CN104115059B - 具有倒置液晶显示器的电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电子设备，该电子设备可具有带有背光结构的液晶显示器。该背光结构可产生穿过显示器像素阵列的背光。该显示器像素可包括电极结构和用于控制液晶材料层中的电场的薄膜晶体管结构。该液晶材料可以在外显示层和内显示层之间形成。该内显示层可插入背光结构和液晶材料之间。薄膜晶体管结构、电极和导电互连线可沉积在外显示层的内表面上的层中。滤色器元件层可用于为显示器提供彩色像素。该滤色器元件可在薄膜晶体管层的顶部上形成，或在诸如内显示层的单独的滤色器阵列衬底上形成。

Description

具有倒置液晶显示器的电子设备
相关申请的交叉引用
本专利合作条约专利申请要求于2012年3月20日提交的名称为“ElectronicDevice with Inverted Liquid Crystal Display”的美国专利申请13/424,950的优先权，该专利的内容全文以引用方式并入本文。
背景技术
本发明整体涉及电子设备，并且更具体地涉及用于电子设备的显示器。
电子设备诸如计算机和蜂窝电话通常提供有显示器。显示器诸如液晶显示器包含液晶材料的薄层。彩色液晶显示器包括滤色器层。该类型显示器中的液晶材料层插入滤色器层和薄膜晶体管之间。偏光器层可以设置在滤色器层、液晶材料和薄膜晶体管层的上方和下方。
当需要为用户显示图像时，显示驱动电路系统将信号施加到薄膜晶体管层内的数据线和栅极线的栅格。这些信号调节与薄膜晶体管层上的像素阵列相关的电场。所产生的电场图案控制液晶材料并在显示器上形成可视图像。
常规显示器中的图像质量在偏轴观察期间可能会下降，因为偏轴观察角度可允许光从一种颜色的显示器像素渗色到另一种颜色的相邻显示器像素中。虽然可通过将宽的黑矩阵结构结合到显示器中在一定程度上改善偏轴质量，但使用过大的黑矩阵掩蔽线可不利地影响显示器亮度。
因此，期望能够提供改进的电子设备显示器。
发明内容
电子设备可提供有显示器诸如液晶显示器。显示器可具有显示器像素阵列。可使用数据线和栅极线的栅格来控制显示器像素。每个像素可以接收数据线上的显示器数据，并且可以具有由栅极线上的栅极线信号控制的薄膜晶体管。可以控制薄膜晶体管以向液晶材料层施加电场。
液晶显示器可提供有背光结构。背光结构可产生穿过显示器像素阵列的背光。显示器像素可包括电极结构和用于控制液晶材料层中的电场的薄膜晶体管结构。液晶材料可以在外显示层和内显示层之间形成。
内显示层可插入背光结构和液晶材料之间。薄膜晶体管结构、电极和导电互连线可沉积在外显示层的内表面上的层中。
滤色器元件层可用于为显示器提供彩色像素。就一种合适的配置而言，滤色器元件可在薄膜晶体管层上形成。在该类型的配置中，内显示层可由透光玻璃或透光塑料层形成。在另一种合适的配置中，滤色器元件可在内显示层上形成。
不透明掩蔽材料的图案化层可在外显示层的外围边界区域中形成。平面化层可用于覆盖不透明掩蔽层。薄膜晶体管和其他显示器像素结构可在平面化层上形成。
根据附图以及以下对优选实施例的详细描述，本发明的其他特征、本发明的本质以及各种优点将更加显而易见。
附图说明
图1为根据本发明的实施例的具有显示器的示例性电子设备诸如便携式计算机的示意图。
图2为根据本发明的实施例的具有显示器的示例性电子设备诸如蜂窝电话或其他手持设备的示意图。
图3为根据本发明的实施例的具有显示器的示例性电子设备诸如平板电脑的示意图。
图4为根据本发明的实施例的具有显示器的示例性电子设备诸如具有内置计算机的计算机监视器的示意图。
图5为根据本发明的实施例的电路图，其示出了可用于操作具有显示器的电子设备的电路。
图6为根据本发明的实施例的示例性显示器像素的电路图。
图7为根据本发明的实施例的具有背光结构的示例性液晶显示器的一部分的横截面侧视图。
图8为根据本发明的实施例的具有与外壳侧壁结构重叠的显示器的示例性电子设备的横截面视图。
图9为根据本发明的实施例的具有与外壳侧壁结构重叠的显示器并具有显示器覆盖层的示例性电子设备的横截面视图。
图10为根据本发明的实施例的具有显示器的示例性电子设备的横截面视图，该显示器具有安装在相对的外壳侧壁之间的边缘。
图11为根据本发明的实施例的具有显示器并具有显示器覆盖层的示例性电子设备的横截面视图，该显示器具有安装在相对的外壳侧壁之间的边缘。
图12为根据本发明的实施例的显示器的横截面侧视图，其示出了可如何使用背光结构为显示器提供背光。
图13为根据本发明的实施例的示例性显示器的横截面视图，该示例性显示器具有其上已形成有薄膜晶体管结构和滤色器结构的衬底层。
图14为根据本发明的实施例的示例性显示器的横截面侧视图，该示例性显示器具有其上已形成有薄膜晶体管结构的上层并具有用作滤色器的下层。
图15为根据本发明的实施例的显示器的一部分的顶视图，其示出了可如何使用黑矩阵分隔滤色器元件。
图16为根据本发明的实施例的显示器的一部分的横截面侧视图，其示出了可如何使用显示器中的黑矩阵结构覆盖底层结构(例如薄膜晶体管衬底上的导电线)。
图17为根据本发明的实施例的示例性显示器的横截面侧视图，其示出了底层薄膜结构例如薄膜晶体管衬底上的电极结构的顶部上的滤色器元件层的形成可如何帮助改善偏轴显示性能。
具体实施方式
图1中示出了可提供有显示器的类型的一种示例性电子设备。电子设备10可为计算机诸如集成到显示器(例如计算机监视器)内的计算机、膝上型计算机、平板电脑、稍小的便携式设备(诸如腕表设备、挂件设备、或其他可佩戴设备或微型设备)、蜂窝电话、媒体播放器、平板电脑、游戏设备、导航设备、计算机监视器、电视、或其他电子设备。
如图1所示，设备10可包括显示器，诸如显示器14。显示器14可为结合了电容式触摸电极或其他触摸传感器组件的触摸屏，或可为非触摸敏感的显示器。显示器14可包括由液晶显示器(LCD)组件或其他合适的显示器像素结构形成的图像像素。使用液晶显示器像素来形成显示器18的布置在本文中有时作为示例加以描述。然而，这仅是示例性的。如果需要，可使用任何合适类型的显示器技术来形成显示器14。
设备10可具有外壳，例如外壳12。外壳12，有时可称为壳体，可由塑料、玻璃、陶瓷、纤维复合材料、金属(例如，不锈钢、铝等)、其他合适的材料或这些材料的任意两种或更多种的组合形成。
外壳12可使用一体式构造形成，在该一体式构造中，外壳12的一些或全部被加工或模制成单一结构，或者可使用多个结构(例如，内框架结构、形成外部外壳表面的一种或多种结构等)形成。
如图1所示，外壳12可具有多个部分。例如，外壳12可具有上部12A和下部12B。可使用铰链将上部12A耦合到下部12B，这允许部分12A相对于部分12B围绕旋转轴16旋转。键盘诸如键盘18和触摸板诸如触摸板20可安装在外壳部分12B中。
在图2的示例中，设备10已使用外壳来实现，该外壳足够小以适合使用者的手(即，图2的设备10可为手持式电子设备，例如蜂窝电话)。如图2所示，设备10可包括显示器，例如安装在外壳12前部上的显示器14。显示器14可基本上充满有源显示器像素，或可具有无源部分和无源部分。显示器14可具有开口(例如，显示器14的无源部分或有源部分中的开口)，例如用于容纳按钮22的开口和用于容纳扬声器端口24的开口。
图3为处于某种配置的电子设备10的透视图，在该配置中，电子设备10已以平板电脑的形式实现。如图3所示，显示器14可安装在外壳12的上(前)表面。可在显示器14中形成开口以容纳按钮22。
图4为处于某种配置的电子设备10的透视图，在该配置中，电子设备10已以集成到计算机监视器中的计算机的形式实现。如图4所示，显示器14可安装在外壳12的前表面。支架26可用于支撑外壳12。
如果需要，其他配置可用于电子设备10。图1、图2、图3和图4的示例仅是示例性的。
显示可用于设备10的类型的电路系统的示意图在图5中示出。如图5所示，显示器14可耦合到设备组件28，例如输入输出电路系统30和控制电路系统32。输入输出电路系统30可包括用于接收设备输入的组件。例如，输入输出电路系统30可包括用于接收音频输入的麦克风、键盘、小键盘、或用于接收输入(例如，来自用户的按键输入或按钮输入)的其他按钮或开关、用于采集输入的传感器(例如加速器、指南针、光传感器、接近传感器、触摸传感器(例如，与显示器14相关的触摸传感器或单独的触摸传感器))、或其他输入设备。输入输出电路系统30也可包括用于提供输出的组件。输出电路系统可包括诸如扬声器、发光二极管或用于生成光输出的其他发光设备之类的组件、振动器、以及用于提供输出的其他组件。电路系统30中的输入输出端口可用于接收模拟和/或数字输入信号并且可用于输出模拟和/或数字输出信号。可用于电路系统30中的输入输出端口的示例包括音频端口、数字数据端口、与30针连接器相关的端口，以及与通用串行总线连接器和其他数字数据连接器相关的端口。
控制电路系统32可用于控制设备10的操作。控制电路系统32可包括诸如易失性和非易失性存储器电路的存储电路系统、固态驱动器、硬盘驱动器、以及其他存储器和存储电路系统。控制电路系统32也可包括处理电路系统，例如微处理器或其他处理器中的处理电路系统。一个或多个集成电路可用于实现控制电路系统32。可被包括在控制电路系统32中的集成电路的示例包括微处理器、数字信号处理器、电源管理单元、基带处理器、微控制器、专用集成电路、用于处理音频和/或视频信息的电路、以及其他控制电路系统。
控制电路系统32可用于运行设备10的软件。例如，控制电路系统32可被配置为结合显示器14上的图像显示(例如，文本、图片、视频等)来执行代码。
显示器14可包括像素阵列，例如像素阵列34。可使用由诸如显示驱动电路系统36的显示驱动电路系统所产生的控制信号来控制像素阵列34。显示驱动电路系统36可使用一个或多个集成电路(IC)来实现，并且有时可被称为驱动器IC、显示驱动器集成电路、或显示驱动器。显示驱动器集成电路36可安装在显示器14中薄膜晶体管衬底层的边缘上(作为示例)。薄膜晶体管衬底层有时可被称为薄膜晶体管(TFT)层。
在设备10的操作期间，控制电路系统32可为显示驱动器36提供数据。例如，控制电路系统32可使用诸如路径38的路径来为显示驱动器36提供与要在显示器14上显示的文本、图形、视频、或其他图像相对应的数字数据。显示驱动器36可将在路径20上接收的数据转换为用于控制像素阵列34的像素的信号。
像素阵列34可包含显示器像素40的行和列。可使用诸如数据线42上的数据线信号和栅极线44上的栅极线信号的信号来控制像素阵列34的电路系统。
像素阵列34中的像素40可包含薄膜晶体管电路系统(例如，多晶硅晶体管电路系统或非晶硅晶体管电路系统)和用于生成跨越显示器14的液晶材料的电场的相关结构。用于形成像素40的薄膜晶体管结构可位于衬底(有时称为薄膜晶体管层或薄膜晶体管衬底)上。薄膜晶体管(TFT)层可由平面玻璃衬底、塑料衬底、或其他合适衬底材料的片材形成。
栅极驱动电路系统46可用于在栅极线44上生成栅极信号。诸如栅极驱动电路系统46的电路可由薄膜晶体管层上的薄膜晶体管形成。栅极驱动电路系统46可位于像素阵列34的左侧和右侧两者上(如图5所示)，或可位于像素阵列34的仅一侧上。
像素阵列34中的数据线信号输送模拟图像数据(例如，具有表示像素亮度级别的量值的电压)。在对显示器14上的图像进行显示的过程中，显示驱动器集成电路36可通过路径38从控制电路系统18接收数字数据，并且可在路径48上产生相应的模拟数据。可根据由驱动电路系统36提供的控制信号而通过多路分解器电路系统50对路径48上的模拟数据信号进行多路分解。该多路分解过程在数据线42上产生相应的颜色编码模拟数据线信号(例如，用于红色信道的数据信号、用于绿色信道的数据信号，以及用于蓝色信道的数据信号)。
数据线42上的数据线信号可被提供至像素阵列34中的显示器像素40的列。栅极线信号可通过栅极驱动电路系统46被提供至像素阵列34中的像素40的行。
诸如多路分解器电路系统50和栅极驱动电路系统46的显示器14的电路系统以及像素40的电路系统
可由导电结构(例如，由诸如氧化铟锡的透明导电材料形成的金属线和/或结构)形成，并且可包括在显示器14的薄膜晶体管衬底层上制成的晶体管。薄膜晶体管可为例如多晶硅薄膜晶体管或非晶硅晶体管。
图6为像素阵列34中的示例性显示器像素的电路图。诸如图6的像素40的像素可位于阵列34中每个栅极线44和数据线42的交点处。
数据信号D可从数据线42中的一者(图5)被提供至端子50。薄膜晶体管52(例如，薄膜多晶硅晶体管或非晶硅晶体管)可具有诸如栅极54的栅极端子，所述栅极54从栅极驱动电路系统46(图5)接收栅极线信号G。当信号G有效时，晶体管52将被接通并且信号D将作为电压Vp被传送到节点56。显示器14的数据可在帧中显示。在使一个帧中的信号G有效之后，可以使信号G失效。然后使信号G有效以接通晶体管52并捕获后续显示器帧中Vp的新值。
像素40可具有信号存储元件，例如电容器Cst或其他电荷存储元件。存储电容器Cst可用于存储帧之间的信号Vp(即，在使连续信号G有效之间的时间段内)。
显示器14可具有耦合到节点58的公共电极。公共电极(其有时称为Vcom电极)可用于将诸如公共电极电压Vcom的公共电极电压分配给节点，例如阵列24的每个像素40中的节点58。电容器Cst可在节点56和节点58之间耦合。由于像素40中的电极结构而跨越节点56和节点58产生并联电容Clc，所述电极结构用于控制穿过像素的液晶材料(液晶材料60)的电场。如图6所示，电极结构62可耦合到节点56。电容Clc与电极结构62和节点58处的公共电极Vcom之间的电容相关。在操作期间，电极结构62可用于跨越像素40的液晶材料60的像素大小的部分施加受控的电场(即，具有与Vp-Vcom成比例的量值的场)。由于存储电容器Cst的存在，因此可在帧持续时间内保持跨越节点56和节点58的Vp值(由此保持跨越液晶材料60的相关电场)。
跨越液晶材料60产生的电场导致液晶材料60中液晶取向发生变化。这改变了穿过液晶材料60的光的偏振。所述偏振变化可用于控制传输穿过阵列34中每个像素40的光的量。
图7中示出了显示器14的一部分，说明了可如何使用由液晶材料60产生的光偏振的变化来影响传输穿过显示器14的光的量。如图7所示，背光结构64可用于产生背光66，所述背光在维度Z上穿过显示器14的显示层81向上(向外)传播。显示层81可包括诸如层68的上偏光器层和下偏光器层74。上偏光器层68可附接到一个或多个衬底层诸如层70。下偏光器层74可附接到一个或多个衬底层诸如层72。层70和/或72可由透明层形成，例如玻璃层、塑料层、或其他材料的片材。层70和/或72以及显示器81的其他层可包括薄膜晶体管层、滤色器层、包括薄膜晶体管结构和滤色器元件的层、平面化层、不透明掩蔽图案、透光层、或其他合适的显示层。
当光66穿过下偏光器74时，下偏光器74使光66偏振。当偏振光66穿过液晶材料60时，液晶材料60可按照与穿过液晶材料60的电场成比例的量旋转光66的偏振。如果光66的偏振以平行于偏光器68的偏振的方式对准，则穿过层68的光66的传输将最大化。如果光66的偏振被对准为垂直于偏光器68的偏振运行，则穿过层68的光66的传输将最小化(即，光66将被阻挡)。图5的显示器电路系统可用于对跨越显示器像素阵列34中显示器像素40的电极62的电压Vp进行调节，从而选择性地减淡和加深像素阵列34中的像素40，并向在方向78观察显示器14的设备10的用户例如观察者76呈现图像。
诸如显示器14的显示器可安装在设备10的一个或多个表面上。例如，诸如显示器14的显示器可安装在外壳12的前表面上，安装在外壳12的后表面上、或安装在设备10的其他部分上。
如图8所示，显示器14可安装在外壳12中，使得显示器14的一些或全部边缘与外壳侧壁14’重叠。内部电子组件82(例如，输入输出组件30、控制电路系统32等)可安装在一个或多个衬底上，例如外壳12内的衬底80。衬底80可由一个或多个印刷电路形成。例如，衬底80可包括刚性印刷电路板(例如，由诸如玻璃纤维填充环氧树脂的材料形成的印刷电路板)和/或柔性印刷电路(“柔性电路”)，例如由聚酰亚胺或其他柔性聚合物的片材上的图案化导电迹线形成的印刷电路。
如果需要，可使用诸如图9的显示器覆盖层84的显示器覆盖层来覆盖显示器14的最外表面的一些或全部。显示器覆盖层84可由玻璃层、塑料层、陶瓷层、或其他合适的透明材料形成。如果需要，也可在显示器14中包括一个或多个附加的显示层(例如，防反射膜、抗划伤涂层、指纹减少层、执行多种功能例如减少反射、减少划伤和减少指纹等的层)。
图10为处于某种配置的设备10的横截面视图，在该配置中，显示器14已安装在相应的外壳侧壁12’之间(即，不与侧壁12’的上边缘12”重叠)。图11示出了可如何使用显示器覆盖层84来覆盖处于某种配置的显示器14，在该配置中，显示器14安装在外壳侧壁12’之间。
图8、图9、图10和图11的示例性安装布置仅为显示器14可安装在设备10的外壳12中的方法的示例性示例。如果需要，可使用其他安装配置。
图12为显示器14的横截面视图，其示出了可如何使用背光结构86为显示器14生成背光66。如图12所示，诸如光源92的光源可产生光94。光源92可包括例如一个或多个发光二极管。背光结构86可包括导光板和其他层88(例如，漫射器和其他光学膜)。反射层诸如反射器90可设置在导光板的后表面上。当光94传播穿过导光板时，光94的一些以方向Z朝观察者76向上散射，并且用作显示器14的背光66。向下散射的光可被反射器90向上反射以用作另外的背光66。
显示层81可包括诸如图6的晶体管52的薄膜晶体管和导电结构(例如，诸如电极62的电极、栅极线、数据线和其他线，以及由金属和/或氧化铟锡或其他透明导电材料形成的导电结构)。显示层81也可包括滤色器结构以用于为像素阵列34中的像素40赋予诸如红色、蓝色和绿色的颜色。滤色器结构可在阵列(例如，交替的红色、绿色和蓝色滤色器元件的阵列)中形成，因此有时被称为滤色器阵列或滤色器阵列结构。
可使用诸如染料或颜料(例如，红色、蓝色和绿色的有色墨水或其他合适颜色的材料)的有色物质来形成滤色器阵列结构。可通过喷墨印刷、丝网印刷、移印、光刻图案化，或其他合适的沉积和图案化技术来形成滤色器结构。滤色器结构可在与薄膜晶体管和显示器像素40的导电结构相同的衬底上形成，或可单独形成(例如，在与薄膜晶体管衬底层分开的滤色器层上形成)。
图13为可用于显示器14的示例性配置的横截面视图，其中用于显示器14中滤色器阵列的滤色器元件已在与薄膜晶体管和显示器像素40的导电结构相同的衬底上形成。如图13所示，显示器14可使用背光结构86提供有背光66。在操作期间，背光66可穿过显示器14的显示层81垂直地向上(在维度Z上向外)传播，以被在方向78观察显示器14的用户(例如观察者76)所看到。
显示层81可包括衬底，诸如衬底96。衬底96可由玻璃、塑料、陶瓷或其他合适的透明材料形成。衬底96可具有矩形轮廓或其他合适的形状。诸如外(上)表面106和内(下)表面104的衬底96的表面可为平坦的(如图13所示)或可为弯曲的。
不透明(例如，黑色)掩蔽材料，例如无机不透明材料(例如，铬)或有机不透明材料(例如，黑色墨水或黑色塑料)可用于形成外围边界区域100中的外围边界掩模98(例如，围绕显示器14的中央矩形有源区的矩形环)。不透明掩蔽材料也可用于形成分隔各个像素40的不透明矩阵(例如，黑矩阵)。如图13所示，掩蔽材料98可在外围边界区域100中衬底96的内部表面104上形成(作为示例)。
可在形成不透明掩蔽材料98之后在衬底96的内表面上形成可选的平面化层诸如层102(例如，可沉积所述层102以覆盖掩蔽材料98)。平面化层102可由以下材料的层形成：氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、诸如丙烯酸类树脂的有机材料、其他透明的平整化材料、或这些材料的两种或更多种的组合。可通过以下技术来沉积层102：丝网印刷、旋涂、喷涂、物理气相沉积、化学气相沉积或其他合适的沉积技术。如果需要，可抛光层102以有助于使层102平整。
层108可在平面化层102上形成。层108，有时可被称为薄膜晶体管层，可包括显示器像素结构诸如结构110和导电结构诸如迹线112。结构110可包括薄膜晶体管诸如图6的薄膜晶体管52和电极诸如图6的电极结构62。迹线112可包括栅极线44、数据线42、以及其他导电线。结构110和结构112可由薄膜晶体管材料(例如，多晶硅或非晶硅)、诸如金属和透明导体(例如氧化铟锡)的导电材料，或其他合适的材料形成。
诸如焊料凸块114的焊料连接可用于将显示驱动器集成电路36或其他外部电路系统连接到薄膜晶体管层108中的迹线112。集成电路36可安装在衬底96上，使得通过与掩蔽材料98的部分重叠而完全或部分地覆盖集成电路36(即，使得通过与掩蔽层98重叠，使集成电路36被遮挡而不被观察者76看到)。
滤色器层116可在层108上形成。滤色器层116可例如使用以下技术沉积在层108上：物理气相沉积、化学气相沉积、喷墨印刷、喷涂、移印、丝网印刷、旋涂、或其他沉积技术。滤色器层116可包括滤色器元件116’的阵列，每个滤色器元件都可与像素阵列34中不同的相应显示器像素40相关。图13示出了三个元件116’(被标记为红色R、绿色G和蓝色B)。一般来讲，滤色器阵列层116可包括任何合适数量的像素(例如，数百个或更多、数千个或更多、数万个或更多，等等)。层116和层108可具有任何合适的厚度。例如，层116和层108可各自小于20微米厚，小于10微米厚，或小于4微米厚(作为示例)。
液晶层60可被夹在衬底96(以及在衬底96的下表面104上形成的结构，例如薄膜晶体管层108和滤色器层116)和内显示层诸如内显示层118之间。层118可由诸如玻璃、陶瓷、塑料、或足够透明的其他物质的材料形成，以允许背光66穿过显示层81的显示器像素。层118可例如由透光玻璃或塑料的矩形片材形成(作为示例)。如结合图7所述，显示器14的上表面诸如衬底96的表面106可被诸如上偏光器68的上偏光器层覆盖，并且可(如结合图9和图11所述)被可选的显示器覆盖层诸如显示器覆盖层84和/或涂层诸如防污涂层、抗划伤涂层和防反射涂层覆盖。图13中显示器14的下表面(例如，层118的下表面120)可被诸如层74的下偏光器层覆盖。
图14为处于某种配置的显示器14的横截面视图，在该配置中，滤色器层116已使用与薄膜晶体管衬底层96分开的衬底层来实现。在该配置中，液晶材料60可插入薄膜晶体管层108和滤色器阵列层116之间。与图13的显示器14一样，图14的显示器14可使用背光结构86提供有背光66。背光66可穿过显示器14的显示层81在维度Z上垂直地向上(向外)传播，以被在方向78观察显示器14的用户(例如观察者76)所看到。
显示层81可包括衬底，例如衬底96。与图13的衬底96相同，图14的衬底96可由玻璃、塑料、陶瓷、或其他合适的透明材料形成。衬底96可具有矩形轮廓或其他合适的形状。诸如外(上)表面106和内(下)表面104的衬底96的表面可为平坦的(如图14所示)或可为弯曲的。
不透明掩蔽材料，例如无机不透明材料(例如，铬)或有机不透明材料(例如，黑色墨水或黑色塑料)，可用于形成外围边界区域100中的外围边界掩模98。不透明掩蔽材料也可用于形成分隔各个像素40的不透明矩阵。黑色掩蔽材料98可在衬底96的内部表面104上形成(作为示例)。
可在形成不透明掩蔽材料98之后在衬底96的内表面上形成可选的平面化层诸如层102。平面化层102可由以下材料的层形成：氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、诸如丙烯酸类树脂的有机材料、其他透明的平整化材料、或这些材料的两种或更多种的组合。可使用以下技术将层102沉积在衬底96上的掩蔽材料98和其他结构之上：丝网印刷、旋涂、喷涂、物理气相沉积、化学气相沉积、或其他合适的沉积技术。如果需要，可抛光层102以有助于使层102平整。
层108可在平面化层102上形成。层108，有时可被称为薄膜晶体管层，可包括显示器像素结构诸如结构110和导电结构诸如迹线112。结构110可包括薄膜晶体管诸如图6的薄膜晶体管52和电极诸如图6的电极结构62。迹线112可包括栅极线44、数据线42、以及其他导电线。结构110和结构112可由薄膜晶体管材料(例如，多晶硅或非晶硅)、诸如金属和透明导体(例如氧化铟锡)的导电材料、或其他合适的材料形成。
诸如焊料凸块114的焊料连接可用于将显示驱动器集成电路36或其他外部电路系统连接到薄膜晶体管层108中的迹线112。显示驱动器集成电路36可安装在掩蔽层98的下方，使得掩蔽层98遮挡集成电路36使其不被观察者76看到。
滤色器阵列116可由衬底形成，该衬底通过液晶材料插入层诸如液晶层60与层108分开。滤色器阵列116可例如由滤色器元件的阵列形成，所述滤色器元件使用以下技术沉积在诸如玻璃层、塑料层、陶瓷层、或其他透明材料片材层的衬底上：物理气相沉积、化学气相沉积、喷墨印刷、喷涂、移印、丝网印刷、旋涂、或其他沉积技术。
图14的滤色器层116可包括滤色器元件116’的阵列，每个滤色器元件都可与像素阵列34中不同的相应显示器像素40相关。图14示出了示例性元件116’(被标记为红色R、绿色G和蓝色B)。一般来讲，滤色器阵列层116可包括与任何合适数量的相应显示器像素40相对应的任何合适数量的滤色器元件116’(例如，数百个或更多、数千个或更多、数万个或更多，等等)。
如图14所示，液晶层60可被夹在诸如衬底96的上显示层(以及在衬底96的下表面104上形成的结构，诸如薄膜晶体管层108)和下显示层诸如滤色器阵列116之间。滤色器阵列116中的衬底层可由诸如玻璃、陶瓷、塑料、或足够透明的其他物质的材料形成，以允许背光66穿过显示层81的显示器像素。层116可例如由透光玻璃或塑料的矩形片材形成(作为示例)。显示器14的上表面诸如薄膜晶体管衬底96的表面106可被上偏光器层诸如上偏光器68覆盖，并且可被可选的显示器覆盖层诸如显示器覆盖层84和/或涂层诸如防污涂层、抗划伤涂层和防反射涂层覆盖。图14中显示器14的下表面(例如，滤色器阵列116的下表面122)可被诸如层74的下偏光器层覆盖。
滤色器阵列116中的滤色器元件116’可通过不透明材料(有时称为黑矩阵材料或不透明掩蔽材料)的线分开。黑矩阵可用于遮挡金属线和其他结构使其不被设备10的用户看到，并且可有助于减少相邻像素之间的漏光。黑矩阵可由不透明有机或无机材料诸如铬和黑色墨水形成(作为示例)。图15中滤色器阵列116的顶视图示出了黑矩阵124可如何形成侧向插入相应滤色器元件116’之间的不透明掩蔽线的栅格。掩蔽线的宽度(如图15所示的宽度W)可小于50微米、小于30微米、小于20微米、小于15微米、小于10微米、小于7微米、小于3微米、或任何其他合适的宽度。滤色器元件116’的侧向尺寸可为500微米或更小、100微米或更小、50微米或更小、或25微米或更小(作为示例)。例如，阵列116中的矩形滤色器元件116’可提供有25微米×75微米的像素尺寸(作为示例)。
期望减小相对于滤色器元件116’的侧向尺寸D的黑矩阵线宽度W的量值以改善显示器亮度(即，亮度效率)。可使用图13所示类型的布置(其中滤色器元件层116’已沉积在薄膜晶体管层108上)紧邻薄膜晶体管、电极和薄膜晶体管层108的其他结构来形成滤色器阵列层116。这可有利于滤色器阵列中的黑矩阵与层108中的底层结构之间的准确对准，从而允许将黑矩阵线宽度W的量值最小化。
如图16所示，薄膜晶体管层108可在衬底96上形成。每个电极62(即，图16的示例中的三个公共电极指状结构的每个组)可被配置为与相应的滤色器元件116’重叠。在背光66穿过薄膜晶体管层108的像素并被观察者76在方向78上看到之前，滤色器元件116’可用于为背光66赋予颜色。黑矩阵材料124的线可被配置为与薄膜晶体管层108中的结构诸如结构126(例如，栅极线44、数据线42等)重叠，从而遮挡结构126使其不被看到。薄膜晶体管层108的厚度T以及从而维度Z上滤色器层116与衬底96的表面104上的薄膜结构之间的垂直间隔可相对较小(例如，小于25微米、小于5微米、小于2微米等)。小厚度T和在层108上形成滤色器层116的能力允许黑矩阵线124相对于结构126准确地对准。该准确对准允许黑矩阵线124的尺寸W最小化(例如，使其小于50微米、小于30微米、小于20微米、小于15微米、小于10微米、小于7微米、小于3微米、或为其他合适的宽度)。通过最小化相对于滤色器元件116’的侧向尺寸(例如，尺寸D)的W，可提高显示器亮度(例如，显示器14传输给定量的背光66的效率)。
配置显示器14使得观察者76透过薄膜晶体管衬底96和电极62而非滤色器116看到显示器像素40，可以减少相邻像素之间的漏光效应。作为示例，考虑图17的显示器14。如图17所示，观察者76可以通过在诸如方向78A和78B的方向上查看而透过衬底96和薄膜晶体管层108查看显示器14。(为清楚起见，已从图17中省略了偏光器层、覆盖玻璃、背光结构和其他层)。背光66穿过液晶材料60。电极62位于衬底96上的薄膜晶体管层108中，因此在液晶材料60中产生的电场在层108附近最强，而在层118附近最弱。滤色器阵列116和滤色器元件116’可沉积在薄膜晶体管层108上。层118可由透光玻璃、透光塑料、或其他透明材料形成。
针对图17中的绿色“G”像素，示出了层60中的电场强度随与层108的距离增加而逐渐变弱。在图17示例中，红色像素“R”和蓝色像素“B”并未在其相应电极62上接收信号，因此与R和B像素相关的液晶层60的部分中的液晶60’尚未旋光，如图17所示。然而，与绿色(“G”)像素相关的电极62正接收信号(在该示例中)并由此在层60的相邻部分中产生电场。因此，绿色(“G”)像素中电极62上方的液晶60’旋光。由于绿色像素中的电场强度随远离薄膜层108和电极62进入层60中的距离增加而减小，因此绿色像素中的液晶60’的旋光量按照远离层108进入层60中的增加距离的相应量而减小，如图17所示。
当“共轴”(即，沿着平行于衬底96的表面法线n的方向)观察显示器40的像素时，背光66将通常不会明显漏入相邻的像素中，并且像素颜色将不趋于彼此渗色。然而，当观察者76沿着偏轴角度(例如与图17的方向78A和78B相关的角度)观察显示器14时，存在这样的风险：观察者将透过另一个像素的滤色器看到与一个像素相关的液晶材料的一部分。如果没有很好的控制，则这种效应可以通过降低颜色精度而降低显示器性能。
可借助于图17所示类型的显示器提高偏轴性能，因为具有导致干涉作用可能的偏轴光线具有相对低的强度。当观察者76观察沿观察轴线78B传播的光66时，观察者76将观察到已传播穿过强旋光(即，强“导通”)的液晶60’和滤色器层116中绿色(“G”)滤色器元件116’的相应部分的光66。观察者沿着轴线78B观察绿色像素的中心将由此正确地观察到绿色像素正在发射绿色背光66并具有绿颜色。然而，当观察者76观察沿观察轴线78A传播的光66时，观察者76将观察到已传播穿过弱旋光(即，弱“导通”)的液晶60’和滤色器层116中红色(“R”)滤色器元件116’的相应部分的光66。图17示例中的红色像素已被“关闭”(即，红色像素的液晶60’尚未旋光)，因此观察者不应透过红色滤色器元件116’观察到任何红光。观察者沿轴线78A观察到的红光66由此表示色彩误差源并且往往会降低显示器性能。然而，由于沿轴线78A传播的红光穿过其中的液晶60’弱旋光，因此观察者76观察到的错误红光的量值(强度)将趋于较小。对于显示器14表现出相邻像素之间的渗色的减少趋势可用于提高颜色精度和/或降低黑矩阵124的宽度，从而提高显示器亮度效率。
在常规显示器中，存在相邻像素之间颜色干涉的更大可能性。作为示例，考虑这样一种情况，其中图17的层118用于实现常规滤色器阵列，并且滤色器层116被省略。在该情形中，常规背光66’在沿轴线78’穿过层118的红色滤色器元件部分150之前，将穿过绿色像素中强旋光的液晶60’。当打开绿色像素时，常规显示器的偏轴观察者76’将由此观察到显著的错误红光分量。
以上所述仅是说明本发明的原理，并且在不脱离本发明范围和实质的情况下，本领域内的技术人员可以做出各种修改。

Claims (9)

1.一种显示器，所述显示器具有有源区域和围绕有源区域的外围边界区域，所述显示器包括：
薄膜晶体管层；
包括滤色器元件的滤色器层；
背光体；
液晶材料，其中所述液晶材料插入所述薄膜晶体管层和所述滤色器层之间，并且其中所述滤色器层插入所述液晶材料和所述背光体之间；以及
不透明矩阵，所述不透明矩阵插入所述滤色器元件之间；
不透明掩蔽材料的层，其位于所述薄膜晶体管层上，其中所述不透明掩蔽材料的层被形成在显示器的外围边界区域中并且不延伸到显示器的有源区域中。
2.根据权利要求1所述的显示器，还包括：平整层，所述平整层插入所述不透明掩蔽材料的层和所述薄膜晶体管层中的一层薄膜晶体管之间。
3.根据权利要求1所述的显示器，还包括在所述不透明掩蔽材料的层下方的外围边界区域中安装到所述薄膜晶体管层的显示驱动器集成电路，其中所述不透明掩蔽材料的层与所述显示驱动器集成电路重叠以遮挡所述显示驱动器集成电路使其不被看到。
4.一种显示器，所述显示器具有有源区域和围绕有源区域的外围边界区域，所述显示器包括：
第一衬底；
第一衬底上的薄膜晶体管的层；
位于所述外围边界区域中的不透明材料，所述不透明材料围绕有源区域形成环形边界，其中所述不透明材料不遮挡有源区域，从而使得所述有源区域能够被看见；
第二衬底；
第二衬底上的滤色器元件的阵列；
第二衬底上的黑矩阵，所述黑矩阵将阵列中的滤色器元件分开；以及
插入所述薄膜晶体管的层和多个滤色器元件之间的液晶层。
5.根据权利要求4所述的显示器，还包括：显示驱动器集成电路，所述显示驱动器集成电路电连接到所述薄膜晶体管的层并且在不透明材料下的外围边界区域中被安装到第二衬底。
6.根据权利要求4所述的显示器，还包括：平整层，所述平整层插入所述不透明材料和所述薄膜晶体管的层之间。
7.一种电子设备，包括：
外壳；和
安装在所述外壳中的显示器，其中所述显示器包括：
像素阵列；
上显示衬底；
形成在上显示衬底上的薄膜晶体管；
在不重叠所述像素阵列的情况下围绕所述像素阵列的形成在上显示衬底上的外围边界掩模；
下显示衬底；
多个滤色器和形成在下显示衬底上的黑矩阵，其中所述黑矩阵将所述多个滤色器中的各个滤色器分开；以及
导光板，
其中所述多个滤色器和所述黑矩阵插入所述薄膜晶体管和导光板之间。
8.根据权利要求7所述的电子设备，进一步包括：
形成在上显示衬底上的平整层，其中所述平整层插入所述外围边界掩模和薄膜晶体管层之间。
9.根据权利要求7所述的电子设备，其中显示器还包括：电连接到薄膜晶体管的显示驱动器集成电路，其中所述外围边界掩模与所述显示驱动器集成电路重叠以遮挡所述显示驱动器集成电路使其不被看到。
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