專利名稱：顯示裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及顯示裝置。
背景技術：
顯示裝置，諸如電視機和監(jiān)視器被廣泛地使用。重要的是，顯示器上的圖像質量要盡可能好。為此，顯示器制造商一直在尋求改善顯示性質，諸如圖像亮度、色彩飽和度以及對比度。
所顯示圖像的對比度定義為在其最亮(白)和最暗(黑)狀態(tài)下顯示器的像素的亮度之間的比率。
眾所周知，當顯示器放置在明亮的外部光條件下時，對比度會受到不利影響，盡管有些用于移動應用的反射型顯示器實際上喜歡這種明亮條件，這是因為它們使用環(huán)境光作為光源來顯示圖像。
然而，通常對于諸如CRT或聚合物LED顯示器的任何發(fā)光顯示器而言，或者當顯示器包含其自己的光源時，諸如包含背光系統的透射型LCD，在明亮的光條件下所顯示圖像的對比度下降，這是因為環(huán)境光通過屏幕進入顯示器，并被顯示器內的元件和/或表面反射。對于這種顯示器來說，反射光使顯示器的黑狀態(tài)變亮，因為此時觀看者可看到不希望地反射到他的雜散光。此外，反射會造成不希望和不可預見的影響，即使用者會感覺到贗像和失真。結果，對比度下降。
已經提出了多種提高對比度的解決方案。例如，在發(fā)射型顯示器中，常使用黑色基質吸收材料來包圍發(fā)光元件，諸如CRT的磷光體。其缺點在于覆蓋相對大表面面積的發(fā)光體本身，依然會反射入射的雜散光，從而對比度的提高相當有限。另一種方法使用偏振片與四分之一波片的組合，該組合在抑制環(huán)境光的反射方面非常有效。然而，這種解決方案也會吸收顯示器像素所發(fā)射出的相當大部分光的，從而，由于亮顯示狀態(tài)的強度受到不利影響，其對比度的改善依然相當有限。
US 5,481,385披露了一種具有錐形波導陣列的顯示基板，其中可用光吸收(黑色)材料填充波導之間的區(qū)域。像素發(fā)射出的光通過波導被引導，同時環(huán)境光入射到波導陣列上，并被光吸收材料吸收。然而，所述材料與波導直接接觸，導致透過波導的光發(fā)生過量的吸收損耗。通過使用微粒狀黑色基質材料可減小這種效應，然而這種解決方案的益處依然相對有限。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有對比度增強裝置的顯示裝置，從而所顯示的圖像具有特別高的對比度，尤其是在明亮的外部光條件下。
通過如獨立權利要求1中所述的顯示裝置可實現這一目的。在從屬權利要求中給出了進一步優(yōu)選的實施例。
本發(fā)明基于以下認識可在平坦基板中壓印出具有朝向像素變窄的形狀的幾何元件結構。在所形成的變窄凹陷內部沉積反射層，優(yōu)選沉積金屬層。
本發(fā)明人發(fā)現，如果這種凹陷彼此足夠緊密地堆積，并且它們的直徑足夠小，那么對于在包括變窄凹陷的相對寬入口的一側上進入基板的光而言，該基板是一種特別有效的光吸收體。即使在明亮環(huán)境光條件下觀察時，基板也會顯示出暗黑色。暗黑狀態(tài)導致高對比度。
易于由這種基板形成本發(fā)明顯示裝置中的對比度增強元件。在此情形中，由透光的第一材料，諸如玻璃或聚合物來制造基板，優(yōu)選具有高反射率，從而在形成變窄凹陷之后剩余的基板的部分，作為顯示裝置的像素所發(fā)射出的光的波導。相鄰波導由變窄的凹陷分隔開，下面也稱變窄凹陷為‘空隙區(qū)域’。
像素發(fā)射出的光通過入射面進入波導，并且通過波導傳播，入射面是該幾何結構的底平面。
此外，需要在波導上限定出射面。為此，在變窄凹陷內部形成反射層之后，去除基板的頂部。從而，波導具有基本上沒有反射材料、且優(yōu)選基本平行于入射面的出射面。
處于波導與空隙結構之間界面上的反射材料本身，是可見光的有效反射體。實際上，當進入變窄凹陷的環(huán)境光入射到這種界面上時，僅百分之2到10之間的入射光被金屬吸收，大部分被反射。
如上所述，具有反射幾何元件的基板依然被發(fā)現是非常有效的吸收體。特別是當凹陷朝向像素變窄時，入射光在凹陷內的反射次數相對高，從而特別大部分的入射光最終被吸收。假設，當空隙區(qū)域的直徑以及因此的相鄰波導之間的距離接近可見光范圍內的光波長時，基于表面等離子體激元的激發(fā)，會發(fā)生附加的吸收效應。
結果，對于入射環(huán)境光而言變窄凹陷是終端，并且根據本發(fā)明顯示裝置中的對比度增強元件吸收相當高部分的這種光。與雜散光有關的問題被最小化，顯示器的黑狀態(tài)顯示出相對暗。此外，凹陷與波導之間界面上的反射材料幾乎不會影響波導內部的全內反射，從而像素所發(fā)射出的相當大部分的光通過波導被引導和傳輸。顯示器的白狀態(tài)顯示出相對亮。
結果，根據本發(fā)明顯示裝置的對比度相對高，尤其是在亮環(huán)境光條件下。
本發(fā)明顯示裝置的對比度增強元件相對較容易制造。臨近顯示裝置的發(fā)光像素設置透明材料層。該幾何結構可以優(yōu)選通過所謂的軟平版印刷來形成，即在液體層中壓制出所需的變窄凹陷，隨后在固化步驟中使其凝固?；蛘?，可使用選擇性蝕刻方法，或者將母體上包含材料的單體聚合的方法。隨后，可以例如通過機械拋光或濕法化學處理去除波導的頂端。所形成的波導具有的出射面優(yōu)選充分大于臨近像素的入射面。在此情形中，環(huán)境光只從出射面的相對小的表面區(qū)域向著觀看者被反射回。從而，顯示器的黑狀態(tài)特別暗，并且對比度特別高。
優(yōu)選地，反射層覆蓋空隙區(qū)域與波導之間至少相當大部分的界面。更優(yōu)選地，用金屬在內部完全涂覆錐形元件。
優(yōu)選地，變窄的凹陷，即空隙區(qū)域，具有錐形，更優(yōu)選具有漏斗形形狀。
存在各種影響本發(fā)明顯示器中對比度增強元件對光吸收效果的參數，諸如表面上幾何結構的密度，堆積密度，結構的頂角以及出射面的尺寸。
優(yōu)選地，變窄凹陷的頂角平均小于90度。即，界面與對比度增強元件外表面的法線方向的角度小于45度，下面將該角度稱作α。在圖2中表示出角度α，從而錐形凹陷的頂角等于2α。
更優(yōu)選地，α介于15度到30度之間，從而頂角介于30度到60度之間。因此，變窄凹陷相對尖銳，即長度大于凹陷入口的橫截面直徑。
對比度增強濾光器的光吸收通常隨頂角的減小而增大，這是因為空隙區(qū)域的吸收率更高的原因，發(fā)現對于小于30度的頂角而言，濾光器對顯示器的視角具有一定影響。在此情形中，會干擾對發(fā)射光的光波引導，從而從波導射出的光不再是各向同性的。即，強度分布具有極強的角度依賴性，限制了視角。這通常是有害的。然而，存在某些應用，諸如得益于非常有限的視角的安全顯示器。在這些情形中，可以設想小于30度的頂角。
優(yōu)選地，對比度增強元件的厚度，即，波導在平行于法線方向的尺寸，介于100nm與10μm之間。假定這樣的高度且角度α處于優(yōu)選范圍內，則該結構的幾何形狀使得為顯示器的每個像素提供數百或數千個波導。
可通過改變其中切除了波導頂端的基板表面上方的高度，來確定波導出射表面區(qū)域的尺寸。優(yōu)選地，出射表面區(qū)域的平均直徑具有可見光譜的光波長的數量級。從而，例如，直徑可以為1或2μm，或者優(yōu)選大約500nm或更小。
在此情形中，從波導發(fā)射出的光近似是各向同性的，并且對比度增強裝置不會或幾乎不會限制顯示器的視角。從而，可使用相對小的頂角，而不會影響視角。此外，從中反射了環(huán)境光的波導的出射面，構成了顯示裝置面對觀察者的表面的特別小的部分，從而更進一步減小了雜散光量。
優(yōu)選地，按照隨機結構在基板中設置多個波導，從而設置變窄的凹陷。這樣進一步減小了對比度增強裝置對顯示器視角的影響，還消除了所顯示圖像中的干涉和/或moiré效應。
如引言所述，包含如上所述對比度增強濾光器的根據本發(fā)明的顯示裝置，可以是具有發(fā)光像素的多種顯示裝置其中之一。
例如，顯示裝置可以是發(fā)光像素包括發(fā)光有機材料的有機LED顯示器，聚合物LED(P-LED)或小分子OLED；具有背光像素的透射型LCD，或者具有包括發(fā)光磷光體的像素的任何類型的真空熒光顯示器，諸如CRT，場致發(fā)射顯示器或等離子體顯示器。
通常，對比度增強元件設置在顯示器的觀察者一側，然而應當注意，像素與對比度增強元件之間的距離不要過大，優(yōu)選不大于幾毫米，否則可能發(fā)生串擾，從而對于原色的分離會造成不利影響。
空隙區(qū)域包括具有低于波導的第一材料的折射率的第二材料。第二材料可以為折射率大約為1的空氣，然而更優(yōu)選的，錐形凹陷包括折射率接近1，諸如1.1或1.05的保護材料。
保護材料保護空隙區(qū)域，特別是處于空隙區(qū)域與波導之間界面上的光敏反射層。該材料的折射率應當低，以便在很大程度上防止環(huán)境光在空隙區(qū)域中材料的表面上被反射，該反射將會降低對比度。用于該目的的適當材料包括氣溶膠材料，或者混有這種氣溶膠材料的聚合物。


現在將參照附圖更詳細地描述本發(fā)明的這些和其他方面。此處圖1表示根據本發(fā)明顯示裝置的像素的實施例，和圖2表示沿所述顯示裝置實施例中對比度增強濾光器的線II-II的剖面圖。
具體實施例方式
根據本發(fā)明的顯示裝置100包括顯示面板120。顯示面板120為傳統發(fā)光型，諸如O-LED或P-LED顯示面板，結合了背光系統的透射型LCD面板，CRT屏幕，等離子體顯示面板或場致發(fā)射顯示器(FED)。圖1表示顯示面板120的單一圖像元(像素)，或者在彩色顯示面板的情形中為單一顏色子像素。
對比度增強濾光器110安裝在顯示面板120的觀察者一側。濾光器包括在本實施例中具有漏斗形狀的多個錐形凹陷112。在錐形凹陷112之間的濾光器110適于形成為以便作為用于顯示面板120的像素發(fā)射出的光的波導，并且通常由透光材料形成。
易于通過所謂的軟平版印刷來形成錐形凹陷112，即在液體層中壓印出所需的變窄凹陷，隨后在固化步驟中使其凝固。
如R.Reiche和W.Hauffe的文章“Pyramid formation on a highindex copper bicrystal during bombardment with 10kev argonand krypton ions”(Applied Surface Science 165(2000)，第279-287頁)中所述，用于在液體層中限定凹陷的母體印模，例如可通過高指數(indexed)金屬晶體的離子轟擊來制造。這樣，形成表面覆蓋有錐體的金屬印模。所述的錐體在液體層中壓印出錐形凹陷。
或者，可使用選擇性蝕刻方法，或者將母體上包含材料的單體聚合的方法。
取代圖1中所示的圓形漏斗，可設計凹陷112為其他錐形形狀，諸如橢圓、正方形或矩形漏斗形狀。
圖2表示沿圖1中所示的線II-II的對比度增強濾光器210的剖面圖。錐形凹陷212在基板中的波導216之間形成空隙區(qū)域，并且在凹陷212與相鄰波導216之間的界面上提供反射層214，優(yōu)選是薄金屬層。該層基本覆蓋整個界面區(qū)域。
可使用公知的蒸發(fā)或濺射技術施加這種薄金屬層，例如銀層。由有效膚深(penetration depth)(k值)確定涂層厚度。10-100nm的厚度足以獲得所需效果。
顯示面板的像素發(fā)射出的光222進入對比度增強濾光器210，穿過入射面217進入波導216中，并有效地通過其透射，并通過出射面218發(fā)射出。波導216的出射面218基本上沒有反射材料，以便具有盡可能高的透射率。
另一方面，從觀察者一側落入顯示裝置中的環(huán)境光232主要進入凹陷212，并且如前所述被有效吸收。小部分環(huán)境光232被反射離開波導216的出射面218。為了保證這部分盡可能小，與凹陷212的入射面所占據的表面面積相比，應當使出射面218很小。從而，顯示器的黑狀態(tài)特別暗，并且對比度特別高。此外，波導的相對小的出射面218保證了波導216發(fā)射出各向同性的光。
除光導216的出射面218所占據的面積以外，通過本顯示器中對比度增強濾光器110的環(huán)境光吸收效果還由多個其他參數確定。這些參數包括錐形凹陷的尺寸和凹陷的頂角。
如上所述，漏斗形凹陷212的頂角(2α)優(yōu)選處于30到60度之間。從而，漏斗形凹陷212在法線方向的長度大于漏斗入口的橫截面直徑。在有限視角不是問題的情況下，諸如在安全顯示器的情況下，可采用更小的頂角。
漏斗形凹陷212在法線方向的長度通常與對比度增強濾光器210的厚度相似，因為波導216的發(fā)射與入射面之間的距離必須很小，以防止視差效應，并防止在彩色顯示器中不同子像素之間發(fā)生串擾。
將凹陷212的尺寸設計成使顯示面板120的每個像素具有數百或數千個漏斗形凹陷。從而，入口到漏斗形凹陷212的橫截面直徑為幾微米或更小，從而對于優(yōu)選頂角范圍而言，凹陷212的長度至多為10微米。
為了防止對比度增強濾光器110、特別是凹陷212內部的反射層214發(fā)生機械損傷，朝向觀察者的光滑表面是優(yōu)選的。從而，優(yōu)選用低折射率材料來填充漏斗形凹陷212。即，折射率在任何情況下都應當低于基板材料的折射率，以保證大部分通過全內反射對波導216中發(fā)射光222的適當引導，并且優(yōu)選彼此接近以避免來自于空氣與凹陷212中的低折射率材料之間的界面的回反射(backreflection)。所采用的材料優(yōu)選是聚合物材料，并且更優(yōu)選包括氣溶膠材料。
作為選擇或除此之外，在對比度增強濾光器110的頂部可設置附加的涂有抗反射涂層的平板玻璃基板。
總之，顯示裝置包括發(fā)光像素和對比度增強元件。對比度增強元件包括由形成為收縮凹陷的空隙區(qū)域分隔的多個波導。波導與空隙區(qū)域之間的界面設有反射層。收縮凹陷形成用于入射環(huán)境光的終端，對比度增強元件有效地吸收環(huán)境光。另一方面，顯示裝置的像素發(fā)射出的光透過波導。結果，尤其是在亮環(huán)境光條件下，顯示裝置具有相對相對高的對比度。
權利要求
1.一種顯示裝置(100)，包括-發(fā)光像素(120)，和-對比度增強元件(110)，包括與所述像素(120)相鄰的、包括第一折射率的第一材料的設有多個波導(216)的基板，和包括折射率低于第一折射率的第二材料的空隙區(qū)域(212)，所述空隙區(qū)域(212)設置在波導(216)之間，并且形成為在像素方向上變窄，波導(216)與空隙區(qū)域(212)之間的界面(214)設有反射層。
2.如權利要求1所述的顯示裝置，其中，所述空隙區(qū)域(212)具有錐形形狀。
3.如權利要求1所述的顯示裝置，其中，多個波導(216)的入射面(217)設置用于接收所述元件發(fā)射出的光，所述多個波導(216)的出射面(218)的表面面積充分小于所述入射面的表面面積。
4.如權利要求1所述的顯示裝置，其中，所述反射層為金屬層。
5.如權利要求1所述的顯示裝置，其中，所述空隙區(qū)域基本上是漏斗形的。
6.如權利要求1所述的顯示裝置，其中，所述空隙區(qū)域(212)的頂角具有小于90度的頂角(2α)。
7.如權利要求6所述的顯示裝置，其中，所述頂角處于30到60度之間。
8.如權利要求1所述的顯示裝置，其中，所述波導基板的厚度介于100納米到10微米之間。
9.如權利要求1所述的顯示裝置，其中，波導的出射面的橫截面長度具有可見光范圍內波長的數量級。
10.如權利要求1所述的顯示裝置，其中，所述多個波導和/或空隙區(qū)域設置成隨機結構。
11.如權利要求1所述的顯示裝置，其中，該顯示裝置包括聚合物發(fā)光顯示器、有機發(fā)光顯示器、透射型液晶顯示器、陰極射線管、等離子體顯示器或場致發(fā)射顯示器其中之一。
全文摘要
顯示裝置包括發(fā)光像素(120)和對比度增強元件(110)。所述對比度增強元件包括由形成為變窄凹陷的空隙區(qū)域(212)分隔的多個波導(216)。波導(216)與空隙區(qū)域(212)之間的界面設有反射層。變窄凹陷形成入射環(huán)境光的終端，對比度增強元件有效地吸收環(huán)境光。另一方面，顯示裝置的像素(120)發(fā)射出的光透過波導(216)。結果，尤其是在亮環(huán)境光條件下，該顯示裝置具有相對高的對比度。
文檔編號G09F9/30GK1894622SQ200480037722
公開日2007年1月10日 申請日期2004年11月24日 優(yōu)先權日2003年12月17日
發(fā)明者R·庫爾特 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司