CN111117302A - 纳米染料分子、彩色滤光片及显示面板 - Google Patents

纳米染料分子、彩色滤光片及显示面板 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种纳米染料分子、彩色滤光片及显示面板，所述纳米染料分子包括：金纳米簇；以及染料基团，通过金‑硫键与所述金纳米簇连接并包覆在所述金纳米簇的外围。所述纳米染料分子尺寸稳定且均一性好，在光通路上的散射效应极其微小，以此制备的彩色滤光片具有高穿透率，进而使得制备的液晶面板具有高对比度。

Description

纳米染料分子、彩色滤光片及显示面板
技术领域
本申请涉及显示技术领域，具体涉及一种纳米染料分子、彩色滤光片及显示面板。
背景技术
随着显示技术的快速发展，各种新显示技术层出不穷，对LCD(Liquid CrystalDisplay，液晶显示器)构成极大的竞争力，但由于LCD自身技术成熟以及功耗低、成本优势和显示质量优异等特点，并且新技术量产尚需完善，未来许多年，LCD仍将占据主要消费市场。伴随着液晶显示技术的日趋成熟，人们对LCD显示图像品质的要求也越来越高，这一需求也促生了诸如高亮度、高对比度、快速响应、广视角、HDR(High-Dynamic Range，高动态范围图像)等技术，LCD显示器画面显示品质也因此得到了长足的改善。
近年，LCD技术内部逐渐革新优化，8K4K、IGZO、duel cell等，这些新兴技术的发展对显示屏穿透率的要求越来越高，除了优化背光，偏光片，像素设计，作为重要制约因素的色阻材料也亟需优化改进。目前色阻材料的发展正处在由大颗粒(一般>30nm)晶体颜料向染料分子转化，一方面是染料分子色彩着色力更优异，另一方面是分子态的染料避免了光在传播光路上的散射效应引起的穿透与对比度低下，但是由于染料自身耐热性以及其他制程稳定性的限制，使其发展比较缓慢。
发明内容
本发明提供一种纳米染料分子、彩色滤光片及显示面板，该纳米染料分子尺寸稳定且均一性好，以此制备的彩色滤光片与显示面板具有更优的性能。
为解决上述问题，第一方面，本发明提供一种纳米染料分子，所述纳米染料分子包括：
金纳米簇；以及
染料基团，通过金-硫键与所述金纳米簇连接并包覆在所述金纳米簇的外围。
进一步地，所述纳米染料分子的结构由下列式(1)表示：
Figure BDA0002322565430000021
其中，所述Aun为金纳米簇，所述n为100-300的整数；
所述Ar选自碳原子数2-12的烷基；
所述D为染料基团；
以及，所述m为5-20的整数。
进一步地，所述染料基团选自红色染料基团、绿色染料基团、蓝色染料基团、黄色染料基团、以及白色染料基团中的任意一者。
进一步地，所述染料基团的结构选自下列结构式中的任意一者：
Figure BDA0002322565430000022
Figure BDA0002322565430000031
进一步地，所述纳米染料分子还包括聚乙二醇基，所述聚乙二醇基通过金-硫键与所述金纳米簇连接并包覆在所述金纳米簇的外围，且所述聚乙二醇基的末端含有羧基。
进一步地，所述纳米染料分子的结构由下列式(2)表示：
Figure BDA0002322565430000032
其中，所述Aun为金纳米簇，所述n为100-300的整数；
所述Ar选自碳原子数2-12的烷基；
所述D为染料基团；
所述m为5-20的整数；
所述a为10-100的整数；以及
所述b为3-10的整数。
进一步地，所述的纳米染料分子中的金纳米簇的外围还包覆有多个烷基溴化铵分子，以致任意相邻的所述纳米染料分子之间形成静电排斥力。
进一步地，所述的纳米染料分子中的金纳米簇的外围包覆有3-10个烷基溴化铵分子，所述烷基溴化铵选自四丁基溴化铵、四己基溴化铵以及四辛基溴化铵中的至少一者。
第二方面，本发明还提供了一种彩色滤光片，所述彩色滤光片包括前述的纳米染料分子。
第三方面，本发明还提供了一种显示面板，所述显示面板包括前述的彩色滤光片。
有益效果：本发明提供了一种纳米染料分子，以金纳米簇作为中心基团，利用金-硫键在金纳米簇的外围包覆染料分子，即得到尺寸稳定且均一的纳米染料分子，该染料分子在光通路上的散射效应极其微小，以此制备的彩色滤光片具有高穿透率，进而使得制备的液晶面板具有高对比度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供一种纳米染料分子的立体构型示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本申请中，“示例性”一词用来表示“用作例子、例证或说明”。本申请中被描述为“示例性”的任何实施例不一定被解释为比其它实施例更优选或更具优势。为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本发明，给出了以下描述。在以下描述中，为了解释的目的而列出了细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本发明。在其它实例中，不会对公知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本发明的描述变得晦涩。因此，本发明并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本申请所公开的原理和特征的最广范围相一致。
本发明实施例提供一种纳米染料分子，以下分别进行详细说明。
所述纳米染料分子包括：
金纳米簇；以及
染料基团，通过金-硫键与所述金纳米簇连接并包覆在所述金纳米簇的外围。
进一步地，所述纳米染料分子的结构由下列式(1)表示：
Figure BDA0002322565430000051
其中，所述Aun为金纳米簇，所述n为100-300的整数；
所述Ar选自碳原子数2-12的烷基，通常情况下，所述Ar为直链烷基；
所述D为染料基团，即，赋予所述纳米染料分子所需颜色的基团；
以及，所述m为5-20的整数。
在一些实施例中，所述纳米染料分子还包括聚乙二醇基，所述聚乙二醇基通过金-硫键与所述金纳米簇连接并包覆在所述金纳米簇的外围，通过聚乙二醇的空间位阻使得纳米染料分子球体得以稳定存在而不聚集，提高了纳米染料分子球体尺寸的稳定性与均一性，且所述聚乙二醇基的末端含有羧基，该羧基的设定旨在调控染料分子的显影性能，便于后续的彩色滤光片制备。
进一步地，所述纳米染料分子的结构由下列式(2)表示：
Figure BDA0002322565430000052
Figure BDA0002322565430000061
其中，所述Aun为金纳米簇，所述n为100-300的整数；
所述Ar选自碳原子数2-12的烷基；
所述D为染料基团；
所述m为5-20的整数；
所述a为10-100的整数；以及
所述b为3-10的整数。
在一些实施例中，任意一所述的纳米染料分子中的金纳米簇的外围还包覆有多个烷基溴化铵，以致任意相邻的所述纳米染料分子之间形成静电排斥力，代替前述的利用聚乙二醇的空间位阻，同样可使得纳米染料分子球体得以稳定存在而不聚集，提高了纳米染料分子球体尺寸的稳定性与均一性。
进一步地，任意一所述的纳米染料分子中的金纳米簇的外围包覆有3-10个烷基溴化铵，所述烷基溴化铵选自四丁基溴化铵、四己基溴化铵以及四辛基溴化铵中的至少一者。
在一些实施例中，所述染料基团选自红色染料基团、绿色染料基团、蓝色染料基团、黄色染料基团、以及白色染料基团中的任意一者，
示例性地，所述染料基团的结构可选自下列结构式中的任意一者：
Figure BDA0002322565430000062
Figure BDA0002322565430000071
以下示例性地给出具体的实施方式加以说明，提供了一种纳米染料分子，制备过程包括：
通过缩合反应进行双颜料分子化合物配体的制备：
将羧基取代的颜料类衍生物(以如下化合物1为例)与2，2’-二硫二乙醇类衍生物(以如下化合物2为例)以摩尔比2:1的比例溶解于四氢呋喃中，形成的混合溶液中，所述颜料类衍生物的浓度为0.1mol/L，2，2’-二硫二乙醇类衍生物的浓度为0.05mol/L，冰水浴降温至0℃后，加入缩合剂O-(7-氮杂苯并三氮唑-1-基)-二(二甲胺基)碳鎓六氟磷酸盐，缩合活化剂1-羟基-7-偶氮苯并三氮唑，催化剂4-N,N-二甲基吡啶，反应升温至40℃搅拌1h至反应完全，层析板监测反应进度。将所得产物进行萃取，过滤，柱层析分离纯化，得纯净的反应产物，即如下的化合物3。
Figure BDA0002322565430000081
接着，进行纳米染料分子的制备:
将上述制备的双颜料分子化合物配体(即化合物3)溶解于4mL四氢呋喃中形成0.05mol/L的溶液，巯基-聚乙二醇-羧酸终端衍生物(分子量2000Da)溶解于8mL四氢呋喃形成0.1mol/L的溶液，将两者混合，室温下大力搅拌5min，再将氯金酸溶解于4.8mL的四氢呋喃中形成0.05mol/L的溶液，加入上述反应混合溶液中，继续搅拌5min，在持续搅拌下，滴加入硼氢化钠水溶液，室温遮光条件下搅拌过夜。在14000rpm转速下离心30min，即得到纳米染料分子A1，该纳米分子A1的立体构型请参阅图1，由图1可知，染料基团与聚乙二醇基团均作为配体包覆于纳米金簇的外围。
Figure BDA0002322565430000091
在另一种实施方式中，使用烷基溴化铵取代上述的聚乙二醇基团，具体地，所述纳米染料分子的制备过程包括如下：
使用上述相同的方法制备双颜料分子化合物配体，即化合物3；
再将氯金酸溶于7mL水中形成浅黄色0.05mol/L的溶液，四己基溴化铵溶于20mL甲苯形成0.2mol/L的溶液，将两溶液混合，即得到深红色混合溶液，并对混合溶液搅拌20min，待水相会变澄清后，去除水相，保留甲苯层溶液。将上述所得的化合物3(12.5mg)加入甲苯层并搅拌10min，接着将新制备的硼氢化钠溶液(溶于7mL水中形成0.03mol/L的溶液)迅速加入溶液，大力搅拌3h，利用色谱柱进行产物分离提纯，洗脱液为甲苯：乙醇＝90:10，旋干即可得到下述的纳米染料分子A2。
染料基团配体通过金-硫键与金纳米簇连接且包覆在所述金纳米簇的外围，同时四己基溴化铵分布在所述金纳米簇的外围以形成相邻纳米染料分子间的静电排斥力，需要说明的是，下述结构式中染料基团配体与四己基溴化铵仅示例性的示出4个，但并代表作具体的数量限定，根据实际需求调整反应物的比例可实现不同的配体数量。
Figure BDA0002322565430000101
经测量，上述制备的纳米染料分子A1及A2的粒径均为4nm左右，且由于聚乙二醇配体形成的空间位阻/烷基溴化铵形成的静电排斥力，使得纳米染料分子球体稳定存在而不聚集，纳米染料分子球体的尺寸具有较高的稳定性与均一性。
在本发明的另一实施例中，还提供了一种彩色滤光片，所述彩色滤光片包括上述的纳米染料分子，根据所述纳米染料分子的颜色不同，依次制备出不同颜色的滤光片。
具体地，所述彩色滤光片的制备原料包括上述的纳米染料分子，粘合树脂、光引发剂、可聚合单体、溶剂、分散剂，以及其它助剂包括热阻聚剂、抑泡剂、流平剂混合制备光阻液，其中粘合树脂可以为丙烯酸类树脂，光引发剂可以为二苯甲酮类化合物，可聚合单体可以为多羟基醇的丙烯酸酯，溶剂为PGMEA，分散剂为聚苯乙烯-聚丙烯酸二嵌段共聚物(PS-PAA)，其中所述纳米染料分子的质量百分含量通常为2-8wt％，
由于纳米粒子尺度小且尺寸均一，光在通路上几乎没有散射效应，所以利用上述得到的光阻液制备的彩色滤光片具有高穿透率，并且由于溶解分散性好以及尺寸优势在制备彩色滤光片时即可采用涂布法又可采用喷墨打印方式，节省光阻原料，适宜商业应用。
在本发明的另一实施例中，还提供了一种显示面板，所述显示面板包括前述的彩色滤光片，由于上述的彩色滤光片具有较高的穿透率，以此得到的显示面板具有更优异的对比度。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见上文针对其他实施例的详细描述，此处不再赘述。
以上对本发明实施例所提供的一种纳米染料分子、彩色滤光片及显示面板进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种纳米染料分子，其特征在于，所述纳米染料分子包括：
金纳米簇；以及
染料基团，通过金-硫键与所述金纳米簇连接并包覆在所述金纳米簇的外围。
2.如权利要求1所述的纳米染料分子，其特征在于，所述纳米染料分子的结构由下列式(1)表示：
Figure FDA0002322565420000011
其中，所述Aun为金纳米簇，所述n为100-300的整数；
所述Ar选自碳原子数2-12的烷基；
所述D为染料基团；以及
所述m为5-20的整数。
3.如权利要求1所述的纳米染料分子，其特征在于，所述染料基团选自红色染料基团、绿色染料基团、蓝色染料基团、黄色染料基团、以及白色染料基团中的任意一者。
4.如权利要求2所述的纳米染料分子，其特征在于，所述染料基团的结构选自下列结构式中的任意一者：
Figure FDA0002322565420000021
5.如权利要求1所述的纳米染料分子，其特征在于，所述纳米染料分子还包括聚乙二醇基，所述聚乙二醇基通过金-硫键与所述金纳米簇连接并包覆在所述金纳米簇的外围，且所述聚乙二醇基的末端含有羧基。
6.如权利要求5所述的纳米染料分子，其特征在于，所述纳米染料分子的结构由下列式(2)表示：
Figure FDA0002322565420000031
其中，所述Aun为金纳米簇，所述n为100-300的整数；
所述Ar选自碳原子数2-12的烷基；
所述D为染料基团；
所述m为5-20的整数；
所述a为10-100的整数；以及
所述b为3-10的整数。
7.如权利要求1所述的纳米染料分子，其特征在于，所述的纳米染料分子中的金纳米簇的外围还包覆有多个烷基溴化铵分子，以致任意相邻的所述纳米染料分子之间形成静电排斥力。
8.如权利要求7所述的纳米染料分子，其特征在于，所述的纳米染料分子中的金纳米簇的外围包覆有3-10个烷基溴化铵分子，所述烷基溴化铵选自四丁基溴化铵、四己基溴化铵以及四辛基溴化铵中的至少一者。
9.一种彩色滤光片，其特征在于，所述彩色滤光片包括权利要求1-8所述的纳米染料分子。
10.一种显示面板，其特征在于，所述显示面板包括如权利要求9所述的彩色滤光片。
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