KR101971045B1 - 퀀텀 로드 발광 표시장치 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 다수의 화소영역이 정의된 제 1 기판과; 상기 제 1 기판의 상의 각 화소영역에 형성된 투명한 제 1 전극과; 상기 제 1 전극 상부에 형성되며 다수의 퀀텀 로드와 용매를 포함하는 액상의 퀀텀 로드층과; 상기 제 1 기판과 마주하는 제 2 기판과; 상기 제 2 기판의 내측면에 상기 액상의 퀀텀 로드층과 접촉하며 화상을 표시하는 표시영역 전면에 형성된 투명한 제 2 전극과; 상기 제 1 기판의 외측면에 구비된 백라이트 유닛을 포함하며, 상기 액상의 퀀텀 로드층은 상기 제 1 및 제 2 전극에 전압이 인가되지 않은 경우 상기 퀀텀 로드가 방향성 없이 배열되며, 전압이 인가되는 경우 상기 퀀텀 로드는 일 방향으로 배열되는 것이 특징인 퀀텀 로드 발광 표시장치 및 이의 제조 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 퀀텀 로드 발광 표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광효율을 극대화시키며 동시에 저전압 구동 전압을 갖는 퀀텀 로드 발광 표시장치 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근, 박형화, 경량화, 저 소비전력화 등의 우수한 특성을 가지는 평판표시장치(flat panel display)가 널리 개발되어 다양한 분야에 적용되고 있다.
대표적인 평판표시장치로서 액정표시장치가 가장 널리 보급되어 이용되고 있다.
하지만, 액정표시장치는 도 1(일반적인 액정표시장치의 개략적인 단면 구성을 나타낸 도면)을 참조하면, 제 1 및 제 2 기판(미도시)과 배향막(미도시)과 컬러필터층(미도시) 및 액정층(미도시)을 포함하는 액정패널(10)과 다수의 광학필름(22)을 포함하는 백라이트 유닛(20)과, 상/하부 편광판(31, 32)을 포함하여 구성되고 있다.
즉, 액정표시장치(1)는 그레이 레벨이 구현을 위해 액정층(미도시)을 포함하여 다수의 광학필름(22)과 편광판(31, 32)을 필요로 하고 있으며, 풀 컬러를 표현하기 위해 액정패널 내에 컬러필터층(미도시)을 필요로 하고 있다.
따라서, 액정표시장치(1)는 상기 백라이트 유닛(20)의 광원(미도시)으로부터 나온 빛은 이들 다수의 광학필름(22)과 컬러필터층(미도시) 및 편광판(31, 32)을 투과하면서 대부분이 소실되어 투과율 저하를 일으키고 있다.
즉, 액정표시장치(1)는 백라이트 유닛(20)의 광원(미도시)으로부터 나온 빛량을 100이라 할 때 최종적으로 액정표시장치(1)를 투과하여 나온 빛량은 5 내지 10 정도가 되므로 투과효율이 매우 낮다.
따라서 액정표시장치(1)는 표시소자로서 적절한 휘도 구현을 위해 백라이트 유닛(20)으로부터 나오는 빛의 휘도를 늘려야 하므로 소비전력이 증가되며, 더욱이 제조를 위해 요구되는 부품수가 많아 제조 비용을 저감시키는데 많은 어려움이 있다.
따라서 최근에는 이러한 액정표시장치(1)의 저투과율의 문제를 해결하여 소비전력을 저감시키고 상대적으로 구비되는 구성요소가 작아 제조 비용을 저감시킬 수 있는 새로운 평판표시장치가 요구되고 있다.
한편, 이러한 시대적 요구에 부응하여 별도의 편광판과 컬러필터층 및 광학필름을 필요로 하지 않는 것을 특징으로 하는 유기전계 발광소자가 제안되었다.
이러한 유기전계 발광소자(organic electroluminescent device)는, 전자 주입 전극인 음극과 정공 주입 전극인 양극 사이에 형성된 유기 발광층에 전하를 주입하여 전자와 정공이 쌍을 이룬 후 소멸하면서 빛을 내는 소자이다.
이러한 유기전계 발광소자는 플라스틱과 같은 유연한 기판(flexible substrate) 위에도 형성할 수 있을 뿐 아니라, 자체 발광에 의해 색감이 뛰어나며, 액정표시장치에 비해 낮은 전압에서 (10V 이하) 구동이 가능하고, 전력 소모가 비교적 적다는 장점이 있다.
하지만, 이러한 유기전계 발광소자는 유기 발광층을 이루는 유기 발광 물질의 라이프 타임이 발광하는 색별로 큰 차이가 있고 특히 청색 발광 물질의 경우 상대적으로 작은 라이프 타임을 가짐으로서 통상적인 표시장치의 수명보다 작은 문제가 발생되고 있다.
따라서, 여전히 고투과율을 가지며 저소비전력 구동이 가능하고 동시에 액정표시장치 수준의 수명을 갖는 평판표시장치가 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은, 전술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 편광판을 필요로 하지 않아 큰 투과 효율을 가지며 액정표시장치 대비 간단한 구성을 가져 제조 비용을 저감시킬 수 있는 표시장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 퀀텀 로드 발광 표시장치는, 다수의 화소영역이 정의된 제 1 기판과; 상기 제 1 기판의 상의 각 화소영역에 형성된 투명한 제 1 전극과; 상기 제 1 전극 상부에 형성되며 다수의 퀀텀 로드와 용매를 포함하는 액상의 퀀텀 로드층과; 상기 제 1 기판과 마주하는 제 2 기판과; 상기 제 2 기판의 내측면에 상기 액상의 퀀텀 로드층과 접촉하며 화상을 표시하는 표시영역 전면에 형성된 투명한 제 2 전극과; 상기 제 1 기판의 외측면에 구비된 백라이트 유닛을 포함하며, 상기 액상의 퀀텀 로드층은 상기 제 1 및 제 2 전극에 전압이 인가되지 않은 경우 상기 퀀텀 로드가 방향성 없이 배열되며, 전압이 인가되는 경우 상기 퀀텀 로드는 일 방향으로 배열되는 것이 특징이다.
이때, 상기 제 1 및 제 2 전극이 전압 인가시 상기 퀀텀 로드가 배열되는 일 방향은 상기 제 1 전극 또는 상기 제 2 전극 표면의 법선 방향인 것이 특징이다.
그리고, 상기 액상의 퀀텀 로드층은 각 화소영역별로 패터닝되어 형성되며, 상기 화소영역은 적, 녹, 청색을 발광하는 제 1, 2, 3 화소영역으로 나뉘며, 상기 퀀텀 로드층은 상기 제 1, 2, 3 화소영역별로 서로 다른 크기를 갖는 퀀텀 로드를 구비한 것이 특징이다.
또한, 상기 제 2 기판에는 상기 제 1, 2, 3 화소영역에 대응하여 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴이 구비된 것이 특징이다.
또한, 상기 화소영역은 적, 녹, 청색을 발광하는 제 1, 2, 3 화소영역으로 나뉘며, 상기 액상의 퀀텀 로드층은 화소영역 구분없이 상기 다수의 화소영역이 구비된 표시영역 전면에 동일한 크기의 퀀텀 로드를 구비하여 형성되며, 상기 제 2 기판에는 상기 제 1, 2, 3 화소영역에 대응하여 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴이 구비된 것이 특징이다.
그리고, 상기 다수의 퀀텀 로드가 일 방향으로 배열되었다고 하는 것은, 수평 방향의 편광비 PRh 와 수직 방향의 편광비 PRv를 각각 PRh = Ih/(Ih+Iv), PRv = Iv/(Ih+Iv) 이라 정의할 때, 상기 수평 방향의 편광비 PRh 또는 수직 방향의 편광비 PRv가 0.5보다는 크고 1보다는 작은 값을 갖는 즉, 0.5 < PRh(또는 PRv)< 1 을 만족시키는 것을 의미하는 것이 특징이다.
또한, 상기 퀀텀 로드는, 코어만으로 이루어지거나, 또는 코어와 상기 코어를 둘러싸는 쉘로 이루어지며, 상기 쉘은 단축과 장축을 갖는 형태를 이루며 단축 대 장축의 비가 1:1.1 내지 1:30인 것이 특징이며, 이때, 상기 퀀텀 로드의 코어는 그 형상이 구, 타원구, 다면체, 막대 형태 중 어느 하나를 이루며, 상기 쉘은 상기 퀀텀 로드의 단축 방향으로 절단한 절단면이 원, 타원, 다각형 형태 중 어느 하나의 형태를 이루며, 상기 쉘은 단일층 또는 다중층 구조를 이루는 것이 특징이며, 이때, 상기 쉘은 합금(alloy), 옥사이드 계열 또는 불순물이 도핑된 물질로 이루어지는 것이 특징이다.
또한, 상기 코어는 주기율표 상의 Ⅱ-Ⅵ, Ⅲ-V, Ⅲ-Ⅵ, Ⅵ-Ⅳ, Ⅳ 족의 반도체, 합금 또는 혼합된 물질로 이루어지는 것이 특징이며, 이때, 상기 퀀텀 로드의 코어는 Ⅱ-Ⅵ족으로 이루어지는 경우, CdSe, CdS, CdTe, ZnO, ZnSe, ZnS, ZnTe, HgSe, HgTe, CdZnSe 중 어느 하나로 이루어지거나 또는 둘 이상의 물질이 혼합된 물질로 이루어지며, Ⅲ-V 족으로 이루어지는 경우, InP, InN, GaN, InSb, InAsP, InGaAs, GaAs, GaP, GaSb, AlP, AlN, AlAs, AlSb, CdSeTe, ZnCdSe 중 어느 하나로 이루어지거나 또는 둘 이상의 물질이 혼합된 물질로 이루어지며, Ⅵ-Ⅳ족으로 이루어지는 경우, PbSe, PbTe, PbS, PbSnTe, Tl2SnTe5 중 어느 하나로 이루어지거나 또는 둘 이상의 물질이 혼합된 물질로 이루어지는 것이 특징이다.
본 발명의 실시예에 따른 퀀텀로드 발광 표시장치의 제조 방법은, 다수의 화소영역이 정의된 제 1 기판 상의 각 화소영역에 투명한 제 1 전극을 형성하는 단계와; 상기 제 1 전극 상부에 다수의 랜덤 배열된 퀀텀 로드와 용매를 포함하는 액상의 퀀텀 로드층을 형성하는 단계와; 제 2 기판의 내측면에 화상을 표시하는 표시영역 전면에 투명한 제 2 전극을 형성하는 단계와; 상기 제 1 기판과 마주하도록 제 2 기판을 위치시키고 상기 액상의 퀀텀 로드층과 상기 제 2 전극이 접촉하도록 합착하는 단계와; 상기 제 1 기판의 외측면에 백라이트 유닛을 실장하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 액상의 퀀텀 로드층은, 상기 퀀텀로드와 용매로 이루어진 퀀텀 로드액을 스핀 코팅 또는 슬릿 코팅을 실시하여 상기 화소영역의 구분없이 상기 제 1 기판의 다수의 화소영역을 포함하는 표시영역 전면에 형성하거나, 또는 상기 퀀텀 로드액을 잉크젯 장치를 이용한 잉크젯법 또는 스크린 마스크를 이용한 스크린 프린팅법을 이용하여 각 화소영역별로 분리되도록 형성하는 것이 특징이다.
그리고, 상기 퀀텀 로드층은 각 화소영역별로 분리 형성하는 경우, 적, 녹, 청색을 나타내는 화소영역별로 퀀텀 로드의 크기를 달리하도록 형성하는 것이 특징이다.
또한, 상기 제 2 기판의 내측면에 상기 각 화소영역의 경계에 블랙매트릭스를 형성하는 단계를 포함하는 것이 특징이며, 상기 제 2 기판의 내측면에 상기 각 화소영역에 대응하여 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴이 순차 반복되는 형태를 갖는 컬러필터층을 형성하는 단계를 포함한다.
그리고, 상기 제 2 기판의 내측면에 상기 블랙매트릭스와 상기 제 2 전극 사이에 평탄한 표면을 갖는 오버코트층을 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 제 1 기판에 상기 제 1 전극을 형성하기 전에 상기 제 1 기판상에 서로 교차하여 상기 각 화소영역을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선을 형성하는 단계와; 상기 각 화소영역 내에 상기 게이트 배선 및 데이터 배선과 연결되는 박막트랜지스터를 형성하는 단계와; 상기 박막트랜지스터 위로 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키는 드레인 콘택홀을 갖는 보호층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제 1 전극은 각 화소영역 내에 상기 드레인 콘택홀을 통해 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하도록 형성하는 것이 특징이다.
본 발명에 따른 퀀텀 로드 발광 표시장치는 편광판을 필요로 하지 않으므로, 편광판이 구비됨으로써 휘도 특성이 저하되며 이렇게 저하된 휘도 특성을 향상시키고자 더 밝은 광원을 구비함으로써 소비전력이 증가되는 액정표시장치 대비 고 휘도 특성 및 저 소비전력 특성을 갖는 장점이 있다.
나아가 퀀텀 로드층이 액상의 구성을 가지므로 내부에 구비되는 퀀텀 로드가 인가되는 전압에 의해 재배열 될 수 있으며, 따라서 상기 퀀텀 로드층이 경화된 것을 특징으로 퀀텀로드 발광 표시장치 대비 구동 전압을 저감시킬 수 있으며, 온/오프 동작시의 퀀텀 로드 배열이 달라짐에 의해 콘트라스트 비 특성을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 퀀텀 로드 표시장치는 편광판 등을 필요로 하지 않으므로 액정표시장치 대비 제조에 필요로 되는 부품수를 줄일 수 있으므로 제조비용을 저감시키는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 액정표시장치의 개략적인 단면 구성을 나타낸 도면.
도 2는 퀀텀 로드의 형태를 나타낸 도면.
도 3은 퀀텀 로드에 전기장을 인가하기 전과 후의 전자와 정공 상태를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 퀀텀 로드 발광 표시장치의 단면도.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예의 제 1 및 제 2 변형예에 따른 퀀텀 로드 발광 표시장치의 단면도.
도 6a 내지 도 6h는 본 발명의 일 실시예에 따른 퀀텀 로드 발광 표시장치의 제조 단계별 공정 단면도.
도 2는 퀀텀 로드의 형태를 나타낸 도면.
도 3은 퀀텀 로드에 전기장을 인가하기 전과 후의 전자와 정공 상태를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 퀀텀 로드 발광 표시장치의 단면도.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예의 제 1 및 제 2 변형예에 따른 퀀텀 로드 발광 표시장치의 단면도.
도 6a 내지 도 6h는 본 발명의 일 실시예에 따른 퀀텀 로드 발광 표시장치의 제조 단계별 공정 단면도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 퀀텀 로드 발광 표시장치에 대하여 상세히 설명한다.
우선, 본 발명에 따른 퀀텀 로드 발광 표시장치에 구비되는 가장 특징적인 구성인 퀀텀 로드층을 이루는 퀀텀 로드에 대해 간단히 설명한다.
도 2는 퀀텀 로드의 일반적인 형태를 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 퀀텀 로드(quantum rod)(156)는 중심을 이루는 코어(core)(157)와 상기 코어(157)를 감싸는 쉘(shell)(158)로 이루어지고 있다. 이때, 도면에서는 상기 퀀텀 로드(156)는 코어(157)와 이를 감싸는 쉘(158)로 이루어지는 것을 일례로 보이고 있지만, 상기 쉘(158)은 생략될 수 있으며, 이 경우, 상기 퀀텀 로드는 코어(157)만으로 이루어질 수도 있다.
상기 코어(157)는 그 형상이 구, 타원구, 다면체, 막대 형태 중 어느 하나로 이루어질 수 있으며, 도면에서는 일례로 구 형태를 이루는 것을 도시하였다.
한편, 코어(157)만으로 퀀텀 로드(156)를 이루는 경우, 상기 코어(157)는 타원구 또는 막대 형태를 이루는 것이 특징이다.
또한, 상기 퀀텀 로드(156)가 코어(157)를 감싸는 쉘(158)을 포함하는 경우, 상기 코어(157)는 구, 타원구, 다면체, 막대 형태 중 어느 형태를 이룰 수 있으며, 이를 감싸는 상기 쉘(158)은 장축과 단축을 가는 로드(rod) 형태를 가지며, 상기 퀀텀 로드(156)의 단축 방향으로 절단한 절단면이 원, 타원, 다각형 형태 중 어느 하나의 형태를 이룰 수 있다.
또한, 상기 쉘(158)은 단일층 또는 다중층 구조로 가질 수 있으며, 합금(alloy), 옥사이드 계열의 물질 또는 불순물이 도핑된 물질 중 어느 하나 또는 둘 이상이 혼합된 물질로 이루어지는 것이 특징이다.
이때, 상기 쉘(158)은 그 단축 대 장축의 비율이 1:1.1 내지 1:30의 범위를 가짐으로써 다양한 비율을 가질 수 있는 것이 특징이다.
또한, 이러한 구성을 갖는 퀀텀 로드(156)의 한 구성요소인 코어(157)는 주기율 표의 Ⅱ-Ⅵ, Ⅲ-V, Ⅲ-Ⅳ-Ⅵ, Ⅵ-Ⅳ, Ⅳ족의 반도체, 합금 혹은 그것의 혼합된 물질로 이루어질 수 있다.
상기 퀀텀 로드(156)의 코어(157)가 주기율표의 Ⅱ-Ⅵ족으로 이루어지는 경우, CdSe, CdS, CdTe, ZnO, ZnSe, ZnS, ZnTe, HgSe, HgTe, CdZnSe, CdSeTe, ZnCdSe 중 어느 하나의 물질 또는 둘 이상의 물질이 혼합된 물질로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 퀀텀 로드(156)의 코어(157)가 주기율표의 Ⅲ-V 족으로 이루어지는 경우, InP, InN, GaN, InSb, InAsP, InGaAs, GaAs, GaP, GaSb, AlP, AlN, AlAs, AlSb중 어느 하나의 물질 또는 둘 이상의 물질이 혼합된 물질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 퀀텀 로드(156)의 코어(157)가 주기율표의 Ⅵ-Ⅳ족과 Ⅲ-Ⅳ-Ⅵ 족 으로 이루어지는 경우, PbSe, PbTe, PbS, PbSnTe, Tl2SnTe5 중 어느 하나의 물질 또는 둘 이상의 물질이 혼합된 물질로 이루어질 수 있다.
또한, 이러한 구성을 갖는 퀀텀 로드(156)의 한 구성요소인 코어(157)는 주기율 표의 Ⅱ-Ⅵ, Ⅲ-V, Ⅲ-Ⅳ-Ⅵ, Ⅵ-Ⅳ, Ⅳ족의 반도체, 합금 혹은 그것의 혼합된 물질로 이루어질 수 있다.
상기 퀀텀 로드(156)의 코어(157)가 주기율표의 Ⅱ-Ⅵ족으로 이루어지는 경우, CdSe, CdS, CdTe, ZnO, ZnSe, ZnS, ZnTe, HgSe, HgTe, CdZnSe, CdSeTe, ZnCdSe 중 어느 하나의 물질 또는 둘 이상의 물질이 혼합된 물질로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 퀀텀 로드(156)의 코어(157)가 주기율표의 Ⅲ-V 족으로 이루어지는 경우, InP, InN, GaN, InSb, InAsP, InGaAs, GaAs, GaP, GaSb, AlP, AlN, AlAs, AlSb중 어느 하나의 물질 또는 둘 이상의 물질이 혼합된 물질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 퀀텀 로드(156)의 코어(157)가 주기율표의 Ⅵ-Ⅳ족과 Ⅲ-Ⅳ-Ⅵ 족 으로 이루어지는 경우, PbSe, PbTe, PbS, PbSnTe, Tl2SnTe5 중 어느 하나의 물질 또는 둘 이상의 물질이 혼합된 물질로 이루어질 수 있다.
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이러한 물질과 장축 대 단축 비율을 갖는 퀀텀 로드(156)는 동일한 물질의 코어(157)로 구성되더라도 상기 코어(157)의 크기에 따라 형광 파장이 달라지는 특징을 갖는다.
즉, 상기 코어(157)의 크기가 작아질수록 짧은 파장의 형광을 내며 크기가 커질수록 긴 파장의 형광을 발생시킨다.
따라서 퀀텀 로드는 코어(157) 크기를 조절함으로써 원하는 가시광선 영역대의 빛을 거의 다 형광 할 수 있는 것이 특징이다.
전술한 바와 같은 물질로 이루어지는 퀀텀 로드(156)는 도 3(퀀텀 로드에 전기장을 인가하기 전과 후의 전자와 정공 상태를 나타낸 도면)에 도시한 바와같이, 코어(157) 그 자체 또는 상기 코어(157)를 감싸는 쉘(158)은 장축과 단축을 갖는 형태를 이루고 있다.
따라서, 상기 장축과 단축을 갖는 쉘(158) 또는 코어(157)의 장축 방향으로 전기장을 인가하기 전에는 상기 코어(157) 내에 전자와 정공이 결합된 상태를 이루고 있지만, 상기 쉘(158) 또는 코어(157)의 장축 방향으로 전기장이 가해지면 전자(e)와 정공(h)이 상기 코어(157) 내부 또는 상기 코어(157)와 쉘(158) 사이에서 공간적으로 분리됨으로써 밴드 갭의 분리를 유도할 수 있는 것이 특징이며, 이에 따라 퀀텀 로드(156)로부터 발광되는 형광량 또는 발광량 조절이 가능함으로써 이러한 퀀텀 로드로 이루어진 퀀텀 로드층으로부터 발광되는 빛은 그레이 레벨을 구현할 수 있는 것이다.
이러한 퀀텀 로드(156)는 자체 양자효율(quantum yield)이 이론상으로 100%가 되므로 매우 센 형광을 발생시킬 수 있는 것이 또 다른 특징이다.
이때, 이러한 특성을 갖는 다수의 퀀텀 로드(156)를 포함하는 퀀텀 로드층은 액상 상태를 갖는 것이 특징이며, 이러한 다수의 퀀텀로드들은 인가되는 전압에 의해 발현되는 전압에 의해 그 장축의 방향이 변화되는 것이 특징이다.
이후에는 전술한 특성을 갖는 퀀텀 로드를 구비함으로써 표시장치로서 역할을 하는 본 발명에 따른 퀀텀 로드 발광 표시장치에 대해 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 퀀텀 로드 발광 표시장치의 단면도로서 이웃한 3개의 화소영역을 도시하였으며, 이중 하나의 화소영역(P)에 대해서만 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Tr)를 도시하였다. 이때, 설명의 편의를 위해 각 화소영역 내에 박막트랜지스터가 구비되는 영역을 스위칭 영역(TrA)이라 정의하였다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 퀀텀 로드 발광 표시장치(101)는 화소영역(P)별로 분리 형성된 제 1 전극(150)과, 상기 제 1 전극(150) 상부에 형성된 액상의 퀀텀 로드층(155)이 구비되는 제 1 기판(110)과, 상기 제 1 기판(110)과 대향하며 화상을 표시하는 표시영역 전면에 형성되며 상기 퀀텀 로드층(155)과 접촉하는 된 제 2 전극(160)을 포함하는 제 2 기판(170)으로 이루어진 퀀텀로드 패널(102)과, 백라이트 유닛(180)을 포함하여 구성되고 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 퀀텀 로드 발광 표시장치(101)는 상기 백라이트 유닛(180)으로 나온 빛을 상기 액상의 퀀텀 로드층(155)이 흡수하여 내부적으로 전자와 정공의 재결합이 이루어져 빛을 형광시키게 된다.
이때, 상기 퀀텀 로드 발광 표시장치(101)는 상기 액상의 퀀텀 로드층(155) 하부 및 상부에 위치하는 각각 제 1 및 제 2 전극(150, 160)에 인가되는 전압을 달리하여 이들 두 전극(150, 160) 사이의 전계의 세기를 달리함으로써 상기 액상의 퀀텀 로드층(155)을 이루는 다수의 퀀텀 로드(156) 각각의 내부에서 전자와 정공의 재결합율을 조절하여 그레이 레벨을 표시하게 되며, 동시에 액상의 상기 액상의 퀀텀 로드층(155) 내의 퀀텀 로드(156) 각각의 장축 방향이 랜덤한 상태에서 상기 제 1 및 제 2 전극(150, 160) 사이에 발생되는 수직 전계 방향과 일치하도록 조절됨으로서 화소영역 온(on)/오프(off) 상태에서의 화이트 및 블랙의 휘도 특성 차이를 극대화하여 콘트라스트 비를 향상시키게 되는 것이 특징이다.
이때, 상기 액상의 퀀텀 로드층(155)은 적, 녹, 청색을 발광하는 화소영역(P)별로 상기 퀀텀 로드(156)의 크기가 달리 형성됨으로써 적, 녹, 청색을 발생시킬 수 있으므로 풀 컬러의 화상을 표시할 수 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 퀀텀 로드 액정표시장치(101)에 있어, 상기 제 1 전극(150) 및 퀀텀 로드층(155)이 구비되는 제 1 기판(110)의 구성에 대해 설명한다.
투명한 절연 기판 예를들면 투명한 유리재질의 기판 또는 플렉서블한 플라스틱 기판으로 이루어진 상기 제 1 기판(110) 상에는 저저항 특성을 갖는 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금, 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금(MoTi) 중 선택되는 하나 또는 둘 이상의 물질로써 제 1 방향으로 연장하는 게이트 배선(미도시)이 형성되어 있다.
또한, 상기 제 1 기판(110) 위로 각 화소영역(P) 내의 상기 스위칭 영역(TrA)에는 상기 게이트 배선(미도시)과 연결되며 게이트 전극(108)이 형성되어 있다.
그리고 상기 게이트 배선(미도시)과 게이트 전극(108) 위로 상기 제 1 기판(110) 전면에 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)으로서 게이트 절연막(115)이 형성되어 있다.
또한, 상기 게이트 절연막(115) 위로 상기 스위칭 영역(TrA)에는 상기 게이트 전극(108)에 대응하여 순수 비정질 실리콘의 액티브층(120a)과 상기 액티브층 상부에서 이격하며 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층(120b)으로 이루어진 반도체층(120)이 형성되어 있으며, 상기 반도체층(120) 상부에는 서로 이격하며 상기 오믹콘택층(120b)과 각각 접촉하는 소스 및 드레인 전극(133, 136)이 형성되어 있다. 이때, 상기 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(133, 136) 사이로는 상기 액티브층(120a)이 노출되고 있다.
한편, 상기 각 화소영역(P) 내에 구비된 상기 스위칭 영역(TrA)에 순차 적층된 상기 게이트 전극(108)과 게이트 절연막(115)과 반도체층(120)과 소스 및 드레인 전극(133, 136)은 박막트랜지스터(Tr)를 이룬다.
그리고, 상기 게이트 절연막(115) 상부에는 상기 게이트 배선(미도시)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 데이터 배선(130)이 제 2 방향으로 연장하며 상기 박막트랜지스터(Tr)의 소스 전극(133)과 연결되며 형성되어 있다.
이때, 상기 데이터 배선(130) 하부에는 상기 액티브층(120a)과 오믹콘택층(120b)을 이루는 동일한 물질로 제 1 및 제 2 반도체 패턴(121a, 121b)으로 이루어진 더미패턴(121)이 형성됨을 보이고 있지만, 이는 제조 공정 상의 특징에 의해 일례를 보인 것이며, 상기 더미패턴(121)은 생략될 수도 있다.
한편, 도면에 있어서는 상기 박막트랜지스터(Tr)는 비정질 실리콘으로 이루어진 액티브층(120a)과 오믹콘택층(120b)의 반도체층(120)을 포함하여 게이트 전극(108)이 가장 하부에 위치하는 보텀 게이트 타입(bottom gate type)을 이루는 것을 일례로 보이고 있지만, 폴리실리콘으로 이루어진 반도체층을 구비함으로써 폴리실리콘의 반도체층과, 게이트 절연막과, 게이트 전극과, 상기 반도체층을 노출시키는 반도체층 콘택홀을 구비한 층간절연막과, 상기 반도체층 콘택홀을 통해 각각 폴리실리콘의 반도체층과 접촉하며 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극이 순차 적층된 구조를 갖는 탑 게이트 타입(top gate type)으로 이루어 질 수도 있다.
전술한 구조를 갖는 탑 게이트 타입의 박막트랜지스터가 구비되는 경우, 상기 게이트 배선(미도시)은 게이트 전극이 형성된 게이트 절연막 상부에 구비되며, 데이터 배선은 상기 층간절연막 상에 구비된다.
다음, 상기 데이터 배선(130)과 소스 및 드레인 전극(133, 136) 상부에는 평탄한 표면을 갖는 보호층(140)이 구비되고 있다. 이때, 상기 보호층(140)에는 각 화소영역(P) 별로 상기 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(136)을 노출시키는 드레인 콘택홀(143)이 구비되어 있다.
또한, 상기 보호층(140) 상부에는 각 화소영역(P) 내에 상기 드레인 콘택홀(143)을 통해 상기 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(136)과 접촉하며 투명 도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)로 이루어진 제 1 전극(150)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 제 1 전극(150)과, 상기 제 1 전극(150) 사이로 노출된 상기 보호층(140) 상부에는 각 화소영역(P)의 경계 즉, 게이트 배선(미도시)과 데이터 배선(130)에 대응하여 상기 제 1 전극(150)의 가장자리와 중첩하며 버퍼패턴(152)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 버퍼패턴(152)에 위해 둘러싸인 각 화소영역(P) 내에 상기 제 1 전극(150) 상부에는 다수의 퀀텀 로드(156)와 액체 상태의 용매를 포함하는 액체 상태를 갖는 것을 특징으로 하는 퀀텀 로드층(155)이 구비되고 있다.
이때, 상기 퀀텀 로드층(155)은 각각 적, 녹, 청색을 발광하는 화소영역(P)별로 서로 다른 크기의 코어(도 2의 157)를 갖는 퀀텀 로드(156)가 구비될 수도 있으며, 또는 동일한 크기의 코어(도 2의 157)를 갖는 퀀텀 로드(156)가 구비될 수도 있다.
상기 퀀텀 로드층(155)이 표시영역 전체에 있어 동일한 크기의 코어(도 2의 157)를 갖는 퀀텀 로드(156)로 구비되는 경우, 상기 제 2 기판(170)에는 각 화소영역(P)별로 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴이 순차 반복되는 형태를 갖는 컬러필터층(미도시)이 구비되는 것이 특징이다.
이때, 상기 액상의 퀀텀 로드층(155)과 접촉하며 투명한 도전성 물질로 이루어진 제 2 전극(160)이 상기 액상의 퀀텀 로드층(155) 위로 구비되고 있다. 이러한 제 2 전극(160)은 실질적으로 제 2 기판(170)에 구성되는 구성요소이지만, 설명의 편의를 위해 먼저 언급하였다.
한편, 본 발명에 있어 가장 특징적인 구성으로서, 상기 퀀텀 로드층(155)을 이루는 다수의 퀀텀 로드(156)는 상기 제 1 및 제 2 전극(150, 160)에 전압이 인가되지 않은 상태에서는 각 화소영역(P) 내에서 랜덤하게 배열된 상태를 이루며, 상기 제 1 및 제 2 전극(150, 160)에 전압이 인가되어 수직 전계가 발생되는 경우에는 상기 수직전계에 반응하여 상기 다수의 각 퀀텀 로드(156)의 장축이 상기 수직전계와 나란한 방향으로 위치하는 것이 특징이다.
이때, 상기 제 1 및 제 2 전극(150, 160)에 전압이 인가되어 퀀텀 로드(156)의 장축이 수직전계의 방향으로 정렬하는 정도는 상기 제 1 및 제 2 전극(150, 160)에 인가되는 전압차에 의해 발현되는 수직전계의 세기에 어느 정도 비례하게 된다. 수직전계의 세기에 어느 정도 비례한다는 것은 전계 세기가 증가하면 할수록 퀀텀 로드(156)의 일 방향으로의 정렬도가 증가하는 것은 아니고 한계치까지는 전계 세기에 비례하여 퀀텀로드(156)의 정렬도가 상승하게 되지만, 전계 세기가 특정 한계치 이상을 지나게 되면 이후에는 전계 세기가 증가하더라도 정렬도는 변하지 않는다는 의미가 된다.
이때, 퀀텀 로드(156)의 장축이 일 방향으로 잘 배열된 정도 즉, 정열도 수준은 편광비(polarization ratio) 측정을 통해 알 수 있다. 즉, 수평 또는 수직 편광된 빛을 퀀텀 로드층(155)을 향해 조사한 후 검광판(미도시)을 통과한 상태의 빛량을 측정함으로써 퀀텀 로드층(155)의 편광 정도를 알 수 있으며, 최종적으로 퀀텀 로드의 배열 정도를 알 수 있다.
라이트 소스(미도시)로부터 나온 빛량의 세기를 I, 수평 성분만을 갖는 빛을 Ih, 수직 성분만을 갖는 빛을 Iv라 정의 할 때, 통상적으로 퀀텀 로드(156)의 방향성을 부여하지 않았을 경우, 편광비(polarization ratio) PR은,
PR = (Ih - Iv)/(Ih+Iv) 로 정의된다.
이때, 퀀텀 로드층(155)이 일방향 즉, 수평 또는 수직방향으로 배열되는 경우, 수평 및 수직 방향의 편광비 PRh 및 PRv는 각각 다음과 같이 정의된다.
PRh = Ih/(Ih+Iv),
PRv = Iv/(Ih+Iv)
따라서, 상기 액상의 퀀텀 로드층(155)에 있어서 다수의 퀀텀 로드가 일 방향(본 발명의 실시예에 있어서는 서로 제 1 전극(150) 또는 제 2 전극(160) 표면에서의 법선방향)으로 잘 정렬되었다 하는 것은 수평 방향의 편광비 PRh 또는 수직 방향의 편광비 PRv가 0.5보다는 크고 1보다는 작은 값을 갖는 것 즉, 0.5 < PRh 또는 PRv < 1 을 만족시키는 것을 의미한다.
이렇게 퀀텀 로드층(155)을 액상으로 형성함으로서 제 1 및 제 2 전극(150, 160)에 전압 오프(off) 시에는 퀀텀 로드들이 랜덤한 방향으로 즉, 방향성 없이 배열되도록 하여 백라이트 유닛(180)으로부터 나온 빛에 의한 빛샘을 억제함으로써 블랙 휘도를 저하시키고, 상기 제 1 및 제 2 전극(150, 160)에 전압 온(on) 시에는 퀀텀로드들이 제 1 전극(150) 또는 제 2 전극(160) 표면의 법선방향과 나란한 방향으로 배열되도록 함으로써 상기 백라이트 유닛(180)으로부터 나온 빛을 보다 잘 흡수하여 보다 많은 양의 형광을 하도록 함으로서 화이트 휘도 특성을 향상시키기 위함이다.
따라서 전술한 액상의 퀀텀 로드층(155)을 구비한 본 발명의 실시에에 따른 퀀텀로드 발광 표시장치(101)는 도면에 나타내지 않았지만 비교예로서 고상의 퀀텀 로드층을 구비한 퀀텀로드 발광 표시장치 대비 고휘도 특성을 갖는 동시에 전압 오프(off)시에는 더욱더 블랙을 표시하게 되며 전압 온(on)시에는 고 휘도의 화이트를 표시할 수 있으므로 블랙 휘도 대비 화이트 휘도의 비로 정의되는 콘트라스트 비를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
나아가 본 발명의 실시예에 따른 퀀텀로드 발광 표시장치(101)는 상기 액상의 퀀텀 로드층(155)의 형성 후 이에 포함된 용매를 건조시키기 위한 큐어링 공정을 진행할 필요가 없으므로 고상의 퀀텀 로드층을 구비한 비교예에 따른 퀀텀로드 발광 표시장치 대비 제조 공정을 단순화 하는 장점이 있다.
한편, 적, 녹, 청색을 나타내는 화소영역(P) 별로 서로 다른 크기의 코어(도 2의 157)를 갖는 퀀텀 로드(156)가 구비되는 경우, 퀀텀 로드(156)는 전술하였듯이 코어(도 2의 157)의 크기에 따라 형광 파장이 달라진다는 것이 특징이며, 상기 코어(도 2의 157)의 크기가 적어질수록 짧은 파장의 형광을 내며 크기가 커질수록 긴 파장의 형광을 발생시킨다.
따라서, 이 경우 적색을 나타내어야 하는 화소영역(P)에 대응해서는 가장 큰 코어(도 2의 157) 크기(직경)를 갖는 퀀텀 로드층(155a)을 형성하고, 그리고 녹색과 청색을 나타내어야 하는 화소영역(P)에 대해서는 순차적으로 상기 적색을 나타내는 화소영역(P)에 구비되는 퀀텀 로드(도 2의 156)의 코어(도 2의 157) 크기보다 작은 크기의 퀀텀 로드(도 2의 156)를 구비한 퀀텀 로드층(155b, 155c)이 형성된 것이 특징이다.
한편, 도면에서는 상기 액상의 퀀텀 로드층(155)은 각 화소영역(P)별로 분리 형성된 것을 일례로 보이고 있지만, 변형예로서 도 5a(본 발명의 실시예의 제 1 변형예에 따른 퀀텀 로드 발광 표시장치의 단면도)에 도시한 바와같이, 상기 액상의 퀀텀 로드층(155)은 다수의 화소영역(P)이 구비되는 표시영역 전면에 형성될 수도 있으며, 이 경우 상기 각 화소영역(P)의 경계에 구비되는 버퍼패턴(152)은 생략된다.
한편, 본 발명의 실시예에 있어서는 상기 제 1 및 제 2 전극(150, 160)은 서로 중첩하며 상기 액상의 퀀텀 로드층(155)을 사이에 두고 그 하부 및 상부에 배치된 구성을 이루지만, 또 다른 제 2 비교예로서 상기 제 1 및 제 2 전극은 각 화소영역 내에 동일한 평면상에 바 형태로 교대하며 형성될 수도 있다.
이러한 제 2 비교예에서와 같이 동일 평면상에 제 1 및 제 2 전극이 교대하며 형성되는 경우, 이들 두 전극에 의해 횡전계를 발현하게 되며, 이 경우 상기 퀀텀 로드는 기판 표면과 나란하게 배치되며 상기 제 1 및 제 2 전극의 사이의 영역에서 상기 바 형태의 제 1 및 제 2 전극과 수직한 방향으로 배열될 수 있다.
하지만, 이러한 바 형태의 제 1 및 제 2 전극을 구비한 제 2 비교예의 경우 본 발명의 실시예에 따른 퀀텀 로드 발광 표시장치 대비 개구율 측면에서 성능 저하가 발생됨을 알 수 있다.
즉, 바 형태의 제 1 및 제 2 전극 상부에는 실질적으로 전계가 형성되지 않으므로 상기 제 1 및 제 2 전극과 중첩하는 영역에 대해서는 상기 제 1 및 제 2 전극에 전압을 인가하여도 퀀텀 로드가 재배열되지 않으므로 랜덤한 방향으로 배열된다.
이 경우, 퀀텀 로드가 일 방향으로 정렬된 부분과 휘도 특성이 달리하게 됨으로써 빛샘을 발생시키게 되며, 이에 의해 빛샘을 억제하기 위해 바 형태의 제 1 및 제 2 전극은 통상 투명 도전성 물질이 아닌 불투명 금속물질로 형성하게 됨으로서 개구율 저하가 발생된다.
따라서, 제 1 및 제 2 전극이 바 형태로 동일한 평면상에 형성되는 제 2 비교예에 따른 퀀텀로드 발광 표시장치는 개구율 측면에서 본 발명의 실시예 대비 특성이 저하됨을 알 수 있다.
한편, 전술한 구성을 포함하는 상기 제 1 기판(110)에 대응하여 제 2 기판(170)이 구비되고 있다. 이때 상기 제 2 기판(170)은 상기 제 1 기판(110)과 같이 투명한 절연기판으로서 유리재질로 이루어지거나 또는 플렉서블한 특성을 갖는 플라스틱 재질로 이루어질 수 있으며, 나아가 또는 고분자 물질로 이루어진 시트 또는 필름이 될 수도 있다.
이러한 제 2 기판(170)의 내측면에는 화소영역(P)의 경계 및 박막트랜지스터(Tr)가 형성된 부분에 대응하여 이를 가리며 블랙매트릭스(173)가 형성되어 있다.
이러한 블랙매트릭스(173)는 상기 퀀텀 로드층(155)이 표시영역 전면에 형성되는 변형예(도 5a 참조) 경우 빛샘 방지를 위해 반드시 구비되어야 하며, 상기 퀀텀 로드층(155)이 각 화소영역(P)별로 분리 형성되는 경우 생략될 수도 있다. 그리고 상기 블랙매트릭스를 덮으며 평탄한 표면을 갖는 오버코트층(177)이 구비되고 있으며, 상기 오버코트층(177)과 접촉하며 표시영역 전면에 투명한 도전성 물질로 이루어진 상기 제 2 전극(160)이 형성되고 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 있어서는 상기 제 2 기판(170)의 내측면에 블랙매트릭스(173)와 오버코트층(177) 및 제 2 전극(160)만이 구비된 것을 보이고 있지만, 상기 퀀텀 로드층(155)이 각 화소영역(P)별로 모두 동일한 크기를 갖는 코어(도 2의 157)를 갖는 퀀텀 로드(도 2의 156)로 이루어진 경우, 도 5b(본 발명의 실시예의 제 2 변형예에 따른 퀀텀 로드 발광 표시장치의 단면도)에 도시한 바와같이, 풀 컬러(full color) 구현을 위해 상기 블랙매트릭스(173)로 둘러싸인 영역에 대응하여 이웃하는 3개의 화소영역(P)에 순차 반복하는 형태로 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴(175a, 175b, 175c)이 대응되는 컬러필터층(175)이 구비될 수도 있으며, 이렇게 컬러필터층(175)이 구비되는 경우 상기 오버코트층(177)은 생략될 수 있다.
한편, 도 4에 도시한 바와같이, 상기 제 1 기판(110)에 구비되는 액상의 퀀텀 로드층(155)이 적, 녹, 청색을 나타내어야 하는 화소영역(P)별로 서로 다른 크기의 코어(도 2의 157)를 갖는 퀀텀 로드(156)가 구비되는 경우, 상기 제 2 기판(170)에 구비되는 컬러필터층(미도시)은 고 휘도 특성 구현을 위해 생략될 수 있으며, 또는 도 5b에 도시한 제 2 변형예와 같이 더욱 우수한 색재현율 구현을 위해 구비될 수도 있다.
한편, 도 4를 참조하면, 이러한 제 1 및 제 2 기판(110, 170)이 합착된 구성을 갖는 퀀텀 로드 패널(102)의 하부 더욱 정확히는 상기 제 1 기판(110)의 외측면에는 상기 액상의 퀀텀 로드층(155)으로 빛을 공급하는 백라이트 유닛(180)이 구비되고 있다.
이때, 상기 백라이트 유닛(180)은 광원(182)과, 반사판(185)과, 상기 반사판(185) 상에 안착되는 도광판(187) 그리고 이의 상부로 위치하는 다수의 광학시트(190)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 광원(182)은 본 발명의 특징 상 450nm보다 작은 즉, 단 파장대의 빛 예를들면 청색 가시광선 또는 UV광을 발생시키는 것으로, CCFL(cold cathode fluorescent lamp)와 EEFL(external electrode fluorescent lamp)를 포함하는 형광 램프 또는 LED(light emit diode) 중에서 선택된 하나로 이루어질 수 있으며, 도면에서는 일례로 형광램프로 이루어진 것을 도시하였다.
상기 광원(182)은 상기 도광판(187)의 입광부와 대면하도록 상기 도광판(187)의 일측에 위치하며, 상기 광원(182)이 형광램프인 경우, 램프가이드(183)에 의해 외측이 가이드 되고 있다.
한편, 상기 도광판(187)은 상기 광원(182)으로부터 입사된 광을 여러 번의 전반사에 의해 그 내부를 진행하도록 하면서 상기 도광판(187) 면내로 고르게 퍼지도록 하여 상기 퀀텀 로드 패널(102)에 면광원을 제공한다.
이때, 이러한 도광판(187)은 상기 퀀텀 로드 패널(102)로의 균일한 면광원을 공급하기 위해 배면에 특정 모양의 패턴(미도시)을 포함할 수 있다.
여기서, 특정 모양의 패턴(미도시)은 상기 도광판(187) 내부로 입사된 빛을 가이드하기 위하여, 타원형의 패턴(elliptical pattern), 다각형의 패턴(polygon pattern), 홀로그램 패턴(hologram pattern) 등 다양하게 구성할 수 있으며, 이와 같은 패턴은 도광판(187)의 하부면에 인쇄방식 또는 사출방식으로 형성된다.
또한, 상기 반사판(185)은 상기 도광판(187)의 배면에 위치하여, 상기 도광판(187)의 배면을 통과한 광을 상기 퀀텀 로드 패널(102) 쪽으로 반사시킴으로써 광의 휘도를 향상시킨다.
그리고 상기 도광판(187) 상부에 구비된 상기 광학시트(190)는 확산시트(188)와 적어도 하나의 집광시트(189)를 포함한다.
한편, 이러한 구성을 갖는 백라이트 유닛(180)은 광원(182)이 도광판(187)의 측면에 구비되며 상기 도광판(187)에 의해 상기 퀀텀 로드 패널(102)에 면광원을 입사시키는 에지형 타입이 되고 있는 것을 일례로 보이고 있지만, 상기 백라이트 유닛(180)은 직하형 타입을 이룰 수도 있다.
직하형 타입 백라이트 유닛(미도시)의 경우, 도면에 나타내지 않았지만, 반사판의 상부로 다수의 광원으로서 형광 램프가 일정 간격을 가지며 배치되거나, 또는 다수의 LED가 배치된 LED용 구동기판이 구비되며, 이의 상부로 상기 도광판을 대신하여 확산판이 구비되며, 상기 확산판의 상부로 다수의 광학시트가 구비된다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 실시예 또는 그 변형예에 따른 퀀텀 로드 발광 표시장치(101)는 액정표시장치에서와 같이 휘도 특성을 저하시키는 편광판을 필요로 하지 않으므로, 편광판이 구비됨으로써 휘도 특성이 저하되며 이렇게 저하된 휘도 특성을 향상시키고자 더 밝은 광원을 구비함으로써 소비전력이 증가되는 액정표시장치 대비 고 휘도 특성 및 저 소비전력 특성을 갖는 장점이 있다.
나아가 액상의 퀀텀 로드층(155)을 구비함으로서 상기 액상의 퀀텀 로드층(155) 내부에 구비되는 퀀텀 로드(156)가 전압 인가 여부에 따라 랜덤한 상태 또는 일 방향으로 배열된 구성을 가짐으로써 랜덤한 상태인 경우 백라이트 유닛(180)로부터 나온 빛이 상기 액상의 퀀텀 로드층(155)을 통과하여 빛샘을 발생시키는 것을 억제하며, 일 방향으로 배열된 경우 백라이트 유닛(180)으로부터 나온 빛을 더욱 잘 흡수하여 형광시키므로 더욱더 휘도 특성을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 퀀텀 로드 표시장치(101)는 편광판 등을 필요로 하지 않으므로 액정표시장치 대비 제조에 필요로 되는 부품수를 줄일 수 있으므로 제조비용을 저감시키는 효과가 있다.
이후에는 전술한 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 퀀텀 로드 발광 표시장치의 제조방법에 대해 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 퀀텀 로드 발광표시장치는 액상의 퀀텀 로드층이 구비되는 제 1 기판에 그 특징적인 구성을 가짐으로 이의 제조 방법 위주로 설명한다.
도 6a 내지 도 6h는 본 발명의 일 실시예에 따른 퀀텀 로드 발광 표시장치의 제조 단계별 공정 단면도이다. 설명의 편의를 위해 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Tr)가 형성되는 영역을 스위칭 영역(TrA)이라 정의한다.
우선, 도 6a에 도시한 바와같이, 투명한 절연기판(110) 상에 제 1 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금 및 크롬(Cr) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 물질을 증착함으로서 제 1 금속층(미도시)을 형성한다.
이후, 상기 제 1 금속층(미도시)을 패터닝함으로써 일방향으로 연장하는 게이트 배선(미도시)을 형성하고, 동시에 각 화소영역(P) 내에 상기 게이트 배선(미도시)과 연결되는 게이트 전극(108)을 형성한다.
다음, 도 6b에 도시한 바와같이, 상기 게이트 배선(미도시)과 게이트 전극(108) 위로 전면에 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증착하여 게이트 절연막(119)을 전면에 형성한다.
다음, 상기 게이트 절연막(115) 위로 순수 비정질 실리콘층(미도시)과 불순물 비정질 실리콘층(미도시)과 제 2 금속물질층(미도시)을 형성하고, 이들을 회절노광 또는 하프톤 노광을 포함하는 1회의 마스크 공정을 통해 동시에 패터닝하거나, 또는 2회의 마스크 공정을 실시하여 상기 제 2 금속층(미도시)과, 불순물 및 순수 비정질 실리콘층(미도시)을 각각 패터닝함으로써 상기 화소영역(P) 내에 상기 게이트 전극(108)에 대응하여 순수 비정질 실리콘 액티브층(120a)과 상기 액티브층(120a) 위로 서로 소정간격 이격하는 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층(120b)으로 이루어진 반도체층(120)과, 상기 오믹콘택층(120b) 위로 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(133, 136)을 형성한다.
이때, 이 단계에서 각 화소영역(P) 내의 스위칭 영역(TrA)에 순차 적층된 상기 게이트 전극(108)과 게이트 절연막(115)과 반도체층(120)과 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(133, 136)은 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Tr)를 이룬다.
그리고, 동시에 상기 게이트 절연막(115) 위로 상기 게이트 배선(미도시)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 데이터 배선(130)을 형성한다.
한편, 본 발명의 실시예의 경우, 제 2 금속층(미도시)과, 불순물 및 순수 비정질 실리콘층(미도시)을 하프톤 노광 또는 회절노광을 포함하는 1회의 마스크 공정을 실시하여 형성한 것을 도시하였으며, 이러한 공정 특성 상 상기 데이터 배선(130) 하부에도 상기 액티브층(120a)과 오믹콘택층(120b)을 이루는 동일한 물질로 제 1 및 제 2 패턴(121a, 121b)으로 이루어진 더미패턴(121)이 형성되고 있음을 보이고 있다.
하지만, 불순물 및 순수 비정질 실리콘층(미도시)에 대해 1회의 마스크 공정을 진행하여 우선적으로 패터닝하여 반도체층(120)을 형성하고, 이후 상기 반도체층(120) 상부에 제 2 금속층(미도시)을 형성한 후 2회의 마스크 공정을 진행하여 패터닝하는 경우 상기 데이터 배선(130) 하부에 형성된 상기 더미패턴(121)은 생략된다.
다음, 도 6c에 도시한 바와같이, 상기 데이터 배선(130)과 박막트랜지스터(Tr) 및 스토리지 커패시터(StgC) 위로 전면에 감광성 유기절연물질 예를들면 포토아크릴(photo acryl) 또는 벤조사이클로부텐(BCB)을 2㎛ 내지 3㎛ 정도의 두께를 갖도록 도포하여 하부에 위치하는 구성요소의 단차를 극복하여 평탄한 표면을 갖는 보호층(140)을 형성하고 이를 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로써 상기 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(136)을 노출시키는 드레인 콘택홀(143)을 형성한다.
다음, 도 6d에 도시한 바와같이, 상기 드레인 콘택홀(143)을 갖는 상기 보호층(140) 위로 투명 도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 증착함으로서 도전성 물질층(미도시)을 형성하고, 이를 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로써 각 화소영역(P) 별로 상기 드레인 콘택홀(143)을 통해 상기 박막트랜지스터(Tr)의 드레인 전극(136)과 접촉하는 판 형태의 제 1 전극(150)을 형성한다.
이후, 도 6e에 도시한 바와같이, 상기 제 1 전극(150) 위로 유기절연물질을 도포하거나 또는 무기절연물질을 증착함으로써 버퍼층(미도시)을 형성하고, 이를 패터닝함으로써 각 화소영역(P)의 경계에 상기 각 화소영역(P)을 둘러싸는 형태를 갖는 버퍼패턴(152)을 형성한다. 이러한 버퍼패턴(152)은 생략할 수도 있다.
다음, 도 6f에 도시한 바와같이, 상기 버퍼패턴(152)을 둘러싸인 각 화소영역(P)에 대응하여 퀀텀로드와 액체 상태의 용매로 구성된 퀀텀 로드액을 도포하여 액상의 퀀텀 로드층(155)을 형성함으로써 제 1 기판(110)을 완성한다.
이때, 상기 액상의 퀀텀 로드층(155)은 다수의 퀀텀 로드(미도시)를 구비한 액체 상태의 퀀텀 로드액을 잉크젯 장치(미도시)를 이용하여 각 화소영역(P) 별로 잉크 제팅을 실시하거나, 또는 스크린 마스크(미도시)를 이용한 스크린 프린팅법을 진행함으로써 각 화소영역(P) 별로 패터닝된 형태를 갖는 액상의 퀀텀 로드층(155)을 형성할 수 있다.
이러한 스크린 프린팅법이나 또는 잉크젯 법을 이용하는 경우 각 화소영역(P) 별로 선택적으로 형성하는 것이 가능하므로 상기 퀀텀 로드층(155)은 적, 녹, 청색을 발광하는 화소영역(P)별로 상기 퀀텀 로드의 크기를 달리하는 퀀텀 로드액을 도포함으로써 각 화소영역(P)별로 서로 다른 크기를 갖는 퀀텀 로드에 의해 적, 녹, 청색을 형광하도록 할 수 있다.
한편, 상기 액상의 퀀텀 로드층(155)은 도시한 바와같이 각 화소영역(P)별로 형성할 수도 있으며, 또는 표시영역 전면에 화소영역(P) 구별없이 형성할 수도 있다.
표시영역 전면에 형성하는 경우(도 5a 참조), 상기 버퍼패턴(152)은 형성할 필요가 없으며, 상기 퀀텀 로드(미도시)를 포함하는 퀀텀 로드 액을 슬릿 코팅장치(미도시) 또는 스핀 코팅장치(미도시)를 통해 전면에 도포함으로써 형성할 수 있다. 이렇게 표시영역 전면에 액상의 퀀텀 로드층(155)을 형성하는 경우, 동일한 크기의 퀀텀 로드(미도시)가 구비되며 이 경우, 이러한 제 1 기판(110)과 대향하는 제 2 기판(170)에 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴을 포함하는 컬러필터층을 형성하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 퀀텀 로드 발광 표시장치(도 6h의 101)의 제조 방법에 있어서는 액상의 퀀텀 로드층(155)을 형성한 후 이를 건조시키는 큐어링 공정을 삭제하는 것이 특징이다.
즉, 본 발명의 실시예의 경우, 상기 액상의 퀀텀 로드층(155)은 액체 상태를 유지해야 하는 것이 특징이므로 제 1 비교예에 따른 퀀텀로드 발광 표시장치에서와 같이 퀀텀 로드층 내에 포함되어 있는 용매 등을 건조시켜 고체 상태를 만들기 위한 큐어링 공정은 생략할 수 있는 것이다.
다음, 도 6g에 도시한 바와같이, 전술한 바와같이 완성된 제 1 기판(110)과 대향하는 제 2 기판(170)의 내측면에 상기 각 화소영역(P)의 경계에 대응하여 블랙매트릭스(173)를 형성하고 선택적으로 상기 블랙매트릭스(173)로 둘러싸인 영역에 순차 반복하는 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴을 구비한 컬러필터층(미도시)을 형성하거나, 또는 평탄한 표면을 갖는 오버코트층(177)을 형성한다. 이때 상기 오버코트층(177)은 상기 컬러필터층(미도시)을 형성한 후 이의 상부에도 형성할 수도 있다.
이후 상기 컬러필터층 또는/과 오버코트층(177) 위로 투명 도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 증착하여 표시영역 전면에 제 2 전극(160)을 형성함으로써 제 2 기판(170)을 완성한다.
다음, 도 6h에 도시한 바와같이, 상기 제 1 기판(110)의 액상의 퀀텀 로드층(155)과 상기 제 2 기판(170)의 제 2 전극(170)이 서로 마주하도록 위치시킨 후, 상기 액상의 퀀텀 로드층(155)과 상기 제 2 전극(170)이 접촉하도록 상기 제 1 및 제 2 기판(110, 170)을 합착함으로서 퀀텀 로드 패널(102)을 이루도록 한다.
이때, 상기 제 1 및 제 2 기판(110, 170)의 가장자리를 따라 씰란트 등의 접착패턴(미도시)이 구비됨으로써 상기 제 1 및 제 2 기판(110, 170)이 합착된 상태의 패널을 유지하게 된다.
이후, 이러한 퀀텀 로드 패널(102)의 일측면에 광원(182)과 도광판(187)과 반사판(185) 및 다수의 광학시트(190)를 포함하여 구성되는 백라이트 유닛(180)을 실장함으로서 본 발명의 실시예에 따른 퀀텀 로드 발광 표시장치(101)를 완성한다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 이상 다양한 변화와 변형이 가능하다.
101 : 퀀텀 로드 발광 표시장치 102 : 퀀텀 로드 패널
110 : 제 1 기판 108 : 게이트 전극
115 : 게이트 절연막 120 : 반도체층
120a : 액티브층 120b : 오믹콘택층
121 : 더미패턴 121a, 121b : 제 1, 2 더미패턴
130 : 데이터 배선 133 : 소스 전극
136 : 드레인 전극 140 : 보호층
143 : 드레인 콘택홀 150 : 제 1 전극
152 : 버퍼패턴 155 : 퀀텀 로드층
155a, 155b, 155c : 적, 녹, 청색을 각각 형광하는 퀀텀 로드층
156 : 퀀텀 로드 160 : 제 2 전극
170 : 제 2 기판 173 : 블랙매트릭스
177 : 오버코트층 180 : 백라이트 유닛
182 : 광원 183 : 램프 가이드
185 : 반사판 187 : 도광판
188 : 확산시트 188 : 집광시트
190 : 광학시트 P : 화소영역
Tr : 박막트랜지스터 TrA : 스위칭 영역
110 : 제 1 기판 108 : 게이트 전극
115 : 게이트 절연막 120 : 반도체층
120a : 액티브층 120b : 오믹콘택층
121 : 더미패턴 121a, 121b : 제 1, 2 더미패턴
130 : 데이터 배선 133 : 소스 전극
136 : 드레인 전극 140 : 보호층
143 : 드레인 콘택홀 150 : 제 1 전극
152 : 버퍼패턴 155 : 퀀텀 로드층
155a, 155b, 155c : 적, 녹, 청색을 각각 형광하는 퀀텀 로드층
156 : 퀀텀 로드 160 : 제 2 전극
170 : 제 2 기판 173 : 블랙매트릭스
177 : 오버코트층 180 : 백라이트 유닛
182 : 광원 183 : 램프 가이드
185 : 반사판 187 : 도광판
188 : 확산시트 188 : 집광시트
190 : 광학시트 P : 화소영역
Tr : 박막트랜지스터 TrA : 스위칭 영역
Claims (19)
- 다수의 화소영역이 정의된 제 1 기판과;
상기 제 1 기판의 상의 각 화소영역에 형성된 투명한 제 1 전극과;
상기 제 1 전극 상부에 형성되며 다수의 퀀텀 로드와 용매를 포함하는 액상의 퀀텀 로드층과;
상기 제 1 기판과 마주하는 제 2 기판과;
상기 제 2 기판의 내측면에 상기 액상의 퀀텀 로드층과 접촉하며 화상을 표시하는 표시영역 전면에 형성된 투명한 제 2 전극과;
상기 제 1 기판의 외측면에 구비된 백라이트 유닛
을 포함하며, 상기 액상의 퀀텀 로드층은 상기 제 1 및 제 2 전극에 전압이 인가되지 않은 경우 상기 퀀텀 로드가 방향성 없이 배열되며, 전압이 인가되는 경우 상기 퀀텀 로드는 일 방향으로 배열되는 것이 특징인 퀀텀 로드 발광 표시장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 전극이 전압 인가시 상기 퀀텀 로드가 배열되는 일 방향은 상기 제 1 전극 또는 상기 제 2 전극 표면의 법선 방향인 것이 특징인 퀀텀 로드 발광 표시장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 액상의 퀀텀 로드층은 각 화소영역별로 패터닝되어 형성되며, 상기 화소영역은 적, 녹, 청색을 발광하는 제 1, 2, 3 화소영역으로 나뉘며, 상기 퀀텀 로드층은 상기 제 1, 2, 3 화소영역별로 서로 다른 크기를 갖는 퀀텀 로드를 구비한 것이 특징인 퀀텀 로드 발광 표시장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 기판에는 상기 제 1, 2, 3 화소영역에 대응하여 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴이 구비된 것이 특징인 퀀텀 로드 발광 표시장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 화소영역은 적, 녹, 청색을 발광하는 제 1, 2, 3 화소영역으로 나뉘며, 상기 액상의 퀀텀 로드층은 화소영역 구분없이 상기 다수의 화소영역이 구비된 표시영역 전면에 동일한 크기의 퀀텀 로드를 구비하여 형성되며, 상기 제 2 기판에는 상기 제 1, 2, 3 화소영역에 대응하여 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴이 구비된 것이 특징인 퀀텀 로드 발광 표시장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 다수의 퀀텀 로드가 일 방향으로 배열되었다고 하는 것은,
수평 방향의 편광비 PRh 와 수직 방향의 편광비 PRv를 각각 PRh = Ih/(Ih+Iv), PRv = Iv/(Ih+Iv) 이라 정의할 때, 상기 수평 방향의 편광비 PRh 또는 수직 방향의 편광비 PRv가 0.5보다는 크고 1보다는 작은 값을 갖는 즉, 0.5 < PRh(또는 PRv)< 1 을 만족시키는 것을 의미하는 것이 특징인 퀀텀 로드 발광 표시장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 퀀텀 로드는,
코어만으로 이루어지거나,
또는 코어와 상기 코어를 둘러싸는 쉘로 이루어지며,
상기 쉘은 단축과 장축을 갖는 형태를 이루며 단축 대 장축의 비가 1:1.1 내지 1:30인 것이 특징인 퀀텀 로드 발광 표시장치.
- 제 7 항에 있어서,
상기 퀀텀 로드의 코어는 그 형상이 구, 타원구, 다면체, 막대 형태 중 어느 하나를 이루며,
상기 쉘은 상기 퀀텀 로드의 단축 방향으로 절단한 절단면이 원, 타원, 다각형 형태 중 어느 하나의 형태를 이루는 것이 특징인 퀀텀 로드 발광 표시장치.
- 제 8 항에 있어서,
상기 쉘은 단일층 또는 다중층 구조를 이루는 것이 특징인 퀀텀 로드 발광 표시장치.
- 제 9 항에 있어서,
상기 쉘은 합금(alloy), 옥사이드 계열 또는 불순물이 도핑된 물질로 이루어지는 것이 특징인 퀀텀 로드 발광 표시장치.
- 제 7 항에 있어서,
상기 코어는 주기율표 상의 Ⅱ-Ⅵ, Ⅲ-V, Ⅲ-Ⅳ-Ⅵ, Ⅵ-Ⅳ, Ⅳ 족 의 반도체, 합금 또는 혼합된 물질로 이루어지는 것이 특징인 퀀텀 로드 발광 표시장치.
- 제 11 항에 있어서,
상기 퀀텀 로드의 코어는 Ⅱ-Ⅵ족으로 이루어지는 경우, CdSe, CdS, CdTe, ZnO, ZnSe, ZnS, ZnTe, HgSe, HgTe, CdZnSe, CdSeTe, ZnCdSe 중 어느 하나로 이루어지거나 또는 둘 이상의 물질이 혼합된 물질로 이루어지며,
Ⅲ-V 족으로 이루어지는 경우, InP, InN, GaN, InSb, InAsP, InGaAs, GaAs, GaP, GaSb, AlP, AlN, AlAs, AlSb중 어느 하나로 이루어지거나 또는 둘 이상의 물질이 혼합된 물질로 이루어지며,
Ⅲ-Ⅳ-Ⅵ 족으로 이루어지는 경우, Tl2SnTe5로 이루어지거나,
Ⅵ-Ⅳ족으로 이루어지는 경우, PbSe, PbTe, PbS, PbSnTe
중 어느 하나로 이루어지거나 또는 둘 이상의 물질이 혼합된 물질로 이루어지는 것이 특징인 퀀텀 로드 발광 표시장치.
- 다수의 화소영역이 정의된 제 1 기판 상의 각 화소영역에 투명한 제 1 전극을 형성하는 단계와;
상기 제 1 전극 상부에 다수의 랜덤 배열된 퀀텀 로드와 용매를 포함하는 액상의 퀀텀 로드층을 형성하는 단계와;
제 2 기판의 내측면에 화상을 표시하는 표시영역 전면에 투명한 제 2 전극을 형성하는 단계과ㅣ
상기 제 1 기판과 마주하도록 제 2 기판을 위치시키고 상기 액상의 퀀텀 로드층과 상기 제 2 전극이 접촉하도록 합착하는 단계와;
상기 제 1 기판의 외측면에 백라이트 유닛을 실장하는 단계
를 포함하는 퀀텀 로드 발광 표시장치의 제조 방법.
- 제 13 항에 있어서,
상기 액상의 퀀텀 로드층은,
상기 퀀텀로드와 용매로 이루어진 퀀텀 로드액을 스핀 코팅 또는 슬릿 코팅을 실시하여 상기 화소영역의 구분없이 상기 제 1 기판의 다수의 화소영역을 포함하는 표시영역 전면에 형성하거나,
또는 상기 퀀텀 로드액을 잉크젯 장치를 이용한 잉크젯법 또는 스크린 마스크를 이용한 스크린 프린팅법을 이용하여 각 화소영역별로 분리되도록 형성하는 것이 특징인 퀀텀 로드 발광 표시장치의 제조 방법.
- 제 14 항에 있어서,
상기 퀀텀 로드층은 각 화소영역별로 분리 형성하는 경우, 적, 녹, 청색을 나타내는 화소영역별로 퀀텀 로드의 크기를 달리하도록 형성하는 것이 특징인 퀀텀 로드 발광 표시장치의 제조 방법.
- 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
상기 제 2 기판의 내측면에 상기 각 화소영역의 경계에 블랙매트릭스를 형성하는 단계를 포함하는 것이 특징인 퀀텀 로드 발광 표시장치의 제조 방법.
- 제 16 항에 있어서,
상기 제 2 기판의 내측면에 상기 각 화소영역에 대응하여 적, 녹, 청색 컬러필터 패턴이 순차 반복되는 형태를 갖는 컬러필터층을 형성하는 단계
를 포함하는 퀀텀 로드 발광 표시장치의 제조 방법.
- 제 16 항에 있어서,
상기 제 2 기판의 내측면에 상기 블랙매트릭스와 상기 제 2 전극 사이에 평탄한 표면을 갖는 오버코트층을 형성하는 단계를 포함하는 것이 특징인 퀀텀 로드 발광 표시장치의 제조 방법.
- 제 13 항에 있어서,
상기 제 1 기판에 상기 제 1 전극을 형성하기 전에 상기 제 1 기판상에 서로 교차하여 상기 각 화소영역을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선을 형성하는 단계와;
상기 각 화소영역 내에 상기 게이트 배선 및 데이터 배선과 연결되는 박막트랜지스터를 형성하는 단계와;
상기 박막트랜지스터 위로 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극을 노출시키는 드레인 콘택홀을 갖는 보호층을 형성하는 단계
를 포함하며, 상기 제 1 전극은 각 화소영역 내에 상기 드레인 콘택홀을 통해 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극과 접촉하도록 형성하는 것이 특징인 퀀텀 로드 발광 표시장치의 제조 방법.
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