CN108594517A - 一种液晶显示装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种液晶显示装置及其控制方法，涉及显示技术领域，可改善现有技术中对导光板中光线的利用率较低的问题，液晶显示装置包括沿第一方向间隔设置有取光区的导光板，设置在导光板的出光方向上的液晶显示组件；液晶显示组件包括第一电极层、第二电极层、液晶层、以及设置在液晶层远离导光板一侧的滤光层；第一电极层包括多个沿第一方向间隔设置的子电极，液晶层用于在第一电极层和第二电极层的驱动下形成透镜单元；滤光层包括多个并排设置且均沿第二方向延伸的第一遮光条，取光区与第一遮光条对应设置，沿液晶显示装置的厚度方向，与取光区对应的第一遮光条设置在取光区的正上方；沿第一方向，取光区的宽度大于第一遮光条的宽度。

Description

一种液晶显示装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种液晶显示装置及其控制方法。
背景技术
液晶显示器因其具有零辐射、低耗能、散热小、可精确还原图像、画面显示稳定不闪烁等优点，被广泛的应用于显示技术领域。
传统的液晶显示器件在阵列基板和对盒基板的两侧分别设置有偏振方向垂直的偏光片，使得液晶显示器件的结构复杂。
为此，本领域技术人员利用液晶光栅原理，提出了一种无需设置偏光片的液晶显示器件。将导光板的取光区设置在滤光层中遮光单元的正下方，在0灰阶显示时，取光区射出的光正好全部射向遮光单元，在1-255灰阶时，通过驱动液晶层，使液晶层形成周期性排布的液晶光栅，利用液晶光栅对光线的衍射实现显示。
然而，为了增大开口率，遮光单元通常设置的比较小，使得取光区比较小，导致从导光板中耦合出的光线占比较少，进而使得导光板中光线的利用率较低。
发明内容
本发明的实施例提供一种液晶显示装置及其控制方法，可改善现有技术中对导光板中光线的利用率较低的问题，
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一方面，提供一种液晶显示装置，一种液晶显示装置，其特征在于，包括沿第一方向间隔设置有取光区的导光板，设置在所述导光板的出光方向上的液晶显示组件；所述液晶显示组件包括第一电极层、第二电极层、液晶层、以及设置在所述液晶层远离所述导光板一侧的滤光层；所述第一电极层包括多个沿所述第一方向间隔设置的子电极，所述液晶层用于在所述第一电极层和所述第二电极层的驱动下形成透镜单元，来调整从所述取光区射向所述滤光层的光的透过率，以实现不同灰阶的显示；所述滤光层包括多个并排设置且均沿第二方向延伸的第一遮光条，所述取光区与所述第一遮光条对应设置，沿所述液晶显示装置的厚度方向，与所述取光区对应的所述第一遮光条设置在所述取光区的正上方；沿所述第一方向，所述取光区的宽度大于所述第一遮光条的宽度；其中，所述第一方向为所述导光板中光传导的方向，所述第一方向与所述第二方向垂直。
可选的，所述滤光层还包括设置在相邻所述第一遮光条之间且与所述第一遮光条平行的第二遮光条；所述第一遮光条与所述第二遮光条之间设置有基色滤光图案，所述第一遮光条两侧的基色滤光图案的滤光颜色相同，所述第二遮光条两侧的基色滤光图案的滤光颜色不同。
可选的，所述第一遮光条两侧的基色滤光图案镜像对称。
可选的，所述第二遮光条在所述导光板上的正投影与所述取光区不交叠。
可选的，所述取光区与所述第一遮光条均为对称轴平行于所述第二方向的轴对称图形，所述取光区的对称轴和与所述取光区对应的所述第一遮光条在所述导光板上的正投影的对称轴重合。
可选的，所述取光区的边缘到所述取光区的对称轴的距离与所述第一遮光条的边缘到所述第一遮光条的距离之差c由所述液晶层的厚度d、从所述取光区射向所述滤光层的光与所述液晶显示装置的厚度方向的夹角θ以及所述导光板的出光面到所述滤光层的距离h决定。
可选的，cmax＝h*tanθ，cmin＝(h-d)*tanθ。
可选的，所述取光区设置有取光光栅；还包括设置在所述导光板的出光面上的填充层；所述填充层的折射率小于所述导光板的折射率，且不同于所述取光光栅的栅条的折射率。
可选的，所述液晶显示装置包括阵列排布的子像素区；所述取光区阵列排布，所述取光区落在所述子像素区的轮廓内。
另一方面，提供一种液晶显示装置的控制方法，所述控制方法包括：向第二电极层输入公共电压，根据待显示图像的像素数据向第一电极层输入数据信号，以改变液晶层所形成的透镜单元的形态，控制从取光区射向滤光层的光的透过率，以实现不同灰阶的显示。
本发明实施例提供的液晶显示装置及其驱动方法，通过取光区沿第一方向的宽度设置为大于第一遮光条沿第一方向的宽度，使得从导光板中耦合出来的光的出光效率高，提高了光线的利用率。并且，从相邻第一遮光条之间的区域的出光量增加，使得出光效率增加。
此外，由于取光区沿第一方向的宽度较大，从而可以忽略小孔衍射造成的衍射角，从而可以减小遮光条沿第一方向上的宽度，提高液晶显示组件的开口率。
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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种液晶显示装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种第一遮光条与取光区的对应关系图；
图3为本发明实施例提供的一种从取光区出射的光线的折射路径图；
图4为本发明实施例提供的另一种从取光区出射的光线的折射路径图；
图5为本发明实施例提供的另一种第一遮光条与取光区的对应关系图；
图6为本发明实施例提供的一种从取光区出射的光线的在透镜单元中的折射路径；
图7为本发明实施例提供的一种第一遮光条与取光区的相对尺寸示意图；
图8为本发明实施例提供的一种透镜单元的等效示意图；
图9为本发明实施例提供的另一种透镜单元的等效示意图；
图10为本发明实施例提供的另一种液晶显示装置的结构示意图。
附图标记
100-导光板；200-液晶显示组件；10-取光区；20-第一电极层；21-子电极；30-第二电极层；40-液晶层；41-透镜单元；50-滤光层；51-第一遮光条；52-第二遮光条；60-取向层；70-填充层；80-上基板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种液晶显示装置，如图1所示，包括间隔设置有取光区10的导光板100，设置在导光板100的出光方向上的液晶显示组件200。
液晶显示组件200包括第一电极层20、第二电极层30、液晶层40、以及设置在液晶层40远离导光板100一侧的滤光层50；第一电极层20包括多个沿第一方向间隔设置的子电极2121，液晶层40用于在第一电极层20和第二电极层30的驱动下形成透镜单元41，来调整从取光区10射向滤光层50的光的透过率，以实现不同灰阶的显示。
如图2所示，滤光层50包括多个并排设置且均沿第二方向延伸的第一遮光条51，取光区10与第一遮光条51对应设置，沿液晶显示装置的厚度方向，与取光区10对应的第一遮光条51设置在取光区10的正上方；沿第一方向，取光区10的宽度a大于第一遮光条51的宽度b。
其中，第一方向为导光板100中光传导的方向，第一方向与第二方向垂直。
需要说明的是，第一，液晶显示装置的背光从导光板100的取光区10射出，以使液晶显示组件200实现显示，对于取光区10的分布，例如可以是多个取光区10的大小相同，呈阵列排布在导光板100的出光面上，也可以是多个取光区10的大小相同，沿第一方向间隔设置。
导光板100的出光方向是指从导光板100的取光区10出射的光线的光路方向，液晶显示组件200与导光板100之间可以设置其他结构，也可以直接设置在导光板100的出光面上。
其中，导光板100中光传导的方向，是指从导光板100设置有光源的一侧到相对侧的方向，第一方向和第二方向垂直，例如导光板100为矩形，第一方向和第二方向分别平行于导光板100相互垂直的两条边。
第二，第一电极层20和第二电极层30可以设置在液晶层40相对的两侧，也可以设置在同一侧，能够驱动液晶层40形成透镜单元41即可。
其中，第一电极层20中的每个子电极21例如可以是分别连接一根用于为子电极21提供驱动信号的数据线，多个子电极21单独驱动，液晶层40形成的透镜单元41也为多个。
第三，根据向第一电极层20施加的电压的不同，如图1所示，液晶层40可以形成位于第一遮光条51正下方的形如液晶光栅的透镜单元41，也可以形成位于第一遮光条51斜下方的形如液晶棱镜的透镜单元41，还可以不向部分子电极21施加电压，使未施加电压处的液晶保持原样。此处，在显示过程中，对于液晶层40具体的形态，根据待显示画面来调整。
其中，第一电极层20中沿第一方向间隔设置的子电极21，例如可以是并排设置的条状电极(条状电极沿第二方向延伸)，每个子电极21的图案相同，多个子电极21之间相互绝缘。也可以是多个子电极21阵列排布，每个子电极21对应一个取光区10，一个取光区10对应多个子电极21，子电极21用于驱动与其对应的取光区10上方的液晶。
第四，如图2所示，滤光层50包括多个并排设置且均沿第二方向延伸的第一遮光条51，由于每个第一遮光条51均沿第二方向延伸，因此，多个第一遮光条51之间相互平行，第一遮光条51例如可以但不限于是黑矩阵。
取光区10与第一遮光条51对应设置，可以是一一对应，或者是一对多，还可以是多对一。例如可以是取光区10和第一遮光条51均沿第二方向延伸，一一对应。也可以是一个取光区10对应一个第一遮光条51，但一个第一遮光条51对应多个取光区10，也就是说，取光区10如图2所示的，沿第二方向也间隔设置。
如图1所示，沿液晶显示装置的厚度方向，与取光区10对应的第一遮光条51设置在取光区10的正上方，俯视图如图2所示，使得从取光区10中与第一遮光条51正对的部分出射的准直光线直接穿透液晶层40后被第一遮光条51吸收。
第五，如图1所示，液晶显示组件200还包括设置在液晶层40两侧的取向层60等，液晶显示组件200的其他结构可以与现有技术相同，此处不再详述。
第六，本发明调整从取光区10射向滤光层50的光的透过率的具体原理为：如图3所示，当从取光区10射向滤光层50的光的透过率为0时(实现0灰阶显示)，从取光区10出射的光线分为三部分，第一遮光条51下方的部分直接穿透液晶层40后被第一遮光条51吸收(此处的子电极21不施加电压)，左右两侧第一遮光条51宽度外的光线，经由如图3所示的液晶棱镜的折射后入射到第一遮光条51的下方被第一遮光条51吸收。其中，本领域技术人员应该明白，为了实现0灰阶的显示，从取光区10边缘出射的光经液晶棱镜折射后需能入射到第一遮光条51的下方。为此，可以通过调整向子电极21输入的电压的大小来调整液晶棱镜的夹角α，也可以调整取光区10的宽度a和第一遮光条51的宽度b的大小关系来确保从取光区10边缘出射的光经液晶棱镜折射后能入射到第一遮光条51的下方。
如图4所示，当从取光区10射向滤光层50的光的透过率为非0时(实现1-255灰阶显示)，从取光区10出射的光线仍分为三部分，第一遮光条51宽度正下方的光线形成等效液晶光栅，经过液晶光栅的衍射作用后，从第一遮光条51两侧(相邻第一遮光条51之间的区域)出射；对于第一遮光条51未遮挡的部分，施加适当的电压信号，形成液晶棱镜形貌，入射的光线经液晶棱镜的折射后从相邻第一遮光条51之间的区域出射。根据灰阶的不同，向子电极21施加的电压不同，控制从相邻第一遮光条51之间的区域出射的光的多少不同。对于左右两侧形成的液晶棱镜的夹角α，可以相同，也可以不同。当然，此时光线经液晶棱镜折射后的方向与0灰阶时射向的方向不同。
本发明实施例提供的液晶显示装置，通过将取光区10沿第一方向的宽度设置为大于第一遮光条51沿第一方向的宽度，使得从导光板100中耦合出来的光的出光效率高，提高了光线的利用率。并且，从相邻第一遮光条51之间的区域的出光量增加，使得出光效率增加。
此外，由于取光区10沿第一方向的宽度较大，从而可以忽略小孔衍射造成的衍射角，从而可以减小第一遮光条51沿第一方向上的宽度，提高液晶显示组件200的开口率。
如图1和图2所示，滤光层50还包括设置在相邻第一遮光条51之间且与第一遮光条51平行的第二遮光条52；第一遮光条51与第二遮光条55之间设置有基色滤光图案，第一遮光条51两侧的基色滤光图案的滤光颜色相同，第二遮光条52两侧的基色滤光图案的滤光颜色不同。
如图1和图2所示，相邻第二遮光条52之间的区域对应一列发同种颜色光的子像素区(可以是用于发红光的子像素R或者用于发绿光的子像素G或者用于发蓝光的子像素B)，位于相邻第二遮光条52之间的第一遮光条51将每个子像素区分为两部分，第一遮光条51两侧设置的基色滤光图案的滤光颜色相同。第二遮光条52用于防止相邻子像素发出的光发生混光，第二遮光条52两侧设置的基色滤光图案的滤光颜色不相同。取光区10射向滤光层50的光从第一遮光条51和第二遮光条52之间的区域射出。
第一遮光条51和第二遮光条52例如可以是黑矩阵，两者同步形成。
为了便于透过率的调节，在一些实施例中，第一遮光条51两侧的基色滤光图案镜像对称。
也就是说，第一遮光条51将子像素区划分为两个面积相等的区域，以第一遮光条51为对称轴，呈镜像对称分布。
在一些实施例中，为了避免从滤光层50透过的光在液晶显示组件200的上基板上发生全反射，如图2所示，第二遮光条52在导光板100上的正投影与取光区10不交叠。
也就是说，第二遮光条52的正下方没有取光区10，取光区10沿第一方向的宽度小于相邻第二遮光条52之间的间隙。或者说，取光区10沿第一方向的宽度小于子像素区沿第一方向的宽度，子像素区沿第一方向的宽度包括第一遮光条51沿第一方向的宽度和第一遮光条51两侧的基色滤光图案沿第一方向的宽度。
其中，多个子像素区例如可以呈阵列排布。
在一些实施例中，为了使整个液晶显示装置的结构简化，便于各部件合理设置，如图5所示，取光区10与第一遮光条51均为对称轴平行于第二方向的轴对称图形，取光区10的对称轴和与取光区10对应的第一遮光条51在导光板100上的正投影的对称轴重合。
也就是说，沿第一方向，取光区10的位于对称轴两侧的边缘分别到距其最近的第一遮光条51的边缘的距离c相等。
对于取光区10的边缘到取光区10的对称轴的距离与第一遮光条51的边缘到第一遮光条51的距离之差c是由液晶层40的厚度d、从取光区10射向滤光层50的光与液晶显示装置的厚度方向的夹角θ以及导光板100的出光面到滤光层50的距离h决定。
如图6所示，从取光区10射向滤光层50的光与液晶显示装置的厚度方向的夹角θ是指，从取光区10射向透镜单元41，经透镜单元41折射后射向滤光层50的光与液晶显示装置的厚度方向的夹角。n2为液晶层40的折射率，n1为液晶层40两侧的折射率，θ1为从取光区10射向透镜单元41的光线的角度(入射角)，θ2为光线在透镜单元41中折射后的角度(折射角)，θ3为光线从透镜单元41射出时的入射角，θ4为光线射出透镜单元41时的折射角。
对于夹角θ的计算，可以根据几何关系和折射定律来计算：sinθ1*n1＝sinθ2*n2，90°-θ2+90°-θ3+α＝180°，θ2＝-θ3+α，sinθ3*n2＝sinθ4*n1，从而可以得出θ＝θ4-θ3+θ1-θ2，对于液晶棱镜的折射率ne为非寻常光折射率，no为寻常光折射率。
在一些实施例中，从取光区10设置有取光光栅，从取光光栅出射的光为准直光，即，θ1＝θ2＝0，此时，光线在液晶显示装置中的折射路径如图7所示。
此时，θ＝θ4-α，其中α为液晶棱镜的夹角，θ4为准直光经过液晶棱镜折射后的出射角，θ为折射光线与垂直法线的夹角。
这样一来，对于取光区10的边缘到第一遮光条51的边缘的距离c应满足以下条件：cmax＝h*tanθ，cmin＝(h-d)*tanθ。
而沿第一方向，取光区10的宽度a就等于遮光条的宽度b加上取光区10的边缘到遮光条的边缘的距离c，当取光区10为轴对称图形时，取光区10的宽度a＝b+2c。
其中，1-255灰阶状态时所需棱镜结构形貌的等效液晶棱镜的示意图如图8所示，0灰阶状态时所需棱镜结构形貌的等效液晶棱镜的示意图如图9所示。图8为初始水平方向，对在面内震动的偏振光起作用。图9为初始竖直方向，对在面内震动的偏振光起作用。
通过控制液晶的偏转角度，即可实现不同的有效折射率，折射率的大小与液晶的偏转角度有关。为了避免从滤光层50透过的光在液晶显示组件200的上基板上发生全反射，在设计取光区10的宽度时应考虑到形成的液晶棱镜的夹角α<40°。
如图5所示，为了便于光线线路的调整，在一些实施例中，液晶显示装置包括阵列排布的子像素区；取光区10阵列排布，取光区10落在子像素区的轮廓内。取光区10阵列排布是指取光区10沿第一方向和第二方向均间隔设置，从俯视图来看，子像素区的轮廓包围和子像素区对应的取光区10的轮廓。
在一些实施例中，为了确保光线在导光板100中传导，如图10所示，取光区10设置有取光光栅，液晶显示装置还包括设置在导光板100的出光面上的填充层70；填充层70的折射率小于导光板100的折射率，且不同于取光光栅的栅条的折射率。
其中，液晶显示组件200还包括设置在滤光层50远离液晶层40一侧的上基板80。
本发明实施例还提供一种液晶显示装置的控制方法，该控制方法包括：
向第二电极层30输入公共电压，根据待显示图像的像素数据向第一电极层20输入数据信号，以改变液晶层40所形成的透镜单元41的形态，控制从取光区10射向滤光层50的光的透过率，以实现不同灰阶的显示。
其中，在待显示图像的像素数据中包含至少一个0灰阶的子像素数据的情况下，向第一电极层20输入的数据信号中包含用于改变与子像素数据对应的透镜单元41的形态，使得液晶显示装置中用于输出该子像素数据的子像素的透过率为0。
因此，本发明要实现0-255灰阶的显示，每一种灰阶都需要向第一电极层20施加数据信号，当然，每一种灰阶向第一电极层20施加的电压有所不同，形成的液晶透镜的形态也不同。
本发明实施例提供的液晶显示装置的控制方法，通过在0-255灰阶的显示时都向第一电极层20实际数据信号，使得取光区10沿第一方向的宽度可以设置为大于第一遮光条51沿第一方向的宽度，从而使得从导光板100中耦合出来的光的出光效率高，提高了光线的利用率。并且，从相邻第一遮光条51之间的区域的出光量增加，使得出光效率增加。
此外，由于取光区10沿第一方向的宽度较大，从而可以忽略小孔衍射造成的衍射角，从而可以减小第一遮光条51沿第一方向上的宽度，提高液晶显示组件200的开口率。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种液晶显示装置，其特征在于，包括沿第一方向间隔设置有取光区的导光板，设置在所述导光板的出光方向上的液晶显示组件；
所述液晶显示组件包括第一电极层、第二电极层、液晶层、以及设置在所述液晶层远离所述导光板一侧的滤光层；所述第一电极层包括多个沿所述第一方向间隔设置的子电极，所述液晶层用于在所述第一电极层和所述第二电极层的驱动下形成透镜单元，来调整从所述取光区射向所述滤光层的光的透过率，以实现不同灰阶的显示；
所述滤光层包括多个并排设置且均沿第二方向延伸的第一遮光条，所述取光区与所述第一遮光条对应设置，沿所述液晶显示装置的厚度方向，与所述取光区对应的所述第一遮光条设置在所述取光区的正上方；沿所述第一方向，所述取光区的宽度大于所述第一遮光条的宽度；
其中，所述第一方向为所述导光板中光传导的方向，所述第一方向与所述第二方向垂直。
2.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，所述滤光层还包括设置在相邻所述第一遮光条之间且与所述第一遮光条平行的第二遮光条；
所述第一遮光条与所述第二遮光条之间设置有基色滤光图案，所述第一遮光条两侧的基色滤光图案的滤光颜色相同，所述第二遮光条两侧的基色滤光图案的滤光颜色不同。
3.根据权利要求2所述的液晶显示装置，其特征在于，所述第一遮光条两侧的基色滤光图案镜像对称。
4.根据权利要求2所述的液晶显示装置，其特征在于，所述第二遮光条在所述导光板上的正投影与所述取光区不交叠。
5.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，所述取光区与所述第一遮光条均为对称轴平行于所述第二方向的轴对称图形，所述取光区的对称轴和与所述取光区对应的所述第一遮光条在所述导光板上的正投影的对称轴重合。
6.根据权利要求5所述的液晶显示装置，其特征在于，所述取光区的边缘到所述取光区的对称轴的距离与所述第一遮光条的边缘到所述第一遮光条的距离之差c由所述液晶层的厚度d、从所述取光区射向所述滤光层的光与所述液晶显示装置的厚度方向的夹角θ以及所述导光板的出光面到所述滤光层的距离h决定。
7.根据权利要求6所述的液晶显示装置，其特征在于，cmax＝h*tanθ，cmin＝(h-d)*tanθ。
8.根据权利要求1所述的液晶显示装置，其特征在于，所述取光区设置有取光光栅；
还包括设置在所述导光板的出光面上的填充层；
所述填充层的折射率小于所述导光板的折射率，且不同于所述取光光栅的栅条的折射率。
9.根据权利要求1-8任一项所述的液晶显示装置，其特征在于，所述液晶显示装置包括阵列排布的子像素区；
所述取光区阵列排布，所述取光区落在所述子像素区的轮廓内。
10.一种液晶显示装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：
向第二电极层输入公共电压，根据待显示图像的像素数据向第一电极层输入数据信号，以改变液晶层所形成的透镜单元的形态，控制从取光区射向滤光层的光的透过率，以实现不同灰阶的显示。
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