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CN105867011B - 一种显示面板和显示装置 - Google Patents

一种显示面板和显示装置 Download PDF

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CN105867011B CN201610482847.7A CN201610482847A CN105867011B CN 105867011 B CN105867011 B CN 105867011B CN 201610482847 A CN201610482847 A CN 201610482847A CN 105867011 B CN105867011 B CN 105867011B
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Abstract

本发明实施例提供的一种显示面板及显示装置，该显示面板，在显示画面时，第一液晶层与各亚像素区域对应的液晶分子分别发生偏转形成仅对第一方向偏振光作用的至少一个第一等效光学元件，第二液晶层与各亚像素区域对应的液晶分子分别发生偏转形成仅对第二方向偏振光作用的至少一个第二等效光学元件，第一方向偏振光和第二方向偏振光相互正交合成自然光；根据各亚像素区域所需显示的灰阶，属于同一亚像素区域的第一等效光学元件控制第一方向偏振光出射的能量密度与第二等效光学元件控制第二方向偏振光出射的能量密度相同。本发明实施例提供的显示面板，无需在上、下基板两侧贴附偏光片，增加了显示面板的光透过率，提高了光效。

Description

一种显示面板和显示装置
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤指一种显示面板和显示装置。
背景技术
传统的液晶显示面板一般包括相对设置的阵列基板和对向基板，填充在阵列基板和对向基板之间的液晶层，以及贴附在上下两侧基板表面垂直正交的偏光片，其显示原理为：下偏光片将自然光转换为线偏光，液晶通过电压驱动偏转状态不同，将线偏振转换为椭圆偏振光，上偏光片将其检偏，从而实现灰阶显示。
现有技术中的液晶显示面板的不足之处在于，每通过一层偏光片都会有50％以上的光效损失，所以光学透过率较低。因此，如何减少偏光片数量，提高显示器件光效，将是未来人们所要研究的重点问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种显示面板及显示装置，用以解决现有技术中存在的由于显示面板上下基板两侧贴附偏光片，导致显示面板的光透过率低的问题问题。
本发明实施例提供了一种显示面板，包括：层叠设置的第一基板、第二基板、第三基板、位于所述第一基板和所述第二基板之间的第一液晶层，以及位于所述第二基板和所述第三基板之间的第二液晶层；其中，
在显示画面时，所述第一液晶层与各亚像素区域对应的液晶分子分别发生偏转形成仅对第一方向偏振光作用的至少一个第一等效光学元件，所述第二液晶层与各亚像素区域对应的液晶分子分别发生偏转形成仅对第二方向偏振光作用的至少一个第二等效光学元件，所述第一方向偏振光和所述第二方向偏振光相互正交合成自然光；
根据各亚像素区域所需显示的灰阶，属于同一亚像素区域的所述第一等效光学元件控制第一方向偏振光出射的能量密度与所述第二等效光学元件控制第二方向偏振光出射的能量密度相同。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述显示面板中，所述第一液晶层和所述第二液晶层中液晶分子的初始配向方向相互垂直，且所述第一液晶层和所述第二液晶层中液晶分子的初始配向方向组成的面平行于所述第二基板。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述显示面板中，属于所需显示零灰阶的亚像素区域的所述第一等效光学元件和所述第二等效光学元件为等效半曲面透镜或等效三角形棱镜，所述等效半曲面透镜为在光轴方向上分割的半个凸透镜或半个凹透镜。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述显示面板中，属于所需显示非零灰阶的亚像素区域的所述第一等效光学元件和所述第二等效光学元件为类型相同且焦距相同的等效透镜。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述显示面板中，所述等效透镜为等效凹透镜或等效凸透镜。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述显示面板中，所述等效透镜为等效凸透镜，所述等效凸透镜的折射率在垂直于所述第二基板的方向上相同，在平行于所述第二基板方向上从所述等效凸透镜的中心到所述等效凸透镜的边缘逐渐递减。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述显示面板中，所述等效透镜为等效凹透镜，所述等效凹透镜的折射率在垂直于所述第二基板的方向上相同，在平行于所述第二基板方向上从所述等效凹透镜的中心到所述等效凹透镜的边缘逐渐递增。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述显示面板中，所述第一液晶层和所述第二液晶层的厚度相同。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述显示面板中，所述等效透镜出射光的能量密度越大，所述等效透镜对应的所述亚像素区域所需显示的灰阶越大。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述显示面板中，所述等效透镜的焦距越大，所述等效透镜出射光的发散角越小，所述等效透镜出射光的能量密度越大。
本发明实施例还提供了一种显示装置，包括上述显示面板。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述显示装置中，还包括：位于所述第一基板背离所述第二基板一侧或位于所述第三基板背离所述第二基板一侧的发出准直光线的背光源。
本发明有益效果如下：
本发明实施例提供的一种显示面板及显示装置，该显示面板，包括：层叠设置的第一基板、第二基板、第三基板、位于第一基板和第二基板之间的第一液晶层，以及位于第二基板和第三基板之间的第二液晶层；其中，在显示画面时，第一液晶层与各亚像素区域对应的液晶分子分别发生偏转形成仅对第一方向偏振光作用的至少一个第一等效光学元件，第二液晶层与各亚像素区域对应的液晶分子分别发生偏转形成仅对第二方向偏振光作用的至少一个第二等效光学元件，第一方向偏振光和第二方向偏振光相互正交合成自然光；根据各亚像素区域所需显示的灰阶，属于同一亚像素区域的第一等效光学元件控制第一方向偏振光出射的能量密度与第二等效光学元件控制第二方向偏振光出射的能量密度相同。本发明实施例提供的显示面板，根据各亚像素区域所需显示的灰阶，通过控制各亚像素区域对应的第一等效光学元件和第二等效光学元件出射的能量密度，以实现不同灰阶的显示，出射光的能量密度越高灰阶越大。本发明提供的显示面板无需在上、下基板两侧贴附偏光片，增加了显示面板的光透过率，提高了光效。
附图说明
图1a为本发明实施例提供的显示面板的结构示意图；
图1b为本发明实施例提供的显示装置的结构示意图；
图2为等效凹透镜的发散角和焦距的关系的示意图；
图3为等效凸透镜的发散角和焦距的关系的示意图；
图4a为等效凸透镜的光程分布示意图；
图4b为等效凹透镜的光程分布示意图；
图5a为第一等效光学元件为等效凹透镜时出射光的分布图；
图5b为第一液晶层的俯视图；
图6a为第二等效光学元件为等效凹透镜时出射光的分布图；
图6b为第二液晶层的俯视图；
图7为第一等效光学元件和第二等效光学元件层叠设置时出射光的分布图之一；
图8为等效半曲面透镜的结构示意图；
图9为第一等效光学元件为等效半曲面透镜时出射光的分布图；
图10为第二等效光学元件为等效半曲面透镜时出射光的分布图；
图11为第一等效光学元件和第二等效光学元件层叠设置时出射光的分布图之二；
图12为等效三角形棱镜的结构示意图。
具体实施方式
针对现有技术中存在的由于显示面板上下基板两侧贴附偏光片，导致显示面板的光透过率低的问题，本发明实施例提供了一种显示面板及显示装置。
本发明实施方式提供了一种显示面板，如图1a所示，包括：层叠设置的第一基板01、第二基板02、第三基板03、位于第一基板01和第二基板02之间的第一液晶层04，以及位于第二基板02和第三基板03之间的第二液晶层05；其中，
在显示画面时，第一液晶层04与各亚像素区域对应的液晶分子分别发生偏转形成仅对第一方向偏振光作用的至少一个第一等效光学元件，第二液晶层05与各亚像素区域对应的液晶分子分别发生偏转形成仅对第二方向偏振光作用的至少一个第二等效光学元件，第一方向偏振光和第二方向偏振光相互正交合成自然光；
根据各亚像素区域所需显示的灰阶，属于同一亚像素区域的第一等效光学元件控制第一方向偏振光出射的能量密度与第二等效光学元件控制第二方向偏振光出射的能量密度相同。
本发明实施例提供的上述显示面板，在显示画面时，第一液晶层04与各亚像素对应区域对应的液晶分子发生偏转形成至少一个第一等效光学元件，第二液晶层05与各亚像素区域对应的液晶分子发生偏转形成至少一个第二等效光学元件，并且第一等效光学元件和第二等效光学元件分别作用于相互正交的两个方向的偏振光。根据各亚像素区域所需显示的灰阶，通过控制各亚像素区域对应的第一等效光学元件和第二等效光学元件出射的能量密度，以实现不同灰阶的显示，出射光的能量密度越高灰阶越大。本发明提供的显示面板无需在上、下基板两侧贴附偏光片，增加了显示面板的光透过率，提高了光效。
本发明实施方式提供的上述显示面板，各亚像素对应至少一个第一等效光学元件和对应至少一个第二等效光学元件，为了更明了的说明本发明提供的显示面板，以下均以各亚像素对应一个第一等效光学元件和对应一个第二等效光学元件为例进行说明。
本发明实施方式提供的上述显示面板，在第一基板01背离第二基板02一侧或第三基板03背离第二基板02的一侧设置背光源06即可进行显示，如图1b所示，一般背光源06发出的光线为准直光，以下均以背光源06位于第三基板03背离第二基板02的一侧为例进行说明。
为了实现第一等效光学元件仅对第一方向偏振光作用，第二等效光学元件仅对第二方向偏振光作用，并且第一方向偏振光和第二方向偏振光相互正交合成自然光，第一液晶层04和第二液晶层05中液晶分子的初始配向方向相互垂直且均平行于第二基板02，如图1a所示，第一液晶层04的初始配向方向为垂直于纸面的方向，第二液晶层05的初始配向方向为平行于纸面的方向，并且第一液晶层04和第二液晶层05的初始配向方向组成的面平行于第二基板02。
具体地，属于所需显示非零灰阶的亚像素区域的第一等效光学元件和第二等效光学元件为类型相同且焦距相同的等效透镜。并且，等效透镜优选为等效凹透镜或等效凸透镜。
不同偏振态的光束经过液晶层时，液晶层中不同的液晶分子偏转状态对应不同的折射率，若液晶分子长轴方向与光束偏振方向平行，此时光束在液晶层内的折射率为ne；若液晶分子长轴方向与光束偏振方向垂直，此时光束在液晶层内的折射率为no，其中ne＞no。由于液晶分子的偏转状态的不同，光束在液晶层传播中还有介于ne和no之间的多种折射率。可以通过控制液晶分子偏转状态，使光束在液晶层中传播的光程与该光束在光学透镜中传播的光程相等，从而使液晶层对光束几何方向的调制等效于一个光学透镜对光束几何方向的调制，利用这一性质，可使得液晶层在对光束几何方向调控上等效于一个光学透镜。并且，通过控制第一等效光学元件和第二等效光学元件为类型相同且焦距相同的等效透镜，可以使经过第一等效光学元件和经过第二等效光学元件的出射光线的偏折方向以及发散角相同，从而使相互正交的两个方向的偏振光的出射光束的能量密度相同。这样可以通过控制第一等效光学元件和第二等效光学元件的焦距，以实现对自然光的出射光能量密度的控制。
本发明实施方式提供的上述显示面板中，上述等效透镜出射光的能量密度越大，等效透镜对应的亚像素区域所需显示的灰阶越大。并且，等效透镜的焦距越大，等效透镜出射光的发散角越小，等效透镜出射光的能量密度越大。从而，可以通过等效透镜的焦距可控性，通过改变等效透镜的焦距，进而改变出射光束的发散角，从而控制对应的亚像素区域的灰阶。
图2和图3分别为准直光束透过凹透镜和凸透镜时后的出光状态，以图2为例，图中，F＇为该等效凹透镜的焦点，α为出射光的发散角，p为等效透镜的通光孔径，由图中的几何关系可以得到，光发散角α与焦距f＇之间的关系：由此可知，等效凹透镜的焦距直接影响着出射光发散角的大小，因此，改变等效凹透镜的焦距可以改变出射光束的发散角，从而控制对应的亚像素区域的灰阶。图3所示的凸透镜的焦距和出射光发散角的关系与图2所示的凹透镜的原理相同，此处不再赘述。
如图4a所示，以等效透镜为等效凸透镜为例，对液晶层的厚度和等效透镜的焦距的关系进行说明。由于一般液晶层的厚度是均匀的，所以为了使液晶层满足等光程原理，需要控制液晶分子的偏转状态使液晶层在不同位置的折射率不同。图4a中，d为液晶层的厚度，n1为该等效透镜中心位置处的折射率，n2为入射光对应的位置的折射率，p为等效透镜的通光孔径，由等光程原理有：因为d的值一般比较小，[(n1-n2)*d]2可以近似为零，所以上式可简化为：其中no≤n2＜n1≤ne。
对于等效凸透镜，由于在平行于第二基板02的方向上等效凸透镜中心位置处光线的路径最短，等效凸透镜的中心到等效凸透镜的边缘光线的路径逐渐递增，为了使经过等效凸透镜的各光线等光程，所以透镜的折射率从中心到边缘依次递减，并且通过n1大于n2也可以看出透镜的中心位置处折射率最大。由上述分析可以得到，等效凸透镜的折射率在垂直于第二基板02的方向上相同，在平行于第二基板02方向上从等效凸透镜的中心到等效凸透镜的边缘逐渐递减。
如图4b所示，对于等效凹透镜，凹透镜的焦距为负值，由等光程原理得到等效凹透镜焦距和液晶层的厚度的关系为：简化得到其中no≤n1＜n2≤ne。和等效凸透镜的原理类似，为了使经过等效凹透镜的各光线等光程，等效凹透镜的折射率在垂直于第二基板02的方向上相同，在平行于所述第二基板02方向上从等效凹透镜的中心到等效凹透镜的边缘逐渐递增。
在实际应用时，第一液晶层04和第二液晶层05的厚度相同，由上述分析可知，等效透镜的焦距和折射率以及液晶的厚度有关，第一液晶层04和第二液晶层05的厚度相同，这样第一等效光学元件和第二光学元件在对应的位置处折射率相同，从而对各亚像素对应的第一液晶层04和第二液晶层05进行驱动时，可以采用相同的驱动电压进行驱动，操作过程更加简便。
下面结合附图，对本发明实施方式提供的上述显示面板中非零灰阶显示的具体实施方式进行详细说明。
图5a为第一等效光学元件为等效凹透镜时，经过第一等效光学元件后出射光的分布图，图5b为第一液晶层04的俯视图，从图中可以看出，第一等效光学元件的初始配向方向为图1a所示的垂直纸面的方向，所以第一等效光学元件只对背光源06发出的准直光束中垂直于纸面的偏振光起凹透镜的作用，对平行于纸面的偏振光不起光束偏折作用。
图6a为第二等效光学元件为等效凹透镜时，经过第二等效光学元件后出射光的分布图，图6b为第二液晶层05的俯视图，从图中可以看出，第二等效光学元件的初始配向方向为图1a所示的平行纸面的方向，所以第二等效光学元件只对平行于纸面的偏振光起凹透镜的作用，对垂直于纸面的偏振光不起光束偏折作用。
图7为第一等效光学元件和第二等效光学元件层叠设置时，出射光的分布示意图，第一等效光学元件和第二等效光学元件层叠设置时，可以对自然光起到凹透镜的作用，通过控制等效凹透镜的焦距，可以控制出射光的发散角，从而控制对应的亚像素区域的灰阶。
第一等效光学元件和第二等效光学元件为凸透镜时的原理和等效凹透镜类似，区别在于液晶分子的排列形式不同，形成的等效透镜的折射率分布不同，对亚像素区域的灰阶的控制原理相同，此处不再赘述。
具体地，属于所需显示零灰阶的亚像素区域的第一等效光学元件和第二等效光学元件为等效半曲面透镜或等效三角形棱镜，等效半曲面透镜为在光轴方向上分割的半个凸透镜或半个凹透镜。
在显示零灰阶时，对应的亚像素区域的第一等效光学元件和第二等效光学元件为等效半曲面透镜或等效三角形棱镜。从而使出射光偏折到两侧，一般用户都会在正对显示面板的位置观看显示面板，通过等效半曲面透镜或等效三角形棱镜将出射光线偏折到两侧，使显示面板的出射光线偏折到两侧，从而使出射光线不会进入到观看者的眼睛，实现零灰阶显示。
下面结合附图，对本发明实施方式提供的上述显示面板中零灰阶显示的具体实施方式进行详细说明。
图8为第一等效光学元件或第二等效光学元件为半曲面透镜的结构示意图，从图中可以看出，半曲面透镜的出射光线偏折到两侧，使出射光线不能进入观看者的眼睛，从而实现了零灰阶显示。
图9为第一等效光学元件为半曲面透镜时经过第一等效光学元件后出射光的分布图，从图中可以看出，第一等效光学元件仅对垂直于纸面的偏振光产生偏折作用。图10为为第二等效光学元件为半曲面透镜时经过第二等效光学元件后出射光的分布图，从图中可以看出，第二等效光学元件仅对平行于纸面的偏振光产生偏折作用。图11为第一等效光学元件和第二等效光学元件层叠设置时，出射光的分布示意图，从图中可以看出，第一等效光学元件和第二等效光学元件优选为对光线的偏折方向相同。
图12为第一等效光学元件或第二等效光学元件为三角形棱镜的结构示意图，从图中可以看出，三角形棱镜的出射光线偏折到两侧，使出射光线不能进入观看者的眼睛，从而实现了零灰阶显示。第一等效光学元件或第二等效光学元件为三角形棱镜时可以实现零灰阶显示，其原理和半曲面透镜的原理类似，区别在于液晶分子的排列形式不同，此处不再赘述。
基于同一发明构思，本发明实施例提供一种显示装置，包括上述显示面板，该显示装置可以应用于手机、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。由于该显示装置解决问题的原理与上述显示面板相似，因此该显示装置的实施可以参见上述显示面板的实施，重复之处不再赘述。
具体地，如图1b所示，上述显示装置还包括：位于第一基板01背离第二基板02一侧或位于第三基板03背离第二基板02一侧的发出准直光线的背光源06。
本发明实施例提供的显示面板及显示装置，在显示画面时，第一液晶层04与各亚像素对应区域对应的液晶分子发生偏转形成至少一个第一等效光学元件，第二液晶层05与各亚像素区域对应的液晶分子发生偏转形成至少一个第二等效光学元件，并且第一等效光学元件和第二等效光学元件分别作用于相互正交的两个方向的偏振光。根据各亚像素区域所需显示的灰阶，通过控制各亚像素区域对应的第一等效光学元件和第二等效光学元件出射的能量密度，以实现不同灰阶的显示，出射光的能量密度越高灰阶越大。本发明提供的显示面板无需在上、下基板两侧贴附偏光片，增加了显示面板的光透过率，提高了光效。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (12)

1.一种显示面板，其特征在于，包括：层叠设置的第一基板、第二基板、第三基板、位于所述第一基板和所述第二基板之间的第一液晶层，以及位于所述第二基板和所述第三基板之间的第二液晶层；其中，
在显示画面时，所述第一液晶层中与各亚像素区域对应的液晶分子分别发生偏转形成仅对第一方向偏振光起偏折作用的至少一个第一等效光学元件，所述第二液晶层中与各亚像素区域对应的液晶分子分别发生偏转形成仅对第二方向偏振光起偏折作用的至少一个第二等效光学元件，所述第一方向偏振光和所述第二方向偏振光偏振方向相互正交合成自然光；
根据各亚像素区域所需显示的灰阶，属于同一亚像素区域的所述第一等效光学元件控制第一方向偏振光出射的能量密度与所述第二等效光学元件控制第二方向偏振光出射的能量密度相同。
2.如权利要求1所述的显示面板，其特征在于，所述第一液晶层和所述第二液晶层中液晶分子的初始配向方向相互垂直，且所述第一液晶层和所述第二液晶层中液晶分子的初始配向方向组成的面平行于所述第二基板。
3.如权利要求1所述的显示面板，其特征在于，属于所需显示零灰阶的亚像素区域的所述第一等效光学元件和所述第二等效光学元件为等效半曲面透镜或等效三角形棱镜，所述等效半曲面透镜为在光轴方向上分割的半个凸透镜或半个凹透镜。
4.如权利要求1所述的显示面板，其特征在于，属于所需显示非零灰阶的亚像素区域的所述第一等效光学元件和所述第二等效光学元件为类型相同且焦距相同的等效透镜。
5.如权利要求4所述的显示面板，其特征在于，所述等效透镜为等效凹透镜或等效凸透镜。
6.如权利要求5所述的显示面板，其特征在于，所述等效透镜为等效凸透镜，所述等效凸透镜的折射率在垂直于所述第二基板的方向上相同，在平行于所述第二基板方向上从所述等效凸透镜的中心到所述等效凸透镜的边缘逐渐递减。
7.如权利要求5所述的显示面板，其特征在于，所述等效透镜为等效凹透镜，所述等效凹透镜的折射率在垂直于所述第二基板的方向上相同，在平行于所述第二基板方向上从所述等效凹透镜的中心到所述等效凹透镜的边缘逐渐递增。
8.如权利要求6或7所述的显示面板，其特征在于，所述第一液晶层和所述第二液晶层的厚度相同。
9.如权利要求4-7任一项所述的显示面板，其特征在于，所述等效透镜出射光的能量密度越大，所述等效透镜对应的所述亚像素区域所需显示的灰阶越大。
10.如权利要求9所述的显示面板，其特征在于，所述等效透镜的焦距越大，所述等效透镜出射光的发散角越小，所述等效透镜出射光的能量密度越大。
11.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求1-10任一项所述的显示面板。
12.如权利要求11所述的显示装置，其特征在于，还包括：位于所述第一基板背离所述第二基板一侧或位于所述第三基板背离所述第二基板一侧的发出准直光线的背光源。
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