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KR102770337B1 - 고휘도 디스플레이 표시 장치 - Google Patents

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KR102770337B1
KR102770337B1 KR1020160131272A KR20160131272A KR102770337B1 KR 102770337 B1 KR102770337 B1 KR 102770337B1 KR 1020160131272 A KR1020160131272 A KR 1020160131272A KR 20160131272 A KR20160131272 A KR 20160131272A KR 102770337 B1 KR102770337 B1 KR 102770337B1
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이승록
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

컬러 필터는 제1 발색 물질, 제1양자점 및 제1 금속 나노 입자를 포함하여, 제1컬러를 나타내는 제1필터; 및 제2 발색 물질, 상기 제1양자점과 다른 크기의 제2양자점, 및 상기 제1 금속 나노 입자와 다른 크기의 제2 금속 나노 입자를 포함하여, 제2컬러를 나타내는 제2필터;를 포함하는 컬러 필터가 제공된다.

Description

고휘도 디스플레이 표시 장치{High luminance display device}
본 발명의 실시예들은 컬러 필터 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.
컬러 필터는 다양한 종류의 표시 장치에서 화소 각각의 컬러 형성을 위해 사용된다. 컬러 필터는 통상, 적색 필터 영역, 녹색 필터 영역, 청색 필터 영역을 구비하며, 각 필터 영역에 입사된 광 중 해당 컬러만을 통과시키는 방식으로 컬러를 형성한다. 따라서, 각각의 필터 영역을 투과하는 광량은 입사 광량의 약 1/3로 낮으며, 휘도 저하의 원인이 된다.
이러한 휘도 저하를 보완하기 위해, 컬러 필터에 형광 염료를 첨가하는 방식 등, 다양한 방식이 시도되고 있다.
본 발명의 실시예들은 광효율이 높은 컬러 필터 및 이를 포함하여 휘도가 개선된 표시 장치를 제공한다.
본 발명의 일 유형에 따르면, 제1 발색 물질, 제1양자점 및 제1 금속 나노 입자를 포함하여, 제1컬러를 나타내는 제1필터; 및 제2 발색 물질, 상기 제1양자점과 다른 크기의 제2양자점, 및 상기 제1 금속 나노 입자와 다른 크기의 제2 금속 나노 입자를 포함하여, 제2컬러를 나타내는 제2필터;를 포함하는 컬러 필터가 제공된다.
상기 제1 금속 나노 입자와 상기 제2 금속 나노 입자 중, 긴 파장의 컬러를 나타내는 필터에 포함되는 금속 나노 입자의 크기가 더 클 수 있다.
상기 제1 양자점과 상기 제2 양자점 중, 긴 파장의 컬러를 나타내는 필터에 포함되는 양자점의 크기가 더 클 수 있다.
상기 제1 금속 나노 입자와 상기 제2 금속 나노 입자는 모가 없는 곡면체 형상을 가질 수 있다.
상기 제1 금속 나노 입자와 상기 제2 금속 나노 입자는 구(sphere) 형상을 가질 수 있다.
상기 제1 금속 나노 입자 및 상기 제2 금속 나노 입자는 복수개 구비되며, 상기 제1 금속 나노 입자들 및 제2 금속 나노 입자들은 서로 이격되게 배치될 수 있다.
상기 제1 금속 나노 입자와 상기 제1 양자점은 서로 이격되게 배치되고, 상기 제2 금속 나노 입자와 상기 제2 양자점은 서로 이격되게 배치될 수 있다.
상기 제1 금속 나노 입자와 상기 제1 양자점이 공명 구조를 형성하도록, 상기 제1 금속 나노 입자와 상기 제1 양자점간의 이격 거리가 정해지고, 상기 제2 금속 나노 입자와 상기 제2 양자점이 공명 구조를 형성하도록, 상기 제2 금속 나노 입자와 상기 제2 양자점간의 이격 거리가 정해질 수 있다.
상기 제1 금속 나노 입자 및 상기 제2 금속 나노 입자의 표면에는 그래프트(graft) 분자가 더 형성될 수 있다.
상기 제1 금속 나노 입자, 제2 금속 나노 입자는 Au, Ag, Al, Al2O3, Co, Cu, Cr, Pt, Ni, Fe Mo, W 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
제3 발색 물질, 상기 제1 및 제2 양자점과 다른 크기의 제3양자점 및 상기 제1 및 제2 금속 나노 입자와 다른 크기의 제3 금속 나노 입자를 포함하여, 제3컬러를 나타내는 제3필터;를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 금속 나노 입자, 상기 제2 금속 나노 입자, 상기 제3 금속 나노 입자의 크기는 긴 파장의 컬러를 나타내는 필터에 포함되는 금속 나노 입자일수록 크기가 더 클 수 있다.
상기 제1 양자점, 상기 제2 양자점, 상기 제3 양자점의 크기는 긴 파장의 컬러를 나타내는 필터에 포함되는 양자점일수록 크기가 더 클 수 있다.
또한, 일 유형에 따르면, 복수의 화소 영역을 구비하며, 영상 신호에 따라 상기 복수의 화소 영역이 제어되는 표시부; 상기 복수의 화소 영역 각각에 대응하는 복수의 필터 영역을 구비하는 컬러 필터;를 포함하며, 상기 컬러 필터는, 제1 발색 물질, 제1양자점 및 제1 금속 나노 입자를 포함하여, 제1컬러를 나타내는 제1필터; 및 제2 발색 물질, 상기 제1양자점과 다른 크기의 제2양자점 및 상기 제1 금속 나노 입자와 다른 크기의 제2 금속 나노 입자를 포함하여, 제2컬러를 나타내는 제2필터;를 포함하는, 표시 장치가 제공된다.
상기 표시부는 청색광을 발광하는 유기 발광 패널일 수 있다.
또는, 상기 표시부는 투과형 액정 패널일 수 있고, 상기 표시 장치는 청색광을 제공하는 백라이트 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 컬러 필터는, 제3 발색 물질, 상기 제1 및 제2양자점과 다른 크기의 제3양자점 및 상기 상기 제1 및 제2 금속 나노 입자와 다른 크기의 제3 금속 나노 입자를 포함하여, 제3컬러를 나타내는 제3필터;를 더 포함할 수 있다.
제1 금속 나노 입자, 상기 제2 금속 나노 입자, 상기 제3 금속 나노 입자는 모가 없는 곡면체 형상을 가질 수 있다.
제1 금속 나노 입자, 상기 제2 금속 나노 입자, 상기 제3 금속 나노 입자는, 긴 파장의 컬러를 나타내는 필터에 포함되는 금속 나노 입자일수록 큰 크기를 가질 수 있다.
상기 표시부는 투과형 액정 패널이고, 상기 표시 장치는 UV광을 제공하는 백라이트 유닛을 더 포함할 수 있다.
상술한 컬러 필터는 양자점, 발색 물질과 함께 금속 나노 입자를 구비하여, 광효율, 색재현성이 높은 컬러를 제공할 수 있다.
상술한 컬러 필터는 서로 다른 파장의 복수의 컬러를 형성할 수 있고, 이 때, 서로 다른 컬러를 형성하는데 사용되는 위한 금속 나노 입자들의 크기를 조절하여, 컬러별 휘도 개선 효율을 높일 수 있다.
상술한 컬러 필터는 다양한 표시 장치에 적용될 수 있고, 고품질의 영상을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 컬러 필터의 개략적인 구조를 보인 단면도이다.
도 2는 실시예에 따른 컬러 필터가 이에 입사되는 광을 여기광으로 하여 높은 휘도의 컬러광을 출사하는 것을 보이는 개념도이다.
도 3은 실시예에 따른 컬러 필터에 구비될 수 있는 예시적인 금속 나노 입자들의 현미경 사진을 보인다.
도 4는 도 3에서 예시한 크기의 금속 나노 입자들에 의한 광자 소멸 특성을 파장에 대해 보인 그래프이다.
도 5는 실시예에 따른 컬러 필터에 구비될 수 있는 예시적인 금속 나노 입자들의 현미경 사진을 보인다.
도 6은 도 5에서 예시한 크기의 금속 나노 입자들에 의해 나타나는 광자 소멸 특성을 파장에 대해 보인 그래프이다.
도 7은 실시예에 따른 컬러 필터에 구비될 수 있는 예시적인 금속 나노 입자들의 현미경 사진을 보인다.
도 8은 도 7에서 예시한 크기의 금속 나노 입자들에 의해 나타나는 광자 소멸 특성을 파장에 대해 보인 그래프이다.
도 9는 실시예에 따른 컬러 필터에서 금속 나노 입자의 표면에 그래프트(graft)가 형성된 예를 보인다.
도 10은 실시예에 따른 컬러 필터에서 금속 나노 입자의 표면에 형성된 그래프트의 길이에 따른 휘도를 나타낸 그래프이다.
도 11은 비교예에 따른 컬러 필터를 형성하는 물질들을 예시적으로 보인 확대도이다.
도 12는 청색을 나타내도록 구성된 비교예 및 실시예들에 따른 컬러 필터에 의한 휘도를 비교하여 보인 그래프이다.
도 13은 녹색을 나타내도록 구성된 비교예 및 실시예들에 따른 컬러 필터에 의한 휘도를 비교하여 보인 그래프이다.
도 14는 적색을 나타내도록 구성된 비교예 및 실시예들에 따른 컬러 필터에 의한 휘도를 비교하여 보인 그래프이다.
도 15는 적색을 나타내도록 구성된 다른 비교예 및 다른 실시예들에 따른 컬러 필터에 의한 휘도를 비교하여 보인 그래프이다.
도 16은 다른 실시예에 따른 컬러 필터의 개략적인 구성과 부분 확대도를 함께 보인 단면도이다.
도 17은 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치의 개략적인 구성을 보인 단면도이다.
도 18은 실시예에 따른 액정 표시 장치의 개략적인 구성을 보인 단면도이다.
도 19는 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 개략적인 구성을 보인 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.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 컬러 필터(100)의 개략적인 구조 및 부분 확대도를 함께 보인 단면도이다.
컬러 필터(100)는 입사광(L)으로부터 소정 컬러광(Lc)을 출사하기 위해, 발색 물질(40), 양자점(10) 및 금속 나노 입자(20)를 구비하는 필터 물질층(130)을 포함한다. 필터 물질층(130)은 투명 기판(110) 상에 형성될 수 있다.
발색 물질(40)은 소정 컬러를 발현할 수 있는 물질로서, 다양한 물질들이 채용될 수 있다. 예를 들어, 염료(dye), 안료(pigment), 형광 물질, 인광 물질들 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
양자점(10)은 재질 및 크기에 따라 고유한 여기(excitation) 및 발광(emission) 특성을 나타내며, 이에 따라 입사광을 소정 컬러광으로 변환할 수 있다. 양자점(10)으로 다양한 물질이 채용될 수 있다. 예를 들어, 양자점(10)은 II-VI족 화합물, III-V족 화합물, IV-VI족 화합물, IV족 원소, IV족 화합물 및 이들의 조합에서 선택될 수 있다. II-VI족 화합물은 CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, HgS, HgSe, HgTe, MgSe, MgS 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; 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. 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, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb, GaAlNP 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs, InAlPSb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 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. IV족 원소로는 Si, Ge 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. IV족 화합물로는 SiC, SiGe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물일 수 있다.
양자점(10)은 중심(Core) 및 껍질(Shell)을 갖는 코어-쉘 구조(Core-Shell structure)로 형성될 수도 있다.
금속 나노 입자(20)는 양자점(10)에 의한 여기(excitation) 및 발광(emission)을 증폭시키기 위해 구비된다. 금속 나노 입자(20)는 광에 의한 분극 현상을 나타낸다. 분극 현상은 금속 나노 입자(20) 표면에서의 광자의 소멸(extinction)과 관련된다. 금속 나노 입자(20)를 이루는 물질, 형상, 크기에 따라 금속 나노 입자(20)의 분극 분포는 달라지며, 즉, 특정 파장에서 광자(photon)의 소멸(extinction)이 증가한다. 광자의 소멸 증가는 금속 나노 입자(20)에 인접한 양자점(10)의 전자의 여기를 증가시킨다. 여기된 전자가 증가할수록 양자점(10)에 의한 발광(emission)도 증가하게 된다. 이러한 현상은 금속 나노 입자(20)의 국소 표면 플라즈몬 공명(loacalized surface plasmon resonance)에 의한 것으로 설명될 수도 있다.
금속 나노 입자(20)는 예를 들어, Au, Ag, Al, Al2O3, Co, Cu, Cr, Pt, Ni, Fe Mo, W 등 중 어느 하나를 포함하여 이루어질 수 있다.
금속 나노 입자(20)는 구(sphere) 형상을 가질 수 있고, 다만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 모가 없는 곡면체 형상으로, 타원체 형상이나, 또는 단면이 원 또는 타원인 다양한 곡면체 형상을 가질 수 있다. 금속 나노 입자(20)의 크기는 양자점(10)에서의 발광을 증가시킬 수 있는 적절한 값으로 정해질 수 있다.
금속 나노 입자(20)에 의한 광자 소멸 특성은 단위 면적당 광자 흡수율을 나타내는 소멸 단면적(σExt)(extinction cross section)으로 표현될 수 있으며, 금속 나노 입자(20)를 구형으로 가정할 때, 다음과 같은 식으로 나타난다.
여기서, σAbs ,σSca 는 각각 산란 단면적(scattering cross section), 흡수 단면적(absorption cross section)을 의미하며, k는 2π/λ, λ는 파장, a는 구의 반경, ε는 금속 나노 입자(20)의 유전율, εm은 금속 나노 입자(20) 주변 물질의 유전율을 나타낸다.
위 식으로부터, 금속 나노 입자(20)에 입사하는 광의 파장에 따라 최대의 소멸 특성을 나타내는 최적의 크기가 존재할 것임을 예측할 수 있다.
금속 나노 입자(20)의 표면에는 그래프트(graft) 분자(30)가 더 형성될 수 있다. 그래프트 분자(30)는 알킬기나 도데케인(dodecane)일 수 있고, 이 외에도, 탄소 수가 6-20인 다양한 탄화수소기가 채용될 수 있다. 금속 나노 입자(20)의 표면에 형성되는 그래프트 분자(30)에 의해, 금속 나노 입자(20)간의 이격, 금속 나노 입자(20)와 양자점(10) 간의 이격이 이루어질 수도 있다.
금속 나노 입자(20)는 복수개 구비되며, 이들은 서로 이격되게 배치된다. 상술한 바와 같이, 금속 나노 입자(20)의 크기는 컬러 필터(100)의 특성에 영향을 미치는 요소로서 이들이 간격없이 배치되는 경우, 결과적으로 설계된 크기와 다른 크기를 나타내기 때문이다.
금속 나노 입자(20)와 양자점(10)들도 서로 이격되게 위치되어야 한다. 이들간의 간격이 유지되지 않는 경우, 양자점(10)에 의한 발광이 금속 나노 입자(20)에 의해 소멸(quenching)될 수 있다. 금속 나노 입자(20)와 양자점(10) 간에는 적정한 거리가 유지되어야 하며, 예를 들어, 금속 나노 입자(20)와 양자점(10) 간에 공명 구조가 형성되도록 거리가 정해질 수 있다.
필터 물질층(130)은 상술한 발색 물질(40), 양자점(10), 금속 나노 입자(20) 외에, 이들을 혼합하고, 적절히 분산시킬 수 있도록 하는 다양한 물질들을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 용제(50), 광개시제(60), 바인더 폴리머(70), 분산제(80) 등을 더 포함할 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
도 2는 실시예에 따른 컬러 필터(100)가 이에 입사되는 광을 여기광으로 하여 높은 휘도의 컬러광을 출사하는 것을 보이는 개념도이다.
컬러 필터(100)를 구성하는 발색 물질(40), 양자점(10), 금속 나노 입자(20)는 각각이 입사광(L)에 대해 작용하며, 결과적으로 소정 컬러광(Lc)이 출사된다. 즉, 컬러광(Lc)의 방출에, 발색 물질(40)에 의한 발색 작용, 양자점(10)에 의한 여기(excitation) 및 발광(emission), 금속 나노 입자(20)에 의한 양자점(10) 발광의 증폭등이 모두 기여한다. 실시예에 따른 컬러 필터(100)의 경우, 기존의 양자점 컬러 필터에 의한 발광에 더하여, 금속 나노 입자(20)의 국소 표면 플라즈몬 공명(loacalized surface plasmon resonance)에 의한 증폭 작용이 추가되고 있어, 높은 휘도의 컬러광(Lc)이 출사될 수 있다.
도 3은 실시예에 따른 컬러 필터(100)에 구비될 수 있는 예시적인 금속 나노 입자들의 현미경 사진을 보이며, 도 4는 도 3에서 예시한 크기의 금속 나노 입자들에 의한 광자 소멸 특성을 파장에 대해 보인 그래프이다.
도 3에 나타난 금속 나노 입자들은 은(Ag)으로 이루어지고, 구형에 가까운 형상으로, 반경이 약 20~40nm이다. 도 4의 그래프를 참조하면, 약 440~460nm의 파장의 광에 대해 소멸 특성이 최대로 나타나고 있다.
도 5는 실시예에 따른 컬러 필터에 구비될 수 있는 예시적인 금속 나노 입자들의 현미경 사진을 보이며, 도 6은 도 5에서 예시한 크기의 금속 나노 입자들에 의해 나타나는 광자 소멸 특성을 파장에 대해 보인 그래프이다.
도 5에 나타난 금속 나노 입자들은 은(Ag)으로 이루어지고, 구형에 가까운 형상으로, 반경이 약 40~70nm이다. 도 6의 그래프를 참조하면, 약 510~525nm의 파장의 광에 대해 소멸 특성이 최대로 나타나고 있다.
도 7은 실시예에 따른 컬러 필터에 구비될 수 있는 예시적인 금속 나노 입자들의 현미경 사진을 보이며, 도 8은 도 7에서 예시한 크기의 금속 나노 입자들에 의해 나타나는 광자 소멸 특성을 파장에 대해 보인 그래프이다.
도 7에 나타난 금속 나노 입자들은 은(Ag)으로 이루어지고, 구형에 가까운 형상으로, 반경이 약 70~100nm이다. 도 8의 그래프를 참조하면, 약 510nm 이상의 파장의 광에 대해서는 파장 증가에 따라 소멸 특성이 계속적으로 증가하는 것으로 나타나고 있다.
도 3 내지 도 8을 참조하여 살펴본 바와 같이, 금속 나노 입자(20)의 크기에 따라 소멸(extinction) 특성이 최대로 나타나는 파장 대역이 다르게 나타남을 볼 수 있고, 이는 식 (1)의 설명에서 예측한 것과 같다.
도 9는 실시예에 따른 컬러 필터에서 금속 나노 입자(20)의 표면에 그래프트(graft) 분자(30)가 형성된 예를 보이며, 도 10은 금속 나노 입자(20)의 표면에 형성된 그래프트 분자(30)의 길이에 따른 휘도를 나타낸 그래프이다.
도 10의 그래프에서 나타낸 휘도는 금속 나노 입자(20)와 양자점(10)만을 고려한 결과이며, 그래프트의 길이가 컬러 필터의 휘도에 영향을 주는 요인임을 살피기 위한 것이다. 그래프를 참조하면, 그래프트의 길이가 가장 짧은 10nm인 경우, ??칭(quenching)에 의해 휘도는 낮게 나타나고 있으며, 길이가 길어질수록 휘도는 높아지다가, 다시 낮아지는 양태를 나타낸다. 이로부터 금속 나노 입자(20), 양자점(10) 간의 거리를 조절하여 양자점(10) 발광의 증폭 효과를 최대화할 수 있음을 알 수 있다.
이하, 도 11 내지 도 15를 참조하여, 금속 나노 입자의 유무 및 크기가 컬러 필터에서 출사되는 컬러광의 휘도에 미치는 영향을 다양한 비교예들과 실시예들을 비교하며 살펴보기로 한다.
도 11은 비교예에 따른 컬러 필터를 형성하는 물질들을 예시적으로 보인 확대도이다.
비교예에 따른 컬러 필터를 구성하는 물질들은 도 1에서 예시한 실시예의 컬러 필터(100)를 구성하는 물질과 대부분 동일하며, 금속 나노 입자가 구비되지 않은 점에서만 차이가 있다. 즉, 비교예에 따른 컬러 필터는 발색 물질(40), 양자점(10)을 포함하며, 그 외 이들의 혼합, 분산을 위한 용제(50), 바인더 폴리머(70), 광개시제(60), 분산제(80)등을 더 포함하고 있다.
도 12는 청색을 나타내도록 구성된 비교예 및 실시예들에 따른 컬러 필터에 의한 휘도를 비교하여 보인 그래프이다.
그래프에 나타난 비교예 1은 발색 물질, 양자점이 청색을 구현하는 재질, 크기로 설계된 경우이고, 실시예 1-1, 1-2, 1-3은 발색 물질, 양자점이 청색을 구현하는 재질, 크기로 설계된 경우로서, 함유된 금속 나노 입자의 크기가 각각 20~40nm, 40-70nm, 70-100nm인 경우이다. 발색 물질로는 흡수형 물질, 형광형 물질이 모두 사용되었다. 금속 나노 입자의 크기는 금속 나노 입자의 형상을 구형으로 근사한 경우의 반경을 의미한다.
그래프를 살펴보면, 금속 나노 입자가 함유되지 않은 비교예 1의 경우 휘도 피크의 높이가 가장 낮게 나타난다. 금속 나노 입자를 함유한 실시예들의 경우, 금속 나노 입자의 크기에 따라 휘도 피크의 높이는 차이가 있으며, 금속 나노 입자의 크기가 20~40nm인 실시예 1-1의 경우 가장 높게 나타나고 있다.
도 13은 녹색을 나타내도록 구성된 비교예 및 실시예들에 따른 컬러 필터에 의한 휘도를 비교하여 보인 그래프이다.
그래프에 나타난 비교예 2는 발색 물질, 양자점이 녹색을 구현하는 재질, 크기로 설계된 경우이고, 실시예 2-1, 2-2, 2-3은 발색물질, 양자점이 녹색을 구현하는 재질, 크기로 설계된 경우로서, 함유된 금속 나노 입자의 크기가 각각 20~40nm, 40-70nm, 70-100nm인 경우이다. 발색 물질로는 흡수형 재질, 형광형 재질이 모두 사용되었다. 금속 나노 입자의 크기는 금속 나노 입자의 형상을 구형으로 근사한 경우의 반경을 의미한다.
그래프를 살펴보면, 금속 나노 입자가 함유되지 않은 비교예 2의 경우 휘도 피크의 높이가 가장 낮게 나타난다. 금속 나노 입자를 함유한 실시예들의 경우, 금속 나노 입자의 크기에 따라 휘도 피크의 높이는 차이가 있으며, 금속 나노 입자의 크기가 40~70nm인 실시예 2-2의 경우 가장 높게 나타나고 있다.
도 14 및 도 15는 적색을 나타내도록 구성된 비교예 및 실시예들에 따른 컬러 필터에 의한 휘도를 비교하여 보인 그래프로서, 각각 발색 물질의 종류에 차이를 둔 경우이다.
도 14의 그래프에 나타난 비교예 3은 발색 물질, 양자점이 적색을 구현하는 재질, 크기로 설계된 경우이고, 실시예 3-1, 3-2, 3-3은 발색물질, 양자점이 적색을 구현하는 재질, 크기로 설계된 경우로서, 함유된 금속 나노 입자의 크기가 각각 20~40nm, 40-70nm, 70-100nm인 경우이다. 여기서, 금속 나노 입자의 크기는 금속 나노 입자의 형상을 구형으로 근사한 경우의 반경을 의미한다. 비교예 3, 실시예 3-1, 3-2, 3-3은 모두 발색 물질에서 흡수형의 재질은 사용되지 않았다.
그래프를 살펴보면, 금속 나노 입자가 함유되지 않은 비교예 3의 경우 휘도 피크의 높이가 가장 낮게 나타난다. 금속 나노 입자를 함유한 실시예들의 경우, 금속 나노 입자의 크기에 따라 휘도 피크의 높이는 차이가 있으며, 금속 나노 입자의 크기가 70-100nm 인 실시예 3-3의 경우 가장 높게 나타나고 있다.
도 15의 그래프에 나타난 비교예 4는 발색 물질, 양자점이 적색을 구현하는 재질, 크기로 설계된 경우이고, 실시예 4-1, 4-2, 4-3은 발색 물질, 양자점이 적색을 구현하는 재질, 크기로 설계된 경우로서, 함유된 금속 나노 입자의 크기가 각각 20~40nm, 40-70nm, 70-100nm인 경우이다. 비교예 4, 실시예 4-1, 4-2, 4-3은 발색 물질로 흡수형 재질, 형광형 재질이 모두 사용되었다.
그래프를 살펴보면, 금속 나노 입자가 함유되지 않은 비교예 4의 경우 휘도 피크의 높이가 가장 낮게 나타난다. 금속 나노 입자를 함유한 실시예들의 경우, 금속 나노 입자의 크기에 따라 휘도 피크의 높이는 차이가 있으며, 금속 나노 입자의 크기가 70-100nm인 실시예 4-3의 경우 가장 높게 나타나고 있다.
이러한 결과들로부터, 금속 나노 입자의 크기는 컬러 필터에서 구현하고자 하는 컬러에 따라 최적의 값을 선택하여 휘도를 높일 수 있음을 알 수 있다. 복수의 서로 다른 컬러를 형성하는 필터들을 구비하는 형태로 컬러 필터를 구성할 때, 파장이 긴 컬러를 구현하고자 하는 경우일수록, 이에 함유되는 금속 나노 입자의 크기를 크게 하는 것이 휘도 개선에 유리하다.
도 16은 다른 실시예에 따른 컬러 필터(200)의 개략적인 구성과 부분 확대도를 함께 보인 단면도이다.
컬러 필터(200)는 제1컬러를 나타내는 제1필터(231), 제2컬러를 나타내는 제2필터(232), 제3컬러를 나타내는 제3필터(233)를 포함한다. 제1필터(231), 제2필터(232), 제3필터(23)는 투명 기판(210)상에, 블랙 매트릭스(240)에 의해 구획된 영역에 위치될 수 있다.
제1필터(231)는 제1 발색 물질(41), 제1 양자점(11) 및 제1 금속 나노 입자(21)를 포함한다. 제1 발색 물질(41)은 제1 컬러를 발현하는 다양한 재질을 포함할 수 있다. 제1 양자점(11)은 제1 컬러의 발광에 알맞은 크기를 가질 수 있다. 제1 금속 나노 입자(21)의 표면에 그래프트 분자(31)가 형성될 수 있고, 이에 의해, 제1 금속 나노 입자(21), 제1 양자점(11)간의 적정 거리가 유지될 수 있다. 제1컬러는 적색일 수 있다.
제2필터(232)는 제2 발색 물질(42), 제1 양자점(11)과 다른 크기의 제2 양자점(12), 및 제1 금속 나노 입자(21)와 다른 크기의 제2 금속 나노 입자(22)를 포함한다. 제2 발색 물질(42)은 제2 컬러를 발현하는 다양한 재질을 포함할 수 있다. 제2 양자점(12)은 제2 컬러의 발광에 알맞은 크기를 가질 수 있다. 제2 금속 나노 입자(22)의 표면에 그래프트 분자(32)가 형성될 수 있고, 이에 의해, 제2 금속 나노 입자(22), 제2 양자점(12)간의 적정 거리가 유지될 수 있다. 제2컬러는 녹색일 수 있다. 제1컬러가 적색이고, 제2컬러가 녹색인 경우, 제2 양자점(12)은 제1 양자점(11)의 크기보다 작은 크기를 갖는다. 제2 금속 나노 입자(22)도 제1 금속 나노 입자(21)보다 작은 크기를 갖는다.
제3필터(233)는 제3 발색 물질(43), 제1 및 제2 양자점(11)(12)과 다른 크기의 제3 양자점(13) 및 제1 및 제2 금속 나노 입자(21)(22)와 다른 크기의 제3 금속 나노 입자(23)를 포함한다. 제3 양자점(13)은 제3 컬러의 발광에 알맞은 크기를 가질 수 있다. 제3 금속 나노 입자(23)의 표면에 그래프트 분자(33)가 형성될 수 있고, 이에 의해, 제3 금속 나노 입자(23), 제3 양자점(13)간의 적정 거리가 유지될 수 있다. 제3컬러는 청색일 수 있다. 제2컬러가 녹색이고, 제3컬러가 청색인 경우, 제3 양자점(13)은 제2 양자점(12)의 크기보다 작은 크기를 갖는다. 제3 금속 나노 입자(23)도 제2 금속 나노 입자(22)보다 작은 크기를 갖는다.
제1 내지 제3 금속 나노 입자(21)(22)(23)는 구형일 수 있고, 이에 한정되지 않으며 모가 없는 곡면체 형상을 가질 수 있다. 제1 내지 제3 금속 나노 입자(21)(22)(23)의 크기는 제1 내지 제3 금속 나노 입자(21)(22)(23)가 구형인 경우는 직경, 곡면체 형상인 경우 가장 긴 대각길이가 될 수 있다.
도 17은 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치(1000)의 개략적인 구성을 보인 단면도이다.
도 17을 참조하면, 유기 발광 표시 장치(1000)는 OLED 패널(300)과, 컬러 필터(200)를 포함한다.
OLED 패널(300)은 기판(310) 상에 형성된 유기 발광 소자(351)(352)(353)를 포함한다. 컬러 필터(200)는 유기 발광 소자(351)(352)(353) 각각에 대응되게 배치된 제1 내지 제3필터(231)(232)(233)를 포함하며, 제1 내지 제3필터(231)(232)(233)는 각각, 적색, 녹색, 청색을 형성하는 필터일 수 있다. 컬러 필터(200)로는 도 16에서 예시한 컬러 필터(200)가 채용될 수 있다.
유기 발광 소자(351)는 애노드(331), 유기 발광층(341), 캐소드(335)를 포함한다. 유기 발광 소자(352)는 애노드(332), 유기 발광층(342), 캐소드(335)를 포함하며, 유기 발광 소자(353)는 애노드(333), 유기 발광층(343), 캐소드(335)를 포함한다.
유기 발광 소자(351)(352)(353)는 각각 적색, 녹색, 청색을 구현하도록 각 유기 발광층(341)(342)(343)이 구성될 수 있다.
또는, 유기 발광 소자(351)(352)(353)는 모두 백색을 구현하도록 구성될 수도 있다. 백색 구현을 위해 적색, 녹색, 청색을 구현하는 발광층들이 수직 적층된 구성이 유기 발광 소자(351)(352)(353) 각각에 채용될 수 있다. 이러한 구조에서, 적색, 녹색, 청색을 구현하는 발광층들 사이에 효율 상승을 위해, 전하 생성층(charge generation layer)이 더 형성될 수 있다.
또는, 유기 발광 소자(351)(352)(353)는 모두 청색을 구현하도록 구성될 수도 있다. 이 경우, 컬러 필터(200)의 제3 필터(233)는 투명층으로 변형될 수 있다. 상기 투명층은 포토리지스트 물질로 형성될 수 있다.
유기발광층(341)(342)(343)은 단층으로 도시되었으나 이는 개략적으로 도시한 것이며, 정공 주입층(Hole injection layer, HIL), 정공 수송층(Hole transport layer, HTL), 발광층(Emissive layer, EML), 전자 수송층(Electron transport layer, ETL), 전자 주입층(Electron injection layer, EIL)을 포함하는 복수층으로 이루어질 수 있다.
유기 발광 소자(351)의 발광을 예시적으로 설명하면 다음과 같다. 애노드(331)와 캐소드(335) 사이에 전압이 인가되면, 캐소드(335)로부터 전자가 전자 주입층 및 전자 수송층을 통해 유기발광층(341)으로 이동하게 되고, 애노드(331)로부터 정공이 정공 주입층 및 정공 수송층을 통해 유기발광층(341)으로 이동하게 된다. 유기발광층(341) 내로 주입된 전자와 정공은 재결합하여 엑시톤(exciton)을 생성하고, 이러한 엑시톤이 여기상태(excited state)에서 기저상태(ground state)로 전이하면서 광을 방출하게 된다. 방출되는 광의 밝기는 애노드(331)와 캐소드(335) 사이에 흐르는 전류량에 비례하게 된다.
기판(310) 상에는 개개의 유기 발광 소자(351)(352)(353)를 제어하기 위해 다수의 트랜지스터(미도시)가 구비된 TFT 어레이층(320)이 배치된다. TFT 어레이층(320)은 게이트 라인(gate line) 및 이와 수직하게 교차하는 데이터 라인(data line), 그리고 게이트 라인 및 데이터 라인과 접속된 스위칭 박막 트랜지스터(switching TFT), 스위칭 박막 트랜지스터와 전원 라인 사이에서 유기발광소자와 접속되는 구동 박막 트랜지스터(driving TFT), 그리고 구동 박막 트랜지스터의 게이트 전극와 전원 라인 사이에 접속된 스토리지 캐패시터(storage capacitor)를 포함할 수 있다.
영상 신호에 따라 제어되는 데이터 신호에 따라 유기 발광 소자들(351)(352)(353) 각각으로 공급되는 전류량이 제어되며, 유기 발광소자(351)(352)(353)의 밝기가 제어된다.
유기 발광 소자(351)(352)(353)사이의 영역에는 화소 정의막(362)이 배치된다. 즉, TFT 어레이층(320) 위로 화소 전극이 되는 애노드(331)(332)(333)가 형성된 후, 절연 물질로 된 화소 정의막(362)이 애노드(331) 상의 영역의 적어도 일부를 노출하는 형태로 TFT 어레이층(320) 상에 형성된다. 노출된 애노드(331)(332)(333) 상에 유기발광층(341)(342)(343), 캐소드(335)가 순차적으로 형성되며, 캐소드(335) 상에는 유기발광층(341)(342)(343)을 보호하기 위한 캡핑층(367)이 형성된다.
애노드(331)(332)(333)는 반사 전극으로 형성될 수 있다. 애노드(331)는 Ag, Mg, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr 또는 이들의 화합물 등으로 형성된 반사막과, 인듐틴옥사이드(ITO; indium tin oxide), 인듐징크옥사이드(IZO; indium zinc oxide), 징크옥사이드(ZnO; zinc oxide), 인듐옥사이드(In2O3 indium oxide), 인듐갈륨옥사이드(IGO; indium gallium oxide) 또는 알루미늄징크옥사이드(AZO; aluminium zinc oxide)로 형성된 투명막을 포함할 수 있다. 애노드(331)(332)(333)는 예를 들어, ITO/Ag/ITO와 같은 적층 구조를 가질 수 있다.
캐소드(335)는 유기발광층(341)(342)(343)에서 발광된 광이 투과될 수 있도록 (반)투명전극으로 형성될 수 있다. 예컨대, Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Al, Mg, Ag, Yb 또는 이들의 화합물이 유기발광층(341)(342)(343)을 향하도록 증착하여 형성된 막과, 그 위에 형성된 ITO, IZO, ZnO 또는 In2O3 등의 투명막을 포함할 수 있다. 캐소드(335)는 예를 들어, Ag와 Mg가 혼합된 막을 포함할 수 있다.
컬러 필터(200)는 캐소드(335)를 투과하여 출사되는 광의 경로 상에 배치될 수 있고, 예를 들어, 캡핑층(367) 상에 배치될 수 있다.
상기 설명은 전면 발광을 예시한 것이며, OLED 패널(300)은 배면 발광형으로 구성되는 것도 가능하다. 이 경우, 전면 발광인 경우와 반대로, 캐소드(335)는 반사전극, 애노드(331)(332)(333)가 (반)투명전극으로 형성된다. 캐소드(335)는 예컨대, Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Al, Ag, Mg, Yb 중 어느 하나, 또는 이들의 화합물로 형성된 반사막을 포함할 수 있다. 애노드(331)(332)(333)는 ITO, IZO, ZnO, In2O3, IGO 또는 AZO로 형성될 수 있다. 애노드(331)(332)(333)는 투명 전극 구조로 ITO/Ag/ITO 구조를 채용할 수도 있다. 애노드(331)(332)(333), 캐소드(335)의 구성 및 재료는 예시한 설명에 한정되지 않으며 다양한 변형이 가능하다.
배면 발광형인 경우, 컬러 필터(200)의 위치는 애노드(331)(332)(333)를 투과하여 출사되는 광의 경로 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 기판(310)의 배면 측에 컬러 필터(200)가 배치되거나, TFT 어레이층(320)과 기판(310) 사이에 컬러 필터(200)가 배치될 수 있다.
컬러 필터(200)는 전술한 바와 같이, 컬러 형성의 휘도가 개선되도록 각 필터 영역마다 크기가 다른 금속 나노 입자를 구비하고 있어, 유기 발광 패널(300)로부터 영상 정보에 따라 제어되며 출사되는 광으로부터 색재현성, 휘도가 개선된 컬러 광을 구현할 수 있다.
도 18은 실시예에 따른 액정 표시 장치(2000)의 개략적인 구성을 보인 단면도이다.
액정 표시 장치(2000)는 화상 형성용 광(L)을 제공하는 백라이트 장치(BL1), 백라이트 장치(BL)로부터 출사된 광을 변조하여 영상을 표시하는 액정 패널(500)을 포함한다. 액정 패널(500)에는 또한, 컬러 형성을 위한 컬러 필터(400)가 구비된다.
백라이트 장치(BL1)가 제공하는 광(L1)은 청색광일 수 있다.
액정 패널(500)은 화소 전극부(540)가 배치된 제1기판(520), 공통 전극(560)이 배치된 제2기판(580), 제1기판(520)과 제2기판(580) 사이에 위치하는 액정층(550)을 포함한다. 컬러 필터(400)는 제2기판(580)의 내측면, 즉, 액정층(550)을 향하는 면 쪽에 위치한다.
제1기판(520)의 하면에는 제1편광판(510)이 배치될 수 있다. 제1편광판(510)은 특정 편광의 광만을 투과시키기 위한 것이다. 예를 들어, 제 1 방향으로 선편광된 광을 투과시키는 편광판일 수 있다. 제1편광판(510)은 제1방향으로 선편광된 광을 투과시키고 이에 수직인 편광은 흡수하는 흡수형 편광판일 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않는다.
제1기판(520)과 화소 전극부(540) 사이에는 개개의 화소 전극(541)(542)(543)에 대응하는 액정층(550) 영역을 각각 제어하기 위한 다수의 트랜지스터(미도시)를 구비하는 TFT 어레이층(530)이 형성된다.
TFT 어레이층(530)은 다수의 트랜지스터(미도시), 다수의 트랜지스터 각각에 게이트 신호, 데이터 신호를 각각 인가하기 위한 게이트 배선, 데이터 배선을 포함할 수 있다. 화소 전극(541)(542)(543)은 TFT 어레이층(530)에 형성된 트랜지스터 각각의 드레인 전극과 연결되어 데이터 전압을 인가 받는다.
액정층(550)은 제1기판(520)과 제2기판(580) 사이에 배치되며, 공통 전극(560)과 화소 전극(541)(542)(543) 각각 간에 인가되는 전압에 따라 액정층(550)에 포함된 액정 분자의 배열이 조절된다. 영상 신호에 따라 제어되는 데이터 신호에 따라 화소 전극(541)(542)(543)에의 인가 전압이 TFT 어레이층(530)을 통해 제어된다. 그리고, 공통 전극(560)과 화소 전극(541)(542)(543) 사이의 액정층(550) 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.
도시하지는 않았으나, 액정층(550)과 공통전극 (560)사이 및/또는 액정층과(550)과 화소전극(540) 사이에는, 액정층(550)의 배향을 위한 배향막이 더 구비될 수 있다.
제1기판(520), 제2기판(580)은 글래스 또는 투명 플라스틱 재질로 형성될 수 있다.
제2기판(580)과 공통 전극층(560) 사이에는 제2기판(580) 측으로부터 액정층(550)을 향하는 순서대로, 컬러 필터(400), 인셀편광판(565)이 배치된다.
컬러 필터(400)는 화소 전극(541)(542)에 대응되게 배치된 제1 및 제2필터(431)(432)를 포함하며, 제1 및 제2필터(431)(432)는 예를 들어, 각각, 적색 및 녹색을 형성하는 필터일 수 있다. 컬러 필터(400)는 화소 전극(543)과 대응하는 위치에 형성된 투명층(435)을 더 포함할 수 있다. 투명층(435)은 포토리지스트 물질로 형성될 수 있다. 제1 및 제2필터(431)(432)의 구성은 도 16의 컬러 필터(200)에 채용된 제1 및 제2필터(231)(232)와 실질적으로 동일하다.
제2기판(580)과 제1필터(431) 사이 및 제2기판(580)과 제2필터(332) 사이에는 밴드 컷 필터(420)가 더 마련될 수 있다. 밴드 컷 필터(420)는 청색광을 차단하는 필터일 수 있다. 이에 의해 제1필터(431) 및 제2필터(432)에서 각각 적색광 및 녹색광으로 색변환되지 않은 청색광이 차단된다.
컬러 필터(400)와 인셀편광판(565) 사이에는 밴드 패스 필터(450)와 평탄화층(575)이 순서대로 배치될 수 있고, 인셀편광판(565)과 공통 전극(560) 사이에는 패시베이션층(570)이 더 배치될 수 있다.
밴드 패스 필터(450)는 청색광을 투과시키고 적색광, 녹색광은 반사시키는 필터일 수 있다. 밴드 패스 필터(450)는 고굴절률층과 저굴절률층을 교대로 반복 적층한 구조를 가질 수 있고, 재질, 두께에 의해 투과 파장 대역이 조절될 수 있다. 밴드 패스 필터(450)는 SiNx와 SiOx를 교대로 반복 증착하여 이루어질 수 있다. 밴드 패스 필터(450)에 의해 청색광만이 컬러 필터(400)에 입사할 수 있다.
인셀편광판(565)은 제1편광판(510)이 투과시키는 제1방향의 선편광과 수직인, 제2 방향의 선편광의 광을 투과시키는 편광판일 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것이고, 제1편광판(510)과 인셀편광판(565)은 모두 동일한 방향의 선편광의 광을 투과시키도록 구성될 수도 있다. 인셀편광판(565)은 와이어 그리드 편광판일 수 있다. 와이어 그리드 편광판은 다수의 금속 와이어가 배열된 구조를 가지며, 금속 와이어의 길이 방향의 편광은 반사하고, 이에 수직인 방향의 편광을 투과시킨다. 와이어 그리드 편광판은 흡수형 편광판인 제1편광판(510)보다 얇은 두께를 가질 수 있어, 제2기판(590)의 내측면에 배치되기에 적합하다.
상술한 바와 같이 액정 표시 장치(2000)는 입사광의 편광을 액정층(550)에 의해 제어하는 변조 방식을 사용하므로, 컬러 필터(400)에 구비되는 금속 나노 입자, 양자점 등의 작용이 이러한 변조 방식에 주는 영향을 주지 않도록, 제2기판(580) 내측면에 배치되는 인셀편광판(565)을 채용하고 있다. 즉, 제1편광판(510)과 액정층(550), 인셀편광판(565)을 지나며 변조된 광이 컬러 필터(400)에 입사하여 컬러 영상을 형성할 수 있다. 다만, 이러한 배치에 한정되는 것은 아니다.
컬러 필터(400)는 전술한 바와 같이, 컬러 형성의 휘도가 개선되도록 각 필터 영역마다 크기가 다른 금속 나노 입자를 구비하고 있어, 액정 패널(500)로부터 영상 정보에 따라 제어되며 출사되는 광으로부터 색재현성, 휘도가 개선된 컬러광을 형성할 수 있다.
도 19는 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치(3000)의 개략적인 구성을 보인 단면도이다.
본 실시예의 액정 표시 장치(3000)는 UV광(L2)을 채용하는 백라이트 장치(BL2)를 채용하고, 컬러 필터(401)의 제1필터(431), 제2필터(432), 제3필터(433)가 각각 적색, 녹색, 청색을 형성하도록 구성된 점에서, 도 18의 액정 표시 장치(3000)와 차이가 있다. 컬러 필터(401)는 도 16의 컬러 필터(200)에 채용된 제1, 제2 및 제3필터(231)(232)(233)와 실질적으로 동일하다.
백라이트 장치(BL2), 컬러 필터(401)의 이러한 구성에 따라, 컬러 필터(401)의 각 필터 영역 상부에 배치되는 밴드 컷 필터(421)는 UV광을 차단하는 필터일 수 있고, 컬러 필터(400) 하부에 배치되는 밴드 패스 필터(451)는 UV광을 투과시키는 필터일 수 있다. 밴드 패스 필터(451)에 의해 UV광만이 컬러 필터(400)에 입사되고, 컬러 필터(400)의 제1 내지 제3필터(431)(432)(433)에서 각각, 적색, 녹색, 청색으로 변화되지 않은 UV광은 밴드 컷 필터(421)에 의해 차단된다.
실시예에 따른 컬러 필터가 채용될 수 있는 표시 장치의 예들은 전술한 설명들에 한정되지 않는다. 예를 들어, 전술한 투과형 방식 뿐 아니라, 외부광을 사용하는 반사형 방식으로 액정 표시 장치가 구현될 수 있고, 또는 투과형과 반사형 방식을 결합한 반투과형 방식으로 액정 표시 장치가 구현될 수도 있다.
반투과형 방식의 경우, 각각의 화소 영역을 두 개로 나누어 반사형 영역, 투과형 영역으로 구획하는 방식이 사용될 수 있다. 또한, 외부광의 조도에 따라 백라이트 장치로부터의 광, 또는 외부광을 선택적으로 화상 형성광으로 사용하도록 구동될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100, 200, 400: 컬러 필터
110, 210: 투명 기판
10, 11, 12, 13 - 양자점
20, 21, 22, 23 - 금속 나노 입자
40, 41, 42, 43 - 발색 물질
331, 332, 333 - 애노드
335 - 캐소드
341, 342, 343 - 유기발광층
351, 352, 353 - 유기 발광 소자
320, 530 -TFT 어레이층
362- 화소 정의막
420, 421 - 밴드 컷 필터
450, 451 - 밴드 패스 필터
540, 545 - 화소 전극부
541, 542, 543- 화소 전극
560 - 공통 전극
510- 제1편광판
565 - 인셀편광판
570 - 패시베이션층
575 - 평탄화층
1000 - 유기 발광 표시 장치
2000, 3000 - 액정 표시 장치

Claims (20)

  1. 제1 발색 물질, 제1양자점 및 제1 금속 나노 입자를 포함하며, 상기 제1 금속 나노 입자의 표면에는 제1 그래프트(graft) 분자가 구비된, 제1컬러를 나타내는 제1필터; 및
    제2 발색 물질, 상기 제1양자점과 다른 크기의 제2양자점, 및 상기 제1 금속 나노 입자와 다른 크기의 제2 금속 나노 입자를 포함하며, 상기 제2 금속 나노 입자의 표면에는 제2 그래프트 분자가 구비된, 제2컬러를 나타내는 제2필터;
    를 포함하고,
    상기 제1 금속 나노 입자와 상기 제1 양자점이 공명 구조를 형성하도록, 상기 제1 그래프트 분자의 길이에 의해 상기 제1 금속 나노 입자와 상기 제1 양자점간의 이격 거리가 정해지고,
    상기 제2 금속 나노 입자와 상기 제2 양자점이 공명 구조를 형성하도록, 상기 제2 그래프트 분자의 길이에 의해 상기 제2 금속 나노 입자와 상기 제2 양자점간의 이격 거리가 정해지며,
    상기 제1 그래프트 분자 및 상기 제2 그래프트 분자는 탄소 수가 6 내지 20인 탄화수소기 이고,
    상기 제1 그래프트 분자 및 상기 제2 그래프트 분자의 길이는 10nm 내지 20nm인 컬러 필터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 금속 나노 입자와 상기 제2 금속 나노 입자 중, 긴 파장의 컬러를 나타내는 필터에 포함되는 금속 나노 입자의 크기가 더 큰, 컬러 필터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 양자점과 상기 제2 양자점 중, 긴 파장의 컬러를 나타내는 필터에 포함되는 양자점의 크기가 더 큰, 컬러 필터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 금속 나노 입자와 상기 제2 금속 나노 입자는 모가 없는 곡면체 형상인, 컬러 필터.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 금속 나노 입자와 상기 제2 금속 나노 입자는 구(sphere) 형상인, 컬러 필터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 금속 나노 입자 및 상기 제2 금속 나노 입자는 복수개 구비되며,
    상기 제1 금속 나노 입자들 및 제2 금속 나노 입자들은 서로 이격되게 배치되는, 컬러 필터.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 금속 나노 입자와 상기 제1 양자점은 서로 이격되게 배치되고,
    상기 제2 금속 나노 입자와 상기 제2 양자점은 서로 이격되게 배치되는, 컬러 필터.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 금속 나노 입자, 제2 금속 나노 입자는 Au, Ag, Al, Al2O3, Co, Cu, Cr, Pt, Ni, Fe, Mo, W 중 어느 하나를 포함하는, 컬러 필터.
  11. 제 1 항에 있어서,
    제3 발색 물질, 상기 제1 및 제2 양자점과 다른 크기의 제3양자점 및 상기 제1 및 제2 금속 나노 입자와 다른 크기의 제3 금속 나노 입자를 포함하여, 제3컬러를 나타내는 제3필터;를 더 포함하는, 컬러 필터.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 금속 나노 입자, 상기 제2 금속 나노 입자, 상기 제3 금속 나노 입자의 크기는 긴 파장의 컬러를 나타내는 필터에 포함되는 금속 나노 입자일수록 크기가 더 큰, 컬러 필터.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 양자점, 상기 제2 양자점, 상기 제3 양자점의 크기는 긴 파장의 컬러를 나타내는 필터에 포함되는 양자점일수록 크기가 더 큰, 컬러 필터.
  14. 복수의 화소 영역을 구비하며, 영상 신호에 따라 상기 복수의 화소 영역이 제어되는 표시부;
    상기 복수의 화소 영역 각각에 대응하는 복수의 필터 영역을 구비하는 컬러 필터;를 포함하며,
    상기 컬러 필터는,
    제1 발색 물질, 제1양자점 및 제1 금속 나노 입자를 포함하며, 상기 제1 금속 나노 입자의 표면에는 제1 그래프트(graft) 분자가 구비된, 제1컬러를 나타내는 제1필터; 및
    제2 발색 물질, 상기 제1양자점과 다른 크기의 제2양자점 및 상기 제1 금속 나노 입자와 다른 크기의 제2 금속 나노 입자를 포함하며, 상기 제2 금속 나노 입자의 표면에는 제2 그래프트 분자가 구비된, 제2컬러를 나타내는 제2필터;
    를 포함하고,
    상기 제1 금속 나노 입자와 상기 제1 양자점이 공명 구조를 형성하도록, 상기 제1 그래프트 분자의 길이에 의해 상기 제1 금속 나노 입자와 상기 제1 양자점간의 이격 거리가 정해지고,
    상기 제2 금속 나노 입자와 상기 제2 양자점이 공명 구조를 형성하도록, 상기 제2 그래프트 분자의 길이에 의해 상기 제2 금속 나노 입자와 상기 제2 양자점간의 이격 거리가 정해지며,
    상기 제1 그래프트 분자 및 상기 제2 그래프트 분자는 탄소 수가 6 내지 20인 탄화수소기 이고,
    상기 제1 그래프트 분자 및 상기 제2 그래프트 분자의 길이는 10nm 내지 20nm인, 표시 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 표시부는 청색광을 발광하는 유기 발광 패널인, 표시 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 표시부는 투과형 액정 패널이고,
    청색광을 제공하는 백라이트 유닛을 더 포함하는, 표시 장치.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 컬러 필터는,
    제3 발색 물질, 상기 제1 및 제2양자점과 다른 크기의 제3양자점 및 상기 상기 제1 및 제2 금속 나노 입자와 다른 크기의 제3 금속 나노 입자를 포함하여, 제3컬러를 나타내는 제3필터;를 더 포함하는, 표시 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    제1 금속 나노 입자, 상기 제2 금속 나노 입자, 상기 제3 금속 나노 입자는 모가 없는 곡면체 형상인, 표시 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    제1 금속 나노 입자, 상기 제2 금속 나노 입자, 상기 제3 금속 나노 입자는, 긴 파장의 컬러를 나타내는 필터에 포함되는 금속 나노 입자일수록 큰 크기를 갖는, 표시 장치.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 표시부는 투과형 액정 패널이고,
    UV광을 제공하는 백라이트 유닛을 더 포함하는, 표시 장치.
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