CN112596311A - 一种显示面板及显示装置 - Google Patents

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刘广辉
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Abstract

本发明提供一种显示面板和显示装置，包括第一基板，第二基板，间隔设置在所述第一基板上表面的多个第一电极，间隔设置在所述第二基板下表面与所述第一电极相对的多个第二电极，覆盖每个所述第一电极的彩色反射膜，以及位于每个所述第二电极下表面的透镜，位于所述第一基板和第二基板之间的液晶分子，所述透镜的折射率大于所述液晶分子的短轴折射率，小于所述液晶分子的长轴折射率。所述液晶分子可以在第一平面内转动，当其中一个透镜下方的液晶分子水平取向时，光线在所述透镜的出光面发生透射，光线射到彩色反射膜后发生反射而呈现相应的颜色，进而能够实现彩色显示。

Description

一种显示面板及显示装置
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其设计一种显示面板及显示装置。
背景技术
在我们这个超连接的数字时代，数字显示器所面临的挑战之一是如何在户外的明亮光线下实现类似纸张和墨水的高对比度和可读性。反射式显示器在有阳光直射的户外环境，它可提供宽视角、低功耗、纤薄设计，以及低眩光的眼睛舒适度.
但是由于在色彩显示、响应时间、成本等方面不具优势，在经历了二十多年的发展历程中，从被人们寄予厚望到逐渐被透射式液晶显示器所替代。
发明内容
本发明的目的在于提供一种显示面板及显示装置，通过调控液晶分子的方向，与透镜配合可以对自然光产生全反射或透射，搭配RGB彩色反射膜可以实现彩色显示，护眼效果明显，而且结构轻薄、价格便宜、响应速率快。
一方面，本发明提供一种显示面板，包括：
第一基板，以及位于所述第一基板上与所述第一基板相对设置的第二基板；
间隔设置在所述第一基板上表面的多个第一电极，以及间隔设置在所述第二基板下表面与所述第一电极相对的多个第二电极；
覆盖每个所述第一电极的彩色反射膜，以及位于每个所述第二电极下表面的透镜；
位于所述第一基板和第二基板之间的液晶分子，所述透镜的折射率大于所述液晶分子的短轴折射率，小于所述液晶分子的长轴折射率；
其中，所述第一电极和第二电极被配置为，产生使所述液晶分子在垂直于所述第一基板的第一平面内转动的电场。
进一步优选的，当所述液晶分子在所述第一平面内呈水平取向时，所述液晶分子的折射率等于所述液晶分子的长轴折射率；当所述液晶分子在所述第一平面内呈竖直取向时，所述液晶分子的折射率等于所述液晶分子的短轴折射率。
进一步优选的，光线从所述第一基板射入，当其中一个所述透镜下方的所述液晶分子呈所述水平取向时，所述光线在所述透镜的出光面发生透射；当其中一个所述透镜下方的所述液晶分子呈所述竖直取向时，所述光线从在所述透镜的出光面发生全反射。
进一步优选的，所述透镜为平凸透镜。
进一步优选的，所述液晶分子包括正性液晶。
进一步优选的，所述彩色反射膜为红色反射膜、绿色反射膜或蓝色反射膜。
进一步优选的，一个所述红色反射膜、一个所述绿色反射膜和一个所述蓝色反射膜组成一个像素单元，多个所述像素单元重复排列。
进一步优选的，所述第一电极和第二电极的材料包括氧化铟锡。
另一方面，本发明提供一种显示装置，包括上述任一项所述的显示面板。
进一步优选的，还包括：控制单元，所述控制单元控制所述第一电极和第二电极之间的电场，使所述液晶分子在垂直于所述第一基板的第一平面内转动。
本发明的有益效果是：本发明提供的显示面板和显示装置，包括第一基板，第二基板，间隔设置在所述第一基板上表面的多个第一电极，间隔设置在所述第二基板下表面与所述第一电极相对的多个第二电极，覆盖每个所述第一电极的彩色反射膜，以及位于每个所述第二电极下表面的透镜，位于所述第一基板和第二基板之间的液晶分子，所述透镜的折射率大于所述液晶分子的短轴折射率，小于所述液晶分子的长轴折射率。所述液晶分子可以在第一平面内转动，当其中一个透镜下方的液晶分子水平取向时，光线在所述透镜的出光面发生透射，光线射到彩色反射膜后发生反射而呈现相应的颜色，进而能够实现彩色显示。该显示面板护眼效果明显，而且结构轻薄、价格便宜、实现彩色动态显示的响应速率快。
附图说明
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其它有益效果显而易见。
图1是本发明实施例提供的显示面板的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的液晶分子处于初始状态时显示面板的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的液晶分子处于电场中显示面板的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的显示装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
一般而言，一束光入射到各向异性介质(例如液晶)时，在界面折射后分成传播方向不同的两束光的现象，这两束光中，一个是寻常光(o光)，另一个是非常光(e光)；液晶对寻常光和非常光具有不同的折射率。实验发现，当旋转液晶分子时寻常光的折射方向不变，而非常光的折射方向随着旋转的方向而发生改变，这说明了液晶分子对寻常光和非常光具有不同的折射率，寻常光在液晶分子内各个方向的折射率相等，光速相等，因此光的折射方向不变；而非常光在各个方向的折射率不相等，光速也就不相等，因此光的折射方向发生变化。当旋转液晶分子至某一方向时，寻常光的折射方向与非常光的折射方向重合，我们把这一方向称为液晶分子的光轴。也就是说，当光沿光轴方向传播时，不发生双折射。对于正性液晶而言，液晶分子的长轴方向为光轴方向。
“液晶的短轴折射率no”是指光在液晶中发生双折射现象的情况下，液晶对寻常光(o光)的折射率，其通常具有恒定值。“液晶的长轴折射率ne”是指光在液晶中发生双折射现象的情况下，当非常光(e光)沿垂直于光轴方向传播时，液晶对e光的折射率，也称为对e光的主折射率。对于正性液晶而言，液晶的长轴折射率ne大于液晶的短轴折射率no。
请参阅图1，图1是本发明实施例提供的显示面板的结构示意图，该显示面板100包括第一基板10，以及位于所述第一基板10上与所述第一基板10相对设置的第二基板20，间隔设置在所述第一基板10上表面的多个第一电极11，以及间隔设置在所述第二基板20下表面与所述第一电极11相对的多个第二电极21，覆盖每个所述第一电极11的彩色反射膜12，以及位于每个所述第二电极21下表面的透镜22，位于所述第一基板10和第二基板20之间的液晶分子30，所述透镜22的折射率大于所述液晶分子30的短轴折射率no，且小于所述液晶分子30的长轴折射率ne。
为了便于解释本实施例，可以构件这样的笛卡尔坐标系，在该坐标系中，Z轴垂直于第一基板10的表面，X轴平行于第一基板10的表面，原点O位于任一位置。
在本实施例中，所述第一电极11和第二电极21被配置为，产生使所述液晶分子30在垂直于所述第一基板10的第一平面(XOZ平面)内转动的电场。即可以通过对第一电极10和第二电极20施加电压差，使得液晶分子30能够在垂直于第一基板10的第一平面(XOZ平面)内旋转。其中，一个第一电极11和与所述第一电极11相对的第二电极21可以称为一对电极，每一对电极能够控制它们中间的液晶分子30的偏转。
其中，所述第一电极11和第二电极21的材料可以包括氧化铟锡(Indium TinOxides,ITO)。
其中，透镜22是折射镜，其折射面可以是两个球面(球面一部分)，或一个球面(球面一部分)一个平面的透明体。透镜22可以是凸透镜，凸透镜的中间厚边缘薄，包括双凸、平凸、凹凸三种；凹透镜的中间薄边缘厚，包括双凹、平凹、凸凹三种。进一步的，透镜22可以为平凸透镜，即一面凸、一面平的透镜。
在本实施例中，液晶分子30可以包括正性液晶，该正性液晶具有短轴折射率no和长轴折射率ne。在可选的实施例中，液晶的长轴折射率ne和短轴折射率no之间的差位于1.522至1.822之间，即，1.522≤ne-nO≤1.822。选择具有这种参数的液晶，利于提高显示效果。而透镜22的折射率在no～ne之间。
请参阅图2，图2是本发明实施例提供的液晶分子处于初始状态时显示面板的结构示意图。在本实施例中，液晶分子30的初始状态是在所述第一平面(XOZ平面)内呈竖直取向(液晶分子30的长轴沿Z方向)。可以采用在第一电极11和第二电极21面向所述液晶分子30的一侧设置取向层，以使所述液晶分子30在没有电场时呈竖直取向。其中，没有电场的情况可以是不对第一电极11和第二电极21施加电压，以使它们之间不存在电压差。在另外的实施例中，还可以通过其他技术对液晶分子30进行初始取向，例如光取向。
当所述液晶分子30在所述第一平面(XOZ平面)内呈竖直取向时，所述液晶分子30的折射率等于所述液晶分子30的短轴折射率no。由于液晶分子30的短轴折射率no小于所述透镜22的折射率，因此液晶分子30的折射率小于透镜22的折射率，对于入射角大于临界角的光线，在所述透镜22的出光面发生全反射，此时显示面板100呈暗态，人看到所述显示面板100时就像照镜子一样。可以理解的是，虽然所述液晶分子30的折射率小于所述透镜22的折射率，但还是有少部分光线能够在所述透镜22的出光面发生折射而透过所述透镜22。
请参阅图3，图3是本发明实施例提供的液晶分子处于电场中显示面板的结构示意图。在本实施例中，对第一电极11和第二电极21施加电压，使它们之间产生电压差进而形成电场，所述电场能够使所述液晶分子30在所述第一平面(XOZ平面)内旋转。可以通过控制压差，使所述液晶分子30在所述第一平面(XOZ平面)内呈水平取向(长轴沿X方向)。
当所述液晶分子30在所述第一平面(XOZ平面)内呈水平取向时，所述液晶分子30的折射率等于所述液晶分子30的长轴折射率ne，由此所述液晶分子30的折射率大于所述透镜22的折射率，自然光在所述透镜22的出光面会发生折射，进而可以透过透镜22到达下面的彩色反射膜12，然后在所述彩色反射膜12表面反射出去，而呈现相应的颜色。由于该反射式彩色显示面板100使用环境光(或自然光)为光源，因而护眼效果明显。
可以理解的是，图3中的显示的入射光线是正好位于透镜22的中间，因此直接折射光线垂直向下，右边的虚线是反射出去的光，实际上与左边的实线重合，为了便于观察才将向下的光线和向上的光线错开显示。
在本实施例中，所述彩色反射膜12为红色反射膜(R)、绿色反射膜(G)或蓝色反射膜(B)。其中，一个所述红色反射膜(R)、一个所述绿色反射膜(G)和一个所述蓝色反射膜(B)可以组成一个像素单元，多个所述像素单元重复排列，附图中只显示出了一个像素单元。如图1所示，可以控制红色反射膜(R)和绿色反射膜(G)上方的液晶分子30呈竖直取向，且控制蓝色反射膜(B)上方的液晶分子30呈水平取向，那么这个像素单元上方会呈现蓝色。同理，控制一个像素单元中三个反射膜对应的液晶分子30的取向，可以使所述像素单元呈现不同的颜色。比如，控制红色反射膜(R)和绿色反射膜(G)上方的液晶分子30呈水平取向，且控制蓝色反射膜(B)上方的液晶分子30呈竖直取向时，所述像素单元的上方呈现黄色。基于此原理，不同的像素单元配合可以使显示面板100实现彩色显示。由于液晶分子30在电场作用下切换时响应速率较快，因此该显示面板100的响应时间能满足一般动画显示需求。
本发明实施例提供的反射式的显示面板100，通过调控液晶分子30和透镜22的折射率实现光线全反射和透射，同时结合RGB彩色反射膜实现反射式动态显示。由于折射材料形成的透镜22和液晶分子30的折射率不同，当移去电场作用，或电场作用较弱时，液晶分子30竖直排布，透镜22的折射率大于液晶分子30的折射率，能产生光的全反射作用。当电场作用较强，液晶分子30水平排布，透镜22的折射率小于液晶分子30的折射率时，光线通过对应的液晶分子30则不会发生全反射而透过液晶分子30。在所述液晶分子30下方的RGB彩色反射膜则会反射相对应颜色的透射光至人眼，从而实现反射式彩色显示。由于液晶分子30具有快速切换特性，所以显示面板100的彩色动态显示的响应速率快。而且该显示面板100护眼效果明显，结构轻薄、价格便宜。由于该反射式显示面板100在对眼睛零伤害的同时可以利用反射光实现低成本的彩色动态显示，因此能够满足教育类显示需求、电子书显示需求以及公共交通系统的应急通信等领域。
本发明实施例还提供一种包括上述显示面板100的显示装置。请参阅图4，图4是本发明实施例提供的显示装置的结构示意图，该显示装置200包括上述显示面板100和控制单元210，所述控制单元210用于控制所述第一电极11和第二电极21之间的电场，使所述液晶分子30在垂直于所述第一基板10的第一平面(XOZ平面)内转动。其中，所述控制单元210包括第一控制单元211、第二控制单元212和第三控制单元213，每一个控制单元控制一对电极之间的压差进而可以控制一对电极之间的电场，可以通过调控电场的大小使其中一对电极之间的液晶分子30竖直取向或水平取向。在一具体实施例中，每一个控制单元可以包括一个开关，比如当所述第一控制单元211的开关打开时，对应的第一电极11和第二电极21之间可以产生特定电场，使对应的液晶分子30呈水平取向；当所述第一控制单元211的开关关闭时，对应的第一电极11和第二电极21之间没有产生电场，对应的液晶分子30呈竖直取向。
因此本实施例提供的显示装置200中的控制单元210能够对每一对电极之间的电场实现单独控制，进而单独控制每一对电极之间的液晶分子30的排布，以实现全彩显示。当不需要显示时，所述控制单元210可以关闭第一显示单元211、第二显示单元212和第三显示单元213中的开关，此时这一个像素单元对应的液晶分子30都呈竖直取向。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例的技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种显示面板，其特征在于，包括：
第一基板，以及位于所述第一基板上与所述第一基板相对设置的第二基板；
间隔设置在所述第一基板上表面的多个第一电极，以及间隔设置在所述第二基板下表面与所述第一电极相对的多个第二电极；
覆盖每个所述第一电极的彩色反射膜，以及位于每个所述第二电极下表面的透镜；
位于所述第一基板和第二基板之间的液晶分子，所述透镜的折射率大于所述液晶分子的短轴折射率，小于所述液晶分子的长轴折射率；
其中，所述第一电极和第二电极被配置为，产生使所述液晶分子在垂直于所述第一基板的第一平面内转动的电场。
2.根据权利要求1所述的显示面板，其特征在于，当所述液晶分子在所述第一平面内呈水平取向时，所述液晶分子的折射率等于所述液晶分子的长轴折射率；当所述液晶分子在所述第一平面内呈竖直取向时，所述液晶分子的折射率等于所述液晶分子的短轴折射率。
3.根据权利要求2所述的显示面板，其特征在于，光线从所述第一基板射入，当其中一个所述透镜下方的所述液晶分子呈所述水平取向时，所述光线在所述透镜的出光面发生透射；当其中一个所述透镜下方的所述液晶分子呈所述竖直取向时，所述光线从在所述透镜的出光面发生全反射。
4.根据权利要求1所述的显示面板，其特征在于，所述透镜为平凸透镜。
5.根据权利要求1所述的显示面板，其特征在于，所述液晶分子包括正性液晶。
6.根据权利要求1所述的显示面板，其特征在于，所述彩色反射膜为红色反射膜、绿色反射膜或蓝色反射膜。
7.根据权利要求6所述的显示面板，其特征在于，一个所述红色反射膜、一个所述绿色反射膜和一个所述蓝色反射膜组成一个像素单元，多个所述像素单元重复排列。
8.根据权利要求1所述的显示面板，其特征在于，所述第一电极和第二电极的材料包括氧化铟锡。
9.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的显示面板。
10.根据权利要求9所述的显示装置，其特征在于，还包括：控制单元，所述控制单元控制所述第一电极和第二电极之间的电场，使所述液晶分子在垂直于所述第一基板的第一平面内转动。
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