CN207882620U - 显示装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种显示装置，涉及显示技术领域。该显示装置包括：相对设置的彩膜基板和导光板；位于所述彩膜基板与所述导光板之间的液晶层；位于所述导光板表面的取光光栅；以及位于所述导光板端部的发光单元；其中，所述彩膜基板包括阵列排布的多个子像素以及位于相邻子像素之间的遮光层，所述取光光栅与多个所述遮光层相对应。本公开可解决由取光光栅的尺寸过小而带来的衍射角度增加的问题。

Description

显示装置

技术领域

本公开涉及显示技术领域，尤其涉及一种显示装置。

背景技术

随着光学技术和半导体技术的发展，以液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)为代表的平板显示器具有轻薄、能耗低、反应速度快、色纯度佳、以及对比度高等特点，在显示领域占据了主导地位。受到LCD市场需求的拉动，背光源产业也呈现出一派繁荣景象。

背光模组(Back Light Unit)可用于为LCD面板提供显示光源，LCD的显示图案是液晶层对背光光线进行调制的结果，因此背光源的发光效果以及光线的衍射角度直接影响LCD的显示效果。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

实用新型内容

本公开的目的在于提供一种显示装置，以用于解决由取光光栅的尺寸过小而带来的衍射角度增加的问题。

本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。

根据本公开的一个方面，提供一种显示装置，包括：

相对设置的彩膜基板和导光板；

位于所述彩膜基板与所述导光板之间的液晶层；

位于所述导光板表面的取光光栅；

以及位于所述导光板端部的发光单元；

其中，所述彩膜基板包括阵列排布的多个子像素以及位于相邻子像素之间的遮光层，所述取光光栅与多个所述遮光层相对应。

本公开的一种示例性实施例中，所述取光光栅对应M×M个子像素，且所述取光光栅的宽度大于24微米。

本公开的一种示例性实施例中，所述取光光栅设置在所述导光板面向所述液晶层一侧的表面。

本公开的一种示例性实施例中，所述显示装置还包括位于所述取光光栅与所述液晶层之间的填充层，且所述填充层的折射率小于所述导光板的折射率。

本公开的一种示例性实施例中，所述显示装置还包括位于所述填充层面向所述液晶层一侧的第一取向层以及位于所述彩膜基板面向所述液晶层一侧的第二取向层。

本公开的一种示例性实施例中，所述发光单元包括光源，位于所述光源与所述导光板之间的耦合光栅，以及位于所述光源两侧的反射片；

其中，所述耦合光栅用于放大光线的入射角度以导入所述导光板，所述反射片用于将偏离的光线反射至所述耦合光栅。

本公开的一种示例性实施例中，所述发光单元包括光源和抛物面反射面，所述光源位于所述抛物面反射面的焦点处。

本公开的一种示例性实施例中，所述光源包括发光二极管或者微发光二极管，且所述光源为单色光源。

本公开的一种示例性实施例中，所述彩膜基板包括对应各个子像素的量子点彩膜层。

本公开的一种示例性实施例中，所述彩膜基板还包括阵列排布的多个薄膜晶体管，与所述薄膜晶体管电连接的像素电极，以及公共电极。

本公开示例性实施方式所提供的显示装置，利用取光光栅对导光板中的光场分布进行空间调制，以使入射至导光板的光线能被调制为等间距等光强的点阵光束而出射，再根据取光光栅调制后的点阵光束的分布进行像素设计，使得取光光栅同时对应多个像素结构，即一个取光光栅同时对应彩膜基板的多个遮光层，这样一来，通过合理的设计遮光层的位置和宽度，即可在暗态显示时利用该遮光层来吸收出射光线，而在亮态显示时通过给液晶层加电以形成液晶光栅，该液晶光栅可对取光光栅调制后的点阵光束进行二次调制以实现出光。基于此，本示例实施方式所提供的显示装置可以增大取光光栅的宽度，以此解决由取光光栅的尺寸过小而带来的衍射角度增加的问题，并结合新型的像素设计，即可实现亮态显示和暗态显示，从而达到增加光效和实现高分辨率的技术效果。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示意性示出一种显示装置的结构示意图；

图2示意性示出本公开示例性实施例中显示装置的结构示意图一；

图3示意性示出本公开示例性实施例中显示装置的结构示意图二；

图4示意性示出本公开示例性实施例中取光光栅的结构示意图；

图5示意性示出本公开示例性实施例中光栅调制的效果图；

图6示意性示出本公开示例性实施例中调制光场的点阵分布效果图；

图7示意性示出本公开示例性实施例中灰阶显示的原理图；

图8示意性示出本公开示例性实施例中电极结构示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施例使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免使本公开的各方面变得模糊。

此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。附图中各层的厚度和形状不反映真实比例，仅是为了便于说明本公开的内容。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

图1为相关技术中一显示器件的结构示意图。如图1所示，该显示器件包括光源部分和显示部分。其中，耦合光栅101可将LED(Light Emitting Diode，发光二极管)光源102的朗伯体光线大角度耦合至导光板103中，通过在导光板103的上表面或下表面设置取光光栅104，以将在导光板103中全反射传播的大角度光线以准直角度取出，从而实现高透过率的准直光源。在此基础上，通过结构设计在取光光栅104上方设置遮光层阵列例如彩膜基板上的遮光层105，可在暗态显示时利用该遮光层105吸收出射的准直光，而在亮态显示时通过向液晶层施加电压信号以使液晶分子形成液晶光栅，光线经过液晶光栅的衍射后出射，其中施加不同的电压信号便可实现液晶光栅对入射光的不同衍射效率，从而实现多灰阶显示。

在上述的结构中，取光光栅104与子像素一一对应设置，取光光栅104的宽度和结构决定了出光的准直度，准直度越小、光效越高。根据模拟结果可知，取光光栅104的宽度在7～10μm时的光效最大。根据小孔衍射理论，由于取光光栅104的尺寸太小，因此会带来额外的出光角度，其所增加的出光角度可以由瑞利判据计算：

Sinθ＝1.22λ/D；

其中，λ为入射光的波长，D为取光光栅104的宽度。假设入射光的波长为550nm，取光光栅104的宽度为7μm，根据上式计算可得θ＝5.5°。由此可见，由取光光栅104的尺寸带来的出光角度的增加是不容忽略的。

基于此，本示例实施方式提供了一种显示装置，如图2和图3所示，该显示装置可以包括：相对设置的彩膜基板201和导光板202，位于彩膜基板201与导光板202之间的液晶层203，位于导光板202表面的取光光栅204，以及位于导光板202端部的发光单元205。

其中，彩膜基板201可以包括阵列排布的多个子像素以及位于相邻子像素之间的遮光层206，取光光栅204可以对应多个子像素设置，即一个取光光栅204同时对应多个遮光层206。

具体的，所述取光光栅204可以为二维光栅或者三维光栅，其可用于将导光板202中全反射传播的大角度光线以特定角度取出，而遮光层206则需设置在光线经过取光光栅204调制后所形成的点阵光束对应的位置处。

需要说明的是：导光板202的表面是指导光板202的上表面或者下表面，而导光板202的端部是指导光板202的侧面即侧边的入光面。

本公开示例性实施方式所提供的显示装置，利用取光光栅204对导光板202中的光场分布进行空间调制，以使入射至导光板202的光线能被调制为等间距等光强的点阵光束而出射，再根据取光光栅204调制后的点阵光束的分布进行像素设计，使得取光光栅204同时对应多个像素结构，即一个取光光栅204同时对应彩膜基板的多个遮光层206，这样一来，通过合理的设计遮光层206的位置和宽度，即可在暗态显示时利用该遮光层206来吸收出射光线，而在亮态显示时通过给液晶层203加电以形成液晶光栅，该液晶光栅可对取光光栅204调制后的点阵光束进行二次调制以实现出光。基于此，本示例实施方式所提供的显示装置可以增大取光光栅204的宽度，以此解决由取光光栅204的尺寸过小而带来的衍射角度增加的问题，并结合新型的像素设计，即可实现亮态显示和暗态显示，从而达到增加光效和实现高分辨率的技术效果。

在本示例的一种实施方式中，参考图2所示，所述发光单元205可以包括光源207，位于光源207与导光板202之间的耦合光栅208，以及位于光源两侧的反射片209，该耦合光栅208可将光源207发出的朗伯体光调整为一定范围内较大入射角度的光线并将其导入导光板202中(例如，在本实施例中，耦合光栅208起到至少两个作用，即，使光线以准直且大于全反射角度的方式耦合进导光板)，该反射片209可将偏离的光线反射至耦合光栅208的方向。

在本示例的另一实施方式中，参考图3所示，所述发光单元205可以包括光源207和抛物面反射面210，该光源207设于抛物面反射面210的焦点处，以便于控制光源207发出的光经过抛物面反射面210而被反射至导光板202中。

其中，所述光源207优选为单色光源，其可以采用LED(Light Emitting Diode，发光二极管)或micro LED(micro Light Emitting Diode，微发光二极管)，且灯条的折射率应当小于导光板202的折射率，以保证光线能够顺利的进入导光板202中。

本示例实施方式中，所述彩膜基板201还可以包括对应各个子像素的量子点彩膜层211，相邻量子点彩膜层211之间可通过遮光层206隔开。该量子点彩膜层211一方面可用于实现彩色化显示，例如在光源207选用单色短波长光源时便可激发RGB三色量子点彩膜层211实现彩色显示，另一方面还可对出射光线进行散射处理，由于经过取光光栅204调制后的光线具有一定的指向性，其需要进行散射化处理，而量子点材料正好具有很好的散射特性，因此可将彩膜层设置为量子点彩膜层211，从而达到增加视角的效果。

为了实现对液晶层203的控制，本示例实施方式所提供的显示装置还需包括用于驱动液晶层203中的液晶分子进行偏转的驱动电极例如像素电极和公共电极。需要说明的是：该驱动电极可以如现有技术一般设置在阵列基板上，再将阵列基板与彩膜基板201进行对盒并向其中填充液晶层203，但这会增大显示装置的厚度，而在本实施例中，导光板与阵列基板为同一层，因此能够减小整体厚度，从而达到减小显示装置厚度的目的。另外，利用上述结构，使得取光光栅的开口距离彩膜基板的距离更近，因此不需要设置很宽的遮挡层，有利于增大开口率，从而达到更好的光学效果。

在本公开的一个实施例中，可将驱动电极设置在彩膜基板201上。也就是说，所述彩膜基板201还可以包括阵列排布的多个薄膜晶体管、与各薄膜晶体管电连接的像素电极212、以及用于与像素电极212共同形成驱动电场的公共电极213，在像素电极212与公共电极213之间还可以设置绝缘层214。具体而言，这些结构可以设置在量子点彩膜层211和遮光层206靠近液晶层203的一侧。然而本公开不限于此，在其它实施例中，驱动电极也可以设置在阵列基板上。

示例的，所述液晶层203中的液晶分子可以采用向列相液晶，但不以此为限，其厚度可以设置在0.1～10μm之间，以用于响应电压信号而形成液晶光栅。此外，在该液晶层203的两侧还可以设置取向层，例如在取光光栅204面向液晶层203的一侧可以设置第一取向层215，在彩膜基板201面向液晶层203的一侧可以设置第二取向层216，第一取向层215和第二取向层216可用于限定液晶分子的初始取向。

本示例实施方式中，所述取光光栅204可以设置在导光板202面向液晶层203一侧的表面，即图中导光板202的上表面，此时该取光光栅204为透射光栅。在该取光光栅204与液晶层203之间还可以设置一层填充层217以作为取光光栅204的平坦化层，该填充层217应当采用低折射率材料，即填充层217的折射率小于导光板202的折射率，且其厚度可以大于或等于1μm，以便于保证导光板202内的全反射光线具有较大的出射角度。

其中，如图4所示，所述取光光栅204可以是二维或三维周期性相位型调制光栅，p为光栅周期，D为取光光栅204宽度，该取光光栅204具有至少两个台阶结构，其调制后的光线在光栅的频谱面位置处的光场分布能够呈现出等间距等光强的点阵光束。图5示出了光栅调制的效果图，D为取光光栅204宽度，L为光栅调制后光场的宽度，同时也是相邻两个取光光栅204之间的间距，d为取光光栅204到调制光场的距离即频谱距离，c为相邻光斑的间距。其中，假设入射光的波长为550nm，若要求θ＜0.5°，则根据瑞利判据计算可得：D＞24μm。由此可知，本示例实施方式所提供的显示装置中，取光光栅204的宽度尺寸可以大于24微米，相比于相关技术中取光光栅104的尺寸得到了显著的增加，因此可以避免由取光光栅204的尺寸过小而带来的衍射角度增加的问题。

进一步的，所述取光光栅204可以对应M×M个子像素，那么彩膜基板201上的遮光层206例如黑矩阵的位置便可对应设置在频谱面上点阵光束的位置处，则经过该取光光栅204调制后的点阵光束在对应该M×M个子像素出射时便会被吸收而实现暗态显示。

由此可知，取光光栅204可以将光源例如LED光源的入射光场背光尺寸整体扩展为原来的数倍，例如图6所示的取光光栅204将入射光场调制为3×3的等光强点阵光束分布效果图。在实际设计过程中，为了提高频谱面上光场分布的均匀性以及光场分布的整体面积，还可以将该取光光栅204设计为其它类型的光栅结构例如达曼光栅，以便于将入射光束调制为更多的等光强点阵分布。

例如，根据光栅衍射公式可知：psin(θ_m)＝mλ；根据几何关系可知调制后的光场尺寸为：L＝2tan(θ_m)×d+D；其中，p为光栅周期，θ为衍射角，m为衍射级数，λ为波长，此处λ可以取0.55μm。

由上可知，通过对取光光栅204的结构进行合理的设计，即可对入射光的光谱进行调制，使其形成均匀等光强的点阵分布，点阵数至少为3×3，而点阵的大小为取光光栅204的大小，点阵的间距与取光光栅204的光栅周期有关，调制后的光场大小为L，相邻两取光光栅204的间距也为L。基于此，在进行像素设计时可使遮光层206例如黑矩阵遮挡在点阵光束分布的位置，即可实现暗态显示。

本示例实施方式所提供的显示装置，相比于相关技术中的显示装置，能够很好的解决由取光光栅的尺寸过大而带来的衍射角度增加的问题，以此结合新型的像素设计便可实现亮态显示和暗态显示，从而达到增加光效以及高分辨率的显示效果。

该显示装置在进行灰阶显示时，如图7所示，需要给液晶层203中的液晶分子施加一定的电压信号，使得液晶分子呈现为周期性排列的液晶光栅，从而利用该液晶光栅的衍射来实现灰阶显示。具体而言，从导光板202出射的准直光经过液晶光栅的衍射/折射而自遮光层206之间的开口区域即量子点彩膜层211的区域出射，通过控制电压信号的不同，即可实现液晶光栅对入射光线的不同衍射效率，从而实现L0～L255灰阶的转化，在此基础上，光源207发出的例如单色短波长光源入射至量子点彩膜层201便可激发量子点彩膜层211实现彩色显示。

其中，以图8所示的ADS(Advanced-Super Dimensional Switching，高级超维场转换)模式的电极为例，即板状电极在下、块状电极在上，此时一个电极周期内可形成两个液晶光栅，这样可使液晶光栅的距离较小，其衍射效率更加明显。当然，本实施例也可以控制多个电极形成一个液晶光栅形貌。此外，电极结构还可以是两个电极均为块状电极，或者也可以是上下电场的形式。

需要说明的是：本示例实施方式中的显示装置例如可以包括手机、平板电脑、电视机、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，本公开对此不进行特殊限定。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的实用新型后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种显示装置，其特征在于，包括：

相对设置的彩膜基板和导光板；

位于所述彩膜基板与所述导光板之间的液晶层；

位于所述导光板表面的取光光栅；

以及位于所述导光板端部的发光单元；

其中，所述彩膜基板包括阵列排布的多个子像素以及位于相邻子像素之间的遮光层，所述取光光栅与多个所述遮光层相对应。

2.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述取光光栅对应M×M个子像素，且所述取光光栅的宽度大于24微米。

3.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述取光光栅设置在所述导光板面向所述液晶层一侧的表面。

4.根据权利要求3所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置还包括位于所述取光光栅与所述液晶层之间的填充层，且所述填充层的折射率小于所述导光板和所述取光光栅的折射率。

5.根据权利要求4所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置还包括位于所述填充层面向所述液晶层一侧的第一取向层以及位于所述彩膜基板面向所述液晶层一侧的第二取向层。

6.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述发光单元包括光源，位于所述光源与所述导光板之间的耦合光栅，以及位于所述光源两侧的反射片；

其中，所述耦合光栅用于放大光线的入射角度以导入所述导光板，所述反射片用于将偏离的光线反射至所述耦合光栅。

7.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述发光单元包括光源和抛物面反射面，所述光源位于所述抛物面反射面的焦点处。

8.根据权利要求6或7所述的显示装置，其特征在于，所述光源包括发光二极管或者微发光二极管，且所述光源为单色光源。

9.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述彩膜基板包括对应各个子像素的量子点彩膜层。

10.根据权利要求9所述的显示装置，其特征在于，所述彩膜基板还包括阵列排布的多个薄膜晶体管，与所述薄膜晶体管电连接的像素电极，以及公共电极。