本發(fā)明屬于顯示技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種顯示面板及顯示裝置。

背景技術(shù)：

在顯示技術(shù)領(lǐng)域，液晶顯示裝置包括背光源和顯示面板，顯示面板包括相對設(shè)置的陣列基板和彩膜基板，陣列基板和彩膜基板之間設(shè)置有液晶層，陣列基板的背面和彩膜基板的背面均設(shè)置有偏光片。通過電壓控制液晶的偏轉(zhuǎn)以及經(jīng)過兩層偏光片的控制，以實現(xiàn)灰階顯示。

現(xiàn)有技術(shù)中液晶顯示裝置中的顯示面板中采用偏振片，會導(dǎo)致液晶顯示裝置透過率很低(例如，透過率為7％左右)以及液晶盒厚較大(例如，3um-5um)，而較大的盒厚會降低液晶的響應(yīng)時間。在實現(xiàn)彩色顯示時，通常彩膜基板上的彩色色阻實現(xiàn)，同樣會造成顯示面板較厚。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一，提供一種厚度薄、透過率高、且液晶響應(yīng)時間快的顯示面板及顯示裝置。

解決本發(fā)明技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種顯示面板，包括相對設(shè)置的第一基底和第二基底，設(shè)置在所述第一基底和所述第二基底之間的液晶層，以及設(shè)置在所述第一基底與所述液晶層之間的波導(dǎo)層；所述顯示面板包括多個像素單元；其中，

每個所述像素單元包括位于所述第一基底和所述第二基底之間的第一電極和第二電極，以及與所述液晶層相接觸光柵單元；

所述第一電極和所述第二電極，用于調(diào)節(jié)所述液晶層的折射率；

所述光柵單元，用于根據(jù)其與液晶層的折射率的差值控制光線從所述波導(dǎo)層耦合出光的耦合效率，并能夠?qū)⒐饩€進行分色。

優(yōu)選的是，所述光柵單元位于所述液晶層靠近所述第一基底的一側(cè)。

優(yōu)選的是，所述光柵單元位于所述液晶層靠近所述第二基底的一側(cè)。

優(yōu)選的是，所述第一電極和所述第二電極位于所述液晶層的同一側(cè)。

優(yōu)選的是，所述第一電極和所述第二電極位于所述液晶層的不同側(cè)。

優(yōu)選的是，所述第一電極位于所述波導(dǎo)層靠近所述第一基底的一側(cè)；所述光柵單元位于所述波導(dǎo)層背離所述第一電極的一側(cè)；所述液晶層位于所述光柵單元背離所述波導(dǎo)層的一側(cè)；所述第二電極位于所述第二基底靠近所述液晶層的一側(cè)。

優(yōu)選的是，所述波導(dǎo)層的折射率大于所述第一電極的折射率，所述第一電極的折射率大于等于所述光柵單元的折射率。

優(yōu)選的是，所述光柵單元的折射率的范圍為所述液晶層的尋常光折射率n_o至所述液晶層的非常光折射率n_e。

優(yōu)選的是，所述光柵單元為階梯光柵。

進一步優(yōu)選的是，所述階梯光柵的階梯數(shù)為3至100；所述階梯光柵的寬度為0.1μm至300μm；所述階梯光柵中每節(jié)階梯的高度為0μm至300μm；所述階梯光柵的成像距離為2μm至20μm。

進一步優(yōu)選的是，所述階梯光柵的階梯數(shù)為3，用于將光線分成紅、綠、藍三種不同顏色的光。

優(yōu)選的是，所述液晶層的材料包括向列相液晶、膽甾相液晶、藍相液晶中的任意一種。

優(yōu)選的是，在所述第二基底背離所述液晶層的一側(cè)還設(shè)置有散射膜。

解決本發(fā)明技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種顯示裝置，其包括上述的顯示面板和背光源。

優(yōu)選的是，所述背光源為側(cè)入式背光源，用于提供準直平行光。

進一步優(yōu)選的是，所述顯示裝置還包括位于顯示面板遠離所述背光源的側(cè)邊上的遮光層。

本發(fā)明具有如下有益效果：

在本發(fā)明中，對于每一個像素單元而言，由于液晶層的折射率可以根據(jù)第一電極和第二電極上所加載的電壓的壓差而進行調(diào)節(jié)，波導(dǎo)層耦合出光的耦合效率是根據(jù)液晶層與光柵單元的折射率差值而確定的。因此，當?shù)谝浑姌O和第二電極上所加載的電壓的壓差發(fā)生變化液晶層的液晶的偏轉(zhuǎn)角度將會發(fā)生變化，此時液晶層相對于入射光的有效折射率也將發(fā)生變化，從而導(dǎo)致液晶層與光柵單元的折射率的差值發(fā)生變化，進而導(dǎo)致波導(dǎo)層耦合出光的耦合效率發(fā)生變化，也即該像素單元的顯示灰階發(fā)生變化，以對于每個像素單元實現(xiàn)不同灰階的顯示。同時，由于光柵單元能夠?qū)饩€進行分色，因此，本發(fā)明中的顯示面板在無需設(shè)置彩膜的情況下，可以實現(xiàn)彩色顯示。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的實施例1的顯示面板的一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的實施例1的顯示面板的另一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的實施例1的顯示面板的液晶層、光柵單元和波導(dǎo)層形成可變光柵耦合器的示意圖；

圖4為本發(fā)明的實施例1的顯示面板的再一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明的實施例1、2的顯示裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明的實施例1的顯示面板的L0模式的示意圖；

圖7為本發(fā)明的實施例1的顯示面板的L255模式的示意圖；

圖8為本發(fā)明的實施例1的顯示面板的平板波導(dǎo)的示意圖；

圖9為本發(fā)明的實施例1的平板波導(dǎo)的傳輸示意圖；

圖10為本發(fā)明的實施例1的顯示面板的光柵單元的示意圖；

圖11、12為本發(fā)明的實施例1的顯示面板的成像距離示意圖。

其中附圖標記為：1、第一基底；2、第二基底；3、液晶層；4、波導(dǎo)層；5、第一電極；6、第二電極；7、光柵單元；8、散射膜；9、背光源；10、遮光層；A、像素單元。

具體實施方式

為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細描述。

實施例1：

結(jié)合圖1、2所示，本實施例提供一種顯示面板，包括相對設(shè)置的第一基底1和第二基底2，設(shè)置在第一基底1和第二基底2之間的液晶層3，以及設(shè)置在第一基底1與液晶層3之間的波導(dǎo)層4；該顯示面板劃分為多個像素單元A；其中，每個像素單元A包括位于第一基底1和第二基底2之間的第一電極5和第二電極6，以及與液晶層3相接觸光柵單元7；第一電極5和第二電極6用于調(diào)節(jié)液晶層3的折射率；光柵單元7用于根據(jù)其與液晶層3的折射率的差值控制光線從波導(dǎo)層4耦合出光的耦合效率，并能夠?qū)⒐饩€進行分色。

在本實施例中，對于每一個像素單元A而言，由于液晶層3的折射率可以根據(jù)第一電極5和第二電極6上所加載的電壓的壓差而進行調(diào)節(jié)，波導(dǎo)層4耦合出光的耦合效率是根據(jù)液晶層3與光柵單元7的折射率差值而確定的。因此，當?shù)谝浑姌O5和第二電極6上所加載的電壓的壓差發(fā)生變化，液晶層3的液晶的偏轉(zhuǎn)角度將會發(fā)生變化，液晶層3相對于入射光的有效折射率也將發(fā)生變化，從而導(dǎo)致液晶層3與光柵單元7的折射率的差值發(fā)生變化，進而導(dǎo)致波導(dǎo)層4耦合出光的耦合效率發(fā)生變化，也即該像素單元A的顯示灰階發(fā)生變化，以對于每個像素單元A實現(xiàn)不同灰階的顯示。同時，由于光柵單元7能夠?qū)饩€進行分色，因此，本實施例中的顯示面板在無需設(shè)置彩膜的情況下，可以實現(xiàn)彩色顯示。

其中，如圖1所示，本實施例中的光柵單元7可以設(shè)置在位于液晶層3靠近第一基底1的一側(cè)，也即光柵單元7較液晶層3更靠近波導(dǎo)層4，此時光柵單元7可以控制光線從波導(dǎo)層4中耦合出光的耦合效率。如圖2所示，光柵單元7也可以設(shè)置在液晶層3靠近第二基底2的一側(cè)，也即液晶層3較光柵單元7更靠近波導(dǎo)層4。

具體的，無論采用上述的哪一種設(shè)置方式，如圖3所示，液晶層3、光柵單元7和波導(dǎo)層4將會形成可變光柵耦合器，該可變光柵耦合器可將光線有效的耦合進波導(dǎo)層4或者將光線從波導(dǎo)層4中耦合出來。當入射光或者出射光滿足相位匹配關(guān)系βq＝β_m–qK(q＝0,±1,±2,…)時，入射光即可在波導(dǎo)層4中激發(fā)m階導(dǎo)?；蛘適階導(dǎo)模即可在給方向上耦合出去，其中，βq為入射光的傳播常數(shù)，β_m為m階導(dǎo)模的傳播常數(shù)，q為衍射級次，K為光柵矢量。由于β_m＝k₀Nm，K＝2π/Λ，因此上述相位匹配關(guān)系公式可進一步表示成：k₀n_csinθ_i＝k₀Nm–q2π/Λ(q＝0,±1,±2,…)，其中，k₀為2π/λ，n_c為液晶層3的折射率，θ_i為入射光波矢方向與豎直方向的夾角或者出光光波矢方向與豎直方向的夾角，N_m為m階導(dǎo)模的有效折射率，Λ為光柵單元7的周期。從上述相位匹配關(guān)系公式可以看出，改變液晶層3的折射率n_c可以使得光柵單元7控制光線從波導(dǎo)層4耦合出光的耦合效率，耦合效率與液晶層3和光柵單元7的折射率差值相關(guān)。

其中，本實施例中的第一電極5和第二電極6位于液晶層3同一側(cè)或者不同側(cè)。優(yōu)選的，第一電極5為像素電極，第二電極6為公共電極。

具體的，第一電極5和第二電極6位于液晶層3的不同側(cè)。其中，第一電極5位于液晶層3的靠近第一基底1的一側(cè)，第二電極6位于液晶層3的靠近第二基底2的一側(cè)，此時顯示面板可以為扭曲向列(Twisted Nematic，簡稱TN)型顯示面板、垂直向列(Vertical Alignment，簡稱VA)型顯示面板或者電控雙折射(Electrically Controlled Birefringence，簡稱ECB)顯示裝置。

或者，第一電極5和第二電極6位于液晶層3的同側(cè)。其中，第一電極5和第二電極6均位于液晶層3的靠近第一基底1的一側(cè)。當?shù)谝浑姌O5和第二電極6位于不同層時，該顯示面板可以為高級超維場轉(zhuǎn)換(Advanced Super Dimension Switch，簡稱ADS)顯示面板；當?shù)谝浑姌O5和第二電極6位于同一層時，該顯示面板可以為平面轉(zhuǎn)換(In-Plane Switching，簡稱IPS)顯示面板。此處均不再具體畫出。在實際應(yīng)用中，該顯示面板還可以為其他類型的顯示面板，此處不再一一列舉。

其中，液晶層3的材料可以為向列相液晶、膽甾相液晶或者藍相液晶。優(yōu)選地，TN型顯示面板、VA型顯示面板以及ADS型顯示面板通常均采用向列相液晶。優(yōu)選地，液晶層3的厚度為1μm。液晶層3厚度的設(shè)定可以以能夠覆蓋光柵單元7所在層以及便于產(chǎn)品的其他參數(shù)設(shè)計(例如，電學(xué)設(shè)計、驅(qū)動設(shè)計等)為依據(jù)。本實施例中液晶層3的厚度只要覆蓋光柵單元7所在層的厚度即可，因此液晶層3的厚度可以設(shè)置的很薄，即液晶盒厚可以設(shè)置的很薄，從而進一步提高了液晶的響應(yīng)時間。

其中，本實施例中的光柵單元7的材料為透明介質(zhì)材料，例如，二氧化硅SiO₂或者其他有機樹脂。光柵單元7的折射率的范圍為液晶層3的尋常光折射率n_o至液晶層3的非常光折射率n_e，優(yōu)先折射率為n_o。在實際應(yīng)用中一個光柵單元7的周期一般為一個像素單元A的寬度。

其中，光柵單元7為階梯光柵(納米光柵)，每個像素單元A的顏色實現(xiàn)就是利用階梯光柵之間的干涉和衍射效應(yīng)原理，使得衍射光學(xué)器件實現(xiàn)菲涅爾衍射場的分色，選擇合理的光柵高度與相位分布，使紅、綠、藍三色在空間上高效分離。

其中，如圖4所示，該顯示面板還包括位于第二基底2背離液晶層3側(cè)面上的散射膜8。散射膜8的作用是將在光柵單元7的控制下從波導(dǎo)層4耦合出來的角度較小或者角度較大的光進行散射，從而改善了顯示面板的視角。

作為本實施例中的一種具體實現(xiàn)方式，如圖1或5所示，在顯示面板中第一電極5位于波導(dǎo)層4靠近所述第一基底1的一側(cè)；光柵單元7位于波導(dǎo)層4背離第一電極5的一側(cè)；液晶層3位于光柵單元7背離所述波導(dǎo)層4的一側(cè)；所述第二電極6位于所述第二基底2靠近所述液晶層3的一側(cè)。

具體的，通過調(diào)節(jié)施加在第一電極5和第二電極6上的電壓，即可實現(xiàn)液晶層3折射率橢球在如圖6所示的截面(紙面)內(nèi)的旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)液晶層3折射率在n_o至n_e之間的調(diào)節(jié)。當液晶層3折射率和光柵單元7的折射率相等時，光柵單元7的作用被掩蓋，沒有光從波導(dǎo)層4耦合出來，此時為常黑模式(L0模式)；如圖7所示，當液晶層3折射率和光柵單元7折射率相差最大時，光柵單元7的作用最明顯，光線從波導(dǎo)層4耦合出來的耦合效率最高，此時為常白模式(L255模式)；當液晶層3折射率處在以上兩種情況之間時，為其他灰階狀態(tài)。由于僅有振動方向在如圖5所示的截面(紙面)內(nèi)的偏振光(e光)才能感受到上述折射率的變化，而振動方向垂直于紙面的偏振光(o光)感受不到上述折射率的變化，所以該可變光柵耦合出來的光為偏振光(e光)。對于一般的液晶材料，需要在第二電極6的下表面(優(yōu)選下表面，但不限于下表面)增加一層配向膜(一般為PI)，以控制液晶分子的初始排列狀態(tài)，確保液晶分子可以在施加電壓下按照預(yù)期的方式進行旋轉(zhuǎn)，決定是常黑顯示模式還是常白顯示模式。

其中，本領(lǐng)域技術(shù)人員可知的是，如圖8所示，平板波導(dǎo)由三層材料所構(gòu)成，中間一層是折射率為n₁的波導(dǎo)薄膜，它沉積在折射率為n₂的基底上，薄膜上面是折射率為n₃的覆蓋層。薄膜的厚度一般在微米數(shù)量級，可與光的波長相比較。薄膜和基底的折射率之差一般在10^-1和10^-3之間。為了構(gòu)成真正的光波導(dǎo)，要求n₁必須大于n₂和n₃，即n₁>n₂>＝n₃。這樣，光能限制在薄膜之中傳播。

因此，在本實施例中的上述方式中波導(dǎo)層4的折射率大于第一電極5的折射率，第一電極5的折射率大于等于光柵單元7的折射率，以實現(xiàn)平面波導(dǎo)。

如圖9所示，光在平板波導(dǎo)中的傳播可以看作是光線在第一電極5和波導(dǎo)層4分界面上發(fā)生全反射，在薄膜中沿Z字形路徑傳播。光在波導(dǎo)中以鋸齒形沿Z方向傳播，光在x方向受到約束，而在y方向不受約束。

在平板波導(dǎo)中，n₁>n₂且n₁>n₃，當入射光的入射角θ₁超過臨界角θ₀時：

入射光發(fā)生全反射，此時，在反射點產(chǎn)生一定的位相躍變。我們從菲涅耳反射公式：

$R_{TE}=\frac{n_1{\mathrm{cos\θ}}_1-\sqrt{n_2^2-n_1^2{\sin }^2{\mathrm{\θ}}_1}}{n_1{\mathrm{cos\θ}}_1+\sqrt{n_2^2-n_1^2{\sin }^2{\mathrm{\θ}}_1}};$

$R_{TM}=\frac{n_2^2{\mathrm{cos\θ}}_1-n_1\sqrt{n_2^2-n_1^2{\sin }^2{\mathrm{\θ}}_1}}{n_2^2{\mathrm{cos\θ}}_1+n_1\sqrt{n_2^2-n_1^2{\sin }^2{\mathrm{\θ}}_1}};$

出發(fā)，推導(dǎo)出反射點的位相躍變φ_TM、φ_TE為：

${\mathrm{tan\φ}}_{TE}=\frac{\sqrt{{\mathrm{\β}}^2-k_0^2{n}_2^2}}{\sqrt{k_0^2{n}_1^2-{\mathrm{\β}}^2}};$

${\mathrm{tan\φ}}_{TM}=\frac{n_1^2\sqrt{{\mathrm{\β}}^2-k_0^2{n}_2^2}}{n_2^2\sqrt{k_0^2{n}_1^2-{\mathrm{\β}}^2}};$

式中：β＝k₀n₁sinθ1為光的傳播常數(shù)，k₀＝2πλ為光在真空中的波數(shù)，λ是光的波長。

要使光在波導(dǎo)中穩(wěn)定的傳播,則需要滿足以下公式：

2kh-2φ₁₂-2φ₁₃＝2mπ,m＝0,1,2,3.....；

其中：k＝k₀n₁cosθ,φ₁₃為全反射的相位差，h為波導(dǎo)的厚度，m為模序數(shù)，即從零開始的正整數(shù)。所以，只要入射角滿足上式的光才能在光波導(dǎo)中穩(wěn)定地傳播。

具體的，在本實施例中優(yōu)選的階梯光柵的階梯數(shù)為3至100；優(yōu)選階梯數(shù)為3，也即三階光柵，如圖10所示，該三階光柵用于將光線分成紅、綠、藍三種不同顏色的光；階梯光柵的寬度d(周期)為0.1μm至300μm(每節(jié)階梯的寬度為d/3)；階梯光柵中每節(jié)階梯的高度(h₁、h₂、h₃)為0μm至300μm；階梯光柵的成像距離為2μm至20μm。在此需要說明的是，液晶層3的厚度需要大于光柵單元7的高度，光柵成像距離Z一般要大于液晶層3厚度。

其中，Z為成像距離，根據(jù)公式：

$Z_T=\frac{\mathrm{\λ}}{1-\sqrt{-\frac{{\mathrm{\λ}}^2}{a^2}}};$

由此可知，階梯光柵的成像距離Z_T與入射光波長λ、折射率差(定值)、光柵周期相關(guān)a。結(jié)合圖11所示，對應(yīng)紅R綠、綠G、藍B三種顏色光的成像距離分別為Z_r、Z_g、Z_b。此時，可以通過調(diào)節(jié)光柵單元7每個階梯的折射率差，以使R綠、綠G、藍B三種顏色光的成像距離Z_r、Z_g、Z_b均相等為Z₁，如圖12所示。

根據(jù)下述公式，可以得到每種顏色的光的透光率。

根據(jù)公式可知，Tr為透過率，與入射波長λ，光柵周期d，光柵高度，光柵的階梯數(shù)相關(guān)。故光柵周期d固定之后，我們可以根據(jù)光柵的階梯數(shù)及高度控制每個像素的透過率。

實施例2：

如圖5所示，本實施例提供一種顯示裝置，該顯示裝置包括：背光源9和實施例1中的顯示面板。

本實施例中，背光源9為側(cè)入式背光源9，用于提供準直平行光。在實際應(yīng)用中，還可以采用其他形式的背光源9，例如，背光源9可以為直下式背光源9，此種情況不再具體畫出。

背光源9可包括LED光源或者其他模式的光源，其中，LED芯片可包括藍光LED或者其他波長比藍光波長更短的LED，其他模式的光源可以為激光光源?？蛇x地，當背光源9為激光光源時，在背光源9的出光側(cè)(即：背光源9和顯示面板之間)還可以設(shè)置擴束結(jié)構(gòu)，該擴束結(jié)構(gòu)可以將激光光源發(fā)出的激光點光源擴束為準直光源，同時也增大了光束的直徑。

背光源9至少與波導(dǎo)層4對應(yīng)設(shè)置，背光源9的光線的出光方向和波導(dǎo)層4所在平面平行。如圖4所示，背光源9與第一基底1、波導(dǎo)層4和第一電極5對應(yīng)設(shè)置，且背光源9的寬度可以為第一基底1、波導(dǎo)層4和第一電極5的寬度之和。在實際應(yīng)用中，背光源9的寬度還可以設(shè)置為其他寬度，但以不向液晶層3以及液晶以上各層發(fā)射光線為宜，由于液晶層3的外側(cè)設(shè)置有封框膠，因此向液晶層3發(fā)射的光線不會射入液晶層3。當然，背光源9的設(shè)置也不局限于前述方式，只要保證背光源9所發(fā)出的光(入射光線)在波導(dǎo)層4內(nèi)發(fā)生去反射即可。

優(yōu)選地，背光源9發(fā)出的光為準直光。特別是，當背光源9為激光光源時，背光源9發(fā)出的光在擴束結(jié)構(gòu)的作用下成為準直光。

優(yōu)選地，顯示裝置還包括位于顯示面板遠離所述背光源9的側(cè)邊上的遮光層10，該遮光層10用于將光柵單元7將背光源9所發(fā)出的光從波導(dǎo)層4耦合出光之后，剩余在波導(dǎo)層4中的光進行吸收，以防止顯示裝置漏光。

本實施例中，顯示裝置可以為ECB顯示裝置、TN顯示裝置、VA顯示裝置、IPS顯示裝置或者ADS顯示裝置。

可以理解的是，以上實施方式僅僅是為了說明本發(fā)明的原理而采用的示例性實施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進，這些變型和改進也視為本發(fā)明的保護范圍。