KR20170023376A - 양자점 광변환 시트 - Google Patents

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KR20170023376A
KR20170023376A KR1020150118299A KR20150118299A KR20170023376A KR 20170023376 A KR20170023376 A KR 20170023376A KR 1020150118299 A KR1020150118299 A KR 1020150118299A KR 20150118299 A KR20150118299 A KR 20150118299A KR 20170023376 A KR20170023376 A KR 20170023376A
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박철
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(주)이노큐디
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Abstract

본 발명은 청색의 빛을 녹색(Green) 내지 적색(Red)으로 변환시키는 수 나노미터 (nanometer) 크기의 양자점(Quantum Dot)을 사용하는 양자점 시트로서, 엘시디 디스플레이에 장착이 되어 광 효율을 높이며 자연색에 가까운 빛의 변환이 가능하도록 하는 양자점 시트로서, 이형필름에 코칭이 된 베리어층을 양자점층을 보호하는 베리어층으로서 사용하는 것에 관한 것이다.
특히 베이스 필름을 분리해 내는 구조로 제작이 되어 양자점 시트의 두께를 줄이고 제조원가를 줄일 수 있다.

Description

양자점 광변환 시트 {Qusntum Dot Light Conversion Sheet}
본 발명은 청색 엘이디(LED)에 의해 발광되는 청색광(Blue Light)이 적색(Red) 내지 녹색(Green)으로 광의 파장이 장 파장으로 변환이 되는 광 변환 소자의 기능을 하는 양자점을 이용한 광 변환 소자에 관한 것이다.
특히 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display)의 백라이트(Bask Light)에 적용을 하는 구조에 적합한 소자로서, 모바일 기기에 적합한 구조의 양자점 시트로서 빛의 투과도를 향상시키면서 두께를 줄일 수 있는 분야이다.
양자점 소자는 수 나노미터 크기의 cadmium selenide indium phosphite, Cadmium Selenide Sulfide, Cadmium Sulfide 등의 다양한 화합물을 지칭을 하며, 양자점의 크기에 따라 형광(photoluminescence) 효과가 다르게 나타난다.
양자점 소자의 크기에 따라 다른 형광 효과를 내는 현상을 이용해서, 청색광원의 청색엘이디를 사용을 해서 청색광을 적색과 녹색의 광으로 변환을 해서 칼라를 내는 광원으로 사용을 한다.
그 중에서도 액정디스플레이의 백라이트의 적용에 있어서 최근 가장 많이 사용이 되는 분야는 양자점을 이용한 양자점 시트(Quantum Dot Sheet)를 제조를 해서 도광판과 프리즘 시트(Prism Sheet) 사이에 장착을 하고, 도광판의 측면에서 청색(Blue)엘이디로 청색광을 조사를 하면, 청색광이 도광판을 거쳐서 상향할 때에 양자점 시트를 거치면서 적색양자점(Red Quantum Dot)과 스캐터링(Scattering)을 하면 적색으로 변환이 되어 발산이 되며. 녹색양자점(Green Quantum Dot)과 스캐터링이 일어나면 녹색으로 변환이 되어 발산이 되고, 스캐터링이 일어나지 않으면 청색광이 그대로 발산이 된다.
상기의 용어에서 적색양자점과 녹색양자점의 용어는 양자점이 적색과 녹색을 가지는 것이 아니라, 양자점의 크기가 미리 정해진 나노사이즈의 크기로서 청색 빛과 스캐터링을 하면 적색내지 녹색으로 변환되는 크기를 가졌다는 의미가 된다.
따라서 이러한 조합으로 자연광에 가까운 청색과 녹색과 적색의 조합이 가능하다.
액정디스플레이에 있어서는 이러한 양자점의 광 조합으로 기존의 형광체가 내지 못했던 넓은 범위의 자연광에 가까운 색상을 낼 수 있다.
또 한 직하형 LCD TV에 있어서는 확산시트위에 양자점시트를 올려놓고 그 위에 프리즘시트를 포함하는 양자점시트를 올려놓은 구조이다.
본 발명은 양자점을 이용한 광파장을 변환시킨 형광 특성의 양자점 시트의 액정디스플레이에 적용이 되는 구조의 문제점의 해결과 직하형 백라이트에 적용이 될 수 있도록 한 것이다.
양자점 소재를 시트에 응용을 할 경우 디스플레이의 크기에 맞는 필름에 코팅을 해서 시트로 제작을 해야 한다.
이러한 양자점 시트의 구조는 양자점이 수지(Resin)과 혼합이 되어 경화(Solidify)가 된 양자점층의 양면으로 보호코팅층과 베리어층과 고투명 PET 필름으로 된 베리어필름을 접착을 한다.
베리어필름의 베리어층은 투명한 PET 필름등에 하부코팅층이 되는 일차코팅을 한 다음 그 위에 SiO2 등의 투명한 무기물 박막을 스퍼터링 등으로 코팅을 해서 형성을 한다.
베리어층이 되는 무기물 박막의 위에 다시 보호코팅을 한 구조이다.
이러한 공정에 의해 제작이 되는 베리어필름은 상대적으로 가격이 높게 형성이 된다.
양자점시트에 있어서 베리어필름의 가격이 고가이므로 전체적인 양자점시트의 가격이 상승을 한다.
따라서 본 발명에서는 LED 상단에 사용이 되는 양자점 시트에 있어서 베리어특성을 높이면서 두께를 줄이며 소재의 사용을 줄이는 양자점시트의 제작에 관한 것이다.
특히 양자점시트의 양자점층의 양면에 직접 베리어코팅을 함으로서 추가적인 필름을 사용하지 않아도 되게 하는 것이다.
양자점층이 베이스필름이 되게하면서 양면에 베리어 코팅이 되게 하면서 PET 필름과 Tac 필름과 같은 추가적인 필름을 사용하지 않아도 되게 한 것이다.
일반적인 베리어필름에 사용되는 PET 필름은 광학용으로서 고투명의 PET 필름을 사용하며, 가격이 비싼편이다.
따라서 광학용 PET 필름을 사용하지 않아도 되게 함으로서 가격을 낮출수가 있다.
또 한 PET 필름을 부착하지 않고 양자점층에 직접 베리어코팅이 가능하게 함으로서 광투과도를 높일 수 있다.
일반적으로 광학용 PET 필름의 광투과도가 92~94% 정도이므로 6~8% 만큼의 투과도 손실이 있는 만큼 PET 필름을 베리어 필름으로서 사용하지 않음으로서 광 투과도를 올릴 수 있는 장점이 있다.
또 한 PET 필름등을 양자점층에 부착하지 않고 양자점층에 직접 베리어코팅을 함으로서 전체적인 두께를 줄일 수 있다.
스마트폰을 포함한 모바일 기기는 두께에 민감하므로 양자점시트의 두께를 최소화 하는 것이 필수적이다.
이를 위해서는 먼저 양자점층의 양면에 베리어코팅을 할 수 있는 공정과 소재가 필요하다.
양자점층은 공기에 노출되면 바로 산소나 수분과 반응을 함으로서 양자점이 파손될 수 있다.
따라서 양자점층을 제조를 하면서 액상의 양자점을 포함한 수지를 코팅을 하고 경화를 하며, 베리어층을 형성하는 과정이 최대한 산소와 수분과의 접촉을 줄이는 방향으로 제조가 되어야 한다.
따라서 양자점층의 양면에 베리어층을 직접 형성하기 위한 베리어 코팅을 하되, 액상의 베리어 물질이나 SiO2와 같은 무기물 박막의 코팅을 양자점층의 형성과 함께 가능할 수 있도록 제작되어야 한다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 본 발명에서는 이형필름을 이용한 하드코팅층과 베리어코팅층의 형성으로 별도의 광학용 필름을 사용하지 않는 양자점 시트를 제작하는 것이다.
이형필름은 PET 필름등에 실리콘(Silicone Resin)등의 접착성이 낮은 물질을 코팅하여 이형필름으로서 사용한다.
실리콘 코팅 위에 통상적인 아크릴 계통의 수지를 이용한 자외선 경화 수지(UV Curable Resin)등을 하드코팅층으로 코팅을 해서 하드코팅층이 분리가 될 수 있도록 한다.
본 발명에서는 이형필름의 실리콘 이형층 위에 베리어층을 코팅을 하고 베리어층위에 양자점을 코팅을 하고 경화를 시킨 다음 이형필름을 분리시키는 것이다.
베리어층을 경도를 높여서 하드코팅 기능을 하게 할 수도 있고, 별도의 하드코팅을 한 다음 그 위에 베리어층을 코팅할 수도 있다.
이러한 이형필름을 이용한 베리어층을 양자점층에 형성하는 방법의 장점은 양자점층을 형성하는 공정에서 액상의 양자점이 포함이 된 수지를 일정한 두께로 코팅을 하고 경화를 시키기 위해서는 베이스필름이 필요로 하며, 베이스 필름에 이형이 가능한 베리어층을 코팅을 함으로서 양자점층에 베리어층이 접착이 되게함으로서 양자점층에 직접 베리어층을 코팅을 하지 않아도 되는 장점이 있다.
이형필름으로 사용되는 PET 필름은 광학용 품질이 필요한 것이 아니므로 저가격의 필름을 사용할 수 있다.
양자점층의 반대면에 형성이 되는 베리어층은 양자점층이 코팅이 된 다음 베리어층을 코팅으로 직접 형성할 수도 있고 또는 이형필름에 형성을 한 다음 접착제로 경화가 된 양자점층에 접착을 시킬 수도 있다.
또는 양자점층을 1 차 이형필름위에 코팅을 한 다음 양자점층이 경화가 되기 전에 반대면에 베리어층이 코팅된 이형필름을 접착해서 양자점층과 밀착이 되게 한 다음 양자점층을 경화시켜서 베리어층이 양자점층과 밀착이 되게할 수도 있다.
본 발명에 따른 액정디스플레이에 있어서 직하형 백라이트에 적용이 되는 양자점시트에 있어서, 양자점층의 양면에 적용이 되는 베리어시트 중 한 층 내지 양쪽을 베리어층이 코팅된 이형필름을 이용함으로서 양자점시트의 두께를 줄이며, 제조가격을 낮출 수 있다.
도 1 에는 기존의 양자점 시트(Quantum Dot Sheet) 를 사용한 액정디스플레이의 구조의 단면도가 도시되어 있다.
도 2에는 액정디스플레이의 백라이트의 또 다른 방식인 직하형 백라이트의 구조가 도시되어 있다.
도 3 에는 직하형 백라이트를 사용하는 엘시디 모듈에 있어서 확산시트위에 양자점시트를 장착한 구조이다.
도 4 에는 본 발명에 따른 제조공정이 도시되어 있다.
도 5 에는 양자점시트에서 이형필름을 분리한 도면이 도시되어 있다.
도 6 에는 단면도의 공정으로서 양자점층의 일면에는 이형필름으로 베리어층을 형성하는 것과 다른면에는 코팅으로 베리어층과 하드코팅층을 형성하는 공정이다.
도 7 에는 이러한 양자점-유기물 복합체 입자의 구조가 도시되어 있다.
도 8에는 적색의 양자점을 혼합한 양자점-유기물 복합체 입자와 녹색의 양자점을 혼합한 양자점층을 형성한 양자점 소자의 구조가 도시되어 있다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시 예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 상기 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
도 1 에는 기존의 양자점 시트(Quantum Dot Sheet) 를 사용한 액정디스플레이의 구조의 단면도가 도시되어 있다.
도 1 의 (a)는 백라이트를 포함한 액정디스플레이의 단면도로서, 액정디스플레이(100)는 액정디스플레이 패널 (LCD Panel)(101)과 백라이트를 구성을 하는 통상적으로 두장의 프리즘시트(102a, 102b)와 프리즘 시트의 하부에 양자점시트(103) 를 장착을 하며, 양자점시트의 하부에는 도광판(104)과 반사시트(105)가 장착이 되며, 도광판의 측면에는 LED 광원(106) 이 장착이 된다.
이러한 구조는 도광판을 사용한 백라이트에 적용이 되는 방식으로서 양자점을 활용하는 방식이 시트의 형태이므로 양자점의 소요량이 증가를 하는 단점이 있다.
더우기 양자점층(Quantum Dot Layer)을 둘러싸는 필름을 수분이나 산소의 투과가 어려운 배리어필름(Barrier Film)을 사용을 해야 하므로 제조 비용이 증가한다.
도 1의 (b)에는 양자점 시트의 세부구조가 도시되어 있다.
양자점시트(103)는 배리어필름(107)의 사이에 양자점층(109)이 위치하며, 배리어필름에는 SiO2 박막과 같은 배리어층(Barrier Layer)(108)이 코팅이 되어 있다.
양자점 소재를 시트에 응용을 할 경우 디스플레이의 크기에 맞는 필름에 코팅을 해서 시트로 제작을 해야 한다.
양자점시트는 양자점층을 베리어 필름으로 양면을 부착한 다음 디스플레이의 크기에 맞춰서 재단을 해서 사용한다.
도 2에는 액정디스플레이의 백라이트의 또 다른 방식인 직하형 백라이트의 구조가 도시되어 있다.
직하형 백라이트는 도광판(Light Guide Plate)이 없는 구조로서, 엘이디가 액정디스플레이 패널의 하부에 장착이 된 구조이다.
(a)의 도면에 단면도로서 도시되어 있듯이 액정디스플레이(100)는 액정디스플레이 패널 (LCD Panel)(101)과 백라이트를 구성을 하는 통상적으로 두 장의 프리즘시트(102a, 102b)와 프리즘 시트의 하부에 확산시트(201)가 있으며, 확산시트의 하부에는 엘이디(202)가 PCB등의 기판(203)에 전기적인 연결과 함께 장착되어 있다.
도 2 의 (b)에 확대 단면도로 도시가 되듯이 확산시트(201)는 통상적으로 폴리카보네이트 수지(Polycarbonate Resin)등의 플라스틱 소재를 압출 공법등으로 제작이 되며, 폴리카보네이트 수지(204)와 실리카(SiO2)와 같은 무기물 비드이거나 PMMA 비드등을 혼합해서 굴절률 차이에 의한 확산이 일어나게 한다.
도 3 에는 직하형 백라이트를 사용하는 엘시디 모듈에 있어서 확산시트위에 양자점시트를 장착한 구조이다.
단면도인 (a)에 나타난대로 액정디스플레이(100)는 액정디스플레이 패널 (LCD Panel)(101)과 백라이트를 구성을 하는 통상적으로 두 장의 프리즘시트(102a, 102b)와 프리즘 시트의 하부에 양자점시트(103)이 있으며, 양자점시트의 하부에 확산시트(201)가 있으며, 확산시트의 하부에는 엘이디(202)가 PCB등의 기판(203)에 연결과 함께 장착되어 있다.
(b)에는 양자점층의 확대구조도가 도시되어 있다.
양자점층(quantum dot layer)(103)은 액상의 고분자 수지 내지 실리콘 수지또는 고분자형 수지와 실리콘 수지를 포함하는 수지와 혼합한 다음 경화를 시킨 것으로서 수지(Resin)(302)에 양자점(301)이 혼합이 된 구조이다.
고분지수지는 우레탄 수지이거나 아크릴계 수지 등을 사용할 수 있다.
실리콘 수지는 실리콘(silicone)을 베이스로 제조가 된 수지로서 다우코닝사 등의 엘이디 봉지재등의 수지등을 사용할 수 있으며, 수분침투 방어도가 높거나 산소 투과 방어도가 높은 수지를 사용할 수 있다.
또는 유기물 고분자 수지와 실리콘 수지를 혼합하거나 화학적으로 결합한 수지를 사용할 수도 있다
양자점은 수지에 적색양자점과 녹색양자점을 비율에 맞춰 혼합해서 수지층에 형성할 수 있다.
양자점층의 두께는 10마이크로미터에서 200 마이크로미터에 이르기까지 다양하게 형성을 할 수 있다.
종래의 양자점 시트를 제조하는 방법은 먼저 하부 베리어필름위에 양자점층을 형성하는 방법으로서 액상의 고분자 수지내지 실리콘 수지(Resin)에 양자점을 혼합한 다음 이를 베리어필름위에 일정한 두께로 도포를 한 양자점 층을 형성을 한다.
경화가 되기 전의 양자점층 위에 상부 베리어 필름을 접착을 한 다음 양자점층을 경화를 시켜서 양자점층과 하부와 상부의 베리어필름이 접착이 되게 한다.
이 과정에서 양자점층의 양자점과 혼합한 액상의 수지의 고형화 되는 경화 방법이 온도를 높여서 열로 경화되는 특성이면 온도를 높혀서 경화를 시키며, 자외선 경화, 상온 자연 경화, 에폭시 경화 등의 방법에 따라 경화를 시키는 것이다.
도 4 에는 본 발명에 따른 제조공정이 도시되어 있다.
(a)에는 이형필름의 단면도가 도시되어 있다.
PET 등의 베이스필름(401a) 에는 실리콘 수지(Silicone Resin) 등으로 코팅이 된 이형층(402a)이 형성되어 있다.
(b)에는 이형층위에 하드코팅층(403a)을 코팅을 한다.
통상적으로 필름에는 롤투롤 코팅을 하기 때문에 수백미터에서 수천미터의 필름을 롤로 감아서 마이크로그라비아 코팅등과 같은 액상의 물질을 코팅을 하고 열이나 솔벤트 건조이거나 자외선 경화 등의 방법으로 경화를 시켜서 코팅층을 형성한다.
하드코팅 물질은 통상적으로 자외선 경화가 가능한 아크릴계의 수지를 사용해서 코팅을 하고 자외선을 조사를 해서 경화를 시킨다.
하드코팅층(Hard Coating Layer)은 투명한 코팅층으로서 연필경도가 통상적으로 1H 이상이 나오는 코팅을 한다.
(c) 에는 하드코팅층을 형성한 다음 본 발명에 따른 베리어층(Barrier Layer)(404a) 을 코팅에 의해 형성을 한 구조가 도시되어 있다.
통상적으로 베리어층의 특성은 수증기 투과도 (Moisture Vapor Transmittance Ratio: MVTR) 내지 산소 투과도 (Oxygen Transmittance Ratio : OTR) 로서 평가를 한다.
단위로서는 MVTR 은 g/m^2/day 이며, 양자점에 있어서 MVTR 의 요구치는 0.5~0.005 g/m^2/day 를 요구한다.
통상적으로 많이 사용되는 베리어 코팅물질인 PVDC(Polyvinylidene Chloride) 이거나 EVOH (Ethylene vinyl alcohol) 등을 수 마이크로미터 이상으로 코팅을 하면 MVTR 이 0.2 g/m^2/day 이하가 되므로 양자점을 보호하기 위한 베리어층으로 사용할 수 있다.
PVDC 외에도 다양한 베리어 물질을 코팅을 할 수 있으며, 유기물-무기물 복합용앵의 코팅도 가능하다.
구조에 따라서는 베리어층을 SiO2 등과 같은 무기물 박막을 스퍼터링 등의 방법으로 코팅을 할 수도 있다.
무기물 박막을 코팅을 하면 MVTR 을 0.005 g/m^2/day 이하로도 유지가 가능하다.
또는 베리어층(404a)을 단층으로 코팅을 하지 않고 PVDC, 무기물박막 등의 다층으로도 코팅을 할 수 있다.
따라서 본 발명에서는 이형이 가능한 베리어층을 형성하며, 이의 구조는 단층 내지 다층으로 다양한 형태로 코팅이 가능하다.
또 한 본 도면에서는 하드코팅층의 다음에 베리어층을 형성하는 구조로 형성되지만, 베리어층의 경도를 1H 이상으로 높여서 하드코팅층 기능을 같이해서, 별도의 하드코팅층 없이 이형층 위에 직접 베리어층을 코팅으로 형성할 수도 있다.
(d)에는 양자점층(405)을 코팅을 해서 경화한 구조의 단면도가 도시되어 있다.
양자점층(quantum dot layer)은 액상의 고분자 수지 내지 실리콘 수지또는 고분자형 수지와 실리콘 수지를 포함하는 수지와 혼합한 다음 경화를 시킨 것으로서 수지(Resin)(301)에 양자점이 혼합이 된 구조이다.
고분지수지는 우레탄 수지이거나 아크릴계 수지 등을 사용할 수 있다.
실리콘 수지는 실리콘(silicone)을 베이스로 제조가 된 수지로서 다우코닝사 등의 엘이디 봉지재등의 수지등을 사용할 수 있으며, 수분침투 방어도가 높거나 산소 투과 방어도가 높은 수지를 사용할 수 있다.
또는 유기물 고분자 수지와 실리콘 수지를 혼합하거나 화학적으로 결합한 수지를 사용할 수도 있다
양자점은 수지에 적색양자점과 녹색양자점을 비율에 맞춰 혼합해서 수지층에 형성할 수 있다.
양자점층의 두께는 10마이크로미터에서 200 마이크로미터에 이르기까지 다양하게 형성을 할 수 있다.
액상의 양자점층(Liquidic Quantum Dot Layer)을 코팅을 한 다음 경화를 시키는 방법은 온도를 높여서 경화를 하는 열 경화 내지 자외선으로 경화를 하는 자외선 경화등의 방법으로 경화를 시킬수 있다.
양자점층의 상부에 이형필름으로 베리어층을 형성하는 방법은 양자점층을 경화시키기 전에 이형필름을 접착시키고 난 다음 양자점층을 경화시키는 방법도 있고 양자점층을 경화시킨다음 접착제층을 코팅을 하고 이형필름을 접착하는 방법이 있다.
본 도면에서는 양자점층을 경화시킨 다음 추가적인 접착제를 코팅을 해서 이형필름을 접착시키는 구조가 도시되어 있다.
도면 (e)에는 양자점층위에 접착제층(406)이 코팅이 된 구조가 도시되어 있다.
접착제층은 아크릴계 내지 우레탄계 수지등을 이용할 수 있다.
접착제층도 자외선 경화형 수지를 사용할 수 있다.
접착제층을 코팅한 다음 도면 (f)에 나타난대로 베리어층이 형성이 된 상부 이형필름을 접착을 한다.
상부 이형필름에도 하부 이형필름과 마찬가지로 베이스필름(401b)에 이형층(402b)과 하드코팅층(403b)과 베리어층(404b)이 형성되어 있다.
이러한 공정으로 양자점층의 양쪽에 베리어층이 형성된 이형필름을 부착할 수 있다.
도 5 에는 양자점시트에서 이형필름을 분리한 도면이 도시되어 있다.
도면에 도시가 된대로 하부 이형필름의 베이스필름(401a)과 이형층(402a)을 분리하며, 상부 이형필름의 베이스필름(401b)과 이형층(402b)을 분리하고 난 다음 양자점시트 (103)을 제조한 것이다.
상부와 하부는 도면상에서 양자점시트의 양면을 표시하기 위해 구분한 것으로서, 실제 사용에 있어서는 방향에 관계없이 사용할 수 있다.
이형필름이 분리되고 나면 양자점시트(103)는 양면의 하드코팅층(403a, 403b)과 양면의 베리어층(404a, 404b)의 사이에 양자점층(405)이 형성된 시트가 된다.
또한 추가적인 접착층(406)을 형성을 해서 양자점층과 베리어층의 접착력을 강화할 수도 있다.
또한 베리어층의 경도를 높여서 하드코팅의 기능을 하게 해서 양자점층의 양면에 베리어층만을 형성할 수도 있다.
상기의 구조에서와 같이 양자점층의 양면의 베리어층을 이형필름을 이용해서 형성할 수도 있고, 일면은 이형필름을 이용해서 형성을 하며 다른면은 직접 코팅을 통해서 베리어층을 형성할 수도 있다.
도 6 에는 단면도의 공정으로서 양자점층의 일면에는 이형필름으로 베리어층을 형성하는 것과 다른면에는 코팅으로 베리어층과 하드코팅층을 형성하는 공정이다.
(a)에는 이형필름의 단면도가 도시되어 있다.
PET 등의 베이스필름(401a) 에는 실리콘 수지(Silicone Resin) 등으로 코팅이 된 이형층(402a)이 형성되어 있다.
(b)에는 이형층위에 하드코팅층(403a)을 코팅을 한다.
통상적으로 필름에는 롤투롤 코팅을 하기 때문에 수백미터에서 수천미터의 필름을 롤로 감아서 마이크로그라비아 코팅등과 같은 액상의 물질을 코팅을 하고 열이나 솔벤트 건조이거나 자외선 경화 등의 방법으로 경화를 시켜서 코팅층을 형성한다.
하드코팅 물질은 통상적으로 자외선 경화가 가능한 아크릴계의 수지를 사용해서 코팅을 하고 자외선을 조사를 해서 경화를 시킨다.
하드코팅층(Hard Coating Layer)은 투명한 코팅층으로서 연필경도가 통상적으로 1 H 이상이 나오는 코팅을 한다.
(c) 에는 하드코팅층을 형성한 다음 본 발명에 따른 베리어층(Barrier Layer)(404a) 을 코팅에 의해 형성을 한 구조가 도시되어 있다.
통상적으로 베리어층의 특성은 수증기 투과도 (Moisture Vapor Transmittance Ratio: MVTR) 내지 산소 투과도 (Oxygen Transmittance Ratio : OTR) 로서 평가를 한다.
단위로서는 MVTR 은 g/m^2/day 이며, 양자점에 있어서 MVTR 의 요구치는 0.5~0.005 g/m^2/day 를 요구한다.
통상적으로 많이 사용되는 베리어 코팅물질인 PVDC(Polyvinylidene Chloride) 이거나 EVOH (Ethylene vinyl alcohol) 등을 수 마이크로미터 이상으로 코팅을 하면 MVTR 이 0.2 g/m^2/day 이하가 되므로 양자점을 보호하기 위한 베리어층으로 사용할 수 있다.
PVDC 외에도 다양한 베리어 물질을 코팅을 할 수 있으며, 유기물-무기물 복합용앵의 코팅도 가능하다.
구조에 따라서는 베리어층을 SiO2 등과 같은 무기물 박막을 스퍼터링 등의 방법으로 코팅을 할 수도 있다.
무기물 박막을 코팅을 하면 MVTR 을 0.005 g/m^2/day 이하로도 유지가 가능하다.
또는 베리어층(404a)을 단층으로 코팅을 하지 않고 PVDC, 무기물박막 등의 다층으로도 코팅을 할 수 있다.
따라서 본 발명에서는 이형이 가능한 베리어층을 형성하며, 이의 구조는 단층 내지 다층으로 다양한 형태로 코팅이 가능하다.
(d)에는 양자점층(405)을 코팅을 해서 경화한 구조의 단면도가 도시되어 있다.
양자점층(quantum dot layer)은 액상의 고분자 수지 내지 실리콘 수지또는 고분자형 수지와 실리콘 수지를 포함하는 수지와 혼합한 다음 경화를 시킨 것으로서 수지(Resin)(301)에 양자점이 혼합이 된 구조이다.
고분지수지는 우레탄 수지이거나 아크릴계 수지 등을 사용할 수 있다.
실리콘 수지는 실리콘(silicone)을 베이스로 제조가 된 수지로서 다우코닝사 등의 엘이디 봉지재등의 수지등을 사용할 수 있으며, 수분침투 방어도가 높거나 산소 투과 방어도가 높은 수지를 사용할 수 있다.
또는 유기물 고분자 수지와 실리콘 수지를 혼합하거나 화학적으로 결합한 수지를 사용할 수도 있다
양자점은 수지에 적색양자점과 녹색양자점을 비율에 맞춰 혼합해서 수지층에 형성할 수 있다.
양자점층의 두께는 10마이크로미터에서 200 마이크로미터에 이르기까지 다양하게 형성을 할 수 있다.
액상의 양자점층(Liquidic Quantum Dot Layer)을 코팅을 한 다음 경화를 시키는 방법은 온도를 높여서 경화를 하는 열 경화 내지 자외선으로 경화를 하는 자외선 경화등의 방법으로 경화를 시킬수 있다.
도면 (e)에는 양자점층을 경화시킨 다음 양자점층위에 직접 베리어층(404b)이 코팅이 된 구조가 도시되어 있다.
베리어층은 통상적으로 많이 사용되는 베리어 코팅물질인 PVDC(Polyvinylidene Chloride) 이거나 EVOH (Ethylene vinyl alcohol) 등을 수 마이크로미터 이상으로 코팅을 하면 MVTR 이 0.2 g/m^2/day 이하가 되므로 양자점을 보호하기 위한 베리어층으로 사용할 수 있다.
PVDC 외에도 다양한 베리어 물질을 코팅을 할 수 있으며, 유기물-무기물 복합용액의 코팅도 가능하다.
구조에 따라서는 베리어층을 SiO2 등과 같은 무기물 박막을 스퍼터링 등의 방법으로 코팅을 할 수도 있다.
무기물 박막을 코팅을 하면 MVTR 을 0.005 g/m^2/day 이하로도 유지가 가능하다.
또는 베리어층(404a)을 단층으로 코팅을 하지 않고 PVDC, 무기물박막 등의 다층으로도 코팅을 할 수 있다.
또한 본 도면에는 도시되지 않았지만 양자점층과 베리어층과의 밀착력을 증가시키기 위해서거나 베리어층을 보호하기 위해 경화된 양자점층위에 투명한 자외선 경화 고분자 등을 이용한 보호코팅층을 형성할 수도 있다.
도면 (f)에는 하드코팅층(403b)을 마이크로 그라비아 등의 롤투롤 코팅법 등으로 코팅을 한 구조가 도시되어 있다.
하드코팅 물질은 통상적으로 자외선 경화가 가능한 아크릴계의 수지를 사용해서 코팅을 하고 자외선을 조사를 해서 경화를 시킨다.
하드코팅층(Hard Coating Layer)은 투명한 코팅층으로서 연필경도가 통상적으로 1H 이상이 나오는 코팅을 한다.
도면 (g)에는 이형필름의 베이스필름(401a)과 이형층(402a)을 분리해 낸 후 양자점시트(103)을 제조한 구조의 단면도가 도시되어 있다.
상부와 하부는 도면상에서 양자점시트의 양면을 표시하기 위해 구분한 것으로서, 실제 사용에 있어서는 방향에 관계없이 사용할 수 있다.
이형필름이 분리되고 나면 양자점시트(103)는 양면의 하드코팅층(403a, 403b)과 양면의 베리어층(404a, 404b)의 사이에 양자점층(405)이 형성된 시트가 된다.
하드코팅층에는 수마이크로미터 크기의 확산비드등을 혼합해서 확산효과와 함께 매트효과와 같은 표면에 미세한 거칠기를 높일수도 있다.
통상적으로 양자점을 수지(Resin)와 혼합한 구조에서 양자점층에 혼합이 되는 양자점은 수 나노미터 크기의 양자점을 직접 수지(Resin)와 혼합한 것이다.
그러나 수 나노미터(nanometer) 크기의 양자점을 액상의 수지(Liquid Resin)와 균일하게 혼합하는 것은 용이하지 않다.
따라서 다수개의 양자점을 유기물과 혼합한 양자점-유기물 복합체를 만든 양자점-유기물 복합 입자(Quantum Dot-Organic Material Composite Particle)를 제조해서 이를 다시 수지(Resin)와 혼합을 해서 양자점층을 제조하는 것도 가능하다.
양자점-유기물 복합체 입자의 크기는 수백 나노미터의 크기에서 부터 수십마이크로미터의 크기로 제조할 수 있다.
양자점-유기물 복합체 입자(Particle)의 크기가 1 마이크로미터의 경우를 예로 들어서 입자에 포함이 되는 양자점의 갯수를 근사치로 계산을 하면, 양자점의 크기가 10 나노미터이며, 양자점 간의 간격이 10 나노미터이면, 한 변이 1 마이크로미터의 정사각형으로 산정을 하면 12만 5천개의 양자점이 양자점-유기물 복합체 입자에 포함이 된다.
따라서 일반적으로 수 마이크로미터 크기의 양자점-유기물 복합체 입자일 경우 수십만개 내지 수백만개의 양자점이 포함이 된다.
양자점-유기물 복합체 입자의 유기물은 유기 고분자(Organic Polymer)를 사용할 수 있으며, 고분자의 종류는 아크릴계, 우레탄계 에칠렌계등 다양한 형태의 유기 고분자 (Organic Polymer)의 사용이 가능하다.
또는 실리콘(Silicone)과 같은 무기 고분자(Inorganic Polymer)를 혼합하거나 화학적으로 결합시켜서 사용할 수도 있으며, 유기 고분자와 무기 고분자의 화학적으로 결합한 고분자등 다양한 고분자의 형태를 사용할 수 있다.
따라서 실리콘은 무기물 이므로 실리콘과 같은 수지를 사용해서 제조를 할 경우 양자점-무기물 복합 입자가 된다.
양자점-유기물 복합체 입자이거나 양자점-무기물 복합체 입자도 양자점을 수십만개에서 수백만개를 포함하므로 양자점-유기물 복합체 입자이거나 양자점-무기물 복합체 입자를 통칭으로 양자점을 다수개를 유기물 내지 무기물과 혼합해서 복합체로 만들어서 입자의 형태로 제작한 양자점을 집합시킨 형태의 입자인 양자점 집합 복합체 입자로 통칭할 수도 있다.
도 7 에는 이러한 양자점-유기물 복합체 입자의 구조가 도시되어 있다.
(a)에는 기존의 양자점으로서 녹색으로 변환시키는 녹색양자점(701-g)이 도시되어 있으며 이를 양자점-유기물 복합체입자(703)의 형태로 제작한 입자가 도시되어 있다.
양자점-유기물 복합체 입자(703)에는 양자점(701)이 포함되어 있으며, 이를 지탱하는 유기물 고분자(702)와 혼합이 되어 있다.
(b)에는 적색의 양자점(701-r)과 적색 양자점과 유기물 고분자가 혼합 된 적색의 양자점-유기물 복합체 입자(703)가 도시되어 있다.
(c)에는 양자점과 유기물 고분자가 혼합이 된 구조를 확대를 한 모식도로서, 양자점(701)을 유기물 고분자(702)로 둘러싸면서 유기물 고분자가 양자점을 지탱을 하는 구조가 도시되어 있으며, 이러한 구조가 수 마이크로미터의 크기가 되면서 양자점-유기물 복합체 입자가 되는 것이다.
양자점과 유기물 고분자를 혼합을 해서 입자를 만드는 방법은 유기물 고분자와 양자점을 솔벤트에 혼합한 상태에서 솔벤트를 증발시키면서 유기물 고분자와 양자점이 뭉치면서 입자화 되는 공정을 일반적으로 사용한다.
이 때 입자의 크기는 분산제 이거나 표면개질제(Surfactant)이거나 솔벤트의 증발 속도등에 따라 달라진다.
도 8에는 적색의 양자점을 혼합한 양자점-유기물 복합체 입자와 녹색의 양자점을 혼합한 양자점층을 형성한 양자점 소자의 구조가 도시되어 있다.
도면의 (a)와 (b)에 나타난대로 적층형 곡면형 양자점층(405)는 적색의 양자점-유기물 복합체 입자와 녹색의 양자점-유기물 복합체 입자를 수지와 혼합해서 형성이 된 것이다.
도면의 (b)에 확대 도면으로 나타난대로, 적색(red)의 양자점-유기물 복합체 입자(703-r)와 녹색(green)의 양자점-유기물 복합체 입자(703-g)를 혼합한 구조의 양자점층이 도시되어 있어며, 각각은 적색의 양자점(701-r)과 녹색의 양자점(703-g)을 혼합한 양자점-유기물 복합체 입자가 된다.
이러한 구조에서와 같이 양자점-유기물 복합체 입자를 액상(Liquid)의 실리콘 수지(silicone resin)이거나 고분자 수지(polymer resin)가 혼합해서 코팅을 한 다음 다시 경화를 해서 곡면형 양자점 층을 형성함으로서 입자의 분산성을 높이고 공정을 안정화할 수 있다.
통상적으로 나노미터 크기의 입자를 분산하는 것이 마이크로미터 크기의 입자를 분산하는 것보다 난이도가 훨씬 어려우며, 따라서 공정의 난이도가 올라간다.
따라서 본 발명에 따른 곡면의 적층형 양자점 소자의 제작에도 수 마이크로 미터 크기의 양자점-유기물 복합체 입자를 사용함으로서 실리콘 수지 내지 고분자 수지와 양자점-유기물 복합체 입자를 혼합을 용이하게 하며 품질의 안정성을 높일 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만
해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
액정디스플레이(100) 액정디스플레이 패널 (LCD Panel)(101)
프리즘시트(102a, 102b) 양자점시트(103)
도광판(104) 반사시트(105) LED 광원(106)
배리어필름(107) 양자점층(109) 배리어층(Barrier Layer)(108)
확산시트(201) 엘이디(202) 기판(203)
양자점(301) 수지(Resin)(302)
베이스필름(401a) 이형층(402a) 하드코팅층(403a)
베리어층(Barrier Layer)(404a) 양자점층(405)
접착제층(406) 베이스필름(401b) 이형층(402b)
하드코팅층(403b) 베리어층(404b)
녹색양자점(701-g) 양자점-유기물 복합체입자(703)
양자점(701) 유기물 고분자(702)
적색양자점(701-r)

Claims (5)

  1. 청색의 빛을 녹색(Green) 내지 적색(Red)으로 변환시키는 수 나노미터 (nanometer) 크기의 양자점(Quantum Dot)을 사용하는 양자점 시트(Quantum Dot Sheet)로서,
    PET 등의 베이스필름에는 실리콘 수지(Silicone Resin) 등으로 코팅이 된 이형층(402a)이 형성되어 있으며,
    이형층위에 하드코팅층을 코팅을 해서 형성하는 것과,
    하드코팅층 위에 수증기와 산소의 투과를 억제하는 베리어층(Barrier Layer)을 코팅에 의해 형성을 한 것과,
    베리어층 위에 양자점과 수지가 혼합된 양자점층을 코팅으로 형성을 한 것과,
    양자점층을 경화시킨것과,
    경화된 양자점층위에 접착제층을 코팅한 것과,
    접착제층위에 베리어층과 하드코팅층과 이형층이 있는 PET 필름과 같은 베이스필름을 베리어층을 접착제와 접착되게 부착한것과,
    양면의 베이스필름과 이형층을 분리해 내는 구조로서 양자점층의 양면에 베리어층과 베리어층 다음에 하드코팅층이 형성된 것을 특징으로 하는 양자점 시트(Quantum Dot Sheet).
  2. 청구항 1 에 있어서,
    청색의 빛을 녹색(Green) 내지 적색(Red)으로 변환시키는 수 나노미터 (nanometer) 크기의 양자점(Quantum Dot)을 사용하는 양자점 시트(Quantum Dot Sheet)로서,
    PET 등의 베이스필름에는 실리콘 수지(Silicone Resin) 등으로 코팅이 된 이형층(402a)이 형성되어 있으며,
    이형층 위에 수증기와 산소의 투과를 억제하는 베리어층(Barrier Layer)을 코팅에 의해 형성을 한 것과,
    베리어층 위에 양자점과 수지가 혼합된 양자점층을 코팅으로 형성을 한 것과,
    양자점층을 경화시킨것과,
    경화된 양자점층위에 접착제층을 코팅한 것과,
    접착제층위에 베리어층과 이형층이 있는 PET 필름과 같은 베이스필름을 베리어층을 접착제와 접착되게 부착한것과,
    양면의 베이스필름과 이형층을 분리해 내는 구조로서 양자점층의 양면에 베리어층이 형성된 것을 특징으로 하는 양자점 시트(Quantum Dot Sheet).
  3. 청구항 1 에 있어서,
    청색의 빛을 녹색(Green) 내지 적색(Red)으로 변환시키는 수 나노미터 (nanometer) 크기의 양자점(Quantum Dot)을 사용하는 양자점 시트(Quantum Dot Sheet)로서,
    PET 등의 베이스필름에는 실리콘 수지(Silicone Resin) 등으로 코팅이 된 이형층(402a)이 형성되어 있으며,
    이형층위에 하드코팅층을 코팅을 해서 형성하는 것과,
    하드코팅층 위에 수증기와 산소의 투과를 억제하는 베리어층(Barrier Layer)을 코팅에 의해 형성을 한 것과,
    베리어층 위에 양자점과 수지가 혼합된 양자점층을 코팅으로 형성을 한 것과,
    양자점층을 경화시킨것과,
    양자점층을 경화시킨 다음 양자점층위에 직접 베리어층을 코팅한 것과,
    베리어층위에 하드코팅층을 코팅한 구조로서,
    일면의 베이스필름과 이형층을 분리해 내는 구조로서 양자점층의 양면에 베리어층과 베리어층 다음에 하드코팅층이 형성된 것을 특징으로 하는 양자점 시트(Quantum Dot Sheet).
  4. 청구항 1 에 있어서,
    청색의 빛을 녹색(Green) 내지 적색(Red)으로 변환시키는 수 나노미터 (nanometer) 크기의 양자점(Quantum Dot)을 사용하는 양자점 시트(Quantum Dot Sheet)로서,
    양자점층에 포함되는 양자점의 구조로서,
    다수개의 양자점을 유기물과 혼합한 양자점-유기물 복합체를 만든 양자점-유기물 복합 입자(Quantum Dot-Organic Material Composite Particle)를 제조해서 이를 다시 수지(Resin)와 혼합을 해서 양자점층을 제조한 것을 특징으로 하는 양자점 시트(Quantum Dot Sheet).
  5. 청구항 4 에 있어서,
    양자점-유기물 복합체 입자의 크기는 수백 나노미터의 크기에서 부터 수십마이크로미터의 크기로서,
    복합체 입자는 양자점을 수십만개 에서 수백만개 포함한 것을 특징으로 하는 양자점 시트(Quantum Dot Sheet).
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