CN103805057B - 白色涂料组合物及包含其所形成的涂层的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种白色涂料组合物，包含：20‑55重量份的二氧化硅粒子；40‑75重量份的无机材料；以及，5‑40重量份的硅氧烷低聚物，其中该硅氧烷低聚物由单体制备而成，其中该单体包含具有公式(I)的第一单体、以及具有公式(II)的第二单体：其中，R¹为甲基或乙基，以及R²为C_1‑6烷基。

Description

白色涂料组合物及包含其所形成的涂层的装置

【技术领域】

本发明涉及一种涂料组合物，且特别是涉及一种白色涂料组合物。

【背景技术】

随着科技蓬勃发展，各种显示装置亦朝着轻薄化的方向迈进，因而尽量缩减显示装置中玻璃基板的使用。因此，在例如智能手机、平板电脑、数码相框、电子书等可随身携带的装置中，显示面板皆仅具有单片玻璃，以降低其厚度及重量。

然而，单片玻璃的显示面板需从显示面板的色框开始制造，随后才在色框上进行布线与其他蚀刻制程。如果色框使用的是白色涂料，则会在制作显示面板的其他后续制程中因高温而黄化。例如，一般用于显示面板的白色涂料为由树脂所形成的白漆，其由有机高分子所形成，因而在温度高于300℃时即会质变而黄化，致使单片玻璃的显示面板无法具有合适的白色色框。

目前，已有各种具有无机物掺杂的白色有机涂料或白色无机涂料发展出来，其虽可改善白色有机涂料不耐高温的缺点，但依旧无法适用于作为单片玻璃显示面板的色框白色涂料。具有无机物掺杂的白色有机涂料，是以白色的无机颗粒（例如二氧化钛）作为白色的来源，其虽可稍改善高分子的性质，但仍无法使此具有无机物掺杂的白色有机涂料承受接近300至400℃的显示面板制程，涂料中的高分子仍会在此高温下断裂分解。白色无机涂料虽可耐高温，但其需在高于800℃下被烧结，才能形成所欲的形状或结晶，远超过显示面板中其他元件所能承受的范围，仍无法适用于单片玻璃的显示面板制程中。

因此，业界所需要的是一种能适用于单片玻璃的显示面板制程中的白色涂料。

【发明内容】

本发明提出一种白色涂料组合物，包含：20-55重量份的二氧化硅粒子；40-75重量份的无机材料，其中该无机材料的折射率大于2.3；以及，5-40重量份的硅氧烷低聚物，其中该硅氧烷低聚物由单体制备而成，其中该单体包含具有公式(I)的第一单体、以及具有公式(II)的第二单体：

其中，R¹为甲基或乙基，以及R²为C_1-6烷基。

本发明亦提供一种装置，例如显示装置、行动通讯装置、或是光学膜，包含基板；以及，白色涂层配置于该基板之上，其中该白色涂层由上述白色涂料组合物所形成。

为让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出优选实施例，并配合所示附图，作详细说明如下：

【附图说明】

图1及2为一系列剖面图，用以说明本发明所述的包含白色涂层的装置。

图3为显示实施例所述的白色涂层(1)，其重量与加热温度的关系图。

【主要附图标记说明】

10~基板；

12~白色涂层；

13~高折率无机材料颗粒；

13A~相对较大粒径范围的粒子；

13B~相对较小粒径范围的粒子；

100~装置。

【具体实施方式】

本发明公开了一种白色涂料组合物，以及包含该组合物所形成的白色涂层的装置。根据本发明一实施例，该白色涂料组合物包含：20-55重量份的二氧化硅粒子；40-75重量份的无机材料；以及，5-40重量份的硅氧烷低聚物。根据本发明另一实施例，该二氧化硅粒子可预先分散或是溶于溶剂中，形成硅溶胶(silica sol)，再用来制备成该白色涂料组合物，其中该二氧化硅粒子的粒径可介于1-200nm，而该溶剂可为水、醇类溶剂、醇醚类(glycol ether)溶剂、或上述的组合。此外，该白色涂料组合物亦可进一步包含溶剂，使二氧化硅粒子、无机材料、以及硅氧烷低聚物分散于该溶剂中，其中该溶剂可为水、醇类溶剂、醇醚类溶剂、或上述的组合。该无机材料可为高折射率无机材料，例如为折射率大于2.3的无机粒子，其粒径可介于150-500nm或200-400nm，以降低白色涂料组合物的光穿透度，使该涂料组合物所形成的膜呈白色，举例来说，该无机材料可包含氧化钛、氧化锆、氧化铝、或其组合。该硅氧烷低聚物由单体制备而成(例如进行水解缩合反应而得)，其中该单体包含具有公式(I)的第一单体、以及具有公式(II)的第二单体：

其中，R¹各自独立且为甲基或乙基，以及R²系各自独立且为C_1-6烷基。根据本发明一实施例，该第一单体与该第二单体的重量比介于3:1及1:3之间。若第一单体的添加量太高(即第一单体与该第二单体的重量比值大于3)，则该组合物在成膜前即容易硬化；相反，若第二单体的添加量太高(即第一单体与该第二单体的重量比值小于1/3)，则该组合物将无法完全硬化，因此所形成的膜无法完全硬化。根据本发明另一实施例，该硅氧烷低聚物由上述具有公式(I)的第一单体、具有公式(II)的第二单体、以及第三单体经水解缩合反应而得，其中该第三单体具有公式(III)所述结构：

其中，R²各自独立且为C _1-6烷基，而R³为或其中R⁴为氢或甲基，而R⁵为其中n为0或1，R⁶各自独立且为C_1-3亚烷基(alkylene)。举例来说，第三单体可为3-(丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷(acryloxypropyltrimethoxysilane)、或3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷(3-glycidoxypropyltrimethoxysilane)。第三单体可具有的重量百分比介于0.1-10wt%(其中该重量百分比以该第一单体及第二单体的总重为基准)，添加第三单体的目的在于提供可调整的功能性，如：密着性、硬化性、低温成型性，若第三单体的添加量太高，则由该组合物所形成的膜层易发生黄化的现象。

在上述白色涂料组合物中添加无机材料的目的在于降低该组合物的光穿透度，使该组合物所形成的膜呈白色；添加该硅氧烷低聚物的目的在于利用该硅氧烷低聚物的网状结构来增加该组合物的成膜性；而添加该包含二氧化硅粒子的硅溶胶的目的在于提高该组合物成膜后的机械特性，使得该组合物可适用于各种制程。举例来说，在该组合物中，无机材料的重量份可为40-75(例如40-70、或40-60)，若该无机材料的添加量过高，则易使得组合物成膜性不佳，过低则易导致该组合物所形成的膜层会因光穿透率太高，而无法呈现白色。该硅氧烷低聚物的重量份可为5-40(例如5-30、或5-20)，若该硅氧烷低聚物的添加量过低，则易使得组合物成膜性不佳，过高则易导致该组合物所形成的膜层会因光穿透率太高，而无法呈现白色。在该硅溶胶中的二氧化硅粒子的重量份可为20-55(例如20-50、或20-40)，而所使用的溶剂体积并无限制，可以使该二氧化硅粒子均匀分散于该溶剂中为原则。若该二氧化硅粒子的添加量过低，则所形成的膜面硬度不足，添加量过高，则易于成膜过程中产生碎裂，不成连续膜。本发明所述的白色涂料组合物可使用网印或旋转涂布方式来形成膜层，当涂布于基板后，可利用热处理，来形成白色涂层。该热处理的温度可介于50-350℃，或可为分段式加热处理(例如在不同特定温度下各烘烤一定的时间，其中该特定温度介于50-350℃)。

本发明所述的白色涂料组合物经涂布及硬化后所形成的白色涂层具有高的耐热性质(可达400℃，不像一般高分子会因为高温而黄化)，且对于一般显示装置或行动通讯装置的后续制程具有高的耐受度，因此非常适合作为这类装置的基材涂料。

根据本发明其他实施例，本发明亦提供一种装置，例如显示装置、行动通讯装置、或是光学膜。请参照图1，该装置100可包含基板10；以及，白色涂层12配置于该基板10之上，其中该白色涂层12为由上述白色涂料组合物经涂布及硬化后所形成的膜层，因此该白色涂层12内包含均匀分散的高折率无机材料(例如氧化钛、氧化锆、氧化铝)颗粒13。该高折率无机材料颗粒13可由相同粒径范围的粒子所组成(请参照图1)，或是由相对较大粒径范围的粒子13A及相对较小粒径范围的粒子13B所组成(请参照图2)，此时具有相对较小粒径范围的粒子13B可作为连结点，提升膜层的成膜性。

为了让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举多个实施例及比较实施例，来说明本发明所述的白色涂料组合物、及包含其的装置。

白色涂料组合物的制备

实施例1

将11克二氧化钛(金红石型(Rutile form)TiO₂)、约6.6g聚倍硅氧烷(由2.5克甲基三甲氧基硅烷(methyltrimethoxysilane、MTMS)、7.5克二甲基二甲氧基硅烷(dimethyldimethoxysilane、DMDMS)、以及1.0克3-(丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷(acryloxypropyltrimethoxysilane、APMS)在酸性环境下经水解缩合后所形成)、与5.5克二氧化硅(分散于17ml异丙醇中)加入反应瓶中，并加入一缩二丙二醇甲醚(dipropyleneglycol monomethyl ether)(4ml)作为溶剂。均匀混合后，得到白色涂料组合物(1)。

实施例2

将10克二氧化钛(金红石型TiO₂)、约3.3g聚倍硅氧烷(由2.5克甲基三甲氧基硅烷、2.5克二甲基二甲氧基硅烷、以及0.5克3-(丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷在酸性环境下经水解缩合后所形成)、与8克二氧化硅(分散于24ml异丙醇中)加入反应瓶中，并加入一缩二丙二醇甲醚(5ml)作为溶剂。均匀混合后，得到白色涂料组合物(2)。

实施例3

将20克二氧化钛(金红石型TiO₂)、约2.1g聚倍硅氧烷(由2.5克甲基三甲氧基硅烷、0.8克二甲基二甲氧基硅烷、以及0.2克3-(丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷在酸性环境下经水解缩合后所形成)、与6克二氧化硅(分散于18ml异丙醇中)加入反应瓶中，并加入一缩二丙二醇甲醚(5ml)作为溶剂。均匀混合后，得到白色涂料组合物(3)。

实施例4

将8克二氧化钛(金红石型TiO₂)、约2.8g聚倍硅氧烷(由1.2克甲基三甲氧基硅烷、3.5克二甲基二甲氧基硅烷在酸性环境下经水解缩合后所形成)、与6.6克二氧化硅(分散于20ml异丙醇中)加入反应瓶中，并加入一缩二丙二醇甲醚(4ml)作为溶剂。均匀混合后，得到白色涂料组合物(4)。

比较实施例1

将12克二氧化钛(金红石型TiO₂)、以及8克二氧化硅(分散于24ml异丙醇中)加入反应瓶中，并加入一缩二丙二醇甲醚(5ml)作为溶剂。均匀混合后，得到白色涂料组合物(5)。

比较实施例2

将10克二氧化钛(金红石型TiO₂)、聚倍硅氧烷(由3克3-(丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷在酸性环境下进行水解缩合)、与8克二氧化硅(分散于24ml异丙醇中)加入反应瓶中，并加入一缩二丙二醇甲醚(5ml)作为溶剂。均匀混合后，得到白色涂料组合物(6)。

比较实施例3

将10克二氧化钛(金红石型TiO₂)、聚倍硅氧烷(由3克二甲基二甲氧基硅烷(dimethyldimethoxysilane)在酸性环境下进行水解缩合)、与8克二氧化硅(分散于24ml异丙醇中)加入反应瓶中，并加入一缩二丙二醇甲醚(5ml)作为溶剂。均匀混合后，得到白色涂料组合物(7)。

白色涂层的制备及性质检定

将实施例1-4及比较实施例1-3所制备的白色涂料组合物(1)-(7)分别涂布于网板上，接着利用网印法将白色涂料组合物(1)-(7)以网印方式形成于玻璃基板上。接着，分别于50℃、150℃、以及230℃下各烘干30分钟。最后，降温回到室温，得到白色涂层(1)-(7)。观察白色涂层(1)-(7)，以判断是否黄变，以及涂层是否完全硬化，并以百格测试法(ASTMD3359)评断白色涂层(1)-(7)的附着性，结果请参照表1。

表1

对实施例1及2所得的白色涂层(1)及(2)进行吸光值(optical density、OD)量测，结果如表2所示。接着，对该白色涂层(1)及(2)进行一高温测试，高温测试的条件为350℃，持续30分钟，随后再次进行吸光值(optical density、OD)量测，结果如表2所示。

表2

接着，将实施例1所得的白色涂料组合物(1)形成涂层，并将该涂层由100℃逐渐加温至400℃，观察该涂层随着温度上升的重量变化，请参照图3。由图3可知，该涂层在400℃时的重量损失小于5%。

基于上述，由本发明所述的白色涂料组合物所形成的涂层具有高的耐热性质，因此可进一步应用于显示装置或行动通讯装置中，作为这类装置的基材涂料，可解决现有的白色涂层会因为后续制程劣化的问题。

虽然本发明已以多个优选实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何本发明所属技术领域中的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，应可作任意更改与润饰。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求书限定的范围为准。

Claims (8)

1.一种白色涂料组合物，包含：

20-55重量份的二氧化硅粒子；

40-75重量份的无机材料，其中该无机材料包含氧化钛、氧化锆、氧化铝、或其组合；以及

5-40重量份的硅氧烷低聚物，其中该硅氧烷低聚物由单体制备而成，其中该单体包含具有公式(I)的第一单体、以及具有公式(II)的第二单体：

其中，R¹为甲基或乙基，以及R²为C_1-6烷基，其中该第一单体与该第二单体的重量比为3:1至1:3。

2.如权利要求1所述的白色涂料组合物，其中该二氧化硅粒子分散于溶剂中，形成硅溶胶。

3.如权利要求1所述的白色涂料组合物，其中该二氧化硅粒子的粒径为1-200nm。

4.如权利要求1所述的白色涂料组合物，其中该无机材料粒子的粒径为150-500nm。

5.如权利要求1所述的白色涂料组合物，其中该无机材料的折射率大于2.3。

6.如权利要求1所述的白色涂料组合物，其中该单体还包含具有公式(III)的第三单体：

其中，R²各自独立且为C_1-6烷基，而R³为或其中R⁴为氢或甲基，而R⁵为其中n为0或1，R⁶系各自独立且为C_1-3亚烷基。

7.如权利要求6所述的白色涂料组合物，其中该第三单体的重量百分比为0.1-10wt％，其中该重量百分比以该第一单体及第二单体的总重为基准。

8.一种装置，包含：

基板；以及

配置于该基板之上的白色涂层，其中该涂层由权利要求1所述的白色涂料组合物所形成。