KR20240038676A - 양자점 컬러 필터 및 이를 구비하는 표시 장치 - Google Patents

양자점 컬러 필터 및 이를 구비하는 표시 장치 Download PDF

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KR20240038676A
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전상현
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는, 패널 상에 배치된 양자점 컬러 필터를 포함하며, 양자점 컬러 필터는 제1 화소 영역에 배치되며 입사광을 제1 컬러의 광으로 변환하는 복수의 양자점을 포함하는 제1 색변환층과, 제2 화소 영역에 배치되며 입사광을 제2 컬러의 광으로 변환하는 복수의 양자점을 포함하는 제2 색변환층과, 제1 색변환층 상에 배치되며 입사광 중 제1 색변환층에 의해 변환되지 않은 청색광을 차단하는 제1 청색광 차단부와, 제2 색변환층 상에 배치되며 입사광 중 제2 색변환층에 의해 색변환되지 않은 청색광을 차단하는 제2 청색광 차단부와, 제1 청색광 차단부 상에 배치되며 외광의 반사를 방지하고 제1 색변환층에서 방출되는 제1 컬러의 광을 투과하는 제1 부분과, 제2 청색광 차단부 상에 배치되며 외광의 반사를 방지하고 제2 색변환층에서 방출되는 제2 컬러의 광을 투과하는 제2 부분과, 제1 색변환층과 제2 색변환층 사이에 배치되며 블랙 매트릭스를 포함하는 격벽을 포함할 수 있다.

Description

양자점 컬러 필터 및 이를 구비하는 표시 장치{Quantum dot color filter and display device including the same}
본 발명의 실시예들은 양자점 컬러 필터 및 이를 구비하는 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중 하나로서, 화소 전극과 공통 전극 등 전기장 생성 전극이 형성되어 있는 두 장의 표시판과 그 사이에 들어 있는 액정층으로 이루어진다. 전기장 생성 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전기장을 생성하고 이를 통하여 액정층의 액정 분자들의 배향을 결정하고 입사광의 편광을 제어함으로써 영상을 표시한다.
액정 표시 장치는 컬러 형성을 위해, 컬러 필터를 사용하는데, 백라이트 광원으로부터 출사된 광이 적색 컬러필터, 녹색 컬러필터, 청색 컬러필터를 통과할 때, 각각의 컬러필터에 의해 광량이 약 1/3로 감소되어 광효율이 낮다.
이러한 광효율 저하를 보완하고 높은 색재현성을 위해 제안되는 포토루미네선트 액정 표시 장치(Photo-Luminescent Liquid Crystal Display Apparatus; PL-LCD)는 기존의 액정 표시 장치에 사용되는 컬러필터를 QD-CCL(quantum dot color conversion layer)로 대체한 액정 표시 장치이다. PL-LCD는 광원으로부터 발생되어 액정층에 의해 제어된 자외선 또는 청색광 등 저파장대역의 광이 색전환층(Color Conversion Layer; CCL)에 조사될 때 발생하는 가시광을 이용하여 컬러 영상을 표시한다.
본 발명의 실시예들은 색재현성이 개선된 표시 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치는,
백라이트 장치; 상기 백라이트 장치 상에 배치된 액정 패널; 및 상기 액정 패널 상에 배치된 양자점 컬러 필터;를 포함하며,
상기 양자점 컬러 필터는,
제1 화소 영역에 배치되며, 입사광을 제1 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제1 색변환층과,
제2 화소 영역에 배치되며, 입사광을 제2 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제2 색변환층과,
상기 제1 색변환층 상에 배치되며 상기 제1 색변환층에 의해 색변환되지 않은 청색광이 출사되지 않도록 차단하는 제1 청색광 차단부와, 상기 제2 색변환층 상에 배치되며 상기 제2 색변환층에 의해 색변환되지 않은 청색광이 출사되지 않도록 차단하는 제2 청색광 차단부를 가지는 청색광 차단층과,
상기 제1 청색광 차단부 상에 배치되며 외부로부터 들어오는 외부 광의 반사를 방지하는 제1 반사 방지부와, 상기 제2 청색광 차단부 상에 배치되며 외부로부터 들어오는 외부 광의 반사를 방지하는 제2 반사 방지부를 가지는 반사 방지층을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 반사 방지층은 외부로부터 들어오는 외부 광의 청색광의 반사를 방지할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 반사 방지층은, 굴절률이 다른 복수의 층들이 적층되며, 상기 복수의 층의 굴절률은, 상기 청색광 차단층에 가까워질수록 커질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 백라이트 유닛은 청색광을 출사할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 청색광 차단층은 굴절률이 다른 복수의 제1층 및 제2층이 교대로 적층될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 청색광 차단층은 청색광에 대한 투과율이 1% 이하일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 양자점 컬러 필터는, 제3 화소 영역에 배치된 산란 물질층을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 반사 반사층은, 상기 산란 물질층 상에 배치되며, 외부로부터 들어오는 외부 광의 반사를 방지하는 제3 반사 방지부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 양자점 컬러 필터 상에 배치된 투명 기판을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 반사 방지층의 상기 제1 반사 방지부는 상기 투명 기판과 상기 제1 청색광 차단부 사이에 배치되며, 상기 반사 방지층의 상기 제2 반사 방지부는 상기 투명 기판과 상기 제2 청색광 차단부 사이에 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 양자점 컬러 필터는,
제1 화소 영역에 배치되며, 입사광을 제1 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제1 색변환층과,
제2 화소 영역에 배치되며, 입사광을 제2 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제2 색변환층과,
상기 제1 색변환층 상에 배치되며 상기 제1 색변환층에 의해 색변환되지 않은 청색광이 출사되지 않도록 차단하는 제1 청색광 차단부와, 상기 제2 색변환층 상에 배치되며 상기 제2 색변환층에 의해 색변환되지 않은 청색광이 출사되지 않도록 차단하는 제2 청색광 차단부를 가지는 청색광 차단층과,
상기 제1 청색광 차단부 상에 배치되며 외부로부터 들어오는 외부 광의 반사를 방지하는 제1 반사 방지부와, 상기 제2 청색광 차단부 상에 배치되며 외부로부터 들어오는 외부 광의 반사를 방지하는 제2 반사 방지부를 가지는 반사 방지층을 포함할 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 상기 반사 방지층은 외부로부터 들어오는 외부 광의 청색광의 반사를 방지할 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 상기 반사 방지층은, 굴절률이 다른 복수의 층들이 적층되며, 상기 복수의 층의 굴절률은, 상기 청색광 차단층에 가까워질수록 커질 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 상기 입사광은 청색광일 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 상기 청색광 차단층은 굴절률이 다른 복수의 제1층 및 제2층이 교대로 적층될 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 상기 청색광 차단층은 청색광에 대한 투과율이 1% 이하일 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 상기 양자점 컬러 필터는, 제3 화소 영역에 배치된 산란 물질층을 더 포함할 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 상기 반사 반사층은, 상기 산란 물질층 상에 배치되며, 외부로부터 들어오는 외부 광의 반사를 방지하는 제3 반사 방지부를 더 포함할 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
이러한 일반적이고 구체적인 측면이 시스템, 방법, 컴퓨터 프로그램, 또는 어떠한 시스템, 방법, 컴퓨터 프로그램의 조합을 사용하여 실시될 수 있다.
상술한 양자점 컬러 필터는, 청새광 차단층에 의해 색변환층에 의해 변환되지 않은 청색광이 출사되지 않도록 차단하면서도, 반사 방지부에 의해 이러한 청색광 차단층에 의해 외부 광이 반사되는 것을 방지할 수 있다.
상술한 양자점 컬리 필터를 채용하는 표시 장치는 색재현성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 양자점 컬러필터의 개략적인 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 청색광 차단층을 확대 도시한 도면이며,
도 3은 도 2의 청색광 차단층의 파장별 투과율을 나타낸 그래프이다.
도 4는 비교예에 따른 양자점 컬리필터의 개략적인 구조를 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 1의 반사 방지층을 설명하기 위한 도면이며,
도 6은 도 1의 반사 방지층의 확대 도시한 도면이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 양자점 컬러필터의 개략적인 구조를 나타내는 단면도이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 양자점 컬러필터의 개략적인 구조를 나타내는 단면도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 표시 장치의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
이하의 실시예에서, 막, 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.
도 1은 일 실시예에 따른 양자점 컬러 필터(100)의 개략적인 구조를 나타내는 단면도이다. 도 2는 도 1의 청색광 차단층(130)을 확대 도시한 도면이며, 도 3은 도 2의 청색광 차단층(130)의 파장별 투과율을 나타낸 그래프이다.
도 1을 참조하면, 양자점 컬러 필터(100)는 서로 다른 컬러 형성을 위한 제1 내지 제3 화소 영역(C1, C2, C3)을 가질 수 있다. 예를 들어, 청색광(Blue light, LB)이 양자점 컬러 필터(100)에 입사되면, 제1 내지 제3 화소 영역(C1, C2, C3)에서 각각 적색광(Red light, L1R), 녹색광(Green light, L1G), 청색광(Blue light, L1B)이 출사될 수 있다.
제1 화소 영역(C1)에는 입사광을 제1 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제1 색변환층(140)이 배치된다. 제1 색변환층(140)은 입사광을, 입사광의 파장보다 장파장 대역의 광으로 변환시켜 출사한다. 제1 색변환층(140)은 예를 들어, 청색광을 흡수하고 적색광을 방출하는 양자점들을 포함할 수 있다.
제2 화소 영역(C2)에는 입사광(LB)을 제2 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제2 색변환층(150)이 배치된다. 제2 색변환층(150)은 입사광(LB)을, 입사광(LB)의 파장보다 장파장 대역의 광으로 변환시켜 출사한다. 제2 색변환층(150)은 예를 들어, 청색광을 흡수하고 녹색광을 방출하는 양자점들을 포함할 수 있다.
청색광(LB)이 제1 화소 영역(C1)에 입사되면, 제1 색변환층(140)에 의해 적색광(L1R)으로 변환된다. 또한, 청색광(LB)이 제2 화소 영역(C2)에 입사되면, 제2 색변환층(150)에 의해 녹색광(L1G)으로 변환된다.
제1 및 제2 색변환층(140, 150)에 구비된 양자점들은 실리콘(Si)계 나노결정, II-VI족계 화합물 반도체 나노결정, III-V족계 화합물 반도체 나노결정, IV-VI족계 화합물 반도체 나노결정 및 이들의 혼합물 중 어느 하나의 나노결정을 포함할 수 있다. II-VI족계 화합물 반도체 나노결정은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HggZnTe, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe 및 HgZnSTe로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다. III-V족계 화합물 반도체 나노결정은 GaN, GaP, GaAs, AlN, AlP, AlAs, InN, InP, InAs, GaNP, GaNAs, GaPAs, AlNP, AlNAs, AlPAs, InNP, InNAs, InPAs, GaAlNP, GaAlNAs, GaAlPAs, GaInNP, GaInNAs, GaInPAs, InAlNP, InAlNAs, 및 InAlPAs로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다. IV-VI족계 화합물 반도체 나노결정은 SbTe일 수 있다.
제1 및 제2 색변환층(140, 150)에 구비된 양자점들이 동일한 물질로 이루어지더라도, 양자점의 크기에 따라 발광 파장이 달라진다. 양자점의 크기가 작아질수록 짧은 파장의 광을 방출한다. 따라서, 제 1 및 제 2 색변환층(140, 150)에 구비된 양자점의 크기를 조절함으로써 원하는 가시광선 영역대의 광을 방출할 수 있다.
제1 색변환층(140)에서 형성하고자 하는 광이 적색이고, 제2 색변환층(150)에서 형성하고자 하는 광이 녹색인 경우, 제1 및 제2 색변환층(140, 150)에 구비되는 양자점들을 동일한 재질로 형성하고, 제1 색변환층(140)에 구비되는 양자점의 크기를 제2 색변환층(150)에 구비되는 양자점들의 크기보다 더 크게 할 수 있다.
제3 화소 영역(C3)은 입사광을 산란시키는 산란 물질층(160)을 포함한다. 산란 물질층(160)은 입사된 청색광(LB)을 색변환시키지 않고 출사시키며, 그에 따라 제3 화소 영역(C3)에서 청색광(L1B)이 출사된다.
산란 물질층(160)은 산화 티타늄(TiO2)를 포함할 수 있다. 다만, 산란 물질층(160)의 재질은 이에 한정되지 아니하며, 청색광을 색변환시키지 않고 산란시키는 재질이라면 다양하게 변형될 수 있다.
제1 내지 제3 화소 영역(C1, C2, C3)은 투명 기판(110) 상에 배치된 격벽(120)에 의해 구획될 수 있다. 격벽(120)은, 제1 내지 제3 화소 영역(C1, C2, C3) 간의 혼색 방지를 위하여, 블랙 매트릭스를 포함할 수 있다.
제1, 제2 색변환층(140, 150) 상에는, 제1, 제2 색변환층(140, 150)에서 색변환되지 않은 청색광(LB)이 출사되지 않도록 차단하는 청색광 차단층(130)을 포함할 수 있다. 청색광 차단층(130)은 제1 색변환층(140) 상에 배치된 제1 청색광 차단부(131)와 제2 색변환층(150) 상에 배치된 제2 청색광 차단부(132)를 포함할 수 있다.
제1 청색광 차단부(131)는, 제1 색변환층(140)에 의해 변환된 적색광(L1R)을 투과시키며, 제1 색변환층(140)에 의해 변환되지 않은 청색광(LB)을 차단한다. 제2 청색광 차단부(132)는, 제2 색변환층(150)에 의해 변환된 녹색광(L1G)을 투과시키며, 제2 색변환층(150)에 의해 변환되지 않은 청색광(LB)을 차단한다.
청색광 차단층(130)은 청색광(LB)에 대한 투과율이 낮으며, 나머지 가시광선 영역에서는 투과율이 높을 수 있다. 예를 들어, 청색광 차단층(130)은 도 3을 참조하면 약 466 nm 파장의 청색광에 대한 투과율이 1 % 이하이며, 약 530 nm 이상의 파장의 광에 대해서는 투과율이 50 % 이상일 수 있다.
청색광 차단층(130)은 굴절율이 다른 복수의 층이 교대로 적층된 구조일 수 있다.
도 2를 참조하면, 청색광 차단층(130)은 제1 색변환층(140) 또는 제2 색변환층(150) 상에 배치된다. 예를 들어, 청색광 차단층(130)은, 굴절율이 다른 제1층(130a)과 제2층(130b)이 교대로 적층된 구조일 수 있다. 다만, 청색광 차단층(130)의 구조는 이에 한정되지 않으며, 복수의 층이 교대로 적층된 구조라면 적절히 변경될 수 있다. 예를 들어, 청색광 차단층(130)은 3개 이상의 층이 교대로 적층된 구조일 수도 있다.
제1층(130a) 및 제2층(130b)은 투명한 재질일 수 있다. 예를 들어, 제1층(130a)은 규소 산화물(SiOx)을 포함하며, 제2층(130b)은 질화 규소(SiNx)를 포함할 수 있다. 제1, 제2층(130a, 130b)은 화학기상증착법(CVD)에 의해 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 아니하며, 다른 증착법에 의해 형성될 수 있다.
상술한 것처럼, 이러한 청색광 차단층(130)은 내부로부터 출사되는 광을 선택적으로 투과시킨다는 점에서, 양자점 컬러 필터(100)의 색재현성을 향상시킨다.
다만, 이러한 청색광 차단층(130)은 서로 다른 굴절률을 가지는 복수의 층들이 반복적으로 적층된 구조이기 때문에, 내부로부터 외부로 나가는 광에 대한 차단 특성과 외부로부터 내부로 나가는 광에 대한 차단 특성이 동일하게 나타난다. 그에 따라, 외부로부터 들어오는 외부 광을 의도치 않게 반사시킬 수 있다. 예를 들어, 청색광 차단층(130)은 외부로부터 내부로 들어오는 외부 광의 청색광을 반사할 수 있다.
도 4는 비교예에 따른 양자점 컬러필터(10)의 개략적인 구조를 나타내는 단면도이다.
도 4를 참조하면, 외부 광은 가시 광선일 수 있다. 예를 들어, 외부 광은 적색광(L0R), 녹색광(L0G), 청색광(L0B)을 포함할 수 있다. 외부 광은 투명 기판(110)을 통해 내부로 유입된다.
외부 광의 적색광(L0R) 및 녹색광(L0G)은 청색광 차단층(130)에 의해 거의 반사되지 않는 반면, 외부 광의 청색광(L0B)은 대부분 반사된다. 예를 들어, 외부 광의 적색광(L0R) 및 녹색광(L0G)의 50 % 이상의 광은 청색광 차단층(130)을 투과하는 반면, 외부 광의 청색광(L0B)의 99% 이상이 청색광 차단층(130)에 의해 반사된다. 그에 따라, 제1 화소 영역(C1)에서는, 제1 청색광 차단층(130)을 투과하는 적색광(L1R)이 반사된 청색광(L0B)과 혼색될 수 있다. 또한, 제2 화소 영역(C2)에서는 제2 청색광 차단층(130)을 투과하는 녹색광(L1G)이 반사된 청색광(L0B)과 혼색될 수 있다. 이는, 오히려, 양자점 컬러 필터(100)의 색재현성을 저하시키는 원인으로 작용할 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 이러한 점을 고려하여, 실시예에 따른 양자점 컬러 필터(100)에서는, 청색광 차단층(130) 상에 배치된 반사 방지층(170)을 포함할 수 있다.
도 5는 도 1의 반사 방지층(170)을 설명하기 위한 도면이며, 도 6은 도 1의 반사 방지층(170)의 확대 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 반사 방지층(170)은 제1 청색광 차단부(131) 상에 배치된 제1 반사 방지부(171)와, 제2 청색광 차단부(132) 상에 배치된 제2 반사 방지부(172)를 포함한다.
반사 방지층(170)의 제1, 제2 반사 방지부(171, 172)는 투명 기판(110) 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 반사 방지부(171)는 투명 기판(110)과 제1 청색광 차단부(131) 사이에 배치되며, 제2 반사 방지부(172)는 투명 기판(110)과 제2 청색광 차단부(132) 사이에 배치될 수 있다.
반사 방지층(170)은 외부로부터 들어오는 외부 광의 청색광(L0B)의 반사를 방지할 수 있다. 다시 말해, 반사 방지층(170)은. 외부 광의 적색광(L0R), 녹색광(L0G)은 물론 청색광(L0B)을 반사시키지 않고 흡수할 수 있다. 그에 따라, 외부 광이 반사되어 제1, 제2 색변환층(140, 150)에서 출사된 적색광(L1R) 또는 녹색광(L1G)과 혼색되는 것을 방지할 수 있다.
제1 화소 영역(C1)에서는, 외부 광이 반사 방지층(170)에 의해 흡수되거나, 제1 청색광 차단부(131) 또는 제1 색변환층(140)에 의해 흡수된다. 그에 따라, 제1 색변환층(140)에 의해 변환된 적색광(L1R)이, 반사된 외부 광에 의한 간섭 없이, 제1 청색광 차단부(131) 및 반사 방지층(170)을 투과하여 외부로 출사된다.
제2 화소 영역(C2)에서는, 외부 광이 반사 방지층(170)에 의해 흡수되거나, 제2 청색광 차단부(132) 또는 제2 색변환층(150)에 의해 흡수된다. 그에 따라, 제2 색변환층(150)에 의해 변환된 녹색광(L1G)이, 반사된 외부 광에 의한 간섭 없이, 제2 청색광 차단부(132) 및 반사 방지층(170)을 투과하여 외부로 출사된다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 반사 방지층(170)은 굴절률이 다른 복수의 층(170a, 170b, 170c, 170d, 170e, 170f)을 포함하며, 상기 복수의 층들(170a, 170b, 170c, 170d, 170e, 170f)은 외부로부터 내부로 갈수록 굴절률이 커질 수 있다.
반사 방지층(170)의 복수의 층들(170a, 170b, 170c, 170d, 170e, 170f, 170g)은 굴절률이 외부로부터 내부로 갈수록 점진적으로 증가한다. 예를 들어, 반사 방지층(170)의 복수의 층들(170a, 170b, 170c, 170d, 170e, 170f, 170g)의 굴절률은 투명 기판(110)으로부터 멀어질수록 증가한다. 반사 방지층(170)의 복수의 층들(170a, 170b, 170c, 170d, 170e, 170f, 170g)의 굴절률은 청색광 차단층(130)에 가까워질수록 증가한다.
복수의 층들(170a, 170b, 170c, 170d, 170e, 170f, 170g)은 규소 산화물, 질화 규소 또는 질화 규소 산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 청색광 차단층(130)에 인접한 층들(170a, 170b, 170c)은 질화 규소를 포함하고, 투명 기판(110)에 인접한 층(170g)은 규소 산화물을 포함하고, 청색광 차단층(130)에 인접한 층들(170a, 170b, 170c)과 투명 기판(110)에 인접한 층(170g) 사이의 층들(170d, 170e, 170f)은 질화 규소 산화물을 포함할 수 있다.
다만, 제1, 제2 반사 방지층(170)의 복수의 층들(170a, 170b, 170c, 170d, 170e, 170f, 170g)의 개수, 재질 및 굴절률은 예시적인 것에 불과하며, 복수의 층들(170a, 170b, 170c, 170d, 170e, 170f, 170g)이 외부로부터 내부로 갈수록 굴절률이 커지는 것이라면, 그 개수, 재질 및 굴절률 중 적어도 하나가 변경될 수 있다.
한편, 도 1 및 도 5를 참조하면, 반사 방지층(170)은 산란 물질층(160) 상 배치된 제3 반사 방지부(173)를 더 포함할 수 있다.
반사 방지층(170)의 제3 반사 방지부(173)는 굴절률이 다른 복수의 층들(170a, 170b, 170c, 170d, 170e, 170f, 170g)을 포함하며, 상기 복수의 층들(170a, 170b, 170c, 170d, 170e, 170f, 170g)은 외부로부터 내부로 갈수록 굴절률이 커질 수 있다. 예를 들어, 반사 방지층(170)의 복수의 층들(170a, 170b, 170c, 170d, 170e, 170f, 170g)은 굴절률이 외부로부터 내부로 갈수록 점진적으로 증가한다.
반사 방지층(170)의 제3 반사 방지부(173)는 제1, 제2 반사 방지부(171, 172)의 구조 및 재질과 동일할 수 있다. 그에 따라, 제1, 제2 반사 방지부(171, 172)를 형성하는 과정에서, 제3 반사 방지부(173)를 함께 형성할 수 있다.
제3 반사 방지부(173)에 의해, 외부로부터 들어오는 외부 광이 반사되어 색 재현성을 저하시키는 것을 방지할 수 있다. 그에 따라, 제3 화소 영역(C3)에서는, 산란 물질층(160)에 의해 산란된 청색광(L1B)이 반사 방지층(170)을 투과하여 외부로 출사된다. 이 때, 외부 광은 제3 반사 방지부(173)에 의해 흡수되거나, 산란 물질층(160)에 의해 흡수된다.
한편, 상술한 실시예에서는, 반사 방지층(170)이 투명 기판(110)의 하부에 배치되며, 청색광 차단층(130) 또는 산란 물질층(160) 상에 직접 배치된 예를 중심으로 설명하였다. 그러나, 반사 방지층(170)의 배치는 이에 한정되지 아니하며, 도 7의 양자점 컬러필터(100A)와 같이, 반사 방지층(170)이 투명 기판(110)의 상부에 배치될 수도 있다. 이 경우, 반사 방지층(170)과 청색광 차단층(130)이 이격되며, 반사 방지층(170)과 산란 물질층(160)이 이격될 수 있다.
또한, 상술한 실시예에서는, 양자점 컬러 필터(100)가 복수 개의 화소 영역을 가지는 예로써, 제1 내지 제3 화소 영역(C1, C2, C3)을 가지는 예를 중심으로 설명하였다. 그러나, 이는 예시적인 것이며, 양자점 컬러 필터(100)는 제1 내지 제4 화소 영역(C1, C2, C3, C4; 도 8 참조)을 포함할 수 있다.
도 8은 다른 실시예에 따른 양자점 컬러 필터(200)의 개략적인 구조를 나타내는 단면도이다.
도 8을 참조하면, 양자점 컬러 필터(200)는 서로 다른 컬러 형성을 위한 제1 내지 제4 화소 영역(C1, C2, C3, C4)을 포함한다. 제1 내지 제4 화소 영역(C1, C2, C3, C4)은 투명 기판(210) 상에 구비된 격벽(220)에 의해 구획된다. 예를 들어, 청색광(blue light)이 양자점 컬러 필터(200)에 입사되면, 제1 내지 제4 화소 영역(C1, C2, C3, C4)에서 각각 적색광(L1R), 백색광(L1W), 녹색광(L1G), 청색광(L1B)이 출사될 수 있다.
제1 화소 영역(C1)에는 입사광을 제1 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제1 색변환층(240)이 배치된다. 제1 색변환층(240)은 입사광을, 입사광의 파장보다 장파장 대역의 광으로 변환시켜 출사한다. 제1 색변환층(240)은 예를 들어, 청색광(LB)을 흡수하고 적색광(L1R)을 방출하는 양자점들을 포함할 수 있다.
제2 화소 영역(C2)에는 입사광을 제4 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제4 색변환층(245)이 배치된다. 제4 색변환층(245)은 입사광의 일부를, 입사광의 파장보다 장파장 대역의 광으로 변환시킬 수 있다. 제4 색변환층(245)은 입사된 청색광(LB)의 일부를 적색광(L1R)으로 변환하고, 입사된 청색광(LB)의 다른 일부를 녹색광(L1G)으로 변환할 수 있다. 그에 따라, 제4 색변환층(245)에서는, 변환되지 않은 청색광(L1B)과 변환된 적색광(L1R) 및 녹색광(L1G)이 합쳐져 백색광(L1W)이 출사될 수 있다.
제3 화소 영역(C3)에는 입사광을 제2 컬러의 광으로 변환하는 다수의 양자점들을 구비하는 제2 색변환층(150)이 배치된다. 제2 색변환층(150)은 입사광을, 입사광의 파장보다 장파장 대역의 광으로 변환시켜 출사한다. 제2 색변환층(150)은 예를 들어, 청색광(LB)을 흡수하고 녹색광(L1G)을 방출하는 양자점들을 포함할 수 있다.
제1, 제 2 및 제4 색변환층(240, 250, 245)에 구비된 양자점들은 Si계 나노결정, II-VI족계 화합물 반도체 나노결정, III-V족계 화합물 반도체 나노결정, IV-VI족계 화합물 반도체 나노결정 및 이들의 혼합물 중 어느 하나의 나노결정을 포함할 수 있다. II-VI족계 화합물 반도체 나노결정은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HggZnTe, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe 및 HgZnSTe로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다. III-V족계 화합물 반도체 나노결정은 GaN, GaP, GaAs, AlN, AlP, AlAs, InN, InP, InAs, GaNP, GaNAs, GaPAs, AlNP, AlNAs, AlPAs, InNP, InNAs, InPAs, GaAlNP, GaAlNAs, GaAlPAs, GaInNP, GaInNAs, GaInPAs, InAlNP, InAlNAs, 및 InAlPAs로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다. IV-VI족계 화합물 반도체 나노결정은 SbTe일 수 있다.
제 1, 제2 및 제4 색변환층(240, 250, 245)에 구비된 양자점들이 동일한 물질로 이루어지더라도, 양자점의 크기에 따라 발광 파장이 달라진다. 양자점의 크기가 작아질수록 짧은 파장의 광을 방출한다. 따라서, 제 1, 제2 및 제4 색변환층(240, 250, 245)에 구비된 양자점의 크기를 조절함으로써 원하는 가시광선 영역대의 광을 방출할 수 있다.
제1 색변환층(240)에서 형성되는 광이 적색이고, 제2 색변환층(250)에서 형성하고자 하는 광이 녹색인 경우, 제1 및 제2 색변환층(240, 250)에 구비되는 양자점들을 동일한 재질로 형성하고, 제1 색변환층(240)에 구비되는 양자점의 크기를 제2 색변환층(250)에 구비되는 양자점들의 크기보다 더 크게 할 수 있다.
제4 화소 영역(C4)에는 입사광을 산란시키는 산란 물질층(260)이 배치된다. 산란 물질층(260)은 입사된 청색광(LB)을 색변환시키지 않고 출사시키며, 그에 따라 제4 화소 영역(C4)에서 청색광(L1B)이 출사된다. 산란 물질층(260)은 산화 티타늄(TiO2)를 포함할 수 있다. 다만, 산란 물질층(260)의 재질은 이에 한정되지 아니하며, 청색광을 색변환시키지 않고 산란시키는 재질이라면 다양하게 변형될 수 있다.
제1, 제2 색변환층(240, 250) 상에는, 제1, 제2 색변환층(240, 250)에서 색변환되지 않은 청색광(LB)이 출사되지 않도록 차단하는 청색광 차단층(230)을 포함할 수 있다. 청색광 차단층(230)은 제1 색변환층(240) 상에 배치된 제1 청색광 차단부(231)와 제2 색변환층(250) 상에 배치된 제2 청색광 차단부(232)를 포함할 수 있다.
반사 방지층(270)이 청색광 차단층(230) 상에 배치될 수 있다. 반사 방지층(270)은 제1 청색광 차단부(231) 상에 배치된 제1 반사 방지부(271)와, 제2 청색광 차단부(232) 상에 배치된 제2 반사 방지부(272)를 포함할 수 있다. 반사 방지층(270)은, 산란 물질층(260) 상에 배치된 제3 반사 방지부(273)와, 제4 색변환층(245) 상에 배치된 제4 반사 방지부(274)를 더 포함할 수 있다.
반사 방지층(270)은 굴절률이 다른 복수의 층들(170a, 170b, 170c, 170d, 170e, 170f, 170g)을 포함하며, 상기 복수의 층들(170a, 170b, 170c, 170d, 170e, 170f, 170g)은 외부로부터 내부로 갈수록 굴절률이 커질 수 있다.
예를 들어, 반사 방지층(270)의 복수의 층들(170a, 170b, 170c, 170d, 170e, 170f, 170g)은 굴절률이 외부로부터 내부로 갈수록 점진적으로 증가한다. 복수의 층들(170a, 170b, 170c, 170d, 170e, 170f, 170g)은 규소 산화물, 질화 규소 또는 질화 규소 산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 표시 장치(1000)의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.
표시 장치(1000)는 백라이트 장치(1100), 백라이트 장치(1100) 상에 배치된 액정 패널, 및 액정 패널 상에 배치된 양자점 컬러필터(1600)을 포함한다. 백라이트 장치(1100)는 액정 패널에 화상 형성용 광을 제공할 수 있다. 액정 패널은 서로 마주하는 하부 기판(1200), 상부 기판(1400) 및 하부 기판(1200)과 상부 기판(1400) 사이에 배치된 액정층(1300)을 구비할 수 있다. 양자점 컬러 필터(1600)는 백라이트 장치(1100)로부터 출사되고 상기 액정 패널을 투과한 광의 파장을 변환시켜 컬러를 형성할 수 있다.
백라이트 장치(1100)는 청색광(LB)을 발광하는 광원을 포함하여, 액정 패널에 청색광(LB)을 제공할 수 있다.
하부 기판(1200)은 제 1 기판(1220), 제 1 기판(1220)의 하면에 형성된 하부 편광판(1210), 제 1 기판(1220)의 상면에 형성된 화소 전극(1240)을 포함한다. 또한, 제 1 기판(1220)과 화소 전극(1240) 사이에는 개개의 화소에 대응하는 액정층(1300) 영역을 각각 제어하기 위한 다수의 트랜지스터를 구비하는 TFT 어레이층(1230)이 형성된다.
제 1 기판(1220)은 글래스 또는 투명 플라스틱 재질로 형성될 수 있다.
제 1 기판(1220)의 하면에 배치된 하부 편광판(1210)은 특정 편광의 광만을 투과시키기 위한 것이다. 예를 들어, 제 1 방향으로 선편광된 광을 투과시키는 편광판일 수 있다.
TFT 어레이층(1230)은 다수의 트랜지스터(미도시), 다수의 트랜지스터 각각에 게이트 신호, 데이터 신호를 각각 인가하기 위한 게이트 배선, 데이터 배선을 포함할 수 있다.
화소 전극(1240)은 TFT 어레이층(1230)에 형성된 트랜지스터의 드레인 전극과 연결되어 데이터 전압을 인가 받는다.
상부 기판(1400)은 제 2 기판(1420), 제 2 기판(1420)의 상면에 형성된 상부 편광판(1410), 제 2 기판(1420)의 하면에 형성된 공통 전극(1430)을 포함한다.
상부 편광판(1410)은 하부 편광판(1210)이 투과시키는 제 1 방향의 선편광과 수직인, 제 2 방향의 선편광의 광을 투과시키는 편광판일 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것이고, 상부 편광판(1410)과 하부 편광판(1210)은 모두 동일한 편광의 광을 투과시키도록 구성될 수도 있다.
액정층(1300)은 상부 기판(1400)과 하부 기판(1200) 사이에 배치되며, 공통 전극(1430)과 화소 전극(1240) 간에 인가되는 전압에 따라 액정층(1300)에 포함된 액정 분자의 배열이 조절된다. 즉, 공통 전극(1430)과 화소 전극(1240) 사이에 인가되는 전압에 따라 공통 전극(1430)과 화소 전극(1240) 사이의 액정층(1300) 영역이 제어되어 입사광의 편광을 변화시키는 모드(on), 입사광의 편광을 변화시키지 않는 모드(off)로 제어된다. 또한, 입사광의 편광을 변화시키는 정도가 조절되어 중간 계조 표현이 가능하다.
양자점 컬러 필터(1600)는 투명 기판(1610), 서로 다른 컬러 형성을 위한 제1 내지 제3 화소 영역(C1, C2, C3), 상기 화소 영역들(C1, C2, C3)을 구획하는 격벽(1620)을 포함한다.
제1 내지 제3 화소 영역(C1, C2, C3)은 도 1에서 설명한 바와 같이, 적색, 녹색, 청색을 구현하도록 구성된다. 제1 화소 영역(C1)은 청색광을 적색광으로 변환하는 제1 색변환층(1640)을 포함하며, 제2 화소 영역(C2)은 청색광을 녹색광으로 변환하는 제2 색변환층(1650)을 포함하며, 제3 화소 영역(C3)은 산란물질층(1660)을 포함한다.
제1, 제2 색변환층(1640, 1650) 상에는, 제1, 제2 색변환층(1640, 1650)에서 색변환되지 않은 청색광(LB)이 출사되지 않도록 차단하는 청색광 차단층(1630)을 포함할 수 있다. 청색광 차단층(1630)은 제1 색변환층(1640) 상에 배치된 제1 청색광 차단부(1631)와 제2 색변환층(1650) 상에 배치된 제2 청색광 차단부(1632)를 포함할 수 있다.
제1 청색광 차단부(1631)는, 제1 색변환층(1640)에 의해 변환된 적색광(L1R)을 투과시키며, 제1 색변환층(1640)에 의해 변환되지 않은 청색광(LB)을 차단한다. 제2 청색광 차단부(1632)는, 제2 색변환층(1650)에 의해 변환된 녹색광(L1G)을 투과시키며, 제2 색변환층(1650)에 의해 변환되지 않은 청색광(LB)을 차단한다.
청색광 차단층 상에는, 외부로부터 들어오는 외부 광의 반사를 방지하는 반사 방지층을 포함한다. 반사 방지층은 산란 물질층 상에 배치될 수 있다.
청색광 차단층(1630) 상에 배치된 반사 방지층(1670)을 포함할 수 있다. 반사 방지층(1670)은 제1 청색광 차단부(1631) 상에 배치된 제1 반사 방지부(1671)와, 제2 청색광 차단부(1632) 상에 배치된 제2 반사 방지부(1672)를 포함한다. 반사 방지층(1670)은 산란 물질층(1660)상에 배치된 제3 반사 방지부(1673)을 더 포함할 수 있다.
백라이트 장치(1100)에서의 청색광(LB)이 액정 패널을 지나며, 화상 정보에 알맞게 화소 영역에 따라 온(on)/오프(off)되어 양자점 컬러 필터(1600)에 입사되고, 적색, 녹색, 청색으로 변환됨에 따라, 영상이 표시된다. 이 때, 반사 방지층(1670)에 의해, 외부 광의 반사를 방지함으로써, 색재현성을 향상시킬 수 있다.
한편, 상술한 실시예에서는, 백라이트 장치(1100)에서 조사되는 광이 청색광(LB)인 예를 중심으로 설명하였다. 다만, 백라이트 장치(1100)는 색변환층의 양자점을 여기시켜 다른 컬러의 광으로 변환시키는 광을 조사할 수 있다면, 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 백라이트 장치는 자외선(UV) 광을 조사할 수 있다.
한편, 이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100, 100A, 200, 1600: 양자점 컬러 필터
110, 210, 1610: 투명 기판 120, 220, 1620: 격벽
130, 330, 1630: 청색광 차단층
131, 231, 1631 : 제1 청색광 차단부
132, 232, 1632 : 제2 청색광 차단부
140, 240, 1640 : 제 1 색변환층
150, 250, 1650: 제 2 색변환층
160, 260, 1660 : 산란 물질층
245 : 제4 색변환층 170, 270, 1670 : 반사 방지층
171, 271, 1671 : 제1 반사 방지부
172, 272, 1672 : 제2 반사 방지부
173, 273, 1673 : 제3 반사 방지부
274 : 제4 반사 방지부
1000 :표시장치

Claims (14)

  1. 패널; 및
    상기 패널 상에 배치된 양자점 컬러 필터;를 포함하며,
    상기 양자점 컬러 필터는,
    제1 화소 영역에 배치되며, 입사광을 제1 컬러의 광으로 변환하는 복수의 양자점을 포함하는 제1 색변환층;
    제2 화소 영역에 배치되며, 입사광을 제2 컬러의 광으로 변환하는 복수의 양자점을 포함하고, 상기 제1 색변환층과 이격되어 배치된 제2 색변환층;
    상기 제1 색변환층 상에 배치되며 입사광 중 상기 제1 색변환층에 의해 변환되지 않은 청색광을 차단하는 제1 청색광 차단부와, 상기 제2 색변환층 상에 배치되며 입사광 중 상기 제2 색변환층에 의해 색변환되지 않은 청색광을 차단하는 제2 청색광 차단부를 포함하는 청색광 차단층;
    상기 제1 청색광 차단부 상에 배치되며 외광의 반사를 방지하고 상기 제1 색변환층에서 방출되는 상기 제1 컬러의 광을 투과하는 제1 부분과, 상기 제1 부분과 이격되어 위치하며, 상기 제2 청색광 차단부 상에 배치되며 외광의 반사를 방지하고 상기 제2 색변환층에서 방출되는 상기 제2 컬러의 광을 투과하는 제2 부분을 포함하는 층; 및
    상기 제1 색변환층과 상기 제2 색변환층 사이에 배치되며 블랙 매트릭스를 포함하는 격벽;을 포함하는 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 층은 상기 외광의 청색광의 반사를 방지하는, 표시 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    투명 기판을 더 포함하며,
    상기 제1 부분은 상기 투명 기판과 상기 제1 청색광 차단부 사이에 위치하고, 상기 제2 부분은 상기 투명 기판과 상기 제2 청색광 차단부 사이에 위치하는, 표시 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 층은 굴절률이 서로 다른 복수의 층들이 적층된, 표시 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 층들의 굴절률은 상기 청색광 차단층에 가까워질수록 증가하는, 표시 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    투명 기판을 더 포함하며,
    상기 투명 기판은 상기 층과 상기 청색광 차단층 사이에 위치하는, 표시 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 청색광 차단층은 굴절률이 다른 복수의 제1 층과 제2 층이 교대로 적층된, 표시 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 청색광 차단층은 청색광에 대한 투과율이 1% 이하인, 표시 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 격벽은 상기 제1 청색광 차단부와 상기 제2 청색광 차단부 사이에 더 배치되는, 표시 장치.
  10. 패널;
    상기 패널 상에 배치된 양자점 컬러 필터; 및
    상기 양자점 컬러 필터 상에 배치된 기판;을 포함하며,
    상기 양자점 컬러 필터는,
    제1 화소 영역에 배치되며, 입사광을 제1 컬러의 광으로 변환하는 복수의 양자점을 포함하는 제1 색변환층;
    제2 화소 영역에 배치되며, 입사광을 제2 컬러의 광으로 변환하는 복수의 양자점을 포함하고, 상기 제1 색변환층과 이격되어 배치된 제2 색변환층;
    상기 제1 색변환층 상에 배치되며 입사광 중 상기 제1 색변환층에 의해 변환되지 않은 청색광을 차단하는 제1 청색광 차단부와, 상기 제2 색변환층 상에 배치되며 입사광 중 상기 제2 색변환층에 의해 색변환되지 않은 청색광을 차단하는 제2 청색광 차단부를 포함하는 청색광 차단층;
    상기 제1 색변환층의 중앙부분과 중첩하고 상기 기판과 상기 제1 색변환층 사이에 배치되며 굴절률이 다른 층들이 적층된 제1 부분과, 상기 제1 부분과 이격되어 위치하며, 상기 제2 색변환층의 중앙부분과 중첩하고 상기 기판과 상기 제2 색변환층 사이에 배치되며 굴절률이 다른 층들이 적층된 제2 부분을 포함하는 층; 및
    상기 제1 색변환층과 상기 제2 색변환층 사이에 배치된 격벽;을 포함하는 표시 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 부분에 적층된 층들의 굴절률은 상기 제1 색변환층으로 갈수록 증가하고, 상기 제2 부분에 적층된 층들의 굴절률은 상기 제2 색변환층으로 갈수록 증가하는, 표시 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 격벽은 상기 제1 청색광 차단부와 상기 제2 청색광 차단부 사이에 더 배치되는, 표시 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제1 부분에 적층된 층들 및 상기 제2 부분에 적층된 층들은 실리콘 산화물을 포함하는, 표시 장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 제1 부분은 상기 제1 색변환층에서 방출되는 상기 제1 컬러의 광을 투과시키고, 상기 제2 부분은 상기 제2 색변환층에서 방출되는 상기 제2 컬러의 광을 투과시키는, 표시 장치.

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