CN103472516A - 反射式滤光片及其制备方法、显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及显示技术领域，具体涉及一种反射式滤光片、该反射式滤光片的制备方法及应用该反射式滤光片的显示装置。该反射式滤光片，包括用于反射特定波段光的光子晶体层。本发明所提供的反射式滤光片，通过设置多种光子晶体层，利用不同种的光子晶体层反射不同波段的光；由于特定的光子晶体材料对于特定波段的光几乎可以无吸收的完全反射，因此可以大幅度反射式滤光片提升对环境光的反射利用率，从而提升了显示装置的对比度，使显示装置显示的画面更加清晰，实现了增强用户体验的目的。
Description
技术领域
本发明涉及显示技术领域，具体涉及一种反射式滤光片、该反射式滤光片的制备方法及应用该反射式滤光片的显示装置。
背景技术
平板显示装置相比与传统的阴极射线管显示装置具有轻薄、驱动电压低、没有闪烁抖动以及使用寿命长等优点；平板显示装置分为主动发光显示装置与被动发光显示装置；例如，薄膜晶体管液晶显示装置（Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display，TFT-LCD）就是一种被动发光显示装置，由于其具有画面稳定、图像逼真、消除辐射、节省空间以及节省能耗等优点，被广泛应用于电视、手机、显示装置等电子产品中，已占据了平面显示领域的主导地位。
现有液晶显示装置的主要分为透射型显示装置、半透射型显示装置以及反射式显示装置；反射式显示装置是在显示面板背面添加反射式滤光片，入射的环境光经过反射式滤光片的反射后，然后从像素区域透射出去，从而达到显示的目的。相比与透射型显示装置和半透射型显示装置，反射式液晶显示装置能够充分利用周围的环境光源作为照明来源以显示影像，而无需设置背光模组，因此更为节能环保。例如，在户外或者光线良好的办公室内，通常会选择布置反射式显示装置。
反射式显示装置的画面显示质量与反射式滤光片反射出的光线的亮度密切相关，如果环境光越亮、且反射式显示装置中反射式滤光片对环境光的反射利用率越高，则显示装置的对比度越高，所显示的画面也就会越清晰。然而，现有技术中的反射式滤光片在反射环境光的同时，会吸收掉相当一部分光，导致反射式显示装置对环境光的反射利用率降低，引起显示装置对比度下降等不良。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明的目的在于提供一种能够提升对环境光反射利用率的反射式滤光片；进一步的，本发明还提供了一种该反射式滤光片的制备方法以及应用该反射式滤光片的显示装置。
（二）技术方案
本发明技术方案如下：
一种反射式滤光片，所述反射式滤光片包括用于反射特定波段光的光子晶体层。
优选的，所述光子晶体层包括用于反射第一波段光的第一光子晶体层、用于反射第二波段光的第二光子晶体层以及用于反射第三波段光的第三光子晶体层；多个所述第一光子晶体层、第二光子晶体层以及第三光子晶体层交替布置成阵列结构。
优选的，所述第一波段光为红光，所述第二波段光为绿光，所述第三波段光为蓝光。
优选的，所述光子晶体层为类蛋白石结构；所述光子晶体层由具有第一折射率的基础材料以及周期性地形成于所述基础材料中的具有第二折射率的介电材料构成。
优选的，还包括保护层；所述保护层设置在所述光子晶体层入光面和/或透射光出光面。
优选的，还包括衬底基板；所述光子晶体层设置在所述衬底基板上。
优选的，所述具有第一折射率的基础材料为空气，所述周期性地形成于所述基础材料中的具有第二折射率的介电材料为单分散微球。
优选的，对于用于反射中心波长为λ的波段光的光子晶体层，所述单分散微球的半径其中，n为该光子晶体层的有效折射率，θ为入射光与该光子晶体层法线之间的夹角，c为与光子晶体层制备方法相关的常数。
优选的，所述单分散微球包括聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球以及二氧化硅微球中的一种或者多种。
优选的，所述光子晶体层包括多层单分散微球；所述单分散微球的层数不小于10。
本发明还提供了一种反射式滤光片的制备方法：
一种反射式滤光片制备方法，包括：形成用于反射特定波段光的光子晶体层。
优选的，所述形成用于反射一定波段光的光子晶体层进一步包括：
在衬底基板上形成用于反射第一波段光的第一光子晶体层、用于反射第二波段光的第二光子晶体层以及用于反射第三波段光的第三光子晶体层；多个所述第一光子晶体层、第二光子晶体层以及第三光子晶体层交替布置成阵列结构。
优选的，利用自组装方法形成所述光子晶体层。
优选的，所述自组装方法包括：
制备含有单分散微球材料的溶液；
利用准平衡蒸发法、重力沉降法、旋涂法、溅射沉积法中的一种或多种在衬底基板上形成光子晶体层。
本发明还提供了一种包括上述任意一种反射式滤光片的显示装置。
优选的，所述显示装置还包括吸光单元；所述吸光单元用于吸收透过所述反射式滤光片的光。
优选的，所述吸光单元为设置在所述光子晶体层透射光出光面的保护层；或者，所述光子晶体层设置在衬底基板上，所述吸光单元为所述衬底基板。
（三）有益效果
本发明所提供的反射式滤光片，通过设置多种光子晶体层，利用不同种的光子晶体层反射不同波段的光；由于特定的光子晶体材料对于特定波段的光几乎可以无吸收的完全反射，因此可以大幅度提升反射式滤光片对环境光的反射利用率，从而提升了显示装置的对比度，使显示装置显示的画面更加清晰，实现了增强用户体验的目的。
附图说明
图1是本发明实施例中反射式滤光片的剖面结构示意图图；
图2是本发明实施例中反射式滤光片俯视结构示意图；
图3是本发明实施例中显示装置的剖面结构示意图。
图中：1：反射式滤光片；11：第一光子晶体层；12：第二光子晶体层；13：第三光子晶体层；2：衬底基板；3：显示面板；4：吸光单元。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式做进一步描述。以下实施例仅用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
光子晶体（Photonic Crystal，简称PC）是一种新兴的光学材料。由于在光子晶体材料中，具有折射率周期重复的晶体结构，这样布拉格散射光在其中传播时将会受到调制而形成能带结构，产生光子带隙（Photonic Band Gap，简称PBG），在光子带隙中心具有强反射峰，因而对于位于该光子带隙波段的光具有近乎100%的反射率。由于光子晶体特殊的光学性质，其在信号传输，滤波器，太阳能电池以及光催化等方面有着广泛的应用。本发明的主要改进点之一就是，将光子晶体应用在反射式滤光片、反射式显示装置中。下面结合具体实现方式，对本发明中的反射式滤光片、反射式滤光片制备方法以及反射式显示装置加以详细说明。
本实施例中首先提供了一种反射式滤光片，该反射式滤光片包括用于反射特定波段光的多种光子晶体层。例如，可以利用具有不同光子带隙的光子晶体层反射不同波段的光；由于特定的光子晶体材料对于特定波段的光几乎可以无吸收的完全反射，因此可以大幅度提升反射式滤光片对环境光的反射利用率，从而提升了显示装置的对比度，使显示装置显示的画面更加清晰。
如图1中所示，为本实施例中反射式滤光片的一种具体实现方式，反射式滤光片的光子晶体层包括三种光子晶体层，即用于反射第一波段光的第一光子晶体层11、用于反射第二波段光的第二光子晶体层12以及用于反射第三波段光的第三光子晶体层13；多个第一光子晶体层11、第二光子晶体层12以及第三光子晶体层13交替布置成如图2中所示阵列结构。本实施例中，以常用的RGB（红、绿、蓝）三色为例，即上述第一波段光为红光，第二波段光为绿光，第三波段光为蓝光。需要说明的是，光子晶体层反射的光也可以是其他波段的光，例如还可以是CMY（青、洋红、黄）等等；光子晶体层4种或者更多种等，例如，用于RGBK（红、绿、蓝、黑）、CMYK（青、洋红、黄、黑）显示器中的反射式滤光片等等，并不局限于本实施例中所列举的方式。
光子晶体层由具有第一折射率的基础材料以及周期性地形成于所述基础材料中的具有第二折射率的介电材料构成。类蛋白石（Opal）结构和反蛋白石（Inverse Opal）结构是两种常见的光子晶体结构。类蛋白结构的光子晶体具有与天然蛋白石相同的立方密堆积结构，又称为人工蛋白石，类蛋白石光子晶体可以是由具有第一折射率的基础材料（例如空气等）以及周期性地形成于该基础材料中的聚苯乙烯（polystyrene，简称PS）微球、聚甲基丙烯酸甲酯（polymethylmethacrylate，简称PMMA）微球或者二氧化硅（SiO2）微球等具有第二折射率的介电材料形成；为了简化制备工艺，在类蛋白石结构的光子晶体中，上述基础材料通常优选为空气。这种类蛋白石结构可作为模板，在微球的间隙充填具有较高折射率的无机材料，除去模板得到具有反蛋白石结构的光子晶体。由于需要通过类蛋白石结构的模板来制备反蛋白石结构的光子晶体，结构“复制”的精确性取决于多种因素，如范德华相互作用、模板表面的浸润性、模板空隙的充填情况、固化过程中母体的体积收缩等等，某一因素的微小变化将会导致反蛋白石结构的缺陷，而且经常会出现结构的无序性，这些都会严重的影响光子晶体的光学性能。因此，本实施例中的光子晶体层，优选为上述类蛋白石结构的光子晶体。
本实施例，光子晶体层可以是由多层单分散微球堆积而成的结构；该单分散微球可以是聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球以及二氧化硅微球中的任意一种或者多种。通常来讲，单分散微球的层数大于10层左右时，就会有明显的光子晶体特性，而且，单分散微球的层数越多，光子晶体层的反射效率越高；因此，本实施例中对于单分散微球的层数下限为10层，上限则不做特殊限定。
对于类蛋白结构的光子晶体，可以通过布拉格散射公式精确的计算出其光子带隙的位置，即：光子带隙的中心波长位置λ=2ndcos(θ)；其中，d为面心立方晶格中的面间距；θ为入射光矢量与光子晶体法线之间的夹角；例如，对于由聚苯乙烯微球形成的光子晶体，n为光子晶体层的有效折射率，即光子晶体层整体的折射率；例如，在本实施例中，
其中，nPS为聚苯乙烯的折射率，nPS=1.59，nair为空气的折射率，nair=1，d=1.633R，R为聚苯乙烯微球的半径，在入射光垂直入射时，θ为0。因此，可以通过调整单分散微球的粒径大小，来精确控制光子带隙的位置，从而实现对特定波段的光进行反射；而且，由于光子带隙的反射作用以及光子晶体的完整性，光子晶体层的反射光谱极窄，如果光子晶体不存在缺陷，光子带隙的反射光为单色光。现有技术中，大多数显示装置都很难生成单色（单波长）的光，这是现有显示装置色域难以进一步提升的主要原因之一；而本发明中，光子带隙反射的光几乎为单色光；因此可以在很大程度上提升显示装置的显示色域，即可以更容易的实现广色域显示。
单分散微球的粒径大小可以根据上述布拉格散射公式反推得到，即对于用于反射中心波长为λ的波段光的光子晶体层，形成该光子晶体层的单分散微球的半径
其中，n为该光子晶体层的有效折射率，θ为入射光与该光子晶体层法线之间的夹角，c为与光子晶体层制备方法相关的常数。
例如，对于CIE1931（国际照明委员会1931年制定的标准）定义的RGB三原色，其中红光波长为700.0nm，绿光波长为546.1nm，蓝光波长为435.8nm，则可以计算得到在利用聚苯乙烯微球形成的光子晶体中，聚苯乙烯微球粒径（直径）为293.7nm时反射红光，为229.1nm时反射绿光，为182.8nm时反射蓝光。如果将聚苯乙烯微球换为二氧化硅微球，则将折射率修改为1.45，计算得到二氧化硅微球的粒径为318.1nm时反射红光，为248.2nm时反射绿光，为198nm时反射蓝光等等。
为了避免光子晶体层的结构受到外界损伤而对其光学特性造成不良影响，本实施例中还为光子晶体层设置了保护层；保护层可以设置在光子晶体层入光面和透射光出光面，也可以仅在光子晶体层入光面或者透射光出光面中的一面单独设置。本实施例中的光子晶体层设置在衬底基板上，即光子晶体层透射光出光面与衬底基板直接接触，因此，也可以利用衬底基板起到保护层的作用。
本实施例中还提供了一种制备上述反射式滤光片的方法，该反射式滤光片制备方法主要包括：形成用于反射特定波段光的多种光子晶体层。例如，在衬底基板2上形成用于反射第一波段光的第一光子晶体层11、用于反射第二波段光的第二光子晶体层12以及用于反射第三波段光的第三光子晶体层13；多个第一光子晶体层11、第二光子晶体层12以及第三光子晶体层13交替布置成阵列结构等；制备方法中对于光子晶体层的材料、厚度、单分散微球粒径等参数要求根据上述反射式滤光片具体设定，在此不再赘述。
光子晶体的制备方法有很多种，其中自组装方法最为常用、最为便捷；对于本实施例中的光子晶体层，可以有多种自组装方法实现；例如：
首先，生成混合有单分散微球材料的溶液；例如将单分散微球材料（聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球或者二氧化硅微球等）溶液乙醇和水的混合溶液，得到混合有单分散微球材料的溶液；
然后，利用准平衡蒸发法、重力沉降法、旋涂法、溅射沉积法中的一种或多种方法在衬底基板2上形成光子晶体层。例如，准平衡蒸发，即将混合有单分散微球材料的溶液自然蒸发，利用溶液表面张力进行自组装得到光子晶体；又例如，重力沉降法，即利用单分散微球材料在重力场作用下自发形成类蛋白石结构，得到光子晶体；再例如，旋涂法是借助于离心力的作用使单分散微球材料发生有序自组装的方法等等。
当然，本实施例中的光子晶体形成也可以通过其他方式实现，例如，可以结合现有的曝光技术，将少量光刻胶混于单分散微球材料中，涂布到衬底基板2后，进行曝光以及显影，形成光子晶体；或者利用物理方法，例如微机械法、钻孔法等等；再例如，利用腐蚀法、逐层叠加法、双光子聚合法以及全息印刷法等等；但这些方式一般较为复杂、费时且成本很高,并非本实施例中的优选方式。
本发明还提供了一种显示装置；如图3中所示，该显示装置包括显示面板3以及上述任意一种反射式滤光片（当然，也可以利用该反射式滤光片制备彩膜基板，与阵列基板对盒后形成显示面板）；反射式滤光片1上设置有多种光子晶体层，利用不同种的光子晶体层反射不同波段的光，例如环境光入射到显示面板3后，分别在第一光子晶体层11、第二光子晶体层12以及第三光子晶体层13被反射，反射光为红光、绿光以及蓝光，显示面板3根据图像信息对反射光进行调制，从而实现画面显示；显示面板3可以为液晶显示面板、电泳显示面板、电润湿显示面板或者电致变色显示面板等等；此外，本实施例中的显示装置还可以包括吸光单元4，吸光单元4用于吸收透过反射式滤光片的光；以避免这些光经过反射后对图像显示造成影响；例如，当光子晶体层透射光出光面设置有保护层时，可以将该保护层设置为吸光单元；光子晶体层直接设置在衬底基板上时，可以由衬底基板同时作为吸光单元。
由于特定的光子晶体材料对于特定波段的光几乎可以无吸收的完全反射，因此该显示装置可以大幅度提升对环境光的反射利用率，从而提升了显示装置的对比度，使显示装置显示的画面更加清晰，实现了增强用户体验的目的。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的保护范畴。
Claims (17)
1.一种反射式滤光片，其特征在于，所述反射式滤光片包括用于反射特定波段光的光子晶体层。
2.根据权利要求1所述的反射式滤光片，其特征在于，所述光子晶体层包括用于反射第一波段光的第一光子晶体层、用于反射第二波段光的第二光子晶体层以及用于反射第三波段光的第三光子晶体层；多个所述第一光子晶体层、第二光子晶体层以及第三光子晶体层交替布置成阵列结构。
3.根据权利要求2所述的反射式滤光片，其特征在于，所述第一波段光为红光，所述第二波段光为绿光，所述第三波段光为蓝光。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的反射式滤光片，其特征在于，所述光子晶体层为类蛋白石结构；所述光子晶体层由具有第一折射率的基础材料以及周期性地形成于所述基础材料中的具有第二折射率的介电材料构成。
5.根据权利要求4所述的反射式滤光片，其特征在于，还包括保护层；所述保护层设置在所述光子晶体层入光面和/或透射光出光面。
6.根据权利要求4所述的反射式滤光片，其特征在于，还包括衬底基板；所述光子晶体层设置在所述衬底基板上。
7.根据权利要求4所述的反射式滤光片，其特征在于，所述具有第一折射率的基础材料为空气，所述周期性地形成于所述基础材料中的具有第二折射率的介电材料为单分散微球。
8.根据权利要求7所述的反射式滤光片，其特征在于，对于用于反射中心波长为λ的波段光的光子晶体层，所述单分散微球的半径
其中，n为该光子晶体层的有效折射率，θ为入射光与该光子晶体层法线之间的夹角，c为与光子晶体层制备方法相关的常数。
9.根据权利要求7所述的反射式滤光片，其特征在于，所述单分散微球包括聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球以及二氧化硅微球中的一种或者多种。
10.根据权利要求7-9任意一项所述的反射式滤光片，其特征在于，所述光子晶体层包括多层单分散微球；所述单分散微球的层数不小于10。
11.一种反射式滤光片制备方法，其特征在于，包括：形成用于反射特定波段光的光子晶体层。
12.根据权利要求11所述的反射式滤光片制备方法，其特征在于，所述形成用于反射一定波段光的光子晶体层进一步包括：
在衬底基板上形成用于反射第一波段光的第一光子晶体层、用于反射第二波段光的第二光子晶体层以及用于反射第三波段光的第三光子晶体层；多个所述第一光子晶体层、第二光子晶体层以及第三光子晶体层交替布置成阵列结构。
13.根据权利要求11或12所述的反射式滤光片制备方法，其特征在于，利用自组装方法形成所述光子晶体层。
14.根据权利要求13所述的反射式滤光片制备方法，其特征在于，所述自组装方法包括：
制备含有单分散微球材料的溶液；
利用准平衡蒸发法、重力沉降法、旋涂法、溅射沉积法中的一种或多种在衬底基板上形成光子晶体层。
15.一种显示装置，其特征在于，所述显示装置包括如权利要求1-10任意一项所述的反射式滤光片。
16.根据权利要求15所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置还包括吸光单元；所述吸光单元用于吸收透过所述反射式滤光片的光。
17.根据权利要求16所述的显示装置，其特征在于，所述吸光单元为设置在所述光子晶体层透射光出光面的保护层；或者，所述光子晶体层设置在衬底基板上，所述吸光单元为所述衬底基板。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20131225 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |