CN110658679B - Uv固化粉末光阻组合物及其制作方法、彩膜基板的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种UV固化粉末光阻组合物及其制作方法、彩膜基板的制作方法。本发明的UV固化粉末光阻组合物，呈粉末状，不含有溶剂。本发明的彩膜基板的制作方法，采用上述UV固化粉末光阻组合物制作彩色光阻，可省去传统彩色滤光层制作过程中的真空干燥制程、预烘烤/自然冷却制程、及显影制程，降低能耗成本且绿色环保，另外，该UV固化粉末光阻组合物无活性稀释剂，涂膜固化收缩率低，可改善传统喷涂形成的彩色光阻与肋壁间高段差的问题，降低因表层与底层膜缩不均而引起的膜面褶皱等风险，且该制备方法以黑色矩阵为挡墙，省去了肋壁的制备工序。
Description
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种UV固化粉末光阻组合物及其制作方法、彩膜基板的制作方法。
背景技术
薄膜晶体管液晶显示装置(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display，TFT-LCD)具有机身薄、省电、无辐射等众多优点，得到了广泛的应用。现有市场上的液晶显示装置大部分为背光型液晶显示装置，其包括液晶显示面板及背光模组(backlightmodule)。通常液晶显示面板由彩膜(Color Filter，CF)基板、TFT阵列基板、夹于彩膜基板与TFT阵列基板之间的液晶(Liquid Crystal，LC)及密封框胶(Sealant)组成；其成型工艺一般包括：前段阵列(Array)制程与CF制程(薄膜、黄光、蚀刻及剥膜)、中段成盒(Cell)制程(TFT阵列基板与CF基板贴合)及后段模组组装(Module)制程(驱动IC与印刷电路板压合)；其中，前段Array制程主要是形成TFT基板，以便于控制液晶分子的运动；前段CF制程主要是形成CF基板；中段Cell制程主要是在TFT基板与CF基板之间添加液晶；后段模组组装制程主要是驱动IC压合与印刷电路板的整合，进而驱动液晶分子转动，显示图像。
CF基板是LCD用来实现彩色显示的主要器件，其基本构成通常包括：玻璃基板、黑色矩阵(Black Matrix，BM)、彩色滤光层等等。其中，彩色滤光层主要是通过彩色光阻达到彩色显示的效果，背光源发出的光经过液晶分子的调制入射到CF基板，通过CF基板上彩色滤光层的红色(R)光阻、绿色(G)光阻、以及蓝色(B)光阻的滤光作用，分别显示红、绿、蓝三种光线，不同颜色的光阻分别透射对应颜色波段的光，从而实现显示器的彩色显示。
目前，TFT-LCD技术中彩色滤光层的制作方法以颜料分散法为主，但这种颜料分散法光阻利用率非常低，造成了成本的极大浪费。在这种情况下，一种高精度高光阻利用率的彩色滤光层的制作方法走入研究者的视线，即喷墨打印(Ink jet printing，IJP)的方法，即现有的彩膜基板的制作方法，采用喷墨打印技术制作其上的彩色滤光层，其具体包括如下步骤：
步骤S10、如图1所示，提供衬底基板100，在所述衬底基板100上形成黑色矩阵200，在所述黑色矩阵200上形成肋壁(rib wall)300，所述肋壁300在衬底基板100上围出多个像素凹槽；
步骤S20、如图2所示，在像素凹槽中喷涂一定量的光阻材料，形成光阻湿膜400；
步骤S30、如图3所示，对步骤20中形成的光阻湿膜400进行紫外光(UV)固化制程、真空干燥制程(VCD)及预烘烤/自然冷却制程(HP/CP)，形成干的彩色光阻450。
上述方法通过在肋壁300围成的像素凹槽中喷涂一定量的光阻材料，从而省去了显影制程(DEV)，避免大量光阻材料在显影制程中被浪费掉，大大降低了原料使用量及材料成本。然而，在利用IJP技术制作RGB的彩色光阻450时，现有行业中所使用的光阻材料均属于混合液体，其内含有大量的溶剂，固含量大都在15-20％左右，在光阻材料喷涂后，光阻湿膜400与肋壁300段差比较小，但在UV固化以及烘烤(Oven)后，膜缩量较大，干的彩色光阻450与肋壁300的段差高达3μm甚至更高，从而产生较高的牛角现象，而目前正常(normal)牛角需≦1μm，且这种段差后续很难使用其它材料膜层进行补偿，并且后期也将影响盒厚(Cell gap)等一系列制程。
发明内容
本发明的目的在于提供一种UV固化粉末光阻组合物，呈粉末状，不含有溶剂，用于彩色光阻的制作，可改善传统彩色光阻与肋壁间高段差的问题，降低因膜缩不均而引起的膜面褶皱等风险，降低能耗成本且绿色环保。
本发明的目的还在于提供一种UV固化粉末光阻组合物的制作方法，所制作的UV固化粉末光阻组合物，用于彩色光阻的制作，可改善传统彩色光阻与肋壁间高段差的问题，降低因膜缩不均而引起的膜面褶皱等风险，降低能耗成本且绿色环保。
本发明的目的又在于提供一种彩膜基板的制作方法，采用上述UV固化粉末光阻组合物制作彩色光阻，可改善传统彩色光阻与肋壁间高段差的问题，降低因膜缩不均而引起的膜面褶皱等风险，降低能耗成本且绿色环保。
为实现上述目的，本发明提供了一种UV固化粉末光阻组合物，包括以下质量百分比的原料组分：
其中，所述着色剂为颜料、染料、或两者的组合；
所述UV固化粉末光阻组合物呈粉末状。
所述树脂基体选自环氧丙烯酸树脂、聚氨酯丙烯酸酯、甲基丙烯酸聚酯树脂、丙烯酸不饱和聚酯、超支化聚丙烯酸酯、聚乙烯基醚树脂中的一种或多种。
所述树脂基体带有不饱和键，玻璃化温度在44℃-58℃之间，在25℃时粘度小于1000cps，并且具有剪切变稀的流体特性。
所述聚氨酯丙烯酸酯为不饱和的超支化聚氨酯丙烯酸酯，其分子结构整体呈圆形，具有多个不饱和侧支链，该不饱和侧支链为
所述聚氨酯丙烯酸酯选自第一高官能度聚氨酯丙烯酸酯、及第二高官能度聚氨酯丙烯酸酯，其中，所述第一高官能度聚氨酯丙烯酸酯、及第二高官能度聚氨酯丙烯酸酯的结构通式分别如下式1、式2所示；
其中，1<x<10，M1是碳原子个数小于10的烷基基团，M3是碳原子个数小于3的烷基基团，M2是
R是碳原子个数小于3的烷基基团。
所述环氧丙烯酸树脂选自第一高官能度环氧丙烯酸树脂、及第二高官能度环氧丙烯酸树脂，其中，所述第一高官能度环氧丙烯酸树脂、及第二高官能度环氧丙烯酸树脂的结构通式分别如下式3、式4所示；
其中，R1是碳原子个数小于3的烷基基团，R2是环己烷基团、或碳原子个数小于3的烷基基团。
所述聚乙烯基醚树脂的结构通式如下式5所示：
其中，10<m<30。
本发明还提供一种UV固化粉末光阻组合物的制备方法，按所述UV固化粉末光阻组合物中各原料组分的质量百分比称取树脂基体、着色剂、光引发剂、消泡剂、及流平剂，将称取好的各原料组分经预混合、熔融混合、挤出、冷却、粉碎造粒制成粉末，得到UV固化粉末光阻组合物。
本发明还提供一种彩膜基板的制作方法，包括以下步骤：
步骤S1、提供衬底基板，在所述衬底基板上形成黑色矩阵，所述黑色矩阵在衬底基板上围出多个像素凹槽；
步骤S2、在所述像素凹槽中喷涂如上所述的UV固化粉末光阻组合物，得到粉末光阻图形；
步骤S3、对所述像素凹槽内的粉末光阻图形进行加热使其膜面流平，然后对所述像素凹槽内的粉末光阻图形进行UV照射使其发生固化，得到彩色光阻。
所述步骤S3中采用红外辐照的方式对所述粉末光阻图形进行加热。
本发明的有益效果：本发明的UV固化粉末光阻组合物，呈粉末状，不含有溶剂，用于彩色光阻的制作，可省去传统彩色滤光层制作过程中的真空干燥制程、预烘烤/自然冷却制程、及显影制程，降低能耗成本且绿色环保，另外，该UV固化粉末光阻组合物无活性稀释剂，涂膜固化收缩率低，可改善传统彩色光阻与肋壁间高段差的问题，降低因膜缩不均而引起的膜面褶皱等风险。本发明的UV固化粉末光阻组合物的制作方法，制作方法简单，所制作的UV固化粉末光阻组合物，用于彩色光阻的制作，可改善传统彩色光阻与肋壁间高段差的问题，降低因膜缩不均而引起的膜面褶皱等风险，降低能耗成本且绿色环保。本发明的彩膜基板的制作方法，采用上述UV固化粉末光阻组合物制作彩色光阻，该UV固化粉末光阻组合物不含有溶剂，可省去传统彩色滤光层制作过程中的真空干燥制程、预烘烤/自然冷却制程、及显影制程，降低能耗成本且绿色环保，另外，该UV固化粉末光阻组合物无活性稀释剂，涂膜固化收缩率低，可改善传统喷涂形成的彩色光阻与肋壁间高段差的问题，降低因表层与底层膜缩不均而引起的膜面褶皱等风险，且该制备方法以黑色矩阵为挡墙，省去肋壁的制备工序。
为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其它有益效果显而易见。
附图中，
图1为现有一种彩膜基板的制作方法的步骤S10的示意图；
图2为图1中所示彩膜基板的制作方法的步骤S20的示意图；
图3为图1中所示彩膜基板的制作方法的步骤S30的示意图；
图4为本发明的UV固化粉末光阻组合物中树脂基体所采用的聚氨酯丙烯酸酯的一种分子结构示意图；
图5为本发明的彩膜基板的制作方法的流程示意图；
图6为本发明的彩膜基板的制作方法的步骤S1的示意图；
图7为本发明的彩膜基板的制作方法的步骤S2的示意图；
图8为本发明的彩膜基板的制作方法的步骤S3的示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例及其附图进行详细描述。
本发明首先提供一种UV固化粉末光阻组合物，包括以下质量百分比的原料组分：
其中，所述着色剂为颜料、染料、或两者的组合；
所述UV固化粉末光阻组合物呈粉末状。
具体地，本发明的UV固化粉末光阻组合物，除上述各原料组分，还可包括0.2-1wt％的其他添加剂，例如分散剂等。
具体地，所述树脂基体选自环氧丙烯酸树脂、聚氨酯丙烯酸酯、甲基丙烯酸聚酯树脂、丙烯酸不饱和聚酯、超支化聚丙烯酸酯、聚乙烯基醚树脂中的一种或多种。
具体地，所述树脂基体具有较低的玻璃化转变温度或较低熔点，在25℃时粘度小于1000cps，并且具有剪切变稀的流体特性。
进一步地，所述树脂基体带有不饱和键，其玻璃化温度应在44℃-58℃之间。
例如，所述树脂基体包括聚氨酯丙烯酸酯时，该聚氨酯丙烯酸酯可以为不饱和的超支化聚氨酯丙烯酸酯，如图4所示，其分子结构整体呈圆形，图4中位于中心的圆圈代表聚氨酯基团，该聚氨酯基团连接有多个不饱和侧支链，该不饱和侧支链为
再例如，所述树脂基体包括聚氨酯丙烯酸酯时，该聚氨酯丙烯酸酯也可以为高官能度的聚氨酯丙烯酸酯，具体可选自如下所示的第一高官能度聚氨酯丙烯酸酯、及第二高官能度聚氨酯丙烯酸酯，其中，所述第一高官能度聚氨酯丙烯酸酯、及第二高官能度聚氨酯丙烯酸酯的结构通式分别如下式1、式2所示；
其中，1<x<10，M1是碳原子个数小于10的烷基基团，M3是碳原子个数小于3的烷基基团，M2是
R是碳原子个数小于3的烷基基团。
再例如，所述树脂基体包括环氧丙烯酸树脂时，该环氧丙烯酸树脂可以为高官能度的环氧丙烯酸树脂，具体可选自如下所示的第一高官能度环氧丙烯酸树脂、及第二高官能度环氧丙烯酸树脂，其中，所述第一高官能度环氧丙烯酸树脂、及第二高官能度环氧丙烯酸树脂的结构通式分别如下式3、式4所示；
其中，R1是碳原子个数小于3的烷基基团，R2是环己烷基团、或碳原子个数小于3的烷基基团。
再例如，所述树脂基体包括聚乙烯基醚树脂时，该聚乙烯基醚树脂可以为高官能度的聚乙烯基醚树脂，具体可为结构通式如下式5所示的聚乙烯基醚树脂：
其中，10<m<30。
本发明的UV固化粉末光阻组合物，呈粉末状，不含有溶剂，用于彩色光阻的制作，可省去传统彩色滤光层制作过程中的真空干燥制程、预烘烤/自然冷却制程、及显影制程，降低能耗成本且绿色环保，另外，该UV固化粉末光阻组合物无活性稀释剂，涂膜固化收缩率低，可改善传统彩色光阻与肋壁间高段差的问题，降低因膜缩不均而引起的膜面褶皱等风险。
基于上述的UV固化粉末光阻组合物，本发明还提供一种该UV固化粉末光阻组合物的制备方法，具体为，按所述UV固化粉末光阻组合物中各原料组分的质量百分比称取树脂基体、着色剂、光引发剂、消泡剂、及流平剂，将称取好的各原料组分经预混合、熔融混合、挤出、冷却、粉碎造粒制成粉末，得到UV固化粉末光阻组合物。
请参阅图5，基于上述的UV固化粉末光阻组合物，本发明还提供一种彩膜基板的制作方法，包括以下步骤：
步骤S1、如图6所示，提供衬底基板10，在所述衬底基板10上形成黑色矩阵20，所述黑色矩阵20在衬底基板10上围出多个像素凹槽21。
步骤S2、如图7所示，在所述像素凹槽21中喷涂如上所述的UV固化粉末光阻组合物，得到粉末光阻图形30。
步骤S3、如图8所示，对所述像素凹槽21内的粉末光阻图形30进行加热使其膜面流平，然后对所述像素凹槽21内的粉末光阻图形30进行UV照射使其发生固化，得到彩色光阻35。
具体地，所述步骤S3中可采用红外辐照等方式对所述粉末光阻图形30进行加热。
本发明的彩膜基板的制作方法，采用上述UV固化粉末光阻组合物制作彩色光阻35，该UV固化粉末光阻组合物不含有溶剂，可省去传统彩色滤光层制作过程中的真空干燥制程、预烘烤/自然冷却制程、及显影制程，降低能耗成本且绿色环保，另外，该UV固化粉末光阻组合物无活性稀释剂，涂膜固化收缩率低，可改善传统喷涂形成的彩色光阻与肋壁间高段差的问题，降低因表层与底层膜缩不均而引起的膜面褶皱等风险，且该制备方法以黑色矩阵20为挡墙，省去肋壁的制备工序。
综上所述，本发明的UV固化粉末光阻组合物，呈粉末状，不含有溶剂，用于彩色光阻的制作，可省去传统彩色滤光层制作过程中的真空干燥制程、预烘烤/自然冷却制程、及显影制程，降低能耗成本且绿色环保，另外，该UV固化粉末光阻组合物无活性稀释剂，涂膜固化收缩率低，可改善传统彩色光阻与肋壁间高段差的问题，降低因膜缩不均而引起的膜面褶皱等风险。本发明的UV固化粉末光阻组合物的制作方法，制作方法简单，所制作的UV固化粉末光阻组合物，用于彩色光阻的制作，可改善传统彩色光阻与肋壁间高段差的问题，降低因膜缩不均而引起的膜面褶皱等风险，降低能耗成本且绿色环保。本发明的彩膜基板的制作方法，采用上述UV固化粉末光阻组合物制作彩色光阻，该UV固化粉末光阻组合物不含有溶剂，可省去传统彩色滤光层制作过程中的真空干燥制程、预烘烤/自然冷却制程、及显影制程，降低能耗成本且绿色环保，另外，该UV固化粉末光阻组合物无活性稀释剂，涂膜固化收缩率低，可改善传统喷涂形成的彩色光阻与肋壁间高段差的问题，降低因表层与底层膜缩不均而引起的膜面褶皱等风险，且该制备方法以黑色矩阵为挡墙，省去肋壁的制备工序。
以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
Claims (5)
1.一种UV固化粉末光阻组合物，其特征在于，包括以下质量百分比的原料组分：
其中，所述着色剂为颜料、染料、或两者的组合；
所述UV固化粉末光阻组合物呈粉末状且不含有溶剂以及活性稀释剂；
所述树脂基体包括聚氨酯丙烯酸酯；
所述聚氨酯丙烯酸酯选自第一高官能度聚氨酯丙烯酸酯、及第二高官能度聚氨酯丙烯酸酯，其中，所述第一高官能度聚氨酯丙烯酸酯、及第二高官能度聚氨酯丙烯酸酯的结构通式分别如下式1、式2所示；
其中，1<x<10，M1是碳原子个数小于10的烷基基团，M3是碳原子个数小于3的烷基基团，M2是
R是碳原子个数小于3的烷基基团。
2.如权利要求1所述的UV固化粉末光阻组合物，其特征在于，所述树脂基体带有不饱和键，玻璃化温度在44℃-58℃之间，在25℃时粘度小于1000cps，并且具有剪切变稀的流体特性。
3.一种权利要求1所述的UV固化粉末光阻组合物的制备方法，其特征在于，按所述UV固化粉末光阻组合物中各原料组分的质量百分比称取树脂基体、着色剂、光引发剂、消泡剂、及流平剂，将称取好的各原料组分经预混合、熔融混合、挤出、冷却、粉碎造粒制成粉末，得到UV固化粉末光阻组合物。
4.一种彩膜基板的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、提供衬底基板(10)，在所述衬底基板(10)上形成黑色矩阵(20)，所述黑色矩阵(20)在衬底基板(10)上围出多个像素凹槽(21)；
步骤S2、在所述像素凹槽(21)中喷涂如权利要求1所述的UV固化粉末光阻组合物，得到粉末光阻图形(30)；
步骤S3、对所述像素凹槽(21)内的粉末光阻图形(30)进行加热使其膜面流平，然后对所述像素凹槽(21)内的粉末光阻图形(30)进行UV照射使其发生固化，得到彩色光阻(35)。
5.如权利要求4所述的彩膜基板的制作方法，其特征在于，所述步骤S3中采用红外辐照的方式对所述粉末光阻图形(30)进行加热。
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