KR20180018066A - 양자점 실리카복합체를 구비하는 디스플레이용 부품, 및 이를 포함하는 디스플레이 - Google Patents

양자점 실리카복합체를 구비하는 디스플레이용 부품, 및 이를 포함하는 디스플레이 Download PDF

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Abstract

하기 화학식 1로 표시되는 실리카계 무기물과 상기 실리카계 무기물에 임베디드(embedded)된 양자점을 포함한 양자점-실리카 복합체를 광변환층으로 구비하는 디스플레이용 부품이 제공된다.
[화학식 1]
Figure pat00005

상기 화학식 1에서, X는 산소(O) 또는 아민기(NH)이고, Y는 수소(H), 수산기(OH), 아미노기(NH2) 또는 헤테로 원소를 포함하는 알킬기이며, 상기 헤테로 원소는 인(P), 질소(N), 황(S), 산소(O) 및 할로겐 원소로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나이다.

Description

양자점 실리카복합체를 구비하는 디스플레이용 부품, 및 이를 포함하는 디스플레이 {Display components having Quantum Dot-silica Composites, and Display thereof}
본 발명은 양자점 실리카복합체를 포함하는 디스플레이 부품에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 양자점 기반 발광부의 낮은 안정성을 향상시킨 양자점 실리카복합체를 포함하는 기술에 관한 것이다.
콜로이드 양자점(quantum dots, QDs)은 직경 2 내지 20 나노미터(nm) 정도의 크기를 갖는 콜로이드 형태의 반도체 나노입자를 일컫는다. 양자점은 전자(electron)와 정공(hole), 그리고 이들의 정전기적 결합체인 엑시톤(exciton) 등의 전하체들이 양자점 내부에서 공간적 제약을 받아 양자 국한 현상(quantum confinement effect)을 보인다고 하여 붙여진 이름이다. 양자점은 그 크기와 모양, 조성에 따라 기존 반도체 소재들이 지니지 않았던 독특한 물리적 특성을 지니는 것으로 알려져 있다. 일반적인 양자점의 구조는 수 나노미터 크기를 가지는 II-IV 또는 III-V 또는 I-III-VI 반도체 입자로 형성된 코어(core)와 코어 외부에 보다 밴드갭이 큰 반도체 물질을 성장시켜 형성된 쉘(shell)로 구성된다. 대표적인 예로 CdS(Se)/ZnS, InP/ZnS, InGaP/ZnS, CuInS(Se)/ZnS(Se), Cu(GaIn)S(Se)/ZnS(Se) (코어/쉘) 등을 들 수 있다.
유기 반도체 소재와는 달리 무기 반도체 소재인 양자점은, 밴드갭 이상의 영역대에서 폭넓게 빛을 흡수하고, 이를 좁은 반치폭(full width at half maximum, FWHM)의 형태로 발광(luminescence)을 한다. 그리고 용액 상태에서 100%에 이르는 높은 발광효율(photoluminescence quantum yield, PL QY)을 지니고 있으며, 필름형태에서도 높은 광 효율을 지니고 있다. 또한, 양자점은 그 크기와 모양을 제어함으로써 발광파장을 손쉽게 조절할 수 있다는 장점 또한 지닌다. 뿐만 아니라 콜로이드 형태의 양자점은 잉크와 같이 용액공정에 기반하여 원하는 기판 위에 배열하거나 다양한 매트릭스 내에 분산하여 활용할 수 있어, 기존의 무기 소재들 보다 손쉽게 대량/대면적 공정이 용이하다는 장점을 지니고 있다.
양자점은 동일 물질로 다양한 색상을 구현 할 수 있으며, 높은 발광 효율로 인하여 적은 에너지로 밝은 색상을 구현 가능하므로 차세대 TV의 광원으로 주목받고 있다. 또한 기존의 희토류계 또는 OLED와는 달리 색순도가 높기 때문에 디스플레이의 대세로 인식되고 있다.
한편, 이러한 성질을 가지는 양자점을 이용한 디스플레이가 연구되고 있다. 예를 들어, 양자점을 이용하여 TV로 제조한 것이 퀀텀닷 TV이다. 퀀텀닷 TV는 기존의 LCD 디스플레이의 back light의 형광체로 퀀텀닷을 이용하는 QD-LCD 형(PL형)과, QD를 RGB phosphor로 사용하는 QD-LED 형(EL형)이 있으나 현재 QD-LED 형은 여러 문제점으로 인하여 시장에 진입하지 못하고 있다.
자체 발광이 아닌 LCD TV의 경우 반드시 Back Light Unit(BLU)이 필요하고, 초기 LCD에는 형광램프를 사용하다 LED 광원으로 대체되었고, 현재에는 QD LED로 변경되고 있는 추세이다. QD LED의 핵심 부품은 Quantum Dot Enhancement Film(QDEF)으로 100μm 두께의 QD/resin 층의 위아래에 water barrier film을 부착한 구조이다.
양자점을 이용한 제품개발 있어서 가장 큰 문제로 대두되는 것은 양자점의 산화 불안정성이다. 공기나 수분에 노출시 양자점은 산화되어 쉽게 광 특성을 손실하게 되는데, 이를 방지하고자 현재는 양자점을 포함한 레이어를 수분차단필름으로 보호시켜 사용하고 있으나, 수분차단 필름의 가격도 고가이고 laminating 공정과 접합공정을 거처야 하는 문제점이 있다.
따라서 양자점 자체를 보호하면 산화 안정성을 크게 높일 수 있어 양자점을 실리카로 보호하는 방법 몇몇 방법이 보고된 바 있으나, 과량의 용매를 사용하고, 원심분리 공정이 필요하며, 경우에 따라서는 과량의 계면활성제를 사용하기 때문에 대량 생산에는 적합하지 않다. 예를 들어 55인치 급 퀀텀닷 TV를 생산하기 위해서는 약 2g의 양자점을 사용하여야 하나, 상기 기술로 제조시에는 제조원가가 급격히 상승하기 때문에 시장 진입을 더욱 늦추게 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술이 가지는 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 양자점과 실리카 원료를 혼합하여 공기 중에서 경화시키면 비표면적이 거의 없는 양자점-실리카 복합체를 제조하고 이를 통해 양자점의 높은 산화 안정성을 확보하고자 한다.
본 기술의 제조 방법에 있어서 원심분리 공정도 필요없어 대량생산에 적합한 방식을 제공하고자 한다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일측면은 하기 화학식 1로 표시되는 실리카계 무기물과 상기 실리카계 무기물에 임베디드(embedded)된 양자점을 포함한 양자점-실리카 복합체를 광변환층으로 구비하는 디스플레이용 부품을 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에서, X는 산소(O) 또는 아민기(NH)이고, Y는 수소(H), 수산기(OH), 아미노기(NH2) 또는 헤테로 원소를 포함하는 알킬기이며, 상기 헤테로 원소는 인(P), 질소(N), 황(S), 산소(O) 및 할로겐 원소로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나이다.
바람직하게는, 화학식 1 전체에 대하여 하이드로실릴기(Si-H)가 10ppm 이상일 수 있다.
상기 양자점은 II-IV족, III-V족, I-III-VI족, IV-VI족, IV족 반도체 또는 이들의 혼합물로 이뤄진 입자로 형성된 코어(core)와 상기 코어보다 큰 밴드갭을 가지는 반도체 물질로 형성된 쉘(shell)을 포함하는 코어-쉘 구조 또는 얼로이(alloy)구조 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
상기 양자점은 카드뮴 프리(free)일 수 있으며, 또한, 인듐(In)을 포함할 수 있다.
한편, 양자점-실리카 복합체는 알콕시 실란계 결합제를 더 포함할 수 있고, 상기 알콕시 실란계 결합제는 양자점-실리카 복합체 100 중량부에 대하여, 0.002 내지 20 중량부인 것이 적절하다.
상기 알콕시 실란계 결합제는 (트리알콕시실릴프로필)디페닐포스핀 옥사이드, (메틸디알콕시실릴프로필)디페닐포스핀 옥사이드, (트리알콕시실릴프로필)디시클로헥실포스핀 옥사이드, (트리알콕시실에틸)디시클로헥실포스핀 옥사이드, (3-머켑토프로필)트리알콕시실란, (3-머켑토프로필)메틸디알콕시실란, (3-아미노프로필)트리알콕시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리알콕시실란, (3-아미노프로필)메틸디알콕시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디알콕시실란, N-(3-에톡시실릴프로필)-4,5-디하이드로이미다졸, 3-아미노프로필(메틸디알콕시실란), 시아노에틸트리알콕시실란, 메타아크릴로일프로필트리알콕시실란, (3-아크릴로일프로필)트리알콕시실란 및 3-이소시아나토프로필트리알콕시실란으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다.
상기 양자점-실리카 복합체는 경화촉매를 더 포함할 수 있고, 상기 경화 촉매는 유기 염기, 유기 산 또는 금속인 것이 바람직하고, 상기 경화 촉매는 양자점-실리카 복합체 100 중량부에 대하여, 0.002 내지 20 중량부일 수 있다
또한, 상기 양자점-실리카 복합체는 복수의 양자점을 포함할 수 있으며, 코어쉘 형태로 단일 양자점을 포함할 수 있다.
한편, 상기 양자점-실리카 복합체는 적색발광을 보이는 양자점과 녹색발광을 보이는 양자점이 혼합되어 단일 복합체를 형성할 수 있으며, 복합체는 적색발광을 보이는 양자점과 녹색발광을 보이는 양자점이 각각의 양자점-실리카 복합체를 형성하고 이들 복합체가 혼합되어 있는 것일 수 있다.
상기 양자점-실리카 복합체가 고분자 수지와 혼합되어 광변환 층을 형성한 것일 수 있으며, 이때, 상기 고분자 수지는 알킬계, 페놀계, 아크릴계, 멜라민계, 요소계 및 에폭시계로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 양자점-실리카 복합체를 박막의 형태로 지지체(substrate) 위에 도포하여 광변환 층을 형성할 수 있으며, 상기 지지체는 고분자, 유리, 투광성 필름 또는 디스플레이 구조물 중 어느 하나일 수 있다.
상기 광변환 층의 한 면 혹은 양 면을 배리어층으로 감싸는 것이 바람직할 수 있다. 상기 배리어층은 상기 화학식 1로 표시되는 실리카계 무기물이 바람직하다. 상기 광변환 층은 2개 이상의 복수의 층으로 구성되고, 각 층은 다른 색의 발광을 보이는 것이 바람직하다.
한편, 디스플레이용 부품의 표면에 요철(roughness)이 형성될 수 있고, 상기 요철은 규칙적인 패턴이 있을 수 있다 상기 요철은 임프린팅, 리소그라피, 스크린프린팅, 레이저스크라이빙, 자가조립, 또는 마스킹의 방법으로 형성이 가능하다.
바람직하게는, 상기 디스플레이 부품은 양자점 성능향상 필름이고, 상기 양자점 성능향상 필름은 도광판 위에 배치하는 것이 가능하다.
또한, 디스플레이 부품은 백라이트유닛일 수 있는데, 상기 백라이트유닛의 광원으로부터 전달된 광은 상기 광변환층을 통과하도록 구성한다.
광변환층이 형성되는 방법은 상기 광변환층을 구비하는 구조물이 상기 광원으로부터 광이 전달되는 경로에 배치될 수도 있고, 상기 광원에 상기 광변환층이 도포되어 형성되는 것도 가능하다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 상술한 디스플레이용 부품을 구비하는 디스플레이를 제공한다.
본 발명은 양자점 자체를 보호함으로써 산화 안정성을 높일 수 있는 양자점 실리키 복합체를 구비하는 디스플레이용 부품을 제조할 수 있는 이점이 있다.
또한, 부산물이 발생하기 않아, 분리 정제 과정이 없이도 대량 생산에 적합한 양자점 실리카 복합체를 제공할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 양자점-실리카 복합체층를 구비하는 디스플레이용 부품을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양자점-실리카 복합체층를 구비하는 디스플레이용 부품을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 실리카 복합체층를 구비하는 디스플레이용 부품을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 실리카 복합체층를 구비하는 디스플레이용 부품을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 양자점-실라카 복합체를 구비하는 디스플레이 부품의 제작예를 도시한 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 양자점-실라카 복합체를 구비하는 디스플레이 부품의 제작예를 도시한 도면이다.
도 7 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 양자점-실리카 복합체를 구비하는 디스플레이용 부품을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 성능향상 필름을 구비하는 디스플레이의 일부 분해 사시도이다.
도 9는 본 발명의 양자점 실리카 복합체를 구비하는 백라이트의 일 예이다.
도 10은 본 발명의 양자점 실리카 복합체를 구비하는 백라이트의 다른 예이다.
도 11은 본 발명의 양자점 실리카 복합체를 구비하는 백라이트의 다른 예이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 양자점이 포함된 디스플레이용 부품의 또 다른 제작예를 도시한 도면들이다.
도 13은 일 실시예에 따른 양자점을 포함하는 디스플레이의 일부 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
디스플레이용 부품
도 1 및 도 2는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 양자점-실리카 복합체층(200a)를 구비하는 디스플레이용 부품(10)을 개략적으로 도시한 단면도로, 상기 양자점-실리카 복합체층(200a)은 양자점(201)과 화학식 1로 표시되는 실리카계 무기물(202)로 구성될 수 있다.
도 1을 참조하면, 디스플레이용 부품(10)은 지지체(1000)상에 양자점-실리카 복합체층(200a)이 형성되어 있고, 또한 선택적으로 상기 양자점-실리카 복합체층(200a) 상부에는 배리어층(300)이 추가로 형성될 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이용 부품(10)의 양자점-실리카 복합체층(200a)의 상부 및 하부에 배리어층(300)이 형성될 수 있다.
‘디스플레이용 부품’이라 함은 LCD, LED OLED 등의 디스플레이에 사용되기 위한 특별히 한정되지 않는 각종 부품을 의미하는 것이고, 양자점 실리카 복합체층(200) 그 자체 또는 양자점 실리카 복합체층(200)이 임의의 구조물에 포함되어 구성되는 모든 부품 형태를 포함한다. 바람직하게는 양자점 실리카 복합체층(200)이 구비되는 양자점 성능향상 필름 (quantum dot enhancement film, QDEF), 백라이트 등이지만, 이에 한정되지 않는다.
즉, 본 발명의 양자점 실리카 복합체층(200)은 특별히 한정되지 않은 다양한 디스플레이 구조물을 지지체로 형성되는 것이 가능한데 이 경우 양자점 실리카 복합체층(200)을 구비하는 모든 형태의 부품이‘디스플레이용 부품’의 정의 범위에 포함될 수 있다.
여기서, ‘디스플레이 구조물’이라 함은 디스플레이용 부품의 전부, 디스플레이 자체 또는 일부 구조물일 수 있다. 디스플레이 구조물로 가능한 예들을 열거하면, 백라이트 유닛, 도광판, 편광판, TFT 기판, 상부 기판, 광학시트, 반사시트, 베리어 필름 등 특별히 한정되지 않은 다양한 종류가 가능하고, 이러한 부품의 외부뿐 아니라 내부에 양자점 실리카 복합체층이 형성되는 것도 포함한다. 예를 들어, 도광판의 경우를 설명한다. 도광판의 상부 일면에 본 발명의 실시예에 따른 양자점 실리카 복합체층을 형성할 수 있다. 이 경우는 특별히 투광성 필름이 별도로 필요하지 않은 구조가 가능하므로 비용 측면에서도 유리하고 제조공정에서도 다양한 변형이 가능한 장점이 있다.
양자점 실리카 복합체층(200)은 하기 화학식 1로 표시되고, 전체 중량 대비 하이드로실릴 기(Si-H)의 함량이 10 ppm 이상인 실리카계 무기물과 이에 임베디드(embedded)된 양자점으로 구성된 양자점-실리카 복합체를 구비하는 것을 특징으로 한다.
[화학식 1]
Figure pat00002
상기 화학식 1에서, X는 산소(O) 또는 아민기(NH)이고, Y는 수소(H), 수산기(OH), 아미노기(NH2) 또는 헤테로 원소를 포함하는 알킬기이며, 상기 헤테로 원소는 인(P), 질소(N), 황(S), 산소(O) 및 할로겐 원소로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나이다.
특히, 상기 화학식 1에서 전체 중량 대비 하이드로실릴 기(Si-H)의 함량이 10 ppm 이상일 수 있으며, 바람직하게는 10ppm 내지 500ppm일 수 있다. Si-H기가 500ppm이상 일 때는 경화가 충분히 이루어지지 않은 불완전한 상태의 실리카계 무기물이며, Si-H기가 10ppm 미만 일 때는 완전한 SiO2(실리카)로 본 발명의 범위에서 벗어난다. 즉 본 발명에 의해 얻을 수 없는 구조라고 할 수 있다.
한편, 광변환 층의 한 면 혹은 양 면에 배리어층(300)을 형성하는 것이 바람직할 수 있다. 이 경우 배리어층(300)은 유기물 또는 무기물 또는 이들의 혼합재료로 형성될 수 있으며 양자점을 수분 및 산소로부터 보호할 수 있으면 효과적이다. 바람직하게는, 배리어층은 산화물계 및 질화물계 세라믹 무기물 재료, 또는 투명성과 내열성을 갖는 아크릴, 페릴렌, 에폭시 계열의 유기물 재료로 이루어진 단일막으로 형성되었거나 또는 무기물과 유기물 재료를 적층하여 복합막으로 형성되었을 수 있다. 또한 상기 세라믹 무기물 재료는 상기 화학식 1로 표시되고, 전체 중량 대비 하이드로실릴 기(Si-H)의 함량이 10 중량 ppm 이상인 실리카계 무기물을 포함한다.
바람직하게는, 배리어층의 두께는 100 nm 내지 1 mm 일 수 있다. 두께가 100 nm이하이면 산소 내지는 수분에 대한 차단이 충분하지 않을 수 있고, 1 mm 이상이면 베리어 층이 너무 두꺼워 광변환층에서 나오는 빛의 세기가 약할 수 있다.
바람직하게는, 배리어층은 진공 증착법(vacuum deposition), 스프레이 증착법(spray deposition), 테이프 코팅법(tape coating), 닥터 블레이드 코팅법(doctor-blade coating), 스크린 코팅법(screen coating), 스핀 코팅법(spin coating), 페인트 코팅법(paint coating), 및 라미네이팅 코팅법(laminating coating)에 의해 형성될 수 있으나 이에 한정된 것은 아니다.
양자점 실리카 복합층(200)의 두께는 50 nm 내지 100 ㎛일 수 있다. 두께가 50 nm 이하이면 광원에서 오는 빛이 충분히 광변환 되지 않을 수 있고, 100 ㎛일 경우 광변환 층이 너무 두꺼워 파장변환 되어 나오는 빛의 세기가 약할 수 있다.
양자점(quantum dots, QDs)은 전자(electron)와 정공(hole), 그리고 이들의 정전기적 결합체인 엑시톤(exciton) 등의 전하체들이 양자점 내부에서 공간적 제약을 받고, 양자 국한 현상(quantum confinement effect)을 보이는 입자를 의미한다.
본 발명의 일 구현예에 적용할 수 있는 양자점은 적용 소자에서 요구되는 물성에 따라 다양한 크기와 모양, 조성으로 적용할 수 있으며, 바람직하게는 수 나노미터 크기의 II-IV족 또는 III-V족 또는 I-III-VI족 또는 IV-VI족, IV족 반도체 혹은 이들의 혼합물로 이뤄진 입자로 형성된 코어(core)와 코어보다 큰 밴드갭을 가지는 반도체 물질로 쉘(shell)을 형성한 것 혹은 얼로이(alloy) 구조 일 수 있다.
또한, 상기 양자점은 쉘 표면에 유기물계 리간드가 더 도포된 구조일 수 있으며, 이때, 상기 유기물계 리간드는 친수성 리간드 및/또는 소수성 리간드일 수 있다.
한편, 상기 양자점-실리카 복합체는 적색, 녹색, 청색 등 각각의 발광 특성을 보이는 양자점을 각각의 적색, 녹색, 청색 발광특성을 보이는 양자점-실리카 복합체로 형성하는 것도 가능하고, 양자점 중 2종 이상을 적절한 비율로 혼합하여 하나의 양자점-실리카 복합체로 형성하는 것도 가능하다. 경우에 따라 상기 각각의 발광특성을 보이는 양자점-실리카 복합체를 적절한 비율로 혼합하여 사용할 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따른 양자점-실리카 복합체는 노란색의 발광을 보이기 위하여 적색의 발광특성을 보이는 양자점-실리카 복합체와 녹색의 발광특성을 보이는 양자점-실리카 복합체를 섞어서 형성된 혼합물일 수 있다.
아울러, 본 발명의 일 구현예에 따른 양자점-실리카 복합체는 전체 100 중량부에 대하여, 상기 양자점은 0.5 내지 80 중량부일 수 있으며, 바람직하게는 1 내지 50 중량부일 수 있다. 양자점이 0.5 중량부에 미치지 못하면, 광원을 파장 변환하는 효과가 떨어져 원하는 색의 구현이 어려울 수 있고, 80 중량부를 초과하면, 양자점 응집에 의한 투과도 저하의 문제가 발행하여 선명한 색 구현이 어려울 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 양자점-실리카 복합체의 양자점은 실리카계 무기물에 임베디드(embedded)된 상태일 수 있으며, 양자점이 공기나 수분에 노출시 산화되어 광특성이 손실되는 산화 불안정성이 해소될 수 있다.
이때, 상기 화학식 1에서, X는 산소 또는 아민기이며, 전체 중량 대비 아민기의 양이 바람직하게는 500ppm 미만이 포함될 수 있다. 아민기가 500ppm 이상 일 때는 경화가 충분히 이루어지지 않은 불완전한 상태의 실리카계 무기물이므로 본 발명의 범위에서 벗어난다.
또한, 본 발명의 바람직한 일 구현예에 따라 상기 양자점-실리카 복합체의 평균 직경은 50nm 내지 20㎛일 수 있고, 바람직하게는 50nm 내지 20㎛일 수 있다. 상기 평균 직경이 50nm 미만인 경우, 비표면적이 넓어져 서로 응집(aggregation)하는 현상이 발생할 수 있고, 20㎛를 초과하면 입사하는 빛이 표면에 도달하고 입자 중심부에는 미치지 못하여 중심부에 포함되어 있는 양자점이 발광에 기여하지 못하게 된다.
본 발명의 일 구현예에 따른 양자점-실리카 복합체의 실리카계 무기물과 양자점은 알콕시 실란계 결합제에 의해 결합될 수 있다.
또한, 바람직한 일 실시예에 따라, 상기 알콕시 실란계 결합제는 상기 양자점 표면에 리간드로 치환되어 실리카계 무기물과 결합될 수 있다.
여기서, 상기 알콕시 실란계 결합제는 양자점과 실리카 복합체와 화학적 반응을 유발하지 않으면서 물질은 제한없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 (트리알콕시실릴프로필)디페닐포스핀 옥사이드, (메틸디알콕시실릴프로필)디페닐포스핀 옥사이드, (트리알콕시실릴프로필)디시클로헥실포스핀 옥사이드, (트리알콕시실에틸)디시클로헥실포스핀 옥사이드, (3-머켑토프로필)트리알콕시실란, (3-머켑토프로필)메틸디알콕시실란, (3-아미노프로필)트리알콕시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리알콕시실란, (3-아미노프로필)메틸디알콕시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디알콕시실란, N-(3-에톡시실릴프로필)-4,5-디하이드로이미다졸, 3-아미노프로필(메틸디알콕시실란), 시아노에틸트리알콕시실란, 메타아크릴로일프로필트리알콕시실란, (3-아크릴로일프로필)트리알콕시실란, 3-이소시아나토프로필트리알콕시실란 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 알콕시 실란계 결합제는, 양자점-실리카 복합체 전체 100 중량부에 대하여, 0.02 내지 10 중량부를 사용할 수 있으며, 0.02 중량부에 미치지 못하는 경우 안정성 향상에 기여할 수 없으며, 10 중량부를 초과하여 사용하는 경우, 양자점의 물리화학적 물성의 저하를 초래하며, 경화 속도를 지연시키는 문제가 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 양자점-실리카 복합체를 지지체에 봉지할 때, 접착성 및 분산성을 향상시키기 위하여, 상기 양자점-실리카 복합체의 표면을 기능화된 실란계 결합제로 코팅하여 사용할 수 있다.
이때, 상기 실란계 결합제로 사용할 수 있는 물질은 당해 기술분야에서 화학적으로 안정한 물질은 제한없이 사용할 수 있으며, 바람직한 예로는 헥사메틸디실라잔, 트리메틸클로로실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리클로로실란, 디메틸디클로로실란, 디메틸디알콕시실란, 메틸트리클로로실란, 메틸트리클로로실란, 비닐메틸디클로로실란, 비닐메틸디알콕시실란, 페닐트리메톡시실란, 페닐트리클로로실란, 메틸디클로로실란, (3-아미노프로필)트리알콕시실란, (3-머켑토프로필)트리알콕시실란, (3-머켑토프로필)메틸디알콕시실란, (3-아미노프로필)트리알콕시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리알콕시실란, (3-아미노프로필)메틸디알콕시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디알콕시실란, 메타아크릴로일프로필트리알콕시실란, (3-아크릴로일프로필)트리알콕시실란, (3-클로로프로필)트리알콕시실란 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
경화 촉매는 200℃ 이하의 온도에서 화학식 2의 실리카 전구체의 경화를 촉진시켜 실리카계 무기물로 전환되는 경화 과정을 돕는 역할을 하며, 이러한 경화 촉매로 유기 염기 촉매, 유기 산 촉매 및 금속 촉매를 사용할 수 있다.
상기 유기 염기 촉매의 비제한적인 예로는 N, N'-트리메틸렌비스(1-메틸피페리딘), 비스(2-디메틸아미노에틸_에테르), N,N'-디메틸피페라진, 4-(디메틸아미노)피리딘, N,N'-디메틸시클로헥실아민, N,N-디메틸벤질아민, N,N,N',N',N-펜타메틸디에틸렌트리아민, N,N-디메틸세틸아민, 트리헥실아민, 트리에틸아민, 에틸렌디아민 등의 아민류를 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 이때 상기 유기 염기 촉매는 혼합액 100 중량부에 대하여 0.1 내지 10 중량부로 배합하여 사용할 수 있으며, 0.1 중량부에 미치지 못하는 경우 촉매 활성이 저하될 수 있으며, 10 중량부를 초과하는 경우 양자점의 발광 저하를 초래할 수 있다.
상기 유기 산 촉매의 비제한적인 예로는 탄화수소 카복실산, 아스코르브산, 탄화수소 설폰산, 페놀, 탄화수소 포스폰산 등의 유기 산류를 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 이때 상기 유기 산 촉매는 혼합액 100 중량부에 대하여 0.1 내지 10 중량부로 배합하여 사용할 수 있으며, 0.1 중량부에 미치지 못하는 경우 촉매 활성이 저하될 수 있으며, 10 중량부를 초과하는 경우 양자점의 발광 저하를 초래할 수 있다.
상기 금속 촉매로는 팔라디움, 플래티늄, 로듐, 니켈, 이리듐, 루테늄, 오스뮴, 코발트 등의 금속을 포함하는 유기 산착물, 무기 산착물 또는 유기금속 화합물을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 또한, 상기 금속 촉매는 금속 미립자 또는 금속 미립자를 형성할 수 있는 전구체를 사용할 수도 있다.
이때, 상기 금속 촉매는 혼합액 100 중량부에 대하여 0.01 내지 1 중량부로 배합하여 사용할 수 있으며, 0.01 중량부에 미치지 못하는 경우 촉매 활성이 저하될 수 있으며, 1 중량부를 초과하는 경우 양자점의 발광 저하를 초래할 수 있다.
지지체(100)는 양자점 실리카 복합체층(200)을 지지하는 역할을 수행하면서 특별히 한정되지 않고 다양한 구조물이 가능하다. 바람직한 형태는 투광성 필름이다. 투광성 필름은 유리 또는 고분자일 수 있다. 일례로 투광성 필름은 적절한 점착력과 충격흡수성을 가지는 투명 또는 반투명한 고분자로 구성되는 것이 바람직하다. 상기 고분자의 구체적인 예는 특별히 한정되지 않은 여러 종류가 가능하고, 폴리스티렌 (PS: Polystyrene), 발포폴리스티렌 (EPS : Expandable Polystyrene) 폴리염화비닐 (PVC: Polyvinyl Chloride), 스티렌 아크릴로니트릴 공중합체 (SAN: Styrene Acrylonitrile Copolymer), 폴리우레탄 (PU: Polyurethane), 폴리아마이드 (PA: Polyamide), 폴리카보네이트 (PC: Polycarbonate) 변성 폴리카보네이트 (Modified Polycarbonate), 폴리비닐부티랄 (Poly(vinyl butyral), 폴리비닐아세테이트 (Poly(vinyl acetate), 아크릴 수지(Acrylic Resin), 에폭시 수지 (EP: Epoxy Resin), 실리콘 수지(Silicone Resin), 불포화폴리에스테르 (UP: Unsaturated Polyester) 등일 수 있으며 이들을 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
디스플레이용 부품 제조
본 발명의 실시예에 따른 양자점 실리카 복합체를 구비하는 디스플레이용 부품의 제조방법을 설명한다. 크게 2가지 방법으로 나누어 설명하면, 첫 번째 방식은 양자점 실리카 복합체 혼합액을 지지체에 도포하여 건조하는 방식이고, 두 번째 방식은 양자점-실리카 복합체 분말을 제조한 다음, 이를 고분자 수지와 혼합하여 지지체에 도포하는 방식이다.
먼저, 첫 번째 방식을 설명한다.
양자점 실리카 혼합액을 제조하는데, 양자점과 하기 화학식 2의 실리카 전구체 및 용매를 혼합하여 혼합액을 제조한다. 그리고, 제조된 양자점 실리카 복합체 혼합액을 지지체에 도포하여 건조하는 방식이고,
[화학식 2]
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상기 화학식 2에서, m, n은 1 내지 500이고, R1, R2, R4 및 R5는 수소, 메틸, 비닐, 또는 페닐이고, R3, R6은 수소, 트리메틸실리 또는 알콕시실릴프로필이고, X는 질소이다.
혼합액을 제조하는 단계는 과도한 수용액과 산성 혹은 염기성 촉매 사용을 회피하고 별도의 친수화 과정없이 분말화 과정이 가능하도록 화학식 2로 표현되는 실리카 전구체를 사용할 수 있다. 이때, 상기 실리카 전구체는 화학식 2로 표현되는 물질일 수 있으며, 바람직하게는 폴리실라잔일 수 있다.
상기 폴리실라잔은 실리콘과 질소가 규칙적으로 배열된 고분자를 총칭하는 것으로, 통상 에테르 등의 유기 용매가 용해된 상태로 공급되며, 이러한 폴리실라잔액은 200℃ 이하에서 건조과정 및 산소치환 반응을 거쳐 실리카계 물질로 전환되는 특징으로 가진다. 변화되는 과정에서 축합반응을 거치는 종래 기술과는 달리, 질소와 수소가 산소로 치환되므로 부피 변화가 거의 없어 치밀한 실리카계 무기물을 제조할 수 있다.
또한, 화학식 2로 표현되는 실리카 전구체로부터 생성된 실리카계 무기물은 종래 기술과 달리 질소가 소량 잔존하게 되는데, 잔존하는 질소는 극한 환경에서 소량 침투될 수 있는 산소와 선택적으로 반응하여 함유된 양자점을 산소로부터 더 효율적으로 차폐시킬 수 있다.
상기 용매는 당해 기술분야에서 적용하는 물질은 제한없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 석유, 방향족 용매, 지환족 용매, 에테르, 할로겐화된 탄화수소, 테르펜 혼합물 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
다음으로, 상술한 양자점-실리카 복합체 혼합액을 도포한 후, 경화 과정을 수행한다. 상기 도포하는 과정은, 닥터 블레이드코팅법, 스크린 코팅법, 스핀 코팅법, 스프레이 코팅법, 페인트 코팅법 등 다양한 방식이 가능하고 특별히 제한되지 않은 다양한 방식이 가능함은 물론이다. 상기 경화혼합물을 제조하는 단계는 제조한 혼합액을 건조하고, 경화하는 단계이며, 건조 및 경화는 순차로 수행되거나, 건조 방법에 따라 건조와 경화가 동시에 수행될 수 있다.
상기 건조는 혼합액에 포함된 용매를 제거하는 단계로, 당해 기술 분야에서 적용되는 건조 방식은 제한 없이 적용할 수 있으며, 바람직하게는 진공 증발법(vacuum evaporation), 로터리 증발법(rotary evaporation), 센트리퓨갈 증발법(centrifugal evaporation), 진동 증발법(vibrational evaporation), 에어로졸 증발법(aerosol evaporation), 스프레이 증발법(spray evaporation), 테이프 코팅법(tape coating), 닥터 블레이드 코팅법(doctor-blade coating), 스크린 코팅법(screen coating), 스핀 코팅법(spin coating), 페인트 코팅법(paint coating), 에어 건조(air drying), 동결 건조(freeze drying), 고온 건조(high temperature drying), 자연 건조(natural drying)등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 경화는 화학식 2의 실리카 전구체가 실리카계 무기물로 전환되는 것으로, 경화방식은 당해 기술분야에서 적용되는 방식을 제한 없이 적용할 수 있으며, 바람직하게는 상온 경화, 고온 경화, UV 경화, 촉매 경화 등이 적용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
아울러 상기 경화는 경화 촉매를 추가로 더 포함하여 수행될 수 있다.
경화 촉매는 200℃ 이하의 온도에서 화학식 2의 실리카 전구체의 경화를 촉진시켜 실리카계 무기물로 전환되는 경화 과정을 돕는 역할을 하며, 이러한 경화 촉매로 유기 염기 촉매, 유기 산 촉매 및 금속 촉매를 사용할 수 있다.
상기 유기 염기 촉매의 비제한적인 예로는 N, N'-트리메틸렌비스(1-메틸피페리딘), 비스(2-디메틸아미노에틸_에테르), N,N'-디메틸피페라진, 4-(디메틸아미노)피리딘, N,N'-디메틸시클로헥실아민, N,N-디메틸벤질아민, N,N,N',N',N-펜타메틸디에틸렌트리아민, N,N-디메틸세틸아민, 트리헥실아민, 트리에틸아민, 에틸렌디아민 등의 아민류를 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 이때 상기 유기 염기 촉매는 혼합액 100 중량부에 대하여 0.1 내지 10 중량부로 배합하여 사용할 수 있으며, 0.1 중량부에 미치지 못하는 경우 촉매 활성이 저하될 수 있으며, 10 중량부를 초과하는 경우 양자점의 발광 저하를 초래할 수 있다.
상기 유기 산 촉매의 비제한적인 예로는 탄화수소 카복실산, 아스코르브산, 탄화수소 설폰산, 페놀, 탄화수소 포스폰산 등의 유기 산류를 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 이때 상기 유기 산 촉매는 혼합액 100 중량부에 대하여 0.1 내지 10 중량부로 배합하여 사용할 수 있으며, 0.1 중량부에 미치지 못하는 경우 촉매 활성이 저하될 수 있으며, 10 중량부를 초과하는 경우 양자점의 발광 저하를 초래할 수 있다.
상기 금속 촉매로는 팔라디움, 플래티늄, 로듐, 니켈, 이리듐, 루테늄, 오스뮴, 코발트 등의 금속을 포함하는 유기산착물, 무기산착물 또는 유기금속 화합물을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 또한, 상기 금속 촉매는 금속 미립자 또는 금속 미립자를 형성할 수 있는 전구체를 사용할 수도 있다.
이때, 상기 금속 촉매는 혼합액 100 중량부에 대하여 0.01 내지 1 중량부로 배합하여 사용할 수 있으며, 0.01 중량부에 미치지 못하는 경우 촉매 활성이 저하될 수 있으며, 1 중량부를 초과하는 경우 양자점의 발광 저하를 초래할 수 있다.
다음으로, 두 번째 방식을 설명한다.
두 번째 방식은 양자점-실리카 복합체 분말을 제조한 다음, 이를 고분자 수지와 혼합하여 지지체에 도포하는 방식이다. 첫 번째 방식과 유사한 부분에 대해서는 설명의 편의를 위해 상세한 설명은 생략한다.
두 번째 방식에 의하면, 양자점과 하기 화학식 2의 실리카 전구체 및 용매를 혼합하여 혼합액을 제조한 다음, 이 혼합액을 건조하여 경화시킨 후 분말화하는 과정을 거친다.
경화 혼합물을 분말화하는 단계는, 막자 사발(mortar and pestle), 그라인딩(grinding), 밀링(milling), 습식분쇄, 볼밀(ball mill), 제트밀(jet mill), 에어분쇄(air grinding), 고압분산, 냉동분쇄를 이용하여 분말화할 수 있다. 건조와 경화의 구체적인 방식은 이미 전술하였으므로 상세한 설명은 생락한다.
이러한 방식으로 분말화된 양자점-실리카 복합체 분말을 고분자 수지와 혼합하여 광변환 층을 형성할 수 있다. 상기 고분자 수지는 알킬계, 페놀계, 아크릴계, 멜라민계, 요소계, 에폭시계로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나인 것이 바람직하며, 구체적으로, 폴리카보네이트 PC(Poly Carbonate), 폴리메틸메타아크릴레이트 PMMA(poly(methylmethacrylate)), 폴리비닐리덴 플로라이드 PVDF(Polyvinylidene Fluoride), 에톡실화 트리메틸올 프로판 트리아크릴레이트( Ethoxylated trimethylol propane triacrylate :ETPTA), 아이소보닐 아크릴레이트 IBOA (Isobornyl acrylate) 어느 하나의 재질이거나, 이 들 중 적어도 어느 하나를 포함한 혼합수지일 수 있으며, 이들로만 한정되지 않고 당 기술분야에 알려져 있는 일반적인 것들을 사용할 수 있다.
도 3 및 도 4는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 실리카 복합체층(200b)를 구비하는 디스플레이용 부품(10)을 개략적으로 도시한 단면도로, 상기 두 번째 방법에 의해 형성된 것으로 상기 양자점 실리카 복합체층(200b)은 양자점 실리카 복합체(203)와 고분자 수지(204)로 구성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 디스플레이 부품은 지지체(1000) 상에 양자점 실리카 복합체층(200b)이 형성되어 있고, 또한 선택적으로 양자점 실리카 복합체 상부에는 배리어층(300)이 추가로 형성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이용 부품(10)의 양자점-실리카 복합체층(200b)의 상부 및 하부에 배리어층(300)이 형성될 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 양자점-실라카 복합체를 구비하는 디스플레이 부품(10)의 제작예를 도시한 도면들이다.
도 5a를 참조하면, 디스플레이 부품(10)은 지지체(1000) 상에 양자점과 화학식 2의 실리카 전구체 및 용매의 혼합액 또는 분말화된 양자점-실리카 복합체 분말을 고분자 수지와 혼합한 혼합액을 도포하는 단계일 수 있다.
도 5b를 참조하면, 도 5a에서 형성된 양자점 실리카 복합체층 또는 양자점-실리카 복합체를 포함하는 고분자 수지층을 경화하는 단계일 수 있다. 이때 경화방식은 당해 기술분야에서 적용되는 방식을 제한없이 적용할 수 있으며, 바람직하게는 상온 경화, 고온 경화, UV 경화, 촉매 경화 등이 적용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 아울러 상기 경화는 경화 촉매를 추가로 더 포함하여 수행될 수 있다.
도 5c를 참조하면, 양자점 실리카 복합체층(200) 상부에 배리어층(300)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
도 6a 또는 도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 양자점-실라카 복합체를 구비하는 디스플레이 부품(10)의 제작예를 도시한 도면들이다.
도 6a를 참조하면, 디스플리이 양자점-실리카 복합체층(200)을 형성하는 단계일 수 있으며, 이때 양자점-실리카 복합체층(200)은 양자점과 실리카계 무기물로 형성되거나, 양자점-실리카 복합체를 포함하는 고분자 수지로 형성될 수 있다.
도 6b를 참조하면, 도 6a에서 형성된 양자점-실리카 복합체층(200)의 상부 및 하부에 베리어 층(300)을 형성하는 단계로, 진공 증착법(vacuum deposition), 스프레이 증착법(spray deposition), 테이프 코팅법(tape coating), 닥터 블레이드 코팅법(doctor-blade coating), 스크린 코팅법(screen coating), 스핀 코팅법(spin coating), 페인트 코팅법(paint coating), 및 라미네이팅 코팅법(laminating coating)에 의해 형성될 수 있으나 이에 한정된 것은 아니다.
이때, 상기 배리어층은 산화물계 및 질화물계 세라믹 무기물 재료, 또는 투명성과 내열성을 갖는 아크릴, 페릴렌, 에폭시 계열의 유기물 재료로 이루어진 단일막으로 형성되었거나 또는 무기물과 유기물 재료를 적층하여 복합막으로 형성되었을 수 있으며, 상기 세라믹 무기물 재료는 재료는 상기 화학식 1로 표시되고, 전체 중량 대비 하이드로실릴기(Si-H)의 함량이 10 중량 ppm 이상인 실리카계 무기물을 포함한다.
또한, 상기 배리어층(300)의 두께는 100 nm 내지 1 mm 일 수 있다. 두께가 100 nm 이하이면 산소 내지는 수분에 대한 차단이 충분하지 않을 수 있고, 1 mm 이상이면 베리어 층이 너무 두꺼워 광변환층에서 나오는 빛의 세기가 약할 수 있다.
도 7 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 양자점-실리카 복합체를 구비하는 디스플레이용 부품을 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 디스플레이 부품은 지지체(1000) 상에 양자점 실리카 복합체층(200)이 형성되어 있고, 상부에는 선택적으로 배리어층(310)이 형성될 수 있다. 이때, 상기 배리어층(310)의 상부에는 반사율을 줄이기 위해서 Anti-reflection structure가 형성될 수 있다. 이러한 Anti-reflection structure은 표면에 일정한 불균일한 구조를 형성함으로써 반사율이 낮아질 수 있도록 하는 구조물이면 통칭할 수 있다. 도 7의 도시에서는 배리어층(310)의 표면에 이러한 Anti-reflection structure이 형성된 경우를 예로 들어 도시하였으나 배리어층이 형성된 구조에서 지지체(1000)의 표면에 생성되는 것도 가능하고, 배리어층(310)이 없는 구조에서 지지체(1000)의 표면에 생성되는 것도 가능하다.
또한, Anti-reflection structure를 생성하기 위한 방식으로는 배리어층으로 레진, 실리카 등의 물질을 도포한 후 경화되기 전에 임프린트 방식으로 요철을 만드는 방식을 채용할 수 있다. 또한, 배리어층이나 지지체 상부 표면에 포토리소그파리 방식을 이용하여 선택적으로 패턴을 형성함으로써 요철을 형성하는 것도 가능하다. 또 다른 예에 의하면, 실리카 등의 파우더를 배리어층이 경화되기 전 상부에 도포하고 파우더가 첨가된 후 배리어층을 경화시킴으로써 파우더에 의해 요철 부위가 형성되도록 하는 것도 가능하다.
디스플레이용 부품 중 먼저 양자점 성능향상 필름이 적용된 디스플레이 중 LCD를 설명한다. 도 8 본 발명의 일 실시예에 따른 양자점 성능향상 필름을 구비하는 디스플레이의 일부 분해 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치(100)는, 크게 광을 공급하기 위한 백라이트 유닛(20)과 광을 공급받아 화상을 표시하는 액정 표시 패널 어셈블리(70)로 이루어진다. 이외에, 이들을 고정 지지하기 위한 섀시들, 몰드 프레임이 구비되는데 도시의 편의를 위해 이를 생략한다.
백라이트 유닛(20)은 액정 표시 패널 어셈블리(70)에 광을 제공하며, 백 라이트 유닛(20)위에 위치하는 액정 표시 패널 어셈블리(70)는 라이트 유닛(20)이 공급하는 광을 제어하여 계조를 표현하고 그에 따라서 화상이 표시된다. 먼저, 액정 표시 패널 어셈블리(70)는 액정 표시 패널(75), 집적 회로 칩(77) 및 연성 회로 기판(79)을 포함한다.
액정 표시 패널(75)은 다수의 TFT(thin film transistor, 박막 트랜지스터)로 이루어진 TFT 백플레인 기판과 TFT 기판 상부에 위치하는 상부 기판 및 이들 기판 사이에 주입되는 액정층으로 이루어진다. TFT 기판은 매트릭스상의 박막 트랜지스터가 형성되어 있는 투명한 절연 기판으로, 소스 단자에는 데이터선이 연결되고, 게이트 단자에는 게이트선이 연결되어 있다. 그리고 드레인 단자에는 도전성 재질로서 투명한 화소 전극이 연결되어 있다.
TFT 기판에 대향하여 그 위에 상부 기판이 배치되어 있다. 상부 기판은 빛이 통과하면서 소정의 색이 발현되는 RGB 컬러 필터가 박막 공정에 의해 형성된 기판이며, 컬러 필터 위에 ITO로 이루어진 공통 전극이 증착되어 있다.
이상에서는 일 실시예에 따른 액정 표시 패널(75)의 구조에 대하여 살펴보았다. 하지만, 이러한 실시예와 달리 다양한 실시예의 액정 표시 패널(75)이 사용될 수 있다.
액정 표시 패널 어셈블리(70)에 광을 공급하는 하나 이상의 광원(40), 광원(40)에 전원을 공급하는 PCB 기판(41), 광원(40)으로부터 방출되는 광을 가이드 하여 액정 표시 패널 어셈블리(70)로 공급하는 도광판(50), 도광판(50)의 하부 전면에 위치하여 광을 반사시키는 반사시트(26), 그리고 광원(40)으로부터 광의 휘도 특성을 확보하여 액정 표시 패널 어셈블리(70)로 제공하기 위한 광학 시트(24) 및 양자점 성능향상 필름(10)을 구비한다.
광학 시트(24)는 프리즘 구조를 가지는 프리즘 시트, 빛을 일정하게 확산시키는 확산 시트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 광학 시트(24)에는 일부 편광 방향의 빛을 반사시키고, 이에 수직하는 편광 방향의 빛을 투과시켜 빛의 효율을 향상시키는 DBEF(dual brightness enhancement film)와 같은 휘도 향상 필름을 포함할 수 있다.
양자점 성능향상 필름(10)이 포함되는 광학 시트(24)는 하나 이상의 광원(40), 광원(40)에 전원을 공급하는 PCB 기판(41)등과 통틀어 백라이트 유닛이라고 통칭될 수도 있다
이러한 양자점 성능향상 필름(10)은 광학 시트(24)의 상하에 위치하거나, 복수의 광학 시트(24)가 사용되는 경우 광학 시트 (24)의 중간에 위치할 수도 있다.
양자점 성능향상 필름(10)은 이미 도 1과 3에서 전술한 바와 같이 지지체(1000) 상에 양자점 실리카 복합체층(200a 내지 200b)이 형성된다. 또한, 선택적으로 양자점 실리카 복합체층(200a 내지 200b) 상부 또는 하부에 배리어층(300)이 형성되는 것이 가능하다. 또한 도 2와 4에서 전술한 바와 같이 양자점 실리카 복합체층(200a 내지 200b) 상부와 하부, 양면에 배리어층(300)이 형성되는 것도 가능하다.
한편, 백라이트의 광원이 청색 발광을 하는 LED로 구성되는 경우, 양자점 성능향상 필름(10)의 양자점-실리카 복합체는 적색발광을 보이는 양자점과 녹색발광을 보이는 양자점이 각각의 양자점-실리카 복합체를 형성하고 이들 복합체가 혼합되어 하나의 층을 형성하는 것도 가능하고, 각각의 양자점-실리카 복합체가 각각의 층을 형성하고 이 들이 적층된 구조인 것도 가능하다.
백라이트의 광원이 청색 LED가 아니고 다른 색깔을 가지는 LED 또는 복수개의 색깔을 발광하는 LED 등으로 구성되는 경우 양자점을 포함하는 양자점-실리카 복합체는 다양한 변형이 가능하도록 구성될 수 있다.
백라이트 유닛
디스플레이용 부품 중 하나인 백라이트 유닛에 본 발명의 양자점-실리카 복합체가 구비되는 방식은 3가지가 될 수 있다. 첫번째는 패키지 타입(on-chip 방식)으로 LED 패키지에 직접 퀀텀닷을 도포하는 방식이고, 두 번째는 레일 타입(on-edge 방식)은 레일(수 mm의 유리관에 밀봉) 형태로 가공한 퀀텀닷을 청색 LED 바 앞에 덧대어 백색광을 형성하는 방식이며, 세 번째는 필름 타입(on-surface 방식)은 양자점을 수지에 분산시켜 시트화하고 2장의 배리어 필름으로 감싼 양자점을 도광판 위에 배치하는 방식이다.
이하에서는 본 발명의 양자점 실리카 복합체를 구비하는 여러 백라이트유닛에 대하여 설명한다.
도 9는 본 발명의 양자점 실리카 복합체를 구비하는 백라이트의 일예이다.
도 9의 백라이트유닛은 직하형을 예시로 도시하였다. 그러나, 본 발명의 백라이트유닛이 반드시 직하형에 한정되는 것은 아니다. 백라이트유닛은 광원(210a)과 양자점 실리카 복합체를 구비하는 필름(10)을 포함한다.
광원은 1차광을 제공하도록 형성된다. 앞서 설명한 바와 같이 광원은 전류를 인가받아 빛을 내는 발광다이오드(210a)를 포함할 수 있다. 발광다이오드(210a)는 인쇄회로기판(260)의 일면상에 배치될 수 있다. 도 9에 도시되지는 않았으나 인쇄회로기판(260)의 일면에는 반사판이 형성될 수 있고, 반사판 위에 발광다이오드(210a)가 배치될 수 있다. 바람직한 방식에 의하면, 도 9에 도시된 발광다이오드(210a)는 청색의 광을 내도록 이루어진다.
양자점 실리카 복합체를 구비하는 필름(10)은 발광다이오드(210a)로부터 제공되는 1차광을 이용하여 삼원광을 방출하도록 이루어져서, 발광다이오드(210a)로부터 제공되는 1차광에 의해 여기되어 상기 1차광과 다른 파장의 2차광을 방출한다.
한편, 발광다이오드(210a)가 청색의 1차광을 내는 경우, 양자점 실리카 복합체는 녹색광 방출 양자점 형광체와 적색광 방출 양자점 형광체 포함한다. 녹색광 방출 양자점 실리카 복합체는 발광다이오드(210a)로부터 제공되는 청색의 1차광에 의해 여기되어 녹색의 2차광을 낸다. 적색광 방출 양자점 실리카 복합체는 발광다이오드(210a)로부터 제공되는 청색의 1차광에 의해 여기되어 적색의 2차광을 낸다. 이에 따라 백라이트유닛은 청색의 1차광, 녹색의 2차광 및 적색의 2차광으로 이루어지는 삼원광을 방출할 수 있다.
도 10은 본 발명의 양자점 실리카 복합체를 구비하는 백라이트의 다른 예이다.
광원은 청색의 1차광을 내는 발광다이오드(210a)를 포함한다. 백라이트유닛은 양자점 실리카 복합체(212a)를 포함한다. 양자점 실리카 복합체는 발광다이오드(210a)로부터 제공되는 청색의 1차광을 이용하여 녹색이나 적색의 1차광을 내도록 상기 발광다이오드(210a)에 봉지된다.
백라이트유닛은 삼원광을 방출하도록 구성되는데, 삼원광 중 청색광은 발광다이오드(210a)로부터 방출되고, 나머지 녹색광과 적색광은 양자점 실리카 복합체(212a)로부터 2차광으로 변환될 수 있도록 구성하는 것이다
이 경우, 광원을 모두 청색 발광다이오드(210a)로 구성하고, 청색 발광다이오드(210a) 일부는 양자점 실리카 복합체(212a)를 상부에 도포하지 않음으로써 청색이 발광되도록 한다. 그리고 광원 중 일부 발광다이오드(210a)는 적색과 녹색으로 변환될 수 있도록 양자점 실리카 복합체(212a)를 상부에 도포한다. 이 경우, 양자점 실리카 복합체(212a)는 청색을 녹색과 적색으로 변환할 수 있도록 양자점을 구성한다.
다른 변형에 의하면, 광원을 모두 청색 발광다이오드(210a)로 구성하고, 청색 발광다이오드(210a) 일부는 양자점 실리카 복합체(212a)를 상부에 도포하지 않음으로써 청색이 발광되도록 한다. 그리고 광원 중 일부 발광다이오드(210a)는 적색으로 변환할 수 있도록 양자점 실리카 복합체(212a)를 도포하고, 광원 중 다른 발광다이오드(210a)는 녹색으로 변환할 수 있도록 양자점 실리카 복합체(212a)를 각각 구성한다.
도 10의 백라이트 구조의 경우는 발광다이오드로부터 밀착되는 구조이므로 발광다이오드로부터 발생하는 열이 문제될 수 있다. 따라서 열에 강한 구조를 제조하는 것이 필요하다. 이를 위해서 양자점 실리카 복합체(212a)의 상부 또는 하부에는 각종 배리어층을 형성하는 것도 가능함은 물론이다.
도 11은 본 발명의 양자점 실리카 복합체를 구비하는 백라이트의 다른 예이다.
도 11의 백라이트유닛은 에지형을 도시하였다. 백라이트유닛은 광원(310a)과 양자점 실리카 복합체를 구비하는 필름(10)을 포함한다. 양자점 실리카 복합체는 지지체에 형성된 형태를 가지는데, 도 9와의 차이점은 광원이 직하형 구조가 아니라 에지형태이다. 즉, 도광판(320)의 테두리에 광원이 배치되는 에지형의 백라이트유닛이다. 그러나, 도 11에 예시된 에지형에 한정되는 것은 아니다.
광원은 1차광을 제공하도록 형성된다. 광원은 청색의 1차광을 내는 발광다이오드(310a)를 포함할 수 있다. 양자점 실리카 복합체(10)는 발광다이오드(310a)와 도광판(320)의 사이에 배치된다. 양자점 실리카 복합체(10)에서 방출되는 삼원광은 도광판(320)에 의해 가이드되어 액정패널(미도시)로 향하게 된다.
양자점 실리카 복합체(10)는 발광다이오드(310a)로부터 제공되는 1차광을 이용하여 삼원광을 방출하도록 이루어진다. 양자점 실리카 복합체(10)는 발광다이오드(310a)로부터 제공되는 1차광에 의해 여기되어 상기 1차광과 다른 파장의 2차광을 방출한다.
도 12은 본 발명의 실시예에 따른 양자점이 포함된 디스플레이용 부품의 또 다른 제작예를 도시한 도면들이다.
설명의 편의를 위해 도 11과의 차이점을 위주로 설명하면, 광원은 청색의 1차광을 내는 발광다이오드(330a)를 포함하는데, 발광다이오드(330a)에서 광이 전달되는 경로 상에 양자점 실리카 복합체(312a)가 배치된다. 양자점 실리카 복합체(312a)는 발광다이오드(330a)로부터 제공되는 청색의 1차광을 이용하여 녹색이나 적색의 1차광을 내도록 상기 발광다이오드(330a)에 봉지된다.
백라이트유닛은 삼원광을 방출하도록 구성되는데, 삼원광 중 청색광은 발광다이오드(210a)로부터 방출되고, 나머지 녹색광과 적색광은 양자점 실리카 복합체(212a)로부터 2차광으로 변환될 수 있도록 구성하는 것이다
이 경우, 광원을 모두 청색 발광다이오드(310a)로 구성하고, 청색 발광다이오드(310a) 일부는 양자점 실리카 복합체(312a)를 상부에 도포하지 않음으로써 청색이 발광되도록 함은 도 9의 직하형 구조와 동일하여 설명을 생략한다.
340은 발광다이오드(330a)를 지지하기 위한 수단으로서 투명한 기재를 채용하는 것이 바람직하다.
한편, 도 11에서는 양자점 실리카 복합체를 별도의 필름 상에 형성하여 별도의 디스플레이용 부품으로 제작한 형태를 도시하고 있다. 그러나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않고 다양한 형태가 가능한데, 디스플레이 구조물과 결합되는 형태로 제작되는 것도 가능하다. 예를 들어, 도광판(320) 측면에 양자점 실리카 복합체를 직접 도포하여 형성하는 것도 가능하다. 필요한 경우 접착 성분 등이 도광판(320) 측면과 양자점 실리카 복합체 사이에 추가되는 것이 가능하다.
디스플레이용 기판
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 양자점을 포함하는 디스플레이의 일부 단면도이다.
일 실시예에 따른 액정 표시 장치(13)는 하부 TFT 기판(2010)과 상부 기판(3010) 및 이들 두 표시판(2000, 3000)의 사이에 끼어 있는 액정층(2500)을 포함한다. 하부 TFT 기판(2010)은 투명한 기판(2000), 기판(2000) 위에 박막 공정을 통해 형성되어 있고, 화소 전극(2600)에의 전압 인가를 스위칭하는 박막 트랜지스터(2200) 그리고 박막 트랜지스터(2600)에 연결되어 있는 화소 전극(12) 등을 포함할 수 있다. 본 도시에서는 간략화를 위해 각종 절연층은 기재를 생략하였다. 그리고, TFT 소자들 상부에는 평탄화막(2300)이 형성되어 있다.
상부 표시판(3010)은 투명한 기판(3000), 투명한 기판(3000)에 형성되어 있는 블랙 매트릭스(2950)와 컬러필터(2900), 블랙 매트릭스(2950)와 컬러필터(2900)를 덮도록 형성되어 있는 평탄화막(2800), 평탄화막(2800)을 덮도록 형성되어 있는 공통 전극(2700) 등을 포함할 수 있다.
이와 같은 구조상에서 본 발명의 실시예에 따른 양자점 실리카 복합체층(2500)은 하부 TFT 기판 상에 형성되는 것이 가능하다. 본 도시에서는 양자점 실리카 복합체층(2500)이 평탄화막(2300)의 상부에 형성되는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않고 다양한 변형이 가능함은 물론이다. 예를 들어, 평탄화막 형성 전에 형성하는 것도 가능하고, 평탄화막 상부의 도전층(미도시)의 상부 또는 하부에 형성하는 것도 가능하고, 투명한 기판(2000)의 상 하부에 형성되는 것도 가능하다.
또한, 양자점 실리카 복합체층(2500)은 상부 기판(3010)에 포함되는 것도 가능하다. 즉, 투명한 기판(3000)의 상부 또는 하부, 블랙 매트릭스(2950)와 컬러필터(2900)의 상부 또는 하부, 평탄화막(2800)의 상부 또는 하부이다. 양자점 실리카 복합체층(2500)을 형성하는 방법을 이미 전술한 바와 같이, 혼합액을 도포하고 경화시키는 과정을 수행한다.
본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다. 한편, 상세한 설명에서는 본 양자점-실리카 복합체가 유기발광소자에 사용되는 경우를 설명하였지만 발광다이오드나 레이저 다이오드 등의 발광층과 형광체 기능을 하도록 구현하는 것이 가능하다.

Claims (32)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 실리카계 무기물과 상기 실리카계 무기물에 임베디드(embedded)된 양자점을 포함한 양자점-실리카 복합체를 광변환층으로 구비하는 디스플레이용 부품;
    [화학식 1]
    Figure pat00004

    상기 화학식 1에서, X는 산소(O) 또는 아민기(NH)이고, Y는 수소(H), 수산기(OH), 아미노기(NH2) 또는 헤테로 원소를 포함하는 알킬기이며, 상기 헤테로 원소는 인(P), 질소(N), 황(S), 산소(O) 및 할로겐 원소로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1 전체에 대하여 하이드로실릴기(Si-H)가 10ppm 이상인 디스플레이용 부품.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 양자점은 II-IV족, III-V족, I-III-VI족, IV-VI족, IV족 반도체 또는 이들의 혼합물로 이뤄진 입자로 형성된 코어(core)와 상기 코어보다 큰 밴드갭을 가지는 반도체 물질로 형성된 쉘(shell)을 포함하는 코어-쉘 구조 또는 얼로이(alloy)구조 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 디스플레이용 부품.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 양자점은 카드뮴 프리(free)인 것을 특징으로 하는 디스플레이용 부품.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 양자점은 인듐(In)을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 부품.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 양자점-실리카 복합체는 알콕시 실란계 결합제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 부품.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 알콕시 실란계 결합제는 양자점-실리카 복합체 100 중량부에 대하여, 0.002 내지 20 중량부인 것을 특징으로 하는 디스플레이용 부품.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 알콕시 실란계 결합제는 (트리알콕시실릴프로필)디페닐포스핀 옥사이드, (메틸디알콕시실릴프로필)디페닐포스핀 옥사이드, (트리알콕시실릴프로필)디시클로헥실포스핀 옥사이드, (트리알콕시실에틸)디시클로헥실포스핀 옥사이드, (3-머켑토프로필)트리알콕시실란, (3-머켑토프로필)메틸디알콕시실란, (3-아미노프로필)트리알콕시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리알콕시실란, (3-아미노프로필)메틸디알콕시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디알콕시실란, N-(3-에톡시실릴프로필)-4,5-디하이드로이미다졸, 3-아미노프로필(메틸디알콕시실란), 시아노에틸트리알콕시실란, 메타아크릴로일프로필트리알콕시실란, (3-아크릴로일프로필)트리알콕시실란 및 3-이소시아나토프로필트리알콕시실란으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 디스플레이용 부품.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 양자점-실리카 복합체는 경화촉매를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 부품.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 경화 촉매는 유기 염기, 유기 산 또는 금속 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 디스플레이용 부품.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 경화 촉매는 양자점-실리카 복합체 100 중량부에 대하여, 0.002 내지 20 중량부인 것을 특징으로 하는 디스플레이용 부품.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 양자점-실리카 복합체는 복수의 양자점을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 부품.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 양자점-실리카 복합체는 코어쉘 형태로 단일 양자점을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 부품.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 양자점-실리카 복합체는 적색발광을 보이는 양자점과 녹색발광을 보이는 양자점이 혼합되어 단일 복합체를 형성하는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 부품.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 양자점-실리카 복합체는 적색발광을 보이는 양자점과 녹색발광을 보이는 양자점이 각각의 양자점-실리카 복합체를 형성하고 이들 복합체가 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 부품.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 양자점-실리카 복합체가 고분자 수지와 혼합되어 광변환 층을 형성한 것을 특징으로 하는 디스플레이용 부품.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 고분자 수지는 알킬계, 페놀계, 아크릴계, 멜라민계, 요소계 및 에폭시계로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 디스플레이용 부품.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 양자점-실리카 복합체를 박막의 형태로 지지체(substrate) 위에 도포하여 광변환 층을 형성하는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 부품.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 지지체는 고분자, 유리, 투광성 필름 또는 디스플레이 구조물 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 디스플레이용 부품.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 광변환 층의 한 면 또는 양 면을 배리어층으로 감싼 것을 특징으로 하는 디스플레이용 부품.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 배리어층은 상기 화학식 1로 표시되는 실리카계 무기물인 것을 특징으로 하는 디스플레이용 부품.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 광변환 층은 2개 이상의 복수의 층으로 구성되고, 각 층은 다른 색의 발광을 보이는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 부품.
  23. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이용 부품의 표면에 요철(roughness)이 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 부품.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 요철은 규칙적인 패턴이 있는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 부품.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 요철은 임프린팅, 리소그라피, 스크린프린팅, 레이저스크라이빙, 자가조립 또는 마스킹의 방법 중 어느 하나의 방법으로 형성된 것을 특징으로 하는 디스플레이용 부품.
  26. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이 부품은 양자점 성능 향상 필름인 디스플레이용 부품.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 양자점 성능향상 필름은 도광판 위에 배치하는 디스플레이용 부품.
  28. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이 부품은 백라이트유닛인 것을 특징으로 하는 디스플레이용 부품.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 백라이트유닛의 광원으로부터 전달된 광은 상기 광변환층을 통과하는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 부품.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 광변환층을 구비하는 구조물이 상기 광원으로부터 광이 전달되는 경로에 배치되는 것을 특징으로 하는 디스플레이용 부품.
  31. 제29항에 있어서,
    상기 광원에 상기 광변환층이 도포되어 형성된 것을 특징으로 하는 디스플레이용 부품.
  32. 제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 의한 상기 디스플레이용 부품을 구비하는 디스플레이.
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