KR102376594B1 - 표시 장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 제1 기판; 제1 기판 상에 서로 이웃하게 배치되는 제1 내지 제3 서브 화소 전극; 제1 기판과 대향되는 제2 기판; 제2 기판 상에 배치되며, 제1 서브 화소 전극과 적어도 일부가 중첩되는 제1 파장 변환 패턴 및 제2 서브 화소 전극과 적어도 일부가 중첩되는 제2 파장 변환 패턴을 포함하는 파장 변환 패턴; 제3 서브 화소 전극과 적어도 일부가 중첩되는 제1 광 투과 패턴 및 제1 파장 변환 패턴과 제2 파장 변환 패턴 사이에 배치되는 제2 광 투과 패턴을 포함하는 광 투과 패턴; 파장 변환 패턴 및 광 투과 패턴 상에 배치되는 평탄화층 및 파장 변환 패턴의 굴절률보다 굴절률이 낮은 저굴절층을 포함하고, 저굴절층은 파장 변환 패턴과 제2 기판 사이에 배치되는 제1 저굴절층 및 파장 변환 패턴과 평탄화층 사이에 배치되는 제2 저굴절층 중 적어도 하나를 포함한다.

Description

표시 장치 및 그 제조방법{DISPLAY DEVICE AND MEHTHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 표시 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
표시 장치는 멀티미디어의 발달과 함께 그 중요성이 증대되고 있다. 이에 부응하여 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display, LCD), 유기 발광 표시 장치(Organic Light Emitting Display, OLED) 등과 같은 여러 종류의 표시 장치가 사용되고 있다.
표시 장치 중 액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중 하나로서, 화소 전극과 공통 전극 등 전기장 생성 전극이 형성되어 있는 두 장의 기판과 그 사이에 삽입되어 있는 액정층으로 이루어지며, 전기장 생성전극에 전압을 인가하여 액정층에 전기장을 생성하고 이를 통하여 액정층의 액정 분자들의 배향을 결정하고 입사광의 편광을 제어함으로써 영상을 표시한다.
각 화소가 하나의 기본색을 고유하게 표현하도록 하기 위한 하나의 방법으로, 광원으로부터 시청자에 이르는 광 경로 상에 각 화소마다 색 변환 패턴을 배치하는 방법을 예시할 수 있다. 예컨대, 컬러 필터(color filter)는 입사광의 특정 파장 대역만을 선택적으로 투과시킴으로써 기본색을 구현할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 저굴절층을 포함함으로써 출광 효율을 향상시킬 수 있는 표시 장치 및 그 제조방법을 제공한다.
또한, 파장 변환 패턴 사이의 골 영역에, 광 투과 패턴을 배치시킴으로써 저굴절층 및 평탄화층에 대해 평탄성을 제공하는 표시 장치 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는, 제1 기판; 상기 제1 기판 상에 서로 이웃하게 배치되는 제1 내지 제3 서브 화소 전극; 상기 제1 기판과 대향되는 제2 기판; 상기 제2 기판 상에 배치되며, 상기 제1 서브 화소 전극과 적어도 일부가 중첩되는 제1 파장 변환 패턴 및 상기 제2 서브 화소 전극과 적어도 일부가 중첩되는 제2 파장 변환 패턴을 포함하는 파장 변환 패턴; 상기 제3 서브 화소 전극과 적어도 일부가 중첩되는 제1 광 투과 패턴 및 상기 제1 파장 변환 패턴과 상기 제2 파장 변환 패턴 사이에 배치되는 제2 광 투과 패턴을 포함하는 광 투과 패턴; 상기 파장 변환 패턴 및 상기 광 투과 패턴 상에 배치되는 평탄화층; 및 상기 파장 변환 패턴의 굴절률보다 굴절률이 낮은 저굴절층을 포함하고, 상기 저굴절층은 상기 파장 변환 패턴과 상기 제2 기판 사이에 배치되는 제1 저굴절층 및 상기 파장 변환 패턴과 상기 평탄화층 사이에 배치되는 제2 저굴절층 중 적어도 하나를 포함한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치는, 제1색을 표시하는 광을 방출하는 백라이트 유닛; 및 상기 제1색을 표시하는 광을 제공받는 표시 패널을 포함하고, 상기 표시 패널은, 기판; 상기 기판 상에 배치되며, 상기 제1색을 표시하는 광을 상기 제1색과 다른 제2색을 표시하는 광으로 변환하는 제1 파장 변환 패턴 및 상기 제1색을 표시하는 광을 상기 제1색과 다른 제3색을 표시하는 광으로 변환하는 제2 파장 변환 패턴을 포함하는 파장 변환 패턴; 상기 제1색을 표시하는 광을 투과시키는 제1 광 투과 패턴과, 상기 제1 파장 변환 패턴 및 상기 제2 파장 변환 패턴 사이에 배치되는 제2 광 투과 패턴을 포함하는 광 투과 패턴; 및 상기 파장 변환 패턴의 굴절률보다 굴절률이 낮은 저굴절층을 포함하고, 상기 저굴절층은 상기 파장 변환 패턴과 상기 기판 사이에 배치되는 제1 저굴절층 및 상기 파장 변환 패턴 상에 배치되는 제2 저굴절층 중 적어도 하나를 포함한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 제조방법은, 기판 상에 제1 저굴절층을 형성하는 단계; 상기 제1 저굴절층 상에, 제1 파장 대역을 갖는 광을 제2 파장 대역을 갖는 광으로 변환하는 제1 파장 변환 패턴 및 상기 제1 파장 대역을 갖는 광을 제3 파장 대역을 갖는 광으로 변환하는 제2 파장 변환 패턴을 포함하는 파장 변환 패턴을 형성하는 단계; 상기 제1 파장 대역을 갖는 광을 투과시키는 제1 광 투과 패턴 및 상기 제1 파장 변환 패턴과 상기 제2 파장 변환 패턴 사이에 배치되는 제2 광 투과 패턴을 포함하는 광 투과 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 파장 변환 패턴 및 상기 광 투과 패턴 상에 제2 저굴절층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제1 저굴절층 및 상기 제2 저굴절층의 굴절률은 상기 파장 변환 패턴의 굴절률보다 낮다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 저굴절층을 포함함으로써 출광 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 파장 변환 패턴 사이의 골 영역에, 광 투과 패턴을 배치시킴으로써 저굴절층 및 평탄화층에 대해 평탄성을 제공할 수 있다.
저굴절층의 두께를 최소화시킴으로써, 크랙 발생을 줄일 수 있으며, 저굴절층 형성을 위한 비용을 절감시킬 수 있다.
평탄화층의 두께를 최소화시킴으로써, 뒤틀림 현상을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 제1 서브 화소부를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1에 도시한 A 영역을 확대한 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에서의 광 경로를 설명하기 위한 도면이다.
도 6a는 도 1의 A 영역을 뒤집어서 나타낸 도면이다.
도 6b는 도 1의 A 영역을 뒤집어서 나타내되, 제2 광 투과 패턴(TC2)이 없는 경우를 예시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 구성 중 평탄화층의 일면의 평탄성을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 혼색 저감 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 9 내지 도 14는 도 1에 도시한 표시 장치의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에 있어서, 저굴절층의 배치 위치에 따른 휘도를 나타낸 그래프이다.
도 16은 도 1에 도시한 표시 장치의 또 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 17 내지 도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 제조방법을 나타낸 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "위(on)", "상(on)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위"에 놓여질 수 있다. 또한 도면을 기준으로 다른 소자의 "좌측"에 위치하는 것으로 기술된 소자는 시점에 따라 다른 소자의 "우측"에 위치할 수도 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있으며, 이 경우 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는다.
명세서 전체를 통하여 동일하거나 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(1)는 표시 패널(10) 및 백라이트 유닛(20)을 포함한다.
표시 패널(10)은 화상을 표시한다. 표시 패널(10)은 하부 표시판(100), 상부 표시판(200) 및 액정층(300)을 포함할 수 있다. 여기서, 하부 및 상부 용어는 설명의 편의를 위한 것으로써, 도 1을 기준으로 한다. 하부 표시판(100)은 상부 표시판(200)과 서로 마주보도록 배치될 수 있다. 액정층(300)은 하부 표시판(100) 및 상부 표시판(200) 사이에 개재될 수 있으며, 복수의 액정 분자(310)를 포함할 수 있다. 하부 표시판(100)은 일 실시예로 상부 표시판(200)과 실링(sealing)을 통해 합착될 수 있다.
백라이트 유닛(20)은 표시 패널(10)에 광을 제공한다. 보다 상세하게는, 백라이트 유닛(20)은 표시 패널(10)의 하부에 배치되어, 특정 파장 대역을 갖는 광을 표시 패널(10)에 제공할 수 있다. 이하, 백라이트 유닛(20)으로부터 표시 패널(10)에 제공되는 광을 제1 파장 대역을 갖는 광(L1)으로 지칭하기로 한다.
백라이트 유닛(20)은 제1 파장 대역을 갖는 광(L1)을 방출하여 표시 패널(10)로 제공할 수 있다. 여기서, 제1 파장 대역을 갖는 광(L1)은 제1색을 나타내는 광으로 정의된다. 제1색은 일 실시예로 약 420nm 내지 480nm의 범위의 중심 파장을 갖는 청색(blue)일 수 있다. 상기 중심 파장은 피크 파장으로도 표현될 수 있다. 즉, 제1 파장 대역을 갖는 광(L1)은 중심 파장이 약 420nm 내지 480nm의 범위인 청색 광으로도 정의된다. 따라서, 백라이트 유닛(20)은 청색 광을 표시 패널(10)로 제공할 수 있다. 표시 패널(10)은 백라이트 유닛(20)으로부터 방출되는 제1 파장 대역을 갖는 광(L1)의 광 경로 상에 배치되어, 제공받은 광을 기초로 화상을 표시한다. 표시 패널(10)이 백라이트 유닛(20)으로부터 제공되는 광 경로 상에 배치되는 경우라면, 표시 패널(10) 및 백라이트 유닛(20) 간의 배치 관계는 도 1에 도시된 것으로 제한되지는 않는다.
백라이트 유닛(20)은 상기 광을 방출하는 광원(light source) 및 광원으로부터 제공받은 광을 가이드하여 표시 패널(10)로 제공하는 도광판(light guide plate)을 포함할 수 있다. 광원의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 광원은 일 실시예로 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED) 또는 레이저 다이오드(Laser Diode, LD)를 포함할 수 있다. 또한, 도광판의 재료는 특별히 제한되지 않는다. 도광판은 일 실시예로 글라스(glass), 석영(quartz) 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트 (polyethyleneterephthalate), 폴리카보네이트(polycarbonate) 등의 플라스틱 재료로 이루어질 수 있다.
도면에는 도시하지 않았으나, 백라이트 유닛(20)은 적어도 하나의 광학 시트를 포함할 수 있다. 상기 광학 시트는 프리즘 시트, 확산 시트, 렌티큘러 렌즈 시트, 마이크로 렌즈 시트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 광학 시트는 백라이트 유닛(20)으로부터 방출되는 광의 광학 특성, 예를 들어 집광, 확산, 산란 또는 편광 특성을 변조하여 표시 장치(1)의 표시 품질을 개선할 수 있다.
이하, 하부 표시판(100), 상부 표시판(200) 및 액정층(300)에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
먼저 하부 표시판(100)에 대해 설명하기로 한다. 하부 표시판(100)은 하부 기판(110), 제1 편광층(120), 제1 화소부(PX1)를 포함하는 복수의 화소부, 제1 절연층(130) 및 하부 배향막(140)을 포함할 수 있다.
하부 기판(110)은 일 실시예로 투명 절연 기판일 수 있다. 여기서 투명 절연 기판은 유리 재료, 석영 재료 또는 투광성 플라스틱 재료를 포함할 수 있다. 하부 기판(110)은 일 실시예로 가요성(flexibility)을 가질 수 있다.
제1 편광층(120)은 하부 기판(110)과 백라이트 유닛(20) 사이의 광 경로 상에 배치될 수 있다. 일 실시예로, 제1 편광층(120)은 하부 기판(110)의 하부에 배치될 수 있다. 다만, 제1 편광층(120)의 배치 위치는 도 1에 도시된 것으로 제한되지 않는다. 일 실시예로, 제1 편광층(120)은 하부 기판(110)과 액정층(300) 사이에 배치될 수도 있다. 제1 편광층(120)은 일 실시예로 반사형 편광층일 수 있다. 제1 편광층(120)이 반사형 편광층인 경우, 투과축과 평행한 편광 성분은 투과시키고 반사축과 평행한 편광 성분은 반사할 수 있다.
제1 편광층(120)은 일 실시예로 하부 기판(110)과 직접 접촉할 수 있다. 즉, 제1 편광층(120)은 하부 기판(110)의 일면 상에 연속 공정을 통해 형성될 수 있다.
다른 실시예로, 제1 편광층(120)은 하부 기판(110)의 일면과 별도의 접착 부재를 통해 결합될 수도 있다. 여기서, 접착 부재는 일 실시예로 감압 접착 부재(PSA) 또는 광학 투명 접착 부재(OCA, OCR)일 수 있다.
제1 화소부(PX1)를 포함하는 복수의 화소부는 하부 기판(110) 상에 배치될 수 있다. 복수의 화소부에 대해서는 이하, 제1 화소부(PX1)를 기준으로 설명하기로 한다.
제1 화소부(PX1)는 제1 내지 제3 서브 화소부(SPX1 내지 SPX3)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 내지 제3 서브 화소부(SPX1 내지 SPX3)는 서로 다른 색을 표시한다. 제1 내지 제3 서브 화소부(SPX1 내지 SPX3)는 각각 스위칭 소자 및 서브 화소 전극을 포함한다. 이에 대해서는, 도 2를 참조하여, 제1 서브 화소부(SPX1)를 기준으로 설명하기로 한다.
도 2는 도 1에 도시한 제1 서브 화소부를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 스위칭 소자(Q1)는 일 실시예로 박막 트랜지스터와 같은 삼 단자 소자일 수 있다. 제1 스위칭 소자(Q1)는 제어 전극이 제1 스캔 라인(GL1)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 일 전극이 제1 데이터 라인(DL1)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 스위칭 소자(Q1)의 타 전극은 제1 서브 화소 전극(SPE1)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 스캔 라인(GL1)은 일 실시예로 제1 방향(d1)으로 연장될 수 있다. 제1 데이터 라인(DL1)은 일 실시예로 제1 방향(d1)과 다른 제2 방향(d2)으로 연장될 수 있다. 제1 방향(d1)은 제2 방향(d2)과 교차된다.
제1 스위칭 소자(Q1)는 제1 스캔 라인(GL1)으로부터 제공받은 스캔 신호에 따라 턴 온 되어, 제1 데이터 라인(DL1)으로부터 제공받은 데이터 신호를 제1 서브 화소 전극(SPE1)에 제공할 수 있다. 한편, 본 명세서에서는 제1 서브 화소부(SPX1)가 스위칭 소자를 제1 스위칭 소자(Q1) 하나만 포함하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지는 않고 두 개 이상의 스위칭 소자가 포함될 수도 있다.
제1 서브 화소 전극(SPE1)은 하부 표시판(100)에 배치될 수 있다. 보다 상세하게는, 제1 서브 화소 전극(SPE1)은 하부 기판(110) 상에 위치하는 제1 절연층(130) 상에 배치될 수 있다. 공통 전극(CE)은 후술하는 상부 표시판(200)에 위치할 수 있다. 제1 서브 화소 전극(SPE1)은 공통 전극(CE)과 적어도 일부가 중첩될 수 있다. 이에 따라, 제1 서브 화소부(SPX1)는 제1 서브 화소 전극(SPE1)과 공통 전극(CE)이 중첩됨에 따라 형성되는 제1 액정 커패시터(Clc1)를 더 포함할 수 있다. 본 명세서에서 '두 구성이 중첩되는 경우'는, 특별한 언급이 없는 한, 하부 기판(110)을 기준으로 수직 방향으로 중첩되는 것을 의미한다.
다시 도 1을 참조하면, 제1 절연층(130)은 제1 내지 제3 스위칭 소자(Q1 내지 Q3) 상에 배치될 수 있다. 제1 절연층(130)은 제1 절연층(130)의 하부에 배치되는 구성과 제1 절연층(130) 상에 배치되는 구성을 서로 전기적으로 절연시킨다.
제1 절연층(130)은 일 실시예로 질화 규소와 산화 규소 등의 무기 물질로 형성될 수 있다. 제1 절연층(130)은 다른 실시예로 평탄화 특성이 우수하며, 감광성(photosensitivity)을 갖는 유기 물질을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예로, 제1 절연층(130)은 유기 물질로 이루어진 층과 무기 물질로 이루어진 층의 적층 구조로 형성될 수도 있다. 제1 절연층(130)은 제1 내지 제3 스위칭 소자(Q1 내지 Q3)와 제1 내지 제3 서브 화소 전극(SPE1 내지 SPE3) 각각을 전기적으로 연결시키기 위한 복수의 컨택홀을 포함할 수 있다.
제1 내지 제3 서브 화소 전극(SPE1 내지 SPE3)은 제1 절연층(130) 상에 서로 이웃하도록 배치될 수 있다. 제1 내지 제3 서브 화소 전극(SPE1 내지 SPE3)은 일 실시예로 투명 전극 또는 반투명 전극이나, 또는 알루미늄, 은, 크롬 또는 그 합금 등의 반사성 금속으로 형성될 수 있다. 여기서, 투명 전극 또는 반투명 전극은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ZnO(Zinc Oxide), In2O3(Indiu, Oxide), (IGO, Indium Gallium Oxide) 및 AZO(Aluminum Zinc Oxide)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하여 이루어질 수 있다. 도면에는 도시하지 않았으나, 제1 내지 제3 서브 화소 전극(SPE1 내지 SPE3)은 복수의 슬릿을 포함할 수도 있다.
하부 배향막(140)은 제1 내지 제3 서브 화소 전극(SPE1 내지 SPE3) 상에 배치될 수 있다. 하부 배향막(140)은 액정층(300) 내의 복수의 액정 분자(310)의 초기 배향을 유도할 수 있다. 하부 배향막(140)은 일 실시예로 주쇄의 반복 단위 내에 이미드기를 갖는 고분자 유기 재료를 포함하여 이루어질 수 있다.
다음으로, 상부 표시판(200)에 대해 설명하기로 한다. 상부 표시판(200)은 상부 기판(210), 블랙 매트릭스(BM: Black Matrix), 파장 변환 패턴(WC), 광 투과 패턴(TC), 제1 필터(220), 제1 저굴절층(230), 제2 필터(240), 제2 저굴절층(250), 평탄화층(260), 제2 절연층(270), 제2 편광층(280), 공통 전극(CE) 및 상부 배향막(290)을 포함할 수 있다.
상부 기판(210)은 하부 기판(110)과 대향되도록 배치된다. 상부 기판(210)은 투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 형성될 수 있으며, 일 실시예로 하부 기판(110)과 동일한 재질로 형성될 수 있다.
블랙 매트릭스(BM)는 상부 기판(210) 상에 배치될 수 있다. 블랙 매트릭스(BM)는 복수의 화소부 간의 경계에 배치되며, 광의 투과를 차단하여 이웃한 화소부들 간의 혼색을 방지할 수 있다. 도 1을 기준으로, 블랙 매트릭스(BM)는 제1 내지 제3 서브 화소부(SPX1 내지 SPX3) 간의 경계에 배치된다. 한편, 블랙 매트릭스(BM)로 제공되는 광의 투과를 차단할 수 있는 경우라면, 블랙 매트릭스(BM)의 재료는 특별히 제한되지 않는다. 일 실시예로, 블랙 매트릭스(BM)는 유기물 또는 크롬을 포함하는 금속 물질을 포함할 수 있다.
도면에는 도시하지 않았으나, 블랙 매트릭스(BM) 상에는 보호층이 배치될 수 있다. 보다 상세하게는, 상기 보호층은 블랙 매트릭스(BM)와 후술하는 제1 필터(220) 사이에 배치될 수 있다. 보호층은 상부 표시판(200)의 제조 공정 과정에서, 블랙 매트릭스(BM)가 손상 또는 부식되는 것을 방지할 수 있다. 보호층의 재료는 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 질화 규소 또는 산화 규소 등의 무기 절연 재료를 포함할 수 있다. 보호층은 생략될 수도 있다.
또한, 도면에는 도시하지 않았으나, 블랙 매트릭스(BM)는 하부 표시판(100)에도 배치될 수도 있다. 블랙 매트릭스(BM)가 하부 표시판(100)에 배치되는 경우, 일 실시예로 블랙 매트릭스(BM)는 제1 절연층(130)과 하부 배향막(140) 사이에 배치될 수 있다. 하부 표시판(100)에 배치되는 블랙 매트릭스(BM)는 광 투과 패턴(TC)에 의해 산란된 광이 파장 변환 패턴(WC)에 유입되는 것을 방지함으로써, 혼색 발생을 억제할 수 있다.
한편, 본 명세서에서, “제1 구성 및 제2 구성 사이에 제3 구성이 배치된다”라고 표현하면, 상기 제3 구성의 배치는 제1 구성 및 제2 구성의 배치 형태에 따라 달라진다. 즉, 제1 구성과 제2 구성이 하부 기판(110)에 대해 수직 방향으로 중첩되도록 배치되는 경우, 제3 구성은 제1 구성 및 제2 구성 각각과 하부 기판(110)에 대해 수직 방향으로 중첩되도록 배치되는 것을 의미한다. 이에 반해, 제1 구성과 제2 구성이 하부 기판(110)에 대해 수평 방향으로 중첩되도록 배치되는 경우, 제3 구성은 제1 구성 및 제2 구성 각각과 하부 기판(110)에 대해 수평 방향으로 중첩되도록 배치되는 것을 의미한다. 후자의 경우를 예로 들면, 후술하는 제2 광 투과 패턴(TC2)은 서로 하부 기판(110)에 대해 수평 방향으로 중첩되는 제1 파장 변환 패턴(WC1) 및 제2 파장 변환 패턴(WC2) 사이에 배치된다. 이는 곧, 제2 광 투과 패턴(TC2)이 제1 파장 변환 패턴(WC1) 및 제2 파장 변환 패턴(WC2) 각각과 하부 기판(110)에 대해 수평 방향으로 중첩되도록 배치되는 것을 의미한다.
제1 필터(220)는 블랙 매트릭스(BM) 상에 배치될 수 있다. 보다 상세하게는, 제1 필터(220)는 블랙 매트릭스(BM) 상에서 파장 변환 패턴(WC) 및 제2 광 투과 패턴(TC2)과 중첩되도록 배치될 수 있다. 또한, 제1 필터(220)는 제1 광 투과 패턴(TC1)과는 중첩되지 않을 수 있다.
제1 필터(220)는 일 실시예로 감광성(photosensitivity)을 갖는 유기 재료를 포함할 수 있다. 제1 필터(220)는 일 실시예로 두께가 약 0.5㎛ 이상 2㎛, 또는 약 0.5㎛ 이상 1.5㎛ 이하일 수 있다. 제1 필터(220)의 두께가 0.5㎛ 이상일 경우 특정 파장 대역의 광에 대한 충분한 흡수능을 부여할 수 있다. 제1 필터(220)의 두께가 2㎛ 이하일 경우 제1 필터(220)가 형성하는 단차를 최소화할 수 있으며, 파장 변환 패턴(WC)과 블랙 매트릭스(BM) 사이의 거리를 최소화하여 혼색 불량을 억제할 수 있다.
제1 필터(220)는 특정 파장 대역을 갖는 광을 투과시키고, 다른 특정 파장 대역을 갖는 광을 차단하는 컷 오프 필터(cut-off filter)일 수 있다. 이에 대해서는, 도 4를 참조하여 파장 변환 패턴(WC)과 함께 후술하기로 한다.
제1 필터(220)가 파장 변환 패턴(WC) 및 제2 광 투과 패턴(TC2)과 중첩되는 경우라면, 제1 필터(220)의 배치는 도 1에 도시된 것으로 제한되지 않는다. 예를 들어, 제1 필터(220) 상에 블랙 매트릭스(BM)가 배치될 수도 있다. 다른 실시예로, 제1 필터(220)와 블랙 매트릭스(BM)는 서로 동일 층에 배치될 수도 있다.
제1 저굴절층(230)은 제1 필터(220) 상에 배치될 수 있다. 제1 저굴절층(230)은 일 실시예로 블랙 매트릭스(BM) 및 제1 필터(220) 상에 전면적으로 배치될 수 있다. 이에 따라, 제1 저굴절층(230)은 후술하는 제1 파장 변환 패턴(WC1), 제2 파장 변환 패턴(WC2), 제1 광 투과 패턴(TC1) 및 제2 광 투과 패턴(TC2) 각각과, 하부 기판(110)에 수직 방향으로 중첩할 수 있다.
제1 저굴절층(230)은 제1 파장 변환 패턴(WC1) 및 제2 파장 변환 패턴(WC2)과 접촉할 수 있다. 이에 반해, 제1 저굴절층(230)은 제1 광 투과 패턴(TC1) 및 제2 광 투과 패턴(TC2)과는 접촉하지 않는다.
한편, “저굴절층”은 인접한 구성에 비해 상대적으로 굴절률이 낮은 층을 의미한다. 따라서, 제1 저굴절층(230)은 후술하는 파장 변환 패턴(WC)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 저굴절층(230)은 약 1.1 이상 1.4 이하의 굴절률을 가질 수 있다. 한편, 파장 변환 패턴(WC)의 굴절률은 일 실시예로, 약 1.8 이상 1.9 이하일 수 있다.
제1 저굴절층(230)은 파장 변환 패턴(WC)으로부터 상부 기판(210) 방향으로 방출되는 광 중 일부를 다시 파장 변환 패턴(WC)으로 반사시킬 수 있다. 즉, 제1 저굴절층(230)은 파장 변환 패턴(WC)으로부터 상부 기판(210) 방향으로 방출되는 광 중 적어도 일부를 리사이클(recycle)시킴으로써, 출광 효율을 향상시킬 수 있다. 이에 대해서는, 도 4를 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
제1 저굴절층(230)은 수지 및 이에 분산되는 산화 아연(ZnO), 이산화티타늄(TiO2) 등의 나노(nano) 입자를 포함할 수 있다. 다만, 파장 변환 패턴(WC)의 굴절률보다 제1 저굴절층(230)의 굴절률이 낮은 경우라면, 제1 저굴절층(230)의 재료는 특별히 제한되지 않는다. 다른 실시예로, 제1 저굴절층(230)은 중공 실리카, 나노 실리케이트(nano silicate) 및 포로겐 (porogen) 중 하나를 포함할 수 있다.
도 3을 참조하여, 파장 변환 패턴(WC) 및 광 투과 패턴(TC)에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 도 1에 도시한 A 영역을 확대한 도면이다. 도 3에서는 설명의 편의를 위해, 제1 파장 변환 물질(WC1a), 제2 파장 변환 물질(WC2a) 및 광 산란 물질(TC1a) 각각을 하나만 도시하기로 한다. 한편, 도 3에서는 굴절률에 따라 광 경로가 바뀌는 것을 고려하지 않기로 한다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 파장 변환 패턴(WC)은 제1 저굴절층(230) 상에 배치될 수 있다. 파장 변환 패턴(WC)은 외부로부터 제공받은 광의 파장 대역을 변환 또는 시프트시킬 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 이에 따라, 파장 변환 패턴(WC)은 외부로 방출되는 광의 표시 색을 파장 변환 패턴(WC)으로 입사되는 광의 표시 색과 다르게 변환시킬 수 있다. 파장 변환 패턴(WC)은 제1 파장 변환 패턴(WC1) 및 제2 파장 변환 패턴(WC2)을 포함할 수 있다.
제1 파장 변환 패턴(WC1)은 제1 저굴절층(230) 상에 배치되되, 제1 서브 화소 전극(SPE1)과 하부 기판(110)을 기준으로 수직 방향으로 중첩될 수 있다. 제2 파장 변환 패턴(WC2)은 제1 저굴절층(230) 상에 배치되되, 제2 서브 화소 전극(SPE2)과 하부 기판(110)을 기준으로 수직 방향으로 중첩될 수 있다.
보다 상세히 설명하면, 제1 파장 변환 패턴(WC1)은 전술한 백라이트 유닛(20)으로부터 제1 파장 대역을 갖는 광(L1)을 제공받아, 중심 파장을 변환 또는 시프트(shift)시켜 외부로 방출할 수 있다. 상기 제1 파장 변환 패턴(WC1)에 의해 중심 파장이 변환된 광을 제2 파장 대역을 갖는 광(L2)으로 지칭한다.
제2 파장 대역을 갖는 광(L2)은 제1색과 다른 제2색을 나타낸다. 여기서, 제2색은 일 실시예로, 약 600nm 내지 670nm의 범위의 중심 파장을 갖는 적색(red)일 수 있다. 즉, 제2 파장 대역을 갖는 광(L2)은 중심 파장이 약 600nm 내지 670nm 범위인 적색 광으로도 정의된다. 따라서, 제1 파장 변환 패턴(WC1)은 백라이트 유닛(20)으로부터 청색 광을 제공받아, 적색 광으로 변환시킬 수 있다.
제1 파장 변환 패턴(WC1)에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다. 제1 파장 변환 패턴(WC1)은 제1 파장 변환 물질(WC1a) 및 제1 광 투과성 수지(WC1b)를 포함할 수 있다.
제1 파장 변환 물질(WC1a)은 제1 파장 대역을 갖는 광(L1)을 제2 파장 대역을 갖는 광(L2)으로 변환시키는 물질일 수 있다. 상기 제1 파장 변환 물질(WC1a)은 일 실시예로 제1 퀀텀 도트(quantum dot)를 포함할 수 있다. 제1 퀀텀 도트의 입자 크기는 제1 파장 변환 물질(WC1a)이 제1 파장 대역을 갖는 광(L1)을 제2 파장 대역을 갖는 광(L2)으로 변환시킬 수 있는 경우라면 특별히 제한되지 않는다.
제1 퀀텀 도트는 코어-쉘 구조를 가질 수 있다. 코어는 반도체 나노 결정 물질일 수 있다. 제1 퀀텀 도트의 코어는 일 실시예로, II-VI족 화합물, III-V족 화합물, IV-VI족 화합물, IV족 원소, IV족 화합물 및 이들의 조합에서 선택될 수 있다.
II-VI족 화합물은 CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, HgS, HgSe, HgTe, MgSe, MgS 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HgZnTe, MgZnSe, MgZnS 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 HgZnTeS, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
III-V족 화합물은 GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs, InSb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; GaNP, GaNAs, GaNSb, GaPAs, GaPSb, AlNP, AlNAs, AlNSb, AlPAs, AlPSb, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb, GaAlNP 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs, InAlPSb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
IV-VI족 화합물은 SnS, SnSe, SnTe, PbS, PbSe, PbTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; SnSeS, SnSeTe, SnSTe, PbSeS, PbSeTe, PbSTe, SnPbS, SnPbSe, SnPbTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 SnPbSSe, SnPbSeTe, SnPbSTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. IV족 원소로는 Si, Ge 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. IV족 화합물로는 SiC, SiGe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물일 수 있다.
여기서, 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. 또한 하나의 퀀텀 도트가 다른 퀀텀 도트를 둘러싸는 코어/쉘 구조를 가질 수도 있다. 코어와 쉘의 계면은 쉘에 존재하는 원소의 농도가 중심으로 갈수록 낮아지는 농도 구배(gradient)를 가질 수 있다.
제1 파장 변환 물질(WC1a)은 제1 광 투과성 수지(WC1b) 내에서 자연스럽게 배위된 형태로 분산될 수 있다. 제1 광 투과성 수지(WC1b)는 제1 파장 변환 물질(WC1a)의 파장 변환 성능에 영향을 미치지 않으면서, 광 흡수를 일으키지 않는 범위 내의 투명한 매질이라면, 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 제1 광 투과성 수지(WC1b)는 에폭시(epoxy)계 수지, 아크릴(acryl)계 수지 등의 유기 재료를 포함할 수 있다.
제2 파장 변환 패턴(WC2)은 전술한 백라이트 유닛(20)으로부터 제1 파장 대역을 갖는 광(L1)을 제공받아, 중심 파장을 변환 또는 시프트(shift)시켜 외부로 방출할 수 있다. 상기 제2 파장 변환 패턴(WC2)에 의해 중심 파장이 변환된 광을 제3 파장 대역을 갖는 광(L3)으로 지칭한다. 제3 파장 대역을 갖는 광(L3)은 제1색 및 제2색과 다른 제3색을 나타낸다. 여기서, 제3색은 일 실시예로, 약 500nm 내지 570nm의 범위의 중심 파장을 갖는 녹색(green)일 수 있다. 즉, 제3 파장 대역을 갖는 광(L3)은 중심 파장이 약 500nm 내지 570nm 범위인 녹색 광으로도 정의된다. 따라서, 제2 파장 변환 패턴(WC2)은 백라이트 유닛(20)으로부터 청색 광을 제공받아, 녹색 광으로 변환시킬 수 있다.
제2 파장 변환 패턴(WC2)의 측벽은 제1 파장 변환 패턴(WC)의 측벽과 서로 이격된 상태일 수 있다. 보다 상세하게는, 제2 파장 변환 패턴(WC2)의 측벽과 제1 파장 변환 패턴(WC)의 측벽 사이에는 후술할 제2 광 투과 패턴(TC2)이 배치된다. 이를 통해, 제1 파장 변환 패턴(WC1) 내의 제1 파장 변환 물질(WC1a)로부터 방출되는 광 및 제2 파장 변환 패턴(WC2) 내의 제2 파장 변환 물질(WC2a)로부터 방출되는 광이 서로 섞여 혼색 현상이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 이에 대해서는 후술하기로 한다.
제2 파장 변환 패턴(WC2)에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다. 제2 파장 변환 패턴(WC2)은 제2 파장 변환 물질(WC2a) 및 제2 광 투과성 수지(WC2b)를 포함할 수 있다.
제2 파장 변환 물질(WC2a)은 제1 파장 대역을 갖는 광(L1)을 제3 파장 대역을 갖는 광(L3)으로 변환시키는 물질일 수 있다. 상기 제2 파장 변환 물질(WC2a)은 일 실시예로 제2 퀀텀 도트를 포함할 수 있다. 제2 퀀텀 도트의 입자 크기는 제2 파장 변환 물질(WC2a)이 제1 파장 대역을 갖는 광(L1)을 제3 파장 대역을 갖는 광(L3)으로 변환시킬 수 있는 경우라면 특별히 제한되지 않는다. 제2 퀀텀 도트의 코어는 일 실시예로, II-VI족 화합물, III-V족 화합물, IV-VI족 화합물, IV족 원소, IV족 화합물 및 이들의 조합에서 선택될 수 있다. 각 화합물 또는 원소의 예는 제1 퀀텀 도트에서 설명한 내용과 중복되므로, 생략하기로 한다.
제2 파장 변환 물질(WC2a)은 제2 광 투과성 수지(WC2b) 내에서 자연스럽게 배위된 형태로 분산될 수 있다. 제2 광 투과성 수지(WC2b)는 제2 파장 변환 물질(WC2a)의 파장 변환 성능에 영향을 미치지 않으면서, 광 흡수를 일으키지 않는 범위 내의 투명한 매질이라면, 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 제2 광 투과성 수지(WC2b)는 에폭시(epoxy)계 수지, 아크릴(acryl)계 수지 등의 유기 재료를 포함할 수 있다.
제1 퀀텀 도트 및 제2 퀀텀 도트는 일 실시예로, 약 45nm 이하, 바람직하게는 약 40nm 이하, 더욱 바람직하게는 약 30nm 이하의 발광 파장 스펙트럼의 반치폭(full width of half maximum, FWHM)을 가질 수 있으며, 이 범위에서 색 순도 또는 색 재현성을 향상시킬 수 있다. 또한 제1 퀀텀 도트 및 제2 퀀텀 도트를 통해 발광되는 광은 전 방향으로 방출되므로, 광 시야각이 향상될 수 있다.
제1 퀀텀 도트의 크기(예컨대 입경 크기)는 일 실시예로 제2 퀀텀 도트의 크기보다 클 수 있다. 예를 들어, 제1 퀀텀 도트의 크기는 약 55Å 내지 65Å일 수 있다. 또한, 제2 퀀텀 도트의 크기는 약 40Å 내지 50Å일 수 있다. 제1 퀀텀 도트 및 제2 퀀텀 도트가 각각 방출하는 광은 입사 광의 입사각과 무관하게 여러 방향으로 방출된다.
또한, 제1 퀀텀 도트 및 제2 퀀텀 도트의 형태는 일 실시예로 구형, 피라미드형, 다중 가지형(multi-arm), 또는 입방체(cubic)의 나노 입자, 나노 튜브, 나노와이어, 나노 섬유, 나노 판상 입자 등의 형태일 수 있다.
제1 파장 변환 패턴(WC1)에서 방출되는 제2 파장 대역을 갖는 광(L2) 및 제2 파장 변환 패턴(WC2)에서 방출되는 제3 파장 대역을 갖는 광(L3)은 편광이 해소된 비편광(unpolarized)된 상태일 수 있다. 본 명세서에서, '비편광된 광'이란 특정 방향의 편광 성분만으로 이루어지지 않은 광, 즉 특정 방향만으로 편광되지 않은 광, 다시 말해서 무작위화된 편광(random polarization) 성분으로 이루어진 광을 의미한다. 비편광된 광의 예로는 자연 광(natural light)을 들 수 있다.
제1 파장 변환 패턴(WC1) 및 제2 파장 변환 패턴(WC2)은 다른 실시예로 상기 제1 퀀텀 도트 및 제2 퀀텀 도트 이외에도, 형광체, 양자 막대(quantum rod) 또는 포스퍼(phosphor) 물질을 포함할 수도 있다. 여기서, 형광체는 일 실시예로 약 100nm 내지 3000nm의 크기를 가질 수 있다. 또한, 형광체는 노란색, 녹색, 적색의 형광 물질을 포함할 수 있다.
광 투과 패턴(TC)에 대해 설명하기에 앞서, 제2 필터(240)에 대해 먼저 설명하기로 한다.
제2 필터(240)는 제1 파장 변환 패턴(WC1) 및 제2 파장 변환 패턴(WC2) 상에 배치될 수 있다. 제2 필터(240)는 일 실시예로, 제1 파장 변환 패턴(WC1) 및 제2 파장 변환 패턴(WC2)의 외측면을 감싸도록 형성될 수 있다. 또한, 제2 필터(240)는 후술하는 광 투과 패턴(TC)의 하부에 배치될 수 있다. 이는, 제2 필터(240)가 광 투과 패턴(TC)에 비해 상대적으로 상부 표시판(200)에 먼저 형성되는 것으로도 표현될 수 있다.
제2 필터(240)는 제1 파장 변환 패턴(WC1), 제2 파장 변환 패턴(WC2) 및 광 투과 패턴(TC)이 서로 접촉하지 않도록, 제1 파장 변환 패턴(WC1), 제2 파장 변환 패턴(WC2) 및 광 투과 패턴(TC) 사이에 형성될 수 있다. 이를 통해, 제1 파장 변환 패턴(WC1), 제2 파장 변환 패턴(WC2) 및 광 투과 패턴(TC)으로부터 출사되는 광 간의 혼색을 방지할 수 있다.
제2 필터(240)는 단일 막으로 형성되거나, 또는 다중 막으로 형성될 수 있다. 제2 필터(240)가 다중 막으로 형성되는 경우, 제2 필터(240)는 일 실시예로, 서로 교번적으로 적층된 질화 규소(SiNx)층과 산화 규소(SiOx)층을 포함하여 이루어질 수 있다. 제2 필터(240)는 일 실시예로 평균 두께가 약 0.5㎛ 이상 2㎛ 이하, 또는 약 1㎛일 수 있다.
제2 필터(240)는 특정 파장 대역을 갖는 광을 투과하고, 다른 특정 파장 대역을 갖는 광을 반사할 수 있다. 여기서, 제2 필터(240)에 의해 반사되는 광의 중심 파장은 제2 필터(240)를 투과하는 광의 중심 파장보다 길 수 있다. 즉, 제2 필터(240)는 제1 파장 대역을 갖는 광(L1)을 선택적으로 투과하고, 상기 제1 파장 대역을 갖는 광(L1)의 중심 파장보다 긴 중심 파장을 갖는 제2 파장 대역을 갖는 광(L2) 및 제3 파장 대역을 갖는 광(L3)을 반사할 수 있다. 따라서, 제2 필터(240)는 청색 광을 선택적으로 투과하고, 적색 광 및 녹색 광을 반사할 수 있다.
제2 필터(240)는 제1 파장 변환 패턴(WC1)에서 하부 기판(110) 방향으로 방출되는 제2 파장 대역을 갖는 광(L2)을 다시 상부 기판(210) 방향으로 반사시킴으로써, 출광 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 제2 필터(240)는 백라이트 유닛(20)으로부터 제공되는 제1 파장 대역을 갖는 광(L1)을 투과시키는 반면, 제1 파장 대역을 갖는 광(L1)보다 중심 파장이 긴 광을 반사시킴으로써, 백라이트 유닛(20)으로부터 제공되는 제1 파장 대역을 갖는 광(L1)의 색 순도를 향상시킬 수 있다. 제2 필터(240)에 제공된 광 경로에 대해서는 도 5를 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
다시, 광 투과 패턴(TC)에 대해 설명하기로 한다. 광 투과 패턴(TC)은 제2 필터(240) 상에 배치될 수 있다. 광 투과 패턴(TC)은 외부로부터 입사되는 광의 색을 변환시키지 않고 그대로 투과시킬 수 있다.
보다 상세히 설명하면, 광 투과 패턴(TC)은 제1 광 투과 패턴(TC1) 및 제2 광 투과 패턴(TC2)을 포함할 수 있다.
제1 광 투과 패턴(TC1)은 제2 필터(240) 상에 배치되되, 제3 서브 화소 전극(SPE3)과 하부 기판(110)을 기준으로 수직 방향으로 중첩될 수 있다. 제2 광 투과 패턴(TC2)은 제2 필터(240) 상에 배치되되, 제1 파장 변환 패턴(WC1) 및 제2 파장 변환 패턴(WC2) 사이에 위치한다. 즉, 제2 광 투과 패턴(TC2)은 제1 파장 변환 패턴(WC1) 및 제2 파장 변환 패턴(WC2)과 하부 기판(110)에 대해 수평 방향으로 중첩된다.
보다 상세히 설명하면, 제1 광 투과 패턴(TC1)은 전술한 백라이트 유닛(20)으로부터 제1 파장 대역을 갖는 광(L1)을 제공받되, 중심 파장을 변환 또는 시프트시키지 않고, 그대로 투과시킬 수 있다. 한편, 제1 광 투과 패턴(TC1)은 제1 필터(220)와는 중첩되지 않을 수 있다. 제1 광 투과 패턴(TC1)은 광 산란 물질(TC1a) 및 제3 광 투과성 수지(TC1b)를 포함할 수 있다.
광 산란 물질(TC1a)은 제3 광 투과성 수지(TC1b) 내에 분산되어 광 투과 패턴(TC)으로 제공되는 광을 산란시켜 외부로 방출할 수 있다. 보다 상세히 설명하면, 제1 광 투과 패턴(TC1)은 백라이트 유닛(20)으로부터 제공되는 제1 파장 대역을 갖는 광(L1)을 산란시켜 외부로 방출할 수 있다. 즉, 광 투과 패턴(TC1)은 청색 광을 제공받아, 그대로 투과시킬 수 있다.
광 산란 물질(TC1a)은 입사 광을 입사각과 무관하게 여러 방향으로 산란시켜 방출할 수 있다. 여기서, 방출 광은 편광이 해소되어 비편광 상태일 수 있다. 즉, 광 산란 물질(TC1a)은 백라이트 유닛(20)으로부터 제공되는 제1 파장 대역을 갖는 광(L1)의 중심 파장을 변환시키지 않으면서, 입사각과 무관하게 여러 방향으로 산란시킬 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(1)의 측면 시인성을 개선할 수 있다.
광 산란 물질(TC1a)은 일 실시예로 제3 광 투과성 수지(TC1b)와 상이한 굴절률을 갖는 물질일 수 있다. 또한, 광 산란 물질(TC1a)은 입사 광을 산란시킬 수 있는 경우라면 특별히 제한되지는 않는다. 예를 들어, 광 산란 물질(TC1a)은 금속 산화물 또는 유기 입자일 수 있다. 상기 금속 산화물은 산화 티타늄(TiO2), 산화 지르코늄(ZrO2), 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 인듐(In2O3), 산화 아연(ZnO) 또는 산화 주석(SnO2) 등을 포함할 수 있다. 상기 유기 재료는 아크릴계 수지 또는 우레탄계 수지 등을 포함할 수 있다.
제3 광 투과성 수지(TC1b)는 일 실시예로 투명한 광 투과성 수지일 수 있다. 제3 광 투과성 수지(TC1b)는 전술한 제1 광 투과성 수지(WC1b) 및 제2 광 투과성 수지(WC2b)와 서로 동일한 재료로 이루어지거나, 또는 서로 다른 재료로 이루어질 수 있다.
제2 광 투과 패턴(TC2)은 제1 광 투과 패턴(TC1)과 동일 공정을 통해 형성될 수 있다. 일 실시예로, 제2 광 투과 패턴(TC2)은 제1 광 투과 패턴(TC1)과 동일한 마스크를 이용하여 동시에 형성될 수 있다. 이에 따라, 제2 광 투과 패턴(TC2)은 제1 광 투과 패턴(TC1)과 동일한 재료를 포함할 수 있다.
제2 광 투과 패턴(TC2)은 제1 파장 변환 패턴(WC1) 및 제2 파장 변환 패턴(WC2) 사이에 위치함에 따라, 제1 파장 변환 패턴(WC1) 및 제2 파장 변환 패턴(WC2) 사이에 형성되는 골 단차를 최소화시킬 수 있다. 이를 통해 후술하는 평탄화층(260)의 평탄성을 향상시킬 수 있다. 이에 대해서는 도 6 및 도 7을 참조하여 후술하기로 한다.
제2 저굴절층(250)은 광 투과 패턴(TC) 및 제2 필터(240) 상에 배치될 수 있다. 제2 저굴절층(250)은 일 실시예로 광 투과 패턴(TC) 및 제2 필터(240) 상에서, 전면적으로 배치될 수 있다. 이에 따라, 제2 저굴절층(250)은 후술하는 제1 파장 변환 패턴(WC1), 제2 파장 변환 패턴(WC2), 제1 광 투과 패턴(TC1) 및 제2 광 투과 패턴(TC2) 각각과, 하부 기판(110)에 수직 방향으로 중첩할 수 있다.
제2 저굴절층(250)은 제1 파장 변환 패턴(WC1) 및 제2 파장 변환 패턴(WC2)과 접촉하지 않을 수 있다. 이에 반해, 제2 저굴절층(250)은 제1 광 투과 패턴(TC1) 및 제2 광 투과 패턴(TC2)과 접촉할 수 있다. 즉, 제2 저굴절층(250)은 제1 저굴절층(230)과는 달리, 제1 파장 변환 패턴(WC1) 및 제2 파장 변환 패턴(WC2)과 접촉하지 않으나, 제1 광 투과 패턴(TC1) 및 제2 광 투과 패턴(TC2)과 접촉할 수 있다.
제2 저굴절층(250)의 굴절률은 파장 변환 패턴(WC)의 굴절률보다 낮은 경우라면, 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 제2 저굴절층(250)은 약 1.1 이상 1.4 이하의 굴절률을 가질 수 있다. 또한, 제1 저굴절층(230)의 굴절률 및 제2 저굴절층(250)의 굴절률 각각이 파장 변환 패턴(WC)의 굴절률보다 낮은 경우라면, 제1 저굴절층(230)의 굴절률 및 제2 저굴절층(250)의 굴절률은 서로 동일할 수도 있으며, 상이할 수도 있다.
제2 저굴절층(250)은 파장 변환 패턴(WC)으로부터 방출되는 광 중 하부 기판(110) 방향으로 방출되는 광을 다시 파장 변환 패턴(WC)으로 반사시킬 수 있다. 즉, 제2 저굴절층(250)은 파장 변환 패턴(WC)으로부터 방출되는 광 중 적어도 일부를 리사이클시킴으로써, 출광 효율을 향상시킬 수 있다.
제2 저굴절층(250)은 수지 및 이에 분산되는 산화 아연(ZnO), 이산화티타늄(TiO2) 등의 나노(nano) 입자를 포함할 수 있다. 다만, 파장 변환 패턴(WC)의 굴절률보다 제2 저굴절층(250)의 굴절률이 낮은 경우라면, 제2 저굴절층(250)의 재료는 특별히 제한되지 않는다. 다른 실시예로, 제2 저굴절층(250)은 중공 실리카, 나노 실리케이트(nano silicate) 및 포로겐(porogen) 중 하나를 포함할 수 있다. 한편, 제1 저굴절층(230) 및 제2 저굴절층(250)의 재료는 일 실시예로 서로 동일할 수도 있다. 다른 실시예로, 제1 저굴절층(230) 및 제2 저굴절층(250)의 재료는 서로 상이할 수도 있다.
다시 도 1을 참조하면, 평탄화층(260)은 제2 저굴절층(250) 상에 배치될 수 있다. 평탄화층(260)은 후술하는 제2 편광층(280)에 대해 평탄성을 제공할 수 있다. 즉, 공정 과정 등에서, 제1 파장 변환 패턴(WC1), 제2 파장 변환 패턴(WC2), 제1 광 투과 패턴(TC1) 및 제2 광 투과 패턴(TC2) 간의 두께가 상이한 경우, 평탄화층(260)은 상기 구성들 간의 높이를 균일하게 형성할 수 있다.
평탄화층(260)의 재료는 평탄화 특성을 갖는 경우라면 특별히 제한되지 않는다. 일 실시예로 평탄화층(260)은 유기 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 유기 물질은 카도(cardo)계 수지, 폴리이미드(polyimide)계 수지, 아크릴계 수지, 실록산(siloxane)계 수지 또는 실세스퀴옥산(silsesquioxane)계 수지 등을 포함할 수 있다.
제2 절연층(270)은 평탄화층(260) 상에 배치될 수 있다. 제2 절연층(270)은 절연성 무기 물질을 갖는 적어도 하나의 층으로 형성될 수 있다. 상기 절연성 무기 물질은 일 실시예로 질화 규소와 산화 규소 등을 포함할 수 있다. 제2 절연층(270)은 후술하는 제2 편광층(280)의 형성 과정에서, 평탄화층(260)이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 제2 절연층(270)은 제2 편광층(280)의 부착성을 향상시킬 수 있으며, 공기 또는 수분에 의한 제2 편광층(280)의 부식 또는 손상 등을 방지할 수 있다. 한편, 제2 절연층(270)은 생략될 수도 있다.
제2 편광층(280)은 제2 절연층(270) 상에 배치될 수 있다. 제2 편광층(280)은 일 실시예로 와이어 그리드 편광자(wire grid polarizer)일 수 있다. 이하, 제2 편광층(280)이 와이어 그리드 편광자인 것으로 설명하기로 한다.
제2 편광층(280)은 복수의 선 격자 패턴을 포함할 수 있다. 상기 복수의 선 격자 패턴은 일 실시예로 전류가 흐르는 전도성 물질을 포함할 수 있다. 여기서, 전도성 물질은 일 실시예로 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu) 및 니켈(Ni)을 포함하는 금속을 포함할 수 있다. 또한, 전도성 물질은 티타늄(Ti) 및 몰리브덴(Mo)을 더 포함할 수 있다. 한편, 복수의 선 격자 패턴은 다른 실시예로, 적어도 두 개의 패턴 층이 적층된 구조일 수도 있다.
예를 들어, 제2 편광층(280)으로 제공되는 광이 제2 편광층(280)을 통과하는 경우, 제2 편광층(280)에 평행한 성분은 흡수 또는 반사되며, 수직인 성분만 투과광으로 편광을 이룰 수 있다. 제2 편광층(280)은 일 실시예로 나노 임프린팅(nanoimprinting) 등의 방법을 통해 형성될 수 있다.
캡핑층(281)은 제2 편광층(280) 상에 배치될 수 있다. 캡핑층(281)은 제2 편광층(280)의 복수의 선 격자 패턴 상에 직접 배치되어, 복수의 선 격자 패턴을 커버 및 보호할 수 있다. 캡핑층(281)은 공기 또는 수분의 침투에 의한 제2 편광층(280)의 손상 또는 부식을 방지할 수 있다. 캡핑층(281)은 일 실시예로 질화 규소 또는 산화 규소 등의 무기 절연 물질을 포함할 수 있다.
공통 전극(CE)은 캡핑층(281) 상에 배치될 수 있다. 공통 전극(CE)은 제1 내지 제3 서브 화소 전극(SPE1 내지 SPE3)과 적어도 일부가 중첩되도록 배치될 수 있다. 공통 전극(CE)은 일 실시예로 통판 형태일 수 있다. 또한, 공통 전극(CE)은 복수의 슬릿을 포함할 수도 있다. 공통 전극(CE)은 일 실시예로 투명 전극 또는 반투명 전극이나, 또는 알루미늄, 은, 크롬 또는 그 합금 등의 반사성 금속으로 형성될 수 있다. 여기서, 투명 전극 또는 반투명 전극은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ZnO(Zinc Oxide), In2O3(Indiu, Oxide), (IGO, Indium Gallium Oxide) 및 AZO(Aluminum Zinc Oxide)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하여 이루어질 수 있다.
상부 배향막(290)은 공통 전극(CE) 상에 배치될 수 있다. 상부 배향막(290)은 액정층(300) 내의 복수의 액정 분자(310)의 초기 배향을 유도할 수 있다. 상부 배향막(290)은 일 실시예로 주쇄의 반복 단위 내에 이미드기를 갖는 고분자 유기 재료를 포함하여 이루어질 수 있다.
이어서 액정층(300)에 대하여 설명한다. 액정층(300)은 초기 배향된 복수의 액정 분자(310)를 포함한다. 복수의 액정 분자(310)는 음의 유전율 이방성을 가지고 초기 배향 상태에서 수직 배향될 수 있다. 복수의 액정 분자(310)는 초기 배향 상태에서 소정의 선 경사(pretilt) 각도를 가질 수도 있다. 복수의 액정 분자(310)의 초기 배향은 하부 배향막(140) 및 상부 배향막(290)에 의해 유도될 수 있다. 복수의 액정 분자(310)는 하부 표시판(100)과 상부 표시판(200) 사이에 전계가 형성되면, 특정 방향으로 기울어지거나 또는 회전함으로써 액정층(300)을 투과하는 광의 편광 상태를 변화시킬 수 있다.
백라이트 유닛(20)으로부터 제공되는 광의 경로에 대해, 도 3 내지 도 5를 참조하여, 제1 파장 변환 패턴(WC1)을 기준으로 설명하기로 한다. 도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에서의 광 경로를 설명하기 위한 도면이다. 도 4 및 도 5에서는 설명의 편의를 위해, 제1 파장 대역을 갖는 광 및 제2 파장 대역을 갖는 광 각각의 광 경로를 기준으로 세분화하여 도면 부호로 나타내기로 한다.
도 3을 먼저 참조하여 상부 기판(210) 방향으로 방출되는 광 경로에 대해 다시 한번 설명하기로 한다.
전술한 바와 같이, 제1 파장 대역을 갖는 광(L1)은 제1 파장 변환 패턴(WC1)을 감싸고 있는 제2 필터(240)로 제공된다. 제2 필터(240)는 제공받은 제1 파장 대역을 갖는 광(L1)을 투과시켜, 제1 파장 변환 패턴(WC1)으로 제공한다. 제1 파장 변환 패턴(WC1)의 제1 파장 변환 물질(WC1a)은 상기 제1 파장 대역을 갖는 광(L1)의 중심 파장을 시프트시켜, 제2 파장 대역을 갖는 광(L2)으로 변환시킨다. 제2 파장 대역을 갖는 광(L2)은 외부, 즉 상부 기판(210) 방향으로 방출된다.
이하, 도 4 및 도 5를 참조하여, 상부 기판(210) 방향으로 방출되지 못하는 광의 경로에 대해 설명하기로 한다.
도 4a를 참조하면, 제1 파장 대역을 갖는 광(L1a)은 제1 파장 변환 패턴(WC1)의 제1 파장 변환 물질(WC1a)에 의해 제2 파장 대역을 갖는 광(L2)으로 변환된다. 다만, 제2 파장 대역을 갖는 광(L2)은 상부 기판(210) 방향으로 방출되는 과정에서, 상부 표시판(200)의 외부로 방출되지 못하고 블랙 매트릭스(BM) 등에 제공되어 흡수되는 경우가 있다. 이는, 휘도에 영향을 주지 않는 비유효 광(NL)으로 정의되며, 상기 비유효 광(NL)은 출광 효율을 감소시키는 요인이 될 수 있다.
또한, 도면에는 도시하지 않았으나, 상기 제2 파장 대역을 갖는 광(L2)이 상부 기판(210)의 굴절률 및 외부 공기의 굴절률 차이 등으로 인해 전반사가 발생됨에 따라, 다른 화소부의 파장 변환 패턴(WC) 또는 광 투과 패턴(TC)에 입사될 수도 있다. 상기 다른 화소부에 입사된 광은 노이즈(noise) 광으로 정의되며, 상기 노이즈 광은 색 순도를 저하시키고, 화질 열화를 발생시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(1)는 제1 파장 변환 패턴(WC1) 및 상부 기판(210) 사이에 배치되는 제1 저굴절층(230)을 포함할 수 있다. 제1 저굴절층(230)은 제1 파장 변환 패턴(WC1)의 굴절률에 비해 낮은 굴절률을 갖는다.
전술한 바와 같이, 제1 저굴절층(230)은 굴절률이 제1 파장 변환 패턴(WC1)의 굴절률에 비해 작으므로, 도 4에 도시된 제2 파장 대역을 갖는 광(L2)의 입사각이 전반사 임계각 이상이면, 제1 저굴절층(230)과 제1 파장 변환 패턴(WC1)의 제1 계면(B1)에서 제1 파장 변환 패턴(WC1) 쪽으로 전반사가 일어난다. 이에 따라, 제2 파장 대역을 갖는 광(L2)은 다시 제1 파장 변환 패턴(WC1) 쪽으로 입사된다. 상기 제1 파장 변환 패턴(WC1) 쪽으로 재입사된 광을 이하 리사이클 광(RL)으로 정의한다.
리사이클 광(RL)은 제2 필터(240) 또는 제2 저굴절층(250)에 의해 다시 상부 기판(210) 방향으로 방출될 수 있는 기회를 가질 수 있다. 즉, 제1 저굴절층(230)은 제2 파장 대역을 갖는 광(L2)이 비유효 광(NL) 또는 노이즈 광으로 되는 것을 방지함으로써, 출광 효율, 색 순도 및 표시 품질을 향상시킬 수 있다.
한편, 도 4a에 도시된 제2 파장 대역을 갖는 광(L2)의 입사각이 전반사 임계각보다 작은 경우, 제1 파장 변환 패턴(WC1)과 상부 기판(210) 사이에 제1 저굴절층(230)이 존재함에 따라, 상부 기판(210)에서 외부 공기로 입사되는 광의 입사각이 축소된다(단, 상부 기판(210)의 굴절률이 제1 저굴절층(230)의 굴절률보다 높은 경우를 예시한다). 이를 통해, 상부 기판(210)에서 외부 공기로 입사되는 광의 전반사 비율이 줄어들게 되며, 상부 기판(210)에서 외부 공기로 입사되는 광이 상부 기판(210)에 대해 수직한 방향에 가깝게 집광될 수 있다.
만약, 상부 기판(210)에서 외부 공기로 입사되는 광이 전반사를 통해 다시 상부 표시판(200)으로 입사되는 경우, 상기 입사된 광은 블랙 매트릭스(BM) 등에 흡수되어 비유효 광(NL)으로 되거나, 또는 다른 화소부 등에 제공되어 노이즈 광으로 될 수 있다. 이는, 표시 장치(1)의 출광 효율 및 표시 품질 저하를 야기시킨다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(1)는 상부 기판(210)과 제1 파장 변환 패턴(WC1) 사이에 배치되는 제1 저굴절층(230)을 포함함으로써, 상부 기판(210)에서 외부 공기로 입사되는 광의 전반사 비율을 낮추어, 출광 효율 및 표시 품질을 향상시킬 수 있다.
도 4b를 참조하면, 제1 파장 대역을 갖는 광(L1b)은 제1 파장 변환 패턴(WC1)의 제1 파장 변환 물질(WC1a)과 접하지 않아, 중심 파장이 변환되지 않을 수 있다. 전술한 바와 같이, 제1 저굴절층(230)의 굴절률은 제1 파장 변환 패턴(WC1)의 굴절률보다 낮다. 이에 따라, 중심 파장이 변환되지 않은 제1 파장 대역을 갖는 광(L1b)의 입사각이 전반사 임계각 이상인 경우, 제1 저굴절층(230)은 중심 파장이 변환되지 않은 제1 파장 대역을 갖는 광(L1b)을 제2 계면(B2)에서, 제1 파장 변환 패턴(WC1)의 내부로 전반사 시킬 수 있다.
이를 통해, 상기 전반사된 광은 제1 파장 변환 패턴(WC1) 내부에서 제1 파장 변환 물질(WC1a)과 접할 수 있는 기회를 갖게 된다. 즉, 제1 저굴절층(230)은 상기 중심 파장이 변환되지 않은 제1 파장 대역을 갖는 광(L1b)을 다시 제1 파장 변환 패턴(WC1) 내부로 전반사시켜 중심 파장이 변환될 수 있는 기회를 제공함으로써, 출광 효율을 향상시킬 수 있다.
다음으로, 도 4c를 참조하면, 제1 파장 대역을 갖는 광(L1c)은 제1 파장 변환 패턴(WC1)의 제1 파장 변환 물질(WC1a)과 접하지 않아, 중심 파장이 변환되지 않을 수 있다. 나아가, 입사각이 전반사 임계각 보다 작은 경우, 제1 저굴절층(230)과 제1 파장 변환 패턴(WC1)의 제3 계면(B3)에서 전반사가 일어나지 않을 수 있다. 이 경우, 제1 파장 대역을 갖는 광(L1c)은 제1 필터(220)에 제공될 수 있다.
제1 필터(220)는 상기 중심 파장이 변환되지 않은 채 입사된 제1 파장 대역을 갖는 광(L1c)이 상부 기판(210)의 외부로 방출되는 것을 차단(필터링)할 수 있다. 즉, 제1 필터(220)는 서로 다른 색을 표시하는 제2 파장 대역을 갖는 광(L2) 및 제1 파장 대역을 갖는 광(L1)이 서로 섞이는 것(혼색)을 방지할 수 있으며, 이를 통해 색 순도를 향상시킬 수 있다.
한편, 제1 필터(220)가 제1 파장 대역을 갖는 광(L1)을 차단하는 것으로 설명하였으나, 상기 제1 필터(220)가 차단하는 파장 대역은 백라이트 유닛(20)으로부터 방출되는 광의 파장 대역에 따라 상이해질 수 있다.
다음으로, 도 5를 참조하여, 제1 파장 변환 패턴(WC1)으로부터 하부 기판(110) 방향으로 방출되는 광의 경로에 대해 설명하기로 한다.
도 5a를 참조하면, 제2 파장 대역을 갖는 광(L2) 중 일부 광(L2_a1)은 상부 기판(210) 방향으로 방출되지 못하고, 하부 기판(110) 방향으로 향할 수 있다. 전술한 바와 같이, 제2 필터(240)는 제1 파장 대역을 갖는 광(L1)을 투과시키고, 그보다 중심 파장이 더 긴 파장을 갖는 제2 파장 대역을 갖는 광(L2) 및 제3 파장 대역을 갖는 광(L3)을 반사시킬 수 있다. 일 실시예로, 제2 필터(240)는 다이크로익(dichroic) 필터일 수 있다.
따라서, 제2 필터(240)는 제1 파장 변환 패턴(WC1)과 제2 필터(240) 간의 제1 계면(C1)에서, 제2 파장 대역을 갖는 광(L2_a1)을 다시 상부 기판(210) 방향으로 반사시킬 수 있다. 제2 필터(240)에 의해 반사된 광(L2_a2)은 제1 파장 변환 패턴(WC1) 내부에 입사되어, 상부 기판(210) 방향으로 방출될 수 있는 기회를 가질 수 있다.
한편, 제2 필터(240)가 제1 파장 대역을 갖는 광(L1)을 투과하고, 그보다 중심 파장이 더 긴 파장 대역을 갖는 광을 반사시키는 것으로 설명하였으나, 상기 제2 필터(240)가 반사시키는 중심 파장의 대역은 백라이트 유닛(20)으로부터 방출되는 광의 파장 대역에 따라 상이해질 수 있다.
도 5b를 참조하면, 제1 파장 변환 물질(WC1a)과 접하지 않은 제1 파장 대역을 갖는 광(L1d)은 입사각이 전반사 임계각 이상이라면, 제2 저굴절층(250)에 의해 반사되어 다시 제1 파장 변환 패턴(WC1)으로 입사될 수 있다. 상기 제1 파장 변환 패턴(WC1)으로 입사된 광(L1d)은 제1 파장 변환 패턴(WC1) 내부에서 제1 파장 변환 물질(WC1a)과 접할 수 있는 기회 및 다시 상부 기판(210) 방향으로 출사할 수 있는 기회를 갖게 된다.
여기서, 도 5b에 도시한 제1 파장 대역을 갖는 광(L1d)은 예를 들어, 도 4b에서 설명한, 제1 파장 변환 패턴(WC1)과 제1 저굴절층(320) 간의 제2 계면(B2)에서 발생된 전반사에 의해 제1 파장 변환 패턴(WC1)으로 유입된 광(L1b)일 수 있다.
전술한 바와 같이, 제2 필터(240)는 제1 파장 대역을 갖는 광(L1)을 투과시키므로, 제1 파장 대역을 갖는 광(L1d)은 제2 필터(240)를 투과하여 제2 저굴절층(250)에 제공될 수 있다. 제2 저굴절층(250)의 굴절률은 제1 파장 변환 패턴(WC1)의 굴절률보다 작다.
따라서, 제2 저굴절층(250)으로 향하는 제1 파장 대역을 갖는 광(L1d)의 입사각이 전반사 임계각 이상이라면, 제1 파장 대역을 갖는 광(L1d)은 제2 필터(240)와 제2 저굴절층(250) 사이의 계면(C2)에서 전반사되어 다시 제1 파장 변환 패턴(WC1) 내부로 입사될 수 있다. 상기 제1 파장 변환 패턴(WC1)으로 입사된 광(L1d)은 제1 파장 변환 패턴(WC1) 내부에서 제1 파장 변환 물질(WC1a)과 접할 수 있는 기회 및 다시 상부 기판(210) 방향으로 출사할 수 있는 기회를 갖게 된다.
즉, 제2 저굴절층(250)은 상기 중심 파장이 변환되지 않은 제1 파장 대역을 갖는 광(L1d)을 다시 제1 파장 변환 패턴(WC1) 내부로 전반사시켜, 중심 파장이 변환될 수 있는 기회를 제공함으로써, 출광 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 도면에는 도시하지 않았으나, 제1 파장 변환 물질(WC1a)에 의해 중심 파장이 변환된 제2 파장 대역을 갖는 광(L2) 중 하부 기판(110) 방향으로 향하는 광의 일부는, 제2 필터(240)에 의해 반사되지 못한 채 제2 저굴절층(250)으로 향할 수도 있다. 이 경우, 제2 저굴절층(250)은 상기 제공된 제2 파장 대역을 갖는 광(L2)을 전반사시킴으로써 다시 제1 파장 변환 패턴(WC1) 내부로 제공할 수 있다. 즉, 상기 제공된 제2 파장 대역을 갖는 광(L2)이 다시 상부 기판(210) 방향으로 방출될 수 있는 기회를 제공함으로써, 출광 효율을 향상시킬 수 있다.
다음으로, 도 6 및 도 7을 참조하여, 평탄화층(260)의 평탄성에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 6a는 도 1의 A 영역을 뒤집어서 나타낸 도면이다. 도 6b는 도 1의 A 영역을 뒤집어서 나타내되, 제2 광 투과 패턴(TC2)이 없는 경우를 예시한 도면이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 구성 중 평탄화층의 평탄성을 나타낸 도면이다.
도 6a를 참조하면, 평탄화층(260)은 제2 절연층(270, 도 1 참조)과 접촉되는 일면(260a) 및 제2 저굴절층(250)과 접촉되는 타면(260b)을 포함한다. 제2 저굴절층(250)은 평탄화층(260)의 타면(260b)과 접촉되는 일면(250a) 및 이에 대향되는 타면(250b)을 포함한다.
제2 광 투과 패턴(TC2)은 제1 파장 변환 패턴(WC1) 및 제2 파장 변환 패턴(WC2) 사이의 골 영역(GA)에 배치된다. 이를 통해, 제2 광 투과 패턴(TC2)은 제2 저굴절층(250)에 대해, 평탄성을 제공할 수 있다. 즉, 제2 광 투과 패턴(TC2)이 제1 파장 변환 패턴(WC1) 및 제2 파장 변환 패턴(WC2) 사이의 골 영역(GA)을 채우도록 형성됨으로써, 제2 저굴절층(250)의 타면(250b) 단차(h1)를 최소화시킬 수 있다. 제2 저굴절층(250)의 타면(250b)의 단차(h1)가 최소화됨에 따라, 제2 저굴절층(250)의 일면(250a)의 단차(h2)도 최소화될 수 있다. 여기서, 특정 면의 단차는 특정 면 중 가장 낮은 부분과 가장 높은 부분 사이의 높이 차이를 의미한다.
한편, 제2 저굴절층(250)의 일면(250a) 및 타면(250b)의 단차(h2, h1)가 최소화됨에 따라, 상기 단차 보상을 위한 제2 저굴절층(250)의 두께도 줄일 수 있다. 일 실시예로, 제2 저굴절층(250)의 두께(de2)를 약 1um 이하로 형성할 수 있다. 제2 저굴절층(250)의 두께(de2)가 줄어듬에 따라, 제2 저굴절층(250) 형성을 위한 비용을 절감시킬 수 있으며, 크랙(crack) 발생을 완화시킬 수 있다.
나아가, 제2 저굴절층(250)의 일면(250a)의 단차(h2)가 최소화되는 경우, 제2 저굴절층(250) 상에 배치되는 평탄화층(260)의 일면(260a)의 단차도 최소화될 수 있다. 일 실시예로, 평탄화층(260)의 일면(260a)의 단차(h3)는 약 0 내지 40nm 이하로 형성될 수 있다. 이를 통해, 평탄화층(260)의 평탄성을 충분히 확보할 수 있다. 또한, 평탄화층(260)의 단차가 최소화됨에 따라, 상기 단차 보상에 필요한 평탄화층(260)의 두께(de3)를 감소시킬 수 있다. 평탄화층(260)의 두께(de3)는 일 실시예로 약 2um 이상 3um 이하로 형성될 수 있다. 상기 평탄화층(260)의 두께(de3) 감소를 통해, 평탄화층(260)의 형성을 위한 비용을 절감시킬 수 있으며, 평탄화층(260)에서의 뒤틀림(warpage) 발생을 방지할 수 있다.
도 6b와의 비교를 통해 보다 상세히 설명하기로 한다. 다만, 설명의 편의를 위해 도 6a와 동일한 도면 부호를 사용하기로 한다.
만약, 도 6b와 같이, 제2 광 투과 패턴(TC2)이 없는 경우라면, 제2 저굴절층(250)이 제1 파장 변환 패턴(WC1) 및 제2 파장 변환 패턴(WC2) 사이의 골 영역(GB)을 채우도록 형성된다. 여기서, 제2 광 투과 패턴(TC2)이 없는 경우는 곧 제2 필터(240)의 하부에 제1 광 투과 패턴(TC1)이 배치되는 것을 의미한다.
이에 따라, 제2 저굴절층(250)의 일면(250a)의 단차(h4)의 크기는 상기 골 단차의 높이만큼 커지게 된다. 이는, 제2 저굴절층(250)의 일면(250a)의 단차(h4)도 증가되는 것을 의미한다. 이에 따라, 도 6b에 도시된 제2 저굴절층(250)의 일면(250a)의 단차(h4)의 크기는 도 6a에 도시된 제2 저굴절층(250)의 일면(250a)의 단차(h2)의 크기보다 크다. 따라서, 상기 단차(h4)를 보상하기 위해 도 6b에 도시된 제2 저굴절층(250)의 두께(de4)를 두껍게 형성해야 한다. 이러한 제2 저굴절층(250)의 두께(de4) 증가는 제2 저굴절층(250)의 크랙 발생 및 제2 저굴절층(250) 형성을 위한 비용 증가를 야기시킨다. 일 실시예로, 도 6b에 도시한 제2 저굴절층(250)의 두께(de4)는 약 3um 내지 4um일 수 있다.
또한, 제2 저굴절층(250)의 일면(250a)의 단차(h4) 크기는 평탄화층(260)의 일면(260a)의 단차(h5) 크기에도 영향을 준다. 평탄화층(260)은 제2 저굴절층(250) 상에 형성되므로, 평탄화층(260)의 두께(de5)는 제2 저굴절층(250)의 일면(250a)의 단차(h4)를 보상하기 위해, 충분히 두꺼워야 한다. 일 실시예로, 도 6b에 도시한 평탄화층(260)의 두께(de5)는 약 4m 내지 6um일 수 있다. 상기 평탄화층(260)의 두께(de5)의 증가는 상부 표시판(200) 전체의 두께 증가 및 평탄화층(260)의 뒤틀림(warpage) 현상을 야기시킨다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(1)는 제2 광 투과 패턴(TC2)을 포함함으로써, 제2 저굴절층(250) 및 평탄화층(260)에 대해 평탄성을 제공할 수 있다. 이를 통해, 제2 저굴절층(250)에 발생될 수 있는 크랙을 방지하고, 평탄화층(260)에 발생할 수 있는 뒤틀림 현상을 방지할 수 있다. 나아가, 제2 저굴절층(250) 및 평탄화층(260) 형성을 위한 비용을 절감시킬 수 있다.
한편, 도 6a에 도시한 제1 저굴절층(230)의 두께(de1)는 특별히 제한되지 않는다. 다만, 크랙 발생 및 비용 측면을 고려하여, 제1 저굴절층(230)의 두께(de1)를 일 실시예로 약 1um 이하로 형성할 수 있다. 즉, 제1 저굴절층(230)의 두께(de1)는 제2 저굴절층(250)의 두께(de2)와 동일할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며, 제1 저굴절층(230)의 두께(de1)가 제2 저굴절층(250)의 두께(de2)와 상이할 수도 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 구성 중 평탄화층의 일면의 평탄성을 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 평탄화층(260)의 일면(260a)은 공정 상의 조건, 다른 구성과의 배치 관계 등을 고려할 때, 위치(D1 내지 D9) 별로 단차가 서로 상이할 수 있다. 다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(1)는 제1 파장 변환 패턴(WC1) 및 제2 파장 변환 패턴(WC2) 사이에 위치하는 제2 광 투과 패턴(TC2)을 포함함으로써, 평탄화층(260)의 일면(260a)의 단차를 최소화시킬 수 있다. 일 실시예로, 평탄화층(260)의 일면(260a)의 각 위치(D1 내지 D9)별 단차는 모두 0 이상 40nm 이하로 형성될 수 있다.
이하, 도 8을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(1)의 혼색 저감 효과를 설명하기로 한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(1)는 제1 저굴절층(230)을 포함함으로써, 상부 기판(210) 방향으로 방출되는 광이 전반사에 의해 다시 인접한 화소부로 전반사되는 것을 방지하여, 혼색을 방지할 수 있다.
또한, 상기 혼색은 제2 광 투과 패턴(TC2)에 의해서도 억제될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 혼색 저감 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(1)는 제1 파장 변환 패턴(WC1) 및 제2 파장 변환 패턴(WC2) 사이에 배치되는 제2 광 투과 패턴(TC2)을 포함한다. 상기 제1 파장 변환 패턴(WC1)으로부터 산란된 제2 파장 대역을 갖는 광(L2)은 제2 필터(240)에 의해 인접한 파장 변환 패턴 또는 광 투과 패턴으로 유입되지 않을 수 있다. 다만, 경우에 따라, 제1 파장 변환 패턴(WC1)으로부터 산란된 제2 파장 대역을 갖는 광(L2)이 제2 필터(240)투과하여, 인접한 제2 파장 변환 패턴(WC2)으로 유입되는 경우가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(1)는 제1 파장 변환 패턴(WC1) 및 제2 파장 변환 패턴(WC2) 사이에 배치되는 제2 광 투과 패턴(TC2)을 포함함으로써, 제1 파장 변환 패턴(WC1)으로부터 산란된 제2 파장 대역을 갖는 광(L2)이 제2 파장 변환 패턴(WC2)에 유입되는 것을 차단할 수 있다. 이를 통해, 혼색을 방지할 수 있다.
상기 혼색을 방지하는 경우, 색 재현율이 향상될 수 있다. 이에 대해서는 하기의 표 1을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 표 1은 종래 표시 장치의 휘도와 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(1)의 색 재현율을 비교한 것이다. 상기 색 재현율 비교는 국제조명위원회(CIE: Commission INternationale de L'eclairage)가 제정한 CIE 1931 및 CIE 1976을 기준으로 한다. 한편, 표 1에서의 종래 표시 장치는 퀀텀 도트를 표시하는 표시 장치 중 제2 광 투과 패턴(TC2)이 포함되지 않은 표시 장치를 말한다.
표 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(1)가 종래 표시 장치 대비, 색 재현율이 약 2.6% 향상된 것을 알 수 있다.
구분 종래 표시 장치 본 발명
DCI
 1931 90.3 92.9
1976 94.8 96.1
다음으로, 표 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(1)의 광 특성 효과에 대해 설명하기로 한다. 하기의 표 2는 종래 표시 장치의 휘도와 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(1)의 휘도를 비교한 것이다. 표 2에서의 종래 표시 장치는 퀀텀 도트를 표시하는 표시 장치 중 저굴절층이 포함되지 않은 표시 장치를 말한다.
구분 종래 표시 장치 본 발명
휘도(nit) 120 212
색차 0도/60도 △x 0.010, △y 0.018 △x 0.010, △y 0.020
상기 표 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(1)는 종래 표시 장치에 비해, 휘도가 약 77% 증가된 것을 알 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(1)는 종래 표시 장치와 색차가 실질적으로 동일한 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(1)는 제1 저굴절층(230) 및 제2 저굴절층(250)을 포함함으로써, 종래 표시 장치와 실질적으로 동일한 색차를 유지하면서, 휘도를 향상시킬 수 있다.
이하, 표 3 및 표 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(1)에 포함되는 제1 저굴절층(230) 및 제2 저굴절층(250)의 굴절률 값에 따른 휘도 특성에 대해 설명하기로 한다.
하기의 표 3은 제1 저굴절층(230) 및 제2 저굴절층(250)의 굴절률 값이 서로 동일한 경우의 휘도를 나타낸 표이다.
굴절률 값 제1 저굴절층(230) 1.4 1.3 1.2
제2 저굴절층(250) 1.4 1.3 1.2
굴절률 값 평균 1.4 1.3 1.2
휘도 1.32 1.52 1.77
표 3을 참조하면, 제1 저굴절층(230) 및 제2 저굴절층(250)의 굴절률 값이 서로 동일한 경우, 제1 저굴절층(230) 및 제2 저굴절층(250)의 굴절률 값의 평균이 가장 낮은 경우가 휘도가 가장 높은 것을 알 수 있다.
하기의 표 4는 제1 저굴절층(230) 및 제2 저굴절층(250)의 굴절률 값이 서로 상이한 경우의 휘도를 나타낸 표이다.
굴절률 값 제1 저굴절층(230) 1.2 1.2 1.3
제2 저굴절층(250) 1.3 1.4 1.4
굴절률 차이 0.1 0.2 0.1
굴절률 값 평균 1.25 1.3 1.35
휘 도 1.59 1.44 1.38
표 4를 참조하면, 제1 저굴절층(230) 및 제2 저굴절층(250)의 굴절률 값이 서로 상이한 경우도, 제1 저굴절층(230) 및 제2 저굴절층(250)의 굴절률 값의 평균이 가장 낮은 경우가 휘도가 가장 높은 것을 알 수 있다.
휘도는 굴절률 차이보다, 제1 저굴절층(230) 및 제2 저굴절층(250)의 굴절률 값의 평균에 상대적으로 영향을 더 받는 것을 알 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(1)는 제1 저굴절층(230) 및 제2 저굴절층(250)의 굴절률 값의 평균을 낮춤으로써, 휘도를 향상시킬 수 있다.
도 9 내지 도 14는 도 1에 도시한 표시 장치의 다른 실시예를 나타낸 도면이다. 이하, 도 1 내지 도 8에서 설명한 내용과 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치(2)는 제2 필터(240)를 포함하지 않을 수 있다. 즉, 도 9에 도시한 표시 장치(2)는 도 1에 도시한 표시 장치(1) 대비, 제2 필터(240)를 포함하지 않는 점에서 특징이 있다.
다만, 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치(2)는 제1 파장 변환 패턴(WC1), 제2 파장 변환 패턴(WC2), 제1 광 투과 패턴(TC1) 및 제2 광 투과 패턴(TC2)이 서로 직접 접촉되는 것을 방지하기 위해, 제3 절연층(295)을 더 포함할 수 있다. 상기 제3 절연층(295)은 일 실시예로 무기 물질을 포함하는 적어도 하나의 층으로 이루어질 수 있다. 상기 무기 물질은 일 실시예로 질화 규소(SiNx)층과 산화 규소(SiOx)층을 포함할 수 있다. 파장 변환 패턴(WC) 및 광 투과 패턴(TC)이 서로 직접 접촉되지 않는 경우라면, 제3 절연층(295)의 두께는 도 9에 도시된 것으로 제한되지 않는다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치(2)는 제2 필터(240)를 포함하지 않더라도, 제1 파장 변환 패턴(WC1)으로부터 방출되는 광 중 일부가 제2 저굴절층(250)에 의해 다시 제1 파장 변환 패턴(WC1) 내부로 입사될 수 있으므로, 출광 효율을 유지할 수 있다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치(3)는 제1 필터(220)를 포함하지 않을 수 있다. 즉, 도 10에 도시한 표시 장치(3)는 도 1에 도시한 표시 장치(1) 대비, 제1 필터(220)를 포함하지 않는 점에서 특징이 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치(3)는 제1 필터(220)를 포함하지 않더라도, 제1 파장 변환 패턴(WC1)으로부터 방출되는 광 중 일부가 제1 저굴절층(230)에 의해 다시 제1 파장 변환 패턴(WC1) 내부로 입사될 수 있으므로, 출광 효율을 유지할 수 있다.
한편, 도면에는 도시하지 않았으나, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시 장치는 제1 필터(220) 및 제2 필터(240) 모두를 포함하지 않을 수도 있다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치(4)는 제1 저굴절층(230) 대신 제1 무기층(231)을 포함할 수 있다. 즉, 도 11에 도시한 표시 장치(4)는 도 1에 도시한 표시 장치(1) 대비, 제1 저굴절층(230)이 제1 무기층(231)으로 대체된 점에서 특징이 있다.
제1 무기층(231)은 일 실시예로 굴절률이 약 1.3 이상 1.5 이하일 수 있다. 상기 굴절률 조건을 만족하는 경우라면, 제1 무기층(231)의 재료는 특별히 제한되지 않는다. 일 실시예로, 제1 무기층(231)은 질화 규소(SiNx)층 또는 산화 규소(SiOx)층을 포함할 수 있으며, 단일 층으로 형성되거나 또는 복수 개의 층이 적층되어 형성될 수도 있다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치(5)는 제2 저굴절층(250) 대신 제2 무기층(251)을 포함할 수 있다. 즉, 도 12에 도시한 표시 장치(5)는 도 1에 도시한 표시 장치(1) 대비, 제2 저굴절층(250)이 제2 무기층(251)으로 대체된 점에서 특징이 있다.
제2 무기층(251)은 일 실시예로 굴절률이 약 1.3 이상 1.5 이하일 수 있다. 상기 굴절률 조건을 만족하는 경우라면, 제2 무기층(251)의 재료는 특별히 제한되지 않는다. 일 실시예로, 제2 무기층(251)은 질화 규소(SiNx)층 또는 산화 규소(SiOx)층을 포함할 수 있으며, 단일 층으로 형성되거나 또는 복수 개의 층이 적층되어 형성될 수도 있다.
도면에는 도시하지 않았으나, 제1 저굴절층(230) 및 제2 저굴절층(250) 모두가 각각 제1 무기층(231) 및 제2 무기층(251)으로 대체될 수도 있다. 여기서, 제1 무기층(231) 및 제2 무기층(251)의 굴절률은 서로 동일할 필요는 없으며, 각 무기층에 포함되는 재료도 서로 상이할 수 있다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치(6)는 제1 저굴절층(230)을 포함하지 않을 수 있다. 즉, 도 13에 도시한 표시 장치(6)는 도 1에 도시한 표시 장치(1) 대비, 제1 저굴절층(230)을 포함하지 않는 점에서 특징이 있다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치(7)는 제2 저굴절층(250)을 포함하지 않을 수 있다. 즉, 도 14에 도시한 표시 장치(7)는 도 1에 도시한 표시 장치(1) 대비, 제2 저굴절층(250)을 포함하지 않는 점에서 특징이 있다.
이하, 도 15를 참조하여, 저굴절층의 배치 위치와 휘도의 관계에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에 있어서, 저굴절층의 배치 위치에 따른 휘도를 나타낸 그래프이다. 도 15의 ref는 저굴절층을 포함하지 않는 경우이며, (a)는 제1 저굴절층만을 포함하는 경우이다. 또한, 도 15의 (b)는 제2 저굴절층만을 포함하는 경우이며, 도 15의 (c)는 제1 저굴절층 및 제2 저굴절층 모두를 포함하는 경우이다. 또한, p1은 굴절률의 평균이 1.2인 경우, p2는 굴절률의 평균이 1.3인 경우이며, p3는 굴절률의 평균이 1.4인 경우이다.
도 15를 참조하면, 동일한 굴절률이라면, 제1 저굴절층(230) 및 제2 저굴절층(250) 모두를 포함하는 경우가 휘도가 가장 높은 것을 알 수 있다. 또한, 포함하는 굴절층의 개수가 동일한 경우라면, 전술한 바와 같이 굴절률 평균이 가장 낮은 경우가 휘도가 가장 높은 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는, 제1 저굴절층(230) 및 제2 저굴절층(250)을 모두 포함하되, 제1 저굴절층(230) 및 제2 저굴절층(250)의 굴절률 평균을 최소화시킴으로써, 휘도를 향상시킬 수 있다. 다만, 타 구성과의 관계, 필요로 하는 휘도 및 생산 비용 등을 고려하여, 저굴절층의 굴절률과 저굴절층의 배치 위치 및 개수를 다양하게 도출할 수 있다.
도 16은 도 1에 도시한 표시 장치의 또 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 16의 F 영역을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치(8)는 제2 광 투과 패턴(TC2')과 제1 광 투과 패턴(TC1) 간의 두께가 서로 다를 수 있다. 즉, 제2 광 투과 패턴(TC2')은 제1 광 투과 패턴(TC1)에 비해 상대적으로 폭이 좁은 영역에 형성되므로, 제1 광 투과 패턴(TC1)에 비해 제2 광 투과 패턴(TC2')의 두께가 더 작을 수 있다. 즉, 제1 광 투과 패턴(TC1) 및 제2 광 투과 패턴(TC2')이 동일 공정을 통해 동시에 형성되더라도, 반드시 동일한 두께를 갖는 것은 아니다.
다음으로, 도 17 내지 도 22를 참조하여, 도 1에 도시한 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(1)의 구성 중 상부 표시판(200)의 제조방법에 대해 설명하기로 한다. 도 17 내지 도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 제조방법을 나타낸 도면이다. 다만, 도 1 내지 도 8에서 설명한 내용과 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 17을 참조하면, 상부 기판(210) 상에 블랙 매트릭스(BM) 및 제1 필터(220)를 형성한다. 블랙 매트릭스(BM)는 복수의 개구부를 포함하도록 상부 기판(210) 상에 형성될 수 있다. 제1 필터(220)는 블랙 매트릭스(BM) 상에 배치되되, 도 1에서 설명한 제1 서브 화소 전극(SPE1) 및 제2 서브 화소 전극(SPE2)과 수직으로 중첩되로록 형성할 수 있다. 즉, 제1 필터(220)는 후술하는 제3 서브 화소 전극(SPE3)과는 중첩되지 않는다.
제1 필터(220)는 일 실시예로 감광성을 갖는 유기 재료를 블랙 매트릭스(BM) 및 상부 기판(210) 상에 전면적으로 형성한 이후, 제1 서브 화소 전극(SPE1) 및 제2 서브 화소 전극(SPE2)과 수직으로 중첩되는 영역에만 배치되도록 패터닝되어 형성될 수 있다. 상기 감광성을 갖는 유기 재료는 일 실시예로 옐로우 포토레지스트(yellow photoresist)일 수 있다. 다른 실시예로, 제1 필터(220)는 화학 기상 증착(chemical vapor deposition) 등의 방법을 통해, 무기 재료를 증착시켜 형성될 수도 있다. 제1 필터(220)는 단일 층으로 형성될 수도 있으며, 이와는 달리 복수의 층이 적층되어 형성될 수 있다. 제1 필터(220)가 복수의 층으로 이루어진 경우, 각 층의 재료, 굴절률 및 증착 두께 등을 조절함으로써, 제1 필터(220)의 투과 파장 대역 및 차단 파장 대역을 제어할 수 있다.
다음으로, 도 18을 참조하면, 제1 필터(220), 블랙 매트릭스(BM) 및 상부 기판(210) 상에 제1 저굴절층(230)을 형성한다. 제1 저굴절층(230)은 후술하는 파장 변환 패턴(WC) 및 광 투과 패턴(TC) 모두와 수직 방향으로 중첩될 수 있도록, 제1 필터(220), 블랙 매트릭스(BM) 및 상부 기판(210) 상에 전면적으로 형성될 수 있다. 제1 저굴절층(230)의 두께는 약 1um 이하일 수 있다.
제1 저굴절층(230)의 굴절률이 약 1.1 이상 1.4 이하인 경우라면, 제1 저굴절층(230)의 재료는 특별히 제한되지 않는다. 즉, 제1 저굴절층(230)은 수지 및 이에 분산되는 산화 아연(ZnO), 이산화티타늄(TiO2) 등의 나노(nano) 입자를 포함할 수 있다. 다른 실시예로, 제1 저굴절층(230)은 중공 실리카, 나노 실리케이트(nano silicate) 및 포로겐 (porogen) 중 하나를 포함할 수 있다. 또한, 제1 저굴절층(230) 대신 제1 무기층(231)을 형성할 수도 있다.
다음으로, 도 19을 참조하면, 제1 파장 변환 패턴(WC1) 및 제2 파장 변환 패턴(WC2)을 제1 저굴절층(230) 상에 형성한다. 제1 파장 변환 패턴(WC1) 및 제2 파장 변환 패턴(WC2)의 형성 순서는 특별히 제한되지 않는다.
보다 상세히 설명하면, 투명한 유기 물질 또는 투명한 포토 레지스트에 청색 광을 적색 광으로 변환시키는 복수의 제1 퀀텀 도트를 포함하는 물질을 적층하고, 이후, 제1 서브 화소 전극(SPE1)과 하부 기판(110)을 기준으로 수직 방향으로 중첩되는 영역만 남기는 패터닝을 수행하여 제1 파장 변환 패턴(WC1)을 형성한다.
또한, 투명한 유기 물질 또는 투명한 포토 레지스트에 청색 광을 녹색 광으로 변환시키는 복수의 제2 퀀텀 도트를 포함하는 물질을 적층하고, 이후, 제2 서브 화소 전극(SPE2)과 하부 기판(110)을 기준으로 수직 방향으로 중첩되는 영역만 남기는 패터닝을 수행하여 제2 파장 변환 패턴(WC2)을 형성한다.
제1 파장 변환 패턴(WC1) 및 제2 파장 변환 패턴(WC2)을 형성한 이후, 제2 필터(240)를 제1 파장 변환 패턴(WC1) 및 제2 파장 변환 패턴(WC2) 상에 형성한다. 제2 필터(240)는 단일 층으로 형성될 수도 있으며, 이와는 달리 복수의 층이 적층되어 형성될 수 있다. 제2 필터(240)가 복수의 층으로 이루어진 경우, 각 층의 재료, 굴절률 및 증착 두께 등을 조절함으로써, 제2 필터(240)의 투과 파장 대역 및 반사 파장 대역을 제어할 수 있다.
다음으로, 도 20을 참조하면, 제1 광 투과 패턴(TC1) 및 제2 광 투과 패턴(TC2)을 포함하는 광 투과 패턴(TC)을 제2 필터(240) 상에 형성한다. 광 투과 패턴(TC)은 투명한 유기 물질 또는 투명한 포토 레지스트에 입사 광을 분산시키는 광 산란 물질을 포함하는 물질을 적층하고, 이후, 제3 서브 화소 전극(SPE3)과 하부 기판(110)을 기준으로 수직 방향으로 중첩되는 영역과, 제1 파장 변환 패턴(WC1) 및 제2 파장 변환 패턴(WC2) 사이의 영역만 남기는 패터닝을 통해 형성한다.
즉, 제1 광 투과 패턴(TC1) 및 제2 광 투과 패턴(TC2)은 일 실시예로 동일한 마스크 공정을 통해 동시에 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 광 투과 패턴(TC1) 및 제2 광 투과 패턴(TC2)은 서로 동일한 재료로 형성될 수 있다. 일 실시예로, 제1 광 투과 패턴(TC1) 및 제2 광 투과 패턴(TC2)은 광을 산란시킬 수 있는 광 산란 물질(TC1a) 및 상기 광 산란 물질(TC1a)이 배위되어 있는 제3 광 투과성 수지(TC1b)를 포함할 수 있다.
도 21을 참조하면, 광 투과 패턴(TC) 및 제2 필터(240) 상에 제2 저굴절층(250)을 형성한다. 제2 저굴절층(250)은 광 투과 패턴(TC) 및 제2 필터(240) 상에 전면적으로 형성될 수 있다. 제2 저굴절층(250)의 두께는 약 1um 이하일 수 있다.
제2 저굴절층(250)의 굴절률이 약 1.1 이상 1.4 이하인 경우라면, 제2 저굴절층(250)의 재료는 특별히 제한되지 않는다. 제2 저굴절층(250)은 제1 저굴절층(230)과 굴절률이 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 또한, 제2 저굴절층(250)의 재료는 제1 저굴절층(230)의 재료와 동일하거나 상이할 수 있다. 예를 들어, 제2 저굴절층(250)은 수지 및 이에 분산되는 산화 아연(ZnO), 이산화티타늄(TiO2) 등의 나노(nano) 입자를 포함할 수 있다. 다른 실시예로, 제2 저굴절층(250)은 중공 실리카, 나노 실리케이트(nano silicate) 및 포로겐 (porogen) 중 하나를 포함할 수 있다. 또한, 제2 저굴절층(250) 대신 제2 무기층(251)을 형성할 수도 있다.
한편, 제2 광 투과 패턴(TC2)이 제2 저굴절층(250)에 대해 평탄성을 제공함에 따라, 제2 저굴절층(250)의 단차는 최소화될 수 있다.
다음으로, 평탄화층(260)을 제2 저굴절층(250) 상에 형성한다. 보다 상세하게는, 평탄화층(260)은 평탄화용 물질을 도포하는 단계 및 상기 평탄화용 물질을 경화하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 평탄화용 물질은 일 실시예로, 유기 재료, 예를 들어 열 경화성 수지를 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 제2 저굴절층(250)의 단차가 최소화됨에 따라, 평탄화층(260)의 단차도 최소화되며, 이를 통해 평탄화층(260)의 평탄성을 향상시킬 수 있다.
다음으로, 도 22를 참조하면, 평탄화층(260) 상에 제2 절연층(270), 제2 편광층(280), 캡핑층(281), 공통 전극(CE) 및 상부 배향막(290)을 형성한다. 여기서, 제2 편광층(280)은 평탄화층(260)의 평탄성이 향상됨에 따라, 제2 편광층(280)에 포함되는 복수의 선 격자 패턴이 균일하게 형성될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 표시 패널;
20: 백라이트 유닛;
110: 하부 기판;
120: 제1 편광층;
130: 제1 절연층;
140: 하부 배향막;
210: 상부 기판;
WC: 파장 변환 패턴;
TC: 광 투과 패턴;
220: 제1 필터;
230: 제1 저굴절층;
240: 제2 필터;
250: 제2 저굴절층;

Claims (28)

  1. 제1 기판;
    상기 제1 기판 상에 서로 이웃하게 배치되는 제1 내지 제3 서브 화소 전극;
    상기 제1 기판과 대향되는 제2 기판;
    상기 제2 기판 상에 배치되며, 상기 제1 서브 화소 전극과 적어도 일부가 중첩되는 제1 파장 변환 패턴 및 상기 제2 서브 화소 전극과 적어도 일부가 중첩되는 제2 파장 변환 패턴을 포함하는 파장 변환 패턴;
    상기 제3 서브 화소 전극과 적어도 일부가 중첩되는 제1 광 투과 패턴 및 상기 제1 파장 변환 패턴과 상기 제2 파장 변환 패턴 사이에 배치되는 제2 광 투과 패턴을 포함하는 광 투과 패턴;
    상기 파장 변환 패턴 및 상기 광 투과 패턴 상에 배치되는 평탄화층; 및
    상기 파장 변환 패턴의 굴절률보다 굴절률이 낮은 저굴절층을 포함하고,
    상기 저굴절층은 상기 파장 변환 패턴과 상기 제2 기판 사이에 배치되는 제1 저굴절층 및 상기 파장 변환 패턴과 상기 평탄화층 사이에 배치되는 제2 저굴절층 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 제1 광 투과 패턴 및 상기 제2 광 투과 패턴은, 광산란 물질을 포함하는 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 저굴절층의 굴절률은 1.1 이상 1.4 이하인 표시 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 저굴절층 및 상기 제2 저굴절층 중 적어도 하나는 산화 아연(ZnO), 이산화티타늄(TiO2), 중공 실리카, 나노 실리케이트(nano silicate) 및 포로겐 (porogen) 중 하나를 포함하는 표시 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 저굴절층 및 상기 제2 저굴절층 중 적어도 하나의 두께는 1um 이하인 표시 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 저굴절층 및 제2 저굴절층 중 적어도 하나는 무기 물질을 포함하는 무기층이며,
    상기 무기 물질은 질화 규소 또는 산화 규소를 포함하는 표시 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 무기층의 굴절률은 1.3 이상 1.5 이하인 표시 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 평탄화층은 상기 제1 기판과 마주보는 일면 및 상기 평탄화층의 일면에 대향되는 타면을 포함하고,
    상기 평탄화층의 일면의 단차는 0 이상 40nm 이하인 표시 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 평탄화층 상에 배치되는 편광층을 더 포함하고,
    상기 편광층은 와이어 그리드 편광자(wire grid polarizer)인 표시 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 기판과 상기 제2 광 투과 패턴 사이에 배치되는 블랙 매트릭스를 더 포함하고,
    상기 제2 광 투과 패턴은 상기 블랙 매트릭스와 적어도 일부가 중첩되는 표시 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 파장 변환 패턴과 상기 제2 기판 사이에 배치되는 제1 필터를 더 포함하고,
    상기 제1 필터는 제1색을 표시하는 광을 차단하는 표시 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 필터는 상기 파장 변환 패턴 및 상기 제2 광 투과 패턴과 적어도 일부가 중첩되는 표시 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 파장 변환 패턴 상에 배치되며, 제1색을 표시하는 광을 투과시키고, 상기 제1색을 표시하는 광보다 중심 파장이 긴 광을 반사시키는 제2 필터를 더 포함하고,
    상기 광 투과 패턴은 상기 제2 필터의 적어도 일부를 덮도록 배치되는 표시 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 파장 변환 패턴 및 상기 제2 파장 변환 패턴은 퀀텀 도트(quantum dot) 및 형광체 중 하나를 포함하는 표시 장치.
  14. 제1색을 표시하는 광을 방출하는 백라이트 유닛; 및
    상기 제1색을 표시하는 광을 제공받는 표시 패널을 포함하고,
    상기 표시 패널은,
    기판;
    상기 기판 상에 배치되며, 상기 제1색을 표시하는 광을 상기 제1색과 다른 제2색을 표시하는 광으로 변환하는 제1 파장 변환 패턴 및 상기 제1색을 표시하는 광을 상기 제1색과 다른 제3색을 표시하는 광으로 변환하는 제2 파장 변환 패턴을 포함하는 파장 변환 패턴;
    상기 제1색을 표시하는 광을 투과시키는 제1 광 투과 패턴과, 상기 제1 파장 변환 패턴 및 상기 제2 파장 변환 패턴 사이에 배치되는 제2 광 투과 패턴을 포함하는 광 투과 패턴; 및
    상기 파장 변환 패턴의 굴절률보다 굴절률이 낮은 저굴절층을 포함하고,
    상기 저굴절층은 상기 파장 변환 패턴과 상기 기판 사이에 배치되는 제1 저굴절층 및 상기 파장 변환 패턴 상에 배치되는 제2 저굴절층 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 제1 광 투과 패턴 및 상기 제2 광 투과 패턴은, 광산란 물질을 포함하는 표시 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 저굴절층의 굴절률은 1.1 이상 1.4 이하인 표시 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제1 저굴절층 및 상기 제2 저굴절층 중 적어도 하나는 산화 아연(ZnO), 이산화티타늄(TiO2), 중공 실리카, 나노 실리케이트(nano silicate) 및 포로겐 (porogen) 중 하나를 포함하는 표시 장치.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 표시 패널은, 상기 파장 변환 패턴과 상기 기판 사이에 배치되는 제1 필터를 더 포함하고,
    상기 제1 필터는 상기 제1색을 표시하는 광을 차단하고, 상기 제2색을 표시하는 광 및 상기 제3색을 표시하는 광을 투과하는 표시 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 필터는 상기 제2 광 투과 패턴과 중첩되며, 상기 제1 광 투과 패턴과 중첩되지 않는 표시 장치.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 표시 패널은, 파장 변환 패턴 층 상에 배치되는 평탄화층 및 상기 평탄화층 상에 배치되는 편광층을 더 포함하는 표시 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 표시 패널은 상기 파장 변환 패턴과 상기 평탄화층 사이에 배치되는 제2 필터를 더 포함하고,
    상기 제2 필터는 상기 제1색을 표시하는 광을 투과시키고, 상기 제2색을 표시하는 광 및 상기 제3색을 표시하는 광을 반사시키는 표시 장치.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 평탄화층은 상기 기판과 마주보는 일면 및 상기 평탄화층의 일면에 대향되는 타면을 포함하고,
    상기 평탄화층의 일면의 단차는 0 이상 40nm 이하인 표시 장치.
  22. 기판 상에 제1 저굴절층을 형성하는 단계;
    상기 제1 저굴절층 상에, 제1 파장 대역을 갖는 광을 제2 파장 대역을 갖는 광으로 변환하는 제1 파장 변환 패턴 및 상기 제1 파장 대역을 갖는 광을 제3 파장 대역을 갖는 광으로 변환하는 제2 파장 변환 패턴을 포함하는 파장 변환 패턴을 형성하는 단계;
    상기 제1 파장 대역을 갖는 광을 투과시키는 제1 광 투과 패턴 및 상기 제1 파장 변환 패턴과 상기 제2 파장 변환 패턴 사이에 배치되는 제2 광 투과 패턴을 포함하는 광 투과 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 파장 변환 패턴 및 상기 광 투과 패턴 상에 제2 저굴절층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 저굴절층 및 상기 제2 저굴절층의 굴절률은 상기 파장 변환 패턴의 굴절률보다 낮은 표시 장치의 제조방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 제1 저굴절층과 상기 파장 변환 패턴 사이에 배치되는 제1 필터를 형성하는 단계를 더 포함하는 표시 장치의 제조방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 제1 필터는 상기 제1 파장 대역을 갖는 광을 차단하고, 상기 제2 파장 대역을 갖는 광 및 상기 제3 파장 대역을 갖는 광을 투과시키는 표시 장치의 제조방법.
  25. 제22항에 있어서,
    상기 파장 변환 패턴 및 상기 광 투과 패턴 사이에 배치되는 제2 필터를 형성하는 단계를 더 포함하는 표시 장치의 제조방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 제2 필터는 상기 제1 파장 대역을 갖는 광을 투과시키고, 상기 제2 파장 대역을 갖는 광 및 상기 제3 파장 대역을 갖는 광을 반사시키는 표시 장치의 제조방법.
  27. 제22항에 있어서,
    상기 제1 저굴절층 및 상기 제2 저굴절층 중 적어도 하나의 굴절률은 1.1 이상 1.4 이하인 표시 장치의 제조방법.
  28. 제22항에 있어서,
    상기 제1 저굴절층 및 상기 제2 저굴절층 중 적어도 하나는 산화 아연(ZnO), 이산화티타늄(TiO2), 중공 실리카, 나노 실리케이트(nano silicate) 및 포로겐 (porogen) 중 하나를 포함하는 표시 장치의 제조방법.
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