KR20170104707A - 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 제1 부화소 영역, 제2 부화소 영역 및 제3 부화소 영역을 포함하는 하부 기판; 상기 하부 기판 상에 배치된 액정층; 및 상기 액정층 상에 상기 하부 기판과 대향되도록 배치된 컬러 필터 기판;을 포함하며, 상기 컬러 필터 기판은, 상기 하부 기판에 대향하는 상부 기판; 상기 상부 기판의 상기 하부 기판에 대향하는 면 상에 배치된 전극 패턴; 및 상기 전극 패턴 상에 상기 제1 부화소 영역, 상기 제2 부화소 영역 및 제3 부화소 영역에 각각 대응되도록 배치되며, 제1 양자 막대를 포함하는 제1 광 변환부, 제2 양자 막대를 포함하는 제2 광 변환부 및 제3 광 변환부;를 포함하는, 액정 표시 장치를 개시한다.

Description

액정 표시 장치 및 이의 제조 방법{Liquid crystal display apparatus and method for manufacturing the same}
본 발명의 실시예들은 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 양자 막대(quantum rod)를 포함하는 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
핸드폰, PDA, 컴퓨터, 대형 TV와 같은 각종 전자기기가 발전함에 따라 이에 적용할 수 있는 평판 표시 장치에 대한 요구가 점차 증대하고 있다. 평판 표시 장치 중 액정 표시 장치(LCD; Liquid Crystal Display)는 낮은 전력 소모, 용이한 동화상 표시 및 높은 콘트라스트비 등의 장점을 갖는다.
액정 표시 장치는 두 장의 표시 기판 사이에 배치된 액정층을 포함하며, 액정층에 전기장을 인가하여 액정 분자의 배열 방향을 변화시켜 입사광의 편광을 변화시키며, 이를 편광자와 연동시켜 화소 별로 입사광의 투과 여부를 제어함으로써 영상을 표시한다.
본 발명은 편광자 및 컬러 필터의 기능을 대신할 수 있는 정렬된 양자 막대(quantum rod)를 구비함으로써 제조 비용을 감소시키고 색재현율을 향상시킨 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나, 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예는, 제1 부화소 영역, 제2 부화소 영역 및 제3 부화소 영역을 포함하는 하부 기판; 상기 하부 기판 상에 배치된 액정층; 및 상기 액정층 상에 상기 하부 기판과 대향되도록 배치된 컬러 필터 기판;을 포함하며, 상기 컬러 필터 기판은, 상기 하부 기판에 대향하는 상부 기판; 상기 상부 기판의 상기 하부 기판에 대향하는 면 상에 배치된 전극 패턴; 및 상기 전극 패턴 상에 상기 제1 부화소 영역, 상기 제2 부화소 영역 및 제3 부화소 영역에 각각 대응되도록 배치되며, 제1 양자 막대를 포함하는 제1 광 변환부, 제2 양자 막대를 포함하는 제2 광 변환부 및 제3 광 변환부;를 포함하는, 액정 표시 장치를 개시한다.
일 실시예에 있어서, 상기 컬러 필터 기판은, 상기 상부 기판 상에 상기 전극패턴의 적어도 일부를 덮도록 배치된 배향막; 상기 전극 패턴 상의 상기 제1 광 변환부와 상기 제2 광 변환부의 사이 및 상기 제2 광 변환부와 상기 제3 광 변환층의 사이에 배치된 격벽들; 및 상기 제1 광 변환부, 상기 제2 광 변환부, 상기 제3 광 변환부 및 상기 격벽들을 덮는 평탄화층;을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 양자 막대 및 상기 제2 양자 막대는 단축 및/또는 장축 방향의 길이가 서로 다르며, 상기 제1 양자 막대 및 상기 제2 양자 막대의 장축은 소정의 방향으로 정렬될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 광 변환부, 상기 제2 광 변환부 및 상기 제3 광 변환부는 각각 상기 제1 양자 막대 및 상기 제2 양자 막대가 정렬되어 있는 방향과 실질적으로 동일한 방향으로 정렬되어 있는 액정 및 상기 제1 양자 막대, 상기 제2 양자 막대 및 상기 액정의 정렬 상태를 유지시키는 고분자 화합물을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 하부 기판의 상기 컬러 필터 기판에 대향하는 면의 반대면 상에 배치된 편광자를 더 포함하며, 상기 편광자의 편광축은 상기 제1 양자 막대 및 상기 제2 양자 막대의 정렬 방향과 실질적으로 수직일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 부화소 영역, 상기 제2 부화소 영역 및 상기 제3 부화소 영역은 각각 적색광, 녹색광 및 청색광을 방출하는 적색 부화소 영역, 녹색 부화소 영역 및 청색 부화소 영역일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 하부 기판의 상기 컬러 필터 기판에 대향하는 면의 반대면 상에 배치되며, 상기 하부 기판에 청색광을 조사하는 백라이트 유닛을 더 포함하며, 상기 제3 광 변환부는 정렬된 이방성 물질을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 하부 기판의 상기 컬러 필터 기판에 대향하는 면의 반대면 상에 배치되며, 상기 하부 기판에 자외광을 조사하는 백라이트 유닛을 더 포함하며, 상기 제3 광 변환부는 상기 제1 양자 막대 및 상기 제2 양자 막대와 단축 및/또는 장축의 방향의 길이가 다른 제3 양자 막대를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 상부 기판과 상기 전극 패턴 사이에 적어도 상기 제1 광 변환부 및 상기 제2 광 변환부에 대응되도록 배치된 노치 필터를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 노치 필터는 청색광을 차단하며 상기 제3 광 변환부에 대응되는 영역에는 배치되지 않을 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 노치 필터는 자외광을 차단하며 상기 제1 광 변환부, 상기 제2 광 변환부 및 상기 제3 광 변환부 상에 배치될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 컬러 필터 기판과 상기 액정층 사이에 배치된 공통 전극을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 배향막은 상기 격벽들에 의해 분리되며 상기 제1 부화소 영역, 상기 제2 부화소 영역 및 상기 제3 부화소 영역에 각각 배치된 복수의 패턴들을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는, 컬러 필터 기판을 형성하는 단계; 상기 컬러 필터 기판에 대향하도록 하부 기판을 배치한 후, 상기 하부 기판 및 상기 컬러 필터 기판을 합착하는 단계; 및 상기 하부 기판과 상기 컬러 필터 기판 사이에 액정을 주입함으로써 액정층을 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 컬러 필터 기판을 형성하는 단계는, 제1 부화소 영역, 제2 부화소 영역 및 제3 부화소 영역을 포함하는 상부 기판 상에 전극 패턴을 형성하는 단계; 상기 전극 패턴 상의 제1 부화소 영역, 상기 제2 부화소 영역 및 상기 제3 부화소 영역에 각각 제1 양자 막대 및 액정을 포함하는 제1 물질, 제2 양자 막대 및 상기 액정을 포함하는 제2 물질, 및 상기 액정을 포함하는 제3 물질을 형성하는 단계; 및 상기 전극 패턴에 전압을 인가함으로써, 상기 액정, 상기 제1 양자 막대 및 상기 제2 양자 막대의 장축을 소정의 방향으로 정렬시킴으로써 제1 광 변환부, 제2 광 변환부 및 제3 광 변환부를 형성하는 단계;를 포함하는, 액정 표시 장치의 제조 방법을 개시한다.
일 실시예에 있어서, 상기 전극 패턴을 형성하는 단계 후에, 상기 상부 기판 상에, 상기 전극 패턴의 적어도 일부를 덮는 배향막 및 상기 제1 부화소 영역, 상기 제2 부화소 영역 및 상기 제3 부화소 영역을 정의하는 격벽들을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 배향막을 형성하는 단계는, 상기 상부 기판 상에 상기 전극 패턴을 덮도록 상기 배향막을 구성하는 물질을 코팅하는 단계; 및 상기 배향막을 구성하는 물질을 정렬시킴으로써 상기 배향막을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 물질, 제2 물질 및 제3 물질을 형성하는 단계는, 상기 제1 양자 막대, 상기 액정 및 단량체(monomer)를 포함하는 상기 제1 물질, 상기 제2 양자 막대, 상기 액정 및 상기 단량체를 포함하는 상기 제2 물질, 및 상기 액정 및 상기 단량체를 포함하는 상기 제3 물질을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 광 변환부, 상기 제2 광 변환부, 및 상기 제3 광 변환부를 형성하는 단계는, 상기 전극 패턴에 전압을 인가하여 상기 제1 양자 막대, 상기 제2 양자 막대, 및 상기 액정을 정렬하는 단계; 및 상기 제1 물질, 상기 제2 물질 및 상기 제2 물질에 광을 조사하거나 열을 가하여, 상기 단량체를 상기 제1 양자 막대, 상기 제2 양자 막대 및 상기 액정의 정렬 상태를 유지시키는 고분자 화합물로 중합시키는 단계;를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제3 물질은 이방성 물질을 더 포함하며, 상기 제3 광 변환부를 형성하는 단계는, 상기 전극 패턴에 전압을 인가함으로써 상기 이방성 물질을 소정의 방향으로 정렬하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 전극 패턴을 형성하는 단계 전에, 상기 상부 기판 상의 적어도 상기 제1 부화소 영역 및 상기 제2 부화소 영역에 노치 필터를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 편광자 및 컬러 필터의 기능을 대신할 수 있는 정렬된 양자 막대(quantum rod)를 구비함으로써 제조 비용을 감소시키고 색재현율을 향상시킨 액정 표시 장치 및 이의 제조 방법을 제공할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 일 실시예에 따른 컬러 필터 기판을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 다른 실시예에 따른 컬러 필터 기판을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 2의 컬러 필터 기판을 포함하는 일 실시예에 따른 액정 표시 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4a 내지 도 4m은 도 3의 액정 표시 장치를 제조하는 방법을 순차적으로 나타낸 단면도들이다.
도 5는 또 다른 실시예에 따른 컬러 필터 기판을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 6a 내지 도 6c는 도 5의 컬러 필터 기판을 제조하는 방법의 일부를 순차적으로 나타낸 단면도들이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
이하의 실시예에서, 막, 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 컬러 필터 기판을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 컬러 필터 기판(1100)은 제1 부화소 영역(Sub1), 제2 부화소 영역(Sub2) 및 제3 부화소 영역(Sub3)을 포함하는 상부 기판(1110), 상부 기판(1110) 상에 배치된 전극 패턴(1120), 및 전극 패턴(1120) 상에 제1 부화소 영역(Sub1), 제2 부화소 영역(Sub2) 및 제3 부화소 영역(Sub3)에 각각 대응되도록 배치되며 제1 양자 막대(1141a)를 포함하는 제1 광 변환부(1141), 제2 양자 막대(1142a)를 포함하는 제2 광 변환부(1142) 및 제3 광 변환부(1143)를 포함한다.
액정 표시 장치는 복수의 화소들을 포함하며 복수의 화소들을 통해 화상을 표시한다. 상기 화소는 화상을 표시하는 최소 단위를 나타내며 복수의 화소들 각각은 복수의 부화소들을 포함할 수 있다. 복수의 부화소들은 각각 서로 다른 색상의 광을 방출할 수 있으며, 상기 색상들의 선택적 조합에 의해 화소는 소정의 색상의 광을 구현할 수 있다.
상기 컬러 필터 기판(1100)에 입사된 광은, 상기 컬러 필터 기판(1100)을 통과하면서 소정의 색상의 광으로 변환될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 하나의 화소는 제1 부화소 영역(Sub1), 제2 부화소 영역(Sub2) 및 제3 부화소 영역(Sub3)을 포함할 수 있으며, 컬러 필터 기판(1100)의 제1 부화소 영역(Sub1), 제2 부화소 영역(Sub2) 및 제3 부화소 영역(Sub3)을 투과한 광은 각각 제1 색상, 제2 색상 및 제3 색상의 광일 수 있다. 상기 제1 부화소 영역(Sub1), 제2 부화소 영역(Sub2) 및 제3 부화소 영역(Sub3)에는 광이 선택적으로 입사될 수 있으며, 따라서 제1 색상, 제2 색상 및 제3 색상의 광을 선택적으로 조합함으로써 소정의 색상의 광을 구현할 수 있다.
상기 제1 광 변환부(1141), 제2 광 변환부(1142) 및 제3 광 변환부(1143)는 각각 제1 부화소 영역(Sub1), 제2 부화소 영역(Sub2) 및 제3 부화소 영역(Sub3)에 대응되도록 배치되며, 제1 광 변환부(1141)는 제1 양자 막대(1141a)를 포함하고 제2 광 변환부(1142)는 제2 양자 막대(1142a)를 포함할 수 있다.
양자 막대(quantum rod)는 반도체 나노입자이며, 양자점(quantum dot)과 같이 나노 크기의 II-VI, III-V, I-III-VI, VI-IV 족의 반도체로 구성된 코어(core) 및 코어를 둘러싸고 있는 쉘(shell)을 포함할 수 있다. 상기 양자 막대는 구형 나노입자인 양자점과 달리 단축 및 장축을 포함하는 막대 형태일 수 있다.
이러한 양자 막대는 코어의 조성 및 크기에 따라 특정 밴드갭(bandgap)을 갖으며, 소정의 파장을 갖는 광을 흡수한 후 밴드갭 에너지에 대응되는 파장의 광을 방출할 수 있다.
상기 양자 막대는 입사되는 광의 파장을 변환시킬 수 있을뿐만 아니라 양자 막대의 장축을 따라 편광된 광을 방출할 수 있다. 따라서, 복수의 양자 막대들의 장축이 일 방향으로 정렬된 경우, 복수의 양자 막대들로 구성된 층은 편광자로써 기능할 수 있다.
상기 상부 기판(1110)은 유리 또는 플라스틱 등으로 구성된 기판일 수 있으며, 상부 기판(1110) 상에는 전극 패턴(1120) 및 전극 패턴(1120)을 덮는 배향막(1130)이 배치될 수 있다. 상기 전극 패턴(1120)은 인듐틴옥사이드(ITO; indium tin oxide) 등의 투명한 물질로 구성된 패터닝된 전극일 수 있으며, 전극 패턴(1120)에 전압을 인가함으로써 전극 패턴(1120) 주변에 전기장을 형성하여 제1 양자 막대(1141a) 및 제2 양자 막대(1142a) 등을 일 방향으로 정렬시킬 수 있다. 상기 제1 양자 막대(1141a) 및 제2 양자 막대(1142a)는 전기장 및 배향막(1130)의 정렬 방향에 따라 소정의 방향으로 정렬될 수 있다. 상기 전극 패턴(1120)이 패터닝되지 않은 경우, 전극 패턴에 전압을 인가하더라도 전기장이 형성되지 않을 수 있다. 따라서, 전극 패턴(1120)은 패터닝된 전극, 즉 서로 이격되어 있는 복수 개의 전극들로 구성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 복수 개의 전극들은 모두 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 배향막(1130) 상의 제1 부화소 영역(Sub1), 제2 부화소 영역(Sub2) 및 제3 부화소 영역(Sub3)에는 각각 제1 광 변환부(1141), 제2 광 변환부(1142) 및 제3 광 변환부(1143)가 배치된다. 상기 제1 광 변환부(1141)는 제1 양자 막대(1141a) 및 액정(1141b)을 포함하고, 제2 광 변환부(1142)는 제2 양자 막대(1142a) 및 액정(1142b)을 포함하며, 제3 광 변환부(1143)는 이방성 물질(1143a) 및 액정(1143b)을 포함할 수 있다. 상기 이방성 물질(1143a)은 방향에 따라 물리적으로 다른 성질을 갖는 물질을 의미하며, 제3 광 변환부(1143)에 포함된 이방성 물질(1143a)의 소정의 방향으로 정렬됨에 따라 편광 기능을 수행할 수 있는 물질을 의미한다.
액정(1141b, 1142b, 1143b)은 쌍극자(dipole) 물질로 전기장에 의해 소정의 방향으로 정렬될 수 있으며, 낮은 전압에서도 액정(1141b, 1142b, 1143b)은 용이하게 정렬될 수 있다. 즉, 제1 양자 막대(1141a), 제2 양자 막대(1142a) 및 이방성 물질(1143a)은 액정(1141b, 1142b, 1143b)이 정렬됨에 따라 액정(1141b, 1142b, 1143b)의 정렬 방향과 동일한 방향으로 정렬될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 이방성 물질(1143a)은 특정한 방향의 편광 성분만을 흡수하는 이방성 염료 또는 제1 양자 막대(1141a) 및 제2 양자 막대(1142a)와 다른 제3 양자 막대일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 이방성 염료는 요오드 분자일 수 있다.상기 정렬에 의해, 상기 컬러 필터 기판(1100)은 별도의 편광자 없이 제1 양자 막대(1141a), 제2 양자 막대(1142a) 및 이방성 물질(1143a)의 장축 방향으로 편광된 광만을 투과시키는 기능을 수행할 수 있다. 즉, 제1 내지 제3 부화소 영역(Sub1, Sub2, Sub3)에 포함된 제1 양자 막대(1141a), 제2 양자 막대(1142a), 이방성 물질(1143a) 및 액정(1141b, 1142b, 1143b)은 모두 동일한 방향으로 정렬되어 있으며, 이러한 정렬에 의해 제1 내지 제3 광 변환부(1141, 1142, 1143)는 특정 방향의 편광만을 투과시키는 편광자로써 기능할 수 있다.
상기 제1 내지 제3 부화소 영역(Sub1, Sub2, Sub3)은 각각 서로 다른 색상의 광을 방출할 수 있으며, 제1 양자 막대(1141a)와 제2 양자 막대(1142a)의 단축 및/또는 장축 방향의 길이는 서로 다를 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 양자 막대(1141a)의 장축 방향의 길이는 제2 양자 막대(1142a)의 장축 방향의 길이보다 길 수 있으며, 제1 광 변환부(1141)로부터 방출되는 광의 파장은 제2 광 변환부(1142)로부터 방출되는 광의 파장보다 길 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제3 광 변환부(1143)는 이방성 물질(1143a)을 포함하며, 이방성 물질(1143a)이 색변환을 하지 않고 정렬된 상태에서 특정 편광의 광만을 투과하는 물질인 경우, 컬러 필터 기판(1100)의 제3 부화소 영역(Sub3)에 입사되는 광은 제3 광 변환부(1143)에 의해 파장이 변환되지 않고 그대로 통과될 수 있다. 또한, 상기 이방성 물질(1143a)은 제1 양자 막대(1141a) 및 제2 양자 막대(1142a)와 다른 제3 양자 막대를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제3 양자 막대의 장축 방향의 길이는 제1 양자 막대(1141a) 및 제2 양자 막대(1142a)의 장축 방향의 길이보다 길 수 있으며, 제3 양자 막대로부터 방출되는 광의 파장은 제1 광 변환부(1141) 및 제2 광 변환부(1142)로부터 방출되는 광의 파장보다 짧을 수 있다.
이러한 구성에 의해 제1 내지 제3 부화소 영역(Sub1, Sub2, Sub3)은 각각 서로 다른 색상의 광을 방출할 수 있다.
상기 전극 패턴(1120) 상의 제1 광 변환부(1141)와 제2 광 변환부(1142)의 사이 및 제2 광 변환부(1142)와 제3 광 변환부(1143)의 사이에는 각각 격벽(1150)이 배치될 수 있다. 상기 격벽(1150)은 광을 흡수하는 물질로 구성될 수 있으며, 제1 부화소 영역(Sub1), 제2 부화소 영역(Sub2) 및 제3 부화소 영역(Sub3)을 정의하는 기능을 수행할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 격벽(1150)과 배향막(1130)은 전극 패턴(1120) 상의 동일층에 배치될 수 있으며, 배향막(1130)은 격벽(1150)에 의해 서로 분리되며 제1 부화소 영역(Sub1), 제2 부화소 영역(Sub2) 및 제3 부화소 영역(Sub3)에 각각 배치된 패턴들을 포함할 수 있다.
상기 제1 내지 제3 광 변환부(1141, 1142, 1143) 및 격벽(1150) 상에는 투명한 절연 물질로 구성된 평탄화층(1160)이 배치될 수 있으며, 평탄화층(1160)에 의해 제1 내지 제3 광 변환부(1141, 1142, 1143)는 밀봉될 수 있다. 상기 평탄화층(1160)은 오버코트층 또는 평탄 기능을 수행하기에 적합한 다양한 유기물로 구성될 수 있다.
도 2는 다른 실시예에 따른 컬러 필터 기판을 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 3은 도 2의 컬러 필터 기판을 포함하는 일 실시예에 따른 액정 표시 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 액정 표시 장치(1)는 제1 부화소 영역(Sub1), 제2 부화소 영역(Sub2) 및 제3 부화소 영역(Sub3)을 포함하는 하부 기판(2200), 하부 기판(2200) 상에 배치된 액정층(2400) 및 액정층(2400) 상에 하부 기판(2200)과 대향되도록 배치된 컬러 필터 기판(2100)을 포함하며, 컬러 필터 기판(2100)은 하부 기판에 대향하는 상부 기판(2110), 상부 기판(2110)의 하부 기판(2200)에 대향하는 면 상에 배치된 전극 패턴(2120), 및 전극 패턴(2120) 상에 제1 부화소 영역(Sub1), 제2 부화소 영역(Sub2) 및 제3 부화소 영역(Sub3)에 각각 대응되도록 배치되며 제1 양자 막대(2141a)를 포함하는 제1 광 변환부(2141), 제2 양자 막대(2142a)를 포함하는 제2 광 변환부(2142) 및 제3 광 변환부(2143)를 포함한다.
상기 하부 기판(2200)은 게이트선(미도시) 및 데이터선(미도시) 등의 복수의 배선, 각각의 화소들을 구동하기 위한 스위칭 소자(미도시)를 포함하는 구동 회로부 및 화소 전극(미도시) 등을 포함하는 어레이 기판일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 하부 기판(2200)의 컬러 필터 기판(2100)에 대향하는 면의 반대면 상에는 편광자(polarizer, 2500)가 배치될 수 있다. 상기 편광자(2500)는 편광축을 포함하며, 편광자(2500)에 입사된 광 중 상기 편광축에 대응되는 성분만이 편광자(2500)를 통과할 수 있다.
상기 편광자(2500)의 하부에는 하부 기판(2200)에 광을 조사하는 백라이트 유닛(2600)이 배치될 수 있으며, 일 실시예에 따르면, 상기 백라이트 유닛(2600)은 청색광을 방출할 수 있다. 상기 청색광은 가시광 중 약 450 nm 내지 약 495 nm의 파장을 갖는 광을 의미할 수 있다.
백라이트 유닛(2600)으로부터 방출된 광은 상기 편광자(2500)에 입사되어 특정 방향으로 편광된 후 하부 기판(2200)을 통과하여 액정층(2400)에 입사될 수 있다. 액정층(2400)은 인가되는 전압에 따라 분자의 배열이 변하는 액정(2410)을 포함하며, 상기 액정(2410)의 배열에 따라 액정층(2400)에 입사된 광의 편광 방향이 달라질 수 있다. 액정층(2400)을 통과한 광은, 컬러 필터 기판(2100)에 입사될 수 있다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 컬러 필터 기판(2100)은 제1 부화소 영역(Sub1), 제2 부화소 영역(Sub2) 및 제3 부화소 영역(Sub3)을 포함하는 상부 기판(2110), 상부 기판(2110) 상에 배치된 전극 패턴(2120), 및 전극 패턴(2120) 상에 제1 부화소 영역(Sub1), 제2 부화소 영역(Sub2) 및 제3 부화소 영역(Sub3)에 각각 대응되도록 배치되며 제1 양자 막대(2141a)를 포함하는 제1 광 변환부(2141), 제2 양자 막대(2142a)를 포함하는 제2 광 변환부(2142) 및 제3 광 변환부(2143)를 포함한다.
이하에서는, 도 1의 컬러 필터 기판(1100)과의 차이점을 중심으로 도 2의 컬러 필터 기판(2100)에 대하여 설명한다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 부화소 영역(Sub1), 제2 부화소 영역(Sub2) 및 제3 부화소 영역(Sub3)은 각각 적색광, 녹색광 및 청색광을 방출하는 적색 부화소 영역, 녹색 부화소 영역 및 청색 부화소 영역일 수 있다.
상기 상부 기판(2110)과 전극 패턴(2120)의 사이에는 적어도 제1 광 변환부(2141) 및 제2 광 변환부(2142)에 대응되도록 배치된 노치 필터(2170)가 배치될 수 있다. 노치 필터(2170)는 입사되는 광 중 특정 주파수 대역의 성분만을 차단하는 필터이며, 일 실시예에 따르면, 상기 노치 필터(2170)는 청색광을 차단하며 제3 광 변환부(2143)에 대응되는 영역에는 배치되지 않을 수 있다.
상기 노치 필터(2170)는 제1 부화소 영역(Sub1) 및 제2 부화소 영역(Sub2)에 배치되어, 제1 광 변환부(2141) 및 제2 광 변환부(2142)에 의해 변환되지 않고 그대로 투과된 청색광 및 변환된 광의 스펙트럼에 포함된 청색 파장 영역을 차단할 수 있다.
상기 상부 기판(2110)과 전극 패턴(2120) 사이의 제3 광 변환부(2143)에 대응되는 영역에는 유기막(2180)이 배치될 수 있다. 상기 유기막(2180)은 투명한 물질로 구성되며, 노치 필터(2170)와 동일층에 실질적으로 동일한 두께로 형성되어 노치 필터(2170)에 의해 단차가 발생하지 않도록 하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 노치 필터(2170) 및 유기막(2180) 상에는 전극 패턴(2120) 및 배향막(2130)이 배치되며, 배향막(2130) 상에는 제1 광 변환부(2141), 제2 광 변환부(2142) 및 제3 광 변환부(2143)가 배치될 수 있다. 상기 전극 패턴(2120) 상의 상기 제1 광 변환부(2141)와 제2 광 변환부(2142)의 사이 및 제2 광 변환부(2142) 및 제3 광 변환부(2143)의 사이에는 격벽(2150)이 배치되며, 제1 내지 제3 광 변환부(2143) 및 격벽(2150) 상에는 평탄화층(2160)이 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 광 변환부(2141)는 제1 양자 막대(2141a) 및 액정(2141b)을 포함하고, 제2 광 변환부(2142)는 제2 양자 막대(2142a) 및 액정(2142b)을 포함하며, 제3 광 변환부(2143)은 이방성 물질(2143a) 및 액정(2143b)을 포함할 수 있다.
상기 제3 광 변환부(2143)는 백라이트 유닛(2600)으로부터 방출된 청색광을 그대로 통과시키거나 입사된 청색광 중 반치폭을 감소시켜 액정 표시 장치(1)의 외부로 청색광을 방출할 수 있다.
상기 제1 양자 막대(2141a) 및 제2 양자 막대(2142a)는 단축 및/또는 장축 방향의 길이가 서로 다를 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 양자 막대(2141a)의 장축 방향의 길이는 제2 양자 막대(2142a)의 장축 방향의 길이보다 길 수 있으며, 제1 양자 막대(2141a)는 입사된 청색광을 적색광으로 변환하고 제2 양자 막대(2142a)는 입사된 청색광을 녹색광으로 변환할 수 있다. 상기 제1 광 변환부(2141) 및 제2 광 변환부(2142)에 각각 포함된 제1 및 제2 양자 막대(2141a, 2142a)에 의해 변환되지 않고 그대로 투과된 청색광은 상기 노치 필터(2170)에 의해 차단되어 액정 표시 장치(1)의 외부로 방출되지 않을 수 있다.
제1 및 제2 양자 막대(2141a, 2142a)에 의해 파장이 변환된 후 외부로 방출되는 광은 좁은 반치폭을 갖는 스펙트럼을 가지며, 노치 필터(2170)에 의해 제1 부화소 영역(Sub1) 및 제2 부화소 영역(Sub2)의 적색광 및 녹색광에 대응되는 스펙트럼의 반치폭은 더욱 좁아질 수 있다. 이러한 구성에 의해, 액정 표시 장치(1)의 색재현성이 향상될 수 있다.
상기 액정(2141b, 2142b, 2143b), 제1 양자 막대(2141a), 제2 양자 막대(2142a) 및 이방성 물질(2143a)의 장축은 소정의 방향으로 정렬될 수 있으며, 상기 제1 내지 제3 광 변환부(2141, 2142, 2143)에 입사된 광 중 상기 정렬 방향에 대응되는 성분만이 제1 내지 제3 광 변환부(2141, 2142, 2143)를 통과할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 내지 제3 광 변환부(2141, 2142, 2143)는 각각 고분자 화합물(2141c, 2142c, 2143c)을 더 포함할 수 있으며, 상기 고분자 화합물(2141c, 2142c, 2143c)은 액정(2141b, 2142b, 2143b), 제1 양자 막대(2141a), 제2 양자 막대(2142a) 및 이방성 물질(2143a)의 정렬 상태를 유지시키는 기능을 수행할 수 있다. 즉, 고분자 화합물(2141c, 2142c, 2143c)은 전극 패턴(2120)에 인가된 전압 및 배향막(2130)에 의해 소정의 방향으로 정렬된 액정(2141b, 2142b, 2143b), 제1 양자 막대(2141a), 제2 양자 막대(2142a) 및 이방성 물질(2143a)이 전극 패턴(2120)이 전압이 인가되지 않는 상태에서도 정렬 상태를 유지할 수 있도록 이들의 위치를 고정시키는 역할을 수행할 수 있다.
상기 제1 내지 제3 광 변환부(2141, 2142, 2143)는 편광자와 동일한 기능을 수행하며, 따라서 액정 표시 장치(1)는 액정층(2400)의 하부에 배치된 편광자(2500)만을 포함하며, 액정층(2400)의 상부에 배치된 편광자를 포함하지 않는다.
액정 표시 장치(1)는 액정층(2400)을 사이에 두고 양 방향에 배치된 2개의 편광자를 통해 각각의 부화소의 온/오프를 제어한다. 일 실시예에 따르면, 제1 내지 제3 광 변환부(2141, 2142, 2143)가 컬러 필터의 기능뿐만 아니라 편광자의 기능 또한 수행하므로, 하나의 편광자만으로 액정 표시 장치(1)를 구동할 수 있다.
이를 통해, 액정 표시 장치(1)를 제조하는 비용을 감소시킬 수 있으며, 편광자, 이를 지지하는 지지 부재 및 접착 부재를 포함하는 약 60 μm의 두께를 갖는 편광판을 생략할 수 있어, 상기 편광판에 의해 기인하는 측면 시야각에서의 색 편이 및 휘도 저하를 개선함으로써 광시야각을 구현할 수 있다. 또한, 높은 광 흡수율을 갖는 편광판을 생략함으로써 고효율을 구현할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 양자 막대(2141a), 제2 양자 막대(2142a)및 이방성 물질(2143a)의 장축의 정렬 방향은, 하부 기판(2200)의 하부에 배치된 편광자(2500)의 편광축과 실질적으로 수직일 수 있다.
따라서, 편광자(2500)를 통과한 광 중 액정층(2400)에 의해 편광 방향이 바뀌지 않는 경우, 제1 내지 제3 광 변환부(2141, 2142, 2143)를 통과할 수 없어 오프 상태가 되며, 액정층(2400)에 의해 편광 방향이 90만큼 회전한 경우 제1 내지 제3 광 변환부(2141, 2142, 2143)를 통과할 수 있어 온 상태가 된다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 다른 액정 모드에서는 상기 제1 양자 막대(2141a), 제2 양자 막대(2142a) 및 이방성 물질(2143a)의 장축의 정렬 방향은, 하부 기판(2200)의 하부에 배치된 편광자(2500)의 편광축과 실질적으로 동일할 수도 있다.
상기 액정층(2400)은 제1 내지 제3 부화소 영역(Sub1, Sub2, Sub3)에서 각각 제어될 수 있으며, 상기 액정층(2400)의 정렬 방향에 따라 제1 내지 제3 부화소 영역(Sub1, Sub2, Sub3)은 각각 광을 방출하거나 광을 방출하지 않을 수 있다.
일 실시예에 따르면, 컬러 필터 기판(2100)과 액정층(2400)의 사이에는 공통 전극(2300)이 배치될 수 있다. 상기 공통 전극(2300)은 하부 기판(2200)에 포함된 화소 전극(미도시)과 함께 액정층(2400)에 전기장을 인가하는 역할을 수행하며, 이에 의해 액정층(2400)에 포함된 액정(2410)은 소정의 방향으로 정렬될 수 있다.
도 3에서는 상기 공통 전극(2300)이 컬러 필터 기판(2100)과 액정층(2400) 사이에 배치되고 패터닝되어 있는 경우를 예시하였지만 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 공통 전극(2300)은 하부 기판(2200)에 포함될 수도 있고 패터닝되지 않고 컬러 필터 기판(2100)의 전면 상에 배치될 수도 있다.
상술한 실시예에 따른 액정 표시 장치(1)는 1장의 편광판을 생략할 수 있어 제조 비용을 감소시키면서 고효율 및 광시야각을 구현할 수 있으며, 입사된 광의 파장을 변환시킬 수 있는 양자 막대(2141a, 2142a) 및 노치 필터(2170)를 이용하여 컬러 필터의 기능을 수행함으로써 색재현율을 향상시킬 수 있다.
도 4a 내지 도 4m은 도 3의 액정 표시 장치를 제조하는 방법을 순차적으로 나타낸 단면도들이다.
도 4a 내지 도 4m을 참조하면, 일 실시예에 따른, 액정 표시 장치(1)의 제조 방법은 컬러 필터 기판(2100)을 형성하는 단계, 컬러 필터 기판(2100)에 대향하도록 하부 기판(2200)을 배치한 후 하부 기판(2200)과 컬러 필터 기판(2100)을 합착하는 단계, 및 하부 기판(2200)과 컬러 필터 기판(2100) 사이에 액정을 주입함으로써 액정층(2400)을 형성하는 단계를 포함하며, 컬러 필터 기판(2100)을 형성하는 단계는, 제1 부화소 영역(Sub1), 제2 부화소 영역(Sub2) 및 제3 부화소 영역(Sub3)을 포함하는 상부 기판(2110) 상에 전극 패턴(2120)을 형성하는 단계, 전극 패턴(2120) 상의 제1 부화소 영역(Sub1), 제2 부화소 영역(Sub2) 및 제3 부화소 영역(Sub3)에 각각 제1 양자 막대(2141a') 및 액정(2141b')을 포함하는 제1 물질(2141'), 제2 양자 막대(2142a') 및 액정(2142b')을 포함하는 제2 물질(2142') 및 액정(2143b')을 포함하는 제3 물질(2143')을 형성하는 단계, 전극 패턴(2120)에 전압을 인가함으로써 액정(2141b', 2142b', 2143b'), 제1 양자 막대(2141a') 및 제2 양자 막대(2142a')의 장축을 소정의 방향으로 정렬시킴으로써 제1 광 변환부(2141), 제2 광 변환부(2142) 및 제3 광 변환부(2143)를 형성하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 전극 패턴(2120)을 형성하는 단계 후에 상부 기판(2110) 상에 전극 패턴(2120)의 적어도 일부를 덮는 배향막(2130) 및 제1 부화소 영역(Sub1), 제2 부화소 영역(Sub2) 및 제3 부화소 영역(Sub)을 정의하는 격벽(2150)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 제1 내지 제3 광 변환부(2141, 2142, 2143)을 형성하는 단계 후에 제1 내지 제3 광 변환부(2141, 2142, 2143) 및 격벽(2150)을 덮는 평탄화층(2160)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 상기 전극 패턴(2120)을 형성하는 단계 전에 제1 부화소 영역(Sub1), 제2 부화소 영역(Sub2) 및 제3 부화소 영역(Sub3)을 포함하는 상부 기판(2110) 상에 노치 필터(2170) 및 유기막(2180)을 형성할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 유기막(2180)을 통상의 포토리소그래피 공정 등을 통해 제3 부화소 영역(Sub3)에만 형성한 후, 제1 부화소 영역(Sub1) 및 제2 부화소 영역(Sub2)에 대응되는 개구를 포함하는 마스크를 이용하여 상부 기판(2110)의 제1 부화소 영역(Sub1) 및 제2 부화소 영역(Sub2)을 노출한 후 노출된 상부 기판(2110) 상에 노치 필터(2170)를 형성할 수 있다. 상기 노치 필터(2170)는 청색광을 차단하는 필터일 수 있으며, 노치 필터(2170)와 유기막(2180)은 동일층에 형성되고 실질적으로 동일한 두께를 갖을 수 있다.
상기 유기막(2180) 및 노치 필터(2170)를 형성하는 방법 및 순서는 상술한 바에 제한되지 않으며, 노치 필터(2170)를 먼저 형성한 후 유기막(2180)을 형성할 수도 있고 유기막(2180)을 형성하는 단계를 생략할 수도 있다.
도 4c를 참조하면, 노치 필터(2170) 및 유기막(2180) 상에 전극 패턴(2120)을 형성할 수 있다. 상기 전극 패턴(2120)은 인듐틴옥사이드(ITO; indium tin oxide) 등의 투명한 도전 물질로 구성되며 패터닝된 복수의 전극들을 포함할 수 있다.
도 4d 및 도 4e를 참조하면, 상기 상부 기판(2110) 상에 전극 패턴(2120)을 덮도록 격벽(2150)을 구성하는 물질(2150')을 코팅한 후, 상기 물질(2150')을 패터닝하여 제1 부화소 영역(Sub), 제2 부화소 영역(Sub2) 및 제3 부화소 영역(Sub3)을 정의하는 격벽(2150)을 형성할 수 있다.
상기 격벽(2150)은 광을 흡수하는 물질(2150')로 구성될 수 있으며, 상기 물질(2150')을 전극 패턴(2120) 상의 전면에 형성한 후 격벽(2150)이 형성될 영역에만 광을 조사한 후 현상(developing)을 수행할 수 있다. 상기 격벽(2150)은 현상을 통해 상기 물질 중 광이 조사되지 않은 영역을 제거함으로써 형성될 수 있다.
도 4f 및 도 4g를 참조하면, 상부 기판(2110) 상에 전극 패턴(2120)의 적어도 일부를 덮도록 배향막(2130)을 구성하는 물질(2130')을 코팅한 후, 상기 물질(2130')을 정렬시킴으로써 배향막(2130)을 형성할 수 있다. 상기 정렬 방법은 러빙(rubbing), 광 또는 이온 빔을 이용한 정렬 등의 통상의 방법이 이용될 수 있다. 상기 배향막(2130)을 구성하는 물질(2130')은 격벽(2150)에 의해 정의된 영역 내에 코팅될 수 있으며, 결과적으로 배향막(2130)은 격벽(2150)에 의해 서로 분리되어 제1 부화소 영역(Sub1), 제2 부화소 영역(Sub2) 및 제3 부화소 영역(Sub3)에 각각 배치된 패턴들을 포함할 수 있다.
도 4h를 참조하면, 격벽(2150)에 의해 정의된 제1 부화소 영역(Sub1), 제2 부화소 영역(Sub2) 및 제3 부화소 영역(Sub3)에 각각 제1 양자 막대(2141a')와 액정(2141b')을 포함하는 제1 물질(2141'), 제2 양자 막대(2142a')와 액정(2142b')을 포함하는 제2 물질(2142') 및 이방성 물질(2143a') 및 액정(2143b')을 포함하는 제3 물질(2143')을 형성할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 물질(2141'), 제2 물질(2142') 및 제3 물질(2143')은 각각 단량체(monomer, 2141c', 2142c', 2143c')를 더 포함할 수 있다.
도 4i 및 도 4j를 참조하면, 상기 제1 물질(2141'), 제2 물질(2142') 및 제3 물질(2143')을 형성한 후, 전극 패턴(2120)에 전압을 인가함으로써, 제1 양자 막대(2141a'), 제2 양자 막대(2142a'), 이방성 물질(2143a') 및 액정(2141b', 2142b', 2143b')을 정렬할 수 있으며, 상기 정렬 후 자외광 등을 조사하거나 열을 가함으로써 단량체(2141c', 2142c', 2143c')를 중합시킬 수 있다. 상기 중합에 의해 단량체(2141c', 2142c', 2143c')는 정렬된 제1 양자 막대(2141a), 제2 양자 막대(2142a), 이방성 물질(2143a') 및 액정(2141b, 2142b, 2143b)의 정렬 상태를 유지하는 고분자 화합물(2141c, 2142c, 2143c)로 변환될 수 있다.
상기 도 4h 내지 도 4j의 공정을 통해, 배향막(2130) 상에 제1 양자 막대(2141a), 액정(2141b) 및 고분자 화합물(2141c)를 포함하는 제1 광 변환부(2141), 제2 양자 막대(2142a), 액정(2142b) 및 고분자 화합물(2142c)를 포함하는 제2 광 변환부(2142), 및 이방성 물질(2143a), 액정(2143b) 및 고분자 화합물(2143c)를 포함하는 제3 광 변환부(2143)를 형성할 수 있다.
도 4k 및 도 4l을 참조하면, 배향막(2130) 상에 제1 광 변환부(2141), 제2 광 변환부(2142), 제3 광 변환부(2143) 및 격벽(2150)을 덮도록 평탄화층(2160)을 형성한 후 평탄화층(2160) 상에 공통 전극(2300)을 형성할 수 있다.
상기 평탄화층(2160)은 오버코트층 또는 다양한 종류의 투명한 유기물로 구성될 수 있으며, 제1 광 변환부(2141), 제2 광 변환부(2142) 및 제3 광 변환부(2143)를 밀봉하고 평탄화하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 공통 전극(2300)은 인듐틴옥사이드(ITO) 등의 투명 전극일 수 있으며, 상기 공통 전극(2300)에 공통 전압을 인가함으로써 제1 내지 제3 부화소 영역(Sub1, Sub2, Sub3) 각각에 배치된 화소 전극(미도시)와 함께 액정층(2400)에 전기장을 인가할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 공통 전극(2300)은 패터닝되어 있을 수 있지만, 본 발명은 이에 제한되지 않으며 공통 전극(2300)은 평탄화층(2160) 상의 전면에 배치될 수도 있다.
상기 도 4a 및 도 4k의 공정을 통해 컬러 필터 기판(2100)을 형성하고, 도 4l의 공정을 통해 컬러 필터 기판(2100) 상에 배치된 공통 전극(2300)을 형성할 수 있다.
도 4m를 참조하면, 상기 컬러 필터 기판(2100)에 대향하도록 하부 기판(2200)을 배치한 후 컬러 필터 기판(2100)과 하부 기판(2200)을 합착할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 하부 기판(2200)의 상기 컬러 필터 기판(2100)에 대향하는 면의 반대면 상에는 편광자(2500)가 배치될 수 있으며, 상기 편광자(2500)는 하부 기판(2200) 및 컬러 필터 기판(2100)을 합착하기 전 또는 후에 하부 기판(2200) 상에 형성될 수 있다. 상기 편광자(2500)의 편광축은 제1 양자 막대(2141a) 및 제2 양자 막대(2142a)의 장축의 정렬 방향과 실질적으로 수직일 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 하부 기판(2200)과 컬러 필터 기판(2100) 사이에 액정을 주입함으로써 액정(2410)을 포함하는 액정층(2400)을 형성할 수 있다.
상술한 액정 표시 장치(1)의 제조 방법에 따르면, 컬러 필터로써 기능할 수 있는 제1 광 변환부(2141), 제2 광 변환부(2142) 및 제3 광 변환부(2143)를 형성하는 방법을 제공한다. 또, 상기 제조 방법은 상기 제1 광 변환부(2141), 제2 광 변환부(2142) 및 제3 광 변환부(2143)에 편광 기능을 부가하기 위하여 액정(2141b, 2142b, 2143b), 제1 양자 막대(2141a), 제2 양자 막대(2142a) 및 이방성 물질(2143a)를 용이하게 정렬하는 방법을 제공한다.
도 5는 또 다른 실시예에 따른 컬러 필터 기판을 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 6a 내지 도 6c는 도 5의 컬러 필터 기판을 제조하는 방법의 일부를 순차적으로 나타낸 단면도들이다.
도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 컬러 필터 기판(3100)은 배향막(3130) 및 격벽(3150)을 제외한 다른 구성은 도 2의 컬러 필터 기판(2100)과 동일하며, 따라서 이하에서는 배향막(3130) 및 격벽(3150)을 중심으로 일 실시예에 따른 컬러 필터 기판(3100)에 대하여 설명한다.
일 실시예에 따른 컬러 필터 기판(3100)은 제1 부화소 영역(Sub1), 제2 부화소 영역(Sub2) 및 제3 부화소 영역(Sub3)을 포함하는 상부 기판(3110), 상부 기판(3110) 상에 배치된 전극 패턴(3120), 및 전극 패턴(3120) 상에 제1 부화소 영역(Sub1), 제2 부화소 영역(Sub2) 및 제3 부화소 영역(Sub3)에 각각 대응되도록 배치되며 제1 양자 막대(3141a)를 포함하는 제1 광 변환부(3141), 제2 양자 막대(3142a)를 포함하는 제2 광 변환부(3142) 및 제3 광 변환부(3143)를 포함한다.
상기 상부 기판(3110) 상에는 전극 패턴(3120)을 덮도록 배치된 배향막(3130)이 배치되며, 배향막(3130) 상의 제1 광 변환부(3141)와 제2 광 변환부(3142)의 사이 및 제2 광 변환부(3142)와 제3 광 변환부(3143)의 사이에는 각각 격벽(3150)이 배치될 수 있다. 상기 격벽(3150)은 광을 흡수하는 물질로 구성될 수 있으며, 제1 부화소 영역(Sub1), 제2 부화소 영역(Sub2) 및 제3 부화소 영역(Sub3)을 정의하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 상부 기판(3110)과 전극 패턴(3120) 사이의 상기 제1 광 변환부(3141) 및 제2 광 변환부(3142)에 대응되는 영역에는, 노치 필터(3170)가 배치될 수 있으며, 상부 기판(3110)과 전극 패턴(3120) 사이의 노치 필터(3170)가 배치되지 않은 영역에는 유기막(3180)이 배치될 수 있다.
상기 제1 내지 제3 광 변환부(3141, 3142, 3143) 및 격벽(3150) 상에는 투명한 절연 물질로 구성된 평탄화층(3160)이 배치될 수 있으며, 평탄화층(3160)에 의해 제1 내지 제3 광 변환부(3141, 3142, 3143)는 밀봉될 수 있다. 상기 평탄화층(3160)은 오버코트층 또는 평탄 기능을 수행하기에 적합한 다양한 유기물로 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 광 변환부(3141)는 제1 양자 막대(3141a), 액정(3141b) 및 고분자 화합물(3141c)를 포함하고, 제2 광 변환부(3142)는 제2 양자 막대(3142a), 액정(3142b) 및 고분자 화합물(3142c)를 포함하고, 제3 광 변환부(3143)는 이방성 물질(3143a), 액정(3143b) 및 고분자 화합물(3143c)를 포함할 수 있다.
도 6a 내지 도 6c를 참조하면, 상부 기판(3110) 상에 전극 패턴을 덮도록 배향막(3130)을 구성하는 물질(3130')을 코팅한 후, 상기 물질(3130')을 정렬시킴으로써 배향막(3130)을 형성할 수 있다. 상기 정렬 방법은 러빙(rubbing), 광 또는 이온 빔을 이용한 정렬 등의 통상의 방법이 이용될 수 있다. 상기 배향막(3130)막을 형성한 후, 배향막(3130) 상에 제1 부화소 영역(Sub1), 제2 부화소 영역(Sub2) 및 제3 부화소 영역(Sub3)을 정의하는 격벽(3150)을 형성할 수 있다.
상기 격벽(3150)은 광을 흡수하는 물질로 구성될 수 있으며, 상기 물질을 배향막(3130) 상의 전면에 형성한 후 격벽(3150)이 형성될 영역에만 광을 조사한 후 현상(developing)을 수행할 수 있다. 상기 격벽(3150)은 형상을 통해 상기 물질 중 광이 조사되지 않은 영역을 제거함으로써 형성될 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 도 5의 컬러 필터 기판(3100)을 형성하는 단계 중 일부만을 도시한 것으로, 나머지 단계는 도 4a 내지 도 4c 및 도 4h 내지 도 4k와 동일할 수 있다.
상기 도 5 및 도 6a 내지 도 6c는 배향막(3130)이 먼저 형성된 후 배향막(3130) 상에 격벽(3150)이 형성된 것으로, 도 2 및 도 3의 격벽(3150)을 먼저 패터닝한 후 배향막(313)을 형성한 실시예와 차이가 존재할 수 있다.
도 7은 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 7을 참조하면, 일 실시예에 따른 액정 표시 장치(2)는 제1 부화소 영역(Sub1), 제2 부화소 영역(Sub2) 및 제3 부화소 영역(Sub3)을 포함하는 하부 기판(4200), 하부 기판(4200) 상에 배치된 액정층(4400) 및 액정층(4400) 상에 하부 기판(4200)과 대향되도록 배치된 컬러 필터 기판(4100)을 포함하며, 컬러 필터 기판(4100)은 하부 기판에 대향하는 상부 기판(4110), 상부 기판(4110)의 하부 기판(4200)에 대향하는 면 상에 배치된 전극 패턴(4120), 상부 기판(4110) 상에 전극 패턴(4120)을 덮도록 배치된 배향막(4130) 및 배향막(4130) 상에 제1 부화소 영역(Sub1), 제2 부화소 영역(Sub2) 및 제3 부화소 영역(Sub3)에 각각 대응되도록 배치되며 제1 양자 막대(4141a)를 포함하는 제1 광 변환부(4141), 제2 양자 막대(4142a)를 포함하는 제2 광 변환부(4142) 및 제3 양자 막대(4143a)를 포함하는 제3 광 변환부(4143)를 포함한다.
상기 하부 기판(4200)은 베이스 기판(4210) 및 베이스 기판(4210) 상에 배치된 게이트선(미도시) 및 데이터선(DL) 등의 복수의 배선 및 각각의 화소들을 구동하기 위한 스위칭 소자(SD)를 포함할 수 있다. 도시하진 않았지만, 상기 스위칭 소자(SD)는 제1 내지 제3 부화소 영역(Sub1, Sub2, Sub3)에 각각 대응되도록 배치될 수 있으며, 적어도 하나의 박막트랜지스터를 포함할 수 있다.
상기 베이스 기판(4210) 상에는 데이터선(DL) 등의 복수의 배선 및 스위칭 소자(SD)를 덮는 절연막(4220)이 배치되며, 절연막(4220) 상에는 스위칭 소자(SD)와 전기적으로 연결되며 제1 부화소 영역(Sub1), 제2 부화소 영역(Sub2) 및 제3 부화소 영역(Sub3)에 각각 배치된 제1 화소 전극(PXL1), 제2 화소 전극(PXL2) 및 제3 화소 전극(PXL3)이 배치될 수 있다.
상기 제1 화소 전극(PXL1), 제2 화소 전극(PXL2) 및 제3 화소 전극(PXL3)은 스위칭 소자(SD)에 의해 전압이 인가되거나 전압이 인가되지 않도록 제어될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 하부 기판(4200)의 컬러 필터 기판(4100)에 대향하는 면의 반대면 상에는 편광자(4500)가 배치될 수 있으며, 상기 편광자(4500)의 하부에는 하부 기판(4200)에 광을 조사하는 백라이트 유닛(4600)이 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 백라이트 유닛(4600)은 자외광을 방출할 수 있다. 상기 자외광은 약 450 nm 이하의 파장을 갖는 광을 의미할 수 있다.
상기 백라이트 유닛(4600)으로부터 방출된 자외광은, 편광자(4500)에 의해 편광되어 하부 기판(4200) 및 액정층(4400)을 통과한 후 컬러 필터 기판(4100)에 입사될 수 있다.
이하에서는, 도 2의 컬러 필터 기판(2100)과의 차이점을 중심으로 도 5의 액정 표시 장치(2)에 포함된 컬러 필터 기판(4100)에 대하여 설명한다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 부화소 영역(Sub1), 제2 부화소 영역(Sub2) 및 제3 부화소 영역(Sub3)은 각각 적색광, 녹색광 및 청색광을 방출하는 적색 부화소 영역, 녹색 부화소 영역 및 청색 부화소 영역일 수 있다.
상기 상부 기판(4110)과 전극 패턴(4120)의 사이에는 제1 광 변환부(4141), 제2 광 변환부(4142) 및 제3 광 변환부(4143)에 대응되도록 배치된 노치 필터(4170)가 배치될 수 있다. 노치 필터(4170)는 입사되는 광 중 특정 주파수 대역의 성분만을 차단하는 필터이며, 일 실시예에 따르면, 상기 노치 필터(4170)는 자외광을 차단할 수 있다.
상기 노치 필터(4170)는 제1 부화소 영역(Sub1), 제2 부화소 영역(Sub2) 및 제3 부화소 영역(Sub3)에 배치되어, 제1 광 변환부(4141), 제2 광 변환부(4142) 및 제3 광 변환부(4143)에 의해 변환되지 않고 그대로 투과된 자외광을 차단할 수 있다.
상기 노치 필터(4170) 상에는 전극 패턴(4120) 및 배향막(4130)이 배치되며, 배향막(4130) 상에는 제1 광 변환부(4141), 제2 광 변환부(4142) 및 제3 광 변환부(4143)가 배치될 수 있다. 상기 제1 광 변환부(4141)와 제2 광 변환부(4142)의 사이 및 제2 광 변환부(4142) 및 제3 광 변환부(4143)의 사이에는 격벽(4150)이 배치되며, 제1 내지 제3 광 변환부(4143) 및 격벽(4150) 상에는 평탄화층(4160)이 배치될 수 있다. 상기 격벽(4150)은 광을 흡수하는 물질로 형성되며, 하부 기판(4200)에 포함된 데이터선(DL)과 중첩되도록 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 광 변환부(4141)는 제1 양자 막대(4141a), 액정(4141b) 및 고분자 화합물(4141c)을 포함하고, 제2 광 변환부(4142)는 제2 양자 막대(4142a), 액정(4142b) 및 고분자 화합물(4142c)을 포함하며, 제3 광 변환부(4143)는 제3 양자 막대(4143a), 액정(4143b) 및 고분자 화합물(4143c)을 포함할 수 있다.
상기 제1 양자 막대(4141a), 제2 양자 막대(4142a) 및 제3 양자 막대(4143a)는 각각 단축 및/또는 장축 방향의 길이가 서로 다를 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 양자 막대(4141a)의 장축 방향의 길이가 가장 길고, 제3 양자 막대(4143a)의 장축 방향의 길이가 가장 짧을 수 있으며, 제1 양자 막대(4141a)는 입사된 자외광을 적색광으로 변환하고 제2 양자 막대(4142a)는 입사된 자외광을 녹색광으로 변환하며, 제3 양자 막대(4143a)는 입사된 자외광을 청색광으로 변환할 수 있다.
상기 액정(4141b, 4142b, 4143b), 제1 양자 막대(4141a), 제2 양자 막대(4142a) 및 제3 양자 막대(4143a)의 장축은 소정의 방향으로 정렬될 수 있으며, 상기 제1 내지 제3 광 변환부(4141, 4142, 4143)에 입사된 광 중 상기 정렬 방향에 대응되는 성분만이 제1 내지 제3 광 변환부(4141, 4142, 4143)를 통과할 수 있다. 즉, 상기 제1 내지 제3 광 변환부(4141, 4142, 4143)는 편광자와 동일한 기능을 수행할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 컬러 필터 기판(4100)의 하부 기판(4200)에 대향하는 면 상에는 공통 전극(4300)이 배치될 수 있으며, 공통 전극(4300)은 평탄화층(4160) 상의 전면에 배치될 수 있다. 상기 공통 전극(4300)에는 공통 전압이 인가되며, 공통 전극(4300)은 화소 전극(PXL1, PXL2, PXL3)과 함께 액정층(4400)에 전기장을 인가할 수 있다.
도시하진 않았지만, 액정층(4400)의 상부 및 하부에는 전기장이 인가되지 않은 상태에서 액정(4410)의 정렬 방향을 결정하는 배향막(미도시)이 더 배치될 수 있다.
상술한 실시예들에 따른 컬러 필터 기판(1100, 2100, 3100, 4100)은 소정의 방향으로 정렬된 양자 막대를 포함하며, 양자 막대를 이용하여 컬러 필터의 기능 및 편광자의 기능을 동시에 수행할 수 있으며, 액정 표시 장치(1, 2)에 포함될 수 있다.
따라서, 컬러 필터 기판(1100, 2100, 3100, 4100)에 별도의 편광판을 배치할 필요가 없어, 액정 표시 장치(1, 2)를 제조하는 비용을 감소시킬 수 있으며 광 시야각을 구현할 수 있다. 또한, 편광판에 의한 광 흡수가 없어 액정 표시 장치(1, 2)의 광효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 입사된 광의 파장을 변환시키며 좁은 반치폭을 갖는 광을 방출하는 양자 막대 및 노치 필터를 이용하여 컬러 필터의 기능을 수행함으로써 액정 표시 장치(1, 2)의 색재현율을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
1, 2: 액정 표시 장치
1100, 2100, 3100, 4100: 컬러 필터 기판
1110, 2110, 3110, 4110: 상부 기판
1120, 2120, 3120, 4120: 전극 패턴
1130, 2130, 3130, 4130: 배향막
1141, 2141, 3141, 4141: 제1 광 변환부
1142, 2142, 3142, 4142: 제2 광 변환부
1143, 2143, 3143, 4143: 제3 광 변환부
1141a, 2141a, 3141a, 4141a: 제1 양자 막대
1142a, 2142a, 3142a, 4141b: 제2 양자 막대
1143a, 2143a, 3143a: 이방성 물질
1141b, 1142b, 1143b, 2141b, 2142b, 2143b, 3141b, 3142b, 3143b, 4141b, 4142b, 4143b: 액정
1150, 2150, 3150, 4150: 격벽
1160, 2160, 3160, 4160: 평탄화층
2141c, 3141c, 4141c: 고분자 화합물
2170, 3170, 4170: 노치 필터
2200, 4200: 하부 기판
2300, 4300: 공통 전극
2400, 4400: 액정층
2500, 4500: 편광자
2600, 4600: 백라이트 유닛
4143a: 제3 양자 막대
Sub1: 제1 부화소 영역
Sub2: 제2 부화소 영역
Sub3: 제3 부화소 영역

Claims (20)

  1. 제1 부화소 영역, 제2 부화소 영역 및 제3 부화소 영역을 포함하는 하부 기판;
    상기 하부 기판 상에 배치된 액정층; 및
    상기 액정층 상에 상기 하부 기판과 대향되도록 배치된 컬러 필터 기판;을 포함하며,
    상기 컬러 필터 기판은,
    상기 하부 기판에 대향하는 상부 기판;
    상기 상부 기판의 상기 하부 기판에 대향하는 면 상에 배치된 전극 패턴; 및
    상기 전극 패턴 상에 상기 제1 부화소 영역, 상기 제2 부화소 영역 및 제3 부화소 영역에 각각 대응되도록 배치되며, 제1 양자 막대를 포함하는 제1 광 변환부, 제2 양자 막대를 포함하는 제2 광 변환부 및 제3 광 변환부;를 포함하는, 액정 표시 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 컬러 필터 기판은,
    상기 상부 기판 상에 상기 전극 패턴의 적어도 일부를 덮도록 배치된 배향막;
    상기 전극 패턴 상의 상기 제1 광 변환부와 상기 제2 광 변환부의 사이 및 상기 제2 광 변환부와 상기 제3 광 변환층의 사이에 배치된 격벽들; 및
    상기 제1 광 변환부, 상기 제2 광 변환부, 상기 제3 광 변환부 및 상기 격벽들을 덮는 평탄화층;을 더 포함하는, 액정 표시 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 양자 막대 및 상기 제2 양자 막대는 단축 및/또는 장축 방향의 길이가 서로 다르며, 상기 제1 양자 막대 및 상기 제2 양자 막대의 장축은 소정의 방향으로 정렬되어 있는, 액정 표시 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 광 변환부, 상기 제2 광 변환부 및 상기 제3 광 변환부는 각각 상기 제1 양자 막대 및 상기 제2 양자 막대가 정렬되어 있는 방향과 실질적으로 동일한 방향으로 정렬되어 있는 액정 및 상기 제1 양자 막대, 상기 제2 양자 막대 및 상기 액정의 정렬 상태를 유지시키는 고분자 화합물을 더 포함하는, 액정 표시 장치.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 하부 기판의 상기 컬러 필터 기판에 대향하는 면의 반대면 상에 배치된 편광자를 더 포함하며, 상기 편광자의 편광축은 상기 제1 양자 막대 및 상기 제2 양자 막대의 정렬 방향과 실질적으로 수직인, 액정 표시 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 부화소 영역, 상기 제2 부화소 영역 및 상기 제3 부화소 영역은 각각 적색광, 녹색광 및 청색광을 방출하는 적색 부화소 영역, 녹색 부화소 영역 및 청색 부화소 영역인, 액정 표시 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 하부 기판의 상기 컬러 필터 기판에 대향하는 면의 반대면 상에 배치되며, 상기 하부 기판에 청색광을 조사하는 백라이트 유닛을 더 포함하며,
    상기 제3 광 변환부는 정렬된 이방성 물질을 포함하는, 액정 표시 장치.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 하부 기판의 상기 컬러 필터 기판에 대향하는 면의 반대면 상에 배치되며, 상기 하부 기판에 자외광을 조사하는 백라이트 유닛을 더 포함하며,
    상기 제3 광 변환부는 상기 제1 양자 막대 및 상기 제2 양자 막대와 단축 및/또는 장축의 방향의 길이가 다른 제3 양자 막대를 포함하는, 액정 표시 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 상부 기판과 상기 전극 패턴 사이에 적어도 상기 제1 광 변환부 및 상기 제2 광 변환부에 대응되도록 배치된 노치 필터를 더 포함하는, 액정 표시 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 노치 필터는 청색광을 차단하며 상기 제3 광 변환부에 대응되는 영역에는 배치되지 않는, 액정 표시 장치.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 노치 필터는 자외광을 차단하며, 상기 제1 광 변환부, 상기 제2 광 변환부 및 상기 제3 광 변환부 상에 배치된, 액정 표시 장치.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 컬러 필터 기판과 상기 액정층 사이에 배치된 공통 전극을 더 포함하는, 액정 표시 장치.
  13. 제2 항에 있어서,
    상기 배향막은 상기 격벽들에 의해 서로 분리되며 상기 제1 부화소 영역, 상기 제2 부화소 영역 및 상기 제3 부화소 영역에 각각 배치된 복수의 패턴들을 포함하는, 액정 표시 장치.
  14. 컬러 필터 기판을 형성하는 단계;
    상기 컬러 필터 기판에 대향하도록 하부 기판을 배치한 후, 상기 하부 기판 및 상기 컬러 필터 기판을 합착하는 단계; 및
    상기 하부 기판과 상기 컬러 필터 기판 사이에 액정을 주입함으로써 액정층을 형성하는 단계;를 포함하며,
    상기 컬러 필터 기판을 형성하는 단계는,
    제1 부화소 영역, 제2 부화소 영역 및 제3 부화소 영역을 포함하는 상부 기판 상에 전극 패턴을 형성하는 단계;
    상기 전극 패턴 상의 제1 부화소 영역, 상기 제2 부화소 영역 및 상기 제3 부화소 영역에 각각 제1 양자 막대 및 액정을 포함하는 제1 물질, 제2 양자 막대 및 상기 액정을 포함하는 제2 물질, 및 상기 액정을 포함하는 제3 물질을 형성하는 단계; 및
    상기 전극 패턴에 전압을 인가함으로써, 상기 액정, 상기 제1 양자 막대 및 상기 제2 양자 막대의 장축을 소정의 방향으로 정렬시킴으로써 제1 광 변환부, 제2 광 변환부 및 제3 광 변환부를 형성하는 단계;를 포함하는, 액정 표시 장치의 제조 방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 전극 패턴을 형성하는 단계 후에,
    상기 상부 기판 상에, 상기 전극 패턴의 적어도 일부를 덮는 배향막 및 상기 제1 부화소 영역, 상기 제2 부화소 영역 및 상기 제3 부화소 영역을 정의하는 격벽들을 형성하는 단계를 더 포함하는, 액정 표시 장치의 제조 방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 배향막을 형성하는 단계는,
    상기 상부 기판 상에 상기 전극 패턴을 덮도록 상기 배향막을 구성하는 물질을 코팅하는 단계; 및
    상기 배향막을 구성하는 물질을 정렬시킴으로써 상기 배향막을 형성하는 단계;를 포함하는, 액정 표시 장치의 제조 방법.
  17. 제14 항에 있어서,
    상기 제1 물질, 제2 물질 및 제3 물질을 형성하는 단계는,
    상기 제1 양자 막대, 상기 액정 및 단량체(monomer)를 포함하는 상기 제1 물질, 상기 제2 양자 막대, 상기 액정 및 상기 단량체를 포함하는 상기 제2 물질, 및 상기 액정 및 상기 단량체를 포함하는 상기 제3 물질을 형성하는 단계를 포함하는, 액정 표시 장치의 제조 방법.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 제1 광 변환부, 상기 제2 광 변환부, 및 상기 제3 광 변환부를 형성하는 단계는,
    상기 전극 패턴에 전압을 인가하여 상기 제1 양자 막대, 상기 제2 양자 막대, 및 상기 액정을 정렬하는 단계; 및
    상기 제1 물질, 상기 제2 물질 및 상기 제3 물질에 광을 조사하거나 열을 가하여, 상기 단량체를 상기 제1 양자 막대, 상기 제2 양자 막대 및 상기 액정의 정렬 상태를 유지시키는 고분자 화합물로 중합시키는 단계;를 포함하는, 액정 표시 장치의 제조 방법.
  19. 제14 항에 있어서,
    상기 제3 물질은 이방성 물질을 더 포함하며,
    상기 제3 광 변환부를 형성하는 단계는, 상기 전극 패턴에 전압을 인가함으로써 상기 이방성 물질을 소정의 방향으로 정렬하는 단계를 더 포함하는, 액정 표시 장치.
  20. 제14 항에 있어서,
    상기 전극 패턴을 형성하는 단계 전에, 상기 상부 기판 상의 적어도 상기 제1 부화소 영역 및 상기 제2 부화소 영역에 노치 필터를 형성하는 단계를 더 포함하는, 액정 표시 장치의 제조 방법.
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