專利名稱：基于可調(diào)光學(xué)濾波器的平板顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種圖像顯示技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種基于可調(diào)光學(xué)濾波器 的平板顯示器。
背景技術(shù)：
平板顯示是相對于傳統(tǒng)顯像管顯示龐大的身軀相比較而言的一類顯示技術(shù)，主要 是以液晶顯示(LCD)、等離子顯示(PDP)及有機發(fā)光二級體顯示(OLED)為平板顯示的三大 支柱。在進入21世紀后的十年中，液晶顯示技術(shù)飛速發(fā)展，現(xiàn)已在顯示器和電視機這兩大 應(yīng)用領(lǐng)域中全面超越了基于陰極射線管(CRT)的傳統(tǒng)顯示產(chǎn)品。在目前的平板顯示產(chǎn)品 中，液晶顯示占據(jù)著絕對的主導(dǎo)地位。而在液晶顯示(LCD)技術(shù)中，最為成熟的則是薄膜晶 體管顯示技術(shù)(TFT-IXD)。薄膜晶體管液晶顯示(TFT-LCD)的原理是利用液晶來改變?nèi)肷涔饩€的偏振態(tài)，以 控制光線的通過。傳統(tǒng)的TFT-IXD面板的主要由背光模組和液晶面板兩大部分組成。背光 模組的作用是向液晶面板提供強度足夠且分布均勻的光線，其組成結(jié)構(gòu)包括光源、導(dǎo)光板、 反射板、光學(xué)擴散膜以及棱鏡增透膜等。液晶面板的主要作用是控制不同顏色光的出光強 度，其結(jié)構(gòu)包括前后兩個正交的偏振片、玻璃基板、TFT電路層、液晶配向?qū)?、液晶層、彩色濾 光片等，其原理是通過TFT電路在液晶層上施加電壓信號，控制從前偏振片出射的線偏振 光線的偏振態(tài)，從而控制從后偏振片的出光量大小，當此光線通過一組由紅、綠、藍三色組 成的吸收型彩色濾光片，就能實現(xiàn)不同顏色光的強度控制。經(jīng)對現(xiàn)有文獻檢索發(fā)現(xiàn)，中國申請?zhí)枮?200510118113. 2，名稱為陣列基板、彩 色濾光片基板、液晶顯示屏及顯示裝置，該技術(shù)利用彩色濾光片對背光的顏色進行調(diào)制，使 不同的顏色像素只顯示紅、綠、藍這三種顏色中的一種；利用兩層偏振層來對背光的光強進 行調(diào)制，使不同的顏色像素產(chǎn)生不同的灰階。由于每個像素由紅、綠、藍三個顏色像素組成， 且像素的尺寸極小，因此人眼觀察時會對其進行加法混色，繼而產(chǎn)生所需的色彩。然而該技 術(shù)在能量利用上存在一些明顯的不足其一是由于使用光線偏振態(tài)來調(diào)制光強，產(chǎn)生線偏 振光的傳統(tǒng)吸收型偏振片會導(dǎo)致近1/2的光吸收損耗；其二是因為使用吸收型彩色濾光片 來濾除其他顏色而使特定顏色透過，其將導(dǎo)致2/3的光被吸收而損失。因此，該技術(shù)的理論 光能利用效率最大不超過16.67%。若考慮材料吸收、界面反射等因素，則其實際光能利用 效率一般不會超過10%，這將在能源上帶來極大的浪費。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種基于可調(diào)光學(xué)濾波器的平 板顯示器。本發(fā)明同時具有光強調(diào)制和顏色調(diào)制的功能，能夠消除傳統(tǒng)TFT-LCD中偏振片 和彩色濾光片帶來的損耗，且能夠大大地提高面板器件的集成度，簡化顯示器結(jié)構(gòu)，減小面 板厚度，并降低成本。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的
本發(fā)明包括背光模組、可變光學(xué)調(diào)制裝置、顯示優(yōu)化裝置和保護殼，其中背光 模組設(shè)置在保護殼的底部，可變光學(xué)調(diào)制裝置平行設(shè)置在背光模組的上部，顯示優(yōu)化裝置 平行設(shè)置在可變光學(xué)調(diào)制裝置的上部，可變光學(xué)調(diào)制裝置的底部與背光模組的頂部的距離 為L1，顯示優(yōu)化裝置的底部與可變光學(xué)調(diào)制裝置的頂部的距離為L2。所述的L1的取值范圍為0 < L1彡1mm。所述的L2的取值范圍為0 < L2彡1mm。所述的保護殼是一個敞口的長方體保護殼。所述的背光模組為可變光學(xué)調(diào)制裝置提供具有較窄的光線發(fā)散角，且其出射光的 光譜要求覆蓋可見光范圍，并且其光譜在紅綠藍波長附近具有峰狀分布，該裝置的背光方 式是直下式或側(cè)入射式。所述的背光模組采用直下式背光時，包括底部反射板、四個側(cè)面反射板、光源陣 列、第一擴散膜和棱鏡膜，其中底部反射板設(shè)置于保護殼的底部，側(cè)面反射板固定在保護 殼的側(cè)面且與底部反射板垂直相連，光源陣列設(shè)置在底部反射板上，第一擴散膜設(shè)置在光 源陣列上且分別與四個側(cè)面反射板的頂部相連，棱鏡膜設(shè)置在第一擴散膜上。所述的背光模組采用側(cè)入射式背光時，包括底部反射板、側(cè)面反射板、側(cè)面光源、 五個光源反射板、導(dǎo)光板、第一擴散膜和棱鏡膜，其中底部反射板設(shè)置在保護殼的底部，導(dǎo) 光板設(shè)置在底部反射板上，側(cè)面反射板固定在光源耦合不到的保護殼的側(cè)面且與底部反射 板垂直相連，側(cè)面光源緊貼導(dǎo)光板的一個側(cè)面，第一擴散膜設(shè)置在導(dǎo)光板上，棱鏡膜設(shè)置在 第一擴散膜上，第一擴散膜和棱鏡膜將導(dǎo)光板完全覆蓋，五個光源反射板設(shè)置在側(cè)面光源 的周圍且形成一個僅有一個開口面的長方體。所述的可變光學(xué)調(diào)制裝置包括反射/透射鏡、透明基底和若干可調(diào)濾波器，其 中反射/透射鏡平行放置在背光模組的上部且與背光模組頂部的距離為L1，透明基底設(shè) 置在反射/透射鏡上，可調(diào)濾波器平行放置在透明基底上且與透明基底頂部的距離為L3，可 調(diào)濾波器之間依次水平相連。所述的反射/透射鏡是多層膜結(jié)構(gòu)。所述的L3的取值范圍是數(shù)微米到數(shù)毫米之間。所述的透明基底是玻璃、氧化銦錫鍍膜玻璃、塑料或壓克力材料。所述的可調(diào)濾波器包括三個濾波子單元，每個濾波子單元都包括上反射鏡、下反 射鏡、上電極、下電極和電壓敏感材料薄膜，其中下電極、下反射鏡、電壓敏感材料薄膜、上 反射鏡、上電極按照從下往上的順序緊貼放置，下電極設(shè)置在透明基底上且與透明基底頂 部的距離為L3。所述的上電極和下電極是氧化銦錫、金、銀或鋁。所述的上反射鏡和下反射鏡是高度范圍為10nm-500nm的金屬鏡、介質(zhì)鏡或分布 式布拉格鏡。所述的電壓敏感材料薄膜是含氟高聚合物或壓電陶瓷。所述的顯示優(yōu)化裝置包括第二擴散膜和增透膜，其中第二擴散膜平行放置在 可變光學(xué)調(diào)制裝置上且與可變光學(xué)調(diào)制裝置的頂部的距離為L2，增透膜設(shè)置在第二擴散膜 上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是通過對背光直接進行顏色與光強調(diào)制，完全消除了傳統(tǒng)TFT-LCD光強調(diào)制中的偏振損耗以及顏色調(diào)制中的彩色濾光片帶來的損耗， 并且實現(xiàn)了反射光線的循環(huán)利用，本發(fā)明最大理論能量利用效率為50 %，依據(jù)目前現(xiàn)有技 術(shù)則實際利用效率在33%左右，相比現(xiàn)有的TFT-IXD顯示，能效提高達到3倍以上。


圖1是實施例1的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；其中1是保護殼，2是底部反射板，3是側(cè)面反射板，4是光源陣列，5是第一擴散 膜，6是棱鏡膜，7是反射/透射鏡，8是透明基底，9是下反射鏡，10是下電極，11是電壓敏 感材料薄膜，12是上電極，13是上反射鏡，14是第二擴散膜，15是增透膜。圖2是實施例1中透射譜隨光源波長或電壓變化的示意圖；其中(a)是當光源波長變化時透射譜的變化示意圖；(b)是當電壓變化時透射譜 的變化示意圖。圖3是實施例2的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；其中1是保護殼，2是底部反射板，3是側(cè)面反射板，5是第一擴散膜，6是棱鏡膜， 7是反射/透射鏡，8是透明基底，9是下反射鏡，10是下電極，11是電壓敏感材料薄膜，12 是上電極，13是上反射鏡，14是第二擴散膜，15是增透膜，16是側(cè)面光源，17是光源反射板， 18是導(dǎo)光板。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的裝置進一步描述本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提 下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述 的實施例。實施例1如圖1所示，本實施例包括背光模組、可變光學(xué)調(diào)制裝置、顯示優(yōu)化裝置和保護 殼1，其中背光模組設(shè)置在保護殼1的底部，可變光學(xué)調(diào)制裝置平行設(shè)置在背光模組的 上部，顯示優(yōu)化裝置平行設(shè)置在可變光學(xué)調(diào)制裝置的上部，可變光學(xué)調(diào)制裝置的底部與背 光模組的頂部的距離為0. 8mm，顯示優(yōu)化裝置的底部與可變光學(xué)調(diào)制裝置的頂部的距離為 0. 8mmο所述的保護殼1是一個敞口的長方體保護殼。所述的背光模組為可變光學(xué)調(diào)制裝置提供具有較窄的光線發(fā)散角，且其出射光的 光譜要求覆蓋可見光范圍，并且其光譜在紅綠藍波長附近具有峰狀分布，本實施例中背光 模組采用直下式背光，包括底部反射板2、四個側(cè)面反射板3、光源陣列4、第一擴散膜5和 棱鏡膜6，其中底部反射板2設(shè)置于保護殼1的底部，側(cè)面反射板3固定在保護殼1的側(cè) 面且與底部反射板2垂直相連，光源陣列4設(shè)置在底部反射板2上，第一擴散膜5設(shè)置在光 源陣列4上且分別與四個側(cè)面反射板3的頂部相連，棱鏡膜6設(shè)置在第一擴散膜5上。所述的可變光學(xué)調(diào)制裝置用于實現(xiàn)一個可變光學(xué)帶通濾波器，其通帶位置設(shè)定在 紅綠藍三色波長附近。通過移動可變光學(xué)濾波器的通帶位置，不但可以從光源中濾出特定 顏色的光，而且由于背光模組的發(fā)出的光線在紅綠藍三色波長附近具有峰狀分布(即在不 同波長具有不同的光強)，從而可以控制特定顏色光強的大小。該裝置包括反射/透射鏡7、透明基底8和1200*800個可調(diào)濾波器，其中反射/透射鏡7平行放置在背光模組的上 部且與背光模組頂部的距離為0. 8mm，透明基底8設(shè)置在反射/透射鏡7上，可調(diào)濾波器平 行放置在透明基底8上且與透明基底8頂部的距離為6微米，可調(diào)濾波器分別依次水平相 連。本實施例中透明基底8是玻璃。所述的可調(diào)濾波器包括三個濾波子單元，每個濾波子單元分別包括上反射鏡 13、下反射鏡9、上電極12、下電極10和電壓敏感材料薄膜11，其中下電極10、下反射鏡9、 電壓敏感材料薄膜11、上反射鏡13、上電極12按照從下往上的順序緊貼放置，下電極10設(shè) 置在透明基底8上且與透明基底8頂部的距離為6微米。本實施例中一個高為20nm的銀鏡同時實現(xiàn)上電極12和上反射鏡13的作用，另一 個高為20nm的銀鏡同時實現(xiàn)下電極10和下反射鏡9的作用，電壓敏感材料薄膜11是含氟
高聚合物。本實施例中第一濾波子單元中的電壓敏感材料薄膜11的厚度為330nm(對應(yīng)過濾 紅光)，第二濾波子單元中的電壓敏感材料薄膜11的厚度為290nm(對應(yīng)過濾綠光)，第三 濾波子單元中的電壓敏感材料薄膜11的厚度為240nm(對應(yīng)過濾藍光)。本實施例中兩個高為20nm的銀鏡和電壓敏感材料薄膜11 一起構(gòu)成一個法布 里-波羅腔，該法布里-波羅腔的透射譜的中心波長λ滿足
η ΖπηΙ又=-J,
m7t —φ其中η是電壓敏感材料薄膜11的折射率，1是電壓敏感材料薄膜11的厚度，m是 干涉級數(shù)，Φ是反射后的相位突變，Z是正整數(shù)。所述的顯示優(yōu)化裝置包括第二擴散膜14和增透膜15，其中第二擴散膜14平行 放置在可變光學(xué)調(diào)制裝置上且與可變光學(xué)調(diào)制裝置的頂部的距離在0. 8mm，增透膜15設(shè)置 在第二擴散膜14上。本實施例的工作過程由于每個可調(diào)濾波器分別擁有三種不同基準高度的電壓敏 感材料薄膜11，能夠分別對紅綠藍光進行透射，并且同時對其他波長的光進行反射。通過對 每種高度的電壓敏感材料薄膜11進行電壓驅(qū)動后，電壓敏感材料薄膜11的高度或折射率 會發(fā)生改變，以此來改變透射譜的中心波長。如圖2 (a)，若選用的光源是在紅綠藍處的光譜 有類似山峰的分布，即中心高，兩邊低，當可調(diào)濾波器的透過譜在某一色光附近，就能選擇 一種色光透過。并且當加在電壓敏感材料兩端的電壓發(fā)生變化，透過譜將會隨之相應(yīng)移動， 如圖2(b)所示，其透過量也能得到控制從而達到對光強進行調(diào)制的功能。本實施例的具體優(yōu)點相較于傳統(tǒng)的偏振調(diào)制光強的方法，本實施例利用光學(xué)濾 波器直接對光強進行調(diào)制。消除了應(yīng)用偏振調(diào)制時，對光源進行偏振化時產(chǎn)生的50%的能 量損失。同時，相較于傳統(tǒng)的吸收式彩色濾光片的顏色選擇方法，本實施例利用光學(xué)濾波器 直接對顏色進行選擇，并將不需要的顏色分量反射出調(diào)制模組并通過反射\透射鏡對其進 行復(fù)用。消除了應(yīng)用彩色濾光片時被彩色濾光片損耗的67%的能量。本實施例在達到正常顯示的要求的情況下，整個顯示器能量利用效率達到了 33. 4%，是薄膜晶體管液晶顯示器的3-4倍。實施例2
如圖3所示，本實施例與實施例1的區(qū)別在于所述的背光模組采用側(cè)入射式背光 時，包括底部反射板2、側(cè)面反射板3、側(cè)面光源16、五個光源反射板17、導(dǎo)光板18、第一擴 散膜5和棱鏡膜6，其中底部反射板2設(shè)置在保護殼1的底部，導(dǎo)光板18設(shè)置在底部反射 板2上，側(cè)面反射板3固定在光源耦合不到的保護殼1的側(cè)面且與底部反射板2垂直相連， 側(cè)面光源16緊貼導(dǎo)光板18的一個側(cè)面，第一擴散膜5設(shè)置在導(dǎo)光板18上，棱鏡膜6設(shè)置 在第一擴散膜5上，第一擴散膜5和棱鏡膜6將導(dǎo)光板18完全覆蓋，五個光源反射板17設(shè) 置在側(cè)面光源16的周圍且形成一個僅有一個開口面的長方體。本實施例中透明基底8為亞力克。本實施例中上電極12和下電極10都是高度為1微米的銀，上反射鏡13和下反射 鏡9都是高度為40nm的銀，電壓敏感材料薄膜11是壓電陶瓷，其中第一濾波子單元中的 電壓敏感材料薄膜11的厚度為4620nm(對應(yīng)過濾紅色)，第二濾波子單元中的電壓敏感材 料薄膜11的厚度為4060nm(對于過濾綠色)，第三濾波子單元中的電壓敏感材料薄膜11的 厚度為3360nm(對應(yīng)過濾藍色)。 本實施例中上反射鏡13、下反射鏡9和電壓敏感材料薄膜11 一起構(gòu)成了 一個法布 里-泊羅腔，其工作原理同實施例1。 與實施例1相比，本實施例由于使用了側(cè)面光源16，使得整個顯示器的厚度大大 降低。
權(quán)利要求
一種基于可調(diào)光學(xué)濾波器的平板顯示器，包括背光模組、可變光學(xué)調(diào)制裝置、顯示優(yōu)化裝置和保護殼，其特征在于，背光模組設(shè)置在保護殼的底部，可變光學(xué)調(diào)制裝置平行設(shè)置在背光模組的上部，顯示優(yōu)化裝置平行設(shè)置在可變光學(xué)調(diào)制裝置的上部，可變光學(xué)調(diào)制裝置的底部與背光模組的頂部的距離為L1，顯示優(yōu)化裝置的底部與可變光學(xué)調(diào)制裝置的頂部的距離為L2；所述的可變光學(xué)調(diào)制裝置包括反射/透射鏡、透明基底和若干可調(diào)濾波器，其中反射/透射鏡平行放置在背光模組的上部且與背光模組頂部的距離為L1，透明基底設(shè)置在反射/透射鏡上，可調(diào)濾波器平行放置在透明基底上且與透明基底頂部的距離為L3，可調(diào)濾波器之間依次水平相連；所述的L1的取值范圍為0＜L1≤1mm；所述的L2的取值范圍為0＜L2≤1mm；所述的L3的取值范圍是數(shù)微米到數(shù)毫米之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可調(diào)光學(xué)濾波器的平板顯示器，其特征是，所述的背光 模組的背光方式是直下式或側(cè)入射式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于可調(diào)光學(xué)濾波器的平板顯示器，其特征是，所述的背 光模組采用直下式背光，包括底部反射板、四個側(cè)面反射板、光源陣列、第一擴散膜和棱鏡 膜，其中底部反射板設(shè)置于保護殼的底部，側(cè)面反射板固定在保護殼的側(cè)面且與底部反射 板垂直相連，光源陣列設(shè)置在底部反射板上，第一擴散膜設(shè)置在光源陣列上且分別與四個 側(cè)面反射板的頂部相連，棱鏡膜設(shè)置在第一擴散膜上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于可調(diào)光學(xué)濾波器的平板顯示器，其特征是，所述的背 光模組采用側(cè)入射式背光，包括底部反射板、側(cè)面反射板、側(cè)面光源、五個光源反射板、導(dǎo) 光板、第一擴散膜和棱鏡膜，其中底部反射板設(shè)置在保護殼的底部，導(dǎo)光板設(shè)置在底部反 射板上，側(cè)面反射板固定在光源耦合不到的保護殼的側(cè)面且與底部反射板垂直相連，側(cè)面 光源緊貼導(dǎo)光板的一個側(cè)面，第一擴散膜設(shè)置在導(dǎo)光板上，棱鏡膜設(shè)置在第一擴散膜上，第 一擴散膜和棱鏡膜將導(dǎo)光板完全覆蓋，五個光源反射板設(shè)置在側(cè)面光源的周圍且形成一個 僅有一個開口面的長方體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可調(diào)光學(xué)濾波器的平板顯示器，其特征是，所述的透明 基底是玻璃、氧化銦錫鍍膜玻璃、塑料或壓克力材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可調(diào)光學(xué)濾波器的平板顯示器，其特征是，所述的可調(diào) 濾波器包括三個濾波子單元，每個濾波子單元都包括上反射鏡、下反射鏡、上電極、下電極 和電壓敏感材料薄膜，其中下電極、下反射鏡、電壓敏感材料薄膜、上反射鏡、上電極按照 從下往上的順序緊貼放置，下電極設(shè)置在透明基底上且與透明基底頂部的距離為L3。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于可調(diào)光學(xué)濾波器的平板顯示器，其特征是，所述的上電 極和下電極是氧化銦錫、金、銀或鋁。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于可調(diào)光學(xué)濾波器的平板顯示器，其特征是，所述的上反 射鏡和下反射鏡是高度范圍為10nm-500nm的金屬鏡、介質(zhì)鏡或分布式布拉格鏡。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于可調(diào)光學(xué)濾波器的平板顯示器，其特征是，所述的電壓 敏感材料薄膜是含氟高聚合物或壓電陶瓷。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可調(diào)光學(xué)濾波器的平板顯示器，其特征是，所述的顯示優(yōu)化裝置包括第二擴散膜和增透膜，其中第二擴散膜平行放置在可變光學(xué)調(diào)制裝置上 且與可變光學(xué)調(diào)制裝置的頂部的距離為L2，增透膜設(shè)置在第二擴散膜上。
全文摘要
一種平板顯示領(lǐng)域的基于可調(diào)光學(xué)濾波器的平板顯示器，包括背光模組、可變光學(xué)調(diào)制裝置、顯示優(yōu)化裝置和保護殼，其中所述的可變光學(xué)調(diào)制裝置包括反射/透射鏡、透明基底和若干可調(diào)濾波器，所述的可調(diào)濾波器包括三個濾波子單元，每個濾波子單元都包括上反射鏡、下反射鏡、上電極、下電極和電壓敏感材料薄膜。本發(fā)明中可調(diào)濾波器可以根據(jù)顯示的需要，調(diào)整通帶和阻帶的中心波長，以達到對背光進行顏色和光強調(diào)制的目的。由于引入了復(fù)用并替代了傳統(tǒng)TFT-LCD結(jié)構(gòu)中的偏振片和彩色濾光片結(jié)構(gòu)，因此提高了能量利用率，并能夠大大地提高面板器件的集成度，減小面板的厚度和成本。
文檔編號G02F1/1335GK101907801SQ201010233420
公開日2010年12月8日 申請日期2010年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月23日
發(fā)明者凌玉燁, 歐陽世宏, 蘇翼凱, 項阿男, 高維璐 申請人:上海交通大學(xué)