光学膜材和彩膜基板及其制作方法、显示装置与流程

本发明涉及光电子技术领域，特别涉及一种彩膜基板、显示面板、液晶显示器及彩膜基板的制作方法。

背景技术：

液晶显示器由于众多优点成为被广泛应用的一种显示器件。液晶显示器主要包括液晶显示面板和背光模组，其中液晶显示面板一般包括阵列基板、彩膜基板及设置在阵列基板和彩膜基板之间的液晶层。

现有的液晶显示器，其背光模组发出的光通常都是发散状态的。当观看者正视液晶面板时，视线与面板垂直，此时人眼接收到的光线为背光模组中垂直射入液晶层的光线，人眼可以很清楚的看清面板上的画面。当观看者斜视液晶面板时，视线与面板之间倾斜，此时人眼接收到的光线为背光模组中倾斜射入液晶层的光线，由于液晶分子各个方向上的折射率不同，光线垂直射过和倾斜射过液晶层之间存在光程差，因此液晶层对光线的折射角度也不同，使得此时人眼看到的画面的对比度变差，还会出现色偏，且视角越大，对比度越差，色偏也越严重。

技术实现要素：

为了解决现有液晶显示器可视角度小的问题，本发明实施例提供了一种光学膜材和彩膜基板及其制作方法、显示装置。所述技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种光学膜材，所述光学膜材包括基材层和发散层，所述基材层具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，所述发散层设置在所述基材层的第二表面上，所述发散层包括阵列布置的多个发散结构，每个所述发散结构分别用于发散从所述基材层的第一表面垂直入射的光线。

具体地，所述发散结构包括第一发散结构和覆盖在所述第一发散结构上的第二发散结构，所述第二发散结构的折射率大于所述第一发散结构的折射率。

优选地，每个所述第一发散结构均具有用于与所述基材层贴合的第一表面和远离所述基材层的第二表面，所述第一发散结构的第一表面呈圆形，所述第一发散结构的第二表面为凸面。

进一步地，所述第一发散结构的第二表面为半球面。

优选地，所述第二发散结构有多个，多个所述第二发散结构与所述多个第一发散结构一一对应设置，所述第二发散结构用于使从所述第二发散结构出射的光线的光强呈朗伯余弦分布。

可选地，所述第一发散结构和所述第二发散结构采用不同材料制成，且分别采用以下材料中的任意一种制成：

五氧化二铌、二氧化硅、丙烯酸树脂或环氧树脂。

另一方面，本发明实施例还提供了一种彩膜基板，所述彩膜基板包括基底、色阻层、发散层，所述色阻层和所述发散层分别位于所述基底的两侧，或者，所述色阻层也可以设置在所述基底和所述发散层之间，所述色阻层包括阵列布置的多个色阻块，所述发散层包括与所述多个色阻块一一对应设置的多个发散结构，每个所述发散结构分别用于发散从所述基底垂直出射的光线。

优选地，所述发散结构包括第一发散结构和覆盖在所述第一发散结构上的第二发散结构，所述第二发散结构的折射率大于所述第一发散结构的折射率。

优选地，每个所述色阻块在所述基底上的正投影均位于对应的所述第一发散结构在所述基底的正投影内。

优选地，每个所述第一发散结构均具有用于与所述基底贴合的第一表面和远离所述基底的第二表面，所述第一发散结构的第一表面呈圆形，所述第一发散结构的第二表面为凸面。

优选地，所述第一发散结构的第二表面为半球面。

进一步地，所述第二发散结构有多个，多个所述第二发散结构与所述多个第一发散结构一一对应设置，所述第二发散结构用于使从所述第二发散结构出射的光线的光强呈朗伯余弦分布。

优选地，所述第一发散结构和所述第二发散结构采用不同材料制成，且分别采用以下材料中的任意一种制成：

五氧化二铌、二氧化硅、丙烯酸树脂或环氧树脂。

又一方面，本发明实施例还提供了一种显示装置，所述显示装置包括显示面板、设置在所述显示面板的出光侧的光学膜材和设置在所述显示面板的入光侧的用于提供平行光线的背光模组，所述平行光线的出射方向与所述显示面板垂直，其中，所述光学膜材为前述的光学膜材。

再一方面，本发明实施例还提供了另一种显示装置，所述显示装置包括显示面板以及用于提供平行光线的背光模组，所述显示面板包括对盒设置的彩膜基板和阵列基板、夹设在所述彩膜基板和所述阵列基板之间的液晶层，所述平行光线的出射方向与所述显示面板垂直，所述彩膜基板为前述的彩膜基板。

再一方面，本发明实施例还提供了一种彩膜基板的制作方法，所述制作方法包括：

提供一基底；

在所述基底的一侧面上形成色阻层，所述色阻层包括多个色阻块；

在所述基底的另一侧面上或在所述色阻层上形成发散层，所述发散层包括与所述多个色阻块一一对应设置的多个发散结构，每个所述发散结构分别用于发散从所述基底垂直出射的光线。

又一方面，本发明实施例还提供了一种光学膜材的制作方法，所述制作方法包括：

提供一基材层，所述基材层具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；

在所述基材层的第二表面上形成发散层，所述发散层包括多个发散结构，每个所述发散结构分别用于发散从所述基材层的第一表面垂直入射的光线。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过在基底的出光侧设置发散层，由于发散层包括透明的多个发散结构，多个发散结构与色阻层上的色阻块一一对应设置，通过发散结构将透过色阻块的光线发散到一个更大的角度范围，从而增大了液晶显示器的可视视角。采用该彩膜基板的显示面板可以采用提供平行光线的背光模组，当背光模组出射的平行光线垂直入射该显示面板时，可以避免出现色偏的现象，从而可以省去光学补偿膜，降低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的彩膜基板的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种发散结构的放大示意图；

图3是图2的俯视图；

图4是图2的放大示意图；

图5是本发明实施例提供的一种光学膜材的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的一种发散结构的示意图；

图7是本发明实施例提供的一种显示装置的结构示意图；

图8是本发明实施例提供的一种显示装置的结构示意图；

图9是本发明实施例提供的一种显示面板的结构示意图；

图10是本发明实施例提供的一种彩膜基板的制作方法流程图；

图11是本发明实施例提供的另一种彩膜基板的制作方法流程图；

图12是本发明实施例提供的一种黑矩阵的制作过程示意图；

图13是本发明实施例提供的一种黑矩阵的制作过程示意图；

图14是本发明实施例提供的一种黑矩阵的制作过程示意图；

图15是本发明实施例提供的一种色阻层的制作过程示意图；

图16是本发明实施例提供的一种色阻层的制作过程示意图；

图17是本发明实施例提供的一种色阻层的制作过程示意图；

图18是本发明实施例提供的一种彩膜基板的结构示意图；

图19是本发明实施例提供的一种第一发散结构的形成过程示意图；

图20是本发明实施例提供的一种第一发散结构的形成过程示意图；

图21是本发明实施例提供的一种第二发散结构的形成过程示意图；

图22是本发明实施例提供的一种第二发散结构的形成过程示意图；

图23是本发明实施例提供的一种光学膜材的制作方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1是本发明实施例提供的彩膜基板的结构示意图，如图1所示，该彩膜基板包括基底10、色阻层20、发散层30，其中，色阻层20和发散层30设置在基底10上，色阻层20和发散层30分别位于基底10的两侧，色阻层20包括阵列布置的多个色阻块21，发散层30包括与多个色阻块21一一对应设置的多个发散结构31，每个发散结构31分别用于发散从基底10垂直出射的光线。

通过在基底的出光侧设置发散层，由于发散层包括透明的多个发散结构，多个发散结构与色阻层上的色阻块一一对应设置，通过发散结构将透过色阻块的光线发散到一个更大的角度范围，从而增大了液晶显示器的可视视角。采用该彩膜基板的显示面板可以采用提供平行光线的背光模组，当背光模组出射的平行光线垂直入射该显示面板时，可以避免出现色偏的现象，从而可以省去光学补偿膜，降低成本。

在其他实施例中，色阻层也可以设置在基底和发散层之间。

如图1所示，基底10上还设有黑矩阵22，黑矩阵22设置在相邻的色阻块21之间。

如图1所示，发散结构包括第一发散结构311和覆盖在第一发散结构311上的第二发散结构312，第二发散结构312的折射率大于第一发散结构311的折射率。第二发散结构312的折射率大于第一发散结构311的折射率，则可以使得光线在穿过第二发散结构312时进行发散，从而增大显示面板的可视角度。

容易想到的是，第二发散结构312远离第一发散结构311的一面也可以是平面。

图2是本发明实施例提供的一种发散结构的放大示意图，如图2所示，每个第一发散结构311均具有靠近基底10设置的第一表面和远离基底10的第二表面，第一发散结构311的第一表面呈圆形，第一发散结构311的第二表面为凸面。当光线穿过色阻层上的某一色阻块21并照射到与之对应的第一发散结构311中时，光线会垂直照射到第一表面并进入第一发散结构311，平行光线在穿过第一发散结构311时，在第一发散结构311的第二表面处发生折射，由于第一发散结构311的第二表面为凸面，光线与垂直于第一表面的直线之间所呈的锐角增大，使得光线扩散到一个较大的角度范围内，从而增大了液晶显示器的视角。

图3是图2的俯视图，结合图2和图3，每个色阻块21在基底10上的正投影均位于对应的第一发散结构311在基底10上的正投影内。从而使得所有透射过色阻块21的光线都进入到与之对应的发散结构31中。

优选地，每个色阻块21在基底10上的正投影内接于对应的第一发散结构311在基底10上的正投影。可以在保证通过每一个色阻块21的所有光线都会全部进入到与之对应的第一发散结构311中的同时，减小第一发散结构311的大小。

实现时，第一发散结构311的厚度从中间向边缘逐渐减小，从而使得第一发散结构311的第二表面为凸面。

可选地，第一发散结构311的第二表面为球冠面，球冠面上各处的曲率一致，方便进行加工。

优选地，第一发散结构311的第二表面为半球面。由于第二表面呈半球面，可以增强第一发散结构311对光线的扩散作用，使得光线进入到第二扩散结构312时能扩散到一个更大的角度范围内，从而可以进一步提高液晶显示器的视角。

优选地，第二发散结构312有多个，多个第二发散结构312与多个第一发散结构一一对应设置，将多个第二发散结构312与多个第一发散结构一一对应设置可以便于设计第二发散结构312的形状。

进一步地，第二发散结构用于使从第二发散结构312出射的光线的光强呈朗伯余弦分布。每个第二发散结构312均具有第一表面和远离第二发散结构312的第一表面的第二表面，第二发散体312的第一表面覆盖在第一发散体311的第二表面上，当光线被第一发散结构311扩散后进入到第二发散结构312中，再在第二发散结构312的第二表面处发生折射，使得光线从第二发散结构312的第二表面折射出后，使得光强呈朗伯余弦分布，从而可以使光线进入位于不同角度位置的观察者眼中时，观察者在每个位置所看到的亮度都相同。

图4是图2的放大示意图，图中的一条虚线为第一发散结构311的第二表面的一条法线，另一条虚线为第二发散结构312的第二表面的一条法线，同一发散结构中的第一发散结构与第二发散结构满足以下等式：

θ₁＝θ₂，

其中，任意一条光线依次透过第一发散结构311的第二表面和第二发散结构312的第二表面时，光线在第一发散结构311的表面的出射角为θ₁，光线在第二发散结构312的表面的出射角为θ₂。

如图4所示，光线在第一发散结构311和第二发散结构312的交界面上发生折射，光线遵循折射定律，满足等式：

n₁·sinα₂＝n₂·sinθ₁，

光线在第二发散结构312和空气的交界面上发生折射，光线遵循折射定律，满足等式：

n₂·sinα₃＝n₀·sinθ₂，

其中，n₁为第一发散结构311的折射率，n₂为第二发散结构312的折射率，n₀为空气的折射率，n₀≈1。

且

α₁+α₂＝90°。

当夹角θ₁与夹角θ₂相等时，从而可以确保第一发散结构311的折射率和第二发散结构312的折射率、第二发散结构312的第二表面的形状可以满足朗伯余弦分布的条件。

实现时，第一发散结构311和第二发散结构312采用不同材料制成。

具体地，第一发散结构311可以采用以下材料中的任意一种制成：五氧化二铌、二氧化硅、丙烯酸树脂或环氧树脂。此外，第二发散结构312可以采用以下材料中的任意一种制成：五氧化二铌、二氧化硅、丙烯酸树脂或环氧树脂。

其中，丙烯酸树脂可以是聚甲基丙烯酸甲酯。

在选择第一发散结构311和第二发散结构312的材料时，需要保证第一发散结构311的折射率应小于第二发散结构312的折射率，以使得发散结构31能对光线进行发散。

图5是本发明实施例提供的一种光学膜材的结构示意图，如图5所示，该光学膜材包括基材层510和发散层530，基材层510具有第一表面和与第一表面相对的第二表面，发散层530设置在基材层510的第二表面上，发散层510包括阵列布置的多个发散结构531，每个发散结构531分别用于发散从基材层510的第一表面垂直入射的光线。

通过在基材层的第二表面设置发散层，由于发散层包括透明的多个发散结构，通过发散结构将透过基材层的光线发散到一个更大的角度范围，从而将该光学膜材设置在显示装置上时可以增大显示装置的可视视角。采用该光学膜材的显示装置可以采用提供平行光线的背光模组，当背光模组出射的平行光线垂直入射该显示装置时，可以避免出现色偏的现象，从而可以省去光学补偿膜，降低成本。

图6是本发明实施例提供的一种发散结构的示意图，如图6所示，发散结构531包括第一发散结构5311和覆盖在第一发散结构5311上的第二发散结构5312，第二发散结构5312的折射率大于第一发散结构5311的折射率。第二发散结构5312的折射率大于第一发散结构5311的折射率可以使光线在穿过第二发散结构312时进行发散，从而增大显示装置的可视角度。

每个第一发散结构5311均具有用于与基材层510贴合的第一表面和远离基材层510的第二表面，第一发散结构5311的第一表面呈圆形，第一发散结构5311的第二表面为凸面。当光线穿过基材层510上的某一区域并照射到与该区域对应的第一发散结构5311中时，光线会垂直照射到第一表面并进入第一发散结构5311，平行光线在穿过第一发散结构5311时，在第一发散结构5311的第二表面处发生折射，由于第一发散结构5311的第二表面为凸面，光线与垂直于第一表面的直线之间所呈的锐角增大，使得光线扩散到一个较大的角度范围内，从而增大了显示装置的可视角度。

第一发散结构5311和第二发散结构5312的具体结构可以参照图1～4所示的第一发散结构和第二发散结构，此处不再详述。

图7是本发明实施例提供的一种显示装置的结构示意图，如图7所示，显示装置包括显示面板700、设置在显示面板700的出光侧的光学膜材730和设置在显示面板700的入光侧的用于提供平行光线的背光模组720，平行光线的出射方向与显示面板700垂直，其中，光学膜材730为前述的任一种光学膜材。

通过在显示面板的出光侧设置光学膜材，光学膜材包括基材层和发散层，由于发散层包括透明的多个发散结构，将多个发散结构与显示面板中的色阻层上的色阻块一一对应设置，通过发散结构将透过色阻块的光线发散到一个更大的角度范围，从而增大了显示装置的可视视角。当背光模组出射的平行光线垂直入射该显示装置中的显示面板时，可以避免出现色偏的现象，从而可以省去光学补偿膜，降低成本。

在本实施例中，光学膜材730可以采用粘贴的方式直接粘贴在显示面板700的出光侧。

图8是本发明实施例提供的一种显示装置的结构示意图，如图8所示，该显示装置包括显示面板800以及用于提供平行光线的背光模组802，图9是本发明实施例提供的一种显示面板的结构示意图，如图9所示，显示面板800包括对盒设置的彩膜基板801和阵列基板802、夹设在彩膜基板801和阵列基板802之间的液晶层803，平行光线的出射方向与显示面板800垂直，该彩膜基板801为前述的彩膜基板。

通过在基底的出光侧设置发散层，由于发散层包括透明的多个发散结构，多个发散结构与色阻层上的色阻块一一对应设置，通过发散结构将透过色阻块的光线发散到一个更大的角度范围，从而增大了液晶显示器的可视视角。该液晶显示器采用提供平行光线的背光模组，当背光模组出射的平行光线垂直入射该显示面板时，可以避免出现色偏的现象，从而可以省去光学补偿膜，降低成本。

平行光线的背光模组相比发散光线的背光模组，可以省去扩散片，从而降低液晶显示器的制作成本。

图10是本发明实施例提供的一种彩膜基板的制作方法流程图，如图10所示，该制作方法包括：

S11：提供一基底。

S12：在基底的一侧面上形成色阻层。

其中，色阻层包括多个色阻块。

S13：在基底的另一侧面上或在色阻层上形成发散层。

其中，发散层包括与多个色阻块一一对应设置的多个发散结构，每个发散结构分别用于发散从基底垂直出射的光线。

通过在基底的出光侧设置发散层，由于发散层包括透明的多个发散结构，多个发散结构与色阻层上的色阻块一一对应设置，通过发散结构将透过色阻块的光线发散到一个更大的角度范围，从而增大了液晶显示器的可视视角。采用该彩膜基板的显示面板可以采用提供平行光线的背光模组，当背光模组出射的平行光线垂直入射该显示面板时，可以避免出现色偏的现象，从而可以省去光学补偿膜，降低成本。

图11是本发明实施例提供的另一种彩膜基板的制作方法流程图，如图11所示，该制作方法包括：

S21：提供一基底。

实现时，基底可以为透明基板，其具体可以是采用玻璃、石英、透明树脂等具有一定坚固性的导光且非金属材料制成的基板。

可选地，可以预先对提供的基底进行清理，保证该基底的清洁。

S22：在基底的一侧面上形成色阻层。

其中，色阻层包括多个色阻块。具体地，色阻层可以包括红色色阻块、绿色色阻块和蓝色色阻块中的至少一种。

通常，基底的设置有色阻层的一侧面上还设有黑矩阵，黑矩阵位于相邻的色阻块之间。

具体地，该步骤S22可以包括：

通过一次构图工艺在基底的一侧面上形成黑矩阵；

在形成有黑矩阵的基底上分别形成多种色阻块。

下面结合图12～14，具体说明形成黑矩阵的过程。首先，在基底上涂覆黑矩阵材料22a，如图12所示。对黑矩阵材料22a进行曝光，如图13所示。对曝光后的黑矩阵材料22a进行显影，以去除部分黑矩阵材料22a，如图14所示。在显影后还可以进行烘烤，以最终形成黑矩阵22。

下面结合图15～17，具体说明形成色阻层的过程。首先，在基底10上涂覆一种色阻材料21a，如图15所示。对该色阻材料21a进行曝光，如图16所示。对曝光后的色阻材料21a进行显影，以去除部分色阻材料21a，如图17所示。在显影后还可以进行烘烤，以最终形成一种色阻块21。

如图18所示，通过重复色阻块21的制程，最终在基底上形成多种不同的色阻块21。可以通过现有技术进行色阻层的形成，降低生产难度，节省成本。

S23：在基底的另一侧面上形成多个第一发散结构。

其中，每个第一发散结构均具有靠近基底设置的第一表面和远离基底的第二表面，第一发散结构的第一表面呈圆形，第一发散结构的第二表面为凸面。

优选地，第一发散结构的第二表面为半球面。由于第二表面呈半球面，可以增强第一发散结构对光线的扩散作用，使得光线进入到第二扩散结构时能扩散到一个更大的角度范围内，从而可以进一步提高液晶显示器的视角。

具体地，结合图19～20，该步骤S23可以包括：

在基底10的另一侧面上形成第一发散材料311a。

去除部分第一发散材料311a，以形成多个第一发散结构311。

实现时，可以通过构图工艺形成第一发散结构311，其中，该构图工艺可以是光刻工艺。

第一发散材料311a可以采用蒸镀的方式形成在基底10上。

可选地，第一发散材料311a可以采用以下材料中的任意一种：五氧化二铌、二氧化硅、丙烯酸树脂或环氧树脂。

S24：在多个第一发散结构上形成多个第二发散结构。

其中，多个第二发散结构与多个第一发散结构一一对应设置，第二发散结构用于使从第二发散结构出射的光线的光强呈朗伯余弦分布。

每个第二发散结构均具有第一表面和远离第二发散结构的第一表面的第二表面，第二发散体的第一表面覆盖在第一发散体的第二表面上。

进一步地，结合图21～22，该步骤S24可以包括：

在基底10的形成有第一发散结构的侧面上形成第二发散材料312a。

去除部分第二发散材料312a，以形成多个第二发散结构312。

实现时，可以通过构图工艺形成第二发散结构312，其中，该构图工艺可以是光刻工艺。

可选地，第二发散材料可以采用以下材料中的任意一种：五氧化二铌、二氧化硅、丙烯酸树脂或环氧树脂。

在形成第二发散结构后，第一发散结构与对应设置的第二发散结构满足以下等式：

θ₁＝θ₂，

其中，任意一条光线依次透过第一发散结构的表面和第二发散结构的表面时，光线在第一发散结构的表面的出射角为θ₁，光线在第二发散结构的表面的出射角为θ₂，从而使得从第二发散结构的出射的光线的光强呈朗伯余弦分布。

需要说明的是，虽然图12～22所示的实施例中，色阻层和发散层设置在基底的相反的两侧面上，在其他实施例中也可以将色阻层和发散层设置在基底的同一侧，即将色阻层也可以设置在基底和发散层之间。

图23是本发明实施例提供的一种光学膜材的制作方法的流程图，如图23所示，该制作方法包括：

S31：提供一基材层。

其中，基材层具有第一表面和与第一表面相对的第二表面；

S32：在基材层的第二表面上形成发散层。

具体地，发散层包括多个发散结构，每个发散结构分别用于发散从基材层的第一表面垂直入射的光线。

通过在基材层的第二表面设置发散层，由于发散层包括透明的多个发散结构，通过发散结构将透过基材层的光线发散到一个更大的角度范围，从而将该光学膜材设置在显示装置上时可以增大显示装置的可视视角。采用该光学膜材的显示装置可以采用提供平行光线的背光模组，当背光模组出射的平行光线垂直入射该显示装置时，可以避免出现色偏的现象，从而可以省去光学补偿膜，降低成本。

步骤S32中，在基材层的第二表面上形成发散层的过程可以参照前述步骤S23～S24。此处不再详述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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。