KR20190136956A - 광학 시트, 광학 시트의 제조 방법 및 디스플레이 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 고분자 수지 및 상기 고분자 수지에 분산된 양자점을 포함한 양자점 수지층; 및 상기 양자점 수지층 적어도 일면 상에 순차적으로 형성된 제1고분자 기재층, 무기 배리어층, 및 제2고분자 기재층;을 포함하고, 상기 양자점 수지층과 상기 무기 배리어층가 소정의 거리를 갖고 위치하는 광학 시트와 이의 제조 방법과 이를 포함한 디스플레이 장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 광학 시트, 광학 시트의 제조 방법 및 디스플레이 장치에 관한 것이다.
양자점(또는 양자 도트, Quantum Dot; QD)이란, 수 나노 크기의 결정 구조를 가진 반도체 물질로서, 그 크기에 따라 방출하는 파장이 다른 특성을 지니며, 이러한 양자점을 형광 물질 또는 발광 물질로 사용할 경우, 디스플레이의 특성을 향상시키거나 디스플레이 자체로 활용할 수 있음이 알려져 있다. 이와 같은 양자점은, 예를 들어 백라이트 유닛(Back Light Unit; BLU)에 들어가는 고분자 광학시트 내에 소량으로 결합되어 사용되고 있다.
하지만, 양자점은 공기 중의 수분과 산소에 노출될 경우 표면 산화에 의한 산화 문제점이 있어, 이를 보완하기 위한 방법으로 2장의 무기 배리어 필름 사이에 양자점이 분산된 고분자 수지를 분산시킨 후, 이를 경화시켜 광학시트로 제조하는 것이 일반적이다. 이러한 광학시트는, 청색 백라이트 유닛(BLU) 모듈의 도광판 위에 배치(on-surface 방식)되고 있으며, 소형 디스플레이에서부터 대형 디스플레이까지 다양한 화면 크기에 적용할 수 있다.
이와 같은 광학시트는, 무기 배리어 필름으로 인하여 수분과 산소에 대해 어느 정도의 배리어(barrier) 성능은 가지게 되나, 고온·고습 조건에 노출될 시에는 배리어 필름의 배리어 성능이 급격히 떨어지게 되는 문제점이 있다. 이에 따라, 광학시트의 휘도를 안정적으로 유지할 수 없게 되는 단점이 있다.
특히, 도6에 나타난 바와 같이 이전에 알려진 광학 시트는 양자점 수지층의 양면에 무기 배리어층을 형성하고 그 위에 기재층을 형성하는 구조를 갖는데, 이러한 광학 시트는 제조 과정에서 패턴 롤(Pattern Roll)에 의한 코팅 등의 적용으로 인하여 무기 배리어 필름이 손상될 수 있으며, 이에 따라 양자점이 공기 중의 수분이나 산소에 의해 손상되는 문제가 발생한다.
본 발명은 보다 안정적이고 견고한 구조를 가지며 양자점 수지층을 수분 및 산소로부터 보호할 수 있을 뿐만 아니라 라미네이팅 시 패턴 롤의 가압에 의한 무기 배리어층의 손상을 방지할 수 있는 광학 시트를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 보다 안정적이고 견고한 구조를 가지며 양자점 수지층을 수분 및 산소로부터 보호할 수 있을 뿐만 아니라 라미네이팅 시 패턴 롤의 가압에 의한 무기 배리어층의 손상을 방지할 수 있는 광학 시트의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 광학 시트를 포함한 디스플레이 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명은, 고분자 수지 및 상기 고분자 수지에 분산된 양자점을 포함한 양자점 수지층; 및 상기 양자점 수지층 적어도 일면 상에 순차적으로 형성된 제1고분자 기재층, 무기 배리어층, 및 제2고분자 기재층;을 포함하고, 상기 양자점 수지층과 상기 무기 배리어층 간의 거리가 10 ㎛ 이상인, 광학 시트를 제공한다.
상기 양자점 수지층의 양면에 각각 제1고분자 기재층, 무기 배리어층, 및 제2고분자 기재층이 순차적으로 적층될 수 있다.
상기 제1고분자 기재층의 두께가 10 ㎛ 내지 150 ㎛, 또는 15 ㎛ 내지 100 ㎛이며, 상기 제2고분자 기재층의 두께가 3 ㎛ 내지 50 ㎛, 또는 5 ㎛ 내지 25 ㎛일 수 있다.
상기 제1고분자 기재층 및 무기 배리어층 사이에 위치하고 1 내지 10 ㎛의 두께를 갖는 접착층을 더 포함할 수 있다.
상기 제1고분자 기재층의 적어도 일면에 형성되고, 열가소성 수지를 포함하는 인-라인 코팅층을 더 포함할 수 있다.
상기 인-라인 코팅층은 10 내지 300 nm, 또는 50nm 내지 120nm의 두께를 가질 수 있다.
상기 인-라인 코팅층에 포함되는 열가소성 수지는 폴리우레탄, 폴리아크릴레이트 및 폴리에스테르로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 고분자 수지를 포함할 수 있다.
상기 양자점 수지층과 상기 제1고분자 기재층의 일면에 형성된 인-라인 코팅층 사이에 위치하는 오버 코팅층을 더 포함할 수 있다.
상기 오버 코팅층은 0.1 내지 10 ㎛, 또는 1 내지 8 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
상기 오버 코팅층은 에폭시 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리카보네이트 폴리우레탄, 폴리에스테르 폴리우레탄, 페놀 수지, 멜라민 수지, 요소 수지, 규소 수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종의 고분자 수지를 포함할 수 있다.
상기 제1고분자 기재층 및 제2고분자 기재층 각각은 올레핀계 수지, 폴리스티렌계 수지, 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체, 폴리메타아크릴계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 폴리에스테르계 수지, 나일론 함유 폴리아마이드계 수지, 폴리우레탄계 수지, 아세탈계 수지, 셀룰로오스계 수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 고분자 수지를 포함할 수 있다.
상기 무기 배리어층은 10 내지 300 nm의 두께를 가질 수 있다.
상기 무기 배리어층은 Si, Al, In, Sn, Zn, Zr, Ti, Cu, Ce, Yt, La, Ba, Mg, F2, Sb , Sr 및 Ta 로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상의 금속, 이의 산화물, 이의 질화물, 이의 탄화물, 이의 산화질화물, 이의 산화탄화물, 이의 질화탄화물, 또는 산화질화탄화물을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은, 고분자 수지 및 상기 고분자 수지에 분산된 양자점을 포함한 양자점 수지층 상에, 제1고분자 기재층, 무기 배리어층, 및 제2고분자 기재층을 포함한 배리어 적층체를 결합하는 단계를 포함하는, 광학 시트의 제조 방법을 제공할 수 있다.
상기 양자점 수지층과 배리어 적층체는 패턴 롤, 비패턴 라미네이션 및 다이렉트 코팅으로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법에 의해 결합될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 광학 시트를 포함한 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 보다 안정적이고 견고한 구조를 가지며 양자점 수지층을 수분 및 산소로부터 보호할 수 있을 뿐만 아니라 라미네이팅 시 패턴 롤의 가압에 의한 무기 배리어층의 손상을 방지할 수 있는 광학 시트, 이의 제조 방법, 및 이를 포함한 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.
도1은 발명의 일 구현예의 광학 시트의 모식도이다.
도2은 발명의 일 구현예의 광학 시트의 다른 모식도이다.
도3은 실시예 4에서 제조된 광학 시트의 모식도이다.
도4은 실시예 5에서 제조된 광학 시트의 모식도이다.
도5은 실시예 6에서 제조된 광학 시트의 모식도이다.
도6은 이전에 알려진 양자점 수지층을 포함한 광학 시트의 모식도이다.
도7은 비교예1에서 제조된 광학 시트의 모식도이다.
도2은 발명의 일 구현예의 광학 시트의 다른 모식도이다.
도3은 실시예 4에서 제조된 광학 시트의 모식도이다.
도4은 실시예 5에서 제조된 광학 시트의 모식도이다.
도5은 실시예 6에서 제조된 광학 시트의 모식도이다.
도6은 이전에 알려진 양자점 수지층을 포함한 광학 시트의 모식도이다.
도7은 비교예1에서 제조된 광학 시트의 모식도이다.
이하 발명의 구체적인 구현예들에 따른 광학 시트, 광학 시트의 제조 방법 및 디스플레이 장치에 관하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
발명의 일 구현예에 따르면, 고분자 수지 및 상기 고분자 수지에 분산된 양자점을 포함한 양자점 수지층; 및 상기 양자점 수지층 적어도 일면 상에 순차적으로 형성된 제1고분자 기재층, 무기 배리어층, 및 제2고분자 기재층;을 포함하고, 상기 양자점 수지층과 상기 무기 배리어층 간의 거리가 10 ㎛ 이상인, 광학 시트가 제공될 수 있다.
이전에 알려진 QLED용 배리어 필름은, 고온·고습 조건에 노출될 시 배리어(barrier) 성능이 급격히 떨어지게 되고, 또한, 패턴 롤 방식을 이용하여 양자점(Quantum Dot; QD) 레진에 코팅시키는 경우, 배리어 필름 내 무기층이 손상되어 QD Sheet(QD 레진에 배리어 필름이 적층된 시트) 제작 후 QD가 공기 중의 수분이나 산소에 의해 손상되는 문제점을 가지고 있다.
이에 본 발명자들은 양자점 수지층을 포함한 광학 적층체에 관한 연구를 계속 진행하여, 양자점 수지층과 제1고분자 기재층, 무기 배리어층, 및 제2고분자 기재층을 포함하고, 상기 양자점 수지층과 상기 무기 배리어층 간의 거리가 10 ㎛ 이상인 광학 시트가, 보다 안정적이고 견고한 구조를 가지면서도 양자점 수지층을 수분 및 산소로부터 보호할 수 있을 뿐만 아니라, 라미네이팅 시 패턴 롤의 가압에 의한 무기 배리어층의 손상을 방지할 수 있어서 상기 양자점 수지층을 수분 및 산소 등으로부터 안정적으로 보호할 수 있다는 점을 실험을 통하여 확인하고 발명을 완성하였다.
도1은 상기 구현예의 광학 시트의 단면 구조를 대략적으로 나타낸 모식도이다.
상기 구현예의 광학 시트는 이전에 알려진 다른 QLED용 배리어 필름이나 양자점 수지층을 포함한 광학 적층체와는 달리 양자점 수지층과 무기 배리어층 사이에 제1고분자 기재층을 위치하며, 상기 양자점 수지층과 상기 무기 배리어층 간의 거리를 10 ㎛ 이상으로 확보하여 상술한 효과를 구현할 수 있다.
상기 양자점 수지층과 상기 무기 배리어층 간의 거리가 10 ㎛ 미만인 경우 상기 광학 시트의 내부 구조가 상대적으로 불안정해질 수 있으며, 라미네이팅 시 패턴 롤의 가압에 의하여 무기 배리어층의 손상이 발생할 수 있다.
상기 양자점 수지층과 상기 무기 배리어층 간의 거리는 10 ㎛ 이상, 40 ㎛ 이상, 60 ㎛ 이상, 또는 10 ㎛ 내지 150 ㎛, 또는 15 ㎛ 내지 100 ㎛일 수 있다.
상기 양자점 수지층과 상기 무기 배리어층 간의 거리는 상기 제1고분자 기재층이나 추가적으로 적용 가능한 다른 층의 두께에 따라 결정될 수 있다.
구체적으로, 상기 제1고분자 기재층의 두께가 10 ㎛ 내지 150 ㎛, 또는 15 ㎛ 내지 100 ㎛이며, 상기 제2고분자 기재층의 두께가 3 ㎛ 내지 50 ㎛, 또는 5 ㎛ 내지 25 ㎛일 수 있다. 상기 제1고분자 기재층 및 상기 제2고분자 기재층 각각의 두께나 너무 얇으면 무기 배리어층 손상에 의해 배리어 성능이 저하되는 문제가 발생할 우려가 있다. 상기 제1고분자 기재층 및 상기 제2고분자 기재층 각각의 두께나 너무 두꺼우면, 광학 시트 전체의 두께가 증가하여 광학적 특성이 감소되는 문제가 발생할 수 있다.
한편, 상기 구현예의 광학 시트는 상기 양자점 수지층의 양면에 각각 제1고분자 기재층, 무기 배리어층, 및 제2고분자 기재층이 순차적으로 적층된 구조를 가질 수 있다. 도2은 이러한 광학 시트의 단면 구조를 대략적으로 나타낸 모식도이다.
상기 구현예의 광학 시트는 상기 제1고분자 기재층 및 무기 배리어층 사이에 위치하고 1 내지 10 ㎛의 두께를 갖는 접착층을 더 포함할 수 있다. 도3은 이러한 광학 시트의 단면 구조를 대략적으로 나타낸 모식도이며, 양자점 수지층의 양면에도 제1고분자 기재층, 접착층, 무기 배리어층, 제2고분자 기재층이 순차적으로 형성될 수 있다.
상기 접착층은 상기 제1고분자 기재층 및 무기 배리어층을 접착시키기 위하여 사용되는 성분으로서, 상호 간 접착력의 향상은 물론 고온·고습 환경 하에서의 접착 신뢰성(내열성)을 가질 수 있다. 상기 접착제로는 당업계에서 통용되는 것을 제한 없이 사용할 수 있으며, 에폭시 계열의 바인더 및 나노미터 크기를 가지는 클레이(또는, 나노 클레이 복합체) 등을 예시할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 접착층의 구체적인 조성이 크게 한정되는 것은 아니며, 에폭시 아크릴레이트 수지, 우레탄 아크릴레이트, 2액형 타입의 폴리우레탄 접착제 등을 포함한 경화성 수지 조성물으로부터 형성될 수 있다.
한편, 상기 접착제의 사용량에는 특별한 제한이 없으며, 상기 제1고분자 기재층 및 무기 배리어층의 면적이나 종류 등에 따라 다양하게 가변될 수 있다.
상기 접착층의 두께 또한 크게 한정되는 것은 아니지만, 상기 구현예의 광학 시트의 내부 구조의 안정성을 확보하면서도 전체 두께를 크게 늘리지 않기 위해서 1 내지 10 ㎛의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
한편, 발명의 일 구현예의 광학 시트는 상기 제1고분자 기재층의 적어도 일면에 형성되고, 열가소성 수지를 포함하는 인-라인 코팅층을 더 포함할 수 있다. 즉, 상기 인-라인 코팅층은 양자점 수지층 및 제1고분자 기재층 사이나, 제1고분자 기재층 및 무기 배리어층 사이에 형성될 수 있다.
상기 인-라인 코팅층은, 양자점 수지층과 제1고분자 기재층, 무기 배리어층 및 제2고분자 기재층을 포함한 부분간의 접착력 향상은 물론, 패턴 롤에 의한 무기 배리어층의 손상을 보다 효과적으로 방지할 수 있게 한다.
또한, 기존의 오버 코팅층을 사용하는 경우 대비(비교예1) 양자점 수지층과 제1고분자 기재층, 무기 배리어층 및 제2고분자 기재층을 포함한 부분간의 접착력 향상은 물론, 접착층을 추가적으로 사용하는 경우 상기 제1고분자 기재층 및 무기 배리어층 간의 접착력 까지도 월등히 향상시켜, 내부 구조의 층 간 결합을 보다 견고히 할 수 있다.
상기 인-라인 코팅층에 포함되는 열가소성 수지는 폴리우레탄, 폴리아크릴레이트 및 폴리에스테르로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 고분자 수지를 포함할 수 있다.
상기 폴리우레탄의 구체적인 예를 들면, 우레탄계 수지, 우레탄계 수지와 폴리에테르계 수지의 공중합체 및 우레탄계 수지와 폴리에스테르계 수지의 공중합체 등이 있다. 상기 폴리아크릴레이트의 구체적인 예를 들면, 아크릴계 수지와 폴리에테르계 수지의 공중합체 및 아크릴계 수지와 폴리에스테르계 수지의 공중합체 등이 있다.
한편, 상기 인-라인 코팅층의 두께는 크게 한정되는 것은 아니나, 상기 양자점 수지층과 제1고분자 기재층 간의 결합력이나 상기 제1고분자 기재층 및 무기 배리어층 간의 결합력 등을 고려하여 상기 인-라인 코팅층은 10 내지 300 nm, 또는 50nm 내지 120nm_의 두께를 가질 수 있다.
한편, 발명의 일 구현예의 광학 시트는 상기 양자점 수지층과 상기 제1고분자 기재층의 일면에 형성된 인-라인 코팅층 사이에 위치하는 오버 코팅층을 더 포함할 수 있다.
상기 오버 코팅층(Over coating layer)은, 상기 양자점 수지층과 상기 제1고분자 기재층 간의 접착력을 향상시키고, 또한 고온·고습 접착 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 상기 오버 코팅층과 상기 양자점 수지층의 결합 메커니즘에 대하여 잠시 살펴 보면, 오버 코팅층의 미반응된 작용기(unreacted group)와 양자점 수지층의 상호 결합이 이루어지며 접착력의 상승이 이루어지는 것으로 보인다.
상기 오버 코팅층에 포함되는 성분으로는 에폭시 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리카보네이트 폴리우레탄, 폴리에스테르 폴리우레탄, 페놀 수지, 멜라민 수지, 요소 수지, 규소 수지 및 이들의 혼합물을 예시할 수 있다.
또한, 상기 오버 코팅층의 두께는 상기 양자점 수지층과 제1고분자 기재층 간의 결합력 등을 고려하여 상기 오버 코팅층은 0.1 내지 10 ㎛, 또는 1 내지 8 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
상기 제1고분자 기재층 및 제2고분자 기재층 각각은 광학 특성이 우수한 올레핀계 수지, 폴리스티렌계 수지, 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체(AS 수지), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체(ABS 수지), 폴리메타아크릴계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 및 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 등의 폴리에스테르계 수지, 나일론 함유 폴리아마이드계 수지, 폴리우레탄계 수지, 아세탈계 수지, 셀룰로오스계 수지 및 이들의 혼합물 등을 포함할 수 있다.
한편, 상기 양자점 수지층은 고분자 수지 및 상기 고분자 수지에 분산된 양자점을 포함할 수 있다.
상기 양자점 수지층의 두께는 10 내지 100um일 수 있다. 상기 양자점 수지층의 두께가 10um 미만인 경우 일정 수준의 색변환 물성을 만족시키기 위하여 양자점이 두꺼운 레진층 대비 더 높은 밀도로 존재 하여야 하며 이러한 경우 양자점들 간의 간격이 매우 좁아져 발광시 발생하는 열에 의한 양자점들의 degradation이 가속화되어 나타나는 효율 저하 또는 1차 광원으로부터 빛을 흡수하여 2차로 발광되는 빛을 옆에 있던 다른 양자점들이 지속적으로 흡수하여 발생할 수 있는 효율 저하가 발생할 수 있다. 또한, 상기 양자점 수지층의 두께100um 초과인 경우 고밀도 양자점에 의해 발생하는 효율 저하는 발생하지 않을 수 있거나 그 정도가 낮아지겠으나, 제품화시 코팅 공정에서의 두께 균일도 저하 문제 및 제품 권취 시 발생 할 수 있는 curl 문제, 롤당 권취량 저하, 대구경 코어 적용 등의 최종 제품의 불량 발생이나 생산 비용 증대 등의 경제성이 문제 될 수 있다.
상기 양자점 수지층의 일면 또는 양면에는 패턴화가 이루어질 수 있다. 상기 패턴화를 통하여 사용되는 양자점의 양을 현저히 줄일 수 있어 경제성을 확보할 수 있다. 이러한 패턴을 통과시 일부의 빛들은 반사를 통하여 재활용되어 양자점과 만나는 횟수 및 확률을 증대시켜주는 역할을 하여 양자점의 양을 줄여서 경제성을 확보할 수 있다.
한편, 상기 양자점은 실질적으로 단결정질인 나노구조들을 지칭하는 것으로서, 상기 양자점은 광원으로부터 방출된 1차 광을 흡수한 다음, 2차 광을 방출할 수 있으며, 상기 양자점의 크기에 따라 파장이 다른 광을 방출할 수 있다
상기 양자점의 전형적인 크기는 1 내지 10 nm일 수 있는데, 상기 양자점의 크기가 4 내지 5nm 인 경우 광원으로부터 1차 광을 흡수한 후 적색을 가지는 2차 광을 방출할 수 있고, 2 내지 3nm 인 경우 광원으로부터 1차 광을 흡수한 후 녹색을 가지는 2차 광을 방출할 수 있다.
한편, 상기 양자점은 고분자 수지에 균일하게 분산될 수 있으며, 상기 고분자 레진층이 다층 구조인 경우, 층층마다 다른 크기의 양자점이 배치될 수도 있으며, 단일 층 내에 서로 다른 크기의 양자점이 혼재되어 분산된 형태를 가질 수도 있다.
상기 양자점은 임의의 적합한 무기 재료를 포함할 수 있으며, 예를 들어 카드뮴계 양자점 또는 비카드뮴계 양자점일 수 있다.
상기 비카드뮴계 양자점은 II-VI 족, III-V족, IV-VI 족 및 IV 족 반도체로 이루어지는 군에서 선택되는 무기 재료를 포함할 수 있다. 상기 비카드뮴계 양자점은 Si, Ge, Sn, Se, Te, B, C, 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, HgS, HgSe, HgTe, BeS, BeSe, BeTe, MgS, MgSe, GeS, GeSe, GeTe, SnS, SnSe, SnTe, PbO, PbS, PbSe, PbTe, CuF, CuCl, CuBr, CuI, Si3N4, Ge3N4 및 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 무기 재료를 포함할 수 있다.
또한, 상기 양자점은 각각 독립적으로 유기물이거나 무기물 또는 유기물과 무기물의 하이브리드(혼성물)일 수 있다.
상기 양자점은 각각 독립적으로 코어 및 상기 코어를 감싸는 쉘로 구성될 수 있으며, 상기 코어 및 쉘은 각각 독립적으로 II-IV족, III-V족, IV-VI족, IV족 반도체 및 이들의 혼합물 등으로 이루어진 코어, 코어/쉘, 코어/제1쉘/제2쉘, 합금, 합금/쉘 등의 구조를 가질 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
예컨대, 상기 코어는 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, GaN, GaP, GaAs, InP, InAs 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 물질을 포함할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 코어를 둘러싼 쉘은 CdSe, ZnSe, ZnS, ZnTe, CdTe, PbS, TiO, SrSe, HgSe 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 물질을 포함할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
예컨대, 상기 코어/쉘 구조 또는 합금 구조를 가지는 양자점은 CdSe/ZnS, CdSe/ZnSe/ZnS, CdSe/CdSx(Zn1-yCdy)S/ZnS(x 및 y는 각각 독립적으로 0 초과 1 미만의 실수), 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 등일 수 있다.
한편, 상기 무기 배리어층은 10 내지 300 nm의 두께를 가질 수 있다. 상기 무기 배리어층의 두께는 배리어 특성 및 광학적 특성(특히, QD Sheet의 휘도)을 고려하여 10 내지 300 nm, 바람직하게는 100 내지 250 nm일 수 있다. 상기 무기 배리어층의 두께가 10 nm 미만일 경우 산소 및 수분 투과 방지 특성이 저하될 수 있고, 상기 무기 배리어층의 두께가 300 nm를 초과할 경우에는 필름의 광학적 특성이 최대로 발현되기 어려울 수 있다.
상기 무기 배리어층은 상기 양자점 수지층(QD 레진)을 수분 및 산소로부터 보호하기 위하여 배리어(barrier) 특성을 개선시켜 주는 것으로서, 당업계에서 통상적으로 사용되는 무기물을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 무기 배리어층은 Si, Al, In, Sn, Zn, Zr, Ti, Cu, Ce, Yt, La, Ba, Mg, F2, Sb, Sr 및 Ta 로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상의 금속, 이의 산화물, 이의 질화물, 이의 탄화물, 이의 산화질화물, 이의 산화탄화물, 이의 질화탄화물, 또는 산화질화탄화물을 포함할 수 있다.
한편, 상기 구현예의 광학 시트는 필요에 따라, 상기 제2고분자 기재층 상에 형성되는 백-코팅(back-coating 또는 anti-wet out)층을 더 포함할 수 있다.
상기 백-코팅층은 백라이트 시트와 간섭을 방지하기 위하여 사용될 수 있는 것으로서, 당 분야에서 이와 같은 기능을 하기 위하여 사용되는 물질이 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. 한편, 상기 양자점 수지층의 양 면에 배리어 필름이 각각 접합되는 경우, 상기 백-코팅층은, 두 개의 배리어 필름 중 어느 하나에만 적층될 수 있다.
한편, 발명의 다른 구현예에 따르면, 고분자 수지 및 상기 고분자 수지에 분산된 양자점을 포함한 양자점 수지층 상에, 제1고분자 기재층, 무기 배리어층, 및 제2고분자 기재층을 포함한 배리어 적층체를 결합하는 단계를 포함하는, 광학 시트의 제조 방법이 제공될 수 있다.
상기 광학 시트의 제조 방법에 따르면 상술한 특징을 갖는 상기 일 구현예의 광학 시트가 제공될 수 있다.
상기 광학 시트의 제조 방법에서는, 상기 양자점 수지층과 배리어 적층체는 패턴 롤, 비패턴 라미네이션 및 다이렉트 코팅으로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법에 의해 결합될 수 있다.
한편, 상기 광학 시트의 제조 방법은, a) 제1고분자 기재층의 어느 일면에 접착제를 도포하는 단계, b) 제2고분자 기재층의 어느 일면에 무기물을 도포하여 무기 배리어층을 형성하는 단계 및 c) 상기 a) 단계에서 제1고분자 기재층 상에 도포된 접착제와 상기 b) 단계에서 제 무기 배리어층이 형성된 제2 고분자 기재를 라미네이션하여 접합하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 고분자 기재층 및 제2 고분자 기재층는 압출 공정 등의 다양한 방식에 의해 제작될 수 있으며, 상기 라미네이션은 당업계에 알려진 통상의 방식에 의해 수행될 수 있다.
한편, 상기 QLED 배리어 필름의 제조 방법에 있어서, 상기 a) 단계와 b) 단계의 순서는 설명의 편의를 위하여 정한 것일 뿐 이에 제한되지 않으며, b) 단계를 a) 단계보다 먼저 수행하여도 무방하고, a) 단계와 b) 단계를 동시에 수행하더라도 본 발명의 범주를 벗어나지 않음을 명시한다.
한편, 상기 광학 시트의 제조 방법은, 필요에 따라, 상기 a) 단계에서 접착제를 도포하기 이전이나 이후에, 상기 제1 고분자 기재층의 어느 일면 또는 양면에 인-라인 코팅층(In-Ling coating layer)을 형성시키는 단계를 더 포함할 수 있다(상기 제1 고분자 기재층의 양면에 형성하는 경우에는, 접착제의 도포 이전이 바람직하다).
이와 같은 인-라인 코팅층은, 습식 코팅(wet-coating) 방식 등에 의해 형성될 수 있고, 또한, 상기 제1 고분자 기재층을 형성할 시, 예를 들어, 압출 및 연신 공정을 통해 함께 한 번에 형성될 수도 있다.
또한, 상기 광학 시트의 제조 방법은, 필요에 따라, 접착제가 도포되지 않는 제1 고분자 기재층의 다른 일면에 오버 코팅층(Over coating layer)을 형성시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 이와 같은 오버 코팅층은, 습식 코팅 및 UV 경화 등에 의해 형성될 수 있고, 예를 들어, 기재 상에 MG Roll로 코팅액을 일정량 코팅하고 건조(Dry)시켜 용매를 일부 제거한 후 UV 경화하여 오버 코팅층을 형성시킬 수 있다.
한편, 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 광학 시트를 포함한 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.
상기 디스플레이 장치는 액정 디스플레이 장치일 수 있으며, 광원을 포함한 발광다이오드(light emitting diode)일 수 있다.
발명을 하기의 실시예에서 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
배리어 적층체의 제조
에폭시 아크릴레이트 수지(Tesk사, A-2697 grade)를 메틸 에틸 케톤(Methyl Ethyl Ketone) 용제로 희석한 후, 광개시제(Igacure 184)를 상기 에폭시 아크릴레이트 수지 100 중량부 기준 3 중량부로 첨가하고 충분히 용해시켜 고형분 20 wt%의 접착층 조성물을 제조하였다.
그리고, 압출을 통하여 형성된 75 ㎛ 두께의 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, 제1 고분자) 기재의 일면에 상기 접착층 조성물을 5 ㎛의 두께로 도포하였다.
또한, 압출을 통하여 형성된 12 ㎛ 두께의 폴리에틸렌테레프탈레이트 기재의 일면에 롤투롤 증착기를 이용해 플라즈마 전처리를 한 후, AlOX 10 nm / SiOX 60 nm 총 70 nm 두께로 드라이 코팅(Dry Coating) 한 다음, 실리카(SiO2)를 도포하여 무기 배리어층을 형성하였다.
이어서, 상기 제1 고분자 기재 상에 도포된 접착제와 상기 제2 고분자 기재 상에 형성된 무기 배리어층을 라미네이션 접합하여, 실시예1의 배리어 적층체를 제조하였다.
[실시예 2]
배리어 적층체의 제조
상기 실시예 1에서 (제1 고분자 기재 상에 접착제를 도포하기 전) 제1 고분자 기재의 양면에 열가소성 수지로서 폴리우레탄(Polyurethane, ELLAS 5700/KOLON) 층(인-라인 코팅층)을 압출 및 연신 공정을 통하여 80nm의 두께로 형성한 후, 인-라인 코팅층 중 어느 하나에 실시예 1의 접착층 조성물을 도포한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 배리어 적층체를 제조하였다.
[실시예 3]
배리어 적층체의 제조
(1) 오버 코팅층의 제조
우레탄 아크릴레이트(UV 경화형 수지, 8BR/Taisei Fine Chemical)와, 상기 우레탄 아크릴레이트 100 중량부 기준 100 중량부의 폴리우레탄(열가소성 수지, ELLAS 5700/KOLON)을 용매 MEK(Methyl Ethyl Ketone)에 섞은 후, 첨가제로서 상기 우레탄 아크릴레이트 100 중량부 기준 실란 커플링제(Silan Coupling agent, OFS6020/DOW) 10 중량부, 내가수분해 방지제(ALTFONA5151/Green Chem) 1 중량부 및 광 개시제(Irgacure184/ CIBA) 7.5 중량부로 첨가하고 교반하여 코팅액을 제조하였다.
(2) 광학 시트의 제조
상기 실시예 2에서 접착제가 도포되지 않은 인-라인 코팅층 면에, 상기 제조된 코팅액을 메이어바, 바코터, 또는 어플리케이터의 방법으로 도포하여 오버 코팅층(두께: 5 ㎛ )을 형성한 것을 제외하고는, 상기 실시예 2와 동일하게 수행하여 배리어 적층체를 제조하였다.
[실시예 4 내지 6]
광학 시트의 제조
패턴 롤 방식을 이용하여, 상기 실시예 1 내지 3을 통하여 제조된 각각의 배리어 적층체 2장의 95㎛ 양자점 수지(UV경화형, Hyperion Quantum Dots, Nanosys社)층의 양면에 부착하여, 광학 시트(양자점 시트)를 제조하였다.
[비교예 1]
광학 시트의 제조
도 7에 도시된 바와 같이, 1 ㎛ 오버 코팅층, 0.1 ㎛ 무기층, 12 ㎛ 두께의 PET층, 접착제 및 75 ㎛ 두께의 PET층이 순차 적층된 통상의 QLED 배리어 필름 2개를, 패턴 롤 방식으로 양자점 수지층의 양면에 부착하여, 광학 시트를 제조하였다.
[실험예 1]
양자점 수지층으로의 수분/산소 침투 평가
상기 실시예 4 내지 6 및 비교예 1로부터 제조된 광학 시트를 BLUE LED 패널 위에 올려둔 후, 고온·고습(60 ℃, 90 % R.H) 조건에 1,000 시간 동안 방치한 후 면 형상을 확인하였다.
이때, 흑색 얼룩의 개수가 m2당 몇 개인지를 확인하였고, 또한, wvtr, otr 장비를 이용하여 양자점 시트 내 양자점 수지층으로의 수분/산소 침투율을 확인하였으며, 이들의 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
흑색 얼룩 (개수/m2) |
양자점 수지층으로의 수분 침투율(g/m2*day) |
양자점 수지층으로의 산소 침투율(cc/m2*day) |
|
실시예 4 | 0 | 0.01 | 0.08 |
실시예 5 | 0 | 0.02 | 0.07 |
실시예 6 | 0 | 0.01 | 0.07 |
비교예 1 | 6 | 1 | 5 |
양자점 수지층으로의 수분/산소 침투율을 평가한 결과, 상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 4 내지 6의 광학 시트에 포함된 양자점 수지층에는 수분이나 산소가 극미량 침투한 반면, 상기 비교예 1의 광학 시트에 포함된 양자점 수지층에는 다량의 수분 및 산소가 침투한 것을 확인할 수 있었다.
이는, 수분 및 산소를 차단하는 무기 배리어층의 손상 여부에 따른 결과로서, 상기 실시예 4 내지 6의 광학 시트에 포함된 무기 배리어층은 손상이 전혀 없는 반면, 상기 비교예 1의 광학 시트에 포함된 무기 배리어층은 손상되어 있는 것을 알 수 있었다. 또한, BLUE LED 패널 위에 양자점 시트를 올려놓았을 때, 실시예 4 내지 6과는 달리 비교예 1의 경우 흑색 얼룩이 발생하였는데, 이는 배리어 성능의 저하로 양자점 입자의 수명(Life Time)이 감소한 것에 기인한 결과로 볼 수 있다.
이상과 같은 결과는, 양자점 시트의 제조 시 패턴 롤 공정에 의한 것으로서, 상기 실시예 4 내지 6의 광학 시트는 비교예 1의 광학 시트 대비 보다 안정적인 구조를 가지며 라미네이팅 시 패턴 롤의 가압에 의한 무기 배리어층의 손상을 방지할 수 있어서 상기 양자점 수지층을 수분 및 산소 등으로부터 안정적으로 보호할 수 있음에 따른 결과인 것이다.
[실험예 2]
양자점 수지 및 배리어 적층체의 구조 안정성
상기 실시예 4 내지 6에서 제조된 양자점 시트에 있어서, 양자점 수지층과 무기 배리어층 간의 접합력을 확인하여 상기 실시예 4 내지 6 및 비교예 1로부터 제조된 광학 시트 각각의 내부 구조의 안정성을 평가하였으며, 양자점 수지 및 배리어 적층체의 구조 안정성을 하기 표 2에 나타내었다.
양자점 수지층 및 배리어 적층체 간 접합력(gf/inch) | |
실시예 4 | 522 |
실시예 5 | 968 |
실시예 6 | 1,051 |
양자점 수지층 및 배리어 적층체 간 접합력을 평가한 결과, 상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 인-라인 코팅층과 오버 코팅층까지 적층시킨 실시예 6이 1000 gf/inch 이상의 접합력을 나타내었고, 인-라인 코팅층만을 적층시킨 실시예 5가 약 970 gf/inch 정도의 접합력을 나타내었고, 실시예 4이 광학 시트가 약 522 gf/inch 정도의 접합력을 나타낸다는 점이 확인되었다.
Claims (16)
- 고분자 수지 및 상기 고분자 수지에 분산된 양자점을 포함한 양자점 수지층; 및
상기 양자점 수지층 적어도 일면 상에 순차적으로 형성된 제1고분자 기재층, 무기 배리어층, 및 제2고분자 기재층;을 포함하고,
상기 양자점 수지층과 상기 무기 배리어층 간의 거리가 10 ㎛ 이상인, 광학 시트.
- 제1항에 있어서,
상기 양자점 수지층의 양면에 각각 제1고분자 기재층, 무기 배리어층, 및 제2고분자 기재층이 순차적으로 적층된, 광학 시트.
- 제1항에 있어서,
상기 제1고분자 기재층의 두께가 10 ㎛ 내지 150 ㎛이며,
상기 제2고분자 기재층의 두께가 3 ㎛ 내지 50 ㎛인, 광학 시트.
- 제1항에 있어서,
상기 제1고분자 기재층 및 무기 배리어층 사이에 위치하고 1 내지 10 ㎛의 두께를 갖는 접착층을 더 포함하는, 광학 시트.
- 제1항에 있어서,
상기 제1고분자 기재층의 적어도 일면에 형성되고, 열가소성 수지를 포함하는 인-라인 코팅층을 더 포함하는, 광학 시트.
- 제5항에 있어서,
상기 인-라인 코팅층은 10 내지 300 nm의 두께를 갖는, 광학 시트.
- 제5항에 있어서,
상기 열가소성 수지는 폴리우레탄, 폴리아크릴레이트 및 폴리에스테르로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 고분자 수지를 포함하는, 광학 시트.
- 제5항에 있어서,
상기 양자점 수지층과 상기 제1고분자 기재층의 일면에 형성된 인-라인 코팅층 사이에 위치하는 오버 코팅층을 더 포함하는, 광학 시트.
- 제8항에 있어서,
상기 오버 코팅층은 0.1 내지 10 ㎛의 두께를 갖는, 광학 시트.
- 제8항에 있어서,
상기 오버 코팅층은 에폭시 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리카보네이트 폴리우레탄, 폴리에스테르 폴리우레탄, 페놀 수지, 멜라민 수지, 요소 수지, 규소 수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종의 고분자 수지를 포함하는, 광학 시트.
- 제1항에 있어서,
상기 제1고분자 기재층 및 제2고분자 기재층 각각은 올레핀계 수지, 폴리스티렌계 수지, 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체, 폴리메타아크릴계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 폴리에스테르계 수지, 나일론 함유 폴리아마이드계 수지, 폴리우레탄계 수지, 아세탈계 수지, 셀룰로오스계 수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 고분자 수지를 포함하는, 광학 시트.
- 제1항에 있어서,
상기 무기 배리어층은 10 내지 300 nm의 두께를 갖는, 광학 시트.
- 제1항에 있어서,
상기 무기 배리어층은 Si, Al, In, Sn, Zn, Zr, Ti, Cu, Ce, Yt, La, Ba, Mg, F2, Sb, Sr 및 Ta 로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상의 금속, 이의 산화물, 이의 질화물, 이의 탄화물, 이의 산화질화물, 이의 산화탄화물, 이의 질화탄화물, 또는 산화질화탄화물을 포함하는, 광학 시트.
- 고분자 수지 및 상기 고분자 수지에 분산된 양자점을 포함한 양자점 수지층 상에,
제1고분자 기재층, 무기 배리어층, 및 제2고분자 기재층을 포함한 배리어 적층체를 결합하는 단계를 포함하는, 광학 시트의 제조 방법.
- 제14항에 있어서,
상기 양자점 수지층과 배리어 적층체는 패턴 롤, 비패턴 라미네이션 및 다이렉트 코팅으로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법에 의해 결합되는, 광학 시트의 제조 방법.
- 제1항의 광학 시트를 포함한 디스플레이 장치.
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CN201910462421.9A CN110549706A (zh) | 2018-05-31 | 2019-05-30 | 光学片、光学片的制造方法及显示装置 |
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KR1020190062081A KR20190136956A (ko) | 2018-05-31 | 2019-05-27 | 광학 시트, 광학 시트의 제조 방법 및 디스플레이 장치 |
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KR (1) | KR20190136956A (ko) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20220339919A1 (en) * | 2021-04-23 | 2022-10-27 | Ubright Optronics Corporation | Quantum-dot optical film and the method to make the same |
-
2019
- 2019-05-27 KR KR1020190062081A patent/KR20190136956A/ko not_active Application Discontinuation
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US20220339919A1 (en) * | 2021-04-23 | 2022-10-27 | Ubright Optronics Corporation | Quantum-dot optical film and the method to make the same |
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