CN111679354A

CN111679354A - 反射式滤光片及其制备方法、反射式显示装置

Info

Publication number: CN111679354A
Application number: CN202010504161.XA
Authority: CN
Inventors: 陈梅
Original assignee: TCL Huaxing Photoelectric Technology Co Ltd
Current assignee: TCL China Star Optoelectronics Technology Co Ltd; TCL Huaxing Photoelectric Technology Co Ltd
Priority date: 2020-06-05
Filing date: 2020-06-05
Publication date: 2020-09-18
Also published as: WO2021243805A1

Abstract

一种反射式滤光片，包括相对设置的第一基板和第二基板、液晶层，第一基板的内侧设置有第一电极，第二基板的内侧设置有第二电极，液晶层填充有包括胆甾相液晶的液晶组合物，其中，反射式滤光片包括反射不同颜色光的至少两个反射区。通过施加外电场对液晶分子进行取向，不需要额外的液晶配向处理，使得制程简单且节约成本；利用紫外光诱导手性化合物手性反转，在同种母体液晶材料中实现反射区的分区控制，因而不需要对电极进行图案化处理，设置整面公共电极即可，且不需要设置挡墙，简化制程；此外由于加入高分子材料，使得反射式彩色滤光片可形成为柔性薄膜材料，有利于实现大面积辊对辊加工方式，从而降低滤光片的生产和运输成本。

Description

反射式滤光片及其制备方法、反射式显示装置

技术领域

本申请涉及显示技术领域，尤其涉及一种反射式滤光片及其制备方法、以及反射式显示装置。

背景技术

彩色滤光片广泛应用于显示领域，传统的彩色滤光片多为吸收型滤光片，其光损耗率可达60％以上，在很大程度上限制了液晶显示器的光能利用率。另外，传统的彩色滤光片的制备一般是将红、绿、蓝染料分散于光阻中，再经过三次黄光制程将红色色阻、绿色色阻、以及蓝色色阻成型于基板上，其制备工艺复杂且繁琐。

综上所述，现有的吸收型彩色滤光片技术有待于改进。

发明内容

本申请实施例提供一种反射式滤光片及其制备方法、反射式显示装置，以解决现有的吸收型彩色滤光片，其光损耗率较高，且制备工艺繁琐复杂的技术问题。

为解决上述问题，本发明提供的技术方案如下：

本申请实施例提供一种反射式滤光片，包括:相对设置的第一基板和第二基板、以及夹设于所述第一基板和所述第二基板之间的液晶层；所述第一基板朝向所述第二基板的一侧设置有第一电极，所述第二基板朝向所述第一基板的一侧设置有第二电极；所述液晶层填充有包括胆甾相液晶的液晶组合物；其中，所述反射式滤光片包括反射不同颜色光的至少两个反射区。

在本申请的至少一种实施例中，所述反射式滤光片包括分别反射三种不同颜色光的第一反射区、第二反射区、以及第三反射区。

在本申请的至少一种实施例中，所述第一反射区的胆甾相液晶的螺距、所述第二反射区的胆甾相液晶的螺距、以及所述第三反射区的胆甾相液晶的螺距依次增大。

在本申请的至少一种实施例中，所述第一反射区反射蓝光，所述第二反射区反射绿光，以及所述第三反射区反射红光。

在本申请的至少一种实施例中，所述液晶组合物包括刚性高分子网络态结构。

本申请实施例还提供上述任一种实施例所述的反射式滤光片的制备方法，包括：

S10，将液晶组合物填充于第一基板和第二基板之间以形成液晶层，其中所述液晶组合物包括胆甾相液晶，所述胆甾相液晶具有初始反射波段光；

S20，对第一电极和第二电极施加电压，以使得所述胆甾相液晶处于平面织构态；

S30，在加电状态下，利用第一光罩对所述液晶层进行一次紫外光照射，以使得一次紫外光照射区域的所述胆甾相液晶的螺距大于未照光区域的所述胆甾相液晶；

S40，在加电和紫外光照状态下，对所述液晶层进行加热，以使得所述液晶组合物形成刚性高分子网络态结构。

在本申请的至少一种实施例中，在所述S40之前，还包括：

在加电状态下，利用第二光罩对所述液晶层进行二次紫外光照射，使得二次紫外光照射区域的所述胆甾相液晶的螺距大于所述一次紫外光照射区域的所述胆甾相液晶。

在本申请的至少一种实施例中，所述初始反射波段光为蓝光，所述一次紫外光照射区域的所述胆甾相液晶反射绿光，所述二次紫外光照射区域的所述胆甾相液晶反射红光。

在本申请的至少一种实施例中，所述液晶组合物包括向列相液晶、手性化合物、可聚合单体、以及热引发剂。

本申请实施例还提供一种反射式显示装置，包括显示面板和背离所述显示面板出光面一侧设置的反射式滤光片，所述反射式滤光片可为上述任一种实施例所述的反射式滤光片，或者采用上述任一种实施例所述的制备方法制备。

本发明的有益效果为：一方面通过施加外电场对液晶分子进行取向，不需要额外增加液晶配向处理，使得制程简单且节约成本，另一方面利用紫外光诱导手性化合物手性反转，在同种母体液晶材料中，实现反射区的分区控制，因而不需要对电极进行图案化处理，设置整面公共电极即可，且不需要设置挡墙，进一步简化制程，此外由于加入高分子材料，使得反射式彩色滤光片可形成为柔性薄膜材料，有利于实现大面积辊对辊加工方式，从而降低滤光片的生产和运输成本。

附图说明

为了更清楚地说明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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反射式滤光片的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的反射式滤光片的制备方法的步骤流程图；

图3为本申请实施例提供的未加电压状态下的液晶层的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的加电压状态下的液晶层的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一次紫外光照射下的液晶层的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的二次紫外光照射下的液晶层的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的显示装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动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。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

本申请提供一种反射式滤光片，包括相对设置的第一基板、第二基板、以及液晶层，所述第一基板朝向所述第二基板的一侧设置有第一电极，所述第二基板朝向所述第一基板的一侧设置有第二电极，所述液晶层中填充有液晶组合物。

所述液晶组合物包括胆甾相液晶(Cholesteric Liquid Crystal，CLC)，胆甾相液晶由于其具有选择性反射光的特性，可利用其独有特性制备出反射式滤光片。平面取向的胆甾相液晶能够使与其自身螺旋轴具有同一旋光方向的圆偏振光发生反射，而使其他光透过。由于上述反射式滤光片形成的滤光体系不吸收光线，因此可利用其制作出高光能利用效率的彩色滤光片或者偏光片。胆甾相液晶的选择性反射的波长由胆甾相液晶的螺距和双折射决定，三者之间满足如下关系式：λ＝n*p，其中，n为折射率、p为螺距。可通过改变胆甾相液晶的螺距p实现对反射波长的有效调控。

由于传统的滤光片为吸收型滤光片，光损耗率较高，且需要三道黄光制程形成红、绿、蓝色阻，其制备工艺复杂。采用本申请实施例提供的反射式滤光片可包括反射不同颜色光的至少两个反射区，通过控制相应区域的胆甾相液晶的螺距来使得不同反射区反射出不同的颜色，进而达到滤光的效果。

胆淄相液晶可为胆甾醇化合物，也为向列相液晶和手性化合物的混合物，其中，胆淄相液晶的螺距由液晶组合物中的手性化合物的含量及其螺旋扭曲力决定。当向列相液晶和手性化合物的种类固定时，可通过控制手性化合物的含量实现对胆淄相液晶螺距的控制。

可将手性反转的手性化合物加入到向列相液晶中，从而可通过控制手性化合物的反转量来控制液晶层体系中整体的手性化合物含量，即胆甾相液晶的螺距。

进一步地，可通过控制紫外光照射胆甾相液晶的时间来控制手性化合物的反转量，进而控制胆甾相液晶的螺距。

所述反射式滤光片包括至少两个反射不同颜色光的反射区，反射不同颜色光的反射区内的胆甾相液晶的螺距不同，通过利用紫外光诱导手性化合物反转，从而使得照光区域内的手性化合物的含量降低，即螺距增大。

一种实施例中，所述液晶组合物可包括向列相液晶、手性化合物、可聚合单体、以及热引发剂。

具体地，所述液晶组合物可包括负性向列相液晶、紫外光致手性反转化合物、液晶性热可聚合单体、热引发剂。相对于组合物总体质量，其组分的质量百分比可为：60～98wt％负性向列相液晶、1～30wt％液晶性热可聚合单体、0.05～10wt％紫外光致异构手性化合物、0.05～2wt％热引发剂。

所述紫外光致异构手性化合物在可见光下具有第一旋向(左旋或右旋)，经紫外光辐照后可反转为第二旋向(右旋或左旋)，即在紫外光下该手性化合物结构会发生异构，相应的手性方向会发生反转，因此可通过控制手性转的量来控制最终存在于不同区域的液晶层中的手性化合物的含量。

紫外光致异构手性化合物可为手性螺烯、手性二芳基乙烯等手性化合物材料中的至少一种。

所述液晶层中的液晶组合物可包括刚性高分子网络态结构，该刚性高分子网络态结构可稳定胆甾相液晶的平面取向状态和螺距，从而在液晶层内部形成多个不同的螺距区即反射区。

一种实施例中，可通过对液晶组合物中的可聚合单体加热，引发可聚合单体发生聚合反应，形成刚性的聚合物网络结构即刚性高分子网络态结构。

如图1所示，一种实施例中，所述反射式滤光片100包括分别反射三种不同颜色光的第一反射区101、第二反射区102、以及第三反射区103。

所述第一反射区101、所述第二反射区102、以及所述第三反射区103内的胆甾相液晶的螺距依次增大，从而使得不同反射区内的液晶反射不同颜色的光。

所述液晶组合物包括向列相液晶31、手性化合物33、可聚合单体32、以及热引发剂。

一种实施例中，所述第一反射区101、所述第二反射区102、以及所述第三反射区103分别对应反射红光、绿光、以及蓝光中的一种。

例如，所述第一反射区101反射蓝光，所述第二反射区102反射绿光，所述第三反射区103反射红光。可通过对初始反射蓝光的胆淄相液晶进行多次紫外光照射，实现反射波段逐渐红移。

具体地，可设置所述液晶层30内的胆甾相液晶的初始选择性波段为蓝色，所述第一反射区101对应的液晶层30被遮盖，对其他区域(第二反射区102和第三反射区103)对应的液晶层30进行一次紫外光照射，以使得一次照光区域的胆淄相液晶螺距增大，反射波段为绿色；之后遮盖第一反射区101和第二反射区102对应的液晶层，对第三反射区103进行光照，以使得第三反射区103内的胆淄相液晶螺距继续增大，反射波段为红色；之后对液晶层30加热，引发可聚合单体32发生聚合反应，形成刚性高分子网络态结构301。

由于本申请实施例是通过对第一电极11和第二电极21施加电压对液晶分子进行取向，因此第一基板10和第二基板20的内侧均不需要进行额外的配向处理，制程简单且能节约成本。

所述第一电极11和所述第二电极21均可整面设置。由于本申请实施例提供的反射式滤光片是通过紫外光诱导手性化合物进行手性反转，利用同种母体液晶材料便能实现对反射区的分区控制，因此不需对上下电极进行图案化处理，直接涂布或沉积整面电极材料即可，且也不需要在分区交界处设置挡墙，进一步简化工艺制程。

所述第一电极11和所述第二电极21为透明电极，可为氧化铟锡材料。

所述第一基板10和所述第二基板20可为柔性基板，也可为刚性基板，所述柔性基板可选择聚酰亚胺材料，所述刚性基板可选择玻璃基板。

基于上述实施例提供的反射式滤光片，本申请实施例还提供一种发射式滤光片的制备方法，如图2所示，包括以下步骤：

S10，将液晶组合物填充于第一基板和第二基板之间以形成液晶层，其中所述液晶组合物包括胆甾相液晶，所述胆甾相液晶具有初始反射波段光。

一种实施例中，胆甾相液晶可为向列相液晶和手性化合物的混合物，可通过改变液晶组合物中的手性化合物33的含量来控制胆甾相液晶最初的反射波长及对应反射波长的光。

手性化合物含量的选择标准可依据使得胆甾相液晶的初始反射波段较小即螺距较小来进行选择，从而使得后续紫外光照射时，照光区域的胆甾相液晶的反射波段红移，反射不同于初始颜色的光。

通过施加外加电场，使得胆甾相液晶及聚合单体均处于平面织构态。完成胆甾相液晶的配向。

所述第一光罩包括遮光区和透光区，透光区对应的液晶层会受到紫外光照射，遮光区对应的液晶层不会受到紫外光照射。

对液晶层进行加热过程中，可聚合单体发生聚合反应从而形成刚性的高分子来稳定住胆甾相液晶的平面织构态及螺距。

可聚合单体聚合完毕后，断开对两电极施加的电压、停止紫外光照、停止加热，即能得到上述任一实施例所述的反射式滤光片。

根据所述滤光片的应用情形可合理设置反射区的个数、以及不同反射区的紫外光照的次数，从而使得滤光片能够反射出多种不同颜色的光。

例如，在所述S40之前，还可包括在加电状态下，利用第二光罩对所述液晶层进行二次紫外光照射，使得二次紫外光照射区域的所述胆甾相液晶的螺距大于所述一次紫外光照射区域的所述胆甾相液晶。

一种实施例中，所述初始反射波段光为蓝光，所述一次紫外光照射区域的所述胆甾相液晶反射绿光，所述二次紫外光照射区域的所述胆甾相液晶反射红光。

请参照图3～图6，本实施例以RGB彩色滤光片为例进行说明。

如图3所示，首先，将液晶组合物灌入液晶盒中，所述液晶盒即第一基板10和第二基板20之间夹设的空间，设定胆甾相液晶的初始选择性反射波段为蓝光。

可通过喷墨打印灌入或者通过辊对辊压合，根据基板的材质进行具体选择。

所述液晶组合物包括混合均匀的负性向列相液晶、紫外光致手性反转化合物、液晶性热可聚合单体、热引发剂。

其中，负性向列相液晶、紫外光致手性反转化合物、液晶性热可聚合单体、热引发剂的质量含量为：60～98wt％负性向列相液晶、1～30wt％液晶性热可聚合单体、0.05～10wt％紫外光致异构手性化合物、0.05～2wt％热引发剂。

紫外光致异构手性化合物在可见光下具有第一旋向(左旋或右旋)，经紫外光辐照后反转为第二旋向(右旋或左旋)，紫外光致异构手性化合物可为手性螺烯、手性二芳基乙烯等。

胆甾相液晶反射的颜色由液晶的平均折射率(no为寻常光折射率、ne为非寻常光折射率)和手性化合物的螺距p决定，而螺距由手性化合物的含量(χ_c)和自身的螺旋扭曲力(HTP)决定，即：λ＝n*p，n＝1/2(no+ne)，p＝1/(HTP·χ_c)

一般，液晶的平均折射率为1.55～1.65，想要反射蓝光(中心波长为440nm)则p可设置为270～290nm之间。

如图4所示，再对第一电极11和第二电极21施加电压V，在电场作用下，使得胆甾相液晶及液晶性聚合单体均处于平面织构态。

如图5所示，然后在加电压状态下，利用第一光罩200对液晶层30进行一次紫外光照射，使得一次紫外光照射区域的所述胆甾相液晶的螺距大于未照光区域的所述胆甾相液晶，使得一次紫外光照射区域的胆甾相液晶的反射波段反射光为绿色。

其中，所述第一光罩200包括遮光区201和透光区202，所述遮光区201对应第一反射区101，所述透光区202对应第二反射区102和第三反射区103，所述第一反射区101未受到紫外光照从而反射原始波段的蓝光，第二反射区102和第三反射区103此时受到紫外光照射从而螺距增大到反射绿光。

如图6所示，之后在加电压状态下，利用第二光罩300对液晶层30进行二次紫外光照射，使得二次紫外光照射区域的所述胆甾相液晶的螺距大于所述一次紫外光照射区域的所述胆甾相液晶，进而使得二次紫外光照射的区域反射红光。

其中，所述第二光罩300包括遮光区301和透光区302，所述遮光区301对应于第一反射区101和第二反射区102，所述透光区302对应于第三反射区103。由于第一反射区101始终未受到紫外光照因而保持初始反射波段，反射蓝光，第二反射区102仅受到一次紫外光照射因而保持一次紫外光照射后的反射波段，反射绿光，第三反射区103由于受到一次紫外光照射和二次紫外光照射，因而保持二次紫外光照射后的反射波段，反射红光。

如图1所示，再在加电和紫外光照射状态下，对液晶层30进行加热，以引发液晶性热可聚合单体发生聚合反应，形成刚性的高分子来稳定住胆甾相液晶的平面织构态及紫外光照射后的螺距。

聚合完毕后，撤去电场、紫外光照射装置及加热装置，即得到反射型的RGB彩色滤光片。

胆甾相液晶的初始反射波段为反射蓝光(中心波长为440nm，此时手性化合物量记为：χ_cB)，则反射绿色(中心波长为550nm)和红色(中心波长为700nm)时，其手性化合物的含量分别为0.8χ_cB和0.63χ_cB。因此，一次紫外光照射需要诱导反转的手性化合物量为10％，第二次紫外光照射需要诱导反转的手性化合物量为18.5％。第一次紫外光照射的紫外积光量可设定为3000～6000mJ，第二次紫外光照射的紫外积光量可设定为5550～11100mJ。

上述实施例中的反射式滤光片可应用于彩色显示领域，如图7所示，本申请实施例还提供一种反射式显示装置1000，包括显示面板400和背离所述显示面板400的出光面一侧设置的反射式滤光片100。

所述反射式滤光片100的结构及制备方法可参考上述实施例的叙述，这里不再赘述。

当环境光照射进入反射式滤光片100上时，滤光片100的反射区反射出该区域内胆甾相液晶的相应波段颜色的光，其他颜色的光透过该反射区，从而实现该滤光片100的滤光作用。

本申请实施例一方面通过施加外电场对液晶分子进行取向，不需要额外增加液晶配向处理，使得制程简单且节约成本，另一方面利用紫外光诱导手性化合物手性反转，在同种母体液晶材料中，实现反射区的分区控制，因而不需要对电极进行图案化处理，设置整面公共电极即可，且不需要设置挡墙，进一步简化制程，此外由于加入高分子材料，使得反射式彩色滤光片可形成为柔性薄膜材料，有利于实现大面积辊对辊加工方式，从而降低滤光片的生产和运输成本。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上对本申请实施例所提供的一种反射式滤光片及其制备方法、反射式显示装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例的技术方案的范围。

Claims

1.一种反射式滤光片，其特征在于，包括:

相对设置的第一基板和第二基板，所述第一基板朝向所述第二基板的一侧设置有第一电极，所述第二基板朝向所述第一基板的一侧设置有第二电极；以及

夹设于所述第一基板和所述第二基板之间的液晶层，所述液晶层填充有包括胆甾相液晶的液晶组合物；其中，

所述反射式滤光片包括反射不同颜色光的至少两个反射区。

2.根据权利要求1所述的反射式滤光片，其特征在于，所述反射式滤光片包括分别反射三种不同颜色光的第一反射区、第二反射区、以及第三反射区。

3.根据权利要求1所述的反射式滤光片，其特征在于，所述第一反射区的胆甾相液晶的螺距、所述第二反射区的胆甾相液晶的螺距、以及所述第三反射区的胆甾相液晶的螺距依次增大。

4.根据权利要求2所述的反射式滤光片，其特征在于，所述第一反射区反射蓝光，所述第二反射区反射绿光，以及所述第三反射区反射红光。

5.根据权利要求1所述的反射式滤光片，其特征在于，所述液晶组合物包括刚性高分子网络态结构。

6.一种如权利要求1至5任一权利要求所述的反射式滤光片的制备方法，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的反射式滤光片的制备方法，其特征在于，在所述S40之前，还包括：

8.根据权利要求7所述的反射式滤光片的制备方法，其特征在于，所述初始反射波段光为蓝光，所述一次紫外光照射区域的所述胆甾相液晶反射绿光，所述二次紫外光照射区域的所述胆甾相液晶反射红光。

9.根据权利要求6所述的反射式滤光片的制备方法，其特征在于，所述液晶组合物包括向列相液晶、手性化合物、可聚合单体、以及热引发剂。

10.一种反射式显示装置，包括显示面板和背离所述显示面板出光面一侧设置的反射式滤光片，其特征在于，所述反射式滤光片为权利要求1～5任意一项所述的反射式滤光片。