CN104716161A - 黑色矩阵、平面显示器及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种黑色矩阵、包括黑色矩阵的平面显示器及其制作方法。黑色矩阵布置在位于第一平面的平面基底上，所述黑色矩阵包括光吸收层、微结构层以及设置在微结构层的与光吸收层相反侧的侧面上的光反射层；其中，微结构层被配置成使得入射到光反射层的光经过光反射层反射后相对于第一平面斜向地出射。光吸收层可以形成在微结构层的侧面上，也可以形成在基底上。

Description

黑色矩阵、平面显示器及其制作方法
技术领域
本发明涉及平面显示领域，尤其涉及一种黑色矩阵和包括黑色矩阵的平面显示器及其制作方法。
背景技术
在现在生活中越来越多地使用平面显示器。有机电致发光器件(OLED)因具有自发光、高亮度、高效率、轻薄、宽视角和易加工等特性、以及低电压驱动、易于大面积制备及全色显示等优点具有广阔的应用前景，得到人们的广泛关注。视角方面，拥有超过160度上下左右的广视角，适合观看；辉度佳、高亮度、高对比使其画质优异；反应速度快，在10μs甚至1μs以下，使用便利；利用RGB萤光材料或是彩色滤光片可以达成全彩化的目标，使得应用面广泛；采用塑料底材具有挠性的优点，促成可弯曲显示器的实现；操作温度广泛从摄氏-40度到摄氏60度均可。然而其高亮度、高对比，省功耗的特性确因外界照明的干扰而导致显示品质有所下降。目前常用的技术方案为在OLED显示器外贴附一层圆偏振偏光片。经由金属反射电极的反射环境光将由偏光片吸收进而提高对比与显示效果,但其代价是一般圆偏振偏光片的透过率在42～44％左右,也就是有超过一半的能量损失,大幅降低了OLED显示器自发光省电优势。对目前的显示方案而言,微腔加CF的方案或白光加CF的方案已可有20～30％的反射率,然而对产品应用而言仍稍有不足。
图1是现有的一设置于平面显示器的黑色矩阵结构示意图。如图1所示，现有的黑色矩阵结构10设置于平面显示器的基底20上，且黑色矩阵结构10包括设置在基底20表面的氧化铬层12、设置于氧化铬层12表面的氮化铬层14，以及设置于氮化铬层14表面的铬层16。基底20的另一表面为平面显示器的显示面。当环境光射入基底20时，黑色矩阵结构10会吸收部分的环境光，由此降低环境光造成的反射，提高显示器的对比。
然而，需要进一步提高黑色矩阵对环境光的吸收，进一步降低显示器的反射率，同时避免发光效率的降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种黑色矩阵和包括黑色矩阵的平面显示器，其对环境光吸收的能力被提高，同时出光的阻挡被减轻，即，在增进大视角的出光同时将黑色矩阵的光反射层对光的反射局限在器件内，避免影像对比度不佳的问题；还解决现有技术中因为透明介质的折射率缘故导致光耦合效率低的问题。
本发明的目的还在于提供一种制作黑色矩阵和包括黑色矩阵的平面显示器的方法。
根据本发明的一个实施例，提供一种黑色矩阵，布置在位于第一平面的平面基底上，所述黑色矩阵包括光吸收层、微结构层以及设置在微结构层的与光吸收层相反侧的侧面上的光反射层，光吸收层形成在微结构层的朝向基底的侧面上；其中，微结构层被配置成使得入射到光反射层的光经过光反射层反射后相对于第一平面斜向地出射。
根据本发明的一个实施例，提供一种黑色矩阵，所述黑色矩阵布置在位于第一平面的平面基底上，所述黑色矩阵包括光反射层、微结构层以及设置在微结构层的与光反射层相反侧的光吸收层，光吸收层形成在平面基底上；其中，微结构层被配置成使得入射到光反射层的光经过光反射层反射后相对于第一平面斜向地出射。
根据本发明的一个实施例，提供一种平面显示器，包括如前述的黑色矩阵。
根据本发明的一个实施例，提供一种制作用于平面显示器的黑色矩阵的方法，包括：提供基底，在基底上制作微结构；在该微结构上制作光吸收层；在光吸收层上制作微结构层；在微结构层上制作光反射层；其中，微结构层被配置成使得入射到光反射层的光经过光反射层反射后相对于第一平面斜向地出射。
根据本发明的一个实施例，提供一种制作用于平面显示器的黑色矩阵的方法，包括：提供基底，在基底上制作光吸收层；在所述光吸收层上制作微结构层；在微结构层上制作光反射层；其中，微结构层被配置成使得入射到光反射层的光经过光反射层反射后相对于第一平面斜向地出射。
根据本发明的一个实施例，提供一种制作平面显示器的方法，包括：如前述在第一基底上制作黑色矩阵；在第二基底上制作有机发光二极管；将具有黑色矩阵的第一基底与具有机发光二极管的第二基底对准压合。
附图说明
图1示出现有技术的黑色矩阵的结构示意图。
图2示出根据本发明一个实施例的平面显示器的示意截面图。
图3示出根据本发明一个实施例的黑色矩阵在显示侧看的平面示意图。
图4示出根据本发明一个实施例的黑色矩阵的透视示意图。
图5示出根据本发明另一实施例的平面显示器的示意截面图。
图6示出根据本发明还一实施例的平面显示器的示意截面图。
图7示出根据本发明还一个实施例的黑色矩阵在显示侧看的平面示意图。
图8示出根据本发明还一实施例的平面显示器的示意截面图。
具体实施方式
尽管本发明容许各种修改和可替换的形式，但是它的具体的实施例通过例子的方式在附图中示出，并且将详细地在本文中描述。然而，应该理解，随附的附图和详细的描述不是为了将本发明限制到公开的具体形式，而是相反，是为了覆盖落入由随附的权利要求限定的本发明的精神和范围中的所有的修改、等同形式和替换形式。附图是为了示意，因而不是按比例地绘制的。
下面根据附图说明根据本发明的多个实施例。
图2示出根据本发明的一个实施例的一种平面显示器100。根据本发明的一个实施例的平面显示器可以包括基底101。基底101位于第一平面。平面显示器还可以包括黑色矩阵110，布置在位于第一平面的基底101上。在图2中，黑色矩阵110位于基底101的上侧，基底101的下侧是显示面侧。外部环境的光入射到基底101，部分环境光被黑色矩阵110吸收，降低平面显示器100的显示面的光反射。在根据本发明一个实施例中，黑色矩阵110可以布置在光介质层160中，黑色矩阵110之间形成开口区170。
根据本发明的一个实施例的黑色矩阵110可以包括微结构层111、光吸收层113以及光反射层112，光反射层112设置在微结构层111的与光吸收层113相反侧。光吸收层113覆盖微结构层的一侧的至少部分。光反射层112覆盖微结构层的另一侧面的至少部分。
在根据本发明的一个实施例的黑色矩阵中，如图2所示，黑色矩阵110的微结构层111形成为棱形。在如图2所示的剖面图中，微结构层111布置成与第一平面形成角度的形式，即，微结构层的一部分与第一平面形成锐角，或者替换地，微结构层的另一相对的部分与第一平面形成钝角。光吸收层113与光反射层112分别形成在微结构层111的两侧，即，光吸收层113布置在微结构层111的朝向基底101的一侧。在光吸收层113和基底101之间可以形成空间。在光吸收层113和基底101之间形成的空间中可以填充透明材料。
在一个替换的实施例中，首先在基底101上由透明材料形成微结构，然后在微结构上形成光吸收层113，光吸收层113覆盖微结构的至少部分表面，随后依次形成微结构层111和光反射层112，光反射层112覆盖微结构层的至少部分表面。
在一个替换的实施例中，在光吸收层113和基底101之间形成的空间中可以不填充任何材料。首先在基底101上形成光吸收层113，例如由金属层或有机材料形成中空的光吸收层113，然后在光吸收层113上形成微结构层111，再在微结构层111上形成光反射层112，从而形成黑色矩阵。
在根据本发明的一个实施例的黑色矩阵110中，光反射层112反射垂直地入射到黑色矩阵110的光，从而使得这些垂直入射的光相对于第一平面斜向地反射离开光反射层112。换句话说，在如图2所示的实施例中，垂直于第一平面入射的光被光反射层112改变传播方向，相对于第一平面斜向地反射，至少部分光经由黑色矩阵之间的开口区出射。这样，原本垂直地入射到黑色矩阵上的光不再是被垂直反射回去(在常规的平面的黑色矩阵的情形中)，而是被具有倾斜地布置的反射面的黑色矩阵反射到其他方向，最终部分光从开口区射出。
在根据本发明的一个实施例的黑色矩阵中，光反射层112可以是具有高反射率的材料层。例如，光反射层112可以是具有高反射率的金属层。光反射层112的厚度可以是数十纳米至若干微米。光吸收层113可以是铬金属，或黑色树脂。光吸收层113可以是金属。光吸收层113可以是金属化合物。光吸收层113可以是有机小分子，或者可以是有机高分子，或者可以是其他半导体材料。光吸收层113的厚度可以是数十纳米至若干微米。在根据本发明的一个实施例的黑色矩阵中，光吸收层113可以是多层结构，从而进一步加强光的吸收，使得入射到光吸收层的光更少地被反射。
为了进一步示出黑色矩阵110的结构，图3示出从基底的正面看黑色矩阵110的平面图。图4示出布置在基底上的黑色矩阵的透视图。根据本发明一个实施例的黑色矩阵可以是棱镜的形状。根据本发明一个实施例的黑色矩阵也可以是金字塔的形状。根据本发明一个实施例的黑色矩阵还可以是四面体的形状。图2中的黑色矩阵的尺寸可以在数百纳米至数微米之间。例如，黑色矩阵的微结构层111的长可以在3um至5um之间，宽可以在3um至5um之间。黑色矩阵之间的节距或间距可以在几微米至几十微米之间。
由于根据本发明的实施例的微结构层的设置，平面显示器中的黑色矩阵的光反射层与有机发光二极管的光源之间的距离被减小。在本实施例中，整个黑色矩阵对光重新导引的位置发生在光反射层112与有机发光二极管光源130之间，其厚度小于20um，参照常规平面显示器中材料的吸收系数可得知，在这样的结构中影像模糊的问题不明显。换句话说，由于根据本发明的实施例的结构，平面显示器中的影像模糊的问题至少部分被减轻。
图5示出根据本发明另一实施例的平面显示器200。平面显示器200和平面显示器100基本上相同，除了黑色矩阵210具有以下不同的结构。在根据本实施例的平面显示器200中，黑色矩阵210包括半球形微结构层211，在微结构层211的相对的两侧分别是光反射层212和光吸收层213。
根据本发明的实施例的黑色矩阵210具有半球形的形状，图5示出了黑色矩阵的截面图。
根据本发明的实施例，可以在基底201上使用高分子材料形成光吸收层213，光吸收层213是空的半球形状；随后在光吸收层213上形成微结构层211，再在微结构层211上形成光反射层212。
根据本发明的另一实施例，可以在基底201上由透明材料形成半球形微结构，然后在微结构上形成光吸收层213，光吸收层213覆盖微结构的至少部分；随后在光吸收层213上形成微结构层211，再在微结构层211上形成光反射层212。
图6示出了根据本发明的实施例的黑色矩阵的另一变形形式。平面显示器300和平面显示器100基本上相同，除了黑色矩阵310具有以下不同的结构。在图6中，黑色矩阵310包括截顶半球形形状。与图5中示出的黑色矩阵200不同的是，黑色矩阵310包括微结构层311，微结构层311为半球形，并且微结构层311的顶部不是封闭的。这里“截顶半球形”指的是半球形的顶部不是完整的，类似半球形状被截去顶部之后形成的形状。也就是说，在这种截顶半球形的黑色矩阵的情形中，部分入射光没有被反射，而是透射穿过了黑色矩阵，这样出光率被提高。
根据本发明的实施例，可以在基底301上由透明材料形成截顶半球形微结构，在微结构上形成光吸收层313，光吸收层313覆盖微结构的至少部分；然后，在光吸收层313上形成微结构层311，在微结构层上形成光反射层312，从而形成如图6所示的黑色矩阵。
图7示出黑色矩阵310的另一视图，即从基底面看时黑色矩阵的形貌。
图8示出根据本发明另一实施例的平面显示器400。平面显示器400和平面显示器100基本上相同，除了黑色矩阵410具有以下不同的结构。平面显示器400包括黑色矩阵410。黑色矩阵410包括微结构层411以及微结构层411的相对侧的光反射层412和光吸收层413。在本发明的一个实施例中，如图8所示，光吸收层413布置在基底401上，光吸收层413可以是平面的层状结构；光反射层412布置在微结构层411的与光吸收层413相对的另一侧面上。微结构层411可以是棱镜的形状。微结构层411可以是金字塔的形状。微结构层411可以是四面体的形状。在光吸收层413和微结构层411之间可以形成空间。在一个实施例中，该空间可以填充不透明材料。在一个实施例中，该空间可以填充透明材料，即微结构层可以是实心结构。在一个实施例中，该空间可以不填充材料。
根据本发明的实施例，可以首先在基底401上形成光吸收层413，光吸收层413是平面的膜；随后，在光吸收层413上形成微结构，再在微结构上依次形成微结构层411和光反射层412。微结构可以由透明材料或不透明材料或半透明材料形成。微结构可以是椭圆形、卵形、菱形、截顶锥形、截顶卵形、截顶椭圆形。黑色矩阵的微结构可以是其他任何形状，黑色矩阵的微结构形成为使得微结构上的光反射层改变垂直第一平面入射的光的方向。
根据本发明的实施例，可以首先在基底401上形成光吸收层413，光吸收层413是平面的膜；随后，在光吸收层413之上形成微结构层411，再在微结构层411上形成光反射层412。根据本实施例，微结构层411和光吸收层413之间形成空的空间。在根据本发明的实施例中，黑色矩阵的微结构层可以是椭圆形、卵形、菱形、截顶锥形、截顶卵形、截顶椭圆形。黑色矩阵的微结构层可以是其他任何形状，黑色矩阵的微结构层形成为使得微结构层上的光反射层改变垂直第一平面入射的光的方向。
通过这样的方式，使用光反射层改变入射的光的传播方向，使得至少部分的光可以不被局限在透明介质层中。例如，部分光可以从开口区中出射，这样提高了出光率，改善光耦合效率。上面的实施例给出了微结构层的不同的布置和结构。微结构层上的光反射层因而可以具有由多个平面构成的多面形状，每个平面与第一平面构成非90度的角度；微结构层上的光反射层因而也可以具有曲面的形状，光反射层的曲面表面的切线方向与第一平面构成非90度的角度，并且，由于曲面的特性，曲面表面的切线方向与第一平面成变化的角度。这些光反射层的表面至少改变部分光的传播方向。
根据本发明的实施例的平面显示器100、200、300以及400还可以包括光源130、230、330、430，该光源130、230、330、430是包括有机发光二极管。平面显示器100、200、300以及400还可以包括电极层140、240、340、440。平面显示器还包括其他功能层，本领域技术人员可以根据实际需要设置不同的功能层。
根据本发明的实施例，提供平面显示器100的制作方法。根据本实施例的平面显示器100的制作方法，包括：提供基底101，在基底101上制作棱镜形状或四面体形状的微结构；在微结构上形成光吸收层113，光吸收层113覆盖微结构的至少部分；在光吸收层上形成微结构层111；在微结构层111上形成光反射层112，光反射层112覆盖微结构层111的至少部分。
根据本实施例的平面显示器200的制作方法，包括：提供基底201，在基底201上制作半球形形状的微结构；在微结构上形成光吸收层213；在光吸收层上形成微结构层211；在微结构层211上形成光反射层212。
根据本实施例的平面显示器300的制作方法，包括：a)提供基底301，在基底301上制作半球形形状的微结构；b)在微结构上形成光吸收层313；c)在光吸收层上形成微结构层311；d)在微结构层311上形成光反射层312。根据本实施例的平面显示器300的制作方法，还包括：在a)、b)、c)、d)中的任一步骤，截去半球形微结构的顶部。
根据本发明的实施例，上述微结构可以是四面体形状、半球形、椭圆形、卵形、截顶棱镜形、截顶半球形、截顶椭圆形、截顶卵形等其他形状。根据本发明的实施例，上述微结构可以是透明的微结构。根据本发明的实施例，上述微结构可以是光吸收材料形成的微结构。
根据本实施例的平面显示器400的制作方法，包括：提供基底401，在基底401上制作光吸收层413；在光吸收层413上形成棱镜形微结构层411；在微结构层411上形成光反射层412。根据本实施例的平面显示器400的制作方法，其中微结构层411还可以是半球形、椭圆形、卵形、截顶棱镜形、截顶半球形、截顶椭圆形、截顶卵形等其他形状。
根据本实施例的平面显示器的制作方法，包括：如上所述那样在基底上制作黑色矩阵；在另一基底上制作有机发光二极管；将具有黑色矩阵的基底与具有机发光二极管的另一基底对准压合。
根据本实施例的平面显示器的制作方法，还可以包括：在另一基底上形成其他功能器件。
虽然本总体专利构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体专利构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。

Claims (18)

1.一种黑色矩阵，所述黑色矩阵布置在位于第一平面的平面基底上，所述黑色矩阵包括光吸收层、微结构层以及设置在微结构层的与光吸收层相反侧的侧面上的光反射层，光吸收层形成在微结构层的朝向平面基底的侧面上；
其中，微结构层被配置成使得入射到光反射层的光经过光反射层反射后相对于第一平面斜向地出射。
2.一种黑色矩阵，所述黑色矩阵布置在位于第一平面的平面基底上，所述黑色矩阵包括光反射层、微结构层以及设置在微结构层的与光反射层相反侧的光吸收层，光吸收层形成在平面基底上；
其中，微结构层被配置成使得入射到光反射层的光经过光反射层反射后相对于第一平面斜向地出射。
3.根据权利要求1或2所述的黑色矩阵，其中微结构层形成为使得光反射层与第一平面不垂直。
4.根据权利要求1或2所述的黑色矩阵，其中微结构层形成为使得光反射层的切线方向与第一平面成变化的角。
5.根据权利要求1所述的黑色矩阵，其中，光吸收层覆盖微结构层的朝向平面基底的侧面的至少部分。
6.根据权利要求1或2所述的黑色矩阵，其中，光反射层覆盖微结构层的表面的至少部分。
7.根据权利要求1或2所述的黑色矩阵，其中光反射层是具有高反射率的金属层。
8.根据权利要求1或2所述的黑色矩阵，其中黑色矩阵的形状是选自由下列构成的组中的一种：棱镜形、四面体形、半球形、卵形、椭圆形、截顶锥形、截顶半球形、截顶卵形、截顶椭圆形。
9.根据权利要求1或2所述的黑色矩阵，其中光吸收层形成在基底上。
10.根据权利要求1所述的黑色矩阵，其中黑色矩阵还包括透明材料形成的微结构，光吸收层形成在微结构上。
11.一种平面显示器，包括如前述权利要求中任一项所述的黑色矩阵。
12.一种制作用于平面显示器的黑色矩阵的方法，包括：
提供基底，在基底上制作微结构；
在该微结构上制作光吸收层；
在光吸收层上制作微结构层；
在微结构层上制作光反射层；
其中，微结构层被构造成使得入射到光反射层的光经过光反射层反射后相对于第一平面斜向地出射。
13.一种制作用于平面显示器的黑色矩阵的方法，包括：
提供基底，在基底上制作光吸收层；
在所述光吸收层上制作微结构层；
在微结构层上制作光反射层；
其中，微结构层被构造成使得入射到光反射层的光经过光反射层反射后相对于第一平面斜向地出射。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中微结构层形成为使得光反射层与第一平面不垂直。
15.根据权利要求12或13所述的方法，其中微结构层形成为使得光反射层的切线方向与第一平面成变化的角。
16.根据权利要求12或13所述的方法，其中光反射层是具有高反射率的金属层。
17.根据权利要求12或13所述的方法，其中微结构的形状选自由下列构成的组：棱镜形、四面体形、半球形、卵形、椭圆形、截顶锥形、截顶半球形、截顶卵形、截顶椭圆形。
18.一种制作平面显示器的方法，包括：
如权利要求12-17任一项所述的方法在第一基底上制作黑色矩阵；
在第二基底上制作有机发光二极管；
将具有黑色矩阵的第一基底与具有机发光二极管的第二基底对准压合。
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