KR102423676B1 - 양자점층 일체형 도광판 및 이를 구비한 백라이트 유닛 - Google Patents

양자점층 일체형 도광판 및 이를 구비한 백라이트 유닛 Download PDF

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Abstract

본 발명은 캡슐화 수지로 캡슐화된 양자점을 포함하여 공압출 공정을 통해 제조가 가능하고, 빛을 최대한 소멸없이 확산시켜 휘도를 향상시킬 수 있는 양자점층 일체형 도광판 및 이를 구비한 백라이트 유닛을 개시한다.

Description

양자점층 일체형 도광판 및 이를 구비한 백라이트 유닛{Quantum Dot Integrated Light Diffusion Plate and Back Light Unit Comprising the Same}
본 발명은 양자점층 일체형 도광판 및 이를 구비한 백라이트 유닛에 관한 것이다.
백라이트(Backlight Unit)에서 매우 중요한 부품 중의 하나인 도광판(LGP: Light Guide Plate)은 측면에 위치한 광원으로부터 유입되는 빛을 원하는 면적에 균일하게 분배해 주는 역할을 한다.
도광판의 형태는 쐐기형(wedge type)과 평판형(flat type)이 있으며, 휴대폰, 내비게이션, 노트북 PC, 모니터, TV에 이르기까지 각 표시장치를 채택하는 모든 전자기기에 각각의 용도에 맞게 모양을 달리하며 그 기능을 다하고 있다. 상기 도광판의 형태는 도광판의 본래 용도인 광원으로부터 유입되는 빛의 형태에 따라 달리 적용 되고 있으나, 그 본래의 기능은 크게 다르지 않다.
도광판의 소재로써의 필수적인 특성은 바로 광투과율로서, PMMA(Poly Methyl Methacrylate)와 PC(Poly Carbonate) 등의 재질을 이용하여 사출 또는 압출 공정을 통해 제작하고 있다.
최근에는 표시장치의 효율 향상을 위하여 백라이트 유닛의 저소비전력화, 고휘도화, 박형화, 경량화, 저가격화를 목표로 다양한 연구가 진행되고 있다. 이러한 특성의 백라이트를 제조하기 위해서는 광원의 휘도 및 광학 필름의 효율 개선에 대한 연구가 함께 진행되고 있다.
하나의 시도로서, KR 10-2017-0103421A에서는 사출 성형을 통해 나노홀 어레이(nanohole array) 구조가 있는 도광판을 제작하고, 상기 나노홀 어레이에 양자점을 삽입시켜 광효율을 높이는 방법을 제시하고 있다. 이러한 공정은 나노홀 어레이의 제작에 비용이 소요되고, 양자점이 삽입되더라도 상기 나노홀 어레이 내 주입 공정 도중 외부 환경, 즉 산소에 의해 쉽게 광 산화반응이 일어나 양자 효율(quantum yield)이 저하되어, 만족스러운 효과를 확보할 수 없다.
KR 10-1905668B에서는 양자점층과 도광판을 공압출성형을 통해 제조하되, 상기 양자점층은 300℃에서 양자점이 분산된 PMMA 펠렛을 제조 후 이를 PMMA와 300℃에서 공압출을 통해 제조하고 있다. 이러한 방법은 공압출을 통해 양자점층과 도광판을 일체형으로 제작할 수 있다는 이점이 있으나, 펠렛 제조시 300℃의 고온에서 양자점의 손상이 발생할 뿐만 아니라 양자점끼리 응집이 발생하여 균일한 분산이 어렵다.
따라서, 도광판의 압출 공정의 온도에서도 양자점의 특성을 잃지 않고 균일한 분산을 이룰 수 있는 기술이 필요하다.
KR 10-2017-0103421A (2017.09.13) KR10-1905668B (2018.10.01)
본 발명에서는 도광판 내부에 양자점을 균일하게 분산시킬 수 있도록 연구를 수행한 결과, 도광판의 압출 공정의 온도를 견디는 재료로 양자점을 캡슐화할 경우 양자점의 손상 없이 압출 공정의 적용이 가능할 것이라는 아이디어에 착안하여, 상기 캡슐화 수지의 조성을 선정하고, 이를 이용하여 양자점을 캡슐화함으로써, 종래 습식 코팅이나 합지 방식이 아닌 도광판의 압출 공정에 직접 적용하여 도광판 내부에 양자점이 균일하게 분산된 도광판을 제작할 수 있었다.
또한, 본 발명의 목적은 압출 공정이 적용 가능하면서, 내부에 양자점이 균일하게 분산된 도광판 및 이를 구비한 백라이트 유닛을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 도광판; 및 이의 상부에 상기 도광판과 일체화된 형태로 형성된 양자점층을 구비한 양자점층 일체형 도광판을 제공한다.
이때 상기 양자점층은 베이스 수지 내 캡슐화 수지로 캡슐화된 양자점이 분산된 구조를 갖는다.
상기 베이스 수지는 아크릴계 수지, 스티렌-아크릴계 공중합 수지, 스티렌계 수지, 스티렌-아크릴로니트릴계 수지, 폴리카보네이트 수지, 사이클릭올레핀계 수지, 및 폴리노르보르넨수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이다.
또한, 상기 캡슐화 수지는 베이스 수지의 Tm 보다 높은 Tg를 가지며, 가교화된 아크릴계 수지, 및 가교화된 실리콘계 수지 중에서 선택된 1종 이상이다.
또한, 추가로 광확산제를 더욱 포함하고, 구체적으로, 상기 광확산제는 실리카, 탈크, 티타니아, 산화칼슘, 산화아연, 및 알루미나를 포함하는 무기계 입자; 폴리(메타)아크릴계, 폴리스티렌계, 실리콘계, 폴리우레탄계, 에폭시계 수지가 가교 또는 미가교 유기계 입자; 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함한다.
상기 도광판은 아크릴계 수지, 스티렌-아크릴계 공중합 수지, 스티렌계 수지, 스티렌-아크릴로니트릴계 수지, 폴리카보네이트 수지, 사이클릭올레핀계 수지, 및 폴리노르보르넨 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 도광판 수지를 포함한다.
이때 도광판은 쐐기형 또는 평판형 구조를 갖는다.
또한, 본 발명은 공압출 성형기를 이용하여 제조하되,
(S1) 베이스 수지 펠렛을 제1압출기에 주입하여 가열 용융하여 용융 수지를 얻는 단계;
(S2) 상기 용융 수지에 캡슐화된 양자점을 주입한 후 혼합하여 혼합 용융 수지를 얻는 단계; 및
(S3) 도광판 수지 펠렛을 제2압출기에 주입하여 가열 용융하여 용융 수지를 얻는 단계; 및
(S4) 상기 S2에서 얻어진 혼합 용융 수지와 S3에서 얻어진 용융 수지를 공압출 후 냉각하는 단계;를 포함하는 양자점층 일체형 도광판의 제조방법을 제공한다.
추가로, 상기 S2 단계에서 용융 수지에 광확산제를 더욱 첨가할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 양자점층 일체형 도광판을 구비한 백라이트 유닛을 제공한다.
본 발명에 따른 도광판은 캡슐화 수지로 캡슐화함으로써 양자점을 그 어떤 손상없이 도광판 상에 일체화된 형태의 양자점층을 형성할 수 있다.
그 결과. 압출 공정의 온도에서도 양자점의 특성을 잃지 않고 균일한 분산이 가능하여, 종래 양자점 적용시 발생하던 응집 및 양자 수율 감소 문제를 해소하여, 백라이트 유닛에 적용시 양자점에 의한 효과를 극대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 도광판의 단면도이다.
본 발명은 도광판; 및 이의 상부에 상기 도광판과 일체화된 형태로 형성된 양자점층을 구비한 양자점층 일체형 도광판 및 이를 구비한 백라이트 유닛을 개시한다.
양자점층 일체형 도광판은 양자점층과 도광판 사이에 접착제층이나 합지 과정 없이 제작되어, 상기 양자점층 내로 수분 및 공기의 유입이 차단되고, 백라이트 유닛의 두께를 줄일 수 있으며, 공압출 공정을 통해 제조되어 제조 공정의 단순화에 따른 공정 코스트를 저감할 수 있다.
기존 공압출 공정을 통해 양자점층 일체형 도광판의 제작이 시도되었으나, 양자점의 손상 및 손실에 따른 양자 수율 감소 및 응집이 발생하는 문제가 여전히 남아 있다. 이에 본 발명에서는 공압출 공정으로 이러한 문제없이 양자점층 일체형 도광판을 제작한다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 양자점층 일체형 도광판(100)의 단면도이다.
도 1을 보면, 양자점층 일체형 도광판(100)은 도광판(10) 상에 양자점층(20)이 형성되고, 상기 양자점층(20)은 베이스 수지(21) 내에 캡슐화 수지(23)에 의해 캡슐화된 양자점(25)이 균일하게 분산된 구조를 갖는다. 이때 R은 RED 양자점을, G는 GREEN 양자점을 의미한다.
양자점층 일체형 도광판(100)의 제작은 도광판(10) 제작을 위한 도광판 수지와 양자점층(20)을 형성하기 위한 베이스 수지(21)를 펠렛 형태로 각각의 압출기를 통해 용융시킨 후 압출기의 압출 다이로부터 시트 형태로 인출 후 냉각하는 공압출 공정을 통해 제작한다.
공압출을 위해선 상기 도광판 수지와 베이스 수지(21)는 동일한 재질을 사용하는 것이 바람직하다.
도광판 수지 및 베이스 수지(21)는 Tm이 약 230 내지 250℃의 범위를 가지고, 투명하면서도 강도가 우수한 재질이 가능하며, 일례로 투명, 반투명, 백색 또는 유색의 수지 등이 이용될 수 있다. 구체적으로 아크릴계 수지, 스티렌-아크릴계 공중합 수지, 스티렌계 수지, 스티렌-아크릴로니트릴계 수지, 폴리카보네이트 수지, 사이클릭올레핀계 수지, 및 폴리노르보르넨수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 바람직하다.
아크릴계 수지는 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 부틸메타크릴레이트, 2-에틸헥실메타크릴레이트 등의 메타크릴산알킬에스테르; 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 부틸아크릴레이트 등의 아크릴산알킬에스테르; 시클로헥실메타크릴레이트, 2-메틸시클로헥실메타크릴레이트, 디시클로펜타닐메타크릴레이트 등의 메타크릴산시클로알킬에스테르; 시클로헥실아크릴레이트, 2-메틸시클로헥실아크릴레이트 등의 아크릴산시클로알킬에스테르; 페닐메타크릴레이트, 벤질메타크릴레이트 등의 메타크릴산아릴에스테르; 페닐아크릴레이트, 벤질아크릴레이트 등의 아크릴산아릴에스테르 중에서 선택되는 어느 하나의 단독 중합체 또는 이들의 공중합체인 것이 바람직하다.
스티렌-아크릴계 공중합체 수지는 메타크릴산알킬에스테르, 아크릴산알킬에스테르, 메타크릴산시클로알킬에스테르, 아크릴산시클로알킬에스테르, 메타크릴산아릴에스테르, 아크릴산아릴에스테르 중에서 선택되는 하나 이상과 스티렌, 알파-메틸스티렌, m-메틸스티렌, p-메틸스티렌, p-메톡시스티렌 중에서 선택되는 하나 이상의 공중합체인 것이 바람직하다.
스티렌계 수지는 스티렌, 알파-메틸스티렌, m-메틸스티렌, p-메틸스티렌, p-메톡시스티렌 중에서 선택되는 어느 하나의 단독 중합체 또는 이들의 공중합체인 것이 바람직하다.
스티렌-아크릴로니트릴계 공중합체 수지는 스티렌, 알파-메틸스티렌, m-메틸스티렌, p-메틸스티렌, p-메톡시스티렌 중에서 선택되는 하나 이상과 아크릴로니트릴모노머와의 공중합체가 바람직하다.
폴리카보네이트 수지는 디히드록시페놀과 포스겐을 반응시키거나 디히드록시페놀과 카보네이트 전구체의 반응에 의하여 제조된 선형 및 가지 달린 방향족 폴리카보네이트 단일 중합체, 폴리에스터 공중합체 또는 이들 1종 이상의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하다.
이러한 재질을 갖는 베이스 수지(21)의 용융 및 공압출 공정은 통상 베이스 수지(21)의 Tm 이상인 250℃이상으로 가열을 통해 이루어진다. 이때 용융된 베이스 수지(21)에 양자점을 그대로 투입하는 것이 아니라, 상기 온도, 즉 베이스 수지(21)의 Tm 보다 높은 Tg를 갖는 캡슐화 수지(23)로 양자점을 캡슐화하여, 상기 양자점을 상기 고온(즉, 용융 수지)으로부터 보호할 수 있다. 공압출 또한 용융 온도에서 이루어지며, 이때 캡슐화 수지(23)를 사용함으로써 도광판 수지와의 공압출시 온도에서도 양자점을 보호할 수 있다. 만약, 베이스 수지(21)의 Tm 보다 낮은 Tg의 재질로 양자점을 캡슐화하게 되면, 압출 공정 도중 캡슐화 수지(23)가 용융되어 양자점층(20) 내에 일부 손상된 양자점만이 분산된 구조를 갖는다.
캡슐화 수지(23)의 후보로서, 상기 Tg 요건을 만족하더라도 압출 공정을 통해 제작된 양자점층 일체형 도광판(100)의 물성(투명도, 강도 등)에 영향을 주지 않으면서도 압출 공정에서 용융된 베이스 수지(21)와 잘 혼합될 수 있고, 추가로 사용하는 광확산제의 분산에 영향을 주지 않는 재질이 필요하다.
본 발명에서 캡슐화 수지(23)에 의해 캡슐화된 양자점(25)이라 함은, 종래 "캡슐"이 의미하는 "단순 코팅 또는 도막과 같은 코팅층"의 형태는 아니며, 복수 개의 양자점이 가교화된 캡슐화 수지(23) 내부에 분산된 상태로 분산된 존재하는 것을 의미한다.
이에 본 발명에서는 가교화된 수지를 사용하여 베이스 수지(21)의 Tm 보다 높은 Tg를 갖는 캡슐화 수지(23)를 제작하되, 상기 양자점층 일체형 도광판(100)의 물성 및 혼합 특성을 고려하여 투명 재질의 고분자가 사용될 수 있다.
바람직한 예로, 본 발명의 캡슐화 수지(23)는 가교화된 아크릴계 수지 및 가교화된 실리콘계 수지 중 어느 하나 이상이 가능하다. 상기 가교화는 광 또는 열에 의해 경화된 상태이다.
가교화된 아크릴계 수지는 분자 구조 내에 광조사 또는 열에 의해 중합 또는 경화 가능한 관능기를 갖는 아크릴계 단량체에 의해 가교화된 수지를 의미한다.
사용 가능한 아크릴계 단량체로는 하기와 같으며, 이때 용어 '(메트)아크릴레이트'는 메타크릴레이트 또는 아크릴레이트를 지칭한다.
아크릴계 단량체는 분자 구조 내 관능기가 1개인 단관능성 아크릴계 단량체, 또는 2개 이상인 다관능성 아크릴계 단량체/올리고머일 수 있다.
상기 단관능성 아크릴계 단량체는 이소보닐 (메트)아크릴레이트, 이소옥틸 (메트)아크릴레이트, 라우릴 (메트)아크릴레이트, 스테아릴 (메트)아크릴레이트, 벤질 (메트)아크릴레이트, 노보닐 (메트)아크릴레이트, 이소데실(메트)아크릴레이트, 사이클로헥실 (메트)아크릴레이트, n-헥실(메트)아크릴레이트, 아다만틸 아크릴레이트, 아크릴로일모폴린, 테트라히드로퓨릴 (메트)아크릴레이트, 2-페녹시에틸 (메트)아크릴레이트, 카프로락톤 (메트)아크릴레이트 및 사이클로펜틸 아크릴레이트로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 단량체를 포함할 수 있다.
또한, 다관능성 아크릴계 단량체로는 트리프로필렌글리콜 디(메트)아크릴레이트, 1,6-헥산디올 디(메트)아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리(메트)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리(메트)아크릴레이트, 사이클릭 트리메틸올프로판 (메트)아크릴레이트, 트리메틸사이클로헥실 (메트)아크릴레이트, 트리사이클로디케인 디메탄올 디(메트)아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리(메트)아크릴레이트, 에톡실레이티드 트리메틸올프로판 트리(메트)아크릴레이트(3EO-TMPTA; ethoxylated trimethylolpropane tri(metha)acrylate), 에톡실레이티드 펜타에리트리톨 트리(메트)아크릴레이트(4EO-PETA; ethoxylated pentaerythritol triacrylate), 펜타에리쓰리톨 트리(메트)아크릴레이트, 및 디펜타에리쓰리톨 헥사(메트)아크릴레이트로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 단량체를 포함할 수 있다.
그리고, 다관능성 아크릴계 올리고머로는 우레탄 (메트)아크릴레이트, 에폭시 (메트)아크릴레이트, 폴리에스테르 (메트)아크릴레이트, 아크릴(메트)아크릴레이트, 폴리부타디엔 (메트)아크릴레이트, 실리콘 (메트)아크릴레이트 및 멜라민 (메트)아크릴레이트로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 올리고머를 포함할 수 있다. 이때 올리고머는 중량평균분자량이 100 내지 1000의 범위를 갖는 것이 가능하다.
바람직하기로, 상기 아크릴계 단량체 중 2개 이상의 관능기를 포함하는 경우 광조사에 의해 가교될 수 있으며, 필요한 경우 공지의 광가교제를 더욱 사용할 수 있다.
광경화는 광원으로부터 활성 에너지를 방출하여 도막에 조사하는 방식으로 수행한다.
상기 광원으로는 원자외선, 자외선, 근자외선, 적외선 등의 광선, X선, γ선 등의 전자파 외에, 전자선, 프로톤선, 중성자선 등을 이용할 수 있으나, 경화 속도, 조사 장치의 입수의 용이성, 가격 등으로부터 자외선 조사에 의한 경화가 유리하다.
자외선 조사를 행할 때의 광원으로서는, 고압 수은등, 무전극 램프, 초고압 수은등, 카본 아크등, 제논등, LED 램프, 메탈할라이드 램프, 케미컬 램프, 블랙라이트 등이 이용된다. 상기 고압 수은 램프의 경우에는, 예컨대, 약 5 mJ/㎠ 내지 약 3000 mJ/㎠, 구체적으로는 약 400 mJ/㎠ 내지 약 1500 mJ/㎠의 조건에서 행해진다.
그리고, 조사 시간은, 광원의 종류, 광원과 도막과의 거리, 도막 두께, 그 외의 조건에 따라서도 다르지만, 통상은, 수십초 내지 수분, 광량에 따라서 1시간 이상 수행된다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 양자점층(20)의 베이스 수지(21)가 PMMA 또는 PC이고, 이들의 Tm은 약 230℃ 내지 250℃의 범위를 갖는다. 이때 캡슐화 수지(23)는 우레탄 아크릴레이트 올리고머가 광개시제에 의해 가교화된 것으로, 이때 Tg는 290℃ 내지 320℃ 온도를 갖는다.
캡슐화 수지(23)로서, 가교화된 실리콘계 수지는 액상 실록산 폴리머가 가교제에 의해 가교화된 수지를 의미한다.
액상 실록산 폴리머는 직쇄상 실리콘 수지와 변성 실리콘 수지일 수 있다. 대표적인 직쇄상 실리콘 수지는 유기기가 모두 메틸기인 디메틸 실리콘이 있으며, 페닐기를 도입한 메틸페닐 실리콘과, 메틸페닐 실리콘, 디페닐실리콘, 폴리실록산과 디페닐실록산의 공중합체, 메틸하이드로겐 실리콘 등이 있다. 상기 변성 실리콘 수지는 메틸기 또는 페닐기 이외의 유기기를 도입한 실리콘 수지를 의미하며, 메틸히드록시 실리콘, 플루오로 실리콘, 폴리옥시에테르 공중합체, 알킬변성 실리콘, 고급지방산변성 실리콘, 아미 노변성 실리콘, 에폭시변성 실리콘 등이 있다.
실리콘계 수지의 경화는 광경화 또는 열경화가 가능하며, 이 또한 공지된 바의 광경화제 또는 열경화제가 사용될 수 있다.
일례로, 열경화시 온도 및 시간은 열경화성 수지의 종류에 따라 달라질 수 있으며, 일례로 실리콘계 수지의 경우 100℃내지 125℃에서 1시간 내지 5시간 동안 수행한다.
또한, 열경화의 경우 실리콘 수지 대비 경화제의 사용은 경화 메커니즘에 따라 달라질 수 있다. 일례로, 백금 촉매 존재하에 부가 반응이 일어나거나, 유기 과산화물 및 열을 인가하여 유리 라디칼 반응을 통해 경화가 가능하다. 이때 유기 과산화물의 예로는 2,4-디클로로벤조일 퍼옥사이드, 벤조일 퍼옥사이드, 디큐밀 퍼옥사이드, 디-3급-부틸퍼벤조에이트 및 2,5-비스(3급-부틸퍼옥시)벤조에이트가 있다. 유기 과산화물은 실리콘계 수지 100 중량부 대비 0.1 내지 10 중량부, 바람직하게는 0.2 내지 5 중량부의 농도로 사용된다
본 발명의 일 구현예에 따르면, 양자점층(20)의 베이스 수지(21)가 PMMA 또는 PC이고, 이들의 용융 온도(Tm)는 약 230℃ 내지 250℃의 범위를 갖는다. 이때 캡슐화 수지(23)는 DIMETHYLSILOXANE COPOLYMER가 열에 의해 가교화된 것으로, 이때 Tg는 260℃ 내지 290℃ 온도를 갖는다.
한편, 상기 언급한 바의 캡슐화 수지(23)에 의해 양자점이 캡슐화된다.
양자점은 양자 구속 효과(quantum confinement effect)를 통해, 광원으로부터 주입되는 광을 흡수한 다음 양자점이 갖는 밴드갭에 대응하는 파장을 갖는 광의 파장을 변환시켜 출사한다.
상기 양자점은 II-VI족, III-V족, IV-VI족, IV족 반도체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 반도체를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 양자점은, 예를 들면, CdS, CdO, CdSe, CdTe, Cd3P2, Cd3As2, ZnS, ZnO, ZnSe, ZnTe, MnS, MnO, MnSe, MnTe, MgO, MgS, MgSe, MgTe, CaO, CaS, CaSe, CaTe, SrO, SrS, SrSe, SrTe, BaO, BaS, BaSe, BaTE, HgO, HgS, HgSe, HgTe, HgI2, AgI, AgBr, Al2O3, Al2S3, Al2Se3, Al2Te3, Ga2O3, Ga2S3, Ga2Se3, Ga2Te3, In2O3, In2S3, In2Se3, In2Te3, SiO2, GeO2, SnO2, SnS, SnSe, SnTe, PbO, PbO2, PbS, PbSe, PbTe, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, GaInP2, InN, InP, InAs, InSb, In2S3, In2Se3, TiO2, BP, Si, Ge, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 반도체 결정을 포함하는 단일층 또는 다중층 구조의 입자일 수 있다.
또한, 상기 양자점은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe과 같은 II-VI족 화합물 반도체 나노결정, GaN, GaP, GaAs, InP, InAs와 같은 III-V족 화합물 반도체 나노결정 또는 이들의 혼합물 등을 들 수 있다. 상기 중심 입자는 코어/쉘 구조를 가질 수 있고, 상기 중심 입자의 코어 및 쉘(Shell) 각각은 상기 예시한 화합물들을 포함할 수 있다. 상기 예시한 화합물들은 각각 단독으로 또는 2 이상이 조합되어 상기 코어나 쉘에 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 중심 입자는 CdSe를 포함하는 코어 및 ZnS를 포함하는 쉘을 갖는 CdSe/ZnS(코어/쉘) 구조를 가질 수 있다.
또한, 양자점의 입자는 코어/쉘 구조 또는 얼로이 구조를 가질 수 있다. 코어/쉘 구조를 갖는 양자점은 씨드의 결정 구조를 성장 시킴에 있어 다른 성분을 넣어 다양한 모습으로 쉘 층을 성장시킬 수 있다. 코어/쉘 구조를 형성시키는 경우 고발광효율, 고발광 선명도 등의 특성을 만족시키면서 열적 안정성 또는 절연성과 같은 다른 특성도 동시에 만족시킬 수 있는 장점이 있다. 이러한 코어/쉘 구조 또는 얼로이 구조를 갖는 양자점 입자는 CdSe/ZnS, CdSe/ZnSe/ZnS, CdSe/CdSx(Zn1-yCdy)S/ZnS, CdSe/CdS/ZnCdS/ZnS, InP/ZnS, InP/Ga/ZnS, InP/ZnSe/ZnS, PbSe/PbS, CdSe/CdS, CdSe/CdS/ZnS, CdTe/CdS, CdTe/ZnS, CuInS2/ZnS, Cu2SnS3/ZnS 일 수 있다.
또한, 양자점은 페로브스카이트 나노결정 입자일 수 있다. 페로브스카이트는 ABX3, A2BX4, ABX4 또는 An-1BnX3n+1(n은 2 내지 6사이의 정수)의 구조를 포함하고, 상기 A는 유기암모늄 또는 알칼리금속 물질이고, 상기 B는 금속 물질이고, 상기 X는 할로겐 원소일 수 있다.
상기 유기암모늄은 아미디늄계 유기이온, (CH3NH3)n, ((CxH2x+1)nNH3)2(CH3NH3)n, (RNH3)2, (CnH2n+1NH3)2, (CF3NH3), (CF3NH3)n, ((CxF2x+1)nNH3)2(CF3NH3)n, ((CxF2x+1)nNH3)2 또는 (CnF2n+1NH3)2)이고(n은 1이상인 정수, x는 1이상인 정수), 상기 알칼리금속 물질은 Na, K, Rb, Cs 또는 Fr일 수 있다. 상기 B는 2가의 전이 금속, 희토류 금속, 알칼리 토류 금속, Pb, Sn, Ge, Ga, In, Al, Sb, Bi, Po, 또는 이들의 조합의 이온이고, 상기 X는 Cl, Br, I 이온 또는 이들의 조합일 수 있다.
또한, 양자점은 도핑된 페로브스카이트 나노결정 입자일 수 있다. 상기 도핑된 페로브스카이트는 ABX3, A2BX4, ABX4 또는 An-1BnX3n+1(n은 2 내지 6사이의 정수)의 구조를 포함하고, 상기 A의 일부가 A'로 치환되거나, 상기 B의 일부가 B'로 치환되거나, 상기 X의 일부가 X'로 치환된 것을 특징으로 하고, 상기 A 및 A'는 유기암모늄이고, 상기 B 및 B'는 금속물질이고, 상기 X 및 X'는 할로겐 원소일 수 있다.
이때, 상기 A 및 A'는 아미디늄계 유기이온, (CH3NH3)n, ((CxH2x+1)nNH3)2(CH3NH3)n, (RNH3)2, (CnH2n+1NH3)2, (CF3NH3), (CF3NH3)n, ((CxF2x+1)nNH3)2(CF3NH3)n, ((CxF2x+1)nNH3)2 또는 (CnF2n+1NH3)2이고 (n은 1이상인 정수, x는 1이상인 정수), 상기 B 및 B'는 2가의 전이 금속, 희토류 금속, 알칼리 토류 금속, Pb, Sn, Ge, Ga, In, Al, Sb, Bi 또는 Po이고, 상기 X 및 X'는 Cl, Br 또는 I일 수 있다.
상기 양자점은 구형, 타원형, 로드형, 와이어, 피라미드, 입방체 또는 다른 기하학적 또는 비기하학적 형상일 수 있다. 통상 구형 또는 타원형의 나노 입자로, 평균 입경이 1 내지 20nm, 바람직하기로 1 내지 10nm를 가지며, 그 크기에 따라 발광 파장이 달라지므로, 적절한 크기의 양자점을 선택하여 원하는 색깔의 광을 얻을 수 있다. 통상 입도가 더 큰 양자점은, 동일한 재료로부터 제조되었지만 입도가 더 작은 양자점과 비교하였을 때, 더 낮은 에너지의 광을 방출한다. 본 발명에서는 상기 양자점으로, 예를 들면, 청색광을 적색광으로 변환시키는 양자점, 청색광을 녹색광으로 변환시키는 양자점 및 녹색광을 적색광으로 변환시키는 양자점으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
특히 양자점은 용매(예, 톨루엔)에 분산된 콜로이드(또는 분산액) 상태로 공급되며 표면 안정화를 위해 리간드가 부착된 형태로 공급된다. 이때 리간드는 소수성의 유기 리간드로서 양자점의 분산성을 높이고 이들끼리 서로 뭉치는 현상을 막아준다. 상기 리간드는 서로 인접한 양자점이 쉽게 서로 응집되어 소광(quenching)되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 리간드는 양자점과 결합하여, 양자점이 소수성을 갖도록 한다. 이에 따라, 양자점 및 상기 리간드를 포함하는 양자점을 코팅층 또는 필름 형성용 수지(resin)에 분산시키는 경우, 리간드가 없는 양자점에 비해 수지에 대한 분산성이 향상될 수 있다.
상기 리간드는 화학식 -(CH2)p-R3 (1≤p≤40, R3=OH, CO2H, NH2, SH, 또는 PO)로 표시될 수 있다. 바람직하기로, 6≤p≤30이고, CH2로 표시되는 알킬기는 선형 또는 분지형일 수 있다.
구체적인 예로, 상기 리간드로는 헥사데실아민(hexadecylamine), 옥타데실아민(octadecyl amine), 옥틸아민(octylamine), 트리옥틸포스핀(trioctylphosphine), 트리페놀포스핀(triphenolphosphine), t-부틸포스핀(t-butylphosphine), 트라이옥틸포스핀 산화물(trioctylphosphine oxide), 피리딘(pyridine) 또는 싸이오펜(thiophene)일 수 있으며, 바람직하기로는 옥타데실아민일 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 캡슐화 수지(23)에 의해 캡슐화된 양자점(25)의 제조는 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 이 분야에서 공지된 바의 다양한 방법이 사용될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 캡슐화된 양자점(25)은 하기 a) 내지 c) 단계를 포함하여, 양자점 1 내지 30 중량%, 캡슐화 수지(23) 50 내지 90 중량%, 경화제 0.5 내지 10 중량%의 함량으로 가교 공정을 통해 제조된다:
a) 극성 용매 및 비극성 용액을 준비하는 단계;
b) 얻어진 용액에 캡슐화 수지용 전구체, 양자점 및 경화제를 첨가하여 조성물을 제조하는 단계; 및
c) 상기 조성물에 광 또는 열을 조사하여 가교를 수행하여 양자점을 캡슐화하는 단계.
단계 a)의 극성 및 비극성 용매를 혼합하게 되면, 서로 섞이지 않는 상태로 존재한다. 이에 단계 b)에서 추가되는 조성의 극성 및 비극성에 따라 이들이 존재하는 영역이 분리된다.
극성 비극성은 상대적인 것으로, 용매의 종류에 따라 상대적으로 극성의 크고 작음이 존재한다. 공지된 바의 극성 용매로는 물, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올, 아세톤, 및 디메틸포름아마이드 등이 있고, 비극성 용매로는 헥산, 톨루엔, 벤젠, 옥탄, 클로로포름, 클로로벤젠, 테트라히드로푸란. 펜탄, 헵탄, 데칸, 염화메틸렌, 1,4-디옥산, 디에틸에테르, 사이클로헥산, 다이클로로벤젠, 및 이소보닐아크릴레이트 등이 있다. 이들 중 2종의 용매를 선정할 경우 상대적인 극성의 차이를 통해 극성 및 비극성이 결정된다. 바람직하기로, 단계 a)에서 사용하는 용매는 에탄올/이소보닐아크릴레이트, 톨루엔/이소보닐아크릴레이트 조합이 사용될 수 있다.
극성 용매와 상대적으로 적은 함량의 비극성 용매를 혼합하면, 연속상인 극성 용매 내에 분산상으로 비극성 용매가 존재한다. 이는 에멀젼의 액적 형태와 유사하다. 이에 단계 b)의 캡슐화 수지용 전구체, 양자점 및 경화제를 첨가할 경우 상기 조성은 비극성 용매 측에 존재한다.
이어, 광 또는 열을 조사하게 되면, 액적 내에서 가교화 반응이 일어나 캡슐화된 양자점(25)이 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 캡슐화된 양자점(25)은 크기가 0.1 ㎛ 내지 200 ㎛, 0.5 ㎛ 내지 180 ㎛, 1 ㎛ 내지 150 ㎛, 5 ㎛ 내지 100 ㎛의 범위일 수 있다. 이러한 크기는 양자점, 캡슐화 수지(23)의 함량에 의해 조절이 가능하며, 상기 범위를 가질 경우 양자점의 양자 효율을 비롯한 각종 물성이 우수하다.
캡슐화된 양자점(25)은 red 및 green을 혼합할 수도 있고, 각각 캡슐화할 수 있다.
전술한 바의 조성을 포함하는 양자점층(20)은 베이스 수지(21) 100 중량부에 대하여 캡슐화된 양자점(25)을 0.1 내지 20 중량부를 포함한다. 만약, 상기 캡슐화된 양자점(25)의 함량이 상기 범위 미만이면 양자점의 사용에 따른 효과를 기대할 수 없고, 이를 초과하면 양자점층 일체형 도광판(100)의 물성 및 투명도의 저하를 가져올 수 있다.
한편, 필요한 경우, 양자점층(20) 내에 광확산제(미도시)를 더욱 첨가할 수 있다.
광확산제는 유기 또는 무기 확산제를 단독 또는 조합하여 사용될 수 있다. 일례로, 실리카, 탈크, 티타니아, 산화칼슘, 산화아연, 알루미나 등의 무기계 입자가 사용될 수 있고, 폴리(메타)아크릴계, 폴리스티렌계, 실리콘계, 폴리우레탄계, 에폭시계 등의 가교 또는 미가교 유기계 입자가 사용될 수 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
이때 광확산제의 입자 크기는 10nm 내지 50㎛인 것을 사용하고, 필요에 따라 서로 다른 입경을 갖도록 2종 이상 혼합하여 사용이 가능하다. 상기 광확산제의 입자 크기가 상기 범위 미만이면 응집이 발생하고 광산란성이 저하되며, 반대로 상기 범위를 초과하면 오히려 휘도가 저하되는 문제가 발생한다.
필요한 경우, 상기 광확산제는 서로 다른 입경을 갖도록 2종 이상을 혼합 사용할 수 있다.
레일리 산란(Rayleigh scattering)과 미 산란(Mie scattering)이 동시에 일어날 수 있도록 한다.
레일리 산란은 산란을 유발하는 입자의 크기가 매우 작아 빛의 파장보다도 작을 때 일어나는 산란을 의미하고, 특히 푸른빛은 긴 파장인 붉은 빛보다 더 효과적으로 산란하고, 전방과 후방 양쪽으로 빛을 산란시킨다.
미 산란은 입자의 크기가 빛의 파장이 비슷할 경우에 일어나며, 빛의 파장보다는 입자의 밀도, 크기, 모양 등에 반응한다. 미 산란은 전방 산란이 현저하고 상대적으로 적게 후방으로 산란한다.
이에 제1광확산제로 460nm 초과, 30㎛ 이하인 것을 사용하여 미 산란을 유도하고, 제2광확산제로 10nm 내지 460nm인 것을 사용하여 레일리 산란을 유도한다. 이와 같이 레일리 산란과 미 산란을 동시에 발생시킬 수 있어, 빛을 최대한 소멸없이 확산시켜 휘도 및 휘도 균일도를 향상시킬 수 있다는 이점이 있다.
광확산제의 함량은 베이스 수지(21) 100 중량부에 대해 최대 20 중량부 이하, 바람직하기로 0.001 내지 20 중량부의 범위로 사용한다. 만약, 광확산제의 함량이 상기 범위를 초과할 경우 양자점층 일체형 도광판(100)의 빛 투과율이 저하될 뿐만 아니라 분산성이 저하되어 휘도를 발휘할 수 없다.
전술한 바의 캡슐화된 양자점(25)은 양자점층(20)의 베이스 수지(21) 내에 균일하게 분산되어, 양자점의 응집이나 양자 효율의 감소 없이 양자점이 갖는 휘도 및 휘도 균일도 향상 및 색재현성 증가 효과를 갖는 양자점층 일체형 도광판(100)의 제작을 가능케 한다.
도 1에서 제시한 양자점층 일체형 도광판(100)은 공압출 공정을 통해 제작한다.
공압출 공정은 다층판을 제조하는 가장 간편한 방법으로, 복수 개의 압출기를 이용하여, 복수의 용융 수지 스트림를 중첩하는 적층 다이, 예를 들면 피드 블럭 다이나 멀티 매니폴드 다이 등으로부터 적층 압출하고, 연마 롤 사이에 끼움으로써 판상으로 성형하는 방법이다.
구체적으로, 양자점층 일체형 도광판(100)은
(S1) 베이스 수지 펠렛을 제1압출기에 주입하여 가열 용융하여 용융 수지를 얻는 단계;
(S2) 상기 용융 수지에 캡슐화된 양자점(25)을 주입한 후 혼합하여 혼합 용융 수지를 얻는 단계; 및
(S3) 도광판 수지 펠렛을 제2압출기에 주입하여 가열 용융하여 용융 수지를 얻는 단계; 및
(S4) 상기 S2에서 얻어진 혼합 용융 수지와 S3에서 얻어진 용융 수지를 공압출 후 냉각하는 단계;를 포함하여 제조한다.
이러한 공압출 공정에 사용 가능한 압출기는 스크류식 압출기일 수 있다. 상기 스크류식 압출기는 단축 압축기(Single-screw Extruder)와 다축 압출기(Multiple-screw Extruder, 2 축, 3 축, 4 축)가 가능하다.
이하 각 단계별로 상세히 설명한다.
먼저, 베이스 수지 펠렛을 제1압출기에 주입하여 가열 용융하여 용융 수지를 얻는 단계를 수행한다(S1). 가열 용융 온도는 베이스 수지의 Tg에 따라 달라질 수 있으며, 예를 들면 250℃ 내지 280℃가 적당하다.
다음으로, 상기 용융 수지에 캡슐화된 양자점(25)을 주입한 후 혼합하여 혼합 용융 수지를 얻는다(S2).
다음으로, 도광판 수지 펠렛을 제2압출기에 주입하여 가열 용융하여 용융 수지를 얻는다(S3).
다음으로, 상기 S2에서 얻어진 혼합 용융 수지와 S3에서 얻어진 용융 수지를 공압출 후 냉각하여 양자점층 일체형 도광판(100)을 제작한다.
상기 단계를 거쳐 제조된 양자점층 일체형 도광판(100)은 쐐기형 또는 평판형의 형태로 제작될 수 있다. 상기 양자점층 일체형 도광판(100)은 (얇은 두께를 가짐에도 종래 도광판으로써 필요한 강성이 얻어짐과 동시에, 80% 이상, 83% 이상의 광투과율, 휘도 750 nit 이상, 760 nit 이상, 광 확산율 45% 이상, 47% 이상, 및 헤이즈 55% 이상, 60% 이상의 수치를 갖는다.
전술한 바의 양자점층 일체형 도광판(100)은 그 어느 한 층에 기능성층을 형성할 수도 있고, 상기 기능성층의 표면에 요철을 이룰 수도 있다. 이때 기능성층은 확산 시트, 프리즘 시트, 반사편광 시트 등일 수 있다.
본 발명은 상기 본 발명의 양자점층 일체형 도광판(100)을 포함하는 백라이트 유닛(Backlight Unit, BLU)에 관한 것이다.
백라이트 유닛은 도광판의 일측에 설치되어 색을 발광하는 다수개의 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED) 및 상기 도광판의 배면에 설치된 반사판 등을 포함한다.
상기 백라이트 유닛은 상기 본 발명의 도광판을 포함함으로써, 보다 높은 광 효율을 나타낼 수 있어 색 재현율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 본 발명의 백라이트 유닛을 포함하는 발광장치 및 상기 발광장치를 포함하는 표시 장치에 관한 것으로, 양자점을 포함하는 도광판이 포함되어 있어 높은 색 재현율을 나타낼 수 있다. 일례로, 상기 표시장치로는 TV, 모니터, 태블릿, 스마트폰, 개인 휴대정보 단말기(PDA), 게이밍 장치, 전자 리딩 (reading) 장치 또는 디지털 카메라 등이 가능하다.
[실시예]
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명할 것이다.
제조예 1: 가교화 수지로 캡슐화된 양자점의 제조
교반 장치가 구비된 반응기에 에탄올 500 ml를 주입하고, 여기에 우레탄 아크릴레이트 올리고머 15g, 광개시제(TPO, 2,4,6-trimethylbenzoyldiphenyl phosphine oxide) 1.5g, 및 이소보닐 아크릴레이트에 분산된 양자점 분산액 6ml를 투입하였다, 상기 양자점 분산액은 옥타데실아민을 캡핑층으로 구비하는 CdSe계 양자점(상품명: Nanodot-HE, 파인랩사, 한국)을 50mg/ml의 농도로 이소보닐 아크릴레이트에 분산시켜 제조하였다.
얻어진 조성물에 500mJ/cm2의 광량으로 4시간 동안 UV에 노광하여 광경화하여 캡슐화된 양자점(입경: 10㎛)이 분산된 분산액을 얻었다. 상기 분산액을 필터링 후 건조하여 캡슐화된 양자점을 회수하였다.
제조예 2: 가교화 수지로 캡슐화된 양자점의 제조
교반 장치가 구비된 반응기에 톨루엔 500 ml를 주입하고, 여기에 디메치콘실록산 공중합체(DIMETHYLSILOXANE COPOLYMER, PDV-1625, Gelest 사 제품) 10g 및 이소보닐 아크릴레이트에 분산된 양자점 분산액 7ml를 투입하였다.
얻어진 조성물을 3,500rpm으로 교반하면서 110℃로 온도를 4시간 동안 인가하여 디메치콘실록산 공중합체를 열경화하여 캡슐화된 양자점(입경: 5㎛)이 분산된 분산액을 얻었다. 상기 분산액을 필터링 후 건조하여 캡슐화된 양자점을 회수하였다.
제조예 3: 비가교 수지로 캡슐화된 양자점 제조
교반 장치가 구비된 반응기에 톨루엔 용매 500ml를 주입하고, 여기에 폴리올레핀계 왁스 10g, 및 이소보닐 아크릴레이트에 분산된 양자점 분산액 7.6ml을 혼합한 용액을 투입하였다, 상기 양자점 분산액은 옥타데실아민을 캡핑층으로 구비하는 CdSe계 양자점(상품명: Nanodot-HE, 파인랩사, 한국)을 50mg/ml의 농도로 이소보닐 아크릴레이트에 분산시켜 제조하였다.
반응기의 온도를 약 110℃로 온도를 상승시켜 왁스를 용융시킨 후, 100rpm으로 교반하면서 상기 반응기의 온도를 다시 상온으로 온도를 낮춰 캡슐화된 양자점(입경: 3㎛)이 분산액을 얻었다. 상기 분산액을 필터링 후 건조하여 캡슐화된 양자점을 회수하였다.
시험예 1: Tg 측정
상기 제조예 1 내지 3의 캡슐화 수지의 DSC (Differential Scanning Calorimeter)를 이용하여 Tg(유리전이 온도)를 하기 표에 나타내었으며, 도광판 베이스 수지의 Tm(용융 온도)을 나타내었다.
캡슐화 수지(유리전이 온도 Tg) 베이스 수지(용융 온도 Tm)
제조예 1 제조예 2 제조예 3 PMMA PC
315℃ 280℃ 130℃ 230℃ 250℃
상기 표를 보면, 가교화된 캡슐화 수지인 제조예 1 및 2는 베이스 수지의 Tm 보다 높았으며, 가교화되더라도 제조예 3의 폴리올레핀계 왁스의 경우 베이스 수지의 Tm 보다 낮은 Tg를 가짐을 알 수 있다.
실시예 1: 도광판 제조
제1압출기에 PMMA 펠렛 100 중량부를 단축 혼련 압출기에 주입한 후, 250℃에서 용융시킨 후 제조예 1에서 제조한 캡슐화된 양자점 5 중량부를 첨가하여 혼합하였다.
제2압출기에 도광판 수지로 PMMA 펠렛을 주입한 후 250℃에서 용융시켰다.
각각의 압출다이를 통해 공압출 후 2개 이상의 복수의 성형롤러를 통과하여 평판 형태로 제작한 후 합지하여 양자점층 일체형 도광판을 제작하였다.
실시예 2: 도광판 제조
실시예 1과 동일하게 수행하되, 제조예 2에서 제조한 캡슐화된 양자점을 사용하여 양자점층 일체형 도광판을 제작하였다.
실시예 3: 도광판 제조
실시예 1과 동일하게 수행하되, 추가로 실리카(평균입경 5㎛) 2 중량부를 첨가하여 양자점층 일체형 도광판을 제작하였다.
실시예 4: 도광판 제조
실시예 2와 동일하게 수행하되, 추가로 실리카(평균입경 5㎛) 2 중량부를 첨가하여 양자점층 일체형 도광판을 제작하였다.
실시예 5: 도광판 제조
실시예 1과 동일하게 수행하되, 추가로 실리카(평균입경 300nm) 1 중량부 및 실리카(평균입경 5㎛) 1 중량부를 첨가하여 양자점층 일체형 도광판을 제작하였다.
비교예 1: 도광판 제조
실시예 1과 동일하게 수행하되, 제조예 3의 비가교화 수지로 캡슐화된 양자점을 이용하여 도광판을 제작하였다.
비교예 2: 도광판 제조
실시예 1과 동일하게 수행하되, 양자점 5 중량부를 첨가하여 도광판을 제작하였다. 이때 양자점은 캡슐화하지 않은 것으로, 헥산에 분산시켜 사용하였다.
비교예 3: 도광판 제조
실시예 3과 동일하게 수행하되, 캡슐화된 양자점을 사용하지 않고, 광확산제로 실리카를 7 중량부 첨가하여 도광판을 제작하였다.
[측정 방법 및 결과]
1. 휘도
제조된 샘플을 60x60mm으로 각각 3개씩 가공하여, 광 방사 휘도계(Spectroradiometer, 상품명: CS-2000, KONICA MINOLTA사, 일본)를 이용하여 휘도를 측정하였다. 이러한 전체적인 측정을 다시 3번 반복하여 측정하였으며 평균값을 취하여 비교하였다.
2. 광투과율(%), 헤이즈(%)
제조된 샘플을 60x60mm으로 각각 3개씩 가공하여, 항온항습(60℃, 90%Rh)에서 24시간 보관한 후, 헤이즈 미터(NDH-2000N, Nippon Denshoku)를 이용하여 측정하였다.
3. 광확산율(%)
제조된 샘플을 60x60mm으로 각각 3개씩 가공하여, 항온항습(60℃, 90%Rh)에서 24시간 보관한 후 변각광도계(GC-5000L, Nippon Denshoku)를 이용하여 측정하였다.
휘도(nit) 광투과율(%) Haze(%) 광확산율(%)
실시예 1 796 93.5 60.4 49.1
실시예 2 765 92.1 62.1 49.9
실시예 3 895 81.9 69.7 59.6
실시예 4 954 86.5 72.8 62.3
실시예 5 907 83.1 70.6 60.8
비교예 1 720 92.6 52.4 46.7
비교예 2 540 94.3 42.1 32.5
비교예 3 610 66.3 92.1 71.3
상기 표 2를 보면, 본 발명에 따라 실시예 1 내지 4의 캡슐화된 양자점으로 제작된 도광판은 비교예 1 내지 3의 도광판 대비, 높은 휘도 및 투과율과 함께 광확산율이 우수한 결과를 보였다.특히, 비교예 1 내지 3의 도광판의 휘도는 압출공정시 열에 의한 양자점 손상으로 저하되는 특성을 보였다.
시험예 3: 신뢰성 광가속 테스트
상기 실시예 및 비교예에서 제작한 도광판의 시편 5개를 취하여 각각 1번부터 5번까지 연속적으로 분광 방사 휘도계(Spectroradiometer, 상품명: CS-2000, KONICA MINOLTA사, 일본)를 이용하여 휘도를 측정하였다. 이러한 전체적인 측정을 다시 3번 반복하여 측정하였으며 평균값을 취하여 비교하였다. 이때 측정된 휘도를 100을 기준으로 하여 시간에 따른 휘도 변화를 측정하였다.
또한 분광 방사 휘도계(Spectroradiometer, 상품명: CS-2000, KONICA MINOLTA사, 일본)를 이용하여 초기 x 및 y를 측정한 후, 24시간 동안 Blue(기존 BLU용 Blue LED의 광세기 10배)를 조사 후 x 및 y를 측정하여 이 변화값으로부터 Δx, Δy를 계산하였다.
휘도(%) 색좌표
초기
(24시간 경과)		 500시간
경과		 초기 500시간 경과
△x △y △x △y
실시예 1 100 95.2 0 0 -0.0017 -0.0050
실시예 2 100 94.6 0 0 -0.0022 -0.0067
실시예 3 100 97.8 0 0 -0.0005 -0.0038
실시예 4 100 95.4 0 0 -0.0010 -0.0052
실시예 5 100 97.5 0 0 -0.0006 -0.0041
비교예 1 100 82.1 0 0 -0.0110 -0.0162
비교예 2 100 70.3 0 0 -0.0231 -0.0342
비교예 3 100 78.1 0 0 -0.0189 -0.0218
상기 표 3을 보면, 본 발명에 따라 가교화된 수지로 캡슐화한 양자점을 사용한 도광판의 경우 시간에 따른 휘도의 저하가 낮아 높은 휘도를 유지하였으며, 색좌표 안정성 또한 매우 우수함을 알 수 있다.
또한, 캡슐화 수지로 양자점을 캡슐화하더라도, 비교예 1과 같이 비가교화 수지로 캡슐화한 것 대비 가교화된 수지로 캡슐화한 도광판이 보다 안정된 결과를 나타내었다.
10: 도광판 20: 양자점층
21: 베이스 수지 23: 캡슐화 수지
25: 캡슐화된 양자점 100: 양자점층 일체형 도광판
R: RED 양자점 G: GREEN 양자점

Claims (12)

  1. 도광판; 및 이의 상부에 상기 도광판과 일체화된 형태로 형성된 양자점층을 구비하고,
    상기 양자점층은 베이스 수지 내 캡슐화 수지로 캡슐화된 양자점이 분산되고,
    상기 캡슐화 수지는 상기 베이스 수지의 Tm(용융 온도)대비 높은 Tg(유리전이 온도)를 갖는, 양자점층 일체형 도광판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 수지는 아크릴계 수지, 스티렌-아크릴계 공중합 수지, 스티렌계 수지, 스티렌-아크릴로니트릴계 수지, 폴리카보네이트 수지, 사이클릭올레핀계 수지, 폴리노르보르넨 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인, 양자점층 일체형 도광판.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 캡슐화 수지는 가교화된 아크릴계 수지, 및 가교화된 실리콘계 수지 중에서 선택된 1종 이상인, 양자점층 일체형 도광판.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 캡슐화 수지는 광경화형 또는 열경화형 수지인, 양자점층 일체형 도광판.
  6. 제1항에 있어서,
    추가로 상기 양자점층은 광확산제를 더욱 포함하는 양자점층 일체형 도광판.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 광확산제는 실리카, 탈크, 티타니아, 산화칼슘, 산화아연, 및 알루미나를 포함하는 무기계 입자; 폴리(메타)아크릴계, 폴리스티렌계, 실리콘계, 폴리우레탄계, 에폭시계 수지가 가교 또는 미가교 유기계 입자; 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는, 양자점층 일체형 도광판.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 도광판은 아크릴계 수지, 스티렌-아크릴계 공중합 수지, 스티렌계 수지, 스티렌-아크릴로니트릴계 수지, 폴리카보네이트 수지, 사이클릭올레핀계 수지, 및 폴리노르보르넨 수지로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 도광판 수지를 포함하는, 양자점층 일체형 도광판.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 도광판은 쐐기형 또는 평판형 구조를 갖는, 양자점층 일체형 도광판.
  10. 공압출 성형기를 이용하여 제조하되,
    (S1) 베이스 수지 펠렛을 제1압출기에 주입하여 가열 용융하여 용융 수지를 얻는 단계;
    (S2) 상기 용융 수지에 캡슐화된 양자점을 주입한 후 혼합하여 혼합 용융 수지를 얻는 단계; 및
    (S3) 도광판 수지 펠렛을 제2압출기에 주입하여 가열 용융하여 용융 수지를 얻는 단계; 및
    (S4) 상기 S2에서 얻어진 혼합 용융 수지와 S3에서 얻어진 용융 수지를 공압출 후 냉각하는 단계;를 포함하는 양자점층 일체형 도광판의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 S2 단계에서 용융 수지에 광확산제를 더욱 첨가하는, 양자점층 일체형 도광판의 제조방법.
  12. 제1항, 제2항, 및 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 양자점층 일체형 도광판을 포함하는 백라이트 유닛.
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