KR20150025651A - 양자점 필름 및 이를 포함하는 표시장치 - Google Patents

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Abstract

양자점 필름 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.
양자점 필름은, 제1투명기재, 상기 제1투명기재 상에 형성되며, 입사되는 광의 파장을 변환하는 복수의 양자점을 포함하며, 위치에 따라서 상기 양자점의 밀도가 다른 광파장 변환층, 그리고 상기 광파장 변환층 상에 형성되는 제2투명기재를 포함한다.

Description

양자점 필름 및 이를 포함하는 표시장치{Quantum Dot film and display device including Quantum Dot film}
본 발명은 양자점 필름 및 이를 포함하는 표시장치에 관한 것이다.
액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD)는 인가전압에 따른 액정 투과도의 변화를 이용하여 각종 장치에서 발생하는 여러 가지 전기적인 정보를 시각정보로 변화시켜 전달하는 장치이다. 액정표시장치는 자기발광성이 없어 후광이 필요하지만 소비전력이 적고 경량, 박형으로 구현이 가능해 널리 사용된다.
또한, 액정표시장치는 자기 발광성이 없어 영상이 디스플레이되는 액정패널의 배면에 광을 제공하는 발광 장치인 백라이트 유닛(backlight unit, BLU)이 구비된다.
액정표시장치는 일정간격 이격되어 서로 대향하는 컬러필터 기판과 어레이 기판, 컬러필터 기판 및 어레이 기판 사이에 개재된 액정층을 포함하는 액정패널, 액정패널에 광을 조사하는 백라이트 유닛 등을 포함한다.
액정표시장치에 사용되는 백라이트 유닛은 광원인 발광 다이오드(Light Emitting Device, LED)의 위치에 따라 에지형(edge type)과 직하형(direct type)으로 구분될 수 있다.
에지형 백라이트 유닛은 광원인 발광 다이오드들이 도광판의 측면에 배치되고, 도광판은 전반사 등을 통해 발광 다이오드로부터 조사되는 광을 액정패널을 향하여 조사한다.
직하형 백라이트 유닛은 도광판 대신 확산판을 사용하며, 발광 다이오드들은 액정패널의 후면에 배치된다. 이에 따라서, 발광 다이오드들은 액정패널의 후면을 향하여 광을 조사한다.
최근 백라이트 유닛의 광원으로 청색을 발광하는 청색 발광 다이오드를 사용하고, 양자점(Quantum Dot, QD)을 이용하여 광원으로부터 발광되는 청색 광을 백색 광으로 파장 변환하여 표시패널로 입사시키는 기술이 백라이트 유닛에 적용되고 있다. 이는 양자점을 이용하여 구현되는 백색광이 고휘도와 우수한 색채 재현성을 갖기 때문이다.
한편, 양자점이 적용된 백라이트 유닛은, 광원으로부터 발광되는 청색 광 중 일부가 그대로 표시패널 쪽으로 입사되어 표시패널의 외곽영역 및 대광부에서 청색 광 샘 현상이 발생하는 문제가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 청색 광 샘 현상을 억제하고 휘도 균일성을 향상시키기 위한 양자점 필름 및 이를 포함하는 표시장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면 양자점 필름은, 제1투명기재, 상기 제1투명기재 상에 형성되며, 입사되는 광의 파장을 변환하는 복수의 양자점을 포함하며, 위치에 따라서 상기 양자점의 밀도가 다르게 조절되는 광파장 변환층, 그리고 상기 광파장 변환층 상에 형성되는 제2투명기재를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 표시장치는 상기 양자점 필름을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 양자점 필름의 양자점 밀도를 위치에 따라 다르게 조절함으로써 청색 광 샘 현상을 최소화하고, 휘도 균일도를 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예들과 관련된 표시장치를 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시 예에 따른 양자점 필름을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시 예에 따른 양자점 필름의 양자점 농도를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 제1실시 예에 따른 양자점 필름의 제조 방법을 도시한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 제1실시 예에 따른 양자점 용액을 도포하는 일 예를 도시한 것이다.
도 6 및 도 7은 위치에 따라서 양자점 농도가 다르게 조절되는 양자점 필름의 다른 예를 도시한 것이다.
도 8은 도 6의 양자점 필름에 양자점 용액을 도포하는 일 예를 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 제2실시 예에 따른 양자점 필름을 도시한 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제2실시 예에 따른 양자점 필름의 제조 방법을 도시한 흐름도이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 제2실시 예에 따른 양자점 물질층의 높이를 조절하는 예들을 도시한 것이다.
도 13은 위치에 따라서 양자점 물질층의 두께가 다르게 조절되는 양자점 필름의 다른 예를 도시한 것이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예들과 관련된 표시장치를 도시한 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 표시장치는 백라이트 유닛(210)과 표시부(20)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 구성요소들은 필수적인 것은 아니어서, 본 발명의 실시 예들에 따른 표시장치는 그 보다 더 많거나 더 적은 구성요소를 포함하여 구성될 수도 있다.
백라이트 유닛(20)은 도광판(110), 도광판(110)의 측면에 배치되어 광을 제공하는 발광 모듈(120), 도광판(110)의 하부에 배치되는 반사 부재(130), 도광판(110) 상에 배치되는 양자점 필름(150), 양자점 필름(150) 상에 배치되는 적어도 하나의 광학 시트(160) 등을 포함할 수 있다. 또한, 백라이트 유닛(210)은 도광판(110), 발광 모듈(120) 및 반사 부재(130)를 수납하는 하부 커버(140)를 포함할 수 있다.
도광판(110)은 전반사 등을 통해 발광 모듈(120)로부터 발광되어 입사되는 광을 확산시켜 면광원화 시키는 역할을 수행한다. 도광판(110)에 의해 확산된 광은 표시부(20)을 향하여 조사된다.
도광판(110)은 투명한 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 도광판(110)은 PMMA(polymethyl metaacrylate)와 같은 아크릴 수지 계열, PET(polyethylene terephthlate), PC(poly carbonate), COC(cycloolefin copolymer) 및 PEN(polyethylene naphthalate) 수지 중 하나를 포함할 수 있다.
발광모듈(120)은 도광판(110)의 적어도 일 측면에 결합되며, 기판(121), 기판(121) 상에 소정 간격으로 배치되는 발광소자 패키지(122) 등을 포함할 수 있다.
기판(121)은 발광소자 패키지(122)에 전기신호를 공급하기 위한 회로패턴을 포함하는 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB)을 포함할 수 있다.
발광소자 패키지(122)는 기판(121) 상에 형성된 회로패턴에 전기적으로 연결되며, 표시장치의 광원으로 동작한다. 즉, 발광소자 패키지(122)는 기판(121)의 회로패턴으로부터 전기신호를 인가 받아 이를 광 신호로 변환하여 출력한다. 본 발명의 실시 예에서는 발광소자 패키지(122)가 점광원으로 동작하는 발광 다이오드이고, 청색 광을 발광하는 경우를 예로 들어 설명한다.
한편, 발광소자 패키지(122)는 하부 커버(140)의 측면 또는 방열 플레이트(미도시) 위에 마련될 수도 있다. 이 경우, 발광소자 패키지(122)를 지지하기 위한 기판(121)이 생략될 수도 있다.
도광판(110) 하부에는 반사 부재(130)가 배치될 수 있다. 반사 부재(130)는 도광판(110)의 하면으로 입사된 광을 반사시켜 위로 향하게 함으로써, 백라이트 유닛(210)의 휘도를 향상시킬 수 있다.
반사 부재(130)는 이로 한정되지는 않으나 PET, PC, PVC 레진 등으로 형성될 수 있다.
하부 커버(140)는 금속 등으로 이루어지며, 상부가 개구된 박스 형상으로 마련될 수 있다. 예를 들어, 하부 커버(140)는 금속 플레이트 등이 절곡 또는 만곡되어 형성될 수 있다.
하부 커버(140)의 절곡 또는 만곡되어 형성되는 공간에는 발광모듈(120), 도광판(110) 및 반사부재(130)가 수용된다. 또한, 하부 커버(140)는 광학시트 (160) 및 표시부(210)를 지지하는 기능을 수행한다.
도광판(110)의 상부에는 광파장 변환부재인 양자점(Quantum Dot) 필름(150)이 배치된다.
양자점 필름(150)은 서로 다른 파장 대역의 광을 방출하는 복수의 양자점을 포함하며, 양자점 효과를 통해 발광 모듈(120)로부터 조사되는 광을 파장 변환하여 방출한다.
예를 들어, 발광 모듈(120)로부터 청색 광이 조사되면, 이를 백색 광으로 파장 변환하여 방출한다.
양자점 필름(150)은 복수의 양자점과 수지물을 포함할 수 있다. 수지물은 에폭시, 실리콘 등을 포함할 수 있다.
양자점 필름(150) 상에는 투광성을 가지는 적어도 하나의 광학 시트(160)가 배치될 수 있다. 광학시트(160)를 통과하는 광의 특성을 향상시키기 위해 사용된다.
광학 시트(160)는, 예를 들어, 확산시트(161), 편광시트(162), 프리즘 시트(163) 등을 포함할 수 있다.
확산 시트(161)는 발광모듈(120)로부터 입사된 광을 표시패널(210)의 정면으로 향하게 하고, 넓은 범위에서 균일한 분포를 가지도록 광을 확산시켜 표시패널(210)에 조사한다.
편광 시트(162)는 편광 시트(162)로 입사되는 광들 중에서 경사지게 입사되는 광을 수직으로 출사되도록 편광시키는 기능을 수행한다. 확산 시트(161)로부터 출사되는 광을 수직으로 변화시키기 위해 적어도 하나의 편광 시트(162)가 표시패널(210) 하부에 배치될 수 있다.
프리즘 시트(163)는 자신의 투과축과 나란한 광은 투과시켜 표시패널(210)로 입사시키고, 투과축에 수직한 광은 반사시킨다.
표시부(20)는 표시패널(210) 및 구동 회로부(220)를 포함할 수 있다. 또한, 표시부(20)는 표시패널(210)을 지지하는 패널 가이드(230), 표시패널(210)의 가장자리를 감싸며 패널 가이드(230)와 결합되는 상부 케이스(240) 등을 더 포함할 수 있다.
표시패널(210)은 표시장치의 표시부로서, 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT) 기판과 컬러필터 기판과, 그리고 두 기판 사이에 개재된 액정층을 포함할 수 있다. 박막 트랜지스터 기판은 복수의 게이트 라인, 복수의 게이트 라인과 교차하는 복수의 데이터 라인, 각 게이트 라인과 데이터 라인의 교차영역에 형성되는 박막 트랜지스터(TFT)를 포함한다.
표시패널(210)의 일측에는 구동 회로부(220)가 연결될 수 있다. 구동 회로부(220)는 박막 트랜지스터 기판의 게이트 라인에 스캔 신호를 공급하는 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB)(221)과, 데이터 라인에 데이터 신호를 공급하는 인쇄회로기판(222)을 포함한다.
발광 모듈(120)로부터 출사된 청색 광은 도광판(110)에 의해 확산되어 다양한 지향각을 가지고 다양한 경로로 진행된다. 이 중 일부는 양자점 필름(150)에 포함된 양자점에 의해 파장 변환되어 적색 또는 녹색 광으로 출광되고, 이 중 일부는 양자점을 거치지 않고 청색 광 그대로 출광된다.
한편, 양자점 필름(150)의 외곽 영역(side) 또는 대광부로 갈수록 입사되는 청색 광 중 양자점을 거치지 않고 출광되는 광이 증가하고, 이는 표시패널(210)의 외곽영역에 청색 광 샘 현상이 발생하는 원인으로 작용한다.
따라서, 본 발명의 실시 예에서는 양자점 필름(150)의 외곽영역 또는 대광부로 갈수록 단위 면적당 양자점의 개수를 증가시켜, 양자점 필름(150)의 외곽영역 또는 대광부로 입사되는 청색 광이 양자점을 거칠 확률을 높이고 있다. 이에 따라, 양자점 필름(150)의 모든 영역에 대해 청색 광이 파장 변환될 확률이 균일하여 청색 광 샘 현상을 방지할 수 있다.
한편, 도 1에서는, 에지형인 백라이트 유닛을 예로 들어 도시하였으나, 본 발명의 실시 예는 이에 한정되지 않음을 밝혀둔다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 백라이트 유닛은 직하형으로 구현될 수도 있다. 이 경우, 백라이트 유닛(210)에는 도광판 대신 확산판이 적용되면, 양자점 필름은 확산판의 상부 또는 하부에 배치되거나 확산판과 일체형으로 구현될 수 있다.
이하, 필요한 도면들을 참조하여 본 발명의 제1실시 예에 따른 양자점 필름에 대하여 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 제1실시 예에 따른 양자점 필름을 도시한 단면도이고, 도 3은 본 발명의 제1실시 예에 따른 양자점 필름의 양자점 농도를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 양자점 필름(150)은 제1투명기재(151), 제2투명기재(152) 및 제1 및 제2투명기재(151, 152) 사이에 기재되는 양자점 물질층(153)을 포함할 수 있다.
제1투명기재(151)는 양자점 물질층(153)이 형성되는 기반이 되는 층으로서, 투명성을 갖는 재료로 형성될 수 있다.
제2투명기지(152)는 양자점 물질층(153)에 적층되어 형성되는 층으로서, 투명성을 갖는 재료로 형성될 수 있다.
제1투명기재(151) 및 제2투명기재(151)는 다양한 재질로 마련될 수 있다. 예를 들어, 제1투명기재(151) 및 제2투명기재(151)는 열가소성 수지 또는 UV경화성 수지로 마련될 수 있다.
양자점 물질층(153)은 제1투명기재(151) 및 제2투명기재(152) 사이에 박막 형태로 존재하며, 입사되는 광을 파장 변환하는 광파장 변환층으로 동작한다.
양자점 물질층(153)은 복수의 양자점과 이를 포함할 수 있다.
양자점이란 양자고립효과(quantum confinement effect)를 가지는 소정 크기(예를 들어, 약 2∼15㎚)의 입자를 말하며, 중심체와 ZnS(황화아연)으로 이루어진 껍질로 구성된다. 양자점의 중심체로는 CdSe(카드뮴셀레나이드), CdTe(카드뮴텔루라이드), CdS(황화카드뮴)을 예로 들 수 있다.
양자점은 화학적 습식방법에 의해 합성될 수 있다. 화학적 습식방법은 유기 용매에 전구체 물질을 넣어 입자를 성장시키는 방법으로, 화학적 습식방법에 의한 양자점의 합성방법은 기존의 다양한 방법에 의하여 이루어질 수 있다.
양자점은 좁은 파장대에서 강한 형광을 발생하게 되는데 양자점이 발산하는 광은 전도대(Conduction band)에서 가전자대(valence band)로 불안정한(들뜬) 상태의 전자가 내려오면서 발생하게 된다. 이때 발생하는 형광은 양자점의 입자가 작을수록 짧은 파장의 광이 발생하고, 입자가 클수록 긴 파장의 광을 발생하게 된다.
따라서, 양자점의 크기를 조절하여 적색, 녹색, 청색 등 다양한 파장의 광을 용이하게 얻을 수 있다. 특히, 양자점은 발광특성이 우수하므로 양자점을 이용하여 백색광을 구현하는 경우 기존의 백색 발광 다이오드에 비하여 녹색과 적색의 색 재현율이 높아지는 효과가 있다.
양자점 물질층(151)은 광원이 방출하는 광과, 양자점을 통해 변환하고자 하는 광의 종류에 따라서 크기가 상이한 양자점을 포함할 수 있다.
예를 들어, 청색 광을 방출하는 발광 소자를 광원으로 사용하고, 양자점 물질층(151)을 통해 백색 광을 방출하고자 하는 경우, 양자점 물질층(151)은 청색 파장 대의 광을 흡수하여 녹색 파장 대의 광을 방출하는 크기의 양자점과 적색 파장 대의 광을 방출하는 크기의 양자점을 랜덤하게 포함할 수 있다. 이에 따라, 광원에서 방출된 청색 광이 양자점 물질층(153)을 통과하는 과정에서, 양자점이 청색 광을 흡수하여 녹색 또는 적색 파장 대역의 광으로 변환하게 되고, 그 결과 청색, 녹색, 적색 파장의 광이 서로 혼합되어 백색 광이 방출되게 된다.
제1투명기재(151), 양자점 물질층(153) 및 제2투명기재(152)는 압착되어 합지된 필름 형상의 구조를 형성할 수 있다. 이는, 양자점 물질층(153)에 포함된 양자점이 산소, 수분 등과 접촉하게 되면 손상되어 본래의 예상 수명보다 수명이 줄어들게 되므로 양자점 물질층(153)을 제1투명기재(151) 및 제2투명기재(152)로 밀폐하여 보호하기 위한 것이다.
양자점 필름(150)의 두께는 적용되는 제품에 따라서 달라질 수 있다. 양자점 필름(150)의 두께는 적용되는 제품에 따라서 달라질 수 있다. 예를 들어, 태블릿 PC, 스마트폰, 핸드폰 등 이동 단말기에 적용하는 경우, 양자점 필름(150)의 두께는 150μm 내지 200μm일 수 있다. 또한, 예를 들어, 텔레비전 등 대형 단말기에 적용하는 경우, 양자점 필름(150)의 두께는 200μm 내지 300μm일 수 있다.
양자점 물질층(153)은 양자점을 분산매질에 랜덤하게 분산시켜 형성될 수 있다. 분산매질은 에폭시 수지, 실리콘 등의 수지물일 수 있다.
본 발명의 제1실시 예에 따르면, 양자점 물질층(153)의 양자점 농도를 위치에 따라 다르게 제어함으로써, 양자점 물질층(153)의 단위 면적당 양자점의 개수(밀도)가 위치에 따라 다르도록 제어한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 양자점 물질층(153)의 양자점 농도는 광밀도가 높은 외곽 영역 또는 대광부로 갈수록 점차적으로 증가하도록 조절된다. 양자점 물질층(153)의 외곽영역 또는 대광부에서의 양자점 농도(밀도)는 106/cm2 이상일 수 있다.
도 4는 본 발명의 제1실시 예에 따른 양자점 필름의 제조 방법을 도시한 흐름도이다. 또한, 도 5는 본 발명의 제1실시 예에 따른 양자점 용액을 도포하는 일 예를 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 양자점 필름(150)을 제조하기 위해 제1투명기재(151)를 준비한다(S101).
다음으로, 제1투명기재(151)에 양자점을 포함하는 양자점 용액을 도포하여 양자점 물질층(152)에 대응하는 박막을 형성한다(S102).
상기 S102 단계에서, 양자점 용액은 양자점을 포함하는 용액으로, 양자점을 분산매질에 분산시켜 형성한 용액을 의미한다. 또한, 분산매질은 에폭시 수지, 실리콘 등의 수지일 수 있다.
상기 S102 단계에서, 도포 위치에 따라 서로 다른 농도의 양자점 용액이 도포될 수 있다. 즉, 중심 영역보다 외곽 영역에 높은 양자점 농도를 가지는 양자점 용액이 도포되고, 입광부보다 대광부에 높은 양자점 농도를 가지는 양자점 용액이 도포될 수 있다.
상기 S102 단계에서, 양자점 용액의 농도는 다양한 방법으로 조절될 수 있다.
예를 들어, 양자점 물질의 침전 현상을 이용하여 하부로 갈수록 양자점 용액의 농도가 증가하는 양자점 용액을 제조할 수 있다. 또한, 예를 들어, 원심 분리기 등의 장비를 이용하여 서로 다른 농도의 양자점 용액을 제조할 수도 있다. 이 경우, 농도 구배를 조절하는 것이 용이하도록 양자점 용액에 바인더가 첨가될 수 있다.
상기 S102 단계에서, 도포 위치에 따라 서로 다른 농도의 양자점 용액을 도포하기 위해 다양한 방법이 사용될 수 있다.
도 5를 예로 들어 설명하면, 제1투명기재(151) 상에 양자점 용액을 평평하게 펴는 동작을 수행하는 바(bar, 5)의 내부에, 양자점 용액(7)을 충진하기 위한 수용 공간과 양자점 용액을 제1투명기재(151)에 도포하기 위한 개구부를 형성한다. 또한, 바(5)의 수용 공간 상에 하부로 갈수록 양자점 농도가 점차적으로 증가하는 양자점 용액(7)을 충진시킨다.
이후, 바(5)를 외곽영역에서 중심영역으로 또는 대광부에서 입광부로 이동시키면서 개구부를 통해 양자점 용액(7)을 도포한다. 이에 따라, 양자점 농도가 높은 양자점 용액이 초기에 도포되고 이후 점차적으로 양자점 농도가 낮은 양자점 용액이 도포되어, 중심 영역 또는 입광부로 갈수록 양자점 농도가 낮게 조절된다.
상기 S102 단계에서, 양자점 용액을 제1투명기재(151)에 도포하여 박막을 형성하는 방법으로, 스핀 코팅법, 졸-겔(sol-gel) 반응법, 딥 코팅(dip-coating)법, 금속-유기 화학적 기상 증착법(MOCVD, Metal-Organic Chemical Vapor Deposition) 등 다양한 방법이 사용될 수 있다.
다음으로, 양자점 물질층(153) 상에 제2투명기재(152)를 합지하여 양자점 필름(150)을 형성한다(S103).
일반적으로, 발광 모듈(120)로부터 출광된 청색 광은 도광판(110)에 의해 다양한 경로를 경유하고 다양한 지향각을 가지게 된다. 특히, 발광 모듈(120)로부터 거리가 멀어질수록 플럭스(flux)가 증가하고, 이에 따른 광밀도(optical density)가 증가한다.
따라서, 양자점 필름(150)의 외곽 영역 또는 대광부의 광밀도가 증가하고, 이로 인해 양자점 필름(150)으로 입사되는 청색 광 중 양자점을 거치지 않고 출광되는 청색 광의 비율이, 양자점 필름(150)의 중심 영역보다 외곽 영역에서 더 높게 나타나고, 입광부보다는 대광부에서 더 높게 나타난다. 또한, 이로 인해 표시 장치의 외곽 영역에 청색 광 샘 현상이 발생한다.
따라서, 본 발명의 제1실시 예에서는, 양자점 농도를 위치에 따라 조절함으로써 양자점 필름(150)을 통과하여 출광되는 광 중 청색 광이 차지하는 비율이 전체적으로 균일하도록 제어한다. 즉, 양자점 필름(150)에서 광밀도가 높은 외곽영역 또는 대광부에서의 단위 면적 당 양자점 개수를 증가시킴으로써, 이들 영역으로 입사되는 청색 광이 양자점을 통과하여 출광될 확률을 증가시키고 있다. 이에 따라, 외곽영역 또는 대광부에서 양자점을 거치지 않고 그대로 출광되는 청색 광의 비율이 감소하여, 전체적으로 균일한 백색 광이 출광될 수 있다.
한편, 본 발명의 제1실시 예는 양자점 농도가 위치에 따라 점차적으로 변하도록 조절하는 방법을 예로 들어 도시하였으나, 이는 양자점 농도를 조절하는 일 예로서 본 발명의 실시 예는 이에 한정되지 않음을 분명히 밝혀둔다. 본 발명의 실시 예는, 양자점 필름의 특정 영역에서만 양자점 농도가 높고, 나머지 영역에서는 균일한 양자점 농도를 보이도록 구현될 수도 있다.
도 6 및 도 7을 예로 들면, 양자점 물질층(152)의 일부 영역(예를 들어, 외곽 영역 또는 대광부)에서만 양자점 농도가 높게 조절되고, 나머지 영역에서는 양자점 농도가 균일하게 조절될 수 있다.
이 경우, 양자점 용액 도포 시 양자점 농도가 높은 양자점 용액을 특정 영역에만 도포함으로써, 특정 영역에서만 양자점 농도가 높게 나타나도록 조절될 수 있다.
도 8을 참조하면, 제1투명기재(151) 상에 양자점 용액을 평평하게 펴는 동작을 수행하는 복수의 바(5a, 5b)를 구비하고, 각 바(5a, 5b)의 내부에 양자점 용액(7a, 7b)을 수용하기 위한 수용 공간과 양자점 용액을 제1투명기재(151)에 도포하기 위한 개구부를 형성한다. 또한, 각 바(5a, 5b)에 서로 다른 양자점 농도를 가지는 양자점 용액(7a, 7b)을 충진시킨다. 즉, 제1바(5a)에는 양자점 농도가 전체적으로 균일한 양자점 용액(7a)을 충진시키고, 제2바(5b)에는 제1바(5a)에 비해 양자점 농도가 높은 양자점 용액(7b)을 충진시킨다.
그리고, 양자점 농도가 높은 양자점 용액(7b)이 충진된 바(5b)를 이용하여 외곽영역 또는 대광부에 양자점 용액을 도포하고, 양자점 농도가 상대적으로 낮은 양자점 용액(7a)이 충진된 바(5a)를 이용하여 나머지 영역에 양자점 용액을 도포한다. 이에 따라, 양자점 농도가 높은 양자점 용액(7b)이 외곽 영역 또는 대광부쪽에 도포되고, 양자점 농도가 낮은 양자점 용액(7a)이 중심영역 또는 입광부쪽에 도포된다. 이 경우, 외곽 영역 또는 대광부에 도포되는 양자점 용액의 양자점 농도(밀도)는 106/cm2 이상일 수 있다.
이하, 필요한 도면들을 참조하여 본 발명의 제2실시 예에 따른 양자점 필름에 대하여 설명하기로 한다.
도 9는 본 발명의 제2실시 예에 따른 양자점 필름을 도시한 단면도이다.
이하, 전술한 본 발명의 제1실시 예에 따른 양자점 필름과 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 9를 참조하면, 양자점 필름(150)은 제1투명기재(151), 제2투명기재(152) 및 제1 및 제2투명기재(151, 152) 사이에 기재되는 양자점 물질층(153)을 포함할 수 있다.
양자점 물질층(153)은 제1투명기재(151) 및 제2투명기재(152) 사이에 박막 형태로 존재하며, 입사되는 광을 파장 변환하는 광파장 변환층으로 동작한다.
제1투명기재(151), 양자점 물질층(153) 및 제2투명기재(152)는 압착되어 합지된 필름 형상의 구조를 형성할 수 있다.
양자점 필름(150)의 두께는 적용되는 제품에 따라서 달라질 수 있다. 예를 들어, 태블릿 PC, 스마트폰, 핸드폰 등 이동 단말기에 적용하는 경우, 양자점 필름(150)의 두께는 150μm 내지 200μm일 수 있다. 또한, 예를 들어, 텔레비전 등 대형 단말기에 적용하는 경우, 양자점 필름(150)의 두께는 200μm 내지 300μm일 수 있다.
양자점 물질층(153)은 양자점을 분산매질에 랜덤하게 분산시켜 형성될 수 있다. 분산매질은 에폭시 수지, 실리콘 등의 수지물일 수 있다.
본 발명의 제2실시 예에 따르면, 양자점 물질층(153)의 두께를 위치에 따라 다르게 조절함으로써, 양자점 물질층(153)의 단위 면적 당 양자점 개수(밀도)를 위치에 따라 다르게 제어할 수 있다.
양자점 물질층(153)의 두께는 광밀도가 높은 외곽 영역 또는 대광부에서의 두께가 나머지 영역에 비해 두껍도록 조절될 수 있다.
양자점 필름(150)의 외곽영역과 중심 영역(C) 또는 입광부와 대광부의 두께 차는 적용되는 제품에 따라서 달라질 수 있다.
예를 들어, 태블릿 PC, 스마트폰, 핸드폰 등 이동 단말기에 적용하는 경우, 양자점 필름(150)의 외곽영역과 중심 영역의 두께 차는 5μm 내지 50μm일 수 있다. 또한, 예를 들어, 텔레비전 등 대형 단말기에 적용하는 경우, 양자점 필름(150)의 외곽영역과 중심 영역의 두께 차는 10μm 내지 100μm일 수 있다.
도 10은 본 발명의 제2실시 예에 따른 양자점 필름의 제조 방법을 도시한 흐름도이다. 또한, 도 11 및 도 12는 본 발명의 제2실시 예에 따른 양자점 물질층의 높이를 조절하는 예들을 도시한 것이다.
도 10을 참조하면, 양자점 필름(150)을 제조하기 위해 제1투명기재(151)를 준비한다(S201).
다음으로, 제1투명기재(151)에 양자점을 포함하는 양자점 용액을 도포한다(S202).
상기 S202 단계에서, 양자점 용액은 양자점을 포함하는 용액으로, 양자점을 분산매질에 분산시켜 형성한 용액을 의미한다. 또한, 분산매질은 에폭시 수지, 실리콘 등의 수지일 수 있다.
상기 S202 단계에서, 양자점 용액을 제1투명기재(151)에 도포하는 방법은, 스핀 코팅법, 졸-겔(sol-gel) 반응법, 딥 코팅(dip-coating)법, 금속-유기 화학적 기상 증착법(MOCVD, Metal-Organic Chemical Vapor Deposition) 등 다양한 방법이 사용될 수 있다.
다음으로, 제1투명기재(151)에 도포된 양자점 용액을 이용하여 양자점 물질층(152)에 해당하는 박막을 형성한다. 이때, 양자점 물질층(152)의 두께는 위치에 따라 다르도록 조절된다(S203). 즉, 양자점 필름(150)의 외곽영역 또는 대광부에서의 양자점 물질층(152)의 두께가 중심영역 또는 입광부에서의 두께보다 두껍게 조절된다.
상기 S203 단계에서, 양자점 물질층(152)의 두께는 다양한 방법으로 조절될 수 있다.
도 11을 예로 들어 설명하면, 도 11의 (a)에 도시된 바와 같이, 제1투명기재(151) 상에 양자점 용액을 평평하게 도포하여 양자점 물질층(152)을 형성한다. 이후, 도 12의 (b)에 도시된 바와 같이, 위치에 따라서 두께가 다른 제2투명기재(152)를 양자점 물질층(152) 상에 적층 한 후 가압하여 제2투명기재(152)의 두께에 따라서 양자점 물질층(152)의 두께가 달라지도록 성형한다. 즉, 양자점 물질층(152)의 두께는 대응하는 제2투명기재(152)의 두께가 얇은 외곽영역에서 더 높게 형성된다.
도 12를 예로 들어 설명하면, 제1투명기재(151) 상에 양자점 용액(11)을 도포하고, 이후 양자점 용액(11)을 평평하게 펴는 기능을 수행하는 바(9)의 위치를 조절하여 양자점 물질층(152)의 높이를 조절한다. 즉, 외곽영역으로 갈수록 또는 대광부로 갈수록 바(9)의 높이를 위로 조절하여, 외곽영역으로 갈수록 또는 대광부로 갈수록 양자점 물질층(152)의 두께가 증가하도록 조절할 수 있다.
다음으로, 위치에 따라 높이가 조절된 양자점 물질층(153) 상에 제2투명기재(152)를 합지하여 양자점 필름(150)을 평성한다(S204).
본 발명의 제2실시 예에서는, 양자점 물질층(152)의 두께를 위치에 따라 조절함으로써 양자점 필름(150)을 통과하여 출광되는 광 중 청색 광이 차지하는 비율이 전체적으로 균일하도록 제어한다. 즉, 양자점 물질층(152)의 두께를 조절하여 양자점 필름(150)에서 광밀도가 높은 외곽영역 또는 대광부에서의 단위 면적 당 양자점 개수(밀도)를 증가시킴으로써, 이들 영역으로 입사되는 청색 광이 양자점을 통과하여 출광될 확률을 증가시키고 있다. 이에 따라, 외곽영역 또는 대광부에서 양자점을 거치지 않고 그대로 출광되는 청색 광의 비율이 감소하여, 전체적으로 균일한 백색 광이 출광될 수 있다.
한편, 본 발명의 제2실시 예는 양자점 두께가 위치에 따라 점차적으로 변하도록 조절하는 방법을 예로 들어 도시하였으나, 이는 양자점 두께를 조절하는 일 예로서 본 발명의 실시 예는 이에 한정되지 않음을 분명히 밝혀둔다. 본 발명의 실시 예는, 양자점 필름의 특정 영역에서만 양자점 물질층의 두께가 두껍게 조절되고, 나머지 영역에서는 균일한 두께를 보이도록 구현될 수도 있다.
도 13을 예로 들면, 양자점 물질층(152)의 일부 영역(예를 들어, 대광부로부터의 거리가 10mm 이내인 영역)에서만 양자점 물질층(152)의 두께가 두껍게 조절되고, 나머지 영역에서는 두께가 균일하게 조절될 수 있다. 이 경우에도, 양자점 필름(150)에서 두께가 조절된 일부 영역과 나머지 영역의 두께 차는 적용되는 제품에 따라서 달라질 수 있다.
예를 들어, 태블릿 PC, 스마트폰, 핸드폰 등 이동 단말기에 적용하는 경우, 양자점 필름(150)에서 두께가 조절된 일부 영역과 나머지 영역의 두께 차는 5μm 내지 50μm일 수 있다. 또한, 예를 들어, 텔레비전 등 대형 단말기에 적용하는 경우, 양자점 필름(150)에서 두께가 조절된 일부 영역과 나머지 영역의 두께 차는 10μm 내지 100μm일 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에서는, 양자점 필름의 위치에 따라 단위 면적 당 양자점 개수(밀도)를 가변 하여 양자점 필름을 통해 전체적으로 균일한 백색 광이 출광되도록 함으로써, 표시패널에 청색 광 샘 현상이 나타나는 것을 방지하는 효과가 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. 제1투명기재,
    상기 제1투명기재 상에 형성되며, 입사되는 광의 파장을 변환하는 복수의 양자점을 포함하고, 위치에 따라서 상기 양자점의 밀도가 다른 광파장 변환층, 그리고
    상기 광파장 변환층 상에 형성되는 제2투명기재
    를 포함하는 양자점 필름.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 양자점의 밀도는, 상기 광파장 변환층의 중심 영역보다 외곽 영역에서 높게 나타나는 양자점 필름.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 양자점 밀도는, 상기 광파장 변환층의 입광부보다 대광부에서 높게 나타나는 양자점 필름.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 양자점 밀도는 상기 양자점 필름으로 입사되는 광의 광밀도(optical density)에 비례하는 양자점 필름.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 양자점 밀도는 상기 광파장 변환층에 도포되는 양자점 용액의 농도에 대응하는 양자점 필름.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 도포되는 양자점 용액의 농도는 상기 광파장 변환층의 제1영역보다 제2영역에서 높게 조절되며, 상기 제2영역에 도포되는 양자점 용액의 농도는 106/cm2 이상인 양자점 필름.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 양자점 밀도는 상기 광파장 변환층의 두께에 대응하는 양자점 필름.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 광파장 변환층의 두께는 제1영역보다 제2영역이 두껍게 조절되며, 상기 제1영역과 상기 제2영역의 두께 차는 5μm 내지 50μm인 양자점 필름.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 광파장 변환층의 두께는 제1영역보다 제2영역이 두껍게 조절되며, 상기 제1영역과 상기 제2영역의 두께 차는 10μm 내지 100μm인 양자점 필름.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 따른 양자점 필름을 포함하는 표시장치.
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