KR20200026408A - 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

일 실시예에 따른 백라이트 유닛은 광원, 그리고 상기 광원에서 방출되는 광을 전달 및 변환하는 광학 부재를 포함한다. 상기 광학 부재는 도광판, 상기 도광판 위에 위치하며 상기 도광판의 굴절률보다 작은 굴절률을 가진 저굴절률층, 상기 저굴절률층 위에 위치하며 UV-B 및 UV-C의 최대 투과율이 40% 이하인 차단층, 그리고 상기 차단층 위에 위치하며 양자점을 포함하는 파장 변환층을 포함한다.

Description

백라이트 유닛 및 이를 포함하는 표시 장치{BACKLIGHT UNIT AND DISPLAY DEVICE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 두 기판 사이에 액정층이 충전되어 있는 표시 패널을 포함한다. 액정 표시 장치는 액정층의 액정 분자들의 방향을 제어하여 화소 단위로 광의 투과율을 조절함으로써 영상을 표시한다. 액정 표시 장치의 표시 패널은 비발광성인 수광 소자이므로, 액정 표시 장치는 일반적으로 액정 표시 패널의 배면에서 표시 패널에 광을 제공하는 백라이트 유닛(backlight unit)을 포함한다.
백라이트 유닛은 발광다이오드(LED) 같은 광원, 그리고 광원에서 방출된 광을 표시 패널에 균일하게 전달하기 위한 광학 부재를 포함할 수 있다. 최근에는 양자점(quantum dot)을 백라이트 유닛에 적용하는 기술이 개발되고 있다. 양자점의 적용 시 넓은 색 영역을 제공할 수 있고 색 재현성을 향상시킬 수 있다. 또한, 높은 피크 휘도를 얻을 수 있고, 전력 소비를 줄일 수 있는 등 여러 장점이 있다.
실시예들은 개선된 광학적 특성을 가진 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 표시 장치를 제공하는 것이다.
일 실시예에 다른 백라이트 유닛은 광원, 그리고 상기 광원에서 방출되는 광을 전달 및 변환하는 광학 부재를 포함한다. 상기 광학 부재는 도광판, 상기 도광판 위에 위치하며 상기 도광판의 굴절률보다 작은 굴절률을 가진 저굴절률층, 상기 저굴절률층 위에 위치하며 UV-B 및 UV-C의 최대 투과율이 40% 이하인 차단층, 그리고 상기 차단층 위에 위치하며, 양자점을 포함하는 파장 변환층을 포함한다.
상기 차단층은 UV-C의 최대 투과율이 20% 이하일 수 있다.
상기 자외선 차광층은 금속 산화물을 포함할 수 있다.
상기 금속 산화물은 인듐 산화물, 아연 산화물, 지르코늄 산화물, 인듐-아연 산화물, 인듐-주석 산화물, 인듐-갈륨-아연 산화물, 인듐-주석-아연 산화물, 인듐-주석-갈륨-아연 산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 차단층은 440-485nm의 청색광의 최소 투과율이 70% 이상일 수 있다.
상기 차단층은 447nm 파장의 투과율이 80% 이상일 수 있다.
상기 광학 부재는 상기 차단층과 상기 파장 변환층 사이에 제1 캐핑층을 더 포함할 수 있고, 상기 제1 캐핑층은 무기 물질을 포함할 수 있다.
상기 광학 부재는 상기 파장 변환층 위에 제2 캐핑층을 더 포함할 수 있고, 상기 제2 캐핑층은 무기 물질을 포함할 수 있다.
상기 광학 부재는 상기 제2 캐핑층 위에 오버코트층을 더 포함할 수 있고, 상기 오버코트층은 유기 물질을 포함할 수 있다.
상기 차단층의 상면과 상기 파장 변환층의 하면이 접할 수 있다.
일 실시예에 다른 백라이트 유닛은 광원, 그리고 상기 광원에서 방출되는 광을 전달 및 변환하는 광학 부재를 포함한다. 상기 광학 부재는 도광판, 상기 도광판 위에 위치하며 상기 도광판의 굴절률보다 작은 굴절률을 가진 저굴절률층, 상기 저굴절률층 위에 위치하는 제1 캐핑층, 그리고 상기 제1 캐핑층 위에 위치하며, 양자점을 포함하는 파장 변환층을 포함한다. 상기 제1 캐핑층은 제1 층 및 상기 제1 층 위의 제2 층을 포함하는 복수의 층을 포함하고, 상기 제1 층은 규소 질화물을 포함한다.
상기 제2 층은 규소 질화물을 포함할 수 있다.
상기 제1 층은 상기 제2 층보다 치밀할 수 있다.
상기 제2 층은 규소 질화물과 다른 물질을 포함할 수 있다.
상기 저굴절률층 및 상기 파장 변환층은 유기 물질을 포함할 수 있고, 상기 제1 캐핑층은 무기 물질을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 표시 장치는 표시 패널 및 상기 표시 패널에 광을 공급하는 백라이트 유닛을 포함한다. 상기 백라이트 유닛은 광원, 그리고 상기 광원에서 방출되는 광을 전달 및 변환하는 광학 부재를 포함한다. 상기 광학 부재는 도광판, 상기 도광판 위에 위치하며 상기 도광판의 굴절률보다 작은 굴절률을 가진 저굴절률층, 상기 저굴절률층 위에 위치하며, UV-B 및 UV-C의 최대 투과율이 40% 이하인 차단층, 그리고 상기 차단층 위에 위치하며 양자점을 포함하는 파장 변환층을 포함한다.
상기 차단층은 UV-C의 최대 투과율이 20% 이하일 수 있다.
상기 차단층은 440-485nm의 청색광의 최소 투과율이 70% 이상일 수 있다.
상기 자외선 차광층은 금속 산화물을 포함할 수 있다.
상기 광학 부재는 상기 차단층과 상기 파장 변환층 사이에 캐핑층을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 광학 부재는 유리 도광판, 상기 유리 도광판의 출광면 위에 위치하며 상기 유리 도광판보다 굴절률이 작은 저굴절률층, 상기 저굴절률층 위에 위치하는 투명 도전성 산화물층, 그리고 상기 투명 도전성 산화물층 위에 위치하며 양자점을 포함하는 파장 변환층을 포함한다.
상기 광학 부재는 상기 투명 도전성 산화물층과 상기 파장 변환층 사이에 무기 물질층을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 다른 백라이트 유닛은 광원, 그리고 상기 광원에서 방출되는 광을 전달 및 변환하는 광학 부재를 포함한다. 상기 광학 부재는 도광판, 상기 도광판 위에 위치하며 상기 도광판의 굴절률보다 작은 굴절률을 가진 저굴절률층, 상기 저굴절률층 위에 위치하는 차단층, 그리고 상기 차단층 위에 위치하며, 양자점을 포함하는 파장 변환층을 포함한다.
실시예들에 따르면, 개선된 광학적 특성을 가진 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 표시 장치를 제공할 수 있다. 특히, 시간이 지나더라도 대광부의 휘도가 변하지 않거나 거의 변하지 않는 백라이트 유닛의 광학 부재를 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 표시 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에서 II-II' 선을 따라 취한 단면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 광학 부재의 단면도이다.
도 4는 인듐-아연 산화물층의 투과율을 나타내는 그래프이다.
도 5 및 도 6은 각각 일 실시예에 따른 광학 부재의 단면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 제1 캐핑층의 단면도이다.
도 8은 규소 질화물층 및 규소 산화물층의 투과율을 나타내는 그래프이다.
도 9는 일 실시예에 따른 차단층을 포함하는 광학 부재와 포함하지 않는 광학 부재의 휘도 증가율을 나타내는 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 것을 의미한다.
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 볼 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 볼 때를 의미한다.
도 1은 일 실시예에 따른 표시 장치를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에서 II-II' 선을 따라 취한 단면도이다.
도 1을 참고하면, 표시 장치(1)의 정면이 개략적으로 도시된다. 표시 장치(1)는 전체적으로 직사각형일 수 있다. 표시 장치(1)에서 영상이 표시되는 표시 영역(display area, DA)은 전체 영역의 대부분을 차지하고 있고, 표시 영역(DA)을 비표시 영역(non-display area, NA)이 둘러싸고 있다. 표시 영역(DA)은 화면(screen)으로 불리고, 비표시 영역(NA)은 베젤(bezel)로 불린다. 표시 장치(1) 및 표시 영역(DA)은 네 모서리가 각지게 형성된 것으로 도시되어 있지만, 모서리가 둥글게 형성될 수도 있다.
도 2는 도 1에 도시된 표시 장치(1)를 가로 방향으로 자른 단면을 도시한다. 도 2를 참고하면, 표시 장치(1)의 일측 가장자리에 광원 유닛(24)이 위치한다. 표시 장치(1)에서 광원 유닛(24)이 위치하는 가장자리 부근을 입광부라고 하고, 입광부 맞은편의 광원 유닛(24)이 위치하지 않는 가장자리 부근을 대광부라고 한다. 광원 유닛(24)은 표시 장치(1)의 적어도 한 가장자리에 위치할 수 있지만, 좌측 가장자리에 세로 방향으로 길게 위치하는 경우를 예로 들어 설명한다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 표시 장치(1)는 기본적으로 표시 패널(10) 및 백라이트 유닛(20)을 포함한다. 표시 장치(1)는 표시 패널(10)과 백라이트 유닛(20) 사이에서 표시 패널(10)을 백라이트 유닛(20)에 고정하기 위한 프레임(31, 32)을 포함한다. 표시 장치(1)는 표시 패널(10)의 가장자리를 덮으면서 표시 패널(10)을 보호하고 표시 패널(10)이 백라이트 유닛(20)으로부터 분리되는 것을 방지할 수 있는 탑 섀시(top chassis)(40)를 포함한다. 탑 섀시(40)는 광원 유닛(24)이 위치하는 표시 장치(1)의 가장자리에만 위치하거나, 표시 장치(1)의 테두리를 둘러 위치할 수 있다. 백라이트 유닛(20)의 배면에는 표시 장치(1)를 동작시키기 위한 구동 장치, 전원 장치 등을 덮는 배면 커버(back cover)(50)가 위치한다.
표시 패널(10)은 스위칭 소자들, 전극들, 색 필터들 등이 형성된 투명한 두 기판(11, 12) 사이에 액정층이 형성되어 있는 액정 표시 패널이며, 각각의 기판(11, 12)의 표면에는 편광판(13, 14)이 부착되어 있다. 표시 패널(10)은 백라이트 유닛(20)에 의해 제공되어 편광판(13, 14) 및 액정층을 지나가는 광의 투과율을 구동 장치의 제어 하에 조절하여 영상을 표시한다.
표시 패널(10) 아래에는 표시 패널(10)에 광을 공급하는 백라이트 유닛(20)이 위치한다. 백라이트 유닛(20)은 바텀 섀시(bottom chassis)(21), 지지대(support)(22), 브라킷(bracket)(23), 광원 유닛(light source unit)(24), 그리고 광학 요소들(optical elements)(26, 27, 28)을 포함한다.
바텀 섀시(21)는 백라이트 유닛(20)의 구성요소들이 놓이거나 고정되는 일종의 용기(container)이다. 바텀 섀시(21)는 전체적으로 대략 직사각형 쟁반(tray) 같은 형상을 가질 수 있다. 바텀 섀시(21)는 알루미늄, 알루미늄 합금, 아연 도금 강판 같은 금속 재료로 형성될 수 있다. 바텀 섀시(21)는 폴리카보네이트(polycarbonate) 같은 플라스틱 재료로 형성될 수도 있다.
바텀 섀시(21) 위에는 반사 시트(26), 광학 부재(optical member)(27) 및 광학 시트(28)를 포함하는 광학 요소들이 위치한다. 입광부에서 바텀 섀시(21)의 배면에는 광원 유닛(24)이 결합되어 있는 지지대(22)가 위치한다. 대광부에는 광학 부재(27)를 지지하는 브라킷(23)이 바텀 섀시(21) 위에 위치한다.
지지대(22)는 광원 유닛(24)을 고정함과 동시에, 광원 유닛(24)에서 발생하는 열을 바텀 섀시(21)로 전달하기 위한 일종의 방열 부품이다. 지지대(22)는 광원 유닛(24)에서 나오는 열을 바텀 섀시(21)로 빠르게 전달하여 광원 유닛(24)이 과열되는 것을 방지하기 위해서 열전도성이 좋은 금속 재료로 형성될 수 있다. 예컨대, 지지대(22)는 알루미늄, 알루미늄 합금 등으로 압출 성형하여 형성될 수 있다.
광원 유닛(24)은 입광부를 따라 길게 위치하는 기판(241) 및 기판(241)에 소정 간격으로 배치된 광원(242)을 포함한다. 기판(241)은 인쇄 회로 기판(PCB)일 수 있고, 특히 금속 코어 인쇄 회로 기판(MCPCB)일 수 있다. 기판(241)은 지지대(22)에 고정될 수 있다. 광원(242)은 기판(241)의 배선에 전기적으로 연결되어 전원을 공급받아 전기 에너지를 광 에너지로 변환하여 방출한다. 광원(242)은 발광다이오드(LED) 패키지일 수 있고, LED는 색 순도가 높은 청색광을 방출할 수 있다. 청색광은 약 440-485nm 파장의 광을 의미할 수 있다. LED는 예컨대 445-450nm에서 피크 파장을 가진 청색광, 특히 447nm의 피크 파장을 가진 청색광을 방출할 수 있다. 광원(242)은 출광면이 광학 부재(27)를 향하도록 위치한다. LED 패키지 외에도 다른 가능한 점 광원 또는 선 광원이 광원(242)으로 사용될 수 있다.
광학 부재(27)는 한 가장자리가 광원(242)과 인접하게 바텀 섀시(21)에 위치한다. 광학 부재(27)는 광원(242)으로부터 방출되는 광을 안내하여 표시 패널(10)로 전달하기 위해 사용된다. 광학 부재(27)는 광원 유닛(24)에서 발생한 점 광원 또는 선 광원 형태의 광학 분포를 갖는 광을 면 광원 형태의 광학 분포를 갖는 광으로 변경, 즉 광을 고르게 분포시키는 역할을 한다. 광학 부재(27)는 또한 광원(242)에서 방출된 광의 파장을 변환하는 역할을 한다. 광학 부재(27)는 표시 장치(1)의 모든 표시 영역(DA)에 광을 제공할 수 있도록, 표시 장치(1)를 정면에서 볼 때 표시 영역(DA)보다 클 수 있다. 광학 부재(27)는 단일 부품으로 제공될 수 있다.
광학 부재(27) 아래, 즉 광학 부재(27)와 바텀 섀시(21) 사이에는 반사 시트(26)가 위치할 수 있다. 반사 시트(26)는 광학 부재(27) 아래쪽으로 진행하는 광을 반사시켜 최종적으로 표시 패널(10) 쪽으로 향하게 함으로써 광 효율을 향상시키는 역할을 한다.
광학 부재(27) 위로는 광학 시트(28)가 위치할 수 있다. 광학 시트(28)는 확산 시트, 프리즘 시트 및 보호 시트를 포함할 수 있다. 확산 시트는 광학 부재(27)에서 나온 광을 산란시켜 휘도 분포를 균일하게 하기 위해, 즉 균일한 밝기의 면 광원으로 만들기 위해 사용된다. 프리즘 시트는 확산 시트에 의해 확산된 광의 진행 방향을 조절하여 표시 패널(10)과 수직을 이루도록 한다. 보호 시트는 프리즘 시트의 프리즘을 스크래치(scratch) 등으로부터 보호하기 위해 사용될 수 있다. 보호 시트는 광을 확산시켜 프리즘 시트에 의해 좁아진 시야각을 넓혀 주는 기능도 수행할 수 있다. 광학 시트(28)는 확산 시트, 프리즘 시트 및 보호 시트 중 어떤 것은 포함하지 않을 수 있고 어떤 것은 복수 개 포함할 수 있다. 광학 시트(28)는 광의 편광 성분을 분리하여 투과 및 반사시킴으로써 휘도 효율을 높일 수 있는 반사 편광 시트를 더 포함할 수 있다.
표시 패널(10) 등을 안정적으로 고정하기 위한 프레임(31, 32)은 입광부에 위치하는 프레임(31)과 대광부에 위치하는 프레임(32)이 구조적으로 다를 수 있다. 표시 패널(10)은 양면테이프 같은 접착 부재(T1, T2)에 의해 광학 부재(27) 및 브라킷(23)에 움직이지 않게 부착될 수 있다. 브라킷(23)은 접착 부재(T3)에 의해 프레임(32)에 부착될 수 있다. 이와 같은 구조에 의해 표시 장치(1)를 얇은 두께로 설계할 수 있다.
지금까지 표시 장치(1)의 전체적인 구성에 대해 살펴 보았다. 이제, 일 실시예에 따른 표시 장치(1)에서 백라이트 유닛(20)의 광학 부재(27)에 대해 상세하게 설명한다. 이하에서 특별한 언급이 없더라도, 이전에 참고했던 도면을 함께 참고하여 설명한다.
도 3은 일 실시예에 따른 광학 부재의 단면도이고, 도 4는 인듐-아연 산화물층의 투과율을 나타내는 그래프이다. 도 3에는 광학 부재(27)와 광원(242)의 관계를 나타내기 위해, 광학 부재(27)와 함께 광원(242)이 도시되어 있다.
도 3을 참고하면, 광학 부재(27)는 광원(242)으로의 광을 표시 패널(10)에 공급하기 위한 주요 구성으로 도광판(271)을 포함한다. 도광판(271)에서 광원(242)에 인접한 가장자리 부근을 입광부라고 하고, 입광부 맞은편의 광원 유닛(242)으로부터 멀리 있는 가장자리 부근을 대광부라고 한다. 광학 부재(27)는 또한, 도광판(271) 위에 차례로 적층되어 있는 저굴절률층(273), 차단층(274), 제1 캐핑층(275), 파장 변환층(276), 제2 캐핑층(277) 및 오버코트층(278)을 포함한다.
도광판(271)은 광원(242)에서 방출되는 광의 진행 경로를 안내한다. 도광판(271)은 유리 도광판일 수 있다. 유리 도광판은 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 같은 플라스틱 도광판보다 열과 습기에 의한 변형이 작은 반면 강도가 높은 장점이 있다. 따라서 유리 도광판의 사용 시 백라이트 유닛(20)의 설계 자유도가 증가하여 보다 얇은 백라이트 유닛(20) 및 표시 장치(1)를 제공할 수 있다. 도광판(271)의 유리 재료는 실리카계 유리일 수 있고, 이산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3) 등을 주성분으로 포함할 수 있다. 도광판(271)은 약 0.5mm 내지 약 3mm의 두께를 가질 수 있지만, 0.5mm보다 작거나 3mm보다 큰 두께를 가질 수도 있다.
도광판(271) 아래에는 패턴 시트(272)가 위치하고 도광판(271) 위에는 도광판(271)보다 굴절률이 작은 저굴절률층(273)이 위치한다. 패턴 시트(272)의 굴절률은 도광판(271)의 굴절률과 동일할 수 있다. 저굴절률층(273)은 도광판(271)을 형성하는 재료보다 굴절률이 작은 재료로 형성된다. 저굴절률층(273)은 아크릴 수지, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리아크릴로니트릴 같은 유기 물질로 형성될 수 있고, 도광판(271)의 상면에 코팅되어 있을 수 있다. 저굴절률층(273)은 수지 내에 중공 실리카(hollow silica) 같은 입자가 분산되어 있을 수 있다.
저굴절률층(273)과 도광판(271) 사이에는 굴절률 차이가 있는 제1 계면이 형성된다. 제1 계면은 도광판(271)의 출광면(OS)에 해당하고, 도광판(271) 내에서 안내되는 광(L1)을 선택적으로 나가게 하는 계면으로서 기능한다. 즉, 도광판(271) 내에서 안내되는 광(L1)의 출광면(OS)으로 입사각이 전반사 임계각 이상인 경우 광(L1)은 제1 계면에서 전반사되어 도광판(271) 내로 되돌아온다. 반면, 도광판(271) 내에서 안내되는 광(L2, L3)의 출광면(OS)으로 입사각이 전반사 임계각 미만인 경우, 광(L2, L3)의 적어도 일부가 제1 계면을 통과하여 도광판(271)을 빠져나간다.
패턴 시트(272) 아래는 기층(air)이고, 패턴 시트(272)와 기층 사이에는 굴절률 차이가 있는 제2 계면이 형성된다. 패턴 시트(272)의 패턴은 도광판(271) 내에서 안내되는 광(L1)의 반사각을 조절하여, 예컨대 제2 계면에 의해 반사 또는 산란된 광(L2, L3)이 제1 계면에서 전반사되지 않고 적어도 일부가 도광판(271)을 빠져나갈 수 있게 한다.
위와 같은 식으로 도광판(271)의 입광면(IS)으로 입사된 광(L1)은 입광부에서 대광부에 이르기까지 도광판(271) 내에서 안내되면서 도광판(271)의 출광면(OS) 전체를 통해 빠져나간다. 따라서 도광판(271)은 광원(242)에서 발생한 점 광원 또는 선 광원 형태의 광학 분포를 갖는 광을 면 광원 형태의 광학 분포를 갖는 광으로 변경한다. 도광판(271) 내에서 안내되는 광이 도광판(271)의 대광부 측면을 통해 빠져나가지 않도록, 반사층(RL)이 도광판(271)의 대광부 측면을 덮고 있을 수 있다. 패턴 시트(272)는 생략될 수 있고, 그 대신 도광판(271)의 하면이 패턴화되어 있을 수 있다.
저굴절률층(273) 위에는 차단층(274)이 위치한다. 차단층(274)은 제1 캐핑층(275)을 형성하는 과정에서 발생할 수 있는 자외선의 적어도 일부가 도광판(271)으로 진입하는 것을 차단하는 역할을 한다. 차단층(274)은 자외선의 최대 투과율이 약 70% 이하일 수 있다. 여기서 최대 투과율은 규정된 파장 영역(예컨대 자외선 파장 영역)에서 가장 높은 투과율을 나타내는 파장의 투과율을 의미한다. 국제 조명 위원회(CIE)에 따르면, 자외선은 315-380nm의 UV-A, 280-315nm의 UV-B 및 100-280nm의 UV-C로 나뉜다. 차단층(274)은 특히 UV-B 및 UV-C에 대해 높은 차단율을 가질 수 있다. 예컨대, 차단층(274)은 UV-B의 최대 투과율이 약 40% 이하, 약 30% 이하, 또는 약 20% 이하일 수 있다. 차단층(274)은 UV-C의 최대 투과율이 약 20% 이하, 약 15% 이하, 또는 약 10% 이하일 수 있다. 차단층(274)은 300nm 파장의 투과율이 10% 이하일 수 있다.
자외선, 특히 UV-B 및 UV-C가 도광판(271)에 조사되면 도광판(271)의 광학적 특성, 특히 도광판(271)의 청색광에 대한 투명도를 저하시킬 수 있다. 도광판(271)에는 철 산화물(FeOx), 망간 산화물(MnOx) 같은 불순물이 포함될 수 있는데, 이러한 불순물은 자외선에 노출 시 상(phase)이 변하여 청색광 같은 특정 파장대의 흡수율이 증가할 수 있다. 자외선에 의한 불순물의 상 변화는 유리의 흡광 계수(extinction coefficient)를 증가시켜 도광 휘도를 저하시키고, 이에 따라 도광판(271)의 대광부로 갈수록 청색광의 도광 휘도가 저하될 수 있다. 투명도가 저하된 도광판(271)은 열, 특히 광원(242)에서 방출되는 열을 받으면 원래의 상으로 변하여 점점 원래의 투명도를 회복할 수 있다. 따라서 차단층(274) 없이 제1 캐핑층(275)의 성막 시, 도광판(271)은 자외선으로 인해 챙색 흡광도가 증가한 상태이므로 도광판(271)은 초기에 대광부 휘도가 감소될 수 있고, 시간이 지남에 따라 도광판의 투명도가 증가하여 대광부 휘도가 경시적으로 증가하는 현상이 발생할 수 있다. 이와 같은 도광판(271)의 투명도 변화는 유리 내의 철(Fe) 같은 불순물의 레독스 상태가 자외선과 열에 의해 변하기 때문일 수 있다.
따라서 차단층(274)은 제1 캐핑층(275)을 형성 시 발생하는 자외선을 차단함으로써 도광판(271)의 대광부에서 나오는 광의 휘도가 저하되는 것을 방지할 수 있고, 도광판(271)의 대광부에서 나오는 광의 휘도가 시간이 지남에 따라 증가하는 현상을 방지할 수 있다. 한 시험 결과에 따르면, UV-B 및 UV-C 모두 도광판(271)의 투명도 저하에 영향을 주지만, 파장이 짧은 UV-C의 영향이 크고, UV-A는 영향이 거의 없다.
차단층(274)은 도광판(271)의 출광면(OS)으로부터 나온 광이 광학 부재(27)의 상면으로 진행할 수 있도록 가시광에 대해 높은 투과율을 갖는다. 차단층(274)은 특히 청색광의 최소 투과율이 약 70% 이상, 약 75% 이상 또는 약 80% 이상일 수 있다. 여기서 최소 투과율은 규정된 파장 영역(예컨대 청색광 파장 영역)에서 가장 낮은 투과율을 나타내는 파장의 투과율을 의미한다. 이와 같이 청색광에 대해 투과율이 높은 이유는 광원(242)이 청색광을 방출하는 경우 도광판(271)의 출광면(OS)을 통해 나오는 광도 청색광이기 때문이다. 차단층(274)은 청색광 중 447nm 파장의 투과율이 80% 이상일 수 있다.
위와 같은 광학적 특성을 가진 차단층(274)은 저굴절률층(273) 위에 투명 도전성 산화물(TCO)을 스퍼터링 등으로 증착하여 형성될 수 있다. 도 4를 참고하면, 1000Å 두께의 인듐-아연 산화물층의 투과율 그래프가 도시된다. 인듐-아연 산화물층은 자외선 영역에서 낮은 투과율을 나타내는 반면, 가시광 영역에서 높은 투과율을 나타낸다. 특히, UV-B 및 UV-C에 대하여 낮은 투과율을 나타내는데, 약 300nm 파장의 투과율이 약 10%이고, 약 280nm 파장의 투과율이 거의 0%이고 그보다 짧은 파장의 투과율이 0%이다. 또한, 가시광 영역 중 청색광 영역의 투과율이 높으며, 447nm 파장의 투과율이 85%를 넘는다. 인듐-아연 산화물(IZO) 같은 투명 도전성 산화물은 UV-C의 차단율이 높으면서 청색광의 투과율이 높으므로, 차단층(274)의 재료로서 적합함을 알 수 있다. 차단층(274)은 인듐-아연 산화물(IZO) 외에도, 인듐 산화물(InOx), 아연 산화물(ZnOx), 지르코늄 산화물(ZrOx), 인듐-주석 산화물(ITO), 인듐-갈륨-아연 산화물(IGZO), 인듐-주석-아연 산화물(ITZO), 인듐-주석-갈륨-아연 산화물(ITGZO) 같은 금속 산화물로 형성될 수 있다. 이들 금속 산화물로 형성된 차단층(274)은 UV-B 및 UV-C 영역에 높은 차단율 및 청색광 영역에 높은 투과율을 나타낸다. 참고로, 도 4에서 점선으로 도시된 그래프는 코닝(Corning)의 LotusTM NXT Glass의 투과율로, 가시광 영역 전체에서 90% 이상의 높은 투과율을 나타낸다.
차단층(274)은 약 200Å 내지 약 2000Å의 두께를 가질 수 있다. 예컨대, 차단층(274)의 두께가 200Å보다 작으면 자외선 차단율이 미흡할 수 있고, 2000Å보다 크면 광학 부재(27)의 두께를 불필요하게 증가시킬 수 있고 시간 및 비용적으로 비효율적이다. 하지만 차단층(274)은 200Å 이하의 두께 또는 2000Å 이상의 두께를 가질 수 있으며, 예컨대 약 100Å 내지 약 10000Å의 두께를 가질 수 있다. 참고로, 아래 표 1은 인듐-아연 산화물(IZO) 층의 두께에 따른 260nm 파장의 투과율 시뮬레이션이다. 표 1에서 나타난 바와 같이, IZO 층은 두께가 증가함에 따라 투과율이 점점 감소하고, 1000Å의 두께에서 0.75%의 투과율을 나타냈다. 비교적 얇은 두께의 금속 산화물 차단층으로 자외선 차단에 효과적임을 알 수 있다.
IZO 두께 (Å) 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
260nm 투과율(%) 8.10 5.81 4.68 3.87 3.04 2.25 1.66 1.26 0.75
차단층(274) 위에는 제1 캐핑층(275) 및 파장 변환층(276)이 위치한다. 제1 캐핑층(275)은 본질적으로 파장 변환층(276)과 저굴절률층(273) 사이에 위치하여, 파장 변환층(276)의 유기 물질과 저굴절률층(273)의 유기 물질이 섞이는 것을 방지하는 역할을 한다. 제1 캐핑층(275)은 파장 변환층(276)으로 수분이나 산소가 침투하는 것을 차단하는 역할을 할 수 있다. 제1 캐핑층(275)은 규소 질화물(SiNx), 규소 산화물(SiOx) 같은 무기 물질을 플라즈마 화학 증착법(PECVD)으로 증착하여 형성될 수 있다. 이때 자외선이 발생하고, 자외선, 특히 UV-B 및 UV-C는 전술한 바와 같이 도광판(271)의 광 특성을 저하시킬 수 있다. 하지만 제1 캐핑층(275)의 형성 전에 차단층(274)이 도광판(271)을 덮도록 이미 형성되어 있으므로, 제1 캐핑층(275)의 형성 시 플라즈마에서 나오는 자외선으로부터 도광판(271)을 보호할 수 있다.
제1 캐핑층(275) 위에는 파장 변환층(276)이 위치한다. 파장 변환층(276)은 수지 같은 분산 매질에 양자점(QD)이 분산된 조성물을 제1 캐핑층(275) 위에 코팅하여 형성될 수 있다. 따라서 파장 변환층(276)은 수지층에 양자점(QD)이 분산되어 있는 형태일 수 있다. 분산 매질로는 양자점(QD)의 파장 변환 성능에 영향을 미치지 않으면서, 광 흡수율이 낮은 투명한 물질이 사용될 수 있고, 예컨대 에폭시, 실리콘, 폴리스티렌, 아크릴레이트 등이 사용될 수 있다.
광원(242)에서 방출되는 광이 청색광의 경우, 파장 변환층(276)의 양자점(QD)은 적색 양자점 및 녹색 양자점을 포함할 수 있다. 적색 양자점은 청색광의 일부를 620-750nm의 파장의 적색광으로 변환하고 녹색 양자점은 청색광의 일부를 495-570nm의 파장의 녹색광으로 변환한다. 적색광과 녹색광으로 변환되지 않는 청색광이 그대로 파장 변환층(276)을 투과한다. 이에 따라, 광학 부재(27)는 파장 변환층(276)을 통한 청색광, 적색광 및 녹색광의 혼합에 의해 백색광을 표시 패널(10)에 제공할 수 있다.
파장 변환층(276) 위에는 제2 캐핑층(277)이 위치하고, 제2 캐핑층(277) 위에는 오버코트층(278)이 위치한다. 제2 캐핑층(277)은 규소 질화물, 규소 산화물 같은 무기 물질로 형성될 수 있고, 오버코트층(278)은 유기 물질로 형성될 수 있다. 제2 캐핑층(277)은 파장 변환층(276)의 유기 물질과 오버코트층(278)의 유기 물질이 섞이는 것을 방지하는 역할을 한다. 제2 캐핑층(277)은 수분이나 산소가 침투하는 것을 차단하는 역할을 할 수 있다. 오버코트층(278)은 광학 부재(27)를 전체적으로 보호하는 역할을 한다.
도 3에 도시된 광학 부재(27)와 다른 적층 구조를 가진 광학 부재(27')를 도 5를 참고하여 설명한다. 도 5는 일 실시예에 따른 광학 부재(27')의 단면도이다. 도 5의 광학 부재(27')에 대하여 도 3의 광학 부재(27)와 차이점을 위주로 설명한다.
도 5의 광학 부재(27')는 도 3의 광학 부재(27)와 비교하여 제1 캐핑층(275)을 포함하지 않는 점에서 차이가 있다. 즉, 광학 부재(27')는 차단층(274) 바로 위에 파장 변환층(276)이 위치하고, 차단층(274)의 상면이 파장 변환층(276)의 하면과 접하고 있다. 차단층(274)은 도 3의 제1 캐핑층(275)의 형성 시 플라즈마에서 나오는 자외선으로부터 도광판(271)을 보호하기 위한 것이지만, 차단층(274)의 형성 시 제1 캐핑층(275)을 형성하지 않을 수 있다. 왜냐하면, 제1 캐핑층(275)은 파장 변환층(276)의 유기 물질과 저굴절률층(273)의 유기 물질이 섞이는 것을 방지하는 역할을 하는 것인데, 금속 산화물로 형성될 수 있는 차단층(274)이 그러한 역할을 할 수 있기 때문이다.
도 6, 도 7 및 도 8을 참고하여 다른 일 실시예에 따른 광학 부재(27")를 전술한 실시예와 차이점을 위주로 설명한다. 도 6은 일 실시예에 따른 광학 부재의 단면도이고, 도 7은 도 6에 도시된 제1 캐핑층의 단면도이고, 도 8은 규소 질화물층 및 규소 산화물층의 투과율을 나타내는 그래프이다.
도 6 및 도 7의 실시예는 전술한 차단층(274)을 형성하지 않고서도 도광판(271)으로 자외선이 진입하는 것을 효과적으로 차단할 수 있는 광학 부재(27")에 관한 것이다. 광학 부재(27")는 도광판(271) 및 그 위에 차례로 적층되어 있는 저굴절률층(273), 제1 캐핑층(275), 파장 변환층(276), 제2 캐핑층(277) 및 오버코트층(278)을 포함하고, 도광판(271) 아래에 위치하는 패턴 시트(272)를 포함한다.
제1 캐핑층(275)은 복수의 층(2751, 2752, 2753)으로 이루어져 있고, 복수의 층 중 가장 하부층인 제1 층(2751)은 규소 질화물을 포함한다. 제2 층(2752) 및 제3 층(2753)은 각각 규소 질화물을 포함하거나, 규소 질화물과 다른, 규소 산화물 같은 무기 물질을 포함할 수 있다. 제1 캐핑층(275)은 플라즈마 화학 증착법으로 형성될 수 있다. 하지만, 플라즈마 화학 증착법으로 형성하더라도 규소 질화물층인 제1 층(2751)을 일정 두께 이상 먼저 형성하면, 규소 질화물의 단파장 투과율이 낮아서 후속하여 제2 층(2752) 및 제3 층(2753)을 형성하더라도 제1 층(2751)에 의해 자외선이 차단될 수 있다. 도 8을 참고하면, 1000Å 두께의 규소 질화물층과 규소 산화물층의 투과율 그래프가 도시된다. 규소 산화물층은 자외선 영역에서 전체적으로 높은 투과율을 나타내지만, 규소 질화물층은 약 220nm 이하에서 투과율이 급격히 감소하고, 200nm 파장에 대해 약 50%의 투과율을 나타낸다. 자외선의 파장이 짧을수록 도광판(271)에 대한 영향(예컨대, 불순물의 상 변화에 따른 청색광 투명도 저하)이 클 수 있는데, 규소 질화물층을 먼저 형성하면, 규소 질화물층 자체에 의해 파장이 짧은 자외선이 어느 정도 차단될 수 있으므로, 도광판(271)의 광학적 특성 저하를 줄일 수 있다.
제1 층(2751)을 규소 질화물로 형성하더라도, 플라즈마 화학 증착법에 의해 제1 층(2751)의 형성 시 발생하는 자외선은 이를 차단하는 규소 질화물층이 형성되기 전이므로 도광판(271)에 영향을 줄 수 있다. 따라서 제1 층(2751)의 형성 시 파워 밀도(power density)를 낮게 하여 (예컨대 약 0.17W/cm2 미만) 자외선 발생 및 이로 인한 도광판(271)의 변화를 최소화하고, 제2 층(2752) 및 제3 층(2753)의 파워 밀도를 높게 하여 증착 시간을 줄일 수 있다. 이 경우, 제1 층(2751)과 제2 층(2752)을 모두 규소 질화물로 형성하더라도, 제1 층(2751)과 제2 층(2752)의 막질이 달라서, 즉 제1 층(2751)이 제2 층(2752)보다 치밀하여 제1 층(2751)과 제2 층(2752)의 계면이 형성될 수 있다. 제1 캐핑층(275)의 복수의 층으로 3개의 층(2751, 2752, 2753)을 예시하였지만, 제1 캐핑층(275)은 2개 또는 4개 이상의 층을 포함할 수 있다.
도광판(271)의 광학적 특성 변화(투명도 저하)는 제1 캐핑층(275)을 플라즈마 화학 증착법 같이 플라즈마 상태를 형성하여 박막을 증착하는 방법으로 인한 결과일 수 있다. 따라서 플라즈마를 사용하지 않은 증착법인 원자층 증착법(ALD) 등을 사용하여 제1 캐핑층(275)을 형성하면, 도광판(271)의 광학적 특성 변화를 방지하기 위한 차단층(274)을 형성하지 않아도 된다. 이 경우, 제1 캐핑층(275)은 규소 질화물, 규소 산화물 같은 무기 물질뿐만 아니라, 알루미늄 산화물(AlOx), 지르코늄 산화물(ZrOx) 같은, 가시광 영역의 투과율이 높은 물질로 형성될 수 있다. 원자층 증착법에 의해 제1 캐핑층(275)을 형성한 광학 부재는 차단층(274)을 포함하지 않아도 되므로, 도 6에 도시된 것과 같은 적층 구조를 가질 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 차단층을 포함하는 광학 부재와 포함하지 않는 광학 부재의 휘도 증가율을 나타내는 그래프이다.
도 9에서 실선으로 도시된 그래프(실시예)는 도광판에 인듐-아연 산화물(IZO)로 차단층을 형성한 후 180℃ N2O 플라즈마 처리한 광학 부재의 휘도 증가율을 나타내고, 일점쇄선으로 도시된 그래프(비교예)는 도광판에 차단층을 형성하지 않고 180℃ N2O 플라즈마 처리한 광학 부재의 휘도 증가율을 나타낸다. 점선으로 도시된 그래프는 베어 글라스(bare glass) 상태인 도광판의 휘도 증가율을 나타내는 참고예이다. 휘도 증가율 평가는 광학 부재를 제작하고 LED 광원과 결합하여 구동하면서 초기에 측정한 휘도와 소정 시간 구동한 후 측정한 휘도를 비교한 것이다.
도 9를 참고하면, 차단층을 포함하지 않는 광학 부재는 입광부로부터의 거리가 증가함에 따라 휘도 증가율이 거의 선형적으로 증가하였고, 입광부에서 가장 먼 대광부의 휘도는 약 200% 증가하였다. 이에 반하여, 차단층을 포함하는 광학 부재는 전체적으로 휘도가 약간 증가하였으나, 대광부의 휘도 증가가 두드러지지 않았고 실질적으로 휘도 변화가 거의 없는 것으로 나타났다. 따라서 광학 부재의 차단층은 광학 부재의 휘도 경시 변화를 방지할 수 있음을 확인할 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.
1: 표시 장치
10: 표시 패널
20: 백라이트 유닛
27, 27', 27": 광학 부재
271: 도광판
272: 패턴 시트
273: 저굴절률층
274: 차단층
275: 제1 캐핑층
276: 파장 변환층
277: 제2 캐핑층
278: 오버코트층

Claims (23)

  1. 광원, 그리고 상기 광원에서 방출되는 광을 전달 및 변환하는 광학 부재를 포함하며,
    상기 광학 부재는
    도광판,
    상기 도광판 위에 위치하며, 상기 도광판의 굴절률보다 작은 굴절률을 가진 저굴절률층,
    상기 저굴절률층 위에 위치하며, UV-B 및 UV-C의 최대 투과율이 40% 이하인 차단층, 그리고
    상기 차단층 위에 위치하며, 양자점을 포함하는 파장 변환층
    을 포함하는 백라이트 유닛.
  2. 제1항에서,
    상기 차단층은 UV-C의 최대 투과율이 20% 이하인 백라이트 유닛.
  3. 제1항에서,
    상기 자외선 차광층은 금속 산화물을 포함하는 백라이트 유닛.
  4. 제3항에서,
    상기 금속 산화물은 인듐 산화물, 아연 산화물, 지르코늄 산화물, 인듐-아연 산화물, 인듐-주석 산화물, 인듐-갈륨-아연 산화물, 인듐-주석-아연 산화물, 인듐-주석-갈륨-아연 산화물 중 적어도 하나를 포함하는 백라이트 유닛.
  5. 제1항에서,
    상기 차단층은 440-485nm의 청색광의 최소 투과율이 70% 이상인 백라이트 유닛.
  6. 제1항에서,
    상기 차단층은 447nm 파장의 투과율이 80% 이상인 백라이트 유닛.
  7. 제1항에서,
    상기 광학 부재는 상기 차단층과 상기 파장 변환층 사이에 제1 캐핑층을 더 포함하고, 상기 제1 캐핑층은 무기 물질을 포함하는 백라이트 유닛.
  8. 제7항에서,
    상기 광학 부재는 상기 파장 변환층 위에 제2 캐핑층을 더 포함하고, 상기 제2 캐핑층은 무기 물질을 포함하는 백라이트 유닛.
  9. 제8항에서,
    상기 광학 부재는 상기 제2 캐핑층 위에 오버코트층을 더 포함하고, 상기 오버코트층은 유기 물질을 포함하는 백라이트 유닛.
  10. 제6항에서,
    상기 차단층의 상면과 상기 파장 변환층의 하면이 접하는 백라이트 유닛.
  11. 광원, 그리고 상기 광원에서 방출되는 광을 전달 및 변환하는 광학 부재를 포함하며,
    상기 광학 부재는
    도광판,
    상기 도광판 위에 위치하며, 상기 도광판의 굴절률보다 작은 굴절률을 가진 저굴절률층,
    상기 저굴절률층 위에 위치하는 제1 캐핑층, 그리고
    상기 제1 캐핑층 위에 위치하며, 양자점을 포함하는 파장 변환층
    을 포함하고,
    상기 제1 캐핑층은 제1 층 및 상기 제1 층 위의 제2 층을 포함하는 복수의 층을 포함하고, 상기 제1 층은 규소 질화물을 포함하는 백라이트 유닛.
  12. 제11항에서,
    상기 제2 층은 규소 질화물을 포함하는 백라이트 유닛.
  13. 제12항에서,
    상기 제1 층은 상기 제2 층보다 치밀한 백라이트 유닛.
  14. 제11항에서,
    상기 제2 층은 규소 질화물과 다른 물질을 포함하는 백라이트 유닛.
  15. 제11항에서,
    상기 저굴절률층 및 상기 파장 변환층은 유기 물질을 포함하고, 상기 제1 캐핑층은 무기 물질을 포함하는 백라이트 유닛.
  16. 표시 패널 및 상기 표시 패널에 광을 공급하는 백라이트 유닛을 포함하며,
    상기 백라이트 유닛은 광원, 그리고 상기 광원에서 방출되는 광을 전달 및 변환하는 광학 부재를 포함하고,
    상기 광학 부재는
    도광판,
    상기 도광판 위에 위치하며, 상기 도광판의 굴절률보다 작은 굴절률을 가진 저굴절률층,
    상기 저굴절률층 위에 위치하며, UV-B 및 UV-C의 최대 투과율이 40% 이하인 차단층, 그리고
    상기 차단층 위에 위치하며, 양자점을 포함하는 파장 변환층
    을 포함하는 표시 장치.
  17. 제16항에서,
    상기 차단층은 UV-C의 최대 투과율이 20% 이하인 표시 장치.
  18. 제16항에서,
    상기 차단층은 440-485nm의 청색광의 최소 투과율이 70% 이상인 표시 장치.
  19. 제16항에서,
    상기 자외선 차광층은 금속 산화물을 포함하는 표시 장치.
  20. 제16항에서,
    상기 광학 부재는 상기 차단층과 상기 파장 변환층 사이에 캐핑층을 더 포함하는 표시 장치.
  21. 유리 도광판,
    상기 유리 도광판의 출광면 위에 위치하며, 상기 유리 도광판보다 굴절률이 작은 저굴절률층,
    상기 저굴절률층 위에 위치하는 투명 도전성 산화물층, 그리고
    상기 투명 도전성 산화물층 위에 위치하며, 양자점을 포함하는 파장 변환층
    을 포함하는 광학 부재.
  22. 제21항에서,
    상기 투명 도전성 산화물층과 상기 파장 변환층 사이에 무기 물질층을 더 포함하는 광학 부재.
  23. 광원, 그리고 상기 광원에서 방출되는 광을 전달 및 변환하는 광학 부재를 포함하며,
    상기 광학 부재는
    도광판,
    상기 도광판 위에 위치하며, 상기 도광판의 굴절률보다 작은 굴절률을 가진 저굴절률층,
    상기 저굴절률층 위에 위치하는 차단층, 그리고
    상기 차단층 위에 위치하며, 양자점을 포함하는 파장 변환층
    을 포함하는 백라이트 유닛.
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