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1. (WO2018223874) FILTRE COLORÉ, PANNEAU D'AFFICHAGE ET DISPOSITIF D'AFFICHAGE
Document

说明书

发明名称 0001   0002   0003   0004   0005   0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064  

权利要求书

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13  

附图

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10  

说明书

发明名称 : 彩色滤光片、显示面板及显示装置

[0001]
本公开要求于2017年06月05日提交中国国家知识产权局、申请号为201710411865.0、发明名称为“一种彩色滤光片、显示面板及显示装置”的中国专利申请的优先权,其全部内容通过引用结合在本公开中。

技术领域

[0002]
本公开涉及一种彩色滤光片、显示面板及显示装置。

背景技术

[0003]
随着显示技术的迅速发展,用户对显示装置的色彩显示效果也有了越来越高要求。有机发光二极管(Organic Light Emitting Diode,简称OLED)显示装置相对于液晶显示装置具有自发光、高对比度、响应速度快、视角广等优异特性,受到越来越多的关注。
[0004]
发明内容
[0005]
第一方面,本公开提供一种彩色滤光片,所述彩色滤光片包括多个不同颜色的滤光区域,其中,所述彩色滤光片包括:
[0006]
金属光栅,所述金属光栅在不同颜色的所述滤光区域内的光栅周期不同;
[0007]
平面光波导,所述平面光波导包括缓冲层、波导层以及基板,所述金属光栅、所述缓冲层、所述波导层及所述基板沿光的出射方向依次设置,所述波导层的折射率大于所述缓冲层的折射率以及所述基板的折射率。
[0008]
在一种可能的实现方式中,所述金属光栅形成在所述缓冲层远离所述波导层的一侧的表面上。
[0009]
在一种可能的实现方式中,所述缓冲层的折射率与所述基板的折射率相等。
[0010]
在一种可能的实现方式中,所述缓冲层的厚度为50-100纳米,所述波导层的厚度为100纳米。
[0011]
在一种可能的实现方式中,所述金属光栅在任一颜色的所述滤光区域内的光栅周期为同一数值,所述多个不同颜色的滤光区域包括红色滤光区域、绿色滤光区域和蓝色滤光区域;
[0012]
所述金属光栅在所述红色滤光区域内的光栅周期大于在所述绿色滤光区域内的光栅周期,所述金属光栅在所述绿色滤光区域内的光栅周期大于在所述蓝色滤光区域内的光栅周期。
[0013]
在一种可能的实现方式中,所述金属光栅在所述红色滤光区域内的光栅周期为370-430nm,所述金属光栅在在所述绿色滤光区域内的光栅周期为310-360nm,所述金属光栅在所述蓝色滤光区域内的光栅周期为230-280nm。
[0014]
在一种可能的实现方式中,所述金属光栅包括若干条沿同一方向延伸的金属线。
[0015]
在一种可能的实现方式中,所述金属光栅的材料为纳米银,所述金属光栅的厚度为40nm。
[0016]
在一种可能的实现方式中,所述金属光栅在每个所述滤光区域内的占空比均为0.75,所述金属光栅的占空比为所述金属光栅的非透光区域在光栅周期中所占的比值。
[0017]
第二方面,本公开提供一种显示面板,包括上述任一种彩色滤光片。
[0018]
在一种可能的实现方式中,所述显示面板为底发射式有机发光显示面板;
[0019]
所述底发射式有机发光显示面板,包括:衬底基板,在所述衬底基板上依次设置的阳极、所述彩色滤光片、白光有机发光层以及阴极。
[0020]
在一种可能的实现方式中,所述显示面板为顶发射式有机发光显示面板;
[0021]
所述顶发射式有机发光显示面板,包括:衬底基板,在所述衬底基板上依次设置的阳极、白光有机发光层、所述彩色滤光片以及阴极。
[0022]
第三方面,本公开提供一种显示装置,包括上述任一种显示面板。

附图说明

[0023]
图1为本公开一个实施例提供的彩色滤光片的俯视图;
[0024]
图2为本公开一个实施例提供的彩色滤光片的结构示意图;
[0025]
图3为本公开一个实施例提供的彩色滤光片的结构示意图;
[0026]
图4为本公开一个实施例提供的彩色滤光片的滤光原理示意图;
[0027]
图5为本公开一个实施例提供的彩色滤光片的俯视图;
[0028]
图6为本公开一个实施例采用的纳米银的材料特性曲线;
[0029]
图7为本公开一个实施例提供的金属光栅的俯视图;
[0030]
图8为本公开一个实施例提供的彩色滤光片的透射光光光谱;
[0031]
图9为本公开一个实施例提供的底发射型有机发光显示面板的结构示意图;
[0032]
图10为本公开一个实施例提供的顶发射型有机发光显示面板的结构示意图。

具体实施方式

[0033]
为使本公开的原理和优点能够更为明显易懂,下面将结合附图和实施例对本公开做进一步说明。然而,示例实施方式能够以多种形式实施,且不应被理解为限于在此阐述的实施方式;相反,提供这些实施方式使得本公开更全面和完整,并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。
[0034]
相关技术中,OLED显示面板显示彩色的方式包括以下几种:其一,各颜色的子像素独立发光的彩色模式,可以通过垂直三原色和水平三原色两种方式排列的方式实现。上述彩色模式需要通过精细金属掩膜板蒸镀三原色排列,除了成本昂贵,像素与掩膜的对齐以及掩膜材料的选择在实现过程中难度很大。其二,色彩转换的发光模式,即以蓝光OLED结合光色转换膜阵列实现彩色发光的技术,采用这种发光模式在光色转换膜的开发方面上难度很大。其三,白 色发光结合彩色滤光片的发光模式,与液晶面板类似,以白光OLED为背光,再加上彩色滤光片进行各颜色的滤光从而实现彩色显示。这种方式相比于上述其它两种彩色发光方式来说成本要低得多,目前许多OLED显示器都采用这种发光模式。除此之外,液晶显示面板、彩色发光二极管等领域也可以采用上述背光结合彩色滤光片的发光模式,但是彩色滤光片的透光率和光色纯度相对较低,导致显示面板的彩色饱和度、对比度、亮度等都有待进一步提高。
[0035]
本公开实施例提供一种彩色滤光片、显示面板及显示装置,本公开实施例中的金属光栅通过改变光栅周期可以实现不同颜色的滤光作用,平面光波导能够对滤出的不同颜色的光进行二次滤波,使各颜色光的频谱半峰宽变窄,提高光色纯度,因此本公开实施例能够提高各颜色的色彩饱和度,由此在显示时可以提高其色彩显示的对比度。
[0036]
图1示出本公开实施例提供的一种彩色滤光片的俯视图。如图1所示,本公开实施例提供的彩色滤光片,包括多个不同颜色的滤光区域(P1-P3),其中,P1-P3所示的区域分别为三种不同颜色的滤光区域。
[0037]
图2示出本公开实施例提供的一种彩色滤光片的结构示意图。示例性地,如图2所示,彩色滤光片可以包括金属光栅11和平面光波导12,其中金属光栅11在不同颜色的滤光区域内的光栅周期不同,并且金属光栅11及平面光波导12沿光的出射方向(通常为白色背光的出光方向,如图2中的箭头所示的方向)依次设置。
[0038]
需要说明的是,金属光栅能在适当参数下对某一波段的光具有较高的透过率,配合平面光波导可以进一步减小透射光波的半峰宽度。因此在本公开实施例提供的上述彩色滤光片中可以采用金属光栅配合平面光波导代替相关技术中彩色滤光片的彩膜,对应于不同颜色的滤光区域,设置具有不同光栅周期,由此也可以起到三基色光的滤光作用。并且采用金属光栅配合平面光波导代替彩膜还可以避免彩膜对光线存在的大量吸收损失而造成的透过率低下的问题,从而可以在实际应用提高显示亮度。进一步地,在金属光栅的厚度一定的前提 下,各滤光区域的透射波长(即与滤光区域的颜色对应的波长)随着各滤光区域对应的光栅周期的增大而减小,实现背光的分波段透射。例如,图1中的滤光区域P1-P3的透射波长可以具有如下关系:滤光区域P1的透射波长小于P2的透射波长,P2的透射波长小于P3的透射波长时,相对应地金属光栅11在滤光区域P1内的光栅周期大于在滤光区域P2内的光栅周期,在滤光区域P2内的光栅周期大于在滤光区域P3内的光栅周期。
[0039]
可选择地,金属光栅11可以配合平面光波导12控制透射光的波长范围。基于光波在金属光栅11处发生的衍射,不同颜色的光可以具有不同的衍射角,而具有较大衍射角的光波会被限制在平面光波导12中以全反射方式横向传播,只有较小衍射角的光波才能透过平面光波导12由此,平面光波导12可以与金属光栅11配合起到二次滤光的作用,使得透射光的半缝宽更窄,出光颜色更纯。由此,提高了各颜色的色彩饱和度,在显示时可以提高其色彩显示的对比度。
[0040]
图3示出本公开实施例提供的一种彩色滤光片的结构示意图。在本公开实施例提供的上述彩色滤光片中,如图3所示,平面光波导12可以包括:沿光的出射方向依次设置的缓冲层121、波导层122及基板123;其中,金属光栅11位于缓冲层121背离波导层122的一侧。可选择地,制作上述的平面光波导12时可采用与光的出射方向反序进行制作,例如,可在基板123上依次形成波导层122和缓冲层121,再将金属光栅11直接形成在平面光波导12的缓冲层121上。
[0041]
图4示出本公开实施例提供的一种彩色滤光片的滤光原理示意图。作为一种示例,本公开实施例的彩色滤光片的滤光原理如图4所示:入射到金属光栅11上的光波会发生反射和衍射,反射光会沿原来的传播方向返回,衍射光则会按照光栅衍射原理具有相应的分布——每种波长的光都会在各个衍射级次上具有一个衍射峰,而同一衍射级次中各个波长的光会由衍射角的不同而彼此区分开。从而,衍射角较小的光波可以如图4所示的那样经过数次折射透过平面 光波导12,而衍射角较大的光波则会如图4所示的那样在波导层122的界面上发生全反射,由此被平面光波导12横向传导而不会存在于平面光波导12的透射光中。当然,部分衍射光还会在平面光波导12中发生反射而不会透过平面光波导12。此外,由于衍射角的分布可以通过金属光栅11的参数来进行设计,因此金属光栅11与平面光波导12可以相互配合实现指定波段的滤光作用,从而代替彩膜实现透过率更高的彩色滤光片。在一个示例中,可以先固定平面光波导12中各层的形成材料和尺寸参数,然后通过实验测定或模拟计算的方式确定不同形状和尺寸参数的金属光栅11的滤光效果,从而确定每种颜色的滤光区域内所要采用的金属光栅11,最终实现不同颜色的滤光区域内所需要的滤光效果。
[0042]
例如,形成平面光波导结构需要保证波导层122的折射率大于缓冲层121及基板123的折射率。在缓冲层121与基板123的折射率相等时构成对称光波导结构。其中,缓冲层121和基板123的折射率可在1.5左右,可选用透明树脂或二氧化硅等材料进行制作;波导层122的折射率可介于1.8-2.5之间,采用如氧化硅(Si 3N 4)、氧化铟锡(ITO)等材料进行制作。
[0043]
以下以应用范围最广的,可以滤光生成红色、绿色及蓝色的彩色滤光片为例,对实际应用中金属光栅11及平面光波导12的可选实现方式进行具体说明。本实施例中,金属光栅11的基本结构为若干条沿同一方向延伸的金属线,从而通过设置金属线的线宽和排列间距可以得到相应光栅周期和线宽的一维金属线状光栅。在其他可能的实现方式中,可以根据所需要的滤光效果和所能够实现的工艺选择其他类型的光栅形式,例如环形光栅、全息光栅、阶梯光栅等等,并可以不仅限于此。
[0044]
图5示出本公开一个实施例提供的彩色滤光片的俯视图。如图5所示,本公开实施例提供的彩色滤光片,可包括红色滤光区域R、绿色滤光区域G和蓝色滤光区域B。
[0045]
其中,金属光栅11在红色滤光区域R内的光栅周期均是相等的;金属光 栅11在绿色滤光区域G内的光栅周期均是相等的;金属光栅11在蓝色滤光区域B内的光栅周期均是相等的。且金属光栅11在红色滤光区域R内的光栅周期大于在绿色滤光区域G内的光栅周期,金属光栅11在绿色滤光区域G内的光栅周期大于在蓝色滤光区域B内的光栅周期。
[0046]
需要说明的是,栅除光栅周期会影响透射光的波长之外,金属光栅11所采用的材料以及金属厚度的变化也会影响透射光的光强和波长。在具体应用时,可以根据采用金属的材料特性对金属光栅的光栅周期以及金属层的厚度等参数进行设计优化。
[0047]
在本公开实施例提供的上述彩色滤光片中,采用纳米银(Nano Silver)制作金属光栅11,将金属光栅控制在纳米数量级,可以有效提高光栅分辨率。图6示出本公开一个实施例采用的纳米银的材料特性曲线。其中所采用的纳米银的材料特性曲线如图6所示,包括纳米银的折射系数与波长的关系(曲线)以及消光系数与波长的关系(直线)。在一个示例中,金属光栅11的厚度均匀,均设置为40nm。进一步地,缓冲层121和基板123的材料均采用SiO 2,其中缓冲层121的厚度设置为50-100nm;波导层122的材料采用SiN x,波导层122的厚度决定了在波导中存在的导波模式数,波导层122越厚,则波导中存在的导波模式数越多,除了透射光主峰位置的移动之外,干扰峰的个数或强度也会随着波导层122的厚度的增大而增大。在本公开实施例中,示例性地将波导层122的厚度设置为100nm。
[0048]
在此基础上,本公开实施例采用基于时域有限差分法(FDTD)为基础的光学及光电子软件FDTD Solutions(Lumerical.ca)对金属光栅的参数进行优化。通过优化纳米银的光栅结构发现,当光栅的周期在230-280nm,310-360nm及370-430nm范围内,金属光栅的占空比为0.75左右,且波导层122的厚度为100nm时,即可实现蓝色、绿色和红色透射光。其中金属光栅的占空FF比为非透光区域(即金属线宽)在光栅周期中所占的比值。在光栅结构的FF过大或者过小时,透射光的波长、半峰宽、以及透射效率都会受一定程度的影响。
[0049]
可选择地,透射出光为红色、绿色及蓝色三色时的金属光栅11可采用如下表所示的几何参数(单位均为nm):
[0050]
[表0001]
颜色 光栅周期(p) 蚀刻高度(h) 线宽(w)
红(Red) 400 40 300
绿(Green) 330 40 247.5
蓝(Blue) 250 40 187.5

[0051]
图7示出本公开一个实施例提供的金属光栅的俯视图,上表中的光栅周期p和线宽w所表示的含义可参照图7。光栅周期由大到小的位置依次对应于红色滤光区域R、绿色滤光区域G和蓝色滤光区域B。
[0052]
图8示出本公开一个实施例提供的彩色滤光片的透射光光光谱。在采用如上表所示的几何参数进行彩色滤光时所得到的红色(Red)、绿色(Green)及蓝色(Blue)透射光的光谱如图8所示。当金属光栅的光栅周期为250nm,蚀刻高度为40nm,即银金属层被完全蚀刻,金属线宽为187.5nm时,可以得到主要在420-500nm范围波段内分布的蓝色透射光,其半峰宽约为50nm,透射率约为54%。绿色和红色也同蓝色的出光的原理,分别基于330nm和400nm的光栅周期得到在520-580nm范围和600-720nm范围内分布的绿色透射光和红色透射光,半峰宽都约为30nm,透射率分别为85%和90%(如图8所示)。
[0053]
应理解的是,在实际应用中并不精确要求各几何参数如上表所示,而可根据实际需要对出光的波长进行调节,在此不做限定。此外,对于以上所述的彩色滤光片中金属光栅极平面光波导的各参数,其设定均是基于上述材料以及实现红、绿、蓝三色出光的前提而设计优化的,对于其它材料的金属光栅及平面光波导,以上参数还需要重新计算调整和优化。另外,基于同样的发明构思,还可通过改变金属光栅及平面光波导的参数实现黄色、青色以及洋红色等其它颜色的滤光,此处不再赘述。
[0054]
此外,本公开实施例提供的上述金属光栅除了可以采用纳米银进行制作之外,还可采用金属铝等其它金属材料。在更换其它金属材料之后,上述金属光 栅和/或平面光波导的各参数可能需要重新设计优化。本公开实施例提供的上述金属光栅可采用纳米压印及刻蚀法进行制作。例如,在掩膜板上设计三种对应不同颜色透射光的光栅结构,采用纳米压印的方法在例如银膜表面的光刻胶上压印出金属光栅的图案,再用干法刻蚀(如RIE或ICP)或者湿法溶液刻蚀(如浓硝酸)刻蚀掉暴露出来的银膜,在剥离光刻胶之后,便可得到具有所需要的光栅周期分布的光栅结构。
[0055]
需要说明的是,由于光波是横波,对横波来说,波的振动方向对传播方向没有对称性,而波的振动方相对于传播方向的不对称性称为偏振,它是横波区别于纵波的一个最明显的标志,只有横波才有偏振现象。本公开实施例提供的上述金属光栅,光波的振动方向在沿如图7所示的x轴方向的振动分量(e光)能感受到上述折射率的变化,而振动方向沿y轴方向的振动分量(o光)则感受不到上述折射率的变化,所以经过金属光栅的透射光为偏振光(e光)。
[0056]
基于同一发明构思,本公开实施例还提供了一种显示面板,包括上述任一彩色滤光片,该显示面板可为采用背光结合彩色滤光片的发光模式的任何形式的显示面板,例如,该显示面板可为液晶显示面板、有机发光显示面板、彩色发光二极管显示面板等。
[0057]
在本公开实施例提供的上述显示面板为有机发光显示面板(即OLED显示面板)时,包括底发射式有机发光显示面板及顶发射式有机发光显示面板。
[0058]
图9示出本公开一个实施例提供的底发射型有机发光显示面板的结构示意图。如图9所示,底发射式有机发光显示面板包括:衬底基板41,在衬底基板41上依次设置的阳极42、彩色滤光片43、白光有机发光层44以及阴极45。此外,底发射式有机发光显示面板还可包括:位于阳极42与彩色滤光片43之间的空穴传输层46,以及位于白光有机发光层44与阴极45之间的电子传输层47。
[0059]
图10示出本公开一个实施例提供的顶发射型有机发光显示面板的结构示意图。如图10所示,顶发射式有机发光显示面板,包括:衬底基板41,在衬 底基板41上依次设置的阳极42、白光有机发光层44、彩色滤光片43以及阴极45。此外,底发射式有机发光显示面板还可包括:位于阳极42与白光有机发光层44之间的空穴传输层46,以及位于彩色滤光片43与阴极45之间的电子传输层47。
[0060]
除此之外,在显示面板为液晶显示面板时,上述彩色滤光片可作为彩膜基板中的彩膜层,与阵列基板对向设置。
[0061]
本公开实施例还提供了一种显示装置,包括上述任一显示面板。该显示装置可为OLED面板、OLED显示器、OLED电视或电子纸等显示装置,也可为手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件,例如智能手机一类的移动设备。
[0062]
综上所述,本公开实施例提供的彩色滤光片、显示面板及显示装置,其中的彩色滤光片包括多个不同颜色的滤光区域,彩色滤光片还包括:金属光栅,所述金属光栅在不同颜色的所述滤光区域内的光栅周期不同;平面光波导,所述平面光波导包括缓冲层、波导层以及基板,所述金属光栅、所述缓冲层、所述波导层及所述基板沿光的出射方向依次设置,所述波导层的折射率大于所述缓冲层的折射率以及所述基板的折射率。本公开实施例中的金属光栅通过改变光栅周期可以实现不同颜色的滤光作用,平面光波导能够对滤出的不同颜色的光进行二次滤波,使各颜色光的频谱半峰宽变窄,提高光色纯度,因此本公开实施例能够提高各颜色的色彩饱和度,由此在显示时可以提高其色彩显示的对比度。
[0063]
尽管已描述了本公开的示例性实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括实施例以及落入本公开范围的所有变更和修改。
[0064]
显然,本领域的技术人员可以对本公开进行各种改动和变型而不脱离本公开的精神和范围。这样,倘若本公开的这些修改和变型属于本公开权利要求及其等同技术的范围之内,则本公开也意图包含这些改动和变型在内。

权利要求书

[权利要求 1]
一种彩色滤光片,包括多个不同颜色的滤光区域,其中,所述彩色滤光片包括: 金属光栅,所述金属光栅在不同颜色的所述滤光区域内的光栅周期不同; 平面光波导,所述平面光波导包括缓冲层、波导层以及基板,所述金属光栅、所述缓冲层、所述波导层及所述基板沿光的出射方向依次设置,所述波导层的折射率大于所述缓冲层的折射率以及所述基板的折射率。
[权利要求 2]
如权利要求1所述的彩色滤光片,其中,所述金属光栅形成在所述缓冲层远离所述波导层的一侧的表面上。
[权利要求 3]
如权利要求1所述的彩色滤光片,其中,所述缓冲层的折射率与所述基板的折射率相等。
[权利要求 4]
如权利要求1所述的彩色滤光片,其中,所述缓冲层的厚度为50-100纳米,所述波导层的厚度为100纳米。
[权利要求 5]
如权利要求1-4中任一项所述的彩色滤光片,其中,所述金属光栅在任一颜色的所述滤光区域内的光栅周期为同一数值,所述多个不同颜色的滤光区域包括红色滤光区域、绿色滤光区域和蓝色滤光区域; 所述金属光栅在所述红色滤光区域内的光栅周期大于在所述绿色滤光区域内的光栅周期,所述金属光栅在所述绿色滤光区域内的光栅周期大于在所述蓝色滤光区域内的光栅周期。
[权利要求 6]
如权利要求5所述的彩色滤光片,其中,所述金属光栅在所述红色滤光区域内的光栅周期为370-430nm,所述金属光栅在在所述绿色滤光区域内的 光栅周期为310-360nm,所述金属光栅在所述蓝色滤光区域内的光栅周期为230-280nm。
[权利要求 7]
如权利要求1-4中任一项所述的彩色滤光片,其中,所述金属光栅包括若干条沿同一方向延伸的金属线。
[权利要求 8]
如权利要求1-4中任一项所述的彩色滤光片,其中,所述金属光栅的材料为纳米银,所述金属光栅的厚度为40nm。
[权利要求 9]
如权利要求1-4中任一项所述的彩色滤光片,其中,所述金属光栅在每个所述滤光区域内的占空比均为0.75,所述金属光栅的占空比为所述金属光栅的非透光区域在光栅周期中所占的比值。
[权利要求 10]
一种显示面板,其中,所述显示面板包括如权利要求1-9中任一项所述的彩色滤光片。
[权利要求 11]
如权利要求10所述的显示面板,其中,所述显示面板为底发射式有机发光显示面板; 所述底发射式有机发光显示面板,包括:衬底基板,在所述衬底基板上依次设置的阳极、所述彩色滤光片、白光有机发光层以及阴极。
[权利要求 12]
如权利要求10所述的显示面板,其中,所述显示面板为顶发射式有机发光显示面板; 所述顶发射式有机发光显示面板,包括:衬底基板,在所述衬底基板上依次设置的阳极、白光有机发光层、所述彩色滤光片以及阴极。
[权利要求 13]
一种显示装置,其中,所述显示装置包括如权利要求10至12中任一项所述的显示面板。

附图

[ 图 1]  
[ 图 2]  
[ 图 3]  
[ 图 4]  
[ 图 5]  
[ 图 6]  
[ 图 7]  
[ 图 8]  
[ 图 9]  
[ 图 10]