CN112051681A - 彩膜基板及液晶显示装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及液晶显示技术领域，具体涉及一种彩膜基板以及液晶显示装置，包括：衬底基板；彩色滤光层，位于衬底基板的一表面，并具有间隔设置的多个滤光模块；光伏电池膜层，位于衬底基板的另一表面，包括至少一个太阳能电池芯片，太阳能电池芯片的位置与滤光模块的间隙对应，以遮挡经由间隙透射的光线且不遮挡经由滤光模块透射的光线。在不影响移动终端正常使用的情况下，能够充分利用液晶显示装置中的背光光线和/或环境光线来获取电能，从而降低了液晶显示装置的耗电量，节约了能源，同时还提高了液晶显示装置的透光性。
Description
技术领域
本申请涉及液晶显示领域，具体涉及一种彩膜基板及液晶显示装置。
背景技术
随着现在移动终端的多媒体应用功能越来越多，产品耗电量也是异常惊人，很多消费者的移动产品也是经常受到没电的困扰，尤其是在户外、航海、探险等应急应用时，缺电更会导致严重后果，目前市场应用的产品主要是通过提高应用产品的电池容量或者携带移动电源的方式来解决问题，但是却无法实现电能获取便捷、节能环保的目的。为了解决这个问题，目前有在移动终端的背面或非显示区域设置太阳能电池板，在需要的时候，将移动终端产品放置在强光下照射，进而对手机进行充电，这也导致移动终端产品无法正常使用。此外随着市场上终端产品越来越趋向超窄边框、无边框设计，设置太阳能电池板的区域越来越小，导致太阳能电池板的发电量大大降低。
发明内容
本申请提供一种彩膜基板及液晶显示装置，在不影响移动终端正常使用的情况下，能够充分利用液晶显示装置中的背光光线和/或环境光线来获取电能，从而降低了液晶显示装置的耗电量，节约了能源，同时还提高了液晶显示装置的透光率。
为了实现上述目的，本申请第一方面提供了一种彩膜基板，包括：
衬底基板；
彩色滤光层，位于所述衬底基板的一表面，并具有间隔设置的多个滤光模块；
光伏电池膜层，位于所述衬底基板的另一表面，包括至少一个太阳能电池芯片，所述太阳能电池芯片的位置与所述滤光模块的间隔对应，以遮挡经由所述间隔透射的光线且不遮挡经由所述滤光模块透射的光线。
本申请第二方面提供了一种液晶显示装置，至少包括盖板、阵列基板、液晶层以及如上所述的彩膜基板；其中，所述盖板盖设于所述彩膜基板上，所述液晶层位于所述阵列基板与所述衬底基板之间。
与现有技术相比，本发明提供的彩膜基板及液晶显示装置充分地利用了液晶显示装置内部的背光光线以及外界环境光线，提高了对多种光线的利用率，并将所收集的光线转换为电能，为所述液晶显示装置供电，从而降低了液晶显示装置的耗电量，节约了能源，另一方面，也实现了液晶显示装置显示时间的延长。
并且通过将光伏电池膜层作为滤光模块间隔处的遮光部件，起到间隔挡光的作用，从而无需使用传统的黑色矩阵进行遮光，省去了用于制作黑色矩阵的掩模版及相关的工艺制程，例如掩模版图的制作、校对和修正等，大大降低了生产成本，节约了大量人力和时间。此外光伏电池膜层对滤光模块透射的光线没有造成遮挡，使得液晶显示装置大大提高。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了本申请一个实施例中彩膜基板的俯视图；
图2示出了本申请一个实施例中彩膜基板的截面图；
图3示出了本申请一个实施例中在玻璃衬底上进行PCD镀膜后的结构示意图；
图4示出了在图3上进行P1刻划后的结构示意图；
图5示出了在图4上进行蒸发蒸镀和化学沉积后的结构示意图；
图6示出了在图5上进行P2刻划后的结构示意图；
图7示出了在图6上进行PVD镀膜后的结构示意图；
图8示出了在图7上进行P3刻划后的结构示意图；
图9示出了在本申请一个实施例中液晶显示装置的光路示意图；
图10示出了在本申请一个实施例中盖板的结构示意图；
图11示出了在本申请一个实施例中供电系统的结构示意图。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。
下面结合附图详细介绍本发明具体实施例提供的彩膜基板及液晶显示装置。
如图1-2所示，本发明实施例提供一种彩膜基板100，该彩膜基板100包括衬底基板10、彩色滤光层11、光伏电池膜层12、第一保护层13、第一导电膜14、第二保护层15以及第二导电膜16，其中，第一保护层13和第二保护层15可以为OC保护层，第一导电膜14和第二导电膜16可以为ITO导电膜。彩色滤光层11和光伏电池膜层12分别设置在衬底基板10相对的两个表面，彩色滤光层11具有间隔设置的多个滤光模块，滤光模块可以为红色滤光模块(R)110、绿色滤光模块(G)111以及蓝色滤光模块(B)112，绿色滤光模块111间隔设置在红色滤光模块110以及蓝色滤光模块112之间，光伏电池膜层12包括若干个太阳能电池芯片120，每个太阳能电池芯片120的位置与滤光模块的间隔对应，以遮挡经由间隔透射的光线且不遮挡经由滤光模块透射的光线，第一保护层13覆着在彩色滤光层11的外围，第一导电膜14覆着在第一保护层13的外围，第二保护层15覆着在光伏电池膜层12的外围，第二导电膜16覆着在第二保护层15的外围。
值得一提的是，在本发明的其他实施例中，也可以在滤光模块的每个间隔处设置两个、三个甚至更多的太阳能电池芯片120，本发明对滤光模块间隔中的太阳能电池芯片120数量不做限定，本领域技术人员可以根据需要灵活选择。
需要说明的是，每个太阳能电池芯片120可分别对应于红色滤光模块110与绿色滤光模块111的间隔、绿色滤光模块111与蓝色滤光模块112的间隔以及蓝色滤光模块112与红色滤光模块110间隔中的任一种。
值得一提的是，太阳能芯片120一方面不能对滤光模块形成遮挡，避免影响滤光模块的正常透光，另一方面需要完全覆盖滤光模块的间隔处，避免滤光模块间隔处产生漏光，在本实施例中，每个太阳能电池芯片120的尺寸恰好等于与其对应的滤光模块的间隔尺寸，这样太阳能电池芯片120即不会对滤光模块造成遮挡，也可以完全遮挡滤光模块间隔，通过收集滤光模块间隔处漏出的背光光线，将其转换成电能向液晶显示装置供电。
在本实施例中，继续参照图2、8，太阳能电池芯片120包括自下而上依次层叠设置的衬底1200、电极接触层1201(可以作为太阳能电池芯片的正极)、光电转换层1202、过渡层1203、缓冲层1204以及窗口层1205(可以作为太阳能电池芯片的负极)。其中，光电转换层1202用于根据所吸收的光产生电荷的运动，电极接触层1201以及窗口层1205用于将所产生的电荷向外传输。
在上述各实施例中，所采用的太阳能电池芯片120的结构并不对本发明构思造成影响，例如，所采用的太阳能电池芯片120可为砷化镓(GaAs)、铜铟镓硒(CIGS)、碲化镉(CdTe)、钙钛矿等薄膜太阳电池或异质结型太阳能电池。与晶硅光伏电池相比，以上技术类型的的光伏电池都拥有优良的弱光效应，且厚度在3um左右，非常适合用于终端电子产品上使用。
需要说明的是，衬底1200可以是玻璃或者钢片、铝片等金属基体，光电转换层1202的材料可以是Si、GaAs、CIGS、CdTe、钙钛矿等材料，缓冲层1204可以是CdS、氟化物等膜层，窗口层1205可以是ZnO、AZO、ITO等金属氧化物膜层，电极接触层1201可以选用Mo、AL、ITO、TCO等金属氧化物，窗口层1205可以选用金属氧化物材料，但是金属材料具有强烈的金属光泽，反射性较强，影响显示效果。
为了解决金属材料反射过高以及遮蔽率(OD)过低的问题，本发明的实施例通过对电极接触层1201的底面做黑化处理，黑化处理后的电极接触层1201的底面可以降低电极接触层1201中金属材料对背光的反射，从而在电极接触层1201与衬底基板10之间形成减反射层，提高了遮蔽率，进而达到液晶显示器显示要求OD＞4的标准，此外，黑化处理的电极接触层1201还可以遮蔽通过滤光模块的间隔漏进液晶层的外界环境光线，从而起到遮光的作用。
此外，本实施例对铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池芯片的制备方法为例进行说明，具体包括以下制备步骤：
如图3所示，首先在玻璃衬底上进行PVD镀膜；
具体地，在清洁的玻璃表面，利用真空磁控溅射方法制备钼薄膜，作为太阳能电池芯片的背电极层，该钼层的厚度为200～500nm，薄膜方块电阻为500～1000mΩ；
如图4所示，接着进行P1刻划；
具体地，采用激光器一对钼层进行刻划，将钼层完全刻断，形成第一道刻线(P1)；所述第一道刻线(P1)一直刻划到玻璃表面，使第一道刻线(P1)两侧的子电池完全绝缘；
具体地，采用皮秒激光器，脉冲宽度8皮秒，波长为1064nm，刻划功率为0.55W，单脉冲能量为6.88uJ，重复频率为80kHz，激光从镀膜基底背面入射，对样品进行P1刻划，刻划速度为2m/s。刻划后刻线的宽度为38.7μm，刻线内钼层被完全清除，露出玻璃表面；
如图5所示，接着进行蒸发蒸镀和化学沉积；
具体地，利用共蒸法技术蒸镀铜、铟、镓、硒形成Cu(In,Ga)Se2光吸收层，光吸收层厚度为1.8～2.5μm，铜与第三族元素的比例在0.75～1之间。镓与第三族元素的比例在0.2～0.5之间，在完成P1刻划的基片上制备铜铟镓硒层，膜层的厚度为1μm；
采用化学水浴法，在沉积CIGS薄膜上制备硫化镉层，膜层的厚度为50nm；如图6所示，接着进行P2刻划；
具体地，P2刻划采用机械探针形式进行，刻划压力1-5N,探针直径30-60um，以速度15-80mm/S进行刻划，P2刻划线与P1刻划线平行，P2刻划线距P1刻划线20-70um，硫化镉以及铜铟镓硒完全刻断，露出钼层要求探针不能刺穿MO膜层，与基材接触；
如图7所示，接着进行PVD镀膜；
具体地，采用直流磁控溅射的方法，在完成P2刻划后的基片上制备氧化锌层，膜层的厚度为50nm；
如图8所示，接着进行P3刻划；最后得到太阳能电池芯片。
具体地，P2刻划采用机械探针形式进行，刻划压力1-5N,探针直径30-60um，以速度15-80mm/S进行刻划，P3刻划线与P1、P2刻划线平行，P3刻划线距P1刻划线50-100um，硫化镉以及铜铟镓硒完全刻断，露出钼层要求探针不能刺穿MO膜层，与基材接触。
需要说明的是，上述制备方法中除了使用激光刻划之外，还可以使用光刻、机械工艺来实现，本实施例对上述工艺不做限定。
在本实施例中，衬底基板10可以是透明基板，可包括但不限于玻璃材料。
值得一提的是，彩膜基板100的制备方法可以包括以下步骤：首先在衬底基板10上形成光伏电池膜层12，并对电极接触层1201做黑化处理以形成减反射层，来减小反射，然后通过激光或喷砂或干刻等工艺，在光伏电池膜层12表面形成特定小孔，在通过PR的涂布、曝光、显影、固化等工艺后，在表面形成R、G、B三原色，使R、G、B三原色材料正好落在光伏电池膜层12特定小孔处，然后再通过后续工序表面形成OC保护层、ITO导电膜，该层一方面可以有效提高对光伏电池膜层12、R、G、B三原色材料的保护，同时是彩膜基板100基本具备基本的功能。此时光伏电池膜层12经过基本的电气连接，引出正负极，在显示屏点亮时，由背光源发出的光线散射到光伏电池膜层12表面，就可以实现发电。
值得一提的是，在现有技术中，为了减少彩膜基板100的漏光现象，避免对液晶显示装置显示效果造成的影响，通常会在红色滤光模块110、绿色滤光模块111以及蓝色滤光模块112的间隔中设置黑色遮光材料，即黑色矩阵(Black Matrix，BM)，用以屏蔽通过所述间隔漏进液晶层的外界环境光线。
而在本发明中，通过在红色滤光模块110、绿色滤光模块111以及蓝色滤光模块112的间隔中设置太阳能电池芯片120，不仅能够起到遮光的作用，此外，本实施例对太阳能电池芯片120的电极接触层1201进行黑化处理，进一步提高了遮光效果，这样光伏电池膜层12可以起到传统结构中黑色矩阵(Black Matrix，BM)的作用，从而省略了黑色矩阵BM的制作工艺，节省制作BM的掩膜。
如图9-11所示，本发明实施例还提供一种液晶显示装置200，至少包括盖板20、阵列基板21、液晶层22、引线23、供电系统24、如上所述的彩膜基板100、背光源25以及机壳26；其中，盖板20、阵列基板21、液晶层22、引线23、供电系统24、如上所述的彩膜基板100均安装在机壳26内，盖板20可以是水氧密封性较好的盖板玻璃,盖板20盖设于彩膜基板100的ITO导电膜上,这样覆着在光伏电池膜层12上的OC保护层可以对其进行一次保护，盖板20可以对光伏电池膜层12进行二次保护，极大的提高了产品的使用寿命。液晶层22位于阵列基板21与彩膜基板的衬底基板10之间。盖板20具有显示区域201和围绕显示区域201的边框区域202，光伏电池膜层12与显示区域201的位置对应，引线23用于将光伏电池膜层12的正极和负极与液晶显示装置200的供电系统24连接。
值得一提的是，机壳26可以为透明材料，以便使外界环境光线能顺利通过并被太阳能电池芯片所吸收。具体来说，机壳26内还可包括：用于对显示区域进行控制的控制电路，以及与液晶显示装置200配套的外部设备。由于太阳能电池芯片设置于机壳26中，不与显示区域相连接，因此在制作过程中，也无需制作用于使太阳能电池芯片与显示区域电气绝缘的绝缘层。
进一步地，参照图11，供电系统24包括具有最大功率跟踪功能的(Maximum PowerPoint Tracking,简称MPPT)逆变器240、缓冲电池241、充电检测器242以及系统电池243；其中，逆变器240在太阳辐射不变的情况下，可以根据其变化对DC/DC变换器的PWM驱动信号占空比进行调节，使输出的功率最大，从而充分的利用太阳能，使之运行在最大功率点，逆变器240与引线23连接，缓冲电池241与逆变器240连接；充电检测器242分别与缓冲电池241、系统电池243连接，用于在检测到系统电池243充满进行断开。
具体地，MPPT转换的信号对低阈值的缓冲电池241进行充电，缓冲电池241连接系统电池243的充电检测器242，当充电检测器242检测到系统电池243没有达到100％状态时，缓冲电池241就会以一个稳定的电信号，给系统电池243进行充电，这样可以保证系统电池243不会受损或报警。当系统电池243达到100％状态时，充电检测器242会自动断开，是整个装置开路，这样也不至于使电池受损。
在本发明液晶显示装置的实施例中，光伏电池膜层可仅收集背光光线，或者仅收集外界环境光线，当然还可兼顾两者，从而充分利用液晶显示装置内部和周围的各种光源所发出的光线，并通过光伏电池膜层的光电转换获取较多的能量。
值得一提的是，光伏电池膜层12是吸收太阳辐射能并将太阳能直接转换为电能的装置，当P型半导体材料和N型半导体材料紧密相互接触时，形成PN结，在PN结界面处将会出现电子和空穴的浓度差，PN结在光的照射下，N型半导体的空穴往P区移动，而P区中的电子往N区移动，从而形成从N区到P区的电流，然后在PN结中形成电势差，如果在外电路连接负载，就形成了由P到N极的电流，这就是太阳能电池的基本工作原理。
继续参照图9，在显示屏点亮时，由背光源25发出的光线①，在经过各种材料之后，会存在散射现象，散射光线③、④照到光伏电池膜层12表面，光伏电池膜层12受到光照，从而实现发电。同时自然光线②在透过盖板20、OCA/OCR之后，照射到光伏电池膜层12表面，光伏电池膜层12也可以实现发电。再通过供电系统24的连接，将所发的电量接入缓冲电池241，由缓冲电池241输出稳定的电流、电压给系统电池243充电，再由系统电池243对整个产品进行供电，保证产品的正常运行。
由于背光源25功耗占整个电源输出的60％左右，因此，在工艺能力许可的情况下，可通过所述引线将太阳能电池连接至背光源的供电电路，从而在满足显示屏对亮度要求的前提下，使背光源的功耗降至最低，从而降低整个液晶显示装置的功耗。
在上述液晶显示装置各实施方式中，太阳能电池芯片通过从背光源所发出的背光光线中获取未能被应用于显示的部分，并利用其产生电能，其中，液晶显示装置显示区域的光电转换效率与液晶层的透光率、液晶显示装置的开口率以及太阳能电池芯片的转换效率有关。
例如，在一个液晶显示器中，其面板的开口率为AR，液晶层的透光率为50％，太阳能电池芯片的转换效率为12.6％，则该液晶显示器显示区域的光电转换效率η为：η＝(1-AR)×50％×12.6％。而根据液晶显示装置的所述光电转换效率以及背光源的功率，则可获得对应的太阳能电池芯片所产生的功率；例如，在一个液晶显示器中，当其背光源功率为0.1瓦(W)，所述光电转换效率为3.39％时，该液晶显示器中的太阳能电池芯片组所转换的电功率为P1＝0.1×3.39％＝3.39mW。
相较于现有的液晶显示装置，本实施例提供的液晶显示装置，通过将太阳能电池芯片设置在滤光模块的间隔中，从而使本发明具有以下优点：
其一，充分利用液晶显示装置背光以及环境光的能量，尤其是太阳光，用以产生电能，以降低液晶显示装置的耗电量，不仅延长了液晶显示器的显示时间，还节约了能源。
其二，太阳能电池芯片的尺寸恰好与滤光模块的间隔尺寸相同，使得所述太阳能电池芯片的设置不仅不会造成液晶显示装置开口率的降低，还能够作为液晶显示面板的遮蔽部件，起到边缘挡光的作用，防止漏光现象；另一方面，所述太阳能电池芯片的设置还能够节省为了制作黑色矩阵而产生的掩模版及相关制程，大大节约了成本。
其三，太阳能电池芯片内嵌于液晶显示装置的内部，提高了液晶显示装置的空间利用率，并且使得液晶显示装置的厚度和重量不会呈现出明显的增加，能够更好地满足对液晶显示装置更薄更轻的需求。
在以上的描述中，对于各层的构图、刻蚀等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过各种技术手段，来形成所需形状的层、区域等。另外，为了形成同一结构，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。
以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。本公开的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。
Claims (11)
1.一种彩膜基板，其特征在于，包括：
衬底基板；
彩色滤光层，位于所述衬底基板的一表面，并具有间隔设置的多个滤光模块；
光伏电池膜层，位于所述衬底基板的另一表面，包括至少一个太阳能电池芯片，所述太阳能电池芯片的位置与所述滤光模块的间隔对应，以遮挡经由所述间隔透射的光线且不遮挡经由所述滤光模块透射的光线。
2.根据权利要求1所述的彩膜基板，其特征在于，还包括：
第一保护层，覆着在所述彩色滤光层的外围。
3.根据权利要求2所述的彩膜基板，其特征在于，还包括：
第一导电膜，覆着在所述第一保护层的外围。
4.根据权利要求1所述的彩膜基板，其特征在于，还包括：
第二保护层，覆着在所述光伏电池膜层的外围。
5.根据权利要求4所述的彩膜基板，其特征在于，还包括：
第二导电膜，覆着在所述第二保护层的外围。
6.根据权利要求1所述的彩膜基板，其特征在于，所述太阳能电池芯片至少包括：
光电转换层，用于根据所吸收的光产生电荷的运动；
电极接触层以及窗口层，分别位于所述光电转换层的相对两侧，用于将所产生的电荷向外传输。
7.根据权利要求6所述的彩膜基板，其特征在于，所述电极接触层与所述衬底基板之间形成有减反射层。
8.一种液晶显示装置，其特征在于，至少包括盖板、阵列基板、液晶层以及如权利要求1-7任一项所述的彩膜基板；其中，所述盖板盖设于所述彩膜基板上，所述液晶层位于所述阵列基板与所述衬底基板之间。
9.根据权利要求8所述的液晶显示装置，其特征在于，所述盖板具有显示区域和围绕所述显示区域的边框区域，所述光伏电池膜层与所述显示区域的位置对应。
10.根据权利要求8所述的液晶显示装置，其特征在于，所述液晶显示装置还包括：
引线，用于将所述光伏电池膜层的两端与所述液晶显示装置的供电系统连接。
11.根据权利要求10所述的液晶显示装置，其特征在于，所述液晶显示装置的供电系统包括逆变器、缓冲电池、充电检测器以及系统电池；其中，所述逆变器与所述引线连接，所述缓冲电池与所述逆变器连接；所述充电检测器分别与缓冲电池、系统电池连接，用于在检测到所述系统电池充满进行断开。
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