CN108957839B - 显示装置、显示面板、彩膜基板及彩膜 - Google Patents

显示装置、显示面板、彩膜基板及彩膜 Download PDF

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Abstract

本公开提供一种显示装置、显示面板、彩膜基板及彩膜，涉及显示技术领域。本公开的彩膜包括光栅层和光致发光层，光栅层被配置为在入射光的作用下发生表面等离子体激元效应；光致发光层设于所述光栅层的出光面。本公开的彩膜可在保证显示效果的前提下，降低能耗。

Description

显示装置、显示面板、彩膜基板及彩膜
技术领域
本公开涉及显示技术领域，具体而言，涉及一种显示装置、显示面板、彩膜基板及彩膜。
背景技术
对于液晶显示面板而言，彩膜是重要的组成部分，其可将背光源发出的单色背光转化为红、绿、蓝三色，实现彩色显示。目前，量子点彩膜的应用越来越广泛，在单色光的激发下，不同尺寸的量子点会辐射出不同颜色的光，从而实现彩色显示。为了保证量子点的转化效率，确保其辐射出彩色光的强度满足使用需求，需要使背光不低于一定的强度，而背光强度将直接影响液晶显示面板的能耗。因而，现有的液晶显示面板，难以在保证显示效果的前提下，降低能耗。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本公开的目的在于提供一种显示装置、显示面板、彩膜基板及彩膜，可提高显示效果。
根据本公开的一个方面，提供一种彩膜，包括：
光栅层，所述光栅层被配置为在入射光的作用下发生表面等离子体激元效应；
光致发光层，设于所述光栅层的出光面，被配置为在入射光的作用下发出多种颜色的光。
在本公开的一种示例性实施例中，所述光栅层与所述光致发光层直接接触。
在本公开的一种示例性实施例中，所述光栅层的光栅周期满足以下关系式：
Figure BDA0001760212820000021
其中，p为光栅周期，n为正整数，λ0为入射光波长，ε1为光栅层的介电常数，ε2为光致发光层的介电常数。
在本公开的一种示例性实施例中，所述光致发光层包含量子点材料。
在本公开的一种示例性实施例中，所述光栅层靠近所述光致发光层的表面具有多个间隔设置的狭缝，用于使光线发生衍射。
在本公开的一种示例性实施例中，所述光栅层的材料为SiO2、TiO2、Au、Ag和Al中的一种。
根据本公开的一个方面，提供一种彩膜基板，包括：
衬底基板；
上述任意一项所述的彩膜，设于所述衬底基板。
在本公开的一种示例性实施例中，所述光致发光层位于所述衬底基板与所述光栅层之间。
根据本公开的一个方面，提供一种显示面板，包括上述任意一项所述的彩膜基板。
在本公开的一种示例性实施例中，所述显示面板还包括：
液晶组件，设于所述光栅层远离所述光致发光层的一侧；
导光板，设于所述液晶组件远离所述彩膜基板的一侧。
在本公开的一种示例性实施例中，所述导光板包括出光面，所述出光面为所述导光板靠近所述液晶组件的表面，所述显示面板还包括：
取光层，设于所述出光面，用于以准直角度从导光板取出偏振光。
在本公开的一种示例性实施例中，所述取光层包括多个间隔设置的取光光栅，所述显示面板还包括：
平坦层，覆盖于所述导光板靠近所述液晶组件的表面，且覆盖所述取光光栅。
在本公开的一种示例性实施例中，所述导光板包括与所述出光面邻接的入光面；所述显示面板还包括：
光源，与所述入光面正对设置，用于向所述导光板发射光线。
在本公开的一种示例性实施例中，所述液晶组件包括：
第一电极；
第二电极；
液晶层，设于所述第一电极和所述第二电极之间。
在本公开的一种示例性实施例中，所述显示面板还包括：
偏振层，设于所述彩膜基板和所述液晶组件之间。
根据本公开的一个方面，提供一种显示装置，包括上述任意一项所述的显示面板。
本公开的显示装置、显示面板、彩膜基板及彩膜，光致发光层设于光栅层的出光面，因而入射光可经由光栅层照射至光致发光层；光致发光层可在单色入射光作用下辐射出多种颜色的光，以便实现彩色显示。同时，光栅层能在入射光作用下发生表面等离子体激元效应，使光致发光层附近的电场强度增强，促进光致发光层的激发，有利于提高彩色光的强度，从而提高显示效果。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。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1为本公开实施方式彩膜的示意图。
图2为本公开实施方式彩膜的光栅层的局部放大图。
图3为本公开实施方式彩膜的局部放大图。
图4示出了一个光栅周期内的电场分布。
图5为本公开实施方式彩膜的制造方法的流程图。
图6为本公开实施方式彩膜基板的示意图。
图7为本公开实施方式显示面板的示意图。
图中：1、光栅层；11、狭缝；2、光致发光层；21、遮光部；3、衬底基板；4、液晶组件；41、第一电极；42、第二电极；43、液晶层；5、导光板；6、取光层；7、平坦层；8、光源；81、发光件；82、反光罩；9、偏振层。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。
用语“一个”、“一”、“该”、“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”和“第二”仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。
本公开实施方式提供了一种彩膜，可用于显示面板，该显示面板可为液晶显示面板。
如图1所示，本公开实施方式的彩膜可以包括光栅层1和光致发光层2，其中：
光栅层1能在光照下发生表面等离子体激元效应；
光致发光层2设于光栅层1的出光面。
本公开的彩膜，在使用时，入射光可经由光栅层1照射至光致发光层2；光致发光层2可在单色入射光作用下辐射出多种颜色的光，以便实现彩色显示。同时，光栅层1能在光照下发生表面等离子体激元效应，使得光致发光层2的附近的电场强度增强，促进光致发光层2的激发，有利于提高彩色光的强度，从而提高显示效果。
下面对本公开实施方式彩膜的各部分进行详细说明：
如图1所示，光栅层1可在光照下发生表面等离子体激元效应，其材料可以是折射率的虚部较大的材料，例如SiO2，SiO2的透过率高，其引入的额外光效损失较小。当然，光栅层1的材料还可以是TiO2等氧化物，也可以是Au、Ag、Al等金属，只要能使光线的波长与光致发光层2相匹配，即能够产生等离子体激元效应即可，在此不再一一列举。
如图2所示，光栅层1具有入光面和出光面，其出光面具有多个间隔设置的狭缝11，通过这些狭缝11可使通过光栅层1的光线发生衍射。形成狭缝11的方式可以是在光栅层1的出光面形成多道凹槽，也可以是在该出光面形成多个间隔的凸起，相邻的凸起的间隙为该狭缝11。
光栅层1的光栅周期可满足以下关系式：
Figure BDA0001760212820000051
其中，p为光栅周期，n为正整数，λ0为入射光波长，ε1为光栅层1的介电常数，ε2为光致发光层2的介电常数。
可根据以下两算式可推导出上述的关系式，两个算式为：
Figure BDA0001760212820000052
Figure BDA0001760212820000053
其中，Kx为光线以角度θ入射至光栅层1时在水平方向上的分量，K0为入射光波矢，p为光栅周期，n为正整数。Ksp为表面等离子体的波矢，ε1为光栅层1的介电常数，ε2为光致发光层2的介电常数。令Kx＝Ksp，同时保证垂直入射，即θ＝0，可得上文的关系式。
需要说明的是，光栅层1的材料不同，则其光栅周期、高度等参数可能不同。
如图1-图3所示，光致发光层2可直接形成于光栅层1的出光面，其可与光栅层1直接接触，并可在单色光的照射下辐射出彩色光，以便实现彩色显示。当然，光致发光层2和光栅层1之间也可设置其它层状结构。光致发光层2可具有多个阵列分布的像素，每个像素包括多个子像素，例如：每个像素可包括三个子像素，三个子像素发光颜色不同，分别为红色、蓝色和绿色。举例而言，光致发光层2可包括遮光部21，其可分隔出多个发光区域，每个发光区域可包括多个子像素。
需要说明的是，图2仅为光栅层1的示意性视图，图3仅为光栅层1和光致发光层2的示意性视图，并非按照实际尺寸或比例绘制。
光致发光层2的材料可包含量子点材料，其可包括基材和分布在基材中的量子点，不同尺寸的量子点会辐射出不同颜色的光。当然，光致发光层2也可以包含荧光材料等其它光致发光材料。只要能在单色光的照射下辐射彩色光即可。需要说明的是，光致发光层2的介电常数可以表示基材的介电常数。
通过光栅层1的光线可照射光致发光层2，激发不同尺寸的量子点辐射不同颜色的光线。在此穿过光栅层1的过程中，入射光与光栅层1耦合发生共振，光栅层1的等离子体吸收入射光的能量，使光致发光层2的近场能量得到增强，在光栅层1和光致发光层2的结合面产生多个热点，这些热点具有的电场强度远大于入射光，由于量子点的激发效率与其附近的电场强度有关，因此，热点增强的电场可以促进量子点的激发，提高量子点转化效率，从而在不增大入射光强度的前提下，使彩色光的强度增大，实现面板的光效提升，有利于在保证显示效果的前提下，降低背光的强度，减少能耗。
具体而言，在一个荧光过程中，量子点的激发速率与其所处的电场强度有关，在量子理论中，激发速率可由费米黄金定律描述，如下式：
Figure BDA0001760212820000061
其中，Γ为激发速率，h为普朗克常数，
Figure BDA0001760212820000062
为量子点所在位置的电场，g为电子基态波函数，e为电子的激发态波函数，
Figure BDA0001760212820000071
为分子的吸收跃迁偶极矩，ρ为激发态密度。
根据上式，对于同一个荧光分子，在保持其他条件不变时，提高周围电场强度，能够提高分子的激发速率，进而提高荧光强度。因此，只要使量子点所处环境的电场强度来增强其转化效率，进而提升显示面板的光效。
可在如下试验条件下，对光栅层1增强电场的效果进行验证，该试验条件为：
入射光的波长为532nm，光栅层1的材料为SiO2，介质为空气，n＝1。可计算得出的光栅周期为433nm；可规定狭缝11的宽度220nm，狭缝11的深度为200nm，通过计算可得出：光栅层1附近的电场强度增强了2～3倍。计算结果如图4所示，图4示出了一个光栅周期内的电场分布情况，图4中的X轴与Y轴代表光栅的尺寸，单位为um，E表示电场强度，高亮部分表示该区域电场强度被增强，可以看到光栅层1出光面的电场强度高于入光面的电场强度。
本公开实施方式提供一种彩膜的制造方法，如图5所示，该制造方法可以包括：
步骤S110、形成光栅层，所述光栅层被配置为在入射光的作用下发生表面等离子体激元效应；
步骤S120、在所述光栅层的出光面形成光致发光层，光致发光层被配置为在单色入射光的作用下发出多种颜色的光。
本公开实施方式制造方法的有益效果可参考上述彩膜的实施方式，在此不再详述。同时，该制造方法中的光栅层及光致发光层的具体结构已在上述彩膜的实施方式中进行了详细说明，在此不再赘述。
本公开实施方式提供一种彩膜基板，如图6所示，该彩膜基板可以包括衬底基板3和上述实施方式的彩膜，其中：
衬底基板3可为玻璃材质，当然，也可以是其它透明材料。
彩膜可设于衬底基板3的一表面，且光致发光层2位于衬底基板3与光栅层1之间。当然，光致发光层2也可位于光栅层1远离衬底基板3的一侧，本公开实施方式仅以光致发光层2位于衬底基板3与光栅层1之间为例进行说明。
彩膜的具体结构和有益效果可参考上述彩膜的实施方式，在此不再详述。
本公开实施方式提供一种显示面板，如图7所示，该显示面板可以是液晶显示面板，当然，也可以是其它能应用彩膜基板的显示面板。
本公开实施方式的显示面板可以包括上述实施方式的彩膜基板，该彩膜基板的具体结构在此不再详述。
如图7所示，本公开实施方式的显示面板还可以包括液晶组件4和导光板5，其中：
液晶组件4可设于彩膜基板一侧，且位于光栅层1远离光致发光层2的一侧，可改变透光度。
举例而言，液晶组件4可以包括第一电极41、第二电极42和液晶层43，其中：
第一电极41和第二电极42均可采用透明导电材料，例如氧化铟锡等。液晶层43可设于第一电极41和第二电极42之间。通过第一电极41和第二电极42可向液晶层43施加电场，以控制液晶分子的偏转状态，从而实现对光线的调节。第一电极41可位于液晶层43远离彩膜基板的一侧，第二电极42可位于液晶层43与彩膜基板之间，当然，第一电极41和第二电极42的位置可以互换。
导光板5可设于液晶组件4远离彩膜基板的一侧，光线可通过导光板5照射至液晶组件4，在此过程中，光线可在导光板5内发生全反射，并均匀射出，导光板5的材料可以是亚克力或其它透明材料。
导光板5可包括出光面和入光面，出光面为导光板5靠近液晶组件4的表面，且出光面和入光面可以是邻接的两个表面，也可以是相对的两个表面。
如图7所示，本公开实施方式的显示面板还可以包括取光层6，其可设于导光板5的出光面，液晶组件4可设于取光层6远离导光板5的一侧。导光板5出射的光线在经过取光层6后，可被转化为准直角度的偏振光。由于取光层6能以准直角度取出偏振光，该准直角度为垂直于出光面的角度，从而可避免在液晶组件4和导光板5之间设置偏光片，有利于降低显示面板的厚度。
在一实施方式中，取光层6包括多个设于导光板5的出光面的取光光栅，各个取光光栅可间隔设置。每个取光光栅均可以是二维光栅或者三维光栅，只要能用于将导光板5中光线以准直角度取出即可，在此不对其结构做特殊限定。同时，在本实施方式中，本公开实施方式的显示面板还可以包括平坦层7，平坦层7可以是透明绝缘材料，其可覆盖于导光板5靠近液晶组件4的表面，且覆盖各个取光光栅，从而实现平坦化，并起到保护取光光栅的作用。
在本公开的其它实施方式中，取光层6可以包括一个取光光栅，该取光光栅可完全覆盖导光板5出光面。
如图7所示，本公开实施方式的显示面板还可以包括光源8，光源8可与导光板5的入光面正对设置，并可向导光板5发射光线，其发出的光线可由入光面进入导光板5，并由出光面射出。
在一实施方式中，出光面和入光面邻接设置，光源8可包括发光件81和反光罩82，其中：
发光件81可与导光板5的入光面正对设置，且发光件81可为LED芯片，当然，也可以是其它能够发光的器件。发光件81的数量可以是多个，且排成一列，并可同时发光。各个发光件81发光的颜色可以相同。
反光罩82可与导光板5的入光面正对设置，反光罩82开设入光口，发光件81位于反光罩82外并能向入光口发光。反光罩82的内壁可将发光件81发出的光向该入光面反射，提高光线的利用率。当然，发光件81也可直接设于反光罩82内。
当然，在本公开的其它实施方式，导光板5的出光面和入光面也可以相对设置，且相互平行，光源8可设于入光面远离出光面的一侧。
如图7所示，本公开实施方式的显示面板还可以包括偏振层9，偏振层9可以是一偏振片，其可设于彩膜基板的光栅层1和液晶组件4之间。偏振层9的偏振化方向可与取光层6相同。在液晶组件4未对光线方向进行调节时，穿过液晶组件4的光线可通过偏振层9。
此外，本公开实施方式的显示面板还可以包括驱动电路等其它组成部件，在此不再一一列举。
本公开实施方式还提供一种显示装置，该显示装置可包括上述实施方式的显示面板，显示面板的具体结构可参考上述显示面板的实施方式，在此不再详述。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (12)

1.一种显示面板，其特征在于，包括：
彩膜基板，包括衬底基板和设于所述衬底基板的彩膜；所述彩膜包括光栅层和光致发光层；所述光致发光层设于所述光栅层的出光面；所述光栅层被配置为在入射光的作用下产生电场增强热点；所述光栅层的材料为SiO2和TiO2中的一种；
液晶组件，设于所述光栅层远离所述光致发光层的一侧；
所述光栅层的光栅周期满足以下关系式：
Figure FDF0000017393270000011
其中，p为光栅周期，n为正整数，λ0为入射光波长，ε1为光栅层的介电常数，ε2为光致发光层的介电常数。
2.根据权利要求1所述的显示面板，其特征在于，所述光栅层与所述光致发光层直接接触。
3.根据权利要求1或2所述的显示面板，其特征在于，所述光致发光层包含量子点材料。
4.根据权利要求1或2所述的显示面板，其特征在于，所述光栅层靠近所述光致发光层的表面具有多个间隔设置的狭缝。
5.根据权利要求1所述的显示面板，其特征在于，所述光致发光层位于所述衬底基板与所述光栅层之间。
6.根据权利要求1所述的显示面板，其特征在于，所述显示面板还包括：
导光板，设于所述液晶组件远离所述彩膜基板的一侧。
7.根据权利要求6所述的显示面板，其特征在于，所述导光板包括出光面，所述出光面为所述导光板靠近所述液晶组件的表面，所述显示面板还包括：
取光层，设于所述出光面，用于以准直角度从导光板取出偏振光。
8.根据权利要求7所述的显示面板，其特征在于，所述取光层包括多个间隔设置的取光光栅，所述显示面板还包括：
平坦层，覆盖于所述导光板靠近所述液晶组件的表面，且覆盖所述取光光栅。
9.根据权利要求7所述的显示面板，其特征在于，所述导光板包括与所述出光面邻接的入光面；所述显示面板还包括：
光源，与所述入光面正对设置，用于向所述导光板发射光线。
10.根据权利要求1所述的显示面板，其特征在于，所述液晶组件包括：
第一电极；
第二电极；
液晶层，设于所述第一电极和所述第二电极之间。
11.根据权利要求1所述的显示面板，其特征在于，所述显示面板还包括：
偏振层，设于所述彩膜基板和所述液晶组件之间。
12.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求1-11任一项所述的显示面板。
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