彩膜基板、阵列基板及显示装置的制作方法

本发明的实施例涉及显示技术领域，尤其涉及一种彩膜基板、阵列基板及显示装置。

背景技术：

传统显示装置的全彩显示主要通过彩色滤光片滤出红(R)绿(G)蓝(B)三基色光来实现。具体地，利用颜料或染料吸收不需要波长的光，选择性的透过需要波长的光，从而实现RGB三基色的透射与彩色显示。图1示意性地示出传统彩色滤光片10的截面图。如图1所示，彩色滤光片10包括玻璃基板11和位于玻璃基板11上的彩膜层12，彩膜层12包括红色色阻(R)、绿色色阻(G)、蓝色色阻(B)以及位于各色阻之间的黑矩阵。传统的彩色滤光片制作工艺需要分别制备RGB三层彩膜，工艺周期较长，并且所使用的RGB油墨材料会对环境造成污染。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种彩膜基板、阵列基板及显示装置，能够实现简化彩膜制作工艺、降低生产成本并减少油墨环境污染。

在本公开的第一方面中，提供一种彩膜基板，包括：基板；以及位于所述基板上的彩色滤光层，

其中，所述彩色滤光层包括透射光栅。

在一个实施例中，所述透射光栅包括：位于所述基板上的介质阵列；以及位于所述介质阵列的顶表面和侧壁上的金属层。

在一个实施例中，所述介质阵列包括PMMA或氧化硅。

在一个实施例中，所述金属层包括Al、Au或Ag。

在一个实施例中，所述透射光栅包括透射红光的第一光栅、透射绿光的第二光栅和透射蓝光的第三光栅，其中，所述第一光栅的光栅周期范围为360-436nm；所述第二光栅的光栅周期范围为288-331nm；所述第三光栅的光栅周期范围为262-276nm。

在本公开的第二方面中，还提供一种阵列基板，包括：基板；位于所述基板上的薄膜晶体管；以及位于所述基板上且沿平行于所述基板表面的方向邻近所述薄膜晶体管设置的彩色滤光层，

其中，所述彩色滤光层包括透射光栅。

在一个实施例中，所述透射光栅包括：位于所述基板上的介质阵列；以及位于所述介质阵列的顶表面和侧壁上的金属层。

在一个实施例中，所述介质阵列包括PMMA或氧化硅。

在一个实施例中，所述金属层包括Al、Au或Ag。

在一个实施例中，所述透射光栅包括透射红光的第一光栅、透射绿光的第二光栅和透射蓝光的第三光栅，其中，所述第一光栅的光栅周期范围为360-436nm；所述第二光栅的光栅周期范围为288-331nm；所述第三光栅的光栅周期范围为262-276nm。

在一个实施例中，所述薄膜晶体管与所述透射光栅同层设置。

在一个实施例中，所述阵列基板还包括：钝化层，所述钝化层覆盖所述薄膜晶体管和所述透射光栅；以及位于所述钝化层上的透明电极。

在一个实施例中，所述薄膜晶体管与所述透射光栅非同层设置。

在一个实施例中，所述阵列基板还包括：钝化层，所述钝化层覆盖所述薄膜晶体管和所述基板，其中，所述透射光栅位于所述钝化层上；位于所述钝化层上的平坦化层；以及位于所述平坦化层上的透明电极。

在本公开的第三方面中，提供一种显示装置，包括：在本公开的第一方面中描述的任一种彩膜基板或在本公开的第二方面中描述的任一种阵列基板。

在本文描述的实施例中，使用透射光栅代替传统的彩膜，允许白光透过三种光栅周期不同的透射光栅以得到RGB三基色，从而实现全彩色显示。因此，本公开实施例提供的彩膜基板、阵列基板及显示装置可以实现简化彩膜制作工艺、降低生产成本并减少油墨环境污染。

适应性的进一步的方面和范围从本文中提供的描述变得明显。应当理解，本申请的各个方面可以单独或者与一个或多个其他方面组合实施。还应当理解，本文中的描述和特定实施例旨在仅说明的目的并不旨在限制本申请的范围。

附图说明

本文中描述的附图用于仅对所选择的实施例的说明的目的，并不是所有可能的实施方式，并且不旨在限制本申请的范围，其中：

图1示意性示出一种传统彩色滤光片的截面图；

图2示意性示出本公开实施例提供的示例性彩膜基板的截面图；

图3示意性示出本公开实施例提供的示例性透射光栅的截面图；

图4示意性示出根据本公开实施例的示例性显示装置的截面图；

图5示意性示出根据本公开实施例的示例性显示装置的截面图；

图6A示意性示出根据本公开实施例的示例性阵列基板的截面图；

图6B示意性示出根据本公开实施例的示例性阵列基板的截面图；

图7A示意性示出根据本公开实施例的示例性显示装置的截面图；

图7B示意性示出根据本公开实施例的示例性显示装置的截面图；

图8A示意性示出根据本公开实施例的示例性显示装置的截面图；

图8B示意性示出根据本公开实施例的示例性显示装置的截面图。

贯穿这些附图的各个视图，相应的参考编号指示相应的部件或特征。

具体实施方式

首先需要说明的是，除非上下文中另外明确地指出，否则在本文和所附权利要求中所使用的词语的单数形式包括复数，反之亦然。因而，当提及单数时，通常包括相应术语的复数。相似地，措辞“包含”和“包括”将解释为包含在内而不是独占性地。同样地，术语“包括”和“或”应当解释为包括在内的，除非本文中明确禁止这样的解释。在本文中使用术语“示例”之处，特别是当其位于一组术语之后时，所述“示例”仅仅是示例性的和阐述性的，且不应当被认为是独占性的或广泛性的。

此外，在附图中，为了清楚起见夸大了各层的厚度及区域。应当理解的是，当提到层、区域、或组件在别的部分“上”时，指其直接位于别的部分上，或者也可能有别的组件介于其间。相反，当某个组件被提到“直接”位于别的组件上时，指并无别的组件介于其间。

现将参照附图更全面地描述示例性的实施例。

在本文描述的实施例中，提供一种彩膜基板，该彩膜基板可以应用于显示装置中。当这种彩膜基板用于显示装置时，透射光栅可以替代传统的彩膜，实现RGB三基色的透过以实现全彩显示，从而简化彩膜制作工艺、降低生产成本并减少油墨环境污染。现将参照图2详细描述本公开实施例提供的示例性彩膜基板。

图2示意性示出本公开实施例提供的示例性彩膜基板20的截面图。如图2所示，该彩膜基板20包括基板201以及设置在基板201上的彩色滤光层202。在该实施例中，彩色滤光层202包括透射光栅。具体地，彩色滤光层202包括第一透射光栅203、第二透射光栅204和第三透射光栅205。第一透射光栅203能够透射白光中的红光分量，其中，红光波长范围为620-750nm；第二透射光栅204能够透射白光中的绿光分量，其中，绿光波长范围为495-570nm；第三透射光栅205能够透射白光中的蓝光分量，其中，蓝光波长范围为450-475nm，。

在该实施例中，使用透射光栅代替传统的彩膜，以透过RGB三基色，从而实现全彩显示。图3示意性示出本公开实施例提供的示例性透射光栅30的截面图。如图3所示，透射光栅30包括位于基板201上的介质阵列301和位于介质阵列301的顶表面和侧壁上的金属层302。

在一个示例性实施例中，基板可以包括玻璃等透明材料。

在一个示例性实施例中，介质阵列301可以包括PMMA或氧化硅。

在一个示例性实施例中，金属层302包括Al、Au或Ag。

在一个示例性实施例中，金属层302的厚度小于50nm。

在一个示例性实施例中，制备介质阵列301的方法包括但不限于纳米压印、印刷工艺、光刻工艺等。

在一个示例性实施例中，通过沉积方法将金属层302沉积在介质阵列301的顶表面和侧壁上，所述沉积方法包括但不限于磁控溅射、热蒸镀、电子束蒸镀、原子层沉积等。

对于传统光学，当光照射到金属表面时将发生反射，而无法透过金属。但是，当金属上有亚波长孔，孔径尺寸远小于入射波长，这类光电器件会突破传统光学衍射极限的限制，而发生异常透射现象。产生异常透射现象的原理为：当入射光照射到周期排列的金属孔表面时，入射光中特定波长的光与金属表面的等离子体发生共振，光波能量会有一部分转化为自由电子振动能量，因此会呈现反射指数衰减，而能量增强的等离子体穿过金属孔实现透射。在图3所示的透射光栅30中，金属层302的厚度小于50nm，从而使入射光与金属表面等离子波发生耦合共振，实现窄波带的透射。

等离子体共振波长λ主要通过光栅周期L控制。在该实施例中，光栅周期L为介质阵列光栅的周期。参见公式λ＝L((ε_m*ε_d)/(ε_m+ε_d))^1/2，其中ε_m为金属介电常数，ε_d为金属外面环境介电常数。在制备过程中确定材料后，ε_m和ε_d为常数，λ与L成线性关系。根据上述公式，通过对光栅的周期进行设计，可对入射光进行不同波长的滤光和不同颜色光的透射。具体地，通过对光栅周期的设计而使RGB三基色滤过，从而使得能够实现全彩显示。

在一个示例性实施例中，图2中的第一透射光栅203的光栅周期范围为360-436nm；第二透射光栅204的光栅周期范围为288-331nm；第三透射光栅205的光栅周期范围为262-276nm。

可以理解，透射光栅的结构不限于本文中示例性列举的，只要能够滤出白光中所需要的波长的光即可。具体地，滤出白光中的红光、绿光和蓝光。

需要说明的是，在图3中示出的透射光栅结构也适于本文描述的其他实施例，在其他实施例中不再重复对其的描述。

在本文描述的实施例中，还提供一种显示装置，这种显示装置能够实现简化彩膜制作工艺步骤、降低生产成本并减少油墨环境污染。现将参照图4和图5详细说明本公开实施例提供的示例性显示装置。

图4示意性示出了根据本公开实施例的示例性显示装置40的截面图。如图4所示，显示装置40为顶发射有机电致发光显示装置(OLED)。显示装置40包括图2所示的实施例中的彩膜基板20、与该彩膜基板20相对设置的阵列基板41。彩膜基板20还可以包括位于彩色滤光层202上的平坦化层403以及位于平坦化层403上的透明电极404。阵列基板41包括基板411、位于基板411上的钝化层412和多个薄膜晶体管(TFT)416、位于钝化层412上的反射电极413、位于反射电极413上的平坦化层414和位于平坦化层414上的白光有机电致发光层415。平坦化层403用于使彩色滤光层202平坦化。钝化层412用于隔离TFT 416与反射电极413，以防止相互干扰。平坦化层414用于使反射电极层平坦化，以易于形成白光有机电致发光层415。阵列基板41还包括黑色隔离柱417，以防止RGB三基色光之间的串扰。进一步地，阵列基板41还包括设置在钝化层412中的过孔，以用于连接TFT 416和反射电极413。

在该实施例中，彩膜基板20可以包括设置在基板201上的第一透射光栅203、第二透射光栅204和第三透射光栅205。通过对白光有机电致发光层415施加电流而使其发出白光。白光透过第一透射光栅203而滤出红光；透过第二透射光栅204而滤出绿光；透过第三透射光栅205而滤出蓝光。通过相应的TFT 416施加不同的电流，以控制由白光有机电致发光层415发出的白光的光量，从而控制滤出的红光、绿光和蓝光的光量，由此实现全彩显示。

在该实施例中，顶发射OLED显示装置使用能够滤出RGB三基色的透射光栅代替传统的彩膜，达到彩色显示的效果，实现了简化彩膜制作工艺步骤、降低生产成本以及减少油墨环境污染。

图5示意性示出了根据本公开实施例的示例性显示装置50的截面图。如图5所示，显示装置50为液晶显示装置(LCD)。显示装置50包括图2所示的实施例中的彩膜基板20、与该彩膜基板20相对设置的阵列基板51、设置在彩膜基板20与阵列基板51之间的液晶层52。

可以理解，彩膜基板20还可以包括形成在基板上由氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)等透明材料形成的公共电极501。

在该实施例中，阵列基板51可以包括形成在基板上的多个薄膜晶体管(TFT)514、与薄膜晶体管514电连接且由ITO和IZO等透明导电材料形成的多个像素电极513。

在该实施例中，彩膜基板20可以包括设置在基板201上的第一透射光栅203、第二透射光栅204和第三透射光栅205。背光源发出白光，白光透过第一透射光栅203而滤出红光；透过第二透射光栅204而滤出绿光；透过第三透射光栅205而滤出蓝光。通过相应的TFT 514给电极施加不同的电压，控制液晶的排列以控制白光透过的光量，从而控制滤出的红光、绿光和蓝光的光量，由此实现全彩显示。

应当理解，显示装置50还可以包括分别设置在彩膜基板20和阵列基板51上的第一偏振器和第二偏振器。

在该实施例中，LCD显示装置使用能够滤出RGB三基色的透射光栅代替传统的彩膜，达到彩色显示的效果，实现了简化彩膜制作工艺步骤、降低生产成本以及减少油墨环境污染。

在本文描述的实施例中，还提供一种阵列基板，该阵列基板可以应用于显示装置中。当这种阵列基板用于显示装置时，透射光栅可以替代传统的彩膜，实现RGB三基色的透过以实现全彩显示，从而简化彩膜制作工艺、降低生产成本并减少油墨环境污染。现将参照图6A和6B详细描述本公开实施例提供的示例性阵列基板。

图6A和6B示意性示出了根据本公开实施例的示例性阵列基板的截面图。图6A示意性示出了根据本公开实施例的一个示例性阵列基板60的截面图。如图6A所示，该阵列基板60包括基板601、位于基板601上的多个薄膜晶体管(TFT)604、位于基板601上的彩色滤光层、位于基板601上的钝化层602以及位于钝化层602上的透明电极603。在该实施例中，彩色滤光层包括透射光栅，薄膜晶体管(TFT)604与透射光栅同层设置，钝化层602覆盖薄膜晶体管(TFT)604和透射光栅。在该实施例中，彩色滤光层包括第一透射光栅605、第二透射光栅606和第三透射光栅607。第一透射光栅605能够透射白光中的红光分量；第二透射光栅606能够透射白光中的绿光分量；第三透射光栅607能够透射白光中的蓝光分量。钝化层602用于隔离TFT 604与透明电极603，以防止相互干扰，并且用于使同层设置的薄膜晶体管(TFT)604和透射光栅平坦化。进一步地，阵列基板60还包括设置在钝化层602中的过孔，以用于连接TFT 604和透明电极603。

图6B示意性示出了根据本公开实施例的另一示例性阵列基板61的截面图。如图6B所示，该阵列基板61包括基板611、位于基板611上的多个薄膜晶体管(TFT)616、位于薄膜晶体管(TFT)616和基板611上的钝化层612、位于钝化层612上的彩色滤光层613、位于彩色滤光层613上的平坦化层614以及位于平坦化层614上的透明电极615。在该实施例中，钝化层612覆盖薄膜晶体管(TFT)616和基板611，以使薄膜晶体管(TFT)616平坦化；平坦化层614用于使彩色滤光层613平坦化。进一步地，阵列基板61还包括设置在钝化层612、彩色滤光层613和平坦化层614中的过孔，以用于连接TFT 616和透明电极615。在该实施例中，彩色滤光层613包括透射光栅。具体地，彩色滤光层613包括第一透射光栅617、第二透射光栅618和第三透射光栅619。第一透射光栅617能够透射白光中的红光分量；第二透射光栅618能够透射白光中的绿光分量；第三透射光栅619能够透射白光中的蓝光分量。

图6A和6B所示的实施例的基板、第一透射光栅、第二透射光栅和第三透射光栅可以与图2和图3所示的实施例中的那些具有相同的材料、相同的功能，因此在图2和图3所示的实施例中对这些组件及其布置方式的详细解释说明也适于图6A和6B所示的实施例，在该实施例中不再重复对其的描述。

可以理解，阵列基板60和61除了在图6A和6B中示出的组件外，还可以包括在操作中所需要的其他常规组件，例如设置在基板上的偏振器。由于该常规组件不涉及本公开的主要构思，因此在本文中未做详细说明，但是这并不意味着这里描述的阵列基板一定不具有该组件。

在该实施例提供的阵列基板中，使用透射光栅代替传统的彩膜，以从白光中滤出RGB三基色，达到全彩显示的效果。传统地在阵列基板上制备彩色滤光膜(CF)时，传统的CF胶材中的水汽、有机物质、胶材烘烤温度会对TFT性能产生影响。在该实施例中，使用透射光栅取代彩膜工艺，无需烘烤，既而不会产生有机气体以及水汽，能够有效预防COA(color filter on array)工艺对器件的影响。

在本文描述的实施例中，还提供一种显示装置，这种显示装置能够实现简化彩膜制作工艺步骤、降低生产成本并减少油墨环境污染。现将参照图7A-7B和图8A-8B详细说明本公开实施例提供的示例性显示装置。

图7A和7B示意性示出了根据本公开实施例的示例性显示装置70和71的截面图。如图7A和7B所示，显示装置70和71均为底发射OLED显示装置。在图7A中，显示装置70包括图6A所示的实施例中的阵列基板60以及与该阵列基板60相对设置的对置基板72。对置基板72包括衬底基板701、位于衬底基板701上的反射电极702、位于反射电极702上的平坦化层703以及位于平坦化层703上的白光有机电致发光层704。对置基板72还包括黑色隔离柱705，以防止RGB三基色光之间的串扰。在该实施例中，平坦化层703用于使反射电极702平坦化，以易于在平坦化层703上形成白光有机电致发光层704。在图7B中，显示装置71包括图6B所示的实施例中的阵列基板61以及与该阵列基板61相对设置的对置基板73。在图7B所示的实施例中的对置基板73与在图7A所示的实施例中的对置基板72具有相同的组件和功能，因此在图7B所示的实施例中不再重复对其的描述。

在该实施例中，阵列基板60和61可以包括设置在基板上的第一透射光栅、第二透射光栅和第三透射光栅。通过对白光有机电致发光层施加电流而使其发出白光。白光透过第一透射光栅而滤出红光；透过第二透射光栅而滤出绿光；透过第三透射光栅而滤出蓝光。通过相应的TFT施加不同的电流，以控制由白光有机电致发光层发出的白光的光量，从而控制滤出的红光、绿光和蓝光的光量，由此实现全彩显示。

在该实施例中，底发射OLED显示装置使用能够滤出RGB三基色的透射光栅代替传统的彩膜，从而滤出白光中的红光分量、绿光分量和蓝光分量，由此达到彩色显示的效果，实现了简化彩膜制作工艺步骤、降低生产成本以及减少油墨环境污染。

图8A和8B示意性示出了根据本公开实施例的示例性显示装置80和81的截面图。如图8A和8B所示，显示装置80和81均为LCD显示装置。在图8A中，显示装置80包括图6A所示的实施例中的阵列基板60、与该阵列基板60相对设置的对置基板82、以及设置在对置基板82和阵列基板60之间的液晶层801。可以理解，对置基板82可以包括衬底基板802和形成在衬底基板802上的由氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)等透明材料形成的公共电极803。公共电极803与图6A中的透明电极603形成一对电极，从而控制液晶层801中的液晶的排列。在图8B中，显示装置81包括图6B所示的实施例中的阵列基板61以及与该阵列基板61相对设置的对置基板83。在图8B所示的实施例中的对置基板83与在图8A所示的实施例中的对置基板82具有相同的组件和功能，因此在图8B所示的实施例中不再重复对其的描述。

应当理解，显示装置80和81还可以包括分别设置在阵列基板和对置基板上的第一偏振器和第二偏振器。

在该实施例中，阵列基板60和61可以包括设置在基板上的第一透射光栅、第二透射光栅和第三透射光栅。背光源发出白光，白光透过第一透射光栅而滤出红光；透过第二透射光栅而滤出绿光；透过第三透射光栅而滤出蓝光。通过相应的TFT给电极施加不同的电压，控制液晶的排列以控制白光透过的光量，从而控制滤出的红光、绿光和蓝光的光量，由此实现全彩显示。

在该实施例中，LCD显示装置使用能够滤出RGB三基色的透射光栅代替传统的彩膜，达到彩色显示的效果，实现了简化彩膜制作工艺步骤、降低生产成本以及减少油墨环境污染。

以上为了说明和描述的目的提供了实施例的前述描述。其并不旨在是穷举的或者限制本申请。特定实施例的各个元件或特征通常不限于特定的实施例，但是，在合适的情况下，这些元件和特征是可互换的并且可用在所选择的实施例中，即使没有具体示出或描述。同样也可以以许多方式来改变。这种改变不能被认为脱离了本申请，并且所有这些修改都包含在本申请的范围内。