液晶与量子点结合的彩色滤光片显示装置

技术领域

本发明涉及光电显示领域，，尤其是液晶与量子点结合的彩色滤光片显示装置。

背景技术

液晶显示器具有轻薄、无辐射、功耗低等优势，是目前显示市场的主流。但是，液晶显示设备的色域却不高，因而无法满足消费者的视觉需求。液晶显示器作为一种非主动发光器件，需要背光源才能进行显示。为了能够实现彩色化显示，需要借助于彩色滤光片。而传统的彩色滤光片采用的是R、G、B彩色层，透过率非常低，色纯度不高，影响整体色域。量子点光谱半峰宽小，色纯度高，是一种光致发光材料，可通过控制其粒径大小发出不同颜色的光。将量子点用作液晶显示器中的彩色滤光片，能够在很大程度上改善显示色域。

液晶微透镜阵列是利用液晶的电控双折射特性和微电子工艺制作的微光学元件,具有焦距可调、工作电压低甚至阵列数目、透镜孔径以及形状可调的优点。液晶分子在外加电场作用下，其长轴可平行或垂直于电场方向，入射光经液晶传播时会发生双折射现象。因此，液晶分子在外加电场驱动下可发生不同方向偏转，其折射率呈抛物线梯度分布，从而获得焦距和光斑半径可调的液晶透镜。

现有的量子点彩色滤光片由于量子点未得到充分激发,使得光转换效率较低,从而导致液晶面板的出光效率不高。针对现有技术的不足，本发明结合液晶微透镜阵列的优势，提出一种基于液晶微透镜阵列与量子点结合的彩色滤光片基板、显示面板及显示装置。

发明内容

本发明提出液晶与量子点结合的彩色滤光片显示装置，能结合液晶微透镜阵列的优势，实现光效的提升。

本发明采用以下技术方案。

液晶与量子点结合的彩色滤光片显示装置，包括彩色滤光片基板（100），所述彩色滤光片基板在发光方向上顺序设置有公共电极（8）、下介电层（7）、内置发光面的彩色滤光层、上介电层（4）、高阻抗层（2）、图案化电极（3）；所述发光面包括密集排列的滤光单元（10）；所述滤光单元包括第一色滤光结构、第二色滤光结构；所述第一色滤光结构、第二色滤光结构中均容置有液晶（5）与量子点的混合物；当在图案化电极、公共电极之间施加电压时，滤光结构中的液晶分子形成液晶微透镜阵列；所述液晶微透镜阵列可汇聚滤光单元内量子点被激发时发出的光线。

所述彩色滤光片基板的顶部设有包括上玻璃基板（1）的第一衬底，彩色滤光片基板的底部设有包括下玻璃基板（9）的第二衬底；

所述量子点包括红色量子点（10a）、绿色量子点（10b）；所述第一色滤光结构中的混合物由液晶分子与红色量子点（10a）混合而成；所述第二色滤光结构中的混合物由液晶分子与绿色量子点（10b）混合而成。

所述滤光单元还包括第三色滤光结构；第三色滤光结构为不含发光材料的透光结构，或是滤光单元内空置的透光位，或是贮有液晶与蓝色量子点（10c）混合物的滤光槽；

滤光单元中的量子点由彩色滤光片基板的背光源激发，激发状态下的量子点可发光。

所述滤光单元中，第一色滤光结构、第二色滤光结构、第三色滤光结构的排列图案与图案化电极的图案一致，第一色滤光结构、第二色滤光结构、第三色滤光结构之间设有可隔绝像素光串扰的黑矩阵（6）。

所述上介电层、下介电层为液晶分子的两个取向层，两个取向层的取向互为反平行；

当在图案化电极、公共电极之间施加电压时，发光面中的液晶分子折射率成抛物线梯度分布，从而形成液晶微透镜阵列；

所述滤光单元为彩色滤光片中的像素单元，当液晶微透镜阵列形成后，各像素单元对应液晶微透镜阵列中的一个或多个液晶微透镜；

各像素单元中的第一色滤光结构、第二色滤光结构、第三色滤光结构均可对应图案化电极中的一个图形化电极单元；所述图形化电极单元为子像素电极；所述子像素电极按图形阵列排列，子像素电极之间通过黑色矩阵分开，所述子像素电极包括对应第一色滤光结构的红色子像素电极、对应第二色滤光结构的绿色子像素电极和对应第三色滤光结构的蓝色子像素电极。

所述第一衬底和第二衬底均为带有氧化铟锡ITO透明导电电极的透明玻璃基板；基板厚度在0.2mm-1mm；所述高阻抗层设置于第一衬底上。

所述图案化电极的图案形状包括圆形、正六边形、矩形中的一种或几种，以M行×N列的方式阵列排列，相邻的图案形状的间距范围为5µm-20µm。

所述高阻抗层所采用的材料为透明氧化物、透明高分子材料中的一种或几种，高阻抗层的方块电阻范围为

所述液晶的材料为向列相液晶、聚合物液晶、蓝相液晶中的一种，所述量子点的材料与液晶的材料混合时不发生反应，且混合时不会降低各自材料的光电性能；

所述量子点为ZnSe/ZeS量子点、InP/ZnS量子点、钙钛矿量子点及CdSe量子点中的一种、两种或两种以上任意组合，所述量子点材料在10-400nm的紫外光照射下，能够激发出波长为400-760nm可见光波；

所述取向层所采用的材料为聚酰亚胺、聚甲基苯基硅烷、聚酯纤维、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯4一甲基肉桂酸、聚乙烯肉桂酸中的一种或几种，取向方式为摩擦取向、光诱导取向中的一种。

所述显示装置为液晶显示面板，包括第一基板、第二基板和可形成背光源（900）的背光模组，还包括液晶层（400）、位于液晶层与所述彩色滤光片之间的上偏光片（200）、位于所述液晶层背离上偏光片一侧的阵列基板（600），以及位于所述阵列基板背离液晶层一侧的下偏光片（700），所述上偏光片偏振方向与液晶透镜阵列摩擦方向相互平行，且与所述下偏光片的偏振方向相互垂直；液晶显示面板的液晶层的上方设有上取向层（300），下方设有下取向层（500）。

所述第一色滤光结构为红色像素点；第二色滤光结构为绿色像素点；当第三色滤光结构为不含发光材料的透光结构，或是滤光单元内空置的透光位时，第三色滤光结构为透明像素点；当第三色滤光结构为贮有液晶与蓝色量子点（10c）混合物的滤光槽时，第三色滤光结构为蓝色像素点；

当彩色滤光层发光面的滤光单元中的第一色滤光结构、第二色滤光结构、第三色滤光结构依次为红色像素点，绿色像素点和蓝色像素点排列时，液晶显示面板的背光源采用白色背光源；

当彩色滤光层发光面的滤光单元中的第一色滤光结构、第二色滤光结构、第三色滤光结构依次为红色像素点，绿色像素点和透明像素点排列时，液晶显示面板的背光源采用蓝色背光源；

第一基板包括第一衬底、高阻抗层、图案化电极、上介电层及彩色滤光层；第二基板包括第二衬底、公共电极、下介电层；通过控制图形化电极和公共电极之间的电压控制液晶器件的开关，通过控制背光源激发液晶与量子点，进而增加激发光源在器件中的传播路径，实现光效提升。

相较于现有技术,本发明具有以下有益效果：

本发明实施例提供的任一彩色滤光片,都可通过电压控制液晶微透镜阵列中液晶分子的偏转将彩色滤光片中量子点发出的光汇聚在一定范围内,从而实现对量子点光效的提升。提高了液晶显示装置的光能利用率及显示效果。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：

附图1是本发明的结构示意图；

附图2是采用图1结构时的显示面板的结构示意图；

附图3是本发明的另一结构示意图；

附图4是采用图3结构时的显示面板的结构示意图；

图中：1-上玻璃基板；2-高阻抗层；3-图案化电极；4-上介电层；5-液晶；6-黑矩阵；7-下介电层；8-公共电极；9-下玻璃基板；10-滤光单元；10a-红色量子点；10b-绿色量子点；10c-蓝色量子点；11-隔离子；

100-彩色滤光片基板；200-上偏光板；300-上取向层；400-液晶层；500-下取向层；600-阵列基板；700-下偏光片；800-底层玻璃基板；900-背光源。

具体实施方式

如图所示，液晶与量子点结合的彩色滤光片显示装置，包括彩色滤光片基板100，所述彩色滤光片基板在发光方向上顺序设置有公共电极8、下介电层7、内置发光面的彩色滤光层、上介电层4、高阻抗层2、图案化电极3；所述发光面包括密集排列的滤光单元10；所述滤光单元包括第一色滤光结构、第二色滤光结构；所述第一色滤光结构、第二色滤光结构中均容置有液晶5与量子点的混合物；当在图案化电极、公共电极之间施加电压时，滤光结构中的液晶分子形成液晶微透镜阵列；所述液晶微透镜阵列可汇聚滤光单元内量子点被激发时发出的光线。

所述彩色滤光片基板的顶部设有包括上玻璃基板1的第一衬底，彩色滤光片基板的底部设有包括下玻璃基板9的第二衬底；

所述量子点包括红色量子点10a、绿色量子点10b；所述第一色滤光结构中的混合物由液晶分子与红色量子点10a混合而成；所述第二色滤光结构中的混合物由液晶分子与绿色量子点10b混合而成。

所述滤光单元还包括第三色滤光结构；第三色滤光结构为不含发光材料的透光结构，或是滤光单元内空置的透光位，或是贮有液晶与蓝色量子点10c混合物的滤光槽；

滤光单元中的量子点由彩色滤光片基板的背光源激发，激发状态下的量子点可发光。

所述滤光单元中，第一色滤光结构、第二色滤光结构、第三色滤光结构的排列图案与图案化电极的图案一致，第一色滤光结构、第二色滤光结构、第三色滤光结构之间设有可隔绝像素光串扰的黑矩阵6。

所述上介电层、下介电层为液晶分子的两个取向层，两个取向层的取向互为反平行；

当在图案化电极、公共电极之间施加电压时，发光面中的液晶分子折射率成抛物线梯度分布，从而形成液晶微透镜阵列；

所述滤光单元为彩色滤光片中的像素单元，当液晶微透镜阵列形成后，各像素单元对应液晶微透镜阵列中的一个或多个液晶微透镜；

各像素单元中的第一色滤光结构、第二色滤光结构、第三色滤光结构均可对应图案化电极中的一个图形化电极单元；所述图形化电极单元为子像素电极；所述子像素电极按图形阵列排列，子像素电极之间通过黑色矩阵分开，所述子像素电极包括对应第一色滤光结构的红色子像素电极、对应第二色滤光结构的绿色子像素电极和对应第三色滤光结构的蓝色子像素电极。

所述第一衬底和第二衬底均为带有氧化铟锡ITO透明导电电极的透明玻璃基板；基板厚度在0.2mm-1mm；所述高阻抗层设置于第一衬底上。

所述图案化电极的图案形状包括圆形、正六边形、矩形中的一种或几种，以M行×N列的方式阵列排列，相邻的图案形状的间距范围为5µm-20µm。

所述高阻抗层所采用的材料为透明氧化物、透明高分子材料中的一种或几种，高阻抗层的方块电阻范围为

所述液晶的材料为向列相液晶、聚合物液晶、蓝相液晶中的一种，所述量子点的材料与液晶的材料混合时不发生反应，且混合时不会降低各自材料的光电性能；

所述量子点为ZnSe/ZeS量子点、InP/ZnS量子点、钙钛矿量子点及CdSe量子点中的一种、两种或两种以上任意组合，所述量子点材料在10-400nm的紫外光照射下，能够激发出波长为400-760nm可见光波；

所述取向层所采用的材料为聚酰亚胺、聚甲基苯基硅烷、聚酯纤维、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯4一甲基肉桂酸、聚乙烯肉桂酸中的一种或几种，取向方式为摩擦取向、光诱导取向中的一种。

所述显示装置为液晶显示面板，包括第一基板、第二基板和可形成背光源900的背光模组，还包括液晶层400、位于液晶层与所述彩色滤光片之间的上偏光片200、位于所述液晶层背离上偏光片一侧的阵列基板600，以及位于所述阵列基板背离液晶层一侧的下偏光片700，所述上偏光片偏振方向与液晶透镜阵列摩擦方向相互平行，且与所述下偏光片的偏振方向相互垂直；液晶显示面板的液晶层的上方设有上取向层300，下方设有下取向层500。

所述第一色滤光结构为红色像素点；第二色滤光结构为绿色像素点；当第三色滤光结构为不含发光材料的透光结构，或是滤光单元内空置的透光位时，第三色滤光结构为透明像素点；当第三色滤光结构为贮有液晶与蓝色量子点10c混合物的滤光槽时，第三色滤光结构为蓝色像素点；

当彩色滤光层发光面的滤光单元中的第一色滤光结构、第二色滤光结构、第三色滤光结构依次为红色像素点，绿色像素点和蓝色像素点排列时，液晶显示面板的背光源采用白色背光源；

当彩色滤光层发光面的滤光单元中的第一色滤光结构、第二色滤光结构、第三色滤光结构依次为红色像素点，绿色像素点和透明像素点排列时，液晶显示面板的背光源采用蓝色背光源；

第一基板包括第一衬底、高阻抗层、图案化电极、上介电层及彩色滤光层；第二基板包括第二衬底、公共电极、下介电层；通过控制图形化电极和公共电极之间的电压控制液晶器件的开关，通过控制背光源激发液晶与量子点，进而增加激发光源在器件中的传播路径，实现光效提升。

实施例一、

参见图1，图1是本发明提出的一种彩色滤光片基板实施例一的结构示意图，该基板由上至下包括：上玻璃基板1；图案化电极3；高阻抗层2；上介电层4；液晶分子5与红色量子点10a混合物、液晶分子5与绿色10b量子点混合物、液晶分子5、将各像素点隔开的黑矩阵6依次排列共同组成的彩色滤光层；下介电层7；公共电极8；下玻璃基板9。通过在图案化电极3和公共电极8之间施加电压，使彩色滤光层内的液晶分子5折射率成抛物线梯度分布，从而形成液晶微透镜阵列，通过控制背光源对彩色滤光层内量子点激发，进而对发出的光进行汇聚，使得彩色滤光层的出光效率得到提升。

高阻抗层2可通过磁控溅射的方式，将相应的材料镀在图案化电极3的表面。高阻抗层的加入可有效降低液晶微透镜阵列的驱动电压，同时提高液晶微透镜阵列的质量。液晶分子5与量子点的混合物可通过喷墨打印的方式填入相应的黑矩阵间隔内。

上介电层4和下介电层7为液晶分子的取向层，且两取向层的取向互为反平行。可通过摩擦取向或光诱导取向的方式加以实现。在施加电压形成液晶微透镜阵列后，色彩转换层上的每个像素单元可对应一个或多个液晶微透镜。像素单元与液晶微透镜的对齐方式可通过刻蚀不同的图案化电极来得到。

图3所示是本发明提出的一种基于彩色滤光片基板实施例一的显示面板结构示意图，该显示面板由上至下包括：彩色滤光片基板100；上偏光片200；上取向层300；液晶层400；下取向层500；阵列基板600；下偏光片700；底层玻璃基板800；背光源900。

为了确保液晶微透镜能正常工作，上偏光片200偏振方向应与液晶微透镜阵列摩擦方向相互平行，且上偏光片200与下偏光片700的偏振方向相互垂直。背光源900为蓝色背光源。

由于量子点在蓝色背光激发下的光是沿着各个方向出射的，通过给处于彩色滤光层中的液晶分子施加电压使其形成液晶微透镜，能够使量子点发出的光朝着所需方向汇聚，从而提升量子点的出光效率，提高液晶显示面板的显示效果。

实施例二、

图3是本发明提出的一种彩色滤光片基板实施例二的结构示意图，该基板从上到下包括：上玻璃基板1；图案化电极3；高阻抗层2；上介电层4；液晶分子5与隔离子11组成的液晶层；下介电层7；公共电极8；下玻璃基板9。量子点色彩转换层包括顺序排列的彩色量子点并且各像素点之间用黑矩阵6分隔开。量子点色彩转换层设置在透明玻璃基板12上且与液晶微透镜阵列下基板9紧密贴合。通过在液晶微透镜阵列的图案化电极3与公共电极8之间施加电压，使彩色滤光层出光侧的光线汇聚，从而实现量子点色彩转换层出光效率的提升。

图4所示是本发明提出的一种基于彩色滤光片基板实施例二的显示面板结构示意图，该显示面板由上至下包括：彩色滤光片基板100；上偏光片200；上取向层300；液晶层400；下取向层500；阵列基板600；下偏光片700；底层玻璃基板800；背光源900。

同样地，为了确保液晶微透镜能正常工作，上偏光片200偏振方向应与液晶微透镜阵列摩擦方向相互平行，且上偏光片200与下偏光片700的偏振方向相互垂直。背光源900为蓝色背光源。由于量子点在蓝色背光激发下的光是沿着各个方向出射的,通过在液晶微透镜阵列的图案化电极3与公共电极8之间施加电压，能使量子点色彩转换层出光侧的光线汇聚，从而提升量子点色彩转换层的出光效率，提高显示面板的显示效果。

本发明实施例还提供了一种显示装置,该显示装置包括本发明具体实施例提供的上述显示面板。该显示装置可以为手机、电视、电脑等任何具有显示功能的产品或者部件。由于该显示装置解决问题的原理与上述显示面板相似,因此该显示装置的实施可以参见上述显示面板的实施,重复之处不再赘述。

综上所述，本发明的有益效果在于提供一种液晶与量子点结合的彩色滤光片显示装置。通过施加在图案化电极与公共电极之间的电压来控制液晶的偏转，从而形成折射率梯度分布的液晶透镜，对量子点发出的光进行汇聚，使得彩色滤光层的出光效率得到提升。

以上实施例和附图仅用于说明本发明的技术方案，并非是对本发明的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。