CN106932954A - 显示装置及其制作方法 - Google Patents

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吴慧利
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    • G02F2202/30—Metamaterials

Abstract

公开了一种显示装置。该显示装置包括背光模组、显示模组、以及设置在所述背光模组和所述显示模组之间的负折射率功能层。所述负折射率功能层对所述背光模组产生的光具有负折射率。这提高了背光模组的光利用效率，并且提高了显示装置的亮度。还公开了该显示装置的制作方法。

Description

显示装置及其制作方法
技术领域
本公开涉及显示技术领域，并且具体涉及一种显示装置及其制作方法。
背景技术
液晶显示装置具有重量轻、体积小、无辐射等优点而被广泛应用。由于液晶本身不发光，显示装置设有背光模组，该背光模组为显示模组提供光以实现显示功能。背光模组的光利用效率低是阻碍液晶显示装置低功耗的重要因素之一。
为了提高背光模组的光利用效率，在背光模组和显示模组之间贴附诸如增亮膜(Brightness Enhancement Film, BEF)或者偏光增亮膜(Dual Brightness EnhancementFilm, DBEF)的光学膜片。BEF又称棱镜片(Prism Sheet)。BEF的表面包含许多结构相同的棱形结构，将背光模组的光反射、折射集中到显示装置的观看者的正面。DBEF又称反射式偏光片(Reflective Polarizer)。DBEF采用多层膜系，将偏振方向与显示模组的下偏光片的偏振方向垂直的光反射回背光模组。反射光在背光模组内经过多次折射和反射后，一部分的振动方向变为平行于下偏光片的偏振方向。这部分光再次通过下偏光片进入液晶层，由此提高显示装置的亮度。
然而，BEF和DBEF的加工工艺非常复杂，并且其专利权被少数业内巨头所垄断，使得价格高昂。
发明内容
本公开实施例提供一种显示装置及其制作方法，其旨在解决前述光学膜片的加工工艺复杂且价格高昂的缺陷，提高显示装置中背光模组的光利用效率。
本公开的一实施例提供了一种显示装置。该显示装置包括背光模组、显示模组、以及设置在所述背光模组和所述显示模组之间的负折射率功能层。所述负折射率功能层对所述背光模组产生的光具有负折射率。
在本公开的一实施例中，所述显示装置分为显示区域和透光区域，所述背光模组包括背光源，并且所述背光源设置在所述背光模组的与所述显示装置的所述显示区域对应的区域。
在本公开的一实施例中，该负折射率功能层包括负折射率部，并且所述负折射率部设置在所述负折射率功能层的与所述显示装置的所述显示区域对应的区域。
在本公开的一实施例中，所述负折射率功能层还包括透明材料部，并且所述透明材料部至少设置在所述负折射率功能层的与所述显示装置的所述透光区域对应的区域。
在本公开的一实施例中，所述透明材料部还设置在所述负折射率功能层的与所述显示装置的所述显示区域对应的区域，并且覆盖所述负折射率部。
在本公开的一实施例中，所述负折射率部对可见光表现出负折射率。
在本公开的一实施例中，所述负折射率部对红、绿和蓝光表现出负折射率。
在本公开的一实施例中，所述负折射率部为由金属条和金属开环谐振器组成的二维周期性结构。
在本公开的一实施例中，所述负折射率部为金属、电介质和金属叠层的纳米网格。
在本公开的一实施例中，所述金属为银，并且所述电介质为氟化镁。
在本公开的一实施例中，所述负折射率部包括电介质基体和放射状分布于所述电介质基体中的金属条。
在本公开的一实施例中，所述显示模组包括两个堆叠的液晶棱镜显示部，每个液晶棱镜显示部的显示区域和透光区域与所述显示装置的显示区域和透光区域对齐，并且每个液晶棱镜显示部在工作时，液晶分子在电极控制下偏转形成液晶棱镜。
在本公开的一实施例中，所述背光模组为直下式类型，并且包括点光源。
在本公开的一实施例中，所述背光源包括有机电致发光二极管。
本公开的一实施例提供了一种显示装置的制作方法。该方法包括：准备背光模组；在背光模组上形成负折射率功能层，其中所述负折射率功能层对所述背光模组产生的光具有负折射率；以及在负折射率功能层上形成显示模组。
在本公开的一实施例中，所述显示装置分为显示区域和透光区域，并且准备所述背光模组的步骤包括：在与所述显示装置的所述显示区域对应的区域形成所述背光源。
在本公开的一实施例中，在所述背光模组上形成所述负折射率功能层的步骤包括：在与所述显示装置的所述显示区域对应的区域形成负折射率部。
在本公开的一实施例中，在所述背光模组上形成所述负折射率功能层的步骤包括：至少在与所述显示装置的所述透光区域对应的区域形成透明材料部。
根据本公开实施例的显示装置的制作方法的各实施例具有与如上所述的显示装置各实施例相同或相似的益处，此处不再赘述。
应理解，以上的一般描述和下文的细节描述仅是示例性和解释性的，并非旨在以任何方式限制本公开。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例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公开的一些实施例。
图1示意性示出本公开的一实施例的显示装置的结构图。
图2示意性示出光线传播经过正折射率材料和负折射率材料的叠层时的光路。
图3示意性示出本公开的一实施例的显示装置的结构图和光路图。
图4示意性示出本公开的一实施例的显示装置的结构图和光路图。
图5示意性示出本公开的一实施例的显示装置的制作方法的流程图。
通过上述附图，已示出本公开明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域普通技术人员说明本公开的概念。
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施例的技术方案作进一步地详细描述。
附图中示出的部件或元素标注如下：100、300、400：显示装置；301、401：显示区域；302、402：透光区域；110、310、410：背光模组；312：背光源；120、320、420：负折射率功能层；322：负折射率部；324：透明材料部；130、330、430：显示模组；431、432：液晶棱镜显示部；433：液晶分子；434：液晶棱镜。
相似或相同的附图标记用于表示相似或相同的部件或元素。在本公开的上下文中，相差100的整数倍的附图标记被视为相似的附图标记。
下面结合附图具体说明本公开实施例提供的显示装置及其制作方法的具体实施方式。
本公开的一实施例提供了一种显示装置。如图1所示，显示装置100包括背光模组110、显示模组130、以及设置在背光模组110和显示模组130之间的负折射率功能层120。负折射率功能层120对背光模组110产生的光具有负折射率。
图2为负折射率功能层对光线传播的影响的示意图。负折射率材料层(如图2中n0所示)具有如下光学特性。光在负折射率材料层中的能量与相位的传播方向相反。当光从具有正折射率的材料层(如图2中n1所示)传播到具有负折射率材料层中时，入射光线与折射光线位于法线的同一侧，从而改变了光的传播方向。图2中的虚线示出相邻层之间界面的法线。如图2所示，当入射光线从n1入射至n1和n0之间界面上时，反射光线(未图示)位于法线的另一侧，而折射光线与入射光线位于法线的同一侧。图中还示出叠置在负折射率材料层n0上的正折射率材料层n2。类似地，光线入射到n0和n2之间界面时，折射光线还是与入射光线位于法线的同一侧。应指出，虽然负折射率材料层与正折射率材料层之间界面的光折射方向已经不满足斯涅耳(Snell)定律，但是折射角仍满足斯涅耳定律。
从图2的光路图中可以看出，通过在两个正折射率材料层之间设置负折射率材料层，光束的发散度有效地减小。这意味着光束的指向性改善。
在图1所示实施例的显示装置中，背光模组110和显示模组130之间设置负折射率功能层120。负折射率功能层120对背光模组110产生的光具有负折射率，使得光在经过负折射率功能层120之后具有减小的发散度。这增加了背光的准直程度，提高了背光模组110的光利用效率，提高了显示装置100的亮度并且降低功耗。同时，由于负折射率功能层120减小了背光模组110产生的光的发散度，因此光的指向性提高，这有利于提高显示装置100的防窥性能。再者，通过采用负折射率功能层120，不需要在背光模组110和显示模组130之间贴附诸如BEF或DBEF的光学膜片，这有助于降低显示装置100的成本和厚度。
图3示意性示出本公开的一实施例的显示装置的结构图。如图3所示，在本公开的一实施例中，显示装置300分为显示区域301和透光区域302。背光模组310包括背光源312，并且背光源312设置在背光模组310的与显示装置300的显示区域301对应的区域。
图3中的箭头还示出了显示装置中的示意性光路。背光模组310中的背光源312设置在与显示区域301对应的区域，为显示装置300的显示区域301提供光线，实现显示装置300的信息显示功能，如显示区域301中的箭头所示。自然光穿过透光区域302而实现显示装置的透视功能，如透光区域302中的箭头所示。也就是说，此实施例的显示装置300为一种透明显示装置。
在本公开的一实施例中，负折射率功能层320包括负折射率部322，并且负折射率部322设置在负折射率功能层320的与显示装置300的显示区域301对应的区域。在此实施例中，负折射率功能层320的负折射率部322仅仅设置在与显示区域301对应的区域。藉此，负折射率功能层320只对背光模组310中的背光源312产生的光有准直效果，而不影响透光区域302中的自然光。这有利于在透光区域302实现更真实和自然的透明显示功能。
在本公开的一实施例中，负折射率功能层320还包括透明材料部324，并且透明材料部324至少设置在负折射率功能层320的与显示装置300的透光区域302对应的区域。透明材料部324设置在在与透光区域302对应的区域，这确保自然光在透光区域302的穿透性能，而不影响显示装置300的透视功能。透明材料部324由例如无机或有机透明材料形成。无机材料包括但不限于氧化硅、氮化硅、氮氧化硅。有机材料包括但不限于树脂。
在一示例中，负折射率功能层320具有图案化结构，在与显示区域301对应的区域仅包括负折射率部322，并且在与透光区域302对应的区域仅包括透明材料部324。
在另一示例中，透明材料部324设置与显示区域301和透光区域302对应的区域，并且在与显示区域301对应的区域覆盖负折射率部322。
在本公开的一实施例中，背光源312包括有机电致发光二极管(OLED)。OLED被视为点光源，光线的指向性不佳。通常，背光源312包括以二维阵列方式排布的多个OLED。如图3所示，背光模组310为直下式类型。即，背光源312位于显示模组330的正下方，而不是设置在背光模组的端面。直下式类型的背光模组310有利于实现大面积的显示装置330。
在本公开的一实施例中，负折射率部322对可见光表现出负折射率。例如，负折射率部322对波长为380-800nm的光表现出负折射率。
在一示例中，背光源312的OLED发射白光，或者该OLED发射的光经磷光体转换为白光，则负折射率部322对可见光表现出负折射率。
在另一示例中，OLED发射红、绿和蓝三基色光，这些光随后被混合以实现全彩色显示。这种情况下，负折射率部322对红、绿和蓝光表现出负折射率。应指出，全彩色显示不限于红、绿和蓝RGB三基色的方案。例如，青色、品红色、黄色和黑色CMYK四基色方案也是可行的。
以下描述本公开实施例中负折射率部的材料示例。应指出，自然界中并不存在具有负折射率的材料。Pendry从电磁场麦克斯韦方程和物质本构方程出发，通过理论计算指出理论上可以制作出具有负折射率的材料，见Phys. Rev. Lett., 76, 4773-4776(1996)。Smith等人按照Pendry的理论构想，利用金属铜的开环谐振器(split ring resonator,SRR)和导线组成的二维周期性，首次制作出具有负折射率的材料，见Phys. Rev. Lett.,84, 4184-4187(2000)。Enkrich等人利用由金属条和金属开环谐振器组成的二维周期性结构，制作出对800nm的光表现出负折射率的材料，见Phys. Rev. Lett., 95, 203901(2005)。随着电路加工和印刷技术条件的发展和提高，金属导线阵列的等离子体截止频率预计将逐渐降低，这表明对更短波长的光表现出负折射率的材料将是可获得的。
Dolling等人利用在玻璃板上沉积一层金属银，随后在上面覆盖一层薄薄的不传导的氟化镁，最后再覆上一层金属银，由此形成一块100纳米厚“三明治”。随后对该三明治结构蚀刻形成方孔阵列，形成类似于金属丝网的栅格或网格，见Optics Letters, Vol.32, 53-55(2007)。这种金属、电介质和金属叠层的纳米网格对780nm的光表现出负折射率。
此外，Wenshan Cai等人利用包括电介质基体和放射状分布于电介质基体中的金属条，制作出对632.8nm的光表现出负折射率的材料，见Nature Photonics, Vol. 1 224-228(2007)。
图4示意性示出本公开的一实施例的显示装置的结构图和光路图。如图4所示，显示装置400包括背光模组410、显示模组430、以及设置在背光模组410和显示模组430之间的负折射率功能层420。显示装置400分为显示区域401和透光区域402。以下侧重描述图4所示实施例与图1和3所示实施例不同之处。
在图4所示实施例中，显示模组430为D-View类型的显示模组。如所示，显示模组430包括两个堆叠的液晶棱镜显示部431、432。每个液晶棱镜显示部431、432的显示区域和透光区域与显示装置400的显示区域401和透光区域402对齐。每个液晶棱镜显示部431、432在工作时，液晶棱镜显示部中的液晶分子433在电极(未示出)控制下偏转形成液晶棱镜434。例如，液晶棱镜显示部431、432通过有源薄膜晶体管开关方式驱动，通过对不同的条状电极输入不同的灰阶电压，从而控制相应区域中液晶的形貌，由此形成液晶棱镜434。
在图4中，显示区域401中的箭头示出了背光模组410产生的光传播经过显示模组430的光路示意图。如所示，液晶棱镜434有利于进一步提高从显示模组430出射的光的指向性。这对于改善显示装置400的防窥性是有利的。
图5示意性示出本公开的一实施例的显示装置的制作方法的流程图。如所示，在本公开的一实施例中，提供了一种显示装置的制作方法，包括：步骤S510：准备背光模组；步骤S520：在背光模组上形成负折射率功能层，其中负折射率功能层对背光模组产生的光具有负折射率；以及步骤S530：在负折射率功能层上形成显示模组。
在本公开的一实施例中，显示装置分为显示区域和透光区域，并且准备背光模组的步骤S510包括：在与显示装置的显示区域对应的区域形成背光源。
在本公开的一实施例中，在背光模组上形成负折射率功能层的步骤S520包括：在与显示装置的显示区域对应的区域形成负折射率部。
在本公开的一实施例中，在背光模组上形成负折射率功能层的步骤S520包括：至少在与显示装置的透光区域对应的区域形成透明材料部。
在各个实施例中，公开了一种显示装置及其制作方法。该显示装置包括背光模组、显示模组、以及设置在所述背光模组和所述显示模组之间的负折射率功能层。所述负折射率功能层对所述背光模组产生的光具有负折射率。背光模组产生的光经过负折射率功能层之后具有减小的发散度，准直程度提高，使得背光模组的光利用效率提高。这提高了显示装置的亮度，进而降低了显示装置在相同亮度下的功耗。由于背光的指向性提高，显示装置的防窥性能改善。利用负折射率功能层替代诸如BEF或DBEF的光学膜片，这有助于降低显示装置的成本和厚度。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何本领域普通技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (15)

1.一种显示装置，包括背光模组、显示模组、以及设置在所述背光模组和所述显示模组之间的负折射率功能层，其中所述负折射率功能层对所述背光模组产生的光具有负折射率。
2.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述显示装置分为显示区域和透光区域，所述背光模组包括背光源，并且所述背光源设置在所述背光模组的与所述显示装置的所述显示区域对应的区域。
3.根据权利要求2所述的显示装置，其中该负折射率功能层包括负折射率部，并且所述负折射率部设置在所述负折射率功能层的与所述显示装置的所述显示区域对应的区域。
4.根据权利要求3所述的显示装置，其中所述负折射率功能层还包括透明材料部，并且所述透明材料部至少设置在所述负折射率功能层的与所述显示装置的所述透光区域对应的区域。
5.根据权利要求4所述的显示装置，其中所述透明材料部还设置在所述负折射率功能层的与所述显示装置的所述显示区域对应的区域，并且覆盖所述负折射率部。
6.根据权利要求3所述的显示装置，其中所述负折射率部对可见光表现出负折射率。
7.根据权利要求3所述的显示装置，其中所述负折射率部对红、绿和蓝光表现出负折射率。
8.根据权利要求3所述的显示装置，其中所述负折射率部为由金属条和金属开环谐振器组成的二维周期性结构。
9.根据权利要求3所述的显示装置，其中所述负折射率部为金属、电介质和金属叠层的纳米网格。
10.根据权利要求9所述的显示装置，其中所述金属为银，并且所述电介质为氟化镁。
11.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述负折射率部包括电介质基体和放射状分布于所述电介质基体中的金属条。
12.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述显示模组包括两个堆叠的液晶棱镜显示部，每个液晶棱镜显示部的显示区域和透光区域与所述显示装置的显示区域和透光区域对齐，并且每个液晶棱镜显示部在工作时，液晶分子在电极控制下偏转形成液晶棱镜。
13.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述背光模组为直下式类型，并且包括点光源。
14.根据权利要求13所述的显示装置，其中所述背光模组包括有机电致发光二极管。
15.一种显示装置的制作方法，包括：
准备背光模组；
在背光模组上形成负折射率功能层，其中所述负折射率功能层对所述背光模组产生的光具有负折射率；以及
在负折射率功能层上形成显示模组。
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