CN113299695A - 一种色转换层的像素隔离矩阵结构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种色转换层的像素隔离矩阵结构，包括隔离矩阵基底、第一膜系、第二膜系和第三膜系；所述第一膜系镀于基底外表面；所述第二膜系和第三膜系依次镀于基底内表面；所述第一膜系为红、绿光反射膜系，第二膜系为蓝光透射膜系，第三膜系为蓝光反射膜系。本发明能够有效提高显示器色转换出光率。

Description

一种色转换层的像素隔离矩阵结构及方法

技术领域

本发明涉及平板显示领域，具体涉及一种色转换层的像素隔离矩阵结构及方法。

背景技术

如今，显示技术是发展十分迅速的，平板显示技术已经成为如今生活中应用最广泛的技术之一，随着平板显示技术的发展，对效果更好的显示产品的需求也越来越高，人们对高颜色纯度，高光效率和高色域的显示器的需求尤为突出。传统全彩化显示是通过传统吸收型滤色片实现不同颜色光的过滤，然而由于吸收型滤色片通常由光谱较宽的光刻胶(PR)组成，容易发生发射光谱重叠和色串扰，同时为了提高不同波长的光谱传输效率，高能量损耗、低效率和窄色域都是需要付出的代价，因此迫切需求新型色转换技术实现高色域、高颜色纯度和高光效率。

然而，已经被提出的用于解决高色域的荧光粉、量子点等色转换技术主要面临着色串扰和转换效率不够高的问题，因此改变隔离矩阵微结构以及隔离矩阵内部结构来实现隔离子像素、增强显示器色转换出光率的新型隔离矩阵十分有必要。传统显示器中的隔离矩阵主要材料为光刻胶，其只针对子像素具有隔离作用，无法提高色转换出光率；隔离矩阵相关研究多注重于隔离矩阵排布方式、隔离矩阵新材料以及一般隔离矩阵制造方法，极少研究有关于隔离矩阵微结构以及隔离矩阵内部结构；已提出的子像素层常用微结构无法完全适用替换隔离矩阵。

综上，现有的技术都无法为提高显示器色转换出光率的新材料隔离隔离矩阵提出一种可靠的理论依据和制备方法，为了解决这一问题，有必要提出能够准确地实现隔离子像素提高色转换出光率隔离矩阵的理论指导方法及其制备方法。所述隔离矩阵通过反射子像素相对应颜色光后出射以及利用入射至隔离矩阵内部光源光来实现对子像素的隔离以及对色转换出光率的提高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种色转换层的像素隔离矩阵结构及其制备方法，能够有效提高显示器色转换出光率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种色转换层的像素隔离矩阵结构，包括隔离矩阵基底、第一膜系、第二膜系和第三膜系；所述第一膜系镀于基底外表面；所述第二膜系和第三膜系依次镀于基底内表面；所述第一膜系为红、绿光反射膜系，第二膜系为蓝光透射膜系，第三膜系为蓝光反射膜系。

进一步的，所述第一膜系、第二膜系和第三膜系均由多个单层膜组成。

进一步的，所述各单层膜的厚度由下式确定：

第一膜系，单层膜膜厚定义式为

e₁＝(kλ_R/G-△′)/2n

第二膜系，单层膜膜厚定义式为

第三膜系，单层膜膜厚定义式为

e₃＝(kλ_B-△′)/2n

式中，n表示膜的折射率，e₁、e₂、e₃分别表示三种膜系内单层膜的厚度，△'表示半波损失值，λ_R、λ_G、λ_B分别为显示用到的三基色光确定的所覆盖的波段范围内的波长；k为正整数。

进一步的，所述膜系层数m由各个膜系中所控制的波长上下限范围[λ_Low，λ_High]和波长间隔a决定，满足下式：

确定三层膜系分别的波长范围[λ_{R_Low}，λ_{R_High}]，[λ_{G_Low}，λ_{G_High}]，[λ_{B_Low}，λ_{B_High}]；a为波长间隔。

一种色转换层的像素隔离矩阵结构的制备方法，包括以下步骤，

步骤S1:根据光源和色转换层确定隔离矩阵基底的外形结构参数；

步骤S2:选定隔离矩阵基底材料以及各个膜系中单层膜层材料；隔离矩阵和显示面板基底材料需要允许光源光的透过，选定膜层材料的折射率需要满足薄膜干涉的折射率要求，半波损失值将由各个膜层的折射率决定；

步骤S3：根据显示器所用三基色发光特性、三基色光谱的峰宽和中心波长，计算获得三基色光谱，取光谱数值大于10^-4，选定波段间隔a，确定波段范围。

步骤S4：计算第一膜系集合的各单层膜厚度；根据S3得到的红光和绿光波段范围，将红光和绿光波长分别带入第一膜系膜厚定义式，求得适合的红光和绿光反射膜膜层厚度，得到第一膜系集合。同理，根据S3得到的蓝光波长范围，将蓝光波长分别代第二膜系和第三膜系膜厚定义式，求得适合的透射膜和反射膜膜层厚度，得到第二膜系集合和第三膜系集合；镀膜厚度e与层数m由S4的膜系中的各单层膜厚和选用的波长间隔决定。

S5：将第一膜系、第二膜系和第三膜系分别镀于基底上，制备隔离矩阵结构。

进一步的，所外形结构参数包括上下底面尺寸、隔离矩阵高度、倾斜角度、斜率大小，其中上底面朝向显示出射光方向一侧底面，下底面为朝向显示发光源一侧底面，倾斜角度定义为隔离矩阵与子像素密接的侧边与下底面的夹角，斜率定义为倾斜角度的正切值。

进一步的，所述隔离矩阵为灯罩式结构，上底面与侧闭封闭，下底面敞开，内部中空，基底厚度一定，其制作成型于显示面板基底上，并与显示面板形成一体化或分离结构，单个隔离矩阵位于相邻子像素之间，高度大于或等于相邻色转换层的高度。

进一步的，所述步骤S2具体为：

步骤S21：根据设定参数，选用透明基板、树脂、金属等材料中的一种或几种通过注塑成型、并通过铣削加工、线切割加工、电火花加工模具加工方法中的一种或几种，制作基底一体化模具；

步骤S22：将材料浇灌进基底一体化的模型中，再去除模具，得到阵列灯罩式隔离矩阵基底与显示面板一体化结构；

步骤S23：选用制备物理气相、化学气相沉积等镀膜方法中的一种或几种，分别将三种膜系要求镀至隔离矩阵内外表面，将上底面用吸光材料覆盖。

进一步的，所述步骤S3具体为：

步骤S31:根据设定参数，选用透明基板、树脂、金属等材料中的一种或几种，通过注塑成型、铣削加工、线切割加工、电火花加工等模具加工方法中的一种或几种，制作隔离矩阵空壳模型；

步骤S32：将材料浇灌进隔离矩阵的模型中，形成下口敞开的灯罩式吸光隔离矩阵阵列，通过进一步加工制成剥离式的灯罩式隔离矩阵；

步骤S33：选用制备物理气相、化学气相沉积等镀膜方法中的一种或几种，分别将三种膜系按照要求镀至隔离矩阵内外表面，将上底面用吸光材料覆盖；

步骤S34：根据显示像素分布要求，制作显示面板基底；

步骤S35：利用精确对位方法，将隔离黑矩阵结构与显示面板紧密粘合。

一种基于色转换层的像素隔离矩阵结构的隔离矩阵结构的代表性显示器结构，包括直下式LED光源、色转换层和显示基板；所述直下式LED光源设置于最下方，上方是与LED光源排布相对应的在显示面板基底上的色转换层；所述色转换层包括量子点色转换子像素及隔离矩阵结构。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明能够准确地实现隔离子像素提高色转换出光率隔离矩阵；

2、本发明隔离矩阵通过反射子像素相对应颜色光后出射以及利用入射至隔离矩阵内部光源光来实现对子像素的隔离以及对色转换出光率的提高。

附图说明

图1为本发明方法流程框图；

图2为本发明一实施例中具体实施方式中所设计的用于增强显示器色转换出光率的子像素隔离隔离矩阵的典型应用结构模型图，图中，1为显示面板，2为灯罩式隔离矩阵基底，3为隔离矩阵基底表面结构，其中31为第一膜系，32为第二膜系，33为第三膜系，34为上底面吸光材料，4为填充色转换材料，5为阵列分布的直下式光源；

图3为本发明一实施例中工作原理的具体解释，图中，6为蓝光，其中包括光源出射的蓝光以及色转换层内未转换的蓝光，7为红光或绿光，则6将被灯罩式隔离矩阵内表面结构反射，7将被灯罩式隔离矩阵外表面；

图4为本发明一实施例中形成隔离矩阵基底与显示面板基底一体化成型及其制备流程示意图，图中，8为隔离矩阵基底与显示面板基底一体化成型模具，9为隔离矩阵基底与显示面板基底一体化成型结构，10为已镀膜隔离矩阵基底与显示面板基底一体化成型结构；

图5为本发明一实施例中形成隔离矩阵基底与显示面板基底形成分离式结构其制备方法流程示意图，图中，11为隔离矩阵基底模具，12为隔离矩阵基底成型结构，13为已镀膜隔离矩阵基底，14为已镀膜隔离矩阵基底与显示面板基底粘合结构。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

请参照图1，本发明提供一种色转换层的像素隔离矩阵结构，包括隔离矩阵基底、第一膜系、第二膜系和第三膜系；所述第一膜系镀于基底外表面；所述第二膜系和第三膜系依次镀于基底内表面；所述第一膜系为红、绿光反射膜系，第二膜系为蓝光透射膜系，第三膜系为蓝光反射膜系。第一膜系、第二膜系和第三膜系均由多个单层膜组成

各单层膜的厚度由下式确定：

第一膜系，单层膜膜厚定义式为

e₁＝(kλ_R/G-△′)/2n

第二膜系，单层膜膜厚定义式为

第三膜系，单层膜膜厚定义式为

e₃＝(kλ_B-△′)/2n

式中，n表示膜的折射率，e₁、e₂、e₃分别表示三种膜系内单层膜的厚度，△'表示半波损失值，λ_R、λ_G、λ_B分别为显示用到的三基色光确定的所覆盖的波段范围内的波长；k为正整数。

膜系层数m由各个膜系中所控制的波长上下限范围[λ_Low，λ_High]和波长间隔a决定，满足下式：

确定三层膜系分别的波长范围[λ_{R_Low}，λ_{R_High}]，[λ_{G_Low}，λ_{G_High}]，[λ_{B_Low}，λ_{B_High}]；a为波长间隔。

具体设计步骤包括以下步骤：

S1：选定蓝光光源，该黑矩阵，上底面30μm、下底面60μm、黑矩阵高度15μm、倾斜角度45°、斜率大小

厚度为6μm，其中上底面朝向显示出射光方向一侧底面，下底面为朝向显示发光源一侧底面。

S2：选定隔离矩阵基底材料为玻璃，各个膜系中单层膜层材料为TiO₂/Al₂O₃；显示面板基底材料选定玻璃，半波损失值将由各个膜层的折射率决定。

S3：选定量子点为色转换材料，根据三基色发光特性、三基色光谱的峰宽和中心波长，其中量子点归一化光谱由下式决定：

X表示光源出射光的中心波长，Y表示光源出射光的缝宽，m表示膜系层数。取光谱数值大于10^-4，选定间隔为1nm，确定波段范围[λ_{R_Low}，λ_{R_High}]，[λ_{G_Low}，λ_{G_High}]，[λ_{B_Low}，λ_{B_High}]。

S4：计算第一膜系集合的各单层膜厚度；根据S3得到的红光和绿光波段范围，将红光和绿光波长分别带入第一膜系膜厚定义式，求得适合的红光和绿光反射膜膜层厚度，得到第一膜系集合。同理，根据S3得到的蓝光波长范围，将蓝光波长分别代第二膜系和第三膜系膜厚定义式，求得适合的透射膜和反射膜膜层厚度，得到第二膜系集合和第三膜系集合。镀膜任一膜系厚度e小于2μm，层数m_R/m_G、m_B1、m_B2分别为λ_{R_Low}—λ_{R_High}/λ_{G_Low}—λ_{G_High}、λ_{B1_Low}—λ_{B1_High}、λ_{B2_Low}—λ_{B2_High}。

S5：制备隔离矩阵结构。

优选的，步骤S2具体为：

该隔离矩阵结构与显示面板基底一体化成型，其制备流程如下：

S21：准备三个透明基板，根据设定尺寸，通过在双层透明基板内表面涂覆一层保护层，采用光刻、激光加工、喷墨打印、喷砂技术等技术加工保护层，再通过注塑成型、铣削加工、线切割加工、电火花加工等制作出相应立体形状且呈阵列分布的双层空壳的隔离矩阵基底透明基板，再将第三块透明基板同样做成“方齿”状置于前两层基板下方，通过形成隔离矩阵结构与基底一体化透明基板模型。

S22：将玻璃浇灌进基底一体化的模型中，再去除模具，得到阵列灯罩式隔离矩阵基底与显示面板一体化结构。

S23：选用制备物理气相或化学气相沉积的方法，结合光刻和剥离的技术分别将三种膜系要求镀至隔离矩阵内外表面，将上底面用黑色光刻胶覆盖。

优选的，在本实施例中，该隔离矩阵结构与显示面板基底可以是分离结构，其制备方法流程如下：

S31：准备两个透明基板，根据设定参数，通过在双层透明基板内表面涂覆一层保护层,采用光刻、激光加工、喷墨打印、喷砂技术将保护层制作出相应立体形状且呈阵列分布的双层空壳的隔离矩阵透明基板。

S32：将玻璃浇灌进隔离矩阵透明基板的模型中，形成下口敞开的灯罩式隔离矩阵阵列基底一体化结构，通过进一步切割、清洗制成剥离式的灯罩式隔离矩阵。

S33：选用制备物理气相或化学气相沉积的方法，结合光刻和剥离的技术分别将三种膜系按照要求镀至隔离矩阵内外表面，将上底面用吸光光刻胶覆盖。

S34：设定显示面板基底参数，准备两个透明基板，根据设定参数，通过在双层透明基板内表面涂覆一层保护层，采用光刻、激光加工、喷墨打印、喷砂技术等技术加工保护层，再通过注塑成型、铣削加工、线切割加工、电火花加工等制作出相对应显示面板模具，浇灌玻璃，进一步切割、清洗剥离得到显示面板。

S35：利用精确对位方法，将隔离黑矩阵结构与显示面板紧密粘合。

在本实施例中，还提供一种基于色转换层的像素隔离矩阵结构的隔离矩阵结构的代表性显示器结构，包括直下式LED光源、色转换层和显示基板；所述直下式LED光源设置于最下方，上方是与LED光源排布相对应的在显示面板基底上的色转换层；所述色转换层包括量子点色转换子像素及隔离矩阵结构。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种色转换层的像素隔离矩阵结构，其特征在于，包括隔离矩阵基底、第一膜系、第二膜系和第三膜系；所述第一膜系镀于基底外表面；所述第二膜系和第三膜系依次镀于基底内表面；所述第一膜系为红、绿光反射膜系，第二膜系为蓝光透射膜系，第三膜系为蓝光反射膜系。

2.根据权利要求1所述的一种色转换层的像素隔离矩阵结构，其特征在于，所述第一膜系、第二膜系和第三膜系均由多个单层膜组成。

3.根据权利要求2所述的一种色转换层的像素隔离矩阵结构，其特征在于，所述各单层膜的厚度由下式确定：

第一膜系，单层膜膜厚定义式为

e₁＝(kλ_R/G-△′)/2n

第二膜系，单层膜膜厚定义式为

第三膜系，单层膜膜厚定义式为

e₃＝(kλ_B-△′)/2n

式中，n表示膜的折射率，e₁、e₂、e₃分别表示三种膜系内单层膜的厚度，△'表示半波损失值，λ_R、λ_G、λ_B分别为显示用到的三基色光确定的所覆盖的波段范围内的波长；k为正整数。

4.根据权利要求2所述的一种色转换层的像素隔离矩阵结构，其特征在于，所述膜系层数m由各个膜系中所控制的波长上下限范围[λ_Low，λ_High]和波长间隔a决定，满足下式：

确定三层膜系分别的波长范围[λ_{R_Low}，λ_{R_High}]，[λ_{G_Low}，λ_{G_High}]，[λ_{B_Low}，λ_{B_High}]；a为波长间隔。

5.一种色转换层的像素隔离矩阵结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，

步骤S1:根据光源和色转换层确定隔离矩阵基底的外形结构参数；

步骤S2:选定隔离矩阵基底材料以及各个膜系中单层膜层材料；隔离矩阵和显示面板基底材料需要允许光源光的透过，选定膜层材料的折射率需要满足薄膜干涉的折射率要求，半波损失值将由各个膜层的折射率决定；

步骤S3：根据显示器所用三基色发光特性、三基色光谱的峰宽和中心波长，计算获得三基色光谱，取光谱数值大于10^-4，选定波段间隔a，确定波段范围。

步骤S4：计算第一膜系集合的各单层膜厚度；根据S3得到的红光和绿光波段范围，将红光和绿光波长分别带入第一膜系膜厚定义式，求得适合的红光和绿光反射膜膜层厚度，得到第一膜系集合。同理，根据S3得到的蓝光波长范围，将蓝光波长分别代第二膜系和第三膜系膜厚定义式，求得适合的透射膜和反射膜膜层厚度，得到第二膜系集合和第三膜系集合；镀膜厚度e与层数m由S4的膜系中的各单层膜厚和选用的波长间隔决定。

S5：将第一膜系、第二膜系和第三膜系分别镀于基底上，制备隔离矩阵结构。

6.根据权利要求5所述的一种色转换层的像素隔离矩阵结构的制备方法，其特征在于，所外形结构参数包括上下底面尺寸、隔离矩阵高度、倾斜角度、斜率大小，其中上底面朝向显示出射光方向一侧底面，下底面为朝向显示发光源一侧底面，倾斜角度定义为隔离矩阵与子像素密接的侧边与下底面的夹角，斜率定义为倾斜角度的正切值。

7.根据权利要求5所述的一种色转换层的像素隔离矩阵结构的制备方法，其特征在于，所述隔离矩阵为灯罩式结构，上底面与侧闭封闭，下底面敞开，内部中空，基底厚度一定，其制作成型于显示面板基底上，并与显示面板形成一体化或分离结构，单个隔离矩阵位于相邻子像素之间，高度大于或等于相邻色转换层的高度。

8.根据权利要求5所述的一种色转换层的像素隔离矩阵结构的制备方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：

步骤S21：根据设定参数，选用透明基板、树脂、金属等材料中的一种或几种通过注塑成型、并通过铣削加工、线切割加工、电火花加工模具加工方法中的一种或几种，制作基底一体化模具；

步骤S22：将材料浇灌进基底一体化的模型中，再去除模具，得到阵列灯罩式隔离矩阵基底与显示面板一体化结构；

步骤S23：选用制备物理气相、化学气相沉积等镀膜方法中的一种或几种，分别将三种膜系要求镀至隔离矩阵内外表面，将上底面用吸光材料覆盖。

9.根据权利要求5所述的一种色转换层的像素隔离矩阵结构的制备方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：

步骤S31:根据设定参数，选用透明基板、树脂、金属等材料中的一种或几种，通过注塑成型、铣削加工、线切割加工、电火花加工等模具加工方法中的一种或几种，制作隔离矩阵空壳模型；

步骤S32：将材料浇灌进隔离矩阵的模型中，形成下口敞开的灯罩式吸光隔离矩阵阵列，通过进一步加工制成剥离式的灯罩式隔离矩阵；

步骤S33：选用制备物理气相、化学气相沉积等镀膜方法中的一种或几种，分别将三种膜系按照要求镀至隔离矩阵内外表面，将上底面用吸光材料覆盖；

步骤S34：根据显示像素分布要求，制作显示面板基底；

步骤S35：利用精确对位方法，将隔离黑矩阵结构与显示面板紧密粘合。

10.一种基于色转换层的像素隔离矩阵结构的隔离矩阵结构的代表性显示器结构，其特征在于，包括直下式LED光源、色转换层和显示基板；所述直下式LED光源设置于最下方，上方是与LED光源排布相对应的在显示面板基底上的色转换层；所述色转换层包括量子点色转换子像素及隔离矩阵结构。

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