KR101975350B1 - 색변환 필름 및 이를 포함하는 백라이트 유닛과 디스플레이 장치 - Google Patents

색변환 필름 및 이를 포함하는 백라이트 유닛과 디스플레이 장치 Download PDF

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KR101975350B1
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Abstract

본 명세서에 기재된 발명은 수지 매트릭스, 및 상기 수지 매트릭스 중에 분산되고, 450nm 파장을 포함하는 광을 조사하였을 때 조사된 광과 상이한 파장의 광을 방출하는 형광체를 포함하는 색변환층을 포함하는 색변환 필름으로서, 상기 색변환 필름은 상기 색변환 필름의 전면에 휘도 600 nit인 청색광을 1,000 시간 조사하였을 때, 발광되는 백색광의 색차 변화가 0.05 이내가 되도록 하는 변색 보상 폴리머를 상기 색변환층 중에 또는 상기 색변환층의 적어도 일면에 구비된 추가의 층 중에 포함하는 색변환 필름, 이를 포함하는 백라이트 유닛, 및 이를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.

Description

색변환 필름 및 이를 포함하는 백라이트 유닛과 디스플레이 장치{COLOR CONVERSION FILM AND BACKLIGHT UNIT AND DISPLAY APPARATUS COMPRISING THE SAME}
본 출원은 색변환 필름 및 이를 포함하는 백라이트 유닛과 디스플레이 장치에 관한 것이다.
TV의 대면적화와 함께 고화질화, 슬림화, 고기능화가 이루어지고 있다. 고성능, 고화질의 OLED TV는 여전히 가격 경쟁력이 문제점이며, 이에 따라 아직 본격적인 시장은 열리지 않고 있다. 따라서, LCD로 OLED의 장점을 유사하게 확보하려는 노력이 계속 되고 있다.
상기 노력의 하나로서, 최근 양자점 관련 기술 및 시제품이 많이 구현되고 있다. 그러나, 카드뮴 계열의 양자점은 사용 제한 등의 안전성 문제가 있으므로, 상대적으로 안전성 이슈가 없는 카드뮴이 없는 양자점을 적용한 백라이트 제조에 관심이 모이고 있다.
한국 출원 공개 제2000-0011622호
본 출원은 색변환 필름 및 이를 포함하는 백라이트 유닛과 디스플레이 장치를 제공한다.
본 출원의 일 실시상태는
수지 매트릭스, 및 상기 수지 매트릭스 중에 분산되고, 450nm 파장을 포함하는 광을 조사하였을 때 조사된 광과 상이한 파장의 광을 방출하는 형광체를 포함하는 색변환층을 포함하는 색변환 필름으로서,
상기 색변환 필름은 상기 색변환 필름의 전면에 휘도 600 nit인 청색광을 1,000 시간 조사하였을 때, 발광되는 백색광의 색차 변화가 0.05 이내가 되도록 하는 변색 보상 폴리머를 상기 색변환층 중에 또는 상기 색변환층의 적어도 일면에 구비된 추가의 층 중에 포함하는 색변환 필름을 제공한다. 여기서, 색변환 필름의 전면에 청색광을 조사한다는 것은, 도광판, 집광 필름 및 휘도향상필름를 포함하는 백라이트 유닛의 스택구조를 통하여, 광원으로부터 나오는 청색광을 면광원으로 전환하여 색변환 필름의 전면에 조사한다는 것을 의미한다.
상기 청색광은 450 nm 파장의 광을 포함하는 광을 의미한다. 일 예에 따르면, 상기 청색광은 최대 발광 피크가 450 nm일 수 있다.
또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 변색 보상 폴리머는 450 nm 파장의 광에 대한 투과도 감소 속도가 식 [T@450nm(%) = T@450nm-int(%) - ax(time)]을 만족하고, 이 때 a는 백색 좌표를 맞추기 위한 상수이다. 상기 투과도 감소 속도는 상기 변색 보상 폴리머가 포함된 색변환 필름이 적용된 백라이트 유닛을 구동시키고, 구동 시간에 따른 필름의 450 nm에서의 투과도를 측정하여 투과도 감소율을 측정하는 방식으로 측정될 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 변색 보상 폴리머는 청색 광에 노출되었을 때, 청색 광의 투과도가 노출 시간에 따라 반비례 해서 황변되는 고분자(yellowing polymer)로 정의될 수 있다.
본 출원의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 색변환 필름은 적어도 일면에 구비된 투명 필름을 더 포함할 수 있다. 상기 투명 필름은 상기 색변환 필름에 직접 접하거나, 점착층을 통하여 부착된다.
본 출원의 또 하나의 실시상태는 상기 색변환 필름을 포함하는 백라이트 유닛을 제공한다.
본 출원의 또 하나의 실시상태는 상기 색변환 필름을 포함하는 백라이트 유닛을 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다.
색변환 필름 중에 포함되는 형광체가 열화되면, 백라이트 유닛의 광원으로부터 조사되는 광 중 형광체에 의하여 흡수되는 광의 양이 적어지고, 이에 따라 광원으로부터 나오는 광과 색변환 필름에 의하여 변환되는 광이 혼합된 혼합 광의 스펙트럼이 변하게 된다. 본 명세서에 기재된 실시상태들에 따르면, 백라이트 유닛의 광원으로부터 조사되는 빛을 받을 시 노출 시간에 따라 청색 광(450nm)의 광투과도가 감소하는 특성을 갖는 변색 보상 폴리머를 사용함으로써, 상기와 같이 형광체가 열화되는 경우에도 광원으로부터 나오는 광과 색변환 필름에 의하여 변환되는 광이 혼합된 혼합 광의 스펙트럼이 변하는 것을 최소화할 수 있다. 이에 의하여 디스플레이를 장시간 구동시키는 경우에도 초기 대비 색감이 틀어지는 것을 방지하여 디스플레이 장치의 수명을 연장시킬 수 있다.
도 1 내지 도 4는 본 출원의 실시상태들에 따른 색변환 필름의 단면을 예시한 것이다.
도 5 및 도 6는 본 출원의 실시상태들에 따른 백라이트 유닛을 예시한 것이다.
도 7 및 도 8은 본 출원의 실시상태들에 따른 백라이트 유닛의 도광판에 구비된 산란 패턴을 예시한 것이다.
도 9 및 도 10은 본 출원의 실시상태들에 따른 디스플레이 장치를 예시한 것이다.
도 11은 실시예에서 제조된 백라이트 유닛의 발광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 12 및 도 13은 각각 비교예 및 실시예에서의 시간에 따른 색차를 나타낸 것이다.
본 출원의 일 실시상태에 따른 색변환 필름은 수지 매트릭스, 및 상기 수지 매트릭스 중에 분산되고, 450nm 파장을 포함하는 광을 조사하였을 때 조사된 광과 상이한 파장의 광을 방출하는 형광체를 포함하는 색변환층을 포함한다. 여기서, 상기 색변환 필름은, 상기 색변환 필름의 전면에 광원으로부터 나온 청색광이 도광판, 프리즘 시트와 같은 집광 필름 및 휘도향상필름(DBEF)를 포함하는 백라이트 유닛의 스택구조를 통하여, 면광원으로 전환된 휘도 600 nit인 청색광을 1,000 시간 조사하였을 때, 발광되는 백색광의 색차 변화가 0.05 이내가 되도록 하는 변색 보상 폴리머를 상기 색변환층 중에 또는 상기 색변환층의 적어도 일면에 구비된 추가의 층 중에 포함하는 것을 특징으로 한다.
색변환 필름의 전면에 청색광을 조사한다는 것은, 도광판, 프리즘 시트와 같은 집광 필름 및 DBEF나 APF와 같은 휘도향상필름를 포함하는 백라이트 유닛의 스택구조를 통하여, 광원으로부터 나오는 청색광을 면광원으로 전환하여 색변환 필름의 전면에 조사한다는 것을 의미한다. 상기 백라이트 유닛의 스택구조를 통과한 청색광은 백라이트 유닛 전체 면적에서 균일하게 발광하며, 이 때의 휘도 600 nit은 색변환 필름의 전체 면적에 동일한 에너지를 가하게 된다. 상기 백라이트 유닛은 엣지형(edge lit) 방식일 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 청색광은 450 nm에서 발광 피크를 갖고 반치폭이 30 nm 이내이다. 상기 반치폭은 상기 필름으로부터 발광한 빛의 최대 발광 피크에서 최대 높이의 절반일 때의 발광 피크의 폭을 의미한다. 반치폭은 필름 상태에서 측정될 수 있다. 상기 청색광은 발광 강도 분포가 모노모달(monomodal)한 광일 수 있다.
상기 변색 보상 폴리머가 추가의 층 중에 포함되는 경우, 상기 변색 보상 폴리머를 포함하는 층은 상기 색변환층에 반드시 접촉되어 있을 필요는 없으며, 필요에 따라 상기 색변환층과 상기 변색 보상 폴리머를 포함하는 층 사이에 추가의 층이 구비될 수 있다. 예컨대, 상기 색변환층과 상기 변색 보상 폴리머를 포함하는 층 사이에 구비된 추가의 층은 휘도향상필름, 예컨대 DBEF(double brightness enhancement film)나 APF(advanced polarizer film)와 같은 휘도향상필름이 구비될 수 있다.
또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 변색 보상 폴리머는, 색변환 필름의 전면에, 전술한 바와 같이 면광원으로 전환된 휘도 600 nit인 청색광을 1,000 시간 조사하였을 때, 발광되는 백색광의 색차 변화가 0.05 이내가 되도록 한다. 상기와 같은 변색 보상 폴리머로는 벤젠, 메틸벤젠, 클로로벤젠, 니트로벤젠, 페놀, 아닐린, 벤조산, 아니솔, 크실렌, 퓨란, 벤조퓨란, 피롤, 인돌, 이미다졸, 옥사졸, 티오펜, 벤조티오펜, 벤즈이미다졸, 인다졸, 벤족사졸, 이소벤조퓨란, 이소인돌, 퓨린(purine), 벤조티오펜(benzothiophene), 나프탈렌, 피리딘, 퀴놀린, 트리아진, 벤조트리아진와 같은 구조 중 적어도 하나를 포함하는 고분자로, 특히 폴리아미드, 비스페놀 A 에폭시 수지, 비스페놀 F 에폭시 수지, 비스페놀 S 에폭시 수지, 노볼락 에폭시 수지 등의 에폭시 수지, TDI(Toluene diisocyanate), MDI (methylene diphenyl diisocyanate), XDI (Xylene diisocyanate) TMXDI(metatetramethylxylene diisocyanate), (NDI)Naphthalene 1,5-diisocyanate, (HXDI)Hydrogenated xylene diisocyanate, PPDI(p-phenylene diisocyanate), DBDI(4,4’-dibenzyl diisocyanate) 등 방향족 고리가 포함된 우레탄 수지, PVDF(polyvinyl difluoride), PVDC(polyvinyl dichloride) 등이 사용될 수 있다.
상기 변색 보상 폴리머가 상기 색변환층 중에 포함되는 경우(도 1), 색변환층 전체 중량을 기준으로 1-50 중량의 함량으로 포함될 수 있다.
상기 변색 보상 폴리머가 상기 색변환층의 적어도 일면에 구비된 추가의 충 중에 포함되는 경우(도 2 내지 도 4), 상기 추가의 층은 변색 보상 폴리머 단독으로 구성될 수도 있고, 필요에 따라 다른 자외선 경화형 수지나 열가소성 수지와 함께 구성될 수도 있다. 상기 추가의 층 중에는 변색 보상 폴리머가 10-100 중량%로 포함될 수 있다. 상기 추가의 층은 투명 기재에 변색 보상 폴리머를 포함하는 층을 형성한 후, 이를 색변환 필름 최외각에 점착층에 의하여 라미네이션해서 일체화함으로써 제조될 수도 있고(도 3), 변색 보상 폴리머를 색변환층 외각에 바로 코팅 또는 적층하여 제조될 수도 있다(도 2). 또한, 색변환층이 2층 이상 적층되는 경우, 예컨대 청색 광을 녹색광으로 변환하는 색변환층과, 녹색 또는 청색 광을 적색광으로 변환하는 색변환층이 적층되는 경우, 적층된 색변환층 사이에 상기 추가의 층이 구비될 수 있다(도 4). 또한, 상기 추가의 층은 투명 기재에 코팅방식을 이용하여 형성될 수도 있고, 기재 없이 압출, 연신을 통하여 변색 보상층 단독으로 얻어질 수도 있다. 상기 변색 보상 폴리머를 포함하는 층은 두께가 얇을수록 바람직하며, 예컨대 1 내지 200 μm일 수 있다.
상기 변색 보상 폴리머를 포함하는 층이 색변환층의 적어도 일면에 구비되는 추가의 층 중에 포함되는 경우, 상기 변색 보상 폴리머를 포함하는 층의 일면 또는 양면에 투명 필름이 구비될 수 있다. 예컨대, 상기 변색 보상 폴리머를 포함하는 층이 색변환층의 일면에 캐스팅 방식으로 코팅되어 형성되는 경우 양면에 투명 필름이 구비될 수 있다.
본 출원의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 색변환 필름의 적어도 일면에 투명 필름이 구비된다. 상기 투명 필름은 상기 색변환 필름에 직접 접하거나, 점착층을 통하여 부착된다. 상기 색변환 필름이 투명 필름의 일 면에 색변환층 형성용 조성물을 코팅하여 제조되는 경우, 투명 필름과 색변환 필름 사이에는 별도의 점착층이 구비되지 않을 수 있다. 도 1 및 도 2에는 색변환층의 일면에 투명 필름이 구비되고, 색변환층의 타면에 점착층을 통하여 투명 필름이 구비된 예가 도시되어 있다.
상기 투명 필름은 색변환층의 제조시 지지체로서의 기능을 할 수 있고, 색변환층이 컬링(curling)되는 것을 방지하기 위한 보호필름의 기능을 할 수도 있다. 상기 투명 필름의 종류로는 특별히 한정되지 않으며, 투명하고, 상기 지지체 또는 보호필름로서의 기능을 할 수 있는 것이라면 그 재질이나 두께에 한정되지 않는다. 여기서 투명이란, 가시광선 투과율이 70% 이상인 것을 의미한다. 예컨대 상기 투명 필름으로는 PET 필름이 사용될 수 있다. 필요에 따라 상기 투명 필름으로서 배리어 필름이 사용될 수도 있다. 배리어 필름으로는 당기술분야에 알려져 있는 것들을 이용할 수 있다.
상기 점착층은 색변환 필름에 투명 필름을 부착하기 위하여 사용된다. 이와 같은 목적을 해하지 않는 한 당 기술분야에 알려져 있는 재료를 이용하여 상기 점착층을 형성할 수 있다. 예컨대, 점착 테이프를 이용하거나, 점착 조성물을 코팅하여 점착층을 형성할 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 따르면, 색변환층의 수지 매트릭스로는 열가소성 고분자 또는 열경화성 고분자가 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 수지 매트릭스의 재료로는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)와 같은 폴리(메트)아크릴계, 폴리카보네이트계(PC), 폴리스티렌계(PS), 폴리아릴렌계(PAR), 폴리우레탄계(TPU), 스티렌-아크릴로니트릴계(SAN), 폴리비닐리덴플루오라이드계(PVDF), 개질된 폴리비닐리덴플루오라이드계(modified-PVDF), 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌(SEBS)계, 수소화된 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌(hydrogenated SEBS)계 등이 사용될 수 있다. UV 경화형 수지에 비하여 열가소성 또는 열경화성 고분자는 UV 경화과정에서 나오게 되는 UV 에너지를 사용하지 않고, 형광체를 공격할 수 있는 라디칼 또는 양이온을 가지고 있지 않으므로, UV 에너지 또는 라디칼이나 양이온에 의한 광특성 저하를 방지할 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 따르면, 상기 형광체로는 450 nm 파장을 포함하는 광을 조사하였을 때 조사된 광과 상이한 파장의 광을 방출하는 형광체라면 특별히 한정되지 않는다. 조사된 광과 상이한 파장의 광을 방출한다는 것은, 조사된 광의 파장과 방출하는 광의 파장이 전혀 중첩되지 않을 필요는 없고, 조사된 광의 전체 파장과 방출하는 광의 전체 파장이 일치하지 않는 경우를 의미하며, 파장의 일부만이 상이한 경우도 포함된다. 예컨대, 무기 형광체, 유기 형광체, 양자점 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 무기 형광체, 유기 형광체 및 양자점으로는 당기술분야에 알려져 있는 것들이 사용될 수 있다. 특히, 유기 형광체를 사용하는 경우, 광안정성이 떨어져서 백색 색차가 많이 발생할 수 있으나, 본 발명에 따른 변색 보상 폴리머를 함께 사용함으로써 상기와 같은 색차를 방지하는데 더 효율적이다. 양자점도 역시 내구성이 좋지 못하기 때문에 마찬가지로, 본 발명에 따른 변색 보상 폴리머를 함께 사용함으로써 전술한 효과를 나타낼 수 있다.
일 예에 따르면, 형광체로서, 450nm 파장을 포함하는 광을 조사시 조사된 광과 상이한 파장의 광을 방출하는 형광체가 사용될 수 있다. 예컨대, 상기 형광체로는 450 nm에서 발광 피크를 가지고 반치폭이 40 nm 이하이며 발광 강도 분포가 모노모달(monomodal)한 광 조사시 조사된 광과 상이한 파장의 광을 방출하는 형광체가 사용될 수 있다. 여기서, 방출되는 광은 500 nm 내지 560 nm 의 파장에서 선택되는 파장을 갖는 녹색 광 또는 600 nm 내지 780 nm의 파장에서 선택되는 파장을 갖는 적색 광 또는 이들의 혼합일 수 있다. 예컨대, 상기 형광체는 청색 또는 녹색 광을 흡수하여 적색 광을 방출하는 형광체, 청색 광을 흡수하여 녹색 광을 방출하는 형광체, 또는 이들의 혼합을 포함할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 청색 광, 녹색 광 및 적색 광은 당기술분야에 알려져 있는 정의가 사용될 수 있으며, 예컨대 청색 광은 400 nm 내지 500 nm 의 파장에서 선택되는 파장을 갖는 광이고, 녹색 광은 500 nm 내지 560 nm 의 파장에서 선택되는 파장을 갖는 광이며, 적색 광은 600 nm 내지 780 nm 의 파장에서 선택되는 파장을 갖는 광이다. 본 명세서에 있어서, 녹색 형광체는 청색 광의 적어도 일부를 흡수하여 녹색 광을 방출하고, 적색 형광체는 청색 광 또는 녹색 광의 적어도 일부를 흡수하여 적색 광을 방출한다. 예컨대, 적색 형광체는 청색 광 뿐만 아니라 500~600nm 사이의 파장의 광을 흡수할 수도 있다.
일 예에 따르면, 상기 유기 형광체로서 하기 화학식 1의 유기 형광체를 사용할 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112016036987194-pat00001
화학식 1에 있어서,
X1 및 X2는 불소기 또는 알콕시기이고,
R1 내지 R4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 할로겐기, 알킬기, 알콕시기, 카르복실기 치환 알킬기, 알콕시기로 치환 또는 비치환된 아릴기, -COOR 또는 -COOR 치환 알킬기이고, 여기서 R은 알킬기이며,
R5 및 R6은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 시아노기, 니트로기, 알킬기, 카르복실기 치환 알킬기, -SO3Na, 또는 아릴알키닐로 치환 또는 비치환된 아릴기이며,R1과 R5는 서로 연결되어 치환 또는 비치환된 탄화수소 고리 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리를 형성할 수 있고, R4와 R6은 서로 연결되어 치환 또는 비치환된 탄화수소 고리 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리를 형성할 수 있으며,
R7은 수소; 알킬기; 할로알킬기; 또는 할로겐기, 알킬기, 알콕시기, 아릴기 또는 알킬아릴기로 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1의 R1 내지 R4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 불소기, 염소기, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 알콕시기, 카르복실산 치환 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 알콕시기로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴기, -COOR, 또는 -COOR 치환 탄소수 1 내지 6의 알킬기이고, 여기서 R은 탄소수 1 내지 6의 알킬기이다.
또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1의 R1 내지 R4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 염소기, 메틸기, 카르복실기 치환 에틸기, 메톡시기, 페닐기, 메톡시기 치환 페닐기 또는 -COOR 치환 메틸기이고, 여기서 R은 탄소수 1 내지 6의 알킬기이다.
일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1의 R5 및 R6은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 니트로기, 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 카르복실기 치환 탄소수 1 내지 6의 알킬기 또는 -SO3Na이다.
일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1의 R5 및 R6은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 니트로기, 에틸기, 카르복실기 치환 에틸기 또는 -SO3Na이다.
일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1의 R7은 수소; 탄소수 1 내지 6의 알킬기; 또는 탄소수 1 내지 6의 알킬기, 탄소수 1 내지 6의 알콕시기, 탄소수 6 내지 20의 아릴기 또는 탄소수 7 내지 20의 알킬아릴기로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴기이다.
일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1의 R7은 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 페닐, 메틸페닐, 디메틸페닐, 트리메틸페닐, 나프틸, 바이페닐 치환 나프틸, 디메틸플루오렌 치환 나프틸, 터페닐 치환 디메틸페닐, 메톡시페닐, 또는 디메톡시페닐이다. 일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 1은 하기 구조식들로 표시될 수 있다.
Figure 112016036987194-pat00002
상기 구조식 중 Ar은 치환 또는 비치환된 아릴기이다. 예컨대 Ar은 알킬기 또는 알콕시기로 치환된 아릴기일 수 있다.
예컨대 하기 구조식의 화합물이 사용될 수 있다. 하기 구조식의 화합물은 용액 상태에서 490 nm에서 최대 흡수 파장을 갖고 520 nm에서 최대 발광 피크를 갖는다.
Figure 112016036987194-pat00003
다만, 상기 구조식에만 한정되는 것은 아니며, 다양한 형광체가 사용될 수 있다.
또 하나의 예에 따르면, 상기 유기 형광체로서, 용액 상태에서 560-620 nm에서 최대 흡수 파장을 갖고 600-650 nm에서 발광 피크를 갖는 형광체가 사용될 수 있다. 예컨대 하기 화학식 2의 화합물이 사용될 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112016036987194-pat00004
R11, R12 및 L은 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로 수소, 알킬기, 시클로알킬기, 아랄킬기, 알킬아릴기, 알케닐기, 시클로알케닐기, 알키닐기, 수산기, 머캅토기, 알콕시기, 알콕시아릴기, 알킬티오기, 아릴에테르기, 아릴티오에테르기, 아릴기, 할로아릴기, 헤테로고리기, 할로겐, 할로알킬기, 할로알케닐기, 할로알키닐기, 시아노기, 알데히드기, 카르보닐기, 카르복실기, 에스테르기, 카르바모일기, 아미노기, 니트로기, 실릴기 또는 실록사닐기이거나, 인접한 치환기와 연결되어 치환 또는 비치환된 방향족 또는 지방족의 탄화수소 또는 헤테로 고리를 형성하고,
M은 m가의 금속으로서, 붕소, 베릴륨, 마그네슘, 크롬, 철, 니켈, 구리, 아연 또는 백금이고,
Ar1 내지 Ar5는 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로 수소; 알킬기; 할로알킬기; 알킬아릴기; 아민기; 알콕시기로 치환 또는 비치환된 아릴알케닐기; 또는 히드록시기, 알킬기 또는 알콕시기로 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
일 실시상태에 따르면, 상기 화학식 2는 하기 구조식들로 표시될 수 있다.
Figure 112016036987194-pat00005
상기에서 예시한 형광체는 용액 상태에서 발광 피크의 반치폭이 40 nm 이하이고, 필름 상태에서의 발광 피크의 반치폭은 50nm 내외이다.
상기 형광체의 함량은 색변환층에 포함된 수지 매트릭스 100 중량부를 기준으로 0.005 중량부 내지 2 중량부일 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 따르면, 상기 색변환층의 두께가 1 내지 200 마이크로미터, 예컨대 2 내지 50 마이크로미터일 수 있다.
상기 색변환층은 형광체가 용해 또는 분산된 수지 용액을 기재 상에 코팅하는 단계; 및 상기 기재 상에 코팅된 수지 용액을 건조하는 단계를 포함하는 방법, 또는 형광체를 수지와 함께 압출하는 단계를 포함하는 방법에 의하여 제조될 수 있다.
상기 형광체가 유기 형광체인 경우, 상기 수지 용액 중에는 유기 형광체가 용해되어 있기 때문에 유기 형광체가 용액 중에 균질하게 분포하게 되므로, 별도의 분산공정을 필요로 하지 않는다.
상기 수지 용액에는 필요에 따라 첨가제가 첨가될 수 있으며, 예컨대 실리카, 티타니아, 지르코니아, 알루미나 분말과 같은 광확산제가 첨가될 수 있다. 또한, 광확산 입자의 안정적인 분산을 위하여 분산제가 추가로 첨가될 수도 있다.
상기 형광체가 용해 또는 분산된 수지 용액은 용액 중에 형광체와 수지가 용해 또는 분산되어 있는 상태라면 그 제조방법은 특별히 한정되지 않는다.
일 예에 따르면, 유기 형광체를 용매에 녹여 제1 용액을 준비하고, 수지를 용매에 녹여 제2 용액을 준비하고, 상기 제1 용액과 제2 용액을 혼합하는 방법에 의하여 유기 형광체가 용해된 수지 용액을 제조할 수 있다. 상기 제1 용액과 제2 용액을 혼합할 때, 균질하게 섞는 것이 바람직하다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 용매에 유기 형광체와 수지를 동시에 첨가하여 녹이는 방법, 용매에 유기 형광체를 녹이고 이어서 수지를 첨가하여 녹이는 방법, 용매에 수지를 녹이고 이어서 유기 형광체를 첨가하여 녹이는 방법 등이 사용될 수 있다.
상기 용액 중에 포함되어 있는 수지로는 전술한 수지 매트릭스 재료, 이 수지 매트릭스 수지로 경화가능한 모노머, 또는 이들의 혼합이 사용될 수 있다. 예컨대, 상기 수지 매트릭스 수지로 경화가능한 모노머로는 (메트)아크릴계 모노머가 있으며, 이는 UV 경화에 의하여 수지 매트릭스 재료로 형성될 수 있다. 이와 같이 경화가능한 모노머를 사용하는 경우, 필요에 따라 경화에 필요한 개시제가 더 첨가될 수 있다.
상기 용매로는 특별히 한정되지 않으며, 상기 코팅 공정에 악영향을 미치지 않으면서 추후 건조에 의하여 제거될 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않는다. 상기 용매의 비제한적인 예로는 톨루엔, 자일렌, 아세톤, 클로로포름, 각종 알코올계 용매, MEK(메틸에틸케톤), MIBK(메틸이소부틸케톤), EA(에틸에세테이트), 부틸아세테이트, 사이클로헥사논 (cyclohexanone), PGMEA(프로필렌글리콜 메틸에틸아세테이트), 다이옥산(dioxane), DMF(디메틸포름아미드), DMAc(디메틸아세트아미드), DMSO(디메틸술폭사이드), NMP(N-메틸-피롤리돈) 등이 사용될 수 있으며, 1 종 또는 2 종 이상이 혼합되어 사용될 수 있다. 상기 제1 용액과 제2 용액을 사용하는 경우, 이들 각각의 용액에 포함되는 용매는 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다. 상기 제1 용액과 상기 제2 용액에 서로 상이한 종류의 용매가 사용되는 경우에도, 이들 용매는 서로 혼합될 수 있도록 상용성을 갖는 것이 바람직하다.
상기 유기 형광체가 용해된 수지 용액을 기재 상에 코팅하는 공정은 롤투롤 공정을 이용할 수 있다. 예컨대, 기재가 권취된 롤로부터 기재를 푼 후, 상기 기재의 일면에 상기 유기 형광체가 용해된 수지 용액을 코팅하고, 건조한 후, 이를 다시 롤에 권취하는 공정으로 수행될 수 있다. 롤투롤 공정을 이용하는 경우, 상기 수지 용액의 점도를 상기 공정이 가능한 범위로 결정하는 것이 바람직하며, 예컨대 200 내지 2,000 cps 범위 내에서 결정할 수 있다.
상기 코팅 방법으로는 공지된 다양한 방식을 이용할 수 있으며, 예컨대 다이(die) 코터가 사용될 수도 있고, 스크린 코터, 콤마(comma) 코터, 역콤마(reverse comma) 코터 등 다양한 바 코팅 방식이 사용될 수도 있다.
상기 코팅 이후에 건조 공정을 수행한다. 건조 공정은 용매를 제거하기에 필요한 조건으로 수행할 수 있다. 예컨대, 기재가 코팅 공정시 진행하는 방향으로, 코터에 인접하여 위치한 오븐에서 용매가 충분히 날아갈 조건으로 건조하여, 기재 위에 원하는 두께 및 농도의 형광체를 포함하는 색변환층을 얻을 수 있다.
상기 변색 보상 폴리머가 색변환층 중에 포함되는 경우, 전술한 색변환층의 제조시 사용되는 조성물에 변색 보상 폴리머를 첨가할 수 있다.
상기 변색 보상 폴리머가 색변환층의 적어도 일면에 구비된 추가의 층에 포함되는 경우, 상기 추가의 층은 상기 색변환층의 적어도 일면에 상기 변색 보상 폴리머를 포함하는 조성물을 코팅하고, 필요한 경우 건조 또는 경화할 수 있다.
상기 변색 보상 폴리머를 포함하는 층은 전술한 바와 같이 투명 기재 상에 코팅하는 방식, 용액 캐스팅(solution casting)하는 방식, 압출 및 연신하는 방식 등에 의하여 제조될 수 있다. 이 때, 상기 층을 형성하는 방법으로서 압출 성형을 하는 경우, 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 스티렌아크릴로니트릴(SAN) 등의 수지와 변색 보상 폴리머가 함께 사용될 수 있다.
상기 용액 중에 포함되는 수지로서 상기 수지 매트릭스 수지로 경화가능한 모노머를 사용하는 경우, 상기 건조 전에 또는 건조와 동시에 경화, 예컨대 UV 경화를 수행할 수 있다.
형광체를 수지와 함께 압출하여 필름화하는 경우에는 당기술분야에 알려져 있는 압출 방법을 이용할 수 있으며, 예컨대, 형광체를 폴리카보네이트계(PC), 폴리(메트)아크릴계, 스티렌-아크릴로니트릴계(SAN)와 같은 수지를 함께 압출함으로써 색변환층을 제조할 수 있다.
본 출원의 또 하나의 실시상태는 전술한 색변환 필름을 포함하는 백라이트 유닛을 제공한다. 상기 백라이트 유닛은 상기 색변환 필름을 포함하는 것을 제외하고는 당기술분야에 알려져 있는 백라이트 유닛 구성을 가질 수 있다. 예컨대, 도 5 및 도 6에 일 예를 도시하였다. 도 5에 따르면, 도광판과 반사판 사이에 전술한 실시상태들에 따른 색변환 필름이 구비된다. 도 6에 따르면, 도광판의 반사판에 대항하는 면의 반대면에 전술한 실시상태들에 따른 색변환 필름이 구비된다. 도 5 및 도 6에는 광원과 광원을 둘러싸는 반사판을 포함하는 구성을 예시하였으나, 이와 같은 구조에 한정되는 것은 아니며, 당기술분야에 알려져 있는 백라이트 유닛 구조에 따라 변형될 수 있다. 또한, 광원은 측쇄형 뿐만 아니라 직하형이 사용될 수도 있으며, 반사판이나 반사층은 필요에 따라 생략되거나 다른 구성으로 대체될 수도 있으며, 필요에 따라 추가의 필름, 예컨대 광확산 필름, 집광 필름, 휘도 향상 필름 등이 더 추가로 구비될 수 있다.
도 5 및 도 6과 같은 백라이트 유닛의 구성 중 상기 도광판의 상면 또는 하면에는 필요에 따라 산란 패턴이 구비될 수 있다. 도 7에는 도광판의 하면, 즉 반사판에 대향하는 면에 산란 패턴이 구비된 예를 도시하였고, 도 8에는 도광판의 상면, 즉 반사판에 대향하는 면의 반대면에 산란 패턴이 구비된 예를 도시하였다. 도광판 내부로 유입된 광은 반사, 전반사, 굴절, 투과 등의 광학적 과정의 반복으로 불균일한 광분포를 가지는데, 상기 산란 패턴은 상기 불균일한 광분포를 균일한 밝기로 유도하기 위하여 이용될 수 있다.
본 출원의 또 하나의 실시상태에 따르면, 전술한 백라이트 유닛을 포함하는 디스플레이 장치가 적용된다. 이 디스플레이 장치로는 전술한 백라이트 유닛을 구성요소로 포함하는 것이라면 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 상기 디스플레이 장치는 디스플레이 모듈 및 백라이트 유닛을 포함한다. 도 9 및 도 10에 디스플레이 장치의 구조를 예시하였다. 도 9는 도광판과 반사판 사이에 색변환 필름이 구비된 경우이고, 도 10은 도광판의 반사판에 대향하는 면의 반대면에 색변환 필름이 구비된 경우를 예시한 것이다. 그러나, 이에만 한정된 것은 아니고, 디스플레이 모듈과 백라이트 유닛 사이에 필요한 경우 추가의 필름, 예컨대 광확산 필름, 집광 필름, 휘도 향상 필름 등이 더 추가로 구비될 수 있다.
이하, 실시예를 통하여, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위를 한정하기 위한 것은 아니다.
실시예
하기 구조의 녹색 형광체를 DMF 중의 폴리스티렌 용액에 녹여 고분자 용액을 제조하였다. 이 때, 폴리스티렌 100중량부 대비 1중량부의 형광체를 사용하였다. 상기 용액 중 고형분 함량은 20 중량%이었고, 점도는 200 cps이었다. 이 용액을 PET 기재에 코팅한 후 건조하여 녹색 색변환 필름을 제조하였다.
Figure 112016036987194-pat00006
하기 적색 형광체를 사용하는 것을 제외하고는 위의 녹색 색변환 필름과 동일한 방법으로 적색 색변환 필름을 제조하였다.
Figure 112016036987194-pat00007
제조된 2개의 색변환 필름층을 NCF(non carrier film) type 의 점착제로 양면 적층을 하여 색변환 필름을 제조하였다.F
엣지형(Edge lit) 방식의 청색 광원을 포함하는 백라이트 유닛에 상기 색변환 필름을 적용하여 평가한 백색광의 스펙트럼을 도 9에 나타내었다.
PET 필름 위에, MDI(methylene diphenyl diisocyanate)와 에스터형(ester type)의 폴리올로 이루어진 폴리우레탄수지와 PMMA 수지를 각각 80 : 20 중량부로 혼합하여 20중량% 의 DMF 용액을 만든 후 PET 에 20um 의 두께로 코팅 건조하여 변색 보정 필름을 제조하였다.
도광판, 상기에서 제조된 색변환 필름, 프리즘 필름 2매 및 APF 필름을 적층하고, 그 상부에 상기 변색 보정 필름을 적층하여 백라이트 유닛을 제작하였다. 백라이트 유닛의 발광 스펙트럼을 측정하였고, 이 백라이트 유닛을 60℃ 오븐에서 지속적으로 구동시킨 상태에서 색변환 필름과 변색 보정 필름의 광특성 변화를 보관 시간에 따라 측정하였다.
고온에서 내구평가시 변색 보정 필름을 적용하지 않은 경우 유기형광체의 열화 등에 의해 녹색 및 적색 광이 감소하게 되고, 청색 광이 증가함에 따라 초기 대비 색차가 지속적으로 벌어지게 된다(비교예, 도 10, 하기 표 1). 본 명세서에 있어서, 색차는 특정시간(t)에서의 색차를 의미하며, 식 [sqrt ((Wx(t)-Wx(초기))2+(Wy(t)-Wy(초기))2)을 의미한다.
시간(hr) 색차 변화
0 0.000
118 0.011
235 0.018
353 0.019
647 0.039
765 0.044
1000 0.054
반면, 변색 보정 필름을 적용하는 경우 도 11 및 표 2와 같이 시간에 따른 색차 변화 폭이 크게 줄어 들었다. 또한, 1000 시간에서의 색차 변화는 0.012로 매우 우수한 결과를 나타내었다.
시간(hr) 색차 변화
0 0.000
118 0.002
235 0.003
353 0.003
647 0.008
765 0.009
1000 0.012

Claims (9)

  1. 수지 매트릭스, 및 상기 수지 매트릭스 중에 분산되고, 450nm 파장을 포함하는 광을 조사하였을 때 조사된 광과 상이한 파장의 광을 방출하는 형광체를 포함하는 색변환층을 포함하는 색변환 필름으로서,
    상기 색변환 필름은 상기 색변환 필름의 전면에 휘도 600 nit인 청색광을 1,000 시간 조사하였을 때, 발광되는 백색광의 색차 변화가 0.05 이내가 되도록 하는 변색 보상 폴리머를 상기 색변환층 중에 또는 상기 색변환층의 적어도 일면에 구비된 추가의 층 중에 포함하는 색변환 필름.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 청색광은, 광원으로부터 나오는 청색광이 도광판, 집광 필름 및 휘도향상필름을 포함하는 백라이트 유닛의 스택구조를 통하여, 면광원으로 전환된 광인 것인 색변환 필름.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 청색광은 450 nm에서 발광 피크를 갖고 반치폭이 30 nm 이내인 것인 색변환 필름.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 색변환 필름은 적어도 일면에 구비된 투명 필름을 더 포함하는 것인 색변환 필름.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 변색 보상 폴리머가 상기 색변환층 중에 1-50 중량%의 함량으로 포함되는 것인 색변환 필름.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 변색 보상 폴리머가 상기 색변환층의 적어도 일면에 구비된 추가의 층에 포함되고, 상기 추가의 층은 상기 변색 보상 폴리머를 10-100 중량% 포함하는 것인 색변환 필름.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 색변환층은 하기 화학식 1의 유기 형광체 및 하기 화학식 2의 유기 형광체 중 한 종 또는 2종 이상을 포함하는 것인 색변환 필름:
    [화학식 1]
    Figure 112016036987194-pat00008

    화학식 1에 있어서,
    X1 및 X2는 불소기 또는 알콕시기이고,
    R1 내지 R4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 할로겐기, 알킬기, 알콕시기, 카르복실기 치환 알킬기, 알콕시기로 치환 또는 비치환된 아릴기, -COOR 또는 -COOR 치환 알킬기이고, 여기서 R은 알킬기이며,
    R5 및 R6은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소, 시아노기, 니트로기, 알킬기, 카르복실기 치환 알킬기, -SO3Na, 또는 아릴알키닐로 치환 또는 비치환된 아릴기이며,R1과 R5는 서로 연결되어 치환 또는 비치환된 탄화수소 고리 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리를 형성할 수 있고, R4와 R6은 서로 연결되어 치환 또는 비치환된 탄화수소 고리 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리를 형성할 수 있으며,
    R7은 수소; 알킬기; 할로알킬기; 또는 할로겐기, 알킬기, 알콕시기, 아릴기 또는 알킬아릴기로 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
    [화학식 2]
    Figure 112016036987194-pat00009

    R11, R12 및 L은 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로 수소, 알킬기, 시클로알킬기, 아랄킬기, 알킬아릴기, 알케닐기, 시클로알케닐기, 알키닐기, 수산기, 머캅토기, 알콕시기, 알콕시아릴기, 알킬티오기, 아릴에테르기, 아릴티오에테르기, 아릴기, 할로아릴기, 헤테로고리기, 할로겐, 할로알킬기, 할로알케닐기, 할로알키닐기, 시아노기, 알데히드기, 카르보닐기, 카르복실기, 에스테르기, 카르바모일기, 아미노기, 니트로기, 실릴기 또는 실록사닐기이거나, 인접한 치환기와 연결되어 치환 또는 비치환된 방향족 또는 지방족의 탄화수소 또는 헤테로 고리를 형성하고,
    M은 m가의 금속으로서, 붕소, 베릴륨, 마그네슘, 크롬, 철, 니켈, 구리, 아연 또는 백금이고,
    Ar1 내지 Ar5는 서로 같거나 상이하고 각각 독립적으로 수소; 알킬기; 할로알킬기; 알킬아릴기; 아민기; 알콕시기로 치환 또는 비치환된 아릴알케닐기; 또는 히드록시기, 알킬기 또는 알콕시기로 치환 또는 비치환된 아릴기이다.
  8. 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 따른 색변환 필름을 포함하는 백라이트 유닛.
  9. 청구항 8에 따른 백라이트 유닛을 포함하는 디스플레이 장치.
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