CN102736315A - 一种彩膜基板和显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及显示技术领域，特别是涉及一种具有高亮度的彩膜基板和显示装置。该彩膜基板包括：基板，基板的表面上设有黑矩阵和彩色像素层，所述黑矩阵和彩色像素层上设有绝缘层；绝缘层的表面嵌有光线折射单元，绝缘层上设有平坦层；所述光线折射单元的折射率大于绝缘层的折射率。本发明提供的彩膜基板和显示装置，增设的光线折射单元可使得射向黑矩阵的光线发生折射，进而使更多的光线从像素开口区域射出，从而极大地提高了光线的透过率，增加显示器的显示亮度，增强用户体验感。

Description

一种彩膜基板和显示装置

技术领域

本发明涉及显示技术领域，特别是涉及一种具有高亮度的彩膜基板和显示装置。

背景技术

通常，TFT-LCD（Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display，薄膜晶体管液晶显示器）主要结构是由阵列基板、彩膜基板、偏振片、背光源和液晶等部分组成。背光源包括LED光源、导光板、反射层和光学模组等部件；该阵列基板包括栅线和数据线等结构层；该彩膜基板包括黑矩阵和彩色像素层等结构层。在现有结构的TFT-LCD中，从LED光源发出的光线，通过导光板发射出来后，首先射向阵列基板，在阵列基板上，栅线和数据线会阻挡掉一部分光线，当光线通过液晶层后穿过彩膜基板时，黑矩阵又将遮挡住一部分光线，使得透过显示屏的光线进一步减少，导致显示屏的显示亮度受到严重的损失。

为了解决光透过率低下的问题，现有技术中通常采用贴附3M公司生产的DBEF增亮膜来提高光的透过率。但由于该产品的价格比较昂贵，加重了液晶显示器最终产品的加工成本。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种能够提高光透过率，增强显示亮度的彩膜基板和显示装置。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明一方面提供一种彩膜基板，包括：基板，所述基板的表面上设有黑矩阵和彩色像素层，所述黑矩阵和彩色像素层上设有绝缘层；

所述绝缘层的表面嵌有光线折射单元，所述光线折射单元的折射率大于绝缘层的折射率；光线折射单元与黑矩阵的位置相对应。

进一步地，所述绝缘层上设有平坦层。

进一步地，所述光线折射单元由两个四分之一透镜组成，所述两个四分之一透镜的弧度相对设置，且所述两个弧度组成的开口方向朝向基板。

进一步地，所述四分之一透镜的弧形半径R为：

$R=(\frac{p}{b}+1)\frac{n_1}{n_2}/(f+y)$

其中：p为像素开口方向宽度；b为黑矩阵宽度的一半；n₁为光线折射单元的折射率；n₂为绝缘层的折射率；f为透镜的焦距；y为透镜焦点与黑矩阵底端之间的距离。

再一方面，本发明还提供一种彩膜基板，包括：基板，所述基板的一个表面上设有黑矩阵和彩色像素层，所述黑矩阵和彩色像素层上设有平坦层；

所述基板的另一表面上设有绝缘层，所述绝缘层上嵌有光线折射单元，所述绝缘层的折射率与基板的折射率相同，所述光线折射单元的折射率大于绝缘层的折射率。所述绝缘层上设有平坦层。

进一步地，光线折射单元与黑矩阵的位置相对应。

进一步地，所述光线折射单元由两个四分之一透镜组成，所述两个四分之一透镜的弧度相对设置，且所述两个弧度组成的开口方向朝向基板。

进一步地，所述四分之一透镜的弧形半径R为：

$R=(\frac{p}{b}+1)\frac{n_1}{n_2}/(f+y)$

其中：p为像素开口方向宽度；b为黑矩阵宽度的一半；n₁为光线折射单元的折射率；n₂为绝缘层的折射率；f为透镜的焦距；y为透镜焦点与黑矩阵底端之间的距离。

另一方面，本发明还提供一种显示装置，包括上述的彩膜基板。

（三）有益效果

本发明提供的彩膜基板和显示装置具有如下优点：增设的光线折射单元可使得射向黑矩阵的光线发生折射，进而使更多的光线从像素开口区域射出，从而极大地提高了光线的透过率，增加显示器的显示亮度，增强用户体验感。

附图说明

图1为本发明实施例一彩膜基板结构示意图；

图2为本发明实施例二彩膜基板结构示意图。

图3为本发明实施例彩膜基板中光线发生折射原理示意图。

其中，1：玻璃基板；2：黑矩阵；3：彩色像素层；4：绝缘层；5、光线折射单元；6：平坦层。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例一

如图1所示，本实施例彩膜基板包括：玻璃基板1，该玻璃基板1的表面上设有黑矩阵2和彩色像素层3，该黑矩阵2和彩色像素层3上设有绝缘层4；该绝缘层4采用有机材料制成。该绝缘层4的表面嵌有光线折射单元5，该绝缘层4上设有平坦层6，该平坦层6为透明的。设置光线折射单元5的折射率大于绝缘层4的折射率，便于光线通过该两个介质时可以发生折射现象。光线折射单元与黑矩阵2的位置相对应设置，便于主要将黑矩阵下方的光线可以通过折射现象折射到像素开口区域，提高光的透过率。

具体的，该光线折射单元由有机材料制成，其包括两个四分之一透镜，该两个四分之一透镜的弧度相对设置，且该两个弧度组成的开口方向朝向玻璃基板1。该结构设置是为了光线经过透镜时可以发生折射，使得光线可以从相邻黑矩阵之间的像素开口区域射出，提高光的透过率。

参考图3，该图3中只画出了一个四分之一透镜结构。

由透镜折射基本原理可以得到公式（1）如下：

$f=\frac{n_1}{n_2}R---\left(1\right)$

由三角形相似，可以得到公式（2）如下：

$\frac{f}{y}=\frac{b}{p}---\left(2\right)$

将公式（1）带入公式（2）中，可得公式（3）如下：

$y=\frac{\mathrm{fp}}{b}=\frac{n_1}{n_2}R\frac{p}{b}---\left(3\right)$

将公式（1）和公式（3）整合，得到公式（4）如下：

$f+y=\frac{n_1}{n_2}R+\frac{n_1}{n_2}R\frac{p}{b}=(\frac{p}{b}+1)\frac{n_1}{n_2}R---\left(4\right)$

因此，具体该四分之一透镜的弧形半径R由公式（5）可以计算出：

$R=(\frac{p}{b}+1)\frac{n_1}{n_2}/(f+y)---\left(5\right)$

上述公式中的具体标号的表示分别为：

p为像素开口方向宽度；b为黑矩阵宽度的一半；n₁为光线折射单元的折射率；n₂为绝缘层的折射率；f为透镜的焦距；y为透镜焦点O与黑矩阵底端之间的距离。

其中，在一个确定的像素结构中，p、b、n₁、n₂都是已知的，而f+y等于绝缘层的厚度，因此，弧面的半径R根据公式（5）即可计算出来。

从图3中可知，当设有满足上述尺寸的光线折射单元时，从下至上射出的光线经过光线折射单元时将发生折射现象，使得黑矩阵下方入射的光线并不会因为黑矩阵的遮挡而将光线遮挡住，通过设置的光线折射单元的作用，光线将在该位置处发生折射现象，进而从像素开口区域射出，使得更多的光线射出，进而提高光的透过率，提高显示亮度。

需要说明的是，该彩膜基板在实际应用中，应将图1中的结构水平旋转180°进行应用，为了便于结构的描述，采用了图1的角度放置。该光线的入射方向请参考图3。

上述结构的制作方法可采用如下步骤：

首先，在玻璃基板上采用构图工艺形成黑矩阵和彩色像素层，该构图工艺具体指的是掩膜、曝光、刻蚀和清洗等制作黑矩阵和彩膜基板现有的工艺方法。

然后，在完成上述步骤的玻璃基板上涂覆一层有机材料制成的绝缘层，该绝缘层的折射率为n₂，在该绝缘层上刻蚀出两个四分之一透镜状的槽，采用折射率大于绝缘层的有机材料嵌入该凹槽中形成光线折射单元，该两个四分之一透镜的弧度相对设置，且两个弧度组成的开口方向朝向玻璃基板。

最后，在完成上述步骤的玻璃基板上采用构图工艺形成透明平坦层。

实施例二

如图2所示，本实施例彩膜基板包括：玻璃基板1，玻璃基板1的一个表面上设有黑矩阵2和彩色像素层3，黑矩阵2和彩色像素层3上设有平坦层6；

玻璃基板的另一表面上设有与玻璃基板1折射率相同的绝缘层4，该绝缘层4上嵌有光线折射单元5，该光线折射单元的折射率大于玻璃基板1（即绝缘层）的折射率，该绝缘层4上设有平坦层6。

具体的光线折射单元由两个四分之一透镜组成，该两个四分之一透镜的弧度相对设置，且两个弧度组成的开口方向朝向玻璃基板1。

其中四分之一透镜的弧形半径R的计算方法与实施例一相同，在此不再赘述。但y+f的值应为绝缘层和玻璃基板的总和。

本实施例中，绝缘层4的设置主要是为了便于光线折射单元的形成，而玻璃基板则既充当了支撑基板的作用，同时也起到使得光线发生折射的折射率小于光线折射单元的第二介质。参考图3，从入射光的方向，需要设定与光线折射单元邻近介质的折射率小于光线折射单元的折射率，进而使得光线发生折射效应，使得更多的光线可通过像素开口区域射出，进而提高显示亮度。

上述结构的制作方法可采用如下步骤：

首先，在玻璃基板的一个表面上采用构图工艺形成黑矩阵和彩色像素层，该构图工艺具体指的是掩膜、曝光、刻蚀和清洗等制作黑矩阵和彩膜基板现有的工艺方法。

然后，在完成上述步骤的玻璃基板上采用构图工艺制成透明的平坦层。

再次，在玻璃基板的另一表面上设有与玻璃基板折射率相同的绝缘层，在绝缘层上刻蚀出两个四分之一透镜状的凹槽，采用折射率大于玻璃基板（即绝缘层）的有机材料嵌入该凹槽中。该绝缘层上设有平坦层。

具体的光线折射单元由两个四分之一透镜组成，该两个四分之一透镜的弧度相对设置，且两个弧度组成的开口方向朝向玻璃基板。

其中四分之一透镜的弧形半径R的计算方法与实施例一相同，在此不再赘述。

需要说明的是，采用光线折射单元的折射率大于绝缘层的折射率，从而实现提高光线透过率的技术方案不仅适用于彩膜基板，同样适用于阵列基板，在阵列基板相应的位置处采用该种结构，同样可以达到实现该效果。

另外，本发明还提供一种显示装置，包括上述所描述的彩膜基板结构。该显示装置可以为液晶显示器、平板电脑、平板手机或其他电子显示装置。

本发明提供的彩膜基板和显示装置，增设的光线折射单元可使得射向黑矩阵的光线发生折射，进而使更多的光线从像素开口区域射出，从而极大地提高了光线的透过率，增加显示器的显示亮度，增强用户体验感。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种彩膜基板，包括：基板，所述基板的表面上设有黑矩阵和彩色像素层，其特征在于，

所述黑矩阵和彩色像素层上设有绝缘层，所述绝缘层的表面嵌有光线折射单元，所述光线折射单元的折射率大于绝缘层的折射率；所述光线折射单元与黑矩阵的位置相对应。

2.如权利要求1所述的彩膜基板，其特征在于，所述绝缘层上设有平坦层。

3.如权利要求1或2所述的彩膜基板，其特征在于，所述光线折射单元包括两个四分之一透镜，所述两个四分之一透镜的弧度相对设置，且所述两个弧度组成的开口方向朝向基板。

4.如权利要求3所述的彩膜基板，其特征在于，所述四分之一透镜的弧形半径R为：

$R=(\frac{p}{b}+1)\frac{n_1}{n_2}/(f+y)$

其中：p为像素开口方向宽度；b为黑矩阵宽度的一半；n₁为光线折射单元的折射率；n₂为绝缘层的折射率；f为透镜的焦距；y为透镜焦点与黑矩阵底端之间的距离。

5.一种彩膜基板，包括：基板，所述基板的一个表面上设有黑矩阵和彩色像素层，其特征在于，所述黑矩阵和彩色像素层上设有平坦层；所述基板的另一表面设有绝缘层，所述绝缘层上嵌有光线折射单元，所述绝缘层的折射率与基板的折射率相同，所述光线折射单元的折射率大于绝缘层的折射率，所述绝缘层上设有平坦层。

6.如权利要求5所述的彩膜基板，其特征在于，所述光线折射单元与黑矩阵的位置相对应。

7.如权利要求5或6所述的彩膜基板，其特征在于，所述光线折射单元由两个四分之一透镜组成，所述两个四分之一透镜的弧度相对设置，且所述两个弧度组成的开口方向朝向基板。

8.如权利要求7所述的彩膜基板，其特征在于，所述四分之一透镜的弧形半径R为：

$R=(\frac{p}{b}+1)\frac{n_1}{n_2}/(f+y)$

其中：p为像素开口方向宽度；b为黑矩阵宽度的一半；n₁为光线折射单元的折射率；n₂为绝缘层的折射率；f为透镜的焦距；y为透镜焦点与黑矩阵底端之间的距离。

9.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求1-8中任一项所述的彩膜基板。

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