KR20140060215A - 나노 복합체, 이를 포함하는 광학 부재 및 백라이트 유닛 - Google Patents
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Abstract
나노 복합체가 개시된다. 나노 복합체는 왁스 입자, 왁스 입자 내부에 위치하는 적어도 하나 이상의 나노 발광체 및 나노 발광체를 피복하는 실리콘 산화물 보호막을 구비한다. 이러한 나노 복합체는 나노 발광체의 광 안정성 및 열/수분 안정성을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 나노 복합체, 이를 포함하는 광학 부재 및 백라이트 유닛에 관한 것이다.
양자점등을 포함하는 나노 발광체는, 수 내지 수십 나노미터 크기의 결정 구조를 가진 물질로, 수백에서 수천 개 정도의 원자로 구성된다. 동일한 재료로 형성된 나노 발광체라도 그 크기가 작아질수록 밴드 갭(band gap)이 커지기 때문에, 나노 발광체의 크기에 따라 발광 특성이 달라진다. 또한, 동일한 크기의 나노 발광체라 하더라도 형성하는 재료에 따라 발광 특성이 달라진다. 이러한 나노 발광체의 특성을 조절하여 각종 발광 소자 및 전자 장치에 다양하게 이용하고 있다.
하지만 나노 발광체는 자외선, 열, 수분 등에 매우 취약하므로, 나노 발광체를 전자 장치 등에 적용시키면 전자 장치의 수명이 짧아지는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위해, 나노 발광체를 포함하는 박막의 상하부에 각각 보호층을 형성하여 자외선, 열, 수분 등으로부터 상기 박막 내의 나노 발광체를 보호하고자 하는 방안들이 제시되고 있으나, 박막 내로 수분이 침투하는 것을 원천적으로 차단하는데 한계가 있다.
한편, 표시 장치는 일반적으로 백색광을 방출하는 백색 광원을 이용한다. 백색광이 컬러필터를 통과함으로써, 상기 표시 장치를 관찰하는 사용자는 컬러 영상을 볼 수 있다. 상기 백색 광원은, 청색광을 방출하는 청색 LED 칩(light-emitting diode chip) 및 청색광을 이용하여 최종적으로 광원이 백색광을 방출하도록 하는 광전환체를 포함한다. 상기 광전환체로서 형광체인 YAG(Yttrium Aluminum Garnet)를 주로 이용하고 있다. 그러나, 상기 형광체는 적색광 파장대역과 녹색광 파장대역에 걸친 넓은 범위의 발광 스펙트럼을 갖기 때문에 상기 형광체를 이용한 백색 광원이 생성하는 광이 컬러필터를 통과하여 나타내는 컬러의 색순도를 높이는데 한계가 있고, 표시 장치의 색재현성을 저하시키는 문제가 있다.
표시 장치의 색재현성을 향상시키기 위해, 최근에 반치폭(full width at half maximum, FWHM)이 좁고 파워 밀도가 높은 발광 스펙트럼을 갖는 나노 발광체를 표시 장치에 적용하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.
본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로서, 본 발명의 일 목적은 나노 발광체의 자외선, 열, 수분 등에 대한 안정성을 향상시킬 수 있는 나노 복합체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 나노 복합체를 적용한 광학 부재, 확산시트 및 집광시트를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 광학 부재, 상기 확산시트 및 상기 집광시트 중 하나 이상을 적용한 백라이트 유닛을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노 복합체는 왁스 입자, 적어도 1개의 나노 발광체 및 내부 보호막을 포함한다. 상기 나노 발광체는 상기 왁스 입자 내부에 배치된다. 상기 내부 보호막은 나노 발광체를 피복하고, 산화 실리콘으로 형성된다.
일 실시예에서, 상기 내부 보호막은 1개의 나노 발광체를 피복할 수 있다. 이와 달리, 상기 내부 보호막은 2개 이상의 나노 발광체를 피복 할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 나노 복합체는 외부 보호막을 더 포함할 수 있다. 상기 외부 보호막은 상기 왁스 입자의 표면을 피복하고, 산화 실리콘으로 형성될 수 있다. 이때, 상기 나노 복합체는 상기 외부 보호막의 표면에 형성되고, 왁스계 화합물로 형성된 왁스층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 나노 복합체는 왁스 입자, 적어도 1개의 나노 발광체 및 외부 보호막을 포함한다. 상기 나노 복합체는 상기 왁스 입자 내부에 배치된다. 상기 외부 보호막은 상기 왁스 입자의 표면을 피복하고, 산화 실리콘으로 형성된다.
일 실시예에서, 상기 나노 복합체는 상기 외부 보호막의 표면에 형성되고, 왁스계 화합물을 포함하는 왁스층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광학 부재는 베이스 기재 및 상기 베이스 기재의 일 면 상에 배치되고 적어도 1개의 나노 복합체가 분산된 제1 광학층을 포함한다. 상기 제1 나노 복합체는 제1 왁스 입자 및 상기 제1 왁스 입자 내부에 배치된 적어도 1개의 제1 나노 발광체를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 광학 부재는 상기 제1 광학층 상에 형성된 광확산층을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 광확산층의 표면에는 광확산 패턴이 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 광학 부재는 상기 일 면에 대향하는 상기 베이스 기재의 타면 상에 배치되고 적어도 1개의 제2 나노 복합체가 분산된 제2 광학층을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 제2 나노 복합체는 제2 왁스 입자 및 상기 제2 왁스 입자 내부에 배치된 적어도 1개의 제2 나노 발광체를 포함할 수 있다. 이때, 상기 광학 부재는 상기 제2 광학층 상에 형성된 광확산층을 더 포함할 수 있고, 상기 광확산층의 표면에는 광확산 패턴이 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 광학 부재는 상기 제1 광학층 상에 배치되고 적어도 1개의 제3 나노 복합체가 분산된 제3 광학층을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 제3 나노 복합체는 제3 왁스 입자 및 상기 제3 왁스 입자 내부에 배치된 적어도 1개의 제3 나노 발광체를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 내지 제3 나노 복합체들 중 적어도 하나는, 산화 실리콘으로 형성된 내부 보호막 또는 외부 보호막을 더 포함할 수 있다. 상기 내부 보호막은 상기 제1 내지 제3 나노 발광체들 중 어느 하나의 표면을 피복하고, 상기 외부 보호막은 상기 제1 내지 제3 왁스 입자들 중 어느 하나의 표면을 피복할 수 있다. 상기 제1 내지 제3 나노 복합체들 중 어느 하나가 상기 외부 보호막을 포함하는 경우, 왁스계 화합물로 형성된 왁스층이 상기 외부 보호막의 표면을 피복할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 내지 제3 광학층들 중 적어도 하나는 그 표면에 형성된 광학 패턴을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 확산 시트는 베이스 기재 및 상기 베이스 기재의 일 면 상에 배치되고 적어도 1개의 나노 복합체가 분산되며 표면에 광확산 패턴이 형성된 제1 광학층을 포함한다. 상기 제1 나노 복합체는 제1 왁스 입자 및 상기 제1 왁스 입자 내부에 배치된 적어도 1개의 제1 나노 발광체를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 확산 시트는 상기 일 면과 대향하는 타면 상에 배치되고 적어도 1개의 제2 나노 복합체를 포함하는 제2 광학층을 더 포함할 수 있다. 상기 제2 나노 복합체는 제2 왁스 입자 및 상기 제2 왁스 입자 내부에 배치된 적어도 1개의 나노 발광체를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제2 광학층의 표면에는 광확산 패턴이 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 확산 시트는 상기 베이스 기재와 상기 제2 광학층 사이 또는 상기 베이스 기재와 상기 제1 광학층 사이에 배치된 중간층을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 중간층은 적어도 1개의 제3 나노 복합체를 포함하고, 상기 제3 나노 복합체는 제3 왁스 입자 및 상기 제3 왁스 입자 내부에 배치된 적어도 1개의 나노 발광체를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 확산 시트는 상기 일 면과 대향하는 상기 베이스 기재의 타면 상에 배치되고 집광 패턴이 표면에 형성된 제2 광학층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 확산 시트는 베이스 기재, 상기 베이스 기재의 일 면 상에 형성된 광확산층 및 상기 일 면과 대향하는 상기 베이스 기재의 타면 상에 형성되고 적어도 1개의 제1 나노 복합체를 포함하는 제1 광학층을 포함한다. 상기 제1 나노 복합체는 제1 왁스 입자 및 상기 제1 왁스 입자 내부에 배치된 적어도 1개의 제1 나노 발광체를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 확산 시트는 상기 제1 광학층 상에 배치되고 적어도 1개의 제2 나노 복합체를 포함하는 제2 광학층을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 제2 나노 복합체는 제2 왁스 입자 및 상기 제2 왁스 입자 내부에 배치된 적어도 1개의 제2 나노 발광체를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 확산 시트는 상기 제1 광학층 상에 형성된 광확산층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 집광 시트는 베이스 기재 및 상기 베이스 기재 상에 배치되고 왁스 입자 내부에 배치된 적어도 1개의 나노 발광체를 포함하는 나노 복합체를 포함하는 집광 패턴을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 집광 시트는 베이스 기재, 상기 베이스 기재의 일 면 상에 배치된 집광 패턴 및 상기 일 면과 대향하는 상기 베이스 기재의 타면 상에 배치되고, 나노 복합체를 포함하는 광학층을 포함한다. 이때, 상기 나노 복합체는 왁스 입자 및 상기 왁스 입자 내부에 배치된 적어도 1개의 나노 발광체를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 광학층 표면에는 광확산 패턴이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛은 광원, 확산 시트 및 집광 시트를 포함하고, 상기 확산 시트 및 상기 집광 시트 중 적어도 어느 하나는 왁스 입자 및 상기 왁스 입자 내부에 배치된 적어도 1개의 나노 발광체를 포함하는 나노 복합체를 1개 이상 포함한다.
일 실시예에서, 상기 광원은 청색광 발광 모듈을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 나노 복합체에서는, 왁스계 화합물 또는 산화 실리콘으로 나노 발광체를 보호하므로, 상기 나노 발광체의 광 안정성 및 수분/열 안정성을 현저하게 향상시킬 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 광학 부재 및 백라이트 유닛에 따르면, 나노 복합체를 이용함으로써 표시 장치의 색재현 영역을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 표시 장치가 표시하는 컬러의 색순도 및 색재현성도 향상시킬 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 나노 복합체를 설명하기 위한 도면들이다.
도 2는 도 1a 내지 도 1c에 도시된 나노 발광체를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 나노 복합체를 설명하기 위한 도면들이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 광학 부재를 설명하기 위한 도면들이다.
도 4c 내지 도 4g는 광학 패턴의 다양한 형태를 설명하기 위한 도면들이다.
도 5a 내지 도 5i는 본 발명에 따른 확산 시트의 실시예들을 설명하기 위한 도면들이다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명에 따른 집광 시트의 실시예들을 설명하기 위한 도면들이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명에 따른 도광판의 실시예들을 설명하기 위한 도면들이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛을 설명하기 위한 도면들이다.
도 10은 비교예 1에 따른 백라이트 유닛을 포함하는 표시 장치의 색재현 영역을 설명하기 위한 이미지이다.
도 11a 내지 도 11f는 실시예 1 내지 6에 따른 백라이트 유닛을 포함하는 표시 장치들의 색재현 영역을 설명하기 위한 이미지들이다.
도 12는 색좌표 균일도 평가 실험의 9개의 지점들을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1a 내지 도 1c에 도시된 나노 발광체를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 나노 복합체를 설명하기 위한 도면들이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 광학 부재를 설명하기 위한 도면들이다.
도 4c 내지 도 4g는 광학 패턴의 다양한 형태를 설명하기 위한 도면들이다.
도 5a 내지 도 5i는 본 발명에 따른 확산 시트의 실시예들을 설명하기 위한 도면들이다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명에 따른 집광 시트의 실시예들을 설명하기 위한 도면들이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명에 따른 도광판의 실시예들을 설명하기 위한 도면들이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛을 설명하기 위한 도면들이다.
도 10은 비교예 1에 따른 백라이트 유닛을 포함하는 표시 장치의 색재현 영역을 설명하기 위한 이미지이다.
도 11a 내지 도 11f는 실시예 1 내지 6에 따른 백라이트 유닛을 포함하는 표시 장치들의 색재현 영역을 설명하기 위한 이미지들이다.
도 12는 색좌표 균일도 평가 실험의 9개의 지점들을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태로 한정하려는 것은 아니며, 본 발명은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대 또는 축소하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명에 있어서, 왁스계 화합물이라 함은 상온에서 고체 상태이고 상온보다 높은 녹는점(Melting point)을 가지는 유기 화합물을 의미하고, 왁스 입자라 함은 왁스계 화합물의 재결정화로 인하여 형성되고 물리적으로 단일체를 구성하는 정형 또는 부정형의 입자를 의미한다. 여기서 상온은 약 15℃ 내지 약 25℃ 범위 내의 온도를 의미한다. 또한, 본 발명에 있어서, 발광(luminescence)이라 함은 물질 중의 전자가 외부 자극에 의해 바닥상태에서 들뜬 상태로 천이된 후 들뜬 상태의 전자가 다시 안정한 바닥 상태로 떨어지면서 바닥 상태와 들뜬 상태 사이의 에너지 차이에 해당하는 광을 방출하는 현상을 의미한다.
또한, 본 발명에서, 청색 나노 복합체는 나노 발광체가 청색 나노 발광체로만 이루어진 나노 복합체를 의미하는 것이다. 또한, 녹색 나노 복합체는 나노 발광체가 녹색 나노 발광체로만 이루어진 나노 복합체를 의미하는 것이고, 적색 나노 복합체는 나노 발광체가 적색 나노 발광체로만 이루어진 나노 복합체를 의미하는 것이다.
또한, 본 발명에서, 다색 나노 복합체는 나노 발광체가 청색, 녹색 및 적색 나노 발광체들 중에서 선택된 적어도 2종의 나노 발광체로 이루어진 나노 복합체를 의미하는 것이다.
청색 나노 발광체는 약 430 nm 내지 약 470 nm의 청색 파장대에서 발광 피크를 갖는 나노 발광체를 총칭하는 것이고, 녹색 나노 발광체는 약 520 nm 내지 약 560 nm의 녹색 파장대에서 발광 피크를 갖는 나노 발광체를 총칭하는 것이며, 적색 나노 발광체는 약 600nm 내지 약 660 nm의 적색 파장대에서 발광 피크를 갖는 나노 발광체를 총칭하는 것이다.
나노 복합체
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 나노 복합체를 설명하기 위한 도면들이고, 도 2는 도 1a 내지 도 1c에 도시된 나노 발광체를 설명하기 위한 도면이다.
도 1a 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 나노 복합체(100a)는 왁스 입자(110) 및 상기 왁스 입자(110) 내부에 배치된 적어도 1개의 나노 발광체(120)를 포함한다.
상기 왁스 입자(110)는 왁스계 화합물로 이루어진다. 상기 왁스 입자(110)는 상기 나노 발광체(120)를 캡슐화(encapsulation)하여, 상기 나노 발광체(120)가 외부 환경에 의한 수분, 열, 광 등에 의하여 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 나노 발광체(120)가 상기 왁스 입자(110)의 내부에 위치됨에 따라 상기 왁스 입자(110)는 상기 나노 발광체(120)를 광학 부재의 베이스 기재 또는 광학 코팅층을 형성하기 위한 수지에 안정적으로 분산시킬 수 있다.
본 발명에 있어서, 캡슐화라 함은 상기 나노 발광체(120)가 상기 왁스 입자(110)의 내부에 배치되고, 상기 왁스 입자(110)에 의해서 상기 나노 발광체(120)가 감싸지는 것을 의미한다. 이때, 상기 나노 발광체(120)와 상기 왁스 입자(110) 사이에는 반데르발스 힘(Van der Waals force)이 작용할 수 있다.
상기 왁스 입자(110)를 구성하는 상기 왁스계 화합물로는 폴리머, 코폴리머 또는 올리고머 형태의 합성 왁스(synthetic wax)가 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 왁스계 화합물로는 폴리에틸렌계 왁스(Polyethylene-based wax), 폴리프로필렌계 왁스(Polypropylene-based wax) 또는 아마이드계 왁스(Amide-based wax)가 사용될 수 있다.
하나의 실시예로서, 상기 왁스계 화합물이 폴리에틸렌계 왁스 또는 폴리프로필렌계 왁스인 경우, 상기 왁스계 화합물은 하기 화학식 1 내지 화학식 7로 나타내는 단위체 중 적어도 1종을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
[화학식 2]
[화학식 3]
[화학식 4]
[화학식 5]
[화학식 6]
[화학식 7]
상기 화학식 1 내지 7에 있어서, R1, R3, R5 및 R7은 각각 독립적으로 단일 결합 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기(*-(CH2)x-*, x는 1 내지 10의 정수)일 수 있고, R2, R4, R6 및 R8은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기일 수 있으며, Ra, Rb, Rc, Rd, Re, Rf 및 Rg는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 3의 알킬기일 수 있다.
구체예로서, 상기 화학식 1의 R2가 수소인 경우, 상기 화학식 1의 단위체는 카르복시기를 포함할 수 있고, 이와 달리, 상기 화학식 1의 R2가 탄소수 1 내지 10의 알킬기인 경우, 상기 화학식 1의 단위체는 에스테르기를 포함할 수 있다. 그리고 상기 화학식 2의 R4가 수소인 경우, 상기 화학식 2의 단위체는 알데히드기를 포함할 수 있고, 이와 달리, 상기 화학식 2의 R4가 탄소수 1 내지 10의 알킬기인 경우, 상기 화학식 2의 단위체는 케톤기를 포함할 수 있다. 또한, 상기 화학식 3의 R6이 수소인 경우, 상기 화학식 3의 단위체는 히드록시기를 포함할 수 있고, 이와 달리, 상기 화학식 3의 R6이 탄소수 1 내지 10의 알킬기인 경우, 상기 화학식 3의 단위체는 에테르기를 포함할 수 있다.
상기 화학식 1 내지 7의 Ra, Rb, Rc, Rd, Re, Rf 및 Rg가 모두 수소인 경우, 상기 왁스계 화합물은 폴리에틸렌계 왁스일 수 있다. 일례로, 상기 폴리에틸렌계 왁스는 상기 화학식 7의 Rg가 수소인 단위체만을 포함하는 폴리에틸렌 왁스(polyethylene wax, PE 왁스)일 수 있다. 이와 달리, 상기 폴리에틸렌계 왁스는, 상기 화학식 7의 Rg가 수소인 단위체뿐만 아니라, 상기 화학식 1 내지 6의 Ra, Rb, Rc, Rd, Re 및 Rf가 수소인 산소 함유 단위체들 중에서 적어도 1종을 더 포함하는 폴리에틸렌 왁스일 수 있다. 적어도 1종의 산소 함유 단위체를 포함하는 폴리에틸렌계 왁스의 예로는, 폴리에틸렌의 산화물인 산화 폴리에틸렌 왁스(oxidized polyethylene wax, 산화 PE 왁스), 에틸렌-아크릴산 코폴리머(ethylene-acrylic acid copolymer), 에틸렌-비닐 아세테이트 코폴리머(ethylene-vinyl acetate copolymer), 에틸렌-무수말레산 코폴리머(ethylene-maleic anhydride copolymer) 등이 있다.
또한, 상기 화학식 1 내지 7의 Ra, Rb, Rc, Rd, Re, Rf 및 Rg가 각각 독립적으로 탄소수 1을 갖는 메틸기인 경우, 상기 왁스계 화합물은 폴리프로필렌계 왁스일 수 있다. 일례로, 폴리프로필렌계 왁스는 상기 화학식 7의 Rg가 메틸기인 단위체만을 포함하는 폴리프로필렌 왁스(polypropylene wax, PP 왁스)일 수 있다. 이와 달리, 상기 폴리프로필렌계 왁스는 상기 화학식 2의 Rg가 메틸기인 단위체뿐만 아니라, 상기 화학식 1 내지 6의 Ra, Rb, Rc, Rd, Re 및 Rf가 수소인 산소 함유 단위체들 중 적어도 1종을 더 포함하는 폴리프로필렌 왁스일 수 있다. 산소 함유 단위체를 포함하는 폴리프로필렌계 왁스의 예로서는, 프로필렌-무수말레산 코폴리머 등이 있다.
다른 하나의 실시예로서, 상기 왁스계 화합물이 아마이드계 왁스인 경우, 상기 왁스계 화합물은 주쇄가 아미드 결합(amide bond, -CONH-)을 포함하는 폴리머, 코폴리머 또는 올리고머일 수 있다. 상기 아마이드계 왁스는 탄소수 1 내지 10의 단위체를 포함할 수 있다. 상기 아마이드계 왁스는 상기 화학식 1 내지 6으로 나타내는 산소 함유 단위체 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 왁스계 화합물이 상기 화학식 1 내지 6의 단위체들 중 적어도 1종의 산소 함유 단위체를 포함하는 경우, 상기 화학식 7의 단위체만을 포함하는 경우에 비해서 상기 왁스 입자(110)는 상기 나노 발광체(120)를 더욱 안정적으로 캡슐화 할 수 있다. 이는 상기 왁스계 화합물이 산소 함유 단위체를 포함하는 경우, 상기 산소 함유 단위체에 포함된 산소의 극성(polarity)에 의해 상기 왁스 입자(110)와 상기 나노 발광체(120)를 구성하는 금속 사이의 상호 작용(interaction)이 강해지기 때문이다.
상기 왁스계 화합물이 상기 산소 함유 단위체 중에서도, 상기 화학식 1로 나타내는 단위체, 특히 카르복시기를 포함하는 경우, 상기 왁스 입자(110)와 상기 나노 발광체(120) 사이의 상호 작용이 더욱 강해지므로 상기 왁스 입자(110)가 상기 나노 발광체(120)를 캡슐화 하는데 더욱 유리하다. 따라서 본 발명의 하나의 실시예에 있어서, 상기 왁스 입자(110)는 치환기로서 적어도 카르복시기를 포함하는 왁스계 화합물로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 왁스 입자(110)를 구성하는 왁스계 화합물은 약 1 mg KOH/g 내지 약 200 mg KOH/g의 산가(acid value)를 가질 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 왁스계 화합물의 산가(acid value)는 상기 왁스계 화합물 1g을 중화하는데 필요한 수산화칼륨(KOH)의 mg 수를 말한다. 상기 왁스계 화합물의 산가가 클수록 상기 왁스계 화합물에 포함된 카르복시기의 양이 많을 수 있다. 상기 왁스계 화합물의 산가가 약 1 mg KOH/g 미만인 경우에는 상기 나노 발광체(120)와 상호 작용을 하는 카르복시기의 양이 매우 미미하여 상기 나노 발광체(120)를 안정적으로 캡슐화 할 수 없는 문제점이 발생할 수 있다. 또한, 상기 왁스계 화합물의 산가가 약 200 mg KOH/g을 초과하는 경우, 카르복시기에 의해서 오히려 상기 나노 발광체(120)의 표면이 산화되는 문제점이 발생할 수 있다. 구체예로서, 상기 나노 발광체(120)를 안정적으로 캡슐화하기 위하여, 상기 왁스 입자(110)를 구성하는 왁스계 화합물은 약 5 mg KOH/g 내지 약 50 mg KOH/g의 산가를 가질 수 있다.
상기 왁스 입자(110)는 약 0.95 g/cm3 이상의 고밀도를 가진 왁스계 화합물로 이루어질 수 있다. 약 0.95 g/cm3 이상의 고밀도를 갖는 고밀도 왁스계 화합물은 약 0.95 g/cm3 미만의 저밀도를 갖는 저밀도 왁스계 화합물에 비해서 녹는점이 상대적으로 높기 때문에, 상기 고밀도 왁스계 화합물로 이루어진 왁스 입자(110)를 포함하는 나노 복합체(100a)의 내열성이 향상될 수 있다. 또한, 상기 고밀도 왁스계 화합물은 재결정시 결정성이 상기 저밀도 왁스계 화합물에 비해 우수하기 때문에, 고밀도 왁스계 화합물로 이루어진 왁스 입자(110)는 상기 나노 발광체(120)를 보다 안정적으로 캡슐화할 수 있다.
하나의 구체예로서, 폴리에틸렌(PE) 왁스는 약 0.95 g/cm3 이상의 밀도를 가지는 고밀도 PE 왁스(high density PE wax, HDPE 왁스)와 약 0.95 g/cm3 미만의 밀도를 가지는 저밀도 PE 왁스(low density PE wax, LDPE 왁스)로 구분될 수 있고, 상기 왁스 입자(110)는 HDPE 왁스로 형성될 수 있다. HDPE 왁스의 밀도는 약 1.20 g/cm3 이하일 수 있고, 이 경우, HDPE 왁스의 녹는점은 약 120℃ 내지 약 200℃일 수 있다. 이에 반해, LDPE 왁스의 녹는점은 약 80℃ 내지 약 110℃일 수 있다. 따라서 상기 왁스 입자(110)는 HDPE 왁스로 형성되는 것이 LDPE 왁스로 형성되는 것보다 본 발명의 실시예에 따른 나노 복합체(100a)의 내열성을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 왁스 입자(110)는 중량 평균 분자량(Weight-average Molecular Weight)이 약 1,000 내지 20,000인 왁스계 화합물로 형성될 수 있다. 본 발명에 있어서, 중량 평균 분자량은 분자량 분포가 있는 고분자 화합물의 성분 분자종의 분자량을 중량 분율로 평균하여 얻어지는 평균 분자량을 의미한다. 상기 왁스계 화합물의 중량 평균 분자량이 약 1,000 미만인 경우, 상기 왁스계 화합물은 상온에서 고체인 상태로 존재하기 어려우므로, 상온에서 상기 나노 발광체(120)를 캡슐화하기 어려운 문제가 발생할 수 있다. 또한, 상기 왁스계 화합물의 중량 평균 분자량이 약 20,000을 초과하는 경우, 상기 왁스계 화합물의 재결정 크기(평균 지름)가 수백 μm 이상이 되므로, 이를 이용하여 복합체를 제조하더라도 용매나 수지에 분산시키기 어려운 문제가 발생할 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 왁스계 화합물의 분자량이 약 20,000을 초과하는 경우, 상기 왁스계 화합물은 약 200℃ 이상의 녹는점을 가지므로, 상기 나노 발광체(120)를 캡슐화하는 공정에서 상기 나노 발광체(120)가 손상될 수 있다.
상기 나노 발광체(120)로는 공지의 나노 발광체가 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 나노 발광체(120)는 중심 입자(121) 및 상기 중심 입자(121)의 표면에 결합된 리간드(123)를 포함할 수 있다.
상기 중심 입자(121)는 II-VI족 화합물, II-V족 화합물, III-V족 화합물, III-IV족 화합물, III-VI족 화합물, IV-VI족 화합물 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다. 상기 혼합물은 단순히 혼합된 혼합물(mixture)뿐만 아니라, 삼성분계 화합물, 사성분계 화합물, 이들 혼합물에 도펀트가 도핑된 경우도 모두 포함한다.
II-VI족 화합물의 예로서는, 황화마그네슘(MgS), 셀렌화마그네슘(MgSe), 텔루르화마그네슘(MgTe), 황화칼슘(CaS), 셀렌화칼슘(CaSe), 텔루르화칼슘(CaTe), 황화스트론튬(SrS), 셀렌화스트론튬(SrSe), 텔루르화스트론튬(SrTe), 황화카드뮴(CdS), 셀렌화카드뮴(CdSe), 텔루르카드뮴(CdTe), 황화아연(ZnS), 셀렌화아연(ZnSe), 텔루르화아연(ZnTe), 황화수은(HgS), 셀렌화수은(HgSe) 또는 텔루르화수은(HgTe) 등을 들 수 있다.
II-V족 화합물의 예로서는, 인화아연(Zn3P2), 비소화아연(Zn3As2), 인화카드뮴(Cd3P2), 비소화카드뮴(Cd3As2), 질화카드뮴(Cd3N2) 또는 질화아연(Zn3N2) 등을 들 수 있다.
III-V족 화합물의 예로서는, 인화붕소(BP), 인화알루미늄(AlP), 비소화알루미늄(AlAs), 안티모니화알루미늄(AlSb), 질화갈륨(GaN), 인화갈륨(GaP), 비소화갈륨(GaAs), 안티모니화갈륨(GaSb), 질화인듐(InN), 인화인듐(InP), 비소화인듐(InAs), 안티모니화인듐(InSb), 질화알루미늄(AlN) 또는 질화붕소(BN) 등을 들 수 있다.
III-IV족 화합물의 예로서는, 탄화붕소(B4C), 탄화알루미늄(Al4C3), 탄화갈륨(Ga4C) 등을 들 수 있다.
III-VI족 화합물의 예로서는, 황화알루미늄(Al2S3), 셀렌화알루미늄(Al2Se3), 텔루르화알루미늄(Al2Te3), 황화갈륨(Ga2S3), 셀렌화갈륨(Ga2Se3), 황화인듐(In2S3), 셀렌화인듐(In2Se3), 텔루르화갈륨(Ga2Te3) 또는 텔루르화인듐(In2Te3) 등을 들 수 있다.
IV-VI족 화합물의 예로서는, 황화납(PbS), 셀렌화납(PbSe), 텔루르화납(PbTe), 황화주석(SnS), 셀렌화주석(SnSe) 또는 텔루르화주석(SnTe) 등을 들 수 있다.
일례로, 상기 중심 입자(121)는 코어/쉘(core/shell) 구조를 가질 수 있다. 상기 중심 입자(121)의 코어 및 쉘 각각은 상기 예시한 화합물들로 이루어질 수 있다. 상기 예시한 화합물들은 각각 단독으로 또는 2 이상이 조합되어 상기 코어나 쉘을 구성할 수 있다. 상기 코어를 구성하는 화합물의 밴드 갭이 상기 쉘을 구성하는 화합물의 밴드 갭보다 좁을 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 다만, 상기 중심 입자(121)가 코어/쉘 구조를 갖는 경우, 상기 쉘을 구성하는 화합물은 상기 코어를 구성하는 화합물과 다르다. 예를 들어, 상기 중심 입자(121)는 CdSe를 포함하는 코어 및 ZnS를 포함하는 쉘을 갖는 CdSe/ZnS(코어/쉘) 구조나, InP를 포함하는 코어 및 ZnS를 포함하는 쉘을 갖는 InP/ZnS(코어/쉘) 구조를 가질 수 있다.
다른 예로서, 상기 중심 입자(121)는 적어도 2층 이상의 쉘을 갖는 코어/다중쉘 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 중심 입자(121)는 CdSe를 포함하는 코어, 상기 코어의 표면을 감싸고 ZnSe를 포함하는 제1 쉘 및 상기 제1 쉘의 표면을 감싸며 ZnS를 포함하는 제2 쉘을 갖는 CdSe/ZnSe/ZnS(코어/제1 쉘/제2 쉘) 구조를 가질 수 있다. 또한, 상기 중심 입자(121)는 InP를 포함하는 코어, 제1 쉘로서 ZnSe을 포함하고, 제2 쉘로서 ZnS를 포함하는 InP/ZnSe/ZnS(코어/제1 쉘/제2 쉘) 구조를 가질 수 있다.
또 다른 예로서, 상기 중심 입자(121)는 코어/쉘 구조가 아닌 단일 구조로서, II-VI족 화합물로만 이루어지거나, III-V족 화합물로만 이루어질 수 있다.
도면으로 도시하지 않았으나, 상기 중심 입자(121)는 시드(seed)로서 클러스터 분자(cluster molecule)을 더 포함할 수 있다. 상기 클러스터 분자는 상기 중심 입자(121)를 제조하는 공정 중에서 시드 역할을 하는 화합물로서, 상기 중심 입자(121)를 구성하는 화합물의 전구체들이 상기 클러스터 분자 상에서 성장함으로써 상기 중심 입자(121)가 형성될 수 있다. 이때, 상기 클러스터 분자의 예로서는, 한국 공개 공보 2007-0064554에서 개시하고 있는 다양한 화합물 등을 들 수 있고, 이들에 제한되지 않는다.
상기 리간드(123)는 서로 인접한 중심 입자(121)이 서로 응집되어 소광(quenching)되는 것을 방지할 수 있다. 상기 리간드(123)는 상기 중심 입자(121)와 결합하며 소수성(hydrophobic) 성질을 가질 수 있다.
상기 리간드(123)의 예로는, 탄소수 6 내지 30의 알킬기를 갖는 아민계 화합물이나 카르복시산 화합물 등을 들 수 있다. 알킬기를 갖는 아민계 화합물의 예로서, 헥사데실아민(hexadecylamine) 또는 옥틸아민(octylamine) 등을 들 수 있다. 상기 리간드(123)의 다른 하나의 예로는, 탄소수 6 내지 30의 알케닐기를 갖는 아민계 화합물이나 카르복시산 화합물 등을 들 수 있다. 이와 달리, 상기 리간드(123)의 예로서는, 트리옥틸포스핀(trioctylphosphine), 트리페놀포스핀(triphenolphosphine), t-부틸포스핀(t-butylphosphine) 등을 포함하는 포스핀 화합물(phosphine compound); 트라이옥틸포스핀 산화물(trioctylphosphine oxide) 등의 포스핀 산화물(phosphine oxide); 피리딘(pyridine) 또는 싸이오펜 (thiophene) 등을 들 수 있다. 상기 리간드(123)의 종류는 상기에서 예시한 것에 한정되지 않고, 경우에 따라서 상기 나노 발광체(120)는 상기 리간드(123) 없이 상기 중심 입자(121)만으로 구성될 수도 있다. 본 발명의 실시예에 따른 나노 복합체(100a)는 다양한 형상을 가질 수 있고, 하나의 나노 복합체(100a)는 적어도 1개의 나노 발광체(120)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 하나의 왁스 입자(110) 내에는 1개의 나노 발광체(120)가 배치될 수 있고, 이와 달리 하나의 왁스 입자(110) 내에는 2개 내지 수천만 개의 나노 발광체들(120)이 배치될 수 있다.
일례로, 하나의 왁스 입자(110)의 내부에 배치된 복수의 나노 발광체들(120)은 서로 동일한 파장대(wavelength range)에서 발광 피크를 가질 수 있다. 즉, 상기 나노 발광체들(120)은 제1 파장대에서 발광 피크를 갖는 제1 컬러 나노 발광체, 제2 파장대에서 발광 피크를 갖는 제2 컬러 나노 발광체 및 제3 파장대에서 발광 피크를 갖는 제3 컬러 나노 발광체 중 선택된 1종을 포함할 수 있다. 상기 제1 컬러 나노 발광체는 약 430 nm 내지 약 470 nm의 파장대에서 발광 피크를 갖는 청색 나노 발광체이고, 상기 제2 컬러 나노 발광체는 약 520 nm 내지 약 560 nm의 파장대에서 발광 피크를 갖는 녹색 나노 발광체이며, 상기 제3 컬러 나노 발광체는 약 600nm 내지 약 660 nm의 파장대에서 발광 피크를 갖는 적색 나노 발광체일 수 있다. 이 경우, 상기 나노 복합체(100a)는 청색 나노 복합체, 적색 나노 복합체 및 적색 나노 복합체 중 어느 하나가 될 수 있다.
다른 하나의 구체예로서, 하나의 왁스 입자(110) 내부에 배치된 복수의 나노 발광체들(120) 중 적어도 2개는 서로 다른 파장대에서 발광 피크를 가질 수 있다. 즉, 하나의 왁스 입자(110) 내부에 배치된 복수의 나노 발광체들(120)은 청색 나노 발광체, 녹색 나노 발광체 및 적색 나노 발광체 중에서 선택된 2종을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 왁스 입자(110) 내에 녹색 나노 발광체 및 적색 나노 발광체가 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 나노 복합체(100a)는 다색 나노 복합체가 될 수 있다.
한편, 상기 나노 복합체(100a)의 직경은 약 50nm 내지 약 30 ㎛일 수 있다. 상기 직경은, 확산 계수에 관한 스토크스-아인슈타인 방정식(Stokes-Einstein equation)으로 산출하는 동적 광산란법(Dynamic Light Scattering method, DLS법)에 의해 측정된 값(hydrodynamic diameter)으로 정의될 수 있다.
도 1b를 참조하면, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 나노 복합체(100b)는 왁스 입자(110), 적어도 1개의 나노 발광체(120) 및 외부 보호막(130)을 포함할 수 있다. 상기 나노 복합체(100b)는 상기 외부 보호막(130)을 더 포함하는 것을 제외하고는 도 1a에 도시된 나노 복합체(100a)와 실질적으로 동일하므로 중복되는 상세한 설명은 생략한다. 상기 나노 복합체(100b)의 직경은 약 50nm 내지 약 30 ㎛일 수 있다.
상기 외부 보호막(130)은 상기 왁스 입자(110)의 표면에 형성되어 상기 왁스 입자(110)를 피복한다. 상기 외부 보호막(130)은 산화 실리콘(SiOx, 1≤x≤2)으로 형성된다. 상기 외부 보호막(130)은, 상기 왁스 입자(110)와 함께, 수분, 열, 광 등에 의해 상기 나노 발광체(120)가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
상기 외부 보호막(130)은 실리콘 산화물 전구체 물질의 가수분해와 축합 반응을 통하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 외부 보호막(130)은 유기용매에 나노 발광체(120)가 내부에 배치된 왁스 입자(110), 실리콘 산화물 전구체 물질, 촉매 물질 및 물을 혼합하여 상기 왁스 입자(110) 표면에 산화 실리콘을 성장시킴으로써 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 외부 보호막(130)은 실리카(SiO2)를 포함할 수 있다.
상기 실리콘 산화물 전구체 물질의 예로서는 트리에톡시실란(triethoxysilane, HTEOS), 테트라에톡시실란(tetraethoxysilane, TEOS), 메틸트리에톡시실란(methyltriethoxysilane, MTEOS), 디메틸디에톡시실란(dimethyldiethoxysilane), 테트라메톡시실란(tetramethoxysilane, TMOS), 메틸트리메톡시실란(methyltrimethoxysilane, MTMOS), 트리메톡시실란(trimethoxysilane), 디메틸디메톡시실란(dimethyldimethoxysilane), 페닐트리에톡시실란 (phenyltriethoxysilane, PTEOS), 페닐트리메톡시실란(phenyltrimethoxysilane, PTMOS), 디페닐디에톡시실란(diphenyldiethoxysilane), 디페닐디메톡시실란(diphenyldimethoxysilane) 등이 사용될 수 있다. 또한, 상기 실리콘 산화물 전구체 물질은 할로실란(halosilane), 특히 클로로실란(chlorosilane), 예를 들어, 트리클로로실란(trichlorosilane), 메틸트리클로로실란(methyltrichlorosilane), 에틸트리클로로실란(ethyltrichlorosilane), 페닐트리클로로실란(phenyltrichlorosilane), 테트라클로로실란(tetrachlorosilane), 디클로로실란(dichlorosilane), 메틸디클로로실란(methyldichlorosilane), 디메틸디클로로실란(dimethyldichlorosilane), 클로로트리에톡시실란(chlorotriethoxysilane), 클로로트리메톡시실란(chlorotrimethoxysilane), 클로로메틸트리에톡시실란(chloromethyltriethoxysilane), 클로로에틸트리에톡시실란(chloroethyltriethoxysilane), 클로로페닐트리에톡시실란(chlorophenyltriethoxysilane, 클로로메틸트리메톡시실란(chloromethyltrimethoxysilane), 클로로에틸트리메톡시실란(chloroethyltrimethoxysilane), 클로로페닐트리메톡시실란(chlorophenyltrimethoxysilane) 등을 이용하여 합성할 수도 있고, 폴리실록산(polysiloxane), 폴리실라잔(polysilazane) 등을 이용하여 합성할 수도 있다.
상기 유기 용매의 예로서는, 메탄올(methanol), 에탄올(ethanol), 프로판올(propanol), 부탄올(butanol), 펜타놀(pentanol), 헥사놀(hexanol), 메틸 셀로솔브(methyl cellosolve), 부틸 셀로솔브(butyl cellosolve), 프로필렌 글리콜(propylene glycol), 디에틸렌 글리콜(diethtylene glycol) 등의 알콜성 용매 또는 톨루엔(toluene)이 사용될 수 있다. 상기 유기 용매는 단독으로 또는 2 이상이 혼합되어 사용될 수 있다.
상기 촉매 물질로는, 알칼리성 물질, 예를 들면, 암모니아(NH3)가 사용될 수 있다. 이 경우, 암모니아수(NH4OH)를 상기 유기 용매에 혼합함으로써 상기 외부 보호막(130)을 형성하는 공정에서 암모니아를 촉매 물질로서 이용할 수 있다.
한편, 도면으로 도시하지 않았으나, 상기 외부 보호막(130)은 복수의 왁스 입자들(110)을 피복할 수 있다. 예를 들어, 상기 외부 보호막(130)은 서로 인접하게 배치된 적어도 2개의 왁스 입자들(110)을 피복할 수 있고, 상기 왁스 입자들(110) 사이의 이격 공간에는 산화 실리콘이 채워짐으로써 나노 복합체를 형성할 수 있다. 상기 외부 보호막(130)이 제1 왁스 입자 및 제2 왁스 입자를 피복하는 경우, 상기 제1 왁스 입자 내부에 배치된 제1 나노 발광체는 상기 제2 왁스 입자 내부에 배치된 제2 나노 발광체와 서로 동일한 파장대에서 발광 피크를 가짐으로써, 상기 나노 복합체(100b)는 청색 나노 복합체, 녹색 나노 복합체 및 적색 나노 복합체 중 어느 하나가 될 수 있다.
이와 달리, 상기 외부 보호막(130)이 제1 왁스 입자 및 제2 왁스 입자를 피복하는 경우, 상기 제1 왁스 입자 내부에 배치된 제1 나노 발광체는 상기 제2 왁스 입자 내부에 배치된 제2 나노 발광체와 서로 다른 파장대에서 발광 피크를 가질 수 있다. 이때, 상기 나노 복합체(100b)는 다색 나노 복합체가 될 수 있다.
상기에서 설명한 바에 따르면, 상기 나노 복합체(100b)는, 도 1a을 참조하여 설명한 나노 복합체(100a)에 비해, 상기 외부 보호막(130)을 더 포함함으로써 상기 나노 발광체(120)를 보다 안정적으로 외부의 수분, 열, 광 등으로부터 보호할 수 있다.
도 1c를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 나노 복합체(100c)는 왁스 입자(110), 적어도 1개의 나노 발광체(120), 외부 보호막(130) 및 왁스층(140)을 포함한다. 상기 나노 복합체(100c)는 상기 왁스층(140)을 더 포함하는 것을 제외하고는 도 1b에서 설명한 나노 복합체(100b)와 실질적으로 동일하므로 중복되는 상세한 설명은 생략한다. 상기 나노 복합체(100c)의 직경은 약 50nm 내지 약 30 ㎛일 수 있다.
상기 왁스층(140)은 상기 외부 보호막(130)의 표면을 피복한다. 즉, 상기 왁스층(140)은 상기 외부 보호막(130)으로 피복된 상기 왁스 입자(110)를 감싼다. 상기 왁스층(140)은 왁스계 화합물로 형성된다. 상기 왁스층(140)을 구성하는 왁스계 화합물은 상기 왁스 입자(110)를 구성하는 왁스계 화합물에서 설명한 것과 실질적으로 동일하므로 중복되는 상세한 설명은 생략한다.
도 1c에서는 상기 왁스층(140)이 상기 외부 보호막(130)에 의해 표면이 커버된 하나의 상기 왁스 입자(110)를 피복하는 것을 도시하여 설명하였으나, 상기 왁스층(140)은 2개 이상의 상기 왁스 입자들(110)를 피복할 수 있다. 예를 들어, 도 1b와 관련하여 외부 보호막(130)이 제1 나노 발광체가 내부에 배치된 제1 왁스 입자 및 제2 나노 발광체가 내부에 배치된 제2 왁스 입자를 모두 피복하는 하는 경우를 설명하였는데, 그 외부 보호막(130)의 표면을 상기 왁스층(140)이 다시 피복할 수 있다.
또한, 상기 왁스층(140)은 도 1b에 도시된 나노 복합체(100b)를 적어도 2개 피복할 수 있다. 상기 왁스층(140)을 구성하는 상기 왁스계 화합물이 서로 인접하게 배치된 나노 복합체들(100b) 사이의 이격 공간을 채움으로써 외부 보호막(130)으로 각각 피복되어 있는 적어도 2개의 왁스 입자들을 하나의 왁스층(140)이 피복할 수 있다.
상기 나노 복합체(100c)는 내부에 포함된 나노 발광체(120)의 종류에 따라서 청색, 녹색 및 적색 나노 발광체 중 어느 하나가 될 수 있고, 다색 나노 발광체가 될 수 있다.
상기에서 설명한 바에 따르면, 도 1c에서 설명한 나노 복합체(100c)가, 도 1b에서 설명한 나노 복합체(100b)에 비해, 상기 왁스층(140)을 더 포함함으로써 상기 나노 발광체(120)를 보다 안정적으로 외부의 수분, 열 광 등으로부터 보호할 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 나노 복합체를 설명하기 위한 도면들이다.
도 3a를 참조하면, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 나노 복합체(200a)는 왁스 입자(210), 상기 왁스 입자(210)의 내부에 배치된 적어도 1개의 나노 발광체(220) 및 내부 보호막(230)을 포함한다.
상기 왁스 입자(210)는 도 1a에서 설명한 왁스 입자(110)와 실질적으로 동일하고, 상기 나노 발광체(220)는 도 2에서 설명한 나노 발광체(120)와 실질적으로 동일하므로 중복되는 상세한 설명은 생략한다.
상기 내부 보호막(230)은 상기 나노 발광체(220)를 피복한다. 상기 내부 보호막(230)은 상기 나노 발광체(220)의 표면과 직접적으로 접촉하여 상기 나노 발광체(220)을 피복한다. 이때, 상기 왁스 입자(210)의 내부에 배치된 상기 나노 발광체들(220)은 개별적으로 상기 내부 보호막(230)에 의해 피복될 수 있다.
즉, 1개의 나노 발광체(220)는 1개의 내부 보호막(230)에 의해 피복될 수 있다. 상기 내부 보호막(230)은 산화 실리콘으로 형성되고, 상기 내부 보호막(230)을 구성하는 산화 실리콘은 도 1b에서 설명한 외부 보호막(130)을 구성하는 산화 실리콘과 실질적으로 동일하므로 중복되는 상세한 설명은 생략한다.
상기 왁스 입자(210)의 내부에 배치된 복수의 나노 발광체들(220)은, 서로 동일한 파장대에서 발광 피크를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 나노 복합체(200a)는 청색, 녹색 및 적색 나노 복합체 중 어느 하나일 수 있다.
이와 달리, 상기 왁스 입자(210)의 내부에 배치된 복수의 나노 발광체들(220) 중 적어도 2개는 서로 다른 파장대에서 발광 피크를 가질 수 있다. 즉, 상기 왁스 입자(210)의 내부에 배치된 나노 발광체들(220)은 청색 나노 발광체, 녹색 나노 발광체 및 적색 나노 발광체 중의 적어도 2종을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 나노 복합체(200a)는 다색 나노 복합체일 수 있다.
도면으로 도시하지 않았으나, 상기 내부 보호막(230)은 2개 이상의 나노 발광체들(220)을 피복할 수도 있다. 2개 이상의 나노 발광체들(220)이 상기 내부 보호막(230)에 의해 피복되는 경우, 서로 인접한 나노 발광체들(220) 사이의 이격 공간은 상기 내부 보호막(230)을 구성하는 산화 실리콘에 의해 채워질 수 있다. 이때, 하나의 내부 보호막(230)으로 피복된 나노 발광체들(220)은 서로 동일한 파장대에서 발광 피크를 가질 수 있다. 이와 달리, 하나의 내부 보호막(230)으로 피복된 나노 발광체들(220) 중 적어도 2개는 서로 다른 파장대에서 발광 피크를 가질 수 있다.
한편, 하나의 내부 보호막(230)에 의해 피복된 2개 이상의 나노 발광체들(220)을 발광 그룹으로 지칭할 때, 하나의 왁스 입자(210) 내부에는 적어도 2종의 발광 그룹들이 배치될 수 있고 이때 하나의 발광 그룹은 제1 나노 발광체들에 의해 구성되고 다른 하나의 발광 그룹은 상기 제1 나노 발광체와 다른 파장대에서 발광 피크를 갖는 제2 나노 발광체들에 의해 구성될 수 있다. 이와 달리, 발광 그룹들 각각이 서로 다른 파장대에서 발광 피크를 갖는 적어도 2종의 나노 발광체를 포함할 수 있다.
상기 나노 복합체(200a)의 직경은 약 50nm 내지 약 30 ㎛일 수 있다.
상기에서 설명한 바에 따르면, 상기 나노 복합체(200a)는 적어도 1개의 나노 발광체(200)가 이미 1차적으로 상기 내부 보호막(230)에 의해 캡슐화된 상태에서 2차적으로 왁스계 화합물로 캡슐화되는 구조를 가지므로, 상기 나노 발광체(220)가 외부의 열, 광, 수분 등으로부터 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 3b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 나노 복합체(200b)는 왁스 입자(210), 적어도 1개의 나노 발광체(220), 내부 보호막(230) 및 외부 보호막(240)을 포함할 수 있다. 상기 나노 복합체(200b)는 상기 외부 보호막(240)을 더 포함하는 것을 제외하고는 도 3a에서 설명한 나노 복합체(200a)와 실질적으로 동일하므로 중복되는 상세한 설명은 생략한다. 상기 나노 복합체(200b)의 직경은 약 50nm 내지 약 30 ㎛일 수 있다.
상기 외부 보호막(240)은 상기 왁스 입자(210)를 피복하고 산화 실리콘으로 형성될 수 있다. 상기 외부 보호막(240)은 도 1b에서 설명한 외부 보호막(130)과 실질적으로 동일하므로 중복되는 구체적인 설명은 생략한다. 상기 외부 보호막(240)은 상기 왁스 입자(210) 및 상기 내부 보호막(230)과 함께 수분, 열, 광 등에 의해 상기 나노 발광체(220)가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 3b에서는 상기 외부 보호막(240)이 하나의 왁스 입자(210)를 피복한 것을 도시하였으나, 상기 외부 보호막(240)은 복수의 왁스 입자들(210)를 피복할 수 있다. 예를 들어, 상기 외부 보호막(240)은 서로 인접하게 배치된 적어도 2개의 왁스 입자들(210)을 피복할 수 있고, 상기 왁스 입자들(210) 사이의 이격 공간에는 산화 실리콘이 채워짐으로써 나노 복합체를 형성할 수 있다.
도 3c를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 나노 복합체(200c)는 왁스 입자(210), 적어도 하나의 나노 발광체(220), 내부 보호막(230), 외부 보호막(240) 및 왁스층(250)을 포함할 수 있다. 상기 나노 복합체(200c)는 상기 왁스층(250)을 더 포함하는 것을 제외하고는 도 3b에서 설명한 나노 복합체(200b)와 실질적으로 동일하므로 중복되는 상세한 설명은 생략한다. 상기 나노 복합체(200c)의 직경은 약 50nm 내지 약 30 ㎛일 수 있다.
상기 왁스층(250)은 상기 외부 보호막(240)을 피복할 수 있다. 상기 왁스층(250)은 왁스계 화합물로 형성된다. 상기 왁스층(250)을 구성하는 상기 왁스계 화합물은 도 1a에서 설명한 왁스계 화합물과 실질적으로 동일하므로 중복되는 상세한 설명은 생략한다.
상기 왁스층(250)은 도 3c에 도시된 것과 같이 상기 외부 보호막(240)에 의해 표면이 커버된 1개의 왁스 입자(210)를 피복하거나, 도면으로 도시하지 않았으나 상기 외부 보호막(240)에 의해 표면이 커버된 왁스 입자(210) 복수개를 피복할 수 있다.
상기에서 설명한 바에 따르면, 상기 나노 복합체(200c)는 상기 왁스 입자(210)를 상기 외부 보호막(240) 및 상기 왁스층(250)으로 캡슐화함으로써 상기 나노 발광체(220)가 외부의 열, 광, 수분 등으로부터 손상되는 것을 방지할 수 있다. 경우에 따라서, 도 3c에 도시된 나노 복합체(200c)에 추가적으로 산화 실리콘막 및 왁스층을 반복하여 적층하여 다중층에 의해 캡슐화된 나노 복합체를 제조할 수 있다.
이하에서는, 상기에서 설명한 본 발명에 따른 나노 복합체들의 제조방법 및 이들의 안정성 평가에 대해서 구체적으로 설명한다.
나노 복합체의 제조 -1
[제1 단계]
톨루엔 1 ml에 왁스계 화합물 20 mg을 혼합한 후, 약 150℃로 온도를 상승시킴으로써 왁스계 화합물을 용해시켜 왁스 용액을 제조하였다. 상기 왁스 용액에, 톨루엔 1ml에 약 20 mg의 CdSe계의 적색 양자점(상품명: Nanodot-HE-606, QD solution사, 한국)이 분산된 용액을 혼합한 후, 상온으로 냉각시켜 톨루엔 1ml 당 약 10mg의 입자가 분산된 냉각 용액을 제조하였다. 이때, 상기 왁스계 화합물은, 산화 고밀도 폴리에틸렌 왁스(Oxidized HDPE Wax)로서 산가(Acid value)가 약 50 mg KOH/g인 왁스(상품명: Licowax PED 136 왁스, Clariant사, 스위스)를 사용하였고, 상기 냉각 용액에 분산된 입자는 왁스 입자 및 상기 왁스 입자 내부에 갇힌 적색 양자점들을 포함하였다.
[제2 단계]
상기 냉각 용액을 에탄올 10ml와 TEOS(tetraethoxysilane, Sigma Aldrich사, 미국) 1ml이 혼합된 용액에 첨가한 후, 추가적으로 농도가 30%인 암모니아수를 2.5 ml 첨가하여 상기 입자들의 표면에 산화 실리콘을 형성함으로써 나노 복합체를 포함하는 나노 복합체 용액을 제조하였다.
[제3 단계]
상기 나노 복합체 용액에서 고속 원심 분리기를 이용하여 약 5,000 rpm에서 약 30분 동안 원심분리하여 상기 나노 복합체를 분리하였고, 에탄올과 증류수를 이용하여 세척한 후 증발기를 이용하여 에탄올과 증류수를 제거함으로써 파우더 상태의 나노 복합체 1을 제조하였다.
나노 복합체의 제조 -2
나노 복합체 용액의 제조-1에서 설명한 제1 단계 및 제2 단계를 수행하여 제조된 나노 복합체 용액을, 상기 왁스계 화합물을 포함하는 왁스 용액에 첨가하였다. 상온으로 냉각하고 증발기로 톨루엔을 제거함으로써 산화 실리콘막 표면에 왁스층이 형성된 파우더 상태의 나노 복합체 2를 제조하였다.
나노 복합체의 제조 -3
에탄올 10ml과 TEOS 1ml가 혼합된 용액에, 톨루엔 0.5ml에 약 10 mg의 CdSe계의 적색 양자점(상품명:Nanodot-HE-606, QD solution사, 한국)이 분산된 용액을 혼합한 후, 추가적으로 농도가 30%인 암모니아수를 2.5 ml 첨가하여 표면에 산화 실리콘막이 형성된 양자점을 제조하였다. 상기 양자점을 고속 원심 분리기를 이용하여 약 5,000 rpm에서 약 30분 동안 원심분리하여 분리한 후, 에탄올과 증류수로 세척하였다.
이어서, 톨루엔 1 ml에 왁스계 화합물 20 mg을 혼합한 후, 약 150℃ 로 온도를 상승시킴으로써 왁스계 화합물을 용해시켜 제조된 왁스 용액에, 산화 실리콘막이 표면에 형성된 양자점이 분산된 톨루엔 용액을 혼합한 후 상온으로 냉각시키고 증발기를 이용하여 톨루엔을 제거함으로써 파우더 상태의 나노 복합체 3을 제조하였다.
나노 복합체 용액의 제조 -4
'나노 복합체 용액의 제조-3'에서 제조된 나노 복합체를, 에탄올 10ml과 TEOS 1ml이 혼합된 용액과 혼합하고 농도가 30%인 암모니아수를 2.5 ml 첨가하였다.
이어서, 고속 원심 분리기를 이용하여 약 5,000 rpm에서 약 30분 동안 원심분리하여 나노 복합체를 분리하였고, 에탄올과 증류수를 이용하여 세척하였다. 증발기를 이용하여 에탄올과 증류수를 제거하여 파우더 상태의 나노 복합체 4를 제조하였다.
[실험 1]-자외선 안정성 및 열/수분 안정성 평가
상기와 같은 방법으로 파우더 상태의 나노 복합체 1 내지 4를 준비하고 이에 대한 제1 양자효율(QYT1, 단위:%)을 절대양자효율측정기(상품명: C9920-02, HAMAMATSU사, 일본)를 이용하여 측정하였다. 이어서, 중심 파장이 365nm인 자외선(UV)을 약 1.4 mW/cm2의 복사 강도로 480시간 동안, 즉 약 2,419.2 J/cm2의 가혹 조건으로 조사한 후, 제2 양자효율(QYT2, 단위:%)을 측정하였다. 상기 제1 양자효율 및 상기 제2 양자효율의 차이(△QY1=QYT1-QYT2, 단위:%)를 산출하여 나노 복합체 1 내지 4 각각에 대한 자외선 안정성을 평가하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
또한, 파우더 상태의 나노 복합체 1 내지 4를 준비하고 제1 양자효율(QYT1, 단위:%)을 측정한 후 항온항습기에서 온도 85℃ 및 상대습도 85%의 가혹조건 하에 480시간 동안 방치하였다. 이어서, 가혹조건에 방치된 후의 나노 복합체 1 내지 4 각각의 제3 양자효율(QYT3, 단위:%)을 측정하였다. 상기 제1 양자효율 및 상기 제3 양자효율의 차이(△QY2=QYT1-QYT3, 단위:%)를 산출하여 나노 복합체 1 내지 4에 대한 열/수분 안정성을 평가하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
| 구분 | 자외선 안정성 (△QY1, %) |
열/수분 안정성 (△QY2, %) |
| 나노 복합체 1 | 5.5 | 7.3 |
| 나노 복합체 2 | 6.7 | 5.8 |
| 나노 복합체 3 | 2.8 | 5.9 |
| 나노 복합체 4 | 3.3 | 4.2 |
표 1을 참조하면, 나노 복합체 1 내지 4에 대한 자외선 안정성은 6.7% 이하이고, 열/수분 안정성은 7.3%이하임을 알 수 있다. 자외선에 대한 안정성이 좋을수록 가혹 조건(조사량 약 2,419.2 J/cm2)의 자외선 조사로 인한 양자효율의 변화(△QY1)는 작은 값을 갖는다. 열 및 수분에 대한 안정성이 클수록 고온고습(온도 85ㅀC 및 상대습도 85%)의 가혹 조건으로 인한 양자효율의 변화(△QY2)는 작은 값을 갖는다.
나노 발광체가 왁스 입자로만 피복된 나노 복합체(도 1a 참조)에 대한 자외선 안정성이 약 15%이고 열/수분 안정성이 약 16%인 점을 고려하면, 나노 복합체 1 내지 4와 같이 왁스 입자와 산화 실리콘막을 모두 포함하는 나노 복합체의 자외선 안정성과 열/수분 안정성이 더 좋은 것을 알 수 있다.
광학 부재
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 광학 부재를 설명하기 위한 도면들이다.
도 4a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 부재(501)는 베이스 기재(510) 및 적어도 1개의 제1 나노 복합체(CX1)가 분산된 제1 광학층(520)을 포함한다.
상기 베이스 기재(510)는 광이 입사되는 광입사면 및 상기 광입사면에 대향하고 입사된 광이 출사되는 광출사면을 포함할 수 있다. 상기 베이스 기재(510)는 광을 투과시키는 투명한 재료로 형성된다. 상기 투명한 재료의 예로서는, 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate, PMMA) 수지, 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC) 수지, 폴리이미드(Polyimide, PI) 수지, 폴리에틸렌(Polyethylene, PE) 수지, 폴리프로필렌(Polypropylene, PP) 수지, 메타크릴(Methacrylic) 수지, 폴리우레탄(Ployurethane) 수지, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 수지 등을 들 수 있다.
상기 제1 광학층(520)은 상기 베이스 기재(510)의 일 면, 즉, 광입사면 또는 광출사면 상에 형성될 수 있다. 상기 제1 광학층(520)은 고분자 수지 및 상기 제1 나노 복합체(CX1)로 구성된다. 상기 고분자 수지가 상기 제1 광학층(520)의 주재료로서, 상기 고분자 수지의 내부에 상기 제1 나노 복합체(CX1)가 분산된다.
상기 제1 나노 복합체(CX1)는 제1 왁스 입자 및 상기 제1 왁스 입자 내부에 배치된 적어도 1개의 제1 나노 발광체를 포함한다. 예를 들어, 상기 제1 나노 복합체(CX1)는 도 1a에서 설명한 나노 복합체(100a)와 실질적으로 동일한 구조를 가질 수 있다.
또한, 상기 제1 나노 복합체(CX1)는, 도 1b, 도 1c, 도 3a, 도 3b 및 도 3c에서 설명한 바와 같이, 상기 제1 왁스 입자의 표면을 피복하는 외부 보호막이나 상기 제1 나노 발광체를 피복하는 내부 보호막을 더 포함할 수 있다. 상기 제1 나노 복합체(CX1)가 상기 외부 보호막을 더 포함하는 경우, 상기 외부 보호막을 피복하는 왁스층을 더 포함할 수 있다. 즉, 상기 제1 광학층(520)에 분산된 상기 제1 나노 복합체(CX1)는 도 1a 내지 도 1c 및 도 3a 내지 도 3c에서 설명한 나노 복합체의 구조들 중 어느 하나의 구조를 가질 수 있다. 따라서, 상기 나노 복합체(CX1)에 대한 중복되는 구체적인 설명은 생략한다.
일례로, 상기 제1 광학층(520)에 분산된 상기 제1 나노 복합체들(CX1)은 청색, 녹색 및 적색 나노 복합체들 중에서 선택된 1종만을 포함할 수 있다. 이때에는 상기 제1 광학층(520)을 통과하는 광은, 청색, 녹색 및 적색 파장대 중 어느 하나의 파장대에서만 발광 스펙트럼을 가질 수 있다.
다른 예로서, 상기 제1 광학층(520)에 분산된 상기 제1 나노 복합체들(CX1)은 청색, 녹색 및 적색 나노 복합체들 중 적어도 2종을 포함할 수 있다. 즉, 상기 제1 광학층(520)에 분산된 상기 제1 나노 복합체들(CX1)은 복수의 녹색 나노 복합체들과 복수의 적색 나노 복합체들로 구성될 수 있다.
또 다른 예로서, 상기 제1 광학층(520)에 분산된 상기 제1 나노 복합체들(CX1)은 다색 나노 복합체들을 포함할 수 있다. 상기 다색 나노 복합체들 각각은 상기 제1 왁스 입자 내부에 배치된 상기 제1 나노 발광체로서, 청색, 녹색 및 적색 나노 발광체들 중에서 선택된 적어도 2종을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 다색 나노 복합체는 녹색 나노 발광체와 적색 나노 발광체를 포함할 수 있다.
상기 제1 광학층(520)은 표면에 형성된 광학 패턴을 포함할 수 있다. 상기 광학 패턴의 형상은 상기 광학 부재(501)의 기능에 따라서 다양하게 조절될 수 있다. 상기 광학 패턴은 광확산 패턴, 집광 패턴, 출광 패턴 등을 포함할 수 있다. 상기 광학 패턴의 형상에 대해서는 도 4c 내지 도 4g를 참조하여 후술하기로 한다.
도면으로 도시하지 않았으나, 상기 제1 광학층(520)은 광을 확산시키는 확산 비드들을 더 포함할 수 있다. 상기 확산 비드들의 종류로서는, 특별히 제한되지 않고 기술분야에서 통상적으로 이용되는 것이면 제한 없이 사용될 수 있다.
이와 달리, 상기 제1 광학층(520)과 별도의 층으로 상기 확산 비드들을 포함하는 광학층을 상기 베이스 기재(510)에 형성할 수 있다. 상기 확산 비드들을 포함하는 광학층은 상기 제1 광학층(520)이 형성된 상기 베이스 기재(510)의 일 면 또는 상기 일 면과 대향하는 타면 상에 형성될 수 있다.
도 4b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학 부재(502)는 베이스 기재(510), 제1 광학층(520) 및 제2 광학층(530)을 포함한다. 상기 제1 광학층(520)은 제1 나노 복합체들(CX1)을 포함하고, 상기 제2 광학층(530)은 제2 나노 복합체들(CX2)을 포함한다. 상기 제1 나노 복합체들(CX1)각각은 제1 왁스 입자 및 적어도 1개의 제1 나노 발광체를 포함하고, 상기 제2 나노 복합체들 각각(CX2)은 제2 왁스 입자 및 적어도 1개의 제2 나노 발광체를 포함한다.
도 4b에서 설명하는 상기 광학 부재(502)는, 상기 제2 광학층(530)을 더 포함하는 것을 제외하고는, 도 4a에서 설명한 광학 부재(501)와 실질적으로 동일하므로 중복되는 상세한 설명은 생략한다.
상기 제2 광학층(530)은 상기 제1 광학층(520)이 형성된 상기 베이스 기재(510)의 일 면과 대향하는 타면 상에 형성된다. 상기 제2 광학층(530)은 고분자 수지 및 상기 고분자 수지 내부에 분산된 상기 제2 나노 복합체들(CX2)을 포함한다.
상기 제2 나노 복합체들(CX2) 각각에 있어서, 상기 제2 왁스 입자는 왁스계 화합물로 형성된다. 적어도 1개의 제2 나노 발광체는 상기 제2 왁스 입자의 내부에 배치된다. 상기 제2 나노 복합체들(CX2)은 도 4a에서 설명한 제1 나노 복합체(CX1)와 실질적으로 동일하므로 중복되는 구체적인 설명은 생략한다.
일례로, 상기 제1 나노 복합체들(CX1)이 모두 동일한 파장대에서 발광 피크를 갖고 상기 제2 나노 복합체들(CX2)이 모두 동일한 파장대에서 발광 피크를 갖는 경우, 상기 제1 나노 발광체와 상기 제2 나노 발광체는 서로 다른 파장대에서 발광 피크를 가질 수 있다.
상기 제1 나노 복합체들(CX1)에서 생성되는 광의 파장이 상기 제2 나노 복합체들(CX2)에서 생성되는 광의 파장보다 짧은 경우, 상기 제1 나노 복합체들(CX1)에서 생성되는 광의 일부가 상기 제2 나노 복합체들(CX2)에 포함된 상기 제2 나노 발광체들을 여기(excitation)시키게 되므로 상기 제2 나노 복합체들(CX2)은 광원이 제공하는 광 뿐만 아니라 상기 제1 나노 복합체들(CX1)에서 생성되는 광의 일부에 의해서 여기될 수 있다. 즉, 상기 제2 나노 복합체들(CX2)은, 상기 제1 나노 복합체들(CX1) 및 광원으로부터, 여기 되기에 충분한 광을 제공받을 수 있다. 뿐만 아니라, 광원에서 생성된 광이 1차적으로 상기 제1 광학층(520)에 도달함에 따라 상기 제1 나노 복합체들(CX1)은 광원으로부터 상기 제2 광학층(530)에 비해 높은 에너지를 전달받을 수 있어 상기 제1 나노 복합체들(CX1)에서 생성된 광의 파워 밀도(power density)를 극대화할 수 있다.
예를 들어, 광의 경로가 상기 제1 광학층(520)에서 상기 제2 광학층(530)을 향하는 방향인 경우, 상기 제1 나노 복합체들(CX1)은 녹색 나노 복합체들로 이루어질 수 있고, 상기 제2 나노 복합체들(CX2)은 적색 나노 복합체들로 이루어질 수 있다.
다른 예로서, 상기 제1 나노 복합체들(CX1)은 적어도 2종의 나노 복합체로 이루어지고, 상기 제2 나노 복합체들(CX2)은 1종의 나노 복합체들로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 나노 복합체들(CX1)은 녹색 나노 복합체들 및 적색 나노 복합체들로 이루어지고, 상기 제2 나노 복합체들(CX2)은 녹색 나노 복합체들을 포함할 수 있다.
또 다른 예로서, 상기 제1 나노 복합체들(CX1) 및/또는 상기 제2 나노 복합체들(CX2)은 다색 나노 복합체들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 다색 나노 복합체들 각각은 녹색 나노 발광체 및 적색 나노 발광체를 포함할 수 있다.
상기 제1 광학층(520) 및 상기 제2 광학층(530) 각각은 도 4a 및 도 4b에서 그 표면이 평평한 면인 것으로 도시하였으나, 상기 제1 및 제2 광학층들(520, 530) 중 적어도 어느 하나는 표면에 형성된 광학 패턴을 포함할 수 있다. 상기 광학 패턴은 상기 광학 부재들(501, 502)이 제어하고자 하는 광학 특성에 따라서 다양하게 형성될 수 있다. 상기 광학 패턴의 형상에 대해서 이하에서 설명한다.
도면으로 도시하지 않았으나, 상기 광학 시트(502)는 제3 나노 복합체를 포함하는 제3 광학층을 더 포함할 수 있다.
상기 제3 광학층은 상기 제1 광학층(520) 상에 형성될 수 있다. 상기 제3 광학층이 상기 제1 광학층(520) 상에 형성된 경우, 상기 제3 광학층의 표면에 광학 패턴이 형성될 수 있다.
상기 제3 나노 복합체는 제3 왁스 입자 및 상기 제3 왁스 입자 내부에 배치된 적어도 1개의 제3 나노 발광체를 포함한다. 상기 제3 나노 복합체는 도 1a 내지 도 1c 및 도 3a 내지 도 3c에서 설명한 구조 중 어느 하나의 구조를 가질 수 있다. 즉, 상기 제3 나노 복합체는 내부 보호막 및/또는 외부 보호막을 더 포함할 수 있다. 상기 제3 나노 복합체가 외부 보호막을 포함하는 경우, 상기 제3 나노 복합체는 상기 외부 보호막을 피복하는 왁스층을 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 광학 시트(502)가 상기 제3 광학층을 더 포함하는 경우, 상기 제2 광학층(530)은 생략될 수 있다.
도 4c 내지 도 4g는 광학 패턴의 다양한 형태를 설명하기 위한 도면들이다.
도 4c를 도 4b와 함께 참조하면, 상기 제1 광학층(520)의 표면에 형성된 광학 패턴은 연속 패턴(520a)일 수 있다. 상기 연속 패턴(520a)은 복수의 볼록부들이 연속으로 이어진 형태를 가질 수 있다. 상기 볼록부들 각각은 상기 베이스 기재(510)로부터 상기 광학 부재(502)의 외부를 향하는 방향으로 돌출된다. 상기 볼록부들의 높이 또는 폭은 서로 상이할 수 있으며, 불규칙한 값을 가질 수 있다. 도면에 도시하지는 않았으나, 상기 제1 광학층(520)의 표면에 형성된 광학 패턴은 복수의 오목부들이 연속으로 이어진 형태를 가질 수 있다. 상기 오목부들 각각은 상기 광학 부재(502)의 표면으로부터 상기 광학 부재(502)의 내부를 향하는 방향으로 함입된다. 상기 오목부들의 깊이 또는 폭은 필요에 따라 적절히 조절될 수 있고 오목부들 각각의 깊이 또는 폭은 불규칙한 값을 가질 수 있다. 상기 연속 패턴(520a)는 오목부와 볼록부가 조합된 형태를 가질 수도 있고, 엠보싱 패턴일 수도 있다. 상기 연속 패턴(520a)은 광확산 패턴으로 이용될 수 있다.
이와 달리, 상기 연속 패턴(520a)은 도 4d에 도시된 바와 같이 복수의 분할 영역들을 포함할 수 있다. 도 4d는 분할 영역을 설명하기 위한 평면도로서, 이를 참조하면 상기 연속 패턴(520a)은 평면적으로 부정형을 가지면서 불규칙하게 배열된 복수의 분할 영역들 각각에 대응하여 형성된 볼록부를 포함할 수 있다. 상기 볼록부의 높이, 평면 형상 및 표면적은 특별히 제한되지 않으며, 상기 볼록부의 높이 또는 표면적은 불규칙한 값을 가질 수 있다. 도면에 도시하지는 않았으나, 상기 연속 패턴(520a)은 평면적으로 부정형을 가지면서 불규칙하게 배열된 복수의 분할 영역들 각각에 대응하여 형성된 오목부를 포함할 수 있다.
도 4e를 참조하면, 상기 제1 광학층(520)의 표면에 형성된 광학 패턴은 불연속 볼록 패턴(520b)일 수 있다. 상기 불연속 볼록 패턴(520b)에서는 각각의 볼록부가 서로 이격되어 배치된 형태를 가질 수 있다. 상기 불연속 볼록 패턴(520b)을 구성하는 볼록부는, 평면에서 볼 때, 도트 형상을 가질 수 있다. 상기 각각의 볼록부의 높이 또는 폭은 서로 상이할 수 있으며, 불규칙한 값을 가질 수 있다.
도 4f를 참조하면, 상기 제1 광학층(520)의 표면에 형성된 광학 패턴은 불연속 오목 패턴(520c)일 수 있다. 상기 불연속 오목 패턴(520c)에서는 각각의 오목부가 서로 이격되어 배치된 형태를 가질 수 있다. 이때, 상기 불연속 오목 패턴(520c)을 구성하는 단위체는, 평면에서 볼 때, 도트 형상을 가질 수 있다. 상기 오목부의 깊이 또는 폭은 서로 상이할 수 있고 각 오목부의 깊이 또는 폭은 불규칙한 값을 가질 수 있다.
도 4g를 참조하면, 상기 제1 광학층(520)의 표면에 형성된 광학 패턴은 집광 패턴(520d)일 수 있다. 상기 집광 패턴(520d)은 복수의 돌출부들을 포함하고, 상기 돌출부들 각각의 단면은 삼각형을 가질 수 있다. 상기 돌출부들은 상기 삼각형의 단면을 정의하는 절단면의 면내 방향(제1 방향)을 따라 연속적으로 배열될 수 있다. 일례로, 상기 돌출부들 각각은 상기 단면에 수직인 방향(제2 방향)으로 일정한 높이를 갖도록 연장될 수 있다. 즉, 상기 돌출부들 각각은 삼각기둥 형상을 가질 수 있다. 이와 달리, 상기 돌출부들 각각의 높이는 상기 제2 방향을 따라 변화될 수 있다. 이 경우, 돌출부의 높이는 상기 제2 방향을 따라 선형적으로 변화될 수도 있고 비선형적으로 변화될 수도 있다. 나아가, 돌출부의 높이는 소정의 주기를 갖도록 변화될 수 있으나 불규칙적으로 변화될 수도 있다. 각각의 돌출부의 높이는 서로 독립적으로 변화될 수 있다. 상기 집광 패턴을 구성하는 각 돌출부의 꼭지각은 약 90ㅀ일 수 있으나, 필요에 따라 적절히 조절될 수 있다. 상기 제2 방향을 따라서 돌출부의 높이가 변화되는 경우에는 위치에 따라 꼭지각이 달라질 수 있다.
도 4c 내지 도 4f에서는 상기 제1 광학층(520)에 형성된 광학 패턴의 다양한 형상에 대해서 설명하였으나, 상기 제2 광학층(530)에 형성된 광학 패턴에도 동일하게 적용될 수 있다. 상기 제1 및 제2 광학층들(520, 530) 각각에 광학 패턴이 형성되는 경우, 상기 제1 광학층(520)에 형성된 광학 패턴과 상기 제2 광학층(530)에 형성된 광학 패턴은 서로 동일한 패턴일 수 있고, 서로 다른 패턴일 수도 있다.
도면으로 도시하지 않았으나, 도 4a 및 도 4b에서 설명한 광학 부재들(501, 502) 각각은 도 4c 내지 도 4g에서 설명한 광학 패턴이 표면에 형성되고 상기 제1 광학층(520) 상에 형성된 광확산층을 더 포함할 수 있다.
이와 달리, 도 4a에서 설명한 광학 부재(501)에서는, 도 4c 내지 도 4g에서 설명한 광학 패턴이 표면에 형성된 광확산층이 상기 베이스 기재(510)의 타면 상에 형성될 수 있다.
상기에서 설명한 바와 같이, 상기 광학 부재(501, 502)의 적어도 1개의 광학층에 왁스 입자로 피복된 나노 발광체를 포함하는 나노 복합체를 적용할 수 있다. 상기 광학 부재(501, 502)를 표시 장치에 포함시킴으로써 표시장치의 색재현 영역을 넓히고, 표시장치가 표시하는 컬러의 색순도를 향상시킬 수 있다. 특히, 나노 복합체에 포함된 왁스 입자가 나노 발광체를 열, 수분 또는 자외선으로부터 보호하기 때문에, 나노 복합체를 포함하는 광학층의 보호를 위한 별도의 보호층 없이도 상기 광학 부재(501, 502)는 열, 수분 또는 자외선에 안정적일 수 있다.
상기 광학 부재(501, 502)는 도광판, 확산 시트, 프리즘 시트와 같은 집광 시트 등으로 이용될 수 있으나, 표시 장치의 백라이트 유닛을 구성하는 일반적인 광학 시트들 외에 추가적으로 삽입되는 광학 시트로서 이용될 수도 있다.
이하에서는, 나노 복합체가 적용된 확산 시트, 집광 시트 및 도광판 각각에 대해서 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 5a 내지 도 5i는 본 발명에 따른 확산 시트의 실시예들을 설명하기 위한 도면들이다.
도 5a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 시트(1001)는 베이스 기재(1100) 및 제1 나노 복합체(CX1)를 포함하는 제1 광학층(1200)을 포함한다.
상기 베이스 기재(1100)는 투명 재료로 형성된다. 상기 투명 재료는 도 4a에서 설명한 것과 실질적으로 동일하므로 중복되는 구체적인 설명은 생략한다.
상기 제1 광학층(1200)은 상기 베이스 기재(1100)의 일 면 상에 형성된다. 상기 제1 광학층(1200)이 형성된 면은 광출사면일도 수 있고, 이와 달리 광입사면일 수 있다.
상기 제1 광학층(1200) 내부에 분산된 상기 제1 나노 복합체(CX1)는 제1 왁스 입자 및 적어도 1개의 제1 나노 발광체를 포함한다. 상기 제1 나노 발광체는 상기 제1 왁스 입자 내부에 배치되어, 상기 제1 왁스 입자에 의해 표면이 피복된다. 상기 제1 나노 복합체(CX1)는 도 1a 내지 도 1c 및 도 3a 내지 도 3c에서 설명한 나노 복합체의 구조들 중 어느 하나를 가질 수 있다.
동시에, 상기 제1 나노 복합체들(CX1)은 청색 나노 복합체, 녹색 나노 복합체 및 적색 나노 복합체 중 적어도 1종을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 나노 복합체들(CX1)은 녹색 나노 복합체들로 구성되거나, 적색 나노 복합체들로 구성될 수 있다. 또는, 상기 제1 나노 복합체들(CX1)은 복수의 녹색 나노 복합체들과 복수의 적색 나노 복합체들을 포함할 수 있다. 이와 달리, 상기 제1 나노 복합체들(CX1)은 다색 나노 복합체들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 다색 나노 복합체들 각각은 적색 나노 발광체 및 녹색 나노 발광체를 포함할 수 있다.
상기 제1 광학층(1200)은 그 표면에 형성된 광확산 패턴(1210)을 포함한다. 상기 광확산 패턴(1210)은 도 4c에서 설명한 연속 패턴(520a)과 실질적으로 동일하므로 중복되는 구체적인 설명은 생략한다. 이와 달리, 상기 광확산 패턴(1210)은 도 4e에서 설명한 불연속 볼록 패턴(520b) 또는 도 4f에서 설명한 불연속 오목 패턴(520c)일 수 있다.
도 5b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 확산 시트(1002)는 베이스 기재(1100), 제1 광학층(1200) 및 제2 광학층(1300)을 포함한다.
상기 제1 광학층(1200)은 상기 베이스 기재(1100)의 일 면 상에 형성되고, 제1 나노 복합체들(CX1)을 포함한다. 상기 제1 나노 복합체들(CX1)은 제1 왁스 입자 및 상기 제1 왁스 입자 내부에 배치된 적어도 1개의 제1 나노 발광체를 포함한다. 상기 제1 광학층(1200)은 도 5a에서 설명한 것과 실질적으로 동일하므로 중복되는 상세한 설명은 생략한다.
상기 제2 광학층(1300)은 상기 제1 광학층(1200)이 형성된 상기 일 면과 대향하는 타면 상에 형성되고, 제2 나노 복합체들(CX2)을 포함한다. 상기 제2 나노 복합체들(CX2)은 제2 왁스 입자 및 상기 제2 왁스 입자 내부에 배치된 적어도 1개의 제2 나노 발광체를 포함한다. 상기 제2 나노 복합체들(CX2)은 도 1a 내지 도 1c 및 도 3a 내지 도 3c에서 설명한 나노 복합체의 구조들 중 어느 하나를 가질 수 있다.
상기 제2 나노 복합체들(CX2)은 상기 제1 나노 복합체들(CX1)과 동일하거나 서로 다른 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 나노 복합체들(CX1)이 도 1a에서 설명한 구조를 가지는 경우, 상기 제2 나노 복합체들(CX2)은 도 3a에서 설명한 구조를 가질 수 있다. 또는, 상기 제1 및 제2 나노 복합체들(CX1, CX2)이 모두 도 1b에서 설명한 구조를 가질 수도 있다.
동시에, 상기 제2 나노 복합체들(CX2)은 청색 나노 복합체, 녹색 나노 복합체 및 적색 나노 복합체 중 적어도 1종을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 나노 복합체들(CX2)은 녹색 나노 복합체들로 구성되거나, 적색 나노 복합체들로 구성될 수 있다. 또는, 상기 제2 나노 복합체들(CX2)은 복수의 녹색 나노 복합체들과 복수의 적색 나노 복합체들을 포함할 수 있다. 이와 달리, 상기 제2 나노 복합체들(CX2)은 다색 나노 복합체들을 포함할 수 있다.
한편, 상기 제2 나노 복합체들(CX2)은 상기 제1 나노 복합체들(CX1)이 갖는 발광 피크가 속하는 파장대와 다른 파장대에서 발광 피크를 가질 수 있다. 이때, 상기 제1 나노 복합체들(CX1) 각각이 갖는 발광 피크에서의 반치폭(FWHM)은 약 70 nm 이하일 수 있다. 바람직하게는, 상기 반치폭이 약 50 nm 이하, 보다 바람직하게는 약 40 nm 이하일 수 있다. 상기 제2 나노 복합체들(CX2)에도 상기 반치폭은 동일하게 적용될 수 있다.
일례로, 상기 제1 나노 복합체들(CX1)이 녹색 나노 복합체들로 구성된 경우, 상기 제2 나노 복합체들(CX2)은 적색 나노 복합체들로 구성될 수 있다. 이때, 상기 제2 나노 복합체들(CX2)은 녹색 나노 복합체들을 더 포함할 수 있다.
다른 예로서, 상기 제1 나노 복합체들(CX1)이 녹색 나노 복합체들로 구성된 경우, 상기 제2 나노 복합체들(CX2)은 녹색 나노 발광체와 적색 나노 발광체를 포함하는 다색 나노 복합체들로 구성될 수 있다.
상기 제2 광학층(1300)은 그 표면에 형성된 광확산 패턴(1310)을 포함한다. 상기 광확산 패턴(1310)은 도 4c에서 설명한 연속 패턴(520a)과 실질적으로 동일하므로 중복되는 구체적인 설명은 생략한다. 이와 달리, 상기 광확산 패턴(1310)은 도 4e에서 설명한 불연속 볼록 패턴(520b) 또는 도 4f에서 설명한 불연속 오목 패턴(520c) 일 수 있다.
도 5b에서는 상기 제2 광학층(1300)의 광확산 패턴(1310)이 상기 제1 광학층(1200)의 광확산 패턴(1210)과 실질적으로 동일한 구조의 연속 패턴인 경우를 도시하였으나, 서로 다른 구조를 갖는 연속 패턴일 수 있다.
도 5c를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 확산 시트(1003)는 베이스 기재(1100), 제1 광학층(1200), 제2 광학층(1302) 및 중간층(1400)을 포함한다.
상기 제1 광학층(1200)은 상기 베이스 기재(1100)의 일 면 상에 형성되고, 제1 나노 복합체들(CX1)을 포함한다. 상기 제1 광학층(1200)은 도 5a에서 설명한 것과 실질적으로 동일하므로 중복되는 상세한 설명은 생략한다.
상기 제2 광학층(1302)은 상기 제1 광학층(1200)이 형성된 상기 베이스 기재(110)의 일 면과 대향하는 타면 상에 형성되고, 제2 나노 복합체들(CX2)을 포함한다. 상기 제2 광학층(1302)은 그 표면이 평면(flat surface)인 것을 제외하고는 도 5b에서 설명한 것과 실질적으로 동일하므로 중복되는 상세한 설명은 생략한다. 다만, 상기 제2 광학층(1302)은 표면이 평면인 것으로 도시되어 있으나, 도 5b에서 설명한 것과 실질적으로 동일하게 광확산 패턴(1310)을 더 포함할 수 있다.
상기 중간층(1400)은 상기 제1 및 제2 광학층들(1200, 1302) 사이에 배치되고, 제3 나노 복합체들(CX3)을 포함한다. 상기 중간층(1400)은 상기 베이스 기재(1100)와 상기 제2 광학층(1302) 사이에 배치될 수 있다.
상기 제3 나노 복합체들(CX3)은 제3 왁스 입자 및 상기 제3 왁스 입자 내부에 배치된 적어도 1개의 나노 발광체를 포함한다. 상기 제3 나노 복합체들(CX3)은 도 1a 내지 도 1c 및 도 3a 내지 도 3c에서 설명한 나노 복합체의 구조들 중 어느 하나를 가질 수 있다. 동시에, 상기 제3 나노 복합체들(CX3)은 청색 나노 복합체, 녹색 나노 복합체 및 적색 나노 복합체 중 적어도 1종을 포함할 수 있다. 이와 달리, 상기 제3 나노 복합체들(CX3)은 다색 나노 복합체들을 포함할 수 있다.
한편, 상기 제3 나노 복합체들(CX3)은 상기 제1 및 제2 나노 복합체들(CX1, CX2)이 갖는 발광 피크와 다른 파장대에서 발광 피크를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 나노 복합체들(CX1)은 청색 나노 복합체들로 구성되고, 상기 제2 나노 복합체들(CX2)은 적색 나노 복합체들로 구성되며, 상기 제3 나노 복합체들(CX3)은 녹색 나노 복합체들로 구성될 수 있다. 이때, 상기 제3 나노 복합체들(CX3)은 녹색 나노 복합체들 및 적색 나노 복합체들을 포함할 수 있다.
도 5d를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 확산 시트(1004)는 베이스 기재(1100), 제1 광학층(1200), 제2 광학층(1302) 및 중간층(1402)을 포함한다.
상기 제1 광학층(1200)은 상기 베이스 기재(1100)의 일 면 상에 형성되고, 제1 나노 복합체들(CX1)을 포함한다. 상기 베이스 기재(1100) 및 상기 제1 광학층(1200)은 도 5a에서 설명한 것과 실질적으로 동일하므로 중복되는 상세한 설명은 생략한다.
상기 제2 광학층(1302)은 상기 베이스 기재(1100)의 일 면과 대향하는 타면 상에 형성되고, 제2 나노 복합체들(CX2)을 포함한다. 상기 제2 광학층(1302)은 상기 베이스 기재(1100) 상에 직접 형성되는 것을 제외하고는 도 5c에서 설명한 것과 실질적으로 동일하므로 중복되는 상세한 설명은 생략한다.
상기 중간층(1402)은 상기 베이스 기재(1100)와 상기 제1 광학층(1200) 사이에 형성된다. 상기 중간층(1402)은 제3 나노 복합체들(CX3)을 포함한다. 상기 중간층(1402)은 배치된 위치를 제외하고는 도 5c에서 설명한 중간층(1400)과 실질적으로 동일하므로 중복되는 상세한 설명은 생략한다.
일례로, 상기 제1 나노 복합체들(CX1)은 청색 나노 복합체들로 구성되고, 상기 제2 나노 복합체들(CX2)은 적색 나노 복합체들로 구성되고, 상기 제3 나노 복합체들(CX3)은 녹색 나노 복합체들로 구성될 수 있다. 이때, 상기 제1 내지 제3 나노 복합체들(CX1, CX2, CX3) 각각은, 나노 복합체를 구성하는 주요 나노 복합체들 외에, 청색, 적색 및 녹색 나노 복합체들 중 어느 하나를 더 포함할 수 있다.
도 5d에서는 상기 제2 광학층(1302)의 표면이 평면인 경우를 도시하여 설명하였으나, 상기 제2 광학층(1302)은 도 5b에서 설명한 광확산 패턴(1310)을 더 포함할 수 있다.
도 5e를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 확산 시트(1005)는 베이스 기재(1100), 제1 광학층(1202) 및 광확산층(1500)을 포함한다.
상기 제1 광학층(1202)은 상기 베이스 기재(1100)의 일 면 상에 형성되고, 제1 나노 복합체들(CX1)을 포함한다. 상기 제1 광학층(1202)은 표면이 평면(flat surface)인 것을 제외하고는 도 5a에서 설명한 제1 광학층(1200)과 실질적으로 동일하므로 중복되는 상세한 설명은 생략한다.
상기 광확산층(1500)은 상기 제1 광학층(1202)이 형성된 상기 베이스 기재(1100)의 일 면과 대향하는 타면 상에 형성된다. 상기 광확산층(1500)은 그 표면에 형성된 광확산 패턴(1510)을 포함한다. 상기 광확산 패턴(1510)은 도 4c에서 설명한 연속 패턴(520a)과 실질적으로 동일한 패턴일 수 있다. 이와 달리, 상기 광확산 패턴(1510)은 도 4e에서 설명한 불연속 볼록 패턴(520b) 및 도 4f에서 설명한 불연속 오목 패턴(520c) 중 어느 하나일 수 있다. 상기 광확산층(1500)은 나노 복합체를 포함하지 않고 단순히 광을 확산시키는 기능을 수행한다.
도 5e에서는, 상기 제1 광학층(1202)의 표면이 평면인 것을 도시하여 설명하였으나, 상기 제1 광학층(1202)의 표면에도 도 4c, 도 4e 내지 도 4g에서 설명한 광학 패턴이 형성될 수 있다.
도 5f를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 확산 시트(1006)는 베이스 기재(1100), 제1 광학층(1204) 및 광확산층(1500)을 포함한다.
상기 제1 광학층(1204)은 상기 베이스 기재(1100) 및 상기 광확산층(1500) 사이에 배치된 것을 제외하고는 도 5e에서 설명한 제1 광학층(1202)과 실질적으로 동일하다. 따라서, 중복되는 상세한 설명은 생략한다.
상기 광확산층(1500)은 상기 제1 광학층(1204) 상에 형성된다. 상기 광확산층(1500)은 나노 복합체를 포함하지 않고 단순히 광을 확산시키는 기능을 수행하는 층으로서, 도 5e에서 설명한 것과 실질적으로 동일하므로 중복되는 상세한 설명은 생략한다.
도 5g를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 확산 시트(1007)는 베이스 기재(1100), 제1 광학층(1204), 제2 광학층(1302) 및 광확산층(1500)을 포함한다.
상기 제1 광학층(1204)은 상기 베이스 기재(1100)의 일 면 상에 배치되고, 제1 나노 복합체들(CX1)을 포함한다. 상기 광확산층(1500)은 상기 제1 광학층(1204) 상에 형성되고, 광확산 패턴(1510)을 포함한다. 상기 광확산층(1500)은 나노 복합체 없이 단순히 광을 확산시키는 기능을 수행하는 층이다. 상기 제1 광학층(1204) 및 상기 광확산층(1500)은 도 5f에서 설명한 것과 실질적으로 동일하다. 따라서, 중복되는 상세한 설명은 생략한다.
상기 제2 광학층(1302)은 상기 제1 광학층(1204)이 형성된 상기 베이스 기재(1100)의 일 면과 대향하는 타면 상에 배치되고, 제2 나노 복합체들(CX2)을 포함한다. 상기 제2 광학층(1302)은 도 5d에서 설명한 것과 실질적으로 동일하다. 따라서, 중복되는 상세한 설명은 생략한다.
도 5h를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 확산 시트(1008)는 베이스 기재(1100), 제1 광학층(1204), 제2 광학층(1302), 제1 광확산층(1500) 및 제2 광확산층(1600)을 포함한다.
상기 제2 광확산층(1600)을 더 포함하는 것을 제외하고는, 상기 확산 시트(1008)는 도 5g에서 설명한 확산 시트(1007)와 실질적으로 동일하므로 중복되는 상세한 설명은 생략한다. 도 5h의 상기 제1 광확산층(1500)은 도 5g의 광확산층과 동일한 층으로서, 광의 확산 기능을 수행하는 층이다.
상기 제2 광확산층(1600)은 상기 제1 광확산층(1500)과 대향하도록 상기 제2 광학층(1302) 상에 형성된다. 상기 제2 광확산층(1600)은 그 표면에 형성된 광확산 패턴(1610)을 포함하고, 나노 복합체 없이 단순히 광을 확산시키는 기능을 수행하는 층이다. 상기 광확산 패턴(1610)은 도 4c, 도 4e 내지 도 4g에서 설명한 광학 패턴 중 어느 하나일 수 있다.
도 5i를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 확산 시트(1009)는 베이스 기재(1100), 제1 광학층(1200) 및 집광층(1700)을 포함한다.
상기 제1 광학층(1200)은 상기 베이스 기재(1100)의 일 면 상에 형성된다. 상기 제1 광학층(1200)은 그 표면에 형성된 광확산 패턴(1210)을 포함하고 도 5a에서 설명한 것과 실질적으로 동일하므로 중복되는 상세한 설명은 생략한다.
상기 집광층(1700)은 상기 제1 광학층(1200)과 대향하여 상기 일 면과 대향하는 타면 상에 형성된다. 상기 집광층(1700)은 그 표면에 형성된 집광 패턴(1710)을 포함한다. 상기 집광 패턴(1710)은 도 4g에서 설명한 광학 패턴과 실질적으로 동일하므로 중복되는 상세한 설명은 생략한다.
도 5a 내지 도 5i를 참조하여 설명한 바와 같이, 도 1a 내지 도 1c 및 도 3a 내지 도 3c에서 설명한 나노 복합체를 확산 시트에 다양하게 적용할 수 있다. 본 발명에 따른 확산 시트는 상기 나노 복합체를 이용함으로써, 광원이 제공하는 광을 변환하여 표시 패널로 제공할 수 있으므로 표시 장치의 색순도 및 색재현성을 향상시킬 수 있다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명에 따른 집광 시트의 실시예들을 설명하기 위한 도면들이다.
도 6a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 집광 시트(2001)는 베이스 기재(2100), 집광층(2200) 및 제1 광학층(2300)을 포함한다.
상기 베이스 기재(2100)는 투명 재료로 형성된다. 상기 투명 재료는 도 5a에서 설명한 확산 시트(1001)의 베이스 기재(1100)를 형성하는 투명 재료와 실질적으로 동일하다. 따라서, 중복되는 상세한 설명은 생략한다.
상기 집광층(2200)은 상기 베이스 기재(2100)의 일 면 상에 형성된다. 상기 집광층(2200)은 그 표면에 형성된 집광 패턴(2210)을 포함한다. 상기 집광 패턴(2210)은 도 4g에서 설명한 광학 패턴과 실질적으로 동일할 수 있다. 상기 집광 패턴(2210)은 상기 베이스 기재(2100)로부터 입사되는 광을 수직 방향으로 굴절시킬 수 있는 단면 형상을 갖도록 형성된다. 상기 단면 형상은 도 4g에서 설명한 형상과 동일하므로 중복되는 상세한 설명은 생략한다.
상기 제1 광학층(2300)은 상기 집광층(2200)과 마주하여 상기 일 면과 대향하는 타면 상에 형성된다. 상기 제1 광학층(2300)은 제1 나노 복합체들(CX1)을 포함한다. 상기 제1 나노 복합체들(CX1) 각각은 제1 왁스 입자 및 상기 제1 왁스 입자 내부에 배치된 적어도 1개의 제1 나노 발광체를 포함한다. 상기 제1 나노 복합체들(CX1) 각각은 도 1a 내지 도 1c 및 도 3a 내지 도 3c에서 설명한 나노 복합체의 구조 중 어느 하나의 구조를 가질 수 있다. 동시에, 상기 제1 나노 복합체들(CX1)은 청색, 녹색 및 적색 나노 복합체들 중에서 선택된 적어도 1종을 포함할 수 있다. 이와 달리, 상기 제1 나노 복합체들(CX1)은 다색 나노 복합체들로 구성될 수 있다.
상기 제1 광학층(2300)은 표면에 형성된 광학 패턴을 포함할 수 있다. 상기 광학 패턴은 도 4c 내지 도 4f에서 설명한 구조 중 어느 하나일 수 있다. 따라서 중복되는 상세한 설명은 생략한다.
도면으로 도시하지 않았으나, 상기 집광 시트(2001)는 상기 제1 광학층(2300)과 상기 베이스 기재(2100) 사이에 배치되거나, 상기 집광층(2200)과 상기 베이스 기재(2100) 사이에 배치된 제2 광학층을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 제2 광학층은 제2 왁스 입자 및 상기 제2 왁스 입자 내부에 배치된 적어도 1개의 제2 나노 발광체를 포함하는 제2 나노 복합체를 포함할 수 있다.
도 6b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 집광 시트(2002)는 베이스 기재(2100), 제1 광학층(2300) 및 집광층(2200)을 포함한다.
상기 집광 시트(2002)는 상기 제1 광학층(2300)이 상기 베이스 기재(2100)와 상기 집광층(2200) 사이에 배치된 것을 제외하고는 도 6a에서 설명한 집광 시트(2001)와 실질적으로 동일하다. 따라서, 중복되는 상세한 설명은 생략한다.
도면으로 도시하지 않았으나, 상기 집광 시트(2002)는 상기 제1 광학층(2300)과 상기 베이스 기재(2100) 사이에 배치된 제2 광학층을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 제2 광학층은 제2 나노 복합체를 포함할 수 있다.
도 6c를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 집광 시트(2003)는 베이스 기재(2100) 및 집광층(2202)을 포함한다.
상기 집광층(2202)은 상기 베이스 기재(2100)의 일 면 상에 형성되고, 제1 나노 복합체들(CX1)을 포함한다. 상기 집광층(2202)은 그 표면에 집광 패턴(2210)이 형성된다. 상기 제1 나노 복합체들(CX1)은 도 6a에서 설명한 것과 실질적으로 동일하므로 중복되는 상세한 설명은 생략한다.
도면으로 도시하지 않았으나, 상기 집광 시트(2003)는 상기 집광층(2202)이 형성된 일 면과 대향하는 타면 상에 형성되거나, 상기 베이스 기재(2100)와 상기 집광층(2202) 사이에 형성된 광학층을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 광학층은 제2 나노 복합체를 포함할 수 있다.
도 6d를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 집광 시트(2004)는 베이스 기재(2100), 제1 나노 복합체들(CX1)이 분산된 집광층(2202) 및 제1 광학층(2400)을 포함한다.
상기 집광 시트(2004)는 상기 제1 광학층(2400)을 더 포함하는 것을 제외하고는 도 6c에서 설명한 집광 시트(2003)와 실질적으로 동일하다. 따라서, 중복되는 상세한 설명은 생략한다.
상기 제1 광학층(2400)은 상기 집광층(2202)이 형성된 상기 베이스 기재(2100)의 일 면과 대향하는 타면 상에 형성된다. 상기 제1 광학층(2400)은 그 표면에 형성된 광확산 패턴(2410)을 포함한다. 상기 광확산 패턴(2410)은 도 4c에서 설명한 연속 패턴(520a)과 실질적으로 동일하므로 중복되는 상세한 설명은 생략한다. 이와 달리, 상기 광확산 패턴(2410)은 도 4e 및 도 4f에서 설명한 광학 패턴과 동일한 패턴일 수 있다.
도면으로 도시하지 않았으나, 상기 집광 시트(2004)는 상기 베이스 기재(2100)와 상기 제1 광학층(2400) 사이에 형성된 제2 광학층을 더 포함할 수 있다. 상기 제2 광학층은 제2 나노 복합체를 포함할 수 있다.
도 6a 내지 도 6d를 참조하여 설명한 바와 같이, 도 1a 내지 도 1c 및 도 3a 내지 도 3c에서 설명한 나노 복합체를 집광 시트에 다양하게 적용할 수 있다. 본 발명에 따른 집광 시트는 상기 나노 복합체를 이용함으로써, 광원이 제공하는 광을 변환하여 표시 패널로 제공할 수 있으므로 표시 장치가 표시하는 컬러의 색순도 및 색재현성을 향상시킬 수 있다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명에 따른 도광판의 실시예들을 설명하기 위한 도면들이다.
도 7a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 도광판(3001)은 베이스 기재(3100), 출광 패턴(3200) 및 제1 광학층(3300)을 포함한다.
상기 베이스 기재(3100)는 투명 재료로 형성된다. 상기 투명 재료의 예로서는, 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate, PMMA) 수지, 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC) 수지 등을 들 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 출광 패턴(3200)은 상기 베이스 기재(3100)의 일 면에 형성된다. 상기 베이스 기재(3100)에서, 상기 출광 패턴(3200)이 형성된 면이 상기 도광판(3001)의 반사부가 된다. 상기 도광판(3001)에서, 광원과 마주하는 측을 상기 도광판(3001)의 입광부라고 할 때, 광원에서 출사되어 상기 입광부를 통해 상기 베이스 기재(3100)로 가이드된 광은 상기 반사부에서 반사된 후 상기 반사부와 대향하는 출광부를 통해 외부로 출사될 수 있다. 상기 출광 패턴(3200)은 볼록 패턴, 오목 패턴 등 다양한 형상을 가질 수 있고, 상기 베이스 기재(3100)의 일 면에 추가적으로 형성되는 패턴일 수 있다. 이와 달리, 상기 출광 패턴(3200)은 상기 베이스 기재(3100)의 일 면이 부분적으로 패터닝되어 형성되는 패턴일 수 있다.
상기 제1 광학층(3300)은 상기 일 면과 대향하는 타면 상에 형성된다. 즉, 상기 제1 광학층(3300)이 형성된 측이 상기 도광판(3001)의 출광부가 될 수 있다. 상기 제1 광학층(3300)은 제1 나노 복합체들(CX1)을 포함한다. 상기 제1 나노 복합체들(CX1)은 도 1a 내지 도 1c 및 도 3a 내지 도 3c에서 설명한 나노 복합체의 구조들 중 어느 하나의 구조를 가질 수 있다. 동시에, 상기 제1 나노 복합체들(CX1)은 청색, 녹색 및 적색 나노 복합체들 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 이와 달리, 상기 제1 나노 복합체들(CX1)은 다색 나노 복합체를 포함할 수 있다. 도면으로 도시하지 않았으나, 상기 제1 광학층(3300)은 상기 출광 패턴(3200)과 실질적으로 동일한 패턴을 포함할 수 있다.
도 7a에서는 상기 베이스 기재(3100)의 일 면에 상기 제1 광학층(3300)만이 형성된 것을 도시하고 설명하였으나, 상기 베이스 기재(3100)와 상기 제1 광학층(3300) 사이에는 제2 나노 복합체를 포함하는 제2 광학층이 형성될 수 있다. 이와 달리, 상기 제2 광학층은 상기 출광 패턴(3200)과 상기 베이스 기재(3100) 사이에 형성될 수도 있다.
도 7b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 도광판(3002)은 베이스 기재(3100), 출광 패턴(3210) 및 제1 나노 복합체(CX1)가 분산된 제1 광학층(3300)을 포함한다.
상기 도광판(3002)은 상기 출광 패턴(3210)이 제2 나노 복합체(CX2)를 포함하는 것을 제외하고는 도 7a에서 설명한 도광판(3001)과 실질적으로 동일하다. 따라서, 중복되는 상세한 설명은 생략한다. 도면으로 도시하지 않았으나, 상기 제1 광학층(3300)은 도 7a에서 설명한 출광 패턴과 실질적으로 동일한 패턴을 더 포함할 수 있다.
상기 출광 패턴(3210)은 상기 제2 나노 복합체(CX2)를 포함한다. 상기 제2 나노 복합체(CX2)는 제2 왁스 입자 및 상기 제2 왁스 입자 내부에 배치된 적어도 1개의 제2 나노 발광체를 포함한다.
상기 제2 나노 복합체(CX2)는 도 1a 내지 도 1c 및 도 3a 내지 도 3c에서 설명한 나노 복합체의 구조들 중 어느 하나의 구조를 가질 수 있다. 동시에, 상기 제2 나노 복합체(CX2)는 청색, 녹색 및 적색 나노 복합체들 중 적어도 1종을 포함할 수 있고, 다색 나노 복합체들로 이루어질 수 있다. 상기 제2 나노 복합체(CX2)는 상기 제1 나노 복합체(CX1)가 갖는 발광 피크와 다른 발광 피크를 가질 수 있다. 일례로, 상기 제2 나노 복합체(CX2)는 녹색 나노 복합체로 이루어지고, 상기 제1 나노 복합체(CX1)는 적색 나노 복합체로 이루어질 수 있다.
도면으로 도시하지 않았으나, 상기 도광판(3002)은 상기 제1 광학층(3300)과 상기 베이스 기재(3100) 사이에 배치된 제2 광학층을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 제2 광학층은 상기 제1 및 제2 나노 복합체들(CX1, CX2)과 다른 제3 나노 복합체를 포함할 수 있다. 상기 제3 나노 복합체는 제3 왁스 입자 및 상기 제3 왁스 입자 내부에 배치된 적어도 1개의 제3 나노 발광체를 포함한다.
도 7c를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도광판(3003)은 베이스 기재(3100) 및 출광 패턴(3200)을 포함한다.
상기 출광 패턴(3200)은 도 7a에서 설명한 것과 실질적으로 동일하고, 상기 베이스 기재(3100)는 제1 나노 복합체(CX1)를 포함한다. 상기 제1 나노 복합체(CX1)는 도 7a에서 설명한 것과 실질적으로 동일하다.
도면으로 도시하지 않았으나, 상기 출광 패턴(3200)이 형성된 상기 베이스 기재(3100)의 일 면과 대향하는 타면 상에 제2 나노 복합체를 포함하는 광학층이 형성될 수 있다. 이와 달리, 상기 광학층은 상기 베이스 기재(3100)와 상기 출광 패턴(3200) 사이에 형성될 수 있다.
도 7a 내지 도 7c를 참조하여 설명한 바와 같이, 도 1a 내지 도 1c 및 도 3a 내지 도 3c에서 설명한 나노 복합체를 도광판에 다양하게 적용할 수 있다. 본 발명에 따른 도광판은 상기 나노 복합체를 이용함으로써, 광원이 제공하는 광을 변환하여 표시 패널로 제공할 수 있으므로 표시 장치의 색순도 및 색재현성을 향상시킬 수 있다.
백라이트 유닛
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛을 설명하기 위한 도면들이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛(5001)은 광원(5100), 도광판(5200), 반사판(5300), 확산시트(5400), 제1 집광시트(5510) 및 제2 집광시트(5520)를 포함한다.
상기 광원(5100)으로는 백색광 발광 모듈 또는 청색광 발광 모듈이 사용될 수 있다.
상기 백색광 발광 모듈은 청색광을 생성하는 청색 발광칩과, 상기 청색 발광칩을 커버하는 광전환층을 포함할 수 있다. 즉, 상기 광전환층이 상기 청색 발광칩이 생성하는 청색광을 흡수 및/또는 변환시키게 되므로 상기 백색광 발광 모듈은 최종적으로는 백색광을 나타낼 수 있게 된다. 상기 광전환층은 YAG(Yttrium aluminum garnet) 등을 포함하는 형광체 또는 양자점 등을 포함하는 나노 발광체를 포함할 수 있다. 상기 나노 발광체는 녹색 양자점이 이용될 수 있다. 이와 달리, 상기 광전환층은 도 1a 내지 도 1c 및 도 3a 내지 도 3c에서 설명한 나노 복합체를 포함할 수 있다.
상기 청색광 발광 모듈은 청색광을 생성하는 청색 발광칩을 포함한다. 즉, 관찰자는 상기 청색광 발광 모듈의 상기 청색 발광칩에서 발광된 청색광을 그대로 시인할 수 있다.
상기 도광판(5200)은 상기 광원(5100)에 인접하게 배치되고, 상기 광원(5100)에서 생성된 광은 상기 도광판(5200)으로 입사되며, 상기 도광판(5200)에서 출사된 광은 확산 시트(5400)로 입사될 수 있다. 상기 도광판(5200)은 도 7a 내지 도 7c에서 설명한 본 발명에 따른 도광판(3001, 3002, 3003) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 반사판(5300)은 상기 도광판(5200) 하부, 즉 상기 도광판(5200)의 반사부와 마주하도록 배치되고, 상기 도광판(5200)의 반사부를 통해 누설되는 광을 상기 도광판(5200) 측으로 다시 반사시킴으로써 광의 이용 효율을 높여준다.
상기 확산 시트(5400)는 상기 도광판(5200) 상에 배치되고, 상기 도광판(5200)에서 출사된 광을 확산시킬 수 있다. 상기 확산시트(5400)는 도 5a 내지 도 5i에서 설명한 확산 시트들(1001~1009) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 집광시트(5510)는 상기 확산시트(5400) 상부에 배치되고, 상기 제1 집광시트(5510)의 상면에는 도 4g에서 설명한 복수의 돌출부를 포함하는 집광 패턴이 형성된다. 상기 제2 집광시트(5520)는 상기 제1 집광시트(5510) 상부에 배치되며, 상기 제2 집광시트(5520)의 상면에는 상기 제1 집광시트(5510)에 형성된 돌출부와 실질적으로 동일한 형상을 갖는 복수의 돌출부가 형성된다. 상기 제1 집광시트(5510)에 형성된 돌출부의 길이 방향과 상기 제2 집광시트(5520)에 형성된 돌출부의 길이 방향은 소정의 각도로 교차될 수 있다. 이 경우 상기 돌출부들의 길이방향이 교차되는 각도는 약 90ㅀ일 수 있다. 상기 제1 및 제2 집광 시트들(5510, 5520)중 적어도 하나는, 도 6a 내지 도 6d에서 설명한 집광 시트들(2001~2004) 중에서 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.
일례로, 상기 광원(5100)으로 상기 백색광 발광 모듈을 사용하는 경우, 상기 도광판(5200), 상기 확산시트(5400), 상기 제1 및 제2 집광 시트들(5510, 5520) 중 적어도 하나는 녹색 나노 복합체 및/또는 적색 나노 복합체를 포함할 수 있다. 상기 백색광 발광 모듈에서 생성되는 광의 색순도가 낮더라도, 상기 도광판(5200), 상기 확산시트(5400), 상기 제1 및 제2 집광시트들(5510, 5520) 중 적어도 하나에 녹색 나노 복합체 및/또는 적색 나노 복합체를 적용하여 상기 백라이트 유닛(5001)이 제공하는 백색광의 색순도를 향상시킬 수 있다.
한편, 색순도가 높은 백색광을 제공하는 백색광 발광 모듈을 이용하더라도 상기 도광판(5200), 상기 확산시트(5400), 상기 제1 및 제2 집광시트들(5510, 5520), 특히 도광판(5200)을 경유하면서 광원이 배치된 측인 입광부에서 출사되는 광과 상기 입광부와 마주하는 반대측인 대광부에서 출사되는 광 사이에는 색좌표 편차가 생긴다. 상기 색좌표 편차는 광이 입광부에서 대광부로 가이드되는 동안 특정 파장의 광이 상대적으로 많이 산란이 되기 때문에 생기는 것으로서, 관찰자는 상기와 같은 색좌표의 편차를 상기 대광부에서의 옐로위쉬(yellowish) 문제로 인식하게 된다. 뿐만 아니라, 상기 확산시트(5400), 상기 제1 및 제2 집광시트들(5510, 5520)을 형성하는 재료의 특성에 의해서도 상기 표시 장치의 색순도 및 색좌표 균일도가 저하되는 문제점이 발생할 수 있다. 상기에서 설명한 문제점들은, 상기 도광판(5200), 상기 확산시트(5400) 및 상기 집광시트들(5510, 5520) 중 적어도 하나에 청색 나노 복합체를 적용함으로써 해결할 수 있다.
다른 예로서, 상기 광원(5100)으로 상기 청색광 발광 모듈을 이용하는 경우, 상기 도광판(5200), 상기 확산시트(5400), 상기 제1 및 제2 집광시트들(5510, 5520) 중 하나 이상은 녹색 나노 복합체 및 적색 나노 복합체를 포함할 수 있다. 즉, 상기 광원(5100)이 청색광을 생성하더라도, 녹색 나노 복합체 및 적색 나노 복합체가 녹색광 및 적색광을 생성하므로 관찰자는 상기 백라이트 유닛(5001)을 통과한 광을 백색광으로 인식할 수 있다.
또 다른 예로서, 상기 광원(5100)으로 자외선 발광 모듈을 이용하는 경우, 상기 도광판(5200), 상기 확산시트(5400), 제1 및 제2 집광시트들(5510, 5520) 중 적어도 어느 하나는, 녹색 나노 복합체, 적색 나노 복합체 및 청색 나노 복합체를 포함한다. 이때, 어느 하나의 광학 시트가 녹색, 적색 및 청색 나노 복합체들을 모두 포함할 수도 있다. 이와 달리, 상기 확산 시트(5400)가 청색 나노 복합체를 포함하고, 상기 제1 집광 시트(5510)는 녹색 나노 복합체를 포함하며, 제2 집광 시트(5520)는 적색 나노 복합체를 포함할 수 있다. 또는, 상기 광학 시트들 중 어느 하나가 녹색, 적색 및 청색 나노 복합체들 중에서 2종의 나노 복합체를 포함하고, 다른 하나의 광학 시트가 1종의 나노 복합체를 포함할 수 있다. 일례로, 상기 확산 시트(5400)가 청색 나노 복합체를 포함하고, 상기 제1 집광 시트(5510)가 녹색 및 적색 나노 복합체를 포함할 수 있다. 상기 도광판(5200), 상기 확산시트(5400), 제1 및 제2 집광시트들(5510, 5520)에 적용된 녹색, 적색 및 청색 나노 복합체들이 상기 자외선 발광 모듈이 생성하는 광을 흡수하여 녹색광, 적색광 및 청색광을 생성함으로써 상기 백라이트 유닛(5001)은 백색광을 표시 패널로 제공할 수 있다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 백라이트 유닛(5002)은 광원(5100), 도광판(5200), 반사판(5300), 광학 시트(5600), 확산시트(5400), 제1 집광시트(5510) 및 제2 집광시트(5520)를 포함한다. 상기 백라이트 유닛(5002)은 광학 시트(5600)를 더 포함하는 것을 제외하고는 도 8에서 설명한 백라이트 유닛(5001)과 실질적으로 동일하므로 중복되는 상세한 설명은 생략한다.
상기 광학 시트(5600)는 나노 복합체를 포함하는 시트로서, 상기 도광판(5200), 확산시트(5400), 제1 집광시트(5510) 및 제2 집광시트(5520)와 독립하게 상기 백라이트 유닛(5002)에 포함된다. 이때, 도광판(5200), 확산시트(5400), 제1 집광시트(5510) 및 제2 집광시트(5520)는 해당 기술분야에서 통상적으로 이용되는 것들을 이용할 수 있다. 즉, 도 1a 내지 도 1c 및 도 3a 내지 도 3c에서 설명한 나노 복합체를 포함하는 광학 시트(5600)만을 상기 백라이트 유닛(5002)에 삽입함으로써 표시 장치의 색재현 영역을 넓혀 색재현성을 향상시킬 수 있다.
상기에서 설명한 바에 따르면, 상기 도광판(5200), 확산시트(5400), 제1 집광시트(5510) 및 제2 집광시트(5520) 중 적어도 어느 하나의 광학 시트나, 이들과 독립적인 별개의 광학 시트에 도 1a 내지 도 1c 및 도 3a 내지 도 3c에서 설명한 나노 복합체를 적용함으로써 상기 백라이트 유닛(5001, 5002)은 표시 패널의 컬러 필터로 높은 색순도를 갖는 광을 제공할 수 있고, 표시 장치의 색재현 영역을 넓혀 색재현성을 향상시킬 수 있다.
이하에서는, 실시예들 및 비교예들에 따른 광학 시트들 및 이를 포함하는 백라이트 유닛 및 표시 장치의 색좌표 및 색재현 영역 평가를 통해서 본 발명의 효과를 설명하기로 한다.
백라이트 유닛의 제조 (실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 7)
[실시예 1]
약 444nm에서 발광 피크를 나타내는 청색광 발광 모듈을 광원으로 사용하고, 도광판, 확산시트, 제1 집광 시트 및 제2 집광시트를 하기와 같은 방법으로 제조하여 준비하였다.
(1) 도광판의 제조
메틸메타크릴레이트 중합체 100 중량부에 대해서, 벤조트리아졸계 자외선 흡수제(상품명: Tinuvin-329, BASF사, 독일) 0.5 중량부 및 힌더드 아민계 광안정제(상품명: Tinuvin-770, BASF사, 독일) 0.5 중량부를 혼합한 후, 압출기(내경: 27 mm, L/D: 40, Leistritz. Co.)를 이용하여 펠렛 형태의 수지를 제조하였고, 이를 시트 압출기를 이용하여 압출하여 약 0.4 mm 두께의 도광판을 제조하였다.
(2) 확산 시트의 제조
먼저, 톨루엔 1 ml에 왁스계 화합물로서 산화 고밀도 폴리에틸렌 왁스(Oxidized HDPE Wax)로서 산가(Acid value)가 약 30 mg KOH/g인 왁스(상품명: Licowax PED 136 왁스, Clariant사, 스위스)를 20 mg을 혼합한 후, 약 150℃로 온도를 상승시킴으로써 상기 왁스계 화합물을 용해시켜 왁스 용액을 제조하였다. 톨루엔 1ml에 약 20 mg의 CdSe계의 적색 나노 발광체(상품명: Nanodot-HE-610, QD solution사, 한국)가 분산된 용액을, 상기 왁스 용액에 첨가하여 혼합한 후, 상온으로 냉각시키고, BASF사(회사명, 독일)에서 구입한 우레탄아크릴레이트 및 BASF사에서 구입한 광개시제(diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide, TPO)와 혼합하였다. 상기 광개시제는 우레탄아크릴레이트 100 중량부에 대해 약 0.8 중량부 혼합하였다. 이후 증발기(Evaporator)를 이용하여 톨루엔을 제거하여 우레탄아크릴레이트, 적색 나노 복합체 및 광개시제가 혼합된 제1 코팅 조성물을 제조하였다. 상기 제1 코팅 조성물을 약 38 ㎛ 두께의 폴리에스테르 재질의 투명한 베이스 기재(상품명: XU42, 도레이사, 일본) 상에 코팅하고 경화시켜 그 표면에 도 4c에 도시된 형상을 갖는 광확산층을 형성하였다. 상기 광확산층의 평균 두께가 약 50 ㎛이었다.
이어서, 톨루엔 1ml에 약 20 mg의 CdSe계의 녹색 나노 발광체(상품명: Nanodot-HE-530, QD solution사, 한국)가 분산된 용액을 상기 적색 나노 복합체를 제조하는 공정에서 준비한 상기 왁스 용액에 첨가하여 혼합한 후, 상온으로 냉각시키고 우레탄아크릴레이트 및 광개시제와 혼합하였다. 이후 증발기를 이용하여 톨루엔을 제거하여 우레탄아크릴레이트, 광개시제 및 녹색 나노 복합체가 혼합된 제2 코팅 조성물을 제조하였다. 상기 제2 코팅 조성물을, 상기 광확산층이 형성된 베이스 기재의 반대면에 코팅하고 경화시켜 광학층을 형성하였다. 상기 광학층의 두께는 약 50 ㎛이었다.
이에 따라, 상기 베이스 기재, 상기 광확산층 및 상기 광학층을 포함하는 확산 시트를 제조하였다.
(3) 제1 및 제2 집광 시트들의 제조
비스(2,3-에피티오프로필)술파이드(bis(2,3-epithiopropyl)sulfide) 100 중량부에 대해서, 닛폰 공업사(회사명, 일본)에서 구입한 촉매(tetra-n-butylphosphoniumbromide) 0.07 중량부를 혼합하고 실온에서 교반하여 균일액을 제조하였다. 상기 균일액을 교반 및 탈포시킨 후 약 0.5 ㎛ 두께의 폴리테트라플루오로에틸렌 멤브레인(PTFE membrane)으로 여과시켜 베이스 재료를 제조하였으며, 이를 약 75 ㎛ 두께의 PET 필름 상에 도포한 후 성형롤로 가압하여 PET 필름 상에 높이가 약 25 ㎛인 집광 패턴을 제조하여, 제1 집광 시트를 제조하였다.
상기 제1 집광 시트를 제조하는 방법과 실질적으로 동일한 공정을 통해 제2 집광 시트를 제조하였다.
(4) 백라이트 유닛의 제조
상기와 같은 방법으로 제조된 도광판, 확산시트, 제1 집광 시트 및 제2 집광시트를 순차적으로 적층하고, 청색광 발광 모듈을 어셈블리하여 본 발명의 실시예 1에 따른 백라이트 유닛을 준비하였다.
[실시예 2]
약 444nm에서 발광 피크를 나타내는 청색광 발광칩 상에 니치아사(회사명, 일본)에서 구입한 YAG 형광체(YAG Phosphor)를 OE-6630 실리콘 레진(상품명, 다우코닝사, 미국)과 함께 도포한 후 경화하여 백색광 발광 모듈을 제조하였다.
광원으로서 상기 백색광 발광 모듈을 이용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 실질적으로 동일한 백라이트 유닛을 본 발명의 실시예 2에 따른 백라이트 유닛으로 준비하였다.
[실시예 3]
먼저, 실시예 1에서와 실질적으로 동일한 도광판을 준비하였다.
BASF사(회사명, 독일)에서 구입한 우레탄아크릴레이트 100 중량부에 대해, BASF사에서 구입한 광개시제(diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide, TPO) 약 0.7 중량부와 혼합하여, 약 38 ㎛ 두께의 폴리에스테르 재질의 투명한 베이스 기재(상품명: XU42, 도레이사, 일본) 상에 코팅하고 경화시켜 평균 두께가 약 50 ㎛이고 그 표면에 도 4c에 도시된 형상을 갖는 광확산층을 형성하여 확산 시트를 준비하였다.
실시예 1의 제1 집광 시트에서, 집광 패턴이 형성된 PET 필름의 일 면의 타면 상에, 실시예 1에서 설명한 녹색 나노 복합체를 포함하는 제2 코팅 조성물을 코팅하고 경화시켜 평균 두께가 약 5 ㎛이고 그 표면에 도 4d에 도시된 형상을 갖는 광학층을 형성하여, 실시예 3에 따른 제1 집광 시트를 준비하였다.
또한, 실시예 1의 제2 집광 시트에서, 집광 패턴이 형성된 PET 필름의 일 면과 대향하는 타면 상에 실시예 1에서 설명한 적색 나노 복합체를 포함하는 제1 코팅 조성물을 코팅하고 경화시켜 평균 두께가 약 5 ㎛이고 그 표면에 도 4d에 도시된 형상을 갖는 광학층을 형성하여, 실시예 3에 따른 제2 집광 시트를 준비하였다.
상기와 같이 준비된 도광판, 확산 시트, 제1 집광 시트 및 제2 집광 시트를, 약 444nm에서 발광 피크를 나타내는 청색광 발광 모듈과 어셈블리하여 본 발명의 실시예 3에 따른 백라이트 유닛을 준비하였다.
[실시예 4]
광원으로 실시예 2에서 설명한 백색광 발광 모듈을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 3과 실질적으로 동일한 백라이트 유닛을 본 발명의 실시예 4에 따른 백라이트 유닛으로 준비하였다.
[실시예 5]
먼저, 실시예 3에서의 확산 시트, 실시예 1에서의 제1 집광 시트 및 제2 집광 시트를 준비하였다.
또한, 실시예 1에서의 도광판의 일 면에, 실시예 1에서 설명한 녹색 나노 복합체를 포함하는 제2 코팅 조성물을 코팅하고 경화시켜 두께가 약 5 ㎛인 제1 광학층을 형성하였다. 이어서, 상기 제1 광학층 상에, 실시예 1에서 설명한 적색 나노 복합체를 포함하는 제1 코팅 조성물을 코팅하고 경화시켜 두께가 약 5 ㎛인 제2 광학층을 형성하였다. 이에 따라, 베이스 기재, 제1 및 제2 광학층들을 포함하는 본 발명의 실시예 5에 따른 도광판을 제조하였다.
상기에서 준비한 도광판, 확산 시트, 제1 및 제2 집광 시트들을, 약 444nm에서 발광 피크를 나타내는 청색광 발광 모듈과 어셈블리하여 본 발명의 실시예 5에 따른 백라이트 유닛을 준비하였다.
[실시예 6]
광원으로 백색광 발광 모듈을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 5와 동일한 백라이트 유닛을 본 발명의 실시예 6에 따른 백라이트 유닛으로 준비하였다.
[비교예 1]
광원으로 실시예 2에서 설명한 백색광 발광 모듈을 사용하고 실시예 3에 따른 백라이트 유닛에 포함된 확산 시트를 이용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 실질적으로 동일한 백라이트 유닛을 비교예 1에 따른 백라이트 유닛으로 준비하였다.
[비교예 2]
확산 시트에 적색 나노 복합체 대신 적색 나노 발광체(상품명: Nanodot-HE-610, QD solution사, 한국)를 이용하고 녹색 나노 복합체 대신 녹색 나노 발광체(상품명: Nanodot-HE-530, QD solution사, 한국)를 이용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 실질적으로 동일한 백라이트 유닛을 비교예 2에 따른 백라이트 유닛으로 준비하였다.
[비교예 3]
광원으로 백색광 발광 모듈을 사용한 것을 제외하고는, 비교예 2와 실질적으로 동일한 백라이트 유닛을 비교예 3에 따른 백라이트 유닛으로 준비하였다.
[비교예 4]
제1 집광 시트에 녹색 나노 복합체 대신 녹색 나노 발광체(상품명: Nanodot-HE-530, QD solution사, 한국)를 이용하고 제2 집광 시트에 적색 나노 복합체 대신 적색 나노 발광체(상품명: Nanodot-HE-610, QD solution사, 한국)를 이용한 것을 제외하고는, 실시예 3와 실질적을 동일한 백라이트 유닛을 비교예 4에 따른 백라이트 유닛으로 준비하였다.
[비교예 5]
광원으로 백색광 발광 모듈을 사용한 것을 제외하고는, 비교예 2와 실질적으로 동일한 백라이트 유닛을 비교예 5에 따른 백라이트 유닛으로 준비하였다.
[비교예 6]
도광판에 적색 나노 복합체 대신 적색 나노 발광체(상품명: Nanodot-HE-610, QD solution사, 한국)를 이용하고 녹색 나노 복합체 대신 녹색 나노 발광체(상품명: Nanodot-HE-530, QD solution사, 한국)를 이용한 것을 제외하고는, 실시예 5와 실질적으로 동일한 백라이트 유닛을 비교예 6에 따른 백라이트 유닛으로 준비하였다.
[비교예 7]
광원으로 백색광 발광 모듈을 사용한 것을 제외하고는, 비교예 6과 실질적으로 동일한 백라이트 유닛을 비교예 7에 따른 백라이트 유닛으로 준비하였다.
[실험 2]- 표시 장치의 색좌표 및 색재현 영역 평가
본 발명의 실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 7에 따른 백라이트 유닛 각각을 아이폰 4(상품명, 애플사, 미국)의 표시 패널과 어셈블리하여, 표시 장치 1 내지 6 및 비교 장치 1 내지 7을 준비하였다.
상기 표시 장치 1 내지 6 및 비교 장치 1 내지 7 각각에 대해서 분광복사기(spectroradiometer)로서 SR-3AR (제품명, TOPCON사, 일본)를 이용하여 색재현 영역(Color Gamut), 휘도 및 색좌표(적색, 녹색, 청색)를 측정하였다. 상기 적색, 녹색 및 청색 색좌표는 각각 아이폰 4의 표시 패널이 적색, 녹색 및 청색을 표시하도록 한 후, 상기 분광복사기가 나타내는 색좌표를 기록함으로써 얻었다. 그 결과를 하기 표 2에 나타낸다.
표 2에서, 적색, 녹색 및 청색 색좌표 각각은 CIE 1931 색좌표계를 기준으로 나타내고, 색역 비율은 NTSC(National Television Systems Committee) 기준의 색역 범위(이하, NTSC 색역 범위)에 대한 각 표시 장치 및 비교 장치에서의 RGB 색좌표를 이은 삼각형의 면적의 백분율이다.
| 구분 | 색역 비율 (%) | 휘도 (cd/m2) |
색좌표-적색 (CIE 1931) |
색좌표-녹색 (CIE 1931) |
색좌표-청색 (CIE 1931) |
| 표시 장치 1 | 89.2 | 350 | (0.660, 0.319) | (0.205, 0.705) | (0.160, 0.123) |
| 표시 장치 2 | 78.7 | 313 | (0.652, 0.330) | (0.210, 0.650) | (0.160, 0.123) |
| 표시 장치 3 | 80.4 | 340 | (0.648, 0.325) | (0.215, 0.667) | (0.160, 0.123) |
| 표시 장치 4 | 73.9 | 310 | (0.630, 0.340) | (0.220, 0.648) | (0.160, 0.123) |
| 표시 장치 5 | 84.5 | 330 | (0.648, 0.319) | (0.205, 0.689) | (0.160, 0.123) |
| 표시 장치 6 | 74.7 | 290 | (0.633, 0.342) | (0.224, 0.652) | (0.160, 0.123) |
| 비교 장치 1 | 51.3 | 314 | (0.611, 0.354) | (0.318, 0.564) | (0.160, 0.123) |
| 비교 장치 2 | 89.2 | 340 | (0.665, 0.323) | (0.230, 0.687) | (0.160, 0.123) |
| 비교 장치 3 | 76.9 | 305 | (0.657, 0.336) | (0.228, 0.642) | (0.160, 0.123) |
| 비교 장치 4 | 80.2 | 330 | (0.650, 0.334) | (0.219, 0.666) | (0.160, 0.123) |
| 비교 장치 5 | 74.0 | 300 | (0.635, 0.355) | (0.230, 0.650) | (0.160, 0.123) |
| 비교 장치 6 | 83.9 | 330 | (0.655, 0.319) | (0.230, 0.687) | (0.160, 0.123) |
| 비교 장치 7 | 75.5 | 285 | (0.648, 0.336) | (0.228, 0.642) | (0.160, 0.123) |
도 10은 비교예 1에 따른 백라이트 유닛을 포함하는 표시 장치의 색재현 영역을 설명하기 위한 이미지이고, 도 11a 내지 도 11f는 실시예 1 내지 6에 따른 백라이트 유닛을 포함하는 표시 장치들의 색재현 영역을 설명하기 위한 이미지들이다.
표 2, 도 10, 도 11a 내지 도 11f를 참조하면, 비교예 1에 따른 백라이트 유닛을 포함하는 비교 장치 1의 색재현 영역은 NTSC 색역 범위 대비 약 51.3%임에 반하여, 표시 장치 1 내지 6의 색재현 영역은 NTSC 색역 범위 대비 약 73.9% 내지 약 89.2%로서, 표시 장치 1 내지 6은 비교 장치 1에 비해 현저하게 넓은 색재현 영역을 갖는 것을 알 수 있다.
구체적으로, 비교 장치 1과, 표시 장치 1 내지 6을 비교하면, 청색 색좌표들은 실질적으로 유사한 수준이라고 볼 수 있으나, 표시 장치 1 내지 6의 적색 x 좌표가 비교 장치 1의 적색 x 좌표에 비해 큰 값을 가짐을 알 수 있다. 또한, 표시 장치 1 내지 6의 녹색 x 좌표는 비교 장치 1의 녹색 x 좌표에 비해 작은 값을 가지며, 표시 장치 1 내지 6의 녹색 y 좌표는 비교 장치 1의 녹색 y 좌표에 비해 큰 값을 가지는 것을 알 수 있다.
상기와 같은 결과를 참조하면, 표시 장치 1 내지 6의 적색 및 녹색 각각의 색순도가, 비교 장치 1에 비해서 상대적을 높은 것을 알 수 있다. 즉, 동일한 표시 패널을 이용하더라도 비교예 1에 따른 백라이트 유닛에 비해 실시예 1 내지 6에 따른 백라이트 유닛에 의해 표시 장치는 더욱 색순도가 높은 적색 및 녹색을 구현할 수 있고, 표시 장치가 구현할 수 있는 색영역이 넓어지는 것으로 볼 수 있다.
뿐만 아니라, 표시 장치 1 내지 6은 나노 발광체가 왁스 입자에 의해 피복된 구조를 갖는 나노 복합체가 분산되어 있음에도 불구하고, 비교 장치 1의 휘도와 실질적으로 동일한 수준이거나, 그보다 높은 휘도를 나타낼 수 있음을 알 수 있다.
한편, 표시 장치 1 내지 6은 나노 발광체들이 왁스 입자에 의해서 캡슐화된 구조를 갖는 나노 복합체를 포함하고 있음에도 불구하고, 적색 및 녹색의 색순도가 비교 장치 2 내지 7의 적색 및 녹색의 색순도와 실질적으로 동일한 수준으로 구현됨을 알 수 있다. 즉, 나노 발광체를 왁스 입자로 피복한다하더라도 왁스 입자가 나노 발광체의 양자 효율을 저하시키는 인자가 아님을 알 수 있다.
평판 시트 1, 2 및 비교 시트 1의 제조
[평판 시트 1의 제조]
톨루엔 1 ml에 왁스계 화합물로서 산화 고밀도 폴리에틸렌 왁스(Oxidized HDPE Wax)로서 산가(Acid value)가 약 30 mg KOH/g인 왁스(상품명: Licowax PED 136 왁스, Clariant사, 스위스)를 20 mg을 혼합한 후, 약 150℃로 온도를 상승시킴으로써 상기 왁스계 화합물을 용해시켜 왁스 용액을 제조하였다. 톨루엔 1ml에 약 20 mg의 CdSe계의 적색 나노 발광체(상품명: Nanodot-HE-610, QD solution사, 한국)가 분산된 용액을, 상기 왁스 용액과 혼합한 후 상온으로 냉각시켜 냉각 용액을 제조하였다.
상기 냉각 용액을, BASF사(회사명, 독일)에서 구입한 우레탄아크릴레이트 및 BASF사에서 구입한 광개시제(diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide, TPO)와 혼합한 후, 톨루엔을 제거하여 코팅 조성물을 제조하였다. 상기 광개시제는 우레탄아크릴레이트 100 중량부에 대해 약 0.8 중량부 혼합하였다.
상기 코팅 조성물을 두께가 약 38㎛인 폴리에스테르 재질의 투명한 베이스 기재(상품명: XU42, 도레이사, 일본) 상에 코팅하고 경화시켜, 두께가 약 50 ㎛인 광학층을 포함하는 평판 시트 1을 제조하였다.
[평판 시트 2의 제조]
톨루엔 1 ml에 왁스계 화합물 20 mg을 혼합한 후, 약 150℃로 온도를 상승시킴으로써 왁스계 화합물을 용해시켜 왁스 용액을 제조하였다. 상기 왁스 용액에, 톨루엔 1ml에 약 20 mg의 CdSe계의 적색 양자점(상품명: Nanodot-HE-606, QD solution사, 한국)이 분산된 용액을 혼합한 후, 상온으로 냉각시켜 톨루엔 1ml 당 약 10mg의 입자가 분산된 냉각 용액을 제조하였다. 이때, 상기 왁스계 화합물은, 산화 고밀도 폴리에틸렌 왁스(Oxidized HDPE Wax)로서 산가(Acid value)가 약 50 mg KOH/g인 왁스(상품명: Licowax PED 136 왁스, Clariant사, 스위스)를 사용하였다. 상기 냉각 용액을 에탄올 10ml와 TEOS(tetraethoxysilane, Sigma Aldrich사, 미국) 1ml이 혼합된 용액에 첨가한 후, 추가적으로 농도가 30%인 암모니아수를 2.5 ml 첨가하여 상기 입자들의 표면에 산화 실리콘을 형성함으로써 나노 복합체를 포함하는 나노 복합체 용액을 제조하였다.
상기 나노 복합체 용액에서 고속 원심 분리기를 이용하여 약 5,000 rpm에서 약 30분 동안 원심분리하여 상기 나노 복합체를 분리하였고, 에탄올과 증류수를 이용하여 세척한 후 증발기를 이용하여 에탄올과 증류수를 제거함으로써 파우더 상태의 나노 복합체를 제조한 후, 다시 톨루엔에 분산시켜 분산 용액을 제조하였다.
상기 분산 용액을, BASF사(회사명, 독일)에서 구입한 우레탄아크릴레이트 및 BASF사에서 구입한 광개시제(diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide, TPO)와 혼합한 후, 톨루엔을 제거하여 코팅 조성물을 제조하였다. 상기 광개시제는 우레탄아크릴레이트 100 중량부에 대해 약 0.8 중량부 혼합하였다.
상기 코팅 조성물을 두께가 약 38㎛인 폴리에스테르 재질의 투명한 베이스 기재(상품명: XU42, 도레이사, 일본) 상에 코팅하고 경화시켜, 두께가 약 50 ㎛인 광학층을 포함하는 평판 시트 2를 제조하였다.
[비교 시트 1의 제조]
톨루엔 1ml에 약 20 mg의 CdSe계의 적색 나노 발광체(상품명: Nanodot-HE-610, QD solution사, 한국)가 분산된 용액을 BASF사(회사명, 독일)에서 구입한 우레탄아크릴레이트 및 BASF사에서 구입한 광개시제(diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide, TPO)와 혼합한 후, 톨루엔을 제거하여 코팅 조성물을 제조하였다. 상기 광개시제는 우레탄아크릴레이트 100 중량부에 대해 약 0.8 중량부 혼합하였다.
상기 코팅 조성물을 두께가 약 38㎛인 폴리에스테르 재질의 투명한 베이스 기재(상품명: XU42, 도레이사, 일본) 상에 코팅하고 경화시켜 두께가 약 50 ㎛인 광학층을 포함하는 비교 시트 1을 제조하였다.
[실험 3]- 광 안정성 및 열/수분 안정성 평가
상기와 같이 제조된 평판 시트 1, 2 및 비교 시트 1 각각을, 절대양자효율측정기(상품명: C9920-02, HAMAMATSU사, 일본)를 이용하여 측정하였다. 이어서, 중심 파장이 365nm인 자외선(UV)을 약 1.4 mW/cm2의 복사 강도로 480시간 동안, 즉 약 2,419.2 J/cm2의 가혹 조건으로 조사한 후, 제2 양자효율(QYT2, 단위:%)을 측정하였다. 상기 제1 양자효율 및 상기 제2 양자효율의 차이(△QY1=QYT1-QYT2, 단위:%)를 산출하여 평판 시트 1 및 2의 적색 나노 복합체와, 비교 시트 1의 적색 나노 발광체 각각에 대한 자외선 안정성을 평가하였다.
또한, 평판 시트 1, 2 및 비교 시트 1에 대하여, 상기 제1 양자효율(QYT1, 단위:%)을 측정한 후 항온항습기에서 온도 85℃ 및 상대습도 85%의 가혹조건에 480시간 동안 노출한 후 제3 양자효율(QYT3, 단위:%)을 측정하였다. 상기 제1 양자효율 및 상기 제3 양자효율의 차이(△QY2=QYT1-QYT3, 단위:%)를 산출하여 평판 시트 1 및 2의 적색 나노 복합체와, 비교 시트 1의 적색 나노 발광체 각각에 대한 열/수분 안정성을 평가하였다.
상기 광 안정성 평가 결과 및 열/수분 안정성 평가 결과를 하기 표 3에 나타낸다.
표 3에서, 비교 시트 1의 광 안정성 및 열/수분 안정성은, 가혹 조건에 노출된 후 발광하지 않아 제2 양자 효율 및 제3 양자 효율을 측정할 수 없었다. 따라서, 표 3에서는 -로 표시한다.
| 양자효율 (QY, %) |
광 안정성 (△QY1, %) |
열/수분 안정성 (△QY2, %) |
|
| 평판 시트 1 | 78.1 | 6 | 7 |
| 평판 시트 2 | 75.5 | 4 | 5 |
| 비교 시트 1 | 32.5 | - | - |
표 3을 참조하면, 평판 시트 1에 포함된 적색 나노 복합체와 평판 시트 2에 포함된 적색 나노 복합체 각각의 양자 효율이, 비교 시트 1에 포함된 양자 효율에 비해 우수한 것을 알 수 있다. 즉, 평판 시트 1 및 2도 나노 복합체를 제조하기 위해서 비교 시트 1에 포함된 적색 나노 발광체와 동일한 나노 발광체를 이용함에도 불구하고 평판 시트 1 및 2에 포함된 나노 복합체들의 양자 효율은 약 75% 이상을 유지하는 것을 알 수 있다.
반면, 비교 시트 1의 제조 공정, 예를 들어, 적색 나노 발광체를 우레탄아크릴레이트와 혼합하는 단계나 우레탄아크릴레이트를 경화시키는 단계에서 적색 나노 발광체의 적어도 일부가 손상되는 것으로 유추할 수 있다.
특히, 광 안정성이나 열/수분 안정성 측면에 있어서, 가혹 조건에 노출되었음에도 불구하고 평판 시트 1 및 2의 나노 복합체들이 광, 열/수분에 의해서 손상된 정도가 약 7%의 매우 낮은 수준으로서, 광, 열/수분 안정성이 좋은 것을 알 수 있다. 반면, 적색 나노 발광체는 비교 시트 1을 제조한 후에 비교 시트 1이 가혹 조건에 노출된 후 발광하지 않아 제2 및 제3 양자 효율이 측정할 수 없음을 볼 때, 적색 나노 발광체 그 자체의 광 안정성 및 열/수분 안정성이 매우 나쁜 것을 알 수 있다.
상기에서 설명한 바에 따르면, 나노 발광체가 왁스 입자로 피복된 구조의 나노 복합체는 그 자체로서도 광, 열 또는 수분에 매우 안정할 뿐만 아니라 우레탄아크릴레이트와 같은 시트 제조용 조성물에 혼합되고 이를 경화하여 시트를 제조하더라도 광, 열 또는 수분에 거의 손상 받지 않는 것을 알 수 있다.
백라이트 유닛의 제조(실시예 7 및 비교예 8)
[실시예 7]
확산 시트의 광학층 표면에 도 4c에 도시된 형상을 갖는 광확산 패턴이 더 형성된 것을 제외하고는 실시예 1과 실질적으로 동일한 백라이트 유닛을 본 발명의 실시예 7에 따른 백라이트 유닛으로 준비하였다.
[비교예 8]
확산 시트의 광학층 표면에 도 4c에 도시된 형상을 갖는 광확산 패턴이 더 형성된 것을 제외하고는 비교예 2와 실질적으로 동일한 백라이트 유닛을 비교예 8에 따른 백라이트 유닛으로 준비하였다.
[실험 4]- 휘도 및 색좌표 안정성 평가
자외선 안정성 및 열/수분 안정성 평가를 독립적으로 수행하기 위해, 상기에서 설명한 실시예 7에 따른 백라이트 유닛과 비교예 8에 따른 백라이트 유닛을 2개씩 준비하였다.
먼저, 실시예 7 및 비교예 8에 따른 백라이트 유닛들 각각에 대해서, 분광복사기(spectroradiometer)로서 SR-3AR (제품명, TOPCON사, 일본)를 초기 휘도 및 초기 색좌표를 측정하였다.
이어서, 실시예 7 및 비교예 8에 따른 백라이트 유닛들 1개씩을 선택하여 이들로부터 확산 시트를 분리한 후, 확산 시트에 중심 파장이 365nm인 자외선(UV)을 약 1.4 mW/cm2의 복사 강도로 480시간 동안, 즉 약 2,419.2 J/cm2의 가혹 조건으로 조사하였다. 자외선이 조사된 확산 시트를 다시 청색광 발광 모듈, 도광판, 제1 및 제2 집광 시트와 함께 어셈블리시킨 후, 이에 대한 최종 휘도 및 최종 색좌표를 측정하였다. 그 결과를 표 4에 나타낸다.
또한, 나머지 1개씩의 실시예 7 및 비교예 8에 따른 백라이트 유닛들 부터 확산 시트를 분리한 후, 확산 시트를 항온항습기에서 온도 85℃ 및 상대습도 85%의 가혹조건 하에 480시간 동안 방치하였다. 고온/고습에 방치된 확산 시트를 다시 청색광 발광 모듈, 도광판, 제1 및 제2 집광 시트와 함께 어셈블리시킨 후, 이에 대한 최종 휘도 및 최종 색좌표를 측정하였다. 그 결과를 표 5에 나타낸다.
초기/최종 휘도 및 초기/최종 색좌표는, 백라이트 유닛 중에서, 광원이 배치된 부분을 제외한, 도광판, 확산 시트, 제1 및 제2 집광 시트들이 적층된 표시 영역 중 9개의 지점들에서 각각 측정된 값들의 평균값을 의미한다. 상기 9개의 지점들은 도 12에 도시된 바와 같이 지정되었다.
도 12에서 광원은 LS로 나타내고, 도광판, 확산 시트, 제1 및 제2 집광 시트들이 적층된 표시 영역을 DS로 나타내며, 상기 표시 영역(DS) 중 상기 광원(LS)과 인접한 지점 1, 2 및 3이 입광부가 되고, 상기 입광부의 반대편인 지점 7, 8 및 9가 대광부가 된다. 표시 영역(DS)의 가로방향 길이를 a라고 하고 세로 방향 길이를 b라고 할 때, 지점 1, 2 및 3 각각은 입광부와 인접한 표시 영역(DS)의 제1 에지로부터 a/6만큼 이격되고, 지점 7, 8 및 9 각각은 대광부에 해당하는 표시 영역(DS)의 제2 에지로부터 a/6만큼 이격된다. 또한, 제1 및 제2 에지들을 연결하는 제3 에지로부터 지점 1, 4 및 7 각각은 b/6만큼 이격되고, 상기 제3 에지와 마주하는 제4 에지로부터 지점 3, 6 및 9 각각은 b/6만큼 이격된다. 지점 1, 2 및 3 각각은 지점 4, 5 및 6 각각과 a/3만큼 이격되고, 지점 4, 5 및 6 각각은 지점 7, 8 및 9 각각과 a/3만큼 이격된다. 동시에, 지점 1, 4 및 7 각각은 지점 2, 5 및 8 각각과 b/3만큼 이격되고, 지점 2, 5 및 8 각각은 지점 3, 6 및 9와 b/3만큼 이격된다.
표 4 및 표 5에서, 초기/최종 색좌표는 CIE 1931 색좌표계를 기준으로 나타낸다.
자외선 안정성 테스트 결과
| 백라이트 구분 | 초기 휘도 (cd/m2) |
초기 색좌표 (CIE 1931) |
최종 휘도 (cd/m2) |
최종 색좌표 (CIE 1931) |
| 실시예 7 | 6,207 | (0.268, 0.273) | 6,052 | (0.267, 0.271) |
| 비교예 8 | 3,502 | (0.248, 0.199) | 1,885 | (0.225, 0.164) |
표 4를 참조하면, 본 발명의 실시예 7에 따른 백라이트 유닛의 초기 휘도는 약 6,207 cd/m2으로, 비교예 8에 따른 백라이트 유닛의 초기 휘도가 약 3,502 cd/m2인 것과 비교할 때, 약 1.77배 정도 높은 값을 나타내는 것을 알 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예 7에 따른 백라이트 유닛에 자외선의 가혹 조건이 가해진 후 측정된 최종 휘도는 초기 휘도에 비해 약 150 cd/m2정도 감소한 반면, 비교예 8에 따른 백라이트 유닛의 최종 휘도는 약 1,617 cd/m2 정도 감소하여 초기 휘도의 거의 절반 수준으로 저하된 것을 알 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예 7에 따른 백라이트 유닛의 초기 색좌표와 최종 색좌표에서, x좌표의 차이(△x)가 약 0.001이고 y좌표의 차이(△y)가 약 0.002인데 반해, 비교예 8에 따른 백라이트 유닛의 초기 색좌표와 최종 색좌표의 차이(△x)가 0.023이고 y좌표의 차이(△y)가 약 0.035인 것을 알 수 있다.
열/수분 안정성 테스트 결과
| 백라이트 구분 | 초기 휘도 (cd/m2) |
초기 색좌표 (CIE 1931) |
최종 휘도 (cd/m2) |
최종 색좌표 (CIE 1931) |
| 실시예 7 | 6,207 | (0.268, 0.273) | 6,025 | (0.263, 0.267) |
| 비교예 8 | 3,502 | (0.248, 0.199) | 1,543 | (0.213, 0.155) |
표 5를 참조하면, 본 발명의 실시예 8에 따른 백라이트 유닛에 고온고습의 가혹 조건이 가해진 후 측정된 최종 휘도는 초기 휘도에 비해 약 182 cd/m2정도 감소한 반면, 비교예 8에 따른 백라이트 유닛의 최종 휘도는 약 1,959 cd/m2 정도 감소하여 초기 휘도의 거의 절반 수준으로 저하된 것을 알 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예 8에 따른 백라이트 유닛의 초기 색좌표와 최종 색좌표에서, x좌표의 차이(△x)가 약 0.005이고 y좌표의 차이(△y)가 약 0.006인데 반해, 비교예 8에 따른 백라이트 유닛의 초기 색좌표와 최종 색좌표의 차이(△x)가 0.035이고 y좌표의 차이(△y)가 약 0.044인 것을 알 수 있다.
상기에서 살펴본 바에 따르면, 비교예 8에 따른 백라이트 유닛의 확산 시트에는 나노 발광체가 적용되고, 본 발명의 실시예 7에 따른 백라이트 유닛의 확산 시트에는 나노 복합체가 적용된 점을 고려할 때, 나노 복합체는 확산 시트를 제조하는 공정에서 거의 손상되지 않을 뿐만 아니라, 확산 시트 내에서도 나노 발광체에 비해 열, 수분 및 광에 대한 안정성이 매우 좋은 것을 알 수 있다.
백라이트 유닛의 제조 (실시예 8 내지 10)
[실시예 8]
(1) 도광판의 제조
메틸메타크릴레이트 중합체 100 중량부에 대해서, 벤조트리아졸계 자외선 흡수제(상품명: Tinuvin-329, BASF사, 독일) 0.5 중량부 및 힌더드 아민계 광안정제(상품명: Tinuvin-770, BASF사, 독일) 0.5 중량부를 혼합한 후, 압출기(내경: 27 mm, L/D: 40, Leistritz. Co.)를 이용하여 펠렛 형태의 수지를 제조하였고, 이를 시트 압출기를 이용하여 압출하여 약 0.4 mm 두께의 광학판을 제조하였다. 상기 광학판의 일 면에 청색 나노 복합체를 포함하는 코팅 조성물을 코팅하여 두께가 약 5 ㎛인 광학층을 형성하여 도광판을 제조하였다.
상기 코팅 조성물은, 왁스 용액을 톨루엔 1ml에 약 20 mg의 청색 나노 발광체(상품명; Nanodot-HE-480, QD solution사, 한국)가 분산된 용액과 혼합한 후 상온으로 냉각시키고, BASF사(회사명, 독일)에서 구입한 우레탄아크릴레이트 및 BASF사에서 구입한 광개시제(diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide, TPO)와 혼합하였다. 상기 광개시제는 우레탄아크릴레이트 100 중량부에 대해 약 0.8 중량부 혼합하였다. 이후 증발기(Evaporator)를 이용하여 톨루엔을 제거함으로써 제조하였다.
(2) 확산 시트의 제조
BASF사(회사명, 독일)에서 구입한 우레탄아크릴레이트 100 중량부에 대해, BASF사에서 구입한 광개시제(diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide, TPO) 약 0.7 중량부와 혼합하여, 약 38㎛ 두께의 폴리에스테르 재질의 투명한 베이스 기재(상품명: XU42, 도레이사, 일본) 상에 코팅하고 경화시켜 평균 두께가 약 50 ㎛이고 그 표면에 도 4c에 도시된 형상을 갖는 광확산층을 형성하여 확산 시트를 준비하였다.
(3) 제1 및 제2 집광 시트들의 제조
비스(2,3-에피티오프로필)술파이드(bis(2,3-epithiopropyl)sulfide) 100 중량부에 대해서, 닛폰 공업사(회사명, 일본)에서 구입한 촉매(tetra-n-butylphosphoniumbromide) 0.07 중량부를 혼합하고 실온에서 교반하여 균일액을 제조하였다. 상기 균일액을 교반 및 탈포시킨 후 약 0.5 ㎛ 두께의 폴리테트라플루오로에틸렌 멤브레인(PTFE membrane)으로 여과시켜 베이스 재료를 제조하였으며, 이를 약 75 ㎛ 두께의 PET 필름 상에 도포한 후 성형롤로 가압하여 PET 필름 상에 높이가 약 25 ㎛인 집광 패턴을 제조하여, 제1 집광 시트를 제조하였다.
상기 제1 집광 시트를 제조하는 방법과 실질적으로 동일한 공정을 통해 제2 집광 시트를 제조하였다.
(4) 백라이트 유닛의 제조
상기와 같이 준비된 도광판, 확산 시트, 제1 및 제2 집광 시트를, 약 444nm에서 발광 피크를 나타내는 청색광 발광칩 상에 니치아사(회사명, 일본)에서 구입한 YAG 형광체(YAG Phosphor)를 OE-6630 실리콘 레진(상품명, 다우코닝사, 미국)과 함께 도포한 후 경화하여 제조한 백색광 발광 모듈과 어셈블리하여 본 발명의 실시예 8에 따른 백라이트 유닛을 준비하였다. 이때, 상기 도광판의 광학층은 상기 광원에서 제공된 광의 출사면에 배치되었다.
[실시예 9]
(1) 도광판의 제조
도광판으로서, 메틸메타크릴레이트 중합체 100 중량부에 대해서, 벤조트리아졸계 자외선 흡수제(상품명: Tinuvin-329, BASF사, 독일) 0.5 중량부 및 힌더드 아민계 광안정제(상품명: Tinuvin-770, BASF사, 독일) 0.5 중량부를 혼합한 후, 압출기(내경: 27 mm, L/D: 40, Leistritz. Co.)를 이용하여 펠렛 형태의 수지를 제조하였고, 이를 시트 압출기를 이용하여 압출하여 약 0.4 mm 두께의 광학판을 제조하였다.
(2) 확산 시트의 제조
톨루엔 1 ml에 왁스계 화합물로서 산화 고밀도 폴리에틸렌 왁스(Oxidized HDPE Wax)로서 산가(Acid value)가 약 30 mg KOH/g인 왁스(상품명: Licowax PED 136 왁스, Clariant사, 스위스)를 20 mg을 혼합한 후, 약 150℃로 온도를 상승시킴으로써 상기 왁스계 화합물을 용해시켜 왁스 용액을 제조하였다. 톨루엔 1ml에 약 20 mg의 CdSe계의 청색 나노 발광체(상품명: Nanodot-HE-480, QD solution사, 한국)가 분산된 용액을, 상기 왁스 용액에 첨가하여 혼합한 후, 상온으로 냉각시키고, BASF사(회사명, 독일)에서 구입한 우레탄아크릴레이트 및 BASF사에서 구입한 광개시제(diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide, TPO)와 혼합하였다. 상기 광개시제는 우레탄아크릴레이트 100 중량부에 대해 약 0.8 중량부 혼합하였다. 이후 증발기(Evaporator)를 이용하여 톨루엔을 제거하여 우레탄아크릴레이트, 적색 나노 복합체 및 광개시제가 혼합된 코팅 조성물을 제조하였다. 상기 코팅 조성물을 약 38 ㎛ 두께의 폴리에스테르 재질의 투명한 베이스 기재(상품명: XU42, 도레이사, 일본) 상에 코팅하고 경화시켜 그 표면에 도 4c에 도시된 형상을 갖는 광확산층을 형성하였다. 상기 광확산층의 평균 두께가 약 50 ㎛이었다.
(3) 제1 및 제2 집광 시트들의 제조
실시예 8에서의 설명한 것과 실질적으로 동일한 제1 및 제2 집광 시트들을 준비하였다.
(4) 백라이트 유닛의 제조
상기와 같이 준비된 도광판, 확산 시트, 제1 및 제2 집광 시트를, 실시예 2에서 설명한 백색광 발광 모듈과 어셈블리하여 본 발명의 실시예 9에 따른 백라이트 유닛을 준비하였다.
[실시예 10]
(1) 도광판 및 확산 시트의 제조
실시예 9에서 설명한 것과 실질적으로 동일한 도광판을 준비하고, 실시예 8에서 설명한 것과 실질적으로 동일한 확산 시트를 준비하였다.
(2) 제1 집광 시트의 제조
비스(2,3-에피티오프로필)술파이드(bis(2,3-epithiopropyl)sulfide) 100 중량부에 대해서, 닛폰 공업사(회사명, 일본)에서 구입한 촉매(tetra-n-butylphosphoniumbromide) 0.07 중량부를 혼합하고 실온에서 교반하여 균일액을 제조하였다. 상기 균일액을 교반 및 탈포시킨 후 약 0.5 ㎛ 두께의 폴리테트라플루오로에틸렌 멤브레인(PTFE membrane)으로 여과시켜 베이스 재료를 제조하였으며, 이를 약 75 ㎛ 두께의 PET 필름 상에 도포한 후 성형롤로 가압하여 PET 필름 상에 높이가 약 25 ㎛인 집광 패턴을 제조하여, 제1 집광 시트를 제조하였다.
(2) 제2 집광 시트의 제조
상기 제1 집광 시트를 제조하는 방법과 실질적으로 동일한 공정을 통해 집광 패턴을 형성한 후, 상기 집광 패턴이 형성된 PET 필름의 반대면에 실시예 9에서 설명한 청색 나노 복합체, 폴리우레탄아크릴레이트 및 광개시제(diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide, TPO)를 포함하는 코팅 조성물을 코팅하고 경화시켜 그 표면에 도 4d에 도시된 형상을 갖고 평균 두께가 약 5㎛인 광학층을 형성하여 제2 집광 시트를 제조하였다.
(3) 백라이트 유닛의 제조
상기와 같이 준비된 도광판, 확산 시트, 제1 및 제2 집광 시트를, 백색광 발광 모듈과 어셈블리하여 본 발명의 실시예 10에 따른 백라이트 유닛을 준비하였다.
[실험 5]- 색좌표 균일도 평가
이상의 비교예 1에 따른 백라이트 유닛과 본 발명의 실시예 8 내지 10에 따른 백라이트 유닛 각각에 대해서, 도 12에 도시된 바와 같이 백라이트 유닛의 9개의 지점들 각각에서의 색좌표를 측정하였다. 그 결과를 표 6에 나타낸다.
표 6에서, △x는 지점 1 내지 9 중에서의 x좌표의 최대값과 최소값의 차이이고, △y는 지점 1 내지 9 중에서의 y좌표의 최대값과 최소값의 차이를 나타낸다.
| 지점 | 비교예 1 | 실시예 8 | 실시예 9 | 실시예 10 |
| 색좌표 (x, y) | ||||
| 1 | (0.297, 0.283) | (0.295, 0.282) | (0.295, 0.281) | (0.294, 0.281) |
| 2 | (0.296, 0.281) | (0.297, 0.283) | (0.295, 0.281) | (0.293, 0.278) |
| 3 | (0.298, 0.283) | (0.299, 0.286) | (0.299, 0.285) | (0.296, 0.281) |
| 4 | (0.302, 0.290) | (0.294, 0.283) | (0.292, 0.282) | (0.289, 0.278) |
| 5 | (0.301, 0.288) | (0.296, 0.284) | (0.294, 0.282) | (0.291, 0.279) |
| 6 | (0.303, 0.289) | (0.299, 0.287) | (0.297, 0.285) | (0.293, 0.280) |
| 7 | (0.311, 0.303) | (0.295, 0.287) | (0.293, 0.286) | (0.289, 0.281) |
| 8 | (0.312, 0.303) | (0.296, 0.287) | (0.293, 0.284) | (0.291, 0.281) |
| 9 | (0.314, 0.304) | (0.298, 0.288) | (0.295, 0.285) | (0.292, 0.283) |
| △x | 0.018 | 0.004 | 0.007 | 0.007 |
| △y | 0.023 | 0.006 | 0.004 | 0.005 |
표 6을 참조하면, 비교예 1에 따른 백라이트 유닛에서는 광원과 가까운 입광부, 즉 지점 1 내지 3의 색좌표들이, 상기 입광부와 마주하는 대광부인 지점 5 내지 9의 색좌표들보다 x좌표 및 y좌표가 모두 작은 값을 갖는 것을 알 수 있다. 반면, 본 발명의 실시예 7 내지 9에 따른 백라이트 유닛에서는, 지점 1 내지 3의 색좌표들이 지점 7 내지 9의 색좌표들과 실질적으로 동일한 수치인 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예 7 내지 9에 따른 백라이트 유닛에서는, 입광부와 대광부에서의 색좌표 차이가 거의 없음을 알 수 있다.
△x와 △y를 참조하면, 실시예 7 내지 9에 따른 백라이트 유닛에서의 값이 비교예 1에서의 값보다 현저히 낮은 수치임을 알 수 있다. 즉, 비교예 1에 따른 백라이트 유닛에서는 입광부와 대광부의 색좌표의 차이로 인해 관찰자는 대광부를 입광부에 비해 상대적으로 황색으로 시인할 수 있다. 그러나, 실시예 7 내지 9에 따른 백라이트 유닛에서와 같이 청색 나노 복합체를 포함하는 광학 시트에 의해서 지점 1 내지 9의 색좌표 차이가 현저히 감소하는 것을 알 수 있다. 따라서, 확산 시트, 도광판 및 집광 시트 중 적어도 어느 하나에 청색 나노 복합체를 적용함으로써 백라이트 유닛의 색좌표를 전체적으로 균일하게 조절할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100a, 100b, 100c, 200a, 200b, 200c: 나노 복합체
120, 220: 나노 발광체 110, 210: 왁스 입자
130, 240: 외부 보호막 140, 250: 왁스층
230: 내부 보호막
501, 502: 광학 부재 520a~520d: 광학 패턴
1001~1009: 확산 시트 2001~2004: 집광 시트
3001~3003: 도광판 5001, 5002: 백라이트 유닛
120, 220: 나노 발광체 110, 210: 왁스 입자
130, 240: 외부 보호막 140, 250: 왁스층
230: 내부 보호막
501, 502: 광학 부재 520a~520d: 광학 패턴
1001~1009: 확산 시트 2001~2004: 집광 시트
3001~3003: 도광판 5001, 5002: 백라이트 유닛
Claims (48)
- 왁스 입자;
상기 왁스 입자 내부에 배치된 적어도 1개의 나노 발광체; 및
나노 발광체를 피복하고, 산화 실리콘으로 형성된 내부 보호막을 포함하는 나노 복합체.
- 제1항에 있어서, 상기 내부 보호막은 1개의 나노 발광체를 피복하는 것을 특징으로 하는 나노 복합체.
- 제2항에 있어서, 상기 왁스 입자 내에 배치된 나노 발광체들은 서로 동일한 파장대에서 발광피크를 갖는 것을 특징으로 하는 나노 복합체.
- 제2항에 있어서, 상기 왁스 입자 내에 배치된 나노 발광체들 중 적어도 2개는, 서로 다른 파장대에서 발광피크를 갖는 것을 특징으로 하는 나노 복합체.
- 제1항에 있어서, 상기 내부 보호막은 2개 이상의 나노 발광체를 피복하는 것을 특징으로 하는 나노 복합체.
- 제5항에 있어서, 상기 나노 발광체들 각각은,
서로 동일한 파장대에서 발광피크를 갖는 것을 특징으로 하는 나노 복합체.
- 제5항에 있어서, 상기 나노 발광체들 중 적어도 2개는
서로 다른 파장대에서 발광피크를 갖는 것을 특징으로 하는 나노 복합체.
- 제1항에 있어서, 상기 왁스 입자의 표면을 피복하고, 산화 실리콘으로 형성된 외부 보호막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 복합체.
- 제8항에 있어서, 상기 외부 보호막의 표면에 형성되고, 왁스계 화합물을 포함하는 왁스층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 복합체.
- 왁스 입자;
상기 왁스 입자 내부에 배치된 적어도 1개의 나노 발광체; 및
상기 왁스 입자의 표면을 피복하고, 산화 실리콘으로 형성된 외부 보호막을 포함하는 나노 복합체.
- 제10항에 있어서, 상기 왁스 입자 내부에 배치된 나노 발광체들 중 적어도 2개는 서로 다른 파장대에서 발광피크를 갖는 것을 특징으로 하는 나노 복합체.
- 제10항에 있어서, 상기 외부 보호막의 표면에 형성되고, 왁스계 화합물을 포함하는 왁스층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 복합체.
- 베이스 기재; 및
상기 베이스 기재의 일 면 상에 배치되고, 적어도 1개의 제1 나노 복합체가 분산된 제1 광학층을 포함하며,
상기 제1 나노 복합체는,
제1 왁스 입자; 및
상기 제1 왁스 입자 내부에 배치된 적어도 1개의 제1 나노 발광체를 포함하는 광학 부재.
- 제13항에 있어서, 상기 일 면에 대향하는 상기 베이스 기재의 타면 상에 배치되고, 적어도 1개의 제2 나노 복합체가 분산된 제2 광학층을 더 포함하며,
상기 제2 나노 복합체는,
제2 왁스 입자; 및
상기 제2 왁스 입자 내부에 배치된 적어도 1개의 제2 나노 발광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 부재.
- 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 제1 광학층 상에 배치되고, 적어도 1개의 제3 나노 복합체가 분산된 제3 광학층을 더 포함하고,
상기 제3 나노 복합체는,
제3 왁스 입자; 및
상기 제3 왁스 입자 내부에 배치된 적어도 1개의 제3 나노 발광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 부재.
- 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 제1 및 제2 나노 발광체들 중 적어도 하나는 산화 실리콘으로 형성된 내부 보호막으로 피복된 것을 특징으로 하는 광학 부재.
- 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 제1 및 제2 왁스 입자들 중 적어도 하나는 산화 실리콘으로 형성된 외부 보호막으로 그 표면이 피복된 것을 특징으로 하는 광학 부재.
- 제15항에 있어서, 상기 제1 내지 제3 왁스 입자들 중 적어도 하나는 산화 실리콘으로 형성된 외부 보호막으로 그 표면이 피복된 것을 특징으로 하는 광학 부재.
- 제17항에 있어서, 상기 제1 및 제2 나노 복합체들 중 적어도 하나는,
상기 외부 보호막을 피복하고 왁스계 화합물로 형성된 왁스층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 부재.
- 제18항에 있어서, 상기 제1 내지 제3 나노 복합체들 중 적어도 하나는,
상기 외부 보호막을 피복하고 왁스계 화합물로 형성된 왁스층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 부재.
- 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 제1 및 제 2 광학층들 중 적어도 하나는 광학 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 부재.
- 제15항에 있어서, 상기 제1 내지 제3 광학층들 중 적어도 하나는 광학 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 부재.
- 제13항에 있어서, 상기 제1 광학층이 복수개의 제1 나노 복합체들을 포함하고, 상기 제1 나노 복합체들 각각에 포함된 제1 왁스 입자 내부에는
적색 나노 발광체;
녹색 나노 발광체; 및
청색 나노 발광체 중 선택된 적어도 1종이 배치된 것을 특징으로 하는 광학 부재.
- 제13항에 있어서, 상기 제1 광학층 상에 형성된 광확산층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학부재.
- 제14항에 있어서, 상기 제2 광학층 상에 형성된 광확산층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학부재.
- 베이스 기재; 및
상기 베이스 기재의 일 면상에 형성되고, 적어도 1개의 제1 나노 복합체를 포함하며, 표면에 광확산 패턴이 형성된 제1 광학층을 포함하고,
상기 제1 나노 복합체는,
제1 왁스 입자; 및
상기 제1 왁스 입자 내부에 배치된 적어도 1개의 제1 나노 발광체를 포함하는 확산 시트.
- 제26항에 있어서, 상기 제1 왁스 입자에 포함된 복수의 제1 나노 발광체들은, 서로 동일한 파장대에서 발광 피크를 갖는 것을 특징으로 하는 확산 시트.
- 제26항에 있어서, 상기 제1 왁스 입자에 포함된 적어도 2개의 제1 나노 발광체는, 서로 다른 파장대에서 발광 피크를 갖는 것을 특징으로 하는 확산 시트.
- 제26항에 있어서, 상기 일 면과 대향하는 타면 상에 배치되고 적어도 1개의 제2 나노 복합체를 포함하는 제2 광학층을 더 포함하고,
상기 제2 나노 복합체는,
제2 왁스 입자; 및
상기 제2 왁스 입자 내부에 배치된 적어도 1개의 제2 나노 발광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 확산 시트.
- 제29항에 있어서, 상기 제2 왁스 입자에 포함된 복수의 제2 나노 발광체들은, 서로 동일한 파장대에서 발광 피크를 갖는 것을 특징으로 하는 확산 시트.
- 제29항에 있어서, 상기 제2 왁스 입자에 포함된 적어도 2개의 제2 나노 발광체들은 서로 다른 파장대에서 발광 피크를 갖는 것을 특징으로 하는 확산 시트.
- 제29항에 있어서, 상기 제2 광학층의 표면에는 광확산 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 확산 시트.
- 제29항에 있어서, 상기 제1 나노 발광체에서 생성된 광의 피크 파장은 상기 제2 나노 발광체에서 생성된 광의 피크 파장보다 긴 것을 특징으로 하는 확산 시트.
- 제33항에 있어서, 상기 제1 나노 발광체는 600 nm 내지 660 nm에서 발광 피크를 갖고, 상기 제2 나노 발광체는 520 nm 내지 560 nm에서 발광 피크를 갖는 것을 특징으로 하는 확산 시트.
- 제29항에 있어서, 상기 베이스 기재와 상기 제2 광학층 사이에 배치되고 적어도 1개의 제3 나노 복합체를 포함하는 중간층을 더 포함하며,
상기 제3 나노 복합체는
제3 왁스 입자; 및
상기 제3 왁스 입자 내부에 배치된 적어도 1개의 제3 나노 발광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 확산 시트.
- 제26항에 있어서, 상기 베이스 기재와 상기 제1 광학층 사이에 배치되고 적어도 1개의 제3 나노 복합체를 포함하는 중간층을 더 포함하며,
상기 제3 나노 복합체는,
제3 왁스 입자; 및
상기 제3 왁스 입자 내부에 배치된 적어도 1개의 제3 나노 발광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 확산 시트.
- 제26항에 있어서, 상기 일 면과 대향하는 상기 베이스 기재의 타면 상에 배치되고 집광 패턴이 표면에 형성된 제2 광학층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 확산 시트.
- 베이스 기재;
상기 베이스 기재의 일 면 상에 형성된 광확산층; 및
상기 일 면과 대향하는 상기 베이스 기재의 타면 상에 형성되고 적어도 1개의 제1 나노 복합체를 포함하는 제1 광학층을 포함하며,
상기 제1 나노 복합체는,
제1 왁스 입자; 및
상기 제1 왁스 입자 내부에 배치된 적어도 1개의 제1 나노 발광체를 포함하는 확산 시트.
- 제38항에 있어서, 상기 제1 왁스 입자에 포함된 복수의 제1 나노 발광체들은, 서로 동일한 파장대에서 발광 피크를 갖는 것을 특징으로 하는 확산 시트.
- 제38항 또는 제39항에 있어서, 상기 제1 광학층 상에 배치되고 적어도 1개의 제2 나노 복합체를 포함하는 제2 광학층을 더 포함하며,
상기 제2 나노 복합체는,
제2 왁스 입자; 및
상기 제2 왁스 입자 내부에 배치된 적어도 1개의 제2 나노 발광체를 포함하는 확산 시트.
- 제40항에 있어서, 상기 제1 나노 발광체와 상기 제2 나노 발광체는 서로 다른 파장대에서 발광 피크를 갖는 것을 특징으로 하는 확산 시트.
- 제38항에 있어서, 상기 제1 광학층 상에 형성된 광확산층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 확산 시트.
- 베이스 기재; 및
상기 베이스 기재 상에 배치되고, 왁스 입자 내부에 배치된 적어도 1개의 나노 발광체를 포함하는 나노 복합체를 포함하는 집광 패턴을 포함하는 집광 시트.
- 베이스 기재;
상기 베이스 기재의 일 면 상에 배치된 집광 패턴; 및
상기 일 면과 대향하는 상기 베이스 기재의 타면 상에 배치되고, 나노 복합체를 포함하는 광학층을 포함하고,
상기 나노 복합체는 왁스 입자; 및
상기 왁스 입자 내부에 배치된 적어도 1개의 나노 발광체를 포함하는 집광 시트.
- 제44항에 있어서, 상기 광학층 표면에는 광확산 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 집광 시트.
- 광원;
상기 광원으로부터 광을 제공받는 확산 시트; 및
상기 확산 시트 상에 배치된 집광 시트를 포함하고,
상기 확산 시트 및 상기 집광 시트 중 적어도 어느 하나는,
왁스 입자; 및
상기 왁스 입자 내부에 배치된 적어도 1개의 나노 발광체를 포함하는 나노 복합체를 1개 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
- 제46항에 있어서, 상기 광원은 청색광 발광 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
- 제46항에 있어서, 복수의 나노 복합체들 각각의 왁스 입자는
적색 나노 발광체; 및
녹색 나노 발광체 중 선택된 적어도 1 종을 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛.
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