CN106773314A - 一种显示面板及显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种显示面板及显示装置，包括相对而置的上基板和下基板、位于上基板和下基板之间的液晶层，位于上基板和液晶层之间的包括多个子像素的量子点彩膜层，以及位于上基板和下基板之间的电极结构；其中，子像素分为环状量子点彩膜区域和位于环状量子点彩膜区域中心以及外围的遮光区域。通过控制透镜焦点和子像素的中心遮光区域之间的位置关系，控制通过液晶层的背光不同程度地被子像素的中心遮光区域或外围遮光区域所吸收，而实现子像素的亮度调节，由此通过对各子像素进行相样的控制实现画面显示，同时提升显示色域。

Description

一种显示面板及显示装置
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种显示面板及显示装置。
背景技术
量子点(Quantum Dot)通常是一种由II-VI族或III-V族元素组成的纳米颗粒，受激后可以发射荧光，发光光谱可以通过改变量子点的尺寸大小来控制,且其荧光强度和稳定性都很好，是一种很好的光致发光材料。量子点的种类很多，代表性的有II-VI族的CdS/CdSe/CdTe/ZnO/ZnS/ZnSe/ZnTe等和III-V族GaAs、GaP、GaAs、GaSb、HgS、HgSe、HgTe、InAs、InP、InSb、AlAs、AlP、AlSb等。其中同一物质的量子点，根据其制备出的尺寸不同，所发射出来的光也不同。量子点发光材料具有发光波长可调节，发光色纯度高，高效发光的特点，目前已经被应用液晶显示屏的背光源，量子点背光液晶显示器色域可提升到NTSC>110％。然而量子点作为一种发光材料仅在背光中使用不能充分发挥量子点本身优异的光学性能。
液晶透镜应用于三维显示模式和曲面显示模式具有优异的显示效果，通过控制液晶分子发生偏转形成与电极组一一对应的柱状透镜结构，实现三维显示功能；通过控制液晶分子发生偏转形成微棱镜结构，且控制光线在各微棱镜结构中的等效光程之差以补偿观看者的位置到各微棱镜结构的光程差异，实现曲面显示。而现阶段并没有提出将液晶透镜和量子点材料相结合的显示模式。
发明内容
本发明实施例提供了一种显示面板及显示装置，用以提出一种新型显示模式，同时充分发挥量子点材料的光学性能，进一步提升显示器件的色域。
第一方面，本发明实施例提供一种显示面板，包括：相对而置的上基板和下基板、位于所述上基板和所述下基板之间的液晶层，位于所述上基板和所述液晶层之间的包括多个子像素的量子点彩膜层，以及位于所述上基板和所述下基板之间的电极结构；其中，
所述子像素分为环状量子点彩膜区域和位于所述环状量子点彩膜区域中心以及外围的遮光区域；
所述电极结构用于在进行显示时被施加电信号使与所述子像素对应的液晶层等效为焦距可调的透镜，以通过控制所述透镜的焦点与所述子像素的中心遮光区域之间的位置关系调节所述子像素的亮度。
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，所述透镜的焦点位于所述子像素的中心遮光区域的中心线上；所述中心线贯穿所述中心遮光区域的中心点且垂直于所述中心遮光区域所在的平面。
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，所述中心线包括暗态区，所述透镜的焦点位于所述暗态区以外时，所述子像素的亮度随着所述透镜的焦点与所述子像素的中心遮光区域之间的垂直距离的增大而增大。
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，所述子像素对应的液晶层等效为凸透镜，所述凸透镜的焦点位于所述暗态区之内，透过所述凸透镜的光线完全被所述子像素的中心遮光区域吸收，所述子像素的亮度为最小亮度。
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，所述子像素对应的液晶层等效为凹透镜，所述凹透镜的焦点位于所述暗态区之内，透过所述凹透镜的光线完全被所述子像素的外围遮光区域吸收，所述子像素的亮度为最小亮度。
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，所述电极结构包括：位于所述上基板与所述液晶层之间的第一电极，和位于所述下基板与所述液晶层之间的第二电极；
所述子像素位于所述第一电极与所述液晶层之间，或者所述子像素位于所述上基板与所述第一电极之间。
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，所述第一电极为面状电极，所述第二电极为点阵电极；或者，
所述第一电极为点阵电极，所述第二电极为面状电极。
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，所述环状量子点彩膜层的轮廓为圆形或多边形。
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，所述液晶层为向列相液晶层；所述显示面板还包括：位于所述液晶层面向所述上基板一侧的第一取向膜和位于所述液晶层面向所述下基板一侧的第二取向膜，以及位于所述下基板背离所述液晶层一侧的偏光片；其中，
所述第一取向膜和所述第二取向膜的取向相反。
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，所述液晶层为蓝相液晶层。
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，还包括：位于所述液晶层与所述第二电极之间的平坦层。
第二方面，本发明实施例提供一种显示装置，包括上述任一显示面板。
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：蓝色背光源或蓝绿色背光源。
本发明有益效果如下：
本发明实施例提供的显示面板及显示装置，包括相对而置的上基板和下基板、位于上基板和下基板之间的液晶层，位于上基板和液晶层之间的包括多个子像素量子点彩膜层，以及位于上基板和下基板之间的电极结构；其中，子像素分为环状量子点彩膜区域和位于环状量子点彩膜区域中心以及外围的遮光区域；电极结构用于在进行显示时被施加电信号使与子像素对应的液晶层等效为焦距可调的透镜，以通过控制透镜的焦点与子像素的中心遮光区域之间的位置关系调节子像素的亮度。本发明实施例提供的上述显示面板及显示装置通过对电极结构施加电信号使子像素所对应的液晶层等效为焦距可调的透镜，从而可通过控制透镜焦点和子像素的中心遮光区域之间的位置关系，控制通过液晶层的背光不同程度地被子像素的中心遮光区域或外围遮光区域所吸收，而实现子像素的亮度调节，由此通过对各子像素进行相样的控制实现画面显示。同时各子像素采用量子点彩膜可使显示色域大幅度提升。
附图说明
图1为本发明实施例提供的显示面板的截面结构示意图之一；
图2为本发明实施例提供的子像素的俯视图；
图3a为本发明实施例提供的凸透镜焦点的暗态区的示意图；
图3b为本发明实施例提供的凹透镜焦点的暗态区的示意图；
图4a为本发明实施例提供的显示原理图之一；
图4b为本发明实施例提供的显示原理图之二；
图5a为本发明实施例提供的显示面板的截面结构示意图之二；
图5b为本发明实施例提供的显示面板的截面结构示意图之三；
图6为本发明实施例提供的显示面板的截面结构示意图之四；
图7为本发明实施例提供的红色和蓝色量子点彩膜的吸收谱和发射谱。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种显示面板及显示装置，用以提出一种新型显示模式，同时充分发挥量子点材料的光学性能，进一步提升显示器件的色域。
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图详细介绍本发明具体实施例提供的显示面板及显示装置。
如图1所示，本发明实施例提供的显示面板，包括：相对而置的上基板101和下基板102、位于上基板101和下基板102之间的液晶层103，位于上基板101和液晶层103之间的包括多个子像素1041的量子点彩膜层104，以及位于上基板101和下基板102之间的电极结构(图中未示出)。
进一步地，如图2所示，子像素1041分为环状量子点彩膜区域A和位于环状量子点彩膜区域中心以及外围的遮光区域B；电极结构用于在进行显示时被施加电信号使与子像素1041对应的液晶层103等效为焦距可调的透镜，以通过控制透镜的焦点与子像素1041的中心遮光区域之间的位置关系调节子像素1041的亮度。
本发明实施例提供的上述显示面板通过对电极结构施加电信号使子像素所对应的液晶层等效为焦距可调的透镜，从而可通过控制透镜焦点和子像素的中心遮光区域之间的位置关系，调整通过液晶层的背光不同程度地被子像素的中心遮光层或外围遮光层所吸收，而实现子像素的亮度调节，由此通过对各子像素进行相同的控制实现画面显示。同时各子像素采用量子点彩膜可使显示色域大幅度提升。
以下对本发明实施例提供的上述显示面板的显示原理进一步说明。
在具体实施过程中，通过对电极结构施加电信号，使得子像素所对应区域内的液晶层等效为透镜，该等效透镜可为凸透镜或凹透镜。由于背光源入射到液晶层时为平行光，因此根据凸透镜的原理可知，平行光在入射到凸透镜之后出射的光会向焦点汇聚；而平行光在入射到凹透镜之后出射的光会根据焦点位置的不同发生不同程度的发散。本发明实施例提供的上述显示面板利用凸透镜对平行光的汇聚或凹透镜对平行光的发散原理，通过对电极结构施加不同电信号来控制等效透镜的焦距实现子像素的亮度调控。
在对液晶层两侧的电极结构施加电信号时，各子像素1041所对应的液晶层均可等效为焦距可调的透镜，该透镜为中心对称结构，且透镜的中心在垂直于子像素的中心遮光区域的中心线上，而透镜的焦点均位于贯穿透镜中心的光轴(与上述中心线重合)上，因此，每个透镜的焦点均位于与该透镜对应的子像素1041的中心遮光区域A的中心线上，该中心线贯穿中心遮光区域A的中心点且垂直于中心遮光区域A所在的平面。
进一步地，当与子像素1041对应的液晶层等效为凸透镜时，只要透过凸透镜的光线经过聚焦之后都被中心遮光区域A吸收，则该子像素呈现暗态；当与子像素1041对应的液晶层等效为凹透镜时，只要透过凹透镜的光线经过发散后都被外围遮光区域B吸收，则该子像素呈现暗态。由于子像素1041的中心遮光区域A和外围遮光区域B均具有一定的宽度和厚度，在光线以不同的角度入射至遮光区域时都可能会被遮光区域吸收，而以不同角度入射时的焦点位置并不相同，因此，在透镜的焦点位于上述中心线的某一区域时均呈现暗态，本发明实施例将这一区域称之为暗态区。其中，凸透镜和凹透镜所对应的暗态区并不相同。
具体来说，由于现阶段液晶的限制等效透镜的焦点至少位于液晶层的两侧而不能位于液晶层中间。子像素所对应的液晶层在电压驱动下液晶分子发生偏转等效为凸透镜时，光线所汇聚的交点为凸透镜的焦点，如图3a所示，入射到图3a中的中心遮光区域的光线都会被吸收，由于凸透镜对光线具有汇聚作用，因此，只要最外侧的光线入射至中心遮光区域，内侧的光线必然也会被中心遮光区域吸收，因此子像素呈现暗态时，凸透镜为最小距离时的焦点位置为图3a中所示的点X1，点X1位于中心线与中心遮光区域下表面的交点；子像素呈现暗态时，凸透镜为最大距离时的焦点位置为图3a中所示的点Y1，点Y1为最外侧光线且与中心遮光区域上表面边缘相切的光线的交点，由于凸透镜对光线的偏折作用呈中心对称，因此，点Y1也位于中心线上。凸透镜的焦点位于点X1和点Y1之间的区域D时，子像素呈现暗态，即区域D为凸透镜焦点的暗态区。
子像素所对应的液晶层在电压驱动下液晶分子发生偏转等效为凹透镜时，光线发散后反射延长线的交点为凹透镜的焦点。如图3b所示，入射到图3b中的外围遮光区域的光线都会被吸收，如果发散光线全部由外围遮光区域吸收时子像素呈现暗态。需要说明的是，本发明实施例提供的上述显示面板中，在液晶层等效为凹透镜时，平行北光经过凹透镜的发散作用时不会出射到外围遮光区域以外而入射到相邻子像素的量子点彩膜层中。由此透过凹透镜后最内侧的光线被外围遮光区域吸收时，子像素呈现暗态。在子像素呈现暗态时，凹透镜为最小距离时的焦点位置为图3b中所示的点X2，；在子像素呈现暗态时，凹透镜为最大距离时的焦点位置为图3b中所示的点Y2，点X2和点Y2均位于中心线上。凹透镜的焦点位于点X2和点Y2之间的区域D’时，子像素呈现暗态，即区域D’为凸透镜焦点的暗态区。凹透镜焦点的暗太区D’可根据需要对电极结构施加合适的电信号，以使凹透镜具有设定的焦距而发散光完全被外围遮光区域所吸收，因此图3b所示的暗态区D’仅为举例说明，本发明实施例不对其具体位置进行限定。
在等效透镜的焦点位于上述的暗态区以外时，子像素的亮度随着所述透镜的焦点与子像素的中心遮光区域之间的垂直距离的增大而增大。
具体地，在子像素所对应的液晶层等效为凸透镜时，如图4a所示，以子像素a至子像素d所对应的情况进行说明。在调整凸透镜的焦点位于上述的暗态区D时，可使透过液晶层的背光都被中心遮光区域所吸收，从而实现该子像素的暗态，图4a中子像素a为焦点位于暗态区D的一种情况。在凸透镜的焦点位于暗态区D之外时，随着凸透镜的焦点与子像素之间的距离的增大(如子像素b至子像素d所示的情形)，子像素的亮度逐渐增大；当凸透镜的焦点位于无穷远时，背光可直接通过液晶层而不发生汇聚作用，此时子像素的亮度最大。
在子像素所对应的液晶层等效为凹透镜时，如图4b所示，以子像素a’至子像素d’所对应的情况进行说明。在调整凹透镜的焦点位于上述的暗太区D’时，可使透过液晶层的背光都被外围遮光区域所吸收，从而实现该子像素的暗态，图4b中子像素a’为焦点位于暗态区D’的一种情况。在凹透镜的焦点位于暗态区D’之外时，随着凹透镜的焦点(发散光的反向延长线的交点)与子像素之间的距离的增大(如子像素b’至子像素d’所示的情形)，子像素的亮度逐渐增大；当凹透镜的焦点位于无穷远时，背光可直接通过液晶层而不发生发散作用，此时子像素的亮度最大。
由此，本发明实施例提供的上述显示面板通过对液晶层两层的电极结构施加电信号，控制子像素所对应区域内的液晶层等效为透镜，通过控制等效透镜的焦点与子像素之间的距离来调节子像素亮度，对显示面板的各子像素进行相同原理的控制实现图像显示。
根据上述的显示原理分析可知，本发明实施例提供的上述显示面板中的各子像素的彩膜层需要设置成如图2所示的中心位置为遮光区域的环状图形，彩膜层采用量子点材料可大幅度提升显示面板的色域。而环状量子点彩膜层的外轮廓形状并没有限制，可设置成圆形或多边形，如三角形、六边形等，只需要在量子点彩膜层的中心区域和外围区域设置为遮光层即可。中心区域的遮光层用于在液晶层等效为凸透镜时根据像素所需要显示的亮度吸收背光，外围区域的遮光层用于在液晶层等效为凹透镜时根据像素所需要显示的亮度吸收背光，此外，由于相邻两个子像素所对应的液晶层所施加的电压不同，因此，在相邻子像素之间的区域为电场紊乱区域，外围遮光层还用于分离像素，遮挡电场紊乱区域，以避免像素间的串扰造成显示效果不佳。进一步地，遮光层可采用黑矩阵或其它遮光性材料制备，本发明实施例不对其进行限定。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述显示面板中，如图5a和图5b所示，电极结构包括：位于上基板101与液晶层103之间的第一电极105，和位于下基板102与液晶层103之间的第二电极106。
进一步地，如图5a所示，子像素1041可位于第一电极105与液晶层103之间；或者，如图5b所示，子像素1041也可位于上基板101与第一电极105之间。在实际应用时可根据需要来设置子像素的位置。
在具体实施时，如图5a和图5b所示，第一电极105可设置为面状电极，第二电极106可设置为点阵电极；或者，还可将第一电极105设置为点阵电极，第二电极106为面状电极(该种情况图中未示出)。第一电极105和第二电极106可采用如铟锡氧化物或铟锌氧化物等透明导电材料。
本发明实施例提供的上述显示面板的液晶层可采用常用的向列相液晶或蓝相液晶。在液晶层为向列相液晶层时，如图6所示，该显示面板还包括：位于液晶层103面向上基板101一侧的第一取向膜107和位于液晶层103面向下基板102一侧的第二取向膜108，以及位于下基板102背离液晶层103一侧的偏光片109；其中，第一取向膜107和第二取向膜108的取向相反。与现有的液晶显示面板相比，本发明实施例提供的显示面板不需要设置位于上基板一侧的偏光片，简化了器件结构。而在液晶层103采用蓝相液晶层时，由于蓝相液晶自身特性，还可省略上述的第一取向膜107、第二取向膜108和偏光片109，进一步简化器件结构，使显示面板轻薄化。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述显示面板中，如图6所示，还包括：位于液晶层103与第二电极106之间的平坦层110。平坦层应该覆盖全部的第二电极106，以便于在膜层平坦化，便于在其上形成其它膜层。
基于同一发明构思，本发明具体实施例还提供了一种显示装置，该显示装置包括本发明具体实施例提供的上述显示面板，该显示装置可以为液晶面板、液晶显示器、液晶电视、电子纸等显示装置。
由于本发明实施例提供的上述显示面板的各子像素采用量子点彩膜，因此，基于量子点材料的发光原理，需要采用高能量的背光激发量子点材料发射低能量的光。而在红绿蓝三个波段的光中蓝光的能量最高，因此本发明实施例提供的上述显示装置优选采用蓝色背光源或蓝绿色背光源。
进一步地，本发明实施例提供还对上述显示面板的各子像素的量子点彩膜中红色量子点(R QD)与绿色量子点(G QD)的吸收谱与发射谱进行测量，如图7所示。由图6可以看出，红色量子点(R QD)和绿色量子点(G QD)吸收能量主要来自蓝光波段，即背光所采用的蓝色背光的波段，激发所产生的红色光和绿色光的半波宽较窄，即发射光具有较高色纯度。与现有的白色背光加彩膜的显示装置相比，可实现红、绿、蓝高色域显示，提升色域达NTSC110％-120％(CIE1931)。
本发明实施例提供的上述显示面板及显示装置均以有源模式控制进行举例说明，即在下基板上可形成薄膜晶体管TFT阵列，分别与各像素所对应的第二电极连接，以控制施加到第二电极的电信号，从而调节各像素的显示亮度。而在应用中还可采用无源模式进行控制，此时，第一电极和第二电极可均采用条状电极，且第一电极与第二电极在下基板的正投影相互交叉。本发明仅提出一种新型显示模式的显示面板，基于相同的显示原理本发明不对电极形状进行具体限定。
本发明实施例提供的显示面板及显示装置，包括相对而置的上基板和下基板、位于上基板和下基板之间的液晶层，位于上基板和液晶层之间的包括多个子像素量子点彩膜层，以及位于上基板和下基板之间的电极结构；其中，子像素分为环状量子点彩膜区域和位于环状量子点彩膜区域中心以及外围的遮光区域；电极结构用于在进行显示时被施加电信号使与子像素对应的液晶层等效为焦距可调的透镜，以通过控制透镜的焦点与子像素的中心遮光区域之间的位置关系调节子像素的亮度。本发明实施例提供的上述显示面板及显示装置通过对电极结构施加电信号使子像素所对应的液晶层等效为焦距可调的透镜，从而可通过控制透镜焦点和子像素的中心遮光区域之间的位置关系，控制通过液晶层的背光不同程度地被子像素的中心遮光区域或外围遮光区域所吸收，而实现子像素的亮度调节，由此通过对各子像素进行相样的控制实现画面显示。同时各子像素采用量子点彩膜可使显示色域大幅度提升。
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 (13)

1.一种显示面板，其特征在于，包括：相对而置的上基板和下基板、位于所述上基板和所述下基板之间的液晶层，位于所述上基板和所述液晶层之间的包括多个子像素的量子点彩膜层，以及位于所述上基板和所述下基板之间的电极结构；其中，
所述子像素分为环状量子点彩膜区域和位于所述环状量子点彩膜区域中心以及外围的遮光区域；
所述电极结构用于在进行显示时被施加电信号使与所述子像素对应的液晶层等效为焦距可调的透镜，以通过控制所述透镜的焦点与所述子像素的中心遮光区域之间的位置关系调节所述子像素的亮度。
2.如权利要求1所述的显示面板，其特征在于，所述透镜的焦点位于所述子像素的中心遮光区域的中心线上；所述中心线贯穿所述中心遮光区域的中心点且垂直于所述中心遮光区域所在的平面。
3.如权利要求2所述的显示面板，其特征在于，所述中心线包括暗态区，所述透镜的焦点位于所述暗态区以外时，所述子像素的亮度随着所述透镜的焦点与所述子像素的中心遮光区域之间的垂直距离的增大而增大。
4.如权利要求2所述的显示面板，其特征在于，所述子像素对应的液晶层等效为凸透镜，所述凸透镜的焦点位于所述暗态区之内，透过所述凸透镜的光线完全被所述子像素的中心遮光区域吸收，所述子像素的亮度为最小亮度。
5.如权利要求2所述的显示面板，其特征在于，所述子像素对应的液晶层等效为凹透镜，所述凹透镜的焦点位于所述暗态区之内，透过所述凹透镜的光线完全被所述子像素的外围遮光区域吸收，所述子像素的亮度为最小亮度。
6.如权利要求1-5任一项所述的显示面板，其特征在于，所述电极结构包括：位于所述上基板与所述液晶层之间的第一电极，和位于所述下基板与所述液晶层之间的第二电极；
所述子像素位于所述第一电极与所述液晶层之间，或者所述子像素位于所述上基板与所述第一电极之间。
7.如权利要求6所述的显示面板，其特征在于，所述第一电极为面状电极，所述第二电极为点阵电极；或者，
所述第一电极为点阵电极，所述第二电极为面状电极。
8.如权利要求1-5任一项所述的显示面板，其特征在于，所述环状量子点彩膜层的轮廓为圆形或多边形。
9.如权利要求1-5任一项所述的显示面板，其特征在于，所述液晶层为向列相液晶层；所述显示面板还包括：位于所述液晶层面向所述上基板一侧的第一取向膜和位于所述液晶层面向所述下基板一侧的第二取向膜，以及位于所述下基板背离所述液晶层一侧的偏光片；其中，
所述第一取向膜和所述第二取向膜的取向相反。
10.如权利要求1-5任一项所述的显示面板，其特征在于，所述液晶层为蓝相液晶层。
11.如权利要求6所述的显示面板，其特征在于，还包括：位于所述液晶层与所述第二电极之间的平坦层。
12.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求1-11任一项所述的显示面板。
13.如权利要求12所述的显示装置，其特征在于，还包括：蓝色背光源或蓝绿色背光源。
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