KR101621820B1 - 광원, 광원을 포함하는 백라이트 유닛 및 액정 표시 장치 - Google Patents

광원, 광원을 포함하는 백라이트 유닛 및 액정 표시 장치 Download PDF

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강현아
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Abstract

발광 소자와 수지에 혼합되어 있는 양자점 재료를 포함하고, 상기 발광 소자가 방출하는 광을 백색광으로 변환하여 방출하는 광변환층을 포함하고, 상기 광변환층이 발하는 백색광의 색좌표 상의 적색 꼭지점은 0.65<Cx<0.69, 0.29<Cy<0.33인 영역에 위치하고, 녹색 꼭지점은 0.17<Cx<0.31, 0.61<Cy<0.70인 영역에 위치하는 광원.

Description

광원, 광원을 포함하는 백라이트 유닛 및 액정 표시 장치 {LIGHT SOURCE, BACK LIGHT UNIT AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY INCLUDING THE LIGHT SOURCE }
본 명세서는 광원, 광원을 포함하는 백라이트 유닛 및 액정 표시 장치에 관한 것이다.
수광 소자인 액정 표시 장치에는 광원으로써 백라이트 유닛(backlight unit)을 사용한다. 백라이트 유닛은 빛을 발생하는 발광 소자를 포함한다. 백라이트 유닛의 발광 소자로 기존에는 CCFL (cold cathode fluorescent light)를 주로 사용하였으나, 최근에는 발광 다이오드를 사용하는 것이 보편화되고 있다.
반도체를 이용한 발광 다이오드는 수명이 길고, 소형화가 가능하며, 소비 전력이 적고, 수은 등을 포함하지 않는 환경 친화적인 특성으로 인해 기존의 발광 소자를 대체할 수 있는 차세대 발광 소자 중 하나로서 각광 받고 있다.
발광 다이오드를 백라이트의 발광 소자로써 사용함으로써 액정 표시 장치가 표현할 수 있는 색 영역이 확장되었으나, 현재까지는 sRGB나 Adobe RGB를 기준으로 하여 일정 정도의 색 영역을 표현할 수 있을 뿐이고, DCI (Digital Cinema Initiative) 표준을 기준으로 충분한 색 영역을 표현할 수 있는 액정 표시 장치나 이를 지원하는 광원은 마련되어 있지 않다.
따라서 DCI 표준의 일정 면적 이상의 색영역을 표현할 수 있는 액정 표시 장치와 그 광원을 제공하고자 한다.
일 실시예에 따른 광원은 발광 소자와 수지에 혼합되어 있는 양자점 재료를 포함하고, 상기 발광 소자가 방출하는 광을 백색광으로 변환하여 방출하는 광변환층을 포함하고, 상기 백색광은 피크 파장이 518nm-550nm 사이에 있고, 반치폭은 90nm 미만인 녹색광 성분과 피크 파장이 620nm 이상인 영역에 있는 적색광 성분을 포함한다.
일 실시예에 따른 광원은 발광 소자와 수지에 혼합되어 있는 양자점 재료를 포함하고, 상기 발광 소자가 방출하는 광을 백색광으로 변환하여 방출하는 광변환층을 포함한다.
일 실시예에 따른 백라이트 유닛은 발광 소자와 수지에 혼합되어 있는 양자점 재료를 포함하고, 상기 발광 소자가 방출하는 광을 백색광으로 변환하여 방출하는 광변환층과 액정 표시 패널과 광원 사이에 위치하는 광학 필름을 포함한다
상기 광원과 백라이트 유닛에서 나오는 백색광은 액정 표시 패널과 결합하여 적색, 녹색, 청색 성분으로 분리할 수 있으며, 상기 백색광의 색좌표 상의 적색 꼭지점은 0.6611<Cx<0.6821, 0.3092<Cy<0.3220인 영역에 위치하고, 녹색 꼭지점은 0.1768<Cx<0.3061, 0.6190<Cy<0.6615인 영역에 위치한다. 상기 백색광은 뚜렷하게 구분되는 청색, 녹색, 적색 스펙트럼으로 구성되어 있기 때문에 액정표시패널 투과 전후 파장 및 반치폭 차이가 적으며, TV와 모니터와 같은 일반적인 액정 디스플레이 장치의 색필터를 통한 측정 및 색필터의 투과 스펙트럼을 사용한 계산이 가능하다.
일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 복수의 색필터를 포함하는 액정 표시 패널, 발광 소자와 상기 발광 소자가 방출하는 광을 백색광으로 변환하는 광변환층을 포함하고, 상기 백색광을 상기 액정 표시 패널에 공급하는 백라이트 유닛을 포함하고, 상기 백색광의 색좌표 상의 적색 꼭지점은 0.6611<Cx<0.6821, 0.3092<Cy<0.3220인 영역에 위치하고, 녹색 꼭지점은 0.1768<Cx<0.3061, 0.6190<Cy<0.6615인 영역에 위치한다.
일 실시예에 따르면, DCI 표준의 80% 이상의 색영역을 표현할 수 있는 액정 표시 장치와 이러한 액정 표시 장치를 구현하기 위하여 필요한 광원을 제공할 수 있다.
일 실시예에 따르면, DCI 표준의 90% 이상의 색영역을 표현할 수 있는 액정 표시 장치와 이러한 액정 표시 장치를 구현하기 위하여 필요한 광원을 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이고,
도 2 내지 도 4는 다양한 실시예에 따른 에지(edge)형 백라이트 유닛의 단면도이고,
도 5 내지 도 7은 다양한 실시예에 따른 발광 소자의 단면도이고,
도 8 및 도 9는 다양한 실시예에 따른 직하형 백라이트 유닛의 단면도이고,
도 10은 반치폭이 39nm인 녹색 광 성분을 포함하는 백색 광을 발하는 광원에서 녹색 광 성분의 피크 위치를 이동시킴에 따라 광원이 지원할 수 있는 색 영역이 색좌표 위에서 변화하는 현상을 도시한 그래프이고,
도 11은 반치폭이 48nm인 녹색 광 성분의 피크 위치를 달리한 여러 실험예에 따른 백색 광원이 지원할 수 있는 색 영역을 색좌표 위에 도시한 그래프이고,
도 12는 반치폭이 39nm인 녹색 광 성분을 포함하는 백색 광을 발하는 광원에서 녹색 광 성분의 피크 위치를 이동시킴에 따라 광원이 지원할 수 있는 색 영역의 적색 꼭지점이 색좌표 위에서 이동하는 현상을 도시한 그래프이고,
도 13은 반치폭이 39nm인 녹색 광 성분을 포함하는 백색 광을 발하는 광원에서 녹색 광 성분의 피크 위치를 이동시킴에 따라 광원이 지원할 수 있는 색 영역의 녹색 꼭지점이 색좌표 위에서 이동하는 현상을 도시한 그래프이고,
도 14는 반치폭이 39nm인 녹색 광 성분을 포함하는 백색 광을 발하는 광원에서 녹색 광 성분의 피크 위치를 이동시킴에 따라 광원이 지원할 수 있는 색 영역의 청색 꼭지점이 색좌표 위에서 이동하는 현상을 도시한 그래프이고,
도 15는 반치폭이 48nm인 녹색 광 성분을 포함하는 백색 광을 발하는 광원에서 녹색 광 성분의 피크 위치를 이동시킴에 따라 광원이 지원할 수 있는 색 영역의 적색 꼭지점이 색좌표 위에서 이동하는 현상을 도시한 그래프이고,
도 16은 반치폭이 48nm인 녹색 광 성분을 포함하는 백색 광을 발하는 광원에서 녹색 광 성분의 피크 위치를 이동시킴에 따라 광원이 지원할 수 있는 색 영역의 녹색 꼭지점이 색좌표 위에서 이동하는 현상을 도시한 그래프이고,
도 17은 반치폭이 48nm인 녹색 광 성분을 포함하는 백색 광을 발하는 광원에서 녹색 광 성분의 피크 위치를 이동시킴에 따라 광원이 지원할 수 있는 색 영역의 청색 꼭지점이 색좌표 위에서 이동하는 현상을 도시한 그래프이고,
도 18은 반치폭이 54nm인 녹색 광 성분을 포함하는 백색 광을 발하는 광원에서 녹색 광 성분의 피크 위치를 이동시킴에 따라 광원이 지원할 수 있는 색 영역의 적색 꼭지점이 색좌표 위에서 이동하는 현상을 도시한 그래프이고,
도 19는 반치폭이 54nm인 녹색 광 성분을 포함하는 백색 광을 발하는 광원에서 녹색 광 성분의 피크 위치를 이동시킴에 따라 광원이 지원할 수 있는 색 영역의 녹색 꼭지점이 색좌표 위에서 이동하는 현상을 도시한 그래프이고,
도 20는 반치폭이 54nm인 녹색 광 성분을 포함하는 백색 광을 발하는 광원에서 녹색 광 성분의 피크 위치를 이동시킴에 따라 광원이 지원할 수 있는 색 영역의 청색 꼭지점이 색좌표 위에서 이동하는 현상을 도시한 그래프이고,
도 21은 적색광 성분의 피크 위치에 따른 백라이트 유닛(광원)이 발하는 백색광의 휘도 변화를 보여주는 그래프이고,
도 22는 실시예에 따른 백라이트 유닛(광원)이 발하는 백색광의 스펙트럼과 색필터를 통과시킨 후의 스펙트럼을 비교한 그래프이다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 기술적 개념은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 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.
도 1은 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 단면도이다.
일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 액정 표시 패널(100), 액정 표시 패널(100)의 상하에 각각 하나씩 배치되는 한 쌍의 편광 필름(31, 32), 액정 표시 패널(100)의 상하에 배치되는 복수의 보상 필름(41, 42) 및 백라이트 유닛(500)을 포함한다. 보상 필름(41, 42)은 액정 표시 패널(100)의 상부 또는 하부 어느 한 곳에만 배치될 수 있고, 그 수효도 한 개이거나 복수일 수 있다.
액정 표시 패널(100)은 하부 표시판(10)과 상부 표시판(20) 및 이들 두 표시판(10, 20)의 사이에 끼어 있는 액정층(30)을 포함한다. 하부 표시판(10)은 투명한 기판(11), 기판(11) 위에 박막 공정을 통해 형성되어 있고, 화소 전극(12)에의 전압 인가를 스위칭하는 박막 트랜지스터(13) 그리고 박막 트랜지스터(13)에 연결되어 있는 화소 전극(12) 등을 포함할 수 있다. 상부 표시판(20)은 투명한 기판(21), 투명한 기판(21)에 형성되어 있는 블랙 매트릭스(22)와 색필터(23), 블랙 매트릭스(22)와 색필터(23)를 덮도록 형성되어 있는 평탄화막(24), 평탄화막(24)을 덮도록 형성되어 있는 공통 전극(25) 등을 포함할 수 있다. 화소 전극(12)은 각 색필터(23)에 대응하는 위치에 별도로 형성되어 있다.
백라이트 유닛(500)은 청색 광 또는 자외선 광을 내는 발광 소자와 양자점 재료를 포함하여 청색 광 또는 자외선 광을 백색 광으로 변환하는 광변환층을 포함한다. 백라이트 유닛(500)은 액정 표시 장치에 빛을 공급하는 광원의 역할을 한다.
백라이트 유닛(500)으로부터 공급된 빛은 하부 편광 필름(31)에 의하여 선편광되고, 액정층(30)을 거치면서 선편광된 빛의 위상이 선택적으로 변경된다. 액정층(30)을 통과한 빛은 색필터(23)를 거치면서 적색, 녹색, 청색의 빛으로 필터링되어 상부 편광 필름(32)에 도달하고, 액정층(30)에서 위상이 변경된 정도에 따라 상부 편광 필름(32)을 투과하는 광량이 달라진다. 상부 편광 필름(32)을 투과하는 광량은 각 화소 전극(12)에 인가하는 전압을 조절하여 제어할 수 있고, 따라서 상부 편광 필름(32)을 투과하는 적색, 녹색, 청색 각각의 광량을 독립적으로 제어할 수 있다. 액정 표시 장치는 이러한 과정을 통하여 컬러 이미지를 표시할 수 있다. 이 때, 액정 표시 장치가 표시하는 색상의 영역은 백라이트 유닛(500)이 공급하는 백색 광원이 포함하는 적색, 녹색, 청색 성분의 색순도에 따라 결정된다. 다시 말하면, 백라이트 유닛(500)이 공급하는 백색광을 색필터(23)로 필터링함으로서 적색광, 녹색광, 청색광을 추출하여 표시에 사용하는 것이므로, 백라이트 유닛(500)이 공급하는 백색광이 포함하는 적색광, 녹색광, 청색광의 색순도가 높아야 액정 표시 장치가 표시할 수 있는 색상이 다양해지고, 따라서 색좌표의 넓은 색영역을 표시할 수 있다.
일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 색좌표에서 적색 꼭지점이 0.65<Cx<0.69, 0.29<Cy<0.33인 영역에 위치하고, 녹색 꼭지점이 0.17<Cx<0.31, 0.61<Cy<0.70인 영역에 위치하며, 청색 꼭지점은 0.12<Cx<0.18, 0.04<Cy<0.09인 영역에 위치하는 삼각형 색영역을 표시할 수 있다. 백라이트 유닛(500)이 공급하는 백색 광이 위에서 정의한 삼각형 색영역을 표시할 수 있는 색순도의 적색 성분, 녹색 성분, 청색 성분을 포함한다. 백라이트 유닛(500)이 공급하는 백색 광을 적색 필터를 통과시켜 적색 성분을 추출하고, 녹색 필터를 통과시켜 녹색 성분을 추출하고, 청색 필터를 통과시켜 청색 성분을 추출하여 각 색 성분에 대응하는 색좌표 상의 위치를 각각의 꼭지점으로 하는 삼각형을 그리면, 위에서 정의한 삼각형 색영역을 얻을 수 있다. 백라이트 유닛(500)을 액정 표시 패널(100)과 결합하여 액정 표시 장치를 구성한 상태에서 스펙트럼을 측정하면, 액정 표시 패널(100)에 형성되어 있는 색필터(23)를 이용하여 측정이 가능하다. 다시 말해, 액정 표시 장치의 적색 화소만을 켜고 나머지 화소를 끈 상태에서 측정하여 적색 스펙트럼을 얻고, 녹색 화소만을 켜고 나머지 화소를 끈 상태에서 측정하여 녹색 스펙트럼을 얻으며, 청색 화소만을 켜고 나머지 화소를 끈 상태에서 측정하여 청색 스펙트럼을 얻을 수 있다. 또는 백라이트 유닛(500)이 발하는 백색 광에 대한 스펙트럼을 분광기를 이용하여 측정하고, 측정된 스펙트럼의 피크와 반치폭을 이용하여 각 색 성분의 색좌표 상의 위치를 계산할 수도 있다.
여기서 청색 성분은 일반적으로 청색 발광 다이오드가 발하는 빛이므로 청색 발광 다이오드의 특성에 따라 결정되고 변화의 여지가 적을 수 있다. 따라서 일 실시예에서는 적색 성분과 녹색 성분의 특성만을 고려할 수도 있다.
또는, 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 색좌표에서 적색 꼭지점이 0.6611<Cx<0.6821, 0.3092<Cy<0.3220인 영역에 위치하고, 녹색 꼭지점이 0.1768<Cx<0.3061, 0.6190<Cy<0.6615인 영역에 위치하며, 청색 꼭지점은 0.1429<Cx<0.1525, 0.0463<Cy<0.0885인 영역에 위치하는 삼각형 색영역을 표시할 수 있다. 이러한 삼각형 색영역은 DCI 표준의 80%에 육박하는 색영역에 해당한다. 백라이트 유닛(500)이 공급하는 백색 광이 위에서 정의한 삼각형 색영역을 표시할 수 있는 색순도의 적색 성분, 녹색 성분, 청색 성분을 포함한다. 이러한 백라이트 유닛(500)이 공급하는 백색광은 피크 파장이 518nm-550nm 사이에 있고 반치폭은 90nm 미만인 녹색광 성분과 피크 파장이 620nm 이상인 위치에 있는 적색광 성분을 포함할 수 있다. 이 때, 적색광 성분의 반치폭이 50nm 이하이거나, 적색광 성분의 피크 파장이 640nm 이하에 위치하면 표시 휘도면에서 유리할 수 있다.
또는, 일 실시예에 따른 액정 표시 장치는 색좌표에서 적색 꼭지점이 0.6747<Cx<0.6789, 0.3097<Cy<0.3127인 영역에 위치하고, 녹색 꼭지점이 0.2352<Cx<0.2611, 0.6420<Cy<0.6578인 영역에 위치하며, 청색 꼭지점은 0.1494<Cx<0.1512, 0.0575<Cy<0.0657인 영역에 위치하는 삼각형 색영역을 표시할 수 있다. 이러한 삼각형 색영역은 DCI 표준의 90%에 육박하는 색영역에 해당한다. 백라이트 유닛(500)이 공급하는 백색 광이 위에서 정의한 삼각형 색영역을 표시할 수 있는 색순도의 적색 성분, 녹색 성분, 청색 성분을 포함한다.] 이러한 백라이트 유닛(500)이 공급하는 백색광은 피크 파장이 534nm-540nm 사이에 있고 반치폭은 50nm 미만인 녹색광 성분과 피크 파장이 620nm 이상인 위치에 있는 적색광 성분을 포함할 수 있다. 이 때, 적색광 성분의 반치폭이 50nm 이하이거나, 적색광 성분의 피크 파장이 640nm 이하에 위치하면 표시 휘도를 향상할 수 있다.
액정 표시 장치용 백라이트 유닛(500)에 대하여 좀 더 자세히 설명한다.
도 2 내지 도 4는 다양한 실시예에 따른 에지(edge)형 백라이트 유닛의 단면도이다.
도 2를 참고하면, 일 실시예에 따른 백라이트 유닛은 쐐기형 도광판(1), 도광판(1) 상부에 배치되어 있는 광확산판(2), 도광판(1)의 일 측면에 배치되어 있는 발광 소자(5), 발광 소자(5)와 도광판(1) 사이에 배치되어 있는 광변환층(3, 4)을 포함할 수 있다.
도광판(1)은 한쪽 변에서 맞은 편 변으로 가면서 두께가 점차 감소하는 투명한 쐐기형 사각형 판으로서 선광을 면광으로 변환하는 역할을 한다. 확산판(2)은 도광판(1)이 방출하는 면광을 산란하여 균일하게 퍼트리는 역할을 한다. 발광 소자(5)는 일렬로 배열된 복수의 청색 발광 다이오드일 수 있다. 광변환층(3, 4)은 양자점 재료를 포함하여, 청색 발광 다이오드가 내는 청색광을 받아 그 일부를 녹색광과 적색광으로 각각 변환하여 방출함으로써 백색광을 생성한다. 두 광변환층(3, 4)은 하나가 청색광을 녹색광으로 변환하고, 다른 하나가 청색광을 적색광으로 변환하도록 분리하여 형성할 수도 있고, 두 광변환층(3, 4) 각각이 청색광을 녹색광 변환하는 양자점과 청색광을 적색광으로 변환하는 양자점을 모두 포함할 수도 있다. 또한, 두 광변환층(3, 4)을 부착하여 일체로 형성할 수도 있고, 청색광을 녹색광으로 변환하는 양자점과 청색광을 적색광으로 변환하는 양자점을 모두 포함하는 단층으로 광변환층을 형성할 수도 있다. 광변환층(3, 4)은 양자점 재료를 수지에 혼합하여 형성한 필름일 수 있고, 기타 실리카 등의 산란제나 광학적 특성을 향상하기 위한 보조 성분을 포함할 수 있다. 양자점 재료로는 Si계 나노결정, II-VI족계 화합물 반도체 나노결정, III-V족계 화합물 반도체 나노결정, IV-VI족계 화합물 반도체 나노결정 및 이들의 혼합물 중 어느 하나의 나노결정 등을 사용할 수 있다. II-VI족계 화합물 반도체 나노결정으로는 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HggZnTe, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe 및 HgZnSTe 등이 있고, III-V족계 화합물 반도체 나노결정으로는 GaN, GaP, GaAs, AlN, AlP, AlAs, InN, InP, InZnP, InAs, GaNP, GaNAs, GaPAs, AlNP, AlNAs, AlPAs, InNP, InNAs, InPAs, GaAlNP, GaAlNAs, GaAlPAs, GaInNP, GaInNAs, GaInPAs, InAlNP, InAlNAs, 및 InAlPAs 등이 있으며, IV-VI족계 화합물 반도체 나노결정으로는 SbTe 등이 있다. 상기 양자점 재료는 InP 또는 InZnP 코어에 ZnSe와 ZnS의 혼합물이 코팅되어 있을 수 있다. 양자점 재료는 광변환층(3, 4)의 전체 무게에서 5wt% 이하로 포함될 수 있다. 수지로는 실리콘, 에폭시, 아크릴레이트 등을 사용할 수 있다. 산란제로는 ZnO, Al2O3, ZrO 등이 있고, 산란제는 광변환층(3, 4)의 전체 무게에서 10wt% 이하로 포함될 수 있다.
도 3을 참고하면, 일 실시예에 따른 백라이트 유닛은 쐐기형 도광판(1), 도광판(1) 상부에 배치되어 있는 광확산판(2), 도광판(1)의 일 측면에 배치되어 있는 발광 소자(5), 도광판(1)과 확산판(2) 사이에 배치되어 있는 광변환층(3', 4')을 포함할 수 있다. 도 2의 실시예와 비교하여 도 3의 실시예는 청색광을 백색광으로 변환하는 광변환층(3', 4')을 도광판(1)과 확산판(2) 사이에 배치한 점에서 차이가 있다. 광변환층(3', 4')은 확산판(2) 위에 배치될 수도 있다. 광변환층(3', 4')의 구조, 구성 및 사용되는 양자점 재료는 도2의 광변환층(3, 4)의 구조, 구성 및 양자점 재료와 동일할 수 있다.
도 4를 참고하면, 일 실시예에 따른 백라이트 유닛은 두께가 균일한 투명한 사각판 형태의 도광판(1'), 도광판(1') 상부에 배치되어 있는 광확산판(2), 도광판(1')의 양 측면에 배치되어 있는 발광 소자(5')를 포함할 수 있다.
발광 소자(5')는 청색광을 내는 청색 발광 칩과 청색 발광 칩을 덮고 있으며, 청색광을 녹색광과 적색광으로 변환하는 양자점 재료를 포함하는 광변환층을 포함한다. 따라서 발광 소자(5')는 백색광을 방출한다.
이러한 백색광을 방출하는 발광 소자(5')는 도 2와 도 3과 같이 도광판(1)의 일측면에만 발광 소자를 배치하는 구조에도 채용할 수 있다. 백색광을 방출하는 발광 소자(5')를 사용하는 경우에는 광변환층(3, 4, 3', 4')은 생략된다.
백색광을 방출하는 발광 소자(5')에 대하여 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
도 5 내지 도 7은 다양한 실시예에 따른 백색광 발광 소자의 단면도이다.
도 5를 참고하면, 일 실시예에 따른 백색광 발광 소자는 청색광을 방출하는 발광 다이오드 칩(51)과 발광 다이오드 칩(51)을 덮고 있는 광변환층(52)을 포함한다. 광변환층(52)은 청색광을 녹색광으로 변환하는 양자점 재료(54)와 청색광을 적색광으로 변환하는 양자점 재료(56)를 수지에 혼합하여 도포한 것일 수 있고, 기타 실리카 등의 산란제나 광학적 특성을 향상하기 위한 보조 성분을 포함할 수 있다. 양자점 재료로는 Si계 나노결정, II-VI족계 화합물 반도체 나노결정, III-V족계 화합물 반도체 나노결정, IV-VI족계 화합물 반도체 나노결정 및 이들의 혼합물 중 어느 하나의 나노결정 등을 사용할 수 있다. II-VI족계 화합물 반도체 나노결정으로는 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HggZnTe, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe 및 HgZnSTe 등이 있고, III-V족계 화합물 반도체 나노결정으로는 GaN, GaP, GaAs, AlN, AlP, AlAs, InN, InP, InZnP, InAs, GaNP, GaNAs, GaPAs, AlNP, AlNAs, AlPAs, InNP, InNAs, InPAs, GaAlNP, GaAlNAs, GaAlPAs, GaInNP, GaInNAs, GaInPAs, InAlNP, InAlNAs, 및 InAlPAs 등이 있으며, IV-VI족계 화합물 반도체 나노결정으로는 SbTe 등이 있다. 양자점 재료는 광변환층(52)의 전체 무게에서 5wt% 이하로 포함될 수 있다. 수지로는 실리콘, 에폭시, 아크릴레이트 등을 사용할 수 있다. 산란제로는 ZnO, Al2O3, ZrO 등이 있고, 산란제는 광변환층(52)의 전체 무게에서 10wt% 이하로 포함될 수 있다.
도 6을 참고하면, 일 실시예에 따른 백색광 발광 소자는 청색광을 방출하는 발광 다이오드 칩(51)과 발광 다이오드 칩(51)을 덮고 있는 광변환층(52)을 포함한다. 광변환층(52)은 청색광을 녹색광으로 변환하는 양자점 재료(54)와 청색광을 적색광으로 변환하는 양자점 재료(56)를 수지에 혼합하여 도포한 것일 수 있고, 기타 실리카 등의 산란제나 광학적 특성을 향상하기 위한 보조 성분을 포함할 수 있다. 양자점 재료와 산란제는 앞서 도 5의 실시예에서 설명한 것과 같다. 도 6의 실시예에서는 청색광을 녹색광으로 변환하는 양자점 재료(54)를 먼저 도포하고, 청색광을 적색광으로 변환하는 양자점 재료(56)를 나중에 도포하여 서로 다른 층으로 구분할 수 있도록 형성한 것이 도 5의 실시예와 다른 점이다. 여기서, 청색광을 적색광으로 변환하는 양자점 재료(56)를 먼저 도포하고, 청색광을 녹색광으로 변환하는 양자점 재료(54)를 나중에 도포할 수도 있다.
도 7을 참고하면, 청색광을 녹색광으로 변환하는 양자점 필름(53)과 청색광을 적색광으로 변환하는 양자점 필름(57)을 발광 다이오드 칩(51) 위에 배치하여 광변환층을 형성할 수도 있다. 청색광을 녹색광으로 변환하는 양자점 필름(53)과 청색광을 적색광으로 변환하는 양자점 필름(57)은 서로 위치를 교환할 수도 있고, 청색광을 적색광으로 변환하는 양자점 재료와 청색광을 녹색광으로 변환하는 양자점 재료를 모두 포함하는 단일 필름의 형태로 제작될 수도 있다. 양자점 필름(53, 57)의 구조, 구성 및 사용되는 양자점 재료는 광변환층(3, 4)의 구조, 구성 및 양자점 재료와 동일할 수 있다.
백라이트 유닛은 직하형 일 수도 있으며, 도 8 및 도 9는 다양한 실시예에 따른 직하형 백라이트 유닛의 단면도이다.
도 8을 참고하면, PCB(printed circuit board) 등의 기판(9) 위에 소정의 간격으로 복수의 청색 발광 소자(5) [그대로 유지(도면 8 수정)]가 배열되어 있고, 발광 소자(5) [그대로 유지(도면 8 수정)] 위에 청색광을 백색광으로 변환하는 광변환층(3', 4')이 배치되어 있다. 광변환층(3', 4') 위에 확산판(2)이 배치되어 있다. 두 광변환층(3', 4')은 하나가 청색광을 녹색광으로 변환하고, 다른 하나가 청색광을 적색광으로 변환하도록 분리하여 형성할 수도 있고, 두 광변환층(3', 4') 각각이 청색광을 녹색광 변환하는 양자점과 청색광을 적색광으로 변환하는 양자점을 모두 포함할 수도 있다. 또한, 두 광변환층(3', 4')을 부착하여 일체로 형성할 수도 있고, 청색광을 녹색광으로 변환하는 양자점과 청색광을 적색광으로 변환하는 양자점을 모두 포함하는 단층으로 광변환층을 형성할 수도 있다. 광변환층(3', 4')은 양자점 재료를 수지에 혼합하여 형성한 필름일 수 있고, 기타 실리카 등의 산란제나 광학적 특성을 향상하기 위한 보조 성분을 포함할 수 있다. 양자점 재료나 산란제에 대한 설명은 앞서 설명한 바와 같다.
도 9를 참고하면, PCB(printed circuit board) 등의 기판(9) 위에 소정의 간격으로 복수의 백색 발광 소자(5')가 배열되어 있고, 발광 소자(5') 위에 확산판(2)이 배치되어 있다. 백색 발광 소자(5')에 대한 상세 내용은 앞서 도 5 내지 도 7을 참고하여 설명한 바와 같다.
이상에서 설명한 백라이트 유닛들이 공급하는 백색광은 액정 표시 장치가 DCI 표준의 80%에 육박하거나 그 이상의 색영역을 표시할 수 있는 색순도의 적색 성분, 녹색 성분, 청색 성분을 포함한다. 이에 대하여 색좌표를 사용하여 설명한다.
도 10은 반치폭이 39nm인 녹색 광 성분을 포함하는 백색 광을 발하는 광원에서 녹색광 성분의 피크 위치를 이동시킴에 따라 광원이 지원할 수 있는 색영역이 색좌표 위에서 변화하는 현상을 도시한 그래프이고, 도 11은 반치폭이 48nm인 녹색광 성분의 피크 위치를 달리한 여러 실험예에 따른 백색 광원이 지원할 수 있는 색 영역을 색좌표 위에 도시한 그래프이다. 도 10과 도 11에서 2점 쇄선 삼각형이 DCI 표준 색영역이다.
표 1은 도 10과 도 11에 도시된 각 색영역들과 DCI 표준 색영역이 중첩하는 면적들을 DCI 표준 색영역에서 차지하는 면적비(이하 'DCI 색영역비'라 한다.)로 나타낸 것이다. 표 1은 피크 위치가 449nm이고 반치폭(FWHM)이 18nm인 청색광을 내는 발광 다이오드를 사용하고, 이러한 청색광을 받아서 피크 위치가 631nm이고 반치폭이 48nm인 적색광 성분으로 변환하는 적색 양자점 재료를 사용하는 발광 소자에서 녹색 양자점 재료를 변화시켜서 얻은 자료이다.
Red 631(48) Green FWHM(nm)
Green peak(nm) 48 39
530 87% 88%
532 88% 90%
534 89% 90%
536 90% 91%
538 91% 92%
540 89% 91%
표 1을 참고하면, 녹색 광 성분의 피크 위치와 반치폭에 따라 DCI 색영역비가 달라짐을 알 수 있다. 또한 도 10과 도 11을 참고하면, 녹색 광 성분의 피크 위치가 높은 파장으로 이동함에 따라 표시할 수 있는 색영역이 일정한 방향성을 가지고 이동하는 것을 알 수 있다.
그러면 좀 더 많은 양의 데이터를 이용하여 실시예에 따른 백라이트 유닛이 발하는 백색광의 특성을 살펴본다.
도 12는 반치폭이 39nm인 녹색 광 성분을 포함하는 백색 광을 발하는 광원에서 녹색 광 성분의 피크 위치를 이동시킴에 따라 광원이 지원할 수 있는 색 영역의 적색 꼭지점이 색좌표 위에서 이동하는 현상을 도시한 그래프이고, 도 13은 반치폭이 39nm인 녹색 광 성분을 포함하는 백색 광을 발하는 광원에서 녹색 광 성분의 피크 위치를 이동시킴에 따라 광원이 지원할 수 있는 색 영역의 녹색 꼭지점이 색좌표 위에서 이동하는 현상을 도시한 그래프이고, 도 14는 반치폭이 39nm인 녹색 광 성분을 포함하는 백색 광을 발하는 광원에서 녹색 광 성분의 피크 위치를 이동시킴에 따라 광원이 지원할 수 있는 색 영역의 청색 꼭지점이 색좌표 위에서 이동하는 현상을 도시한 그래프이다. 도 12 내지 도 14에서 2점 쇄선이 DCI 표준 색영역이다.
도 12를 참고하면, 녹색 광 성분의 피크 위치가 높은 파장으로 이동함에 따라 표시할 수 있는 색영역의 적색 꼭지점이 좌상 방향으로 이동한다. 다시 말해 적색 꼭지점의 x좌표 값은 감소하고, y좌표 값은 증가한다.
도 13을 참고하면, 녹색 광 성분의 피크 위치가 높은 파장으로 이동함에 따라 표시할 수 있는 색영역의 녹색 꼭지점이 우측 방향으로 이동한다. 녹색 꼭지점의 x좌표 값은 증가하고, y좌표 값은 증가하다가 감소한다.
도 14를 참고하면, 녹색 광 성분의 피크 위치가 높은 파장으로 이동함에 따라 표시할 수 있는 색영역의 청색 꼭지점이 우하 방향으로 이동한다. 다시 말해 청색 꼭지점의 x좌표 값은 증가하고, y좌표 값은 감소한다.
표 2는 도 12 내지 도 14에 도시된 각 색영역들을 포함하여, 녹색 광 성분의 피크 위치를 이동시켜서 얻은 19개의 DCI 색영역비 데이터이다. 표 2는 피크 위치가 449nm이고 반치폭이 18nm인 청색광을 내는 발광 다이오드를 사용하고, 이러한 청색광을 받아서 피크 위치가 631nm이고 반치폭이 48nm-49nm인 적색광 성분으로 변환하는 적색 양자점 재료를 사용하는 발광 소자에서 녹색 양자점 재료를 변화시켜서 얻은 자료이다. 녹색 광 성분의 반치폭은 39nm-40nm이다. 도 12 내지 도 14에 도시된 색영역들은 아래 표 2에서 #1, #2, #4, #6, #8, #10, #12, #14, #16, #18, #19에 대한 것들이다.
Blue peak Blue fwhm Green peak Green
fwhm 		Red peak Red fwhm DCI(%)
#1 449 18 516 40 631 48 77.9
#2 449 18 518 40 631 48 80
#3 449 18 520 39 631 48 81.5
#4 449 18 522 39 631 49 83.1
#5 449 18 524 39 631 49 84.6
#6 449 18 526 39 631 49 86
#7 449 18 528 39 631 49 87.3
#8 449 18 530 39 631 49 88.4
#9 449 18 532 39 631 49 89.5
#10 449 18 534 39 631 49 90.4
#11 449 18 536 39 631 49 91.1
#12 449 18 538 39 631 49 91.7
#13 449 18 540 39 631 49 91
#14 449 18 542 39 631 49 89.3
#15 449 18 544 39 631 49 87.5
#16 449 18 546 39 631 49 85.6
#17 449 18 548 39 631 49 83.7
#18 449 18 550 39 631 49 81.6
#19 449 18 552 39 631 49 78.9
표 2를 참고하면, 녹색 광 성분의 반치폭이 39nm-40nm일 때, 그 피크 위치가 518nm~550nm 사이에 있으면, DCI 색영역비가 80% 이상으로 되고, 녹색 광 성분의 피크 위치가 534nm~540nm 사이에 있을 경우 DCI 색영역비가 90% 이상으로 된다.
표 3은 표 2의 19개 데이터의 색영역의 적색, 녹색 및 청색 꼭지점의 좌표이다.
Figure 112014127231151-pat00001
도 15는 반치폭이 48nm인 녹색 광 성분을 포함하는 백색 광을 발하는 광원에서 녹색 광 성분의 피크 위치를 이동시킴에 따라 광원이 지원할 수 있는 색 영역의 적색 꼭지점이 색좌표 위에서 이동하는 현상을 도시한 그래프이고, 도 16은 반치폭이 48nm인 녹색 광 성분을 포함하는 백색 광을 발하는 광원에서 녹색 광 성분의 피크 위치를 이동시킴에 따라 광원이 지원할 수 있는 색 영역의 녹색 꼭지점이 색좌표 위에서 이동하는 현상을 도시한 그래프이고, 도 17은 반치폭이 48nm인 녹색 광 성분을 포함하는 백색 광을 발하는 광원에서 녹색 광 성분의 피크 위치를 이동시킴에 따라 광원이 지원할 수 있는 색 영역의 청색 꼭지점이 색좌표 위에서 이동하는 현상을 도시한 그래프이다. 도 15 내지 도 17에서 2점 쇄선이 DCI 표준 색영역이다.
도 15를 참고하면, 녹색 광 성분의 피크 위치가 높은 파장으로 이동함에 따라 표시할 수 있는 색영역의 적색 꼭지점이 좌상 방향으로 이동한다. 다시 말해 적색 꼭지점의 x좌표 값은 감소하고, y좌표 값은 증가한다.
도 16을 참고하면, 녹색 광 성분의 피크 위치가 높은 파장으로 이동함에 따라 표시할 수 있는 색영역의 녹색 꼭지점이 우측 방향으로 이동한다. 녹색 꼭지점의 x좌표 값은 증가하고, y좌표 값은 증가하다가 감소한다.
도 17을 참고하면, 녹색 광 성분의 피크 위치가 높은 파장으로 이동함에 따라 표시할 수 있는 색영역의 청색 꼭지점이 우하 방향으로 이동한다. 다시 말해 청색 꼭지점의 x좌표 값은 증가하고, y좌표 값은 감소한다.
표 4는 도 15 내지 도 17에 도시된 각 색영역들을 포함하여, 녹색 광 성분의 피크 위치를 이동시켜서 얻은 19개의 DCI 색영역비 데이터이다. 표 4는 피크 위치가 449nm이고 반치폭이 18nm인 청색광을 내는 발광 다이오드를 사용하고, 이러한 청색광을 받아서 피크 위치가 631nm이고 반치폭이 49nm인 적색광 성분으로 변환하는 적색 양자점 재료를 사용하는 발광 소자에서 녹색 양자점 재료를 변화시켜서 얻은 자료이다. 녹색 광 성분의 반치폭은 48nm-49nm이다. 도 15 내지 도 17에 도시된 색영역들은 아래 표 2에서 #1, #2, #4, #6, #8, #10, #12, #14, #16, #18, #19에 대한 것들이다.
Blue peak Blue fwhm Green peak Green
fwhm 		Red peak Red fwhm DCI
#1 449 18 516 49 631 49 79.3
#2 449 18 518 49 631 49 80.9
#3 449 18 520 48 631 49 82.3
#4 449 18 522 48 631 49 83.7
#5 449 18 524 48 631 49 84.4
#6 449 18 526 48 631 49 85
#7 449 18 528 48 631 49 86.2
#8 449 18 530 48 631 49 87.3
#9 449 18 532 48 631 49 88.4
#10 449 18 534 48 631 49 89.3
#11 449 18 536 48 631 49 90.2
#12 449 18 538 48 631 49 90.6
#13 449 18 540 48 631 49 89.4
#14 449 18 542 48 631 49 88
#15 449 18 544 48 631 49 86.5
#16 449 18 546 48 631 49 84.8
#17 449 18 548 48 631 49 82.9
#18 449 18 550 48 631 49 80.8
#19 449 18 552 48 631 49 78.5
표 4를 참고하면, 녹색 광 성분의 반치폭이 48nm-49nm일 때, 그 피크 위치가 518nm~550nm 사이에 있으면, DCI 색영역비가 80% 이상으로 되고, 녹색 광 성분의 피크 위치가 536nm~538nm 사이에 있을 경우 DCI 색영역비가 90% 이상으로 된다.
표 5는 표 4의 19개 데이터의 색영역의 적색, 녹색 및 청색 꼭지점의 좌표이다.
Figure 112014127231151-pat00002
도 18은 반치폭이 54nm인 녹색 광 성분을 포함하는 백색 광을 발하는 광원에서 녹색 광 성분의 피크 위치를 이동시킴에 따라 광원이 지원할 수 있는 색 영역의 적색 꼭지점이 색좌표 위에서 이동하는 현상을 도시한 그래프이고, 도 19는 반치폭이 54nm인 녹색 광 성분을 포함하는 백색광을 발하는 광원에서 녹색 광 성분의 피크 위치를 이동시킴에 따라 광원이 지원할 수 있는 색 영역의 녹색 꼭지점이 색좌표 위에서 이동하는 현상을 도시한 그래프이고, 도 20는 반치폭이 54nm인 녹색 광 성분을 포함하는 백색광을 발하는 광원에서 녹색광 성분의 피크 위치를 이동시킴에 따라 광원이 지원할 수 있는 색 영역의 청색 꼭지점이 색좌표 위에서 이동하는 현상을 도시한 그래프이다.
도 18을 참고하면, 녹색 광 성분의 피크 위치가 높은 파장으로 이동함에 따라 표시할 수 있는 색영역의 적색 꼭지점이 좌상 방향으로 이동한다. 다시 말해 적색 꼭지점의 x좌표 값은 감소하고, y좌표 값은 증가한다.
도 19를 참고하면, 녹색 광 성분의 피크 위치가 높은 파장으로 이동함에 따라 표시할 수 있는 색영역의 녹색 꼭지점이 우측 방향으로 이동한다. 녹색 꼭지점의 x좌표 값은 증가하고, y좌표 값은 증가하다가 감소한다.
도 20을 참고하면, 녹색 광 성분의 피크 위치가 높은 파장으로 이동함에 따라 표시할 수 있는 색영역의 청색 꼭지점이 우하 방향으로 이동한다. 다시 말해 청색 꼭지점의 x좌표 값은 증가하고, y좌표 값은 감소한다.
표 6은 도 18 내지 도 20에 도시된 각 색영역들을 포함하여, 녹색 광 성분의 피크 위치를 이동시켜서 얻은 19개의 DCI 색영역비 데이터이다. 표 6은 피크 위치가 449nm이고 반치폭이 18nm인 청색광을 내는 발광 다이오드를 사용하고, 이러한 청색광을 받아서 피크 위치가 631nm이고 반치폭이 49nm인 적색광 성분으로 변환하는 적색 양자점 재료를 사용하는 발광 소자에서 녹색 양자점 재료를 변화시켜서 얻은 자료이다. 녹색 광 성분의 반치폭은 52nm-54nm이다. 도 18 내지 도 20에 도시된 색영역들은 아래 표 6에서 #1, #2, #4, #6, #8, #10, #12, #14, #16, #18, #19에 대한 것들이다.
Blue peak Blue fwhm Green peak Green fwhm Red peak Red fwhm DCI
#1 449 18 516 54 631 49 78.7
#2 449 18 518 54 631 49 80.3
#3 449 18 520 54 631 49 81.7
#4 449 18 522 54 631 49 83.1
#5 449 18 524 54 631 49 84.4
#6 449 18 526 54 631 49 85.6
#7 449 18 528 54 631 49 86.7
#8 449 18 530 54 631 49 87.7
#9 449 18 532 54 631 49 88.7
#10 449 18 534 54 631 49 89.5
#11 449 18 536 54 631 49 89.9
#12 449 18 538 54 631 49 89.1
#13 449 18 540 54 631 49 87.9
#14 449 18 542 53 631 49 86.4
#15 449 18 544 53 631 49 84.7
#16 449 18 546 53 631 49 82.9
#17 449 18 548 53 631 49 80.9
#18 449 18 550 52 631 49 78.7
#19 449 18 552 52 631 49 76.2
표 6을 참고하면, 녹색 광 성분의 반치폭이 52nm-54nm일 때, 그 피크 위치가 518nm~548nm 사이에 있으면, DCI 색영역비가 80% 이상으로 된다.
표 7은 표 6의 19개 데이터의 색영역의 적색, 녹색 및 청색 꼭지점의 좌표이다.
Figure 112014127231151-pat00003
표 3, 표 5 및 표 7을 참고하면, 색좌표에서 적색 꼭지점이 0.6611<Cx<0.6821, 0.3092<Cy<0.3220인 영역에 위치하고, 녹색 꼭지점이 0.1768<Cx<0.3061, 0.6190<Cy<0.6615인 영역에 위치하며, 청색 꼭지점은 0.1429<Cx<0.1525, 0.0463<Cy<0.0885인 영역에 위치하는 삼각형 색영역을 표시할 수 있으면, DCI 표준의 80%에 육박하는 색영역을 표시할 수 있다. 따라서 실시예에 따른 백라이트 유닛은 이러한 삼각형 색영역을 표시할 수 있는 색순도의 적색 성분, 녹색 성분, 청색 성분을 포함하는 백색광을 발하도록 구성할 수 있다.
또한 색좌표에서 적색 꼭지점이 0.6747<Cx<0.6789, 0.3097<Cy<0.3127인 영역에 위치하고, 녹색 꼭지점이 0.2352<Cx<0.2611, 0.6420<Cy<0.6578인 영역에 위치하며, 청색 꼭지점은 0.1494<Cx<0.1512, 0.0575<Cy<0.0657인 영역에 위치하는 삼각형 색영역을 표시할 수 있으면, DCI 표준의 90%에 육박하는 색영역을 표시할 수 있다. 따라서 실시예에 따른 백라이트 유닛은 이러한 삼각형 색영역을 표시할 수 있는 색순도의 적색 성분, 녹색 성분, 청색 성분을 포함하는 백색광을 발하도록 구성할 수 있다.
한편, 이러한 데이터들을 고려하면 색좌표에서 적색 꼭지점이 0.65<Cx<0.69, 0.29<Cy<0.33인 영역에 위치하고, 녹색 꼭지점이 0.20<Cx<0.3, 0.63<Cy<0.70인 영역에 위치하며, 청색 꼭지점은 0.12<Cx<0.18, 0.05<Cy<0.09인 영역에 위치하는 삼각형 색영역을 표시할 수 있으면, DCI 표준의 75% 이상의 색영역을 표시할 수 있으리라 예상된다. 따라서 실시예에 따른 백라이트 유닛은 이러한 삼각형 색영역을 표시할 수 있는 색순도의 적색 성분, 녹색 성분, 청색 성분을 포함하는 백색광을 발하도록 구성할 수 있다.
표 8은 피크 위치가 538nm인 녹색광 성분의 반치폭을 달리한 여러 실험예에 따른 백색 광원이 지원할 수 있는 DCI 색영역비를 나타낸 표이다. 표 8은 피크 위치가 449nm이고 반치폭(FWHM)이 18nm인 청색광을 내는 발광 다이오드를 사용하고, 이러한 청색광을 받아서 피크 위치가 635nm이고 반치폭이 42nm인 적색광 성분으로 변환하는 적색 양자점 재료를 사용하는 발광 소자에서, 녹색 양자점 재료를 변화시켜서 얻은 자료이다.
Blue peak Blue fwhm Green peak Green fwhm Red peak Red fwhm DCI(%)
#1 449 18 538 39 635 42 91.5
#2 449 18 538 62 635 42 88.5
#3 449 18 538 71 635 42 85.3
#4 449 18 538 85 635 42 81.7
#5 449 18 538 88 635 42 80.6
#6 449 18 538 90 635 42 79.7
표 8을 참고하면, 녹색광 성분의 반치폭이 90nm 미만이면 DCI 색영역비가 80% 이상으로 된다.
표 9는 반치폭이 49nm인 적색광 성분의 피크 위치를 달리한 여러 실험예에 따른 백색 광원이 지원할 수 있는 DCI 색영역비를 나타낸 표이다. 표 9는 피크 위치가 449nm이고 반치폭(FWHM)이 18nm인 청색광을 내는 발광 다이오드를 사용하고, 이러한 청색광을 받아서 피크 위치가 550nm이고 반치폭이 38nm인 녹색광 성분으로 변환하는 적색 양자점 재료를 사용하는 발광 소자에서, 적색 양자점 재료를 변화시켜서 얻은 자료이다.
Blue peak Blue fwhm Green peak Green fwhm Red peak Red fwhm DCI(%)
#1 449 18 550 38 622 49 80
#2 449 18 550 38 624 49 80
#3 449 18 550 38 625 49 80
#4 449 18 550 38 626 49 81
표 9를 참고하면, 적색광 성분의 피크 위치가 620nm 이상이면 DCI 색영역비가 80% 에 육박하게 된다.
도 21은 적색광 성분의 피크 위치에 따른 백라이트 유닛(광원)이 발하는 백색광의 휘도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 21을 참고하면, 적색광 성분의 피크 위치가 긴 파장 쪽으로 이동할수록 백라이트 유닛(광원)이 발하는 백색광의 휘도가 낮아진다. 대략 적색광 성분의 피크 위치가 645nm을 넘으면 휘도가 90% 이하로 떨어진다. 따라서 실시예에 따른 백라이트 유닛(광원)은 적색광 성분의 피크 위치가 620nm-645nm 사이인 적색광 성분을 가질 수 있다.
실시예에 따른 백라이트 유닛(광원)은 색순도가 높은 적색광, 녹색광 및 청색광을 포함하는 백색광을 발한다. 따라서 색필터를 통과하기 전과 후에 있어서 스펙트럼의 변화가 적다.
도 22는 실시예에 따른 백라이트 유닛(광원)이 발하는 백색광의 스펙트럼과 색필터를 통과시킨 후의 스펙트럼을 비교한 그래프이다. 표 10은 도 22의 그래프에서 녹색광 성분과 적색광 성분의 피크 위치와 반치폭을 측정한 표이다. 백색광의 스펙트럼은 분광기를 사용하여 얻은 것이고, 색필터를 통과시킨 후의 스펙트럼은 백색광을 녹색 색필터에 통과시켜서 녹색 성분의 스펙트럼을 얻고, 백색광을 적색 색필터에 통과시켜서 적색 성분의 스펙트럼을 얻으며, 백색광을 청색 색필터에 통과시켜서 청색 성분의 스펙트럼을 얻어서 이들 녹색 성분의 스펙트럼, 적색 성분의 스펙트럼 및 청색 성분의 스펙트럼을 결합하여 얻은 것이다. 이때, 사용하는 색필터들은 일반적인 텔레비젼이나 모니터에 사용되는 색필터들이다. 백라이트 유닛을 액정 패널과 결합하여 액정 표시 장치를 구성한 상태에서 스펙트럼을 측정하면, 액정 패널에 형성되어 있는 색필터를 이용하여 측정이 가능하다. 다시 말해, 액정 표시 장치의 적색 화소만을 켜고 나머지 화소를 끈 상태에서 측정하여 적색 스펙트럼을 얻고, 녹색 화소만을 켜고 나머지 화소를 끈 상태에서 측정하여 녹색 스펙트럼을 얻으며, 청색 화소만을 켜고 나머지 화소를 끈 상태에서 측정하여 청색 스펙트럼을 얻을 수 있다.
C/F 통과 전 C/F 통과 후
Green peak 537 536
Green FWHM 41 40
Red peak 629 628
Red FWHM 52 50
도 22와 표 10을 참고하면, 실시예에 따른 백라이트 유닛(광원)이 발하는 백색광의 녹색광 성분과 적색광 성분은 색필터를 통과하기 전과 후에 있어서 피크 위치의 변화는 1nm으로 거의 없고, 반치폭의 변화도 각각 1nm와 2nm로 2nm 이하이다. 이것은 실시예에 따른 백라이트 유닛(광원)이 양자점 재료를 사용하여 청색광을 녹색광과 적색광으로 변환시켜서 백색광을 생성하기 때문이다.
실시예에 따른 백라이트 유닛(광원)에 사용되는 광변환층은 양자점 재료와 함께 산란제를 포함할 수 있다. 산란제로는 ZnO, Al2O3, ZrO 등을 사용할 수 있고, 산란제를 첨가함으로써 휘도를 향상할 수 있다. 표 11은 산란제의 종류에 따른 휘도와 백색 좌표의 변화를 측정한 자료이다. 산란제는 광변환층 전체 무게의 10wt% 이하로 포함된다.
산란제 Concentration
(wt%)		 Film measurement
Brightness (Lv.) Cx Cy
Al2O3 4 268.5 100 0.198
ZnO 5 331.9 124 0.2074
ZrO2 5 306.2 114 0.2011
표 11을 참고하면, 산란제(scatterer)로 ZnO를 사용할 때 가장 큰 휘도 향상 효과를 얻을 수 있다.
표 12는 ZnO를 산란제로 사용한 경우에 그 함량에 따른 휘도와 백색 좌표의 변화를 측정한 자료이다.
Scatterer Concentration
(wt%) 		Film measurement
Brightness (Lv.) Cx Cy
ZnO 1 318.1 0.2260 0.2248
3 339.8 0.2416 0.2667
5 328.2 0.2396 0.2632
표 12를 참고하면, 산란제의 함량을 조절함으로써 백라이트 유닛이 발하는 백색광의 휘도와 백색 좌표를 조절할 수 있다.
표 13은 백색 색좌표에 따른 백색광의 색온도 변화를 나타낸 것이다. 백색광 좌표는 산란제 및 적색, 녹색 양자점 재료의 함량 비를 조절함으로써 조절 가능하며 바람직하게는 표 13의 범위 내에 존재한다.
x y CCT(K)
0.303 0.319 7179
0.303 0.339 6931
0.313 0.329 6488
0.323 0.339 5933
0.323 0.319 5998
0.26 0.28 13689
0.26 0.3 11626
0.27 0.29 11152
0.28 0.3 9468
0.28 0.28 10618
표 13을 참고하면, 백색광의 색온도는 5900K-14000K의 범위 내에 있을 수 있다.
이상에서 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 권리범위에 속하는 것이다.
100: 액정 표시 패널 10, 20: 표시판
12: 화소 전극 13: 박막 트랜지스터
22: 블랙 매트릭스 23: 색필터
25: 공통 전극 500: 백라이트 유닛
31, 32: 편광 필름 30: 액정층
1, 1': 도광판 2: 광확산판
3, 4, 3', 4', 52: 광변환층 5: 발광 소자
51: 발광 다이오드 칩 54, 56: 양자점 재료
53, 57: 양자점 필름

Claims (34)

  1. 청색 발광 소자와
    수지에 혼합되어 있는 적색 양자점 재료 및 녹색 양자점 재료를 포함하고, 상기 발광 소자가 방출하는 광을 백색광으로 변환하여 방출하는 광변환층을 포함하고,
    상기 백색광은 피크 파장이 518nm-550nm 사이에 있고, 반치폭은 90nm 미만인 녹색광 성분과 피크 파장이 620nm 이상인 영역에 있고 반치폭은 48nm 이상 50nm 이하인 적색광 성분을 포함하며,
    상기 광변환층이 발하는 백색광의 색좌표 상의 적색 꼭지점은 0.6611<Cx<0.6821, 0.3092<Cy<0.3220인 영역에 위치하고, 녹색 꼭지점은 0.1768<Cx<0.3061, 0.6190<Cy<0.6615인 영역에 위치하여
    상기 백색광은 DCI 표준의 80% 이상의 색영역을 표시하는 광원.
  2. 제1항에서,
    상기 적색광 성분은 620nm-640nm 사이에 피크 파장이 있는 광원.
  3. 제1항에서,
    상기 양자점 재료는 상기 광변환층의 전체 무게에서 5wt% 이하로 포함되어 있는 광원.
  4. 제1항에서,
    상기 녹색광 성분의 피크 파장이 534nm~540nm 사이에 있고, 반치폭은 39nm~40nm 이거나, 상기 녹색광 성분의 피크 파장이 536nm~538nm 사이에 있고, 반치폭은 48nm~49nm이고,
    상기 백색광은 DCI 표준의 90% 이상의 색영역을 표시하는 광원.
  5. 제4항에서,
    상기 광변환층은 산란제를 더 포함하는 광원.
  6. 제5항에서,
    상기 산란제는 ZnO, Al2O3, ZrO 중의 적어도 하나를 포함하는 광원.
  7. 제1항에서,
    상기 백색광의 색온도는 5900K-14000K 범위에 있는 광원.
  8. 삭제
  9. 제1항에서,
    상기 양자점 재료는 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HgZnTe, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe, GaN, GaP, GaAs, AlN, AlP, AlAs, InN, InP, InZnP, InAs, GaNP, GaNAs, GaPAs, AlNP, AlNAs, AlPAs, InNP, InNAs, InPAs, GaAlNP, GaAlNAs, GaAlPAs, GaInNP, GaInNAs, GaInPAs, InAlNP, InAlNAs, InAlPAs, SbTe 및 이들의 혼합물 중의 어느 하나인 광원.
  10. 제1항에서,
    상기 양자점 재료는 InP 또는 InZnP 코어에 ZnSe와 ZnS의 혼합물이 코팅되어 있는 것인 광원.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제1항에서,
    상기 광변환층이 발하는 백색광의 색좌표 상의 적색 꼭지점은 0.6747<Cx<0.6789, 0.3097<Cy<0.3127인 영역에 위치하고, 녹색 꼭지점은 0.2352<Cx<0.2611, 0.6420<Cy<0.6578인 영역에 위치하는 광원.
  14. 제1항에서,
    상기 백색광의 녹색광 성분은 녹색 색필터를 통과하기 전과 후의 반치폭 차이가 2nm 이하이고, 상기 백색광의 적색광 성분은 적색 색필터를 통과하기 전과 후의 반치폭 차이가 2nm 이하인 광원.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 청색 발광 소자와
    수지에 혼합되어 있는 적색 양자점 재료 및 녹색 양자점 재료를 포함하고, 상기 발광 소자가 방출하는 광을 백색광으로 변환하여 방출하는 광변환층을 포함하고,
    상기 백색광은 피크 파장이 518nm-550nm 사이에 있고, 반치폭은 90nm 미만인 녹색광 성분과 피크 파장이 620nm 이상인 영역에 있고 반치폭은 48nm 이상 50nm 이하인 적색광 성분을 포함하며,
    상기 광변환층이 발하는 백색광의 색좌표 상의 적색 꼭지점은 0.6611<Cx<0.6821, 0.3092<Cy<0.3220인 영역에 위치하고, 녹색 꼭지점은 0.1768<Cx<0.3061, 0.6190<Cy<0.6615인 영역에 위치하여
    상기 백색광은 DCI 표준의 80% 이상의 색영역을 표시하는 백라이트 유닛.
  21. 제20항에서,
    상기 발광 소자는 청색 발광 다이오드이고,
    상기 광변환층은 상기 청색 발광 다이오드와 별개로 제작된 필름인 백라이트 유닛.
  22. 제21항에서,
    도광판을 더 포함하고,
    상기 광변환층은 상기 발광 소자와 상기 도광판 사이에 배치되어 있는 백라이트 유닛.
  23. 제21항에서,
    도광판을 더 포함하고,
    상기 도광판은 상기 발광 소자가 방출하는 빛을 상기 광변환층에 전달하도록 상기 발광 소자와 상기 광변환층 사이에 배치되어 있는 백라이트 유닛.
  24. 제20항에서,
    상기 발광 소자는 청색 발광 다이오드 칩이고,
    상기 광변환층은 상기 청색 발광 다이오드 칩을 덮는 몰딩층에 포함되는 백라이트 유닛
  25. 삭제
  26. 제20항에서,
    상기 광변환층이 발하는 백색광의 색좌표 상의 적색 꼭지점은 0.6747<Cx<0.6789, 0.3097<Cy<0.3127인 영역에 위치하고, 녹색 꼭지점은 0.2352<Cx<0.2611, 0.6420<Cy<0.6578인 영역에 위치하는 백라이트 유닛.
  27. 제20항에서,
    상기 백색광의 색온도는 5900K-14000K 범위에 있는 백라이트 유닛.
  28. 복수의 색필터를 포함하는 액정 표시 패널,
    청색 발광 소자와 수지에 혼합되어 있는 적색 양자점 재료 및 녹색 양자점 재료를 포함하고, 상기 발광 소자가 방출하는 광을 백색광으로 변환하여 방출하는 광변환층을 포함하고, 상기 백색광을 상기 액정 표시 패널에 공급하는 백라이트 유닛을 포함하고,
    상기 백색광은 피크 파장이 518nm-550nm 사이에 있고, 반치폭은 90nm 미만인 녹색광 성분과 피크 파장이 620nm 이상인 영역에 있고 반치폭은 48nm 이상 50nm 이하인 적색광 성분을 포함하며,
    상기 백색광이 색필터를 통과한 후 색좌표 상의 적색 꼭지점은 0.6611<Cx<0.6821, 0.3092<Cy<0.3220인 영역에 위치하고, 녹색 꼭지점은 0.1768<Cx<0.3061, 0.6190<Cy<0.6615인 영역에 위치하여
    상기 백색광은 DCI 표준의 80% 이상의 색영역을 표시하는 액정 표시 장치.
  29. 제28항에서,
    상기 광변환층은 수지에 혼합되어 있는 양자점 재료와 산란제를 포함하는 액정 표시 장치.
  30. 제28항에서,
    상기 복수의 색필터는 녹색 색필터, 적색 색필터 및 청색 색필터를 포함하고
    상기 백색광의 녹색광 성분은 상기 녹색 색필터를 통과하기 전과 후의 반치폭 차이가 2nm 이하이고, 상기 백색광의 적색광 성분은 상기 적색 색필터를 통과하기 전과 후의 반치폭 차이가 2nm 이하인 액정 표시 장치.
  31. 삭제
  32. 제28항에서,
    상기 광변환층이 발하는 백색광의 색좌표 상의 적색 꼭지점은 0.6747<Cx<0.6789, 0.3097<Cy<0.3127인 영역에 위치하고, 녹색 꼭지점은 0.2352<Cx<0.2611, 0.6420<Cy<0.6578인 영역에 위치하는 액정 표시 장치.
  33. 제20항에서,
    상기 녹색광 성분의 피크 파장이 534nm~540nm 사이에 있고, 반치폭은 39nm~40nm 이거나, 상기 녹색광 성분의 피크 파장이 536nm~538nm 사이에 있고, 반치폭은 48nm~49nm이고,
    상기 백색광은 DCI 표준의 90% 이상의 색영역을 표시하는 백라이트 유닛.
  34. 제28항에서,
    상기 녹색광 성분의 피크 파장이 534nm~540nm 사이에 있고, 반치폭은 39nm~40nm 이거나, 상기 녹색광 성분의 피크 파장이 536nm~538nm 사이에 있고, 반치폭은 48nm~49nm이고,
    상기 백색광은 DCI 표준의 90% 이상의 색영역을 표시하는 액정 표시 장치.
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