KR20220105244A - 색변환 패널 및 이를 포함하는 표시 장치 - Google Patents

색변환 패널 및 이를 포함하는 표시 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 색변환 패널은 제1 기판, 상기 제1 기판 위에 서로 이격되어 위치하는 차광 부재, 상기 차광 부재 사이에 각각 위치하는 제1 색변환층, 제2 색변환층 및 투과층을 포함하고, 상기 투과층은 제3 양자점을 포함하고, 상기 제3 양자점은 입사되는 광을 480 nm 내지 530 nm의 파장을 갖는 광으로 변환한다.

Description

색변환 패널 및 이를 포함하는 표시 장치{Color conversion panel and display device including the same}
본 개시는 색변환 패널 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.
발광 소자는, 양극(anode)으로부터 공급되는 정공(hole)과 음극(cathode)으로부터 공급되는 전자(electron)가 양극과 음극 사이에 형성된 발광층 내에서 결합하여 엑시톤(exciton)이 형성되고, 이 엑시톤이 안정화되면서 광을 방출하는 소자이다.
발광 소자는 넓은 시야각, 빠른 응답 속도, 얇은 두께, 낮은 소비 전력 등의 여러 가지 장점들을 가지기 때문에 텔레비전, 모니터, 휴대폰 등의 다양한 전기 및 전자 장치들에 널리 적용되고 있다.
최근 고효율의 표시 장치를 구현하기 위하여 색변환 패널을 포함하는 표시 장치가 제안되고 있다. 색변환 패널은 입사되는 광을 각각 다른 색으로 색변환한다. 이때 입사되는 광은 주로 청색광이며, 청색광은 각각 적색, 녹색으로 색변환되거나 청색광 그 자체로 투과된다. 따라서 적색 색변환층 및 녹색 색변환층에는 색변환을 위한 양자점 등이 포함되어 있고, 투과층은 별도의 양자점을 포함하지 않을 수 있다.
실시예들은 측면 시인성을 개선한 색변환 패널 및 이를 포함하는 표시 장치를 제공하기 위한 것이다.
일 실시예에 따른 색변환 패널은 제1 기판, 상기 제1 기판 위에 서로 이격되어 위치하는 차광 부재, 상기 차광 부재 사이에 각각 위치하는 제1 색변환층, 제2 색변환층 및 투과층을 포함하고, 상기 투과층은 제3 양자점을 포함하고, 상기 제3 양자점은 입사되는 광을 480 nm 내지 530 nm의 파장을 갖는 광으로 변환한다.
상기 제2 색변환층은 제2 양자점을 포함하고, 상기 제2 양자점은 입사되는 광을 480 nm 내지 560 nm의 파장을 갖는 광으로 변환할 수 있다.
상기 제1 색변환층은 제1 양자점을 포함하고, 상기 제1 양자점은 입사되는 광을 600 nm 내지 650 nm의 파장을 갖는 광으로 변환할 수 있다.
상기 투과층에 포함된 제3 양자점의 함량은 상기 제2 색변환층에 포함된 제2 양자점의 함량 및 상기 제1 색변환층에 포함된 제1 양자점의 함량보다 작을 수 있다.
상기 제1 색변환층, 상기 제2 색변환층 및 투과층은 각각 산란체를 더 포함하고, 상기 제1 색변환층 및 상기 제2 색변환층에 포함된 산란체의 함량이 상기 투과층에 포함된 산란체의 함량보다 작을 수 있다.
상기 산란체는 TiO2일 수 있다.
상기 제3 양자점의 크기는 상기 제2 양자점의 크기보다 작고, 상기 제2 양자점의 크기는 상기 제1 양자점의 크기보다 작을 수 있다.
상기 투과층 중 상기 제3 양자점의 함량은 20 wt% 내지 30 wt%일 수 있다.
상기 투과층은 TiO2를 더 포함하고, 상기 투과층 중 상기 TiO2의 함량은 5 wt% 내지 6 wt%일 수 있다.
상기 제1 기판과 상기 제1 색변환층 사이에 위치하는 제1 컬러 필터, 상기 제1 기판과 상기 제2 색변환층 사이에 위치하는 제2 컬러 필터, 상기 제1 기판과 상기 투과층 사이에 위치하는 제3 컬러 필터를 더 포함할 수 있다.
상기 제3 컬러 필터와 동일 층에 위치하며 상기 차광부재와 기판의 면에 수직한 방향으로 중첩하는 더미 컬러 필터를 더 포함하고, 상기 제3 컬러 필터 및 더미 컬러 필터는 청색 컬러 필터일 수 있다.
상기 제1 컬러 필터, 상기 제2 컬러 필터 및 상기 제3 컬러 필터;와 상기 제1 색변환층, 상기 제2 색변환층 및 상기 투과층; 사이에 위치하는 저굴절층을 더 포함할 수 있다.
상기 저굴절층과 접하여 위치하는 저굴절 캡핑층을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 표시 장치는 색변환 패널, 상기 색변환 패널과 중첩하여 위치하는 표시 패널을 포함하고, 상기 표시 패널은 청색광을 발광하고, 상기 색변환 패널은 제1 기판, 상기 제1 기판 위에 서로 이격되어 위치하는 차광 부재, 상기 차광 부재 사이에 각각 위치하는 제1 색변환층, 제2 색변환층 및 투과층을 포함하고, 상기 투과층은 제3 양자점을 포함하고, 상기 제3 양자점은 상기 표시 패널에서 입사되는 청색광을 480 nm 내지 530 nm의 파장을 갖는 광으로 변환한다.
상기 제2 색변환층은 제2 양자점을 포함하고, 상기 제2 양자점은 입사되는 청색광을 480 nm 내지 560 nm의 파장을 갖는 광으로 변환하고, 상기 제1 색변환층은 제1 양자점을 포함하고, 상기 제1 양자점은 입사되는 청색광을 600 nm 내지 650 nm의 파장을 갖는 광으로 변환한다.
상기 투과층에 포함된 제3 양자점의 함량은 상기 제2 색변환층에 포함된 제2 양자점의 함량 및 상기 제1 색변환층에 포함된 제1 양자점의 함량보다 작을 수 있다.
상기 제1 색변환층, 상기 제2 색변환층 및 투과층은 각각 산란체를 더 포함하고, 상기 제1 색변환층 및 상기 제2 색변환층에 포함된 산란체의 함량이 상기 투과층에 포함된 산란체의 함량보다 작을 수 있다.
상기 제3 양자점의 크기는 상기 제2 양자점의 크기보다 작고, 상기 제2 양자점의 크기는 상기 제1 양자점의 크기보다 작을 수 있다.
상기 투과층 중 상기 제3 양자점의 함량은 20 wt% 내지 30 wt% 일 수 있다.
상기 투과층은 TiO2를 더 포함하고. 상기 투과층 중 상기 TiO2의 함량은 5 wt% 내지 6 wt%일 수 있다.
실시예들에 따르면, 측면 시인성을 개선한 색변환 패널 및 이를 포함하는 표시 장치를 제공한다.
도 1은 일 실시예에 따른 색변환 패널을 간략하게 도시한 단면도이다.
도 2는 양자점(QD)을 포함하는 색변환층에서 양자점에 의해 빛이 모든 방향으로 방출되는 구성을 도시한 것이다.
도 3은 TiO2를 포함하는 투과층에서 광의 경로를 나타낸 것이다.
도 4는 청색광의 스펙트럼이다.
도 5는 녹색광의 스펙트럼이다.
도 6은 도 4의 청색광의 스펙트럼 및 도 5의 녹색광의 스펙트럼을 중첩하여 도시한 것이다.
도 7은 본 실시예에 따라 산란체 및 제3 양자점을 포함하는 투과층을 도시한 것이다.
도 8은 일 실시예에 따른 표시 장치를 간략하게 도시한 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향 쪽으로 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 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.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
그러면 이하에서 도면을 참고로 하여 일 실시예에 따른 색변환 패널 및 이를 포함하는 표시 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 색변환 패널을 간략하게 도시한 단면도이다. 도 1을 참고로 하면 본 실시예에 따른 색변환 패널(300)은 제1 기판(210) 위에 위치하는 청색 컬러 필터(230B)를 포함한다. 청색 컬러 필터(230B)와 동일층에 더미 컬러 필터(231B)가 위치할 수 있다. 더미 컬러 필터(231B)는 청색 컬러 필터(230B)와 이격되어 위치할 수 있으며, 더미 컬러 필터(231B)과 청색 컬러 필터(230B)는 동일 공정으로 형성되어 동일한 물질을 포함할 수 있다.
적색 컬러 필터(230R)는 더미 컬러 필터(231B) 사이에 위치할 수 있다. 녹색 컬러 필터(230G)는 적색 컬러 필터(230R)와 청색 컬러 필터(230B) 사이에 위치할 수 있다.
컬러 필터(230R, 230G, 230B) 및 더미 컬러 필터(231B) 위에 저굴절층(350) 및 저굴절 캡핑층(351)이 위치할 수 있다. 저굴절층(350)은 굴절률이 낮은 물질을 포함할 수 있고, 저굴절 캡핑층(351)은 저굴절층(350) 위에 위치할 수 있다.
저굴절 캡핑층(351)위에 차광 부재(320)가 위치한다. 차광 부재(320)는 복수개의 개구를 사이에 두고 서로 이격되어 위치할 수 있으며 각각의 개구는 각각의 컬러 필터(230R, 230G, 230B)와 제1 기판(210)의 면에 수직한 방향으로 중첩할 수 있다.
서로 이격된 차광 부재(320)의 사이의 영역에 적색 색변환층(330R), 녹색 색변환층(330G) 및 투과층(330B)이 위치한다. 즉 도 1에 도시된 바와 같이 차광 부재(320)에 의해 구획된 공간 내에 각각 적색 색변환층(330R), 녹색 색변환층(330G) 및 투과층(330B)이 위치할 수 있다. 적색 색변환층(330R), 녹색 색변환층(330G) 및 투과층(330B) 위에 캡핑층(400)이 위치할 수 있다.
차광 부재(320)는 블랙 물질을 포함할 수 있다. 적색 색변환층(330R)은 적색 컬러 필터(230R)와 제1 기판(210)의 면에 수직한 방향으로 중첩하여 위치하고, 녹색 색변환층(330G)은 적색 컬러 필터(230G)와 제1 기판(210)의 면에 수직한 방향으로 중첩하여 위치할 수 있다. 투과층(330B)은 청색 컬러 필터(230B)와 제1 기판(210)의 면에 수직한 방향으로 중첩하여 위치할 수 있다
적색 색변환층(330R)은 공급되는 청색광을 적색으로 변환할 수 있다. 이를 위해 적색 색변환층(330R)은 제1 양자점(QD1)을 포함할 수 있다. 제1 양자점(QD1)은 입사된 청색광을 적색광으로 변환할 수 있다. 구체적으로, 제1 양자점(QD1)에 의해 발광되는 광의 최대 발광 피크 파장은, 600 nm 이상, 예컨대, 610 nm 이상, 615 nm 이상, 또는 620 nm 이상 및 650 nm 이하, 645 nm 이하, 640 nm 이하, 635 nm 이하, 또는 630 nm 이하일 수 있다.
제1 양자점(QD1)의 지름은 5 nm 내지 6 nm일 수 있다. 그러나 이는 일 예시일 뿐이며, 이에 제한되는 것은 아니다. 적색 색변환층(330R)층 중 제1 양자점(QD1)의 함량은 30 wt% 내지 50 wt% 일 수 있다. 적색 색변환층(330R)은 TiO2를 포함할 수 있다. 적색 색변환층(330R) 중 TiO2의 함량은 4 wt% 내지 5 wt% 일 수 있다.
녹색 색변환층(330G)은 공급되는 청색광을 녹색으로 변환할 수 있다. 녹색 색변환층(330G)은 제2 양자점(QD2)을 포함할 수 있다. 제2 양자점(QD2)은 입사된 청색광을 녹색광으로 변환할 수 있다. 구체적으로, 제2 양자점(QD2)은 입사되는 광을 430 nm 내지 680 nm의 파장을 갖는 광으로 변환할 수 있다. 이때 제2 양자점(QD2)에 의해 방출되는 광의 최대 발광 피크 파장은, 480 nm 이상, 예컨대, 500 nm 이상, 510 nm 이상, 520 nm 이상, 또는 530 nm 이상 및 560 nm 이하, 550 nm 이하, 545 nm 이하, 540 nm 이하, 또는 535 nm 이하일 수 있다.
제2 양자점(QD2)의 지름은 3 nm 내지 4 nm 일 수 있다. 그러나 이는 일 예시일 뿐이며, 이에 제한되는 것은 아니다. 녹색 색변환층(330G)층 중 제2 양자점(QD2)의 함량은 30 wt% 내지 50 wt% 일 수 있다. 녹색 색변환층(330G)은 TiO2를 포함할 수 있다. 녹색 색변환층(330G) 중 TiO2의 함량은 4 wt% 내지 5 wt% 일 수 있다.
투과층(330B)은 입사되는 청색광을 투과시킨다. 투과층은 투명 폴리머를 포함할 수 있으며 공급된 청색광이 투과하며 청색을 나타낸다. 청색을 출광하는 영역에 해당하는 투과층(330B)은 제3 양자점(QD3)을 포함할 수 있다.
이?? 제3 양자점(QD3)은 입사된 청색광을 480 nm 내지 530 nm의 파장으로 변환할 수 있다. 이때 제3 양자점(QD3)이 색변환하는 파장은 제2 양자점(QD2)이 색변환하는 파장 범위와 일부 중첩할 수 있다. 제3 양자점(QD3)의 지름은 2 nm 내지 3 nm 일 수 있다. 제3 양자점(QD3)의 함량은 20 wt% 내지 30 wt%일 수 있다. 이후 별도로 설명하겠으나 제3 양자점(QD3)이 발광하는 색의 파장은 청색광의 스펙트럼과 녹색광의 스펙트럼의 중첩 영역의 파장에 해당할 수 있다. 투과층(330B)은 산란체를 포함할 수 있고, 산란체는 TiO2일 수 있다. 투과층(330B) 중 TiO2의 함량은 5 wt% 내지 6 wt% 일 수 있다. 투과층(330B)에 포함된 TiO2는 입사된 청색광의 방향을 측면으로 꺾이도록 하여 정/측면 시인성을 향상시킬 수 있다. 또한 투과층(330B)에 포함된 제3 양자점(QD3)은 색변환한 광을 사방으로 방출하는바, TiO2와 함께 정/측면 시인성 향상에 기여할 수 있다. 투과층(330B) 내에서 TiO2의 농도 구배에 따라 영역별로 표시 품질의 차이가 있을 수 있으나, 투과층(330B)에 포함된 제3 양자점(QD3)이 광을 사방으로 방출하면서 이를 상쇄할 수 있다. 제3 양자점(QD3) 도입에 의한 효과에 대하여는 이후 별도로 상세히 설명한다.
즉, 투과층(330B)의 제3 양자점(QD3)의 함량은 적색 색변환층(330R)의 제1 양자점(QD1)의 함량이나 녹색 색변환층(330G)의 제2 양자점(QD2)의 함량보다 적을 수 있다. 또한 투과층(330B)의 TiO2 함량은 적색 색변환층(330R)이나 녹색 색변환층(330G)의 TiO2 함량보다 많을 수 있다.
이하에서는 먼저 양자점에 대하여 구체적으로 설명한다. 제1 양자점(QD1), 제2 양자점(QD2) 및 제3 양자점(QD3)은 각각 하기에서 서술하는 특징을 가질 수 있다.
본 명세서에서 양자점(이하, 반도체 나노결정 이라고도 함)은, II-VI족 화합물, III-V족 화합물, IV-VI족 화합물, IV족 원소 또는 화합물, I-III-VI족 화합물, II-III-VI족 화합물, I-II-IV-VI족 화합물, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 II-VI족 화합물은 CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, HgS, HgSe, HgTe, MgSe, MgS 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; AgInS, CuInS, 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. 상기 II-VI족 화합물은 III족 금속을 더 포함할 수도 있다.
상기 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, InGaP, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InZnP, InPSb, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 GaAlNP, GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs, InAlPSb, InZnP, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 상기 III-V족 화합물은 II족 금속을 더 포함할 수도 있다 (e.g., InZnP).
상기 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.
상기 IV족 원소 또는 화합물은 Si, Ge 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 단원소 화합물; 및 SiC, SiGe 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
상기 I족-III족-VI족 화합물의 예는, CuInSe2, CuInS2, CuInGaSe, 및 CuInGaS를 포함하나 이에 제한되지 않는다. 상기 I-II-IV-VI족 화합물의 예는 CuZnSnSe, 및 CuZnSnS를 포함하나 이에 제한되지 않는다. 상기 IV족 원소 또는 화합물은 Si, Ge 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 단원소; 및 SiC, SiGe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 II족-III-VI족 화합물은 ZnGaS, ZnAlS, ZnInS, ZnGaSe, ZnAlSe, ZnInSe, ZnGaTe, ZnAlTe, ZnInTe, ZnGaO, ZnAlO, ZnInO, HgGaS, HgAlS, HgInS, HgGaSe, HgAlSe, HgInSe, HgGaTe, HgAlTe, HgInTe, MgGaS, MgAlS, MgInS, MgGaSe, MgAlSe, MgInSe, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
상기 I족-II족-IV족-VI족 화합물은 CuZnSnSe 및 CuZnSnS로부터 선택될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
일 구현예에서 양자점은 카드뮴을 포함하지 않을 수 있다. 양자점은 인듐 및 인을 포함한 III-V족 화합물 기반의 반도체 나노결정을 포함할 수 있다. 상기 III-V족 화합물은 아연을 더 포함할 수 있다. 양자점은, 칼코겐 원소 (예컨대, 황, 셀레늄, 텔루리움, 또는 이들의 조합) 및 아연을 포함한 II-VI족 화합물 기반의 반도체 나노결정을 포함할 수 있다.
양자점에서, 전술한 이원소 화합물, 삼원소 화합물 및/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.
몇몇 실시예에서, 양자점은 전술한 나노결정을 포함하는 코어 및 상기 코어를 둘러싸는 쉘을 포함하는 코어-쉘 구조를 가질 수 있다. 상기 양자점의 쉘은 상기 코어의 화학적 변성을 방지하여 반도체 특성을 유지하기 위한 보호층 역할 및/또는 양자점에 전기 영동 특성을 부여하기 위한 차징층(charging layer)의 역할을 수행할 수 있다. 상기 쉘은 단층 또는 다중층일 수 있다. 코어와 쉘의 계면은 쉘에 존재하는 원소의 농도가 중심으로 갈수록 낮아지는 농도 구배(gradient)를 가질 수 있다. 상기 양자점의 쉘의 예로는 금속 또는 비금속의 산화물, 반도체 화합물 또는 이들의 조합 등을 들 수 있다.
예를 들어, 상기 금속 또는 비금속의 산화물은 SiO2, Al2O3, TiO2, ZnO, MnO, Mn2O3, Mn3O4, CuO, FeO, Fe2O3, Fe3O4, CoO, Co3O4, NiO 등의 이원소 화합물, 또는 MgAl2O4, CoFe2O4, NiFe2O4, CoMn2O4등의 삼원소 화합물을 예시할 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
또, 상기 반도체 화합물은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnSeS, ZnTeS, GaAs, GaP, GaSb, HgS, HgSe, HgTe, InAs, InP, InGaP, InSb, AlAs, AlP, AlSb등을 예시할 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
코어와 쉘의 계면은 쉘에 존재하는 원소의 농도가 중심으로 갈수록 낮아지는 농도 구배(gradient)를 가질 수 있다. 또한, 상기 반도체 나노결정은 하나의 반도체 나노결정 코어와 이를 둘러싸는 다층의 쉘을 포함하는 구조를 가질 수도 있다. 일 구현예에서, 상기 다층쉘은 2개 이상의 층, 예컨대, 2개, 3개, 4개, 5개, 또는 그 이상의 층들을 가질 수 있다. 상기 쉘의 인접하는 2개의 층들은 단일 조성 또는 상이한 조성을 가질 수 있다. 다층쉘에서 각각의 층은, 반경을 따라 변화하는 조성을 가질 수 있다.
양자점은 약 45 nm 이하, 바람직하게는 약 40 nm 이하, 더욱 바람직하게는 약 30 nm 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.
상기 양자점은, 쉘의 물질과 코어 물질이 서로 다른 에너지 밴드갭을 가질 수 있다. 예를 들어, 쉘 물질의 에너지 밴드갭은 코어 물질보다 더 클 수 있다. 다른 구현예에서, 쉘 물질의 에너지 밴드갭은 코어물질보다 더 작을 수 있다. 상기 양자점은 다층의 쉘을 가질 수 있다. 다층의 쉘에서 바깥쪽 층의 에너지 밴드갭이 안쪽층(즉, 코어에 가까운 층)의 에너지 밴드갭보다 더 클 수 있다. 다층의 쉘에서 바깥쪽 층의 에너지 밴드갭이 안쪽층의 에너지 밴드갭보다 더 작을 수도 있다.
양자점은, 조성 및 크기를 조절하여 흡수/발광 파장을 조절할 수 있다. 양자점의 최대 발광 피크 파장은, 자외선 내지 적외선 파장 또는 그 이상의 파장 범위를 가질 수 있다.
양자점은 약 10 % 이상, 예컨대, 약 30 % 이상, 약 50 % 이상, 약 60 % 이상, 약 70 % 이상, 약 90 % 이상, 또는 심지어 100 %의 양자효율(quantum efficiency)을 가질 수 있다. 양자점은 비교적 좁은 스펙트럼을 가질 수 있다. 양자점은 예를 들어, 약 50 nm 이하, 예를 들어 약 45 nm 이하, 약 40 nm 이하, 또는 약 30 nm 이하의 발광 파장 스펙트럼의 반치폭을 가질 수 있다.
상기 양자점은 약 1 nm 이상 및 약 100 nm 이하의 입자 크기를 가질 수 있다. 입자의 크기는, 입자의 직경 또는 투과전자현미경 분석에 의해 얻어지는 2차원 이미지로부터 구형을 가정하여 환산되는 직경을 말한다. 상기 양자점은, 약 1 nm 내지 약 20 nm, 예컨대, 2 nm 이상, 3 nm 이상, 또는 4 nm 이상 및 50 nm 이하, 40 nm 이하, 30 nm 이하, 20 nm 이하, 15 nm 이하, 예컨대, 10 nm 이하의 크기를 가질 수 있다. 양자점의 형상은 특별히 제한되지 않는다. 예컨대, 상기 양자점의 형상은, 구, 다면체, 피라미드, 멀티포드, 정방형, 직육면체, 나노튜브, 나노로드, 나노와이어, 나노시트, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다.
양자점은 상업적으로 입수 가능하거나 적절히 합성될 수 있다. 양자점은 콜로이드 합성 시 입자 크기를 비교적 자유롭게 조절할 수 있고 입자 크기도 균일하게 조절할 수 있다.
양자점은, (예컨대, 소수성 잔기 및/또는 친수성 잔기를 가지는) 유기 리간드를 포함할 수 있다. 상기 유기 리간드 잔기는 상기 양자점의 표면에 결합될 수 있다. 상기 유기 리간드는, RCOOH, RNH2, R2NH, R3N, RSH, R3PO, R3P, ROH, RCOOR, RPO(OH)2, RHPOOH, R2POOH, 또는 이들의 조합을 포함하며, 여기서, R은 각각 독립적으로 C3 내지 C40 (예컨대, C5 이상 및 C24 이하)의 치환 또는 미치환의 알킬, 치환 또는 미치환의 알케닐 등 C3 내지 C40의 치환 또는 미치환의 지방족 탄화수소기, 치환 또는 미치환의 C6 내지 C40의 아릴기 등 C6 내지 C40 (예컨대, C6 이상 및 C20 이하)의 치환 또는 미치환의 방향족 탄화수소기, 또는 이들의 조합일 수 있다.
상기 유기 리간드의 예는, 메탄 티올, 에탄 티올, 프로판 티올, 부탄 티올, 펜탄 티올, 헥산 티올, 옥탄 티올, 도데칸 티올, 헥사데칸 티올, 옥타데칸 티올, 벤질 티올 등의 티올 화합물; 메탄 아민, 에탄 아민, 프로판 아민, 부탄 아민, 펜틸 아민, 헥실 아민, 옥틸 아민, 노닐아민, 데실아민, 도데실 아민, 헥사데실 아민, 옥타데실 아민, 디메틸 아민, 디에틸 아민, 디프로필 아민, 트리부틸아민, 트리옥틸아민, 등의 아민류; 메탄산, 에탄산, 프로판산, 부탄산, 펜탄산, 헥산산, 헵탄산, 옥탄산, 도데칸산, 헥사데칸산, 옥타데칸산, 올레인산 (oleic acid), 벤조산 등의 카르복시산 화합물; 메틸 포스핀, 에틸 포스핀, 프로필 포스핀, 부틸 포스핀, 펜틸 포스핀, 옥틸포스핀, 디옥틸 포스핀, 트리부틸포스핀, 트리옥틸포스핀, 등의 포스핀 화합물; 메틸 포스핀 옥사이드, 에틸 포스핀 옥사이드, 프로필 포스핀 옥사이드, 부틸 포스핀 옥사이드 펜틸 포스핀옥사이드, 트리부틸포스핀옥사이드, 옥틸포스핀 옥사이드, 디옥틸 포스핀옥사이드, 트리옥틸포스핀옥사이드등의 포스핀 화합물 또는 그의 옥사이드 화합물; 다이 페닐 포스핀, 트리 페닐 포스핀 화합물 또는 그의 옥사이드 화합물; 헥실포스핀산, 옥틸포스핀산, 도데칸포스핀산, 테트라데칸포스핀산, 헥사데칸포스핀산, 옥타데칸포스핀산 등 C5 내지 C20의 알킬 포스핀산, C5 내지 C20의 알킬 포스폰산; 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 양자점은, 소수성 유기 리간드를 단독으로 또는 1종 이상의 혼합물로 포함할 수 있다. 상기 소수성 유기 리간드는 (예컨대, 아크릴레이트기, 메타크릴레이트기 등) 광중합성 잔기를 포함하지 않을 수 있다.
그러면 이하에서, 투과층(330B)에 제3 양자점(QD3)을 포함하는 본 실시예에 따른 색변환 패널의 효과에 대하여 설명한다.
통상적으로 색변환 패널에서 적색 색변환층(330R) 및 녹색 색변환층(330G)은 양자점을 포함하여 입사되는 청색광을 적색광으로 변환한다. 투과층(330B)은 청색광을 투과하며, 별도로 색변환하지 않는다. 이때 투과층(330B)에는 색변환을 위한 양자점이 포함되어 있지 않기 때문에 양자점 대신 산란체가 포함되어 있을 수 있다. 이때 사용되는 산란체는 TiO2일 수 있다.
양자점은 광을 모든 방향으로 방출하기 때문에 정면 시인성과 측면 시인성의 차이를 감소시킬 수 있다. 도 2는 양자점(QD)을 포함하는 색변환층(330)에서 양자점에 의해 빛이 모든 방향으로 방출되는 구성을 도시한 것이다. 도 2에서와 같이 양자점(QD)은 빛을 모든 방향으로 방출하는바 정면/측면 어디에서 보더라도 동일한 표시 품질을 가질 수 있다.
그러나 양자점을 포함하지 않는 투과층(330B)의 경우 광의 직진성에 의해 광이 일방향으로만 투과하게 된다. 따라서 정면 시인성과 측면 시인성이 차이가 생기는 문제가 있고, 이에 투과층(330B)에 산란체를 포함하여 빛을 분산시켰다. TiO2와 같은 산란체의 경우 정면으로 진행하는 빛을 측면으로 방향 전환 시켜주는바 정/측면 휘도 차이를 감소시킬 수 있다.
도 3은 TiO2를 포함하는 투과층(330B)에서 광의 경로를 나타낸 것이다. 도 3에 도시된 바와 같이 직선으로 입사된 빛은 TiO2를 통하여 방향전환 되어 측면으로 방출된다. 따라서 정/측면 휘도차이를 줄여주어 WAD 특성이 개선될 수 있다.
그러나 양자점을 포함하지 않고 TiO2만 포함하는 투과층(330B)의 경우 TiO2 의존성이 크기 때문에 위치별 TiO2 함량 편차에 의한 불량 발생률이 높을 수 있다. 투과층(330B) 내에서 TiO2 함량이 높은 영역과 함량이 낮은 영역 사이의 표시 품질의 차이가 발생하고, 이는 패널에서 명선/암선으로 시인되거나 강시인/약시인 영역으로 구분될 수 있다.
그러나 본 실시예에 따른 표시 장치는 투과층(330B)이 제3 양자점(QD3)을 포함한다. 제3 양자점(QD3)은 투과층(330B)에서 방출되는 빛과 녹색 색변환층(330G)에서 방출되는 빛의 스펙트럼 중첩 영역의 파장을 갖는 광을 방출할 수 있으며, 이러한 제3 양자점(QD3)에 의해 투과층(330B)으로 입사된 광이 여러 방향으로 분산되면서 정/측면 시인성을 개선할 수 있다.
그러면 이하에서, 제3 양자점(QD3)이 색변환하는 광의 파장에 대하여 상세하게 설명한다.
도 4는 청색광의 스펙트럼이다. 도 4를 참고로 하면 청색광은 대략 430 nm 내지 530 nm의 파장을 가지며, 피크는 약 470 nm 에서 형성되는 것을 확인할 수 있다.
도 5는 녹색광의 스펙트럼이다. 도 5를 참고로 하면 녹색광은 대략 430 nm 내지 680 nm의 파장을 가지며, 약 470 nm 부근에서 낮은 피크가 나타나고, 약 560 nm 부근에서 높은 피크가 나타나는 것을 확인할 수 있다.
도 6은 도 4의 청색광의 스펙트럼 및 도 5의 녹색광의 스펙트럼을 중첩하여 도시한 것이다. 도 6을 참고로 하면 480 nm 내지 530 nm의 파장 영역에서 청색광의 스펙트럼과 녹색광의 스펙트럼이 중첩하는 것을 확인할 수 있다.
본 실시예에 따른 색변환 패널은 투과층(330B)이 제3 양자점(QD3)을 포함하고 제3 양자점(QD3)은 입사되는 청색광을 480 nm 내지 530 nm의 파장의 광으로 색변환한다. 해당 파장 영역은 도 4에서 확인할 수 있는 바와 같이 청색광의 스펙트럼에 포함된 영역으로, 제3 양자점(QD3)에 의한 색변환이 청색광의 표시 품질에 영향을 미치지 않는다.
이와 함께, 도 2에 도시된 바와 같이 양자점(QD)은 입사된 광을 사방으로 방출하면서 정/측면 휘도 차이를 감소시키는바, 표시 품질을 개선할 수 있다.
도 7은 본 실시예에 따라 산란체(TiO2) 및 제3 양자점(QD3)을 포함하는 투과층(330B)을 도시한 것이다. 도 7에서와 같이 산란체(TiO2)는 정면 빛을 TiO2 를 통하여 방향 전환하여 측면으로 방출하고, 내부에서 빛의 광경로를 늘려준다. 또한 제3 양자점(QD3)은 광을 사방으로 방출하면서 영역별 TiO2 농도 차이에 의한 편차를 보상한다. 즉 투과층(330B) 내에서 영역별로 TiO2의 농도가 상이함에 따라 표시 품질이 상이할 수 있으나, 제3 양자점(QD3)의 램버시안(Lambertian) 방출 특성을 통해 TiO2 농도 편차가 상쇄되고 WAD 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 이렇게 투과층(330B)에 제3 양자점(QD3)을 포함시킴에 따라 투과층(330B)의 두께를 얇게 형성할 수 있다.
투과층(330B)의 경우 입사되는 청색광을 투과하기 때문에, 투과층(330B)의 두께가 얇아지면 효율이 상승한다. 그러나 이렇게 투과층(330B)의 두께가 얇아질 경우 투과층(330B) 내부에서 광 경로가 짧아지는바, 정/측면 시인성을 맞추기 위하여 TiO2의 함량이 많아져야 한다. 이렇게 TiO2의 함량이 많아지는 경우, 투과층(330B) 내에서 영역별 TiO2의 농도 차이가 발생할 가능성이 높고 이는 표시 품질의 저하로 이어질 수 있다.
그러나 본 실시예의 경우, 투과층(330B)이 제3 양자점(QD3)을 포함한다. 제3 양자점(QD3)의 램버시안 방출 특성을 통해 정/측면 휘도 차이를 감소시킬 수 있고, 따라서 투과층(330B)을 얇은 두께로 형성하고 효율을 높일 수 있다.
또한, 투과층(330B)이 적색 색변환층(330R)이나 녹색 색변환층(330G)과 동일하게 양자점을 포함하기 때문에, 두께 변화에 따른 특성 변화가 유사하다. 따라서, 투과층(330B), 적색 색변환층(330R) 및 녹색 색변환층(330G)의 효율이 최대가 되는 최적 두께를 도출하기가 용이하다. 투과층(330B)이 양자점을 포함하지 않는 경우, 두께에 따른 효율이 양자점을 포함하는 적색 색변환층(330R) 및 녹색 색변환층(330G)과 다르게 움직이기 때문에 공통 최적 두께를 도출하는 것이 용이하지 않았다. 그러나 본 실시예의 경우 투과층(330B), 적색 색변환층(330R) 및 녹색 색변환층(330G)이 모두 양자점을 포함하는바 최적 두께를 용이하게 도출할 수 있다.
그러면 이하에서, 도 8을 참고로 하여 본 실시예에 따른 색변환 패널(300)을 포함하는 표시 장치에 대하여 설명한다. 도 8은 일 실시예에 따른 표시 장치를 간략하게 도시한 것이다.
도 8은 표시 패널(100)및 색변환 패널(300)을 포함한다. 표시 패널 (100)은 제2 기판(110), 제2 기판(110)에 위치하는 복수개의 트랜지스터(TFT) 및 절연막(180)을 포함한다. 절연막(180)에는 제1 전극(191) 및 격벽(360)이 위치하며, 제1 전극(191)은 격벽(360)의 개구부에 위치하며 트랜지스터(TFT)와 연결되어 있다. 구체적으로 도시하지는 않았으나, 트랜지스터(TFT)는 반도체층, 반도체층과 연결된 소스 전극 및 드레인 전극, 반도체층과 절연된 게이트 전극을 포함할 수 있다. 격벽(360)상에 제2 전극(270)이 위치하고 제1 전극(191)과 제2 전극(270) 사이에 발광 소자층(370)이 위치한다. 제1 전극(191), 제2 전극(270) 및 발광 소자층(370)을 합쳐서 발광 소자(ED)로 지칭한다.
색변환 패널(300)에 대한 설명은 도 1에서와 동일하다. 동일한 구성요소에 대한 구체적인 설명은 생략한다. 즉 제2 기판(210)위에 청색 컬러 필터(230B), 더미 컬러 필터(231B), 적색 컬러 필터(230G) 및 녹색 컬러 필터(230R)가 위치한다.
컬러 필터(230R, 230G, 230B) 및 더미 컬러 필터(231B) 위에 저굴절층 (350) 및 저굴절 캡핑층(351)이 위치할 수 있다. 저굴절 캡핑층(351)위에 적색 색변환층(330R), 녹색 색변환층(330G) 및 투과층(330B)이 위치할 수 있다. 차광 부재(320)는 적색 색변환층(330R), 녹색 색변환층(330G) 및 투과층(330B) 사이에 위치한다.
색변환 패널(300)의 차광 부재(320)는 표시 패널(100)의 격벽(360)과 제1 기판(210)의 면에 수직한 "?향으?* 중첩할 수 있다. 또한, 적색 색변환층(330R), 녹색 색변환층(330G) 및 투과층(330B) 각각은 발광 소자(ED)와 제1 기판(210)의 면에 수직한 방향으로 중첩할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이 투과층(330B)은 산란체(TiO2) 및 제3 양자점(QD3)을 포함하고, 제3 양자점(GD3)은 입사광을 480 nm 내지 530 nm의 파장을 갖는 광으로 색변환한다. 따라서 투과층(330B)에 입사되는 광을 정면 및 측면으로 분산시켜 정면/측면의 휘도 차이를 개선할 수 있고, TiO2의 영역별 함량 차이에 의한 표시 품질의 차이를 상쇄할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 표시 패널 300: 색변환 패널
110: 제2 기판 210: 제1 기판
320: 차광 부재 330B: 투과층
330R: 적색 색변환층 330G: 녹색 색변환층
360: 격벽 350: 저굴절층
351: 캡핑층 370: 발광 소자층

Claims (20)

  1. 제1 기판;
    상기 제1 기판 위에 서로 이격되어 위치하는 차광 부재;
    상기 차광 부재 사이에 각각 위치하는 제1 색변환층, 제2 색변환층 및 투과층을 포함하고,
    상기 투과층은 제3 양자점을 포함하고,
    상기 제3 양자점은 입사되는 광을 480 nm 내지 530 nm의 파장을 갖는 광으로 변환하는 색변환 패널.
  2. 제1항에서,
    상기 제2 색변환층은 제2 양자점을 포함하고,
    상기 제2 양자점은 입사되는 광을 430 nm 내지 680 nm의 파장을 갖는 광으로 변환하는 색변환 패널.
  3. 제2항에서,
    상기 제1 색변환층은 제1 양자점을 포함하고,
    상기 제1 양자점은 입사되는 광을 600 nm 내지 650 nm의 파장을 갖는 광으로 변환하는 색변환 패널.
  4. 제3항에서,
    상기 투과층에 포함된 제3 양자점의 함량은 상기 제2 색변환층에 포함된 제2 양자점의 함량 및 상기 제1 색변환층에 포함된 제1 양자점의 함량보다 작은 색변환 패널.
  5. 제3항에서,
    상기 제1 색변환층, 상기 제2 색변환층 및 투과층은 각각 산란체를 더 포함하고,
    상기 제1 색변환층 및 상기 제2 색변환층에 포함된 산란체의 함량이 상기 투과층에 포함된 산란체의 함량보다 작은 색변환 패널.
  6. 제5항에서,
    상기 산란체는 TiO2인 색변환 패널.
  7. 제3항에서,
    상기 제3 양자점의 크기는 상기 제2 양자점의 크기보다 작고,
    상기 제2 양자점의 크기는 상기 제1 양자점의 크기보다 작은 색변환 패널.
  8. 제1항에서,
    상기 투과층 중 상기 제3 양자점의 함량은 20 wt% 내지 30 wt% 인 색변환 패널.
  9. 제1항에서,
    상기 투과층은 TiO2를 더 포함하고,
    상기 투과층 중 상기 TiO2의 함량은 5 wt% 내지 6 wt%인 색변환 패널.
  10. 제1항에서,
    상기 제1 기판과 상기 제1 색변환층 사이에 위치하는 제1 컬러 필터;
    상기 제1 기판과 상기 제2 색변환층 사이에 위치하는 제2 컬러 필터;
    상기 제1 기판과 상기 투과층 사이에 위치하는 제3 컬러 필터를 더 포함하는 색변환 패널.
  11. 제10항에서,
    상기 제3 컬러 필터와 동일 층에 위치하며 상기 차광부재와 기판의 면에 수직한 방향으로 중첩하는 더미 컬러 필터를 더 포함하고,
    상기 제3 컬러 필터 및 더미 컬러 필터는 청색 컬러 필터인 색변환 패널.
  12. 제1항에서,
    상기 제1 컬러 필터, 상기 제2 컬러 필터 및 상기 제3 컬러 필터와
    상기 제1 색변환층, 상기 제2 색변환층 및 상기 투과층 사이에 위치하는 저굴절층을 더 포함하는 색변환 패널.
  13. 제12항에서,
    상기 저굴절층과 접하여 위치하는 저굴절 캡핑층을 더 포함하는 색변환 패널.
  14. 색변환 패널;
    상기 색변환 패널과 중첩하여 위치하는 표시 패널을 포함하고,
    상기 표시 패널은 청색광을 발광하고,
    상기 색변화 패널은
    제1 기판;
    상기 제1 기판 위에 서로 이격되어 위치하는 차광 부재;
    상기 차광 부재 사이에 각각 위치하는 제1 색변환층, 제2 색변환층 및 투과층을 포함하고,
    상기 투과층은 제3 양자점을 포함하고,
    상기 제3 양자점은 상기 표시 패널에서 입사되는 청색광을 480 nm 내지 530 nm의 파장을 갖는 광으로 변환하는 표시 장치.
  15. 제14항에서,
    상기 제2 색변환층은 제2 양자점을 포함하고, 상기 제2 양자점은 입사되는 청색광을 480 nm 내지 560 nm의 파장을 갖는 광으로 변환하고,
    상기 제1 색변환층은 제1 양자점을 포함하고, 상기 제1 양자점은 입사되는 청색광을 600 nm 내지 650 nm의 파장을 갖는 광으로 변환하는 표시 장치.
  16. 제15항에서,
    상기 투과층에 포함된 제3 양자점의 함량은 상기 제2 색변환층에 포함된 제2 양자점의 함량 및 상기 제1 색변환층에 포함된 제1 양자점의 함량보다 작은 표시 장치.
  17. 제15항에서,
    상기 제1 색변환층, 상기 제2 색변환층 및 투과층은 각각 산란체를 더 포함하고,
    상기 제1 색변환층 및 상기 제2 색변환층에 포함된 산란체의 함량이 상기 투과층에 포함된 산란체의 함량보다 작은 표시 장치.
  18. 제15항에서,
    상기 제3 양자점의 크기는 상기 제2 양자점의 크기보다 작고,
    상기 제2 양자점의 크기는 상기 제1 양자점의 크기보다 작은 표시 장치.
  19. 제14항에서,
    상기 투과층 중 상기 제3 양자점의 함량은 20 wt% 내지 30 wt% 인 표시 장치.
  20. 제14항에서,
    상기 투과층은 TiO2를 더 포함하고,
    상기 투과층 중 상기 TiO2의 함량은 5 wt% 내지 6 wt%인 표시 장치.
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