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KR20160069393A - 광 변환 복합재의 제조방법, 광 변환 복합재, 이를 포함하는 광 변환 필름, 백라이트 유닛 및 표시장치 - Google Patents

광 변환 복합재의 제조방법, 광 변환 복합재, 이를 포함하는 광 변환 필름, 백라이트 유닛 및 표시장치 Download PDF

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KR20160069393A
KR20160069393A KR1020140175301A KR20140175301A KR20160069393A KR 20160069393 A KR20160069393 A KR 20160069393A KR 1020140175301 A KR1020140175301 A KR 1020140175301A KR 20140175301 A KR20140175301 A KR 20140175301A KR 20160069393 A KR20160069393 A KR 20160069393A
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KR
South Korea
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light
quantum dot
polymer
solvent
wave number
Prior art date
Application number
KR1020140175301A
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English (en)
Inventor
성진우
오진목
장동선
Original Assignee
엘지전자 주식회사
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Publication date
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Abstract

본 발명은 매트릭스 수지; 및 상기 매트릭스 수지 내에 분산되는 양자점-고분자 비드를 포함하고, 소각 X선 산란(Small Angle X-ray Scattering)에 의해 측정되는 파수(wave number)에 따른 산란 강도(intensity) 그래프의 피크점의 양자점 파수(wave number) q가 0.0056Å-1 내지 0.045Å-1 인 광 변환 복합재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

Description

광 변환 복합재의 제조방법, 광 변환 복합재, 이를 포함하는 광 변환 필름, 백라이트 유닛 및 표시장치{METHOD FOR MANUFACTURING LIGHT CONVERSION COMPOSITE, LIGHT CONVERSION FILM, BACKLIGHT UNIT AND DISPLAY DEVICE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 광 변환 복합재 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 발광 효율이 우수하고, 고온, 고습 환경에서의 에지부 열화가 적은 광 변환 필름을 제조할 수 있는 광 변환 복합재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근 정보화 시대에 발맞추어 디스플레이(display) 분야 또한 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응해서 박형화, 경량화, 저소비전력화 장점을 지닌 평판표시장치(FPD, Flat Panel Display)로서 액정표시장치(LCD, Liquid Crystal Display), 플라즈마표시장치(PDP, Plasma Display Panel device), 전기발광표시장치(ELD, ElectroLuminescence Display), 전계방출표시장치(FED, Field Emission Display) 등이 소개되어 기존의 브라운관(CRT, Cathode Ray Tube)을 빠르게 대체하며 각광받고 있다.
이중에서도 액정표시장치는 소비전력이 낮고, 휴대성이 양호한 기술 집약적이며, 부가가치가 높은 차세대 첨단 디스플레이(display)소자로 각광받고 있다. 액정표시장치는 그 자체가 발광하여 화상을 형성하지 못하고, 외부로부터 빛이 입사되어 화상을 형성하는 수광형 디스플레이 장치이기 때문에, 광을 제공하기 광원이 필수적으로 요구된다. 종래에는 액정표시장치의 광원으로 냉음극 형광램프(CCFL, Cold Cathode Fluorescent Lamp)가 주로 사용되어 왔으나, 냉음극 형광 램프는 장치가 대형화될 경우 휘도 균일성을 확보하기 어렵고, 색 순도가 떨어진다는 문제점이 있다.
따라서, 최근에는 액정표시장치의 광원으로 냉음극 형광 램프 대신 삼색 발광다이오드(LED, Light Emitting Diode)를 사용하고 있는 추세이다. 삼색 LED를 광원으로 사용할 경우, 높은 색순도를 재현할 수 있어 고품질의 화상을 구현할 수 있다는 장점이 있으나, 그 가격이 매우 비싸기 때문에 제조 비용이 상승한다는 단점이 있다. 따라서, 광원으로 비교적 가격이 저렴한 청색 발광다이오드를 사용하고, 양자점(QD, Quantum Dot)을 포함하는 광 변환 필름을 이용하여 청색광을 적색광 및 녹색광으로 변환시켜 백색광을 구현하는 기술들이 제안되고 있다.
양자점을 이용한 광 변환 필름 제조 시에 양자점이 매트릭스 수지 내에 고르게 분산되도록 하는 것이 중요한데, 양자점들이 응집되어 있을 경우 광원에서 방출된 광이 2 이상의 양자점을 통과하는 재흡수 과정을 거치게 되어 발광 효율이 떨어지기 때문이다. 그러나, 현재 시판되고 있는 양자점들은 대부분 분산성 향상을 위해 양자점 표면이 소수성 리간드 등으로 캡핑되어 있어 분산 가능한 매질의 종류가 극히 한정적이며, 이로 인해 필름 제조를 위해 사용할 수 있는 수지의 종류가 극히 제한적이다.
또한, 현재까지 제안된 광 변환 필름들의 경우, 필름의 상면과 하면에는 배리어 필름이 부착되지만, 필름의 측면부에는 별도의 배리어 수단을 포함하고 있지 않아 측면부를 통해 침투하는 산소나 수분에 의해 필름 에지부에 위치하는 양자점이 산화된다는 문제점이 있었다. 이를 방지하기 위해서는 산소와 수분에 대한 투과율이 낮은 매트릭스 수지를 사용하는 것이 바람직하나, 이러한 투기율 및/또는 투습율이 낮은 수지들에는 양자점이 잘 분산되지 않는다는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 투기율 및/또는 투습율이 낮은 매트릭스 수지를 고온 가열한 후 양자점과 혼합하여 사용하는 기술이 제안되었으나, 양자점은 고온에서 쉽게 열화되는 성질을 갖기 때문에, 이 경우 양자점의 발광 효율이 떨어진다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고온 공정이 요구되지 않으며, 다양한 매트릭스 수지, 특히 저투습, 저투기성 매트릭스 수지 내에서 양자점이 고르게 분산될 수 있도록 개발된 광 변환 복합재 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 상기와 같은 광 변환 복합재를 이용하여 발광 효율이 우수하고, 에지 부분의 양자점 열화 특성이 개선된 광 변환 필름, 이를 포함하는 백라이트 및 표시장치를 제공하고자 한다.
일 다른 구현예에 따르면, 본 발명은 용매 휘발법을 이용하여 양자점-고분자 비드를 제조하는 단계; 상기 양자점-고분자 비드와 매트릭스 수지를 혼합하여 혼합액을 형성하는 단계; 및 상기 혼합액을 경화시키는 단계를 포함하는 광 변환 복합재의 제조 방법을 제공한다.
다른 구현예에 따르면, 본 발명은 매트릭스 수지; 및 상기 매트릭스 수지 내에 분산되는 양자점-고분자 비드를 포함하는 광 변환 복합재이며, 상기 광 변환 복합재는 소각 X선 산란(Small Angle X-ray Scattering)에 의해 측정되는 파수(wave number)에 따른 산란 강도(intensity) 그래프의 피크점(peak point)의 파수(wave number) q가 0.0056Å-1 내지 0.045Å-1 인 광 변환 복합재를 제공한다.
이때, 상기 양자점-고분자 비드는, 다수개의 양자점-고분자 단위체들이 응집되어 형성된 것이며, 상기 양자점-고분자 단위체는 양자점 및 사슬의 일부가 상기 양자점의 표면과 결합되어 코팅층을 형성하는 고분자를 포함한다.
또 다른 구현예에 따르면, 본 발명은 제1배리어 필름; 상기 제1배리어 필름 상에 배치되며, 매트릭스 수지, 상기 매트릭스 수지 내에 분산되는 양자점-고분자 비드를 포함하는 광 변환 복합재로 형성된 광 변환층; 및 상기 광 변환층 상에 배치되는 제2배리어 필름을 포함하며, 상기 광 변환층은 소각 X선 산란(Small Angle X-ray Scattering)에 의해 측정되는 파수(wave number)에 따른 산란 강도(intensity) 그래프의 피크점의 파수(wave number) q가 0.0056Å-1 내지 0.045Å-1 인 광 변환 필름을 제공한다.
이때, 상기 광 변환 필름은 60℃, 상대습도 90% 조건에서 10일동안 방치한 후 측정한 에지부의 손상 길이가 2mm 이하인 것이 바람직하다.
또 다른 구현예에 따르면, 본 발명은 다수의 광원을 포함하는 광원 유닛 및 광 변환 필름을 포함하는 백라이트 유닛이며, 상기 광 변환 필름은, 제1배리어 필름; 상기 제1배리어 필름 상에 배치되며, 매트릭스 수지, 상기 매트릭스 수지 내에 분산되는 양자점-고분자 비드를 포함하는 광 변환 복합재로 형성된 광 변환층; 및 상기 광 변환층 상에 배치되는 제2배리어 필름을 포함하며, 상기 광 변환층은 소각 X선 산란(Small Angle X-ray Scattering)에 의해 측정되는 파수(wave number)에 따른 산란 강도(intensity) 그래프의 피크점의 파수(wave number) q가 0.0056Å-1 내지 0.045Å-1 인 백라이트 유닛 및 이를 포함하는 표시장치를 제공한다.
본 발명의 제조 방법에 따라 제조된 광 변환 복합재는 양자점-고분자 비드 내의 양자점들이 소정 간격으로 이격되어 배치되기 때문에, 양자점 응집으로 인해 발생되는 발광 효율 저하를 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 광 변환 복합재는 매트릭스 수지로 투기율 및 투습율이 낮은 수지를 사용할 수 있기 때문에, 이를 이용하여 광 변환 필름을 제조할 경우, 에지부의 열화 현상을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 광 변환 복합재는 상온에서 제조되기 때문에, 고온 공정에서 발생할 수 있는 양자점 열화를 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 광 변환 복합재의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 광 변환 복합재의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 양자점-고분자 비드를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 광 변환 필름의 단면을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 표시장치의 일 실시예를 도시한 분해 사시도이다.
도 6은 도 5의 I-I’를 따라서 절단한 단면도를 도시한 도면이다.
도 7은 제조예 1에 의해 제조된 양자점-고분자 비드의 광학 현미경 사진이다.
도 8은 실시예 1에 의해 제조된 광 변환 필름을 공초점 현미경(confocal microscope)으로 촬영한 사진이다.
도 9는 비교예에 의해 제조된 광 변환 필름을 공초점 현미경(confocal microscope)으로 촬영한 사진이다.
도 10 및 도 11은 소각 X선 산란법에 의해 측정된 실시예 1 내지 4의 광 변환 필름의 파수에 따른 산란 강도를 보여주는 그래프이다.
도 12는 실시예 1의 광 변환 필름 및 비교예의 광 변환 필름의 발광 효율을 보여주는 그래프이다.
도 13은 실시예 1의 광 변환 필름 및 비교예의 광 변환 필름의 에지 열화 정도를 보여주는 사진이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간 적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함한다.
제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.
본 발명자들은 저투습 및/또는 저투기 매트릭스 수지 내에 양자점을 고르게 분산시킬 수 있고, 양자점 열화를 최소화할 수 있는 광 변환 재료를 개발하기 위해 연구를 거듭한 결과, 용매 휘발법을 이용하여 제조된 양자점-고분자 비드를 사용함으로써, 상기와 같은 목적을 달성할 수 있음을 알아내고 본 발명을 완성하였다.
본 발명에 따른 광 변환 복합재의 제조 방법은, 양자점-고분자 비드를 제조하는 단계; 상기 양자점-고분자 비드를 매트릭스 수지와 혼합하여 혼합액을 형성하는 단계; 및 상기 혼합액을 경화시키는 단계를 포함하며, 이때, 상기 양자점-고분자 비드를 용매 휘발법을 이용하여 제조하는 것을 그 특징으로 한다. 본 발명과 같이, 용매 휘발법을 이용하여 양자점-고분자 비드를 제조할 경우, 고온 공정 없이 상온에서 양자점-고분자 비드를 제조할 수 있기 때문에, 고온 공정에서 발생하는 양자점 열화를 방지할 수 있다.
도 1에는 본 발명에 따른 광 변환 복합재의 제조 방법이 구체적으로 도시되어 있다. 이하, 도 1을 참조하여 각 단계를 보다 자세히 설명하기로 한다.
먼저, 고분자와 제1용매를 혼합하여 고분자 분산액을 형성한다(S1).
이때, 상기 고분자는 양자점의 표면과 친화력이 있는 고분자인 것이 바람직하며, 예를 들면, 용해도 파라미터(SP, Solubility Parameter)가 19 Pa1/2 내지 24MPa1/2 정도인 고분자일 수 있다. 본 발명자들의 연구에 따르면, 용해도 파라미터가 상기 수치 범위 내에 있는 고분자를 사용할 때, 양자점 표면과 고분자 사슬의 결합이 원활하게 이루어져 양자점 표면에 고분자 코팅층이 형성되는 것으로 나타났다. 한편, 본 발명에서 상기 용해도 파라미터는 Polymer handbook(editors, J. Brandrup, E.H.Immergut, E.A.Grulke; associate editors, A.Abe, D.R. Bloch. 4th ed. New York: John Wiley&Sons c1999)의 7장에 설명된 Group contribution methods를 이용하여 계산하였으며, 계산에 사용된 각 group의 기여치로는 상기 문헌의 7장의 Table 2에 기재된 값을 사용하였다.
보다 구체적으로는, 상기 고분자는 주쇄 또는 측쇄에 극성기를 갖는 고분자인 것이 바람직하다. 극성기를 포함할 경우, 상기 극성기가 양자점 표면에 흡착되어 고분자 코팅층을 용이하게 형성할 수 있기 때문이다.
예를 들면, 상기 고분자는 주쇄에 폴리에스터, 에틸 셀룰로오스, 폴리비닐피리딘 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 호모폴리머 또는 코폴리머일 수 있다. 이 중에서도 폴리 에스터는 양자점에 대한 열화 효과가 적다는 점에서 특히 바람직하다.
또한, 상기 고분자는 측쇄에 극성기를 가질 수 있다. 이때, 상기 극성기는 산소 성분을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 극성기는 -OH, -COOH, -COH, -CO, -O- 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 고분자는 부분 산화된 고분자일 수 있다. 부분 산화된 고분자란, 산소 성분이 주쇄 또는 측쇄에 불규칙하게 도입된 고분자를 의미한다. 예를 들면, 상기 부분 산화된 고분자는 부분 산화된 폴리에스터일 수 있다.
또한, 상기 고분자는 수평균분자량이 300g/mol 내지 100,000g/mol정도인 것이 바람직하다. 고분자의 수평균분자량이 300g/mol 미만인 경우에는 양자점-고분자 비드 내에서 양자점의 이격이 충분하지 않아 발광 효율이 저하될 수 있고, 100,000g/mol을 초과하는 경우에는 비드 크기가 지나치게 커져 제막 공정에서 불량이 발생할 수 있기 때문이다.
한편, 상기 제1용매는 상기 고분자를 용해시키기 위한 것으로, 바람직하게는 무극성 용매일 수 있다. 후술할 용매 휘발 단계를 상온에서 실시하기 위해서는, 상기 제1용매는 비점이 낮은 고휘발성 용매인 것이 바람직하며, 예를 들면, 비점이 85℃ 이하, 바람직하게는 50℃ 내지 80℃ 이하, 더 바람직하게는 60℃ 내지 70℃인 용매일 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 제 1 용매는, 테트라하이드로퓨란(비점 66℃), 클로로포름(비점 61℃), 사이클로헥산(비점 81℃), 헥산(비점 68.5~69.1℃), 에틸 아세테이트(비점 77.15℃) 등일 수 있으며, 이 중에서도 클로로포름이 특히 바람직하다.
한편, 상기 고분자 분산액 내의 고분자 함량은 고분자 분산액의 15중량% 내지 35중량% 정도인 것이 바람직하다. 고분자의 함량이 15중량% 미만인 경우에는 용매 휘발량이 많아져 양자점-비드 내에 기공이 지나치게 형성될 수 있으며, 35중량%를 초과할 경우, 점도가 높아져 필름 성형성이 나빠질 수 있다. 필름 성형성을 고려할 때, 상기 고분자 분산액은 점도가 500cP 내지 1000cP 정도인 것이 바람직하다.
다음으로, 양자점과 제2용매를 혼합하여 양자점 분산액을 형성한다(S2). 이때, 상기 양자점 분산액의 형성 시점을 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 상기 고분자 분산액 형성 단계와 동시에 수행되거나, 또는 고분자 분산액 형성 단계 이전 또는 이후에 수행될 수 있다.
양자점이란, 발광 나노 입자로 양자 고립 효과(quantum confinement effect)를 가지는 수 나노미터(nm) 크기의 반도체 결정체로 광원으로부터 주입되는 광의 파장을 변환하여 출사한다.
상기 양자점은, 예를 들면, CdS, CdO, CdSe, CdTe, Cd3P2, Cd3As2, ZnS, ZnO, ZnSe, ZnTe, MnS, MnO, MnSe, MnTe, MgO, MgS, MgSe, MgTe, CaO, CaS, CaSe, CaTe, SrO, SrS, SrSe, SrTe, BaO, BaS, BaSe, BaTE, HgO, HgS, HgSe, HgTe, Hg12, AgI, AgBr, Al2O3, Al2S3, Al2Se3, Al2Te3, Ga2O3, Ga2S3, Ga2Se3, Ga2Te3, In2O3, In2S3, In2Se3, In2Te3, SiO2, GeO2, SnO2, SnS, SnSe, SnTe, PbO, PbO2, PbS, PbSe, PbTe, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, GaInP2, InN, InP, InAs, InSb, In2S3, In2Se3, TiO2, BP, Si, Ge, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 반도체 결정을 포함하는 단일층 또는 다중층 구조의 입자일 수 있다.
한편, 상기 양자점의 직경은 1nm 내지 10nm 정도일 수 있다. 양자점은 그 크기에 따라 발광 파장이 달라지므로, 적절한 크기의 양자점을 선택하여 원하는 색깔의 광을 얻을 수 있다. 본 발명에서는 상기 양자점으로, 예를 들면, 입사광을 적색광으로 변환시키는 적색 발광 양자점 및 입사광을 녹색광으로 변환시키는 녹색 발광 양자점으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
한편, 상기 양자점은 양자점들간의 응집을 방지하기 위해 양자점 표면에 캡핑층을 포함할 수 있다. 상기 캡핑층은 상기 양자점의 표면에 배위 결합된 리간드층일 수도 있고, 소수성 유기분자로 코팅된 표면층일 수 있다.
예를 들면, 상기 캡핑층은 무극성을 나타내는 장쇄 알킬 또는 아릴기를 갖는 포스핀 옥사이드, 유기 아민, 유기산, 포스폰산 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 물질층일 수 있다. 예를 들면, 상기 캡핑층은 트리-n-옥틸포스핀 옥사이드(TOPO), 스테아르산, 팔미트산, 옥타데실아민, 헥사데실아민, 도데실아민, 라우르산, 올레산 헥실포스폰산 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 물질층일 수 있다.
한편, 상기 제2용매는 고분자 분산액과의 혼화를 위해 양자점을 용해시키거나, 시판되는 양자점 용액의 용매를 치환하기 위한 것으로, 바람직하게는 무극성 용매일 수 있다. 일반적으로 시판되는 양자점은 톨루엔과 같은 용매에 용해된 용액 상태로 시판되는데, 본 발명에서는 상기 시판되는 양자점 용액의 용매를 제2용매로 치환시킴으로써, 고분자 분산액과의 혼화성을 향상시킨다. 이를 위해 상기 제2용매는 상기 제1용매와 혼화성이 있는 용매인 것이 바람직하다. 또한, 후술할 용매 휘발 단계를 상온에서 실시하기 위해서는, 상기 제2용매는 비점이 낮은 고휘발성 용매인 것이 바람직하며, 예를 들면, 비점이 85℃ 이하, 바람직하게는 50℃ 내지 80℃ 이하, 더 바람직하게는 60℃ 내지 70℃인 용매일 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 제2 용매는, 테트라하이드로퓨란(비점 66℃), 클로로포름(비점 61℃), 사이클로헥산(비점 81℃), 헥산(비점 68.5~69.1℃), 에틸 아세테이트(비점 77.15℃) 등일 수 있으며, 이 중에서도 클로로포름이 특히 바람직하다.
상기 제1용매와 제2용매는 서로 동일하거나 상이할 수 있으나, 공정 편의성, 혼화성 등을 고려할 때, 동일한 것이 보다 바람직하다.
상기와 같은 과정을 거쳐 고분자 분산액과 양자점 분산액이 형성되면, 상기 두 용액을 혼합하여 양자점-고분자 혼합액을 형성한다(S3).
본 발명에서는 양자점 표면과 친화성이 있는 고분자를 사용하기 때문에, 고분자 분산액과 양자점 분산액을 혼합하면 고분자 사슬의 일부가 양자점 표면에 결합되면서 브러쉬 층(Brush layer)를 형성하게 된다. 즉, 고분자들이 양자점 표면을 둘러싸면서 고분자 코팅층을 형성하게 되는데, 이러한 고분자 코팅층에 의해 양자점들이 응집되지 않고 이격하여 위치하게 되고, 그 결과 양자점들의 응집으로 인해 발생하는 발광 효율 저하를 최소화할 수 있다.
다음으로, 분산제와 제3용매를 혼합하여 분산제 용액을 형성한다(S4).
이때, 상기 분산제 용액의 형성 시점은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 상기 양자점-고분자 혼합액 형성 단계와 동시에 수행되거나, 또는 상기 양자점-고분자 혼합액 형성 단계 이전 또는 이후에 수행될 수 있다.
상기 분산제 용액은 후술할 공정에서 상분리를 통해 양자점 및 고분자를 포함하는 액적을 형성하기 위한 것으로, 상기 제3용매로는 제1용매 및 제2용매와 상분리가 가능한 극성 용매를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 제3용매로는 물이 사용될 수 있다.
상기 분산제는 액적과 제3용매 사이의 상분리를 유지시키기 위한 것으로, 양친성 유기 단분자 또는 양친성 고분자일 수 있다. 또한, 상기 분산제는 이온성 분산제 또는 비이온성 분산제일 수 있다. 바람직하게는, 상기 분산제는 폴리비닐알코올일 수 있다.
상기 분산제 용액 내의 분산제의 함량은 0.1중량% 내지 5중량% 정도, 바람직하게는 0.5중량% 내지 1중량% 정도일 수 있다. 분산제의 함량이 0.1중량% 미만인 경우에는 액적 형성 및 유지가 어려울 수 있고, 5중량%를 초과하는 경우에는 액적의 크기가 작아지고, 발광 효율 떨어지는 문제점이 발생할 수 있다.
다음으로, 상기 양자점-고분자 혼합액과 분산제 용액을 혼합하여 양자점 및 고분자가 포함된 액적을 형성한다(S5).
상기한 바와 같이 양자점-고분자 혼합액은 무극성 용매를 포함하고 있고, 분산제 용액은 극성 용매를 포함하고 있기 때문에, 양자점-고분자 혼합액과 분산제 용액은 서로 섞이지 않고 상분리가 발생하면서 액적이 형성되게 된다. 이때, 상기 액적의 내부에는 양자점, 고분자, 양자점-고분자 혼합액의 용매(즉, 무극성 용매)가 존재하게 되고, 상기 액적의 외부에는 분산제 용액의 용매인 극성 용매가 존재하게 된다. 원활한 액적 형성을 위해, 상기 양자점-고분자 혼합액과 분산제 용액의 혼합은 균질기(homogenizer) 등을 이용하여 수행될 수 있다.
한편, 상기 분산제는 액적 표면에 결합되어 액적의 응집을 방지하고, 액적의 형태가 유지될 수 있도록 한다. 보다 구체적으로는, 분산제의 일측은 무극성 용매인 액적의 표면 측에 위치하고, 다른 일측은 극성 용매 측으로 배치되면서, 분산제들이 액적을 둘러싸 액적의 형태가 유지될 수 있도록 한다. 한편, 상기 분산제의 농도에 따라 액적의 크기를 조절할 수 있으며, 예를 들면, 분산제의 농도가 커질수록 액적의 크기가 작아지게 된다.
상기와 같은 과정을 거쳐 액적이 형성되면, 액적 내부에 존재하는 용매를 휘발시킨다(S6).
상기 액적 내부에 존재하는 용매를 휘발시키는 단계는 액적이 형성된 용액을 상온에서 감압하는 방법으로 수행될 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 용액의 일측에서 질소를 퍼징(purging)하고, 동시에 다른 일측에서 펌프로 진공을 뽑아 액적의 용매를 휘발시킬 수 있다. 액적 내부에 존재하는 양자점-고분자 혼합액의 용매는 비점이 낮은 고휘발성의 무극성 용매이기 때문에, 별도의 가열 공정 없이 상온에서 감압하는 것만으로도 쉽게 휘발시킬 수 있다.
한편, 상기 용매 휘발은 액적이 재응집되는 것을 방지하기 위해, 마그네틱 스티어러로 교반하면서 수행될 수 있으며, 예를 들면, 약 100rpm에서 교반하면서 수행될 수 있다.
한편, 상기 용매 휘발 시간은 액적 내에 존재하는 용매의 종류에 따라 적절하게 조절될 수 있다. 예를 들면, 제1용매 및 제2용매로 클로로포름을 사용하는 경우에는, 상기 휘발 시간은 약 1시간 정도일 수 있다.
상기와 같은 과정을 통해 액적 내의 용매가 휘발되면, 양자점 및 고분자를 포함하는 양자점-고분자 비드가 형성되게 된다. 한편, 본 발명과 같이 용매 휘발법을 통해 비드를 형성할 경우, 양자점-고분자 비드 내에 용매가 휘발되고 난 빈 자리에 기공이 형성될 수 있다.
다음으로 상기 양자점-고분자 비드를 수집한다(S7).
상기 양자점-고분자 비드의 수집은 양자점-비드를 채집, 세척 및 건조하여 이루어질 수 있다.
우선, 필터링 장비를 이용하여, 필터링 하여 필터 위에 양자점-고분자 비드를 채집한다. 이후, 필터 위의 양자점-고분자 비드를 메탄올 및 물로 여러 번 세척한다. 양자점-고분자 비드를 채집 후 바로 건조할 경우 딱딱한 파우더가 되며, 재분산이 잘 되지 않는 문제점이 있다. 그러나 채집된 양자점-고분자 비드를 메탄올로 세척하면 건조 후 용매 등에 분산시켰을 때, 잘 분산되는 파우더를 형성할 수 있다.
그런 다음, 남아있는 수분과 메탄올을 제거하기 위해, 진공 챔버 안에서 건조하여 양자점-고분자 비드를 수득한다.
상기 양자점-고분자 비드 제조 단계(S1 ~ S8)은 모두 상온에서 이루어질 수 있으며, 가열이나 냉각 등의 공정이 요구되지 않는다. 따라서, 온도 변화에 의해 발생할 수 있는 양자점의 열화를 최소화할 수 있다.
한편, 상기와 같은 과정을 통해 제조된 상기 양자점-고분자 비드는 평균 입경이 5㎛ 내지 200㎛ 정도일 수 있으며, 상기 양자점-고분자 비드 내의 양자점(301)의 농도는, 예를 들면, 0.1 중량% 내지 1 중량% 정도일 수 있다.
상기와 같은 방법을 통해 양자점-고분자 비드가 얻어지면, 이를 매트릭스 수지와 혼합하여 양자점-고분자 비드와 매트릭스 수지의 혼합액을 제조한다(S8).
이때, 상기 매트릭스 수지는 저투습, 저투기 특성을 갖는 수지인 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 매트릭스 수지는 에폭시, 에폭시 아크릴레이트, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐알코올 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 에폭시 수지는, 에폭시기를 갖는 수지로 예를 들면, 비스페놀 A 수지, 비스페놀 F 수지 등일 수 있으며, 이러한 에폭시 수지들은 주쇄의 특성으로 인해 낮은 투습율 및 투기율을 갖는다.
한편, 상기 에폭시 아크릴레이트 수지는 에폭시 수지의 에폭사이드(epoxide)기가 이크릴기로 치환된 수지로, 예를 들면, 상기 에폭시 아크릴레이트 수지는 비스페놀-A 글리세롤레이트 디아크릴레이트(bisphenol A glycerolate diacrylate), 비스페놀-A 에톡실레이트 디아크릴레이트(bisphenol A ethoxylate diacrylate), 비스페놀-A 글리세롤레이트 디메타크릴레이트(bisphenol A glycerolate dimethacrylate), 비스페놀-A 에톡실레이트 디메타크릴레이트(bisphenol A ethoxylate dimethacrylate) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 일 수 있다. 에폭시 아크릴레이트 수지는 에폭시 수지와 마찬가지로 주쇄 특성으로 인해 낮은 투습율과 투기율을 갖는다.
또한, 상기 폴리클로로트리플루오로에틸렌은 수분과 산소 투과율이 낮으며, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌은 수분 투과율이 낮고, 폴리비닐알코올은 산소 투과율이 낮다.
한편, 상기 매트릭스 수지는 양자점-고분자 비드와의 혼용성을 고려하여 수지를 용매에 용해시킨 유동성 용액 상태로 제공될 수 있으며, 후술할 광 변환층 형성 시에 광 경화를 위해 광 개시제를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 양자점-고분자 비드와 매트릭스 수지의 혼합액을 경화시켜 광 변환 복합재를 얻을 수 있다(S9). 이때, 상기 경화는 광 경화로 이루어질 수 있으며, 예를 들면, 상기 혼합액을 기재 등에 도포한 다음, 자외선 등과 같은 활성에너지선을 조사하는 방법으로 수행될 수 있다.
다음으로, 상기와 같은 방법에 의해 제조된 본 발명의 광 변환 복합재에 대해 설명한다.
도 2에는 본 발명의 광 변환 복합재가 도시되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 광 변환 복합재는 매트릭스 수지(400) 및 상기 매트릭스 수지(400) 내에 분산되는 양자점-고분자 비드(300)를 포함하며, 이때, 상기 광 변환 복합재는 소각 X선 산란법(Small Angle X-ray Scattering)에 의해 측정되는 파수(wave number)에 따른 산란 강도(intensity) 그래프의 피크점(peak point)에서의 파수(wave number) q가 0.0056Å-1 내지 0.045Å-1 정도, 바람직하게는, 0.01Å-1 내지 0.040Å-1 정도, 더 바람직하게는 0.020Å-1 내지 0.030Å-1 정도일 수 있다.
이때, 소각 X선 산란법(Small Angle X-ray Scattering)은 매우 작은 산란각 범위, 예를 들면, 3°이내의 산란각에서의 X선 회절 정보를 이용하여 수 나노미터에서 수십 나노미터 스케일의 나노 구조를 파악하는 기법으로, X선의 산란 강도 분포를 이용하여 물질의 구조를 파악한다. 보다 구체적으로는, 상기 소각 X선 산란법을 통한 물질의 구조 측정은, 예를 들면, 포항방사광가속기의 투과 소각 X선 산란 빔을 측정 대상 물질에 투사시켜 파수(wave number) q에 따른 산란 강도(Intensity) 그래프를 얻고, 이를 통해 물질 간의 간격이나 분포 등을 계산하는 방법으로 수행될 수 있다. 본 발명자들은 본 발명의 광 변환 복합재의 구조를 알아보기 위해, 본 발명의 방법에 따라 제조된 광 변환 복합재를 경화시킨 다음, 포항방사광가속기의 투과 소각 X선 산란 빔을 투과시켰다. 그 결과, 본 발명의 광 복합재는, 파수(wave number)에 따른 산란 강도(intensity) 그래프 상의 피크점에서의 파수(wave number) q가 0.0056Å-1 내지 0.045Å-1 정도인 것으로 밝혀졌다. 한편, 상기 파수 q는 양자점의 면 간격과 관계된 값으로, 하기 식 1을 통해 파수 q로부터 양자점의 간격을 계산할 수 있다.
식 1: q = 4πsinθ/λ= 2π/d
상기 식 1에서, q는 파수, θ는 산란각, λ는 x선 파장, d는 면 간격임.
상기 식 1을 통해 본 발명의 광 변환 복합재 내의 양자점 간격을 계산해보면, 양자점간 간격이 대략 14nm 내지 112nm 정도임을 알 수 있다. 일반적으로 사용되는 양자점의 직경이 2 ~ 8nm 이고, 양자점 표면에 부착되는 리간드의 길이가 1 ~ 2nm 정도임을 감안할 때, 양자점들이 응집되어 있을 경우 양자점 간의 간격은 대략 4 ~ 12nm 정도가 된다. 즉, 소각 X선 산란법(Small Angle X-ray Scattering)에 의해 측정되는 파수(wave number) 대 산란 강도(intensity) 그래프 상의 피크점에서의 파수(wave number) q가 0.0056Å-1 내지 0.045Å-1 정도라는 것은, 본 발명의 광 변환 복합재 내에서 양자점들이 서로 응집되지 않고, 잘 분산되어 있음을 보여주는 것이다.
이와 같이 본 발명의 광 변환 복합재에서 양자점들이 고르게 분산될 수 있는 것은, 본 발명에서 사용되는 양자점-고분자 비드가 단순히 양자점과 고분자들의 혼합물로 이루어진 것이 아니라, 단일 양자점 표면에 고분자가 코팅되어 양자점-고분자 단위체를 이루고, 이들 단위체들이 다수개 응집하여 클러스터 형태의 양자점-고분자 비드를 형성하기 때문인 것으로 판단된다.
도 3에는 본 발명의 양자점-고분자 비드를 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 양자점-고분자 비드(300)는 다수의 양자점-고분자 단위체(310)들이 응집되어 형성된 것이며, 상기 양자점-고분자 단위체(310)는 각각 양자점(311) 및 사슬의 일부가 상기 양자점의 표면과 결합되어 코팅층을 형성하는 고분자(312)를 포함한다.
이때, 상기 양자점(311) 및 고분자(312)의 구체적인 특성 및 성분들은 상기한 바와 동일하다.
즉, 상기 양자점(311)은 예를 들면, 입사광을 적색광으로 변환시키는 적색 발광 양자점 및 입사광을 녹색광으로 변환시키는 녹색 발광 양자점으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있으며, 보다 구체적으로는, 예를 들면, CdS, CdO, CdSe, CdTe, Cd3P2, Cd3As2, ZnS, ZnO, ZnSe, ZnTe, MnS, MnO, MnSe, MnTe, MgO, MgS, MgSe, MgTe, CaO, CaS, CaSe, CaTe, SrO, SrS, SrSe, SrTe, BaO, BaS, BaSe, BaTE, HgO, HgS, HgSe, HgTe, Hg12, AgI, AgBr, Al2O3, Al2S3, Al2Se3, Al2Te3, Ga2O3, Ga2S3, Ga2Se3, Ga2Te3, In2O3, In2S3, In2Se3, In2Te3, SiO2, GeO2, SnO2, SnS, SnSe, SnTe, PbO, PbO2, PbS, PbSe, PbTe, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, GaInP2, InN, InP, InAs, InSb, In2S3, In2Se3, TiO2, BP, Si, Ge, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 반도체 결정을 포함하는 단일층 또는 다중층 구조의 입자일 수 있다.
또한, 상기 고분자(312)는 용해도 파라미터가 19MPa1/2 내지 24MPa1/2인 고분자일 수 있으며, 바람직하게는, 주쇄 또는 측쇄에 극성기를 갖는 고분자일 수 있다. 예를 들면, 상기 고분자는 주쇄에 폴리에스터, 에틸 셀룰로오스, 폴리비닐피리딘 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 호모폴리머 또는 코폴리머이거나, 또는 측쇄에 -OH, -COOH, -COH, -CO, -O- 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 극성기를 갖는 고분자일 수 있다. 또는, 상기 고분자는 부분 산화된 폴리에스터와 같이 부분산화된 고분자일 수 있다. 또한, 상기 고분자는 수평균분자량이 300g/mol 내지 100,000g/mol정도인 것이 바람직하다.
한편, 상기 매트릭스 수지(400)의 구체적인 특성 및 성분은 설명된 것과 동일하다. 즉, 상기 매트릭스 수지는 저투습, 저투기 특성을 갖는 수지인 것이 바람직하며, 예를 들면, 상기 매트릭스 수지는 에폭시, 에폭시 아크릴레이트, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐알코올 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 광 복합재는 분산제(320)를 더 포함할 수 있다. 상기 분산제(320)는, 상기 제조방법에서 설명한 분산제 용액 내에 포함된 분산제로, 양자점-고분자 비드(300)의 표면에 부착되어, 양자점-고분자 비드(300)가 매트릭스 수지(400) 내에서 고르게 분산될 수 있도록 보조하는 역할을 수행한다. 상기 분산제(320)는 양친성 유기 단분자 또는 양친성 고분자일 수 있으며, 바람직하게는, 상기 분산제는 폴리비닐알코올일 수 있다.
또한, 상기 본 발명의 광 복합재는 광 경화를 위한 광 개시제를 더 포함할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 광 변환 필름에 대해 설명한다. 도 4에는 본 발명의 광 변환 필름의 일 실시예가 도시되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 광 변환 필름(270)은 제1배리어 필름(271), 광 변환층(272) 및 제2배리어 필름(273)을 포함한다. 이때, 상기 광 변환층(272)은, 광원으로부터 발생되는 광의 파장을 변환시키기 위한 층으로, 상기한 본 발명의 광 변환 복합재로 형성된다.
보다 구체적으로는, 본 발명의 광 변환 필름은 제1배리어 필름(271) 및 제2배리어 필름(273) 사이에 상기한 양자점-고분자 비드와 매트릭스 수지의 혼합액을 코팅한 후, 경화시켜 제조될 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 제1배리어 필름(271) 상에 상기 양자점-고분자 비드와 매트릭스 수지의 혼합액을 코팅한 후, 제2배리어 필름(273)을 합착하고 경화시키는 방법 또는 제2배리어 필름(273) 상에 상기 양자점-고분자 비드와 매트릭스 수지의 혼합액을 코팅한 후 제1배리어 필름(271)을 합착하고 경화하는 방법 등으로 수행될 수 있다. 한편, 상기 경화는, 광 경화법을 통해 이루어질 수 있다. 이외 광 변환 복합재와 관련된 구체적인 내용은 상기에서 이미 설명하였으므로, 구체적인 설명은 생략한다.
다음으로, 상기 제1배리어 필름(271) 및 제2배리어 필름(273)은 상기 광 변환층(272)을 지지하고, 보호하기 위한 것으로, 보다 구체적으로는, 외부 공기 중 수분이나 산소 등이 광 변환층(272)으로 투입되어 양자점을 열화시키는 것을 방지하기 위한 것이다.
이를 위해, 상기 제1배리어 필름(271) 및 제2배리어 필름(273)은 수분 및/또는 산소에 대해 차단성이 높은 단일 물질 또는 복합 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 제1배리어 필름(271) 및 제2배리어 필름(273)은 수분 및/또는 산소에 대한 차단성이 높은 고분자, 예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐알코올, 에틸렌 비닐 알코올, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 클로라이드, 나일론, 폴리아미노 에테르, 사이클로올레핀계 호모 폴리머 또는 코폴리머를 포함할 수 있다.
한편, 도면 상에는, 상기 제1배리어 필름 (271) 및 상기 제2배리어 필름(273)이 단일층으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다. 상기 제1배리어 필름(271) 및 상기 제2배리어 필름(273)은 다중층으로 형성될 수도 있다. 예를 들면, 상기 제 1 배리어 기판(271) 및 상기 제 2 배리어 기판(273)은 베이스 기재 상에 보호막이 적층된 구조일 수 있다. 예를 들면, 상기 제1배리어 필름(271) 및 제2배리어 필름(273)은 베이스 기재 상에 수분 및/또는 산소에 대한 차단성이 높은 무기막 또는 유-무기 하이브리드막이 코팅된 형태일 수 있으며, 이때, 상기 무기막 또는 유-무기 하이브리드막은 Si, Al 등의 산화물 또는 질화물을 주성분으로 한 것일 수 있다. 한편, 이 경우, 상기 베이스 기재로는 광 투과율 및 내열성이 높은 고분자 필름이 사용될 수 있으며, 예를 들면, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 환형 올레핀 공중합체(COC), 환형올레핀 중합체(COP) 등을 포함하는 고분자 필름이 사용될 수 있다.
상기 제1배리어 필름(271) 및 제2배리어 필름(273)은, 37.8 ℃, 100% 상대습도 조건 하에서 투습율이 10-1g/m2/day 내지 10-5 g/m2/day 정도이고, 23℃, 0% 상대습도 조건 하에서, 투기율이 10-1cc/m2/day/atm 내지 10-2cc/m2/day/atm 정도인 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1배리어 필름(271) 및 제2배리어 필름(273)의 직선 투과율은 420nm ~ 680nm 가시광선 영역에서 88% 내지 95% 정도인 것이 바람직하다.
상기와 같이 본 발명의 광 변환 복합재로 형성된 광 변환층(272)을 구비한 광 변환 필름(270)은, 소각 X선 산란법(Small Angle X-ray Scattering)에 의해 측정되는 파수(wave number)에 따른 산란 강도(intensity) 그래프의 피크점의 양자점 파수(wave number) q가 0.0056Å-1 내지 0.045Å-1 정도, 바람직하게는, 0.01Å-1 내지 0.040Å-1 정도, 더 바람직하게는 0.020Å-1 내지 0.030Å-1 정도로, 광 변환층(272)에 양자점들이 고르게 분산되어 있다. 그 결과, 본 발명의 광 변환 필름은 광 재흡수가 적어 발광 효율이 매우 우수하다.
또한, 본 발명의 광 변환 필름(270)은, 광 변환층(272)이 저투습 및/또는 저투기성을 갖는 매트릭스 수지로 이루어져 있기 때문에, 고온, 고습 환경에서도 에지부의 열화가 현저하게 적다. 구체적으로는, 본 발명의 광 변환 필름은 60℃, 상대 습도 90% 조건에서 10일동안 방치한 후 측정한 에지부의 손상 길이가 2mm 이하, 바람직하게는 1mm 이하이다.
다음으로, 본 발명의 백라이트 유닛 및 표시장치에 대해 설명한다.
도 5 및 도 6에는 본 발명의 표시장치의 일 실시예가 도시되어 있다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 표시 장치는 백라이트 유닛(200) 및 표시 패널(100)을 포함한다.
이때, 상기 백라이트 유닛(200)은 표시 패널(100)에 광을 제공하기 위한 것으로, 다수개의 광원(240b)를 포함하는 광원 유닛(240) 및 상기한 본 발명의 광 변환 필름(270)을 포함하는 것을 그 특징으로 한다. 또한, 상기 백라이트 유닛(200)은 필요에 따라, 바텀 케이스(210), 반사판(220), 도광판(230), 가이드 패널(250), 광학 시트(260) 등을 더 포함할 수 있다. 광 변환 필름(270)의 구체적인 내용은 상술하였으므로, 여기에서는 백라이트 유닛의 다른 구성요소들에 대해 설명한다.
먼저, 상기 광원 유닛(240)은 표시 패널(100)에 광을 제공하기 위한 것으로, 바텀 케이스(210) 내부에 배치될 수 있다.
상기 광원 유닛(240)은, 예를 들면, 다수개의 광원(240b) 및 상기 다수개의 광원(240b)이 실장되는 인쇄회로기판(240a)을 포함한다.
이때, 상기 광원(240b)은 청색 광을 발생시키는 청색 광원일 수 있다. 예를 들면, 상기 광원(240b)은 청색 발광다이오드일 수 있다. 이 경우, 광 변환 필름(270)은 입사광을 적색광으로 변환시키는 적색 발광 양자점 및 입사광을 녹색광으로 변환시키는 녹색 발광 양자점을 포함하는 광 변환 복합재에 의해 형성된 광 변환층을 포함하는 것일 수 있다.
또는, 상기 광원(240b)은 청색 광을 발생시키는 청색 광원 및 녹색 광을 발생시키는 녹색 광원의 조합으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 광원(240b)은 청색 발광다이오드 및 녹색 발광다이오드의 조합으로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 광 변환 필름(270)은 입사광을 적색광으로 변환시키는 적색 발광 양자점을 포함하는 광 변환 복합재에 의해 형성된 광 변환층을 포함하는 것일 수 있다. 이 경우 광 변환 필름에 사용되는 양자점 중 다수를 차지하는 녹색 발광 양자점을 사용하지 않아도 되기 때문에, 양자점의 소요량을 획기적으로 줄일 수 있고, 그 결과 광 변환 필름의 제조 비용을 절감할 수 있을 뿐 아니라, 광 변환 필름의 두께를 감소시켜 박형화에 유리하다는 장점이 있다.
한편, 상기 인쇄회로기판(240a)은 상기 광원(240b)과 전기적으로 연결된다. 상기 광원(240b)은 상기 인쇄회로기판(240a)을 통해 구동 신호를 인가 받아 구동될 수 있다.
상기 인쇄회로기판(240a)은 상기 광원(240b)이 실장되는 실장면과 상기 실장면과 마주하는 접착면을 가진다. 상기 인쇄회로기판(240a)의 접착면은 상기 바텀 케이스(210)에 부착된다. 상기 인쇄회로기판(240a)은 바(bar) 형상으로 상기 바텀 케이스(210)의 일측에 배치될 수 있다.
도면 상에는 상기 바텀 케이스(210)의 내측 측면에 상기 인쇄회로기판(240a)이 부착되는 구성을 도시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 상기 인쇄회로기판(240a)은 상기 바텀 케이스(210)의 내측 상면에 부착되거나, 상기 바텀 케이스(210)의 절곡 연장부(211) 하부면에 부착될 수도 있다.
도면 상에는 상기 바텀 케이스(210)의 일측에 광원 유닛(240)이 배치되는 구성을 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 광원 유닛(240)은 상기 바텀 케이스(210) 내부의 서로 마주하는 양측에 배치될 수도 있다. 또한, 도면 상에는 에지 방식의 백라이트 유닛(200)을 도시하였으나, 상기 백라이트 유닛(200)은 직하 방식의 백라이트 유닛(200)일 수도 있다. 즉, 상기 광원 유닛(240)이 상기 바텀 케이스(210)의 내측 상면에 배치될 수도 있다.
한편, 상기 바텀 케이스(210)는 상부가 개구된 형상을 갖는다. 또한, 상기 바텀 케이스(210)는 광원 유닛(240), 도광판(230), 반사판(220), 광학 시트(260) 및 광변환 필름(270)을 수납하기 위해, 폐곡선 형태로 연장된 측벽을 갖는다. 이때, 상기 바텀 케이스(210)의 적어도 하나의 측벽은 상측 에지에서 절곡 연장되어 광원 유닛(240)을 커버하는 절곡 연장부(211)를 구비할 수 있다. 즉, 바텀 케이스(210)의 일측 단면은 'ㄷ'의 형태를 가질 수 있다. 이때, 상기 절곡 연장부(211)의 하부면에는 반사부재(243)가 더 배치될 수 있다.
상기 반사 부재(243)는 광원 하우징, 반사 필름 또는 반사 테이프일 수 있다. 상기 반사 부재(243)는 광원 유닛(240)의 광이 표시 패널(100)에 직접적으로 출사되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 반사 부재(243)는 상기 도광판(230) 내부로 입사되는 광량을 증가시킬 수 있다. 이로 인해, 상기 반사 부재(243)는 표시 장치의 광 효율, 휘도 및 화질을 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 바텀 케이스(210)는 상기 절곡 연장부(211)가 생략될 수 있다. 즉, 상기 바텀 케이스(210)의 일측 단면은 ‘ㄴ’자의 형태를 가질 수도 있다. 이러한 바텀 케이스(210)는 상기 가이드 패널(250)과 체결된다.
상기 가이드 패널(250)은 내측으로 돌출부를 포함한다. 상기 표시 패널(100)은 상기 가이드 패널(250)의 돌출부에 안착되고 지지될 수 있다. 상기 가이드 패널(250)은 서포트 메인 또는 몰드 프레임으로 지칭할 수도 있다.
상기 가이드 패널(250)은 상기 표시 패널(100)과 합착되기 위해 상기 백라이트 유닛(200)의 가장자리를 둘러싸고 배치된다. 즉, 상기 가이드 패널(250)은 틀 형상을 가진다. 예를 들면, 상기 가이드 패널(250)은 사각형의 틀 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 가이드 패널(250)은 상기 바텀 케이스(210)의 절곡 연장부(211)와 대응되는 영역에서 개구를 가질 수 있다.
도면에는 도시하지 않았으나, 상기 바텀 케이스(210)와 상기 가이드 패널(250)은 각각 고리(hook) 형상을 포함하여 조립되거나, 각각 돌출부와 오목부를 포함하여 조립되고 체결될 수 있다. 또한, 상기 바텀 케이스(210)와 상기 가이드 패널(250)은 접착 부재를 통해 접착할 수 있다.
다만, 도면에 한정되지 않으며, 상기 광원 유닛(240) 상에 가이드 패널(250)이 배치될 수도 있다. 이때, 상기 광원 유닛(240)에 대응되는 상기 가이드 패널(250) 하부면에는 반사 부재(243)가 배치될 수 있다.
다음으로, 상기 도광판(230)은 상기 광원 유닛(240)으로부터 제공된 광을 전반사, 굴절 및 산란을 통하여 상기 액정표시패널(100)로 균일하게 가이드하는 역할을 한다. 여기서, 상기 도광판(230)은 바텀 케이스(210) 내부에 수용된다.
상기 도광판(230)은 도면에서 일정한 두께를 가지도록 형성된 것을 도시하였으나, 도광판(230)의 형태는 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 도광판(230)의 두께는 백라이트 유닛(200)의 전체 두께를 줄이기 위해 도광판(230)의 양측보다 중앙부를 얇게 형성할 수 있으며, 상기 광원 유닛(240)으로부터 멀어질수록 얇게 형성할 수도 있다.
또한, 균일한 면광원을 공급하기 위해 상기 도광판(230)의 일면은 특정 모양의 패턴을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 도광판(230)은 내부로 입사된 빛을 가이드하기 위하여, 타원형의 패턴(elliptical pattern), 다각형의 패턴(polygon pattern) 및 홀로그램 패턴(hologram pattern) 등 다양한 패턴을 포함할 수 있다.
도면 상에서, 상기 광원 유닛(240)은 상기 도광판(230)의 측면에 배치되어 있으나, 이에 한정되지 않는다. 상기 광원 유닛(240)은 상기 도광판(230)의 적어도 일면과 대응되도록 배치될 수 있다. 예를 들면, 상기 광원 유닛(240)은 상기 도광판(230)의 일 측면 또는 양 측면에 대응되도록 배치될 수도 있고, 상기 광원 유닛(240)은 상기 도광판(230)의 하면에 대응되도록 배치될 수도 있다.
상기 반사판(220)은 상기 광원 유닛(240)으로부터 방출된 광의 진행 경로에 배치된다. 자세하게는, 상기 반사판(220)은 상기 도광판(230)과 상기 바텀 케이스(210) 사이에 배치된다. 즉, 상기 반사판(220)은 상기 도광판(230)의 하부에 배치된다. 상기 반사판(220)은 상기 바텀 케이스(210)의 상면을 향해 진행되는 광을 상기 도광판(230)으로 반사시켜 광효율을 증대시키는 역할을 할 수 있다.
도면과 달리, 상기 광원 유닛(240)이 상기 도광판(230)의 하면에 대응되도록 배치되는 경우, 상기 반사판(220)은 상기 광원 유닛(240) 상에 배치될 수 있다. 자세하게는, 상기 반사판(220)는 상기 광원 유닛(240)의 인쇄회로기판(240a) 상에 배치된다. 또한, 상기 광학 부재(220)는 상기 다수의 광원(240b)이 체결될 수 있도록 다수의 홀을 포함할 수 있다.
즉, 상기 반사판(220)의 다수의 홀에 상기 다수의 광원(240b)이 삽입되며, 상기 광원(240b)은 상기 홀을 통해 외부로 노출될 수 있다. 이로 인해, 상기 반사판(220)는 상기 인쇄회로기판(240a) 상에서 상기 광원(240b)의 측부에 배치될 수도 있다.
상기 도광판(230) 상에는 확산 및 집광을 위한 광학 시트(260)가 배치된다. 예를 들면, 상기 광학 시트(260)는 확산 시트(261), 제 1 프리즘 시트(262) 및 제 2 프리즘 시트(263)를 포함할 수 있다.
상기 확산 시트(261)는 상기 도광판(230) 상에 배치된다. 상기 확산 시트(261)는 통과되는 광의 균일도를 향상시킨다. 상기 확산 시트(261)는 다수 개의 비드들을 포함할 수 있다.
상기 제 1 프리즘 시트(262)는 상기 확산 시트(261) 상에 배치된다. 상기 제 2 프리즘 시트(263)는 상기 제 1 프리즘 시트(262) 상에 배치된다. 상기 제 1 프리즘 시트(262) 및 상기 제 2 프리즘 시트(263)는 통과하는 광의 직진성을 증가시킨다. 이로 인해, 상기 도광판(230) 상으로 방출된 광은 상기 광학 시트(260)를 투과함으로써, 보다 고 휘도의 면광원으로 가공될 수 있다.
상기 광학 시트(260)와 상기 도광판(230) 사이에는 광변환 필름(270)이 배치될 수 있다.
다음으로, 상기 표시 패널(100)은, 화면을 구현하기 위한 것으로, 예를 들면, 액정표시패널(LCD)일 수 있다. 예를 들면, 상기 표시 패널(100)은 액정층(미도시)을 사이에 두고 합착된 제 1 기판(110) 및 제 2 기판(120)을 포함한다.
또한, 도면에는 도시하지 않았으나, 상기 제 1 기판(110) 및 제 2 기판(120)의 외면으로는 특정 편광만을 선택적으로 투과시키는 편광판(미도시)이 더 배치될 수 있다. 즉, 상기 제 1 기판(110)의 상면 및 상기 제 2 기판(120)의 배면에는 편광판이 배치될 수 있다.
도면에는 구체적으로 도시하지 않았으나, 상기 표시 패널은 표시 영역과 비표시 영역으로 구분된다. 상기 표시 영역에서, 상기 제 1 기판(110)의 일면에는 게이트 배선과 데이터 배선이 배치된다. 상기 게이트 배선 및 데이터 배선은 게이트 절연막을 사이에 두고 서로 수직하게 교차하여 화소 영역을 정의한다.
상기 제 1 기판(110)은 박막 트랜지스터 기판일 수 있다. 상기 제 1 기판(110)의 일면 상에서 상기 게이트 배선과 상기 데이터 배선의 교차 영역에는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor)가 배치된다. 즉, 상기 화소 영역에는 박막 트랜지스터가 구비된다. 또한, 상기 제 1 기판(110)의 일면 상에서 각 화소 영역에는 화소 전극이 배치된다. 상기 박막 트랜지스터와 상기 화소 전극은 전기적으로 연결된다.
상기 박막 트랜지스터는 게이트 전극, 반도체층, 소스 전극 및 드레인 전극으로 이루어진다. 상기 게이트 전극은 상기 게이트 배선으로부터 분기되어 형성될 수 있다. 또한, 상기 소스 전극은 상기 데이터 배선으로부터 분기되어 형성될 수 있다. 상기 화소 전극은 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 박막 트랜지스터는 바텀 게이트(bottom gate) 구조, 탑 게이트(top gate) 구조 또는 이중 게이트(double gate) 구조 등으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 박막 트랜지스터는 실시예의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 박막 트랜지스터의 구성 등은 다양한 변경 및 수정이 가능하다.
상기 제 2 기판(120)은 컬러필터 기판일 수 있다. 상기 표시 패널(100)의 상기 제 2 기판(120)의 일면에는 제 1 기판(110) 상에 형성된 박막 트랜지스터 등 비표시 영역을 가리면서 화소 영역을 두르는 격자 형상의 블랙매트릭스가 배치된다. 또한, 이들 격자 내부에서 각 화소 영역에 대응되게 순차적으로 반복 배열되는 적색(red) 컬러필터층, 녹색(green) 컬러필터층 및 청색(blue) 컬러필터층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 표시 패널(100)은 상기 액정층을 구동하기 위해, 상기 화소 전극과 전계를 이루는 공통 전극을 포함한다. 액정분자의 배열을 조절하는 방식은 TN(Twisted Nematic) 모드, VA(Vertical Alignment) 모드, IPS(In Plane Switching) 모드 또는 FFS(Fringe Field Switching) 모드 등이 있다. 상기 공통 전극은 상기 액정분자의 배열을 조절하는 방식에 따라, 상기 제 1 기판(110) 또는 제 2 기판(120)에 배치될 수 있다.
또한, 상기 표시 패널(100)은 박막 트랜지스터, 컬러필터층 및 블랙매트릭스가 제 1 기판(110)에 형성되는 COT(color filter on transistor)구조의 표시 패널(100)일 수도 있다. 상기 제 2 기판(120)은 액정층을 사이에 두고 상기 제 1 기판(110)과 합착된다.
즉, 상기 제 1 기판(110) 상에 박막 트랜지스터가 배치되고, 상기 박막 트랜지스터 상에 컬러필터층이 배치될 수 있다. 이때, 상기 박막 트랜지스터와 컬러필터층 사이에는 보호막이 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 기판(110)에는 상기 박막 트랜지스터와 접촉하는 화소 전극이 배치된다. 이때, 개구율을 향상하고 마스크 공정을 단순화하기 위해 블랙매트릭스를 생략하고, 공통 전극이 블랙매트릭스의 역할을 겸하도록 형성할 수도 있다.
또한, 도면에는 도시하지 않았으나, 상기 표시 패널(100)은 외부로부터 구동 신호를 공급하는 구동 회로부(미도시)와 연결된다. 상기 구동 회로부는 표시 패널(100)의 기판 상에 실장되거나 테이프 캐리어 패키지와 같은 연결부재를 통해 표시 패널(100)과 연결될 수 있다.
이상, 도면을 참조하여 백라이트 유닛 및 표시 패널에 대해 설명하였으나, 본 발명에 적용되는 백라이트 유닛 및 표시 패널의 구성이 도면에 기재된 구성으로 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 백라이트 유닛 및 표시 장치는 상기 설명된 구성 중 일부를 생략하거나, 변형한 구성일 수 있으며, 상기 기재되어 있지 않은 구성요소를 추가로 포함할 수도 있다.
다음으로, 구체적인 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
제조예 1: 양자점-고분자 비드 (I)
수평균분자량이 28,000g/mol이고, 용해도 파라미터값이 22MPa1/2인 부분 산화된 폴리에스터를 클로로포름에 용해시켜 고분자 분산액을 준비하였다. 상기 고분자 분산액의 폴리에스터는 25wt%였다. 톨루엔(toluene) 용매에 용해되어 있는 ZnCdSe/ZnS 양자점 용액의 용매를 클로로포름으로 치환하여, 양자점 분산액(70mg/mL)을 준비하였다. 상기 고분자 분산액에 상기 양자점 분산액을 첨가한 후 교반하여 양자점-고분자 혼합액을 형성하였다. 이때, 상기 양자점-고분자 혼합액 내의 양자점은 함량이 0.5중량%가 되도록 고분자 분산액과 양자점 분산액을 혼합하였다.
폴리비닐알코올을 물에 용해하여 1wt%의 분산제 수용액을 형성하였다. 이후, 삼구 플라스크(three neck flask)에서 분산제 수용액 10g과 양자점-고분자 혼합액 2g을 혼합하였다. 이후, 균질기로 1분 동안 10000rpm으로 균질화하여 액적을 형성하였다.
마그네틱 스티어링 바를 상기 플라스크에 투입하고, 마그네틱 스티어러로 교반하였다. 상기 삼구 플라스크의 한 쪽 구멍은 막고, 다른 한 쪽 입구에서 질소를 퍼징하고, 동시에 또 다른 한 쪽 입구에서 펌프로 진공을 뽑아 1 시간 동안 액적의 용매를 휘발시켰다.
용매 휘발 공정이 끝난 플라스크 내 용액을 필터링 장비를 이용해 필터링 하여 필터 위에 양자점-고분자 비드를 채집하였다. 이어서, 필터 위의 양자점-비드를 메탄올과 물로 수 번 세척하였다. 이후, 진공 챔버 안에서 하루 동안 보관 및 건조하여 남아있는 수분과 메탄올을 제거하고, 양자점-고분자 비드(I)을 수집하였다. 상기 전 공정은 상온에서 진행되었다.
도 7에는 상기 방법으로 제조된 양자점- 고분자 비드 (I)의 광학 현미경 사진이 도시되어 있다. 도 7을 참조하면, 양자점-고분자 비드가 형성됨을 확인할 수 있다.
제조예 2: 양자점-고분자 비드 (II)
폴리에스터 대신 용해도 파라미터값이 21.1MPa1/2인 에틸 셀룰로오스 수지(제조사: 시그마알드리치)를 사용하고, 양자점-고분자 혼합액 내의 양자점의 함량이 1중량%가 되도록 고분자 분산액과 양자점 분산액을 혼합한 점을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 양자점-고분자 비드 (II)를 제조하였다.
제조예 3: 양자점-고분자 비드 (III)
양자점-고분자 혼합액 내의 양자점의 함량이 3중량%가 되도록 고분자 분산액과 양자점 분산액을 혼합한 점을 제외하고는 제조예 2와 동일한 방법으로 양자점-고분자 비드 (III)를 제조하였다.
제조예 4 : 양자점-고분자 비드 (IV)
양자점-고분자 혼합액 내의 양자점의 함량이 5중량%가 되도록 고분자 분산액과 양자점 분산액을 혼합한 점을 제외하고는 제조예 2와 동일한 방법으로 양자점-고분자 비드 (IV)를 제조하였다.
제조예 5: 매트릭스 수지
비스페놀-A 글리세롤레이트 디아크릴레이트를 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(trimethylolpropane triacrylate; TMPTA)와 4 대 1 비율로 혼합 후 Irgacure 184를 5wt% 첨가한 후 교반하여, 에폭시 아크릴레이트 수지를 형성하였다.
제조예 6: 광 변환 복합재용 혼합 수지 A
상기 제조예 5에 의해 제조된 에폭시 아크릴레이트 수지 97중량%에 제조예 1에 의해 얻어진 양자점-고분자 비드 (I)을 3wt%를 첨가하고 교반하여 광 변환 복합재용 혼합 수지 A를 제조하였다.
제조예 7: 광 변환 복합재용 혼합 수지 B
양자점-고분자 비드 (I) 대신 제조예 2에 의해 얻어진 양자점 고분자 비드(II)를 사용한 점을 제외하고는, 제조예 6과 동일한 방법으로 광 변환 복합재용 혼합 수지 B를 제조하였다.
제조예 8: 광 변환 복합재용 혼합 수지 C
양자점-고분자 비드 (I) 대신 제조예 3에 의해 얻어진 양자점 고분자 비드(III)를 사용한 점을 제외하고는, 제조예 6과 동일한 방법으로 광 변환 복합재용 혼합 수지 C를 제조하였다.
제조예 9: 광 변환 복합재용 혼합 수지 D
양자점-고분자 비드 (I) 대신 제조예 4에 의해 얻어진 양자점 고분자 비드(IV)를 사용한 점을 제외하고는, 제조예 6과 동일한 방법으로 광 변환 복합재용 혼합 수지 D를 제조하였다.
실시예 1
상기 제조예 6에 의해 제조된 광 변환 복합재용 혼합 수지 A를 제1배리어 필름(i-component, 50 ㎛)과 제2배리어 필름(i-component, 50 ㎛) 사이에 코팅한 후, UV로 노광하여, 광 변환 필름을 제조하였다. 도 8에는 실시예 1의 광 변환 필름의 광학 현미경 사진이 도시되어 있다. 도 8을 통해, 양자점-고분자 비드들이 필름 내에 분산되어 있음을 확인할 수 있다.
실시예 2
광 변환 복합재용 혼합 수지 A 대신 상기 제조예 7에 의해 제조된 광 변환 복합재용 혼합 수지 B를 사용한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 광 변환 필름을 제조하였다.
실시예 3
광 변환 복합재용 혼합 수지 A 대신 상기 제조예 8에 의해 제조된 광 변환 복합재용 혼합 수지 C를 사용한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 광 변환 필름을 제조하였다.
실시예 4
광 변환 복합재용 혼합 수지 A 대신 상기 제조예 9에 의해 제조된 광 변환 복합재용 혼합 수지 D를 사용한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 광 변환 필름을 제조하였다.
비교예
ZnCdSe/ZnS 양자점을 라우릴 아크릴레이트(lauryl acrylate) 모노머에 녹여 양자점-모노머 용액을 형성하였다.
트리메틸올프로판 트리아크릴레이트와 Irgacure 184를 혼합하고, 교반하여 아크릴 수지를 형성하였다. 이후, 상기 아크릴 수지에 상기 양자점-모노머 용액을 첨가하고 교반한 후, 제 1 배리어 필름(i-component, 50 ㎛)과 제 2 배리어 필름(i-component, 50 ㎛) 사이에 코팅하였다. 이어서, UV에 노광하여 경화시켜 광 변환 필름을 제조하였다.
도 9에는 비교예에 의해 제조된 광 변환 필름의 광학 현미경 사진이 도시되어 있다. 도 9를 통해, 비교예의 광학 필름은 양자점들이 비드를 형성하지 않고, 광 변환층 전체에 분포되어 있음을 확인할 수 있다.
실험예 1: 소각 X선 산란 측정
포항방사광가속기의 투과 소각 X선 산란 빔라인을 이용하여 실시예 1 내지 4에 의해 제조된 광 변환 필름의 파수(wave number) q에 따른 산란 강도(Intensity) 그래프를 측정하였다. 도 10에는 실시예 1의 측정 결과 그래프가, 도 11에는 실시예 2 내지 4의 측정 결과 그래프가 도시되어 있다. 상기 그래프를 통해 얻은 산란 강도의 피크 점에서의 파수는 q 값 및 이를 이용해 계산된 양자점 간격 d는 하기 표 1에 기재된 바와 같다.
구분 파수 q(Å-1) 간격 d(nm)
실시예 1 0.02592 24.2
실시예 2 0.021793 28.8
실시예 3 0.024545 25.5
실시예 4 0.023398 26.8
상기 표 1, 도 10 및 도 11을 통해, 본 발명에 따른 실시예 1 ~ 4의 광 변환 필름들을 소각 X선 산란법에 의해 측정하였을 때 피크점의 q값이 본 발명의 청구범위, 즉, 0.0056Å-1 내지 0.045Å-1을 만족함을 알 수 있다. 또한, 도 11 및 표 1에 나타난 실시예 2 내지 4의 측정 결과를 통해, 양자점-고분자 비드의 함량에 관계없이 양자점들이 비교적 균일한 간격으로 분포하고 있음을 알 수 있으며, 이는 본 발명의 양자점-고분자 비드들이 양자점-고분자 단위체들로 이루어짐을 보여주는 것이다.
실험예 2: 발광 효율 측정
실시예 1에 의해 제조된 광 변환 필름과 비교예에 의해 제조된 광 변환 필름의 발광 효율(QY)을 측정하였다. 측정 결과는 도 12에 도시하였다. 도 12를 통해, 비드 형태로 양자점을 포함하는 본 발명의 광 변환 필름과 양자점이 전 면적에 분포하는 비교예의 광변환 필름이 거의 유사한 발광 효율(QY)을 가짐을 알 수 있다.
실험예 4: 에지 열화 정도 측정
실시예 1 및 비교예에 따른 광 변환 필름을 60℃, 상대 습도 90% 조건에서 10일동안 방치한 후 에지(edge)의 열화 정도를 실험하였다. 도 13의 (A)에는 10일 후 실시예 1의 광 변환 필름을 촬영한 사진이 도시되어 있으며, 도 13의 (B)에는 10일 후 비교예의 광 변환 필름을 촬영한 사진이 도시되어 있다. 도 13에 도시된 바와 같이, 실시예 1의 광 변환 필름은 에지 열화가 전혀 발생하지 않은 반면, 비교예의 광 변환 필름은 에지부에서 6mm 이상의 열화가 발생됨을 알 수 있다.
100: 액정표시패널 310: 양자점-고분자 단위체
200: 백라이트 유닛 311: 양자점
270: 광변환 필름 312: 고분자
300: 양자점- 고분자 비드 320: 분산제
400: 매트릭스 수지

Claims (31)

  1. 매트릭스 수지; 및 상기 매트릭스 수지 내에 분산되는 양자점-고분자 비드를 포함하는 광 변환 복합재이며,
    상기 광 변환 복합재는 소각 X선 산란(Small Angle X-ray Scattering)에 의해 측정되는 파수(wave number)에 따른 산란 강도(intensity) 그래프의 피크점(peak point)의 파수(wave number) q가 0.0056Å-1 내지 0.045Å-1 인 광 변환 복합재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 양자점-고분자 비드는 다수의 양자점-고분자 단위체들이 응집되어 형성된 것이며,
    상기 양자점-고분자 단위체는 양자점 및 사슬의 일부가 상기 양자점의 표면과 결합되어 코팅층을 형성하는 고분자를 포함하는 것인 광 변환 복합재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 양자점-고분자 비드는 평균 입경이 5㎛ 내지 200㎛인 광 변환 복합재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 양자점-고분자 비드 내의 양자점 농도는 0.1 중량% 내지 1 중량%인 광 변환 복합재.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광 변환 복합재는 소각 X선 산란(Small Angle X-ray Scattering)에 의해 측정되는 파수(wave number)에 따른 산란 강도(intensity) 그래프의 피크점(peak point)의 파수(wave number) q가 0.01Å-1 내지 0.040Å-1 인 광 변환 복합재.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광 변환 복합재는 소각 X선 산란(Small Angle X-ray Scattering)에 의해 측정되는 파수(wave number)에 따른 산란 강도(intensity) 그래프의 피크점(peak point)의 파수(wave number) q가 0.020Å-1 내지 0.030Å-1인 광 변환 복합재.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 고분자는 용해도 파라미터가 19MPa1/2 내지 24MPa1/2인 광 변환 복합재.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 고분자는 수평균분자량이 300g/mol 내지 100,000g/mol인 광 변환 복합재.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 고분자는 주쇄 또는 측쇄에 극성기를 갖는 고분자인 광 변환 복합재.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 고분자는 주쇄에 폴리에스테르, 에틸 셀룰로오스 및 폴리비닐피리딘으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 광 변환 복합재.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 고분자는 부분 산화된 폴리에스테르인 광 변환 복합재.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 광 변환 복합재는 상기 양자점-고분자 비드의 표면에 부착되는 분산제를 더 포함하는 것인 광 변환 복합재.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 분산제는 양친성 유기 단분자, 양친성 고분자 또는 이들의 조합인 광 변환 복합재.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 분산제는 폴리비닐알코올인 광 변환 복합재.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 양자점-고분자 비드 내에 기공이 형성된 광 변환 복합재.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 광 변환 복합재는 입사광을 적색광으로 변환시키는 양자점, 및 입사광을 녹색광으로 변환시키는 양자점으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 광 변환 복합재.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 매트릭스 수지는 에폭시, 에폭시 아크릴레이트, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리비닐알코올로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 광 변환 복합재.
  18. 제1배리어 필름;
    상기 제1배리어 필름 상에 배치되며, 매트릭스 수지, 상기 매트릭스 수지 내에 분산되는 양자점-고분자 비드를 포함하는 광 변환 복합재로 형성된 광 변환층; 및
    상기 광 변환층 상에 배치되는 제2배리어 필름을 포함하며,
    상기 광 변환층은 소각 X선 산란(Small Angle X-ray Scattering)에 의해 측정되는 파수(wave number)에 따른 산란 강도(intensity) 그래프의 피크점(peak point)의 파수(wave number) q가 0.0056Å-1 내지 0.045Å-1 인 광 변환 필름.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 광 변환 필름은 60℃, 상대 습도 90% 조건에서 10일동안 방치한 후 측정한 에지부의 손상 길이가 2mm 이하인 광 변환 필름.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 광 변환 복합재는 입사광을 적색광으로 변환시키는 적색 발광 양자점 및 입사광을 녹색광으로 변환시키는 녹색 발광 양자점으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 광 변환 필름.
  21. 다수의 광원을 포함하는 광원 유닛 및 광 변환 필름을 포함하는 백라이트 유닛이며,
    상기 광 변환 필름은,
    제1배리어 필름;
    상기 제1배리어 필름 상에 배치되며, 매트릭스 수지, 상기 매트릭스 수지 내에 분산되는 양자점-고분자 비드를 포함하는 광 변환 복합재로 형성된 광 변환층; 및
    상기 광 변환층 상에 배치되는 제2배리어 필름을 포함하며,
    상기 광 변환층은 소각 X선 산란(Small Angle X-ray Scattering)에 의해 측정되는 파수(wave number)에 따른 산란 강도(intensity) 그래프의 피크점의 파수(wave number) q가 0.0056Å-1 내지 0.045Å-1 인 백라이트 유닛.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 광원 유닛은 청색광을 방출하는 청색 광원을 포함하고,
    상기 광 변환 복합재는 입사광을 적색광으로 변환시키는 적색 발광 양자점 및 입사광을 녹색광으로 변환시키는 녹색 발광 양자점을 포함하는 것인 백라이트 유닛.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 광원 유닛은 청색광을 방출하는 청색 광원 및 녹색광을 방출하는 녹색 광원을 포함하고,
    상기 광 변환 복합재는 입사광을 적색광으로 변환시키는 적색 발광 양자점을 포함하는 것인 백라이트 유닛.
  24. 다수의 광원을 포함하는 광원 유닛 및 광 변환 필름을 포함하는 백라이트 유닛; 및
    상기 백라이트 유닛 상에 배치되는 표시 패널을 포함하는 표시장치이며,
    상기 광 변환 필름은,
    제1배리어 필름;
    상기 제1배리어 필름 상에 배치되며, 매트릭스 수지, 상기 매트릭스 수지 내에 분산되는 양자점-고분자 비드를 포함하는 광 변환 복합재로 형성된 광 변환층; 및
    상기 광 변환층 상에 배치되는 제2배리어 필름을 포함하며,
    상기 광 변환층은 소각 X선 산란(Small Angle X-ray Scattering)에 의해 측정되는 파수(wave number)에 따른 산란 강도(intensity) 그래프의 피크점의 파수(wave number) q가 0.0056Å-1 내지 0.045Å-1 인 표시장치.
  25. 용매 휘발법을 이용하여 양자점-고분자 비드를 제조하는 단계;
    상기 양자점-고분자 비드와 매트릭스 수지를 혼합하여 혼합액을 형성하는 단계; 및
    상기 혼합액을 경화시키는 단계를 포함하는 광 변환 복합재의 제조 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 양자점-고분자 비드를 제조하는 단계는,
    고분자와 제 1 용매를 혼합하여 고분자 분산액을 형성하는 단계;
    양자점과 제 2 용매를 혼합하여 양자점 분산액을 형성하는 단계;
    상기 고분자 분산액 및 상기 양자점 분산액을 혼합하여 양자점-고분자 혼합액을 형성하는 단계;
    분산제와 제3용매를 혼합하여 분산제 용액을 형성하는 단계;
    상기 양자점-고분자 혼합액 및 상기 분산제 용액을 혼합하여 제1용매, 제2용매, 양자점, 고분자 및 분산제를 포함하는 액적을 형성하는 단계;
    상기 액적 내의 용매를 휘발시켜 양자점-고분자 비드를 형성하는 단계; 및
    상기 양자점-고분자 비드를 수집하는 단계를 포함하는 광 변환 복합재의 제조 방법.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 제 1 용매 및 제 2 용매는 서로 동일한 것인 광 변환 복합재의 제조 방법.
  28. 제26항에 있어서,
    상기 제 1 용매 및 제 2 용매는 무극성 용매인 광 변환 복합재의 제조 방법.
  29. 제26항에 있어서,
    상기 제 1 용매 및 제 2 용매는 클로로포름인 광 변환 복합재의 제조 방법.
  30. 제26항에 있어서,
    상기 액적 내의 용매를 휘발시켜 양자점-고분자 비드를 형성하는 단계는 상온에서 용액을 감압하여 수행되는 것인 광 변환 복합재의 제조 방법.
  31. 제26항에 있어서,
    상기 양자점-고분자 비드를 제조하는 단계는 상온에서 수행되는 것인 광 변환 복합재의 제조 방법.
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