CN108415191A - 显示装置、电子设备和显示方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种显示装置、电子设备和显示方法。在本公开的实施例中，光提取元件从所述导光板提取光线。被提取的光线基本上垂直于所述导光板向上行进至液晶层。每个像素区域的遮光部分在所述第一表面上的正投影至少完全地覆盖与该像素区域对应的光提取元件在所述第一表面上的正投影。利用所述液晶透镜的折射，被提取的光线可以或者被所述遮光部分遮挡，或者从所述第一透光部分出射。由此，利用折射实现了显示，而无需设置偏振片，提高了显示装置的光利用率。

Description

显示装置、电子设备和显示方法
技术领域
本公开涉及触控技术领域，尤其涉及一种显示装置、电子设备和显示方法。
背景技术
液晶显示装置(LCD：Liquid Crystal Display)因其体积小、功耗低、无辐射等特点已成为目前平板显示装置中的主流产品。液晶显示面板是液晶显示装置中的关键器件。液晶显示面板包括对盒的阵列基板和彩膜基板，在阵列基板和彩膜基板之间设置有液晶。
发明内容
本公开的实施例提供了一种显示装置、电子设备和显示方法，提高了显示装置的光利用率并实现了透明显示。
根据本公开的一个方面，提供了一种显示装置。所述显示装置包括：层叠布置的导光板、多个液晶透镜、以及光控制层；其中，所述多个液晶透镜布置在所述导光板和所述光控制层之间；多个光提取元件布置在所述导光板面对所述光控制层的第一表面或所述导光板背离所述光控制层的第二表面上，每个光提取元件提取的初始光束朝向所述光控制层传输并基本上垂直于所述光控制层；所述多个液晶透镜与所述多个光提取元件一一对应；并且其中，所述光控制层包括多个像素区域；每个像素区域至少包括遮光部分和与所述遮光部分直接相邻的第一透光部分；每个像素区域的遮光部分在所述第一表面上的正投影至少完全地覆盖与该像素区域对应的光提取元件在所述第一表面上的正投影。
可选地，在一些实施例中，所述光提取元件是台阶光栅或闪耀光栅。
可选地，在一些实施例中，所述显示装置还包括：覆盖所述多个光提取元件的填充层。
可选地，在一些实施例中，所述填充层的折射率低于所述导光板的折射率。
可选地，在一些实施例中，所述导光板的侧面布置有光源和反射器，所述反射器至少包括反射性曲面，用于将所述光源发出的光重定向至所述导光板的入光面；所述光源的发光面与所述第一表面所在平面之间的距离为2mm~6mm。
可选地，在一些实施例中，每个像素区域包括滤光片，所述滤光片的位置与所述第一透光部分的位置重叠。
可选地，在一些实施例中，所述滤光片包括具有不同颜色的至少三个子滤光片。
可选地，在一些实施例中，所述滤光片的材料是量子点。
可选地，在一些实施例中，在每个像素区域中，所述遮光部分包括至少一个条形的遮光元件。
可选地，在一些实施例中，每个像素区域还包括第二透光部分；在每个像素区域中，所述遮光部分的面积和所述第一透光部分的面积之和等于或小于所述第二透光部分的面积。
根据本公开的另一方面，提供了一种电子设备。所述电子设备包括如以上实施例所述的显示装置。
根据本公开的又一方面，提供了一种利用如以上实施例所述的显示装置进行显示的方法。所述方法包括：根据要显示的图像，利用所述多个液晶透镜偏转来自所述多个光提取元件的光束，从而调整每个像素区域中的光被所述遮光部分遮挡的比例。
可选地，在一些实施例中，每个像素区域包括滤光片，所述滤光片的位置与所述第一透光部分的位置重叠；所述方法进一步包括：利用所述滤光片透射被偏转的光束。
可选地，在一些实施例中，每个像素区域还包括第二透光部分；在每个像素区域中，所述遮光部分的面积和所述第一透光部分的面积之和等于或小于所述第二透光部分的面积；所述方法进一步包括：利用所述第二透光部分透射环境光。
附图说明
为了更清楚地说明本公开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公开的一些实施例，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。
图1a为根据本公开实施例的显示装置的结构示意图；
图1b为根据本公开实施例的光栅的结构示意图；
图2为图1a所示的实施例中的光控制层的俯视图；
图3为根据本公开另一实施例的触控基板的局部结构示意图；
图4为根据本公开实施例的触控基板的制作方法的流程图；
图5为根据本公开实施例的显示装置的结构示意图；
图6为根据本公开另一实施例的显示装置的结构示意图；
图7为根据本公开另一实施例的显示装置的结构示意图；以及
图8为根据本公开实施例的显示装置的制作方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开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公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。
根据本公开的一个方面，提供了一种显示装置。如图1a和图2所示，所述显示装置100包括：层叠布置的导光板101、多个液晶透镜112、以及光控制层103。其中，所述多个液晶透镜112布置在所述导光板101和所述光控制层103之间；多个光提取元件104布置在所述导光板101面对所述光控制层103的第一表面105或所述导光板101背离所述光控制层103的第二表面105'上，每个光提取元件104提取的初始光束（如图1a中的实线箭头所示）朝向所述光控制层103传输并基本上垂直于所述光控制层103；所述多个液晶透镜112与所述多个光提取元件104一一对应。并且其中，所述光控制层103包括多个像素区域106；每个像素区域106至少包括遮光部分107和与所述遮光部分107直接相邻的第一透光部分108；每个像素区域106的遮光部分107在所述第一表面105上的正投影至少完全地覆盖与该像素区域106对应的光提取元件104在所述第一表面105上的正投影。
在本公开的实施例中，光提取元件104从所述导光板101提取光线，被提取的光线基本上垂直于所述导光板向上行进至液晶层102。每个像素区域106的遮光部分107在所述第一表面105上的正投影至少完全地覆盖与该像素区域106对应的光提取元件104在所述第一表面105上的正投影。利用所述液晶透镜112的折射，被提取的光线可以或者被所述遮光部分107遮挡（如图1a中的实线箭头所示），或者从所述第一透光部分108出射（如图1a中的虚线箭头所示）。由此，利用折射实现了显示，而无需设置偏振片，提高了显示装置的光利用率。与现有技术的液晶显示装置相比，本公开实施例中的显示装置的光利用率能够提高约3倍。
多个光提取元件104可以布置在所述导光板101面对所述光控制层103的第一表面105或所述导光板101背离所述光控制层103的第二表面105'上。当多个光提取元件104布置在所述第一表面105上时，所述光提取元件104可以例如是透射光栅。当多个光提取元件104布置在所述第二表面105'上时，所述光提取元件104可以例如是反射光栅。
在一个实例中，为了获得竖直向上出射的光束，可以根据光栅方程计算对应的光栅参数（例如，光栅周期P、光栅线宽a以及光栅高度Z）。如图1b所示，入射光的角度i例如为65±5°，入射光的中心波长约为525nm。在该实例中，光栅周期P为381nm，光栅线宽a为228.6nm，光栅高度Z为350nm。
尽管在图2中仅示出了4个像素区域106，本领域技术人员能够理解，根据本公开实施例的显示装置可以包括任意数量的像素区域106。可以使用例如黑矩阵或条状的遮光元件来填充同一像素区域106中的多个第一透光部分108之间的间隔，从而避免漏光，提高显示的对比度。
可选地，在一些实施例中，所述光提取元件104是台阶光栅（如图3所示）或闪耀光栅（如图4所示）。
利用台阶光栅或闪耀光栅，可以进一步提高光的提取效率，从而进一步提高显示装置的光利用率。
可选地，在一些实施例中，如图1a所示，所述显示装置100还包括：覆盖所述多个光提取元件104的填充层109。
通过布置填充层，可以将所述第一表面平坦化。这不仅有利于光的提取，还方便了其他膜层的贴合。
可选地，在一些实施例中，所述填充层109的折射率低于所述导光板101的折射率。
当所述填充层的折射率低于所述导光板的折射率时，更多光线可以经由所述光提取元件出射，从而进一步提高光的提取效率。
可选地，在一些实施例中，如图1a和图1b所示，所述导光板的侧面布置有光源110和反射器111，所述反射器111至少包括反射性曲面，用于将所述光源110发出的光重定向至所述导光板101的入光面；所述光源110的发光面与所述第一表面105所在平面之间的距离为2mm~6mm。
在一些实施例中，使用的导光板厚度约为0.7mm。所述光源的发光方向与所述初始光束的传播方向基本相同。利用以上布置形式，减小了显示装置的整体厚度和体积。并且，更多由所述光源发射的光线可以进入导光板，从而增加所述显示装置的亮度和对比度。
如图1a所示，可以由例如布置在基板113上的电极114、114'和液晶层102中的液晶分子来形成液晶透镜112。用于驱动液晶分子的电极114、114'以及开关元件也可以做在与所述基板113相对的基板113'上。同样地，还可以将驱动液晶分子的电极114、114'分别布置在夹设液晶层102的两个基板113和113'上。例如，电极114可以是条状电极或梳状电极，电极114'可以是面状电极。现有的纳米压印工艺只能实现8寸以下样品的制作，完成纳米压印工艺后就难以布置开关阵列，因此可以选择AOC结构（即，Array on CF）。
利用液晶透镜112，能够灵活地偏转液晶层中的光束，从而使得朝向所述遮光部分107行进的光束可以从所述第一透光部分108出射。本领域技术人员能够理解，对应的形式可以是正对、也可以是偏置对应。液晶透镜可以是等效的凸透镜、凹透镜、或棱镜。
可选地，在一些实施例中，如图2所示，每个像素区域106包括滤光片108'，所述滤光片108'的位置与所述第一透光部分108的位置重叠。
可选地，在一些实施例中，如图2所示，所述滤光片108'包括具有不同颜色的至少三个子滤光片。
利用以上所述的滤光片，能够实现彩色显示。
可选地，所述滤光片108'的材料是量子点。
所述光源可以是单色短波长光源，从而激发RGB量子点实现彩色显示。在本公开的实施例中，经由光提取元件提取的光线有一定方向性，需要散射化处理，而量子点层恰好具有很好的散射特性。因此利用量子点制作彩膜基板上的滤光片，还可以散射出射的光线，从而增加显示装置的视角。
可选地，在一些实施例中，如图5a-5e所示，在每个像素区域106中，所述遮光部分107包括至少一个条形的遮光元件（如图5a-5e中的黑色矩形所示）。滤光片108'与所述条形的遮光元件直接相邻。在图5a-5e中，白色虚线框表示与各个条形的遮光元件对应的光提取元件的位置。
利用上述布置，在实现彩色显示的同时，进一步提高了光线利用率。图6示出了根据一实例的像素结构的出光量曲线，其中像素结构采用如图5b所示的形式。在图6中，横坐标是光提取元件的面积，纵坐标是出光量。
可选地，在一些实施例中，如图2和图5a-5e所示，每个像素区域106还包括第二透光部分115；在每个像素区域106中，所述遮光部分107的面积和所述第一透光部分108的面积之和等于或小于所述第二透光部分115的面积。
利用以上布置，来自导光板101背离所述液晶层一侧的光线（例如但不限于环境光）可以穿过所述液晶层，并从所述第二透光部分115出射，从而实现透明显示。
在本公开的实施例中，该显示装置可以为：手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。
根据本公开的又一方面，提供了一种电子设备。所述电子设备包括如以上实施例所述的显示装置。
根据本公开的另一方面，提供了一种利用如以上实施例所述的显示装置进行显示的方法。如图7所示，所述方法700包括：S701根据要显示的图像，利用所述多个液晶透镜偏转来自所述多个光提取元件的光束，从而调整每个像素区域中的光被所述遮光部分遮挡的比例。
可选地，在一些实施例中，每个像素区域包括滤光片，所述滤光片的位置与所述第一透光部分的位置重叠；所述方法进一步包括：S702利用所述滤光片透射被偏转的光束（如图7所示）。
可选地，在一些实施例中，每个像素区域还包括第二透光部分；在每个像素区域中，所述遮光部分的面积和所述第一透光部分的面积之和等于或小于所述第二透光部分的面积；所述方法进一步包括：S703利用所述第二透光部分透射环境光（如图7所示）。
根据本公开的另一方面，提供了一种显示装置的制作方法。如图1a、图2和图8所示，所述显示装置的制作方法800包括：S801提供导光板和与所述导光板相对的光控制层；S802在所述导光板面对所述光控制层的第一表面或所述导光板背离所述光控制层的第二表面上布置多个光提取元件；S803在所述导光板和所述光控制层之间布置多个液晶透镜；以及S804在所述液晶层远离所述导光板的一侧布置光控制层；每个光提取元件提取的初始光束朝向所述光控制层传输并基本上垂直于所述光控制层；所述多个液晶透镜与所述多个光提取元件一一对应；所述光控制层包括多个像素区域；每个像素区域至少包括遮光部分和与所述遮光部分直接相邻的第一透光部分；每个像素区域的遮光部分在所述第一表面上的正投影至少完全地覆盖与该像素区域对应的光提取元件在所述第一表面上的正投影。
在本公开的实施例中，光提取元件104从所述导光板101提取光线，被提取的光线基本上垂直于所述导光板向上行进至液晶层102。每个像素区域106的遮光部分107在所述第一表面105上的正投影至少完全地覆盖与该像素区域106对应的光提取元件104在所述第一表面105上的正投影。利用所述液晶透镜112的折射，被提取的光线可以或者被所述遮光部分107遮挡（如图1a中的实线箭头所示），或者从所述第一透光部分108出射（如图1a中的虚线箭头所示）。由此，利用折射实现了显示，而无需设置偏振片，提高了显示装置的光利用率。与现有技术的液晶显示装置相比，本公开实施例中的显示装置的光利用率能够提高约3倍。
多个光提取元件104可以布置在所述导光板101面对所述光控制层103的第一表面105或所述导光板101背离所述光控制层103的第二表面105'上。当多个光提取元件104布置在所述第一表面105上时，所述光提取元件104可以例如是透射光栅。当多个光提取元件104布置在所述第二表面105'上时，所述光提取元件104可以例如是反射光栅。
可选地，在一些实施例中，所述光提取元件104是台阶光栅（如图3所示）或闪耀光栅（如图4所示）。
利用台阶光栅或闪耀光栅，可以进一步提高光的提取效率，从而进一步提高显示装置的光利用率。
可选地，在一些实施例中，如图1a所示，所述显示装置100还包括：覆盖所述多个光提取元件104的填充层109。
通过布置填充层，可以将所述第一表面平坦化。这不仅有利于光的提取，还方便了其他膜层的贴合。
可选地，在一些实施例中，所述填充层109的折射率低于所述导光板101的折射率。
当所述填充层的折射率低于所述导光板的折射率时，更多光线可以经由所述光提取元件出射，从而进一步提高光的提取效率。
可选地，在一些实施例中，如图1a和图1b所示，所述导光板的侧面布置有光源110和反射器111，所述反射器111至少包括反射性曲面，用于将所述光源110发出的光重定向至所述导光板101的入光面；所述光源110的发光面与所述第一表面105所在平面之间的距离为2mm~6mm。
在一些实施例中，使用的导光板厚度约为0.7mm。所述光源的发光方向与所述初始光束的传播方向基本相同。利用以上布置形式，减小了显示装置的整体厚度和体积。并且，更多由所述光源发射的光线可以进入导光板，从而增加所述显示装置的亮度和对比度。
可选地，在一些实施例中，如图2所示，每个像素区域106包括滤光片108'，所述滤光片108'的位置与所述第一透光部分108的位置重叠。
可选地，在一些实施例中，如图2所示，所述滤光片108'包括具有不同颜色的至少三个子滤光片。
利用以上所述的滤光片，能够实现彩色显示。
可选地，所述滤光片108'的材料是量子点。
所述光源可以是单色短波长光源，从而激发RGB量子点实现彩色显示。在本公开的实施例中，经由光提取元件提取的光线有一定方向性，需要散射化处理，而量子点层恰好具有很好的散射特性。因此利用量子点制作彩膜基板上的滤光片，还可以散射出射的光线，从而增加显示装置的视角。
可选地，在一些实施例中，如图5a-5e所示，在每个像素区域106中，所述遮光部分107包括至少一个条形的遮光元件（如图5a-5e中的黑色矩形所示）。滤光片108'与所述条形的遮光元件直接相邻。在图5a-5e中，白色虚线框表示与各个条形的遮光元件对应的光提取元件的位置。
利用上述布置，在实现彩色显示的同时，进一步提高了光线利用率。图6示出了根据一实例的像素结构的出光量曲线，其中像素结构采用如图5b所示的形式。在图6中，横坐标是光提取元件的面积，纵坐标是出光量。
可选地，在一些实施例中，如图2和图5a-5e所示，每个像素区域106还包括第二透光部分115；在每个像素区域106中，所述遮光部分107的面积和所述第一透光部分108的面积之和等于或小于所述第二透光部分115的面积。
利用以上布置，来自导光板101背离所述液晶层一侧的光线（例如但不限于环境光）可以穿过所述液晶层，并从所述第二透光部分115出射，从而实现透明显示。
在本公开实施例提供的显示装置、电子设备和显示方法中，光提取元件104从所述导光板101提取光线，被提取的光线基本上垂直于所述导光板向上行进至液晶层102。每个像素区域106的遮光部分107在所述第一表面105上的正投影至少完全地覆盖与该像素区域106对应的光提取元件104在所述第一表面105上的正投影。利用所述液晶透镜112的折射，被提取的光线可以或者被所述遮光部分107遮挡（如图1a中的实线箭头所示），或者从所述第一透光部分108出射（如图1a中的虚线箭头所示）。由此，利用折射实现了显示，而无需设置偏振片，提高了显示装置的光利用率。与现有技术的液晶显示装置相比，本公开实施例中的显示装置的光利用率能够提高约3倍。
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。任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，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以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (14)

1.一种显示装置，包括：
层叠布置的导光板、多个液晶透镜、以及光控制层；
其中，所述多个液晶透镜布置在所述导光板和所述光控制层之间；多个光提取元件布置在所述导光板面对所述光控制层的第一表面或所述导光板背离所述光控制层的第二表面上，每个光提取元件提取的初始光束朝向所述光控制层传输并基本上垂直于所述光控制层；所述多个液晶透镜与所述多个光提取元件一一对应；
并且其中，所述光控制层包括多个像素区域；每个像素区域至少包括遮光部分和与所述遮光部分直接相邻的第一透光部分；每个像素区域的遮光部分在所述第一表面上的正投影至少完全地覆盖与该像素区域对应的光提取元件在所述第一表面上的正投影。
2.如权利要求1所述的显示装置，其中，所述光提取元件是台阶光栅或闪耀光栅。
3.如权利要求1所述的显示装置，还包括：覆盖所述多个光提取元件的填充层。
4.如权利要求3所述的显示装置，其中，所述填充层的折射率低于所述导光板的折射率。
5.如权利要求1所述的显示装置，其中，所述导光板的侧面布置有光源和反射器，所述反射器至少包括反射性曲面，用于将所述光源发出的光重定向至所述导光板的入光面；所述光源的发光面与所述第一表面所在平面之间的距离为2mm~6mm。
6.如权利要求1-5之一所述的显示装置，其中，每个像素区域包括滤光片，所述滤光片的位置与所述第一透光部分的位置重叠。
7.如权利要求6所述的显示装置，其中，所述滤光片包括具有不同颜色的至少三个子滤光片。
8.如权利要求6所述的显示装置，其中，所述滤光片的材料是量子点。
9.如权利要求8所述的显示装置，其中，在每个像素区域中，所述遮光部分包括至少一个条形的遮光元件。
10.如权利要求1-5之一所述的显示装置，其中，每个像素区域还包括第二透光部分；在每个像素区域中，所述遮光部分的面积和所述第一透光部分的面积之和等于或小于所述第二透光部分的面积。
11.一种电子设备，包括如权利要求1-10任一项所述的显示装置。
12.一种利用如权利要求1-10任一项所述的显示装置进行显示的方法，包括：
根据要显示的图像，利用所述多个液晶透镜偏转来自所述多个光提取元件的光束，从而调整每个像素区域中的光被所述遮光部分遮挡的比例。
13.如权利要求12所述的方法，其中，每个像素区域包括滤光片，所述滤光片的位置与所述第一透光部分的位置重叠；所述方法进一步包括：利用所述滤光片透射被偏转的光束。
14.如权利要求12所述的方法，其中，每个像素区域还包括第二透光部分；在每个像素区域中，所述遮光部分的面积和所述第一透光部分的面积之和等于或小于所述第二透光部分的面积；所述方法进一步包括：利用所述第二透光部分透射环境光。
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