JP7376503B2 - 表示パネル及び表示装置 - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、２０１８年９月２８日に提出した中国特許出願第２０１８１１１３７３２９．７号の優先権を主張し、ここで、該中国特許出願に開示されている全内容が本願の一部として援用される。

本開示は表示技術分野に関し、特に表示パネル及び表示装置に関する。

表示技術の急速な発展に伴い、人々の表示製品の性能への要求が高まっている。表示パネルが表示製品の重要な構成部分として広く注目されている。

関連する液晶表示方式において、バックライトの提供する光が自然光（２種類の偏光を含む）であるが、液晶回折格子が１種類の偏光のみを変調できる。すなわち、他の種類の偏光が液晶セルに入った後に表示・使用されることができない。

本開示の実施例の第１態様は表示パネルを提供し、光取り出し部材と液晶層との間に設置され、前記光取り出し部材から取り出した光を偏光方向が互いに垂直である線偏光に分割するためのビーム分割部材と、前記ビーム分割部材の前記光取り出し部材から離れる側に設置され、前記ビーム分割部材から前記液晶層に入射した線偏光を変調するための変調部材と、を備える。

いくつかの実施例では、前記光取り出し部材は導光部材と、前記導光部材の出光面に設置される複数の光取り出し口とを備える。

いくつかの実施例では、前記ビーム分割部材は、前記光取り出し部材の異なる光取り出し口に対応する位置に交互に設置される、光透過軸が互いに垂直である複数の第１反射偏光板及び複数の第２反射偏光板を備える。

いくつかの実施例では、前記異なる光取り出し口から取り出した光は、それぞれ前記第１反射偏光板及び第２反射偏光板を透過した後、偏光方向が互いに垂直である第１線偏光及び第２線偏光に分割され、前記第１反射偏光板は第１線偏光を透過して、第２線偏光を反射し、前記第２反射偏光板は第１線偏光を反射して、第２線偏光を透過する。

いくつかの実施例では、前記第１反射偏光板を透過した第１線偏光と、前記第２反射偏光板を透過した第２線偏光とは元の伝播方向に沿って前記液晶層に入射し、前記第２反射偏光板を透過した第１線偏光と、前記第１反射偏光板を透過した第２線偏光とは対応する光取り出し口に反射される。

いくつかの実施例では、前記ビーム分割部材は交互に設置されている偏光分光器及びベベルミラーを備え、前記偏光分光器は前記光取り出し部材の光取り出し口の対応位置に位置し、前記ベベルミラーは隣接する光取り出し口の間に位置し、斜面が前記偏光分光器に向かい、前記偏光分光器の分光面が前記ベベルミラーの斜面に平行する。

いくつかの実施例では、前記光取り出し口から取り出した光は前記偏光分光器を透過した後、偏光方向が互いに垂直である第１線偏光及び第２線偏光に分割され、前記第１線偏光は元の伝播方向に沿って伝播して、前記液晶層に入射し、前記第２線偏光は元の伝播方向に垂直な方向に沿って伝播して、前記ベベルミラーの斜面に入射し、前記ベベルミラーにより反射された後、前記液晶層に入射する。

いくつかの実施例では、前記変調部材は前記ビーム分割部材と前記液晶層との間に設置される駆動電極及び画素電極を備え、前記画素電極は前記駆動電極より前記液晶層に接近する。

いくつかの実施例では、前記画素電極は、それぞれ前記液晶層に入射した偏光方向が互いに垂直である線偏光を変調するための配列方向が互いに垂直である第１画素電極及び第２画素電極を備える。

いくつかの実施例では、前記第１画素電極は第１方向に沿って配列される複数の第１電極を含み、前記第２画素電極は第２方向に沿って配列される複数の第２電極を含み、前記第２方向は前記第１方向に垂直であり、前記第２方向と前記第１方向とはいずれも前記導光部材の出光面に平行し、前記第１線偏光は前記第１方向に沿って偏光され、前記第２線偏光は前記第２方向に沿って偏光される。

いくつかの実施例では、前記第１電極と前記第２電極とはストリップ電極である。

いくつかの実施例では、前記変調部材は、更に、前記ビーム分割部材と前記駆動電極との間に設置され、前記ビーム分割部材からの偏光方向が互いに垂直である第１線偏光及び第２線偏光の偏光方向を同様に変調するための半波長板を備える。

いくつかの実施例では、前記半波長板は前記光取り出し部材の光取り出し口の対応位置に設置される。

いくつかの実施例では、前記表示パネルは、更に、前記光取り出し部材と前記液晶層との間に設置され、前記ビーム分割部材と前記変調部材とを支持するための支持層を備える。

いくつかの実施例では、前記導光部材は導光板であり、前記光取り出し口に光取り出し構造が設けられる。

いくつかの実施例では、前記表示パネルは、更に、前記液晶層の前記変調部材から離れる側に設置される遮光層を備え、前記遮光層は遮光ユニットのアレイを備え、前記遮光ユニットの位置は前記ビーム分割部材の位置に対応する。

いくつかの実施例では、前記表示パネルは、更に、前記液晶層の前記光取り出し部材から離れる側に設置される基板を備える。

本開示の実施例の第２態様は上記表示パネルを備える表示装置を提供する。

いくつかの実施例では、前記表示装置は、更に、光源と、前記光源からの光を前記光取り出し部材に反射するための曲面反射部材と、前記光取り出し部材から射出された光を前記光取り出し部材に反射するための反射平面と、を備える。

以下、図面を参照しながら本開示の実施例を詳しく説明することにより、本開示の他の特徴及びその利点が明らかになる。

明細書の一部となる図面は本開示の実施例を説明し、明細書とともに本開示の原理を解釈することに用いられる。

図面を参照しながら、以下の詳細な説明に基づき、本開示をより明確に理解することができる。

図１は本開示の一実施例に係る表示パネルの構造模式図である。 図２は本開示の一実施例に係る表示装置の構造模式図である。 図３は本開示の一実施例に係るビーム分割部材の構造模式図である。 図４は本開示の一実施例に係る変調部材の構造模式図である。 図５は本開示の他の実施例に係る表示装置の構造模式図である。 図６は本開示の他の実施例に係るビーム分割部材の構造模式図である。 図７は本開示の他の実施例に係る表示装置の構造模式図である。 図８は本開示の更なる実施例に係る表示装置の構造模式図である。

理解されるように、図面における各部分の寸法は実際の比率で描かれたものではない。また、同様又は類似の参照番号は同様又は類似の部材を示す。

以下、図面を参照しながら本開示の様々な実施例を詳しく説明する。実施例の説明は説明のためのものであって、本開示及びその応用又は使用を制限するためのものではない。本開示は様々な形式で実現されてもよく、ここの実施例に限らない。これらの実施例を提供する目的は本開示を明確且つ完全にし、当業者に本開示の範囲を十分に説明することである。なお、具体的に説明しない限り、これらの実施例に説明される部材及びステップの相対配置は模式的なものであって、制限のためのものではないと解釈されるべきである。

本開示に使用される「第１」、「第２」及び類似の用語はいかなる順序、数又は重要性を示すことなく、異なる部分を区分するためのものである。「含む」等の類似の用語は該用語の前の要素が該用語の後で挙げられた要素を含むが、他の要素を含む可能性を排除しないことを意味する。「上」、「下」、「左」、「右」等は相対位置関係を示すことに用いられ、被説明対象の絶対位置が変化した後、該相対位置関係も対応して変化する可能性がある。

本開示では、特定の素子が第１素子と第２素子との間に位置すると説明される場合、該特定の素子と第１素子又は第２素子との間に中間素子が存在してもよいし、中間素子が存在しなくてもよい。

特に定義しない限り、本開示に使用されるすべての用語（技術用語又は科学用語を含む）は、本開示の属する分野で当業者が理解する意味と同じである。更に理解されるように、明確に定義しない限り、例えば一般辞書に定義された用語が関連技術のコンテクストでの意味に一致する意味を有すると解釈されるべきであるが、理想化又は極度に形骸化された意味で解釈されるべきではない。

当業者が知られた技術、方法及び装置を詳しく検討しない可能性があるが、適切な状況において、前記技術、方法及び装置が明細書の一部であると見なされるべきである。

関連する液晶表示方式において、液晶回折格子により変調できない偏光は表示時に遮光層に直接吸収されて使用できないため、少なくとも光エネルギーの半分が浪費され、このため、高発光効率を必要とする表示シーン（例えば、透明表示）の要件を満たすことができない。

これに鑑みて、本開示は液晶表示の発光効率を向上させることのできる技術案を提供する。

図１は本開示の一実施例に係る表示パネルの構造模式図である。図１に示すように、表示パネルは光取り出し部材１００と液晶層２００との間に設置されるビーム分割部材１１０及び変調部材１２０を備える。

ビーム分割部材１１０と変調部材１２０とは、いずれも光取り出し部材１００の上方に位置する。ビーム分割部材１１０は光取り出し部材１００の出光側に位置し、光取り出し部材１００から取り出した光を偏光方向が互いに垂直である線偏光に分割することに用いられる。

変調部材１２０はビーム分割部材１１０の光取り出し部材１００から離れる側に設置され、すなわちビーム分割部材１１０の出光側に位置し、ビーム分割部材１１０から液晶層２００に入射した線偏光を変調することに用いられる。

液晶層は上下基板の間に位置する。上基板３００はガラス基板を用いてもよい。光取り出し部材１００は下基板として使用されてもよい。液晶層２００は従来の液晶材料を用いてもよい。液晶層２００は電極に生じた電界によって対応する配列を形成し、その中に入射した光位相に相違が生じることにより、回折効果を実現し、すなわち液晶回折格子を形成することができる。液晶は複屈折結晶であり、屈折率値が２つある。いくつかの実施例では、形成された液晶回折格子の回折効率がより高いように確保するよう、より大きな屈折率差の液晶材料を選択することができる。

液晶に異なる駆動電圧を印加すると、異なる形態の液晶回折格子を形成する。すなわち、液晶に異なる駆動電圧信号を印加することにより、液晶回折格子の入射光に対する異なる回折効率を実現し、明状態でのマルチグレースケール表示を実現することができる。

上記実施例では、ビーム分割部材及び変調部材でバックライト（自然光）のすべての偏光をいずれも表示に使用することにより、表示の発光効率を著しく向上させることができる。

図２は本開示の一実施例に係る表示装置の構造模式図である。図２に示すように、表示装置は表示パネル及び光源アセンブリを備える。

表示パネルは導光部材１０１、光取り出し構造１０１Ｓ、支持層１０６、第１反射偏光板１１１、第２反射偏光板１１２、画素電極１２１、絶縁層１２２、駆動電極１２３、液晶層２００、遮光層ＢＭ及び上基板３００を備える。光源アセンブリは曲面反射部材１０２、光源１０３及び反射平面１０４を備える。

導光部材１０１と、導光部材１０１の出光面に設置される光取り出し口の光取り出し構造１０１Ｓとは光取り出し部材を構成する。導光部材１０１は導光板の形式を用いてもよく、透明度がより高く、上下表面がいずれも比較的平滑である。導光板はガラス基板、例えばＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）有機ガラスであってもよい。導光板は下基板として使用されてもよい。

光取り出し構造１０１Ｓは光を導光部材１００から取り出し、例えば近似的にコリメートして取り出すことに用いられる。光取り出し構造は回折格子を含んでもよいが、それに限らず、これにより、回折格子の回折作用を利用して光を導光部材から取り出すことができる。

いくつかの実施例では、光取り出し回折格子が一定の間隔で導光板の上表面（出光面）に配列されており、導光板の各光取り出し口が１つの光取り出し回折格子に対応する。光取り出し回折格子の材料がＳｉＮｘ、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、フォトレジスト等であってもよい。当然ながら、導光板の上表面に回折格子構造を直接エッチングしてもよい。

光取り出し回折格子は導光板内を全反射により伝播した光線を回折して近似的にコリメートして取り出すことに用いられる。光取り出し回折格子の線幅及び高さは回折格子の回折効率に関連し、実際の必要に応じて回折格子設計ソフトウェア（例えば、ｒｓｏｆｔ、ＦＤＴＤ、Ｖｉｒｔｕａｌｌａｂ等）を利用して取得できる。光取り出し回折格子の周期は以下の方程式によって設計されてもよい。
ｎ_１ｓｉｎθ_１－ｎ_２ｓｉｎθ_２＝ｍλ／Ｐ

Ｐが回折格子の周期を示し、ｎ_１が回折格子の入射光の位置する媒質の屈折率を示し、ｎ_２が回折格子の回折光の位置する媒質の屈折率を示し、θ_１が入射角を示し、θ_２が回折角を示し、λが光の波長を示す。

曲面反射部材１０２は光源１０３からの光を導光部材１０１に反射することに用いられる。曲面反射部材１０２は例えば放物面反射鏡又は球面反射鏡等であってもよい。曲面反射部材は樹脂材料を用いてもよい。

いくつかの実施例では、曲面反射部材１０２は光源１０３の発した光を特定の角度で導光部材１０１（例えば、導光板）内に結合し、光をその中で全反射により伝送させる。図２に示すように、点線で示される光線は光源１０３の発した非偏光を示し、曲面反射部材１０２により導光部材１０１に反射されて、導光部材１０１を全反射により伝播する。

例えば、曲面反射部材１０２と導光部材１０１との相対位置を設置することにより、曲面反射部材１０２により反射された光が導光部材１０１の全反射角より大きな入射角で導光部材１０１に入射するようにする。発光効率（すなわち、光の利用効率）を更に向上させるよう、曲面反射部材１０２と導光部材１０１との相対位置を更に調整することにより、より多くの光が導光部材１０１に入るようにしてもよい。また、導光部材１０１の屈折率を調整することにより、導光部材１００の全反射角を調整してもよく、例えば異なる材料を含む導光板を選択する。

ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ、発光ダイオード）は寸法が小さく、単色光を発射し、スペクトルの幅がより小さいという利点を有するため、光源１０３がＬＥＤを用いてもよい。いくつかの実施例では、光源１０３が単色ｍｉｃｒｏＬＥＤ（マイクロＬＥＤ）、単色ｍｉｃｒｏＯＬＥＤ（ｍｉｃｒｏ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ、マイクロ有機発光ダイオード）又は単色レーザ光源である。

反射平面１０４は光源１０３の下表面に位置する。反射平面は導光部材から射出した光を導光部材に反射することができ、それにより発光効率を更に向上させることができる。

図２に示すように、支持層１０６は導光部材１０１と液晶層２００との間に設置され、導光部材１０１の上方（出光側）に位置し、ビーム分割部材１１０と変調部材１２０とを支持することに用いられる。いくつかの実施例では、支持層は樹脂層を含む。樹脂層を支持層として用いることにより、平坦な支持面を提供することができるだけでなく、光取り出し回折格子を保護することもできる。

光取り出し回折格子は導光部材内を伝播している光線を上向きに近似的にコリメートして取り出すことに用いられてもよい。図２に示される実施例では、回折角θ_２がゼロに等しく、ｎ_２が支持層の屈折率を示し、ｎ_１が導光部材の屈折率を示し、θ_１が光の導光部材内での伝播角度を示す。いくつかの実施例では、支持層が低屈折率の樹脂材料である。低屈折率の材料を用いることにより、支持層に隣接する部材の光学特性を確保することができ、すなわちｎ_１ｓｉｎθ_１－ｎ_２ｓｉｎθ_２＝ｍλ／Ｐを満足する。

図２に示すように、光透過軸が互いに垂直である第１反射偏光板１１１及び第２反射偏光板１１２はビーム分割部材を構成する。第１反射偏光板１１１と第２反射偏光板１１２とは導光部材１０１の異なる光取り出し口に対応する位置に交互に設置され、例えば異なる光取り出し回折格子１０１Ｓの上方に交互に設置される。ここで、「対応」は、反射偏光板及び光取り出し口が導光部材の出光面での正投影が少なくとも部分的に重複することを示す。

図３は本開示の一実施例に係るビーム分割部材の構造模式図である。

図３に示される反射偏光板はビーム分割型ＷＧＰ（ｗｉｒｅ ｇｒｉｄ ｐｏｌａｒｉｚｅｒ、ワイヤグリッド偏光板）である。ビーム分割型ＷＧＰは入射ビーム（例えば、自然光）を偏光方向が互いに垂直である（すなわち、直交偏光の）２つの異なる線偏光ビームに分割することができる。自然光が入射して反射偏光板を透過するとき、１種類の偏光状態の光は元の方向に沿って透過してもよく、偏光方向に垂直な他の偏光状態の光は反射されることとなる。図３に示すように、ビーム分割型ＷＧＰは基板３０に形成されたナノスリット４０を有する金属グリッド５０である。いくつかの実施例では、基板がガラス基板を用いてもよい。金属がＡｌを用いてもよい。金属グリッドの幅、厚さ、ピッチが実際の必要に応じて設定されてもよい。例えば、金属グリッドのピッチを２００ｎｍ以内に設定してもよい。

理解されるように、実際の必要に応じて、反射偏光板はＤＢＥＦ（ｄｕａｌ ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｆｉｌｍ、二重輝度向上フィルム）、偏光選択性を有するナノ構造媒質の回折格子等の実現方式を用いてもよい。

以下、図２を参照しながら第１反射偏光板１１１及び第２反射偏光板１１２を説明する。図２に示すように、異なる光取り出し回折格子から取り出した光はそれぞれ第１反射偏光板１１１及び第２反射偏光板１１２を透過した後、偏光方向が互いに垂直である第１線偏光Ｌ１（すなわち、紙面に平行する水平偏光の光、両矢印付きの実線光線で示される）及び第２線偏光Ｌ２（すなわち、紙面に垂直である垂直偏光の光、丸付きの実線光線で示される）に分割される。具体的に、光取り出し回折格子１０１Ｓ－１から取り出した光は第１反射偏光板１１１を透過した後、偏光方向が互いに垂直である第１線偏光Ｌ１及び第２線偏光Ｌ２に分割される。光取り出し回折格子１０１Ｓ－２から取り出した光は第２反射偏光板１１２を透過した後、偏光方向が互いに垂直である第１線偏光Ｌ１及び第２線偏光Ｌ２にも分割される。異なる光取り出し回折格子から取り出した光について、第１線偏光と第２線偏光との比率が異なる可能性がある。

いくつかの実施例では、第１反射偏光板は第１線偏光を透過して、第２線偏光を反射し、第２反射偏光板は第１線偏光を反射して、第２線偏光を透過する。

図２に示すように、第１反射偏光板１１１を透過した第１線偏光Ｌ１と、第２反射偏光板１１２を透過した第２線偏光Ｌ２とは元の伝播方向に沿って伝播し続け、その後、液晶層２００に入射する。それと異なり、改めて導光部材１０１に入るよう、第２反射偏光板１１２を透過した第１線偏光Ｌ１と、第１反射偏光板１１１を透過した第２線偏光Ｌ２とは元の光取り出し回折格子に反射され、すなわちそれぞれ光取り出し回折格子１０１Ｓ－２、１０１Ｓ－１に戻る。導光部材１０１に反射されるこれらの光は、他の光取り出し回折格子により取り出されて再び使用できる。例えば、図２に示すように、光取り出し回折格子１０１Ｓ－１から導光部材１０１に戻った第１線偏光Ｌ１は全反射によりある光取り出し回折格子（図示せず）に到達して、該光取り出し回折格子から取り出され、該光取り出し回折格子の上方の第２反射偏光板を透過して液晶層に入射する。このように、発光効率を更に向上させることができる。

上記ビーム分割部材の構造を用いることにより、直交偏光の２種類の偏光をすべて異なる光取り出し口から近似的にコリメートして取り出すことができる。以下、図２及び図４を参照しながら、どのように異なる偏光方向の線偏光を液晶表示に活用するかを説明する。図４は本開示のいくつかの実施例に係る変調部材の構造模式図である。

図２に示される変調部材は画素電極１２１及び駆動電極１２３を備える。図２に示すように、画素電極１２１及び駆動電極１２３はビーム分割部材（すなわち、第１反射偏光板１１１及び第２反射偏光板１１２）と液晶層２００との間に設置される。画素電極１２１は駆動電極１２３より液晶層２００に接近し、すなわち画素電極１２１は駆動電極１２３の上方に位置する。図２に示される画素電極１２１及び駆動電極１２３は液晶層２００のビーム分割部材に接近する側に位置し、すなわち液晶層の下方に位置する。理解されるように、画素電極及び駆動電極は液晶層のビーム分割部材から離れる側に位置し、すなわち液晶層の上方に位置してもよい。

図２に示すように、画素電極１２１及び駆動電極１２３は絶縁層１２２により仕切られる。いくつかの実施例では、駆動電極及び画素電極はいずれも透光材料からなり、例えばＩＴＯ電極を用いてもよい。

画素電極１２１及び駆動電極１２３を液晶層２００の同一側に設置することにより、フリンジ電界効果を利用して液晶回折格子を形成することができ、それにより高い光透過効率を実現する。理解されるように、実際の必要に応じて画素電極及び駆動電極を液晶層の両側に設置してもよい。このような場合、絶縁層により画素電極及び駆動電極を仕切る必要がない。

画素電極１２１は第１画素電極１２１１及び第２画素電極１２１２を含む。第１画素電極１２１１及び第２画素電極１２１２は第１反射偏光板１１１及び第２反射偏光板１１２の対応位置に交互に設置される。ここで、「対応」は、第１画素電極及び第１反射偏光板が導光部材の出光面での正投影が少なくとも部分的に重複し、第２画素電極及び第２反射偏光板が導光部材の出光面での正投影が少なくとも部分的に重複することを示す。

図２から分かるように、第１画素電極１２１１及び第２画素電極１２１２は第１反射偏光板１１１及び第２反射偏光板１１２の上方に交互に設置され、すなわち第１画素電極１２１１は第１反射偏光板１１１の上方に設置されるが、第２画素電極１２１２は第２反射偏光板１１２の上方に設置される。

遮光層ＢＭは液晶層２００の変調部材１２０から離れる側に設置され、例えば上基板３００に位置し、図２に示される。遮光層ＢＭは金属薄膜又は遮光樹脂材料を用いてもよく、光を吸収することに用いられる。遮光層ＢＭは遮光ユニットのアレイを備えてもよく、アレイの各遮光ユニットが透光材料により仕切られており、透光材料が例えばカラーフィルター層であってもよい。遮光ユニットの位置はビーム分割部材の位置に対応する。図２に示すように、遮光ユニットの位置は第１、第２反射偏光板の位置に対応する。ここで、「対応」は遮光ユニット及び第１又は第２反射偏光板が導光部材の出光面での正投影が少なくとも部分的に重複することを示す。

いくつかの実施例では、遮光層を利用して液晶層から射出した光を吸収する。例えば、液晶層に駆動電圧を印加しない場合、液晶層から射出した光が遮光層により吸収されることとなり、表示の暗状態を実現することができる。

以上のように、変調部材はビーム分割部材から液晶層に入射した線偏光を変調することに用いられる。例えば、変調部材は、明状態でビーム分割部材から液晶層に入射した少なくとも一部の線偏光を遮光層ＢＭからずれるように変調することに用いられる。ここの変調は回折により実現されてもよく、屈折により実現されてもよい。回折変調について、表示のため、電極配列により形成された液晶回折格子が１種類の線偏光しか回折変調できないことが知られている。２種類の線偏光をすべて回折変調するよう、図４には２種類の電極配列を示す。

図４に示すように、第１画素電極１２１１及び第２画素電極１２１２の配列方向は互いに垂直である。第１画素電極１２１１は第１方向に沿って配列される複数の第１電極を含む。第２画素電極１２１２は第２方向に沿って配列される複数の第２電極を含む。第２方向は第１方向に垂直であり、第２方向と第１方向とはいずれも導光部材の出光面に平行する。

図４に示すように、第１方向は紙面に平行し、第２方向は紙面に垂直である。第１電極と第２電極とはいずれもストリップ電極である場合、第１方向は第２電極のストリップ延長方向に平行し、第２方向は第１電極のストリップ延長方向に平行する。

図４には２種類の電極配列における電界線分布Ｅ１及びＥ２を示す。電界線Ｅ１及びＥ２は互いに垂直であるため、形成された液晶回折格子の配列も互いに垂直である。このような電界作用下で、液晶層２００に入射した偏光方向が互いに垂直である線偏光は、いずれも回折されて遮光層ＢＭからずれることができる。具体的に、第１線偏光Ｌ１が第１方向に沿って偏光され、第２線偏光Ｌ２が前記第２方向に沿って偏光されるため、第１画素電極１２１１を利用して液晶層２００に入射した第１線偏光Ｌ１を回折して遮光層ＢＭからずれることができるが、第２画素電極１２１２を利用して液晶層２００に入射した第２線偏光Ｌ２を回折して遮光層ＢＭからずれることができる。

２種類の画素電極の配列方向を互いに垂直にすることにより、２種類の異なる形態の液晶回折格子を形成することができ、遮光層ＢＭからずれるよう、それぞれ対応する線偏光を回折・分散させることができ、これにより、表示を実現することができる。また、異なる駆動電圧で、液晶回折格子の回折発光効率が異なる。従って、駆動電圧を調整することにより異なるグレースケールを実現することができる。

上記実施例のバックライト設計及び液晶回折格子の電極設計に基づき、バックライト（自然光）の全偏光をすべて表示に使用することができ、これにより、発光効率を著しく向上させる。

図５は本開示の他の実施例に係る表示装置の構造模式図である。図５が図２との相違点は、ビーム分割部材の実現方式が異なることにある。以下、相違点のみを説明し、同じ点については、詳細な説明は省略する。

図５に示すように、ビーム分割部材は導光部材１０１の上方に交互に設置されている偏光分光器１１３及びベベルミラー１１４を備える。偏光分光器１１３は導光部材１０１の光取り出し口の対応位置に位置し、例えば光取り出し回折格子１０１Ｓの上方に位置する。ベベルミラー１１４は隣接する光取り出し口の間に位置するが、光取り出し口の上方に位置しない。ベベルミラー１１４の斜面は偏光分光器１１３に向かって、偏光分光器１１３の分光面に平行する。

図５に示すように、遮光ユニットの位置は偏光分光器及びベベルミラーの位置に対応する。ここで、「対応」は、遮光ユニット及び偏光分光器又はベベルミラーが導光部材の出光面での正投影が少なくとも部分的に重複することを示す。

図６は本開示の他の実施例に係るビーム分割部材の構造模式図である。

図６に示すように、偏光分光器１１３は１対の高精度の直角プリズムを接着してなるものであってもよく、１つのプリズムの斜面に偏光分光媒質膜がメッキされる。偏光分光媒質膜がメッキされる斜面は偏光分光器の分光面である。偏光分光器は入射した非偏光を２つの垂直な線偏光に分割することができ、１種類の偏光は完全に透過したが、他の種類の偏光は４５°角で反射され、出光方向が９０°角ずれる。すなわち、図６に示すように、１種類の偏光（例えば、紙面に平行する水平偏光の光、すなわち水平偏光）は偏光分光器を透過した後、元の伝播方向が変化しないが、他の種類の偏光（例えば、紙面に垂直である垂直偏光の光、すなわち垂直偏光）は偏光分光器を透過した後、伝播方向が垂直に偏向する。

ベベルミラー１１４はマイクロプリズム１１４Ｌと、その斜面上の反射層１１４Ｒとで構成されてもよく、偏光分光器を透過した後に垂直に偏向した線偏光の伝播方向を調整することに用いられる。図６に示すように、ベベルミラー１１４は反射作用によって垂直偏光の伝播方向を元の伝播方向に調整し、すなわち水平偏光の伝播方向に一致するように調整する。

以下、図５を参照しながら偏光分光器１１３及びベベルミラー１１４を説明する。図５に示すように、光取り出し回折格子１０１Ｓから取り出した光は偏光分光器１１３を透過した後、偏光方向が互いに垂直である第１線偏光Ｌ１及び第２線偏光Ｌ２に分割される。

図５から更に分かるように、第１線偏光Ｌ１は元の伝播方向に沿って伝播し続け、その後、液晶層２００に入射する。それと異なり、表示のため、第２線偏光Ｌ２は元の伝播方向に垂直な方向に沿って伝播して、ベベルミラー１１４の斜面に入射し、反射した後、伝播方向は元の伝播方向に調整され、その後、液晶層２００に入射する。図５に示すように、伝播方向は導光板の上表面に平行する方向であると説明されてもよい。上記偏光分光器及びベベルミラーの共同作用によって、直交偏光の２種類の偏光をすべて異なる光取り出し口から近似的にコリメートして取り出し、すなわち偏光をすべて領域に分けて取り出すことができる。

図７は本開示の他の実施例に係る表示装置の構造模式図である。図７が図２との相違点は、変調部材の実現方式が異なることにある。以下、相違点のみを説明し、同じ点については、詳細な説明は省略する。

図７に示すように、変調部材１２０は更に半波長板１２４を備える。入射光を１種類の偏光方向の線偏光にするが、透射光を他の種類の直交偏光の線偏光にするために、半波長板は線偏光の振動面を回転することができる。

半波長板はビーム分割部材と駆動電極との間に設置され、ビーム分割部材からの偏光方向が互いに垂直である線偏光の偏光方向を同様に変調することに用いられる。半波長板は第１線偏光の出光側に設置されてもよく、図７に示すように、半波長板１２４は第１反射偏光板１１１の上方に設置されてもよい。当然ながら、半波長板は第２線偏光の出光側に設置され、例えば第２反射偏光板１１２の上方に設置されてもよい。図７の実施例では、半波長板は導光部材の光取り出し口の対応位置、例えば光取り出し口の上方に設置される。

半波長板を利用してビーム分割部材からの異なる線偏光の偏光方向を同様に変調することができ、このように、２種類の画素電極を交互に配列することを必要とせずに、１種類の電極配列によってバックライトのすべての偏光をいずれも表示に使用することができる。

図８は本開示の更なる実施例に係る表示装置の構造模式図である。

図８が図７との相違点は、ビーム分割部材の実現方式が異なることにある。それに対応して、本実施例の半波長板は第１又は第２反射偏光板の上方ではなく、偏光分光器又はベベルミラーの上方に設置されてもよい。図８に示すように、半波長板１２４は偏光分光器１１３の上方に設置される。理解されるように、半波長板をベベルミラーの上方に設置すれば、半波長板は導光部材の光取り出し口の対応位置に位置しない。すなわち、半波長板は導光部材の光取り出し口の対応位置に設置されなければならないものではない。

図８は図３におけるビーム分割部材の実現方式と同様であり、図７における変調部材の実現方式と同様である。図３及び図７並びに以上の説明を参照すれば、図８に示される表示パネルの構造が明らかになり、従って、詳細な説明は省略する。

理解されるように、上記実施例では、光取り出し口、第１反射偏光板、第２反射偏光板、偏光分光器、ベベルミラー、第１画素電極、第２画素電極はいずれも複数あってもよい。

本開示の実施例に係る表示パネルは発光効率への要件がより高い分野、例えば透明表示、ＡＲ／ＶＲ表示、指向性表示、マイクロ・ナノ光学等の分野に広く応用されてもよい。且つ、本開示の実施例を用いる表示パネルは液晶層の両側に偏光板を設置する必要がなく、これにより、構造及びプロセスを簡素化することができる。

本開示の実施例は更に上記表示パネルを備える表示装置を提供する。いくつかの実施例では、表示装置は携帯電話、タブレットコンピュータ、テレビ、ディスプレイ、ノートパソコン、デジタルフォトフレーム、カーナビゲーション等の表示機能を持ついかなる製品又は部材であってもよい。

ここで、既に本開示の様々な実施例を詳しく説明した。本開示の構想を遮ることを防止するために、本分野に公知される一部の細部を説明しなかった。上記説明に基づき、ここで開示された技術案を如何に実施するかは、当業者にとって明白である。

例によって本開示の一部の特定の実施例を詳しく説明したが、当業者であれば理解できるように、上記の例は説明のためのものに過ぎず、本開示の範囲を制限するためのものではない。当業者であれば理解できるように、本開示の範囲や精神を逸脱せずに、以上の実施例を修正したり、一部の技術的特徴に対して等価置換を行ったりすることができる。本開示の範囲は添付の特許請求の範囲により限定される。

１００ 光取り出し部材
１１０ ビーム分割部材
１２０ 変調部材
２００ 液晶層

Claims (14)

1. 表示パネルであって、
   光取り出し部材と液晶層との間に設置され、前記光取り出し部材から取り出した光を偏光方向が互いに垂直である線偏光に分割するためのビーム分割部材と、
   前記ビーム分割部材の前記光取り出し部材から離れる側に設置され、前記ビーム分割部材から前記液晶層に入射した前記線偏光を変調するための変調部材と、を備え、
   前記光取り出し部材は導光部材と、前記導光部材の出光面に設置される複数の光取り出し口とを備え、
   前記ビーム分割部材は、前記光取り出し部材の異なる光取り出し口に対応する位置に交互に設置される、光透過軸が互いに垂直である複数の第１反射偏光板及び複数の第２反射偏光板を備え、
   前記異なる光取り出し口から取り出した光は、それぞれ前記第１反射偏光板及び第２反射偏光板を透過した後、偏光方向が互いに垂直である第１線偏光及び第２線偏光に分割され、
   前記第１反射偏光板は第１線偏光を透過して、第２線偏光を反射し、
   前記第２反射偏光板は第１線偏光を反射して、第２線偏光を透過する、表示パネル。
2. 前記第１反射偏光板を透過した第１線偏光と、前記第２反射偏光板を透過した第２線偏光とは元の伝播方向に沿って前記液晶層に入射し、
   前記第２反射偏光板に到達した第１線偏光と、前記第１反射偏光板に到達した第２線偏光とは対応する光取り出し口に反射される、請求項１に記載の表示パネル。
3. 前記変調部材は前記ビーム分割部材と前記液晶層との間に設置される駆動電極及び画素電極を備え、前記画素電極は前記駆動電極より前記液晶層に接近する、請求項１に記載の表示パネル。
4. 前記画素電極は、それぞれ前記液晶層に入射した偏光方向が互いに垂直である第１線偏光及び第２線偏光を変調するための配列方向が互いに垂直である第１画素電極及び第２画素電極を備える、請求項３に記載の表示パネル。
5. 前記第１画素電極は第１方向に沿って配列される複数の第１電極を含み、前記第２画素電極は第２方向に沿って配列される複数の第２電極を含み、前記第２方向は前記第１方向に垂直であり、前記第２方向と前記第１方向とはいずれも前記導光部材の出光面に平行し、前記第１線偏光は前記第１方向に沿って偏光され、前記第２線偏光は前記第２方向に沿って偏光される、請求項４に記載の表示パネル。
6. 前記第１電極と前記第２電極とはストリップ電極である、請求項５に記載の表示パネル。
7. 前記変調部材は、更に、前記ビーム分割部材と前記駆動電極との間に設置され、前記ビーム分割部材からの偏光方向が互いに垂直である第１線偏光及び第２線偏光の偏光方向を同じ偏光方向であるように変調するための半波長板を備える、請求項３に記載の表示パネル。
8. 前記半波長板は前記光取り出し部材の光取り出し口の対応位置に設置される、請求項７に記載の表示パネル。
9. 前記光取り出し部材と前記液晶層との間に設置され、前記ビーム分割部材と前記変調部材とを支持するための支持層を更に備える、請求項１に記載の表示パネル。
10. 前記導光部材は導光板であり、前記光取り出し口に光取り出し構造が設けられる、請求項１に記載の表示パネル。
11. 前記液晶層の前記変調部材から離れる側に設置される遮光層を更に備え、前記遮光層は遮光ユニットのアレイを備え、前記遮光ユニットの位置は前記ビーム分割部材の位置に対応し、前記遮光ユニットと前記ビーム分割部材とは前記導光部材の出光面での正投影が少なくとも部分的に重複する、請求項１に記載の表示パネル。
12. 前記液晶層の前記光取り出し部材から離れる側に設置される基板を更に備える、請求項１に記載の表示パネル。
13. 請求項１～１２のいずれか１項に記載の表示パネルを備える表示装置。
14. 光源と、
    前記光源からの光を前記光取り出し部材に反射するための曲面反射部材と、
    前記光取り出し部材から射出された光を前記光取り出し部材に反射するための反射平面と、を更に備える、請求項１３に記載の表示装置。

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