TWI662302B - Display device - Google Patents

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TWI662302B
TWI662302B TW106125258A TW106125258A TWI662302B TW I662302 B TWI662302 B TW I662302B TW 106125258 A TW106125258 A TW 106125258A TW 106125258 A TW106125258 A TW 106125258A TW I662302 B TWI662302 B TW I662302B
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liquid crystal
light guide
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display panel
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秦廣奎
楊登科
周曉宸
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中國商京東方科技集團股份有限公司
肯特州立大學
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Abstract

本發明提供一種顯示裝置，包括：液晶顯示面板，包括液晶層，其中，所述液晶層包括由可聚合單體形成的聚合物網絡；導光元件，具有面對所述液晶顯示面板的第一主表面，與所述第一主表面相反的第二主表面以及連接所述第一主表面和所述第二主表面的側面；以及光源，位於所述導光組件的側面，其中，所述導光組件構造為使得來自所述光源的光線從所述導光元件的第一主表面出射而進入所述液晶顯示面板，其中，來自所述光源的光線射入所述液晶顯示面板的入射角大於或等於所述液晶顯示面板對空氣的全反射臨界角。

Description

顯示裝置
本發明係有關於一種顯示裝置。
顯示技術的類型除了一般的顯示以外，還包括透明顯示和鏡面顯示，其中，對於透明顯示技術，目前市場上常見的基於液晶顯示的透明顯示裝置，就是將顯示面板背後的背光模組去掉，然後在顯示面板的後上方設置一個燈箱，來提供顯示圖像所需光線，而這種基於液晶顯示的顯示面板的光透過率較低，從而導致顯示裝置的顯示畫面的對比度較低。
本發明的一實施例提供了一種顯示裝置。包括：液晶顯示面板，包括第一基板、第二基板以及位於所述第一基板和所述第二基板之間的液晶層，其中，所述液晶層包括由可聚合單體形成的聚合物網絡；導光組件，位於所述第一基板的相反於所述第二基板的一側，其中，所述導光組件具有面對所述液晶顯示面板的第一主表面，與所述第一主表面相反的第二主表面以及連接所述第一主表面和所述第二主表面的側面；以及光源，位於所述導光組件的側面，構造為發射光線經由所述側面進入所述導光組件，其中，所述導光組件構造為使得來自所述光源的光線從所述導光組件的第一主表面出射而進入所述 液晶顯示面板，並且在所述液晶層未被施加電壓的情況下，來自所述光源的光線在所述液晶顯示面板處發生全反射而不從所述第二基板相反於所述第一基板的一側出射到外界空氣中。
在一個示範例中，所述第一基板和所述第二基板分別為第一襯底基板和第二襯底基板，來自所述光源的光線射入所述液晶顯示面板的所述第一襯底基板的入射角大於或等於所述液晶顯示面板的第二襯底基板對空氣的全反射臨界角。
在一個示範例中，所述導光板包括導光板本體和多個光學微結構； 所述光學微結構形成在所述導光板本體的朝向所述液晶顯示面板的表面上；所述光學微結構構造為使得來自所述光源的光線從其出射導光板本體。
在一個示範例中，所述導光板包括導光板本體和多個光學微結構，所述光學微結構形成在所述導光板本體內部；所述光學微結構構造為反射所述來自所述光源的光線從所述導光板本體的朝向所述液晶顯示面板的所述表面射出。
在一個示範例中，所述光學微結構表面積的大小隨所述光學微結構到所述光源距離的增大而增大。
在一個示範例中，所述光學微結構的分佈密度隨所述光學微結構到所述光源距離的增大而增大。
在一個示範例中，所述光學微結構表面的各個切面與所述導光板本體的表面之間的夾角的平均值大於arccos(n1/n2)，且小於arccos(n4/n3)；其中，所述第一基板和所述第二基板的折射率相同；n1為所述透明填充層的折射率， n2為所述導光板的折射率，n3為所述第一基板和所述第二基板的折射率，n4為外界空氣的折射率；且n1~n4中，n2最大，n4最小。
在一個示範例中，n2與n1的差的範圍為[0.05，0.25]。
在一個示範例中，所述透明填充層由粘結性材料製成。
在一個示範例中，所述第一基板和所述第二基板的相對面上均設置有取向膜，至少一個所述取向膜的取向方向垂直於所述液晶顯示面板。
在一個示範例中，所述第一基板和第二基板上的取向膜的取向方向相同，且平行於所述液晶顯示面板的顯示面。
在一個示範例中，所述導光組件的所述側面平行於所述取向膜的取向方向。
在一個示範例中，所述第一基板和第二基板上的取向膜的取向方向相互垂直且均與所述液晶顯示面板的顯示面平行。
在一個示範例中，所述第一基板和第二基板上的取向膜的取向方向均實質垂直於所述液晶顯示面板。
在一個示範例中，所述光源包括多個子光源，各個所述子光源發出的光的顏色彼此不同；所述顯示裝置還包括場色序控制器，所述場色序控制器與各所述子光源連接，構造為控制各子光源在一訊框中的彼此不同的驅動時間段發光。
在一個示範例中，所述顯示裝置，還包括：遮光元件，位於所述導光組件的背離所述液晶顯示面板的一側。
在一個示範例中，所述遮光元件包括反光層，構造為將所述光源發出的光線反射朝向所述導光組件。
在一個示範例中，所述遮光元件包括用於吸收光線的吸光層。
在一個示範例中，所述吸光層與所述導光組件之間形成有空氣層。
在一個示範例中，所述第一基板為陣列基板。
這樣，可以提高顯示的均勻性。
為讓本發明之上述目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附的圖式，作詳細說明如下。
10‧‧‧液晶顯示面板
11‧‧‧陣列基板
12‧‧‧對置基板
13‧‧‧液晶層
131‧‧‧向列型液晶
132‧‧‧聚合物網絡
14‧‧‧取向膜
20‧‧‧光源
21‧‧‧紅色子光源
22‧‧‧綠色子光源
23‧‧‧藍色子光源
30‧‧‧導光組件
31‧‧‧導光板
31a‧‧‧導光板本體
31b‧‧‧光學微結構
32‧‧‧透明填充層
40‧‧‧反射罩
51‧‧‧反光層
52‧‧‧吸光層
60‧‧‧場色序控制器
70‧‧‧柵極驅動電路
80‧‧‧源極驅動電路
S1‧‧‧頂面
S2‧‧‧底面
S3‧‧‧側面
SD‧‧‧顯示面
第1圖是本發明一實施例提供的第一種結構的顯示裝置的剖面示意圖；第2圖是第1圖中的顯示裝置處於透明態時的示意圖；第3圖是第1圖中的顯示裝置處於散射態時的示意圖之一；第4圖是第1圖中的顯示裝置處於散射態時的示意圖之二；第5圖是本發明另一實施例提供的第二種結構的顯示裝置處於透明態時的示意圖； 第6圖是本發明又一實施例提供的第三種結構的顯示裝置處於透明態時的示意圖；第7圖是本發明一實施例中光源和場色序控制器的連接示意圖；第8圖是本發明一實施例提供的第四種結構的顯示裝置處於透明態的示意圖；第9圖是本發明另一實施例提供的第五種結構的顯示裝置處於透明態的示意圖；第10圖是本發明一實施例提供的顯示裝置的俯視圖；第11圖是本發明一實施例提供的顯示裝置進行顯示時的光強與電壓的關係曲線圖；第12圖是本發明一實施例提供的顯示裝置進行顯示時的光能量等級與時間的關係示意圖。
第13圖為本發明一實施例提供的顯示裝置中的導光組件的微結構的示意圖。
第14圖為本發明一實施例提供的顯示裝置中的導光組件的微結構的示意圖。
於下文中將參照相關圖式以解說本發明之數個實施例之範例。
為了提高透過率，提出一種基於聚合物穩定液晶(Polymer Stabilized Liquid Crytal)的液晶透明顯示裝置，這種顯示裝置中，光源從顯示面板的一側向液晶層發射光線，當顯示面板上未施加電壓時，光線在液晶層中沿水平方向傳導， 顯示面板處於透明狀態；當顯示面板上施加驅動電壓時，光線在液晶層中發生散射，顯示面板處於顯示狀態。但是，當該透明顯示面板聚合物網絡顯示圖像時，隨著光線路徑的增加，當光源在液晶層中傳播時，其散射出來的總能量明顯衰退，從而導致顯示的均勻性較差。
本發明一實施例提供一種透明顯示裝置，如第1圖所示，該顯示裝置包括：液晶顯示面板10、光源20和導光組件30。其中，液晶顯示面板10包括陣列基板11(作為第一基板的示範例)、對置基板12(作為第二基板的示範例)以及位於陣列基板11和對置基板12之間的液晶層13。液晶層13中混合有由可聚合單體聚合形成的聚合物網絡132。陣列基板11例如包括第一襯底基板和形成在第一襯底基板上的多個像素單元，其中，每個像素單元包括開關元件和像素電極。對置基板12例如包括第二襯底基板以及形成在其上膜層，例如，彩色濾色器層。這裡，為了簡化起見，陣列基板11以第一襯底基板11示出，對置基板12以第二襯底基板12示出。例如，第一襯底基板11和第二襯底基板12均為玻璃基板，且厚度例如分別大於100微米。導光組件30設置在陣列基板11的背離對置基板12的一側；導光組件30包括朝向液晶顯示面板10的頂面S1、與所述頂面相對設置的底面S2以及連接在所述頂面S1和所述底面S2之間的側面S3。光源20設置在導光組件30的側面，用於朝向導光組件30發射光線。導光組件30用於將光源20發射的光線擴散，形成朝向液晶顯示面板10發光的面光源；所述導光組件30構造為使得來自所述光源20的光線 從所述導光組件30的頂面S1出射而進入所述液晶顯示面板10，並且在所述液晶層10未被施加電壓的情況下，來自所述光源20的光線在所述液晶顯示面板10處發生全反射而不從所述對置基板12相反於所述陣列基板11的一側出射到外界空氣中。例如，所述面光源射入液晶顯示面板10的光線方向與液晶顯示面板10厚度方向(例如垂直於液晶顯示面板10的Z方向)之間的夾角大於或等於任意光線從液晶顯示面板10射入外界空氣時的全反射臨界角。也就是，導光組件30構造為使得來自光源20的光線從導光組件30的第一主表面S1出射而進入所述液晶顯示面板10，其中，來自所述光源20的光線射入所述液晶顯示面板10的入射角大於或等於液晶顯示面板10對空氣的全反射臨界角。例如，液晶顯示面板10對空氣的全反射臨界角是指液晶顯示面板的與空氣直接接觸的最上一層對空氣的全反射臨界角。例如，液晶顯示面板的與空氣直接接觸的最上一層為第二襯底基板。這裡，第一種介質對第二種介質的全反射折射角是指光線從第一種介質射入第二種介質時剛好發生全反射(即折射角為90度)時的入射角。第一種介質的折射率大於第二種介質的折射率。當光線射入液晶顯示面板10時，會依次射入陣列基板11、液晶層13和對置基板12，由於陣列基板11和對置基板12的折射率實質相同或相近，因此，射入液晶顯示面板10的第一襯底基板11的光線方向與液晶顯示面板10厚度方向的夾角可以看作光線射到對置基板12與外界空氣臨界面時的入射角，當該入射角大於液晶顯示面板10的第二襯底基板12對空氣全反射臨界角時，光線發生全反 射，而不會射到外界空氣中，從而在液晶顯示面板10內部總體呈水平傳導。
可以理解的是，儘管在上述實施例中，來自光源20的光線是在第二襯底基板與外界空氣的介面處發生全反射從而不從液晶顯示面板10的頂面S1出射到外界空氣中，但是在另外的示範例中，來自光源20的光線可以在對置基板的另外的介面處發生全反射(例如，彩膜層和第二襯底基板的介面處)從而不從液晶顯示面板10的頂面S1出射到外界空氣中。
在本發明實施例中，液晶層13為向列型液晶層，即，包括向列型液晶131和聚合物網絡132。製作時，將向列型液晶131和可聚合單體混合後填充在陣列基板11和對置基板12之間，之後將液晶混合物固化，以使可聚合單體形成聚合物網絡132，從而與向列型液晶131分離。當然，液晶層13也可以為膽固醇型液晶層，其中膽固醇型液晶分子的螺距大於1μm。
液晶顯示面板10具有透明態和散射態兩種狀態，第2圖是第1圖的顯示裝置處於透明態時的示意圖；第3圖和第4圖是第1圖的顯示裝置處於散射態時的示意圖；其中，第3圖和第4圖分別為顯示裝置的兩個相互垂直的縱剖面示意圖。如第2圖所示，當液晶顯示面板10內沒有施加有電場時，液晶層13中同一層的向列型液晶131取向是一致的，對於同一束光線而言，其在液晶層13中傳導時折射率不發生變化，光線在液晶層中通過反射而水平傳導的過程中不會產生散射，因此液晶顯示面板10呈現透明態(暗態)；當所述顯示 裝置用於透明顯示時，導光組件30背離液晶顯示面板10的一側不需設置遮光結構，顯示裝置背部的環境光線能夠穿過液晶顯示面板10，從而在液晶顯示面板10的出光側看到顯示裝置背後的景物。當液晶顯示面板10內施加有電場時，向列型液晶131受到聚合物網絡132的影響，會出現如第3圖和第4圖所示的取向雜亂的情況：向列型液晶131的取向被分成無數個小的區域，又由於向列型液晶131的各向異性，其折射率在長軸方向和短軸方向上存在差異，此時不同區域其取向狀態不同，會導致光線在不同區域的折射率也不同。因此，在這種情況下，光線會發生散射，即射入液晶顯示面板10內的光線在液晶層13內沿預設水平方向進行傳導的過程中，部分光線會從液晶顯示面板10的表面射出，液晶顯示面板10呈現散射態(亮態)，從而在液晶顯示面板10的出光側看到顯示圖像。並且，在聚合物網絡132的含量一定的情況下，電場越強，光線的散射程度越大，出光量越大。因此，可以直接通過控制各個像素單元的電場強度來控制各個像素單元的出光量，從而實現顯示，而不需設置偏光片。
可以理解，如果從液晶顯示面板10的端面直接向液晶層13發射光線，那麼距離光源20位置越遠，光線越弱；從而導致在液晶顯示面板不同區域的電場強度一致時，顯示均勻性較差。而由於本發明實施例的顯示裝置中設置有導光組件30，該導光組件30能夠將光源20的光線擴散，形成發光均勻的面光源；並且所述面光源的光線從不同位置均勻射入液晶顯示面板10後在液晶層13中水平傳導，因此，當液晶顯示面板 10處於散射態時出射的光線分佈更加均勻，從而提高顯示的均勻性。
例如，如第1圖所示，導光組件30包括導光板31和填充在導光板31與液晶顯示面板10之間的透明填充層32。光源20設置在導光板31的側面。導光板31用於將光源20的光線擴散為面光源。填充層32的折射率大於空氣的折射率且小於導光板31的折射率；透明填充層32的設置是為了防止導光板31與液晶顯示面板10之間產生空氣間隙。由於一旦導光板31與液晶顯示面板10之間產生空氣間隙，導光板31的折射率與空氣的折射率之間存在的較大差距會使得導光板31出射的光線進入空氣層時出現較明顯的折射，從而產生明顯的霧化現象；而透明填充層32能夠減小光線從導光板31進入透明填充層32時的偏折程度，因而能夠減少導光板31的設置而產生的霧化現象，進而在提高顯示的均勻性的同時保證了顯示的對比度。
進一步例如，如第1圖所示，導光板31包括導光板本體31a和多個光學微結構31b。光學微結構31b形成在導光板本體31a的朝向液晶顯示面板10的表面上；光學微結構31b的表面形成出光面；光源20射入導光板本體31a內的光線在導光板本體31a內進行全反射後從光學微結構31b的出光面射出。光源20發射光線的角度應當滿足，當光源20的光線射入導光板本體31a後，在導光板本體31a的底面和頂面上的入射角均大於導光板本體對空氣的全反射臨界角，從而發生全反射。而由於光學微結構31b的設置，使得光線在光學微結構31b 的表面的入射角小於上述全反射臨界角，從而僅在光學微結構31b的出光面射出光線，其他位置沒有光線射出。
本發明實施例對光學微結構31b的具體形狀不作限定，只要能夠破壞全反射的條件，使得光線能夠從光學微結構31b的表面射出而以上述入射角入射液晶顯示面板即可。例如，光學微結構31b可以不同形狀的凸起結構，也可以為不同形狀的凹槽結構。當光學微結構31b為凸起時結構，可以採用注塑成型工藝方法將光學微結構31b與導光板本體31a一體成型，使得二者的折射率相同；當光學微結構31b為凹槽結構時，可以採用鑽石打點的方法在導光板本體31a上形成光學微結構31b。
在另一實施例中，參見第13圖，光學微結構31b形成在導光板本體31a內部；所述光學微結構31b構造為反射所述來自所述光源的光線從所述導光板本體的朝向所述液晶顯示面板的表面S4射出。
為了防止出現距離光源20越遠，導光板31射出的光線密度越小的情況，可以通過調整不同位置的光學微結構31b的形狀或光學微結構31b的分佈，以使得導光板31射出的光線整體分佈更均勻。
例如，光學微結構31b表面積的大小隨光學微結構31b到光源20距離的增大而增大，參見第14圖。也就是，光學微結構31b離光源20的距離越大其表面積也越大。在入射光分佈均勻的情況下，距離光源20越遠的光學微結構31b所射出的光線越多，而由於距離光源20越遠的位置，射入的 光線密度越小，因此，導光板31射出的光線整體分佈更均勻。
在導光板31厚度的限制下，製作表面積不同的多個光學微結構31b對製作工藝的要求較高，因此，為了便於製作工藝，例如，如第1圖所示，光學微結構31b的分佈密度隨光學微結構31b到光源20距離的增大而增大。在入射光分佈均勻的情況下，距離光源20越遠的區域，光學微結構31b分佈越密集，射出的光線也越多，而由於在導光板本體31a內部距離光源20越遠的位置，射入的光線密度較小，從而使得導光板31射出的光線整體分佈更加均勻。
當然，也可以同時採用上述兩種方式來提高導光板31射出光線的均勻性，即，由靠近光源20至遠離光源20的方向，光學微結構31b分佈密度逐漸增大的同時，單個光學微結構31b的表面的面積逐漸增大。
為了提高對光線的利用率且提高顯示的對比度，例如，光學微結構31b表面的各個切面與導光板本體31a的表面(例如，平坦的下表面)之間的夾角的平均值α滿足：arccos(n4/n3)>α>arccos(n1/n2)
其中，陣列基板11和對置基板12的折射率實質相同；n1為透明填充層的折射率；n2為導光板的折射率，n3為陣列基板11和對置基板12的折射率；n4為空氣的折射率(通常可看作1)；且n1~n4中，n2最大，n4最小。可選地，n3>n1，以保證從導光板31射入透明填充層32中的光線能夠完全射進液晶顯示面板10中。
需要說明的是，這裡的n3可以看作陣列基板11 和對置基板12的襯底的折射率。當光學微結構31b為凸起結構時，光學微結構31b與導光板本體31a的折射率相同，均為n2；當光學微結構31b為凹槽結構時，導光板本體31a的折射率即為導光板31的折射率。
一方面，光線從導光板本體31a入射至透明填充層32時的全反射臨界角C1=arcsin(n1/n2)，在未設置光學微結構31b的情況下，光線從導光板本體射向透明填充層32時的入射角在arcsin(n1/n2)~90°之間，其中，入射角最大為接近90°。可以理解，當設置光學微結構31b後，只要原入射角接近90°的光線可以通過光學微結構31b射入透明填充層32，那麼其他光線也可以通過光學微結構31b射入透明填充層32。而當設置有光學微結構31b且α>arccos(n1/n2)時，原入射角接近90°的光線從光學微結構31b入射至透明填充層32時的實際入射角將小於90°-arccos(n1/n2)，即，小於上述C1；這時，光線就可以射入透明填充層32，從而射入液晶顯示面板10。另一方面，光線從對置基板12入射至外界空氣時的全反射臨界角為C2=arcsin(n4/n3)；而隨著α的逐漸增大，光線射入液晶顯示面板10的入射角逐漸變小，當α>(90°-C2)，即α>arccos(n4/n3)時，一部分光線射入液晶顯示面板的入射角將小於C2，導致這部分光線直接從對置基板12上方射出。因此，本發明實施例中，α>arccos(n1/n2)的設置，保證了光源20的光線經過導光組件30的擴散後能夠進入液晶顯示面板10；同時，α<arccos(n4/n3)的設置，保證了光線進入液晶顯示面板10在其內部傳導而不會射到外界空氣中。
如上文所述，當n2與n1之間的差值過大時，會導致霧化現象明顯；而n2與n1之間的差值過小時，射入導光板本體31a的光線可能會有一部分從導光板本體31a上未形成光學微結構31b的區域射入透明填充層32，導致導光板31射出光線的均勻性受到影響。因此，為了保證光源20的光線在導光板本體31a內發生全反射、並保證射入液晶顯示面板10的光線在液晶顯示面板10內部水平傳播，例如，n1和n2的差的範圍為[0.05，0.25]。
例如，透明填充層32由黏結性材料製成，從而不需額外設置固定結構就可以將液晶顯示面板10與導光組件30固定相連。
當液晶的長軸方向與光線傳導方向垂直時，在液晶顯示面板10內施加電場的情況下，光線能夠發生較明顯的散射，因此，為了改善顯示效果，可以將液晶的取向方向設置為與所述預設水平方向垂直。可選地，陣列基板11和對置基板12相對面上均設置有取向膜14；導光組件30擴散形成的面光源的光線在液晶層13中總體上沿預設水平方向傳導，至少一個取向膜14的取向方向與所述預設水平方向垂直。應當理解的是，取向膜14的取向方向是指，液晶顯示面板10在未施加電壓時，液晶在取向膜14取向作用下的取向方向，例如長軸所在方向。例如，可以通過不同的取向方法對取向膜14的表面進行處理，從而對液晶進行取向。下面結合取向膜14的不同取向方向對本發明實施例的液晶顯示面板10的結構進一步說明。
取向膜14的第一種取向方向如第1圖所示，陣列基板11和對置基板12上的取向膜14的取向方向相同，且平行於液晶顯示面板10的顯示面DS。這時，光源20設置在所述導光板的平行於取向膜14取向方向的任意一個側面。需要說明的是，本發明實施例中的導光組件30在液晶顯示面板10上的正投影為矩形，即，導光組件30包括四個側面。如第1圖中所示，兩個取向膜14的取向方向均沿Y軸方向，光源20設置在第1圖中導光組件30的左側或右側，以使得光線在液晶層13中沿X軸方向傳導。或者，兩個取向膜14的取向方向均沿X軸方向，光源20設置在第1圖中導光組件30的前側或後側，以使得光線在液晶層13中沿Y軸方向傳導。當取向膜14採用該種取向方向時，液晶顯示面板10為電控雙折射型(Electrically Controlled Birefringence，ECB)液晶顯示面板、橫向電場效應型(In Plane Switching，IPS)液晶顯示面板、邊緣電場開關型(Fringe Field Switching，FFS)液晶顯示面板中的任意一種。無論哪種顯示面板，均還包括用於產生電場的像素電極和公共電極(圖中未示出)。其中，在電控雙折射型液晶顯示面板中，像素電極設置在陣列基板11上，公共電極設置在對置基板12上；在橫向電場效應型液晶顯示面板中，像素電極和公共電極均設置在陣列基板上，像素電極和公共電極均為條狀，條狀的像素電極和條狀的公共電極位於同一層且交叉間隔設置；在邊緣電場開關型液晶顯示面板中，像素電極和公共電極均設置在陣列基板上，像素電極為條狀，公共電極為板狀，且二者位於絕緣間隔的不同層中。
取向膜14的第二種取向方向如第5圖所示，陣列基板11和對置基板12上的取向膜14的取向方向均與液晶顯示面板10的顯示面平行，且兩個取向膜14的取向方向相互垂直。如第5圖中所示，陣列基板11上的取向膜的取向方向沿Y軸方向，對置基板12上的取向膜14的取向方向沿X軸方向。這時，光源20設置在導光組件30的任意一個側面，均可以實現光線的傳導方向與一部分液晶的取向方向相互垂直。當取向膜14的取向方向如第5圖所示時，液晶顯示面板10為扭曲向列型(Twisted Nematic，TN)液晶顯示面板，其像素電極設置在陣列基板11上，公共電極設置在對置基板12上。
取向膜14的第三種取向方向如第6圖所示，陣列基板11和對置基板12上的取向膜14的取向方向均沿液晶顯示面板10的厚度方向，即Z軸方向。這時，為了使得光線在液晶層13中的傳導方向與液晶取向方向相互垂直，只要使得光線在液晶層13中的傳導方向位於XY平面內即可，因此，光源20可以設置在導光組件30的任意一個側面，光線在液晶層13中的傳導方向沿X軸方向或者Y軸方向均可。當取向膜14垂直取向時，液晶顯示面板10為垂直取向型(Vertical Alignment，VA)型液晶顯示面板，其像素電極設置在陣列基板11，公共電極設置在對置基板12上。
其中，上述提到的沿X/Y/Z軸方向，既可以沿坐標軸的正方向，也可以沿坐標軸的負方向。在對取向膜進行上述各種方向的取向時，均可以採用光取向的方式，也可以採用摩擦取向的方式。另外，需要說明的是，上文已結合第1圖至 第4圖對第1圖中液晶顯示面板10的透明態和散射態進行了描述，當液晶顯示面板10採用第5圖和第6圖中的結構時，形成透明態和散射態的原理與第1圖所示液晶顯示面板的原理相同，這裡不再贅述。
本發明實施例中，考慮到彩色濾光膜(CF)和黑矩陣(BM)具有吸收光線的作用，因此，當對置基板12上設置彩色濾光膜和黑矩陣時，在陣列基板11與對置基板12之間全反射的光線會有一部分被吸收。為了防止這一現象，本發明實施例通過場色序法(Field-Sequential-Color)來實現彩色顯示，從而可避免在對置基板12上設置彩色濾光膜。
例如，如第7圖所述，光源20包括多個子光源(如圖中的紅色子光源21、綠色子光源22和藍色子光源23)，多個子光源發出光的顏色互不相同。所述顯示裝置還包括場色序控制器60，所述場色序控制器60與各所述子光源連接，用於控制各子光源在一訊框中的不同驅動時間段發光。其中，每個子光源可以包括多個發光二極體等發光元件，多個子光源沿第7圖中的Z軸方向(即液晶顯示面板10的厚度方向)排列，同一個子光源中的多個發光元件沿第7圖中的Y軸方向排列。當然，也可以將多個子光源中的所有發光元件沿Y軸方向排列，且不同顏色的發光元件輪流設置。
下面以光源20包括紅色子光源21、綠色子光源22和藍色子光源23為例對場色序法彩色顯示的過程進行說明。其中，液晶顯示面板10的每個像素單元也相應地分為紅色子像素、綠色子像素和藍色子像素；每訊框被分為三個驅動 時間段。
在第一個驅動時間段內，場色序法控制器60控制紅色子光源21進行發光，紅色子像素所對應的像素電極上載入有像素電壓，以使紅色子像素所對應區域內的向列型液晶產生偏轉以呈現散射態，紅色子像素根據像素電壓的大小呈現出相應的灰階，即紅色子像素發出紅光。同時，綠色子像素和藍色子像素所對應的像素電極上沒有載入電壓，相應區域內的向列型液晶產生處於初始取向以呈現透明態，以使綠色子像素和藍色子像素均不發光。
同理，在第二個驅動時間段內，場色序控制器60控制綠色子光源發光，綠色子像素發出相應灰階的綠光，紅色子像素和藍色子像素均不發光。在第三驅動時間段內，場色序控制器控制藍色子光源23進行發光，藍色子像素發出相應灰階的藍光，紅色子像素和綠色子像素均不發光。
由於每個驅動時間段只占三分之一訊框時間，因而人眼無法區別出各驅動時間段的顯示效果，對於人眼而言，其感受到的是三個子像素同時發光所對應的顯示效果，即合成一個像素單元後的顯示效果。
需要說明的是，上述光源包括紅、綠、藍三種顏色的子光源僅為示範性說明，在實際應用中，也可以根據需要將光源設置為其他數量和顏色的多個子光源。
為了提高光源20的利用率，如第1圖所示，光源20背離導光組件30側面的一側設置有反射罩40。反射罩40用於將光源20的光線嚮導光組件30的側面入射，從而使得光 源的光線儘量多的入射至導光板31內，以提高光線的利用率。其中，反射罩40上形成有開口，開口與導光板31的側面相對設置，反射罩40內壁的表面為能夠反光的弧形面。
如上文所述，所述顯示裝置可以用於透明顯示，當液晶顯示面板10內施加電場時進行圖像顯示，當液晶顯示面板10內未施加電場時處於透明態。在本發明實施例中，所述顯示裝置還可以用於非透明顯示，例如，鏡面顯示或一般的非透明顯示。例如，導光組件30的背離液晶顯示面板10的一側設置有遮光元件。
第8圖為所述非透明顯示裝置用於鏡面顯示時的結構示意圖。如第8圖所示，所述遮光元件包括反光層51，反光層51的反光面朝向導光組件31。例如，反光層51可以為形成在導光板31背離液晶顯示面板10的表面上的金屬鍍層。當液晶顯示面板10顯示圖像時，待顯示圖像所在區域的像素單元內施加有電場，從而顯示出圖像；而其他區域的像素單元內未施加電場，從而使得相應區域處於透明態；與此同時，對置基板12背離陣列基板11的一側(即，出光側)的環境光線通過透明態的像素單元照射至反光層51，並被反光層51反射，從而在出光側同時看到顯示圖像和實際環境的反射圖像。
第9圖為所述非透明顯示裝置用於一般的非透明顯示時的結構示意圖。所謂一般的非透明顯示即，只能用於顯示圖像，而不能實現反射環境圖像或透射環境圖像。如第9圖所示，所述遮光元件包括用於吸收光線的吸光層52。當液晶顯示面板顯示圖像時，待顯示圖像所在區域的像素單元內施加有 電場，從而顯示出圖像；其他區域的像素單元未施加電場，而使得相應區域處於透明態；而由於吸光層52能夠吸收光線，因此，液晶顯示面板10前方的環境光線通過處於透明態的區域後被吸光層52吸收；顯示裝置背後的環境光也無法通過吸光層52，從而實現一般的非透明顯示。
當所述遮光元件包括吸光層52時，例如，吸光層52與導光組件30之間形成有空氣層，以在導光板31與吸光層52之間形成低折射率層，從而保證導光板31內的光線在導光板31的底面發生全反射，而不會直接被吸光層52吸收，進而提高光線利用率。
需要說明的是，在第8圖和第9圖中，僅示範性地給出了顯示裝置的結構，第8圖和第9圖中的液晶顯示面板10可以採用與第1圖中液晶顯示面板10相同的結構，也可以採用與第5圖或第6圖中液晶顯示面板10相同的結構。
第11圖為本發明實施例的顯示裝置的光強與驅動電壓的關係曲線圖。在第11圖中，隨著驅動電壓的增大，光強逐漸增大；且光強增大的趨勢平穩，表明顯示裝置的顯示穩定性較好。第12圖為本發明實施例的顯示裝置的光能量與時間的關係曲線。在第12圖中，光能量能夠瞬間上升和下降，從而表明所述顯示裝置光電切換的回應速度較快。
以上為對本發明實施例的顯示裝置的結構描述，當然，所述顯示裝置還包括柵極驅動電路70、源極驅動電路80等結構(如第10圖所示)，此處不再一一說明。下面介紹上述顯示裝置的製作過程。
首先製作液晶顯示面板，例如，包括：製作設置有取向膜的陣列基板和設置有取向膜的對置基板；將陣列基板和對置基板進行對置，並在陣列基板和對置基板之間填充混合有可聚合單體的液晶層，例如，混合有可聚合單體的向列型液晶層；對液晶層進行固化處理，以使得可聚合單體聚合形成聚合物網絡；其中，固化方式可以採用紫外光固化或者熱固化，可以根據可聚合單體的本身材料確定。
然後將製作好的液晶顯示面板與其他結構進行組裝。當所述顯示裝置作為透明顯示裝置使用時，則在陣列基板的背離對置基板的一側設置導光組件，該導光組件具體包括導光板和填充在導光板與液晶顯示面板之間的黏合膠；之後在導光組件的側面設置光源。當所述顯示裝置作為非透明顯示裝置使用時，除了設置導光組件和光源以外，還要在導光組件背離液晶顯示面板的一側設置遮光層。
需要說明的是，液晶層、陣列基板上的各層結構以及對置基板上的各層結構採用折射率實質相同或近似的材料進行製作，從而可避免光線在液晶顯示面板內出現不必要的散射現象，進而可有效提升液晶顯示面板的對比度。
通過上述對本發明實施例提供的顯示裝置的描述可以看出，在本發明實施例的顯示裝置中，光源的光線先通過導光組件的擴散形成面光源，再從液晶顯示面板的不同位置射入液晶層。與直接射入液晶層的方式相比，本發明實施例能夠減少光線隨傳播距離的增加而衰減的現象，從而提高顯示的均勻性。並且，導光組件包括導光板與填充層，填充層的設置減 少了導光板與相鄰介質層的折射率差，從而減少了由於導光板的設置而造成的霧化現象；而對於透明顯示裝置而言，霧化現象的減少能夠提高透明顯示裝置的透明度和對比度；對於非透明顯示裝置而言，霧化現象的減少同樣可以提高顯示裝置的對比度；因此，本發明實施例能夠在提高顯示的均勻性的同時達到較高的對比度。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (20)

  1. 一種顯示裝置，包括：液晶顯示面板，包括第一基板、第二基板以及位於所述第一基板和所述第二基板之間的液晶層，其中，所述液晶層包括由可聚合單體形成的聚合物網絡，所述第一基板和所述第二基板的折射率實質相同；在所述液晶層未被施加電壓的情況下，在同一束光線的傳播路徑上，所述液晶層的折射率不變；導光組件，位於所述第一基板的相反於所述第二基板的一側，其中，所述導光組件具有面對所述液晶顯示面板的第一主表面，與所述第一主表面相反的第二主表面以及連接所述第一主表面和所述第二主表面的側面；以及光源，位於所述導光組件的側面，構造為發射光線經由所述側面進入所述導光組件；其中，所述導光組件構造為使得來自所述光源的光線從所述導光組件的第一主表面出射而進入所述液晶顯示面板，並且在所述液晶層未被施加電壓的情況下，來自所述光源的光線在所述液晶顯示面板處發生全反射而不從所述第二基板相反於所述第一基板的一側出射到外界空氣中，其中，所述導光組件包括導光板，所述導光板包括導光板本體和多個光學微結構；其中，來自所述光源的光線射入所述導光板本體後，在所述導光板本體的所述第一主表面和所述第二主表面上的入射角均大於所述導光板本體對空氣的全反射臨界角，以在所述導光板本體內發生全反射，且來自所述光源的光線經由所述多個光學微結構射入液晶顯示面板；所述導光組件構造為將所述光源發射的光線擴散，形成朝向所述液晶顯示面板發光的面光源，所述面光源射入所述液晶顯示面板的光線方向與垂直於所述液晶顯示面板的方向之間的夾角大於或等於所述液晶顯示面板對空氣的全反射臨界角。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，其中，所述第一基板和所述第二基板分別為第一襯底基板和第二襯底基板，來自所述光源的光線射入所述液晶顯示面板的所述第一襯底基板的入射角大於或等於所述液晶顯示面板的第二襯底基板對空氣的全反射臨界角。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的顯示裝置，其中，所述導光組件還包括透明填充層；所述透明填充層填充在所述導光板與所述液晶顯示面板之間其與所述導光板以及所述液晶顯示面板直接接觸；所述填充層的折射率大於空氣的折射率且小於所述導光板的折射率。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的顯示裝置，其中，所述光學微結構形成在所述導光板本體的朝向所述液晶顯示面板的表面上；所述光學微結構構造為使得來自所述光源的光線從其出射導光板本體。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的顯示裝置，其中，所述光學微結構形成在所述導光板本體內部；所述光學微結構構造為反射所述來自所述光源的光線從所述導光板本體的朝向所述液晶顯示面板的所述表面射出。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的顯示裝置，其中，所述光學微結構表面積的大小隨所述光學微結構到所述光源距離的增大而增大。
  7. 如申請專利範圍第4項所述的顯示裝置，其中，所述光學微結構的分佈密度隨所述光學微結構到所述光源距離的增大而增大。
  8. 如申請專利範圍第4項所述的顯示裝置，其中，所述光學微結構表面的各個切面與所述導光板本體的表面之間的夾角的平均值大於arccos(n1/n2)且小於arccos(n4/n3)；其中，所述第一基板和所述第二基板的折射率相同；n1為所述透明填充層的折射率，n2為所述導光板的折射率，n3為所述第一基板和所述第二基板的折射率，n4為外界空氣的折射率；且n1~n4中，n2最大，n4最小。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的顯示裝置，其中，n2與n1的差的範圍為[0.05，0.25]。
  10. 如申請專利範圍第3項所述的顯示裝置，其中，所述透明填充層由粘結性材料製成。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，其中，所述第一基板和所述第二基板的相對面上均設置有取向膜；至少一個所述取向膜的取向方向垂直於所述液晶顯示面板。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的顯示裝置，其中，所述第一基板和第二基板上的取向膜的取向方向相同，且平行於所述液晶顯示面板的顯示面。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的顯示裝置，其中，所述導光組件的所述側面平行於所述取向膜的取向方向。
  14. 如申請專利範圍第11項所述的顯示裝置，其中，所述第一基板和第二基板上的取向膜的取向方向相互垂直且均與所述液晶顯示面板的顯示面平行。
  15. 如申請專利範圍第11項所述的顯示裝置，其中，所述第一基板和第二基板上的取向膜的取向方向均實質垂直於所述液晶顯示面板。
  16. 如申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，其中，所述光源包括多個子光源，各個所述子光源發出的光的顏色彼此不同；所述顯示裝置還包括場色序控制器，所述場色序控制器與各所述子光源連接，構造為控制各子光源在一訊框中的彼此不同的驅動時間段發光。
  17. 如申請專利範圍第1項所述的顯示裝置，還包括：遮光元件，位於所述導光組件的背離所述液晶顯示面板的一側。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的顯示裝置，其中，所述遮光元件包括反光層，具有面對所述導光組件的反光面。
  19. 如申請專利範圍第18項所述的顯示裝置，其中，所述遮光元件包括用於吸收光線的吸光層。
  20. 如申請專利範圍第19項所述的顯示裝置，其中，所述吸光層與所述導光組件之間形成有空氣層。
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