CN104231678B - 功能材料及其制备方法、彩膜材料、彩膜基板 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种功能材料及其制备方法、彩膜材料、彩膜基板，属于显示技术领域，其可解决现有彩色滤光膜不环保、耐热性差、色彩不满足要求的问题。本发明的功能材料包括表面带有改性层的无机粉末，无机粉末包括氧化铝、氧化镁、氧化锌、氧化锆、二氧化硅、二氧化钛、氧化硼、三氧化二铁、氧化钙、氧化钾、氧化钠、氧化锂中的任意一种或多种；改性层由二元酐和二元胺反应生成。本发明的彩膜材料中含有上述功能材料和量子点。本发明的彩膜基板中包括由上述彩膜材料形成的彩色滤光膜。

Description

功能材料及其制备方法、彩膜材料、彩膜基板
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种功能材料及其制备方法、彩膜材料、彩膜基板。
背景技术
在液晶显示装置、部分有机发光二极管显示装置中，是依靠彩色滤光膜的滤光实现彩色显示的。彩色滤光膜通常设于彩膜基板中，并由彩膜材料固化而得。彩膜材料通常包括颜料(或染料)、可固化树脂、偶联剂、溶剂等成分，还可含有光引发剂、添加剂(如流平剂、消泡剂)等；其中，可固化树脂用于在固化后形成彩色滤光膜的主体，而颜料(或染料)则用于使彩色滤光膜具有所需颜色(如红色、绿色、蓝色、黄色等)。
但是，不论何种显示装置，在使用中都会不可避免的产生一定的电磁辐射污染，对人体健康造成不良影响；而且，由于颜料或染料通常是一些耐热性较差的有机物，故其会影响彩色滤光膜的耐热性；同时，现有的颜料或染料的色彩饱和度不达标，故其彩色滤光膜的色彩难以达到真彩的要求。
发明内容
本发明针对现有彩色滤光膜不环保、耐热性差、色彩不满足要求的问题，提供一种可解决以上问题的功能材料及其制备方法、彩膜材料、彩膜基板。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种功能材料，其包括表面带有改性层的无机粉末，所述无机粉末包括：
氧化铝、氧化镁、氧化锌、氧化锆、二氧化硅、二氧化钛、氧化硼、三氧化二铁、氧化钙、氧化钾、氧化钠、氧化锂中的任意一种或多种；
所述改性层由二元酐和二元胺反应生成。
优选的是，用于生成所述改性层的二元酐与二元胺的物质的量的比在(0.85～1.05)∶1。
进一步优选的是，用于生成所述改性层的二元酐与二元胺的物质的量的比在(0.92～1.05)∶1。
优选的是，所述用于生成所述改性层的二元酐中含有至少一个苯基；所述用于生成所述改性层的二元胺中含有至少一个苯基或非苯基的六元碳环。
进一步优选的是，用于生成所述改性层的二元酐选自均苯四甲酸二酐、偏苯三酸酐、二苯酮二酐、联苯二酐、二苯醚二酐、六氟二酐中的任意一种；用于生成所述改性层的二元胺选自3-氨基苄胺、2,2'-二氟-4,4'-(9-亚茀基)二苯胺、2,2-双(3-氨基-4-羟苯基)六氟丙烷、六氢-间苯二甲基二胺、1,4-二(氨甲基)环己烷、2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯]六氟丙烷、2,2-双(3-氨基-4-甲苯基)六氟丙烷、2,2-双(3-氨基苯基)六氟丙烷、2,2-双(4-氨基苯基)六氟丙烷、2,7-二氨基芴、间苯二甲胺、4,4'-亚甲基双(2-乙基-6-甲基苯胺)中的任意一种。
优选的是，所述无机粉末的粒径在1～5000nm。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种上述功能材料的制备方法，其包括：
将所述无机粉末、二元酐、二元胺与引发剂、溶剂混合均匀；
加热使所述二元酐与二元胺反应，在无机粉末表面形成所述改性层。
优选的是，所述无机粉末的质量与二元酐、二元胺反应后生成的物质的质量的比为(20～1)∶1。
优选的是，所述加热分为两步进行，其具体为：在35～70℃的温度下加热20～40min；在70～100℃的温度下加热20～40min。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种彩膜材料，其包括：
可固化树脂；
偶联剂；
溶剂；
用于产生色彩的量子点；
上述的功能材料。
其中，量子点是指在三个维度上的尺寸均处于纳米量级的半导体材料。在这样的尺寸下，量子点表现出许多特殊的特性，其中一种特性就是量子点可吸收光的能量，并将该能量以特定波长的光(即特定颜色的光)的形式再次发射出来，从而实现光颜色的转换。由此，若将量子点用于彩色滤光膜中，则其可吸收来自背光源或白色有机发光二极管的白光，并将其转变为特定颜色的光，从而起到颜料、燃料的作用。
优选的是，所述可固化树脂包括丙烯酸树脂和环氧树脂，且在不计算所述功能材料的改性层质量的情况下，所述彩膜材料中各组分的质量百分含量为：
丙烯酸树脂：15～30％；
环氧树脂：1～20％；
偶联剂：1～20％；
溶剂：50～80％；
量子点：1～10％。
其中，“在不计算功能材料的改性层质量的情况下，彩膜材料中某物质的质量百分含量”是指以彩膜材料中除功能材料的改性层之外的其余全部物质(功能材料的无机粉末、丙烯酸树脂、环氧树脂、偶联剂、溶剂、量子点等)的质量为100％时，某物质的含量。
优选的是，所述量子点的粒径在2～20nm之间。
优选的是，所述量子点的材料为硒化镉、硫化镉、硫化锌、硒化锌、硫化钙、硒化钙中的任意一种或多种。
优选的是，在不计算所述功能材料的改性层质量的情况下，所述功能材料的无机粉末在所述彩膜材料中的质量百分含量在0.1～2.5％。
进一步优选的是，在不计算所述功能材料的改性层质量的情况下，所述功能材料的无机粉末在所述彩膜材料中的质量百分含量在0.1～2％。
进一步优选的是，在不计算所述功能材料的改性层质量的情况下，所述功能材料的无机粉末在所述彩膜材料中的质量百分含量在0.1～1.8％。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种彩膜基板，其包括：
由上述的彩膜材料形成的彩色滤光膜。
本发明的功能材料可发出远红外线和负离子；远红外线被人体吸收后可使体内水分子共振，活化水分子，增强分子间结合力，从而活化蛋白质等生物大分子，使生物体细胞处于最高振动能级；且远红外热量可传递到皮下较深的部分，使下深层温度上升，扩张毛细血管，促进血液循环，强化各组织之间的新陈代谢，增强组织再生能力，提高机体免疫力，调节精神异常兴奋状态；而负离子对细菌和有机物有分解和氧化作用，可起到杀菌消毒和净化环境空气质量的效果；因此，该功能材料可起到医疗保健作用，对环境友好。
本发明的功能材料的无机粉末表面具有改性层，该改性层可使无机粉末良好的融入彩色滤光膜中，并且还可提高该无机粉末发射远红外线和负离子的能力。
本发明的彩膜基板的彩色滤光膜中具有上述功能材料，故其在使用过程中可持续发出远红外线和负离子，对环境友好；同时，彩色滤光膜中不含颜料、染料等，而是用量子点产生色彩，故其耐热性好，且产生的色彩鲜艳、饱和度高。
附图说明
图1为本发明实施例的功能材料的制备方法的流程图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
本实施例提供一种功能材料及其制备方法。
该功能材料包括表面带有改性层的无机粉末，该无机粉末包括氧化铝、氧化镁、氧化锌、氧化锆、二氧化硅、二氧化钛、氧化硼、三氧化二铁、氧化钙、氧化钾、氧化钠、氧化锂中的任意一种或多种；且
所述改性层由二元酐和二元胺反应生成。
其中，无机粉末的粒径在纳米量级至微米量级，具体优选在1～5000nm，更优选在10～500nm。
其中，二元酐是指分子结构中含有至少两个酸酐基团的物质；而二元胺是指分子结构中含有至少两个胺基(或氨基)的物质。
其中，二元酐中优选含有至少一个苯基，其更优选为均苯四甲酸二酐、偏苯三酸酐、二苯酮二酐、联苯二酐、二苯醚二酐、六氟二酐中的任意一种。
其中，二元胺中优选含有至少一个苯基或非苯基的六元碳环(例如环己烷)，其更优选为3-氨基苄胺、2,2'-二氟-4,4'-(9-亚茀基)二苯胺、2,2-双(3-氨基-4-羟苯基)六氟丙烷、六氢-间苯二甲基二胺、1,4-二(氨甲基)环己烷、2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯]六氟丙烷、2,2-双(3-氨基-4-甲苯基)六氟丙烷、2,2-双(3-氨基苯基)六氟丙烷、2,2-双(4-氨基苯基)六氟丙烷、2,7-二氨基芴、间苯二甲胺、4,4'-亚甲基双(2-乙基-6-甲基苯胺)中的任意一种。
其中，二元酐与二元胺的物质的量的比优选为(0.85～1.05)∶1；更优选在(0.92～1.05)∶1。
经研究发现，符合以上条件的二元酐和二元胺反应后生成的改性层可最好的改善无机粉末的性质。
本实施例的功能材料可发出远红外线和负离子；远红外线被人体吸收后可使体内水分子共振，活化水分子，增强分子间结合力，从而活化蛋白质等生物大分子，使生物体细胞处于最高振动能级；且远红外热量能传递到皮下较深的部分，使下深层温度上升，扩张毛细血管，促进血液循环，强化各组织之间的新陈代谢，增强组织再生能力，提高机体免疫力，调节精神异常兴奋状态；而负离子对细菌和有机物有分解和氧化作用，可起到杀菌消毒和净化环境空气质量的效果；因此，本实施例的功能材料可起到医疗保健作用，对环境友好。
上述功能材料的制备方法包括：将所述无机粉末、二元酐、二元胺与引发剂、溶剂混合均匀；加热使所述二元酐与二元胺反应，在无机粉末表面形成所述改性层。
具体的，如图1所示，上述制备方法可包括：
S01、在使用分散剂的情况下，将各原料分别粉碎为粉末后按比例混合均匀，或将各原料按比例混合均匀后再粉碎，得到无机粉末。
其中，分散剂可选用德国毕克公司生产的BYK161、路博润公司生产的Solsperse32500、Solsperse22000等常规分散剂；粉碎可采用球磨、研磨等常规方式；由于得到无机粉末可采用已知的方法，故在此不再详细描述。
S02、将占总量1/4～1/3的引发剂及占总量1/4～1/3的二元胺溶解在溶剂中备用。
其中，无机粉末的质量与二元酐、二元胺反应后生成的物质的质量的比为(20～1)∶1。
也就是说，二元酐、二元胺的用量按照如下的方式确定：假设二元酐与二元胺可完全反应并得到生成物(实际为改性层)，若该生成物的质量为1，则无机粉末的质量就在1～20之间；这样的用量可保证在无机粉末上得到厚度合适的改性层。
其中，引发剂用于引发反应，其优选为氮类引发剂，更优选为偶氮二异丁腈、2,2'-双偶氮-(2,4-二甲基戊腈)、偶氮二异丁酸二甲酯、偶氮二异戊腈中的任意一种。
其中，溶剂可选自脂肪醇、乙二醇醚、乙酸乙酯、甲乙酮、甲基异丁基酮、单甲基醚乙二醇酯、γ-丁内酯、丙酸-3-乙醚乙酯、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、丙二醇单甲基醚、丙二醇单甲基醚醋酸酯、环己烷、二甲苯、异丙醇等常规的有机溶剂。由于溶剂的作用只是分散各物质，故在各实施例具体制备功能材料的过程中，统一采用丙二醇单甲基醚醋酸酯作溶剂。
S03、将无机粉末加入反应容器(如四口瓶)中，并开始搅拌、震荡、摇动等；之后加入二元酐、溶剂，以及剩余的引发剂、二元胺，溶解均匀。
S04、开始加热以进行反应，其优选分为两步进行，具体可包括：先在35～70℃的温度下加热20～40min；之后继续在70～100℃的温度下加热20～40min。
以上的加热过程中，可使二元酐与二元胺间发生反应，从而在无机粉末表面生成改性层；其中，之所以分步加热，主要是为了防止反应过于剧烈。
在反应过程中，逐渐将上述溶解有引发剂和二元胺的溶液逐渐滴加到四口瓶中；之所以这样加入，是为了防止反应过于剧烈。
其中，本步反应优选在氮气保护下进行，且在反应过程中优选一直保持搅拌。
其中，各步骤中溶剂的用量以能将其中的物质均匀的分散、溶解为准，而引发剂用量以能引发反应为准，这些可由本领域技术人员根据实际情况调整，在此不再详细描述。但通常而言，无机粉末、引发剂、溶剂的质量比(均指总量)为1∶(0.25～0.4)∶(1～1.5)，为了统一，故在各实施例具体制备功能材料的过程中，统一使无机粉末、引发剂、溶剂的质量比为1∶0.3∶1.4。
S05、反应结束后用经冷藏的溶剂使反应物冷却至室温(约10～30℃)。
S06、蒸干剩余溶剂或将粉末从中分离出来，得到带有改性层的无机粉末，即得到功能材料。
当然，应当理解，以上所述的制备方法还可进行许多变化，例如，二元酐、二元胺、引发剂等可一次都溶解在溶剂中；再如，加热也可只为一段等。总之，只要能使二元酐与二元胺反应并在无机粉末表面形成改性层即可。
本实施例还提供一种彩膜材料，其包括：可固化树脂；偶联剂；溶剂；用于产生色彩的量子点；上述的功能材料。
该彩膜材料能固化形成彩色滤光膜，而彩色滤光膜中含有上述功能材料，故可持续的发出远红外线和等离子体，从而改善环境；同时，彩色滤光膜中不含颜料、染料等，而是用量子点产生色彩，故其耐热性好，且产生的色彩鲜艳、饱和度高。
优选的，可固化树脂包括丙烯酸树脂和环氧树脂，且在不计算所述功能材料的改性层质量的情况下，彩膜材料中各组分的质量百分含量为：
丙烯酸树脂：15～30％；
环氧树脂：1～20％；
偶联剂：1～20％；
溶剂：50～80％；
量子点：1～10％。
也就是说，在以彩膜材料中除功能材料的改性层之外的其余全部物质(功能材料的无机粉末、丙烯酸树脂、环氧树脂、偶联剂、溶剂、量子点等)的质量为100％时，各组分的含量如上。
其中，可固化树脂(丙烯酸树脂和环氧树脂)用于固化形成彩色滤光膜的主体。具体的，丙烯酸树脂可为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、2-甲基丙烯酸甲酯、2-甲基丙烯酸乙酯、聚酯丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯等；且其更优选的含量在15～25％。而环氧树脂可为脂肪族环氧树脂、双酚A型环氧树脂等；且其更优选的含量在1～10％。
其中，偶联剂用于使可固化树脂交联固化，其优选为硅烷偶联剂，例如乙烯基硅烷、氨基硅烷、环氧基硅烷、巯基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷等；且其更优选的含量在1～10％。
其中，量子点是指在三个维度上的尺寸均处于纳米量级的半导体材料。在这样的尺寸下，量子点表现出许多特殊的特性；其中一种特性就是量子点可吸收光的能量，并将该能量以特定波长的光(即特定颜色的光)的形式再次发射出来，从而实现光颜色的转换。由此，若将量子点用于彩色滤光膜中，则其可吸收来自背光源或白色有机发光二极管的白光，并将其转变为特定颜色的光，从而其可起到颜料、燃料的作用。
在彩膜材料中，量子点所发出的光的颜色与其粒径和材料有关，对于一定材料制成的量子点，其在不同粒径时会发出确定的、相应颜色的光。
量子点材料、粒径、发光颜色的关系是已知的，可由本领域技术人员根据具体的需要确定；但通常而言，量子点的粒径范围都在2～20nm之间。
量子点的材料具体可为硒化镉、硫化镉、硫化锌、硒化锌、硫化钙、硒化钙中的任意一种或多种。且量子点的含量更优选在1～5％。
其中，彩膜材料中还含有上述功能材料，故由其制成的彩色滤光膜可发出远红外线和负离子；在不计算功能材料的改性层质量的情况下，彩膜材料中功能材料的无机粉末的质量百分含量在0.1～2.5％，更优选在0.1～2％，进一步优选在0.1～1.8％。
其中，溶剂用于将其他组分溶解、分散，以形成均匀、稳定的体系，其可为常规的有机溶剂，如甲乙酮、甲基异丁基酮、单甲基醚乙二醇酯、γ-丁内酯、丙酸-3-乙醚乙酯、丁基卡必醇、丁基卡必醇醋酸酯、丙二醇单甲基醚、丙二醇单甲基醚醋酸酯、二乙二醇甲乙醚等。
按照上述的制备方法，依照以下表格中的参数制备各实施例的功能材料。
表1、功能材料的相关参数(含量单位均为质量份数)
用以上的功能材料和量子点按照以下表格中的参数配制彩膜材料，其中只要将各组分混合均匀即可，而不必采用特定的加料顺序及混合方法。
在各实施例中，丙烯酸树脂统一选用SB401型丙烯酸树脂，环氧树脂统一选用DEN438型环氧树脂，偶联剂统一选用A186型偶联剂，溶剂统一选用丙二醇甲醚醋酸酯(PMA)，而量子点则采用市售的相应颜色的量子点产品。
之后，用彩膜材料形成彩色滤光膜，其具体为将彩膜材料涂布在基底上，之后在90℃下预烘3min，之后于50mJ/cm2的能量下曝光，最后在220℃的温度下加热20min使其固化，形成厚度为1.5μm的彩色滤光膜。
其中，在彩膜材料中，除功能材料和量子点外均为常规组分，故在此为了结果的可比性，其他的组分选用了统一的物质。
之后，按照GB/T7287-2008标准测试彩色滤光膜的红外线比辐射率，并用空气负离子测定仪测量其产生的负离子数量；用岛津公司生产的UV-2550型分光光度计测定其发出的光的亮度和色坐标，然后计算出色彩饱和度，结果如下表所示。
表2、彩膜材料及彩色滤光膜的相关参数(含量单位均为质量份数)
可见，各实施例的彩色滤光膜均具有较高的红外线比辐射率和负离子浓度，证明其可产生远红外线和负离子，从而达到改善环境的作用。同时，各彩色滤光膜的亮度和色彩饱和度也好，证明功能材料的加入对其本身性能未产生不良影响，且由于其中用量子点发光，故其亮度和色彩饱和度高，色彩能满足更高要求，且耐热性好。
本实施例的功能材料的无机粉末表面具有改性层，该改性层可使无机粉末良好的融入彩色滤光膜中，并且还可提高无机粉末发射远红外线和负离子的能力。
本实施例还提供一种彩膜基板，其包括由上述彩膜材料形成的彩色滤光膜。
其中，彩色滤光膜由彩膜材料固化而得，其具体的厚度、固化参数等均可根据需要调整。通常而言，彩色滤光膜的厚度在1～3μm，且热固化的加热温度在180～250℃，加热时间在10～30min。
当然，在彩膜基板中，对应不同像素单元的位置处设有颜色不同的彩色滤光膜。而这些彩色滤光膜可以是分步形成的，即每次通过喷墨打印工艺在相应位置喷涂一种颜色的彩膜材料，再将其固化形成一种颜色的彩色滤光膜，之后再制备其他颜色的彩色滤光膜；或者，也可多种颜色的彩色滤光膜同步形成，即通过喷墨打印工艺依次将不同颜色的彩膜材料喷涂在基底相应位置处，之后将它们统一固化。
当然，在彩膜基板中还可包括其他的已知结构，例如，在彩色滤光膜上还可覆盖有水气阻隔材料层，以防彩色滤光膜被水汽损伤；再如，对于用在液晶显示装置中的彩膜基板，其中还可包括公共电极层、黑矩阵等其他已知结构；再如，对于用在有机发光二极管显示装置中的彩膜基板，若其是与阵列基板结合成一体的(即GOA方式)，则其中还可具有有机发光二极管(OLED)、像素界定层(PDL)等其他已知结构。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种彩膜材料，其特征在于，包括：
可固化树脂；
偶联剂；
溶剂；
用于产生色彩的量子点；
功能材料；
所述功能材料包括表面带有改性层的无机粉末，所述无机粉末包括：
氧化铝、氧化镁、氧化锌、氧化锆、二氧化硅、二氧化钛、氧化硼、三氧化二铁、氧化钙、氧化钾、氧化钠、氧化锂中的任意一种或多种；
所述改性层由二元酐和二元胺反应生成；
所述可固化树脂包括丙烯酸树脂和环氧树脂，且在不计算所述功能材料的改性层质量的情况下，所述彩膜材料中各组分的质量百分含量为：
丙烯酸树脂：15～30％；
环氧树脂：1～20％；
偶联剂：1～20％；
溶剂：50～80％；
量子点：1～10％；
功能材料的无机粉末：0.1～2.5％。
2.根据权利要求1所述的彩膜材料，其特征在于，
所述量子点的粒径在2～20nm。
3.根据权利要求1所述的彩膜材料，其特征在于，
所述量子点的材料为硒化镉、硫化镉、硫化锌、硒化锌、硫化钙、硒化钙中的任意一种或多种。
4.根据权利要求1所述的彩膜材料，其特征在于，在不计算所述功能材料的改性层质量的情况下，所述功能材料的无机粉末在所述彩膜材料中的质量百分含量在0.1～2％。
5.根据权利要求4所述的彩膜材料，其特征在于，在不计算所述功能材料的改性层质量的情况下，所述功能材料的无机粉末在所述彩膜材料中的质量百分含量在0.1～1.8％。
6.根据权利要求1所述的彩膜材料，其特征在于，用于生成所述改性层的二元酐与二元胺的物质的量的比在(0.85～1.05)∶1。
7.根据权利要求6所述的彩膜材料，其特征在于，
用于生成所述改性层的二元酐与二元胺的物质的量的比在(0.92～1.05)∶1。
8.根据权利要求1所述的彩膜材料，其特征在于，
所述用于生成所述改性层的二元酐中含有至少一个苯基；
所述用于生成所述改性层的二元胺中含有至少一个苯基或非苯基的六元碳环。
9.根据权利要求1所述的彩膜材料，其特征在于，
用于生成所述改性层的二元酐选自均苯四甲酸二酐、二苯酮二酐、联苯二酐、二苯醚二酐、六氟二酐中的任意一种；
用于生成所述改性层的二元胺选自3-氨基苄胺、2,2'-二氟-4,4'-(9-亚茀基)二苯胺、2,2-双(3-氨基-4-羟苯基)六氟丙烷、六氢-间苯二甲基二胺、1,4-二(氨甲基)环己烷、2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯]六氟丙烷、2,2-双(3-氨基-4-甲苯基)六氟丙烷、2,2-双(3-氨基苯基)六氟丙烷、2,2-双(4-氨基苯基)六氟丙烷、2,7-二氨基芴、间苯二甲胺、4,4'-亚甲基双(2-乙基-6-甲基苯胺)中的任意一种。
10.根据权利要求1所述的彩膜材料，其特征在于，
所述无机粉末的粒径在1～5000nm。
11.一种彩膜基板，其特征在于，包括：
由权利要求1至10中任意一项所述的彩膜材料形成的彩色滤光膜。
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