CN107608179B - 用于彩膜基板的色阻材料及彩膜基板色阻图案的制备方法 - Google Patents

用于彩膜基板的色阻材料及彩膜基板色阻图案的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于彩膜基板的色阻材料及彩膜基板色阻图案的制备方法，该用于彩膜基板的色阻材料包括：多官能团单体，所述多官能团单体包括二乙烯基苯单体。本发明提供的用于彩膜基板的色阻材料及彩膜基板的色阻图案的制备方法，能够降低色阻图案在电场中的节点损失率，提高色阻材料的电学稳定性，不影响透光率，并且不改变现有工艺流程与参数，工艺简单。

Description

用于彩膜基板的色阻材料及彩膜基板色阻图案的制备方法
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种用于彩膜基板的色阻材料及色阻图案的制备方法。
背景技术
彩膜基板(Color Filter)是TFT-LCD(薄膜晶体管-液晶显示器)面板中的过滤背光(白光)形成红(R)、绿(G)、蓝(B)三原色的重要组成部分。其中色阻是彩膜基板上用以过滤白光的主要膜层。当白光照射时，色阻会反射单色光(RGB)，色阻材料会吸收其余波段的光，形成所需颜色。在实际生产及应用中，色阻材料的电学特性会受到光照(紫外光、可见光)的影响。
现有的色阻材料的电学稳定性不高，例如绿色色阻材料中的颜料成分包含Zn等金属离子，使其具有半导体特性，光照下容易诱发电子迁移，从而导致介质损失率增加。当彩膜侧黑矩阵(BM)感应带电与TFT侧公共电极(Vcom)形成电压差时，绿色色阻材料中的电子迁移会引起液晶(LC)电场的增强，导致周边LC偏转过度，造成像素(pixel)周边发绿变重现象，形成光照绿光不均匀(mura)的不良。
现有可用绿(G)色阻的结构类型较少，色彩浓度较高的色阻结构中均含有金属Zn，是受光照产生电子迁移的主要结构单元，影响色阻材料的电学稳定性。为降低光照后的介质损失率，一般选择色彩浓度更高的G色阻代替原始色阻，从而降低G色阻含量。但该方法存在以下不足：(1)色阻含量降低，存在色彩透过率降低风险；(2)材料本质特性未改变，恶化条件下，仍存在电子迁移导致的介质损耗率增加风险。
因此目前亟需一种电学稳定性高的色阻材料。
发明内容
鉴于现有技术中的上述问题，本发明的目的在于提供一种用于彩膜基板的色阻材料及彩膜基板的色阻图案的制备方法。
本发明实施例提供的一种用于彩膜基板的色阻材料，包括：多官能团单体，所述多官能团单体包括二乙烯基苯单体。
其中，所述色阻材料还包括树脂、光引发剂、颜料、颜料分散剂、溶剂和添加剂。
其中，所述多官能团单体还包括丙烯酸酯。
其中，所述丙烯酸酯包括季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)、季戊四醇四丙烯酸酯(PETA)、聚二季戊四醇五丙烯酸酯(DPEPA)和六丙烯酸酯(DPHA)中的任意一种或多种。
其中，所述二乙烯基苯单体与所述丙烯酸酯的质量比为1:0至1:1。
其中，在所述色阻材料中，所述树脂的质量占色阻材料总质量的比重为5-8％，所述多官能团单体的质量占色阻材料总质量的比重为5-8％，所述光引发剂的质量占色阻材料总质量的比重为0.2-0.6％，所述颜料的质量占色阻材料总质量的比重为5-8％，所述颜料分散剂的质量占色阻材料总质量的比重为5-8％，所述溶剂的质量占色阻材料总质量的比重为67-78％；所述添加剂的质量占色阻材料总质量的比重为0.1-0.4％。
其中，所述树脂包括甲基丙烯酸甲酯(MMA)剂甲基丙烯酸丁酯(BMA)中的一种或组合，和/或所述溶剂包括丙二醇甲醚。
其中，所述光引发剂包括Benzophenone或S-triazine，和/或所述添加剂包括硅烷偶联剂。。
其中，所述颜料包括绿色颜料，和/或所述颜料分散剂包括高分子分散剂。
本发明还提供一种彩膜基板的色阻图案的制备方法，包括：制备包括多官能团单体的色阻材料溶液，所述多官能团单体包括二乙烯基苯单体；以及将制备的所述色阻材料溶液固定在所述彩膜基板上得到色阻图案。
其中，制备包括多官能团单体的色阻材料溶液包括将多官能团单体、树脂、光引发剂、颜料、颜料分散剂、溶剂和添加剂混合。
其中，将制备的所述色阻材料溶液固定在所述彩膜基板上得到色阻图案包括固化、曝光、显影和后烘步骤，所述固化包括在80-100℃的温度下固化80-120秒然后在20-30℃的温度下固化30-80秒；所述曝光的光照强度为60-200mJ/cm2、时间为10-60秒，光源距离所述色阻图案为200-350μm；所述显影的显影液为0.04％-0.05％KOH溶液，时间为50-100秒；所述后烘的温度为80-250℃，时间为5-30分钟。
其中，所述多官能团单体还包括丙烯酸酯，所述丙烯酸酯包括季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)、季戊四醇四丙烯酸酯(PETA)、聚二季戊四醇五丙烯酸酯(DPEPA)和六丙烯酸酯(DPHA)中的任意一种或多种。
其中，所述二乙烯基苯单体与所述丙烯酸酯的质量比为1:0至1:1。
其中，在所述色阻材料中，所述树脂的质量占色阻材料总质量的比重为5-8％，所述多官能团单体的质量占色阻材料总质量的比重为5-8％，所述光引发剂的质量占色阻材料总质量的比重为0.2-0.6％，所述颜料的质量占色阻材料总质量的比重为5-8％，所述颜料分散剂的质量占色阻材料总质量的比重为5-8％，所述溶剂的质量占色阻材料总质量的比重为67-78％；所述添加剂的质量占色阻材料总质量的比重为0.1-0.4％。
本发明提供的用于彩膜基板的色阻材料及彩膜基板的色阻图案的制备方法，能够降低色阻图案在电场中的节点损失率，提高色阻材料的电学稳定性，不影响透光率，并且不改变现有工艺流程与参数，工艺简单。
附图说明
图1为现有色阻材料固化的结构示意图。
图2为本公开实施例提供的色阻材料固化的结构示意图。
图3为本公开实施例中的二乙烯基苯的结构示意图。
图4a至图4d为本公开实施例中的其他多官能团单体的结构示意图。
图5a至图5b为本公开实施例中的二乙烯基苯的相关主要交联反应式。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
本发明提供一种用于彩膜基板的色阻材料，多官能团单体，所述多官能团单体包括二乙烯基苯单体。
图1为现有色阻材料固化的结构示意图。图2为本公开实施例提供的色阻材料固化的结构示意图。
如图2所示，相比现有技术的色阻材料，在本公开实施例提供的色阻材料固化后，引入了苯环的大π键结构。
色阻材料中掺杂有二乙烯基苯，引入苯环的大π键结构，降低色阻在电场中节点损失率，提高色阻的电学稳定性；二乙烯基苯具有两个乙烯基，不会明显降低色阻材料的交联度及结构稳定性；苯环结构具有较高的耐光耐热等性能；二乙烯基苯聚合条件低，可在紫外光、可见光及高温环境中由引发剂加速材料聚合，不改变现有工艺流程与参数；引入的二乙烯基苯是非极性基团；聚合后的二乙烯基苯具有聚苯乙烯的高透光性质，不会影响透过率。
采用本发明提供用于彩膜基板的色阻材料可以制备彩膜基板的色阻图案，提高色阻图案的电学稳定性，减少光照不均匀(mura)的不良，尤其是绿光光照不均匀的不良。
下面结合具体的实施例说明本发明提供的用于彩膜基板的色阻材料和彩膜基板的色阻图案的制备方法。
实施例一
本实施例提供一种用于彩膜基板的色阻材料，包括以下成分。
(1)树脂基体，所述树脂基体包括甲基丙烯酸甲酯(MMA)剂甲基丙烯酸丁酯(BMA)中的一种或组合，树脂基体的质量占色阻材料的总质量的5-8％；
(2)多官能团单体，所述多官能团单体包括二乙烯基苯(DVB)，其结构示意图如图3所示，多官能团单体的质量占色阻材料的总质量的5-8％。只采用二乙烯基苯(DVB)为多官能团单体：所得产品的电荷捕获能力最大，即介电损耗率最低，但由于DVB的支链比丙烯酸酯少，整体的交联度有所下降。
在另一种实施方式中，所述多官能团单体包括二乙烯基苯(DVB)和其他多官能团单体，例如丙烯酸酯，DVB与丙烯酸酯掺杂使用使得所得产品能够在一定程度上降低介电损耗率，提高电荷捕获能力，同时使得整体交联度下降较少。
图4a至图4d为本公开实施例中的其他多官能团单体的结构示意图。所述丙烯酸酯包括季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)(如图4a所示)、季戊四醇四丙烯酸酯(PETA)(如图4b所示)、聚二季戊四醇五丙烯酸酯(DPEPA)(如图4c所示)和六丙烯酸酯(DPHA)(如图4d所示)中的任意一种或多种。
二乙烯基苯(DVB)和丙烯酸酯的比例为1:0～1:1，DVB是提高色阻图案的电学稳定性的最根本材料，含量越多越好；但DVB含量越多，产品的交联程度越低，为了兼顾，可以将二乙烯基苯(DVB)和丙烯酸酯的质量比设定为1:0.5～1:0.8。在这种情况下官能团单体的总质量占色阻材料的总质量的比重为5-8％。(3)光引发剂：Benzophenone或S-triazine，光引发剂的质量占色阻材料的总质量的比重为0.2-0.6％。
(4)颜料，所述颜料可以包括蓝色颜料、红色颜料和绿色颜料中的任意一种，颜料的质量占色阻材料的总质量的比重为5-8％。蓝色颜料包括酞菁铜，绿色颜料包括铜酞菁卤化物或锌酞菁卤化物，红色颜料包括双(对氯苯基)-1,4-二酮吡咯并吡咯。在优选的方式中所述颜料是绿色颜料。
(5)颜料分散剂，为高分子分散剂(ZetaSperse 2500等)，颜料分散剂的质量占色阻材料的总质量的比重为5-8％。
(6)溶剂，为丙二醇甲醚醋酸酯(PGMEA)，溶剂的质量占色阻材料的总质量的比重为67-78％。
(7)添加剂：为硅烷偶联剂，添加剂的质量占色阻材料的总质量的比重0.1-0.4％。
图5a和图5b为本公开实施例中的二乙烯基苯的相关主要交联反应式。
在本实施例提供的用于彩膜基板的色阻材料中，多官能团单体包括两种情况，一种是多管能团单体中仅包括二乙烯基苯(DVB)，在这种情况下DVB经过光照/加热之后的交联反应式如图5a所示。
在另一种情况下，多功能官能团单体除了包括二乙烯基苯(DVB)之外，还包括其他的多官能团单体，如上所述的丙烯酸酯，在这种情况下，DVB和其他的多官能团单体经过光照/加热之后的交联反应式如图5b所示。
本实施例提供的色阻材料中掺杂有二乙烯基苯，引入苯环的大π键结构，降低色阻在电场中节点损失率，提高色阻的电学稳定性，以二乙烯基苯代替部分或全部其他多官能团单体，不会明显降低色阻材料的交联度及结构稳定性，并且可在紫外光、可见光及高温环境中由引发剂加速材料聚合。
实施例二
本实施例提供一种彩膜基板的色阻图案的制备方法，采用实施例一种的色阻材料进行制备。该方法包括以下步骤。
首选，混合配料，将实施例一种所述的色阻材料所包括的各种阻分如：树脂、多官能团单体、光引发剂、颜料、颜料分散剂、溶剂和添加剂在上述的比重范围内选择一定的比重，混合，超声分散30min，得到制备色阻图案的色阻材料溶液；
接着，将混合分散后的色阻溶液液经过涂覆、预固化、曝光、显影、后烘等工艺流程。
预固化的过程包括:在80-100℃的温度下固化80-120秒，然后在20-30℃的温度下固化30-80秒；预固化作用是蒸发部分溶剂，初步硬化涂覆完成的液体混合胶，温度越高，所需要时间越短；固化温度与固化时间两者有一个范围的约束：温度越低，预固化效果越不好，时间越短，预固化效果越不好，在本实施例中选取80-100℃的温度下固化80-120秒然后在20-30℃的温度下固化30-80秒这样的参数能够兼顾固化温度和固化时间，取得较好的固化效果。
所述曝光的光照强度为60-200mJ/cm2，时间为10-60秒，曝光光照强度由设备光源能力决定，在60-200mJ/cm2的可调范围内，光照强度越大，引发剂反应时速率越快，所需要的时间越少；对制备越有利；曝光时间由光照强度与引发剂反应时间决定，光照强度越大，时间越短，但引发剂反应也需要时间，因此不能太短。
光源距离所述色阻图案为200-350μm，光源距离由设备决定，200-350μm为可调范围；距离越近，光照剂量率越大，能量越高，对应的光照强度越大。
所述显影的显影液为0.04％-0.05％KOH溶液，时间为50-100秒，KOH溶液为弱碱，可以去除未曝光聚合的部分；浓度可调，浓度越大，时间越短，但时间太短有去除不充分的风险，因此有时间下限要求，在本实施例中选取上述的显影时间。
所述后烘的温度为80-250℃，时间为5-30分钟，后烘温度的温度范围由引发剂、多官能团单体、树脂等支链反应类型决定，作用是使显影留下来的材料进一步反应完成，因为曝光反应不会很充分，只有通过最后的加热反应才能是其最终完全固化，温度越高，反应速度越快，固化速率越快，时间越短；同样，时间太短存在固化不充分风险，有一定的下限要求，在本实施例中选取上述的后烘温度和时间。
本领域技术人员应当理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求决定。

Claims (6)

1.一种用于彩膜基板的色阻材料，包括：
多官能团单体，所述多官能团单体包括二乙烯基苯单体和丙烯酸酯，所述二乙烯基苯单体与所述丙烯酸酯的质量比为1:0至1:1；
还包括树脂、光引发剂、颜料、颜料分散剂、溶剂和添加剂；
在所述色阻材料中，所述树脂的质量占色阻材料总质量的比重为5-8％，所述多官能团单体的质量占色阻材料总质量的比重为5-8％，所述光引发剂的质量占色阻材料总质量的比重为0.2-0.6％，所述颜料的质量占色阻材料总质量的比重为5-8％，所述颜料分散剂的质量占色阻材料总质量的比重为5-8％，所述溶剂的质量占色阻材料总质量的比重为67-78％；所述添加剂的质量占色阻材料总质量的比重为0.1-0.4％；
所述丙烯酸酯包括季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)、季戊四醇四丙烯酸酯(PETA)、聚二季戊四醇五丙烯酸酯(DPEPA)和六丙烯酸酯(DPHA)中的任意一种或多种。
2.如权利要求1所述的用于彩膜基板的色阻材料，其中所述树脂包括甲基丙烯酸甲酯(MMA)剂甲基丙烯酸丁酯(BMA)中的一种或组合，和/或所述溶剂包括丙二醇甲醚。
3.如权利要求1所述的用于彩膜基板的色阻材料，其中所述光引发剂包括Benzophenone或S-triazine，和/或所述添加剂包括硅烷偶联剂。
4.如权利要求1所述的用于彩膜基板的色阻材料，其中所述颜料包括绿色颜料，和/或所述颜料分散剂包括高分子分散剂。
5.一种彩膜基板的色阻图案的制备方法，包括：
制备包括多官能团单体的色阻材料溶液，所述多官能团单体包括二乙烯基苯单体和丙烯酸酯，所述二乙烯基苯单体与所述丙烯酸酯的质量比为1:0至1:1；以及
将制备的所述色阻材料溶液固定在所述彩膜基板上得到色阻图案；
制备包括多官能团单体的色阻材料溶液包括将多官能团单体、树脂、光引发剂、颜料、颜料分散剂、溶剂和添加剂混合；
在所述色阻材料中，所述树脂的质量占色阻材料总质量的比重为5-8％，所述多官能团单体的质量占色阻材料总质量的比重为5-8％，所述光引发剂的质量占色阻材料总质量的比重为0.2-0.6％，所述颜料的质量占色阻材料总质量的比重为5-8％，所述颜料分散剂的质量占色阻材料总质量的比重为5-8％，所述溶剂的质量占色阻材料总质量的比重为67-78％；所述添加剂的质量占色阻材料总质量的比重为0.1-0.4％；
所述丙烯酸酯包括季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)、季戊四醇四丙烯酸酯(PETA)、聚二季戊四醇五丙烯酸酯(DPEPA)和六丙烯酸酯(DPHA)中的任意一种或多种。
6.如权利要求5所述的彩膜基板的色阻图案的制备方法，其中将制备的所述色阻材料溶液固定在所述彩膜基板上得到色阻图案包括固化、曝光、显影和后烘步骤，所述固化包括在80-100℃的温度下固化80-120秒，然后在20-30℃的温度下固化30-80秒；所述曝光的光照强度为60-200mJ/cm2，时间为10-60秒，光源距离所述色阻图案为200-350μm；所述显影的显影液为0.04％-0.05％KOH溶液，时间为50-100秒；所述后烘的温度为80-250℃，时间为5-30分钟。
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