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KR102645172B1 - 광제어 배리어 필름, 이를 포함하는 파장변환필름, 및 디스플레이 패널 - Google Patents

광제어 배리어 필름, 이를 포함하는 파장변환필름, 및 디스플레이 패널 Download PDF

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KR102645172B1
KR102645172B1 KR1020210090982A KR20210090982A KR102645172B1 KR 102645172 B1 KR102645172 B1 KR 102645172B1 KR 1020210090982 A KR1020210090982 A KR 1020210090982A KR 20210090982 A KR20210090982 A KR 20210090982A KR 102645172 B1 KR102645172 B1 KR 102645172B1
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KR
South Korea
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light
barrier film
light control
organic
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박준우
송정한
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도레이첨단소재 주식회사
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Abstract

광제어 배리어 필름, 이를 포함하는 파장변환필름, 및 디스플레이 패널이 개시된다. 상기 광제어 배리어 필름은 굴절율이 상이한 복수의 나노적층필름으로 구성된 기재필름; 상기 기재필름의 적어도 일 면에 위치한 유기 평탄층; 상기 기재필름과 대면하지 않는 상기 유기 평탄층의 일 면에 위치한 배리어층; 및 상기 유기 평탄층과 대면하지 않는 상기 배리어층의 일 면에 위치한 유무기 접착층;을 포함하고, 상기 유무기 접착층의 연필경도가 HB 이상이고, 상기 광제어 배리어 필름이 하기 식 1 및 식 2를 모두 만족할 수 있다:
<식 1>
430 nm 내지 480 nm의 광 파장에서 평균 광투과율 ＞ 85%
<식 2>
500 nm 내지 750 nm의 광 파장에서 평균 광투과율 ＜ 35%

Description

광제어 배리어 필름, 이를 포함하는 파장변환필름, 및 디스플레이 패널{Light controlling barrier film, wavelength conversion film and display panel including the same}
광제어 배리어 필름, 이를 포함하는 파장변환필름, 및 디스플레이 패널에 관한 것이다.
디스플레이용 배리어 필름은 유기발광 다이오드(OLED), 무기발광체(QD), 유기발광체(OD) 등을 이용한 디스플레이 기술 발달에 따라 그 필요성이 증대되고 있다. 디스플레이용 배리어 필름은 높은 가스 배리어 특성을 요구하기 때문에 일반적으로 가요성 기재필름 상에 유기층과 무기층을 교대로 적층시켜 다층구조 형태로 제작하고 있다. 이러한 다층구조의 배리어 필름에서 무기층은 가스를 차단하는 실질적인 역할을 하고 유기층은 무기층을 적층할 표면의 평탄화, 기재와 무기층 간의 접착력 향상, 및 무기층의 크랙이나 핀홀 등의 결점을 메워 가스 배리어 특성을 향상시키는 역할을 한다.
한편, 높은 색재현이 가능한 청색 광원의 디스플레이는 주로 무기발광체(QD) 또는 유기발광체(OD)가 포함된 색변환 시트가 채용된다. 이러한 디스플레이의 경우 휘도 특성 향상과 색무라(혼색) 발생의 개선을 요구한다.
따라서 가스 배리어층의 손상을 최소화하여 가스 배리어 특성을 확보하면서 색변환 시트의 휘도 특성의 향상과 색무라(혼색) 발생을 방지할 수 있는 신규한 구조의 광제어 배리어 필름, 이를 포함하는 파장변환필름, 및 디스플레이 패널에 대한 요구가 여전히 있다.
일 측면은 가스 배리어층의 손상을 최소화하여 가스 배리어 특성을 확보하면서 색변환 시트의 휘도 특성의 향상과 색무라(혼색) 발생을 방지할 수 있는 신규한 구조의 광제어 배리어 필름을 제공하는 것이다.
다른 측면은 상기 광제어 배리어 필름을 포함하는 파장변환필름을 제공하는 것이다.
또다른 측면은 상기 광제어 배리어 필름을 포함하는 디스플레이 패널을 제공하는 것이다.
일 측면에 따라,
광제어 배리어 필름으로서,
굴절율이 상이한 복수의 나노적층필름으로 구성된 기재필름;
상기 기재필름의 적어도 일 면에 위치한 유기 평탄층;
상기 기재필름과 대면하지 않는 상기 유기 평탄층의 일 면에 위치한 배리어층; 및
상기 유기 평탄층과 대면하지 않는 상기 배리어층의 일 면에 위치한 유무기 접착층;을 포함하고,
상기 광제어 배리어 필름의 연필경도가 HB 이상이고,
상기 광제어 배리어 필름이 하기 식 1 및 식 2를 모두 만족하는 광제어 배리어 필름이 제공된다:
<식 1>
430 nm 내지 480 nm의 광 파장에서 평균 광투과율 ＞ 85%
<식 2>
500 nm 내지 750 nm의 광 파장에서 평균 광투과율 ＜ 35%
상기 광제어 배리어 필름이 하기 식 3 및 식 4를 모두 만족할 수 있다:
<식 3>
430 nm 내지 480 nm의 광 파장에서 평균 반사율 ＜ 10%
<식 4>
500 nm 내지 750 nm의 광 파장에서 평균 반사율 ＞ 70%
상기 기재필름의 두께는 65 ㎛ 내지 85 ㎛일 수 있다.
상기 유기 평탄층은 아크릴레이트계 수지, 티올계 수지, 우레탄계 수지, 및 에폭시계 수지로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 유기 평탄층의 두께는 0.1 um 내지 5.0 um일 수 있다.
상기 배리어층은 Si, Al, Ti, Zr 및 Ta로부터 선택된 금속 또는 이를 함유하는 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 산화질화물, 또는 이들 조합을 포함할 수 있다.
상기 배리어층의 두께는 5 nm 내지 200 nm일 수 있다.
상기 유무기 접착층은 투명 접착층일 수 있다.
상기 광제어 배리어 필름의 수증기 투과율은 0.2 g/m2/day 이하일 수 있다.
다른 측면에 따라,
파장변환층; 및
상기 파장변환층의 적어도 일 면에 배치된 전술한 광제어 배리어 필름;을 포함하는 파장변환필름이 제공된다.
또다른 측면에 따라,
전술한 광제어 배리어 필름; 및
광원;을 포함하고,
상기 광제어 배리어 필름이 상기 광원의 입사방향에 위치하는 디스플레이 패널이 제공된다.
일 측면에 따른 광제어 배리어 필름은 굴절율이 상이한 복수의 나노적층필름으로 구성된 기재필름, 상기 기재필름의 적어도 일 면에 위치한 유기 평탄층, 상기 기재필름과 대면하지 않는 상기 유기 평탄층의 일 면에 위치한 배리어층, 및 상기 유기 평탄층과 대면하지 않는 상기 배리어층의 일 면에 위치한 유무기 접착층을 포함하고, 상기 유무기 접착층의 연필경도가 HB 이상이고, 상기 광제어 배리어 필름이 상기 식 1 및 식 2를 모두 만족한다. 상기 광제어 배리어 필름은 유기 평탄층을 포함하여 배리어층, 즉 가스 배리어층의 손상을 최소화하여 가스 배리어 특성을 확보할 수 있다. 또한 상기 광제어 배리어 필름은 청색광(430 nm ~ 480 nm)을 투과시키고 녹색 및 적색광(500 nm ~ 750 nm)을 반사시켜 상기 필름 상에 형성되는 색변환 시트(예를 들어, QD층 또는 OD층)의 휘도 특성을 향상시키면서 색무라(혼색) 발생을 방지할 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 광제어 배리어 필름의 단면 모식도이다.
도 2는 일 구현예에 따른 파장변환필름의 단면 모식도이다.
이하, 본 발명의 실시예와 도면을 참조하여 광제어 배리어 필름, 이를 포함하는 파장변환필름, 및 디스플레이 패널에 관해 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 한정되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다.
달리 정의하지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 갖는다. 상충되는 경우, 정의를 포함하는 본 명세서가 우선할 것이다.
본 명세서에서 설명되는 것과 유사하거나 동등한 방법 및 재료가 본 발명의 실시 또는 시험에 사용될 수 있지만, 적합한 방법 및 재료가 본 명세서에 기재된다.
본 명세서에서 "포함"이라는 용어는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 "이들 조합"이라는 용어는 기재된 구성요소들 하나 이상과의 혼합 또는 조합을 의미한다.
본 명세서에서 "및/또는"이라는 용어는 관련 기재된 하나 이상의 항목들의 임의의 조합 및 모든 조합을 포함하는 것을 의미한다. 본 명세서에서 "또는"이라는 용어는 "및/또는"을 의미한다. 본 명세서에서 구성요소들의 앞에 "적어도 1종", 또는 "하나 이상"이라는 표현은 전체 구성요소들의 목록을 보완할 수 있고 상기 기재의 개별 구성요소들을 보완할 수 있는 것을 의미하지 않는다.
본 명세서에서 일 구성요소가 다른 구성요소의 "상에" 또는 "위에" 배치되어 있다고 언급되는 경우, 일 구성요소는 다른 구성요소 위에 직접 배치될 수 있거나 상기 구성요소들 사이에 개재된 구성요소들이 존재할 수 있을 수 있다. 반면에, 일 구성요소가 다른 구성요소 "상에 직접" 또는 "위에 직접" 배치되어 있다고 언급되는 경우, 개재된 구성요소들이 존재하지 않을 수 있다.
본 명세서에서 "~ 계 중합체"또는 '~ 계 공중합체"는 "~ 중합체", "~ 공중합체", 또는/및 "~ 중합체 또는 공중합체의 유도체"를 모두 포함하는 광의의 개념이다.
도 1은 일 구현예에 따른 광제어 배리어 필름의 단면 모식도이다.
도 1을 참조하면, 광제어 배리어 필름(100)은 기재필름(11), 유기 평탄층(12), 배리어층(13), 및 유무기 접착층(14)이 순서대로 적층된 구조를 갖는다.
이하, 기재필름(11), 유기 평탄층(12), 배리어층(13), 및 유무기 접착층(14)에 대해 상세히 설명하고자 한다.
[기재필름(11)]
기재필름(11)은 굴절률이 상이한 복수의 나노적층필름으로 구성될 수 있다. 기재필름(11)은 굴절률이 상이한 나노 두께의 복수의 층이 교대로 적층되어 구성될 수 있다. 여기서, 굴절률이 상이하다는 것은, 기재필름(11)의 면 내에서 임의로 선택한 직교하는 두 방향 또는 상기 면에 수직방향 중에서 굴절률이 약 0.01 이상 다른 것을 의미한다. 여기서, 교대로 적층되어 구성된다는 것은, 굴절률이 상이한 층이 두께방향으로 규칙적으로 배열되어 적층된 구성이며, 굴절률이 상이한 두 층을 각각 A층과 B층이라 할 때, AB, ABA, ABAB, 등의 형태로 적층된 구성을 의미한다. 이와 같이 굴절률이 상이한 층이 교대로 적층된 기재필름(11)을 사용함으로써 각 층의 굴절률 차이와 층 두께와의 관계를 고려하여 설계한 경우보다 원하는 파장의 광을 반사시킬 수 있는 간섭반사를 발현시키는 것이 용이하다. 간섭반사는 층수가 증가할수록 더욱 넓은 파장 대역의 광에 대해 높은 반사율을 달성할 수 있는바, 원하는 대역의 광을 반사하는 적층필름을 얻을 수 있다. 기재필름(11)은 11층 이상의 복수의 나노적층필름으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 기재필름(11)은 50층 이상, 100층 이상, 200층 이상, 400층 이상, 600층 이상, 800층 이상의 복수의 나노적층필름일 수 있다. 예를 들어, 기재필름(11)은 1000층 이하의 복수의 나노적층필름일 수 있다.
기재필름(11)의 두께는 65 ㎛ 내지 85 ㎛일 수 있다. 예를 들어, 기재필름(11)의 두께는 70 ㎛ 내지 75 ㎛일 수 있거나 70 ㎛ 내지 74 ㎛일 수 있다. 기재필름(11)이 상기 두께 범위 내에서 광원의 광(청색광)을 투과시키고 색변환 시트(예를 들어, QD층 또는 OD층)에서 출광한 광(녹색광 및 적색광)을 반사시킬 수 있다.
[유기 평탄층(12)]
유기 평탄층(12)은 기재필름(11)의 일 면 또는 양 면에 위치한다. 유기 평탄층(12)은 기재필름(11)과 배리어층(13) 사이에 위치한다. 상기 유기 평탄층(12)은 기재필름(11)의 표면을 평탄하게 형성하거나 기재필름(11)을 포함하는 각 층들 간에 층간 접착력을 증가시키거나, 또는 기계적 변형이 발생할 때 배리어층(13)이 받는 응력을 완화시키거나 광제어 배리어 필름(100)을 가공하는 과정에서 필름의 손상을 방지하는 역할을 한다.
유기 평탄층(12)은 아크릴레이트계 수지, 티올계 수지, 우레탄계 수지, 및 에폭시계 수지로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 유기 평탄층(12)은 아크릴레이트계 수지일 수 있다. 유기 평탄층(12)은 상술한 수지, 광개시제, 및 용매를 포함하는 유기 평탄층 형성용 조성물을 기재필름(11)의 적어도 일 면에 도포하고 열경화 또는 광경화를 통해 형성할 수 있다. 필요에 따라, 유기 평탄층(12)은 기재필름(11)과의 접착력을 향상시키기 위해 자외선, 코로나, 화염, 플라즈마, 스퍼터링, 이온 빔, 또는 화학약품 등을 이용하여 기재필름(11)의 표면을 처리하거나 또는 언더 코팅층을 형성할 수 있다.
유기 평탄층(12)의 두께는 0.1 um 내지 5.0 um일 수 있다. 유기 평탄층(12)의 두께가 0.1 um 미만이라면, 기재필름(11) 표면에 평탄화 효과가 저하되어 배리어층(13)이 균일하게 형성되지 않고, 광제어 배리어 필름(100)을 가공하는 과정에서 필름에 스크래치와 같은 손상이 발생하여 배리어층(13) 성능 확보가 어렵다. 유기 평탄층(12)의 두께가 5.0 um 초과라면, 유기 평탄층(12)의 두께가 두꺼워져 박막의 광제어 배리어 필름(100)을 제작하기 어렵다.
[배리어층(13)]
배리어층(13)은 가스 배리어층일 수 있다. 배리어층(13)은 기재필름(11)과 대면하지 않는 유기 평탄층(12)의 일 면에 위치한다. 배리어층(13)은 Si, Al, Ti, Zr, 및 Ta로부터 선택된 금속 또는 이를 함유하는 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 산화질화물, 또는 이들 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 배리어층(13)은 산화규소, 산화알루미늄, 또는 이들 조합일 수 있다.
배리어층(13)은 다양한 방법으로 형성될 수 있는데, 예를 들어 스퍼터링법, 전자빔 증발법, 화학기상증착(CVD)법, 플라즈마-강화 화학기상증착법, 또는 도금법 등을 사용할 수 있다. 예를 들어, 배리어층(13)은 스퍼터링법, 전자빔 증발법, 또는 화학기상증착(CVD)법을 사용할 수 있다.
배리어층(13)의 두께는 5 nm 내지 200 nm일 수 있다. 배리어층(13)의 두께가 5 nm 미만이라면 가스 배리어의 성능이 저하되며, 배리어층(13)의 두께가 200 nm 초과라면 가스 배리어의 성능이 향상되나 광학특성이 저하되며 가요성이 낮아져 크랙이 발생할 수 있다.
[유무기 접착층(14)]
유무기 접착층(14)은 유기 평탄층(12)과 대면하지 않는 배리어층(13)의 일 면에 위치한다. 유무기 접착층(14)은 투명 접착층일 수 있다. 유무기 접착층(14)은 제1 영역 및 제2 영역을 포함한다. 상기 제1 영역은 배리어층(13)과 결합하며 상기 제2 영역은 QD 수지 또는 OD 수지와 같은 유기물과 결합 가능한 작용기를 갖는다. 따라서 광제어 배리어 필름(100)이 디스플레이 장치에 적용될 때, 유무기 접착층(14)의 제2 영역은 디바이스에 포함된 유기물층의 유기물과 결합한다.
유무기 접착층(14)은 배리어층(13) 상에 유무기 접착층 형성용 조성물을 도포하고 열경화 및/또는 광경화를 통해 형성된다. 상기 유무기 접착층 형성용 조성물은 비닐기를 갖는 멜라민 화합물, 아크릴옥시기를 갖는 실란화합물, 에폭시기를 갖는 실란화합물, 및 촉매를 포함할 수 있다.
상기 비닐기를 갖는 멜라민 화합물은 멜라민 아크릴레이트일 수 있다. 상기 멜라민 아크릴레이트는 유기물과 결합 가능한 작용기를 갖는 제2 영역에서 디바이스에 포함된 유기물층과 라디칼 결합 형성이 가능하도록 하기 위해 아크릴기를 하나 이상 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 멜라민 아크릴레이트는 3개 이상의 관능기를 갖는 다관능성 멜라민 (메타)아크릴레이트 올리고머일 수 있다. 상기 멜라민 아크릴레이트는 분자 내 알콕시기(alkoxy group) 및 (메타)아크릴레이트기를 함유하는 올리고머로서, 우레탄 아크릴레이트 올리고머나 에폭시 아크릴레이트 올리고머와 달리 조성물의 경화성을 향상시키면서 도막의 부착성, 내열성, 외관 특성, 및 내습성을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 다관능성 멜라민 (메타)아크릴레이트 올리고머는 1,000 g/㏖ 내지 2,000 g/㏖의 중량평균분자량을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 다관능성 멜라민 (메타)아크릴레이트 올리고머는 약 2,000 내지 4,000 cps, 예를 들어 약 2,500 내지 3,500 cps의 점도를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 다관능성 멜라민 (메타)아크릴레이트 올리고머 내 알콕시기와 아크릴레이트기의 함유 비율은 1:3-6 몰비일 수 있다. 상기 아크릴옥시기를 갖는 실란화합물은 아크릴옥시기를 갖는 C1-C10의 알콕시 실란 화합물을 포함할 수 있다. 상기 아크릴옥시기를 갖는 실란화합물은 모노머, 올리고머 또는 고분자 형태일 수 있다. 예를 들어, 상기 아크릴옥시기를 갖는 실란화합물은 3-메타아크릴옥시프로필 메틸디메톡시실란, 3-메타아크릴옥시프로필 트리메톡시실란, 3-메타아크릴옥시프로필 메틸디에톡시실란, 3-아크릴옥시프로필 트리메톡시실란, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 아크릴옥시기를 갖는 실란화합물의 함량은 용매를 제외하고 비닐기를 갖는 멜라민 화합물 100 중량부를 기준으로 하여 1 내지 300 중량부일 수 있다. 상기 아크릴옥시기를 갖는 실란화합물의 함량이 1 중량부 미만인 경우 고온고습 환경에서 QD 수지 또는 OD 수지와 같은 유기물층과 라디칼 결합 형성이 가능한 비닐기가 충분하지 못하여 상기 유기물층과의 접착특성이 저하될 수 있고, 300 중량부를 초과하는 경우 열경화 반응이 충분하지 않아 코팅층에 스크레치 등의 손상이 발생하기 쉬울 수 있다. 상기 에폭시기를 갖는 실란화합물은 배리어층(13)의 히드록시기와 에폭시 반응을 통해 상호 화학결합을 형성할 수 있다. 상기 에폭시기를 갖는 실란화합물은 모노머, 올리고머 또는 고분자 형태일 수 있다. 상기 에폭시기는 글리시딜기, 글리시독시기, 또는 에폭시화된 C4-C20의 시클로알킬기, 또는 이들 조합을 포함할 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않고, 필요에 따라 다양한 형태의 에폭시기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 에폭시기를 갖는 실란화합물은 2-(3, 4 에폭시시클로핵실) 에틸트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필 메틸디메톡시실란, 3-글리시독시프로필 트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필 메틸디에톡시실란, 3-글리시독시프로필 트리에톡시실란, 또는 이들 조합을 포함할 수 있다. 상기 에폭시기를 갖는 실란화합물의 함량은 용매를 제외하고 비닐기를 갖는 멜라민 화합물 100 중량부를 기준으로 하여 1 내지 300 중량부일 수 있다. 상기 에폭시기를 갖는 실란화합물의 함량이 1 중량부 미만인 경우 고온고습 환경에서 배리어층(13)과의 결합력이 저하되어 접착특성이 저하될 수 있고, 300 중량부를 초과하는 경우 열경화 반응이 충분하지 않아 코팅층은 스크래치 등 손상이 쉬워질 수 있다.
상기 촉매는 p-톨루엔설폰산, 디노닐 나프탈렌 디설폰산, 디노닐 나프탈렌 설폰산, 도데실벤젠설폰산, 알킬산 포스페이트, 페닐 산 포스페이트, 옥살산, 말레산, 석탄산, 아스코르브산, 말론산, 및 석신산 중에서 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 이러한 촉매는 비닐기를 갖는 멜라민 화합물 또는 실란화합물의 알콕시기가 카르보늄 이온 또는 이모늄 이온으로 치환되어 배리어층(13)의 반응기와 낮은 반응에너지에서 결합을 유도할 수 있는 p-톨루엔설폰산일 수 있다. 상기 촉매의 함량은 용매를 제외하고 비닐기를 갖는 멜라민 화합물 100 중량부를 기준으로 하여 1 내지 30 중량부일 수 있다. 상기 촉매의 함량이 1 중량부 미만인 경우 멜라민 화합물 또는 실란화합물의 알콕시기가 카르보늄 이온 또는 이모늄 이온으로의 치환이 충분하지 못하여 배리어층(13)과의 반응성이 저하될 수 있고, 30중량부를 초과하는 경우 고온고습 환경에서 배리어층(13)과 유무기 접착층(14)의 적층시 부반응을 야기시켜 접착력이 저하될 수 있다.
유무기 접착층 형성용 조성물은 용매를 제외하고 비닐기를 갖는 멜라민 화합물 100 중량부를 기준으로 하여 아크릴옥시기를 갖는 실란화합물 1 내지 300 중량부, 에폭시기를 갖는 실란화합물 1 내지 300 중량부, 및 촉매 1 내지 30 중량부를 포함할 수 있다.
필요에 따라, 유무기 접착층 형성용 조성물은 히드록시기, 카르복실기, 아미드기, 우레아기, 또는 티올기 등의 관능기를 갖는 모노머, 올리고머 또는 고분자를 더 포함할 수 있다. 필요에 따라, 유무기 접착층 형성용 조성물은 하나 이상의 라디칼 결합성 화합물 및 광 개시제를 더 포함할 수 있다. 상기 라디칼 결합성 화합물의 예로는, 분자 내에 하나 이상의 (메타)아크릴로일기를 갖는 (메타)아크릴레이트, (메타)아크릴아미드, 말레이미드, (메타)아크릴산, 말레인산, 이타콘산, (메타)아크릴알데히드, (메타)아크릴로일모르폴린, N-비닐-2-피롤리돈, 또는 트리알릴이소시아누레이트 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 광 개시제의 예로는 아세토페논계 광 개시제, 벤조인 에테르계 광 개시제, 벤조페논계 광 개시제, 또는 티오크산톤계 광 개시제 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
유무기 접착층 형성용 조성물은 하나 이상의 유기용매를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 유기용매는 알코올, 케톤, 톨루엔, 헥산 및 벤젠 중에서 선택된 어느 하나의 용매일 수 있다. 예를 들어, 유기용매는 알코올 용매일 수 있다. 상기 알코올 용매는 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올, 부탄올, 이소부틸알코올, 메틸글리콜, 메틸글리콜아세테이트, 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 부틸셀로솔브, 프로필렌글리콜모노메틸에테르(1-메톡시-2-프로판올), 또는 이들 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 유기용매는 알코올과 비알코올 유기용매의 혼합용매를 사용할 수 있다. 이 때, 사용하는 알코올 용매는 전체 용매 100 중량부를 기준으로 하여 5 중량부 내지 70 중량부일 수 있다. 상기 알코올 용매가 5중량부 미만인 경우 유무기 접착층 형성용 조성물에서 촉매의 결정화로 인하여 활성도가 저하되어 열경화 반응이 충분하지 않을 수 있고, 70 중량부를 초과하는 경우 멜라민 화합물 및 실란 화합물의 용해성이 저하되어 유무기 접착층 형성용 조성물에 백탁이 발생되며 코팅 후에도 외관이 불량해질 수 있다.
유무기 접착층(14)은 상기 유무기 접착층 형성용 조성물을 70 ℃ 내지 120 ℃의 온도 범위에서 열경화하여 형성될 수 있다. 상기 열경화의 온도가 70 ℃ 미만인 경우 경화가 충분하지 못하여 배리어층(13)과의 접착 특성을 달성하기 어렵고, 120 ℃ 초과인 경우 기재필름(11)의 열변형으로 인하여 필름이 수축되거나 주름이 유입되어 외관이 저하될 수 있다. 상기 유무기 접착층 형성용 조성물은 멜라민 아크릴레이트 및 촉매를 함께 사용함으로써, 상대적으로 낮은 온도인 120 ℃ 이하에서 열경화가 가능하므로 기재필름(11)의 열변형을 방지할 수 있다. 또한 필요에 따라 UV 경화공정을 추가하여 저온에서 유무기 접착층 형성용 조성물의 용매를 증발시킨 후 UV 경화를 통해 경화시켜 광제어 배리어 필름(100)에 가해지는 열충격을 줄일 수 있다.
유무기 접착층(14)은 배리어층(13) 상에 도포하여 형성하는 과정에서 유무기접착층 형성용 조성물이 배리어층(13)의 핀홀 혹은 크랙 등의 결함 부분을 채워줄 수 있어 광제어 배리어 필름(100)의 가스 배리어 성능이 더욱 향상될 수 있다.
[광제어 배리어 필름(100)]
광제어 배리어 필름(100)의 연필경도는 HB 이상일 수 있다. 광제어 배리어 필름(100)이 상기 연필경도를 가질 때 광제어 배리어 필름(100)은 가공시 발생할 수 있는 스크래치 등의 손상이 방지될 수 있다.
일반적으로, 색변환 시트를 컬러 필터로 이용하는 디스플레이에 있어서 휘도가 저하되는 원인의 하나로 색변환 시트로부터 광이 등방적으로 발광함으로써 발생하는 광원 측으로의 광이 광원이나 액정층 및/또는 편광자에 흡수됨으로써 발생하는 광 손실이다. 이것을 해결하기 위해, 광원 또는 액정층과 색변환 시트 사이에 광원에서 색변환 시트로 입사되어 장파장의 광으로 변환된 광(즉, 500~750nm, 녹색광 및 적색광)을 반사하는 광제어 배리어 필름(100)을 배치함으로써 색변환 시트로부터의 광을 색변환 시트 바로 아래에서 반사할 수 있고 휘도의 저하나 인접한 셀로의 광 누출 등을 억제하는 것이 용이할 수 있다.
광제어 배리어 필름(100)은 하기 식 1 및 식 2를 모두 만족할 수 있다:
<식 1>
430 nm 내지 480 nm의 광 파장에서 평균 광투과율 ＞ 85%
<식 2>
500 nm 내지 750 nm의 광 파장에서 평균 광투과율 ＜ 35%
또한, 광제어 배리어 필름(100)은 하기 식 3 및 식 4를 모두 만족할 수 있다:
<식 3>
430 nm 내지 480 nm의 광 파장에서 평균 반사율 ＜ 10%
<식 4>
500 nm 내지 750 nm의 광 파장에서 평균 반사율 ＞ 70%
식 1 및 식 2는 광제어 배리어 필름(100)에 대한 입사각이 0°인 투과 스펙트럼에서 430 nm 내지 480 nm의 광(청색광) 파장 또는 500 nm 내지 750 nm의 광(녹색광 및 적색광) 파장에서 평균 광투과율이 85% 초과 또는 10% 미만을 나타낸다. 이렇게 광제어 배리어 필름(100)이 광원에서 입사된 광을 투과함으로써 광원에서 입사된 광이 색변환 시트(예를 들어, QD층 또는 OD층)에 도달하는 광량이 증대되어 색변환 시트에서의 발광을 용이하게 향상시킬 수 있다. 또한 식 3 및 식 4는 광제어 배리어 필름(100)에 대한 입사각이 5°인 반사 스펙트럼에서 430 nm 내지 480 nm의 광(청색광) 파장 또는 500 nm 내지 750 nm의 광(녹색광 및 적색광) 파장에서 평균 반사율이 10% 미만 또는 70% 초과를 나타낸다. 이렇게 광제어 배리어 필름(100)은 반사대역의 최적화와 함께 표면에 굴절율이 낮은 복수의 나노적층필름으로 구성된 기재필름(11)을 마련하여 표면반사를 억제할 수 있다. 따라서 광제어 배리어 필름(100)은 액정층 및 편광자에 편광된 광만을 선택적으로 투과하고, 색변환 시트에서 확산해 광원 측으로 빠져나온 편광을 띠지 않은 광만을 선택적으로 반사할 수 있게 되기 때문에, 휘도 향상과 색무라(혼색) 발생을 방지할 수 있다.
광제어 배리어 필름(100)의 수증기 투과율은 0.2 g/m2/day 이하일 수 있다. 광제어 배리어 필름(100)의 수증기 투과율이 0.2 g/m2/day를 초과한다면, 배리어 성능이 부족하여 디스플레이의 성능이 저하될 수 있다.
도 2는 일 구현예에 따른 파장변환필름의 단면 모식도이다.
도 2를 참조하면, 일 구현예에 따른 파장변환필름(200)은 파장변환층(21), 및 상기 파장변환층(21)의 적어도 일 면에 배치된 전술한 광제어 배리어 필름(22)을 포함할 수 있다.
파장변환층(21)은 양자 도트층일 수 있다. 파장변환층(21)은 자외선 경화형 수지 등을 바인더로서 바인더에 양자 도트 재료를 분산하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 파장변환층(21)은 바인더에 양자 도트 재료를 분산한 조성물을 제조하고 상기 조성물을 도포시키고 자외선 조사에 의해 바인더를 경화하여 형성될 수 있다.파장변환층(21)을 광제어 배리어 필름(100)과 협지하여 형성된 파장변환필름(200)은 양자 도트층을 형성하는 조성물을 광제어 배리어 필름(100)에 도포하고, 도포한 조성물 상에 다른 1매의 광제어 배리어 필름을 적층한 후, 추가로 자외선을 조사함으로써 제작된다. 바인더를 경화시키기 위한 자외선 조사량이 불충분하면, 파장변환층(21)이 충분히 경화되지 않아 파장변환층이 응집 박리되거나, 광제어 배리어 필름(100)의 유무기접착층(14) 계면 박리되는 문제가 발생할 수 있다.
파장변환층(21)의 두께는 예를 들어 50 ㎛ 내지 100 ㎛ 일 수 있다. 파장변환층(21)은 이러한 두꺼운 두께를 갖기에 파장변환층(21) 형성시 바인더를 충분히 경화시키기 위하여 매우 다량의 자외선을 조사할 필요가 있다.
이러한 파장변환필름(200)은 전술한 광제어 배리어 필름(100)을 포함하여 휘도 특성의 향상과 색무라(혼색) 발생을 방지할 수 있다.
다른 일 구현예에 따른 디스플레이 패널은 전술한 광제어 배리어 필름 및 광원을 포함하고, 상기 광제어 배리어 필름은 상기 광원의 입사방향에 위치할 수 있다. 상기 광원은 도광판의 일 측면에 마련되어 도광판을 향하여 광을 출력할 수 있다. 이 때, 광원은 단일 파장(단일 색상)의 광(단색광)을 출력하거나, 복수의 파장의 광이 혼합된 광(백색광)을 출력할 수 있다. 예를 들어, 광원은 파장이 짧은 청색의 광을 출력하는 광원이 이용될 수 있다. 상기 디스플레이 패널은 액정층 및 편광자에 편광된 광만을 선택적으로 투과하고, 색변환 시트에서 확산해 광원 측으로 빠져나온 편광을 띠지 않은 광만을 선택적으로 반사할 수 있게 되기 때문에, 휘도 향상과 색무라(혼색) 발생을 방지할 수 있다.
이하, 실시예와 비교예를 통하여 본 발명의 구성 및 그에 따른 효과를 보다 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되지 않는다는 것은 자명한 사실일 것이다.
[실시예]
실시예 1: 광제어 배리어 필름
굴절률이 상이한 복수의 나노적층필름으로 구성된 약 70 ㎛ 두께의 기재필름(QPC-5, 도레이사 제조)를 준비하였다.
이와 별도로, 자외선 경화형 아크릴레이트 수지(고형분 100%, Kellon사, EA4000) 100 중량부, 및 1-히드록시-시클로헥실-페닐케톤 광개시제(Ciba Specialty Chemicals사, 등록상표 Irgacure184) 5 중량부를 혼합한 혼합물에 프로필렌글리콜모노메틸에테르(대정화금사) 용매로 희석하여 고형분 30 중량%의 유기 평탄층 형성용 조성물을 제조하였다.
상기 기재필름의 일면에 상기 유기 평탄층 형성용 조성물을 바코터로 도포하고 80 ℃에서 1분간 건조한 후, 고압 수은 자외선램프의 300 mJ/㎠ 적산광량의 조건 하에 조사하고 광경화하여 약 1 ㎛ 두께의 유기 평탄층을 형성하였다.
상기 유기 평탄층의 상면에 스퍼터링으로 약 50 nm 두께의 산화규소(SiOx, 0 < x ≤ 2)막의 가스 배리어층을 형성하였다.
이와 별도로, 에톡시화된 펜타에리트리톨테트라아크릴레이트 수지(DSM-AGI사, AGISYN 출원상표2884) 62.5 중량%, 인산(메타)아크릴레이트(SK CYTEC사, HS-100) 25 중량%, 실란커플링제(Shin-Etsu사, KBM-403) 12.5 중량%로 구성된 고형분 수지 조성물 100 중량부, 및 1-히드록시-시클로헥실-페닐케톤 광개시제(Ciba Specialty Chemicals사, 등록상표 Irgacure184) 3 중량부를 첨가한 혼합물을 메틸에틸케톤과 프로필렌글리콜모노에틸에테르를 2:1 중량비로 혼합한 혼합용매로 희석하고 교반하여 고형분 40 중량%의 투명 유무기 접착층 형성용 조성물을 제조하였다.
상기 투명 유무기 접착층 형성용 조성물을 상기 가스 배리어층 상면에 바코터로 도포하고 120 ℃에서 2분간 1차 열경화한 후, 공기 중의 산소 농도가 21%에서 고압 수은 자외선램프의 500 mJ/㎠ 적산광량의 조건하에 조사하고 2차 광경화하여 약 1 ㎛ 두께의 투명 유무기 접착층을 형성하였다. 결과물로서 도 1의 기재필름-유기 평탄층-가스 배리어층-투명 유무기 접착층의 순서로 구성된 광제어 배리어 필름을 제작하였다.
실시예 2: 광제어 배리어 필름
약 4 ㎛ 두께의 유기 평탄층 및 약 0.5 ㎛ 두께의 투명 유무기 접착층을 형성한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 광제어 배리어 필름을 제작하였다.
비교예 1: 광제어 배리어 필름
유기 평탄층이 형성되지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 광제어 배리어 필름을 제작하였다.
비교예 2: 광제어 배리어 필름
약 0.05 ㎛ 두께의 유기 평탄층을 형성한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 광제어 배리어 필름을 제작하였다.
비교예 3: 광제어 배리어 필름
약 7 ㎛ 두께의 유기 평탄층을 형성한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 광제어 배리어 필름을 제작하였다.
비교예 4: 광제어 배리어 필름
굴절률이 상이한 복수의 나노적층필름으로 구성된 약 70 ㎛ 두께의 기재필름(QPC-5, 도레이사 제조) 대신 약 75 ㎛ 두께의 PET 기재필름(도레이첨단소재사, XG7PH8)을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 광제어 배리어 필름을 제작하였다.
평가예 1: 물성 평가
실시예 1~2 및 비교예 1~4에 의해 제작된 광제어 배리어 필름의 물성을 다음과 같은 방법으로 평가하여, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
(1) 평균 광투과율(%)
각각의 광제어 배리어 필름에 대하여 분광광도계(Shimadzu사, UV3600)를 이용하여 430~480 nm 및 500~750 nm의 광 파장에서 투과모드로 투과율을 각각 측정한 후, 각 파장대의 평균값을 계산하여 평균 광투과율(%)을 구하였다.
(2) 평균 반사율(%)
각각의 광제어 배리어 필름의 이면에 흑색도료를 도포하여 상기 이면으로부터 반사를 완전히 없앤 상태에서 투명 유무기 접착층 표면에 대하여 입사광 각도 5°로 430~480 nm 및 500~750 nm의 광 파장에서 반사율을 각각 측정한 후, 각 파장대의 평균값을 계산하여 평균 반사율(%)을 구하였다.
(3) 수증기 투과율(water vapor transmission rate; WVTR, g/m2/day)
각각의 광제어 배리어 필름에 대하여 MOCON사 장비를 이용하여 38℃, 100% 상대습도 조건하에 광제어 배리어 필름의 두께 방향으로 수증기 투과율(g/m2/day)을 측정하였다.
(4) 연필경도
각각의 광제어 배리어 필름에 대하여 경도측정기(신토카가쿠사, HEIDON)를 이용하여 JIS K5400기준에 따라 측정하였다.
(5) 광제어 배리어 필름의 전체 두께(㎛)
각각의 광제어 배리어 필름에 대하여 Mitutoyo사, 마이크로미터를 이용하여 두께를 10회 측정한 후, 평균값을 계산하여 광제어 배리어 필름의 전체 두께(㎛)를 구하였다.
(6) 양자점 시트(QD Sheet) 휘도(nit)
각각의 광제어 배리어 필름을 두 개씩 준비하여 제1 광제어 배리어 필름 및 제2 광제어 배리어 필름으로 지칭하였다.
각각의 제1 광제어 배리어 필름의 상면에 450 nm 파장을 흡수하여 녹색광과 적색광을 발광하는 입자를 포함하는 양자점(QD) 수지를 도포하여 양자점(QD) 수지층을 형성하였다. 각각의 제2 광제어 배리어 필름의 투명 유무기 접착층이 상기 양자점(QD) 수지층을 향하도록 합지시킨 후, 고압 수은 자외선램프의 5000 mJ/㎠ 적산광량의 조건하에 조사하고 광경화하였다. 결과물로서 약 80 um 두께의 양자점(QD) 수지층이 형성된 양자점 시트(QD Sheet)를 제작하였다.
상기 제작된 양자점 시트(QD Sheet)를 청색 LED 광원에 위치시킨 후, KOMICA MINOLTA사, CA-2000 장비를 이용하여 휘도(nit)를 측정하였다.
(7) 양자점 시트(QD Sheet) 색무라 발생 여부(육안 관찰)
상기 '(6) 양자점 시트(QD Sheet) 휘도(nit)'에서 제작한 양자점 시트(QD Sheet)를 청색 LED 광원에 위치시킨 후, LED 광원 위치 주변에 색무라가 발생하는 지 여부에 대해 육안으로 관찰하였다.
(8) 컬(curl)의 평균높이
각각의 배리어 필름을 100 mm X 100 mm 크기로 커팅하고 석정반에 올려 놓았다. 이 때, 네 개의 꼭지점에 발생한 컬(curl)의 높이를 상기 석정반 바닥으로부터 스틸자로 측정하여 평균값을 구하였다.
실시예 1 실시예 2 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4
평균 광투과율(%) @430~480nm 89.5 89.9 89.6 89.5 89.6 88.7
평균 광투과율(%) @500~750nm 31.5 31.2 31.4 31.4 31.5 90.5
평균 반사율(%) @430~480nm 5.4 5.2 5.4 5.3 5.7 5.0
평균 반사율(%)
@500~750nm		 73.4 73.3 73.3 73.5 73.3 4.9
수증기 투과율
(g/m2/day)		 0.2 0.2 3.1 0.9 0.1 0.2
연필경도 H 3H 4B 2B 4H H
필름 전체두께(㎛) 72.1 74.6 71.6 72.2 78.3 77.2
QD Sheet 휘도(nit) 5426 5366 5285 5299 5446 4751
QD Sheet 색무라 발생 여부 미발생 미발생 미발생 미발생 미발생 발생
Curl (mm) 1.5 9.5 1.2 1.3 21.1 1.4
상기 표 1을 참조하면, 실시예 1~2에 의해 제작된 광제어 배리어 필름은 430~480 nm 및 500~750 nm의 광 파장에서 평균 광투과율은 각각 89.5% 이상 및 31.5% 이하였다. 이와 비교하여, 비교예 4에 의해 제작된 광제어 배리어 필름은 기재필름으로서 PET 기재필름을 사용하여 430~480 nm 및 500~750 nm의 광 파장에서 평균 광투과율이 88.7% 이상으로 높았다. 실시예 1~2에 의해 제작된 광제어 배리어 필름은 430~480 nm 및 500~750 nm의 광 파장에서 평균 반사율이 각각 5.4% 이하 및 73.3% 이상이었다. 이와 비교하여, 비교예 4에 의해 제작된 광제어 배리어 필름은 기재필름으로서 PET 기재필름을 사용하여 430~480 nm 및 500~750 nm의 광 파장에서 평균 반사율이 5.0% 이하로 낮았다. 이로 인해, 비교예 4에 의해 제작된 광제어 배리어 필름은 광제어 기재를 별도로 도입할 필요가 있으며, 필름 전체두께가 두꺼워져 박막의 QD Sheet를 제작하는 것이 어렵다.
실시예 1~2에 의해 제작된 광제어 배리어 필름은 수증기 투과율이 0.2 g/m2/day이었다. 이와 비교하여, 비교예 1~2에 의해 제작된 광제어 배리어 필름은 유기 평탄층이 형성되지 않거나 또는 얇은 두께의 유기 평탄층이 형성되어 수증기 투과율이 0.9 g/m2/day 이상으로 높았다. 이는 비교예 1~2에 의해 제작된 광제어 배리어 필름에서 배리어층 형성이 불안정함에 기인한 것으로 여겨진다.
실시예 1~2에 의해 제작된 광제어 배리어 필름의 유무기 접착층의 연필경도가 H 이상인데 반해, 비교예 1~2에 의해 제작된 광제어 배리어 필름은 유기 평탄층이 형성되지 않거나 또는 얇은 두께의 유기 평탄층이 형성되어 연필경도가 2B 이하로 스크래치에 취약하였다.
실시예 1~2에 의해 제작된 광제어 배리어 필름은 컬 높이가 9.5 mm 이하인데 반해, 비교예 3에 의해 제작된 광제어 배리어 필름은 컬 높이가 21.1 mm로 매우 높았다. 비교예 3에 의해 제작된 광제어 배리어 필름은 유기 평탄층의 두께가 두꺼워져 컬이 심하게 발생한 것이다. 컬이 심하게 발생한 광제어 배리어필름은 이를 이용한 파장변환필름 제작에 부적합함을 알 수 있다.
실시예 1~2에 의해 제작된 광제어 배리어 필름은 QD Sheet 휘도가 5366 nit 이상으로 높은 특성을 나타냈다. 이와 비교하여, 비교예 4에 의해 제작된 광제어 배리어 필름은 기재필름으로서 PET 기재필름을 사용하여 휘도 특성이 저하되었다.
실시예 1~2에 의해 제작된 광제어 배리어 필름은 QD Sheet 색무라가 발생하지 않은데 반해, 비교예 4에 의해 제작된 광제어 배리어 필름은 기재필름으로서 PET 기재필름을 사용하여 색무라가 발생하였다.
11: 기재필름(나노적층필름 포함), 12: 유기 평탄층,
13: 배리어층, 14: 유무기 접착층
21: 파장변환층, 100: 광제어 배리어 필름
200: 파장변환필름

Claims (11)

  1. 광제어 배리어 필름으로서,
    굴절율이 상이한 복수의 나노적층필름으로 구성된 기재필름;
    상기 기재필름의 적어도 일 면에 위치한 유기 평탄층;
    상기 기재필름과 대면하지 않는 상기 유기 평탄층의 일 면에 위치한 배리어층; 및
    상기 유기 평탄층과 대면하지 않는 상기 배리어층의 일 면에 위치한 유무기 접착층;을 포함하고,
    상기 광제어 배리어 필름의 연필경도가 HB 이상이고,
    상기 광제어 배리어 필름이 하기 식 1 및 식 2를 모두 만족하는 광제어 배리어 필름:
    <식 1>
    430 nm 내지 480 nm의 광 파장에서 평균 광투과율 ＞ 85%
    <식 2>
    500 nm 내지 750 nm의 광 파장에서 평균 광투과율 ＜ 35%
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광제어 배리어 필름이 하기 식 3 및 식 4를 모두 만족하는 광제어 배리어 필름:
    <식 3>
    430 nm 내지 480 nm의 광 파장에서 평균 반사율＜ 10%
    <식 4>
    500 nm 내지 750 nm의 광 파장에서 평균 반사율 ＞ 70%
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기재필름의 두께가 65 ㎛ 내지 85 ㎛인 광제어 배리어 필름.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유기 평탄층이 아크릴레이트계 수지, 티올계 수지, 우레탄계 수지, 및 에폭시계 수지로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 광제어 배리어 필름.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유기 평탄층의 두께가 0.1 um 내지 5.0 um인 광제어 배리어 필름.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 배리어층이 Si, Al, Ti, Zr 및 Ta로부터 선택된 금속 또는 이를 함유하는 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 산화질화물, 또는 이들 조합을 포함하는 광제어 배리어 필름.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 배리어층의 두께가 5 nm 내지 200 nm인 광제어 배리어 필름.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 유무기 접착층이 투명 접착층인 광제어 배리어 필름.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 광제어 배리어 필름의 수증기 투과율이 0.2 g/m2/day 이하인 광제어 배리어 필름.
  10. 파장변환층; 및
    상기 파장변환층의 적어도 일 면에 배치된 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 광제어 배리어 필름;을 포함하는 파장변환필름.
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 광제어 배리어 필름; 및
    광원;을 포함하고,
    상기 광제어 배리어 필름이 상기 광원의 입사방향에 위치하는 디스플레이 패널.

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