KR20170004437A - 발광 필름 - Google Patents

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KR20170004437A KR1020150094778A KR20150094778A KR20170004437A KR 20170004437 A KR20170004437 A KR 20170004437A KR 1020150094778 A KR1020150094778 A KR 1020150094778A KR 20150094778 A KR20150094778 A KR 20150094778A KR 20170004437 A KR20170004437 A KR 20170004437A
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Abstract

본 출원은 발광 필름, 조명 장치 및 디스플레이 장치에 대한 것이다. 본 출원에서는 목적하는 광, 예를 들면, 백색광을 효과적으로 생성할 수 있는 발광 필름 및 그 용도를 제공할 수 있다.

Description

발광 필름{LIGHT-EMITTING FILM}
본 출원은 발광 필름, 조명 장치 및 디스플레이 장치에 대한 것이다.
조명 장치는 다양한 용도에 사용되고 있다. 조명 장치는, 예를 들면, LCD(Liquid Crystal Display), TV, 컴퓨터, 모바일폰, 스마트폰, 개인 휴대정보 단말기(PDA), 게이밍 장치, 전자 리딩 (reading) 장치 또는 디지털 카메라 등과 같은 디스플레이의 BLU(Backlight Unit)로 사용될 수 있다. 조명 장치는 그 외에도, 실내 또는 실외 조명, 무대 조명, 장식 조명, 액센트 조명 또는 박물관 조명 등에 사용될 수 있고, 이 외에도 원예학이나, 생물학에서 필요한 특별한 파장 조명 등에 사용될 수 있다.
대표적인 조명 장치로는, 예를 들면, LCD의 BLU 등으로 사용되는 것으로서 청색 LED(Light Emitting Diode)와 YAG(Yttrium aluminium garnet)와 같은 형광체를 조합시켜 백색광을 내는 장치가 있다.
또한, 최근에는 입자의 크기에 따라 방출하는 빛의 색상이 달라지는 발광 나노입자, 예를 들면 양자점(Qunatum-dot)을 이용하여, 백색광을 내는 조명장치에 관련된 연구가 꾸준히 진행되고 있다. 특히, 양자점을 포함하는 조명 장치와 관련하여 색순도를 높이기 위한 다양한 연구들이 수행되고 있다.
한국공개특허공보 제2011-0048397호 한국공개특허공보 제2011-0038191호
본 출원은 발광 필름, 조명 장치 및 디스플레이 장치를 제공한다. 본 출원에서는 목적에 따라, 색순도 또는 색좌표 등을 포함한 칼라 특성을 쉽게 조절할 수 있고, 휘도가 향상되며, 제반 성능을 장기간 안정적으로 유지할 수 있는 발광 필름 및 그 용도를 제공할 수 있다.
본 출원은 발광 필름에 대한 것이다. 본 출원에서 용어 발광 필름은 광을 낼 수 있도록 형성된 필름을 의미할 수 있고, 예를 들면, 상기 발광 필름은, 소정 파장의 광을 흡수하여 상기 흡수한 광과 동일하거나 다른 파장의 광을 방출할 수 있도록 형성된 필름일 수 있다.
발광 필름은 발광 성분 중 청색광, 예를 들면 420nm 내지 490nm 범위의 파장의 광에 대한 발광성분이 강하여 파장별 발산도(radiance)에서 청색광의 피크가 높고, 색좌표가 청색 계열로 치우치는 블리쉬(Bluish) 현상이 발생할 수 있다. 상기 블뤼시(Bluish) 현상을 제어하고자 발광층의 두께 및 발광 나노입자의 농도 등을 증가시켜, 궁극적으로 청색광의 흡수량을 증가시킬 수 있으나, 이 경우 휘도가 떨어질 뿐 아니라, 발광 나노입자의 소모량을 증가시키는 등 비용적인 문제가 발생할 수 있다.
또한, 광원, 예를 들면 청색광원으로부터 백색광을 구현하기 위한 발광 필름에 있어서, 중간 대역 파장의 광, 구체적으로 470nm 내지 510nm 범위 내 파장의 광은 색순도를 악화시키는 주요한 요인이 되는 것으로 알려져 있다.
이에, 본 출원은 발광 필름에 목적하는 파장대역의 광을 선택적으로 반사할 수 있는 콜레스테릭 액정층 및/또는 광학 이방성층을 도입함으로써, 파장별 발산도(radiance)의 블리쉬(Bluish) 현상을 제어하면서, 동시에 좁은 반치폭을 가져, 휘도 등이 우수하고, 색 재현성이 뛰어난 발광 필름을 제공할 수 있다.
예시적인 발광 필름은, 발광 나노입자를 포함하는 발광층; 및 상기 발광층의 상부에 존재하는 콜레스테릭 액정층(이하 “CLC층”이라 함)을 포함할 수 있다.
도 1은, 예시적인 상기 발광 필름으로서, CLC층(101)과 발광층(102)이 순차 포함하는 경우를 보여주고 있다.
발광 필름에서 CLC층은, 예를 들면, 약 420 nm 내지 510 nm 중 어느 한 파장의 광을 반사할 수 있도록 구현되어 있을 수 있다.
도 2를 참조하면, 콜레스테릭 액정(이하, CLC)은, 액정 분자의 도파기(액정 분자의 광축)(도 2의 n)가 나선축(도 2의 X)을 따라 꼬이면서 층을 이루며 배향한 나선형의 구조를 가진다. CLC의 구조에서 액정 분자의 도파기가 360도의 회전을 완성하기까지의 거리(도 2의 P)를 「피치(pitch)」라고 호칭한다.
적절하게 배향된 CLC는 원형 편광의 광을 선택적으로 반사시킬 수 있는 것으로 알려져 있다. CLC에 의해 반사되는 광의 파장은 액정의 굴절율 및 피치에 의존한다. CLC 도파기의 나선형 뒤틀림은 재료의 유전체 텐서에서 공간적으로 주기적인 변형을 가져오고, 이것은 광의 파장 선택적 반사를 일으킨다. CLC에서는 나선 축을 따라 전파되는 광에 대하여, 파장 λ가 하기 일반식 1의 범주일 때 브래그(Bragg) 반사가 일어난다.
[일반식 1]
N0P＜λ＜NeP
일반식 1에서, P는 CLC의 피치이고, Ne는 CLC의 도피기에 대해 평행하게 편광된 광에 대한 CLC의 굴절률을 나타내며, N0은 CLC의 도파기에 수직으로 편광된 광에 대한 CLC의 굴절률을 나타낸다.
CLC에 의해 반사되는 광, 즉 반사광의 파장 범위의 중심 파장λ0는 하기 일반식 2에 근사 될 수 있으며, 이때, 입사되는 광은 CLC를 포함하는 층의 표면 법선에 대하여 0도의 각도로 입사되는 것일 수 있다.
[일반식 2]
λ0=0.5(N0+Ne)P
일반식 2에서, P, Ne 및 No는 상기 일반식 1에서 정의된 바와 같다.
CLC에 의해 반사되는 광의 스펙트럼 폭 △λ0은 하기 일반식 3에 의해 근사될 수 있다.
[일반식 3]
△λ0=2λ0(Ne-No)/(No+Ne)=P(Ne-No)
일반식 3에서, P, Ne 및 No는 상기 일반식 1에서 정의된 바와 같다.
이러한 CLC층은, 예를 들면, 네마틱 액정 화합물과 키랄제(chiral dopant)를 포함하는 공지의 CLC 조성물을 사용하여 형성할 수 있다. 키랄제는 상기 네마틱 액정 화합물에 회전력을 부여하고, 그와 같이 부여된 회전력에 의해 상기 네마틱 액정 화합물은 그 도파기(광축)가 상기 나선축을 따라 꼬이면서 층을 이루며 배향하여 CLC층이 형성될 수 있다. 네마틱 액정 화합물로서, 소위 RM(Reactive Mesogen)으로 호칭되는 중합성 액정 화합물을 사용하여 상기 배향된 상태에서 상기 액정 화합물을 중합시켜 CLC층을 형성할 수 있다. 액정 분야에서는 목적하는 반사광 파장에 따라 다양한 CLC 조성물이 알려져 있고, 이러한 공지의 CLC 조성물은 본 출원에서 모두 적용될 수 있다.
따라서, 상기 CLC층은, 액정 고분자층일 수 있고, 이러한 CLC층은, 상기 중합성 네마틱 액정 화합물 및 중합성 또는 비중합성인 키랄제(chiral agent)를 포함하는 조성물을 코팅하고, 상기 키랄제에 의해 액정 화합물의 나선 피치를 유도한 상태로 상기 조성물을 중합시켜서 형성할 수 있다.
본 출원의 발광 필름이 목적하는 광, 예를 들면, 백색광을 효과적으로 방출할 수 있기 위해서, 상기 CLC층은 청색광, 예를 들면 420nm 내지 490nm 범위 내 파장의 광은 반사하고, 그 외의 광, 특히 녹색광은 가급적 반사하지 않는 특성을 가질 수 있다.
다른 예시에서, 본 출원의 발광 필름이 백색광을 효과적으로 방출하기 위해서, 상기 CLC층은 청색광 및 녹색광 사이의 광, 예를 들면 470nm 내지 510nm 범위 내 파장의 광을 선택적으로 반사하는 특성을 가질 수 있다.
CLC층에 의해 반사되는 광의 파장은, 상기 광이 CLC층의 피치 및 굴절률과 입사하는 광의 입사각에 따라서 변화된다. 따라서, CLC층의 피치 및 굴절률을 소정 범위로 조절하여, 반사광의 중심 파장이 420nm 내지 510nm 범위 내에 있는 CLC층을 형성할 수 있다.
따라서, 본 출원에서 상기 CLC층은, 하기 수식 1에 따라 정해지는 반사광의 중심 파장(λ0)이 420nm 내지 510nm 범위 내에 있을 수 있다.
[수식 1]
λ0=n x P x cosθ
수식 1에서 λ0는 상기 CLC층의 반사광의 중심 파장이고, n은 CLC층의 평균 굴절률(0.5(No+Ne), No 및 Ne는 일반식 1에서 정의 한 바와 같다)이며, P는 상기 CLC층의 피치이고, θ는 상기 CLC층의 표면 법선을 기준으로 측정한 상기 CLC층으로 입사하는 광의 입사각(단위 : 도)이다.
상기와 같이, 420 nm 내지 510 nm의 파장 중 어느 한 파장에 대한 반사 특성을 가지는 CLC층을 이용함으로써, 파장별 발산도(radiance)가 블리쉬(Bluish) 해지는 현상을 방지할 수 있고, 또한 반치폭이 좁아 색재현성이 뛰어난 발광 필름을 제공할 수 있다.
상기 수식 1에 따라 정해지는 반사광의 중심 파장(λ0)이 420 nm 내지 510 nm 범위 내에 있을 경우, CLC층의 피치는, 예를 들면 200 nm 내지 400nm 또는 270nm 내지 330nm의 범위 내에 있을 수 있다. 본 출원에서 CLC층의 피치는 광이 공기층(굴절률 1)에서 CLC층으로 입사한다고 가정 했을 때 산출된 것일 수 있다.
하나의 예시에서, CLC층은 상기 수식 1에 따라 정해지는 반사광의 중심 파장(λ0)이 420 nm 내지 490 nm 범위 내에 있을 수 있다. 420 nm 내지 490nm 범위 내 파장의 광에 대한 선택적 반사 특성을 지닌 CLC층을 발광 필름에 포함시킬 경우, 파장별 발산도가 블뤼시(Bluish)해지는 현상을 방지할 수 있고, 궁극적으로 휘도 등이 우수하고, 색 재현성이 뛰어난 발광 필름을 제공할 수 있다.
상기 CLC층의 반사광 중심 파장(λ0)이 420 nm 내지 490 nm 범위 내에 있을 경우, CLC층의 피치는 200 nm 내지 380 nm 또는 270nm 내지 320nm의 범위 내에 있을 수 있다.
다른 예시에서, CLC층은 상기 수식 1에 따라 정해지는 반사광의 중심 파장(λ0)이 470 nm 내지 510 nm 범위 내에 있을 수 있다. 470 nm 내지 510nm 범위 내 파장의 광에 대한 선택적 반사 특성을 지닌 CLC층을 발광 필름에 포함시킬 경우, 색순도를 악화시키는 중간 대역 파장의 광을 효과적으로 제어할 수 있고, 궁극적으로 색재현성이 뛰어난 발광 필름을 제공할 수 있다.
상기 CLC층의 반사광 중심 파장이(λ0)이 470 nm 내지 510 nm 범위 내에 있을 경우, CLC층의 피치는 250 nm 내지 400 nm 또는 300 nm 내지 330nm의 범위 내에 있을 수 있다.
CLC층의 평균 굴절률은, 예를 들면 550nm 파장에 대하여 1.4 내지 1.9, 1.4 내지 1.8 또는 1.4 내지 1.67의 범위 내에 있을 수 있다. 상기와 같은 굴절률 범위 내에서, 수식 1에 따른 반사광의 중심 파장을 목적하는 범위로 조절할 수 있다.
발광 필름에서 CLC층의 하부에는 발광층이 존재한다. 발광층은 발광 나노입자를 포함할 수 있다. 본 출원에서 용어 발광 나노입자는, 발광할 수 있는 나노입자를 의미할 수 있다.
예를 들면, 상기 발광 나노입자는, 소정 파장의 광을 흡수하여 상기 흡수한 광과 동일하거나 다른 파장의 광을 방출할 수 있도록 형성된 나노입자를 의미할 수 있다. 본 출원에서 용어 나노입자는, 나노 수준의 치수(dimension)를 가지는 입자로서, 예를 들면, 평균 입경이 약 100 nm 이하, 90 nm 이하, 80 nm 이하, 70 nm 이하, 60 nm 이하, 50 nm 이하, 40 nm 이하, 30 nm 이하, 20 nm 이하 또는 약 15 nm 이하인 입자를 의미할 수 있다. 상기 나노입자의 형태는 특별히 제한되지 않으며, 구상이거나, 타원체, 다각형 또는 무정형 등을 포함할 수 있다.
발광 나노입자는, 소정 파장의 광을 흡수하여 그와 동일하거나 다른 파장의 광을 방출할 수 있는 입자일 수 있다. 예를 들면, 발광 나노입자는 420 내지 490 nm의 범위 내의 어느 한 파장의 광을 흡수하여 490 내지 580 nm 범위 내의 어느 한 파장의 광을 방출할 수 있는 나노입자(이하, 녹색 입자라 칭할 수 있다.) 및/또는 420 내지 490 nm의 범위 내의 어느 한 파장의 광을 흡수하여 580 내지 780 nm 범위 내의 어느 한 파장의 광을 방출할 수 있는 나노입자(이하, 적색 입자라 칭할 수 있다.)일 수 있다.
즉, 발광 나노입자는 420nm 내지 490nm의 범위 내의 광을 흡수하여 490nm 내지 580nm의 범위 내의 광을 방출할 수 있는 제 1 발광 나노입자 및/또는 420nm 내지 490nm 범위 내의 광을 흡수하여 580nm 내지 780nm의 범위 내의 광을 방출할 수 있는 제 2 발광 나노입자를 포함할 수 있다. 상기에서 제 1 발광 나노입자는 전술한 녹색 입자일 수 있고, 제 2 발광 나노입자는 전술한 적색 입자일 수 있다.
예를 들어, 백색광을 방출할 수 있는 발광 필름을 얻기 위하여 상기 적색 입자와 녹색 입자가 적정 비율로 함께 발광층에 포함되어 있을 수 있다. 발광 나노입자로는 이러한 작용을 나타내는 것이라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있다. 이러한 나노입자의 대표적인 예로는, 소위 양자점(Quantum Dot)으로 호칭되는 나노 구조물이 예시될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 출원에서는 편의상 나노입자로 호칭하나, 상기 나노 구조물은, 입자 형태일 수도 있고, 예를 들면, 나노와이어, 나노로드, 나노튜브, 분기된 나노구조, 나노테트라포드(nanotetrapods), 트라이포드(tripods) 또는 바이포드(bipods) 등의 형태일 수 있으며, 이러한 형태도 본 출원에서 규정하는 나노입자에 포함될 수 있다. 본 출원에서 용어 나노 구조물에는 약 500 nm 미만, 약 200 nm 미만, 약 100 nm 미만, 약 50 nm 미만, 약 20 nm 미만 또는 약 10 nm 미만의 치수를 가지는 적어도 하나의 영역 또는 특성 치수를 가지는 유사한 구조들을 포함할 수 있다. 일반적으로, 영역 또는 특성 치수들은 그 구조의 가장 작은 축을 따라서 존재할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 나노 구조물은, 예를 들면, 실질적으로 결정질이거나, 실질적으로 단결정질, 다결정질 또는 비정질이거나, 상기의 조합일 수 있다.
발광 나노입자로 사용될 수 있는 양자점은 공지된 임의의 방식으로 제조할 수 있다. 예를 들어, 양자점을 형성하는 적합한 방법들은, 미국특허 제6,225,198호, 미국공개특허 제2002-0066401호, 미국 특허 제6,207,229호, 미국특허 제6,322,901호, 미국특허 제6,949,206호, 미국특허 제7,572,393호, 미국특허 제7,267,865호, 미국특허 제7,374,807호 또는 미국특허 제6,861,155호 등에 공지되어 있으며, 상기 외에도 다양한 공지의 방식들이 본 출원에 적용될 수 있다.
본 출원에서 사용될 수 있는 양자점 또는 다른 나노입자들은 임의의 적합한 재료, 예를 들면, 무기 재료로서, 무기 전도 또는 반전도 재료를 사용하여 형성될 수 있다. 적합한 반도체 재료로는 II-VI족, III-V족, IV-VI족 및 IV족 반도체들이 예시될 수 있다. 구체적으로는, Si, Ge, Sn, Se, Te, B, C(다이아몬드 포함), P, BN, BP, BAs, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, InSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdSeZn, CdTe, HgS, HgSe, HgTe, BeS, BeSe, BeTe, MgS, MgSe, GeS, GeSe, GeTe, SnS, SnSe, SnTe, PbO, PbS, PbSe, PbTe, CuF, CuCl, CuBr, CuI, Si3N4, Ge3N4, Al2O3, (Al, Ga, In)2 (S, Se, Te)3, Al2CO 및 2개 이상의 상기 반도체들의 적합한 조합들이 예시될 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
하나의 예시에서 반도체 나노결정 또는 다른 나노구조는 p-형 도펀트 또는 n-형 도펀트 등과 같은 도펀트를 포함할 수도 있다. 본 출원에서 사용될 수 있는 나노입자는 또한 II-VI 또는 III-V 반도체들을 포함할 수 있다. II-VI 또는 III-V 반도체 나노결정들 및 나노구조들의 예로는, Zn, Cd 및 Hg 등과 같은 주기율표 II족 원소와 S, Se, Te, Po 등과 같은 주기표 VI족 원소와의 임의의 조합; 및 B, Al, Ga, In, 및 Tl 등과 같은 III족 원소와 N, P, As, Sb 및 Bi 등과 같은 V족 원소와의 임의의 조합이 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 다른 예시에서 적합한 무기 나노구조들은 금속 나노구조들을 포함하고, 적합한 금속으로는 Ru, Pd, Pt, Ni, W, Ta, Co, Mo, Ir, Re, Rh, Hf, Nb, Au, Ag, Ti, Sn, Zn, Fe 또는 FePt 등이 예시될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
발광 나노입자, 예를 들면, 양자점은 코어-셀 구조(core-shell structure)를 가질 수 있다. 코어-셀 구조의 발광 나노입자를 형성할 수 있는 예시적인 재료에는 Si, Ge, Sn, Se, Te, B, C (다이아몬드 포함), P, Co, Au, BN, BP, BAs, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, InSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdSeZn, CdTe, HgS, HgSe, HgTe, BeS, BeSe, BeTe, MgS, MgSe, GeS, GeSe, GeTe, SnS, SnSe, SnTe, PbO, PbS, PbSe, PbTe, CuF, CuCl, CuBr, CuI, Si3N4, Ge3N4, Al2O3, (Al, Ga, In)2 (S, Se, Te)3, Al2CO 및 2개 이상의 이런 재료들의 임의의 조합들이 포함되지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 출원에서 적용 가능한 예시적인 코어-셀 발광 나노입자(코어/셀)에는 CdSe/ZnS, InP/ZnS, PbSe/PbS, CdSe/CdS, CdTe/CdS 또는 CdTe/ZnS 등이 포함되지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 발광 나노입자는 유기 소재로 이루어진 고분자 입자일 수 있다. 상기 유기 소재로 이루어진 고분자 입자의 종류 및 크기 등은 예를 들면, 대한민국 공개특허공보 2014-0137676호 등에 개시되어 있는 공지의 것이 제한 없이 이용될 수 있다.
발광 나노입자의 구체적인 종류는 특별히 제한되지 않고, 목적하는 광 방출 특성을 고려하여 적절하게 선택될 수 있다.
하나의 예시에서 양자점과 같은 발광 나노입자는, 하나 이상의 리간드 또는 배리어에 의해 둘러싸여 있을 수 있다. 상기 리간드 또는 배리어는, 양자점과 같은 발광 나노입자의 안정성을 향상시키고, 고온, 고강도, 외부 가스 또는 수분 등을 포함하는 유해한 외부 조건들로부터 발광 나노입자를 보호하는 것에 유리할 수 있다. 또한, 후술하는 바와 같이 발광 나노입자는 후술하는 제 1 영역 또는 제 2 영역 중 어느 하나의 영역에만 존재할 수 있는데, 이와 같은 발광층을 얻기 위하여 상기 리간드 또는 배리어의 특성이 제 1 및 제 2 영역 중에서 어느 한 영역에만 상용성을 가지도록 선택될 수도 있다.
하나의 예시에서 양자점과 같은 발광 나노입자는, 그 표면과 공액, 협동, 연관 또는 부착된 리간드를 포함할 수 있다. 양자점과 같은 발광 나노입자의 표면에 적합한 특성을 나타낼 수 있게 하는 리간드와 그 형성 방법은 공지이며, 이와 같은 방식은 본 출원에서 제한 없이 적용될 수 있다. 이러한 재료 내지는 방법들은, 예를 들면, 미국공개특허 제2008-0281010호, 미국공개특허 제2008-0237540호, 미국공개특허 제2010-0110728호, 미국공개특허 제2008-0118755호, 미국특허 제7,645,397호, 미국특허 제7,374,807호, 미국특허 제6,949,206호, 미국특허 제7,572,393호 또는 미국특허 제7,267,875호 등에 개시되어 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 하나의 예시에서 상기 리간드는, 아민기를 갖는 분자(oleylamine, triethylamine, hexylamine, naphtylamine 등) 혹은 고분자, 카복실기를 갖는 분자(oleic acid 등) 혹은 고분자, 티올기를 갖는 분자(butanethiol, hexanethiol, dodecanethiol 등) 혹은 고분자, 피리딘기를 갖는 분자(pyridine 등) 혹은 고분자, 포스핀기를 갖는 분자(triphenylphosphine 등), 산화포스핀기를 갖는 분자(trioctylphosphine oxide 등), 카보닐기를 갖는 분자(alkyl ketone 등), 벤젠고리를 갖는 분자(benzene, styrene 등) 혹은 고분자, 히드록시기를 갖는 분자(butanol, hexanol 등) 혹은 고분자 등에 의해 형성될 수 있다.
하나의 예시에서 상기 발광층은 서로 상분리되어 있는 2개의 영역을 포함할 수 있다. 본 출원에서 용어 상분리되어 있는 영역들은, 예를 들면, 상대적으로 소수성인 영역과 상대적으로 친수성인 영역과 같이 서로 섞이지 않는 2개의 영역들에 의해 형성된 영역으로서 서로 분리되어 있다는 점을 확인할 수 있는 상태로 형성되어 있는 영역들을 의미할 수 있다. 이하, 편의상 발광층의 상분리되어 있는 2개의 영역 중에서 어느 한 영역을 제 1 영역으로 호칭하고, 다른 영역을 제 2 영역으로 호칭할 수 있다.
하나의 예시에서 발광층의 상기 제 1 영역과 제 2 영역 중에서 제 1 영역은 친수성 영역이고, 제 2 영역은 소수성 영역일 수 있다. 본 출원에서 제 1 및 제 2 영역을 구분하는 친수성과 소수성은 서로 상대적인 개념이고, 친수성과 소수성의 절대적인 기준은 상기 발광층 내에서 상기 두 개의 영역이 서로 구분되어 있는 것이 확인될 수 있을 정도이면 특별히 제한되는 것은 아니다.
발광층에서 상기 발광 나노입자는 상기 제 1 영역 또는 제 2 영역에 포함되어 있을 수 있다. 상기 제 1 영역과 제 2 영역은 발광층 내에 두개의 영역이 구분되어 있는 것을 확인할 수 있을 정도의 군집을 형성하며 무작위적으로 분포되어 있을 수 있다.
하나의 예시에서 상기 발광 나노입자는 상기 제 1 및 제 2 영역 중에서 어느 한 영역, 예를 들면 제 2 영역에만 포함되고, 다른 영역, 예를 들면 제 1 영역에는 실질적으로 포함되어 있지 않을 수 있다.
본 출원에서 발광 나노입자가 어느 영역에 포함되어 있지 않다는 것은, 예를 들면, 발광층에 포함되어 있는 발광 나노입자의 전체 중량을 기준으로 해당 영역에 포함되어 있는 발광 나노입자의 중량 비율이 10% 이하, 9% 이하, 8% 이하, 7% 이하, 6% 이하, 5% 이하, 4% 이하, 3% 이하, 2% 이하, 1% 이하, 0.5% 이하 또는 0.1% 이하인 경우를 의미할 수 있다.
하나의 예시에서, 발광층에 포함되어 있는 발광 나노입자의 전체 중량을 기준으로 제 1 영역에 포함되어 있는 발광 나노입자의 중량 비율이 10% 이하일 수 있다.
발광층 내에 상분리된 2개의 영역을 형성하고, 발광 나노입자를 상기 2개의 영역 중에서 어느 한 영역에만 실질적으로 위치시키면, 필름화에 적합한 물성을 확보할 수 있고, 전술한 광학 이방성층과 같은 다른 층과 상기 발광층간의 밀착성의 확보가 유리하며, 발광 필름의 형성 시에 발광 나노입자가 존재하는 영역에 개시제나 가교제 등과 같은 상기 나노입자의 물성에 악영향을 미칠 수 있는 다른 요인들을 보다 효과적으로 제어하여 내구성이 우수한 필름을 형성할 수 있다.
발광층 내에서 친수성인 제 1 영역과 소수성인 제 2 영역의 비율은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 상기 비율은 발광층에 포함시키고자 하는 발광 나노입자의 비율, 배리어층 등의 다른 층과의 부착성 또는 필름화를 위해 요구되는 물성 등을 고려하여 선택할 수 있다. 예를 들면, 발광층은, 상기 제 1 영역 100 중량부 대비 10 중량부 내지 100 중량부의 제 2 영역을 포함할 수 있다. 다른 예시에서 발광층은, 제 1 영역 50 내지 95 중량부 및 제 2 영역 5 내지 50 중량부를 포함할 수 있다. 또는 반대로 발광층은, 제 2 영역 50 내지 95 중량부 및 제 1 영역 5 내지 50 중량부를 포함할 수 있다. 본 출원에서 용어 중량부는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 성분간의 중량 비율을 의미한다. 또한, 상기에서 제 1 및 제 2 영역의 중량은, 각 영역을 형성하거나, 그 영역에 포함되는 모든 성분의 중량의 합계를 의미할 수 있다.
예를 들면, 상기 발광층은, 후술하는 바와 같이 친수성 중합성 조성물과 상대적으로 소수성 중합성 조성물을 혼합하고, 중합시켜서 형성할 수 있는데, 이러한 경우에 상기 각 영역의 중량은 상기 각 중합성 조성물의 중량을 의미하거나, 혹은 상기 각 조성물에 포함되는 친수성 라디칼 중합성 화합물과 소수성 라디칼 중합성 화합물간의 비율을 의미할 수 있다.
친수성 중합성 조성물은 친수성 라디칼 중합성 화합물을 포함하는 조성물을 의미하고, 소수성 중합성 조성물은 소수성 라디칼 중합성 화합물을 포함하는 조성물을 의미할 수 있다. 본 출원에서 상기 친수성 라디칼 중합성 화합물과 소수성 라디칼 중합성 화합물의 친수성 및 소수성의 구분의 기준은, 예를 들면, 상기 양 화합물이 서로 상대적으로 친수성 또는 소수성이면서 서로 혼합되었을 때에 전술한 상분리되어 있는 영역을 형성할 수 있을 정도라면 특별히 제한되지 않는다.
하나의 예시에서 상기 친수성과 소수성의 구분은 소위 용해도 파라미터(solubility parameter)에 의해 수행될 수 있다. 본 출원에서 용해도 파라미터는 해당 라디칼 중합성 화합물의 중합에 의해 형성되는 단독 폴리머(homopolymer)의 용해도 파라미터를 의미하고, 이를 통해 해당 화합물의 친수성 및 소수성의 정도를 파악할 수 있다. 용해도 파라미터를 구하는 방식은 특별히 제한되지 않고, 이 분야에서 공지된 방식에 따를 수 있다. 예를 들면, 상기 파라미터는 당업계에서 소위 HSP (Hansen solubility parameter)로 공지된 방식에 따라서 계산하거나 구해질 수 있다. 특별히 제한되는 것은 아니지만, 본 출원에서 소수성 라디칼 중합성 화합물은 상기 용해도 파라미터가 약 10 미만인 라디칼 중합성의 화합물을 의미할 수 있고, 친수성 라디칼 중합성 화합물은 상기 파라미터가 약 10 이상인 라디칼 중합성의 화합물을 의미할 수 있다.
제 1 영역은, 상기와 같은 친수성 라디칼 중합성 화합물을 중합시켜서 형성할 수 있다. 예를 들면, 제 1 영역은, 하기 화학식 1의 화합물; 하기 화학식 2의 화합물; 하기 화학식 3의 화합물; 하기 화학식 4의 화합물; 질소 함유 라디칼 중합성 화합물; 아크릴산, 메타크릴산 또는 그의 염(salt) 부위를 포함하는 라디칼 중합성 화합물의 중합 단위를 포함할 수 있다. 본 출원에서 용어 소정 화합물의 중합 단위는, 상기 소정의 화합물이 중합되어 형성되는 단위를 의미할 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
[화학식 2]
Figure pat00002
[화학식 3]
Figure pat00003
[화학식 4]
Figure pat00004
화학식 1 내지 4에서, Q는 각각 독립적으로 수소 또는 알킬기이고, U는 각각 독립적으로 알킬렌기이며, A는 각각 독립적으로 히드록시기가 치환될 수 있는 알킬렌기이고, Z는 수소, 알콕시기, 에폭시기 또는 1가 탄화수소기이며, X는 히드록시기 또는 시아노기이고, m 및 n은 임의의 수, 예를 들면 양의 정수일 수 있다.
본 출원에서 용어 「알킬렌기」는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬렌기를 의미할 수 있다. 상기 알킬렌기는 직쇄형, 분지쇄형 또는 고리형일 수 있다. 또한, 상기 알킬렌기는 임의적으로 하나 이상의 치환기로 치환되어 있을 수 있다.
본 출원에서 용어 「에폭시기」는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 3개의 고리 구성 원자를 가지는 고리형 에테르(cyclic ether) 또는 상기 고리형 에테르를 포함하는 화합물 또는 그로부터 유도된 1가 잔기를 의미할 수 있다. 에폭시기로는 글리시딜기, 에폭시알킬기, 글리시독시알킬기 또는 지환식 에폭시기 등이 예시될 수 있다. 상기에서 지환식 에폭시기는, 지방족 탄화수소 고리 구조를 포함하고, 상기 지방족 탄화수소 고리를 형성하고 있는 2개의 탄소 원자가 또한 에폭시기를 형성하고 있는 구조를 포함하는 화합물로부터 유래되는 1가 잔기를 의미할 수 있다. 지환식 에폭시기로는, 6개 내지 12개의 탄소 원자를 가지는 지환식 에폭시기가 예시될 수 있고, 예를 들면, 3,4-에폭시시클로헥실에틸기 등이 예시될 수 있다.
본 출원에서 용어 「알콕시기」는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4의 알콕시기를 의미할 수 있다. 상기 알콕시기는 직쇄형, 분지쇄형 또는 고리형일 수 있다. 또한, 상기 알콕시기는 임의적으로 하나 이상의 치환기로 치환되어 있을 수 있다.
본 출원에서 용어 「알킬기」는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 16, 탄소수 1 내지 12, 탄소수 1 내지 8 또는 탄소수 1 내지 4의 알킬기를 의미할 수 있다. 상기 알킬기는 직쇄형, 분지쇄형 또는 고리형일 수 있다. 또한, 상기 알킬기는 임의적으로 하나 이상의 치환기로 치환되어 있을 수 있다.
본 출원에서 용어 「1가 탄화수소기」는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 탄소와 수소로 이루어진 화합물 또는 그러한 화합물의 유도체로부터 유도되는 1가 잔기를 의미할 수 있다. 예를 들면, 1가 탄화수소기는, 1개 내지 25개의 탄소 원자를 포함할 수 있다. 1가 탄화수소기로는, 알킬기, 알케닐기, 알키닐기 또는 아릴기 등이 예시될 수 있다.
본 출원에서 상기 알콕시기, 알킬렌기, 에폭시기, 알킬기 또는 1가 탄화수소기에 임의적으로 치환되어 있을 수 있는 치환기로는, 히드록시기; 염소 또는 불소 등의 할로겐; 글리시딜기, 에폭시알킬기, 글리시독시알킬기 또는 지환식 에폭시기 등의 에폭시기; 아크릴로일기; 메타크릴로일기; 이소시아네이트기; 티올기; 또는 1가 탄화수소기 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
화학식 1, 2 및 4에서 m 및 n은 임의의 수이며, 예를 들면, 각각 독립적으로 1 내지 20, 1 내지 16 또는 1 내지 12의 범위 내의 수일 수 있다.
상기에서 질소 함유 라디칼 중합성 화합물로는, 예를 들면, 아미드기-함유 라디칼 중합성 화합물, 아미노기-함유 라디칼 중합성 화합물, 이미드기-함유 라디칼 중합성 화합물 또는 사이아노기-함유 라디칼 중합성 화합물 등을 사용할 수 있다. 상기에서 아미드기-함유 라디칼 중합성 화합물로서는, 예를 들면 (메타)아크릴아미드 또는 N,N-디메틸 (메타)아크릴아미드, N,N-디에틸 (메타)아크릴아미드, N-아이소프로필 (메타)아크릴아미드, N-메틸올 (메타)아크릴아미드, 다이아세톤 (메타)아크릴아미드, N-비닐아세토아미드, N,N'-메틸렌비스(메타)아크릴아미드, N,N-디메틸아미노프로필(메타)아크릴아미드, N,N-디메틸아미노프로필메타크릴아미드, N-비닐피롤리돈, N-비닐카프로락탐 또는 (메트)아크릴로일모폴린 등이 예시될 수 있고, 아미노기-함유 라디칼 중합성 화합물로서는, 아미노에틸(메트)아크릴레이트, N,N-디메틸아미노에틸(메트)아크릴레이트 또는 N,N-디메틸아미노프로필(메트)아크릴레이트 등이 예시될 수 있으며, 이미드기-함유 라디칼 중합성 화합물로서는, N-아이소프로필말레이미드, N-사이클로헥실말레이미드 또는 이타콘이미드 등이 예시될 수 있고, 사이아노기-함유 라디칼 중합성 화합물로서는, 아크릴로나이트릴 또는 메타크릴로나이트릴 등이 예시될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, (메타)아크릴산의 염(salt) 부위를 포함하는 라디칼 중합성 화합물로는, 예를 들면 (메타)아크릴산과 리튬, 나트륨, 및 칼륨을 비롯한 알칼리 금속과의 염 또는 마그네슘, 칼슘, 스트론튬 및 바륨을 비롯한 알칼리 토금속과의 염 등이 예시될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
제 1 영역은, 예를 들면, 친수성 라디칼 중합성 화합물 및 라디칼 개시제를 포함하는 친수성 중합성 조성물을 중합시켜 형성할 수 있다. 따라서, 상기 제 1 영역은 상기 친수성 중합성 조성물의 중합물 일 수 있다.
친수성 라디칼 중합성 화합물의 종류는 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 상기 기술한 화합물을 사용할 수 있다.
친수성 중합성 조성물에 포함되는 라디칼 개시제의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 개시제로는, 열의 인가 또는 광의 조사에 의해 중합 반응을 개시시킬 수 있는 라디칼을 생성할 수 있는 라디칼 열개시제 또는 광개시제를 사용할 수 있다.
열개시제로는, 예를 들면, 2,2-아조비스-2,4-디메틸발레로니트릴(V-65, Wako(제)), 2,2-아조비스이소부티로니트릴(V-60, Wako(제)) 또는 2,2-아조비스-2-메틸부티로니트릴(V-59, Wako(제))와 같은 아조계 개시제; 디프로필 퍼옥시디카보네이트(Peroyl NPP, NOF(제)), 디이소프로필 퍼옥시 디카보네이트(Peroyl IPP, NOF(제)), 비스-4-부틸시클로헥실 퍼옥시 디카보네이트(Peroyl TCP, NOF(제)), 디에톡시에틸 퍼옥시 디카보네이트(Peroyl EEP, NOF(제)), 디에톡시헥실 퍼옥시 디카보네이트(Peroyl OPP, NOF(제)), 헥실 퍼옥시 디카보네이트(Perhexyl ND, NOF(제)), 디메톡시부틸 퍼옥시 디카보네이트(Peroyl MBP, NOF(제)), 비스(3-메톡시-3-메톡시부틸)퍼옥시 디카보네이트(Peroyl SOP, NOF(제)), 헥실 퍼옥시 피발레이트(Perhexyl PV, NOF(제)), 아밀 퍼옥시 피발레이트(Luperox 546M75, Atofina(제)), 부틸 퍼옥시 피발레이트(Perbutyl, NOF(제)) 또는 트리메틸헥사노일 퍼옥사이드(Peroyl 355, NOF(제))와 같은 퍼옥시에스테르 화합물; 디메틸 하이드록시부틸 퍼옥사네오데카노에이트(Luperox 610M75, Atofina(제)), 아밀 퍼옥시 네오데카노에이트(Luperox 546M75, Atofina(제)) 또는 부틸 퍼옥시 네오데카노에이트(Luperox 10M75, Atofina(제))와 같은 퍼옥시 디카보네이트 화합물; 3,5,5-트리메틸헥사노일 퍼옥사이드, 라우릴 퍼옥사이드 또는 디벤조일 퍼옥사이드와 같은 아실 퍼옥사이드; 케톤 퍼옥시드; 디알킬 퍼옥시드; 퍼옥시 케탈; 또는 히드로퍼옥시드 등과 같은 퍼옥시드 개시제 등의 일종 또는 이종 이상을 사용할 수 있고, 광개시제로는, 벤조인계, 히드록시 케톤계, 아미노케톤계 또는 포스핀 옥시드계 광개시제 등이 사용될 수 있고, 구체적으로는, 벤조인, 벤조인 메틸에테르, 벤조인 에틸에테르, 벤조인 이소프로필에테르, 벤조인 n-부틸에테르, 벤조인 이소부틸에테르, 아세토페논, 디메틸아니노 아세토페논, 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논, 2,2-디에톡시-2-페닐아세토페논, 2-히드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1온, 1-히드록시시클로헥실페닐케톤, 2-메틸-1-[4-(메틸티오)페닐]-2-몰포리노-프로판-1-온, 4-(2-히드록시에톡시)페닐-2-(히드록시-2-프로필)케톤, 벤조페논, p-페닐벤조페논, 4,4’-디에틸아미노벤조페논, 디클로로벤조페논, 2-메틸안트라퀴논, 2-에틸안트라퀴논, 2-t-부틸안트라퀴논, 2-아미노안트라퀴논, 2-메틸티오잔톤(thioxanthone), 2-에틸티오잔톤, 2-클로로티오잔톤, 2,4-디메틸티오잔톤, 2,4-디에틸티오잔톤, 벤질디메틸케탈, 아세토페논 디메틸케탈, p-디메틸아미노 안식향산 에스테르, 올리고[2-히드록시-2-메틸-1-[4-(1-메틸비닐)페닐]프로판논] 및 2,4,6-트리메틸벤조일-디페닐-포스핀옥시드 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
광개시제로는, 벤조인계, 히드록시 케톤계, 아미노케톤계 또는 포스핀 옥시드계 광개시제 등이 사용될 수 있다. 구체적으로는, 벤조인, 벤조인 메틸에테르, 벤조인 에틸에테르, 벤조인 이소프로필에테르, 벤조인 n-부틸에테르, 벤조인 이소부틸에테르, 아세토페논, 디메틸아미노 아세토페논, 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논, 2,2-디에톡시-2-페닐아세토페논, 2-히드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온, 1-히드록시시클로헥실페닐케톤, 2-메틸-1-[4-(메틸티오)페닐]-2-몰포리노-프로판-1-온, 4-(2-히드록시에톡시)페닐-2-(히드록시-2-프로필)케톤, 벤조페논, p-페닐벤조페논, 4,4’-디에틸아미노벤조페논, 디클로로벤조페논, 2-메틸안트라퀴논, 2-에틸안트라퀴논, 2-t-부틸안트라퀴논, 2-아미노안트라퀴논, 2-메틸티오잔톤(thioxanthone), 2-에틸티오잔톤, 2-클로로티오잔톤, 2,4-디메틸티오잔톤, 2,4-디에틸티오잔톤, 벤질디메틸케탈, 아세토페논 디메틸케탈, p-디메틸아미노 안식향산 에스테르, 올리고[2-히드록시-2-메틸-1-[4-(1-메틸비닐)페닐]프로판논] 및 2,4,6-트리메틸벤조일-디페닐-포스핀옥시드 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
개시제로는 친수성 성분에 높은 용해도를 나타내는 것을 선택하여 사용할 수 있고, 예를 들면, 히드록시케톤 화합물, 수분산 히드록시케톤 화합물, 아미노케톤 화합물 또는 수분산 아미노케톤 화합물 등이 사용될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
라디칼 개시제는, 예를 들면 발광층을 형성하는 친수성 중합성 조성물 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 10 중량부의 범위로 친수성 중합성 조성물에 포함될 수 있다. 이러한 비율은, 예를 들면, 필름의 물성이나 중합 효율 등을 고려하여 변경할 수 있다.
예를 들면, 필름화 물성 등을 고려하여, 필요하다면 친수성 중합성 조성물은, 가교제를 추가로 포함할 수 있다. 가교제로는, 예를 들면, 라디칼 중합성기를 2개 이상 가지는 화합물을 사용할 수 있다.
가교제로 사용될 수 있는 화합물로는, 다관능성 아크릴레이트가 예시될 수 있다. 상기 다관능성 아크릴레이트는, 아크릴로일기 또는 메타크릴로일기를 2개 이상 포함하는 화합물을 의미할 수 있다.
다관능성 아크릴레이트로는, 예를 들면, 1,4-부탄디올 디(메타)아크릴레이트, 1,6-헥산디올 디(메타)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜 디(메타)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜 디(메타)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜아디페이트(neopentylglycol adipate) 디(메타)아크릴레이트, 히드록시피발산(hydroxyl puivalic acid) 네오펜틸글리콜 디(메타)아크릴레이트, 디시클로펜타닐(dicyclopentanyl) 디(메타)아크릴레이트, 카프로락톤 변성 디시클로펜테닐 디(메타)아크릴레이트, 에틸렌옥시드 변성 디(메타)아크릴레이트, 디(메타)아크릴록시 에틸 이소시아누레이트, 알릴(allyl)화 시클로헥실 디(메타)아크릴레이트, 트리시클로데칸디메탄올(메타)아크릴레이트, 디메틸롤 디시클로펜탄 디(메타)아크릴레이트, 에틸렌옥시드 변성 헥사히드로프탈산 디(메타)아크릴레이트, 트리시클로데칸 디메탄올(메타)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜 변성 트리메틸프로판 디(메타)아크릴레이트, 아다만탄(adamantane) 디(메타)아크릴레이트 또는 9,9-비스[4-(2-아크릴로일옥시에톡시)페닐]플루오렌(fluorine) 등과 같은 2관능성 아크릴레이트; 트리메틸롤프로판 트리(메타)아크릴레이트, 디펜타에리쓰리톨 트리(메타)아크릴레이트, 프로피온산 변성 디펜타에리쓰리톨 트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리쓰리톨 트리(메타)아크릴레이트, 프로필렌옥시드 변성 트리메틸롤프로판 트리(메타)아크릴레이트, 3 관능형 우레탄 (메타)아크릴레이트 또는 트리스(메타)아크릴록시에틸이소시아누레이트 등의 3관능형 아크릴레이트; 디글리세린 테트라(메타)아크릴레이트 또는 펜타에리쓰리톨 테트라(메타)아크릴레이트 등의 4관능형 아크릴레이트; 프로피온산 변성 디펜타에리쓰리톨 펜타(메타)아크릴레이트 등의 5관능형 아크릴레이트; 및 디펜타에리쓰리톨 헥사(메타)아크릴레이트, 카프로락톤 변성 디펜타에리쓰리톨 헥사(메타)아크릴레이트 또는 우레탄 (메타)아크릴레이트(ex. 이소시아네이트 단량체 및 트리메틸롤프로판 트리(메타)아크릴레이트의 반응물 등의 6관능형 아크릴레이트 등을 사용할 수 있다. 또한, 다관능성 아크릴레이트로는, 업계에서 소위 광경화성 올리고머로 호칭되는 화합물로서, 우레탄 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트 또는 폴리에테르 아크릴레이트 등도 사용할 수 있다. 상기와 같은 화합물 중에서 적절한 종류를 일종 또는 이종 이상 선택하여 사용할 수 있다.
가교제로는, 상기 다관능성 아크릴레이트와 같이 라디칼 반응에 의해 가교 구조를 구현할 수 있는 성분은 물론 필요하다면, 공지의 이소시아네이트 가교제, 에폭시 가교제, 아지리딘 가교제 또는 금속 킬레이트 가교제 등과 같이 열경화 반응에 의해 가교 구조를 구현할 수 있는 성분도 사용할 수 있다.
가교제는, 예를 들면 친수성 중합성 조성물 100 중량부를 기준으로 10 중량부 내지 50 중량부의 범위로 친수성 중합성 조성물에 포함될 수 있다. 상기 가교제의 비율은, 예를 들면 필름의 물성 등을 고려하여 변경될 수 있다.
친수성 중합성 조성물은, 상기 기술한 성분 외에도 필요한 다른 성분을 추가로 포함할 수 있다.
제 2 영역은, 역시 라디칼 중합성의 화합물을 중합시켜서 형성할 수 있고, 예를 들면, 소수성 라디칼 중합성 화합물을 중합시켜서 형성할 수 있다. 제 2 영역을 형성할 수 있는 라디칼 중합성 화합물은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 제 2 영역은, 하기 화학식 5 내지 7 중 어느 하나의 화학식으로 표시되는 화합물의 중합 단위를 포함할 수 있다.
[화학식 5]
Figure pat00005
[화학식 6]
Figure pat00006
[화학식 7]
Figure pat00007
화학식 5 내지 7에서, Q는 각각 독립적으로 수소 또는 알킬기이고,
U는 각각 독립적으로 알킬렌기, 알케닐렌기, 알키닐렌기 또는 아릴렌기이며, B는 탄소수 5 이상의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기 또는 지환식 탄화수소기이고, Y는 산소 원자 또는 황 원자이며, X는 산소 원자, 황 원자 또는 알킬렌기이고, Ar은 아릴기이며, n은 임의의 수, 예를 들면 양의 정수이다.
본 출원에서 용어 「알케닐렌기 또는 알키닐렌기」는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 탄소수 2 내지 20, 탄소수 2 내지 16, 탄소수 2 내지 12, 탄소수 2 내지 8 또는 탄소수 2 내지 4의 알케닐렌기 또는 알키닐렌기를 의미할 수 있다. 상기 알케닐렌기 또는 알키닐렌기는 직쇄형, 분지쇄형 또는 고리형일 수 있다. 또한, 상기 알케닐렌기 또는 알키닐렌기는 임의적으로 하나 이상의 치환기로 치환되어 있을 수 있다.
본 출원에서 용어 「아릴렌기」는, 특별히 달리 규정하지 않는 한, 벤젠 또는 2개 이상의 벤젠이 축합 또는 결합된 구조를 포함하는 화합물 또는 그 유도체로부터 유래하는 2가 잔기를 의미할 수 있다. 아릴렌기는, 예를 들면, 벤젠, 나프탈렌 또는 플루오렌(fluorene) 등을 포함하는 구조를 가질 수 있다.
본 출원에서 상기 알케닐렌기, 알키닐렌기 또는 아릴렌기에 임의적으로 치환되어 있을 수 있는 치환기로는, 히드록시기, 염소 또는 불소 등의 할로겐, 알킬기 또는 아릴옥시기 등이 예시될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
하나의 예시에서, 화학식 5의 Q는 수소 또는 알킬기이고, B는 탄소수 5 이상의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기 또는 지환식 탄화수소기일 수 있다.
상기, 화학식 5에서 B는 탄소수 5 이상, 탄소수 7 이상 또는 탄소수 9 이상의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기일 수 있다. 이와 같이 상대적으로 장쇄의 알킬기를 포함하는 화합물은 상대적으로 비극성의 화합물로 알려져 있다. 상기 직쇄 또는 분지쇄 알킬기의 탄소수의 상한은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 상기 알킬기는, 탄소수 20 이하의 알킬기일 수 있다.
화학식 5에서 B는 다른 예시에서, 지환식 탄화수소기 예를 들면, 탄소수 3 내지 20, 탄소수 3 내지 16 또는 탄소수 6 내지 12의 지환식 탄화수소기일 수 있고, 그러한 탄화수소기의 예로는 사이클로헥실기 또는 이소보르닐기 등이 예시될 수 있다. 이와 같이 지환식 탄화수소기를 가지는 화합물은, 상대적으로 비극성의 화합물로 알려져 있다.
하나의 예시에서, 화학식 6의 Q는 수소 또는 알킬기이고, U는 알케닐렌기, 알키닐렌기 또는 아릴렌기일 수 있다.
하나의 예시에서, 화학식 7에서 Q는 수소 또는 알킬기이고, U는 알킬렌기이며, Y는 탄소 원자, 산소 원자 또는 황 원자이며, X는 산소 원자, 황 원자 또는 알킬렌기이고, Ar은 아릴기이며, n은 임의의 수, 예를 들면 1 내지 20, 1 내지 16 또는 1 내지 12의 범위 내의 양의 정수일 수 있다.
제 2 영역은, 예를 들면, 소수성 라디칼 중합성 화합물 및 라디칼 개시제를 포함하는 소수성 중합성 조성물을 중합시켜 형성할 수 있다. 따라서, 상기 제 2 영역은 상기 소수성 중합성 조성물의 중합물일 수 있다.
소수성 중합성 조성물에 포함되는 소수성 라디칼 중합성 화합물의 종류는 특별히 제한되지 않고, 업계에서 소위 비극성의 단량체로 알려져 있는 화합물을 사용할 수 있다. 예를 들면, 상기 화합물로는 전술한 화합물을 사용할 수 있다.
소수성 중합성 조성물에 포함되는 라디칼 개시제의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 전술한 친수성 중합성 화합물의 항목에서 기술한 개시제 중에서 적절한 종류를 선택하여 사용할 수 있다.
상기 라디칼 개시제는 예를 들면, 소수성 중합성 조성물 100 중량부를 기준으로 5 중량부 이하로 소수성 중합성 조성물에 포함될 수 있다. 이러한 중량비율은, 예를 들면 필름의 물성이나 중합 효율 등을 고려하여 변경될 수 있다.
필름화 물성 등을 고려하여, 필요하다면 소수성 중합성 조성물도, 가교제를 추가로 포함할 수 있다. 가교제로는, 특별한 제한 없이, 예를 들면, 상기 친수성 중합성 조성물 항목에서 설명한 성분들 중에서 적절한 성분을 선택하여 사용할 수 있다.
가교제는 예를 들면, 소수성 중합성 조성물 100 중량부 대비 50 중량부 이하 또는 10 중량부 내지 50 중량부의 범위로 소수성 중합성 조성물에 포함될 수 있다. 가교제의 중량비율은 예를 들면, 필름의 물성 등이나 중합성 화합물에 포함되는 다른 성분의 영향 등을 고려하여 변경될 수 있다.
소수성 중합성 조성물도 필요하다면 다른 성분을 추가로 포함할 수 있다.
전술한 발광 나노입자는 발광층에 포함되고, 예를 들면 상기 제 1 또는 제 2 영역에 포함될 수 있다. 하나의 예시에서 발광 나노입자는, 상기 제 2 영역에만 포함되고, 제 1 영역에 존재하지 않을 수 있다. 상기에서 발광 나노입자가 존재하지 않는 영역은, 전술한 바와 같이 발광 나노입자를 실질적으로 포함하지 않는 영역을 의미할 수 있다.
발광 나노입자의 발광층 내에서의 비율은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 목적하는 광 특성 등을 고려하여 적정 범위로 선택될 수 있다. 하나의 예시에서 발광층 내에서 상기 발광 나노입자는 전술한 제 1 영역 및 제 2영역 전체 중량 또는 발광층의 전체 고형분 중량 대비 0.05 중량% 내지 20 중량%의 범위로 발광층에 포함될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
하나의 예시에서, 발광층은 전술한 녹색 입자 및/또는 적색 입자를 제 2 영역 내에서 각자의 영역을 형성한 상태로 군집을 이루며 포함하고 있을 수 있다.
즉, 본 출원의 제 2 영역은 420nm 내지 490nm의 범위 내의 광을 흡수하여 490nm 내지 580nm의 범위 내의 광을 방출할 수 있는 제 1 발광 나노입자를 포함하는 A 영역 및/또는 420nm 내지 490nm 범위 내의 광을 흡수하여 580nm 내지 780nm의 범위 내의 광을 방출할 수 있는 제 2 발광 나노입자를 포함하는 B영역을 포함할 수 있다. 상기 제 1 발광 나노입자는 전술한 녹색입자를 의미할 수 있고, 상기 제 2 발광 나노입자는 전술한 적색입자를 의미할 수 있다.
구체적으로, 본 출원의 제 2 영역의 A 영역에는 제 1 발광 나노입자를 포함하고, 제 2 발광 나노입자를 실질적으로 포함하지 않을 수 있다. 마찬가지로, 제 2 영역의 B 영역에는 제 2 발광 나노입자를 포함하고, 제 1 발광 나노입자를 실질적으로 포함하지 않을 수 있다. 상기 제 2 발광 나노입자를 실질적으로 포함하지 않는 다는 것은, 예를 들면 A 영역에 존재하는 전체 발광 나노입자 대비 제 2 발광 나노입자가 10 중량% 이하의 비율로 포함되어 있는 상태를 의미할 수 있다.
하나의 예시에서, A 영역 및 B 영역을 포함하는 제 2 영역을 가지는 발광층을 얻기 위해서는 녹색 입자와 기타 첨가제를 친수성 중합성 화합물 및 소수성 중합성 화합물과 혼합하여 제 1 혼합물을 제조하고, 적색 입자와 기타 첨가제를 친수성 중합성 화합물 및 소수성 중합성 화합물과 혼합하여, 제 2 혼합물을 제조한 후, 상기 제 1 혼합물과 제 2 혼합물을 혼합하는 방식이 이용될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
발광층은, 전술한 성분에 추가적으로 다른 성분을 포함할 수 있다. 발광층이 포함할 수 있는 다른 성분의 예로는, 후술하는 양친매성 나노입자나 산란 입자 등이 예시될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
하나의 예시에서 발광층은 양친매성 나노입자를 포함할 수 있고, 이러한 양친매성 나노입자는 예를 들면, 상기 제 1 영역과 제 2 영역의 경계에 존재할 수 있다. 상기 양친매성 나노입자는, 발광층에서 상분리되어 있는 제 1 및 제 2 영역의 안정성을 증대시킬 수 있다. 본 출원에서 적용할 수 있는 양친매성 나노입자의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 금속(금, 은, 구리, 백금, 팔라듐, 니켈, 망간, 아연 등), 산화물(SiO2, Al2O3, TiO2, ZnO, NiO, CuO, MnO2, MgO, SrO, CaO 등) 또는 고분자(PMMA, PS 등) 나노입자 등이 사용될 수 있다.
양친매성 나노입자를 발광층에 포함시키는 방식, 예를 들면, 제 1 및 제 2 영역의 경계에 위치시키는 방식은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 발광층의 제조 과정에서 상기 친수성 또는 소수성 중합성 조성물에 적정량의 상기 양친매성 나노입자를 배합하는 방식을 사용할 수 있다.
발광층 내에서 상기 양친매성 나노입자의 비율은, 예를 들면, 상분리된 제 1 및 제 2 영역의 안정성을 고려하여 선택할 수 있다. 하나의 예시에서 상기 양친매성 나노입자는 제 1 또는 제 2 영역의 전체 중량 혹은 발광층의 전체 중량을 기준으로 약 1 내지 10 중량%의 농도로 포함될 수 있다.
발광층은, 또한 산란 입자를 포함할 수 있다. 발광층에 포함되는 산란 입자는, 상기 발광층에 입사되는 광이 상기 발광 나노입자로 도입될 확률을 조절하여 발광층이 가지는 광 특성을 보다 개선할 수 있다. 본 명세서에서 용어 산란 입자는, 주변 매질, 예를 들면, 상기 제 1 또는 제 2 영역과는 상이한 굴절률을 가지고, 또한 적절한 크기를 가져서 입사되는 광을 산란, 굴절 또는 확산시킬 수 있는 모든 종류의 입자를 의미할 수 있다. 예를 들면, 산란 입자는, 주변 매질, 예를 들면, 제 1 및/또는 제 2 영역에 비하여 낮거나 높은 굴절률을 가질 수 있고, 상기 제 1 및/또는 제 2 영역과의 굴절률의 차이의 절대값이 0.2 이상 또는 0.4 이상인 입자일 수 있다. 상기 굴절률의 차이의 절대값의 상한은 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 약 0.8 이하 또는 약 0.7 이하일 수 있다. 산란 입자는, 예를 들면, 평균 입경이 10nm 이상, 100 nm 이상, 100 nm 초과, 100 nm 내지 20000 nm, 100 nm 내지 15000 nm, 100 nm 내지 10000 nm, 100 nm 내지 5000 nm, 100 nm 내지 1000 nm 또는 100 nm 내지 500 nm 정도일 수 있다. 산란 입자는, 구형, 타원형, 다면체 또는 무정형과 같은 형상을 가질 수 있으나, 상기 형태는 특별히 제한되는 것은 아니다. 산란 입자로는, 예를 들면, 폴리스티렌 또는 그 유도체, 아크릴 수지 또는 그 유도체, 실리콘 수지 또는 그 유도체, 또는 노볼락 수지 또는 그 유도체 등과 같은 유기 재료, 또는 실리카, 알루미나, 산화 티탄 또는 산화 지르코늄과 같은 무기 재료를 포함하는 입자가 예시될 수 있다. 산란 입자는, 상기 재료 중에 어느 하나의 재료만을 포함하거나, 상기 중 2종 이상의 재료를 포함하여 형성될 수 있다. 예를 들면, 산란 입자로 중공 실리카(hollow silica) 등과 같은 중공 입자 또는 코어/셀 구조의 입자도 사용할 수 있다.
이러한 산란 입자의 발광층 내에서의 비율은 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 발광층으로 입사되는 광의 경로를 고려하여 적정 비율로 선택될 수 있다.
산란 입자는, 예를 들면 상기 제 1 또는 제 2 영역에 포함될 수 있다. 하나의 예시에서 산란 입자는, 상기 제 1 및 제 2 영역 중에서 어느 한 영역에만 포함되고, 다른 영역에는 존재하지 않을 수 있다. 상기에서 산란 입자가 존재하지 않는 영역은, 전술한 바와 같이 해당 입자를 실질적으로 포함하지 않는 영역으로서, 그 영역의 전체 중량을 기준으로 산란 입자의 그 영역 내에서의 중량 비율이 10% 이하, 8% 이하, 6% 이하, 4% 이하, 2% 이하, 1% 이하 또는 0.5% 이하 인 경우를 의미할 수 있다. 하나의 예시에서 제 1 및 제 2 영역 중에서 어느 한 영역에만 상기 발광 나노입자가 포함되는 경우에 산란 입자는 상기 발광 나노입자가 포함되지 않는 영역에만 존재할 수 있다.
산란 입자는, 예를 들면, 제 1 또는 제 2 영역의 전체 중량 100 중량부 대비 10 내지 100 중량부의 비율로 발광층에 포함될 수 있고, 이러한 비율 내에서 적절한 산란 특성을 확보할 수 있다.
발광층은, 전술한 성분 외에도 산소 제거제(oxygen scavenger), 라디칼 제거제 또는 산화 방지제 등과 같은 첨가제를 필요한 양으로 추가로 포함할 수도 있다.
발광층의 두께는 특별히 제한되지 않고, 목적하는 용도 및 광특성을 고려하여 적정 범위로 선택될 수 있다. 하나의 예시에서 발광층은 10 ㎛ 내지 500 ㎛의 범위 내의 두께를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기와 같은 발광층은, 예를 들면, 친수성 중합성 조성물과 소수성 중합성 조성물의 혼합물을 포함하는 층을 중합시켜 제조할 수 있다. 상기에서 친수성 및 소수성 중합성 조성물로는, 예를 들면, 상기 기술한 조성물, 즉 친수성 또는 소수성의 라디칼 중합성 화합물과 개시제 등을 포함하는 조성물을 각각 사용할 수 있다.
또한, 상기 혼합물은 친수성 및 소수성 중합성 조성물을 각각 별도로 제조한 후에 이를 혼합하여 제조하거나, 혹은 친수성 및 소수성 중합성 조성물을 이루는 성분을 한번에 혼합하여 제조할 수도 있다. 이와 같은 혼합물을 중합시키면, 중합 과정에서 상분리가 일어나고, 전술한 형태의 발광층이 형성될 수 있다.
상기 발광층을 형성하는 방식은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 얻어진 혼합물을 공지의 코팅 방식으로 적정한 기재상에 코팅하여 형성할 수 있다. 상기와 같은 방식으로 형성된 층을 경화시키는 방식도 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 각 조성물에 포함되어 있는 개시제가 활성화될 수 있을 정도의 적정 범위의 열을 인가하거나, 혹은 자외선 등과 같은 전자기파를 인가하는 방식으로 수행할 수 있다. 상기와 같은 단계를 거쳐 발광층을 제조하고, 이러한 발광층을 상기 CLC층, 또는 후술하는 광학 이방성층 등에 적층하여 발광 필름을 제조할 수 있다.
발광 필름은 추가적인 층으로서 상기 CLC층의 상부에 존재하는 광학 이방성층을 또한, 포함할 수 있다.
본 출원에서는 발광 필름에 광학 이방성층을 포함시키고, 후술하는 바와 같이 광학 이방성층의 광축을 변경하는 것에 의해, 발광 필름에서 발생하는 광, 예를 들면 백색광의 색좌표를 용도에 따라서 자유롭게 조절할 수 있다. 상기에서 용어 광축은 지상축(slow axis) 또는 진상축(fast axis)을 의미하고, 특별히 달리 규정하지 않는 한 지상축(slow axis)를 의미할 수 있다.
구체적으로, 광학 이방성층은 발광층으로부터의 광중 소정 파장의 광, 예를 들면 420 nm 내지 510nm 범위 내 파장의 광을 반사할 수 있는 특성을 가져, 발광 필름을 통과하여 발생할 수 있는 백색광의 색좌표가 블뤼시(Bluish) 해지는 현상을 방지할 수 있고, 또한 청색광과 녹색광 사이의 중간 대역 파장의 광에 의한 색순도 저하를 방지할 수 있다.
하나의 예시에서 광학 이방성층은, 550 nm 파장의 광에 대한 면상 위상차가 50 nm 내지 350 nm의 범위 내에 있을 수 있다. 상기에서 면상 위상차는 하기 수식 2에 의해 계산되는 수치이다.
[수식 2]
Rin = d × (Nx - Ny)
수식 2에서 Rin은 면상 위상차이고, d는 광학 이방성층의 두께이며, Nx는 광학 이방성층의 지상축 방향의 550 nm 파장의 광에 대한 굴절률이며, Ny는 광학 이방성층의 진상축 방향의 550 nm 파장의 광에 대한 굴절률이다.
광학 이방성층은, 1/2 파장 또는 1/4 파장 위상 지연 특성을 가질 수 있다. 본 명세서에서 용어 「n 파장 위상 지연 특성」은, 적어도 일부의 파장 범위 내에서, 입사 광을 그 입사 광의 파장의 n배만큼 위상 지연시킬 수 있는 특성을 의미할 수 있다. 예를 들어, 광학 이방성층이 1/2 위상 지연 특성을 가지는 경우에 550 nm 파장의 광에 대한 상기 면상 위상차는 200 nm 내지 290 nm 또는 220 nm 내지 270 nm의 범위 내에 있을 수 있고, 상기 이방성층이 1/4 위상 지연 특성을 가지는 경우에 상기 550 nm 파장의 광에 대한 면상 위상차는 150 nm 내지 220 nm 또는 150 nm 내지 180 nm의 범위 내에 있을 수 있다.
광학 이방성층은, 고분자 필름, 예를 들면, 연신 고분자 필름이거나, 액정 필름일 수 있다. 상기 고분자 필름으로는, 예를 들어, 연신에 의해 광학 이방성을 부여할 수 있는 광투과성의 고분자 필름을 적절한 방식으로 연신한 필름을 사용할 수 있다.
광학 이방성을 가지는 한, 무연신의 고분자 필름도 사용할 수 있다. 고분자 필름의 예로는, 폴리에틸렌 필름 또는 폴리프로필렌 필름 등의 폴리올레핀 필름, 폴리노르보넨 필름 등의 고리형 올레핀 폴리머(COP: Cycloolefin polymer) 필름, 폴리염화비닐 필름, 폴리아크릴로니트릴 필름, 폴리설폰 필름, 폴리아크릴레이트 필름, 폴리비닐알코올 필름 또는 TAC(Triacetyl cellulose) 필름 등의 셀룰로오스 에스테르계 폴리머 필름이나 상기 폴리머를 형성하는 단량체 중에서 2종 이상의 단량체의 공중합체 필름 등이 예시될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
광학 이방성층에 이용될 수 있는 액정 필름으로는, 소위 RM(Reactive Mesogen)으로 호칭되는 반응성의 액정 화합물을 적절한 방식으로 배향한 후에 중합시켜 형성되는 필름을 사용할 수 있다. 이 분야에서는 상기와 같은 면상 위상차를 발현하는 다양한 종류의 고분자 필름 또는 액정 필름이 알려져 있고, 이러한 필름들은 모두 본 출원에서 사용될 수 있다.
본 출원의 발광 필름은, 전술한 광학 이방성층 및 CLC층을 발광층과 함께 포함함으로써, 목적하는 색순도 또는 색좌표 등을 포함한 칼라 특성을 쉽게 조절할 수 있다.
하나의 예시에서, 본 출원의 발광 필름은 하기 수식 3을 만족할 수 있다.
[수식 3]
0.3 ≤ (A-B)/A ≤ 0.9
상기 수식 3에서, A는 발광 필름을 통과 하기 전 420nm 내지 490nm 범위 내 파장의 광량이고, B는 발광 필름을 통과한 후 420nm 내지 490nm 범위 내 파장의 광량이다.
상기 수식 3은 소정 파장에서 입사광에 대한 출사광의 비율을 나타내는 것으로써, 본 출원의 발광 필름은 청색광, 예를 들면 420nm 내지 490nm 범위 내 파장이 광에 대한 반사도(%)가 30% 내지 90%의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 수식 3을 만족하는 경우, 파장별 발산도(radiance)가 블리쉬(Bluish) 현상을 방지할 수 있고, 목적하는 백색광의 색좌표에 근접하여 색 재현성이 뛰어난 발광 필름을 제공할 수 있다.
발광 필름은, 또한, 편광층을 추가로 포함할 수 있다. 상기 편광층은, 상기 광학 이방성층의 상부에 존재할 수 있다. 이 경우, 상기 편광층의 광흡수축과 상기 광학 이방성층의 광축(예를 들면, 지상축)이 이루는 각도는, 약 0도 내지 90도의 범위 내에 있을 수 있다. 상기와 같은 범위에서 광학 이방성층과 편광층을 배치함으로써, 발광 필름에서 방출되는 광의 색특성을 조절할 수 있다.
편광층으로는, 특별한 제한 없이 공지의 소재를 사용할 수 있다. 편광층은, 여러 방향으로 진동하는 입사광으로부터 한쪽 방향으로 진동하는 광을 추출할 수 있는 기능성 소자일 수 있다. 이러한 편광층으로는, 예를 들면, PVA(poly(vinyl alcohol)) 편광층과 같은 통상의 편광층을 사용하거나, 유방성 액정층(LLC층) 또는 반응성 액정 화합물과 이색성 염료를 포함하는 호스트 게스트 액정층과 같은 편광 코팅층 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
발광 필름은, 전술한 각 구성 외에 다른 구성을 추가로 포함할 수 있다. 발광 필름에 추가로 포함될 수 있는 층으로는, 예를 들면, 상기 광학 이방성층의 상부에 존재할 수 있는 휘도향상필름이나, 프리즘 시트 등을 포함하는 각종 광학 필름 또는 상기 발광층의 일면 또는 양면이나, 측면 등에 존재할 수 있는 배리어층 등이 예시될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 출원은 또한 조명 장치에 대한 것이다. 예시적인 조명 장치는, 광원과 상기 발광 필름을 포함할 수 있다.
하나의 예시에서 상기 조명 장치에서의 광원과 발광 필름은, 상기 광원에서 조사된 광이 상기 발광 필름으로 입사할 수 있도록 배치될 수 있다.
상기에서 발광 필름에 포함되는 발광층이 상기 CLC층에 비하여 가깝게 상기 조명 장치 내에 배치될 수 있다. 광원으로부터 조사된 광이 상기 발광 필름으로 입사하면, 입사된 광 중에서 일부는 상기 발광 필름 내의 발광 나노입자에 흡수되지 않고 그대로 방출되고, 다른 일부는 상기 발광 나노입자에 흡수된 후에 다른 파장의 광으로 방출될 수 있다. 이에 따라 상기 광원에서 방출되는 광의 파장과 상기 발광 나노입자가 방출하는 광의 파장을 조절하여 발광 필름으로부터 방출되는 광의 색순도 또는 칼라 등을 조절할 수 있다.
또한, 본 출원에서는 발광층의 상부의 CLC층에 의해 소정 파장의 광, 예를 들면 420nm 내지 510nm 범위 내 파장의 광, 구체적으로 420nm 내지 490nm 또는 470nm 내지 510nm 범위 내 파장의 광이 반사되어 다시 발광층에 입사할 수 있어, 발광층의 발광 효율을 보다 개선할 수 있다.
본 출원의 조명 장치에 포함되는 광원의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 목적하는 광의 종류를 고려하여 적절한 종류가 선택될 수 있다. 하나의 예시에서 상기 광원은 청색 광원이고, 예를 들면, 420 내지 490 nm의 범위 내의 파장의 광을 방출할 수 있는 광원일 수 있다.
도 3 및 4는, 상기와 같이 광원과 발광 필름을 포함하는 조명 장치를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 3 및 4에 나타난 바와 같이 조명 장치에서 광원과 발광 필름은 상기 광원에서 조사된 광이 상기 발광 필름으로 입사될 수 있도록 배치될 수 있다. 도 3에서는 광원(401)이 발광 필름(402)의 하부에 배치되어 있고, 이에 따라 상부 방향으로 광원(401)으로부터 조사된 광은 상기 발광 필름(402)으로 입사될 수 있다.
도 4는, 광원(401)이 발광 필름(402)의 측면에 배치된 경우이다. 필수적인 것은 아니지만, 상기와 같이 광원(401)이 발광 필름(402)의 측면에 배치되는 경우에는, 도광판(Light Guiding Plate)(501)이나 반사판(502)과 같이 광원(401)으로부터의 광이 보다 효율적으로 발광 필름(402)에 입사될 수 있도록 하는 다른 수단이 포함될 수도 있다.
도 3 및 4에 나타난 예시는 본 출원의 조명 장치의 하나의 예시이며, 이 외에도 조명 장치는 공지된 다양한 형태를 가질 수 있고, 이를 위해 공지의 다양한 구성을 추가로 포함할 수 있다.
본 출원의 조명 장치는 다양한 용도에 사용될 수 있다. 본 출원의 조명 장치가 적용될 수 있는 대표적인 용도에는 디스플레이 장치가 있다. 예를 들면, 상기 조명 장치는 LCD(Liquid Crystal Display) 등과 같은 디스플레이 장치의 BLU(Backlight Unit)로서 사용될 수 있다.
이 외에도 상기 조명 장치는, 컴퓨터, 모바일폰, 스마트폰, 개인 휴대정보 단말기(PDA), 게이밍 장치, 전자 리딩 (reading) 장치 또는 디지털 카메라 등과 같은 디스플레이 장치의 BLU(Backlight Unit), 실내 또는 실외 조명, 무대 조명, 장식 조명, 액센트 조명 또는 박물관 조명 등에 사용될 수 있고, 이 외에도 원예학이나, 생물학에서 필요한 특별한 파장 조명 등에 사용될 수 있으나, 상기 조명 장치가 적용될 수 있는 용도가 상기에 제한되는 것은 아니다.
본 출원에서는 목적하는 광, 예를 들면, 백색광을 효과적으로 생성할 수 있는 발광 필름 및 그 용도를 제공할 수 있다.
도 1은 예시적인 발광 필름의 단면도이다.
도 2는, CLC의 배향을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3 및 4는 예시적인 조명 장치의 모식도이다.
도 5는 본 출원의 실시예에 따른 발광층의 상분리 구조를 평가한 것이다.
도 6 내지 도 10은 본 출원의 실시예 및 비교예에 따른 발광 필름의 파장별 발산도(radiance)의 평가결과를 도시한 것이다.
이하 실시예 및 비교예를 통하여 본 출원의 발광 필름 등을 구체적으로 설명하지만, 상기 발광 필름 등의 범위가 하기 실시예에 제한되는 것은 아니다.
실시예 1.
발광층의 제조
PEGDA(poly(ethyleneglycol)diacrylate, CAS No. : 26570-48-9), LA(lauryl acrylate, CAS No. : 2156-97-0), 비스플루오렌 디아크릴레이트(BD,bisfluorene, diacrylate, CAS No. : 161182-73-6), 녹색 입자(Quantum Dot 입자), 계면활성제(polyvinylpyrrolidone) 및 SiO2 나노 입자를 9:1:1:0.1:0.05:0.05(PEGDA:LA:BD:녹색입자:계면활성제:SiO2 나노입자)의 중량비율로 혼합하였다. 이어서 라디칼 개시제로서 Iragacure 2959와 Irgacure 907를 각각 농도가 약 1중량%가 되도록 혼합하고, 6 시간 정도 교반하여 제 1 혼합물을 제조하였다. 상기 녹색 입자 대신 적색 입자(Quantum Dot 입자)를 혼합한 것을 제외하고는, 동일하게 제 2 혼합물을 제조하였다 (혼합 비율 = 9:1:1:0.01:0.05:0.05(PEGDA:LA:BD:적색입자:계면활성제:SiO2 나노입자). 이어서, 제 1 혼합물 및 제 2 혼합물을 동일 중량비율로 혼합한 후에 약 1시간 정도 교반하여 발광층 형성용 조성물을 제조하였다.
그 후, 일정 간격으로 이격 배치된 2장의 배리어 필름(i-component)의 사이에 상기 발광층 형성용 조성물을 약 100㎛의 두께로 위치시키고, 자외선을 조사하여 경화시켜 발광층을 형성하였다. 도 5는 이와 같이 제조된 발광층의 현미경 사진이고, 사진으로부터 상분리된 제 1 영역과 제 2 영역이 확인되고, 제 2 영역은 다시 적색 입자를 포함하는 B 영역과 녹색 입자를 포함하는 A영역을 가지는 것을 확인할 수 있다.
발광 필름의 제조
제조된 발광층의 상부에 프리즘 시트(BEF series, 3M) 2장을 cross 형태로 적층하고, 휘도향상필름(APF,3M) 및 PVA(poly(vinyl alcohol))계열의 선편광자(이하, “PVA 선편광자”라 함)를 순차 적층하되, PVA 선편광자의 투과축을 휘도향상필름의 투과축과 서로 평행하게 되도록 적층 하였다. 그 후, 반사광의 중심 파장이 430nm인 두께 약 3㎛ 정도의 콜레스테릭 액정층(피치 : 250nm, 평균 굴절률 : 약 1.64, 제품명 : BASF LC242+BASF LC 756)이 코팅된 PET(polyethylene terephthalate) 필름을 휘도향상필름(APF, 3M)과 프리즘 시트(BEF series, 3M) 사이에 추가하여 발광 필름을 제조하였다.
이와 같이 제조된 발광 필름의 발광층 측으로, 중심 파장이 약 450nm 정도인 광을 조사하게 설계된 7인치 BLU(Back Light Unit) 상부에 적층하고, 상기 선편광자 측으로 방출되는 백색광의 색좌표 및 파장별 발산도(radiance)를 평가하였다. 상기 평가 결과 백색광의 색좌표는 (x, y = 0.2292, 0.2007) 이었으며, 파장별 발산도의 평가 결과는 도 7에 도시된 바와 같다. 상기 색좌표는 제조된 발광 필름을 투과한 광의 CIE의 x 및 y 수치를 Spectrometer(Topcon사, SR-UL2) 장비를 이용하여 제조사의 매뉴얼에 따라 측정하였다.
실시예 2
발광 필름의 제조시에 550nm 파장의 광에 대한 면상 위상차가 약 120nm 범위 내인 두께가 약 30㎛ 정도인 COP(Cyclic Olefin Polymer) 필름(이하, “COP 필름”이라 함)을 콜레스테릭 액정층과 휘도향상필름 사이에 배치하여, COP 필름의 지상축 방향과 PVA 선편광자의 광흡수축 방향이 이루는 각도를 약 15도 또는 75도가 되도록 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 발광 필름을 제조하고, 백색광의 색좌표 및 파장별 발산도(radiance)를 평가하였다. 상기 평과 결과 백색광의 색좌표는 (x, y = 0.2468, 0.2390) 이었으며, 파장별 발산도의 평가 결과는 도 7에 도시된 바와 같다.
실시예 3
발광 필름의 제조시에 COP 필름의 지상축의 방향과 PVA 선편광자의 광흡수축의 방향이 이루는 각도를 약 30도 또는 60도가 되도록 한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 발광 필름을 제조하고, 백색광의 색좌표 및 파장별 발산도(radiance)를 평가하였다. 상기 평가 결과 백색광의 색좌표는 (x, y = 0.2708, 0.2912)이었으며, 파장별 발산도(radiance)의 평가 결과는 도 8에 도시된 바와 같다.
실시예 4
발광 필름 제조시, COP 필름의 지상축 방향과 PVA 선편광자의 광흡수축의 방향이 이루는 각도를 약 45도가 되도록 한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 발광 필름을 제조하고, 백색광의 색좌표 및 파장별 발산도(radiance)를 평가하였다. 상기 평가 결과 백색광의 색좌표는 (x, y = 0.2841, 0.3225)이었으며, 파장별 발산도(radiance)의 평가 결과는 도 9에 도시된 바와 같다.
비교예
콜레스테릭 액정층이 코팅된 PET(polyethylene terephthalate) 필름을 포함하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로 발광 필름을 제조하고, 백색광의 색좌표 및 파장별 발산도(radiance)를 평가하였다. 상기 평가 결과 백색광의 색좌표는 (x, y = 0.2112, 0.1633)이었으며, 파장별 발산도(radiance)의 평가 결과는 도 10에 도시된 바와 같다.
도 6 내지 9와 도 10에서 도시된 파장별 발산도(radiance)의 평가 결과에서 볼 수 있듯이, 상기 실시예 1 내지 4의 경우, 반사광의 중심 파장이 420nm 내지 510nm 범위 내있는 CLC층 또는 상기 CLC층과 광학 이방성층을 포함함으로써, 비교예에 비하여 색순도 뛰어난 발광 필름을 제공할 수 있다.
101: CLC층
102: 발광층
401: 광원
402: 발광 필름
501: 도광판
502: 반사판

Claims (19)

  1. 발광 나노입자를 포함하는 발광층; 및
    상기 발광층의 상부에 존재하고, 하기 수식 1에 따라 정해지는 반사광의 중심 파장(λo)이 420 nm 내지 510 nm 범위 내에 있는 콜레스테릭 액정층을 포함하는 발광 필름:
    [수식 1]
    λo = n × p × cosθ
    수식 1에서 λo는 상기 콜레스테릭 액정층의 반사광의 중심 파장이고, n은 콜레스테릭 액정층의 평균 굴절률이며, p는 상기 콜레스테릭 액정층의 피치이고, θ는 상기 콜레스테릭 액정층 표면의 법선을 기준으로 측정한 상기 콜레스테릭 액정층으로 입사하는 광의 입사각(단위: 도)이다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    발광 나노입자는 420 내지 490 nm 범위 내의 어느 한 파장의 광을 흡수하여 490 내지 580 nm 범위 내의 어느 한 파장의 광 또는 580 내지 780 nm 범위 내의 어느 한 파장의 광을 방출하는 발광 필름.
  3. 제 1 항에 있어서,
    발광 나노입자는 양자점 또는 고분자 입자인 발광 필름.
  4. 제 1 항에 있어서,
    발광층은, 제 1 영역 및 상기 제 1 영역과 상분리되어 있는 제 2 영역을 포함하고, 발광 나노 입자는 상기 제 1 영역 또는 제 2 영역에 존재하는 발광 필름.
  5. 제 4 항에 있어서,
    발광층에 포함되어 있는 발광 나노입자의 전체 중량을 기준으로 제 1 영역에 포함되어 있는 발광 나노입자의 중량 비율이 10% 이하인 발광 필름.
  6. 제 1항에 있어서,
    콜레스테릭 액정층은 반사광의 중심 파장(λo)이 420 nm 내지 490 nm 범위 내에 있는 발광 필름.
  7. 제 1항에 있어서,
    콜레스테릭 액정층은 반사광의 중심 파장(λo)이 470 nm 내지 510 nm 범위 내에 있는 발광 필름.
  8. 제 1항에 있어서, 콜레스테릭 액정층은 피치가 200nm 내지 400 nm 범위 내에 있는 발광 필름.
  9. 제 1항에 있어서, 콜레스테릭 액정층의 상부에 존재하는 광학 이방성층을 추가로 포함하는 발광 필름.
  10. 제 9항에 있어서, 광학 이방성층은, 550 nm의 파장의 광에 대한 면상 위상차가 50 nm 내지 350 nm 범위 내에 있는 발광 필름.
  11. 제 9항에 있어서, 광학 이방성층은 고분자 필름 또는 액정 필름인 발광 필름.
  12. 제 9항에 있어서, 하기 수식 3을 만족하는 발광 필름:
    [수식 3]
    0.3≤(A-B)/A≤0.9
    상기 수식 3에서, A는 발광 필름을 통과 하기 전 420nm 내지 490nm 범위 내 파장의 광량이고, B는 발광 필름을 통과한 후 420nm 내지 490nm 범위 내 파장의 광량이다.
  13. 제 9항에 있어서,
    광학 이방성층의 상부에 존재하는 편광층을 추가로 포함하는 발광 필름.
  14. 제 13항에 있어서,
    편광층의 광투과축과 광학 이방성층의 광축이 이루는 각도가 0도 내지 90도의 범위 내에 있는 발광 필름.
  15. 제 1항에 있어서,
    콜레스테릭 액정층의 상부에 존재하는 휘도향상필름을 추가로 포함하는 발광 필름.
  16. 광원 및 제 1 항의 발광 필름을 포함하고, 상기 광원과 발광 필름은, 상기 광원으로부터의 광이 상기 발광 필름으로 입사될 수 있도록 배치되어 있는 조명 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    발광층이 콜레스테릭 액정층에 비하여 광원에 가깝게 배치되어 있는 조명 장치.
  18. 제 16항에 있어서, 광원은 420 nm 내지 490 nm의 범위 내의 어느 한 파장의 광을 방출할 수 있는 조명 장치.
  19. 제 16항의 조명 장치를 포함하는 디스플레이 장치.
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