CN109061932A - 一种透明显示面板和透明显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种透明显示面板和透明显示装置，其中所述透明显示面板包括第一基板、液晶和第二基板，还包括：包括取光光栅的取光层，位于所述液晶层与第一基板之间，将入射所述第一基板的准直光线以固定角度取出；与像素的子像素对应的多个彩膜条，所述多个彩膜条与所述取光光栅位置对应；第一电极层，位于所述液晶层和第一基板之间，包括相互绝缘的交错排列的双层条状电极，用于向所述液晶层施加驱动电压使得所述液晶层等效为斜棱镜；扩散膜，形成在所述第二基板的出光侧，所述扩散膜的折射率小于所述第二基板的折射率。本发明提供的透明显示面板通过将液晶等效为斜棱镜以偏折光线，满足扩散膜和第二基板之间的全反射从而实现灰阶显示。

Description

一种透明显示面板和透明显示装置

技术领域

本发明涉及显示技术领域，特别是涉及一种透明显示面板和透明显示装置。

背景技术

液晶显示器是目前大规模使用的显示器件，其具有色域高，轻薄化，响应时间快等优点，在理论研究以及实际工艺方面都有着成熟的技术。究其显示基本原理，是利用液晶对偏振光的调制实现灰阶显示，液晶显示面板上需要上下两片偏振片，通过液晶改变光线的偏振态，使得部分偏振光可以出射而部分偏振光无法出射。然而现有技术中液晶显示面板采用两个偏振片的结构使得光线的透过率较低，并导致液晶显示器的能耗较高、能量利用率较低的问题。

发明内容

为了解决上述问题至少之一，本发明第一方面提供一种透明显示面板，包括第一基板和第二基板，以及位于所述第一基板和第二基板之间的液晶层，还包括：

包括取光光栅的取光层，位于所述液晶层与第一基板之间，将入射到所述第一基板内的准直光线以固定角度取出；

与像素的子像素对应的多个彩膜条，所述多个彩膜条与所述取光光栅位置对应；

第一电极层，位于所述液晶层和第一基板之间，包括相互绝缘的交错排列的双层条状电极，用于向所述液晶层施加驱动电压以使得所述液晶层等效为斜棱镜；

扩散膜，形成在所述第二基板的出光侧，所述扩散膜的折射率小于所述第二基板的折射率。

进一步地，所述彩膜条位于所述取光层和第一电极层之间。

进一步地，所述彩膜条位于所述第二基板上。

进一步地，还包括与所述彩膜条同层设置的黑矩阵，与所述透明显示面板的各像素之间的间隙位置相对应。

进一步地，所述各像素连续紧密排列，所述彩膜条之间无黑矩阵间隔。

进一步地，所述每个像素的长宽比为1:1。

进一步地，所述第一电极层的双层条状电极在所述第一基板上的投影覆盖所述第一基板。

进一步地，还包括位于所述液晶层和第二基板之间的第二电极层，所述第二电极层为面状电极。

进一步地，所述取光光栅的周期为0.3-1μm。

本发明第二方面提供一种透明显示装置，包括

第一方面所述的透明显示面板；和

位于所述透明显示面板的第一基板侧面的准直背光源。

本发明的有益效果如下：

本发明针对目前现有的问题，制定一种透明显示面板通过对电极加载驱动电压使得液晶等效为斜棱镜、并通过在第二基板上设置折射率小于第二基板的扩散膜，使得入射光线经斜棱镜偏折在第二基板上满足全反射或折射，以实现灰阶显示，从而弥补了现有技术中采用上下偏光片实现灰阶显示的问题，有效提高显示面板的整体透光率，能够改善液晶显示器的能量利用率，进而提高了所述透明显示面板的显示效果。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本发明的一个实施例所述透明显示面板的结构框图；

图2a-2b分别示出本发明的一个实施例所述透明显示面板的亮态和暗态的显示光路示意图；

图3a-3b分别示出本发明的另一个实施例所述透明显示面板的暗态和亮态的显示光路示意图；

图4示出本发明的另一个实施例所述透明显示面板的结构框图；

图5示出本发明的另一个实施例所述像素内区域交叠的示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明的一个实施例提供了一种透明显示面板，包括第一基板和第二基板，以及位于所述第一基板和第二基板之间的液晶层，还包括：包括取光光栅的取光层，位于所述液晶层与第一基板之间，将入射到所述第一基板内的准直光线以固定角度取出；与像素的子像素对应的多个彩膜条，所述多个彩膜条与所述取光光栅位置对应；第一电极层，位于所述液晶层和第一基板之间，包括相互绝缘的交错排列的双层条状电极，用于向所述液晶层施加驱动电压以使得所述液晶层等效为斜棱镜；扩散膜，形成在所述第二基板的出光侧，所述扩散膜的折射率小于所述第二基板的折射率。

在一个具体的示例中，如图1所示，第一基板1一方面作为透明显示面板的玻璃基板，另一方面还作为入射准直光线的波导层。所述入射的准直光线在第一基板1中全反射传播以进一步提高了光线的使用效率。

在第一基板1上通过例如图案化工艺形成取光光栅2。取光光栅2将上述准直光线以固定的角度取出。在所述取光光栅2上方形成有平坦化层3，平坦化层3的形成使用本领域技术人员公知的半导体工艺，在此不再赘述。所述平坦化层3材料的选择使得其折射率与取光光栅2的折射率不同，确保经过取光光栅2出射的光线发生偏转并按照预设置的固定角度出射。取光光栅2和平坦化层3共同构成取光层。

所述透明显示面板还包括有与显示面板的像素的子像素一一对应的彩膜条4。所述像素包括三个子像素，分别对应红绿蓝三种彩膜条4。所述彩膜条4与所述取光光栅2的位置相对应，并且所述彩膜条4的尺寸大于所述取光光栅2的取光口的长度。也就是说，在垂直于第一基板的投影方向上，彩膜条4覆盖与其对应的取光光栅2。

在图1所示的实施例中，彩膜条4设置在所述第一基板1的取光层的上方，在液晶层的下方。在另一个具体实施例中，所述彩膜条4可以设置在第二基板12上，即传统的第二基板12为彩膜基板结构。

在上述两个实施例中，所述透明显示面板还包括与所述彩膜条4同层设置的黑矩阵5。所述黑矩阵5与所述透明显示面板的各像素之间的间隙位置相对应，有效隔离各像素的出射光线。

当所述彩膜条4设置第二基板12上(图中未示出)，虽然所述黑矩阵5能够隔离各像素的出射光线，但是一方面由于光线具有发散角，另一方面经过作为为斜棱镜的液晶层后，所述光线的角度变化后会引起光线的位置偏移，虽然彩膜条4的尺寸大于取光光栅的取光口的长度，但仍然有可能造成串色，影响透明显示面板的显示效果。

因此，在一个优选的实施例中，所述彩膜条4位于所述取光层和第一电极层7之间，所述彩膜条4贴近取光光栅2，从取光光栅2出射的光线能够通过彩膜条4射出，同时由于黑矩阵5的存在能够有效解决串色问题。并且从图1中可以看出，所述黑矩阵5的下方未设置取光光栅，从而保证入射第一基板1的准直光线均从彩膜条4射出并且没有被黑矩阵吸收，因此进一步提高了入射准直光线的利用率。

如图2和图3所示，所述透明显示面板还包括位于所述液晶层10和第一基板1之间的第一电极层7，所述第一电极层7包括相互绝缘的上下交错排列的双层条状电极，所述双层条状电极之间为绝缘层8，所述液晶层10的两侧设置有取向层9，所述第一电极层7用于向所述液晶层10施加驱动电压使得所述液晶层10等效为斜棱镜。即通过控制所述第一电极层7的电压使得所述液晶层10等效为斜棱镜，使得经过斜棱镜的光线发生偏转。

在一个优选的实施例中，所述第一电极层7的双层条状电极在所述第一基板1上的投影覆盖所述第一基板1。为了使液晶层更好地等效为斜棱镜的形貌，即保证形成的斜棱镜的斜面近似为一条直线，第一电极层7的双层条状电极在第一基板1上的投影覆盖所述第一基板1。

所述透明显示面板还包括形成在所述第二基板12的出光侧的扩散膜13，所述扩散膜13的折射率小于所述第二基板12的折射率。所述扩散膜一方面满足光线能够在所述第二基板12和扩散膜13之间发生全反射，另一方面能够将出射的准直光线打散，扩大显示面板的显示视角。

例如，在一个亮暗切换方案中，图2a为亮态时的光路示意图，所述光线14和15从取光光栅2的出射角度略小于第二基板12-扩散膜13界面确定的全反射角，此时所述第一电极层7和第二电极层11加载的电压均为0V，所述光线14和15能够从所述第二基板12进入扩散膜13并实现宽视角显示。当所述光线14和15保持出射角度不变时，调节施加在所述液晶层10上的电压，即调节所述第一电极层7的电压，控制液晶偏转形成等效为斜棱镜结构16，所述光线14和15从液晶层10的出射角满足第二基板12-扩散膜13的全反射条件，所述光线14和15全反射回显示面板，没有光线出射，如图2b所示的暗态时的光路示意图。

在另一个亮暗切换方案中，图3a为暗态时的光路示意图，所述光线14和15从取光光栅2的出射角度满足第二基板12-扩散膜13的全反射条件，此时所述第一电极层7和第二电极层11加载的电压均为0V，所述光线14和15全反射回显示面板，没有光线出射；如图3b所示的亮态时的光路示意图，当所述光线14和15保持出射角度不变时，调节施加在所述液晶层10上的电压，即调节所述第一电极层7的电压，控制液晶偏转形成等效为斜棱镜结构16，所述光线14和15从液晶层10的出射角度不满足第二基板12-扩散膜13的全反射角，所述光线14和15能够从所述第二基板12进入扩散膜13并实现宽视角显示。

无论上述哪种方案，在光线从取光光栅2出射的初始角度的基础上，通过调整施加在所述液晶层10上的电压调节经所述液晶层10射出的光线的出射角度，从而实现本发明实施例的透明显示面板的L0-L255的灰阶显示。

当所述彩膜条4位于所述取光层和第一电极层7之间，所述彩膜条4贴近取光光栅2，两者之间仅间隔平坦化层3。在一个具体示例中，所述平坦化层3的厚度可以约为2um，从所述取光光栅2射出的光线的发散角不会造成彩膜面积的明显增大。

在一个优选的实施例中，如图4所示，从提高入射准直光的利用率的角度考虑，所述各像素连续紧密排列，所述彩膜条4之间无黑矩阵5间隔。换句话说，即将取光光栅2设计为连续紧密排列，与所述取光光栅2的位置一一对应的彩膜条4也可以设计为连续紧密排列，所述彩膜条4之间不再设置黑矩阵，从而实现光栅面积最大化以进一步提高入射准直光线的使用效率。

然而，由于所述像素连续紧密排列，并且光线本身具有的发散角，以及光线经过斜棱镜后的位置偏移问题，在相邻像素之间不可避免出现区域重叠问题。对于这样的问题，本领域技术人员可以利用匹配的图像算法处理技术来实现像素的常规显示，解决由上述问题导致的像素形状变形。

上述为针对各像素之间的区域重叠问题，而对于单个像素内各子像素的区域重叠问题，在本发明的一个实施例中，设置所述每个像素的长宽比为1:1。

在传统显示面板结构中，所述子像素的长宽比为3：1，则单个像素的长宽比为1:1。然而在本实施例中，由于单个像素的子像素之间存在区域交叠，并且每个像素的长宽比略有不同，如图5所示，在一个像素中分布红21、绿22和蓝23三个子像素，存在红绿24和绿蓝25颜色重叠区域，该像素对应的显示区域不规则将会影响透明显示面板的显示效果。因此在本实施例中通过控制液晶层垂直纸面方向的长度(即图中竖直方向的长度)，保证每个单个像素的显示区域为正方形，即每个像素的长度为a，宽度也为a，从而保证每个像素的长宽比为1:1以满足所述透明显示面板的常规显示。例如：每个子像素对应的取光光栅的取光口宽度为20um，所述光线在透明显示面板内的发散角为2°，第二基板的玻璃厚度是500um，则计算一个像素的宽度为20*3+tan2*500*2＝95um,将所述取光光栅的取光口的长度设计为95um以保证所述像素的显示区域为正方形。

由于本实施例的所述像素内存在交叠区域，则所述像素的尺寸小于传统显示面板的像素尺寸，即相同面积中所述像素的个数增加，密度增大，有效提高了透明显示面板的PPI。

在另一个优选的实施例中，在所述液晶层和第二基板之间还形成第二电极层，所述第二电极层为面状电极。在本实施例中，所述第二电极层需要加载公共信号，由于是整面加载相同的公共信号，从所述透明显示面板的设计角度和驱动角度考虑，使用面状电极能够使得所述透明显示面板的设计更加简洁，驱动也更加简便。

在一个优选的实施例中，所述取光光栅的周期为0.3-1μm。为了满足将入射第一基板的准直光线按照固定角度取出，调整取光光栅的周期，将取光光栅的周期设置为0.3-1μm时能够更好地调节光线的出光角度。

相应地，本发明还提供一种透明显示装置，包括上述实施例中所述的透明显示面板，以及位于所述透明显示面板的第一基板侧面的准直背光源。所述准直背光源设置为侧入式方式，将准直光线入射到所述透明显示面板的第一基板中，从而确保了所述透明显示装置能够透明显示。本发明所提供的透明显示装置可以为包括本发明实施例提供的透明显示面板的任何具有显示功能的产品或者部件。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种透明显示面板，包括第一基板和第二基板，以及位于所述第一基板和第二基板之间的液晶层，其特征在于，还包括：

包括取光光栅的取光层，位于所述液晶层与第一基板之间，将入射到所述第一基板内的准直光线以固定角度取出；

与像素的子像素对应的多个彩膜条，所述多个彩膜条与所述取光光栅位置对应；

第一电极层，位于所述液晶层和第一基板之间，包括相互绝缘的交错排列的双层条状电极，用于向所述液晶层施加驱动电压以使得所述液晶层等效为斜棱镜；

扩散膜，形成在所述第二基板的出光侧，所述扩散膜的折射率小于所述第二基板的折射率。

2.根据权利要求1所述的透明显示面板，其特征在于，所述彩膜条位于所述取光层和第一电极层之间。

3.根据权利要求1所述的透明显示面板，其特征在于，所述彩膜条位于所述第二基板上。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的透明显示面板，其特征在于，还包括与所述彩膜条同层设置的黑矩阵，与所述透明显示面板的各像素之间的间隙位置相对应。

5.根据权利要求2所述的透明显示面板，其特征在于，所述各像素连续紧密排列，所述彩膜条之间无黑矩阵间隔。

6.根据权利要求1所述的透明显示面板，其特征在于，所述每个像素的长宽比为1:1。

7.根据权利要求1所述的透明显示面板，其特征在于，所述第一电极层的双层条状电极在所述第一基板上的投影覆盖所述第一基板。

8.根据权利要求1所述的透明显示面板，其特征在于，还包括位于所述液晶层和第二基板之间的第二电极层，所述第二电极层为面状电极。

9.根据权利要求1所述的透明显示面板，其特征在于，所述取光光栅的周期为0.3-1μm。

10.一种透明显示装置，其特征在于，包括

如权利要求1-9中任一项所述的透明显示面板；和

位于所述透明显示面板的第一基板侧面的准直背光源。