CN108051936B - 显示面板及其驱动方法、显示装置及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种显示面板及其驱动方法、显示装置及其驱动方法。显示面板包括对盒设置的第一基底和第二基底，以及设置在所述第一基底和第二基底之间的电极层和液晶光栅，所述电极层用于调节所述液晶光栅的光栅周期。显示装置的驱动方法包括：确定使用者眼睛与显示面板的相对位置；根据所述相对位置确定显示面板上每个子像素的出光方向；根据所述出光方向，调整每个子像素的光栅周期。本发明实现了显示面板的出光方向可调，不仅简化了设计和工艺流程，降低了设计和生产成本，而且能够提供最佳的观看质量和使用体验。

Description

显示面板及其驱动方法、显示装置及其驱动方法

技术领域

本发明涉及显示技术领域，具体涉及一种显示面板及其驱动方法、显示装置及其驱动方法。

背景技术

目前，随着虚拟现实(Virtual Reality，VR)和增强现实(Augmented Reality，AR)技术的发展，对显示面板的透过率和分辨率(Pixels Per Inch，PPI)提出更高的要求。现有液晶显示(Liquid Crystal Display，LCD)和有机发光二极管(Organic Light EmittingDisplay，OLED)等显示技术，均无法做到显示面板的高度透明。同时，受制于制作工艺，现有LCD和OLED难于实现高PPI。进一步地，受制于出射光线为发散光线，现有LCD和OLED也难于实现单眼聚焦的近眼显示。

为了实现高透明、高PPI和近眼显示，现有技术提出了基于波导光栅耦合技术的显示技术，该显示技术通过波导光栅耦合结构对出光方向和出光颜色进行选择，可以将显示面板发出的光线汇聚到一设定位置，并实现高度透明和高PPI显示。

经本申请发明人研究发现，基于波导光栅耦合技术的现有显示面板，需要预先设计显示面板上各位置的出光方向，然后根据出光方向设计制作显示面板上各位置的光栅周期，不仅设计和工艺流程复杂，而且生产成本较高。同时，由于显示装置上各位置的光栅周期是固定的，因此显示装置的出光方向也是固定的，使用者使用中需要不断调整眼睛位置以适应出光方向，既影响用户观看质量，也影响用户体验。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题是，提供一种显示面板及其驱动方法、显示装置及其驱动方法，以克服现有技术设计和工艺流程复杂、生产成本高、影响观看质量和用户体验等缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种显示面板，包括对盒设置的第一基底和第二基底，以及设置在所述第一基底和第二基底之间的电极层和液晶光栅，所述电极层用于调节所述液晶光栅的光栅周期。

可选地，所述电极层包括多个间隔排列且分别接收独立电压信号的电极，由2N+1个电极确定一个光栅周期为2N*L的液晶光栅，其中，N为大于或等于1的正整数，L为电极宽度和电极间距之和。

可选地，所述电极层包括第一电极层和第二电极层，所述第一电极层包括间隔排列的多个第一电极，所述第二电极层包括间隔排列的多个第二电极，每个第一电极位于两个第二电极之间，或每个第二电极位于两个第一电极之间。

可选地，所述第一电极层和第二电极层均设置在第一基底上，所述第一电极层与第二电极层之间设置有绝缘层；或者，所述第一电极层设置在第一基底上，所述第二电极层设置在第二基底上。

本发明实施例还提供了一种显示装置，包括前述的显示面板。

为了解决上述技术问题，本发明实施例还提供了一种显示面板的驱动方法，显示面板包括对盒设置的第一基底和第二基底，以及设置在所述第一基底和第二基底之间的电极层和液晶光栅，所述驱动方法包括：

向所述电极层施加电压信号，调节所述液晶光栅的光栅周期。

可选地，所述电极层包括多个间隔排列的电极；向所述电极层施加电压信号，调节所述液晶光栅的光栅周期，包括：向所述电极层中的各个电极施加独立的电压信号，由2N+1个电极确定一个光栅周期为2N*L的液晶光栅，其中，N为大于或等于1的正整数，L为电极宽度和电极间距之和。

可选地，向所述电极层中的各个电极施加独立的电压信号，包括：

向所述电极层中的电极1、电极2、.....、电极2N+1施加电压值分别为V₁、V₂、.....、V_2N+1的电压信号，其中，V₁＝V_2N+1，V₂＝V_2N，.....，V_N-1＝V_N+1，V₁>V₂>.....>V_N-1>V_N；或者，向所述电极层中的电极1、电极2、.....、电极2N+1施加电压值分别为V₁、V₂、.....、V_2N+1的电压信号，其中，V₁＝V_2N+1，V₂＝V_2N，.....，V_N-1＝V_N+1，V_N>V_N-1>.....>V₂>V₁。

为了解决上述技术问题，本发明实施例还提供了一种显示装置的驱动方法，显示装置包括前述的显示面板，所述驱动方法包括：

确定使用者眼睛与显示面板的相对位置；

根据所述相对位置确定显示面板上每个子像素的出光方向；

根据所述出光方向，调整每个子像素的光栅周期。

可选地，根据所述出光方向，调整每个子像素的光栅周期，包括：

根据显示面板上每个子像素的出光方向，确定每个子像素的光栅周期；

根据每个子像素的光栅周期，向显示面板的电极层施加电压信号，调整每个子像素中液晶光栅的光栅周期。

本发明实施例提供了一种显示面板及其驱动方法、显示装置及其驱动方法，液晶光栅的光栅周期由电极数量决定，通过调节电极数量可以调节液晶光栅的光栅周期，实现了显示面板的出光方向可调。本发明实施例不需要复杂的制作光栅周期的流程，简化了设计和工艺流程，缩短了设计和生产时间，降低了设计和生产成本。在使用者使用中，使用者只要调整好合适的头戴位置，***会根据眼睛位置调整显示面板上各个位置的光栅周期，使得出光方向指向人眼，能够提供最佳的观看质量和使用体验。

当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。本发明的其它特征和优点将在随后的说明书实施例中阐述，并且，部分地从说明书实施例中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明实施例的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。附图中各部件的形状和大小不反映真实比例，目的只是示意说明本发明内容。

图1为波导光栅耦合技术的原理示意图；

图2为本发明实施例显示面板的结构示意图；

图3a～图3d为本发明实施例调节液晶光栅光栅周期的原理图；

图4为本发明实施例形成灰度显示的原理图；

图5a～图5c为本发明实施例RGB子像素液晶光栅的结构示意图；

图6为本发明显示面板第一实施例的结构示意图；

图7为本发明显示面板第二实施例的结构示意图；

图8为本发明显示装置电极驱动的示意图。

附图标记说明:

10—第一基底； 20—第二基底； 30—波导层；

40—电极层； 50—液晶光栅； 41—第一电极层；

42—绝缘层； 43—第二电极层； 4A—第一电极；

4B—第二电极。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

图1为波导光栅耦合技术的原理示意图。在光通信以及集成光学中，光波导是一种比较常用的基本元器件。为了将光束有效地耦合进光波导或将光束从光波导中耦合出来，一种比较常用的方法就是使用光栅耦合器。当入射光束或出射光束满足公式：β_q＝β_m–qK(q＝0,±1,±2,…)的位相匹配关系时，入射光即可在波导中激发m阶导模，或者m阶导模即可在给定方向上耦合出去。其中，β_m为m阶导模的传播常数，β_m＝k₀N_m，N_m为m阶导模的有效折射率，K为光栅矢量，K＝2π/Λ，k₀为光线在真空中的波数，k₀＝2πλ，Λ为光栅周期。设入射光(或出射光)波矢方向与竖直方向夹角为θ_i，则上述位相匹配关系可进一步表示为：

k₀n_csinθ_i＝k₀N_m–q2π/Λ(q＝0，±1，±2，…)

若波导衬底为透明介质，从基底一侧进行输入输出耦合，此时位相匹配关系可表示为：

k₀n_ssinθ_i＝k₀N_m–q2π/Λ(q＝0，±1，±2，…)

其中，n_c为空气的折射率，n_s为基底的折射率，n_f为波导的折射率。

对于基于波导光栅耦合技术的显示面板，多个光栅耦合结构设置在波导层上，从波导层中传播的光线中，选择给定颜色光线在给定方向上的出射，一个或多个光栅耦合结构对应于显示面板中的一个子像素，根据衍射光栅公式可以确定出光位置，衍射光栅公式为：

n_isinθ_i-n_dsinθ_d＝m*λ/Λ(m＝0,±1,±2,…)

其中，n_i和θ_i分别为入射空间折射率和入射角度，m为衍射级次，Λ为光栅周期，λ为入射光波长，θ_d为出光方向与面板平面法线之间的夹角，n_d为光栅耦合结构之上各层的等效折射率。在现有AR/VR应用场景设计中，出光方向是由专业的光学仿真软件进行精确设计，设定显示面板中某一位置的子像素的出光方向是固定的，由子像素位置与眼睛设计位置两者的相对关系决定，即认为眼睛位置是固定的，因而设定衍射光栅公式中的出光方向θ_d是固定的。因此，通过设计光栅周期Λ，即可实现给定颜色(波长λ)的光线在给定出光方向θ_d上出射。根据出光方向设计出显示面板每个位置的光栅周期后，现有技术通常采用相干光干涉的方法，采用激光器分别照射显示面板不同位置的子像素以形成不同的光栅周期。例如：采用红色激光器发出的红色激光通过曝光光栅照射红色子像素R对应的区域以形成红色子像素R中的光栅周期，采用绿色激光器发出的绿色激光通过曝光光栅照射绿色子像素G对应的区域以形成绿色子像素G中的光栅周期，以及采用蓝色激光器发出的蓝色激光通过曝光光栅照射蓝色子像素B对应的区域以形成蓝色子像素B中的光栅周期。由于不同颜色的激光器发出的曝光光线的波长不同，因此在不同颜色的子像素中形成的液晶光栅的个数不同，从而使得在不同颜色的子像素中形成的光栅周期不同。

由此可见，现有显示面板出光方向固定是因为预先设置了各个子像素固定的光栅周期，使得每个子像素只能选择给定颜色光线在给定出光方向上出射。由于需要使用专业的光学仿真软件进行出光方向设计，且需要采用激光器照射方式制备各子像素的光栅周期，因此设计和工艺流程复杂，生产时间长，生产成本较高。由于出光方向固定，因而要求使用者眼睛必须在设计位置观看，如果使用者眼睛偏离设计位置的话，子像素出光方向将偏离人眼，人眼所看到的画面质量会较差。实际使用中，由于使用VR装置的使用者多种多样，不仅不同使用者的头戴位置不同，而且不同使用者的眼睛位置也存在差异，因此使得一些使用者难以适应该设计位置。有些使用者使用前需要不断调整头戴位置和眼睛位置，才能使人眼对准该出光方向，看清显示面板的画面，而且在使用中还需要严格保持调整好的位置。显然，这种调整方式具有很大的不确定性，且很难使人眼完全对准出光方向，既影响用户观看画面的质量，也影响用户使用产品的体验。

为了克服现有显示面板设计和工艺流程复杂、生产成本高、影响观看质量和用户体验等缺陷，本发明实施例提供了一种显示面板。显示面板包括对盒设置的第一基底和第二基底，以及设置在第一基底和第二基底之间的电极层和液晶光栅，电极层用于调节液晶光栅的光栅周期。其中，电极层包括多个间隔排列且分别接收独立电压信号的电极，由2N+1个电极确定一个光栅周期为2N*L的液晶光栅，其中，N为大于或等于1的正整数，L为电极宽度和电极间距之和。作为一种实现方式，图2为本发明实施例显示面板的结构示意图。如图2所示，显示面板的主体结构包括对盒设置的第一基底10和第二基底20，以及设置在第一基底10和第二基底20之间的波导层30、电极层40和液晶光栅50，电极层40用于调节液晶光栅50的光栅周期，液晶光栅50用于控制从波导层30耦合出光线，并控制该光线中设定波长的光线以设定方向和设定灰度出光。其中，波导层30设置在第一基底10朝向第二基底20的表面上，电极层40设置在波导层30朝向第二基底20的表面上，液晶光栅50设置在电极层40与第二基底20之间。

本发明实施例中，波导层30用于进行光波导，其折射率至少大于与波导层30相接触膜层的折射率。为了使波导层可以进行尽可能有效地光波导，优选地，波导层的折射率除了大于与波导层相接触膜层的折射率之外，还大于其他各层结构的折射率，即在显示面板中，波导层的折射率最大。波导层的材料为透明材料，如Si₃N₄等，但不限于此。在具体实施时，波导层的折射率越高越好，波导层的厚度范围包括但不限于100nm～10μm。优选地，波导层的厚度为100～200nm，以便于光栅层对光线出光方向和波长的控制。波导层可以是单模波导，即厚度要足够薄，如100nm，以便于光栅对出光方向和颜色的控制，但不限于此。当侧入式准直背光的准直性比较好，或者可以对耦合入波导层中模式进行有效控制时，可以适当放宽对波导层厚度的要求，可以选择几百纳米甚至几微米的厚度。此外，第一基底和电极层也充当了辅助波导的作用。由于第一基底和电极层的厚度大于波导层的厚度，侧入式准直背光的所发射光线的绝大部分将被耦合进第一基底和电极层中。鉴于侧入式准直背光所发射的光线不可能绝对准直，总会有较小的发散角，耦合入第一基底和电极层中的光线也会具有较小的发散角度。由于第一基底和电极层的折射率小于波导层的折射率，第一基底和电极层中的光线将不能被很好地束缚，而是被源源不断地注入到波导层中，补充波导层中的波导模式因传播或光栅耦合所引起的衰减。

本发明实施例中，电极层40包括多个依次等间距排列的电极，每个电极分别接收独立的电压信号，数个电极所形成的电场使得邻近的液晶分子根据该电场分布产生相应的偏转，形成具有不同光栅周期的液晶光栅。液晶光栅控制从波导层中耦合出光线，并控制该光线中设定波长的光线以设定方向和设定灰度出光。也就是说，本发明实施例是由电极数量来决定液晶光栅的光栅周期，通过调节电极数量可以调节液晶光栅的光栅周期。

图3a～图3d为本发明实施例调节液晶光栅光栅周期的原理图。如图3a～图3b所示，相对设置的第一基底1和第二基底2之间设置有液晶层4，第一基底1上设置有电极层。电极层包括规则排列的多个电极，分为第一电极组和第二电极组，每个电极组包括2个电极，第一电极组包括电极3a和电极3b，第二电极组包括电极3c和电极3d。如图3a所示，控制施加在电极组中2个电极上的电压，使2个电极上的电压相等。由于2个电极电极之间没有电压差，液晶层4中的液晶分子不发生偏转。此时，液晶层4中液晶分子为一固定的折射率。如图3b所示，在第一电极组中，对电极3a施加电压V1，对电极3b施加电压V0；在第二电极组中，对电极3c施加电压V0，对电极3d施加电压V1。其中，V1-V0＝ΔV1。由于第一电极组中2个电极之间具有电压差ΔV1，因此在第一电极组的两个电极上方所对应区域的液晶分子在电场的作用下发生偏转，从而形成右偏转图案区。由于第二电极组中2个电极之间具有电压差-ΔV1，因此在第二电极组的两个电极上方所对应区域的液晶分子在电场的作用下发生偏转，从而形成左偏转图案区。由于电极3b和电极3c的电压相同，因此2个电极组之间上方所对应区域的液晶分子不发生偏转，从而形成非偏转图案区。由于2个电极组中电极之间的电压差相反，因此2个电极组的液晶分子偏转方向相反。此时，液晶层4中液晶分子存在右偏转、左偏转和未偏转，液晶分子之间具有一定折射率差。需要说明的是，附图中的左右偏转仅是一种偏转的示意性说明，液晶分子偏转可以在平行于基底的平面内。

如图3c所示，相对设置的第一基底1和第二基底2之间设置有液晶层4，第一基底1上设置有电极层，电极层包括规则排列的多个电极，3个电极为一个电极组，即每个电极组包括电极3a、电极3b和电极3c。控制施加在电极组中3个电极上的电压，使3个电极上的电压相等。由于3个电极电极之间没有电压差，液晶层4中的液晶分子不发生偏转。此时，液晶层4中液晶分子为一固定的折射率。在电极组中，对电极3a施加电压V1，对电极3b施加电压V0，对电极3c施加电压V1，V1-V0＝ΔV1。电极3a与电极3b之间具有电压差ΔV1，两个电极之间所对应区域的液晶分子在电场的作用下发生右偏转，电极3b与电极3c之间具有电压差-ΔV1，两个电极之间所对应区域的液晶分子在电场的作用下发生左偏转。由于电极3a所对应区域的电场受电极3c电压的影响较小，因此该区域的液晶分子偏转较大。同理，由于电极3c所对应区域的电场受电极3a电压的影响较小，因此该区域的液晶分子偏转较大。由于电极3b所对应区域的电场同时受电极3a电压和电极3c电压的影响，因此该区域的液晶分子偏转较小(或不偏转)。由此，在电极3a、电极3b和电极3c所对应区域的液晶分子形成类似凸透镜效果的液晶光栅，液晶光栅中液晶分子具有不同的偏转角，液晶光栅中液晶分子之间具有一定折射率差。

如图3d所示，相对设置的第一基底1和第二基底2之间设置有液晶层4，第一基底1上设置有电极层，电极层包括规则排列的多个电极，5个电极为一个电极组,即每个电极组包括电极3a、电极3b、电极3c、电极3d和电极3e。对电极3a施加电压V2，对电极3b施加电压V1，对电极3c施加电压V0，电极3d施加电压V1，对电极3e施加电压V2，V2＞V1＞V0,V2-V1＝ΔV2，V1-V0＝ΔV1。同前述原理，电极3a与电极3b之间所对应区域的液晶分子在电场的作用下发生右偏转，电极3b与电极3c之间所对应区域的液晶分子在电场的作用下发生右偏转，但偏转角度小于前者。电极3d与电极3e之间所对应区域的液晶分子在电场的作用下发生左偏转，电极3c与电极3d之间所对应区域的液晶分子在电场的作用下发生左偏转，但偏转角度小于前者。电极3c所对应区域的液晶分子偏转最小(或不偏转)。由此，在电极3a、电极3b、电极3c、电极3d和电极3e所对应区域的液晶分子形成类似凸透镜效果的液晶光栅，液晶光栅中液晶分子具有不同的偏转角，液晶光栅中液晶分子之间具有一定折射率差。

图4为本发明实施例形成灰度显示的原理图。液晶分子的折射率为[no，ne]，no为液晶分子的寻常折射率，ne为液晶分子的非常折射率，通过电极层40施加电压信号作用于液晶分子的电场，可使液晶分子偏转，实现液晶分子的折射率在no和ne之间变化。以液晶初始水平取向为例，初始状态时液晶分子的折射率为no，施加电压之后液晶分子的折射率为neff，其中neff由下述公式确定：

液晶分子偏转角θ＝0时，neff＝no，液晶分子偏转角θ＝90时，neff＝ne。如图4所示，仍以液晶初始水平取向为例，初始状态时，电极层40的各个电极未施加电压时，液晶分子的折射率为no，因此液晶分子为一固定的折射率no。液晶层的固定折射率使得光栅耦合的作用被掩盖，波导层30中的光线被限制在波导层30中，没有光线出射，此为暗态，即L0灰阶。对电极层40的各个电极施加电压且每个电极施加的电压不同，液晶分子根据各个电极电压所形成的电场进行相应偏转。由于各个电极的电压不同，因此各个电极所在区域的电场强度不同，各个电极所在区域的液晶分子的偏转不同，偏转角度较大的液晶分子和偏转角度较小(或者没有偏转)的液晶分子之间具有一定折射率差，形成具有折射率差的液晶光栅50。液晶光栅50的折射率差使得波导层30中的光线被耦合出来，根据前面衍射光栅公式，满足相匹配关系的光线被耦合出来，耦合效率与折射率差值有关，差值越大，光栅耦合的作用越明显，耦合效率越大。当折射率差值为ne-no时，折射率差最大，被耦合出来的光线最多，此为亮态，即L255灰阶。当折射率差值介于0和ne-no之间时，为中间灰阶状态。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。

通过前述说明可以看出，由于液晶光栅由电极数量决定，因此通过调整电极数量即可调整液晶光栅的大小，即调整液晶光栅的光栅周期。图3c中，3个电极确定一个液晶光栅，其光栅周期Λ＝2*L，L为电极宽度和电极间距之和，图3d中，5个电极确定一个液晶光栅，其光栅周期Λ＝4*L。对于2N+1个电极确定的液晶光栅，其光栅周期Λ＝2N*L，N为大于或等于1的正整数，L为电极宽度和电极间距之和。在确定电极宽度和间距的情况下，电极数越多，周期越大。实际实施时，可以通过电极结构和宽度的设计，在工艺极限允许的前提下，使电极宽度和电极之间的间距尽可能小，以实现液晶光栅的光栅周期连续可调。

通过前述说明还可以看出，由于液晶分子的偏转角度与电极之间的电压差有关，电压差较大的区域，液晶分子的偏转角度越大，电压差较小的区域，液晶分子的偏转角度较小，因此通过调整各电极之间的电压差，可以调整液晶光栅中液晶分子的折射率差值。由于波导层耦合出光的耦合效率根据液晶光栅的折射率差值的变化而变化，因此通过调整各电极的电压，进而可以调整波导层耦合出光的耦合效率。液晶光栅或者液晶透镜是根据施加电压的不同使液晶层中液晶分子具有不同的偏转角度，来实现对入射偏振光的折射率不同，因此液晶光栅的形成与入射光的偏振方向有关。例如，面内震动的偏振光，对于形成水平电场的电极结构，液晶分子长轴方向与入射光偏振方向相同时，中间电极的电压小于两侧电极的电压，液晶分子长轴方向垂直于面内排列时，中间电极的电压大于两侧电极的电压；对于垂直电场结构，液晶分子垂直取向，中间电极的电压大于两侧电极的电压。

图5a～图5c为本发明实施例RGB子像素液晶光栅的结构示意图，以水平电场下液晶分子初始水平取向来说明。假设一个液晶光栅由2N+1个电极(N为大于或等于1的正整数)确定，按照从左向右顺序编号依次称之为电极1、电极2、.....、电极2N+1，每个电极被施加的电压信号分别为V₁、V₂、.....、V_2N+1，为了使该2N+1个电极形成一个液晶光栅，要求V₁＝V_2N+1，V₂＝V_2N，.....，V_N-1＝V_N+1，V₁>V₂>.....>V_N-1>V_N，液晶光栅的光栅周期Λ＝2N*L，L为电极宽度和电极间距之和。当这2N+1电极分别被施加相应的电压信号后，由于电极之间存在电压差，因此电极相应区域的液晶分子将产生程度不同的偏转，电极之间较高电压差所在区域的液晶分子偏转较大，电极之间较低电压所在区域的液晶分子偏转较小，使得2N+1电极所在区域的液晶分子形成类似凸透镜结构的液晶光栅。如图5a所示，对于B子像素，设置N等于1，即B子像素中的液晶光栅由3个电极确定，液晶光栅的光栅周期Λ＝2*L，V₁＝V₃>V₃，且相邻2个液晶光栅可以共用电极3，即第一个液晶光栅的电极3为下一个液晶光栅的电极1，且电压相同。由此确定的光栅周期可以使得从波导层耦合出的光线经过B子像素的液晶光栅时，只有光线中特定波长为蓝色光线且具有特定方向的出光进入到人眼中，而其它方向、其它波长的光线不会进入到人眼中，从而使得人眼接收B子像素出射的蓝色光线。如图5b所示，对于G子像素，设置N等于2，G子像素中的液晶光栅由5个电极确定，液晶光栅的光栅周期Λ＝4*L，V₁＝V₅>V₂＝V₄>V₃，相邻2个液晶光栅可以共用电极5，即第一个液晶光栅的电极5为下一个液晶光栅的电极1，且电压相同。由此确定的光栅周期可以使得从波导层耦合出的光线经过G子像素的液晶光栅时，只有光线中特定波长为绿色光线且具有特定方向的出光进入到人眼中，而其它方向、其它波长的光线不会进入到人眼中，从而使得人眼接收G子像素出射的绿色光线。如图5c所示，对于R子像素，设置N等于3，R子像素中的液晶光栅由7个电极确定，液晶光栅的光栅周期Λ＝6*L，V₁＝V₇>V₂＝V₆>V₃＝V₅>V₄，相邻2个液晶光栅可以共用电极7，即第一个液晶光栅的电极7为下一个液晶光栅的电极1，且电压相同。由此确定的光栅周期可以使得从波导层耦合出的光线经过R子像素的液晶光栅时，只有光线中特定波长为红色光线且具有特定方向的出光进入到人眼中，而其它方向、其它波长的光线不会进入到人眼中，从而使得人眼接收R子像素出射的红色光线。这样，RGB子像素可以调整成具有不同的光栅周期，使不同子像素的光线均指向人眼。同理，显示面板上不同像素位置也可以调整成具有不同的光栅周期，使显示面板上不同位置的光线均指向人眼。

本发明实施例中，电极层中的电极可以是依次排列的多个电极条，也可以是阵列排列的多个电极块，电极层可以是单层结构，也可以是双层或多层结构，对于双层结构，两个电极层可以都设置在第一基底上，形成水平电场，也可以分别设置在第一基底和第二基底上，形成垂直电场。

本发明实施例提供了一种显示面板，液晶光栅的光栅周期由电极数量决定，通过调节电极数量可以调节液晶光栅的光栅周期，实现了显示面板的出光方向可调。一方面，在显示面板设计中，不需要使用专业的光学仿真软件进行出光方向设计，在显示面板制备中，不需要复杂的制作光栅周期的流程，简化了设计和工艺流程，缩短了设计和生产时间，降低了设计和生产成本。另一方面，在使用者使用中，使用者只要调整好合适的头戴位置，***会根据眼睛位置调整显示面板上各个位置的光栅周期，使得出光方向指向人眼，提供最佳的观看质量和使用体验。

本发明实施例的显示面板，由于采用波导光栅耦合技术控制光线从波导层耦合出光，并控制从波导层耦合出光的光线中设定波长的光线以设定方向和设定灰度出光，因此无需在显示面板中设置偏振片和彩色色阻，显示面板的全部组件采用高透过率材料构成，从而提高了显示面板的透过率，实现高透明显示，可应用于透明显示产品、虚拟现实VR或者增强现实AR中。由于无需在显示面板中设置偏振片，因此无需要求液晶层整体的相位延迟量，使得液晶盒厚可以较薄，从而提高了液晶的响应时间。由于液晶光栅的光栅周期较小，在几个微米或几百纳米，因此子像素的尺寸可以做的较小，从而使得显示面板可以实现高PPI显示。由于光栅耦合对出光方向的选择作用，因此可以选择性地将用于显示的光线汇聚到人眼附近，有利于实现可单眼聚焦的近眼显示，甚至可以实现单眼的近眼3D显示。

下面通过具体实施例详细说明本发明实施例的技术方案。

第一实施例

图6为本发明显示面板第一实施例的结构示意图。如图6所示，显示面板的主体结构包括对盒设置的第一基底10和第二基底20，以及设置在第一基底10和第二基底20之间的波导层30、电极层和液晶光栅50，电极层用于调节液晶光栅50的光栅周期，液晶光栅50用于控制从波导层30耦合出光线，并控制该光线中设定波长的光线以设定方向和设定灰度出光。其中，波导层30设置在第一基底10朝向第二基底20的表面上，电极层设置在波导层30朝向第二基底20的表面上，液晶光栅50设置在电极层与第二基底20之间。本实施例中，电极层包括依次叠设的第一电极层41、绝缘层42和第二电极层43，第一电极层41设置在波导层30上，绝缘层42覆盖第一电极层41，第二电极层43设置在绝缘层42上。第一电极层41包括依次等间距排列的多个第一电极4A，第二电极层43包括依次等间距排列的多个第二电极4B，第一电极层41中每个第一电极4A位于两个第二电极4B之间，或第二电极层43中每个第二电极4B位于两个第一电极4A之间，N个第一电极4A和N+1个第二电极4B确定一个液晶光栅，N为大于或等于1的正整数。当确定每个液晶光栅50的多个电极分别被施加独立的电压信号后，由于电极之间存在电压差，因此液晶光栅中的液晶分子将产生程度不同的偏转，偏转较大的液晶分子和偏转较小的液晶分子之间具有一定折射率差，使得液晶光栅从波导层30中耦合出光线，并控制该光线中设定波长的光线以设定方向和设定灰度出光。

本实施例中，显示面板包括多个子像素，每个子像素包括至少2个液晶光栅。子像素可以为红色子像素、绿色子像素或者蓝色子像素，显示面板包括阵列排布的多个红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素，RGB三个子像素被调整成具有不同的光栅周期。例如，红色子像素中的液晶光栅由7个电极确定，分别是3个第一电极4A和4个第二电极4B。绿色子像素中的液晶光栅由5个电极确定，分别是2个第一电极4A和3个第二电极4B。蓝色子像素中的液晶光栅由3个电极确定，分别是1个第一电极4A和2个第二电极4B。实际实施时，第一电极层和第二电极层的位置可以根据实际需要进行调整，如第一电极层设置在第二电极层之上，或第一电极层和第二电极层之间设置其它膜层等。进一步地，可以设置多个电极层，也可以将本实施例第一电极层和第二电极层合并为一个电极层。

本实施例为形成水平电场的电极结构，适用于液晶分子的光轴平行于基底面的平面内偏转的显示模式。在该显示模式下，显示面板还包括分别设置在第一基底和/或第二基底上的配向层，配向层控制液晶分子的初始取向，使液晶分子初始方向平行于第一基底和第二基底。此外，显示面板还可以包括位于波导层侧边的黑色遮挡层或反射层，黑色遮挡层用于吸收从波导层侧边出射的光线，反射层用于对从波导层侧边出射的光线进行反射。进一步地，显示面板还可以包括设置在第一基底背离第二基底一侧表面的保护膜，以及设置在第二基底背离第一基底一侧表面的保护膜，实现对显示面板的保护。保护膜可以为贴附在表面上的膜层，也可以为涂覆在表面上的涂层。

对于本实施例形成水平电场的电极结构，也适用于液晶分子的光轴垂直于基底面的平面内偏转的显示模式。在该显示模式下，确定一个液晶光栅的电极中，电压关系为：V_N-1＝V_N+1，V_N>V_N-1>.....>V₂>V₁，这里不再赘述。

本实施例中，第一基底和第二基底的材料可以为玻璃或者树脂，厚度为0.1mm～2mm，其参数由具体的产品设计或工艺条件决定，并且要求其上下表面具有较好的平整度及平行度。在实际实施时中，第一基底和第二基底还可以采用其它材料制成，在此不做限定。电极层可以采用透明导电材料，例如氧化铟锡ITO或氧化铟锌IZO等，电极层的厚度为50nm～1000nm，优选为100～200nm。或者，电极层也可以选择较薄的金属材料，如金Au或银Ag-镁Mg合金等，厚度为30nm～200nm。液晶层的厚度为几百纳米至几微米，一般控制在1μm左右。

第二实施例

图7为本发明显示面板第二实施例的结构示意图。如图7所示，显示面板的主体结构包括对盒设置的第一基底10和第二基底20，以及设置在第一基底10和第二基底20之间的波导层30、电极层和液晶光栅50，电极层用于调节液晶光栅50的光栅周期，液晶光栅50用于控制从波导层30耦合出光线，并控制该光线中设定波长的光线以设定方向和设定灰度出光。其中，波导层30设置在第一基底10朝向第二基底20的表面上，电极层包括设置在波导层30朝向第二基底20表面上的第一电极层41和设置在第二基底20朝向第一基底10表面上的第二电极层43，液晶光栅50设置在第一电极层41和第二电极层43之间。第一电极层41包括依次等间距排列的多个第一电极4A，第二电极层43包括依次等间距排列的多个第二电极4B，第一电极层41中每个第一电极4A位于两个第二电极4B之间，或第二电极层43中每个第二电极4B位于两个第一电极4A之间，N个第一电极4A和N+1个第二电极4B确定一个液晶光栅，N为大于或等于1的正整数。当确定每个液晶光栅50中的多个电极分别被施加独立的电压信号后，由于电极之间存在电压差，因此液晶光栅中的液晶分子将产生程度不同的偏转，偏转较大的液晶分子和偏转较小的液晶分子之间具有一定折射率差，使得液晶光栅从波导层30中耦合出光线，并控制该光线中设定波长的光线以设定方向和设定灰度出光。

本实施例中，对于每个光栅结构，每个第一电极4A和第二电极4B分别接收独立的电压信号，使该光栅结构所在子像素的液晶分子根据电场分布产生相应的偏转，形成液晶光栅。假设按照从左向右顺序编号，子像素包括的2N+1个电极依次称之为电极1、电极2、.....、电极2N+1，其中，电极1、电极3、.....、电极2N+1为第一电极4A，电极2、电极4、.....、电极2N为第二电极4B，电极1、电极2、.....、电极2N+1被施加的电压信号分别为：V₁、V₂、.....、V_2N+1，V₁＝V_2N+1，V₂＝V_2N，.....，V_N-1＝V_N+1，V_N>V_N-1>.....>V₂>V₁。实际实施时，电极1、电极3、.....、电极2N+1也可以为第二电极4B，电极2、电极4、.....、电极2N可以为第一电极4A。

本实施例为形成垂直电场的电极结构，适用于液晶分子的光轴垂直于基底面的平面内偏转的显示模式。

第三实施例

基于前述实施例的技术构思，本发明实施例还提供了一种显示面板的驱动方法，显示面板采用前述实施例的结构，包括对盒设置的第一基底和第二基底，以及设置在第一基底和第二基底之间的电极层和液晶光栅，电极层包括多个间隔排列的电极。本实施例显示面板的驱动方法包括：

向所述电极层施加电压信号，调节所述液晶光栅的光栅周期。

具体地，向所述电极层中的各个电极施加独立的电压信号，由2N+1个电极确定一个光栅周期为2N*L的液晶光栅，其中，N为大于或等于1的正整数，L为电极宽度和电极间距之和。

在一个实施例中，所述电极层形成水平电场、液晶分子的光轴平行于第一基底的平面内偏转时，向所述电极层中的各个电极施加独立的电压信号，包括：

向所述电极层中的电极1、电极2、.....、电极2N+1施加电压值分别为V₁、V₂、.....、V_2N+1的电压信号，其中，V₁＝V_2N+1，V₂＝V_2N，.....，V_N-1＝V_N+1，V₁>V₂>.....>V_N-1>V_N。

在另一个实施例中，所述电极层形成水平电场、液晶分子的光轴垂直于第一基底的平面内偏转时，向所述电极层中的各个电极施加独立的电压信号，包括：

向所述电极层中的电极1、电极2、.....、电极2N+1施加电压值分别为V₁、V₂、.....、V_2N+1的电压信号，其中，V₁＝V_2N+1，V₂＝V_2N，.....，V_N-1＝V_N+1，V_N>V_N-1>.....>V₂>V₁。

在又一个实施例中，所述电极层形成垂直电场时，向所述电极层中的各个电极施加独立的电压信号，包括：

向所述电极层中的电极1、电极2、.....、电极2N+1施加电压值分别为V₁、V₂、.....、V_2N+1的电压信号，其中，V₁＝V_2N+1，V₂＝V_2N，.....，V_N-1＝V_N+1，V_N>V_N-1>.....>V₂>V₁。

第四实施例

本发明实施例还提供了一种显示装置，显示装置包括前述实施例的显示面板和侧入式准直背光器。其中，侧入式准直背光器用于产生准直背光，设置在波导层/第一基底/电极层的侧面。侧入式准直背光器可以由红R、绿G、蓝B三色的半导体激光器芯片经过混光后制成，也可由准直性较好的R、G、B三色LED芯片经过混光后制成，还可由准直性较好的白光LED芯片经过混光后制成，或可由条状的CCFL灯管加一些光线准直结构制成，本发明不限于上述结构。侧入式准直背光器的出光方向需要与波导层/第一基底/电极层法线成一定夹角，以使得入射光可以在波导层/第一基底/电极层内形成全反射的同时，保证波导光栅耦合器具有一定的出光效率。

本发明实施例提供的显示装置可以为：VR头盔、VR眼镜、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。

第五实施例

基于前述实施例的技术构思，本发明实施例还提供了一种显示装置的驱动方法，显示装置包括前述实施例的显示面板。本实施例显示装置的驱动方法包括：

S1、确定使用者眼睛与显示面板的相对位置；

S2、根据所述相对位置确定显示面板上每个子像素的出光方向；

S3、根据显示面板上每个子像素的出光方向，调整每个子像素的光栅周期。

其中，步骤S3包括：

S31、根据显示面板上每个子像素的出光方向，确定每个子像素的光栅周期；

S32、根据每个子像素的光栅周期，向显示面板的电极层施加电压信号，调整每个子像素中液晶光栅的光栅周期。

其中，步骤S32中，先根据每个子像素的光栅周期计算出确定该光栅周期所需的电极数量，然后按照前述第四实施例的驱动方式，向所述电极层中的各个电极施加独立的电压信号，调整每个子像素中液晶光栅的光栅周期。

图8为本发明显示装置电极驱动的示意图。为了简化驱动电路，可以将显示面板上的子像素进行分组驱动，本实施例以50组举例说明。将显示面板上的子像素分为50组，左右对称各25组。在确定了人眼和显示面板的位置关系后，每一组根据其位置到人眼不同的夹角，即可计算每一组相应的光栅周期。本实施例中，可以设置每一组内R子像素的光栅周期相同(电极个数相同)，G子像素的光栅周期相同，B子像素的光栅周期相同，即每一组内只有三种光栅周期，则25组只需要计算25*3个光栅周期。为了保证光线耦合效果，设置每个子像素包括2个液晶光栅。

如图8所示，以组内B子像素由5个电极驱动形成为例，V₁＝V₅>V₂＝V₄>V₃，第二个液晶光栅的第一个电极与第一个液晶光栅的最后一个电极共用，组内所有B子像素的驱动模式相同。实际实施时，同一组内B子像素的驱动模式(相应电极的驱动电压)也可以不相同，因为驱动电压只影响液晶光栅的形貌和高度，不影响光栅周期的大小。为了进一步简化驱动，所有组中向电极施加的最大电压可以共用，所有组中向电极施加的最小电压可以共用。如图8所示，第1组内B子像素与第50组内B子像素的驱动模式相同，第2组内B子像素与第49组内B子像素的驱动模式相同，依次类推，第25组内B子像素与第26组内B子像素的驱动模式相同。第1组和第50组内B子像素驱动每个液晶光栅的5个电极中，第一电极层包括电极1、电极3和电极5，第二电极层包括电极2和电极4，由于V₁＝V₅>V₂＝V₄>V₃，因此第一电极层需要施加2组不同的电压信号V₁和V₃，第二电极层只需要施加一组相同的电压信号V₂。

在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语―中部”、―上”、―下”、―前”、―后”、―竖直”、―水平”、―顶”、―底”―内”、―外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语―安装”、―相连”、―连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种显示面板，其特征在于，包括对盒设置的第一基底和第二基底，以及设置在所述第一基底和第二基底之间的电极层和液晶光栅，所述电极层包括多个间隔排列且分别接收独立电压信号的电极，所述电极层的各个电极用于被施加独立的电压信号，通过调节电极数量调节所述液晶光栅的光栅周期，由2N+1个电极确定一个光栅周期为2N*L的液晶光栅，其中，N为大于或等于1的正整数，L为电极宽度和电极间距之和。

2.根据权利要求1所述的显示面板，其特征在于，所述电极层包括第一电极层和第二电极层，所述第一电极层包括间隔排列的多个第一电极，所述第二电极层包括间隔排列的多个第二电极，每个第一电极位于两个第二电极之间，或每个第二电极位于两个第一电极之间。

3.根据权利要求2所述的显示面板，其特征在于，所述第一电极层和第二电极层均设置在第一基底上，所述第一电极层与第二电极层之间设置有绝缘层；或者，所述第一电极层设置在第一基底上，所述第二电极层设置在第二基底上。

4.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求1～3任一所述的显示面板。

5.一种显示面板的驱动方法，其特征在于，显示面板包括对盒设置的第一基底和第二基底，以及设置在所述第一基底和第二基底之间的电极层和液晶光栅，所述电极层包括多个间隔排列的电极；所述驱动方法包括：

向所述电极层的各个电极施加独立的电压信号，通过调节电极数量调节所述液晶光栅的光栅周期，由2N+1个电极确定一个光栅周期为2N*L的液晶光栅，其中，N为大于或等于1的正整数，L为电极宽度和电极间距之和。

6.根据权利要求5所述的驱动方法，其特征在于，向所述电极层中的各个电极施加独立的电压信号，包括：

向所述电极层中的电极1、电极2、.....、电极2N+1施加电压值分别为V₁、V₂、.....、V_2N+1的电压信号，其中，V₁＝V_2N+1，V₂＝V_2N，.....，V_N-1＝V_N+1，V₁>V₂>.....>V_N-1>V_N；或者，向所述电极层中的电极1、电极2、.....、电极2N+1施加电压值分别为V₁、V₂、.....、V_2N+1的电压信号，其中，V₁＝V_2N+1，V₂＝V_2N，.....，V_N-1＝V_N+1，V_N>V_N-1>.....>V₂>V₁。

7.一种显示装置的驱动方法，其特征在于，显示装置包括如权利要求1～3任一所述的显示面板，所述驱动方法包括：

确定使用者眼睛与显示面板的相对位置；

根据所述相对位置确定显示面板上每个子像素的出光方向；

根据所述出光方向，调整每个子像素的光栅周期。

8.根据权利要求7所述的驱动方法，其特征在于，根据所述出光方向，调整每个子像素的光栅周期，包括：

根据显示面板上每个子像素的出光方向，确定每个子像素的光栅周期；

根据每个子像素的光栅周期，向显示面板的电极层施加电压信号，调整每个子像素中液晶光栅的光栅周期。

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