CN108919402A - 彩色滤光基板及其制作方法、显示装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种彩色滤光基板及其制作方法、显示装置。该彩色滤光基板包括：衬底基板和位于所述衬底基板的多个滤光单元。每个滤光单元包括光子晶体层，所述光子晶体层被配置为允许一种颜色的光出射，并包括叠层设置在所述衬底基板上的第一光子晶体子层和第二光子晶体子层。光子晶体层的设置能够显著提高彩色滤光基板的透过率。

Description

彩色滤光基板及其制作方法、显示装置
技术领域
本公开至少一示例涉及一种彩色滤光基板及其制作方法、显示装置。
背景技术
量子点是能够发光的纳米级半导体晶体，粒径一般介于1-10nm之间，相当于10-50个原子大小。当量子点受到光的激发时，将会发出明亮的有光谱纯色的可见光。
光子晶体(Photonic Crystal，简称PC)是一种人造周期性电介质结构，可由不同折射率的介质周期性排列而成。高低折射率的材料交替排列形成周期性结构就可产生光子带隙(Photonic Band Gap，简称PBG，类似于半导体中的禁带)。由于光子带隙的存在，频率落在光子带隙区域内的光波不能在光子晶体中传播，故其能够选择性的反射特定频率的光波，而频率位于光子带隙区域外的光则能够在光子晶体中传播。即，光子晶体是具有波长选择功能的周期性电介质材料，可以有选择地使某个波段的光通过而阻止其它波长的光通过其中。
发明内容
本公开的至少一示例涉及一种彩色滤光基板及其制作方法、显示装置。
本公开的至少一示例提供一种彩色滤光基板，包括：衬底基板和位于所述衬底基板的多个滤光单元。每个滤光单元包括光子晶体层，所述光子晶体层被配置为允许一种颜色的光出射，并包括叠层设置在所述衬底基板上的第一光子晶体子层和第二光子晶体子层。
一些示例中，所述第一光子晶体子层的光子带隙与所述第二光子晶体子层的光子带隙不同以分别反射不同颜色的光。
一些示例中，所述光子晶体层仅包括所述第一光子晶体子层和所述第二光子晶体子层。
一些示例中，所述多个滤光单元包括第一滤光单元、第二滤光单元和第三滤光单元，所述第一滤光单元的光子晶体层被配置为允许第一颜色光出射，所述第二滤光单元的光子晶体层被配置为允许第二颜色光出射，所述第三滤光单元的光子晶体层被配置为允许第三颜色光出射。
一些示例中，所述第一颜色光、所述第二颜色光和所述第三颜色光构成三基色。
一些示例中，所述第一滤光单元、所述第二滤光单元和所述第三滤光单元的所述第一光子晶体子层中的两个被配置为反射同一颜色的光，所述第一滤光单元、所述第二滤光单元和所述第三滤光单元的所述第一光子晶体子层同层设置；所述第一滤光单元、所述第二滤光单元和所述第三滤光单元的第二光子晶体子层中的两个被配置为反射同一颜色的光，并且所述第一滤光单元、所述第二滤光单元和所述第三滤光单元的所述第二光子晶体子层同层设置。
一些示例中，所述第一光子晶体子层具有锯齿结构的侧面，相邻滤光单元的两个第一光子晶体子层通过所述锯齿结构彼此咬合相接，所述第二光子晶体子层具有锯齿结构的侧面，相邻滤光单元的两个第二光子晶体子层通过所述锯齿结构彼此咬合相接。
一些示例中，所述第一滤光单元、所述第二滤光单元和所述第三滤光单元至少之一还包括位于所述光子晶体层上的量子点光致发光层，所述量子点光致发光层被配置为受激发产生与其所在区域的光子晶体层允许出射的光颜色相同的光。
一些示例中，彩色滤光基板还包括照射光，所述照射光的颜色与所述第一颜色光、所述第二颜色光和所述第三颜色光之一的颜色相同。
一些示例中，所述第一光子晶体子层和所述第二光子晶体子层中的光子晶体包括纳米微球型光子晶体，所述纳米微球型的光子晶体的折射率大于2。
一些示例中，所述第一光子晶体子层和所述第二光子晶体子层至少之一的厚度范围为400nm-80μm。
本公开至少一示例还提供一种彩色滤光基板的制造方法，包括：在衬底基板上形成第一光子晶体子层；以及在所述第一光子晶体子层上形成第二光子晶体子层；其中，所述第一光子晶体子层和所述第二光子晶体子层叠层设置，所述光子晶体层被配置为允许一种颜色的光出射。
一些示例中，所述第一光子晶体子层和所述第二光子晶体子层至少之一采用喷墨打印工艺形成，所述喷墨打印工艺包括：形成光子晶体分散液，利用所述光子晶体分散液进行喷墨打印形成光子晶体分散液图案，以及对所述光子晶体分散液图案进行热处理以去除待去除物质，形成所述第一光子晶体子层或所述第二光子晶体子层。
一些示例中，所述热处理的温度为100-120℃，所述热处理的加热时间20-30s。
本公开至少一示例还提供一种显示装置，包括上述任一彩色滤光基板。
附图说明
为了更清楚地说明本公开示例的技术方案，下面将对示例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些示例，而非对本公开的限制。
图1A为本公开一示例提供的彩色滤光基板的剖视图；
图1B为本公开另一示例提供的彩色滤光基板的剖视图；
图1C为本公开另一示例提供的彩色滤光基板的剖视图；
图2A为本公开另一示例提供的彩色滤光基板的剖视图；
图2B为本公开另一示例提供的彩色滤光基板的剖视图；
图3为本公开一示例提供的彩色滤光基板中滤光单元的俯视图；
图4是光子禁带位于蓝光、绿光和红光区域所对应的氧化亚铜纳米微球的扫描电镜图；
图5为本公开另一示例提供的彩色滤光基板的剖视图；
图6是本公开另一示例提供的彩色滤光基板中光子晶体层与量子点发光层的不同排列方式的示意图；以及
图7A-7H示出了本公开一示例提供的彩色滤光基板的制造方法。
具体实施方式
为使本公开示例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开示例的附图，对本公开示例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的示例是本公开的一部分示例，而不是全部的示例。基于所描述的本公开的示例，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示例，都属于本公开保护的范围。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“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。同样，“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。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
图1A为本公开一示例提供的彩色滤光基板的剖视图。如图1A所示，该彩色滤光基板1包括衬底基板10和位于衬底基板10上的多个滤光单元0123。图1A中仅示出了一个滤光单元0123，多个滤光单元0123可参见图1B和图1C。如图1A所示，每个滤光单元0123包括光子晶体层121。光子晶体层121被配置为允许一种颜色的光出射。光子晶体层121包括叠层设置在衬底基板10上的第一光子晶体子层11和第二光子晶体子层12。如图1A所示，照射光21穿过光子晶体层121后出射光Le为单色光。例如，衬底基板10采用透明玻璃基板，但不限于此。
本公开至少一示例提供的彩色滤光基板，采用在衬底基板上叠层设置第一光子晶体子层和第二光子晶体子层以形成光子晶体层，光子晶体层构成光通道，能够选择性传播特定频率的光波，可允许一种颜色的光出射，从而可对光进行调制，实现滤光作用。光子晶体对通道内传播的光波吸收极弱，故其能够显著提高彩色滤光基板的透过率。而且，该彩色滤光基板结构简单，易于制作。
例如，第一光子晶体子层11的光子带隙与第二光子晶体子层12的光子带隙不同以反射不同颜色的光。
如图1A所示，一些示例中，光子晶体层121仅包括叠层设置的第一光子晶体子层11和第二光子晶体子层12。从而，彩色滤光基板结构简单，易于制作。
例如，光子晶体层121被配置为允许原色光出射。例如，原色是指不能通过其他颜色的混合调配而得出的“基本色”。通过几种不同颜色的原色光可匹配出各种颜色的光。该示例提供的彩色滤光基板实现了光子晶体彩色滤光层的构建。
如图1A所示，一些示例提供的彩色滤光基板1中，第一光子晶体子层11反射的光的颜色与第二光子晶体子层12反射的光的颜色不同。从而，可使得由第一光子晶体子层11和第二光子晶体子层12叠层形成的光子晶体层121允许颜色不同于第一光子晶体子层11和第二光子晶体子层12反射的颜色的光出射。例如，第一光子晶体子层11和第二光子晶体子层12反射的光的颜色与光子晶体层121允许出射的光的颜色不同。因光子晶体材料对于位于光子带隙波段的光具有近乎100％的反射率，除了被允许从光子晶体层121出射的光外，其他杂光不能通过光子晶体层121，从而，可显著提高透射光的纯度。
图1B为本公开一示例提供的彩色滤光基板的剖视图。如图1B所示，一些示例提供的彩色滤光基板1中，衬底基板10包括多个滤光单元0123，每个滤光单元0123内设置有光子晶体层121。多个滤光单元0123包括第一滤光单元01、第二滤光单元02和第三滤光单元03。一个滤光单元可对应一个子像素。第一滤光单元01、第二滤光单元02和第三滤光单元03可允许不同颜色的光出射。第一滤光单元01、第二滤光单元02和第三滤光单元03可对应一个像素PL(像素PL也可参见图3)，但不限于此。第一滤光单元01、第二滤光单元02和第三滤光单元03分别设置有光子晶体层121。
例如，第一光子晶体子层11被配置为反射第三颜色光L3，允许除了第三颜色光L3外的光通过，第二光子晶体子层12被配置为反射第二颜色光L2，允许除了第二颜色光L2外的光通过。则，第二光子晶体子层12允许第一颜色光L1和第三颜色光L3通过，反射第二颜色光L2，第一光子晶体子层11允许第一颜色光L1和第二颜色光L2通过，反射第三颜色光L3。当第一光子晶体子层11和第二光子晶体子层12叠层设置时，只允许第一颜色光L1出射。例如，第一滤光单元01的光子晶体层121为第一颜色光L1通道，允许第一颜色光L1通过，其他颜色光例如第二颜色光L2和第三颜色光L3不能通过。例如，第一光子晶体子层11被配置为透射至少两种颜色的光，第二光子晶体子层12被配置为透射至少两种颜色的光。
如图1B所示，一些示例提供的彩色滤光基板1中，第一滤光单元01的光子晶体层121被配置为允许第一颜色光L1出射，第二滤光单元02的光子晶体层121被配置为允许第二颜色光L2出射，第三滤光单元03的光子晶体层121被配置为允许第三颜色光L3出射。当以红绿蓝三原色光为例时，第一滤光单元01的光子晶体层121为红光通道允许红光出射，第二滤光单元02的光子晶体层121为绿光通道允许绿光出射，第三滤光单元03的光子晶体层121为蓝光通道允许蓝光出射。
例如，第一颜色光L1、第二颜色光L2和第三颜色光L3为不同波长的光。例如，第一颜色光L1的波长大于第二颜色光L2的波长，第二颜色光L2的波长大于第三颜色光L3的波长。进一步例如，第一颜色光L1为红光，第二颜色光L2为绿光，第三颜色光L3为蓝光。本公开的示例中，以第一颜色光L1为红光，第二颜色光L2为绿光，第三颜色光L3为蓝光为例进行说明。
例如，光子晶体层121被配置为允许第一颜色光L1、第二颜色光L2和第三颜色光L3中的一种出射。例如，光子晶体层121被配置为反射第一颜色光L1、第二颜色光L2和第三颜色光L3中的另外两种。第一光子晶体子层11被配置为反射第一颜色光L1、第二颜色光L2和第三颜色光L3中的另外两种中的一个，第二光子晶体子层12被配置为反射第一颜色光L1、第二颜色光L2和第三颜色光L3中的另外两种中的另一个。
如图1B所示，一些示例中，采用照射光21照射彩色滤光基板1，照射光21的颜色可与第一颜色光L1、第二颜色光L2和第三颜色光L3中波长最短的光的颜色相同。例如，照射光21的颜色可与第三颜色光L3的颜色相同。例如，照射光21可为蓝光。例如，一些示例中，照射光21采用蓝色电致发光光源。需要说明的是，照射光21不限于蓝光，例如还可以为白光，或者比第一颜色光L1、第二颜色光L2和第三颜色光L3的波长更短的光。
如图1B所示，一些示例提供的彩色滤光基板1中，第一滤光单元01的第一光子晶体子层11和第二光子晶体子层12之一被配置为反射第二颜色光L2并透射第三颜色光L3，第一滤光单元01的第一光子晶体子层11和第二光子晶体子层12之另一被配置为透射第二颜色光L2并反射第三颜色光L3。第二滤光单元02的第一光子晶体子层11和第二光子晶体子层12之一被配置为反射第一颜色光L1并透射第三颜色光L3，第二滤光单元02的第一光子晶体子层11和第二光子晶体子层12之另一被配置为透射第一颜色光L1并反射第三颜色光L3。第三滤光单元03的第一光子晶体子层11和第二光子晶体子层12之一被配置为反射第一颜色光L1并透射第二颜色光L2，第三滤光单元03的第一光子晶体子层11和第二光子晶体子层12之另一被配置为透射第一颜色光L1并反射第二颜色光L2。
如图1B所示，一些示例中，第一滤光单元01内，第一光子晶体子层11为光子带隙位于蓝光区域的光子晶体子层101，第二光子晶体子层12为光子带隙位于绿光区域的光子晶体子层102，从而，第一滤光单元01的光子晶体层121允许红光出射。第二滤光单元02内，第一光子晶体子层11为光子带隙位于蓝光区域的光子晶体子层101，第二光子晶体子层12为光子带隙位于红光区域的光子晶体子层103，从而，第二滤光单元02的光子晶体层121允许绿光出射。第三滤光单元03内，第一光子晶体子层11为光子带隙位于红光区域的光子晶体子层103，第二光子晶体子层12为光子带隙位于绿光区域的光子晶体子层102，从而，第三滤光单元03的光子晶体层121允许蓝光出射。例如，被第三滤光单元03的第二光子晶体子层12反射的绿光可被利用以通过绿光通道，提高光的利用率。
如图1B所示，第一滤光单元01、第二滤光单元02和第三滤光单元03的第一光子晶体子层11的光子带隙位置分别位于蓝光区域、蓝光区域、红光区域，第一滤光单元01、第二滤光单元02和第三滤光单元03的第二光子晶体子层12的光子带隙位置绿光区域、红光区域、绿光区域，因此，第一滤光单元01、第二滤光单元02和第三滤光单元03分别只能透过红光、绿光和蓝光，从而形成传播波长位于红、绿、蓝三种颜色区域的光波的通道，起到选择性传播光波的作用。
图1B中，同一滤光单元0123内的第一光子晶体子层11和第二光子晶体子层12也可以更换位置。子像素的排布方式也不限于图1C所示。
如图1B所示，一些示例提供的彩色滤光基板1中，第一滤光单元01、第二滤光单元02和第三滤光单元03的第一光子晶体子层11同层设置，例如，位于第一层，可称作第一层光子晶体1L。例如，第一滤光单元01、第二滤光单元02和第三滤光单元03的第一光子晶体子层11中的两个被配置为反射同一颜色的光。例如，同一像素内，被配置为反射同一颜色的光的第一光子晶体子层11可以相邻，当然，也可以不相邻。
如图1B所示，一些示例提供的彩色滤光基板1中，第一滤光单元01、第二滤光单元02和第三滤光单元03的第二光子晶体子层12同层设置。例如，位于第二层，可称作第二层光子晶体2L。例如，第一滤光单元01、第二滤光单元02和第三滤光单元03的第二光子晶体子层12中的两个被配置为反射同一颜色的光。例如，同一像素内，被配置为反射同一颜色的光的第二光子晶体子层12不相邻，当然，也可以相邻。
如图1B所示，一些示例中，为了进一步提高出光纯度，彩色滤光基板1的滤光单元0123还包括位于光子晶体层121上的量子点光致发光层108。第一滤光单元01、第二滤光单元02和第三滤光单元03至少之一包括量子点光致发光层108。例如，第一滤光单元01和第二滤光单元02至少之一包括量子点光致发光层108。量子点光致发光层108被配置为受激发产生与其所在区域的光子晶体层121允许出射的光颜色相同的光。该示例提供的彩色滤光基板实现了光子晶体-量子点复合彩色滤光层的构建。需要说明的是，本公开的示例中，滤光单元0123也可不包括量子点光致发光层108，而仅包括光子晶体层121。
如图1B所示，一些示例中，量子点光致发光层108在衬底基板10上的投影大于或等于其所在区域的滤光单元的发光面积，但不限于此。例如，量子点光致发光层的厚度范围为40nm-40μm。
如图1B所示，一些示例中，当相邻的第一滤光单元01和第二滤光单元02分别设置量子点光致发光层108时，相邻量子点光致发光层108的侧面彼此相接。
如图1B所示，一些示例中，第一滤光单元01包括受激发产生红光的量子点光致发光层1081，第二滤光单元02包括受激发产生绿光的量子点光致发光层1082。如图1B所示，照射光21为蓝光，第三滤光单元03为蓝光通道的情况下，第三滤光单元03不设置量子点光致发光层，以利于节约材料。当然，当照射光采用其他光时，也可以在第三滤光单元03设置量子点光致发光层。如图1B所示，多个滤光单元0123内的量子点光致发光层108可称作量子点发光层QL。
采用蓝光激发量子点材料产生的红色、绿色激发光只能分别在光子晶体层中红光通道、绿光通道中传播，而蓝光只能在蓝光通道中传播，其余的杂光无法在光子晶体层中传播，可显著提高透射光的纯度。
例如，量子点材料为CdSe、CdTe、石墨烯等光致发光量子点材料。例如，蓝光量子点的发光峰范围在440-460nm；绿色量子点的发光峰范围在510-540nm，红色量子点的发光峰范围在630-670nm。例如，蓝光量子点受激发发出蓝光，绿色量子点受激发发出绿光，红色量子点受激发发出红光。
如图1B所示，一些示例提供的彩色滤光基板1中，第一光子晶体子层11具有锯齿结构的侧面，相邻滤光单元的两个第一光子晶体子层11通过锯齿结构彼此咬合相接，第二光子晶体子层12具有锯齿结构的侧面，相邻滤光单元的两个第二光子晶体子层12通过锯齿结构彼此咬合相接。
例如，本公开的示例中，某一元件/部件具有锯齿结构的侧面可指在截面图中该元件/部件的侧面具有锯齿结构，但不限于此。
如图1B所示，一些示例提供的彩色滤光基板1中，在相邻的滤光单元(第一滤光单元01和第二滤光单元02)中，第二光子晶体子层12具有锯齿结构的侧面，相邻滤光单元(第一滤光单元01和第二滤光单元02)的两个第二光子晶体子层12通过锯齿结构彼此咬合相接。在相邻的滤光单元(第一滤光单元01和第二滤光单元02)中，被配置为反射同一颜色光的第一光子晶体子层11相邻(光子带隙位于蓝光区域的光子晶体子层101)，因光子晶体的周期性排布特征，在第一滤光单元01和第二滤光单元02的交界处，相邻的第一光子晶体子层11(光子带隙位于蓝光区域的光子晶体子层101)相当于也存在通过锯齿结构彼此咬合相接的侧面。从而，在相邻滤光单元的交界处，相邻第一光子晶体子层11彼此咬合相接的部分与相邻第二光子晶体子层12彼此咬合相接的部分重叠，从而，可形成起到黑矩阵作用的反射第一颜色光L1的光子晶体子层、反射第二颜色光L2的光子晶体子层以及反射第三颜色光L3的光子晶体子层的叠层部分。
如图1B所示，一些示例提供的彩色滤光基板1中，在相邻的滤光单元(第一滤光单元01和第三滤光单元03)中，第一光子晶体子层11具有锯齿结构的侧面，两个第一光子晶体子层11通过锯齿结构彼此咬合相接。在相邻的滤光单元(第一滤光单元01和第三滤光单元03)中，被配置为反射同一颜色光的第二光子晶体子层12相邻(光子带隙位于绿光区域的光子晶体子层102)，因光子晶体的周期性排布特征，在第一滤光单元01和第三滤光单元03的交界处，相邻的第二光子晶体子层12(光子带隙位于绿光区域的光子晶体子层102)相当于也存在通过锯齿结构彼此咬合相接的侧面。从而，在相邻滤光单元的交界处，相邻第一光子晶体子层11彼此咬合相接的部分与相邻第二光子晶体子层12彼此咬合相接的部分重叠，从而，可形成起到黑矩阵作用的反射第一颜色光L1的光子晶体子层、反射第二颜色光L2的光子晶体子层以及反射第三颜色光L3的光子晶体子层的叠层部分123。
如图1B所示，一些示例提供的彩色滤光基板1中，当相邻滤光单元的第一光子晶体子层11的光子带隙不同，并且该相邻滤光单元的第二光子晶体子层12的光子带隙不同时，相邻滤光单元交界处起到黑矩阵作用的叠层部分123的宽度大于或等于具有相同光子带隙的第一光子晶体子层11或具有相同光子带隙的第二光子晶体子层12的相邻滤光单元的交界处的起到黑矩阵作用的叠层部分123的宽度。例如，当采用喷墨打印的方式形成光子晶体层时，可通过调整每个滤光单元的光子晶体分散液的量来调整叠层部分123的宽度。
例如，如图1B所示，具有不同光子带隙的第一光子晶体子层11并且具有不同光子带隙的第二光子晶体子层12的相邻滤光单元的交界处的起到黑矩阵作用的叠层部分的宽度d2等于具有相同光子带隙的第一光子晶体子层11或具有相同光子带隙的第二光子晶体子层12的相邻滤光单元的交界处的起到黑矩阵作用的叠层部分的宽度d1。
如图1B所示，一些示例提供的彩色滤光基板1中，第一滤光单元01和第二滤光单元02相邻，在第一滤光单元01和第二滤光单元02的交界位置处，位于同一层的相邻两个第一光子晶体子层11以及与该两个第一光子晶体子层11之一叠层设置的第二光子晶体子层12具有叠层部分123以反射第一颜色光L1、第二颜色光L2和第三颜色光L3，或者，位于同一层的相邻两个第二光子晶体子层12以及与该两个第二光子晶体子层12之一叠层设置的第一光子晶体子层11具有叠层部分123以反射第一颜色光L1、第二颜色光L2和第三颜色光L3。即，反射第一颜色光L1的光子晶体子层、反射第二颜色光L2的光子晶体子层以及反射第三颜色光L3的光子晶体子层具有叠层部分。从而，叠层部分可以起到黑矩阵的作用，不必设置黑矩阵，从而，可显著提高透过率和透射光的纯度。
如图1B所示，一些示例中，第一层光子晶体1L中，相邻的光子带隙不同的第一光子晶体子层11在交界位置处彼此交错层叠。例如，第一光子晶体子层11具有锯齿结构的侧面，以利于与相邻的第一光子晶体子层11的锯齿结构的侧面匹配，以使得相邻的光子带隙不同的第一光子晶体子层11在交界位置处彼此交错层叠。在垂直于衬底基板10的方向上，该彼此交错层叠的部分与第二光子晶体子层12重叠，从而形成反射第一颜色光L1的光子晶体子层、反射第二颜色光L2的光子晶体子层以及反射第三颜色光L3的光子晶体子层的叠层部分。
例如，如图1B所示，相邻的第二滤光单元02和第三滤光单元03中，第一层光子晶体1L中，光子带隙位于蓝光区域的光子晶体子层101具有锯齿结构的侧面，光子带隙位于红光区域的光子晶体子层103具有锯齿结构的侧面，两个锯齿结构彼此咬合形成交错层叠的部分，该交错层叠的部分与第二层光子晶体2L中的光子带隙位于绿光区域的光子晶体子层102重叠，形成起到黑矩阵作用的叠层部分。
如图1B所示，一些示例中，第二层光子晶体2L中，相邻的光子带隙不同的第二光子晶体子层12在交界位置处彼此交错层叠。例如，第二光子晶体子层12具有锯齿结构的侧面，以利于与相邻的第二光子晶体子层12的边缘位置处的锯齿结构的侧面匹配，以使得相邻的光子带隙不同的第二光子晶体子层12在交界位置处彼此交错层叠。在垂直于衬底基板10的方向上，该彼此交错层叠的部分与第一光子晶体子层11重叠，从而形成反射第一颜色光L1的光子晶体子层、反射第二颜色光L2的光子晶体子层以及反射第三颜色光L3的光子晶体子层的叠层部分。
例如，如图1B所示，相邻的第一滤光单元01和第二滤光单元02中，第二层光子晶体2L中，光子带隙位于绿光区域的光子晶体子层102具有锯齿结构的侧面，光子带隙位于红光区域的光子晶体子层103具有锯齿结构的侧面，两个锯齿结构彼此咬合形成交错层叠的部分，该交错层叠的部分与第一层光子晶体1L的光子带隙位于蓝光区域的光子晶体子层101重叠，形成起到黑矩阵作用的叠层部分。
一些示例提供的彩色滤光基板中，为了利于形成高低折射率的材料交替排列的周期性结构，第一光子晶体子层11和第二光子晶体子层12至少之一的厚度范围为400nm-80μm。进一步例如，第一光子晶体子层11和/或第二光子晶体子层12的厚度范围为800nm-30μm。
图1C为本公开另一示例提供的彩色滤光基板的剖视图。图1C中示出了包括多个像素PL的彩色滤光基板的剖视图。
图2A为本公开另一示例提供的彩色滤光基板的剖视图。如图2A所示，一些示例中，为了使得彩色滤光基板的表面平坦，可以设置填充层109，填充层109位于第三滤光单元03上，并位于量子点光致发光层1081和量子点光致发光层1082之间，填充两者之间的间隙。填充层109可为透明树脂层。例如，填充层109的远离衬底基板的表面与量子点光致发光层1081和/或1082的远离衬底基板的表面位于同一平面内。
图2B为本公开另一示例提供的彩色滤光基板的剖视图。如图2B所示，一些示例中，在相邻滤光单元的交界位置处的反射第一颜色光L1的光子晶体子层、反射第二颜色光L2的光子晶体子层以及反射第三颜色光L3的光子晶体子层的叠层部分123对应阵列基板2的需遮光部分201，以利提高显示效果。例如，阵列基板2与彩色滤光基板1相对设置，需遮光部分201位于第二衬底基板20上。阵列基板2的需遮光部分201例如包括薄膜晶体管(TFT)、栅线和数据线至少之一。例如，在液晶显示器件中，需遮光部分201处不设置像素电极，该位置处的液晶分子在像素电极和公共电极产生的电场的作用下可能会产生紊乱，采用叠层部分123进行遮蔽，可提高显示效果。
图3为本公开的一些示例提供的彩膜基板中的滤光单元的俯视图。图1C可为图3中MN处的剖视图。本公开的示例提供的滤光单元的俯视图不限于图3所示。例如，子像素可以采用其他方式排布。例如，还可以包括其他颜色的子像素。
一些示例提供的彩色滤光基板1中，第一光子晶体子层11和第二光子晶体子层12中的光子晶体包括纳米微球型光子晶体，纳米微球型的光子晶体的折射率大于2。采用高折射率的纳米微球作为构建光子晶体的材料可避免光子晶体存在的视角差异，提高观察角度。
例如，光子晶体材料为折射率大于2的硫化镉、氧化亚铜、氧化钛、氧化锌、硫化锌等具有高折射率的单分散胶体微球。
图4示出了光子带隙位于蓝光、绿光和红光区域所对应的氧化亚铜纳米微球的扫描电镜图。如图4所示，图(a)、(b)和(c)中的氧化亚铜纳米微球的光子带隙分别位于蓝光、绿光和红光区域。
对于光子晶体的设计如下：光子晶体的结构生色的基本原理可由布拉格(Bragg)衍射解释，根据Bragg衍射基本公式可计算光子晶体理论反射锋的位置：
其中，neff为有效折射率，nsphere为光子晶体材料的折射率，nair为空气折射率，fsphere和fair为光子晶体中球形纳米材料与空气的体积比，θ为光线入射角度，D为微球的直径。
若光子晶体有效折射率足够大，可近似忽略光线入射角度对光子晶体衍射峰的影响，故采用折射率大于2的高折射率材料，以硫化镉(折射率2.51)纳米微球作为构筑光子晶体的材料为例，光子带隙位于红光、绿光和蓝光区域的光子晶体的微球粒径大小分别位于190-210nm，160-180nm，130-150nm；其对应反射锋位置分别位于610-680nm(红光区域)，520-580nm(绿光区域)，420-485nm(蓝光区域)。
图5为本公开另一示例提供的彩色滤光基板的剖视图。如图5所示，光子晶体层121上也可不设置量子点发光层。
图6示出了一些示例提供的彩色滤光基板的结构示意图。通过调整第一层光子晶体1L、第二层光子晶体2L以及量子点发光层QL来形成不同的彩色滤光基板。例如，图6中的a的结构可对应于图1C所示的彩色滤光基板。图6中的c的结构可对应于图1C所示的彩色滤光基板中第一层光子晶体1L、第二层光子晶体2L互换位置后的结构。需要说明的是，彩色滤光基板中，图6中所示的层结构也可以不设置量子点发光层QL。图6中，量子点发光层QL中的R、G、B代表该滤光单元内的量子点光致发光层受激发产生红光、绿光和蓝光。
本公开至少一示例提供一种彩色滤光基板1的制造方法，包括：在衬底基板10上形成第一光子晶体子层11；以及在第一光子晶体子层11上形成第二光子晶体子层12；其中，第一光子晶体子层11和第二光子晶体子层12叠层设置，第一光子晶体子层11和第二光子晶体子层12构成光子晶体层121，光子晶体层121被配置为允许第一颜色光L1、第二颜色光L2和第三颜色光L3中的一种出射，并被配置为反射第一颜色光L1、第二颜色光L2和第三颜色光L3中的另外两种。例如，第一光子晶体子层11被配置为反射第一颜色光L1、第二颜色光L2和第三颜色光L3中的另外两种中的一个，第二光子晶体子层12被配置为反射第一颜色光L1、第二颜色光L2和第三颜色光L3中的另外两种中的另一个。例如，第一光子晶体子层11的光子带隙与第二光子晶体子层12的光子带隙不同以分别反射不同颜色的光。
一些示例提供的制造方法中，第一光子晶体子层11和第二光子晶体子层12采用喷墨打印工艺形成。通过喷墨打印技术可以实现光子晶体光通道快速大面积的构建，工艺难度较低，易于工业化。
一些示例提供的制造方法中，喷墨打印工艺包括：形成光子晶体分散液，利用光子晶体分散液进行喷墨打印形成光子晶体分散液图案，以及对光子晶体分散液图案进行热处理以去除待去除物质，形成光子晶体图案；其中，光子晶体图案包括第一光子晶体子层11或第二光子晶体子层12。
例如，纳米光子晶体材料制备方法可选用水热法、溶胶凝胶法、乳液聚合等方法制备。
例如，光子晶体分散液可采用如下方法制作。将高折射率纳米微球分散于分散液中超声分散即可得到单分散胶体微球。例如，分散液包括去离子水，以及高沸点助剂、乙醇、甘油、表面活性剂、消泡剂、胶黏剂、pH值调节剂中的至少一种。光子晶体纳米微球可采用各种方式进行分散，只要能得到分散良好的光子晶体分散液即可。
一些示例中，高沸点助剂选自乙二醇、二乙二醇以及甲酰胺中的至少一个，表面活性剂选自OP-10或聚乙烯吡咯烷酮，消泡剂选自磷酸三丁酯，胶黏剂选自聚乙烯醇、聚氨酯树脂和丙烯酸树脂中的至少一个，pH值调节剂包括三乙醇胺，三乙醇胺包括三乙醇胺和二乙醇胺中的至少一个。
一些示例提供的制造方法中，热处理的温度为100-120℃。进一步例如，热处理的温度为105-115℃。热处理的温度可根据待去除的物质进行选择。上述给出的热处理温度兼顾了待去除的物质的性质以及热处理效率，有利于热处理的工艺的进行以及效率的提高。
一些示例提供的制造方法中，热处理的加热时间20-30s。本公开示例给出的热处理时间较短，可迅速去除光子晶体分散液图案中的待去除的物质，可在高折射率的光子晶体之间形成空气间隔，形成高低折射率的材料交替排列的周期性结构。
一些示例提供的制造方法中，形成第一光子晶体子层11包括形成第一滤光单元01、第二滤光单元02和第三滤光单元03的第一光子晶体子层11；以及形成第二光子晶体子层12包括形成第一滤光单元01、第二滤光单元02和第三滤光单元03的第二光子晶体子层12。第一滤光单元01、第二滤光单元02和第三滤光单元03的第一光子晶体子层11中的两个被配置为反射同一颜色的光，采用同一喷墨工艺形成。第一滤光单元01、第二滤光单元02和第三滤光单元03的第二光子晶体子层12中的两个被配置为反射同一颜色的光，采用同一喷墨工艺形成。第一滤光单元01的光子晶体层121被配置为允许第一颜色光L1出射，第二滤光单元02的光子晶体层121被配置为允许第二颜色光L2出射，第三滤光单元03的光子晶体层121被配置为允许第三颜色光L3出射。
本公开的示例中，光子晶体层121可采用喷墨打印技术依次打印R、G、B三种单分散胶体微球来形成。彩色滤光基板包括量子点电致发光层时，可采用喷墨打印技术形成量子点电致发光层。例如，采用喷墨打印技术依次打印量子点电致发红光层、量子点电致发绿光层以形成量子点发光层QL。
图7A-7H示出了本公开一示例提供的彩色滤光基板的制造方法。制成的彩色滤光基板可如图1C所示。该制造方法包括如下步骤。
步骤(1)，形成第一光子晶体分散液，如图7A所示，利用第一光子晶体分散液进行喷墨打印形成第一光子晶体分散液图案1010。
步骤(2)，对第一光子晶体分散液图案1010进行热处理以去除溶剂等待去除物质，如图7B所示，形成第一滤光单元01和第二滤光单元02的光子带隙位于蓝光区域的光子晶体子层101。
步骤(3)，形成第二光子晶体分散液，如图7C所示，利用第二光子晶体分散液进行喷墨打印形成第二光子晶体分散液图案1030。
步骤(4)，对第二光子晶体分散液图案1030进行热处理以去除溶剂等待去除物质，如图7D所示，形成第三滤光单元03的光子带隙位于红光区域的光子晶体子层103。从而，形成了第一层光子晶体1L。各滤光单元的第一层光子晶体1L即为第一光子晶体子层11。
步骤(5)，形成第三光子晶体分散液，如图7E所示，利用第三光子晶体分散液在第一层光子晶体1L上进行喷墨打印形成第三光子晶体分散液图案1020。
步骤(6)，对第三光子晶体分散液图案1020进行热处理以去除溶剂等待去除物质，如图7F所示，形成第一滤光单元01和第三滤光单元03的光子带隙位于绿光区域的光子晶体子层102。
步骤(7)，形成第二光子晶体分散液，如图7G所示，利用第二光子晶体分散液进行喷墨打印形成第二光子晶体分散液图案1030。
步骤(8)，对第二光子晶体分散液图案1030进行热处理以去除溶剂等待去除物质，如图7H所示，形成第二滤光单元02的光子带隙位于红光区域的光子晶体子层103。从而，形成了第二层光子晶体2L。各滤光单元的第二层光子晶体2L即为第二光子晶体子层12。
如图7B所示，待去除物质被去除后，形成纳米微球型光子晶体与空气的高低折射率材料周期性排列的光子晶体结构。如图7B所示，光子带隙位于蓝光区域的光子晶体子层101(第一光子晶体子层11)的具有锯齿结构的侧面。
如图7D所示，光子带隙位于红光区域的光子晶体子层103(第一光子晶体子层11)的具有锯齿结构的侧面。相邻的第一光子晶体子层11在边缘处叠层设置。
例如，一些示例中，先形成第一层光子晶体1L，再形成第二层光子晶体2L。形成第一层光子晶体1L包括依次形成光子带隙位于不同颜色光区域的两个光子晶体子层。形成第二层光子晶体2L包括依次形成光子带隙位于不同颜色光区域的两个光子晶体子层。
在本公开的示例中，采用喷墨技术打印高折射率纳米微球构建具有选择性透过某一频率光波的光子晶体光通道，仅需打印两层三维光子晶体即可实现光通道的构建，工艺难度较低，易于工业化。
采用类似方法可形成图6中a-h任一个中的彩色滤光基板。
当然，本公开的示例中，还可以在制作每一层光子晶体时，利用两种不同的光子晶体分散液分别进行喷墨打印形成两种光子晶体分散液图案，再对该两种光子晶体分散液图案进行热处理以去除待去除物质，形成两种光子晶体图案，即形成该层光子晶体。
例如，在制作第一层光子晶体1L时，在第一滤光单元01和第二滤光单元02，利用第一光子晶体分散液进行喷墨打印形成第一光子晶体分散液图案1010，在第三滤光单元03，利用第二光子晶体分散液进行喷墨打印形成第二光子晶体分散液图案1030，然后进行热处理以去除溶剂等待去除物质，得到第一层光子晶体1L。
例如，在制作第二层光子晶体2L时，在第一滤光单元01和第三滤光单元03，利用第三光子晶体分散液进行喷墨打印形成第三光子晶体分散液图案1020，在第二滤光单元02，利用第二光子晶体分散液进行喷墨打印形成第二光子晶体分散液图案1030，然后进行热处理以去除溶剂等待去除物质，得到第二层光子晶体2L。
本公开的示例中，第一颜色光、第二颜色光和第三颜色光不限于红绿蓝(RGB)。例如，第一颜色光、第二颜色光和第三颜色光还可以为其他颜色的光。例如，其他颜色包括CMY(青、洋红、黄)。例如，本公开示例提供的彩色滤光基板中，还可包括允许除了第一颜色光、第二颜色光和第三颜色光之外的光出射的滤光单元。
本公开至少一示例提供一种显示装置，包括上述任一示例提供的彩色滤光基板1。
例如，显示装置可以为液晶显示器、电子纸、OLED(Organic Light-EmittingDiode，有机发光二极管)显示器等显示器件以及包括这些显示器件的电视、数码相机、手机、手表、平板电脑、笔记本电脑、导航仪等任何具有显示功能的产品或者部件。
需要说明的是，为了清晰起见，在用于描述本公开的示例的附图中，层或区域的厚度被放大。可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”，或者可以存在中间元件。
在不冲突的情况下，本公开的同一示例及不同示例中的特征可以相互组合。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (15)

1.一种彩色滤光基板，包括：
衬底基板，
多个滤光单元，位于所述衬底基板上，每个滤光单元包括光子晶体层，所述光子晶体层被配置为允许一种颜色的光出射，并包括叠层设置在所述衬底基板上的第一光子晶体子层和第二光子晶体子层。
2.根据权利要求1所述的彩色滤光基板，其中，所述第一光子晶体子层的光子带隙与所述第二光子晶体子层的光子带隙不同以分别反射不同颜色的光。
3.根据权利要求1所述的彩色滤光基板，其中，所述光子晶体层仅包括所述第一光子晶体子层和所述第二光子晶体子层。
4.根据权利要求1所述的彩色滤光基板，其中，所述多个滤光单元包括第一滤光单元、第二滤光单元和第三滤光单元，所述第一滤光单元的光子晶体层被配置为允许第一颜色光出射，所述第二滤光单元的光子晶体层被配置为允许第二颜色光出射，所述第三滤光单元的光子晶体层被配置为允许第三颜色光出射。
5.根据权利要求4所述的彩色滤光基板，其中，所述第一颜色光、所述第二颜色光和所述第三颜色光构成三基色。
6.根据权利要求4所述的彩色滤光基板，其中，所述第一滤光单元、所述第二滤光单元和所述第三滤光单元的所述第一光子晶体子层中的两个被配置为反射同一颜色的光，所述第一滤光单元、所述第二滤光单元和所述第三滤光单元的所述第一光子晶体子层同层设置；
所述第一滤光单元、所述第二滤光单元和所述第三滤光单元的第二光子晶体子层中的两个被配置为反射同一颜色的光，并且所述第一滤光单元、所述第二滤光单元和所述第三滤光单元的所述第二光子晶体子层同层设置。
7.根据权利要求1-6任一项所述的彩色滤光基板，其中，所述第一光子晶体子层具有锯齿结构的侧面，相邻滤光单元的两个第一光子晶体子层通过所述锯齿结构彼此咬合相接，所述第二光子晶体子层具有锯齿结构的侧面，相邻滤光单元的两个第二光子晶体子层通过所述锯齿结构彼此咬合相接。
8.根据权利要求4-6任一项所述的彩色滤光基板，其中，所述第一滤光单元、所述第二滤光单元和所述第三滤光单元至少之一还包括位于所述光子晶体层上的量子点光致发光层，所述量子点光致发光层被配置为受激发产生与其所在区域的光子晶体层允许出射的光颜色相同的光。
9.根据权利要求8所述的彩色滤光基板，还包括照射光，其中，所述照射光的颜色与所述第一颜色光、所述第二颜色光和所述第三颜色光之一的颜色相同。
10.根据权利要求1-6任一项所述的彩色滤光基板，其中，所述第一光子晶体子层和所述第二光子晶体子层中的光子晶体包括纳米微球型光子晶体，所述纳米微球型的光子晶体的折射率大于2。
11.根据权利要求1-6任一项所述的彩色滤光基板，所述第一光子晶体子层和所述第二光子晶体子层至少之一的厚度范围为400nm-80μm。
12.一种彩色滤光基板的制造方法，包括：
在衬底基板上形成第一光子晶体子层；以及
在所述第一光子晶体子层上形成第二光子晶体子层；
其中，所述第一光子晶体子层和所述第二光子晶体子层叠层设置，所述光子晶体层被配置为允许一种颜色的光出射。
13.根据权利要求12所述的制造方法，其中，所述第一光子晶体子层和所述第二光子晶体子层至少之一采用喷墨打印工艺形成，所述喷墨打印工艺包括：
形成光子晶体分散液，
利用所述光子晶体分散液进行喷墨打印形成光子晶体分散液图案，以及
对所述光子晶体分散液图案进行热处理以去除待去除物质，形成所述第一光子晶体子层或所述第二光子晶体子层。
14.根据权利要求13所述的制造方法，其中，所述热处理的温度为100-120℃，所述热处理的加热时间20-30s。
15.一种显示装置，包括权利要求1-11任一项所述的彩色滤光基板。
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