KR20220050808A - 표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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KR20220050808A
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곽용석
강민재
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 명세서의 실시예에 따른 표시장치는 LED에서 발광하는 제1 색상의 광을 제2 색상의 광으로 변환하여, 전방위로 발광하는 제1 색변환층과 제2 색변환층을 포함한다. 본 발명은 제1 색변환층의 농도를 증가시켜 색변환 효율을 향상 시키고, 제1 색변환층의 형성 방법을 단순화시켜 제조비용을 감소시킬 수 있다.

Description

표시장치 및 그 제조방법{DISPLAY APPARATUS AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
본 명세서는 표시장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 LED에서 출사되는 광의 색상을 특정 색상으로 변환하여 출사하는 표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
현재까지 이용되고 있는 액정 표시장치(Liquid Crystal Display Device; LCD)에 이어, 최근 유기 발광 표시장치(Organic Light Emitting Display Device; OLED)의 이용 및 적용 범위가 점차 확대되고 있다.
표시장치들은 이미지를 구현하기 위하여 복수의 발광 소자 또는 액정을 표시장치의 기판 상에 배치하고, 각각의 발광 소자 또는 액정의 동작을 개별적으로 제어하기 위한 구동 소자를 기판 상에 배치하여, 기판 상에 배치된 복수의 발광 소자 또는 액정을 표시하고자 하는 정보대로 기판 상에 표시하도록 한다.
액정 표시장치는 자체 발광 방식이 아니므로 액정 표시장치의 후면에 빛을 발광하도록 배치된 백라이트 유닛과 같은 광원이 필요하다. 백라이트 유닛은 액정 표시장치의 두께를 증가시키고, 플렉서블 하거나 원형 등과 같은 다양한 형태의 디자인으로 표시장치를 구현하는데 제한이 있으며, 휘도 및 응답 속도가 저하될 수 있다.
자체 발광 소자가 있는 표시장치는 광원을 내장하는 표시장치보다 얇게 구현될 수 있으므로, 플렉서블하고 접을 수 있는 표시장치를 구현할 수 있다. 자체 발광 소자가 있는 표시장치는 활성층으로 유기물을 포함하는 유기 발광 표시장치가 있을 수 있는데, 유기 발광 표시장치는 자체 발광으로 별도의 광원이 필요 없기 때문에 더욱 얇거나 다양한 형태의 표시장치로 활용될 수 있다.
그러나, 유기물을 사용하는 유기 발광 표시장치는 수분과 산소의 침투에 의한 유기 활성층과 전극 간의 산화현상 등 불량 화소가 발생되기 쉬우므로 산소와 수분의 침투를 최소화하기 위한 다양한 기술적 구성이 추가적으로 요구된다.
따라서, 최근에는 액정표시장치 및/또는 유기 발광 표시장치의 위와 같은 문제점들을 극복하기 위해, 발광소자로서 LED(Light emitting diode)를 사용하는 LED 표시장치가 제안되었다.
이러한 표시장치는 무기물을 발광소자로 사용한 미니 또는 마이크로 크기의 초소형 LED를 부화소에 배치시킨 표시장치로서, 무기물을 발광소자로 사용하여 고화질의 영상 구현, 수분 침투와 같은 불량에 강한 고신뢰성 및 장수명의 표시장치를 구현할 수 있다.
LED 표시장치는 LED를 사파이어 기판 상에서 성장시키고, 사파이어 기판에서 LED를 분리하고, 트랜지스터 기판에 전사시켜 구현한다.
이때, LED의 크기가 매우 작아 LED의 분리, 전사 공정의 난이도가 높기 때문에, 공정의 정확도 및 수율을 향상시키기 어려운 문제점이 존재한다.
또한, LED에서 발생된 광은 상부, 측부, 하부를 포함한 전방향으로 진행되나, 상부로 향하는 광만이 외부로 표출되어 이미지를 표시하고, 나머지 방향의 광은 표시장치 내부에서 소멸되어 발광 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
본 명세서는 LED를 사용하는 표시장치의 발광 효율을 향상시키고, 전사 공정을 단순화 할 수 있는 구조를 제안하는 것을 목적으로 한다.
본 명세서는 LED를 사용하는 표시장치의 정면 휘도 및 시야각을 향상시킬 수 있는 구조를 제안하는 것을 목적으로 한다.
본 명세서의 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서의 실시예에 따른 표시장치는, 기판 상에 박막 트랜지스터와 제1 평탄화층을 배치하고, 제1 평탄화층 상에서 박막 트랜지스터와 연결되는 LED를 배치하고, LED를 둘러싸고, LED에서 출사되는 제1 색상의 광을 제2 색상의 광으로 변환하며, 색변환 입자를 포함하는 제1 색변환층을 포함하여 구성할 수 있다.
본 명세서의 실시예에 따른 표시장치는, 기판 상에 있는 박막트랜지스터, 박막 트랜지스터 상에 있는 제1 평탄화층, 제1 평탄화층 상에 있으며, 박막 트랜지스터에 전기적으로 연결되며, p형 전극, n형 전극, 및 활성층을 포함하는 LED, 제1 평탄화층 상에 있으며, LED와 이격되어 있는 제2 평탄화층, LED를 둘러싸고, LED에서 출사되는 제1 색상의 광을 제2 색상의 광으로 변환하는 제1 색변환층, 및 제1 색변환층 상에 있는 제3 평탄화층을 포함하며, 제1 색변환층은 복수의 색변환 입자로 구성되고, 복수의 색변환 입자 사이의 이격 공간에 제3 평탄화층의 물질이 채워질 수 있다.
본 명세서의 실시예에 따른 표시장치의 제조방법은 기판 상에 액티브층, 게이트 전극, 소스 전극, 및 드레인 전극을 포함하는 박막 트랜지스터를 형성하는 단계, 박막 트랜지스터 상에 제1 평탄화층을 형성하는 단계, 박막 트랜지스터 상에 p형 전극, n형 전극, 및 활성층을 포함하는 LED를 전사하는 단계, LED와 이격된 위치에 제2 평탄화층을 형성하는 단계, 제2 평탄화층 상에 제1 블랙매트릭스를 형성하는 단계, LED와 상기 제1 평탄화층의 사이 및 상기 LED 상부에 복수의 무기물질 색변환 입자로 구성된 제1 색변환층을 형성하는 단계, 제1 블랙매트릭스 및 제1 색변환층 상에 접착층을 형성하는 단계, 및 접착층 상에 커버글라스, 광학필름, 및 색변환필름 중 하나 이상을 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 명세서의 실시예에 의하면, LED를 둘러싸는 제1 색변환층에 의해 양측부로 향하는 LED 광을 재사용하여 발광 효율을 향상 시킬 수 있다.
또한, 제1 색변환층의 농도를 증가시켜 색변환 효율을 향상 시키고, 제1 색변환층의 형성 방법을 단순화시켜 제조비용을 감소시킬 수 있다.
또한, 제1 색변환층 상에 광 굴절층을 배치시켜 표시장치의 정면 휘도 및 시야각을 향상 시킬 수 있다.
도 1a는 본 명세서의 실시예에 따른 표시장치를 구현하는 1차 전사를 나타낸 도면이다.
도 1b는 본 명세서의 실시예에 따른 표시장치를 구현하는 2차 전사를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 명세서의 LED의 방향에 따른 발광 비율을 나타낸 도면이다.
도 3a는 본 명세서의 제1 실시예에 따른 하나의 부화소 구성을 나타낸 단면도이다.
도 3b는 본 명세서의 제1 실시예에 따른 색변환기판이 적용된 하나의 부화소 구성을 나타낸 단면도이다.
도 4a는 본 명세서의 제2 실시예에 따른 하나의 부화소 구성을 나타낸 단면도이다.
도 4b는 본 명세서의 제2 실시예에 따른 색변환기판이 적용된 하나의 부화소 구성을 나타낸 단면도이다.
도 5a 내지 도 5f는 본 명세서의 실시예에 따른 표시장치를 제조하는 공정을 나타낸 도면이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 명세서의 다른 실시예에 따른 표시장치를 제조하는 공정을 나타낸 도면이다.
도 7a 내지 도 7b 및 도 8a 내지 도 8b는 본 명세서의 제1 색변환층 농도와 두께에 따른 색변환율을 나타낸 도면이다.
도 9a, 도 9b, 도 9d는 본 명세서의 제3 실시예에 따른 광굴절층이 적용된 하나의 부화소 구성을 나타낸 단면도이다.
도 9c는 본 명세서의 제3 실시예에 따른 광굴절층 및 색변환기판이 적용된 하나의 부화소 구성을 나타낸 단면도이다.
도 10a, 도 10b, 도 10d는 본 명세서의 제4 실시예에 따른 광굴절층이 적용된 하나의 부화소 구성을 나타낸 단면도이다.
도 10c는 본 명세서의 제4 실시예에 따른 광굴절층 및 색변환기판이 적용된 하나의 부화소 구성을 나타낸 단면도이다.
본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용은, 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 실시예들은 본 명세서의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
소자 또는 층이 다른 소자 또는 층 "위 (on)"로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 명세서의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 크기 및 두께에 반드시 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.
본 명세서의 표시장치는 LED 표시장치에 적용될 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, 다양한 표시장치에 적용될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서의 실시예에 따른 표시장치에 대하여 설명한다.
도 1a와 도 1b는 본 명세서의 실시예에 따른 표시기판(110) 상에 배치되어, 부화소로 사용되는 LED(130)의 전사 방법을 나타낸 것이다. 여기서, LED(130)는 본 명세서의 실시예에 따른 표시장치에 사용되는 LED(130)일 수 있다. 예를 들면, LED(130)는 청색 LED(130b)와 녹색 LED(130g)를 모두 포함할 수 있다.
표시기판(110) 상에 LED(130)를 전사하기 위해서는, 도 1a의 사파이어나 실리콘과 같은 웨이퍼(10g, 10b)를 준비한 후 유기금속 화학기상증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:MOCVD)에 의한 에피택셜(epitaxial) 성장법 등으로 웨이퍼(10g,10b) 상에 n형층, 다중 양자 우물 구조의 활성층, p형층, p형 전극 및 n형 전극을 성장시켜, 녹색 LED(130g)와 청색 LED(130b)를 형성한다. 즉, 녹색 웨이퍼(10g)에는 녹색 LED(130g)가 형성되고, 청색 웨이퍼(10b)에는 청색 LED(130b)가 형성된다. 웨이퍼(10g, 10b)에 형성된 각각의 녹색 LED(130g)와 청색 LED(130b)를 각각의 도너기판(50g, 50b)에 1차 전사한다.
이어서, 도 1b를 참조하면, 각각의 도너기판(50g, 50b)에 전사된 녹색 LED(130g)와 청색 LED(130b)를 박막 트랜지스터 및 각종 배선이 형성된 하나의 표시기판(110)에 각각 2차 전사하면서, LED를 박막 트랜지스터와 공통배선에 연결함으로써 표시장치를 제조한다.
상술한 바와 같이, 본 명세서의 표시장치는 박막 트랜지스터와 각종 배선이 형성되는 표시기판(110)과 LED(130)를 별도로 제작한 후, 제작된 LED(130)를 표시기판(110)에 전사함으로써 형성될 수 있다. 즉, 사파이어나 실리콘으로 이루어진 웨이퍼(10) 상에 복수의 LED(130)를 제작하여 도너기판(50g, 50b)에 1차 전사하고, 다시 도너기판(50g, 50b)에서 표시기판(110)으로 2차 전사함으로써 표시장치가 완성된다.
표시기판(110) 상에 전사된 각각의 LED(130)는 하나의 화소를 구성하는 복수의 부화소 영역에 전사되어 부화소가 된다. 부화소 영역은 부화소로 사용되는 LED와 구동 회로가 배치되는 영역으로, 본 명세서의 실시예는 적색 부화소 영역, 녹색 부화소 영역 및 청색 부화소 영역을 포함한다. 복수의 부화소의 조합으로 하나의 화소에서 다양한 색상의 광을 출사할 수 있으며, 복수의 화소를 조합하여 다양한 이미지를 표시할 수 있게 된다.
도 1b와 도 3a를 참조하면, 표시기판(110) 상에는 복수의 녹색 LED(130g)와 청색 LED(130b)가 전사된다. 예를 들면, 복수의 녹색 LED(130g)는 녹색 부화소 영역에 전사되고, 복수의 청색 LED(130b)는 청색 부화소 영역과 적색 부화소 영역에 전사된다. 전사 순서는 녹색 LED(130g)가 녹색 부화소 영역에 우선 전사된 후, 청색 LED(130b)가 청색 부화소 영역과 적색 부화소 영역에 동시에 전사될 수 있으며, 반대 순서로 전사하는 것도 가능하다.
복수의 청색 LED(130b)가 청색 부화소 영역 및 적색 부화소 영역에 한번에 전사하게 되면, 기존의 적색 LED를 적색 부화소 영역에 전사하는 공정을 생략할 수 있으므로, 제조 비용을 저감할 수 있고 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 복수의 청색 LED(130b)가 적색 부화소 영역, 청색 부화소 영역 및 녹색 부화소 영역 모두에 전사되는 경우, 기존의 녹색 LED 및 적색 LED를 전사하는 공정을 모두 생략할 수 있게 되어, 제조 비용 저감 및 수율 측면에서 더 큰 장점을 갖게 된다.
이와 같이, 전사 공정을 줄이기 위해 복수의 청색 LED(130b)를 적색 부화소 영역 및 청색 부화소 영역에 전사하는 경우, 청색 LED(130b)에서 발광하는 청색광을 적색광 또는 녹색광으로 변환하기 위한 색변환층이 추가로 구성되어야 한다.
도 3a는 본 명세서의 실시예에 따른 색변환층이 포함된 하나의 부화소 구성을 나타낸 단면도이다. 이 경우, 부화소는 적색 부화소를 예로 들어 설명한다.
도 3a를 참조하면, 표시장치(100)의 적색 발광영역에는 청색 LED(130b), 제1 색변환층(143)이 배치되어 있다. 색변환층(143)의 구체적인 내용은 후술하기로 하며, 우선 청색 LED(130b)의 하부 또는 측부에 배치되어 있는 구동 회로와 청색 LED(130b)에 대하여 구체적으로 설명한다.
구동 회로는 표시기판(110)의 상부 또는 하부에 배치될 수 있으며, 구동 회로는 다수의 박막 트랜지스터(120)와 커패시터로 구성될 수 있다. 다수의 박막 트랜지스터(120)는 스위칭 박막 트랜지스터와 구동 박막 트랜지스터로 구성될 수 있다.
박막 트랜지스터(120)는 게이트 전극(121), 액티브층(123), 소스 전극(124) 및 드레인 전극(125)으로 구성된다. 예를 들면, 기판(110) 상에 게이트 전극(121)이 배치되고, 게이트 전극(121) 상에 액티브층(123)이 배치된다. 게이트 전극(121)과 액티브층(123) 사이에는 게이트 전극(121)과 액티브층(123)을 절연시키기 위한 게이트 절연층(122)이 배치된다. 액티브층(123) 상에는 소스 전극(124) 및 드레인 전극(125)이 배치된다. 소스 전극(124)은 데이터 전압에 따른 제1 전원전압(Vdd)이 인가된다. 제1 전원전압(Vdd)은 구동 회로를 통해 전압이 조절되고, 조절된 전압은 후술할 청색 LED(130b)의 p형 전극으로 전달된다.
도 3a에서는 상술한 바와 같이 바텀 게이트(bottom gate) 방식의 박막 트랜지스터를 도시하였으나, 본 명세서의 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 바텀 게이트 방식뿐만 아니라 탑 게이트(top gate) 방식 및 코플라나(coplanar) 방식의 박막 트랜지스터 등 다양한 구조의 박막 트랜지스터가 적용될 수 있다.
박막 트랜지스터(120)의 측면에는 게이트 전극 물질 또는 소스 전극/드레인 전극 물질과 동일한 물질로 공통배선(CL)이 배치된다.
공통배선(CL)은 공통으로 사용하는 제2 전원전압(Vss)을 청색 LED(130b)에 전달한다. 구체적으로, 공통배선(CL)은 제2 전원전압(Vss)을 후술할 청색 LED(130b)의 n형 전극으로 전달한다.
그리고, 소스 전극(124), 드레인 전극(125), 및 공통배선(CL) 상에는 박막 트랜지스터(120)를 보호하고 평탄화하기 위한 제1 평탄화층(111)이 배치된다.
그리고, 제1 평탄화층(111) 상에는, 도 1에서 상술한 전사 공정을 통해 청색 LED(130b)가 배치된다.
이하에서는 청색 LED(130b)에 대하여 구체적으로 설명한다.
청색 LED(130b)는 n형 전극(131), n형층(132), 활성층(133), p형층(134), 및 p형 전극(135)을 포함한다. 도 3a는 플립(flip) 형태의 LED 구조로, 도 3a의 청색 LED(130b) 세부 배치구조는, n형층(132) 하부에 n형 전극(131)과 활성층(133)이 위치하고, 활성층(133) 하부에 p형층(134)과 p형 전극(135)이 순차적으로 위치하는 구조로, 레터럴(lateral) 형태의 LED 구조를 뒤집은 구조이다. 예를 들면, p형 전극(135)과 n형 전극(131)이 표시기판(110)을 향하고, n형층(132)이 표시기판(110)의 반대 방향을 향하는 구조이다. 이하에서는, 청색 LED(130b)의 구조가 플립(flip) 형태인 것으로 설명하나, 청색 LED(130b)의 구조가 이에 제한되는 것은 아니고 버티컬(vertical) 또는 레터럴(lateral) 형태도 가능하다. 그리고, 청색 LED(130b)는 마이크로 LED(칩 크기가 100 μm 이하) 또는, 미니 LED(칩 크기가 수 백 μm)일 수 있다.
청색 LED(130b)의 구성요소 중 가장 아래에 위치한 p형 전극(135)은 청색 LED(130b) 하부에 위치한 박막 트랜지스터(120)의 드레인 전극(124)에 제1 연결부(126)와 애노드 전극(141)을 통해 연결되어, 데이터 전압에 따른 제1 전원전압(Vdd)이 인가된다. 제1 전원전압(Vdd)은 양의 부하를 p형 전극(135)에 제공한다.
p형 전극(135) 상부에 위치한 p형층(134)은 p형 전극(135)으로부터 정공을 공급받아, 양의 전하를 가지는 정공이 캐리어로서 이동하여 전류가 생기는 반도체층으로 구성되며, 구체적으로 p-GaN계 물질로 이루어질 수 있다. p-GaN계 물질은 GaN, AlGaN, InGaN, AlInGaN 등일 수 있고, p형 반도체층의 도핑에 사용되는 불순물로는 Mg, Zn, 및 Be 등이 사용될 수 있다.
p형층(134)의 상부에는 활성층(133)이 배치된다. 활성층(133)은 n형층(132) 하부에 배치되고, 우물층과 우물층보다 밴드 갭이 높은 장벽층을 갖는 다중 양자 우물(MQW; Multi Quantum Well) 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 활성층(133)은 AlGaInP, GaInP, InGaN, 및 GaN 등의 다중 양자 우물 구조를 가질 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
활성층(133)의 상부에 위치한 n형층(132)은, n형 전극(131)으로부터 전자를 공급받으며, 음의 전하를 가지는 자유 전자가 캐리어로서 이동하여 전류가 생기는 반도체층으로, n-GaN계 물질로 이루어질 수 있다. n-GaN계 물질은 GaN, AlGaN, InGaN, 및 AlInGaN 등일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. n형층(132)의 도핑에 사용되는 불순물로는 Si, Ge, Se, Te, 및 C 등이 사용될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. n형층(132)은 활성층(133)의 측면 방향으로 돌출된 부분을 가져서 후술할 n형 전극(131)이 접촉될 수 있는 영역을 갖는다. 예를 들면, n형층(132) 아래에 위치한 활성층(133) 및 p형층(134)은 n형층(132)의 일부 하부면에 연결되도록 n형층(132) 보다 작은 면적을 갖는다.
n형층(132) 중 활성층(133)의 측면 방향으로 돌출된 부분에는 n형 전극(131)이 배치된다. n형 전극(131)은 청색 LED(130b) 하부에 위치한 공통배선(CL)에 제2 연결부(127)와 캐소드 전극(142)를 통해 연결되어, 제2 전원전압(Vss)이 인가된다. 공통배선(CL)은 각각의 부화소에 배치된 LED(130)에 공통으로 연결되어 일정한 전압을 인가한다. 공통배선(CL)은 음의 부하를 n형 전극(131)에 제공한다.
상술한 바와 같이, 복수의 부화소로 LED(130)가 사용되며, LED(130)는 녹색 LED(130g) 및 청색 LED(130b)로 이루어질 수 있다. 각각의 LED에서 다른 색상을 발광하기 위해서는 LED의 n형층, 활성층, p형층을 다른 물질로 구성하여야 되며, 다른 제조공정을 사용하게 되므로 제조공정이 복잡하게 된다.
도 2는 본 명세서의 LED(130)의 방향에 따른 발광 비율을 나타낸 도면이다.
도 2의 방향에 따른 LED 발광 비율을 참조하면, LED(130)에서 발생된 광은 상부(UL), 하부(DL) 및 측부(LL)를 향하여 전방위 출사되며, 각 방향에서의 발광 비율은 상부(UL)와 하부(DL)로 각각 대략 15%씩 출사되고, LED(130)를 둘러싸는 측부(LL)로 대략 70%가 출사된다. 이중 상부(UL)로 출사되는 광만이 디스플레이를 하는데 사용되며, 측부(LL) 및 하부(DL)로 출사되는 광은 표시장치(100)의 내부 구성요소에 의해 흡수되어 소멸되게 된다. 예를 들면, LED(130)에서 발광하는 광 중 상부(UL)로 향하는 대략 15%의 광만이 이미지를 표시하는데 사용하게 된다. 이 경우, 측부(LL)는 LED(130)의 상부(UL) 및 하부(DL)를 제외한 방향을 일컫는다.
따라서, 상술한 표시장치(100)의 제조공정을 단순하게 하고, LED(130)에서 발광하는 광 중 측부(LL)로 발광하여 소멸되는 광을 재사용하기 위해서, 본 명세서의 실시예에 따른 표시장치(100)는 제1 색변환층(143)을 포함할 수 있다.
이하에서는, 도 3a를 참조하여 제1 색변환층에 대하여 상세히 설명한다.
도 3a를 참조하면, 제1 색변환층(143)은 청색 LED(130b)의 상부면과 측면을 일정 두께로 둘러싸고 있으며, 청색 LED(130b)에서 출사되는 제1 색상의 광을 흡수하여 제2 색상의 광으로 변환하여 발광할 수 있으며, 청색 LED(130b)에서 출사되는 제1 색상의 광을 흡수하여 외부로 출사되는 것을 방지할 수 있다.
제1 색변환층(143)은 제1 색상의 광, 예를 들면, 제1 파장의 광을 흡수하여 제2 색상의 광, 즉, 제2 파장의 광으로 발광하는 포토루미네센스(Photoluminescence) 기능을 가진 색변환 입자(143p)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 색변환층(143)은 나노 형광체, 유기 형광체 또는 양자점 등일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 포토루미네센스 기능을 하는 색변환 입자(143p)를 포함하는 제1 색변환층(143)은 청색 LED(130b)에서 출사하여 측부(LL)로 향하는 청색광을 흡수하여 상부를 포함한 전방위로 발광할 수 있다. 예를 들면, 기존의 표시장치 내부에서 소멸되는 측부로 향하는 광을 흡수하여 상부로 일부 광을 발광하는 것으로, 발광 효율을 높일 수 있다.
또한, 색변환 입자(143p)는 청색 LED(130b)의 빛의 파장(420㎚~480㎚) 보다 큰 범위일 수 있다. 예를 들면, 색변환 입자(143p)의 크기는 700㎚ 내지 1㎛이다. 이 경우, 색변환 입자(143p)에 맞고 산란된 광은 색변환 입자(143p)를 중심으로 전방위로 퍼지게 되는데 광이 산란되는 모양을 보면, 광이 색변환 입자(143p)를 향해 입사되는 방향과 동일한 방향으로 산란되는 광의 진행 거리가, 광이 색변환 입자(143p)를 향해 입사되는 방향과 반대 방향으로 산란되는 광의 진행 거리보다 길기 때문에, 표시장치(300)의 정면 휘도를 향상시킨다. 간략하게 설명하면, 색변환 입자(143p)의 크기가 청색 LED(130b)가 발광하는 빛의 파장보다 클 경우 색변환 입자(143p)에 맞고 산란된 광의 분포는 미 산란(Mie scattering) 형태에 가깝다고 할 수 있다.
또한, 상술한 나노 형광체, 유기 형광체 또는 양자점 등의 포토루미네센스 기능을 하는 색변환 입자(143p)가 분산된 제1 색변환층(143)을 적용하면, 청색 LED(130b)를 사용하여 다른 색상의 광을 발광할 수 있다. 예를 들어, 청색 LED(130b)를 사용하여 적색광을 발광하거나, 녹색광을 발광할 수 있다. 예를 들면, 제1 색변환층(143)을 사용하면 각각의 부화소마다 다른 LED를 사용한 기존의 구성에서, 2개 이상의 부화소에 동일한 LED를 사용하여 다른 색상의 광을 발광할 수 있어, 상술한 바와 같이 LED 전사 공정을 감소시킬 수 있다.
예를 들어, 제1 색변환층(143)에 포함되는 나노 형광체는 발광기능을 하는 활성제(activator)와 활성제가 수용되는 호스트 물질로 구성된다. 활성제(activator)는 유로퓸(Eu), 망간(Mn), 세륨(Ce), 테르븀(Tb), 에르븀(Er), 스트론튬(Sr) 또는 스칸듐(Sc) 등일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 호스트 물질은 칼륨(K) 화합물, 스트론튬(Sr) 화합물, 칼슘(Ca) 화합물, 규소(Si) 화합물, 및 갈륨(Ga) 화합물 등일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 상술한 물질을 조합하여, 나노 형광체는 K2SiF6:Mn4+, Sr1-XCaxAlSiN3:Eu2+, CaAlSiN3:Eu2+, CaS:Eu2+, Sr2Si5N8:Eu2+, (Sr,Ba)Si2O2N2:Eu2+, α,β-SiAlON:Eu2+,GaS:Eu2+ 등일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 나노 형광체는 직경이 100nm 내지 1.5um의 크기로 제조될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 나노 형광체는 포토루미네센스 물질로 광학적으로 투과, 반사 및 흡수 특성을 모두 가지고 있으며, 흡수된 파장은 대부분 다른 파장의 색상으로 변환되어 전방위로 발광하고, 기타 흡수된 광은 열로 소멸하는 특징을 갖고 있다.
청색 LED(130b)를 둘러싸는 제1 색변환층(143)의 제조 방법은, 나노 형광체, 유기 형광체 또는 양자점 등의 색변환 입자(143p)가 분포된 감광성 건조 필름을 표시기판 상에 라미네이션(lamination)하여 색변환물질층을 형성하고, 포토리소그래피 공정을 통해 청색 LED(130b)의 측면을 둘러싸는 영역 외의 나머지 영역의 색변환물질층을 제거하여 형성할 수 있다. 또는, 아크릴 기반이나, 에폭시 기반의 용매에 색변환 입자를 분산시켜 표시기판에 도포하고, 경화시켜 색변환물질층을 형성한 후 포토리소그래피 공정으로 패터닝하여 형성할 수 있다.
아크릴 또는 에폭시 기반의 용매 내에 색변환 입자를 혼합하여 경화하고 포토리소그래피 공정을 진행하는 경우, 포토리소그래피 공정을 위한 최소한의 용매가 포함되어야 된다. 포토리소그래피 공정을 용이하게 하기 위해서는 용매의 양을 증가시켜야 하며, 용매의 양을 증가시킬수록 색변환 입자의 농도는 낮아지게 되고, 이에 따라, 제1 색상의 광이 제2 색상의 광으로 변환되는 비율인 색변환율과 제1 색상의 광을 흡수하는 색흡수율이 저하되게 된다. 따라서, 일정 수준의 색변환율과 색흡수율을 얻기 위해서는 낮아지는 농도만큼 제1 색변환층(143)의 두께를 증가시켜야 된다. 여기서, 농도는 색변환층을 제조하기 위한 액상의 색변환물질 내에 분산된 포토루미네센스 물질의 비율일 수 있다. 농도는 중량 %로 표시하며, 중량 %는 용매 100g 중에 분산되어 있는 나노 형광체의 중량일 수 있다.
도 7a 내지 도 7b 및 도 8a 내지 도 8b는 본 명세서의 제1 색변환층 농도와 두께에 따른 색변환율을 나타낸 도면이다.
도 7a를 참조하면, 나노 형광체를 아크릴 기반의 용매에 50% 농도로 혼합하고, 두께를 20㎛로 형성한 제1 색변환층(143)에 청색 LED(130b)에서 출사된 청색광이 도달했을때 적색광으로 색변환되는 광량과, 색변환되지 않고 누출되는 청색광의 광량을 나타내고 있다. 파장대가 450nm인 부분에서 나타나는 청색광은 색변환 되지 않고 누출되는 청색광을 의미하며, 파장대가 650nm인 부분은 색변환되어 출사되는 적색광을 나타낸다. 도 7b는 50% 농도에 두께를 5㎛로 형성한 제1 색변환층(143)으로, 도 7a 보다 두께가 얇아지므로 인해 청색광 누출은 증가하고, 적색광으로의 색변환은 낮아지는 현상을 나타내고 있다. 예를 들면, 제1 색변환층(143)의 동일한 농도에서 제1 색변환층(143)의 두께가 얇아질수록 LED에서 발광하는 제1 색상의 누출이 증가하고, 색변환층을 통해 변하는 제2 색상으로의 색변환이 낮아지는 것을 나타내고 있다.
도 8a를 참조하면, 나노 형광체를 아크릴 기반의 용매에 100% 농도로 혼합하고, 두께를 20㎛로 형성한 제1 색변환층(143)의 청색광 누출은 도 7a의 50% 농도에 20㎛ 두께를 갖는 제1 색변환층(143)의 청색광 누출 보다 낮으며, 적색광으로의 색변환되는 광량은 낮아지고 파장영역은 좁아지게 되어, 광량은 낮지만 적색광으로의 색변환율은 높아지는 것을 보여지고 있다. 도 8b는 나노 형광체를 아크릴 기반의 용매에 100% 농도로 혼합하고, 두께를 5㎛로 형성한 제1 색변환층(143)의 청색광 누출 및 색변환율을 나타내는 그래프로, 도 7a의 50% 농도에 20㎛ 두께를 갖는 제1 색변환층(143)과 유사한 수치를 나타내고 있다. 예를 들면, 제1 색변환층(143)의 두께가 얇아져도 나노 형광체 농도를 높이면, 동일한 색변환 효과를 얻을 수 있다.
따라서, 제1 색변환층(143)의 두께를 낮추면서, 일정 수준의 색변환 효과를 얻기 위해서는 제1 색변환층(143)의 농도를 높여야 한다. 제1 색변환층(143)의 농도를 최대로 높이기 위해 나노 형광체, 양자점 등의 색변환 입자를 용매 없이 LED에 둘러싸도록 형성할 수 있다. 용매 없이 색변환 입자만을 LED 주위에 위치시키기 위한 방법으로, 도 5d의 ESD(Electrostatic Spray Deposition) 프린팅 공정을 이용할 수 있다.
이하에서는 도 5d를 참조하여 ESD 프린팅 공정을 통한 색변환 입자의 배치방법에 대해 설명한다. 우선 끓는점이 낮은 메탄올, 에탄올 등의 용매(끓는점 60도 이하)에 색변환 입자를 혼합하여 잉크를 제조하고, 잉크 공급부(501)에 주입한다. 잉크 공급부를 통해 잉크를 노즐(502)에 공급하면, 공압에 의해 잉크는 액적으로 나누어진다. 전압공급부(505)는 제1 전압(V1)을 노즐에 인가한다. 예를 들어, 제1 전압(V1)은 4V이다. 제1 전압(V1)이 노즐에 인가되면, 잉크액적(143i)이 극성을 띠면서 분해되어 노즐의 끝단에서 분무되게 된다. 노즐(502)의 끝단에서 분무되는 잉크액적(143i) 각각은 같은 극성의 전하를 가지게 된다. 이와 같이 분무되는 각각의 잉크액적(143i)이 같은 극성(예를 들어, +)의 전하를 가지게 되면 잉크액적(143i)끼리 서로 밀어내게 되어, 잉크액적(143i) 각각은 쪼개지면서 퍼져 나갈 수 있게 된다.
그리고, 전압공급부(505)는 마스크(503)에 제2 전압(V2)을 인가한다. 예를 들면, 제2 전원(V2)은 약 1V이고, 노즐(502)과 마스크(503) 사이에 전위차를 발생시킨다. 이에 따라, 잉크액적(143i)은 상대적으로 고압상태인 노즐에서 저압상태인 마스크(503)로 이동을 하게 된다. 마스크(503)에는 분무된 잉크액적(143i)의 극성(+)과 동일한 극성의 전하를 가지도록 하여, 잉크액적(143i)과 척력을 발생시켜 마스크(503)에 잉크액적(143i)이 집중되는 것을 방지할 수 있다. 전압공급부(505)는 마스크(503) 아래에 위치한 금속 재질의 스테이지(504)에 제3 전원(V3)을 인가한다. 예를 들어, 제3 전원(V3)은 -1V이고, 노즐(502)과 스테이지(504) 사이에 전위차를 발생시킨다. 잉크액적(143i)은 상대적으로 저압인 스테이지(504)로 이동을 하게 된다. 또한, 스테이지(504)에는 잉크액적(143i)의 극성(+)과 다른 극성의 전하(-)를 가지도록 하여, 잉크액적(143i)과 정전기적 인력을 발생시켜, 잉크액적(143i)이 표시기판(110) 상의 청색 LED(130b) 주위로 이동하도록 유도한다.
그리고, 잉크액적(143i)이 청색 LED(130b) 주위로 이동하는 동안 잉크액적(143i)을 구성하는 용매는 휘발되게 된다. 예를 들면, 잉크액적(143i)에 사용되는 용매는 끓는점이 대략 60도 정도의 낮은 끓는점을 갖고 있어 일반 대기 상태에서는 이동 중 휘발되어 제거되게 된다. 청색 LED(130b) 주위로 이동중인 잉크액적(143i)의 용매가 제거되면, 복수의 색변환 입자만 청색 LED(130b) 주위에 배치되어, 색변환 입자의 농도는 최대로 상승하게 된다. 색변환 입자의 형태는 구형을 가지므로, 색변환 입자들 사이의 이격 공간에는 공기가 채워져 제1 색변환층을 구성하게 된다. 따라서, 색변환 입자와 공기로 구성된 제1 색변환층은 다공성 구조의 특징을 갖게 된다.
도 3a를 참조하면, 복수의 색변환 입자(143p)와 공기(air)를 포함하는 제1 색변환층(143) 상에는 접착층(150)이 배치된다. 접착층(150)은 접착력이 뛰어나면서도 시인성을 향상할 수 있는 광학성 투명 접착레진(OCR; Optical Clear Resin), 광학성 투명 접착체(OCA; Optically Clear Adhesive), 또는 PSA(Pressure Sensitive Adhesive)를 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 접착층(150)은 점성을 가지고 있어 제1 색변환층(143)의 상부에 위치한 색변환 입자들(143p) 사이로 스며들게 되어, 상부에 위치한 색변환 입자들(143p) 사이에는 에어가 아닌 접착층(150)이 채워지게 된다. 접착층(150)은 상술한 바와 같이 투명한 재질로 구성하여, 색변환 입자(143p)의 출사광에는 영향을 미치지 않으며, 색변환 입자(143p)를 고정시켜 주어 색변환 입자(143p)의 유동을 없애고, 표시기판(110)에 고정시켜주는 역할을 한다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 접착층(150) 상에는 광학필름, 커버글라스(151), 및 색변환필름(152) 중 하나 이상이 배치될 수 있다. 예를 들어, 광학필름 상에 커버글라스(151)가 위치하거나, 색변환필름(152) 상에 커버글라스(151)가 위치할 수 있다.
광학필름 또는 커버글라스(151)는 기판을 보호하거나 보다 고화질의 화상을 구현할 수 있다. 광학필름은 눈부심 방지 필름(Anti Glare Film), 반사 방지 필름(Anti Reflecting Film) 또는 저반사필름(Low Reflecting Film) 등을 사용할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고, 색변환필름(152)은 제2 색변환층(153), 제2 블랙매트릭스(154) 및 투명필름(155)을 포함하여 구성한다. 제2 색변환층(153)은 제1 색변환층(143) 위치에 대응하여 배치되고, 제2 블랙매트릭스(154)는 후술할 기판 상에 형성되는 제1 블랙매트릭스(144) 위치에 대응하여 배치된다. 색변환필름(152)은 표시기판(110)과 별도로 제조하여, 접착층(150) 상에 배치하여 접착하거나, 접착층(150) 상에 직접 형성하는 것도 가능하다.
제2 색변환층(153)은 제1 색변환층(143)과 동일한 나노 형광체, 유기 형광체 또는 양자점 등의 색변환 입자가 아크릴 계열 또는 에폭시 계열의 감광성 물질에 분산되어 구성될 수 있으며, 탄소화합물로 이루어진 안료 또는 염료를 포함하는 컬러필터로 이루어질 수 있다. 컬러필터는 나노 형광체와는 다르게 불필요한 색상의 광을 흡수하는 기능만 하므로, 발광 효율은 낮아질 수 있다. 또한, 컬러필터와 나노 형광체를 적층하여 이루어질 수도 있다.
그리고, 복수의 제2 블랙매트릭스(154) 사이에는 투명층이 배치될 수 있다. 투명층은 색변환이 필요없는 청색 부화소 영역 또는 녹색 부화소 영역에 대응하여 위치할 수 있으며, 투명한 광경화성 용액을 제2 블랙매트릭스(154) 사이에 채워서 형성할 수 있다.
도 4a는 본 명세서의 제2 실시예에 따른 하나의 부화소 구성을 나타낸 단면도이다. 예를 들면, 제1 색변환층(243)을 제외하고는 제1 실시예와 동일한 구성을 갖는다. 도 4a를 참조하면, 제2 실시예에 따른 제1 색변환층(243)은 색변환입자(143p)를 형성하는 순서까지는 제1 실시예와 동일하며, 색변환입자(143p)를 형성한 후 제3 평탄화층을 형성하는 물질(245m)을 색변환 입자(143p)와 제1 블랙매트릭스(144) 상에 도포하는 점에 차이가 있다.
제3 평탄화층을 형성하는 물질(245m)은 포토 아크릴(Photo Acryl), 투광성 에폭시, 실리콘 산화물(SiOx) 또는 실리콘 질화물(SiNx)의 단일층 또는 복수층으로 구성될 수 있으며, 낮은 점성을 가지고 있어 색변환입자들(143p) 사이의 이격 공간에 채워지게 된다. 색변환 입자들 사이에 채워진 제3 평탄화층 물질(245m)은 광경화되어 색변환 입자를 고정시켜주는 역할을 하며, 이로 인해 LED에서 출사되는 광 특성을 일정하게 유지할 수 있게 한다.
색변환입자들(143p) 사이를 제3 평탄화층 물질(245m)로 채우고, 제3 평탄화층 물질(245m)을 제1 블랙매트릭스(144)와 제1 색변환층(243) 상에 도포하고 경화하여, 제1 색변환층(243)과 제3 평탄화층(245)을 형성할 수 있다.
제3 평탄화층(245) 상에는 제1 실시예와 동일하게 접착층(150)이 배치되고, 접착층(150) 상에는 광학필름, 커버글라스(151), 및 색변환필름(152) 중 하나 이상이 배치될 수 있다.
도 4b는 본 명세서의 제2 실시예에 따른 색변환기판이 적용된 하나의 부화소 구성을 나타낸 단면도이며, 제1 실시예의 색변환필름(152)과 동일한 구성을 갖는다.
이하에서는, 도 5a 내지 도 5f를 참조하여, 본 명세서의 제1 실시예에 따른 표시장치(100)의 제조 방법을 설명하기로 한다.
도 5a 내지 도 5f는 청색 LED(130b)에서 발광한 청색광을 적색광으로 변환하여 사용하는 제1 실시예에 대한 도면이다. 본 실시예의 표시기판(110)에는 청색 LED(130b)와 녹색 LED(130g)가 전사되며, 적색 부화소 영역에 위치한 청색 LED(130b)에 제1 색변환층(243)을 형성하여 청색 LED(130b)에서 출사한 청색광을 적색광으로 변환하여 출사하는 구조에 대한 제조 방법이다.
도 5a를 참조하면, 표시장치(100)를 구동하기 위해, 표시기판(110) 상에 게이트 전극(121), 액티브층(123), 소스 전극(124) 및 드레인 전극(125)으로 구성된 박막 트랜지스터(TFT; 120)를 형성한다. 박막 트랜지스터(120)는 게이트 전극(121)이 액티브층(123) 보다 하부에 위치하는 바텀 게이트 구조, 또는 게이트 전극(121)이 액티브층(123) 보다 상부에 위치하는 탑 게이트(top gate) 구조의 박막 트랜지스터 등 다양한 구조의 박막 트랜지스터(120)를 형성할 수 있다. 제2 전원전압(Vss)을 인가하는 공통배선(CL)은 소스 전극(124) 및 드레인 전극(125)과 동일한 금속물질로 동일 순서에 형성할 수 있다. 소스 전극(124), 드레인 전극(125) 및 공통배선(CL) 상에는 표면을 평탄화하는 제1 평탄화층(111)을 형성한다.
제1 평탄화층(111)을 형성한 후에는 포토리소그래피 공정을 통해 소스 전극(124)과 공통배선(CL)을 노출시키는 복수의 제1 컨택홀을 형성하고, 복수의 제1 컨택홀 내에 도전성 물질을 채워 넣어 제1 연결부(126)와 제2 연결부(127)를 형성한다. 제1 연결부(126)와 제2 연결부(127)로는 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti)의 단일물질 또는 2가지 물질을 결합한 합금의 저저항 불투명 도전물질을 사용할 수 있다.
다음으로, 도 5b에 도시된 바와 같이, 제1 연결부(126)와 제2 연결부(127)에 접촉하는 애노드 전극(141)과 캐소드 전극(142)을 형성한다. 애노드 전극(141)과 캐소드 전극(142)은 포토리소그래피 공정 또는 리프트 오프(lift-off) 공정을 통해 형성될 수 있다. 리프트 오프(lift-off) 공정은 연결배선이 형성되는 부분을 제외한 영역에 포토레지스트(PR)를 형성하고, 연결배선 금속을 전체 영역에 형성한 후 포토레지스트를 제거하면, 포토레지스트 영역에 형성된 연결배선 금속은 제거되고, 포토레지스트가 형성되지 않은 영역에 연결배선 금속이 남게 되어 연결배선이 형성되는 공정이다. 애노드 전극(141), 캐소드 전극(142), 제1 연결부(126), 및 제2 연결부(127)는 동일한 물질을 사용하여 형성할 수 있다.
애노드 전극(141)과 캐소드 전극(142) 상에는 플립(flip) 형태의 청색 LED(130b)를 전사하여, 청색 LED(130b)의 p형 전극(135)은 애노드 전극(141) 상에 위치시키고, 청색 LED(130b)의 n형 전극(131)은 캐소드 전극(142) 상에 위치시킨다. 청색 LED(130b)를 애노드 전극(141)과 캐소드 전극(142)에 위치시킨 상태에서, 열압착 또는 레이저를 이용하여 청색 LED(130b)를 애노드 전극(141)과 캐소드 전극(142)에 합착하여 전기적으로 연결시킬 수 있다.
다음으로, 도 5c에 도시된 바와 같이, 제1 평탄화층(111), 애노드 전극(141) 및 캐소드 전극(142) 상에 제2 평탄화 물질을 도포하고 경화시키고, 경화된 제2 평탄화 물질 상에 제1 블랙매트릭스 물질을 도포하고 경화시킨다. 경화된 제2 평탄화 물질과 제1 블랙매트릭스 물질은 포토리소그래피 공정을 통해 청색 LED(130b) 주변영역을 제거하고, 청색 LED(130b)를 노출시켜, 제2 평탄화층(145)과 제1 블랙매트릭스층(144)을 형성한다. 제2 평탄화층(145)은 포토 아크릴(Photo Acryl), 투광성 에폭시, 실리콘 산화물(SiOx) 또는 실리콘 질화물(SiNx)의 단일층 또는 이들의 복층으로 구성될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
제2 평탄화층(145)의 청색 LED(130b) 주변영역을 제거하기 위한 포토리소그래피 공정을 진행 하면, 포토리소그래피 공정 특성상 제거된 부분의 단면이 역테이퍼 형상(역사다리꼴)을 가지게 되어, 청색 LED(130b)와 제2 평탄화층(145) 사이의 이격 거리는, 청색 LED(130b)의 하단에서 상단으로 갈수록 증가되게 된다. 이에 따라, 색변환 입자는 제2 평탄화층(145)의 역테이퍼 형상으로 제거된 부분에 빈틈없이 채워지게 된다.
다음으로, 상술한 도 5d의 ESD(Electrostatic Spray Deposition) 프린팅 공정을 이용하여, 색변환 입자(143p)를 청색 LED(130b)와 제2 평탄화층(145) 사이 및 청색 LED(130b) 상부에 안착시켜, 도 5e와 같이 색변환 입자(143p)를 제1 블랙매트릭스(144)의 상단까지 채워 넣는다. 채워진 색변환 입자(143p) 사이에는 빈공간이 형성이 되고, 색변환 입자(143p) 사이의 빈공간에 공기(air)가 채워져 제1 색변환층(143)을 형성한다.
제1 색변환층(143)을 형성하기 위한 다른 방법으로는, 색변환 입자(143p)를 용매에 분산한 잉크를 노즐을 통해 고속으로 분사하여, 용매는 휘발시키고, 복수의 색변환 입자(143p)만 청색 LED(130b)와 제2 평탄화층(145) 사이 공간 및 청색 LED(130b) 상부에 안착시켜 제1 색변환층(143)을 형성하는 것도 가능하다.
다음으로, 도 5f에 도시된 바와 같이, 제1 블랙매트릭스(144) 및 제1 색변환층(143) 상에 광학성 투명 접착체(OCA) 등의 접착층(150)을 도포한다. 상술한 바와 같이, 접착층(150)은 제1 색변환층(143)의 상부에 위치한 색변환 입자들(143p) 사이로 스며들게 되어, 색변환 입자들(143p) 사이에 접착층(150)이 채워지게 된다. 접착층(150)은 색변환 입자(143p)를 고정시켜 주어 색변환 입자(143p)의 유동을 방지할 수 있다.
접착층(150) 상에는 광학필름, 커버글라스(151), 및 색변환필름(152) 중 하나 이상을 배치시켜 표시장치(100)를 완성한다.
도 6a 내지 도 6c는 본 명세서의 제2 실시예에 따른 표시장치(200)의 제조 방법으로, 제1 색변환층을 형성하는 방법을 제외하고는 제1 실시예와 동일한 제조방법을 사용할 수 있다. 따라서, 다른 부분은 생략하고 제2 실시예에 따른 제1 색변환층을 형성하는 방법에 대해서만 설명하기로 한다.
도 6a의 색변환 입자(143p)가 청색 LED(130b)를 둘러싸는 구조의 형성 방법은 제1 실시예와 동일하게 ESD(Electrostatic Spray Deposition) 프린팅 공정 또는 고속 분사 방법을 이용한다. 제2 실시예에서는 도 6b에 도시된 바와 같이, 색변환 입자(143p)의 이격 공간에 제3 평탄화층(245)을 구성하는 물질(245m)을 채우고, 제1 블랙매트릭스(144)와 청색 LED(130b) 상부를 모두 덮고 상단이 평탄해 지도록 제3 평탄화층 물질(245m)을 충분히 도포하고 경화시켜, 색변환 입자(143p)와 제3 평탄화층 물질(245m)로 구성된 제1 색변환층(243)과 제3 평탄화층 물질(245m)이 경화된 제3 평탄화층(245)을 동시에 형성한다. 그리고, 도 6c에 도시된 바와 같이, 제3 평탄화층(245) 상에는 제1 실시예와 동일하게 접착층(150)을 도포하고, 접착층(150) 상에 광학필름, 커버글라스(151), 및 색변환필름(152) 중 하나 이상을 배치시켜 표시장치(200)를 완성한다.
색변환필름(152)을 배치하는 방법은 색변환필름(152)을 별도 제조 후 접착층을 이용하여 제1 색변환층(243)과 제1 블랙매트릭스(144) 상에 부착시키거나, 제1 색변환층(243)과 제1 블랙매트릭스(144) 상에 증착공정을 통해 배치시킬 수 있다.
도 9a, 도 9b, 도 9d는 본 명세서의 제3 실시예에 따른 광굴절층이 적용된 하나의 부화소 구성을 나타낸 단면도이다. 도 9a의 표시장치(300)는 도 3a의 표시장치(100)에서 광굴절층 및 뱅크층이 추가되고, 나머지 구성요소는 동일하므로 동일한 구성요소에 대해서는 설명을 생략한다. 도 9b 및 도 9d는 각각 도 9a의 광굴절층의 변형예가 적용된 구조이다.
도 9a를 참고하면, 제1 블랙매트릭스(144) 상에 뱅크층(146)이 배치되고, 제1 색변환층(143) 상에 광굴절층(160)이 배치된다. 뱅크층(146)은 제1 색변환층(143)과 제1 블랙매트릭스(144) 상에 뱅크층 형성 물질을 도포 후 포토리소그래피 공정을 통해 제1 색변환층(143) 상의 뱅크층 형성 물질을 제거함으로써 형성될 수 있다. 뱅크층(146)은 포토아크릴(photo acryl), 폴리이미드(polyimide), 벤조사이클로부틴계 수지(benzocyclobutene resin), 아크릴레이트계 수지(acrylate) 등의 유기 물질로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고, 뱅크층(146) 사이에서 노출된 제1 색변환층(143) 상에 광굴절층(160)이 형성된다. 광굴절층(160)은 제1 색변환층(143)을 통해 출사된 광에 대한 표시장치(300)의 정면 추출 효율 및 시야각 특성을 향상시킨다. 기본적으로 청색 LED(130b)의 출광 분포는 측면 발광량이 정면 발광량보다 많은데, 청색 LED(130b) 소자로부터 발광된 광은 제1 색변환층(143)의 색변환 입자(143p)에 의해 흡수되고 적색광으로 변환되어 출광된다. 청색 LED (130b)의 측면에서 발광되는 많은 양의 광은 제1 색변환층(143)에 맞아 산란되는 효과에 의해 산란된 적색광은 램버시안 분포(lambertian distribution)에 가까워지고 청색광에 비해 정면 출광 비율이 높아지지만, 여전히 표시장치(300)의 정면 휘도를 극적으로 향상시킬 필요가 있다. 따라서, 제1 색변환층(143) 상에 광굴절층(160)이 배치되면 광굴절층(160)의 굴절 효과로 광의 지향분포가 중심부로 변경되어 표시장치(300)의 정면 휘도 및 시야각 얼룩이 개선되어 불균일한 화상을 개선할 수 있다.
광굴절층(160)의 굴절율은 2.0 이상이고, 광굴절 효과를 갖는 파티클을 포함한다. 광굴절층(160)은 베이스물질에 파티클이 포함된 층으로 베이스물질은 UV 경화성 아크릴 모노머에 광개시제, 분산제, 계면활성제를 포함한다. 그리고, 파티클은 고굴절, 산란기능을 가지며 예를 들어, 이산화 타이타늄(TiO2), 황화 아연(ZnS), 산화지르코늄(ZrO2) 등이다.
또한, 광굴절층(160)의 두께가 두꺼워질수록 표시장치(300)의 투과율이 저하될 수 있으므로, 광굴절층(160)의 두께는 대략 5㎛일 수 있다.
또한, 광굴절층(160)의 측면은 표시기판(110)의 수직인 형태으로 구현될 수 있지만, 이에 한정되지 않고, 도 9c 및 도 9d와 같이 역테이퍼의 형태로 구현될 수 있다. 역테이퍼는 광굴절층(160)의 측면이 표시기판(110)에 대해 예각을 이루는 것을 의미한다.
뱅크층(146)의 두께는 광굴절층(160)의 두께에 따라 조절되며, 광굴절층의 물질이 뱅크층(146) 사이에 채워진다. 그리고, 채워진 광굴절층의 물질은 UV 광에 의해 경화된다.
도 9b를 참고하면, 도 9b의 광굴절층(160)은 도 9a의 광굴절층(160)의 변형된 예로 광굴절층(160)은 요철부(161)를 포함한다. 요철부(161)는 광굴절층(160)의 광추출 효율을 추가로 개선할 수 있다. 9a의 광굴절층(160)은 표면 거칠기가 0인데 반해, 도 9b의 광굴절층(160)은 표면 거칠기가 있는 것을 도시한다. 요철부(161)는 광굴절층(160)의 표면 거칠기를 표현한 것일 뿐, 도면에 도시된 바와 같이 사각 형상으로 한정되지는 않는다. 예를 들어, 요철부(161)는 광굴절층(160)의 용매 휘발을 이용함으로써 형성할 수 있다.
도 9d를 참고하면, 광굴절층(160)은 제1 블랙매트릭스(144) 사이에 배치된다. 이 경우, 별도의 뱅크층을 생략할 수 있다. 제1 색변환층(143)에 포함된 색변환 입자(143p)는 청색 LED(130b)의 빛의 파장(420㎚~480㎚) 보다 큰 범위일 수 있다. 예를 들면, 색변환 입자(143p)의 크기는 700㎚ 내지 1㎛이다. 이 경우, 색변환 입자(143p)에 맞고 산란된 광의 분포는 미 산란(Mie scattering) 형태에 가깝기 때문에, 표시장치(300)의 정면 휘도가 향상된다. 하지만, 고해상도로 갈수록 색변환 효율을 향상시키기 위해 색변환층의 밀도를 향상시키고 두께를 줄일 필요가 있다. 따라서, 색변환 입자(143p)의 크기가 점차 작아질 수 있고, 이 경우, 색변환 입자(143p)에 맞고 산란된 광의 분포는 레일리 산란(Rayleigh scattering; 전방위 산란)의 형태로 바뀌게 된다.
도 9d의 청색 LED(130b)를 둘러싸는 제1 색변환층(143)의 두께는 일정하지 않다. 청색 LED(130b)의 상면을 덮는 제1 색변환층(143)의 두께(Df)는 청색 LED(130b)의 측면을 감싸는 제1 색변환층(143)의 두께(Ds)보다 얇다. 청색 LED(130b)의 측면을 감싸는 제1 색변환층(143)의 두께(Ds)는 청색 LED(130b)의 가장 하부에서의 두께를 일컫는다. 이 경우, 제1 색변환층(143)의 색변환 입자(143p)의 크기는 청색 LED(130b)가 발광하는 빛의 파장 보다 작은 범위이고, 도 9a, 도 9b, 도 9c의 제1 색변환층(143)의 밀도보다 크다. 앞서 언급했듯이, 색변환 입자(143p)의 크기에 따라 산란되는 광의 분포는 달라진다. 특히, 색변환 입자(143p)의 크기가 작을수록 광은 전방위 산란의 형태가 되므로 광굴절층(160)을 통해 광을 표시장치(300)의 전면으로 방출시킬 필요가 있다.
광굴절층(160)의 측면은 역테이퍼 형태로 구현될 수 있지만, 이에 한정되지 않고, 도 9a 및 도 9b와 같이 표시기판(110)에 대해 수직인 형태로 구현될 수 있다.
도 9c는 본 명세서의 제3 실시예에 따른 광굴절층 및 색변환기판이 적용된 하나의 부화소 구성을 나타낸 단면도이다. 도 9c의 표시장치(300)는 도 3b의 표시장치(100)에서 광굴절층 및 뱅크층이 추가되고, 나머지 구성요소는 도 9a와 동일하므로 도 9c의 설명은 생략한다.
도 10a, 도 10b, 도 10d는 본 명세서의 제4 실시예에 따른 광굴절층이 적용된 하나의 부화소 구성을 나타낸 단면도이다. 도 10a의 표시장치(400)는 도 4a의 표시장치(200)에서 광굴절층 및 뱅크층이 추가되고, 나머지 구성요소는 동일하므로 동일한 구성요소에 대해서는 설명을 생략한다. 도 10b 및 도 10d는 각각 도 10a의 광굴절층의 변형예가 적용된 구조이다. 또한, 광굴절층 및 뱅크층에 대한 설명은 도 9a, 도 9b, 도 9d에서 언급된 내용과 동일하므로 설명을 간략히 한다.
도 10a를 참고하면, 제3 평탄화층(245) 상에서 제1 블랙매트릭스(144)와 대응되는 영역에 뱅크층(146)이 배치되고, 제3 평탄화층(245) 상에서 제1 색변환층(243)에 대응되는 영역에 광굴절층(160)이 배치된다. 뱅크층(146)은 제3 평탄화층(245) 상에 뱅크층 형성 물질을 도포 후 포토리소그래피 공정을 통해 제1 색변환층(243)에 대응되는 영역에 형성된 뱅크층 형성 물질을 제거함으로써 형성될 수 있다.
그리고, 뱅크층(146) 사이에서 노출된 제3 평탄화층(245) 상에 광굴절층(160)이 형성된다. 광굴절층(160)은 제1 색변환층(243) 및 제3 평탄화층(245)을 통해 출사된 광에 대한 표시장치(400)의 정면 추출 효율 및 시야각 특성을 향상시킨다. 구체적으로, 제1 색변환층(243)에 대응되는 영역에 광굴절층(160)이 배치되면 광굴절층(160)의 굴절 효과로 광의 지향분포가 중심부로 변경되어 표시장치(400)의 정면 휘도 및 시야각 얼룩이 개선되어 불균일한 화상을 개선할 수 있다.
도 10b를 참고하면, 도 10b의 광굴절층(160)은 도 10a의 광굴절층(160)의 변형된 예로 광굴절층(160)은 요철부(161)를 포함한다. 요철부(161)는 광굴절층(160)의 광추출 효율을 추가로 개선할 수 있다. 10a의 광굴절층(160)은 표면 거칠기가 0인데 반해, 도 10b의 광굴절층(160)은 표면 거칠기가 있는 것을 도시한다. 요철부(161)는 광굴절층(160)의 표면 거칠기를 표현한 것일 뿐, 도면에 도시된 바와 같이 사각 형상으로 한정되지는 않는다. 예를 들어, 요철부(161)는 광굴절층(160)의 용매 휘발을 이용함으로써 형성할 수 있다.
도 10d를 참고하면, 광굴절층(160)은 제1 블랙매트릭스(144) 및 제3 평탄화층(245) 사이에 배치된다. 이 경우, 별도의 뱅크층을 생략할 수 있다. 도 9d의 청색 LED(130b)를 둘러싸는 제1 색변환층(243)의 두께는 일정하지 않다. 청색 LED(130b)의 상면을 덮는 제1 색변환층(243)의 두께(Df)는 청색 LED(130b)의 측면을 감싸는 제1 색변환층(243)의 두께(Ds)보다 얇다. 청색 LED(130b)의 측면을 감싸는 제1 색변환층(143)의 두께(Ds)는 청색 LED(130b)의 가장 하부에서의 두께를 일컫는다. 이 경우, 제1 색변환층(243)의 색변환 입자(143p)의 크기는 청색 LED(130b)의 빛의 파장 보다 작은 범위이고, 도 10a, 도 10b, 도 10c의 제1 색변환층(243)의 밀도보다 크다. 앞서 언급했듯이, 색변환 입자(143p)의 크기에 따라 산란되는 광의 분포는 달라진다. 특히, 색변환 입자(143p)의 크기가 작을수록 광은 전방위 산란의 형태가 되므로 광굴절층(160)을 통해 광을 표시장치(400)의 전면으로 방출시킬 필요가 있다.
광굴절층(160)은 제1 색변환층(243)에 대응되는 영역에 배치된 제3 평탄화층(245)을 제거하고, 제거된 영역에 형성할 수 있다.
도 10c는 본 명세서의 제4 실시예에 따른 광굴절층 및 색변환기판이 적용된 하나의 부화소 구성을 나타낸 단면도이다. 도 10c의 표시장치(400)는 도 4b의 표시장치(200)에서 광굴절층 및 뱅크층이 추가되고, 나머지 구성요소는 도 10a와 동일하므로 도 10c의 설명은 생략한다.
본 명세서의 실시예에 따른 표시장치 및 이의 제조방법은 아래와 같이 설명될 수 있다.
본 명세서의 실시예에 따른 표시장치는 기판 상에 박막 트랜지스터와 제1 평탄화층을 배치하고, 제1 평탄화층 상에서 박막 트랜지스터와 연결되는 LED를 배치하고 LED를 둘러싸고, LED에서 출사되는 제1 색상의 광을 제2 색상의 광으로 변환하며, 색변환 입자를 포함하는 제1 색변환층을 포함하여 구성할 수 있다.
본 명세서의 몇몇 실시예에 따르면, 색변환 입자는 나노 형광체 또는 양자점을 포함할 수 있다.
본 명세서의 몇몇 실시예에 따르면, 제1 색변환층은 색변환 입자 사이의 이격 공간에 공기가 채워질 수 있다.
본 명세서의 몇몇 실시예에 따르면, 제1 색변환층과 LED가 배치된 영역을 제외한 영역에 배치되는 제2 평탄화층, 및 제2 평탄화층 상에 배치되는 제1 블랙매트릭스를 더 포함할 수 있다.
본 명세서의 몇몇 실시예에 따르면, 제2 평탄화층과 LED는 이격되어 있고, LED의 하단에서 상단으로 갈수록 이격 거리는 달라질 수 있다.
본 명세서의 몇몇 실시예에 따르면, LED는 데이터 전압에 따른 제1 전원전압(Vdd)이 인가되는 p형 전극, p형 전극 상에 있고, p형 전극으로부터 정공을 공급받는 p형층, 공통배선에 연결되어, 제2 전원전압(Vss)이 인가되는 n형 전극, n형 전극 상에 있고, n형 전극으로부터 전자를 공급받는 n형층, 및 p형층과 n형층 사이에 있는 활성층을 포함하고, p형 전극과 n형 전극은 기판을 향하고, n형층은 기판의 반대 방향을 향할 수 있다.
본 명세서의 몇몇 실시예에 따르면, 제1 색변환층과 제1 블랙매트릭스 상에는 접착층이 배치되고, 접착층 상에는 커버글라스, 광학필름, 및 색변환필름 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
본 명세서의 몇몇 실시예에 따르면, 색변환필름은 LED와 제1 색변환층 상에 대응되게 위치하는 제2 색변환층 및 제1 블랙매트릭스 상에 대응되게 위치하는 제2 블랙매트릭스를 포함할 수 있다. 제2 색변환층은 색변환 입자가 무기물질인 아크릴 계열 또는 에폭시 계열의 물질에 분산되어 구성되거나, 탄소화합물로 이루어진 안료 또는 염료로 구성되는 컬러필터일 수 있다.
본 명세서의 실시예에 따른 표시장치는, 기판 상에 있는 박막트랜지스터, 박막 트랜지스터 상에 있는 제1 평탄화층, 제1 평탄화층 상에 있으며, 박막 트랜지스터에 전기적으로 연결되며, p형 전극, n형 전극, 및 활성층을 포함하는 LED, 제1 평탄화층 상에 있으며, LED와 이격되어 있는 제2 평탄화층, LED를 둘러싸고, LED에서 출사되는 제1 색상의 광을 제2 색상의 광으로 변환하는 제1 색변환층, 및 제1 색변환층 상에 있는 제3 평탄화층을 포함하며, 제1 색변환층은 복수의 색변환 입자로 구성되고, 복수의 색변환 입자 사이의 이격 공간에 제3 평탄화층의 물질이 채워질 수 있다.
본 명세서의 몇몇 실시예에 따르면, 제1 색변환층의 복수의 색변환 입자는 나노 형광체 또는 양자점을 포함할 수 있다.
본 명세서의 몇몇 실시예에 따르면, 제2 평탄화층 상에 있는 제1 블랙매트릭스를 더 포함하며, 제3 평탄화층은 제1 블랙매트릭스 상에 더 위치할 수 있다.
본 명세서의 몇몇 실시예에 따르면, 제2 평탄화층과 LED는 이격되어 있고, LED의 하단에서 상단으로 갈수록 이격 거리는 달라질 수 있다.
본 명세서의 몇몇 실시예에 따르면, LED는 데이터 전압에 따른 제1 전원전압(Vdd)이 인가되는 p형 전극, p형 전극 상에 있고, p형 전극으로부터 정공을 공급받는 p형층, 공통배선에 연결되고, 제2 전원전압(Vss)이 인가되는 n형 전극, n형 전극 상에 있고, n형 전극으로부터 전자를 공급받는 n형층 및 p형층과 n형층 사이에 있는 활성층을 포함하고, p형 전극과 n형 전극은 기판을 향하고, n형층은 기판의 반대 방향을 향할 수 있다.
본 명세서의 몇몇 실시예에 따르면, 제1 색변환층과 제1 블랙매트릭스 상에는 접착층, 및 접착층 상에는 커버글라스, 광학필름, 및 색변환필름 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
본 명세서의 몇몇 실시예에 따르면, 색변환 입자는 활성제(activator)와 활성제가 수용되는 호스트 물질을 포함하며, 활성제는 유로퓸(Eu), 망간(Mn), 세륨(Ce), 테르븀(Tb), 에르븀(Er), 스트론튬(Sr), 및 스칸듐(Sc) 중에서 하나 이상이고, 호스트 물질은 칼륨(K) 화합물, 스트론튬(Sr) 화합물, 칼슘(Ca) 화합물, 규소(Si) 화합물, 및 갈륨(Ga) 화합물 중에서 하나 이상일 수 있다.
본 명세서의 실시예에 따른 표시장치의 제조방법은 기판 상에 액티브층, 게이트 전극, 소스 전극, 및 드레인 전극을 포함하는 박막 트랜지스터를 형성하는 단계, 박막 트랜지스터 상에 제1 평탄화층을 형성하는 단계, 박막 트랜지스터 상에 p형 전극, n형 전극, 및 활성층을 포함하는 LED를 전사하는 단계, LED와 이격된 위치에 제2 평탄화층을 형성하는 단계, 제2 평탄화층 상에 제1 블랙매트릭스를 형성하는 단계, LED와 제1 평탄화층의 사이 및 LED 상부에 복수의 무기물질 색변환 입자로 구성된 제1 색변환층을 형성하는 단계. 제1 블랙매트릭스 및 제1 색변환층 상에 접착층을 형성하는 단계, 및 접착층 상에 커버글라스, 광학필름, 및 색변환필름 중 하나 이상을 배치하는 단계를 포함할 수 있다.
본 명세서의 몇몇 실시예에 따르면, 제1 색변환층을 형성하는 단계는 복수의 무기물질 색변환 입자가 용매에 분산된 잉크를 제조하는 단계, 잉크를 노즐을 통해 분무시키는 단계, 분무된 잉크는 LED와 제2 평탄화층 사이, 및 LED 상부로 이동하는 단계, 및 용매는 휘발되고, 복수의 무기물질 색변환 입자는 LED와 제1 평탄화층 사이, 및 LED 상부에 안착되는 단계를 포함할 수 있다.
본 명세서의 몇몇 실시예에 따르면, 복수의 무기물질 색변환 입자가 안착되는 단계는 기판의 하부에 금속 재질의 스테이지가 위치되고, 노즐에 양의 전압을 인가하고, 스테이지에 음의 전압을 인가하고, 분무된 잉크가 노즐과 스테이지에 발생되는 전위차 또는 정전기적 인력에 의해 LED와 제1 평탄화층 사이, 및 LED 상부에 안착될 수 있다.
본 명세서의 몇몇 실시예에 따르면, 제1 색변환층을 형성하는 단계는 복수의 무기물질 색변환 입자가 용매에 분산된 잉크를 제조하는 단계, 및 잉크를 노즐을 통해 분사하여, 용매는 휘발시키고, 복수의 무기물질 색변환 입자는 LED와 제1 평탄화층 사이, 및 LED 상부에 위치되는 단계를 포함할 수 있다.
본 명세서의 몇몇 실시예에 따르면, 제 1 색변환층을 형성하는 단계와 접착층을 형성하는 단계 사이에, 제1 블랙매트릭스와 제1 색변환층 상에 제3 평탄화층을 형성하는 단계를 더 포함하며, 제3 평탄화층의 물질이 복수의 색변환 입자 사이에 채워질 수 있다.
본 명세서의 몇몇 실시예에 따르면, 색변환필름은 LED와 제1 색변환층 상에 대응되게 위치하는 제2 색변환층 및 제1 블랙매트릭스 상에 대응되게 위치하는 제2 블랙매트릭스를 포함할 수 있다. 제2 색변환층은 무기물질로 이루어진 색변환 입자가 아크릴 계열 또는 에폭시 계열의 물질에 분산되어 구성되거나, 탄소화합물로 이루어진 안료 또는 염료로 구성되는 컬러필터일 수 있다.
본 명세서의 몇몇 실시예에 따르면, 색변환필름을 배치하는 단계는 색변환필름을 별도 제조 후 접착층을 이용하여 제1 색변환층과 제1 블랙매트릭스 상에 부착시키거나, 제1 색변환층과 제1 블랙매트릭스 상에 증착공정을 통해 배치시킬 수 있다.
본 명세서의 몇몇 실시예에 따르면, 색변환 입자의 크기는 LED가 발광하는 빛의 파장보다 클 수 있다.
본 명세서의 몇몇 실시예에 따르면, 제1 색변환층 또는 제3 평탄화층과 접착층 사이에서 제1 색변환층에 대응되는 영역에 있는 광굴절층을 더 포함할 수 있다. 그리고, 색변환 입자의 크기는 LED가 발광하는 빛의 파장보다 작을 수 있다.
본 명세서의 몇몇 실시예에 따르면, 광굴절층의 측면의 각도는 기판에 대해 수직 또는 예각일 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 표시장치
110 : 표시기판
130 : LED
143 : 제1 색변환층
153 : 제2 색변환층
152 : 색변환필름
120 : 박막 트랜지스터
121 : 게이트 전극
122 : 게이트 절연층
123 : 액티브층
124 : 소스 전극
125 : 드레인 전극
111 : 제1 평탄화층
145 : 제2 평탄화층
146 : 뱅크층
245 : 제3 평탄화층
126 : 제1 연결부
127 : 제2 연결부
144 : 제1 블랙매트릭스
154 : 제2 블랙매트릭스
135 : p형 전극
142 : 캐소드 전극
131 : n형 전극
132 : n형층
133 : 활성층
134 : p형층
141 : 애노드 전극
142 : 캐소드 전극
150 : 접착층
151 : 커버글라스
160 : 광굴절층

Claims (29)

  1. 기판 상에 있으며, 액티브층, 게이트 전극, 소스 전극, 및 드레인 전극을 포함하는 박막 트랜지스터;
    상기 박막 트랜지스터 상에 있는 제1 평탄화층;
    상기 제1 평탄화층 상에 있으며, 상기 박막 트랜지스터에 연결되는 LED; 및
    상기 LED를 둘러싸고, 상기 LED에서 출사되는 제1 색상의 광을 제2 색상의 광으로 변환하며, 색변환 입자를 포함하는 제1 색변환층을 포함하는, 표시장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 색변환 입자는 나노 형광체 또는 양자점을 포함하는, 표시장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 색변환층은 상기 색변환 입자 사이의 이격 공간에 공기가 채워진, 표시장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 색변환층과 상기 LED가 배치된 영역을 제외한 영역에 배치되는 제2 평탄화층; 및
    상기 제2 평탄화층 상에 배치되는 제1 블랙매트릭스를 더 포함하는, 표시장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제2 평탄화층과 상기 LED는 이격되어 있고,
    상기 제2 평탄화층과 상기 LED 사이의 이격 거리는 상기 LED의 하단에서 상단으로 갈수록 증가하는, 표시장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 LED는,
    데이터 전압에 따른 제1 전원전압(Vdd)이 인가되는 p형 전극;
    상기 p형 전극 상에 있고, 상기 p형 전극으로부터 정공을 공급받는 p형층;
    공통배선에 연결되고, 제2 전원전압(Vss)이 인가되는 n형 전극;
    상기 n형 전극 상에 있고, 상기 n형 전극으로부터 전자를 공급받는 n형층; 및
    상기 p형층과 상기 n형층 사이에 있는 활성층을 포함하고,
    상기 p형 전극과 상기 n형 전극은 상기 기판을 향하고, 상기 n형층은 상기 기판의 반대 방향을 향하는 플립 칩 형태인, 표시장치.
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 색변환층과 상기 제1 블랙매트릭스 상에 있는 접착층; 및
    상기 접착층 상에 커버글라스, 광학필름, 및 색변환필름 중 하나 이상을 더 포함하는, 표시장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 색변환필름은,
    상기 LED와 상기 제1 색변환층 상에 대응되게 위치하는 제2 색변환층; 및
    상기 제1 블랙매트릭스 상에 대응되게 위치하는 제2 블랙매트릭스를 포함하며,
    상기 제2 색변환층은 상기 색변환 입자가 무기물질인 아크릴 계열 또는 에폭시 계열의 물질에 분산되어 구성되거나, 탄소화합물로 이루어진 안료 또는 염료로 구성되는 컬러필터인, 표시장치.
  9. 기판 상에 있으며, 액티브층, 게이트 전극, 소스 전극, 및 드레인 전극을 포함하는 박막 트랜지스터;
    상기 박막 트랜지스터 상에 있는 제1 평탄화층;
    상기 제1 평탄화층 상에 있으며, 상기 박막 트랜지스터에 전기적으로 연결되며, p형 전극, n형 전극, 및 활성층을 포함하는 LED;
    상기 제1 평탄화층 상에 있으며, 상기 LED와 이격되어 있는 제2 평탄화층;
    상기 LED를 둘러싸고, 상기 LED에서 출사되는 제1 색상의 광을 제2 색상의 광으로 변환하는 제1 색변환층; 및
    상기 제1 색변환층 상에 있는 제3 평탄화층을 포함하며,
    상기 제1 색변환층은 복수의 색변환 입자로 구성되고, 상기 복수의 색변환 입자 사이의 이격 공간에 상기 제3 평탄화층의 물질이 채워지는, 표시장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 복수의 색변환 입자는, 무기물질로 이루어진 나노 형광체 또는 양자점을 포함하는, 표시장치.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 제2 평탄화층 상에 있는 제1 블랙매트릭스를 더 포함하며,
    상기 제3 평탄화층은 상기 제1 블랙매트릭스 상에 더 위치하는, 표시장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제2 평탄화층과 상기 LED는 이격되어 있고, 상기 LED의 하단에서 상단으로 갈수록 이격 거리가 증가하는, 표시장치.
  13. 제9 항에 있어서,
    상기 LED는,
    데이터 전압에 따른 제1 전원전압(Vdd)이 인가되는 p형 전극;
    상기 p형 전극 상에 있고, 상기 p형 전극으로부터 정공을 공급받는 p형층;
    공통배선에 연결되고, 제2 전원전압(Vss)이 인가되는 n형 전극;
    상기 n형 전극 상에 있고, 상기 n형 전극으로부터 전자를 공급받는 n형층; 및
    상기 p형층과 상기 n형층 사이에 있는 활성층을 포함하며,
    상기 p형 전극과 상기 n형 전극은 상기 기판을 향하고, 상기 n형층은 상기 기판의 반대 방향을 향하는 플립 칩 형태인, 표시장치.
  14. 제9 항에 있어서,
    상기 제3 평탄화층 상에 있는 접착층; 및
    상기 접착층 상에 커버글라스, 광학필름, 및 색변환필름 중 하나 이상을 더 포함하는, 표시장치.
  15. 제9 항에 있어서,
    상기 색변환 입자는 활성제(activator)와 상기 활성제가 수용되는 호스트 물질을 포함하며,
    상기 활성제는 유로퓸(Eu), 망간(Mn), 세륨(Ce), 테르븀(Tb), 에르븀(Er), 스트론튬(Sr), 및 스칸듐(Sc) 중에서 하나 이상이고,
    상기 호스트 물질은 칼륨(K) 화합물, 스트론튬(Sr) 화합물, 칼슘(Ca) 화합물, 규소(Si) 화합물, 및 갈륨(Ga) 화합물 중에서 하나 이상인, 표시장치.
  16. 기판 상에 액티브층, 게이트 전극, 소스 전극, 및 드레인 전극을 포함하는 박막 트랜지스터를 형성하는 단계;
    상기 박막 트랜지스터 상에 제1 평탄화층을 형성하는 단계;
    상기 박막 트랜지스터 상에 p형 전극, n형 전극, 및 활성층을 포함하는 LED를 전사하는 단계;
    상기 LED와 이격된 위치에 제2 평탄화층을 형성하는 단계;
    상기 제2 평탄화층 상에 제1 블랙매트릭스를 형성하는 단계;
    상기 LED와 상기 제1 평탄화층의 사이 및 상기 LED 상부에 복수의 무기물질 색변환 입자로 구성된 제1 색변환층을 형성하는 단계;
    상기 제1 블랙매트릭스 및 상기 제1 색변환층 상에 접착층을 형성하는 단계; 및
    상기 접착층 상에 커버글라스, 광학필름, 및 색변환필름 중 하나 이상을 배치하는 단계를 포함하는, 표시장치의 제조방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 제1 색변환층을 형성하는 단계는,
    상기 복수의 무기물질 색변환 입자가 용매에 분산된 잉크를 제조하는 단계;
    상기 잉크를 노즐을 통해 분무시키는 단계;
    상기 분무된 잉크는 상기 LED와 상기 제2 평탄화층 사이, 및 상기 LED 상부로 이동하는 단계; 및
    상기 용매는 휘발되고, 상기 복수의 무기물질 색변환 입자는 상기 LED와 상기 제1 평탄화층 사이, 및 상기 LED 상부에 안착되는 단계를 포함하는, 표시장치의 제조방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 복수의 무기물질 색변환 입자가 안착되는 단계는,
    상기 기판의 하부에 금속 재질의 스테이지가 위치되고,
    상기 노즐에 양의 전압을 인가하고, 상기 스테이지에 음의 전압을 인가하고,
    상기 분무된 잉크가 상기 노즐과 상기 스테이지에 발생되는 전위차 또는 정전기적 인력에 의해 상기 LED와 상기 제1 평탄화층 사이, 및 상기 LED 상부에 안착되는, 표시장치의 제조방법.
  19. 제 16항에 있어서,
    상기 제1 색변환층을 형성하는 단계는,
    상기 복수의 무기물질 색변환 입자가 용매에 분산된 잉크를 제조하는 단계; 및
    상기 잉크를 노즐을 통해 분사하여, 상기 용매는 휘발시키고, 상기 복수의 무기물질 색변환 입자는 상기 LED와 상기 제1 평탄화층 사이, 및 상기 LED 상부에 위치되는 단계를 포함하는, 표시장치의 제조방법.
  20. 제16 항에 있어서,
    상기 제1 색변환층을 형성하는 단계와 상기 접착층을 형성하는 단계 사이에,
    상기 제1 블랙매트릭스와 상기 제1 색변환층 상에 제3 평탄화층을 형성하는 단계를 더 포함하며,
    상기 제3 평탄화층의 물질이 상기 복수의 색변환 입자 사이에 채워지는, 표시장치의 제조방법.
  21. 제 16항에 있어서,
    상기 색변환필름은,
    상기 LED와 상기 제1 색변환층 상에 대응되게 위치하는 제2 색변환층; 및
    상기 제1 블랙매트릭스 상에 대응되게 위치하는 제2 블랙매트릭스로 구성되며,
    상기 제2 색변환층은 무기물질로 이루어진 복수의 색변환 입자가 아크릴 계열 또는 에폭시 계열의 물질에 분산되어 구성되거나, 탄소화합물로 이루어진 안료 또는 염료를 포함하는 컬러필터인, 표시장치의 제조방법.
  22. 제16 항에 있어서,
    상기 색변환필름을 배치하는 단계는,
    상기 색변환필름을 별도 제조 후 접착층을 이용하여 상기 제1 색변환층과 상기 제1 블랙매트릭스 상에 부착시키거나, 상기 제1 색변환층과 상기 제1 블랙매트릭스 상에 증착공정을 통해 배치시키는, 표시장치의 제조방법.
  23. 제1 항에 있어서,
    상기 색변환 입자의 크기는 상기 LED가 발광하는 빛의 파장보다 큰, 표시장치.
  24. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 색변환층과 상기 접착층 사이에서 상기 제1 색변환층에 대응되는 영역에 있는 광굴절층을 더 포함하는, 표시장치.
  25. 제24 항에 있어서,
    상기 색변환 입자의 크기는 상기 LED가 발광하는 빛의 파장보다 작은, 표시장치.
  26. 제24 항에 있어서,
    상기 광굴절층의 측면의 각도는 상기 기판에 대해 수직 또는 예각인, 표시장치.
  27. 제14 항에 있어서,
    상기 제3 평탄화층과 상기 접착층 사이에서 상기 제1 색변환층에 대응되는 영역에 있는 광굴절층을 더 포함하는, 표시장치.
  28. 제24 항에 있어서,
    상기 색변환 입자의 크기는 상기 LED가 발광하는 빛의 파장보다 작은, 표시장치.
  29. 제27 항에 있어서,
    상기 광굴절층의 측면의 각도는 상기 기판에 대해 수직 또는 예각인, 표시장치.
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