CN206096697U - 显示面板和显示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种显示面板和显示装置。该显示面板包括第一衬底基板、第二衬底基板、光栅层、波导层、第一电极和第二电极，光栅层、波导层、第一电极和第二电极位于第一衬底基板和第二衬底基板之间，光栅层包括聚合物层和多个间隔设置的液晶光栅，聚合物层覆盖液晶光栅且位于多个液晶光栅之间的间隙中；第一电极和第二电极用于调节液晶光栅的折射率；液晶光栅用于控制光线从波导层耦合出光并控制从波导层耦合出光的光线中特定波长的光线以特定方向出光，波导层耦合出光的耦合效率根据液晶光栅的折射率和聚合物层的折射率的差值确定。本实用新型提高了显示面板的透过率以及提高了液晶的响应时间。

Description

显示面板和显示装置

技术领域

本实用新型涉及显示技术领域，特别涉及一种显示面板和显示装置。

背景技术

在显示技术领域，液晶显示装置包括背光源和显示面板，显示面板包括相对设置的阵列基板和彩膜基板，阵列基板和彩膜基板之间设置有液晶层，阵列基板的背面和彩膜基板的背面均设置有偏光片。通过电压控制液晶的偏转以及经过两层偏光片的控制，以实现灰阶显示。

现有技术中，彩膜基板中的彩色色阻可采用掺有染料的树脂材料制成。

现有技术中液晶显示装置中的显示面板中采用偏振片，会导致液晶显示装置透过率很低(例如，透过率为7％左右)以及液晶盒厚较大(例如，3um-5um)，而较大的盒厚会降低液晶的响应时间；现有技术中由于染料本身的滤光效果不好，因此采用掺有染料的树脂制作的彩色色阻会造成液晶显示装置的透过率低。

实用新型内容

本实用新型提供一种显示面板和显示装置，用于提高显示面板的透过率以及提高液晶的响应时间。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种显示面板，包括第一衬底基板、第二衬底基板、光栅层、波导层、第一电极和第二电极，所述光栅层、所述波导层、所述第一电极和所述第二电极位于所述第一衬底基板和所述第二衬底基板之间，所述光栅层包括聚合物层和多个间隔设置的液晶光栅，所述聚合物层覆盖所述液晶光栅且位于多个所述液晶光栅之间的间隙中；

所述第一电极和所述第二电极用于调节所述液晶光栅的折射率；

所述液晶光栅用于控制光线从所述波导层耦合出光并控制从所述波导层耦合出光的光线中特定波长的光线以特定方向出光，所述波导层耦合出光的耦合效率根据所述液晶光栅的折射率和所述聚合物层的折射率的差值确定。

可选地，所述第二电极位于所述第二衬底基板的靠近所述第一衬底基板的一侧，所述波导层位于所述第二电极的靠近所述第一衬底基板的一侧，所述液晶光栅位于所述波导层的靠近所述第一衬底基板的一侧，所述聚合物层位于所述液晶光栅的靠近所述第一衬底基板的一侧，所述第一电极位于所述第一衬底基板的靠近所述第二衬底基板的一侧。

可选地，所述第二电极位于所述第二衬底基板的靠近所述第一衬底基板的一侧，所述第一电极位于所述第二电极的靠近所述第一衬底基板的一侧，所述波导层位于所述第一电极的靠近所述第一衬底基板的一侧，所述液晶光栅位于所述波导层的靠近所述第一衬底基板的一侧，所述聚合物层位于所述液晶光栅的靠近所述第一衬底基板的一侧。

可选地，所述聚合物层的折射率的范围为液晶光栅的寻常光折射率n_o至液晶光栅的非常光折射率n_e。

可选地，所述聚合物层的折射率为液晶光栅的寻常光折射率n_o。

可选地，所述光栅层的材料为聚合物分散液晶。

可选地，若所述液晶光栅的折射率和所述聚合物层的折射率的差值为0时，所述波导层耦合出光的耦合效率为0，以使所述显示面板处于L0灰阶状态；或者

若所述液晶光栅的折射率与所述聚合物层的折射率的差值的绝对值为设定差值时，所述波导层耦合出光的耦合效率为设定耦合效率，以使所述显示面板处于L255灰阶状态；或者

若所述液晶光栅的折射率与所述聚合物层的折射率的差值的绝对值大于0且小于所述设定差值时，所述波导层耦合出光的耦合效率大于0且小于设定耦合效率，以使所述显示面板处于L0灰阶状态和L255灰阶状态之外的其它灰阶状态。

可选地，所述显示面板包括多个像素单元，每个像素单元中包括多个液晶光栅，每个像素单元中的液晶光栅用于使从波导层耦合出的光线中特定波长的光线以特定的衍射角出光，其中，特定的衍射角由每个像素单元中的液晶光栅的光栅周期确定。

可选地，每个像素单元中的液晶光栅的零级衍射强度和一级衍射强度根据液晶光栅的厚度和/或占空比确定。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种显示装置，包括：背光源和上述显示面板。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型提供的显示面板和显示装置的技术方案中，无需在显示面板中设置偏振片和彩色色阻，从而提高了显示面板的透过率；本实用新型中无需在显示面板中设置偏振片，因此无需要求液晶层整体的相位延迟量，使得液晶盒厚可以设置的较薄，从而提高了液晶的响应时间。

附图说明

图1为本实用新型实施例一提供的一种显示面板的结构示意图；

图2为图1中波导层的示意图；

图3为图2中波导层的光路图；

图4为图1中液晶光栅的衍射原理示意图；

图5为图1中液晶光栅的干涉原理示意图；

图6为本实用新型实施例二提供的一种显示面板的结构示意图；

图7为本实用新型实施例三提供的一种显示装置的结构示意图；

图8为图7中显示装置的光路图；

图9a为显示装置采用图1所示的显示面板时的一种显示模式示意图；

图9b为显示装置采用图1所示的显示面板时的另一种显示模式示意图；

图10a为显示装置采用图4所示的显示面板时的一种显示模式示意图；

图10b为显示装置采用图4所示的显示面板时的另一种显示模式示意图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图对本实用新型提供的显示面板和显示装置的进行详细描述。

图1为本实用新型实施例一提供的一种显示面板的结构示意图，如图1所示，该显示面板包括第一衬底基板1、第二衬底基板2、光栅层、波导层3、第一电极4和第二电极5，光栅层、波导层3、第一电极4和第二电极5位于第一衬底基板1和第二衬底基板2之间，光栅层包括聚合物层6和多个间隔设置的液晶光栅7，聚合物层6覆盖液晶光栅7且位于多个液晶光栅7之间的间隙8中。第一电极4和第二电极5用于调节液晶光栅7的折射率。液晶光栅7用于控制光线从波导层3耦合出光并控制从波导层3耦合出光的光线中特定波长的光线以特定方向出光，波导层3耦合出光的耦合效率根据液晶光栅7的折射率和聚合物层6的折射率的差值确定。

本实施例中，波导层3耦合出光的耦合效率根据液晶光栅7的折射率和聚合物6的折射率的差值的变化而变化。由于液晶光栅7的折射率可根据第一电极4和第二电极5加载的电压的压差调节，因此当第一电极4和第二电极5加载的电压的压差变化时液晶光栅7的折射率也变化，则液晶光栅7的折射率和聚合物6的折射率的差值也会发生变化，从而使得波导层3耦合出光的耦合效率也会变化。

第一衬底基板1的材料可以为玻璃或者树脂，第二衬底基板2的材料可以为玻璃或者树脂。在实际应用中，第一衬底基板1和第二衬底基板2还可以采用其它材料制成，此处不再一一列举。

本实施例中，第一电极4和第二电极5可位于光栅层的同侧或者不同侧。优选地，第一电极4为公共电极，第二电极5为像素电极。

如图1所示，第一电极4和第二电极5位于光栅层的不同侧。具体地，第二电极5位于第二衬底基板2的靠近第一衬底基板1的一侧，波导层3位于第二电极5的靠近第一衬底基板1的一侧，液晶光栅7位于波导层3的靠近第一衬底基板1的一侧，聚合物层6位于液晶光栅7的靠近第一衬底基板1的一侧，第一电极4位于第一衬底基板1的靠近第二衬底基板2的一侧。

光栅层的材料为聚合物分散液晶(Polymer Dispersed Liquid Crystal，简称PDLC)。光栅层是将液晶分子与聚合物材料混合，在一定条件下经聚合反应形成微米级的液晶微滴均匀地分散在高分子网络中，再利用液晶分子的介电各向异性获得具有电光响应特性的材料。PDLC为混合物，则经聚合反应后的光栅层中包括靠近波导层3的光栅结构7和靠近第一电极4的聚合物层6。其中，光栅结构7的材料为液晶分子或者光栅结构7的材料为混有部分聚合物材料的液晶分子。在实际制造过程中受工艺水平的限制形成光栅结构7的液晶分子中可能混有部分聚合物材料，但优选地，光栅结构7的材料为不含聚合物材料的液晶分子，即光栅结构7的材料仅为液晶分子。

聚合物层6的折射率n_p的范围为液晶光栅7的寻常光折射率n_o至液晶光栅7的非常光折射率n_e。优选地，聚合物层6的折射率n_p为液晶光栅7的寻常光折射率n_o。在无外加电压的情形下不能形成有规律的电场，因此液晶分子的光轴取向随机，呈现无序状态，液晶分子的有效折射率n_o不与聚合物层6的折射率n_p匹配，此时光栅层的有效折射率n_c为n_o和n_e的中间值。在施加外电压的情形下，液晶分子的光轴垂直于薄膜表面排列，即与电场方向一致，液晶分子的寻常光折射率n_o与聚合物层6的折射率n_p基本匹配，使得液晶光栅7和聚合物层6之间无明显介面，构成了一基本均匀的介质，此时光栅层的整体折射率为n_o。

波导层3的材料可以为透明材料，例如，氮化硅Si₃N₄。波导层3的厚度的范围包括但不限于100nm至10μm，优选地，波导层4的厚度为100nm，以便于光栅层对光线出光方向和波长的控制。通常波导层3为单模波导，即厚度要足够薄，但是当侧入式准直背光源的光线的准直性较好或者可以对耦合入波导层3中的模式进行有效控制时，可以适当放宽对波导层3的厚度的要求，例如，可以将波导层3的厚度设置成几百纳米甚至几微米的厚度。由于波导层3的厚度远小于第二电极7的厚度且波导层3的厚度远小于第二衬底基板1的厚度，因此侧入式准直背光源发出的光线绝大部分将被耦合进第二电极5和第二衬底基板1中。鉴于侧入式准直背光源发出的光线不可能绝对准直，总会有较小的发散角，因此耦合入第二电极5和第二衬底基板1中的光线也会具有较小的发散角度。波导层3的折射率需要大于波导层3的一个或者多个相邻层的折射率，以保证光线在波导层3中发生全反射。由于第二电极5的折射率小于波导层3的折射率，且第二衬底基板1的折射率小于波导层3的折射率，因此第二电极5和第二衬底基板1中的光线将不能很好的被束缚，而是被注入到波导层3中，补充波导层3的波导模式因传播或光栅层耦合所引起的衰减，综上所述，第二电极5和第二衬底基板1充当了辅助波导的作用。

图2为图1中波导层的示意图，图3为图2中波导层的光路图，需要说明的是图2中未画出第二电极，如图2和图3所示，第二衬底基板2、波导层3和液晶光栅7形成平板波导，第二衬底基板2的折射率为n₂，波导层3的折射率为n₁以及液晶光栅7的折射率为n₃。波导层3的厚度一般在微米数量级，波导层3的厚度可以与光线的波长相比较。波导层3和第二衬底基板2的折射率的差值的范围可以在10^-1和10^-3之间。为了构成真正的光波导，要求n₁必须大于n₂和n₃，即n₁＞n₂≥n₃，这样光线能被限制在波导层3之中传播。光线在平板波导中的传播可以看作是光线在波导层3—第二衬底基板2和波导层3—液晶光栅7的分界面上发生全反射，在波导层3中沿z字形路径传播。光线在波导层3中以锯齿形沿z方向传播。

在平板波导中，n₁＞n₂且n₁＞n₃，当入射光的入射角θ₁超过临界角θ₀时：

入射光发生全反射，此时，在反射点产生一定的位相跃变。通过菲涅耳反射公式：

可以推导出反射点的位相跃变φTM、φTE为：

其中，β＝k₀n₁sinθ₁为光的传播常数，k₀＝2πλ为光线在真空中的波数，λ是光线的波长。要使光线在波导层3中稳定的传播，就要求：

2kh-2φ₁₂-2φ₁₃＝2mπ，m＝0，1，2，3……

其中，k＝k₀n₁cosθ，φ12、φ13为全反射的相位差，h为波导层3的厚度，m为模序数，即从零开始的正整数。所以，只有入射角满足上述公式的光线才能在光波导中稳定地传播，上述公式为平板波导的色散方程。

进一步地，该显示面板还包括位于波导层3侧边的黑色遮挡层11，该黑色遮挡层11用于吸收从波导层3侧边出射的光线。或者，该显示面板还可包括位于波导层3侧边的反射层，该反射层用于对从波导层3侧边出射的光线进行反射。

进一步地，该显示面板还包括栅线、数据线和薄膜晶体管。例如，该栅线、数据线和薄膜晶体管可位于第二电极5和第二衬底基板2之间。薄膜晶体管包括栅极、有源层、源极和漏极，第二电极5与薄膜晶体管的漏极连接。图1中栅线、数据线和薄膜晶体管均未示出。

聚合物层6的折射率的范围为液晶光栅7的寻常光折射率n_o至液晶光栅7的非常光折射率n_e。优选地，聚合物层6的折射率为液晶光栅7的寻常光折射率n_o。本实施例中，通过调节第一电极4和第二电极5之间的电压的压差以调节液晶光栅7的折射率，实现了液晶光栅7中的液晶分子的排列方向的变化，使得液晶光栅7的折射率在n_o至n_e之间调节。当液晶光栅7的折射率变化时，液晶光栅7的折射率和聚合物层6的折射率的差值也会发生变化，因此可通过控制液晶光栅7的折射率和聚合物层6的折射率的差值控制波导层3耦合出光的耦合效率。

若液晶光栅7的折射率和聚合物层6的折射率的差值为0时，波导层3耦合出光的耦合效率为0，以使显示面板处于L0灰阶状态。液晶光栅7的作用被掩盖，没有光从波导层3耦合出来，此时显示面板处于L0灰阶状态。

若液晶光栅7的折射率与聚合物层6的折射率的差值的绝对值为设定差值时，波导层3耦合出光的耦合效率为设定耦合效率，以使显示面板处于L255灰阶状态。此种情况下液晶光栅7的折射率与聚合物层6的折射率的差值的绝对值为设定差值，聚合物层6的折射率是固定的，因此可在寻常光折射率n_o和非常光折射率n_e之间调节液晶光栅7的折射率使得调节后的液晶光栅7的折射率和聚合物层6的折射率的差值的绝对值为最大差值，此时设定差值为最大差值，相应的设定耦合效率为最大耦合效率，液晶光栅7的作用最大，从波导层3耦合出光的耦合效率最大，此时显示面板处于L255灰阶状态。

若液晶光栅7的折射率与聚合物层6的折射率的差值的绝对值大于0且小于设定差值时，波导层3耦合出光的耦合效率大于0且小于设定耦合效率，以使显示面板处于L0灰阶状态和L255灰阶状态之外的其它灰阶状态。此时耦合效率处于0和最大耦合效率之间，从而使得显示面板处于其它灰阶状态。调节液晶光栅7的折射率与聚合物层6的折射率的差值，可以使显示面板处于不同的灰阶状态。

需要说明的是：所谓灰阶是将最亮与最暗之间的亮度变化区分为若干份，灰阶代表了由最暗到最亮之间不同亮度的层次级别，层级越多所能够呈现的画面效果就越细腻。能表现256个亮度层次的灰阶为256灰阶。256灰阶可包括从L0灰阶至L255灰阶的256级灰阶。

本实施例中，显示面板包括多个像素单元，每个像素单元中包括多个液晶光栅7，每个像素单元中的液晶光栅7用于使从波导层3耦合出的光线中特定波长的光线以特定的衍射角出光，其中，特定的衍射角由每个像素单元中的光栅结构7的光栅周期确定。如图1所示，像素单元可以为红色像素单元R、绿色像素单元G或者蓝色像素单元B，则显示面板包括的多个像素单元为依次排列的红色像素单元R、绿色像素单元G和蓝色像素单元B。其中，特定波长的光线为红色光线且特定的衍射角为红色光线衍射角时，从波导层3耦合出的光线照射到红色像素单元R中的液晶光栅7，红色像素单元R中的液晶光栅7使光线中的红色光线以红色光线衍射角出光，红色像素单元R的以红色光栅衍射角出光的红色光线会照射到人眼中，而红色像素单元R的以其它衍射角出光的其它波长的光线不会照射到人眼中，例如，绿色光线和蓝色光线不会照射到人眼中，从而使得红色像素单元R出射红色光线；特定波长的光线为绿色光线且特定的衍射角为绿色光线衍射角，从波导层3耦合出的光线照射到绿色像素单元G中的液晶光栅7，绿色像素单元G中的液晶光栅7使光线中的绿色光线以绿色光线衍射角出光，绿色像素单元G的以绿色光栅衍射角出光的绿色光线会照射到人眼中，而绿色像素单元G的以其它衍射角出光的其它波长的光线不会照射到人眼中，例如，红色光线和蓝色光线不会照射到人眼中，从而使得绿色像素单元G出射绿色光线；特定波长的光线为蓝色光线且特定的衍射角为蓝色光线衍射角，从波导层3耦合出的光线照射到蓝色像素单元B中的液晶光栅7，蓝色像素单元B中的液晶光栅7使光线中的蓝色光线以蓝光线衍射角出光，蓝色像素单元B的以蓝色光栅衍射角出光的蓝色光线会照射到人眼中，而蓝色像素单元B的以其它衍射角出光的其它波长的光线不会照射到人眼中，例如，红色光线和绿色光线不会照射到人眼中，从而使得蓝色像素单元B出射蓝色光线。

如图1所示，波导层3、液晶光栅7和聚合物层6形成可变光栅耦合器，该可变光栅耦合器的相位匹配关系公式为：

2π/λ×Nm＝2π/λ×n_psinθ+q2π/Λ(q＝0,±1,±2,…)，其中，λ为特定波长，Nm为m阶导膜的有效折射率，n_p为聚合物层6的折射率，θ为特定的衍射角，q为衍射级次，Λ为液晶光栅7的光栅周期。从上述公式可以看出，通过调节液晶光栅7的光栅周期Λ即可实现出射光线中特定波长λ的光线以特定的衍射角出射。其中，特定的衍射角为出光光线的出光方向与平面法线的夹角。以图1中的红色像素单元R为例进行描述，红色像素单元R需要出射红色光，即出射光线的特定波长为红色光的波长，则通过确定出红色像素单元R中的液晶光栅7的光栅周期Λ，可实现在出射的光线的特定波长λ为红色光的波长的前提下，出射的红色光线以特定的衍射角θ(即红色光线衍射角)出射。同理，通过确定出绿色像素单元G中的液晶光栅7的光栅周期Λ，可实现在出射的光线的特定波长λ为绿色光的波长的前提下，出射的绿色光线以特定的衍射角θ(即绿色光线衍射角)出射；通过确定出蓝色像素单元B中的液晶光栅7的光栅周期Λ，可实现在出射的光线的特定波长λ为蓝色光的波长的前提下，出射的蓝色光线以特定的衍射角θ(即蓝色光线衍射角)出射。而每个像素单元中的液晶光栅7的光栅周期由每个像素单元中的液晶光栅7的数量决定。例如，红色像素单元R中液晶光栅7的数量可以为5-10个，绿色像素单元R中液晶光栅7的数量可以为4-8个，蓝色像素单元B中液晶光栅7的数量可以为3-5个。需要说明的是：图1中画出的每个像素单元中的液晶光栅7的数量仅表示每个像素单元中具备多个液晶光栅7，并不能表明每个像素单元中液晶光栅7的实际数量。

本实施例中可通过相干光干涉的方法，采用激光器分别照射液晶分子和聚合物混合后的混合物的不同区域以形成不同像素单元中的液晶光栅7。例如：采用红色激光器发出的红色激光通过曝光光栅照射红色像素单元R对应的区域以形成红色像素单元R中的液晶光栅7，采用绿色激光器发出的绿色激光通过曝光光栅照射绿色像素单元G对应的区域以形成绿色像素单元G中的液晶光栅7，以及采用蓝色激光器发出的蓝色激光通过曝光光栅照射蓝色像素单元B对应的区域以形成蓝色像素单元B中的液晶光栅7。由于不同颜色的激光器发出的曝光光线的波长不同，因此在不同颜色的像素单元中形成的液晶光栅7的个数不同，从而使得在不同颜色的像素单元中形成的液晶光栅7的光栅周期Λ不同。根据公式可知，在不同颜色的激光器发出的曝光光线的入射角θ_b相同的情况下，曝光光线的波长λ_b不同，则形成的液晶光栅7的光栅周期Λ也不同。

每个像素单元中的液晶光栅7的零级衍射强度和一级衍射强度根据液晶光栅7的厚度和/或占空比确定。图4为图1中液晶光栅的衍射原理示意图，图5为图1中液晶光栅的干涉原理示意图。如图4所示，照射到液晶光栅7上的光线会发生多级衍射，图5中示出了零级衍射(0阶)、一级衍射(+1阶、-1阶)和二级衍射(+2阶、-2阶)。如图5所示，照射到液晶光栅7上的光线还会发生干涉，干涉可包括相消干涉或者相长干涉。当干涉为相消干涉时，h1(n4–n5)＝mλ/2，其中，h1为液晶光栅7的厚度，n4为液晶光栅7的折射率，n5为聚合物层6的折射率，λ为光线的波长，例如当n4＝1.8且n5＝1.3时，λ＝h1/m，m＝1、3、5...时零级衍射出现透射谷以及一级衍射出现透射峰。当干涉为相长干涉时，h1(n4–n5)＝mλ，其中，h1为液晶光栅7的厚度，n4为液晶光栅7的折射率，n5为聚合物层6的折射率λ为光线的波长，例如当n4＝1.8且n5＝1.3时，λ＝h1/2m，m＝1、2、3...时零级衍射出现透射峰以及一级衍射出现透射谷。本实施例中，采用m＝1、3、5...时零级衍射出现透射谷以及一级衍射出现透射峰的情况，由于白光通过零级衍射出射，因此当零级衍射出现透射谷时白光无法通过光栅结构7的零级衍射进行透射，从而使得白光被过滤掉；由于特定波长的光线通过一级衍射出射，因此当一级衍射出现透射峰时，特定波长的光线可以通过光栅结构7的一级衍射出射。从相消干涉和相长干涉的公式可以看出，可通过调节每个像素单元中的液晶光栅7的厚度h1来调节液晶光栅7的零级衍射强度和一级衍射强度。或者，可通过调节每个像素单元中液晶光栅7的占空比来调节液晶光栅7的零级衍射强度和一级衍射强度，其中，占空比为液晶光栅7的光栅宽度W/光栅周期Λ。或者，可通过调节每个像素单元中的液晶光栅7的厚度h1和占空比来调节液晶光栅7的零级衍射强度和一级衍射强度。通过调节零级衍射强度和一级衍射强度能够使从波导层耦合出光的光线中特定波长的光线以特定方向更好的出光。

本实施例提供的显示面板中，该显示面板包括第一衬底基板、第二衬底基板、光栅层、波导层、第一电极和第二电极，光栅层包括聚合物层和液晶光栅，第一电极和第二电极可调节液晶光栅的折射率，液晶光栅控制光线从波导层耦合出光并控制从波导层耦合出光的光线中特定波长的光线以特定方向出光，波导层耦合出光的耦合效率根据液晶光栅的折射率和聚合物层的折射率的差值确定，本实施例中无需在显示面板中设置偏振片和彩色色阻，从而提高了显示面板的透过率；本实施例中无需在显示面板中设置偏振片，因此无需要求液晶层整体的相位延迟量，使得液晶盒厚可以设置的较薄，从而提高了液晶的响应时间。本实施例中，PDLC自带快速响应属性，从而进一步提高了液晶的响应时间。由于本实施例的显示面板的透过率较高，因此该显示面板可应用于透明显示产品、虚拟现实(VirtualReality，简称VR)产品或者增强现实(Augmented Reality，简称AR)中。本实施例中光栅层采用PDLC材料，无需设置取向层，从而简化了工艺。本实施例中，液晶光栅的光栅周期较小，因此像素单元的尺寸可以做的较小，从而使得该显示面板可以实现高PPI显示。

图6为本实用新型实施例二提供的一种显示面板的结构示意图，如图6所示，本实施例与上述实施例一的区别在于，第二电极5位于第二衬底基板2的靠近第一衬底基板1的一侧，第一电极4位于第二电极5的靠近第一衬底基板1的一侧，波导层3位于第一电极4的靠近第一衬底基板1的一侧，液晶光栅7位于波导层3的靠近第一衬底基板1的一侧，聚合物层6位于液晶光栅7的靠近第一衬底基板1的一侧。

进一步地，第一电极4和第二电极5之间设置有绝缘层9。

本实施例中对其余结构的描述可参见上述实施例一，此处不再赘述。

本实施例提供的显示面板中，该显示面板包括第一衬底基板、第二衬底基板、光栅层、波导层、第一电极和第二电极，光栅层包括聚合物层和液晶光栅，第一电极和第二电极可调节液晶光栅的折射率，液晶光栅控制光线从波导层耦合出光并控制从波导层耦合出光的光线中特定波长的光线以特定方向出光，波导层耦合出光的耦合效率根据液晶光栅的折射率和聚合物层的折射率的差值确定，本实施例中无需在显示面板中设置偏振片和彩色色阻，从而提高了显示面板的透过率；本实施例中无需在显示面板中设置偏振片，因此无需要求液晶层整体的相位延迟量，使得液晶盒厚可以设置的较薄，从而提高了液晶的响应时间。本实施例中，PDLC自带快速响应属性，从而进一步提高了液晶的响应时间。由于本实施例的显示面板的透过率较高，因此该显示面板可应用于透明显示产品、虚拟现实(VirtualReality，简称VR)产品或者增强现实(Augmented Reality，简称AR)中。本实施例中光栅层采用PDLC材料，无需设置取向层，从而简化了工艺。本实施例中，液晶光栅的光栅周期较小，因此像素单元的尺寸可以做的较小，从而使得该显示面板可以实现高PPI显示。

图7为本实用新型实施例三提供的一种显示装置的结构示意图，如图7所示，该显示装置包括：背光源10和显示面板。

本实施例中，背光源10位于显示面板的侧边，因此本实施例的背光源为侧入式背光源。在实际应用中，还可以采用其他形式的背光源，例如，背光源可以为直下式背光源，此种情况不再具体画出。

背光源10可包括LED光源或者其他模式的光源，其中，LED光源可包括白光LED或者由R、G、B三色LED经过混光后制成的光源；其他模式的光源可以为激光光源，激光光源可以为由R、G、B三色激光光源经过混光后制成的光源；其他模式的光源可包括CCFL灯管和光线准直结构。可选地，当背光源10为激光光源时，在背光源10的出光侧(即：背光源10和显示面板之间)还可以设置扩束结构，该扩束结构可以将激光光源发出的激光点光源扩束为准直光源，同时也增大了光束的直径。

背光源10至少与波导层3对应设置，背光源10的光线的出光方向和波导层3所在平面平行。如图7所示，背光源10与第二衬底基板2、波导层3和第二电极5对应设置，且背光源10的宽度可以为第二衬底基板2、波导层3和第二电极5的宽度之和。在实际应用中，背光源10的宽度还可以设置为其他宽度，但以不向光栅层以及光栅层以上各层发射光线为宜，由于光栅层的外侧设置有封框胶，因此向光栅层发射的光线不会射入光栅层中的液晶光栅7。

优选地，背光源10发出的光为准直光。特别是，当背光源10为激光光源时，背光源10发出的光在扩束结构的作用下成为准直光。且本实施例中，背光源10发出的光可以为白光。

图8为图7中显示装置的光路图，如图8所示，从背光源10发出的光线进入波导层3中，在波导层3中发生全反射以在波导层3中沿z字形路径传播。液晶光栅7控制光线从波导层3耦合出光，并控制从波导层3耦合出光的光线中特定波长的光线以特定方向出光，从而实现不同颜色的像素单元中出射不同颜色的光线。

本实施例中的显示面板采用图1中所示的显示面板，具体描述可参见实施例一中的描述，此处不再赘述。

可选地，本实施例中的显示面板还可以采用图6中所示的显示面板，具体描述可参见实施例二中的描述，此处不再具体画出。

本实施例中，显示装置可以为ECB显示装置、TN显示装置、VA显示装置、IPS显示装置或者ADS显示装置。

图9a为显示装置采用图1所示的显示面板时的一种显示模式示意图，图9b为显示装置采用图1所示的显示面板时的另一种显示模式示意图。如图9a所示，调节第一电极4和第二电极5的电压的差值以调节液晶光栅7的液晶分子的排列方向，从而使液晶光栅7的折射率等于聚合物层6的折射率，液晶光栅7的折射率和聚合物层6的折射率的差值为0，此时波导层3耦合出光的耦合效率为0，因此显示装置处于L0灰阶状态。如图9b所示，调节第一电极4和第二电极5的电压的差值以调节液晶光栅7的液晶分子的排列方向，从而使液晶光栅7的折射率与聚合物层6的折射率的差值的绝对值为设定差值，该设定差值为最大差值，此时波导层3耦合出光的耦合效率为设定耦合效率，该设定耦合效率为最大耦合效率，因此显示装置处于L255灰阶状态。需要说明的是：图9a和图9b中光栅结构7的填充图形仅为表示出两张图中液晶分子的排列方向是不同的，此处并未构成对液晶分子的排列方向的限定。

图10a为显示装置采用图4所示的显示面板时的一种显示模式示意图，图10b为显示装置采用图4所示的显示面板时的另一种显示模式示意图。如图10a所示，调节第一电极4和第二电极5的电压的差值以调节液晶光栅7的液晶分子的排列方向，从而使液晶光栅7的折射率等于聚合物层6的折射率，液晶光栅7的折射率和聚合物层6的折射率的差值为0，此时波导层3耦合出光的耦合效率为0，因此显示装置处于L0灰阶状态。如图10b所示，调节第一电极4和第二电极5的电压的差值以调节液晶光栅7的液晶分子的排列方向，从而使液晶光栅7的折射率与聚合物层6的折射率的差值的绝对值为设定差值，该设定差值为最大差值，此时波导层3耦合出光的耦合效率为设定耦合效率，该设定耦合效率为最大耦合效率，因此显示装置处于L255灰阶状态。需要说明的是：图10a和图10b中光栅结构7的填充图形仅为表示出两张图中液晶分子的排列方向是不同的，此处并未构成对液晶分子的排列方向的限定。

由于仅有振动方向在纸面(各附图所示截面)内的e光偏振光才能感受到液晶光栅7的折射率的变化，而振动方向垂直于纸面的o光偏振光感受不到液晶光栅7的折射率的变化，因此从波导层3耦合出来的光为e光偏振光，通过控制液晶光栅7的液晶分子的偏转就可以控制e光偏振光的耦合效率的大小，从而实现灰阶显示。

由于PDLC具有散射特性，因此本实用新型的显示装置适用于利用液晶折射率变化实现可变光栅，通过可变光栅耦合出波导层中的光线以实现灰阶显示，PDLC可以将耦合出来的光线打散，从而使得显示装置实现正常的显示。

本实施例提供的显示装置中，该显示面板包括第一衬底基板、第二衬底基板、光栅层、波导层、第一电极和第二电极，光栅层包括聚合物层和液晶光栅，第一电极和第二电极可调节液晶光栅的折射率，液晶光栅控制光线从波导层耦合出光并控制从波导层耦合出光的光线中特定波长的光线以特定方向出光，波导层耦合出光的耦合效率根据液晶光栅的折射率和聚合物层的折射率的差值确定，本实施例中无需在显示面板中设置偏振片和彩色色阻，从而提高了显示面板的透过率；本实施例中无需在显示面板中设置偏振片，因此无需要求液晶层整体的相位延迟量，使得液晶盒厚可以设置的较薄，从而提高了液晶的响应时间。本实施例中，PDLC自带快速响应属性，从而进一步提高了液晶的响应时间。由于本实施例的显示面板的透过率较高，因此该显示面板可应用于透明显示产品、虚拟现实(VirtualReality，简称VR)产品或者增强现实(Augmented Reality，简称AR)中。本实施例中光栅层采用PDLC材料，无需设置取向层，从而简化了工艺。本实施例中，液晶光栅的光栅周期较小，因此像素单元的尺寸可以做的较小，从而使得该显示面板可以实现高PPI显示。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型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实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种显示面板，其特征在于，包括第一衬底基板、第二衬底基板、光栅层、波导层、第一电极和第二电极，所述光栅层、所述波导层、所述第一电极和所述第二电极位于所述第一衬底基板和所述第二衬底基板之间，所述光栅层包括聚合物层和多个间隔设置的液晶光栅，所述聚合物层覆盖所述液晶光栅且位于多个所述液晶光栅之间的间隙中；

所述第一电极和所述第二电极用于调节所述液晶光栅的折射率；

所述液晶光栅用于控制光线从所述波导层耦合出光并控制从所述波导层耦合出光的光线中特定波长的光线以特定方向出光，所述波导层耦合出光的耦合效率根据所述液晶光栅的折射率和所述聚合物层的折射率的差值确定。

2.根据权利要求1所述的显示面板，其特征在于，所述第二电极位于所述第二衬底基板的靠近所述第一衬底基板的一侧，所述波导层位于所述第二电极的靠近所述第一衬底基板的一侧，所述液晶光栅位于所述波导层的靠近所述第一衬底基板的一侧，所述聚合物层位于所述液晶光栅的靠近所述第一衬底基板的一侧，所述第一电极位于所述第一衬底基板的靠近所述第二衬底基板的一侧。

3.根据权利要求1所述的显示面板，其特征在于，所述第二电极位于所述第二衬底基板的靠近所述第一衬底基板的一侧，所述第一电极位于所述第二电极的靠近所述第一衬底基板的一侧，所述波导层位于所述第一电极的靠近所述第一衬底基板的一侧，所述液晶光栅位于所述波导层的靠近所述第一衬底基板的一侧，所述聚合物层位于所述液晶光栅的靠近所述第一衬底基板的一侧。

4.根据权利要求1所述的显示面板，其特征在于，所述聚合物层的折射率的范围为液晶光栅的寻常光折射率n_o至液晶光栅的非常光折射率n_e。

5.根据权利要求4所述的显示面板，其特征在于，所述聚合物层的折射率为液晶光栅的寻常光折射率n_o。

6.根据权利要求1所述的显示面板，其特征在于，所述光栅层的材料为聚合物分散液晶。

7.根据权利要求1所述的显示面板，其特征在于，若所述液晶光栅的折射率和所述聚合物层的折射率的差值为0时，所述波导层耦合出光的耦合效率为0，以使所述显示面板处于L0灰阶状态；或者

若所述液晶光栅的折射率与所述聚合物层的折射率的差值的绝对值为设定差值时，所述波导层耦合出光的耦合效率为设定耦合效率，以使所述显示面板处于L255灰阶状态；或者

若所述液晶光栅的折射率与所述聚合物层的折射率的差值的绝对值大于0且小于所述设定差值时，所述波导层耦合出光的耦合效率大于0且小于设定耦合效率，以使所述显示面板处于L0灰阶状态和L255灰阶状态之外的其它灰阶显示模式。

8.根据权利要求1所述的显示面板，其特征在于，所述显示面板包括多个像素单元，每个像素单元中包括多个液晶光栅，每个像素单元中的液晶光栅用于使从波导层耦合出的光线中特定波长的光线以特定的衍射角出光，其中，特定的衍射角由每个像素单元中的液晶光栅的光栅周期确定。

9.根据权利要求8所述的显示面板，其特征在于，每个像素单元中的液晶光栅的零级衍射强度和一级衍射强度根据液晶光栅的厚度和/或占空比确定。

10.一种显示装置，其特征在于，包括：背光源和权利要求1至9任一所述的显示面板。