TWI784721B - 感光性著色樹脂組成物及應用其之彩色濾光片與顯示裝置 - Google Patents

感光性著色樹脂組成物及應用其之彩色濾光片與顯示裝置 Download PDF

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Abstract

感光性著色樹脂組成物及應用其之彩色濾光片與顯示裝置。感光性著色樹脂組成物包括固態組成物部分以及溶劑。固態組成物部分包括著色劑、鹼可溶性樹脂、聚合性不飽和化合物、光聚合起始劑以及散射粒子。固態組成物部分中散射粒子具有散射面積比率α。
Figure 110135130-A0305-02-0001-1
 d為散射粒子的平均粒徑，單位為nm。φ為散射粒子的球形度。R為散射粒子的圓度。C為散射粒子佔固態組成物部分的重量百分比。60nm<d<250nm。500<α<3,000。

Description

感光性著色樹脂組成物及應用其之彩色濾光 片與顯示裝置
本發明是有關於一種感光性著色樹脂組成物及應用其之彩色濾光片與顯示裝置。
在顯示裝置中，普遍地使用彩色濾光片等濾色結構來控制各畫素的顏色。彩色濾光片可包括多種顏色的彩色光阻結構，例如是但不限於紅色、綠色、和藍色的光阻結構。這些光阻結構可以使用樹脂組成物，特別是感光性樹脂組成物來形成。一般來說，為了配合各種類型的顯示器應用，感光性樹脂組成物的成分的可加以調整和最佳化。
發光二極體(OLED)顯示裝置為了提升色純度，採取微共振腔(Microcavity)等技術手段來達到縮小色頻寬(顏色頻譜寬度)以提高色純度。然而此手段會造成顯示裝置的可視角範圍狹窄，也就是人眼在較大視角觀看下，顯示畫面會與 正視角觀看比較下產生人眼可辨別的顯著落差。因此，此為業界極欲改善的技術問題。
本發明係有關於一種感光性著色樹脂組成物及應用其之彩色濾光片與顯示裝置。
根據本發明之一方面，提出一種感光性著色樹脂組成物，其包括固態組成物部分以及溶劑。固態組成物部分包括著色劑、鹼可溶性樹脂、聚合性不飽和化合物、光聚合起始劑以及散射粒子。固態組成物部分中散射粒子具有散射面積比率α。
Figure 110135130-A0305-02-0004-3
 d為散射粒子的平均粒徑，單位為nm。φ為散射粒子的球形度。R為散射粒子的圓度。C為散射粒子佔固態組成物部分的重量百分比。60nm<d<250nm。500<α<3,000。
根據本發明之另一方面，提出一種彩色濾光片，其由上述感光性著色樹脂組成物所形成。
根據本發明之又另一方面，提出一種顯示裝置，其包括上述彩色濾光片。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下：
102:彩色濾光片
104:機發光二極體發光器
106:旋轉載台
108:色度量測裝置
第1圖繪示可視角亮度評價方法。
本揭露提供一種感光性著色樹脂組成物及應用其之彩色濾光片與顯示裝置。感光性著色樹脂組成物具有產業需求的實質均質特性，且應用感光性著色樹脂組成物的彩色濾光片與顯示裝置能兼具優異的正視角輝度與可視角亮度的特性表現。
實施例中，感光性著色樹脂組成物包括固態組成物部分以及溶劑。
實施例中，固態組成物部分可包括散射粒子、著色劑、鹼可溶性樹脂、聚合性不飽和化合物、及光聚合起始劑。
固態組成物部分中散射粒子具有散射面積比率α，表示於以下方程式：
Figure 110135130-A0305-02-0005-4
方程式<1>中，d為散射粒子的平均粒徑，單位為nm。實施例中，60nm<d<250nm。若散射粒子的粒徑過小，將無法提供足夠的散射效果，使得顯示裝置的可視角亮度改善不明顯。若散射粒子的粒徑過大，會造成過度的遮蔽效應，使得顯示裝置的正視角輝度損失大，並且，散射粒子在感光 性著色樹脂組成物中的沉降性顯著，使得感光性著色樹脂組成物成不具產業利用性。
φ為散射粒子的球形度。R為散射粒子的圓度。實施例中，可由圖像分析得到散射粒子的最長長度(MXL)、平均粒子投影周長(PERI)、及平均粒子投影面積(AREA)，並由以下方程式計算得到圓度R及球形度φ：
Figure 110135130-A0305-02-0006-5
圓度R愈接近1表示散射粒子的表面愈圓滑無稜角。舉例來說，圓度R可為0.8~1。
球形度φ愈接近1表示散射粒子接近正圓球狀，能提供愈佳的散射效果。舉例來說，球形度φ可為0.8~1。若球形度φ過小，散射粒子對光線的散射效果不明顯，無法改善顯示裝置的可視角亮度。
球形度φ與圓度R可以表示出散射粒子的形貌。
方程式<1>中的C為散射粒子佔固態組成物部分的重量百分比率。實施例中，散射粒子佔固態組成物部分的0.5~10重量%。若散射粒子的含量過少，將無法提供足夠的散射效果，使得顯示裝置的可視角亮度改善不明顯。若散射粒子的含量過多，會造成過度的遮蔽效應，使得顯示裝置的正視角輝度損失大。
實施例中，500<α<3,000。若散射粒子的散射面積比率α小於500，則散射粒子的表面積會過小而無法引起足夠的光散射效果。而若散射粒子的散射面積比率α大於3,000，則散射粒子的體積過大，造成過度的光遮蔽效應會使得光散射效率不足。
散射粒子包括金屬氧化物粒子，例如二氧化鈦粒子，其可作為鈦白顏料。
著色劑為可溶解或分散於溶劑者，並未特別限制，舉例為如染料或顏料等。
著色劑的顏料可包括紅色顏料、黃色顏料、綠色顏料、藍色顏料、紫色顏料等。紅色顏料可包括C.I.顏料紅9、97、105、122、123、144、149、166、168、175、176、177、180、192、209、215、216、224、242、254、255、264、265。黃色顏料可包含C.I.顏料黃，C.I.顏料黃可包括C.I.顏料黃3、12、13、14、15、16、17、20、24、31、53、83、86、93、94、109、110、117、125、128、137、138、139、147、148、150、153、154、166、173、194、214。綠色顏料可列舉：C.I.顏料綠1、2、4、7、8、10、13、14、15、17、18、19、26、36、45、48、50、51、54、55、58等。藍色顏料，例如可列舉：C.I.顏料藍1、1：2、9、14、15、15：1、15：2、15：3、15：4、15：6、16、17、19、25、27、28、29、33、35、36、56、56：1、60、61、61：1、62、63、66、67、68、71、72、 73、74、75、76、78、79等。紫色顏料，可列舉：C.I.顏料紫1、1：1、2、2：2、3、3：1、3：3、5、5：1、14、15、16、19、23、25、27、29、31、32、37、39、42、44、47、49、50等。
著色劑的染料可舉例如油溶性染料、酸性染料、鹼基性染料、直接染料、媒染染料、酸性染料的胺鹽或酸性染料的磺醯胺衍生物等的染料。染料可舉例如偶氮染料、花青素染料(cyanine dye)、三苯基甲烷染料(triphenylmethane dye)、氧雜蔥酮染料(xanthene dye)、酞菁染料(phthalocyanine dye)、萘醌染料(naphthoquinone dye)、醌亞胺染料(quinoneimine dye)、次甲基染料(methine dye)、偶氮甲堿染料(azomethine dye)、方酸染料(squarylium dye)、吖啶染料(acridine dye)、苯乙烯染料(styryl dye)、香豆素染料(coumarin dye)、喹啉染料(quinoline dye)及硝基染料(nitro dye)等。
實施例中，以固態組成物部分的總重量為基準，著色劑可佔20~40重量%。
鹼可溶性樹脂為可溶於鹼性溶劑中的樹脂，可含有酸性官能基，例如含有羧酸基不飽和單體。鹼可溶性樹脂可包括諸如具有酸性官能基之丙烯酸類化合物、α-烯烴-順丁烯二酸酐共聚物、苯乙烯-順丁烯二酸酐共聚物、苯乙烯-苯乙烯磺酸共聚物、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、異伸丁基-順丁烯二酸酐共聚物、及/或具有化學式<2>的丙烯酸酯共聚物。
Figure 110135130-A0305-02-0009-6
具有化學式<2>的丙烯酸酯共聚物其分子量(Mw)可為1000~20000。a：b：c：d可為15：5~25：30~50：20~40。一實施例中，丙烯酸酯共聚物的重量分子量(Mw)約為10000，並且a：b：c：d的比例為15：15：40：30。但本揭露不限於此。
實施例中，以固態組成物部分的總重量為基準，鹼可溶性樹脂佔10~40重量%。
聚合性不飽和化合物可例如是具有乙烯性不飽和雙鍵之化合物，例如包括三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇聚丙烯酸酯(Dipentaerythritol Polyacrylate)、季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇五(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、三季戊四醇八(甲基)丙烯酸酯、三季戊四醇七(甲基)丙烯酸酯、四季戊四醇十(甲基)丙烯酸酯、四季戊四醇九(甲基)丙烯酸酯、三(2-(甲基)丙烯醯氧基乙基)異氰脲酸酯、乙二醇改性季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、乙二醇改性二季戊四醇六 (甲基)丙烯酸酯、丙二醇改性季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、丙二醇改性二季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、己內酯改性季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、己內酯改性二季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯等、或上述之組合。
實施例中，以固態組成物部分的總重量為基準，聚合性不飽和化合物可佔大於15重量%、並小於45重量%。
光聚合起始劑可包含但不受限於選自於由下列選項所組成的群組中的至少一者：O-醯基肟(O-acyloxime)化合物、噻噸酮類化合物、烷基苯基酮化合物、雙咪唑化合物、三嗪化合物、醯基膦氧化物(acyl phosphine oxide)、安息香化合物、二苯基酮化合物、醌系化合物、10-丁基-2-氯吖啶酮、苄基、苯基甲醯甲酸甲酯、苯乙酮(acetophenone)、環戊二烯鈦(titanocene)化合物、醯基氧化膦化合物、和聯咪唑化合物。O-醯基肟化合物可包括1,2-辛烷二酮-1-[4-(苯硫基)苯基]-2-(O-苯醯肟)(1,2-Octanedione,1-[4-(phenylthio)phenyl]-2-(o-benzoyloxime))(製品名：Irgacure® OXE-01；BASF公司)等市售商品。噻噸酮類化合物可包括2,4-二乙基噻噸酮(2,4-Diethyl-9H-thioxanthen-9-one)(商品名KAYACURE-DETX，日本化藥(股)製造)等市售商品。
實施例中，以固態組成物部分的總重量為基準，光聚合起始劑可佔4~10重量%。
實施例中，固態組成物部分可更包括添加劑。添加劑可包括固化劑、表面活性劑、密合促進劑、抗氧化劑、防凝劑、分散劑(例如顏料分散劑)等、或上述之組合。
實施例中，以固態組成物部分的總重量為基準，添加劑可佔大於0.5重量%、並小於20重量%。
溶劑可包括二甲基亞碸(DMSO)、二乙基亞碸、N,N-二甲基甲醯胺(DMF)、N,N-二乙基甲醯胺、N,N-二甲基乙醯胺(N,N-dimethylacetamide，DMAc)、N,N-二乙基乙醯胺、N-甲基-2-吡咯烷酮(N-methyl-2-pyrrolidone，NMP)、N-乙基-2-吡咯烷酮(N-ethyl-2-pyrrolidone，NEP)、N-丙基-2-吡咯烷酮、N-乙烯基-2-吡咯烷酮、苯酚、鄰甲酚、間甲酚、對甲酚、二甲苯酚、鹵代苯酚、鄰苯二酚、四氫呋喃(THF)、二噁烷、二氧戊環、環丙二醇甲醚(PGME)、四乙二醇二甲醚(TGDE)、丁基溶纖劑、γ-丁內酯(γ-butyrolactone；GBL)、二甲苯(xylene)、甲苯(toluene)、六甲基鄰醯胺、丙二醇甲醚醋酸酯(PGMEA)、或其混合物，或其它合適的溶劑。
根據本揭露的感光性著色樹脂組成物可以形成彩色濾光片。舉例來說，感光性著色樹脂組成物可藉由光微影法、噴墨法、印刷法、刀塗佈法、狹縫式塗佈法、旋轉塗佈法等方式形成彩色濾光片。也可利用微影製程圖案化彩色濾光片。
彩色濾光片可應用於顯示裝置。顯示裝置可為有機發光二極體顯示裝置、液晶顯示裝置、電致發光顯示裝置、電漿顯示裝置等。
以下，本揭露將提供數個實施例和比較例，以更具體地說明根據本揭露實施例的感光性著色樹脂組成物可達成的功效。
[感光性著色樹脂組成物的顏料分散液]
[顏料分散液A-1]
將13.0重量份的C.I.顏料紅254、8.0重量份的分散劑LPN6919(BYK製)、79.0重量份的溶劑PGMEA混合及適當分散16小時，從而製造出C.I.顏料紅254分散液A-1。
[顏料分散液A-2]
將13.0重量份的C.I.顏料紅177、8.0重量份的分散劑LPN6919(BYK製)、79.0重量份的溶劑PGMEA混合及適當分散16小時，從而製造出C.I.顏料紅177分散液A-2。
[顏料分散液A-3]
將13.0重量份的C.I.顏料黃150、9.0重量份的分散劑LPN6919(BYK製)、78.0重量份的溶劑PGMEA混合及適當分散16小時，從而製造出C.I.顏料黃150分散液A-3。
表1列示出顏料分散液使用的著色劑
Figure 110135130-A0305-02-0012-7
Figure 110135130-A0305-02-0013-8
[感光性著色樹脂組成物的散射粒子分散液]
[散射粒子分散液F-1]
將30.0重量份具有平均粒徑92奈米的二氧化鈦散射粒子、5.0重量份的分散劑LPN6919(BYK製)、65.0重量份的溶劑PGMEA(上仁化工有限公司)混合及適當分散12小時，從而製造出散射粒子分散液F-1。
[散射粒子分散液F-2]
將30.0重量份具有平均粒徑114奈米的二氧化鈦散射粒子、5.0重量份的分散劑LPN6919(BYK製)、65.0重量份的溶劑PGMEA(上仁化工有限公司)混合及適當分散12小時，從而製造出散射粒子分散液F-2。
[散射粒子分散液F-3]
將30.0重量份具有平均粒徑49奈米的二氧化鈦散射粒子、5.0重量份的分散劑LPN6919(BYK製)、65.0重量份的溶劑PGMEA(上仁化工有限公司)混合及適當分散12小時，從而製造出散射粒子分散液F-3。
[散射粒子分散液F-4]
將70.0重量份具有平均粒徑257奈米的二氧化鈦散射粒子、6.0重量份的分散劑LPN6919(BYK製)、24.0重量份 的溶劑PGMEA(上仁化工有限公司)混合及適當分散12小時，從而製造出散射粒子分散液F-4。
[散射粒子分散液F-5]
將30.0重量份具有平均粒徑108奈米的二氧化鈦散射粒子、5.0重量份的分散劑LPN6919(BYK製)、65.0重量份的溶劑PGMEA(上仁化工有限公司)混合及適當分散6小時，從而製造出散射粒子分散液F-5。
表2列示出散射粒子分散液其散射粒子的平均粒徑d、圓度R與球形度φ。
Figure 110135130-A0305-02-0014-9
[感光性著色樹脂組成物的鹼可溶性樹脂、聚合性不飽和化合物、光聚合起始劑]
鹼可溶性樹脂使用具有化學式<2>的丙烯酸酯共聚物，其重量分子量(Mw)約為10000，並且a：b：c：d為15：15：40：30。
Figure 110135130-A0305-02-0015-10
聚合性不飽和化合物使用季戊四醇聚丙烯酸酯(Dipentaerythritol Polyacrylate)(新中村化學工業株式會社)。
光聚合起始劑使用Irgacure® OXE-01(BASF公司)、KAYACURE-DETX。
[製備感光性著色樹脂組成物]
表3(實施例1至實施例8)與表4(比較例1至比較例6)列示感光性著色樹脂組成物的(1)顏料分散液的種類及其顏料的固含量重量份、(2)鹼可溶性樹脂的固含量重量份、(3)聚合性不飽和化合物的固含量重量份、(4)光聚合起始劑的種類及其固含量重量份、(5)散射粒子分散液的種類及其散射粒子的固含量重量份、以及(6)添加劑(亦即顏料分散液的分散劑與散射粒子分散液的分散劑)的固含量總重量份。
[感光性著色樹脂組成物的沉降性評價]
使用直徑17.1毫米及長120毫米之圓底離心管，裝入體積10毫升之感光性著色樹脂組成物，旋緊上蓋後直立靜置168小時。靜置168小時後，吸取上層體積5毫升之感光性著 色樹脂組成物(稱之為：上層)，再吸取下層體積5毫升之感光性著色樹脂組成物(稱之為：下層)，上層及下層分別分裝置入鋁盤後於攝氏110度烘烤3小時，量測其烘烤前後重量差異，計算其揮發性溶劑以外的固態組成物部分的含有量，稱之為固含量。沉降性評價為藉由計算沉降比例而得，計算公式如式<3>：沉降性=上層固含量/下層固含量* 100% 式<3>
沉降性的結果與判定顯示於表3與表4。沉降性大於90%的情況評價為“O”，表示感光性著色樹脂組成物其固態組成物部分的沉降現象不顯著，感光性著色樹脂組成物呈實質上均質的狀態，適用於形成顯示裝置的彩色濾光片。沉降性小於90%的情況評價為X，表示感光性著色樹脂組成物其固態組份的沉降現象(或分層現象)過於顯著，無法使用。
[製備彩色濾光片]
將實施例1至實施例8以及比較例1至比較例6的感光性著色樹脂組成物，藉由旋轉塗佈機塗佈於面積為5cm2的玻璃基板，接著使用減壓乾燥並放置於90℃之加熱板上加熱40秒使溶劑揮發。接著，塗膜面隔著負型之遮罩照射30mJ/cm2之能量射線，使膜面形成具有15mm x 15mm之方形固化薄膜。接著進行顯影製程。最後進行烘烤，烘烤溫度為 230℃，烘烤時間設為20分鐘，得到膜厚為2.4微米具有微米級細微圖案的固化彩色濾光片。
[正視角輝度評價]
正視角輝度是以方程式<4>評價輝度損度(Iloss)。其中，RY1表示以分光光度計量測得實施例1至實施例8以及比較例1至比較例6之彩色濾光片的正視角輝度值。RY0表示以分光光度計量測得未使用散射粒子之比較例1的彩色濾光片的正視角輝度值。
Iloss=(RY0-RY1)/RY0 * 100% 式<4>
當Iloss≦10%，判定正視角輝度損失現象不顯著，以符號“O”表示。當Iloss>10%，則判定正視角輝度損失顯著，以符號“X”表示。
[可視角亮度評價]
請參照第1圖所示的可視角亮度評價方法。將彩色濾光片102黏合於有機發光二極體(OLED)發光器104上，並平放在旋轉載台106上，其正上方設置有色度量測裝置108(SR-UL1R)可量測OLED發光器104的射出光線通過彩色濾光片102後的亮度。設定在正視角(0°)量測得的亮度為I0。轉動旋轉載台106，量測相對於正視角的不同偏離角度的亮度In。當In/I0 *100%=50%時，所在的偏離角度n定義為50%亮度視角。以未使用散射粒子之比較例1的彩色濾光片102的50%亮度 視角作為基準視角，當彩色濾光片102的50%亮度視角增加13°(含)以上，亦即改善角度為13°(含)以上時，判定視角改善效果顯著，以符號“O”表示；當彩色濾光片102的50%亮度視角增加低於13°，亦即改善角度小於13°，則判定視角改善效果不顯著，以符號“X”表示。
Figure 110135130-A0305-02-0018-11
Figure 110135130-A0305-02-0019-12
根據以上結果可發現，實施例1至實施例8在沉降性、正視角輝度與可視角亮度的性質表現皆為優異，比較例則不然。
綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明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，當可作各種之更動與潤飾。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。
102:彩色濾光片
104:機發光二極體發光器
106:旋轉載台
108:色度量測裝置

Claims (10)

  1. 一種感光性著色樹脂組成物，包括固態組成物部分以及溶劑，其中該固態組成物部分包括著色劑、鹼可溶性樹脂、聚合性不飽和化合物、光聚合起始劑以及散射粒子，其中以該固態組成物部分的總重量為基準，該著色劑佔20~40重量%，該鹼可溶性樹脂佔10~40重量%，該聚合性不飽和化合物佔大於15重量%、並小於45重量%，該光聚合起始劑佔4~10重量%，且其中該散射粒子佔該固態組成物部分的0.5~10重量%，其中該散射粒子包括金屬氧化物，該固態組成物部分中散射粒子具有散射面積比率α，
    Figure 110135130-A0305-02-0021-13
     其中，d為該散射粒子的平均粒徑，單位為nm，φ為該散射粒子的球形度，R為該散射粒子的圓度，C為該散射粒子佔該固態組成物部分的重量百分比，60nm<d<250nm，500<α<3,000。
  2. 如請求項1所述的感光性著色樹脂組成物，其中該散射粒子包括二氧化鈦。
  3. 如請求項1所述的感光性著色樹脂組成物，其中該散射粒子的球形度φ為0.8~1。
  4. 如請求項1所述的感光性著色樹脂組成物，其中該散射粒子的圓度R為0.8~1。
  5. 如請求項1所述的感光性著色樹脂組成物，其中該固態組成物部分更包括添加劑，以該固態組成物部分的總重量為基準，該添加劑佔大於0.5重量%、並小於20重量%。
  6. 如請求項1所述的感光性著色樹脂組成物，包含一沉降性大於90%。
  7. 一種彩色濾光片，由如請求項1至請求項6之任一項所述的感光性著色樹脂組成物所形成。
  8. 如請求項7所述的彩色濾光片，包含一輝度損度Iloss，小於或等於10%。
  9. 如請求項7所述的彩色濾光片，其中該彩色濾光片之50%亮度視角增加13°以上。
  10. 一種顯示裝置，包括如請求項7至請求項9之任一項所述的彩色濾光片。
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