은 반사하여 재생시키게 되므로, 퀀텀로드 발광표시장치(200)의 광효율을 향상시키게 된다.
이때, 고굴절율층과 저굴절율층의 박막층의 적층 개수가 많으면 많을수록 반사율을 향상시킬 수 있으며, 또한 굴절율차가 큰 고굴절율층과 저굴절율층을 교대로 적층하여 형성할 경우에도 퀀텀로드층(233)으로부터 나온 빛의 반사율을 향상시킬 수 있다.
- 제 3 실시예 -
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 퀀텀로드 발광표시장치의 단면도로, 이웃한 3개의 화소영역을 도시하였으며, 이중 하나의 화소영역(P)에 대해서만 박막트랜지스터(DTr)를 도시하였다.
한편, 중복된 설명을 피하기 위해 앞서의 앞서 전술한 제 1 및 제 2 실시예의 설명과 동일한 역할을 하는 동일 부분에 대해서는 동일 부호를 부여하며, 제 3 실시예에서 전술하고자 하는 특징적인 내용만을 살펴보도록 하겠다.　
도시한 바와 같이, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 퀀텀로드 발광표시장치(200)는 화소영역(P) 별로 분리 형성된 제 1 전극(231)과, 화상을 표시하는 표시영역 전면에 형성된 제 2 전극(235) 그리고 제 1, 2 전극(231, 235) 사이에 개재된 퀀텀로드층(233)이 구비되는 제 1 기판(201)과, 이와 마주하며 블랙매트릭스(241)가 형성된 제 2 기판(203)으로 이루어진 퀀텀로드 패널(210)과, 백라이트 유닛(220)을 포함한다.
여기서, 퀀텀로드 패널(210)은 제 1 기판(201) 상의 게이트배선(미도시) 및 데이터배선(214)이 교차하여 정의되는 스위칭영역(TrA)에 구비되는 박막트랜지스터(DTr)와, 보호층(300), 박막트랜지스터(DTr)와 드레인콘택홀(219)을 통해 연결되는 제 1 전극(231), 제 1 전극(231) 상부로 위치하는 퀀텀로드층(233)과 퀀텀로드층(233) 상부로 위치하는 제 2 전극(235)을 포함한다.
이때, 박막트랜지스터(DTr)는 게이트전극(211), 게이트절연막(213), 비정질 실리콘으로 이루어진 액티브층(215a)과 오믹콘택층(215b)으로 이루어지는 반도체층(215), 소스 및 드레인전극(217, 218)으로 이루어진다.
여기서, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 퀀텀로드 발광표시장치(200)는 보호층(300)이 굴절율이 서로 다른 두 가지 이상의 물질 예를 들면 산화실리콘(SiO2)과 산화티타늄(TiO2)과 산화주석(SnO2) 중 어느 2가지 이상의 물질이 적어도 1회 이상 교대하며 3중층 이상의 적층구조를 이루도록 형성되며, 각 화소영역(P) 별로 서로 다른 두께를 갖는 것을 특징으로 한다.
즉, 적색을 발광하는 화소영역은 적색의 중심파장인 630nm에 대응하는 최적의 반사율을 갖도록 형성하며, 녹색을 발광하는 화소영역은 녹색의 중심파장인 530nm에 대응하는 최적의 반사율을 갖도록 형성하며, 청색을 발광하는 화소영역은 청색의 중심파장인 450nm에 대응하는 최적의 반사율을 갖도록 형성하는 것이다.
여기서, 게이트절연막(213)과 보호층(300)이 고굴절율층과 저굴절율층이 각각 4개씩 교대로 적층될 경우, 적색을 발광하는 화소영역에 대응해서는 게이트절연막(213)과 보호층(300)의 박막층들이 630nm/(4n)을 만족하도록 형성하고, 녹색을 발광하는 화소영역에 대응해서는 게이트절연막(213)과 보호층(300)의 박막층들이 530nm/(4n)을 만족하도록 형성하고, 청색을 발광하는 화소영역에 대응해서는 게이트절연막(213)과 보호층(300)의 박막층들이 450nm/(4n)을 만족하도록 형성하는 것이다.
여기서, 고굴절율층이 1.9의 굴절율을 갖는 산화티타늄(TiO2)으로 이루어지고, 저굴절율층이 1.5의 굴절율을 갖는 산화실리콘(SiO2)으로 이루어질 경우, 적색을 발광하는 화소영역에 대응해서는 게이트절연막(213)과 보호층(300)을 630nm/(4*1.9)의 고굴절율층과 630nm/(4*1.5)의 저굴절율층을 교대로 적층하여 형성한다.
따라서, 적색을 발광하는 화소영역에서 게이트절연막(213)을 포함하는 보호층(300)의 총 두께를 940nm의 두께를 갖도록 형성할 경우, 퀀텀로드 패널(210)의 퀀텀로드층(233a)으로부터 발광되는 적색광을 효율적으로 반사시켜 재생시킬 수 있다.
또한, 녹색을 발광하는 화소영역에 대응해서는 게이트절연막(213)과 보호층(300)을 530nm/(4*1.9)의 고굴절율층과 530nm/(4*1.5)의 저굴절율층을 교대로 적층하여 형성한다.
따라서, 녹색을 발광하는 화소영역에서 게이트절연막(213)을 포함하는 보호층(300)의 총 두께를 790nm의 두께를 갖도록 형성할 경우, 퀀텀로드 패널(210)의 퀀텀로드층(233b)으로부터 발광되는 녹색광을 효율적으로 반사시켜 재생시킬 수 있다.
또한, 청색을 발광하는 화소영역에 대응해서는 게이트절연막(213)과 보호층(300)을 450nm/(4*1.9)의 고굴절율층과 450nm/(4*1.5)의 저굴절율층을 교대로 적층하여 형성한다.
따라서, 청색을 발광하는 화소영역에서 게이트절연막(213)을 포함하는 보호층(300)의 총 두께를 670nm의 두께를 갖도록 형성할 경우, 퀀텀로드 패널(210)의 퀀텀로드층(233c)으로부터 발광되는 청색광을 효율적으로 반사시켜 재생시킬 수 있다.
도 8의 그래프는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 퀀텀로드 발광표시장치의 각 화소영역 별 반사율을 측정한 실험결과이다.
여기서, 게이트절연막(213)은 질화실리콘(SiNx)으로 이루어지며, 209nm의 두께를 가지며, 보호층(300)의 고굴절율층은 1.9의 굴절율을 갖는 산화티타늄(TiO2)으로 이루어지고, 저굴절율층은 1.5의 굴절율을 갖는 산화실리콘(SiO2)으로 적층하였다.
도 8의 그래프를 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 퀀텀로드 발광표시장치(200)는 게이트절연막(213)을 포함하여 보호층(300)이 적색을 발광하는 화소영역에 대응하여 박막층들을 630nm/(4n)을 만족하도록 형성하고, 녹색을 발광하는 화소영역에 대응해서는 박막층들이 530nm/(4n)을 만족하도록 형성하고, 청색을 발광하는 화소영역에 대응해서는 박막층들이 450nm/(4n)을 만족하도록 형성함으로써, 각 화소영역(P)에서 발광하는 적색, 녹색, 청색을 효율적으로 반사시킬 수 있는 것을 확인할 수 있다.
- 제 4 실시예 -
여기서 도 7을 참조하면, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 퀀텀로드 발광표시장치(200)는 각 적색, 녹색, 청색을 발광하는 화소영역(P)의 게이트절연막(213)을 포함하는 보호층(300)의 두께를 동일하게 형성하면서, 각 색상 별 화소영역(P)에 따른 중심파장에 대응하여 게이트절연막(213)과 보호층(300)의 박막층들의 굴절율을 서로 다르게 적용하여 형성할 수 있다.
즉, 적색을 발광하는 화소영역에 대응하여 게이트절연막(213)과 보호층(300)의 박막층들을 n(Red)=630nm(4*d)를 만족하도록 형성하고, 녹색을 발광하는 화소영역에 대응하는 게이트절연막(213)과 보호층(300)의 박막층들은 n(Green)=530nm(4*d)를 만족하도록 형성하고, 청색을 발광하는 화소영역에 대응하는 게이트절연막(213)과 보호층(300)의 박막층들은 n(blue)=450nm(4*d)를 만족하도록 형성하는 것이다.
이때, n은 각 박막층의 굴절율로, 게이트절연막(213)을 포함하는 보호층(300)의 두께를 동일하게 형성하므로, d가 동일하게 형성됨에 따라, 각 박막층들의 굴절율이 각 화소영역(P) 별로 달라지게 된다.
고굴절율층 저굴절율층 고굴절율층의 두께 저굴절율층의 두께
적색을 발광하는 화소영역에 대응되는 박막층 2.46 2.07 64nm 76nm
녹색을 발광하는 화소영역에 대응되는 박막층 2.07 1.74 64nm 76nm
청색을 발광하는 화소영역에 대응되는 박막층 1.74 1.48 64nm 76nm
위의 [표 2]를 참조하면, 적색을 발광하는 화소영역에 대응하는 게이트절연막(213)과 보호층(300)의 박막층들은 2.46의 고굴절율층과 2.07의 저굴절율층을 교대로 적층하여 형성하는 것이, 적색을 발광하는 화소영역에서 퀀텀로드층(233a)으로부터 발광되는 적색광을 보다 효율적으로 반사시켜 재생시킬 수 있다.
또한, 녹색을 발광하는 화소영역에 대응하는 게이트절연막(213)과 보호층(300)의 박막층들은 2.07의 고굴절율층과 1.74의 저굴절율층을 교대로 적층하여 형성하는 것이, 녹색을 발광하는 화소영역에서 퀀텀로드층(233b)으로부터 발광되는 녹색광을 보다 효율적으로 반사시켜 재생시킬 수 있으며, 또한 청색을 발광하는 화소영역에 대응하는 박막층들은 1.74의 고굴절율층과 1.48의 저굴절율층을 교대로 적층하여 형성하는 것이, 청색을 발광하는 화소영역에서 퀀텀로드층(233c)으로부터 발광되는 청색광을 보다 효율적으로 반사시켜 재생시킬 수 있다.
도 9의 그래프는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 퀀텀로드 발광표시장치의 각 화소영역 별 반사율을 측정한 실험결과이다.
여기서, 게이트절연막(213)은 질화실리콘(SiNx)으로 이루어지며, 209nm의 두께를 가지며, 보호층(300)의 고굴절율층은 1.9의 굴절율을 갖는 산화티타늄(TiO2)으로 이루어지고, 저굴절율층은 1.5의 굴절율을 갖는 산화실리콘(SiO2)으로 적층하였다.
도 9의 그래프를 참조하면, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 퀀텀로드 발광표시장치(200)는 게이트절연막(213)을 포함하여 보호층(300)이 동일한 두께를 갖도록 형성할 경우, 적색을 발광하는 화소영역에 대응하는 게이트절연막(213)과 보호층(300)의 박막층들은 2.46의 고굴절율층과 2.07의 저굴절율층을 교대로 적층하여 형성하고, 청색을 발광하는 화소영역에 대응하는 게이트절연막(213)과 보호층(300)의 박막층들은 2.07의 고굴절율층과 1.74의 저굴절율층을 교대로 적층하여 형성하고, 청색을 발광하는 화소영역에 대응하는 게이트절연막(213)과 보호층(300)의 박막층들은 1.74의 고굴절율층과 1.48의 저굴절율층을 교대로 적층하여 형성함으로써, 각 화소영역에서 발광하는 적색, 녹색, 청색을 효율적으로 반사시킬 수 있는 것을 확인할 수 있다.
- 제 5 실시예 -
여기서 도 7을 참조하면, 본 발명의 제 5 실시예에 따른 퀀텀로드 발광표시장치(200)는 각 적색, 녹색, 청색을 발광하는 화소영역(P)의 게이트절연막(213)을 포함하는 보호층(300)의 두께를 동일하게 형성하고, 각 색상 별 화소영역(P)에 따른 중심파장에 대응하여 게이트절연막(213)과 보호층(300)의 박막층들의 굴절율 또한 동일하게 형성하였다.
이때, 게이트절연막(213)과 보호층(300)의 각 박막층들의 구조는 녹색의 중심파장인 530nm을 주파장으로 설계할 수 있는데, 즉, 녹색을 발광하는 화소영역에 대응하여서는 게이트절연막(213)을 포함하는 보호층(300)의 박막층들을 (HL)NL 의 구조를 갖도록 형성하였으며, 적색 및 청색을 발광하는 화소영역에 대응하여서는 게이트절연막(213)을 포함하는 보호층(300)의 박막층들을 (HL)NL(HL)N의 구조를 갖도록 형성하였다.
여기서, H는 고굴절율층을 의미하며, L은 저굴절율층을 의미한다. 그리고, N은 박막층들의 적층 수를 의미한다.
이때, 각 박막층들을 5개씩 교대로 적층할 경우, 녹색 화소영역에 대응하여서는 고굴절율층과 저굴절율층이 각각 5개씩 교대로 적층하며, 또한 저굴절율을 갖는 박막층을 하나더 형성하는 것이다.
그리고, 적색 및 청색 화소영역에 대응하여서는 고굴절율층과 저굴절율층을 각각 3개씩 교대로 적층하며, 또한 고굴절율층과 저굴절율층을 각각 2개씩 교대로 적층 한 후, 3개씩 교대로 적층된 고굴절율과 저굴절율층과 2개씩 교대로 적층된 고굴절율과 저굴절율층 사이로 저굴절율층을 하나더 개재하는 것이다.
여기서, 3개씩 교대로 적층된 고굴절율과 저굴절율층과 2개씩 교대로 적층된 고굴절율과 저굴절율층 사이로 개재되는 저굴절율층은 λ/4를 만족하는데, 이러한 저굴절율층은 중심파장을 중심으로 색상을 분리하게 된다.
따라서, 도 10의 그래프와 같이, 녹색을 발광하는 화소영역에서는 퀀텀로드층(233b)로부터 발광된 녹색광을 효율적으로 반사시켜 재생시키게 되며, 또한, 적색 및 청색을 발광하는 화소영역에 대응해서는 중심파장을 중심으로 색상이 분리되어, 각각 적색 및 청색을 발광하는 화소영역에 구비된 퀀텀로드층(233a, 233c)로부터 발광된 적색 및 청색을 효율적으로 반사시켜 재생시키게 된다.
즉, 본 발명의 제 5 실시예에 따른 퀀텀로드 발광표시장치(200)는 녹색의 중심파장을 주파장으로 각 색상 별 화소영역(P)에 대응하여, 녹색을 발광하는 화소영역에 대응해서는 게이트절연막(213) 및 보호층(300)의 박막층들이 (HL)NL 의 구조를 갖도록 형성하며, 적색 및 청색을 발광하는 화소영역에 대응하여서는 게이트절연막(213)을 포함하는 보호층(300)의 박막층들을 (HL)NL(HL)N의 구조를 갖도록 형성함으로써, 각 화소영역(P)에서 발광하는 적색, 녹색, 청색을 효율적으로 반사시킬 수 있는 것을 확인할 수 있다.
아래 [표 3]은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 퀀텀로드 발광표시장치(200)의 휘도를 측정한 실험결과이다. Multimedia display tester(모델명 3298, Yokogawa)를 사용하여 측정하였다.
Sample 1 Sample 2 개선율(%)
적색을 발광하는 화소영역 52cd/m2 61cd/m2 17.3
녹색을 발광하는 화소영역 59cd/m2 73cd/m2 21.0
청색을 발광하는 화소영역 20 cd/m2 23cd/m2 15.0
위의 [표 3]에서 Sample 1은 보호층이 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)으로 이루어지거나, 포토아크릴(photo acryl) 또는 벤조사이클로부텐(BCB) 등의 유기절연물질로 이루어지는 퀀텀로드 발광표시장치를 나타내며, Sample 2는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 퀀텀로드 발광표시장치(200)로, 녹색을 발광하는 화소영역에 대응해서는 게이트절연막(213) 및 보호층(300)의 박막층들이 (HL)NL 의 구조를 갖도록 형성하며, 적색 및 청색을 발광하는 화소영역에 대응하여서는 게이트절연막(213)을 포함하는 보호층(300)의 박막층들을 (HL)NL(HL)N의 구조를 갖도록 형성하였다.
위의 [표 3]을 살펴보면, Sample 2가 Sample 1에 비해 휘도가 15 ~ 21% 개선되는 것을 확인할 수 있다.
이는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 퀀텀로드 발광표시장치(200)가 녹색의 중심파장을 주파장으로 각 색상 별 화소영역(P)에 대응하여, 녹색을 발광하는 화소영역에 대응해서는 게이트절연막(213) 및 보호층(300)의 박막층들이 (HL)NL 의 구조를 갖도록 형성하며, 적색 및 청색을 발광하는 화소영역에 대응하여서는 게이트절연막(213)을 포함하는 보호층(300)의 박막층들을 (HL)NL(HL)N의 구조를 갖도록 형성함으로써, 각 화소영역(P)에서 발광하는 적색, 녹색, 청색을 효율적으로 반사시켜 재생시킴으로써, 퀀텀로드 발광표시장치(200)의 광효율이 향상되었기 때문이다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 퀀텀로드 발광표시장치(200)는 별도의 컬러필터층을 필요로하는 액정표시장치 대비 구성을 간소화할 수 있고, 또한 저 소비전력의 특성을 가질 수 있으며, 휘도 및 투과율의 특성 또한 우수하다.
또한, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 게이트절연막(213)과 보호층(300) 그리고 본 발명의 제 2 실시예에 따른 게이트절연막(213)과 다층반사막(도 3의 400)은 고굴절율층과 저굴절율층을 교대하여 적층함으로써, 백라이트 유닛(220)으로부터 나오는 빛은 투과하고, 퀀텀로드층(233)으로부터 나온 빛은 반사하여 재생시키게 되므로, 퀀텀로드 발광표시장치(200)의 광효율을 향상시키게 된다.
이를 통해, 보다 휘도 특성을 향상시킬 수 있으며, 나아가 소비전력을 저감시킬 수 있는 효과를 갖는다.
한편, 본 발명의 제 3 내지 제 5 실시예는 게이트절연막(213)과 보호층(300)을 고굴절율층과 저굴절율층이 교대로 적층된 구조를 일예로 설명하였으나, 본 발명의 제 2 실시예와 같이 게이트절연막(213)의 하부로 다층반사막(도 3의 400)을 위치시켜, 게이트절연막(213)과 다층반사막(도 3의 400)을 고굴절율층과 저굴절율층이 교대로 적층된 구조를 갖도록 형성할 수도 있다.
본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
100 : 퀀텀로드
200 : 퀀텀로드 발광표시장치
201, 202 : 제 1 및 제 2 기판
210 : 퀀텀로드 패널
211 : 게이트전극, 213 : 게이트절연막, 214 : 데이터배선, 215 : 반도체층(215a : 액티브층, 215b : 오믹콘택층), 217, 218 : 소스 및 드레인전극
219 : 드레인콘택홀
220 : 백라이트 유닛
221 : 광원, 223 : 반사판, 225 : 도광판, 227 : 광학시트
231 : 제 1 전극, 233(233a, 233b, 233c) : 퀀텀로드층, 235 : 제 2 전극

Claims (14)

  1. 적색을 발광하는 제 1 화소영역과, 녹색을 발광하는 제 2 화소영역과, 청색을 발광하는 제 3 화소영역이 구비된 제 1 기판과;
    상기 제 1 기판 상에 위치하며, 게이트전극, 게이트절연막을 포함하는 박막트랜지스터와;
    상기 박막트랜지스터의 드레인전극을 노출하는 드레인콘택홀을 포함하며, 고굴절율층과 저굴절율층이 교대로 적층된 보호층과;
    상기 보호층 상부로 위치하며, 상기 드레인콘택홀을 통해 상기 드레인전극과 접촉하는 제 1 전극과;
    상기 제 1 전극 상부로 위치하며, 적, 녹, 청색을 발광하는 화소영역에 대응하여
    다수의 퀀텀로드가 구비된 퀀텀로드층과;
    상기 퀀텀로드층 상부로 위치하는 제 2 전극과;
    상기 제 1 기판과 마주보며, 상기 제 1, 2, 3 화소영역의 경계부에 대응하여 블랙매트릭스가 구비된 제 2 기판과;
    상기 제 1 기판의 하부로 구비되는 백라이트 유닛
    을 포함하는 퀀텀로드 발광표시장치.
  2. 적색을 발광하는 제 1 화소영역과, 녹색을 발광하는 제 2 화소영역과, 청색을 발광하는 제 3 화소영역이 구비된 제 1 기판과;
    상기 제 1 기판 상에 위치하며, 고굴절율층과 저굴절율층이 교대로 적층된 다층반사막과;
    상기 다층반사막 상에 위치하며, 게이트전극, 게이트절연막을 포함하는 박막트랜지스터와;
    상기 박막트랜지스터의 드레인전극을 노출하는 드레인콘택홀을 포함하는 보호층과;
    상기 보호층 상부로 위치하며, 상기 드레인콘택홀을 통해 상기 드레인전극과 접촉하는 제 1 전극과;
    상기 제 1 전극 상부로 위치하며, 다수의 퀀텀로드가 구비된 퀀텀로드층과;
    상기 퀀텀로드층 상부로 위치하는 제 2 전극과;
    상기 제 1 기판과 마주보며, 상기 제 1, 2, 3 화소영역의 경계부에 대응하여 블랙매트릭스가 구비된 제 2 기판과;
    상기 제 1 기판의 하부로 구비되는 백라이트 유닛
    을 포함하는 퀀텀로드 발광표시장치.
  3. 제 1 항 및 제 2 항 중 선택된 한 항에 있어서,
    상기 백라이트 유닛은 430nm 이하의 단파장을 갖는 청색 또는 UV(ultra violet)광을 발생시키는 퀀텀로드 발광표시장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 게이트절연막 및 보호층 또는 상기 다층반사막 및 게이트절연막은 430nm 이하의 단 파장대를 갖는 빛은 투과시키고, 상기 퀀텀로드층으로부터 형광된 450nm보다 큰 파장대를 갖는 가시광선은 반사시키는 퀀텀로드 발광표시장치.
  5. 제 1 항 및 제 2 항 중 선택된 한 항에 있어서,
    상기 게이트절연막은 3λ/(4n)(λ= 빛의 파장, n=게이트절연막의 굴절율)을 만족하는 퀀텀로드 발광표시장치.
  6. 제 1 항 및 제 2 항 중 선택된 한 항에 있어서,
    상기 고굴절율층과 상기 저굴절율층은 산화실리콘(SiO2)과 산화티타늄(TiO2)과 산화주석(SnO2) 중 적어도 하나로 이루어지는 퀀텀로드 발광 표시장치.
  7. 제 1 항 및 제 2 항 중 선택된 한 항에 있어서,
    상기 게이트절연막 및 상기 보호층 또는 상기 다층반사막 및 상기 게이트절연막은
    상기 제 1 화소영역에 대응하여 630nm/(4n)을 만족하며,
    상기 제 2 화소영역에 대응하여 530nm/(4n)을 만족하며,
    상기 제 3 화소영역에 대응하여 450nm/(4n)을 만족하며,
    상기 n은 상기 게이트절연막과 상기 보호층 또는 상기 다층반사막과 상기 게이트절연막을 이루는 고굴절율층과 저굴절율층의 굴절율인 퀀텀로드 발광표시장치.
  8. 제 1 항 및 제 2 항 중 선택된 한 항에 있어서,
    상기 게이트절연막 및 상기 보호층 또는 상기 다층반사막과 상기 게이트절연막은
    상기 제 1 화소영역에 대응하여 n(Red)=630nm/(4*d)을 만족하며,
    상기 제 2 화소영역에 대응하여 n(Green)=530nm/(4*d)을 만족하며,
    상기 제 3 화소영역에 대응하여 n(Blue)=450nm/(4*d)을 만족하며,
    상기 n은 상기 게이트절연막과 상기 보호층 또는 상기 다층반사막과 상기 게이트절연막을 이루는 고굴절율층과 저굴절율층의 굴절율을 의미하며, 상기 d는 상기 상기 게이트절연막과 상기 보호층 또는 상기 다층반사막과 상기 게이트절연막을 이루는 고굴절율층과 저굴절율층의 두께를 의미하는 퀀텀로드 발광표시장치.
  9. 제 1 항 및 제 2 항 중 선택된 한 항에 있어서,
    상기 게이트절연막 및 상기 보호층 또는 상기 다층반사막과 상기 게이트절연막은
    상기 제 2 화소영역에 대응하여 (HL)NL(H=고굴절율층, L=저굴절율층, N=적층 수)으로 적층되며,
    상기 제 1 및 제 3 화소영역에 대응하여 (HL)NL(HL)N(H=고굴절율층, L=저굴절율층, N=적층 수)으로 적층되는 퀀텀로드 발광표시장치.
  10. 제 1 항 및 제 2 항 중 선택된 한 항에 있어서,
    상기 퀀텀로드층은 상기 제 1, 2, 3 화소영역 별로 서로 다른 크기를 갖는 퀀텀로드를 구비한 퀀텀로드 발광표시장치.
  11. 제 1 항 및 제 2 항 중 선택된 한 항에 있어서,
    상기 퀀텀로드층은 각 화소영역에 동일한 크기의 퀀텀로드를 구비하며,
    상기 제 2 기판에는 상기 제 1, 2, 3 화소영역에 대응하여 적, 녹, 청색 컬러필터패턴이 구비된 퀀텀로드 발광표시장치.
  12. 제 1 항 및 제 2 항 중 선택된 한 항에 있어서,
    상기 퀀텀로드층은 상기 제 1 기판 상에서 각 화소영역 별로 분리 형성되거나, 또는 화상을 표시하는 표시영역 전면에 위치하는 퀀텀로드 발광표시장치.
  13. 제 1 항 및 제 2 항 중 선택된 한 항에 있어서,
    상기 퀀텀로드층에 구비되는 다수의 퀀텀로드는 일 방향으로 배열되는 퀀텀로드 발광표시장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 다수의 퀀텀로드가 일방향으로 배열되는 구성은,
    수평 방향의 편광비 PRh 와 수직 방향의 편광비 PRv를 각각 PRh = Ih/(Ih+Iv)
    PRv = Iv/(Ih+Iv) 이라 정의할 때, 상기 수평 방향의 편광비 PRh 또는 수직 방향의 편광비 PRv가 0.5보다는 크고 1보다는 작은 값을 갖는 퀀텀로드 발광표시장치.
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