CN101477263A - 显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种显示装置，其包括一背光源、一光开关和一基片，该光开关和基片之间设置有多个光致发光膜子像素和散射膜子像素，该背光源所发射的光线通过光致发光膜子像素和散射膜子像素后成红色、绿色、蓝色和/或红色、绿色、蓝色之间的过渡色。光致发光膜本身的发光为宽视角且颜色不随观察角改变。本发明的散射膜子像素散射入射的激发光，使得激发光的传播方向改变而获得宽视角，并且可以在光致发光膜与散射膜上设置有一个以上的选择反射薄膜，使得发光利用率得到大幅提高。

Description

显示装置

技术领域

本发明涉及一种显示技术，特别是涉及一种采用单色背光照明、光开关与光致发光材料结合的显示装置。

背景技术

彩色液晶显示装置(Liquid Crystal Display，LCD)广泛应用于手机、监视器与电视中。LCD的制造方法通常是把液晶材料注入到彩色滤光片基板(Color Filter，或称“彩膜”和“彩色滤光膜”)与阵列基片(Array Panel)之间构成液晶盒。在液晶盒下侧装有背光源，通常的彩色LCD背光源是白色的。彩膜包含若干像素，像素由红(R)、绿(G)、兰(B)等子像素组成。白光通过对应的R、G、B子像素时，其它颜色的光被吸收掉剩下单色的R、G、B三基色，通常的彩色LCD都是利用彩膜生成的R、G、B光混合得到的加法型混合色。白色光源经过彩色滤光片实现R、G、B单色的同时，吸收掉了白色光源中其它颜色的光，即使按100％开口率来算，造成的能量损失也超过2/3，通常彩色LCD光能量利用率约1％。中小尺寸LCD通常采用的是TN模式，其缺点是视角比较小，采用相位补偿模可以得到一定的改善。大尺寸LCD采用的是宽视角模式如IPS(In Plane Switching)、MVA(Multi—domain Vertical Alignment)，PVA(Patterned Vertical Alignment)、OCB(Optically Compensated Bend)等，其缺点是降低了开口率。

如图1所示，现有的液晶显示装置包括：彩色滤光膜110、第一基片115a和第二基片115b；布置在第一基片115a和彩色滤光膜110中的红子像素110a、绿子像素110b、蓝子像素110c和黑矩阵111a；布置在所述第一基片115a上的公共电极113a；固定在所述第一基片115a和所述第二基片115b之间的光开光210(液晶盒)；分别位于第一基片115a和第二基片115b上的第一偏光片116a和第二偏光片116b，以及为整个液晶显示器提供光源的背光源310(该光源为白光)等。但是，现有液晶显示装置的光能量利用率通常不到1％，降低LCD消费电力也是一项重要的技术课题，同时背光源与彩色滤光膜也是LCD模组中昂贵的部件，在中小尺寸中两者约占整机30％，大尺寸中约占整机60％。因此，提高光的利用率，扩大显色区域与视角也是LCD重要的研究方向。

采用紫外、蓝紫、蓝光背光源与光致发光膜结合的液晶显示技术已经被提出，如采用紫外背光源与光致发光膜的美国专利US6563556B2，采用蓝紫色背光源与光致发光膜的美国专利申请公报US2006/0244367A1，采用蓝光背光与光致发光膜的美国专利US6844903B2、日本特开2005-274674和中国发明专利申请公布说明书公开号CN101034225A等，这些专利技术在原理上有比白色背光的吸收型彩色液晶显示有更高的效率。

但是，采用紫外或紫蓝光激发红、绿发光材料时，其激发出的光致发光是向前后、左右、上下传播的。虽然采用这些技术可以得到比通常吸收型液晶显示宽的红、绿色光视角，但向前方传播的光只有全部发光的一半，同时蓝色光的视角同普通吸收型液晶视角相同，即蓝光比红、绿光视角小，这就导致了红、绿、蓝三色的视角不同，因而导致显示图像随观察角不同而有所不同。

而且，在通常的白色背光LCD器件的开口率都是相等的，因为彩色滤光膜中的红、绿、蓝子像素的消光系数经过调整统一，在等开口率的情况下，就可以实现白平衡。而采用蓝色背光源与红、绿发光材料，且设定红、绿发光材料效率皆为70％，如果采用等开口率，那么红、绿、蓝子像素的能量分布比是0.7：0.7：1，这是严重偏离白平衡的(白色平衡的能量比近似1：1：1)，所以采用等开口率是无法正确显示画面的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中显示装置中显示图像随观察角不同而有所不同、等开口率的LCD严重偏离白平衡的缺陷，提供一种显示装置，其可以提高光的利用率或/和具有白平衡、较高显色区域和较宽视角。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

一种显示装置，其包括一背光源、一光开关和一基片，其特征在于，该光开关和基片之间设置有多个光致发光膜子像素和散射膜子像素，该背光源所发射的光线通过光致发光膜子像素和散射膜子像素后成红色、绿色、蓝色和/或红色、绿色、蓝色之间的过渡色。

优选地，该背光源所发射光线的波长范围在蓝色区。

优选地，该光致发光膜子像素为红色子像素或绿色子像素。

优选地，该光致发光膜子像素为含有红色、绿色和/或红色、绿色之间的过渡色材料，由无机、有机或有机无机复合物及辅助性功能材料制成。

优选地，该光致发光膜子像素的材料中掺入辅助能量传递材料。

优选地，该光致发光膜子像素的材料中掺入吸收光型材料。

优选地，该光致发光膜子像素的光致发光量子效率大于30％。

优选地，该散射膜子像素为蓝色子像素并对入射光散射后得到宽视角。

优选地，该散射膜子像素的表面几何形状不均匀。

优选地，该散射膜子像素由折射率不同的多种材料混合组成。

优选地，该散射膜子像素由高折射率的颗粒与成膜树脂制成。

优选地，该光致发光膜子像素和散射膜子像素位于同一平面上。

优选地，该光致发光膜子像素和散射膜子像素的总厚度小于或等于2微米，光致发光膜在蓝光波长处的光学密度大于1。

优选地，该光致发光膜子像素和散射膜子像素的开口率之比为光致发光膜子像素发光效率的倒数之比。

优选地，该光致发光膜子像素与散射膜子像素周围设置有黑矩阵，该黑矩阵为不等开口率。

优选地，该黑矩阵上设置有障壁。

优选地，在该子像素和黑矩阵和障壁的顶部设置有亲水或疏水超薄膜。

优选地，该光致发光膜子像素、散射膜子像素和光开关之间至少设置有一选择反射薄膜。

优选地，该选择反射薄膜透过蓝色光，且全反射红、绿色光致发光并使得红、绿光致发光沿着蓝色入射光的方向传播。

优选地，该光开关为液晶盒，其厚度范围为3—6微米。

优选地，该液晶盒的优选的厚度为蓝光最大透过处，如4微米。

优选地，该液晶盒是TN、STN、VA、IPS、MVA、PVA、OCB、FLC、AFLC或PDLC方式。

优选地，该光开关为数字微镜或电子墨水或由微机电控制的光学谐振腔。

本发明的积极进步效果在于：

1、本发明所述的显示装置中，设置有散射膜，用来散射入射的激发光，使得激发光的传播方向改变而获得宽视角。

2、本发明所述的显示装置中，在光致发光膜与散射膜上设置有一个以上的选择反射薄膜用来向前反射光致发光，使得光致发光利用率得到大幅提高。

3、本发明所述的显示装置中，该光致发光材料掺入辅助能量传递材料，使得激发光能对发光材料进行有效地激发，从而能获得高效率的光致发光。

4、本发明所述的显示装置中，该光致发光材料掺入一定量的吸收光型材料，来调节使用材料的发光效率并使其一致，因而发光子像素可以采用相同的开口率。

5、本发明所述的显示装置中，子像素、黑矩阵为不等开口率，通过调整子像素和黑矩阵开口率大小的比例来实现白平衡。

6、本发明所述的显示装置中，光开关为液晶盒时，其盒厚约为4微米，即该液晶盒对蓝色激发光有最佳透过，来获得高的对比度、快的响应速度。

7、本发明所述的显示装置中，光开关为液晶盒时，优选的方式是垂直取向模式(VA)，以利于获得高对比度与宽视角。

8、本发明所述的显示装置中，该发光膜、散射膜、选择反射膜的总厚度小于或等于2微米，以利于同现有的吸光型彩色液晶显示生产兼容。

附图说明

图1为现有技术中的液晶显示装置的结构示意图。

图2a为本发明实施例一的液晶显示装置的结构示意图。

图2b为本发明实施例一的第一基片的结构示意图，其散射薄膜由表面几何形状不均匀树脂制成。

图2c为本发明实施例一的第一基片的结构示意图，其散射薄膜由折射率不同的多种材料混合组成。

图2d为实施例一选择反射膜的光透过率谱图。

图3为本发明实施例二的液晶显示装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

实施例1

如图2a所示，本发明的显示装置包括有：一蓝色背光310’，散射与光致发光膜110’，黑矩阵111a’，位于黑矩阵111a’上的障壁111b’，选择反射薄膜114，第一基片115a，第二基片115b，光开光210，公共电极113a和外界环境光阻挡膜117，其中蓝色背光310’所发射的光线的波长范围在蓝色区，以410—500nm为最佳，并且该散射与光致发光膜110’可以在上述光源310’的激发下发射出为红色、绿色、蓝色和/或红色、绿色、蓝色之间的过渡色，该散射与光致发光膜110’包括位于同一平面上的光致发光膜子像素110a’、110b’和散射膜子像素110c’，光致发光膜子像素110a’和110b’分别为红色子像素或绿色子像素，散射膜子像素110c’为蓝色子像素，该散射膜110c’改变激发光的出射方向而得到宽视角；光开光210为液晶盒，其位于散射与光致发光膜110’和第二基片115b之间，其厚度范围为3—6微米，优选的厚度为4微米；散射膜子像素110c’，光致发光膜子像素110a’和’110b’、黑矩阵111a’、障壁111b布置在第一基片115a和散射与光致发光膜110’中；分别位于第一基片115a和第二基片115b上的第一偏光片116a和第二偏光片116b；选择反射薄膜114位于公共电极113a的上面，外界环境光阻挡膜117位于第一偏光片116a的上面且用于阻挡外界环境光；公共电极113a为透明导电薄膜，采用如ITO(氧化铟锡)或IZO(氧化铟锌)的材料。

其中，光致发光膜子像素110a’和110b’的发光方向是各向同性的，因此得到宽视角的红、绿光。选择性反射薄膜114使激发光透过、反射向后传播的红、绿光致发光使其向前传播，选择性反射薄膜114可以采用TiO2(二氧化钛)/SiO2(二氧化硅)交替多层膜，对蓝光透过，对红、绿光反射，图2d显示的是本发明实施例一选择反射膜的透过率光谱图，其说明本实施例的选择反射技术方案是可以实现的；根据红、绿材料的光致发光效率设定光致发光膜子像素110a’、110b’、散射膜子像素110c’、黑矩阵111a’的开口率实现白平衡。蓝色背光310’可以使用背景技术中所述的测光式、直下式、反光式或投影式进行设置，所述蓝色背光310’可以是冷阴极荧光灯或热阴极荧光灯、一个或一个以上的有机或无机发光二极管、平面荧光灯、电致发光或场发射光源。

下面对其工作原理进行说明，背光源310’发出蓝光通过液晶盒210与选择反射薄膜114，外电路对液晶盒210施加电压控制透过液晶盒的蓝光量。蓝色子像素110c’由TiO2纳米颗粒与聚丙稀酸树脂混合制成，或单独使用表面几何形状不均匀的聚丙稀酸树脂薄膜制成，透过液晶盒的蓝光被TiO2纳米颗粒散射或经由非均匀几何形状表面改变了方向而得到宽视角；绿色子像素110b’吸收蓝光发出绿光，出射的光取决与发光材料的光致发光效率，采用例如C545则效率为70％，所以大部分的蓝光转换为绿光；红色子像素110a’吸收蓝光，发出红光，采用例如DCM2的效率为70％，所以大部分的蓝光转换为红光。由于红、绿光致发光的方向是各项同性的，所以得到了红、绿光也是宽视角的。选择反射薄膜114让激发蓝光透过，但反射向后发射的红、绿光使其前方传播。通过以上技术实现的彩色显示，同使用同样能量的白光背光与吸收型彩膜的液晶显示器相比，本发明可以很大地提高显示器的亮度与视角；在相同亮度情况下，可以节省能量和成本。

该光致发光膜子像素利用含有红色、绿色和/或红色、绿色之间的过渡色材料，光致发光膜的特点是本身为发光体，在峰值蓝色单色或多色光激发下发出可见光(400—700nm)，发光材料的激发(excitation)光谱的至少有一个峰与光源的蓝色峰重叠，光谱半宽度小于70nm，转换量子效率大于30％。发光材料由有机、无机、有机与无机混合物及辅助功能材料制成。

光致发光膜所选的无机发光材料：

绿色无机发光材料包括：铝酸盐稀土发光材料其通式为Me(碱土金属如Mg)AlxOy(x＝11，y＝19)/Ce，Tb；Me(碱土金属如Sr，Ba)AlxOy(如x＝2，y＝4)/Eu，Dy；Me1(碱土金属1如Ba，Sr，Ca)Me2(碱土金属2如Mg)AlxOy(x＝10，y＝17)/Eu，Mn；硅酸盐发光材料其通式为(Me1)(碱土金属1如Ba，Sr，Ca)2(Me2)(碱土金属2如Mg，Al)2SixOy(x＝2，y＝8)/Eu；Zn2SiO4/Mn；Y2SiO5/Tb；磷酸盐稀土发光材料其通式为La2O3·0.2SiO2·0.9P2O5/Ce，Tb；LaPO4/Ce，Tb；硫化物发光材料其通式为Zn(Ca，Sr)S/Cu(Ce，Tb)；SrGa2S4/Eu，CaAl2S4/Eu；黄绿光材料Y3Al5O12/Ce，ZnS/Mn等。

红色无机发光材料包括：氧(硫)化物，通式为：Y(Gd)2O3/Eu，Y2O2S/Eu，Sr(Ca，Zn)S/Eu(Sm)；Ca(Sr)Y2S4/Eu，MgGa2O4Eu，铝酸盐稀土发光材料其通式为：Me1(碱土金属1如Sr)Me2(碱土金属2如Ba)AlxOy/Eu，Mn等。

所用无机发光材料的平均晶体颗粒小于1微米，优选的尺寸为0.1微米。

红、绿、蓝发光材料可以掺入辅助能量传递材料如绿色发光材料掺入一定量蓝光发光材料，黄色发光材料掺入一定量绿光发光材料，红色发光材料掺入一定量绿色或和黄色发光材料等，用来提高能量转换效率。无机发光材料可以分散到辅助成膜材料如聚乙烯，聚氯乙烯，聚丙烯，聚丙烯酸酯，聚甲基丙烯酸甲酯，聚乙烯醇，聚酰亚胺，聚苯乙烯，聚碳酸酯，酚醛树脂，醇酸树脂，环氧树脂，聚胺酯树脂或其他已知的高分子材料中，制成可加工性材料。同时还可以加入其他辅助功能性材料如感光材料、交联材料、分散材料、溶剂等。发光材料在同非发光材料混合使用时，为了防止发光材料的猝灭，发光材料的表面需要用覆盖一层透明有机或无机绝缘材料，以防止发光材料在激发时的能量转移。

光致发光膜所选的有机低分子发光材料包括：

绿色有机低分子发光材料包括：香豆素coumarin系列衍生物如3—(2—benzothiazolyl—tetrahydro)—7—(diethylamino)—2H—1—benzopyran—2—one(C6)，C7，C545MT；quinoxaline衍生物(6—N，N—dimethylamino—1—methyl—3—phenyl—1—H—pyrazolo[3，4—b]—quinoline(PAQ—Net2)，喹吖啶酮quinacridone系列衍生物如dimethyl—quinaridone(DMQA)；丁省及其衍生物DPT(diphenyltetracene)，fluorene衍生物；苯硫噻二唑衍生物。Al金属配合物tris(8—hydroxy—quinoline)—aluminum(Alq)，Mg金属配合物Mgq，Zn金属配合物ZnPBO，ZnPBT，Tb金属配合物Tb(acac)3Phen，铱金属配合物tris(2—phenylpyridine)iridium即Ir(ppy)3；(2—phenylpyridine)iridium(III)acetylacetonate即(ppy)3Ir(acac)等。

黄色有机低分子发光材料包括：丁省衍生物rubrene，三芳氨衍生物DCTP，吩恶嗪酮(BTX)，bis(8—hydroxy—quinoline)—zinc(Znq)，RohdamineB，Rohdamine 6G等。

红色有机低分子发光材料包括：吡喃系列衍生物(4—(dicyanomethylene)—2—methyl-6—(p—dimethylaminostyryl)—4H—pyran)(DCM2)；DCJTB；三芳氨衍生物1，1’—dicyano—substituted bis—styryl—naphthalene(BSN)；NPAFN；并五苯衍生物diphenylpentacence(DPP)；rohdamine B，rohdamine 6G，苯硫噻二唑衍生物，萘硫噻二唑衍生物。Eu金属配合物Eu(DBM)3Bath，Eu(acac)3Phen；铱金属配合物bis(2—(2’—benzo[4，5—a]thienyl)pyridinato—N，C)iridium(acetylacetonate)即Btp2Ir(acac)等。

为了更好的能量传递与防止浓度猝灭，发光材料可以混合使用即辅助掺杂剂。如绿光材料C6可以掺入DMQD，红光材料DCM2可以掺入绿光C6与黄光掺杂剂如rubrene(红荧烯)等。可以通过化学合成法把上列有机发光分子加入到非共扼高分子的主链或侧链上如聚丙烯，聚丙烯酸酯，聚乙烯醇，聚酰亚胺，聚甲基丙烯酸甲酯，聚苯乙烯，聚碳酸，聚硅树脂，聚硅氧树脂或其他已知的高分子链上。有机发光材料也可以溶解、分散到辅助成膜材料如聚丙烯，聚丙烯酸酯，聚甲基丙烯酸甲酯，聚乙烯醇，聚酰亚胺，聚苯乙烯，聚碳酸酯，酚醛树脂，醇酸树脂，环氧树脂，聚胺酯树脂或其他已知的高分子材料中，制成可加工性材料。同时还可以加入其他辅助功能性材料如感光材料、交联材料、分散材料、溶剂等。

有机高分子发光材料：

发光型共扼高分子材料包括聚苯PPP及其衍生物，聚芴(PF)及其衍生物，聚对苯乙烯(PPV)及其衍生物如P—PPV，OR—PPV、MEH—PPV、CN—PPV等，聚乙炔(PA)衍生物如PDPA、PHPA等，聚噻吩(PT)及其衍生物，聚吡啶(PPY)及其衍生物，聚乙烯基吡啶(PVY)及其衍生物等，以上聚合物的共聚物，如聚芴与三芳氨的共聚物(TFB)，聚芴与苯硫噻二唑的共聚物(F8BT)，聚芴与噻酚的共聚物(F8T2)；聚对苯乙烯撑聚与噻酚的共聚物；聚芴与苯硫噻二唑与噻酚的共聚物；聚芴与萘硫噻二唑的共聚物；以上聚合物的混合物；含有以上所述单体、多体的树枝状聚合物(dendrimer)、低聚物(oligomer)，所述材料的混合物、组合等。

发光型共扼高分子也可以加入辅助型聚合物(低聚物)包括聚丙烯，聚丙烯酸酯，聚甲基丙烯酸甲酯，聚乙烯醇，聚酰亚胺，聚苯乙烯，聚碳酸酯，酚醛树脂，醇酸树脂，环氧树脂，聚胺酯树脂或其他已知的高分子材料中制成可加工性材料。同时还可以加入辅助功能性材料如感光材料、辅助发光材料、交联材料、分散材料、溶剂等。可以通过化学合成法把光与热聚合性功能团加入共扼发光型高分子主链或侧链上制成光敏与热敏性材料。

满足本发明要求的发光材料在410—500nm蓝光激发下，绿光发光的峰值在500—550nm，红光发光的峰值在600—700nm，半宽度小于70nm，发光材料在激发光波长处的光致发光量子效率在30％以上，优选的值是70％以上。光致发光膜厚度范围在0.1微米—1mm，典型的厚度是2—10微米；优选的厚度等于2微米，以利于同现有的彩色液晶显示生产兼容。光致发光膜在有效激发光(蓝光)波长处的光学密度(Optical Density)大于1，优选的值是2—4。发光材料具有良好的热稳定型、空气稳定型，在高分子中的良好溶解或分散特性等。辅助成膜高分子材料在可见光区透明的。

发光材料采用PVD(物理气相沉积)、CVD(化学气相沉积)、涂敷、印刷打印直接在基板上成膜。用掩模、光刻(photolithography)、激光剥离、印刷、转印、应刷打印等方法制作像素图形。

另外的成膜方法是把发光材料分散、溶解到透明性高分子材料中，合适的主体高分子材料在350—780nm透过率在70％以上，优选值在90％以上。适合的无机发光材料颗粒直径为0.01—2微米，优化的直径为0.1微米以下。发光材料的加入的比例范围是0.5—100wt％，优选浓度范围是1—30wt％。可选用的高分子材料有聚乙烯，聚氯乙烯，聚丙烯，聚丙烯酸，聚丙烯氰，聚丙烯酸甲酯，聚甲基丙烯酸甲酯，聚环氧丙烯酸，聚氨酯丙烯酰，聚酯丙烯酸酯，聚丁烯，聚乙烯醇，聚乙烯吡咯烷酮，聚苯乙烯，聚醋酸乙烯酯，聚碳酸酯，聚氨酯，聚酰亚胺，酚醛树脂，环氧树脂，聚硅树脂，聚硅氧树脂，聚砜，聚苯醚，聚醚酮，醋酸纤维，硝化纤维等，以上聚合物的混合物、共聚物、低聚物。

成膜高分子材料还需要加入辅助功能材料如聚合物单体、低聚物(oligomer)、聚合引发材料、交联材料、分散材料、偶联材料、溶剂等。聚合引发材料如1—羟基—环已苯基甲酮(HCPK)；2—羟基—2—甲基—1—苯基丙烷—1—酮(HMPP)等。分散材料如聚氧乙烯烷基苯基醚、聚乙烯醇二酯等。偶联材料如有机硅烷等。溶剂包括芳香烃等如甲苯、二甲苯；醇类如乙醇、异丙醇；酮类如丙酮、环己酮；酯类如乙酸乙酯、乙酸丁酯、水等。

发光膜厚度范围在0.1微米—1mm，典型的厚度是l—20微米，优选的厚度等于2微米。发光材料在有效激发光波长处光学密度大于1，优选的值是2—4。采用光刻、激光剥离、印刷、转印、喷墨打印等方法制作像素图形。

如图2b所示，散射膜子像素110c’可以由表面几何形状不均匀的有机树脂，如PET(polyethylene terephthalate)，PC(Polycarbonate)，PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)。如图2c所示，散射膜子像素110c’也可以由表面几何形状均匀但折射率不同的多种材料混合组成，如高折射率的颗粒如TiO2(二氧化钛)与成膜有机树脂制成，有机树脂如PET(polyethylene terephthalate)，PC(Polycarbonate)，PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)多种材料混合而成。

散射薄膜所用材料在可见光范围内透明，表面几何形状不均匀的树脂薄膜可以采用光刻、转印、喷墨打印等方法制备，散射膜的同光致发光膜的厚度相等，光致发光膜与散射膜采用光刻、激光剥离、印刷、转印、喷墨打印等方法制作图形。直接光刻法是把发光材料或散射材料分散于透明感光性树脂中，如光聚合性的丙烯酸类树脂，光交联性的聚乙烯醇等。光聚合型丙烯酸类树脂含有光聚合引发剂，丙烯酸单体与低聚物，调整成膜性质的其他聚合物与溶剂等。对掺有无机发光材料的透明感光性树脂分别进行涂敷、曝光(UV)、显影去胶、清洗、干燥固化等步骤，制备出红、绿、蓝子像素图形。薄膜物理特性取决于发光材料的选择与掺入量，材料的颗粒尺寸与表面处理，分散方法等。刻蚀法是把发光材料或散射材料分散或溶解于非感光性树脂如聚酰亚胺酸中，用刻蚀法形成图形。如把掺有发光材料的聚酰亚胺酸涂敷在基板上，预烘烤后在其上涂敷光刻胶(正性或负性)，经过曝光(UV)、显影、刻蚀(刻去非像素区)、去胶、清洗、固化即聚酰亚胺化等步骤形成R、G、B子像素图形。印刷法是把发光材料分散或散射材料在可见光透明的聚氯乙烯，三聚氰胺树脂，酚醛树脂，醇酸树脂，环氧树脂，聚胺酯树脂，聚酯树脂，马来酸树脂，聚甲基丙烯酸甲酯，聚丙烯酸酯，聚碳酸酯，聚乙烯醇，聚乙烯吡咯烷酮，羟乙基纤维素，羧甲基纤维素等树脂与其他功能性辅助材料等制成油墨。通过热与激光转印、印刷包括接触式或非接触式如喷墨打印或其他已知的印刷方法制备。

在光致发光子像素110a’、110b’与散射子像素110c’周围制有黑矩阵111a’以防止光的相互干扰及提高对比度，黑矩阵通常由掺有黑颜料或染料(如炭黑)的感光性或非感光聚合物组成，采用光刻、染色、电着、印刷等方法制得，也可以采用热与激光转印，印刷包括接触式或非接触式如喷墨打印方法制备。黑矩阵可以使用金属Cr及其氧化物(CrOx)，采用溅射与光刻方法制备。黑矩阵厚度范围在0.1微米—1mm，典型的有机黑矩阵厚度是1—2微米，典型的金属Cr黑矩阵厚度是0.2微米。采用具有不同开口率的黑矩阵子像素来调整出射光的比例来实现白平衡，也可以通过选用、调整不同量子效率的发光材料来调整不同颜色子像素的白平衡。

为了适应印刷工艺，在黑矩阵上111a’设置有障壁111b’，障壁111b’可以采用有机、无机等混合材料制成，其中有机材料如聚酰亚胺(Polyimide，PI)，无机材料如SiO₂，障壁的典型高度是1—2微米，采用PVD(物理气相沉积)、CVD(化学气相沉积)、涂敷、转印直接在基板上成膜。用掩模、光刻(photolithography)、激光剥离、印刷、印刷等方法制作图形。

为了适应印刷工艺，在像素的底部(靠近基板处)、黑矩阵111a’和障壁111b’的顶部设置有亲水或疏水超薄膜如CFx(氟化非晶碳，约10埃)，用来制备光致发光薄膜与散射薄膜。

通常，在像素与黑矩阵之间存在一定的厚度断差，因此要在像素与黑矩阵之上制备平坦化薄膜。平坦化薄膜使用具有热固化功能的丙烯酸树脂或具有光固化功能的环氧树脂或其他已知材料制成。平坦化薄膜厚度范围在0.1—20微米，优选的厚度为0.5—2微米。当然，也可以不制备平坦化薄膜。

选择反射薄膜114制备在平坦化薄膜上或直接坐在像素与黑矩阵上，选择反射薄膜114由折射率不同的多种交替薄膜组成，如低折射率的SiO2与高折射率的TiO2交替薄膜制成，交替薄膜透过蓝光、反射红绿光。

在光致发光膜、散射膜、选择发射膜或其上的平坦化薄膜上制备公共电极(对于被动驱动液晶显示，则为数据或扫描电极，对于IPS液晶显示则不需要)，通常使用ITO(Indium Tin Oxides)、IZO、In₂O₃、SnO2、ZnO等透明导电材料，通常利用溅射方法成膜，也可以使用有机透明导电材料如聚噻吩、聚苯氨等，通常利用涂敷方法成膜，厚度范围在0.02—1微米，典型的面电阻是10—20欧姆。在透明公共电极上，根据要求制备衬垫物(Spacer)、结构物(如Portrusion、Slit)等。

光致发光膜子像素110a’、110b’也可以具有吸收光的功能，通过部分吸收来改变出射光谱来提高对比度、色纯度和调节白平衡；方法之一是在传统的吸收型彩色过滤器上制备发光彩色膜，方法之二也可以在发光材料中掺入部分吸收型材料来提高对比度、色纯度与调整光致发光效率。采用后一种方法时发光材料与吸收型材料之间用绝缘性材料隔绝，如在发光材料与吸收光材料的表面覆盖一层透明有机或无机绝缘材料(microencapsulation)，防止材料之间的电子转移即防止发光材料的猝灭。

光致发光膜、散射膜也可以在吸收光型彩色滤光片的制备，具体方法如下：

吸光型材料有蒽醌类颜料(只透过红光)，卤(氯、溴)化酞青(只透过绿光)，酞青铜及其衍生物(只透过蓝光)等。可以列举的颜料还有，红色颜料：蒽醌系颜料，苝系列颜料，DPP(二酮基吡咯并吡咯)颜料，色淀颜料，偶氨系颜料，喹丫啶酮系颜料，蒽系颜料，异吲哚满系颜料，异吲哚满酮系颜料，及这些颜料的混合物。绿色颜料：卤素多取代酞青系颜料，卤素多取代酮酞青系颜料，三苯基甲烷系碱性染性，异吲哚满系颜料，异吲哚满系颜料，及这些颜料的混合物。蓝色颜料：酮酞青系颜料，阴丹士林系颜料，靛酚系颜料，赛安宁系颜料，二恶酞系颜料及这些颜料的混合物。把颜料分散到感光性树脂如丙烯酸系，甲基丙烯酸系，聚肉桂酸乙烯酯系，环烯烃橡胶系等有反应性乙烯基的光固化性光刻胶材料，通过光刻法使着色薄膜图形化。也可以把颜料混入聚甲基丙烯酸酯，聚氯乙烯，氯乙烯腊酸乙烯酯共聚物，醇酸树脂，酚醛树脂，芳香族磺酰胺树脂，脲醛树脂，三氯氰胺树脂，环氧树脂，聚酯树脂，马来酸树脂，聚酰胺树脂，聚胺酯树脂，聚甲基丙烯酸甲酯，聚丙烯酸酯，聚碳酸酯，聚乙烯醇，聚乙烯吡咯烷酮，羟乙基纤维素，羧甲基纤维素等透明树脂制成油墨。通过光刻蚀、热与激光转印、印刷包括接触式或非接触式如喷墨打印或其他已知的印刷方法制备。

液晶盒210是由阵列基板与上文所述的彩色发光基板贴合在一起，中间充有液晶，液晶盒可以是TN(Twisted Nematic，扭曲向列)、STN(SuperTwisted Nematic，超扭曲向列)、VA(Vertical Alignment，垂直配向)、IPS(In-Plane Switching，平面开关)、MVA(Multi-Domain Vertical Alignment，多象限垂直配向)、PVA(Patterned Vertical Alignment，图型垂直配向)、OCB(Optically Compensated Birefringence，光学补偿弯曲)、FLC(铁电液晶，Ferroelectric Liquid Crystal)、AFLC(反铁电液晶，AntiFerroelectric LiquidCrystals)或PDLC(聚合物分散液晶，Polymer Dispersed Liquid Crystal)方式，光开关可以为数字微镜(DMD)或电子墨水(e-ink)或由微机电控制的光学谐振腔(MEMS)。其中阵列基板与彩色发光基板之间通过衬垫物(spacer)精密地控制1—10微米左右的间隔。阵列基板上制有扫描线(gate)、数据(data)线及引出电极，通常由Al(合金)、Mo(合金)、Cr、Cu(合金)、Ta(合金)、Ti(合金)、W(合金)等单层或组合使用的材料，用溅射与光刻方法制成。彩色发光基板制备如上文所述，由多个重复的红、绿、蓝三基色构成的图形，图形形成的位置与阵列基板上的各像素对应。在基板上贴有偏光片。被动驱动液晶扫描线兼像素电极与数据线兼像素电极分别制备在阵列基板与彩色发光基板上，不含有电开关器件如薄膜晶体管(TFT，ThinFilm Tiansistor)或二极管(diode)或其他非线性器件、存储电容等。主动驱动液晶在阵列基板上的扫描线与数据线交点处制有电开关器件如薄膜晶体管(TFT)或二极管(diode)或其他非线性器件，以及与TFT串联、与液晶盒并联的存储电容。电开关材料可以采用a—Si(无定性硅)、p—Si(多晶硅)、CdS、ZnO等无机半导体；pentacene(并五苯)、CuPC(酞青铜)、polythiophene(聚噻吩)等有机半导体。像素电极使用透明或不透明导电材料，通常透明导电材料采用的是氧化铟与锡(锌)的合金即ITO(IZO)薄膜，反射式不透明电极采用高反射的金属如Al、Ni、Mo、Ti、Ag等薄膜制成，半反半透电极分别由ITO、Al等制成，用以传导数据线上的电信号。在光致发光膜基板上也制有透明公共电极。

完成阵列与彩色发光基板后进行成盒，在两块基板上印刷PI(聚酰亚胺)取向膜，取向膜的厚度通常为0.05—0.1微米，用绒布摩擦基板上的取向膜；采用垂直取向液晶则不用摩擦。然后涂布封框胶，封框胶为紫外固化型环氧树脂。两块基板放入衬垫物使两枚基板保持一定间隙(2—10微米)。接下来涂布Ag(Au)胶，连接上下玻璃基板的公共电极。液晶注入通过ODF(OneDrop Filling)或真空注入来实现。通过向阵列基板的像素电极上施加的电压对液晶分子的取向进行控制，从而改变透过的光量。外驱动电路通过扫描电压来控制TFT的开关态。当TFT处于打开状态时(on)，从与TFT的漏极(drain)侧连接的数据线向与源极(source)侧连接的像素电极(透明电极)写入电荷；设定的驱动电压通过数据线与像素电极来驱动液晶分子。当TFT处于关闭状态时(off)，液晶以及同液晶并列的存储电容会保持像素内的电荷不变，以维持像素在一帧内处于工作状态。

实施例2

本实施例的结构和原理与实施例一基本相同，其中的显示装置可以采用图3中所示的结构，光开关210’采用VA模式液晶盒，用CCFL(Cold CathodeFluorescent Lamp，冷阴极荧光灯管)或GaInN的LED蓝色背光源310’，在第一基片116a上设置了散射与光致发光膜110’：

红色发光子像素110a’的发光材料选定DCM(4—(dicyanomethylene)—2—methyl-6—(p—dimethylaminostyryl)—4H—pyran)或Nile Red，也可以掺入绿色发光材料如香豆素(C545)或喹吖啶(quinacrodone)(QD)系列衍生物，黄色发光材料rubrene等来提高蓝光—红光转换效率。成膜材料为丙烯酸类树脂，优化发光材料如DCM等与丙烯酸树脂(胶中的固体成分)重量比，红色像素图形(pattern)用打印等方法制备。

制备绿色发光子像素110b’的发光材料选定为香豆素(C545)或喹吖啶(quinacrodone)(QD)系列衍生物，或两种、两种以上发光材料的混合物，成膜材料为丙烯酸类树脂。优化香豆素(C545)与丙烯酸树脂(胶中的固体成分)重量比，绿色像素图形(pattern)用打印等方法制备。

以上发光材料掺有少量的选择型吸收颜料，以利于调整色纯度、发光的强度。在绿色胶中掺有(氯、溴)化酞青或酞青铜，在红光粉中蒽醌类颜料类颜料，这些吸收型材料表面覆盖一层透明绝缘材料(microencapsulation)，防止材料之间的电子转移，即防止对发光材料发光的猝灭。

蓝色发光子像素110c’的材料为一种、一种以上散射材料如TiO2、SiO2、ZnO2、PET、PC、PVC等纳米颗粒的混合物，成膜材料为丙烯酸类树脂，优化TiO2等纳米颗粒与丙烯酸树脂重量比。蓝色发光子像素110c’也可以不掺入散射光材料直接用表面几何形状不均匀烯酸类树脂制成，散射膜图形(pattern)用光刻方法制备。

通过以上方法调整得到红、绿膜的光致发光效率皆是70％或50％，因此红、绿、蓝子像素的开口率设定为1：1：0.7或1：1：0.5，也就是说该光致发光膜子像素和散射膜子像素的开口率之比为光致发光膜子像素发光效率的倒数之比，这样就可以实现白平衡了。本实施例的结构和原理与实施例1的不同之处在于：本实施例不使用选择反射膜114。

实施例3

本实施例的结构和原理与实施例1基本相同，不同之处在于：

绿色发光子像素110b’，选PPV(聚对苯乙炔)或P8BT(芴与苯硫噻二唑的共聚物)等有机高分子发光材料，或两种、两种以上发光聚合物的混合物直接成膜，也可以掺入其它辅助成膜高分子材料如丙烯酸类树脂等，用以上所述材料制备成适合打印的发光油墨如甲苯溶液。

红色发光子像素110a’，选芴与噻酚的共聚物F8T2或苯硫噻二唑与噻酚的共聚物有机发光高分子材料，两种、两种以上有机发光高分子材料的混合物直接成膜，也可以掺入其它辅助成膜高分子材料如丙烯酸类树脂等。用以上所述材料制备成适合打印的发光油墨如发光高分子的甲苯溶液。

在像素的底部(靠近基板处)、黑矩阵上制备障壁，在障壁的顶部制备疏水超薄膜如CFx以适应打印技术，用打印技术来制备红色、绿色光致发光薄膜与蓝色散射膜。

实施例4

本实施例的装置结构和原理与实施例1基本相同，不同之处在于：

制备绿色发光子像素110b’，选ZnS/Cu或SrGa2O4/Eu或GaInN等无机发光材料，或两种、两种以上辅助材料的混合物，制备红色发光子像素110a’选Y2O2S/Eu或SrS/Eu或AlGaInP等无机发光材料，或两种、两种以上辅助材料的混合物，像素图形(pattern)用光刻方法制备。

实施例5

本实施例的装置结构和原理与实施例1基本相同，不同之处在于：光致发光膜、散射膜制备在第二基板115b上，其中公共电极还保留在第二基板115b上。

实施例6

本实施例的装置结构和原理与实施例1基本相同，不同之处在于：光致发光膜110’制备在可机械旋转的色轮上，蓝色光源310’通过光学系统直接投射彩色发光色轮上，光开关210为单片DMD(Digital Micromirror Device，数字微镜设备)或LCoS(Liquid Crystal On Silicon，硅基液晶)，通过场序列实现彩色。

实施例7

本实施例的装置结构和原理与实施例1基本相同，不同之处在于：光开关210是反射式液晶其他光开关器件如MEMS(Micro ElectromechanicalSystem，即微电子机械系统)器件、电子纸、光学微腔，其阵列基板的像素电极213由不透明的金属如Mo、Al与无机材料(TiO2)等制成，光致发光膜110’集成在阵列基板115a上，蓝色光源310’通过光学系统如PBS(偏光分光镜)直接投射到反射式液晶盒或LCOS(液晶盒、发光彩膜、驱动电路等制作在Si基板上)或MEMS或电子纸、光学微腔器件上。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改。因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims (23)

1、一种显示装置，其包括一背光源、一光开关和一基片，其特征在于，该光开关和基片之间设置有多个光致发光膜子像素和散射膜子像素，该背光源所发射的光线通过光致发光膜子像素和散射膜子像素后成红色、绿色、蓝色和/或红色、绿色、蓝色之间的过渡色。

2、如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，该背光源所发射光线的波长范围在蓝色区。

3、如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，该光致发光膜子像素为红色子像素或绿色子像素。

4、如权利要求3所述的显示装置，其特征在于，该光致发光膜子像素利用含有红色、绿色和/或红色、绿色之间的过渡色材料，由无机、有机或有机无机混合物及辅助性功能材料制成。

5、如权利要求4所述的显示装置，其特征在于，该光致发光膜子像素的材料中掺入辅助能量传递材料。

6、如权利要求4所述的显示装置，其特征在于，该光致发光膜子像素的材料中掺入吸收光型材料。

7、如权利要求3所述的显示装置，其特征在于，该光致发光膜子像素的光致发光量子效率大于30％。

8、如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，该散射膜子像素为蓝色子像素并对入射光散射后得到宽视角。

9、如权利要求8所述的显示装置，其特征在于，该散射膜子像素的表面几何形状不均匀。

10、如权利要求8所述的显示装置，其特征在于，该散射膜子像素由折射率不同的多种材料混合组成。

11、如权利要求10所述的显示装置，其特征在于，该散射膜子像素由高折射率的颗粒与成膜树脂制成。

12、如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，该光致发光膜子像素和散射膜子像素位于同一平面上。

13、如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，该光致发光膜子像素和散射膜子像素的总厚度小于或等于2微米，光致发光膜子像素在蓝光波长处的光学密度大于1。

14、如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，该光致发光膜子像素和散射膜子像素的开口率之比为光致发光膜的发光效率倒数之比。

15、如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，该光致发光膜子像素与散射膜子像素周围设置有黑矩阵，该黑矩阵为不等开口率。

16、如权利要求15所述的显示装置，其特征在于，该黑矩阵上设置有障壁。

17、如权利要求16所述的显示装置，其特征在于，在该黑矩阵和障壁的顶部设置有亲水或疏水超薄膜。

18、如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，该光致发光膜子像素、散射膜子像素和光开关之间至少设置有一选择反射薄膜。

19、如权利要求18所述的显示装置，其特征在于，该选择反射薄膜透过蓝色光，且全反射红、绿色光致发光并使得红、绿光致发光沿着蓝色入射光的方向传播。

20、如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，该光开关为液晶盒，其厚度范围为3—6微米。

21、如权利要求20所述的显示装置，其特征在于，该液晶盒的厚度为4微米使得蓝色背光最佳地透过。

22、如权利要求20所述的显示装置，其特征在于，该液晶盒是TN、STN、VA、IPS、MVA、PVA、OCB、FLC、AFLC或PDLC方式。

23、如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，该光开关为数字微镜或电子墨水或由微机电控制的光学谐振腔。

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