彩色滤光片及其制备方法与流程

本发明涉及显示领域，具体涉及一种彩色滤光片及其制备方法。

背景技术：

液晶显示装置(liquidcrystaldisplay，lcd)、有机发光二极管显示装置(organiclightemittingdisplay，oled)以及利用有机二极管(lightemittingdiode，led)器件的显示装置等平面显示装置因具有高画质、省电、机身薄及应用范围广等优点，而被广泛的应用于手机、电视、个人数字助理、数字相机、笔记本电脑、台式计算机等各种消费性电子产品，成为显示装置中的主流。

显示装置可以通过多种彩色化方案来实现支持彩色图案的显示。在一些实施方式中，通过在发光基板上增加彩色滤光片来实现彩色化。然而，现有技术中的彩色滤光片中，通常存在黑矩阵的反射率不够低问题，影响显示装置色准和对比度，从而影响显示装置的显示效果。

技术实现要素：

本发明提供一种彩色滤光片及其制备方法，黑矩阵的镜面反射率低，显示效果增强。

第一方面，本发明实施例提供一种彩色滤光片，包括：黑矩阵，呈网格状分布，具有多个镂空区域；以及滤光单元，位于镂空区域设置内，其中，黑矩阵包括主体部和至少部分覆盖主体部的减光层，主体部包括有机遮光材料，减光层中分布有多个纳米碳颗粒，多个纳米碳颗粒中部分的纳米碳颗粒连接于主体部，以使减光层界面与主体部界面相互渗透交叠。

根据本发明实施例的一个方面，减光层的吸光率大于主体部的吸光率，减光层的厚度小于主体部的厚度。

根据本发明实施例的一个方面，减光层中的部分纳米碳颗粒具有多孔结构。

根据本发明实施例的一个方面，还包括：增透保护层，覆盖至少部分减光层。

第二方面，本发明实施例提供一种彩色滤光片的制备方法，包括：提供衬底基板；在衬底基板上涂布有机遮光材料，得到用于形成主体部的第一涂膜；在第一涂膜上涂布含有纳米碳颗粒的混合物，得到用于形成减光层的第二涂膜，纳米碳颗粒均匀混合于溶剂形成混合物；软烤第一涂膜及第二涂膜，以在定型的同时去除溶剂，获得界面相互渗透交叠的双层膜层；图案化处理双层膜层以得到包括主体部和减光层的黑矩阵。

根据本发明实施例的一个方面，图案化处理双层膜层以得到包括主体部和减光层的黑矩阵的步骤包括：采用具有曝光图案的光罩对双层膜层进行曝光。

第三方面，本发明实施例提供一种彩色滤光片的制备方法，包括：提供衬底基板；在衬底基板上形成含有有机遮光材料的主体部膜层，有机遮光材料包括成膜物质和均匀分布在成膜物质中的纳米碳颗粒；去除主体部膜层的背向衬底基板的表面层的部分成膜物质并暴露部分纳米碳颗粒，形成减光层膜层，减光层膜层中的部分纳米碳颗粒连接于余下的主体部膜层；图案化处理主体部膜层和减光层膜层以得到包括主体部和减光层的黑矩阵。

根据本发明实施例的一个方面，通过高能束烧蚀处理或溶剂溶解处理来去除主体部膜层的背向衬底基板的表面层的部分成膜物质并暴露部分纳米碳颗粒，优选地，暴露的纳米碳颗粒中的部分纳米碳颗粒具有多孔结构。

根据本发明实施例的一个方面，高能束烧蚀处理中高能束的行进路线为j型或m型。

根据本发明实施例的一个方面，还包括在减光层上形成增透保护层的步骤。

根据本发明实施例的彩色滤光片，彩色滤光片的黑矩阵包括主体部以及覆盖于主体部的分布有多个纳米碳颗粒的减光层，多个纳米碳颗粒中部分的纳米碳颗粒连接于主体部，以使减光层界面与主体部界面相互渗透交叠。一方面，黑矩阵包括主体部以及覆盖于主体部的分布有多个纳米碳颗粒的减光层，纳米碳颗粒形成粗糙的表面，从而降低黑矩阵的镜面反射，根据本发明实施例的彩色滤光片应用于显示装置，能够增强显示装置的显示效果。另一方面，多个纳米碳颗粒中部分的纳米碳颗粒连接于主体部，以使减光层界面与主体部界面相互渗透交叠，提高减光层与主体部之间的结合力，从而提高黑矩阵的层间牢固性。

在一些可选的实施例中，减光层的吸光率大于主体部的吸光率，减光层的厚度小于主体部的厚度，在提高黑矩阵的吸光效果以降低镜面反射的同时，能够良好控制黑矩阵的厚度。

在一些可选的实施例中，减光层中的部分纳米碳颗粒具有多孔结构，多孔结构能够进一步增加减光层的光吸收效果，进而进一步降低黑矩阵的镜面反射。

在一些可选的实施例中，减光层上形成有增透保护层，增透保护层能够保护减光层不被后续工艺破坏和影响，从而保证黑矩阵的降低镜面反射的效果。

根据本发明实施例的彩色滤光片的制备方法，在衬底基板上涂布得到用于形成主体部的第一涂膜，在第一涂膜上涂布得到具有纳米碳颗粒的用于形成减光层的第二涂膜，同时软烤第一涂膜及第二涂膜，以在定型的同时去除溶剂，获得界面相互渗透交叠的双层膜层。一方面，在第一涂膜上涂布得到具有纳米碳颗粒的用于形成减光层的第二涂膜，经过软烤和图案化处理后得到的减光层中纳米碳颗粒形成粗糙的表面，从而降低黑矩阵的镜面反射。另一方面，在第一涂膜与第二涂膜界面之间相互渗透之后再软烤定型并去除溶剂，使得得到的用于形成主体部和减光层的双层膜层的界面相互渗透交叠，提高减光层与主体部之间的结合力，从而提高黑矩阵的层间牢固性。

根据本发明实施例的彩色滤光片的制备方法，去除主体部膜层表面层的部分成膜物质并暴露部分纳米碳颗粒，暴露的纳米碳颗粒中的部分纳米碳颗粒连接于余下的主体部膜层并形成减光层膜层。一方面，去除主体部膜层表面层的部分成膜物质，降低了成膜物质导致镜面反射，且暴露的纳米碳颗粒形成粗糙的表面，从而降低形成的黑矩阵的镜面反射。另一方面，由于暴露的纳米碳颗粒中的部分纳米碳颗粒连接于余下的主体部膜层，减光层膜层与余下的主体部膜层相互渗透交叠，提高减光层与主体部之间的结合力，从而提高黑矩阵的层间牢固性。

在一些可选的实施例中，高能束烧蚀处理中高能束的行进路线为j型或m型，使得余下的主体部膜层中的成膜物质也形成不平整表面，从而进一步提高黑矩阵表面粗糙度，进一步降低黑矩阵的镜面反射。

附图说明

通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显，其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征，附图并未按照实际的比例绘制。

图1示出根据本发明实施例的彩色滤光片的俯视示意图；

图2示出图1中aa向的截面示意图；

图3示出根据本发明实施例的彩色滤光片中纳米碳颗粒的结构示意图；

图4示出根据本发明另一实施例的彩色滤光片的截面示意图；

图5示出根据本发明一种实施例的彩色滤光片的制备方法的流程图；

图6a至图6d示出根据本发明一种实施例的彩色滤光片的制备方法中彩色滤光片的截面示意图；

图7示出根据本发明另一种实施例的彩色滤光片的制备方法的流程图；

图8a至图8d示出根据本发明另一种实施例的彩色滤光片的制备方法中彩色滤光片的截面示意图。

图中：

1000-彩色滤光片；

100-衬底基板；

200-黑矩阵；210-主体部；220-减光层；211-主体部界面；221-减光层界面；

200a-双层膜层；210a-第一涂膜；220a-第二涂膜；211a-第一涂膜界面；221a-第二涂膜界面；

210b-主体部膜层；220b-减光层膜层；

300-保护层；

la-镂空区域；cp-纳米碳颗粒。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本发明，并不被配置为限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

应当理解，在描述部件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将部件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。

本发明实施例提供一种彩色滤光片，其可以应用于显示面板中，用于实现显示面板出射光线的彩色化。其中，显示面板可以是利用有机二极管(lightemittingdiode，led)器件的显示面板，例如是微发光二极管(micro-led)显示面板，在一些实施例中，也可以是有机发光二极管(organiclight-emittingdiode，oled)显示面板、液晶显示面板(liquidcrystaldisplay，lcd)等显示面板。本文在多数实施例中，彩色滤光片将单色光线转化为多种颜色的光线进行显示。

图1示出根据本发明实施例的彩色滤光片的俯视示意图，其中图1示出彩色滤光片的一部分区域的结构。图2示出图1中aa向的截面示意图。彩色滤光片1000包括黑矩阵(blackmatrix，bm)200和滤光单元。

黑矩阵200呈网格状分布，具有多个镂空区域la。图1中示出的镂空区域la为矩形，可以理解的是，镂空区域la可以为圆形、椭圆形或多边形等。

滤光单元位于镂空区域la内。滤光单元可以是通过滤光实现色彩转化的结构单元，也可以是包括光致发光材料的滤光单元，其中光致发光材料可以是量子点层、荧光粒子层等。

黑矩阵200包括主体部210和覆盖于主体部210的减光层220。在一个具体的实施例中，主体部210位于减光层220与衬底基板100之间。主体部210包括有机遮光材料。有机遮光材料可以包括有机成膜物质和黑色吸光材料。在一些实施例中，黑色吸光材料可以是黑色颜料或染料的着色剂。在一些具体的实施例中，黑色吸光材料的制作材料例如是钛黑、木质素黑、炭黑、碳纳米管、富勒烯、诸如铁或锰的复合氧化物颜料、以及上述颜料的组合等。减光层220中分布有多个纳米碳颗粒cp。减光层220中的纳米碳颗粒cp可以形成表面粗糙的层。纳米碳颗粒cp例如是炭黑、碳纳米管、富勒烯等。纳米碳颗粒cp可以是纳米单体，也可以是多个纳米单体的组合。多个纳米碳颗粒cp中部分的纳米碳颗粒cp连接于主体部210，以使减光层界面221与主体部界面211相互渗透交叠。即减光层220中的部分纳米碳颗粒cp嵌入至主体部210中，使得减光层界面221位于主体部210中而主体部界面211位于减光层220中，减光层220与主体部210之间具有交叠区域。

根据本发明实施例的彩色滤光片1000，一方面，黑矩阵200包括主体部210以及覆盖于主体部210的分布有多个纳米碳颗粒cp的减光层220。在一些实施例中，减光层220还包括少量其它有机物质，例如是醇类、酮类、或醚类等有机物。纳米碳颗粒cp形成粗糙的表面，从而降低黑矩阵200的镜面反射，根据本发明实施例的彩色滤光片1000应用于显示装置，能够增强显示装置的显示效果；另一方面，减光层220的部分纳米碳颗粒cp连接于主体部210，以使减光层界面221与主体部界面211相互渗透交叠，提高减光层220与主体部210之间的结合力，从而提高黑矩阵200的层间牢固性。

在一些实施例中，彩色滤光片1000还包括衬底基板100，黑矩阵200位于衬底基板100上。衬底基板100可以为石英玻璃、硼硅酸玻璃、铝硅酸盐玻璃、表面涂覆有二氧化硅的钠钙玻璃等无机玻璃类的薄板或者高分子材料的膜或片。其中可选的高分子材料例如是聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚酯、丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂等。衬底基板100优选为透明的。

在一些实施例中，减光层220的吸光率大于主体部210的吸光率。此处的吸光率是指同样厚度同等面积下材料的吸光率。在一些实施例中，减光层220的黑度大于主体部210的黑度。减光层220的厚度小于主体部210的厚度。减光层220的厚度为纳米级。在一些实施例中，主体部210的厚度可以为1.2至10μm，优选地，主体部210的厚度为1.5至3μm，例如是2μm。减光层220的厚度可以为0.34至600nm，优选地，减光层220的厚度可以为200至400nm，例如是300nm。纳米级厚度的减光层220相比主体部210不会显著增加黑矩阵200的厚度，在提高黑矩阵200的吸光效果以降低镜面反射的同时，能够良好控制黑矩阵200的厚度。

图3示出根据本发明实施例的彩色滤光片中纳米碳颗粒的结构示意图。在一些实施例中，减光层220中的部分纳米碳颗粒cp具有多孔结构。多孔结构能够进一步困住光并使表面更粗糙，进一步增加了减光层220的光吸收效果，进而进一步降低黑矩阵200的镜面反射。图中示出的多孔结构为圆孔状，可以理解是，多孔结构也可以是椭圆形孔、多边形孔、不规则孔或上述形状孔的组合。

图4示出根据本发明另一实施例的彩色滤光片的截面示意图。在一些实施例中，彩色滤光片还包括增透保护层300，增透保护层300覆盖至少部分减光层220。增透保护层300是高透光且低反光的膜层。增透保护层300能够保持减光层220的结构，并能够在后续加工工艺中保护减光层220不被破坏和影响。在一些实施例中，增透保护层300为减反膜。

图5示出根据本发明一种实施例的彩色滤光片的制备方法的流程图。图6a至图6d示出根据本发明一种实施例的彩色滤光片的制备方法中彩色滤光片的截面示意图。本发明实施例提供一种彩色滤光片的制备方法，包括步骤：

s110：提供衬底基板100，如图6a所示。

衬底基板100可以为石英玻璃、硼硅酸玻璃、铝硅酸盐玻璃、表面涂覆有二氧化硅的钠钙玻璃等无机玻璃类的薄板或者高分子材料的膜或片。其中可选的高分子材料例如是聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚酯、丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂等。衬底基板100优选为透明的。

s120：在衬底基板100上涂布有机遮光材料，得到用于形成主体部210的第一涂膜210a，如图6b所示。

有机遮光材料可以包括有机成膜物质和黑色吸光材料。在一些实施例中，黑色吸光材料可以是黑色颜料或染料的着色剂。在一些具体的实施例中，黑色吸光材料的制作材料例如是钛黑、木质素黑、炭黑、碳纳米管、富勒烯、诸如铁或锰的复合氧化物颜料、以及上述颜料的组合等。有机成膜物质可以为高分子树脂。将有机遮光材料涂布在衬底基板100上的方法，例如可以是狭缝涂布法、旋转涂布法、喷涂法、辊涂法或棒涂法，优选为旋转涂布法。

s130：在第一涂膜210a上涂布含有纳米碳颗粒cp的混合物，得到用于形成减光层220的第二涂膜220a，纳米碳颗粒cp均匀混合于溶剂形成混合物，如图6c所示。

纳米碳颗粒cp例如是炭黑、碳纳米管(长度小于2μm)、富勒烯等。溶剂例如可以是水、有机溶剂等。其中有机溶剂例如可以为低级(c1～3)醇类(例如甲醇、乙醇、丙醇等)、酮类(例如丙酮等)、醚类(例如二乙醚、四氢呋喃等)、烷基酯类(例如乙酸乙酯等)、卤代脂肪族烃类(例如氯仿、二氯甲烷等)、极性非质子类(例如n-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺等)等。混合物中纳米碳颗粒cp的重量百分数为0.1wt.％至5wt.％，优选地为0.5wt.％。

将含有纳米碳颗粒cp的混合物涂布在第一涂膜210a上的方法，例如可以是狭缝涂布法、旋转涂布法、喷涂法、辊涂法或棒涂法，优选为旋转涂布法。在一个具体的实施例中，将混合物以200至800r/min(转每分钟)的转速旋涂在第一涂膜210a上，旋涂时间为1至20s(秒)。优选地，将混合物以400r/min(转每分钟)的转速旋涂在第一涂膜210a上，旋涂时间为5s(秒)。

s140：软烤第一涂膜210a及第二涂膜220a，以在定型的同时去除溶剂，获得界面相互渗透交叠的双层膜层200a。第二涂膜220a中的部分纳米碳颗粒cp嵌入至第一涂膜210a中，使得第二涂膜界面221a位于第一涂膜210a中而第一涂膜界面211a位于第二涂膜220a中，第一涂膜210a与第二涂膜220a之间具有交叠区域。其中，软烤的加热温度为50°至110°，软烤的加热时间为1至5min。优选地，软烤的加热温度为110°，软烤的加热时间为3min。

s150：图案化处理双层膜层200a以得到包括主体部210和减光层220的黑矩阵200，如图6d所示。图案化处理后的黑矩阵200呈网格状分布，具有多个镂空区域la。

根据本发明实施例的彩色滤光片1000的制备方法，一方面，在第一涂膜210a上涂布得到具有纳米碳颗粒cp的用于形成减光层220的第二涂膜220a，经过软烤和图案化处理后得到的减光层220中纳米碳颗粒cp形成粗糙的表面，从而降低黑矩阵200的镜面反射；另一方面，在第一涂膜210a与第二涂膜220a界面之间相互渗透之后再软烤定型并去除溶剂，使得得到的用于形成主体部210和减光层220的双层膜层200a的界面相互渗透交叠，提高减光层220与主体部210之间的结合力，从而提高黑矩阵200的层间牢固性。

在一些实施例中，图案化处理双层膜层200a以得到包括主体部210和减光层220的黑矩阵200的步骤s150包括：采用具有曝光图案的光罩对双层膜层200a进行曝光。

在一些实施例中，本发明实施例提供的彩色滤光片的制备方法还包括步骤s160：硬烤所述黑矩阵200，以进一步固化。其中，硬烤的加热温度为100°至200°，硬烤的加热时间为2至30min。

在一些实施例中，本发明实施例提供的彩色滤光片的制备方法还包括步骤s170：在黑矩阵200的镂空区域la内形成滤光单元。滤光单元可以是通过滤光实现色彩转化的结构单元，也可以是包括光致发光材料的滤光单元，其中光致发光材料可以是量子点层、荧光粒子层等。

图7示出根据本发明另一种实施例的彩色滤光片的制备方法的流程图。图8a至图8d示出根据本发明另一种实施例的彩色滤光片的制备方法中彩色滤光片的截面示意图。本发明实施例提供另一种彩色滤光片的制备方法，包括：

s210：提供衬底基板100，如图8a所示。

衬底基板100可以为石英玻璃、硼硅酸玻璃、铝硅酸盐玻璃、表面涂覆有二氧化硅的钠钙玻璃等无机玻璃类的薄板或者高分子材料的膜或片。其中可选的高分子材料例如是聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚酯、丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂等。衬底基板100优选为透明的。

s220：在衬底基板100上形成含有有机遮光材料的主体部膜层210b，有机遮光材料包括成膜物质和均匀分布在成膜物质中的纳米碳颗粒cp，如图8b所示。

成膜物质可以为高分子树脂。纳米碳颗粒cp例如是炭黑、碳纳米管(长度小于2μm)、富勒烯等。主体部膜层210b可以通过狭缝涂布法、旋转涂布法、喷涂法、辊涂法或棒涂法等方式形成。

s230：去除主体部膜层210b的背向衬底基板100的表面层的部分成膜物质并暴露部分纳米碳颗粒cp，形成减光层膜层220b，减光层膜层220b中的部分纳米碳颗粒cp连接于余下的主体部膜层210b，如图8c所示。减光层膜层220b与余下的主体部膜层210b相互渗透交叠。减光层膜层220b中的部分纳米碳颗粒cp嵌入至余下的主体部膜层210b中，使得减光层膜层界面位于余下的主体部膜层210b中而余下的主体部膜层界面位于减光层膜层220b中，减光层膜层220b与余下的主体部膜层210b之间具有交叠区域。

s240：图案化处理主体部膜层210b和减光层膜层220b以得到包括主体部210和减光层220的黑矩阵200，如图8d所示。图案化处理后的黑矩阵200呈网格状分布，具有多个镂空区域la。在一些实施例中，采用具有曝光图案的光罩对主体部膜层210b和减光层膜层220b进行曝光。

根据本发明实施例的彩色滤光片的制备方法，一方面，去除主体部膜层210b表面层的部分成膜物质，降低了成膜物质导致的镜面反射，且暴露的纳米碳颗粒cp形成粗糙的表面，从而降低形成的黑矩阵200的镜面反射；另一方面，由于暴露的纳米碳颗粒cp中的部分纳米碳颗粒cp连接于余下的主体部膜层210b，减光层膜层220b与余下的主体部膜层210b相互渗透交叠，提高减光层220与主体部210之间的结合力，从而提高黑矩阵200的层间牢固性。

此外，在上述本发明实施例的制备方法制得的彩色滤光片中，主体部210与减光层220通过同种材料处理形成，进一步提升减光层220与主体部210之间的结合力。主体部210中也包含纳米碳颗粒cp，从而一定程度提高主体部210的减光性能，进而提高黑矩阵200整体的减光能力，当彩色滤光片应用于显示装置中时，能够提高显示效果。

上述本发明实施例的彩色滤光片的制备方法通过对同种材料处理得到主体部210与减光层220，能够节省工艺制程，进而提高制备效率以及降低生产成本。

在一些实施例中，通过高能束烧蚀处理或溶剂溶解处理来去除主体部膜层210b表面层的部分成膜物质并暴露部分纳米碳颗粒cp，优选地，暴露的纳米碳颗粒cp中的部分纳米碳颗粒cp具有多孔结构。多孔结构能够进一步困住光并使表面更粗糙，进一步增加了减光层220的光吸收效果，进而进一步降低黑矩阵200的镜面反射。其中，高能束可以为激光、电子束或等离子体。用于溶剂溶解处理的溶剂可以为强酸性或强碱性溶液。

在一些实施例中，高能束烧蚀处理中高能束的行进路线为j型或m型。高能束为j型或m型行进路线，使得余下的主体部膜层210b中的成膜物质也形成不平整表面，从而进一步提高黑矩阵200表面粗糙度，进一步降低黑矩阵200的镜面反射。

在一些实施例中，还包括在减光层220上形成增透保护层300的步骤。增透保护层300是高透光且低反光的。增透保护层300能够保持减光层220的结构，并能够在后续加工工艺中保护减光层220不被破坏和影响。

在一些实施例中，本发明实施例提供的彩色滤光片的制备方法还包括步骤s250：在黑矩阵200的镂空区域la内形成滤光单元。滤光单元可以是通过滤光实现色彩转化的结构单元，也可以是包括光致发光材料的滤光单元，其中光致发光材料可以是量子点层、荧光粒子层等。

依照本发明如上文所述的实施例，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。