一类高溶解性酞菁染料及其合成方法与彩色滤光片

本发明涉及显示，尤其涉及一类高溶解性酞菁染料及其合成方法与彩色滤光片。

背景技术：

1、目前，平板显示器的主流产品是液晶显示器，液晶显示器因其抗干扰能力强、功耗低、成本效益高、工作电压最小等显著优势而占据市场主导地位。此外，液晶显示器在服务业、交通运输和教育等领域上的应用范围不断扩大，显示出巨大的未来增长潜力。目前，lcd主要指薄膜晶体管lcd，其中彩色滤光片是图片颜色的重要来源。彩色滤光片涉及玻璃基板上的红色、绿色和蓝色像素。当光源穿过这些像素时，光以三原色发射，这些颜色混合以达到所需的显色效果。

2、彩色滤光片，由在玻璃等透明基板的表面平行或交错地配置2种以上不同色相的微细带(条)状的滤光区块(filter segment)来构成，或者由将微细的滤光区块配置为纵横固定的排列来构成。目前，彩色滤光片的着色层主要由颜料构成。着色层的着色方法包括颜料分散法、喷墨法、电解沉积法和印刷法等。普遍的方法是颜料分散法，其中颜料(平均粒径小于0.1μm)均匀分散在透明聚合物中，并通过各种工艺形成红、绿、蓝(r.g.b.)三色图案。

3、绿色滤光片的制造中，作为着色剂，一般使用各种酞菁系化合物，酞菁(pc)是一种具有18个电子的大型共轭体系化合物。由于其结构多样性和强大的分子间相互作用，酞菁具有丰富的光物理/光化学性质和显著的稳定性。酞菁有多取代及多金属类型，分子种类繁多。因此，酞菁在各个领域都有广泛的应用。酞菁染料的热稳定性通常较好，然而，彩色滤光片中使用的染料必须可溶于所使用的溶剂，例如pgmea。传统上，该行业要求染料在pgmea中的溶解度超过5wt.％。由于其结构导致分子间相互作用，酞菁在某些溶剂中表现出相对较低的溶解度。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的酞菁染料在丙二醇单甲醚乙酸酯溶剂中溶解性差的问题，本发明提供一种高溶解性和高光热稳定性的酞菁染料用于彩色光刻胶替换颜料，并且应用于彩色滤光片及自行调控彩色滤光片色域。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种高溶解性酞菁染料，所述的高溶解性酞菁染料具有通式i所示的结构：

3、

4、其中，m选自二价、三价或四价金属、卤合金属或非金属，x为卤素原子；a+b+c＝16，1≤a≤16，0≤b≤15，0≤c≤15；

5、r1具有式ⅱ所示的结构；

6、

7、在式ⅱ中，r3选自1-10个碳的正烷基、异烷基、叔烷基、含醚键的直链烷基或支链烷基或具有2-10个碳的烯烃；

8、r2选自氢、具有1-18个碳的烷基、具有1-18个碳的羧烷基、具有1-18个碳的醚键、具有1-18个碳的酯基、具有1-18个碳的羟基烷基、具有1-18个碳的氨基、具有2-18个碳的烯烃、具有1-18个碳的醛基或式ⅲ所示的结构中的一种；

9、

10、在式ⅲ中，r4、r5、r6、r7、r8可以不同也可相同，r4、r5、r6、r7、r8各自独立地选自氢、具有1-18个碳的烷基、具有1-18个碳的羧烷基、具有1-18个碳的醚键、具有1-18个碳的酯基、具有1-18个碳的羟基烷基、具有1-18个碳的氨基、具有1-18个碳的醛基、具有2-18个碳的烯烃、具有1-10个碳的苯基。

11、进一步地，所述x为卤素原子，优选地，x为溴或氯；

12、m为二价金属；优选地，m为zn2+、cu2+、co2+、mg2+、in2+、fe2+、no2+、mn2+、cd2+或sn2+；

13、r3选自1-10个碳的正烷基、异烷基或、叔烷基或烯烃；r2选自氢或式ⅲ所示的结构；

14、r4、r5、r7、r8优选自氢、具有1-18个碳的醚键、具有2-18个碳的烯烃或具有1-18个碳的酯基；

15、r6优选自具有1-18个碳的烷基、具有1-18个碳的羧烷基、具有1-18个碳的醚键、具有1-18个碳的酯基、具有2-18个碳的烯烃、具有1-18个碳的羟基烷基、具有1-18个碳的氨基或具有1-18个碳的醛基。

16、进一步地，所述r1选自如下结构之一：

17、

18、高溶解性酞菁染料的合成方法，包括将式y-1所示的化合物或式y-2所示的化合物与金属m的氯化物在有机溶剂下混合均匀，并在惰性气体的保护下加入催化剂，在120-200℃下反应12-36h，经过纯化得到i所示的高溶解性酞菁染料；

19、所述式y-1为：所述式y-2为：

20、优选地，y-1或y-2的支链应至少有一个r1，其余支链可以是氟、氯、溴、碘或r2；

21、纯化方式为将反应溶剂去除后，粗产物经过柱层析分离纯化，展开剂选自二氯甲烷和甲醇混合液、二氯甲烷和乙酸乙酯混合液。

22、进一步地，所述有机溶剂选自脂肪醇或醇醚，优选自正戊醇、正丁醇、正己醇，r1可发生酯交换反应，r2若有酯基也可发生酯交换反应。

23、进一步地，所述催化剂选自1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯或碳酸铯，优选为1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯(dbu)。

24、进一步地，所述式y-1所示的化合物或式y-2所示的化合物与金属m的氯化物的摩尔比为4：1-2。

25、进一步地，所述金属m的氯化物选自氯化锌、氯化铜、氯化钴、氯化镁或三氯化铟中的至少一种，更进一步地，所述金属m的氯化物氯化锌或氯化铜。

26、一种彩色滤光片，包括颜料，所述颜料包括高溶解性酞菁染料，将含有高溶解性酞菁染料的彩色光刻胶应用于彩色滤光片，用于调控彩色滤光片色域，且用于彩色滤光片后的投射波长为450-550nm，酞菁染料用于彩色滤光片的光热稳定性测试色差较小。

27、综上所述，本发明具有以下有益效果：

28、第一、本申请的结构具有多样性，通过引入不同的支链可以调控染料的光谱性质、颜色性质、化学物理性质等，经测试，紫外吸收波长的最高峰在600-750nm，摩尔消光系数均较高。

29、第二、本申请的染料分子只需要含有主要支链r1，即可极大的增大酞菁染料分子在丙二醇甲醚醋酸酯中的溶解度，经测试，其溶解度可达15-50wt.％，且分子的热稳定性也较好。

30、第三、本申请的染料分子由于其溶解度极高，所以在制备彩色光刻胶时可以调控配方中染料的占比，从而在不加其它调色剂的情况下可以调控彩色滤光片的色域。

31、第四、本申请的染料分子用于彩色滤光片后，其光热稳定性较好，透射率变化较小，色差较小。

32、第五、本申请的染料分子不仅溶解度高，热稳定性良好，本申请结构的酞菁分子有不同支链，从蓝色到绿色的酞菁染料均被包含，经测试，用于彩色滤光片的投射波长为450-550nm。

技术特征：

1.一类高溶解性酞菁染料，其特征在于，所述的高溶解性酞菁染料具有通式i所示的结构：

2.根据权利要求1所述的高溶解性酞菁染料，其特征在于，所述x为卤素原子；m为二价金属；r3选自1-10个碳的正烷基、异烷基或、叔烷基或烯烃；r2选自氢或式ⅲ所示的结构。

3.根据权利要求1或2所述的高溶解性酞菁染料，其特征在于，所述r1选自如下结构之一：

4.权利要求1-3任意一项所述的高溶解性酞菁染料的合成方法，其特征在于，包括将式y-1所示的化合物或式y-2所示的化合物与金属m的氯化物在有机溶剂下混合均匀，并在惰性气体的保护下加入催化剂，在120-200℃下反应12-36h，得到i所示的高溶解性酞菁染料；

5.根据权利要求4所述的合成方法，其特征在于，所述有机溶剂选自脂肪醇或醇醚。

6.根据权利要求4所述的合成方法，其特征在于，所述催化剂选自1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯或碳酸铯。

7.根据权利要求4所述的合成方法，其特征在于，所述式y-1所示的化合物或式y-2所示的化合物与金属m的氯化物的摩尔比为4：1-2。

8.根据权利要求4所述的合成方法，其特征在于，所述金属m的氯化物选自氯化锌、氯化铜、氯化钴、氯化镁或三氯化铟中的至少一种。

9.一种彩色滤光片，包括颜料，其特征在于，所述颜料包括权利要求1-3任意一项所述的高溶解性酞菁染料。

技术总结
本发明公开了本发明提供了一类高溶解性酞菁染料及其合成方法与彩色滤光片，属于显示技术领域。高溶解性酞菁染料所选择的支链结构较为特殊，从多方位增加其用于彩色光刻胶的溶解度。该类染料在丙二醇单甲醚乙酸酯(PGMEA)中表现出非凡的溶解度可达到约15‑50wt.％，并且适用于多种金属酞菁。除此之外，这种染料表现出优异的光谱性质和热稳定性。因此该种染料满足在彩色滤光片中的应用，以及可以进一步的自行调控彩色滤光片的色域。

技术研发人员：彭孝军,宋雪峰,徐润峰,杨波,田璐,陈鹏忠
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/22