CN103105708A - 基于双层液晶法布里珀罗滤波器的显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双层液晶法布里珀罗滤波器的显示装置，其包括:由两层像素化的单层液晶法布里珀罗滤波器组成的像素化的双层液晶法布里珀罗滤波器,每层像素化的单层液晶法布里珀罗滤波器包括阵列化的若干像素单元，各层的若干像素单元分别独立驱动透射出中心波长不偏移的像素，且每层的各像素单元相互对齐；以及与所述像素化的双层液晶法布里珀罗滤波器连接为其提供透射用的背光并反射未透过的背光的背光模组。采用两层液晶法布里珀罗滤波器进行灰度调节，灰度调制时背光损失很小，灰度调节后出射光的中心波长不发生飘移,同时在色彩调制过程中背光损失很小，而且背光能够在该显示装置内循环利用，大大提高了背光利用率。

Description

基于双层液晶法布里珀罗滤波器的显示装置

技术领域

本发明涉及显示器技术领域，特别是一种透射光的中心波长不偏移且背光利用率大的基于双层液晶法布里珀罗滤波器的显示装置。

背景技术

目前薄膜晶体管液晶显示即TFT-LCD作为显示领域的主流技术占据了显示市场的大部分市场份额，广泛应用在小至手持移动终端，大至55寸高清电视显示屏上。虽然经过长时间的发展TFT-LCD技术已经相对成熟，无论在使用寿命还是显示性能方面都得到了广泛的认可，但是该技术还是有不少有待改进的地方。例如现有的TFT-LCD技术由于原理上利用液晶的偏光效应与偏振片相配合实现灰度调节，以及利用红绿蓝滤光片实现色彩调节，这其中的都存在吸收型的元件导致整体的光学利用率低下，商用的TFT-LCD显示器的背光利用率一般只在5%左右。

虽然业界和学术界在提高TFT-LCD显示的背光利用率上已经做了不少的尝试，但是由于其工作原理的限制，只要偏振片和滤光片依然存在，那么这一问题将依旧存在。因此大多数的研究都旨在使用特殊的结构或者器件取代这两种元件，例如台湾新竹交大黄乙白教授发表在2011年JOURNAL OF DISPLAYTECHNOLOGY第7卷上的《Eco-Displays:The Color LCD’s Without Color Filtersand Polarizers》中提到的新型液晶显示器就通过聚合物分散液晶和LED点阵背光场序显示等技术的应用从而取代了偏振片和滤光片，使得背光利用率大幅提升。但是由于场序显示所带来的色***（color breakup）会使得显示内容的轮廓变得模糊，这种新型的液晶显示器在应用上仍然存在许多潜在的问题。又如林怡欣在2009年Journal of the Society for Information Display上发表的

《Apolarizer-free flexible display using dye-doped liquid crystal gels》中提到的新型液晶显示器，使用染料参杂液晶从而摆脱偏振片的限制对光强进行调制，但这种染料参杂液晶并不能实现令人满意的对比度。这些都是有意义的尝试但是受限于各种各样的原因，都不能很好的解决目前TFT-LCD面临的问题。

因此，提供一种能够不依赖偏振片和彩色滤光片，并能够同时实现色彩和灰度调节的新型显示装置的方案实属必要。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种基于双层液晶法布里珀罗滤波器的显示装置，包括背光模组以及位于所述背光模组上方的像素化的双层液晶法布里珀罗滤波器，所述背光模组为所述像素化的双层液晶法布里珀罗滤波器提供透射用的背光，所述像素化的双层液晶法布里珀罗滤波器对所述背光进行灰度和色彩调制，其中：

所述像素化的双层液晶法布里珀罗滤波器包括上下两层像素化的单层液晶法布里珀罗滤波器，每层像素化的单层液晶法布里珀罗滤波器包括阵列化的若干像素单元，每层像素化的单层液晶法布里珀罗滤波器的各像素单元相互对齐形成双层像素单元，且所述每层像素化的单层液晶法布里珀罗滤波器的若干像素单元分别独立进行驱动，使得从所述像素化的双层液晶法布里珀罗滤波器透射出的出射光的中心波长不偏移；

并且未透过所述像素化的双层液晶法布里珀罗滤波器的背光被所述像素化的双层液晶法布里珀罗滤波器反射回所述背光模组中重新利用。

较佳地，所述每层像素化的单层液晶法布里珀罗滤波器的若干像素单元分别独立进行驱动，使上下两层像素化的单层液晶法布里珀罗滤波器的透射峰一个向短波长偏移，一个向长波长偏移，通过两个透射谱的叠加，使得从所述像素化的双层液晶法布里珀罗滤波器透射出的出射光的中心波长不偏移。

较佳地，所述像素单元包括：

第一衬底和第二衬底，分别形成所述像素单元的顶层及底层；

单层液晶法布里珀罗滤波器，其位于所述第一衬底和第二衬底之间，包括上层多层介质反射层、下层多层介质反射层以及设于二者之间的液晶层，所述液晶层通过隔断层分隔成红色像素液晶层、绿色像素液晶层、蓝色像素液晶层；

下层公共电极，其设于所述单层液晶法布里珀罗滤波器和第二衬底之间；

以及设于所述单层液晶法布里珀罗滤波器和第一衬底之间的红色像素上层电极及驱动电路、绿色像素上层电极及驱动电路、蓝色像素上层电极及驱动电路，所述红色像素上层电极及驱动电路、绿色像素上层电极及驱动电路、蓝色像素上层电极及驱动电路分别与所述红色像素液晶层、绿色像素液晶层、蓝色像素液晶层位置相对。

较佳地，所述红色像素上层电极及驱动电路、绿色像素上层电极及驱动电路和蓝色像素上层电极及驱动电路分别为所述单层液晶法布里珀罗滤波器提供不同的电压使所述单层液晶法布里珀罗滤波器透射出一像素。

较佳地，所所述像素包括红色子像素、绿色子像素以及蓝色子像素。

较佳地，所述上下两层像素化的单层液晶法布里珀罗滤波器中的红色像素上层电极及驱动电路分别提供两不同的电压给与各自连接的单层液晶法布里珀罗滤波器使其各自的红色透射谱一个向长波长偏移，一个向短波长偏移，

所述上下两层像素化的单层液晶法布里珀罗滤波器中的绿色像素上层电极及驱动电路分别提供两不同的电压给与各自连接的单层液晶法布里珀罗滤波器使其各自的绿色透射谱一个向长波长偏移，一个向短波长偏移，

所述上下两层像素化的单层液晶法布里珀罗滤波器中的蓝色像素上层电极及驱动电路分别提供两不同的电压给与各自连接的单层液晶法布里珀罗滤波器使其各自的蓝色透射谱一个向长波长偏移，一个向短波长偏移。

较佳地，所述单层液晶法布里珀罗滤波器像素单元的各子像素透射谱满足以下公式：

$T=\frac{{(1-R)}^2}{1+R^2-2R\cos \left[\left(\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}\right)2\mathrm{nl}\cos \mathrm{\θ}\right]}$

其中：R为上下反射层的反射率；λ为入射光真空波长，n为液晶层的折射率，θ为入射光与单层液晶法布里珀罗滤波器像素单元表面法向的夹角，l为液晶层的厚度。

较佳地，上下两层所述单层液晶法布里珀罗滤波器各自的红色透射谱叠加，各自的绿色透射谱叠加，各自的蓝色透射谱叠加，分别透射出中心波长不偏移的红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素。

较佳地，所述背光模组发出的是LED三色光。

较佳地，，所述背光模组包括LED三色光源、导光板、扩散片以及增透膜。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1.不依赖偏振片实现灰度调制，采用两层液晶法布里珀罗滤波器进行灰度调节，在灰度调制过程中背光损失很小，并能够保持进行灰度调节后出射光的中心波长不发生飘移；

2.不依赖吸收型彩色滤光片实现色彩调制，在色彩调制过程中背光损失很小；

3.利用法布里珀罗滤波器反射性滤光的特性，使得背光能够在像素化的双层液晶法布里珀罗滤波器和背光模组之间循环利用，大大提高了背光利用率。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1为本发明实施例的基于双层液晶法布里珀罗滤波器的显示装置结构示意图；

图2为本发明实施例提供的像素单元结构示意图；

图3为本发明实施例的背光模组结构示意图;

图4为本发明实施例提供的基于双层液晶法布里珀罗滤波器的显示装置的原理图；

图5为本发明实施例提供的第一单层液晶法布里珀罗滤波器的一子像素透射谱示意图；

图6为本发明实施例提供的第二单层液晶法布里珀罗滤波器的一子像素透射谱示意图；

图7为本发明实施例提供的经第一和第二单层液晶法布里珀罗滤波器的一子像素透射谱示意图。

具体实施方式

下方结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述。

实施例

如图1所示，本实施例提供了一种基于双层液晶法布里珀罗滤波器的显示装置,其包括背光模组3以及位于背光模组3上方的像素化的双层液晶法布里珀罗滤波器，背光模组3为所述像素化的双层液晶法布里珀罗滤波器提供透射用的背光，所述像素化的双层液晶法布里珀罗滤波器对背光进行灰度和色彩调制；

其中所述像素化的双层液晶法布里珀罗滤波器包括两层像素化的单层液晶法布里珀罗滤波器，即第一像素化的单层液晶法布里珀罗滤波器1和第二像素化的单层液晶法布里珀罗滤波器2，各层像素化的单层液晶法布里珀罗滤波器分别包括阵列化的若干像素单元，各层的若干像素单元分别独立驱动透射出中心波长不偏移的像素，且每层的像素化的单层液晶法布里珀罗滤波器的各像素单元相互对齐形成双层像素单元；

并且未透过所述像素化的双层液晶法布里珀罗滤波器的背光被所述像素化的双层液晶法布里珀罗滤波器反射回背光模组3中重新利用。

如图2所示，其中所述像素单元包括：

第一衬底4和第二衬底5，分别形成所述像素单元的顶层和底层；

单层液晶法布里珀罗滤波器，其位于所述第一衬底4和第二衬底5之间，并包括上层多层介质反射层6、下层多层介质反射层7以及设于二者之间的液晶层，所述液晶层通过隔断层11分隔成红色像素液晶层8、绿色像素液晶层9、蓝色像素液晶层10；

设于所述单层液晶法布里珀罗滤波器和第二衬底5之间的下层公共电极15；

以及设于所述单层液晶法布里珀罗滤波器和第一衬底4之间的红色像素上层电极及驱动电路12、绿色像素上层电极及驱动电路13、蓝色像素上层电极及驱动电路14，红色像素上层电极及驱动电路12、绿色像素上层电极及驱动电路13、蓝色像素上层电极及驱动电路14分别与红色像素液晶层8、绿色像素液晶层9、蓝色像素液晶层10位置相对并分别为红色像素液晶层8、绿色像素液晶层9、蓝色像素液晶层10提供相互独立的电压。

红色像素上层电极及驱动电路12、绿色像素上层电极及驱动电路13和蓝色像素上层电极及驱动电路14分别为所述单层液晶法布里珀罗滤波器提供不同的电压使所述单层液晶法布里珀罗滤波器透射出一像素，该像素由红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素组成，所述红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素透射分别从红色像素液晶层8、绿色像素液晶层9、蓝色像素液晶层10位置透射出来共同形成一个完整的像素。

所述两对齐的红色像素上层电极及驱动电路12分别提供两不同的电压给与各自连接的单层液晶法布里珀罗滤波器使其各自的红色透射谱一个向长波长偏移，一个向短波长偏移；

所述两对齐的绿色像素上层电极及驱动电路13分别提供两不同的电压给与各自连接的单层液晶法布里珀罗滤波器使其各自的绿色透射谱一个向长波长偏移，一个向短波长偏移；

所述两对齐的蓝色像素上层电极及驱动电路14分别提供两不同的电压给与各自连接的单层液晶法布里珀罗滤波器使其各自的蓝色透射谱一个向长波长偏移，一个向短波长偏移。两层所述单层液晶法布里珀罗滤波器各自的红色透射谱叠加，各自的绿色透射谱叠加，各自的蓝色透射谱叠加分别透射出中心波长不偏移的红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素。所述单层液晶法布里珀罗滤波器像素单元的各子像素透射谱满足以下公式：

$T=\frac{{(1-R)}^2}{1+R^2-2R\cos \left[\left(\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}\right)2\mathrm{nl}\cos \mathrm{\θ}\right]}$

其中：R=0．6为上下反射层的反射率；λ为入射光真空波长；n为液晶层的折射率；θ=0为入射光与单层液晶法布里珀罗滤波器像素单元表面法向的夹角；l=320纳米为液晶层的厚度。单层液晶法布里珀罗滤波器像素单元通过红色像素上层电极及驱动电路12、绿色像素上层电极及驱动电路13、蓝色像素上层电极及驱动电路14提供指定的电压以驱动相应的液晶层形成不同的等效折射率，以对透射谱的中心波长进行调解。如图3所示，背光模组3由多个RGB三色LED芯片23组成的LED灯条22，导光板21，扩散片20和增透膜19组成。从而形成包含红绿蓝三种颜色的背光以供像素使用。

如图4所示，背光模组3的出射光由红色光谱成分16、绿色光谱成分17、蓝色光谱成分18组成，对应于背光模组中使用的三色LED；由于法布里珀罗滤波器在其透射峰之外的波长范围内并不是吸收而是反射，因此对于红色子像素、绿色子像素、蓝色子像素而言，未透射的背光将被反射回背光模组3中，经过增透膜19，扩散片20，导光板21的散射、反射重新形成背光出射，而被其它像素利用，如此反复的循环利用大幅提高背光的利用率。

如图5所示，当施加一定电压使得第一像素化的单层液晶法布里珀罗滤波器1的一个液晶层的折射率为n=1.63时，得到的相应的像素透射谱，即第一像素化的单层液晶法布里珀罗滤波器1的一绿色子像素的透射谱；

如图6所示，当施加一定电压使得第二像素化的单层液晶法布里珀罗滤波器2的一液晶层的折射率为n=1.66时，得到的相应的像素透射谱，第二像素化的单层液晶法布里珀罗滤波器2与第一像素化的单层液晶法布里珀罗滤波器1的绿色子像素对齐的绿色子像素的透射谱；

如图7所示为二者叠加在一起的透射谱，所以经过两次滤波后的透射谱如图中所示强度上受到调制，但是中心透射波长仍然可以维持在532纳米处。因此上下两层独立的像素化的单层液晶法布里珀罗滤波器，其像素单元严格对齐并独立的进行驱动，对于由上下两层液晶法布里珀罗滤波器对齐组成的灰度调制单元通过施加不同的电压使得上下两个液晶法布里珀罗滤波器的透射峰一个向短波长偏移，一个向长波长偏移，通过两个透射谱的叠加，从而实现对背光灰度的调节并能够保持进行灰度调节后出射光的中心波长不发生飘移。

本发明提供的一种基于双层液晶法布里珀罗滤波器的显示装置不依赖偏振片实现灰度调制，采用两层液晶法布里珀罗滤波器进行灰度调节，在灰度调制过程中背光损失很小，并能够保持进行灰度调节后出射光的中心波长不发生飘移；同时不依赖吸收型彩色滤光片实现色彩调制，在色彩调制过程中背光损失很小；再者利用法布里珀罗滤波器反射性滤光的特性，使得背光能够在像素化的双层液晶法布里珀罗滤波器和背光模组之间循环利用，大大提高了背光利用率。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种基于双层液晶法布里珀罗滤波器的显示装置，其特征在于，包括背光模组以及位于所述背光模组上方的像素化的双层液晶法布里珀罗滤波器，所述背光模组为所述像素化的双层液晶法布里珀罗滤波器提供透射用的背光，所述像素化的双层液晶法布里珀罗滤波器对所述背光进行灰度和色彩调制，其中：

所述像素化的双层液晶法布里珀罗滤波器包括上下两层像素化的单层液晶法布里珀罗滤波器，每层像素化的单层液晶法布里珀罗滤波器包括阵列化的若干像素单元，每层像素化的单层液晶法布里珀罗滤波器的各像素单元相互对齐形成双层像素单元，且所述每层像素化的单层液晶法布里珀罗滤波器的若干像素单元分别独立进行驱动，使得从所述像素化的双层液晶法布里珀罗滤波器透射出的出射光的中心波长不偏移；

并且未透过所述像素化的双层液晶法布里珀罗滤波器的背光被所述像素化的双层液晶法布里珀罗滤波器反射回所述背光模组中重新利用。

2.如权利要求1所述的基于双层液晶法布里珀罗滤波器的显示装置，其特征在于，所述每层像素化的单层液晶法布里珀罗滤波器的若干像素单元分别独立进行驱动，使上下两层像素化的单层液晶法布里珀罗滤波器的透射峰一个向短波长偏移，一个向长波长偏移，通过两个透射谱的叠加，使得从所述像素化的双层液晶法布里珀罗滤波器透射出的出射光的中心波长不偏移。

3.如权利要求3所述的基于双层液晶法布里珀罗滤波器的显示装置，其特征在于，所述像素单元具体包括：

第一衬底和第二衬底，分别形成所述像素单元的顶层及底层；

单层液晶法布里珀罗滤波器，其位于所述第一衬底和第二衬底之间，包括上层多层介质反射层、下层多层介质反射层以及设于上层多层介质反射层与下层多层介质反射层之间的液晶层，所述液晶层通过隔断层分隔成红色像素液晶层、绿色像素液晶层、蓝色像素液晶层；

下层公共电极，其设于所述单层液晶法布里珀罗滤波器和第二衬底之间；

以及设于所述单层液晶法布里珀罗滤波器和第一衬底之间的红色像素上层电极及驱动电路、绿色像素上层电极及驱动电路、蓝色像素上层电极及驱动电路，所述红色像素上层电极及驱动电路、绿色像素上层电极及驱动电路、蓝色像素上层电极及驱动电路分别与所述红色像素液晶层、绿色像素液晶层、蓝色像素液晶层位置相对。

4.如权利要求4所述的基于双层液晶法布里珀罗滤波器的显示装置，其特征在于，所述红色像素上层电极及驱动电路、绿色像素上层电极及驱动电路和蓝色像素上层电极及驱动电路分别为所述单层液晶法布里珀罗滤波器提供不同的电压使所述单层液晶法布里珀罗滤波器透射出一像素。

5.如权利要求1或2所述的基于双层液晶法布里珀罗滤波器的显示装置，其特征在于，所述像素包括红色子像素、绿色子像素以及蓝色子像素。

6.如权利要求5所述的基于双层液晶法布里珀罗滤波器的显示装置，其特征在于，

所述上下两层像素化的单层液晶法布里珀罗滤波器中的红色像素上层电极及驱动电路分别提供两不同的电压给与各自连接的单层液晶法布里珀罗滤波器使其各自的红色透射谱一个向长波长偏移，一个向短波长偏移，

所述上下两层像素化的单层液晶法布里珀罗滤波器中的绿色像素上层电极及驱动电路分别提供两不同的电压给与各自连接的单层液晶法布里珀罗滤波器使其各自的绿色透射谱一个向长波长偏移，一个向短波长偏移，

所述上下两层像素化的单层液晶法布里珀罗滤波器中的蓝色像素上层电极及驱动电路分别提供两不同的电压给与各自连接的单层液晶法布里珀罗滤波器使其各自的蓝色透射谱一个向长波长偏移，一个向短波长偏移。

7.如权利要求6所述的基于双层液晶法布里珀罗滤波器的显示装置，其特征在于，所述单层液晶法布里珀罗滤波器像素单元的各子像素透射谱满足以下公式：

$T=\frac{{(1-R)}^2}{1+R^2-2R\cos \left[\left(\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}\right)2\mathrm{nl}\cos \mathrm{\θ}\right]}$

其中：R为上下层多层介质反射层的反射率；λ为入射光真空波长；n为液晶层的折射率；θ为入射光与单层液晶法布里珀罗滤波器像素单元表面法向的夹角；l为液晶层的厚度。

8.如权利要求6所述的基于双层液晶法布里珀罗滤波器的显示装置，其特征在于，上下两层所述单层液晶法布里珀罗滤波器各自的红色透射谱叠加，各自的绿色透射谱叠加，各自的蓝色透射谱叠加，分别透射出中心波长不偏移的红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素。

9.如权利要求1所述的基于双层液晶法布里珀罗滤波器的显示装置，其特征在于，所述背光模组发出的是LED三色光。

10.如权利要求9所述的基于双层液晶法布里珀罗滤波器的显示装置，其特征在于，所述背光模组包括LED三色光源、导光板、扩散片以及增透膜。

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