KR100566389B1 - 평판표시소자용 기능성 고분자 필름과 그 제조방법 - Google Patents

평판표시소자용 기능성 고분자 필름과 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 평판 표시소자(PDP, 유·무기EL, FED, VFD, LCD등)에 사용하는 기능성 고분자 필름과 그 제조방법에 관한 것으로, 고분자 플레이트에 희토류원소와 전이원소를 첨가된 고분자 필름을 코팅함으로써 근적외선이나 전자기파를 차단하면서, 광의 투과스펙트럼을 최적화하여 색순도를 개선시키는 칼라필터의 기능을 동시에 갖도록 한 것이다.
즉, 고분자중합체를 희토류원소가 들어있는 용매에 녹여 고분자레진을 만들고 이를 유리나 고분자 위에 후막으로 입혀 저온건조시킴으로써 칼라필터의 기능을 갖게 하는 것을 특징으로 하는 평판표시소자용 고분자 필름과;
희토류원소와 전이원소를 지방족 탄화수소 유도체나 방향족 탄화수소 유도체인 용매에 용해시켜 무기안료용액을 제조하는 공정과, 무기안료용액에 아크릴계, 카보네이트계, 에스테르계 등의 고분자 공중합체를 녹여 액상의 다기능 고분자 레진을 제조하는 공정과, 이것을 유리나 고분자 위에 후막으로 입혀 저온건조하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 표시소자용 기능성 고분자 필름 제조방법이다.
평판 표시소자, 기능성 고분자 필름, 칼라필터, 전자기 차폐, 무기안료

Description

평판표시소자용 기능성 고분자 필름과 그 제조방법{Multifunctional Polymer Films For Display Devices And Method Thereof}
도 1은 평판표시소자의 일반적인 구조 단면도
도 2는 종래의 전면 플레이트의 단면도
도 3은 본 발명의 기능성 고분자 필름을 갖는 전면 필터(혹은 기판)의 단면도
도 4는 본 발명의 기능성 고분자 필름(제조실시예 2)의 광투과 특성도
도 5는 본 발명의 기능성 고분자 필름(제조실시예 2)의 광투과 특성도
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 전면 유리기판 2 : 투명전극
3 : 발광층 4 : 적색 형광체
4' : 적색 칼라필터 5 : 녹색 형광체
5' : 녹색 칼라필터 6 : 청색 형광체
6' : 청색 칼라필터 7 : 금속 전극
8 : 배면 유리기판 9 : 구동회로
10 : 표시광 11 : 투명(혹은 흑색)유전체
12 : 전면 플레이트 13 : 반사 방지막
14 : 다층박막 14' : 고분자 필름
본 발명은 평판 표시소자(PDP, 유·무기EL, FED, VFD, LCD등)에 사용하는 기능성 고분자 필름과 그 제조방법에 관한 것으로, 고분자 플레이트에 희토류원소와 전이원소를 첨가된 고분자 필름을 코팅함으로써 근적외선이나 전자기파를 차단하면서, 광의 투과스펙트럼을 최적화하여 색순도를 개선시키는 칼라필터의 기능을 동시에 갖도록 한 것이다.
일반적으로 플라즈마 표시소자(PDP), 유·무기 전계발광소자(유·무기EL), 전계방출소자(FED), 형광표시관(VFD) 등과 같은 평판 표시소자(도 1)의 구조는 소자에 따라서 다소 차이는 있으나 다음과 같은 기본적인 구조를 갖는다.
즉, 전면유리기판(1)과 배면유리기판(8) 사이에 진공증착법이나 후막인쇄법으로 형성한 투명전극(2)과 금속 전극(7)과 진공증착법이나 후막인쇄법으로 형성하여 가시광을 내는 발광층(3)으로 구성된다. 발광층(3)은 기본적으로 적색형광체(4), 녹색 형광체(5) 및 청색 형광체(6)으로 구성되어 투명극(2)과 금속전극(7)에 직류 혹은 교류가 구동회로(9)에 의해 인가 될 때 적색 형광체(4), 녹색 형광체(5) 및 청색 형광체(6)가 여기, 완화되어 가시광을 냄으로써 화상이나 정보를 나타낼 수 있다.
또, 구동회로(9)는 정보표시를 위해 평판표시 소자의 두 전극사이에 펄스신호를 인가시켜주는 전자회로이고, 표시광(10)은 평판표시소자의 형광체에서 발생하여 소자의 바깥으로 빠져나오는 가시광선(빨강, 파랑, 초록빛과 이들의 혼합된 빛)을 나타낸다.
그러나 현재의 평판표시소자용 형광체의 기술 수준은 완벽한 적, 녹, 청색의 재현에 이르지 못하고 있다. 특히, 유기EL은 적색형광체(4), 녹색 형광체(5), 및 청색 형광체(6)에서 나오는 빛의 스펙트럼 폭이 매우 넓어 색순도를 떨어뜨리게 되므로 형광체의 색순도에 대한 대폭적인 개선이 요구된다. 기체방전에 의한 형광체의 여기를 이용하는 PDP의 경우에는 방전가스인 네온가스에서 파장이 585nm인 오렌지색의 가시광을 내놓으므로 색순도를 떨어뜨리는 문제점이 있고, 850nm 부근의 파장에서 발생하는 근적외선은 리모콘의 작동을 어렵게 하고 있다. 게다가 소자가 구동될 때 수백 메가헤르쯔 대역의 전자기파가 발생하여 다른 전자기기의 오작동을 유발하여 전자기파의 규제가 시급히 요청되고 있다.
이처럼 평판표시소자용 형광체는 자체적으로 색순도에 문제가 있고, PDP와 같은 경우에는 형광체를 여기시키는 방전가스에서 발생하는 오렌지색의 가시광과 적외선 그리고 전자기파는 표시품질과 소자기능에 치명적인 영향을 미칠 수 있다.
색순도를 개선하여 표시품질을 향상시키는 방법으로 제시된 것이 평판 표시소자용 칼라필터이다. 종래의 표시소자용 칼라필터는 전면유리기판(1)과 투명전극 (2)사이에 적색 칼라필터(4`)와 녹색 칼라필터(5`) 및 청색 칼라필터(6`)를 스크린프린팅 등의 방법으로 각각 후막소성하여 형성한 뒤 칼라필터 사이에 투명(혹은 흑색) 유전체(11)를 채우는 방법으로 형성된다.
적색 칼라필터의 재료로는 철산화물 무기안료이며 녹색 및 청색 칼라필터의 재료로써는 코발트산화물 무기안료가 사용된다. 스크린프린팅의 경우, 이러한 무기 안료를 에틸셀루로우즈 등의 저온 분해성의 수지와 부틸카르비톨아세테이트 등의 유기용제에 섞어 페이스트를 만든 후 적, 녹, 청색 칼라필터를 순차적으로 3회에 걸쳐 후막소성하여 형성한다.
이와 같은 종래의 스크린프린팅 방법에 의해 형성되는 평판표시소자용 칼라필터는 3번의 후막소성이라는 열공정을 거쳐야하므로 제조공정이 길고 재료의 소모가 많아 제조경비가 올라가며 대면적의 평판표시소자를 만드는 데 한계가 있다.
또한 열공정 과정에서 전면유리기판(1)이나 투명전극(2)의 열적, 전기적 특성의 변화를 초래할 수 있으며 투명전극(2)과의 화학적인 반응이 일어나 소자의 수명을 단축시킬 문제점이 있다.
한편, 850nm 부근의 파장에서 발생하는 근적외선과 수백 메가헤르쯔 대역의 전자기파를 제거하기 위해 도 2에 나타낸 것처럼 유리나 고분자 재질로 된 소자를 외부충격으로부터 보호하는 전면플레이트(12)에 금속과 투명 유전체를 교대로 다층(5층∼9층)으로 증착하여 기능성 다층박막(14)을 형성하고 있다. 사용되는 금속은 전자기 차폐가 용이한 은이 주로 사용되며 투명유전체로는 산화인듐주석이나 실리카가 사용된다. 외부광의 표면반사나 정전기를 막기 위해서 전면 플레이트(12) 표 면에 서로 다른 투명 유전체를 교대로 다층(3층∼5층)으로 형성한 반사 방지막(13)이 채용되고 있다. 반사 방지막(13)의 투명 유전체로는 산화인듐주석과 실리카가 주로 사용된다. 반사 방지막(13)과 기능성 다층박막(14)은 모두 진공증착법으로 연속적으로 다층박막을 형성하는 공정으로 이루어지고 있으나 박막의 층수가 많아 공정이 길어지고 제조경비가 올라가게 된다.
최근에는 전면유리기판(1)과 배면유리기판(8)에 고분자를 사용하여 외부의 충격에 잘 견디면서 구부릴 수 있는 평면표시소자를 개발하고자 전유기EL소자를 중심으로 연구되고 있으며 LCD나 PDP의 유리기판도 고분자로 대체하려는 추세에 있다. 유리기판이 고분자로 대체된다면 전면유리기판(1)에 전면 플레이트(12)의 기능이 추가 될 것이다.
본 발명은 고분자를 희토류이온이나 전이원소가 들어있는 용매에 녹여 고분자 레진을 제조하고 레진을 필름화하여 기능성 고분자 플레이트나 기판을 제조함으로써 가시광영역에서 좋은 칼라필터 기능을 갖고, 동시에 소자에서 발생하는 근적외선, 전자기파(EMI)를 차폐하는 기능을 갖도록 한 것이다.
본 발명은 칼라필터(4')(5')(6')와 도 2의 기능성 다층박막(14)의 기능을 동시에 갖는 기능성 고분자 필름(14')을 단순하고 저렴한 공정으로 제조하는데 목적 이 있다.
이를 위해서는 후막으로 구성된 칼라필터(4')(5')(6')와 박막으로 구성된 기능성 다층박막(14)을 하나의 부품으로 제조하되 간단한 방법으로 이루어져야 한다.
본 발명에서는 고분자 중합체를 희토류원소나 전이원소가 들어있는 용매에 녹여 점성을 갖는 기능성 고분자 레진을 제조하고 기능성 고분자 레진을 스크린프린팅(Screen Printing), 닥터블래이딩(Doctor Blading), 스핀 코팅(Spin Coating) , 스핀 캐스팅(Spin Casting) 등의 방법으로 후막화한 뒤 저온건조하여 기능성 고분자 필름을 형성해서 평판 표시소자용 기능성 고분자 플레이트와 기판을 제조하였다.
본 발명은 희토류원소나 전이원소를 지방족 탄화수소 유도체나 방향족 탄화수소 유도체인 용매에 용해시켜 무기안료용액을 제조하고 무기안료용액을 아크릴계, 카보네이트계, 에스테르계 등의 고분자 공중합체를 녹여 점액질의 기능성 고분자 레진을 실온에서 간단하게 제조하고 이것을 후막화하여 저온건조함으로서 기능성 고분자 필름을 제조하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명(도 3)의 기능성 고분자 필름(14`)의 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
<제조실시예 1>
네오디미움(Nd), 프라세오디미움(Pr), 에르비움(Er) 등의 희토류 원소를 함 유하고 있는 네오디미움카보네이트옥타하이드레이트(Nd2(CO3)3·8H2 O), 프라세오디미움나이트레이트헥사하이드레이트[Pr(NO3)3·6H2O], 에르비움나이트레이트펜타하이드레이트[Er(NO3)3·8H2O]를 이소프로필 알코올, 아세톤, 디에틸렌디옥사이드, 테트라하이드로퓨란 등의 지방족 탄화수소 유도체나 클로르벤젠, 클로르페놀, 톨루엔, 크실렌 등의 방향족 탄화수소 유도체인 용매에 용해시켜 무기안료용액을 제조한다.
제조된 무기안료용액에 아크릴계, 카보네이트계, 에스테르계, 등의 고분자 공중합체를 녹여 액상의 기능성 고분자 레진을 실온에서 제조한다. 고분자에 함유되어 있는 무기안료의 농도는 무게비로 5∼20％의 범위에 들게 한다.
상기에서 얻어진 기능성 고분자 필름(14`)의 표면을 매끄럽게 하거나 내부의 기포발생을 억제하기 위해서는 무기안료용액에 디부틸프탈레이트나 디에틸프탈레이트 등의 가소제와 폴리초산비닐과 같은 소포제를 10%이내의 무게비로 첨가한다.
점액질의 기능성 고분자 레진을 스크린프린팅(Screen Printing), 닥터블래이딩(Doctor Blading), 스핀 코팅(Spin Coating) , 스핀 캐스팅(Spin Casting) 등의 방법으로 아크릴계, 카보네이트계, 에스테르계의 고분자 표면에 두께 50마이크론 정도로 후막화한 뒤 실온에서 50℃의 온도 범위에서 건조하여 기능성 고분자 필름을 형성한다.
상기 기능성 고분자 필름은 유리에 입힐 수도 있다. 이런 경우, 고분자 레진에 접착성을 높혀주는 첨가제를 1%미만의 무게비로 극소량 첨가한다.
이상의 방법으로 제조된 희토류 원소만 첨가되어 있는 상기의 기능성 고분자 필름은 소자를 직류로 구동하여 전자기파의 발생이 염려되지 않는 유기 EL, FED, VFD 등에 사용되어 소자의 색순도를 대폭 개선할 수 있다. 평판표시소자는 아니지만 발광형 형광체를 사용하는 CRT의 색순도의 개선에도 사용될 수 있다. 또한 발광형 평판 표시소자는 아니지만 칼라필터를 사용하는 LCD의 색순도의 개선에도 사용될 수 있다.
<제조실시예 2>
PDP의 경우, 앞서 지적한대로 형광체의 색순도를 개선하는 이외에 방전가스인 네온가스에서 파장이 585nm인 오렌지색의 가시광, 823nm 부근의 파장에서 발생하는 근적외선, 수백 메가헤르쯔 대역의 전자기파를 제거해야하므로 희토류원소만 첨가되어 있는 기능성 고분자 필름만으로는 어렵게 된다. 근적외선과 수백 메가헤르쯔 대역의 전자기파를 제거해야 하는 경우에는 장파장의 전자기파를 잘 흡수하는 성질이 있는 전이원소를 이용할 수 있다.
카파아세틸아세토네이트[(CH3COCHCO3)2Cu], 아이언클로라이드하이드레이트(FeCl2·nH2O), 실버아세테이트(CH3COOAg) 등의 전이원소수화물이나 착염을 희토류원소만 첨가되어 있는 기능성 고분자 필름의 무기안료용액에 추가하면 된다. 즉 무게비로 5% 이내로 하여 희토류원소가 든 착염과 함께 용매 용해시켜 기능성 고분자 플레이트를 제조할 수 있는 무기안료용액을 제조한다.
상기 제조실시예 1,2의 기능성 고분자 플레이트 제조방법은 무기안료용액만 서로 다르고 나머지는 동일하다.
이와같은 방법으로 희토류 원소를 폴리메틸메타크릴레이트 고분자 중합체에 첨가하여 제조된 상기 제조실시예1의 기능성 고분자 필름은 도 4에 나타내 보이듯이 파장 400nm∼700nm의 가시광영역에서 뛰어난 적(600nm 이상), 녹(540nm 부근), 청(480nm 이하)색 광 필터특성을 보인다.
본 발명의 기능성 고분자 필름(14')를 기판으로 채택한 유기 EL소자의 색순도는 표1의 색순도 측정 결과에서 나타나 보이듯이 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 모두 대폭 개선되었다.
(표 1) 유기EL소자의 색순도 측정 결과
일반적인 유기 EL소자의 색좌표 (x. y) 기능성 고분자 플레이트를 채택한 유기 EL소자의 색좌표 (x. y)
R (0.608, 0.386) (0.622, 0.371)
G (0.246, 0.672) (0.234, 0.677)
B (0.165, 0.286) (0.158, 0.275)
희토류 원소와 전이원소를 폴리메틸메타크릴레이트를 고분자 중합체에 첨가하여 제조된 제조실시예2의 기능성 고분자 필름은 도 5에 나타내 보이듯이 파장 400nm∼700nm의 가시광영역에서 뛰어난 적(600nm 이상), 녹(540nm 부근), 청(480nm 이하)색 광필터특성을 보일 뿐만 아니라 파장 800nm 이상의 근적외선을 대폭 차단하는 기능을 갖는다.
도 3과 같이 제조실시예2의 기능성 고분자 필름(14')을 PDP소자의 전면플레 이트에 입히고 PDP소자의 앞에 부착시킨 상태로 전자기파를 측정한 결과, 30∼300 메가헤르쯔 대역에서 40데시벨(dB/??V/m)이하로 나타났다. 이 수치는 클라스B의 민생용 전자파 실드가 보유하고 있는 기능에 해당한다. 따라서 제조실시예2의 기능성 고분자 필름은 PDP의 전면 플레이트에 사용되어 색순도를 개선하고, 근적외선과 전자기파를 차단하는 등의 여러 기능을 갖는다.

Claims (3)

  1. 고분자중합체를 희토류원소가 들어있는 용매에 녹여 고분자레진을 만들고 이를 유리나 고분자 위에 후막으로 입혀 저온건조시킴으로써 칼라필터의 기능을 갖게 하는 것을 특징으로 하는 평판표시소자용 고분자 필름
  2. 제 1항에 있어서, 상기 희토류원소에 전이원소를 더 포함하여 칼라필터와 근적외선과 전자기파를 차폐하는 기능을 갖게하는 것을 특징으로 하는 평판표시소자용 기능성 고분자 필름
  3. 희토류원소와 전이원소를 지방족 탄화수소 유도체나 방향족 탄화수소 유도체인 용매에 용해시켜 무기안료용액을 제조하는 공정과, 무기안료용액에 아크릴계, 카보네이트계, 에스테르계 등의 고분자 공중합체를 녹여 액상의 다기능 고분자 레진을 제조하는 공정과, 이것을 유리나 고분자 위에 후막으로 입혀 저온건조하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 표시소자용 기능성 고분자 필름 제조방법.
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