CN106292051B - 一种显示装置及其显示方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种显示装置及其显示方法,涉及显示技术领域,能够通过控制液晶层的折射率的变化,调整波导光栅中的出光量,以实现灰阶显示。该显示装置,包括:相对设置的第一衬底基板和第二衬底基板,以及位于第一衬底基板和第二衬底基板之间的液晶层,还包括:位于液晶层与第一衬底基板之间的波导光栅,波导光栅由波导层,和位于波导层朝向液晶层一侧表面的光栅层组成,且光栅层与液晶层接触;位于波导层侧面的准直光源;液晶层的折射率在显示装置的驱动信号控制下,在最大折射率和最小折射率之间变化;且光栅层的折射率大于或等于液晶层的最小折射率,且小于或等于液晶层的最大折射率。

Description

一种显示装置及其显示方法

技术领域

[0001] 本发明涉及显示技术领域,尤其涉及一种显示装置及其显示方法。

背景技术

[0002] 随着光电技术以及器件的发展,图像显示已经不再局限于二维空间(2D)的屏幕平 面中,三维空间(3D)的画面显示越来越多的应用于人们的日常工作、学习和娱乐等方面。

[0003] 其中,利用光场显示技术来实现三维显示成为三维显示的方式之一,由于光场三 维显示不仅能够真实的再现三维场景的空间特性,而且能够正确表现不同物体之间的相互 位置关系,已经成为近年来的研宄热点。

发明内容

[0004] 本发明的实施例提供一种显示装置及其显示方法,能够通过控制液晶层的折射率 的变化,调整波导光栅中的出光量,以实现灰阶显示。

[0005] 为达到上述目的,本发明的实施例采用如下技术方案:

[0006] 本发明实施例一方面提供一种显示装置,包括:相对设置的第一衬底基板和第二 衬底基板,以及位于所述第一衬底基板和所述第二衬底基板之间的液晶层,还包括:位于所 述液晶层与所述第一衬底基板之间的波导光栅,所述波导光栅由波导层,和位于所述波导 层朝向所述液晶层一侧表面的光栅层组成,且所述光栅层与所述液晶层接触;位于所述波 导层侧面的准直光源;所述液晶层的折射率在所述显示装置的驱动信号控制下,在最大折 射率和最小折射率之间变化;且所述光栅层的折射率大于或等于所述液晶层的最小折射 率,且小于或等于所述液晶层的最大折射率。

[0007] 进一步的,所述光概层的折射率等于所述液晶层的最小折射率,或者所述光棚'层 的折射率等于所述液晶层的最大折射率。

[0008] 进一步的,所述光栅层包括:阵列排布的光栅单元,所述光栅单元包括第一光栅子 单元、第二光栅子单元和第三光栅子单元,所述第一光栅子单元用于输出朝向人眼方向的 第一原色光,所述第二光栅子单元用于输出朝向人眼方向的第二原色光,所述第三光栅子 单元用于输出朝向人眼方向的第三原色光。

[0009] 进一步的,所述显示装置还包括像素电极和公共电极,所述像素电极和所述公共 电极位于所述液晶层的两侧。

[0010] 进一步的,所述显示装置还包括像素电极和公共电极,所述像素电极和所述公共 电极均位于所述液晶层的同一侧。

[0011] 进一步的,所述光栅层包括栅条,部分栅条连接形成像素电极,部分栅条连接形成 公共电极,形成所述像素电极的栅条与形成所述公共电极的栅条间隔设置。

[0012] 进一步的,所述光栅层包括栅条;所述显示装置还包括公共电极,所述光栅层的部 分或者全部栅条连接形成像素电极,所述公共电极位于所述波导光栅和所述第一衬底基板 之间;或者,所述显示装置还包括像素电极,所述光栅层的部分或者全部栅条连接形成公共 电极,所述像素电极位于所述波导光栅和所述第一衬底基板之间。

[0013] 进一步的,所述液晶层中的液晶分子为向列相液晶分子或者蓝相液晶分子。一、

[0014] 进一步的,在所述液晶层中的液晶分子为向列相液晶分子的情况下,所述显示装 置还包括偏光片,所述偏光片位于所述液晶层背离所述波导层的一侧。 、—、

[0015] 进一步的,在所述液晶层中的液晶分子为向列相液晶分子的情况下,所述显示装 置还包括取向层,所述取向层位于所述液晶层的两侧,且与所述液晶层接触。—、 …

[0016] 本发明实施例另一方面还提供一种应用于上述任一种显示装置的显不方法,所述 方法包括:逐行扫描所述显示装置中的像素;当扫描一行像素时,向该行像素的液晶层按照 每个像素的灰度值施加电场,以使得所述像素的液晶层的折射率介于所述液晶层的最小折 射率与所述液晶层的最大折射率之间。

[0017] 本发明实施例提供一种显示装置及其显示方法,该显示装置,包括:相对设置的第 一衬底基板和第二衬底基板,以及位于第一衬底基板和第二衬底基板之间的液晶层,液晶 层的折射率在显示装置的驱动信号控制下,在最大折射率和最小折射率之间变化。该显示 装置还包括:位于液晶层与第一衬底基板之间的波导光栅,波导光栅由波导层、位于波导层 朝向液晶层一侧表面的光栅层组成,将位于波导层侧面的准直光源发出的光线耦合进波导 层中,并且通过光栅层将该光线进行输出。

[0018] 在此基础上,由于光栅层的折射率大于或等于液晶层的最小折射率,且小于或等 于液晶层的最大折射率,又光栅层与液晶层接触,这样一来,通过驱动液晶层中的液晶分子 发生偏转,来调整液晶层的折射率的大小,在此情况下,当调整液晶层的折射率与光栅层的 折射率相等时,光栅层的作用被覆盖,没有光线从波导光栅中输出,此时为暗态;当调整液 晶层的折射率与光栅层的折射率之间的差值最大时,光栅层的作用的最明显,光线从波导 光栅中输出的效率最高,此时为亮态。即通过控制液晶层的折射率的变化,能够调整液晶层 的折射率与光栅层的折射率之间的差值大小,进而能够控制波导光栅中的出光量目的,从 而实现不同的灰阶显示。

附图说明

[0019] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例,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。

[0020] 图1为本发明实施例提供的一种显示装置的结构示意图;

[0021] 图2为本发明实施例提供的一种波导光栅的原理示意图;

[0022] 图3为本发明实施例提供的另一种显示装置的结构示意图;

[0023]图4为本发明实施例提供的又一种显示装置的结构示意图;

[0024]图5a为本发明实施例提供的另一种显示装置的结构示意图;

[0025] 图5b为本发明实施例提供的又一种显示装置的结构示意图;

[0026]图6a为本发明实施例提供的另一种显示装置的结构示意图;

[0027]图6b为本发明实施例提供的又一种显示装置的结构示意图;

[0028]图7为本发明实施例提供的另一种显示装置的结构示意图;

[0029]图Sa为本发明实施例提供的一种光栅层的结构示意图;

[0030]图8b为本发明实施例提供的另一种光栅层的结构示意图;

[0031]图9为本发明实施例提供的又一种显示装置的结构示意图;

[0032]图10为本发明实施例提供的应用于显示装置的显示方法的流程图。

[0033]附图标记:

[0034] 10-第一衬底基板;101-像素电极;102-公共电极;2〇-第二衬底基板;20卜取向层; 202-偏光片;30-液晶层;40-波导光栅;401-波导层;402-光栅层;412-光栅单元;4121-第一 光栅子单元;4122_第二光栅子单元;4123_第三光栅子单元;50-准直光源;邪^第一原色 光;502-第二原色光;503-第三原色光。

具体实施方式

[0035]下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例,都属于本发明保护的范围。

[0036] 本发明实施例提供一种显示装置,如图1所示,该显示装置包括:相对设置的第一 衬底基板10和第二衬底基板2〇,以及位于第一衬底基板10和第二衬底基板20之间的液晶层 30,一般的,第一衬底基板10和第二衬底基板20采用光学玻璃或者树脂材料构成,厚度一般 在0 • 1mm〜2mm,当然本发明对此不作限定,具体可以根据产品的设计或者工艺条件确定。 [0037] 如图1所示,该显示装置还包括:位于液晶层30与第一衬底基板10之间的波导光栅 40,波导光栅40由波导层401,和位于波导层401朝向液晶层30—侧表面的光栅层402组成, 且光栅层402与液晶层3〇接触;另外,位于波导层401侧面的准直光源50,能够将准直光源50 发出的光线耦合进波导层401中,并且通过光栅层402将该光线进行输出。

[0038] 在此基础上,液晶层30的折射率N在显示装置的驱动信号控制下,在最大折射率 Nmax和最小折射率Nmin之间变化,且光栅层402的折射率大于或等于液晶层30的最小折射率 Nmin,且小于或等于液晶层30的最大折射率Nmax,即Nmin<N<Nmax,这样一来,该通过驱动液晶 层中的液晶分子发生偏转,来调整液晶层的折射率的大小,在此情况下,当调整液晶层的折 射率与光栅层的折射率相等时,光栅层的作用被覆盖,没有光线从波导光栅中输出,此时为 暗态;当调整液晶层的折射率与光栅层的折射率之间的差值最大时,光栅层的作用的最明 显,光线从波导光栅中输出的效率最高,此时为亮态。即通过控制液晶层的折射率的变化, 能够调整液晶层的折射率与光栅层的折射率之间的差值大小,进而能够控制波导光栅中的 出光量目的,从而实现不同的灰阶显示。

[0039] 此处需要说明的是,上述液晶层30的折射率N在显示装置的驱动信号控制下,在最 大折射率Nmax和最小折射率Nmin之间变化是指,液晶层30中的液晶分子在电场的作用下发生 偏转,通过驱动液晶分子的光轴与从波导光栅输出的光线的偏振方向之间的夹角,来调整 该液晶层30的折射率。具体的,当驱动液晶分子的光轴与偏振方向平行时,液晶层的折射率 最大,当驱动液晶分子的光轴与偏振方向垂直时,液晶层的折射率最小。一般的,液晶层3〇 的厚度设置在500nm〜5um之间,例如可以是lwn,本发明对此不作限定,可以根据显示装置 的类型、参数等,进行具体设定。

[0040]此处还需要说明的是,该显示装置中液晶层中的液晶分子可以是向列相液晶,也 可以是蓝相液晶,还可以是其他液晶,本发明对此不作限定,只要能够保证通过调整施加在 液晶层30上的电场强度,实现调整液晶层30折射率的变化即可。另外,本发明中的显示装置 可以是普通的液晶显示装置,例如液晶显示器、液晶电视、数码相框、手机或平板电脑等任 何具有显示功能的产品或者部件,也可以是近眼3D显示装置,还可以是虚拟现实显示装置, 也可以是增强现实显示装置等,本发明对此均不作限定。

[0041]以下对上述波导光栅40的工作原理以及相关设置做简单的说明。

[0042]如图2所示的波导光栅40的原理示意图,其中是以上介质层为空气介质,折射率为 n。;下介质层为透明基板,折射率为ns;波导层折射率为^为例进行说明的,需要保证波导层 401的折射率大于上介质层的折射率以及下介质层的折射率,g卩,nf大于n。以及ns,以实现波 导光栅的正常功能。该波导光栅40可以将外部的光从外部耦合进波导层401,即输入耦合, 也可以将光从波导层401通过光栅层402中耦合出来,即输出耦合,其中,某一级衍射光的波 矢量沿导模传播方向上分量的大小Pm满足= qK (q= ± 1,±2......)的相位匹配条件,ftn 为m阶导_吴的传播常数,ftn=k〇Nm,Nm为m阶导_吴的有效折射率,为常数;K为光概矢量。

[0043]另外,该波导层401—般可以为透明材料,例如树脂、玻璃、氮化硅等,且保证该透 明材料的折射率至少大于相邻的层的折射率即可。另外,为了保证设置于波导层401侧面的 准直光源5〇发出的光线尽可能的耦合至该波导层401中,可以将该波导层401的厚度设置在 1 OOnm 〜1 OOtim之间。

[0044]对于上述准直光源50可以由红、绿、蓝三色的半导体激光器芯片制成,也可由红、 绿、蓝三色的发光二极管(Light Emitting Diode,简称LED)芯片经过准直、扩束后制成,还 可以由白光LED芯片经过准直、扩束后制成,或者由条状的冷阴极荧光灯管(Cold Cathode Fluorescent Lamp,简称CCFL)加一些光线准直结构制成,本发明对此不作限定。

[0045]此外,对于位于该波导层401表面的光栅层402而言,该光栅层402也可以采用透明 材料,例如树脂、氧化桂等,并且光栅对光的最大衍射率一般发生在占空比为〇. 5时,但在实 际产品设计中也可以偏离此值,可以根据出光的强度,平衡显示面板不同位置亮度的差异、 工艺条件等因素,进行具体设置,本发明对此不作限定。另外,对于该光栅层402中栅条的高 度,一般设置在100nm〜1500nm之间,例如,可以设置在500nm,当然也可以根据实际需要,将 所有亚像素单元对应的栅条高度设置为相同高度,或者将不同的亚像素单元对应的栅条高 度设置为不同,本发明对此均不做限定。

[0046]在此基础上,为了增大液晶层30的折射率与光栅层4〇2的折射率之间的差值,本发 明优选的,上述光栅层402的折射率N等于液晶层30的最小折射率Nmin,g卩N=Nmin;或者,光栅 层402的折射率N等于液晶层30的最大折射率N„ax,即,N=Nmax。这样一来,能够使得灰阶显示 的调整范围增大,进而使得灰阶调整的精度增大。

[0047]具体的,当光栅层402的折射率N等于液晶层30的最小折射率或者,光栅层402 的折射率N等于液晶层30的最大折射率Nmax时,液晶层30的折射率与光栅层的折射率之间的 差值大小均在0〜(Nmax-Nmin)之间,即该差值0〜(Nmax-Nmin)对应于灰阶L0〜L255。相比于光 栅层402的折射率N位于最小折射率N_nin和最大折射率N„ax之间,即NminKlx时,液晶层30 的折射率与光栅层的折射率之间的差值大小在0〜(Nmax-N)或者0〜(N-Nmin),且该差值0〜 (Nmax-N)或者0〜(N-Nmin)对应于灰阶L0〜L255。

[0048] 综上所述,由于Nmin<N<NmaX,可以看出(Nmax-Nmin)的值要大于(Nmax-N)以及(N-Nmin)的值,从而使得〇〜(Nmx-Nmin)的范围大于〇〜dx-N)和0〜(N-Nmin),进而使得对应的 灰阶L0〜L255的调节范围增大,精度增大。

[0049] 此处需要说明的是,在未施加电场时,当光栅层4〇2的折射率等于液晶层30的折射 率的情况下,该显示装置为暗态,即该显示装置为常黑模式;在未施加电场时,光栅层402的 折射率与液晶层30的折射率的差值最大的情况下,该显示装置为亮态,该显示装置为常白 模式;本发明对此不做限定,在应用过程中,可以根据实际需要进行常黑模式或常白模式的 设置。

[0050] 进一步的,如图3所示,当上述光栅层402包括:阵列排布的光栅单元412,该光栅单 元412包括第一光栅子单元4121、第二光栅子单元4122和第三光栅子单元4123,第一光栅子 单元4121用于输出朝向人眼方向的第一原色光501 (例如红光);第二光栅子单元4122用于 输出朝向人眼方向的第二原色光502 (例如绿光);第三光栅子单元4123用于输出朝向人眼 方向的第三原色光503 (例如蓝光),这样一来,通过该光栅层402的每个光栅单元412发出的 三种原色光均汇聚至人眼,从而能够实现近眼显示,同时采用该波导光栅的显示装置,由于 每个光栅单元412中的不同光栅子单元能够发出不同原色的光线直接汇聚至人眼,从而使 得该显示装置无需设置彩膜层即可实现显示画面的色彩显示。当然为了有效的保证出射光 线色彩的纯度以及饱和度,也可以设置彩膜层,本发明对此不作限定。

[0051]另外,对于传统结构的液晶显不面板(Liquid Crystal Display,LCD)和有机电致 发光显示面板(Organic Light-Emitting Diode,OLED)的出射光线一般为发散光线,难以 实现单眼聚焦的近眼显示;而采用上述显示装置能够使得出射光线有效的汇聚,从而能够 利于实现单眼聚焦的近眼显示。

[0052]此处需要说明的是,上述阵列排布的光栅单元412可以与显示装置中的像素单元 一一对应,例如,一般的,像素单元包括第一亚像素单元(例如红色亚像素单元)、第二亚像 素单元(例如绿色亚像素单元)、第三亚像素单元(例如蓝色亚像素单元),本发明中,光栅单 元412包括第一光栅子单元4m、第二光栅子单元4122和第三光栅子单元4123,即本发明中 的第一光栅子单元4121与第一亚像素单元对应,第二光栅子单元4122与第二亚像素单元对 应,第三光栅子单元4123与第三亚像素单元对应。

[0053]也可以是光栅单元412与显示装置中的多个像素单元对应,例如,光栅单元412中 的每个光栅子单元与显示装置中一列像素单元中的每列亚像素单元——对应,目卩第一光栅 子单元4121与一列第一亚像素单元(例如红色亚像素单元)相对应,第二光栅子单元4122与 一列第二亚像素单元对应(例如绿色亚像素单元),第三光栅子单元4123与一列第三亚像素 单元对应(例如蓝色亚像素单元)。本发明对此不作限定。

[0054]另外,随着对显不清晰度的要求越来越尚,对于高分辨率(Pixels Per Inch,PPI) 的显示器件的需求也越来越大,而高PPI的显示器件受限于制作工艺,难于发展。对于本发 巧中,由于上述光栅周期较小,一般为l〇〇nm〜lwn左右,这样一来,能够使得第一光栅子单 元4121、第二光栅子单元4122和第三光栅子单元4123的宽度尺寸较小,从而使得第一光栅 子单元4121、第二光栅子单元4122和第三光栅子单元4123对应的亚像素单元的尺寸较小, 进而有利于显示装置高分辨率的实现。

[0055]以下对第一光栅子单元4121用于输出朝向人眼方向的第一原色光501,第二光栅 子单元4122用于输出朝向人眼方向的第二原色光502,第三光栅子单元4123用于输出朝向 人眼方向的第三原色光503的具体原理做进一步的说明。

[0056] 具体的,如图2所示,从波导光栅40输出的光线中,对应光线波长A与该输出光线的 出光方向与面板平面法线的夹角0满足23i/XNm = 2VAncsin0+q2VA的相匹配关系,其中A 为光栅周期。其中nc为空气折射率。

[0057] 在此基础上,对于近眼显示装置而言,人眼获取图像的位置是固定的,即每个亚像 素单元的出光方向是固定的,即上式2Ji/ANm = JiXncSin0+qJiA中,每个亚像素单元的出光方 向与面板平面法线的夹角9为固定值,而q以及Nm均为已知参数,从而可以根据不同每个亚 像素单元的出光的颜色(即波长A),来确定出每个亚像素单元对应的光栅层402的光栅周期 八,即,可以通过设置光栅周期A,实现给定颜色光线(波长A)在给定方向(与面板平面法线 的夹角为e)上的光线出射。以下实施例均是以该显示装置为近眼显示装置为例,对本发明 做进一步的说明。

[0058] 现有的显示装置一般包括垂直场显示装置和平面场显示装置,其中,垂直场显示 装置,例如类ECB (Electrically Controlled Birefringence电控双折射)型、类VA (Vertical A1 ignment)型;平面场显不装置,例如类ADS (Advanced-Super Dimensional Switching,高级超维场开关)型、类IPS (In Plane Switch,横向电场效应)型等。

[0059]以下通过具体实施例对本发明中的显示装置在垂直场显示装置和平面场显示装 置的应用做进一步的说明。

[0060] 实施例一

[0061]如图3所示,该显示装置为垂直场(类ECB)显示装置,包括像素电极101和公共电极 102,且像素电极101和公共电极102位于液晶层30的两侧,通过调整施加于像素电极101和 公共电极102的电压,调整液晶层30的折射率与光栅层402的折射率之间的差值,实现不同 灰阶的调整。

[0062]例如,当像素电极101和公共电极102在不加电压的情况下,液晶层30的折射率与 光栅层4〇2的折射率相同,该光栅层402的作用被覆盖,没有光线从波导光栅40中耦合出来, 此时为暗态,对应灰阶L0;当在像素电极101和公共电极102施加不同的电压时,液晶层30的 折射率与光栅层402的折射率具有不同的差值,对应灰阶L1〜L255之间的不同亮度。当然也 可以是在像素电极101和公共电极102在不加电压的情况下,液晶层30的折射率与光栅层 402的折射率相差最大,此时为亮态,对应灰阶L255,当在像素电极101和公共电极102施加 不同的电压时,液晶层30的折射率与光栅层402的折射率具有不同的差值,对应灰阶L0〜 L254之间的不同亮度。即通过像素电极101和公共电极1〇2驱动液晶层30的折射率的变化, 调整从波导光栅40耦合出来的出光量,以实现不同灰阶的调整。

[0063] 在此基础上,通过设置光栅层4〇2中每一光栅单元412中的第一光栅子单元4121、 第二光栅子单元4122和第三光栅子单元4123中的光栅周期,以使得每一光栅单元412中的 第一光栅子单元4121发出的第一原色光501,第二光栅子单元4122发出的第二原色光502, 第三光栅子单元4123发出的第三原色光503均汇聚至人眼,从而使得该显示装置无需设置 彩膜层即可实现近眼显示。当然为了有效的保证出射光线色彩的纯度以及饱和度,也可以 设置彩膜层,本发明对此不作限定。

[00M]此处需要说明的是,对于上述垂直场型显示装置,像素电极101和公共电极102位 于液晶层3〇的两侧,可以如图3所示,像素电极101位于波导光栅40朝向第一衬底基板10的 一侧,公共电极102位于波导光栅40朝向第二衬底基板20的一侧;还可以如图4所示,公共电 极102位于液晶层30朝向第一衬底基板10的一侧,像素电极101位于液晶层30朝向第二衬底 基板20的一侧;本发明对此不作限定。

[0065]另外,对于该垂直场型显示装置中液晶层30中的液晶分子可以为向列相液晶分 子,或者蓝相液晶分子。具体的,以下对向列相液晶分子和蓝相液晶分子在具体应用中的差 异做进一步的说明。

[0066]对于采用向列相液晶分子的情况下,通过举例对该显示装置的显示原理以及偏光 片的设置情况做进一步说明。

[0067]具体的,以液晶层30的初始折射率等于n。为例,当液晶层的折射率和光栅层402的 折射率相等,均为n。时,光栅层402的作用被掩盖,没有光线从波导光栅40中耦合出来,此时 灰阶最小,为L0状态;当液晶层30的折射率为ne和光栅层402的折射率n。相差最大时,光栅层 402的作用最明显,光线从波导光栅40中耦合出来的效率最高,此时灰阶最大,为L255状态; 当液晶层30的折射率处在以上两种情况之间时,为其他灰阶状态。

[0068]在该实现显示的方式中,当光栅层402的折射率等于或接近等于液晶层30的折射 率n。时,波导光栅40耦合出来的光的偏振方向为平行于第一衬底基板10且垂直于光栅层 402的栅条长度方向时,才能感受到上述折射率的变化,其他偏振方向的光不会感受到上述 折射率的变化,在此情况下,该显示装置无需在出光侧添加偏光片或者要求准直光源50发 出的光线为偏振光,即可实现正常的显示。而对于光栅层402的折射率位于液晶层30的折射 率n。和ne之间时,此时该显示装置需要在出光侧添加偏光片或要求背光源发出的光线为偏 振光(在侧入式的准直光源50光源出光侧添加一层偏光片),以消除出光情况不受液晶层30 取向偏转所控制的偏振光的干扰,以实现正常的显示,并且该显示模式一般要求液晶分子 为正性液晶分子。

[0069]另外,对于采用向列相液晶分子的情况下,为了确保液晶分子在初始状态具有相 同的排列状态,并且在施加电场后能够按照预期的方式进行偏转,因此,对于在液晶层3〇中 的液晶分子为向列相液晶分子的情况下,如图4所不,该显不装置还包括位于液晶层30两侧 且与液晶层30接触的取向层201,能够使得该向列相液晶分子在取向层2〇1的作用下初始状 态相同,确保液晶分子可以在施加电压下按照上述方式进行旋转,并按照预设角度进行偏 转,以实现液晶层30折射率的调整。

[0070] 具体的,该取向层201可以位于液晶层30靠近波导层401的一侧;也可以如图4所 示,该取向层201位于液晶层30背离波导层401的一侧,本发明对此不做限定。为了避免取向 层201位于光栅层402和液晶层30之间时,而对液晶层30的折射率带来影响,进而影响波导 光栅中的出光量,本发明优选的,将取向层2〇1设置于背离波导层401的一侧。

[0071] 一般的,上述取向层201为聚酰亚胺(PI)膜,液晶分子的初始状态是平行于显示面 板平面的,加电后会沿垂直于显示面板平面的方向偏转。当然也可以采用特殊的向列相液 晶材料,通过添加一些材料实现液晶分子的初始取向,而不使用取向层201,本发明对此不 作限定。

[0072] 对于采用蓝相液晶分子的情况下,由于蓝相液晶分子在不施加电场时,液晶分子 为各向同性,在各个方向上折射率相同,两种偏振光通过液晶的折射率相同,均为n;而在施 加电场时,液晶分子为各向异性,寻常光折射率为m,非常光折射率为n2,此时m<n<n2。在此 情况下,可以选择各向同性状态为L0状态(光栅层的折射率也为n),各向异性状态为L255状 态,此时两种偏振光均可以耦合出来,具有较高的出光效率。当然,也可以选择各向异性状 态为L0状态(光栅层的折射率为m或n2),各向同性状态为L255状态,此时需要入射光为偏振 光,或在出光侧添加偏光片,以实现正常的显示。

[0073] 此外,上述显示装置也可以选择类VA型的显示模式,即初始状态下液晶分子取向 为垂直于显示面板的方向,施加平面电场后,液晶分子取向逐步变化为平行于显示面板。 [0074]以下以向列相液晶分子为例,对该VA型显示装置做进一步的解释说明。例如,以液 晶层30的初始折射率等于n。为例,当液晶层的折射率和光栅层402的折射率相等,均为n。时, 光栅层4〇2的作用被掩盖,没有光线从波导光栅40中耦合出来,此时灰阶最小,为L0状态;当 液晶层3〇的折射率为ne和光栅层402的折射率n。相差最大时,光栅层402的作用最明显,光线 从波导光栅40中耦合出来的效率最高,此时灰阶最大,为L255状态;当液晶层30的折射率处 在以上两种情况之间时,为其他灰阶状态。

[0075]在该实现显示的方式中,当光栅层402的折射率等于或接近等于液晶层30的折射 率n。时,波导光栅40耦合出来的光的偏振方向为平行于第一衬底基板10且垂直于光栅层 402的栅条长度方向时,才能感受到上述折射率的变化,其他偏振方向的光不会感受到上述 折射率的变化,在此情况下,该显示装置无需设置偏光片;而对于光栅层402的折射率位于 液晶层30的折射率n。和ne之间时,此时该显示装置需要在出光侧添加偏光片或要求侧入式 准直光源为偏振光,以消除出光情况不受液晶层30取向偏转所控制的偏振光的干扰,以实 现正常的显示,并且该显示模式一般要求液晶分子为正性液晶分子。

[0076]另外,对于该VA型的显示模式而言,在采用向列相液晶分子时,为了确保液晶分子 在初始状态具有相同的排列状态,并且在施加电场后能够按照预期的方式进行偏转,因此, 对于在液晶层30中的液晶分子为向列相液晶分子的情况下,该显示装置还包括位于液晶层 30两侧且与液晶层30接触的取向层201;当然也可以采用特殊的向列相液晶材料,通过添加 一些材料实现液晶分子的初始取向,只要能够使得该向列相液晶分子的初始状态相同即 可,确保液晶分子可以在施加电压下按照上述方式进行旋转,并按照预设角度进行偏转,以 实现液晶层30折射率的调整。

[0077] 对于该VA型显示装置采用蓝相液晶分子时,可以不设置取向层201,具体理由、以 及相关显示原理可以参照前述类ECB型显示装置中采用蓝相液晶分子的说明,此处不再赘 述。

[0078] 实施例二

[0079] 如图5a至如图6b所示,该显示装置包括像素电极101和公共电极102,且像素电极 101和公共电极102均位于液晶层30的同一侧,在此情况下,该显示装置为平面场显示装置, 其中,图5a和图5b为类ADS型平面场显示装置,包括异层设置的条状电极和面状电极;图6a 和图6b为类IPS型平面场显示装置,包括同层且间隔设置的条状电极。该平面场显示装置通 过对位于液晶层30的同一侧像素电极101和公共电极102施加电压,驱动液晶层30中的液晶 分子在接近平行显示面板的平面内旋转,从而调整液晶层30的折射率与光栅层402的折射 率之间的差值,实现不同灰阶的调整。

[0080]例如,当像素电极101和公共电极102在不加电压的情况下,液晶层30的折射率与 光栅层402的折射率相同,该光栅层402的作用被覆盖,没有光线从波导光栅40中耦合出来, 此时为暗态,对应灰阶L0;当在像素电极101和公共电极102施加不同的电压时,液晶层30的 折射率与光栅层402的折射率具有不同的差值,对应灰阶L1〜L255之间的不同亮度。当然也 可以是在像素电极101和公共电极102在不加电压的情况下,液晶层30的折射率与光栅层 402的折射率相差最大,此时为亮态,对应灰阶L255,当在像素电极101和公共电极102施加 不同的电压时,液晶层30的折射率与光栅层402的折射率具有不同的差值,对应灰阶L0〜 L254之间的不同亮度。即通过像素电极101和公共电极102驱动液晶层30的折射率的变化, 调整从波导光栅40耦合出来的出光量,以实现不同灰阶的调整。

[0081]同实施例一中相同,该平面场显示装置中,也可以通过调整波导光栅40中光栅层 402中每一光栅单元412中的第一光栅子单元4121、第二光栅子单元4122和第三光栅子单元 4123中的光栅周期,以使得每一光栅单元412中的第一光栅子单元4121发出的第一原色光 501,第二光栅子单元4122发出的第二原色光502,第三光栅子单元4123发出的第三原色光 503均汇聚至人眼,实现近眼显示。

[0082] 另外,以下对上述类ADS型平面场显示装置和类IPS型平面场显示装置中像素电极 101和公共电极102的具体情况做进一步说明。

[0083] 对于类ADS型平面场显示装置,像素电极101和公共电极102中一个包括条状电极, 一个为面状电极,具体的,可以如图5a所示,包括条状电极的像素电极101和面状的公共电 极102均位于波导光栅40与第一衬底基板10之间;也可以如图5b所示,包括条状电极的像素 电极101和面状公共电极102均位于液晶层30与第二衬底基板20之间;当然,图5a和图5b仅 是以像素电极101包括条状电极,公共电极102为面状电极为例进行说明的,也可以是公共 电极102包括条状电极,像素电极101为面状电极,只要保证上述条状电极相对于面状电极 靠近液晶层30,能够实现驱动液晶层30中的液晶分子发生偏转即可。本发明对此不作限定。 [0084] 对于IPS型平面场显示装置,像素电极101与公共电极102为同层且间隔设置的条 状电极,具体的,可以如图6a所示,间隔设置的像素电极101与公共电极102位于波导光栅40 与第一衬底基板10之间;也可以如图6b所不,间隔设置的像素电极101与公共电极1〇2均位 于液晶层30与第二衬底基板20之间,本发明对此不作限定。

[0085] 在此基础上,对于上述类ADS型和类IPS型平面场显示装置中液晶层30中的液晶分 子可以为向列相液晶分子,或者蓝相液晶分子。以下对向列相液晶分子和蓝相液晶分子在 具体应用中的差异做进一步的说明。

[0086]以下对于采用向列相液晶分子的情况下,通过举例对该类ADS型和类IPS型的显示 装置的显示原理以及偏光片的设置情况做进一步说明。

[0087]具体的,以液晶层3〇的初始折射率等于n。为例,当液晶层的折射率和光棚层402的 折射率相等,均为n。时,光栅层402的作用被掩盖,没有光线从波导光栅40中耦合出来,此时 灰阶最小,为L0状态;当液晶层3〇的折射率为〜和光栅层402的折射率n。相差最大时,光栅层 402的作用最明显,光线从波导光栅40中耦合出来的效率最高,此时灰阶最大,为L255状态; 当液晶层30的折射率处在以上两种情况之间时,为其他灰阶状态。

[0088]在该实现显示的方式中,由于波导光栅40耦合出来的光线的偏振方向在第一方向 和第二方向内能感受到上述折射率的变化,其中,第一方向为偏振方向在平行于第一衬底 基板10且垂直于条状电极的长度方向,第二方向为偏振方向在平行于第一衬底基板10且平 行于条状电极的长度方向,所以需要在液晶层3〇的出光侧(例如第二衬底基板20的上表 面),或者在侧入式的准直光源50光源出光侧添加一层偏光片,来选择一种偏振光(第一方 向偏振光或第二方向偏振光),以实现对灰阶的调整。

[0089]另外,对于采用向列相液晶分子的情况下,为了确保液晶分子在初始状态具有相 同的排列状态,并且在施加电场后能够按照预期的方式进行偏转,因此,对于在液晶层30中 的液晶分子为向列相液晶分子的情况下,该显示装置还包括位于液晶层30两侧且与液晶层 30接触的取向层201,能够使得该向列相液晶分子在取向层201的作用下初始状态相同,确 保液晶分子可以在施加电压下按照上述方式进行旋转,并按照预设角度进行偏转,以实现 液晶层30折射率的调整,且该显示模式下液晶分子为正性液晶分子和负性液晶分子均可。 另外,通过控制液晶分子的初始方向和偏光片检偏方向的相对关系,确定显示面板为常白 模式(液晶的初始方向和偏光片检偏方向一致)或常黑模式(液晶的初始方向和偏光片检偏 方向垂直)。

[0090]具体的,当上述类ADS型和类IPS型平面场显示装置采用向列相液晶分子时,在液 晶层30两侧且与液晶层30接触的取向层201设置取向层201,例如,可以将该取向层201设置 于液晶层30靠近波导层401的一侧,也可以如图5a所示,将取向层201设置于液晶层30背离 波导层401的一侧。当然,也可以采用特殊的向列相液晶材料,通过添加一些材料实现液晶 分子的初始取向,而不使用取向层201,本发明对此不作限定。

[0091] 对于该类ADS型和类IPS型的显示模式下,采用蓝相液晶分子时,由于蓝相液晶分 子自身的特征,蓝相液晶分子在不施加电场时,液晶分子为各向同性,在各个方向上折射率 相同,两种偏振光通过液晶的折射率相同,均为n;而在施加电场时,液晶分子为各向异性, 寻常光折射率为m,非常光折射率为n2,m<n<n2,在此情况下,可以选择各向同性状态为L0 状态(光栅层的折射率也为n),各向异性状态为L255状态,此时两种偏振光均可以耦合出 来,具有较高的出光效率,且器件不需要入射光为偏振光,或在出光侧添加偏光片即可实现 正常显示。当然,也可以选择各向异性状态为L0状态(光栅层的折射率为m或m),各向同性 状态为L255状态,此时需要入射光为偏振光,或在出光侧添加偏光片,以实现正常的显示。 [0092]当类ADS型和类IPS型平面场显示装置采用蓝相液晶分子时,则不需要设置取向层 201,具体理由同实施例一中取向层201的设置,由于实施例一中已进行说明,此处不再赘 述。

[0093] 实施例三

[0094]由于光栅层402主要由栅条组成,因此,可以将该光栅层402用作光栅的同时,还作 为像素电极101,和/或,公共电极102,此时该光栅层102为光栅和电极的复合结构,并且采 用该光栅电极复合结构,由于光栅周期小,使得光栅电极复合结构形成的电场密度更大,从 而易于对液晶层30的控制,这样一来,能够在降低液晶盒厚的同时,使得该显示装置的相应 速度提升,刷新频率提高。

[0095]可选的,以下通过对上述光栅层402用作光栅的同时,还作为像素电极101,和/或, 公共电极102做进一步的说明。

[0096] 例如,如图7所示,光栅层402同时包括像素电极101和公共电极102,具体的,光栅 层402中部分栅条连接形成像素电极101,部分栅条连接形成公共电极102,形成像素电极 101的栅条与形成公共电极102的栅条间隔设置,在此情况下,该显示装置为类IPS型平面场 显示装置。

[0097] 其中,部分栅条连接形成像素电极101,部分栅条连接形成公共电极102,可以如图 8a所示,光栅层402中相邻的栅条分属于像素电极101和公共电极102的条形子电极;也可以 如图8b所示,在像素电极101的条形子电极和公共电极102的条形子电极之间还可以包括仅 用作光栅的栅条(图8b中虚线所示),本发明对此不作限定。

[0098] 又例如,如图9所示,光栅层402的部分或者全部栅条连接形成像素电极1〇1,公共 电极102位于波导光栅40和第一衬底基板10之间。或者,光栅层402的部分或者全部栅条连 接形成公共电极102,像素电极101位于波导光栅40和第一衬底基板10之间,附图可以参考 图9,此处不再附图赘述。在此情况下,该显示装置为类ADS型平面场显示装置。

[0099]另外,上述类ADS型和类IPS型平面场显示装置的灰阶调整、液晶层30中液晶分子 向列相液晶分子与蓝相液晶分子的选取、相关取向层201以及偏光片202的设置等,可以参 考实施例二中类ADS型和类IPS型平面场显示装置的对应的设置情况,此处不再赘述。

[0100]另外,目前,现有的显示装置,尤其是虚拟/增强现实显示装置和透明显示装置,均 是采用传统结构的LCD和0LED实现的,必须使用偏光片,由于偏光片会将至少一半的光过滤 掉,而不能透过显示面板,因此现有的显示装置均无法做到显示面板的高度透明,从而显影 响面板后方光线的透过率以及透射的光谱。综合本发明实施例一、实施例二、实施例三,可 以看出,本发明中的显示装置,对于类ECB型、类VA型以及在采用蓝相液晶的显示装置中,可 以不使用偏光片,相比于现有技术中的显示装置必须使用偏光片而言,本发明的显示能够 大幅提高光的透过率,从而使得显示面板的透明度提高,同时提高了光的利用率。

[0101] 本发明实施例还提供一种应用于前述任一种显示装置的显示方法,如图10所示, 该显示方法包括:

[0102] 步骤S101、逐行扫描显示装置中的像素。

[0103] 步骤S102、当扫描一行像素时,向该行像素的液晶层按照每个像素的灰度值施加 电场,以使得像素的液晶层的折射率介于液晶层的最小折射率与液晶层的最大折射率之 间。即,通过控制液晶层的折射率的变化,能够调整液晶层的折射率与光栅层的折射率之间 的差值大小,进而能够控制波导光栅中的出光量目的,从而实现不同的灰阶显示。

[0104] 以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何 熟悉本技术领域的技术人员在本发明掲露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵 盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1. 一种显示装置,包括:相对设置的第一衬底基板和第二衬底基板,以及位于所述第一 衬底基板和所述第二衬底基板之间的液晶层,其特征在于,还包括: 位于所述液晶层与所述第一衬底基板之间的波导光栅,所述波导光栅由波导层,和位 于所述波导层朝向所述液晶层一侧表面的光栅层组成,且所述光栅层与所述液晶层接触, 所述波导层的厚度为l〇〇nm〜lOOwn; 位于所述波导层侧面的准直光源; 所述液晶层的折射率在所述显示装置的驱动信号控制下,在最大折射率和最小折射率 之间变化;且所述光栅层的折射率大于或等于所述液晶层的最小折射率,且小于或等于所 述液晶层的最大折射率。
2. 根据权利要求1所述显示装置,其特征在于,所述光栅层的折射率等于所述液晶层的 最小折射率,或者所述光栅层的折射率等于所述液晶层的最大折射率。
3. 根据权利要求1所述显示装置,其特征在于,所述光栅层包括:阵列排布的光栅单•元, 所述光栅单元包括第一光栅子单元、第二光栅子单元和第三光栅子单元,所述第一光栅子 单元用于输出朝向人眼方向的第一原色光,所述第二光栅子单元用于输出朝向人眼方向的 第二原色光,所述第三光栅子单元用于输出朝向人眼方向的第三原色光。
4. 根据权利要求1所述显示装置,其特征在于,所述显示装置还包括像素电极和公共电 极,所述像素电极和所述公共电极位于所述液晶层的两侧。
5. 根据权利要求1所述显示装置,其特征在于,所述显示装置还包括像素电极和公共电 极,所述像素电极和所述公共电极均位于所述液晶层的同一侧。
6. 根据权利要求1所述显示装置,其特征在于,所述光栅层包括栅条,部分栅条连接开多 成像素电极,部分栅条连接形成公共电极,形成所述像素电极的栅条与形成所述公共电极 的栅条间隔设置。
7. 根据权利要求1所述显示装置,其特征在于,所述光栅层包括栅条; 所述显示装置还包括公共电极,所述光栅层的部分或者全部栅条连接形成像素电极, 所述公共电极位于所述波导光栅和所述第一衬底基板之间; 或者,所述显示装置还包括像素电极,所述光栅层的部分或者全部栅条连接形成公共 电极,所述像素电极位于所述波导光栅和所述第一衬底基板之间。
8. 根据权利要求卜7任一项所述湿:;^€胃,##彳正1^$,所::^丨夜@层^1|^'液晶分^1力1^ 列相液晶分子或者蓝相液晶分子。
9. 根据权利要求5-7任一项所述显1示装置彳正#于,在所1述'液晶层中的、液晶分子力 向列相液晶分子的情况下,所述显示装置还包括偏光片,所述偏光片位于所述液晶层背离 所述波导层的—侧。
10. 根据权利要求1所述显示装置,其特征在于,在所述'液晶层中的'液晶分子为向列相 '液晶分子的情况下,所述显示装置还包括取向层,所述取向层位于所述液晶层的两侧,且与 所述液晶层接触。 _ _ u. 一种应用于权利要求1-10任一项所述的显示装置的显示方法,其特征在于,所述方 法包括: 逐行扫描所述显示装置中的像素; 当扫描一行像素时,向该行像素的液晶il彳安照'胃值li力n电场,以使得戶斤 述像素的液晶层的折射率介于所述液晶层的最小折射率与所述液晶层的最大折射率之间。
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