WO2016126143A1 - 광전환 필름 및 이를 포함하는 광전환 소자 및 디스플레이 장치 - Google Patents

광전환 필름 및 이를 포함하는 광전환 소자 및 디스플레이 장치 Download PDF

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신두현
서유경
임정호
김지호
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Definitions

  • the present invention relates to a light conversion film and a light conversion element comprising the same.
  • 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 activator ions, 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.
  • a dot / adhesive on the light conversion film containing an organic fluorescent dye and laminating a barrier film there is a problem such as the optical properties of the film is reduced due to the dot / adhesive material.
  • Exemplary embodiments of the present invention can greatly improve heat / moisture resistance, which enables adhesion with a barrier film due to the adhesive property of the film without using a dot / adhesive agent, and thus the optical properties of the film are stably maintained even at high temperature and high humidity. It provides an optical switching film and an optical switching device comprising the same.
  • An exemplary embodiment of the present invention provides a light conversion film in which at least one organic fluorescent dye is dispersed in a polymer medium including at least one ionic polymer.
  • the polymer medium may further include a nonionic polymer in addition to the ionic polymer.
  • a nonionic polymer in addition to the ionic polymer.
  • an ionic polymer, or an ionic polymer and a nonionic polymer may be referred to as a binder resin.
  • the binder resin a photocurable resin, a thermosetting resin, a thermoplastic resin, or the like may be used.
  • the polymer medium may include a cured product of a composition including a polymerizable monomer and a polymerizable initiator, in addition to a binder resin including an ionic polymer.
  • Another embodiment of the present application is at least one light conversion film in which at least one organic fluorescent dye is dispersed in a polymer medium comprising at least one ionic polymer; And it provides a light conversion element comprising a barrier film provided on at least one surface of at least one of the light conversion film.
  • the light conversion film may be prepared by applying the composition for forming the light conversion film on the barrier film.
  • a barrier film may be laminated on the light conversion film.
  • the light conversion film may be laminated on the light conversion film without one side of the barrier film by the adhesive agent provided by the ionic polymer, without the aid of a dot / adhesive.
  • the barrier film may block the penetration of external moisture and / or oxygen, and the transmittance of at least one of moisture and oxygen may be 10 ⁇ 1 cc / m 2 / day or less.
  • the barrier film may include a transparent substrate and a barrier layer formed on one surface of the transparent substrate.
  • 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 layer may include aluminum oxide or nitride that imparts moisture or oxygen barrier, and ionic metal oxide.
  • the barrier layer may further include a buffer layer including at least one selected from a sol-gel, acrylic, epoxy, and urethane coating liquid composition as a buffer layer.
  • the barrier film may include a protective coating layer including inorganic nanoparticles surface-modified with an organic-inorganic hybrid coating layer, an inorganic layer, and an organosilane 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 light conversion element may include two or more layers of the light conversion film.
  • the plurality of light conversion films may convert the light incident from the light source into light having a different wavelength (color), and in this case, the light conversion element may convert the light incident from the light emitting diode (LED) light source into white light and emit the light.
  • LED light emitting diode
  • the light conversion film may include light diffusing particles for diffusing the light incident from the light source into the light conversion film.
  • the light diffusing particles are dispersed in a polymer medium comprising at least one organic fluorescent dye and at least one ionic polymer.
  • the 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 light conversion fluorescence diffusion film.
  • the light diffusion particles are to increase the light conversion efficiency of the light conversion film, and may include TiO 2 and silica nanoparticles, but materials known in the art may be used alone or in combination of two or more thereof.
  • 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.
  • the light conversion element may further include a light extraction plate for extracting light emitted from the light source is converted through the light conversion film.
  • a light extraction plate for extracting light emitted from the light source is converted through the light conversion film.
  • an adhesive / adhesive layer formed on the other surface of the barrier film provided with the light conversion film may be laminated with one surface of the light extraction plate.
  • 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 adhesion of the barrier film is excellent due to the adhesion ability of the light conversion film itself, which is provided by the curing reaction of the ionic polymer, so that external moisture or oxygen penetrates into the film / fluorescent diffusion film.
  • light characteristics such as light emission wavelength, full width at half maximum (FWHM), and conversion efficiency can be maintained unchanged when light incident to the light conversion film is converted to a specific wavelength (color). Increases. Therefore, when using two or more kinds of light conversion films having different emission wavelengths, for example, green and red organic fluorescent dyes, the luminance and color coordinates of the white light are reduced when the light incident from the single color LED light source is converted into white light. Can be kept constant.
  • 1 to 5 illustrate the stacked structure of the light conversion element according to the embodiments of the present application.
  • Figure 6 shows the structure of the light conversion device manufactured in Examples 1 and 2.
  • Figure 7 shows the structure of the light conversion device manufactured in Comparative Examples 1 and 2.
  • Polyethylene alcohol (PVA) having a weight average molecular weight (Mw) of 85,000 to 124,000 and a saponification degree of 87% in 20 g of water was completely dissolved at a temperature of 150 ° C, and a polyethylene having a weight average molecular weight (Mw) of 10,000 in a cooled solution.
  • 4 g of imine (PEI) and epichlorohydrin were added at 15% to the weight of PEI, and then dissolved at room temperature. Then, pyranine, a green fluorescent dye, was added to the composition to obtain a high molecular weight (PVA and PEI weight). Of 0.3) was added to prepare a composition for forming a film.
  • the film-forming composition made by the above method is applied on the barrier film on which the barrier layer is formed by a wire bar, and hot-dried for 5 minutes in a 100 ° C. drying oven to induce heat curing, and then a separate barrier on the film.
  • the film was laminated.
  • a light extraction film was laminated on one surface of the barrier film to complete a green light conversion device having a structure as shown in FIG. 6.
  • the composition for forming a film was prepared by adding 0.3% of pyranine, which is a green fluorescent dye, to the composition, based on the polymer weight of the composition (the sum of the weights of PAA and PEI).
  • the film-forming composition made by the above method is applied on the barrier film on which the barrier layer is formed by a wire bar, and hot-dried for 5 minutes in a 100 ° C. drying oven to induce heat curing, and then a separate barrier on the film.
  • the film was laminated. Finally, a light extraction film was laminated on one surface of the barrier film to complete a green light conversion device having a structure as shown in FIG. 6.
  • polyvinyl alcohol having a weight average molecular weight (Mw) of 85,000 to 124,000 and a saponification degree of 87% in 20 g of water was completely dissolved at a temperature of 150 ° C., and pyranine, a green fluorescent dye, was added to the cooled solution.
  • the film composition solution was prepared by adding 0.3% by weight of PVA. It was applied on the barrier film in the same manner as in Example 1, and a separate barrier film was laminated, but adhesion was not possible.
  • the film-forming composition was coated on the PET film, and then a separate PET film was applied. Then, the barrier film was laminated on both sides of the film using a barrier film with an adhesive to complete a green light conversion device having a structure as shown in FIG. 7. .
  • PAA polyallylamine
  • Mw weight average molecular weight
  • the optical conversion elements were placed in a constant temperature and humidity chamber at a temperature of 85 ° C. and a humidity of 85%. .
  • the observation result is shown in FIG.
  • the light conversion film according to an exemplary embodiment of the present specification was able to obtain the desired effect on the adhesion compared to the comparative example does not contain the ionic polymer.
  • the light conversion film according to the exemplary embodiment of the present application is characterized in that at least one organic fluorescent dye is dispersed in a polymer medium containing at least one ionic polymer.
  • the light conversion film serves to convert light incident from a light source including light having a wavelength selected from the visible light region in the near ultraviolet ray into light having a specific wavelength (color).
  • the light conversion film serves to convert the light incident from the LED light source to the white light to emit.
  • the light conversion film may include an organic fluorescent dye that can implement excellent color purity and color reproducibility.
  • the organic fluorescent dye may be a dye that absorbs light of a wavelength selected from the visible region in the near ultraviolet, and emits light of a wavelength different from the absorbed light.
  • the organic fluorescent dye includes one or two green luminescent fluorescent dyes having a maximum emission wavelength of 500 to 550 nm and / or a red luminescent fluorescent dye each having a maximum emission wavelength of 600 to 660 nm. More than one species can be used simultaneously.
  • the organic fluorescent dye is not particularly limited, but 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. desirable.
  • the above materials are examples of organic fluorescent dyes, and various organic fluorescent dyes may be used.
  • the full width at half maximum (FWHM) less than 60 nm and the molar extinction coefficient (molecular absorption coefficient) is 50,000 ⁇ 150,000 M -1 cm of the film in the state of an organic fluorescent dye and is 1, the organic fluorescent dye can be used, thereby limiting It is not.
  • 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 light conversion film may be a polymer film including the organic fluorescent dye and, if necessary, at least one ionic polymer in which light diffusing particles are dispersed.
  • the optical conversion film is a cured product of the organic fluorescent dye and / or light-diffusion particles, a binder resin containing at least one ionic polymer, and optionally a polymerizable monomer, a polymerizable initiator. It may include.
  • 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 ionic polymer may be referred to as containing an ionic bond in the polymer chain.
  • bonded with an ionic solute in a monomer can be called, and it can also be called electrolyte polymer.
  • Ionic polymers are polymers that exhibit anionic or cationic properties when dissociated in water.
  • An example of a cationic polymer is a polymer having an amine group as a functional group, and when it is dissolved in water, it combines with surrounding hydrogen to have a positive charge.
  • the functional group of the anionic polymer is a carboxylic group, a phosphoric group, or a silicic group.
  • ionic polymers are reticulated through the reaction between ionic polymers, as well as reactions with nonionic polymers such as polyvinyl alcohol or polyallylamine, by the addition of suitable reactive monomers or polymerization initiators. A film having a structure is formed. Through this, adhesion with the barrier film is imparted.
  • the ionic polymer may contribute to the stabilization of the organic fluorescent dye.
  • anionic fluorescent dyes when anionic fluorescent dyes are used, when cationic polymers are added, they form a pair of ionic bonds, and thus, the organic fluorescent dye plays a role of maintaining a stable state in which fluorescent properties can be expressed in a polymer medium. .
  • the ionic polymer is not particularly limited but may be polyacrylamide, polyacrylic acid, polysilicic acid, polyphosphoric acid, Poly [3- (vinyloxy) propane-1-sulfonic acid], poly (ethylenephosphoric acid), polymaleic acid acid)), poly (2-methacryloyloxyethane-1-sulfonic acid) (poly (2-methacryloyloxyethane-1-sulfonic acid), poly (3-methacryloyloxypropane-1-sulfonic acid) (poly ( 3-methacryloyloxypropane-1-sulfonic acid), polyethyleneimine, polyamines, polyamideamine, polydiallydimethyldimethylmonium chloride, poly (4-vinylbentrimethylammonium salt) 4-vinylbenzyltrimethylammonium salt)), poly ((dimethylimino) trimethylene (dimethylimino) hexamethylenedibroma De) (poly [(dimethylimino)
  • polyvinyl alcohol poly (vinylalcohol)
  • polyallylamine polyallylamine
  • PAA polyallylamine hydrochloride
  • the composition for producing a light conversion film comprises an organic fluorescent dye, if necessary, light diffusing particles, a binder resin, a polymerizable monomer and a polymerizable initiator, the binder resin is ionic Polymers and nonionic polymers.
  • the ionic polymer may be used in 50 to 1,000% by weight of the nonionic polymer.
  • the polymerizable monomer may be used in an amount of 10 to 30% based on the weight of the ionic polymer.
  • the organic fluorescent dye may be used in 0.001 to 5% of the weight of the nonionic polymer.
  • 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 a light conversion film may further include a solvent, if necessary, for example, water may be used as the solvent when the binder resin containing the ionic polymer 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.
  • the nonionic polymer such as polyvinyl alcohol (PVA) and polyallylamine (PAA) may be a main material for forming a composition for forming a light conversion film, and the content of the remaining components is the polyvinyl alcohol or polyallylamine weight. Can be measured on the basis of.
  • 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 ionic polymer is an important component that provides adhesion to the light conversion film according to the embodiments of the present invention together with the nonionic polymer by causing a crosslinking reaction.
  • the ionic polymer preferably has a weight average molecular weight (Mw) of 1,300 ⁇ 25,000.
  • Mw weight average molecular weight
  • the ionic polymer having such a molecular weight range is advantageous in forming a network structure between the ionic polymers to impart adhesion ability, and can also achieve the effect of stabilizing the organic fluorescent dye adsorbed on the ionic group. If the molecular weight is too large, there is a problem in producing the film.
  • the ionic polymer is preferably contained 50 to 1,000%, preferably 100 to 600% relative to the weight of the nonionic polymer. If the ionic polymer is included in less than 100% of the weight of the nonionic polymer, the barrier film and the adhesion between the film is poor may cause a problem that the barrier film is peeled off. On the contrary, when the ionic polymer exceeds 600% by weight of the nonionic polymer, the coating property may be deteriorated.
  • the polymerizable monomer is preferably contained 10 to 30%, preferably 15 to 25% relative to the weight of the ionic polymer. If the polymerizable monomer is included in less than 1% by weight of the ionic polymer may cause a problem that the adhesion with the barrier film is lowered. On the contrary, when the polymerizable monomer is included in excess of 30% by weight of the ionic polymer, the curing reaction proceeds even at room temperature, which may cause a problem in that the stability and coatability of the composition for forming a light conversion film are significantly reduced.
  • the most preferable content of the polymerizable monomer is 20% by weight of the ionic polymer.
  • 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.
  • FIG. 1 illustrates a light conversion device according to an exemplary embodiment of the present application, and a barrier film including a transparent substrate and a barrier layer is provided at both sides of the light conversion film. At this time, the barrier layer of the barrier film is disposed in contact with the light conversion film.
  • the photoconversion device comprises a composition for a photoconversion film, such as one or more organic fluorescent dyes, light diffusing particles, and at least one ionic polymer, on a barrier film comprising a transparent substrate and a barrier layer.
  • a composition comprising a binder resin, a polymerizable monomer and a polymerizable initiator, and cured or dried as necessary to prepare a light conversion film
  • a barrier film comprising a transparent substrate and a barrier layer on the light conversion film It can be formed by laminating. At this time, the lamination of the light conversion film and the barrier film, due to the presence of the ionic polymer, can be performed without the help of a separate adhesive or adhesive.
  • the curing method and conditions may be determined according to the type of binder resin or other components including an ionic polymer.
  • 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. Although the light conversion film is shown in one layer in FIG. 1, two or more light conversion films may be laminated as necessary.
  • 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 is a light conversion fluorescence diffusion film including one or more light diffusion particles. That is, the light conversion film included in FIG. 2 includes a polymer medium including at least one organic fluorescent dye, at least one light diffusing particle, and at least one ionic polymer.
  • the light diffusing particles serve to diffuse light incident from the light source into the light conversion film.
  • the light diffusing particles may include TiO 2 or silica particles, but are not limited thereto.
  • the above description may be applied to a barrier film, an organic fluorescent dye, and a polymer medium including a transparent substrate and a barrier layer.
  • the light conversion element according to FIG. 3 further includes a light extraction plate.
  • a light extraction plate Specifically, in a structure in which a barrier film including a transparent substrate and a barrier layer is laminated on both surfaces of the light conversion film, an adhesive layer or an adhesive layer is provided on an opposite side of the surface of the barrier film that faces the light conversion film.
  • the light extraction plate is attached thereto.
  • 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.
  • Figure 4 illustrates a structure of a light conversion element in which a plurality of light conversion film is disposed sequentially.
  • the light conversion element is a barrier film including the transparent substrate and a barrier layer formed on the transparent substrate;
  • a first light conversion film in which a first organic fluorescent dye applied on the barrier film and, if necessary, light diffusion particles are dispersed in a polymer medium comprising at least one ionic polymer;
  • a second organic fluorescent dye prepared in the same manner on the first light conversion film and, if necessary, a second light conversion film dispersed in a polymer medium containing at least one ionic polymer.
  • the second light conversion film may be directly stacked on the first light conversion film, and in this case, due to the presence of the ionic polymer, no help of an adhesive or an adhesive is required. .
  • the scope of the present invention is not limited to FIG. 4, and the first light conversion film and the second light conversion film may be disposed apart from each other. In this case, another additional film may be provided between the first light conversion film and the second light conversion film.
  • a structure including two light conversion films is illustrated in FIG. 4, three or more light conversion films may be laminated as necessary.
  • the light conversion device including the plurality of light conversion films may further include a light extraction plate attached through an adhesive layer or an adhesive layer, as in FIG. 3, and such a structure is illustrated in FIG. 5.
  • a light extraction plate attached through an adhesive layer or an adhesive layer, as in FIG. 3, and such a structure is illustrated in FIG. 5.
  • the plurality of light conversion films may be arranged to have a long emission wavelength, for example, away from the light source, for example, the first and second light conversion films may be red and green light conversion films, respectively. Can be. As a result, light absorbed from a single color LED light source may be converted into white light while passing through a plurality of light conversion films.
  • the arrangement of the plurality of light conversion films is merely exemplary, and the arrangement and / or structure for increasing the conversion efficiency of each light conversion film is not particularly limited as long as it is known in the art.
  • the backlight unit may have a configuration known in the art except for the light conversion element.
  • the backlight unit may include an edge type light source; A light guide plate configured to diffuse light received from the edge light source; And it may include a light conversion element provided on one surface of the light guide plate.
  • the backlight unit may include a direct light source and a light conversion element provided on one surface of the direct light source.
  • a reflective plate may be provided on an opposite side of the light guide plate to the light conversion element, and a light collecting sheet, a brightness enhancement sheet, and the like may be further provided on the opposite side of the light conversion element to the light source or the light guide plate. .
  • the display device may have a configuration known in the art except for the light conversion element included in the backlight unit.
  • the display module may include a display module provided on one surface of the backlight unit.
  • the display module may be a liquid crystal module including a thin film transistor and a color filter.

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Abstract

본 출원은 1종 이상의 이온성 고분자를 포함하는 고분자 매질 속에 1종 이상의 유기형광염료가 분산된 광전환 필름과, 이를 포함하는 광전환 소자, 백라이트 유닛 및 디스플레이 장치에 관한 것이다.

Description

광전환 필름 및 이를 포함하는 광전환 소자 및 디스플레이 장치
본 발명은 광전환 필름 및 이를 포함하는 광전환 소자에 관한 것이다.
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. 이에 유기형광염료를 포함한 광전환 필름 상에 점/접착제를 도포하고 배리어 필름을 적층하여 안정성을 향상시키고자 하나, 점/접착 소재로 인해 필름의 광 특성이 하락하는 등의 문제가 있다.
[선행특허문헌]: 한국 출원 공개 제2000-0011622호
본 발명의 실시상태들은 점/접착제를 사용하지 않고도 필름이 가지는 접착능에 의해 배리어 필름과의 부착이 가능한, 따라서 고온 다습한 조건에서도 필름의 광 특성이 안정하게 유지되는, 내열/내습성이 크게 향상된 광전환 필름 및 이를 포함하는 광전환 소자를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는 1종 이상의 이온성 고분자를 포함하는 고분자 매질 속에 1종 이상의 유기형광염료가 분산된 광전환 필름을 제공한다.
상기 고분자 매질은 상기 이온성 고분자 외에, 비이온성 고분자를 더 포함할 수 있다. 본 명세서에서는 이온성 고분자, 또는 이온성 고분자와 비이온성 고분자를 바인더 수지로 언급할 수 있다. 상기 바인더 수지는 광경화성 수지, 열경화성 수지, 열가소성 수지 등이 사용될 수 있다. 일 예에 따르면, 상기 고분자 매질은 이온성 고분자를 포함하는 바인더 수지에 더하여, 필요에 따라 중합성 모노머, 중합성 개시제를 포함하는 조성물의 경화물을 포함할 수 있다.
본 출원의 또 하나의 실시상태는 1종 이상의 이온성 고분자를 포함하는 고분자 매질 속에 1종 이상의 유기형광염료가 분산된 하나 이상의 광전환 필름; 및 상기 광전환 필름 중 적어도 하나의 적어도 일면에 구비된 배리어 필름을 포함하는 광전환 소자를 제공한다.
상기 광전환 필름은 상기 광전환 필름 형성용 조성물을 배리어 필름 상에 도포함으로써 제조될 수 있다. 또한, 상기 광전환 필름 상에 배리어 필름을 적층할 수 있다. 상기 광전환 필름은 상기 이온성 고분자가 제공하는 접착능에 의하여, 배리어 필름의 일면이 점/접착제의 도움 없이도 상기 광전환 필름 상에 적층될 수 있다.
상기 배리어 필름은 외부의 수분 및/또는 산소의 침투를 차단할 수 있으며 수분이나 산소 중 적어도 하나의 투과도가 10-1cc/m2/day 이하가 될 수 있다. 상기 배리어 필름은 투명 기판, 및 상기 투명 기판의 일면에 형성된 배리어 층을 포함할 수 있다. 상기 배리어 층으로는 수분 또는 산소를 차단할 수 있는 층이라면 특별히 한정되지 않고 당기술분야에 알려져 있는 것들을 사용할 수 있다. 예컨대, 상기 배리어 층은 수분 또는 산소 차단성을 부여하는 알루미늄 산화물 또는 질화물, 및 이온성 금속 산화물을 포함할 수 있다. 상기 배리어 층은 버퍼층으로서 졸-겔계, 아크릴계, 에폭시계 및 우레탄계 코팅액 조성물 중에서 선택된 1종 이상으로 이루어진 버퍼층을 더 포함할 수도 있다. 일 예로서, 상기 배리어 필름은 기재의 일면 또는 양면에 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.
본 출원의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 광전환 소자는 광전환 필름을 2층 이상 포함할 수 있다. 복수의 광전환 필름들이 광원으로부터 입사된 빛을 각각 다른 파장(색)의 빛으로 전환할 수 있으며, 이 경우 광전환 소자는 예컨대 발광 다이오드(LED) 광원으로부터 입사된 빛을 백색광으로 전환하여 출사할 수 있다.
본 출원의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 광전환 필름은 광원으로부터 입사된 빛을 광전환 필름 내부에서 확산시키는 광확산 입자들을 포함할 수 있다. 상기 광확산 입자들은 1종 이상의 유기형광염료 및 1 종 이상의 이온성 고분자를 포함하는 고분자 매질 속에 분산된다. 광확산 입자들을 포함하는 광전환 필름은 광전환 뿐만 아니라 형광 확산을 할 수 있는 것으로서, 광전환 형광확산 필름이라고도 할 수 있다. 상기 광확산 입자들은 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.
본 출원의 또 하나의 실시상태에 따르면, 상기 광전환 소자는 광원으로부터 입사된 빛이 상기 광전환 필름을 통해 전환되어 출사되는 빛을 추출하는 광추출판을 더 포함할 수 있다. 예컨대, 광전환 필름이 구비된 배리어 필름의 타면에 형성된 점착제/접착제 층이, 광 추출판의 일면과 적층될 수 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, 이온성 고분자의 경화반응에 의해 제공되는, 광전환 필름 자체의 접착능에 의해 배리어 필름과의 접착이 우수하여 외부의 수분이나 산소가 필름/형광확산 필름 내부로 침투하는 것을 효과적으로 차단할 수 있다. 이로 인해 광전환 필름으로 입사된 빛이 특정 파장(색)으로 전환될 때 발광파장, FWHM(Full Width at Half Maximum), 그리고 전환효율 등과 같은 광 특성이 변함없이 유지될 수 있으므로, 사용수명이 크게 늘어난다. 따라서, 2종 이상의, 발광파장이 다른, 예컨대 녹색과 적색의 유기형광염료를 포함한 광전환 필름을 사용하는 경우, 단일 색상의 LED 광원으로부터 입사된 빛을 백색광으로 전환할 때 백색 광의 휘도 및 색좌표가 일정하게 유지될 수 있다.
도 1 내지 도 5는 본 출원의 실시상태들에 따른 광전환 소자의 적층 구조를 예시한 것이다.
도 6은 실시예 1 및 2에서 제조된 광전환 소자의 구조를 나타낸 것이다.
도 7은 비교예 1 및 2에서 제조된 광전환 소자의 구조를 나타낸 것이다.
도 8은 실시예 1 및 2와 비교예 1 및 2에서 제조된 광전환 소자의 내구성 측정 결과를 나타낸 것이다.
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>
물 20g에 중량평균분자량(Mw)이 85,000~124,000이고 검화도가 87%인 폴리비닐알코올(PVA) 1g을 150℃의 온도에서 완전히 용해하고, 식힌 용액에 중량평균분자량(Mw)이 10,000인 폴리에틸렌이민(PEI) 4g과 에피클로로하이드린(epichlorohydrin)을 PEI 중량 대비 15% 첨가하여 상온에서 용해한 후, 상기 조성물에 녹색형광염료인 피리닌(pyranine)을 상기 조성물의 고분자중량(PVA 및 PEI의 중량의 합) 대비 0.3%를 추가하여 필름 형성용 조성물을 제조하였다. 상기 방법으로 만들어진 필름 형성용 조성물을 배리어 층이 형성된 배리어 필름 위에 와이어 바(wire bar)로 도포하고, 100℃ 건조 오븐에서 5분 동안 열풍 건조시키면서 열경화를 유도한 후 상기 필름 상에 별도의 배리어 필름을 라미네이팅하였다. 끝으로 배리어 필름의 일면에 광추출 필름을 적층하여 도 6과 같은 구조의 녹색 광전환 소자를 완성하였다.
<실시예 2>
물 20g에 중량평균분자량(Mw)이 65,000인 폴리알릴아민(PAA) 1g과 중량평균분자량(Mw)이 10,000인 폴리에틸렌이민(PEI) 4g, 에피클로로하이드린(epichlorohydrin)을 PEI 중량 대비 15% 첨가하여 상온에서 용해한 후 상기 조성물에 녹색형광염료인 피리닌(pyranine)을 상기 조성물의 고분자 중량(PAA 및 PEI의 중량의 합) 대비 0.3%를 추가하여 필름 형성용 조성물을 제조하였다. 상기 방법으로 만들어진 필름 형성용 조성물을 배리어 층이 형성된 배리어 필름 위에 와이어 바(wire bar)로 도포하고, 100℃ 건조 오븐에서 5분 동안 열풍 건조시키면서 열경화를 유도한 후 상기 필름 상에 별도의 배리어 필름을 라미네이팅하였다. 끝으로 배리어 필름의 일면에 광추출 필름을 적층하여 도 6과 같은 구조의 녹색 광전환 소자를 완성하였다.
<비교예 1>
물 20g에 중량평균분자량(Mw)이 85,000~124,000이고 검화도가 87%인 폴리비닐알코올(PVA) 5g을 150℃의 온도에서 완전히 용해하고 식힌 용액에 녹색형광염료인 피리닌(pyranine)을 상기 PVA 중량 대비 0.3% 추가하여 필름 조성물 용액을 제조하였다. 실시예 1과 동일한 방법으로 배리어 필름 위에 도포하고 별도의 배리어 필름을 라미네이팅하였으나 부착이 불가능하였다. 이에 PET 필름 위에 상기 필름 형성용 조성물을 도포하고 별도의 PET 필름을 덧댄 후, 점착제가 있는 배리어 필름을 사용하여 상기 필름 양쪽에 배리어 필름을 적층하여 도 7과 같은 구조의 녹색 광전환 소자를 완성하였다.
<비교예 2>
물 20g에 중량평균분자량(Mw)이 65,000인 폴리알릴아민(PAA) 5g을 상온에서 완전히 용해하고 녹색형광염료인 피리닌(pyranine)을 상기 PAA 중량 대비 0.3% 추가하여 필름 형성용 조성물을 제조하였다. 실시예 1과 동일한 방법으로 배리어 필름 위에 도포하고 별도의 배리어 필름을 라미네이팅하였으나 부착이 불가능하였다. 이에 PET 필름 위에 상기 필름 조성물 용액을 도포하고 별도의 PET 필름을 덧댄 후, 점착제가 있는 배리어 필름을 사용하여 상기 필름 양쪽에 배리어 필름을 적층하여 도 7과 같은 구조의 녹색 광전환 소자를 완성하였다.
접착력 및 이에 따른 배리어 필름의 산소나 수분 차단효과를 확인하기 위해 상기 광전환 소자들을 85℃ 온도와 85%의 습도가 유지되는 항온항습기에 넣어두고 시간 경과에 따른 필름의 휘도값의 변화를 관찰하였다. 관찰 결과를 도 8에 나타내었다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의해 제공되는 광전환 필름의 조성물에 의해 필름을 배리어 필름 상에 형성하고 별도의 배리어 필름을 적층한 경우 고온 다습한 환경에서도 형광특성이 안정하게 유지된다는 것을 확인할 수 있었다.
<실험예>
본 명세서의 일 실시상태에 따른 광전환 필름의 접착력을 실험하기 위해서, ASTM 규격에 의거 칼로 광전환 필름 상에 라미네이트 된 배리어 필름 표면에 1 mm 간격으로 바둑판과 같은 선 형태로 크로스-컷(cross-cut)한 후 그 위에 셀로판 테이프를 붙이고 이를 떼어 낼 때 붙어있는 지 여부를 판단하여 하기 표 1에 나타내었다. O는 완전히 붙어 있는 경우를, X는 바둑판 무늬 사이가 부분적으로 박리되거나 또는 완전 박리되는 경우를 나타낸 것이다.
구분 접착성
실시예 실시예1 O
실시예2 O
비교예 비교예1 X
비교예2 X
상기 표 1에서 볼 수 있듯이, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 광전환 필름은 이온성 고분자가 포함되지 않은 비교예에 비해서 접착성에 있어서 원하는 효과를 얻을 수 있었다.
이하, 도면을 기초로 본 발명의 실시상태들을 더욱 상세히 설명한다.
본 출원의 일 실시상태에 따른 광전환 필름은 1종 이상의 이온성 고분자를 포함하는 고분자 매질 속에 1종 이상의 유기형광염료가 분산된 것을 특징으로 한다.
본 명세서에 기재된 실시상태들에 따른 광전환 필름은 근자외선에서 가시광선 영역 중에서 선택되는 파장의 빛을 포함하는 광원으로부터 입사된 빛을 특정 파장(색)의 빛으로 전환시키는 역할을 한다. 또한 상기 광전환 필름은 LED 광원으로부터 입사된 빛을 백색광으로 전환하여 출사시키는 역할을 한다.
여기서 상기 광전환 필름은 우수한 색순도 및 색재현성을 구현할 수 있는 유기형광염료를 포함할 수 있다. 상기 유기형광염료는 근자외선에서 가시광선 영역 중에서 선택되는 파장의 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 발광파장 600~660 nm 사이에 존재하는 적색 발광 형광염료가 각각 1종 또는 2종 이상이 동시에 사용될 수 있다.
상기 유기형광염료로는 특별히 제한을 두는 것은 아니나, 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 있다. 바람직하게는, 유기형광염료의 필름상태에서의 반치폭(FWHM)이 60 nm 이하이고 몰흡광계수(molecular absorption coefficient)가 50,000~150,000 M-1cm- 1 인 유기형광염료가 사용될 수 있으며, 이에 한정하는 것은 아니다. 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.
상기 광전환 필름은 상기 유기형광염료 및, 필요한 경우, 광확산 입자가 분산된 1종 이상의 이온성 고분자를 포함하는 폴리머 필름이 될 수 있다. 예를 들면, 상기 광전환 필름은 상기 유기형광염료 및/또는 광확산 입자, 1 종 이상의 이온성 고분자를 포함하는 바인더 수지, 그리고 필요에 따라 중합성 모노머, 중합성 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.
본 발명에서 이온성 고분자는 고분자 사슬에 이온 결합을 내포하고 있는 경우를 일컬을 수 있다. 또한, 단량체 내에 이온성 용질과 결합하고 있는 다량의 작용기를 갖고 있는 경우를 일컬을 수 있으며, 전해질 고분자라고 할 수도 있다.
이온성 고분자는 물에 해리되었을 때 음이온이나 양이온 성질을 나타내는 고분자를 말한다. 양이온성 고분자의 예로는 작용기로 아민기를 갖는 고분자가 있으며, 이것은 물에 녹였을 때 주변의 수소와 결합하여 양전하를 띄는 성질을 갖는다. 음이온성 고분자의 작용기는 카복실기(carboxylic group), 인산기(phosphoric group) 또는 규산기(silicic group)가 있다.
양이온성 고분자나 음이온성 고분자와 같이, 이온성 고분자는 적절한 반응성 모노머 또는 중합 개시제를 첨가하면, 폴리비닐알코올 또는 폴리알릴아민과 같은 비이온성 고분자와의 반응뿐만 아니라, 이온성 고분자간의 반응을 통해 망상구조를 가지는 필름이 형성된다. 이를 통하여 배리어 필름과의 접착능이 부여된다.
추가로, 이온성 고분자는 유기형광염료의 안정화에 기여할 수 있다. 예컨대, 음이온성 형광염료를 사용하는 경우 양이온성 고분자를 첨가하면 서로 짝을 이루면서 이온 결합을 형성하기 때문에, 유기형광염료가 고분자 매질 안에서 형광특성을 발현할 수 있는 안정한 상태를 유지시켜주는 역할을 한다.
이온성 고분자로는, 특별히 한정되지 않지만, 폴리아크릴아미드(polyacrylamide), 폴리아크릴릭산(polyacrylic acid), 폴리실리시익산(poly(silicic acid)), 폴리포스포릭산(poly(phosphoric acid)), 폴리[3-(비닐옥시)프로판-1-술폰산(poly[3-(vinyloxy)propane-1-sulfonic acid)]), 폴리에틸렌포스포릭산(poly(ethylenephosphoric acid)), 폴리말레익산(poly(maleic acid)), 폴리(2-메타크릴로일옥시에탄-1-술폰산)(poly(2-methacryloyloxyethane-1-sulfonic acid), 폴리(3-메타크릴로일옥시프로판-1-술폰산)(poly(3-methacryloyloxypropane-1-sulfonic acid), 폴리에틸렌이민(polyethyleneimine), 폴리아민(polyamines), 폴리아미드아민(polyamideamine), 폴리디알릴디메틸암모늄클로라이드(polydiallydimethylammoniumchloride), 폴리(4-비닐벤트리메틸암모늄염)(poly(4-vinylbenzyltrimethylammonium salt)), 폴리[(디메틸이미노)트리메틸렌(디메틸이미노)헥사메틸렌디브로마이드] (poly[(dimethylimino)trimethylene(dimethylimino) hexamethylenedibromide]), 폴리(2-비닐피페리딘 염)(poly(2-vinylpiperidine salt)), 폴리(4-비닐피페리딘염)(poly(4-vinylpiperidine salt)), 폴리비닐아민염(poly(vinylamine salt)), 폴리(2-비닐피리딘)(poly(2-vinylpyridine))과 노말알킬(쿼터너리)(N-alkyl(quaternary) 유도체 등이 사용될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
비이온성 고분자로는 폴리비닐알코올(poly(vinylalcohol)), 폴리알릴아민(polyallyamine) 등이 사용될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 폴리알릴아민으로는 폴리알릴아민(PAA) 또는 폴리알릴아민 하이드로클로라이드(PAH)가 사용될 수 있다.
일 예에 따르면, 본 명세서의 실시상태들에 따른 광전환 필름 제조용 조성물은 유기형광염료, 필요에 따라 광확산 입자, 바인더 수지, 중합성 모노머 및 중합성 개시제를 포함하고, 상기 바인더 수지는 이온성 고분자 및 비이온성 고분자를 포함한다. 상기 이온성 고분자는 상기 비이온성 고분자의 중량 대비 50 내지 1,000% 사용될 수 있다. 상기 중합성 모노머는 상기 이온성 고분자 중량 대비 10 내지 30% 사용될 수 있다. 유기형광염료는 상기 비이온성 고분자 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 이온성 고분자를 포함하는 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.
상기 폴리비닐알코올(PVA), 폴리알릴아민(PAA)와 같은 비이온성 고분자는 광전환 필름 형성용 조성물을 형성하는 주 재료가 될 수 있으며, 나머지 성분들의 함량은 상기 폴리비닐알코올 또는 폴리알릴아민 중량을 기준으로 하여 측정될 수 있다. 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.
본 명세서에 있어서, 이온성 고분자는 가교반응을 일으킴으로써 상기 비이온성 고분자와 함께 본 발명의 실시상태들에 따른 광전환 필름에 접착능을 제공하는 중요한 성분이다. 상기 이온성 고분자는 중량평균분자량(Mw)이 1,300~25,000인 것이 바람직하다. 이와 같은 분자량 범위를 갖는 이온성 고분자는 이온성 고분자간에 망상구조를 형성하여 접착능을 부여하는데 유리하고, 유기형광염료가 이온성 기에 흡착되어 안정화되는 효과도 달성할 수 있다. 분자량이 너무 큰 경우에는 필름을 제조하는데 문제가 있다. 상기 이온성 고분자는 비이온성 고분자 중량대비 50 내지 1,000%, 바람직하게는 100~600% 포함되는 것이 바람직하다. 만일 상기 이온성 고분자가 비이온성 고분자 중량의 100% 미만으로 포함될 경우에는 배리어필름과 필름간 접착이 불량하여 배리어필름이 박리되는 문제가 발생할 수 있다. 반대로, 상기 이온성 고분자가 비이온성 고분자 중량 대비 600%를 초과할 경우 도포성이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.
비이온성 고분자와 이온성 고분자의 가교반응을 유도하고 접착성을 증대시키기 위하여 중합성 모노머가 포함되는 것이 바람직하다. 상기 중합성 모노머는 상기 이온성 고분자 중량 대비 10~30%, 바람직하게는 15~25% 포함되는 것이 바람직하다. 만일 상기 중합성 모노머가 이온성 고분자 중량 대비 1% 미만 포함되는 경우 배리어 필름과의 부착능이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 반대로 상기 중합성 모노머가 이온성 고분자 중량 대비 30%를 초과하여 포함되면, 상온에서도 경화반응이 진행되어 광전환 필름 형성용 조성물의 안정성 및 도포성이 현저히 감소하는 문제가 발생할 수 있다. 가장 바람직한 중합성 모노머의 함량은 이온성 고분자 중량 대비 20%이다. 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.
도 1은 본 출원의 일 실시상태에 따른 광변환 소자를 도시한 것으로서, 광변환 필름의 양측에 투명 기판 및 배리어 층을 포함하는 배리어 필름이 구비된다. 이 때, 배리어 필름의 배리어 층이 상기 광변환 필름에 접하여 배치된다.
도 1에 따른 광변환 소자는 투명 기판 및 배리어 층을 포함하는 배리어 필름 상에 광변환 필름용 조성물, 예컨대 1종 이상의 유기형광염료, 필요에 따라 광확산 입자, 1종 이상의 이온성 고분자를 포함하는 바인더 수지, 중합성 모노머 및 중합성 개시제를 포함하는 조성물을 도포하고, 이를 필요에 따라 경화 또는 건조시켜 광전환 필름을 제조한 뒤, 상기 광전환 필름 상에 투명 기판 및 배리어 층을 포함하는 배리어 필름을 적층함으로써 형성될 수 있다. 이 때, 광전환 필름과 배리어 필름의 적층은, 상기 이온성 고분자의 존재로 인하여, 별도의 점착제나 접착제의 도움없이 수행될 수 있다. 상기 조성물 도포후 경화를 수행하는 경우 경화 방법 및 조건은 이온성 고분자를 포함한 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. 도 1에는 광전환 필름이 1층으로 도시되어 있으나, 필요에 따라 2층 이상의 광전환 필름이 적층될 수 있다.
상기 배리어 층의 산소 및 수분의 투과도는, 예를 들면 각각 10-1cc/m2/day 이하가 될 수 있다. 이는 배리어 필름의 일례로 언급한 것으로, 상기 배리어 층의 산소 및 수분 투과도는 이와 다른 값을 가질 수도 있다.
도 2에 따른 광전환 소자에 있어서, 광전환 필름이 1종 이상의 광확산 입자를 포함하는 광전환 형광확산 필름이다. 즉, 도 2에 포함되는 광전환 필름은 1종 이상의 유기형광염료, 1종 이상의 광확산 입자 및 1종 이상의 이온성 고분자를 포함하는 고분자 매질을 포함한다. 상기 광확산 입자는 광원으로부터 입사된 빛을 광전환 필름 내부에서 확산시키는 역할을 한다. 여기서, 광확산 입자는 TiO2 또는 실리카 입자를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 그외 투명 기판 및 배리어 층을 포함하는 배리어 필름, 유기형광염료, 고분자 매질 등에 대하여는 전술한 설명이 적용될 수 있다.
도 3에 따른 광전환 소자는 광추출판을 추가로 포함한다. 구체적으로, 광전환 필름의 양면에 투명 기판 및 배리어 층을 포함하는 배리어 필름이 적층된 구조에 있어서, 어느 하나의 배리어 필름의 상기 광전환 필름에 대향하는 면의 반대면에 점착층 또는 접착층이 구비되고, 여기에 광추출판이 부착된다. 상기 광추출 판은 광전환 필름의 변환효율을 높이기 위한 것으로 당 기술 분야에 알려져 있는 것이면 특별히 제한을 두지 않는다.
한편, 도 4는 복수의 광전환 필름이 순차적으로 배치된 광전환 소자의 구조를 예시한다. 구체적으로, 상기 광전환 소자는 상기 투명 기판과, 상기 투명 기판 상에 형성된 배리어 층을 포함하는 배리어 필름; 상기 배리어 필름 상에 도포된 제1 유기형광염료 및 필요한 경우 광확산 입자가 1종 이상의 이온성 고분자를 포함하는 고분자 매질 속에 분산된 제1 광전환 필름; 상기 제1 광전환 필름 상에 동일한 방법으로 마련된 제2 유기형광염료 및 필요한 경우 광확산 입자가 1종 이상의 이온성 고분자를 포함하는 고분자 매질 속에 분산된 제2 광전환 필름을 포함한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1 광전환 필름 상에 상기 제2 광전환 필름이 직접 적층되어 배치될 수 있으며, 이 경우 이온성 고분자의 존재로 인하여, 점착제 또는 접착제의 도움이 필요하지 않다. 다만, 본 발명의 범위가 도 4로 한정되는 것은 아니며, 상기 제1 광전환 필름과 상기 제2 광전환 필름이 서로 떨어져서 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 광전환 필름과 상기 제2 광전환 필름 사이에는 다른 추가의 필름이 구비될 수 있다. 또한, 도 4에는 2장의 광전환 필름을 포함하는 구조가 예시되어 있으나, 필요에 따라 3장 이상의 광전환 필름이 적층될 수도 있다.
도 4와 같이 복수의 광전환 필름을 포함하는 광전환 소자도 역시, 도 3과 마찬가지로 점착층 또는 접착층을 통하여 부착된 광추출판을 더 포함할 수 있으며, 이와 같은 구조를 도 5에 예시하였다. 이와 같이 광추출 판을 더 포함함으로써, 광전환 필름의 변환효율을 더 높일 수 있다.
일 예에 따르면, 복수의 광전환 필름은, 예를 들면 광원으로부터 멀어질수록 긴 발광파장을 가지도록 배치될 수 있는데, 예컨대 제1 및 제2 광전환 필름은 각각 적색 및 녹색 광전환 필름이 될 수 있다. 그 결과 단일 색상의 LED 광원으로부터 흡수한 빛이 복수의 광전환 필름을 통과하면서 백색광으로 전환될 수 있다. 상기 복수의 광전환 필름의 배치는 예시적인 것에 불과하며, 각 광전환 필름의 변환효율을 높이기 위한 배치 및/또는 구조는 당 기술 분야에 알려져 있는 것이면 특별히 제한을 두지 않는다.
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, 백라이트 유닛은 엣지형 광원; 상기 엣지형 광원으로부터 받은 빛을 확산시키는 도광판; 및 상기 도광판의 일면에 구비된 광변환 소자를 포함할 수 있다. 또 하나의 예로서, 백라이트 유닛은 직하형 광원 및 상기 직하형 광원의 일면에 구비된 광전환 소자를 포함할 수 있다. 상기 도광판의 광전환 소자에 대항하는 면의 반대면에는 반사판이 구비될 수도 있고, 상기 광전환 소자의 광원 또는 도광판에 대향하는 면의 반대측에는 집광 시트, 휘도 향상시트 등이 추가로 구비될 수 있다.
본 출원의 또 하나의 실시상태는 상기 백라이트 유닛을 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다. 디스플레이 장치는 상기 백라이트 유닛 내에 포함되는 광전환 소자를 제외하고는 당기술분야에 알려져 있는 구성을 가질 수 있다. 예컨대, 백라이트 유닛의 일면에 구비된 디스플레이 모듈을 포함할 수 있다. 상기 디스플레이 모듈은 박막트랜지스터 및 컬러필터를 포함하는 액정 모듈일 수 있다.

Claims (17)

1종 이상의 이온성 고분자 및 1종 이상의 비이온성 고분자를 포함하는 고분자 매질 속에 1종 이상의 수용성 유기형광염료가 분산된 광전환 필름으로서,
상기 유기형광염료는 반치폭(FWHM)이 60 nm 이하이고 몰흡광계수(molecular absorption coefficient)가 50,000~150,000 M-1cm-1인 것인 광전환 필름.
청구항 1에 있어서, 상기 광전환 필름은 최대 발광파장이 500~550 nm 사이에 존재하는 녹색 발광 형광염료 및 최대 발광파장이 600~660 nm 사이에 존재하는 적색 발광 형광염료 중 적어도 하나를 1종 또는 2종 이상 포함하는 것인 광전환 필름.
청구항 1에 있어서, 상기 비이온성 고분자는 폴리비닐알코올(PVA) 및 폴리알릴아민(PAA) 중 적어도 하나를 포함하는 것인 광전환 필름.
청구항 3에 있어서, 상기 이온성 고분자는 상기 비이온성 고분자 중량 대비 50 내지 1,000%로 포함되는 것인 광전환 필름.
청구항 1에 있어서, 상기 고분자 매질은 이온성 고분자를 포함하는 바인더 수지, 중합성 모노머 및 중합성 개시제를 포함하는 조성물의 경화물을 포함하는 것인 광전환 필름.
청구항 5에 있어서, 상기 중합성 모노머는 상기 이온성 고분자 중량 대비 10 내지 30%로 포함되는 것인 광전환 필름.
청구항 1에 있어서, 상기 광전환 필름은 상기 고분자 매질 속에 분산된 광확산 입자를 더 포함하는 것인 광전환 필름.
청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 따른 광전환 필름; 및 상기 광전환 필름 중 적어도 하나의 적어도 일면에 구비된 배리어 필름을 포함하는 광전환 소자.
청구항 8에 있어서, 상기 광전환 필름의 양면에 배리어 필름이 구비되고, 일면에 구비된 배리어 필름은 광전환 필름 형성용 조성물을 배리어 필름 상에 도포하여 광전환 필름을 형성함으로써 적층된 것이고, 타면에 구비된 배리어 필름은 광전환 필름의 접착능을 이용하여 광전환 필름 상에 배리어 필름을 부착함으로써 적층된 것인 광전환 소자.
청구항 8에 있어서, 상기 배리어 필름은 수분이나 산소 투과도가 10-1cc/m2/day 이하인 것인 광전환 소자.
청구항 8에 있어서, 상기 배리어 필름은 투명 기판 및 상기 투명 기판 상에 구비된 배리어 층을 포함하는 것인 광전환 소자.
청구항 8에 있어서, 상기 광전환 소자는 광전환 필름을 2층 이상 포함하는 것인 광전환 소자.
청구항 12에 있어서, 상기 2층 이상의 광전환 필름은 입사된 빛을 서로 다른 파장의 빛으로 전환하는 유기형광염료를 포함하는 것인 광전환 소자.
청구항 13에 있어서, 상기 2 이상의 광전환 필름은 중 광원으로부터 멀어질수록 긴 발광파장을 가지도록 배치된 것인 광전환 소자.
청구항 8에 있어서, 상기 광전환 소자는 상기 배리어 필름 중 적어도 하나의 상기 광전환 필름에 대향하는 면의 반대면에, 점착층 또는 접착층을 통하여 부착된 광추출판을 더 포함하는 광전환 소자.
청구항 8에 따른 광전환 소자를 포함하는 백라이트 유닛.
청구항 16에 따른 백라이트 유닛을 포함하는 디스플레이 장치.
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