一种彩色滤光片及其制备方法和显示设备

1.本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种彩色滤光片及其制备方法和显示设备。


背景技术：

2.彩色滤光片是液晶显示的重要组成部件，液晶显示器对彩色滤光片的性能要求一般包括高色纯度和高对比度两个方面。传统的彩色滤光片是通过在玻璃基板上分散涂布颜料和合成染料的方式实现，基于颜料对有色光的选择性吸收，可以实现红绿蓝等颜色的显示。传统的彩色滤光片由颜料分散涂布工艺制备，难以制作小尺寸(微米级别)的单元，分辨率较低，限制了其在高ppi(pixels per inch，像素密度)中的应用，如ar(augmented reality，增强现实)或vr(virtual reality，虚拟现实)等器件；另外，传统彩色滤光片的制备对经济和环境不友好、工艺复杂；上述问题使基于颜料和染料的彩色滤光片已经不能满足电子设备日益增长的需求。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明实施例的目的是提供一种彩色滤光片及其制备方法和显示设备，该彩色滤光片分辨率高、工艺简单且适合批量生产。
4.第一方面，本发明实施例提供了一种彩色滤光片，包括透明衬底和设置于所述透明衬底上的金属纳米孔结构，所述金属纳米孔结构呈周期性排列以形成线栅结构，所述金属纳米孔结构为含有纳米孔的纳米金属结构。
5.可选地，所述透明衬底包括柔性透明衬底。
6.可选地，所述柔性透明衬底的材料包括聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚碳酸酯及水凝胶中的任一种。
7.可选地，所述金属纳米孔结构的材料包括金、银、铝、铜、镍、铬、钛中的任一种。
8.第二方面，本发明实施例提供了一种显示设备，包括上述的彩色滤光片。
9.第三方面，本发明实施例提供了一种彩色滤光片的制备方法，所述彩色滤光片包括透明衬底和设置于所述透明衬底上的金属纳米孔结构，包括以下步骤：
10.制备用于纳米压印的母模板或用于转印的母模板，其中，所述用于纳米压印的母模板的结构为第一结构，所述用于转印的母模板的结构为第二结构，所述第一结构与所述金属纳米孔结构为互补结构，所述第二结构与所述金属纳米孔结构相同；
11.采用纳米压印设备在所述透明衬底上压印出所述第一结构，并在已压印所述第一结构的透明衬底上蒸镀金属及去胶以形成彩色滤光片；
12.或在所述用于转印的母模板上蒸镀金属形成所述金属纳米孔结构，将所述金属纳米孔结构从所述用于转印的母模板上剥离并转移到所述透明衬底上。
13.可选地，制备用于纳米压印的母模板或用于转印的母模板，具体包括：
14.选取硬基材料作为制备母模板的基材；
15.通过电子束直写设备进行光刻形成第一结构或第二结构。
16.实施本发明实施例包括以下有益效果：本发明实施例中彩色滤光片包括透明衬底和设置于透明衬底上的金属纳米孔结构；金属纳米孔结构最小可以做到亚微米级别的尺寸，因此具有极高的分辨率；另外，金属纳米孔结构通过电子束直写设备制备母模板或用于转印的母模板，并采用母模板采用纳米压印或转印的工艺制备金属纳米孔结构，从而制备彩色滤波片，制备工艺简单、成本低，适合大面积批量生产。
附图说明
17.图1是本发明实施例提供的一种彩色滤光片的结构示意图；
18.图2是本发明实施例提供的一种彩色滤光片对rgb三原色的滤光图谱；
19.图3是本发明实施例提供的一种彩色滤光片在不同拉伸比例下的光谱响应图；
20.图4是本发明实施例提供的不同材料的衬底对应的彩色滤光片的透射光谱图；
21.图5是本发明实施例提供的一种彩色滤光片的制备方法的步骤流程示意图；
22.图6是本发明实施例提供的另一种彩色滤光片的制备方法的步骤流程示意图。
具体实施方式
23.下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
24.如图1所示，本发明实施例提供了一种彩色滤光片，包括透明衬底3和设置于所述透明衬底3上的金属纳米孔结构1，所述金属纳米孔结构1呈周期性排列以形成线栅结构，所述金属纳米孔结构1为含有纳米孔2的纳米金属结构。
25.本领域技术人员可以理解的是，周期性的金属纳米孔结构1和金属纳米孔结构1之间的间隙组成了线栅结构(行或列)。
26.彩色滤光片的工作原理如下：周期性金属纳米孔结构1的表面等离子体激元干涉以及金属纳米孔结构1与介质透明衬底3之间的电磁响应是彩色滤光的原理所在；这可以理解为：将入射电磁波转换成表面等离子体激元的耦合过程，通过金属纳米孔结构1的自由表面电荷与金属纳米孔结构1和介质透明衬底3界面处的入射电磁波之间的耦合来激发。
27.需要说明的是，彩色滤光片中金属纳米孔结构可以根据具体实际需求设计，包括但不限于图1中的金属纳米孔结构1。
28.可选地，所述金属纳米孔结构的材料包括金、银、铝、铜、镍、铬、钛中的任一种。
29.具体地，金属纳米孔结构的金属材料可提供自由表面电荷，从而使周期性金属纳米孔结构的表面产生离子体激元干涉，以及使金属纳米孔结构与介质透明衬底之间的产生电磁响应。
30.需要说明的是，本发明实施例中的基于对称的纳米结构设计，具有偏振不敏感的特性，在各种偏振角度入射光下可以保持一致的光输出。
31.参阅图2，图2为彩色滤光片的透射率光谱图，从图2可知，彩色滤光片对r(红)、g(绿)、b(蓝)三色都具有较高的透射率，其中，彩色滤光片对r和b的透射率高达80％左右，可拉伸彩色滤光片对g的透射率达到60％左右。由此可见，可拉伸彩色滤光片对grb三原色具有高滤光特性。
32.可选地，所述透明衬底包括柔性透明衬底。
33.具体地，柔性透明衬底在施加拉伸力的过程中，由于金属纳米孔结构的尺寸极小，且孔与孔之间有间隙和由周期性的金属结构组成线栅部分存在，彩色滤光片能够得以完好保持形状而不会被撕裂。
34.需要说明的是，采用不同的金属纳米孔结构，同样达到可拉伸的效果，金属纳米孔结构包括但不限于图1中的金属纳米孔结构。
35.传统彩色滤光片难以实现柔性显示，而本技术中的微纳结构彩色滤光片可以在一定的拉伸/弯折比例下保持较高质量的滤光特性。
36.参阅图3，图3为可拉伸彩色滤光片在不同拉伸比下的透射率光谱图，从图3可知，当拉伸比在0％～30％之间时，虽然光谱响应有所偏移，但是大致变化趋势较接近，且偏移后的光谱仍在rgb颜色范围内。由此可见，在一定的拉伸比下，可拉伸彩色滤光片输出光谱仅会出现很小的频率偏移，仍能保持高质量的颜色响应。
37.可选地，所述柔性透明衬底的材料包括聚二甲基硅氧烷(pdms，polydimethylsiloxane)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma，polymethyl methacrylate)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene glycol terephthalate，pet)、聚酰亚胺(polyimide，pi)、聚碳酸酯(polycarbonate，pc)及水凝胶中的任一种。
38.需要说明的是，柔性透明衬底可采用不同的材料类别，如电介质与半导体材料等，柔性透明衬底的材料包括但不限于聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚碳酸酯或水凝胶。
39.参阅图4，图4为不同柔性衬底材料的透射率光谱图，衬底材料包括pdms、pet(polyethylene glycol terephthalate，聚对苯二甲酸乙二醇酯)、pi(polyimide，聚酰亚胺)、pmma及pc(polycarbonate，聚碳酸酯)，从图4可知，不同材料的衬底对应的彩色滤光片的透射率光谱变化趋势大致相同，同时也有一定的偏移。
40.实施本发明实施例包括以下有益效果：本发明实施例中的彩色滤光片包括透明衬底和设置于透明衬底上的金属纳米孔结构；金属纳米孔结构最小可以做到亚微米级别的尺寸，因此具有极高的分辨率。
41.本发明实施例还提供了一种显示设备，包括上述的彩色滤光片。
42.具体地，例如显示设备为面板显示器，面板显示器是彩色滤光片与与oled(organic electroluminescence display，有机电致发光器件)显示模组结合，并利用coe(color filter on encapsulation)技术实现。其中，coe技术是指在oled器件出光方向的封装薄膜层或对准层上直接形成包括黑矩阵(black matrix，bm)和伴随同层设置的彩色滤光片(color filter，cf)，用来对准顶发射的显示面板，就是直接在经过封装的oled器件上通过光刻形成彩色滤光片。它替代了传统的偏振器技术，有效地降低了oled面板的反射率并提高了色纯度，增加了色域，减小了面板的厚度，并提高了面板显示器的亮度。
43.实施本发明实施例包括以下有益效果：本发明实施例中的彩色滤光片包括透明衬底和设置于透明衬底上的金属纳米孔结构；金属纳米孔结构最小可以做到亚微米级别的尺寸，因此具有极高的分辨率。
44.如图5所示，本发明实施例提供了一种彩色滤光片的制备方法，所述彩色滤光片包括透明衬底和设置于所述透明衬底上的金属纳米孔结构，包括以下步骤：
45.s100、制备用于纳米压印的母模板或用于转印的母模板，其中，所述用于纳米压印的母模板的结构为第一结构，所述用于转印的母模板的结构为第二结构，所述第一结构与所述金属纳米孔结构为互补结构，所述第二结构与所述金属纳米孔结构相同。
46.需要说明的是，母模板材料选用硬基材，方便压印或转印。
47.本领域技术人员可以理解的是，金属纳米孔结构的具体尺寸参数需要根据生产工艺确定。
48.具体地，如图6所示，本发明实施例选取硅基材作为母模板的基材，彩色滤波片的生成工艺包括纳米压印和转移中的任意一种；纳米压印工艺先将第一结构的图形转移到衬底上，再根据衬底上的第一结构进行金属蒸镀和剥离以形成彩色滤光片；转印工艺先在第二结构上进行金属蒸镀形成金属纳米孔结构，然后将金属纳米孔结构转移到衬底上。
49.可选地，制备用于纳米压印的母模板或用于转印的母模板，具体包括：
50.s110、选取硬基材料作为制备母模板的基材；
51.s120、通过电子束直写设备进行光刻形成第一结构或第二结构。
52.本领域技术人员可以理解的是，第一结构对应用于纳米压印的母模板，第二结构对应用于转印的母模板。
53.s200a、采用纳米压印设备在所述透明衬底上压印出所述第一结构，并在已压印所述第一结构的透明衬底上蒸镀金属及去胶以形成彩色滤光片。
54.具体地，如果采用纳米压印技术，则在母模板制备完成后，需先将图案转移到柔性衬底上，即采用纳米压印设备，通过紫外光固化的手段在所需柔性衬底上压印出所设计的结构；然后，在转移出结构的柔性衬底上进行蒸镀金属以及去胶等操作，完成彩色滤光片的制作。
55.s200b、或在所述用于转印的母模板上蒸镀金属形成所述金属纳米孔结构，将所述金属纳米孔结构从所述用于转印的母模板上剥离并转移到所述透明衬底上。
56.具体地，如果采用直接转印方案，则应先在母模板上蒸镀金属结构；然后，将蒸镀好金属的母模板通过与柔性衬底的键合或利用溶液在母模板上配置柔性衬底的方法贴合在一起，利用金属与si基母模板和柔性衬底之间的粘附力的不同，将金属从母模板上剥离，转移到柔性衬底上，实现彩色滤光片的制备。
57.实施本发明实施例包括以下有益效果：本发明实施例中彩色滤光片包括透明衬底和设置于透明衬底上的金属纳米孔结构；金属纳米孔结构最小可以做到亚微米级别的尺寸，因此具有极高的分辨率；另外，金属纳米孔结构通过电子束直写设备制备母模板或用于转印的母模板，并采用母模板采用纳米压印或转印的工艺制备金属纳米孔结构，从而制备彩色滤波片，制备工艺简单、成本低，适合大面积批量生产。
58.以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。