一种显示面板和显示装置论文和设计-李忠孝

全文摘要

本实用新型涉及显示技术领域，公开一种显示面板和显示装置。显示面板包括对盒设置的阵列基板和彩膜基板，以及位于阵列基板和彩膜基板之间的液晶层和电极结构；其中：彩膜基板设有彩膜层和透镜层；彩膜层包括遮光膜和滤光膜；透镜层位于彩膜层朝向阵列基板的一侧，包括阵列分布的多个透镜，每个透镜的焦点位于遮光膜上；阵列基板包括波导层，波导层朝向彩膜基板的一侧表面设有取光光栅，在波导层中传输的光线可经由取光光栅出射，且出射光线垂直于波导层；液晶层被配置为在在电极结构产生电压的驱动下等效为斜棱镜，以使经过的光线发生偏转。上述显示面板可以实现透明显示，且该显示面板省略了偏光片的使用，因此，具有较高的透明度。

主设计要求

1.一种显示面板，其特征在于，包括对盒设置的阵列基板和彩膜基板，以及位于所述阵列基板和所述彩膜基板之间的液晶层和电极结构；其中：所述彩膜基板设有彩膜层和透镜层；所述彩膜层包括遮光膜和滤光膜；所述透镜层位于所述彩膜层朝向所述阵列基板的一侧，包括阵列分布的多个透镜，每个所述透镜的焦点位于所述遮光膜上；所述阵列基板包括波导层，所述波导层朝向所述彩膜基板的一侧表面设有取光光栅，在所述波导层中传输的光线可经由所述取光光栅出射，且出射光线垂直于所述波导层；所述液晶层被配置为在所述电极结构产生电压的驱动下等效为斜棱镜，以使经过的光线发生偏转。

设计方案

1.一种显示面板，其特征在于，包括对盒设置的阵列基板和彩膜基板，以及位于所述阵列基板和所述彩膜基板之间的液晶层和电极结构；其中：

所述彩膜基板设有彩膜层和透镜层；所述彩膜层包括遮光膜和滤光膜；所述透镜层位于所述彩膜层朝向所述阵列基板的一侧，包括阵列分布的多个透镜，每个所述透镜的焦点位于所述遮光膜上；

所述阵列基板包括波导层，所述波导层朝向所述彩膜基板的一侧表面设有取光光栅，在所述波导层中传输的光线可经由所述取光光栅出射，且出射光线垂直于所述波导层；

所述液晶层被配置为在所述电极结构产生电压的驱动下等效为斜棱镜，以使经过的光线发生偏转。

2.如权利要求1所述的显示面板，其特征在于，还包括准直光源，位于所述波导层的侧面，用于向所述波导层中提供准直光。

3.如权利要求2所述的显示面板，其特征在于，所述准直光源包括LED和凹面反射罩，所述LED位于所述凹面反射罩的焦点上。

4.如权利要求1所述的显示面板，其特征在于，包括多个子像素，每个所述子像素包括一个所述透镜、一个所述遮光膜和一个所述滤光膜。

5.如权利要求4所述的显示面板，其特征在于，所述取光光栅包括多个光栅单元，每个所述子像素包括一个所述光栅单元；每个所述子像素中，所述光栅单元、所述透镜以及所述遮光膜分别在阵列基板上的投影的中心重合。

6.如权利要求5所述的显示面板，其特征在于，设光源存在的发散角为α，透镜的焦距为f，遮光膜的尺寸为a，则所述遮光膜的尺寸a满足以下公式：

a＝tanα×f×2+4。

7.如权利要求6所述的显示面板，其特征在于，设液晶层被驱动状态下对光线的偏折角度为θ，遮光膜的中心与滤光膜的中心之间的距离为b，则a和b满足以下公式：

b＝tanθ×f；

tan(θ-α)×f≥a\/2。

8.如权利要求1-7任一项所述的显示面板，其特征在于，所述彩膜基板还包括绝缘层，位于所述彩膜层和所述透镜层之间，厚度为10μm-100μm。

9.如权利要求2或3所述的显示面板，其特征在于，所述波导层未设置所述准直光源的侧面上设有反射层。

10.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的显示面板。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及显示技术领域，特别涉及一种显示面板和显示装置。

背景技术

液晶显示器是目前大规模使用的显示器件，其具有色域高，轻薄化，响应时间快等一系列的优点，在理论研究以及实际工艺方面都有着成熟的技术，但是究其显示基本原理，是利用液晶对偏振光的偏振片调制实现显示，一张显示面板上需要上下两张偏振片，液晶改变光线的偏振态，使得部分偏振光可以出射，部分偏振光无法出射，进而，目前的液晶显示器的光透过率和亮度相对较低。

实用新型内容

本实用新型公开了一种显示面板和显示装置，目的是提供一种光透过率较高的液晶显示面板。

为达到上述目的，本实用新型提供以下技术方案：

一种显示面板，包括对盒设置的阵列基板和彩膜基板，以及位于所述阵列基板和所述彩膜基板之间的液晶层和电极结构；其中：

所述液晶层被配置为在电极结构产生电压的驱动下等效为斜棱镜，以使经过的光线发生偏转。

可选的，所述显示面板还包括准直光源，位于所述波导层的侧面，用于向所述波导层中提供准直光。

可选的，所述准直光源包括LED和凹面反射罩，所述LED位于所述凹面反射罩的焦点上。

可选的，所述显示面板包括多个子像素，每个所述子像素包括一个所述透镜、一个所述遮光膜和一个所述滤光膜。

可选的，所述取光光栅包括多个光栅单元，每个所述子像素包括一个所述光栅单元；每个所述子像素中，所述光栅单元、所述透镜以及所述遮光膜分别在阵列基板上的投影的中心重合。

可选的，设光源存在的发散角为α，透镜的焦距为f，遮光膜的尺寸为a，则所述遮光膜的尺寸a满足以下公式：

a＝tanα×f×2+4。

可选的，设液晶层被驱动状态下对光线的偏折角度为θ，遮光膜的中心与滤光膜的中心之间的距离为b，则a和b满足以下公式：

b＝tanθ×f；

tan(θ-α)×f≥a\/2。

可选的，所述彩膜基板还包括绝缘层，位于所述彩膜层和所述透镜层之间，厚度为10μm-100μm。

可选的，所述波导层未设置所述准直光源的侧面上设有反射层。

一种显示装置，包括上述任一技术方案所述的显示面板。

上述显示面板和显示装置，当向阵列基板的波导层中提供准直光时，准直光可以在波导层内全反射传播，并经由波导层表面的光栅结构垂直出射，从而进入液晶层中。进一步的，在液晶不被驱动的情况下，准直光可以直接穿过液晶层，进入彩膜基板，并经过透镜会聚，焦点落在彩膜层的遮光膜上，从而整个器件表现为不出光；而当液晶被驱动状态下，液晶等效为斜棱镜结构，可使得准直光发生角度偏转，但是准直特性不变，这样偏转后的准直光经过透镜会聚后，焦点仍然在彩膜层上，但是位置会发生偏移，当控制液晶偏转角度，使光线偏移距离达到遮光膜边界以外的滤光膜上时，则器件表现为出光，可以实现彩色显示。综上，上述液晶显示面板可以实现在未驱动状态下为暗屏，以及在驱动状态下进行彩色显示；并且，该显示面板采用侧入式准直光源和波导层结构，省略了传统液晶面板的背光源使用，可以实现透明显示；而且，该显示面板省略了偏光片的使用，光透过率较高，因此，具有较高的透明度。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种显示面板中彩膜基板的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种显示面板中阵列基板的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种显示面板的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种显示面板的一个子像素的工作原理示意图；

图5为本实用新型另一实施例提供的一种显示面板的一个子像素的工作原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-图3所示，本实用新型实施例提供了一种显示面板，包括对盒设置的阵列基板和彩膜基板，以及位于阵列基板和彩膜基板之间的液晶层100和电极结构；其中：

彩膜基板设有彩膜层和透镜层；彩膜层包括遮光膜12和滤光膜11；透镜层位于彩膜层朝向阵列基板的一侧，包括阵列分布的多个透镜2，每个透镜2的焦点位于遮光膜12上；

阵列基板包括波导层6，该波导层6朝向彩膜基板的一侧表面设有取光光栅，在波导层6中传输的光线可经由该取光光栅出射，且出射光线S垂直于波导层6；

液晶层100被配置为在电极结构产生电压的驱动下等效为斜棱镜，以使经过的光线发生偏转。

上述显示面板，当向阵列基板的波导层6中提供准直光时，准直光可以在波导层6内全反射传播，并经由波导层6表面的光栅结构垂直出射，从而进入液晶层100中。进一步的，在液晶不被驱动的情况下，准直光可以直接穿过液晶层100，进入彩膜基板，并经过透镜2会聚，焦点落在彩膜层的遮光膜12上，如图4中的虚线部分所示，从而整个器件表现为不出光；而当液晶被驱动状态下，液晶等效为斜棱镜结构，可使得准直光发生角度偏转，但是准直特性不变，这样偏转后的准直光经过透镜2会聚后，焦点仍然在彩膜层上，但是位置会发生偏移，如图4中实线所示，当控制液晶偏转角度，使光线偏移距离达到遮光膜12边界以外的滤光膜11上时，则器件表现为出光，可以实现彩色显示。综上，上述液晶显示面板可以实现在未驱动状态下为暗屏，以及在驱动状态下进行彩色显示；并且，该显示面板采用侧入式准直光源和波导层6结构，省略了传统液晶面板的背光源使用，可以实现透明显示；而且，该显示面板省略了偏光片的使用，光透过率较高，因此，具有较高的透明度。

如图1-图3所示，具体的，电极结构可以包括公共电极4和像素电极9；进一步的，公共电极4(com ITO电极)可以设置于彩膜基板上，像素电极9(ITO电极)设置于阵列基板上，公共电极4与像素电极9之间形成竖直电场，以驱动液晶偏转，从而实现对光线产生角度偏转的效果。

可选的，液晶层100可采用高折射率差的正性液晶，液晶层100两侧还制作有取向层(图中未示出)，以使初始状态下液晶的排列能够允许准直光直接穿过。

如图1和图3所示，进一步的，彩膜基板上还设有绝缘层3，该绝缘层3位于彩膜层和透镜层之间，厚度可以为10μm-100μm。

可选的，透镜层的透镜2可以嵌入在绝缘层3的表面或内部，只要保证透镜层的焦平面位于彩膜层上即可。进一步可选的，透镜可以采用树脂透镜2。

如图1和图3所示，可选的，彩膜基板也包括透明基底5，彩膜层、绝缘层3、透镜层和公共电极4可以依次层叠于透明基底5上。

如图2和图3所示，本实用新型实施例提供的显示面板，还包括准直光源8，位于波导层6的侧面，用于向波导层6中提供准直光。

可选的，准直光源8可以包括LED81和凹面反射罩82，LED81位于凹面反射罩82的焦点上，进而，LED81发出的光经由凹面反射罩82的反射可以平行出射至波导层6内。

如图2和图3所示，可选的，阵列基板中，波导层6可以采用透明基底制备，具体可以将透明基底的非入光侧面上设置反射层61，并将出光面一侧形成取光光栅结构即可。进一步的，可以在取光光栅表面制作平坦层，并在平坦层上面制作薄膜晶体管(TFT)和像素电极9等结构，以形成完整的阵列基板，具体的，平坦层可以选用氮化硅或者氧化硅等材料。

具体的，准直光从波导层6的入光侧面一侧进入波导层6后，可以在波导层6内全反射传播，并经由波导层6朝向彩膜基板一侧的取光光栅垂直出射。

如图1和图3所示，一种具体的实施例中，本实用新型实施例提供的显示面板包括多个子像素，每个子像素对应一个滤光膜11和一个遮光膜12，且每个子像素中，滤光膜11位于遮光膜12的同一侧。进一步的，每个子像素包括一个透镜2、一个像素电极9；每个子像素中，在液晶不被像素电极9信号驱动的情况下，光线准直穿过液晶层100，透镜2可以将光线聚焦至遮光膜12上，如图4中的虚线部分所示，此时，该子像素为暗态；而在液晶被像素电极9的信号驱动的情况下，光线穿过液晶层100后发生偏折，如图4中的实线部分所示，此时，光线经过透镜2后可以部分或全部聚焦至滤光膜11上，从而可以实现该子像素的彩色化显示。

如图2和图3所示，一种具体的实施例中，阵列基板上，取光光栅可以包括多个光栅单元7，光栅单元7与子像素一一对应，即每个子像素包括一个光栅单元7。

如图3和图4所示，可选的，每个子像素的光栅单元7、透镜2和遮光膜12的投影中心对齐，即一个子像素所对应的光栅单元7、透镜2和遮光膜12，分别在阵列基板上投影的中心点对齐，进而，在准直光未被液晶偏转的情况下，从光栅单元7出射的光经由透镜2可聚焦于遮光膜12的中心，如图4中的虚线部分所示，从而可以尽可能的避免器件在暗态下漏光。

上述图4为理想取光模型，但是在实际中会存在发散角的影响，此时透镜2的聚光效果不是一个理想的点，而是形成一个光斑，此时，可以通过对遮光膜12的尺寸设定，将光斑区域遮挡，从而实现在未驱动状态下的暗态显示、并避免漏光。

一种具体的实施例中，如图5所示，设光源存在的发散角为α，透镜2的焦距为f。则透镜2焦点处形成的光斑半径约为r＝tanα×f；设遮光膜12的直径尺寸为a，则可以得出遮光膜12近似的直径尺寸a＝tanα×f×2+4。具体的，经计算，由光栅取出的光线发散角α大约为5°左右。

进一步的，基于上述遮光膜12的宽度，为了使得驱动显示状态下更多的光线可以出射，则需要偏转后的光线全部聚焦在遮光膜12外的滤光膜11上，如图5所示，此时，设液晶在被驱动状态对光线的偏折角度为θ，遮光膜12的中心与滤光膜11的中心之间的距离为b，考虑边缘光线情况下，则a和b分别满足以下公式：

b＝tanθ×f；

tan(θ-α)×f≥a\/2。

通过计算，液晶对光线进行偏转后，光线发散角变化不明显，因此偏转前后光线的发散角均设为α，实际可以大概按照5°计算，也可以按照计算后的实际发散角计算。

经过初步评估，滤光膜11的尺寸可与遮光膜12的尺寸相当。与其他一些液晶显示面板的方案相比，本实用新型的显示面板具有更小的滤光膜11设计，可以具有更高的透明度以及更高的像素(PPI)。

另外，本实用新型实施例还提供了一种显示装置，包括上述任一实施例的显示面板。

如图3所示，该显示装置中，显示面板省略了偏光片的使用，可以有效提高光透过率；且该显示装置省去传统背光源，采用侧入式准直光源8，可以实现透明显示，具有较高的透明度。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型实施例进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

设计图

一种显示面板和显示装置论文和设计

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