CN102653646A - 彩色滤光片用墨水及其制造方法和彩色滤光片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种彩色滤光片用喷墨墨水及其制造方法和彩色滤光片的制备方法,涉及液晶显示器的彩色滤光片,解决了彩色滤光片用喷墨墨水高VOC产生、墨水黏度不易调节以及像素滤光层固化能耗大的问题。该彩色滤光片用喷墨墨水,包括:水性纳米颜料分散液10~50重量份;和室温固化组分51~95重量份。本发明用于制造彩色滤光片用喷墨墨水。
Description
技术领域
本发明涉及液晶显示器的彩色滤光片,尤其涉及一种彩色滤光片用喷墨墨水及其制造方法和彩色滤光片的制备方法。
背景技术
彩色滤光片是液晶显示器的重要组成部分。背光源的白光经过彩色滤光片的红、绿、蓝三色颜料光阻,被过滤为红光、绿光和蓝光,最后在人眼中混合成为彩色影像。彩色滤光片占液晶显示器面板成本的30%以上,因此是发展TFT~LCD(薄膜场效应管液晶显示器)产业必须要掌握的核心技术。目前现有技术制作彩色滤光片的方法是颜料分散法和喷墨法。
颜料分散法是将彩色光阻以旋转涂布的方式涂布在基板上,经由曝光显影的方式形成像素滤光层。其中彩色光阻是将彩色颜料均匀分散于其中的光阻,具有光固化和热固化的特性。RGB三色彩色光阻必须经过三道涂布、曝光、显影制程,最后形成彩色滤光片。但是在大尺寸面板的生产上,颜料分散法原料浪费严重,而且制程复杂,设备成本过高。
喷墨法是使用喷墨装置将含有RGB颜色层的墨水同时喷射于透明基板的黑色矩阵内,墨水滴随着溶剂地挥发固化而形成像素滤光层。使用喷墨法能一次形成RGB颜色层,使得制备过程大量简化,成本大幅降低。
但采用喷墨法制备彩色滤光片,墨水的性能对产品有很大影响。现有技术中的墨水主要存在以下问题:1.使用了大量有机溶剂作为介质,固化时会有大量VOC(Volatile Organic Compounds,挥发性有机化合物)产生,存在火灾隐患,不利于环保和从业人员的身体健康;2.墨水的粘度与树脂的分子量和添加量直接相关,不易调节;3.像素滤光层需要光固化或热固化步骤形成,能耗大。因此,目前的彩色滤光片用喷墨墨水普遍存在高VOC产生、黏度不易调节以及像素滤光层固化能耗大的问题。
发明内容
本发明提供一种彩色滤光片用喷墨墨水及其制造方法和彩色滤光片的制备方法,以解决高VOC产生、墨水黏度不易调节以及像素滤光层固化能耗大的问题。
为达到上述目的,本发明的实施例采用如下技术方案:
一方面,提供一种彩色滤光片用喷墨墨水,包括:
水性纳米颜料分散液10~50重量份;和
室温固化组分51~95重量份。
所述水性纳米颜料分散液包括:重量百分比为0.5%~10%的有机颜料或染料、重量百分比为7%~80%的苯乙烯~丙烯酸酯共聚物、重量百分比为40%~90%的去离子水。
所述室温固化组分包括:含第一室温固化组分的丙烯酸酯乳液40~80重量份,和第二室温固化组分1~20重量份。
所述第一室温固化组分包含活泼羰基,所述第二室温固化组分包括酰阱类化合物;或所述第一室温固化组分包含乙酰乙酰氧基,所述第二室温固化组分包含多元胺类化合物。
一方面,提供一种彩色滤光片用喷墨墨水的制备方法包括:
将重量百分比为5%~40%的苯乙烯、重量百分比为1%~30%的丙烯酸酯单体、重量百分比为0.5%~5%的酸性单体、重量百分比为0.25%~5%的交联单体、重量百分比为0.05%~0.5%的助乳化剂、重量百分比为0.05%~0.5%的油溶性引发剂混合,形成混合物;向所述混合物中加入重量百分比为0.5%~10%的有机颜料或染料、重量百分比为0.05%~0.5%的成核促进剂,完全溶解后得到油相溶液;
将重量百分比为0.05%~2%的乳化剂,重量百分比为0.05%~2%的缓冲剂溶于重量百分比为40%~90%的去离子水中,得到水相溶液;
将所述油相溶液与所述水相溶液混合,经搅拌、均化后得到细乳液;
将所述细乳液加热升温至反应温度,加入重量百分比为0.05%~0.5%的水溶性引发剂引发聚合,反应后调节pH至9~10,过滤出料得到水性纳米颜料分散液;
向所述水性纳米颜料分散液中加入室温固化组分,均匀混合后得到彩色滤光片用喷墨墨水。
所述丙烯酸酯单体包括以下的一种或多种:丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸甲酯或乙酯、甲基丙烯酸甲酯或乙酯。
所述交联单体包括以下的一种或多种:二乙烯基苯、乙二醇双丙烯酸酯、丁二醇双丙烯酸酯、1,6~己二醇双丙烯酸酯、二缩丙二醇双丙烯酸酯、三缩丙二醇双丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。
所述成核促进剂包括分子量为20000~70000的聚苯乙烯微粒。
所述室温固化组分包括:含第一室温固化组分的丙烯酸酯乳液和第二室温固化组分;其中,所述第一室温固化组分包含活泼羰基,所述第二室温固化组分包括酰阱类化合物;或所述第一室温固化组分包含乙酰乙酰氧基,所述第二室温固化组分包含多元胺类化合物。
所述丙烯酸酯乳液的pH值为9~10。
一方面,提供一种彩色滤光片的制备方法,包括:
在基板上涂覆黑色遮光层材料,经过构图工艺处理形成遮光层图形;
在所述基板的非遮光层图形部分中,滴入所述彩色滤光片用喷墨墨水;
将所述基板置于规定温度下固化,得到彩色滤光片。
所述规定温度为10℃~100℃。
本发明提供了一种彩色滤光片用喷墨墨水及其制造方法和彩色滤光片的制备方法。采用细乳液聚合法将有机颜料或染料,制备成稳定的水性颜料分散体系。由于采用了水性体系,避免了溶剂挥发造成的高VOC产生,减少了环境污染,保证了从业人员的健康,同时降低了火灾风险。另外,由于采用了水性体系,墨水粘度可以通过增稠剂或pH值进行调节,与现有技术相比,和树脂的分子量和添加量无关,因而调节灵活自由。再有,由于加入了室温固化组分,因而能够实现室温下的固化,与现有技术的高温固化相比,降低了能耗,节约了成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为彩色滤光片用喷墨墨水的制备方法的流程图;
图2为一种优选的彩色滤光片用喷墨墨水的制备方法的流程图;
图3为另一种优选的彩色滤光片用喷墨墨水的制备方法的流程图;
图4为彩色滤光片的制备方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例一
本发明实施例提供的彩色滤光片用喷墨墨水,该墨水包括:水性纳米颜料分散液10~50重量份,和室温固化组分51~95重量份。
其中水性纳米颜料分散液包括:重量百分比为0.5%~10%的有机颜料或染料、重量百分比为7%~80%的苯乙烯~丙烯酸酯共聚物、重量百分比为40%~90%的去离子水。
该室温固化组分可以包括:含第一室温固化组分的丙烯酸酯乳液40~80重量份,和第二室温固化组分1~20重量份。
示例的,该第一室温固化组分可以包含活泼羰基,第二室温固化组分可以包括酰阱类化合物;或该第一室温固化组分可以包含乙酰乙酰氧基,第二室温固化组分可以包含多元胺类化合物。
本发明实施例一提供的彩色滤光片用喷墨墨水,包括水性纳米颜料分散液10~50重量份,以及室温固化组分51~95重量份。这样,由于采用了水性体系,避免了溶剂挥发造成的高VOC产生,减少了环境污染,保证了从业人员的健康,同时降低了火灾风险。另外,由于采用了水性体系,墨水粘度可以通过增稠剂或pH值进行调节,与现有技术相比,和树脂的分子量和添加量无关,因而调节灵活自由。再有,由于加入了室温固化组分,因而能够实现室温下的固化,与现有技术的高温固化相比,降低了能耗,节约了成本。
实施例二
本发明实施例二提供的彩色滤光片用喷墨墨水的制备方法,如图1所示,包括以下步骤:
S101、将重量百分比为5%~40%的苯乙烯、重量百分比为1%~30%的丙烯酸酯单体、重量百分比为0.5%~5%的酸性单体、重量百分比为0.25%~5%的交联单体、重量百分比为0.05%~0.5%的助乳化剂、重量百分比为0.05%~0.5%的油溶性引发剂混合,形成混合物;向所述混合物中加入重量百分比为0.5%~10%的有机颜料或染料、重量百分比为0.05%~0.5%的成核促进剂,完全溶解后得到油相溶液。
具体的,该丙烯酸酯单体可以包括以下的一种或多种:丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸甲酯或乙酯、甲基丙烯酸甲酯或乙酯。优选的,可以选用丙烯酸正丁酯和甲基丙烯酸甲酯的混合物。
该酸性单体可以包括:丙烯酸或甲基丙烯酸。
该交联单体可以包括以下的一种或多种:二乙烯基苯、乙二醇双丙烯酸酯、丁二醇双丙烯酸酯、1,6~己二醇双丙烯酸酯、二缩丙二醇双丙烯酸酯、三缩丙二醇双丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。优选的可以选用1,6~己二醇双丙烯酸酯、三缩丙二醇双丙烯酸酯和二乙烯基苯的混合物。
该助乳化剂可以包括十六醇或十六烷。优选十六醇。
该油溶性引发剂可以包括过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈。
该成核促进剂可以包括分子量为20000~70000的聚苯乙烯微粒。
该有机颜料或染料可以是一种红色颜料、黄色颜料、橙色颜料、绿色颜料、蓝色颜料、紫色颜料,或者上述二种或多种颜料的混合物。其中,红色颜料以苝系、喹吖啶酮、吡咯并吡咯类为主:如P.R.224、P.R.254、P.R.255、P.R.264、P.R.122、P.R.123、P.R.177、P.R.179、P.R.190、P.R.202、P.R.210、P.R.270、P.R.272、P.R.122等。黄色颜料如偶氮类以及杂环类:如P.Y.1、P.Y.12、P.Y.3、P.Y.13、P.Y.83、P.Y.93、P.Y.94、P.Y.95、P.Y.109、P.Y.126、P.Y.127、P.Y.138、P.Y.139、P.Y.147、P.Y.150、P.Y.174等。橙色颜料如偶氮类、吡咯酮类、联苯胺类颜料:如P.0.5、P.0.13、P.0.16、P.0.34、P.0.36、P.0.48、P.0.49、P.0.71、P.0.73等。绿色颜料如P.G.37、P.G.36、P.G.7等。蓝色颜料如P.B.1、P.B.2、P.B.15、P.B.15:3、P.B.15:4、P.B.15:6、P.B.16、P.B.22、P.B.60、P.B.66等。紫色颜料如P.V.32、P.V.36、P.V.38、P.V.39、P.V.23、P.V.9、P.V.1等。
S102、将重量百分比为0.05%~2%的乳化剂,重量百分比为0.05%~2%的缓冲剂溶于重量百分比为40%~90%的去离子水中,得到水相溶液。
具体的,该乳化剂可以包括十二烷基硫酸钠。
该缓冲剂可以包括碳酸氢钠或氨水。
S103、将油相溶液与水相溶液混合,经搅拌、均化后得到细乳液。
具体的,可以将油相溶液与水相溶液混合物需在600rpm~1300rpm的转速下持续搅拌15min~30min。
均化方式可以包括经高压微射流装置均化或经超声装置均化。
S104、将细乳液加热升温至反应温度,加入重量百分比为0.05%~0.5%的水溶性引发剂引发聚合,反应后调节pH至9~10,过滤出料得到水性纳米颜料分散液。
具体的,加热过程可以加入氮气,以提高反应安全性。
该水溶性引发剂可以包括过硫酸钾或硫酸铵。优选的,可以选用硫酸钾。
该反应温度可以为60℃~90℃。优选70℃~80℃。
S105、向水性纳米颜料分散液中加入室温固化组分,均匀混合后得到彩色滤光片用喷墨墨水。
示例的,该室温固化组分可以包括:含第一室温固化组分的丙烯酸酯乳液和第二室温固化组分;第一室温固化组分可以包含活泼羰基,第二室温固化组分可以包括酰阱类化合物;或第一室温固化组分可以包含乙酰乙酰氧基,第二室温固化组分可以包含多元胺类化合物。
该丙烯酸酯乳液的固含量可以为10%~60%,pH值为9~10。
该丙烯酸酯乳液的玻璃化温度可以为~20℃~90℃。优选的,可以选用0℃~50℃。
相对于现有技术,本发明实施例采用细乳液聚合法制备水性颜料分散体。由于采用水性体系,避免了溶剂挥发造成的环境污染,减少了对从业人员健康的损害,降低了火灾风险;墨水黏度可以通过pH值或增稠剂调节,无需改变配方中树脂的含量及分子量,黏度调节更加灵活自由;由于在细乳液乳胶粒内部和表面适度交联,防止颜料粒子在乳胶粒内部迁移甚至渗出至水相,保证了颜料优异的颜色特性。
本发明中的室温原理是两种室温固化组分的组合,组合是活泼羰基类单体与酰肼类化合物的组合,如双丙酮丙烯酰胺和己二酰肼组合,或乙酰乙酰氧基与多元胺的组合,如甲基丙烯酸乙酰乙酰氧基乙酯和己二胺组合。具体原理是上述组合会在酸性条件下发生交联反应,实现涂层的固化,但是在碱性条件下不会发生交联反应。因此本发明在制备纳米颜料分散液时加入了一定量的酸性单体,然后用氨水将墨水调节至碱性,防止室温固化组分发生反应。在使用时随着氨水的挥发,墨水中酸性单体发挥作用,使墨水呈酸性,这是室温固化组分开始发生反应,实现固化。
实施例三
本发明实施例三提供了一种优选的彩色滤光片用喷墨墨水的制备方法。如图2所示,包括以下步骤:
S201、将35g蒸馏去除阻聚剂的苯乙烯,5g丙烯酸正丁酯,5g甲基丙烯酸甲酯,5g丙烯酸,0.8g1,6~己二醇双丙烯酸酯,1.7g三缩丙二醇双丙烯酸酯,0.5g对二乙烯基苯,1g十六醇,0.5g过氧化苯甲酰混合形成混合物,将1.8g待分散有机颜料或染料溶于上述混合物中,完全溶解形成油相溶液;
S202,将3g十二烷基硫酸钠,2.2g碳酸氢钠,溶于120g去离子水中,形成水相溶液;
S203,将油相溶液与水相溶液混合,在800rpm下搅拌15min后,移入超声均化器中超声均化,形成细乳液;
S204,将细乳液移入反应器,通氮气升温至80℃,加入0.5g过硫酸钾,引发聚合,反应3h,降温至室温,用氨水调节pH至9,过滤出料,即得到水性纳米颜料分散液。
S205,向制得的颜料分散液中加入含双丙酮丙烯酰胺(第一室温固化组分)的丙烯酸酯乳液600g,再加入己二酸二酰肼(第二室温固化组分)10g,混合均匀,即得到彩色滤光片用喷墨墨水。
本发明实施例三提供的彩色滤光片用喷墨墨水,由于采用了水性体系,避免了溶剂挥发造成的高VOC产生,减少了环境污染,保证了从业人员的健康,同时降低了火灾风险。另外,由于采用了水性体系,墨水粘度可以通过增稠剂或pH值进行调节,与现有技术相比,和树脂的分子量和添加量无关,因而调节灵活自由。再有,由于加入了室温固化组分,因而能够实现室温下的固化,与现有技术的高温固化相比,降低了能耗,节约了成本。
实施例四
本发明实施例四提供了另一种优选的彩色滤光片用喷墨墨水的制备方法。如图3所示,包括以下步骤:
S301,将26g蒸馏去除阻聚剂的苯乙烯,10g甲基丙烯酸甲酯,5g丙烯酸异辛酯,5g甲基丙烯酸,1.2g1,6~己二醇双丙烯酸酯,1.5g三缩丙二醇双丙烯酸酯,0.3g对二乙烯基苯,0.8g十六醇,0.2g十六烷,0.5g偶氮二异丁腈混合形成混合物,将1.6g待分散有机颜料或染料溶于上述混合物中,完全溶解形成油相溶液;
S302,将3g十二烷基硫酸钠,2.2g碳酸氢钠,溶于120g去离子水中,形成水相溶液;
S303,将油相溶液与水相溶液混合,在800rpm下搅拌15min后,经高压微射流均化成细乳液;
S304,将细乳液移入反应器,通氮气升温至80℃,加入0.5g过硫酸钾,引发聚合,反应3h,降温至室温,用氨水调节pH至9,过滤出料,即得到水性纳米颜料分散液。
S305,向制得的颜料分散液中加入含甲基丙烯酸乙酰乙酰氧基乙酯(第一室温固化组分)的丙烯酸酯乳液550g,再加入己二胺(第二室温固化组分)8g,混合均匀,即得到彩色滤光片用喷墨墨水。
本发明实施例四提供的彩色滤光片用喷墨墨水,由于采用了水性体系,避免了溶剂挥发造成的高VOC产生,减少了环境污染,保证了从业人员的健康,同时降低了火灾风险。另外,由于采用了水性体系,墨水粘度可以通过增稠剂或pH值进行调节,与现有技术相比,和树脂的分子量和添加量无关,因而调节灵活自由。再有,由于加入了室温固化组分,因而能够实现室温下的固化,与现有技术的高温固化相比,降低了能耗,节约了成本。
实施例五
本发明实施例五提供的彩色滤光片的制备方法。如图4所示,包括以下步骤:
S401、在基板上涂覆黑色遮光层材料,经过构图工艺处理形成遮光层图形。
具体的,该黑色遮光层材料可以为正性光刻胶或负性光刻胶。构图工艺包括:曝光、显影、刻蚀、剥离等工序。
S402、在基板的非遮光层图形部分中,滴入上述实施例一的墨水。
S403、将该基板置于规定温度下固化,得到彩色滤光片。
具体的,该规定温度可以为室温的10℃~25℃,以及较低的25℃~100℃,优选的是50℃~90℃。
在本实施例中,为了实现较低温度的固化,采用酮肼交联体系。酮肼交联体系的特点是在酸催化下发生反应,因此在制备时加入酸性单体,将成品墨水的pH值用氨水调成碱性,在喷墨固化时,由于氨水挥发,体系中的酸性基团会使体系呈酸性,催化酮肼交联反应,实现了室温或规定温度下固化,大大降低了能耗。
需要说明的是,本实施例中关于油相溶液与水相溶液的制备过程,实际操作过程中并没有严格先后顺序,可以一先一后,也可以同时制备。此外,室温固化方式除采用酮肼交联体系外还可以采用其他室温固化体系,在此不一一列举,都应属于本发明权利保护范围内。
优选实施例只是提供本发明的优选实施方式,并非限定本发明权利,本发明权利应以权利要求书为准。在本发明基础上做出的调整属于从业人员公知的技术,应属于本发明权利保护范围内。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (12)
1.一种彩色滤光片用喷墨墨水,其特征在于,包括:
水性纳米颜料分散液10~50重量份;和
室温固化组分51~95重量份。
2.根据权利要求1所述的彩色滤光片用喷墨墨水,其特征在于,所述水性纳米颜料分散液包括:重量百分比为0.5%~10%的有机颜料或染料、重量百分比为7%~80%的苯乙烯~丙烯酸酯共聚物、重量百分比为40%~90%的去离子水。
3.根据权利要求1或2所述的彩色滤光片用喷墨墨水,其特征在于,所述室温固化组分包括:含第一室温固化组分的丙烯酸酯乳液40~80重量份,和第二室温固化组分1~20重量份。
4.根据权利要求3所述的彩色滤光片用喷墨墨水,其特征在于,所述第一室温固化组分包含活泼羰基,所述第二室温固化组分包括酰阱类化合物;或所述第一室温固化组分包含乙酰乙酰氧基,所述第二室温固化组分包含多元胺类化合物。
5.一种彩色滤光片用喷墨墨水的制备方法,其特征在于,包括:
将重量百分比为5%~40%的苯乙烯、重量百分比为1%~30%的丙烯酸酯单体、重量百分比为0.5%~5%的酸性单体、重量百分比为0.25%~5%的交联单体、重量百分比为0.05%~0.5%的助乳化剂、重量百分比为0.05%~0.5%的油溶性引发剂混合,形成混合物;向所述混合物中加入重量百分比为0.5%~10%的有机颜料或染料、重量百分比为0.05%~0.5%的成核促进剂,完全溶解后得到油相溶液;
将重量百分比为0.05%~2%的乳化剂,重量百分比为0.05%~2%的缓冲剂溶于重量百分比为40%~90%的去离子水中,得到水相溶液;
将所述油相溶液与所述水相溶液混合,经搅拌、均化后得到细乳液;
将所述细乳液加热升温至反应温度,加入重量百分比为0.05%~0.5%的水溶性引发剂引发聚合,反应后调节pH至9~10,过滤出料得到水性纳米颜料分散液;
向所述水性纳米颜料分散液中加入室温固化组分,均匀混合后得到彩色滤光片用喷墨墨水。
6.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述丙烯酸酯单体包括以下的一种或多种:丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸甲酯或乙酯、甲基丙烯酸甲酯或乙酯。
7.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述交联单体包括以下的一种或多种:二乙烯基苯、乙二醇双丙烯酸酯、丁二醇双丙烯酸酯、1,6~己二醇双丙烯酸酯、二缩丙二醇双丙烯酸酯、三缩丙二醇双丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。
8.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述成核促进剂包括分子量为20000~70000的聚苯乙烯微粒。
9.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述室温固化组分包括:含第一室温固化组分的丙烯酸酯乳液和第二室温固化组分;其中,所述第一室温固化组分包含活泼羰基,所述第二室温固化组分包括酰阱类化合物;或所述第一室温固化组分包含乙酰乙酰氧基,所述第二室温固化组分包含多元胺类化合物。
10.根据权利要求9所述的制备方法,其特征在于,所述丙烯酸酯乳液的pH值为9~10。
11.一种彩色滤光片的制备方法,其特征在于,包括:
在基板上涂覆黑色遮光层材料,经过构图工艺处理形成遮光层图形;
在所述基板的非遮光层图形部分中,滴入权利要求1~4任一所述的彩色滤光片用喷墨墨水;
将所述基板置于规定温度下固化,得到彩色滤光片。
12.根据权利要求18所述的彩色滤光片的制备方法,其特征在于,所述规定温度为10℃~100℃。
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