CN102944908B - 一种彩色滤光片、其制备方法和液晶显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及显示技术领域，提供了一种彩色滤光片、其制备方法及液晶显示装置。本发明的彩色滤光片，包括基板、黑色矩阵层、彩色滤光层、平坦化导电层和隔垫物，所述平坦化导电层由层状双羟基氢氧化物剥离液形成。本发明所述彩色滤光片采用平坦化导电层来替代传统彩色滤光层上的平坦保护层和导电层。本发明在制备彩色滤光片的方法中，将形成导电层工艺和形成平坦保护层的工艺合并为一步工艺，这样不仅减少了溅射导电层的工艺成本，而且使用层状双羟基氢氧化物剥离液作为平坦化导电层降低了材料用费，极大的节约了成本。

Description

一种彩色滤光片、其制备方法和液晶显示装置

技术领域

本发明涉及显示技术领域，具体地说，涉及一种彩色滤光片、其制备方法和液晶显示装置。

背景技术

目前金属氧化物氧化铟锡（ITO），作为液晶显示器中阵列基板和彩膜基板中透明导电层的主要原料，因为其可以提供光学透明性以及相对良好的导电性。但ITO与金、银等金属相比，具有相对低的电导率，因此应用于触摸屏、等离子显示器（PDP）等领域上ITO有一定限制。此外，ITO具有相对脆性的缺点，而导致耐磨性较差。

此外，随着显示器行业最近的快速增长，作为ITO的主要成分的铟的价格快速上升而导致供给受限。因此综合考虑ITO透明导电膜的电学性能限制和成本因素，需要选择一种新的性能更优异的光学薄膜作为透明导电层。

层状双羟基氢氧化物是由带结构正电荷的片层和层间阴离子有序组装而成的层状无机化合物，由其制备的光学薄膜透明度高，经过剥离后，层状双羟基氢氧化物纳米片上带有丰富的电荷，有良好的导电性能，且价格低廉，制备方法简单，降低工艺难度和节约成本。对于层状双羟基氢氧化物用作电极材料有一些报道，比如CN1917108A、CN1753115A公开了层状结构钴铝双羟基复合金属氧化物纳米片薄膜可以用作薄膜超级电容器的电极材料，其比电容高、倍率特性好、电化学循环性能佳。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种结构简单、价格低廉、性能优良的彩色滤光片。

本发明的另一目的在于提供该彩色滤光片的制备方法。

本发明的再一目的在于提供包含该彩色滤光片的液晶显示装置。

为了实现本发明目的，本发明提供一种彩色滤光片，包括基板、黑色矩阵层、彩色滤光层、平坦化导电层和隔垫物，其中，所述平坦化导电层由层状双羟基氢氧化物剥离液形成。

其中，所述层状双羟基氢氧化物剥离液采用如下方法制备：

1）先将钴盐溶液和铝盐溶液进行混合，然后再与碱溶液在60℃~90℃和氮气保护下持续反应12~24小时，分离，干燥，得到粉体状产物；

2）然后将所述粉体状产物与溶剂进行混合，二者的质量比为1：15~25，搅拌均匀，离心分离得层状双羟基氢氧化物剥离液。

步骤1）中所述钴盐为硝酸钴、氯化钴或硫酸钴，所述铝盐为硝酸铝、氯化铝或硫酸铝。

所述碱溶液为氢氧化钠、氢氧化钾等强碱溶液。

盐碱混合时，所述钴盐溶液的浓度为0.5~1.0mol/L，优选为0.8mol/L，所述铝盐溶液浓度为0.2~0.5mol/L，优选为0.4mol/L；所述碱溶液浓度为1.0~5.0mol/L，优选为2.0mol/L。

步骤2）中所述溶剂为N-N二甲基甲酰胺或去离子水。

步骤1、2）中的分离采用离心分离，离心速度为3000~4000rpm/min。

优选地，本发明彩色滤光片为所述黑色矩阵层和隔垫物依次设置在所述基板一侧，所述彩色滤光层和所述平坦化导电层设置在所述基板另一侧，所述彩色滤光层位于所述黑色矩阵层的开口区域。

另一种优选，所述隔垫物设置在所述基板一侧，所述黑色矩阵层、所述彩色滤光层和所述平坦化导电层设置在所述基板另一侧，所述彩色滤光层位于所述黑色矩阵层的开口区域。

还有一种方式，所述黑色矩阵层、所述彩色滤光层、所述平坦化导电层和所述隔垫物均设置于所述基板一侧，所述彩色滤光层位于所述黑色矩阵层的开口区域。

所述基板为玻璃基板或塑料基板等本领域常用的透明材质基板。

本发明还提供一种彩色滤光片的制备方法，包括如下步骤：

1）首先在基板一侧形成黑色矩阵层，并在所述黑色矩阵层上形成隔垫物；

2）然后在基板另一侧形成位于所述黑色矩阵层开口区域的彩色滤光层；

3）最后在所述彩色滤光层上涂覆层状双羟基氢氧化物剥离液，去除溶剂后形成平坦化导电层。

本发明还提供另一种制备彩色滤光片的方法，包括如下步骤：

1）首先在基板一侧形成隔垫物；

2）然后在基板另一侧形成黑色矩阵层，再在所述黑色矩阵层的开口区域形成彩色滤光层；

3）最后在所述黑色矩阵层和所述彩色滤光层上涂覆层状双羟基氢氧化物剥离液，去除溶剂后形成平坦化导电层。

本发明还提供另一种制备彩色滤光片的方法，包括如下步骤：

1）首先在基板一侧形成黑色矩阵层，再在所述黑色矩阵层的开口区域形成彩色滤光层；

2）然后在所述黑色矩阵层和所述彩色滤光层上涂覆层状双羟基氢氧化物剥离液，去除溶剂后形成平坦化导电层；

3）最后在所述平坦化导电层上形成隔垫物。

本发明还提供一种液晶显示装置，包含如上所述的彩色滤光片。

本发明所述彩色滤光片具有以下优点：

1．本发明所述彩色滤光片采用由层状双羟基氢氧化物剥离液形成的平坦化导电层，剥离液呈纳米片状分布时，表面是带有电荷的，所以其正好可以起到导电的作用。因此，该剥离液形成的平坦化导电层可以替代彩色滤光层上的平坦保护层和ITO导电层。

2.本发明在制备彩色滤光片的方法中，形成导电层工艺和形成平坦保护层的工艺同时进行，两步工艺合并为一步工艺，这样不仅减少溅射导电层的工艺成本，而且使用层状双羟基氢氧化物剥离液作为平坦化导电层降低了材料用费，极大的节约了成本。

附图说明

图1A为本发明在基板正面形成黑色矩阵的剖面示意图；

图1B为本发明在形成黑色矩阵层后在其上通过曝光显影工艺形成隔垫物的示意图；

图1C为本发明在基板的背面通过三道曝光工艺显影法形成红色、绿色、蓝色滤光层的示意图；

图1D为本发明在彩色滤光层上涂覆层状双羟基氢氧化物剥离液的示意图；

图2为本发明提供的彩色滤光片的另一实施方式；

图3为本发明提供的彩色滤光片的又一实施方式；

图4为本发明制备彩色滤光片以及层状双羟基氢氧化物剥离液的制备流程图。

其中：

100：基板；110：黑色矩阵层；140：红色滤光层；124：隔垫物；

160：绿色滤光层；170：平坦化导电层；180：蓝色滤光层。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明的彩色滤光片，包括基板、黑色矩阵层、彩色滤光层、平坦化导电层和隔垫物，其中，所述平坦化导电层由层状双羟基氢氧化物剥离液形成。

其中一种结构形式为：本发明彩色滤光片为所述黑色矩阵层和隔垫物依次设置在所述基板一侧，所述彩色滤光层（包括但不限于R，G，B滤光层）、所述平坦化导电层依次设置在所述基板另一侧，所述彩色滤光层位于所述黑色矩阵层的开口区域。

该结构的彩色滤光片的制备方法，包括如下步骤：

1）首先在基板一侧形成黑色矩阵层，并在所述黑色矩阵层上形成隔垫物；

2）然后在基板另一侧形成位于所述黑色矩阵层开口区域的彩色滤光层；

3）最后在所述彩色滤光层上涂覆层状双羟基氢氧化物剥离液，去除溶剂后形成平坦化导电层。

另一种结构为：所述隔垫物设置在所述基板一侧，所述黑色矩阵层、所述彩色滤光层（包括但不限于R，G，B滤光层）、所述平坦化导电层设置在所述基板另一侧，所述彩色滤光层位于所述黑色矩阵层的开口区域。

该结构的彩色滤光片的制备方法，包括如下步骤：

1）首先在基板一侧形成隔垫物；

2）然后在基板另一侧形成黑色矩阵层，再在所述黑色矩阵层的开口区域形成彩色滤光层；

3）最后在所述黑色矩阵层和所述彩色滤光层上涂覆层状双羟基氢氧化物剥离液，去除溶剂后形成平坦化导电层。

还有一种结构为，所述黑色矩阵层、所述彩色滤光层（包括但不限于R，G，B滤光层）、所述平坦化导电层和所述隔垫物均设置于所述基板一侧，所述彩色滤光层位于所述黑色矩阵层的开口区域。

该结构的彩色滤光片的制备方法，包括如下步骤：

1）首先在基板一侧形成黑色矩阵层，再在所述黑色矩阵层的开口区域形成彩色滤光层；

2）然后在所述黑色矩阵层和所述彩色滤光层上涂覆层状双羟基氢氧化物剥离液，去除溶剂后形成平坦化导电层；

3）最后在所述平坦化导电层上形成隔垫物。

其中，所述黑色矩阵层和隔垫物均采用曝光显影法形成。

所述彩色滤光层可通过曝光显影法至少形成红色滤光层R、绿色滤光层G和蓝色滤光层B。

所述基板为玻璃基板或塑料基板等本领域常用的透明材质基板。

所述层状双羟基氢氧化物剥离液采用浸渍法涂覆于所述彩色滤光层上。

去除溶剂一般可选择在30℃~50℃下挥发或蒸发的方式。

其中，所述层状双羟基氢氧化物剥离液采用如下方法制备：

1）先将钴盐溶液和铝盐溶液进行混合，然后再与碱溶液在60℃~90℃和氮气保护下持续反应12~24小时，分离，干燥，得到粉体状产物；

2）然后将所述粉体状产物与溶剂进行混合，二者的质量比为1：15~25，搅拌均匀，离心分离得层状双羟基氢氧化物剥离液。

步骤1）中所述钴盐为硝酸钴、氯化钴或硫酸钴；所述铝盐为硝酸铝、氯化铝或硫酸铝。

所述碱溶液为氢氧化钠、氢氧化钾等强碱溶液。

钴盐、铝盐、碱溶液均为水溶液。

盐碱混合时，所述钴盐溶液的浓度为0.5~1.0mol/L，优选为0.8mol/L，所述铝盐溶液浓度为0.2~0.5mol/L，优选为0.4mol/L；所述碱溶液浓度为1.0~5.0mol/L，优选为2.0mol/L。

步骤2）中所述溶剂为N-N二甲基甲酰胺或去离子水。

步骤1、2）中的分离采用离心分离，离心速度为3000~4000rpm/min。

实施例1

本实施例的彩色滤光片包括基板100，黑色矩阵层110和隔垫物124设置在基板100一侧，彩色滤光层（红色滤光层140、绿色滤光层160和蓝色滤光层180）、平坦化导电层170设置在基板100另一侧，彩色滤光层（140、160和180）位于黑色矩阵层110的开口区域，平坦化导电层170由层状双羟基氢氧化物剥离液形成。

其制备过程如图1A-1D及图4所示，具体过程为：

1.首先在基板100正面通过曝光显影法制备黑色矩阵层110，通过曝光显影法在黑色矩阵层110上制备隔垫物124；

2.将基板100上下翻转，通过三次曝光显影法在基板100背面黑色矩阵层110的开口区域分别制备彩色滤光层（140、160和180）；

3.之后在基板100背面的彩色滤光层（140、160和180）上浸渍法涂覆层状双羟基氢氧化物剥离液，在50℃挥发去除溶剂后形成平坦化导电层170。

其中，层状双羟基氢氧化物剥离液的制备过程为：

1）硝酸钴水溶液和硝酸铝水溶液进行混合，形成混合的盐溶液，然后再与氢氧化钠水溶液反应，硝酸钴溶液浓度为0.8mol/L，硝酸铝溶液浓度为0.4mol/L，氢氧化钠溶液浓度为2.0mol/L，反应温度控制在90℃下，通入氮气保护，持续反应24小时，3000rpm/min离心分离，在真空40℃时干燥，得到粉体状产物；

2）取粉体状产物50g，添加到1LN-N二甲基甲酰胺溶剂中（二者质量比为1:20），持续强力机械搅拌24小时，4000rpm/min离心分离，得到透明澄清液体，即剥离液。

本实施例背面的剥离液可以替代R，G，B滤光层上的平坦保护层，同时因为其剥离后具有正电荷可以替代ADS模式中背面的ITO导电层。

高级超维场转换技术（ADvancedSuperDimensionSwitch，简称ADS），通过同一平面内狭缝电极边缘所产生的电场以及狭缝电极层与板状电极层间产生的电场形成多维电场，使液晶盒内狭缝电极间、电极正上方所有取向液晶分子都能够产生旋转，从而提高了液晶工作效率并增大了透光效率。高级超维场转换技术可以提高TFT-LCD产品的画面品质，具有高分辨率、高透过率、低功耗、宽视角、高开口率、低色差、无挤压水波纹（pushMura）等优点。

本实施例制备的彩色滤光片中，形成导电层工艺和形成平坦保护层的工艺同时一步完成，这样不仅减少了溅射导电层的工艺成本，而且使用层状双羟基氢氧化物剥离液作为平坦化导电层降低了材料用费，极大的节约了成本。

将R，G，B滤光层经过曝光显影方法直接制作在基板背面，这样可明显减少段差，维持彩色滤光层的平坦度，保证了后续工艺的良好。

在基板背面曝光显影好R，G，B滤光层之后，在彩色滤光层之上，涂覆层状双羟基氢氧化物剥离液，这样起到了平坦保护层的作用，消除了三种颜色层之间的段差，保证了彩色滤光片整体的平整度。

实施例2

本实施例的彩色滤光片的基本结构同实施例1，不同的是，层状双羟基氢氧化物剥离液的制备过程为：

1）硝酸钴水溶液和硝酸铝水溶液进行混合，形成混合的盐溶液，然后再与氢氧化钠水溶液反应，硝酸钴溶液浓度为0.5mol/L，硝酸铝溶液浓度为0.2mol/L，氢氧化钠溶液浓度为1.0mol/L，反应温度控制在80℃下，通入氮气保护，持续反应18小时，3500rpm/min离心分离，在真空40℃时干燥，得到粉体状产物；

2）取粉体状产物40g，添加到1L去离子水中（二者质量比为1:25），持续强力机械搅拌18小时，3500rpm/min离心分离，得到透明澄清液体，即剥离液。

实施例3

如图2所示，本实施例的彩色滤光片包括基板100，隔垫物124设置在基板100一侧，黑色矩阵层110、彩色滤光层（红色滤光层140、绿色滤光层160和蓝色滤光层180）、平坦化导电层170设置在基板100另一侧，彩色滤光层设置于黑矩阵层110的开口区域。平坦化导电层170由层状双羟基氢氧化物剥离液形成。

该层状双羟基氢氧化物剥离液的制备过程为：

1）采用氯化钴溶液和氯化铝溶液进行混合，形成混合的盐溶液，然后再与氢氧化钾碱溶液反应，硝酸钴溶液浓度为1.0mol/L，硝酸铝溶液浓度为0.5mol/L，氢氧化钾溶液浓度为4.0mol/L，反应温度控制在60℃下，通入氮气保护，持续反应18小时，3000rpm/min离心分离，在真空40℃时干燥，得到粉体状产物；

2）取粉体状产物66.7g，添加到1LN-N二甲基甲酰胺溶剂中（二者质量比为1:15），持续强力机械搅拌24小时，4000rpm/min离心分离，得到透明澄清液体，即剥离液。

其制备过程为：

1.直接在基板100正面通过曝光显影法制备隔垫物124；

2.将基板100翻转，在基板100背面通过曝光显影法制备黑色矩阵层110，再在基板100背面的黑色矩阵层110的开口区域通过三次曝光显影法分别制备红色滤光层140、绿色滤光层160、蓝色滤光层180；

3.最后在黑色矩阵层110和彩色滤光层（140，160，180）上浸渍法涂覆层状双羟基氢氧化物剥离液，在50℃挥发去除溶剂形成平坦化导电层170。

本实施例的层状双羟基氢氧化物剥离液可以替代R，G，B滤光层上的平坦保护层，同时因为其剥离后具有正电荷可以替代ADS模式中背面的ITO导电层。

本实施例制备的彩色滤光片中，形成导电层工艺和形成平坦保护层的工艺同时一步完成，这样不仅减少了溅射导电层的工艺成本，而且使用层状双羟基氢氧化物剥离液作为平坦化导电层降低了材料用费，极大的节约了成本。

将黑色矩阵层，R，G，B滤光层经过曝光显影方法直接制作在基板背面，这样可明显减少段差，维持平坦度，保证了后续工艺的良好。

在基板背面曝光显影好R，G，B滤光层之后，在彩色滤光层之上，涂覆层状双羟基氢氧化物剥离液，这样起到了平坦保护层的作用，消除了黑色矩阵层和三种颜色层之间的段差，保证了彩色滤光片整体的平整度。

实施例4

本实施例的彩色滤光片的基本结构同实施例3，不同的是，层状双羟基氢氧化物剥离液的制备过程为：

1）硫酸钴水溶液和硫酸铝水溶液进行混合，形成混合的盐溶液，然后再与氢氧化钠水溶液反应，硫酸钴溶液浓度为0.6mol/L，硫酸铝溶液浓度为0.3mol/L，氢氧化钠溶液浓度为5.0mol/L，反应温度控制在70℃下，通入氮气保护，持续反应12小时，3000rpm/min离心分离，在真空40℃时干燥，得到粉体状产物；

2）取粉体状产物45g，添加到1LN-N二甲基甲酰胺中（二者质量比为1:22），持续强力机械搅拌18小时，3500rpm/min离心分离，得到透明澄清液体，即剥离液。

实施例5

如图3所示，本实施例的彩色滤光片包括基板100，黑色矩阵层110、彩色滤光层（红色滤光层140、绿色滤光层160和蓝色滤光层180）、平坦化导电层170和隔垫物124均设置于基板100的一侧，彩色滤光层（140、160和180）位于黑色矩阵层110的开口区域，平坦化导电层170由层状双羟基氢氧化物剥离液形成。

该层状双羟基氢氧化物剥离液的制备过程同实施例1。

本实施例的彩色滤光片的制备过程如下：

1．首先在基板100一侧通过曝光显影法制备黑色矩阵层110，再在黑色矩阵层110的开口区域通过三次曝光显影法分别制备红色滤光层140、绿色滤光层160、蓝色滤光层180；

2．然后在黑色矩阵层110和彩色滤光层（140，160，180）上浸渍法涂覆层状双羟基氢氧化物剥离液，在30℃挥发去除溶剂后形成平坦化导电层170；

3．最后在平坦化导电层170上形成隔垫物124。

本实施例制备的彩色滤光片中，形成导电层工艺和形成平坦保护层的工艺同时一步完成，这样不仅减少了溅射导电层的工艺成本，而且使用层状双羟基氢氧化物剥离液作为平坦化导电层降低了材料用费，极大的节约了成本。

在基板曝光显影好R，G，B滤光层之后，在彩色滤光层之上，涂覆层状双羟基氢氧化物剥离液，这样起到了平坦保护层的作用，消除了三种颜色层之间的段差，降低了后续Rubbing阶段（配向阶段）的不良现象，保证了彩色滤光片整体的平整度。

实施例1-4获得的彩色滤光片适用于ADS模式，实施例5的彩色滤光片适用于TN（Twisted-Nematic，扭曲向列）模式。实施例1-5分别获得的彩色滤光片结构简单、成本低、光学性能优良、平整度高，宽视角，高透过率。

本发明实施例还提供了一种液晶显示装置，其包括上述任意一种彩色滤光片。

所述液晶显示装置可以为：液晶面板、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。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但本领域技术人员应当理解，在不违背本发明的精神及原则下，可以对本发明作出不同的修改和润饰，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，这些修改或润饰均应涵盖于本发明权利要求书所界定的专利保护范畴之内。

Claims (12)

1.一种彩色滤光片，包括基板、黑色矩阵层、彩色滤光层和隔垫物，其特征在于，还包括平坦化导电层，所述平坦化导电层由去除溶剂后的层状双羟基氢氧化物剥离液形成；

所述层状双羟基氢氧化物剥离液采用如下方法制备：

1)先将钴盐溶液和铝盐溶液进行混合，然后再与碱溶液在60℃～90℃和氮气保护下持续反应12～24小时，分离，干燥，得到粉体状产物；

2)然后将所述粉体状产物与溶剂进行混合，二者的质量比为1：15～25，搅拌均匀，离心分离得层状双羟基氢氧化物剥离液。

2.根据权利要求1所述的彩色滤光片，其特征在于，所述黑色矩阵层和所述隔垫物依次设置在所述基板一侧，所述彩色滤光层和所述平坦化导电层依次设置在所述基板另一侧，所述彩色滤光层位于所述黑色矩阵层的开口区域。

3.根据权利要求1所述的彩色滤光片，其特征在于，所述隔垫物设置在所述基板一侧，所述黑色矩阵层、所述彩色滤光层和所述平坦化导电层设置在所述基板另一侧，所述彩色滤光层位于所述黑色矩阵层的开口区域。

4.根据权利要求1所述的彩色滤光片，其特征在于，所述黑色矩阵层、所述彩色滤光层、所述平坦化导电层和所述隔垫物均设置于所述基板一侧，所述彩色滤光层位于所述黑色矩阵层的开口区域。

5.根据权利要求1所述的彩色滤光片，其特征在于，所述钴盐为硝酸钴、氯化钴或硫酸钴；所述铝盐为硝酸铝、氯化铝或硫酸铝。

6.根据权利要求1所述的彩色滤光片，其特征在于，所述碱溶液为氢氧化钠或氢氧化钾溶液。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的彩色滤光片，其特征在于，步骤1)中盐碱混合时，所述钴盐溶液浓度为0.5～1.0mol/L，所述铝盐溶液浓度为0.2～0.5mol/L；所述碱溶液浓度为1.0～5.0mol/L。

8.根据权利要求1所述的彩色滤光片，其特征在于，步骤2)中所述溶剂为N-N二甲基甲酰胺或去离子水。

9.制备权利要求2所述彩色滤光片的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)首先在基板一侧形成黑色矩阵层，并在所述黑色矩阵层上形成隔垫物；

2)然后在基板另一侧形成位于所述黑色矩阵层开口区域的彩色滤光层；

3)最后在所述彩色滤光层上涂覆层状双羟基氢氧化物剥离液，去除溶剂后形成平坦化导电层。

10.制备权利要求3所述彩色滤光片的方法，包括如下步骤：

1)首先在基板一侧形成隔垫物；

2)然后在基板另一侧形成黑色矩阵层，再在所述黑色矩阵层的开口区域形成彩色滤光层；

3)最后在所述黑色矩阵层和所述彩色滤光层上涂覆层状双羟基氢氧化物剥离液，去除溶剂后形成平坦化导电层。

11.制备权利要求4所述彩色滤光片的方法，包括如下步骤：

1)首先在基板一侧形成黑色矩阵层，再在所述黑色矩阵层的开口区域形成彩色滤光层；

2)然后在所述黑色矩阵层和所述彩色滤光层上涂覆层状双羟基氢氧化物剥离液，去除溶剂后形成平坦化导电层；

3)最后在所述平坦化导电层上形成隔垫物。

12.一种液晶显示装置，其特征在于，包含权利要求1-8任意一项所述的彩色滤光片。