黑矩阵组合物及其制备方法、显示面板和显示装置制造方法
【专利摘要】本发明属于显示【技术领域】，具体涉及一种黑矩阵组合物及其制备方法、显示面板和显示装置。一种黑矩阵组合物的制备方法，包括形成颜料液的步骤，其中，形成颜料液包括：将炭黑、分散剂、溶剂与具有显影性质的树脂搅拌均匀，进行第一次振荡；继续添加溶剂，或者进一步添加具有显影性质的树脂，进行第二次振荡；继续添加溶剂，进行第三次振荡，得到颜料液；其中，在至少一次振荡中，还添加有用于增加黏度与粒度的稳定性的树脂。该黑矩阵组合物具有较高的导电率，因此，使得在彩膜基板和/或阵列基板上形成的遮光结构具有更好的电荷疏导能力，从而能及时、高效导走感应电荷，能有效减小或避免现有显示装置开机时产生的感应电场引起的开机白线等不良。
【专利说明】黑矩阵组合物及其制备方法、显示面板和显示装置
【技术领域】
[0001]本发明属于显示【技术领域】，具体涉及一种黑矩阵组合物及其制备方法、显示面板和显示装置。
【背景技术】
[0002]液晶显示装置(Liquid Crystal Display,简称LCD)以其优越的性能、成熟的技术，成为目前显示领域的主导。
[0003]液晶显示装置通常包括彩膜基板、阵列基板以及设置于二者之间的液晶层。为了实现图像的显示，阵列基板中设置有薄膜晶体管(Thin Film Transistor,简称TFT),薄膜晶体管分别连接栅线(Gate)和数据线(Data)以接收控制信号和显示信号，并根据控制信号和显示信号实现对薄膜晶体管开闭的控制，从而实现对液晶的驱动，最终控制液晶的偏转以达到对光线的控制；同时，为了实现显示图像的彩色化，彩膜基板中设置有不同颜色的彩膜层，不同颜色的彩膜层之间通过黑矩阵(Black Matrix，简称BM)间隔。为了达到较大的像素开口率，黑矩阵通常与栅线、数据线在空间位置上重叠。
[0004]在液晶显示装置的工作过程中，是通过与薄膜晶体管相连的电极产生电场来使得液晶偏转以完成显示。但在开机瞬间，阵列基板中的栅线加载信号的急剧变化，使阵列基板中的电极引线区与对应的彩膜基板的黑矩阵产生瞬时感应电场，感应电荷经黑矩阵扩散到显示区，产生干扰电场，该干扰电场会使液晶分子发生旋转，进而影响整体液晶的偏转，产生开机不良。例如，使得高级超维场转换技术(ADvanced Super Dimens1n Switch,简称ADS，又称ADSDS)型的液晶显示装置出现开机白线等不良。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种黑矩阵组合物及其制备方法、显示面板和显示装置，该黑矩阵组合物具有较高的导电率，因此使得在彩膜基板和/或阵列基板上形成的遮光结构具有更好的电荷疏导能力，从而能及时、高效导走感应电荷，能有效减小或避免现有显示装置开机时产生的感应电场引起的开机白线等不良。
[0006]解决本发明技术问题所采用的技术方案是该黑矩阵组合物的制备方法，包括形成颜料液的步骤，其中，形成颜料液包括:
[0007]将炭黑、分散剂、溶剂与具有显影性质的树脂搅拌均匀，进行第一次振荡；
[0008]继续添加溶剂，或者进一步添加具有显影性质的树脂，进行第二次振荡；
[0009]继续添加溶剂，进行第三次振荡，得到颜料液；
[0010]其中，在至少一次振荡中，还添加有用于增加黏度与粒度的稳定性的树脂。
[0011]优选的是,所述颜料液的粒径范围为50-80nm。
[0012]优选的是，炭黑包括C27和C69，C27和C69占颜料液的13-17质量份；溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯，占颜料液的60-64质量份；分散剂为高分子量颜料润湿和分散助剂，占颜料液的8-12质量份；具有显影性质的树脂为161，占颜料液的9-13质量份；用于增加黏度与粒度的稳定性的树脂为A81，占颜料液的1-3质量份。
[0013]优选的是，第一次振荡的时间范围为1-2小时，第二次振荡的时间范围为0.5-1小时，第三次振荡的时间范围为3-5小时。
[0014]优选的是，采用振荡机对颜料液进行振荡，振荡培养瓶内预置有锆珠，锆珠的质量为颜料液质量总和的一半。
[0015]优选的是，将颜料液与碱可溶树脂、引发剂、流平剂、单体及消泡剂混合均匀，形成黑矩阵组合物。
[0016]一种黑矩阵组合物，包括颜料液和基质，其中，所述颜料液包括炭黑、溶剂、分散齐U、具有显影性质的树脂和用于增加黏度与粒度的稳定性的树脂，所述颜料液的粒径范围为 50_80nm。
[0017]优选的是，炭黑包括C27和C69，C27和C69占颜料液的13-17质量份；溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯，占颜料液的60-64质量份；分散剂为高分子量颜料润湿和分散助剂，占颜料液的8-12质量份；具有显影性质的树脂为161，占颜料液的9-13质量份；用于增加黏度与粒度的稳定性的树脂为A81，占颜料液的1-3质量份。
[0018]优选的是，所述基质包括碱可溶树脂、引发剂、流平剂、单体及消泡剂。
[0019]一种显示面板，包括对合设置的彩膜基板和阵列基板，其中，所述彩膜基板和/或所述阵列基板中包括采用上述的黑矩阵组合物形成的遮光结构。
[0020]优选的是，所述遮光结构的导电率为:1 X 1(Γ9-10Χ 1(Γ9Ω.mo
[0021]进一步优选的是，所述遮光结构的导电率为:6.2X 10_9Ω.m0
[0022]一种显示装置，其中，包括上述的显示面板。
[0023]本发明的有益效果是:该黑矩阵组合物具有较高的导电率，因此，使得在彩膜基板和/或阵列基板上形成的遮光结构具有更好的电荷疏导能力，从而能及时、高效导走感应电荷，有效克服感应电荷的残留问题，使得该显示装置具有较好的抵抗干扰电场的能力，能有效减小或避免现有显示装置开机时产生的感应电场引起的开机白线等不良。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为本发明实施例2中颜料液的粒径分布示意图。
【具体实施方式】
[0025]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】对本发明黑矩阵组合物及其制备方法、显示面板和显示装置作进一步详细描述。
[0026]实施例1:
[0027]本实施例提供一种黑矩阵组合物的制备方法以及采用该方法制备形成的黑矩阵组合物。
[0028]本实施例中，一种黑矩阵组合物的制备方法，包括形成颜料液的步骤，其中，形成颜料液包括:
[0029]将炭黑、分散剂、溶剂与具有显影性质的树脂搅拌均匀，进行第一次振荡，优选第一次振荡的时间范围为1-2小时；
[0030]继续添加溶剂，或者进一步添加具有显影性质的树脂，进行第二次振荡，优选第二次振荡的时间范围为0.5-1小时；
[0031]继续添加溶剂，进行第三次振荡，得到颜料液，优选第三次振荡的时间范围为3-5小时；
[0032]其中，在至少一次振荡中，还添加有用于增加黏度与粒度的稳定性的树脂。
[0033]优选的是，颜料液的粒径范围为50_80nm。
[0034]在本实施例中，炭黑包括C27和C69，C27和C69占颜料液的13_17质量份，炭黑在本实施例中作为色素，用于提供黑矩阵组合物的颜色；另外，C27和C69还具有导电性，在炭黑组份相同的条件下，颜料液粒径越小则颜料液体系分散越均匀，导电性能越好；
[0035]溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯(例如PMA)，占颜料液的60-64质量份，其分子中其分子中既有醚键，又有烷基和羰基(羰基又形成了酯的结构)，即其分子中既有非极性部分，又有极性部分，这两部分的官能团既相互制约排斥，又各自起到其固有的作用，因此对非极性物质和极性物质都有一定的溶解能力；
[0036]分散剂为高分子量颜料润湿和分散助剂(例如德国毕克的BYK2000)，占颜料液的8-12质量份，其通过对颜料的空间位阻稳定作用使颜料解絮凝，由于解絮凝的颜料粒径小，可达到高光泽且改善了着色力，而且增加了透明度和遮盖力。这种助剂能降低粘度，且改善了流平，从而使得有较高颜料含量成为可能；
[0037]具有显影性质的树脂为161，占颜料液的9-13质量份，用于增加黑矩阵组合物在制备过程形成遮光图形的精确性；
[0038]用于增加黏度与粒度的稳定性的树脂为A81，占颜料液的1-3质量份，用于增加颜料液的体系稳定。
[0039]优选的是，米用振荡机对颜料液进行振荡，振荡培养瓶(shake)内预置有错珠,错珠的质量为颜料液质量总和的一半。作为添加在振荡培养瓶中对物料进行研磨的介质，锆珠的质量对研磨颗粒的粒径大小具有很大的影响，锆珠的质量过大，可能研磨过细，导致较小的粒径，造成膏状的颜料液，难以分散；而锆珠的质量过小，则可能研磨不足，导致较大的粒径，影响黑矩阵组合物的导电率。经多次模拟与测试，在本实施例采用三次振荡工艺的基础上，优选锆珠的质量为颜料液质量总和的一半。当然，这里应该理解的是，根据不同的振荡工艺条件(例如当振荡时间发生变化时)，可以将内置于振荡培养瓶内的锆珠的质量做相应调整，以取得较适当的颜料粒径为最佳。
[0040]当上述颜料制备完成后，可将颜料液与碱可溶树脂、引发剂、流平剂、单体及消泡剂混合均匀，形成黑矩阵组合物。其中，碱可溶树脂、引发剂、流平剂、单体及消泡剂的材料选用和质量配方可以参考现有的黑矩阵组合物进行设置，这里不再详述。
[0041]一种黑矩阵组合物，包括颜料液和基质，其中，颜料液包括炭黑、溶剂、分散剂、具有显影性质的树脂和用于增加黏度与粒度的稳定性的树脂，颜料液的粒径范围为50-80nm。
[0042]从上述的黑矩阵组合物制备方法可知，在颜料液中，炭黑包括C27和C69，C27和C69占颜料液的13-17质量份；溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯PMA，占颜料液的60-64质量份；分散剂为高分子量颜料润湿和分散助剂BYK2000，占颜料液的8-12质量份；具有显影性质的树脂为161，占颜料液的9-13质量份；用于增加黏度与粒度的稳定性的树脂为A81，占颜料液的1-3质量份。
[0043]其中，基质包括碱可溶树脂、引发剂、流平剂、单体及消泡剂。即本实施例中的颜料液与碱可溶树脂、引发剂、流平剂、单体及消泡剂等混合均匀即可得到黑矩阵组合物。
[0044]本实施例中的黑矩阵组合物，颗粒更细、分布更均匀，因此具有更小的导电率，导电性能更好。
[0045]实施例2:
[0046]根据实施例1，本实施例提供一种黑矩阵组合物(也可以称为黑矩阵胶)，其中的颜料液制备方法具体为:
[0047]将13g C27与2g C69添加在装有50g锆珠的振荡培养瓶里的1g分散剂2000，Ilgiei与42gPMA (丙二醇甲醚醋酸酯)混合液里，搅拌混匀条件下，再添加Ig AS I树脂；
[0048]在振荡机里第一次振荡1.5h，取出，添加1g PMA ；
[0049]再次振荡0.5h后，添加1g PMA与Ig A81树脂；
[0050]连续振荡4h后取出，此时颜料液的粘度为4.67cp，粒径图参见图1。通常情况下，颜料液的考核因素主要包括粒径大小和峰宽大小，从图1中可见，颜料粒度(Z-Average)分布呈单峰分布，且尺寸(size)主要集中在78.25d.nm附近，颜料粒度的峰宽(PDI)为
0.155，说明颜料液的粒度更小，分布范围内的粒子更多、更均匀。
[0051]本实施例中的颜料液与碱可溶树脂、引发剂、流平剂、单体及消泡剂等混合均匀得到黑矩阵组合物。
[0052]实施例3:
[0053]根据实施例1，本实施例提供一种黑矩阵组合物(也可以称为黑矩阵胶)，其中的颜料液制备方法具体为:
[0054]将12.5g C27与2.5g C69添加在装有50g锆珠的振荡培养瓶里的Ilg分散剂2000，llgl61与41gPMA混合液里，搅拌混匀条件下，再添加Ig A81树脂；
[0055]在振荡机里第一次振荡1.5h，取出，添加1g PMA ；
[0056]再次振荡0.5h后，添加1g PMA与Ig A81树脂；
[0057]连续振荡4h后取出，此时颜料液的粘度为4.72cp。
[0058]本实施例中的颜料液与碱可溶树脂、引发剂、流平剂、单体及消泡剂等混合均匀得到黑矩阵组合物。
[0059]实施例4:
[0060]根据实施例1，本实施例提供一种黑矩阵组合物(也可以称为黑矩阵胶)，其中的颜料液制备方法具体为:
[0061]将13g C27与2g C69添加在装有50g锆珠的振荡培养瓶里的1g分散剂2000，10gl61与40gPMA混合液里，搅拌混匀条件下，再添加Ig A81树脂；
[0062]在振荡机里第一次振荡1.5h，取出，添加lgl61，12g PMA ；
[0063]再次振荡0.5h后，添加1g PMA与Ig A81树脂；
[0064]连续振荡4h后取出，此时颜料液的粘度为4.63cp。
[0065]本实施例中的颜料液与碱可溶树脂、引发剂、流平剂、单体及消泡剂等混合均匀得到黑矩阵组合物。
[0066]实施例5:
[0067]根据实施例1，本实施例提供一种黑矩阵组合物(也可以称为黑矩阵胶)，其中的颜料液制备方法具体为:
[0068]将13g C27与2g C69添加在装有50g锆珠的振荡培养瓶里的1g分散剂2000，llgl61与42gPMA混合液里；
[0069]在振荡机里第一次振荡1.5h，取出，再添加Ig A81树脂和1g PMA ；
[0070]再次振荡0.5h后，添加1g PMA与Ig A81树脂；
[0071]连续振荡4h后取出，此时颜料液的粘度为4.26cp。
[0072]本实施例中的颜料液与碱可溶树脂、引发剂、流平剂、单体及消泡剂等混合均匀得到黑矩阵组合物。
[0073]实施例6:
[0074]根据实施例1，本实施例提供一种黑矩阵组合物(也可以称为黑矩阵胶)，其中的颜料液制备方法具体为:
[0075]将14g C27与Ig C69添加在装有50g锆珠的振荡培养瓶里的9g分散剂2000，8gl61与43gPMA混合液里；
[0076]在振荡机里第一次振荡1.5h，取出，再添加3gl61树脂和1g PMA ；
[0077]再次振荡0.5h后，添加1g PMA与2g A81树脂；
[0078]连续振荡4h后取出，此时颜料液的粘度为4.17cp。
[0079]本实施例中的颜料液与碱可溶树脂、引发剂、流平剂、单体及消泡剂等混合均匀得到黑矩阵组合物。
[0080]根据实施例2-实施例6可见:
[0081]在第一次振荡工艺中，首先必须添加振荡培养瓶的是炭黑和分散剂；
[0082]用于增加黑矩阵组合物在制备过程形成遮光图形的精确性的161树脂，可以在第一次振荡工艺中一次性添加，也可以在第一次和第二次振荡工艺中分别添加，而保持161树脂的质量总和不变；
[0083]作为溶剂的PMA，可以在第一次、第二次和第二次振荡工艺中分别添加，而保持PMA的质量总和不变；
[0084]用于增加颜料液的体系稳定的A81树脂，可以在第一次和第二次振荡工艺中分别添加，也可以在第二次和第三次振荡工艺中分别添加，或者在第三次振荡工艺中一次性添力口，而保持A81树脂的质量总和不变。
[0085]在本实施例中，分次添加各组份有利于物料间充分浸润、分散；而且，由于不同物料间相邻关系也是不一样的，分次添加有利于体系分散均匀和物料间搭配，使得各组份的空间位置更合理，最大限度发挥物料各自的作用。在实际产生过程中，根据设备条件和制备条件，可灵活设置黑矩阵组合物的制备步骤。
[0086]实施例7:
[0087]本实施例提供一种显示面板，包括对合设置的彩膜基板和阵列基板，其中，彩膜基板和/或阵列基板中包括实施例1-6任一中的黑矩阵组合物形成的遮光结构。
[0088]本实施例的彩膜基板中，采用该黑矩阵组合物形成黑矩阵的方法与现有技术中采用普通黑矩阵组合物形成黑矩阵的方法相同，即首先在基板上涂覆黑矩阵组合物，通过前烘、曝光、显影等工艺制备形成黑矩阵(BM);然后依次制备红(R)、绿(G)、蓝(B)彩色膜层；再制备形成保护层(OC)，透明电极层(ITO)，从而完成彩膜基板的制备。
[0089]当然，本实施例中的黑矩阵组合物也可用于阵列基板中需要遮光的区域(通常位于与数据线或栅线重叠的区域)或者用于防止发生反射。
[0090]现有技术中，一般的黑矩阵组合物制备形成的遮光结构，例如黑矩阵(BM)的导电率需求小于10Χ10_8Ω.πι即可具有很好的导电效果。本实施例中采用黑矩阵组合物形成的遮光结构的导电率为:1Χ 1(Γ9-10Χ 10_9Ω.πι，进一步优选为6.2Χ10_9Ω.πι，相对现有技术中的遮光结构，其具有更好的导电性，可以很好地导走感应电荷。
[0091]容易理解，在液晶显示面板中，彩膜基板和阵列基板之间设置有液晶，当将该黑矩阵组合物在彩膜基板(CF)上形成黑矩阵(BM)时，在液晶显示面板通电瞬间产生的感应电场所产生的感应电荷可以通过BM被及时疏导流走，不再流入显示区影响液晶偏转，从而可以减少或避免感应电荷滞留对液晶偏转产生影响。
[0092]实施例8:
[0093]本实施例提供一种液晶显示装置，该液晶显示装置包括显示面板，该显示面板采用实施例7中的显示面板。
[0094]该显示装置可以为液晶面板、电子纸、手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。
[0095]本实施例的显示装置中，由于彩膜基板和/或阵列基板具有采用具有高导电率的黑矩阵组合物形成遮光结构，由于该黑矩阵组合物具有较高的导电率，因此，使得在彩膜基板和/或阵列基板上形成的遮光结构具有更好的电荷疏导能力，从而能及时、高效导走感应电荷，有效克服感应电荷的残留问题，使得该显示装置具有较好的抵抗干扰电场的能力，能有效减小或避免现有显示装置开机时产生的感应电场引起的开机白线等不良，尤其适用于ADS型的液晶显示装置。
[0096]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。
【权利要求】
1.一种黑矩阵组合物的制备方法，包括形成颜料液的步骤，其特征在于，形成颜料液包括: 将炭黑、分散剂、溶剂与具有显影性质的树脂搅拌均匀，进行第一次振荡； 继续添加溶剂，或者进一步添加具有显影性质的树脂，进行第二次振荡； 继续添加溶剂，进行第三次振荡，得到颜料液； 其中，在至少一次振荡中，还添加有用于增加黏度与粒度的稳定性的树脂。
2.根据权利要求1所述的黑矩阵组合物的制备方法，其特征在于，所述颜料液的粒径范围为50_80nm。
3.根据权利要求1所述的黑矩阵组合物的制备方法，其特征在于，炭黑包括C27和C69，C27和C69占颜料液的13-17质量份；溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯，占颜料液的60-64质量份；分散剂为高分子量颜料润湿和分散助剂，占颜料液的8-12质量份；具有显影性质的树脂为161，占颜料液的9-13质量份；用于增加黏度与粒度的稳定性的树脂为A81，占颜料液的1-3质量份。
4.根据权利要求1所述的黑矩阵组合物的制备方法，其特征在于，第一次振荡的时间范围为1-2小时，第二次振荡的时间范围为0.5-1小时，第三次振荡的时间范围为3-5小时。
5.根据权利要求1所述的黑矩阵组合物的制备方法，其特征在于，采用振荡机对颜料液进行振荡，振荡培养瓶内预置有锆珠，锆珠的质量为颜料液质量总和的一半。
6.根据权利要求1-5任一项所述的黑矩阵组合物的制备方法，其特征在于，将颜料液与碱可溶树脂、引发剂、流平剂、单体及消泡剂混合均匀，形成黑矩阵组合物。
7.—种黑矩阵组合物，包括颜料液和基质，其特征在于，所述颜料液包括炭黑、溶剂、分散剂、具有显影性质的树脂和用于增加黏度与粒度的稳定性的树脂，所述颜料液的粒径范围为 50-80nm。
8.根据权利要求7所述的黑矩阵组合物，其特征在于，炭黑包括C27和C69，C27和C69占颜料液的13-17质量份；溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯，占颜料液的60-64质量份；分散剂为高分子量颜料润湿和分散助剂，占颜料液的8-12质量份；具有显影性质的树脂为161，占颜料液的9-13质量份；用于增加黏度与粒度的稳定性的树脂为A81，占颜料液的1-3质量份。
9.根据权利要求7所述的黑矩阵组合物，其特征在于，所述基质包括碱可溶树脂、引发齐U、流平剂、单体及消泡剂。
10.一种显示面板，包括对合设置的彩膜基板和阵列基板，其特征在于，所述彩膜基板和/或所述阵列基板中包括采用权利要求7-9任一项所述的黑矩阵组合物形成的遮光结构。
11.根据权利要求10所述的显示面板，其特征在于，所述遮光结构的导电率为:1Χ10_9-10Χ10_9Ω.m。
12.根据权利要求11所述的显示面板，其特征在于，所述遮光结构的导电率为:6.2Χ1(Γ9Ω.m。
13.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求10-12任一项所述的显示面板。
【文档编号】G02F1/1335GK104166310SQ201410340606
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年7月17日 优先权日:2014年7月17日
【发明者】田肖雄 申请人:京东方科技集团股份有限公司