KR102250952B1 - 양자점을 포함하는 화상표시장치용 편광필름, 이를 포함하는 화상표시장치 - Google Patents

양자점을 포함하는 화상표시장치용 편광필름, 이를 포함하는 화상표시장치 Download PDF

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Abstract

양자점을 포함하는 화상표시장치용 편광필름으로, 적어도 이색성비가 4 이상인 둘 이상의 이색성 염료를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상표시장치용 편광필름이 제공된다.

Description

양자점을 포함하는 화상표시장치용 편광필름, 이를 포함하는 화상표시장치{Polarized film for disply apparatus comprising quantumn dots and dipslay apparatus comprising the same}
본 발명은 양자점을 포함하는 화상표시장치용 편광필름, 이를 포함하는 화상표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 아조계 염료를 사용하는 편광필름으로 사용하여, 양자점 기반 화상표시장치의 효율을 향상시킨, 양자점을 포함하는 화상표시장치용 편광필름, 이를 포함하는 화상표시장치
양자점을 이용한 화상표시장치 기술은 최근 디스플레이 기술로서 각광을 받고 있다.
양자점은 광 발광 및 전계 발광이 가능하며, LCD 기반으로는 광 발광을 이용하여 고휘도, 고색재현이 가능한 디스플레이를 구현하고 있다. 이미 상품화된 색 변환 필름은 필름 내의 양자점이 백라이트인 청색 GaN LED를 각각 녹색 및 적색으로 변환시키고 청색 빛이 일부 그대로 투과되어 색순도가 높은 백색 빛을 생성시키고 이로 인해 높은 휘도와 색재현성을 구현할 수 있다. 가장 널리 상품화에 사용되는 방법은 필름 타입이며 현재 TV 등에 적용되어 상품화되고 있다.
하지만, 충분한 수준의 투과율과 청색광 효율 확보에는 여전한 기술 개발이 요구된다.
더 나아가, 일반적인 편광 필름은 요오드형 편광필름이 활용되나, 실제 양자점의 특성에 맞는 필름 개발은 개시되지 않은 상황이다. 예를 들어 대한민국 등록특허 10-1156389호는 요오드형 편광 필름이 아닌 아조 화합물 기반 염료계 편광막 기술을 개시하나, 모두 양자점 필름에 맞는 편광필름의 개발은 개시되지 못한 상황이다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 투과율과 청색발광 효율이 향상된, 양자점 기반 화상표시장치용 편광필름, 이를 포함하는 화상표시장치 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 양자점을 포함하는 화상표시장치용 편광필름으로, 적어도 이색성비가 4 이상인 둘 이상의 이색성 염료를 포함하는 것을 특징으로 하는 화상표시장치용 편광필름을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 둘 이상의 이색성 염료는 서로 이색성비 및 최대흡수파장을 달리하는 아조계 이색성 염료이다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 화상표시장치용 편광필름은, 필름 매트릭스 수지; 및 상기 둘 이상의 이색성 염료를 포함하며, 상기 필름 매트릭스 수지 100 중량부에 대하여 대비 상기 둘 이상의 이색성 염료수지는 각각 0.1 내지 3 중량부이다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 화상표시장치용 편광필름의 일면에는 반사층이 합지되며, 상기 둘 이상의 이색성 염료의 최대 흡수 파장 차이는 70nm 이상이다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 반사층은 콜레스테릭액정(Cholesteric Liquid Crystal)을 수직으로 배향한 필름이다.
본 발명은 순차적으로 적층된 액정층 및 양자점 필름을 포함하는 화상표시장치로서, 상기 양자점 필름과 액적층 사이에 구비된 제 6항의 화상표시장치용 편광필름; 및 상기 양자점 필름 상에 적층된 칼라필터를 포함하는 것을 특징으로 하는, 양자점 기반 화상 표시장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 양자점 기반 화상 표시장치는, 450nm 파장에서의 투과율이 적어도 50% 이상이다.
본 발명에 따르면, 이색성 염료를 포함하는 편광필름을 양자점과 액적층 사이에 구비시켜, 양자점 기반 표시장치의 투과율과 강도를 모두 개선시켰으며, 원하는 수준으로 투과율과 강도가 제어된 표시장치가 제조 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 편광필름을 포함하는 화상 표시 장치의 단면도이다.
도 2 내지 4는 각각 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1에 대한 스펙트럼 분석결과이다.
도 6은 광학 세기에 대한 실험 결과이다.
상술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 적어도 이색성비가 4 이상인 둘 이상의 이색성 염료를 포함하는 편광필름을 양자점과 액적층 사이에 구비시켜 상술한 문제를 해결하였다.
본 발명의 일 실시예에서는 칼라필터로부터 반사되는 빛을 다시 재반사하기 위한 반사판(콜레스테틱액정을 수직으로 배향한 반사판)을 상기 편광필름에 합지시켜 투과도 등을 극대화하였다.
본 발명에서는 가시광선영역의 빛을 제어하기 위해서 염료의 최대 흡수파장과 흡수가능영역이 중요한데, 본 발명은 양자점에서 발광되는 빛의 효율을 최대화하기 위해, 3가지의 아조계 염료를 선택적으로ㅛ 조합한 편광 필름을 제공한다. 즉, 제 1 염료(Orange)는 최대 흡수파장 400~500nm, 제 2 염료는 최대 흡수파장 500~600nm, 제 3 염료는 최대 흡수파장 600~800nm을 선택적으로 조합하여 사용하면, 각 파장에서의 투과율을 제어가 가능하며 양자점 제품과 발광효율 및 컬러필터와 색재현율 최적화와 병행하여 사용량 변경이 가능하다는 장점이 있다. 예를 들어 하기 실시예 1은 흡수파장 영역이 500 내지 600nm 수준(최대 흡수 파장 550nm (이색성비 5))인 제 1 염료와, 흡수파장 영역이 500 내지 600nm(최대 흡수 파장 640nm(이색성비 4))인 제 2 염료를 각각 0.5중량부를 혼합하여 편광필름용 조성물을 제조하였으며, 실시예 2에서는 여기에 흡수파장 영역이 400 내지 500nm(최대 흡수 파장 480nm (이색성비 11))인 제 3 염료를 더 조합한 염료를 사용하여 편광필름을 제조하였다.
본 발명은 특히 기존의 요오드형 편광필름이 아닌 고이색성염료를 적용한 편광판을 이용하는 경우, 양자점(Quantum Dot, QD)의 청색과 효율을 크게 향상시킬 수 있다는 점을 발견하였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 편광필름을 포함하는 화상 표시 장치의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 통상의 액정표시장치의 구조와 같이 백라잇유닛(100), 편광판(110), 박막트랜지스터(TFT) 어레이(120), 그리고 액정층(130)이 개시된다. 이것은 통상의 액정표시장치의 구조를 따르면, 본 발명은 사용가능한 모든 액정표시장치의 구조에 모두 적용될 수 있으며 이것은 모두 본 발명의 범위에 속한다.
본 발명에 따르면 상기 액정층(130)과 칼리필터(160) 상에는 양자점(150)이 구비된다. 상기 양자점(150)은 필름 형태이거나, 또는 칼리필터에 포함될 수 있는데, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않는다.
본 발명에 따르면, 상술한 이색성 염료를 포함하는 편광필름(140)은, 양자점(150)과 액정(130)사이에 구비된다.
본 발명에 따른 편광필름(140)은 특히 상이한 이색성비 및 최대흡수파장의 아조계 이색성 염료를 사용하였는데, 본 발명의 일 실시예에서 상기 아조계 염료는, 최대 흡수 파장 550nm (이색성비 5), 최대 흡수 파장 640nm(이색성비 4), 최대 흡수 파장 480nm (이색성비 11)이었다. 또한 본 발명은 편광 필름을 이루는 필름 매트릭스 수지 100 중량부에 대하여 대비 상기 둘 이상의 이색성 염료수지는 각각 0.1 내지 3 중량부이었으며, 특히 이러한 둘 이상의 이색성 염료수지의 조성과 종류에 따라 단파장의 투과율과 세기 등이 제어될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 화상표시장치에서는 콜레스테릭액정(Cholesteric Liquid Crystal)을 수직으로 배향한 반사판(141)을 점착제를 사용하여 상술한 이색성 염표 편광필름(140)과 합지하여 투과율을 극대화시켰는데, 이는 이하 보다 상세히 설명한다.
실시예 1
폴리프로필렌과 폴리프로필렌-에틸렌 공중합 수지 6:4(w/w)를 포함하는 필름 매트릭스 수지 100 중량부와 아조계 이색성 염료 최대 흡수 파장 550nm (이색성비 5), 최대 흡수 파장 640nm(이색성비 4) 수지를 각각 0.5중량부를 혼합하여 편광필름용 조성물을 제조하였다.
상기 편광필름용 조성물을 약 230℃ 고온 용융 압출기를 사용하여 용융 혼련 하고, 이어서 용융 압출 제막을 하여 편광필름을 제조하였다. 이후, 150℃에서 상기 필름을 800% 배율로 일축 연신하여 편광필름을 제조하였다.
반사층으로는 콜레스테릭액정(Cholesteric Liquid Crystal)을 수직으로 배향한 필름을 점착제를 사용하여 상기 편광필름과 합지 하였다. 반사층은 최대 반사파장 600nm (반치폭 50nm), 705nm (반치폭 55nm)이다.
화상표시 장치로는 양자점(InP) 시트를 포함하는 장치로 양자점 시트를 칼라필터아래 위치하게 하고 양자점 시트 아래에 편광필름을 위치하게 하였다. 이는 도 1의 구조와 동일하다.
실시예2
폴리프로필렌과 폴리프로필렌-에틸렌 공중합 수지 6:4(w/w)를 포함하는 고분자 수지 100중량부와 실시예 1의 아조계 이색성 염료 2종과 최대 흡수 파장 480nm (이색성비 11)의 이색성 염료 0.2중량부를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일하다. 실시예1에 있듯이 아조계 이색성 염료 최대 흡수 파장 550nm (이색성비 5), 최대 흡수 파장 640nm(이색성비 4) 수지를 각각 0.5중량부를 혼합하였습니다.
비교예1
요오드계 편광필름(투과율 42%)를 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방식으로 화상 표시 장치를 제조하였다.
실험예 1
편광필름 스펙트럼 비교 실험
도 2 내지 4는 각각 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1에 대한 스펙트럼 분석결과이다.
도 2 내지 3을 보면 아조계 염료의 파장대와 조성에 따라 단파장에서의 투과율이 매우 높았다가 다소 작아지는 경향성을 보이는 것을 알 수 있다. 이것은 도 4의 종래 요오드 편광필름과는 확연히 높은 값으로, 이것은 본 발명은 양자점의 단파장 발광 효율을 크게 시킬 뿐만 아니라. 아조계 염료로서 제어가 가능하다는 것을 시사한다.
하기 표 1은 투과율과 편광도를 수치적으로 측정한 결과이다.
구분 투과율 (%) 편광도
(%)
Total 450nm
실시예1 43 88 99.9
실시예2 43 59 99.9
비교예1 42 39 99.9
비교예2 43 42 99.9
상기 표 1의 결과를 참조하면, 본 발명에 따른 편광필름을 화상표시장치는 450nm 파장대에서의 투과율이 50% 이상인 것을 알 수 있으며, 비교예 2(편광판을 반사층과 떨어뜨려 액정층 사이에 구비시킨 구조)와 달리 염료와 반사판을 함께 합지시킨 경우, 투과율이 급격히 상승하는 것을 알 수 있다
실험예 2
광학 세기 실험 결과
도 5는 광학 세기에 대한 실험 결과이다.
도 5를 참조하면, 단파장에서의 광학 세기가 이색성 염료를 사용한 실시예 1과 2가 월등히 높다는 것을 알 수 있는데, 특히 단파장에서의 효과가 매우 극적인 점이 특이하다.
하기 표 2는 색에 따른 강도 측정 결과이다.
구분 Intensity Color
Blue Green Red x* y*
실시예1 201 166 148 0.30 0.32
실시예2 110 83 61 0.26 0.31
비교예1 70 64 34 0.22 0.37
비교예2 90 72 45 0.26 0.36
상기 표 2를 참조하면, 특히 단파장인 청색에서의 강도가 극적으로 커지는 것을 알 수 있다. 또한 실시예 1과 동일 중량으로 염료의 최대 파장을 50nm 수준으로 좁힌 경우에는 청색에서의 강도가 충분히 커지지 않는 것을 알 수 있다. 따라서, 둘 이상의 아조계 염료의 최대 흡수 파장의 차이는 적어도 70nm 이상인 것이 바람직하다.

Claims (8)

  1. 양자점을 포함하는 화상표시장치용 편광필름으로,
    적어도 이색성비가 4 이상인 2종의 이색성 염료를 포함하는 것이고,
    상기 2종의 이색성 염료는,
    흡수파장 영역이 500 내지 600 nm인 제 1 염료; 및 흡수파장 영역이 600 내지 800 nm인 제 2 염료;를 포함하며, 상기 제 1 염료와 제 2 염료는 서로 이색성비가 다르고, 최대 흡수 파장 차이는 90nm 이상인 것이며,
    상기 화상표시장치용 편광필름의 일면에는 반사층이 합지된 것이고,
    상기 반사층은 콜레스테릭액정(Cholesteric Liquid Crystal)을 수직으로 배향한 필름인 것을 특징으로 하는, 화상표시장치용 편광필름.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 화상표시장치용 편광필름은, 필름 매트릭스 수지; 및 상기 2종의 이색성 염료를 포함하며,
    상기 필름 매트릭스 수지 100 중량부에 대하여 대비 상기 2종의 이색성 염료수지는 각각 0.1 내지 3 중량부인 것을 특징으로 하는, 화상표시장치용 편광필름.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 순차적으로 적층된 액정층 및 양자점 필름을 포함하는 화상표시장치로서,
    상기 양자점 필름과 액정층 사이에 구비된 제 1항의 화상표시장치용 편광필름;
    상기 편광필름과 액정층 사이에 구비된 반사층; 및
    상기 양자점 필름 상에 적층된 칼라필터를 포함하고,
    양자점 기반 화상 표시장치는, 450nm 파장에서의 투과율이 적어도 50% 이상인 것을 특징으로 하는, 양자점 기반 화상 표시장치.
  8. 삭제
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