WO2016122286A1 - 광전환 소자 및 이를 포함하는 디스플레이 장치 - Google Patents

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WO2016122286A1
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light conversion
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신두현
손세환
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Definitions

  • the present invention relates to an optical switching element and a display device.
  • a phosphor is a light emitting material that absorbs energy in the form of light or electricity from the outside and emits light having a unique wavelength, and may be used as an inorganic phosphor, an organic fluorescent dye, or a nanocrystalline phosphor according to a component and a light emitting device constituting the phosphor. Can be distinguished.
  • the phosphor absorbs a part of a specific wavelength of light from the light source and converts the light into a light having a longer wavelength in the visible range, and emits light.
  • the brightness, color purity, and color reproducibility of the light emitted according to the light emission characteristics of the phosphor are emitted. It can greatly improve.
  • the inorganic phosphor is composed of a matrix of sulfides, oxides, nitrides, and activators, and has excellent physical and chemical stability and can reproduce high color purity, so that it can be applied to high quality display devices, but the phosphor is very expensive and its luminous efficiency is low.
  • Nanocrystalline phosphors composed of group II-IV or III-V semiconductor particles of several nanometers in size have different fluorescence wavelengths depending on the size of the particles, unlike organic fluorescent dyes. By adjusting the size, the visible light region of the desired wavelength can be expressed.
  • the nanocrystalline phosphor since the nanocrystalline phosphor has a light absorption coefficient of 100 to 1000 times higher and a higher quantum efficiency than a general organic dye, it generates very strong fluorescence, and especially since only the transition from the bottom vibration state of the conduction band to the bottom vibration state of the valence band is observed. The wavelength shows almost monochromatic light. However, due to high raw material costs, it is difficult to secure price competitiveness, and in particular, it is vulnerable to heat or oxygen.
  • organic fluorescent dyes have a variety of emission spectrum, excellent quantum efficiency, and especially low cost compared to inorganic phosphors, so it is worth using as an optical conversion device.
  • organic fluorescent dyes have a variety of emission spectrum, excellent quantum efficiency, and especially low cost compared to inorganic phosphors, so it is worth using as an optical conversion device.
  • Embodiments of the present invention provide an optical conversion element having excellent durability and conversion efficiency, including an organic fluorescent dye, and a display device including the same.
  • the light source And a light conversion film provided on one surface of the light source, wherein the light conversion film comprises a first light conversion film including one or more organic fluorescent dyes, and a first light conversion film disposed closer to the light source than the first light conversion film. And a second light conversion film including the above organic fluorescent dye, wherein the maximum light emission wavelength of the second light conversion film is shorter than the maximum light emission wavelength of the first light conversion film when light is emitted from the light source.
  • the first and second light conversion films may convert light incident from a light source such as a light emitting diode (LED) into white light by converting light from a light source into light having a different wavelength.
  • a light source such as a light emitting diode (LED)
  • the surface facing the light source of the first light conversion film may further include a transparent substrate provided on a surface opposite to the first light conversion film facing the first light conversion film.
  • the transparent substrate further includes a barrier film or a barrier film provided on at least one surface of the first or second light conversion film.
  • the barrier film includes a barrier layer that blocks the first or second light conversion film from external moisture or oxygen.
  • the barrier layer is not particularly limited as long as it can block moisture or oxygen, and those known in the art may be used.
  • the barrier film may include a barrier layer having a transmittance of at least one of moisture and oxygen of 10 ⁇ 1 cc / m 2 / day or less.
  • the barrier layer may include aluminum oxide or nitride that imparts moisture or oxygen barrier, and ionic metal oxide.
  • the barrier film may further include a buffer layer made of at least one selected from a sol-gel, acrylic, epoxy, and urethane-based coating solution composition. The above-described transparent substrate provided on one surface of the light conversion film may serve as the buffer layer.
  • the barrier film may include a protective coating layer including an inorganic-inorganic hybrid coating layer, an inorganic layer, and inorganic nanoparticles surface-modified with an organosilane provided on one or both surfaces of the substrate.
  • the inorganic layer may be formed of a metal oxide or a nitride.
  • the inorganic nanoparticles may be nanoparticles of alumina, silica, zinc oxide, antimony oxide, titanium oxide, zirconium oxide.
  • the organic-inorganic hybrid coating layer may be formed by curing the coating composition of the sol state containing the organosilane by heat or UV, and the coating solution composition of the sol state is optionally in combination with the organosilane, appropriate additives, solvents, Polymerization catalysts and the like.
  • the laminated structure of the first or second light conversion film and the barrier film may be formed by applying the composition for forming the light conversion film on the barrier film, or attaching the light conversion film and the barrier film with an adhesive or an adhesive. After application of the composition, curing or drying may be performed as necessary.
  • the barrier film includes a buffer layer and a barrier layer
  • the first or second light conversion film may be disposed to contact the barrier layer of the barrier film.
  • a barrier film may be provided between the first or second light conversion film and the transparent substrate.
  • the transparent substrate may serve as a buffer layer of the barrier film.
  • the transparent substrate may serve as a buffer layer of the barrier film.
  • the transparent substrate, the barrier layer, and the first or second light conversion film may be formed in a stacked structure.
  • a barrier film may be provided on a surface opposite to a surface of the first or second light conversion film that faces the transparent substrate.
  • the first or second light conversion film and the barrier film can be attached by forming an adhesive or an adhesive layer between the first or second light conversion film and the barrier film.
  • the barrier film may include a transparent substrate as a barrier layer and a buffer layer.
  • the first or second light conversion film, the pressure-sensitive adhesive or adhesive layer, the barrier layer and the transparent substrate may be formed in a stacked structure.
  • the first light conversion film and the second light conversion film may each include a barrier film provided on the opposite side of the surface facing each other. Description of the barrier film provided on each side of the light conversion film may be applied to the structure of each barrier film formed on both sides of the light conversion film.
  • the light conversion element may include light diffusing particles for diffusing the light incident from the light source into the first or second light conversion film.
  • the light diffusing particles may be dispersed in a polymer medium including one or more organic fluorescent dyes.
  • the first or second light conversion film including the light diffusing particles is capable of fluorescence diffusion as well as light conversion, and may be referred to as a first or second light conversion fluorescence diffusion film.
  • the light conversion film including the light diffusion particles may be referred to as a light conversion fluorescence diffusion film.
  • the light diffusing particles are to increase the light conversion efficiency of the first or second light conversion film, and may include TiO 2 , silica nanoparticles, but are mixed with one or two or more kinds of materials known in the art. Can be used.
  • the average particle diameter of the light diffusing particles may be 50 nm or less.
  • the light diffusing particles may be used in 0.5 to 5% by weight based on the weight of the polymer medium.
  • a barrier film may be provided on at least one surface of the first or second light conversion fluorescent diffusion film.
  • the light conversion fluorescence diffusion film may be formed on the barrier film to form a light conversion fluorescence diffusion film.
  • a separate barrier film may be attached onto the first or second light conversion fluorescent diffusion film by using an adhesive or an adhesive layer. Description of the barrier film may be applied to the content described in the above-described first or second light conversion film.
  • the light conversion element may further include a light extraction plate provided on the opposite surface of the transparent substrate facing the first or second light conversion film.
  • the transparent substrate may be a barrier film.
  • the light extraction plate and the transparent substrate may be attached by an adhesive or an adhesive.
  • the light extracting plate and the transparent substrate may be laminated by an adhesive or adhesive layer provided on an opposite surface of the transparent substrate opposite to the first or second light conversion film.
  • the light conversion element may further include a light extraction plate for extracting light emitted from the light incident from the light source is converted through the first and second light conversion film.
  • a light extraction plate for extracting light emitted from the light incident from the light source is converted through the first and second light conversion film.
  • the adhesive / adhesive layer formed on the other surface of the barrier film or the transparent substrate provided with the first or second light conversion film may be laminated with one surface of the light extraction plate.
  • the light extraction plate may be included instead of the above-mentioned light diffusing particles, or may be included simultaneously with the light diffusing particles as necessary.
  • the light extraction plate may include two or more materials having a scattering structure on the surface or inside, or having different refractive indices therein, in order to improve light extraction efficiency.
  • the light extraction layer may be prepared by coating a composition including scattering particles and a binder on a transparent substrate, and drying or curing. If necessary, a planarization layer may be further provided on the coating layer including the scattering particles and the binder.
  • the light extraction layer may be prepared by forming an uneven structure through microembossing on a transparent substrate. If necessary, a planarization layer may be further provided on the uneven structure.
  • the color purity is improved by converting light incident from a light source including a wavelength selected from near-ultraviolet light into a light having a specific wavelength (color) through a light conversion film including an organic fluorescent dye.
  • a light conversion film including an organic fluorescent dye can be improved.
  • light incident from a single color LED light source into white light through a light conversion film including at least two or more different light emitting wavelengths, for example, green and red organic fluorescent dyes color reproducibility and color purity of white light can be improved. have.
  • the maximum light emission wavelength of the first light conversion film disposed relatively far from the light source is longer than the second light conversion film disposed relatively close to the light source, not only the second light conversion but also some of the light emitted from the light source Since a part of the light converted by the film can be converted again by the first light conversion film, the light conversion efficiency can be further increased, thereby increasing the brightness of the light passing through both the first and second light conversion film. have.
  • the light conversion film between the barrier film can effectively block the penetration of external moisture or oxygen into the film, the light emission wavelength, FWHM (Full Width at Half) when the incident light is converted to a specific wavelength (color) Optical characteristics such as Maximum), conversion efficiency (quantum efficiency), etc. can be maintained invariably, and thus the service life can be increased and the luminance and color coordinates of the white light can be kept constant.
  • 1 to 11 illustrate the stacked structure of the light conversion element according to the exemplary embodiments of the present application.
  • FIG. 13 compares the white color coordinate values obtained from the spectral spectrum of the optical conversion device of Example 1 with the CIE 1976 coordinates (triangles) and the white color coordinate values (circles) of 3M's QDEF film.
  • FIG. 14 shows the spectral spectrum of the light conversion device of Example 2.
  • FIG. 15 is a result of showing white color coordinate values obtained from a spectral spectrum of the light conversion device of Example 2 in CIE 1976 coordinates.
  • FIG. 15 is a result of showing white color coordinate values obtained from a spectral spectrum of the light conversion device of Example 2 in CIE 1976 coordinates.
  • Figure 16 shows the spectral spectrum of the light conversion device of Comparative Example 1.
  • FIG. 17 shows the white color coordinate values obtained from the spectral spectrum of the light conversion device of Comparative Example 1 in the CIE 1976 coordinates.
  • An optical switching device the light source; And a light conversion film provided on one surface of the light source, wherein the light conversion film comprises a first light conversion film including one or more organic fluorescent dyes, and a first light conversion film disposed closer to the light source than the first light conversion film. And a second light conversion film including the organic fluorescent dye as described above, wherein the maximum light emission wavelength of the second light conversion film is shorter than the maximum light emission wavelength of the first light conversion film when irradiated with light from the light source.
  • 1 illustrates a laminated structure of an optical switching device according to an exemplary embodiment of the present application. According to FIG.
  • a light conversion film is provided on one surface of a light source, and the light conversion film includes a transparent substrate and a first light conversion film and a second light including one or more organic fluorescent dyes provided on the transparent substrate. Conversion film.
  • the transparent substrate is shown in contact with the second light conversion film, but the transparent substrate may be disposed in contact with the first light conversion film.
  • the transparent substrate may include a resin such as PET, but is not limited thereto.
  • the first light conversion film and the second light conversion film are shown in contact with each other, but an adhesive layer or an adhesive layer may be provided between them.
  • the first or second light conversion film of the light conversion element may further include one or more organic fluorescent dyes and light diffusion particles for diffusing light incident from the light source into the light conversion film.
  • the first or second light converting film comprising the light diffusing particles may be referred to as a first or second light converting fluorescence diffusing film.
  • the light diffusion particles may include TiO 2 or silica particles, but are not limited thereto. The structure of the light conversion element including the first or second light conversion film including the light diffusion particles is illustrated in FIG. 2.
  • the light conversion element may include a light extraction plate in place of the light diffusion particles for diffusing light incident on the first or second light conversion film in the light conversion film.
  • the light conversion element may include a first and second light conversion films including at least one organic fluorescent dye, provided on one surface of the transparent substrate, and an adhesive / adhesive layer formed on the other surface of the transparent substrate. It may include a light extraction plate laminated by, a structure including a light extraction plate is illustrated in FIG.
  • the light extraction plate is not particularly limited as long as it is known in the art to increase the conversion efficiency of the light conversion film.
  • the transparent substrate and the light extraction plate are disposed in contact with the second light conversion film.
  • the transparent substrate and the light extraction plate may be disposed in contact with the first light conversion film as needed.
  • a second light conversion film, a first light conversion film, a transparent substrate, an adhesive layer (or an adhesive layer), and a light extraction plate may be sequentially stacked on the light source.
  • the light conversion film and / or light conversion fluorescence diffusion film serves to convert light incident from a light source including a wavelength (color) selected in the visible light region in the near ultraviolet ray into light having a specific wavelength (color).
  • the light conversion film may play a role of converting the light incident from the LED light source into white light and emitting the light.
  • the light conversion film and / or the light conversion fluorescence diffusion film may include an organic fluorescent dye that can implement excellent color purity and color reproducibility.
  • Organic fluorescent dyes have a high quantum efficiency compared to conventional quantum dots (QD), easy to control the desired light emission wavelength, has a light emission line width to achieve excellent color reproduction rate, and has a low price advantage.
  • the organic fluorescent dye absorbs light selected from the visible region in the near ultraviolet, and a dye which emits light having a wavelength different from the absorbed light may be used.
  • the organic fluorescent dye includes at least one green emitting fluorescent dye having a maximum emission wavelength of 500 to 550 nm and / or at least one red emitting fluorescent dye having a maximum emission wavelength of 600 to 660 nm. Or may be used simultaneously.
  • organic fluorescent dyes are preferably acridine-based, xanthene-based, arylmethane-based, coumarin-based, polycyclic aromatic hydrocarbon-based, polycyclic heteroaromatic-based, perylene-based, pyrrole-based, pyrene-based derivatives, and the like. .
  • the above materials may be used in various organic fluorescent dyes in addition to one example of an organic fluorescent dye, but is not limited thereto.
  • the organic fluorescent dye may have a half width (FWHM) of 60 nm or less and a molecular absorption coefficient of 50,000 to 150,000 M ⁇ 1 cm ⁇ 1 .
  • the half width means the width of the light emission peak when the light absorbed from the external light source is converted to light having a different wavelength to emit light, and is half of the maximum height of the light emitted.
  • the full width at half maximum is measured in a film state.
  • the half width of the luminescence peak in the film state of the organic fluorescent dye is not a solution state, but is irradiated with light in a state in which the organic fluorescent dye is prepared in the form of a film by mixing alone or with other components that do not affect measuring the half width. It means the measurement. More preferably, all fluorescent dyes dissolved in polar solvents are possible, and cationic, anionic, or organic dyes are not preferred, but cationic or anionic organic fluorescent dyes are more preferred.
  • the first light conversion film comprises a red light emitting dye having a maximum emission wavelength of 600 ⁇ 660 nm
  • the second light conversion film is a green light having a maximum emission wavelength of 500 ⁇ 550 nm Luminescent fluorescent dyes.
  • the light conversion film and / or light conversion fluorescence diffusion film may be a polymer film in which the organic fluorescent dye and / or light diffusion particles are dispersed.
  • the light conversion film may include a cured product of the organic fluorescent dye, a binder resin, and a composition including a polymerizable monomer and a polymerization initiator, if necessary.
  • a binder resin a photocurable resin, a thermosetting resin, a thermoplastic resin, or the like may be used, and it is preferable to use a water-soluble polymer. Only one kind of binder resin may be used, but two or more kinds may be used together.
  • the light conversion film and / or the light conversion fluorescence diffusion film may be formed on the barrier film including the barrier layer (FIGS. 4 and 5).
  • the transparent substrate may serve as a buffer layer of the barrier layer. If necessary, an additional buffer layer may be provided, or the transparent substrate may be omitted.
  • 4 and 5 illustrate a structure in which the barrier layer and the transparent substrate are in contact with the second light conversion film, but the barrier layer and the transparent substrate may be disposed in contact with the first light conversion film as necessary.
  • a second light conversion film, a second light conversion film, a barrier layer, and a transparent substrate may be stacked on a light source, and the transparent substrate may be omitted.
  • the light conversion film and / or the light conversion fluorescence diffusion film may be laminated with a separate barrier film including a barrier layer by an adhesive / adhesive layer (FIGS. 6 and 7).
  • the transparent substrate may serve as a buffer layer of the barrier layer. If necessary, an additional buffer layer may be provided, or the transparent substrate may be omitted.
  • the barrier layer as described in FIGS. 4 to 7 serves to block outside moisture and oxygen from penetrating into the film.
  • a light conversion film containing an organic fluorescent dye receives light from a light source at a high temperature of room temperature or more and converts it into light having a different wavelength (color), it penetrates into the film and reacts with oxygen or moisture present in the film to detect the wavelength, FWHM The conversion efficiency may change over time.
  • a barrier film is laminated on one or both surfaces of the light conversion film in order to prevent a change in optical properties of the film.
  • the first light conversion film and the second light conversion film may each include a barrier film provided on the opposite side of the surface facing each other.
  • the permeability of oxygen and moisture of the barrier layer may be, for example, 10 ⁇ 1 cc / m 2 / day or less. This is referred to as an example of the barrier film, the oxygen and moisture permeability of the barrier layer may have a different value.
  • the light conversion film may include a light extraction plate instead of the light diffusion particles to increase the conversion efficiency of the light conversion film. Accordingly, the light conversion film is formed by the first and second light conversion films including the transparent substrate, at least one organic fluorescent dye applied on the transparent substrate, and an adhesive / adhesive layer formed on the other surface of the transparent substrate. It may include a stacked light extraction plate (Fig. 8). In addition, the light conversion film may be laminated with a separate barrier film including a barrier layer by an adhesive layer or an adhesive layer (FIG. 9). 8 and 9, the transparent substrate may serve as a buffer layer of the barrier layer.
  • the first light conversion film or the first light conversion fluorescent diffusion film and the second light conversion film or the second light conversion fluorescent diffusion film may be disposed apart from each other. It may be arranged in contact.
  • another film may be interposed between the light conversion films or the light conversion fluorescent diffusion films.
  • the second light conversion film or the second light conversion fluorescent diffusion film may be stacked and disposed by an adhesive layer or an adhesive layer provided on the first light conversion film or the first light conversion fluorescent diffusion film.
  • the first and second light conversion film may include a light extraction plate in place of the light diffusion particles to increase the conversion efficiency of the light conversion film.
  • 10 illustrates a laminated structure of the light extraction plate.
  • 1 to 11 respectively show a structure including two light conversion films and two light conversion fluorescent diffusion films, but may include three or more films as necessary.
  • the composition for producing a light conversion film includes an organic fluorescent dye, light diffusing particles, a binder resin, a polymerizable monomer and a polymerizable initiator as necessary.
  • the polymerizable monomer may be used 10 to 30% by weight of the binder resin.
  • the organic fluorescent dye may be used in 0.001 to 5% by weight of the binder resin.
  • the amount of the polymerizable initiator may be determined according to need, and may be used in an amount of 0.01 to 20% by weight based on the weight of solids of the entire composition.
  • the composition for preparing the light conversion film may further include a solvent, if necessary, for example, water may be used as the solvent when the binder resin is water-soluble.
  • the composition for preparing a light conversion film is preferably used by dissolving in a solvent such as water so that the solid content of the total solution of the composition is 10 to 40% by weight.
  • polyvinyl alcohol poly (vinylalcohol)
  • polyallylamine polyallyamine
  • PAA polyallylamine
  • PAH polyallylamine hydrochloride
  • the polyvinyl alcohol is polyvinyl alcohol having a weight average molecular weight (Mw) of 85,000 to 146,000, preferably hydrolyzed to 96% or less.
  • the polyallylamine preferably has a weight average molecular weight (Mw) of 58,000 to 900,000.
  • the polymerizable monomer is more preferably glycidyl (glycidyl), but is not limited to this, aldehyde (aldehyde), dialdehyde (dialdehyde), isocyanate (isocynate), alcohol (alcohol) and the like Can be used.
  • the composition may be applied onto a transparent substrate, and then curing or drying may be performed as necessary.
  • the curing method and conditions may be determined according to the type of binder resin or other components.
  • the transparent substrate may include a resin such as PET, but is not limited thereto, and a transparent plastic film or substrate known in the art may be used.
  • the light source is an edge type light source, and may further include a light guide plate provided between the light source and the light conversion film.
  • the light guide plate diffuses the light received from the edge type light source.
  • the light source is a direct type light source.
  • the backlight unit may have a configuration known in the art except for the light conversion element.
  • a reflecting plate may be provided on an opposite surface of the light source or the light guide plate that faces the light conversion element, and a light collecting sheet, a brightness enhancement sheet, or the like may be further provided on the opposite side of the light conversion film that faces the light source or the light guide plate. It may be provided.
  • the display apparatus may have a configuration known in the art, except for using the optical switching element according to the above-described embodiments of the present application.
  • the display module may include a display module provided on one surface of the light conversion element or the backlight unit.
  • the display module may be a liquid crystal module including a thin film transistor and a color filter.
  • composition prepared by stirring by adding 0.1 parts by weight of sulfodadamine 101 and a titanium oxide light diffusing agent to 100 parts by weight of PVA was dried on the green light conversion film and applied to a thickness of 10 micrometers, and then 100 ° C. Hot air drying for 10 minutes in a drying oven to prepare a white light conversion film.
  • the green light conversion film was disposed to be close to the blue light source, and then the spectral spectrum of FIG. 12 was obtained by using a PR-705 spectra scanning device.
  • the result of comparing the white color coordinate value obtained from the spectral spectrum of the optical conversion device to the CIE 1976 coordinate (triangle) and the white color coordinate value (circle) of 3M's QDEF film is shown in FIG. 13.
  • SAN Styrene-acrylonitrile copolymer
  • BODIPY pyrrole-based green fluorescent dyes
  • a composition prepared by stirring by adding 0.03 parts by weight of pyrrole-based red fluorescent dye and 3 parts by weight of titanium oxide-based light diffusing agent to 100 parts by weight of SAN was dried on the green light conversion film, and then having a thickness of 10 microns. After coating to a meter, a hot air drying for 15 minutes in a 140 °C drying oven to prepare a white light conversion film.
  • the green light conversion film was disposed to be close to the blue light source, and then the spectral spectrum of FIG. 14 was obtained by using a PR-705 spectra scan device.
  • a red fluorescent dye composition was first applied on a plastic substrate to produce a red light conversion film, and a green fluorescent dye was applied to the red light conversion film to produce a white light conversion device. After that, the red light conversion film was placed close to the blue light source, and then the spectral spectrum of FIG. 16 was obtained using a PR-705 spectra scan equipment. White color coordinate values obtained from the spectral spectrum of the light conversion device are shown in Figure 17 the CIE 1976 coordinates.

Abstract

본출원은 광원의 일면에 구비된 광전환 필름을 포함하고， 광전환 필름은 1종 이상의 유기형광 염료를 포함하는 제 1 광전환 필름, 및 제 1 광전환 필름보다 광원에 가깝게 배치되고 1종 이상 의 유기형광염료를 포함하는 제2 광전환 필름을 포함하고, 광원으로부터 광 조사시 제2 광전환 필름의 최대 발광 파장이 제 1 광전환 필름의 최대 발광 파장보다 더 짧은 것을 특징으로 하는 광전환 소자, 백라이트 유닛 및 디스플레이 장치에 관한 것이다.

Description

광전환 소자 및 이를 포함하는 디스플레이 장치
본 발명은 광전환 소자 및 디스플레이 장치에 관한 것이다. 본 출원은 2015년 1월 31일에 한국 특허청에 제출된 특허출원 제10-2015-0015703의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
일반적으로 형광체는 외부로부터 빛이나 전기 등의 형태로 에너지를 흡수하여 고유한 파장의 빛을 내는 발광물질로, 형광체를 구성하는 성분 및 발광기구에 따라 무기형광체, 유기형광염료, 나노결정 형광체 등으로 구분할 수 있다.
최근 이와 같은 형광체들을 활용하여 광원의 스펙트럼을 수정하려는 노력이 다양하게 시도되고 있다. 이는 광원으로부터 나오는 빛의 특정 파장 일부를 형광체가 흡수하고 이를 가시광선 영역에 있는 보다 긴 파장의 빛으로 변환하여 출사시키는 것으로, 형광체의 발광특성에 따라 출사된 빛의 밝기와 색순도, 색재현성 등을 크게 향상시킬 수 있다.
무기형광체는 황화물, 산화물, 질화물 등의 모체와 활성제 이온으로 구성되며 물리적, 화학적 안정성이 우수하고 높은 색순도를 재현할 수 있어 고품질의 디스플레이 장치에 응용될 수 있으나 형광체의 가격이 매우 비싸고 발광효율이 낮으며, 특히 400 nm 이상의 근자외선 또는 청색 영역에서 여기되어 발광하는 형광체의 개발이 제한적이라는 단점이 있다.
수 나노미터 크기의 Ⅱ-Ⅳ족 또는 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 입자로 이루어진 나노결정 형광체는 유기형광염료와 달리 입자의 크기에 따라 형광파장이 달라지는데, 입자의 크기가 작아질수록 짧은 파장의 빛을 내며, 크기를 조절하여 원하는 파장의 가시광선 영역을 모두 표현할 수 있다. 또한 나노결정 형광체는 일반적인 유기염료에 비해 흡광계수가 100~1000배 크고 양자효율도 높으므로 매우 강한 형광을 발생시키고 특히 전도대의 바닥진동상태에서 가전자대의 바닥진동상태로의 전이만을 관찰하므로, 형광파장이 거의 단색광을 나타낸다. 그러나, 높은 원재료 단가로 인해 가격 경쟁력을 확보하기 어렵고 특히 열이나 산소 등에 취약하다는 단점이 있다.
이에 반해 유기형광염료는 무기형광체에 비해 발광 스펙트럼이 다양하고 양자효율이 우수하며 특히 가격이 저렴한 장점이 있어 광전환 소자로 활용할 가치가 충분하다. 하지만 유기형광염료를 통과하는 빛의 변환효율과 변환된 빛의 세기를 높이기 위해서는 농도를 높여야 하는데 이러한 경우 농도에 의한 소광 현상을 피할 수 없고, 특히 열이나 빛에 대한 안정성이 떨어지는 것으로 알려져 있다.
본 발명의 실시상태들은 유기형광염료를 포함하는, 내구성 및 변환효율이 우수한 광전환 소자 및 이를 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는 광원; 및 상기 광원의 일면에 구비된 광전환 필름을 포함하고, 상기 광전환 필름은 1 종 이상의 유기형광염료를 포함하는 제1 광전환 필름, 및 상기 제1 광전환 필름 보다 광원에 가깝게 배치되고 1종 이상의 유기형광염료를 포함하는 제2 광전환 필름을 포함하고, 광원으로부터 광 조사시 제2 광전환 필름의 최대 발광 파장이 제1 광전환 필름의 최대 발광 파장보다 더 짧은 것을 특징으로 하는 광전환 소자를 제공한다. 이와 같이 상기 제1 및 제2 광전환 필름은 광원으로부터 나온 광을 서로 다른 파장의 광으로 전환함으로써 발광 다이오드(LED)와 같은 광원으로부터 입사된 빛을 백색광으로 전환하여 출사할 수 있다.
본 출원의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 실시상태에 있어서, 상기 제1 광전환 필름의 광원에 대향하는 면; 또는 상기 제2 광전환 필름의 제1 광전환 필름에 대향하는 면의 반대면에 구비된 투명 기판을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 광전환 소자에 있어서, 상기 투명 기판이 배리어 필름이거나, 상기 제1 또는 제2 광전환 필름의 적어도 일면에 구비된 배리어 필름을 더 포함한다. 배리어 필름은 상기 제1 또는 제2 광전환 필름을 외부의 수분 또는 산소로부터 차단하는 배리어층을 포함한다.
상기 배리어층으로는 수분 또는 산소를 차단할 수 있는 층이라면 특별히 한정되지 않고 당기술분야에 알려져 있는 것들을 사용할 수 있다. 예컨대, 상기 배리어 필름으로는 수분 및 산소 중 적어도 하나의 투과도가 10-1 cc/m2/day 이하인 배리어층을 포함한다. 예컨대, 상기 배리어 층은 수분 또는 산소 차단성을 부여하는 알루미늄 산화물 또는 질화물, 및 이온성 금속 산화물을 포함할 수 있다. 상기 배리어필름은 버퍼층으로서 졸-겔계, 아크릴계, 에폭시계 및 우레탄계 코팅액 조성물 중에서 선택된 1종 이상으로 이루어진 버퍼층을 더 포함할 수도 있다. 상기 광전환 필름의 일면에 구비된 전술한 투명 기판이 상기 버퍼층의 역할을 할 수도 있다.
일 예로서, 상기 배리어 필름은 기재의 일면 또는 양면에 구비된 유무기 하이브리드 코팅층, 무기물층 및 유기실란으로 표면개질된 무기 나노입자를 포함하는 보호코팅층을 포함할 수 있다. 여기서 무기물층은 금속 산화물 또는 질화물로 이루어질 수 있다. 상기 무기 나노입자는 알루미나, 실리카, 산화아연, 산화안티모늄, 산화티타늄, 산화지르코늄의 나노입자일 수 있다. 상기 유무기 하이브리드 코팅층은 유기실란을 포함하는 졸 상태의 코팅 조성물을 열 또는 UV에 의해 경화시켜 형성할 수 있으며, 상기 졸 상태의 코팅 용액 조성물은 유기실란과 함께, 경우에 따라 적절한 첨가제, 용매, 중합 촉매 등을 포함할 수 있다.
상기 제1 또는 제2 광전환 필름과 배리어 필름의 적층 구조는, 배리어 필름 상에 광전환 필름 형성용 조성물을 도포하거나, 점착제 또는 접착제에 의하여 광전환 필름과 배리어 필름을 부착함으로써 형성될 수 있다. 상기 조성물의 도포 후, 필요에 따라 경화 또는 건조가 수행될 수 있다. 배리어 필름이 버퍼층 및 배리어층을 포함하는 경우, 상기 제1 또는 제2 광전환 필름과 배리어 필름의 적층 구조에서는 상기 제1 또는 제2 광전환 필름이 상기 배리어 필름 중 배리어층과 접하도록 배치될 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 제1 또는 제2 광전환 필름과 상기 투명 기판 사이에 배리어 필름이 구비될 수 있다. 상기 투명 기판은 상기 배리어 필름의 버퍼층의 역할을 할 수도 있다. 투명 기판 상에 구비된 배리어 필름 상에 광전환 필름 형성용 조성물을 도포함으로써, 투명 기판, 배리어 필름 및 제1 또는 제2 광전환 필름이 적층된 구조를 형성할 수 있다. 상기 투명 기판은 상기 배리어 필름의 버퍼층의 역할을 할 수도 있다. 이 경우, 투명 기판, 배리어층 및 제1 또는 제2 광전환 필름이 적층된 구조로 형성될 수 있다.
또 하나의 예에 따르면, 상기 제1 또는 제2 광전환 필름의 상기 투명 기판에 대향하는 면의 반대면에 배리어 필름이 구비될 수 있다. 이 경우, 제1 또는 제2 광전환 필름과 배리어 필름 사이에 점착제 또는 접착제층을 형성함으로써, 제1 또는 제2 광전환 필름과 배리어 필름을 부착할 수 있다. 상기 배리어 필름이 배리어층 및 버퍼층으로서 투명 기판을 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 또는 제2 광전환 필름, 점착제 또는 접착제 층, 배리어층 및 투명 기판이 적층된 구조로 형성될 수 있다.
또 하나의 예에 따르면, 상기 제1 광전환 필름 및 상기 제2 광전환 필름은 각각 서로 대향하는 면의 반대면에 각각 구비된 배리어 필름을 포함할 수 있다. 광전환 필름의 양면에 형성된 각각의 배리어 필름의 구조는 상기 광전환 필름의 각 면에 구비된 배리어 필름에 관한 설명이 적용될 수 있다.
본 출원의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 광전환 소자는 광원으로부터 입사된 빛을 제1 또는 제2 광전환 필름 내부에서 확산시키는 광확산 입자들을 포함할 수 있다. 상기 광확산 입자들은 1종 이상의 유기형광염료를 포함하는 고분자 매질 속에 분산될 수 있다. 광확산 입자들을 포함하는 제1 또는 제2 광전환 필름은 광전환 뿐만 아니라 형광 확산을 할 수 있는 것으로서, 제1 또는 제2 광전환 형광확산 필름이라고도 할 수 있다. 본 명세서에서는 광확산 입자들을 포함하는 광전환 필름은 광전환 형광확산 필름으로 언급될 수 있다.
상기 광확산 입자들은 제1 또는 제2 광전환 필름의 광전환 효율을 높이기 위한 것으로, TiO2, 실리카 나노 입자들을 포함할 수 있으나, 당기술분야에 알려져 있는 재료들이 1종 또는 2종 이상 혼합하여 사용될 수 있다. 상기 광확산 입자들의 평균 입경은 50 nm 이하일 수 있다. 상기 광확산 입자들은 고분자 매질 중량 대비 0.5~5중량%로 사용될 수 있다.
상기 제1 또는 제2 광전환 형광확산 필름의 적어도 일면에 배리어 필름이 구비될 수 있다. 예컨대, 배리어 필름 상에 광전환 형광확산 필름 형성용 조성물을 도포하여 광전환 형광확산 필름을 형성할 수 있다. 또한, 상기 제1 또는 제2 광전환 형광확산 필름 상에 접착제 또는 접착제 층을 이용하여 별도의 배리어 필름을 부착할 수 있다. 배리어 필름에 관한 설명은 전술한 제1 또는 제2 광전환 필름에서 설명한 내용이 적용될 수 있다.
본 출원의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 광전환 소자는 상기 투명 기판의 상기 제1 또는 제2 광전환 필름에 대향하는 면의 반대면에 구비된 광추출판을 더 포함할 수 있다. 상기 투명 기판은 배리어 필름일 수 있다. 상기 광추출판과 상기 투명 기판은 점착제 또는 접착제에 의하여 부착될 수 있다. 예컨대, 상기 투명 기판의 상기 제1 또는 제2 광전환 필름에 대향하는 면의 반대면에 구비된 점착제 또는 접착제 층에 의하여 상기 광추출판과 상기 투명 기판이 적층될 수 있다.
본 출원의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 광전환 소자는 광원으로부터 입사된 빛이 상기 제1 및 제2 광전환 필름을 통해 전환되어 출사되는 빛을 추출하는 광추출판을 더 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 또는 제2 광전환 필름이 구비된 배리어 필름 또는 투명 기판의 타면에 형성된 점착제/접착제 층이, 광 추출판의 일면과 적층될 수 있다. 상기 광추출판은 전술한 광확산 입자들을 대신에 포함될 수도 있고, 필요에 따라 광확산 입자들을 포함함과 동시에 포함될 수도 있다.
상기 광추출판은 빛의 추출 효율을 향상시키기 위하여, 표면 또는 내부에 산란 구조를 갖거나, 내부에 굴절율이 상이한 2종 이상의 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 광추출층은 투명 기판 상에 산란입자 및 바인더를 포함하는 조성물을 코팅하고, 건조 또는 경화를 함으로써 제조될 수 있다. 필요한 경우, 상기 산란입자 및 바인더를 포함하는 코팅층 상에 평탄화층이 더 구비될 수도 있다. 또 하나의 예로서, 상기 광추출층은 투명 기재에 마이크로 엠보싱을 통하여 요철 구조를 형성함으로써 제조될 수 있다. 필요한 경우, 상기 요철 구조 상에 평탄화층이 더 구비될 수도 있다.
본 발명의 실시상태들에 따르면, 근자외선에서 가시광선 영역에서 선택되는 파장을 포함하는 광원으로부터 입사된 빛이 유기형광염료를 포함한 광전환 필름을 통해 특정 파장(색)의 빛으로 전환됨으로써 색순도를 향상시킬 수 있다. 또한 적어도 2종 이상의, 발광파장이 다른, 예컨대 녹색과 적색의 유기형광염료를 포함한 광전환 필름을 통해 단일 색상의 LED 광원으로부터 입사된 빛을 백색광으로 전환함으로써 백색광의 색재현성 및 색순도를 향상시킬 수 있다. 특히, 광원에 상대적으로 가깝게 배치된 제2 광전환 필름에 비하여 광원에 상대적으로 멀게 배치된 제1 광전환 필름의 최대 발광 파장이 더 길기 때문에, 광원으로부터 방출된 광 중 일부 뿐만 아니라 제2 광전환 필름에 의하여 전환된 광의 일부가 제1 광전환 필름에 의하여 다시 광전환될 수 있으므로, 광전환 효율을 더욱 높일 수 있고, 이에 따라 제1 및 제2 광전환 필름을 모두 통과한 광의 휘도를 높일 수 있다. 또한 배리어 필름 사이에 광전환 필름을 형성시킴으로써 외부의 수분이나 산소가 필름 내부로 침투하는 것을 효과적으로 차단할 수 있기 때문에 입사된 빛이 특정 파장(색)으로 전환될 때 발광파장, FWHM(Full Width at Half Maximum), 그리고 전환효율(양자효율) 등과 같은 광 특성이 변함없이 유지될 수 있고, 따라서 사용수명이 늘어나고 백색광의 휘도 및 색좌표가 일정하게 유지될 수 있다.
도 1 내지 도 11은 본 출원의 실시상태들에 따른 광전환 소자의 적층 구조를 예시한 것이다.
도 12는 실시예 1의 광전환 소자의 분광스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 13은 실시예 1의 광전환 소자의 분광스펙트럼으로부터 얻은 white 색좌표 값을 CIE 1976 좌표에 나타낸 것(세모)과 3M사의 QDEF 필름의 white 색좌표 값(원)과 비교한 것이다.
도 14는 실시예 2의 광전환 소자의 분광스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 15는 실시예 2의 광전환 소자의 분광스펙트럼으로부터 얻은 white 색좌표 값을 CIE 1976 좌표에 나타낸 결과이다.
도 16은 비교예 1의 광전환 소자의 분광스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 17은 비교예 1의 광전환 소자의 분광스펙트럼으로부터 얻은 white 색좌표 값을 CIE 1976 좌표에 나타낸 결과이다.
이하, 도면을 기초로 본 발명의 실시상태들을 더욱 상세히 설명한다.
본 출원의 일 실시상태에 따른 광전환 소자는, 광원; 및 상기 광원의 일면에 구비된 광전환 필름을 포함하고, 상기 광전환 필름은 1 종 이상의 유기형광염료를 포함하는 제1 광전환 필름, 및 상기 제1 광전환 필름 보다 광원에 가깝게 배치되고 1종 이상의 유기형광염료를 포함하는 제2 광전환 필름을 포함하고, 광원으로부터 광 조사시 제2 광전환 필름의 최대 발광 파장이 제1 광전환 필름의 최대 발광 파장보다 더 짧은 것을 특징으로 한다. 도 1에 본 출원의 일 실시상태에 따른 광전환 소자의 적층 구조를 예시하였다. 도 1에 따르면, 광원의 일면에 광전환 필름이 구비되고, 광전환 필름은 투명 기판과, 상기 투명 기판 상에 구비된, 1종 이상의 유기형광염료를 포함하는 제1 광전환 필름 및 제2 광전환 필름을 포함한다. 도 1에 따르면, 투명 기판이 제2 광전환 필름과 접하여 도시되어 있으나, 투명 기판은 제1 광전환 필름에 접하여 배치될 수 있다. 상기 투명 기판은 PET 등과 같은 수지를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 1에 따르면 제1 광전환 필름과 제2 광전환 필름이 접하여 배치된 것으로 도시되어 있으나, 이들 사이에는 필요에 따라 점착제층 또는 접착제층이 구비될 수 있다.
상기 광전환 소자의 제1 또는 제2 광전환 필름은 1종 이상의 유기형광염료와 광원으로부터 입사된 빛을 광전환 필름 내부에서 확산시키는 광확산 입자들을 더 포함할 수 있다. 광확산 입자들을 포함하는 제1 또는 제2 광전환 필름은 제1 또는 제2 광전환 형광확산 필름으로 언급될 수 있다. 여기서 광확산 입자는 TiO2 또는 실리카 입자를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 광확산 입자를 포함하는 제1 또는 제2 광전환 필름을 포함하는 광전환 소자의 구조를 도 2에 예시하였다.
상기 광전환 소자는 제1 또는 제2 광전환 필름으로 입사된 빛을 광전환 필름 내부에서 확산시키는 광확산 입자를 대신하여 광추출판을 포함할 수 있다. 상기 광전환 소자는 상기 투명 기판과, 상기 투명 기판의 일면에 구비된, 1종 이상의 유기형광염료를 포함하는 제1 및 제2 광전환 필름과, 상기 투명 기판의 타면에 형성된 점착제/접착제 층에 의해 적층된 광추출판을 포함할 수 있으며, 광추출판을 포함하는 구조를 도 3에 예시하였다. 상기 광추출판은 광전환 필름의 변환효율을 높이기 위한 것으로 당 기술 분야에 알려져 있는 것이면 특별히 제한을 두지 않는다. 도 3에는 투명 기판과 광추출판이 제2 광전환 필름에 접하여 배치되어 있으나, 필요에 따라 투명 기판과 광추출판이 제1 광전환 필름에 접하여 배치될 수 있다. 예컨대, 광원 상에, 제2 광전환 필름, 제1 광전환 필름, 투명 기판, 점착제층(또는 접착제층) 및 광추출판이 순차적으로 적층될 수 있다.
상기 광전환 필름 및/또는 광전환 형광확산 필름은 근자외선에서 가시광선 영역에서 선택되는 파장(색)을 포함하는 광원으로부터 입사된 빛을 특정 파장(색)의 빛으로 전환시키는 역할을 한다. 예컨대, 상기 광전환 필름은 LED 광원으로부터 입사된 빛을 백색광으로 전환하여 출사시키는 역할을 할 수 있다. 여기서 상기 광전환 필름 및/또는 광전환 형광확산 필름은 우수한 색순도 및 색재현성을 구현할 수 있는 유기형광염료를 포함할 수 있다. 유기형광염료는 기존의 양자점(Quantum dot, QD)에 비하여 높은 양자효율을 갖고, 원하는 발광파장의 조절이 용이하며, 우수한 색재현율을 달성할 수 있는 발광선폭을 가지며, 가격도 저렴한 장점이 있다.
상기 유기형광염료는 근자외선에서 가시광선 영역에서 선택되는 빛을 흡수하여, 흡수한 빛과 다른 파장의 빛을 출사하는 염료가 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 유기형광염료로는 최대 발광파장이 500~550 nm 사이에 존재하는 녹색 발광 형광염료 및/또는 최대 발광파장이 600~660 nm 사이에 존재하는 적색 발광 형광염료가 각각 1종 이상 또는 동시에 사용될 수 있다. 특별히 제한을 두는 것은 아니나 유기형광염료로는 아크리딘계, 크산텐계, 아릴메테인계, 쿠마린계, 폴리시클릭 방향족 탄화수소계, 폴리시클릭 헤테로 방향족계, 페릴렌계, 피롤계, 피렌계 유도체 등이 바람직하다. 이상의 물질들은 유기형광염료의 일례로 이외에도 다양한 유기형광염료가 사용될 수 있는데, 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는 유기형광염료은 반치폭(FWHM)이 60 nm 이하이고 몰흡광계수(molecular absorption coefficient)가 50,000~150,000 M-1cm-1 인 것이 사용될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 반치폭은 외부 광원으로부터 흡수한 빛을 다른 파장의 빛으로 전환하여 발광할 때, 발광한 빛의 최대 발광 피크에서 최대 높이의 절반일 때의 발광 피크의 폭을 의미한다. 본 명세서에 있어서, 반치폭은 필름 상태에서 측정된다. 유기형광염료의 필름 상태에서의 발광 피크의 반치폭이란, 용액 상태가 아니고, 상기 유기형광염료 단독으로 또는 반치폭을 측정하는데 영향을 미치지 않는 다른 성분과 혼합하여 필름 형태로 제조한 상태에 광을 조사하여 측정한 것을 의미한다. 더욱 바람직하게는 극성용매에 용해되는 모든 형광염료가 가능하며, 양이온성, 음이온성, 중성 염료로 구분하는 것은 아니나, 양이온성 또는 음이온성 유기형광염료가 보다 바람직하다.
일 예에 따르면, 제1 광전환 필름은 최대 발광파장이 600~660 nm 사이에 존재하는 적색 발광 형광염료를 포함하고, 제2 광전환 필름은 최대 발광파장이 500~550 nm 사이에 존재하는 녹색 발광 형광염료를 포함한다. 그 결과 단일 색상의 LED 광원으로부터 흡수한 빛이 복수의 광전환 필름 또는 광전환 형광확산 필름을 통과하면서 백색광으로 전환될 수 있다.
상기 광전환 필름 및/또는 광전환 형광확산 필름으로는 상기 유기형광염료 및/또는 광확산 입자가 분산된 폴리머 필름이 될 수 있다. 예를 들면, 상기 광전환 필름은 상기 유기형광염료 및 바인더 수지, 그리고 필요에 따라 중합성 모노머, 중합 개시제를 포함하는 조성물의 경화물을 포함할 수 있다. 상기 바인더 수지는 광경화성 수지, 열경화성 수지, 열가소성 수지 등이 사용될 수 있으며, 수용성 고분자를 사용하는 것이 바람직하다. 바인더 수지는 1종 만이 사용될 수도 있으나, 2종 이상이 함께 사용될 수 있다.
상기 광전환 필름 및/또는 광전환 형광확산 필름은 배리어 층이 포함된 배리어 필름 상에 형성될 수 있다(도 4 및 도 5). 도 4 및 도 5에 있어서, 투명기판은 배리어층의 버퍼층 역할을 할 수 있다. 필요에 따라 추가의 버퍼층이 구비될 수도 있고, 투명 기판이 생략될 수도 있다. 도 4 및 도 5에는 배리어층 및 투명 기판이 제2 광전환 필름에 접하여 배치된 구조가 도시되어 있으나, 필요에 따라 배리어층 및 투명 기판이 제1 광전환 필름에 접하여 배치될 수 있다. 예컨대, 광원 상에, 제2 광전환 필름, 제2 광전환 필름, 배리어층 및 투명 기판이 적층된 구조를 가질 수 있으며, 여기서 투명 기판은 생략될 수 있다.
또한, 상기 광전환 필름 및/또는 광전환 형광확산 필름 상에는 점착제/접착제 층에 의해 배리어 층을 포함한 별도의 배리어 필름과 적층될 수 있다(도 6 및 도 7). 도 6 및 도 7에 있어서, 투명기판은 배리어층의 버퍼층 역할을 할 수 있다. 필요에 따라 추가의 버퍼층이 구비될 수도 있고, 투명 기판이 생략될 수도 있다.
도 4 내지 도 7에 기재된 것과 같은 상기 배리어 층은 외부의 수분 및 산소가 필름 내부로 침투하는 것을 차단하는 역할을 한다. 유기형광염료를 포함하는 광전환 필름이 상온 이상의 높은 온도에서 광원으로부터 빛을 받아 다른 파장(색)의 빛으로 전환할 때 필름 내부로 침투하여 존재하는 산소나 수분과 반응하여 상기 필름의 파장, FWHM, 변환효율 등이 시간이 지남에 따라 변할 수 있다. 이에 본 발명의 실시상태에서는 필름의 광 특성 변화를 방지하기 위해 상기 광전환 필름의 일면 또는 양면에 배리어 필름이 적층되어 있다. 일 예에 따르면, 상기 제1 광전환 필름 및 상기 제2 광전환 필름은 각각 서로 대향하는 면의 반대면에 각각 구비된 배리어 필름을 포함할 수 있다.
상기 배리어층의 산소 및 수분의 투과도는, 예를 들면 각각 10-1cc/m2/day 이하가 될 수 있다. 이는 배리어 필름의 일례로 언급한 것으로, 상기 배리어층의 산소 및 수분 투과도는 이와 다른 값을 가질 수도 있다.
상기 광전환 필름은 광전환 필름의 변환효율을 높이기 위해 광확산 입자 대신 광추출판을 포함할 수 있다. 이에 상기 광전환 필름은 상기 투명 기판과, 상기 투명 기판 상에 도포된 1종 이상의 유기형광염료를 포함하는 제1 및 제2 광전환 필름과, 상기 투명 기판의 타면에 형성된 점착제/접착제 층에 의해 적층된 광추출판을 포함할 수 있다(도 8). 또한 상기 광전환 필름 상에는 점착제층 또는 접착제층에 의해 배리어 층을 포함한 별도의 배리어 필름과 적층될 수 있다(도 9). 도 8 및 도 9에 있어서, 투명기판은 배리어층의 버퍼층 역할을 할 수 있다.
한편 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 제1 광전환 필름 또는 제1 광전환 형광확산 필름과 상기 제2 광전환 필름 또는 제2 광전환 형광확산 필름은 서로 떨어져서 배치될 수도 있고, 서로 접하여 배치될 수도 있다.
예컨대, 광전환 필름들 또는 광전환 형광확산 필름들 사이에는 다른 필름이 개재될 수 있다. 또는, 제1 광전환 필름 또는 제1 광전환 형광확산 필름 상에 마련된 점착제층 또는 접착제층에 의해 제2 광전환 필름 또는 제2 광전환 형광확산 필름과 적층되어 배치될 수 있다.
또한 상기 제1 및 제2 광전환 필름은 광전환 필름의 변환효율을 높이기 위해 광확산 입자 대신 광추출판을 포함할 수 있다. 도 10에 광추출판의 적층구조를 예시하였다.
도 1 내지 11에는 각각 광전환 필름과 광전환 형광확산 필름을 2장씩 포함하는 구조가 도시되어 있으나, 필요에 따라 3장 이상의 필름을 포함할 수도 있다.
일 예에 따르면, 본 명세서의 실시상태들에 따른 광전환 필름 제조용 조성물은 유기형광염료, 필요에 따라 광확산 입자, 바인더 수지, 중합성 모노머 및 중합성 개시제를 포함한다. 상기 중합성 모노머는 상기 바인더 수지 중량 대비 10 내지 30% 사용될 수 있다. 유기형광염료는 상기 바인더 수지 중량 대비 0.001 내지 5%로 사용될 수 있다. 상기 중합성 개시제는 필요에 따라 양이 결정될 수 있으며, 전체 조성물의 고형분 중량 대비 0.01 내지 20 중량%로 사용될 수 있다. 상기 광전환 필름 제조용 조성물은 필요에 따라 용매를 더 포함할 수 있으며, 예컨대 바인더 수지가 수용성인 경우 용매로서 물을 사용할 수 있다. 상기 광전환 필름 제조용 조성물은 조성물 전체 용액 중 고형분 함량이 10~40중량%가 되도록 용매, 예컨대 물에 용해되어 사용되는 것이 바람직하다.
바인더 수지로는 예컨대 폴리비닐알코올(poly(vinylalcohol)), 폴리알릴아민(polyallyamine) 등이 사용될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 폴리알릴아민으로는 폴리알릴아민(PAA) 또는 폴리알릴아민 하이드로클로라이드(PAH)가 사용될 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 상기 폴리비닐알코올은 중량평균분자량(Mw)이 85,000~146,000인 폴리비닐알코올로서 96% 이하로 가수분해된 것이 바람직하다. 상기 폴리알릴아민은 중량평균분자량(Mw)이 58,000~900,000인 것이 바람직하다.
상기 중합성 모노머로는 글리시딜(glycidyl)류가 보다 바람직하며, 이로써 한정하는 것은 아니지만, 알데히드(aldehyde)류, 디알데히드(dialdehyde)류, 이소시아네이트(isocynate)류, 알코올(alcohol)류 등이 사용될 수 있다.
광전환 필름을 형성하기 위하여, 상기 조성물을 투명 기판 상에 도포한 후, 필요에 따라 경화 또는 건조를 수행할 수 있다. 상기 조성물 도포후 경화를 수행하는 경우 경화 방법 및 조건은 바인더 수지나 다른 성분들의 종류에 따라 결정될 수 있다.
상기 투명 기판은 PET 등과 같은 수지를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며 당기술분야에 알려져 있는 투명 플라스틱 필름 또는 기판이 사용될 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 광원은 엣지형 광원이고, 광원과 광전환 필름 사이에 구비된 도광판을 추가로 포함할 수 있다. 도광판은 엣지형 광원으로부터 받은 빛을 확산시키는 역할을 한다. 또 하나의 예로서, 상기 광원은 직하형 광원이다.
본 출원의 또 하나의 실시상태는 전술한 실시상태들에 따른 광전환 소자를 포함하는 백라이트 유닛을 제공한다. 백라이트 유닛은 광전환 소자를 제외하고는 당기술분야에 알려져 있는 구성을 가질 수 있다. 예컨대, 상기 광원 또는 도광판의 광전환 소자에 대항하는 면의 반대면에는 반사판이 구비될 수도 있고, 상기 광전환 필름의 광원 또는 도광판에 대향하는 면의 반대측에는 집광 시트, 휘도 향상시트 등이 추가로 구비될 수 있다.
본 출원의 또 하나의 실시상태는 상기 광전환 소자 또는 백라이트 유닛을 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다. 디스플레이 장치는 상기 광전환 소자를 전술한 본 출원의 실시상태들에 따른 것을 사용하늑 서을 제외하고는 당기술분야에 알려져 있는 구성을 가질 수 있다. 예컨대, 광전환 소자 또는 백라이트 유닛의 일면에 구비된 디스플레이 모듈을 포함할 수 있다. 상기 디스플레이 모듈은 박막트랜지스터 및 컬러필터를 포함하는 액정 모듈일 수 있다.
이하 실시예를 통하여 본 명세서에 기재된 실시상태를 예시한다. 그러나, 이하의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 발명의 범위를 한정하기 위한 것은 아니다.
실시예 1
전체 용액 중량대비 10중량% PVA(폴리비닐알코올)가 물에 녹아 있는 PVA 용액에 PVA 100 중량부 대비 각각 0.3 중량부의 피렌계 녹색형광염료인 피라닌과 3 중량부의 타이타늄 옥사이드계 광확산제를 첨가하여 교반하여 조성물을 제조하고, 이 조성물을 플라스틱 기재 위에 건조 후 두께가 10 마이크로미터가 되도록 도포한 후 100 ℃ 건조 오븐에서 10분 동안 열풍건조시켜 녹색 광전환 필름을 제조하였다.
동일한 방법으로 PVA 100 중량부 대비 0.1 중량부의 설퍼로다민 101과 타이타늄 옥사이드계 광확산제를 첨가하여 교반하여 만들어진 조성물을 상기 녹색 광전환 필름 상에 건조 후 두께 10 마이크로미터가 되도록 도포한 후 100 ℃ 건조 오븐에서 10분 동안 열풍건조시켜 백색 광전환 필름을 제조하였다.
상기에서 제조된 광전환 소자는 녹색 광전환 필름이 청색 광원에 가깝도록 배치한 후 PR-705 스펙트라 스캔 장비를 이용하여 도 12의 분광스펙트럼을 얻었다. 상기 광전환 소자의 분광스펙트럼으로부터 얻은 white 색좌표 값을 CIE 1976 좌표에 나타낸 것(세모)으로 3M사의 QDEF 필름의 white 색좌표 값(원)과 비교한 결과를 도 13에 나타내었다.
실시예 2
전체 용액 중량대비 25중량% SAN(스타이렌-아크릴로나이트릴 코폴리머)가 톨루엔에 녹아 있는 SAN 용액에 SAN 100 중량부 대비 각각 0.5 중량부의 피롤계 녹색 형광염료인 보디피(BODIPY)와 3 중량부의 타이타늄 옥사이드계 광확산제를 첨가하여 교반하여 조성물을 제조하고, 이 조성물을 플라스틱 기재 위에 건조 후 두께가 10 마이크로미터가 되도록 도포한 후 140 ℃ 건조 오븐에서 15분 동안 열풍건조시켜 녹색 광전환 필름을 제조하였다.
동일한 방법으로 SAN 100 중량부 대비 각각 0.03 중량부의 피롤계 적색 형광 염료인 보디피와 3중량부의 타이타늄 옥사이드계 광확산제를 첨가하여 교반하여 만들어진 조성물을 상기 녹색 광전환 필름 상에 건조 후 두께 10 마이크로미터가 되도록 도포한 후 140 ℃ 건조 오븐에서 15분 동안 열풍건조시켜 백색 광전환 필름을 제조하였다.
상기에서 제조된 광전환 소자는 녹색 광전환 필름이 청색 광원에 가깝도록 배치한 후 PR-705 스펙트라 스캔 장비를 이용하여 도 14의 분광스펙트럼을 얻었다.
상기 광전환 소자의 분광스펙트럼으로부터 얻은 white 색좌표 값을 CIE 1976 좌표에 나타낸 결과를 도 15에 나타내었다.
비교예 1
상기 실시예 2와 동일한 조성과 방법을 사용하되 적색 형광 염료 조성물을 플라스틱 기재 위에 우선 도포하여 적색 광전환 필름을 제작하고 상기 적색 광전환 필름 상에 녹색 형광염료를 도포하여 백색 광전환 소자를 제조한 후, 적색 광전환 필름이 청색 광원에 가깝도록 배치한 후 PR-705 스펙트라 스캔 장비를 이용하여 도 16의 분광 스펙트럼을 얻었다. 상기 광전환 소자의 분광스펙트럼으로부터 얻은 white 색좌표 값을 CIE 1976 좌표에 나타낸 결과를 도 17에 나타내었다.
동일한 조성을 사용한 상기 실시예 2와 비교예 1을 비교하면 상대적으로 파장이 짧은 녹색 광전환 필름이 광원과 가까울 때의 광전환 효율이 82%로 상대적으로 파장이 긴 적색 광전환 필름이 광원과 가까울 때의 광전환 효율 71%보다 높음을 확인하였다.

Claims (10)

  1. 광원; 및 광원의 일면에 구비된 광전환 필름을 포함하고, 상기 광전환 필름은 1 종 이상의 유기형광염료를 포함하는 제1 광전환 필름, 및 상기 제1 광전환 필름 보다 광원에 가깝게 배치되고 1종 이상의 유기형광염료를 포함하는 제2 광전환 필름을 포함하고, 광원으로부터 광 조사시 제2 광전환 필름의 최대 발광 파장이 제1 광전환 필름의 최대 발광 파장보다 더 짧은 것을 특징으로 하는 광전환 소자.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제2 광전환 필름은 최대 발광파장이 500~550 nm 사이에 존재하는 녹색 발광 형광염료를 포함하고, 상기 제1 광전환 필름은 최대 발광파장 600~660 nm 사이에 존재하는 적색 발광 형광염료를 포함하는 것인 광전환 필름.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 유기형광염료는 반치폭(FWHM)이 60 nm 이하이고 몰흡광계수(molecular absorption coefficient)가 50,000~150,000 M-1cm- 1 인 것인 광전환 필름.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 광전환 필름의 광원에 대향하는 면; 또는 상기 제2 광전환 필름의 제1 광전환 필름에 대향하는 면의 반대면에 구비된 투명 기판을 더 포함하는 광전환 소자.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 투명 기판이 배리어 필름이거나, 상기 제1 또는 제2 광전환 필름의 적어도 일면에 구비된 배리어 필름이 추가로 구비되는 것인 광전환 소자.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 또는 제2 광전환 필름은 광확산 입자를 더 포함하는 것인 광전환 소자.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 광전환 필름 및 상기 제2 광전환 필름이 각각 서로 대향하는 면의 반대면에 각각 구비된 배리어 필름을 더 포함하는 광전환 소자.
  8. 청구항 4에 있어서, 상기 투명 기판의 상기 광전환 필름에 대향하는 면의 반대면에 구비된 광추출판을 더 포함하는 광전환 소자.
  9. 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 따른 광전환 소자를 포함하는 백라이트 유닛.
  10. 청구항 1 내지 8 중 한 항에 따른 백라이트 유닛을 포함하는 디스플레이 장치.
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