TWI480344B - 白色塗料組合物及包含其所形成之塗層的裝置 - Google Patents

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Description

白色塗料組合物及包含其所形成之塗層的裝置
本發明係有關於一種塗料組合物，且特別是有關於一種白色塗料組合物。
隨著科技蓬勃發展，各種顯示裝置亦朝著輕薄化的方向邁進，因而盡量縮減顯示裝置中玻璃基板的使用。因此，在例如智慧型手機、平板電腦、數位相框、電子書等可隨身攜帶的裝置中，顯示面板皆僅具有單片的玻璃，以降低其厚度及重量。
然而，單片玻璃的顯示面板需從顯示面板的色框開始製造，隨後才在色框上進行佈線與其他蝕刻製程。如色框使用的是白色塗料，會於製作顯示面板的其他後續製程中因高溫而黃化。例如，一般用於顯示面板之白色塗料為由樹脂所形成的白漆，其係由有機高分子所形成，因而在溫度高於300℃時即會質變而黃化，致使單片玻璃的顯示面板無法具有合適的白色色框。
目前，已有各種具有無機物摻雜之白色有機塗料或白色無機塗料發展出來，其雖可改善白色有機塗料不耐高溫之缺點，但依舊無法適用於作為單片玻璃顯示面板的色框白色塗料。具有無機物摻雜之白色有機塗料，是以白色的無機顆粒(例如二氧化鈦)作為白色的來源，其雖可稍改善高分子的性質，但仍無法使此具有無機物摻雜之白色有機塗料承受接近300至400℃的顯示面板製程，塗料中的 高分子仍會在此高溫下斷裂分解。白色無機塗料雖可耐高溫，但其需在高於800℃下被燒結，才能形成所欲之形狀或結晶，遠超過顯示面板中其他元件所能承受的範圍，仍無法適用於單片玻璃的顯示面板製程中。
因此，業界所需要的是一種能適用於單片玻璃的顯示面板製程中的白色塗料。
本發明提出一種白色塗料組合物，包含：20-55重量份之二氧化矽粒子；40-75重量份之無機材料，其中該無機材料之折射率大於2.3；以及，5-40重量份之矽氧烷寡聚物，其中該矽氧烷寡聚物係由單體製備而成，其中該單體包含一具有公式(I)的第一單體、以及一具有公式(II)的第二單體：
其中，R1 係為甲基或乙基，以及R2 係為C1-6 之烷基。
本發明亦提供一種裝置，例如顯示裝置、行動通訊裝置、或是光學膜，包含一基板；以及，一白色塗層配置於該基板之上，其中該白色塗層係由上述白色塗料組合物所形成。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳 細說明如下：
本發明係揭露一種白色塗料組合物，以及包含該組合物所形成之白色塗層之裝置。根據本發明一實施例，該白色塗料組合物包含：20-55重量份之二氧化矽粒子；40-75重量份之無機材料；以及，5-40重量份之矽氧烷寡聚物。根據本發明另一實施例，該二氧化矽粒子可預先分散或是溶於一溶劑中，形成一矽溶膠(silica sol)，再用來製備成該白色塗料組合物，其中該二氧化矽粒子可之粒徑介於1-200nm，而該溶劑可為水、醇類溶劑、醇醚類(glycol ether)溶劑、或上述組合。此外，該白色塗料組合物亦可更包含一溶劑，使二氧化矽粒子、無機材料、以及矽氧烷寡聚物分散於該溶劑中，其中該溶劑可為水、醇類溶劑、醇醚類溶劑、或上述的組合。該無機材料可為一高折射率無機材料，例如為一折射率大於2.3的無機粒子，其粒徑可介於150-500nm或200-400nm，以降低白色塗料組合物的光穿透度，使該塗料組合物所形成的膜呈白色，舉例來說，該無機材料可包含氧化鈦、氧化鋯、氧化鋁、或其組合。該矽氧烷寡聚物係由單體製備而成(例如進行水解縮合反應而得)，其中該單體包含一具有公式(I)的第一單體、以及一具有公式(II)的第二單體： 公式(I) 公式(II)
其中，R1 係各自獨立且為甲基或乙基，以及R2 係各自獨立且為C1-6 之烷基。根據本發明一實施例，該第一單體與該第二單體的重量比介於3：1及1：3之間。若第一單體的添加量太高(即第一單體與該第二單體的重量比值大於3)，則該組合物在成膜前即容易硬化；相反的，若第二單體的添加量太高(即第一單體與該第二單體的重量比值小於1/3)，則該組合物將無法完全硬化，因此所形成的膜無法完全硬化。根據本發明另一實施例，該矽氧烷寡聚物係由上述具有公式(I)的第一單體、具有公式(II)的第二單體、以及一第三單體經水解縮合反應而得，其中該第三單體具有公式(III)所述結構：
其中，R2 係各自獨立且為C1-6 之烷基，而R3 係為、或，其中R4 係為氫、 或甲基，而R5 係為，其中n係為0或1，R6 係各自獨立且為C1-3 的亞烷基(alkylene)。舉例來說，第三單體可為3-(丙烯醯氧基)丙基三甲氧基矽烷(acryloxypropyltrimethoxysilane)、或3-縮水甘油氧基丙基 三甲氧基矽烷(3-glycidoxypropyltrimethoxysilane)。第三單體可具有一重量百分比介於0.1-10wt%(其中該重量百分比係以該第一單體及第二單體的總重為基準)，添加第三單體的目的在於提供可調整的功能性，如：密著性、硬化性、低溫成型性，若第三單體的添加量太高，則由該組合物所形成的膜層易發生黃化的現象。
在上述白色塗料組合物中添加無機材料的目的在於降低該組合物的光穿透度，使該組合物所形成的膜呈白色；添加該矽氧烷寡聚物之目的在於利用該矽氧烷寡聚物的網狀結構來增加該組合物的成膜性；而添加該包含二氧化矽粒子之矽溶膠目的在提高該組合物成膜後的機械特性，使得該組合可適用於各種製程。舉例來說，在該組合物中，無機材料之重量份可為40-75(例如40-70、或40-60)，若該無機材料之添加量過高，則易使得組合物成膜性不佳，過低易導該組合物所形成之膜層則會因光穿透率太高，而無法呈現白色。該矽氧烷寡聚物之重量份可為5-40(例如5-30、或5-20)，若該矽氧烷寡聚物之添加量過低，則易使得組合物成膜性不佳，過高易導該組合物所形成之膜層則會因光穿透率太高，而無法呈現白色。在該矽溶膠中的二氧化矽粒子之重量份可為20-55(例如20-50、或20-40)，而所使用的溶劑體積並無限制，可以使該二氧化矽粒子均勻分散於該溶劑中為原則。若該二氧化矽粒子之添加量過低，則所形成膜面硬度不足，過高易於成膜過程中產生碎裂，不成連續膜。本發明所述之白色塗料組合物可使用網 印或旋轉塗佈方式來形成膜層，當塗佈於一基板後，可利用一熱處理，來形成白色塗層。該熱處理之溫度可介於50-350℃，或可為一分段式加熱處理(例如在不同特定溫度下各烘烤一定的時間，其中該特定溫度介於50-350℃)。
本發明所述之白色塗料組合物經塗佈及硬化後所形成的白色塗層，具有高的耐熱性質(可達400℃，不像一般高分子會因為高溫而黃化)，且對於一般顯示裝置或行動通訊裝置的後續製程具有高的耐受度，因此非常適合作為該等裝置的基材塗料。
根據本發明其他實施例，本發明亦提供一種裝置，例如顯示裝置、行動通訊裝置、或是光學膜。請參照第1圖，該裝置100可包含一基板10；以及，一白色塗層12配置於該基板10之上，其中該白色塗層12係由上述白色塗料組合物經塗佈及硬化後所形成的膜層，因此該白色塗層12內包含均勻分散的高折率無機材料(例如氧化鈦、氧化鋯、氧化鋁)顆粒13。該高折率無機材料顆粒13可由一相同粒徑範圍的粒子所組成(請參照第1圖)，或是由一相對較大粒徑範圍的粒子13A及一相對較小粒徑範圍的粒子13B所組成(請參照第2圖)，此時具有相對較小粒徑範圍的粒子13B可作為連結點，提昇膜層的成膜性。
為了讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉數實施例及比較實施例，來說明本發明所述之白色塗料組合物、及包含其裝置。
白色塗料組合物之製備 實施例1
將11克二氧化鈦(Rutile form TiO2 )、約6.6g聚倍矽氧烷(由2.5克甲基三甲氧基矽烷(methyltrimethoxysilane、MTMS)、7.5克二甲基二甲氧基矽烷(dimethyldimethoxysilane、DMDMS)、以及1.0克3-(丙烯醯氧基)丙基三甲氧基矽烷(acryloxypropyltrimethoxysilane、APMS)在酸性環境下經水解縮合後所形成)、與5.5克二氧化矽(分散於17ml異丙醇中)加入反應瓶中，並加入二丙二醇甲醚(dipropylene glycol monomethyl ether)(4ml)作為溶劑。均勻混合後，得到白色塗料組合物(1)。
實施例2
將10克二氧化鈦(Rutile form TiO2 )、約3.3g聚倍矽氧烷(由2.5克甲基三甲氧基矽烷(methyltrimethoxysilane、MTMS)、2.5克二甲基二甲氧基矽烷(dimethyldimethoxysilane、DMDMS)、以及0.5克3-(丙烯醯氧基)丙基三甲氧基矽烷(acryloxypropyltrimethoxysilane、APMS)在酸性環境下經水解縮合後所形成)、與8克二氧化矽(分散於24ml異丙醇中)加入反應瓶中，並加入二丙二醇甲醚(dipropylene glycol monomethyl ether)(5ml)作為溶劑。均勻混合後，得到白色塗料組合物(2)。
實施例3
將20克二氧化鈦(Rutile form TiO2 )、約2.1g聚倍矽氧烷(由2.5克甲基三甲氧基矽烷(methyltrimethoxysilane、MTMS)、0.8克二甲基二甲氧基矽烷(dimethyldimethoxysilane、DMDMS)、以及0.2克3-(丙烯醯氧基)丙基三甲氧基矽烷(acryloxypropyltrimethoxysilane、APMS)在酸性環境下經水解縮合後所形成)、與6克二氧化矽(分散於18ml異丙醇中)加入反應瓶中，並加入二丙二醇甲醚(dipropylene glycol monomethyl ether)(5ml)作為溶劑。均勻混合後，得到白色塗料組合物(3)。
實施例4
將8克二氧化鈦(Rutile form TiO2 )、約2.8g聚倍矽氧烷(由1.2克甲基三甲氧基矽烷(methyltrimethoxysilane、MTMS)、3.5克二甲基二甲氧基矽烷(dimethyldimethoxysilane、DMDMS)在酸性環境下經水解縮合後所形成)、與6.6克二氧化矽(分散於20ml異丙醇中)加入反應瓶中，並加入二丙二醇甲醚(dipropylene glycol monomethyl ether)(4ml)作為溶劑。均勻混合後，得到白色塗料組合物(4)。
比較實施例1
將12克二氧化鈦(Rutile form TiO2 )、以及8克二氧化 矽(分散於24ml異丙醇中)加入反應瓶中，並加入二丙二醇甲醚(dipropylene glycol monomethyl ether)(5ml)作為溶劑。均勻混合後，得到白色塗料組合物(5)。
比較實施例2
將10克二氧化鈦(Rutile form TiO2 )、聚倍矽氧烷(由3克3-(丙烯醯氧基)丙基三甲氧基矽烷(acryloxypropyltrimethoxysilane、APMS)在酸性環境下進行水解縮合)、與8克二氧化矽(分散於24ml異丙醇中)加入反應瓶中，並加入二丙二醇甲醚(dipropylene glycol monomethyl ether)(5ml)作為溶劑。均勻混合後，得到白色塗料組合物(6)。
比較實施例3
將10克二氧化鈦(Rutile form TiO2 )、聚倍矽氧烷(由3克二甲基二甲氧基矽烷(dimethyldimethoxysilane)在酸性環境下進行水解縮合)、與8克二氧化矽(分散於24ml異丙醇中)加入反應瓶中，並加入二丙二醇甲醚(dipropylene glycol monomethyl ether)(5ml)作為溶劑。均勻混合後，得到白色塗料組合物(7)。
白色塗層之製備及性質檢定
將實施例1-4及比較實施例1-3所製備的白色塗料組合物(1)-(7)分別塗佈於一網板上，接著利用網印法將白色 塗料組合物(1)-(7)以網印方式形成於玻璃基板上。接著，分別於50℃、150℃、以及230℃下各烘乾30分鐘。最後，降溫回到室溫，得到白色塗層(1)-(7)。觀察白色塗層(1)-(7)，以判斷是否黃變，以及塗層是否完全硬化，並以百格測試法(ASTM D3359)評斷白色塗層(1)-(7)的附著性，結果請參照表1。
對實施例1及2所得之白色塗層(1)及(2)進行吸光值(optical density、OD)量測，結果如表2所示。接著，對 該白色塗層(1)及(2)進行一高溫測試，高溫測試的條件為350℃，持續30分鐘，隨後再次進行吸光值(optical density、OD)量測，結果如表2所示。
接著，將實施例1所得之白色塗料組合物(1)形成一塗層，並將該塗層由100℃逐漸加溫至400℃，觀察該塗層隨著溫度上昇的重量變化，請參照第3圖。由第3圖可知，該塗層在400℃時的重量損失小於5%。
基於上述，由本發明所述之白色塗料組合物所形成的塗層，具有高的耐熱性質，因此可進一步應用於顯示裝置或行動通訊裝置中，作為該等裝置的基材塗料，可解決習知白色塗層會因為後續製程劣化的問題。
雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧基板
12‧‧‧白色塗層
13‧‧‧高折率無機材料顆粒
13A‧‧‧相對較大粒徑範圍的粒子
13B‧‧‧相對較小粒徑範圍的粒子
100‧‧‧裝置
第1及2圖係為一系列剖面圖，用以說明本發明所述之包含白色塗層的裝置。
第3圖係顯示實施例所述之白色塗層(1)，其重量與加熱溫度的關係圖。
10‧‧‧基板
12‧‧‧白色塗層
13‧‧‧高折率無機材料顆粒
100‧‧‧裝置

Claims (9)

  1. 一種白色塗料組合物，包含：20-55重量份之二氧化矽粒子；40-75重量份之無機材料；以及5-40重量份之矽氧烷寡聚物，其中該矽氧烷寡聚物係由單體製備而成，其中該單體包含一具有公式(I)的第一單體、一具有公式(II)的第二單體、以及一具有公式(III)的第三單體： 其中，R1 係為甲基或乙基，以及R2 係為C1-6 之烷基， 而R3 係為，其中R4 係為氫、或甲基， 而R5 係為，其中n係為0或1，R6 係各自獨立且為C1-3 的亞烷基(alkylene)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之白色塗料組合物，其中該二氧化矽粒子係分散於一溶劑中，形成一矽溶膠。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之白色塗料組合物，其中該無機材料係為包含氧化鈦、氧化鋯、氧化鋁、或其組合。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之白色塗料組合物，其中該二氧化矽粒子之粒徑介於1-200nm。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之白色塗料組合物，其中該無機材料粒子之粒徑介於150-500nm之間。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之白色塗料組合物，其中該無機材料之折射率大於2.3。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之白色塗料組合物，其中該第一單體與該第二單體的重量比介於3：1及1：3之間。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之白色塗料組合物，其中該第三單體具有一重量百分比介於0.1-10wt%，其中該重量百分比係以該第一單體及第二單體的總重為基準。
  9. 一種裝置，包含：一基板；以及一白色塗層配置於該基板之上，其中該塗層係由申請專利範圍第1項所述之白色塗料組合物所形成。
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