CN106855681B - 用于黑矩阵的组合物及其制备方法、显示基板和显示装置 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种用于黑矩阵的组合物及其制备方法、显示基板和显示装置，该用于黑矩阵的组合物包括：胶粘剂、遮光材料、溶剂、第一染料和单体，其中，所述遮光材料包括遮光颗粒、依次包覆所述遮光颗粒的电性隔绝材料和基底材料；所述单体连接所述胶粘剂和所述第一染料以及所述遮光材料。本发明的实施例提供的用于黑矩阵的组合物相比于常规的制备黑矩阵的材料具有更高的阻抗和光密度值。

Description

用于黑矩阵的组合物及其制备方法、显示基板和显示装置
技术领域
本发明的实施例涉及一种用于黑矩阵的组合物及其制备方法、显示基板和显示装置。
背景技术
彩膜基板和/或阵列基板上的黑矩阵在薄膜晶体管液晶显示器(Thin FilmTransistor Liquid Crystal Display，简称TFT-LCD)中起着重要的作用。黑矩阵可以提高液晶显示器的对比度，并防止不同颜色亚像素之间相互混色，也可以被用来阻挡和吸收外界入射的光线，避免光线照射到薄膜晶体管的有源层上，从而保证薄膜晶体管优良的关态特性，还可以遮挡阵列基板上的信号线与像素电极之间的间隙以防止漏光，避免图像对比度的降低。
通常采用金属铬制备黑矩阵，但是，金属铬对环境污染较为严重，且金属铬的资源有限。也可采用超分散剂对碳黑进行细化处理后获取黑色光阻材料，以取代金属铬作为制备黑矩阵的材料。但是，为了适应滤光片不断升级的性能要求，迫切需要研究开发出新的黑色光阻材料，并优化黑色光阻材料的形成过程，以形成粒径分布范围窄、粒径小、且稳定性好的黑色光阻材料，从而提高滤光片的显示品质。
发明内容
本发明至少一实施例提供一种用于黑矩阵的组合物及其制备方法、显示基板和显示装置。
本发明至少一实施例提供一种用于黑矩阵的组合物，包括：胶粘剂、遮光材料、溶剂、第一染料和单体，其中，所述遮光材料包括遮光颗粒和依次包覆所述遮光颗粒的电性隔绝材料和基底材料；所述单体连接所述胶粘剂和所述第一染料以及所述遮光材料。
在本发明的实施例提供的用于黑矩阵的组合物中，所述胶粘剂的质量百分含量为12wt％～25wt％、所述遮光材料的质量百分含量为20wt％～45wt％、所述溶剂的质量百分含量为10wt％～45wt％、所述第一染料的质量百分含量为5wt％～10wt％、所述单体的质量百分含量为5wt％～10wt％。
本发明的实施例提供的用于黑矩阵的组合物还包括第二染料，其中所述第二染料溶于所述溶剂中。
在本发明的实施例提供的用于黑矩阵的组合物中，所述遮光颗粒包括炭黑颗粒和钛黑颗粒中的至少一种。
在本发明的实施例提供的用于黑矩阵的组合物中，所述电性隔绝材料为有机电性隔绝材料，所述有机电性隔绝材料包括酚醛树脂、三聚氰胺树脂、聚酯树脂、环氧树脂、环苯醚树脂、有机硅树脂和有机氟树脂中的至少之一。
在本发明的实施例提供的用于黑矩阵的组合物中，所述电性隔绝材料为无机电性隔绝材料，所述无机电性隔绝材料包括氮化铝、氮化硅和碳化硅中的至少之一。
在本发明的实施例提供的用于黑矩阵的组合物中，所述胶粘剂包括丙烯酸树脂和聚酰亚胺树脂中的至少一种。
在本发明的实施例提供的用于黑矩阵的组合物中，所述溶剂包括丙二醇甲醚丙酸酯、乙二醇单甲醚乙酸酯、1,2-丙二醇甲醚乙酸酯、乙二醇二乙醚、N-甲基-2-吡咯烷酮、环己酮、N,N-二甲基甲酰胺中的至少一种。
在本发明的实施例提供的用于黑矩阵的组合物中，所述单体包括三甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、二缩三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)、1,6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)、季戊四醇六丙烯酸酯(DPHA)、二甲基磷酸叠氮化物(DPPA)和季戊四醇三丙烯三酯(PETA)中的至少一种。
本发明至少一实施例还提供一种用于黑矩阵的组合物的制备方法，包括：提供遮光颗粒；在所述遮光颗粒外依次包覆电性隔绝材料和基底材料以形成遮光材料；将所述遮光材料、胶粘剂分散在溶剂中制作成分散液；将第一染料和单体与所述分散液混合形成所述用于黑矩阵的组合物；其中，所述单体连接所述胶粘剂和所述第一染料以及所述遮光材料。
本发明的实施例提供的制备方法，还包括将第二染料溶解在所述溶剂中。
在本发明的实施例提供的制备方法中，所述遮光颗粒包括炭黑颗粒和钛黑颗粒中的至少一种。
在本发明的实施例提供的制备方法中，所述单体包括三甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、二缩三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)、1,6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)、季戊四醇六丙烯酸酯(DPHA)、二甲基磷酸叠氮化物(DPPA)和季戊四醇三丙烯三酯(PETA)中的至少一种。
本发明至少一实施例还提供一种显示基板，包括黑矩阵，所述黑矩阵采用上述任一的用于黑矩阵的组合物制备而成。
本发明至少一实施例还提供一种显示装置，包括上述任一的显示基板。
本发明实施例中的用于黑矩阵的组合物，在遮光颗粒外依次包覆电性隔绝材料和基底材料，以实现遮光颗粒之间更好的电性隔绝，且遮光颗粒在包覆基底材料之前粒径较小，这样更易实现电性隔绝材料对每个遮光颗粒全面的包覆；本发明实施例中的用于黑矩阵的组合物还可以包括胶粘剂、单体和第一染料，单体具有长链，单体拉大了遮光颗粒之间的间距，进一步地增强了该组合物的阻抗，单体与胶粘剂和第一染料以及遮光材料连接，对遮光材料起到了更稳固的支撑作用，第一染料对入射光线具有折射作用，可以减小光线的透过率，从而可以提高光密度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。
图1为一种炭黑颗粒被包覆的结构示意图；
图2为本发明一实施例提供的一种遮光颗粒被包覆的结构示意图；
图3为本发明一实施例提供的一种用于黑矩阵的组合物中各组分的连接关系示意图；
图4为本发明一实施例提供的一种用于黑矩阵的组合物；
图5为本发明一实施例提供的另一种用于黑矩阵的组合物；
图6为本发明一实施例提供的一种用于黑矩阵的组合物的制备方法的流程图。
附图标记：
1-遮光颗粒；2-电性隔绝材料；3-基底材料；4-遮光材料；5-单体；6-胶粘剂；7-第一染料；8-溶剂；9-第二染料。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
光密度(Optical Density，OD)定义为入射光和透射光的透过率之比值的常用对数值，OD＝lg(入射光/透射光)或OD＝lg(1/透光率)，表示被检测物吸收掉的光密度，又叫吸光度。光密度是检测用于黑矩阵的组合物的特性的重要参数之一，光密度值越大，用于黑矩阵的组合物的性能越好。
目前，用于黑矩阵的组合物的制作过程包括：将炭黑颗粒与基底材料混合，然后对炭黑颗粒与基底材料进行研磨处理形成均匀混合的粉末，接着在包覆有基底材料的炭黑颗粒上包覆电性隔绝材料，让炭黑颗粒相互隔离避免炭黑颗粒相互接触发生电性连接，以提高黑矩阵材料的阻抗。
例如，图1为一种炭黑颗粒包覆的结构示意图。如图1所示，炭黑颗粒1’外依次包覆有基底材料2’和电性隔绝材料3’，但是采用目前的制备方法制备的用于黑矩阵的组合物仅拉大了炭黑颗粒之间的距离，炭黑颗粒外包覆了基底材料增加了形成的复合材料的粒径，在包覆电性隔绝材料时，会出现炭黑颗粒未被电性隔绝材料完全包覆的问题，在后续该组合物的应用过程中经过长时间的烘烤后又会出现该组合物的阻抗明显降低的问题，除此之外，炭黑颗粒之间的间距拉大，这样单位体积内炭黑颗粒的含量降低，光线很容易从炭黑颗粒之间的间隙处穿透，从而导致形成的黑矩阵材料的光密度值明显降低。
如上所述，炭黑颗粒外包覆了基底材料增加了粒径，在包覆电性隔绝材料时，会出现炭黑颗粒未被完全包覆的问题，该组合物在后续的应用过程中经过长时间的烘烤后又会出现该组合物的阻抗明显降低的问题，炭黑颗粒之间的间距拉大，这样单位体积内炭黑颗粒的含量降低，光线更容易从炭黑颗粒之间的间隙处穿透，从而导致形成的黑矩阵材料的光密度值也会明显降低。针对上述问题，本发明至少一实施例提供一种用于黑矩阵的组合物，该用于黑矩阵的组合物包括：胶粘剂、遮光材料、溶剂、第一染料和单体，该遮光材料包括遮光颗粒、依次包覆遮光颗粒的电性隔绝材料和基底材料；单体连接胶粘剂和第一染料以及遮光材料。
本发明的实施例通过以下方式来提高用于黑矩阵的组合物的阻抗和/或光密度值：(1)在遮光颗粒外依次包覆电性隔绝材料和基底材料，以实现遮光颗粒之间更好的电性隔绝，且遮光颗粒在包覆基底材料之前粒径较小，这样更易实现电性隔绝材料对每个遮光颗粒全面的包覆；(2)用于黑矩阵的组合物还包括胶粘剂、单体和第一染料，单体具有长链，单体拉大了遮光颗粒之间的间距，进一步地增强了该用于黑矩阵的组合物的阻抗，单体与胶粘剂和第一染料以及遮光材料连接，对遮光材料起到了更稳固的支撑作用，第一染料对入射光线具有折射作用，可以减小光线的透过率，从而可以提高光密度。
下面通过几个实施例进行说明。
实施例一
本实施例提供一种用于黑矩阵的组合物，该用于黑矩阵的组合物包括：胶粘剂、遮光材料、溶剂、第一染料和单体，遮光材料包括遮光颗粒、依次包覆遮光颗粒的电性隔绝材料和基底材料；单体连接胶粘剂和第一染料以及遮光材料。
例如，在该用于黑矩阵的组合物中，胶粘剂的质量百分含量为12wt％～25wt％、遮光材料的质量百分含量为20wt％～45wt％、溶剂的质量百分含量为10wt％～45wt％、第一染料的质量百分含量为5wt％～10wt％、单体的质量百分含量为5wt％～10wt％。
例如，进一步地，在该用于黑矩阵的组合物中，胶粘剂的质量百分含量为13wt％～20wt％、遮光材料的质量百分含量为32wt％～42wt％的、溶剂的质量百分含量为25wt％～40wt％、第一染料的质量百分含量为6wt％～8wt％，单体的质量百分含量为6wt％～8wt％。
例如，进一步地，在该用于黑矩阵的组合物中，胶粘剂的质量百分含量为14wt％、遮光材料的质量百分含量为34wt％的、溶剂的质量百分含量为38wt％、第一染料的质量百分含量为7wt％，单体的质量百分含量为7wt％。
例如，图2为本实施例提供的一种遮光颗粒被包覆的结构示意图。如图2所示，遮光颗粒1外依次包覆着电性隔绝材料2和基底材料3。在遮光颗粒1外先包覆电性隔绝材料2，可以实现电性隔绝材料2对每个遮光颗粒1的全面包覆，这样遮光颗粒1之间可以更好地实现电性隔绝，以提高用于黑矩阵的组合物的阻抗，遮光颗粒1在包覆基底材料3之前的粒径较小，这样更容易实现电性隔绝材料对每个遮光颗粒1进行全面地包覆。
例如，在该用于黑矩阵的组合物中，遮光颗粒1可以为炭黑颗粒或钛黑颗粒(主要成分为TiNxOy(其中，0≤x≤2，1≤y≤2，x、y为整数)，例如为二者中至少一种，例如，钛黑也称为低氧化钛或氮氧化钛。例如，遮光颗粒还可以包括其他金属氧化物颗粒，例如氯化铁等。
例如，炭黑颗粒和钛黑颗粒的粒径可以为200～500nm，例如炭黑颗粒和钛黑颗粒的粒径可以为200nm、250nm、300nm、350nm、400nm、450nm和500nm。
例如，相比于炭黑颗粒，钛黑颗粒的阻抗更高，将炭黑颗粒和钛黑颗粒混合应用于黑矩阵材料中时，可以通过调节炭黑颗粒和钛黑颗粒的质量百分含量之比来调节黑矩阵材料的阻抗。例如，在炭黑颗粒和钛黑颗粒形成的混合材料中，炭黑颗粒的质量百分含量为钛黑颗粒的质量百分含量的5％～20％，例如，本实施例中的钛黑颗粒可以通过将二氧化钛粉末与氨气在800～1000℃下反应8～10h得到。
例如，在该用于黑矩阵的组合物中，电性隔绝材料可以为有机电性隔绝材料，例如，该有机电性隔绝材料包括酚醛树脂、三聚氰胺树脂、聚酯树脂、环氧树脂、环苯醚树脂、有机硅树脂和有机氟树脂中的至少之一。
例如，在无机粒子表面进行有机物包覆时，可以使得无机粒子的表面包覆均匀、包覆效果好，且表面包覆的有机物的含量的可控性高。
例如，在本实施例中形成的结构可以为炭黑@酚醛树脂、炭黑@三聚氰胺树脂、炭黑@聚酯树脂、炭黑@环氧树脂、炭黑@环苯醚树脂、炭黑@有机硅树脂、炭黑@有机氟树脂等，或者，钛黑@酚醛树脂、钛黑@三聚氰胺树脂、钛黑@聚酯树脂、钛黑@环氧树脂、钛黑@环苯醚树脂、钛黑@有机硅树脂、钛黑@有机氟树脂等，需要说明的是，本实施例中在无机粒子表面进行有机物包覆不限于上述中的结构，还可以是炭黑或者钛黑与上述多种有机物形成的核壳结构。
需要说明的是，上述中A@B表达的意思是指A和B形成的核壳结构，且A为形成的核，B为包覆在A外的壳结构。下述中的相关表述也代表该含义，下面不再特别说明。
例如，对无机粒子表面进行有机包覆的方法包括接枝聚合法、乳液聚合法以及乳化交联法。
例如，在该用于黑矩阵的组合物中，电性隔绝材料还可以为无机电性隔绝材料，例如，该无机电性隔绝材料包括氮化铝、氮化硅和碳化硅中的至少之一。
例如，对无机粒子表面进行无机包覆的方法包括种子生长法和溶剂热法，例如，采用溶剂热法在无机粒子外包覆无机材料时可以在高压动态反应釜中进行，也可以在高压静态反应釜中进行。
例如，在本实施例中形成的无机粒子外包覆无机材料的结构可以为炭黑@氮化铝、炭黑@氮化硅、炭黑@碳化硅、钛黑@氮化铝、钛黑@氮化硅或者钛黑@碳化硅，需要说明的是，本实施例中在无机粒子表面进行无机物包覆不限于上述中的结构，还可以是炭黑或者钛黑与上述多种无机物形成的核壳结构。
例如，将形成上述核壳结构的遮光颗粒和电性隔绝材料溶于相应的溶剂中，进行超声分散，然后将分散均匀的少量材料滴在具有碳膜的铜网上，自然干燥后放入透射电子显微镜中进行观察，发现遮光颗粒1外均匀地包覆着电性隔绝材料2。
例如，在遮光颗粒1的表面包覆电性隔绝材料2后，还需要在电性隔绝材料外包覆基底材料3，例如该基底材料3可以为丙烯酸树脂粉末或者聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。将包覆有电性隔绝材料2的遮光颗粒1与丙烯酸树脂粉末或者聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)混合，放入研钵中进行研磨，形成了芝麻球状的结构。如图2所示，在电性隔绝材料2的表面包覆着丙烯酸树脂或者聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，形成了三层结构的材料，也即遮光材料4，很明显，本实施例中的遮光材料为遮光颗粒、电性隔绝材料和基底材料形成的组合结构。
例如，将形成上述三层结构的遮光颗粒1、电性隔绝材料2和基底材料3溶于相应的溶剂中，进行超声分散，然后将分散均匀的少量材料滴在具有碳膜的铜网上，自然干燥后放入透射电子显微镜中进行观察，发现遮光颗粒1外均匀地包覆着电性隔绝材料2，电性隔绝材料2外包裹着基底材料3；将分散均匀的少量材料滴在具有碳膜的铜网上，自然干燥后放入扫描电子显微镜进行观察，发现基底材料3包裹在电性隔绝材料的表面且形成芝麻球状。
例如，将电性隔绝材料2直接包覆在遮光颗粒1上，更容易实现电性隔绝材料2对每个遮光颗粒1进行全面的包覆；将基底材料3包覆在最外层，更易于遮光材料4与后续的单体进行连接。
例如，遮光材料的质量百分含量控制在20wt％～45wt％，如果遮光材料的加入量过少，则存在光密度降低的问题；如果遮光材料的加入量过多，则胶粘剂的相对含量会过少，则可能存在粘附性差的问题。
例如，图3为本实施例提供的一种用于黑矩阵的组合物中各组分的连接关系示意图，该用于黑矩阵的组合物还包括单体5、胶粘剂6、第一染料7，单体5具有长链和支链，单体5连接胶粘剂6和第一染料7以及遮光材料4。单体5拉大了遮光颗粒4之间的间距，进一步地增强了形成的黑矩阵材料的阻抗，单体5与胶粘剂6和第一染料7以及遮光材料4连接，对遮光材料4起到了更稳固的支撑作用，第一染料7对入射光线具有折射作用，可以减小光线的透过率，从而可以提高光密度。
例如，图4为本实施例提供的一种用于黑矩阵的组合物，该用于黑矩阵的组合物除包括图3中所示的组分外，还包括溶剂8、单体5，胶粘剂6，第一染料7和遮光材料4在溶剂8中均匀分布。
例如，在该用于黑矩阵的组合物中，胶粘剂6包括丙烯酸树脂和聚酰亚胺树脂中的至少一种。
例如，选用的胶粘剂为丙烯酸树脂，丙烯酸树脂具有耐热性及稳定性优良的特性，胶粘剂可提高该高阻抗胶的耐热性及其储藏稳定性。胶粘剂的加入量控制在12wt％～25wt％，进一步地，控制在13wt％～20wt％。如果胶粘剂的加入量过少，则会影响黑矩阵材料与基板的粘附性，导致粘附性变差；如果胶粘剂的加入量过多，又会造成光密度降低的问题。
例如，丙烯酸树脂是酸值为70～150mgKOH/g，分子量约为2000～100000的丙烯酸系聚合物，常用于用于黑矩阵的组合物中丙烯酸树脂包括：二季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇五(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯和具有芴环的丙烯酸酯，也可以是上述中任意的组合，例如，采用二季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇五(甲基)丙烯酸酯和季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯中任意一种与具有芴环的丙烯酸酯进行混合，二者的质量百分含量之比为3:2至9:1。
例如，聚酰亚胺树脂一般用作非感光性树脂，聚酰亚胺树脂通常采用芳香族系的二胺和酸二酐中的至少之一作为前驱体进行酰亚胺化得到。
例如，为了进一步改进用于黑矩阵的组合物的粘性，还可以添加粘结性改良剂。例如，粘结性改良剂包括硅烷偶联剂和钛偶联剂。例如，常用的粘结性改良剂包括双-3-(氨基丙基)四甲基硅氧烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷和γ-巯丙基三乙氧基硅烷。该粘结性改良剂可提高黑矩阵与基板的粘结性，其在用于黑矩阵的组合物中的质量百分含量控制在0.02wt％～0.3wt％，例如0.15wt％。如果粘结性改良剂的含量太少，不能改善粘结效果；如果粘结性改良剂的含量过多，则会导致黑矩阵材料的耐热性降低的问题。
例如，在该用于黑矩阵的组合物中，溶剂包括丙二醇甲醚丙酸酯、乙二醇单甲醚乙酸酯、1,2-丙二醇甲醚乙酸酯、乙二醇二乙醚、N-甲基-2-吡咯烷酮、环己酮、N,N-二甲基甲酰胺中的至少一种。
例如，在该用于黑矩阵的组合物中，单体包括三甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、二缩三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)、1,6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)、季戊四醇六丙烯酸酯(DPHA)、二甲基磷酸叠氮化物(DPPA)和季戊四醇三丙烯三酯(PETA)中的至少一种。
例如，在本实施例中，第一染料包括胭脂红、柠檬黄、日落黄和靛蓝等。例如，第一染料颗粒的粒径较大，第一染料颗粒对入射光线具有折射作用，可以减小光线的透过率，从而可以提高光密度。例如第一染料颗粒的粒径为400～800nm，例如第一染料的粒径可以为400nm、450nm、500nm、550nm、600nm、650nm、700nm、750nm和800nm。本实施例中的第一染料可以是单一颜色的第一染料，也可以是多种颜色的第一染料的掺混。
需要说明的是，本实施例中的第一染料不限于上述中的几种，还可以是其他的改性后易与单体连接且对入射光线具有折射作用的染料。
例如，在本实施例中第一染料的质量百分含量控制在5wt％～10wt％，第一染料与单体、遮光材料的含量要达到平衡。
例如，图5为本发明一实施例提供的另一种用于黑矩阵的组合物，该用于黑矩阵的组合物还包括第二染料9，第二染料9可以进一步地降低光线的透过率，从而提高光密度。第二染料9的尺寸小于第一染料的尺寸。例如第二染料的粒径为50～200nm，例如第二染料的粒径可以为50nm，100nm，150nm和200nm。例如，第二染料包括偶氮类染料(例如，氨基偶氮苯)、蒽醌类染料(例如，1-硝基蒽醌、1-氨基蒽醌、1-甲胺基-4-溴蒽醌)、酞菁类染料(例如，铜酞菁)、多甲川染料(例如吲哚七甲川菁)和硫化染料(例如，二苯并噻吩)。
例如，第二染料易溶于本实施例中的溶剂，且第二染料通过三原色混合来阻碍光线的透过，从而减少光线的透过率，以提高光密度。
例如，为了提高第二染料颜色的均匀性，该用于黑矩阵的组合物还可以包括染料改性剂。染料改性剂包括二胺类化合物、二元醇类化合物、二卤代烃类化合物和二酰氯类化合物。例如，二胺类化合物包括乙二胺、丁二胺、己二胺和辛二胺；二元醇类化合物包括乙二醇、丁二醇、己二醇和新戊二醇；二卤代烃类化合物包括二氯己烷、二溴己烷和二氯丁烷；二酰氯类化合物包括对苯二甲酰氯、间苯二甲酰氯和邻苯二甲酰氯。
实施例二
本实施例提供一种用于黑矩阵的组合物的制备方法，图6为本实施例提供的一种用于黑矩阵的组合物的制备方法的流程图，该制备方法包括：提供遮光颗粒；在遮光颗粒外依次包覆电性隔绝材料和基底材料以形成遮光材料；将遮光材料、胶粘剂分散在溶剂中制作成分散液；将第一染料和单体与分散液混合形成用于黑矩阵的组合物；单体连接胶粘剂和第一染料以及遮光材料。
例如，上述过程包括：将遮光材料、胶粘剂分散在溶剂中，搅拌1～3小时，制作成分散液，然后将分散液加入到研磨机中，再在转速为5000～10000rpm/时的条件下分散30～60分钟，然后再将第一染料和单体与分散液混合形成用于黑矩阵的组合物。该黑矩阵材料的光学密度(OD)值可达到2.5～5.5，电阻率可达4.0～6.0E+14Ω.cm。可以用于制备液晶显示装置的黑矩阵。
例如，在该用于黑矩阵的组合物中，胶粘剂的质量百分含量为12wt％～25wt％、遮光材料的质量百分含量为20wt％～45wt％、溶剂的质量百分含量为10wt％～45wt％、第一染料的质量百分含量为5wt％～10wt％、单体的质量百分含量为5wt％～10wt％。
例如，进一步地，在该用于黑矩阵的组合物中，胶粘剂的质量百分含量为13wt％～20wt％、遮光材料的质量百分含量为32wt％～42wt％的、溶剂的质量百分含量为25wt％～40wt％、第一染料的质量百分含量为6wt％～8wt％，单体的质量百分含量为6wt％～8wt％。
例如，进一步地，在该用于黑矩阵的组合物中，胶粘剂的质量百分含量为14wt％、遮光材料的质量百分含量为34wt％的、溶剂的质量百分含量为38wt％、第一染料的质量百分含量为7wt％，单体的质量百分含量为7wt％。
例如，遮光颗粒外依次包覆着电性隔绝材料和基底材料。在遮光颗粒外先包覆电性隔绝材料，可以实现电性隔绝材料对每个遮光颗粒的全面包覆，这样遮光颗粒之间可以更好地实现电性隔绝，以提高黑矩阵材料的阻抗，且遮光颗粒在包覆基底材料之前的粒径较小，这样更易实现电性隔绝材料对每个遮光颗粒进行全面的包覆。
例如，在该用于黑矩阵的组合物中，遮光颗粒1可以为炭黑颗粒或钛黑颗粒(主要成分为TiNxOy(其中，0≤x≤2.0，1.0≤y≤2.0，x、y为整数))，例如为二者中至少一种，例如，钛黑也称为低氧化钛或氮氧化钛。例如，遮光颗粒还可以包括金属氧化物颗粒，例如氯化铁等。
例如，炭黑颗粒和钛黑颗粒的粒径可以为200～500nm，例如炭黑颗粒和钛黑颗粒的粒径可以为200nm、250nm、300nm、350nm、400nm、450nm和500nm。
例如，相比于炭黑颗粒，钛黑颗粒的阻抗更高，将炭黑颗粒和钛黑颗粒混合应用于用于黑矩阵的组合物中时，可以通过调节炭黑颗粒和钛黑颗粒的质量百分含量之比来调节黑矩阵材料的阻抗。例如，在炭黑颗粒和钛黑颗粒形成的混合材料中，炭黑颗粒的质量百分含量为钛黑的质量百分含量的5％～20％，例如，本实施例中的钛黑可以通过将二氧化钛粉末与氨气在800～1000℃下反应8～10h得到。
例如，在该用于黑矩阵的组合物中，电性隔绝材料可以为有机电性隔绝材料，例如，该有机电性隔绝材料包括酚醛树脂、三聚氰胺树脂、聚酯树脂、环氧树脂、环苯醚树脂、有机硅树脂和有机氟树脂中的至少之一。
例如，在无机粒子表面进行有机物包覆时，可以使得无机粒子的表面包覆得更均匀、包覆效果更好，且表面包覆的有机物的含量的可控性高。
例如，在本实施例中形成的结构可以为炭黑@酚醛树脂、炭黑@三聚氰胺树脂、炭黑@聚酯树脂、炭黑@环氧树脂、炭黑@环苯醚树脂、炭黑@有机硅树脂、炭黑@有机氟树脂等，或者，钛黑@酚醛树脂、钛黑@三聚氰胺树脂、钛黑@聚酯树脂、钛黑@环氧树脂、钛黑@环苯醚树脂、钛黑@有机硅树脂、钛黑@有机氟树脂等，需要说明的是，本实施例中在无机粒子表面进行有机物包覆不限于上述中的结构，还可以是炭黑或者钛黑与上述多种有机物形成的核壳结构。
例如，对无机粒子表面进行有机包覆的方法包括接枝聚合法、乳液聚合法以及乳化交联法。
例如，在该用于黑矩阵的组合物中，电性隔绝材料可以为无机电性隔绝材料，例如，该无机电性隔绝材料包括氮化铝、氮化硅和碳化硅中的至少之一。
例如，对无机粒子表面进行无机包覆的方法包括种子生长法和溶剂热法，例如，采用溶剂热法制备无机粒子外包覆无机材料时可以在高压动态反应釜中进行，也可以在高压静态反应釜中进行。
例如，在本实施例中形成的无机粒子外包覆无机材料的结构可以为炭黑@氮化铝、炭黑@氮化硅、炭黑@碳化硅、钛黑@氮化铝、钛黑@氮化硅或者钛黑@碳化硅，需要说明的是，本实施例中在无机粒子表面进行无机物包覆不限于上述中的结构，还可以是炭黑或者钛黑与上述多种无机物形成的核壳结构。
例如，将上述核壳结构的遮光颗粒和电性隔绝材料溶于相应的溶剂中，对上述溶液进行超声分散，然后将分散均匀的少量材料滴在具有碳膜的铜网上，自然干燥后放入透射电子显微镜中进行观察，发现遮光颗粒外均匀地包覆着电性隔绝材料。
例如，在遮光颗粒的表面包覆电性隔绝材料后，还需要在电性隔绝材料外包覆基底材料，例如该基底材料可以为丙烯酸树脂粉末或者聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。将包覆有电性隔绝材料的遮光颗粒与丙烯酸树脂粉末或者聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)混合，放入研钵中进行研磨，形成了芝麻球状的结构。例如，在电性隔绝材料的表面包覆着丙烯酸树脂或者聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，形成了三层结构的材料，也即遮光材料，很明显，本实施例中的遮光材料为遮光颗粒、电性隔绝材料和基底材料形成的组合结构。
例如，将上述三层结构的遮光颗粒、电性隔绝材料和基底材料溶于相应的溶剂中，进行超声分散，然后将分散均匀的少量材料滴在具有碳膜的铜网上，自然干燥后放入透射电子显微镜中进行观察，发现遮光颗粒外均匀地包覆着电性隔绝材料，电性隔绝材料外包裹着基底材料；将分散均匀的少量材料滴在具有碳膜的铜网上，自然干燥后放入扫描电子显微镜进行检观察，发现基底材料包裹在电性隔绝材料的表面且形成芝麻球状。
例如，将电性隔绝材料直接包覆在遮光颗粒上，更易实现电性隔绝材料对每个遮光颗粒全面的包覆；将基底材料包覆在最外层，更易于遮光材料与单体的连接。
例如，遮光材料的质量百分含量控制在20wt％～45wt％，如果遮光材料的加入量过少，则存在光密度降低的问题；如果遮光材料的加入量过多，则胶粘剂的相对含量会过少，则可能存在粘附性差的问题。
例如，在该用于黑矩阵的组合物中，胶粘剂包括丙烯酸树脂和聚酰亚胺树脂中的至少一种。
例如，选用的胶粘剂为丙烯酸树脂，丙烯酸树脂具有耐热性及稳定性优良的特性，胶粘剂可提高该高阻抗胶的耐热性及其储藏稳定性。胶粘剂的加入量控制在12wt％～25wt％，进一步地，控制在13wt％～20wt％。如果胶粘剂的加入量过少，则会影响黑矩阵材料与基板的粘附性，导致粘附性变差；如果胶粘剂的加入量过多，又会造成光密度降低的问题。
例如，丙烯酸树脂是酸值为70～150mgKOH/g，分子量约为2000～100000的丙烯酸系聚合物，常用于黑矩阵的组合物中丙烯酸树脂包括：二季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇五(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯和具有芴环的丙烯酸酯，也可以是上述中任意的组合，例如，采用二季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇五(甲基)丙烯酸酯和季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯中任意一种与具有芴环的丙烯酸酯进行混合，二者的质量百分含量之比为3:2至9:1。
例如，聚酰亚胺树脂一般用作非感光性树脂，聚酰亚胺树脂通常采用芳香族系的二胺和酸二酐中的至少之一作为前驱体进行酰亚胺化得到。
例如，为了进一步改进用于黑矩阵的组合物的粘性，还可以添加粘结性改良剂。例如，粘结性改良剂包括硅烷偶联剂和钛偶联剂。例如，常用的粘结性改良剂包括双-3-(氨基丙基)四甲基硅氧烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷和γ-巯丙基三乙氧基硅烷。该粘结性改良剂可提高黑矩阵与基板的粘结性，其在用于黑矩阵的组合物中的质量百分含量控制在0.02wt％～0.3wt％，例如0.15wt％。如果粘结性改良剂的含量太少，不能改善粘结效果；如果粘结性改良剂的含量过多，则会导致黑矩阵材料的耐热性降低的问题。
例如，在该用于黑矩阵的组合物中，溶剂包括丙二醇甲醚丙酸酯、乙二醇单甲醚乙酸酯、1,2-丙二醇甲醚乙酸酯、乙二醇二乙醚、N-甲基-2-吡咯烷酮、环己酮、N,N-二甲基甲酰胺中的至少一种。
例如，在该用于黑矩阵的组合物中，单体包括三甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、二缩三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)、1,6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)、季戊四醇六丙烯酸酯(DPHA)、二甲基磷酸叠氮化物(DPPA)和季戊四醇三丙烯三酯(PETA)中的至少一种。单体具有长链和支链，单体连接胶粘剂和第一染料以及遮光材料。
例如，在本实施例中，第一染料包括胭脂红、柠檬黄、日落黄和靛蓝等。例如，第一染料颗粒的粒径较大，第一染料颗粒对入射光线具有折射作用，可以减小光线的透过率，从而可以提高光密度。例如第一染料颗粒的粒径为400～800nm，例如第一染料的粒径可以为400nm、450nm、500nm、550nm、600nm、650nm、700nm、750nm和800nm。本实施例中的第一染料可以是单一颜色的第一染料，也可以是多种颜色第一染料的掺混。
需要说明的是，本实施例中的第一染料不限于上述中的几种，还可以是其他的改性后易与单体连接且对入射光线具有折射作用的材料。
例如，在本实施例中第一染料的质量百分含量控制在5wt％～10wt％，第一染料与单体、遮光材料的含量要达到平衡。
例如，该用于黑矩阵的组合物还可以包括中添加第二染料，第二染料可以进一步地降低光线的透过率，从而提高光密度。第二染料的尺寸小于第一染料的尺寸。例如第二染料的粒径为50～200nm，例如第二染料的粒径可以为50nm、100nm、150nm和200nm。例如，第二染料包括偶氮类染料(例如，氨基偶氮苯)、蒽醌类染料(例如，1-硝基蒽醌、1-氨基蒽醌、1-甲胺基-4-溴蒽醌)、酞菁类染料(例如，铜酞菁)、多甲川染料(例如吲哚七甲川菁)和硫化染料(例如，二苯并噻吩)。
例如，为了提高第二染料颜色的均匀性，还可以在该用于黑矩阵的组合物中加入染料改性剂。染料改性剂包括二胺类化合物、二元醇类化合物、二卤代烃类化合物和二酰氯类化合物。例如，二胺类化合物包括乙二胺、丁二胺、己二胺和辛二胺；二元醇类化合物包括乙二醇、丁二醇、己二醇和新戊二醇；二卤代烃类化合物包括二氯己烷、二溴己烷和二氯丁烷；二酰氯类化合物包括对苯二甲酰氯、间苯二甲酰氯和邻苯二甲酰氯。
实施例三
本实施例提供一种显示基板，包括黑矩阵，黑矩阵采用实施例一中任一用于黑矩阵的组合物制备而成。例如，本实施例中的显示基板还包括衬底基板，设置在衬底基板上的彩色滤光片、配向膜、光学膜片和驱动电路。
例如，该显示面板为液晶显示面板，该显示面板包括阵列基板和对置基板，二者彼此对置以形成液晶盒，在液晶盒中填充有液晶材料。该对置基板例如为彩膜基板。阵列基板的每个像素单元的像素电极用于施加电场对液晶材料的旋转的程度进行控制从而进行显示操作。
实施例四
本实施例提供一种显示装置，包括实施例三中的显示基板。例如，该显示装置可以为液晶显示器以及包括该显示器件的电视、数码相机、手机、手表、平板电脑、笔记本电脑、导航仪等任何具有显示功能的产品或者部件。
本发明的实施例提供一种用于黑矩阵的组合物及其制备方法、显示基板和显示装置具有以下至少一项有益效果：
(1)在遮光颗粒外依次包覆电性隔绝材料和基底材料，以实现遮光颗粒之间更好的电性隔绝，且遮光颗粒在包覆基底材料之前粒径较小，这样更容易实现电性隔绝材料对每个遮光颗粒全面的包覆；
(2)用于黑矩阵的组合物还包括胶粘剂、单体和第一染料，单体具有长链，单体拉大了遮光颗粒之间的间距，进一步地增强了用于黑矩阵的组合物的阻抗，单体与胶粘剂和第一染料以及遮光材料连接，对遮光材料起到了更稳固的支撑作用，第一染料对入射光线具有折射作用，可以减小光线的透过率，从而可以提高光密度。
有以下几点需要说明：
(1)本发明实施例附图只涉及到与本发明实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。
(2)为了清晰起见，在用于描述本发明的实施例的附图中，层或区域的厚度被放大或缩小，即这些附图并非按照实际的比例绘制。可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”，或者可以存在中间元件。
(3)在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
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，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (14)

1.一种用于黑矩阵的组合物，包括：胶粘剂、遮光材料、溶剂、第一染料和单体，
其中，所述遮光材料包括遮光颗粒和依次包覆所述遮光颗粒的电性隔绝材料和基底材料且形成为颗粒状结构；
所述单体连接所述胶粘剂和所述第一染料以及所述遮光材料，
其中，所述胶粘剂的质量百分含量为12wt％～25wt％、所述遮光材料的质量百分含量为20wt％～45wt％、所述溶剂的质量百分含量为10wt％～45wt％、所述第一染料的质量百分含量为5wt％～10wt％、所述单体的质量百分含量为5wt％～10wt％。
2.根据权利要求1所述的用于黑矩阵的组合物，还包括第二染料，其中，所述第二染料溶于所述溶剂。
3.根据权利要求1所述的用于黑矩阵的组合物，其中，所述遮光颗粒包括炭黑颗粒和钛黑颗粒中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的用于黑矩阵的组合物，其中，所述电性隔绝材料为有机电性隔绝材料，所述有机电性隔绝材料包括酚醛树脂、三聚氰胺树脂、聚酯树脂、环氧树脂、环苯醚树脂、有机硅树脂和有机氟树脂中的至少之一。
5.根据权利要求1所述的用于黑矩阵的组合物，其中，所述电性隔绝材料为无机电性隔绝材料，所述无机电性隔绝材料包括氮化铝、氮化硅和碳化硅中的至少之一。
6.根据权利要求1所述的用于黑矩阵的组合物，其中，所述胶粘剂包括丙烯酸树脂和聚酰亚胺树脂中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的用于黑矩阵的组合物，其中，所述溶剂包括丙二醇甲醚丙酸酯、乙二醇单甲醚乙酸酯、1,2-丙二醇甲醚乙酸酯、乙二醇二乙醚、N-甲基-2-吡咯烷酮、环己酮、N,N-二甲基甲酰胺中的至少一种。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的用于黑矩阵的组合物，其中，所述单体包括三甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、二缩三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)、1,6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)、季戊四醇六丙烯酸酯(DPHA)、二甲基磷酸叠氮化物(DPPA)和季戊四醇三丙烯三酯(PETA)中的至少一种。
9.一种用于黑矩阵的组合物的制备方法，包括：
提供遮光颗粒；
在所述遮光颗粒外依次包覆电性隔绝材料和基底材料以形成为颗粒状结构的遮光材料；
将所述遮光材料、胶粘剂分散在溶剂中制作成分散液；
将第一染料和单体与所述分散液混合形成所述用于黑矩阵的组合物；
其中，所述单体连接所述胶粘剂和所述第一染料以及所述遮光材料，
所述胶粘剂的质量百分含量为12wt％～25wt％、所述遮光材料的质量百分含量为20wt％～45wt％、所述溶剂的质量百分含量为10wt％～45wt％、所述第一染料的质量百分含量为5wt％～10wt％、所述单体的质量百分含量为5wt％～10wt％。
10.根据权利要求9所述的制备方法，还包括将第二染料溶解在所述溶剂中。
11.根据权利要求9所述的制备方法，其中，所述遮光颗粒包括炭黑颗粒和钛黑颗粒中的至少一种。
12.根据权利要求9-11中任一项所述的制备方法，其中，所述单体包括三甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、二缩三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)、1,6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)、季戊四醇六丙烯酸酯(DPHA)、二甲基磷酸叠氮化物(DPPA)和季戊四醇三丙烯三酯(PETA)中的至少一种。
13.一种显示基板，包括黑矩阵，其中，所述黑矩阵采用权利要求1-8中任一项所述的用于黑矩阵的组合物制备而成。
14.一种显示装置，包括权利要求13中的显示基板。
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