KR20170024745A - 양자점 광학시트 및 이의 제조방법 - Google Patents

양자점 광학시트 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 양자점 광학시트 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 직경이 균일한 진구상 스페이서 입자를 포함하는 본 발명의 양자점 광학시트는 균일한 두께의 광변환층을 가짐으로써, 액정표시장치의 백라이트 유닛에 적용되어 색상 얼룩을 방지함과 동시에 균일한 휘도와 색상을 제공할 수 있다.

Description

양자점 광학시트 및 이의 제조방법 {QUANTUM DOT OPTICAL SHEET AND METHOD FOR PREPARING SAME}
본 발명은 액정표시장치의 백라이트 유닛에 적용되는 양자점 광학시트 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
액정표시장치(liquid crystal display, LCD)는 액정(liquid crystal)의 광학적 특성을 이용하여 영상을 표시하는데, 영상을 표시하는 액정 패널이 자체적으로 발광하지 못하는 비발광형 소자이기 때문에, 액정 패널과 함께 이의 배면에 배치되어 액정 패널에 광을 공급하는 백라이트 유닛(back-light unit)을 포함하는 구조를 갖는다. 액정표시장치는 모바일기기, 컴퓨터의 모니터 및 HDTV 등에 이용되는 표시장치로서 각광받고 있다.
액정표시장치의 백색 발광 다이오드(LED) 광원으로서, 청색광을 방출하는 청색 광원 위에 형광체를 위치시켜 백색광을 구현하는 구조가 일반적으로 사용된다. 이때 사용되는 형광체는 녹색광에서 적색광에 이르는 넓은 범위의 발광 스펙트럼을 나타내므로 색상의 순도가 낮고 색재현 범위가 좁으며 화상의 품위가 떨어진다.
따라서, 이러한 문제를 해결하기 위해, 녹색과 적색의 형광체를 갖는 발광 다이오드를 각각 사용하거나, 형광체의 반치폭을 줄여 색순도를 높이거나, 특정 파장영역을 흡수하는 색소가 포함된 시트를 부가하는 기술 등이 대안으로 제시되고 있으나, 제조원가의 상승과 함께 휘도 및 색순도의 개선에 한계가 있었다.
한편, 액정표시장치의 색재현율을 높이기 위해, 광원으로 청색 LED를 이용하면서, 별도의 광변환수단인 양자점(quantum dot)을 포함하는 양자점 시트를 이용하는 기술이 다양하게 소개되었다(한국 공개특허 제2014-056490호 및 제2013-123718호 참조).
상기 양자점 시트는 2개의 보호층(기재층), 및 이들 보호층 사이에 형성된, 양자점이 분산된 고분자 수지층(광변환층)을 포함하는데, 상기 양자점-함유 고분자 수지층을 균일한 두께로 형성하는 것이 어려워 액정표시장치의 발광색상과 휘도를 균일하게 확보하는 것이 어려웠다.
(특허문헌1) 국내 공개특허 제2014-056490호
(특허문헌2) 국내 공개특허 제2013-123718호
따라서, 본 발명의 목적은 청색 LED 광원에 대해서 반치폭이 좁고 순도가 높은 녹색광 및/또는 적색광을 방출함으로써 색영역이 넓은 백색광을 구현하되, 액정표시장치에 적용시 색상 얼룩을 방지하고 균일한 휘도와 색상을 제공할 수 있는 양자점 광학시트 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은,
제1기재층;
제2기재층; 및
상기 제1기재층과 상기 제2기재층 사이에 형성된, 양자점 입자, 광산란제 및 고분자 수지를 포함하는 광변환층을 포함하되,
상기 광변환층이 진구상(眞球狀) 스페이서 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 양자점 광학시트를 제공한다.
또한 본 발명은,
(i) 양자점 입자, 광산란제, 진구상 스페이서 입자 및 고분자 수지를 포함하는 광변환층용 코팅 조성물을 제조하는 단계;
(ii) 상기 광변환층용 코팅 조성물을 제1기재층 위에 도포하는 단계; 및
(iii) 상기 제1기재층의 코팅 조성물 도포면과 제2기재층의 일면이 접하도록 제1기재층과 제2기재층을 결합한 후 경화시키는 단계
를 포함하는, 양자점 광학시트의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 양자점 입자와 광산란제를 포함하는 고분자 수지 광변환층에 직경이 균일한 진구상 스페이서 입자를 포함시킴으로써 양자점 광학시트를 구성하는 광변환층의 두께를 일정하게 조절할 수 있다. 이로써, 본 발명의 양자점 광학시트는 액정표시장치의 백라이트 유닛에 적용되어 양자점의 효율 저하 없이 국부적인 두께 차이에 의해 발생할 수 있는 색상 얼룩을 방지함과 동시에 균일한 휘도와 색상을 제공할 수 있어, 고색재현성 액정표시장치용 광학시트로서 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 일반적인 액정표시장치의 일단면도를 도시한 것이고,
도 2a 및 2b는 각각 본 발명의 일실시양태에 따른 양자점 광학시트의 단면도 및 단면 사진을 나타낸 것이고,
도 3a 및 3b는 각각 본 발명의 일실시양태에 따른 양자점 광학시트의 투시도 및 투시 사진을 나타낸 것이고,
도 4는 양자점 광학시트를 포함하는 액정표시장치의 일단면도를 도시한 것이고,
도 5는 본 발명의 일실시양태에 따른 양자점 광학시트의 제조공정을 모식도로서 나타낸 것이다.
본 발명의 양자점 광학시트는 제1기재층; 제2기재층; 및 상기 제1기재층과 상기 제2기재층 사이에 형성된, 양자점 입자, 광산란제 및 고분자 수지를 포함하는 광변환층을 포함하되, 상기 광변환층이 진구상(眞球狀) 스페이서 입자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 "진구상 스페이서 입자"라 함은, 구상 스페이서 단일입자의 단경/장경 비율이 0.9 이상인 입자를 의미하며, 1에 가까울수록 바람직하다.
본 발명에 따르면, 양자점 광학시트의 광변환층에 직경이 균일한 진구상 스페이서 입자를 포함시킴으로써 두께가 균일한 광변환층을 갖는 양자점 광학시트를 얻을 수 있으며, 이를 액정표시장치의 백라이트 유닛에 적용하여 색상 얼룩을 방지함과 동시에 균일한 휘도와 색상을 발현할 수 있다.
본 발명의 일실시양태에 따른 양자점 광학시트의 단면도를 도 2a에, 단면 사진을 도 2b에 도시하였다.
또한, 본 발명의 일실시양태에 따른 양자점 광학시트의 투시도 및 투시 사진을 도 3a 및 3b에 각각 나타내었다.
이하, 본 발명의 일실시양태에 따른 양자점 광학시트를 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
광변환층
본 발명의 일실시양태에 따른 양자점 광학시트에 포함되는 광변환층(30)은, 제1기재층(10)과 제2기재층(20) 사이에 형성된 고분자 수지층으로서, 고분자 수지(35) 및 상기 고분자 수지(35) 중에 분산된 1종 이상의 양자점 입자(제1양자점 입자(31), 제2양자점 입자(32)), 광산란제(33) 및 진구상 스페이서 입자(34)를 포함한다.
상기 고분자 수지(35)는 열경화형 또는 자외선경화형 고분자 수지일 수 있으며, 예컨대 폴리에스터계, 폴리우레탄계, 폴리부타디엔계, 아크릴계, 에폭시계, 폴리카보네이트계, 실리콘계, 멜라민계 수지 및 이들의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 바람직하게는, 상기 고분자 수지는 자외선경화형 고분자 수지일 수 있다.
광변환층은 상기 고분자 수지를 광변환층 100 중량부를 기준으로 50 내지 95 중량부, 80 내지 95 중량부 또는 85 내지 95 중량부의 양으로 포함할 수 있다.
양자점 입자(31, 32)는 구형의 나노 물질로서 2 내지 10 nm의 평균 입경을 가질 수 있다. 양자점 입자는 광을 흡수한 다음 양자점이 갖는 밴드갭에 대응하는 파장을 갖는 광을 방출하는 등 광의 파장을 변환시키는 기능을 한다.
양자점 입자는 1종 이상의 양자점 입자일 수 있으며, 청색 광원을 사용할 경우 예컨대 녹색을 나타내는 제1양자점 입자(31) 및 적색을 나타내는 제2양자점 입자(32) 중 적어도 1종의 양자점 입자일 수 있다. 제1양자점 입자(31)는 제2양자점 입자(32)보다 더 큰 지름을 가질 수 있다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 광변환층이 제1양자점 입자(31)와 제2양자점 입자(32)를 포함할 경우 상기 광변환층에서 출사되는 광은 적색, 녹색 및 청색이 혼합된 백색광일 수 있다.
상기 양자점 입자는 II-VI족, III-V족, IV-VI족, IV족 반도체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 반도체를 포함할 수 있다. 상기 양자점 입자는 코어/쉘 구조 또는 얼로이 구조를 가질 수 있다. 코어/쉘 구조 또는 얼로이 구조를 갖는 양자점 입자는 CdSe/ZnS, CdSe/ZnSe/ZnS, CdSe/CdSx(Zn1-yCdy)S/ZnS, CdSe/CdS/ZnCdS/ZnS, InP/ZnS, InP/Ga/ZnS, InP/ZnSe/ZnS, PbSe/PbS, CdSe/CdS, CdSe/CdS/ZnS, CdTe/CdS, CdTe/ZnS, CuInS2/ZnS, Cu2SnS3/ZnS 일 수 있다.
광변환층은 양자점 입자를 광변환층 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 10 중량부, 0.1 내지 5 중량부 또는 0.2 내지 2 중량부의 양으로 포함할 수 있다.
광산란제(33)는 구형이 바람직하며, 중공 입자일 수 있다. 광산란제는 0.01 ㎛ 이상의 평균 입경, 바람직하게는 0.01 내지 10 ㎛의 평균 입경을 가질 수 있고, 함께 사용된 진구상 스페이서 입자의 평균 입경보다는 작아야 한다. 광산란제로는 고분자 수지와 굴절율 차이가 큰 재질의 것을 사용할 수 있으며, 예를 들면 BaSO4, ZnO, TiO2, ZrO2, 실리카, 실리콘, 멜라민, 폴리스티렌 및 폴리부틸메타크릴레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 재질을 포함할 수 있다.
광변환층은 광산란제를 광변환층 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 10 중량부, 바람직하게는 0.2 내지 5 중량부의 양으로 포함할 수 있다. 광산란제의 평균 입경 및 함량이 상기 범위인 경우 산란효과 부족에 따른 양자점 입자에 의한 광변환 효율 저하를 방지할 수 있고, 원하는 광투과율과 광변환 성능을 확보할 수 있다.
진구상(眞球狀) 스페이서 입자(34)는 10 내지 200 ㎛의 평균 입경을 가질 수 있는데, 본 발명에서는 진구상 스페이서 입자가 균일한 입경을 갖는 것이 매우 중요하다. 이에, 스페이서 입자 전체의 평균 입경과 스페이서 입자의 입경 분포의 상, 하위 10%에 해당하는 입자의 평균 입경과의 편차는 5% 이내인 것이 바람직하다.
진구상 스페이서 입자의 평균 입경이 상기 범위인 경우에 광변환층의 두께가 적절하게 조절되어 광변환층 내의 양자점 입자의 안정성과 신뢰성이 확보되고 광변환 효율 저하를 방지할 수 있다. 또한 진구상 스페이서 입자의 입경 편차가 상기 범위인 경우에 양자점 광학시트의 두께 균일도가 우수하여 색상 얼룩의 발생을 방지할 수 있다.
또한 진구상 스페이서 입자의 분산 밀도는, 광변환층 5mm×5mm 면적당 진구상 스페이서 입자가 차지하는 면적의 백분율(%)로 나타낼 수 있으며, 이를 식으로 나타내면 하기 수학식 1과 같다. 본 발명에서는, 이러한 분산 밀도가 발광층 전체에 대해서 0.1 내지 20%, 0.1 내지 10%, 0.1 내지 5%, 0.1 내지 2% 또는 0.2 내지 1%를 만족할 수 있다.
[수학식 1]
분산 밀도(%) = [진구상 스페이서 입자의 개수 × {3.14×(진구상 스페이서 입자의 평균 반경(㎛))2} × 100] / (5000(㎛))2
단위 면적당 진구상 스페이서 입자의 분산 밀도가 상기 범위인 경우에 양자점 광학시트의 두께 균일도가 우수하여 색상 얼룩의 발생을 방지할 수 있고, 양자점 입자의 광변환 효율 및 휘도의 저하를 방지할 수 있다.
진구상 스페이서 입자로는 통상적으로 사용되는 재질의 것을 사용할 수 있으며, 예컨대 유리, 실리콘, 실리카, 폴리(메트)아크릴레이트, 폴리메틸(메트)아크릴레이트, 글리시딜 (메트)아크릴레이트, 폴리스티렌, 멜라민, 나일론 및 디비닐벤젠으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
광변환층은 진구상 스페이서 입자를 광변환층 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 10 중량부, 0.1 내지 5 중량부 또는 0.2 내지 2 중량부의 양으로 포함할 수 있다.
광변환층(30)은 진구상 스페이서 입자의 평균 입경에 해당하는 10 내지 200 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
제1기재층 및 제2기재층
본 발명에 따른 제1기재층(10) 및 제2기재층(20)은 광변환층의 양면 각각에 부착되며, 광변환층 표면에 직접 부착될 수도 있고 점착층 등을 사용하여 부착될 수도 있다. 제1기재층(10) 및 제2기재층(20)은 양자점 광학시트의 형상을 유지하고 외부로부터 광변환층(30)으로의 산소와 수분의 투과를 효과적으로 차단하여 광변환층의 안정성 및 신뢰성을 확보하는 역할을 한다.
제1기재층 및 제2기재층은 각각 기판과 그 기판 표면에 형성된 무기막(무기 박막)을 포함하는 구조를 가질 수 있다. 바람직하게는, 제1기재층 및 제2기재층은 각각 상기 기판과 무기막 사이에, 또는 상기 무기막 표면에 유기막(유기 고분자 박막)을 추가로 포함할 수 있다. 이때 제1기재층 및 제2기재층 각각의 무기막 또는 유기막이 광변환층에 접할 수 있다. 상기 무기막은 광변환층에 대한 수분과 산소의 투과를 효과적으로 차단하는 역할을 한다. 기판과 무기막 사이에 형성된 유기막은 기판의 표면을 평탄하게 하여 무기막의 형성을 균일하게 함으로써 기재층의 수분과 산소 차단성능을 더욱 향상시킬 수 있고, 무기막 표면에 형성된 유기막은 광변환층용 코팅 조성물과의 접착성을 높일 수 있다.
상기 기판은 광학용 투명 플라스틱 기판이라면 특별한 제약없이 모두 적용이 가능하나, 투명도가 높고 내열성이 우수한 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름이 특히 바람직하다. 상기 기판은 광투과율이 90% 이상이고 두께는 50 내지 350 ㎛, 바람직하게는 100 내지 250 ㎛일 수 있다.
상기 무기막은 무기물을 기판 표면에 증착함으로써 형성되는데, 이러한 무기물은 금속 및 비금속의 산화물, 질화물, 불화물 등에서 선택될 수 있다. 무기물의 구체적인 예로는 알루미늄 산화물, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산화질화물, 마그네슘 산화물, 인듐 산화물 및 마그네슘 불화물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 들 수 있다. 무기막의 두께는 10 nm 내지 1 ㎛일 수 있다.
상기 유기막은 통상적인 유기 고분자 물질로 이루어질 수 있으며, 유기막의 두께는 0.1 내지 10 ㎛, 바람직하게는 0.3 내지 7 ㎛, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 5 ㎛일 수 있다.
또한, 상기 제1기재층 및 제2기재층은 광변환층과 접하지 않은 적어도 하나의 표면에, 인접한 도광판, 확산판 또는 광학시트의 일면과의 블로킹을 방지하거나, 광 산란효과를 가져 양자점 입자의 효율을 높이기 위한 코팅층(블로킹 방지코팅층 또는 확산코팅층)을 가질 수 있다.
상기 코팅층은 고분자 바인더와 비드 입자를 포함할 수 있으며, 두께는 0.3 내지 30 ㎛일 수 있다. 고분자 바인더는 아크릴계, 우레탄계, 실리콘계, 폴리에스터계 수지 및 이들의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 비드 입자는 폴리메틸(메트)아크릴레이트, 폴리부틸(메트)아크릴레이트, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리에스터, 나일론, 실리콘 및 멜라민으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 재질로 이루어질 수 있다. 비드 입자의 평균 입경은 0.2 내지 20 ㎛일 수 있다.
본 발명의 양자점 광학시트는
(i) 양자점 입자, 광산란제, 진구상 스페이서 입자 및 고분자 수지를 포함하는 광변환층용 코팅 조성물을 제조하는 단계;
(ii) 상기 광변환층용 코팅 조성물을 제1기재층 위에 도포하는 단계; 및
(iii) 상기 제1기재층의 코팅 조성물 도포면과 제2기재층의 일면이 접하도록 제1기재층과 제2기재층을 결합한 후 경화시키는 단계에 의해 제조된다.
상기 단계 (i)의 광변환층용 코팅 조성물은 상기 양자점 입자, 광산란제, 진구상 스페이서 입자 및 고분자 수지를 각각 코팅 조성물 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 10 중량부, 0.1 내지 10 중량부, 0.1 내지 10 중량부 및 50 내지 95 중량부의 양으로 포함할 수 있다. 광변환층용 코팅 조성물은 광개시제를 필요에 따라 적정량 포함할 수 있다.
상기 코팅 조성물은 25℃에서 0.05 내지 1.5 Pa·s, 바람직하게는 0.1 내지 1.0 Pa·s의 점도를 가질 수 있다.
상기 단계 (ii)에서 광변환층용 코팅 조성물을 제1기재층의 일면 위에 도포한다. 이때 코팅 조성물이 도포되는 제1기재층의 일면은 무기막 형성면이거나, 광변환층용 코팅 조성물과의 접착성을 높이기 위하여 무기막 표면 위에 형성된 유기막 형성면일 수 있다.
상기 단계 (iii)의 결합공정에서는, 제1기재층과 제2기재층을 롤과 롤 사이로 통과시키는 갭롤 접합방식에 의해 일정 두께로 결합시킬 수 있다. 예컨대, 코팅 조성물이 도포된 제1기재층과 제2기재층을 각각 하부 갭롤과 상부 갭롤 사이로 통과시키되, 하부 갭롤과 상부 갭롤 사이의 간격을 조절하여 광변환층의 두께를 원하는 값으로 조절하면서 제1기재층/광변환층/제2기재층의 접합구조체를 얻을 수 있다.
이어, 상기 단계 (iii)에서, 상기 접합구조체를 열경화 또는 광경화시킴으로써 목적하는 양자점 광학시트를 제조할 수 있다.
본 발명의 일실시양태에 따른 양자점 광학시트의 제조공정을 도 5에 모식도로서 나타내었다.
본 발명은, 이와 같이 제조된 본 발명의 양자점 광학시트를 포함하는 백라이트 유닛; 및 상기 백라이트 유닛을 포함하는 액정표시장치를 제공한다.
본 발명에서, 백라이트 유닛에 사용되는 발광 다이오드(LED)는 420nm 내지 480nm 사이의 파장대의 청색광을 방출하거나, 또는 400nm 이하의 자외선광을 발생시키는 것일 수 있다.
백라이트 유닛에서, 반사 시트는 도광판 또는 확산판의 아래에 배치되고 도광판 또는 확산판의 하부로 출사되는 광을 상부로 반사시킨다. 반사 시트를 제외한 광학시트들은 도광판 또는 확산판의 상부에 배치되는데, 상기 광학시트들은 양자점 광학시트(광변환시트), 확산 시트, 프리즘 시트, 마이크로렌즈 시트, 이중휘도향상 시트 등일 수 있다.
액정 패널은 상편광판, 액정 셀 및 하편광판을 순차적으로 적층된 형태로 포함하며, 하편광판이 백라이트 유닛에 인접하게 위치된다.
양자점 광학시트는 도광판(또는 확산판)과 하편광판 사이에서 다른 광학시트들과 다양한 조합으로 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 백라이트 유닛은 반사 시트 / 도광판(또는 확산판) / 양자점 광학시트 / 수평 프리즘 시트 / 이중휘도향상 시트 또는 확산 시트가 순차적으로 적층된 형태일 수 있다. 필요에 따라, 본 발명에 따른 백라이트 유닛은 상기 도광판과 양자점 광학시트 사이에 확산 시트를 추가로 포함할 수 있고, 상기 양자점 광학시트와 수평 프리즘 시트 사이에 확산 시트, 마이크로렌즈 시트 및 수직 프리즘 시트 중에서 선택된 하나 이상의 시트를 추가로 포함할 수 있다.
예를 들면, 본 발명의 백라이트 유닛은 아래와 같은 적층구조를 가질 수 있다:
(1) 반사 시트 / 도광판(또는 확산판) / 양자점 광학시트 / 수평 프리즘 시트 / 이중휘도향상 시트
(2) 반사 시트 / 도광판(또는 확산판) / 양자점 광학시트 / 확산 시트 / 수평 프리즘 시트 / 이중휘도향상 시트
(3) 반사 시트 / 도광판(또는 확산판) / 양자점 광학시트 / 마이크로렌즈 시트 / 수평 프리즘 시트 / 이중휘도향상 시트
(4) 반사 시트 / 도광판(또는 확산판) / 양자점 광학시트 / 수직 프리즘 시트 / 수평 프리즘 시트 / 상확산 시트
(5) 반사 시트 / 도광판(또는 확산판) / 양자점 광학시트 / 수직 프리즘 시트 / 수평 프리즘 시트 / 이중휘도향상 시트
(6) 반사 시트 / 도광판(또는 확산판) / 하확산 시트 / 양자점 광학시트 / 수평 프리즘 시트 / 이중휘도향상 시트
(7) 반사 시트 / 도광판(또는 확산판) / 하확산 시트 / 양자점 광학시트 / 수직 프리즘 시트 / 수평 프리즘 시트 / 상확산 시트.
상기 양자점 광학시트는 입사되는 청색광 또는 자외선광의 파장을 더 큰 파장을 갖는 광으로 변환하여 상방으로 출사할 수 있다. 예를 들면, 청색광의 일부 또는 자외선광의 일부를 520nm 내지 560nm 사이의 파장대를 갖는 녹색광으로 변환시키거나 620nm 내지 660nm 사이의 파장대를 갖는 적색광으로 변환시킬 수 있다.
양자점 광학시트를 포함하는 액정표시장치의 일단면도를 도 4에 도시하였다. 일반적인 액정표시장치의 일단면도는 도 1에 도시하였다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 양자점 입자와 광산란제를 포함하는 고분자 수지 광변환층에 직경이 균일한 진구상 스페이서 입자를 포함시킴으로써 양자점 광학시트를 구성하는 광변환층의 두께를 일정하게 조절할 수 있다. 이로써, 본 발명의 양자점 광학시트는 액정표시장치의 백라이트 유닛에 적용되어 양자점의 효율 저하 없이 국부적인 두께 차이에 의해 발생할 수 있는 색상 얼룩을 방지함과 동시에 균일한 휘도와 색상을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명을 하기 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
자외선경화형 아크릴레이트 모노머로서 라우릴 아크릴레이트(EM215, Eternal社) 45 중량부와 디프로필렌글리콜 디아크릴레이트(EM222, Eternal社) 10 중량부, 자외선경화형 아크릴레이트 올리고머로서 지방족 우레탄 아크릴레이트(PU2510, 미원 스페셜티 케미칼社) 20 중량부와 실리콘 우레탄 아크릴레이트(SIU1004, 미원 스페셜티 케미칼社) 15 중량부, 굴절률이 1.43이고 평균 입경이 2 ㎛인 광산란제 입자 5 중량부(E+520, 나노젠社), 및 광개시제 3 중량부(TPO, BASF社)를 혼합하여 광경화형 수지 조성물을 제조하였다. 이 수지 조성물에, InP/ZnS(코어/쉘 구조) 성분으로 구성되고 청색광을 흡수하여 일부를 녹색광과 적색광으로 방출함으로써 백색광을 나타내는 양자점 혼합물 5 중량부(Trevista, Dow chemical)를 배합한 후에 평균 입경이 10 ㎛이고 단경/장경의 비가 0.98인 디비닐벤젠 재질의 진구상 스페이서 입자 1.5 중량부를 첨가하여 광변환층용 코팅 조성물을 완성하였다. 코팅 조성물의 점도(25℃)는 0.5 Pa·s 이었다.
상기 코팅 조성물을 제1기재필름(제1기재층)의 일면(무기막면)에 도포한 후에 제2기재필름(제2기재층)과 함께 갭롤 접합기(gap roll laminator)를 통과시켜 광변환층 두께가 10 ㎛가 되도록 접합하고, 접합된 필름을 메탈 할라이드 자외선 경화기를 통과시켜 경화시킴으로써 양자점 광학시트를 완성하였다. 이때 상기 제1기재필름과 제2기재필름으로서 각각 PET 기판(V7200, SKC社) 일면에 스퍼터링 방법으로 두께 약 100 nm의 실리콘 산화물 무기막을 형성한 것을 사용하였다.
실시예 2 내지 4
평균 입경이 각각 50 ㎛, 100 ㎛ 및 200 ㎛인 진구상 스페이서 입자를 사용하고 양자점 혼합물을 각각 1 중량부, 0.5 중량부 및 0.25 중량부를 배합한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 양자점 광학시트를 제조하였다.
비교예 1 내지 4
진구상 스페이서 입자를 사용하지 않고 광변환층의 두께를 각각 10 ㎛, 50 ㎛, 100 ㎛ 및 200 ㎛로 변화시킨 것을 제외하고는, 상기 실시예 1 내지 4와 동일한 방법으로 양자점 광학시트를 제조하였다.
비교예 5 내지 8
하기 표 1에 기재된 입경 편차를 갖는 진구상 스페이서 입자를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1 내지 4와 동일한 방법으로 양자점 광학시트를 제조하였다.
비교예 9 내지 12
하기 표 1에 기재된 바와 같이 본 발명의 범주보다 낮은 밀도를 갖도록 진구상 스페이서 입자를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1 내지 4와 동일한 방법으로 양자점 광학시트를 제조하였다.
비교예 13 내지 16
하기 표 1에 기재된 바와 같이 본 발명의 범주보다 높은 밀도를 갖도록 진구상 스페이서 입자를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1 내지 4와 동일한 방법으로 양자점 광학시트를 제조하였다.
<실험예>
시판되는 액정표시장치의 백라이트 유닛의 하확산판 대신에, 상기 실시예 및 비교예에서 제조된 양자점 광학시트가 수직 프리즘 시트와 도광판 사이에 위치하도록 도입하여 양자점 광학시트를 갖는 액정표시장치를 제조하였다(도 4 참조). 이때 광원으로서 청색 LED 광원을 사용하였다.
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 양자점 광학시트에 대해서 진구상 스페이서 입자의 평균 입경, 입경 편차 및 밀도, 및 광변환층의 평균 두께 및 두께 편차를 측정하고, 제조된 액정표시장치의 광학성능(휘도와 색상)과 균일도를 측정하여 하기 표 1에 함께 나타내었다.
1) 진구상 스페이서 입자의 입경 편차( S dU10 , S dL10 )
Figure pat00001
Figure pat00002
DA : 5mm×5mm 영역내에 존재하는 진구상 스페이서 입자들의 평균 입경
DU : 5mm×5mm 영역내에 존재하는 진구상 스페이서 입자들 중에서 상위 10% 입자들의 평균 입경
DL : 5mm×5mm 영역내에 존재하는 진구상 스페이서 입자들 중에서 하위 10% 입자들의 평균 입경
2) 진구상 스페이서 입자의 분산 밀도(S ρ )
광변환층 5mm×5mm 면적당 진구상 스페이서 입자가 차지하는 면적의 백분율(%)을 측정하여 분산 밀도로서 나타내었다.
3) 광변환층 평균 두께(T a )
광변환층 단위면적 1000mm×500mm에서 100mm 간격으로 총 36 포인트의 두께를 측정하여 평균값을 구하였다.
4) 광변환층 두께 편차(T d )
Figure pat00003
Tm : 단위면적(1000mm×500mm)에서 가로, 세로 100mm 간격으로 총 36 포인트에서 측정된 두께의 측정값
Ta : 단위면적(1000mm×500mm)에서 가로, 세로 100mm 간격으로 총 36 포인트에서 측정된 두께의 평균값
5) 휘도 평균값( Y a ) 및 휘도 균일도(△Y)
양자점 광학시트의 단위면적 1000mm×500mm에서 100mm 간격으로 총 36 포인트에서 CS-2000(코니카 미놀타사)으로 휘도를 측정하여 휘도 평균값 Ya 및 휘도 균일도 △Y를 구하였다.
Figure pat00004
Ym : 단위면적(1000mm×500mm)에서 100mm 간격으로 총 36 포인트에서 측정된 휘도의 측정값
Ya : 단위면적(1000mm×500mm)에서 100mm 간격으로 총 36 포인트에서 측정된 휘도의 평균값
6) 색상 평균값(x a , y a ) 및 색상 균일도(△x, △y)
양자점 광학시트의 단위면적 1000mm×500mm에서 100mm 간격으로 총 36 포인트에서 CS-2000(코니카 미놀타사)으로 색좌표 x, y를 측정하고 색상 평균값(xa, ya) 및 색상 균일도(△x, △y)를 구하였다.
Figure pat00005
Figure pat00006
xm, ym : 단위면적(1000mm×500mm)에서 100mm 간격으로 총 36 포인트에서 측정된 색좌표 x, y의 측정값
xa, ya : 단위면적(1000mm×500mm)에서 100mm 간격으로 총 36 포인트에서 측정된 색좌표 x, y의 평균값
구분 스페이서
평균 입경		 스페이서
입경 편차		 스페이서
밀도		 광변환층
목표 두께		 광변환층
평균 두께		 광변환층
두께 편차		 휘도
평균값		 휘도
균일도		 색상 평균값 색상 균일도
Sa SdL10 SdU10 Sρ Tt Ta Td Ya (nit) △Y xa ya △x △y
실시예 1 10 0.80% 1.10% 1.4% 10 10 1.60% 6269 99% 0.284 0.249 99% 99%
실시예 2 49 1.40% 1.90% 1.7% 50 50 2.0% 6214 99% 0.282 0.247 99% 99%
실시예 3 99 2.10% 2.80% 2.2% 100 101 2.7% 6356 99% 0.287 0.252 99% 99%
실시예 4 196 3.20% 4.30% 3.1% 200 203 4.4% 6278 98% 0.284 0.249 98% 98%
비교예 1 - - - - 10 11 10.1% 6328 90% 0.286 0.251 90% 89%
비교예 2 - - - - 50 53 7.8% 6394 91% 0.288 0.253 92% 91%
비교예 3 - - - - 100 95 9.4% 6027 91% 0.276 0.241 91% 91%
비교예 4 - - - - 200 185 12.2% 5971 89% 0.275 0.240 89% 88%
비교예 5 10 7.20% 7.6% 1.4% 10 11 7.0% 6344　 92% 0.286 0.251 92% 92%
비교예 6 48 7.80% 8.3% 1.7% 50 54 6.8% 5721 93% 0.267 0.232 93% 92%
비교예 7 98 8.50% 8.9% 2.2% 100 109 7.7% 5595 92% 0.263 0.228 93% 93%
비교예 8 196 9.10% 10.2% 3.1% 200 217 8.9% 5467 90% 0.259 0.224 92% 91%
비교예 9 10 0.80% 1.10% 0.03% 10 11 8.6% 6355 91% 0.287 0.252 91% 91%
비교예 10 49 1.40% 1.90% 0.05% 50 47 6.8% 5941 91% 0.274 0.239 92% 92%
비교예 11 99 2.10% 2.80% 0.07% 100 107 7.4% 6443 91% 0.290 0.255 92% 91%
비교예 12 196 3.20% 4.30% 0.08% 200 189 8.3% 5945 90% 0.274 0.239 91% 91%
비교예 13 10 0.80% 1.10% 23.4% 10 10　 1.8%　 5228　 99% 0.251 0.216 99% 99%
비교예 14 49 1.40% 1.90% 25.2% 50 51 2.3% 5172 99% 0.249 0.214 99% 99%
비교예 15 99 2.10% 2.80% 24.1% 100 102 2.9% 5320 99% 0.254 0.219 99% 99%
비교예 16 196 3.20% 4.30% 23.8% 200 204 4.8% 5426 98% 0.257 0.222 98% 98%
상기 표 1부터 알 수 있듯이, 실시예 1 내지 4의 양자점 광학시트는 입경 편차가 낮은 진구상 스페이서 입자를 사용함에 따라 두께 편차가 낮은 광변환층을 가짐으로써 높으면서도 균일한 휘도와 색상을 발현함을 알 수 있다. 이에 비해, 진구상 스페이서 입자를 사용하지 않거나(비교예 1~4) 입경 편차가 5%를 넘어가는 진구상 스페이서 입자를 사용하거나(비교예 5~8) 낮은 밀도로 진구상 스페이서 입자를 사용한 경우(비교예 9~12)에는 광변환층의 두께 편차가 크고 휘도 균일도와 색상 균일도가 떨어지는 것을 확인하였다. 높은 밀도로 진구상 스페이서 입자를 사용한 비교예 13~16의 경우에는 광변환층의 두께 편차와 휘도 균일도 및 색상 균일도가 양호하였으나 휘도가 크게 떨어지는 것을 확인하였다.
10: 제1기재층 20: 제2기재층
30: 광변환층 31: 제1양자점 입자
32: 제2양자점 입자 33: 광산란제
34: 진구상 스페이서 입자 35: 고분자 수지

Claims (14)

  1. 제1기재층;
    제2기재층; 및
    상기 제1기재층과 상기 제2기재층 사이에 형성된, 양자점 입자, 광산란제 및 고분자 수지를 포함하는 광변환층을 포함하되,
    상기 광변환층이 진구상 스페이서 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 양자점 광학시트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광변환층은 상기 고분자 수지 중에 양자점 입자, 광산란제 및 진구상 스페이서 입자가 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 양자점 광학시트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 양자점 입자가 2 내지 10 nm의 평균 입경을 갖는 것을 특징으로 하는 양자점 광학시트.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광산란제가 0.01 내지 10 ㎛의 평균 입경을 가지고, 상기 광산란제의 평균 입경이 상기 진구상 스페이서 입자의 평균 입경보다 작은 것을 특징으로 하는 양자점 광학시트.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 진구상 스페이서 입자가 10 내지 200 ㎛의 평균 입경을 가지고, 상기 진구상 스페이서 입자 전체의 평균 입경과 상기 진구상 스페이서 입자의 입경 분포의 상, 하위 10%에 해당하는 입자의 평균 입경과의 편차가 5% 이내인 것을 특징으로 하는 양자점 광학시트.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 진구상 스페이서 입자가 0.9 이상의 단경/장경 비율을 갖는 구상 입자인 것을 특징으로 하는 양자점 광학시트.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 진구상 스페이서 입자가 0.1 내지 20% 범위의 하기 수학식 1로 표시되는 분산 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 양자점 광학시트:
    [수학식 1]
    분산 밀도(%) = [진구상 스페이서 입자의 개수 × {3.14×(진구상 스페이서 입자의 평균 반경(㎛))2} × 100] / (5000(㎛))2
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 광변환층이 고분자 수지, 양자점 입자, 광산란제 및 진구상 스페이서 입자를 광변환층 100 중량부를 기준으로 50 내지 95 중량부, 0.1 내지 10 중량부, 0.1 내지 10 중량부 및 0.1 내지 10 중량부의 양으로 포함하는 것을 특징으로 하는 양자점 광학시트.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1기재층 및 상기 제2기재층이, 광변환층과 접하지 않은 적어도 하나의 표면에 고분자 바인더와 비드 입자를 포함하는 코팅층을 갖는 것을 특징으로 하는 양자점 광학시트.
  10. (i) 양자점 입자, 광산란제, 진구상 스페이서 입자 및 고분자 수지를 포함하는 광변환층용 코팅 조성물을 제조하는 단계;
    (ii) 상기 광변환층용 코팅 조성물을 제1기재층 위에 도포하는 단계; 및
    (iii) 상기 제1기재층의 코팅 조성물 도포면과 제2기재층의 일면이 접하도록 제1기재층과 제2기재층을 결합한 후 경화시키는 단계
    를 포함하는, 양자점 광학시트의 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 광변환층용 코팅 조성물이 25℃에서 0.05 내지 1.5 Pa·s의 점도를 갖는 것을 특징으로 하는, 양자점 광학시트의 제조방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 단계 (iii)의 결합이 제1기재층과 제2기재층을 롤과 롤 사이로 통과시키는 갭롤 접합방식에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는, 양자점 광학시트의 제조방법.
  13. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 양자점 광학시트를 포함하는 백라이트 유닛.
  14. 제 13 항의 백라이트 유닛을 포함하는 액정표시장치.
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