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KR20170110950A - 컬러 필터, 그 제조 방법, 및 컬러 필터를 포함하는 표시 장치 - Google Patents

컬러 필터, 그 제조 방법, 및 컬러 필터를 포함하는 표시 장치 Download PDF

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KR20170110950A
KR20170110950A KR1020160035415A KR20160035415A KR20170110950A KR 20170110950 A KR20170110950 A KR 20170110950A KR 1020160035415 A KR1020160035415 A KR 1020160035415A KR 20160035415 A KR20160035415 A KR 20160035415A KR 20170110950 A KR20170110950 A KR 20170110950A
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KR
South Korea
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light
layer
color filter
region
photosensitive resin
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Ceased
Application number
KR1020160035415A
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English (en)
Inventor
권지윤
권오범
김종기
박진성
백호정
Original Assignee
삼성에스디아이 주식회사
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Publication date
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Priority to PCT/KR2016/011240 priority patent/WO2017164475A1/en
Priority to CN201680069396.2A priority patent/CN108292060A/zh
Priority to TW105134209A priority patent/TWI599803B/zh
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Abstract

제1광을 방출하는 제1영역, 제1광보다 긴 파장을 갖는 제2광을 방출하는 제2영역, 및 제2광보다 긴 제3광을 방출하는 제3영역으로 구분되는 컬러 필터로서, 기판, 상기 기판 중, 제2영역 및 제3영역의 위에 일체로 형성되어 있는 제1층, 및 상기 제1층의 위에 형성되어 있는 제2층을 포함하고, 제1층은 제1광에 대한 흡수율이 80 % 이상이고, 제2층은 양자점을 포함하는 컬러 필터와, 그 제조 방법, 및 컬러 필터를 포함하는 표시 장치가 제공된다.

Description

컬러 필터, 그 제조 방법, 및 컬러 필터를 포함하는 표시 장치 {COLOR FILTER, MAKING METHOD USING THE SAME, AND DISPLAY DEVICE COMPRISING THE SAME}
컬러 필터, 그 제조 방법, 및 컬러 필터를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치(이하, LCD)는 액정을 통과한 편광빛(polarized light)이 흡수형 컬러 필터(color filter)를 통과하면서 색을 구현하는 표시 장치이다. LCD는 시야각이 좁고, 흡수형 컬러 필터의 낮은 광투과율로 인해 휘도가 낮아지는 문제가 있다. 이러한 컬러 필터를 자발광형(photoluminescent type)으로 바꾸는 경우 시야각이 넓어지고 휘도가 향상될 수 있을 것으로 기대된다.
양자점은 폴리머 호스트 매트릭스에 분산되어 복합체의 형태로 다양한 디스플레이 소자에 응용 가능하다. 양자점(Quantum Dot: QD)은 폴리머 또는 무기물의 호스트 매트릭스에 분산되어 발광 다이오드(LED) 등에서 광전환층으로 사용될 수 있다. 양자점은 콜로이드 합성 시 입자 크기를 비교적 자유롭게 조절할 수 있고 입자 크기도 균일하게 조절할 수 있다. 양자점이 10 nm 이하의 크기를 가지는 경우, 크기가 작아질수록 에너지 밴드갭(band gap)이 커지는 양자 제한효과가 현저해지고, 이에 따라 에너지 밀도가 증가한다.
양자점은 이론적 양자 효율(QY)이 100% 이고 높은 색순도 (예컨대, 40 nm 이하의 반치폭)의 광을 방출할 수 있으므로 증가된 발광효율 및 향상된 색 재현성을 달성할 수 있어 이러한 양자점을 패턴화할 수 있다면 여러가지 표시 장치에 적용될 수 있을 것으로 보이고, 이 중에서도 LCD의 컬러 필터에 사용하는 경우 고품질의 자발광형 LCD 개발에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
일 구현예는 색재현율, 색순도, 시야각 특성이 우수한 컬러 필터를 제공한다.
다른 구현예는 상기 컬러 필터를 제조하는 방법을 제공한다.
다른 구현예는 상기 컬러 필터를 포함하여 색재현율, 색순도, 시야각 특성이 우수한 표시 장치를 제공한다.
일 구현예에 따르면, 제1광을 방출하는 제1영역, 상기 제1광보다 긴 파장을 갖는 제2광을 방출하는 제2영역, 및 상기 제2광보다 긴 제3광을 방출하는 제3영역으로 구분되는 컬러 필터로서, 기판, 상기 기판 중, 상기 제2영역 및 상기 제3영역의 위에 일체로 형성되어 있는 제1층, 및 상기 제1층 위에 형성되어 있는 제2층을 포함하고, 상기 제1층은 상기 제1광에 대한 흡수율이 80 % 이상이고, 상기 제2층은 광변환 물질로서 양자점을 포함하는 컬러 필터가 제공된다.
상기 제1층은 420 nm 내지 460 nm 파장 영역의 광을 전부 흡수할 수 있다.
상기 제1층은 540 nm 이상의 파장 영역의 광에 대한 투과율이 80% 이상일 수 있다.
상기 제1층의 두께는 0.1 ㎛ 내지 5 ㎛ 일 수 있고, 상기 제1층의 너비는 1 ㎛ 내지 200 ㎛ 일 수 있다.
상기 제1층의 제1광은 청색광일 수 있고, 상기 제2광은 녹색광일 수 있으며, 상기 제3광은 적색광일 수 있다.
상기 제1층 중, 상기 제1영역의 위에는 투명체가 형성되어 있을 수 있다.
상기 투명체의 내부에는 금속 산화물 입자, 금속입자, 및 이들의 조합으로부터 선택되는 광 확산제가 분산되어 있을 수 있다.
상기 양자점은, II족-VI족 화합물, III족-V족 화합물, IV족-VI족 화합물, IV족 화합물, II족-III족-VI족 화합물, I족-II족-IV족-VI족 화합물, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 양자점은, 상기 제2영역에 위치하며, 상기 제1광을 흡수하여 상기 제2광을 방출하는 제1 양자점과, 상기 제3영역에 위치하며, 상기 제1광을 흡수하여 상기 제3광을 방출하는 제2 양자점을 포함할 수 있다.
한편, 다른 구현예에 따르면, 상기 컬러 필터를 포함하는 표시 장치로서, 제1방향으로 제1광을 공급하는 광원, 상기 제1방향을 기준으로 상기 광원의 전방에 배치되는 제1기판, 상기 제1방향을 기준으로 상기 제1기판의 전방에 배치되는 상기 컬러 필터 및, 상기 제1방향을 기준으로 상기 컬러 필터의 전방에 배치되는 제2기판을 포함하고, 상기 컬러 필터는 상기 제1방향을 기준으로 상기 제2층이 상기 제1층의 전방에 위치되는 표시 장치가 제공된다.
상기 표시 장치는 상기 제1기판과 상기 컬러 필터 사이, 또는 상기 컬러 필터와 상기 제2기판 사이에 배치되는 액정층을 더 포함할 수 있다.
한편, 또다른 구현예에 따르면, 상기 컬러 필터를 제조하는 방법으로서 광중합성 단량체, 광 개시제, 알칼리 가용성 수지, 및 제1 용매를 포함하는 제1 감광성 수지 조성물을 준비하는 단계, 광중합성 단량체, 광 개시제, 알칼리 가용성 수지, 제2 용매, 및 양자점을 포함하는 제2 감광성 수지 조성물을 준비하는 단계, 기판 위에 상기 제1 감광성 수지 조성물을 도포하는 단계, 상기 제1 감광성 수지 조성물 위에 상기 제2 감광성 수지 조성물을 도포하는 단계, 및 도포된 상기 제1 감광성 수지 조성물 및 상기 제2 감광성 수지 조성물을 함께 경화하는 단계를 포함하는 컬러 필터 제조 방법이 제공된다.
색재현율, 색순도, 시야각 등, 표시 특성이 우수한 컬러 필터를 제조할 수 있다.
또한, 상기 컬러 필터를 포함하여 표시 특성이 우수한 표시 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 컬러 필터에서, 제2층에 의한 혼색 방지 효과를 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 2는 도 1의 컬러 필터를 보다 상세히 나타낸 도면이고,
도 3은 도 2의 컬러 필터로 조사된 제1광의 경로를 보다 구체적으로 나타낸 도면이고,
도 4는 도 2의 컬러 필터 내부의 치수를 나타낸 도면이고,
도 5는 도 2의 컬러 필터를 포함하는 표시 장치를 나타낸 도면이고,
도 6은 일 구현예에 따른 컬러 필터의 제1층의 가시광 파장 영역별 광 투과도를 나타낸 그래프이고,
도 7은 일 구현예에 따른 컬러 필터의 가시광 파장 영역 중, 녹색 필터에서 방출되는 가시광 파장 영역에 대한 투과 스펙트럼을 나타낸 그래프이고,
도 8은 일 구현예에 따른 컬러 필터의 가시광 파장 영역 중, 적색 필터에서 방출되는 가시광 파장 영역에 대한 투과 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
이하, 구현예에 대하여 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 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.
이하에서는, 일 구현예에 따른 컬러 필터 중 제1층과 제2층이 형성된 일부분을 개략적으로 나타내고, 이를 통한 색순도, 색재현율 향상 효과를 설명한다.
도 1은 일 구현예에 따른 컬러 필터에서, 제2층에 의한 혼색 방지 효과를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 컬러 필터(100)는 제1층(10)과, 제1층(10)의 위에 형성된 제2층(20)을 포함하는 적층형 구조체이다. 제2층(20)은 양자점(11)을 포함하며, 양자점(11)은 제2층(20) 내에 분산되어 있다.
양자점(11)은 등방성(isotropic) 광 방사 특성을 가지므로, 광원으로부터 입사된 입사광을 받아 여기(excitation)되었다가 안정(ground) 상태로 되돌아 오면서 방사 방향으로 방사광을 방출할 수 있다. 이에 따라 양자점(11)을 포함하는 제2층(20)은 발광층으로 사용될 수 있다. 도 1에서 입사광의 진행 경로는 이중선 화살표로, 방사광의 진행 경로는 굵은선 화살표로 각각 표시되어 있다.
양자점(11)은 양자 구속 효과(quantum confinement effect)에 의해 불연속적인 에너지 밴드갭(energy band gap)을 가지므로, 양자점(11)은 입사광을 받아 일정한 파장 영역을 갖는 방사광을 방출하게 된다. 즉, 일 구현예의 제2층(20)은 양자점(11)을 포함하여, 다른 발광체를 포함하는 경우에 비해 색순도가 높은 화상을 표시할 수 있으며, 양자점(11)의 등방성 광 방사 특성에 의해 우수한 시야각을 갖는 표시 장치를 제공할 수 있다.
한편, 제2층(20)은 광 확산제(12)를 더 포함할 수 있다. 광 확산제(12)는 양자점(11)과 함께 제2층(20) 내에 분산되어 있을 수 있다. 광 확산제(12)는 입사광이 양자점(11)에 입사되도록 유도하거나, 양자점(11)으로부터 방출된 방사광이 제2층(20) 외부로 방출될 수 있도록 방사 방향을 유도할 수 있다. 이를 통해, 제2층(20)의 광효율 저하를 최소화 할 수 있다.
제1층(10)은 제2층(20)의 일면, 예를 들어 도 1에 도시된 바와 같이 입사광을 기준으로 제2층(20)의 후방에 형성될 수 있다.
제1층(10)은 광학적으로 투명한 물질로 이루어질 수 있다. 제1층(10)은, 예를 들면 특정 파장 영역에 대한 흡수율이 높은 물질로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 도 1에 도시된 입사광이 500 nm 미만의 가시광 파장 영역을 갖는 청색광인 경우, 제1층(10)은 500 nm 미만의 가시광 파장 영역에 대한 광 흡수율이 우수한 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1층(10)은 500 nm 미만의 파장 영역에 대한 광 투과율이 80 % 이상, 예를 들어 85 % 이상, 예를 들어 90 % 이상, 예를 들어 95 % 이상일 수 있다.
제1층(10)은, 예를 들어 400 nm 내지 470 nm, 예를 들어 420 nm 내지 470 nm, 예를 들어 420 nm 내지 460 nm 파장 영역에 대한 광 흡수율이 100 % 일 수 있다.
제1층(10)은, 특정 파장 영역을 제외한 나머지 가시광 파장 영역에 대한 투과율이 60 % 이상, 예를 들어 70 % 이상, 예를 들어 80 % 이상, 예를 들어 90 % 이상, 예를 들어 95 % 이상일 수 있다.
이와 같이, 컬러 필터(100)를 통과하는 청색 파장 영역대의 광은 제1층(10)에 의해 흡수, 제거되고, 도 1에 도시된 바와 같이 양자점(11)으로부터 방사된 방사광만이 컬러 필터(100) 외부로 방출될 수 있다. 즉, 제1층(10)은 청색 파장 영역대의 광을 차단하는, 일종의 청색광 차단 필터(blue cut filter)의 역할을 수행할 수 있다.
즉, 일 구현예에 따르면, 제1층(10)을 통해 색순도, 및 색재현율이 우수한 컬러 필터(100)를 제공할 수 있다.
또한, 제1층(10)은 제2층(20)과 유사한 굴절률을 가질 수 있다. 이에 따라, 제1층(10)으로 입사한 광이 제1층(10)으로부터 반사 또는 산란되는 경우를 최소화 할 수 있다. 즉, 제1층(10)과 제2층(20) 사이 경계면의 광학적 손실을 최소화하여 광 효율이 향상된 컬러 필터(100)를 제공할 수 있다.
한편, 일 구현예는 도 1에 도시된 바와 같이 제1층(10)과 제2층(20)이 각각 단일층(single layer)으로 형성될 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 2층 이상의 다층(multilayer)으로 형성될 수도 있다.
이하에서는 일 구현예의 컬러 필터(100) 중, 제1층(10)과 제2층(20)을 형성하는 재료에 대하여 설명한다.
일 구현예에서 제1층(10)과 제2층(20) 각각은 감광성 수지를 이용하여 형성된 감광성 물질일 수 있다. 이에 따라, 광 식각(photolithography) 방법을 이용하여 용이하게 소정의 패턴을 형성할 수 있다.
일 구현예에서, 제1층(10)과 제2층(20)을 형성하는 감광성 수지 조성물은 공통적으로, 광중합성 단량체, 광 개시제, 알칼리 가용성 수지, 용매, 및 분산제를 포함할 수 있다.
광중합성 단량체는 탄소-탄소 이중 결합을 포함하여 감광성 특성을 갖는 물질로서, 디아크릴레이트 화합물, 트리아크릴레이트 화합물, 테트라아크릴레이트 화합물, 펜타아크릴레이트 화합물, 헥사 아크릴레이트 화합물, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
광 개시제는 상기 광중합성 단량체들간의 광중합 반응을 개시한다. 일 구현예에서 광 개시제는 예를 들어, 트리아진계 화합물, 아세토페논계 화합물, 벤조페논계 화합물, 티오크산톤계 화합물, 벤조인계 화합물, 옥심계 화합물, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 일 구현예의 범위가 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
트리아진계 화합물의 예는, 2,4,6-트리클로로-s-트리아진, 2-페닐-4,6-비스(트리클로로 메틸)-s-트리아진, 2-(3', 4'-디메톡시 스티릴)-4,6-비스(트리클로로 메틸)-s-트리아진, 2-(4'-메톡시 나프틸)-4,6-비스(트리클로로 메틸)-s-트리아진, 2-(p-메톡시 페닐)-4,6-비스(트리클로로 메틸)-s-트리아진, 2-(p-톨릴)-4,6-비스(트리클로로 메틸)-s-트리아진, 2-비페닐-4,6-비스(트리클로로 메틸)-s-트리아진,　비스(트리클로로 메틸)-6-스티릴-s-트리아진, 2-(나프토-1-일)-4,6-비스(트리클로로 메틸)-s-트리아진, 2-(4-메톡시 나프토-1-일)-4,6-비스(트리클로로 메틸)-s-트리아진, 2,4-트리클로로 메틸(피페로닐)-6-트리아진, 2,4-(트리클로로 메틸(4'-메톡시 스티릴)-6-트리아진을 포함하나 이에 제한되지 않는다.
상기 아세토페논계 화합물의 예는, 2,2'-디에톡시 아세토페논, 2,2'-디부톡시 아세토페논, 2-히드록시-2-메틸 프로피오페논, p-t-부틸 트리클로로 아세토페논, p-t-부틸 디클로로 아세토페논, 4-클로로 아세토페논, 2,2'-디클로로-4-페녹시 아세토페논, 2-메틸-1-(4-(메틸티오)페닐)-2-모폴리노 프로판-1-온, 2-벤질-2-디메틸 아미노-1-(4-모폴리노 페닐)-부탄-1-온 등을 포함하나 이에 제한되지 않는다.
상기 벤조페논계 화합물의 예는, 벤조페논, 벤조일 안식향산, 벤조일 안식향산 메틸, 4-페닐 벤조페논, 히드록시 벤조페논, 아크릴화 벤조페논, 4,4'-비스(디메틸 아미노)벤조페논, 4,4'-디클로로 벤조페논, 3,3'-디메틸-2-메톡시 벤조페논 등을 포함하나 이에 제한되지 않는다.
상기 티오크산톤계 화합물의 예는, 티오크산톤, 2-메틸 티오크산톤, 이소프로필 티오크산톤, 2,4-디에틸 티오크산톤, 2,4-디이소프로필 티오크산톤, 2-클로로 티오크산톤 등을 포함하나 이에 제한되지 않는다.
상기 벤조인계 화합물의 예는 벤조인, 벤조인 메틸 에테르, 벤조인 에틸 에테르, 벤조인 이소프로필 에테르, 벤조인 이소부틸 에테르, 벤질 디메틸 케탈 등을 포함하나 이에 제한되지 않는다. 　
상기 옥심계 화합물의 예는 2-(o-벤조일옥심)-1-[4-(페닐티오)페닐]-1,2-옥탄디온 및 1-(o-아세틸옥심)-1-[9-에틸-6-(2-메틸벤조일)-9H-카르바졸-3-일]에탄온을 포함하나 이에 제한되지 않는다.
상기 광 개시제 이외에 카바졸계 화합물, 디케톤류 화합물, 설포늄 보레이트계 화합물, 디아조계 화합물, 비이미다졸계 화합물 등도 광 개시제로 사용이 가능하다.
일 구현예에서, 알칼리 가용성 수지는 카르복시기(-COOH)를 함유한 아크릴계 수지일 수 있으며, 예를 들어 카르복시기 및 탄소-탄소 이중결합을 포함하는 제1 모노머와, 탄소-탄소 이중결합 및 소수성 잔기를 가지며 카르복시기를 포함하지 않는 제2 모노머를 포함하는 모노머 혼합물의 공중합체일 수 있다. 양자점은 이와 같은 알칼리 가용성 수지에 의해 제2층(20) 내에 분산(예를 들어, 서로 분리)되어 양자점-폴리머 복합체 구조를 형성할 수 있다.
제1 모노머는, 예를 들어 아크릴산, 메타크릴산, 말레산, 이타콘산, 푸마르산, 3-부테논산, 초산비닐, 안식향산 비닐 등의 카르본산 비닐 에스테르류 화합물 등을 포함하나 이에 제한되지 않는다. 제1 모노머는 1종 이상의 화합물일 수 있다.
제2 모노머는, 예를 들어 스티렌, α-메틸 스티렌, 비닐 톨루엔, 비닐 벤질 메틸 에테르 등의 알케닐 방향족 화합물; 메틸 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 부틸 아크릴레이트, 부틸 메타크릴레이트, 벤질 아크릴레이트, 벤질 메타크릴레이트, 시클로헥실 아크릴레이트, 시클로헥실 메타크릴레이트, 페닐 아크릴레이트, 페닐 메타크릴레이트 등의 불포화 카르본산 에스테르류 화합물; 2-아미노 에틸 아크릴레이트, 2-아미노 에틸 메타크릴레이트, 2-디메틸 아미노 에틸 아크릴레이트,　N-페닐말레이미드, N-벤질말레이미드, N-알킬말레이미드, 2-디메틸 아미노 에틸 메타크릴레이트 등의 불포화 카르본산 아미노 알킬 에스테르류 화합물; 글리시딜 아크릴레이트, 글리시딜 메타크릴레이트 등의 불포화 카르본산 글리시딜 에스테르류 화합물; 아크릴로 니트릴, 메타크릴로 니트릴 등의 시안화 비닐 화합물; 아크릴 아미드, 메타크릴 아미드 등의 불포화 아미드류 화합물을 들 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 제2 모노머로서, 1종 이상의 화합물이 사용될 수 있다.
일 구현예에서 감광성 조성물은 필요에 따라, 레벨링제, 커플링 등의 각종 첨가제를 더 포함할 수 있다. 첨가제의 함량은 특별히 제한되지 않으며, 감광성 조성물 및 이로부터 제조되는 패턴에 부정적인 영향을 주지 않는 범위 내에서 적절히 조절할 수 있다.
레벨링제는 필름의 얼룩이나 반점을 방지하고, 레벨링 특성향상을 위한 것으로, 구체적인 예는 아래의 예를 포함하나 이에 제한되지 않는다.
상기 불소계 레벨링제의 예로는, BM Chemie 社의 BM-1000®, BM-1100® 등; dainippon ink & chemicals 社의 메카팩 F 142D®, 동 F 172®, 동 F 173®, 동 F 183® 등; Sumitomo 3M 社 의 프로라드 FC-135®, 동 FC-170C®, 동 FC-430®, 동 FC-431® 등; Asahi glass 社의 사프론 S-112®, 동 S-113®, 동 S-131®, 동 S-141®, 동 S-145® 등; Toray silicone 社의 SH-28PA®, 동-190®, 동-193®, SZ-6032®, SF-8428® 등의 시판품을 들 수 있다.
상기 레벨링제는 원하는 물성에 따라 용이하게 조절될 수 있다.
커플링제는, 기판과의 접착력을 높이기 위한 것으로, 실란계 커플링제를 들 수 있다. 실란계 커플링제의 구체적인 예로는, 비닐 트리메톡시실란, 비닐 트리스(2-메톡시에톡시실란), 3-글리시독시프로필 트리메톡시실란, 2-(3,4-에폭시 시클로헥실)에틸 트리메톡시실란, 3-클로로프로필 메틸디메톡시실란, 3-클로로프로필 트리메톡시실란, 3-메타크릴록시프로필 트리메톡시실란, 3-머캅토프로필 트리메톡시실란 등을 들 수 있다.
일 구현예에서 용매는, 전술한 성분(광중합성 단량체, 광 개시제, 알칼리 가용성 수지, 및 첨가제) 및/또는 후술할 양자점(11)과 광 확산제(12)의 양을 고려하여 적절히 정한다.
즉, 감광성 수지 조성물은 고형분 (비휘발성분)을 제외한 나머지의 양으로 용매를 포함하며, 상기 용매는 조성물 내에 다른 성분들(예컨대, 알칼리 가용성 수지, 광중합성 단량체, 광 개시제, 첨가제 및/또는 후술할 양자점과 광 확산제)과의 친화성, 알칼리현상액과의 친화성, 및 끓는 점 등을 고려하여 적절히 선택할 수 있다. 상기 용매는, 예를 들어 에틸 3-에톡시 프로피오네이트, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜 등의 에틸렌글리콜류; 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 디에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜디에틸에테르, 디에틸렌글리콜디메틸에테르 등의 글리콜에테르류; 에틸렌글리콜아세테이트, 에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르아세테이트 등의 글리콜에테르아세테이트류; 프로필렌글리콜 등의 프로필렌글리콜류; 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노에틸에테르, 프로필렌글리콜모노프로필에테르, 프로필렌모노부틸에테르, 프로필렌글리콜디메틸에테르, 디프로필렌글리콜디메틸에테르, 프로필렌글리콜디에틸에테르, 디프로필렌글리콜디에틸에테르 등의 프로필렌글리콜에테르류; 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 디프로필렌글리콜모노에틸에테르아세테이트 등의 프로필렌글리콜에테르아세테이트류; Ｎ－메틸피롤리돈, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드 등의 아미드류; 메틸에틸케톤(MEK), 메틸이소부틸케톤(MIBK), 시클로헥사논 등의 케톤류; 톨루엔, 크실렌, 솔벤트 나프타(solvent naphtha) 등의 석유류; 아세트산에틸, 아세트산부틸, 유산에틸 등의 에스테르류; 디에틸 에테르, 디프로필 에테르, 디부틸 에테르 등의 에테르류 및 이들의 혼합물을 포함한다.
한편, 일 구현예에서, 제1 감광성 수지 조성물에 포함되는 제1 용매와, 제2 감광성 수지 조성물에 포함되는 제2 용매는 서로 다른 극성을 갖는 용매일 수 있다. 즉, 제1 용매와 제2 용매 중 어느 하나는 비극성을 가지고, 다른 하나는 극성을 가질 수 있다. 일 구현예에서, 비극성을 갖는 용매로는, 펜탄, 헥산, 헵탄 등과 같은 알칸류, 톨루엔, 자일렌 등의 방향족 탄화수소류, 디에틸에티르, 디프로필 에테르, 디부틸 에테르, 디이소아밀 에테르류, 클로로포름, 트리클로로메탄 등의 알킬 할라이드류, 시클로프로판, 시클로부탄, 시클로펜탄, 시클로헥산 등의 시클로알칸류, 및 이들을 2 이상 혼합한 것일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 물(H2O)의 극성도(polarity index, PI)를 9.0 으로 설정할 경우, 상대적인 극성도가 5.0 이하를 나타내는 모든 비극성 용매를 포함할 수 있다.
제1, 제2 용매 중 비극성을 갖는 용매의 경우, 제1, 제2 용매 각각의 중량을 100으로 볼 때, 비극성 용매를 50 중량부 내지 80 중량부 포함할 수 있다.
비극성 용매를 상기 범위 내로 포함하면, 후술할 제1 감광성 수지 조성물과 제2 감광성 수지 조성물이 서로 섞이지 않도록 조절함으로써 제1층과 제2층의 경계를 명확히 설정할 수 있어 코팅성과 공정성이 우수한 컬러 필터를 제조할 수 있다.
한편, 일 구현예에서, 제1, 제2 감광성 수지 조성물은 티올계 경화제를 포함할 수도 있다. 티올계 경화제는 광중합성 단량체의 탄소-탄소 이중결합과 반응하고, 광중합성 단량체를 1차적으로 열경화시킬 수 있는 티올기를 분자 중에 하나 이상 가지는 화합물을 의미한다.
일 구현예에서 사용 가능한 티올계 경화제의 종류는, 분자 구조 중 하나 이상, 바람직하게는 두 개 이상의 티올기를 가지는 것이라면 특별히 제한되지 않는다.
일 구현예에서는 상기 티올계 경화제로서, 에톡시화 트리메틸롤프로판 트리스(3-머캅토프로피오네이트), 트리메틸롤프로판 트리스(3-머캅토프로피오네이트), 글리콜 디(3-머캅토프로피오네이트), 펜타에리쓰리톨 테트라(3-머캅토프로피오네이트), 4-머캅토메틸-3,6-디티아-1,8-옥탄디티올, 펜타에리쓰리톨 테트라키스(3-머캅토아세테이트), 트리메틸롤프로판 트리스(3-머캅토아세테이트), 4-t-부틸-1,2-벤젠디티올, 2-머캅토에틸술피드, 4,4'-티오디벤젠티올, 벤젠디티올, 글리콜 디머캅토아세테이트, 글리콜 디머캅토프로피오네이트 에틸렌 비스(3-머캅토프로피오네이트), 폴리에틸렌글리콜 디머캅토아세테이트, 및 폴리에틸렌 글리콜 디(3-머캅토프로피오네이트) 등을 들 수 있다.
한편, 일 구현예에서는 후술할 양자점(11) 및 광 확산제(12)의 분산성을 높이기 위해 분산제가 첨가될 수 있다. 분산제는 비이온성 분산제, 양이온성 분산제, 음이온성 분산제, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 분산제의 예시로, 폴리알킬렌 글리콜, 또는 이의 에스테르류, 폴리옥시알킬렌, 폴리알콜에스테르-알킬렌옥사이드 부가물, 알코올-알킬렌옥사이드 부가물, 술폰산 에스테르, 술폰산염, 카르복시산 에스테르, 카르복시산염, 알킬 아미드 알킬렌 옥사이드 부가물, 알킬 아민, 또는 이의 조합을 포함하나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 제1층(10)을 형성하기 위한 제1 감광성 수지 조성물의 경우, 상기 성분들에 더하여 청색광을 흡수하는 물질, 예를 들어 염료, 또는 안료를 포함하는 유기물이나 무기물, 또는 이의 조합을 포함할 수 있다. 상기 청색광 흡수 물질은 제1 감광성 수지 조성물의 총 중량을 기준으로 5 중량% 내지 60 중량%, 예를 들어 5 중량% 내지 50 중량%, 예를 들어 5 중량% 내지 40 중량%, 예를 들어 5 중량% 내지 30 중량%, 예를 들어 10 중량% 내지 30 중량%, 예를 들어 20 중량% 내지 30 중량%일 수 있다. 상기 범위에서, 청색광 흡수율 80 % 이상을 갖는 제1층(10)을 제조할 수 있다.
한편, 제2층(20)을 형성하기 위한 제2 감광성 수지 조성물의 경우, 상기 성분들에 더하여 전술한 양자점(11) 및 광 확산제(12)를 더 포함할 수 있다. 이와 같이 제2층(20)이 전술한 양자점(11)을 더 포함함으로써 발광 특성을 가지며, 광 확산제(12)를 더 포함함으로써 제2층(20)의 광효율을 개선할 수 있다.
일 구현예에서, 양자점(11)은 특별히 제한되지 않으며, 공지되었거나 상업적으로 입수 가능한 양자점을 사용할 수 있다.
예를 들어, 양자점(11)은, II족-VI족 화합물, III족-V족 화합물, IV족- VI족 화합물, IV족 화합물, II족-III-VI족 화합물, I족-II족-IV족-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; 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 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, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 GaAlNP, 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. 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 I족-III-VI족 화합물의 예는, CuInSe2, CuInS2, CuInGaSe, CuInGaS를 포함하나 이에 제한되지 않는다. 상기 I-II-IV-VI 족 화합물의 예는 CuZnSnSe, CuZnSnS를 포함하나 이에 제한되지 않는다. 상기 IV족 화합물은 Si, Ge 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 단원소 화합물; 및 SiC, SiGe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 이원소 화합물, 삼원소 화합물 또는 사원소 화합물은 균일한 농도로 입자 내에 존재하거나, 농도 분포가 부분적으로 다른 상태로 나누어져 동일 입자 내에 존재하는 것일 수 있다.
일 구현예에서는 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. 또한, 상기 양자점은 하나의 반도체 나노결정 코어와 이를 둘러싸는 다층의 쉘을 포함하는 구조를 가질 수도 있다. 이때 다층의 쉘 구조는 2 층 이상의 쉘 구조를 가지는 것으로 각각의 층은 단일 조성 또는 합금 또는 농도 구배를 가질 수 있다.
또한, 상기의 양자점은 코어보다 쉘을 구성하는 물질 조성이 더 큰 에너지 밴드갭을 갖고 있어, 양자 구속 효과가 효과적으로 나타나는 구조를 가질 수 있다. 다층의 쉘을 구성하는 경우도 코어에 가까운 쉘보다 코어의 바깥 쪽에 있는 쉘이 더 큰 에너지 밴드갭을 갖는 구조일 수 있으며, 이 때 양자점은 자외선 내지 적외선의 파장 범위를 가질 수 있다.
한편, 양자점의 안정성과 분산성의 향상을 위하여, 쉘 표면에 유기 물질을 더 치환하여 양자점을 안정화할 수도 있다. 상기 유기 물질의 예로, 티올계, 아민계, 포스핀옥사이드계, 아크릴계, 실리콘계 유기 물질을 포함할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
양자점은 약 10 % 이상, 예컨대, 약 30 % 이상, 약 50 % 이상, 약 60 % 이상, 약 70 % 이상, 또는 약 90 % 이상의 양자 효율(quantum efficiency)을 가질 수 있다.
또한, 표시 장치에서 색순도나 색재현성을 향상시키기 위한 방안으로, 양자점은 좁은 스펙트럼을 가질 수 있다. 상기 양자점은 약 100 nm 이하, 예를 들어 약 80 nm 이하, 예를 들어 약 60 nm 이하, 예를 들어 약 50 nm 이하, 예를 들어 약 20 nm 내지 50 nm 의 발광 파장 스펙트럼 반치폭을 가질 수 있다. 상기 범위에서 소자의 색순도나 색재현성을 향상시킬 수 있다.
양자점은 약 1 nm 내지 약 100 nm의 입경(구형이 아닌 경우 가장 먼 두 지점을 연결한 거리)을 가질 수 있다. 일 구현예에서 양자점은, 예를 들어 약 1 nm 내지 약 20 nm, 예를 들어 약 1 nm 내지 약 15 nm, 예를 들어 약 2 nm 내지 약 15 nm, 예를 들어, 5 nm 내지 15 nm 의 입경(구형이 아닌 경우 가장 먼 두 지점을 연결한 거리)을 가질 수 있다.
상기 양자점(11)은 제2 감광성 수지 조성물의 총 중량을 기준으로 1 중량% 내지 50 중량%, 예를 들어 5 중량% 내지 40 중량%, 예를 들어 10 중량% 내지 30 중량% 포함할 수 있다. 상기 범위 내로 양자점(11) 함유량을 조절함으로써, 색재현율, 색순도가 우수한 컬러 필터(100)를 제공할 수 있다.
한편 도 1에서는 양자점(11)의 형상을 편의상 구형으로 표현하였으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 양자점의 형태는 해당 기술분야에서 일반적으로 사용하는 형태의 것으로 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 상기 양자점은 구형 외에도 피라미드형, 다중 가지형(multi-arm), 또는 입방체(cubic)의 나노입자, 나노튜브, 나노와이어, 나노섬유, 나노시트 형상을 가질 수 있다.
광 확산제(12)는, 전술한 바와 같이 제2층(20) 내부에서 입사광을 다양한 방향으로 널리 확산시킬 수 있으므로 제2층(20) 내부 광효율을 개선할 수 있다. 광 확산제(12)는 알루미나, 실리카, 지르코니아, 티타늄 산화물 미립자, 산화아연 등의 무기 산화물 입자, 금, 은, 구리, 백금 등의 금속 입자 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
이하에서는 도 2 내지 도 4를 참조하여 일 구현예에 따른 컬러 필터(100)의 구체적인 구조를 설명한다.
도 2는 도 1의 컬러 필터를 보다 상세히 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2의 컬러 필터로 조사된 제1광의 경로를 보다 구체적으로 나타낸 도면이며, 도 4는 도 2의 컬러 필터 내부의 치수를 나타낸 도면이다.
도 2 내지 도 4를 참고하면, 컬러 필터(100)는 제1광을 표시하는 제1영역(PX1), 제2광을 표시하는 제2영역(PX2) 및 제3광을 표시하는 제3영역(PX3)으로 구분될 수 있다. 각각의 영역은 차광 부재(403)에 의하여 구분되어 있다.
또한, 상기 제1영역(PX1) 내지 제3영역(PX3)은 소정의 규칙적인 배열을 이룬다. 예를 들어, 도 2의 우측으로부터 좌측방향으로, 순서대로 제1영역(PX1), 제2영역(PX2), 제3영역(PX3)이 배치된 배열을 하나의 단위 영역으로 볼 경우, 2 이상의 단위 영역이 규칙적으로 반복되는 배열을 이룰 수 있다. 또한, 이러한 단위 영역이 2차원적으로 반복되는, 예를 들면 행렬(matrix) 형상으로 반복되는 배열을 이룰 수 있다. 다만, 이러한 제1영역(PX1) 내지 제3영역(PX3)의 배열 순서나 배열 방향 등은 다양하게 설정될 수 있다.
일 구현예에서는 컬러 필터의 제1영역(PX1)이 제1광으로 청색광을, 제2영역(PX2)이 제2광으로 녹색광을, 제3영역(PX3)이 제3광으로 적색광을 각각 표시할 수 있다.
이 경우, 컬러 필터(100)는, 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같은 제1광인 청색광을 공급받아 청색광, 녹색광, 적색광을 각각 표시할 수 있는 청색광 컬러 필터일 수 있다. 이에 따라, 제1층(10) 및 제2층(20)은 청색광을 표시하는 영역인 제1영역(PX1)에는 형성되지 않고, 제2영역(PX2) 및 제3영역(PX3)에만 각각 형성되어 있을 수 있다. 제1영역(PX1)은 투명체로 채워질 수 있다.
다만, 컬러 필터의 구동 방식 및 이에 따른 구성이 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 백색광 또는 자외선을 공급받아 청색광, 녹색광, 적색광을 각각 표시할 수 있는 컬러 필터일 수 있다. 이 경우, 제1층(10)은 제2영역(PX2)과 제3영역(PX3)에만 형성되고, 제2층(20)은 제1영역(PX1) 내지 제3영역(PX3) 모두 형성되어 있을 수 있다.
이하에서는 편의상, 청색광 컬러 필터의 경우를 예시로 하여 일 구현예에 따른 컬러 필터(100)를 설명하며, 편의상, 제1영역(PX1)에 채워진 투명체를 청색 필터(21)로, 제2영역(PX2)에 형성된 제2층을 녹색 필터(20g)로, 제3영역(PX3)에 형성된 제2층을 적색 필터(20r)로 각각 지칭한다.
제1영역(PX1)은 청색 필터(21)를 포함한다. 청색 필터(21)는 양자점을 포함하지 않아, 입사광인 청색광을 그대로 방출시켜 표시할 수 있도록 투명체로 이루어질 수 있다.
투명체는 제1영역(PX1)을 모두 메우도록 형성될 수 있으나, 구현예에 따라 다양한 높이, 크기 등을 가질 수 있다. 투명체는 청색광의 파장을 변환하지 않으면서 진행 방향만 변화시킬 수 있도록, 전술한 광 확산제(12)를 포함할 수도 있다. 한편, 투명체는 구현예에 따라 생략될 수도 있다. 이 경우, 제1영역(PX1)에는 중공이 형성될 수 있으며, 상기 중공이 청색 필터(21)의 역할을 수행할 수 있다.
한편, 제1영역(PX1)에는 제1층(10)이 형성되어 있지 않아, 도 3에 도시된 바와 같이 컬러 필터(100)가 제1영역(PX1)을 통해 청색광을 표시할 수 있다.
제2영역(PX2)은 제1층(10)과, 제1층(10) 위에 형성되어 있는 녹색 필터(20g)를 포함한다. 녹색 필터(20g)는 청색광을 받아 여기(excitation)되었다가 기저(ground) 상태로 안정되면서 녹색광을 방출하는 제1 양자점(11g)을 포함한다. 제1 양자점(11g)에 의해 방사된 광은 제1층(10)을 통과하여 컬러 필터 외부로 방출되나, 녹색 필터(20g)를 통과한 청색광은 제1층(10)에 흡수되어 컬러 필터 외부로 방출되지 않는다.
즉, 일 구현예에 따르면, 제2영역(PX2)은 제1 양자점(11g)으로부터 방출된 녹색광만을 표시할 수 있으므로, 녹색광에 대한 색재현율, 및 색순도가 향상된 컬러 필터(100)를 제공할 수 있다.
제3영역(PX3)은 제1층(10)과, 제1층(10) 위에 형성되어 있는 적색 필터(20r)를 포함한다. 적색 필터(20r)는 청색광을 받아 여기(excitation)되었다가 기저(ground) 상태로 안정되면서 적색광을 방출하는 제2 양자점(11r)을 포함한다. 제1 양자점(11g)에 의해 방사된 광은 제1층(10)을 통과하여 컬러 필터 외부로 방출되나, 적색 필터(20r)를 통과한 청색광은 제1층(10)에 흡수되어 컬러 필터 외부로 방출되지 않는다.
즉, 일 구현예에 따르면, 제3영역(PX3)은 제2 양자점(11r)으로부터 방출된 적색광만을 표시할 수 있으므로, 적색광에 대한 색재현율, 및 색순도가 향상된 컬러 필터(100)를 제공할 수 있다.
한편, 상기 제1 양자점(11g)과 제2 양자점(11r)은 서로 동일한 소재로 형성되되, 입사된 청색광을 서로 다른 파장인 녹색광과 적색광으로 각각 방출할 수 있도록, 서로 다른 크기를 가질 수도 있다.
예를 들어, 제1 양자점(11g)은 제2 양자점(11r) 대비 작은 크기를 가질 수 있고, 이에 따라 중심 파장이 545±10 nm, 반치폭이 20 nm 내지 60 nm인, 적색광 대비 높은 에너지를 갖는 녹색광을 방출할 수 있다. 이에 비해, 제2 양자점(11r)은 제1 양자점(11g) 대비 큰 크기를 가져 중심 파장이 650±15 nm, 반치폭이 20 nm 내지 60 nm인, 녹색광 대비 낮은 에너지를 갖는 적색광을 방출할 수 있다.
일 구현예에서는 청색광이 제1 양자점(11g) 또는 제2 양자점(11r)에 의해 녹색광 또는 적색광이 형성되고, 광 확산제(12) 및 기타 산란 유도 입자들에 의해 상기 형성된 광들이 각각 산란되어 외부로 방출되므로, 외부로 방출되는 빛의 진행 방향이 넓고 위치에 따라 빛의 계조가 변하지 않는다. 즉, 넓은 시야각을 갖는 컬러 필터(100)를 제공할 수 있다.
한편, 일 구현예에서, 제1층(10)은 기판(401) 중, 제2영역(PX2)과 제3영역(PX3)을 모두 덮도록 일체로 형성되어 있다. 즉, 제1층(10)은 청색광 파장 영역의 가시광을 차단하되, 나머지 가시광 영역대의 파장들에 대한 투과율이 높으므로, 녹색 필터(20g)와 적색 필터(20r) 아래에서 일체로 연결되어 형성될 수도 있는 것이다.
이 경우, 별도의 추가 공정을 거쳐 녹색 필터와 적색 필터에 각각 제1층을 형성하지 않아도 되므로, 일 구현예의 컬러 필터 제조 시, 불필요한 공정수를 개선할 수 있다.
제1층(10)의 두께 H1 은 0.05 ㎛ 내지 10 ㎛, 예를 들어 0.1 ㎛ 내지 10 ㎛, 예를 들어 0.1 ㎛ 내지 7 ㎛, 예를 들어 0.1 ㎛ 내지 5 ㎛, 예를 들어 0.1 ㎛ 내지 3 ㎛, 예를 들어 0.1 ㎛ 내지 1 ㎛ 일 수 있다. 상기 범위에서 제1층(10)에 의한 청색광 흡수율이 80 % 이상을 가지며, 제1층(10)에 의해 일부 흡수, 또는 일부 반사되는 녹색광, 또는 적색광의 양을 최소화할 수 있다.
제1층(10)의 너비 L1 은 1 ㎛ 내지 200 ㎛일 수 있다. 제1층(10)은 상기 너비 L1 범위에서 효과적으로 광원으로부터 발산되는 청색광을 완전히 흡수할 수 있으므로, 이를 통한 양자점의 혼색이 방지될 수 있다.
또한, 제1층(10)의 두께 H1 은 0.1 ㎛ 내지 5 ㎛, 예를 들어 1 ㎛ 내지 3 ㎛ 일 수 있다. 제1층(10)은 상기 두께 H1 범위에서 우수한 표면 평탄도를 나타낼 수 있다.
한편, 적색 필터(20r)의 두께 H2와 녹색 필터(20g)의 두께 H3는 서로 동일한 두께로 형성될 수도 있으나, 서로 다른 두께로 형성될 수도 있다. 적색 필터(20r)의 두께 H2 와 녹색 필터(20g)의 두께 H3는 각각 0.1 ㎛ 내지 20 ㎛, 예를 들어 1 ㎛ 내지 5 ㎛ 일 수 있다. 적색 필터의 두께 H2, 녹색 필터의 두께 H3이 각각 상기 범위를 가질 경우, 컬러 필터(100)가 각각의 필터에 의한 적색광, 또는 녹색광의 광량을 적정 수준으로 방출할 수 있다. 즉, 우수한 색재현율 및 휘도를 갖는 컬러 필터를 제공할 수 있다.
청색 필터(21)는 도 4에 도시된 바와 같이, 상부면이 적색 필터(20r) 및 녹색 필터(20g)와 같은 평면 상에 위치하도록 형성될 수도 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
즉, 청색 필터(21)의 두께는 이웃하는 적색 필터(20r) 또는 녹색 필터(20g)와의 간격, 제1영역(PX1)의 너비, 적색 필터(20r) 또는 녹색 필터(20g)의 두께(H2, H3), 또는 제1층(10)의 두께에 따라 다양하게 설정할 수 있다. 청색 필터(21)의 두께 H4는, 전술한 제1층(10)의 두께보다 작을 수도 있고, 예를 들어, 청색 필터(21)의 두께 H4가 적어도 제1층(10)의 두께와 같거나 크되, 제1층(10)의 두께와 적색 필터(20r)의 두께 H2의 합인 H1+H2, 또는 제1층(10)의 두께 H1과 녹색 필터(20g)의 두께 H3의 합인 H1+H3과 같거나 작을 수도 있다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 일 구현예에 따른 컬러 필터(100)는 기판(401)의 제2영역(PX2)과 제3영역(PX3)을 모두 덮도록 일체로 형성되는 제1층(10)으로 인해, 녹색광 및 적색광에 대한 색재현율과 색순도가 우수하다.
이하에서는 도 2 내지 도 4의 컬러 필터를 포함하는 표시 장치의 제조 방법을 설명한다.
일 구현예에 따른 컬러 필터 제조 방법은, 광중합성 단량체, 광 개시제, 알칼리 가용성 수지, 및 제1 용매를 포함하는 제1 감광성 수지 조성물을 준비하는 단계, 광중합성 단량체, 광 개시제, 알칼리 가용성 수지, 제2 용매, 및 2 이상의 양자점을 포함하는 제2 감광성 수지 조성물을 준비하는 단계, 기판 위에 상기 제1 감광성 수지 조성물을 도포하는 단계, 상기 제1 감광성 수지 조성물 위에 상기 제2 감광성 수지 조성물을 도포하는 단계, 및 도포된 상기 제1 감광성 수지 조성물 및 상기 제2 감광성 수지 조성물을 함께 경화하는 단계를 포함한다.
제1 감광성 수지 조성물 준비 단계에서는 전술한 제1층(10) 형성용 재료로 전술한 광중합성 단량체, 광 개시제, 카르복시기 함유 알칼리 가용성 수지, 경화제, 분산제, 및 제1용매를 혼합하여 제조할 수 있다.
제2 감광성 수지 조성물 준비 단계는 전술한 제2층(20) 형성용 재료로 전술한 광중합성 단량체, 광 개시제, 카르복시기 함유 알칼리 가용성 수지, 경화제, 분산제, 제2용매에, 광 확산제 및 양자점을 더 혼합하여 제조할 수 있다.
한편, 사전 준비 단계로서, 기판 위에 차광 부재를 일정 간격으로 이격되도록 형성한다. 차광 부재들 간의 간격은 각각 제1 내지 제3영역이 된다.
이후, 차광 부재가 기판 위에 제1 감광성 수지 조성물을 스핀 코팅, 또는 슬릿 코팅 등의 방법으로 도포하고, 도포된 제1 감광성 수지 조성물 위에 제2 감광성 수지 조성물을 스핀 코팅, 또는 슬릿 코팅 등의 방법으로 도포한다.
이에 따라, 기판 위에 제1 감광성 수지 조성물과 제2 감광성 수지 조성물이 순차 도포된 적층체를 얻을 수 있다. 즉, 제1 용매와 제2 용매는 서로 다른 극성을 가지므로, 제1 감광성 수지 조성물과 제2 감광성 수지 조성물은 서로 혼합되지 않고 층을 이룰 수 있다.
이후, 상기 적층체를 프리 베이크(pre-bake)하여 제1 감광성 수지 조성물과 제2 감광성 수지 조성물에 존재하는 습기를 제거한다. 프리베이크의 온도와 시간, 분위기 등 구체적인 조건은 알려져 있으며 적절히 선택할 수 있으며, 경우에 따라서는 생략될 수도 있다.
이후, 상기 적층체를 소정의 패턴을 가지는 마스크 하에서 소정의 파장을 갖는 광에 노출시키는 노광을 수행한다. 노출하는 광의 파장 및 세기는 광 개시제의 종류와 함량, 양자점의 종류와 함량 등을 고려하여 선택할 수 있다. 이를 통해, 제1 감광성 수지 조성물과 제2 감광성 수지 조성물을 동시에 경화시키는 과정을 수행할 수 있으므로, 추후 제2영역(PX2), 제3영역(PX3) 각각에 대하여 제1감광성 수지와 제2 감광성 수지 조성물을 각각 경화 후 패터닝하지 않고도 한 번의 공정으로 기판 위의 제2영역(PX2)과 제3영역(PX3)을 덮는 일체(一體)의 제1층(10)을 형성할 수 있게 된다.
이와 같이, 일 구현예에 따른 컬러 필터(100)를 제조하는 방법은 제2영역(PX2), 제3영역(PX3)에 각각 제1층(10)을 별개로 형성하지 않고 하나의 공정을 통해 제1층(10)을 형성할 수 있으므로, 공정수를 크게 증가시키지 않고도 색재현율, 색순도, 시야각 등, 표시 특성이 우수한 컬러 필터를 제조할 수 있다.
다만, 일 구현예에 따른 컬러 필터가 반드시 상기의 제조 방법으로 제한되는 것은 아니며, 적용될 제품의 종류, 크기 등의 조건이나, 제1 감광성 수지 조성물과 제2 감광성 수지 조성물의 소재, 코팅 속도, 공정 진행 온도 등 다양한 공정 조건들에 따라 달리 제조될 수 있다.
즉, 일 구현예에 따른 컬러 필터는 예를 들어 제2 감광성 수지 조성물의 도포 전 제1 감광성 수지 조성물을 1차적으로 프리베이크 처리할 수도 있고, 상기 프리베이크된 제1 감광성 수지 조성물을 광, 또는 열을 이용하여 경화시킨 후에 제2 감광성 수지 조성물을 도포할 수도 있는 것이다.
이하에서는 도 5를 참조하여 도 2 내지 도 4의 컬러 필터를 포함하는 표시 장치의 구조를 설명한다. 일 구현예에서는 컬러 필터를 포함하는 표시 장치의 일례로 액정 표시 장치를 들어 설명하였으나, 일 구현예의 범위가 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 유기 발광 표시 장치나 발광 다이오드 등 다양한 표시 장치의 컬러 필터로 사용 가능하다.
도 5는 도 2의 컬러 필터를 포함하는 표시 장치를 나타낸 도면이다.
도 5를 참고하면, 일 구현예에 따른 표시 장치(1000)는 광원(200)과 하부 표시판(300), 및 상부 표시판(400)을 포함한다.
광원(200)은 도 5의 제1방향(D1) 전방을 향해 하부 표시판(300) 및 상부 표시판(400)으로 제1광을 공급할 수 있다. 광원(200)은 제1광을 발광할 수 있는 발광체를 포함할 수도 있다. 광원(200)에서 발광되는 제1광은 예컨대 가시광 영역의 광일 수 있으며 가시광 영역의 광 중 높은 에너지를 갖는 광, 예를 들어 청색광일 수 있다. 이를 통해 제1광인 청색광을 하부 표시판(300)과 상부 표시판(400)으로 공급할 수 있다. 다만, 상기 제1광이 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 가시광 파장 영역 내의 청색광을 제외한 다른 광일 수도 있고, 자외선 파장 영역 내의 자외선일 수도 있다.
광원(200)은 발광체를 포함하는 발광부와, 발광된 청색광을 하부 표시판(300) 방향으로 공급하는 도광판을 포함할 수 있다. 발광부는 도광판 일측에 위치할 수도 있고, 도광판 하부면 아래에 위치할 수도 있다.
하부 표시판(300)은 투명한 유리, 플라스틱 등으로 이루어진 제1기판(301) 위에 박막 트랜지스터 등을 포함하는 박막트랜지스터(thin film transistor, TFT) 어레이(303)가 형성되어 있다. TFT 어레이(303)는 게이트선, 유지 전압선, 게이트 절연막, 데이터선, 소스 전극, 드레인 전극, 반도체, 보호막, 화소 전극 등을 포함할 수 있으며, 박막 트랜지스터는 게이트선 및 데이터 선에 연결되어 있다. 게이트선, 데이터선, 소스 전극, 드레인 전극, 반도체 및 화소 전극의 구조는 구현예에 따라서 다양할 수 있다.
게이트선과 유지 전압선은 서로 전기적으로 분리되어 있으며, 데이터선은 게이트선 및 유지 전압선과 절연 교차하고 있다. 게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극은 각각 박막 트랜지스터의 제어 단자, 입력 단자 및 출력 단자를 구성한다. 드레인 전극은 화소 전극과 전기적으로 연결되어 있다.
화소 전극은 인듐 주석 산화물(ITO) 또는 인듐 아연 산화물(IZO)과 같은 투명한 도전 물질로 형성될 수 있으며, 전계를 발생시켜 액정 분자의 배열 방향을 제어하는 역할을 한다.
TFT 어레이(303) 위에는 배향막(501)이 형성되어 있다. 배향막(501)은 폴리 아믹산(polyamic acid), 폴리 실록산(polysiloxane) 또는 폴리 이미드(polyimide) 등의 액정 배향막으로써 일반적으로 사용되는 물질들 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있다. 배향막(501)에 의해 액정층(500) 내부의 액정 분자를 초기 배열할 수 있다. 배향막(501)의 위치는 구현예에 따라 다양할 수 있다. 배향막(501)은 액정층(500)의 위, 아래 또는 도 5에 도시된 바와 같이 액정층(500)의 위와 아래에 모두 배치될 수도 있으며, 경우에 따라 생략될 수도 있다.
하부 표시판(300)과 상부 표시판(400) 사이에는 액정층(500)이 형성되어 있다. 액정층(500)의 두께는 예를 들어 5 ㎛ 내지 6 ㎛로 형성될 수 있다. 액정층(500) 내부 액정 분자의 종류, 액정층(500)의 구동 방식 등은 구현예에 따라서 다양할 수 있다. 즉, 액정층(500)은 도 5에 도시된 바와 같이, 제1기판(301)과 컬러 필터(100) 사이에 배치될 수도 있고, 구동 방식에 따라서 제2기판(401)과 컬러 필터(100) 사이에 배치되도록 변경될 수도 있는 것이다.
한편, 제1기판(301)의 배면에는 제1편광판(302)이 부착되어 있다. 제1편광판(302)은 편광 소자와 보호층을 포함할 수 있으며, 보호층은 TAC(Tri-acetyl-cellulose)을 포함할 수 있다. 다만, 제1편광판(302)이 형성되는 위치는 제1기판(301)과 TFT 어레이(303)의 사이에 형성될 수도 있고, 하부 표시판(300) 내의 다른 위치에 형성될 수도 있다.
액정층(500) 상부에는 공통 전극(404)이 형성되어 있다. 공통 전극(404)은 인듐 주석 산화물(ITO) 또는 인듐 아연 산화물(IZO)과 같은 투명한 도전 물질로 형성될 수 있으며, 전계를 발생시켜 액정 분자의 배열 방향을 제어하는 역할을 한다.다만 공통 전극(404)의 위치는 구현예에 따라 다양할 수 있으며, 하부 표시판(300)에 위치될 수도 있다.
상부 표시판(400)은 투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 이루어진 제2기판(401) 위에 제2편광판(402)이 형성되어 있다. 제2편광판(402)은 편광 소자와 보호층을 포함할 수 있으며, 보호층은 TAC(Tri-acetyl-cellulose)을 포함할 수 있다. 일 구현예에서는 제2편광판(402)이 제2기판(401)의 위에 배치되었으나, 상부 표시판(400) 내의 다른 위치, 예를 들어 공통 전극(404)의 위 또는 제2기판(401)의 아래에 배치될 수도 있으며, 생략될 수도 있다.
상기 제2기판(401)의 아래에는 전술한 컬러 필터(100)가 배치되어 있으며, 컬러 필터(100)는 전술한 바와 같이 차광 부재(403)에 의하여 제1영역(PX1) 내지 제3영역(PX3)이 각각 구획되어 있다.
차광 부재(403)는 빛을 투과시키지 않는 물질, 예를 들어 크롬(Cr), 은(Ag), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta) 등의 금속 입자, 상기 금속 입자의 산화물, 또는 이들의 조합을 포함하는 소재로 형성될 수 있다. 차광 부재(403)는 표시 장치(1000)의 빛샘 현상을 방지하고, 콘트라스트(contrast)를 향상시킨다. 차광 부재(403)는 도 5에 도시된 바와 같이 제2기판(401)의 아래에 형성되되, 일정 간격으로 이격되어 배치되어 있다.
일 구현예에서는 차광 부재(Black Matrix)에 의해 컬러 필터(100) 각각의 영역이 명확히 구획되므로, 어느 한 영역으로 입사된 광이 다른 영역을 침범하는 것을 차단할 수 있고, 이에 따라 표시 장치(1000)에 의해 표시되는 적색, 녹색, 청색 간의 혼색(color mixture)이 방지될 수 있다.
한편, 상기 컬러 필터(100)는 제1기판(301)의 전방에 배치되어 있다. 즉, 제1광의 공급 방향인 제1방향(D1)을 기준으로 볼 경우, 제1방향(D1) 전방을 따라 제1기판(301), 컬러 필터(100), 제2기판(401)이 순차적으로 광원의 전방에 배치되는 구조이다.
한편, 일 구현예에서는 컬러 필터(100)가 상부 표시판(400)에 배치될 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 표시 장치(1000)의 구동 방식에 따라 하부 표시판(300)에 배치될 수도 있다.
여기에서, 제1방향(D1)을 기준으로, 컬러 필터(100)는 제2층(20)이 제1층(10)의 전방에 오도록 배치된다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 컬러 필터(100)는 제1광이 청색 필터(21), 녹색 필터(20g) 또는 적색 필터(20r)로 각각 입사되고, 이후, 녹색 필터(20g) 또는 적색 필터(20r)로부터 방출되는 광은 제1층(10)을 통과하여 컬러 필터(100) 외부로 방출되도록 배치된 구조를 갖는다.
이와 같이, 제2층(20)으로부터 변환된 광이 제1층(10)을 통과하여 외부로 배출되도록 컬러 필터(100)를 형성함으로써, 색재현율과 색순도, 및 시야각이 우수한 표시 장치(1000)를 제공할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로써 발명의 범위가 제한되어서는 아니된다.
제조예 1 및 2: 제1층 형성용 조성물의 제조
제조예 1
광중합성 단량체로서 Dipentaerythritol hexaacrylate (DPHA, Sartomer 社) 4g, 광 개시제로서 OXE-02(BASF 社) 2 g, 알칼리 가용성 수지로서 아크릴계 수지(SP-RY16, Showa denko 社) 3 g, 착색제로서 황색 염료(Y138, Toyo 社) 11 g, 레벨링제 F554 (DIC社) 0.02 g, 용매로서 프로필렌 글리콜 모노메틸에테르 아세테이트(PGMEA) 65 g 과 1-에톡시-2-(2-메톡시에톡시)에탄(EDM) 15 g의 혼합 용매를 이용하여 제1층 형성용 조성물을 제조한다.
제조예 2
착색제로서 Y138 대신 황색 염료(Y150, TOYO 社)을 사용한 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 제1층 형성용 조성물을 제조한다.
상기 제조예 1 및 2로부터 제조된 조성물 각각에 대하여 UV Spectrophotometer(UV 1600, Shimadzu 社)를 이용하여 투과 스펙트럼을 측정하고, 그 결과를 도 6에 나타낸다.
도 6은 일 구현예에 따른 컬러 필터의 제1층의 가시광 파장 영역에 대한 투과 스펙트럼을 나타낸 그래프이다. 도 6에서 세로축은 해당 파장 영역에 대한 광 투과율(light transmittivity, 단위: %)을 나타낸다.
도 6을 참고하면, 제조예 1 내지 2에 따른 감광성 조성물 모두, 청색광 파장 영역에 대한 흡수율이 80 % 이상으로, 특히 420 nm 내지 460 nm 파장 영역의 광을 모두 흡수하는 것을 확인할 수 있고, 반면 540 nm 이상에서 광 투과율이 80 % 이상으로 양자점에 의해 발광된 빛을 모두 투과할 수 있음을 알 수 있다.
제조예 3 내지 8: 제2층 형성용 조성물의 제조
하기 언급된 성분들을 이용하여 하기 표 1에 나타낸 조성으로 양자점을 포함하는 감광성 수지 조성물인 제2층 형성용 조성물을 제조한다.
구체적으로, 용매에 광 개시제를 용해시킨 후, 2시간 동안 상온에서 충분히 교반한 다음, 광중합성 단량체와 알칼리 가용성 수지를 광변환 물질 (양자점)과 함께 투입하고 다시 2시간 동안 상온에서 교반한다. 이후 광 확산제(TiO2), 불소계 계면활성제 및 티올계 화합물를 첨가한 후 1시간 동안 상온에서 교반하고, 상기 혼합물을 3회 여과하여 불순물을 제거함으로써 제2층 형성용 조성물을 제조한다.
(A) 광변환 물질
(A)-1: InP/ZnS 양자점 (fluorescence λem = 545 nm, FWHM = 45 nm, 한솔케미칼 社, Green QD)
(A)-2: InP/ZnS 양자점 (fluorescence λem = 630 nm, FWHM = 45 nm, 한솔케미칼 社, Red QD)
(B) 알칼리 가용성 수지
아크릴계 알칼리 가용성 수지 (SP-RY16, Showa denko 社)
(C) 광중합성 단량체
디펜타에리트리톨헥사아크릴레이트(DPHA, Sartomer 社)
(D) 광 개시제
OXE-02 (BASF 社)
(E) 용매
(E)-1: 프로필렌 글리콜 모노메틸에테르 아세테이트(PGMEA)
(E)-2: 1-에톡시-2-(2-메톡시에톡시)에탄(EDM)
(E)-3: 시클로헥산(Cyclohexane)
(F) 광 확산제
TiO2 분산액 (TiO2 고형분: 20 %, TiO2 평균입경: 200 nm 내지 250 nm, 디토테크놀로지 社)
(G) 기타 첨가제
(G)-1: 불소계 계면활성제 (F-554, DIC 社)
(G)-2: 티올계 경화제 (에틸렌 글리콜 비스(3-머캅토프로피오네이트, BOC Sciences 社)
상기 제조예 3 내지 8에 의해 제조된 제2층 형성용 조성물의 성분표는 하기 표 1과 같다.
(단위: 중량%)
　 제조예3 제조예4 제조예5 제조예6 제조예 7 제조예8
광중합성 단량체 10 8 7 7 4 3
알칼리 가용성 수지 3.4 3.4 3.4 3.4 3.4 2.4
광 개시제 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4
광변환 물질
(양자점)		 (A)-1 10 12 15 - - -
(A)-2 - - - 15 18 20
확산제 2 2 2 2 2 2
기타 첨가제 (G)-1 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
(G)-2 4 4 2 2 2 2
용매 (E)-1 25.0 25.0 25.0 15.0 15.0 15.0
(E)-2 - - - - - -
(E)-3 45.0 45.0 45.0 55.0 55.0 55.0
실시예 1-3: 녹색 컬러필터의 제조
실시예 1
상기 제조예 1에서 제조된 감광성 수지 조성물을 10 cm2 x 10 cm2 유리 기판 위에 스핀 코팅 방법으로 도포한 후, 100 에서 2 분간 프리베이크(pre-bake)한다. 이후, 이를 대기 중에서 냉각시켜 제1층 유기막을 제조한다.
이후 제조예 3으로부터 제조된 제2층 형성용 조성물 15 ml을 상기 제조된 1층 유기막 상부에 스핀 코팅기(Opticoat MS-A150, Mikasa 社)를 이용하여 3.5 ㎛ 두께로 코팅한 후, 핫플레이트(hot-plate)를 이용하여 100 ℃에서 3 분간 프리베이크 하고, 노광기(ghi broadband, Ushio 社)를 이용하여 100 mJ/cm2의 출력(power)으로 UV를 조사하여, 제2층 유기막을 형성한다. 이어서 현상기(SSP-200, SVS社)를 사용하여 0.2 중량%의 수산화 칼륨(KOH) 수용액으로 현상한다. 이후, 컨벡션 오븐(convection oven)에서 180 ℃의 온도로 30 분 동안 하드베이크(hard-bake)하여, 패터닝된 2층 구조의 감광성 유기막을 얻는다.
실시예 2
제조예 3으로부터 제조된 제 2층 형성용 조성물 대신 제조예 4으로부터 제조된 제 2층 형성용 조성물을 이용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 거쳐, 패터닝된 2층 구조의 감광성 유기막을 얻는다.
실시예3
제조예 3으로부터 제조된 제 2층 형성용 조성물 대신 제조예 5로부터 제조된 제 2층 형성용 조성물을 이용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 하여 패터닝된 2층 구조의 감광성 유기막을 얻는다.
실시예 4-6: 적색 컬러필터의 제조
실시예 4
제조예 3으로부터 제조된 제2층 형성용 조성물 대신 제조예 6으로부터 제조된 제 2층 형성용 조성물을 이용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 거쳐, 패터닝된 2층 구조의 감광성 유기막을 얻는다.
실시예 5
제조예 3으로부터 제조된 제2층 형성용 조성물 대신 제조예 7로부터 제조된 제 2층 형성용 조성물을 이용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 거쳐, 패터닝된 2층 구조의 감광성 유기막을 얻는다.
실시예 6
제조예 3으로부터 제조된 제2층 형성용 조성물 대신 제조예 8로부터 제조된 제 2층 형성용 조성물을 이용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 거쳐, 패터닝된 2층 구조의 감광성 유기막을 얻는다.
상기 실시예 1 내지 6으로부터 제조된 2층 구조의 감광성 유기막에 대하여, 분광복사기(spectroradiometer, CAS140CT, Instrument System 社)로 각각의 광변환 스펙트럼을 측정하여, 그 결과를 도 7 및 도 8에 각각 나타낸다.
도 7은 일 구현예에 따른 컬러 필터의 가시광 파장 영역 중, 녹색 필터에서 방출되는 가시광 파장 영역에 대한 투과 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 7을 참고하면, 실시예 1 내지 3에 따른 녹색 컬러필터는 청색광 파장 영역에서 청색광을 전혀 방출하지 않는 것을 확인할 수 있으며, 이는 제1층에 의해 청색광이 모두 흡수되었기 때문인 것으로 파악된다.
또한, 실시예 1 대비 양자점의 함량을 점진적으로 증가시킨 실시예 2 내지 3의 경우, 녹색 발광 영역의 투과 스펙트럼의 강도가 점차 증가함을 알 수 있다. 이는 제2층 내부 양자점 수가 증가함에 따라 발생되는 내부 녹색광의 광량이 증가하기 때문인 것으로 파악된다.
도 8은 일 구현예에 따른 컬러 필터의 가시광 파장 영역 중, 적색 필터에서 방출되는 가시광 파장 영역에 대한 투과 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 8을 참고하면, 실시예 4 내지 6에 따른 적색 컬러필터 또한, 전술한 실시예 1 내지 3의 녹색 컬러 필터와 같은 이유로 청색광 파장 영역에서 청색광을 전혀 방출하지 않는 것으로 파악된다.
또한, 전술한 실시예 1 내지 3의 녹색 컬러 필터와 마찬가지로 양자점의 함량이 점진적으로 증가할수록 제2층 내부 양자점 수가 증가함에 따라, 적색 발광 영역의 투과 스펙트럼의 강도가 점차 증가하는 것으로 파악된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 일 구현예에 따른 컬러 필터는 발광층인 제2층 중, 제2영역과 제3영역의 아래에 청색 차단 필터의 역할을 수행하는 제1층을 형성하여, 녹색광 및 적색광의 색재현율, 색순도, 및 시야각이 우수하다. 또한, 제1층에 의해 녹색광, 또는 적색광 일부의 흡수가 발생하더라도, 녹색 필터, 또는 적색 필터 내부의 양자점 양을 조절함으로써 컬러 필터로 사용 가능한 수준의 청색광, 적색광의 광량을 확보할 수 있다.
즉, 일 구현예에 따르면, 색재현율, 색순도, 및 시야각이 우수한 컬러 필터, 그 제조 방법, 및 이를 포함하는 표시 장치가 제공될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 구현예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
10: 제1층 11: 양자점
11g: 제1 양자점 11r: 제2 양자점
12: 광 확산제 20: 제2층
20r: 적색 필터 20g: 녹색 필터
21: 청색 필터 100: 컬러 필터
200: 광원 300: 하부 표시판
301: 제1기판 302: 제1편광판
303: TFT 어레이 400: 상부 표시판
401: 제2기판 402: 제2편광판
403: 차광 부재 404: 공통 전극
500: 액정층 501: 배향막
1000: 표시 장치

Claims (12)

  1. 제1광을 방출하는 제1영역, 상기 제1광보다 긴 파장을 갖는 제2광을 방출하는 제2영역, 및 상기 제2광보다 긴 제3광을 방출하는 제3영역으로 구분되는 컬러 필터로서,
    기판,
    상기 기판 중, 상기 제2영역 및 상기 제3영역의 위에 일체로 형성되어 있는 제1층, 및
    상기 제1층 위에 형성되어 있는 제2층을 포함하고,
    상기 제1층은 상기 제1광에 대한 흡수율이 80 % 이상이고,
    상기 제2층은 양자점을 포함하는 컬러 필터.
  2. 제1항에서,
    상기 제1층은 420 nm 내지 460 nm 파장 영역의 광을 전부 흡수하는 컬러 필터.
  3. 제1항에서,
    상기 제1층은 540 nm 이상의 파장 영역의 광에 대한 투과율이 80% 이상인 컬러 필터.
  4. 제1항에서,
    상기 제1층의 두께는 0.1 ㎛ 내지 5 ㎛ 이고, 상기 제1층의 너비는 1 ㎛ 내지 200 ㎛ 컬러 필터.
  5. 제1항에서,
    상기 제1광은 청색광이고, 상기 제2광은 녹색광이며, 상기 제3광은 적색광인 컬러 필터.
  6. 제1항에서,
    상기 제1층 중, 상기 제1영역의 위에는 투명체가 형성되어 있는 컬러 필터.
  7. 제6항에서,
    상기 투명체의 내부에는 금속 산화물 입자, 금속입자, 및 이들의 조합으로부터 선택되는 광 확산제가 분산되어 있는 컬러 필터.
  8. 제1항에서,
    상기 양자점은, II족-VI족 화합물, III족-V족 화합물, IV족-VI족 화합물, IV족 화합물, II족-III족-VI족 화합물, I족-II족-IV족-VI족 화합물, 또는 이들의 조합을 포함하는 컬러 필터.
  9. 제1항에서,
    상기 양자점은,
    상기 제2영역에 위치하며, 상기 제1광을 흡수하여 상기 제2광을 방출하는 제1 양자점과,
    상기 제3영역에 위치하며, 상기 제1광을 흡수하여 상기 제3광을 방출하는 제2 양자점을 포함하는 컬러 필터.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 하나의 컬러 필터를 포함하는 표시 장치로서,
    제1방향으로 제1광을 공급하는 광원,
    상기 제1방향을 기준으로 상기 광원의 전방에 배치되는 제1기판,
    상기 제1방향을 기준으로 상기 제1기판의 전방에 배치되는 상기 컬러 필터 및,
    상기 제1방향을 기준으로 상기 컬러 필터의 전방에 배치되는 제2기판을 포함하고,
    상기 컬러 필터는 상기 제1방향을 기준으로 상기 제2층이 상기 제1층의 전방에 위치되는 표시 장치.
  11. 제10항에서,
    상기 제1기판과 상기 컬러 필터 사이, 또는 상기 컬러 필터와 상기 제2기판 사이에 배치되는 액정층을 더 포함하는 표시 장치.
  12. 제1항 내지 제9항 중 어느 하나의 컬러 필터를 제조하는 방법으로서,
    광중합성 단량체, 광 개시제, 알칼리 가용성 수지, 및 제1 용매를 포함하는 제1 감광성 수지 조성물을 준비하는 단계,
    광중합성 단량체, 광 개시제, 알칼리 가용성 수지, 제2 용매, 및 양자점을 포함하는 제2 감광성 수지 조성물을 준비하는 단계,
    기판 위에 상기 제1 감광성 수지 조성물을 도포하는 단계,
    상기 제1 감광성 수지 조성물 위에 상기 제2 감광성 수지 조성물을 도포하는 단계, 및
    도포된 상기 제1 감광성 수지 조성물 및 상기 제2 감광성 수지 조성물을 함께 경화하는 단계를 포함하는 컬러 필터 제조 방법.
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Patent event date: 20181205

Patent event code: PE08011R01I

Comment text: Amendment to Specification, etc.

Patent event date: 20180917

Patent event code: PE08011R01I

Comment text: Amendment to Specification, etc.

Patent event date: 20180625

PA0107 Divisional application

Comment text: Divisional Application of Patent

Patent event date: 20190104

Patent event code: PA01071R01D