KR20180063415A - 표시장치 - Google Patents

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KR20180063415A
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polarizer
disposed
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layer
color conversion
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전경환
김광현
장윤
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 제1 기판, 상기 제1 기판의 일면에 배치된 제1 전극, 상기 제1 기판의 타면에 배치된 제1 편광판, 상기 제1 전극 상에 배치된 액정층, 상기 액정층 상에 배치된 제2 편광판, 상기 제2 편광판 상에 배치되며, 복수의 색 변환부를 갖는 색 변환층 및 상기 색 변환층 상에 배치된 제2 기판을 포함하며, 상기 제1 편광판은 순차적으로 배치된 제1 편광자, 위상 보상층 및 제2 편광자를 포함하며, 상기 제1 편광자와 상기 제2 편광자는 서로 평행한 흡수축을 갖는 표시장치를 제공한다.

Description

표시장치{DISPLAY DEVICE}
본 발명은 표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 액정층 및 위상 보상층을 갖는 표시장치와 그 제조방법에 관한 것이다.
액정 표시장치(liquid crystal display, LCD)는 현재 널리 사용되고 있는 평판 표시장치(flat panel display, FPD) 중 하나로, 전극이 배치된 2개의 기판과 그 사이에 삽입된 액정층을 포함한다.
액정 표시장치는 두 전극에 전압을 인가하여 액정층의 액정 분자들을 재배열시킴으로써 투과되는 빛의 양을 조절하는 표시장치다. 이러한 액정 표시장치는 색을 표현하기 위한 컬러 필터를 포함한다.
최근, 기존의 액정 표시장치에 사용되는 컬러 필터를 형광체로 된 색 변환층으로 대체한 표시장치가 연구되고 있다. 이러한 색 변환층을 갖는 표시장치를 포토루미네선트 표시장치(Photo-Luminescent Display 또는 PLD)라고도 한다. 포토루미네선트 표시장치는 색 변환층과 액정층 사이에 배치된 편광판을 포함한다. 포토루미네선트 표시장치를 구성하는 화소들은 측면광에 민감하게 반응하기 때문에, 측면광에 의한 화소의 불필요한 발광을 방지하는 것이 필요하다.
본 발명의 일 실시예는, 측면광에 의한 화소의 불필요한 발광이 방지되어, 우수한 색상 표현 능력을 갖는 표시장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는, 제1 기판; 상기 제1 기판의 일면에 배치된 제1 전극; 상기 제1 기판의 타면에 배치된 제1 편광판; 상기 제1 전극 상에 배치된 액정층; 상기 액정층 상에 배치된 제2 편광판; 상기 제2 편광판 상에 배치되며, 복수의 색 변환부를 갖는 색 변환층; 및 상기 색 변환층 상에 배치된 제2 기판;을 포함하며, 상기 제1 편광판은 순차적으로 배치된 제1 편광자, 위상 보상층 및 제2 편광자를 포함하며, 상기 제1 편광자와 상기 제2 편광자는 서로 평행한 흡수축을 갖는 표시장치를 제공한다.
상기 위상 보상층은 450nm 내지 650nm의 두께방향 위상차 값(Rth)을 갖는다.
상기 위상 보상층은 C 플레이트를 포함한다.
상기 위상 보상층은 COP, TAC, PC, PS 및 액정 보상 필름 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 편광자 및 상기 제2 편광자는 폴리비닐알콜(PVA)을 포함한다.
상기 제1 편광자는 편광 기능을 갖는 휘도 향상 필름이다.
상기 색 변환층은 형광체를 포함한다.
상기 형광체는 퀀텀 도트를 포함한다.
상기 색 변환층은, 청색 광을 흡수하여 적색을 발광하는 적색 변환부; 및 청색 광을 흡수하여 녹색을 발광하는 녹색 변환부;를 포함한다.
상기 색 변환층은, 청색광을 투과하는 투과부를 더 포함한다.
상기 표시장치는 상기 적색 변환부와 상기 제2 기판 사이 및 상기 녹색 변환부와 상기 제2 기판 사이에 배치된 황색 컬러필터를 더 포함한다.
상기 표시장치는 상기 제2 편광판과 상기 색 변환층 사이에 배치된 이색 반사층을 더 포함한다.
상기 표시장치는 상기 제1 편광판과 상기 제1 기판 사이에 배치된 위상차판을 더 포함한다.
본 발명의 다른 일 실시예는, 제1 기판; 상기 제1 기판의 일면에 배치된 제1 전극; 상기 제1 기판의 타면에 배치된 제1 편광판; 상기 제1 전극 상에 배치된 액정층; 상기 액정층 상에 배치된 제2 기판; 및 상기 제1 기판과 제2 기판 중 어느 하나에 배치된 컬러 필터층;을 포함하며, 상기 제1 편광판은 순차적으로 배치된 제1 편광자, 위상 보상층 및 제2 편광자를 포함하며, 상기 제1 편광자와 상기 제2 편광자의 흡수축이 서로 평행한 표시장치를 제공한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예는, 제1 기판; 상기 제1 기판의 일면에 배치된 위상 보상층; 상기 위상 보상층 상에 배치된 제1 편광자; 상기 제1 기판의 타면에 배치된 제2 편광자; 상기 제2 편광자 상에 배치된 제1 전극; 상기 제1 전극 상에 배치된 액정층; 상기 액정층 상에 배치된 제2 편광판; 상기 제2 편광판 상에 배치되며, 복수의 색 변환부를 갖는 색 변환층; 및 상기 색 변환층 상에 배치된 제2 기판;을 포함하며, 상기 제1 편광자와 상기 제2 편광자의 흡수축이 서로 평행한 표시장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치는 이중층 구조의 편광판을 포함한다. 이중층 구조의 편광판에 의해 측면광이 차단되어, 측면광에 의한 화소의 불필요한 발광이 방지된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치는 우수한 색상 표현 능력을 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 표시장치의 화소에 대한 평면도이다.
도 3은 도 2의 절단선 I-I'를 따라 자른 단면도이다.
도 4는 도 2의 절단선 II-II'를 따라 자른 단면도이다.
도 5는 제1 편광자와 제2 편광자에 대한 사시도이다.
도 6은 포앙카레구 상에서 측면광의 경로를 나타낸다.
도 7은 측면광의 흡수를 설명하는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 표시장치의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 표시장치의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 표시장치의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 표시장치의 단면도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 표시장치의 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 것이다. 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명의 범위는 청구항에 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.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 아래에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
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 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 그에 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 제 1, 제 2, 제 3 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소들로부터 구별하는 목적으로 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 벗어나지 않고, 제 1 구성 요소가 제 2 또는 제 3 구성 요소 등으로 명명될 수 있으며, 유사하게 제 2 또는 제 3 구성 요소도 교호적으로 명명될 수 있다.
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 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치(101)의 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치(101)는 순차적으로 배치된 백라이트부(140), 제1 편광판(150), 표시기판(110), 액정층(180) 및 대향기판(120)을 포함한다. 대향기판(120)은 제2 편광판(160), 색 변환층(170) 및 제2 기판(121)을 포함한다.
백라이트부(140)는 자외선, 근자외선(rear ultraviolet) 등을 조사할 수 있다. 백라이트부(140)는, 예를 들어, 백색광 또는 청색광을 표시기판(110)으로 조사할 수 있다. 이하, 청색광을 발광하는 백라이트부(140)가 사용되는 실시예들을 중심으로 본 발명을 설명한다.
도 2는 도 1에 도시된 표시장치(101)의 화소에 대한 평면도이고, 도 3은 도 2의 절단선 I-I'를 따라 자른 단면도이고, 도 4는 도 2의 절단선 II-II'를 따라 자른 단면도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치(101)는 표시기판(110)과 대향기판(120) 사이에 배치된 액정층(180)을 포함한다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치(101)는 액정 표시장치라 할 수 있다. 액정층(180)에 의해 백라이트부(140)로부터 색 변환층(170)으로 제공되는 광의 투과량이 제어된다.
표시기판(110)은 제1 기판(111), 박막트랜지스터(TFT), 제1 전극(115), 게이트 절연막(131) 및 보호막(132)을 포함한다. 박막트랜지스터(TFT)는 반도체층(SM), 저항성 접촉층(OMC), 게이트 전극(GE), 소스 전극(SE) 및 드레인 전극(DE)을 포함한다.
또한, 표시기판(110)에 제1 편광판(150)가 배치된다. 제1 전극(115)이 배치된 면을 제1 기판(111)의 일면(111a)이라고 할 때, 제1 편광판(150)는 제1 기판(111)의 타면(111b)에 배치될 수 있다.
제1 편광판(150)은 백라이트부(140)와 표시기판(110) 사이에 배치되며, 백라이트부(140)에서 조사된 빛은 제1 편광판(150)을 통과하여 표시기판(110)으로 입사된다.
도 3을 참조하면, 제1 편광판(150)은 순차적으로 배치된 제1 편광자(151), 위상 보상층(152) 및 제2 편광자(153)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 편광자(151)가 백라이트부(140) 쪽에 배치되고, 제2 편광자(153)가 표시기판(110) 쪽에 배치된다. 제1 편광자(151)와 제2 편광자(153)의 위치는 필요에 따라 달라질 수 있다.
제1 편광자(151)와 제2 편광자(153)는 서로 평행한 흡수축을 갖는다. 즉, 제1 편광자(151)의 흡수축과 제2 편광자(153)의 흡수축은 서로 평행하다.
제1 편광자(151)와 제2 편광자(153)는 각각 입사된 광을 선편광 시킬 수 있고, 편광축에 따라 빛을 선택적으로 통과시킬 수 있다. 본 발명이 일 실시예에 따르면, 제1 편광자(151)와 제2 편광자(153)는 고분자 필름을 포함한다. 예를 들어, 제1 편광자(151)와 제2 편광자(153)는 PVA(polyvinyl alcohol)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 폴리비닐알코올(PVA)계 수지에 이색성 색소가 흡착 배향되어 만들어진 필름이 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 편광자(151) 및 제2 편광자(153)로 사용될 수 있다. 폴리비닐알콜(PVA)계 수지의 예로, 아세트산 비닐의 단독 중합체 또는 아세트산 비닐과 다른 단량체의 공중합체 등이 있다.
예를 들어, 폴리비닐알콜계 수지 필름을 일축 연신하는 공정, 폴리비닐알콜계 수지 필름을 2색성 색소로 염색하여 2색성 색소가 폴리비닐알콜계 수지 필름에 흡착되도록 하는 공정, 2색성 색소가 흡착된 폴리비닐알콜계 수지 필름을 수용액으로 처리하는 공정, 및 세정하는 공정을 포함하는 방법에 의하여 제1 편광자(151)와 제2 편광자(153)가 제조될 수 있다. 그러나, 제1 편광자(151)와 제2 편광자(153)의 제조방법이 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 제1 편광자(151)와 제2 편광자(153)가 중첩 배치되기 때문에, 제1 편광판(150)의 광투과율이 저하될 수 있으며, 이로 인해, 표시장치(101)의 휘도가 저하될 수 있다.
이를 방지하기 위해, 휘도 향상 특성을 갖는 제1 편광자(151)가 사용될 수 있다. 즉, 제1 편광자(151)로 편광 기능이 있는 휘도 향상 필름이 사용될 수 있다. 또한, 별도의 휘도 향상 필름이 더 사용될 수도 있다.
위상 보상층(152)은 450nm 내지 650nm의 두께방향 위상차 값(Rth)을 갖는다. 위상 보상층(152)이 이러한 두께방향 위상차 값(Rth)을 가지기 때문에, 측면 방향으로 입사되어 제1 편광자(151)에서 편광된 빛은 위상 보상층(152)을 통과한 후 제2 편광자(153)에 흡수되어 차단된다.
위상 보상층(152)은 C 플레이트를 포함할 수 있다. 이 때, C 플레이트는 450nm 내지 650nm의 두께방향 위상차 값(Rth)을 갖는다. 위상 보상층(152)은 A 플레이트 및 B 플레이트 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 또한, 위상 보상층(152)은 이중층 구조로 이루어질 수 있는데, 예를 들어, B/C 플레이트, A/C 플레이트 및 Z/C 플레이트를 포함할 수도 있다.
위상 보상층(152)은 COP, TAC, PC, PS 및 액정 보상 필름 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
제1 기판(111)은 투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 이루어진다.
제1 기판(111) 상에 복수의 게이트 라인(GL) 및 게이트 전극(GE)이 배치된다. 게이트 전극(GE)은 게이트 라인(GL)과 연결된다. 게이트 라인(GL) 및 게이트 전극(GE)은 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금과 같은 알루미늄 계열의 금속, 은(Ag)이나 은 합금과 같은 은 계열의 금속, 구리(Cu)나 구리 합금과 같은 구리 계열의 금속, 몰리브덴(Mo)이나 몰리브덴 합금과 같은 몰리브덴 계열의 금속, 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta) 및 티타늄(Ti) 중 어느 하나로 만들어질 수 있다. 게이트 라인(GL) 및 게이트 전극(GE) 중 적어도 하나는 물리적 성질이 다른 적어도 두 개의 도전막을 포함하는 다중막 구조를 가질 수도 있다.
게이트 절연막(131)은 게이트 라인(GL) 및 게이트 전극(GE)을 포함하는 제1 기판(111)의 전면(全面)에 배치된다. 게이트 절연막(131)은 질화 규소(SiNx) 또는 산화 규소(SiOx) 등으로 만들어질 수 있다. 또는, 게이트 절연막(131)은 물리적 성질이 다른 적어도 두 개의 절연층들을 포함하는 다중막 구조를 가질 수 있다.
반도체층(SM)은 게이트 절연막(131) 상에 배치된다. 이 때, 반도체층(SM)은 게이트 절연막(131)의 하부에 위치한 게이트 전극(GE)과 중첩한다. 반도체층(SM)은 비정질 규소 또는 다결정 규소 등으로 만들어질 수 있다. 반도체층(SM)은 산화물 반도체로 이루어질 수도 있다.
반도체층(SM) 상에 저항성 접촉층(OMC)이 배치될 수 있다. 예를 들어, 저항성 접촉층(OMC)은 채널 부분 이외의 반도체층(SM) 상에 배치된다.
또한, 게이트 절연막(131) 상에 복수의 데이터 라인(DL)이 배치된다. 데이터 라인(DL)은 게이트 라인(GL)과 교차한다. 소스 전극(SE)은 데이터 라인(DL)과 연결된다. 소스 전극(SE)은 저항성 접촉층(OMC) 상에 배치된다. 드레인 전극(DE)은 소스 전극(SE)과 이격되어 저항성 접촉층(OMC) 상에 배치되며, 제1 전극(115)에 연결된다.
데이터 라인(DL), 소스 전극(SE) 및 드레인 전극(DE) 중 적어도 하나는 몰리브덴, 크롬, 탄탈륨 및 티타늄 등 내화성 금속(refractory metal) 또는 이들의 합금으로 만들어질 수 있다. 데이터 라인(DL), 소스 전극(SE) 및 드레인 전극(DE) 중 적어도 하나는 내화성 금속막과 저저항 도전막을 포함하는 다중막 구조를 가질 수도 있다.
보호막(132)은 반도체층(SM), 데이터 라인(DL), 소스 전극(SE) 및 드레인 전극(DE)을 포함하는 제1 기판(111)의 전면에 배치된다. 보호막(132)은 질화 규소(SiNx) 또는 산화 규소(SiOx)와 같은 무기 절연물로 만들어질 수 있다. 이와 달리, 보호막(132)은 유기막으로 만들어질 수도 있다. 보호막(132)은 하부 무기막과 상부 유기막으로 된 이중막 구조를 가질 수도 있다.
제1 전극(115)은 보호막(132) 상에 배치된다. 제1 전극(115)은 보호막(132)의 콘택홀(CH)을 통해 드레인 전극(DE)과 연결된다. 제1 전극(115)은 ITO(Indium tin oxide) 또는 IZO(Indium zinc oxide) 등의 투명한 도전성 물질로 만들어질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 전극(115)은 화소 전극이다.
제1 전극(115) 상에 액정층(180)이 배치된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 액정층(180)은 VA 모드로 구동될 수 있다.
액정층(180) 상에 대향기판(120)이 배치된다.
대향기판(120)은 제2 기판(121), 색 변환층(170) 및 제2 편광판(160)을 포함한다. 제2 편광판(160)은 색 변환층(170)보다 액정층(180)에 가까이 배치된다. 도 3 및 4를 참조하면, 액정층(180) 상에 제2 편광판(160)이 배치되고, 제2 편광판(160) 상에 색 변환층(170)이 배치되고, 색 변환층(170) 상에 제2 기판(121)이 배치된다. 반면, 제2 기판(121)을 기준으로, 제2 기판(121) 상에 색 변환층(170)이 배치되고, 색 변환층(170) 상에 제2 편광판(160)이 배치된다.
또한, 대향기판(120)은 차광층(251) 및 제2 전극(125)을 더 포함할 수 있다. 차광층(251)과 제2 전극(125)은 각각 표시기판(110)에 배치될 수도 있다.
제2 기판(121)은 투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 이루어진다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 차광층(251)이 제2 기판(121) 상에 배치되어 색 변환부(171, 172)와 투과부(173)의 영역을 정의한다. 평면상으로, 차광층(251)은 색 변환부(171, 172)와 투과부(173)를 제외한 영역에 배치되며, 메시 형상 또는 매트릭스 형상을 가질 수 있다. 따라서, 차광층(251)을 블랙 매트릭스(Black Matrix, BM)라고도 한다.
차광층(251)에 의해 정의되는 색 변환부(171, 172)와 투과부(173) 영역에 대응하여, 제1, 제2 및 제3 화소(PX1, PX2, PX3)의 각 제1 전극(115)이 위치한다. 차광층(251)은 색 변환부(171, 172)와 투과부(173)를 제외한 부분에서의 광을 차단한다. 예를 들어, 차광층(251)은 박막트랜지스터(TFT)들, 게이트 라인(GL) 및 데이터 라인(DL) 상에 위치하여 이들을 통과한 광이 외부로 방출되는 것을 차단한다. 차광층(251)은 반드시 필요한 것은 아니며, 생략될 수도 있다.
색 변환층(170)은 백라이트부(140)로부터 입사된 광의 파장을 변환하여 다른 파장을 갖는 광을 방출한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 색 변환층(170)은 형광체를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치(101)는 형광체로 된 색 변환층을 가지기 때문에, 포토루미네선트 표시장치(Photo-Luminescent Display 또는 PLD)라고도 할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 색 변환층(170)은 복수의 색 변환부(171, 172)를 포함한다. 색 변환부(171, 172)는 소정의 파장을 갖는 빛을 흡수하여 다른 파장을 갖는 빛을 방출하는 형광체를 포함한다. 인접한 색 변환부(171, 172)는 차광층(251)에 의해 구분된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 색 변환층(170)은 적색 화소(PX1)에 대응되는 적색 변환부인 제1 색 변환부(171) 및 녹색 화소(PX2)에 대응되는 녹색 변환부인 제2 색 변환부(172)를 포함한다. 적색 변환부는 적색을 발광하고, 녹색 변환부는 녹색을 발광한다.
구체적으로, 적색 변환부인 제1 색 변환부(171)는 적색 형광체를 포함하고, 녹색 변환부인 제2 색 변환부(172)는 녹색 형광체를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 적색 형광체는 청색 광을 흡수하여 적색을 발광하고, 녹색 형광체는 청색 광을 흡수하여 녹색을 발광한다.
도 3 및 4를 참조하면, 색 변환층(170)은 투과부(173)를 포함한다. 투과부(173)를 통과하는 광의 파장은 변하지 않는다. 본 발명의 일 실시예에 따른 투과부(173)는 청색 광을 투과한다. 따라서, 백라이트부(140)가 청색광을 조사하는 경우, 투과부(173)는 청색 화소(PX3)에 대응될 수 있다. 측면 시야각 특성 향상을 위하여, 투과부(173)는 광산란 입자를 포함할 수 있다.
도시되지 않았지만, 색 변환층(170)은 청색 광을 흡수하여 적색과 녹색 이외의 다른 색을 발광하는 제3 색 변환부를 더 포함할 수도 있다.
색 변환부(171, 172)는 형광체를 포함하는 수지(resin)로 만들어질 수 있다. 형광체는 빛, 방사선 등의 조사로 형광을 발하는 물질로, 형광체 특정의 파장을 가진 광을 방출한다. 또한, 형광체는 조사되는 광의 방향에 관계없이 전 영역으로 광을 방출한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 형광체로 퀀텀 도트(quantum dot)가 사용될 수 있다. 또한, 퀀텀 로드(quantum rod)가 형광체로 사용될 수도 있다.
이 중, 퀀텀 도트는 퀀텀 도트로 입사된 입사광을 흡수한 후 입사광과 다른 파장을 갖는 광을 방출한다. 즉, 퀀텀 도트는 퀀텀 도트로 입사된 광의 파장을 변환시킬 수 있는 파장변환 입자이다. 퀀텀 도트의 크기에 따라 퀀텀 도트에 의해 변환된 광의 파장이 달라질 수 있다. 예를 들어, 퀀텀 도트의 직경 조절에 의하여, 퀀텀 도트가 원하는 색상의 광을 방출하도록 할 수 있다.
퀀텀 도트는 일반적인 높은 흡광계수(extinction coefficient) 및 높은 양자효율(quantum yield)을 가져, 매우 강한 형광을 발생한다. 특히, 퀀텀 도트는 짧은 파장의 빛을 흡수하여 더 긴 파장을 갖는 빛을 방출할 수 있다.
퀀텀 도트는 코어(core) 및 코어를 둘러싸는 쉘(shell)을 포함하는 구조를 가질 수 있다. 쉘은 두 층 이상으로 형성될 수 있다. 또한, 퀀텀 도트는 쉘에 결합되는 유기 리간드를 포함할 수 있고, 쉘을 둘러싸는 유기 코팅층을 포함할 수도 있다.
퀀텀 도트는 Ⅱ족 화합물 반도체, Ⅲ족 화합물 반도체, Ⅴ족 화합물 반도체 및 VI족 화합물 반도체 중에서 적어도 한가지 물질을 포함할 수 있다. 보다 상세하게, 퀀텀 도트를 구성하는 코어는 PbSe, InAs, PbS, CdSe, InGaP, CdTe, CdS, ZnSe, ZnTe, ZnS, HgTe 및 HgS 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 쉘은 CuZnS, CdSe, CdTe, CdS, ZnSe, ZnTe, ZnS, HgTe 및 HgS 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
동일 조성의 퀀텀 도트라도 직경에 따라 서로 다른 빛을 발생할 수 있다.
또한, 색 변환층(170)은 반사체를 더 포함할 수 있다. 반사체로 TiO2 등이 있다. 반사체는 입자 형태를 가질 수 있으며, 형광체를 포함하는 수지 내에 분산되어 배치될 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 제2 기판(121)을 기준으로, 색 변환층(170) 상에 제2 편광판(160)이 배치되고, 제2 편광판(160) 상에 제2 전극(125)이 배치된다. 즉, 제2 편광판(160)은 제2 전극(125)과 색 변환층(170) 사이에 배치된다.
제2 편광판(160)은 고분자 필름을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 편광판(160)으로 PVA(polyvinyl alcohol)로 이루어진 편광자가 사용될 수 있다.
또한, WGP(wire grid polarizer)와 같은 인 셀 편광판(in cell polarizer, ICP)이 제2 편광판으로 사용될 수도 있다.
제2 편광판(160)의 투과축은 표시기판(110)에 배치된 제1 편광판(150)의 투과축과 직교하도록 배치될 수 있다. 제2 편광판(160)의 투과축과 제1 편광판(150) 투과축 중 어느 하나는 게이트 라인(GL)에 나란하게 배열될 수 있다.
또한, 색 변환층(170)과 제2 편광판(160) 사이에 오버코트층(191)이 배치될 수 있다. 오버코트층(191)은 색 변환층(170)을 보호하고, 색 변환층(170)의 상부를 평탄화하는 역할을 한다. 오버코트층(191)은 광투과성 유기물로 만들어질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 점착층이 오버코트층(191)으로 사용될 수 있다. 오버코트층(191)은 생략될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 편광판(160)과 액정층(180) 사이에 2 전극(125)이 배치된다. 제2 전극(125)은 제2 편광판(160)을 포함한 제2 기판(121)의 전면에 위치할 수 있다. 제2 전극(125)은 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전물질로 이루어질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 전극(125)은 공통 전극이다.
제2 전극(125)은 증착에 의하여 만들어질 수 있다. 예를 들어, 제2 편광판(160)의 일면에 투명 도전 물질이 직접 증착되어 제2 전극(125)이 만들어질 수 있다. 이때, 상온 증착이 이루어질 수 있다. 이 경우, 제2 편광판(160)의 열 변형 없이, 제2 전극(125)이 제2 편광판(160)의 표면에 직접 형성될 수 있다.
제2 전극(125)은 제1 전극(115)들과 함께 액정층(180)에 전계를 인가한다.
이하, 도 5 내지 7을 참조하여, 제1 편광판(150) 및 제1 편광판(150)에 의한 측면광 차단을 상세히 설명한다.
도 5는 제1 편광자(151)와 제2 편광자(153)에 대한 사시도이고, 도 6은 포앙카레구 상에서 측면광의 경로를 나타내고, 도 7은 측면광(L2, L3)의 흡수를 설명하는 단면도이다.
이미 설명한 바와 같이, 제1 편광판(150)은 순차적으로 배치된 제1 편광자(151), 위상 보상층(152) 및 제2 편광자(153)를 포함한다. 제1 편광자(151)의 흡수축과 제2 편광자(153)의 흡수축은 서로 평행하다. 도 5를 참조하면, 제1 편광자(151)의 흡수축과 제2 편광자(153)의 흡수축은 x축과 평행하다. 그러나, 본 발명의 일 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 편광자(151)의 흡수축과 제2 편광자(153)의 흡수축은 y축과 평행할 수도 있다.
도 6에 측면광의 경로가 도시되어 있다. 측면광의 경로를 결정하는 요소 중의 하나가 위상 보상층(152)이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 위상 보상층(152)은 제1 편광자(151)와 제2 편광자(153) 사이에 배치된다. 측면광 차단을 위하여 위상 보상층(152)은 450nm 내지 650nm의 두께방향 위상차 값(Rth)을 갖는다. 이러한 위상 보상층(152)은 특히, 측면으로 입사되는 가시광선을 차단한다.
위상 보상층(152)으로, 예를 들어, C 플레이트가 사용될 수 있다.
C 플레이트는 x축 방향 굴절률 Nx, y축 방향 굴절률 Ny 및 z축 방향 굴절률 Nz를 가지며, 여기서, "Nx = Ny ≠ Nz"이다.
C 플레이트(410)가 "Nx = Ny" 관계를 만족하므로, z축 방향을 따라서 진행하는 빛에 대하여 광학적 이방성을 갖지 않는다. 즉, 빛이 z축 방향, 즉, C 플레이트의 정면으로 통과할 때 위상이 변하지 않는다. 따라서, 제1 편광자(151)와 제2 편광자(153)의 흡수축이 평행한 경우, 정면으로 제1 편광자(151)에 입사되어 편광된 후 C 플레이트를 통과한 빛은 제2 편광자(153)에 의해 흡수되지 않는다.
한편, 두께 방향 위상 지연값(Rth)은 다음 식 1로 구해진다.
[식 1]
Rth = |(Nx+Ny)/2 - Nz| x d
C 플레이트에 있어서,"Nx = Ny ≠ Nz"이기 때문에, C 플레이트(410)는 두께 방향의 위상차값(Rth)을 갖는다. 따라서, 제1 편광자(151)에서 편광되어 C 플레이트를 비스듬히 통과한 빛(L2, L3)은 위상이 변하여 제2 편광자(153)에 의해 흡수될 수 있다(도 7 참조).
한편, "Nz > (Nx+Ny)/2"의 관계를 만족하는 C 플레이트를 포지티브 C 플레이트라고 하며, "Nz < (nx+ny)/2"의 관계를 만족하는 C 플레이트를 네가티브 C 플레이트라고 한다. 본 발명의 일 실시예에 따라면, 포지티브 C 플레이트와 네가티브 C 플레이트가 모두 위상 보상층(152)으로 사용될 수 있다.
도 6에 도시된 포앙카레구에 있어서, "1"은 측면으로 제1 편광자(151)에 입사되어 투과된 빛의 투과축을 나타내며, "2"는 위상 보상층(152)을 통과하는 과정에서 선편광된 빛의 투과축 변화를 나타내며, "3"은 위상 보상층(152)을 통과한 후의 투과축을 나타낸다.
도 6을 참조하면, 측면으로 입사된 빛이 제1 편광자(151)와 위상 보상층(152)을 통과하면, 제1 편광자(151)의 투과축(1)과 수직한 투과축(3)을 가지게 된다. 그런데, 제2 편광자(153)는 제1 편광자(151)와 동일한 투과축과 흡수축을 가진다. 따라서, 측면으로 입사되어 제1 편광자(151)와 위상 보상층(152)을 통과한 빛은 제2 편광판(153)과 수직한 투과축을 가지게 되며, 그에 따라 제2 편광판(153)에 의해 진행이 차단된다.
도 7을 참조하면, 백라이트부(140)에서 방출되어 제1 편광판(150)의 정면으로 입사된 빛(L1)은 제1 편광판(150)을 통과하여, 표시기판(110) 및 액정층(180)으로 입사된다. 백라이트부(140)에서 방출된 빛 중 제1 편광판(150)의 측면으로 입사된 빛(L2, L3)은 제1 편광판(150)에 의해 차단되어, 표시기판(110)으로 입사되지 못한다.
이와 같이, 측면광이 차단되지 때문에, 어느 한 화소의 액정층을 통과한 광이 다른 화소의 색 변환부에 영향을 주는 것이 방지되기 때문에, 혼색이 방지되며, 표시장치(101)의 표시 품질이 향상된다.
도 8은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 표시장치(102)의 단면도이다. 이하, 중복을 피하기 위하여, 이미 설명된 구성요소에 대한 설명은 생략된다.
도 8의 표시장치(102)는 황색 컬러필터(175)를 포함한다. 도 8을 참조하면, 황색 컬러필터(175)는 적색 변환부인 제1 색 변환부(171)와 제2 기판(121) 사이 및 녹색 변환부인 제2 색 변환부(172)와 제2 기판(121) 사이에 배치된다.
황색 컬러필터(175)는 청색광을 흡수하고 적색광 및 녹색광을 투과한다. 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 백라이트부(140)에서 청색광이 발광된다. 제1 색 변환부(171)로 입사된 청색광 중 적색광으로 변환된 광은 황색 컬러필터(175)를 투과하고 적색광으로 변환되지 않은 청색광은 황색 컬러필터(175)에 흡수된다. 또한, 제2 색 변환부(172)로 입사된 청색광 중 녹색광으로 변환된 광은 황색 컬러필터(175)를 투과하고 녹색광으로 변환되지 않은 청색광은 황색 컬러필터(175)에 흡수된다. 그에 따라, 제1 색 변환부(171) 및 제2 색 변환부(172)에 각각 대응되는 적색 및 녹색 화소에서 선명한 적색 및 녹색이 구현되며, 표시장치(102)의 표시 품질이 향상된다.
도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 표시장치(103)의 단면도이다.
도 9에 도시된 표시장치(103)는 색 변환층(170)과 제2 편광판(160) 사이에 배치된 이색 반사층(220)을 포함한다.
이색 반사층(220)은 이색 반사 필터(dichroic filter)라고도 한다. 이색 반사층(220)은 입사된 광 중 특정 파장을 갖는 광을 투과시키고 그 외의 파장을 갖는 광을 반사한다.
백라이트부(140)가 청색광을 발광하는 경우, 청색광을 투과시키고 청색광 이외의 광을 반사하는 이색 반사층(220)이 사용될 수 있다. 이 때, 백라이트부(140)로부터 입사되는 광은 이색 반사층(220)을 통과하는 반면, 색 변환층(170)에 의하여 파장 변환된 적색광과 녹색광은 이색 반사층(220)에서 반사된다.
적색광과 녹색광이 이색 반사층(220)에서 반사되기 때문에, 색 변환층(170)에서 생성되어 액정층(180) 쪽으로 방사된 적색광과 녹색광은 이색 반사층(220)에 의해 다시 제2 기판(121) 쪽으로 반사되어 외부로 출광된다. 그 결과, 표시장치(103)의 광효율이 향상될 수 있다. 적색광과 녹색광을 반사하기 때문에, 이색 반사층(220)을 황색 반사 필터(YRF)라고도 한다.
이색 반사층(220)은 교대로 적층된 복수개의 고굴절층과 복수개의 저굴절층을 포함한다. 복수개의 고굴절층과 복수개의 저굴절층에 의한 다층막 간섭 현상에 의해 이색 반사층(220)에서 선택적 광투과가 이루어질 수 있다. 저굴절층은 MgF2 및 SiO2 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 고굴절층은 Ag, TiO2, Ti2O3 및 Ta2O3 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도시되지 않았지만, 이색 반사층(220)과 제2 편광판(160) 사이에 점착층이 배치될 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 표시장치(104)의 단면도이다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 표시장치(104)는 제1 편광판(150)과 제1 기판(111) 사이에 배치된 위상차판(250)을 포함한다.
위상차판(250)은 제1 편광판(150)의 일면에 배치되어, 광의 위상을 지연시킨다. 위상차판(250)은 선편광을 원편광으로 바꾸기도 하도 원편광을 선편광으로 바꾸기도 한다. 위상차판(250)으로 λ/4 위상차판(quarter wave plate; QWP) 및 λ/2 위상차판(half wave plate; HWP) 중 적어도 하나가 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 필름 형태의 위상차판(250)이 사용될 수 있다. 예를 들어, 위상차판(210)은 필름의 연신에 의하여 제조될 수 있으며, 광경화성 액정 화합물로 만들어질 수도 있다. 위상차판(250)은 제1 편광판(150)에 부착되어 사용될 수 있다. 도시되지 않았지만, 부착을 위해, 위상차판(250)과 제1 편광판(150) 사이에 점착층이 배치될 수 있다.
도 11은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 표시장치(105)의 단면도이다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 제2 편광자(154)가 제1 편광자(151) 및 위상 보상층(152)과 분리되어 배치된다. 도 11을 참조하면, 제1 기판(111)의 일면(111c)에 위상 보상층(152)이 배치되고, 위상 보상층(152) 상에 제1 편광자(151)가 배치된다. 또한, 제1 기판(111)의 타면(111d)에 배치된 제2 편광자(154)가 배치되고, 제2 편광자(154) 상에 제1 전극(115)이 배치된다.
제2 편광자(154)가 제1 편광자(151) 및 위상 보상층(152)과 분리되어 배치되라도, 제1 편광자(151) 및 위상 보상층(152)을 통과한 측면광은 제2 편광자(154)에 의해 차단된다.
도 12는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 표시장치(106)의 단면도이다.
도 12에 도시된 표시장치(106)은, 도 3에 도시된 표시장치(101)와 비교하여, 색 변환층(170) 대신 컬러 필터층(CF)을 포함하며, 제1 색 변환부(171), 제2 색 변환부(172) 및 투과부(173) 대신, 제1 컬러 필터(CF1), 제2 컬러 필터(CF2) 및 제3 컬러 필터(CF3)를 포함한다.
도 12에 컬러 필터층(CF)이 제2 기판(121)에 배치된 것이 예시되어 있다. 그러나, 본 발명의 또 다른 일 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 컬러 필터층(CF)이 제1 기판(111)에 배치될 수도 있다. 즉, 컬러 필터층(CF)은 제1 기판(111)과 제2 기판(121) 중 어느 하나에 배치될 수 있다.
또한, 제2 편광판(160)은 제2 기판(121) 상에 배치될 수 있다.
제1 컬러 필터(CF1), 제2 컬러 필터(CF2) 및 제3 컬러 필터(CF3)는 광 산란성을 가지지 않는다. 따라서, 직진광만이 컬러 필터층(CF)으로 입사되는 경우, 표시장치(106)의 측면 시인성이 저하될 수 있다. 따라서, 측면 시인성 향상을 위하여, 광산란층이 배치될 수 있다(미도시).
이상에서 설명된 표시장치의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명의 보호범위는 본 발명 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등예를 포함할 수 있다.
110: 표시기판 111: 제1 기판
115: 제1 전극 120: 대향기판
121: 제2 기판 125: 제2 전극
140: 백라이트부 150: 제1 편광판
160: 제2 편광판 170: 색 변환층
171: 제1 색 변환부 172: 제2 색 변환부
173: 투과부 175: 황색 컬러 필터
180: 액정층 191: 오버코트층
220: 이색 반사층 251: 차광층
GL: 게이트 라인 DL: 데이터 라인

Claims (15)

  1. 제1 기판;
    상기 제1 기판의 일면에 배치된 제1 전극;
    상기 제1 기판의 타면에 배치된 제1 편광판;
    상기 제1 전극 상에 배치된 액정층;
    상기 액정층 상에 배치된 제2 편광판;
    상기 제2 편광판 상에 배치되며, 복수의 색 변환부를 갖는 색 변환층; 및
    상기 색 변환층 상에 배치된 제2 기판;을 포함하며,
    상기 제1 편광판은 순차적으로 배치된 제1 편광자, 위상 보상층 및 제2 편광자를 포함하며,
    상기 제1 편광자와 상기 제2 편광자는 서로 평행한 흡수축을 갖는 표시장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 위상 보상층은 450nm 내지 650nm의 두께방향 위상차 값(Rth)을 갖는 표시장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 위상 보상층은 C 플레이트를 포함하는 표시장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 위상 보상층은 COP, TAC, PC, PS 및 액정 보상 필름 중 어느 하나를 포함하는 표시장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 편광자 및 상기 제2 편광자는 폴리비닐알콜(PVA)을 포함하는 표시장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 편광자는 편광 기능을 갖는 휘도 향상 필름인 표시장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 색 변환층은 형광체를 포함하는 표시장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 형광체는 퀀텀 도트를 포함하는 표시장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 색 변환층은,
    청색 광을 흡수하여 적색을 발광하는 적색 변환부; 및
    청색 광을 흡수하여 녹색을 발광하는 녹색 변환부;
    를 포함하는 표시장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 색 변환층은,
    청색광을 투과하는 투과부를 더 포함하는 표시장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 적색 변환부와 상기 제2 기판 사이 및 상기 녹색 변환부와 상기 제2 기판 사이에 배치된 황색 컬러필터를 더 포함하는 표시장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제2 편광판과 상기 색 변환층 사이에 배치된 이색 반사층을 더 포함하는 표시장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 제1 편광판과 상기 제1 기판 사이에 배치된 위상차판을 더 포함하는 표시장치.
  14. 제1 기판;
    상기 제1 기판의 일면에 배치된 제1 전극;
    상기 제1 기판의 타면에 배치된 제1 편광판;
    상기 제1 전극 상에 배치된 액정층;
    상기 액정층 상에 배치된 제2 기판; 및
    상기 제1 기판과 제2 기판 중 어느 하나에 배치된 컬러 필터층;을 포함하며,
    상기 제1 편광판은 순차적으로 배치된 제1 편광자, 위상 보상층 및 제2 편광자를 포함하며,
    상기 제1 편광자와 상기 제2 편광자의 흡수축이 서로 평행한 표시장치.
  15. 제1 기판;
    상기 제1 기판의 일면에 배치된 위상 보상층;
    상기 위상 보상층 상에 배치된 제1 편광자;
    상기 제1 기판의 타면에 배치된 제2 편광자;
    상기 제2 편광자 상에 배치된 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 배치된 액정층;
    상기 액정층 상에 배치된 제2 편광판;
    상기 제2 편광판 상에 배치되며, 복수의 색 변환부를 갖는 색 변환층; 및
    상기 색 변환층 상에 배치된 제2 기판;을 포함하며,
    상기 제1 편광자와 상기 제2 편광자의 흡수축이 서로 평행한 표시장치.
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