KR20180022042A - 양자점 조성물, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 장치 - Google Patents
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Abstract
일 측면은 표면에 형성된 기공에 양자점이 침윤된 구조를 가지는 금속 산화물을 포함하는 양자점 조성물, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 장치를 제공하고자 한다.
일 실시 예에 따른 양자 점 조성물은 표면에 형성된 기공에 양자 점이 침윤된 금속 산화물 복합체를 포함하고, 금속 산화물 복합체는, 청색 광에 대해 미에 산란 범위(mie scattering range)의 크기를 가지는 것을 포함한다.
일 실시 예에 따른 양자 점 조성물은 표면에 형성된 기공에 양자 점이 침윤된 금속 산화물 복합체를 포함하고, 금속 산화물 복합체는, 청색 광에 대해 미에 산란 범위(mie scattering range)의 크기를 가지는 것을 포함한다.
Description
양자점을 배리어 특성이 극대화된 랜덤 레이징 복합체에 적용한 양자점 조성물, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 장치에 대한 발명입니다.
액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD)는 인가전압에 따른 액정 투과도의 변화를 이용하여 각종 장치에서 발생하는 여러 가지 전기적인 정보를 시각 정보로 변화시켜 전달하는 장치이다.
액정 표시 장치는 소비 전력량이 적고, 경량, 박형으로 구현이 가능하여액정표널리 사용되고 있지만, 색재현 특성 및 전체 휘도 특성이 열악한 한계가 있다. 최근, 액정표시장치의 색재현 특성 및 휘도 특성을 개선하는데 있어 양자점(Quantum Dot, QD) 소자를 이용하는 기술이 제안된 바 있다.
양자점 소자는 청색 발광 소자 패키지 내부에 양자점 재료를 적층하는 방식, 에지형(edge type) 액정표시장치에 튜브 형태의 양자점 소자를 끼워 넣는 방식, 도광판 상부에 시트 형태의 양자점 소자를 배치하는 방식 등으로 액정표시장치에 적용될 수 있다.
그러나, 전술한 방식에 적용되었던 양자점 소자의 경우 산소, 수분에 취약하여 특수한 배리어 필름을 사용하여야 했다. 한편, 이를 개선하기 위해 실리카를 양자점에 코팅할 경우 양자점의 효율이 저하되는 문제가 있었으며, 양자점의 크기는 가시광 파장의 1% 범위 내이므로 발광 소자에 의해 여기 되는 양자점 비율을 높이도록 양자점 개수를 늘려 사용하여야 하는 문제가 있었다.
일 측면은 표면에 형성된 기공에 양자점이 함침된 구조를 가지는 금속 산화물을 포함하는 양자점 조성물, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 장치를 제공하고자 한다.
보다 상세하게, 금속 산화물의 크기가 청색 광에 대해 미에 산란 범위(mie scattering range)를 가지는 양자점 조성물, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 장치를 제공하고자 한다.
또한, 금속 산화물의 기공에 함침된 양자점의 표면에 코팅 막이 형성된 것을 포함하는 양자점 조성물, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 장치를 제공하고자 한다.
일 측면에 따른 양자점 조성물은, 표면에 형성된 기공에 양자점이 침윤된 금속 산화물 복합체를 포함하고, 상기 금속 산화물 복합체는, 청색 광에 대해 미에 산란 범위(mie scattering range)의 크기를 가지는 것을 포함한다.
또한, 금속 산화물 복합체는, 100 내지 1000 nm 범위 내의 크기를 가지는 것을 포함할 수 있다.
또한, 금속 산화물 복합체는, 산화 티타늄(TiO2), 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 아연(ZnO), 산화 실리콘(SiO2), 산화 크롬(CrO), 산화 지르코늄(ZrO2), 산화 철(Fe3O4), 산화 칼슘(CaO), 이산화텅스텐(WO2), 이산화텔루늄(TeO2), 산화마그네슘(MgO), 산화주석(SnO), 산화티타늄(TiO), 산화아연(Ag2O), 산화코발트(CoO), 산화니켈(NiO) 및 산화알루미늄(AlO)을 포함하는 금속 산화물 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 양자 점은, 표면에 고분자 코팅 막이 형성된 것을 포함할 수 있다.
또한, 금속 산화물 복합체의 기공은, 상기 금속 산화물 복합체의 전체 부피 대비 5 내지 65 범위의 부피 비를 가지는 것을 포함할 수 있다.
또한, 금속 산화물 복합체의 기공은, 상기 기공의 평균 직경이 10 내지 800 nm 범위를 가지는 것을 포함할 수 있다.
또한, 상기 금속 산화물 복합체의 기공 내에 침윤된 양자점은, 전체 매트릭스 100 중량부에 대해 0.5 내지 65 범위의 중량부로 포함될 수 있다.
또한, 양자점 조성물은, 표면에 기공이 형성된 금속 산화물 복합체를 준비하고, 양자점을 코팅하고, 상기 코팅된 양자점을 표면에 기공이 형성된 금속 산화물 복합체의 기공에 침윤시키고, 상기 금속 산화물 복합체를 코팅해 제조된 것을 포함할 수 있다.
다음으로, 일 측면에 따른 양자점 조성물의 제조 방법은, 표면에 기공이 형성된 금속 산화물 복합체를 준비하는 단계; 양자점을 코팅하는 단계; 상기 코팅된 양자점을 표면에 기공이 형성된 금속 산화물 복합체의 기공에 침윤시키는 단계; 및 금속 산화물 복합체를 코팅하는 단계;를 포함한다.
또한, 상기 표면에 기공이 형성된 금속 산화물 복합체를 준비하는 단계는, 청색 광에 대해 미에 산란 범위(mie scattering range)의 크기를 가지는 금속 산화물 복합체를 준비하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 표면에 기공이 형성된 금속 산화물 복합체를 준비하는 단계는, 100 내지 1000 nm 범위의 평균 직경을 가지는 금속 산화물 복합체를 준비하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 표면에 기공이 형성된 금속 산화물 복합체를 준비하는 단계는, 산화 티타늄(TiO2), 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 아연(ZnO), 산화 실리콘(SiO2), 산화 크롬(CrO), 산화 지르코늄(ZrO2), 산화 철(Fe3O4), 산화 칼슘(CaO), 이산화텅스텐(WO2), 이산화텔루늄(TeO2), 산화마그네슘(MgO), 산화주석(SnO), 산화티타늄(TiO), 산화아연(Ag2O), 산화코발트(CoO), 산화니켈(NiO) 및 산화알루미늄(AlO)을 포함하는 금속 산화물 군에서 선택된 적어도 하나의 금속 산화물로 마련된 금속 산화물 복합체를 준비하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 양자 점을 코팅하는 단계는, 고분자를 포함하는 유기 용매에 상기 양자점을 제공하여 상기 양자점의 표면에 고분자 코팅 막을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 코팅된 양자점을 표면에 기공이 형성된 금속 산화물 복합체의 기공에 침윤시키는 단계는, 상기 코팅된 양자점과 상기 금속 산화물 복합체를 미리 준비된 용매에 첨가하고, 상기 용매를 교반하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 상기 용매를 건조하여 양자 점이 침윤된 금속 산화물 복합체를 회수하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 금속 산화물 복합체를 코팅하는 단계는, 상기 산화물 파우더 표면에 유기물 코팅 막을 형성하고, 상기 유기물 코팅 막이 형성된 산화물 파우더 표면에 무기물 코팅 막을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
다음으로, 일 측면에 따른 디스플레이 장치는 전술한 양자점 조성물이 적용된 것을 포함할 수 있다.
또한, 디스플레이 장치는, 백라이트 유닛을 포함하고, 상기 백라이트 유닛의 도광판 패턴에 양자점 조성물이 적용된 것을 포함할 수 있다.
또한, 디스플레이 장치는, 양자 점 조성물이 코팅된 시트를 포함할 수 있다.
일 측면에 따른 양자점 조성물, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 장치에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
먼저, 배리어 특성이 극대화된 랜덤레이징 구조의 양자점 복합체를 사용하여 사용되는 양자점의 양을 줄이면서도 소자의 효율성 개선을 도모할 수 있다.
또한, 별도의 배리어 필름을 사용하지 않음으로 인해 원가 절감의 효과를 도모할 수 있다.
도 1은 나노 기공을 가지는 쉬트(sheet) 형태의 산화 알루미늄(Al2O3) 복합체의 SEM 이미지 이다.
도 2는 도 1의 산화 알루미늄(Al2O3) 복합체를 수백 나노미터에서 수 마이크로 사이즈로 볼밀링한 SEM 이미지이다.
도 3은 일 실시 예에 의한 양자점 조성물 제조 과정의 흐름도 이다.
도 4는 일 실시 예에 의한 양자점 조성물 제조 과정의 흐름을 도시한 개략도 이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 청색 광의 광 파장 변환 실험 결과를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 산화 알루미늄(Al2O3) 복합체를 수백 나노미터에서 수 마이크로 사이즈로 볼밀링한 SEM 이미지이다.
도 3은 일 실시 예에 의한 양자점 조성물 제조 과정의 흐름도 이다.
도 4는 일 실시 예에 의한 양자점 조성물 제조 과정의 흐름을 도시한 개략도 이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 청색 광의 광 파장 변환 실험 결과를 도시한 도면이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 본 명세서가 실시 예들의 모든 요소들을 설명하는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 일반적인 내용 또는 실시 예들 간에 중복되는 내용은 생략한다.
또한 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.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다.
이하 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명의 실시 예들에 대해 설명한다.
게시된 발명에 따른 양자점 조성물은 표면에 형성된 기공에 양자점이 침윤된 금속 산화물 복합체를 포함한다.
금속 산화물 복합체는 랜덤 레이징 나노-마이크로 복합체 형태로 제공될 수 있다. 이하, 본 명세서에서 나노-마이크로 복합체는 직경이 나노 또는 마이크로 스케일로 마련된 복합체를 의미하며, 특별한 한정 표현이 없는 한 복합체와 같은 표현은 나노-마이크로 복합체를 의미할 수 있다.
금속 산화물 복합체는 100 내지 1000 nm 범위의 직경을 가지는 것이 사용될 수 있다. 금속 산화물의 직경은 미에(Mie) 산란 이론을 기초로 산출한 것으로, 금속 산화물의 직경이 청색 광에 대해 미에 산란 범위(mie scattering range) 직경을 가지도록 산출되었다.
미에 산란은 광의 파장과 산란을 일으키는 입자의 크기가 비슷할 경우 광의 산란 특성에 대한 이론으로, 광의 파장과 산란을 일으키는 입자의 크기가 비슷할 경우 광이 비슷한 정도로 산란을 일으킨다는 이론이다.
게시된 발명에서는 약 400 내지 500 nm의 파장 범위를 가지는 청색 광을 기준으로 λ/4 내지 2λ배의 직경을 가지는 금속 산화물 복합체를 사용해 양자점 조성물을 제공하고자 한다. 게시된 발명은 앞서 예시한 직경을 가지는 금속 산화물 복합체를 재료로 양자점 조성물을 제공 함으로써, 광 효율이 향상된 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
금속 산화물 복합체는 표면에 나노 사이즈의 기공이 형성된 것을 포함할 수 있다. 이러한 금속 산화물 복합체의 기공은, 10 내지 800 nm 범위의 평균 직경을 가질 수 있다. 또한, 금속 산화물 복합체의 기공은 금속 산화물 복합체의 전체 부피 대비 5 내지 65 범위의 부피 비를 가질 수 있다. 이로 인해, 금속 산화물 복합체의 기공 내에 침윤된 양자점은, 전체 매트릭스 100 중량부에 대해 0.5 내지 65 범위의 중량부의 비율을 가질 수 있다.
금속 산화물 복합체의 기공에는 양자점이 침윤되게 되는데, 기공의 크기가 지나치게 크거나 금속 산화물 복합체의 전체 부피 대비 기공 비율이 높을 경우, 금속 산화물 복합체의 기공에 침윤된 양자점 간의 간격이 좁아져 양자점의 성능발현이 어려울 수 있다. 한편, 기공의 크기가 지나치게 작거나 금속 산화물 복합체의 전체 부피 대비 기공 비율이 낮을 경우, 금속 산화물 복합체의 기공에 침윤 가능한 양자점의 절대적 량이 감소하여 양자점의 성능 발현이 어려울 수 있다. 이에, 금속 산화물 복합체 표면에 형성되는 기공의 크기 및 금속 산화물 복합체의 전체 부피 대비 기공의 부피 비를 적절하게 조절하여야 할 것이다.
금속 산화물의 종류로는 산화 티타늄(TiO2), 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 아연(ZnO), 산화 실리콘(SiO2), 산화 크롬(CrO), 산화 지르코늄(ZrO2), 산화 철(Fe3O4), 산화 칼슘(CaO), 이산화텅스텐(WO2), 이산화텔루늄(TeO2), 산화마그네슘(MgO), 산화주석(SnO), 산화티타늄(TiO), 산화아연(Ag2O), 산화코발트(CoO), 산화니켈(NiO) 및 산화알루미늄(AlO)를 포함하는 금속 산화물 군에서 선택된 적어도 하나가 적용될 수 있으나, 적용 가능한 금속 산화물의 종류가 전술한 예들에 한정되는 것은 아니다.
금속 산화물 복합체는 쉬트(sheet) 형태의 금속 산화물 복합체를 수백 나노미터에서 수 마이크로미터 사이즈로 볼밀링한 것을 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2는 나노 기공을 가지는 쉬트(sheet) 형태의 산화 알루미늄(Al2O3) 복합체를 수백 나노미터에서 수 마이크로 사이즈로 볼밀링한 SEM 이미지이다.
구체적으로, 도 1은 쉬트(sheet) 형태의 산화 알루미늄 복합체 표면의 이미지로, 산화 알루미늄 복합체 표면에 수 많은 나노 기공이 형성되어 있음을 확인할 수 있었다. 도 2는 쉬트 형태의 산화 알루미늄(Al2O3) 복합체를 수백 나노미터에서 수 마이크로 사이즈로 볼밀링한 이미지로, 볼밀링된 산화 알루미늄 복합체 표면은 수 많은 나노 기공을 포함한다. 한편, 게시된 발명에 따른 금속 산화물 복합체의 제공 방식이 볼 밀링 공법에 한정되는 것은 아니며, 통상의 기술자가 쉽게 실시할 수 있는 범위 내의 변경을 포함할 수 있을 것이다.
금속 산화물 복합체의 기공 내부에는 양자 점이 마련될 수 있다. 양자 점은 표면에 고분자 코팅 막이 형성된 것을 포함할 수 있다. 일 예로, 양자 점은 양자 점 분산이 용이한 유기 용매에 코팅 막의 주 재료가 되는 고분자를 혼합해 고분자 유기 용매를 마련하고, 고분자 유기 용매 내에 양자 점을 혼합하는 방식으로 코팅 가능할 수 있다.
유기 용매로는 톨루엔(Toluene), 헥산(Hexane), 클로로폼(Chloroform), n-옥테인(n-octane) 등의 용매가 사용될 수 있으며, 고분자로는 PMMA-co-MMA, PS-b-P(S-r-4HS), P(S-r-4VP)-b-PMMA, PS-b-PFS, poly(vinylsilazane)-block-polystyrene, 폴리노보넨-b-폴리노보넨데카보레인(polynorbornene-block-polynorbornenedecaborane) 등이 사용될 수 있다. 다만, 사용 가능한 유기 용매와 고분자의 예가 전술한 예들에 한정되는 것은 아니다.
게시된 발명은, 금속 산화물 복합체의 기공 내부에 고분자 코팅 막이 형성된 양자 점을 수용시킴으로써 빛, 수분에 대한 입자의 내구성을 개선할 수 있다. 아울러, 후술하는 산화물 파우더의 코팅 공정에서 일반적으로 산성 용매를 사용하게 되는데, 양자 점의 표면에 형성된 코팅 막에 의해 코팅 과정에서 양자 점들이 보호될 수 있다.
이상으로, 양자점 조성물의 성분에 대해 설명하였다. 이하, 이해를 돕기 위해 이러한 양자점 조성물의 제조 방법에 대해 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 3은 일 실시 예에 의한 양자점 조성물 제조 과정의 흐름도 이고, 도 4는 일 실시 예에 의한 양자점 조성물의 제조 과정의 흐름을 도시한 개략도 이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바를 참조하면, 일 실시 예에 의한 양자점 조성물의 제조 과정은 표면에 기공(H)이 형성된 금속 산화물 복합체(MO)를 준비하는 단계와(10), 양자점(QD)을 코팅하는 단계와(15), 코팅된 양자점(QD)을 표면에 기공(H)이 형성된 금속 산화물 복합체(MO)의 기공(H)에 침윤시키는 단계와(20), 금속 산화물 복합체(MO)를 코팅하는 단계(25)를 포함할 수 있다.
먼저, 금속 산화물 복합체(MO)를 준비하는 단계가 수행될 수 있다(10). 금속 산화물 복합체(MO)는 랜덤 레이징 나노-마이크로 복합체 형태로 제공될 수 있다. 이를 위해 금속 산화물 복합체(MO)는 100 내지 1000 nm 범위의 직경을 가질 수 있다. 금속 산화물의 직경은 미에(Mie) 산란 이론을 기초로 산출한 것으로, 청색 광에 대한 미에 산란 범위의 직경을 가지는 것을 기준으로 산출되었으며, 전술한 바와 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
금속 산화물 복합체(MO)를 준비하는 것은, 산화 티타늄(TiO2), 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 아연(ZnO), 산화 실리콘(SiO2), 산화 크롬(CrO), 산화 지르코늄(ZrO2), 산화 철(Fe3O4), 산화 칼슘(CaO), 이산화텅스텐(WO2), 이산화텔루늄(TeO2), 산화마그네슘(MgO), 산화주석(SnO), 산화티타늄(TiO), 산화아연(Ag2O), 산화코발트(CoO), 산화니켈(NiO) 및 산화알루미늄(AlO)를 포함하는 금속 산화물 군에서 선택된 적어도 하나의 금속 산화물로 마련된 금속 산화물 복합체(MO)를 준비하는 것을 포함할 수 있다. 다만, 사용 가능한 금속 산화물의 예가 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 양자 점(QD)을 코팅하는 단계가 수행될 수 있다(15). 양자 점(QD)을 코팅하는 단계는, 고분자를 포함하는 유기 용매에 양자 점(QD)을 제공하여 양자 점(QD)의 표면에 고분자 코팅 막(PL)을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 보다 상세하게, 양자 점(QD) 분산이 용이한 유기 용매에 코팅 막(PL)의 주 재료가 되는 고분자를 혼합해 고분자 유기 용매를 마련하고, 고분자 유기 용매 내에 양자 점(QD)을 제공하여 양자 점(QD)의 표면에 고분자 코팅 막(PL)을 형성할 수 있다.
유기 용매로는 톨루엔(Toluene), 헥산(Hexane), 클로로폼(Chloroform), n-옥테인(n-octane)등의 용매가 사용될 수 있으며, 고분자로는 PMMA-co-MMA, PS-b-P(S-r-4HS), P(S-r-4VP)-b-PMMA, PS-b-PFS, poly(vinylsilazane)-block-polystyrene, 폴리노보넨-b-폴리노보넨데카보레인(polynorbornene-block-polynorbornenedecaborane), 등이 사용될 수 있다. 다만, 사용 가능한 유기 용매와 고분자의 예가 전술한 예들에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 코팅된 양자 점(QD)을 표면에 기공(H)이 형성된 금속 산화물 복합체(MO)의 기공(H)에 침윤시키는 단계가 수행될 수 있다(20). 본 단계는 코팅된 양자 점(QD)과 금속 산화물 복합체(MO)를 미리 준비된 용매에 첨가한 후, 용매를 교반하는 방식으로 수행될 수 있다. 교반이 완료되면 용매를 건조하여 양자 점(QD)이 침윤된 금속 산화물 복합체(MO)를 회수할 수 있다. 본 실시 예에서, 금속 산화물 복합체(MO)는 파우더 형태로 회수되게 된다.
다음으로, 금속 산화물 복합체(MO)를 코팅하는 단계가 수행될 수 있다(25).
금속 산화물 복합체(MO)를 코팅하는 단계는, 금속 산화물 복합체(MO) 표면에 유기물 코팅 막(OL)을 형성하고(27), 유기물 코팅 막(OL)이 형성된 금속 산화물 복합체(MO) 표면에 무기물 코팅 막(IOL)을 형성하는 것(27)을 포함할 수 있다.
일 예로, 금속 산화물 복합체(MO) 표면에 유기물 코팅 막(OL)을 형성하는 단계는 유기 용매에 코팅 막(OL)의 주 재료가 되는 고분자를 혼합해 고분자 유기 용매를 마련하고, 고분자 유기 용매 내에 금속 산화물 복합체(MO)를 제공하는 것을 포함할 수 있다. 본 실시 예에서는 PS-PE0 블락코폴리머와 같은 고분자가 사용될 수 있으나, 사용 가능한 고분자의 예가 이에 한정되는 것은 아니다.
이어서, 표면에 유기물 코팅 막(OL)이 형성된 금속 산화물 복합체(MO)를 용매에 다시 분산시키고, 용매에 실리카 전구체를 반응시켜 산화물 복합체(MO) 표면에 무기물 코팅 막(IOL)을 형성하는 과정이 수행될 수 있다.
전술한 실시 예에서는 유기물 코팅 막(OL)과 무기물 코팅 막(IOL)을 모두 형성하는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 금속 산화물 복합체(MO)를 코팅하는 방식이 전술한 예에 한정되는 것은 아니다. 일 예로 유기물 코팅 막(OL)과 무기물 코팅 막(OL) 중 하나의 막 만을 형성할 수 있으며, 실시 예에 따라 복수 개의 유기물 코팅 막 또는 복수 개의 무기물 코팅 막을 형성할 수도 있을 것이다.
금속 산화물 복합체(MO) 표면에 코팅 막을 형성하는 공정이 완료되면 코팅 막이 형성된 금속 산화물 복합체(MO)를 용매에 분산시켜 콜로이드 형태의 양자점 조성물을 획득할 수 있다(30).
이상으로, 양자점 조성물 및 양자점 조성물의 제조 방법의 실시 예에 대해 설명하였다. 앞서 설명한 바에 따른 방식으로 제조된 양자점 조성물은 디스플레이 장치에 적용될 수 있다. 구체적으로, 디스플레이 장치 백라이트 유닛의 도광판에 패턴을 형성하기 위한 패턴용 잉크로 적용될 수 있으며, 디스플레이 장치의 반사 부재에 코팅될 수 있다. 뿐만 아니라 엣지형 디스플레이의 발광 모듈 전면에 배치되는 양자 점 필터에 적용될 수도 있으며, 발광 모듈의 광학 렌즈에 도포되는 방식으로 적용될 수도 있다.
이하, 이해를 돕기 위해, 디스플레이 장치에 게시된 발명에 따른 양자점 조성물이 적용되는 방식에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.
도 5는 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 바를 참조하면, 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치는 백라이트 유닛(100)과 표시부(200)를 포함할 수 있다. 발명의 기술적 사상이 도 3에 도시된 바에 의해 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 생략될 수 있음은 물론이다.
백라이트 유닛(100)은 도광판(110), 도광판(110)의 측면에 배치되어 광을 제공하는 발광 모듈(120), 발광 모듈(120)과 도광판(110)의 일측면 사이에 배치되는 양자점 필터(130), 도광판(110)의 하부에 배치되는 반사 부재(140), 도광판(110) 상부에 배치되는 적어도 하나의 광학 시트(150)를 포함할 수 있다.
또한, 백라이트 유닛(100)은 도광판(110), 발광 모듈(120), 양자점 필터(130) 및 반사 부재(140)를 수납하는 하부 커버(160)를 포함할 수 있다. 또한, 백라이트 유닛(100)은 양자점 필터(130)에 결합하는 방열 부재(170)를 포함할 수 있다.
도광판(110)은 입사되는 광을 확산시켜 면광원화 시키는 기능을 수행한다. 도광판(110)은 발광 모듈(120)에서 조사된 광이 입사되면, 전반사 등을 통해 이를 확산시켜 면광원화 시킨다. 도광판(110)에 의해 확산된 광은 표시부(200)를 향하여 조사될 수 있다.
도광판(110)은 투명한 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어 도광판(110)은 PMMA(polymethyl metaacrylate)와 같은 아크릴 수지 계열, PET(polyethylene terephthalate), PC(poly carbonat), COC(cycloolefin copolymer) 및 PEN(polyethylene naphthalate) 수지 중 하나를 포함할 수 있다.
발광 모듈(120)은 도광판(110)의 적어도 일 측면에 결합할 수 있다.
발광 모듈(120)은 기판(121), 기판(121) 상에 소정 간격으로 배치되는 복수의 발광 소자 패키지(122) 등을 포함할 수 있다.
기판(121)은 발광 소자 패키지(122)에 전기신호를 공급하기 위한 회로패턴을 포함하는 인쇄회로기판(Printed Circuit Board; PCB)을 포함할 수 있다.
각 발광 소자 패키지(122)는 기판(121) 상에 형성된 회로패턴에 전기적으로 연결되며, 디스플레이 장치(50)의 광원으로 동작한다. 즉, 각 발광소자 패키지(1220)는 기판(121)의 회로패턴으로부터 전기신호를 인가 받아 이를 광 신호로 변환하여 출력할 수 있다.
각 발광 소자 패키지(122)는 점광원으로 동작하는 발광 다이오드를 포함할 수 있다.
발광 소자 패키지(122)는 하부 커버(160)의 측면 또는 방열 플레이트(미도시) 위에 마련될 수도 있다. 이 경우, 발광 소자 패키지(122)를 지지하기 위한 기판(121)이 생략될 수도 있다.
발광 모듈(120)과 도광판(110) 사이에는 광파장 변환부재인 양자점 필터(130)가 배치될 수 있다. 양자점 필터(130)는 게시된 발명에 따른 양자점 조성물이 적용된 것을 포함할 수 있다. 양자점 필터(130)는 양자점 효과를 통해 발광 모듈(120)로부터 조사되는 광을 파장 변환하여 도광판(110)으로 방출할 수 있다. 일 예로 발광 모듈(120)로부터 청색 광이 조사되면, 이를 백색 광으로 파장 변환하여 방출할 수 있다.
양자점은 좁은 파장대에서 강한 형광을 발생하게 되는데 양자점이 발산하는 광은 전도대(Conduction band)에서 가전자대(valance band)로 불안정한(들뜬) 상태의 전자가 내려오면서 발생하게 된다. 이 때 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. 양자점은 발광특성이 우수하므로 양자점을 이용하여 백색광을 구현하는 경우 기존의 백색 발광 다이오드에 비하여 녹색과 적색의 색 재현율이 높아지는 효과가 있다.
양자점 필터(130)는 광원이 방출하는 광과, 양자점을 통해 변환하고자 하는 광의 종류에 따라서 크기가 상이한 양자점을 포함할 수 있다. 보다 상세하게, 양자점 조성물 내의 금속 복합체의 기공에 수용된 양자점은 양자점을 통해서 변환하고자 하는 광의 종류에 따라 다양한 크기로 마련될 수 있다.
예를 들어, 청색 광을 방출하는 발광 소자를 광원으로 사용하고, 양자점 필터를 통해 백색 광을 방출하고자 하는 경우, 후술하는 예에 따른 양자점 조성물이 적용된 양자점 필터(130)를 사용할 수 있다.
구체적으로, 양자점 조성물의 금속 산화물 복합체는 금속 산화물 복합체의 기공 내에 청색 파장 대의 광을 흡수하여 녹색 파장 대의 광을 방출하는 양자점과 청색 파장 대의 광을 흡수하여 적색 파장 대의 광을 방출하는 양자점을 랜덤하게 수용할 수 있다.
이에 따라, 광원에서 방출된 청색 광이 양자 점 필터를 통과하는 과정에서, 양자 점이 청색 광을 흡수하여 녹색 또는 적색 파장 대역의 광으로 변환하게 되고, 그 결과 청색, 녹색, 적색 파장의 광이 서로 혼합되어 백색 광이 방출되게 된다.
아울러, 금속 산화물 복합체가 랜덤 레이징 나노-마이크로 복합체 형태로 제공됨으로 인해 광의 난반사를 유도하여 사용하는 양자점의 양을 효율적으로 개선할 수 있다.
도광판(110) 하부에는 반사 부재(140)가 배치될 수 있다.
반사 부재(140)는 도광판(110)의 하면으로 입사된 광을 반사시켜 도광판(110)을 향하게 함으로써, 백라이트 유닛(100)의 휘도를 향상시킬 수 있다. 반사 부재(140)는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리염화비닐(PVC) 등의 재질로 마련될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도광판(110)의 상부에는 투과성을 가지는 적어도 하나의 광학 시트(150)가 배치될 수 있다. 광학 시트(150)는 도광판(110)으로부터 입사하는 광의 특성을 개선하기 위해 사용될 수 있다.
광학 시트(150) 는 확산 시트(151), 프리즘 시트(152) 및 보호 시트(153)를 포함할 수 있다.
확산 시트(151)는 발광 모듈(120)로부터 입사된 광이 넓은 범위에서 균일한 분포를 가지도록 확산시켜 표시 패널(210)에 조사할 수 있다.
프리즘 시트(152)는 프리즘 시트(152)로 입사되는 광들 중에서 경사지게 입사되는 광이 수직으로 출사되도록 편향시키는 기능을 수행할 수 있다. 확산 시트(151)로부터 출사되는 광을 수직으로 변화시키도록 표시패널(210)과 확산 시트(151) 사이에는 적어도 두 개 이상의 프리즘 시트(152)가 배치될 수 있다.
보호 시트(153)는 수분 등의 오염으로부터 하부판들을 보호하도록 마련된다. 또한 보호 시트(153)를 배치함으로써 무아레(Moire) 현상을 방지하고 시야 각이 넓어지도록 하는 효과를 도모할 수 있다.
반사 부재(140)의 하부에는 하부 커버(160)가 배치될 수 있다.
하부 커버(160)는 금속 등으로 이루어지며, 상부가 개구된 박스 형상으로 마련될 수 있다. 예를 들어, 하부 커버(160)는 금속 플레이트 등이 절곡 또는 만곡되어 형성될 수 있다.
하부 커버(160)의 절곡 또는 만곡되어 형성되는 공간에는 발광 모듈(120), 도광판(110), 양자점 필터(130) 및 반사 부재(140)가 수용된다. 또한, 하부 커버(160)는 광학 시트(150) 및 표시부(200)를 지지하는 기능을 수행한다.
표시부(200)는 표시 패널(210) 및 구동 회로부(220)를 포함할 수 있다. 또한, 표시부(200)는 표시패널(210)을 지지하는 패널 가이드(230), 표시 패널(210)의 가장자리를 감싸며 패널 가이드(230)와 결합되는 상부 케이스(240) 등을 더 포함할 수 있다.
표시 패널(210)의 일측에는 구동 회로부(220)가 연결될 수 있다. 구동 회로부(220)는 박막 트랜지스터 기판의 게이트 라인에 스캔 신호를 공급하는 인쇄회로기판(221)과, 데이터 라인에 데이터 신호를 공급하는 인쇄회로기판(222)을 포함할 수 있다.
한편, 양자점 필터(130)가 적용된 디스플레이 장치(40)의 경우 우수한 색채 재현성을 가지는 반면, 양자점 필터(130)가 고온에 의해 열화 되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 백라이트 유닛(100)에서 양자점을 포함하는 양자점 필터(130)가 발광 모듈(120)과 인접하게 배치되는 경우 양자점 필터(130)의 수명이 단축될 수 있다.
게시된 발명의 실시 예들에 따르면, 양자점 필터(130)의 고온에 의한 열화 현상을 개선하기 위해 적어도 하나의 방열 부재(170)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 양자점 필터(130)의 상부 및 하부에 방열 부재(171, 172)가 각각 설치될 수 있다. 방열 부재(170)는 양자점 필터(130)를 발광 모듈(120)에서 발생하는 열로부터 보호하는 기능을 수행할 수 있다.
도 6에서는 게시된 발명에 따른 양자점 조성물이 엣지형 디스플레이의 양자점 필터에 적용되는 경우를 예로 들어 도시하였다. 다만, 발명의 기술적 사상이 전술한 예에 의해 한정되는 것은 아니며 게시된 발명에 따른 양자점 조성물이 다른 형태로 적용될 수도 있다.
양자점 조성물은 도광판(110)의 패턴을 형성하는 패턴용 잉크로 적용될 수 있으며, 반사 부재(140)의 일면을 코팅하기 위한 코팅용 잉크로 적용될 수도 있다. 아울러, 전술한 바와 같이 발광 모듈(120)의 발광 소자 패키지(122) 주위에 마련된 광학 렌즈에 도포되는 방식으로 적용될 수도 있을 것이다.
이상으로, 게시된 발명에 따른 양자점 조성물이 적용된 디스플레이 장치의 예를 설명하였다.
다음으로, 이해를 돕기 위해 게시된 발명에 따른 랜덤 레이징 배리어가 적용된 양자점과, 적용되지 않은 양지점에 대한 조도 실험 결과를 설명하도록 한다.
실험 예 1에서는 1000 ㎛ 이하의 직경을 가지는 금속 산화물 복합체의 기공에 양자점을 침윤시킨 후, 바인더를 첨가하고 이를 경화시켜 시편을 제조하였다. 이후, 시편에 청색 광을 조사하였다.
비교 예 1에서는 40 내지 63 ㎛ 범위 내의 직경을 가지는 금속 산화물 복합체의 기공에 양자점을 침윤시킨 후, 바인더를 첨가하고 이를 경화시켜 시편을 제조하였다. 이후, 시편에 청색 광을 조사하였다.
청색 광의 광 파장 실험 결과를 표 1과 도 4에 도시하였다.
| 조건 | CIE | 루멘(lm) | |
| Cx | Cy | ||
| 실험 예 1 | 0.156 | 0.022 | 58.2 |
| 비교 예 1 | 0.241 | 0.068 | 45.0 |
| 청색 광 | 0.422 | 0.165 | 33.5 |
표 1 및 도 4에 도시된 바를 참조하면, 실험 예 1의 경우 광선속(luminous flux)에 해당하는 루멘이 비교 예 1의 경우에 비해 약 1.8배 정도 향상됨을 확인할 수 있었다.
실시 예 1과 같이 1000 ㎛이하의 금속 산화물 복합체를 사용할 경우, 비교 예 1과 비교해 청색 광을 적색 광으로 보다 잘 변환할 수 있었으며, 결과적으로 광 효율성이 향상됨을 확인할 수 있었다.
이상에서와 같이 첨부된 도면을 참조하여 개시된 실시예들을 설명하였다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고도, 개시된 실시예들과 다른 형태로 본 발명이 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 개시된 실시예들은 예시적인 것이며, 한정적으로 해석되어서는 안 된다.
50: 디스플레이 장치
100: 백라이트 유닛
110: 도광판
120: 발광 모듈
130: 양자점 필터
140: 반사 부재
150: 광학 시트
160: 하부 커버
200: 표시부
100: 백라이트 유닛
110: 도광판
120: 발광 모듈
130: 양자점 필터
140: 반사 부재
150: 광학 시트
160: 하부 커버
200: 표시부
Claims (19)
- 표면에 형성된 기공에 양자점이 침윤된 금속 산화물 복합체를 포함하고,
상기 금속 산화물 복합체는,
청색 광에 대해 미에 산란 범위(mie scattering range)의 크기를 가지는 것을 포함하는 양자점 조성물. - 제 1항에 있어서,
상기 금속 산화물 복합체는,
100 내지 1000 nm 범위 내의 크기를 가지는 것을 포함하는 양자점 조성물. - 제 1항에 있어서,
상기 금속 산화물 복합체는,
산화 티타늄(TiO2), 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 아연(ZnO), 산화 실리콘(SiO2), 산화 크롬(CrO), 산화 지르코늄(ZrO2), 산화 철(Fe3O4), 산화 칼슘(CaO), 이산화텅스텐(WO2), 이산화텔루늄(TeO2), 산화마그네슘(MgO), 산화주석(SnO), 산화티타늄(TiO), 산화아연(Ag2O), 산화코발트(CoO), 산화니켈(NiO) 및 산화알루미늄(AlO)을 포함하는 금속 산화물 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 양자점 조성물. - 제 1항에 있어,
상기 양자 점은,
표면에 고분자 코팅 막이 형성된 것을 포함하는 양자점 조성물. - 제 1항에 있어서,
상기 금속 산화물 복합체의 기공은,
상기 금속 산화물 복합체의 전체 부피 대비 5 내지 65 범위의 부피 비를 가지는 것을 포함하는 양자점 조성물. - 제 1항에 있어서,
상기 금속 산화물 복합체의 기공은,
상기 기공의 평균 직경이 10 내지 800 nm 범위를 가지는 것을 포함하는 양자점 조성물. - 제 1항에 있어서,
상기 금속 산화물 복합체의 기공 내에 침윤된 양자점은,
전체 매트릭스 100 중량부에 대해 0.5 내지 65 범위의 중량부로 포함된 양자점 조성물. - 제 1항에 있어서,
상기 양자점 조성물은,
표면에 기공이 형성된 금속 산화물 복합체를 준비하고,
양자점을 코팅하고,
상기 코팅된 양자점을 표면에 기공이 형성된 금속 산화물 복합체의 기공에 침윤시키고,
상기 금속 산화물 복합체를 코팅해 제조된 것을 포함하는 양자점 조성물. - 표면에 기공이 형성된 금속 산화물 복합체를 준비하는 단계;
양자점을 코팅하는 단계;
상기 코팅된 양자점을 표면에 기공이 형성된 금속 산화물 복합체의 기공에 침윤시키는 단계; 및
상기 금속 산화물 복합체를 코팅하는 단계;를 포함하는 양자점 조성물의 제조 방법 - 제 9항에 있어서,
상기 표면에 기공이 형성된 금속 산화물 복합체를 준비하는 단계는,
청색 광에 대해 미에 산란 범위(mie scattering range)의 크기를 가지는 금속 산화물 복합체를 준비하는 것을 포함하는 양자점 조성물의 제조 방법. - 제 9항에 있어서,
상기 표면에 기공이 형성된 금속 산화물 복합체를 준비하는 단계는,
100 내지 1000 nm 범위의 크기를 가지는 금속 산화물 복합체를 준비하는 것을 포함하는 양자점 조성물의 제조 방법. - 제 9항에 있어서,
상기 표면에 기공이 형성된 금속 산화물 복합체를 준비하는 단계는,
산화 티타늄(TiO2), 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 아연(ZnO), 산화 실리콘(SiO2), 산화 크롬(CrO), 산화 지르코늄(ZrO2), 산화 철(Fe3O4), 산화 칼슘(CaO), 이산화텅스텐(WO2), 이산화텔루늄(TeO2), 산화마그네슘(MgO), 산화주석(SnO), 산화티타늄(TiO), 산화아연(Ag2O), 산화코발트(CoO), 산화니켈(NiO) 및 산화알루미늄(AlO)을 포함하는 금속 산화물 군에서 선택된 적어도 하나의 금속 산화물로 마련된 금속 산화물 복합체를 준비하는 것을 포함하는 양자점 조성물의 제조 방법. - 제 9항에 있어서,
상기 양자 점을 코팅하는 단계는,
고분자를 포함하는 유기 용매에 상기 양자점을 제공하여 상기 양자점의 표면에 고분자 코팅 막을 형성하는 것을 포함하는 양자점 조성물의 제조 방법. - 제 9항에 있어서,
상기 코팅된 양자점을 표면에 기공이 형성된 금속 산화물 복합체의 기공에 침윤시키는 단계는,
상기 코팅된 양자점과 상기 금속 산화물 복합체를 미리 준비된 용매에 첨가하고,
상기 용매를 교반하는 것을 포함하는 양자점 조성물의 제조 방법. - 제 14항에 있어서,
상기 용매를 건조하여 양자 점이 침윤된 금속 산화물 복합체를 회수하는 단계;를 더 포함하는 양자 점 조성물의 제조 방법. - 제 9항에 있어서,
상기 금속 산화물 복합체를 코팅하는 단계는,
상기 산화물 파우더 표면에 유기물 코팅 막을 형성하고,
상기 유기물 코팅 막이 형성된 산화물 파우더 표면에 무기물 코팅 막을 형성하는 것을 포함하는 양자 점 조성물의 제조 방법. - 제 1항 내지 제 8항의 양자 점 조성물이 적용된 디스플레이 장치.
- 제 17항에 있어서,
상기 디스플레이 장치는,
백라이트 유닛을 포함하고,
상기 백라이트 유닛의 도광판 패턴에 상기 양자점 조성물이 적용된 것을 포함하는 디스플레이 장치. - 제 17항에 있어서,
상기 디스플레이 장치는,
상기 양자 점 조성물이 코팅된 시트를 포함하는 디스플레이 장치.
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