KR20180120351A - 색변환 시트 및 이를 포함하는 백라이트 유닛 - Google Patents

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KR20180120351A KR1020170054116A KR20170054116A KR20180120351A KR 20180120351 A KR20180120351 A KR 20180120351A KR 1020170054116 A KR1020170054116 A KR 1020170054116A KR 20170054116 A KR20170054116 A KR 20170054116A KR 20180120351 A KR20180120351 A KR 20180120351A
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Abstract

본 발명은 기재층, 상기 기재층의 상부면에 형성되며 제1 수지 매트릭스 내에 분산되어 있는 녹색 유기 형광체를 포함하는 제1 파장변환층, 및 상기 기재층의 하부면에 형성되며 제2 수지 매트릭스 내에 분산되어 있는 적색 유기 형광체를 포함하는 제2 파장변환층을 포함하는 색변환 시트를 제공한다.

Description

색변환 시트 및 이를 포함하는 백라이트 유닛{COLOR CHANGE SHEET AND BACKLIGHT UNIT INCLUDING THE SAME}
본 발명은 색변환 시트 및 이를 포함하는 백라이트 유닛에 관한 것으로서, 구체적으로 색변화가 적고 신뢰성이 우수한 색변환 시트 및 이를 포함하는 백라이트 유닛에 관한 것이다.
액정 표시 장치(LCD, liquid crystal display)는 그 자체가 발광하여 화상을 형성하지 못하고 외부로부터 빛이 입사되어 화상을 형성하는 수광형 디스플레이 장치이다. 따라서, 액정 표시 장치는 그 배면에 빛을 출사시키는 백라이트 유닛(BLU, backlight unit)이 위치한다.
특히, 액정 표시 장치의 고화질을 구현함에 있어 최근 양자점(quantum dot) 기술이 많이 적용되고 있다. 양자점 기술은 나노 무기입자의 크기 조절만으로 다양한 색깔을 구현할 수 있다는 장점을 가지고 있고, UV와 같은 광에도 안정성이 우수하다는 장점을 가지고 있다.
하지만 기존 카드뮴(Cd)계 나노 무기입자의 경우 환경적으로 문제가 된다는 점과 나노 무기입자가 수분에 취약하여 배리어 필름과 함께 사용되어야 하기 때문에 가격 경쟁력이 떨어지는 단점을 가지고 있다.
이에 최근 들어 카드뮴계 나노 무기입자를 포함하지 않고도 높은 색재현율과 우수한 휘도 특성의 구현이 가능한 유기 형광체의 개발이 많이 이루어지고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 유기 형광체를 적용하여 환경적으로 안전하면서, 색재현율과 휘도 특성이 우수할 뿐만 아니라 다양한 환경에서의 색변화가 적고 신뢰성이 우수한 색변환 시트 및 이를 포함하는 백라이트 유닛을 제공하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따르면, 기재층, 상기 기재층의 상부면에 형성되며 제1 수지 매트릭스 내에 분산되어 있는 녹색 유기 형광체를 포함하는 제1 파장변환층, 및 상기 기재층의 하부면에 형성되며 제2 수지 매트릭스 내에 분산되어 있는 적색 유기 형광체를 포함하는 제2 파장 변환층을 포함하는 색변환 시트를 제공한다.
상기 제1 파장변환층은 상기 제1 수지 매트릭스 내에 분산되어 있는 산란체를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 파장변환층은 상기 제2 수지 매트릭스 내에 분산되어 있는 돌기 형성 입자를 더 포함하고, 상기 돌기 형성 입자의 입경은 상기 제2 파장변환층의 두께보다 클 수 있다.
상기 기재층은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리에테르이미드(polyetherimide) 및 폴리이미드(polyimide) 중 적어도 어느 하나의 고분자 필름일 수 있다.
상기 제1 수지 매트릭스 및 상기 제2 수지 매트릭스는 에스터계(ester), 올레핀계(olefin), 아크릴계(acryl), 에테르계(ether), 우레탄계(urethane), 카보네이트계(carbonate) 및 이미드계(imide) 수지 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 수지 매트릭스 및 상기 제2 수지 매트릭스의 유리전이온도는 0℃ 이상, 산가(acid value)는 0~20mgKOH/g이고, 수산기가(hydroxyl value)는 0~30mgKOH/g일 수 있다.
상기 산란체 및 상기 돌기 형성 입자는 아크릴 입자, 스티렌 입자, 실리콘 입자, 실리카 입자, 알루미나 입자, 티타니아 입자 및 지르코니아 입자 중 적어도 어느 하나의 입자를 포함할 수 있다.
상기 산란체 및 상기 돌기 형성 입자는 구형, 입방체형, 방추형, 원통형, 막대형 및 부정형 중 적어도 어느 하나의 형태일 수 있다.
상기 제1 파장변환층 및 상기 제2 파장변환층은 1~150㎛의 두께 범위를 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 광원, 상기 광원에 이격되게 설치되어 상기 광원으로부터 입사된 광을 백색광으로 변환시키는 색변환 시트, 상기 광원과 상기 색변환 시트 사이에 위치하는 도광판, 및 상기 도광판 아래에 위치하는 반사판을 포함하며, 상기 색변환 시트는 기재층, 상기 기재층의 상부면에 형성되며 제1 수지 매트릭스 내에 분산되어 있는 녹색 유기 형광체를 포함하는 제1 파장변환층, 및 상기 기재층의 하부면에 형성되며 제2 수지 매트릭스 내에 분산되어 있는 적색 유기 형광체를 포함하는 백라이트 유닛을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 색변환 시트 및 이를 포함하는 백라이트 유닛에 따르면, 색변환 시트에 유기 형광체를 적용하여 환경적으로 안전하면서, 색재현율과 휘도 특성이 우수할 뿐만 아니라 다양한 환경에서의 색변화가 적고 신뢰성이 우수하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 색변환 시트의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 색변환 시트의 단면도이다.
도 3는 본 발명의 실시예에 따른 색변환 시트를 포함하는 백라이트 유닛의 개략도이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
다음으로, 도 1을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 색변환 시트(color change sheet)에 대해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 색변환 시트의 단면도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 색변환 시트(100)는 기재층(10), 기재층(10)의 상부면에 형성되며 제1 수지 매트릭스(22)에 분산되어 있는 녹색 유기 형광체(21) 및 산란체(41)를 포함하는 제1 파장변환층(20) 및 기재층(10)의 하부면에 형성되며 제2 수지 매트릭스(32) 내에 분산되어 있는 적색 유기 형광체(31) 및 돌기 형성 입자(42)를 포함하는 제2 파장변환층(30)을 포함한다.
이하, 각 구성에 대해 상세하게 설명한다.
기재층(10)은 투명하면서 가요성이 있는 고분자 필름일 수 있으며, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 폴리이미드(polyimide) 등의 고분자 필름일 수 있다.
기재층(10)의 상부면에 형성된 제1 파장변환층(20)은 제1 수지 매트릭스(22)에 분산되어 있는 녹색 유기 형광체(21) 및 산란체(41)를 포함할 수 있다.
제1 수지 매트릭스(22)는 에스터계(ester), 올레핀계(olefin), 아크릴계(acryl), 에테르계(ether), 우레탄계(urethane), 카보네이트계(carbonate) 및 이미드계(imide) 수지 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있고, 녹색 유기 형광체(21)를 고정시켜주는 동시에 수분이나 산소에 노출이 되는 것을 방지하여, 제1 수지 매트릭스(22)에 분산되어 있는 녹색 유기 형광체(21)의 분해를 방지하는 역할을 한다.
제1 수지 매트릭스(22)의 유리전이온도(Tg)는 0℃ 이상일 수 있고, 바람직하게는 20℃ 이상일 수 있다.
이는 제1 수지 매트릭스(22)의 유리전이온도가 0℃ 미만인 경우 색변환 시트(100)를 롤 형태로 권취할 때 기재층(10)의 양면에 위치하는 제1 파장변환층(20) 및 제2 파장변환층(30)의 끈적임이 있을 수 있어 블로킹 현상이 발생하여 색변환 시트(100)의 권취 상태 불량이 발생할 수 있기 때문이다. 또한, 제1 수지 매트릭스(22)의 유리전이온도가 0℃ 이상일 때 녹색 유기 형광체(21)의 응집(aggregation)을 방지할 수 있어, 녹색 유기 형광체(21)의 응집에 따른 광 특성 저하를 방지할 수 있기 때문이다.
또한, 제1 수지 매트릭스(22)에 포함된 수지는 수평균 분자량(Mn)이 1,000~50,000g/mol 또는 중량 평균 분자량(Mw)이 50,000~2,000,000g/mol일 수 있다.
이는 제1 수지 매트릭스(22)에 포함된 수지의 수평균 분자량이 1,000g/mol 미만 또는 중량 평균 분자량이 50,000g/mol 미만인 경우 제1 수지 매트릭스(22)의 유리전이온도를 0℃ 이상으로 구현하기 어렵고 끈적임이 발생하여 색변환 시트(100)를 롤 형태로 권취 시 필름의 권취 상태 불량이 발생할 수 있으며, 수평균 분자량이 50,000g/mol 초과 또는 중량 평균 분자량이 2,000,000g/mol 초과인 경우 제1 수지 매트릭스(22)가 용매에 대한 용해성이 불량하여 제1 파장변환층(20) 형성이 어려울 수 있기 때문이다.
제1 수지 매트릭스(22)로서 사용될 수 있는 수지 중 하나인 에스터계 수지는 지방족 다가 알코올 및 지방족이나 방향족 다가산으로부터 중합된 에스터계 수지를 포함할 수 있다.
여기서, 지방족 다가 알코올은 수산기를 2개 이상 가지고, 탄소수가 2~10개의 지방족 화합물로서, 예를 들어 에틸렌 글리콜, 프로판 디올, 부탄 디올, 네오펜틸 글리콜 및 트리메틸올 프로판 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
지방족 다가산은 카르복실산기를 2개 이상 가지고, 탄소수 2~12개의 지방족 화합물로서, 예를 들어, 말론산, 석신산, 아디프산 및 세바스산 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있고, 방향족 다가산은 카르복실산기를 2개 이상 가지고 방향족 고리의 수가 1~4개인 방향족 화합물로서, 예를들어 이소프탈산, 프탈산, 테레프탈산 및 사이클로헥실디카르복실산 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
이러한 제1 수지 매트릭스(22)로는 폴리에스터(polyester), 변성 폴리에스터(modified polyester), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리사이클로올레핀(polycycle olefin), 폴리(메틸)메타아크릴레이트(poly(methyl)methacrylate), 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리이미드(polyimide) 및 이들의 블록공중합체 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
제1 수지 매트릭스(22)는 필요에 따라 제1 수지 매트릭스(22)의 화학적 가교화를 위한 가교제를 더 포함할 수 있다.
가교제로는 이소시아네이트계(isocyanate), 아민계(amine), 산무수물계(anhydride), 티올계(thiol), 에폭시계(epoxy) 가교제 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않고 필요에 따라 다양한 가교제가 포함될 수 있다.
또한, 제1 수지 매트릭스(22)에 포함된 수지의 산가(acid value)는 0~20mgKOH/g일 수 있고, 수산기가(hydroxyl value)는 0~30mgKOH/g일 수 있다.
이는 일반적으로 색변환 시트에 포함된 파장변환층의 수지 매트릭스로 적용될 수 있는 에스터계(ester), 올레핀계(olefin), 아크릴계(acryl), 에테르계(ether), 우레탄계(urethane), 카보네이트계(carbonate) 및 이미드계(imide) 수지는 이들 수지 내에 존재하는 수산기나 카르복실산기 등의 작용기가 수지 매트릭스 내에 분산되어 있는 유기 형광체의 분해를 가속화시켜 유기 형광체의 신뢰성을 저하시킬 수 있기 때문이다.
제1 파장변환층(20)의 제1 수지 매트릭스(22)에 분산되어 있는 녹색 유기 형광체(21)는 청색광을 흡수하여 녹색광을 방출할 수 있다.
녹색 유기 형광체(21)는 나프탈렌, 안트라센, 페난트렌, 피렌, 크리센, 트리페닐렌, 페릴렌, 플루오란텐, 플루오렌, 인덴 등의 축합 아릴환을 갖는 화합물이나 그 유도체(예를 들어, 2-(벤조티아졸-2-일)-9,10-디페닐안트라센이나 5,6,11,12-테트라페닐나프타센 등), 푸란, 피롤, 티오펜, 실롤, 9-실라플루오렌, 9,9'-스피로비실라플루오렌, 벤조티오펜, 벤조푸란, 인돌, 디벤조티오펜, 디벤조푸란, 이미다조피리딘, 페난트롤린, 피리딘, 피라진, 나프티리딘, 퀴녹살린, 피롤로피리딘, 티옥산텐 등의 헤테로 아릴환을 갖는 화합물이나 그 유도체, 보란 유도체, 디스티릴벤젠 유도체, 4,4'-비스(2-(4-디페닐아미노페닐)에테닐)비페닐, 4,4'-비스(N-(스틸벤-4-일)-N-페닐아미노)스틸벤 등의 아미노스티릴 유도체, 방향족 아세틸렌 유도체, 테트라페닐부타디엔 유도체, 스틸벤 유도체, 알다진 유도체, 피로메텐 유도체, 디케토피롤로[3,4-c]피롤 유도체, 2,3,5,6-1H,4H-테트라히드로-9-(2'-벤조티아졸릴)퀴노리지노[9,9a,1-gh]쿠마린 등의 쿠마린 유도체, 이미다졸, 티아졸, 티아디아졸, 카르바졸, 옥사졸, 옥사디아졸, 트리아졸 등의 아졸 유도체 및 그 금속 착체 및 N,N'-디페닐-N,N'-디(3-메틸페닐)-4,4'-디페닐-1,1'-디아민으로 대표되는 방향족 아민 유도체 등을 포함할 수 있다.
또한, 녹색 유기 형광체(21)는 하기 화학식 1로 표현되는 화합물을 포함할 수 있다.
Figure pat00001
녹색 유기 형광체(21)는 제1 수지 매트릭스(22)의 고형분 100중량부에 대해 0.001~10중량부 포함할 수 있고, 바람직하게는 0.001~5중량부를 포함할 수 있다.
이는 상기 녹색 유기 형광체(21)를 0.001중량부 미만으로 포함할 경우 색변환 시트(100)를 통해 원하는 색상으로의 색변환 효과가 미비할 수 있고, 10중량부를 초과하여 포함할 경우 녹색 유기 형광체(21)의 응집과 같은 상호 작용으로 인해 소광 현상이 발생할 수 있기 때문이다.
다음으로, 제1 파장변환층(20)에 포함된 산란체(41)는 광원에서 방출되는 청색광, 녹색 유기 형광체(21)에서 방출하는 녹색광뿐만 아니라 이하에서 설명할 적색 유기 형광체(31)에서 방출하는 적색광을 산란시켜 광의 불균일성을 최소화할 뿐만 아니라 휘도를 향상시키는 역할을 한다.
산란체(41)는 아크릴, 스티렌, 실리콘 입자 등의 유기 입자나 실리카, 알루미나, 티타니아, 지르코니아 등의 무기 입자가 사용될 수 있고, 제1 수지 매트릭스(22)에 산란체(41)의 분산성을 높이기 위해 실란 커플링제, 폴리올, 알킬올아민, 티타네이트 커플링제 등의 유기 화합물로 표면이 처리되어 있을 수 있다.
산란체(41)는 구형, 입방체형, 방추형, 원통형, 막대형, 부정형 등 다양한 형태일 수 있으나, 바람직하게는 구형 입자를 사용할 경우 광을 더욱 효과적으로 산란시켜 휘도를 향상 시킬 수 있다.
제1 수지 매트릭스(22)에 분산된 녹색 유기 형광체(21) 및 산란체(41)를 포함하는 제1 파장변환층(20)의 두께는 1~150㎛일 수 있고, 바람직하게는 5~100㎛일 수 있다.
다음으로, 기재층(10)의 하부면에 형성된 제2 파장변환층(30)은 제2 수지 매트릭스(32)에 분산되어 있는 적색 유기 형광체(31) 및 돌기 형성 입자(42)를 포함할 수 있다.
즉, 기재층(10)은 제1 파장 변환층(20) 및 제2 파장변환층(30) 사이에 위치할 수 있다.
제2 수지 매트릭스(32)는 앞서 설명한 제1 수지 매트릭스(22)와 동일한 바, 중복되는 설명은 생략한다.
제2 파장변환층(30)의 제2 수지 매트릭스(32)에 분산되어 있는 적색 유기 형광체(31)는 청색광 또는 녹색광을 흡수하여 적색광을 방출할 수 있다.
적색 유기 형광체(31)는 나프탈렌, 안트라센, 페난트렌, 피렌, 크리센, 트리페닐렌, 페릴렌, 플루오란텐, 플루오렌, 인덴 등의 축합 아릴환을 갖는 화합물이나 그 유도체(예를 들어, 2-(벤조티아졸-2-일)-9,10-디페닐안트라센이나 5,6,11,12-테트라페닐나프타센 등), 푸란, 피롤, 티오펜, 실롤, 9-실라플루오렌, 9,9'-스피로비실라플루오렌, 벤조티오펜, 벤조푸란, 인돌, 디벤조티오펜, 디벤조푸란, 이미다조피리딘, 페난트롤린, 피리딘, 피라진, 나프티리딘, 퀴녹살린, 피롤로피리딘, 티옥산텐 등의 헤테로 아릴환을 갖는 화합물이나 그 유도체, 보란 유도체, 디스티릴벤젠 유도체, 4,4'-비스(2-(4-디페닐아미노페닐)에테닐)비페닐, 4,4'-비스(N-(스틸벤-4-일)-N-페닐아미노)스틸벤 등의 아미노스티릴 유도체, 방향족 아세틸렌 유도체, 테트라페닐부타디엔 유도체, 스틸벤 유도체, 알다진 유도체, 피로메텐 유도체, 디케토피롤로[3,4-c]피롤 유도체, 2,3,5,6-1H,4H-테트라히드로-9-(2'-벤조티아졸릴)퀴노리지노[9,9a,1-gh]쿠마린 등의 쿠마린 유도체, 이미다졸, 티아졸, 티아디아졸, 카르바졸, 옥사졸, 옥사디아졸, 트리아졸 등의 아졸 유도체 및 그 금속 착체 및 N,N'-디페닐-N,N'-디(3-메틸페닐)-4,4'-디페닐-1,1'-디아민으로 대표되는 방향족 아민 유도체 등을 포함할 수 있다.
또한, 적색 유기 형광체(31)는 하기 화학식 2로 표현되는 화합물을 포함할 수 있다.
Figure pat00002
적색 유기 형광체(31)는 제2 수지 매트릭스(32)의 고형분 100중량부에 대해 0.0001~5중량부 포함할 수 있고, 바람직하게는 0.0001~1중량부를 포함할 수 있다.
이는 상기 적색 유기 형광체(31)를 0.0001중량부 미만으로 포함할 경우 색변환 시트(100)를 통해 원하는 색상으로의 색변환 효과가 미비할 수 있고, 5중량부를 초과하여 포함할 경우 적색 유기 형광체(31)의 응집과 같은 상호 작용으로 인해 소광 현상이 발생할 수 있기 때문이다.
제2 파장변환층(30)에 포함된 돌기 형성 입자(42)는 제2 파장변환층(30) 표면에 돌출되어 있는 돌기를 형성하며, 돌기 형성 입자(42)에 의해 형성된 돌기에 의해 색변환 시트(100) 하부에 위치하는 도광판의 갈림을 방지하는 동시에 색변환 시트(100)의 취급성을 용이하게 할 수 있다.
돌기 형성 입자(42)는 제2 파장변환층(30) 표면에 돌기를 형성하기 위해, 돌기 형성 입자(42)의 입경(L)이 제2 파장변환층(30) 두께(D)보다 클 수 있다.
돌기 형성 입자(42)는 아크릴 입자, 스틸렌입자, 실리콘 입자 등의 유기입자와 실리카, 알루미나, 티타니아, 지르코니아 등의 무기입자가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 연질의 아크릴 입자를 사용할 경우 도광판의 갈림 방지 기능을 효과적으로 구현할 수 있다.
돌기 형성 입자(42)는 제2 수지 매트릭스(32)에의 분산을 용이하게 하기 위해 실란커플링제, 폴리올, 알킬올아민, 티타네이트 커플링제와 같은 유기 화합물로 표면 처리된 것 일 수 있다.
돌기 형성 입자(42)는 구형, 입방체형, 방추형, 원통형, 막대형, 부정형 등 다양한 형태일 수 있으나, 바람직하게는 구형 입자를 사용할 경우 도광판 갈림 방지 기능을 효과적으로 구현할 수 있으며 색변환 시트(100)의 취급성이 용이하다.
제2 수지 매트릭스(32)에 분산된 적색 유기 형광체(21) 및 돌기 형성 입자(42)를 포함하는 제2 파장변환층(30)의 두께는 1~150㎛일 수 있고, 바람직하게는 1~100㎛일 수 있다.
결국, 기재층(10)의 양면에 각각 배치되며, 제1 수지 매트릭스(22)에 분산되어 있는 녹색 유기 형광체(21) 및 산란체(41)를 포함하는 제1 파장변환층(20) 및 제2 수지 매트릭스(32)에 분산되어 있는 적색 유기 형광체(31) 및 돌기 형성 입자(42)를 포함하는 제2 파장변환층(30)을 포함하는 본 발명의 실시예에 따른 색변환 시트(100)는 청색광을 백색광으로 변환하여 방출할 수 있다.
일반적으로 사용되고 있는 색변환 시트의 경우 녹색 유기 형광체(21)와 적색 유기 형광체(31)가 한 층으로 구성된 수지 매트릭스에 함께 분산되어 있거나, 녹색 유기 형광체(21)를 포함하고 있는 수지 매트릭스 층과 적색 유기 형광체(31)를 포함하고 있는 수지 매트릭스 층이 서로 접촉되어 복수의 층을 이루고 있다.
이 때, 녹색 유기 형광체(21)에서 발생하는 녹색광은 대부분 적색 유기 형광체(31)에 흡수되지만 일부 흡수되지 않은 녹색광은 인접하여 위치하는 유기 형광체의 분해를 가속화하기도 한다.
따라서 녹색 유기 형광체(21)와 적색 유기 형광체(31)가 한 층으로 구성된 수지 매트릭스에 함께 포함될 경우 녹색 유기 형광체(21) 및 적색 유기 형광체(31) 간의 거리가 상대적으로 가까워져, 녹색 유기 형광체(21)에서 발생한 녹색광에 의해 적색 유기 형광체(31)의 열화가 발생할 수 있으며, 궁극적으로 색변환 시트에 의해 변환될 수 있는 백색광의 신뢰도가 저하될 수 있다.
또한, 녹색 유기 형광체(21)를 포함하고 있는 수지 매트릭스 층과 적색 유기 형광체(31)를 포함하고 있는 수지 매트릭스 층이 서로 접촉되어 복수의 층을 이루고 있는 경우에는, 시간이 지남에 따라 각 층의 계면에 존재하는 녹색 또는 적색 유기 형광체가 타 층의 계면으로 확산될 수 있고, 이로 인한 적색 유기 형광체(31)의 열화가 발생할 수 있어 여전히 백색광의 신뢰도가 저하될 수 있다.
이에 본 발명의 실시예에 따른 색변환 시트(100)는 녹색 유기 형광체(21)를 포함하는 제1 파장변환층(20) 및 적색 유기 형광체(31)를 포함하는 제2 파장변환층(30)의 사이에 기재층(10)을 배치하는 형태로 제1, 2 파장변환층(20, 30)을 완벽히 분리시켜 녹색 유기 형광체(21) 및 적색 유기 형광체(31) 간의 일정 거리를 유지시켜줌으로서, 적색 유기 형광체(31)의 열화를 효과적으로 방지할 수 있으며, 이에 따라 색변환 시트(100)에 의해 방출되는 백색광의 신뢰도 저하를 방지할 수 있다.
다음으로, 도 2를 참고하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 색변환 시트(color change sheet)에 대해서 설명한다.
도 2은 본 발명의 다른 실시예에 따른 색변환 시트의 단면도이다.
도 2에 나타낸 본 발명의 다른 실시예에 따른 색변환 시트(100)는 앞서 도 1에 나타낸 실시예에 따른 색변환 시트(100)와 비교할 때 녹색 유기 형광체(21) 및 적색 유기 형광체(31)의 위치가 서로 바뀐 것을 제외하고는 동일한 바, 중복되는 설명은 생략한다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 색변환 시트(100)는 기재층(10), 기재층(10)의 상부면에 형성되며 제2 수지 매트릭스(32)에 분산되어 있는 적색 유기 형광체(31) 및 산란체(41)를 포함하는 제2 파장변환층(30) 및 기재층(10)의 하부면에 형성되며 제1 수지 매트릭스(22) 내에 분산되어 있는 녹색 유기 형광체(21) 및 돌기 형성 입자(42)를 포함하는 제1 파장변환층(20)을 포함할 수 있다.
다음으로, 도 3을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 색변환 시트를 포함하는 백라이트 유닛에 대해서 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 색변환 시트를 포함하는 백라이트 유닛의 개략도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 백라이트 유닛(200)은 광원(102), 광원(102)으로부터 방출된 광을 반사시켜 광효율을 높일 수 있는 반사판(103), 반사판(103) 상부에 위치하며 광원(102)으로부터 방출되는 광을 고르게 펼쳐주는 역할을 하는 도광판(101) 및 도광판(101) 상부에 위치하는 색변환 시트(100)를 포함할 수 있다.
도 3에서는 편의상 에지형 광원(102)을 도시하였으나, 광원(102)은 측쇄형 또는 직하형 등 다양한 형태로 적용될 수 있다.
색변환 시트(100)는 앞서 도 1 및 도 2에서 나타낸 실시예에서 설명한 것과 동일한 색변환 시트가 적용되는 바, 중복되는 설명은 생략한다.
또한, 색변환 시트(100)의 상부에는 적어도 하나 이상의 광학 시트, 예를 들어 확산 시트, 프리즘 시트, 휘도향상필름(DBEF) 등을 더 포함할 수 있다.
이하, 실시예와 비교예를 통하여 본 발명의 구성 및 그에 따른 효과를 보다 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
상기 화학식 1로 표현되는 화합물을 포함하는 녹색 유기 형광체 및 상기 화학식 2로 표현되는 화합물을 포함하는 적색 유기 형광체를 각각 메틸에틸케톤과 톨루엔이 1:1의 중량비로 혼합된 용매에 녹여 녹색 유기 형광체 용액 및 적색 유기 형광체 용액을 제조하였다.
제조된 녹색 유기 형광체 용액 및 3㎛ 입경의 아크릴 입자(SOKEN, MX-300)를 산가 16mgKOH/g, 수산기가 9mgKOH/g, 유리전이온도 45℃의 폴리에스터 수지(ARAKAWA, KA-2623)에 혼합하고 점도가 160cps가 되도록 메틸에틸케톤을 추가한 후, 200rpm으로 60분간 교반하여 제1 파장변환층 조성물을 제조하였다.
이 때, 녹색 유기 형광체는 폴리에스터 수지의 고형분 100중량부에 대해 0.85중량부가 되도록 하였고, 3㎛ 입경의 아크릴 입자는 폴리에스터 수지의 고형분 100중량부에 대해 5중량부가 되도록 하였다.
또한, 제조된 적색 유기 형광체 용액과 5㎛ 입경의 아크릴 입자(SEKISUI, XX-3885Z)를 산가 16mgKOH/g, 수산기가 9mgKOH/g, 유리전이온도 45℃의 폴리에스터 수지(ARAKAWA, KA-2623)에 혼합하고 점도가 160cps가 되도록 메틸에틸케톤을 추가한 후, 200rpm으로 60분간 교반하여 제2 파장변환층 조성물을 제조하였다.
이 때, 녹색 유기 형광체는 폴리에스터 수지의 고형분 100중량부에 대해 0.1중량부가 되도록 하였고, 5㎛ 입경의 아크릴 입자는 폴리에스터 수지의 고형분 100중량부에 대해 0.4중량부가 되도록 하였다.
다음으로, 100㎛ 두께의 폴리에스테르 기재 필름(TAK, XG7PL2)의 일면에 제1 파장변환층 조성물을 바 코팅한 후, 130℃에서 2분간 건조하여 15㎛ 두께의 제1 파장변환층을 형성하였다.
또한, 제1 파장변환층이 형성된 폴리에스테르 기재 필름의 반대면에 제2 파장변환층 조성물을 바 코팅한 후, 130℃에서 2분간 건조하여 3㎛ 두께의 제2 파장변환층을 형성하여 색변환 시트를 제조하였다.
실시예 2
제1 파장변환층 조성물의 녹색 유기 형광체 함량을 폴리에스터 고형분 100중량부 기준 4.25중량부로 하고, 3㎛ 입경의 아크릴 입자(SOKEN, MX-300) 대신 5㎛ 입경의 아크릴 입자(SEKISUI, XX-3885Z)를 폴리에스터 고형분 100중량부 기준 0.4중량부로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 제1 파장변환층 조성물을 제조하였다.
제2 파장변환층 조성물의 적색 유기 형광체 함량을 폴리에스터 고형분 100중량부에 대해 0.02중량부로 하고, 5㎛ 입경의 아크릴 입자 대신 3㎛ 입경의 아크릴 입자(SOKEN, MX-300)를 폴리에스터 고형분 100중량부에 대해 5중량부로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 제2 파장변환층 조성물을 제조하였다.
다음으로, 100㎛ 두께의 폴리에스테르 기재 필름(TAK, XG7PL2)의 일면에 제1 파장변환층 조성물을 바 코팅한 후, 130℃에서 2분간 건조하여 3㎛ 두께의 제1 파장변환층을 형성하였다.
또한, 제1 파장변환층이 형성된 폴리에스테르 기재 필름의 반대면에 제2 파장변환층 조성물을 바 코팅한 후, 130℃에서 2분간 건조하여 15㎛ 두께의 제2 파장변환층을 형성하여, 색변환 시트를 제조하였다.
비교예 1
제1 파장변환층 조성물에 적색 유기 형광체를 폴리에스터 고형분 100중량부 대비 0.02중량부를 더 포함시키고, 제2 파장변환층 조성물에 적색 유기 형광체를 포함시키지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 색변환 시트를 제조하였다.
비교예 2
제2 파장변환층 조성물을 산가 16mgKOH/g, 수산기가 9mgKOH/g, 유리전이온도 45℃의 폴리에스터 수지(ARAKAWA, KA-2623) 대신에 산가 0mgKOH/g, 수산기가 21mgKOH/g 및 유리전이온도 -40℃인 아크릴 수지(삼화페인트, SA-3000)를 사용하고, 5㎛ 입경의 아크릴 입자를 포함시키지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 제2 파장변환층 조성물을 제조하였다.
다음으로, 100㎛ 두께의 폴리에스테르 기재 필름(TAK, XG7PL2)의 일면에 제1 파장변환층 조성물을 바 코팅한 후, 130℃에서 2분간 건조하여 15㎛ 두께의 제1 파장변환층을 형성하였다.
또한, 별도의 폴리에스테르 기재 필름(TAK, XG7PL2)의 일면에 제2 파장변환층 조성물을 바 코팅한 후, 130℃에서 2분간 건조하여 3㎛ 두께의 제2 파장변환층을 형성한 후, 롤라미네이트(GMP, EXCELAM II-355Q)를 이용하여 제1 파장변환층과 제2 파장변환층이 접촉하도록 합지시켜 색변환 시트를 제조하였다.
비교예 3
제1 파장변환층 조성물에서 3㎛ 크기의 아크릴 입자를 포함시키지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 색변환 시트를 제조하였다.
비교예 4
제2 파장변환층 조성물에서 5㎛ 크기의 아크릴 입자를 포함시키지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 색변환 시트를 제조하였다.
비교예 5
제2 파장변환층 조성물에서 적색 유기 형광체의 함량을 폴리에스터 고형분 100중량부에 대해 0.02중량부로 포함시키고, 제2 파장변환층의 두께를 15㎛로 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 색변환 시트를 제조하였다.
비교예 6
제1 파장변환층 조성물 및 제2 파장변환층 조성물의 폴리에스터 수지 (ARAKAWA, KA-2623) 대신에 산가 0mgKOH/g, 수산기가 21mgKOH/g 및 유리전이온도 -40℃인 아크릴 수지(삼화페인트, SA-3000)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 색변환 시트를 제조하였다.
비교예 7
제1 파장변환층 조성물 및 제2 파장변환층 조성물의 폴리에스터 수지 (ARAKAWA, KA-2623) 대신에 산가 20mgKOH/g, 수산기가 130mgKOH/g 및 유리전이온도가 0℃인 폴리에스터 수지(ARAKAWA, DA103)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 색변환 시트를 제조하였다.
실험예 1: 휘도 및 색좌표 변화 측정
실시예 1~2 및 비교예 1~7의 색변환 시트의 초기 휘도(L) 및 색좌표(x, y) 값을 측정한 후, 60℃ 및 90%의 상대 습도 조건에서 300시간 경과 후 색좌표 변화(△x, △y) 및 휘도 변화(△L)를 분광방사휘도계(CA-2000, KONICA MINOLTA)를 이용하여 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
L0
(초기값)		 △L
(측정값/초기값)		 △x
(측정값-초기값)		 △y
(측정값-초기값)
실시예 1 4,862 nit 103.1 -0.0012 -0.0023
실시예 2 5,003 nit 102.4 -0.0018 +0.0010
비교예 1 5,591 nit 91.2 -0.0055 -0.0121
비교예 2 5,310 nit 94.3 -0.0041 -0.0071
비교예 3 2,708 nit 101.3 -0.0004 -0.0013
비교예 4 4,230 nit 102.8 -0.0014 -0.0022
비교예 5 4,570 nit 101.2 -0.0010 -0.0014
비교예 6 4,631 nit 96.4 -0.0072 -0.0098
비교예 7 4,377 nit 91.8 -0.0110 -0.0209
표 1에 나타난 바와 같이, 비교예 1과 같이 파장변환층에 녹색 유기 형광체와 적색 유기 형광체를 동시에 포함하는 색변환 시트의 경우나, 비교예 2와 같이 제1 파장변환층 및 제2 파장변환층이 서로 접촉되어 있는 구조의 색변환 시트의 경우 고온고습의 환경에서 휘도 변화 및 색변화가 비교적 크게 발생하는 것을 확인할 수 있었다.
비교예 3과 같이 파장변환층에 산란체가 생략된 경우 초기 휘도가 비교적 낮고, 비교예 6과 같이 파장변환층의 수지 매트릭스로서 유리전이온도가 영하의 수지를 사용한 경우 및 비교예 7과 같이 파장변환층의 수지 매트릭스로서 산가 및 수산기가가 높은 수지를 적용한 경우에도 고온고습의 환경에서 휘도 및 색변화가 크게 발생하는 것을 확인할 수 있었다.
이에 반해, 녹색 유기 형광체를 포함하는 제1 파장변환층과 적색 유기 형광체를 포함하는 제2 파장변환층을 기재층으로 분리하고, 제1 파장변환층과 제2 파장변환층 중 어느 하나의 파장변환층에 산란체를 포함하는 구조의 색변환 시트의 경우 휘도 변화 및 색변화가 적으며 경우 휘도 특성이 양호한 것을 확인할 수 있었다.
실험예 2: 도광판의 스크레치 정도 측정
실시예 1~2 및 비교예 1~7의 색변환 시트를 10X 10cm의 크기로 잘라내어, 돌기 형성 입자가 포함된 파장변환층이 도광판과 접촉되도록 색변환 시트를 배치시키거나, 산란체가 포함된 파장변환층이 도광판과 접촉되지 않는 방향으로 색변환 시트를 배치시킨 후, 1kg/100cm2의 하중을 가지는 추를 색변환 시트의 상부에 부착시켰다. 그 후, 추를 2.5mm 두께의 도광판 위에서 10회 왕복했을 때의 도광판 표면의 상처 개수를 관찰하여 상처가 없을 경우 레벨 5, 1~5개의 상처가 있을 경우 레벨 4, 5~10개의 상처가 있을 경우 레벨 3, 10개 이상의 상처가 있을 경우 레벨 2, 전체 면에 상처가 있을 경우 레벨 1로 표기하였다.
이에 따른 결과는 하기 표 2에 나타내었다.
도광판 스크레치 레벨
실시예 1 4
실시예 2 4
비교예 1 4
비교예 2 2
비교예 3 4
비교예 4 1
비교예 5 3
비교예 6 4
비교예 7 4
표 2에 나타난 바와 같이, 비교예 2와 같이 돌기 형성 입자 없이 기재 필름이 도광판과 접촉되어 있는 경우, 비교예 4와 같이 도광판과 접촉되는 파장변환층에 돌기 형성 입자가 생략된 경우, 비교예 5와 같이 도광판과 접촉되는 파장변환층에 포함되는 돌기 형성 입자의 크기보다 파장변환층의 두께가 두꺼운 색변환 시트의 경우 도광판에 스크레치가 많이 발생하는 것을 확인할 수 있었다.
이에 반해, 도광판과 접촉되는 파장변환층에 돌기 형성 입자가 포함되고, 돌기 형성 입자의 입경이 파장변환층의 두께보다 큰 색변환 시트의 경우 도광판 스크레치 방지 기능이 양호하여, 도광판에 스크레치가 적게 발생되는 것을 확인할 수 있었다.
실험예 3: 블로킹 발생 정도 측정
실시예 1~2 및 비교예 1~7의 색변환 시트를 10x 10cm의 크기로 2매 잘라내어 2매의 색변환 시트 각각의 상면과 하면이 접촉되도록 포개고, 유기판에 끼워 200g/cm2의 하중을 가하면서 실온에서 24시간 방치하여 포갠 면적에서의 블로킹이 발생한 면적비를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
블로킹 발생비(%)
(블로킹 발생 면적/ 전체 포갠 면적)
실시예 1 0
실시예 2 0
비교예 1 0
비교예 2 0
비교예 3 0
비교예 4 0
비교예 5 0
비교예 6 100
비교예 7 15
표 3에 나타난 바와 같이, 비교예 6과 같이 수지 매트릭스의 유리전이온도가 -40℃로서 영하인 수지가 적용된 경우 끈적임이 발생하여 블로킹이 발생하는 것을 확인할 수 있었다.
이에 반해 수지 매트릭스로 유리전이온도가 0°C이상, 바람직하게는 20°C 이상인 수지가 적용된 색변환 시트의 경우 끈적임이 양호하여 블로킹이 발생하지 않는 것을 확인할 수 있었다.
앞서 살펴본 바와 같이 비교예 1의 색변환 시트의 경우 고온고습의 환경에서 휘도 및 색변화가 크게 발생하여 신뢰도가 낮고, 비교예 2의 색변환 시트는 휘도 및 색변화가 크게 발생할 뿐만 아니라 도광판에 스크레치를 많이 발생하였으며, 비교예 3의 색변환 시트의 경우 초기 휘도가 낮았으며, 비교예 4~5의 색변환 시트의 경우 도광판에 스크레치를 발생시키고, 비교예 6~7의 색변환 시트는 휘도 및 색변화가 크게 발생할 뿐만 아니라 블로킹이 많이 발생하는 것을 확인할 수 있었다.
이에 반해, 실시예 1의 색변환 시트는 고온고습의 환경에서도 휘도 및 색변화가 적고, 초기 휘도가 높고, 도광판의 스크레치 역시 거의 발생시키지 않을 뿐만 아니라 블로킹 현상 역시 발생하지 않는 것을 확인할 수 있었다.
이상과 같이 본 발명의 실시예의 색변환 시트 및 백라이트 유닛에 따르면, 색변환 시트에 유기 형광체를 적용하여 환경적으로 안전하면서, 색재현율과 휘도 특성이 우수할 뿐만 아니라 다양한 환경에서의 색변화가 적고 신뢰성이 우수하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 색변환 시트 20: 제1 파장변환층
21: 녹색 유기 형광체 22: 제1 수지 매트릭스
41: 산란체 10: 기재층
30: 제2 파장변환층 31: 적색 유기 형광체
32: 제2 수지 매트릭스 42: 돌기 형성 입자
200: 백라이트 유닛 101: 도광판
102: 광원 103: 반사판

Claims (13)

  1. 기재층,
    상기 기재층의 상부면에 형성되며 제1 수지 매트릭스 내에 분산되어 있는 녹색 유기 형광체를 포함하는 제1 파장변환층, 및
    상기 기재층의 하부면에 형성되며 제2 수지 매트릭스 내에 분산되어 있는 적색 유기 형광체를 포함하는 제2 파장변환층을 포함하는 색변환 시트.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 파장변환층은 상기 제1 수지 매트릭스 내에 분산되어 있는 산란체를 더 포함하는 색변환 시트.
  3. 제2항에서,
    상기 제2 파장변환층은 상기 제2 수지 매트릭스 내에 분산되어 있는 돌기 형성 입자를 더 포함하고,
    상기 돌기 형성 입자의 입경은 상기 제2 파장변환층의 두께보다 큰 색변환 시트.
  4. 제3항에서,
    상기 기재층은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리에테르이미드(polyetherimide) 및 폴리이미드(polyimide) 중 적어도 어느 하나의 고분자 필름인 색변환 시트.
  5. 제3항에서,
    상기 제1 수지 매트릭스 및 상기 제2 수지 매트릭스는 에스터계(ester), 올레핀계(olefin), 아크릴계(acryl), 에테르계(ether), 우레탄계(urethane), 카보네이트계(carbonate) 및 이미드계(imide) 수지 중 적어도 어느 하나를 포함하는 색변환 시트.
  6. 제5항에서,
    상기 제1 수지 매트릭스 및 상기 제2 수지 매트릭스의 유리전이온도는 0℃ 이상, 산가(acid value)는 0~20mgKOH/g이고, 수산기가(hydroxyl value)는 0~30mgKOH/g인 색변환 시트.
  7. 제3항에서,
    상기 산란체 및 상기 돌기 형성 입자는 아크릴 입자, 스티렌 입자, 실리콘 입자, 실리카 입자, 알루미나 입자, 티타니아 입자 및 지르코니아 입자 중 적어도 어느 하나의 입자를 포함하는 색변환 시트.
  8. 제7항에서,
    상기 산란체 및 상기 돌기 형성 입자는 구형, 입방체형, 방추형, 원통형, 막대형 및 부정형 중 적어도 어느 하나의 형태인 색변환 시트.
  9. 제3항에서,
    상기 제1 파장변환층 및 상기 제2 파장변환층은 1~150㎛의 두께 범위를 갖는 색변환 시트.
  10. 광원,
    상기 광원에 이격되게 설치되어 상기 광원으로부터 입사된 광을 백색광으로 변환시키는 색변환 시트,
    상기 광원과 상기 색변환 시트 사이에 위치하는 도광판, 및
    상기 도광판 아래에 위치하는 반사판을 포함하며,
    상기 색변환 시트는 기재층, 상기 기재층의 상부면에 형성되며 제1 수지 매트릭스 내에 분산되어 있는 녹색 유기 형광체를 포함하는 제1 파장변환층, 및 상기 기재층의 하부면에 형성되며 제2 수지 매트릭스 내에 분산되어 있는 적색 유기 형광체를 포함하는 백라이트 유닛.
  11. 제10항에서,
    제1항에서,
    상기 제1 파장변환층은 상기 제1 수지 매트릭스 내에 분산되어 있는 산란체를 더 포함하고,
    상기 제2 파장변환층은 상기 제2 수지 매트릭스 내에 분산되어 있는 돌기 형성 입자를 더 포함하며,
    상기 돌기 형성 입자의 입경은 상기 제2 파장변환층의 두께보다 큰 백라이트 유닛.
  12. 제11항에서,
    상기 제1 수지 매트릭스 및 상기 제2 수지 매트릭스는 에스터계(ester), 올레핀계(olefin), 아크릴계(acryl), 에테르계(ether), 우레탄계(urethane), 카보네이트계(carbonate) 및 이미드계(imide) 수지 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
    상기 제1 수지 매트릭스 및 상기 제2 수지 매트릭스의 유리전이온도는 0℃ 이상, 산가(acid value)는 0~20mgKOH/g이고, 수산기가(hydroxyl value)는 0~30mgKOH/g인 백라이트 유닛.
  13. 제11항에서,
    상기 산란체 및 상기 돌기 형성 입자는 아크릴 입자, 스티렌 입자, 실리콘 입자, 실리카 입자, 알루미나 입자, 티타니아 입자 및 지르코니아 입자 중 적어도 어느 하나의 입자를 포함하는 백라이트 유닛.
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