KR102198801B1

KR102198801B1 - 색 변환 패널 및 색 변환 패널의 제조 방법

Info

Publication number: KR102198801B1
Application number: KR1020170167460A
Authority: KR
Inventors: 신동주; 이승은; 이우진
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2017-12-07
Filing date: 2017-12-07
Publication date: 2021-01-05
Also published as: WO2019112126A1; TW201935044A; KR20190067484A; JP6937436B2; US20200239732A1; JP2021505932A; CN111279229A; CN111279229B; TWI687723B; US11781038B2

Abstract

기판, 상기 기판의 일면 위에 배치되며 카보실란-실록산 공중합체를 포함하는 저굴절층, 상기 저굴절층 위에 배치되는 색 변환 부재를 포함하는 색 변환층, 및 상기 저굴절층 및 상기 색 변환층을 덮는 평탄화층을 포함하고, 상기 저굴절층은 500nm 내지 550nm 파장에 대한 굴절률이 1.3 이하이며, 상기 색 변환 부재는 양자점을 포함하는 색 변환 패널 및 이를 제조하는 방법을 제공한다.

Description

색 변환 패널 및 색 변환 패널의 제조 방법{COLOR CONVERSION PANEL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 기재는 색 변환 패널 및 색 변환 패널의 제조 방법에 관한 것이다.

저굴절률 소재는 빛을 다루는 다양한 디바이스에 사용될 수 있다. 저굴절률의 특성을 이용하면 저반사율의 효과를 볼 수 있기 때문에, 빛 센서 외부의 렌즈의 저반사층, 디스플레이 혹은 태양전지 최 외곽의 반사방지막(AR), 또는 빛이 이동하는 디바이스 내부에서 빛의 손실을 줄여 효율을 높이는 층에 사용되기도 한다. 이때 코팅층의 굴절률이 낮을수록 코팅층의 두께를 줄일 수 있어, 코팅막의 마진이 넓어지고 디바이스 목적에 따른 효율은 증가하게 된다.

특히, 최근 디스플레이 분야가 발달함에 따라 디스플레이를 이용한 각종 표시 장치가 다양화되고 있으며, 이러한 표시 장치 중 OLED 또는 양자점을 포함하는 표시 장치와 같은 자발광 재료의 발광 효율을 증대시키는 기술에 대한 요구가 지속적으로 발생하고 있다.

본 기재는, 발광 효율이 상승되는 색 변환 패널을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

일 구현예에 따른 색 변환 패널은, 기판, 상기 기판의 일면 위에 배치되며 카보실란-실록산 공중합체를 포함하는 저굴절층, 상기 저굴절층 위에 배치되는 색 변환 부재를 포함하는 색 변환층, 및 상기 저굴절층 및 상기 색 변환층을 덮는 평탄화층을 포함하고, 상기 저굴절층은 500nm 내지 550nm 파장에 대한 굴절률이 1.3 이하이며, 상기 색 변환 부재는 양자점을 포함한다.

본 발명의 다른 구현예에 따른 색 변환 패널의 제조 방법은, 기판 상에 저굴절층 형성용 조성물을 도포하고, 도포된 상기 저굴절층 형성용 조성물을 경화 또는 건조하여 카보실란-실록산 공중합체를 포함하는 저굴절층을 형성하는 단계, 상기 저굴절층 상에 양자점을 포함하는 색 변환 부재를 포함하는 색 변환층을 형성하는 단계, 및 상기 색 변환층 상에 평탄화층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 저굴절층은 500nm 내지 550nm 파장에서 1.5 이하의 굴절률을 가진다.

본 기재에 의하면 발광 효율을 향상시킬 수 있는 색 변환 패널 및 색 변환 패널의 제조 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 색 변환 패널을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1의 II-II 선을 따라 절단한 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2의 일 변형예에 따른 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구현예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 기재를 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 기재의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

본 기재를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분을 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 기재가 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. 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.

도 1은 일 실시예에 따른 색 변환 패널(100)을 개략적으로 도시한 평면도이며, 도 2는 도 1의 II-II 선을 따라 절단한 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 색 변환 패널(100)은 기판(110), 저굴절층(120), 색변환층(130), 및 평탄화층(140)을 포함하고, 상기 색변환층(130)은 제1 파장의 광을 발광하는 제1 색변환층(132)과 제2 파장의 광을 발광하는 제2 색변환층(134)과 같이, 2 이상의 다른 파장의 광을 발광하는 색 변환층을 포함할 수 있다.

기판(110)은 투명하고 전기적으로 절연성을 가지는 물질로 이루어지며, 제1 색변환층(132)과 제2 색 변환층(134)이 위치하는 영역에 대응되는 위치에 보호층(112)을 더 포함할 수 있다. 보호층(112)은 기판(110)의 일면에 형성되어, 이후 기판(110) 상에 색 변환층(130)이 형성될 때 색 변환층의 패터닝이 원활하게 진행되도록 하고, 색 변환층 내 색 변환 부재를 보호한다.

저굴절층(120)은 기판(110)의 일면, 예를 들어, 보호층(112)이 형성된 기판(110)의 일면 상에서 기판(110) 일부 및 보호층(112)을 덮는다. 일 구현예에 따른 저굴절층(120)은 500nm 내지 550nm 파장에 대해 1.30 이하, 예를 들어, 1.25 이하, 예를 들어, 1.20 이하, 예를 들어, 1.19 이하, 예를 들어, 1.18 이하, 예를 들어, 1.17이하, 예를 들어, 1.16 이하, 예를 들어, 1.15 이하, 예를 들어, 1.14 이하, 예를 들어, 1.13 이하의 상대적으로 낮은 굴절률을 가져, 이러한 저굴절층(120) 위에 색 변환층(130)을 형성하는 경우, 색 변환층(130)으로부터 발광하는 광이 기판(110) 쪽으로 반사되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 저굴절층(120) 위에 색 변환층(130)을 형성한 일 구현예에 따른 색 변환 패널(100)의 발광 효율이 더욱 향상될 수 있다. 본 명세서에서 언급하는 굴절률은 진공과 매질 중의 빛의 속도의 비를 나타내는 절대 굴절률을 의미한다.

상기한 바와 같이, 저굴절층(120) 위에는 색 변환층(130)이 형성된다. 도 1에 나타낸 일 실시예에 따른 색 변환 패널(100)은 제1 파장의 광을 방출하는 제1 색 변환층(132)과 제2 파장의 광을 방출하는 제2 색 변환층(134)을 포함한다. 일 예로 제1 색변환층(132)은 적색 광을 방출하며, 제2 색변환층(134)은 녹색 광을 방출할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 이 외에도 색 변환 패널(100)은 청색 계열의 광을 방출하거나 혹은 백색 광을 방출하는 제3 영역(C)을 더 포함할 수 있다.

제1 색 변환층(132) 및 제2 색 변환층(134)은 각각 제1 파장의 광을 발광하는 제1 색 변환부재(133) 및 제2 파장의 광을 발광하는 제2 색 변환부재(135)를 포함하며, 이들 제1 색 변환부재(133)와 제2 색 변환부재(135)는 각각 입사된 광의 파장을 다른 파장의 광으로 변환시키는 양자점을 포함할 수 있다. 색 변환층(130)에 포함되는 색 변환부재 및 양자점에 대해서는 후술하기로 한다.

한편, 도 1을 참조하면, 색 변환층(130)은 제3 영역(C)에 대응되도록 배치되는 투과부재(136)를 더 포함할 수도 있다. 투과부재(136)는 광원으로부터 전달받은 광을 별도의 색 변환 없이 그대로 방출할 수 있다. 이를 위해, 일 예로, 투과부재(136)는 색 변환층(130)의 높이와 동일하게 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 투과부재(136) 역시 제1 색 변환층(132) 및 제2 색 변환층(134)과 같이, 특정 파장으로 변환된 광을 방출하기 위하여 양자점을 더 포함할 수 있다.

이하, 일 실시예에 따른 저굴절층(120)에 대해 자세히 설명한다.

카보실란-실록산 공중합체를 포함하는 저굴절층(120)은 기판(110) 상에 카보실란-실록산 공중합체를 포함하는 저굴절층 형성용 조성물을 도포하여 경화함으로써 형성할 수 있다. 상기 저굴절층 형성용 조성물은 (a) 카보실란-실록산 공중합체, (b) 100℃ 내지 200℃ 범위에서 끓는점을 가지는 유기 고분자, (c) 계면활성제, 및 (d) 용매를 포함할 수 있다. 이하, 상기 저굴절층 형성용 조성물에 대해 설명한다.

(a) 카보실란-실록산 공중합체

카보실란-실록산 공중합체는 하기 화학식 1로 표시되는 실란 화합물 및 하기화학식 2로 표시되는 카보실란 화합물을 가수분해 축합 반응시켜 제조될 수 있다.

[화학식 1]

(R¹)_n-Si-(OR²)_4-n

상기 화학식 1 중, R¹은 수소, C1 내지 C30의 알킬기, C2 내지 C30의 알케닐기, C6 내지 C30 아릴기, C3 내지 C30의 사이클로알킬기, C1 내지 C30 알콕시기, 카르복실기, R(C=O)-, R(C=O)O- (여기서 R은 C1 내지 C30의 알킬기, C3 내지 C30의 사이클로알킬기, C6 내지 C30의 아릴기), 에폭시기 함유 1가 유기기, (메트)아크릴기, (메트)아크릴레이트기, (메트)아크릴기로 치환된 C1 내지 C30의 알킬기, (메트)아크릴레이트기로 치환된 C1 내지 C30의 알킬기, 또는 이들의 조합이고,

R²는 수소, C1 내지 C30의 알킬기, C3 내지 C30의 사이클로알킬기, C2 내지 C30 알케닐기, C6 내지 C30의 아릴기 중 어느 하나를 나타내며,

n은 0≤n<4 를 나타낸다.

[화학식 2]

상기 화학식 2 중, R³은 수소, C1 내지 C30의 알킬기, C3 내지 C30의 사이클로알킬기, C2 내지 C30의 알케닐기, 또는 C6 내지 C30의 아릴기를 나타내고,

Y는 C1 내지 C30의 알킬렌기, C2 내지 C30의 알케닐렌기, C3 내지 C30의 사이클로알킬렌기, C6 내지 C30의 아릴렌기, 또는 이들의 조합을 나타낸다.

상기 화학식 1에서, n은 0≤n<3 일 수 있다.

상기 화학식 1로 표시되는 실란 화합물 및 상기 화학식 2로 표시되는 카보실란 화합물로부터 제조되는 카보실란-실록산 공중합체는 하기 화학식 3으로 표시될 수 있다:

[화학식 3]

(R⁴R⁵R⁶SiO_1/2)_M(R⁷R⁸SiO_2/2)_D(R⁹SiO_3/2)_T1(SiO_3/2-Y-SiO_3/2)_T2(SiO_4/2)_Q

상기 화학식 3에서,

R⁴ 내지 R⁹은 수소, C1 내지 C30의 알킬기, C2 내지 C30의 알케닐기, C6 내지 C30 아릴기, C3 내지 C30의 사이클로알킬기, C1 내지 C30 알콕시기, 카르복실기, R(C=O)-, R(C=O)O- (여기서 R은 C1 내지 C30의 알킬기, C3 내지 C30의 사이클로알킬기, C6 내지 C30의 아릴기), 에폭시기 함유 1가 유기기, (메트)아크릴기, (메트)아크릴레이트기, (메트)아크릴기로 치환된 C1 내지 C30의 알킬기, (메트)아크릴레이트기로 치환된 C1 내지 C30의 알킬기, 또는 이들의 조합이고,

Y는 C1 내지 C30의 알킬렌기, C2 내지 C30의 알케닐렌기, C3 내지 C30의 사이클로알킬렌기, C6 내지 C30의 아릴기, 또는 이들의 조합이고,

0≤M≤0.5, 0≤D≤0.5, 0<T1≤0.95, 0<T2≤0.2, 0<Q≤0.9이고, M+D+T1+T2+Q=1이다.

일 실시예에서, 상기 화학식 3의 M=0이고, 0<D≤0.2, 0.1≤T1≤0.95, 0<T2<0.2, 0.05≤Q≤0.9이고, D+T1+T2+Q=1이다.

다른 일 실시예에서, 상기 화학식 3의 M=0 및 D=0이고, 0.30≤T1≤0.95, 0<T2<0.2, 0.05≤Q≤0.8이고, T1+T2+Q=1이다.

상기 카보실란-실록산 공중합체의 폴리스티렌 환산 중량평균 분자량(Mw)은 3,000 내지 5,000,000, 예를 들어, 3,200 내지 5,000,000, 예를 들어, 4,000 내지 5,000,000, 예를 들어, 5,000 내지 5,000,000, 예를 들어, 10,000 내지 5,000,000, 예를 들어, 100,000 내지 5,000,000, 예를 들어, 200,000 내지 5,000,000, 예를 들어, 300,000 내지 5,000,000, 예를 들어, 400,000 내지 5,000,000, 예를 들어, 500,000 내지 5,000,000, 예를 들어, 500,000 내지 4,500,000, 예를 들어, 500,000 내지 4,000,000, 예를 들어, 500,000 내지 3,500,000, 예를 들어, 500,000 내지 3,000,000, 예를 들어, 500,000 내지 2,500,000일 수 있고, 이들에 제한되지 않는다.

상기 카보실란-실록산 공중합체는 상기 저굴절층 형성용 조성물의 총 중량을 기준으로, 30 중량% 이하, 예를 들어, 1 중량% 내지 25 중량%, 예를 들어, 1.5 중량% 내지 20 중량%, 예를 들어, 2 중량% 내지 15 중량%, 예를 들어, 2.5 중량% 내지 10 중량%, 예를 들어, 3 중량% 내지 10 중량%, 예를 들어, 3.5 중량% 내지 10 중량%, 예를 들어, 4.5 중량% 내지 10 중량%, 예를 들어, 5 중량% 내지 10 중량% 포함될 수 있고, 이들 범위로 제한되지 않는다.

(b) 끓는 점이 100℃ 내지 200℃ 인 유기 고분자

한편, 저굴절층(120) 형성용 조성물은 상기 카보실란-실록산 공중합체와 함께, 끓는 점이 100℃ 내지 200℃인 유기 고분자를 포함할 수 있다.

끓는 점이 100℃ 내지 200℃인 유기 고분자로는 폴리알킬렌 옥사이드계 공중합체, 폴리아릴렌 옥사이드 공중합체, 및 글리콜계 공중합체를 들 수 있다. 상기 글리콜계 공중합체의 예로서, 폴리에틸렌 글라이콜(poly(ethylene) glycol), 폴리플로필렌 글라이콜(poly(propylene) glycol) 등을 들 수 있고, 폴리알킬렌 또는 폴리아릴렌 옥사이드계 공중합체의 예로서, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리프로필렌 옥사이드, 폴리페닐렌 옥사이드(poly(phenylene) oxide) 등을 들 수 있다.

상기 유기 고분자의 수평균 분자량(Mn)은 100 내지 10,000, 예를 들어, 100 내지 8,000, 예를 들어, 200 내지 7,000, 예를 들어, 300 내지 6,000, 예를 들어, 350 내지 5,000, 예를 들어, 400 내지 4,500, 예를 들어, 450 내지 4,000, 예를 들어, 500 내지 4,000, 예를 들어, 500 내지 3,500, 예를 들어, 600 내지 3.000, 예를 들어, 650 내지 3,000, 예를 들어, 700 내지 3,000, 예를 들어, 800 내지 3,000, 예를 들어, 900 내지 3,000, 예를 들어, 1,000 내지 3,000, 예를 들어, 1,000 내지 2,500, 예를 들어, 1,000 내지 2,000일 수 있고, 이들에 제한되지 않는다.

끓는 점이 100℃ 내지 200℃인 유기 고분자를 용매 및 상기 카보실란-실록산공중합체와 함께 저굴절층 형성용 조성물 내에 포함하는 경우, 상기 조성물을 기판에 도포한 후 가열하여 카보실란-실록산 공중합체를 경화시킬 때, 온도를 100℃ 내지 200℃까지 증가시킴에 따라, 끓는 점이 100℃ 내지 200℃ 사이인 상기 유기 고분자는, 상기 기판 상에 도포된 저굴절층 형성용 조성물로부터 증발하게 된다. 상기 유기 고분자가 증발함에 따라, 상기 저굴절층 형성용 조성물을 코팅한 코팅 층 내에 나노 기공이 형성되고, 이러한 나노 기공이 형성된 카보실란-실록산 공중합체를 포함하는 경화 막은 상기 카보실란-실록산 공중합체로부터 제조되는 경화 막보다 더 낮은 굴절률을 가질 수 있다. 따라서, 카보실란-실록산 공중합체를 포함하여 굴절률이 낮은 저굴절층을 형성함에 있어서, 상기 유기 고분자를 포함함으로써, 보다 낮은 굴절률을 가지는 저굴절층을 용이하게 형성할 수 있다. 이에 따라, 일 구현예에 따른 색 변환 패널(100)의 발광 효율을 보다 향상시킬 수 있다.

상기 끓는 점이 100℃ 내지 200℃인 유기 고분자는 상기 카보실란-실록산 공중합체 100 중량부에 대해 50 내지 150 중량부로 포함될 수 있다.

또한, 상기 유기 고분자는 하기에 설명하는 계면 활성제와 함께 예비 혼합된 후, 상기 저굴절층 형성용 조성물의 총 중량을 기준으로 유기 고분자의 고형분 30 중량% 이하, 예를 들어, 1 중량% 내지 25 중량%, 예를 들어, 1.5 중량% 내지 20 중량%, 예를 들어, 2 중량% 내지 15 중량%, 예를 들어, 2.5 중량% 내지 10 중량%, 예를 들어, 3 중량% 내지 10 중량%, 예를 들어, 3.5 중량% 내지 10 중량%, 예를 들어, 4.5 중량% 내지 10 중량%, 예를 들어, 5 중량% 내지 10 중량% 포함될 수 있고, 이들 범위로 제한되지 않는다.

(c) 기공 형성용 계면 활성제

일 구현예에 따른 저굴절층 형성용 조성물은 추가적인 기공 형성을 위한 계면 활성제 구조를 더 포함한다.

상기 계면 활성제는 무기물의 성질을 가지는 상기 카보실란-실록산 공중합체와 유기물의 성질을 가지는 상기 끓는 점이 100℃ 내지 200℃인 유기 고분자가 용매 내에서 원활하게 혼합되도록 하면서, 추가적인 나노 기공을 형성한다. 이러한 계면 활성제는 상기 끓는 점이 100℃ 내지 200℃인 유기 고분자와 1:9 내지 9:1의 중량비, 예를 들어, 2:8 내지 8:2의 중량비, 예를 들어, 3:7 내지 7:3, 예를 들어, 4:6 내지 6:4, 예를 들어, 5:5의 중량비로 예비 혼합된 후, 상기 카보실란-실록산 공중합체와 혼합될 수 있다.

계면 활성제는 하기 화학식 4로 표시되는 암모늄염을 포함할 수 있다:

[화학식 4]

상기 화학식 4에서, R^a 내지 R^d는 각각 독립적으로 C1 내지 C30 알킬기이고,

X는 할로겐 원자, 예를 들어, F, Cl, Br, 또는 I일 수 있다.

일 실시예에서, 상기 화학식 4의 R^a 내지 R^d중 3 개는 모두 메틸기이고, 나머지 하나는 C10 내지 C30 알킬기일 수 있다.

상기 화학식 4로 표시한 계면 활성제의 구체적인 예로서, 세틸트리메틸암모늄 클로라이드(헥사데실트리메틸암모늄 클로라이드(hexadecyltrimethylammonium chloride), cetyltrimethylammonium chloride), 도데실트리메틸암모늄 클로라이드(dodecyltrimethylammonium chloride) 등을 들 수 있고, 이들에 제한되지 않는다.

(d) 용제

상기 저굴절층을 형성하기 위한 용매로는 200℃ 이상의 공정 온도에서 사용 가능한 임의의 용매를 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 용매는 알코올형 용매, 예를 들어, 부탄올, 이소프로판올 등과, 케톤형 용매, 예를 들어, PMEA, DIBK 등을 사용할 수 있고, 이들 외에 당해 기술 분야에서 공지된 용매로서 상기 공정 온도 이상에서 사용 가능한 임의의 용매를 1 종 또는 2 종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.

용제는 상기 카보실란-실록산 공중합체 100 중량부에 대해 300 내지 2,000 중량부로 포함될 수 있고, 전체 고형분 함량에 따라 적절히 조절할 수 있다.

(e) 경화 촉매

상기 저굴절층 형성용 조성물은 상기 카보실란-실록산 공중합체의 실록산 수지 말단의 미반응 실란올기의 경화를 촉진하기 위한 열경화형 경화 촉매를 더 포함할 수 있으나, 사용하는 카보실란-실록산 수지에 따라 이러한 촉매를 포함하지 않을 수도 있다. 경화형 촉매의 예로는 테트라부틸암모늄 아세테이트 (TBAA)와 같은 암모늄 염 형태를 가지는 것을 포함할 수 있다.

상기 경화 촉매를 사용할 경우, 이러한 촉매는 상기 카보실란-실록산 공중합체 100 중량부에 대해 5 중량부 이하, 예를 들어, 3 중량부 이하, 예를 들어 1 중량부 이하 포함될 수 있다.

(f) 기타 첨가제

상기 저굴절층 형성용 조성물은 당해 기술 분야에서 공지된 다양한 첨가제를 더 포함할 수 있다. 이러한 첨가제로서, 상기 저굴절층 형성용 조성물의 코팅시 코팅성 향상 및 결점 생성 방지 효과를 위한 계면 활성제, 예를 들어, 불소계 계면활성제를 더 포함할 수 있고, 이에 제한되지 않는다. 이들 첨가제는 상기 카보실란-실록산 공중합체 100 중량부에 대해 10 중량부 이하, 예를 들어, 8 중량부 이하, 예를 들어, 5 중량부 이하, 예를 들어, 3 중량부 이하, 예를 들어, 2 중량부 이하, 예를 들어, 1 중량부 이하로 포함될 수 있다.

이상 설명한 바와 같은 저굴절층 형성용 조성물을 기판 상에 코팅하고,건조시킨 후, 경화함으로써 카보실란-실록산 공중합체를 포함하는 저굴절층으로 형성할 수 있다.

상기 저굴절층 형성용 조성물을 기판 상에 코팅하는 방법은 당해 기술 분야에서 공지된 다양한 방법 중 임의의 방법을 사용할 수 있으며, 예를 들어, 스핀 코팅, 슬릿 앤 스핀 코팅, 슬릿 코팅, 롤 코팅 방법, 또는 다이 코팅과 같은 방법이 있으나, 이들에 제한되지 않는다. 일 실시예에서, 상기 저굴절층 형성용 조성물은 기판 상에 스핀 코팅할 수 있다.

기판 상에 도포된 저굴절층 형성용 조성물은 건조 또는 경화 공정에 의해 건조 및 경화되어 저굴절층을 형성한다. 건조 또는 경화 온도는 150 이상 300 이하, 예를 들어, 150 이상 280 이하, 예를 들어, 150 이상 270 이하, 예를 들어, 150 이상 250 이하, 예를 들어, 170 이상 250 이하, 예를 들어, 180 이상 240 이하 범위의 공정 온도일 수 있다.

상기 제조 방법에 따라 제조된 저굴절층(120)은 100 nm 내지 2.0㎛ 의 두께를 가질 수 있다.

한편, 저굴절층(120)은 특정 파장 영역을 제외한 400 nm 파장을 포함하는 나머지 가시광 파장 영역에 대한 투과율이 60 % 이상, 예를 들어 70 % 이상, 예를 들어 80 % 이상, 예를 들어 90 % 이상, 예를 들어 95 % 이상일 수 있다.

또한, 가시광선 범위에 해당하는 400nm 내지 750nm 범위의 파장 전 영역에서의 평균 반사율(SCE 값)이 10% 이하, 예를 들어, 7% 이하, 예를 들어, 5% 이하, 예를 들어, 3% 이하일 수 있다. 따라서 일 구현예에 따른 색 변환 패널(100)은 낮은 파장의 범위에서도 높은 광투과율을 가질 수 있으며, 가시광선에 해당하는 파장의 전 영역대에 걸쳐 낮은 반사율을 유지하여 광학적 특성이 더욱 향상될 수 있다.

상술한 바와 같이, 저굴절층(120)을 형성한 후 그 위에 색 변환층(130)을 형성하며, 이들 색 변환층(130)은 각각 특정 파장의 빛을 흡수하여 다른 파장의 빛을 방출하는 양자점을 포함하는 색 변환부재(133, 135)를 포함한다. 이러한 색 변환부재는 양자점을 포함하는 색 변환층 형성용 조성물을 저굴절층(120) 위로 도포하여 형성할 수 있다. 상기 색 변환층 형성용 조성물은 양자점, 양자점 분산용 용매, 바인더 수지, 광중합성 단량체, 광중합 개시제, 및 기타 첨가제 등을 포함할 수 있다. 이하, 이러한 색 변환층 형성용 조성물을 구성하는 각 성분들에 대해 자세히 설명한다.

(1) 양자점

양자점은 등방성(isotropic) 광 방사 특성을 가지므로, 광원으로부터 입사된 입사광을 받아 여기(excitation)되었다가 안정(ground) 상태로 되돌아 오면서 방사 방향으로 방사광을 방출할 수 있다. 이에 따라 색 변환부재로서 양자점을 포함하는 색 변환층(130)은 발광층으로 사용될 수 있다.

양자점은 양자 구속 효과(quantum confinement effect)에 의해 불연속적인 에너지 밴드갭(energy band gap)을 가지므로, 입사광을 흡수하여 일정한 파장 영역을 갖는 방사광을 방출한다. 즉, 일 구현예의 색 변환층(130)은 양자점을 포함하여 다른 발광체를 포함하는 경우에 비해 색순도가 높은 화상을 표시할 수 있다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 색 변환층(130)은 제1 파장의 빛을 방출하는 제1 색 변환층(132)과, 제2 파장의 빛을 방출하는 제2 색 변환층(134)을 포함하므로, 이들 제1 색 변환층(132)과 제2 색 변환층(134)에는 각각 상이한 파장의 빛을 흡수하거나 및/또는 상이한 파장의 빛을 방출하는 상이한 양자점들을 각각 포함하는 제1 색 변환 부재(133), 및 제2 색 변환부재(135)를 포함할 수 있다. 이때 제1 색 변환 부재(133)는 580nm 내지 700nm에서 최대 형광 발광 파장을 가지는 양자점을 포함하여 적색 계열의 광을 방출할 수 있으며, 제2 색 변환 부재(135)는 450nm 내지 580nm에서 최대 형광 발광 파장을 가지는 양자점을 포함하여 녹색 계열의 광을 방출할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 색 변환 부재(133) 및 제2 색 변환 부재(135) 모두 동일한 파장의 빛을 흡수하여 동일한 파장의 빛을 방출하는 동일한 양자점을 포함할 수 있음은 물론이다. 제1 색 변환부재(133) 및 제2 색 변환부재(135)에 포함되는 양자점들의 평균 입경은 각각 5nm 내지 20nm일 수 있다.

상기 양자점들은 20nm 내지 100nm, 예컨대 20nm 내지 80nm, 예컨대 40nm 내지 60nm의 반치폭(Full width at half maximum; FWHM)을 가질 수 있다. 양자점(133, 135)이 상기 범위의 반치폭을 가질 경우, 색 순도가 높음에 따라 컬러필터 소재로 사용 시 색 재현율이 높은 효과가 있다.

양자점은 유기물이거나 무기물, 또는 유기물과 무기물의 하이브리드(혼성물)일 수 있으며, II족-VI족 화합물, III족-V족 화합물, IV족- VI족 화합물, IV족 화합물, II족-III-VI족 화합물, I족-II족-IV족-VI족 화합물, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.

양자점은 도면에 도시되지는 않았으나, 코어 및 상기 코어를 감싸는 쉘로 구성될 수 있으며, 상기 코어 및 쉘은 각각 독립적으로 II-IV족, III-V족 등으로 이루어진 코어, 코어/쉘, 코어/제1쉘/제2쉘, 합금, 합금/쉘 등의 구조를 가질 수 있다.

양자점의 구조는 특별하게 한정되지 않으나, 상기 코어/쉘 구조의 양자점의 경우, 쉘을 포함한 전체 양자점의 크기(평균 입경)는 1nm 내지 15nm, 예컨대 5nm 내지 10nm 일 수 있다.

한편, 이 외에도 양자점의 형태는 해당 기술분야에서 일반적으로 사용하는 형태의 것으로 특별히 한정되지 않는다. 일 예로, 상기 양자점은 구형 외에도 피라미드형, 다중 가지형(multi-arm), 또는 입방체(cubic)의 나노입자, 나노튜브, 나노와이어, 나노섬유, 나노시트 형상을 가질 수 있다.

양자점의 안정성 및 분산성 향상을 위해, 상기 쉘 표면에 유기물질을 치환하여 양자점을 안정화할 수 있으며, 상기 유기물질은 thiol계 화합물, amine계 화합물, phosphine oxide계 화합물, acryl계 화합물, Si계 화합물 등을 포함할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

최근 전 세계적으로 환경에 대한 관심이 크게 증가하고 유독성 물질에 대한 규제가 강화되고 있으므로, 카드뮴계 코어를 갖는 발광물질을 대신하여, 양자 효율(quantum yield)은 다소 낮지만 친환경적인 비카드뮴계 발광소재, 예컨대 InP/ZnS 코어/쉘 타입 양자점(core-shell type quantum dots), InP/ZnSe/ZnS 코어/제1쉘/제2쉘 타입 양자점(core-first shell-second shell type quantum dots) 등이 많이 사용되고 있으나, 반드시 비카드뮴계 발광소재를 사용해야 하는 것은 아니다.

(2) 양자점 분산용 용매

양자점 분산용 용매는 무기 입자 형태인 양자점 외에도 바인더 수지, 광중합성 단량체, 광중합 개시제, 기타 첨가제 등과 같은 유기 성분을 동시에 녹일 수 있도록 극성기 및 비극성기를 모두 포함하는 양쪽성 용매일 수 있다. 일 예로, 펜틸 아세테이트, 헥실 아세테이트, 데실 아세테이트, 도데실 아세테이트, 사이클로헥실 아세테이트와 같이, 비점이 148℃ 내지 250℃, 예를 들어, 비점이 148℃ 내지 180℃이며, 양쪽성 화합물인 용매일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 양자점 분산용 용매는 사이클로헥실 아세테이트일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

또한, 이와 같이 상대적으로 높은 비점의 양쪽성 화합물 용매와 함께, 상대적으로 낮은 비점을 가지는 화합물인 이소아밀 아세테이트, 디에틸 에테르, 디부틸 에테르 또는 메틸 이소부틸 케톤을 높은 비점의 용매와 혼합하여 사용할 수도 있다.

상기 양쪽성 화합물 및 상기 양쪽성 화합물보다 낮은 비점을 가지는 화합물은 6:4 내지 9:1의 중량비로 포함될 수 있다. 상기 양쪽성 화합물 및 상기 양쪽성 화합물보다 낮은 비점을 가지는 화합물이 같은 중량비로 포함되거나, 상기 양쪽성 화합물보다 낮은 비점을 가지는 화합물이 상기 양쪽성 화합물보다 더 많이 포함될 경우, 양자점이 석출되어 광변환율이 저하될 수 있다. 또한, 양쪽성 화합물이 상기 양쪽성 화합물보다 낮은 비점을 가지는 화합물에 비해 너무 많은 함량, 예컨대 9배 이상의 함량으로 포함될 경우, 코팅 및 프리베이크(Prebake) 공정 후 과다 용매 잔류로 인한 코팅막의 경도(hardness)가 저하될 수 있다.

(3) 바인더 수지

무기입자인 양자점을 포함하는 색 변환층 형성용 조성물 내 구성 성분들을 저굴절층(120) 상에 코팅하기 위하여, 상기 색 변환층 형성용 조성물은 바인더를 수지를 포함한다. 상기 바인더 수지로는 아크릴계 바인더 수지, 카도계 바인더 수지, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있고, 이 외에도 당해 기술 분야에서 공지된 다양한 종류의 바인더를 포함할 수 있다.

(4) 광중합성 단량체

광중합성 단량체는 적어도 1개의 에틸렌성 불포화 이중결합을 가지는 (메타)아크릴산의 일관능 또는 다관능 에스테르가 사용될 수 있다. 이러한 광중합성 단량체는 상기 에틸렌성 불포화 이중결합을 가짐으로써, 광중합성 단량체를 포함하는 색 변환층 형성용 조성물의 패턴 형성 공정에서 노광시 충분한 중합을 일으키며, 이로 인해 색 변환층 형성용 조성물이 경화됨에 따라 내열성, 내광성, 및 내화학성이 우수한 패턴이 형성될 수 있다.

상기 광중합성 단량체는 보다 우수한 현상성을 부여하기 위하여 산무수물로 처리하여 사용할 수도 있다.

(5) 광중합 개시제

광중합 개시제는 감광성 수지 조성물에 일반적으로 사용되는 개시제로서, 예를 들어 아세토페논계 화합물, 벤조페논계 화합물, 티오크산톤계 화합물, 벤조인계 화합물, 트리아진계 화합물, 옥심계 화합물, 아미노케톤계 화합물 등을 사용할 수 있다. 상기 광중합 개시제는, 빛을 흡수하여 들뜬 상태가 된 후 그 에너지를 전달함으로써 화학반응을 일으키는 광 증감제와 함께 사용될 수도 있다.

상기 광중합 개시제는 상기한 화합물들 이외에도 카바졸계 화합물, 디케톤류 화합물, 술포늄 보레이트계 화합물, 디아조계 화합물, 이미다졸계 화합물, 비이미다졸계 화합물 등을 사용할 수 있다.

일 실시예에서, 색 변환층(130)은 양자점을 포함하는 색 변환 부재(133, 135)를 포함하는 색 변환층 형성용 조성물을 기판(110) 상의 저굴절층(120) 위로에 코팅한 후 패터닝 공정을 거침으로써 형성된다. 패터닝 공정은, 일 예로, 상기 색 변환층 형성용 조성물을 저굴절층(120)이 형성된 기판(110) 상에 스핀 또는 슬릿 코트법, 롤 코트법, 스크린 인쇄법, 어플리케이터법 등의 방법으로 도포하고 건조하여 도막을 형성하는 단계, 마스크를 이용하여 제1 색 변환층(132), 및 제2 색 변환층 (134)에 대응되는 형상의 패턴을 형성하는 노광 단계, 불필요한 부분을 제거하는 현상 단계, 및 내열성, 내광성, 밀착성, 내크랙성, 내화학성, 고강도, 저장 안정성 등의 면에서 우수한 패턴을 얻기 위해, 다시 가열하거나 활성선 조사 등을 행하여 경화시키는 후처리 단계와 같은 공정을 거쳐 진행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

제1 및 제2 색 변환층(132, 134)은 양자점을 포함하는 색 변환 부재(133, 135) 외에 광 산란체(미도시) 등을 더 포함할 수 있다. 광 산란체는 양자점과 함께 색 변환층(130) 내에 분산되어 있을 수 있다. 광 산란체는 입사광이 양자점에 입사되도록 유도하거나, 양자점으로부터 방출되는 방사광이 색 변환층(130) 외부로 방출될 수 있도록 방사 방향을 유도할 수 있다. 이를 통해, 색 변환층(130)의 광효율 저하를 최소화 할 수 있다. 한편, 투광 부재(136) 역시 광 산란체를 포함할 수 있다.

상기 저굴절층(120) 및 상기 색 변환층(130) 상에는 평탄화층(140)이 형성된다. 평탄화층(140)은 저굴절층(120) 및 색 변환층(130)을 덮어 이들을 보호하며, 색 변환 패널(100)의 표면이 평탄해지도록 한다. 평탄화층(140)은 광이 투과될 수 있도록 투명하고, 전기적으로 절연성을 가지는 물질로 이루어질 수 있다. 이때, 본 구현예에 따른 평탄화층(140)은 저굴절층(120)과 동일한 물질로 이루어질 수 있다.

예를 들어, 평탄화층(140)은 저굴절층(120)과 같이 카보실란-실록산 공중합체를 포함하는 저굴절 물질로 이루어짐으로써 색 변환 패널(100)의 발광 효율을 보다 향상시킬 수 있다. 또한, 저굴절층(120)에 입사한 광이 평탄화층(140)에 입사할 때 반사되거나 산란되는 경우를 최소화 함으로써, 계면의 광학적 손실을 최소화하여 광 효율이 향상된 색 변환 패널(100)을 제공할 수 있다.

도 3은 도 2의 일 변형예에 따른 단면도이다. 도 3을 참조하면, 일 변형예에 따른 색 변환 패널(100)은 제1 캡핑층(150) 및 제2 캡핑층(160)을 더 포함할 수 있다. 도 3에는 제1 캡핑층(150) 및 제2 캡핑층(160)을 모두 포함하는 변형예가 도시되어 있으나, 이들 중 어느 하나를 생략하여도 무방하다.

제1 캡핑층(150)은 평탄화층(140) 상에 형성되어 평탄화층(140)을 덮는다. 따라서 평탄화층(140)을 형성하는 단계 이후에 형성될 수 있다. 제1 캡핑층(150)은 기판(110) 전면에 걸쳐 형성될 수 있다.

제2 캡핑층(160)은 저굴절층(120)과 색 변환층(130) 사이에 형성되며, 제1 캡핑층(150)과 마찬가지로 기판(110) 전면에 걸쳐 형성될 수 있다. 따라서 제2 캡핑층(160)은 저굴절층(120) 형성 단계와 색 변환층(130) 형성 단계 사이에 형성될 수 있다.

제1 캡핑층(150) 및 제2 캡핑층(160) 역시 저굴절층(120)과 마찬가지로 낮은 굴절률을 가지는 물질로 이루어질 수 있으며, 일 예로 SiN_x와 같은 물질을 포함할 수 있다. 평탄화층(140)과 계면을 형성하는 제1 캡핑층(150), 및 저굴절층(120)과 평탄화층(140) 사이에 위치하여 이들과 계면을 형성하는 제2 캡핑층(160) 역시 낮은 굴절률을 가지는 물질로 이루어짐으로써, 제1 캡핑층(150) 및 제2 캡핑층(160)에 입사되는 광이 반사되거나 산란되는 경우를 최소화 함으로써, 계면의 광학적 손실을 최소화하여 광 효율이 향상된 색 변환 패널(100)을 제공할 수 있다.

반사되거나 산란되는 경우를 최소화 함으로써, 계면의 광학적 손실을 최소화하여 광 효율이 향상된 색 변환 패널(100)을 제공할 수 있다.

제1 캡핑층(150) 및 제2 캡핑층(160)을 포함하는 색 변환 패널(100)의 경우, 저굴절층(120), 제1 캡핑층(150) 및 제2 캡핑층(160)을 전혀 포함하지 않는 색 변환 패널(100) 대비 150% 이상의 발광 효율 상승 효과를 나타낼 수 있다.

이상에서는 본 발명의 일 구현예에 따른 색 변환 패널(100)에 및 이를 제조하는 방법에 대해 함께 설명하였다. 이에 따르면, 양자점을 포함하는 색 변환 패널(100)에 있어서 양자점에 의한 발광 효율이 향상되는 색 변환 패널(100)을 제공할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 기재한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

카보실란-실록산 공중합체의 제조

합성예 1

1리터 4구 자켓반응기에 이소프로필알코올(IPA) 570g을 투입한 후, 25℃로 유지하면서 메틸트리메톡시실란 (Methyltrimethoxy silane), 테트라에틸오르소실리케이트 (Tetraethyl orthosilicate), 비스 트라이메톡시 실릴에텐(1,2-(Bis(trimethoxysilyl)ethane)을 0.55:0.40:0.05의 몰비로 혼합한 혼합물을 투입한다. 이후 20% 농도의 Tetramethylammonium hydroxide(TMAH) 수용액 1g과 증류수 27g을 섞은 후, 상기 자켓반응기에 one-drop으로 떨어뜨리고 교반하였다.

이후 60℃로 반응기를 가열하고 실리콘 폴리머를 성장시켜 카보실란-실록산 공중합체를 얻었다. 수득된 카보실란-실록산 공중합체의 분자량(폴리스티렌 환산)을 GPC로 측정한 바, 중량 평균 분자량은 50,000이었다.

합성예 2

물과 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(Propylene glycol monomethyl ether acetate; PEGMEA)를 1:80 중량비로 혼합한 혼합용매 1kg을 3구 플라스크에 투입한 후, 25℃로 유지하면서 60% HNO₃ 수용액 1 g을 첨가한다. 이어서, 모노머로 메틸트리메톡시실란 (Methyltrimethoxy silane), 테트라에틸오르소실리케이트 (Tetraethyl orthosilicate), 비스 트라이메톡시 실릴에텐(1,2-(Bis(trimethoxysilyl)ethane)을 0.55:0.40:0.05 의 몰비로 혼합한 혼합물을 투입한다.

용매, 모노머, 및 촉매를 모두 투입한 후, 온도를 60℃로 높이고, 72시간 가열 환류하면서 축중합 반응을 수행한다. 수득된 카보실란-실록산 공중합체의 분자량(폴리스티렌 환산)을 GPC로 측정한 바, 중량 평균 분자량은 4,000이었다.

합성예 3

물과 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(Propylene glycol monomethyl ether acetate; PEGMEA)를 1:80 중량비로 혼합한 혼합용매 1kg을 3구 플라스크에 투입한 후, 25℃로 유지하면서 60% HNO₃ 수용액 1 g을 첨가한다. 이어서, 모노머로 메틸트리메톡시실란 (Methyltrimethoxy silane), 테트라에틸오르소실리케이트 (Tetraethyl orthosilicate), 비스 트라이메톡시 실릴에텐(1,2-(Bis(trimethoxysilyl)ethane)을 0.75:0.20:0.05 의 몰비로 혼합한 혼합물을 투입한다. 용매, 모노머, 및 촉매를 모두 투입한 후, 온도를 60℃로 높이고, 72시간 가열 환류하면서 축중합 반응을 수행한다. 수득된 카보실란-실록산 공중합체의 분자량(폴리스티렌 환산)을 GPC로 측정한 바, 중량 평균 분자량은 3,200이었다.

비교합성예

물과 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(Propylene glycol monomethyl ether acetate)를 1:80 중량비로 혼합한 혼합용매 1kg을 3구 플라스크에 투입한 후, 25℃로 유지하면서 60% HNO₃ 수용액 1 g을 첨가한다. 이어서, 모노머로 메틸트리메톡시실란 (Methyltrimethoxy silane), 테트라에틸오르소실리케이트 (Tetraethyl orthosilicate)을 0.75:0.30 의 몰비로 혼합한 혼합물을 투입한다. 용매, 모노머, 및 촉매를 모두 투입한 후, 온도를 60℃로 높이고, 72시간 가열 환류하면서 축중합 반응을 수행한다. 수득된 실록산 공중합체의 분자량(폴리스티렌 환산)을 GPC로 측정한 바, 중량 평균 분자량 3,800이었다.

실시예 1

합성예1 의 카보실란-실록산 공중합체 고형분 기준 3.0중량%, 프로필렌 옥사이드 중합체(PPO, Mn=2,000)와 세틸트리메틸암모늄 클로라이드 (cetyltrimethylammonium chloride)를 5:5 중량비로 혼합한 유기고분자 고형분 기준 3.0 중량%, surfactant (F-552) 고형분 기준 0.01%를 혼합하여, 고형분 농도가 6.0 중량%가 되도록 디이소부틸케톤(DIBK)으로 30분 동안 용해시킨 후 0.1㎛의 밀리포아필터로 여과하여 저굴절층 형성용 조성물을 제조하였다.

실시예 2

합성예2 의 카보실란-실록산 공중합체 고형분 기준 7.5중량%, PPO (Mn=2,000) 과 세틸트리메틸암모늄 클로라이드를 5:5 중량비로 혼합한 유기고분자 고형분 기준 7.5 중량%, surfactant (F-552) 고형분 기준 0.01%를 혼합하여, 고형분 농도가 15.0 중량%가 되도록 디이소부틸케톤(DIBK)으로 30분 동안 용해시킨 후 0.1㎛의 밀리포아필터로 여과하여 저굴절층 형성용 조성물을 제조하였다.

실시예 3

합성예3 의 카보실란-실록산 공중합체 고형분 기준 7.5중량%, PPO (Mn=2,000) 과 세틸트리메틸암모늄 클로라이드를 5:5 중량비로 혼합한 유기고분자 고형분 기준 7.5 중량%, surfactant (F-552) 고형분 기준 0.01%를 혼합하여, 고형분 농도가 15.0 중량%가 되도록 디이소부틸케톤(DIBK)으로 30분 동안 용해시킨 후 0.1㎛의 밀리포아필터로 여과하여 저굴절층 형성용 조성물을 제조하였다.

실시예 4

합성예2 의 카보실란-실록산 공중합체 고형분 기준 10.0중량%, PPO (Mn=2,000) 과 세틸트리메틸암모늄 클로라이드를 5:5 중량비로 혼합한 유기고분자 고형분 기준 5.0 중량%, surfactant (F-552) 고형분 기준 0.01%를 혼합하여, 고형분 농도가 15.0 중량%가 되도록 디이소부틸케톤(DIBK)으로 30분 동안 용해시킨 후 0.1㎛의 밀리포아필터로 여과하여 저굴절층 형성용 조성물을 제조하였다.

실시예 5

합성예2 의 카보실란-실록산 공중합체 고형분 기준 6.0중량%, PPO (Mn=2,000) 과 세틸트리메틸암모늄 클로라이드를 5:5 중량비로 혼합한 유기고분자 고형분 기준 9.0 중량%, surfactant (F-552) 고형분 기준 0.01%를 혼합하여, 고형분 농도가 15.0 중량%가 되도록 디이소부틸케톤(DIBK)으로 30분 동안 용해시킨 후 0.1㎛의 밀리포아필터로 여과하여 저굴절층 형성용 조성물을 제조하였다.

비교예 1

비교합성예의 실록산 공중합체 고형분 기준 7.5중량%, PPO (Mn=2,000) 과 세틸트리메틸암모늄 클로라이드를 5:5 중량비로 혼합한 유기고분자 고형분 기준 7.5 중량%, surfactant (F-552) 고형분 기준 0.01%를 혼합하여, 고형분 농도가 15.0 중량%가 되도록 PGMEA 또는 DIBK로 약 30분 동안 용해시킨 후 0.1㎛의 밀리포아필터로 여과하여 저굴절층 형성용 조성물을 제조하였다

비교예 2

비교합성예의 실록산 공중합체 고형분 기준 10.0중량%, PPO (Mn=2,000) 과 세틸트리메틸암모늄 클로라이드를 5:5 중량비로 혼합한 유기고분자 고형분 기준 5.0 중량%, surfactant (F-552) 고형분 기준 0.01%를 혼합하여, 고형분 농도가 15.0 중량%가 되도록 PGMEA 또는 DIBK로 약 30분 동안 용해시킨 후 0.1㎛의 밀리포아필터로 여과하여 저굴절층 형성용 조성물을 제조하였다

비교예 3

비교합성예의 실록산 공중합체 고형분 기준 6.0중량%, PPO (Mn=2,000) 과 세틸트리메틸암모늄 클로라이드를 5:5 중량비로 혼합한 유기고분자 고형분 기준 9.0 중량%, surfactant (F-552) 고형분 기준 0.01%를 혼합하여, 고형분 농도가 15.0 중량%가 되도록 PGMEA 또는 DIBK로 약 30분 동안 용해시킨 후 0.1㎛의 밀리포아필터로 여과하여 저굴절층 형성용 조성물을 제조하였다.

경화막의 제조 및 평가

실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 저굴절층 형성용 조성물을 양자점 효율 평가용 기판 상에 스핀 코팅기(Mikasa社, Opticoat MS-A150)를 사용하여 300rpm 내지 1500rpm의 속도로 코팅한 후, 열판(hot-plate)을 이용하여 100에서 120초 동안 열판(hot-plate) 상에서 프리베이킹(pre-baking)하여 막을 형성하고, 이후 180℃ 내지 200℃ 온도에서 5분 동안 경화 및 건조하여 1.0㎛ 두께의 코팅 경화막을 얻었으며, 상기 코팅 경화막의 두께는 Alpha-step(Surface profiler KLA, Tencor社)로 측정하였다.

(1) 코팅 경화막의 적정 crack margin

상기 경화된 코팅 경화막을 제조하는 과정에서, crack 이 발생하지 않는 rpm에서의 코팅 경화막의 두께를 Alpha-step, Surface profiler KLA tencor社를 사용하여 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

코팅 경화막의 적정 crack margin은 2.0㎛ 이상이며, 2.0㎛ 이하에서는 공정 마진이 좁아져서 사용하기 어려울 수 있다. 코팅 경화막의 두께는 1.0㎛가 가장 적절하며, 1.0㎛ 미만에서는 양산 공정이 어렵고, 3.0㎛ 이상 적층 시 crack 발생 등의 문제로 구조 설계가 어려울 수 있다.

(2) 굴절률

실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 3의 조성물로부터 얻어진 각각의 경화 코팅막에 대해 분광 엘립소미터 (M-2000D, J.A.Woollam社)로 굴절률을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

(3) 발광효율 평가

실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 3의 조성물로부터 얻어진 각각의 경화 코팅막에 대해 Quantaurus-QY Quantum Yield Spectrometer(Hamamatsu社)로 양자점 효율을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

(4) 발광효율 평가_capping

실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 3의 조성물로부터 얻어진 각각의 경화 코팅막의 상부에 화학기상증착법 (CVD)를 통해, SiNx를 500Å 두께로 증착한 후, Quantaurus-QY Quantum Yield Spectrometer(Hamamatsu社)로 양자점 효율을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

	굴절률	Crack margin (㎛)	발광효율 (%)	발광효율 (%) (capping)
실시예 1	1.21	2.7	131	151
실시예 2	1.23	2.3	129	150
실시예 3	1.25	2.5	125	148
실시예 4	1.29	2.8	116	130
실시예 5	1.16	2.2	135	151
비교예 1	1.38	1.7	98	95
비교예 2	1.41	1.1	96	95
비교예 3	1.44	1.4	92	90
비교예 4	1.15	1.6	102	100

상기 표 1을 참고하면, 실시예 1 내지 5의 경화 코팅막은 비교예 1 내지 4에 비하여 모두 1.3 이하의 굴절률을 가지며, Crack margin이 2.0㎛ 이상으로 크랙이 발생하지 않는 rpm에서의 두께가 두꺼움을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 1 내지 5의 경화 코팅막의 발광 효율이 비교예 1 내지 4의 경화 코팅막의 발광 효율에 비하여 훨씬 향상되었음을 확인할 수 있다.

결론적으로, 실시예 1 내지 5의 경화 코팅막은 비교예 1 내지 4의 경화 코팅막과 비교하여 굴절률, 크랙 발생 방비 및 발광 효율의 증가 효과가 향상될 수 있다.

앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

100: 색 변환 패널 110: 기판
112: 보호층 120: 저굴절층
130: 색 변환층 132: 제1 색 변환 부재
133: 제1 양자점 134: 제2 색 변환 부재
135: 제2 양자점 136: 투과 부재
140: 평탄화층 150: 제1 캡핑층
160: 제2 캡핑층 A: 제1 영역
B: 제2 영역 C: 제3 영역

Claims

기판;
상기 기판의 일면 위에 배치되며 카보실란-실록산 공중합체를 포함하는 저굴절층;
상기 저굴절층 위에 배치되는 색 변환 부재를 포함하는 색 변환층; 및
상기 저굴절층 및 상기 색 변환층을 덮는 평탄화층을 포함하고,
상기 저굴절층은 500nm 내지 550nm 파장에 대한 굴절률이 1.3 이하이며,
상기 색 변환 부재는 양자점을 포함하는 색 변환 패널.
제1항에 있어서, 상기 저굴절층은 하기 (a) 내지 (d)를 포함하는 저굴절층 형성용 조성물을 상기 기판 상에 코팅하여 형성되는 것인 색 변환 패널:
(a) 하기 화학식 3으로 표시되는 카보실란-실록산 공중합체:
[화학식 3]
(R⁴R⁵R⁶SiO_1/2)_M(R⁷R⁸SiO_2/2)_D(R⁹SiO_3/2)_T1(SiO_3/2-Y-SiO_3/2)_T2(SiO_4/2)_Q
상기 화학식 3에서,
R⁴ 내지 R⁹은 수소, C1 내지 C30의 알킬기, C2 내지 C30의 알케닐기, C6 내지 C30 아릴기, C3 내지 C30의 사이클로알킬기, C1 내지 C30 알콕시기, 카르복실기, R(C=O)-, R(C=O)O- (여기서 R은 C1 내지 C30의 알킬기, C3 내지 C30의 사이클로알킬기, C6 내지 C30의 아릴기), 에폭시기 함유 1가 유기기, (메트)아크릴기, (메트)아크릴레이트기, (메트)아크릴기로 치환된 C1 내지 C30의 알킬기, (메트)아크릴레이트기로 치환된 C1 내지 C30의 알킬기, 또는 이들의 조합이고,
Y는 C1 내지 C30의 알킬렌기, C2 내지 C30의 알케닐렌기, C3 내지 C30의 사이클로알킬렌기, C6 내지 C30의 아릴기, 또는 이들의 조합이고,
0≤M≤0.5, 0≤D≤0.5, 0<T1≤0.95, 0<T2≤0.2, 0<Q≤0.9이고,
M+D+T1+T2+Q=1이다.
(b) 끓는 점이 100℃ 내지 200℃인 유기 고분자,
(c) 하기 화학식 4로 표시되는 계면 활성제:
[화학식 4]

상기 화학식 4에서, R^a 내지 R^d는 각각 독립적으로 C1 내지 C30 알킬기이고,
X는 할로겐 원자, 예를 들어, F, Cl, Br, 또는 I일 수 있다, 및
(d) 용제.
제2항에 있어서, 상기 화학식 3에서, M=0, 0<D≤0.2, 0.1≤T1≤0.95, 0<T2<0.2, 0.05≤Q≤0.9, 및 D+T1+T2+Q=1인 색 변환 패널.
제2항에 있어서, 상기 카보실란-실록산 공중합체는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 화학식 2로 표시되는 화합물을 가수분해 축합 반응시켜 형성되는 것인 색 변환 패널:
[화학식 1]
(R¹)_n-Si-(OR²)_4-n
상기 화학식 1 중, R¹은 수소, C1 내지 C30의 알킬기, C2 내지 C30의 알케닐기, C6 내지 C30 아릴기, C3 내지 C30의 사이클로알킬기, C1 내지 C30 알콕시기, 카르복실기, R(C=O)-, R(C=O)O- (여기서 R은 C1 내지 C30의 알킬기, C3 내지 C30의 사이클로알킬기, C6 내지 C30의 아릴기), 에폭시기 함유 1가 유기기, (메트)아크릴기, (메트)아크릴레이트기, (메트)아크릴기로 치환된 C1 내지 C30의 알킬기, (메트)아크릴레이트기로 치환된 C1 내지 C30의 알킬기, 또는 이들의 조합이고,
R²는 수소, C1 내지 C30의 알킬기, C3 내지 C30의 사이클로알킬기, C2 내지 C30 알케닐기, C6 내지 C30의 아릴기 중 어느 하나를 나타내며,
n은 0≤n<4 를 나타낸다.
[화학식 2]

상기 화학식 2 중, R³은 수소, C1 내지 C30의 알킬기, C3 내지 C30의 사이클로알킬기, C2 내지 C30의 알케닐기, 또는 C6 내지 C30의 아릴기를 나타내고, Y는 C1 내지 C30의 알킬렌기, C2 내지 C30의 알케닐렌기, C3 내지 C30의 사이클로알킬렌기, C6 내지 C30의 아릴렌기, 또는 이들의 조합을 나타낸다.
제2항에 있어서, 상기 카보실란-실록산 공중합체의 폴리스티렌 환산 중량평균 분자량(Mw)은 3,000 내지 5,000,000인 색 변환 패널.
제2항에 있어서, 상기 카보실란-실록산 공중합체는 상기 조성물의 총 중량을 기준으로 30 중량% 이하 포함되는 색 변환 패널.
제2항에 있어서, 상기 유기 고분자는 폴리알킬렌 옥사이드계 공중합체, 폴리아릴렌 옥사이드 공중합체, 및 글리콜계 공중합체 중 선택되는 1종 이상인 색 변환 패널.
제2항에 있어서, 상기 유기 고분자의 수평균 분자량은 100 내지 10,000인 색 변환 패널.
제2항에 있어서, 상기 유기 고분자는 상기 카보실란-실록산 공중합체 100 중량부에 대해 50 내지 150 중량부로 포함되는 색 변환 패널.
제1항에 있어서, 상기 평탄화층은 상기 저굴절층과 동일한 물질을 포함하는 색 변환 패널.
제1항에 있어서,
상기 평탄화층을 덮는 제1 캡핑층; 및
상기 저굴절층과 상기 색 변환층 사이에 위치하는 제2 캡핑층 중 하나 이상을 더 포함하는 색 변환 패널.
제1항에 있어서, 상기 저굴절층은 400nm에서의 광투과율이 90% 이상인 색 변환 패널.
기판 상에 저굴절층 형성용 조성물을 도포하고, 도포된 상기 저굴절층 형성용 조성물을 경화하여 카보실란-실록산 공중합체를 포함하는 저굴절층을 형성하는 단계;
상기 저굴절층 상에 양자점을 포함하는 색 변환 부재를 포함하는 색 변환층을 형성하는 단계; 및
상기 색 변환층 상에 평탄화층을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 저굴절층은 500nm 내지 550nm 파장에 대해 1.5 이하의 굴절률을 가지는 색 변환 패널의 제조 방법.
제13항에 있어서, 상기 저굴절층 형성용 조성물은 (a) 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 하기 화학식 2로 표시되는 화합물의 가수분해 축합 반응 생성물, (b) 끓는 점이 100℃ 내지 200℃인 유기 고분자, (c) 하기 화학식 4로 표시되는 계면 활성제, 및(d) 용제를 포함하는 색 변환 패널의 제조 방법:
[화학식 1]
(R¹)_n-Si-(OR²)_4-n
상기 화학식 1 중, R¹은 수소, C1 내지 C30의 알킬기, C2 내지 C30의 알케닐기, C6 내지 C30 아릴기, C3 내지 C30의 사이클로알킬기, C1 내지 C30 알콕시기, 카르복실기, R(C=O)-, R(C=O)O- (여기서 R은 C1 내지 C30의 알킬기, C3 내지 C30의 사이클로알킬기, C6 내지 C30의 아릴기), 에폭시기 함유 1가 유기기, (메트)아크릴기, (메트)아크릴레이트기, (메트)아크릴기로 치환된 C1 내지 C30의 알킬기, (메트)아크릴레이트기로 치환된 C1 내지 C30의 알킬기, 또는 이들의 조합이고,
R²는 수소, C1 내지 C30의 알킬기, C3 내지 C30의 사이클로알킬기, C2 내지 C30 알케닐기, C6 내지 C30의 아릴기 중 어느 하나를 나타내며,
n은 0≤n<4 를 나타낸다.
[화학식 2]

상기 화학식 2 중, R³은 수소, C1 내지 C30의 알킬기, C3 내지 C30의 사이클로알킬기, C2 내지 C30의 알케닐기, 또는 C6 내지 C30의 아릴기를 나타내고, Y는 C1 내지 C30의 알킬렌기, C2 내지 C30의 알케닐렌기, C3 내지 C30의 사이클로알킬렌기, C6 내지 C30의 아릴렌기, 또는 이들의 조합을 나타내고,
[화학식 4]

상기 화학식 4에서, R^a 내지 R^d는 각각 독립적으로 C1 내지 C30 알킬기이고,
X는 할로겐 원자, 예를 들어, F, Cl, Br, 또는 I일 수 있다,
제13항에 있어서,
상기 평탄화층 상에 제1 캡핑층을 형성하는 단계; 및
상기 저굴절층과 상기 색 변환층 사이에 제2 캡핑층을 형성하는 단계 중 하나 이상의 단계를 더 포함하는 색 변환 패널의 제조 방법.