CN106526978B - 光学器件、准直光源、显示基板及显示装置 - Google Patents

光学器件、准直光源、显示基板及显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及显示技术领域，公开了一种光学器件、准直光源、显示基板及显示装置。所述光学器件包括光学膜层，所述光学膜层由包括染料的材料制得，染料分子具有第一分布状态，以使入射光线经过所述染料分子的调整后沿预设方向出射，形成准直光线，具有便于实现、结构简单、成本较低等优点。通过在光源的出光侧设置所述光学器件，能够形成准直光源。将所述准直光源应用于液晶显示装置上，能够提供显示所需的准直光线。当所述准直光源的发光单元为自主发光元件时，所述光学器件用于将自主发光元件发出的光线调整为准直光线后，再投射至对应的像素区域，从而减少混色，提高分辨率。采用自主发光元件还能够提高色域，提升显示品质。

Description

光学器件、准直光源、显示基板及显示装置
技术领域
本发明涉及显示技术领域，特别是涉及一种光学器件、准直光源、显示基板及显示装置。
背景技术
自主发光元件(如：量子点、有机电致发光二极管)应用在液晶显示器件上，能够提高显示色域，受到越来越多的公司的关注。但自主发光元件自身不能进行灰度调节，所以利用自主发光元件直接替代现有液晶显示器件的彩膜(由投射特定颜色光线的滤光层组成)的结构会存在暗态不好的问题。所以用自主发光元件为液晶显示器件提供背光是一个很好的选择。但是因自主发光元件发出的光并非准直光，通过基底后光散射严重，从而引起严重的混色现象。
发明内容
本发明提供一种光学器件、准直光源、显示基板及显示装置，用以解决采用自主发光元件作为液晶显示器件的背光，如何克服混色问题。
为解决上述技术问题，本发明实施例中提供一种光学器件，用于对入射至所述光学器件上的光线进行调整，所述光学器件包括光学膜层；
所述光学膜层由包括染料的材料制得，所述光学膜层中，染料分子具有第一分布状态，以使入射光线经过所述染料分子的调整后沿预设方向出射。
本发明实施例中还提供一种准直光源，包括发光单元，还包括如上所述的光学器件，所述光学器件设置在所述发光单元的出光侧，用于对所述发光单元发出的光线进行调整，使调整后的光线沿预设方向出射。
本发明实施例中还提供一种显示基板，包括第二衬底和设置在所述第二衬底的第一表面上的显示膜层，还包括如上所述的光学器件，所述光学器件的光学膜层设置在所述第二衬底的与所述第一表面相对的第二表面上。
本发明实施例中还提供一种显示装置，包括显示面板，还包括如上所述的准直光源，所述准直光源位于所述显示面板的背离显示侧的一侧，所述光学器件位于所述发光单元和显示面板之间。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述技术方案中，通过控制光学器件的染料分子处于第一分布状态，以使入射光线经过所述染料分子的调整后沿预设方向出射，形成准直光线，具有便于实现、结构简单、成本较低等优点。通过在光源的出光侧设置所述光学器件，能够形成准直光源。将所述准直光源应用于液晶显示装置上，能够提供显示所需的准直光线。当所述准直光源的发光单元为自主发光元件时，所述光学器件用于将自主发光元件发出的光线投射至对应的像素区域，从而减少混色，提高分辨率。采用自主发光元件还能够提高色域，提升显示品质。
附图说明
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1表示本发明实施例一中光学器件的结构示意图；
图2表示本发明实施例二中准直光源的结构示意图；
图3表示本发明实施例三中显示基板的结构示意图；
图4表示本发明实施例四中显示装置的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供一种光学器件，用于对入射至所述光学器件上的光线进行调整，使光线沿同一方向出射，提供准直光线。
所述光学器件包括一光学膜层。所述光学膜层由包括染料的材料制得，所述光学膜层中，所述染料具有第一分布状态，以使入射光线经过所述染料分子的调整后沿预设方向出射，形成准直光线。
通过在光源的出光侧设置所述光学器件，能够形成准直光源。
将所述准直光源应用于液晶显示装置上，能够提供显示所需的准直光线。当所述准直光源的发光单元为自主发光元件时，所述光学器件将自主发光元件发出的光线调整为准直光线后，再投射至对应的像素区域，从而减少混色，提高分辨率。采用自主发光元件还能够提高色域，提升显示品质。
下面将结合附图和实施例，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。
实施例一
如图1所示，本实施例中提供一种光学器件，用于对入射至所述光学器件上的光线进行调整，形成准直光线。
所述光学器件包括光学膜层1，光学膜层1由包括染料的材料制得，光学膜层1中，染料分子10具有第一分布状态，以使入射光线经过所述染料分子的调整后沿预设方向出射，形成准直光线。
上述技术方案通过控制染料分子处于第一分布状态，使入射光线经过所述染料分子的调整后沿预设方向出射，形成准直光线，具有便于实现、结构简单、成本较低等优点。
本实施例中，所述染料为二向色性染料，所述二向色性染料在有序排列时，在光学上表现出二向异性，据此被称为二向色性染料。其中，染料分子10为棒状结构。在初始状态下染料分子处于杂乱无章的分布，排列无序。当染料分子10处于有序排列的第一分布状态时，染料分子10沿所述预设方向取向，入射光线通过染料分子10之间沿所述预设方向出射，形成准直光线，如图1所示。
为了提高准直性，所述二向色性染料可以选择光线透过率小于设定值(如5％)的黑色染料。
由于所述染料的光线透过率很小，为了提高光学膜层1的整体光线透过率，设置制备光学膜层1的材料还包括第一材料，所述第一材料具有透光特性。具体为：在工作状态时，即对入射光线进行调整形成准直光线时，所述第一材料处于透光状态。而不在工作状态时，所述第一材料可以为透光或不透光状态。其中，制备光学膜层1的材料中，所述染料的含量小于预设值，以提高光学膜层1的整体光线透过率，具体含量根据实际需求设置。
可选的，所述染料均匀分布在所述第一材料中，以形成均匀分布的准直光线。
在一个具体的实施方式中，所述第一材料为聚合物分散液晶，所述聚合物分散液晶由液晶以微米量级的小微滴分散在由有机固态聚合物形成的基体中制得。当未施加电场时，由于液晶分子的光轴处于自由取向，液晶微滴的折射率与基体的折射率不匹配，当光通过基体时被液晶微滴强烈散射，呈不透明态，实现反光。而施加电场可调节液晶分子11的光轴取向，当液晶微滴的折射率与基体12的折射率相匹配时，呈透明态，实现透光，如图1所示。除去电场，液晶分子又恢复最初的自由取向。具体的，所述液晶采用正性向列相液晶，在施加电场时，液晶分子12沿电场方向取向。
所述染料采用正二向色性染料，染料分子10为棒状结构，在施加电场时，染料分子10沿电场方向取向，所述电场方向即为所述预设方向，入射光线通过染料分子10之间沿所述预设方向出射，形成准直光线。同时，在电场的作用下，液晶分子11也沿电场方向取向，使基体12为透光状态，保证光学膜层1的整体光线透过率。
相应地，所述光学器件还包括第一电极2和第二电极3，光学膜层1设置在第一电极2和第二电极3之间，通过在第一电极2和第二电极3上施加电压，来形成与所述预设方向平行的电场，以控制液晶分子11沿所述预设方向取向，使聚合物分散液晶为透光状态，并控制染料分子10沿所述预设方向取向。
上述具体实施方式中，所述染料可以选择光线透过率较低的黑色染料，以提高出射光线的准直性。所述染料可以但并不局限于采用二向色性偶氮染料。
其中，聚合物分散液晶的基体12可以选择丙烯酸酯聚合物，丙烯酸酯聚合物的粘度较小，固化速度快，抗UV性能好，对透明导电层、玻璃和塑料有较强的附着力，能提供较好的综合性能。由丙烯酸酯聚合物和液晶制得的聚合物分散液晶具有对比度较大、驱动电压较低等优点。
在实际应用过程中，为了保证光学膜层1的整体光线透过率，所述第一材料并不局限于选择聚合物分散液晶，还可以为其它能够作为所述染料的透明基体的材料，所述透明基体由透明材料制得，其光线透过率大于设定值，例如：90％。所述第一材料还可以选择聚合物稳定液晶等，只要能够实现所述第一材料的功能即可，在此不再一一列举。
实施例二
如图2所示，本实施例中一种准直光源，包括发光单元4和实施例一中的光学器件，所述光学器件设置在发光单元4的出光侧，用于对发光单元4发出的光线进行调整，使调整后的光线沿预设方向出射，形成准直光线。
所述准直光源可以用作液晶显示装置的背光源。当然，所述准直光源还可以用于其他电子装置，用以提供准直光线。
本实施例中，发光单元4为自主发光元件，具体可以为量子点发光单元或有机电致发光二极管等自主发光元件。
当发光单元4为量子点发光单元时，发光单元4包括多个发出不同颜色光线的量子点发光层，如图2中的发出红光的红色量子点发光层40、发出绿光的绿色量子点发光层41、发出蓝光的蓝色量子点发光层42。所述准直光源还包括第一衬底100，所述多个量子点发光层设置在第一衬底100上。
为了更有效防止相邻的两个量子点发光层之间发生串扰，还可以在相邻的两个量子点发光层之间设置不透光图形5。
在一个具体的实施方式中，所述准直光源的光学器件包括第一电极2、第二电极3，以及设置在第一电极2和第二电极3之间光学膜层1。光学膜层1由包括聚合物分散液晶和染料的材料制得。可选的，所述染料均匀分布在聚合物分散液晶中，使准直光线均匀出射。第一电极2和第二电极3用于对光学膜层1施加电场。
所述聚合物分散液晶采用正性向列相液晶，在施加电场时，液晶分子11沿电场方向取向，使所述聚合物分散液晶为透光状态。所述染料采用正二向色性染料，染料分子10为棒状结构，在施加电场时，染料分子10沿电场方向取向，所述电场方向即为所述预设方向，入射光线通过染料分子10之间沿所述预设方向出射，形成准直光线。
其中，制备光学膜层1的材料中，所述染料的含量小于预设值，以提高光学膜层1的整体光线透过率，增加光效。
在上述具体实施方式中，所述准直光源的发光单元4可以为量子点发光单元，包括多个发出不同颜色光线的量子点发光层。则，所述准直光源还包括第一衬底100，所述多个量子点发光层设置在第一衬底100上。相邻的两个量子点发光层间隔一定距离设置，且相邻的两个量子点发光层之间设置有不透光图形5。
第一电极2、光学膜层1、第二电极3可以依次设置在量子点发光层上，使所述准直光源的所有结构为一体结构，结构简单。当然，也可以将第一电极、光学膜层、第二电极设置在独立的衬底上，然后再与第一衬底固定组装。
实施例三
如图3所示，本实施例中提供一种显示基板，包括第二衬底200和设置在第二衬底200的第一表面上的显示膜层20。所述显示膜层20用于控制显示过程，例如：当所述显示基板为薄膜晶体管阵列基板时，显示膜层20包括薄膜晶体管、像素电极、栅线、数据线等。当所述显示基板为彩膜基板时，显示膜层20包括滤光层、黑矩阵等。
所述显示基板还包括实施例一中的光学器件，所述光学器件的光学膜层1设置在第二衬底200的与所述第一表面相对的第二表面上，即，显示膜层20和光学膜层1位于第二衬底200的相对两侧，光线从靠近光学膜层的一侧入射至显示基板，经过光学膜层1的调整后形成显示所需的准直光线，从而减少像素之间发生混色，提高分辨率，提升显示品质。
所述预设方向具体垂直于第二衬底200所在的平面，防止像素之间发生颜色串扰。
在一个具体的实施方式中，所述准直光源的光学器件包括第一电极2、第二电极3，以及设置在第一电极2和第二电极3之间光学膜层1。光学膜层1由包括聚合物分散液晶和染料的材料制得。
光学膜层1的具体材料和工作原理已在上述内容中描述，在此不再赘述。
其中，第二电极3、光学膜层1、第一电极2可以依次设置在第二衬底200的第二表面上。
进一步地，还可以在第一电极2上形成自主发光元件的各膜层，并将第一衬底100固定粘接在第二衬底200上，位于所述自主发光元件的背离第二衬底200的一侧，用于封装所述自主发光元件，从而提供集成有背光源的显示基板。采用自主发光元件能够提高色域，提升显示品质。
其中，所述自主发光元件可以为量子点发光层，所述显示基板包括多个发出不同颜色光线的量子点发光层，还可以在相邻的两个量子点发光层的设置不透光图形5。需要说明的是，所述自主发光元件并不具局限于为量子点发光层，还可以为有机电致发光二极管等。
在实际应用过程中，还可以对上述结构进行合理调整，但它们之间的位置关系保持不变。例如：第一电极2、光学膜层1、第二电极3还可以依次设置在第一衬底100上，或在第一衬底100上形成自主发光元件的各膜层后，再将第一衬底100固定粘接在第二衬底200上。
实施例四
如图4所示，本实施例中提供一种显示装置，包括显示面板6和实施例二中的准直光源，所述准直光源位于显示面板6的背离显示侧的一侧，所述准直光源包括发光单元4和实施例一中的光学器件，所述光学器件位于发光单元4和显示面板6之间。
所述光学器件包括光学膜层1，光学膜层1由包括染料的材料制得，光学膜层1中，染料分子10具有第一分布状态，以使发光单元4发出的光线经过所述染料分子的调整后沿预设方向出射，并入射至显示面板6。
上述显示装置中，通过控制所述光学器的染料分子处于第一分布状态，使发光单元发出的光线经过所述染料分子的调整后沿预设方向出射，形成准直光线，提供给显示面板用于显示。上述形成准直光线的技术具有便于实现、结构简单、成本较低等优点。
其中，所述准直光源的具体结构和工作原理已在实施例二中描述，在此不再赘述。
具体可以将所述光学器件的光学膜层1设置在显示面板6的背离显示侧的表面上。
当发光单元4为量子点发光单元时，所述准直光源包括第一衬底100，多个发出不同颜色光线的量子点发光层(如图4中所示的40、41、42)设置在第一衬底100上。其中，第一衬底100可以固定粘接在显示面板6上，实现固定组装。所述量子点发光层与显示装置的像素区域的位置一一对应，用于为对应的像素区域提高所需颜色的光线。
其中，量子点发光层也可以替换为其它自主发光元件，例如：有机电致发光二极管。
在实际应用过程中，还可以对上述结构进行合理调整，但发光单元、光学器件和显示面板的位置关系保持不变。例如：还可以将光学膜层设置在第一衬底上。或，将量子点发光层设置在第二衬底上，第一衬底仅起到封装作用。或，将所述光学器件的各膜层(包括第一电极、光学膜层、第二电极)设置在第一衬底上。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种光学器件，用于对入射至所述光学器件上的光线进行调整，其特征在于，所述光学器件包括光学膜层；
所述光学膜层由包括染料的材料制得，所述光学膜层中，染料分子具有第一分布状态，以使入射光线经过所述染料分子的调整后沿预设方向出射，形成准直光线；所述染料为光线透过率小于5％的黑色染料；
制备所述光学膜层的材料还包括第一材料，在工作状态时，所述第一材料处于透光状态，所述光学膜层形成准直光线，不在工作状态时，所述第一材料为不透光状态。
2.根据权利要求1所述的光学器件，其特征在于，所述染料为二向色性染料，染料分子为棒状结构，在所述第一分布状态下，所述染料分子沿所述预设方向取向，入射光线通过所述染料分子之间沿所述预设方向出射。
3.根据权利要求2所述的光学器件，其特征在于，所述第一材料为聚合物分散液晶，所述聚合物分散液晶由液晶分散在聚合物中制得，所述液晶采用正性向列相液晶，所述染料采用正二向色性染料；
所述光学器件还包括第一电极和第二电极，所述光学膜层设置在所述第一电极和第二电极之间，通过在所述第一电极和第二电极上施加与所述预设方向平行的电场来控制液晶分子沿所述预设方向取向，使所述第一材料透光，并控制所述染料分子沿所述预设方向取向。
4.一种准直光源，包括发光单元，其特征在于，还包括权利要求1-3任一项所述的光学器件，所述光学器件设置在所述发光单元的出光侧，用于对所述发光单元发出的光线进行调整，使调整后的光线沿预设方向出射。
5.根据权利要求4所述的准直光源，其特征在于，所述发光单元为量子点发光单元，包括多个用于发出不同颜色光线的量子点发光层；
所述准直光源还包括第一衬底，所述多个量子点发光层设置在所述第一衬底上。
6.一种显示基板，包括第二衬底和设置在所述第二衬底的第一表面上的显示膜层，其特征在于，还包括权利要求1-3任一项所述的光学器件，所述光学器件的光学膜层设置在所述第二衬底的与所述第一表面相对的第二表面上。
7.根据权利要求6所述的显示基板，其特征在于，所述预设方向垂直于第二衬底所在的平面。
8.一种显示装置，包括显示面板，其特征在于，还包括权利要求4或5任一项所述的准直光源，所述准直光源位于所述显示面板的背离显示侧的一侧，所述光学器件位于所述发光单元和显示面板之间。
9.根据权利要求8所述的显示装置，其特征在于，所述光学器件的光学膜层设置在所述显示面板的背离显示侧的表面上；
当所述发光单元为量子点发光单元，包括多个用于发出不同颜色光线的量子点发光层时，所述准直光源还包括第一衬底，所述第一衬底固定粘接在所述显示面板上，所述量子点发光层与显示装置的像素区域的位置一一对应。
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