CN105629378B - 显示基板以及显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施例提供了一种光波导、制作所述光波导的方法、显示基板以及显示装置。所述光波导包括布置在曲面上的光纤阵列，其中所述光纤阵列中的每个光纤具有圆柱体的形状，并且每个光纤的轴线垂直于所述曲面。利用光纤的限制和混合作用，从所述光波导出射的强度和颜色在整个出射范围内是基本均匀的，有效地改善了显示装置的视角特性，解决了视角范围内的亮度不均匀和色偏的问题。
Description
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种光波导、制作所述光波导的方法、显示基板以及显示装置。
背景技术
在电致发光器件（例如但不限于OLED）中，不论是底发射模式还是顶发射模式，都有存在不同程度的共振腔效应。微共振腔效应主要是指不同能态的光子密度被重新分配，使得只有特定波长的光在符合共振腔模式后，得以在特定的角度射出。因此在电致发光器件和使用电致发光器件的显示装置中，出射的强度和颜色会随着出射角度而改变。
例如，对于OLED而言，不论是底发射还是顶发射器件都有不同程度的微共振腔效应。底发射OLED器件的阴极一般具有高反射率，阳极则有高穿透性，因此微共振腔效应并不十分显著；而顶发射OLED器件的阴极通常是半透明的金属电极，该金属电极中的反射造成多光束干涉，因此微共振腔效应较为显著。图1示出了现有的OLED器件的光强-角度分布示意图。其中以数值0-1指示归一化的光强。在OLED器件的出射方向上，光强具有极大值；随着视角的增加，光强逐渐减小。在色彩方面，现有的OLED器件以及各种显示器件（例如但不限于，液晶显示器）也具有类似的视角特性。
为改善这种视角特性，目前常见的方法是在OLED器件的出光面上涂覆一层散射层，但效果有限。
发明内容
因此，期望改善显示装置的视角特性，从而避免显示装置的视角特性所导致的显示效果的降低。
为此，本发明的实施例提供了一种光波导、制作所述光波导的方法、显示基板以及显示装置。利用光纤的限制和混合作用，从所述光波导出射的强度和颜色在整个出射范围内是基本均匀的，有效地改善了显示装置的视角特性，解决了视角范围内的亮度不均匀和色偏的问题。
本发明的实施例提供了一种光波导，所述光波导包括布置在曲面上的光纤阵列，其中所述光纤阵列中的每个光纤具有圆柱体的形状，并且每个光纤的轴线垂直于所述曲面。
可选地，所述圆柱体的形状满足D/L<0.33，其中D为所述圆柱体的直径，L为所述圆柱体的高。
可选地，所述光纤阵列中的每个光纤由第一材料制成，所述光纤的圆柱面由第二材料包裹；所述第一材料的折射率高于所述第二材料的折射率。
可选地，所述第一材料为Al2O3、MgO、Y2O3、CeF3、LaF3、SiO或YF3；所述第二材料为MgF2、SiO2、BaF2、AlF3、CaF2、LiF、Na3AlF6、Al3F14Na5或NaF。
可选地，所述光波导还包括柔性片，所述柔性片与所述光纤阵列一体成型，并且每个光纤的轴线垂直于所述柔性片的表面。
可选地，制作所述柔性片和所述光纤阵列的材料为PC或PMMA。
可选地，所述曲面为平面。
可选地，所述光纤阵列为六角形阵列。
本发明的实施例还提供了一种制作光波导的方法，所述方法包括：将光纤阵列布置在曲面上，其中所述光纤阵列中的每个光纤具有圆柱体的形状，并且每个光纤的轴线垂直于所述曲面。
可选地，所述圆柱体的形状满足D/L<0.33，其中D为所述圆柱体的直径，L为所述圆柱体的高。
可选地，所述曲面是基板的表面；将光纤阵列布置在曲面上的步骤包括：
在所述基板的表面制备第一材料层；
利用光刻工艺将所述第一材料层蚀刻为光纤阵列；
在所述光纤阵列的表面覆盖第二材料层；以及
除去所述光纤阵列中光纤顶部的第二材料层；
其中所述第一材料的折射率高于所述第二材料的折射率。
可选地，述第一材料为Al2O3、MgO、Y2O3、CeF3、LaF3、SiO或YF3；所述第二材料为MgF2、SiO2、BaF2、AlF3、CaF2、LiF、Na3AlF6、Al3F14Na5或NaF。
可选地，所述曲面是基板的表面；将光纤阵列布置在曲面上的步骤包括：
在所述基板的表面制备第一材料层；
将所述第一材料层压印为光纤阵列或具有光纤阵列的柔性片，每个光纤的轴线垂直于所述柔性片的表面。
可选地，所述第一材料为PC或PMMA。
可选地，所述曲面为平面。
可选地，所述光纤阵列为六角形阵列。
本发明的实施例还提供了一种显示基板，所述显示基板包括光输出表面和附着至所述光输出表面的如以上所述的光波导。
可选地，所述光输出表面是OLED阵列的光输出表面。
可选地，所述显示基板是柔性显示基板。
本发明的实施例进一步提供了一种显示装置，所述显示装置包括如上所述的显示基板。
本发明的实施例提供的光波导、制作所述光波导的方法、显示基板以及显示装置中，利用光纤的限制和混合作用，从所述光波导出射的强度和颜色在整个出射范围内是基本均匀的，有效地改善了显示装置的视角特性，解决了视角范围内的亮度不均匀和色偏的问题。
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他的附图。
图1示出了现有的OLED器件的光强-角度分布示意图；
图2示出了根据本发明实施例的光波导的结构示意图；
图3示出了根据本发明实施例的光波导的横截面局部示意图；
图4示出了根据本发明另一实施例的光波导的横截面局部示意图；以及
图5a-5d示出了根据本发明实施例的制作光波导的方法的各步骤的示意图。
具体实施方式
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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明专利保护的范围。
图2示出了根据本发明实施例的光波导的结构示意图，并且图3示出了根据本发明实施例的光波导的横截面局部示意图。如图2和图3所示，所述光波导100包括布置在曲面上的光纤阵列，其中所述光纤阵列中的每个光纤101具有圆柱体的形状，并且每个光纤101的轴线垂直于所述曲面。
其中，所述光纤阵列可以布置在如图2和图3所示的透光基板102上，也可以直接布置在发光装置或显示装置的光出射表面上。所述透光基板102、发光装置和显示装置的光出射表面可以是弯曲的表面或平面，因此术语“曲面”在本公开的上下文中可以是弯曲的表面或平面。
由于全反射效应，进入光纤的入射光在光纤内经历多次全反射，并且在每个光纤的光出射面上，出射光都将限制在一定的锥形范围内，该锥形由光纤内外折射率差决定，也就是由光纤的数值孔径NA决定。因此，即使进入每个光纤的光的强度和颜色是随角度而变化的，但经过光纤的传导和混合，从光纤出射的光的强度和颜色在所述锥形范围内都是基本均匀的。利用光纤的限制和混合作用，从所述光波导出射的强度和颜色在整个出射范围内是基本均匀的，有效地改善了显示装置的视角特性，解决了视角范围内的亮度不均匀和色偏的问题。
利用根据本发明实施例的光波导，可以将出射光均匀地分布在较大的视角范围内（如图3中的虚线所示），有效地改善了显示装置的视角特性。
将所述光波导施加在OLED阵列的光输出表面（或，OLED显示面板的光输出表面），能够有效地改善OLED显示装置的视角特性，解决视角范围内的亮度不均匀和色偏的问题。此外，本领域技术人员能够理解，可以根据像素的尺寸来预设所述光波导中的光纤的直径（即，所述圆柱体的直径D）。例如，对于约300nm*100nm的OLED像素尺寸，可以将所述光纤的直径预设为50nm-500nm；由于所述光纤的均匀分布，在基本不损失光线的情况下，所述光波导能有效地改善显示装置的视角特性，而无需对准各个像素和光纤。
可选地，所述圆柱体的形状满足D/L<0.33，其中D为所述圆柱体的直径，L为所述圆柱体的高。
当圆柱体的形状满足D/L<0.33时，光纤的限制和混合作用更加明显，有利于进一步改善显示装置的视角特性。
图4示出了根据本发明另一实施例的光波导的横截面局部示意图。可选地，所述光纤阵列中的每个光纤101由第一材料1011制成，所述光纤的圆柱面由第二材料1012包裹；所述第一材料1011的折射率高于所述第二材料1012的折射率。
利用第一材料和第二材料之间的折射率差异，光纤具有更好的限制作用，提高了全内反射的效率，并且还可以通过选择折射率差异来设定视角范围。
可选地，所述第一材料为Al2O3、MgO、Y2O3、CeF3、LaF3、SiO或YF3；所述第二材料为MgF2、SiO2、BaF2、AlF3、CaF2、LiF、Na3AlF6、Al3F14Na5或NaF。
可以利用溅射、蒸镀或化学气相沉积的工艺来制备第一材料和/或第二材料，并利用例如光刻工艺和离子束蚀刻工艺来制作光纤阵列。
可选地，所述光波导还包括柔性片，所述柔性片与所述光纤阵列一体成型，并且每个光纤的轴线垂直于所述柔性片的表面。
可以使用压印工艺来制作光波导，所形成的光波导可以灵活地施加到显示基板或显示装置的光输出表面。例如，图2-4中的透光基板102可以是柔性片，因此所述光波导100可以灵活地施加到显示基板或显示装置的光输出表面。
可选地，制作所述柔性片和所述光纤阵列的材料为PC或PMMA。
本领域技术人员能够理解，还可以使用其他有机/无机材料来制备所述柔性片和所述光纤阵列。
可选地，所述曲面为平面。
根据本发明实施例的光波导可以适用于平面显示基板或显示装置，然而也可以将所述光波导设置在弯曲的表面（例如曲面显示器的表面）上。
可选地，所述光纤阵列为六角形阵列。
使用六角形阵列可以将尽可能多的光纤布置在给定的面积上，减少光的损失。
本发明的实施例还提供了一种制作光波导的方法，所述方法包括：将光纤阵列布置在曲面上，其中所述光纤阵列中的每个光纤具有圆柱体的形状，并且每个光纤的轴线垂直于所述曲面。
由于全反射效应，进入光纤的入射光在光纤内经历多次全反射，并且在每个光纤的光出射面上，出射光都将限制在一定的锥形范围内，该锥形由光纤内外折射率差决定，也就是由光纤的数值孔径NA决定。因此，即使进入每个光纤的光的强度和颜色是随角度而变化的，但经过光纤的传导和混合，从光纤出射的光的强度和颜色在所述锥形范围内都是基本均匀的。利用光纤的限制和混合作用，从所述光波导出射的强度和颜色在整个出射范围内是基本均匀的，有效地改善了显示装置的视角特性，解决了视角范围内的亮度不均匀和色偏的问题。
可选地，所述圆柱体的形状满足D/L<0.33，其中D为所述圆柱体的直径，L为所述圆柱体的高。
当圆柱体的形状满足D/L<0.33时，光纤的限制和混合作用更加明显，有利于进一步改善显示装置的视角特性。
图5a-5d示出了根据本发明实施例的制作光波导的方法的各步骤的示意图。
可选地，如图5a-5d所示，所述曲面是基板103的表面；将光纤阵列布置在曲面上的步骤包括：
在所述基板103的表面制备第一材料层1011，如图5a所示；
利用光刻工艺将所述第一材料层1011蚀刻为光纤阵列，如图5b所示；
在所述光纤阵列的表面覆盖第二材料层1012，如图5c所示；以及
除去所述光纤阵列中光纤顶部的第二材料层1012，如图5d所示；
其中所述第一材料的折射率高于所述第二材料的折射率。
利用第一材料和第二材料之间的折射率差异，光纤具有更好的限制作用，提高了全内反射的效率，并且还可以通过选择折射率差异来设定视角范围。
可选地，述第一材料为Al2O3、MgO、Y2O3、CeF3、LaF3、SiO或YF3；所述第二材料为MgF2、SiO2、BaF2、AlF3、CaF2、LiF、Na3AlF6、Al3F14Na5或NaF。
可以利用溅射、蒸镀或化学气相沉积的工艺来制备第一材料和/或第二材料，并利用例如光刻工艺和离子束蚀刻工艺来制作光纤阵列。
实例1
步骤1：如图5a所示，利用真空蒸镀法（sputter、evaporation）或者化学气相沉积法（CVD）在OLED器件基板103上制备一层厚度为L的第一材料1011的薄膜（例如在500nm处折射率n=1.55～1.80）。所述第一材料可以是Al2O3（n=1.65）、MgO（n=1.70）、Y2O3（n=1.80）、CeF3（n=1.63）、LaF3（n=1.58）、SiO（n=1.55）或YF3（n=1.55）。
步骤2：在第一材料1011的薄膜上涂覆一层光刻胶（未示出），通过曝光显影将光刻胶制作成圆柱体阵列，光刻胶圆柱体直径为D；以Ar气作为等离子体，在垂直于所述OLED器件基板的方向上进行离子束刻蚀，将光刻胶圆柱体阵列形貌复制到所述第一材料的薄膜上，形成直径为D，高为L的圆柱体阵列，如图5b所示。
步骤3：如图5c所示，利用真空蒸镀法（sputter、evaporation）或者化学气相沉积法（CVD）在所述圆柱体阵列的表面覆盖一层厚度为例如100nm的第二材料1012的薄膜（例如在500nm处折射率n<1.5）。所述第二材料可以是MgF2（n=1.38）、SiO2（n=1.46）、BaF2（n=1.40）、AlF3（n=1.35）、CaF2（n=1.43）、LiF（n=1.36）、Na3AlF6（n=1.33）、Al3F14Na5（n=1.33）或NaF（n=1.29）。
步骤4：以Ar气体作为等离子体，在垂直于所述OLED基板的方向上进行离子束刻蚀。由于离子束刻蚀的各项异性和方向性，可以将所述圆柱体阵列顶部和圆柱体之间沟道的第二材料1012的薄膜刻蚀掉，从而形成包裹所述光纤的圆柱面的第二材料层，如图5d所示。
可选地，所述曲面是基板的表面；将光纤阵列布置在曲面上的步骤包括：
在所述基板的表面制备第一材料层；
将所述第一材料层压印为光纤阵列或具有光纤阵列的柔性片，每个光纤的轴线垂直于所述柔性片的表面。
可以使用压印工艺来制作光波导，所形成的光波导可以灵活地施加到显示基板或显示装置的光输出表面。例如，图2-4中的透光基板102可以是柔性片，因此所述光波导100可以灵活地施加到显示基板或显示装置的光输出表面。
可选地，所述第一材料为PC或PMMA。
本领域技术人员能够理解，还可以使用其他有机/无机材料来制备所述柔性片和所述光纤阵列。
实例2
步骤1：在玻璃基板上涂敷一层高折射率柔性薄膜，例如聚碳酸酯薄膜（折射率n=1.585）、PMMMA薄膜（折射率为1.49）。
步骤2：利用纳米压印的方法将该柔性薄膜直接压印成周期排列的直径为D，高度为L的圆柱体（即，光纤）的阵列。在这种情况下，所述光纤的纤芯为柔性薄膜材料，包层为空气。类似地，当圆柱体的形状满足D/L<0.33时，光纤的限制和混合作用更加明显，有利于进一步改善显示装置的视角特性。
可以将根据该实例制成的具有光纤阵列的柔性薄膜附着至OLED阵列的光输出表面（或，OLED显示面板的光输出表面），从而有效地改善显示装置的视角特性。
可选地，所述曲面为平面。
根据本发明实施例的光波导可以适用于平面显示基板或显示装置，然而也可以将所述光波导设置在弯曲的表面（例如曲面显示器的表面）上。
可选地，所述光纤阵列为六角形阵列。
使用六角形阵列可以将尽可能多的光纤布置在给定的面积上，减少光的损失。
本发明的实施例还提供了一种显示基板，所述显示基板包括光输出表面和附着至所述光输出表面的如以上所述的光波导。
由于全反射效应，进入光纤的入射光在光纤内经历多次全反射，并且在每个光纤的光出射面上，出射光都将限制在一定的锥形范围内，该锥形由光纤内外折射率差决定，也就是由光纤的数值孔径NA决定。因此，即使进入每个光纤的光的强度和颜色是随角度而变化的，但经过光纤的传导和混合，从光纤出射的光的强度和颜色在所述锥形范围内都是基本均匀的。利用光纤的限制和混合作用，从所述光波导出射的强度和颜色在整个出射范围内是基本均匀的，有效地改善了显示装置的视角特性，解决了视角范围内的亮度不均匀和色偏的问题。
可选地，所述光输出表面是OLED阵列的光输出表面。
将所述光波导施加在OLED阵列的光输出表面（或，OLED显示面板的光输出表面），能够有效地改善OLED显示装置的视角特性，解决视角范围内的亮度不均匀和色偏的问题。此外，本领域技术人员能够理解，可以根据像素的尺寸来预设所述光波导中的光纤的直径（即，所述圆柱体的直径D）。例如，对于约300nm*100nm的OLED像素尺寸，可以将所述光纤的直径预设为50nm-500nm；由于所述光纤的均匀分布，在基本不损失光线的情况下，所述光波导能有效地改善显示装置的视角特性，而无需对准各个像素和光纤。
因此，所述光输出表面还可以是液晶显示面板的光输出表面，在此不做限定。
可选地，所述显示基板是柔性显示基板。
对于柔性显示基板而言，挠曲将使视角特性进一步劣化。将所述光波导布置在柔性显示基板的光出射表面，能够改善柔性显示基板由于挠曲而劣化的视角特性。
本发明的实施例进一步提供了一种显示装置，所述显示装置包括如上所述的显示基板。
由于全反射效应，进入光纤的入射光在光纤内经历多次全反射，并且在每个光纤的光出射面上，出射光都将限制在一定的锥形范围内，该锥形由光纤内外折射率差决定，也就是由光纤的数值孔径NA决定。因此，即使进入每个光纤的光的强度和颜色是随角度而变化的，但经过光纤的传导和混合，从光纤出射的光的强度和颜色在所述锥形范围内都是基本均匀的。利用光纤的限制和混合作用，从所述光波导出射的强度和颜色在整个出射范围内是基本均匀的，有效地改善了显示装置的视角特性，解决了视角范围内的亮度不均匀和色偏的问题。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种显示基板，其特征在于，所述显示基板包括OLED阵列和附着至所述OLED阵列的光输出表面的光波导，所述光波导包括布置在曲面上的光纤阵列，其中所述光纤阵列中的每个光纤具有圆柱体的形状，并且每个光纤的轴线垂直于所述曲面。
2.如权利要求1所述的显示基板，其特征在于，所述圆柱体的形状满足D/L<0.33，其中D为所述圆柱体的直径，L为所述圆柱体的高。
3.如权利要求1或2所述的显示基板，其特征在于，所述光纤阵列中的每个光纤由第一材料制成，所述光纤的圆柱面由第二材料包裹；所述第一材料的折射率高于所述第二材料的折射率。
4.如权利要求3所述的显示基板，其特征在于，所述第一材料为Al2O3、MgO、Y2O3、CeF3、LaF3、SiO或YF3；所述第二材料为MgF2、SiO2、BaF2、AlF3、CaF2、LiF、Na3AlF6、Al3F14Na5或NaF。
5.如权利要求1或2所述的显示基板，其特征在于，所述光波导还包括柔性片，所述柔性片与所述光纤阵列一体成型，并且每个光纤的轴线垂直于所述柔性片的表面。
6.如权利要求5所述的显示基板，其特征在于，制作所述柔性片和所述光纤阵列的材料为PC或PMMA。
7.如权利要求1所述的显示基板，其特征在于，所述曲面为平面。
8.如权利要求1所述的显示基板，其特征在于，所述光纤阵列为六角形阵列。
9.如权利要求1所述的显示基板，其特征在于，所述显示基板是柔性显示基板。
10.一种显示装置，其特征在于，所述显示装置包括如权利要求1-9所述的显示基板。
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