KR20210052886A - 양자점 색변환 구조체를 갖는 컬러필터, 이를 포함하는 표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

양자점 색변환 구조체를 갖는 컬러필터, 이를 포함하는 표시장치 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 양자점 색변환 구조체를 갖는 컬러필터 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 서로 이격된 복수의 양자점 색변환층을 구비하는 컬러필터에 있어서, 상기 양자점 색변환층은 기판으로부터 수직 방향으로 연장되는 자유기립 와이어 구조체이고, 상기 자유기립 와이어 구조체의 폭에 대한 길이의 비율은 1 이상인 것을 특징으로 하는 컬러필터를 제공한다.

Description

양자점 색변환 구조체를 갖는 컬러필터, 이를 포함하는 표시장치 및 그 제조방법{Color Filter with Quantum dot Color Conversion Structures, Display Apparatus Comprising The Same, And Manufacturing Methods Thereof}
본 발명은 양자점 색변환 구조체를 갖는 컬러필터 및 그 제조방법에 관한 것이다.
액정표시장치는 화소 전극, 공통 전극 및 이들 사이의 액정층을 포함한다. 화소 전극과 상기 공통 전극 사이에 전압을 인가하고 액정층에 전기장을 생성하여 액정층의 액정 분자 배향을 결정하고 입사광의 편광을 제어함으로써 영상을 표시한다.
이러한 통상의 액정표시장치는 컬러를 형성하기 위하여 백색광을 광원으로 백라이트에서 출사된 광이 적색 컬러필터, 녹색 컬러필터 및 청색 컬러필터를 통과한 광에 의해 영상을 구현하는데, 이 때 각각의 컬러필터에 의해 광량이 약1/3로 저하하므로 광효율이 낮다는 문제점을 갖는다.
이러한 광효율의 저하를 보완하고 높은 색재현성을 구현하기 위해 양자점 컬러필터(Quantum dot color filter; QDCF)를 채용한 양자점 액정표시장치(QDLCD)가 제안되고 있다.
도 1은 종래의 양자점 컬러필터 액정표시장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 양자점 액정표시장치는 백라이트 유닛(40), TFT 기판(30), 액정모듈(20) 및 양자점 컬러필터(10)를 포함하여 구성된다.
이 장치는 종래 액정표시장치에 사용되는 컬러필터에 양자점-색변환층(quantum dot color conversion layer)을 적용한 액정표시장치로서, 백라이트 유닛(40)으로부터 자외선 또는 청색광 등 저파장 대역의 여기광을 컬러필터(10)로 입사하여 양자점 색변환층(12, 14, 16)에서 파장 변환된 광을 합성하여 영상을 구현한다. 종래 발광형 컬러필터(emissive color filter)에서 양자점 색변환층을 패터닝하기 위해 잉크젯 프린팅(inkjet printing), 전사(transfer printing), 리소그래피(lithography) 등의 기법이 적용되어 왔다. 그러나, 종래의 제조 기법들은 화소의 소형화와 고해상도 요구에 따라 대응하기 어렵다는 한계를 지니고 있다.
(1) JP 2018-25802 A
본 발명은 고해상도에서도 높은 휘도의 구현이 가능한 양자점 컬러필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 서브 마이크로미터 또는 마이크미터 크기의 선폭을 갖는 양자점 컬러필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 높은 종횡비의 양자점 구조체를 갖는 컬러필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 전술한 양자점 컬러필터의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 전술한 양자점 컬러필터를 구비하는 디스플레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 서로 이격된 복수의 양자점 색변환층을 구비하는 컬러필터에 있어서, 상기 양자점 색변환층은 기판으로부터 수직 방향으로 연장되는 자유기립 와이어 구조체이고, 상기 자유기립 와이어 구조체의 폭에 대한 길이의 비율은 1 이상인 것을 특징으로 하는 컬러필터를 제공한다.
본 발명에서 상기 복수의 양자점 색변환층은, 제1 피크 파장의 여기광을 제2 피크 파장의 방출광으로 변환하는 제1 양자점 색변환층; 및 제1 피크 파장의 여기광을 제3 피크 파장의 방출광으로 변환하는 제2 양자점 색변환층을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 바닥부 폭에 대한 길이의 비율은 2 이상일 수 있다. 또한, 상기 바닥부 폭에 대한 길이의 비율은 5 이상일 수 있다.
본 발명에서 상기 자유기립 와이어 구조체는 상기 바닥부에 비해 작은 폭을 갖는 몸체부를 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 몸체부의 폭은 1 마이크론 미만일 수 있다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 서로 이격된 복수의 양자점 색변환층을 구비하는 컬러필터의 제조 방법에 있어서, 기판 상에 상기 기판으로부터 수직 방향으로 연장되는 자유기립 와이어 구조체를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 자유기립 와이어 구조체의 폭에 대한 길이의 비율은 1 이상인 것을 특징으로 하는 컬러필터의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에서 상기 자유기립 와이어 구조체 형성 단계는, 노즐로 잉크를 토출하면서 상기 토출되는 잉크의 끊김없이 상기 기판에 대하여 상기 노즐의 위치를 이동하여 상기 노즐과 기판 사이에 상기 잉크에 의한 메니스커스를 형성하고, 상기 메니스커스 내의 용매의 증발에 의해 자유기립 와이어 구조체를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 고해상도에서도 높은 휘도의 구현이 가능한 양자점 컬러필터를 제공할 수 있게 된다. 또한, 본 발명에 따르면, 서브 마이크로미터 또는 마이크미터 크기의 선폭으로 높은 종횡비를 갖는 양자점 구조체를 제조하는 데 적합한 컬러필터 제조 방법을 제공할 수 있게 된다.
도 1은 종래의 양자점 액정표시장치를 구성하는 모듈 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 양자점 색변환 구조체를 포함하는 컬러필터를 모식적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 컬러 양자점 색변환 구조체의 기하학적 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 양자점 액정표시장치를 모식적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 3D 프린팅 메커니즘을 모식적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 6의 (a) 내지 (g)는 본 발명의 일실시예에 따라 양자점 색변환층의 3D 프린팅 절차를 모식적으로 도시한 도면이다.
도 7의 (a) 내지 (g)는 본 발명의 일실시예에 따라 양자점 색변환층의 3D 프린팅 절차를 촬영한 사진이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 양자점 색변환 구조체를 촬영한 전자현미경 사진이다.
도 9의 (a) 내지 (c)는 각각 양자점 색변환 구조체 샘플 특성평가장치, 측정샘플, 및 측정샘플에 대한 특성평가 결과를 도시한 도면이다.
도 10의 (a) 및 (b)는 각각 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 적색 양자점 색변환 구조체를 촬영한 사진 및 특성평가결과를 나타낸 그래프이다.
도 11의 (a) 및 (b)는 각각 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 녹색 양자점 색변환 구조체를 촬영한 사진 및 특성평가결과를 나타낸 그래프이다.
도 12의 (a) 및 (b)는 각각 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 청색 양자점 색변환 구조체를 촬영한 사진 및 특성평가결과를 나타낸 그래프이다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상술한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 양자점 컬러필터를 모식적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 컬러필터(100)는 기판(110)과 상기 기판(110) 상에 상방으로 연장되는 복수의 자유기립 와이어 구조체(120A, 120B, 120C)를 포함한다. 상기 복수의 자유기립 와이어 구조체(120A, 120B, 120C)는 상이한 파장의 광을 방출한다. 예컨대, 제1 자유기립 와이어 구조체(120A)는 적색광, 제2 자유기립 와이어 구조체(120B)는 녹색광, 제2 자유기립 와이어 구조체(120C)는 청색광을 발출한다. 이들 자유기립 와이어 구조체는 컬러필터의 반복단위가 될 수 있다. 예컨대, 3개의 자유기립 와이어 구조체 그룹이 기판 평면에 행과 열을 이루어 2차원적으로 반복 배열되어 컬러필터를 구성할 수 있다.
본 발명에서 상기 자유기립 와이어 구조체들의 최소한 일부는 색변환 구조체일 수 있다. 예컨대, 상기 제1 자유기립 와이어 구조체(120A)는 입사광에 의해 여기되어 적색에 대응하는 파장의 광을 방출하고, 상기 제2 자유기립 와이어 구조체(120B)는 입사광에 의해 여기되어 녹색에 대응하는 파장의 광을 방출하는 것일 수 있다.
한편, 제3 자유기립 와이어 구조체(120C)는 양자점 색변환 구조체 또는 광투과 구조체로 구현될 수 있다. 예컨대, 입사광(incident ray)이 UV광인 경우 제3 자유기립 와이어 구조체(120C)는 UV 광을 청색광으로 변환할 수 있다. 이와 달리, 입사광이 청색광인 경우 제3 자유기립 와이어 구조체(120C)는 청색광을 투과하도록 광투과성 물질로 구현될 수 있다. 예컨대, 와이어 구조체(120C)는 공기 또는 투명 수지와 같은 투광성 물질로 구현될 수 있다.
본 발명에서 상기 자유기립 와이어 구조체는 구조체의 형상을 유지하기 위한 지지체와 지지체 내에 분산된 양자점을 포함할 수 있다. 본 발명에서 상기 자유기립 와이어 구조체의 지지체는 투광성 수지일 수 있다. 예컨대, 상기 자유기립 와이어를 이루는 지지체는 폴리스티렌, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리카프로락톤 및 폴리디메틸실록산으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 최소한 1종의 폴리머를 포함할 수 있다.
도 3은 도 2의 자유기립 와이어 구조체의 기하학적 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 자유기립 와이어 구조체는 길쭉한 형상을 갖는다. 예컨대, 상기 자유기립 와이어 구조체는 폭(w)에 대한 높이(h)의 비 즉 종횡비의 하한은 1, 2, 3, 4 또는 5일 수 있다. 기판 표면에 수직인 높은 종횡비의 자유기립 와이어는 광변환층의 총 부피를 증가시키고 부피에 비례해서 늘어나는 양자점의 총량에 기인하여 단위 픽셀 면적당 출사광의 휘도를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 자유기립 와이어 구조체의 종횡비의 상한선은 경우에 따라 제한될 수 있다. 공정상의 이유로 높은 종횡비를 갖는 자유기립 구조체에는 헤드부와 바닥부의 정렬(alignment) 문제가 발생될 수 있고, 자유기립 구조체의 오정렬은 인접한 화소와 간섭을 발생할 수 있다. 따라서, 공정 변수에 따라 상기 자유기립 와이어 구조체의 종횡비의 상한선은 5, 10, 15 또는 20으로 제한될 수 있다. 본 발명에서 상기 자유기립 구조체는 길이 방향으로 폭이 일정하거나 일정하지 않을 수 있다. 길이 방향으로 폭이 일정하지 않는 경우 본 발명에서 자유기립 구조체의 종횡비는 최대의 값을 갖는 폭에 대한 높이의 비율로 정의된다.
본 발명에서 자유기립 구조체의 폭(w)은 컬러필터의 해상도에 영향을 미치는 주요한 변수 중 하나이다. 후술하는 바와 같이, 본 발명은 외부 가압력 없이 메니스커스의 표면 장력에 의해 인쇄용 잉크를 토출함으로써 노즐 구경을 통과하는 잉크의 번짐을 최대한 억제하고, 노즐의 이동 속도를 제어함으로써 인쇄되는 구조체의 폭이 증가하는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 서브 마이크로미터 또는 수 마이크로미터의 폭을 갖는 자유기립 구조체를 제조할 수 있다.
한편, 도시하거나 따로 설명하지 않지만 본 발명의 컬러필터는 상기 자유기립 와이어 구조체 사이에 상기 자유기립 와이어 구조체와 접촉하거나 또는 비접촉 상태인 격벽을 더 포함할 수 있다. 물론, 격벽 구조가 본 발명에서 반드시 필수적인 구성이 아님은 본 발명의 기술 사상을 접한 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 알 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 컬러필터는 상기 자유기립 와이어 구조체의 사이의 기판 표면 등 적절한 위치에 블랙매트릭스를 구비할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 컬러필터를 구비하는 표시장치의 구조를 모식적으로 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 표시장치는 컬러필터(100), 액정(200), 구동기판(300), 백라이트 유닛(400)을 포함한다.
도시된 표시장치에서 백라이트 유닛(400)은 표시장치의 여기광 또는 투과광을 제공하는 광원을 포함한다. 백라이트 유닛의 광원으로는 청색광 또는 UV광이 사용될 수 있다. 액정(200)과 구동기판(300)은 액정을 구동하여 백라이트 유닛으로부터 제공되는 광을 컬러필터로 전송한다.
컬러필터(100)는 복수의 자유기립 구조체를 포함한다. 하나의 픽셀을 구성하는 3개의 자유기립 와이어 구조체들(120A, 120B, 120C)이 기판 상에 행과 열을 이루어 2차원적으로 배열되어 있다. 픽셀을 구성하는 서브 픽셀의 수에 따라 자유기립 와이어 구조체의 수는 변화할 수 있음은 물론이다.
본 발명에서 상기 자유기립 와이어 구조체들(120A, 120B, 120C)의 최소한 일부 또는 전부는 백라이트 유닛으로부터의 광을 색상변환하여 방출하는 색변환 구조체이다. 전술한 바와 같이, 청색광을 광원으로 하는 경우 상기 자유기립 와이어 구조체들 중 일부는 색변환 구조체가 아닐 수 있는데, 예컨대 투명 재질의 자유기립 와이어가 사용되거나 빈 공간을 형성함으로써 광을 투과하게 할 수 있다.
이상 액정표시장치를 예로 들어 설명하였지만, 본 발명의 컬러필터는 다른 표시장치에도 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 컬러필터는 양자점 OLED에 적용 가능하다. 양자점 OLED는 백라이트 모듈을 대신하여 OLED를 광원으로 하여 OLED에서 발생된 광을 다른 파장의 광으로 색변환하여 화상을 구현하는데, 서브 픽셀 단위의 OLED 광원 및 색변환층을 구비하고 OLED 광원을 온/오프하여 색변환함으로써 픽셀의 색상 구현이 가능하게 된다.
이하에서는 본 발명의 자유기립 구조체의 제조 방법을 설명한다.
먼저, 도 5는 본 발명의 일실시예로서의 프린팅 방법을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 5의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 일실시예에 따른 자유기립 와이어 구조체 인쇄를 위한 프린팅 펜(110)의 동작 과정을 보다 상세하게 도시한 개념도이다.
도 5의 (a)는 펜(110)의 노즐 선단이 기판(10)과 노즐과 접촉하는 초기 상태를 도시한다. 상기 펜(110)의 내부에는 양자점 분말(32), 폴리머(도시하지 않음) 및 상기 폴리머를 용해시키고 양자점 분말을 혼합하기 위한 용매(34)로 구성되는 잉크가 저장되어 있다.
도 5의 (a) 상태로부터 펜(110)이 상방으로 소정 간격 이동하면, 상기 노즐과 상기 기판 사이의 간극에 잉크의 메니스커스(B)가 형성된다. 이 상태에서 상기 펜(110)이 상방으로 소정 속도로 이동하면, 상기 노즐로부터 잉크가 방출된다. 이 때, 노즐측에는 용액 상태의 잉크에 의한 표면 장력이 작용하는 메니스커스(B)가 형성되고, 기판측에는 용매(34)의 증발에 의해 양자점 분말 및 폴리머를 포함하는 구조물(A)이 형성된다. 본 발명에서 메니스커스(B)의 용매는 높은 비표면적을 가져 상온에서도 자발적으로 증발(evaporation)할 수 있다. 물론, 경우에 따라 본 발명에서 상기 펜의 동작 과정에 적절한 가열 수단이 부가되거나, 자외선 조사를 통한 가교결합하는 것을 배제하는 것은 아니다. 본 발명에서 상기 메니스커스의 형성과 용매의 증발은 거의 동시에 발생하며 매우 짧은 시간에 양자점 분말이 폴리머에 의해 지지되는 구조체를 남기게 된다.
본 발명에서 용매의 증발을 위한 높은 비표면적을 제공하도록 메니스커스의 폭은 적절한 범위 내에서 유지된다. 본 발명에서 메니스커스의 폭은 노즐의 구경(aperture)과 노즐의 이동 속도에 의존한다. 또한, 양자점 분말이 메니스커스의 관로 내에서 유동하기 때문에, 결과적인 양자점 패턴의 선폭은 메니스커스의 폭(d)과 동일하거나 작은 값을 갖는다.
다시 도 5를 참조하면, 소정 이동 속도(v)에서 메니스커스는 소정 크기의 폭(d)을 갖는다. 그러나, 이동 속도가 증가하면 메니스커스의 폭은 보다 작은 값을 갖는다. 이 관계는 소위 재료 균형 법칙이라고 하는 다음의 수식으로 표현할 수 있다.
r = [W(v)/(ðv)]1 /2
(여기서, r은 메니스커스의 반경, v는 노즐의 이동 속도, W는 잉크의 흐름 속도)
본 발명의 일실시예에서 자유기립 구조체 패턴의 끊김 없는 프린팅을 위하여 잉크의 유동 특성이 제어될 필요가 있다.
이러한 이유로, 본 발명은 베이스 폴리머의 함량을 조절함으로써 잉크의 유동 특성을 제어할 수 있다. 이와 달리 본 발명은 부가적인 유동 조절제(rheological modifier)를 도입하여 잉크의 유동 특성을 제어할 수 있음은 물론이다.
본 발명에서 폴리머는 폴리스티렌, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리카프로락톤 및 폴리디메틸실록산으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 최소한 1종의 폴리머가 사용될 수 있다. 본 발명에서 상기 베이스 폴리머는 양자점 분말을 지지하는 동시에 기판에 대한 접착력을 제공할 수 있다.
상기 잉크는 폴리머 또는 유동 조절제 함량이 증가하면 점도는 증가하며, 폴리머 또는 유동 조절제의 함량을 조절함으로써 유동 특성을 조절할 수 있다. 바람직하게는 본 발명에서 상기 잉크는 뉴톤 거동을 나타내는 것이 좋다. 물론, 본 발명의 잉크는 전단변형(shear stress)이 증가함에 따라 점도가 감소하는 전단 유동화(shear thinning) 특성을 나타내는 것이 사용될 수 있다. 이 경우 상기 잉크는 전단변형시 액체 유사 거동(liquid-like behavior)을 나타내는 것이 바람직하다.
이상 잉크의 표면 장력에 의한 자발 토출 메커니즘을 이용한 메니스커스 가이디드 프린팅에 기반한 3D 프린팅 방법을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 구조체는 가압 토출에 의해 형성될 수 있다.
<실험예 1 : 잉크의 제조>
플라즈마켐(PlasmaChem)으로부터 구입한 650 nm, 540 nm, 480 nm의 방출 파장을 갖는 CdSe/ZnS 양자점(QD) 분말을 준비하고, 각각의 양자점 분말을 자일렌 용매에 0.5 mg/mL의 농도로 분산하여 3종의 양자점 용액을 제작하였다. 이와 별도로, 폴리스티렌 분말을 2wt%의 농도로 자일렌 용매에 용해하여 폴리스티렌 용액을 제조하였다. 양자점 분말이 폴리스티렌 분말 100 중량부에 대하여 20 중량부가 되도록 제조된 양자점 용액을 폴리스티렌 용액으로 희석하였다. 희석된 용액을 약 5분 동안 초음파 분산하여 적색 양자점 잉크. 녹색 양자점 잉크 및 청색 양자점 잉크를 제조하였다.
제조된 잉크는 원활한 자발 토출을 위해 매우 낮은 농도로 설계되어, 용액의 점도가 매우 낮은 경우에 나타나는 뉴턴 거동을 나타내었다.
< 실험예 2 : 양자점 색변환 구조체의 제조>
수터 인스트루먼트사의 P-2000 노즐 풀러(nozzle puller)로 개구(aperture) 직경이 600 nm인 마이크로 피펫 노즐을 제작하여 쿼츠 기판 상에 자유 기립 구조체를 제조하였다. 구체적으로, 실험예 1에서 제조된 양자점 잉크를 마이크로 피펫에 충진한 후, 쿼츠 기판의 원하는 위치에서 노즐 선단을 기판과 접촉하고, 이어서 노즐을 상방으로 이동시켜 노즐 선단으로 잉크를 지속적으로 방출하도록 하여 원하는 형상의 자유기립 구조체를 성형한 후 노즐을 빠른 속도로 탈출시켜 자유기립 구조체의 3D 프린팅을 완료하였다. 이 때, 잉크는 메니스커스의 표면장력 외에 다른 외력 없이 선단에서 방출되었고, 방출된 잉크의 용매는 상온에서 증발하였다. 마이크로피펫의 위치 및 당김 속도는 3축 스테핑 모터를 이용하여 100 nm의 위치 정밀도로 정밀하게 제어하였다.
이상 설명한 방식으로 방출 파장(650 nm, 540 nm, 480 nm)을 달리하는 3종의 양자점(QD) 잉크를 사용하여 기판 상에 자유기립 와이어 형상의 3종의 양자점 색변환층을 형성하였다.
도 6의 (a) 내지 (g)는 기판(substrate)에 Red, Green, Blue 3종의 잉크를 사용하여 자유기립 구조체를 형성하는 과정을 모식적으로 도시한 도면이고, 도 7의 (a) 내지 (g)는 실제 제조 과정을 촬영한 사진이다.
도 8의 (a) 내지 (c)는 실험예 2에서 제조된 자유기립 와이어 구조체를 관찰한 SEM 사진이다.
도 8의 (a)를 참조하면, 자유기립 와이어 구조체는 대략 6 마이크로미터의 길이를 가지며, 기하학적 형상에 따라 바닥부(Foot portion), 몸체부(Body portion) 및 헤드부(Head portion)로 구분 가능하다. 바닥부는 노즐 선단이 기판과 접촉시 형성되는데, 노즐 구경보다 약간 큰 폭을 가지고 있으며, 노즐에 비해 넓은 폭의 바닥부는 구조체의 안정성과 기판과의 접착력을 향상시키는 데 도움을 줄 수 있다. 한편, 몸체부는 노즐 선단과 기판의 접촉 후 노즐의 이동에 의해 형성되는 것으로, 몸체부는 마이크로 노즐의 구경과 실질적으로 동일하거나 그보다 작은 값의 폭을 갖는데, 그 폭은 노즐의 이동 속도에 따라 조절 가능하다. 예컨대, 노즐의 이동 속도를 증가시켜 작은 폭을 갖는 메니스커스를 구현함으로써 노즐 구경의 1/10의 폭을 갖는 몸체부를 구현할 수도 있다. 헤드부는 인쇄 종료 과정에서 형성되며 그 형상은 잉크의 유동 특성과 탈출 단계의 움직임에 의해 결정된다.
도 8의 (c)는 자유기립 와이어 구조체의 평면 사진이다. 이 사진의 헤드부가 형성하는 원과 바닥부가 형성하는 원으로부터 자유기립 와이어 구조체의 정렬 정도를 확인할 수 있는데, 사진으로부터 계산된 두 원의 중심의 오프셋은 최대 0.37㎛ 였다. 즉 6 ㎛ 길이의 자유기립 구조체에서 대략 5% 미만의 오프셋이 발생함을 알 수 있다.
<실험예 3 : 양자점 색변환 구조체의 특성 평가>
도 9의 (a)에 도시된 장치를 이용하여 자유기립 구조체 샘플의 광학특성을 측정하였다.
도 9의 장치는 모폴로지 관찰을 위한 광학현미경(Bright-field microscope)과 발광시 광방출을 촬영하는 형광현미경(epifluoresence)의 조합에 의해 구현된다. 명시야(bright-field; BF) 이미지의 광원으로는 녹색 광원을 사용하였고, 광발광(photoluminescence; PL) 이미지의 광원으로는 UV를 사용하였다. 각 이미지는 CCD 카메라 및 스펙트로미터로 수집하였다. 이 때, 관측 샘플은 하방이 CCD 카메라 및 스펙트로미터로 향하는 배치('Bottom Side'), 상방이 CCD 카메라 및 스펙트로미터로 향하는 배치('Top Side')가 있을 수 있으나, 여기서는 하방 배치로 하였다.
실험예 1에서 제조된 적색, 녹색 및 청색 양자점 잉크로 기판 상에 자유기립 와이어 구조체 패턴을 인쇄하되, 잉크의 색상에 대응하여 각각 알파벳 문자 'R', 'G' 및 'B'를 형상으로 인쇄하였다. 인쇄된 개별 자유기립 와이어 구조체는 높이가 5㎛, 몸체부 폭이 600 nm였다.
도 9의 (b)는 인쇄된 와어어 구조체를 촬영한 사진이다. 도 9의 (b)에서 각 사진은 위에서부터 30도 틸트한 상태의 이미지, 평면 이미지, 하방 BF 이미지, UV 여기된 하방 PL 이미지 사진이다.
도 9의 (c)는 스펙트럼 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 9의 (c)에서 첫번째 그래프는 인쇄된 와이어 구조체의 PL 스펙트럼 분석 결과이다. 각 R, G, B 구조체 패턴은 631 nm, 540 nm, and 485 nm의 피크 파장을 나타내고 있다.
한편, 도 9의 (c)에서 두번째 그래프는 인쇄에 사용된 양자점 잉크의 스펙트럼 분석 결과, 세번째 그래프는 및 양자점 분말만을 함유한 용액의 스펙트럼 분석 결과이다. 이들 스펙트럼은 양자점 분말, 양자점 잉크 및 자유기립 와이어 구조체의 방출 특성 간에 큰 차이가 없음을 보여준다.
<실험예 4 : 양자점 색변환 구조체의 높이에 따른 광학특성>
양자점 색변환 구조체의 높이에 따른 휘도 변화를 측정하였다. 측정 장치는 도 9의 (a)에 도시된 장치를 사용하였다.
양자점 색변환 구조체의 몸체부 폭을 600 nm로 고정한 채 높이를 2~10 ㎛로 달리하여 양자점 색변환 구조체를 제조하고, PL 특성을 측정하였다.
도 10은 적색 양자점 색변환 구조체 및 구조체의 높이에 따른 휘도 특성 측정 결과를 나타낸 사진이다.
먼저, 도 10의 (a)에 각 사진들은 위에서부터 색변환 구조체의 정면, 평면 사진, PL 이미지를 나타낸다. 또한, 도 10의 (b)는 양자점 구조체의 휘도 및 스폿 사이즈(spot size) 측정 결과를 플롯한 그래프이다. 여기서, 휘도는 이미지에서 측정된 밝기의 합으로, 스폿 사이즈는 PL 이미지 상의 광 분포로부터 취해진 가우스 피팅(Gauss fitting)의 FWHM(Full-width at half-maximum)값으로 정의된다.
도 10의 (b)를 참조하면, 구조체의 높이와 휘도는 선형의 비례 관계를 나타냄을 알 수 있다. 한편, 스폿 사이즈 측정 결과는 구조체의 높이가 증가하더라도 스폿 사이즈의 증가는 미미함을 보여준다.
도 11은 녹색 양자점 색변환 구조체 및 구조체의 높이에 따른 휘도 특성 측정 결과를 나타낸 도면이고, 도 12는 청색 양자점 색변환 구조체 및 구조체의 높이에 따른 휘도 특성 측정 결과를 나타낸 도면이다. 도 11 및 도 12에서도 도 10과 같은 경향을 확인할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예를 통해 본 발명을 상술하였지만 이상의 설명은 본 발명을 예시한 것으로 본 발명이 이에 한정되는 것이 아니다. 첨부된 청구범위와 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주 되어야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 서로 이격된 복수의 양자점 색변환층을 구비하는 컬러필터에 있어서,
    상기 양자점 색변환층은 기판으로부터 수직 방향으로 연장되는 자유기립 와이어 구조체이고,
    상기 자유기립 와이어 구조체의 폭에 대한 길이의 비율은 1 이상인 것을 특징으로 하는 컬러필터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 양자점 색변환층은,
    제1 피크 파장의 여기광을 제2 피크 파장의 방출광으로 변환하는 제1 양자점 색변환층; 및 제1 피크 파장의 여기광을 제3 피크 파장의 방출광으로 변환하는 제2 양자점 색변환층을 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 바닥부 폭에 대한 길이의 비율은 2 이상인 것을 특징으로 하는 컬러필터.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 바닥부 폭에 대한 길이의 비율은 5 이상인 것을 특징으로 하는 컬러필터.
  5. 제1항에 있어서,
    자유기립 와이어 구조체는 상기 바닥부에 비해 작은 폭을 갖는 몸체부를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 몸체부의 폭은 1 마이크론 미만인 것을 특징으로 하는 컬러필터.
  7. 서로 이격된 복수의 양자점 색변환층을 구비하는 컬러필터의 제조 방법에 있어서,
    기판 상에 상기 기판으로부터 수직 방향으로 연장되는 자유기립 와이어 구조체를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 자유기립 와이어 구조체의 폭에 대한 길이의 비율은 1 이상인 것을 특징으로 하는 컬러필터의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 자유기립 와이어 구조체 형성 단계는,
    노즐로 잉크를 토출하면서 상기 토출되는 잉크의 끊김없이 상기 기판에 대하여 상기 노즐의 위치를 이동하여 상기 노즐과 기판 사이에 상기 잉크에 의한 메니스커스를 형성하고, 상기 메니스커스 내의 용매의 증발에 의해 자유기립 와이어 구조체를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 컬러필터의 제조 방법.
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