CN107942572A - 一种彩膜基板及黑色矩阵材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种彩膜基板及黑色矩阵材料的制备方法，所述方法包括：将石墨在水相和油相中混合，形成混合液；搅拌所述混合液，使所述混合液分相形成石墨烯球；加热所述石墨烯球，使所述石墨烯球表面形成开孔，所述水相通过所述开孔从所述石墨烯球中流出，干燥后形成空心开孔石墨烯球黑色粉末；将所述空心开孔石墨烯球黑色粉末加入到黑色矩阵溶液中，分散后得到黑色矩阵材料。
Description
技术领域
本发明涉及液晶显示器制造技术领域，尤其涉及一种彩膜基板及黑色矩阵材料的制备方法。
背景技术
液晶显示器由阵列基板，液晶和彩膜基板构成，以及夹在这两个基板中间的液晶。作为滤光作用的彩膜基板通常包含以下结构：黑色矩阵，彩色滤光膜，透明电极和隔垫物。黑色矩阵作为像素分割矩阵，其分割像素的实现途径就在于其遮光作用。遮光作用可以分割像素，同时防止像素间不同颜色之间的混光。黑色矩阵遮光主要依靠炭黑或黑色有机染料。炭黑的浓度直接影响黑色矩阵遮光效果。浓度越高，遮光效果越好，但是会引起成膜效果不佳的负面影响。另外也可以通过增加膜厚来提高遮光效果，而同时会有负面影响，如材料使用量增加，成本增加；厚度增加也导致成膜难度增加；黑色矩阵加厚，会使后制程的滤光层重叠处牛角增加，导致盒内液晶排列混乱，而造成漏光。而黑色有机染料的吸光效果普遍较低，遮光效果不佳。
综上所述，现有的彩膜基板中的黑色矩阵，存在成膜效果不佳以及遮光效果不佳的负面影响，可导致盒内液晶排列混乱，从而造成漏光的现象。
发明内容
本发明提供一种彩膜基板及黑色矩阵材料的制备方法，能够提高成膜效果以及遮光效果，降低成本，可避免漏光现象。
为解决上述问题，本发明提供的技术方案如下：
本发明提供一种黑色矩阵材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
S1、将石墨在水相和油相中混合，形成混合液；
S2、搅拌所述混合液，使所述混合液分相形成石墨烯球；
S3、加热所述石墨烯球，使所述石墨烯球表面形成开孔，所述水相通过所述开孔从所述石墨烯球中流出，干燥后形成空心开孔石墨烯球黑色粉末；
S4、将所述空心开孔石墨烯球黑色粉末加入到黑色矩阵溶液中，分散后得到黑色矩阵材料。
根据本发明一优选实施例，所述步骤S1包括：将石墨，丙烯酸丁酯，二乙烯基苯，甲基丙腈混合，同时添加表面活性剂。
根据本发明一优选实施例，所述搅拌速度大于10000转/分钟，时间大于1分钟。
根据本发明一优选实施例，所述步骤S3中，所述石墨烯球温度加热至55℃～75℃，反应时间为24小时；取出后的干燥制程中，干燥温度为50℃～80℃，干燥时间为72小时。
根据本发明一优选实施例，所述黑色矩阵溶液中的溶剂包括：丙二醇单甲基醚醋酸酯、3-乙氧基丙酸乙酯以及正丁醇。
根据本发明一优选实施例，所述黑色矩阵溶液还包括：碱可溶树脂、乙烯性不饱和单体、引发剂以及分散剂。
本发明还提供一种彩膜基板，包括：
基板；
彩膜色阻，制备于所述基板上；
所述彩膜色阻包括彩色色阻，以及位于所述彩色色阻外围的黑色矩阵；
其中，所述黑色矩阵分布有空心的球体结构，所述黑色矩阵中的材料至少一部分为空心开孔石墨烯球材料。
根据本发明一优选实施例，所述黑色矩阵由所述空心开孔石墨烯球材料和炭黑/黑色有机染料组成；或者所述黑色矩阵由所述空心开孔石墨烯球材料组成。
根据本发明一优选实施例，所述空心开孔石墨烯球材料包括石墨烯球，所述石墨烯球为内部空心的黑色壳体。
根据本发明一优选实施例，所述石墨烯球表面至少包括一个开孔。
本发明的有益效果为：相较于现有技术的的彩膜基板中的黑色矩阵，本发明的的彩膜基板及黑色矩阵，通过使用空心开孔石墨烯球部分或全部取代黑色矩阵中的炭黑或黑色有机染料而作为吸光材料，其与现行使用的黑色矩阵材料的相容性较好，可直接添加或替代其中的炭黑材料。本发明将黑色石墨烯球制成空心开孔球，使光线从开孔处入射，在其空腔内经多次吸收和反射后，达到近乎完全吸收，达到近似黑体的效果，从而提升黑色矩阵的吸光度及成膜效果，进而避免造成漏光及像素间混光的现象。
附图说明
为了更清楚地说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介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，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为本发明实施例提供的黑色矩阵材料的制备方法流程示意图；
图2为本发明提供的彩膜基板结构示意图；
图3a为本发明提供的空心开孔石墨烯球材料的结构电镜图；
图3b为本发明提供的空心开孔石墨烯球局部结构电镜图。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附加的图示，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如[上]、[下]、[前]、[后]、[左]、[右]、[内]、[外]、[侧面]等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。在图中，结构相似的单元是用以相同标号表示。
本发明针对现有彩膜基板中的黑色矩阵，存在成膜效果不佳以及遮光效果不佳，可导致盒内液晶排列混乱，从而造成漏光的现象的技术问题，本实施例能够解决该缺陷。
下面结合附图详细介绍本发明具体实施例提供的彩膜基板及黑色矩阵。
如图1所示，本发明实施例提供的黑色矩阵材料的制备方法流程示意图，所述方法包括以下步骤：
S1、将石墨在水相和油相中混合，形成混合液；
S2、搅拌所述混合液，使所述混合液分相形成石墨烯球；
S3、加热所述石墨烯球，使所述石墨烯球表面形成开孔，所述水相通过所述开孔从所述石墨烯球中流出，干燥后形成空心开孔石墨烯球黑色粉末；
S4、将所述空心开孔石墨烯球黑色粉末加入到黑色矩阵溶液中，分散后得到黑色矩阵材料。
具体地，将所述石墨在水相和油相中按预设比例混合，其中，所述水相包括水，甘油，酒精，丙酮等；所述油相包括甲醇、乙腈、氯仿、环己烷、二氯甲烷等，其中，本实施例所述油相优选丙烯酸丁酯，二乙烯基苯，甲基丙腈；将所述石墨与所述丙烯酸丁酯，所述二乙烯基苯以及所述甲基丙腈按所述预设比例混合，所述混合液反应可生成石墨烯，同时添加一些表面活性剂，如十二烷基磺酸钠，十八烷基磺酸钠等按一定量添加进去，可提高所述石墨烯表面能。搅拌所述混合液，所述搅拌速度大于10000转/分钟，时间大于1分钟，使所述混合液分相形成所述石墨烯球；其中，可使用搅拌机进行搅拌。之后再加热所述石墨烯球，使所述石墨烯球温度加热至55℃～75℃，优选为65℃，反应时间为24小时，由于加热使包裹在所述石墨烯球内部的所述水相膨胀蒸发，导致所述石墨烯球表面形成开孔，所述水相通过所述开孔从所述石墨烯球中流出。之后再进行干燥制程，干燥温度为50℃～80℃，优选为65℃，干燥时间为72小时，干燥后形成所述空心开孔石墨烯球黑色粉末。最后将所述空心开孔石墨烯球黑色粉末加入到所述黑色矩阵溶液中，分散，从而得到本发明的所述黑色矩阵材料。
其中，所述黑色矩阵溶液中的溶剂包括：丙二醇单甲基醚醋酸酯(PMA)、3-乙氧基丙酸乙酯(EEP)以及正丁醇(n-BuOH)等，均按一定比例配制。所述黑色矩阵溶液还可以包括：碱可溶树脂，如SB4019(sartomer)等；乙烯性不饱和单体，如双季戊四醇五，六丙烯酸酯DPHA等；引发剂，如irgacure369，OXE-02等；分散剂，如BYK161，solsperse32500，CN2284，solsperse22000等；以及工艺可接受的其他添加剂，如附着力促进剂A-186，流平剂BYK333等。所述碱可溶树脂、所述乙烯性不饱和单体、所述引发剂以及所述分散剂等，均根据制程的实际需求按预设配比添加。
如图2所示，为本发明提供的彩膜基板结构示意图，本发明提供的彩膜基板采用上述黑色矩阵材料制备，所述彩膜基板包括：基板201；彩膜色阻202，制备于所述基板201上；所述彩膜色阻202包括位于显示区的彩色色阻2021，以及位于所述彩色色阻2021外围的黑色矩阵2022；其中，所述黑色矩阵2022分布有空心开孔结构的石墨烯球203，所述石墨烯球203可规则分布，也可不规则分布于所述黑色矩阵2022上，所述黑色矩阵2022中的材料至少一部分为空心开孔石墨烯球材料，具体地，所述黑色矩阵2022由所述空心开孔石墨烯球材料和炭黑/黑色有机染料组成；或者所述黑色矩阵2022由所述空心开孔石墨烯球材料组成；所述石墨烯球203的浓度可根据实际需求调整。所述空心开孔石墨烯球材料与现行使用的黑色矩阵材料的相容性较好，可直接用于部分/全部取代现行使用的黑色矩阵材料中的炭黑/黑色有机染料。
如图3a所示，为本发明提供的空心开孔石墨烯球材料的结构电镜图，反应得到的空心开孔石墨烯球材料包括石墨烯球，所述石墨烯球为内部空心的黑色壳体，所述石墨烯球表面具有开孔，所述空心开孔石墨烯球材料由众多体积不等的所述石墨烯球分布而成，所述石墨烯球彼此形状也存在差异，近似为球体。本发明的原理是根据基尔霍夫定律:在平衡热辐射的情况下，同一物体的单色辐出度与单色吸收率成正比，这个比值与物体的性质无关，只是波长与温度的函数。所述石墨烯球对各种频率光的吸收率高，反射率低，由基尔霍夫定律可以看出，所述石墨烯球的单色辐出度很高。如果其a(λ,T)＝1，则这个比值函数就是其单色辐出度。我们把在任何温度下都能够完全吸收任何波长的辐射而不反射，即a(λ,T)＝1的物体称为绝对黑体，简称黑体。而实际存在完全吸收辐射的物体，目前炭黑对太阳光的吸收率不超过0.99，而可以通过将所述石墨烯球制成空心球，使电磁波/光线从所述开孔处入射，在所述石墨烯球的空腔内经多次吸收和反射后，达到近乎完全吸收，近似黑体的效果。含有所述空心开孔石墨烯球为材料的黑色矩阵，所述黑色矩阵的吸光度大大提高，从而避免造成漏光及像素间混光的现象，制备中可根据实际情况调节其浓度，不用增加所述黑色矩阵的厚度，成膜效果较佳，降低成本。
如图3b所示，为本发明提供的空心开孔石墨烯球局部结构电镜图，本发明的石墨烯球为内部空心近似球体结构，所述石墨烯球表面至少包括一个开孔，所述开孔为不规则形状，可为圆孔或者长孔，所述开孔在所述石墨烯球表面呈不规则分布，所述开孔是在所述石墨烯球加热的制程中，由所述石墨烯球内部的水相破球而出的形成的。
相较于现有技术的的彩膜基板中的黑色矩阵，本发明的的彩膜基板及黑色矩阵，通过使用空心开孔石墨烯球部分或全部取代黑色矩阵中的炭黑或黑色有机染料而作为吸光材料，其与现行使用的黑色矩阵材料的相容性较好，可直接添加或替代其中的炭黑材料。本发明将黑色石墨烯球制成空心开孔球，使光线从开孔处入射，在其空腔内经多次吸收和反射后，达到近乎完全吸收，达到近似黑体的效果，从而提升黑色矩阵的吸光度及成膜效果，进而避免造成漏光及像素间混光的现象。
综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种黑色矩阵材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1、将石墨在水相和油相中混合，形成混合液；
S2、搅拌所述混合液，使所述混合液分相形成石墨烯球；
S3、加热所述石墨烯球，使所述石墨烯球表面形成开孔，所述水相通过所述开孔从所述石墨烯球中流出，干燥后形成空心开孔石墨烯球黑色粉末；
S4、将所述空心开孔石墨烯球黑色粉末加入到黑色矩阵溶液中，分散后得到黑色矩阵材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1包括：将石墨，丙烯酸丁酯，二乙烯基苯，甲基丙腈混合，同时添加表面活性剂。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述搅拌速度大于10000转/分钟，时间大于1分钟。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述石墨烯球温度加热至55℃～75℃，反应时间为24小时；取出后的干燥制程中，干燥温度为50℃～80℃，干燥时间为72小时。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述黑色矩阵溶液中的溶剂包括：丙二醇单甲基醚醋酸酯、3-乙氧基丙酸乙酯以及正丁醇。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述黑色矩阵溶液还包括：碱可溶树脂、乙烯性不饱和单体、引发剂以及分散剂。
7.一种彩膜基板，其特征在于，包括：
基板；
彩膜色阻，制备于所述基板上；
所述彩膜色阻包括彩色色阻，以及位于所述彩色色阻外围的黑色矩阵；
其中，所述黑色矩阵分布有空心的球体结构，所述黑色矩阵中的材料至少一部分为空心开孔石墨烯球材料。
8.根据权利要求7所述的彩膜基板，其特征在于，所述黑色矩阵由所述空心开孔石墨烯球材料和炭黑/黑色有机染料组成；或者所述黑色矩阵由所述空心开孔石墨烯球材料组成。
9.根据权利要求7所述的彩膜基板，其特征在于，所述空心开孔石墨烯球材料包括石墨烯球，所述石墨烯球为内部空心的黑色壳体。
10.根据权利要求9所述的彩膜基板，其特征在于，所述石墨烯球表面至少包括一个开孔。
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