CN110383154A - 显示面板和显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种显示面板(20)和显示装置。显示面板(20)，包括第一基板(21)、第二基板(22)以及位于第一基板(21)与第二基板(22)之间的液晶层(23)，第一基板(21)上形成多个像素区域(SP)，液晶层(23)包含有液晶分子(231)，第一基板(21)上靠近液晶层(23)设有第一配向层(219)，第二基板(22)上靠近液晶层(23)设有第二配向层(224)，第二基板(22)的外侧设有偏光板(223)，偏光板(223)具有透光轴(P1)，第一配向层(219)的第一配向方向(X1)和第二配向层(224)的第二配向方向(X2)为反向平行，且均与偏光板(223)的透光轴(P1)方向垂直，液晶层(23)中掺入有量子棒(232)，在每个像素区域(SP)内，具有不同尺寸大小的量子棒(232)与液晶分子(231)混合在一起，液晶分子(231)沿着第一配向方向(X1)和第二配向方向(X2)进行排列，量子棒(232)的排列方向与液晶分子(231)一致，量子棒(232)能够将入射的非偏振光转换为与其长轴方向相同的线性偏振光。

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，特别是涉及一种显示面板和具有该显示面板的显示装置。
背景技术
液晶显示面板(liquid crystal display，LCD)具有画质好、体积小、重量轻、低驱动电压、低功耗、无辐射和制造成本相对较低的优点，在平板显示领域占主导地位。
如图1所示，图1是现有典型的液晶显示装置的截面示意图，液晶显示装置包括显示面板40和背光单元50。显示面板40包括阵列基板41、彩色滤光片基板42和夹设在阵列基板41与彩色滤光片基板42之间的液晶层43，在彩色滤光片基板42的上方设有上偏光板44，在阵列基板41的下方设有下偏光板45。背光单元50包括光源51、导光板52、反射板53和多个光学膜54。
也就是说，液晶显示装置需要多个光学膜54和上下偏光板44、45以显示灰度级。当由背光单元50的光源51发射的光通过多个光学膜54和上下偏光板44、45透射时，损失了大部分光，从而引起了透光率的下降。假设由光源51发射的光的量为100％，最终穿过液晶显示装置的光的量变为大约5％至10％。因此，液晶显示装置具有非常低的透光效率，导致能耗较高。而且，由于液晶显示装置利用背光和彩色滤光片来实现彩色显示，一般的彩色滤光片过滤出的单色光的性能不够好。因此，现有液晶显示装置的色纯度也不高，显示色域(Gamut)偏低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种显示面板和具有该显示面板的显示装置，以解决目前显示装置的透光效率低与色域偏低的问题。
本发明实施例提供一种显示面板，包括第一基板、与所述第一基板相对设置的第二基板以及位于所述第一基板与所述第二基板之间的液晶层，所述第一基板上形成多个像素区域，所述液晶层包含有液晶分子，所述第一基板上靠近所述液晶层设有第一配向层，所述第一配向层具有第一配向方向，所述第二基板上靠近所述液晶层设有第二配向层，所述第二配向层具有第二配向方向，所述第二基板的外侧设有偏光板，所述偏光板具有透光轴，所述第一配向方向和所述第二配向方向为反向平行，且均与所述偏光板的透光轴方向垂直，所述液晶层中掺入有量子棒，在每个像素区域内，具有不同尺寸大小的量子棒与所述液晶分子混合在一起，所述液晶分子沿着所述第一配向方向和所述第二配向方向进行排列，所述量子棒的排列方向与所述液晶分子一致，所述量子棒能够将入射的非偏振光转换为与其长轴方向相同的线性偏振光。
进一步地，在每个像素区域内，所述具有不同尺寸大小的量子棒至少具有三种规格，其中尺寸较小的量子棒能够将入射的非偏振光转换为与其长轴方向相同的蓝色线性偏振光，尺寸中等的量子棒能够将入射的非偏振光转换为与其长轴方向相同的绿色线性偏振光，尺寸较大的量子棒能够将入射的非偏振光转换为与其长轴方向相同的红色线性偏振光。
进一步地，所述第一基板上于每个像素区域内设有薄膜晶体管和像素电极，所述像素电极通过所述薄膜晶体管与对应的扫描线与数据线相连。
进一步地，所述第一基板上还设有公共电极，所述像素电极和所述公共电极均位于同一基板上，所述像素电极和所述公共电极位于不同层且两者之间通过绝缘层间隔开。
进一步地，所述像素电极位于所述公共电极上方，所述公共电极为面状结构，所述像素电极为图案化的梳状结构。
进一步地，所述第一基板上还设有公共电极，所述像素电极和所述公共电极均位于同一基板上，所述像素电极和所述公共电极位于同一层且两者在每个像素区域呈相互插入配合。
进一步地，所述第二基板上还设有公共电极，所述像素电极和所述公共电极分别位于不同基板上。
进一步地，所述第一基板为薄膜晶体管阵列基板，所述第二基板为彩色滤光片基板。
进一步地，所述量子棒的长轴的长度在5nm至100nm的范围内，所述量子棒的长轴与短轴的长径比在8至12的范围内。
进一步地，所述量子棒由元素周期表中的II-VI、III-V、III-VI或IV-VI族半导体材料形成。
本发明实施例还提供一种显示装置，包括上述的显示面板以及位于所述显示面板下方的背光单元，所述背光单元用于向所述显示面板提供背光。
进一步地，所述背光为蓝光。
本发明实施例提供的显示面板和显示装置，第一基板的第一配向方向和第二基板的第二配向方向为反向平行，且均与偏光板的透光轴方向垂直，液晶层中掺入有量子棒，液晶分子沿着第一配向方向和第二配向方向进行排列，量子棒的排列方向与液晶分子一致，当背光单元向显示面板提供背光时，量子棒能够吸收背光并激发出与量子棒的长轴方向一致的线性偏振光，从而无需在显示面板与背光单元之间设置下偏光板来将背光先转换为线性偏振光，因此可以省掉传统的下偏光板，提高穿透率及背光利用率，降低成本和减少功耗。
由于不同尺寸的量子棒可以激发出不同颜色的线性偏振光，量子棒的发射光谱可以通过改变量子棒的尺寸大小来控制，使得发射光谱可以覆盖整个可见光区域，因此通过在液晶层中掺杂不同尺寸的量子棒，在被激发时能够发出色域更广的光，从而提高显示装置的显示色域(Gamut)。
附图说明
图1是现有典型的液晶显示装置的截面示意图。
图2是本发明第一实施例中显示面板在暗态时的截面示意图。
图3是本发明第一实施例中显示面板在暗态时的俯视示意图。
图4是本发明第一实施例中显示面板在亮态时的截面示意图。
图5是本发明第一实施例中显示面板在亮态时的俯视示意图。
图6是本发明第二实施例中显示面板在暗态时的截面示意图。
图7是本发明第二实施例中显示面板在暗态时的俯视示意图。
图8是本发明第二实施例中显示面板在亮态时的截面示意图。
图9是本发明第二实施例中显示面板在亮态时的俯视示意图。
图10是本发明实施例中显示装置的截面示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明详细说明如下。
第一实施例
请参图2至图5，本发明第一实施例提供一种显示面板20，包括第一基板21、与第一基板21相对设置的第二基板22及位于第一基板21与第二基板22之间的液晶层23。
第一基板21可以是薄膜晶体管阵列基板，第一基板21在朝向液晶层23的一侧(即内侧)设有多条扫描线(图未示)、多条数据线(图未示)、多个薄膜晶体管T、公共电极216和多个像素电极218。所述多条扫描线与所述多条数据线绝缘交叉限定形成呈阵列排布的多个像素区域SP(图2至图5中示意其中一个像素区域SP)。每个像素区域SP内设有一个薄膜晶体管T和一个像素电极218，像素电极218通过薄膜晶体管T与对应的扫描线与数据线相连。具体地，每个薄膜晶体管T包括栅极211、有源层213、源极214a及漏极214b，其中，栅极211与扫描线连接，源极214a与数据线连接，漏极214b与像素电极218连接。
本实施例中，第一基板21包括在透明衬底210上依次形成的第一金属层、栅绝缘层212、有源层213、第二金属层、第一绝缘层215、第一透明电极层、第二绝缘层217和第二透明电极层。其中，第一金属层形成所述多条扫描线及所述多个薄膜晶体管T的栅极211，第二金属层形成所述多条数据线及所述多个薄膜晶体管T的源极214a和漏极214b，第一透明电极层形成公共电极216，第二透明电极层形成所述多个像素电极218。第一绝缘层215和第二绝缘层217中设有接触孔TH，每个像素电极218通过接触孔TH与对应的薄膜晶体管T的漏极214b导电连接。
在本实施例中，像素电极218和公共电极216均位于同一基板即第一基板21上，像素电极218和公共电极216位于不同层且两者之间通过第二绝缘层217间隔开，像素电极218位于公共电极216上方，公共电极216为面状结构，像素电极218为图案化的梳状结构，使显示面板20形成边缘电场切换型(Fringe Field Switching,FFS)的架构。
在其他实施例中，像素电极218与公共电极216也可位于同一层中，此时可以省去第二绝缘层217，像素电极218为图案化的梳状结构，公共电极216在与每个像素区域SP相对应的位置形成为图案化的梳状结构，像素电极218与公共电极216在每个像素区域SP呈相互插入配合，使显示面板20形成面内切换模式(In-Plane Switch，IPS)的架构。
第二基板22可以是彩色滤光片基板，第二基板22在朝向液晶层23的一侧(即内侧)设有彩色滤光层221和黑色矩阵222。彩色滤光层221例如包括红、绿、蓝三色的色阻材料，分别对应形成R、G、B三色的像素区域SP。黑色矩阵222位于相邻的像素区域SP之间，使相邻的像素区域SP之间通过黑色矩阵222相互间隔开。第二基板22在背向液晶层23的一侧(即外侧)设有偏光板223，偏光板223具有透光轴P1。
第一基板21上靠近液晶层23设有第一配向层219，第一配向层219覆盖所述多个像素电极218，第一配向层219具有第一配向方向X1。第二基板22上靠近液晶层23设有第二配向层224，第二配向层224覆盖彩色滤光层221和黑色矩阵222，第二配向层224具有第二配向方向X2。液晶层23包含液晶分子231，如图3所示，在初始状态下，液晶分子231沿着第一配向方向X1和第二配向方向X2进行排列。第一配向方向X1与第二配向方向X2为反向平行，且均与偏光板223的透光轴P1相垂直。
液晶层23中掺入有不同尺寸大小的量子棒232，在每个像素区域SP内，具有不同尺寸大小的量子棒232与液晶分子231混合在一起，如图3所示。
量子棒232是一种当受激电子从导带转移至价带时发射光的荧光材料。量子棒232具有发光性能，量子棒232能够发射与照射光源无关的线偏振光。当将来自光源的光提供给量子棒232时，量子棒232吸收光并且发出一定波长范围内的荧光。
量子棒232具有长轴和短轴。量子棒232的长轴的长度可以在约5nm至约100nm范围内。量子棒232的长轴与短轴的长径比可以在约8至约12范围内。量子棒232的短轴方向的截面可以具有圆形、椭圆形以及多边形中的任何一种。可以理解的是，量子棒232的长度及长径比可以根据实际需要进行变化。
量子棒232所激发出光的偏侲方向会与其长轴平行，利用此一特性可以得到固定方向的线性偏振光。
由量子棒232发出的荧光的光波长根据量子棒232的尺寸而变化。具体地，随着量子棒232的尺寸(或直径)的减小，发出具有较短波长的荧光，随着量子棒232的尺寸(或直径)的增大，发出具有较长波长的荧光。因此，量子棒232发射的可见光的波长可以通过调节量子棒232的尺寸(或直径)来控制，可以在可见光范围内提供几乎所有期望颜色的光。
量子棒232可以由元素周期表中的II-VI、III-V、III-VI或IV-VI族半导体材料形成。
当量子棒232由II-VI族元素形成时，量子棒232可以由硒化镉(CdSe)、硫化镉(CdS)、碲化镉(CdTe)、氧化锌(ZnO)、硒化锌(ZnSe)、硫化锌(ZnS)、碲化锌(ZnTe)、硒化汞(HgSe)、碲化汞(HgTe)以及镉硒化锌(CdZnSe)中的一种或它们中的至少两种的混合物形成。
当量子棒232由III-V族元素形成时，量子棒232可以由磷化铟(InP)、氮化铟(InN)、氮化镓(GaN)、锑化铟(InSb)、磷砷化铟(InAsP)、铟镓砷化物(InGaAs)、砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)、锑化镓(GaSb)、磷化铝(AlP)、氮化铝(AlN)、砷化铝(AlAs)、锑化铝(AlSb)、硒碲化镉(CdSeTe)以及硒化锌镉(ZnCdSe)中的一种或它们中的至少两种的混合物形成。
当量子棒232由VI-IV族元素形成时，量子棒232可以由硒化铅(PbSe)、碲化铅(PbTe)、硫化铅(PbS)以及碲锡铅(PbSnTe)中的一种或者它们中的至少两种的混合物所形成。
如图3所示，液晶分子231沿着特定的方向进行排列。也就是说，液晶分子231的长轴沿着第一配向方向X1和第二配向方向X2进行排列。在每个像素区域SP内，具有不同尺寸大小的量子棒232与液晶分子231混合在一起，利用液晶分子231与量子棒232之间的分子作用力(即凡得瓦力)，量子棒232的排列方向会与液晶分子231保持一致，即量子棒232的长轴与液晶分子231的长轴沿着相同方向整齐排列，使量子棒232的长轴沿一个方向对准，以利用量子棒232的整齐排列使入射的发散光转换为线性偏振光，实现偏光作用。由于量子棒232的长轴沿单一方向排列，量子棒232能够将入射的发散光转换为与其长轴方向相同的线性偏振光。
本实施例中，在每个像素区域SP内，掺入液晶分子231中的量子棒232具有不同尺寸大小，量子棒232按照不同尺寸大小至少具有三种规格，其中尺寸较小的量子棒232能够将入射的非偏振光转换为与其长轴方向相同的蓝色线性偏振光，尺寸中等的量子棒232能够将入射的非偏振光转换为与其长轴方向相同的绿色线性偏振光，尺寸较大的量子棒232能够将入射的非偏振光转换为与其长轴方向相同的红色线性偏振光。
如图2和图3所示，当像素电极218和公共电极216之间未施加电压时，液晶分子231的长轴沿着第一配向方向X1和第二配向方向X2进行初始排列，同时利用液晶分子231与量子棒232之间的分子作用力，量子棒232的长轴与液晶分子231的长轴排列方向一致。由于第一配向方向X1和第二配向方向X2为反向平行，且均与偏光板223的透光轴P1相垂直，此时经由量子棒232激发出的线性偏振光(如图3中L1所示)在到达偏光板223时将与偏光板223的透光轴P1垂直，无法穿过偏光板223，显示面板20为暗态。即，显示面板20在不加任何电压时为常黑模式(normal black)。
如图4和图5所示，当像素电极218和公共电极216之间施加电压时，会在显示面板20内产生水平电场，除了液晶分子231会被驱动扭转，量子棒232也会因其固有之偶极矩随着电场变化而扭转，量子棒232的偶极矩方向为其长轴方向。因此，量子棒232自身可以随电场转动，而液晶分子231可帮助其旋转排列，使量子棒232的长轴与液晶分子231的长轴沿着相同方向整齐排列。在量子棒232扭转之后，量子棒232的长轴方向发生了变化，经由量子棒232激发出的线性偏振光的方向也跟随量子棒232的长轴方向而变化，此时经由量子棒232激发出的线性偏振光(如图5中L2所示)至少有一部分可以穿过偏光板223，显示面板20为亮态。当像素电极218和公共电极216之间施加的电压大小不同时，即可控制液晶分子231扭转不同的角度，同时量子棒232也扭转不同的角度，进而显示面板20可以实现不同的亮度显示。
由于量子棒232具有不同尺寸大小，量子棒232在受到光照射时，可以分别激发出红色线性偏振光、绿色线性偏振光以及蓝色线性偏振光，在液晶层23中混合形成的白色线偏振光，白色线偏振光与彩色滤光片基板配合使用，从而实现彩色显示。
当像素电极218和公共电极216之间施加的电压关闭时，由于液晶分子231具有弹性，液晶分子231将自动回复到如图3所示的初始排列状态，同时由于液晶分子231与量子棒232之间的分子作用力，液晶分子231带动量子棒232也回复到初始排列状态。
第二实施例
请参图6至图9，本发明第二实施例提供一种显示面板20，包括第一基板21、与第一基板21相对设置的第二基板22及位于第一基板21与第二基板22之间的液晶层23。第一基板21可以是薄膜晶体管阵列基板，第二基板22可以是彩色滤光片基板。
本实施例与上述第一实施例的主要区别在于，像素电极218和公共电极216分别位于不同基板上，其中像素电极218形成在第一基板21上，公共电极216形成在第二基板22上。本实施例的其他结构可以参见上述第一实施例，在此不再赘述。
如图6和图7所示，当像素电极218和公共电极216之间未施加电压时，液晶分子231的长轴沿着第一配向方向X1和第二配向方向X2进行初始排列，同时利用液晶分子231与量子棒232之间的分子作用力，量子棒232的长轴与液晶分子231的长轴排列方向一致。由于第一配向方向X1和第二配向方向X2为反向平行，且均与偏光板223的透光轴P1相垂直，此时经由量子棒232激发出的线性偏振光(如图7中L3所示)在到达偏光板223时将与偏光板223的透光轴P1垂直，无法穿过偏光板223，显示面板20为暗态。即，显示面板20在不加任何电压时为常黑模式(normal black)。
如图8和图9所示，当像素电极218和公共电极216之间施加电压时，会在显示面板20内产生垂直电场，使得液晶分子231和量子棒232倾斜并站立起来，使得背光经过液晶层23不会变成线性偏振光，背光可通过偏光板223，显示面板20为亮态。当像素电极218和公共电极216之间施加的电压大小不同时，即可控制液晶分子231和量子棒232倾斜不同的角度，进而显示面板20可以实现不同的亮度显示。
由于量子棒232具有不同尺寸大小，量子棒232在受到光照射时，可以分别激发出红色线性偏振光、绿色线性偏振光以及蓝色线性偏振光，在液晶层23中混合形成的白色线偏振光，白色线偏振光与彩色滤光片基板配合使用，从而实现彩色显示。
当像素电极218和公共电极216之间施加的电压关闭时，由于液晶分子231具有弹性，液晶分子231将自动回复到如图7所示的初始排列状态，同时由于液晶分子231与量子棒232之间的分子作用力，液晶分子231带动量子棒232也回复到初始排列状态。
如图10所示，本发明实施例还提供一种显示装置，包括显示面板20和位于显示面板20下方的背光单元30。
背光单元30包括光源31，用于给显示面板20提供背光。光源31提供的背光可以为蓝色光。蓝色光的波长较短，经过不同尺寸大小的量子棒232时，能够激发出比原来的蓝色光波长更长的蓝光、绿光或红光。具体地，光源31可以为蓝色LED。
背光单元30可以是导光板32设置在显示面板20下方且光源31设置在导光板32一侧的边缘型。边缘型背光单元30可进一步包括位于导光板32下方的反射板33和位于导光板和显示面板20之间的光学膜34。
或者，背光单元也可以是多个光源设置在显示面板下方并将背光直接提供至显示面板的直下型。直下型背光单元可进一步包括位于光源下方的反射板以及位于光源和显示面板之间的光学膜。
本发明实施例提供的显示面板和显示装置，第一基板的第一配向方向和第二基板的第二配向方向为反向平行，且均与偏光板的透光轴方向垂直，液晶层中掺入有量子棒，液晶分子沿着第一配向方向和第二配向方向进行排列，量子棒的排列方向与液晶分子一致，当背光单元向显示面板提供背光时，量子棒能够吸收背光并激发出与量子棒的长轴方向一致的线性偏振光，从而无需在显示面板与背光单元之间设置下偏光板来将背光先转换为线性偏振光，因此可以省掉传统的下偏光板，提高穿透率及背光利用率，降低成本和减少功耗。
由于不同尺寸的量子棒可以激发出不同颜色的线性偏振光，量子棒的发射光谱可以通过改变量子棒的尺寸大小来控制，使得发射光谱可以覆盖整个可见光区域，因此通过在液晶层中掺杂不同尺寸的量子棒，在被激发时能够发出色域更广的光，从而提高显示装置的显示色域(Gamut)。
上述实施方式只是本发明的实施例，不是用来限制本发明的实施与权利范围，凡依据本发明专利所申请的保护范围中所述的内容做出的等效变化和修饰，均应包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (12)

1.一种显示面板，包括第一基板、与所述第一基板相对设置的第二基板以及位于所述第一基板与所述第二基板之间的液晶层，所述第一基板上形成多个像素区域，所述液晶层包含有液晶分子，其特征在于，所述第一基板上靠近所述液晶层设有第一配向层，所述第一配向层具有第一配向方向，所述第二基板上靠近所述液晶层设有第二配向层，所述第二配向层具有第二配向方向，所述第二基板的外侧设有偏光板，所述偏光板具有透光轴，所述第一配向方向和所述第二配向方向为反向平行，且均与所述偏光板的透光轴方向垂直，所述液晶层中掺入有量子棒，在每个像素区域内，具有不同尺寸大小的量子棒与所述液晶分子混合在一起，所述液晶分子沿着所述第一配向方向和所述第二配向方向进行排列，所述量子棒的排列方向与所述液晶分子一致，所述量子棒能够将入射的非偏振光转换为与其长轴方向相同的线性偏振光。
2.根据权利要求1所述的显示面板，其特征在于，在每个像素区域内，所述具有不同尺寸大小的量子棒至少具有三种规格，其中尺寸较小的量子棒能够将入射的非偏振光转换为与其长轴方向相同的蓝色线性偏振光，尺寸中等的量子棒能够将入射的非偏振光转换为与其长轴方向相同的绿色线性偏振光，尺寸较大的量子棒能够将入射的非偏振光转换为与其长轴方向相同的红色线性偏振光。
3.根据权利要求1所述的显示面板，其特征在于，所述第一基板上于每个像素区域内设有薄膜晶体管和像素电极，所述像素电极通过所述薄膜晶体管与对应的扫描线与数据线相连。
4.根据权利要求3所述的显示面板，其特征在于，所述第一基板上还设有公共电极，所述像素电极和所述公共电极均位于同一基板上，所述像素电极和所述公共电极位于不同层且两者之间通过绝缘层间隔开。
5.根据权利要求4所述的显示面板，其特征在于，所述像素电极位于所述公共电极上方，所述公共电极为面状结构，所述像素电极为图案化的梳状结构。
6.根据权利要求3所述的显示面板，其特征在于，所述第一基板上还设有公共电极，所述像素电极和所述公共电极均位于同一基板上，所述像素电极和所述公共电极位于同一层且两者在每个像素区域呈相互插入配合。
7.根据权利要求3所述的显示面板，其特征在于，所述第二基板上还设有公共电极，所述像素电极和所述公共电极分别位于不同基板上。
8.根据权利要求1所述的显示面板，其特征在于，所述第一基板为薄膜晶体管阵列基板，所述第二基板为彩色滤光片基板。
9.根据权利要求1所述的显示面板，其特征在于，所述量子棒的长轴的长度在5nm至100nm的范围内，所述量子棒的长轴与短轴的长径比在8至12的范围内。
10.根据权利要求1所述的显示面板，其特征在于，所述量子棒由元素周期表中的II-VI、III-V、III-VI或IV-VI族半导体材料形成。
11.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求1至10任一项所述的显示面板以及位于所述显示面板下方的背光单元，所述背光单元用于向所述显示面板提供背光。
12.根据权利要求11所述的显示装置，其特征在于，所述背光为蓝光。
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