KR101571047B1

KR101571047B1 - 나노형광체를 포함하는 필름

Info

Publication number: KR101571047B1
Application number: KR1020130142536A
Authority: KR
Inventors: 송진원
Original assignee: ㈜에코플럭스
Priority date: 2013-11-21
Filing date: 2013-11-21
Publication date: 2015-11-23
Also published as: KR20150059045A

Abstract

본 발명은 파장변환필름에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 광원 소자의 패키지에 사용되고, 양산 가능한 파장변환필름으로서, 나노형광체를 포함하고 나노패턴이 형성됨으로써 상기 소자의 광변환효율을 높일 수 있는 필름에 관한 것이다.

Description

나노형광체를 포함하는 필름{FILM COMPRISING NANO PHOSPHOR}

본 발명은 파장변환필름에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 디스플레이용 BLU(back light unit) 및 조명기기의 패키지에 사용되고, 양산 가능한 파장변환필름으로서, 나노형광체를 포함하며 나노패턴이 형성됨으로써, 적용되는 소자의 광변환효율을 높일 수 있는 필름에 관한 것이다.

나노형광체로써 양자점(Quantum dot)과 양자막대(Quantum rod)는 반도체 재료의 형태에 따라 점 또는 막대 모양의 형태를 갖고있으며, 크기가 작아짐에 따라 생성되는 캐리어의 움직임이 삼차원으로 구속되고, 이로 인한 양자효과로 인하여 새로운 광 특성 및 전기적 특성을 보이는 소재이다.

이러한 양자점과 양자막대는 자외선 영역에서 가시광선 영역까지 발광 파장을 선택할 수 있으며, 화학적 합성이 가능하기 때문에 이를 각 분야에 이용하려는 연구가 이루어지고 있다.

한편, 최근의 디스플레이는 고화질, 고선명의 고품질 제품 제조 출시가 주를 이루고 있으며, UHD TV, OLED TV등의 출시경쟁도 활발히 이루어 지고 있다. 이에 맞추어 BLU(back light unit)를 CCFL에서 응답속도, 소비전력, 두께 등에서 장점을 갖는 LED로 채택한 TV 및 모바일 기기가 대세를 이루고 있다.

이러한 LED TV는 백색 LED를 광원으로 이용하고 color filter를 사용하여 적색, 녹색, 청색(RGB)을 추출하고 이 삼색의 조합으로 색을 구현하고 있으며, 색 재현성은 NTSC기준 70%수준이다.

조명등기구는 백열등, 형광등에서 조명의 효율 증대 및 에너지 절감, 환경 보전 등의 차원에서 친환경 조명기기인 LED, OLED로 대체되어지고 있다. 특히 LED는 고효율, 고휘도의 광원으로써 이용이 되어지고 있으나, 점광원을 면광원으로 변환시키기 위한 별도의 모듈(광확산판)이 필요하다. 또한 OLED 소자는 차세대 광원 소자로서, 자발광이 가능한 광원으로, 휘거나 구부려도 빛이 나오며, 면광원으로 제작이 가능하기 때문에 이용 분야가 매우 폭넓다.

이러한 광원들은 무기물 또는 유기물 증착공정 또는 형광체의 주입공정에 의해 단위모듈을 제작하고 있는데, 이러한 모듈 제조시 각 셀 별로 색편차가 나타나기 때문에 이를 보정할 필요가 있으며, 모듈화시 감소되는 휘도를 증대시킬 필요가 있다.
본 발명과 관련된 선행문헌으로는 한국공개공보 제2010-0129030호가 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은, 광원 소자에서 발생하는 색편차의 문제점을 해결하고, 휘도를 증대시키기 위해 안출된 것으로, 발광파장을 자유롭게 조절할 수 있는 양자점 또는 양자막대를 포함하고, 나노패턴이 형성되어 있으며, 양산이 용이하고, 광원 소자의 패키지에 용이하게 적용할 수 있는 파장변환필름을 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 파장변환필름은,

광원 소자의 패키지에 외부에 적용되는 것으로서, 상기 파장변환필름은 나노형광체를 포함하고 나노패턴이 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 파장변환필름은 나노형광체를 이용하여 컬러필터보다 좁은 영역을 갖는 RGB 스펙트럼을 형성할 수 있으며, 나노임프린트 방식에 의하여 나노패턴이 형성되어 있기 때문에 디스플레이 백라이트 유닛에서 컬러필터를 이용하지 않고 RGB를 구현할 수 있으며, 광원 소자에서 발생하는 색편차를 효율적으로 보정할 수 있고, 광변환 효율이 매우 놓으며, 휘도가 증가하는 특징이 있다.

도 1은 실시예 1에 의해 제조된 필름의 SEM 사진.
도 2는 실시예 2에 의해 제조된 필름의 SEM 사진.
도 3은 실시예 3에 의해 제조된 필름의 SEM 사진.
도 4는 실시예 1, 4, 5, 6 및 비교예 1에 의해 제조된 파장변환필름을 적용한 OLED 광원에서 양자점의 발광파장에 의한 색좌표 그래프.
도 5는 실시예 1, 비교예 1의 파장변환필름을 적용한 OLED 광원에서 전류밀도에 따른 휘도 평가 결과.
도 6은 실시예 1, 비교예 1의 파장변환필름을 적용한 OLED 광원에서 휘도에 따른 광효율 평가 결과.
도 7은 실시예 1 내지 3, 비교예 1에 의한 파장변환필름을 이용하여 광효율 변환 평가 결과.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

이하 본 발명에 따른 파장변환필름에 관하여 상세히 설명하기로 한다.

파장변환필름

본 발명의 파장변환필름은,

광원 소자의 패키지 외부에 적용되는 것으로서, 상기 파장변환필름은 나노형광체인 양자점 또는 양자막대를 포함하고 나노패턴이 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 파장변환필름은 나노형광체를 포함한다.

상기 나노형광체는 나노 크기의 반도체 물질로서 양자제한 효과를 나타내는 물질이다. 이러한 나노형광체는 여기원으로부터 빛을 흡수하여 에너지 여기 상태에 이르면, 양자점의 에너지 밴드 갭에 해당하는 에너지를 방출하게 된다. 따라서, 나노형광체의 크기 또는 물질 조성을 조절하게 되면 에너지 밴드 갭을 조절할 수 있게 되어 자외선 영역에서부터 적외선 영역까지 전 영역에서 발광이 가능하게 된다.

본 발명에서 상기 나노형광체는 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, GaN, GaP, GaAs, AlN, AlP, AlAs, InN, InP, InAs 등으로 이루어진 II-VI족 또는 III-V족 화합물 반도체 그룹의 나노결정, 이들의 혼합물 및 복합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 상기 복합물은 CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HgZnTe, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe, GaNP, GaNAs, GaPAs, AlNP, AlNAs, AlPAs, InNP, InNAs, InPAs, GaAlNP, GaAlNAs, GaAlPAs, GaInNP, GaInNAs, GaInPAs, InAlNP, InAlNAs, InAlPAs, SnS, CuInS, CuZnS, CuSnS, CuSnSe, CuSnGaS, CuSnGaSe로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.

본 발명의 파장변환필름은 나노패턴을 포함할 수 있다.

상기 나노패턴은 나노임프린트 방식에 의하여 형성한다. 나노임프린트란 초 미세 가공인 나노 가공(1~100nm)을 실현하기 위해 제안된 기술로, 기판 위에 광경화성 레진이나 열가소성 레진을 도포한 후에 나노 크기의 몰드로 압력을 가하고 자외선을 조사하거나 가열하여 경화시킴으로써 패턴을 전사하는 기술을 말한다.

나노임프린트 방식은 경화 방식에 따라 불투명한 실리콘 스탬프를 사용하는 가열식 임프린트 방식, 투명한 석영 스탬프(또는 실리콘 스탬프 사용시 투명한 석영 기판)를 통해 자외선을 투과시켜 수지를 경화시키는 방식을 채택하는 자외선 임프린트 방식으로 구분된다.

본 발명에서는 상기의 일반적인 나노임프린트 방식에 의하여 나노패턴을 형성할 수 있는바, 이를 위하여 상기 본 발명의 양자점은 공지의 광경화성 레진이나 열경화성 레진과 혼합하여 이용한다.

본 발명의 파장변환필름은 광원 소자의 패키지 외부에 적용되는 것으로서, 상기 광원 소자의 패키지에 부착가능하도록 별도의 접착층을 구비할 수도 있고, 상기 광경화성 레진이나 열경화성 레진 자체의 계면접착력에 의하여 패키지 외부에 부착할 수도 있다.

본 발명의 파장변환필름은 광원 소자로부터 출력되는 광의 색편차를 효율적으로 보정하기 위하여 일정한 나노크기의 패턴이 형성되어 있는바, 광변환 효율을 높이기 위한 특유의 패턴을 갖는다.

본 발명의 상기 나노패턴은 도트 패턴 또는 라인 패턴일 수 있다.

먼저, 상기 나노패턴이 도트 패턴인 경우, 상기 도트 패턴을 이루고 있는 하나의 도트의 지름은 200~400nm일 수 있다. 도트의 지름이 상기 범위를 벗어나는 경우, 나노형광체의 광추출 효율이 작아지는 문제점이 있다. 또한 상기 나노패턴에서 도트 패턴을 이루고 있는 하나의 도트의 깊이는 200~800nm일 수 있다. 상기 범위를 벗어나는 경우, 나노형광체의 광추출 효율이 작아지는 문제점이 있다.

상기 나노패턴에서 도트 패턴을 이루고 있는 하나의 도트의 지름:깊이는 1:1~4일 수 있다. 상기 범위 내에서 나노형광체의 광추출 효율이 최대화 되며, 구체적인 비율은 선택되는 나노형광체의 흡수파장 및 발광파장에 따라 상기 범위 내에서 적절히 선택될 수 있다.

상기 도트 패턴 간 간격은 500nm~1500nm일 수 있다. 도트 패턴 간 간격이 상기 범위를 벗어나는 경우, 나노형광체의 광추출 효율이 작아지는 문제점이 있다.

한편, 상기 나노패턴이 라인 패턴인 경우, 라인 패턴의 피치는 100~200nm, 선폭은 20~100nm, 패턴간 거리는 50~200nm일 수 있다. 상기 범위를 벗어나는 경우에는 나노형광체의 광추출 효율이 작아지는 문제점이 있다.

실시예

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 다만, 본 실시예에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

630nm의 발광 파장을 갖는 양자점(CdSeZnS)을 0.4중량%의 비율로 열경화성 레진인 PDMS(Poltdimethysiloxane) 에 분산시키고, 상기 양자점이 포함된 레진를 이용하여, 면광원 패키지 위에 양자점 필름을 제조하였다.

구체적인 제조방법은 다음과 같다. 첫번째, PDMS를 10g 정량 준비하고 여기에 양자점(CdSeZnS)을 0.04g 혼합후 교반기에서 1시간 동안 교반 탈포과정을 거쳐 혼합레진을 준비한다. 두번째, 도트 패턴이 형성된 실리콘 웨이퍼 위에 상기 혼합레진을 도포한 후 PET 필름으로 덮고, 상기 실리콘 웨이퍼와 PET필름 사이에 혼합레진의 잔류막이 최소화 될 수 있도록 압력을 가하여 잘 펼쳐준다. 세번째, 위에서 형성된 실리콘 웨이퍼/혼합레진/PET 필름을 100℃ 가열된 오븐에 넣어 1시간 경화시킨다. 네번째, 경화된 필름을 실리콘 웨이퍼에서 떼어내 PET 필름을 기판으로 그 위에 형성된 나노양자점 패턴 필름을 얻는다.

실시예 1에 의해 제조된 필름의 SEM 사진을 도 1에 나타내었다. 도 1a는 평면, 도 1b는 단면을 나타낸다. 실시예 1에 의해 제조된 필름의 나노패턴은 도트 패턴이며, 도트의 지름은 266nm, 깊이는 370nm, 도트 패턴간 간격은 925nm였다.

실시예 2

630nm의 발광 파장을 갖는 양자점(CdSeZnS)을 0.4중량%의 비율로 광경화성 레진에 분산시키고, 상기 양자점이 포함된 수지를 이용하여, 나노패턴 제조를 제외한 나머지 방법은 실시예 1과 동일하게 하면서, 나노임프린트 방법에 의해 양자점 나노패턴이 형성된 필름을 제조하였다.

실시예 2에 의해 제조된 필름의 나노패턴에 대한 SEM 사진은 도 2에 나타내었는바, 도 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 나노패턴의 도트 지름은 263nm, 깊이는 305nm였고, 도트 패턴간 간격은 600nm였다.

실시예 3

나노패턴의 형태가 라인 패턴인 것을 제외하고, 실시예 2와 동일한 방법에 의하여, 양자점 나노패턴이 형성된 필름을 제조하였다.

실시예 3에 의해 제조된 필름의 나노패턴에 대한 SEM 사진은 도 3a, b에 나타내었다. 피치는 144nm, 선폭은 60nm, 패턴간 거리는 81nm 이었다. 또한, 도 3c를 통해 제조된 필름의 라인 패턴을 통하여 편광효과가 나타났음을 확인할 수 있었다.

실시예 4

양자점의 함량을 0.6중량%로 하여 실시예 1과 동일한 방법에 의하여 양자점 나노패턴이 형성된 필름을 제조하였다.

실시예 5

양자점의 함량을 0.8중량%로 하여 실시예 1과 동일한 방법에 의하여 양자점 나노패턴이 형성된 필름을 제조하였다.

실시예 6

양자효율이 약 90%이며 발광파장이 630nm인 적색양자점(CdSeZnS) 0.4중량% 및 양자효율이 약 70%이며 발광파장이 560nm인 황색양자점(CdSeZnS) 0.8중량%를 사용하여 실시예 1과 동일한 방법에 의하여 양자점 나노패턴이 형성된 필름을 제조하였다.

비교예 1

630nm의 발광 파장을 갖는 양자점(CdSeZnS)을 0.6중량%의 비율로 열경화수지 PDMS에 분산시키고, 상기 양자점이 포함된 수지를 이용하여 필름을 제조하였다. 비교예에 의하여 제조한 필름에는 어떠한 패턴도 형성하지 않았다.

평가

1. 발광파장 변환

실시예 1, 4, 5, 6 및 비교예 1에 의해 제조된 파장변환필름을 적용한 OLED 광원에서 양자점의 발광파장에 의해 색좌표가 변화하는 것을 도 4a, b을 통해 확인할 수 있었다.

2. 전기적 특성

실시예 1, 비교예 1의 파장변환필름을 적용한 OLED 광원에서 전류밀도에 따른 휘도 평가 결과는 도 5에 나타낸 바와 같다.

도 5에서 확인할 수 있듯, 양자점을 전혀 적용하지 않은 경우에 비하여 비교예 1의 필름을 적용한 경우가, 비교예 1의 필름을 적용한 경우에 비하여는 양자점 패턴을 적용한 실시예 1의 필름을 적용한 경우에 같은 전류밀도에서 휘도가 높게 나타났다.

또한, 동일한 밝기에서 실시예 1, 비교예 1의 700니트에서의 전압, 전류밀도, 효율, 연색성을 평가하였다.

그 결과는 하기 표 1 및 도 6(휘도에 따른 광효율 평가 결과)에서 확인할 수 있다.

	전압(V)	전류밀도(mA/cm²)	효율(cd/A)	CIE(x,y)
Ref. 청색LED	3.86	12.02	5.82	(0.143,0.123)
비교예 1	4.85	2.23	31.39	(0.172,0.146)
실시예 1	4.28	2.06	34.04	(0.163,0.146)

양자점이 함유된 필름의 경우 전류밀도는 12.02 mA/㎠ 에서 2.23 mA/㎠ 로 감소하고 상대적으로 광효율은 5.82 cd/A에서 31.39 cd/A로 증가하는 것을 알 수 있다. 또한 패턴이 형성되었을 경우 광효율은 34.04 cd/A로써 단순히 양자점만 함유된 필름보다 광효율이 더 높게 나타났으며, 이는 더 적은 전류소모로 더 큰 광효율을 갖는 광원을 구현할 수 있음을 알 수 있었다.

3. 나노패턴에 따른 광효율 변환 평가

실시예 1 내지 3, 비교예 1에 의한 파장변환필름을 이용하여 광효율 변환 평가를 실시하고 그 결과는 도 7에 나타내었다.

도 7에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 1의 나노패턴이 가장 높은 광효율 변환을 나타내었고, 패턴이 형성되지 않은 비교예 1의 필름은 광효율 변환이 가장 낮게 나타났다.

이상에서 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 고분자 조성물 및 이의 제조방법은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다. 본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 하기의 특허청구범위에 의해서 명확해질 것이다.

Claims

광원 소자의 패키지 외부에 적용되는 파장변환필름에 있어서,
상기 파장변환필름은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, GaN, GaP, GaAs, AlN, AlP, AlAs, InN, InP, InAs 등으로 이루어진 II-VI족 또는 III-V족 화합물 반도체 그룹의 나노결정, 이들의 혼합물 및 CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HgZnTe, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe, GaNP, GaNAs, GaPAs, AlNP, AlNAs, AlPAs, InNP, InNAs, InPAs, GaAlNP, GaAlNAs, GaAlPAs, GaInNP, GaInNAs, GaInPAs, InAlNP, InAlNAs, InAlPAs, SnS, CuInS, CuZnS, CuSnS, CuSnSe, CuSnGaS, CuSnGaSe로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있는 복합물로 이루어진 점 또는 막대 형태의 나노형광체를 포함하며,
상기 파장변환필름은 지름 200~400nm, 깊이 200~800nm의 도트 패턴의 나노패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 파장변환필름.
삭제
삭제
삭제
삭제
제 1항에 있어서,
상기 나노패턴에서 도트 패턴을 이루고 있는 하나의 도트의 지름:깊이는 1:1~4인 것을 특징으로 하는 파장변환필름.
제 1항에 있어서,
상기 도트 패턴 간 간격은 500nm~1500nm인 것을 특징으로 하는 파장변환필름.
광원 소자의 패키지 외부에 적용되는 파장변환필름에 있어서,
상기 파장변환필름은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, GaN, GaP, GaAs, AlN, AlP, AlAs, InN, InP, InAs 등으로 이루어진 II-VI족 또는 III-V족 화합물 반도체 그룹의 나노결정, 이들의 혼합물 및 CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HgZnTe, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe, GaNP, GaNAs, GaPAs, AlNP, AlNAs, AlPAs, InNP, InNAs, InPAs, GaAlNP, GaAlNAs, GaAlPAs, GaInNP, GaInNAs, GaInPAs, InAlNP, InAlNAs, InAlPAs, SnS, CuInS, CuZnS, CuSnS, CuSnSe, CuSnGaS, CuSnGaSe로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있는 복합물로 이루어진 점 또는 막대 형태의 나노형광체를 포함하며,
상기 파장변환필름은 피치가 100~200nm인 라인 패턴의 나노패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 파장변환필름.
제 8항에 있어서,
상기 라인 패턴의 선폭은 20~100nm인 것을 특징으로 하는 파장변환필름.
제 8항에 있어서,
상기 라인 패턴의 패턴간 거리는 50~200nm인 것을 특징으로 하는 파장변환필름.