KR20160097155A - 광전환 필름 및 이를 포함하는 광전환 소자 및 디스플레이 장치 - Google Patents

광전환 필름 및 이를 포함하는 광전환 소자 및 디스플레이 장치 Download PDF

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KR20160097155A
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Abstract

본 출원은 1종 이상의 이온성 고분자를 포함하는 고분자 매질 속에 1종 이상의 유기형광염료가 분산된 광전환 필름과, 이를 포함하는 광전환 소자, 백라이트 유닛 및 디스플레이 장치에 관한 것이다.

Description

광전환 필름 및 이를 포함하는 광전환 소자 및 디스플레이 장치{LIGHT CONVERSION FILM AND LIGHT CONVERSION DEVICE AND DISPLAY APPRATUS COMPRISING THE SAME}
본 발명은 광전환 필름 및 이를 포함하는 광전환 소자에 관한 것이다.
일반적으로 형광체는 외부로부터 빛이나 전기 등의 형태로 에너지를 흡수하여 고유한 파장의 빛을 내는 발광물질로, 형광체를 구성하는 성분 및 발광기구에 따라 무기형광체, 유기형광염료, 나노결정 형광체 등으로 구분할 수 있다.
최근 이와 같은 형광체들을 활용하여 광원의 스펙트럼을 수정하려는 노력이 다양하게 시도되고 있다. 이는 광원으로부터 나오는 빛의 특정 파장 일부를 형광체가 흡수하고 이를 가시광선 영역에 있는 보다 긴 파장의 빛으로 변환하여 출사시키는 것으로, 형광체의 발광특성에 따라 출사된 빛의 밝기와 색순도, 색재현성 등을 크게 향상시킬 수 있다.
무기형광체는 황화물, 산화물, 질화물 등의 모체와 활성제 이온으로 구성되며 물리적, 화학적 안정성이 우수하고 높은 색순도를 재현할 수 있어 고품질의 디스플레이 장치에 응용될 수 있으나 형광체의 가격이 매우 비싸고 발광효율이 낮으며, 특히 400 nm 이상의 근자외선 또는 청색 영역에서 여기되어 발광하는 형광체의 개발이 제한적이라는 단점이 있다.
수 나노미터 크기의 Ⅱ-Ⅳ족 또는 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 입자로 이루어진 나노결정 형광체는 유기형광염료와 달리 입자의 크기에 따라 형광파장이 달라지는데, 입자의 크기가 작아질수록 짧은 파장의 빛을 내며, 크기를 조절하여 원하는 파장의 가시광선 영역을 모두 표현할 수 있다. 또한 나노결정 형광체는 일반적인 유기염료에 비해 흡광계수가 100~1000배 크고 양자효율도 높으므로 매우 강한 형광을 발생시키고 특히 전도대의 바닥진동상태에서 가전자대의 바닥진동상태로의 전이만을 관찰하므로, 형광파장이 거의 단색광을 나타낸다. 그러나, 높은 원재료 단가로 인해 가격 경쟁력을 확보하기 어렵고 특히 열이나 산소 등에 취약하다는 단점이 있다.
이에 반해 유기형광염료는 무기형광체에 비해 발광 스펙트럼이 다양하고 양자효율이 우수하며 특히 가격이 저렴한 장점이 있어 광전환 소자로 활용할 가치가 충분하다. 하지만 유기형광염료를 통과하는 빛의 변환효율과 변환된 빛의 세기를 높이기 위해서는 농도를 높여야 하는데 이러한 경우 농도에 의한 소광 현상을 피할 수 없고, 특히 열이나 빛에 대한 안정성이 떨어지는 것으로 알려져 있다. 이에 유기형광염료를 포함한 광전환 필름 상에 점/접착제를 도포하고 배리어 필름을 적층하여 안정성을 향상시키고자 하나, 점/접착 소재로 인해 필름의 광 특성이 하락하는 등의 문제가 있다.
한국 출원 공개 제2000-0011622호
본 발명의 실시상태들은 점/접착제를 사용하지 않고도 필름이 가지는 접착능에 의해 배리어 필름과의 부착이 가능한, 따라서 고온 다습한 조건에서도 필름의 광 특성이 안정하게 유지되는, 내열/내습성이 크게 향상된 광전환 필름 및 이를 포함하는 광전환 소자를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는 1종 이상의 이온성 고분자를 포함하는 고분자 매질 속에 1종 이상의 유기형광염료가 분산된 광전환 필름을 제공한다.
상기 고분자 매질은 상기 이온성 고분자 외에, 비이온성 고분자를 더 포함할 수 있다. 본 명세서에서는 이온성 고분자, 또는 이온성 고분자와 비이온성 고분자를 바인더 수지로 언급할 수 있다. 상기 바인더 수지는 광경화성 수지, 열경화성 수지, 열가소성 수지 등이 사용될 수 있다. 일 예에 따르면, 상기 고분자 매질은 이온성 고분자를 포함하는 바인더 수지에 더하여, 필요에 따라 중합성 모노머, 중합성 개시제를 포함하는 조성물의 경화물을 포함할 수 있다.
본 출원의 또 하나의 실시상태는 1종 이상의 이온성 고분자를 포함하는 고분자 매질 속에 1종 이상의 유기형광염료가 분산된 하나 이상의 광전환 필름; 및 상기 광전환 필름 중 적어도 하나의 적어도 일면에 구비된 배리어 필름을 포함하는 광전환 소자를 제공한다.
상기 광전환 필름은 상기 광전환 필름 형성용 조성물을 배리어 필름 상에 도포함으로써 제조될 수 있다. 또한, 상기 광전환 필름 상에 배리어 필름을 적층할 수 있다. 상기 광전환 필름은 상기 이온성 고분자가 제공하는 접착능에 의하여, 배리어 필름의 일면이 점/접착제의 도움 없이도 상기 광전환 필름 상에 적층될 수 있다.
상기 배리어 필름은 외부의 수분 및/또는 산소의 침투를 차단할 수 있으며 수분이나 산소 중 적어도 하나의 투과도가 10-1cc/m2/day 이하가 될 수 있다. 상기 배리어 필름은 투명 기판, 및 상기 투명 기판의 일면에 형성된 배리어 층을 포함할 수 있다. 상기 배리어 층으로는 수분 또는 산소를 차단할 수 있는 층이라면 특별히 한정되지 않고 당기술분야에 알려져 있는 것들을 사용할 수 있다. 예컨대, 상기 배리어 층은 수분 또는 산소 차단성을 부여하는 알루미늄 산화물 또는 질화물, 및 이온성 금속 산화물을 포함할 수 있다. 상기 배리어 층은 버퍼층으로서 졸-겔계, 아크릴계, 에폭시계 및 우레탄계 코팅액 조성물 중에서 선택된 1종 이상으로 이루어진 버퍼층을 더 포함할 수도 있다. 일 예로서, 상기 배리어 필름은 기재의 일면 또는 양면에 유무기 하이브리드 코팅층, 무기물층 및 유기실란으로 표면개질된 무기 나노입자를 포함하는 보호코팅층을 포함할 수 있다. 여기서 무기물층은 금속 산화물 또는 질화물로 이루어질 수 있다. 상기 무기 나노입자는 알루미나, 실리카, 산화아연, 산화안티모늄, 산화티타늄, 산화지르코늄의 나노입자일 수 있다. 상기 유무기 하이브리드 코팅층은 유기실란을 포함하는 졸 상태의 코팅 조성물을 열 또는 UV에 의해 경화시켜 형성할 수 있으며, 상기 졸 상태의 코팅 용액 조성물은 유기실란과 함께, 경우에 따라 적절한 첨가제, 용매, 중합 촉매 등을 포함할 수 있다.
본 출원의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 광전환 소자는 광전환 필름을 2층 이상 포함할 수 있다. 복수의 광전환 필름들이 광원으로부터 입사된 빛을 각각 다른 파장(색)의 빛으로 전환할 수 있으며, 이 경우 광전환 소자는 예컨대 발광 다이오드(LED) 광원으로부터 입사된 빛을 백색광으로 전환하여 출사할 수 있다.
본 출원의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 광전환 필름은 광원으로부터 입사된 빛을 광전환 필름 내부에서 확산시키는 광확산 입자들을 포함할 수 있다. 상기 광확산 입자들은 1종 이상의 유기형광염료 및 1 종 이상의 이온성 고분자를 포함하는 고분자 매질 속에 분산된다. 광확산 입자들을 포함하는 광전환 필름은 광전환 뿐만 아니라 형광 확산을 할 수 있는 것으로서, 광전환 형광확산 필름이라고도 할 수 있다. 상기 광확산 입자들은 광전환 필름의 광전환 효율을 높이기 위한 것으로, TiO2, 실리카 나노 입자들을 포함할 수 있으나, 당기술분야에 알려져 있는 재료들이 1종 또는 2종 이상 혼합하여 사용될 수 있다. 상기 광확산 입자들의 평균 입경은 50 nm 이하일 수 있다. 상기 광확산 입자들은 고분자 매질 중량 대비 0.5~5중량%로 사용될 수 있다.
본 출원의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 광전환 소자는 광원으로부터 입사된 빛이 상기 광전환 필름을 통해 전환되어 출사되는 빛을 추출하는 광추출판을 더 포함할 수 있다. 예컨대, 광전환 필름이 구비된 배리어 필름의 타면에 형성된 점착제/접착제 층이, 광 추출판의 일면과 적층될 수 있다. 상기 광추출판은 빛의 추출 효율을 향상시키기 위하여, 표면 또는 내부에 산란 구조를 갖거나, 내부에 굴절율이 상이한 2종 이상의 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 광추출층은 투명 기판 상에 산란입자 및 바인더를 포함하는 조성물을 코팅하고, 건조 또는 경화를 함으로써 제조될 수 있다. 필요한 경우, 상기 산란입자 및 바인더를 포함하는 코팅층 상에 평탄화층이 더 구비될 수도 있다. 또 하나의 예로서, 상기 광추출층은 투명 기재에 마이크로 엠보싱을 통하여 요철 구조를 형성함으로써 제조될 수 있다. 필요한 경우, 상기 요철 구조 상에 평탄화층이 더 구비될 수도 있다.
본 발명의 실시상태들에 따르면, 이온성 고분자의 경화반응에 의해 제공되는, 광전환 필름 자체의 접착능에 의해 배리어 필름과의 접착이 우수하여 외부의 수분이나 산소가 필름/형광확산 필름 내부로 침투하는 것을 효과적으로 차단할 수 있다. 이로 인해 광전환 필름으로 입사된 빛이 특정 파장(색)으로 전환될 때 발광파장, FWHM(Full Width at Half Maximum), 그리고 전환효율 등과 같은 광 특성이 변함없이 유지될 수 있으므로, 사용수명이 크게 늘어난다. 따라서, 2종 이상의, 발광파장이 다른, 예컨대 녹색과 적색의 유기형광염료를 포함한 광전환 필름을 사용하는 경우, 단일 색상의 LED 광원으로부터 입사된 빛을 백색광으로 전환할 때 백색 광의 휘도 및 색좌표가 일정하게 유지될 수 있다.
도 1 내지 도 5는 본 출원의 실시상태들에 따른 광전환 소자의 적층 구조를 예시한 것이다.
도 6은 실시예 1 및 2에서 제조된 광전환 소자의 구조를 나타낸 것이다.
도 7은 비교예 1 및 2에서 제조된 광전환 소자의 구조를 나타낸 것이다.
도 8은 실시예 1 및 2와 비교예 1 및 2에서 제조된 광전환 소자의 내구성 측정 결과를 나타낸 것이다.
이하, 도면을 기초로 본 발명의 실시상태들을 더욱 상세히 설명한다.
본 출원의 일 실시상태에 따른 광전환 필름은 1종 이상의 이온성 고분자를 포함하는 고분자 매질 속에 1종 이상의 유기형광염료가 분산된 것을 특징으로 한다.
본 명세서에 기재된 실시상태들에 따른 광전환 필름은 근자외선에서 가시광선 영역 중에서 선택되는 파장의 빛을 포함하는 광원으로부터 입사된 빛을 특정 파장(색)의 빛으로 전환시키는 역할을 한다. 또한 상기 광전환 필름은 LED 광원으로부터 입사된 빛을 백색광으로 전환하여 출사시키는 역할을 한다.
여기서 상기 광전환 필름은 우수한 색순도 및 색재현성을 구현할 수 있는 유기형광염료를 포함할 수 있다. 상기 유기형광염료는 근자외선에서 가시광선 영역 중에서 선택되는 파장의 빛을 흡수하여, 흡수한 빛과 다른 파장의 빛을 출사하는 염료가 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 유기형광염료로는 최대 발광파장이 500~550 nm 사이에 존재하는 녹색 발광 형광염료 및/또는 최대 발광파장 600~660 nm 사이에 존재하는 적색 발광 형광염료가 각각 1종 또는 2종 이상이 동시에 사용될 수 있다.
상기 유기형광염료로는 특별히 제한을 두는 것은 아니나, 아크리딘계, 크산텐계, 아릴메테인계, 쿠마린계, 폴리시클릭 방향족 탄화수소계, 폴리시클릭 헤테로 방향족계, 페릴렌계, 피롤계, 피렌계 유도체 등이 바람직하다. 이상의 물질들은 유기형광염료의 일례로, 이외에도 다양한 유기형광염료가 사용될 수 있다. 바람직하게는, 유기형광염료의 필름상태에서의 반치폭(FWHM)이 60 nm 이하이고 몰흡광계수(molecular absorption coefficient)가 50,000~150,000 M-1cm- 1 인 유기형광염료가 사용될 수 있으며, 이에 한정하는 것은 아니다. 본 명세서에 있어서, 반치폭은 외부 광원으로부터 흡수한 빛을 다른 파장의 빛으로 전환하여 발광할 때, 발광한 빛의 최대 발광 피크에서 최대 높이의 절반일 때의 발광 피크의 폭을 의미한다. 본 명세서에 있어서, 반치폭은 필름 상태에서 측정된다. 유기형광염료의 필름 상태에서의 발광 피크의 반치폭이란, 용액 상태가 아니고, 상기 유기형광염료 단독으로 또는 반치폭을 측정하는데 영향을 미치지 않는 다른 성분과 혼합하여 필름 형태로 제조한 상태에 광을 조사하여 측정한 것을 의미한다. 더욱 바람직하게는 극성용매에 용해되는 모든 형광염료가 가능하며, 양이온성, 음이온성, 중성 염료로 구분하는 것은 아니나, 양이온성 또는 음이온성 유기형광염료가 보다 바람직하다.
상기 광전환 필름은 상기 유기형광염료 및, 필요한 경우, 광확산 입자가 분산된 1종 이상의 이온성 고분자를 포함하는 폴리머 필름이 될 수 있다. 예를 들면, 상기 광전환 필름은 상기 유기형광염료 및/또는 광확산 입자, 1 종 이상의 이온성 고분자를 포함하는 바인더 수지, 그리고 필요에 따라 중합성 모노머, 중합성 개시제를 포함하는 조성물의 경화물을 포함할 수 있다.
상기 바인더 수지는 광경화성 수지, 열경화성 수지, 열가소성 수지 등이 사용될 수 있으며, 수용성 고분자를 사용하는 것이 바람직하다. 바인더 수지는 1종 만이 사용될 수도 있으나, 2종 이상이 함께 사용될 수 있다.
본 발명에서 이온성 고분자는 고분자 사슬에 이온 결합을 내포하고 있는 경우를 일컬을 수 있다. 또한, 단량체 내에 이온성 용질과 결합하고 있는 다량의 작용기를 갖고 있는 경우를 일컬을 수 있으며, 전해질 고분자라고 할 수도 있다.
이온성 고분자는 물에 해리되었을 때 음이온이나 양이온 성질을 나타내는 고분자를 말한다. 양이온성 고분자의 예로는 작용기로 아민기를 갖는 고분자가 있으며, 이것은 물에 녹였을 때 주변의 수소와 결합하여 양전하를 띄는 성질을 갖는다. 음이온성 고분자의 작용기는 카복실기(carboxylic group), 인산기(phosphoric group) 또는 규산기(silicic group)가 있다.
양이온성 고분자나 음이온성 고분자와 같이, 이온성 고분자는 적절한 반응성 모노머 또는 중합 개시제를 첨가하면, 폴리비닐알코올 또는 폴리알릴아민과 같은 비이온성 고분자와의 반응뿐만 아니라, 이온성 고분자간의 반응을 통해 망상구조를 가지는 필름이 형성된다. 이를 통하여 배리어 필름과의 접착능이 부여된다.
추가로, 이온성 고분자는 유기형광염료의 안정화에 기여할 수 있다. 예컨대, 음이온성 형광염료를 사용하는 경우 양이온성 고분자를 첨가하면 서로 짝을 이루면서 이온 결합을 형성하기 때문에, 유기형광염료가 고분자 매질 안에서 형광특성을 발현할 수 있는 안정한 상태를 유지시켜주는 역할을 한다.
이온성 고분자로는, 특별히 한정되지 않지만, 폴리아크릴아미드(polyacrylamide), 폴리아크릴릭산(polyacrylic acid), 폴리실리시익산(poly(silicic acid)), 폴리포스포릭산(poly(phosphoric acid)), 폴리[3-(비닐옥시)프로판-1-술폰산(poly[3-(vinyloxy)propane-1-sulfonic acid)]), 폴리에틸렌포스포릭산(poly(ethylenephosphoric acid)), 폴리말레익산(poly(maleic acid)), 폴리(2-메타크릴로일옥시에탄-1-술폰산)(poly(2-methacryloyloxyethane-1-sulfonic acid), 폴리(3-메타크릴로일옥시프로판-1-술폰산)(poly(3-methacryloyloxypropane-1-sulfonic acid), 폴리에틸렌이민(polyethyleneimine), 폴리아민(polyamines), 폴리아미드아민(polyamideamine), 폴리디알릴디메틸암모늄클로라이드(polydiallydimethylammoniumchloride), 폴리(4-비닐벤트리메틸암모늄염)(poly(4-vinylbenzyltrimethylammonium salt)), 폴리[(디메틸이미노)트리메틸렌(디메틸이미노)헥사메틸렌디브로마이드] (poly[(dimethylimino)trimethylene(dimethylimino) hexamethylenedibromide]), 폴리(2-비닐피페리딘 염)(poly(2-vinylpiperidine salt)), 폴리(4-비닐피페리딘염)(poly(4-vinylpiperidine salt)), 폴리비닐아민염(poly(vinylamine salt)), 폴리(2-비닐피리딘)(poly(2-vinylpyridine))과 노말알킬(쿼터너리)(N-alkyl(quaternary) 유도체 등이 사용될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
비이온성 고분자로는 폴리비닐알코올(poly(vinylalcohol)), 폴리알릴아민(polyallyamine) 등이 사용될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 폴리알릴아민으로는 폴리알릴아민(PAA) 또는 폴리알릴아민 하이드로클로라이드(PAH)가 사용될 수 있다.
일 예에 따르면, 본 명세서의 실시상태들에 따른 광전환 필름 제조용 조성물은 유기형광염료, 필요에 따라 광확산 입자, 바인더 수지, 중합성 모노머 및 중합성 개시제를 포함하고, 상기 바인더 수지는 이온성 고분자 및 비이온성 고분자를 포함한다. 상기 이온성 고분자는 상기 비이온성 고분자의 중량 대비 50 내지 1,000% 사용될 수 있다. 상기 중합성 모노머는 상기 이온성 고분자 중량 대비 10 내지 30% 사용될 수 있다. 유기형광염료는 상기 비이온성 고분자 중량 대비 0.001 내지 5%로 사용될 수 있다. 상기 중합성 개시제는 필요에 따라 양이 결정될 수 있으며, 전체 조성물의 고형분 중량 대비 0.01 내지 20 중량%로 사용될 수 있다. 상기 광전환 필름 제조용 조성물은 필요에 따라 용매를 더 포함할 수 있으며, 예컨대 이온성 고분자를 포함하는 바인더 수지가 수용성인 경우 용매로서 물을 사용할 수 있다. 상기 광전환 필름 제조용 조성물은 조성물 전체 용액 중 고형분 함량이 10~40중량%가 되도록 용매, 예컨대 물에 용해되어 사용되는 것이 바람직하다.
상기 폴리비닐알코올(PVA), 폴리알릴아민(PAA)와 같은 비이온성 고분자는 광전환 필름 형성용 조성물을 형성하는 주 재료가 될 수 있으며, 나머지 성분들의 함량은 상기 폴리비닐알코올 또는 폴리알릴아민 중량을 기준으로 하여 측정될 수 있다. 상기 폴리비닐알코올은 중량평균분자량(Mw)이 85,000~146,000인 폴리비닐알코올로서 96% 이하로 가수분해된 것이 바람직하다. 상기 폴리알릴아민은 중량평균분자량(Mw)이 58,000~900,000인 것이 바람직하다.
본 명세서에 있어서, 이온성 고분자는 가교반응을 일으킴으로써 상기 비이온성 고분자와 함께 본 발명의 실시상태들에 따른 광전환 필름에 접착능을 제공하는 중요한 성분이다. 상기 이온성 고분자는 중량평균분자량(Mw)이 1,300~25,000인 것이 바람직하다. 이와 같은 분자량 범위를 갖는 이온성 고분자는 이온성 고분자간에 망상구조를 형성하여 접착능을 부여하는데 유리하고, 유기형광염료가 이온성 기에 흡착되어 안정화되는 효과도 달성할 수 있다. 분자량이 너무 큰 경우에는 필름을 제조하는데 문제가 있다. 상기 이온성 고분자는 비이온성 고분자 중량대비 50 내지 1,000%, 바람직하게는 100~600% 포함되는 것이 바람직하다. 만일 상기 이온성 고분자가 비이온성 고분자 중량의 100% 미만으로 포함될 경우에는 배리어필름과 필름간 접착이 불량하여 배리어필름이 박리되는 문제가 발생할 수 있다. 반대로, 상기 이온성 고분자가 비이온성 고분자 중량 대비 600%를 초과할 경우 도포성이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.
비이온성 고분자와 이온성 고분자의 가교반응을 유도하고 접착성을 증대시키기 위하여 중합성 모노머가 포함되는 것이 바람직하다. 상기 중합성 모노머는 상기 이온성 고분자 중량 대비 10~30%, 바람직하게는 15~25% 포함되는 것이 바람직하다. 만일 상기 중합성 모노머가 이온성 고분자 중량 대비 1% 미만 포함되는 경우 배리어 필름과의 부착능이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 반대로 상기 중합성 모노머가 이온성 고분자 중량 대비 30%를 초과하여 포함되면, 상온에서도 경화반응이 진행되어 광전환 필름 형성용 조성물의 안정성 및 도포성이 현저히 감소하는 문제가 발생할 수 있다. 가장 바람직한 중합성 모노머의 함량은 이온성 고분자 중량 대비 20%이다. 상기 중합성 모노머로는 글리시딜(glycidyl)류가 보다 바람직하며, 이로써 한정하는 것은 아니지만, 알데히드(aldehyde)류, 디알데히드(dialdehyde)류, 이소시아네이트(isocynate)류, 알코올(alcohol)류 등이 사용될 수 있다.
도 1은 본 출원의 일 실시상태에 따른 광변환 소자를 도시한 것으로서, 광변환 필름의 양측에 투명 기판 및 배리어 층을 포함하는 배리어 필름이 구비된다. 이 때, 배리어 필름의 배리어 층이 상기 광변환 필름에 접하여 배치된다.
도 1에 따른 광변환 소자는 투명 기판 및 배리어 층을 포함하는 배리어 필름 상에 광변환 필름용 조성물, 예컨대 1종 이상의 유기형광염료, 필요에 따라 광확산 입자, 1종 이상의 이온성 고분자를 포함하는 바인더 수지, 중합성 모노머 및 중합성 개시제를 포함하는 조성물을 도포하고, 이를 필요에 따라 경화 또는 건조시켜 광전환 필름을 제조한 뒤, 상기 광전환 필름 상에 투명 기판 및 배리어 층을 포함하는 배리어 필름을 적층함으로써 형성될 수 있다. 이 때, 광전환 필름과 배리어 필름의 적층은, 상기 이온성 고분자의 존재로 인하여, 별도의 점착제나 접착제의 도움없이 수행될 수 있다. 상기 조성물 도포후 경화를 수행하는 경우 경화 방법 및 조건은 이온성 고분자를 포함한 바인더 수지나 다른 성분들의 종류에 따라 결정될 수 있다. 상기 투명 기판은 PET 등과 같은 수지를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며 당기술분야에 알려져 있는 투명 플라스틱 필름 또는 기판이 사용될 수 있다. 도 1에는 광전환 필름이 1층으로 도시되어 있으나, 필요에 따라 2층 이상의 광전환 필름이 적층될 수 있다.
상기 배리어 층의 산소 및 수분의 투과도는, 예를 들면 각각 10-1cc/m2/day 이하가 될 수 있다. 이는 배리어 필름의 일례로 언급한 것으로, 상기 배리어 층의 산소 및 수분 투과도는 이와 다른 값을 가질 수도 있다.
도 2에 따른 광전환 소자에 있어서, 광전환 필름이 1종 이상의 광확산 입자를 포함하는 광전환 형광확산 필름이다. 즉, 도 2에 포함되는 광전환 필름은 1종 이상의 유기형광염료, 1종 이상의 광확산 입자 및 1종 이상의 이온성 고분자를 포함하는 고분자 매질을 포함한다. 상기 광확산 입자는 광원으로부터 입사된 빛을 광전환 필름 내부에서 확산시키는 역할을 한다. 여기서, 광확산 입자는 TiO2 또는 실리카 입자를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 그외 투명 기판 및 배리어 층을 포함하는 배리어 필름, 유기형광염료, 고분자 매질 등에 대하여는 전술한 설명이 적용될 수 있다.
도 3에 따른 광전환 소자는 광추출판을 추가로 포함한다. 구체적으로, 광전환 필름의 양면에 투명 기판 및 배리어 층을 포함하는 배리어 필름이 적층된 구조에 있어서, 어느 하나의 배리어 필름의 상기 광전환 필름에 대향하는 면의 반대면에 점착층 또는 접착층이 구비되고, 여기에 광추출판이 부착된다. 상기 광추출 판은 광전환 필름의 변환효율을 높이기 위한 것으로 당 기술 분야에 알려져 있는 것이면 특별히 제한을 두지 않는다.
한편, 도 4는 복수의 광전환 필름이 순차적으로 배치된 광전환 소자의 구조를 예시한다. 구체적으로, 상기 광전환 소자는 상기 투명 기판과, 상기 투명 기판 상에 형성된 배리어 층을 포함하는 배리어 필름; 상기 배리어 필름 상에 도포된 제1 유기형광염료 및 필요한 경우 광확산 입자가 1종 이상의 이온성 고분자를 포함하는 고분자 매질 속에 분산된 제1 광전환 필름; 상기 제1 광전환 필름 상에 동일한 방법으로 마련된 제2 유기형광염료 및 필요한 경우 광확산 입자가 1종 이상의 이온성 고분자를 포함하는 고분자 매질 속에 분산된 제2 광전환 필름을 포함한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1 광전환 필름 상에 상기 제2 광전환 필름이 직접 적층되어 배치될 수 있으며, 이 경우 이온성 고분자의 존재로 인하여, 점착제 또는 접착제의 도움이 필요하지 않다. 다만, 본 발명의 범위가 도 4로 한정되는 것은 아니며, 상기 제1 광전환 필름과 상기 제2 광전환 필름이 서로 떨어져서 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 광전환 필름과 상기 제2 광전환 필름 사이에는 다른 추가의 필름이 구비될 수 있다. 또한, 도 4에는 2장의 광전환 필름을 포함하는 구조가 예시되어 있으나, 필요에 따라 3장 이상의 광전환 필름이 적층될 수도 있다.
도 4와 같이 복수의 광전환 필름을 포함하는 광전환 소자도 역시, 도 3과 마찬가지로 점착층 또는 접착층을 통하여 부착된 광추출판을 더 포함할 수 있으며, 이와 같은 구조를 도 5에 예시하였다. 이와 같이 광추출 판을 더 포함함으로써, 광전환 필름의 변환효율을 더 높일 수 있다.
일 예에 따르면, 복수의 광전환 필름은, 예를 들면 광원으로부터 멀어질수록 긴 발광파장을 가지도록 배치될 수 있는데, 예컨대 제1 및 제2 광전환 필름은 각각 적색 및 녹색 광전환 필름이 될 수 있다. 그 결과 단일 색상의 LED 광원으로부터 흡수한 빛이 복수의 광전환 필름을 통과하면서 백색광으로 전환될 수 있다. 상기 복수의 광전환 필름의 배치는 예시적인 것에 불과하며, 각 광전환 필름의 변환효율을 높이기 위한 배치 및/또는 구조는 당 기술 분야에 알려져 있는 것이면 특별히 제한을 두지 않는다.
본 출원의 또 하나의 실시상태는 전술한 실시상태들에 따른 광전환 소자를 포함하는 백라이트 유닛을 제공한다. 백라이트 유닛은 광전환 소자를 제외하고는 당기술분야에 알려져 있는 구성을 가질 수 있다. 예컨대, 백라이트 유닛은 엣지형 광원; 상기 엣지형 광원으로부터 받은 빛을 확산시키는 도광판; 및 상기 도광판의 일면에 구비된 광변환 소자를 포함할 수 있다. 또 하나의 예로서, 백라이트 유닛은 직하형 광원 및 상기 직하형 광원의 일면에 구비된 광전환 소자를 포함할 수 있다. 상기 도광판의 광전환 소자에 대항하는 면의 반대면에는 반사판이 구비될 수도 있고, 상기 광전환 소자의 광원 또는 도광판에 대향하는 면의 반대측에는 집광 시트, 휘도 향상시트 등이 추가로 구비될 수 있다.
본 출원의 또 하나의 실시상태는 상기 백라이트 유닛을 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다. 디스플레이 장치는 상기 백라이트 유닛 내에 포함되는 광전환 소자를 제외하고는 당기술분야에 알려져 있는 구성을 가질 수 있다. 예컨대, 백라이트 유닛의 일면에 구비된 디스플레이 모듈을 포함할 수 있다. 상기 디스플레이 모듈은 박막트랜지스터 및 컬러필터를 포함하는 액정 모듈일 수 있다.
이하 실시예를 통하여 본 명세서에 기재된 실시상태를 예시한다. 그러나, 이하의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 발명의 범위를 한정하기 위한 것은 아니다.
< 실시예 1>
물 20g에 중량평균분자량(Mw)이 85,000~124,000이고 검화도가 87%인 폴리비닐알코올(PVA) 1g을 150℃의 온도에서 완전히 용해하고, 식힌 용액에 중량평균분자량(Mw)이 10,000인 폴리에틸렌이민(PEI) 4g과 에피클로로하이드린(epichlorohydrin)을 PEI 중량 대비 15% 첨가하여 상온에서 용해한 후, 상기 조성물에 녹색형광염료인 피리닌(pyranine)을 상기 조성물의 고분자중량(PVA 및 PEI의 중량의 합) 대비 0.3%를 추가하여 필름 형성용 조성물을 제조하였다. 상기 방법으로 만들어진 필름 형성용 조성물을 배리어 층이 형성된 배리어 필름 위에 와이어 바(wire bar)로 도포하고, 100℃ 건조 오븐에서 5분 동안 열풍 건조시키면서 열경화를 유도한 후 상기 필름 상에 별도의 배리어 필름을 라미네이팅하였다. 끝으로 배리어 필름의 일면에 광추출 필름을 적층하여 도 6과 같은 구조의 녹색 광전환 소자를 완성하였다.
< 실시예 2>
물 20g에 중량평균분자량(Mw)이 65,000인 폴리알릴아민(PAA) 1g과 중량평균분자량(Mw)이 10,000인 폴리에틸렌이민(PEI) 4g, 에피클로로하이드린(epichlorohydrin)을 PEI 중량 대비 15% 첨가하여 상온에서 용해한 후 상기 조성물에 녹색형광염료인 피리닌(pyranine)을 상기 조성물의 고분자 중량(PAA 및 PEI의 중량의 합) 대비 0.3%를 추가하여 필름 형성용 조성물을 제조하였다. 상기 방법으로 만들어진 필름 형성용 조성물을 배리어 층이 형성된 배리어 필름 위에 와이어 바(wire bar)로 도포하고, 100℃ 건조 오븐에서 5분 동안 열풍 건조시키면서 열경화를 유도한 후 상기 필름 상에 별도의 배리어 필름을 라미네이팅하였다. 끝으로 배리어 필름의 일면에 광추출 필름을 적층하여 도 6과 같은 구조의 녹색 광전환 소자를 완성하였다.
< 비교예 1>
물 20g에 중량평균분자량(Mw)이 85,000~124,000이고 검화도가 87%인 폴리비닐알코올(PVA) 5g을 150℃의 온도에서 완전히 용해하고 식힌 용액에 녹색형광염료인 피리닌(pyranine)을 상기 PVA 중량 대비 0.3% 추가하여 필름 조성물 용액을 제조하였다. 실시예 1과 동일한 방법으로 배리어 필름 위에 도포하고 별도의 배리어 필름을 라미네이팅하였으나 부착이 불가능하였다. 이에 PET 필름 위에 상기 필름 형성용 조성물을 도포하고 별도의 PET 필름을 덧댄 후, 점착제가 있는 배리어 필름을 사용하여 상기 필름 양쪽에 배리어 필름을 적층하여 도 7과 같은 구조의 녹색 광전환 소자를 완성하였다.
< 비교예 2>
물 20g에 중량평균분자량(Mw)이 65,000인 폴리알릴아민(PAA) 5g을 상온에서 완전히 용해하고 녹색형광염료인 피리닌(pyranine)을 상기 PAA 중량 대비 0.3% 추가하여 필름 형성용 조성물을 제조하였다. 실시예 1과 동일한 방법으로 배리어 필름 위에 도포하고 별도의 배리어 필름을 라미네이팅하였으나 부착이 불가능하였다. 이에 PET 필름 위에 상기 필름 조성물 용액을 도포하고 별도의 PET 필름을 덧댄 후, 점착제가 있는 배리어 필름을 사용하여 상기 필름 양쪽에 배리어 필름을 적층하여 도 7과 같은 구조의 녹색 광전환 소자를 완성하였다.
접착력 및 이에 따른 배리어 필름의 산소나 수분 차단효과를 확인하기 위해 상기 광전환 소자들을 85℃ 온도와 85%의 습도가 유지되는 항온항습기에 넣어두고 시간 경과에 따른 필름의 휘도값의 변화를 관찰하였다. 관찰 결과를 도 8에 나타내었다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의해 제공되는 광전환 필름의 조성물에 의해 필름을 배리어 필름 상에 형성하고 별도의 배리어 필름을 적층한 경우 고온 다습한 환경에서도 형광특성이 안정하게 유지된다는 것을 확인할 수 있었다.
<실험예>
본 명세서의 일 실시상태에 따른 광전환 필름의 접착력을 실험하기 위해서, ASTM 규격에 의거 칼로 광전환 필름 상에 라미네이트 된 배리어 필름 표면에 1 mm 간격으로 바둑판과 같은 선 형태로 크로스-컷(cross-cut)한 후 그 위에 셀로판 테이프를 붙이고 이를 떼어 낼 때 붙어있는 지 여부를 판단하여 하기 표 1에 나타내었다. O는 완전히 붙어 있는 경우를, X는 바둑판 무늬 사이가 부분적으로 박리되거나 또는 완전 박리되는 경우를 나타낸 것이다.
구분 접착성
실시예 실시예1 O
실시예2 O
비교예 비교예1 X
비교예2 X
상기 표 1에서 볼 수 있듯이, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 광전환 필름은 이온성 고분자가 포함되지 않은 비교예에 비해서 접착성에 있어서 원하는 효과를 얻을 수 있었다.

Claims (17)

1종 이상의 이온성 고분자 및 1종 이상의 비이온성 고분자를 포함하는 고분자 매질 속에 1종 이상의 수용성 유기형광염료가 분산된 광전환 필름으로서,
상기 유기형광염료는 반치폭(FWHM)이 60 nm 이하이고 몰흡광계수(molecular absorption coefficient)가 50,000~150,000 M-1cm-1인 것인 광전환 필름.
청구항 1에 있어서, 상기 광전환 필름은 최대 발광파장이 500~550 nm 사이에 존재하는 녹색 발광 형광염료 및 최대 발광파장이 600~660 nm 사이에 존재하는 적색 발광 형광염료 중 적어도 하나를 1종 또는 2종 이상 포함하는 것인 광전환 필름.
청구항 1에 있어서, 상기 비이온성 고분자는 폴리비닐알코올(PVA) 및 폴리알릴아민(PAA) 중 적어도 하나를 포함하는 것인 광전환 필름.
청구항 3에 있어서, 상기 이온성 고분자는 상기 비이온성 고분자 중량 대비 50 내지 1,000%로 포함되는 것인 광전환 필름.
청구항 1에 있어서, 상기 고분자 매질은 이온성 고분자를 포함하는 바인더 수지, 중합성 모노머 및 중합성 개시제를 포함하는 조성물의 경화물을 포함하는 것인 광전환 필름.
청구항 5에 있어서, 상기 중합성 모노머는 상기 이온성 고분자 중량 대비 10 내지 30%로 포함되는 것인 광전환 필름.
청구항 1에 있어서, 상기 광전환 필름은 상기 고분자 매질 속에 분산된 광확산 입자를 더 포함하는 것인 광전환 필름.
청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 따른 광전환 필름; 및 상기 광전환 필름 중 적어도 하나의 적어도 일면에 구비된 배리어 필름을 포함하는 광전환 소자.
청구항 8에 있어서, 상기 광전환 필름의 양면에 배리어 필름이 구비되고, 일면에 구비된 배리어 필름은 광전환 필름 형성용 조성물을 배리어 필름 상에 도포하여 광전환 필름을 형성함으로써 적층된 것이고, 타면에 구비된 배리어 필름은 광전환 필름의 접착능을 이용하여 광전환 필름 상에 배리어 필름을 부착함으로써 적층된 것인 광전환 소자.
청구항 8에 있어서, 상기 배리어 필름은 수분이나 산소 투과도가 10-1cc/m2/day 이하인 것인 광전환 소자.
청구항 8에 있어서, 상기 배리어 필름은 투명 기판 및 상기 투명 기판 상에 구비된 배리어 층을 포함하는 것인 광전환 소자.
청구항 8에 있어서, 상기 광전환 소자는 광전환 필름을 2층 이상 포함하는 것인 광전환 소자.
청구항 12에 있어서, 상기 2층 이상의 광전환 필름은 입사된 빛을 서로 다른 파장의 빛으로 전환하는 유기형광염료를 포함하는 것인 광전환 소자.
청구항 13에 있어서, 상기 2 이상의 광전환 필름은 중 광원으로부터 멀어질수록 긴 발광파장을 가지도록 배치된 것인 광전환 소자.
청구항 8에 있어서, 상기 광전환 소자는 상기 배리어 필름 중 적어도 하나의 상기 광전환 필름에 대향하는 면의 반대면에, 점착층 또는 접착층을 통하여 부착된 광추출판을 더 포함하는 광전환 소자.
청구항 8에 따른 광전환 소자를 포함하는 백라이트 유닛.
청구항 16에 따른 백라이트 유닛을 포함하는 디스플레이 장치.
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