CN107357075A - 显示面板及显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种显示面板，包括依次层叠设置的第一衬底基板、波导层、液晶层及第二电极；所述液晶层内设有若干用于控制所述波导层耦合出光的第一光栅结构，所述第一光栅结构的一侧与所述波导层相接，另一侧相接有第一电极。通过本发明所提出的方案，无需设置偏光片，通过光栅耦合光波导出光的方式实现液晶显示的目的，解决了柔性液晶显示面板中基板延迟高的问题。

Description

显示面板及显示装置

【技术领域】

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种显示面板及显示装置。

【背景技术】

近年来，在显示技术领域，液晶显示面板包括相对设置的阵列基板和彩膜层，阵列基板和彩膜层之间设置有液晶层，阵列基板的背面和彩膜层的背面均设置有偏光片。通过电压控制液晶的偏转以及经过两层偏光片的控制，实现灰阶显示。

现有技术中，用液晶面板做柔性显示的做法是将阵列基板中的上下基板直接用柔性基板替代，由于目前比较成熟的柔性基板如PI基板的相位延迟都比较高，需要做补偿，而补偿层的厚度通常比较大，从而增加了柔性显示器件的厚度，相应地，显示器件的生产成本也相应增加。

【发明内容】

本发明的目的旨在提供一种显示面板及显示装置，用于解决柔性液晶显示面板中基板延迟高的问题。

为实现该目的，本发明提供了一种显示面板，包括依次层叠设置的第一衬底基板、波导层、液晶层及第二电极；所述液晶层内设有若干用于控制所述波导层耦合出光的第一光栅结构，所述第一光栅结构的一侧与所述波导层相接，另一侧相接有第一电极。

具体地，所述液晶层内还设有若干用于支撑液晶盒厚的第二光栅结构，所述第二光栅结构的一侧与所述波导层相接，所述第二光栅结构的厚度大于所述第一光栅结构的厚度。

优选地，相邻两个所述第二光栅结构之间设有预设数量的所述第一光栅结构，相邻两个所述第一光栅结构之间或相邻的所述第一光栅结构与第二光栅结构之间间隔预设距离。

具体地，所述第一光栅结构的光栅周期由出光方向、出光波长决定。

具体地，所述第一光栅结构与所述液晶层存在固定的折射率差值。

具体地，所述的显示面板，还包括：设置在所述第二电极远离第一衬底基板一侧的第二衬底基板，其特征在于，还包括设置在所述第二衬底基板远离第一衬底基板一侧的散射层。

较佳地，所述波导层的折射率高于所述第一衬底基板的折射率，以便光线在所述波导层中发生全反射。

较佳地，所述第一衬底基板和第二衬底基板为透过率高、可弯曲的基板。

相应地，本发明还提供了一种显示装置，其包括上述任一技术方案所述的显示面板、设置于所述波导层一侧的背光源及设置于所述波导层另一侧的遮挡层。

较佳地，所述背光源包括侧入式准直背光光源，其出光方向与波导层平行。

与现有技术相比，本发明具备如下优点：

本发明提供的显示面板及显示装置的方案中，显示面板包括依次层叠设置的第一衬底基板、波导层、液晶层及第二电极，所述液晶层内设有若干用于控制所述波导层耦合出光的第一光栅结构，其中第一电极和第二电极可调节液晶层的折射率，液晶层控制光线从波导层耦合出光，波导层耦合出光的出光量根据波导层的折射率和液晶层的折射率的差值确定，第一光栅结构控制从波导层耦合出的光线中特定波长的光线以特定方向出光，从而实现色彩和出光方向的控制。本发明无需在显示面板中设置偏光片和彩膜层，即可实现液晶显示，同时解决了液晶显示面板中基板延迟高的问题。

进一步地，本发明提供的显示面板中，所述液晶层内还设有若干用于支撑液晶盒厚的第二光栅结构，所述光栅层中的第二光栅结构能够支撑液晶盒厚，在显示面板发生弯曲的状态下，避免发生因盒厚不均带来的显示不良等问题，而且，当显示面板的弯曲曲率较大时，第一光栅结构也能够起到支撑盒厚的作用，从而保证显示面板在弯曲状态下的显示质量。

更进一步地，本发明提供的显示装置中，所述背光设置在波导层的一侧，与现有的设置在衬底基板一侧的背光源相比，背光源所占面积更小且能够在显示面板受力弯曲时不受影响。

另外，本发明中的显示装置是在所述显示面板的基础上进行改进的，因此，所述显示装置自然继承了所述显示面板的全部优点。

本发明的这些方面或其他方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。

【附图说明】

图1为本发明提供的显示面板的结构示意图；

图2为本发明提供的包括散射层和遮挡层的显示面板的结构示意图；

图3为本发明提供的显示装置的结构示意图；

图4为本发明显示面板在弯曲状态下的出光示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图和示例性实施例对本发明作进一步地描述，其中附图中相同的标号全部指的是相同的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出本发明的特征是不必要的，则将其省略。

图1为本发明实施例提供的一种显示面板的结构示意图。如图1所示，

该显示面板包括依次层叠设置的第一衬底基板10、波导层20、液晶层50及第二电极60；所述液晶层内设有若干用于控制所述波导层耦合出光的第一光栅结构30，所述第一光栅结构30的一侧与所述波导层20相接，另一侧相接有第一电极40。

所述第一电极40和第二电极60用于调节液晶层的折射率，所述液晶层50用于控制光线从波导层耦合出光，波导层20耦合出光的出光量根据波导层的折射率与液晶层50的折射率的差值确定，光栅层中的第一光栅结构30主要用于控制液晶层耦合出的光线中特定波长的光线以特定方向出光。

具体地，所述液晶层内还设有若干用于支撑液晶盒厚的第二光栅结构31，所述第二光栅结构的一侧与所述波导层相接，所述第二光栅结构的厚度大于所述第一光栅结构的厚度。在本发明实施例中，在显示面板弯折状态下，所述第二光栅结构起主要支撑作用，但显示面板在弯折曲率较大时，第一光栅结构也能起到支撑盒厚的作用。

优选地，相邻两个所述第二光栅结构之间设有预设数量的所述第一光栅结构，相邻两个所述第一光栅结构之间或相邻地所述第一光栅结构与第二光栅结构之间间隔预设距离。

具体地，相邻的两个第二光栅结构之间设有预设数量的所述第一光栅结构，需要说明的是预设数量并无严格要求，可以是大于1的整数，但考虑到衍射效率与支撑盒厚的目的，本发明实施例优选在两个相邻的第二光栅结构之间设置3至6个第一光栅结构。具体地，光栅层的材料为透明介质材料，例如，二氧化硅SiO2或者其他有机树脂，其中，有机树脂可以透镜有机高分子材料，例如聚甲基丙烯酸甲酯(简称PMMA)。第一光栅结构的厚度范围是200nm～1um，优选为500nm。

对于不同的颜色可以选择相同厚度的光栅结构，也可以分别针对不同颜色的像素进行设计不同厚度的光栅结构，此处的光栅结构主要为第一光栅结构。

所述第一光栅结构的折射率大于所述液晶层的折射率，且第一光栅结构的折射率和液晶层有固定折射率差值，例如，该固定折射率差值可大于0.05该固定折射率差值越大越好，以便于能够体现出第一光栅结构耦合光的作用。在实际应用中，可根据需要设定第一光栅结构的厚度，例如，红色像素单元、绿色像素单元和蓝色像素单元对应的第一光栅结构的厚度可以相同或者不同。第一光栅结构的光栅周期由设计的出光方向及颜色决定即第一光栅结构的光栅周期由光的出射方向及光的波长决定。优选地，第一光栅结构的占空比为0.5，但在实际产品设计中可以根据(比如出于调节出光的强度，平衡显示面板不同位置亮度的差异、工艺条件等原因)需要设置占空比。

具体地，第一光栅结构的m级衍射波的衍射角θ仅由第一光栅结构周期P、入射波的波长λ以及入射角θ0决定，sinθ-sinθ0＝mλ/P(m＝0,±1,±2,…)。

一般情况下透射光栅的0级和一级衍射的衍射强度比较大，高阶的衍射级次相比前两者要小得多；0级衍射波是沿入射光方向的，一级衍射波的衍射方向可以由光栅的周期进行调控，所以此处对光线角度的调节一般使用的是一级衍射波(当出光方向等于或很接近入射波时，也可以使用零级衍射波)。当衍射光的出光方向给定后，不同色光对应的光栅周期则由上述公式决定即实现根据不同色光分别设计不同的第一光栅结构的光栅周期。

用于耦合波导出光的第一光栅结构的厚度范围是200nm～1um，优选为300nm。出于消除、减弱或增强某种色光零级衍射波的目的，第一光栅结构的厚度可以针对该波长进行设计，由于入射角是固定的，当该色波在光栅的栅条和空隙上的位相差为半波长奇数倍时，零级衍射波出现相干相消，零级波相干减弱，一级波增强；当位相差为波长整数倍时，零级波相干增强，一级波减弱。

同时，液晶层耦合出来的光线到达光栅层，通过设置不同的光栅周期，即可控制光栅衍射的出光方向和波长，从而实现色彩和光线方向的控制。

本实施例中，第一光栅结构用于使从波导层导出的光线将特定波长的光线以特定的衍射角出光，其中特定的衍射角由第一光栅结构的光栅周期确定。如图1所示，显示面板包括多个依次排列的红色像素单元R、绿色像素单元G和蓝色像素单元B。其中，特定波长的光线为红色光线且特定的衍射角为红色光线衍射角时，从波导层导出的光线照射到红色像素单元R中的第一光栅结构上，红色像素单元R中的第一光栅结构使光线中的红色光线以红色光线衍射角出光，红色像素单元R以红色光栅衍射角出光的红色光线会照射到人眼中，而红色像素单元R以其它衍射角出光的其它波长的光线不会照射到人眼中，例如，绿色光线和蓝色光线不会照射到人眼中，从而使得红色像素单元R出射红色光线；特定波长的光线为绿色光线且特定的衍射角为绿色光线衍射角，从波导层耦合出的光线照射到绿色像素单元G中的第一光栅结构，绿色像素单元G中的第一光栅结构使光线中的绿色光线以绿色光线衍射角出光，绿色像素单元G以绿色光栅衍射角出光的绿色光线会照射到人眼中，而绿色像素单元G以其它衍射角出光的其它波长的光线不会照射到人眼中。

需要说明的是，图1示出的只是示例性说明，三种色光的子像素单元的位置及所包括的第一光栅结构的阶数(即数量)并不以此图为限。

液晶层的材料可以为向列相液晶、胆甾相液晶或者蓝相液晶。优选地，TN型显示面板、VA型显示面板以及ADS型显示面板通常均采用向列相液晶。

本实施例中，液晶层覆盖第一光栅结构及第二光栅结构，且填充于第一光栅结构及第二光栅结构的间隙中，液晶层的厚度大于第二光栅结构的厚度，因第二光栅结构的厚度大于第一光栅结构的厚度，则液晶层的厚度自然大于第一光栅结构的厚度。通常第一光栅结构的厚度可以小至200nm，则液晶层的厚度在1um左右，范围包括500nm～3μm，优选地，液晶层的厚度为1μm。液晶层厚度的设定可以以能够覆盖光栅结构(第一光栅结构及第二光栅结构)为目的，以及便于产品的其他参数设计(例如，电学设计、驱动设计等)为依据。本实施例中液晶层只要覆盖光栅层即可，因此液晶层的厚度可以设置的很薄，即液晶盒厚可以设置的很薄，从而进一步提高了液晶的响应时间。

波导层的材料可以为透明材料，例如，氮化硅Si₃N₄。波导层的折射率需要大于波导层的一个或者多个相邻层的折射率，以保证光线在波导层中发生全反射。结合图1所示即波导层的折射率大于第一衬底基板的折射率，波导层的折射率大于光栅层的折射率，波导层的折射率大于液晶层的折射率。

本实施例中波导层耦合出光的出光量根据波导层与相邻层折射率的差值的变化而变化，由于所述液晶层的折射率可以根据第一电极和第二电极加载的电压压差调节，因此当第一电极和第二电极加载的电压压差变化时，液晶层的折射率也发生变化，则波导层的折射率和液晶层的折射率的差值也会发生变化，从而使得波导层耦合出光的出光量也会变化。

通过调节施加在液晶层上的电压来调节液晶层的折射率，选择合适的光栅材料，使得第一光栅结构的折射率为液晶层的折射率的no或ne，或介于两者之间(ne大于no)。当液晶层折射率和第一光栅结构的折射率相等时，光栅层控制光线出射方向的作用被掩盖，没有光从波导层耦合出来，此时为L0状态，当液晶层折射率和第一光栅层的折射率相差最大时，该最大差值优选为0.6左右，光栅层的耦合作用最明显，光线从波导层耦合出来的耦合效率最高，此时为L225状态，当液晶层折射率处在两种情况之间时，为其他灰阶状态。

需要说明的是：所谓灰阶是将最亮与最暗之间的亮度变化区分为若干份，灰阶代表了由最暗到最亮之间不同亮度的层次级别，层级越多所能够呈现的画面效果就越细腻。能表现256个亮度层次的灰阶为256灰阶。256灰阶可包括从L0灰阶至L255灰阶的256级灰阶。

所述第一衬底基板的材料为透过率高、可弯曲的基板，优选PI基板，PET等透明高分子材料基板，也可以为较薄的玻璃基板。

如图2所示，所述显示面板还包括设置在所述第二电极60远离第一衬底基板10一侧的第二衬底基板70，其特征在于，还包括设置在所述第二衬底基板70远离第一衬底基板10一侧的散射层80。

由于柔性显示器件的可弯曲性，在柔性器件上实现光指向显示时，存在混色的现象，为了解决这一问题，本发明在显示面板中增加散射层，将不同光栅周期耦合出来的不同角度的光线打散，实现正常的液晶显示。

需要说明的是，所述第二衬底基板的制作材料同所述第一衬底基板，此处不再赘述。在实际应用中，第二衬底基板和第一衬底基板还可以采用其它材料制成，此处不再一一列举。

假设第一光栅结构的光栅周期为P，宽度为D1，D1/P为光栅结构的占空比，第一光栅结构的厚度为h1。根据光栅方程：

sinθ-sinθ0＝mλ/P(m＝0,±1,±2,…)

其中m级衍射波的衍射角θ仅由光栅周期P、入射波的波长λ以及入射角θ0决定。若已知入射波长和衍射角度，即可求出需要的光栅周期。该计算过程由模拟软件完成和优化。当衍射光的出光方向给定后，不同色光对应的光栅周期则由上述光栅方程决定。

本发明实施例中，一个像素单元中红绿蓝子像素的出光方向是相同的，有如下两种表现形式，首先，根据上述光栅方程可知，在同一结构的设计中，红绿蓝波长的光栅周期P1，P2，P3关系为P1＞P2＞P3。第一种表现形式为：相同的子像素宽度中，第一光栅结构的阶数关系是：红色阶数最少(即红色子像素中包含的第一光栅结构的阶数最少)，蓝色阶数最多，本发明附图1至4中所展示的即为这种表现形式；第二种表现形式为红绿蓝子像素中第一光栅结构的阶数相同，则不同子像素的宽度不同，由各像素波长的光栅周期可知，红色子像素的宽度最大，蓝色宽度最小，图中未展示此种情况。

所述第一光栅结构的光栅周期优选为波长级别，虑到工艺极限，可以限定为小于3um，且若不同色光的第一光栅结构的占空比均相同，则不同色光的第一光栅结构的宽度不同，调整合适的第一光栅结构的宽度和占空比能够优化衍射效率和半峰宽度。

第二光栅结构只起到支撑液晶盒厚的作用，光线经过第二光栅结构不会发生衍射，第二光栅结构的宽度大于第一光栅结构的宽度，第二光栅结构的宽度大于1um，优选为大于3um。

第一光栅结构的厚度记为h1，第一电极的厚度为h2，第二光栅结构的厚度为h3，则第一光栅结构的厚度与第二光栅结构厚度的关系优选为：(h3-h2-h1)/h3的比值范围是015～02之间。当两种光栅结构的厚度关系符合上述条件时，在显示面板弯曲量达到第二光栅结构弹性形变的极限时，第一光栅结构也能起到支撑盒厚的作用。

图4为显示面板弯曲状态下的出光示意图，由于第一光栅结构及第二光栅结构的存在及两种光栅结构的厚度、宽度及排列方式的不同使得显示面板在弯曲状态下，液晶的整体取向发生了变化，但对于一个像素单元来说，液晶仍是垂直于第一衬底基板及第二衬底基板，即液晶的有效折射率没有发生变化，显示效果也未发生变化，并未造成显示扭曲的现象。

本实施例提供的显示面板包括第一衬底基板、波导层、第一电极和第二电极、液晶层，其中液晶层内设有若干用于控制所述波导层耦合出光的第一光栅结构。通过第一光栅结构耦合光波导出光的方式实现液晶显示的目的，无需在显示面板中设置偏光片和彩膜层，从而提高了显示面板的透过率，且显示面板中并未设置偏光片，因此无需要求液晶层整体的相位延迟量，同时使得液晶盒厚可以设置的较薄，从而提高了液晶的响应时间。

本发明提供的显示面板中，所述液晶层内还设有若干用于支撑液晶盒厚的第二光栅结构，其能够在显示面板发生弯曲的状态下，支撑液晶层，不会发生由液晶盒厚不均带来的显示不良的现象。而且，当显示面板的弯曲曲率较大时，第一光栅结构也能够起到支撑盒厚的作用，从而保证显示面板在弯曲状态下的显示质量。

本发明实施例还提供一种显示装置，该显示装置包括上述的液晶显示面板及背光源90，此背光源可以由红绿蓝三色的半导体激光器芯片经过混光后制成，为了提高光的利用率，本发明所述背光源优选准直光源，且该准直光源设置于液晶显示面板中波导层的一侧，光线的出光方向和波导层所在平面平行，如图3所示，且背光源的宽度可以为波导层和第二衬底基板的宽度之和，所述波导层的另一侧设有遮挡层100，用于遮挡射到此面的光，使其不能从遮挡层射出。该种显示装置具有与前述实施例提供的显示面板相同的结构和有益效果。在此不再赘述。

在实际应用中，背光源的宽度还可以设置为其他宽度，但以不向液晶层及液晶层以上各层发射光线为宜。

需要说明的是，上述准直光源可以是由红绿蓝三色的半导体激光器芯片经过混光后制成，也可以由准直性好的红、绿、蓝三色的发光二极管芯片经过混光后制成，也可以由准直性好的白光发光二极管芯片制成，也可以由条状的冷阴极荧光灯管加一些光线准直结构制成，本发明对此不做限定。

为了可所述液晶显示面板的宽度相匹配，可以使用和所述液晶显示面板宽度相一致的激光器芯片或发光二极管芯片条，或者发光二极管芯片条前加扩束机构，如激光扩束器。

需要说明的是，本发明所提供的发光装置可以为电子纸、OLED面板、手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。

虽然上面已经示出了本发明的一些示例性实施例，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的原理或精神的情况下，可以对这些示例性实施例做出改变，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种显示面板，其特征在于，包括依次层叠设置的第一衬底基板、波导层、液晶层及第二电极；所述液晶层内设有若干用于控制所述波导层耦合出光的第一光栅结构，所述第一光栅结构的一侧与所述波导层相接，另一侧相接有第一电极。

2.根据权利要求1所述的显示面板，其特征在于，所述液晶层内还设有若干用于支撑液晶盒厚的第二光栅结构，所述第二光栅结构的一侧与所述波导层相接，所述第二光栅结构的厚度大于所述第一光栅结构的厚度。

3.根据权利要求2所述的显示面板，其特征在于，相邻两个所述第二光栅结构之间设有预设数量的所述第一光栅结构，相邻两个所述第一光栅结构之间或相邻的所述第一光栅结构与第二光栅结构之间间隔预设距离。

4.根据权利要求3所述的显示面板，其特征在于，所述第一光栅结构的光栅周期由出光方向、出光波长决定。

5.根据权利要求1所述的显示面板，其特征在于，所述第一光栅结构与所述液晶层存在固定的折射率差值。

6.根据权利要求1所述的显示面板，还包括：设置在所述第二电极远离第一衬底基板一侧的第二衬底基板，其特征在于，还包括设置在所述第二衬底基板远离第一衬底基板一侧的散射层。

7.根据权利要求1所述的显示面板，其特征在于，所述波导层的折射率高于所述第一衬底基板的折射率，以便光线在所述波导层中发生全反射。

8.根据权利要求6或7任一项所述的显示面板，其特征在于，所述第一衬底基板和第二衬底基板为透过率高、可弯曲的基板。

9.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求1～8任一项所述的显示面板、设置于所述波导层一侧的背光源及设置于所述波导层另一侧的遮挡层。

10.根据权利要求9所述的显示装置，其特征在于，所述背光源包括侧入式准直背光光源，其出光方向与波导层平行。