CN101120066A - 像素至障壁的不均匀性可控制的墨水 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种墨水,在0~20wt%的溶剂存在下,通过调节(a)粘度为7~1,600cP且含有一个或两个可聚合官能团的第一单体和(b)粘度为30~20,000cP且含有至少三个可聚合官能团的第二单体各自的含量,而将该墨水的粘度和体积收缩率分别控制为20~80cP和10~30%,并且该墨水由于其表面张力控制到20~40mN/m而可以形成凸出部分,从而弥补其体积收缩,其中粘度和表面张力在25℃下测定。本发明还公开了一种用所述墨水形成图形或记录信息的基板以及包括该基板的显示器件。
Description
技术领域
本发明涉及一种墨水,其可以用作喷墨墨水、浸涂墨水、微针(micropen)墨水、喷雾墨水等,且其可控制像素至障壁(barrrier)的不均匀性。
背景技术
喷墨技术包括简单的制备步骤并消耗相对少量的原料。因此,作为光刻技术的替代,已经对喷墨技术进行了积极地研究。
通常,用于喷墨技术的墨水包含颜料、溶剂、粘合剂聚合物和抗干燥剂。
然而,当使用溶剂作为墨水的组分时,问题在于喷墨喷头的喷嘴由于溶剂变干而可能被堵塞,且变干后墨水体积减小,导致膜变薄。
另外,试图以至多约3%的减少的含量使用粘合剂聚合物,以防止在使用聚合物作为粘合剂时发生的墨水粘度增大的问题。然而,在这种情况下,由于相对于如此少量的聚合物,颜料的含量过大而造成薄膜的物理性质降低。
发明内容
因此,鉴于上述问题已作出了本发明。本发明的一个目的是提供一种在减少溶剂使用量时包含用于形成粘合剂的低粘度单体的墨水。
本发明的另一目的是提供一种墨水,通过调节溶剂的量以抑制由于墨水中使用的溶剂变干而发生的墨水体积减小,并通过用墨水以凸状填充由障壁形成的间隙以弥补由于溶剂变干和/或由于墨水固化而造成的墨水体积收缩,该墨水能够在将其填充到图形化障壁,然后使其固化以形成图形的步骤中避免形成像素至障壁的不均匀性。
根据本发明的一个技术方案,提供了一种墨水,在0~20wt%的溶剂存在下,通过调节(a)粘度为7~1,600cP且含有一个或两个可聚合官能团的第一单体和(b)粘度为30~20,000cP且含有至少三个可聚合官能团的第二单体各自的含量,而将该墨水的粘度和体积收缩率分别控制为20~80cP和10~30%,并且该墨水由于其表面张力控制到20~40mN/m而可以形成凸出部分,从而弥补其体积收缩,其中粘度和表面张力在25℃下测定。
根据本发明的另一技术方案,提供了一种基板,其用如上所述的墨水形成图形或记录信息。本发明还提供了一种包括上述基板的显示器件。
根据本发明的墨水可以用于填充由在基板上的图形化障壁产生的间隙。在此,在基板上的图形化障壁可以形成黑矩阵部分,而填充障壁之间产生的间隙的墨水可以形成彩色滤光片部分。
下文将更详细地说明本发明。
如这里所使用的,术语“可聚合官能团”是指在通过光或热引发聚合反应时能够产生聚合作用的官能团。这种官能团的代表性例子包括碳碳双键。而且可以使用能够开环聚合的官能团,如环氧基。碳碳双键官能团的具体例子包括乙烯基CH2=CH-、亚乙烯基CH2=C<等。
根据本发明的墨水,其特征在于,该墨水包含0~20wt%的溶剂;
通过调节(a)粘度为7~1,600cP且含有一个或两个可聚合官能团的第一单体和(b)粘度为30~20,000cP且含有至少三个可聚合官能团的第二单体各自的含量,而将该墨水的粘度和体积收缩率分别控制为20~80cP和10~30%;以及
该墨水由于其表面张力控制到20~40mN/m而可以形成凸出部分,从而弥补其体积收缩。
本发明的发明人已研究了影响墨水体积收缩的因素,以降低障壁(如黑矩阵)与障壁之间产生的间隙中所填充的墨水(如像素)之间的不均匀性,这种不均匀性发生于用墨水填充由图形化障壁形成的间隙时。
墨水体积收缩由除去溶剂且在固化步骤中的墨水收缩引起。特别是,在墨水中使用的溶剂变干时和在除去溶剂后使墨水涂覆膜固化时,墨水会发生体积收缩。
为了降低墨水的体积收缩,最优选的是降低溶剂的含量。根据本发明,溶剂的含量控制到0~20wt%的水平,以降低由溶剂变干引起的体积收缩,并防止由溶剂变干引起的喷墨喷头的喷嘴堵塞。因此,虽然体积收缩取决于溶剂含量,但是根据本发明,可以将由溶剂变干引起的体积收缩控制到5%或更低。
同时,由于其含有溶剂的量降低,所以根据本发明的墨水呈现出降低的流动性。因此,为了弥补这种降低的流动性,控制含有可聚合官能团的各单体的粘度和含量,以获得20~80cP的低墨水粘度。当墨水在25℃下呈现20~80cP的粘度时,喷出时在40~80℃的升高温度下墨水粘度会达到10~14cP。
通常,大分子量或增加分子间相互作用的极性官能团的存在造成单体粘度的增加。随着高粘度单体含量的增加,制得的墨水呈现增加的粘度。
根据本发明,可以通过调节具有不同粘度的单体的组成来控制墨水的粘度。具体地说,根据本发明的墨水包含含有一个或两个可聚合官能团且粘度为7~1,600cP的第一单体和含有至少三个可聚合官能团且粘度为30~20,000cP的第二单体。
另外,根据本发明,可以通过控制至少两种具有不同粘度的多官能团第二单体的加入量和加入比例来控制墨水粘度,其中第二单体起到交联剂的作用。
根据本发明的一个实施方式,提供了一种通过使用:(a)粘度为10~15cP且含有两个可聚合官能团的第一单体和(b)包含粘度为30~170cP的低粘度单体和粘度为10,000cP或更高的高粘度单体的多官能团第二单体混合物而具有20~80cP粘度的墨水。
由于即使加入少量聚合物物质,墨水粘度也会明显增加,所以向墨水中加入可以增加墨水粘度的聚合物物质并不是优选的。
同时,粘度和体积收缩之间没有直接的相关性。
然而,本发明中使用的多官能团第二单体由于多个极性官能团而可以呈现出高粘度。因此,第二单体的含量增加时,墨水粘度也会增加。同时,如果多官能团第二单体的含量过高,固化后交联密度会增加,因此硬度增加,但是由固化引起的收缩也倾向于增加。因此,体积收缩倾向于与粘度成比例地增加。
影响墨水体积收缩的另一个因素为由固化引起的收缩。在通过降低起到交联剂作用的多官能团第二单体的含量来降低由固化引起的收缩时,墨水的耐化学性和硬度会降低。因此,应该接受某种程度的由固化引起的收缩,以维持涂覆膜的强度和耐化学性。
因此,根据本发明,通过调节多官能团第二单体的含量而将由固化引起的收缩控制到10~20%的水平。为了降低图形化障壁与障壁之间的间隙中所填充的墨水之间的不均匀性,在接受上述水平的收缩的同时,根据本发明的墨水以凸状填充障壁,从而提供凸出部分,以达到弥补墨水体积收缩的程度,优选至相当于墨水体积收缩率的90%~110%的程度,更优选至相当于墨水体积收缩率的程度。
可以通过控制喷墨装置来控制喷入障壁的墨水的量。然而,通过简单控制喷入障壁的墨水的量,不可能完全消除障壁之间的间隙中所填充的墨水(例如像素)在变干和固化时产生的局部不均匀性。
障壁之间的间隙中所填充的墨水的中心部分根据墨水的表面张力可以为凹状或凸状。根据本发明的发明人进行的试验,高表面张力导致形成凸状中心部分,而低表面张力导致形成凹状中心部分。为使中心部分变平,墨水在起始填充时应该稍微呈凸状。为了弥补墨水的体积收缩至适当的程度,墨水应该具有合适的凸状,并且需要适当控制墨水的表面张力。为了实现此目的,控制本发明的墨水使其在25℃下具有20~40mN/m的表面张力。
例如,如果墨水具有10%的体积收缩率,优选的表面张力为约32mN/m。如果墨水具有20%的体积收缩率,优选的表面张力为约39mN/m。
颜料的含量取决于墨水的颜色,因此体积收缩率和合适水平的表面张力也取决于墨水的颜色。
另外,障壁部分的表面能取决于障壁中含有的添加剂(例如含氟表面活性剂)的量,以及取决于如等离子体处理的表面处理的应用。因此,需要根据障壁部分的表面特征来调节表面张力。通常,障壁部分具有低表面能时,控制墨水具有低表面张力。
根据本发明,于25℃下在固化步骤之前和之后测定,优选将墨水的体积收缩率控制到10~30%的水平,从而降低障壁与障壁之间的间隙中所填充的墨水之间的不均匀性。通过用墨水以凸状填充障壁直至能够弥补墨水体积收缩的程度,而可以实现这种不均匀性的降低。另外,优选将由固化引起的收缩(不包括由除去溶剂引起的体积收缩)控制到10~20%。
同时,墨水的表面张力可以不受墨水的粘度限制而被控制。例如,可以通过表面活性剂的种类和含量控制表面张力。表面活性剂的含量增加时,墨水的表面张力会降低。然而,如果表面活性剂的含量达到一定水平(临界浓度),墨水的表面张力不再降低。特别是,其分子中含有大量氟原子的表面活性剂呈现出优异的降低表面张力的效果。即使其加入量超过临界浓度时,这种表面活性剂也可以进一步降低墨水的表面张力。
这里所述的粘度是基于在25℃下通过使用具有低粘度测量单元的盘式布鲁克菲尔德粘度计所测量的数据。
另外,这里所述的体积收缩率通过如下方法进行测量:通过旋转涂布或喷墨涂布法在玻璃基板上形成墨水涂覆膜;通过使用非接触式激光测量仪或探针式测量仪测量墨水涂覆膜在固化之前和之后的涂覆膜厚度;以及根据下述数学式1计算收缩率(%):
[数学式1]
收缩率%=(固化之前的厚度-固化之后的厚度)/固化之前的厚度)×100。
同时,这里所述的表面张力基于通过如下方法获得的数据:用气泡压力型Kruess表面张力仪在25℃下测量表面张力,且通过外推平衡状态的表面张力值来计算表面张力值(会有约1~2mN/m的测量误差)。
下文将详细说明形成根据本发明的墨水的组分。
(1)含有一个或两个可聚合官能团的第一单体
第一单体具有低粘度,以控制墨水的粘度。因此,可以显著降低包含第一单体的墨水所需的溶剂的量。
第一单体可以是单一化合物或者具有相同或不同粘度的第一单体的混合物。
特别是,具有低粘度的第一单体使最终的墨水具有控制到80cP或更低的粘度,从而降低了溶剂含量。通过在合适的温度下加热可以将墨水粘度控制到10~14cP的水平,这种粘度适合于喷墨墨水。
具有低粘度的第一单体在室温下优选具有80cP或更低的粘度,更优选具有10~15cP的粘度。如果第一单体具有高于80cP的粘度,那么制得的墨水具有过高的粘度。在这种情况下,即使将墨水加热至喷墨喷头可用的加热温度(100℃),也难以将墨水粘度降低至适于喷出的20cP或更低的水平。
含有一个或两个可聚合官能团的第一单体优选为单丙烯酰基单体或二丙烯酰基单体,其具体的例子包括:(甲基)丙烯酸乙二醇酯、(甲基)丙烯酸四氢糠酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸辛酯、(甲基)丙烯酸癸酯、(甲基)丙烯酸异辛酯、(甲基)丙烯酸二癸酯、(甲基)丙烯酸月桂酯、(甲基)丙烯酸异冰片酯、(甲基)丙烯酸硬脂酰酯、(甲基)丙烯酸异癸酯、(甲基)丙烯酸十三烷酯、苯酚(甲基)丙烯酸酯、壬基酚(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、双酚A(甲基)丙烯酸酯、二丙烯酸三丙二醇酯、己二醇二(甲基)丙烯酸酯、环己烷二甲醇二(甲基)丙烯酸酯、双酚A二(甲基)丙烯酸酯、新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、二(甲基)丙烯酸二丙二醇酯、二(甲基)丙烯酸三丙二醇酯、低分子量聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯或聚丙二醇二(甲基)丙烯酸酯等,或者其烷氧基衍生物。
在墨水中优选以30wt%或更高的量、更优选以40~70wt%的量使用含有一个或两个可聚合官能团的第一单体。如果使用的第一单体的量低于30wt%,不可能显著降低溶剂的量且使墨水保持合适的粘度。
(2)含有至少三个可聚合官能团的第二单体
根据本发明,含有至少三个可聚合官能团的第二单体用作交联剂。
第二单体可以是单一化合物或者具有相同或不同粘度的第二单体的混合物。
第二单体优选为能够交联的多官能团丙烯酸酯,其具体的例子包括:二(三羟甲基丙烷)四(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、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)丙烯酸酯等,或者其烷氧基衍生物。
在墨水中优选以3~50wt%的量使用含有至少三个可聚合官能团的第二单体。如果以低于3wt%的量使用第二单体,制得的膜的硬度和耐化学性不足。如果以高于50wt%的量使用第二单体,在固化步骤中膜会发生破裂。
同时,具有相对小的分子量和相似的物理性质的第一单体和第二单体的组合,例如丙烯酰基单体或聚氨酯单体的组合,可以提高第一单体与第二单体的相容性。
优选地,含有一个或两个可聚合官能团的第一单体和含有至少三个可聚合官能团的第二单体各具有190~1300的分子量。
另外,优选将第一单体与用作交联剂的第二单体的比例控制在能够保持由墨水形成的涂覆膜合适的硬度和耐化学性以及适当的墨水粘度的范围内。
同时,根据现有技术,已建议降低聚合物粘合剂的量,从而避免由用作墨水组分的高粘度聚合物粘合剂引起的墨水粘度增加的问题。因此,存在所制得的膜由于相对于聚合物粘合剂含量存在的过量颜料而呈现较差的物理性质的问题。与此相反,根据本发明的墨水大量使用了低粘度单体,其在固化后形成聚合物粘合剂。因此,在将墨水涂覆到基板上后,相对于颜料的量,可以提高聚合物粘合剂的含量,因此改善了所制得的膜的物理性质。
优选地,由根据本发明的墨水形成的涂覆膜具有3H或更高的铅笔硬度。
(3)溶剂
根据本发明的墨水包含的溶剂的量为0~20wt%。如果使用的溶剂的量高于20wt%,不可能以足够程度获得防止喷嘴由于墨水变干而被堵塞,以及避免墨水至障壁的产生不均匀性的效果。
本发明中可以使用的溶剂可以是目前墨水中使用的任何常规溶剂,其具体的例子包括:水、丙酮、甲基·乙基酮、甲基·异丁基酮、甲基溶纤剂、乙基溶纤剂、四氢呋喃、1,4-二噁烷、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、丙二醇甲醚、丙二醇二甲醚、丙二醇二乙醚、氯仿、二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、1,1,1-三氯乙烷、1,1,2-三氯乙烷、1,1,2-三氯乙烯、己烷、庚烷、辛烷、环己烷、苯、甲苯、二甲苯、甲醇、乙醇、异丙醇、丙醇、丁醇、叔丁醇、环己酮、丙二醇甲醚乙酸酯、丙二醇乙醚乙酸酯、乙酸-2-甲氧基丁酯、3-乙氧基丙酸乙酯、乙基溶纤剂乙酸酯、甲基溶纤剂乙酸酯、乙酸丁酯、甲基乙基酮、甲基·异丁基酮、乙二醇一甲基醚、γ-丁内酯、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、四甲基砜、乙二醇乙酸酯、乙醚乙酸酯、乳酸乙酯、聚乙二醇、环己酮等。
(4)表面活性剂
根据本发明的墨水可以进一步包含表面活性剂,以控制墨水的表面张力。
上述表面活性剂可以是目前现有技术中使用的任何表面活性剂。市售的表面活性剂的具体的例子包括购自BYK公司的基于硅氧烷的表面活性剂产品、购自杜邦公司和空气化工产品公司的表面活性剂产品、购自3M公司的含氟表面活性剂产品(FC系列)、购自大日本墨水化学工业公司的含氟表面活性剂产品(F系列)等。
根据本发明,可以组合使用至少两种彼此不引起凝结的表面活性剂。基于墨水的总重量,优选以5wt%或更低的量、更优选以1wt%或更低的量使用表面活性剂。通常,使用的表面活性剂的量优选为至多其临界量。
(5)其它
根据本发明的墨水可以进一步包含固化引发剂、固化促进剂或着色剂。
固化引发剂或固化促进剂可溶于水或可通过乳化剂被溶解。另外,固化的引发可以通过光、热或电子束引起,但是其不限于此。
固化引发剂可以选自包括如下的组:双咪唑化合物,如2,2-双(2-氯苯基)-4,4’,5,5’-四苯基双咪唑、2,2-双(2,3-二氯苯基)-4,4’,5,5’-四苯基双咪唑等;苯乙酮化合物,如2-羟基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-2-甲基-1-丙烷、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙烷-1-酮、1-(4-异丙基苯基)-2-羟基-2-甲基丙烷-1-酮、4-(2-羟基乙氧基)-苯基-(2-羟基)丙酮、1-羟基环己基苯基酮、苯偶姻甲醚、苯偶姻乙醚、苯偶姻异丁醚、苯偶姻丁醚、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、2-甲基-(4-甲硫基苯基)-2-吗啉基-1-丙烷-1-酮、2-苯甲基-2-二甲氨基-1-(4-吗啉基苯基)-丁烷-1-酮等;二苯酮化合物,如二苯酮、4,4’-双(二甲氨基)二苯酮、4,4’-双(二乙氨基)二苯酮、2,4,6-三甲氨基二苯酮、甲基-o-苯甲酰苯甲酸酯、3,3-二甲基-4-甲氧基二苯酮、3,3’,4,4’-四(叔丁基过氧羰基)二苯酮等;茐酮化合物,如9-茐酮、2-氯-9-茐酮、2-甲基-9-茐酮等;噻吨酮化合物,如噻吨酮、2,4-二乙基噻吨酮、2-氯噻吨酮、1-氯-4-丙氧基噻吨酮、异丙基噻吨酮、二异丙基噻吨酮等;呫吨酮化合物,如呫吨酮、2-甲基呫吨酮等;蒽醌化合物,如蒽醌、2-甲基蒽醌、2-乙基蒽醌、叔丁基蒽醌、2,6-二氯-9,10-蒽醌等;吖啶化合物,如9-苯基吖啶、1,7-双(9-吖啶基)庚烷、1,5-双(9-吖啶基)戊烷、1,3-双(9-吖啶基)丙烷等;二羰基化合物,如苯甲基、1,7,7-三甲基-二氯[2,2,1]庚烷-2,3-二酮、9,10-菲醌等;氧化膦化合物,如2,4,6-三甲基苯甲酰二苯基氧化膦、双(2,6-二甲氧基苯甲酰)-2,4,4-三甲基戊基氧化膦、双(2,6-二氯苯甲酰)丙基氧化膦等;基于胺的增效剂,如甲基-4-(二甲氨基)苯甲酸酯、乙基-4-(二甲氨基)苯甲酸酯、2-正丁氧基乙基-4-(二甲氨基)苯甲酸酯、2,5-双(4-二乙氨基苯亚甲基)环戊酮、2,6-双(4-二乙氨基苯亚甲基)环己酮、2,6-双(4-二乙氨基苯亚甲基)-4-甲基-环己酮等;香豆素化合物,如3,3-羰基乙烯基-7-(二乙氨基)香豆素、3-(2-苯并噻唑基)-7-(二乙氨基)香豆素、3-苯甲酰-7-(二乙氨基)香豆素、3-苯甲酰-7-甲氧基-香豆素、10,10’-羰基双[1,1,7,7-四甲基-2,3,6,7-四氢-1H,5H,11H,CI]-苯并呲喃[6,7,8-ij]-喹嗪-11-酮等;查耳酮化合物,如4-二乙氨基查耳酮、4-叠氮亚苄基乙酰苯等;2-苯甲酰亚甲基;3-甲基-β-萘噻唑啉碘化物以及(4-甲基苯基)-[4-(2-甲基丙基)-苯基[六氟膦]。
另外,本发明中可以使用的固化促进剂的具体例子包括:2-巯基苯并咪唑、2-巯基苯并噻唑、2-巯基苯并噁唑、2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑、2-巯基-4,6-二甲氨基吡啶、季戊四醇四(3-巯基丙酸酯)、季戊四醇三(3-巯基丙酸酯)、季戊四醇四(2-巯基乙酸酯)、季戊四醇三(2-巯基乙酸酯)、三羟甲基丙烷三(2-巯基乙酸酯)、三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)、三羟甲基乙烷三(2-巯基乙酸酯)、三羟甲基乙烷三(3-巯基丙酸酯)等。
墨水中使用的固化引发剂或固化促进剂的量优选为0.1~10wt%。如果其含量低于0.1wt%,墨水不可能充分固化。如果其含量高于10wt%,由于固化引发剂或固化促进剂不可能获得均匀的涂层。
本发明中可以使用的着色剂包括碳黑、染料或颜料,其具体的例子包括:有机化合物,如基于偶氮的化合物、基于酞菁的化合物、基于喹吖啶酮的化合物、基于二噁嗪的化合物、基于苝的化合物、基于紫环酮(perinone)的化合物、基于喹酞酮的化合物、基于异吲哚啉酮的化合物、基于异吲哚啉的化合物、基于二吡咯并吡咯的化合物;以及上述化合物与金属之间形成的络合物。更具体而言,可以使用C.I.颜料红254、C.I.颜料红48:1、C.I.颜料红122、C.I.颜料红188、C.I.颜料红57:1、C.I.颜料黄97、C.I.颜料黄12、C.I.颜料黄180、C.I.颜料黄139、C.I.颜料黄150、C.I.颜料黄139、C.I.颜料黄12、C.I.颜料绿7、C.I.颜料绿36、C.I.颜料蓝15:1、15:3或C.I.颜料蓝15:6、C.I.颜料紫19、C.I.颜料紫23等。然而,本发明的范围不限于上面的例子。还可以使用通常在液晶显示器件、OLED和反射型显示器件(包括电子书)中用作彩色滤光片着色剂的无机或有机材料。
可通过将其与本发明墨水的其它组分同时混合来使用着色剂。如果需要,在将其与其它组分混合之前,可以将着色剂分散于第一单体中。
基于颜料的净重量,优选以至多50wt%的量、更优选以3~20wt%的量使用着色剂。如果使用的着色剂的量低于3wt%,不可能获得所需的颜色。如果使用的着色剂的量高于20wt%,墨水粘度会增加,且制得的膜呈现不足的硬度和耐化学性。
如果需要,为了改善墨水的质量,根据本发明的墨水可以进一步包含用于墨水组合物的常规添加剂,其包括基于硅氧烷的粘合增进剂、分散剂、感光剂、光稳定剂、UV吸收剂、生物防污剂、吸氧剂或热聚合抑制剂等。在此,基于墨水的重量,使用的各添加剂的量为至多5重量份。
对制备根据本发明的墨水的方法没有特别限制。例如,可以通过使用常规混合装置,如球磨机、砂磨机、亚灶点火器(atto lighter)、篮式研磨机(basket mill)、辊式研磨机等来混合形成根据本发明的墨水的组分。另外,在将其与其它组分混合之前,预先通过使用常规搅拌器将着色剂分散。
根据本发明的墨水可以加入喷墨装置中,然后通过喷墨装置的喷嘴喷出。
虽然对喷墨装置没有特别限制,但包括使用压电元件的喷墨打印机喷头的装置是优选的,以使墨水通过基于压电记录技术的打印机喷出。
另外,除了喷墨墨水之外,根据本发明的墨水可以用作浸涂墨水、微针墨水、喷雾墨水等。
同时,根据本发明的墨水可以用于填充图形化障壁之间产生的间隙。在此,当以铅笔硬度表示时,图形化障壁优选具有3H或更高的硬度。
根据本发明的墨水可以用于形成彩色滤光片,如液晶器件(LCD)的彩色滤光片、有机发光器件(OLED)的彩色滤光片或反射型显示器件(包括电子书)的彩色滤光片。
本发明还提供了一种基板,其用根据本发明的墨水形成图形或记录信息,以及一种包括该基板的显示器件。在一个实施方式中,根据本发明的墨水可以填充在基板上的图形化障壁之间产生的间隙。在此,在基板上的图形化障壁形成黑矩阵部分,而填充间隙的墨水可以形成彩色滤光片部分。
显示器件的具体的例子包括液晶显示器件、OLED或反射型显示器件。
附图说明
图1为示出使用根据实施例1的墨水形成的像素部分的三维形状的视图,其中,附图标记1表示黑矩阵障壁,且附图标记2表示彩色滤光片像素部分。
具体实施方式
现在将详细说明本发明的优选实施方式。应该理解,下面的实施例仅是说明性的,且本发明不限于此。
实施例1
首先,将80wt%的二丙烯酸三丙二醇酯(粘度:15cP)用5wt%作为分散剂的BYK168和15wt%作为着色剂的PI.红254分散,以形成分散相。向33wt%的该分散相中加入35wt%的1,6-己二醇二丙烯酸酯(粘度9cP)和2wt%的二丙烯酸三丙二醇酯(粘度15cP)。然后,向其中进一步加入作为交联剂的15wt%的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(粘度106cP)和9wt%的二季戊四醇六丙烯酸酯(粘度10000cP或更高)以及5wt%作为光引发剂的Irgacure369(汽巴-嘉基公司)。最后,以各自低于1wt%的量向其中加入其它添加剂,其包括KBM(购自日本信越公司的含硅表面活性剂)和FC(购自日本DIC的含氟表面活性剂),以制备墨水。
在通过用孔径为1μm的过滤器过滤墨水后,墨水具有35mN/m的表面张力和29cP的粘度。
通过旋转涂布法将上述墨水涂布到玻璃上以形成膜,且通过UV照射使其固化,在150℃的热板上热处理20分钟。所制得的膜具有4H或更高的铅笔硬度,且即使将该膜于N-甲基吡咯烷酮中浸泡1小时后,其也会呈现出对应于3或更低ΔEab值的较低颜色改变。
另外,通过使用Jetlab喷墨打印机(美国麦博公司)将上述墨水进行喷墨试验。在此,将喷墨喷头保持在50℃,以有利于喷墨。试验后,其显示根据该实施例的墨水在喷头中几乎不变干,因此即使在喷头不进行喷墨而在空气中放置10分钟或更长时间之后再通过该喷头喷墨时,也能平滑地喷墨而不会堵塞喷嘴。
此外,将上述墨水以约100~120pL的量喷入高度为3μm且尺寸为100μm×300μm的黑矩阵图形(通过光刻法制得)中,以使墨水以凸状填充到图形中,从而提供彩色滤光片图形。然后,通过UV照射使彩色滤光片图形固化,并在150℃的热板上热处理20分钟。处理后,彩色层具有2μm或更高的厚度,并从黑矩阵图形呈现0.2μm或更小的水平差(不均匀性)。
当控制表面活性剂的量以调节墨水的表面张力时,可以降低黑矩阵与彩色滤光片之间的不均匀性。换句话说,当表面张力降至22mN/m的水平时,墨水以凹状填充黑矩阵图形,且由墨水材料形成的彩色像素区域的厚度在固化后为1μm或更低。另一方面,当表面张力升至约42mN/m时,墨水以凸状填充黑矩阵图形,且固化后墨水的中心部分为凸状,从而使中心部分高于黑矩阵。然而,当表面张力调节到合适的水平(34mN/m)时,墨水以稍微凸状填充,且固化后墨水体积减小,从而使墨水的中心部分和黑矩阵变平,以使像素至障壁的不均匀性为0.2μm或更低。
实施例2
首先,将80wt%的二丙烯酸三丙二醇酯(粘度:15cP)用5wt%作为分散剂的BYK168和15wt%作为着色剂的PI.绿36分散,以形成分散相。向45wt%的分散性中加入墨水重量的70wt%的量的二丙烯酸三丙二醇酯(粘度:15cP)。然后,向其中进一步加入作为交联剂的5wt%的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(粘度106cP)和4wt%的二季戊四醇六丙烯酸酯(粘度10000cP或更高)以及5wt%作为光引发剂的Irgacure369(汽巴-嘉基公司)。最后,以各自低于1wt%的量向其中加入包括含硅表面活性剂和含氟表面活性剂的其它添加剂,以制备墨水。
在通过用孔径为1μm的过滤器过滤墨水后,墨水具有37mN/m的表面张力。
通过旋转涂布法将上述墨水涂布到玻璃上以形成膜,且通过UV照射使其固化,在150℃的热板上热处理20分钟。所制得的膜具有4H或更高的铅笔硬度,且即使将该膜于N-甲基吡咯烷酮中浸泡1小时后,其也会呈现出对应于3或更低ΔEab值的较低颜色改变。
以与实施例的相似方法将上述墨水进行喷墨试验。固化后,观察墨水像素部分,发现像素至障壁的不均匀性降低至0.3μm或更低。
比较例1
向液晶显示器的彩色滤光片制备中使用的彩色光致抗蚀剂液体(购自LG化学有限公司)中加入10wt%作为抗干燥剂的甘油,然后进行喷墨试验。该墨水包含4wt%的颜料、1.2wt%的分散剂、10wt%的粘合剂树脂和5wt%Irgacure(汽巴-嘉基公司)。以各自为1wt%或更低的量向其中加入包括含硅表面活性剂和含氟表面活性剂的其它添加剂。该墨水进一步包含60wt%或更高的丙二醇乙醚乙酸酯作为溶剂。
当将上述墨水进行喷墨试验时,存在严重的喷嘴变干现象。因此,为了后面的喷墨工作,需要在喷头的喷嘴不操作约10秒钟后清理喷嘴。因此,由于在校正基板的位置后需要进行清理步骤,所以上述墨水呈现差的工作性。另外,在制得的图形变干和固化后,发现墨水像素其体积过度收缩,如黑矩阵与彩色层之间明显的水平差(2μm或更高)所示。
下表1呈现根据实施例1和2以及比较例1的墨水的组分和物理性质,以及由墨水产生的像素部分与障壁部分之间的水平差(不均匀性)。
[表1]
第一单体(粘度、量) | 第二单体(粘度、量) | 溶剂(量) | 其它添加剂(量) | 墨水粘度(室温) | 墨水体积收缩率 | 墨水表面张力 | 不均匀性(从障壁的水平差) | |
实施例1 | 二丙烯酸三丙二醇酯(15cP,28.4wt%)1,6-己二醇二丙烯 | 三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(106cP,15wt%) | Irgacure369(5wt%)表面活性剂(<2wt%) | 29cP | ~20% | 35mN/m | 0.2μm |
酸酯(9cP35wt%) | 二季戊四醇六丙烯酸酯(10,000cP或更高,9wt%) | |||||||
实施例2 | 二丙烯酸三丙二醇酯(15cP,70wt%) | 三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(106cP,9wt%)二季戊四醇六丙烯酸酯(10,000cP或更高,4wt%) | Irgacure369(5wt%)表面活性剂(<2wt%) | 48cP | ~15% | 37mN/m | 0.3μm | |
比较例1 | 丙二醇甲醚乙酸酯(69wt%),甘油(10wt%) | 粘合剂树脂(10wt%)Irgacure369(5wt%)表面活性剂(<2wt%) | 10cP | 70%或更高 | 未测定 | 2μm或更高 |
工业应用性
从前述可以看出,根据本发明的墨水可以防止由于溶剂变干而导致的喷墨喷头的喷嘴堵塞。在通过将墨水喷入黑矩阵障壁而用于形成图形,然后固化以形成彩色滤光片时,发现其由溶剂蒸发引起的体积收缩较低。因此,可以避免彩色滤光片部分与黑矩阵部分之间的不均匀性,从而在进行接下来的步骤之前不需要进行用于水平化的单独的保护涂布步骤。
虽然已结合目前被认为是最可行和最优选的实施方式描述了本发明,但是应该理解,本发明不限于所公开的实施方式和附图。相反,本发明意于覆盖在所附权利要求的实质和范围内的各种修改和变化。
Claims (22)
1.一种墨水,在0~20wt%的溶剂存在下,通过调节(a)粘度为7~1,600cP且含有一个或两个可聚合官能团的第一单体和(b)粘度为30~20,000cP且含有至少三个可聚合官能团的第二单体各自的含量,而将该墨水的粘度和体积收缩率分别控制为20~80cP和10~30%,并且该墨水由于其表面张力控制到20~40mN/m而可以形成凸出部分,从而弥补其体积收缩,其中所述粘度和表面张力在25℃下测定。
2.根据权利要求1所述的墨水,其为喷墨墨水、浸涂墨水、微针墨水或喷雾墨水。
3.根据权利要求1所述的墨水,其进一步包含表面活性剂。
4.根据权利要求1所述的墨水,其在40~80℃的温度下具有10~14cP的粘度。
5.根据权利要求1所述的墨水,其中,所述含有至少三个可聚合官能团的第二单体包括至少两种具有不同粘度的单体。
6.根据权利要求1所述的墨水,其包含:
(a)粘度为10~15cP的第一单体;和
(b)包含粘度为30~170cP的低粘度单体和粘度为10,000cP或更高的高粘度单体的第二单体混合物。
7.根据权利要求1所述的墨水,其中,所述含有一个或两个可聚合官能团的第一单体和含有至少三个可聚合官能团的第二单体各自独立地具有190~1,300的分子量。
8.根据权利要求1所述的墨水,除了由墨水中溶剂蒸发引起的体积收缩之外,所述墨水由其固化引起的体积收缩率为10~20%。
9.根据权利要求1所述的墨水,其由所述墨水中溶剂蒸发引起的体积收缩率为5%或更低。
10.根据权利要求1所述的墨水,其包含30wt%或更高量的含有一个或两个可聚合官能团的第一单体。
11.根据权利要求1所述的墨水,其包含3~50wt%量的含有至少三个可聚合官能团的第二单体。
12.根据权利要求1所述的墨水,其用于填充图形化障壁之间产生的间隙。
13.根据权利要求12所述的墨水,其中,由所述墨水形成的涂覆膜呈现3H或更高的铅笔硬度。
14.根据权利要求1所述的墨水,其用于形成彩色滤光片。
15.根据权利要求1所述的墨水,其进一步包含固化引发剂或固化促进剂。
16.根据权利要求1所述的墨水,其进一步包含着色剂。
17.一种基板,其用如权利要求1~16中任一项所限定的墨水形成图形或记录信息。
18.根据权利要求17所述的基板,其中,所述墨水填充在基板上形成的图形化障壁之间产生的间隙。
19.根据权利要求18所述的基板,其中,所述图形化障壁具有3H或更高的铅笔硬度。
20.根据权利要求18所述的基板,其中,所述在基板上形成的图形化障壁形成黑矩阵部分,并且所述填充障壁之间产生的间隙的墨水形成彩色滤光片部分。
21.一种包括如权利要求18所限定的基板的显示器件。
22.根据权利要求21所述的显示器件,其为液晶显示器件、有机发光器件(OLED)或反射型显示器件。
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