CN108873405A - 彩色滤光基板及其制造方法、显示装置及其视角切换方法 - Google Patents

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Abstract

一种彩色滤光基板，其衬底基材的一面上设置有色阻层和黑矩阵，衬底基材的另一面上设置有折射率调节结构，折射率调节结构包括电极层和显示材料层，通过控制向电极层施加的电信号，能够控制显示材料的折射率发生改变。本发明还提供一种彩色滤光基板的制造方法、包括该彩色滤光基板的显示装置及其视角切换方法。本发明提供的彩色滤光基板及其制造方法、显示装置及其视角切换方法，通过在彩色滤光基板的一面上设置折射率调节结构，控制施加在折射率调节结构中的电极层的电压，使显示材料层的折射率发生改变，当显示材料层的折射率与衬底基材的折射率相等时，实现宽视角显示；当显示材料层的折射率大于衬底基材的折射率时，实现窄视角显示。

Description

彩色滤光基板及其制造方法、显示装置及其视角切换方法
技术领域
本发明涉及电子显示技术领域，特别是涉及一种彩色滤光基板及其制造方法、显示装置及显示装置的视角切换方法。
背景技术
随着液晶技术的不断进步，显示器的可视角度已经由原来的120°左右拓宽到160°以上，人们在享受大视角带来视觉体验的同时，也希望有效保护商业机密和个人隐私，以避免屏幕信息外泄而造成的商业损失或尴尬。
现在的显示器件逐渐朝着宽视角的方向发展，无论是手机移动终端应用，桌上显示器还是笔记本电脑应用，除了宽视角的需求之外，在许多场合还需要显示装置具备宽视角与窄视角相互切换的功能。目前，主要是采用贴附百叶遮挡膜实现对液晶显示装置的宽视角与窄视角切换。
通过在显示屏上贴附百叶遮挡膜来实现宽窄视角的切换的方法具体为，当需要进行防窥时，利用百叶遮挡膜遮住屏幕即可缩小视角。但是，这种方式需要额外准备百叶遮挡膜，给使用者造成极大的不便，而且一张百叶遮挡膜只能实现一种视角，一旦贴附上百叶遮挡膜后，视角便固定了，只能实现窄视角模式，就无法再显示宽视角功能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种彩色滤光基板、显示装置及显示装置的视角切换方法，以解决现有技术中视角切换操作较为复杂的问题。
本发明提供一种彩色滤光基板，包括衬底基材，衬底基材的一面上设置有色阻层和黑矩阵，衬底基材的另一面上设置有折射率调节结构，折射率调节结构包括电极层和显示材料层，通过控制向电极层施加的电信号，能够控制显示材料层在第一状态与第二状态之间切换，其中，在第一状态下，显示材料层的折射率等于衬底基材的折射率，在第二状态下，显示材料层的折射率大于衬底基材的折射率。
进一步地，电极层包括间隔设置的多个电极单元，显示材料层填充每两个电极单元之间形成的沟槽。
进一步地，每个电极单元均与黑矩阵对应设置。
进一步地，显示材料层包括多个显示材料单元，每个显示材料单元均与彩色滤光基板的像素开口区对应设置。
进一步地，显示材料层为铌酸锂薄膜。
进一步地，电极层上不施加电压时，铌酸锂薄膜的折射率与衬底基材的折射率相同；电极层上施加电压时，铌酸锂薄膜的折射率大于衬底基材的折射率。
进一步地，电极层选自氧化铟锡、氧化锡、氧化锌中的一种。
进一步地，电极层为不透明金属导电材料。
本发明还提供一种如上所述的彩色滤光基板的制造方法，包括步骤：
提供一衬底基材，在衬底基材的一面上整面设置电极材料；
利用黑矩阵的光罩对电极材料进行曝光显影，以在衬底基材上形成电极层，电极层包括多个间隔设置的电极单元；
在电极层上设置显示材料层；
在衬底基材的另一面上设置色阻层及黑矩阵。
本发明还提供一种显示装置，包括阵列基板，还包括如上所述的彩色滤光基板，阵列基板与彩色滤光基板相对设置。
进一步地，折射率调节结构设置在彩色滤光基板上背向阵列基板的一面上，色阻层和黑矩阵设置在彩色滤光基板上朝向阵列基板的一面上。
本发明还提供一种显示装置的视角切换方法，其包括：
在宽视角模式下，控制向电极层施加的电信号，使显示材料层处于第一状态，此时显示材料层的折射率等于衬底基材的折射率；
在窄视角模式下，控制向电极层施加的电信号，使显示材料层处于第二状态，此时显示材料层的折射率大于衬底基材的折射率
本发明提供的彩色滤光基板及其制造方法、显示装置及显示装置的视角切换方法，通过在彩色滤光基板的一面上设置折射率调节结构，控制施加在折射率调节结构中的电极层的电压，使显示材料层的折射率发生改变，当显示材料层的折射率与衬底基材的折射率相等时，该显示装置实现宽视角显示；当显示材料层的折射率大于衬底基材的折射率时，该显示装置实现窄视角显示。另外，在窄视角下，由折射率不同的衬底基材与显示材料层1组成的结构相当于透镜，可以提高窄视角下显示装置的中心对比度，从而优化显示效果。
附图说明
图1为本发明第一实施例中显示装置的局部剖示图。
图2为本发明第一实施例中显示装置处于宽视角时的光线传播示意图。
图3为本发明第一实施例中显示装置处于窄视角时的光线传播示意图。
图4a至图4e为本发明第二实施例中彩色滤光基板的制作工艺流程图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术方式及功效，以下结合附图及实施例，对本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
[第一实施例]
图1为本发明实施例中显示装置的局部剖示图。请参考图1，本发明的实施例提供一种显示装置，该显示装置包括相对设置的彩色滤光基板10和阵列基板20。该彩色滤光基板10包括衬底基材11，衬底基材11的一面上设置有色阻层12和黑矩阵13，衬底基材11的另一面上设置有折射率调节结构14，折射率调节结构14设置在彩色滤光基板10远离阵列基板20的一面上。折射率调节结构14具体包括电极层141和显示材料层142，通过控制向电极层141施加的电信号，能够控制显示材料层142在第一状态与第二状态之间切换，其中，在第一状态下，显示材料层142的折射率等于衬底基材11的折射率，在第二状态下，显示材料层142的折射率大于衬底基材11的折射率。
请继续参考图1，电极层141包括间隔设置的多个电极单元141a，每两个电极单元141a之间形成有沟槽，每个电极单元141a均与黑矩阵13对应设置。其中，显示材料层142填充在每两个电极单元141a之间形成的沟槽内。具体地，显示材料层142包括多个显示材料单元142a，每个显示材料单元142a对应填充在每两个电极单元141a之间，即每个显示材料单元142a与彩色滤光基板10的像素开口区15对应设置。在其他实施例中，显示材料层142也可以完全覆盖电极层141。
显示材料层142由电光材料构成，电光材料为具有电光效应的光学功能材料。在外加电场的作用下，材料的折射率发生变化的现象称为电光效应。本实施例中，构成该显示材料层142的材料为掺镁铌酸锂薄膜。铌酸锂晶体符合泡克耳斯(Pockels)效应，在不考虑寻常光(或o光)与非常光(或e光)的差异时，铌酸锂晶体的折射率n可以用公式表示为：
n＝n0+aE0(1)
其中，n0是没有加电场E0时铌酸锂晶体的折射率，a为电光系数(电光系数约等于0.5147)。铌酸锂晶体的折射率为2.2866，通过在铌酸锂晶体中添加氧化镁或钛可以降低其本身的折射率，因此，通过添加不同比例的氧化镁或者钛可以使铌酸锂薄膜的折射率降低到相应值。
另外，本实施例中，每个电极单元141a均优选为透明电极，该透明电极可以是氧化铟锡、氧化锡、氧化锌等透明导电材料。在其他实施例中，该电极单元141a也可以是铂、钛等不透明的金属导电材料。
本实施例提供的显示装置，其通过控制施加在电极层141上的电信号，能够控制显示材料层142在第一状态与第二状态之间切换。其中，在第一状态下，该显示装置能实现宽视角显示；在第二状态下，该显示装置能实现窄视角显示。下面结合附图进行具体说明。
图2为本发明实施例中显示装置处于宽视角时的光线传播示意图。请结合图2，当不向电极层141施加电信号时，衬底基板11的折射率为na1，显示材料层142的折射率为n0，光线射入衬底基板11的入射角为α1，光线从显示材料层142射出时的出射角为α2。根据光的折射定律，可以得出等式：
na1sin α1＝n0sin α2(2)
本实施例中，显示材料层142为掺加了氧化镁的铌酸锂薄膜，衬底基板11为玻璃基板，玻璃基板的折射率例如为1.6。在不向电极层141施加电信号时，显示材料层142的折射率n0与衬底基板11的折射率na1相等，即n0＝na1＝1.6。则光线射入衬底基板11的入射角α1与光线从显示材料层142射出时的出射角α2也相等。即光线在依次穿过衬底基板11与显示材料层142时，其传播路径不发生改变，此时显示装置可以实现宽视角显示。
在宽视角显示时，以光线从显示材料层142射出时的出射角为α2为80°为例进行具体说明。根据公式(2)可得出，α1＝α2＝80°
图3为本发明实施例中显示装置处于窄视角时的光线传播示意图。请结合图3，当向电极层141施加一定的电信号时，每两个相邻电极单元141a接收到的电信号极性相反，在每相邻两个电极单元141a之间会形成电场。此时，衬底基板11的折射率不改变，仍然为nα1，显示材料层142的折射率在电场的作用下改变为nβ2，光线射入衬底基板11的入射角为α1，光线从显示材料层142射出时的出射角为β2。根据光的折射定律，可以得出等式：
na1sin α1＝nβ2sin β2 (3)
在上述公式(3)中，na1＝1.6，α1＝80°，在显示装置实现窄视角显示时，可以设定从显示材料层142射出时的出射角为β2为50°(在其他实施例中，β2也可以为小于80°的其他数值)。
结合公式(1)和公式(3)可计算得出，显示材料层142在被施加电场后的折射率nβ2＝2.057，电场强度E0＝0.888V/um。根据实际窄视角显示时光线从显示材料层142射出时的出射角β2的大小需要，可以增大或者减小电场强度E0，从而可以使显示材料层142在施加电场后的的折射率nβ2增大或者减小。
[第二实施例]
本发明的第二实施例提供一种彩色滤光基板的制作方法，其包括步骤：
提供一衬底基材11，在衬底基材11的一面上整面设置电极材料；
利用黑矩阵13的光罩对电极材料进行曝光显影，以在衬底基材11上形成电极层141，所述电极层141包括多个间隔设置的电极单元141a；
在电极层141上设置显示材料层142；
在衬底基材11的另一面上设置色阻层12及黑矩阵13。
图4a至图4e为本发明第二实施例中彩色滤光基板的制作工艺流程图。请先参考图4a，先提供一衬底基材11，该衬底基材11不管施加电场与否，其折射率都为一定值，本实施例中，该衬底基材11可以为玻璃基材，且该玻璃基的折射率为已知。
请结合图4b和图4c，在该衬底基材11上整面设置电极材料，该电极材料可以是透明电极也可以是不透明的电极。再利用制作彩色滤光基板10中黑矩阵13的光罩对该电极材料进行曝光及显影，形成包括多个电极单元141a的电极层141，该电极层141的多个电极单元141a分别与黑矩阵13对应设置。
请结合图4d，在电极层141制作完成后，于该电极层141上设置显示材料层142。电极层141的多个电极单元141a间隔设置，每相邻两个电极单元141a之间形成有沟槽。本实施例中，显示材料填充在每相邻两个电极单元141a之间形成的沟槽内，即构成显示材料层142的每个显示材料单元142a对应填充在沟槽内。在其他实施例中，显示材料层142可以在填充每相邻两个电极单元141a之间形成的沟槽后完全覆盖电极层141。
请继续参考图4d，显示材料层142具体可以为铌酸锂薄膜，本实施例中，铌酸锂薄膜可以采用溶胶凝胶法制备。
请结合图4e，在显示材料层142制作完成后，在衬底基材11的另一面上制作黑矩阵13、色阻层12及相关膜层，则彩色滤光基板10制作完成。
本发明的实施例还提供一种显示装置的视角切换方法，该视角切换方法包括：
在宽视角模式下，控制向电极层141施加的电信号，使显示材料层142处于第一状态，此时显示材料层142的折射率等于衬底基材11的折射率；
在窄视角模式下，控制向电极层141施加的电信号，使显示材料层142处于第二状态，此时显示材料层142的折射率大于衬底基材11的折射率。
即在宽视角模式下，光线经过衬底基材11后经由显示材料层142射出时，入射角与折射角相等，其传播路径不发生改变，可正常实现宽视角显示；在窄视角模式下，光线经过衬底基材11后经由显示材料层142射出时，其折射角小于宽视角模式下的折射角，从而使视角范围变小，实现窄视角显示。另外，在窄视角下，由折射率不同的衬底基材11与显示材料层142组成的结构相当于透镜，可以提高窄视角下的中心对比度，从而优化显示效果。
本发明提供的彩色滤光基板及其制造方法、显示装置及显示装置的视角切换方法，通过在彩色滤光基板的一面上设置折射率调节结构，控制施加在折射率调节结构中的电极层的电压，使显示材料层的折射率发生改变，当显示材料层的折射率与衬底基材的折射率相等时，该显示装置实现宽视角显示；当显示材料层的折射率大于衬底基材的折射率时，该显示装置实现窄视角显示。另外，在窄视角下，由折射率不同的衬底基材与显示材料层1组成的结构相当于透镜，可以提高窄视角下显示装置的中心对比度，从而优化显示效果。
在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种彩色滤光基板(10)，包括衬底基材(11)，所述衬底基材(11)的一面上设置有色阻层(12)和黑矩阵(13)，其特征在于，所述衬底基材(11)的另一面上设置有折射率调节结构(14)，所述折射率调节结构(14)包括电极层(141)和显示材料层(142)，通过控制向所述电极层(141)施加的电信号，能够控制所述显示材料层(142)在第一状态与第二状态之间切换，其中，在第一状态下，所述显示材料层(142)的折射率等于所述衬底基材(11)的折射率，在第二状态下，所述显示材料层(142)的折射率大于所述衬底基材(11)的折射率。
2.如权利要求1所述的彩色滤光基板(10)，其特征在于，所述电极层(141)包括间隔设置的多个电极单元(141a)，所述显示材料层(142)填充每两个所述电极单元(141a)之间形成的沟槽。
3.如权利要求2所述的彩色滤光基板(10)，其特征在于，每个所述电极单元(141a)均与所述黑矩阵(13)对应设置；所述显示材料层(142)包括多个显示材料单元(142a)，每个所述显示材料单元(142a)均与所述彩色滤光基板(10)的像素开口区(15)对应设置。
4.如权利要求1所述的彩色滤光基板(10)，其特征在于，所述显示材料层(142)为铌酸锂薄膜。
5.如权利要求4所述的彩色滤光基板(10)，其特征在于，所述电极层(141)上不施加电压时，所述铌酸锂薄膜的折射率与所述衬底基材(11)的折射率相同；所述电极层(141)上施加电压时，所述铌酸锂薄膜的折射率大于所述衬底基材(11)的折射率。
6.如权利要求1所述的彩色滤光基板(10)，其特征在于，所述电极层(141)为不透明金属导电材料或者选自氧化铟锡、氧化锡、氧化锌中的一种。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的彩色滤光基板(10)的制造方法，其特征在于，包括步骤：
提供一衬底基材(11)，在所述衬底基材(11)的一面上整面设置电极材料；
利用黑矩阵(13)的光罩对所述电极材料进行曝光显影，以在所述衬底基材(11)上形成电极层(141)，所述电极层(141)包括多个间隔设置的电极单元(141a)；
在所述电极层(141)上设置显示材料层(142)；
在所述衬底基材(11)的另一面上设置色阻层(12)及黑矩阵(13)。
8.一种显示装置，包括阵列基板(20)，其特征在于，还包括如权利要求1至6任一项所述的彩色滤光基板(10)，所述阵列基板(20)与所述彩色滤光基板(10)相对设置。
9.如权利要求8所述的显示装置，其特征在于，所述折射率调节结构(14)设置在所述彩色滤光基板(10)背向所述阵列基板(20)的一面上，所述色阻层(12)和所述黑矩阵(13)设置在所述彩色滤光基板(10)朝向所述阵列基板(20)的一面上。
10.一种显示装置的视角切换方法，其特征在于，应用于如权利要求8或9所述的显示装置，所述视角切换方法包括：
在宽视角模式下，控制向电极层(141)施加的电信号，使显示材料层(142)处于第一状态，此时所述显示材料层(142)的折射率等于所述衬底基材(11)的折射率；
在窄视角模式下，控制向电极层(141)施加的电信号，使所述显示材料层(142)处于第二状态，此时所述显示材料层(142)的折射率大于所述衬底基材(11)的折射率。
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