KR20200041044A - 디스플레이 패널 및 이를 포함하는 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

백색 구현에 사용되는 별도의 백색 서브 픽셀을 마련하고 백색 서브 픽셀을 온(On)시켜 백색을 구현함으로써, 우수한 휘도를 얻을 수 있는 디스플레이 패널 및 이를 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다.
또한. 백색 서브 픽셀을 구현함에 있어서, 청색과 황색의 혼색을 이용함으로써 양자점 색변환에 의한 손실을 줄일 수 있는 디스플레이 패널 및 이를 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다.
일 실시예에 따른 디스플레이 패널은, 청색 광을 방출하는 광원; 및 상기 청색 광을 적색 광으로 변환하는 적색 양자점 입자를 포함하는 적색광 변환부, 상기 청색 광을 녹색 광으로 변환하는 녹색 양자점 입자를 포함하는 녹색광 변환부, 상기 청색 광을 투과시키는 광 투과부 및 상기 청색 광의 일부를 황색 광으로 변환하는 황색 양자점 입자를 포함하고 상기 청색 광의 나머지 일부는 투과시키는 백색광 생성부를 포함하는 양자점 컬러 필터층;을 포함한다.

Description

디스플레이 패널 및 이를 포함하는 디스플레이 장치{DISPLAY PANEL AND DISPLAY APPARATUS HAVING THE SAME}
개시된 발명은 양자점을 컬러 필터로 이용하는 디스플레이 패널 및 이를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
디스플레이 장치는 영상을 표시하는 디스플레이 패널을 구비하여 방송신호 등 다양한 포맷의 영상 데이터를 표시할 수 있는 장치이다.
디스플레이 패널은 스스로 발광하는 발광형 디스플레이 패널과 별도의 광원을 필요로 하는 비발광형 디스플레이 패널로 구분될 수 있다. 발광형 디스플레이 패널로는 음극선관(Cathode Ray Tube, CRT) 패널, 전계발광소자(Electro Luminescence, EL) 패널, 유기전계발광소자(Organic Light Emitting Diode, OLED) 패널, 진공형광 디스플레이(Vacuum Fluorescence Display, VFD) 패널, 전계방출 디스플레이(Field Emission Display, FED) 패널, 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP) 등을 포함하며, 비발광형 디스플레이 패널은 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display, LCD) 패널 등을 포함한다.
OLED 패널과 같은 발광형 디스플레이 패널의 경우, 픽셀마다 빛을 조절할 수 있기 때문에 별도의 백라이트 유닛을 필요로 하지 않아 얇은 두께의 디스플레이 장치를 구현할 수 있다. 또한, LCD와 비교하여 시야각과 대조도(Contrast) 측면에서 우수한 성능을 발휘할 수 있다.
백색 구현에 사용되는 별도의 백색 서브 픽셀을 마련하고 백색 서브 픽셀을 온(On)시켜 백색을 구현함으로써, 우수한 휘도를 얻을 수 있는 디스플레이 패널 및 이를 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다.
또한. 백색 서브 픽셀을 구현함에 있어서, 청색과 황색의 혼색을 이용함으로써 양자점 색변환에 의한 손실을 줄일 수 있는 디스플레이 패널 및 이를 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다.
일 실시예에 따른 디스플레이 패널은, 청색 광을 방출하는 광원; 및 상기 청색 광을 적색 광으로 변환하는 적색 양자점 입자를 포함하는 적색광 변환부, 상기 청색 광을 녹색 광으로 변환하는 녹색 양자점 입자를 포함하는 녹색광 변환부, 상기 청색 광을 투과시키는 광 투과부 및 상기 청색 광의 일부를 황색 광으로 변환하는 황색 양자점 입자를 포함하고 상기 청색 광의 나머지 일부는 투과시키는 백색광 생성부를 포함하는 양자점 컬러 필터층;을 포함한다.
상기 백색광 생성부는, 상기 청색 광을 540nm 내지 580nm의 범위에 속하는 발광 피크(peak) 파장을 갖는 황색 광으로 변환할 수 있다.
상기 디스플레이 패널은, 상기 적색광 변환부 및 상기 녹색광 변환부의 전방에 배치되어 청색 광을 차단하는 청색광 차단 필터;를 더 포함할 수 있다.
상기 디스플레이 패널은,상기 광 투과부의 전방에 배치되어 청색 광은 투과시키고, 청색 광 이외의 광은 차단하는 청색광 투과 필터;를 더 포함할 수 있다.
상기 광원은, 상기 적색광 변환부를 향하여 상기 청색 광을 방출하는 적색 서브 픽셀 영역, 상기 녹색광 변환부를 향하여 상기 청색 광을 방출하는 녹색 서브 픽셀 영역, 상기 광 투과부를 향하여 상기 청색 광을 방출하는 청색 서브 픽셀 영역, 및 상기 백색광 생성부를 향하여 상기 청색 광을 방출하는 백색 서브 픽셀 영역을 포함할 수 있다.
상기 디스플레이 패널은, 상기 적색 서브 픽셀 영역에 전류를 공급하는 적색 픽셀 전극, 상기 녹색 서브 픽셀 영역에 전류를 공급하는 녹색 픽셀 전극, 상기 청색 서브 픽셀 영역에 전류를 공급하는 청색 픽셀 전극 및 상기 백색 서브 픽셀 영역에 전류를 공급하는 백색 픽셀 전극을 포함하는 양극;을 더 포함할 수 있다.
상기 적색 픽셀 전극의 크기는, 상기 적색광 변환부의 크기보다 작고, 상기 녹색 픽셀 전극의 크기는, 상기 녹색광 변환부의 크기보다 작고, 상기 청색 픽셀 전극의 크기는, 상기 광 투과부의 크기보다 작고, 상기 백색 픽셀 전극의 크기는, 상기 백색광 생성부의 크기보다 작게 구현될 수 있다.
상기 디스플레이 패널은, 상기 적색광 변환부와 상기 녹색광 변환부 사이, 상기 녹색광 변환부와 상기 광 투과부 사이 및 상기 광 투과부와 백색광 생성부 사이에 배치되는 복수의 격벽;을 더 포함하고, 상기 복수의 격벽은, 광을 흡수하는 흑색 물질로 이루어질 수 있다.
상기 양자점 컬러 필터층의 전방에 배치되어 외광 반사를 방지하는 반사 방지층;을 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 격벽의 전면에 형성되어 입사된 광을 반사시키는 반사층;을 더 포함할 수 있다.
상기 광 투과부는, 입사된 광을 산란시키는 산란 입자를 포함할 수 있다.
상기 광 투과부는, 입사된 광 중에서 청색 광은 투과시키고 나머지 광은 흡수하는 청색 염료를 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따른 디스플레이 패널은, 청색 광을 방출하는 광원; 및 상기 청색 광을 적색 광으로 변환하는 적색 양자점 입자를 포함하는 적색광 변환부: 상기 청색 광을 녹색 광으로 변환하는 녹색 양자점 입자를 포함하는 녹색광 변환부, 상기 청색 광을 투과시키는 광 투과부: 및 상기 청색 광의 일부를 적색 광으로 변환하는 적색 양자점 입자와 상기 청색 광의 다른 일부를 녹색 광으로 변환하는 녹색 양자점 입자를 포함하고 상기 청색 광의 나머지 일부는 투과시키는 백색광 생성부:를 포함하는 양자점 컬러 필터층;을 포함한다.
일 실시예에 따른 디스플레이 장치는, 청색 광을 방출하는 광원; 상기 청색 광을 적색 광으로 변환하는 적색 양자점 입자를 포함하는 적색광 변환부, 상기 청색 광을 녹색 광으로 변환하는 녹색 양자점 입자를 포함하는 녹색광 변환부, 상기 청색 광을 투과시키는 광 투과부 및 상기 청색 광의 일부를 황색 광으로 변환하는 황색 양자점 입자를 포함하고 상기 청색 광의 나머지 일부는 투과시키는 백색광 생성부를 포함하는 양자점 컬러 필터층; 상기 적색광 변환부에 대응되는 적색 픽셀 전극, 상기 녹색광 변환부에 대응되는 녹색 픽셀 전극, 상기 광 투과부에 대응되는 청색 픽셀 전극 및 상기 백색광 생성부에 대응되는 백색 픽셀 전극을 포함하는 양극; 및 백색 광을 출력하기 위해, 상기 백색 픽셀 전극이 상기 광원에 전류를 공급하도록 제어하는 제어부;를 포함한다.
상기 디스플레이 장치는, 상기 적색 픽셀 전극과 연결되는 적색 픽셀 TFT, 상기 녹색 픽셀 전극과 연결되는 녹색 픽셀 TFT, 상기 청색 픽셀 전극과 연결되는 청색 픽셀 TFT 및 상기 백색 픽셀 전극과 연결되는 백색 픽셀 TFT를 포함하는 TFT 어레이;를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 백색 광을 출력하기 위해, 상기 백색 픽셀 TFT를 온(On)시킬 수 있다.
상기 백색광 생성부는, 상기 청색 광을 540nm 내지 580nm의 범위에 속하는 발광 피크(peak) 파장을 갖는 황색 광으로 변환할 수 있다.
상기 디스플레이 장치는, 상기 적색광 변환부 및 상기 녹색광 변환부의 전방에 배치되어 청색 광을 차단하는 청색광 차단 필터;를 더 포함할 수 있다.
상기 광 투과부의 전방에 배치되어 청색 광은 투과시키고, 청색 광 이외의 광은 차단하는 청색광 투과 필터;를 더 포함하는 디스플레이 장치.
상기 디스플레이 장치는, 상기 양자점 컬러 필터층의 전방에 배치되어 외광 반사를 방지하는 반사 방지층;을 더 포함할 수 있다.
상기 광 투과부는, 입사된 광을 산란시키는 산란 입자를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 디스플레이 패널 및 이를 포함하는 디스플레이 장치에 의하면, 백색 구현에 사용되는 별도의 백색 서브 픽셀을 마련하고 백색 픽셀을 온(On)시켜 백색을 구현함으로써, 우수한 휘도를 얻을 수 있다.
또한. 백색 서브 픽셀을 구현함에 있어서, 청색과 황색의 혼색을 이용함으로써 양자점 색변환에 의한 손실을 줄일 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 외관도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 디스플레이 패널의 광원으로 사용되는 OLED의 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 디스플레이 패널을 구성하는 단일 픽셀의 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 TFT 어레이의 회로 구성을 간략하게 나타낸 회로도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 디스플레이 패널에 사용되는 컬러 필터층의 구조를 나타낸 측단면도이다.
도 6은 백색광 생성부에서 생성되는 백색 광의 색도 분포표 상에서의 위치를 나타낸 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 디스플레이 패널의 백색 서브 픽셀에서 출력되는 광의 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 8은 색 대응 함수를 나타낸 그래프이다.
도 9는 일 실시예에 따른 디스플레이 패널의 구조를 나타낸 측단면도이다.
도 10 내지 도 13은 일 실시예에 따른 디스플레이 패널에서 적색 광, 녹색 광, 청색 광 및 백색 광이 출력되는 과정을 나타낸 도면이다.
도 14는 일 실시예에 따른 디스플레이 패널에 포함되는 픽셀 전극의 구조를 나타낸 평면도이다.
도 15는 일 실시예에 따른 디스플레이 패널에 포함되는 양자점 컬러 필터층의 구조를 나타낸 평면도이다.
도 16은 픽셀 전극과 양자점 컬러 필터층을 함께 나타낸 사시도이다.
도 17 및 도 18은 청색광 차단 필터를 더 포함하는 디스플레이 패널의 구조를 나타낸 측단면도이다.
도 19 내지 도 22는 추가적인 구성요소를 더 포함하는 디스플레이 패널의 구조를 나타낸 측단면도이다.
도 23 및 도 24는 일 실시예에 따른 디스플레이 패널에 포함되는 광 투과부의 구성을 나타낸 측단면도이다.
도 25는 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 제어 블록도이다.
도 26은 일 실시예에 따른 디스플레이 패널에 있어서, 적색 서브 픽셀, 녹색 서브 픽셀 및 청색 서브 픽셀과, 백색 서브 픽셀 사이의 상대적인 효율을 비교한 표이다.
도 27은 일 실시예에 따른 디스플레이 패널이 백색 광을 생성하는 다른 예시를 나타낸 도면이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 본 명세서가 실시예들의 모든 요소들을 설명하는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 일반적인 내용 또는 실시예들 간에 중복되는 내용은 생략한다. 명세서에서 사용되는 '부, 모듈, 부재'라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시예들에 따라 복수의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 하나의 구성요소로 구현되거나, 하나의 '부, 모듈, 부재'가 복수의 구성요소들을 포함하는 것도 가능하다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 간접적으로 연결되어 있는 경우를 포함하고, 간접적인 연결은 무선 통신망을 통해 연결되는 것을 포함한다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 일 측면에 따른 디스플레이 패널 및 이를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 외관도이다.
일 실시예에 따른 디스플레이 장치(1)는 외부로부터 수신되는 영상 신호를 처리하고, 처리된 영상을 시각적으로 표시할 수 있는 장치이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 디스플레이 장치(1)는 TV로 구현될 수 있으나, 디스플레이 장치(1)의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 디스플레이 장치(1)는 컴퓨터의 모니터로 구현되거나, 내비게이션 단말 장치 또는 각종 휴대용 단말 장치의 디스플레이로 구현될 수 있다. 여기서 휴대용 단말 장치로는 노트북 컴퓨터, 스마트 폰, 태블릿 피씨, PDA 등이 있을 수 있다.
디스플레이 장치(1)는 외관을 형성하고, 디스플레이 장치(1)를 구성하는 각종 부품을 수용 또는 지지하는 본체(101) 및 영상을 표시하는 디스플레이 패널(100)을 포함한다.
본체(101)에는 디스플레이 장치(1)의 전원 온/오프, 채널 변환, 모드 설정, 볼륨 조절, 화면의 휘도 조절 등에 관한 사용자의 명령을 입력 받기 위한 입력부(103)가 마련될 수 있다. 또한, 본체(101)에 마련된 입력부(103)와는 별개로 리모트 컨트롤러가 구비되어 원격으로 디스플레이 장치(1)의 제어와 관련한 사용자의 명령을 입력받는 것도 가능하다.
디스플레이 패널(100)은 디스플레이 패널(100)을 구성하는 복수의 픽셀이 자체적으로 발광함으로써 영상을 생성하는 발광 디스플레이 패널일 수 있다. 디스플레이 패널(100)을 구성하는 복수의 픽셀에 사용되는 광원은 전계 발광(Electro Luminescent)에 의해 광을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 광원은 OLED나 LED와 같은 전계 발광 소자를 포함할 수 있다. 후술하는 실시예에서는 구체적인 설명을 위해, OLED를 광원으로 사용하는 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.
또한, 후술하는 실시예에서는 설명의 편의를 위하여, 뷰어에게 영상이 출력되는 방향, 즉 +x 방향을 전방이라 하고, 그 반대 방향인 -x 방향을 후방이라 하기로 한다.
도 2는 일 실시예에 따른 디스플레이 패널의 광원으로 사용되는 OLED의 구조를 나타낸 도면이다.
일 실시예에 따른 디스플레이 패널(100)에 사용되는 광원(110)은 발광층(Emitting Layer: EML, 113), 발광층(113)의 후방에 배치되는 정공 수송층(Hole Transporting Layer: HTL, 114), 발광층(113)의 전방에 배치되는 전자 수송층(Electron transporting layer, ETL, 115), 정공 수송층(114)의 후방에 배치되는 정공 주입층(Hole Injection layer: HIL, 111) 및 전자 수송층(115)의 전방에 배치되는 전자 주입층(Electron Injection Layer: EIL, 112)을 포함할 수 있다.
양극(Anode, 131)으로부터 정공 주입층(111)을 통해 정공 수송층(114)으로 정공이 주입될 수 있고, 음극(Cathode,132)으로부터 전자 주입층(112)을 통해 전자 수송층(115)으로 전자가 주입될 수 있다.
정공 수송층(114)을 통과한 정공과 전자 수송층(115)을 통과한 전자가 발광층(113)으로 이동하여 재결합하고, 전자와 정공이 재결합하면서 높은 에너지를 갖는 여기자(Exciton)를 생성하게 된다. 높은 에너지를 갖는 여기자가 낮은 에너지 상태로 떨어지면 에너지를 방출하면서 발광할 수 있다.
일 예로, 발광층(113)은 청색 계통의 광(이하, 청색 광이라 함)을 방출할 수 있다. 발광층(113)은 청색 양자점계(Blue Quantum Dot)의 전계 발광 소자, 청색 형광계(Blue Fluorescent)의 전계 발광 소자, Blue Thermally activated delayed Fluorescent계의 전계 발광 소자, 및 청색 인광성계(Blue Phosphorescent)의 전계 발광 소자 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 디스플레이 패널을 구성하는 단일 픽셀의 구조를 나타낸 도면이다.
일 실시예에 따른 디스플레이 패널(100)은 2차원 배열의 복수의 픽셀로 이루어지고, 복수의 픽셀 중 하나인 단일 픽셀은 적색광을 출력하는 적색 서브 픽셀, 녹색광을 출력하는 녹색 서브 픽셀, 청색광을 출력하는 청색 서브 픽셀 및 백색광을 출력하는 백색 서브 픽셀을 포함한다.
도 3을 참조하면, 발광층(113)으로 정공을 주입하는 양극(131)은 적색 서브 픽셀에 대응되는 적색 픽셀 전극(131R), 녹색 서브 픽셀에 대응되는 녹색 픽셀 전극(131G), 청색 서브 픽셀에 대응되는 청색 픽셀 전극(131B) 및 백색 서브 픽셀에 대응되는 백색 픽셀 전극(131W)을 포함할 수 있다.
적색 픽셀 전극(131R), 녹색 픽셀 전극(131G), 청색 픽셀 전극(131B) 및 백색 픽셀 전극(131W)이 하나의 단위 픽셀(Px)에 포함될 수 있다.
또한, 적색 픽셀 전극(131R)과 여기에 직간접적으로 연결된 각종 구성요소들이 적색 서브 픽셀을 형성하고, 녹색 픽셀 전극(131G)과 여기에 직간접적으로 연결된 각종 구성요소들이 녹색 서브 픽셀을 형성하며, 청색 픽셀 전극(131B)과 여기에 직간접적으로 연결된 각종 구성요소들이 청색 서브 픽셀을 형성할 수 있다. 백색 픽셀 전극(131W)과 여기에 직간접적으로 연결된 각종 구성요소들은 백색 서브 픽셀을 형성할 수 있다.
각각의 픽셀 전극(131R, 131G, 131B, 131W)은 은(Ag)이나 알루미늄(Al)과 같은 금속 전극으로 구현될 수도 있고, 투명 전극으로 구현될 수도 있다.
양극(131)의 후방에는 TFT 어레이(140)가 배치될 수 있다. TFT 어레이(140)는 기판(141)과 기판(141) 상에 2차원 매트릭스 형태로 배열된 복수의 TFT(142)를 포함할 수 있다. 복수의 TFT(142)는 각각의 픽셀 전극(131R, 131G, 131B, 131W)에 대응되는 위치에 마련될 수 있다.
TFT(142)는 게이트, 소스, 드레인 등의 구성으로 이루어지며 각각의 픽셀 전극(131R, 131G, 131B, 131W)과 전기적으로 연결되어 전류를 공급할 수 있다. 적색 픽셀 전극(131R)는 적색 픽셀 TFT(142R)에 연결되고, 녹색 픽셀 전극(131G)은 녹색 픽셀 TFT(142G)에 연결되며, 청색 픽셀 전극(131B)은 청색 픽셀 TFT(142B)에 연결되고, 백색 픽셀 전극(131W)은 백색 픽셀 TFT(142W)에 연결되어 각각 독립적으로 구동될 수 있다.
이로써, 적색 서브 픽셀, 녹색 서브 픽셀, 청색 서브 픽셀 및 백색 서브 픽셀의 온/오프 제어 또는 밝기 제어가 독립적으로 수행될 수 있다.
도 4는 TFT 어레이(140)의 회로 구성을 간략하게 나타낸 회로도이다. 디스플레이 패널(100)은 서브 픽셀 단위로 독립적인 구동이 가능하다. 따라서, TFT 어레이(140)의 회로 역시 서브 픽셀(SPx) 단위로 마련될 수 있다.
각각의 서브 픽셀(SPx) 영역에는 전압의 수신 여부, 즉 픽셀의 온/오프 여부를 결정하는 스위치 TFT(142'), 광원(110)에 얼만큼의 전류를 보낼지 결정하는 구동 TFT(142)가 마련될 수 있다. 후술하는 실시예에서 양극(131)과 전기적으로 연결되는 TFT(142)는 구동 TFT를 의미할 수도 있고, 스위치 TFT와 구동 TFT를 모두 포함하는 의미일 수도 있다.
TFT 어레이(140)에는 스위치 TFT(142')의 온/오프를 제어하는 게이트 배선(GL), 픽셀에 전압을 공급하는 데이터 배선(DL), 한 프레임 동안 지속적으로 전압을 공급하는 전원 배선(VDD)이 마련될 수 있다.
구체적인 예로, 전원 배선(VDD)에서 15V의 전압을 공급하고, 데이터 배선(DL)에 10V의 전압이 걸리는 경우를 예로 들어 설명한다. 데이터 배선(VDD)에서 10V의 전압을 인가할 때 게이트 배선(GL)에서 스위치 TFT(142')에 온 신호를 전송한다. 스위치 TFT(142')가 온되면, 데이터 배선(DL)의 전압이 픽셀로 인가된다. 전원 배선(VDD)에서의 15V 전압과 데이터 배선(DL)에서의 10V 전압이 반대로 인가되므로, 캐패시터(143)에는 5V의 전압이 저장되고, 캐패시터(143)에 저장된 전압에 따라 구동 TFT(142)가 인가하는 전류가 결정된다. 예를 들어, 구동 TFT(142)는 1μA의 전류를 광원(110)에 인가할 수 있고, 광원(110)은 인가된 전류에 상응하는 광을 방출하게 된다.
디스플레이 패널(100)을 제어하는 제어부(200: 도 25 참조)가 출력하고자 하는 영상 신호에 따라 각 서브 픽셀의 온/오프 여부, 전류 인가량 등을 결정하고, 게이트 배선(GL)과 데이터 배선(DL)을 통해 온/오프 신호와 전압 신호를 인가함으로써, 원하는 영상을 출력할 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 양극(131)의 전방에는 전술한 구조를 갖는 광원(110)이 배치되고, 광원(110)의 전방에는 음극(132)이 배치된다. 음극(132)은 광원(110)에서 방출되는 광을 투과시키기 위해 투명 전극으로 구현될 수 있고, 일 예로, 인-주석 산화물(Indium-Tin Oxide, ITO)과 같은 물질로 형성될 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 디스플레이 패널에 사용되는 컬러 필터층의 구조를 나타낸 측단면도이다.
도 5를 참조하면, 광원(110)으로부터 방출되는 청색 광(BL)은 광원(110)의 전방에 배치되는 양자점 컬러 필터층(120)에 입사되고, 양자점 컬러 필터층(120)은 입사된 청색 광(BL)을 적색 광(RL), 황색광(YL) 및 녹색 광(GL)으로 변환하여 출력하거나, 청색 광(BL)인 상태로 출력할 수 있다.
양자점 컬러 필터층(120)은 양자점(QD, Quantum Dot)을 이용하여, 입사된 광을 적색으로 변환시키는 적색광 변환부(121), 입사된 광을 녹색으로 변환시키는 녹색광 변환부(122), 입사된 광을 투과시키는 광 투과부(123) 및 입사된 광을 이용하여 백색광을 생성하는 백색광 생성부(124)를 포함할 수 있다.
특정 색을 구현하기 위해 원하는 색상의 파장은 투과시키고 나머지 파장은 모두 흡수하는 원리를 사용하는 경우에는 광자 손실이 필연적으로 발생하고, 이로 인한 효율 저하, 높은 소비 전력 및 수명 저하를 유발할 수 있다. 반면에, 일 실시예에 따른 디스플레이 패널(100)과 같이, 입사된 광을 원하는 색상의 광으로 변환시키는 양자점을 이용하는 경우에는 이러한 광자 손실이 발생하지 않으므로 상대적으로 우수한 효율을 얻을 수 있고, 효율 저하로 인한 높은 소비 전력 및 수명 저하 문제를 방지할 수 있다.
양자점은, 수백에서 수천 개의 원자가 집합되어 형성된 반도체 결정체를 의미한다. 양자점의 크기는 예를 들어 수 나노미터에서 수십 나노미터 정도 사이일 수 있다. 이와 같이 양자점은, 그 크기가 매우 작기 때문에 양자 구속 효과(quantum confinement effect)가 발생하게 된다.
양자 구속 효과란, 입자가 매우 작은 경우에 입자 내의 전자가 입자의 외벽에 의해 불연속적인 에너지 상태를 형성하게 되는데, 입자 내의 공간의 크기가 작을수록 전자의 에너지 상태가 상대적으로 높아지고 에너지 띠 간격이 넓어지는 효과를 의미한다.
양자점은, 이와 같은 양자 구속 효과에 따라, 자외선이나 가시광선 등의 광이 입사되면, 다양한 범위의 파장의 광을 발생시킬 수 있다. 이 경우, 양자점은 입사된 광을 산란하여 방출하게 된다.
양자점에서 발생되는 광의 파장의 길이는 입자의 크기를 따를 수 있다. 구체적으로, 양자점에 에너지 띠 간격보다 큰 에너지를 갖는 파장의 광이 입사되면, 양자점은 광의 에너지를 흡수하여 여기되고, 특정 파장의 광을 방출하면서 기저 상태가 된다.
양자점의 크기가 작으면 작을수록 상대적으로 짧은 파장의 광, 일례로 청색 계통의 광 또는 녹색 계통의 광을 발생시킨다. 양자점의 크기가 크면 클수록 상대적으로 긴 파장의 광, 일례로 적색 계통의 광을 발생시킬 수 있다. 따라서, 양자점의 크기에 따라 다양한 색상의 광을 구현할 수 있다.
이하, 입사된 광을 녹색 계통의 광으로 변환할 수 있는 양자점 입자를 녹색 양자점 입자(Green quantum dot particle)라 하고, 입사된 광을 적색 계통의 광으로 변환할 수 있는 양자점 입자를 적색 양자점 입자(Red quantum dot particle)라 하며, 입사된 광을 황색 계통의 광으로 변환할 수 있는 양자점 입자를 황색 양자점 입자(Yellow quantum dot)라 하기로 한다.
또한, 후술하는 실시예에서는 적색 계통의 광을 적색 광이라 하고, 녹색 계통의 광을 녹색 광이라 하며, 청색 계통의 광을 청색 광이라 하고, 황색 계통의 광을 황색 광이라 하기로 한다.
예를 들어, 녹색 양자점 입자는, 입자의 폭이 대략 2 나노미터에서 3 나노미터 정도인 입자일 수 있고, 적색 양자점 입자는, 입자의 폭이 대략 5 나노미터에서 6 나노미터 정도인 입자일 수 있다. 황색 양자점 입자는, 입자의 폭이 대략 3 나노미터에서 4 나노미터 정도인 입자일 수 있다.
적색광 변환부(121)는, 복수의 적색 양자점 입자(121P)를 포함하며, 녹색광 변환부(122)는 복수의 녹색 양자점 입자(122P)를 포함하고, 백색광 생성부(124)는 복수의 황색 양자점 입자(124P)를 포함한다. 적색광 변환부(121) 내의 적색 광 양자점 입자(121P)의 크기는 녹색광 변환부(122) 내의 녹색 양자점 입자의 크기보다 상대적으로 크게 마련될 수 있다. 황색 광 양자점 입자의 크기는 녹색 광 양자점 입자의 크기보다 상대적으로 크고 적색 광 양자점 입자의 크기보다는 상대적으로 작게 마련될 수 있다.
적색광 변환부(121), 녹색광 변환부(122), 광 투과부(123) 및 백색광 생성부(124)를 형성하는 각각의 셀을 구분하기 위해, 적색광 변환부(121), 녹색광 변환부(122), 광 투과부(123) 및 백색광 생성부(124)의 경계에 격벽(125)이 마련될 수 있다. 격벽(125)은 셀들 사이에서의 광의 이동을 차단할 수 있으며, 콘트라스트를 향상시킬 수 있다. 격벽(125)에 관한 구체적인 설명은 후술하기로 한다.
광원(110)으로부터 방출된 청색 광(BL)이 적색광 변환부(121)에 입사되면, 적색 양자점 입자(121P)가 입사된 청색 광(BL)을 적색 광(RL)으로 변환할 수 있다. 변환된 적색 광(RL)은 여러 방향으로 산란되어 방출될 수 있다.
광원(110)으로부터 방출된 청색 광(BL)이 녹색광 변환부(122)에 입사되면, 녹색 양자점 입자(122P)가 입사된 청색 광(BL)을 녹색 광(GL)으로 변환할 수 있다. 변환된 녹색 광(GL)은 여러 방향으로 산란되어 방출될 수 있다.
광 투과부(123)는 입사된 광을 투과시킬 수 있는 광 투과 물질로 형성될 수 있다. 또는, 입사광이 그대로 통과하도록 비어있는 형태일 수도 있다.
광 투과 물질은 천연 수지나 합성 수지와 같은 레진, 유리 등과 같이 일정 수준 이상의 투명도를 가진 물질을 포함할 수 있다. 합성 수지는 에폭시 수지나, 우레탄 수지, ABS(Acryl-nitrile butadiene styrene), 폴리 카보네이트(Poly carbonate) 또는 폴리 메틸 메타아크릴 수지(PMMA, Poly(methyl methacrylate)) 등을 포함할 수 있으며, 유리는 규산염 유리, 붕산염 유리 또는 인산염 유리 등을 포함할 수 있다. 이외에도 설계자가 고려할 수 있는 다양한 종류의 광을 투과시킬 수 있는 투명한 소재가 광 투과 물질로 이용될 수 있다.
광원(110)으로부터 방출된 청색 광(BL)이 백색광 생성부(124)에 입사되면, 황색 양자점 입자(124P)가 입사된 청색 광(BL)을 황색 광(YL)으로 변환할 수 있다. 변환된 황색 광(YL)은 여러 방향으로 산란되어 방출될 수 있다.
전술한 바와 같이, 광원(110)에서 청색 광을 방출하고 컬러 필터층(120)에서 청색 광을 원하는 색으로 변환하는 방식을 적용하면, 광원에서 백색 광을 방출하고 컬러 필터층에서 특정 파장 이외의 색상을 흡수하는 방식으로 색을 구현하는 경우에 대비하여 우수한 효율을 얻을 수 있다.
한편, 백색광 생성부(124)에 입사된 청색 광(BL)은 일부만 황색 광(YL)으로 변환되고, 나머지 일부는 변환되지 않고 청색 광(BL)으로 방출될 수 있다. 따라서, 백색광 생성부(124)로부터 방출되는 황색 광(YL)과 청색 광(BL)이 혼합되어 백색광(WL)이 생성된다.
백색광 생성부(124)는 입사된 청색 광(BL) 중 일부만 황색 광(YL)으로 변환하면 되기 때문에, 황색 양자점 입자(124P)의 농도를 적색광 변환부(121)나 녹색광 변환부(122) 내의 양자점 입자의 농도와 비교하여 상대적으로 낮게 유지할 수 있다. 따라서, 양자점 입자 간의 간격이 좁을 때 발생하는 변환 광의 재흡수를 억제할 수 있고, 변환 광의 재흡수로 인해 발생하는 효율 손실을 감소시킬 수 있다.
도 6은 백색광 생성부에서 생성되는 백색 광의 색도 분포표 상에서의 위치를 나타낸 도면이다. 도 6의 색도 분포표는 CIE 1931 색 공간(color space)을 기초로 정의된 것이다.
일 예로, 백색광 생성부(124)에서 생성되는 백색 광은 도 6에 도시된 바와 같이, 색도 분포표 상에서 x값 0.2 내지 0.4의 범위 및 y값 0.2 내지 0.4의 범위에 위치할 수 있다.
백색광 생성부(124)에서 생성되는 백색 광은 황색 광과 청색 광의 혼색에 의한 것이다. 따라서, 백색광 생성부(124)에서 생성되는 광의 색도는 황색 광과 청색 광의 비율에 따라 달라질 수 있다. 황색 광은 황색 양자점 입자(124P)에 의해 변환되는 성분이므로, 결과적으로 백색광 생성부(124) 내의 황색 양자점 입자(124P)의 농도에 따라 백색광 생성부(124)에서 생성되는 광의 색도가 달라질 수 있다. 따라서, 백색광 생성부(124) 내의 황색 양자점 입자(124P)의 농도를 조절하여 색도 분포표 상에서 x값 0.2 내지 0.4의 범위 및 y값 0.2 내지 0.4의 범위에 위치하는 백색 광을 생성할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 디스플레이 패널의 백색 서브 픽셀에서 출력되는 광의 스펙트럼을 나타낸 도면이고, 도 8은 색 대응 함수를 나타낸 그래프이다.
전술한 바와 같이, 백색광 생성부(124)에서 방출되는 청색 광(BL)은 양자점에 흡수되지 않고 바로 방출되는 성분이다. 따라서, 백색광 생성부(124)에서 방출되는 청색 광(BL)에는 양자점 흡수에 의한 광자(Photon) 손실이 발생하지 않는다.
도 7을 참조하면, 황색 양자점 입자(124P)에 의해 흡수된 이후에 방출되는 황색 광(YL)에 비해 청색 광(BL)의 출광 효율이 더 높은 것을 알 수 있다. 여기서, 출광 효율은 입사광과 출사광의 비율을 나타낸다.
따라서, 백색 서브 픽셀에서는 다른 서브 픽셀 대비 우수한 평균 출광 효율을 얻을 수 있게 된다.
한편, 일 실시예에 따른 디스플레이 패널(100)에서는, 백색광 생성부(124)에서 방출되는 황색 광(YL)이 540nm 내지 580nm의 범위에 속하는 피크(peak) 파장을 가질 수 있다. 이를 위해, 입사된 청색 광(BL)을 540nm 내지 580nm의 범위에 속하는 피크(peak) 파장을 갖는 광으로 변환시키도록 황색 양자점 입자(124P)의 크기를 조절할 수 있다.
도 8의 그래프는 CIE 1931 색 공간을 기초로 정의된 색 대응 함수(color matching function)를 나타낸다. 색 대응 함수는 표준 관찰자(standard observer)의 색 반응을 수치로 나타낸 것이다.
도 8의 그래프를 참조하면, 540 내지 580nm의 파장 영역은 시감도(visibility)가 높은 영역임을 알 수 있다. 특히, 550nm 내지 580nm의 파장 영역에서 시감도가 가장 높게 나타난다. 시감도는 전자파의 에너지가 빛으로 느껴지는 정도를 나타내는 값이다. 따라서, 시감도가 높을수록 동일한 광자량으로도 더 높은 휘도의 빛을 낼 수 있다.
적색광, 녹색광 및 청색광을 혼합하여 백색광을 생성하는 경우에는 시감도가 낮은 530nm, 630nm 대역의 광을 사용한다. 반면에, 일 실시예에 따른 디스플레이 패널(100)과 같이 540nm 내지 580nm의 범위에 속하는 피크(peak) 파장을 갖는 황색 광(YL)과 청색 광(BL)의 혼합에 의해 백색 광을 생성하면, 동일한 광자량으로 적색 광, 녹색 광 및 청색 광의 혼합에 의해 백색 광을 생성하는 경우에 비하여 더 우수한 휘도를 구현할 수 있다.
또한, 적색광, 녹색광 및 청색광을 혼합하여 백색광을 생성하는 경우, 즉 하나의 단일 픽셀이 적색 서브 픽셀, 녹색 서브 픽셀 및 청색 서브 픽셀로 구성되는 경우에는, 백색을 구현하기 위해 단일 픽셀의 적색 서브 픽셀, 녹색 서브 픽셀 및 청색 서브 픽셀에서 각각 적색 광, 녹색 광 및 청색 광을 방출하게 되고, 백색 광에는 3개의 서로 다른 파장을 갖는 광이 혼재하게 된다.
이 때, 각각의 서브 픽셀에서 적색 광, 녹색 광, 청색 광이 대략 동일한 양으로 방출될 수 있는데, 각각의 적색 광, 녹색 광, 청색 광이 대략 동일한 양으로 방출되는데 걸리는 시간 차이 등과 같은 이유로 각각의 단일 픽셀에서 생성되는 백색 광이 불균일하게 출사될 수 있다. 이에 따라 사용자의 시야에는 디스플레이 패널에서 표시되는 백색의 영역에 얼룩이 발생하는 것과 유사한 형태로 백색 영역이 인지되는 문제가 발생할 수 있다. 그러나, 일 실시예에 따른 디스플레이 패널(100)과 같이 단일 픽셀에 백색 광의 생성을 위한 별도의 백색광 생성부(124)를 마련하면, 디스플레이 장치(1)에 표시되는 백색의 균일도를 향상시킬 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 디스플레이 패널의 구조를 나타낸 측단면도이고, 도 10 내지 도 13은 일 실시예에 따른 디스플레이 패널에서 적색 광, 녹색 광, 청색 광 및 백색 광이 출력되는 과정을 나타낸 도면이다.
앞서 도 5를 참조하여 설명한 적색광 변환부(121), 녹색광 변환부(122), 광 투과부(123) 및 백색광 생성부(124)와, 이들의 경계에 마련되는 격벽(125)은 도 9에 도시된 바와 같이 컬러필터 기판(126) 상에 형성될 수 있다.
컬러필터 기판(126)은 적색광 변환부(121), 녹색광 변환부(122), 광 투과부(123) 및 백색광 생성부(124)와, 이들의 경계에 마련되는 격벽(125)의 전방에 위치할 수 있다. 컬러필터 기판(126)은 투명한 재질로 형성되어 적색광 변환부(121), 녹색광 변환부(122), 광 투과부(123) 및 백색광 생성부(124)로부터 방출되는 광이 외부로 출력될 수 있도록 한다.
양자점 컬러 필터층(120)의 후방에는 앞서 도 3을 참조하여 설명한 광원(110), 광원(110)에 정공과 전자를 공급하는 양극(131)과 음극(132) 및 각각의 서브 픽셀을 제어하는 TFT 어레이(140)가 배치될 수 있다.
구체적으로, 각각의 서브 픽셀을 제어하는 스위치 역할을 하는 TFT(142)가 기판(141) 상에 형성된다. 이 때, 각각의 TFT(142)는 해당 서브 픽셀에 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
TFT 어레이(140)의 전방에는 각각의 서브 픽셀에 대응되는 픽셀 전극이 배치되어 각각의 서브 픽셀에 대응되는 TFT(142)와 전기적으로 연결된다. 전술한 바와 같이, 양극(131)은 적색 서브 픽셀에 대응되는 적색 픽셀 전극(131R), 녹색 서브 픽셀에 대응되는 녹색 픽셀 전극(131G), 청색 서브 픽셀에 대응되는 청색 픽셀 전극(131B), 및 백색 서브 픽셀에 대응되는 백색 픽셀 전극(131W)을 포함한다.
적색 픽셀 전극(131R)은 적색 서브 픽셀을 제어하는 적색 TFT(142R)와 전기적으로 연결되고, 녹색 픽셀 전극(131G)은 녹색 서브 픽셀을 제어하는 녹색 TFT(142G)와 전기적으로 연결되며, 청색 픽셀 전극(131B)은 청색 서브 픽셀을 제어하는 청색 TFT(142B)와 전기적으로 연결된다. 또한, 백색 픽셀 전극(131W)은 백색 서브 픽셀을 제어하는 백색 TFT(142W)와 전기적으로 전기적으로 연결된다.
양극(131)의 전방에는 음극(132)이 배치되고, 양극(131)과 음극(132) 사이에는 광원(110)이 배치된다. 각각의 서브 픽셀을 제어하는 TFT(142)가 온되어 양극(131)이 광원(110)에 전류를 공급하고 음극(132)이 광원(110)에 전자를 공급하면, 광원(110)에서 광이 방출된다.
광원(110)에서 방출된 청색 광(BL) 중에서 양자점 컬러 필터층(120)의 적색광 변환부(121)에 입사된 광은 적색 광(RL)으로 변환되고, 녹색광 변환부(122)에 입사된 광은 녹색 광(GL)으로 변환되며, 광 투과부(123)에 입사된 광은 변환되지 않고 청색 광(BL)으로 출력된다. 백색광 생성부(124)에 입사된 광은 일부가 황색 광(YL)으로 변환되고, 변환된 확생 광(YL)은 변환되지 않은 청색 광(BL)과 혼합되어 백색 광(WL)을 형성한다.
적색광 변환부(121)에서 출력되는 적색 광(RL), 녹색광 변환부(122)에서 출력되는 녹색 광(GL), 광 투과부(123)에서 출력되는 청색 광(BL) 및 백색광 생성부(124)에서 출력되는 백색 광(WL)은 투명한 컬러필터 기판(126)을 통해 외부로 출력될 수 있다. 이하, 적색 광(RL), 녹색 광(GL), 청색 광(BL) 및 백색 광(WL)이 출력되는 과정을 구체적으로 설명한다.
도 10에 도시된 바와 같이, 광원(110)은 적색 서브 픽셀 영역(110R), 녹색 서브 픽셀 영역(110G), 청색 서브 픽셀 영역(110B) 및 백색 서브 픽셀 영역(110W)으로 구분될 수 있다.
적색 서브 픽셀 영역(110R)은 적색 픽셀 전극(131R)으로부터 전류를 인가받아 광이 방출되는 영역을 의미할 수 있고, 녹색 서브 픽셀 영역(110G)은 녹색 픽셀 전극(131G)으로부터 전류를 인가받아 광이 방출되는 영역을 의미할 수 있으며, 청색 서브 픽셀 영역(110B)은 청색 픽셀 전극(131B)으로부터 전류를 인가받아 광이 방출되는 영역을 의미할 수 있다. 또한, 백색 서브 픽셀 영역(110W)은 백색 픽셀 전극(131W)으로부터 전류를 인가받아 광이 방출되는 영역을 의미할 수 있다.
각각의 서브 픽셀 영역(110R, 110G, 110B, 110W)은 서로 이격되어 있을 수도 있고, 서로 중첩될 수도 있으며, 그 경계가 맞닿아 있을수도 있다.
적색 TFT(142R), 적색 픽셀 전극(131R), 적색 서브 픽셀 영역(110R) 및 적색광 변환부(121)가 적색 서브 픽셀을 구현할 수 있고, 녹색 TFT(142G), 적색 픽셀 전극(131G), 녹색 서브 픽셀 영역(110G) 및 녹색광 변환부(122)가 녹색 서브 픽셀을 구현할 수 있으며, 청색 TFT(142B), 청색 픽셀 전극(131B), 청색 서브 픽셀 영역(110B) 및 광 투과부(123)가 청색 서브 픽셀을 구현할 수 있다. 또한, 백색 TFT(142W), 백색 픽셀 전극(131W), 백색 서브 픽셀 영역(110W) 및 백색광 생성부(124)가 백색 서브 픽셀을 구현할 수 있다.
적색 서브 픽셀이 온되는 경우, 적색 TFT(142R)에서 적색 픽셀 전극(131R)을 통해 적색 서브 픽셀 영역(110R)에 전류를 인가하고, 적색 서브 픽셀 영역(110R)은 인가된 전류에 의해 청색 광(BL)을 방출한다.
당해 실시예에서, 서브 픽셀이 온 된다는 것은, 디스플레이 장치(1)의 제어부(200: 도 25 참조)가 TFT 어레이(140)의 게이트 배선에 온 신호를 입력하여 해당 서브 픽셀의 픽셀 전극을 통해 광원(110)에 전류를 공급하는 것을 의미할 수 있다.
적색 서브 픽셀 영역(110R)으로부터 방출된 청색 광(BL)은 투명한 음극(132)을 투과하여 적색광 변환부(121)에 입사된다. 적색 서브 픽셀 영역(110R)은 적색 광 변환부(121) 및 적색 픽셀 전극(131R)에 대응되는 영역을 의미하므로, 적색 서브 픽셀 영역(110R)은 적색광 변환부(121)를 향하여 광을 방출할 수 있다.
적색광 변환부(121)의 적색광 양자점 입자(121P)들은 입사된 청색 광(BL)을 적색 광(RL)으로 변환시키고, 변환된 적색 광(RL)은 투명한 컬러필터 기판(126)을 투과하여 외부로 출력될 수 있다.
도 11을 참조하면, 녹색 서브 픽셀이 온되는 경우, 녹색 TFT(142G)에서 녹색 픽셀 전극(131G)을 통해 녹색 서브 픽셀 영역(110G)에 전류를 인가하고, 녹색 서브 픽셀 영역(110G)은 인가된 전류에 의해 청색 광(BL)을 방출한다.
녹색 서브 픽셀 영역(110G)으로부터 방출된 청색 광(BL)은 투명한 음극(132)을 투과하여 녹색광 변환부(122)에 입사된다. 녹색 서브 픽셀 영역(110G)은 녹색광 변환부(122) 및 녹색 픽셀 전극(131G)에 대응되는 영역을 의미하므로, 녹색 서브 픽셀 영역(110G)은 녹색광 변환부(122)를 향하여 광을 방출할 수 있다.
녹색광 변환부(121)의 녹색 양자점 입자(122P)들은 입사된 청색 광(BL)을 녹색 광(GL)으로 변환시키고, 변환된 녹색 광(GL)은 투명한 컬러필터 기판(126)을 투과하여 외부로 출력될 수 있다.
도 12를 참조하면, 청색 서브 픽셀이 온되는 경우, 청색 TFT(142B)에서 청색 픽셀 전극(131B)을 통해 청색 서브 픽셀 영역(110B)에 전류를 인가하고, 청색 서브 픽셀 영역(110B)은 인가된 전류에 의해 청색 광(BL)을 방출한다.
청색 서브 픽셀 영역(110B)으로부터 방출된 청색 광(BL)은 투명한 음극(132)을 투과하여 광 투과부(123)에 입사된다. 청색 서브 픽셀 영역(110B)은 광 투과부(123) 및 청색 픽셀 전극(131B)에 대응되는 영역을 의미하므로, 청색 서브 픽셀 영역(110G)은 광 투과부(123)를 향하여 광을 방출할 수 있다.
광 투과부(123)에 입사된 청색 광(BL)은 투명한 컬러필터 기판(126)을 투과하여 외부로 출력될 수 있다.
도 13을 참조하면, 백색 서브 픽셀이 온되는 경우, 백색 TFT(142W)에서 백색 픽셀 전극(131W)을 통해 백색 서브 픽셀 영역(110W)에 전류를 인가하고, 백색 서브 픽셀 영역(110W)은 인가된 전류에 의해 청색 광(BL)을 방출한다.
백색 서브 픽셀 영역(110W)으로부터 방출된 청색 광(BL)은 투명한 음극(132)을 투과하여 백색광 생성부(124)에 입사된다. 백색 서브 픽셀 영역(110W)은 백색광 생성부(124) 및 백색 픽셀 전극(131W)에 대응되는 영역을 의미하므로, 백색 서브 픽셀 영역(110W)은 백색광 생성부(124)를 향하여 광을 방출할 수 있다.
백색광 생성부(124)의 황색 양자점 입자(124P)들은 입사된 청색 광(BL) 중 일부를 황색 광(YL)으로 변환시키고, 변환된 황색 광(YL)은 투명한 컬러필터 기판(126)을 투과하여 외부로 출력될 수 있다. 백색광 생성부(124)에 입사된 청색 광(BL) 중 황색 양자점 입자(124P)에 흡수되지 않은 청색 광(BL)은 색 변환되지 않고 투명한 컬러필터 기판(126)을 투과하여 외부로 출력될 수 있다. 황색 광(YL)과 청색 광(BL)이 함께 출력되면서 이들의 혼색에 의해 백색광이 생성될 수 있다.
도 14는 일 실시예에 따른 디스플레이 패널에 포함되는 픽셀 전극의 구조를 나타낸 평면도이고, 도 15는 일 실시예에 따른 디스플레이 패널에 포함되는 양자점 컬러 필터층의 구조를 나타낸 평면도이고, 도 16은 픽셀 전극과 양자점 컬러 필터층을 함께 나타낸 사시도이다.
도 14의 예시와 같이, 단일 픽셀(Px)을 구성하는 적색 픽셀 전극(131R), 녹색 픽셀 전극(131G), 청색 픽셀 전극(131B) 및 백색 픽셀 전극(131W)은 나란히 배치될 수 있다. 다만, 도 14의 배치는 디스플레이 패널(100)에 적용 가능한 예시에 불과하고, 이 외에 다른 순서, 다른 배열로 배치될 수도 있음은 물론이다.
도 15에 도시된 바와 같이, 양자점 컬러 필터층(120)의 적색광 변환부(121), 녹색광 변환부(122), 광 투과부(123) 및 백색광 생성부(124)는 적색 픽셀 전극(131R), 녹색 픽셀 전극(131G), 청색 픽셀 전극(131B) 및 백색 픽셀 전극(131W)에 각각 대응되는 위치에 배치될 수 있고, 나머지 영역에는 격벽(125)이 배치되어 입사되는 광을 흡수 또는 반사할 수 있다.
도 16에 도시된 바와 같이, 도 15의 구조로 배치된 양자점 컬러 필터층(120)이 도 14의 구조로 배치된 픽셀 전극(131)의 전방에 배치될 수 있다. 도 16에서는 생략되었으나, 양자점 컬러 필터층(120)과 픽셀 전극(131) 사이에는 광원(110)과 음극(132)이 배치된다.
도 14 내지 도 16을 함께 참조하면, 각각의 픽셀 전극(131R, 131G, 131B)은 그에 대응되는 적색광 변환부(121), 녹색광 변환부(122), 광 투과부(123) 및 백색광 생성부(124)의 크기보다 작게 구현되어 각각의 서브 픽셀 영역에서 방출되는 광이 인접한 다른 서브 픽셀로 입사되어 의도치 않은 혼색이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
구체적으로, 적색 픽셀 전극(131R)의 너비(WD_131R)는 적색광 변환부(121)의 너비(WD_121)보다 작게 형성함으로써, 적색 서브 픽셀 영역(110R)에서 방출되는 광이 주변의 녹색광 변환부(122)로 입사되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 적색 픽셀 전극(131R)의 높이(H_131R)도 적색광 변환부(121)의 높이(H_121)보다 작게 형성함으로써, 불필요한 광의 출력으로 인한 효율 저하를 방지할 수 있다.
녹색 픽셀 전극(131G)의 너비(WD_131G)는 녹색광 변환부(122)의 너비(WD_122)보다 작게 형성함으로써, 녹색 서브 픽셀 영역(110G)에서 방출되는 광이 주변의 적색광 변환부(121) 또는 광 투과부(123)로 입사되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 녹색 픽셀 전극(131G)의 높이(H_131G)도 녹색광 변환부(122)의 높이(H_122)보다 작게 형성함으로써, 불필요한 광의 출력으로 인한 효율 저하를 방지할 수 있다.
청색 픽셀 전극(131G)의 너비(WD_131G)는 광 투과부(123)의 너비(WD_122)보다 작게 형성함으로써, 청색 서브 픽셀 영역(110B)에서 방출되는 광이 주변의 녹색광 변환부(122)나 백색광 생성부(124)로 입사되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 청색 픽셀 전극(131B)의 높이(H_131B)도 광 투과부(123)의 높이(H_123)보다 작게 형성함으로써, 불필요한 광의 출력으로 인한 효율 저하를 방지할 수 있다.
백색 픽셀 전극(131W)의 너비(WD_131W)는 백색광 생성부(124)의 너비(WD_124)보다 작게 형성함으로써, 백색 서브 픽셀 영역(110W)에서 방출되는 광이 주변의 광 투과부(123)로 입사되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 백색 픽셀 전극(131W)의 높이(H_131W)도 백색광 생성부(124)의 높이(H_124)보다 작게 형성함으로써, 불필요한 광의 출력으로 인한 효율 저하를 방지할 수 있다.
도 17 및 도 18은 청색광 차단 필터를 더 포함하는 디스플레이 패널의 구조를 나타낸 측단면도이다.
전술한 바와 같이, 적색광 변환부(121)는 광원(110)으로부터 입사된 청색 광(BL)을 적색 광(RL)으로 변환하고, 녹색광 변환부(122)는 광원(110)으로부터 입사된 청색 광(BL)을 녹색 광(GL)으로 변환한다. 이 때, 적색광 변환부(121)에 입사된 청색 광(BL) 중에서 적색 광(RL)으로 변환되지 못한 청색 광(BL)이 존재할 수 있고, 녹색광 변환부(122)에 입사된 청색 광(BL) 중에서 녹색 광(GL)으로 변환되지 못한 청색 광(BL)이 존재할 수 있다.
이와 같이 의도된 색으로 변환되지 못한 청색 광(BL)이 적색광 변환부(121) 또는 녹색광 변환부(122)에서 방출되면, 적색 서브 픽셀 또는 녹색 서브 픽셀의 색 순도를 저하시킬 수 있다. 따라서, 일 실시예에 따른 디스플레이 패널(100)은 도 17에 도시된 바와 같이, 적색광 변환부(121)의 전방과 녹색광 변환부(122)의 전면(前面)에 각각 청색 광(BL)을 차단하는 청색광 차단 필터(127R, 127G)를 배치할 수 있다.
일 예로, 청색광 차단 필터(127R, 127G)는 청색 광(BL)을 흡수하는 방식으로 청색 광(BL)을 차단할 수 있다. 적색광 변환부(121)에서 적색 광(RL)으로 변환되지 못한 청색 광(BL)과 녹색광 변환부(122)에서 녹색 광(GL)으로 변환되지 못한 청색 광(BL)이 청색광 차단 필터(127G, 127B)에 의해 흡수되어, 청색 광(BL) 누출(leakage)로 인한 적색 서브 필셀과 녹색 서브 픽셀의 색 순도 저하를 방지할 수 있다.
또는, 청색광 차단 필터(127R, 127G)가 청색 광(BL)만 흡수하는 것이 아니라 적색 광(RL) 또는 녹색 광(GL) 이외의 나머지 광을 흡수하도록 구현하는 것도 가능하다. 예를 들어, 적색광 변환부(121)에 마련되는 청색광 차단 필터(127R)는 대략 620nm에서 740nm 사이의 파장의 광을 투과시키고, 이 외 영역의 파장의 광은 흡수하도록 마련될 수 있다. 또한, 녹색광 변환부(122)에 마련되는 청색광 차단 필터(127G)는 대략 520nm 에서 550nm 사이의 파장의 광을 투과시키고 이 외 영역의 파장의 광은 흡수하도록 마련될 수 있다.
한편, 광 투과부(123)는 청색 광(BL)의 방출을 목적으로 하므로 청색광 차단 필터를 필요로 하지 않는다. 다만, 도 18의 예시와 같이 청색 광(BL)은 투과시키고 적색 광(RL)과 녹색 광(GL)을 포함하는 나머지 광을 차단하는 청색광 투과 필터(127B)가 광 투과부(123)의 전면에 배치되면 외광 반사율을 낮출 수 있다. 또한, 인접한 서브 픽셀로부터 적색 광(RL), 녹색 광(GL) 또는 황색 광(YL)이 유입되는 것을 방지할 수 있다.
일 예로, 청색광 투과 필터(127B)는 입사광 중 청색 광(BL)은 투과시키고 나머지 광은 흡수하는 방식으로 적색 광(RL)과 녹색 광(GL)을 차단할 수 있다. 이를 위해, 청색광 투과 필터(127B)는 대략 435nm에서 500nm 사이의 파장의 광을 투과시키도록 구현될 수 있다.
한편, 백색광 생성부(124)의 전면에는 특정 파장의 광을 흡수하기 위한 컬러 필터가 배치되지 않아도 된다. 따라서, 백색광 생성부(124)에는 컬러 필터로 인한 광자 손실이 발생하지 않기 때문에 고효율, 고휘도의 백색 광 출력이 가능하다.
도 19 내지 도 22는 추가적인 구성요소를 더 포함하는 디스플레이 패널의 구조를 나타낸 측단면도이다.
도 19를 참조하면, 컬러필터 기판(126)의 전방에는 외광 반사를 차단하기 위한 반사 방지층(161)이 배치될 수 있다. 반사 방지층(161)은 편광판을 포함할 수 있고, 또는 AR(Anti-Reflection) 코팅층 또는 AGLR(Anti-Glare Low-Reflection) 코팅층을 포함할 수 있다.
일 예로, 반사 방지층(161)은 높은 굴절률을 갖는 물질이 코팅된 코팅층과 낮은 굴절률을 갖는 물질이 코팅된 코팅층을 포함할 수 있고, 이들 코팅층은 서로 교차하여 다수의 층으로 배치될 수 있다.
낮은 굴절률을 갖는 물질로는 이산화규소(SiO2) 등의 저굴절 산화물이 채용될 수 있고, 높은 굴절률을 갖는 물질로는 이산화티타늄(TiO2), 이산화지르코늄(ZrO2), 나이오븀산리튬(LiNbO3), 리튬탄탈레이트(LiTaO3), 란탄티타늄(LaTiO2) 등의 고굴절 무기 산화물 중 적어도 하나가 채용될 수 있다.
높은 굴절률을 갖는 물질이 코팅된 코팅층은 1.70 이상 2.80 이하, 또는 1.90 이상 내지 2.80 이하의 굴절률을 가질 수 있고, 낮은 굴절률을 갖는 물질이 코팅된 코팅층은1.20 이상 1.50 이하의 굴절률을 가질 수 있다.
반사 방지층(161)을 형성하면, 디스플레이 장치(1)의 외부에서 입사되는 외광 반사로 인한 영상 왜곡을 방지할 수 있다. 뿐만 아니라, 컬러필터 기판(126)을 투과하여 외부로 향하던 광의 일부가 컬러필터 기판(126)과 외부 공기의 경계면에서 반사되어 다시 컬러필터 기판(126)의 내부로 돌아오는 프레넬 반사 비율을 줄이고 투과 비율을 개선시켜 출광 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 도 19의 예시와 같이 디스플레이 패널(100)에 반사 방지층(161)을 형성한 경우에는, 외광 반사율을 낮추기 위한 청색광 투과 필터(127B)가 생략되는 것도 가능하다.
도 20을 참조하면, 양자점 컬러 필터층(120)을 구성하는 부재들 사이에 단차가 발생할 수 있는바, 디스플레이 패널(100)은 이러한 단차를 보상하기 위한 평탄화층(152)을 더 포함할 수 있다. 평탄화층(152)은 양자점 컬러 필터층(152)의 후방에 형성될 수 있다. 평탄화층(152)은 오버코트(over coat)로 지칭될 수도 있다.
평탄화층(152)은 아크릴계 수지(polyacrylates resin), 에폭시 수지(epoxy resin), 페놀 수지(phenolic resin), 폴리이미드계 수지(polyimides resin), 불포화 폴리에스테르계 수지(unsaturated polyesters resin), 폴리페닐렌계 수지(poly phenylenethers resin), 폴리페닐렌설파이드계 수지(poly phenylenesulfides resin) 및 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene, BCB) 중에서 선택되는 물질로 이루어질 수 있다. 다만, 상기 물질은 평탄화층(152)에 사용될 수 있는 물질의 예시들에 불과하며, 디스플레이 패널(100)의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.
양자점 컬러 필터층(120)에 평탄화층(152)이 형성되면, 양자점 컬러 필터층(120)을 구성하는 부재들 사이에 단차가 존재하여 그 표면이 평탄하지 않더라도 발광 효율을 높이고, 우수한 화질을 구현할 수 있다.
또한, 도 21에 도시된 바와 같이, 음극(132)의 전방에는 수분이나 산소로부터 소재의 열화를 방지하기 위한 캡슐화(Encapsulation) 부재(151)가 마련될 수 있다. 캡슐화 부재(151)가 마련되는 경우, 캡슐화 부재(151)의 전방에 평탄화층(152)이 배치될 수 있다.
캡슐화 부재(151)는 광원(110)과 각종 회로 소자 등을 외부로부터 밀봉시켜 보호할 수 있다. 캡슐화 부재(151)는 유리, 석영, 세라믹, 플라스틱, 및 금속 등 다양한 소재로 이루어지는 실런트일 수 있다.
한편, 양자점 컬러 필터층(120)을 구성하는 각각의 셀(적색광 변환부, 녹색광 변환부, 광 투과부 및 백색광 생성부)을 구획하는 격벽(125)은 광을 흡수하기 위해 흑색 물질(Black Material)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 격벽(125)은 금속, 합성 수지, 합성 고무, 카본 계통의 유기 물질 등의 재료로 구성될 수 있는바, 구체적인 예로 크롬(Cr), 크롬산화막(CrOx) 또는 이들을 포함하는 이중막으로 이루어질 수 있다. 격벽(125)이 광을 흡수하는 물질로 이루어질 경우, 서브 픽셀 간 광의 이동을 차단하여 혼색을 방지하고 콘트라스트를 향상시킬 수 있다. 또한, 외광 반사율도 감소시킬 수 있다.
또는, 도 22에 도시된 바와 같이, 외광 반사율을 감소시키기 위해 격벽(125)의 전면에 광을 반사시키는 반사층(128)을 형성하는 것도 가능하다. 반사층(128)을 구성하는 물질로는 이산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO), 산화철(Fe2O3), 산화크롬(CrO), 산화코발트(CoO), 산화주석(SnO2), 활석(talc) 및 카올린(Al2Si2O5(OH)4) 등의 반사 물질을 사용할 수 있다. 일 예로, 반사층(128)은 반사 물질을 격벽(125)의 전면에 코팅함으로써 형성할 수 있다.
격벽(125)의 전면에 반사층(128)이 형성되는 경우에는 컬러필터 기판(128)의 전방에 배치되는 반사 방지층(161)을 생략하는 것도 가능하다.
도 23 및 도 24는 일 실시예에 따른 디스플레이 패널에 포함되는 광 투과부의 구성을 나타낸 측단면도이다.
도 23을 참조하면, 양자점 컬러 필터층(120)의 광 투과부(123)는 입사된 광을 산란시키는 산란 입자(SP)를 포함할 수 있다 산란 입자(SP)는 임의의 패턴 또는 미리 정의된 패턴으로 광 투과부(123) 내에 분포될 수 있다.
산란 입자(SP)로는 산화 아연, 산화 티타늄 및 산화 규소 등의 물질이 사용될 수 있다.
적색광 변환부(121), 녹색광 변환부(122) 및 백색광 생성부(124)에 입사된 청색 광(BL)은 각각 적색 양자점 입자(121P), 녹색 양자점 입자(121P) 및 황색 양자점 입자(124P)에 의해 색 변환이 일어난 후 산란되어 방출된다. 광 투과부(123)에 산란 입자(SP)가 포함되지 않는 경우에는 입사된 청색 광(BL)이 산란에 의한 확산 없이 바로 투과되어 적색 광(RL), 녹색 광(GL) 또는 황색 광(YL)에 비해 상대적인 색 시야각 열세가 나타날 수 있다.
광 투과부(123)에 산란 입자(SP)가 포함되면, 입사된 청색 광(BL)이 산란 입자(SP)에 의해 산란되면서, 확산된 청색 광(BL)이 방출될 수 있다. 이로써, 상대적인 색 시야각 열세를 방지하고, 출광 효율을 향상시킬 수 있다.
다만, 광 투과부(123)에서 산란된 청색 광(BL)이 방출되는 경우, 반사 방지층(161)에 의한 외광 반사 차단 효과가 저하될 수 있다. 따라서, 광 투과부(123)가 산란 입자(SP)를 포함하는 경우에는, 반사 방지층(161)이 있더라도 광 투과부(123)의 전면에 청색 광만 투과시키고 나머지 광은 흡수하는 청색광 투과 필터(127B)를 배치함으로써 외광 반사율을 감소시킬 수 있다.
또는, 도 24에 도시된 바와 같이, 광 투과부(123)가 청색 염료(BD)를 포함하는 것도 가능하다. 일 예로, 청색 염료(BD)는 청색 광(BL)은 투과시키고 청색 이외의 광은 모두 흡수하는 염료일 수 있다. 광 투과부(123)에 청색 염료(BD)가 포함되면, 외광 또는 주변광이 광 투과부(123)에 입사되어 발생되는 아티팩트를 감소시킬 수 있다.
또한, 광 투과부(123)가 산란 입자(SP)와 청색 염료(BD)를 모두 포함하는 것도 가능하다. 광 투과부(123)가 산란 입자(SP)와 청색 염료(BD)를 모두 포함하면, 출광 효율을 향상시킴과 동시에 외광 또는 주변광으로 인한 아티팩트를 감소시킬 수 있다.
도 25는 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 제어 블록도이다.
도 25를 참조하면, 일 실시예에 따른 디스플레이 장치(1)는 전술한 실시예에 따른 디스플레이 패널(100), 사용자 명령을 입력 받는 입력부(103) 및 제어부(200)를 포함한다.
제어부(200)는 디스플레이 패널(100)이 정지 영상 또는 동영상을 표시할 수 있도록 제어한다. 전술한 바와 같이, 디스플레이 패널(100)은 각각의 서브 픽셀이 독립적으로 제어될 수 있다. 따라서, 제어부(200)는 출력하고자 하는 영상 신호에 기초하여 적색 서브 픽셀, 녹색 서브 픽셀, 청색 서브 픽셀 및 백색 서브 픽셀의 온/오프 또는 밝기 제어를 수행할 수 있다.
제어부(200)는 TFT 어레이(140)의 게이트 배선에 온 신호를 입력하여 서브 픽셀의 픽셀 전극을 통해 광원(110)에 전류를 공급함으로써, 서브 픽셀을 온 시킬 수 있다.
제어부(200)는 출력하고자 하는 영상 신호에 기초하여 각각의 단일 픽셀을 구성하는 적색 서브 픽셀, 녹색 서브 픽셀, 청색 서브 픽셀 및 백색 서브 픽셀 중 어느 서브 픽셀을 온 시키고, 온되는 서브 픽셀의 전류 인가량을 얼만큼으로 할 지를 결정할 수 있다.
단일 픽셀을 통해 구현하고자 하는 색상에 따라 서브 픽셀들 중 하나만 온 시킬 수도 있고, 혼색을 위해 둘 이상의 서브 픽셀을 온 시킬 수도 있다.
예를 들어, 제어부(200)는 적색 광(RL)을 출력하기 위해, 적색광 변환부(121)에 대응되는 적색 픽셀 전극(131R)이 광원(110)의 적색 서브 픽셀 영역(110R)에 전류를 공급하도록 제어할 수 있다. 녹색 광(GL)을 출력하기 위해, 녹색광 변환부(122)에 대응되는 녹색 픽셀 전극(131G)이 광원(110)의 녹색 서브 픽셀 영역(110G)에 전류를 공급하도록 제어할 수 있다. 청색 광(BL)을 출력하기 위해, 광 투과부(123)에 대응되는 청색 픽셀 전극(131B)이 광원(110)의 청색 서브 픽셀 영역(110B)에 전류를 공급하도록 제어할 수 있다.
백색 광(WL)을 출력하기 위해서는, 백색광 생성부(124)에 대응되는 백색 픽셀 전극(131W)이 광원(110)의 백색 서브 픽셀 영역(110W)에 전류를 공급하도록 제어할 수 있다. 또한, 경우에 따라, 적색 서브 픽셀, 녹색 서브 픽셀 및 청색 서브 픽셀을 함께 온 시켜 화이트 밸런스(white balance)를 보정하는 것도 가능하다. 이 때, 적색 서브 픽셀, 녹색 서브 픽셀 및 청색 서브 픽셀은 백색 서브 픽셀에 비해 상대적으로 미세하게 온 시킬 수 있다. 예를 들어, 백색 광(WL)을 출력하기 위해, 백색광 생성부(124)에 대응되는 백색 픽셀 전극(131W)이 광원(110)의 백색 서브 픽셀 영역(110W)에 전류를 공급하도록 제어함과 동시에 적색 픽셀 전극(131R)이 광원(110)의 적색 서브 픽셀 영역(110R)에 미세 전류를 공급하고, 녹색 픽셀 전극(131G)이 광원(110)의 녹색 서브 픽셀 영역(110G)에 미세 전류를 공급하고, 청색 픽셀 전극(131B)이 광원(110)의 청색 서브 픽셀 영역(110B)에 미세 전류를 공급하도록 제어하는 것도 가능하다.
적색 픽셀 전극(131R)이 광원(110)의 적색 서브 픽셀 영역(110R)에 전류를 공급하도록 제어하는 것은, 적색 픽셀 TFT(142R)를 온시키는 것을 포함할 수 있고, 녹색 픽셀 전극(131G)이 광원(110)의 녹색 서브 픽셀 영역(110G)에 전류를 공급하도록 제어하는 것은, 녹색 픽셀 TFT(142G)를 온시키는 것을 포함할 수 있으며, 청색 픽셀 전극(131B)이 광원(110)의 청색 서브 픽셀 영역(110B)에 전류를 공급하도록 제어하는 것은, 청색 픽셀 TFT(142B)를 온시키는 것을 포함할 수 있다. 백색 서브 픽셀 영역(110W)에 전류를 공급하도록 제어하는 것은, 백색 픽셀 TFT(142W)를 온시키는 것을 포함할 수 있다
도 26은 일 실시예에 따른 디스플레이 패널에 있어서, 적색 서브 픽셀, 녹색 서브 픽셀 및 청색 서브 픽셀과, 백색 서브 픽셀 사이의 상대적인 효율을 비교한 표이다.
도 26의 표에서 Case #1이 적색 서브 픽셀, 녹색 서브 픽셀 및 청색 서브 픽셀의 효율이고, Case #2가 입사광의 일부를 황색 광으로 변환하는 백색 서브 픽셀의 효율이다.
앞서 설명한 바와 같이, 백색광 생성부(124)는 입사된 청색 광(BL) 중 일부만 황색 광(YL)으로 변환하면 되기 때문에, 황색 양자점 입자(124P)의 농도를 적색광 변환부(121)나 녹색광 변환부(122) 내의 양자점 입자의 농도와 비교하여 상대적으로 낮게 유지할 수 있다. 따라서, 변환 광의 재흡수로 인해 발생하는 효율 손실을 감소시킬 수 있는바, 도 26에 도시된 바와 같이, 백색 서브 픽셀의 변환 효율이 100%일 때, 적색 서브 픽셀, 녹색 서브 픽셀 및 청색 서브 픽셀의 변환 효율은 81% 정도로 측정되는바, 백색 서브 픽셀의 변환 효율이 상대적으로 우수함을 알 수 있다.
또한, 백색광 생성부(124)는 청색광 누출을 방지하기 위한 청색광 차단 필터(127R, 127G)나 청색 광 이외의 광을 차단하는 청색광 투과 필터(127B)를 채용하지 않기 때문에 이러한 필터의 사용으로 인한 광자 손실이 나타나지 않는다. 따라서, 도 26에 도시된 바와 같이, 백색 서브 픽셀의 광자 효율이 100%일 때, 적색 서브 픽셀 녹색 서브 픽셀 및 청색 서브 픽셀의 광자 효율은 70% 정도로 측정되는바, 백색 서브 픽셀의 광자 효율이 상대적으로 우수함을 알 수 있다.
전술한 바와 같이, 백색광 생성부(124)는 입사광을 시감도가 우수한 파장 대역의 발광 피크 파장을 갖는 황색 광으로 변환한다. 도 26에 도시된 바와 같이, 백색 서브 픽셀의 시감도가 100%일 때, 적색 서브 픽셀, 녹색 서브 픽셀 및 청색 서브 픽셀의 시감도는 75% 정도로 측정되는바, 백색 서브 픽셀의 시감도가 상대적으로 우수함을 알 수 있다.
따라서, 백색 서브 픽셀의 전체적인 효율이 다른 서브 픽셀들에 비해 더 우수하게 나타난다. 백색을 구현하기 위해 별도의 백색 서브 픽셀을 마련하지 않고 적색 서브 픽셀, 녹색 서브 픽셀 및 청색 서브 픽셀을 온 시키는 방식을 채용하는 경우, 각 서브 픽셀에 나타나는 효율 저하가 백색 구현 시에 그대로 반영될 수 있다. 따라서, 고효율, 고휘도의 백색을 구현하기 어렵다.
반면에, 일 실시예에 다른 디스플레이 패널(100) 및 디스플레이 장치(1)와 같은 구조의 백색 서브 픽셀을 마련하고, 백색을 구현하기 위해 백색 서브 픽셀을 온 시키는 방식을 채용하는 경우, 고효율, 고휘도의 백색을 구현할 수 있게 된다.
도 27은 일 실시예에 따른 디스플레이 패널이 백색 광을 생성하는 다른 예시를 나타낸 도면이다.
지금까지 상술한 실시예에서는 백색광 생성부(124)에 황색 양자점 입자(124P)를 이용하여 청색 광(BL)을 황색 광(YL)으로 변환하고, 황색 광(YL)과 청색 광(BL)의 혼색에 의해 백색 광(WL)을 생성하는 것으로 하였다.
다른 예시에 따르면, 도 27에 도시된 바와 같이, 백색광 생성부(124)에 입사광을 적색 광(RL)으로 변환하는 복수의 적색 양자점 입자(124P1)와 입사광을 녹색 광(GL)으로 변환하는 복수의 녹색 양자점 입자(124P2)를 포함하는 것도 가능하다.
광원(110)으로부터 방출된 청색 광(BL)이 백색광 생성부(124)에 입사되면, 적색 양자점 입자(124P1)가 입사된 청색 광(BL)을 적색 광(RL)으로 변환할 수 있고, 녹색 양자점 입자(124P2)가 입사된 청색 광(BL)을 녹색 광(GL)으로 변환할 수 있다. 백색광 생성부(124)에 입사된 청색 광(BL)은 일부만 황색 광(YL)으로 변환되고, 나머지 일부는 변환되지 않고 청색 광(BL)으로 방출될 수 있다. 따라서, 백색광 생성부(124)로부터 방출되는 적색 광(RL), 녹색 광(GL) 및 청색 광(BL)이 혼합되어 백색광(WL)이 생성된다.
백색광 생성부(124)가 황색 양자점 입자(124P)를 포함하는 경우와 마찬가지로, 당해 예시에서도 백색광 생성부(124)는 입사된 청색 광(BL) 중 일부만 적색 광(RL)과 녹색 광(GL)으로 변환하면 되기 때문에, 황색 양자점 입자(124P)의 농도를 낮게 유지할 수 있다. 따라서, 양자점 입자 간의 간격이 좁을 때 발생하는 변환 광의 재흡수를 억제할 수 있고, 변환 광의 재흡수로 인해 발생하는 효율 손실을 감소시킬 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
100: 디스플레이 패널
1: 디스플레이 장치
110: 광원
120: 양자점 컬러필터층
131: 양극
132: 음극
140: TFT 어레이

Claims (20)

  1. 청색 광을 방출하는 광원; 및
    상기 청색 광을 적색 광으로 변환하는 적색 양자점 입자를 포함하는 적색광 변환부, 상기 청색 광을 녹색 광으로 변환하는 녹색 양자점 입자를 포함하는 녹색광 변환부, 상기 청색 광을 투과시키는 광 투과부 및 상기 청색 광의 일부를 황색 광으로 변환하는 황색 양자점 입자를 포함하고 상기 청색 광의 나머지 일부는 투과시키는 백색광 생성부를 포함하는 양자점 컬러 필터층;을 포함하는 디스플레이 패널.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 백색광 생성부는,
    상기 청색 광을 540nm 내지 580nm의 범위에 속하는 발광 피크(peak) 파장을 갖는 황색 광으로 변환하는 디스플레이 패널.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 적색광 변환부 및 상기 녹색광 변환부의 전방에 배치되어 청색 광을 차단하는 청색광 차단 필터;를 더 포함하는 디스플레이 패널.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 투과부의 전방에 배치되어 청색 광은 투과시키고, 청색 광 이외의 광은 차단하는 청색광 투과 필터;를 더 포함하는 디스플레이 패널.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원은,
    상기 적색광 변환부를 향하여 상기 청색 광을 방출하는 적색 서브 픽셀 영역, 상기 녹색광 변환부를 향하여 상기 청색 광을 방출하는 녹색 서브 픽셀 영역, 상기 광 투과부를 향하여 상기 청색 광을 방출하는 청색 서브 픽셀 영역, 및 상기 백색광 생성부를 향하여 상기 청색 광을 방출하는 백색 서브 픽셀 영역을 포함하는 디스플레이 패널.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 적색 서브 픽셀 영역에 전류를 공급하는 적색 픽셀 전극, 상기 녹색 서브 픽셀 영역에 전류를 공급하는 녹색 픽셀 전극, 상기 청색 서브 픽셀 영역에 전류를 공급하는 청색 픽셀 전극 및 상기 백색 서브 픽셀 영역에 전류를 공급하는 백색 픽셀 전극을 포함하는 양극;을 더 포함하는 디스플레이 패널.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 적색 픽셀 전극의 크기는, 상기 적색광 변환부의 크기보다 작고,
    상기 녹색 픽셀 전극의 크기는, 상기 녹색광 변환부의 크기보다 작고,
    상기 청색 픽셀 전극의 크기는, 상기 광 투과부의 크기보다 작고,
    상기 백색 픽셀 전극의 크기는, 상기 백색광 생성부의 크기보다 작은 디스플레이 패널.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 적색광 변환부와 상기 녹색광 변환부 사이, 상기 녹색광 변환부와 상기 광 투과부 사이 및 상기 광 투과부와 백색광 생성부 사이에 배치되는 복수의 격벽;을 더 포함하고,
    상기 복수의 격벽은,
    광을 흡수하는 흑색 물질로 이루어지는 디스플레이 패널.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 양자점 컬러 필터층의 전방에 배치되어 외광 반사를 방지하는 반사 방지층;을 더 포함하는 디스플레이 패널.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 격벽의 전면에 형성되어 입사된 광을 반사시키는 반사층;을 더 포함하는 디스플레이 패널.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 투과부는,
    입사된 광을 산란시키는 산란 입자를 포함하는 디스플레이 패널.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 투과부는,
    입사된 광 중에서 청색 광은 투과시키고 나머지 광은 흡수하는 청색 염료를 포함하는 디스플레이 패널.
  13. 청색 광을 방출하는 광원; 및
    상기 청색 광을 적색 광으로 변환하는 적색 양자점 입자를 포함하는 적색광 변환부: 상기 청색 광을 녹색 광으로 변환하는 녹색 양자점 입자를 포함하는 녹색광 변환부, 상기 청색 광을 투과시키는 광 투과부: 및 상기 청색 광의 일부를 적색 광으로 변환하는 적색 양자점 입자와 상기 청색 광의 다른 일부를 녹색 광으로 변환하는 녹색 양자점 입자를 포함하고 상기 청색 광의 나머지 일부는 투과시키는 백색광 생성부:를 포함하는 양자점 컬러 필터층;을 포함하는 디스플레이 패널.
  14. 청색 광을 방출하는 광원;
    상기 청색 광을 적색 광으로 변환하는 적색 양자점 입자를 포함하는 적색광 변환부, 상기 청색 광을 녹색 광으로 변환하는 녹색 양자점 입자를 포함하는 녹색광 변환부, 상기 청색 광을 투과시키는 광 투과부 및 상기 청색 광의 일부를 황색 광으로 변환하는 황색 양자점 입자를 포함하고 상기 청색 광의 나머지 일부는 투과시키는 백색광 생성부를 포함하는 양자점 컬러 필터층;
    상기 적색광 변환부에 대응되는 적색 픽셀 전극, 상기 녹색광 변환부에 대응되는 녹색 픽셀 전극, 상기 광 투과부에 대응되는 청색 픽셀 전극 및 상기 백색광 생성부에 대응되는 백색 픽셀 전극을 포함하는 양극; 및
    백색 광을 출력하기 위해, 상기 백색 픽셀 전극이 상기 광원에 전류를 공급하도록 제어하는 제어부;를 포함하는 디스플레이 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 적색 픽셀 전극과 연결되는 적색 픽셀 TFT, 상기 녹색 픽셀 전극과 연결되는 녹색 픽셀 TFT, 상기 청색 픽셀 전극과 연결되는 청색 픽셀 TFT 및 상기 백색 픽셀 전극과 연결되는 백색 픽셀 TFT를 포함하는 TFT 어레이;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 백색 광을 출력하기 위해, 상기 백색 픽셀 TFT를 온(On)시키는 디스플레이 장치.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 백색광 생성부는,
    상기 청색 광을 540nm 내지 580nm의 범위에 속하는 발광 피크(peak) 파장을 갖는 황색 광으로 변환하는 디스플레이 장치.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 적색광 변환부 및 상기 녹색광 변환부의 전방에 배치되어 청색 광을 차단하는 청색광 차단 필터;를 더 포함하는 디스플레이 장치.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 광 투과부의 전방에 배치되어 청색 광은 투과시키고, 청색 광 이외의 광은 차단하는 청색광 투과 필터;를 더 포함하는 디스플레이 장치.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 양자점 컬러 필터층의 전방에 배치되어 외광 반사를 방지하는 반사 방지층;을 더 포함하는 디스플레이 장치.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 광 투과부는,
    입사된 광을 산란시키는 산란 입자를 포함하는 디스플레이 장치.
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