KR20190036650A - 색변환 기판 및 이를 포함하는 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

색변환 기판과 이를 포함하는 디스플레이 장치가 개시된다. 상기 색변환 기판은, 기판, 색변환층 및 색필터층을 포함한다.
상기 색필터층은, 상기 기판과 상기 색변환층의 사이에서, 상기 기판의 일면 상에 배치된 단일막으로, 제1 영역들 및 상기 제1 영역들의 사이에 배열된 제2 영역들을 포함한다. 상기 색변환층은, 제1 색변환부와 상기 제1 색변환부와 상이한 색상을 출사하는 제2 색변환부를 포함한다.
상기 제1 영역들은, 상기 제1 색변환부와 상기 제2 색변환부를 경유하여 입사된 빛 중에서 파장 400 nm 내지 450 nm 의 범위의 빛을 흡수한다. 상기 제2 영역들은, 상기 제1 색변환부와 상기 제2 색변환부를 경유하지 않고 입사된 빛 중에서 상기 파장 400 nm 내지 450 nm의 범위의 빛을 투과시킨다.

Description

색변환 기판 및 이를 포함하는 디스플레이 장치{COLOR CONVERSION SUBSTRATE AND DISPLAY DEVICE INCLUDING THE SAME}
발명은 색변환 기판 및 이를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
디스플레이 장치는 데이터를 시각적으로 표시하는 장치이다. 정보화 사회가 발전함에 따라 화상을 표시하기 위한 디스플레이 장치에 대한 요구가 다양한 형태로 증가하고 있으며, 근래에는 액정표시장치(LCD: liquid crystal display)와, 유기발광다이오드 표시장치(OLED: organic light emitting diode display device)가 디스플레이 장치(display device)로 주로 활용되고 있다.
색필터(color filter)는 광원에서 나오는 빛에서, 예를 들어, 적색 파장대의 빛, 녹색 파장대의 빛, 청색 파장대의 빛을 투과시키고 그 이외의 다른 파장의 빛을 흡수하여 디스플레이 장치가 적색, 녹색, 청색을 구현할 수 있도록 하는 광학부품이다.
색필터는 일반적으로 액정표시장치에 널리 사용되고 있지만, 백색 유기발광다이오드 표시장치의 색재현에 사용되기도 한다. 색필터는 표현하고자 하는 소정 색상의 파장대의 빛을 제외한 다른 파장대의 빛을 흡수하므로, 광 투과율 내지 광 효율이 저하될 수 있다.
발명은 색순도를 높여 고색재현 구현이 가능한 색변환 기판을 제공하고자 한다.
발명은 공정 감소로 공정성을 향상시킬 수 있는 색변환 기판을 제공하고자 한다.
발명은 색순도를 높여 고색재현 구현이 가능한 디스플레이 장치를 제공하고자 한다.
발명은 공정 감소로 공정성을 향상시킬 수 있는 디스플레이 장치를 제공하고자 한다.
발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
발명의 일 실시예에 따른 색변환 기판은, 기판, 색변환층 및 색필터층을 포함한다.
상기 색변환층은, 제1 색변환부와, 상기 제1 색변환부와 상이한 색상을 출사하는 제2 색변환부를 포함한다.
상기 색필터층은 제1 영역들과 상기 제1 영역들의 사이에 배열된 제2 영역들을 포함한다.
상기 기판, 상기 색변환층 및 상기 색필터층은 순서대로 적층된다. 다시 말하면, 상기 색필터층은, 상기 기판과 상기 색변환층의 사이에 배치된다.
상기 색필터층은, 상기 기판과 상기 색변환층의 사이에서, 상기 기판의 일면 상에 배치된 단일막으로, 제1 영역들 및 상기 제1 영역들의 사이에 배열된 제2 영역들을 포함한다.
상기 제1 영역들은, 상기 제1 색변환부와 상기 제2 색변환부를 경유하여 입사된 빛 중에서 파장 400 nm 내지 450 nm 의 범위의 빛을 흡수한다.
상기 제2 영역들은, 상기 제1 색변환부와 상기 제2 색변환부를 경유하지 않고 입사된 빛 중에서 상기 파장 400 nm 내지 450 nm의 범위의 빛을 투과시킨다.
상기 색필터층은 상기 기판의 일면 상에 배치되어 소정의 아일랜드형 패턴으로 구성된다. 상기 색변환 기판은, 차광 패턴을 더 포함할 수 있다. 상기 차광 패턴은, 제1 차광부와 상기 기판과 상기 색변환층의 사이에 배치될 수 있다. 상기 차광 패턴은, 제1 차광부, 제2 차광부 및 제3 차광부를 포함할 수 있다.
상기 제1 차광부는 제1 영역들의 대응영역에서, 상기 제1 색변환부와 상기 제2 색변환부의 사이에 배열될 수 있다.
상기 제2 차광부와 상기 제3 차광부는, 상기 제1 차광부와 공간적으로 분리된 영역에 배치되며, 상호 이격되게 배열될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 차광부와 상기 제3 차광부의 사이에는, 상기 제2 영역들의 대응영역들이 배열될 수 있다.
예를 들어, 상기 색변환 기판은, 상기 제1 색변환부와 상기 색필터층을 경유한 빛을 적색광으로 출사할 수 있다. 예를 들어, 상기 색변환 기판은, 상기 제2 색변환부와 상기 색필터층을 경유한 빛을 녹색광으로 출사할 수 있다.
예를 들어, 상기 색변환층은 상기 제1 색변환부와 상기 제2 색변환부로 구성될 수 있으며, 이 경우, 상기 색변환 기판은, 상기 제1 영역들에서, 상기 제1 색변환부와 상기 색필터층을 경유한 빛을 적색광으로 출사할 수 있다. 또한, 이 경우, 상기 색변환 기판은, 상기 제1 영역들에서, 상기 제2 색변환부와 상기 색필터층을 경유한 빛을 녹색광으로 출사할 수 있다. 또한 이 경우, 상기 색변환 기판은, 상기 제2 영역들을 경유한 빛을 청색광으로 출사할 수 있다.
발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치는, 상기 색변환 기판을 포함한다.
상기 디스플레이 장치는, 상기 색변환 기판의 색변환층으로 광을 출사하는 광원을 더 포함한다.
예를 들어, 상기 디스플레이 장치는, 유기발광다이오드 표시장치일 수 있다. 이 경우, 상기 광원은, 발광층일 수 있다. 상기 발광층은, 예를 들어, 파장 400 nm 내지 450 nm 의 범위의 빛을 발생시키는 발광층을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 디스플레이 장치는, 액정표시장치일 수 있다. 이 경우, 상기 디스플레이 장치는, 액정분자를 포함하는 액정층과 상기 액정층에 빛을 출사하는 백라이트 유닛을 더 포함할 수 있다. 또한, 이 경우, 상기 디스플레이 장치는, 광반사형 편광판을 더 포함할 수 있다.
상기 액정층은, 상기 색변환 기판과 상기 백라이트 유닛의 사이에 배치될 수 있다.
상기 백라이트 유닛은 상기 액정층에 빛을 출사하는 광원으로, 예를 들어, 파장 400 nm 내지 450 nm 의 범위의 빛을 상기 액정층에 출사할 수 있다.
상기 광반사형 편광판은, 입사광 중 제1 편광된 광은 투과시키고 상기 제1 편광된 광에 수직인 제2 편광된 광은 반사시키며, 상기 색변환 기판과 상기 액정층의 사이에 배치될 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
발명은 색순도를 높여 고색재현 구현이 가능한 색변환 기판을 제공할 수 있다.
발명은 공정 감소로 공정성을 향상시킬 수 있는 색변환 기판을 제공할 수 있다.
발명은 색순도를 높여 고색재현 구현이 가능한 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
발명은 공정 감소로 공정성을 향상시킬 수 있는 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 색변환 기판의 모식적인 단면도이다.
도 2는 색변환 기판의 제조공정 중 선택적 자외선(UV) 조사 공정을 모식적으로 도시한다.
도 3은 도 1의 색변환 기판이 적용된 액정표시장치의 모식적인 단면도이다.
도 4는 도 1의 색변환 기판이 적용된 유기발광다이오드 표시장치의 모식적인 단면도이다.
발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시형태들을 참조하면 명확해질 것이다. 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 그 기술의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니됨을 유의해야 한다.
또한, 발명은 이하에서 개시되는 내용에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이하에서 개시되는 내용은 발명의 개시가 완전하도록 하며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이고, 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 기술의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략할 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것으로, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 제1 구성요소는 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
명세서 전체에서, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 각 구성요소는 단수일 수도 있고 복수일 수도 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함하는(including)", "가진(having)" 이라고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, A, B 또는 A 및 B 를 의미하며, "C 내지 D" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, C 이상이고 D 이하인 것을 의미한다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위 뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다.
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.
이하, 도면을 참고하여, 발명에 대해 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 색변환 기판(100)의 모식적인 단면도이다. 도 1을 참조하면, 색변환 기판(100)은, 기판(SUB), 색필터층(CF) 및 색변환층(CC)을 포함한다. 기판(SUB), 색필터층(CF) 및 색변환층(CC)은 순서대로 적층된다. 다시 말하면, 색필터층(CF)은, 기판(SUB)과 색변환층(CC)의 사이에 배치된다.
기판(SUB)은 색필터층(CF)과 색변환층(CC)이 차례대로 적층되는 색변환 기판(100)의 기저층이며, 가시광선을 투과시킬 수 있는 투광성 소자로, 그 재질은 용도 또는 공정에 따라 적절히 선택될 수 있다. 예를 들어, 기판(SUB)은, 유리기판, 또는 투명 플라스틱 기판일 수 있으며, 평판 디스플레이, 곡면 디스플레이, 플렉서블 디스플레이 등의 용도에 따라 적절히 선택될 수 있다.
투명 플라스틱 기판을 구성하는 고분자의 예로는, 폴리이미드(polyimide: PI), 폴리카보네이트(polycarbonate: PC), 폴리아크릴레이트(polyacrylate: PA), 폴리에틸렌 테레프탈레이드(polyethylene terepthalate: PET), 폴리에테르술폰(polyethersulphone: PES), 폴리아릴레이트(polyarylate: PAR), 폴리에테르이미드(polyetherimide: PEI), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene napthalate: PEN), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide: PPS), 폴리알릴레이트(polyallylate), 폴리이미드, 셀룰로오스 트리 아세테이트(cellulose triacetate: CAT or TAC), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propionate: CAP) 등을 들 수 있으나, 이들만으로 제한되지 않는다.
색필터층(CF)은, 기판(SUB)과 색변환층(CC)의 사이에 개재된 소자이며, 파장 400 nm 내지 450 nm 의 빛을 차단하는 역할을 함으로써, 색변환층(CC)으로부터 출사되는 빛 중에서 파장 400 nm 내지 450 nm 의 빛의 혼색을 제거하여, 색변환 기판(100)이 고색순도의 색재현을 구현할 수 있도록 할 수 있다.
색필터층(CF)에는, 파장 400 nm 내지 450 nm 의 빛(B)을 투과시키는 영역이 구비된다.
다시 말하면, 색필터층(CF)은, 기판(SUB)과 색변환층(CC)의 사이에 배치되어, 색변환층(CC)을 통과한 빛 중에서, 파장 400 nm 내지 450 nm 의 범위의 빛(B)을 흡수하고, 그 이외의 파장대의 빛(R, G)을 투과시키는 제1 영역(R1)들과, 파장 400 nm 내지 450 nm의 범위의 빛(B)을 투과시키는 제2 영역(R2)들을 포함하여 구성된다.
제2 영역(R2)들은 제1 영역(R1)들의 사이에 배열될 수 있다. 구체적으로, 제1 영역(R1)들과 제2 영역(R2)들은 교대로 번갈아 배열될 수 있다.
한편, 제2 영역(R2)들로 입사되는 빛은 색변환층(CC)을 경유하지 않는 반면에, 제1 영역(R1)들로 입사되는 빛은 색변환층(CC)을 경유한다. 후술하겠지만, 색변환층(CC)은 제1 색변환부(RC)와 제2 색변환부(GC)를 포함하며, 제1 영역(R1)들로 입사되는 빛은, 제1 색변환부(RC)와 제2 색변환부(GC)를 경유한다.
색필터층(CF)은, 기판(SUB)의 일면 상에 연속적으로 배치된 단일막으로, 이 때, 기판(SUB)의 일면은, 색필터층(CF)의 양면 중에서, 기판(SUB)으로부터 먼 곳에 배치되고, 색변환층(CC)으로부터 가깝게 배치된 면으로 정의된다. 본 명세서에서, 단일막은, 스트라이프형, 모자이크형, 델타형 등의 소정의 패턴을 구비하지 않는 것을 의미한다.
기존의 색필터층은 적색 파장대의 빛 만을 투과하고 나머지 파장대의 빛을 흡수하는 적색필터, 녹색 파장대의 빛 만을 투과하고 나머지 파장대의 빛을 흡수하는 녹색필터 및 청색 파장대의 빛 만을 투과하고 나머지 파장대의 빛을 흡수하는 청색필터를 포함하여 구성되었고, 적색필터, 녹색필터, 청색필터가 스트라이프형, 모자이크형, 델타형 등의 소정의 패턴으로 배열되어 있었다.
따라서, 기존에는, 소정의 패턴으로 배열된 적색필터, 녹색필터, 청색필터를 제작하기 위해, 특정 파장대의 빛을 투과하고 나머지 파장대의 빛을 흡수하는 소정의 색소와 감광성 수지를 포함하는 코팅액을 기판 상에 도포하여 단일막을 형성한 뒤, 노광 공정, 프리-베이킹 공정, 현상 공정, 포스트-베이킹 공정을 색필터 별로 반복하여야 했다.
반면에, 발명은 색필터층(CF)을 기판(SUB)의 일면 상에 연속적으로 배치된 단일막으로 구성하는 것에 의해, 소정의 패턴을 형성하기 위한 패터닝 공정이 요구되지 않으므로, 색변환 기판(100)의 공정을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
구체적으로, 색필터층(CF)이 기판(SUB)의 일면 상에 연속적으로 배치된 단일막으로 제작되는 경우에는, 기판(SUB) 상에 파장 400 nm 내지 450 nm 의 범위의 빛을 흡수하는 소정의 색소와 열경화성 수지를 포함하는 코팅액을 도포한 뒤, 도포막을 열경화시크는 두 번의 공정 만이 필요하다.
그러나, 기존과 같이, 색필터층에 소정의 패턴을 부여하는 경우에는, 하기의 1) 내지 5)의 공정이 순서대로 진행되어야 하므로, 단일막의 색필터층(CF)을 제작하는 경우에 비해, 노광 공정, 프리-베이킹 공정, 현상 공정이 더 필요하게 되며, 덧붙여, 하기의 1) 내지 5)의 공정이 색필터 별로 반복되어야 한다.
1) 기판 상에 소정의 색소(예를 들어, 적색필터 형성 시에는 적색 안료, 녹색필터 형성 시에는 녹색 안료, 청색필터 형성 시에는 청색 안료 등), 감광성 수지 및 단파장 흡수 광개시제를 포함하는 코팅액을 도포하여 도포막을 형성하는 코팅공정,
2) 광 투과부가 구비된 마스크를 이용하여 도포막의 일부분을 선택적으로 노광하는 노광공정,
3) 노광공정 후 도포막을 소정의 온도에서 베이킹하는 프리-베이킹 공정
4) 현상액을 이용하여 빛에 노출되지 않은 도포막의 비노광 영역을 제거하여 소정의 색필터 패턴을 형성하는 현상 공정,
5) 소정의 색필터 패턴을 다시 소정의 온도에서 베이킹하는 포스트-베이킹 공정
한편, 단일막의 색필터층(CF)에 사용되는 코팅액에는, 소정의 염료(dye)와 열경화성 수지가 함유될 수 있다. 이 때, 소정의 염료는 내광성이 약한 물질일 수 있다. 발명자들은 내광성이 약한 염료를 이용하여, 파장 400 nm 내지 450 nm 의 범위의 빛을 흡수하지 않고 투과시키는 역할을 하는 제2 영역(R2)을 설계할 수 있었다. 제2 영역(R2)의 설계와 관련하여, 도 2를 참조하여, 후술하기로 한다.
예를 들어, 내광성이 약한 염료의 예로는, 아조계 황색 염료를 들 수 있다. 아조계 황색 염료는, 형광등 광원에 노출되면 화학구조의 변화에 따라 색상 변이 현상을 거치는 특성을 가지며, 다른 구조의 염료 대비, 특히 내광성이 취약하다.
아조계 황색 염료의 예로는, C.I 반응성 황색염료(C.I. reactive yellow)를 들 수 있으며, C.I 반응성 황색 염료의 예로는, C.I Reactive Yellow 1, 2, 3, 4, 5, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 22, 23, 25, 35, 36:1, 37, 39, 42, 44, 45:1, 55, 57, 66, 72, 76, 78, 81, 84, 85, 86, 95, 105, 107, 121, 133, 135, 138, 143, 145, 148, 151, 154, 156, 157, 158, 160, 161, 162, 164, 167, 174, 176, 178, 179, 184, 185, 186, 193, 201, 202, 205, 206, 207, 208, 209, 210, 211, 212 및 213 등이 있지만, 이들만을 제한되지는 않는다.
예를 들어, 하기 화학식 (1) 로 표현되는 화합물은 C.I 반응성 황색 염료 145(C.I. reactive yellow 145) 이며, 하기 화학식 (2) 로 표현되는 화합물은 C.I 반응성 황색 염료 138(C.I. reactive yellow 138) 이고, 하기 화학식 (3) 으로 표현되는 화합물은 C.I 반응성 황색 염료 107(C.I. reactive yellow 107) 이다.
< 화학식 (1) >
Figure pat00001
< 화학식 (2) >
Figure pat00002
< 화학식 (3) >
Figure pat00003
한편, 단일막의 색필터층(CF)을 형성하는 경우에는, 2) 노광 공정이 필요치 않으므로, 전술한 바 있는 단파장 흡수 개시제가 필요하지 않을 수 있다. 예를 들어, 단파장 흡수 광개시제를 아조계 황색 염료와 함께 사용하는 경우에는, 아조계 황색 염료의 경우 장파장 색상에 가까우므로, 단파장 흡광을 통해 가교를 시작하는 단파장 흡수 광개시제의 사용으로 인해, 오히려, 아조계 황색 염료의 색재 효율이 저하될 수 있다.
반면에, 색필터층(CF)을 기판(SUB)의 일면 상에 연속적으로 배치된 단일막으로 제작하는 경우, 기판(SUB) 상에 아조계 황색 염료와 열경화성 수지를 포함하는 코팅액을 도포한 뒤, 도포막을 열경화하는 두 단계 공정으로 색필터층(CF)이 제작될 수 있으므로, 아조계 황색 염료의 색재 효율이 향상될 수 있다.
색변환층(CC)은, 입사광 중 단파장의 빛을 흡수하여 장파장 영역의 빛으로 변환시켜 색필터층(CF)으로 출사하는 역할을 할 수 있다. 색변환층(CC)에는 단파장의 빛을 흡수하여 장파장 영역의 빛으로 변환시켜 방출하는 색변환 물질(color conversion material: CCM)이 포함된다.
색변환 물질은, 예를 들어, 양자점(Quantum Dot), 형광염료 또는 이들의 조합일 수 있다. 형광염료는, 예를 들어, 유기 형광물질, 무기 형광물질 및 이들의 조합을 포함한다.
양자점은, II-VI족 화합물, III-V족 화합물, IV-VI족 화합물, IV족 원소, IV족 화합물 및 이들의 조합에서 선택될 수 있지만, 이들 만으로 제한되지 않는다. II-VI족 화합물은 CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, HgS, HgSe, HgTe, MgSe, MgS 및 이들의 혼합물로 이루어 진 군에서 선택되는 이원소 화합물; CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HgZnTe, MgZnSe, MgZnS 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 HgZnTeS, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. III-V족 화합물은 GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs, InSb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; GaNP, GaNAs, GaNSb, GaPAs, GaPSb, AlNP, AlNAs, AlNSb, AlPAs, AlPSb, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb, GaAlNP 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs, InAlPSb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. IV-VI족 화합물은 SnS, SnSe, SnTe, PbS, PbSe, PbTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; SnSeS, SnSeTe, SnSTe, PbSeS, PbSeTe, PbSTe, SnPbS, SnPbSe, SnPbTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 SnPbSSe, SnPbSeTe, SnPbSTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. IV족 원소로 는 Si, Ge 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. IV족 화합물로는 SiC, SiGe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물일 수 있다.
이때, 이원소 화합물, 삼원소 화합물 또는 사원소 화합물은 균일한 농도로 입자 내에 존재하거나, 농도 분포가 부분적으로 다른 상태로 나누어져 동일 입자 내에 존재하는 것일 수 있다. 또한 하나의 양자점이 다른 양자점을 둘러싸는 코어/쉘 구조를 가질 수도 있다. 코어와 쉘의 계면은 쉘에 존재하는 원소의 농도가 중심으로 갈수록 낮아지는 농도 구배(gradient)를 가질 수 있다.
양자점은 약 45nm 이하, 바람직하게는 약 40nm 이하, 더욱 바람직하게는 약 30nm 이하의 발광 파장 스펙트럼의 반치폭(full width of half maximum, FWHM)을 가질 수 있으며, 이 범위에서 색순도나 색재현성을 향상시킬 수 있다. 또한 이러한 양자점을 통해 발광되는 광은 전 방향으로 방출되는바, 광 시야각이 향상될 수 있다.
또한, 양자점의 형태는 일반적으로 사용하는 형태의 것으로 특별히 한정하지 않지만, 보다 구체적으로 구형, 피라미드형, 다중 가지형(multi-arm), 또는 입방체(cubic)의 나노 입자, 나노 튜브, 나노와이어, 나노 섬유, 나노 판상 입자 등의 형태의 것을 사용할 수 있다.
형광염료는, 예를 들어, 적색 형광염료, 녹색 형광염료, 그 이외의 제3의 색상의 빛을 발광하는 염료 또는 이들의 조합일 수 있다.
적색 형광염료는 청색 파장대의 빛을 흡수하여 적색 파장대의 빛을 발광하는 물질로, (Ca, Sr, Ba)S, (Ca, Sr, Ba)2Si5N8, 카즌(CaAlSiN3), CaMoO4, Eu2Si5N8 중 적어도 하나일 수 있으나, 이들 만으로 제한되지 않는다.
녹색 형광염료는 청색 파장대의 빛을 흡수하여 녹색 파장대의 빛을 발광하는 물질로, 이트륨 알루미늄 가닛(yttrium aluminum garnet, YAG), (Ca, Sr, Ba)2SiO4, SrGa2S4, 바리움마그네슘알루미네이트(BAM), 알파 사이알론(α-SiAlON), 베타 사이알론(β-SiAlON), Ca3Sc2Si3O12, Tb3Al5O12, BaSiO4, CaAlSiON, (Sr1 - xBax)Si2O2N2 중 적어도 하나일 수 있으나, 이들 만으로 제한되지 않는다.
색변환층(CC)은 제1 색변환부(RC)와, 제1 색변환부(RC)와 상이한 색상을 출사하는 제2 색변환부(GC)를 포함한다. 제1 색변환부(RC)와 제2 색변환부(GC)는 서로 다른 색상을 출사하는 것이면, 각 색변환부(RC, GC)가 각각 출사하는 빛의 색상은 특별히 제한되지 않는다.
색변환층(CC)은, 색변환 물질과 감광성 수지 등을 포함하는 전구체 물질을 이용하여 포토리소그라피 공정을 통해 형성될 수 있고, 포토리소그라피 공정을 통해 제1 색변환부(RC)와 제2 색변환부(GC)는 색필터층(CF) 상에서 서로 이격되게 배열되도록 패턴닝될 수 있다.
제1 및 제2 색변환부(RC, GC) 제작을 위해, 각 색변환부 별로 소정의 색변환 물질을 포함하는 전구체 물질을 색필터층(CF) 상에 도포할 때, 단일막의 색필터층(CF)은, 균일한 두께의 도포막을 제공할 수 있는 장점이 있다. 특히, 청색필터가 형성되지 않음으로써, 녹색필터와 적색필터 중 어느 하나와 기판 사이에 단차가 발생된 경우에도, 단일막의 색필터층(CF)은, 균일한 두께의 도포막을 제공할 수 있는 장점이 있다.
반면에, 예를 들어, 적색필터와 녹색필터가 상호 이격되어 배열되도록 패터닝되고, 기판 상에 청색필터는 배치되지 않음으로써, 녹색필터와 적색필터 중 어느 하나와 기판 사이에 단차가 발생되는 경우, 청색필터의 부재로 인해, 적색 변환부와 녹색 변환부 중 어느 하나는 불균일한 두께를 가질 수 있다.
한편, 색변환 기판(100)은, 제1 색변환부(RC)와 색필터층(CF)을 경유한 빛을 적색광으로 출사할 수 있다. 또한, 예를 들어, 색변환 기판(100)은, 제2 색변환부(GC)와 색필터층(CF)을 경유한 빛을 녹색광으로 출사할 수 있다.
예를 들어, 색변환층(CC)은 제1 색변환부(RC)와 제2 색변환부(GC)로 구성될 수 있다. 이 때, 색변환층(CC)이 제1 색변환부(RC)와 제2 색변환부(GC)로 구성된다는 것은, 색변환층(CC)이 제1 색변환부(RC)와 제2 색변환부(GC)로만 이루어진 것을 의미하며, 제2 영역(R2) 상에는, 어떠한 색변환부가 배치되지 않는다는 것을 의미한다.
이 경우, 색변환 기판(100)은, 색필터층(CF)의 제1 영역(R1)들에서, 제1 색변환부(RC)와 색필터층(CF)을 경유한 빛을 적색광으로 출사할 수 있다. 또한, 이 경우, 색변환 기판(100)은, 색필터층(CF)의 제1 영역(R1)들에서, 제2 색변환부(GC)와 색필터층(CF)을 경유한 빛을 녹색광으로 출사할 수 있다. 또한 이 경우, 색변환 기판(100)은, 제2 영역(R2)들로 직접 입사된 빛을, 제2 영역(R2)들을 경유하여 청색광으로 출사할 수 있다.
색변환 기판(100)은, 차광 패턴(BM)을 더 포함할 수 있다. 차광 패턴(BM)은, 예를 들어, 블랙 매트릭스(black matrix)일 수 있다. 차광 패턴(BM)은, 기판(SUB)과 색변환층(CC)의 사이에 배치될 수 있다. 차광 패턴(BM)은 기판(SUB) 상에 배치될 수 있고, 다시 차광 패턴(BM) 상에는 색필터층(CF)이 배치될 수 있다. 다만, 도시하지는 않았으나, 경우에 따라서는, 차광 패턴(BM)이 색변환층(CC) 상에 배치될 수도 있다.
차광 패턴(BM)은, 제1 차광부(BM1), 제2 차광부(BM2) 및 제3 차광부(BM3)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 제1 차광부(BM1)는, 색필터층(CF)의 제1 영역(R1)들의 대응영역에서, 제1 색변환부(RC)와 제2 색변환부(GC)의 사이에 배열될 수 있다. 이 때, 제1 색변환부(RC)와 제2 색변환부(GC)는 서로 이격되게 배열될 수도 있다. 또한, 예를 들어, 제2 차광부(BM2)와 제3 차광부(BM3)는, 제1 차광부(BM1)와 공간적으로 분리된 영역에 배치되며, 상호 이격되게 배열될 수 있다. 제2 차광부(BM2)와 제3 차광부(BM3)의 사이에는, 색필터층(CF)의 제2 영역(R2)들의 대응영역들이 배열될 수 있으며, 도시된 바에 따르면, 색필터층(CF)의 제2 영역(R2)들의 대응영역에는, 어떠한 색변환부가 배치되지 않을 수 있다. 이 경우, 제2 차광부(BM2)와 제3 차광부(BM3)의 사이로, 색필터층(CF)의 제2 영역(R2)이 노출될 수 있다.
차광 패턴(BM)은 기판(SUB)의 일면 상에 배열될 수 있으며, 이 때, 색필터층(CF)은 차광 패턴(BM)을 덮은 커버막이 되어, 기판(SUB)의 일면 상에 연속적으로 배치될 수 있다.
도 2는 색변환 기판(100)의 제조공정 중 선택적 자외선(UV) 조사 공정을 모식적으로 도시한다. 도 2를 참조하여, 색필터층(CF)의 제2 영역(R2)들을 형성하는 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.
선택적 자외선 조사 공정은, 색필터층(CF) 형성을 위해, 파장 400 nm 내지 450 nm 범위의 빛을 흡수하는 소정의 염료와 열경화성 감광성 수지를 포함하는 도포액을 기판(SUB) 상에 도포한 뒤, 도포막을 열경화하고, 후속하여, 마스크(M)를 열경화막의 상부에 배치시켜, 열경화막에 자외선(UV)을 조사하는 공정으로, 이 때, 마스크(M)에는 자외선(UV)을 투과시킬 수 있는 광 투과부(TW)가 구비된다.
광 투과부(TW)를 통해 열경화막(CL)에 자외선(UV)이 입사되면, 마스크(M)의 광 투과부(TW)에 대응되는 열경화막(CL)의 대응영역에서는, 파장 400 nm 내지 450 nm 범위의 빛을 흡수하는 기능이 소정의 염료로부터 상실되며, 이로 인해, 파장 400 nm 내지 450 nm 범위의 빛은 마스크(M)의 광 투과부(TW)에 대응되는 열경화막(CL)의 대응영역을 경유하여, 색필터층(CF)으로부터 출사될 수 있다.
마스크(M)의 광 투과부(TW)에 대응되는, 다시 말하면, 마스크(M)의 광 투과부(TW)와 중첩되는 열경화막(CL)의 대응영역은, 색필터층(CF)의 제2 영역(R2)에 해당되며, 마스크(M)의 광 투과부(TW)에 대응되지 않는, 다시 말하면, 마스크(M)의 광 투과부(TW)와 중첩되지 않는 열경화막(CL)의 그 이외의 영역은, 색필터층(CF)의 제2 영역(R1)에 해당된다.
도 3은 도 1의 색변환 기판(100)이 적용된 액정표시장치(1000)의 모식적인 단면도이다. 도 3을 참조하면, 액정표시장치(1000)는, 색변환 기판(100), 액정분자를 포함하는 액정층(LC) 및 백라이트 유닛(BLU)을 포함할 수 있다. 액정표시장치(1000)는, 경우에 따라서는 광반사형 편광판(WG)을 더 포함할 수도 있다. 액정표시장치(1000)는, 경우에 따라서는, 광반사형 편광판(WG)과, 흡수형 편광판(POL)을 더 포함할 수도 있다. 도시된 바에 따르면, 액정표시패널(LCP)은, 색변환 기판(100), 액정층(LC), 백라이트 유닛(BLU), 광반사형 편광판(WG), 흡수형 편광판(POL)을 모두 포함할 수 있으나, 도시된 액정표시장치의 구조로만 발명의 범위가 제한되는 것은 아니며, 공지된 액정표시장치에 색변환 기판(100)이 채택될 수 있는 것이다.
예를 들어, 도시된 바에 따르면, 색변환 기판(100)이 액정층(LC)의 상부에 배치되어 있지만, 이것으로만 발명의 범위가 제한되지 않으며, 색변환 기판(100)은 COT(Color filter on TFT) 구조에도 적용될 수 있는 것이다.
도시된 바에 따라, 액정표시장치(1000)에 대해 설명하기로 한다.
색변환 기판(100)은, 전술한 바와 같이, 제1 색변환부(RC)와 제2 색변환부(GC)를 포함하며, 제1 색변환부(RC)와 제2 색변환부(GC)는 액정표시패널(LCP)의 단위화소(PX)와 중첩되게 배치된다. 구체적으로, 단위화소(PX)는 제1 부화소(S-PX1), 제2 부화소(S-PX2), 제3 부화소(S-PX3)로 구획될 수 있으며, 제1 색변환부(RC)는 제1 부화소(S-PX1)와 중첩되게 배치될 수 있고, 제2 색변환부(GC)는 제2 부화소(S-PX2)와 중첩되게 배치될 수 있다. 제3 부화소(S-PX3)와 중첩되는 색변환층(CC)에는 색변환부가 배치되지 않을 수 있다. 제3 부화소(S-PX3)와 중첩되게 색필터층(CF)의 제2 영역이 배치될 수 있다.
이상에서 생략된 색변환 기판(100)에 관한 내용은, 도 1 및 도 2에서 설명한 바와 같다.
액정층(LC)은, 색변환 기판(100)과 백라이트 유닛(BLU)의 사이에 배치될 수 있다. 백라이트 유닛(BLU)은 액정층(LC)에 빛을 출사하는 광원으로, 소스(LS)의 소스(LS)로부터 출사된 빛을 액정층(LC)으로 전달하는 도광판(LGP)를 포함하여 구성될 수 있다. 예를 들어, 소스(LS)는 파장 400 nm 내지 450 nm 의 범위의 빛을 액정층(LC)에 출사할 수 있다.
예를 들어, 액정표시장치(1000)가 제1 색변환부(RC)는 제1 부화소(S-PX1)와 중첩되게 배치되고, 제2 색변환부(GC)는 제2 부화소(S-PX2)와 중첩되게 배치되며, 색필터층(CF)의 제2 영역은 제3 부화소(S-PX3)와 중첩되는 배치된 때, 제3 부화소(S-PX3)와 중첩되게 배치된 색변환부가 색변환층(CC)에 구비되지 않은 구조를 가진 경우, 소스(LS)가 파장 400 nm 내지 450 nm 의 범위의 빛을 액정층(LC)에 출사하면, 파장 400 nm 내지 450 nm 의 범위의 빛은 액정층(LC), 제1 색변환부(RC), 색필터층(CF)의 제1 영역 및 기판(SUB)을 경유하여, 적색광(R)으로 출사될 수 있다.
또한, 이 경우, 파장 400 nm 내지 450 nm 의 범위의 빛은, 액정층(LC), 제2 색변환부(GC), 색필터층(CF)의 제1 영역 및 기판(SUB)을 경유하여, 녹색광(G)으로 출사될 수 있고, 액정층(LC)에서 색필터층(CF)의 제2 영역을 직접 경유하여 기판(SUB)을 통해 청색광(B)으로 출사될 수 있다.
한편, 제1 차광부(BM1), 제2 차광부(BM2), 제3 차광부(BM3)는, 게이트 전극(미도시), 데이터 전극(미도시) 등과 중첩되게 배치될 수 있다.
광반사형 편광판(WG)은, 입사광 중 제1 편광된 광은 투과시키고 제1 편광된 광에 수직인 제2 편광된 광은 반사시키며, 색변환 기판(100)과 액정층(LC)의 사이에 배치될 수 있다. 광반사형 편광판(WG)은, 투광성 기판 상에서 상호 이격되게 배열된 전도성 격벽들이 그리드로 형성된 것으로, 전도성 격벽들은, 선폭이 대략 100 nm 이하일 수 있고, 두께가 대략 150 nm 이상일 수 있으며, 이격 간격이 대략 100 nm 이하일 수 있으나, 이것만으로 제한되는 것은 아니다. 광반사형 편광판은, 예를 들어, 나노 임프린트법 등을 이용하여 제작될 수 있다.
전도성 격벽들은, 제1 전이 금속, 제1 전이후 금속 및 이들의 합금 중 하나의 금속으로 이루어질 수 있고, 예를 들어, 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 니켈(Ni) 및 이들의 합금 중 하나의 금속으로 이루어질 수 있다.
광반사형 편광판(WG)은, 색변환층(CC)에서 발광된 빛의 일부를 재사용하여 액정표시장치(1000)의 광효율을 향상시킬 수 있다.
액정층(LC), 백라이트 유닛(BLU), 광반사형 편광판(WG), 흡수형 편광판(POL) 각각은 공지기술이므로, 이상에서 생략된 내용일지라도, 이들에 대해 공지된 기술내용은 발명의 내용에 포함된다.
도 4는 도 1의 색변환 기판(100)이 적용된 유기발광다이오드 표시장치(2000)의 모식적인 단면도이다. 도 4를 참조하면, 유기발광다이오드 표시장치(2000)는, 색변환 기판(100)의 색변환층(CC)으로 광을 출사하는 광원으로, 발광층을 포함한다. 발광층에는, 예를 들어, 파장 400 nm 내지 450 nm 의 범위의 빛을 발생시키는 유기물이 포함될 수 있다.
예를 들어, 발광층이 청색광을 발광하는 유기물로 구성될 수 있으며, 이 때, 유기발광다이오드 표시장치(2000)는, 청색 유기발광다이오드 패널(BOP)을 포함할 수 있다.
색변환 기판(100)은, 제1 색변환부(RC)와 제2 색변환부(GC)를 포함하며, 제1 색변환부(RC)와 제2 색변환부(GC)는 청색 유기발광다이오드 패널(BOP)의 단위화소(PX)와 중첩되게 배치된다.
구체적으로, 단위화소(PX)는 제1 부화소(S-PX1), 제2 부화소(S-PX2), 제3 부화소(S-PX3)로 구획될 수 있으며, 제1 색변환부(RC)는 제1 부화소(S-PX1)와 중첩되게 배치될 수 있고, 제2 색변환부(GC)는 제2 부화소(S-PX2)와 중첩되게 배치될 수 있다. 제3 부화소(S-PX3)와 중첩되는 색변환층(CC)에는 색변환부가 배치되지 않을 수 있다. 제3 부화소(S-PX3)와 중첩되게 색필터층(CF)의 제2 영역이 배치될 수 있다.
청색 유기발광다이오드 패널(BOP)로부터 출사된 청색광(파장 400 nm 내지 450 nm 의 범위의 빛)(B)은, 제1 색변환부(RC), 색필터층(CF)의 제1 영역 및 기판(SUB)을 경유하여, 적색광(R)으로 출사될 수 있다. 또한, 청색 유기발광다이오드 패널(BOP)로부터 출사된 청색광(B)은, 제2 색변환부(GC), 색필터층(CF)의 제1 영역 및 기판(SUB)을 경유하여, 녹색광(G)으로 출사될 수 있다. 또한, 청색 유기발광다이오드 패널(BOP)로부터 출사된 청색광(B)은, 색필터층(CF)의 제2 영역을 직접 입사하여 기판(SUB)을 통해 청색광(B)으로 출사될 수 있다.
한편, 제1 차광부(BM1), 제2 차광부(BM2), 제3 차광부(BM3)는, 게이트 전극(미도시), 데이터 전극(미도시) 등과 중첩되게 배치될 수 있다.
이상에서 생략된 색변환 기판(100)에 관한 내용은, 도 1 및 도 2에서 설명한 바와 같다.
또한, 유기발광다이오드의 구조, 각 층의 성분 등은 공지되어 있으므로, 이하, 상세한 설명은 생략하기로 하며, 유기발광다이오드에 관해 공지된 기술은, 본 명세서 내에서 구체적으로 설명되지 않은 경우에도, 발명의 범위 내에 합체된다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 설명하였으나, 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 각 실시예에 개시된 내용들을 조합하여 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 색변환 기판
SUB: 기판
CF: 색필터층 R1: 제1 영역 R2: 제2 영역
CC: 색변환층 RC: 제1 색변환부 GC: 제2 색변환부
M: 마스크 TW: 광 투과부
LCP: 액정표시패널 BOP: 청색 유기발광다이오드 패널
WG: 광반사형 편광판 POL: 흡수형 편광판
BLU: 백라이트 유닛
PX: 단위화소
S-PX1: 제1 부화소
S-PX2: 제2 부화소
S-PX3: 제3 부화소

Claims (6)

  1. 기판;
    제1 색변환부와, 상기 제1 색변환부와 상이한 색상을 출사하는 제2 색변환부를 포함하는 색변환층; 및
    상기 기판과 상기 색변환층의 사이에서, 상기 기판의 일면 상에 배치된 단일막으로, 제1 영역들 및 상기 제1 영역들의 사이에 배열된 제2 영역들을 포함하는 색필터층을 포함하며,
    상기 제1 영역들은, 상기 제1 색변환부와 상기 제2 색변환부를 경유하여 입사된 빛 중에서 파장 400 nm 내지 450 nm 의 범위의 빛을 흡수하고,
    상기 제2 영역들은, 상기 제1 색변환부와 상기 제2 색변환부를 경유하지 않고 입사된 빛 중에서 상기 파장 400 nm 내지 450 nm의 범위의 빛을 투과시키는,
    색변환 기판.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 기판과 상기 색변환층의 사이에 배치된 차광 패턴;을 더 포함하며,
    상기 차광 패턴은,
    상기 제1 영역들의 대응영역들에서, 상기 제1 색변환부와 상기 제2 색변환부의 사이에 배열된 제1 차광부와,
    상기 제2 영역들의 대응영역들을 사이에 두고, 상호 이격되게 배열된 제2 차광부와 제3 차광부;를 포함하는,
    색변환 기판.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 색변환부와 상기 색필터층을 경유한 빛을 적색광으로 출사하고,
    상기 제2 색변환부와 상기 색필터층을 경유한 빛을 녹색광으로 출사하는,
    색변환 기판.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 색변환층은 상기 제1 색변환부와 상기 제2 색변환부로 구성되며,
    상기 제1 영역들에서, 상기 제1 색변환부와 상기 색필터층을 경유한 빛을 적색광으로 출사하고,
    상기 제1 영역들에서, 상기 제2 색변환부와 상기 색필터층을 경유한 빛을 녹색광으로 출사하며,
    상기 제2 영역들을 경유한 빛을 청색광으로 출사하는,
    색변환 기판.
  5. 제1 항에 따른 색변환 기판; 및
    상기 색변환층으로 파장 400 nm 내지 450 nm 의 범위의 광을 출사하는 광원;
    을 포함하는 디스플레이 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 광원은 파장 400 nm 내지 450 nm 의 범위의 빛을 출사하며,
    액정분자를 포함하는 액정층; 및
    상기 색변환 기판과 상기 액정층의 사이에 배치되고, 입사광 중 제1 편광된 광은 투과시키고 상기 제1 편광된 광에 수직인 제2 편광된 광은 반사시키는 반사형 편광판;을 더 포함하는,
    디스플레이 장치.
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