CN104090420A - 阵列基板及其制作方法、半透半反式显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种阵列基板及其制作方法、半透半反式显示装置，其中阵列基板包括：衬底基板及位于衬底基板上的多个像素单元，每个像素单元包括：透射区和反射区，反射区内设置有反射结构，还包括：设置于反射结构与衬底基板之间的光学元件，光学元件改变从阵列基板的背面入射至反射区内的光线的传播方向，使光线从反射区周围的透射区穿出。上述技术方案中，通过在反射结构的下方设置光学元件，利用光学元件对从背面入射至反射区内的光线进行作用，使光线的传播方向改变，绕过对光线有遮挡作用的反射结构，从反射区周围的透射区穿出，从而增加了光线的穿透率，提高了装置的显示亮度。

Description

阵列基板及其制作方法、半透半反式显示装置

技术领域

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种阵列基板及其制作方法、半透半反式显示装置。

背景技术

在当前的平板显示技术领域中，液晶显示装置以体积小、功耗低、无辐射等优点占据了主导的地位。根据所使用光源(内部光源、外部光源)类型的不同，液晶显示装置可分为透射式、反射式和半透半反式三种。

其中，半透半反式液晶显示装置在进行画面显示时，既可以利用内部背光源光线，又可以利用外部环境光线，兼具透射式显示装置画面可见度好和反射式显示装置能耗低的优点，能够满足外界光线充足(如：室外)和不足(如：室内)等情况下的使用需求，在便携式移动电子设备中得到了广泛的应用。

半透半反式液晶显示装置的一个像素单元包括透射区和反射区两部分，反射区通常位于像素单元的中间，内部设置有用于反射光线的反射结构。背光源发出的光线可穿过透射区出射，外界环境光线进入液晶显示装置内部后，会被位于反射区内的反射结构反射出屏幕，从而使用户能够看清屏幕上显示的内容。

但是，背光源所发出的光线中一部分会被反射结构遮挡，造成光线透过率较低，装置的显示亮度较低。

发明内容

为克服上述现有技术中的缺陷，本发明所要解决的技术问题为：提供一种半透半反式显示装置，以提高光线透过率和显示亮度。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种阵列基板，包括：衬底基板及位于所述衬底基板上的多个像素单元，每个所述像素单元包括：透射区和反射区，所述反射区内设置有反射结构，还包括：设置于所述反射结构与所述衬底基板之间的光学元件，所述光学元件改变从所述阵列基板的背面入射至所述反射区内的光线的传播方向，使所述光线从所述反射区周围的透射区穿出。

优选的，所述阵列基板还包括：位于所述光学元件与所述反射结构之间的平坦层；所述光学元件包括与所述平坦层靠近所述衬底基板的一面齐平的底面和与所述反射结构相对的弧面，所述弧面的球心位于所述平坦层靠近所述衬底基板的一侧，且所述光学元件的折射率大于所述平坦层的折射率，以使所述光线向所述透射区折射。

优选的，所述光学元件的焦点位于与所述反射区相邻的透射区内或所述反射区与所述透射区的交界面上。

优选的，所述光学元件中间的厚度小于四周的厚度。

优选的，所述弧面以所述反射结构的中心轴中心对称，所述底面的宽度等于所述反射结构的宽度。

优选的，所述光学元件的形成材料为光刻胶。

优选的，所述阵列基板还包括：位于所述光学元件与所述反射结构之间的平坦层，所述平坦层内具有朝向所述反射结构开口的凹槽，所述光学元件位于所述凹槽内；所述光学元件包括与所述反射结构重叠的底面和与所述凹槽的内壁重叠的反射面，所述反射面使所述光线向所述透射区反射。

优选的，所述反射面的顶点位于所述平坦层靠近所述衬底基板的一面上或者位于所述平坦层的内部。

优选的，所述底面与所述反射结构的尺寸相同，所述反射面的中心轴与所述反射结构的中心轴重合。

优选的，所述反射面为锥面、球面或者椭球面。

优选的，所述光学元件的形成材料为树脂。

本发明还提供了一种阵列基板的制作方法，所述阵列基板包括：衬底基板及位于所述衬底基板上的多个像素单元，每个所述像素单元包括：透射区和反射区，所述反射区内设置有反射结构，所述制作方法包括：在形成所述反射结构之前，在所述衬底基板上形成光学元件，所述光学元件改变从所述阵列基板的背面入射至所述反射区内的光线的传播方向，使所述光线从所述反射区周围的透射区穿出。

优选的，在形成所述光学元件之后，形成所述反射结构之前，还包括：在所述光学元件上覆盖平坦层，所述平坦层的折射率小于所述光学元件的折射率；其中，所述光学元件包括与所述平坦层靠近所述衬底基板的一面齐平的底面和与所述反射结构相对的弧面，所述弧面的球心位于所述平坦层靠近所述衬底基板的一侧，且所述光学元件的折射率大于所述平坦层的折射率，以使所述光线向所述透射区折射。

优选的，在形成所述光学元件之前，还包括：在所述衬底基板上形成平坦层，所述平坦层内具有朝向所述反射结构开口的凹槽；其中，所述光学元件位于所述凹槽内，所述光学元件包括与所述反射结构重叠的底面和与所述凹槽的内壁重叠的反射面，所述反射面使所述光线向所述透射区反射。

本发明还提供了一种半透半反式显示装置，包括以上任一项所述的阵列基板。

本发明所提供的阵列基板及其制作方法、半透半反式显示装置中，通过在反射结构的下方设置光学元件，利用光学元件对从背面入射至反射区内的光线进行作用，使光线的传播方向改变，绕过对光线有遮挡作用的反射结构，从反射区周围的透射区穿出，从而增加了光线的穿透率，提高了装置的显示亮度。

附图说明

为了更清楚地说明本发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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它的附图。

图1为本发明实施例一所提供的阵列基板的结构图；

图2为本发明实施例二所提供的阵列基板的结构图；

图3为本发明实施例三所提供的第一种阵列基板的结构图；

图4为本发明实施例三所提供的第二种阵列基板的结构图；

图5为本发明实施例三所提供的第一种阵列基板中部分元件的几何关系图；

图6为本发明实施例三所提供的第二种阵列基板中部分元件的几何关系图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。

实施例一

本实施例提供了一种阵列基板，该阵列基板的结构可如图1所示，包括：衬底基板101及位于衬底基板101上的多个像素单元A，每个像素单元A包括：透射区A1和反射区A2，反射区A2内设置有反射结构105。

上述阵列基板101还包括：设置于反射结构105与衬底基板101之间的光学元件106，该光学元件106改变从阵列基板的背面入射至反射区A2内的光线的传播方向，使光线从所述反射区A2周围的透射区A1穿出。

本实施例所提供的阵列基板中，通过在反射结构105的下方设置光学元件106，利用光学元件106使从阵列基板的背面入射至反射区A2内、原本会被反射结构105遮挡的光线绕过反射结构105，从透射区A1穿出，从而提高了光线利用率，增强了显示亮度。

需要说明的是，所谓“阵列基板的背面”是指衬底基板101背离反射结构105的一侧。

本实施例中，光学元件106使光线绕过反射结构105，所利用的原理优选的可为光的折射、反射等原理。

相对应的，本实施例还提供了上述阵列基板的制作方法，该阵列基板包括：衬底基板101及位于衬底基板101上的多个像素单元A，每个像素单元A包括：透射区A1和反射区A2，反射区A2内设置有反射结构105，该制作方法包括：在形成反射结构105之前，在衬底基板101上形成光学元件106，该光学元件106改变从阵列基板的背面入射至反射区A2内的光线的传播方向，使光线从反射区A2周围的透射区A1穿出。

上述制作方法中，通过在形成反射结构105之前，在待形成反射区内形成光学元件106，使入射至反射区A2的光线在到达反射结构105之前，首先经过光学元件106，利用光学元件106改变光线的传播方向，使其不再被反射结构105，而从透射区A1穿出，在工艺简单易行的前提下，提高了阵列基板的光线透过率。

实施例二

本实施例提供了一种阵列基板，其光学元件106利用光的折射使光线绕过反射结构105，该阵列基板的结构优选的可如图2所示，该阵列基板还包括：位于光学元件106与反射结构105之间的平坦层103。光学元件106的结构优选的包括：与平坦层103靠近衬底基板101的一面齐平的底面和与反射结构105相对的弧面；弧面的球心位于平坦层103靠近衬底基板101的一侧，即弧面朝向衬底基板101弯曲；使光学元件106的折射率大于平坦层103的折射率，从而光线能够向透射区A1折射。

从阵列基板背面入射至反射区A2的光线在经过光学元件106后进入平坦层103时，由于光学元件106的弧面的球心位于平坦层103靠近衬底基板101的一侧，因此光学元件106具备凸透镜或类似凸透镜的结构，并且光学元件106的折射率大于平坦层103的折射率，从而能够使得光学元件106对光线具有汇聚作用，使光线向透射区A1折射，提高了光线穿透率。

光学元件106的焦点优选的位于与反射区A2相邻的透射区A1内或反射区A2与透射区A1的交界面上，以保证经过光学元件106的光线全部被汇聚于透射区A1内。

对于反射区A2位于像素单元A的区域中间的结构，更为优选的是，光学元件106中间的厚度可小于四周的厚度，以将光线分散的折射至反射区A2周围的透射区A1的各个区域内，避免仅折射至透射区A1的一个区域，提高显示的亮度均匀性。更进一步的，光学元件106的弧面可以反射结构105的中心轴中心对称，以进一步提高折射光线的均匀性，进而提高亮度均匀性；光学元件106的底面的宽度可等于反射结构105的宽度，以在不影响像素开口率的前提下，最大限度的对经过自身的光线进行折射。

本实施例所提供的阵列基板中，所设置的平坦层103的厚度需根据所设置的光学元件106的尺寸和焦距、透射区A1的尺寸、反射区A2的尺寸等参数进行优化设计。

假设光学元件106的弧面由半径为R的球面形成，光学元件106的焦距为f，光学元件106的焦点到反射结构105的距离为y；反射结构105的宽度为2b，若光学元件106的底面的宽度等于反射结构105的宽度，则光学元件106底面的一半的宽度为b；透射区A1宽度为p；光学元件106的折射率为n1，平坦层103的折射率为n2，n1>n2。

本实施例中平坦层103的厚度的计算方法如下：

由透镜折射基本原理，可以得到公式1：

由三角形相似，可以得到公式2：

将公式1带入公式2，可以得公式3：

f+y等于平坦层103的厚度，将公式1和公式3整合，可以得到公式4： $f+y=\frac{n_1}{n_2}R+\frac{n_1}{n_2}R\frac{p}{b}=(\frac{p}{b}+1)\frac{n_1}{n_2}R.$

若阵列基板的一个像素单元中像素单元的整体宽度为150μm，透射区A1的宽度为p＝60μm，反射结构105的宽度2b(反射区A2的宽度即)为30μm，则光学元件106的一半的宽度为b＝15μm，n₁与n₂的比值大于1，将这些数据代入上述公式4，得到f+y＞5R，即平坦层103的厚度f+y为光学元件106的弧面的半径R的至少5倍。若R为1μm，则平坦层103的厚度f+y至少为5μm。

需要说明的是，本实施例中所述的反射结构105、光学元件106、反射区A2、透射区A1、像素单元的“宽度”是指相应结构沿垂直于栅极线104的方向的尺寸。

另外，本实施例仅以上述结构的光学元件106为例，对平坦层103的厚度的计算方法进行介绍，对于基于上述光学元件106的结构进行变形所得到的其它结构的光学元件，其所对应的平坦层的厚度，本领域技术人员可根据上述计算方法设计相应的计算方法，在此不再一一赘述。

本实施例中的阵列基板，光学元件106的形成材料优选的可为光刻胶，在本发明的其它实施例中，光学元件106还可采用其它材料形成。

平坦层103的材料优选的可为光刻胶或者其它透明绝缘的有机材料。

反射结构105优选的可为与栅极线104同层形成的遮光薄膜，遮光薄膜例如可为由反光金属(铝、钼等)形成的薄膜，优选的可在反射结构105上施加公共电极电压信号，将反射结构105作为公共电极或公共电极线。

本实施例中，优选的利用沿第一方向的栅极线104与沿第二方向的数据线(图中未示出)交错成网格状结构，以定义出多个像素单元A的区域，其中，第一方向与第二方向相互垂直。

反射区A2优选的可如图1或图2所示位于一个像素单元A的中间，被透射区A1包围，或者，反射区A2可与透射区A1并排于一个像素单元A的区域，等等，本实施例对此并不限定。

与上述阵列基板相对应的，本实施例还提供了其制作方法，该制作方法中，在形成光学元件106之后，形成反射结构105之前，还包括：在光学元件106上覆盖平坦层103，平坦层103的折射率小于光学元件106的折射率。

上述制作方法所形成的光学元件106的结构优选的可包括：与平坦层103靠近衬底基板101的一面齐平的底面和与反射结构105相对的弧面，弧面的球心位于平坦层103靠近衬底基板101的一侧，且光学元件106的折射率大于平坦层103的折射率，以使光线向透射区A1折射。

本实施例所提供的制作方法在简单易行的前提下提高了阵列基板的光线透过率。

基于上述制作方法，本实施例所提供的阵列基板的具体制备方法优选的可为：首先在衬底基板101上制备形成光刻胶层，该光刻胶层的折射率为n1，利用多灰阶掩膜或可调节灰阶掩模等构图方式使该光刻胶层形成光学元件106的图形，然后在光学元件106上覆盖平坦层103的材料，形成平坦层103，该平坦层103的折射率为n₂，n₁>n₂，之后在平坦层103上依次形成具备栅极线104和反射结构105的图形、具备有源层的图形、具备源极、漏极和数据线的图形，钝化层、像素电极等结构。

上述制备方法中，形成光学元件106的过程，优选的还可以利用贴透镜薄膜的方法来完成，即将光学元件106做在一张薄膜上，然后将该薄膜贴在衬底基板101的表面，在粘贴过程中保证对位精度即可。

实施例三

本实施例提供了一种阵列基板，其光学元件106利用光的反射使光线绕过反射结构105，该阵列基板的结构优选的可如图3所示，该阵列基板还包括：位于光学元件106与反射结构105之间的平坦层103，该平坦层103内具有朝向所反射结构105开口的凹槽，光学元件106位于凹槽内；光学元件106包括与反射结构105重叠的底面和与凹槽的内壁重叠的反射面，反射面使光线向透射区A1反射。

从阵列基板背面入射至反射区A2的光线在经过光学元件106后进入平坦层103时，由于光学元件106的反射面具有平面反射镜的特性，因此能够对光线进行反射，使光线的传播方向由朝向反射结构105变化为朝向透射区A1，实现提高光线穿透率的目的。

本实施例中，光学元件106的反射面的顶点优选的位于平坦层103靠近衬底基板101的一面上，或者可位于平坦层103的内部。

进一步的，反射面的中心轴可与反射结构105的中心轴重合，以提高反射至透射区A1上的光线的均匀性。

光学元件106的底面优选的可与反射结构105的尺寸相同，以在不影响像素开口率的前提下，最大限度的对经过自身的光线进行反射。

本实施例中，光学元件106的反射面优选的可为锥面(如图3所示)，更优选还可为球面(如图4所示)或者椭球面等曲面，以使光线向各个角度被反射，进一步提高透射区A1的光线均匀性，提高显示亮度。

本实施例所提供的阵列基板中平坦层103的厚度可根据光学元件结构的不同进行相应设计。

若光学元件106的反射面为锥面，该锥面的中心轴与反射结构105的中心轴重合，如图5所示，假设光学元件106的反射面与其中心轴的夹角为α，即∠AOB＝α，垂直反射结构105入射的光线经过反射面的反射后形成的反射光线与中心轴的夹角正好为2α，即∠AOC＝2α，则反射光线与锥面的母线的夹角为α，即∠BOC＝α；反射结构105宽度的一半为h，即AB＝h，透射区A1的宽度为p；反射面顶点与反射结构105的垂直距离为z，即AO＝z。则平坦层103的厚度的计算方法优选的可为：

根据三角形OAB，可以得到公式5：

根据三角形OAC，可以得到公式6：

根据二倍角公式： $\tan 2\mathrm{\α}=\frac{2\tan \mathrm{\α}}{1-{\tan }^2\mathrm{\α}};$

将公式1和公式2带入二倍角公式中，能够得到：

计算得出公式7： $z=\frac{h}{\sqrt{1-\frac{2h}{h+p}}}.$

若光学元件106的反射面顶点位于平坦层103靠近衬底基板101的一面上，则平坦层103的厚度即为z。

当反射结构的宽度2h＝30μm，透射区A1的宽度为p＝60μm时，将上述数值带入公式7，得出平坦层103的厚度z为19μm。

若光学元件106的反射面为椭球面，该椭球面的中心轴与反射结构105的中心轴重合，反射面在平行于中心轴与栅极线104的垂线所确定的平面的方向的投影为两段相同的圆弧连接而成，连接点为反射面的顶点。如图6所示，为了使光线能够均匀的从各个方向射出，临界条件是光线EB经过光学元件106的反射面的反射，形成的反射光线BD能够近似水平的射出，那么平行于光线EB的入射光线FG等就可以均匀的从各个方向射出。

假设反射面形成的圆弧的圆心为O，由于BE⊥BD，且BD∥OC，所以∠BOC＝45°，得到AB＝OA＝z。由于OA²+AB²＝OB²，OB＝OC＝OA+AC，AC＝h，所以2z²＝(z+h)²，得到所以平坦层103的厚度只要大于即可。

若反射结构的宽度2h＝30μm，可计算得出z＝32μm，则平坦层103的厚度大于32μm即可。

本实施例中，光学元件106的形成材料优选的可为树脂材料，在本发明的其它实施例中，光学元件106还可采用其它可反光的材料形成。

与上述阵列基板相对应的，本实施例还提供了其制作方法，该制作方法中，在形成所述光学元件之前，还包括：在衬底基板101上形成平坦层103，该平坦层103内具有朝向反射结构105开口的凹槽.

上述制作方法所形成的光学元件106位于平坦层103的凹槽内，其结构优选的可包括：与反射结构105重叠的底面和与凹槽的内壁重叠的反射面，反射面使光线向透射区A1反射。

本实施例所提供的制作方法在简单易行的前提下提高了阵列基板的光线透过率。

基于上述制作方法，本实施例所提供的阵列基板的具体制备方法优选的可为：首先在衬底基板101上沉积平坦层103的材料，形成平坦层103，然后利用多灰阶掩膜或可调节灰阶掩模等构图方式在平坦层103上形成一凹槽，凹槽的形状根据需要设置的光学元件106的形状而定，再在凹槽内沉积树脂材料，形成光学元件106，之后再依次形成具备栅极线104和反射结构105的图形、具备有源层的图形、具备源极、漏极和数据线的图形，钝化层、像素电极等结构。

实施例四

本实施例提供了一种半透半反式显示装置，该显示装置包括实施例一～三中所述的阵列基板。

由于本实施例所提供的半透半反式显示装置的阵列基板中，反射结构105与衬底基板101之间设置有光学元件106，光学元件106具体可为凸透镜、椎体、球体或椭球体等结构，能够利用光的折射或反射原理，使从阵列基板的背面入射至反射区A2内、原本会被反射结构105遮挡的光线绕过反射结构105，从透射区A1穿出，因此本实施例中的半透半反式显示装置具有更高的光线利用率，画面显示亮度更强。

需要说明的是，本实施例中的显示装置并不限定为液晶显示装置，其还可为电子纸、OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管)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。

以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (15)

1.一种阵列基板，包括：衬底基板及位于所述衬底基板上的多个像素单元，每个所述像素单元包括：透射区和反射区，所述反射区内设置有反射结构，其特征在于，还包括：设置于所述反射结构与所述衬底基板之间的光学元件，所述光学元件改变从所述阵列基板的背面入射至所述反射区内的光线的传播方向，使所述光线从所述反射区周围的透射区穿出。

2.根据权利要求1所述的阵列基板，其特征在于，还包括：位于所述光学元件与所述反射结构之间的平坦层；

所述光学元件包括与所述平坦层靠近所述衬底基板的一面齐平的底面和与所述反射结构相对的弧面，所述弧面的球心位于所述平坦层靠近所述衬底基板的一侧，且所述光学元件的折射率大于所述平坦层的折射率，以使所述光线向所述透射区折射。

3.根据权利要求2所述的阵列基板，其特征在于，所述光学元件的焦点位于与所述反射区相邻的透射区内或所述反射区与所述透射区的交界面上。

4.根据权利要求3所述的阵列基板，其特征在于，所述光学元件中间的厚度小于四周的厚度。

5.根据权利要求4所述的阵列基板，其特征在于，所述弧面以所述反射结构的中心轴中心对称，所述底面的宽度等于所述反射结构的宽度。

6.根据权利要求2～5任一项所述的阵列基板，其特征在于，所述光学元件的形成材料为光刻胶。

7.根据权利要求1所述的阵列基板，其特征在于，还包括：位于所述光学元件与所述反射结构之间的平坦层，所述平坦层内具有朝向所述反射结构开口的凹槽，所述光学元件位于所述凹槽内；

所述光学元件包括与所述反射结构重叠的底面和与所述凹槽的内壁重叠的反射面，所述反射面使所述光线向所述透射区反射。

8.根据权利要求7所述的阵列基板，其特征在于，所述反射面的顶点位于所述平坦层靠近所述衬底基板的一面上或者位于所述平坦层的内部。

9.根据权利要求8所述的阵列基板，其特征在于，所述底面与所述反射结构的尺寸相同，所述反射面的中心轴与所述反射结构的中心轴重合。

10.根据权利要求9所述的阵列基板，其特征在于，所述反射面为锥面、球面或者椭球面。

11.根据权利要求7～10任一项所述的阵列基板，其特征在于，所述光学元件的形成材料为树脂。

12.一种阵列基板的制作方法，所述阵列基板包括：衬底基板及位于所述衬底基板上的多个像素单元，每个所述像素单元包括：透射区和反射区，所述反射区内设置有反射结构，其特征在于，所述制作方法包括：在形成所述反射结构之前，在所述衬底基板上形成光学元件，所述光学元件改变从所述阵列基板的背面入射至所述反射区内的光线的传播方向，使所述光线从所述反射区周围的透射区穿出。

13.根据权利要求12所述的阵列基板的制作方法，其特征在于，在形成所述光学元件之后，形成所述反射结构之前，还包括：在所述光学元件上覆盖平坦层，所述平坦层的折射率小于所述光学元件的折射率；

其中，所述光学元件包括与所述平坦层靠近所述衬底基板的一面齐平的底面和与所述反射结构相对的弧面，所述弧面的球心位于所述平坦层靠近所述衬底基板的一侧，且所述光学元件的折射率大于所述平坦层的折射率，以使所述光线向所述透射区折射。

14.根据权利要求12所述的阵列基板的制作方法，其特征在于，在形成所述光学元件之前，还包括：在所述衬底基板上形成平坦层，所述平坦层内具有朝向所述反射结构开口的凹槽；

其中，所述光学元件位于所述凹槽内，所述光学元件包括与所述反射结构重叠的底面和与所述凹槽的内壁重叠的反射面，所述反射面使所述光线向所述透射区反射。

15.一种半透半反式显示装置，其特征在于，包括权利要求1～11任一项所述的阵列基板。