CN1103927C - 用于显示装置的防反射层 - Google Patents

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Abstract

一种用于显示装置的防反射层，包括透明绝缘衬底，在透明绝缘衬底上形成的不少于一的介质薄膜，以及在这些介质薄膜的最上介质薄膜上的具有菱形结构的非晶碳薄膜层，所述非晶碳薄膜层的几何厚度为50至120，从而半永久性地降低了防反射层的反射，同时增加了其表面强度。

Description

用于显示装置的防反射层
本发明涉及一种用于显示装置的防反射层。
防反射层通常是指一个涂层，当外来光从液晶显示器或其它显示装置，如电视布劳恩(Braun)管和监视器的显示面被反射时，该涂层起到降低光折射率的作用。
在显示装置的衬底表面上设置防反射层，能降低光的反射，从而降低了观察者眼睛的疲劳感。
另外，防反射层能够使观察者清楚辨认显示装置上所显示的信息，即各种形式的字幕。
一种具有一般功能的传统防反射层将参照图1进行详细的说明。
图1是传统防反射层结构的剖视图。
参照图1，传统防反射层1由透明绝缘衬底10和形成在透明绝缘衬底(例如液晶显示器的偏光板)上的介质层20构成。
此外，介质层20是由第一介质薄膜20a，第二介质薄膜20b，第三介质薄膜20c和第四介质薄膜20d组成。
介质薄膜20a，20c和20d分别由包含SiO2，TiO2，和CeO2的一种中所选择的介质材料形成。
采用上述传统防反射层结构的显示装置将参照图2进行详细说明。
图2是采用传统防反射层液晶显示器结构的示意剖视图。
参照图2，该液晶显示器包括一个夹在两个玻璃衬底(末表示出)间的液晶显示面板5，分别安置在液晶显示面板5上下表面间的偏光板10a和10b，以及在偏光板10a一边的上表面上形成的防反射层1。
在上述传统液晶显示器结构中，防反射层的工作及效应将说明如下。
首先，偏光板10a和10b仅在某一方传播偏振光。此时，直射的偏振光通过下偏光板10b的记录面B射入，然后通过上偏光板10a的显示面A传播。
同时，形成在上偏光板10a上的防反射层1降低了从偏光板10a的显示面A表面上辐射的反射光数量。
防反射层1的作用是为了改进通过形成液晶显示面板5的液晶(未表示出)，其它多个层(未表示出)，上偏光板10a和显示面A空气层传播的光的透射比特性。
然而，形成防反射层1的材料产生的老化和该层表面随时间的推移造成的损坏，使得防反射效应逐渐降低。
因此，产生了一个问题，即观察者通过显示装置不能清楚地看出所显示的字幕。
同样，防反射层仅仅是由具有低表面强度的介质材料形成，因此，在采用这种防反射层的显示装置情况中，由于整个表面强度的降低，往往导致了显示装置装置特性的下降。
本发明是为了解决上述的问题而设计的。因此，本发明的一个目的是提供一种能半永久性地减少防反射层反射的，用于显示装置的防反射层。
本发明的另一个目的是提供一种能增加防反射层表面强度的，用于显示装置的防反射层。
为达到本发明的上述目的，提供了一种用于显示装置的防反射层，它包括一个透明绝缘衬底，在该透明绝缘衬底上形成的至少不少于一层的多个介质薄膜以及在这些介质薄膜的最上层的介质薄膜上形成的具有菱形结构的非晶碳薄膜层，该非晶碳薄膜层的几何厚度为50至120。
本发明的第一个实施例包括一个透明绝缘衬底，在该透明绝缘衬底上顺序形成的偶数个介质薄膜以及在这些介质薄膜的最上层的介质薄膜上形成的具有菱形结构的非晶碳薄膜层，该非晶碳薄膜层的几何厚度为50至120。
本发明的第二个实施例包括一个透明绝缘衬底，在该透明绝缘衬底上形成的至少不少于三层的奇数个介质薄膜以及在这些介质薄膜的最上层介质薄膜上形成的具有菱形结构(diamond-like)的非晶碳薄膜层，所述非晶碳薄膜层的几何厚度为50至120。
本发明的第三个实施例包括一个透明绝缘衬底，在该透明绝缘衬底上形成的一层介质薄膜以及在该介质薄膜上形成的具有菱形结构的非晶碳薄膜层，所述非晶碳薄膜层的几何厚度为50至120。
本发明的上述目的和其它优点在根据附图对优选的实施例进行详细说明下，将变得更加明显。
图1是用于传统显示装置的防反射层结构的剖视图；
图2是采用图1所示的传统防反射层的液晶显示器结构的剖视图；
图3是根据本发明的用于显示装置的防反射层结构的剖视图；
图4是根据图3所示本发明的防反射层的放大剖视图，在该图中，该防反射层具有由多个介质薄膜组成的介质层；
图5是采用本发明的防反射层的液晶显示器结构的示意剖视图；
图6是根据本发明构成防反射层各层界面的剖视图；
图7a至7d是反射光的波形，表示了在图6中的每个界面上相应于其波长的相位状态；
图8是根据本发明具有偶数个介质薄膜的防反射层的一个实施例结构的剖视图；
图9是根据本发明具有至少为3的奇数个介质薄膜的防反射层的另一个实施例结构的剖视图；
图10是根据本发明具有单个介质层的防反射层的又一个实施例结构的剖视图；
图11a至11c是当改变了几个条件时，采用图8的偶数个介质薄膜的防反射层实施例结构的剖视图；
图11d是采用图8的偶数个介质薄膜的防反射层实施例结构，其中在衬底和第一介质薄膜之间夹有一玻璃覆盖层的剖视图；
图12是采用图10的单个介质层的防反射层的实施例；
图13是根据本发明的第一实施例测绘的图11a的防反射层反射系数的曲线图，它是根据在该防反射层上，外部光的波长获得的；
图14是根据本发明的第一实施例测绘的图11b的防反射层反射系数的曲线图，它是根据在该防反射层上，外部光的波长获得的；
图15是根据本发明的第一实施例测绘的图11c的防反射层反射系数的曲线图，它是根据在该防反射层上，外部光的波长获得的；
图16是根据本发明的第一实施例测绘图11d的防反射层反射系数的曲线图，它是根据在该防反射层上的外部光的波长获得的；
图17是根据本发明的第三实施例测绘的反射系数曲线图，它是根据在该防反射层上的外部光的波长获得的。
参照图3和4，将对本发明的防反射层作详细说明。
防反射层100是由在透明绝缘衬底30的上表面上的介质层40和非晶碳薄膜层50构成。
此处，透明绝缘衬底30是由聚合物材料或玻璃材料组成。
同样，介质层40是由例如CeO2、SiO2等的一些层形成的多个介质薄摸组成。
非晶碳薄膜层50具有菱形结构。
透明绝缘衬底的折射系数na约为1.49至1.6。
像本发明的一个实施例那样，介质层40是偶数个的(2K，其中K为自然数)。
防反射层100包括在透明绝缘衬底30上形成的偶数(2K，其中K为自然数)个介质薄膜40-1……和40-2K以及在最上面的介质薄膜40-2K上具有菱形结构的非晶碳薄膜层50。
来自透明绝缘衬底一边的介质薄膜40-1，……及40-2K的折射系数分别为n1，n2，n3，……及n2K，以及几何厚度分别为d1，d2，d3……d2K。
同样，非晶碳薄膜层50的折射系数为ndic，几何厚度为ddic。非晶碳薄膜层50的几何厚度ndic约为300或低于300。这里，奇数的介质薄膜40-1，40-3，……及40-2K-1的折射系数n1，n3，……及n2K-1相互相等都在约为1.9至2.3的范围内。
另一方面，偶数的介质薄膜40-2、40-4……及40-2K的折射系数n2，n4，……和n2K是相互相同的都在约为1.36-1.46范围内，略小于奇数介质薄膜的折射系数n1，n3，……及n2K-1。
上述的说明能用如下不等式表示：
n2K＜na＜n2K-1
式中n1＝n3
根据本发明的另一个实施例，介质层40是由至少不低于3的奇数个薄膜2K+1形成。
根据本发明的防反射层100，它包括在透明绝缘衬底30上形成的奇数(2K+1，K是自然数)个介质薄膜40-1，……及40-2K+1以及在最上面的介质薄膜40-2K+1上形成的具有菱形结构的非晶碳薄膜层50。
此时，该第一介质薄膜40-1的折射系数n1的值约为1.6＜n1＜1.9，同时满足条件na＜n1＜n2K。
透明绝缘衬底30的折射系数na的值约为1.49＜na＜1.6。偶数介质薄膜40-2，40-4，……及40-2K的折射系数n2，n4，……及n2K的值约为1.9＜n2＝n4＝……＝n2K＜2.3。
同时，除第一个奇数介质薄膜40-1外的奇数介质薄膜40-3，40-5，40-2K+1的折射系数n3，n5，……及n2K+1值约为1.36＜n3＝n5……n2K+1＜1.46。
本发明的又一个实施例，其介质层40为单层。
该防反射层100包括透明绝缘衬底30，在透明绝缘衬底30上的单一介质层40以及在介质层40上具有菱形结构的薄的非晶碳层50。
此处，介质层40的折射系数n1约为n1＜na＜ndic。
非晶碳薄膜层50的折射系数ndic值约为1.8＜ndic＜2.2。
在本发明的这些实施例中，介质层40和具有菱形结构的非晶碳薄膜层50的相应光学厚度D是由层叠在透明绝缘衬底30上的这些层的折射系数n与几何尺寸d相乘得到的。
上述说明用公式表示为
D＝d×n
介质薄膜40相应的光学厚度D已提供的值约在4000或低于4000的范围内。
上述构成本发明防反射层的制造方法将根据图5所示的采用该防反射层的液晶显示器进行说明。
类似于图2所示的传统液晶显示器，是制备一个液晶显示面板25，并将由相同聚合物类或玻璃材料构成的偏光板30a和30b安置在液晶显示面板25的上下表面上。
接着将介质层40层叠到偏光板30a的上表面上。
其时，在偏光板30a的表面上，用依次层叠N数目(N为自然数)的多个介质薄膜来形成介质层40。
这些介质薄膜可以选用真空沉积方法，离子喷镀方法和喷射方法中的任一种方法形成。
构成介质层40的介质薄膜可选用例如SiO2和TiO2的任一种介质材料，或用ZrO2，MgF2，CeF3，Al2O3及SiO中的一种材料层形成。
然后，在介质层40的最上部分沉积预定厚度的具有菱形结构的非晶碳薄膜层50。
这里，非晶碳薄膜层50的沉积可以选择地使用离子束沉积方法，等离子体沉积方法，喷射方法或激光磨蚀(Laserabrasion)方法。
参照图6和7，对外部入射到用上述方法制造的防反射层上的光的反射特性进行说明。
图6是根据本发明构成防反射层的各层界面的剖视图。
图7a至7d表示与图6各界面上波长一致的反射光波形。
如图6中所表明的，当入射光从外部照射到使用单一介质层情况中的第一界面70时，反射光从构成防反射层100的单一介质层40和具有菱形结构的非晶碳薄膜层50的第一、第二和第三界面70、80和90上产生。
此时，如图7a、7b和7c所表明的，依据光的波长，反射光具有一特定幅度，它根据形成各界面层中不同的反射系数确定反射光的强度。
此外，反射光含有和由各层的光学厚度D产生的光的各波长相一致的特定相位态。
结果，从这些层的各界面产生具有特定幅度和相位态的这些反射光，在一般的工作下，会产生干涉效应。
因此，如图7d所示，反射光相互抵消，从而引起防反射效应。
因而，当形成防反射层时，确定每层几何厚度d和折射系数na以使从各层界面反射的光能相到抵消是重要的。
以下将参照图11a于11d和图13至16说明当各层的折射系数na，几何厚度d和其它条件被改变时，具有上述特性的本发明中包含偶数个(2K，K为自然数)介质薄膜的防反射层。
另外，具有单一介质层的防反射层的反射特性将参照图12和17进行详细说明。
第一实施例
图11a至11c是当几个条件被改变时，采用图8的偶数个介质薄膜的防反射层实施例结构的剖视图。
如图11a所示，所形成的第一介质薄膜41a，第二个介质薄膜41b，第三个介质薄膜41c和第四个介质薄膜41d的相应厚度d1，d2，d3和d4是145.7，486.3，263.0和952.0。
第一介质薄膜41a，第二介质薄膜41b，介质薄膜41c和介质薄膜41d的相应折射系数n1，n2，n3和n4是2.3，1.46，2.3和1.46。
所形成的具有菱形结构的非晶碳薄膜层51的几何厚度ddic为70，折射系数ndic为2.0。
此时，第一介质薄膜41a的光学厚度D1为335，第二介质薄膜41b为D2为710，第三介质薄膜41c的D3是605及第四介质薄膜41d的D4是1390。
非晶碳薄膜层51的光学厚度Ddic是140。
因此，能观测到外来光在上述构成本发明的防反射表面上的反射。
图13是当波段为4000-7000，的可见光从外部照射到防反射层表面时，在该防反射层表面上测绘的反射系数的曲线图。
此外，点划线(-·-)表示没有防反射层时，常规的反射特性。
实线(—)表示本发明具有菱形结构非晶碳薄膜层的防反射层的反射特性。
研究图13，可以看到不具有防反射层的常规情况(点划线)下，具有恒定的反射系数约为4％。
同时，根据本发明具有菱形结构的非晶碳薄膜层的防反射层(实线)其反射系数依据波长不为常数，且一般比4％低的多。
第二实施例
图11b是当本发明防反射层的各层厚度改变时，防反射层第二实施例的剖视图。
如图11b所示，防反射层100的结构与图11a相同。
介质层42是由第一介质薄膜42a，第二介质薄膜42b，第三介质薄膜42c和第四介质薄膜42d组成。
这些介质薄膜的相应厚度d1，d2，d3和d4是171.1，438.4，308.7，863.0。
所形成的第一介质薄膜42a，第二介质薄膜42b，介质薄膜42c和第四介质薄膜42d的相应折射系数n1，n2，n3和n4是2.3，1.46，2.3和1.46，它们与第一实施例相同。
非晶碳薄膜层52的几何厚度ddic是100，而折射系数ndic与第一实施例一样为2.0。
此时，第一介质薄膜42a的光学厚度D1是395，第二介质薄膜42b的光学厚度D2是640，第三介质薄膜42c的D3是710，以及第四介质薄膜42d的D4是1260。
非晶碳薄膜层52光学厚度Ddic是200。
于是，能观测到外来光在上述构成本发明第二实施例的防反射层表面上的反射。
图14是当波段为4000-7000的可见光从外部照射到防发射层表面时，在该防发射层表面上测绘的反射系数的曲线图。
参照图14，与第一实施例一样，不具有防反射层时(点划线)具有恒定的反射系数约为4％。
同时，根据本发明具有菱形结构的非晶碳薄膜层的防反射层，其反射系数依据波长不为恒定值，且与第一实施例一样，该反射系数通常比4％低的多。
第三实施例
图11c是本发明防反射层第三实施例的剖视图，如图11c所示，与第一实施例一样形成防反射层100。
介质层43由第一介质薄膜43a，第二介质薄膜43b，第三介质薄膜43c和第四介质薄膜43d形成。
这些介质薄膜是选用一种材料，例如ZrO2或MgF2形成。
这些介质薄膜的相应厚度d1，d2，d3和d4为307.3，286.2，468.3和905.8。
第一介质薄膜43a，第二介质薄膜43b，介质薄膜43c和第四介质薄膜43d相应的折射系数n1，n2，n3和n4为2.05，1.38，2.05和1.38。
非晶碳薄膜层53的厚度和折射系数与第一实施例的相同。
此时，第一介质薄膜43a的光学厚度D1是630，第二介质薄膜43b的D2是395，第三介质薄膜43c是D3是960，第四介质薄膜43d的D4是1250。
非晶碳薄膜层53的光学厚度Ddic与第一实施例相同为140。
于是，可观测到在上述构成本发明第三实施例的防反射层表面上的反射。
图15是当波段为4000-7000，的可见光从外部照射到防反射层表面时，在该防反射层表面上测绘的发射系数的曲线图。
参照图15，在没有防反射层的情况下(点划线)，呈现的恒定反射系数约为4.2％。
同时，根据本发明具有菱形结构的非晶碳薄膜层的防反射层，其反射系数依据波长不为常数，且一般比4.2％低的多。
第四实施例
图11d是本发明防反射层第四实施例的剖视图，它表明在第三实施例的透明绝缘衬底和介质层之间加有玻璃涂层的防反射层。
如图11d所示，玻璃涂层64是形成在透明绝缘衬底34的上表面上，在玻璃涂层64上形成的防反射层100包括介质层44和形成在介质层44上的非晶碳薄膜层54。
此处，介质层44由偶数个的第一个质薄膜44a，第二介质薄膜44b，第三介质薄膜44c和第四介质薄膜44d构成。
所形成的防反射层100的相互厚度d1，d2，d3和d4以及折射系数n1，n2，n3和n4具有与第三实施例相同的值。
由此，能看出图16所示的反射特性与图15相类似。
第五实施例
图12是在采用单一介质层中改变层厚度及折射率时，本发明第五实施例的防反射层的剖视图。
如图12所表示的，防反射层100的结构与图10的一样。
介质层45的几何厚度约为45-90。
具有菱形结构的非晶碳薄膜层55的几何厚度ddic是50-120，最好是80。
非晶碳薄膜层55的折射系数ndic是1.8至2.2。
此处，非晶碳薄膜层55的折射系数比透明绝缘衬底35(例如偏光板)的大，而透明绝缘衬底35又比介质层45的大。
由此，能观测到上述结构的本发明第五实施例的防反射层表面上的反射。
图17是当波段为4000-7000，的可见光从外部照射到防反射层表面时，在该防反射层表面上测绘的反射系数的曲线图。
参照图17，在没有防射层的情况下(点划线)表示了一个恒定的反射系数，约为5.3％。
同时，根据本发明具有菱形结构的非晶碳薄膜层的防反射层(实线)，其反射系数依据波长不是常数，且一般该反射系数比常规的5.3％低的多。
由此，上面这些实施例的上述特性能够通过选用TiO2、CeF3、Al2O3及SiO和SiO2、CeO2、ZrO2及MgF2的任一种作为构成介质层相应的各层来获得。
如上所述，根据本发明的防反射层是在防反射层上备有具有菱形结构的非晶碳薄膜层，以降低外来光在其表面上的反射。因此，当将该防反射层用于显示装置时，就能减少观察者眼睛的疲劳感，从而能够清楚地看出所显示的字幕。
所以，具有菱形结构的非晶碳薄膜层的防反射层适合被用于各种显示装置，例如液晶显示器，电视布劳恩管以及监视器中。
另外，形成防反射层的非晶碳薄膜层是由菱形结构构成的，从而具有坚固的表面强度和抗磨损性，从而防止了各种显示装置表面的损坏。
虽然本发明在参照了具体的实施例下，已被详细地展示和说明，但由本领域所属技术人员知晓的，未偏离本权利要求书所限定发明的精神和范围的各种形式及细节的变化，在这里仍然是有效的。

Claims (12)

1、一种用于显示装置的防反射层，包含：
一个透明绝缘衬底；
在所说透明绝缘衬底上形成的至少不少于一层的多个介质薄膜；以及
在所说的这些介质薄膜中最上面的介质薄膜上形成的具有菱形结构的非晶碳薄膜层，所述非晶碳薄膜层的几何厚度为50至120。
2、根据权利要求1所说的用于显示装置的防反射层，其中，所说各介质薄膜的光学厚度是4000或低于4000。
3、一种用于显示装置的防反射层，包含：
一个透明绝缘衬底；
在所说透明绝缘衬底上依次形成的偶数个介质薄膜；以及
在所说的这些介质薄膜中最上面的介质薄膜上形成的具有菱形结构的非晶碳薄膜层，所述非晶碳薄膜层的几何厚度为50至120。
4、根据权利要求3所说的用于显示装置的防反射层，其中，所说各介质薄膜的光学厚度是4000或低于4000
5、根据权利要求3所说的用于显示装置的防反射层，其中，奇数介质薄膜的折射系数比所说透明绝缘衬底的折射系数大，而这些介质薄膜的折射系数相互是相等的。
6、根据权利要求5所述的用于显示装置的防反射层，其中，所说奇数介质薄膜的折射系数约为1.9至2.3。
7、根据权利要求3所说的用于显示装置的防反射层，其中，所说偶数介质薄膜的折射系数比所说透明绝缘衬底的小，且这些偶数介质薄膜的折射系数相互间是相同的。
8、根据权利要求7所说的用于显示装置的防反射层，其中，所说偶数介质薄膜的折射系数是的1.36-1.46。
9、一种用于显示装置的防反射层，包含：
一个透明绝缘衬底；
在所说透明绝缘衬底上形成的一层介质薄膜；以及
在所说介质薄膜上形成的具有菱形结构的非晶碳薄膜层，所述非晶碳薄膜层的几何厚度为50至120。
10、根据权利要求9所说的用于显示装置的防反射层，其中，所说介质薄膜的几何厚度约为45至90。
11、根据权利要求9所说的用于显示装置的防反射层，其中，所说介质薄膜的折射系数比所说透明绝缘衬底的小，而所说非晶碳薄膜层的折射系数比所说透明绝缘衬底的大。
12、根据权利要求9所说的用于显示装置的防反射层，其中，所说非晶碳薄膜层的折射系数约为1.8至2.2。
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