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KR102723426B1 - 퀀텀 로드, 퀀텀 로드 필름 및 퀀텀 로드 표시장치 - Google Patents

퀀텀 로드, 퀀텀 로드 필름 및 퀀텀 로드 표시장치 Download PDF

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KR102723426B1
KR102723426B1 KR1020160181915A KR20160181915A KR102723426B1 KR 102723426 B1 KR102723426 B1 KR 102723426B1 KR 1020160181915 A KR1020160181915 A KR 1020160181915A KR 20160181915 A KR20160181915 A KR 20160181915A KR 102723426 B1 KR102723426 B1 KR 102723426B1
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quantum rod
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rod
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김규남
김소망
전덕영
이용희
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엘지디스플레이 주식회사
한국과학기술원
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Abstract

본 발명은, 제 1 코어와, 상기 제 1 코어와 이격되어 배치되는 제 2 코어와, 상기 제 1 및 제 2 코어를 감싸는 제 1 쉘을 포함하는 듀얼 코어 타입의 퀀텀 로드, 이를 포함하는 퀀텀 로드 필름 및 퀀텀 로드 표시장치를 제공한다.

Description

퀀텀 로드, 퀀텀 로드 필름 및 퀀텀 로드 표시장치{Quantum rod, Quantum rod film and Quantum rod display device}
본 발명은 퀀텀 로드에 관한 것으로, 높은 양자 효율과 오프 특성을 갖는 퀀텀 로드, 이를 포함하는 퀀텀 로드 필름 및 퀀텀 로드 표시장치에 관한 것이다.
최근, 퀀텀 로드(quantum rod, 양자막대)를 표시장치 또는조명장치에 이용하고자 하는 연구가 진행되고 있다.
퀀텀 로드는 높은 발광효율과 우수한 재현률로 많은 응용 가능성을 갖고 있다.
퀀텀 로드는 일반적 염료에 비해 흡광계수(extinction coefficient)가 매우 크고 양자 효율(quantum yield)도 우수하므로 강한 형광을 발생하며, 퀀텀 로드의 직경을 조절하면 발하는 가시광선의 파장을 조절할 수 있다.
또한 퀀텀 로드는 선편광을 내는 특성을 가지며 stark effect에 의해 외부 전기장이 인가되면 전자와 정공의 분리되어 발광을 조절할 수 있는 광학적 특성을 지니고 있다. 따라서, 이러한 특성을 이용하면 표시장치 및/또는 조명장치의 광효율을 향상시킬 수 있는 장점을 갖는다.
도 1a 및 도 1b는 종래 퀀텀 로드의 구동을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 퀀텀 로드(20) 나노크기의 반도체 물질로 이루어지는 코어 (core, 22)와 코어(22)를 감싸는 쉘 (shell, 24)을 포함한다. 예를 들어, 상기 코어(22)는 XII-XVI, XIII-XV, XI-XIII-XVI, XIV-XVI 반도체 물질로 이루어지고, 쉘(24)은 ZnS와 같은 XII-XVI족 화합물로 이루어질 수 있다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 베이스(10) 상에 퀀텀 로드(20)가 배열되고 전극(12, 14)에 전압이 인가되지 않은 상태에서, 코어(22) 내에서 전자(e-)와 정공(h+) 결합에 의해 퀀텀 로드(20)로부터 발광이 일어난다. (emission ON)
한편, 도 1b에 도시된 바와 같이, 전극(12, 14)에 전압이 인가되어 전계(E)가 형성되면, 전자(e-)와 정공(h+)이 분리되어 발광이 오프된다. (emission OFF)
즉, 이와 같은 퀀텀 로드(20)는 전기장 인가에 따라 구동되며, 퀀텀 로드(20)는 표시장치, 조명장치 등에 이용될 수 있다.
그런데, 종래 퀀텀 로드(20)에서는 양자 효율과 오프 특성이 트레이드-오프(trade-off) 관계를 갖는다.
즉, 퀀텀 로드(20)의 발광 효율이 높은 퀀텀 로드 표시장치(또는 조명장치)는 낮은 오프 특성에 의해 명암비가 저하되고, 명암비가 높은 퀀텀로드 표시장치(또는 조명장치)는 낮은 발광 효율을 가져 휘도가 감소한다.
본 발명은 종래 퀀텀 로드에서 양자 효율과 오프 특성의 트레이드-오프 문제를 해결하고자 한다.
위와 같은 과제의 해결을 위해, 본 발명은, 본 발명은, 제 1 코어와, 상기 제 1 코어와 이격되어 배치되는 제 2 코어와, 상기 제 1 및 제 2 코어를 감싸는 제 1 쉘을 포함하는 퀀텀 로드를 제공한다.
또한, 본 발명은, 고분자 매트릭스와, 상기 고분자 매트릭스에 분산되어 있는 전술한 퀀텀 로드를 포함하는 퀀텀 로드 필름을 제공한다.
또한, 본 발명은, 서로 마주하는 제 1 기판 및 제 2 기판과, 상기 제 1 기판에 형성되며 서로 교대로 배열되는 화소 전극 및 공통 전극과, 상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 위치하며 전술한 퀀텀 로드를 포함하는 퀀텀로드층과, 상기 제 1 기판 하부에 위치하는 백라이트 유닛을 포함하는 퀀텀 로드 표시장치를 제공한다.
본 발명은 쉘이 두 코어를 감싸는 듀얼 코어 방식의 퀀텀 로드를 제공하며, 양자 효율의 감소 없이 퀀텀 로드의 오프 특성이 향상된다.
따라서, 퀀텀 로드를 포함하는 퀀텀 로드 필름과 퀀텀 로드 표시장치의 휘도와 명암비가 증가한다.
도 1a 및 도 1b는 종래 퀀텀 로드의 구동을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 종래 퀀텀 로드에서 코어 길이에 따른 양자 효율과 오프 특성의 트레이드-오프 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 퀀텀 로드를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 퀀텀 로드의 온-오프 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 퀀텀 로드의 합성 방법을 설명하기 위한 TEM 사진이다.
도 6은 퀀텀 로드의 발광 파장을 보여주는 그래프이다.
도 7은 퀀텀 로드의 구동 특성을 보여주는 그래프이다.
도 8은 퀀텀 로드의 양자 효율을 보여주는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 퀀텀 로드 필름을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 퀀텀 로드를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 퀀텀 로드 표시장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 12는 퀀텀 로드 표시장치에서의 퀀텀 로드 배열을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 2a 및 도 2b는 종래 퀀텀 로드에서 코어 길이에 따른 양자 효율과 오프 특성의 트레이드-오프 관계를 설명하기 위한 도면이다.
퀀텀 로드의 양자 효율과 오프 특성(구동 특성)을 조절하기 위해, 퀀텀 로드의 코어 길이가 조절될 수 있는데, 이 경우에 퀀텀 로드의 양자 효율과 오프 특성은 트레이드-오프 관계를 갖게 된다.
즉, 도 2a에 도시된 바와 같이, 퀀텀 로드의 코어 길이가 비교적 작은 경우(short core QR), 전기장 무인가 상태에서 정공(h+)과 전자(e-)가 코어 내에서 결합할 확률이 높기 때문에 퀀텀 로드의 양자 효율(발광 효율)이 증가한다. 그러나, 전기장 인가 상태에서 정공과 전자의 분리가 쉽지 않기 때문에 퀀텀 로드의 오프 특성이 저하된다.
한편, 도 2b에 도시된 바와 같이, 퀀텀 로드의 코어 길이가 비교적 큰 경우(long core QR), 전기장 무인가 상태에서 정공(h+)과 전자(e-)가 코어 내에서 결합할 확률이 낮기 때문에 퀀텀 로드의 양자 효율(발광 효율)이 감소한다. 그러나, 전기장 인가 상태에서 정공과 전자의 분리가 쉬워지기 때문에 퀀텀 로드의 오프 특성이 향상된다.
즉, 퀀텀 로드의 코어 길이를 변화시킴으로써 퀀텀 로드의 양자 효율과 오프 특성 중 어느 하나를 향상시킬 수는 있으나, 양자 효율과 오프 특성 모두에서 장점을 갖는 퀀텀 로드를 얻을 수는 없다. 따라서, 퀀텀 로드를 이용하는 표시장치는 휘도 또는 명암비 중 어느 하나에서 단점을 갖는다.
이와 같은 문제의 해결을 위해, 본 발명은, 제 1 코어와, 상기 제 1 코어와 이격되어 배치되는 제 2 코어와, 상기 제 1 및 제 2 코어를 감싸는 제 1 쉘을 포함하는 퀀텀 로드를 제공한다.
본 발명의 퀀텀 로드에 있어서, 상기 제 1 쉘은 상기 제 1 코어와 상기 제 2 코어 사이의 거리보다 큰 두께를 갖는다.
본 발명의 퀀텀 로드에 있어서, 상기 제 1 코어는 상기 제 2 코어와 동일한 길이를 갖는다.
본 발명의 퀀텀 로드에 있어서, 상기 제 1 코어는 상기 제 2 코어와 다른 길이를 갖는다.
본 발명의 퀀텀 로드에 있어서, 상기 제 1 코어 제 1 색의 빛을 발광하고, 상기 제 2 코어는 제 2 색의 빛을 발광한다.
본 발명의 퀀텀 로드는, 상기 제 1 쉘의 내측에 위치하며 상기 제 1 코어를 감싸는 제 2 쉘을 더 포함한다.
본 발명의 퀀텀 로드에 있어서, 상기 제 2 쉘은 제 1 두께를 갖고, 상기 제 2 쉘에 대응하여 상기 제 1 쉘은 상기 제 1 두께보다 큰 제 2 두께를 갖는다.
본 발명의 퀀텀 로드에 있어서, 상기 제 2 코어는 상기 제 2 쉘과 접촉한다.
다른 관점에서, 본 발명은, 고분자 매트릭스와, 상기 고분자 매트릭스에 분산되어 있는 전술한 퀀텀 로드를 포함하는 퀀텀 로드 필름을 제공한다.
또 다른 관점에서, 본 발명은, 서로 마주하는 제 1 기판 및 제 2 기판과, 상기 제 1 기판에 형성되며 서로 교대로 배열되는 화소 전극 및 공통 전극과, 상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 위치하며 전술한 퀀텀 로드를 포함하는 퀀텀로드층과, 상기 제 1 기판 하부에 위치하는 백라이트 유닛을 포함하는 퀀텀 로드 표시장치를 제공한다.
본 발명의 퀀텀 로드 표시장치에 있어서, 상기 화소 전극과 상기 공통 전극은 제 1 방향을 따라 연장되고, 상기 퀀텀 로드의 장축은 상기 제 1 방향과 수직한 제 2 방향으로 배열된다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 퀀텀 로드를 설명하기 위한 개략적인 단면도이고, 도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 퀀텀 로드의 온-오프 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 퀀텀 로드(100)는 제 1 코어(110)와, 상기 제 1 코어(110)와 이격된 제 2 코어(120)와, 상기 제 1 및 제 2 코어(110, 120)를 감싸는 제 1 쉘(130)을 포함한다.
상기 제 1 및 제 2 코어(110, 120) 각각은 XII-XVI, XIII-XV, XI-XIII-XVI, XIV-XVI 반도체 물질로 이루어진다. 상기 제 1 및 제 2 코어(110, 120)는 동일한 또는 다른 물질로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 상기 제 1 및 제 2 코어(110, 120) 각각은 CdSe, CdS, CdTe, ZnSe, ZnS, ZnTe, HgSe, HgTe, CdZnSe (XⅡ-XⅥ족 반도체 물질), InP, InN, GaN, InSb, InAsP, InGaAs, GaAs, GaP, GaSb, AlP, AlN, AlAs, AlSb, (XⅢ-XV족 반도체 물질), PbSe, PbTe, PbS (XⅥ-XⅣ족 반도체 물질) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
상기 제 1 코어(110)는 제 1 길이(L1)를 갖고, 상기 제 2 코어(120)는 상기 제 1 길이(L1)와 실질적으로 동일한 제 2 길이(L2)를 갖는다. 즉, 퀀텀 로드(100)의 장축 방향을 따라 상기 제 1 및 제 2 코어(110, 120)는 실질적으로 동일한 길이를 갖는다.
상기 제 1 및 제 2 코어(110, 120) 각각의 크기, 즉 직경에 의해 상기 퀀텀 로드(100)로부터 발광되는 빛의 파장이 결정된다. 즉, 상기 제 1 및 제 2 코어(110, 120) 각각의 크기를 조절함으로써, 상기 퀀텀 로드(100)는 적색, 녹색 및 청색 중 어느 하나를 발광할 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않는다.
상기 제 1 쉘(130)은 XII-XVI족 화합물로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 쉘(130)은 ZnS, ZnSe, ZnTe, CdSe, CsTe, CdS, CdSeS, CdTeS, CdSeTe, ZnSeS, ZnTeS, ZnSeTe, CdZnSe, CdZnS, CdZnTe, CdZnSeS, CdZnTeS, CdZnSeTe 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
즉, 본 발명에서, 퀀텀 로드(100)는 듀얼 코어(dual core) 구조를 갖는다.
또한, 상기 퀀텀 로드(100)는 상기 제 1 코어(110)를 감싸는 제 2 쉘(112)을 더 포함할 수 있다. 상기 제 2 쉘(112)은 상기 제 1 쉘(130)과 동일한 또는 다른 물질로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 제 2 코어(120)는 상기 제 2 쉘(112)과 접촉한다.
상기 제 2 쉘(112)은 제 1 두께(t1)를 갖고, 상기 제 1 쉘(130)은 상기 제 1 코어(110) (또는 제 2 쉘(112))에 대응하여 상기 제 1 두께(t1)보다 큰 제 2 두께(t2)를 갖는다. 상기 제 2 쉘(112)의 두께(t1)가 너무 크면, 전기장 인가 시 제 1 및 제 2 코어(110, 120)가 독립적으로 구동되어 퀀텀 로드(100)의 오프 특성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명에서는 제 1 코어(110)를 성장시킨 후 제 1 코어(110)의 일측으로 제 2 코어(120)를 성장시키는데, 제 1 코어(110)를 감싸는 제 2 쉘(112)이 없는 경우 상기 제 1 코어(110)와 상기 제 2 코어(120)가 일체화되어, 퀀텀 로드는 하나의 긴 코어를 포함하게 된다.
이러한 경우, 도 2b를 통해 설명한 바와 같이, 퀀텀 로드의 오프 특성이 향상되는 반면 양자 효율은 감소한다.
그러나, 본 발명에서는, 제 1 및 제 2 코어(110, 120)가 분리되어 듀얼 코어 구조를 가지며, 양자 효율의 감소 없이 퀀텀 로드(100)의 오프 특성이 향상된다.
다만, 제 2 쉘(112)이 제 1 쉘(130)과 동일한 물질로 이루어지는 경우, 제 2 쉘(112) 없이 제 1 쉘(130)이 제 1 및 제 2 코어(110, 120)를 직접 감싸는 것으로 보여질 수도 있다.
즉, 본 발명에 의하면 제 1 및 제 2 코어(110, 120)가 서로 이격되고 이들을 감싸는 제 1 쉘(130)을 구비하는 퀀텀 로드(100)가 제공된다. 이때, 상기 제 1 및 제 2 코어(110, 120) 사이 거리(d)는 상기 제 1 쉘(130)의 두께(t3 또는 t4)보다 작다.
도 4a를 참조하면, 전기장 무인가 상태에서, 본 발명의 퀀텀 로드(도 3의 100)에서는 제 1 코어(도 3의 110)와 제 2 코어(도 3의 120)가 독립적으로 발광되며, 이에 따라 퀀텀 로드(100)의 양자 효율이 향상된다.
즉, 전기장 무인가 상태에서, 본 발명의 퀀텀 로드(100)는 숏-코어 퀀텀로드(도 2a)와 같이 구동된다.
다시 말해, 제 1 및 제 2 코어(110, 120) 총 길이에 비해 제 1 및 제 2 코어(110, 120) 각각은 짧은 길이를 갖고, 제 1 및 제 2 코어(110, 120) 각각에서 정공(h+)과 전자(e-)의 결합 확률이 높아지기 때문에, 퀀텀 로드(100)의 양자 효율이 향상된다. 따라서, 퀀텀 로드(100)를 이용한 표시장치의 휘도가 증가한다.
한편, 도 4b에 도시된 바와 같이, 전기장 인가 상태에서, 제 1 및 제 2 코어(110, 120)는 단일 코어로 작용하며 퀀텀 로드(100) 전체를 통해 정공과 전자가 분리되어 퀀텀 로드(100)의 오프 특성이 향상된다.
즉, 전기장 인가 상태에서, 본 발명의 퀀텀 로드(100)는 롱-코어 퀀텀로드(도 2b)와 같이 구동된다. 따라서, 퀀텀 로드(100)를 이용한 표시장치의 오프 특성이 향상되며, 표시장치의 명암비가 증가한다.
[퀀텀 로드의 합성]
본 발명의 제 1 실시예에 따른 퀀텀 로드의 합성 방법을 설명하기 위한 TEM 사진인 도 5a 내지 도 5d를 참조하여, 퀀텀 로드의 합성 방법을 설명한다.
(1) 제 1 코어(CdS)의 합성
1) 용액1
Trioctylphosphine oxide (TOPO, 3.0g), octadecylphosphonic acid (ODPA, 0.280g), hexylphosphonic acid (HPA, 0.083g), cadmium oxide (0.062g)을 3구 둥근 플라스크에 넣은 후 150℃에서 1시간 동안 감압하였다.
2) 용액2
1-octadecene (0.3ml)에 Sulfur (0.024g)를 분산시킨 후 300℃에서 1시간 동안 반응시켰다.
3) 질소 조건, 370℃ 온도 조건에서 용액1을 10분간 반응시킨 후 330℃로 냉각시키고, 용액2를 주입한 후 35초간 반응시켰다.
4) 3)의 혼합물을 상온으로 냉각시킨 후 toluene/methanol (1:3)을 첨가하고, 원심 분리하여 제 1 코어를 추출하였다. (도 5a)
(2) 제 2 쉘 형성 (CdS/ZnS)
3구 플라스크에 Sulfur (0.022g), oleyamine (5.5 ml), zinc sulfate heptahydrate (0.070g), zinc nitrate hexahydrate (0.012g), 제 1 코어(0.100mg)을 넣고 120℃에서 1 시간 동안 감압하였다. 이후, 질소 조건, 230℃ 조건에서 혼합물을 10분 동안 반응시켰다.
반응물을 상온으로 냉각시킨 후 toluene/methanol(1:3)을 첨가하고, 원심 분리하여 제 1 로드(제 1 코어/제 2 쉘)을 추출하였다. (도 5b)
(3) 제 2 코어 형성 (CdS/ZnS/CdS)
1) 용액3
제 1 로드 (100mg), TOPO (3.0g), ODPA (0.280g), HPA (0.083g), cadmium oxide (0.062g)를 3구 둥근 플라스크에 넣은 후 150℃에서 1시간 동안 감압하였다.
2) 용액4
1-octadecene (0.3ml)에 Sulfur (0.024g)를 분산시킨 후 300℃에서 1시간 동안 반응시켰다.
3) 질소 조건, 370℃ 온도 조건에서 용액3을 10분간 반응시킨 후 330℃로 냉각시키고, 용액4를 주입한 후 35초간 반응시켰다.
4) 3)의 혼합물을 상온으로 냉각시킨 후 toluene/methanol (1:3)을 첨가하고, 원심 분리하여 제 2 로드(CdS/ZnS/CdS)을 추출하였다. (도 5c)
(4) 제 1 쉘 형성 (퀀텀 로드 합성)
3구 플라스크에 Sulfur (0.0148g), oleyamine (5.5 ml), zinc sulfate heptahydrate (0.0375g), zinc nitrate hexahydrate (0.039 g), core (0.100mg), 제 2 로드 (100mg)을 넣고 120℃에서 1 시간 동안 감압하였다. 이후, 질소 조건, 230℃ 조건에서 혼합물을 1시간 동안 반응시켰다.
반응물을 상온으로 냉각시킨 후 toluene/methanol(1:3)을 첨가하고, 원심 분리하여 제 1 쉘을 포함하는 퀀텀 로드를 얻었다. (도 5d)
합성된 퀀텀 로드의 TEM EDX(Transmission Electron Microscopy Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)을 측정하면, 제 1 코어 위치에서 Cd 성분의 비율이 증가한 후 감소하고 제 2 코어 위치에서 Cd 성분의 비율이 다시 증가한다. 즉, TEM EDX 측정에 의하면 본 발명의 듀얼 코어 퀀텀 로드를 확인할 수 있다.
단일 숏-코어 퀀텀 로드(Ref1), 단일 롱-코어 퀀텀 로드(Ref2) 및 본 발명의 퀀텀 로드(Ex)의 발광 파장을 측정하여 아래 표1에 기재하고 도 6에 도시하였다.
[표1]
표1 및 도 6에서 보여지는 바와 같이, 코어의 길이가 증가함에 따라 (Ref2), 밴드 갭 간섭이 증가하여 퀀텀 로드의 발광 파장은 장파장으로 쉬프트된다. 그러나, 이격된 제 1 및 제 2 코어를 포함하는 본 발명의 퀀텀 로드(Ex1)에서는 코어 전체의 길이가 증가하더라도 밴드 갭 간섭이 아닌 코어 간 간섭에 의한 영향만이 일어나며 발광 파장의 쉬프트는 줄어든다.
단일 숏-코어 퀀텀 로드(Ref1), 단일 롱-코어 퀀텀 로드(Ref2) 및 본 발명의 퀀텀 로드(Ex)의 구동 특성(off ratio) 및 양자 효율(PL QY)을 측정하여 아래 표2에 기재하고 도 7 및 도 8에 도시하였다.
[표2]
표2 및 도 7, 도 8에서 보여지는 바와 같이, 본 발명의 퀀텀 로드(Ex)는 코어 길이에 따른 양자 효율과 오프 특성의 트레이드-오프 관계를 벗어나 충분한 양자 효율과 오프 특성을 갖는다.
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 퀀텀 로드 필름을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 퀀텀 로드 필름(200)은 고분자 매트릭스(210)와 상기 고분자 매트릭스(210) 내에 분산되어 있는 퀀텀 로드(100)를 포함한다.
도 3을 통해 설명한 바와 같이, 상기 퀀텀 로드(100)는 상기 제 1 코어(110)와, 상기 제 1 코어(110)와 이격된 상기 제 2 코어(120)와, 상기 제 1 및 제 2 코어(110, 120)를 감싸는 상기 제 1 쉘(130)을 포함한다. 상기 제 1 코어(110)는 제 1 길이(L1)를 갖고, 상기 제 2 코어(120)는 상기 제 1 길이(L1)와 실질적으로 동일한 제 2 길이(L2)를 갖는다. 또한, 상기 퀀텀 로드(100)는 상기 제 1 코어(110)를 감싸는 제 2 쉘(112)을 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 고분자 매트릭스(210)는 polyoxetane, polysiloxane 또는 polyester일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
전술한 바와 같이, 퀀텀 로드(100)는 듀얼 코어 구조를 가져 양자 효율과 구동 특성(오프 특성) 모두에서 장점을 갖는다. 따라서, 퀀텀 로드(100)를 포함하는 본 발명의 퀀텀 로드 필름(200) 역시 양자 효율과 구동 특성(오프 특성) 모두에서 장점을 갖는다.
도 10은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 퀀텀 로드를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 퀀텀 로드(300)는 제 1 코어(310)와, 상기 제 1 코어(310)와 이격된 제 2 코어(320)와, 상기 제 1 및 제 2 코어(310, 320)를 감싸는 제 1 쉘(330)을 포함한다.
상기 제 1 및 제 2 코어(310, 320) 각각은 XII-XVI, XIII-XV, XI-XIII-XVI, XIV-XVI 반도체 물질로 이루어진다. 상기 제 1 및 제 2 코어(310, 320)는 동일한 또는 다른 물질로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 상기 제 1 및 제 2 코어(310, 320) 각각은 CdSe, CdS, CdTe, ZnSe, ZnS, ZnTe, HgSe, HgTe, CdZnSe (XⅡ-XⅥ족 반도체 물질), InP, InN, GaN, InSb, InAsP, InGaAs, GaAs, GaP, GaSb, AlP, AlN, AlAs, AlSb, (XⅢ-XV족 반도체 물질), PbSe, PbTe, PbS (XⅥ-XⅣ족 반도체 물질) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
상기 제 1 코어(310)는 제 1 길이(L1)를 갖고, 상기 제 2 코어(320)는 상기 제 1 길이(L1)보다 작은 제 2 길이(L2)를 갖는다. 즉, 퀀텀 로드(300)의 장축 방향을 따라 상기 제 1 및 제 2 코어(310, 320)는 서로 다른 길이를 가지며, 상기 제 1 및 제 2 코어(310, 320) 각각은 서로 다른 제 1 및 제 2 색의 빛을 발광한다. 따라서, 상기 퀀텀 로드(300)는 제 1 및 제 2 색과 다른 제 3 색의 빛을 발광한다.
예를 들어, 제 1 코어(310)는 적색을 발광하고 제 2 코어(320)는 녹색을 발광할 수 있다.
상기 제 1 쉘(330)은 XII-XVI족 화합물로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 쉘(330)은 ZnS, ZnSe, ZnTe, CdSe, CsTe, CdS, CdSeS, CdTeS, CdSeTe, ZnSeS, ZnTeS, ZnSeTe, CdZnSe, CdZnS, CdZnTe, CdZnSeS, CdZnTeS, CdZnSeTe 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
즉, 본 발명에서, 퀀텀 로드(300)는 듀얼 코어(dual core) 구조를 갖는다.
또한, 상기 퀀텀 로드(300)는 상기 제 1 코어(310)를 감싸는 제 2 쉘(312)을 더 포함할 수 있다. 상기 제 2 쉘(312)은 상기 제 1 쉘(330)과 동일한 또는 다른 물질로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 제 2 코어(320)는 상기 제 2 쉘(312)과 접촉한다.
도 10에서, 제 2 쉘(312)에 의해 덮이는 제 1 코어(310)의 제 1 길이(L1)가 제 2 코어(320)의 제 2 길이(L2)보다 큰 것으로 보여지고 있다. 이와 달리, 제 1 코어(310)가 제 2 코어(320)보다 작은 길이를 가질 수도 있다.
상기 제 2 쉘(312)은 제 1 두께(t1)를 갖고, 상기 제 1 쉘(330)은 상기 제 1 코어(310) (또는 제 2 쉘(312))에 대응하여 상기 제 1 두께(t1)보다 큰 제 2 두께(t2)를 갖는다. 상기 제 2 쉘(312)의 두께(t1)가 너무 크면, 전기장 인가 시 제 1 및 제 2 코어(310, 320)가 독립적으로 구동되어 퀀텀 로드(300)의 오프 특성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
다만, 제 2 쉘(312)이 제 1 쉘(330)과 동일한 물질로 이루어지는 경우, 제 2 쉘(312) 없이 제 1 쉘(330)이 제 1 및 제 2 코어(310, 320)를 직접 감싸는 것으로 보여질 수도 있다.
즉, 본 발명에 의하면 제 1 및 제 2 코어(310, 320)가 서로 이격되고 이들을 감싸는 제 1 쉘(330)을 구비하는 퀀텀 로드(300)가 제공된다. 이때, 상기 제 1 및 제 2 코어(310, 320) 사이 거리(d)는 상기 제 1 쉘(330)의 두께(t3 또는 t4)보다 작다.
본 발명에서는, 제 1 및 제 2 코어(310, 320)가 분리되어 듀얼 코어 구조를 가지며, 양자 효율의 감소 없이 퀀텀 로드(300)의 오프 특성이 향상된다. 따라서, 퀀텀 로드(300)를 이용한 퀀텀 로드 필름과 퀀텀 로드 표시장치는 높은 휘도와 높은 명암비를 갖는다.
도 11은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 퀀텀 로드 표시장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이고, 도 12는 퀀텀 로드 표시장치에서의 퀀텀 로드 배열을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 퀀텀 로드 표시장치(400)는 퀀텀 로드 패널(405)과 상기 퀀텀 로드 패널(405)의 하부에 위치하여 상기 퀀텀 로드 패널(405)에 빛을 공급하는 백라이트 유닛(480)을 포함한다.
상기 퀀텀 로드 패널(405)은, 상기 백라이트 유닛(480)에 인접한 제 1 기판(410)과, 상기 제 1 기판(410) 상부에 위치하는 화소 전극(440) 및 공통 전극(442)과, 상기 제 1 기판(410)과 마주하는 제 2 기판(470)과, 상기 제 1 및 제 2 기판(410, 470) 사이에 위치하며 퀀텀 로드(300)를 포함하는 퀀텀 로드층(448)을 포함한다.
상기 제 1 및 제 2 기판(410, 470) 각각은 유리 기판 또는 플라스틱 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 및 제 2 기판(410, 470) 각각이 폴리이미드(polyimide)와 같은 플렉서블 기판 또는 필름인 경우, 본 발명의 퀀텀 로드 표시장치(400)는 폴더블, 벤더블 또는 롤러블 표시장치로 이용될 수 있다.
상기 제 1 기판(410) 상에는 게이트 배선(미도시)과 데이터 배선(미도시)이 형성되며, 상기 게이트 배선과 상기 데이터 배선은 서로 교차하여 화소영역(미도시)을 정의한다.
상기 화소영역 각각에는 스위칭 소자인 박막트랜지스터(thin film transistor, Tr)가 형성되고, 상기 화소 전극(440)은 상기 박막트랜지스터(Tr)에 전기적으로 연결된다.
상기 박막트랜지스터(Tr)는 상기 제 1 기판(410) 상에 형성된 게이트 전극(412)과, 상기 게이트 전극(412) 상부에 형성되며 상기 게이트 전극(412)과 중첩하는 반도체층(420)과, 상기 반도체층(420) 상에서 서로 이격하는 소스 전극(422) 및 드레인 전극(424)을 포함할 수 있다.
상기 게이트 전극(412)은 상기 게이트 배선에 연결되고, 상기 소스 전극(422)은 상기 데이터 배선에 연결된다. 즉, 상기 박막트랜지스터(Tr)는 상기 게이트 배선 및 상기 데이터 배선에 전기적으로 연결된다.
상기 게이트 전극(412)과 상기 반도체층(420) 사이에는 산화실리콘 또는 질화실리콘과 같은 무기절연물질로 이루어지는 게이트 절연막(414)이 형성된다.
상기 박막트랜지스터(Tr) 상에는 상기 드레인 전극(424)을 노출하는 드레인 콘택홀(432)을 갖는 보호층(430)이 형성되고, 상기 화소 전극(440)과 상기 공통 전극(442)은 상기 보호층(430) 상에 위치한다. 상기 화소 전극(440)은 상기 드레인 콘택홀(432)을 통해 상기 드레인 전극(424)에 연결된다.
상기 화소 전극(440)과 상기 공통 전극(442) 각각은 투명 도전성 물질 또는 저저항 금속 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 투명 도전성 물질은 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide, ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(indium-zinc-oxide, IZO)일 수 있고, 저저항 금속 물질은 구리, 알루미늄 또는 이들의 합금일 수 있다.
도 11에서 하나의 화소 전극(440)과 하나의 공통 전극(442)이 서로 이격되어 배열되고 있으나 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 다수의 화소 전극(440)과 다수의 공통 전극(442)이 서로 이격하며 교대로 배열될 수 있다.
또한, 상기 보호층(430) 상에는, 각 화소영역을 구획하기 위한 격벽(446)이 형성된다. 즉, 상기 격벽(446)은 화소영역을 두르며 격자 형상을 가질 수 있다. 상기 격벽(446)에 의해 화소영역 별로 퀀텀 로드층(448)이 분리되어 각 화소영역에서 적색, 녹색, 청색의 구현이 가능하다. 상기 격벽(446)은 차광 역할을 할 수 있고, 상기 격벽(446)은 생략 가능하다.
퀀텀 로드(300)를 포함하는 퀀텀 로드층(448)은 상기 보호층(430) 상에 위치하며 상기 격벽(446)에 의해 화소영역 별로 분리된다. 즉, 상기 퀀텀 로드층(448)은 상기 화소 전극(440) 및 상기 공통 전극(442) 사이에 위치하며 이들과 접촉하며 위치한다. 또한, 상기 퀀텀 로드층(448)의 하부면은 상기 보호층(430)과 접촉한다.
도 3을 참조하면, 상기 퀀텀 로드(300)는, 제 1 코어(110)와, 상기 제 1 코어(110)와 이격되며 상기 제 1 코어(110)와 동일한 크기를 갖는 제 2 코어(120)와, 상기 제 1 및 제 2 코어(110, 120)를 감싸는 제 1 쉘(130)을 포함할 수 있다.
또한, 도 10을 참조하면, 퀀텀 로드(300)는, 제 1 코어(310)와, 상기 제 1 코어(310)와 이격되며 상기 제 1 코어(310)와 다른 크기를 갖는 제 2 코어(320)와, 상기 제 1 및 제 2 코어(310, 320)를 감싸는 제 1 쉘(330)을 포함한다.
즉, 본 발명의 퀀텀 로드(300)는 듀얼 코어 구조를 갖는다.
상기 격벽(446)과 상기 퀀텀 로드층(448) 상에는 평탄화층(450)이 형성된다. 상기 격벽(446)과 상기 퀀텀 로드층(448)에 의해 발생될 수 있는 단차가 상기 평탄화층(450)에 의해 평탄화된다. 상기 평탄화층(450)은 생략될 수 있다.
도시하지 않았으나, 상기 평탄화층(450) 하부에는 상기 퀀텀 로드층(448)을 보호하기 위한 보호층(protection layer)이 더 형성될 수 있다. 상기 퀀텀 로드(300)는 수분이나 산소에 의해 손상될 수 있기 때문에, 보호층을 형성하여 상기 퀀텀 로드(300)의 손상을 방지할 수 있다.
상기 제 2 기판(470)은 상기 평탄화층(450) 상에 위치하며, 접착층(460)을 통해 부착된다.
도시하지 않았으나, 상기 제 2 기판(470)의 외측면에 편광판이 부착될 수 있다. 이와 달리, 상기 제 2 기판(470)이 생략되고 편광판이 상기 접착층(460)을 통해 상기 평탄화층(450)에 부착될 수도 있다.
상기 백라이트 유닛(480)은 광원(미도시)을 포함한다. 상기 퀀텀 로드(300)는 단파장을 흡수하여 가시광선을 방출하기 때문에, 상기 백라이트 유닛(480)은 단파장의 광원을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 광원은 UV 광원일 수 있다.
도시하지 않았으나, 상기 백라이트 유닛(480)은 상기 퀀텀 로드 패널(405) 하부에 다수의 광원이 배열되어 상기 퀀텀 로드 패널(405)로 직접 광을 공급하는 직하형(direct type)일 수 있다. 직하형 백라이트 유닛(480)은 상기 광원 하부에 위치하는 반사판과 상기 광원과 상기 퀀텀 로드 패널(405) 사이에 위치하는 광학 시트를 더 포함할 수 있다.
이와 달리, 상기 백라이트 유닛(480)은, 상기 퀀텀 로드 패널(405) 하부에 위치하는 도광판을 포함하고 상기 광원이 상기 도광판의 측면에 위치하는 에지 타입(edge type)일 수 있다. 에지 타입 백라이트 유닛(480)은, 상기 도광판 하부에 위치하는 반사판과, 상기 도광판과 상기 퀀텀 로드 패널(405) 사이에 위치하는 광학 시트를 더 포함할 수 있다.
상기 퀀텀 로드층(448)은 상기 화소 전극(440)과 상기 공통 전극(442) 사이에 형성되는 수평 전계에 의해 구동되며, 상기 백라이트 유닛(480)으로부터의 광을 공급받고 선평광된 가시광선을 방출한다.
도 12를 참조하면, 상기 퀀텀 로드(300)는 그 장축이 화소 전극(440)과 공통 전극(442) 사이에 형성되는 전계(E)의 방향과 평행하도록 배열된다. 다시 말해, 상기 퀀텀 로드(300)는 그 장축이 화소 전극(440)과 공통 전극(442)의 연장 방향과 수직하게 배열된다.
한편, 퀀텀 로드(300)가 무질서하게 분산되어 있는 상태에서 상기 화소 전극(440)과 상기 공통 전극(442)에 전압을 인가하여 전계(E)가 발생되면, 상기 퀀텀 로드(300)는 장축이 전계 방향과 평행하게 배열된다. 이때, 상기 퀀텀 로드층(448)을 경화시킴으로써, 상기 퀀텀 로드(300)는 그 장축이 화소 전극(440)과 공통 전극(442) 사이에 형성되는 전계(E)의 방향과 평행하게 배열된 상태를 유지한다. 즉, 종래 액정표시장치에서 요구되는 배향막(alignment layer)과 배향 공정(aligning process)을 생략할 수 있다.
또한, 퀀텀 로드(300)는 적색, 녹색, 청색 가시광선을 발광할 수 있기 때문에, 종래 액정표시장치에서 컬러 구현을 위해 요구되는 컬러필터가 생략될 수 있다.
도 10을 통해 설명한 바와 같이, 퀀텀 로드(300)의 제 1 코어(310)와 제 2 코어(320)가 서로 다른 크기를 갖는 경우, 제 1 코어(310)는 적색을 발광하고 제 2 코어(320)는 녹색을 발광할 수 있다. 백라이트 유닛(480)은 청색 광원을 포함함으로써, 퀀텀 로드층(448)을 통해 백색 광이 구현될 수 있다. 이때, 상기 제 2 기판(470)에는 각 화소영역에 대응하여 컬러필터가 구비됨으로써, 컬러 영상이 구현될 수 있다.
즉, 단일 코어 퀀텀 로드의 경우 서로 다른 퀀텀 로드가 혼합되고 청색 광원이 이용되는 경우, 백색 광의 제공이 가능하다. 그러나, 본 발명에서는 서로 다른 크기의 제 1 및 제 2 코어를 갖는 하나의 퀀텀 로드를 이용하여 백색 광을 제공할 수 있다.
본 발명에서는, 퀀텀 로드(300)는 듀얼 코어 구조를 가져 양자 효율과 구동 특성(오프 특성) 모두에서 장점을 갖는다. 따라서, 퀀텀 로드(300)를 포함하는 본 발명의 퀀텀 로드 표시장치(400) 역시 양자 효율과 구동 특성(오프 특성) 모두에서 장점을 갖는다.
도 11을 통해 퀀텀 로드(300)가 이용되는 표시장치에 대하여 설명하였으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 퀀텀 로드(300)는 조명장치에 잉용될 수도 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 통상의 기술자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100, 300: 퀀텀 로드 110, 310: 제 1 코어
120, 320: 제 2 코어 130, 230: 제 1 쉘
132, 332: 제 2 쉘 200: 퀀텀 로드 필름
400: 퀀텀로드 표시장치 440: 화소 전극
442: 공통 전극 448: 퀀텀 로드층

Claims (12)

  1. 제 1 코어와;
    상기 제 1 코어와 이격되어 배치되는 제 2 코어와;
    상기 제 1 및 제 2 코어를 감싸는 제 1 쉘을 포함하고,
    상기 제 1 쉘의 내측에 위치하며 상기 제 1 코어를 감싸는 제 2 쉘을 더 포함하는 퀀텀 로드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 쉘은 상기 제 1 코어와 상기 제 2 코어 사이의 거리보다 큰 두께를 갖는 퀀텀 로드.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 코어는 상기 제 2 코어와 동일한 길이를 갖는 퀀텀 로드.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 코어는 상기 제 2 코어와 다른 길이를 갖는 퀀텀 로드.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 코어 제 1 색의 빛을 발광하고, 상기 제 2 코어는 제 2 색의 빛을 발광하는 퀀텀 로드.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 쉘은 제 1 두께를 갖고, 상기 제 2 쉘에 대응하여 상기 제 1 쉘은 상기 제 1 두께보다 큰 제 2 두께를 갖는 퀀텀 로드.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 코어는 상기 제 2 쉘과 접촉하는 퀀텀 로드.
  9. 고분자 매트릭스와;
    상기 고분자 매트릭스에 분산되어 있는 제 1 항 내지 제 5 항, 제 7 항, 제 8 항 중 어느 하나의 퀀텀 로드
    를 포함하는 퀀텀 로드 필름.
  10. 서로 마주하는 제 1 기판 및 제 2 기판과;
    상기 제 1 기판에 형성되며 서로 교대로 배열되는 화소 전극 및 공통 전극과;
    상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 위치하며, 제 1 항 내지 제 5 항, 제 7 항, 제 8 항 중 어느 하나의 퀀텀 로드를 포함하는 퀀텀로드층과;
    상기 제 1 기판 하부에 위치하는 백라이트 유닛
    을 포함하는 퀀텀 로드 표시장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 화소 전극과 상기 공통 전극은 제 1 방향을 따라 연장되고, 상기 퀀텀 로드의 장축은 상기 제 1 방향과 수직한 제 2 방향으로 배열되는 퀀텀 로드 표시장치.
  12. 제 1 코어와;
    상기 제 1 코어와 이격되어 배치되는 제 2 코어와;
    상기 제 1 및 제 2 코어를 감싸는 제 1 쉘을 포함하고,
    장축 방향에서, 상기 제 1 코어의 끝과 상기 제 2 코어의 끝이 마주하는 퀀텀 로드.
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