CN109239997B - 显示面板和显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种显示面板和显示装置，包括透镜区、第一非显示区、显示区和第二非显示区，第一非显示区围绕透镜区设置，显示区围绕第一非显示区设置，第二非显示区围绕显示区设置，透镜区包括液晶透镜，液晶透镜包括相对设置的第一基板、第二基板和液晶层，液晶层夹设于第一基板和第二基板之间，位于液晶层和第二基板之间设置第一电极和第二电极，第一电极和第二电极形成水平电场，调节液晶层内液晶的旋转角度形成透镜，第一电极包括位于中心处的第一子电极、以及环绕第一子电极的第二环状子电极；第一电极和第二电极在第二基板所在平面的正投影至少部分不交叠。本发明解决了现有技术光学玻璃透镜应用在显示面板中穿透性差、影响摄像的问题。

Description

显示面板和显示装置
技术领域
本发明涉及显示技术领域，更具体地，涉及一种显示面板和显示装置。
背景技术
全面屏是手机业界对于超高屏占比手机设计的一个比较宽泛的定义。从字面上解释就是手机的正面全部都是屏幕，手机的四个边框位置都是采用无边框设计，追求接近100％的屏占比。全面屏旨在实现全屏显示，但前置摄像头的存在，使得屏幕需要预留位置进行摄像头的摆放，因此通常在屏幕相应位置挖开或预留不同形状的孔来进行前置摄像头的摆放。
目前全面屏前置双摄像头的设计方式大多采用不挖孔但屏幕上预留圆孔位置，用于在其下方安置摄像头。对于此方式通常摄像头单独置于屏幕下方，现有技术中的摄像头由于穿透问题难以实现良好的摄像，并且现有技术中的摄像头通常由固定的光学玻璃透镜、电路、以及光学传感元件组成，无法实现定向调焦功能。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种显示面板和显示装置。
本发明提供了一种显示面板，包括透镜区、第一非显示区、显示区和第二非显示区，所述第一非显示区围绕所述透镜区设置，所述显示区围绕所述第一非显示区设置，所述第二非显示区围绕所述显示区设置，其中，
所述透镜区包括液晶透镜，所述液晶透镜包括：相对设置的第一基板、第二基板和液晶层，所述液晶层夹设于所述第一基板和所述第二基板之间，位于所述液晶层和第二基板之间的第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极形成水平电场，用于调节所述液晶层内液晶的旋转角度形成透镜，第一非显示区设有框胶；
所述第一电极包括位于中心处的第一子电极、以及环绕所述第一子电极的至少一个内径不同的第二环状子电极；
所述第一电极和所述第二电极在所述第二基板所在平面的正投影至少部分不交叠。
本发明还提供了一种显示装置，包括本发明提供的显示面板。
与现有技术相比，本发明提供的显示面板和显示装置，至少实现了如下的有益效果：
第一、本发明通过在显示面板中使用液晶透镜代替现有技术中的光学玻璃透镜，解决了现有技术中由于光学玻璃透镜摄像头应用在显示面板中存在穿透性差、影响摄像的问题，具有优异的摄像效果；
第二、本发明中通过电极形成水平电场、调节液晶层内的液晶旋转角度形成透镜，实现了变焦透镜功能，解决了现有技术中光学玻璃透镜摄像头应用在显示面板中无法实现定向调焦功能的问题。
当然，实施本发明的任一产品必不特定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
图1是本发明实施例提供的一种显示面板的平面结构示意图；
图2是图1中沿A-A方向的剖面结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种第一电极的平面结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种第一电极和第二电极的平面结构示意图；
图5是本发明实施例提供的一种液晶透镜供给电压前液晶的状态；
图6是本发明实施例提供的一种液晶透镜供给电压后液晶的状态；
图7是本发明实施例提供的第二环状子电极和第三环状子电极之间的间距相等的平面示意图；
图8是本发明实施例提供的第二环状子电极和第三环状子电极之间的间距相等的平面示意图；
图9是本发明另一实施例中第二电极为面电极时第一电极和第二电极的平面示意图；
图10是本发明另一实施例提供的一种液晶透镜供给电压前液晶的状态；
图11是本发明另一实施例提供的一种液晶透镜供给电压后液晶的状态；
图12和图13是本发明实施例中第一子电极平面示意图；
图14是现有技术中光学玻璃透镜厚度与焦距的关系示意图；
图15是本发明中液晶透镜中液晶透镜厚度与焦距的关系示意图；
图16是本发明中液晶发生偏转与入射偏振光夹角示意图；
图17是本发明仿真穿透率与驱动电压的关系曲线图；
图18是本发明实施例提供的一种显示装置的结构示意图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
请参考图1、图2和图3，图1是本发明实施例提供的一种显示面板的平面结构示意图，图2是图1中沿A-A方向的剖面结构示意图，图3示出了本发明实施例中一种第一电极24的平面结构示意图。本实施例提供了一种显示面板，包括透镜区11、第一非显示区12、显示区13和第二非显示区14，所述第一非显示区12围绕所述透镜区11设置，所述显示区13围绕所述第一非显示区12设置，所述第二非显示区14围绕所述显示区13设置；
参照图2，所述透镜区11包括液晶透镜，图2示出了液晶透镜的结构示意图，所述液晶透镜包括：相对设置的第一基板21、第二基板22和液晶层23，所述液晶层23夹设于所述第一基板21和所述第二基板22之间，位于所述液晶层23和第二基板22之间的第一电极24和第二电极25，所述第一电极24和所述第二电极25形成水平电场，用于调节所述液晶层23内液晶26的旋转角度形成透镜，第一非显示区12设有框胶17，框胶17围绕所述液晶层23设置；需要说明的是，第一电极24和第二电极25之间设有绝缘层27以防造成短路。
需要说明的是，为了清楚的示意本实施例的技术方案，图2所示的截面图中，仅示意了透镜区11中的液晶透镜的结构，省略了第一非显示区12、显示区13和第二非显示区14中的具体结构。实际制作过程中液晶透镜的第一基板21与显示面板的CF基板同层设置，第二基板22和TFT基板同层设置。第一非显示区12内设置的框胶17，框胶17围绕所述透镜区11的液晶层23设置，通过框胶17将透镜区11的液晶层23密封起来。显示装置的背光模组挖孔设置摄像头的其他组件。
参照图3，所述第一电极24包括位于中心处的第一子电极31、以及环绕所述第一子电极31的至少一个内径不同的第二环状子电极32；对第一子电极31、以及至少一个第二环状子电极32加载电压不同而产生电场强度不同的电场。
液晶透镜工作状态时，第一电极24位于中心处的第一子电极31电压最高，第二电极25的电压最低，第一子电极31以及第二环状子电极32按照由内到外的顺序加载的电压逐渐降低，但第二环状子电极32最外环的电压仍需要大于第二电极25的电压，形成电压差，由此液晶26在电场的作用下偏转，液晶透镜等效为凸透镜。凸透镜的折射率沿中心(第一子电极所在的中心处)呈中心对称分布，第一子电极31、第二环状子电极32、与第二电极25形成的电场为同心圆，同心圆具有水平方向的半径，则在中心位置液晶26长轴与水平方向的半径呈45度角、液晶偏转最大、入射光的透过率最高，中心位置的折射率最大为ne；第二环状子电极32逐渐向外，达到边缘区域时，由于加载的电压小，与第二电极25的电压差也最小，电场强度也最弱，液晶偏转角度最小，当液晶为正性液晶时，边缘区域的液晶26长轴与水平方向半径垂直，当液晶为负性液晶时，边缘区域的液晶26长轴与水平方向的半径平行，折射率接近为n0；在中心位置和边缘区域之间的液晶26随电场强度的减弱发生的偏转程度也逐渐减小，折射率逐渐降低，形成梯度式折射率，折射率介于ne与n0之间。
另外通过调节第一电极24与第二电极25之间的电压差从而改变液晶透镜的焦距，具体地，第一电极24中包含的第一电极24位于中心处的第一子电极31电压最高，第二电极25的电压最低，第一子电极31以及第二环状子电极32按照由内到外的顺序加载的电压逐渐降低，但第二环状子电极32最外环的大于第二电极25的电压，形成电压差，当第二电极25的电压一定时，可以调节第一电极中心处第一子电极31的电压以及第二环状子电极32的电压大小，从而改变与第二电极25之间的电压差，继而改变液晶透镜的焦距。
参照图2，所述第一电极24和所述第二电极25在所述第二基板22所在平面的正投影至少部分不交叠。
具体而言，将第一电极24包含环形的第二环状子电极32，供给第一电极24和第二电极25不同的电压，使得液晶随电场强度旋转，并在液晶层23内形成梯度式折射率，从而形成液晶透镜200进行聚光。
本发明的技术方案中显示面板100中摄像头透镜部分采用液晶透镜200，以代替现有技术的光学玻璃，采用液晶和电极实现变焦透镜的功能，克服了现有技术中光学玻璃透镜摄像头应用在显示面板中存在穿透性差、影响摄像的问题，而且解决了现有技术中光学玻璃透镜摄像头应用在显示面板中无法实现定向调焦功能的问题。
参照图4，图4示出了本发明实施例提供的一种第一电极和第二电极的平面结构示意图，所述第二电极包括至少一个内径不同的第三环状子电极41，与所述第一子电极31和第二环状子电极32交叉环绕。
图4中是本发明中第一电极和第二电极的位置关系，图4中，中心位置是第一子电极31，自中心至外层依次是第一子电极31、第三环状子电极41、第二环状子电极32、第三环状子电极41、和第二环状子电极32，实现第三环状子电极41与第一子电极31、第二环状子电极32交叉环绕。
需要说明的是在液晶透镜在工作时，图4中每一个第三环状子电极41的电压均是相同的，且电压最低，低于第二环状子电极32最外环的电压，当然中心位置的第一子电极31电压最高，由此形成电压差，从而调节第一子电极31、第二环状子电极32、第三环状子电极41的电压后就可以改变电压差，改变液晶透镜的焦距。这里所说的电压差是指第一子电极31与第三环状子电极41、以及第二环状子电极32与第三环状子电极41的电压差。
交叉环绕的好处在于：供给第一子电极31、第二环状子电极32和第三环状子电极41不同的电压后，能够在第一电极和第二电极之间形成对称的水平电场，使得液晶随电场强度的比例旋转，并在其分子内形成梯度式折射率，从而形成透镜进行聚光。
请结合参考图4、图5和图6，图5是本发明实施提供的一种液晶透镜的第一状态示意图，具体而言，图5所示的液晶透镜中，第一电极和第二电极没有电压信号；图6是本发明实施提供的一种液晶透镜的第二状态示意图，具体而言，图6所示的液晶透镜中，第一电极和第二电极分别接收了电压信号。从图6中可以看出，当供给第一子电极31、第二环状子电极32和第三环状子电极41不同电压后，由于产生了水平电场，液晶26发生了旋转，此时液晶透镜200进行聚光。在工作状态下，如图6所示，从第一子电极31至最外圈的第二环状子电极321，从内至外与第三环状子电极41的电压差值逐渐降低，电场强度逐渐降低，则液晶偏转程度角度也逐渐减小。
该模式适用于IPS(In-Plane Switching，平面转换)模式，该模式中设计了位于同一平面的环形的电极，且供给第一电极和第二电极不同的电压，使得液晶随电场强度旋转，并在液晶层形成梯度式折射率，从而形成透镜进行聚光。
参照图4，第一子电31、第二环状子电极32和第三环状子电极41的中心重合，第一子电31、第二环状子电极32和第三环状子电极41的中心重合后第一电极和第二电极间的环形区域中，折射率也基本相同，有利于提升液晶透镜的光学性能。
参照图7，图7示出了本发明中第二环状子电极和第三环状子电极之间的间距相等的平面示意图。由于第一子电极31、第二环状子电极32和第三环状子电极41之间的间隔相等，对第一子电极31与第二环状子电极32、第三环状子电极41供给电压后，在第一电极和第二电极之间形成对称的水平电场，从而使液晶26在对称位置偏转程度一致。
参照图8，图8示出了本发明中第二环状子电极和第三环状子电极之间的间距不相等的平面示意图，图8中a≠b≠c。需要说明的是虽然第二环状子电极32和第三环状子电极41之间的间距不相等，但要保证各第二环状子电极32的内边缘与第一子电极31中心的距离是相等的，保证对第一子电极31与第二环状子电极32、第三环状子电极41供给电压后，在第一电极和第二电极之间形成对称的水平电场，从而使液晶26在对称位置偏转程度一致。
本发明的另一实施例中第二电极为面电极，参照图9，图9示出了本发明中所述第二电极为面电极时第一电极和第二电极的位置关系，其中第二电极为面电极42。
该模式适用于FFS(Fringe Field Switching，边缘场开关技术)模式，该模式中设计了位于不同平面的环形的电极，且供给电极不同的电压，使得液晶随电场强度的比例旋转，并在其分子内形成梯度式折射率，从而形成透镜进行聚光。
请结合参考图9、图10和11，图10是本发明实施例提供的一种液晶透镜的第一状态示意图，具体而言，图10所示的液晶头透镜中，第一电极和第二电极没有电压信号；图6是本发明实施例提供的一种液晶透镜的第二状态示意图，具体而言，图6所示的液晶透镜中，第一电极和第二电极分别接收了电压信号。其中中心位置的第一子电极31的电压最高，面电极42的电压最低、低于第二子电极32最外环的电压，从第一子电极31开始从内向外的电压逐渐降低，液晶偏转程度角度也逐渐减小。如图11所示，在工作状态下，供给第一子电极31的电压最高，供给第二环形子电极32的电压从内到外电压逐渐降低，面电极42的电压低于第二子电极32最外环的电压，形成电压差，液晶26在电场的作用下发生偏转角度逐渐减小，达到聚光的效果。此外，面电极42的电压一定后，调节第一子电极31和第二子电极32的电压后，电压差就发生了改变，从而改变液晶透镜的焦距。
参照图12和图13。图12中示出了第一子电极31为圆形的情况，图13示出了第一子电极31为多边形的情况。需要说明的是当第一子电极31为圆形时，那么第二环形子电极32的形状相对应的为圆环形，此时如果第三环形子电极41与第一子电极31、第二环形子电极32交叉环绕，则第三环形子电极41同样为圆环形；当第一子电极31为正多边形时，那么第二环形子电极32的形状相对应的为正多边形环，此时如果第三环形子电极41与第一子电极31、第二环形子电极32交叉环绕，则第三环形子电极41同样为正多边形环。图13中第一子电极31是正八边形，当然也可以根据实际需要选用其它边数的正多边形，正多边形的形状越接近圆形，形成接近对称的水平电场，液晶26在接近对称位置程度一致。
参照图14，图14示出了现有技术中光学玻璃透镜厚度与焦距的关系示意图，一般透镜主要利用厚度d的差异Δd＝d0-dg形成光程差的分布。
参照图15和图16，图15示出了本发明中液晶透镜中液晶透镜厚度与焦距的关系示意图，图16是本发明中液晶分子与入射偏振光夹角示意图，具体而言，液晶透镜左侧为偏光片151，图16中的液晶发生了偏转，液晶的液晶长轴CC’方向与入射偏振光OO’的夹角为ψ。
本发明中的液晶透镜是利用液晶指向矢在空间中的分布，以及液晶双折射性造成的等效折射率差异Δn达到光程差的分布，焦距f＝(D2)2/Δnd。液晶在电场的作用下偏转等效为半球形透镜，液晶的等效折射率neff可以表示为：
Figure BDA0001881897950000091
其中，θ为液晶长轴与入射光行进方向的夹角，no为液晶的寻常折射率，ne为液晶的非寻常折射率。而液晶的光透过率公式如下：(可以简化为T＝f1(ψ))，
Figure BDA0001881897950000092
液晶的穿透率与驱动电压的关系可以通过仿真并拟合得到，假设为T＝f2(V)。对T＝f1(ψ)和T＝f2(V)进行归一化处理，得到电压与夹角的关系：V＝F(ψ)。其中，ψ等效于θ，可以得到折射率neff与V的关系：neff＝G(V)。
通过液晶模拟系统Techwiz 3D仿真穿透率与驱动电压的关系，并进行归一化拟合得到关系式，参照图17，图17示出了仿真穿透率与驱动电压的关系曲线图：
T％＝-0.0006V6+0.0135V5-0.1153V4+0.4338V3-0.6291V2+0.2851V-0.0051。
同时，液晶的参数和液晶透明的盒厚确定后，△nd为定值，则：
Figure BDA0001881897950000093
归一化后得到T％＝sin2(2θ)，所以有
sin2(2θ)＝-0.0006V6+0.0135V5-0.1153V4+0.4338V3-0.6291V2+0.2851V-0.0051，记为θ＝F(V)。
把F(V)代入到neff中得到neff＝G(V)。
neff在液晶透镜中的位置分布曲线有理想的抛物线：neff＝aV2+bV+c，由透镜的焦距和半径决定。
结合neff＝G(V)和neff＝aV2+bV+c就得到驱动电压V在液晶透镜区域的分布。
基于同一发明构思，本发明还提供了一种显示装置，包括本发明提供的显示面板。
请参考图15所示，本实施例的显示装置300包括本发明上述任一实施例提供的显示面板100，其中，显示面板100也包括了本发明上述任一实施例提供的液晶透镜。图15仅以手机为例对显示装置200进行说明，液晶透镜制作的摄像头放置并安装在镂空部11，可以理解的是，本发明实施例提供的显示装置300也可以为液晶面板、电子纸、电视机、电子手表、车载显示装置等其他具有显示功能的显示装置，本发明对此不作具体限制。本发明实施例提供的显示装置，具有本发明实施例提供的显示面板的有益效果，具体可以参考上述各实施例对于显示面板的具体说明，本实施例在此不再赘述。
与现有技术相比，本发明提供的显示面板和显示装置，至少实现了如下的有益效果：
第一、本发明通过在显示面板中使用液晶透镜代替现有技术中的光学玻璃透镜，解决了现有技术中由于光学玻璃透镜摄像头应用在显示面板中存在穿透性差、影响摄像的问题，具有优异的摄像效果；
第二、本发明中采用通过电极形成水平电场、调节液晶层内的液晶旋转角度形成透镜，实现了变焦透镜功能，解决了现有技术中光学玻璃透镜摄像头应用在显示面板中无法实现定向调焦功能的问题。
虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (7)

1.一种显示面板，其特征在于，包括透镜区、第一非显示区、显示区和第二非显示区，所述第一非显示区围绕所述透镜区设置，所述显示区围绕所述第一非显示区设置，所述第二非显示区围绕所述显示区设置，其中，
所述透镜区包括液晶透镜，所述液晶透镜包括：相对设置的第一基板、第二基板和液晶层，所述液晶层夹设于所述第一基板和所述第二基板之间，位于所述液晶层和第二基板之间的第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极形成水平电场，用于调节所述液晶层内液晶的旋转角度形成透镜；
第一非显示区设有框胶，所述框胶围绕所述液晶层设置；
所述第一电极包括位于中心处的第一子电极、以及环绕所述第一子电极的至少一个内径不同的第二环状子电极，且沿所述第一子电极指向所述第二环状子电极的方向，所述第一子电极以及所述第二环状子电极的电压逐渐降低，且所述第二环状子电极的电压大于所述第二电极的电压；
所述第二电极包括至少一个内径不同的第三环状子电极，与所述第一子电极和第二环状子电极交叉环绕；
所述第一电极和所述第二电极在所述第二基板所在平面的正投影至少部分不交叠。
2.根据权利要求1所述的显示面板，其特征在于，所述第一子电极、第二环状子电极和第三环状子电极的中心重合。
3.根据权利要求1所述的显示面板，其特征在于，所述第二环状子电极和第三环状子电极之间的间距相等。
4.根据权利要求1所述的显示面板，其特征在于，所述第二环状子电极和第三环状子电极之间的间距不相等。
5.根据权利要求1至2任一所述的显示面板，其特征在于，多个所述第二环状子电极之间的间距相等。
6.根据权利要求1所述的显示面板，其特征在于，所述第一子电极为圆形或正多边形。
7.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求1至6任一所述的显示面板。
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