角度滤光器和包含其的显示器装置的制作方法

相关申请的交叉参考

本申请根据35u.s.c.§119，要求2015年2月13日提交的美国临时申请系列第62/115765号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。

本公开一般地涉及滤光器和包含此类滤光器的显示器装置，更具体地，涉及角度玻璃滤光器和包含其的透明显示器装置。

技术背景

液晶显示器(lcd)常用于各种电子器件，例如，手机、笔记本电脑、电子平板、电视机和电脑监视器。对于常规lcd，存在对于更高对比度、色域和亮度同时还平衡了功耗要求(例如，在手持式装置的情况下)的需求。此外，电子产品的一个新兴趋势包括这样的透明显示器，其允许用户看到显示器面板后面的装置组件或其他物件。但是，现有的背光技术最好也只不过可以提供面板后面的物件的扭曲或不一致视野，或者例如由于浇铸了阴影可能部分或完全地阻挡了这些物件的视野。

透明显示器中的常规导光板(lgp)倾向于以更为平行于板的角度发光。为了增强可视性，以更为垂直于平面的角度发光可能是优选的。此外，在常规不透明显示器中，会采用各种膜来过滤来自lgp的光，用于再循环平行光并再导向至更为垂直于板的方向。但是，这些膜通常是具有雾度的，并且无法用于透明显示器，因为它们阻挡了显示器后方的物件的视野。

因此，提供解决了上文所述一个或多个缺陷的用于透明显示器装置的滤光器会是有利的，例如，滤光器将光再导向至更为垂直于导板的方向，同时还减小了雾度和/或增加了透明度。在各种实施方式中，包括此类背光的显示器装置(lcd)可以更亮，可以具有改善的透明度，可以具有降低的雾度，和/或可以具有改善的观察角。

技术实现要素：

在各种实施方式中，本公开涉及滤光器，其包括：玻璃基材，所述玻璃基材的表面图案化了多个间隔开的环，其中，每个环的外直径独立地是约10-100微米的范围，以及其中，滤光器的雾度小于约20％。本公开还涉及基本透明的滤光器，其包括玻璃片，所述玻璃片的表面图案化了多个间隔开的环，所述环包含氧化钛纳米颗粒，其中，每个环的外直径独立地是约10-100微米的范围。本文还揭示了包括此类滤光器的显示器装置。此类显示器装置可以是基本透明的，并且可以包括例如基本透明的导光板。

在某些实施方式中，玻璃基材可以是厚度约为0.1-3mm的玻璃片。玻璃片可以包括选自下组的玻璃，例如：铝硅酸盐玻璃、碱性铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、碱性硼硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃以及碱性铝硼硅酸盐玻璃。根据各种实施方式，所述多个环可以包含选自下组的至少一种无机材料：氧化钛、氧化锆、氧化铈、氧化锌、氧化铝、氧化硅、蓝宝石、金刚石、砷化镓、氧化锗，及其组合。在其他实施方式中，所述多个环可以形成包含无规或重复图案的环阵列。在非限制性实施方式中，滤光器可以具有小于约5％的雾度和/或至少约90％的透明度。

还揭示了制造此类滤光器的方法，该方法包括：将多滴间隔开的墨滴沉积到玻璃基材的表面上；以及干燥墨滴以形成多个间隔开的环，其中，墨滴包括选自下组的至少一种无机材料：氧化钛、氧化锆、氧化铈、氧化锌、氧化铝、氧化硅、蓝宝石、金刚石、砷化镓、氧化锗，及其组合，其中，每个环的外直径独立地是约10-100微米，以及其中，滤光器的雾度小于约20％。本文所揭示的方法还包括通过使得光通过本文所揭示的滤光器对光进行过滤的方法。

根据各种实施方式，可以通过喷墨印刷或者微接触印刷或者微描绘(microplot)将所述多个墨滴沉积到玻璃基材上。在一些实施方式中，墨滴还包括选自下组的至少一种额外组分：溶剂、表面活性剂、粘合剂，及其组合。墨滴的粘度可以是例如，约1-40cps，和/或表面张力可以是约20-40达因/cm。

在以下的详细描述中给出了本文的其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的方法而被认识。

应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都表示本文的各种实施方式，用来提供对于权利要求的性质和特性的总体理解或框架性理解。包括的附图提供了对本文的进一步的理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图以图示形式说明了本文的各种实施方式，并与说明书一起用来解释本文的原理和操作。

附图说明

当结合附图阅读时，可以更进一步理解以下详细描述。

图1显示采用根据本公开实施方式的角度滤光器的入射光散射；

图2显示包括环阵列的滤光器；

图3显示包括具有无规图案的环阵列的滤光器；

图4显示在没有滤光器的情况下、具有根据本公开实施方式的滤光器的情况下以及具有并非根据本公开的滤光器的情况下，来自经蚀刻的导光板的角度光分布图；以及

图5显示具有根据某些实施方式的滤光器和导光板的非限制性显示器装置。

具体实施方式

本文揭示了滤光器，其包括：玻璃基材，所述玻璃基材的表面图案化了多个间隔开的环，其中，每个环的外直径独立地是约10-100微米的范围，以及其中，滤光器的雾度小于约20％。本公开还涉及基本透明的滤光器，其包括玻璃片，所述玻璃片的表面图案化了多个间隔开的环，所述环包含氧化钛纳米颗粒，其中，每个环的外直径独立地是约10-100微米的范围。本文还揭示了包括此类滤光器的显示器装置。

本文还揭示了制造此类滤光器的方法，该方法包括：将多滴间隔开的墨滴沉积到玻璃基材的表面上；以及干燥墨滴以形成多个间隔开的环，其中，墨滴包括选自下组的至少一种无机材料：氧化钛、氧化锆、氧化铈、氧化锌、氧化铝、氧化硅、蓝宝石、金刚石、砷化镓、氧化锗，及其组合，其中，每个环的外直径独立地是约100-500微米，以及其中，滤光器的雾度小于约20％。此外，本公开还涉及通过使得光通过本文所揭示的滤光器对光进行过滤的方法。

根据各种实施方式，本文所揭示的滤光器和/或玻璃基材可以是透明或者基本透明的。如本文所用术语“透明”旨在表示在近似1mm的厚度下，玻璃基材或滤光器在可见光谱区域(400-700nm)具有大于约70％的透射率。例如，示例性透明玻璃基材或滤光器在可见光范围可以具有大于约75％的透射率，例如大于约80％、大于约85％、大于约90％、大于约92％、大于约95％、或者大于约99％的透射率，包括其间的所有范围和子范围。根据各种实施方式，玻璃基材或滤光器在可见光范围可以具有小于约50％的透射率，例如小于约45％、小于约40％、小于约35％、小于约30％、小于约25％、或者小于约20％，包括其间的所有范围和子范围。在某些实施方式中，示例性玻璃基材或滤光器在紫外(uv)区域(100-410nm)可以具有大于约50％的透射率，例如大于约55％、大于约60％、大于约65％、大于约70％、大于约75％、大于约80％、大于约85％、大于约90％、大于约92％、大于约95％、或者大于约99％的透射率，包括其间的所有范围和子范围。

根据其他实施方式，本文所揭示的滤光器可以具有低雾度。雾度可来自于光在不同方向的扩散，这进而会导致对比度损失。如本文所用“雾度”指的是当通过基材时，光以平均大于2.5度的角度偏离入射束的百分比(astmd1003)。图1显示本公开各种实施方式对于入射光散射的大致操作原理。本文所揭示的角度滤光器可以背向散射高角度光a，同时使得角度更为平行于基材s的光p再循环，以产生更为垂直于基材s的光n。本文所揭示的示例性滤光器可以具有小于约20％的雾度，例如，小于约19％、18％、17％、16％、15％、14％、13％、12％、11％、10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、或0.1％，包括其间的所有范围和子范围。

玻璃基材可以包括本领域已知的用于滤光器的任意玻璃，包括但不限于：铝硅酸盐玻璃、碱性铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、碱性硼硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃、碱性铝硼硅酸盐玻璃和其他合适的玻璃。在某些实施方式中，玻璃基材的厚度可以小于或等于约3mm，例如，约为0.1-2.5mm、约为0.3-2mm、约为0.7-1.5mm、或者约为1-1.2mm，包括其间的所有范围和子范围。适合用作滤光器的市售可得玻璃的非限制性例子包括例如康宁公司(corningincorporated)的eaglelotus^tm、和玻璃。在其他实施方式中，玻璃基材可以包括高透射率玻璃和/或低-fe玻璃，例如但不限于康宁公司的iris^tm玻璃。

玻璃基材可以包括具有第一表面和相对第二表面的玻璃片。在某些实施方式中，表面可以是平坦或者基本平坦的，例如基本平的和/或水平的。在一些实施方式中，玻璃基材也可以是绕着至少一个曲率半径曲面的，例如，三维玻璃基材，例如，凸面基材或凹面基材。在各种实施方式中，第一和第二表面可以是平行或者基本平行的。玻璃基材还可包括至少一个边缘，例如，至少两个边缘、至少三个边缘或者至少四个边缘。作为非限制性例子，滤光器可以包括具有四个边缘的矩形或正方形玻璃片，但是也考虑其他形状和构造，并且它们旨在落入本公开的范围内。根据各种实施方式中，玻璃基材的折射率范围可以约为1.3-1.7，例如，约为1.4-1.6，包括其间的所有范围和子范围。

在非限制实施方式中，滤光器的第一和/或第二表面可以图案化有多个环或者环阵列。如本文所用术语“图案化”旨在表示环以任意给定图案或设计存在于滤光器的表面上，例如，无规或排列(有序)，重复性或非重复性。图案化还可以是半有序或者半重复的。图2显示包括根据本公开各种实施方式的环阵列的滤光器，所述环阵列是略微(半)有序和重复的，但是不是完美有序和重复的。图3显示包括根据本公开其他实施方式的环阵列的滤光器，所述环阵列是完全无规且不重复的。不希望受限于理论，相信相比于具有有序和/或重复图案的滤光器，无规且不重复的图案可导致更为透明的滤光器。在某些实施方式中，如图2-3所示，环可以是轮状或者咖啡环(也称作“咖啡环效应”)。在其他实施方式中，环可以是基本圆形或者圆形状的。可以在玻璃基材上沉积、涂覆、印刷或者任意其他方式提供环。根据各种实施方式，可以采用任意技术将所述多个环印刷到玻璃基材上，该技术适合分配体积小于1微微升至高至100微微升或更高的液体，例如，约为1-100pl、约为5-75pl、约为10-60pl、或者约为25-50pl，包括其间的所有范围和子范围。合适的技术可以采用例如喷墨印刷机、微接触印刷机、微描绘仪和其他类似装置。下面参照用于制造本文所揭示的滤光器的方法提供印刷方法的其他细节。

可以通过一个或多个参数限定所述多个环，例如，总直径、空隙直径、环厚度、环高度和环之间的距离等。在各种实施方式中，每个环的总直径(从外环边缘到相对外环边缘)可以是高至约100微米，例如，约为10-100微米、约为20-90微米、约为30-80微米、约为40-70微米、或者约为50-60微米，包括其间的所有范围和子范围。空隙直径(从内环边缘到相对内环边缘)可以是高至约99微米，例如，约为5-90微米、约为10-80微米、约为20-70微米、约为30-60微米、或者约为40-50微米，包括其间的所有范围和子范围。环厚度(总直径减去空隙直径)可以是例如小于约50微米，例如，小于约40微米、小于约25微米、小于约10微米、小于约5微米、或者小于约1微米，包括其间的所有范围和子范围。

环高度(沉积层的厚度)可以是例如小于约20微米，例如，小于约15微米、小于约10微米、小于约5微米、小于约4微米、小于约2微米、或者小于约1微米，包括其间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，环高度可以小于500nm、小于100nm或者小于约50nm，包括其间的所有范围和子范围。根据各种实施方式，环高度可以是例如，环的外直径的约0.5-50％，例如，环的外直径的约1-25％，或者环的外直径的约5-10％，包括其间的所有范围和子范围。

环之间的距离(从一个环的外边缘到另一个环的外边缘)可以取决于图案(规则或无规)发生变化，并且可以是例如约25-5000微米，例如约50-3000微米、约100-2500微米、约200-2000微米、约300-1500微米、或者约500-1000微米，包括其间的所有范围和子范围。如本文所用术语“间隔开”旨在表示所述多个环或环阵列中的环(或者刚印刷时的液滴)没有相互接触或邻接，例如，它们之间存在间距。当然，应理解的是，对于所述多个环或环阵列中的环，上述参数可以发生变化，并且它们不对所附权利要求书构成限制。

所述多个环可以包括适用于滤光器的较高折射率的任意材料。例如，环可以包括折射率至少约为1.5的材料，例如，至少约为1.7、至少约为2、至少约为2.5、至少约为3或者至少约为4(例如，1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、或者4)，包括其间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，材料可以是选自金属氧化物(例如，过渡金属氧化物)的无机材料。示例性金属氧化物包括但不限于：氧化钛、氧化锆、氧化铈、氧化锌、氧化铝、氧化硅、氧化锗，及其组合。其他非限制性示例性材料可以包括例如：蓝宝石、金刚石、银、金、铂、砷化镓或者其他类似高折射率材料，及其组合。在某些实施方式中，所述多个环或环阵列中的所有环可以包含相同材料。当然，所述多个环或环阵列中的所有环不必包含相同材料，并且所附权利要求书不受限于此。

空隙(环内部)可以不含构成环或者基本不含构成环的材料。例如，空隙可以包含小于约10％、小于约5％、小于约3％、小于约2％、小于约1％或者约0％的材料，相对于环中存在的材料总量计。在非限制性实施方式中，环材料可以覆盖至少约5％的玻璃表面，例如，至少约10％、至少约15％、至少约20％、至少约25％、至少约30％、至少约35％、至少约40％、至少约45％、至少约50％、至少约55％或者更大，包括其间的所有范围和子范围。在其他实施方式中，环材料可以覆盖小于约95％的玻璃表面，例如，小于约90％、小于约85％、小于约80％、小于约75％、小于约70％、小于约65％、小于约60％、小于约55％、小于约50％、或者小于约45％，包括其间的所有范围和子范围。玻璃未被材料覆盖或者没有明显被材料覆盖的部分(例如，环空隙+环之间的空间)可以被称作“开放空间”，并且可以构成例如约为5-95％的玻璃总表面，例如，约为10-90％、约为25-85％、约为30-80％、约为35-70％、约为40-60％、或者约为5-55％，包括其间的所有范围和子范围。

根据各种实施方式，材料可以是纳米颗粒的形式，例如，平均粒径小于1微米的颗粒，例如，小于500nm、小于250nm、小于100nm、小于50nm、或者小于10nm，包括其间的所有范围和子范围。在某些实施方式中，环可以包括此类纳米颗粒的团聚体。在某些实施方式中，材料可以是导电、不导电或者半导体。在至少一个非限制性实施方式中，滤光器是不导电的。根据其他实施方式，滤光器是半导体。在其他实施方式中，材料可以是透明或者基本无色或透明的，并且滤光器可以类似地是透明或者基本透明的。

图4显示来自没有滤光器的经蚀刻lgp发出的光的角度分布(图a)，以及具有根据本公开各种实施方式的滤光器的相同lgp发出的光的角度分布(图b1：图3和b2：图2)。出于对比目的，也显示了从装配有3m公司的vikuiti^tm增亮膜(bef)的lgp发出的光的角度分布(图c)。滤光器b1具有4％的雾度和91％的透明度，而滤光器b2具有15％的雾度和88％的透明度。对比而言，滤光器c的雾度是100％。因此，根据各种实施方式，本文所揭示的滤光器对于约为45-90°的观察角可以提供大于约1堪/cm²的亮度，例如，大于约1.5堪/cm²、大于约2堪/cm²、大于约2.5堪/cm²、大于约3堪/cm²、大于约3.5堪/cm²、或者大于约4堪/cm²。对于迎面观察(观察角约为90°)，本文所揭示的滤光器可以提供约为1-4堪/cm²的亮度，例如约为2-3堪/cm²，包括其间的所有范围和子范围。

因此，在约为45-90°的观察角，本公开的滤光器可以提供至少约50％的初始亮度(例如，来自没有滤光器的玻璃基材的亮度)，例如，至少约60％、至少约70％、至少约80％或者至少约90％的初始亮度。相反地，现有技术滤光器对于约为45-90°的观察角提供小于1堪/cm²的亮度，并且对于迎面观察，亮度甚至小于0.5堪/cm²。因此，现有技术滤光器在约为45-90°的观察角，可以提供小于约25％的初始亮度或者甚至小于约10％的初始亮度。

本文所揭示的角度滤光器可以通过如下方式生产：将多个间隔开的墨滴沉积到玻璃基材的表面上，以及对墨滴进行干燥以形成多个间隔开的环。可以采用本文所揭示的印刷工艺，例如，喷墨印刷、微接触印刷和微描绘将液滴沉积到玻璃基材表面上。液滴可以具有例如形成具有所需形状和尺寸的环所必须的微微升至微升的体积。根据某些实施方式，液滴的体积可以小于约1微微升至100微微升或更大，例如，约1-100pl、约5-75pl、约10-60pl、或者约25-50pl，包括其间的所有范围和子范围。可以对墨的粘度进行选择，以产生所需的环形状和尺寸，例如，通过平衡墨的流体性质和液滴的表面张力，以实现咖啡环效应。在各种实施方式中，墨粘度可以约为1-40cps，例如，约为5-30cps、约为10-25cps、或者约为15-20cps，包括其间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，从墨形成的液滴的表面张力可以约为20-40达因/cm，例如，约25-36达因/cm或者约为28-30达因/cm，包括其间的所有范围和子范围。

墨可以包括本文参见环构成所揭示的各种材料，例如无机材料(如金属氧化物)。墨还可以包括其他组分，例如，溶剂、表面活性剂、粘合剂，及其组合。合适的溶剂可以包括，例如，脂族醇、芳族烃、二醇、二醇醚、乳酸酯和酯类、脂族和芳族酮、聚乙二醇、聚丙二醇、水，及其组合。在各种实施方式中，墨可以包含约5-95重量％的无机材料，例如，约10-80重量％的无机材料、约15-70重量％的无机材料、约20-60重量％的无机材料、约25-50重量％的无机材料、或者约30-40重量％的无机材料，包括其间的所有范围和子范围。

在玻璃基材上沉积了液滴之后，可以采用本领域已知的任意合适的干燥方法对液滴进行干燥以产生所需的环。例如，液滴可以在环境温度和压力下空气干燥，或者可以采用加热干燥。在某些实施方式中，可以将玻璃基材加热至约为25-100℃的温度，从而干燥液滴并产生所述多个环，例如，约30-75℃或者约50-60℃，包括其间的所有范围和子范围。干燥时间可以是例如约1分钟至约1小时，例如，约5-45分钟、约10-30分钟、或者约15-20分钟，包括其间所有范围和子范围。当然也可以使用其他干燥方法、温度和时间，并且认为它们落在本公开的范围内。

本文所揭示的滤光器可用于各种显示器装置，包括但不限于lcd。图5显示具有根据本公开一些实施方式的滤光器的非限制性显示器装置。参见图5，显示器装置100可以包括光源110(例如，发光二极管(led)或冷阴极荧光灯(ccfl))。常规lcd可采用封装了颜色转换荧光体的led或ccfl来产生白光。装置100还可包括导光板，光可以通过其并被再导向到lcd。可以使用反射器膜130将再循环的光输送回到通过导光板120。然后，来自导光板120的光可以穿过滤光器140，这会将高角度光背向散射以及将低角度光反射回反射器膜130进行再循环，并且可以起到以正向方向(例如，朝向使用者的方向)浓缩光。液晶层150可以包含电光材料，在施加了电场之后，其结构发生转动，导致任何通过它的光发生偏振旋转。可以包括其他光学组件，例如棱镜膜、偏振器或者tft阵列等。根据各种实施方式，本文所揭示的呈角度滤光器可与透明导光板在透明显示器装置中配对。

应理解，多个揭示的实施方式可涉及与特定实施方式一起描述的特定特征、元素或步骤。应理解的是，虽然结合一个具体的实施方式描述了具体特征、元素或步骤，但是不同实施方式可以以各种未示出的组合或变换形式相互交换或结合。

还应理解的是，本文所用的冠词“该”、“一个”或“一种”表示“至少一个(一种)”，不应局限为“仅一个(一种)”，除非明确有相反的说明。因此，例如，提到的“一个环”包括具有两个或更多个这样的环的例子，除非文中另行明确指明。类似地，“多个”或“阵列”旨在表示“不止一个”。因此，“多个液滴”包括两个或更多个此类液滴，例如三个或更多个此类液滴等，以及“环阵列”包括两个或更多个此类环，例如三个或更多个此类环等。

本文中，范围可以表示为从“约”一个具体值和/或到“约”另一个具体值的范围。当表述这种范围时，例子包括自某一具体值始和/或至另一具体值止。类似地，当使用先行词“约”表示数值为近似值时，应理解，具体数值构成另一个方面。还应理解的是，每个范围的端点值在与另一个端点值有关和与另一个端点值无关时，都是有意义的。

本文所用的术语“基本”、“基本上”及其变化形式旨在表示所描述的特征与数值或描述相等同或近似相同。例如，“基本平坦”表面旨在表示平坦或近似平坦的表面。此外，如上文所定义，“基本上类似”旨在表示两个值是相等或者近似相等的。在一些实施方式中，“基本上类似”可表示数值相互在约为10％之内，例如相互在约为5％之内，或者相互在约为2％之内。

除非另有表述，否则都不旨在将本文所述的任意方法理解为需要使其步骤以具体顺序进行。因此，当方法权利要求实际上没有陈述为其步骤遵循一定的顺序或者其没有在权利要求书或说明书中以任意其他方式具体表示步骤限于具体的顺序，都不旨在暗示该任意特定顺序。

虽然会用过渡语“包括”来公开特定实施方式的各种特征、元素或步骤，但是应理解的是，这暗示了包括可采用过渡语由“......构成”、“基本由......构成”描述在内的替代实施方式。因此，例如，对包含a+b+c的装置的隐含的替代性实施方式包括装置由a+b+c组成的实施方式和装置主要由a+b+c组成的实施方式。

对本领域的技术人员而言，显而易见的是，可以在不偏离本文的范围和精神的情况下对本文进行各种修改和变动。因为本领域的技术人员可以想到所述实施方式的融合了本公开精神和实质的各种改良组合、子项组合和变化，应认为本文包括所附权利要求书范围内的全部内容及其等同内容。