KR20170128729A - 표시 장치 - Google Patents

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KR20170128729A
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light
display panel
color filter
polarizing plate
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KR1020160058943A
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이백희
김용석
남민기
박해일
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

본 기재에 따른 표시 장치는, 서로 마주하는 제1 편광판 및 제2 편광판, 그리고 제1 편광판과 제2 편광판 사이에 위치하는 액정층을 포함하는 표시 패널, 표시 패널의 제1 면에 위치하고, 표시 패널에 제1 광을 제공하는 백라이트 유닛, 표시 패널의 제1 면과 마주하는 제2 면에 위치하는 색필터층, 그리고 표시 패널과 색필터층 사이에 위치하고, 표시 패널을 통과한 제1 광을 산란시키는 산란체층을 포함한다.

Description

표시 장치 {DISPLAY APPARATUS}
본 개시는 표시 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 시야각이 향상되는 표시 장치에 관한 것이다.
표시 장치에 대한 수요가 확대됨에 따라 다양한 용도로 사용될 수 있는 표시 장치에 대한 필요성도 증대되고 있다. 이러한 추세에 따라 표시 장치가 점차 대형화되거나 박형화되는 경향이 있으며, 더 크고 더 얇은 표시 장치를 제공하면서도 정확하고 선명한 색상을 가지는 표시 장치에 대한 필요성도 함께 증대되고 있다.
또한 표시 장치가 다양한 사용 범위에 적용됨에 따라 야외나 공연장의 대형 화면으로 사용될 수 있으며, 혹은 벽, 천장, 도로 시설 등과 같은 장소에도 사용될 수 있다. 이러한 경우, 표시 장치를 하부에서 바라보거나, 좌측 혹은 우측과 같은 다양한 각도에서 표시 장치를 사용하게 된다.
한편, 표시 장치는 가정용 TV, 컴퓨터용 모니터와 같은 중소형 전자 제품뿐만 아니라, 스마트폰, 태블릿 PC, 노트북 등의 포터블용 전자 제품에 적용될 수 있으며, 이들 역시 다양한 각도에서 화면을 관찰하는 경우가 발생된다.
이와 같이 다양한 종류의 표시 장치를 다양한 각도에서 관찰할 때, 관찰 각도와는 무관하게 선명한 화면을 구현할 수 있도록 화면의 색상 및 휘도가 유지될 수 있는 시야각의 확보가 필요한 실정이다.
실시예들은 표시 장치를 관찰하는 각도가 변하여도 빛의 휘도 분포의 차이가 감소될 수 있는 표시 장치를 제공하기 위한 것이다.
일 실시예에 따른 표시 장치는, 서로 마주하는 제1 편광판 및 제2 편광판, 그리고 제1 편광판과 제2 편광판 사이에 위치하는 액정층을 포함하는 표시 패널, 표시 패널의 제1 면에 위치하고, 표시 패널에 제1 광을 제공하는 백라이트 유닛, 표시 패널의 제1 면과 마주하는 제2 면에 위치하는 색필터층, 그리고 표시 패널과 색필터층 사이에 위치하고, 표시 패널을 통과한 제1 광을 산란시키는 산란체층을 포함한다.
컬러 필터층은 산란체층에 의해 산란된 제1 광을 제1 광과 다른 파장을 가지는 제2 광으로 변환시킬 수 있다.
산란체층은 복수의 산란체가 수지 조성물에 분산 배치될 수 있다.
산란체의 직경은 제1 광의 파장의 0.1배 내지 0.5배일 수 있다.
산란체는 2 이상의 굴절률을 가질 수 있다.
제1 편광판 및 제2 편광판 중 적어도 하나는 와이어 그리드 편광자일 수 있다.
백라이트 유닛은, 청색 광을 방출하는 광원 및 적색 색변환 양자점 및 녹색 색변환 양자점을 포함하는 색변환 시트를 포함하며, 광원으로부터 방출되는 청색 광은 색변환 시트를 통과하여 백색의 제1 광으로 변환될 수 있다.
산란체층은 1um 내지 10um의 두께를 가질 수 있다.
한편, 다른 실시예에 따른 표시 장치는, 서로 마주하는 제1 편광판 및 제2 편광판 그리고 제1 편광판과 상기 제2 편광판 사이에 위치하는 액정층을 포함하는 표시 패널, 표시 패널의 제1 면에 위치하고, 표시 패널에 제1 광을 제공하는 백라이트 유닛 그리고 표시 패널의 제1 면과 마주하는 제2 면에 위치하는 색필터층을 포함하고, 색필터층은 표시 패널을 통과한 제1 광을 산란시키는 복수의 산란체를 포함할 수 있다.
컬러 필터층은 수지 조성물을 포함하고, 복수의 산란체는 수지 조성물에 분산 배치될 수 있다.
산란체의 직경은 제1 광의 파장의 0.1배 내지 0.5배일 수 있다.
산란체는 2 이상의 굴절률을 가질 수 있다.
제1 편광판 및 제2 편광판 중 적어도 하나는 와이어 그리드 편광자일 수 있다.
백라이트 유닛은, 청색 광을 방출하는 광원 및 적색 색변환 양자점 및 녹색 색변환 양자점을 포함하는 색변환 시트를 포함하며, 광원으로부터 방출되는 청색 광은 색변환 시트를 통과하여 백색의 제1 광으로 변환될 수 있다.
산란체를 포함하는 적색 컬러 필터, 녹색 컬러 필터 및 청색 컬러 필터 중 하나 이상은 1um 내지 10um의 두께를 가질 수 있다.
실시예들에 따르면, 제1 편광판 및 제2 편광판을 통과한 빛이 산란체에 의해 산란되기 때문에, 표시 패널을 통과하는 빛에는 영향을 주지 않으면서도 표시 패널로부터 빛이 출광되어 사용자에 의해 관찰될 때, 관찰 각도가 변하여도 고른 휘도 분포를 가지는 빛을 방출하는 표시 장치를 제공할 수 있다. 또한 본 실시예들에 따르면, 보다 정확한 적색, 녹색 및 청색을 구현할 수 있어 색 재현률 역시 향상된 표시 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 평면도이다.
도 2는 도 1의 II-II선을 따라 자른 제1 실시예에 따른 단면도이다.
도 3은 도 1의 II-II선을 따라 자른 제2 실시예에 따른 단면도이다.
도 4는 도 1의 II-II선을 따라 자른 제3 실시예에 따른 단면도이다.
도 5는 도 1의 II-II선을 따라 자른 제4 실시예에 따른 단면도이다.
도 6은 도 1의 II-II선을 따라 자른 제5 실시예에 따른 단면도이다.
도 7은 도 1의 II-II선을 따라 자른 제6 실시예에 따른 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 각도 분포별 빛의 세기를 도시한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에서 산란체를 포함한 층의 막 두께 및 산란체의 크기에 따른 각도 분포별 빛의 세기를 도시한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에서 산란체를 포함한 층의 막 두께 및 산란체의 농도에 따른 각도 분포별 빛의 세기를 도시한 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 다른 표시 장치에서 산란체층의 두께에 다른 휘도를 시야각 별로 측정한 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 색 재현률을 시뮬레이션한 결과를 도시한 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 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. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향 쪽으로 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
이하에서는 본 명세서의 첨부된 도면 중 도 1 및 도 2를 참고하여, 제1 실시예에 따른 표시 장치에 대해 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 평면도이며, 도 2는 도 1의 II-II선을 따라 자른 본 발명의 제1 실시예에 따른 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 백라이트 유닛(100), 표시 패널(200) 그리고 색변환 패널(300)을 포함한다.
본 실시예에 따른 백라이트 유닛(100)은 표시 패널(200)에 제1 광을 제공하기 위한 것으로, 전기 에너지를 이용해 광 에너지로 변환하여 이를 방출하는 광원(110)을 포함하며, 본 실시예의 광원(110)은 청색 광을 방출하는 청색 광원(110)일 수 있다. 또한 본 실시예의 백라이트 유닛(100)은 청색 광을 백색 광으로 변환시키기 위한 색변환 시트(120)를 포함할 수 있다.
본 실시예의 색변환 시트(120)는 청색 광을 백색 광으로 변환시키기 위해 적색 색변환 양자점(121) 및 녹색 색변환 양자점(122)을 포함할 수 있다. 양자점을 포함하는 색변환 시트(120)에 의해 청색 광이 백색 광으로 변환되어 표시 패널(200)을 통과하는 경우, 색필터층(410, 420, 430)에 의해 색이 변화되어 표시 장치를 보는 각도 분포에 따른 빛의 세기의 변화가 감소될 수 있다. 따라서 본 실시예에 따른 표시 장치의 시야각을 보다 향상시킬 수 있다.
색변환 시트(120)는 앞서 설명한 바와 같이 청색 광원(110)과 적색 색변환 양자점(121) 및 녹색 색변환 양자점(122)을 포함할 수 있으며, 이와는 달리 백색 광을 방출하기 위하여 해당 기술 분야에서 널리 사용되는 색상의 조합이 적용될 수 있을 것이다.
이때 보다 구체적으로 본 실시예에 따른 양자점은, CdSe, CdS, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdSeTe, CdZnS, CdSeS, PbSe, PbS, PbTe, AgInZnS, HgS, HgSe, HgTe, GaN, GaP, GaAs, InP, InZnP, InGaP, InGaN, InAs 및 ZnO로 이루어진 군으로부터 선택 된 하나 이상의 물질을 포함하는 코어 및 CdS, CdSe, CdTe, CdO, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, InP, InS, GaP, GaN, GaO, InZnP, InGaP, InGaN, InZnSCdSe, PbS, TiO, SrSe 및 HgSe으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질을 포함하는 쉘로 이루어지는 코어-쉘 구조의 양자점일 수 있다.
본 실시예에 따른 적색 색변환 양자점(121) 및 녹색 색변환 양자점(122)은 양자점이라 기재되어 있으나, 양자점 이 외에도 청색 광을 백색 광으로 변환시키기 위하여 양자선, 양자 테트라포드와 같은 물질이 사용될 수 있다.
또한, 이 외에도 가넷(Ganets), 실리케이트(Silicates), 황화물(Sulfides), 산질화물(Oxynitrides), 질화물(Nitrides), 알루미네이트(Aluminates)로 구분되는 무기 형광체를 포함하는 색변환 시트(120)가 사용될 수 있다. 이때, 보다 구체적으로, Y3Al5O12:Ce3 + (YAG:Ce), Tb3Al5O12:Ce3 + (TAG:Ce), (Sr,Ba,Ca)2SiO4:Eu2 +, (Sr,Ba,Ca,Mg,Zn)2Si(OD)4:Eu2+ D=F,Cl,S,N,Br, Ba2MgSi2O7:Eu2 +, Ba2SiO4:Eu2 +, Ca3(Sc,Mg)2Si3O12:Ce3+, (Ca,Sr)S:Eu2 +, (Sr,Ca)Ga2S4:Eu2 +, SrSi2O2N2:Eu2 +, SiAlON:Ce3+, β-SiAlON:Eu2 +, Ca-α-SiAlON:Eu2 +, Ba3Si6O12N2:Eu2 +, CaAlSiN3:Eu2 +, (Sr,Ca)AlSiN3:Eu2+, Sr2Si5N8:Eu2 +, (Sr,Ba)Al2O4:Eu2 +, (Mg,Sr)Al2O4:Eu2 +, BaMg2Al16O27:Eu2+로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질을 포함한 무기 형광체를 포함하는 색변환 시트(120)가 사용될 수 있다.
한편, 도면에 도시되지는 않았으나, 본 실시예에 따른 백라이트 유닛(100)은 색변환 시트(120)를 포함하지 않고, 백색 광을 발생시켜 바로 표시 패널(200)에 제공하는 광원(110)을 포함할 수 있을 것이다.
표시 패널(200)은 영상을 나타내기 위한 것으로, 영상을 나타내기 위해 기판(210), 기판(210) 상에 형성되는 박막 트랜지스터, 박막 트랜지스터와 연결되는 제1 전극(240), 제1 전극(240)과 전계를 형성하는 제2 전극(250), 제1 전극(240)과 중첩하며 제2 전극(250)을 덮는 지붕층(270) 및 제1 전극(240)과 지붕층(270) 사이에 위치하는 복수의 미세 공간(262)에 위치하는 액정층(260)을 포함한다.
기판(210) 상에는, 행 방향으로 연장되며 게이트 전극(222)을 포함하는 게이트선(221), 게이트선(221) 위에 위치하는 게이트 절연막(223), 게이트 절연막(223) 위에 위치하는 반도체층(224), 반도체층(224) 위에 위치하며 열 방향으로 연장되며 소스 전극(226)을 포함하는 데이터선(225) 및 드레인 전극(227), 데이터선(225) 및 드레인 전극(227) 위에 위치하며, 제1 절연막(231) 및 제2 절연막(232)을 포함하는 보호막(230) 및 접촉 구멍(233)을 통해 드레인 전극(227)과 물리적 전기적으로 연결되는 제1 전극(240)이 위치한다. 본 실시예에 따라 제1 전극(240)은 복수로 형성되어, 박막 트랜지스터가 형성된 기판(210) 상에 매트릭스 형태로 위치한다.
게이트 전극(222) 위에 위치하는 반도체층(224)은 소스 전극(226)과 드레인 전극(227)에 의해 노출된 영역에서 채널층(미도시)을 형성하며, 게이트 전극(222), 반도체층(224), 소스 전극(226) 및 드레인 전극(227)은 하나의 박막 트랜지스터를 형성한다.
앞서 설명한 것과 같이 보호막(230)은 제1 절연막(231)과 제2 절연막(232)을 포함한다. 제1 절연막(231)은 박막 트랜지스터 상에 형성되어 박막 트랜지스터를 보호하며 전기적으로 절연한다. 본 실시예에 따른 제1 절연막(231)은 질화규소(SiNx), 산화규소(SiOx) 등과 같은 무기 절연물 또는 유기 절연물을 포함할 수 있다.
제1 절연막(231) 상에는 차광 부재(234)가 형성될 수 있다. 차광 부재(234)는 화상을 표시하는 영역에 대응하는 개구부를 가지는 격자 구조로 이루어져 있으며, 빛이 투과하지 못하는 물질로 형성되어 있다.
제1 절연막(231) 및 제2 절연막(232)을 포함하는 보호막(230)은 드레인 전극(227)을 노출하는 접촉 구멍(233)을 가지며, 이를 통해 드레인 전극(227)과 제1 전극(240)이 전기적으로 연결되는 것은 앞서 설명한 것과 동일하다.
제2 절연막(232) 상에는 제1 전극(240)이 위치한다. 제1 전극(240)은 산화인듐주석(Indium Tin Oxide, ITO) 또는 산화인듐아연(Indium Zinc Oxide, IZO) 등과 같은 투명한 도전 물질로 만들어질 수 있다.
제1 전극(240)은 전체적인 모양이 사각형인 면형일 수 있으며, 박막 트랜지스터를 향해 돌출된 돌출부(미도시)를 포함할 수 있다. 돌출부는 접촉 구멍(233)을 통해 드레인 전극(227)과 물리적 전기적으로 연결될 수 있다.
지금까지 설명한 박막 트랜지스터 및 제1 전극(240)에 관한 설명은 본 실시예에 관한 일 예에 불과하며, 박막 트랜지스터 구조 및 제1 전극(240)의 구체적인 설계는 본 실시예에서 설명한 구조에 한정되지 않고, 변형하여 본 실시예에 따른 내용을 적용할 수 있다.
제1 전극(240) 상에는 하부 배향막(263a)이 위치하고, 하부 배향막(263a)과 중첩하도록 상부 배향막(263b)이 위치한다. 하부 배향막(263a) 및 상부 배향막(263b)은 수직 배향막일 수 있다.
본 실시예에서 배향막(263)을 형성하는 배향 물질과 복수의 액정 분자(261)를 포함하는 액정층(260)은 모세관력(capillary force)을 이용하여 미세 공간(262)에 주입될 수 있다. 본 실시예에서 하부 배향막(263a)과 상부 배향막(263b)은 위치에 따른 구별되는 것일 뿐이고 도 2에 도시된 것과 같이 서로 연결될 수 있다. 하부 배향막(263a)과 상부 배향막(263b)은 동시에 형성될 수 있다.
하부 배향막(263a)과 상부 배향막(263b) 사이에 미세 공간(262)이 위치하고, 미세 공간(262)으로 주입된 액정 분자(261)는 액정층(260)을 형성한다.
미세 공간(262)은 행렬 방향으로 배열된 복수 개일 수 있다. y방향으로 인접한 복수의 미세 공간(262)은 게이트선(221)과 중첩하는 복수의 액정 주입부(미도시)에 의해 구분될 수 있다. x방향으로 인접한 복수의 미세 공간(262)은 격벽부(미도시)에 의해 구분될 수 있다. 미세 공간(262) 각각은 화소 영역 하나 또는 둘 이상에 대응할 수 있고, 화소 영역은 화면을 표시하는 영역에 대응될 수 있다.
상부 배향막(263b) 위에 제2 전극(250), 제2 전극 보호막(미도시)이 위치한다. 제2 전극(250)은 공통 전압을 인가 받고, 데이터 전압이 인가된 제1 전극(240)과 함께 전기장을 생성하여 두 전극 사이의 미세 공간(262)에 위치하는 액정 분자(261)가 기울어지는 방향을 결정한다. 제2 전극 보호막은 질화규소(SiNx) 또는 산화규소(SiOx)로 형성될 수 있다.
본 실시예에서는 제2 전극(250)이 미세 공간(262) 상부에 위치하는 것으로 설명하였으나, 다른 실시예로 제2 전극(250)이 미세 공간(262)의 하부에 형성되어 수평 전계 모드에 따른 액정 구동도 가능하다.
제2 전극 보호막 상에는 지붕층(Roof Layer, 270)이 위치한다. 지붕층(270)은 제1 전극(240)과 제2 전극(250)의 사이 공간인 미세 공간(262)이 형성될 수 있도록 지지하는 역할을 한다.
지붕층(270) 상에는 도면에 도시되지 않았으나, 지붕층 보호막(미도시)이 위치될 수 있다. 지붕층 보호막은 지붕층(270)의 상부면과 접촉할 수 있으며, 실시예에 따라 생략될 수 있다.
지붕층 보호막 상에는 도면에 도시되지 않았으나 덮개층(미도시)이 위치될 수 있다. 덮개층은 유기 물질 또는 무기 물질을 포함한다. 본 실시예에서 덮개층은 지붕층 보호막 상부뿐만 아니라 액정 주입부에도 위치할 수 있다. 이 때, 덮개층은 액정 주입부에 의해 노출된 미세 공간(262)의 액정 주입부를 덮을 수 있다.
표시 패널(200)은 제1 면에 위치하는 제1 편광판(280)과 제1 면과 마주하는 제2 면에 위치하는 제2 편광판(290)을 포함한다.
제1 편광판(280)은 백라이트 유닛(100)으로부터 방출되는 제1 광을 1차적으로 편광시키고, 표시 패널(200)을 통과하면서 세기가 조절된 제1 광은 다시 제2 편광판(290)에 의해 편광된다.
제1 편광판(280) 및 제2 편광판(290) 중 적어도 하나는 코팅형 편광판, 와이어 그리드 편광자(wire grid polarizer)일 수 있다. 이러한 종류의 편광판들은 필름 형태, 도포 형태, 부착 형태 등 다양한 방법으로 표시 패널(200)의 일면에 위치할 수 있다.
도 2에는 제1 실시예로, 제1 편광판(280)은 편광 필름이고, 제2 편광판(290)은 와이어 그리드 편광자인 경우를 도시하고 있다. 도 2에 도시된 것과 같이 와이어 그리드 편광자로 이루어지는 제2 편광판(290)은, 표시 패널(200)의 제조 공정에서 함께 제조되어 표시 패널(200)의 내부에 위치될 수 있다.
다만, 이는 일 예에 불과하며, 제2 편광판(290)의 다른 실시예들에 대해서는 이후 도 3 내지 도 5를 참고하여 상세히 설명하기로 한다.
본 실시예에 따른 표시 패널(200)은 출광률 및 색 재현율이 향상되어 우수한 표시 품질의 표시 장치를 제공할 수 있음은 물론 한 장의 기판(210)을 사용하여 제조 공정 및 구조 등을 단순화할 수 있다.
표시 패널(200)은 앞서 설명한 예에 한정되지 않으며, 도면에 도시되지는 않았으나 액정층(260)과 액정층(260)에 전기장을 생성하는 두 개의 전극(240, 250)을 포함하는 다양한 구조가 모두 적용 가능하다.
색변환 패널(300)은 산란체(A)를 포함하는 산란체층(400), 색필터층(410, 420, 430) 그리고 윈도우(500)를 포함한다.
제1 실시예에 따른 산란체층(400)은 절연층(400A)와 산란체(A)를 포함한다.
절연층(400A)은 제2 편광판(290)의 상면에 위치하며, 표면을 평탄화시킬 수 있다. 본 실시예에 따른 절연층(400A)은 유기물, 무기물 또는 유무기 복합체에 의한 수지 조성물로 이루어질 수 있다.
보다 구체적으로, 절연층(400A)은 앞서 설명한 것과 같은 수지 조성물로 이루어질 수 있다. 이때, 아크릴계 수지를 포함하는 투명 유기막으로 이루어지거나, SiOx 또는 SiNx와 같은 무기막으로 이루어지거나 이 외에도 폴리실세스퀴옥산(polysilsesquioxane)과 같은 유무기 화합물로 이루어질 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 절연층(400A)이 유기막으로 이루어지는 경우, 광 경화성 폴리머 또는 열 경화성 폴리머와 같은 물질을 포함하는 투명 유기막 재료로 이루어질 수도 있을 것이다. 다만, 본 기재에 따른 실시 범위는 이에 한정되지 않으며, 이 외에도 다양한 변형예가 가능하다.
이때 본 실시예에 따르면, 산란체(A)를 포함하는 절연층(400A)은 1um 내지 10um의 두께를 가질 수 있다. 절연층(400A)의 두께가 1um보다 얇은 경우에는 산란이 원활하게 발생되지 않아 산란 효과에 의한 휘도 향상 효과가 미비하며, 10um보다 두꺼운 경우에는 산란된 빛이 절연층(400A)을 통과하지 못하고 다른 산란체(A)에 막혀 절연층(400A)에 의해 흡수되기 때문에, 오히려 휘도를 저하시킬 수 있다.
산란체(A)는 절연층(400A)을 이루는 수지 조성물에 분산 배치되어, 제1 편광판(280) 및 제2 편광판(290)을 통과한 제1 광을 산란시킨다.
본 실시예에 따른 산란체(A)는 제1 편광판(280) 및 제2 편광판(290)을 통과한 빛을 산란시킴으로써 색필터층(410, 420, 430)에 의해 파장이 변환된 제2 광의 휘도를 증가시킬 수 있다. 이때, 적색, 녹색 및 청색에 해당되는 모든 색의 빛의 휘도를 증가시킬 수 있기 때문에, 산란체(A)에 의해 산란된 뒤 색필터층(410, 420, 430)을 통과하여 방출되는 제2 광은 본 실시예에 따른 표시 장치의 사용자가 바라보는 각도와 무관하게 동일한 겉보기 밝기를 가지는 "램버시안 광분포"를 가질 수 있다.
본 실시예에 따른 산란체(A)는 산란 효과를 향상시키기 위하여 2 이상의 굴절률을 가지는 물질로 이루어질 수 있다. 일 예로, 2.66의 굴절률을 가지는 산화 티타늄(TiO2)이 사용될 수 있으며, 실리카(SiO2), 산화 지르코늄(ZrO2) 등과 같은 무기입자이거나 폴리스티렌(polystyrene, PS) 또는 폴리메틸메타아크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA)와 같은 고분자 물질이 사용될 수 있으며, 이 외에도 다양한 물질로 이루어지는 산란체(A)가 본 기재의 실시 범위에 포함될 수 있을 것이다.
한편, 이 외에도 산란 효과를 보다 증대시키기 위하여 본 실시예에 따른 산란체(A)는 속이 빈 중공 구조를 가질 수 있을 것이다.
색필터층(410, 420, 430)은 절연층(400A)의 상면에 위치한다. 표시 패널(200)을 통과한 제1 광은 색필터층(410, 420, 430)에 입사되어 다른 파장을 가지는 제2 광으로 변환되어 방출될 수 있다. 본 실시에에 따른 색필터층(410, 420, 430)은 화면을 구현하기 위한 기본적인 색 조합인 적색, 녹색 및 청색의 빛을 방출하기 위하여 적색 컬러 필터(410), 녹색 컬러 필터(420) 및 청색 컬러 필터(430)를 포함한다. 따라서 색필터층(410, 420, 430)에 의해 변환된 제2 광은 적색, 녹색 및 청색의 빛의 파장을 가지는 광일 수 있다.
한편 블랙 매트릭스(440)는 적색 컬러 필터(410), 녹색 컬러 필터(420) 및 청색 컬러 필터(430) 각각의 사이에 위치하여 각각의 컬러 필터에 의해 변환된 빛의 간섭을 방지한다.
윈도우(500)는 색필터층(410, 420, 430) 상에 위치하며, 색필터층(410, 420, 430)을 보호하기 위한 투명한 글래스 혹은 합성 수지로 이루어질 수 잇다.
도 3에는 도 1의 II-II 선을 따라 절단한 단면으로, 제2 실시예에 따른 표시 장치의 단면도가 도시되어 있다. 도 3에 도시된 것과 같이, 제2 실시예의 표시 장치에서는 제2 편광판(290)이 편광 필름으로 이루어지며 표시 패널(200) 위에 부착될 수 있다.
제2 편광판(290)을 제외한 다른 구체적인 설명은 도 2에서 설명한 것과 동일하기 때문에 중복 기재는 생략한다. 제2 편광판(290) 이외의 다른 구성에 대한 모든 실시예는 도 3에 도시된 제2 실시예에도 동일하게 적용될 수 있을 것이다.
한편 도 4에는 제3 실시예에 따른 표시 장치의 단면도가 도시되어 있다. 도 4는 도 1의 II-II 선을 따라 절단한 단면으로, 도 2에 도시된 제1 실시예 및 도 3에 도시된 제2 실시예와는 달리, 색필터층(410, 420, 430)의 각각의 색필터(410, 420, 430)가 산란체(A)를 포함하는 실시예다. 본 실시예들의 색필터층(410, 420, 430)의 각각의 색필터를 형성하는 수지 조성물에 산란체(A)가 분산 배치될 수 있다. 그러므로 제3 실시예에 따른 표시 장치는 별도의 산란체층(400)은 포함하지 않고, 색필터층(410, 420, 430)이 산란체층(400)의 기능을 대체한다.
색필터층(410, 420, 430)은 유기물, 무기물 또는 유무기 복합체에 의한 수지 조성물로 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로, 색필터층(410, 420, 430)은 아크릴계 수지를 포함하는 투명 유기막으로 이루어지거나, SiOx 또는 SiNx와 같은 무기막으로 이루어지거나 이 외에도 폴리실세스퀴옥산(polysilsesquioxane)과 같은 유무기 화합물로 이루어질 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 색필터층(410, 420, 430)이 유기막으로 이루어지는 경우, 광 경화성 폴리머 또는 열 경화성 폴리머와 같은 물질을 포함하는 투명 유기막 재료로 이루어질 수도 있을 것이다. 다만, 본 기재에 따른 실시 범위는 이에 한정되지 않으며, 이 외에도 다양한 변형예가 가능하다.
산란체(A)를 포함하는 색필터층(410, 420, 430)은 1um 내지 10um의 두께를 가질 수 있다. 절연층(400A)과 마찬가지로 색필터층(410, 420, 430)의 두께가 1um보다 얇은 경우에는 산란이 원활하게 발생되지 않아 산란 효과에 의한 휘도 향상 효과가 미비하며, 10um보다 두꺼운 경우에는 산란된 빛이 절연층(400A)을 통과하지 못하고 다른 산란체(A)에 막혀 색필터층(410, 420, 430)에 의해 흡수되기 때문에 오히려 휘도를 저하시킬 수 있다.
이때 도 4에 도시된 제3 실시예의 제2 편광판(290)은 와이어 그리드 편광자로 이루어질 수 있다.
한편, 도 5는 도 4의 변형예이다. 도 5에 도시된 제4 실시예 역시 도 4와 마찬가지로 색필터층(410, 420, 430)이 산란체(A)를 포함하는 실시예에 대해 도시하고 있으나, 도 5에 도시된 제2 편광판(290)은 도 3과 마찬가지로 편광 필름으로 이루어진다.
도 6 및 도 7은 앞서 설명한 도 2 내지 도 5에 따른 표시 장치의 표시 패널(200)의 변형예를 도시하고 있다. 도 6 및 도 7에 도시된 표시 패널(200)은 도 2 내지 도 5에 따른 표시 패널(200)과 달리, 미세 공간(262) 및 지붕층(270)을 포함하지 않는다. 도 6에 도시된 본 발명의 제5 실시예 및 도 7에 도시된 본 발명의 제6 실시예에 따른 표시 패널(200)은, 제1 전극(240) 및 제2 전극(250) 사이에 액정층(260)이 존재하는 액정 표시 패널이다.
도 6 및 도 7에 도시된 실시예들에서도, 앞서 설명한 것과 같이 제2 전극(250)을 통과한 빛이 산란체(A)에 의해 산란될 수 있도록 제2 전극(250) 상에 제2 편광판(290)이 위치할 수 있다. 이때 제2 편광판(290)은 인 셀(in-cell) 방식으로 형성되는 와이어 그리드 편광자일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 편광 필름이 부착될 수도 있을 것이다.
제5 실시예에 따른 도 6에 도시된 것과 같이, 산란체(A)는 제2 편광판(290)을 통과한 빛이 산란될 수 있도록 제2 편광판(290) 상에 형성될 수 있으며, 혹은 제6 실시예에 따른 도 7에 도시된 것과 같이 색필터층(410, 420, 430)에 산란체(A)가 형성될 수 있을 것이다.
도 4 내지 도 7에 도시된 구체적인 구성들과 관련하여서는 앞서 도 2 및 도 3에서 설명한 것과 동일하므로 중복 기재는 생략하기로 한다. 앞서 설명한 구성들과 동일한 구성에 관한 모든 실시예는 도 4에 도시된 제3 실시예 및 도 5에 도시된 제4 실시예에도 모두 적용될 수 있을 것이다.
도 8에는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 각도 분포별 빛의 세기를 정규 분포화한 도시한 그래프가 도시되어 있다. 도 8의 그래프는 정규 분포화(normalized)되었기 때문에, 최고점의 값을 1로 보고, 나머지 값들을 최고점에 대한 상대적인 수치로 표시한 그래프이다.
도 8에 도시된 것과 같이, 표시 장치의 측면에서 측정한 적색, 녹색 및 청색 빛의 세기가 정면에서 측정한 적색, 녹색 및 청색 빛의 세기 대비 90% 이상 일 수 있다. 다시 말해, 본 실시예에 따른 표시 장치의 사용자가 바라보는 각도와 무관하게 동일한 휘도를 가질 수 있음을 뜻한다. 또한 정면을 기준으로 측면 약 70도 까지의 빛의 세기 변화는 약 10% 이내임을 알 수 있다. 그러므로 본 실시예에 따른 표시 장치의 시야각이 향상될 수 있으며, 시야각에 의한 색변화(white angle difference, WAD)와 같은 문제점이 감소될 수 있다.
도 9에는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에서 산란체(A)를, 고형분(Nonvolatile matter) 내 산란체 무게 농도(PWC)가 30 중량%만큼 포함한 유기막의 두께를 변화시키며, 그리고 산란체(A)의 크기를 변화시키면서 각각 이에 따른 각도 분포별 빛의 휘도 분포를 측정하여 표시한 그래프가 도시되어 있다. 이때 사용된 산란체(A)는 TiO2이며, 굴절률은 2.66이다.
도 9의 그래프에서 원의 중심부는 표시 장치의 중심부에서 관찰되는 빛의 휘도를 나타내며, 원형 그래프는 표시 장치를 원의 중심에 배치시키고 다양한 각도에서 표시 장치로부터 발생되는 빛의 휘도를 측정하여 원에 표시한 것이다. 즉, 도 9의 그래프는, 도 8의 그래프를 지면에 대해 수직으로 배치하고, 도 8의 0도로 표시된 지점을 원의 중심에 두고, 표시 장치를 회전시키며 360도 범위의 3차원 영역에서 빛의 휘도를 측정한 결과를 의미한다.
도 9의 그래프에 표시된 색이 적색에 가까울수록 휘도가 높음을 뜻하며, 청색에 가까울수록 휘도가 낮음을 뜻한다. 따라서 도 9에 도시된 그래프에서, 원의 색이 적색에 가까울수록(진하게 표시될수록) 이상적인 램버시안 광분포를 가짐을 의미하며, 그래프의 색이 청색에 가까울수록(연하게 표시될수록) 중심에만 치우친 광분포를 가짐을 의미한다.
본 실시예에 따른 산란체(A)는, 산란체(A)에 의해 산란되는 제1 광의 파장 값의 0.1배 내지 0.5배의 직경을 가질 수 있다. 산란체(A)의 직경이 산란체(A)에 의해 산란되는 제1 광의 파장의 0.1배보다 작은 경우에는 빛이 산란되지 못하고 모두 통과하여 산란 효과가 발생되기에 어려움이 있으며, 산란체(A)의 직경이 제1 광의 파장의 0.5배를 넘는 경우에는 산란체(A)가 파장에 비해 너무 커서 산란이 원활하게 발생되지 못하기 때문에 산란체(A)를 포함하는 층에 빛이 흡수되어 빛의 휘도가 감소될 수 있다.
본 실시예에 따른 백라이트 유닛(100)에 의해 발생되어 표시 패널(200)을 통과하는 제1 광은 적색, 녹색 및 청색의 빛이 혼합된 백색 광이다. 이때 적색 광의 파장은 700nm 부근이기 때문에, 450nm 부근의 파장을 가지는 청색 광의 파장보다 길다. 따라서 도 9에 도시된 것과 같이, 산란체(A)의 직경이 405nm인 경우에는 가장 짧은 파장을 가지는 청색 광과 유사할 정도의 큰 크기를 가지기 때문에, 산란이 원활하게 발생되지 못한 결과를 보여준다. 다시 말해, 산란된 빛이 램버시안 광분포와 같이 각도에 따라 고른 분포를 가지지 못하고 표시 장치의 중심부에만 치우친 분포를 가져, 그래프의 전체적인 색상이 청색을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
반대로 산란체(A)의 직경이 202nm인 경우에는 가장 짧은 파장을 가지는 청색 광의 파장의 1/2보다 작은 값을 가지며, 가장 긴 파장을 가지는 적색 광의 파장의 절반 값인 350nm에는 큰 차이를 가지는 값이기 때문에, 산란에 의한 효과가 원활하게 발생된 것을 확인할 수 있다. 도 9에 도시된 것과 같이 산란체(A)의 직경이 가장 짧은 파장의 1/2 이하인 경우, 표시 장치를 어느 위치에서 관찰하든 거의 유사하게 고른 휘도를 가지기 때문에, 그래프의 색상이 적색에 가까운 것을 확인할 수 있다.
또한 도 9를 통해 본 실시예에 따른 산란체(A)를 포함하는 층의 두께가 1.5um보다 두꺼워져 1.9um에 가까워질수록 빛의 휘도가 고른 분포를 가짐을 확인할 수 있다.
한편 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에서 산란체(A)를 포함한 층의 유기막 두께 및 산란체(A)의 농도에 따른 각도 분포별 빛의 세기를 도시한 그래프이다.
보다 구체적으로, 도 10에는 본 실시예에 따른 산란체(A)가 200nm의 직경을 가지는 TiO2(굴절률 2.66)인 경우에 대하여, 고형분(Nonvolatile matter) 내 산란체 무게 농도(PWC)가 각각 7 중량%, 9 중량%, 11 중량%인 경우마다, 각각 1.7um, 2.1um 및 2.8um의 두께를 가지는 유기막을 포함하는 표시 장치의 빛의 휘도 분포를 측정하여 도시한 그래프가 도시되어 있다.
도 9와 마찬가지로 도 10에 도시된 것과 같이, 1.7um에서 2.8um로 유기막의 두께가 두꺼울수록 각도에 따른 빛의 휘도 분포가 고르게 나타남을 확인할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 산란체(A)에 의한 산란 효과는 수지 조성물에 분산되어 있는 산란체(A)의 농도에도 영향을 받는다. 도 10에 도시된 것과 같이, 산란체(A)의 크기가 일정한 경우에는 산란체(A)의 농도가 증가될수록 산란에 의한 효과가 증가되기 때문에, 빛의 휘도 분포가 고르게 형성됨을 알 수 있다.
도 11 역시 본 발명의 일 실시예에 다른 표시 장치에서 산란체층(400)의 두께에 다른 휘도를 시야각 별로 측정한 2차원 그래프이다. 도 11은 도 9 및 도 10에 도시된 산란체층(400)의 두께에 따라 각 시야각별로 휘도를 측정한 그래프가 도시되어 있다. 도 11에 도시된 결과 역시 도 9 및 도 10과 마찬가지로, 산란체층(400)의 두께가 두꺼울수록 휘도 자체는 다소 약할 수 있으나 보다 고른 분포를 가지는 것을 확인할 수 있다.
한편, 도 12에는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 색 재현률을 시뮬레이션한 결과를 도시한 그래프가 도시되어 있다. 본 실시예에 따른 표시 장치로부터 방출되는 제2 광은 각각 순수한 적색, 녹색 및 청색의 파장을 가지는 분포를 형성하기 때문에, 본 실시예에 따른 표시 장치를 통해 보다 정확한 색 재현률을 달성할 수 있음을 확인할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들에 따른 표시 장치에 대해 설명하였다. 본 실시예들에 따르면, 제1 편광판(280) 및 제2 편광판(290)을 통과한 빛이 산란체(A)에 의해 산란되기 때문에, 표시 패널(200)을 통과하는 빛에는 영향을 주지 않으면서도 표시 패널(200)로부터 빛이 출광되어 사용자에 의해 관찰될 때, 관찰 각도가 변하여도 고른 휘도 분포를 가지는 빛을 방출하는 표시 장치를 제공할 수 있다. 또한 본 실시예들에 따르면, 보다 정확한 적색, 녹색 및 청색을 구현할 수 있어 색 재현률 역시 향상된 표시 장치를 제공할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 백라이트 유닛 200: 표시 패널
210: 기판 220: 박막 트랜지스터
230: 보호막 240: 제1 전극
250: 제2 전극 260: 액정층
270: 지붕층 280: 제1 편광판
290: 제2 편광판 300: 색변환 패널
400: 산란체층 500: 윈도우
A: 산란체

Claims (15)

  1. 서로 마주하는 제1 편광판 및 제2 편광판; 그리고
    상기 제1 편광판과 상기 제2 편광판 사이에 위치하는 액정층을 포함하는 표시 패널;
    상기 표시 패널의 제1 면에 위치하고, 상기 표시 패널에 제1 광을 제공하는 백라이트 유닛;
    상기 표시 패널의 상기 제1 면과 마주하는 제2 면에 위치하는 색필터층; 그리고
    상기 표시 패널과 상기 색필터층 사이에 위치하고, 상기 표시 패널을 통과한 상기 제1 광을 산란시키는 산란체층을 포함하는 표시 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 컬러 필터층은 상기 산란체층에 의해 산란된 상기 제1 광을 상기 제1 광과 다른 파장을 가지는 제2 광으로 변환시키는 표시 장치.
  3. 제1항에서,
    상기 산란체층은
    복수의 상기 산란체가 수지 조성물에 분산 배치되는 표시 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 산란체의 직경은 상기 제1 광의 파장의 0.1배 내지 0.5배인 표시 장치.
  5. 제3항에서,
    상기 산란체는 2 이상의 굴절률을 가지는 표시 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 제1 편광판 및 제2 편광판 중 적어도 하나는 와이어 그리드 편광자인 표시 장치.
  7. 제1항에서,
    상기 백라이트 유닛은,
    청색 광을 방출하는 광원; 및
    적색 색변환 양자점 및 녹색 색변환 양자점을 포함하는 색변환 시트를 포함하며,
    상기 광원으로부터 방출되는 청색 광은 상기 색변환 시트를 통과하여 백색의 상기 제1 광으로 변환되는 표시 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 산란체층은 1um 내지 10um의 두께를 가지는 표시 장치.
  9. 서로 마주하는 제1 편광판 및 제2 편광판; 그리고
    상기 제1 편광판과 상기 제2 편광판 사이에 위치하는 액정층을 포함하는 표시 패널;
    상기 표시 패널의 제1 면에 위치하고, 상기 표시 패널에 제1 광을 제공하는 백라이트 유닛; 그리고
    상기 표시 패널의 상기 제1 면과 마주하는 제2 면에 위치하는 색필터층을 포함하고,
    상기 색필터층은 상기 표시 패널을 통과한 상기 제1 광을 산란시키는 복수의 산란체를 포함하는 표시 장치.
  10. 제9항에서,
    상기 컬러 필터층은 수지 조성물을 포함하고,
    복수의 상기 산란체는 상기 수지 조성물에 분산 배치되는 표시 장치.
  11. 제9항에서,
    상기 산란체의 직경은 상기 제1 광의 파장의 0.1배 내지 0.5배인 표시 장치.
  12. 제9항에서,
    상기 산란체는 2 이상의 굴절률을 가지는 표시 장치.
  13. 제9항에서,
    상기 제1 편광판 및 제2 편광판 중 적어도 하나는 와이어 그리드 편광자인 표시 장치.
  14. 제9항에서,
    상기 백라이트 유닛은,
    청색 광을 방출하는 광원; 및
    적색 색변환 양자점 및 녹색 색변환 양자점을 포함하는 색변환 시트를 포함하며,
    상기 광원으로부터 방출되는 청색 광은 상기 색변환 시트를 통과하여 백색의 상기 제1 광으로 변환되는 표시 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 산란체를 포함하는 상기 적색 컬러 필터, 상기 녹색 컬러 필터 및 상기 청색 컬러 필터 중 하나 이상은 1um 내지 10um의 두께를 가지는 표시 장치.
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