CN113176625B - 一种滤光片及其制备方法、显示装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种滤光片及其制备方法、显示装置，用以提高滤光片光效。本申请实施例提供的一种滤光片，滤光片包括：超表面亚波长光栅，位于超表面亚波长光栅一侧的柔性支撑层，以及位于超表面亚波长光栅背离柔性支撑层一侧的柔性封装层；其中，超表面亚波长光栅的入射角a与反射角b满足如下条件：sin a+sin b＝0。

Description

一种滤光片及其制备方法、显示装置

技术领域

本申请涉及显示技术领域，尤其涉及一种滤光片及其制备方法、显示装置。

背景技术

彩色滤光片已经在各种各样的应用中扮演着重要的角色，例如显示器，图像传感器、装饰性太阳能板和发光二极管等。传统的彩色滤光片利用颜色染料，利用吸收产生理想的波长，基于这种吸收特性将导致产生的颜色效率较低，此外，目前的彩色滤光片仍存在许多问题，如热曝光、化学处理、湿度以及连续的紫外照射都会动态地引发滤光片的性能退化。相关技术中，利用无机微纳结构设计中的光与结构的相互作用可以选择性地透射或者反射特定波段的可见光，该类型的滤光片已经有潜力实现提升的效率、可拓展性以及高稳定性，但会导致更低的图像分辨率。为了解决以上的问题，基于等离子体的彩色滤光片利用光与等离子体结构的相互作用，该结构例如可以是光栅、纳米间隙以及纳米粒子等，能够提供整个可见光范围内的丰富色彩。然而，由于等离子体谐振过程中的欧姆损耗会导致滤光片的出光效率大大降低。综上，现有技术彩色滤光片光效较低。

发明内容

本申请实施例提供了一种滤光片及其制备方法、显示装置，用以提高滤光片光效。

本申请实施例提供的一种滤光片，滤光片包括：超表面亚波长光栅，位于超表面亚波长光栅一侧的柔性支撑层，以及位于超表面亚波长光栅背离柔性支撑层一侧的柔性封装层；

其中，超表面亚波长光栅的入射角a与反射角b满足如下条件：

sin a+sin b＝0。

在一些实施例中，反射角包括正常反射角和异常反射角。

在一些实施例中，超表面亚波长光栅的入射光线与异常反射的反射光线沿同一直线延伸。

在一些实施例中，柔性封装层和柔性支撑层的材料包括下列之一或其组合：聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺。

在一些实施例中，超表面亚波长光栅的材料包括下列之一或其组合：硅、氮化硅、氧化硅、氧化钛、锗。

在一些实施例中，超表面亚波长光栅包括多个沿第一方向间隔排列的单元结构；

柔性支撑层包括：位于超表面亚波长光栅一侧的第一部分，以及与第一部分一体形成且位于相邻单元结构之间的第二部分；

第二部分背离第一部分的表面与超表面亚波长光栅背离第一部分的表面位于同一平面。

在一些实施例中，单元结构的形状为下列任一种：长方体、正方体、圆柱、圆球、椭球。

本申请实施例提供的一种滤光片的制备方法，方法包括：

在衬底上形成缓冲层；

在缓冲层背离衬底一侧形成超表面亚波长光栅的图案；

去除部分缓冲层，并在超表面亚波长光栅背离缓冲层一侧涂覆柔性支撑层；

将缓冲层与超表面亚波长光栅剥离；

在超表面亚波长光栅背离柔性支撑层一侧形成柔性封装层。

本申请实施例提供的一种显示装置，显示装置包括多个本申请实施例提供的滤光片。

在一些实施例中，显示装置包括阵列排布的多种子像素；不同种子像素的发光颜色不相同；滤光片与子像素一一对应；

不同种子像素对应的滤光片中超表面亚波长光栅的周期不同。

在一些实施例中，不同滤光片中超表面亚波长光栅的高度相同。

在一些实施例中，不同滤光片中超表面亚波长光栅的高度范围为：180纳米-220纳米。

在一些实施例中，不同滤光片中超表面亚波长光栅的占空比相同。

在一些实施例中，不同滤光片中超表面亚波长光栅的占空比范围为：0.3～0.7。

本申请实施例提供的滤光片及其制备方法、显示装置，由于滤光片包括超表面亚波长光栅，相比于相关技术中使用的等离子体滤光片可以避免等离子体谐振出现欧姆损耗，进而可以提高滤光片的出光效率，提高滤光片的光透过率。并且，超表面亚波长光栅的支撑层以及封装层均为柔性膜层，从而可以实现柔性滤光片，即滤光片可以弯曲，可以应用于柔性产品。例如可以应用于可穿戴柔性显示领域。并且，滤光片发生弯曲会改变超表面亚波长光栅的周期，由于光栅传播的光波波长与光栅的周期有关，因此可以通过使得滤光片发生弯曲以改变超表面亚波长光栅传播的光波波长。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种滤光片的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种滤光片弯曲状态的示意图；

图3～图5为本申请实施例提供的不同周期对应的同一超表面亚波长光栅传播的光波光谱图；

图6为本申请实施例提供的一种滤光片的制备方法的流程示意图；

图7为本申请实施例提供的另一种滤光片的制备方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例的附图，对本申请实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。并且在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于所描述的本申请的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

除非另外定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

需要注意的是，附图中各图形的尺寸和形状不反映真实比例，目的只是示意说明本申请内容。并且自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。

本申请实施例提供了一种滤光片，如图1、图2所示，滤光片包括：超表面亚波长光栅1，位于超表面亚波长光栅1一侧的柔性支撑层2，以及位于超表面亚波长光栅1背离柔性支撑层2一侧的柔性封装层3；

其中，超表面亚波长光栅的入射角a与反射角b满足如下条件：

sin a+sin b＝0。

需要说明的是，超表面亚波长光栅为栅距远远小于该光栅传播的光波波长的结构，且光栅的厚度小于该光栅传播的光波波长。

本申请实施例提供的滤光片，包括超表面亚波长光栅，相比于相关技术中使用的等离子体滤光片可以避免等离子体谐振出现欧姆损耗，进而可以提高滤光片的出光效率，提高滤光片的光透过率。并且，超表面亚波长光栅的支撑层以及封装层均为柔性膜层，从而可以实现柔性滤光片，即滤光片可以弯曲，可以应用于柔性产品。例如可以应用于可穿戴柔性显示领域。并且，滤光片发生弯曲会改变超表面亚波长光栅的周期，由于光栅传播的光波波长与光栅的周期有关，因此可以通过使得滤光片发生弯曲以改变超表面亚波长光栅传播的光波波长。

需要说明的是，图2为滤光片弯曲的示意图。例如，超表面亚波长光栅的占空比为0.5，超表面亚波长光栅的高度为180纳米(nm)，对该滤光片进行弯曲，使得超表面亚波长光栅的周期分别为400nm、500nm、600nm，不同周期对应的同一超表面亚波长光栅传播的光波光谱图分别如图3、图4、图5所示，不同周期对应的同一超表面亚波长光栅传播的光分别为红光、绿光、蓝光。

在具体实施时，本申请实施例提供的滤光片中，超表面亚波长光栅满足如下条件：

其中，Λ为超表面亚波长光栅的周期，λ为超表面亚波长光栅传播的光波波长，n1为入射介质的折射率，n2为反射介质的折射率，n3为超表面亚波长光栅的折射率，m为超表面亚波长光栅的阶数。其中，n1＝n2，且n1、n2约为1，对于超表面亚波长光栅，由于栅距远远小于该光栅传播的光波波长，因此Λ远远小于λ，

数值非常大，而sin a+sin b的数值较小，为了使得上述公式成立，m只能为0，即sin a+sin b＝0。

在一些实施例中，反射角包括正常反射角和异常反射角。

需要说明的是，如图1所示，当入射光A到达超表面亚波长光栅1，除了会出现遵守菲涅尔原理的正常反射和折射现象之外，还会发生异常反射和异常折射现象，其中，光线C代表正常反射光线，光线E代表正常折射光线，光线B代表异常反射光线，光线D代表异常折射光线。即正常反射光线与异常反射光线分别位于法线F两侧。其中，a为入射角，b1为正常反射角，b2为异常反射角，以入射光A入射方向与法线F的夹角为正，则异常反射角为光线B反向延长线与上半部分法线F之间的夹角，则a＝-b1，a+π＝b2，从而满足sin a+sinb1＝0，sin a+sinb2＝0。

在一些实施例中，超表面亚波长光栅的入射光线与异常反射的反射光线沿同一直线延伸。

当超表面亚波长光栅的入射光线与异常反射的反射光线沿同一直线延伸，即异常反射光线与入射光线方向相反，即异常反射光线沿入射光线原路返回。从而可以避免异常反射光线发散，集中异常反射光线，不影响光线的路径，尤其是对于滤光片弯曲状态的情况下，可以避免异常反射光线与法线之间的夹角过大造成光损失，提高光利用率。

需要说明的是，图1、图2中将异常反射的光线B与入射光A平行示出，以清楚的对异常反射光线和入射光线进行区分，实际上入射光A和其异常反射的光线B沿同一直线延伸。

在一些实施例中，柔性封装层的材料与柔性支撑层的材料相同。

在一些实施例中，柔性封装层和柔性支撑层的材料包括下列之一或其组合：聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚酰亚胺(PI)。

在一些实施例中，超表面亚波长光栅的材料包括下列之一或其组合：硅、氮化硅、氧化硅、氧化钛、锗。

在一些实施例中，如图1、图2所示，超表面亚波长光栅1包括多个沿第一方向间隔排列的单元结构4；

柔性支撑层2包括：位于超表面亚波长光栅1一侧的第一部分5，以及与第一部分5一体形成且位于相邻单元结构4之间的第二部分6；

第二部分6背离第一部分5的表面与超表面亚波长光栅1背离第一部分5的表面位于同一平面。

在具体实施时，多个单元结构沿第一方向间隔排列，即超表面亚波长光栅为一维光栅。

在一些实施例中，单元结构的形状为下列任一种：长方体、正方体、圆柱、圆球、椭球。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供来一种滤光片的制备方法，如图6所示，该方法包括：

S101、在衬底上形成缓冲层；

S102、在缓冲层背离衬底一侧形成超表面亚波长光栅的图案；

S103、去除部分缓冲层，并在超表面亚波长光栅背离缓冲层一侧涂覆柔性支撑层；

S104、将缓冲层与超表面亚波长光栅剥离；

S105、在超表面亚波长光栅背离柔性支撑层一侧形成柔性封装层。

本申请实施例提供的滤光片制备方法，在形成超表面亚波长光栅后，在超表面亚波长光栅背离缓冲层一侧填充柔性材料形成柔性支撑层，将超表面亚波长光栅与缓冲层剥离之后在超表面亚波长光栅背离柔性支撑层一侧形成柔性封装层，从而可以实现柔性滤光片，即滤光片可以弯曲，可以应用于柔性产品。例如可以应用于可穿戴柔性显示领域。并且，滤光片发生弯曲会改变超表面亚波长光栅的周期，由于光栅传播的光波波长与光栅的周期有关，因此可以通过使得滤光片发生弯曲以改变超表面亚波长光栅传播的光波波长。

在具体实施时，衬底例如可以是刚性衬底，当超表面亚波长光栅的材料包括硅时，缓冲层的材料包括氧化硅。

在一些实施例中，在缓冲层背离衬底一侧形成超表面亚波长光栅的图案，具体包括：

在缓冲层背离衬底一侧形成一层超表面亚波长光栅材料层；

超表面亚波长光栅材料层背离缓冲层一侧涂覆光刻胶；

对光刻胶进行曝光、显影，形成光刻胶的图案；

对超表面亚波长光栅材料层进行刻蚀，形成多个单元结构；

剥离光刻胶。

在一些实施例中，去除部分缓冲层，具体包括：

采用钻刻(undercut)工艺去除部分缓冲层，保留边缘的缓冲层。

接下来，对本申请实施例提供的滤光片的制备方法进行举例说明，如图7所示，滤光片的制备方法包括如下步骤：

S201、在衬底7一侧依次形成氧化硅缓冲层8以及硅层9；

S202、硅层9背离氧化硅缓冲层8一侧涂覆光刻胶10；

S203、对光刻胶10进行曝光、显影，形成光刻胶10的图案；

S204、对硅层9进行刻蚀，形成多个超表面亚波长光栅的单元结构4；

S205、剥离光刻胶10；

S206、采用undercut工艺去除部分氧化硅缓冲层8，保留边缘的氧化硅缓冲层8；

S207、在单元结构4背离氧化硅缓冲层8一侧涂覆PDMS，形成柔性支撑层2；

S208、将氧化硅缓冲层8与单元结构4剥离；

S209、在元结构4背离柔性支撑层2一侧涂覆PDMS，形成柔性封装层3。

本申请实施例提供的一种显示装置，显示装置包括多个本申请实施例提供的滤光片。

本申请实施例提供的显示装置中，由于滤光片包括超表面亚波长光栅，相比于相关技术中使用的等离子体滤光片可以避免等离子体谐振出现欧姆损耗，进而可以提高滤光片的出光效率，提高滤光片的光透过率。并且，超表面亚波长光栅的支撑层以及封装层均为柔性膜层，从而可以实现柔性滤光片，即滤光片可以弯曲，可以应用于柔性产品。例如可以应用于可穿戴柔性显示领域。并且，滤光片发生弯曲会改变超表面亚波长光栅的周期，由于光栅传播的光波波长与光栅的周期有关，因此可以通过使得滤光片发生弯曲以改变超表面亚波长光栅传播的光波波长。

在一些实施例中，显示装置包括阵列排布的多种子像素；不同种子像素的发光颜色不相同；滤光片与子像素一一对应；

不同种子像素对应的滤光片中超表面亚波长光栅的周期不同。

在一些实施例中，多种子像素例如包括红色子像素、蓝色子像素以及绿色子像素。滤光片例如包括与红色子像素对应的红光滤光片、与蓝色子像素对应的蓝光滤光片、与绿色子像素对应的绿光滤光片。

在一些实施例中，不同滤光片中超表面亚波长光栅的高度相同。

需要说明的是，在具体实施时，多个滤光片位于同一层，不同滤光片中超表面亚波长光栅的高度相同，可以降低滤光片的设计难度以及制作难度。

在一些实施例中，不同滤光片中超表面亚波长光栅的高度范围为：180纳米-220纳米。

在一些实施例中，不同滤光片中超表面亚波长光栅的占空比相同。

这样可以进一步降低滤光片的设计难度以及制作难度。

在具体实施时，当不同滤光片中超表面亚波长光栅的占空比、厚度均相同时，通过对超表面亚波长光栅的周期进行设计，便可以实现不同滤光片中超表面亚波长光栅传播的光波波长不相同。可以大大降低滤光片的设计和制作难度。

在一些实施例中，不同滤光片中超表面亚波长光栅的占空比范围为：0.3～0.7。

在一些实施例中，不同滤光片中超表面亚波长光栅的占空比为0.5，不同滤光片中超表面亚波长光栅的高度为180nm。

本申请实施例提供的显示装置为：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。对于该显示装置的其它必不可少的组成部分均为本领域的普通技术人员应该理解具有的，在此不做赘述，也不应作为对本申请的限制。该显示装置的实施可以参见上述滤光片的实施例，重复之处不再赘述。

综上所述，本申请实施例提供的滤光片及其制备方法、显示装置，由于滤光片包括超表面亚波长光栅，相比于相关技术中使用的等离子体滤光片可以避免等离子体谐振出现欧姆损耗，进而可以提高滤光片的出光效率，提高滤光片的光透过率。并且，超表面亚波长光栅的支撑层以及封装层均为柔性膜层，从而可以实现柔性滤光片，即滤光片可以弯曲，可以应用于柔性产品。例如可以应用于可穿戴柔性显示领域。并且，滤光片发生弯曲会改变超表面亚波长光栅的周期，由于光栅传播的光波波长与光栅的周期有关，因此可以通过使得滤光片发生弯曲以改变超表面亚波长光栅传播的光波波长。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (13)

1.一种滤光片，其特征在于，所述滤光片包括：超表面亚波长光栅，位于所述超表面亚波长光栅一侧的柔性支撑层，以及位于所述超表面亚波长光栅背离所述柔性支撑层一侧的柔性封装层；

其中，所述超表面亚波长光栅的入射角a与反射角b满足如下条件：

sin a+sin b＝0；

当入射光到达所述超表面亚波长光栅，会发生异常反射和异常折射现象，其中，正常反射光线与异常反射光线分别位于法线两侧；其中，a为入射角，b1为正常反射角，b2为异常反射角，满足sina+sinb1＝0，sina+sinb2＝0；

其中所述超表面亚波长光栅包括多个沿第一方向间隔排列的单元结构；

所述柔性支撑层包括：位于所述超表面亚波长光栅一侧的第一部分，以及与所述第一部分一体形成且位于相邻所述单元结构之间的第二部分；

所述第二部分背离所述第一部分的表面与所述超表面亚波长光栅背离所述第一部分的表面位于同一平面。

2.根据权利要求1所述的滤光片，其特征在于，所述反射角包括正常反射角和异常反射角。

3.根据权利要求2所述的滤光片，其特征在于，所述超表面亚波长光栅的入射光线与异常反射的反射光线沿同一直线延伸。

4.根据权利要求2所述的滤光片，其特征在于，所述柔性封装层和所述柔性支撑层的材料包括下列之一或其组合：聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺。

5.根据权利要求1～4任一项所述的滤光片，其特征在于，所述超表面亚波长光栅的材料包括下列之一或其组合：硅、氮化硅、氧化硅、氧化钛、锗。

6.根据权利要求1所述的滤光片，其特征在于，所述单元结构的形状为下列任一种：长方体、正方体、圆柱、圆球、椭球。

7.一种根据权利要求1～6任一项所述的滤光片的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

在衬底上形成缓冲层；

在所述缓冲层背离所述衬底一侧形成超表面亚波长光栅的图案；

去除部分所述缓冲层，并在所述超表面亚波长光栅背离所述缓冲层一侧涂覆柔性支撑层；

将所述缓冲层与所述超表面亚波长光栅剥离；

在所述超表面亚波长光栅背离柔性支撑层一侧形成柔性封装层。

8.一种显示装置，其特征在于，所述显示装置包括多个根据权利要求1～7任一项所述的滤光片。

9.根据权利要求8所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置包括阵列排布的多种子像素；不同种所述子像素的发光颜色不相同；所述滤光片与所述子像素一一对应；

不同种所述子像素对应的所述滤光片中所述超表面亚波长光栅的周期不同。

10.根据权利要求9所述的显示装置，其特征在于，不同所述滤光片中所述超表面亚波长光栅的高度相同。

11.根据权利要求10所述的显示装置，其特征在于，不同所述滤光片中所述超表面亚波长光栅的高度范围为：180纳米-220纳米。

12.根据权利要求8～11任一项所述的显示装置，其特征在于，不同所述滤光片中所述超表面亚波长光栅的占空比相同。

13.根据权利要求12所述的显示装置，其特征在于，不同所述滤光片中所述超表面亚波长光栅的占空比范围为：0.3～0.7。

Images