TWI571494B

TWI571494B - 彩色濾光層之顏料

Info

Publication number: TWI571494B
Application number: TW105105950A
Authority: TW
Inventors: 邱瑜婷
Original assignee: 友達光電股份有限公司
Priority date: 2016-02-26
Filing date: 2016-02-26
Publication date: 2017-02-21
Also published as: CN105949820B; TW201730281A; CN105949820A

Description

彩色濾光層之顏料

本發明係關於彩色濾光層材料，特別是一種可做為彩色濾光層材料中提供色彩的顏料。

彩色濾光層是液晶顯示器能提供彩色畫面的關鍵圖層，目前多製作為彩色濾光片，配置於顯示面板的出光側，或是，直接製作於陣列基板上（Color filter on array）。彩色濾光圖層的材料特性以及如何製作兩者皆與整個面板的顯示的品質息息相關。一般彩色濾光層為使用彩色光阻劑經由塗佈、黃光、顯影等技術，形成彩色濾光層，或是，使用噴墨塗佈(Inkjet Printing，簡稱IJP)方法，將彩色濾光層材料滴入適當的位置，再經過固化，形成彩色濾光層。不論是使用黃光方式製作或是噴墨塗佈方式製作，彩色濾光層材料包含做為提供色彩的顏料、固化作用的固化材料、幫助溶解和塗布的溶劑等，常見的固化方法可以是照光固化或加熱固化。目前的顏料易受環境影響，使得顏料於彩色濾光層材料中分散不佳，進而導致結晶物析出，造成製程時或製程後的不良。

本發明為一種彩色濾光層用之顏料，包含；顏料本體；以及網狀物包覆該顏料本體，其中網狀物由前驅物和交聯劑反應生成，其中前驅物包含海藻酸鹽、明膠、果膠、阿拉伯膠或幾丁聚醣。

本發明為一種包括上述顏料之彩色濾光層。

本發明為一種彩色濾光層用之顏料之製作方法，包括形成包含顏料本體和第一溶劑之第一溶液；添加前驅物溶液於第一溶液，形成第二溶液，前驅物溶液包括前驅物和第一溶劑，前驅物包括海藻酸鹽、明膠、果膠、阿拉伯膠或幾丁聚醣；及添加第二溶液於交聯劑溶液，交聯劑溶液包括交聯劑和第一溶劑，前驅物和交聯劑反應形成網狀物包覆於顏料本體。

以上之關於本揭露內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本發明之精神與原理，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步之解釋。

為使熟習本發明所屬技術領域之一般技藝者能更進一步了解本發明，下文特列舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，詳細說明本發明的構成內容及所欲達成之功效。

請參考圖1和圖2。圖1為彩色濾光層材料60製作之步驟流程圖，圖2為彩色濾光層材料60製作之流程示意圖。首先，備置顏料本體原料溶液16，將顏料本體原料溶液16，進行步驟一S1研磨處理，形成第一溶液22。再將第一溶液22進行步驟二S2分散處理，形成第三溶液42。之後，再將第三溶液42，進行步驟三S3濃縮處理，形成色膏52。最後，進行步驟四S4調配處理，將色膏52與其他形成彩色濾光層所需材料混合，例如：固化劑（binders）、單體（monomer）、起始劑（initiators）等，即可形成彩色濾光層材料 60。

顏料本體原料溶液16為將顏料本體原料10溶入第一溶劑12中所形成，一般顏料本體原料10的形狀為不規則狀，平均直徑約50~1微米(um) ，經由步驟一S1的研磨處理，可將顏料本體原料10研磨為直徑約50~300奈米(nm)之顏料本體20。研磨處理一般可以採用球磨方式，即將顏料本體原料10投入有研磨球（未繪示）的第一溶劑12中，研磨球一般為不與顏料本體原料10、顏料本體20或第一溶劑12反應之球狀物體，粒徑大約0.3到55毫米(mm)，常見材料為氧化鋯，但不以此為限。將顏料本體原料10和第一溶劑12與研磨球經過攪拌後，直徑50~1微米(um)的顏料本體原料10將會被研磨為直徑約50~300奈米(nm)之顏料本體20，因此，形成具有顏料本體20之第一溶液22。

目前彩色濾光層用之顏料本體原料10或顏料本體20，具不同顏色，一般顏色可以就所需形成的各種顏色濾色層情況下，使用紅色顏料、綠色顏料、藍色顏料、黃色顏料、紫色顏料、橙色顏料等各種顏色的顏料，其化學結構，例如偶氮系、酞菁素(phthalocyanine)系、喹吖酮(quinacridone)系、苯并咪唑酮(benzimidazolone)系、異吲哚啉酮(isoindolinone)系等顏料。請參考圖3，圖3為一些常見的顏料本體原料10或顏料本體20之化學式。以下舉例之“C. I.”表示顏色索引(color index)。常見的顏料本體原料10或顏料本體20為酞菁鹵化物，例如： C.I. 顏料綠 7 (CI pigment Green 7)（如圖3A所示）、C.I. 顏料綠36 (CI pigment Green 36)（如圖3B所示）、C.I. 顏料綠58 (CI pigment Green 58)（如圖3C所示）、C. I. 顏料藍15:6 (CI pigment Blue 15:6)（如圖3D所示）、C.I. 顏料紫23 (CI pigment Violet 23)（如圖3E所示）等，但不以此為限。例如，為了調整色度，可以併用不同顏色顏料，作為顏料。

常見的第一溶劑12，例如有機酸/鹼、水、醇類、酮類、醚類、酯類、醯胺類、離子液體等液體，視所需溶解的顏料本體原料10或顏料本體20決定，一般第一溶劑12對顏料本體原料10的溶解度須高於50%，較佳為高於為60%。有機酸為一些具有酸性的有機化合物，例如：羧酸、磺酸、三氟乙酸、甲酸、乙酸、丙酸、丁酸等。有機鹼是指鹼性的有機化合物，包括胺類及含氮的雜環化合物，例如：吡啶、甲胺、咪唑、苯並咪唑、組氨酸等。水溶液泛指以水為溶劑之溶液。醇類例如：甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、異丙醇、丁醇、異丁醇等。酮類為有機化合物，通式RC(=O)R’，其中R和R’可以是相同或不同的原子或官能團，例如：丙酮、丁酮、環己酮等。醚類為具有醚官能團的有機化合物，例如：甲醚、乙醚、二氧六環、四氫呋喃、苯甲醚、聚乙二醇(PEG)等。酯類是指有機化學中醇與羧酸或無機含氧酸發生酯化反應生成的產物，例如：乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸乙丙酯等。醯胺類是指含有和氮和與氮相連的醯基的一類化合物，例如：N-溴代丁二醯亞胺、 N,N-二甲基甲醯胺,聚醯胺等。離子液體指液態時的離子化合物，也可指熔點低於一定溫度（如100℃）的離子化合物，例如1-丁基-3-甲基咪唑鹽（BMIM）等。

將上述之第一溶液22進行步驟二S2分散處理，形成顏料40。請參考圖4，圖4為顏料40製作之流程示意圖，亦即為圖1和圖2虛線框中的細部流程示意圖。將前驅物24加入第一溶劑12，形成前驅物溶液26，將前驅物溶液26加入上述步驟製成的第一溶液22，由於顏料本體20具有氯原子、溴原子等鹵素，這些原子本身易抓取電子(搶電子)，因此顏料本體20於第一溶劑12中會抓取前驅物24所帶有的孤對電子，前驅物24會於吸附於顏料本體20表面，包覆顏料本體20表面，形成顏料中間體30。顏料中間體30溶於第一溶劑12形成第二溶液32。另外，將交聯劑34溶於第一溶劑12形成交聯劑溶液36。將第二溶液32滴入交聯劑溶液36，前驅物24和交聯劑34反應形成網狀物44包覆於該顏料本體20，包覆有網狀物44的顏料本體20即顏料40，顏料40溶於第一溶劑12中，形成第三溶液42。請參考圖5，圖5為顏料形狀示意圖。如圖5所示，顏料40為直徑D1的顏料本體20包覆厚度為T1的網狀物44，形成直徑D2的顏料40之球狀物。一般來說，顏料本體20之直徑D1為50~300奈米(nm) ，網狀物44之厚度T1為20~100奈米，即顏料40的顏料本體20之直徑D1和網狀物44之厚度T1比為1:2 ~15:1，值得說明的是，由於反應、製程之變異，顏料本體或顏料為類似球狀物，表面可能有起伏變化。

前驅物24可為海藻酸鹽(Alginic Acid Salt)、明膠(Gelatin)、果膠(Pectin)、阿拉伯膠(Arabica acacia)或幾丁聚醣(Chitosan)等。請參考圖6A至圖6E，其為上述常見前驅物24之化學式，圖6A為海藻酸鹽，圖6B為明膠，圖6C為果膠，圖6D為阿拉伯膠，圖6E為幾丁聚醣，其中阿拉伯膠為醣蛋白和多糖混合物，僅列其部分成分做為示意圖。添加前驅物24於該第一溶劑12中形成前驅物溶液26，一般前驅物24和第一溶劑12的重量百分比約0.01~10%，依照所需網狀物44厚度T1決定。交聯劑34可以為一價陽離子鹽類、二價陽離子鹽類、京尼平(genipin)、醛類或矽烷類。其中，一價陽離子鹽類，例如可以為聚磷酸鈉等。二價陽離子鹽類，例如可以為氯化鈣、氯化鎂、磷酸鈣、磷酸鎂等。醛類，例如可以為甲醛 (formaldehyde)、乙二醛 (glyoxal)、戊二醛 (glutaraldehyde)等。矽烷類，例如可以為3-（2，3-環氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷(3-Glycidoxypropyltrimethoxysilane, GPTMS)等。添加交聯劑34於該第一溶劑12中形成交聯劑溶液36，一般交聯劑34和第一溶劑12的重量百分比約0.01~10%，依照所需網狀物44厚度T1決定。藉由調整交聯劑溶液36的濃度和前驅物溶液26的濃度，第二溶液32滴入交聯劑溶液36時的滴入量和滴入速度、溶液酸鹼值、溫度可以調整網狀物44的厚度T1。舉例來說，海藻酸、果膠、明膠、阿拉伯膠皆具有COOH官能基(圖6A到圖6D虛線框)可以和二價陽離子(M2+)反應，反應式如下：

2R-COO-Na + MCl ₂→ M(R-COO) ₂+2NaCl [1]

京尼平(genipin)含OH官能基可以和COOH官能基反應，反應式如下：

R-COO-H + R’-OH → R-COO-R’+ H2O [2]

阿拉伯膠和幾丁聚醣都具有NH2官能基(圖6D和圖6E虛線框)可以和醛類官能基反應，反應式如下：

R-NH ₂+ R’-(CHO) ₂→ [ (R-NH) -C(OH)] ₂R’ [3]

幾丁聚醣含OH官能基(圖6E虛線框)和矽烷類發生縮合反應形成網狀物。

接著，將上述之第三溶液42，進行步驟三S3濃縮處理，形成色膏52。濃縮處理首先將第三溶液42加入第二溶劑54中形成第四溶液(未繪示)，第二溶劑54對顏料的溶解度低於50%，接下來採用離心過濾或減壓濃縮或加壓過濾的方式，將第四溶液中多餘的溶劑去除，最後濃縮至色膏52。離心過濾方法例如為將混合液倒入離心管內，將離心管置入離心機內，並使用5000rpm以上的轉速進行離心，一般來說，轉速越高離心能力越強，離心完，將離心管取出，並將上層澄清溶劑去除。接下來在離心管中添加第二溶劑54，用以去除第四溶液中多餘的離子和鹽類，再次進行分離。重覆多次後，收集離心管下方沉澱物，即完成濃縮，形成色膏52。一般第二溶劑54選用自包括有機酸/鹼、水、醇類、酮類、醚類、酯類、醯胺類、離子液體等液體，和第一溶劑12相似，視所需溶解的顏料決定，一般第二溶劑54對顏料20的溶解度低於50%。

最後，進行步驟四S4調配處理，混合適當比例之色膏52、固化劑（binders）、單體（monomer）、起始劑（initiators）、溶劑等，即可形成彩色濾光層材料60。固化劑例如可以是熱固化型丙烯樹脂熱(Thermosetting type acryl resin)、光固化型丙烯樹脂(Photosetting type acryl resin)等。單體例如可以是1,4-丁二醇二丙烯酸酯(1,4-Butane-diol diacrylate)、二甲基丙烯酸二甘醇酯 (Diethylene glycol diacrylate)、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(trimethylil propane triacrylate)等。起始劑例如可以是二苯乙醇酮(Benzoin ethers)、二烷氧基苯乙酮(Dialkoxyacetophenones)、羥烷基酮(Hydroxy alkyl ketones)、苯甲酰氧化膦(Benzoyl phosphine oxides)、苯甲酰肟酯(Benzoyl oxime esters)、嗎啉酮(Morpholino ketons)、氨基醇(Amino ketones)等。溶劑例如可以是乳酸丁酯(Butyl Lactate)、丙二醇单甲醚乙酸酯(Propylene Glycol Monoethyl Ether Acetate)、環己烷(Cyclohexane)、環己酮(Anone)等。

圖7為顏料40之網狀物44製作之一實施例之化學反應圖。本實施例以前驅物24為海藻酸鈉，交聯劑34為氯化鈣(CaCl ₂)為例。先將固體海藻酸鈉溶解於第一溶劑12中，形成海藻酸鈉溶液261。將氯化鈣溶解於第一溶劑12中，形成氯化鈣溶液361。將海藻酸鈉溶液261加入第一溶液22中，混合後，由於海藻酸鈉解離成海藻酸和鈉，其中海藻酸含有COO官能基，且海藻酸上的氧原子(O)具有孤對電子，而顏料本體20所具有的鹵素原子易抓取電子(搶電子)，顏料本體20會抓取前驅物24所帶有的孤對電子，顏料對於海藻酸具有親和力，因此海藻酸會吸附於顏料本體20表面，形成顏料中間體30，並溶解於第一溶劑12，以形成第二溶液32。一般而言，海藻酸鈉溶液261中海藻酸鈉和第一溶劑12重量百分比約0.01-10wt%，氯化鈣溶液361中氯化鈣和第一溶劑12重量百分比為0.1-10wt%。混合方法可以將第二溶液32滴入氯化鈣溶液361中，使用均質機進行攪拌混合，攪拌速度例如可以為5000rpm，氯化鈣溶液361中的鈣離子(Ca ⁺²)將和前驅物海藻酸離子COO官能基發生反應，產生鍵結，形成網狀物44。本實施例使用3-乙氧基丙酸乙酯(Ethyl-3-Ethoxy Propionate)作為第一溶劑，丙二醇甲醚醋酸酯(Propylene Glycol Monomethyl Ether Acetate,PGMEA)作為第二溶劑。

本發明之彩色濾光層用之顏料並不以上述實施例為限。下文將依序介紹本發明之其它較佳實施例之彩色濾光層用之顏料，且為了便於比較各實施例之相異處並簡化說明，在下文之各實施例中使用相同的符號標注相同的元件，且主要針對各實施例之相異處進行說明，而不再對重覆部分進行贅述。

請參考圖8A至圖8B，其為顏料40之網狀物44製作之另一實施例之化學反應圖。本實施例以前驅物24為明膠(Gelatin)，交聯劑34為氯化鎂(MgCl ₂)為例。先將固體明膠(Gelatin)溶解於第一溶劑12中，形成明膠溶液262。將氯化鎂溶解於第一溶劑12中，形成氯化鎂溶液362。將明膠溶液262加入第一溶液22中，混合後，由於明膠242含有COO官能基，顏料本體20所具有的鹵素原子易抓取電子(搶電子)，顏料本體20會抓取明膠所帶有的孤對電子，因此明膠會吸附於顏料本體20表面，形成顏料中間體30，並溶解於第一溶劑12，以形成第二溶液32。一般而言，明膠溶液262中明膠和第一溶劑12之重量百分比約0.01-10wt%，氯化鎂溶液362中氯化鎂和第一溶劑12重量百分比為0.1-10wt%。混合方法可以將第二溶液32滴入氯化鎂溶液362中，使用均質機進行攪拌混合，攪拌速度例如可以為5000rpm，氯化鎂溶液362中的鎂離子(Mg ⁺²)將和前驅物明膠的COO官能基發生反應，產生鍵結，形成網狀物44。

請圖9為顏料40之網狀物44製作之一實施例之化學反應圖。本實施例以前驅物24為幾丁聚醣，交聯劑34為戊二醛(glutaraldehyde)為例。先將固體幾丁聚醣溶解於第一溶劑12中，形成幾丁聚醣溶液263。將戊二醛添加於第一溶劑12中，形成戊二醛溶液363。將幾丁聚醣溶液263加入第一溶液22中，混合後，由於幾丁聚醣含有NH2官能基，其N原子具有孤對電子，顏料所具有的鹵素原子會抓取幾丁聚醣所帶有的孤對電子，因此幾丁聚醣會吸附於顏料本體20表面，形成顏料中間體30，溶解於第一溶劑12，形成第二溶液32。一般而言，幾丁聚醣溶液263中幾丁聚醣和第一溶劑12之重量百分比約0.01-10wt%，戊二醛溶液363中戊二醛和第一溶劑12之重量百分比為0.1-10wt%。混合方法可以將第二溶液32滴入戊二醛溶液363中，使用均質機進行攪拌混合，攪拌速度例如可以為5000rpm，戊二醛溶液363中的醛基將和前驅物幾丁聚醣之NH2官能基發生反應，產生鍵結，形成網狀物44。

如上所述，當前驅物24先吸附於顏料本體20，再和交聯劑34反應形成網狀物44。具有網狀物44的顏料40帶微微負電，因此，可均勻分散於彩色濾光層材料中，提高製程時或製程後的良率。

本發明為一種彩色濾光層用之顏料和其製作方法，其顏料本體包覆可幫助分散之網狀物，其中網狀物由前驅物和交聯劑反應生成，其中前驅物包含海藻酸鹽、明膠、果膠、阿拉伯膠或幾丁聚醣。此顏料分散於彩色濾光層材料中，可以做為提供彩色畫面的材料，此顏料具良好的分散性，可提高製程時或製程後的良率。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

10‧‧‧顏料本體原料
12‧‧‧第一溶劑
16‧‧‧顏料本體原料溶液
20‧‧‧顏料本體
22‧‧‧第一溶液
24‧‧‧前驅物
26‧‧‧前驅物溶液
30‧‧‧顏料中間體
32‧‧‧第二溶液
34‧‧‧交聯劑
36‧‧‧交聯劑溶液
40‧‧‧顏料
42‧‧‧第三溶液
44‧‧‧網狀物
52‧‧‧色膏
60‧‧‧彩色濾光層材料
S1,S2,S3,S4‧‧‧步驟
D1,D2‧‧‧直徑
T1‧‧‧厚度
261‧‧‧海藻酸鈉溶液
361‧‧‧氯化鈣溶液
262‧‧‧明膠溶液
362‧‧‧氯化鎂溶液
263‧‧‧幾丁聚醣溶液
363‧‧‧戊二醛溶液

圖1為彩色濾光層材料製作之步驟流程圖。圖2為彩色濾光層材料製作之流程示意圖。圖3A至圖3E為一些常見的顏料本體之化學式。圖4為顏料製作之流程示意圖。圖5為顏料形狀示意圖。圖6A至圖6E為常見前驅物之化學式。圖7為網狀物製作之一實施例之化學反應圖。圖8A與圖8B為網狀物製作之另一實施例之化學反應圖。圖9為網狀物製作之另一實施例之化學反應圖。

20‧‧‧顏料本體

44‧‧‧網狀物

40‧‧‧顏料

D1,D2‧‧‧直徑

T1‧‧‧厚度

Claims

一種彩色濾光層用之顏料，包含：一顏料本體；以及一網狀物包覆該顏料本體，其中該網狀物由一前驅物和一交聯劑反應生成，其中該前驅物包含海藻酸鹽、明膠、果膠、阿拉伯膠或幾丁聚醣；其中該顏料本體之直徑和該網狀物之厚度比為1：2~15：1。
如申請專利範圍第1項所述之彩色濾光層用之顏料，其中該顏料本體為酞菁鹵化物(Halophthalocyanine)。
如申請專利範圍第1項所述之彩色濾光層用之顏料，其中該交聯劑包括一價陽離子鹽類、二價陽離子鹽類、一京尼平、一醛類或一矽烷類。
如申請專利範圍第3項所述之彩色濾光層用之顏料，其中該二價陽離子鹽類為氯化鈣或氯化鎂。
如申請專利範圍第1項所述之彩色濾光層用之顏料，其中該顏料本體之直徑為50~300奈米(nm)。
如申請專利範圍第1項所述之彩色濾光層用之顏料，其中該網狀物之厚度為20~100奈米。
一種彩色濾光層材料，其中包括如申請專利範圍第1至6項中任一項所述之顏料。
一種彩色濾光層用之顏料之製作方法，包括：形成包含一顏料本體和一第一溶劑之一第一溶液；添加一前驅物溶液於該第一溶液，以形成一第二溶液，其中該前驅物溶液包括一前驅物和該第一溶劑，且該前驅物包括海藻酸鹽、明膠、果膠、阿拉伯膠或幾丁聚醣；以及添加該第二溶液於一交聯劑溶液，以使該前驅物和該交聯劑反應形成一網狀物包覆於該顏料本體，其中該交聯劑溶液包括一交聯劑和該第一溶劑；其中該顏料本體之直徑和該網狀物之厚度比為1：2~15：1。
如申請專利範圍第8項所述之彩色濾光層用之顏料之製作方法，更包括形成該交聯劑溶液，其中該交聯劑溶液之該交聯劑包括一一價陽離子、二價陽離子鹽類、一京尼平、一醛類或一矽烷類。
如申請專利範圍第9項所述之彩色濾光層用之顏料之製作方法，其中該二價陽離子鹽類為氯化鈣或氯化鎂。
如申請專利範圍第8項所述之彩色濾光層用之顏料之製作方法，其中該顏料之表面具有負電，使該顏料分散於該第一溶劑中。
如申請專利範圍第8項所述之彩色濾光層用之顏料之製作方法，其中該第一溶劑包括有機酸/鹼、水、醇類、酮類、醚類、酯類、醯胺類或離子液體。
如申請專利範圍第8項所述之彩色濾光層用之顏料之製作方法，其中該第一溶劑對該顏料本體的溶解度高於50%。
如申請專利範圍第8項所述之彩色濾光層用之顏料之製作方法，其中該顏料本體為酞菁鹵化物。
如申請專利範圍第8項所述之彩色濾光層用之顏料之製作方法，其中該網狀物之厚度為20~100奈米。