KR20180056544A - 형광체를 적용한 휘도 향상 필름 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기재 필름;에 YAG계 형광체 및 LuAG계 형광체를 포함하는 코팅층;을 코팅하는 것을 특징으로 하는 형광체를 적용한 휘도 향상 필름에 관한 것이다.

Description

형광체를 적용한 휘도 향상 필름 {Bright enhancing film using phosphor}

본 발명은 형광체를 적용한 휘도 향상 필름에 관한 것으로, 구체적으로는 기재필름에 YAG 및 LuAG 형광체를 포함하는 코팅층을 코팅하여 LCD의 휘도를 향상 시키는 것에 관한 것이다.

예전에는 40인치대 TV가 주류였지만, 이제는 50인치대, 더 나아가 60인치대 TV를 구매하는 소비자도 많이 생겨났다. 이러한 사이즈 경쟁이 끝나자 최근에는 우수한 휘도와 색감을 갖는 디스플레이의 제조에 대한 경쟁이 대두되고 있다.

최근 차세대 디스플레이로 각광받는 OLED(Organic Light-emitting Diode, 유기발광다이오드)의 경우 색재현율 100%(NTSC 기준)까지 달성 가능하지만, 기존 LCD(Liquid Crystal Display)는 70%수준이므로 이를 개선할 필요가 있다.

특히 액정표시장치(LCD)는 액정의 광학적 특성을 이용하여 영상을 표시하는데, 영상을 표시하는 액정 패널이 자체적으로 발광하지 못하는 비발광형 소자이기 때문에, 액정 패널과 함께 이의 배면에 배치되어 액정 패널에 광을 공급하는 백라이트 유닛을(BLU) 포함하는 구조를 갖는다.

이때 BLU는 빛을 내지 못하는 LCD 뒷면에서 디스플레이 영상이 눈에 보일 수 있도록 고르게 빛을 비춰주는 역할을 한다. 이러한 BLU에는 LCD 패널 뒤에 LED BLU를 고르게 배치하는 방식인 직하형(Direct-lit BLU)과, 좌우 모서리에 LED BLU를 사용하여 이를 도광판[LED에서 발생하는 빛을 화면전체에 균일하게 뿌려주는 역할을 하는 판]에 반사시키는 방식인 에지형(Edge-lit BLU)이 있는데, 최근의 이슈인 슬림화를 위해서는 에지형이 더 유리한 실정이다.

그리고, 종래 액정표시장치는 콘트라스트(contrast)를 증가시키기 위해 휘도 향상필름을 적용하며, 휘도 향상필름은 차광 테이프에 의해 백라이트 유닛에 부착될 수 있다. 휘도 향상필름으로 반사형 편광필름이 사용되는데 반사형 편광필름은 고굴절률층과 저굴절률층이 교대로 반복 적층된 필름으로, 상업적으로는 3M 사의 DBEF(Dual Brightness Enhancement Film) 등이 사용되고 있다.

종래 휘도 향상 필름을 사용하는 일반 LCD TV는 도 1과 같은 구조로 형성되어 있다. 하부로부터 White LED층, 확산판, 프리즘 시트, DBEF 필름, 패널이 순서대로 쌓인 구조로 형성되어 있다. 즉, White LED에서 나온 빛이 프리즘 시트를 통해 집광되고 DBEF 필름을 통하면서 휘도가 향상되는 구조를 가지고 있다.

하지만 종래 DBEF 휘도 향상 필름을 대체할 물질이 개발되지 않아 새로운 대체품을 개발해야 할 필요성이 제기되어 왔다.

또한, 최근 LCD에서의 색재현율 향상을 위해 양자점 (Quantum Dot, QD)을 이용한 방법이 적용되고 있지만, 수분과 산소에 약한 양자점의 고유 특성 때문에 배리어 필름을 통한 밀봉이 필요한 단점이 있다.

상기와 같은 종래기술의 문제점을 개선하기 위하여, 본 발명은 DBEF 필름 대신 사용 가능한 형광체를 적용한 휘도 및 색재현성 향상 필름을 해결 과제로 한다.

또한, 상기 형광체를 적용한 휘도 향상 필름을 사용하는 경우 종래 DBEF 필름에 비해 향상된 휘도 및 색재현성을 나타내는 것을 본 발명의 해결과제로 한다.

본 발명은 기재 필름;에 YAG계 형광체 및 LuAG계 형광체를 포함하는 코팅층;을 코팅하는 것을 특징으로 하는 형광체를 적용한 휘도 향상 필름을 제공하는 것을 과제해결의 수단으로 한다.

또한, 상기 YAG계 형광체 및 LuAG계 형광체의 투입비는 코팅층 전체 대비 10 내지 40 wt% 인 것을 과제해결 수단으로 한다.

또한, 상기 코팅층의 코팅 두께는 10 내지 100 μm 인 것을 과제해결 수단으로 한다.

또한, YAG계 형광체는 Y₃A1₅0₁₂: Ce^{3 +} (YAG:Ce), Tb₃A1₅0₁₂:Ce^{3 +}(TAG:Ce), Ca₃(Sc,Mg)₂Si₃O₁₂:Ce³⁺, Y₃Mg₂AlSi₂O₁₂:Ce^{3 +} 중에서 적어도 어느 하나인 것을 과제해결 수단으로 한다.

또한, LuAG계 형광체는 Lu₃Al₅O₁₂:Ce^{3 +}, Tb₃Al₅O₁₂:Ce^{3 +}, Lu₂CaMg₂Si₃O₁₂:Ce^{3 +} 중에서 적어도 어느 하나인 것을 과제해결 수단으로 한다.

또한, 상기 휘도 향상 필름의 일면에 PMMA 입자 또는 PMMA 입자와 대전방지제를 포함하는 백코팅층을 더 포함하는 것을 과제해결 수단으로 한다.

또한, 상기 PMMA 입자는 백코팅층 대비 0.1 내지 5wt% 포함하는 것을 과제해결 수단으로 한다.

또한, 상기 대전방지제는 백코팅층 대비 0.01 내지 3 wt% 포함하는 것을 과제해결 수단으로 한다.

또한, 상기 백코팅층의 두께는 1 내지 10 μm인 것을 과제해결 수단으로 한다.

본 발명의 형광체를 적용한 휘도 향상 필름을 적용할 경우, 기존 DBEF 필름 대비 우수한 휘도 구현이 가능하다.

또한 LCD에 적용시 기존 LCD TV 대비 우수한 색감을 구현할 수 있다.

또한 기존 DBEF 대비 우수한 내구성을 갖고 높은 휘도를 나타내므로, LCD에 적용 시 기존 LCD TV 대비 우수한 콘트라스트(contrast)를 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 휘도 향상 필름(HBF)의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 휘도 향상 필름의 일면에 백코팅층이 형성된 경우 단면도 이다.

이와 같은 본 발명을 다음에서 상세하게 설명하기로 하며, 다음의 구현예 또는 실시예는 단지 예시하기 위한 것으로 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 따르면, DBEF 필름 대신 형광체를 적용한 휘도 향상 필름 즉, 고휘도 필름(High Brightness Film, HBF)(100)을 사용하여 LCD의 휘도를 향상시킬 수 있다.

구체적으로 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면 기재필름에 황색 형광을 발하는 YAG(Yittrium aluminum garnet)계 형광체(130) 및 LuAG(Lutetium aluminum garnet)계 형광체(140)를 모두 포함하는 코팅층을 코팅한 고휘도 필름(100)을 사용하여 LCD의 휘도를 향상시킨다.

또한, 상기 형광체를 포함하는 고휘도 필름(100)을 사용하는 경우 종래 DBEF 필름을 사용하는 경우에 비해 향상된 휘도를 나타낼 수 있다.

본 발명에 사용되는 기재필름으로는 PET, TAC, PC, Polyimide, Acryl film 등이 있다.

본 발명에서는 휘도 및 색재현율 향상을 위해 황색 형광을 발하는 YAG(Yittrium aluminum garnet)계 형광체 및 LuAG(Lutetium aluminum garnet)계 형광체를 함께 사용할 수 있다.

상기 YAG계 형광체(130)는 Y₃A1₅0₁₂: Ce^{3 +} (YAG:Ce), Tb₃A1₅0₁₂:Ce^{3 +}(TAG:Ce), Ca₃(Sc,Mg)₂Si₃O₁₂:Ce³⁺, Y₃Mg₂AlSi₂O₁₂:Ce^{3 +} 중에서 적어도 어느 하나인 것이 바람직하다.

상기 LuAG계 형광체(140)는 Lu₃Al₅O₁₂:Ce^{3 +}, Tb₃Al₅O₁₂:Ce^{3 +}, Lu₂CaMg₂Si₃O₁₂:Ce^{3 +} 중에서 적어도 어느 하나인 것이 바람직하다.

YAG계 형광체 및 LuAG계 형광체는 10wt% : 1wt% 내지 40wt% : 20wt% 의 비율로 혼합된다.

즉, YAG계 형광체 및 LuAG계 형광체 투입양은 전체 코팅층 대비 YAG계 형광체는 10 wt% ~ 40 wt%, LuAG 는 1 wt% ~ 20 wt% 범위내에서 혼합 하여 사용한다.

YAG계 형광체의 함량 하한값이 10wt% 미만이면 휘도 향상 효과가 미미하고, 상한값 40wt% 초과이면 LCD TV에서 중요하게 보는 색재현율이 낮아지기 때문에 YAG 함량은 10 wt% 내지 40 wt% 범위인 것이 바람직하다.

LuAG 형광체의 함량 하한값이 1 wt% 미만이면 휘도 향상 효과가 미미하고, 상한값인 20 wt%를 초과하면 LCD TV 에서 중요한 색재현율이 낮아지기 때문에 LuAG 함량은 1 wt% 내지 20 wt% 범위인 것이 바람직하다.

YAG계 형광체 및 LuAG계 형광체 함량에 따른 휘도 및 색재현율 향상 효과

구분	Ref. DBEF (LED TV)	Ref. DBEF ( QD TV)	YAG : LuAG 함량 wt%	YAG 10	YAG 10 LuAG 5	YAG 10 LuAG 10	YAG 10 LuAG 20
휘도 [nit]	430	450	휘도 [nit]	430	450	500	550
X	0.2730	0.2593	X	0.2350	0.2406	0.2531	0.2749
Y	0.2925	0.2911	Y	0.2577	0.2701	0.2860	0.2970
색재현성 [ % ]	81.6	100	색재현성 [ % ]	81.3	81.8	82.4	82.6
구분	Ref. DBEF (LED TV)	Ref. DBEF ( QD TV)	YAG : LuAG 함량 wt%	YAG 20	YAG 20 LuAG 5	YAG 20 LuAG 10	YAG 20 LuAG 20
휘도 [nit]	430	450	휘도 [nit]	480	520	560	600
X	0.2730	0.2593	X	0.2550	0.2606	0.2731	0.2801
Y	0.2925	0.2911	Y	0.2877	0.2801	0.2910	0.2970
색재현성 [ % ]	81.6	100	색재현성 [ % ]	82.6	82.3	82.4	82.6
구분	Ref. DBEF (LED TV)	Ref. DBEF ( QD TV)	YAG : LuAG 함량 wt%	YAG 40	YAG 40 LuAG 5	YAG 40 LuAG 10	YAG 40 LuAG 20
휘도 [nit]	430	450	휘도 [nit]	540	550	580	620
X	0.2730	0.2593	X	0.2750	0.2980	0.3031	0.3349
Y	0.2925	0.2911	Y	0.2935	0.2966	0.3140	0.3422
색재현성 [ % ]	81.6	100	색재현성 [ % ]	81.3	81.2	81.4	81.6

상기 YAG계 형광체 및 LuAG계 형광체와 물리적 특성 확보를 위한 고분자 매트릭스(Matrix)를 조합하여 형광체를 포함하는 코팅액을 제조한다.

구체적으로, 상기 고분자 매트릭스에 상기 YAG계 형광체 및 LuAG계 형광체를 교반기에 넣어 고르게 분산시켜 형광체를 포함하는 코팅액을 제조한다.

상기 고분자 매트릭스는 단관능 우레탄아크릴레이트 올리고머, 단관능 모노머 등이 있으며, 광개시제, 레벨링제, 소포제 등을 첨가할 수 있다.

상기 광 개시제로는 IG184, IG907, TPO, CP4 등이 있으며, 이중 바람직한 광 개시제는 IG 184, TPO 이다.

특히 상기 물리적 특성은 연필경도, 부착력, 컬(Curl), 내굴곡성 등의 특성을 의미한다.

-연필경도 : 코팅층 표면 단단함 정도를 측정하기 위하여 다양한 경도의 연필을 일정한 하중으로 표면을 긁어서 경도 평가 (규격: JIS K 5400-8.4)

-부착력 : 기재 필름과 코팅층의 밀착력을 측정하기 위하여 코팅층을 일정한 간격 10*10 (격자 간격 1mm)으로 흠집을 내고 Tape를 붙였다 떼어 내어 코팅층과 기재층의 부착성을 평가 (규격: JIS K 5400-8.5)

-Curl : 코팅필름을 100mm * 100mm 로 Cutting하여 코팅필름의 네모세리의 높이를 측정하여 필름의 Curl(말림 )특성 평가

*Curl이 심하면 필름이 돌돌 말려 작업성이 저하됨.

-내굴곡성 : 둥근막대에 필름을 둥글게 말아 코팅필름과 코팅 도막의 유연성 평가

본 발명은 상기 기재필름에 상기 코팅액을 Mayer Bar로 기재필름의 한쪽면에 도포 후 무전극 램프를 이용하여 UV를 조사하여 경화시키고 이를 통해 형광체를 포함하는 고휘도 필름을 제조할 수 있다.

상기 코팅층의 코팅을 수행하는 경우 기재 필름의 단면에 코팅할 수 있다.

코팅 층의 두께가 두꺼워 질수록 컬 특성이 악화되어 고분자 매트릭스에 적용 가능한 수지가 한정적이게 된다. 코팅층의 두께가 너무 두꺼워지지 않도록 해야 한다.

휘도 및 색재현율 특성은 코팅층의 각 두께 및 형광체 함량으로 조절 가능하다.

코팅 두께에 따른 컬(Curl)

코팅 두께 [㎛]	5	10	30	50	70	100	120	150
Curl [㎜]	0	3	4	7	10	18	22	25

상기 기재필름에 상기 코팅층을 코팅하는 경우 코팅층의 두께는 10 내지 100 μm 인 것이 바람직하다

상기 코팅층이 10 ?m 미만인 경우 형광체가 돌출되어 외관 불량이 발생하고, 100 μm 초과인 경우 컬이 20mm 이상이 되어 Curl 불량이 발생된다.

본 발명은 고휘도 필름의 어느 일면에 백코팅(Back coating)층(150)을 더 포함할 수 있다.

상기 백코팅층(150)에 포함된 입자에 의해 광학필름 이면에 요철을 부여해 다른 광학시트와의 블로킹을 방지하여 작업성을 향상시키고, 공정상 마찰로 인해 발생하는 정전기를 방지하는 효과가 있다.

백코팅층에 사용되는 코팅 조액은 우레탄 아크릴레이트 올리고머, 단관능 모노머, 광개시제, 레벨링제, 분산제 및 PMMA 입자 등으로 이루어 진다.

상기 PMMA 입자는 전체 백코팅층에 대해 0.1 내지 5 wt% 함유하는 것이 바람직하다. 0.1wt% 미만인 경우 광학필름의 이면에 충분한 요철을 형성하지 못하고, 5wt% 초과인 경우 높은 헤이즈에 의한 투과광 손실이 발생하게 되므로 PMMA 입자의 함량을 조절하여 백코팅층의 헤이즈를 1 내지 20%로 조절하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 백코팅층에는 필요에 따라 대전 방지제(Anti-static)를 첨가제로 추가할 수 있다. 상기 대전 방지제를 첨가함에 따라 표면 저항 조절이 가능하며, 대전 방지제는 백코팅층 전체 대비 0.01 내지 3wt% 포함되는 것이 바람직하다. 대전방지제의 함량이 0.01 wt% 미만인 경우 정전기 방지를 위한 표면 저항이 부족하고, 3wt% 초과인 경우는 필요 이상의 과량을 첨가하는 결과를 낳게 되는바, 대전 방지제를 0.01 내지 3wt% 첨가하여 표면 저항이 10¹⁰~10¹² Ohm/ 범위가 되도록 조절하는 것이 바람직하다. 표면 저항이 10¹⁰~10¹² Ohm/ 인 경우, 필름의 동적 상태에서의 장해방지가 가능하고, 대전 후 대전현상이 즉시 감쇠하는 효과가 있기 때문이다.

백코팅은 bar coating, slot-die coating 등의 방식을 사용할 수 있다.

상기 백코팅시 백코팅층의 두께는 1 내지 10μm 가 바람직하다. 두께가 1 μm 미만인 경우 광학필름의 이면에 충분한 요철이 형성되지 않아 블로킹 방지가 어렵고, 10 μm 초과인 경우 높은 헤이즈(haze)에 의한 투과광 손실 문제가 발생한다.

이하, 본 발명에 대하여 제조예를 들어 보다 상세히 설명한다. 이하 제조예는 발명의 상세한 설명을 위한 것일 뿐, 이에 의해 권리범위를 제한하려는 의도가 아님을 분명히 해둔다.

[제조예]

제조예

상기 YAG계 형광체 (Y3A15012:Ce3+) 20 wt%와 LuAG계 형광체(Lu3Al5O12:Ce3+) 2 wt%를 혼합하여 고분자 매트릭스에 넣어서 60분 교반 시킨다. 고분자 매트릭스(Matrix)는 단관능 우레탄아크릴레이트 올리고머, 단관능 모노머를 사용하였다. 교반이 끝난 형광체와 매트릭스 혼합 물에 광개시제는 2종류를 첨가한다. 광 개시제로는 IG 184, TPO 2종을 각각 5:5로 혼합하여 5 wt%을 첨가하면 코팅액이 제조된다.

이렇게 제조된 코팅액을 Mayer Bar로 PET 필름의 한쪽면에 일정 두께로 도포 후 무전극 램프를 이용하여 약 5초간 조사한다. 이때 조사된 광량은 1000mj이하가 바람직하다.

휘도 측정 방법

본 발명의 휘도 향상 필름의 휘도 및 색재현성은 액정표시 장치와 Topcon사 BM-7FAST 색채휘도계를 이용하여 평가한다. 실제 사용된 액정표시장치는 UN55JS8500F(삼성, 55인치 Blue-BLU)이며, 기본 구성은 다음과 같다. 엣지형 blue-LED 광원, 도광판, POP필름(Prism on Prism), 이중휘도향상필름(DBEF), 액정 패널 순으로 이루어져있다. 이 장치에서 본 발명의 고휘도 필름(HBF)을 도광판과 POP필름 사이에 위치하여 휘도 및 색재현성을 평가한다. 평가 시, BM-7FAST 장치와 액정표시장치(UN55JS8500F)와의 간격은 50cm로 일정하게 유지한다.

100 : HBF
120 : 기재필름
130 : YAG계 형광체
140 : LuAG계 형광체
150: 백코팅층

Claims (9)

1. 기재 필름에 YAG계 형광체 및 LuAG계 형광체를 포함하는 코팅층을 코팅하는 것을 특징으로 하는 형광체를 적용한 휘도 향상 필름.
   
2. 제 1 항에 있어서, YAG계 형광체 및 LuAG계 형광체의 투입양은 코팅층 전체 대비 YAG계 형광체는 10 내지 40 wt%, LuAG계 형광체는 1 내지 20wt% 혼합하는 것을 특징으로 하는 형광체를 적용한 휘도 향상 필름.
   
3. 제 1 항에 있어서, 상기 코팅층의 코팅 두께는 10 내지 100 μm 인 것을 특징으로 하는 형광체를 적용한 휘도 향상 필름.
   
4. 제 1 항에 있어서, YAG계 형광체는 Y₃A1₅0₁₂: Ce^{3 +} (YAG:Ce), Tb₃A1₅0₁₂:Ce³⁺(TAG:Ce), Ca₃(Sc,Mg)₂Si₃O₁₂:Ce^{3 +}, Y₃Mg₂AlSi₂O₁₂:Ce^{3 +} 중에서 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 형광체를 적용한 휘도 향상 필름.
   
5. 제 1 항에 있어서, LuAG계 형광체는 Lu₃Al₅O₁₂:Ce^{3 +}, Tb₃Al₅O₁₂:Ce^{3 +}, Lu₂CaMg₂Si₃O₁₂:Ce³⁺ 중에서 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 형광체를 적용한 휘도 향상 필름.
   
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 휘도 향상 필름의 일면에 PMMA 입자 또는 PMMA 입자와 대전방지제를 포함하는 백코팅층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 형광체를 적용한 휘도 향상 필름.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 PMMA 입자는 백코팅층 대비 0.1 내지 5wt% 포함하는 것을 특징으로 하는 형광체를 적용한 휘도 향상 필름.
8. 제 6 항에 있어서, 상기 대전방지제는 백코팅층 대비 0.01 내지 3 wt% 포함하는 것을 특징으로 하는 형광체를 적용한 휘도 향상 필름.
9. 제 6 항에 있어서, 상기 백코팅층의 두께는 1 내지 10 μm인 것을 특징으로 하는 형광체를 적용한 휘도 향상 필름.
   
   

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