CN108181734A - 显示面板和显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种显示面板和显示装置，该显示面板包括对盒设置的第一基板和第二基板，以及设置在第一基板与第二基板之间的含有二维材料的分散液。本发明提供的显示面板，其可以代替液晶显示实现不同灰阶显示。
Description
技术领域
本发明涉及显示技术领域，具体地，涉及一种显示面板和显示装置。
背景技术
目前，液晶显示器(LCD，Liquid Crystal Display)由两层基板中间注入液晶构成。通过向基板加载电压可以形成电场，液晶分子在电场和重力场的合力作用下就会发生偏转，从而实现灰阶控制。
本发明提供了一种可以代替液晶显示实现不同灰阶显示的显示面板。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种显示面板和显示装置，其可以代替液晶显示实现不同灰阶显示。
为实现本发明的目的而提供一种显示面板，包括对盒设置的第一基板和第二基板，以及设置在所述第一基板与所述第二基板之间的含有二维材料的分散液，所述二维材料的分散液的透光性可在外加电场的控制下发生改变，以实现不同的灰阶显示。
可选的，在所述第一基板与所述第二基板之间设置有支撑材料，所述支撑材料将所述第一基板与所述第二基板之间的空间隔离形成相互独立的多个子空间，且每个所述子空间对应一个像素单元。
可选的，所述分散液的浓度为预设的第一浓度；
所述外加电场包括与所述基板所在平面相互平行的水平电场，及与所述基板所在平面相互垂直的垂直电场，通过控制由所述水平电场和垂直电场构成的总电场的方向和大小，来控制所述二维材料的偏转方向。
可选的，在每个所述子空间中，在所述第一基板的与所述分散液相邻的表面上设置有第一电极，并且在所述第二基板的与所述分散液相邻的表面上设置有第二电极，所述第一电极与所述第二电极相对，用于产生所述垂直电场；
所述第二电极包括沿与所述第二基板所在平面相互平行的方向间隔设置的一对子电极，用于产生所述水平电场。
可选的，在每个所述子空间中，分别在所述第一基板的与所述分散液相邻的表面和所述第二基板的与所述分散液相邻的表面上相对设置有一对第一电极，用于产生所述垂直电场；并且，在与该子空间对应的所述支撑材料上相对设置有一对第二电极，用于产生所述水平电场。
可选的，在所述第一基板的背离所述分散液的一侧设置有扩散层。
可选的，所述第一浓度低于1％体积分数。
优选的，所述第一浓度小于或者等于0.1％体积分数。
优选的，所述分散液的浓度为预设的第二浓度；
所述外加电场包括与所述基板所在平面相互平行的水平电场，通过控制所述水平电场的大小，来控制所述二维材料的双折射率；
在所述第一基板的背离所述分散液的表面上设置有第一偏振片；在所述第二基板的背离所述分散液的表面上设置有第二偏振片。
可选的，在每个所述子空间中，在所述第二基板的与所述分散液相邻的表面上设置有第二电极，所述第二电极包括沿与所述第二基板所在平面相互平行的方向间隔设置的一对子电极，用于产生所述水平电场。
可选的，所述第二浓度大于1％体积分数。
优选的，所述第二浓度大于2.7％体积分数。
可选的，所述二维材料包括氧化石墨烯或者石墨烯。
可选的，所述第一基板与所述第二基板之间的空间的厚度的取值范围在20～40um。
优选的，所述第一基板与所述第二基板之间的空间的厚度的取值范围在5～10um。
可选的，所述第一基板为彩膜基板；所述第二基板为阵列基板。
作为另一个技术方案，本发明还提供一种显示装置，其包括本发明提供的上述显示面板。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的显示面板，其包括对盒设置的第一基板和第二基板，以及设置在二者之间的空间中的含有二维材料的分散液，通过外加电场控制分散液的透光性，可以实现不同的灰阶显示，从而可以代替液晶显示。
本发明提供的显示装置，其通过采用本发明提供的上述显示面板，可以代替液晶显示实现不同灰阶显示。
附图说明
图1为本发明第一实施例提供的显示面板的一种局部剖视图；
图2A为氧化石墨烯的液晶性原理图；
图2B为氧化石墨烯的加电压前后的排列对比图；
图2C为氧化石墨烯沿电场方向排列的示意图；
图3为本发明第一实施例提供的显示面板的另一种局部剖视图；
图4为本发明第一实施例提供的显示面板的又一种局部剖视图；
图5为本发明第一实施例提供的显示面板的又一种局部剖视图；
图6A为本发明第二实施例提供的显示面板的一种局部剖视图；
图6B为本发明第二实施例提供的显示面板的另一种局部剖视图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的显示面板和显示装置进行详细描述。
请参阅图1，本发明第一实施例提供的显示面板，其包括对盒设置的第一基板1和第二基板2，以及设置在第一基板1与第二基板2之间的含有二维材料的分散液，二维材料的分散液的透光性可在外加电场的控制下发生改变，以实现不同的灰阶显示。
上述二维材料可以包括氧化石墨烯或者石墨烯等。优选的，二维材料选用氧化石墨烯，其是石墨烯的氧化物，如图2A所示，石墨烯经氧化后，其含氧官能团增多，从而性质较石墨烯更加活泼。
在分散液的浓度为较低时，上述二维材料呈各向同性，例如，氧化石墨烯剥片在其长轴方向近似平行排列。在低浓度的分散液中的二维材料在受到电场影响时，由于电场力远大于分子间作用力，因此电场力起主导作用，通过二维材料表面的电负性基团产生电感应，在二维材料表面产生面电流，从而可以使二维材料发生偏转，沿电场方向排列，如图2B所示，在加载电压之前，氧化石墨烯剥片在其长轴方向的排列是杂乱无章的；而在加载电压之后，氧化石墨烯剥片在其长轴方向近似平行排列。如图2C所示，氧化石墨烯片表面会沿长轴方向产生表面电流，从而使其发生偏转。由于处于电场中不同位置的二维材料受到的吸引力或者排斥力不同，从而使得二维材料的偏转角度不同，由此，可以通过控制外加电场的大小和方向，来控制二维材料的偏转角度。
在分散液的浓度为较高时，上述二维材料呈向列相排布，且具有双折射率，可以使线偏振光发生偏转。例如，氧化石墨烯表面的羟基、羧基水解后具有微弱电负性，相互之间的静电排斥力使氧化石墨烯的悬浊液呈向列相排列，类似于向列相液晶。在受电场影响时，由于电场力不足以打破分子间作用力，因此分子仍然呈向列相排列。二维材料的双折射率随电场的大小不同而改变。
基于诸如氧化石墨烯剥片等的二维材料的上述特性，可以通过外加电场控制分散液的透光性，以实现不同的灰阶显示，从而可以代替液晶显示，并且还能够实现不同于液晶显示的显示原理。
下面对本发明第一实施例提供的显示面板的结构进行详细描述。具体地，如图1所示，在第一基板1与第二基板2之间设置有支撑材料3，该支撑材料3将第一基板1与第二基板2之间的空间隔离形成相互独立的多个子空间4，且每个子空间4对应一个像素单元。上述分散液充满各个子空间4中。这样，各个子空间4中的分散液相互隔离，通过独立地控制各个子空间4中的分散液的透光性，可以实现对每一个像素单元的灰阶显示的独立控制。
而且，在分散液的浓度为预设的第一浓度的情况下，二维材料呈各向同性。该第一浓度低于1％体积分数。优选的，第一浓度小于或者等于0.1％体积分数。当第一浓度在该范围内时，电场力远大于分子间作用力，因此电场力起主导作用，使二维材料发生偏转，沿电场方向排列。
在这种情况下，外加电场包括与基板所在平面相互平行的水平电场，及与基板所在平面相互垂直的垂直电场，通过控制由水平电场和垂直电场构成的总电场的方向和大小，来控制二维材料的偏转方向，即，以物理偏转方式实现对光通量的控制，从而实现不同的灰阶显示。例如，当二维材料沿电场线方向分布时，分散液不透光，此时显示面板呈现暗态。当二维材料沿垂直于电场线的方向分布时，分散液的透光程度(光通量)最大，此时显示面板的亮度达到最大。当二维材料与电场线方向呈不同的夹角时，分散液的透光程度不同，从而实现不同的灰阶显示。
由上可知，在分散液的浓度为预设的第一浓度的情况下，可以实现透明显示，而且无需使用偏光片，也能够实现不同的灰阶显示，从而可以减小显示面板的厚度。
而且，由于低浓度的分散液可以以物理偏转方式实现对光通量的控制，这使得采用该分散液的显示面板能够在透射显示、半透半反显示、反射显示、透明显示等的领域都有很大的应用前景。所谓透射显示，是指在分散液透光的情况下显示，这种显示面板的观看形式是在显示面板出光的对侧观看。所谓反射显示，是指在分散液不透光的情况下显示，这种显示面板类似于镜子的反射，可以在显示面板的入光同侧接收图像信号，并进行显示。所谓半透半反显示，是指在环境光强烈的情况下，以反射显示为主；在环境光较弱时的情况下，以透射显示为主；也就是说，可以根据环境光的不同对显示模式进行切换。所谓透明显示，这类似于在透明的玻璃上显示图像。综上所述，在分散液的浓度为预设的第一浓度时，可以实现不同于液晶显示的显示原理，从而可以扩大显示面板的应用领域。
可选的，如图3所示，在第一基板1的背离分散液的一侧设置有扩散层12，该扩散层12用于减小因二维材料产生的视角限制，增大了可视角度。
在分散液的浓度为预设的第一浓度的情况下，为了精确控制二维材料的空间存在状态，施加的外加电场包括水平电场和垂直电场。下面对能够产生上述外加电场的电极的结构进行详细描述。具体地，如图4所示，在每个子空间4中，在第一基板1的与分散液相邻的表面上设置有第一电极5，并且在第二基板2的与分散液相邻的表面上设置有第二电极6，第一电极5与第二电极6相对，用于产生垂直电场；第二电极6包括沿与第二基板2所在平面相互平行的方向间隔设置的一对子电极(61a，61b)，用于产生水平电场。通过分别控制加载在第一电极5与第二电极6上的电压值，可以控制外加电场的方向和大小。第一电极5与第二电极6均可以采用ITO等的透明材料制作。
在实际应用中，第一基板1与第二基板2之间的空间的厚度的取值范围在20～40um。优选的，该取值范围在5～10um。由此可知，二维材料所在层的厚度相对于传统的液晶层厚度显著减小，从而可以减小显示面板的厚度。
在实际应用中，若二维材料为氧化石墨烯，其分散液的制备方法具体可以采用改进Hummers(Improved Hummers)法，具体地，用9：1比例的浓硫酸和浓磷酸混合物，并加入高锰酸钾来氧化片状石墨。浓硫酸中的高锰酸钾与石墨粉末经氧化反应之后，得到棕色的石墨薄片，且该石墨薄片的边缘有衍生羧酸基，石墨薄片的平面上主要为酚羟基和环氧基团。石墨薄片可以经超声或高剪切剧烈搅拌剥离为氧化石墨烯，并在水中形成稳定、浅棕黄色的单层氧化石墨烯悬浮液，即完成氧化石墨烯的分散液的制作。该制作方法具有较好的时效性和安全性。
另外，在实际应用中，还可以用离子对氧化石墨烯进行表面改性，或者对氧化石墨烯进行掺杂或者表面包覆等的物理或者化学方法进行改性，以达到提高吸光率、提高受电场控制程度的目的。
在实际应用中，第一基板1可以为彩膜基板；第二基板2可以为阵列基板。
需要说明的是，在本实施例中，第一电极5与第二电极6相对，且第二电极6由一对子电极(61a，61b)组成，但是本发明并不局限于采用上述电极结构，例如，如图5所示，在每个子空间4中，分别在第一基板1的与分散液相邻的表面和第二基板2的与分散液相邻的表面上相对设置有一对第一电极(71a，71b)，用于产生垂直电场；并且，在与该子空间4对应的支撑材料上相对设置有一对第二电极(81a，81b)，用于产生水平电场。这种电极结构所产生的电场对二维材料的偏转方向的控制更精确。当然，在实际应用中，还可以采用其他能够产生水平电场和垂直电场的其他电极结构。
本发明第二实施例提供的显示面板，其与上述第一实施例提供的显示面板基本相同，除了分散液的浓度和产生上述外加电场的电极的结构之外。下面对本实施例与上述第一实施例的区别进行详细描述。
具体地，如图6A所示，在分散液的浓度为预设的第二浓度的情况下，二维材料呈向列相排布，且具有双折射率。第二浓度大于1％体积分数。优选的，第二浓度大于2.7％体积分数。当第二浓度在该范围内时，电场力不足以打破分子间作用力，因此分子仍然呈向列相排列。二维材料的双折射率随电场的大小不同而改变。
由于二维材料呈向列相排布，仅需要使用与基板所在平面相互平行的水平电场来控制二维材料的双折射率即可，此时二维材料的特性与传统的液晶的特性相类似，可以使偏振光发生偏转。该原理与超维场转换技术(ADvanced Super Dimension Switch，简称ADS)相类似，即，利用处于同一平面内的电极产生的水平电场，使二维材料产生偏转来实现图像显示。
二维材料的分布满足克尔效应(即，与电场二次方成正比的电感应双折射现象)。并且，在第一基板1的背离分散液的表面上设置有第一偏振片10；在第二基板2的背离分散液的表面上设置有第二偏振片11。第一偏振片10和第二偏振片11所起的作用与传统的液晶显示器中的两个偏振片所起的作用相同。
由上可知，在分散液的浓度为预设的第二浓度的情况下，可以起到与传统的液晶相同的作用，但是厚度显著减小，从而减小了显示面板的厚度。而且，使用该分散液的液晶面板在透射显示、半透半反显示、反射显示、透明显示等的领域都有很大的应用前景。
下面对能够产生水平电场的电极结构进行详细描述。具体地，如图6B所示，在每个子空间4中，在第二基板2的与分散液相邻的表面上设置有第二电极，该第二电极包括沿与第二基板2所在平面相互平行的方向间隔设置的一对子电极(91a，91b)，用于产生水平电场。
需要说明的是，在本实施例中，第二电极由一对子电极(91a，91b)组成，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，还可以采用其他任意结构的电极，只要能够产生水平电场即可，例如，插指电极，即子电极的数目可以有多个。
本实施例提供的显示面板的其他结构与上述第一实施例提供的显示面板相同，在此不再赘述。
综上所述，本发明上述各个实施例提供的显示面板，其包括对盒设置的第一基板和第二基板，以及设置在二者之间的空间中的含有二维材料的分散液，通过外加电场控制分散液的透光性，可以实现不同的灰阶显示，从而可以代替液晶显示。
作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种显示装置，其包括本发明上述各个实施例提供的显示面板。
本发明实施例提供的显示装置，其通过采用本发明上述各个实施例提供的显示面板，可以代替液晶显示实现不同灰阶显示。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (14)
1.一种显示面板，其特征在于，包括对盒设置的第一基板和第二基板，以及设置在所述第一基板与所述第二基板之间的含有二维材料的分散液，所述二维材料的分散液的透光性可在外加电场的控制下发生改变，以实现不同的灰阶显示。
2.根据权利要求1所述的显示面板，其特征在于，在所述第一基板与所述第二基板之间设置有支撑材料，所述支撑材料将所述第一基板与所述第二基板之间的空间隔离形成相互独立的多个子空间，且每个所述子空间对应一个像素单元。
3.根据权利要求2所述的显示面板，其特征在于，所述分散液的浓度为预设的第一浓度；
所述外加电场包括与所述基板所在平面相互平行的水平电场，及与所述基板所在平面相互垂直的垂直电场，通过控制由所述水平电场和垂直电场构成的总电场的方向和大小，来控制所述二维材料的偏转方向。
4.根据权利要求3所述的显示面板，其特征在于，在每个所述子空间中，在所述第一基板的与所述分散液相邻的表面上设置有第一电极，并且在所述第二基板的与所述分散液相邻的表面上设置有第二电极，所述第一电极与所述第二电极相对，用于产生所述垂直电场；
所述第二电极包括沿与所述第二基板所在平面相互平行的方向间隔设置的一对子电极，用于产生所述水平电场。
5.根据权利要求3所述的显示面板，其特征在于，在每个所述子空间中，分别在所述第一基板的与所述分散液相邻的表面和所述第二基板的与所述分散液相邻的表面上相对设置有一对第一电极，用于产生所述垂直电场；并且，在与该子空间对应的所述支撑材料上相对设置有一对第二电极，用于产生所述水平电场。
6.根据权利要求3所述的显示面板，其特征在于，在所述第一基板的背离所述分散液的一侧设置有扩散层。
7.根据权利要求3所述的显示面板，其特征在于，所述第一浓度低于1％体积分数。
8.根据权利要求2所述的显示面板，其特征在于，所述分散液的浓度为预设的第二浓度；
所述外加电场包括与所述基板所在平面相互平行的水平电场，通过控制所述水平电场的大小，来控制所述二维材料的双折射率；
在所述第一基板的背离所述分散液的表面上设置有第一偏振片；在所述第二基板的背离所述分散液的表面上设置有第二偏振片。
9.根据权利要求8所述的显示面板，其特征在于，在每个所述子空间中，在所述第二基板的与所述分散液相邻的表面上设置有第二电极，所述第二电极包括沿与所述第二基板所在平面相互平行的方向间隔设置的一对子电极，用于产生所述水平电场。
10.根据权利要求8所述的显示面板，其特征在于，所述第二浓度大于1％体积分数。
11.根据权利要求1所述的显示面板，其特征在于，所述二维材料包括氧化石墨烯或者石墨烯。
12.根据权利要求1所述的显示面板，其特征在于，所述第一基板与所述第二基板之间的空间的厚度的取值范围在20～40um。
13.根据权利要求1-12任意一项所述的显示面板，其特征在于，所述第一基板为彩膜基板；所述第二基板为阵列基板。
14.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求1-13任意一项所述的显示面板。
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