KR20220017357A - 광변환 잉크 조성물, 이를 이용하여 제조된 광변환 적층기판 및 광변환 화소기판 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발광입자(A) 및 중합성 모노머(B)를 포함하며, 상기 발광입자는, Ag, In, Ga 및 S를 포함하는 코어; 및 In, Ga 및 S 중 적어도 2종의 원소를 포함하는 쉘을 포함함으로써, 광변환 효율 및 젯팅 특성이 우수한 광변환 잉크 조성물, 이를 이용하여 제조된 광변환 적층기판 및 광변환 화소기판에 관한 것이다.

Description

광변환 잉크 조성물, 이를 이용하여 제조된 광변환 적층기판 및 광변환 화소기판{A LIGHT CONVERSION INK COMPOSITION, A LIGHT CONVERTING LAMINATING UNIT AND A LIGHT CONVERTING PIXEL UNIT MANUFACTURED BY USING THEREOF}
본 발명은 광변환 잉크 조성물, 이를 이용하여 제조된 광변환 적층기판 및 광변환 화소기판에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 화상을 표시하기 위한 표시장치에 대한 요구가 다양한 형태로 증가하고 있으며, 근래에는 액정표시장치(LCD: Liquid Crystal Display), 플라즈마표시장치(PDP: Plasma Display Panel), 유기전계발광표시장치(OLED: Organic Light Emitting Diode Display Device)와 같은 여러 가지 표시장치가 활용되고 있다.
색재현율은 표시장치에서 가장 중요한 요소 중 하나이다. 최근에는 표시장치의 색 재현율을 높이기 위한 방안의 일 예로, 통상의 백색 LED를 대체하여 청색 LED를 이용하고, 별도의 광 변환수단인 양자점(quantum dot)을 포함하는 광변환 적층기판을 구비한 표시장치가 사용되고 있다. 예를 들면, 청색의 LED칩을 사용한 백라이트 또는 화소를 포함하는 컬러필터에 양자점이 분산된 광변환층을 포함하는 광변환 적층기판 또는 광변환 화소기판을 적용하여 광변환 효율을 높임으로써 표시장치의 색재현성을 향상하고자 한다.
한편, 광변환 화소가 적용된 컬러필터를 제조하기 위하여, 양자점과 같은 발광입자를 포함하는 조성물을 이용한 포토리소그래피 방법을 사용할 수 있다. 그러나, 이러한 방법은 컬러 필터의 정교성과 재현성 측면에서는 우수하지만, 화소를 형성하기 위하여 각각의 색에 대하여 코팅, 노광, 현상 및 경화하는 과정이 각각 요구되어 제조 공정, 시간 및 비용이 늘어나고 공정간 제어 인자가 많아져 수율 관리에 어려움이 있다.
이러한 문제점들을 해결하기 위하여, 잉크젯(inkjet) 방법이 제시되었다. 잉크젯 방법은 잉크젯 헤드(inkjet head)를 사용하여 구획되어 있는 소정 위치에 액체 잉크를 분사하여 각각의 잉크가 착색된 이미지를 구현하는 기술로, 적색, 녹색 및 청색을 포함한 복수의 색을 한번에 착색할 수 있어서 제조 공정, 시간 및 비용이 크게 절감될 수 있다.
관련하여, 대한민국 등록특허공보 제10-1475520호에서 잉크젯 프린트용 양자점 잉크 조성물에 관한 기술을, 대한민국 등록특허공보 제10-1628065호 에서 발광 복합체를 포함하는 조성물에 관한 기술을 개시하고 있으나, 광변환 효율 및 젯팅시간에 따른 막두께 변화가 심하여 얼룩으로 시인되는 문제가 있다.
따라서, 광변환 효율이 우수한 광변환 적층기판 및 광변환 화소기판을 형성할 수 있으며, 패턴 막두께의 균일성이 우수한 특성을 갖는 광변환 잉크 조성물의 개발이 요구되고 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1475520호 대한민국 등록특허공보 제10-1628065호
본 발명은 광변환 특성 및 연속 잉크젯 공정이 우수한 광변환 잉크 조성물을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 광변환 잉크 조성물을 이용하여 제조된 광변환 적층기판 및 광변환 화소기판을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 발광입자 및 중합성 모노머를 포함하며, 상기 발광입자는, Ag, In, Ga 및 S를 포함하는 코어; 및 In, Ga 및 S 중 적어도 2종의 원소를 포함하는 쉘을 포함하는 광변환 잉크 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 광변환 잉크 조성물을 이용하여 제조된 광변환 적층기판 및 광변환 화소기판을 제공한다.
본 발명에 따른 광변환 잉크 조성물을 이용하면 상대적으로 높은 광변환 효율을 나타내어 우수한 휘도를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 젯팅 시간에 따른 막두께 변화가 낮아서 균일한 패턴의 구현이 가능하다. 따라서, 연속공정 진행시 얼룩이 없는 우수한 광변환 도막을 제공할 수 있다.
본 발명은, 상기 광변환 잉크 조성물을 이용하여 백라이트 유닛 또는 광변환 화소기판에 유용하게 응용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 광변환 효율 측정 결과를 설명하기 위한 도이다.
도 2는 본 발명의 도막 균일도 평가에 이용된 기재를 설명하기 위한 도이다.
본 발명은 발광입자 및 중합성 모노머를 포함하며, 상기 발광입자로 특정한 금속 원소들을 포함하는 코어 및 쉘을 포함함으로써, 광변환 효율 및 젯팅 특성이 우수한 광변환 잉크 조성물 및 이를 이용하여 제조된 광변환 적층기판 및 광변환 화소기판을 제공한다.
구체적으로, 본 발명은, Ag, In, Ga 및 S를 포함하는 코어; 및 In, Ga 및 S 중 적어도 2종의 원소를 포함하는 쉘을 포함하는 발광입자를 포함함에 따라, 청색광원에 대한 흡수가 향상되는 특성이 있어서, 광변환 효율이 향상되는 것을 특징으로 한다. 특히 In, Ga, S중 적어도 2종의 원소를 포함하는 쉘을 포함하여 좁은 반치폭의 구현이 가능하여 색순도가 우수한 특징을 부여할 수 있다.
또한, 본 발명의 광변환 잉크 조성물을 이용하여 제조된 백라이트 유닛 및/또는 광변환 화소기판을 포함하는 화상표시장치는 변환되어 방출되는 광의 반치폭이 40nm이하인 경우 색순도가 우수하여 NTSC 색재현영역기준 100%이상의 색재현성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
<광변환 잉크 조성물>
본 발명의 광변환 잉크 조성물은 발광입자 및 중합성 모노머를 포함하며, 산란입자, 광중합 개시제, 첨가제 및 용제 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
발광 입자
발광 입자는, 예를 들면, 소정의 파장의 광을 흡수함으로써, 흡수한 파장과는 다른 파장의 광을 발할 수 있다. 발광성 나노 결정 입자는, 605∼665㎚의 범위에 발광 피크 파장을 갖는 광(적색광)을 발하는 적색 발광입자 일 수 있고, 500∼600㎚의 범위에 발광 피크 파장을 갖는 광(녹색광)을 발하는 녹색 발광 입자 일 수 있으며, 420∼480㎚의 범위에 발광 피크 파장을 갖는 광(청색광)을 발하는 청색 발광 입자일 수 있다. 본 발명의 광변환 잉크 조성물은, 상기 발광 입자 중 적어도 1종을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 발광 입자는 반도체 재료를 포함하는 것으로, 예컨데, 양자점 등을 들 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 발광 입자는 표면 상에 리간드층을 가지며, 상기 리간드층이 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에 있어서,
A는 -NH2 또는 -SH 이며,
R1 및 R2는, 서로 독립적으로, 직접연결 또는 C1 내지 C12의 알킬렌기이며,
R3은 C1 내지 C10의 알킬기 또는 C1 내지 C10 알케닐기 또는 C4 내지 C10의 아릴기이며,
L1은
Figure pat00002
이며,
m 및 n은 각각 독립적으로 0 내지 10의 정수이나, 동시에 0은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 1-1 내지 1-13 중 어느 하나로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 1-1]
Figure pat00003
[화학식 1-2]
Figure pat00004
[화학식 1-3]
Figure pat00005
[화학식 1-4]
Figure pat00006
[화학식 1-5]
Figure pat00007
[화학식 1-6]
Figure pat00008
[화학식 1-7]
Figure pat00009
[화학식 1-8]
Figure pat00010
[화학식 1-9]
Figure pat00011
[화학식 1-10]
Figure pat00012
[화학식 1-11]
Figure pat00013
[화학식 1-12]
Figure pat00014
[화학식 1-13]
Figure pat00015
본 발명에서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 유기 리간드로써 발광 입자(양자점)의 표면에 배위 결합되어 양자점을 안정화시키는 역할을 수행할 수 있다. 따라서, 본 발명의 발광입자가 표면 상에 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 리간드층을 갖는 경우, 우수한 발광특성, 광유지율 및 공정특성을 나타낼 수 있다.
통상적으로 제조된 양자점은 표면 상에 리간드층을 갖는 것이 일반적이며, 제조 직후 리간드층은 올레익산(oleic acid), 라우르산(lauric acid), 2-(2-메톡시에톡시)아세트산, 2-[2-(2-메톡시에톡시)에톡시]아세트산, 및 숙신산 모노-[2-(2-메톡시-에톡시)-에틸]에스테르 등으로 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 리간드층으로 포함하는 본 발명의 양자점과 비교하여, 리간드층과 양자점간의 보다 약한 결합력으로 인해 양자점 표면의 비결합 결함에 의한 이유로 표면 보호 효과가 저하될 수 있다. 또한 올레익산의 경우 고휘발성 화합물(VOC; volatile organic compound)인 n-헥산과 같은 포화 탄화수소계 용제, 클로로포름, 벤젠과 같은 방향족계 용제에 잘 분산이 되나, PGMEA와 같은 용제나 모너머(광중합성 화합물)에 분산성이 불량하다.
본 발명에 따른 양자점은 리간드층에 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함함으로써, 양자점의 표면이 보호됨에 따라 종래의 양자점에 비해 우수한 산화 안정성을 나타낼 수 있을 뿐만 아니라, 모너머에서의 분산성이 매우 뛰어나 광 특성을 향상시키는 효과가 나타난다.
또한, 본 발명의 양자점은 클로로포름 등의 방향족계 용제뿐만 아니라 PGMEA와 같은 용제에서도 우수한 분산성을 나타내어 QLED 소자 제조시 적용될 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 양자점은 리간드층에 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하면서, 올레익산(oleic acid), 라우르산(lauric acid), 2-(2-메톡시에톡시)아세트산, 2-[2-(2-메톡시에톡시)에톡시]아세트산, 및 숙신산 모노-[2-(2-메톡시-에톡시)-에틸]에스테르 등을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 양자점은 코어 및 상기 코어의 적어도 일부를 덮은 쉘을 포함하는 코어-쉘 구조를 가진다.
본 발명에서, 상기 코어-쉘 구조는, 코어와 제1 쉘로 이루어지는 구조, 예컨데 코어/쉘 구조일 수 있고, 코어와 제1 쉘 및 제2 쉘로 이루어지는 구조, 즉 코어/쉘/쉘 구조일 수 있다.
상기 코어는 은(Ag), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 황(S)의 사원소 화합물을 포함한다. 예컨데, 상기 코어는 AgInGaS이다. 이러한 코어는 단파장의 광원을 보다 효율적으로 흡수하고, 발광영역의 광흡수율은 최소화 할 수 있는 이점이 있어서, 적은 함량에서도 우수한 광변환 효율을 기대할 수 있다.
상기 쉘은 In, Ga 및 S 중 적어도 2종의 원소를 포함하며, 예컨데, GaS 등을 포함할 수 있다. 이때, 쉘은 본 발명에서 상기 쉘은 코어의 트랩에미션을 억제하여 발광파장의 반치폭을 좁게 유지할 수 있어서 색순도가 향상되는 기능을 한다.
예시적인 실시예 따르면, 코어-쉘 구조의 양자점은 AgInGaS/GaS등을 들 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
일부 실시예에 있어서, 본 발명은 필요에 따라 상술한 코어-쉘 구조 외에 다른 구조의 양자점을 더 포함할 수 있다. 예를 들면, InP/ZnSe/ZnS, InP/ZnS, InGaP/ZnS, InGaP/ZnSe/ZnS등의 코어-쉘 구조의 양자점을 더 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 양자점은 습식 화학 공정(wet chemical process), 유기금속 화학증착 공정(MOCVD, metal organic chemical vapor deposition) 또는 분자선 에피텍시 공정(MBE, molecular beam epitaxy)에 의해 합성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니나, 바람직하게는 습식 화학 공정(wet chemical process)에 의해 합성하는 것이 더욱 광특성이 우수한 양자점을 수득할 수 있다.
상기 습식 화학 공정이란 유기용제에 전구체 물질을 넣어 입자를 성장시키는 방법이다. 결정이 성장될 때 유기용제가 자연스럽게 양자점 결정의 표면에 배위되어 분산제 역할을 하여 결정의 성장을 조절하게 되므로, 유기금속 화학증착 공정이나 분자선 에피텍시와 같은 기상증착법보다 더 쉽고 저렴한 공정을 통하여 나노 입자의 성장을 제어할 수 있으므로, 상기 습식 화학 공정을 사용하여 상기 양자점을 제조하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 발광 입자는 상기 광변환 잉크 조성물 내 고형성분 100중량%에 대하여 3 내지 50 중량%, 바람직하게는 5 내지 45 중량%, 더욱 바람직하게는 8 내지 40 중량%로 포함될 수 있다. 발광 입자가 상기 범위 내로 포함되는 경우 광변환 효율이 향상될 수 있다.
상기 발광 입자가 상기 함량범위 미만으로 포함될 경우 광변환 효율이 저하되어 고품위의 표시장치의 구현이 어려울 수 있다. 또한 상기 함량범위를 초과할 경우 경화를 구현하는 성분들이 부족하여 도막의 경화도 부족에 의해 디스플레이 제조 후공정의 생산성 및 제품의 신뢰성을 저하시킬 수 있다.
중합성 모노머
본 발명의 일 실시형태에서, 광변환 잉크 조성물은 중합성 모너머를 포함한다.
상기 중합성 모노머는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00016
상기 화학식 2에서,
R4는 C1-C20의 알킬렌기, 페닐렌기 또는 C3-C10의 사이클로알킬렌기이며,
R5 및 R6은 각각 독립적으로, 수소 또는 메틸기이고, l은 1 내지 15의 정수일 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 C1-C20의 알킬렌기는 탄소수 1 내지 20개로 구성된 직쇄형 또는 분지형의 2가 탄화수소를 의미하며, 예를 들어 메틸렌, 에틸렌, n-프로필렌, 이소프로필렌, n-부틸렌, 이소부틸렌, n-펜틸렌, n-헥실렌, n-헵틸렌, n-옥틸렌, n-노닐렌 등이 포함되나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용되는 C3-C10의 사이클로알킬렌기는 탄소수 3 내지 10개로 구성된 단순 또는 융합 고리형 2가 탄화수소를 의미하며, 예를 들어 사이클로프로필렌, 사이클로부틸렌, 사이클로펜틸렌, 사이클로헥실렌 등이 포함되나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 C1-C20의 알킬렌기, 페닐렌기 및 C3-C10의 사이클로알킬렌기는 한 개 또는 그 이상의 수소가 C1-C6의 알킬기, C2-C6의 알케닐기, C2-C6의 알키닐기, C3-C10의 사이클로알킬기, C3-C10의 헤테로사이클로알킬기, C3-C10의 헤테로사이클로알킬옥시기, C1-C6의 할로알킬기, C1-C6의 알콕시기, C1-C6의 티오알콕시기, 아릴기, 아실기, 히드록시, 티오(thio), 할로겐, 아미노, 알콕시카르보닐, 카르복시, 카바모일, 시아노, 니트로 등으로 치환될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, R1은 C1-C20의 알킬렌기일 수 있으며, 바람직하게는 C2 - C16의 알킬렌기 일 수 있다. R1이 C1-C20의 알킬렌기인 경우, 본 발명의 광변환 잉크 조성물은 용제 없이도 발광입자의 분산성이 우수하여 제팅성이 개선되고, 도막 경도 및 두께 균일도가 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 l은 상술한 바와 같이 1 내지 15의 정수일 수 있고, 바람직하게는 1 내지 5의 정수일 수 있다. 상기 범위를 초과하는 경우, 점도가 높아서 분산성이 떨어질 수 있다.
상기 화학식 2로 표시되는 화합물의 구체예로는 1,6-헥산디올 디아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트, 2-하이드록시-3-메타크릴프로필아크릴레이트, 1,9-비스아크릴로일옥시노난, 트리프로필렌글리콜디아크릴레이트 등을 들 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 발광입자의 분산성을 향상시킴으로써 용제 없이도 80cP이하의 저점도 광변환 잉크 조성물의 구현을 가능하게 한다. 이에 따라, 본 발명에 따른 광변환 잉크 조성물은 잉크젯 인쇄 방식으로 광변환 적층기판를 제조하는데 효과적으로 사용될 수 있다.
본 발명의 광변환 잉크 조성물은 상기 화학식 2로 표시되는 중합성 모노머 외에도 본 발명의 목적을 벗어나지 않는 한도 내에서 당 분야에서 통상적으로 사용되는 중합성 화합물를 더 포함할 수 있다. 예를 들면 단관능 단량체, 2관능 단량체, 그 밖의 다관능 단량체 등을 들 수 있으며, 이들 중에서 2관능 단량체가 바람직하게 사용된다.
상기 단관능 단량체의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 노닐페닐카르비톨아크릴레이트, 2-히드록시-3-페녹시프로필아크릴레이트, 2-에틸헥실카르비톨아크릴레이트, 2-히드록시에틸아크릴레이트, N-비닐피롤리돈 등을 들 수 있다.
상기 2관능 단량체의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 비스페놀 A의 비스(아크릴로일옥시에틸)에테르 등을 들 수 있다.
상기 다관능 단량체의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, 에톡실레이티드트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, 프로폭실레이티드트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리스리톨트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리스리톨테트라(메타)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨트리(메타)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨펜타(메타)아크릴레이트, 에톡실레이티드디펜타에리스리톨헥사(메타)아크릴레이트, 프로폭실레이티드디펜타에리스리톨헥사(메타)아크릴레이트, 디펜타에리스리톨헥사(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있다.
이때 3관능 이상, 다관능 경화성 모노머를 더 포함하는 경우 잉크조성물의 점도를 80cP이내로 제어하는 경우 잉크젯 특성을 얻을 수 있다.
상기 중합성 모노머는 광변환 잉크 조성물 고형분 전체 100중량%에 대하여 30 내지 95 중량%, 바람직하게는 40 내지 90 중량%로 포함될 수 있다. 상기 중합성 모노머가 상기 범위 내로 포함될 경우 화소부의 강도나 평활성 측면에서 바람직한 이점이 있다. 상기 중합성 모노머가 상기 범위 미만으로 포함되는 경우 잉크 제팅을 위한 유동성 확보가 어려워 지며, 상기 범위를 초과하여 포함되는 경우 발광입자의 함량이 부족하여 광효율이 떨어지는 문제를 야기 할 수 있으므로 상기 범위 내로 포함되는 것이 바람직하다.
산란입자
본 발명에 따른 광변환 잉크 조성물은 산란입자를 더 포함할 수 있다.
상기 산란입자는 통상의 무기 재료를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 평균입경이 50 내지 1000nm인 금속산화물을 포함할 수 있다.
상기 금속산화물은 Li, Be, B, Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Sc, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Rb, Sr, Y, Mo, Cs, Ba, La, Hf, W, Tl, Pb, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Ti, Sb, Sn, Zr, Nb,Ce, Ta, In 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 금속을 포함하는 산화물일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
구체적으로 Al2O3, SiO2, ZnO, ZrO2, BaTiO3, TiO2, Ta2O5, Ti3O5, ITO, IZO, ATO, ZnO-Al, Nb2O3, SnO, MgO, BaSO4 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종이 가능하다. 필요한 경우 아크릴레이트 등의 불포화 결합을 갖는 화합물로 표면 처리된 재질도 사용 가능하다.
본 발명에 따른 광변환 잉크 조성물이 산란입자를 포함할 경우, 상기 산란입자를 통해 발광입자에서 방출된 광의 경로를 증가시켜 광변환 코팅층에서의 전체적인 광효율을 높일 수 있어 바람직하다. 이러한 측면에서, 본 발명의 광변환 잉크 조성물은 산란입자로 TiO2, SiO2, ZnO, BaSO4 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 산란입자는 50 내지 1000nm의 평균입경을 가질 수 있으며, 바람직하기로 100 내지 500nm 범위인 것을 사용한다. 이때 입자 크기가 너무 작으면 양자점으로부터 방출된 빛의 충분한 산란 효과를 기대할 수 없고, 이와 반대로 너무 큰 경우에는 조성물 내에 가라 앉거나 균일한 품질의 자발광층 표면을 얻을 수 없으므로, 상기 범위내에서 적절히 조절하여 사용한다.
상기 산란입자는 상기 광변환 잉크 조성물 고형분 전체 100중량%에 대하여 0.5 내지 20중량%, 바람직하게는 1 내지 15 중량%, 보다 바람직하게는 2 내지 10중량%로 포함될 수 있다. 상기 산란입자가 상기 범위 내로 포함될 경우 발광 세기 증가 효과가 극대화될 수 있어 바람직하다. 상기 산란입자가 상기 범위 미만으로 포함될 경우 얻고자 하는 발광 세기의 확보가 다소 어려울 수 있고, 상기 범위를 초과할 경우 청색 조사광의 투과도가 현저히 저하되어 발광입자의 광변환이 작용하지 않는 문제가 있으므로, 상기 범위 내에서 적절하게 사용하는 것이 바람직하다.
광중합 개시제
본 발명의 일 실시예에 따른 광변환 잉크 조성물은 광중합 개시제를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 광중합 개시제는 상기 중합성 모노머를 중합시킬 수 있는 것이라면 그 종류를 특별히 제한하지 않고 사용할 수 있다. 예를 들면, 상기 광중합 개시제는 중합특성, 개시효율, 흡수파장, 입수성, 가격 등의 관점에서 아세토페논계 화합물, 벤조페논계 화합물, 트리아진계 화합물, 비이미다졸계 화합물, 옥심계 화합물, 티오크산톤계 화합물, 및 포스핀 옥사이드 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 화합물을 사용하는 것이 바람직하다.
예를 들면, 5um이상의 후막경화를 위해서는 옥심계 화합물 또는 포스핀옥사이드 화합물을 사용하는 것이 경화막의 경화밀도 및 표면조도에 더욱 우수한 물성을 확보 할 수 있다.
상기 옥심계 화합물의 구체적인 예로는 o-에톡시카르보닐-α-옥시이미노-1-페닐프로판-1-온등을 들 수 있으며, 시판품으로 바스프사의 Irgacure OXE 01, OXE 02가 대표적이다.
상기 포스핀 옥사이드화합물로의 구체적인 예로는 트리메틸벤조일페닐포스핀옥사이드인 바스프사 Darocur TPO, Lucirin TPO가 대표적이다.
상기 광중합 개시제는 상기 광변환 잉크 조성물 고형분 전체 100 중량%에 대하여 0.1 내지 10 중량%, 바람직하게는 0.5 내지 8 중량%로 포함될 수 있다. 상기 광중합 개시제가 상기 범위 내로 포함되는 경우 상기 광변환 잉크 조성물이 고감도화되어 노광 시간이 단축되므로 생산성이 향상할 수 있기 때문에 바람직하다. 광중합 개시제가 상기 범위 미만으로 포함될 경우 광에의한 경화가 부족하여 충분한 경도를 얻을 수 없으며, 상기 범위를 초과하여 포함 될 경우 광중합 개시제에 의한 발광입자의 광변환 효율저하가 급격히 증가하여 얻고자 하는 발광세기를 얻을 수 없는 문제가 있으므로, 상기 범위 내에서 사용하는 것이 화소부의 강도와 상기 화소부의 표면에서의 평활성이 양호해지는 이점이 있다.
상기 광중합 개시제는 본 발명에 따른 광변환 잉크 조성물의 감도를 향상시키기 위해서, 광중합 개시 보조제를 더 포함할 수 있다. 상기 광중합 개시 보조제가 포함되는 경우 감도가 더욱 높아져 생산성이 향상되는 이점이 있다.
상기 광중합 개시 보조제는 예컨대, 아민 화합물, 카르복시산 화합물, 티올기를 가지는 유기 황화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 화합물이 바람직하게 사용될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 광중합 개시 보조제는 본 발명의 효과를 해치지 않는 범위에서 적절히 추가하여 사용할 수 있다.
첨가제
본 발명의 일 실시형태에 따른 광변환 잉크 조성물은 상기한 성분들 이외에, 도막 평탄성 또는 밀착성을 증진시키기 위해서 계면활성제, 밀착촉진제와 같은 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 광변환 잉크 조성물이 상기 계면활성제를 포함하는 경우 도막 평탄성이 향상될 수 있는 이점이 있다. 예컨대 상기 계면활성제는 BM-1000, BM-1100(BM Chemie사), 프로라이드 FC-135/FC-170C/FC-430(스미토모 쓰리엠㈜), SH-28PA/-190/-8400/SZ-6032(도레 시리콘㈜) 등의 불소계 계면 활성제를 사용할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
상기 밀착촉진제는 기판과의 밀착성을 높이기 위하여 첨가될 수 있는 것으로서 카르복실기, 메타크릴로일기, 이 소시아네이트기, 에폭시기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 반응성 치환기를 갖는 실란 커플링제를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이 외에도 본 발명에 따른 광변환 잉크 조성물은 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서 산화 방지제, 자외선 흡수제, 응집 방지제와 같은 첨가제를 더 포함할 수도 있으며, 상기 첨가제는 역시 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서 당업자가 적절히 추가하여 사용이 가능하다.
상기 첨가제는 상기 광변환 잉크 조성물 고형분 전체 100 중량%에 대하여 0.01 내지 10 중량%, 구체적으로 0.02 내지 8중량%, 더욱 구체적으로 0.03 내지 5 중량%로 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 첨가제가 상기 범위 내로 포함되는 경우 상기 광변환 잉크 조성물의 평탄성, 밀착성등이 향상 될 수 있기 때문에 바람직하다. 첨가제가 상기 범위 미만으로 포함될 경우 기대하는 평탄성 또는 밀착성등의 효과가 충분하지 않을 수 있으며, 상기 범위를 초과하여 포함 될 경우 발광입자 혹은 중합성 모노머의 함량이 줄어들어 발광세기의 저하 또는 경화막의 경화도 저하등의 문제가 있으므로, 상기 범위 내에서 사용하는 것이 화소부의 강도와 상기 화소부의 표면에서의 평탄성 또는 밀착성이 양호해지는 이점이 있다.
용제
본 발명의 일 실시예에 따른 광 변환 잉크 조성물은 용제를 더 포함할 수 있으며, 용제를 포함하지 않는 무용제 형일 수 있다. 본 발명의 광변환 잉크 조성물이 용제를 포함하는 경우, 예를 들면, 광변환 잉크 조성물 전체 100 중량%에 대하여 20 중량% 이하의 양으로 용제를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 광변환 잉크 조성물은 연속 공정성 면에서 용제를 포함하지 않는 무용제형일 수 있다.
본 발명의 광변환 조성물은 용제를 포함하지 않는 무용제형인 경우라도, 상술한 중합성 모노머를 포함함에 따라 발광입자의 광특성 및 분산성이 우수하고, 저점도 구현이 가능하여 잉크의 노즐 젯팅 특성이 우수하다.
상기 용제로는 에테르 또는 에스테르계 용제, 지방족 포화 탄화수소계 용제, 할로겐화 탄화수소계 용제, 방향족 탄화수소계 용제 등을 사용할 수 있으며, 예컨대 프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트(PGMEA), 에틸렌 글리콜모노에틸 에테르 아세테이트, 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 에틸렌글리콜모노프로필에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르 등의 에틸렌글리콜모노알킬에테르류, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜디에틸에테르, 디에틸렌글리콜디프로필에테르, 디에틸렌글리콜디부틸에테르 등의 디에틸렌글리콜디알킬에테르류, 메틸셀로솔브아세테이트, 에틸셀로솔브아세테이트 등의 에틸렌글리콜알킬에테르아세테이트류, 프로필렌글리콜모노프로필에테르아세테이트, 메톡시부틸아세테이트, 메톡시펜틸아세테이트 등의 알킬렌글리콜알킬에테르아세테이트류, 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 메시틸렌 등의 방향족 탄화수소류, 메틸에틸케톤, 아세톤, 메틸아밀케톤, 메틸이소부틸케톤, 시클로헥사논 등의 케톤류, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 헥산올, 시클로헥산올, 에틸렌글리콜, 글리세린 등의 알코올류, 3-에톡시프로피온산에틸, 3-메톡시프로피온산메틸 등의 에스테르류, γ-부티로락톤 등의 환상 에스테르류 등을 사용할 수 있다.
< 광변환 적층기판, 백라이트 유닛 및 화상표시장치>
본 발명의 일 실시형태는 발광 소자가 방출하는 광을 흡수하여 청색 또는 녹색 또는 적색으로 변환하여 방출하는 광변환 적층기판으로서, 상기 광변환 적층기판은 상술한 광변환 잉크 조성물을 이용하여 형성된다.
또한, 본 발명은 상술한 광변환 잉크 조성물을 이용하여 제조된, 레드(RED), 그린(GREEN) 및 블루(BLUE)의 컬러필터 기능을 하는 광변환 화소기판을 제공할 수 있다.
상기 광변환 적층기판 및/또는 광변환 화소기판은 상술한 광변환 잉크 조성물을 잉크젯 방식으로 소정영역에 도포하고, 상기 도포된 광변환 잉크 조성물을 경화시켜 형성될 수 있다.
상기 기재로는 유리 기판, 실리콘 기판, 폴리카보네이트 기판, 폴리에스테르 기판, 방향족 폴리아미드 기판, 폴리아미드이미드 기판, 폴리이미드 기판, Al 기판, GaAs 기판 등의 표면이 평탄한 기판을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이들 기판은 실란 커플링제 등의 약품에 의한 약품 처리, 플라스마 처리, 이온 플레이팅 처리, 스퍼터링 처리, 기상반응 처리, 진공증착 처리 등의 전처리를 실시할 수 있다. 기판으로서 실리콘 기판 등을 사용하는 경우, 실리콘 기판 등의 표면에는 전하 결합소자(CCD), 박막 트랜지스터(TFT) 등이 형성될 수 있다. 또한, 격벽 매트릭스가 형성되어 있을 수도 있다. 상기 경화는 열경화 조건으로 수행할 수 있다.
예컨대, 상기 경화는 100 내지 250℃, 바람직하게는 150 내지 230℃에서, 5분 내지 30분, 바람직하게는 10분 동안 수행할 수 있다.
잉크젯 분사기의 일례인 피에조 잉크젯 헤드에서 분사되어 기판 위에서 적절한 상(phase)을 형성하기 위하여, 점도, 유동성, 양자점 입자 등의 특성이 잉크젯 헤드와 균형 있게 맞춰져야 한다.　 본 발명에서 사용된 피에조 잉크젯 헤드는 제한되지 않으나, 약 3 내지 100pL, 바람직하게는 약 5 내지 40pL의 액적 크기를 가지는 잉크를 분사한다.
본 발명의 광변환 잉크 조성물의 점도는 약 3 내지 50cP가 적당하며, 보다 바람직하게는 7 내지 40cP의 범위에서 조절된다.
본 발명에 따른 광변환 적층기판은 청색 광원에 적용되는 경우 뛰어난 광출력을 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 실시예는, 녹색 광을 발광시키는 녹색 발광 소자로서, 구체적으로 500∼600㎚ 파장의 녹색 광을 방출하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 녹색 발광 소자는 녹색 발광 다이오드(LED)일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는 상기 청색 광원에 적용된 광변환 적층기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 백라이트 유닛에 관한 것이다.
상기 백라이트 유닛은 도광판, 반사판 등의 통상적으로 포함되는 구성을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는 상기 백라이트 유닛을 포함하는 화상표시장치에 관한 것이다.
본 발명의 화상표시장치는 통상의 액정 표시 장치뿐만 아니라, 전계 발광 표시 장치, 플라스마 표시 장치, 전계방출 표시 장치 등 각종 화상표시장치를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시형태는, 상술한 광변환 잉크 조성물의 경화물을 포함하는 광변환 화소에 관한 것이다.
예를 들면, 상술한 광변환 잉크 조성물을 잉크젯 방식으로 소정영역에 도포하는 단계 및 상기 도포된 광변환 잉크 조성물을 경화시키는 단계를 포함하여, 광변환 잉크 조성물의 패턴을 형성함으로써 광변환 화소를 제조할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 구체적인 실시예 및 비교예들을 포함하는 실험예를 제시하나, 이는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다. 또한, 이하에서 함유량을 나타내는 “%” 및 “부”는 특별히 언급하지 않는 한 중량 기준이다.
합성예
합성예 1: AgInGaS/GaS 코어-쉘 발광입자 합성(A-2)
0.0625 mmol의 요오드화 은(AgI, 99.999%), 1.25 mmol의 갈륨 아세틸아세토네이트(Ga(acac)3, 99.99%) 및 1 mmol의 황(99.998%)을 1-도데칸티올(DDT≥98%) 1.5 mL 및 올레일 아민(OLA, 70%) 5 mL와 함께 플라스(three-neck flask)에 넣어 혼합 용액을 제조하고, 혼합 용액을 120℃로 가열해 디가스한 후 N2 퍼징을 하며 성장 온도인 240℃까지 승온하였다. 이 온도에서 30분간 유지하여 AGS 코어 QD를 성장시켰다. 이 AGS 코어 용액에 0.01mmol의 인듐 아세테이트(In(Ac)3, 99.99%)를 추가하였다. 혼합 용액을 120℃로 가열해 디가스한 후 N2 퍼징을 하며 성장 온도인 240℃까지 승온하였다. 이 온도에서 10분간 유지하여 AIGS 코어 QD를 성장시켰다.
30nmol의 AIGS 코어 QD 을 7ml 올레일 아민, 0.1mmol 갈륨 아세틸아세토네이트(Ga(acac)3, 99.99%), 0.1mmol의 1,3-dimethyl-thiourea 와 함께 혼합하고, 빠르게 230℃까지 승온하였다. 그리고 inert 조건에서 1분당 2℃씩 증가시켜 280℃까지 승온하였다. 용액을 다시 상온으로 냉각시키고, 30분간 반응에 참여하지 않은 황 화합물들을 degas하여 제거한다. 양자점은 에탄올에 침전 시켜 원심분리하여 정제한 후 감압건조를 실시하여 AgInGaS/GaS 양자점 파우더를 수득하였다.
수득된 양자점 파우더를 클로로포름 용액에 0.1w%로 희석한 후 QE-2100(오츠카전자)을 이용하여 발광파장과 반치폭을 측정하였다. 발광파장 및 반치폭을 측정한 결과 각각 523nm, 33nm였다.
합성예 2: AgInGaS/ZnS 코어-쉘 발광입자 합성(A-3)
0.0625 mmol의 요오드화 은(AgI, 99.999%), 1.25 mmol의 갈륨 아세틸아세토네이트(Ga(acac)3, 99.99%) 및 1 mmol의 황(99.998%)을 1-도데칸티올(DDT≥98%) 1.5 mL 및 올레일 아민(OLA, 70%) 5 mL와 함께 플라스(three-neck flask)에 넣어 혼합 용액을 제조하고, 혼합 용액을 120℃로 가열해 디가스한 후 N2 퍼징을 하며 성장 온도인 240℃까지 승온하였다. 이 온도에서 30분간 유지하여 AGS 코어 QD를 성장시켰다. 이 AGS 코어 용액에 0.01mmol의 인듐 아세테이트(In(Ac)3, 99.99%)를 추가하였다. 혼합 용액을 120℃로 가열해 디가스한 후 N2 퍼징을 하며 성장 온도인 240℃까지 승온하였다. 이 온도에서 30분간 유지하여 AIGS 코어 QD를 성장시켰다.
삼구 플라스크에 아연 아세테이트 8mmol, 올레산 8 mL 및 1-옥타데센 4 mL를 넣고, 교반하면서 110℃, 100 mTorr 하에서 30분 동안 탈기(degassing) 과정을 거친 후, 용액이 투명해질 때까지 비활성 기체 하에서 270℃의 온도로 가열한 후 60℃로 냉각시켜 투명한 징크 올레에이트 형태의 징크 전구체 용액을 얻었다.
삼구 플라스크에 황(S) 8mmol 및 트리-n-옥틸포스핀(TOP) 10 mL를 넣고 용액이 투명해질 때까지 비활성 기체 분위기에서 교반하면서 80℃의 온도로 가열한 후 상온으로 냉각시켜 TOP:S 형태의 황 전구체 용액을 얻었다.
별도의 삼구 플라스크에 AIGS의 나노입자 용액을 넣고, 플라스크의 온도를 240℃로 조절한 후 미리 준비한 징크 전구체 용액 0.6 mL를 주사기를 활용하여 빠르게 주입하였다. 이 후 미리 준비한 황 전구체 용액 0.3 mL를 주사기 펌프를 활용하여 2 mL/hr의 속도로 플라스크에 주입하였다. 주입이 끝난 후 1 시간 반응을 더 진행하고 빠르게 냉각시켜 반응을 종결시켰다. 양자점은 에탄올에 침전 시켜 원심분리하여 정제한 후 감압건조를 실시하여 AgInGaS/ZnS 양자점 파우더를 수득하였다. 수득된 양자점 파우더의 발광파장 및 반치폭은 합성예 1에서와 동일한 방법을 통하여 측정한 결과 각각 523nm, 42nm임을 확인하였다
합성예 3: AgInGaS/ZnSe/ZnS 코어-쉘 발광입자 합성(A-4)
0.0625 mmol의 AgI(99.999%), 1.25 mmol의 갈륨 아세틸아세토네이트(Ga(acac)3, 99.99%) 및 1 mmol의 황(99.998%)을 1-도데칸티올(DDT≥98%) 1.5 mL 및 올레일 아민(OLA, 70%) 5 mL와 함께 플라스(three-neck flask)에 넣어 혼합 용액을 제조하고, 혼합 용액을 120℃로 가열해 디가스한 후 N2 퍼징을 하며 성장 온도인 240℃까지 승온하였다. 이 온도에서 30분간 유지하여 AGS 코어 QD를 성장시켰다. 이 AGS 코어 용액에 0.01mmol의 인듐 아세테이트(In(Ac)3, 99.99%)를 추가하였다. 혼합 용액을 120℃로 가열해 디가스한 후 N2 퍼징을 하며 성장 온도인 240℃까지 승온하였다. 이 온도에서 30분간 유지하여 AIGS 코어 QD를 성장시켰다.
이어서 아연 아세테이트 8mmol 올레산 16mmol 및 트리옥틸아민 20mL를 반응기에 넣고 진공 하에 120℃로 가열하였다. 1시간 후 반응기 내 분위기를 질소로 전환하고 반응기를 280℃로 승온시켰다. 앞서 합성한 코어 용액 2mL를 넣고, 이어서 트리옥틸포스핀 중의 셀레늄(Se/TOP) 16 mmol을 넣은 후, 최종 혼합물을 2시간 동안 반응시켰다. 상온으로 신속하게 식힌 반응 용액에 에탄올을 넣고 원심 분리하여 얻은 침전을 감압여과 후 감압 건조하여 AgInGaS /ZnSe 코어-쉘을 형성시켰다.
이어서, 아연 아세테이트 8mmol, 올레산 16mmol 및 트리옥틸아민 20mL를 반응기에 넣고 진공 하에 120℃로 가열하였다. 1시간 후 반응기 내 분위기를 질소로 전환하고 반응기를 280℃로 승온시켰다. 앞서 합성한 코어 용액 2mL를 넣고, 이어서 트리옥틸포스핀 중의 황(S/TOP) 16mmol을 넣은 후, 최종 혼합물을 2시간 동안 반응시켰다. 양자점은 에탄올에 침전 시켜 원심분리하여 정제한 후 AgInGaS/ZnSe/ZnS 양자점 파우더를 수득하였다. 수득된 양자점의 발광파장 및 반치폭을 측정한결과 각각 525nm, 45nm였다.
합성예 4: InP/ZnS 코어-쉘 발광입자 합성(A-5)
삼구 플라스크(3-neck flask)에 인듐 아세테이트 0.05839g, 올레산 0.12019g 및 1-옥타데센(ODE) 10 mL를 넣었다. 상기 플라스크를 교반하면서 110℃, 100 mTorr 하에서 30분 동안 탈기(degassing) 과정을 거친 후, 용액이 투명해질 때까지 비활성 기체 하에서 270℃의 온도로 가열해주었다.
인(P) 전구체로서 트리스(트리메틸실릴)포스핀을 0.025054g 준비하여, 1-옥타데센 0.5 mL와 트리-n-옥틸포스핀 0.5 mL에 넣고 교반하여 이를 비활성 기체 하에서 270℃로 가열된 상기 플라스크에 빠르게 주입하였다. 1시간 동안 반응시킨 후 빠르게 냉각시켜 반응을 종결시켰다. 이후 플라스크의 온도가 100℃에 도달하였을 때, 10mL의 톨루엔을 주입한 후 50 mL 원심분리 튜브에 옮겨 담았다. 에탄올 10 mL를 첨가한 후, 침전 및 재분산 방법을 활용하여 두 차례 정제하였다. 정제된 InP 코어 나노입자를 1-옥타데센에 분산시킨 후 저장하였다.
삼구 플라스크에 징크 아세테이트 3.669 g, 올레산 20 mL 및 1-옥타데센 20 mL를 넣고, 교반하면서 110℃, 100 mTorr 하에서 30분 동안 탈기(degassing) 과정을 거친 후, 용액이 투명해질 때까지 비활성 기체 하에서 270℃의 온도로 가열한 후 60℃로 냉각시켜 투명한 징크 올레에이트 형태의 징크 전구체 용액을 얻었다.
삼구 플라스크에 황(S) 0.6412 g 및 트리-n-옥틸포스핀(TOP) 10 mL를 넣고 용액이 투명해질 때까지 비활성 기체 분위기에서 교반하면서 80℃의 온도로 가열한 후 상온으로 냉각시켜 TOP:S 형태의 황 전구체 용액을 얻었다.
별도의 삼구 플라스크에 미리 준비한 InP 코어의 나노입자 용액을 넣고, 플라스크의 온도를 300℃로 조절한 후 미리 준비한 징크 전구체 용액 0.6 mL를 주사기를 활용하여 빠르게 주입하였다. 이 후 미리 준비한 황 전구체 용액 0.3 mL를 주사기 펌프를 활용하여 2 mL/hr의 속도로 플라스크에 주입하였다. 주입이 끝난 후 3 시간 반응을 더 진행하고 빠르게 냉각시켜 반응을 종결시켰다. 플라스크의 온도가 100℃에 도달하였을 때, 10mL의 톨루엔을 주입한 후, 50 mL 원심분리 튜브에 옮겨 담았다. 에탄올 10 mL를 첨가한 후, 침전 및 재분산 방법을 활용하여 두 차례 정제한 후 감압건조를 실시하여 InP/ZnS 양자점 파우더를 수득하였다. 수득된 양자점의 발광파장 및 반치폭은 각각 524nm, 43nm 였다
합성예 5: InP/ZnSe/ZnS 코어-쉘 발광입자 합성(A-6)
인듐 아세테이트(Indium acetate) 0.4mmol(0.058g), 팔미트산(palmitic acid) 0.6mmol(0.15g) 및 1-옥타데센(octadecene) 20mL를 반응기에 넣고 진공 하에 120℃로 가열하였다. 1시간 후 반응기 내 분위기를 질소로 전환하였다. 280℃로 가열한 후, 트리스(트리메틸실릴)포스핀(TMS3P) 0.2mmol(58㎕) 및 트리옥틸포스핀 1.0mL의 혼합 용액을 신속히 주입하고 0.5분간 반응시켰다.
이어서 아연 아세테이트 2.4mmoL(0.448g), 올레산 4.8mmol 및 트리옥틸아민 20mL를 반응기에 넣고 진공 하에 120℃로 가열하였다. 1시간 후 반응기 내 분위기를 질소로 전환하고 반응기를 280℃로 승온시켰다. 앞서 합성한 InP 코어 용액 2mL를 넣고, 이어서 트리옥틸포스핀 중의 셀레늄(Se/TOP) 4.8 mmol을 넣은 후, 최종 혼합물을 2시간 동안 반응시켰다. 상온으로 신속하게 식힌 반응 용액에 에탄올을 넣고 원심 분리하여 얻은 침전을 감압여과 후 감압 건조하여 InP/ZnSe 코어-쉘을 형성시켰다.
이어서, 아연 아세테이트 2.4mmoL(0.448g), 올레산 4.8mmol 및 트리옥틸아민 20mL를 반응기에 넣고 진공 하에 120℃로 가열하였다. 1시간 후 반응기 내 분위기를 질소로 전환하고 반응기를 280℃로 승온시켰다. 앞서 합성한 InP 코어 용액 2mL를 넣고, 이어서 트리옥틸포스핀 중의 황(S/TOP) 4.8mmol을 넣은 후, 최종 혼합물을 2시간 동안 반응시켰다. 상온으로 신속하게 식힌 반응 용액에 에탄올을 넣고 원심 분리하여 얻은 침전을 감압여과 후 감압 건조하여 InP/ZnSe/ZnS 코어-쉘 구조의 양자점을 수득하였다. 수득된 양자점의 발광파장 및 반치폭은 각각 523nm, 43nm였다.
합성예 6: 화합물 L1의 합성
Dean stark, 환류냉각기 그리고 온도계를 구비한 1000mL 4구 플라스크에 4-tert-Butoxycarbonylamino-piperidin-1-yl)-acetic acid(에이펙스몰 테크놀러지사) 129.2g과 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르 73.8 mole, p-톨루엔 술폰산 1.6g, 톨루엔 200g을 넣고 110℃ 가열 및 교반하면서 8시간 반응시켰다. 탈수되는 양을 확인 후 반응 종료하였다. 반응물을 탄산수소나트륨 10% 수용액으로 워크업 후 분액하여 유기액 층을 황산마그네슘으로 건조 처리 후 감압농축 시켰다.
이어서 농축물에 디클로로메탄100 g, 트리플루오로아세트산 3.0g을 넣고 상온에서 2시간 반응을 하였다.
반응 종류 후 탄산수소나트륨 10% 수용액으로 워크업 후 분액하여 유기액 층을 황산마그네슘으로 건조 처리 후 감압농축 후 컬럼정제를 하여 하기의 화합물 L1을 수득하였다. 수득량: 80g, GC-MS : 275.
1HNMR(400MHz, CDCl3): δ 4.27(t, 2H), 3.43~3.67(m, 8H), 3.35(d, 2H), 2.65(s, 1H), 1.75~2.25(m, 10H), 1.13(t, 3H)
L1:
Figure pat00017
합성예 7: 화합물 L2의 합성
Dean stark, 환류냉각기 그리고 온도계를 구비한 1000mL 4구 플라스크에 2-(4-sulfanylpiperidin-1-yl)acetic acid 87.6g과 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르 73.8g p-톨루엔 술폰산 1.2g, 톨루엔 200g을 넣고 110℃ 가열 및 교반하면서 6시간 반응시켰다. 탈수되는 양을 확인 후 반응 종료하였다. 반응물을 탄산수소나트륨 10% 수용액에 넣고 교반 후 분액하여 유기액 층을 황산마그네슘으로 건조 처리 및 여과 후 감압농축 시켰다.
이어서 컬럼정제를 하여 하기의 화합물 L2을 수득하였다. 수득량: 75g, GC-MS : 292
1HNMR(400MHz, CDCl3): δ 4.25(t, 2H), 3.40~3.66(m, 8H), 3.33(d, 2H), 2.58(s, 1H), 1.65~2.26(m, 8H), 1.11(t, 3H)
L2:
Figure pat00018
합성예 8: 화합물 L3의 합성
Dean stark, 환류냉각기 그리고 온도계를 구비한 1000mL 4구 플라스크에 [4-(tert-Butoxycarbonylamino-methyl)-piperidin-1-yl]-acetic acid 136.2g, Diethylene glycol monoallyl ether(알드리치사) 82.1g, p-톨루엔 술폰산 3.0g, 톨루엔 200g을 넣고 110℃ 가열 및 교반하면서 6시간 반응시켰다. 탈수되는 양을 확인 후 반응 종료하였다. 반응물을 탄산수소나트륨 10% 수용액에 넣고 교반 후 분액하여 유기액 층을 황산마그네슘으로 건조 처리 및 여과 후 감압농축 시켰다.
이어서 농축물에 디클로로메탄100 g, 트리플루오로아세트산 3.0g을 넣고 상온에서 2시간 반응을 하였다.
반응 종류 후 탄산수소나트륨 10% 수용액으로 워크업 후 분액하여 유기액 층을 황산마그네슘으로 건조 처리 후 감압농축 후 컬럼정제를 하여 하기의 화합물 L3을 수득하였다. 수득량: 96g, GC-MS : 301
1HNMR(400MHz, CDCl3): δ 5.92(m, 1H), 4.29(t, 2H), 4.03(t, 2H), 3.55~3.66(m, 6H), 3.31(d, 2H), 2.60(d, 2H), 1.40~2.60(m, 11H)
L3:
Figure pat00019
합성예 9: 화합물 L4의 합성
Dean stark, 환류냉각기 그리고 온도계를 구비한 1000mL 4구 플라스크에 4-tert-Butoxycarbonylamino-piperidin-1-yl)-acetic acid(에이펙스몰 테크놀러지사) 129.2g 과 2-(2-(2-(2-(2-allyloxyethoxy)ethoxy)ethoxy)ethoxy)ethan-1-ol 153.1, p-톨루엔 술폰산 3.6g, 톨루엔 200g을 넣고 110도 가열 및 교반하면서 8시간 반응시켰다. 탈수되는 양을 확인 후 반응 종료하였다. 반응물을 탄산수소나트륨 10% 수용액으로 워크업 후 분액하여 유기액 층을 황산마그네슘으로 건조 처리 후 감압농축 시켰다.
이어서 농축물에 디클로로메탄100 g, 트리플루오로아세트산 3.0g을 넣고 상온에서 2시간 반응을 하였다.
반응 종류 후 탄산수소나트륨 10% 수용액으로 워크업 후 분액하여 유기액 층을 황산마그네슘으로 건조 처리 후 감압농축 후 컬럼정제를 하여 하기의 화합물 L4를 수득하였다. 수득량: 110g, GC-MS : 419
1HNMR(400MHz, CDCl3): δ 5.87(m, 1H), 5.13~5.27(d, 2H), 4.23(t, 2H), 4.00(t, 2H), 3.55~3.69(m, 18H), 3.32(d, 2H), 2.61(d, 1H), 1.70~2.26(m, 10H)
L4:
Figure pat00020
합성예 10: 리간드 치환 반응에 의한 양자점(A-7)
A-2 합성예의 AIGS 양자점을 3.00g에 “화합물 L1”을 넣고 질소분위기 하에서 60℃로 가열하면서 한시간 동안 반응시켰다.
이어서, 반응물에 25mL의 n-헥산을 넣어 양자점을 침전시킨 후 원심분리를 실시하여 침전물을 분리한 다음 HDDA을 투입하여 80℃로 가열하면서 분산시켰다. HDDA로 고형분은 50%로 조정하였다. 최대발광파장은 522nm 였다.
합성예 11: 리간드 치환 반응에 의한 양자점(A-8)
A-2 합성예의 AIGS 양자점을 3.00g에 “화합물 L2”를 사용한 것을 제외하고, 합성예 10과 동일하게 진행하였다.
HDDA로 고형분은 50%로 조정하였다. 최대발광파장은 523nm 였다.
합성예 12: 리간드 치환 반응에 의한 양자점(A-9)
A-2 합성예의 AIGS 양자점을 3.00g에 “화합물 L3”를 사용한 것을 제외하고, 합성예 10과 동일하게 진행하였다.
HDDA로 고형분은 50%로 조정하였다. 최대발광파장은 524nm 였다.
합성예 13: 리간드 치환 반응에 의한 양자점(A-10)
A-2 합성예의 양자점을 3.00g에 “화합물 L4”를 사용한 것을 제외하고, 합성예 10과 동일하게 진행하였다.
HDDA로 고형분은 50%로 조정하였다. 최대발광파장은 526nm 였다.
합성예 14: 비교합성예(A-11)
A-5 합성예의 양자점을 3.00g에 “화합물 L1”을 넣고 질소분위기 하에서 60℃로 가열하면서 한시간 동안 반응시켰다.
이어서, 반응물에 25mL의 n-헥산을 넣어 양자점을 침전시킨 후 원심분리를 실시하여 침전물을 분리한 다음 HDDA을 투입하여 80℃로 가열하면서 분산시켰다. HDDA로 고형분은 50%로 조정하였다. 최대발광파장은 525nm 였다.
실시예 및 비교예: 광변환 잉크 조성물의 제조
하기 표 1 내지 표 2의 조성으로 각각의 성분들을 혼합하여 광변환 잉크 조성물을 제조하였다 (단위: 중량%).
　 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6
발광입자
(A)　		 A-2 10 10 - - - -
A-3 - - - - - -
A-4 - - - - - -
A-5 - - - - - -
A-6 - - - - - -
A-7 - - 10 - - -
A-8 - - - 10 - -
A-9 - - - - 10 -
A-10 - - - - - 10
A-11 - - - - - -
중합성
모노머(B)　		 B-1 87 - 82 82 - -
B-2 - - - - 82 82
B-3 - 82 - - - -
B-4 - - - - - -
B-5 - - - - - -
산란입자(C) - 5 5 5 5 5
광중합개시제(D) 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5
첨가제(E) 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
용제 (F) - - - - - -
　 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5
발광입자(A) A-2 - - - - -
A-3 10 - - - -
A-4 - 10 - - -
A-5 - - 10 - -
A-6 - - - 10 -
A-7 　 　 　 　 　
A-8 　 　 　 　 　
A-9 　 　 　 　 　
A-10 　 　 　 　 　
A-11 - - - - 10
중합성 모노머(B) B-1 87 87 87 87 87
B-2 - - - - -
B-3 - - - - -
B-4 - - - - -
B-5 - - - - -
산란입자(C) - - - - -
광중합개시제(D) 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5
첨가제(E) 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
용제 (F) - - - - -
- A-2: AgInGaS/GaS
- A-3: AgInGaS/ZnS
- A-4: AgInGaS/ZnSe/ZnS
- A-5: InP/ZnS
- A-6: InP/ZnSe/ZnS
- A-7: 합성예10의 L1을 포함하는 양자점
- A-8: 합성예11의 L2을 포함하는 양자점
- A-9: 합성예12의 L3을 포함하는 양자점
- A-10: 합성예13의 L4을 포함하는 양자점
- A-11: 합성예 14의 양자점(L1 화합물이 처리된 A5 양자점(비교예))
- B-1: 1,6-헥산디올 디아크릴레이트(신나카무라가가쿠 사)
- B-2: 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트 (신나카무라가가쿠 사)
- B-3: 2-하이드록시-3-메타크릴프로필아크릴레이트(신나카무라가가쿠 사)
- B-4: 디펜타에리스리톨헥사아크릴레이트 (신나카무라가가쿠 사)
- B-5: 펜타에리스톨테트라아크릴레이트 (신나카무라가가쿠 사)
- C: TiO2 (훈츠만사, TR-88, 입경 220nm)
- D: Irgacure OXE-01(바스프사)
- E: SH8400(다우코닝 도레이 실리콘사)
- F: 프로필렌글리콜메틸에테르아세테이트(PGMEA)
실험예
1. 광변환 코팅층의 제조 및 광변환 효율 측정
실시예 및 비교예에서 제조된 각각의 광변환 잉크 조성물을 잉크젯 방식으로 5cm×5cm 유리 기판 위에 도포한 다음, 자외선 광원으로서 g, h, i 선을 모두 함유하는 1kW 고압 수은등을 사용하여 1000mJ/cm2로 조사 후 180℃의 가열 오븐에서 30분 동안 가열하여 광변환 코팅층을 제조하였다.
제조된 광변환 코팅층을 청색(blue) 광원(XLamp XR-E LED, Royal blue 450, Cree 社) 상부에 위치시킨 후 휘도 측정기(CAS140CT Spectrometer, Instrument systems 社)를 이용하여 (A)광변환 효율을 하기의 식을 이용하여 측정하였다. 측정된 결과를 표 3에 기재하였다.
Figure pat00021
또한, 측정된 (A)광변환 효율 결과는 비교예 3의 InP/ZnS 코어-쉘 발광입자의 광변환 효율(%)을 100%로 하여 향상된 (B)광변환 효율(%)을 표 3에 기재하였다.
2. 발광 Spectrum의 반치폭(FWHM)
제조된 광변환 코팅층을 청색(blue) 광원(XLamp XR-E LED, Royal blue 450, Cree 社) 상부에 위치시킨 후 휘도 측정기(CAS140CT Spectrometer, Instrument systems 社)를 통해 측정된 발광 Spectrum의 반치폭 값을 취하였다.
측정된 반치폭 값은 하기 표 3에 기재하였으며, 반치폭의 값이 낮을수록 색순도가 양호해 지며, 특히 반치폭이 40nm이하인 경우 더욱 우수한 색순도를 기대할 수 있다.
3. 도막 균일도
도 2에서와 같이 가로 30um, 세로 90um, 깊이 10um의 우물형패턴이 형성된 기재에 유니젯사 잉크젯장비를 이용하여 20pL의 액적을 20방울 적하시킨 후 1시간 경과 후 인접 픽셀에 동일방법으로 젯팅을 실시하였다. 젯팅된 기판은 상기 광변환 코팅층의 제조 및 광변환 효율측정에서 게시된 방법과 동일하게 자외선 조사 후 가열오븐에서 30분간 가열을 실시한 후 막두께측정기(Dektak, 블루커사제)를 이용하여 두 패턴의 막두께를 측정한 후 두 패턴간의 막두께 변화율을 구하여 표 3에 기재하였다.
막두께 변화율 0% ~ 5% 이하: ○
막두께 변화율 5% 초과 ~ 10% 이하: △
막두께 변화율 10% 초과: X
평가결과 (A)광변환 효율(%) (B)광변환 효율(%) 반치폭(nm) 도막균일도 연속제팅횟수
실시예 1 24% 200% 33nm ○ 5회초과
실시예 2 30% 250% 34nm ○ 5회초과
실시예 3 36% 300% 34nm ○ 5회초과
실시예 4 33% 275% 35nm ○ 5회초과
실시예 5 35% 292% 34nm ○ 5회초과
실시예 6 34% 283% 36nm ○ 5회초과
비교예 1 21% 175% 45nm ○ 4회
비교예 2 22% 183% 48nm ○ 5회
비교예 3 12% 100% 47nm ○ 5회초과
비교예 4 15% 125% 45nm ○ 5회초과
비교예 5 7% 58% 45nm X 측정불가
상기 실험결과를 통해, 본 발명의 코어 및 쉘을 사용하는 경우, 상대적으로 높은 광변환 효율 나타내며, 젯팅성, 평탄성 및 내광성에 있어서도 우수한 한 효과를 가짐을 확인할 수 있다. 구체적으로, 도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예들은 비교예 보다 광변환 spectrum 면적이 커서 (A) 광변환 효율(%)이 더 높은 것을 확인할 수 있었다. 특히, (A)광변환 효율을 기준으로 했을 때, 본 발명의 모든 실시예들은 광변환 효율이 20% 이상으로 나타나 화소 형성에 적합한 것을 알 수 있었다. 또한, 실시예 1 내지 6과 같이 화학식 2로 표시되는 화합물을 중합성 모노머로 사용하는 경우에 더 향상된 도막 균일도를 나타낼 수 이음을 확인할 수 있었다.
이와 비교하여, 비교예 중 일부는 광변환 효율이 20%에 훨씬 미치지 못한 것을 확인할 수 있었고, 이에 의해 발광세기가 약하여 화소로의 사용이 불가능한 것을 알 수 있었다.
또한, 본 발명의 실시예들은 반치폭이 40nm이하로 나타나 색순도가 우수할 뿐만 아니라 도막 균일도에 있어서도 우수한 특성을 나타내는 반면, 비교예들은 실시예 대비 저하된 결과를 나타내었다. 특히, 실시예 1 내지 6과 같이 중합성 모노머로 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 경우에 상대적으로 더 우수한 도막 균일도를 나타냄을 확인할 수 있었다.

Claims (14)

  1. 발광 입자 및 중합성 모노머를 포함하며,
    상기 발광 입자는,
    Ag, In, Ga 및 S를 포함하는 코어; 및
    In, Ga 및 S 중 적어도 2종의 원소를 포함하는 쉘을 포함하는 것을 특징으로 하는, 광변환 잉크 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 발광 입자는 표면 상에 리간드층을 가지며,
    상기 리간드층이 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는, 광변환 잉크 조성물.
    [화학식 1]
    Figure pat00022

    (상기 화학식 1에 있어서,
    A는 -NH2 또는 -SH 이며,
    R1 및 R2는, 서로 독립적으로, 직접연결 또는 C1 내지 C12의 알킬렌기이며,
    R3은 C1 내지 C10의 알킬기 또는 C1 내지 C10 알케닐기 또는 C4 내지 C10의 아릴기이며,
    L1은
    Figure pat00023
    이며,
    m 및 n은 각각 독립적으로 0 내지 10의 정수이나, 동시에 0은 아니다.)
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 1-1 내지 1-13 중 어느 하나로 표시되는, 광변환 잉크 조성물.
    [화학식 1-1]
    Figure pat00024

    [화학식 1-2]
    Figure pat00025

    [화학식 1-3]
    Figure pat00026

    [화학식 1-4]
    Figure pat00027

    [화학식 1-5]
    Figure pat00028

    [화학식 1-6]
    Figure pat00029

    [화학식 1-7]
    Figure pat00030

    [화학식 1-8]
    Figure pat00031

    [화학식 1-9]
    Figure pat00032

    [화학식 1-10]
    Figure pat00033

    [화학식 1-11]
    Figure pat00034

    [화학식 1-12]
    Figure pat00035

    [화학식 1-13]
    Figure pat00036
    .
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 쉘은 GaS을 포함하는, 광변환 잉크 조성물.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 중합성 모노머는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는, 광변환 잉크 조성물:
    [화학식 2]
    Figure pat00037

    상기 화학식 2에서,
    R4는 C1-C20의 알킬렌기, 페닐렌기 또는 C3-C10의 사이클로알킬렌기이며,
    R5 및 R6은 각각 독립적으로, 수소 또는 메틸기이고,
    l은 1 내지 15의 정수이다.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 중합성 모노머는 단관능 또는 3개 이상의 불포화이중결합을 갖는 다관능 모노머를 더 포함하는, 광변환 잉크 조성물.
  7. 청구항 5에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 1,6-헥산디올 디아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트, 2-하이드록시-3-메타크릴프로필아크릴레이트, 1,9-비스아크릴로일옥시노난 및 트리프로필렌글리콜디아크릴레이트로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는, 광변환 잉크 조성물.
  8. 청구항 1에 있어서, 산란입자, 광중합 개시제, 첨가제 및 용제로부터 선택된 1종 이상을 더 포함하는, 광변환 잉크 조성물.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 산란입자는 Al2O3, SiO2, ZnO, ZrO2, BaTiO3, TiO2, Ta2O5, Ti3O5, ITO, IZO, ATO, ZnO-Al, Nb2O3, SnO, MgO 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상을 포함하는, 광변환 잉크 조성물.
  10. 청구항 1에 있어서, 용제를 포함하지 않는 무용제형인, 광변환 잉크 조성물.
  11. 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항에 따른 광변환 잉크 조성물을 이용하여 제조된 광변환 적층기판.
  12. 청구항 11에 따른 광변환 적층기판을 포함하는 백라이트 유닛.
  13. 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항에 따른 광변환 잉크 조성물을 이용하여 제조된 광변환 화소기판.
  14. 청구항 12의 백라이트 유닛 또는 청구항 13의 광변환 화소기판을 포함하는 화상표시장치.
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