CN110320721A - 一种显示基板和显示面板 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种显示基板和显示面板。该显示基板包括背光模组和阵列基板，阵列基板设置在背光模组的出光侧，还包括光线处理层，光线处理层设置在背光模组与阵列基板之间，用于将背光模组发出的光线汇聚至阵列基板的像素开口区域，像素开口区域为像素的透光显示区。该显示基板背光模组发出的光线经过光线处理层汇聚后全部照射至像素开口区域，从而实现在原有薄膜晶体管和黑矩阵设计不做变更的情况下，使背光模组发出的光线能够全部用于显示，进而最大限度地提高了背光光线的利用率，并最大限度地提高了显示基板的显示亮度。

Description

一种显示基板和显示面板
技术领域
本发明属于显示技术领域，具体涉及一种显示基板和显示面板。
背景技术
目前TFT-LCD(薄膜晶体管液晶显示器)显示设计由于存在TFT开关、BM(黑矩阵)等，显示开口率约为65％；即35％背光照射到TFT开关及BM无法利用，提高TFT-LCD的开口率以提高TFT-LCD的显示亮度成为TFT-LCD设计的瓶颈。
发明内容
本发明针对现有技术中的问题，提供一种显示基板和显示面板。该显示基板背光模组发出的光线经过光线处理层汇聚后全部照射至像素开口区域，从而实现在原有薄膜晶体管和黑矩阵设计不做变更的情况下，使背光模组发出的光线能够全部用于显示，进而最大限度地提高了背光光线的利用率，并最大限度地提高了显示基板的显示亮度。
本发明提供一种显示基板，包括背光模组和阵列基板，所述阵列基板设置在所述背光模组的出光侧，还包括光线处理层，所述光线处理层设置在所述背光模组与所述阵列基板之间，用于将所述背光模组发出的光线汇聚至所述阵列基板的像素开口区域，所述像素开口区域为像素的透光显示区。
优选地，所述光线处理层包括多个超透镜单元，多个所述超透镜单元排布呈阵列，所述阵列基板包括排布呈阵列多个亚像素，所述超透镜单元与所述亚像素一一对应设置。
优选地，所述超透镜单元包括金属膜和开设在所述金属膜上的多个狭缝，多个所述狭缝的长度方向相互平行，且多个所述狭缝沿垂直于其长度方向的第一方向排布，所述第一方向平行于所述亚像素排布的行方向或列方向。
优选地，任意相邻所述狭缝间的间距相等；在所述第一方向上、从所述超透镜单元的中间向两边、其所述狭缝的宽度线性增加。
优选地，相邻所述狭缝间的间距范围为180-220nm。
优选地，所述狭缝的宽度范围为80-150nm。
优选地，所述金属膜的厚度范围为400-500nm。
优选地，所述金属膜的材料为二氧化钛。
优选地，所述超透镜单元的工作波长范围为400-700nm；所述超透镜单元对背光光线进行汇聚的焦距范围为20-40μm。
本发明还提供一种显示面板，包括上述显示基板。
本发明的有益效果：本发明所提供的显示基板，通过设置光线处理层，能将背光模组发出的光线汇聚至阵列基板的像素开口区域，能避免背光模组发出的光线照射至显示基板的薄膜晶体管所在区域和黑矩阵覆盖区域，背光模组发出的光线经过光线处理层汇聚后全部照射至像素开口区域，从而实现在原有薄膜晶体管和黑矩阵设计不做变更的情况下，使背光模组发出的光线能够全部用于显示，进而最大限度地提高了背光光线的利用率，并最大限度地提高了显示基板的显示亮度。
本发明所提供的显示面板，通过采用上述显示基板，提高了该显示面板的背光光线利用率和显示亮度，从而提升了该显示面板的显示效果。
附图说明
图1为本发明实施例1中显示基板的结构剖视示意图；
图2为图1中光线处理层中超透镜单元的分布示意图；
图3为图1中阵列基板中亚像素的排布示意图；
图4为本发明中超透镜单元将光线汇聚至亚像素开口区域的示意图；
图5为本发明中超透镜单元对光线进行汇聚的原理示意图；
图6为本发明中光线处理层将光线汇聚至像素开口区域的示意图。
其中附图标记为：
1、背光模组；2、阵列基板；21、亚像素；210、亚像素的开口区域；3、光线处理层；31、超透镜单元；310、金属膜；311、狭缝；P、焦点；4、下偏光片；5、彩膜基板；6、上偏光片；7、黑矩阵所在区域；8、TFT开关所在位置。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明一种显示基板和显示面板作进一步详细描述。
本发明实施例提供一种显示基板，如图1所示，包括背光模组1和阵列基板2，阵列基板2设置在背光模组1的出光侧，还包括光线处理层3，光线处理层3设置在背光模组1与阵列基板2之间，用于将背光模组1发出的光线汇聚至阵列基板2的像素开口区域，像素开口区域为像素的透光显示区。
其中，显示基板为薄膜晶体管液晶显示基板，显示基板中像素区域内设置有薄膜晶体管，薄膜晶体管被黑矩阵覆盖；像素区域以外的区域均被黑矩阵覆盖。
通过设置光线处理层3，能将背光模组1发出的光线汇聚至阵列基板2的像素开口区域，能避免背光模组1发出的光线照射至显示基板的薄膜晶体管所在区域和黑矩阵覆盖区域，背光模组1发出的光线经过光线处理层3汇聚后全部照射至像素开口区域，从而实现在原有薄膜晶体管和黑矩阵设计不做变更的情况下，使背光模组1发出的光线能够全部用于显示，进而最大限度地提高了背光光线的利用率，并最大限度地提高了显示基板的显示亮度。
本实施例中，如图2-图4所示，光线处理层3包括多个超透镜单元31，多个超透镜单元31排布呈阵列，阵列基板包括排布呈阵列多个亚像素21，超透镜单元31与亚像素21一一对应设置。如此设置，各个超透镜单元31能够分别将背光模组1原来照射至各个亚像素21及其周围黑矩阵所在区域7(包括TFT开关所在位置8)的背光光线汇聚至各个亚像素21的开口区域210，从而使背光光线能够全部用于显示，进而提高了背光光线的利用率，同时提高了显示基板的显示亮度。
其中，如图5所示，超透镜单元31包括金属膜310和开设在金属膜310上的多个狭缝311，多个狭缝311的长度方向相互平行，且多个狭缝311沿垂直于其长度方向的第一方向排布，第一方向平行于亚像素排布的行方向或列方向。如此设置，使超透镜单元31能够实现将背光光线汇聚至焦点P，焦点P处于亚像素的开口区域，提高背光光线的利用率和显示基板的显示亮度。
优选的，本实施例中，任意相邻狭缝311间的间距相等；在第一方向上、从超透镜单元31的中间向两边、其狭缝311的宽度线性增加。如此设置，能使超透镜单元31对背光光线汇聚后，汇聚光线恰好照射至亚像素的开口区域。
进一步优选的，相邻狭缝311间的间距范围为180-220nm。狭缝311的宽度范围为80-150nm。金属膜310的厚度范围为400-500nm。金属膜310的材料为二氧化钛。二氧化钛由于其具有高折光性，因此采用其形成的超透镜单元31可对入射光实现光路的汇聚聚焦。
本实施例中，超透镜单元31的工作波长范围为400-700nm；该工作波长能确保所有可见光谱范围内的光在经过单个超透镜单元31后，能够同时到达焦点，实现改变光路的传输路径的作用。超透镜单元31对背光光线进行汇聚的焦距范围为20-40μm。
另外，本实施例中，如图1、图4和图6所示，显示基板还包括下偏光片4，彩膜基板5和上偏光片6，下偏光片4设置于背光模组1与光线处理层3之间，用于使背光模组1发出的背光光线中第一偏振方向的光线透过。彩膜基板5设置于阵列基板2的背离背光模组1的一侧，用于实现显示基板的彩色显示。上偏光片6设置于彩膜基板5背离背光模组1的一侧，用于使第二偏振方向的光线透过出射，第一偏振方向垂直于第二偏振方向。上偏光片6和下偏光片4用于实现液晶显示基板的正常显示。
其中，超透镜单元31中的狭缝311相当于波导，超透镜单元31相当于由多个波导组成的波导阵列。超透镜单元31对背光光线的汇聚原理为：
根据多个波导组成的波导阵列，其普遍的耦合方程如下：
式(1)中，an(Z)表示第n个波导中的电磁强度；是耦合系数；βγ为对称传播常数；βα为反对称传播常数。波导阵列的色散关系式为：
kz＝β+2coskxρ (2)
式(2)中，kx和ko为TiO2波导阵列表面电磁波(SPPs)的波矢在x以及z方向上的分量；ρ是波导阵列的周期；TiO2的色散关系曲线是抛物线形状，根据群速度的定义：vg的方向为垂直于等频率面。因此，在TiO2波导阵列中SPPs的波矢k与群速度vg的方向指向法线的两侧。而在空气中波矢与群速度的方向是完全一样的。所以当光从空气入射到TiO2波导阵列的时候，由于波矢在界面x方向上的分量守恒，其群速度vg的方向会反向，从而会产生光的负折射现象；因此，只需调节TiO2波导阵列中狭缝的宽度即可实现入射光的聚集，调节狭缝的宽度和间距将入射光进行微米级别的聚集，从而应用于液晶显示基板中，使其开口率达到最大。
利用FDTD光学模拟仿真软件对以上光路系统进行模拟，以Monitor产品21.5FHD高清屏幕为例，其分辨率为1920*1080，有效显示区长宽比为476.6mm和268.1mm；当我们将超透镜单元中狭缝的间距设置成等间距200nm时，此时我们只需再调整TiO2超透镜单元中的狭缝宽度，选取其中最合适的模拟数值使出射光线全部聚焦在长宽比为476.6mm和268.1mm的矩形框里即可。
我们采取单一变量法进行模拟以寻找最合适的TiO2超透镜单元中狭缝的间距及狭缝宽度；我们先选定的超透镜单元的尺寸大小如下：狭缝的间距选择为200nm，调整狭缝的宽度，使超透镜单元中心的狭缝宽度为80nm，往两边对称方向逐渐增加狭缝宽度至150nm，使其光线聚焦在我们需要的矩形面积中，模拟得到的数据当狭缝的宽度逐渐由中间往两边加大时，此时我们入射光的焦距距离逐渐增加。
用FDTD模拟该系统光路，可以得知光介质与狭缝宽度及其间距的函数关系式为：
式(3)中，k0、w、s分别为自由空间波矢、狭缝宽度和狭缝间的间距，εm与εd分别为金属与工作介质的介电常数。由此可得知当选择的狭缝宽度与狭缝间距不一致时，会影响到入射光的聚集，当我们选择一个最佳值时，会将所有的入射光投入到液晶显示基板的有效区内。
基于上述超透镜单元对背光光线的汇聚原理，只要根据显示基板的有效显示区的实际尺寸，调整超透镜单元中狭缝的间距以及宽度，即可实现使背光光线汇聚至显示基板的像素开口区域，从而提高背光光线的利用率，进而最大限度地提高显示基板的显示亮度。
本实施例的有益效果：本实施例所提供的显示基板，通过设置光线处理层，能将背光模组发出的光线汇聚至阵列基板的像素开口区域，能避免背光模组发出的光线照射至显示基板的薄膜晶体管所在区域和黑矩阵覆盖区域，背光模组发出的光线经过光线处理层汇聚后全部照射至像素开口区域，从而实现在原有薄膜晶体管和黑矩阵设计不做变更的情况下，使背光模组发出的光线能够全部用于显示，进而最大限度地提高了背光光线的利用率，并最大限度地提高了显示基板的显示亮度。
本发明实施例还提供一种显示面板，包括上述实施例中的显示基板。
通过采用上述实施例中的显示基板，提高了该显示面板的背光光线利用率和显示亮度，从而提升了该显示面板的显示效果。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种显示基板，包括背光模组和阵列基板，所述阵列基板设置在所述背光模组的出光侧，其特征在于，还包括光线处理层，所述光线处理层设置在所述背光模组与所述阵列基板之间，用于将所述背光模组发出的光线汇聚至所述阵列基板的像素开口区域，所述像素开口区域为像素的透光显示区。
2.根据权利要求1所述的显示基板，其特征在于，所述光线处理层包括多个超透镜单元，多个所述超透镜单元排布呈阵列，所述阵列基板包括排布呈阵列多个亚像素，所述超透镜单元与所述亚像素一一对应设置。
3.根据权利要求2所述的显示基板，其特征在于，所述超透镜单元包括金属膜和开设在所述金属膜上的多个狭缝，多个所述狭缝的长度方向相互平行，且多个所述狭缝沿垂直于其长度方向的第一方向排布，所述第一方向平行于所述亚像素排布的行方向或列方向。
4.根据权利要求3所述的显示基板，其特征在于，任意相邻所述狭缝间的间距相等；在所述第一方向上、从所述超透镜单元的中间向两边、其所述狭缝的宽度线性增加。
5.根据权利要求4所述的显示基板，其特征在于，相邻所述狭缝间的间距范围为180-220nm。
6.根据权利要求4所述的显示基板，其特征在于，所述狭缝的宽度范围为80-150nm。
7.根据权利要求3所述的显示基板，其特征在于，所述金属膜的厚度范围为400-500nm。
8.根据权利要求7所述的显示基板，其特征在于，所述金属膜的材料为二氧化钛。
9.根据权利要求2所述的显示基板，其特征在于，所述超透镜单元的工作波长范围为400-700nm；所述超透镜单元对背光光线进行汇聚的焦距范围为20-40μm。
10.一种显示面板，其特征在于，包括权利要求1-9任意一项所述的显示基板。
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