一種顯示裝置及顯示方法與流程

2023-07-09 09:48:47

本發明涉及液晶顯示技術領域，尤其涉及一種顯示裝置及顯示方法。

背景技術：

目前，液晶顯示器已經被廣泛的應用在人們的生活中。如圖1所示，傳統的液晶顯示器順次包括第一偏振片1、第一基板2、液晶層3、第二基板4、以及第二偏振片5。第一基板2朝向第二基板4的表面設有公共電極6、第二基板4朝向第一基板2的表面設有像素電極7。其中，第一基板2、液晶層3、第二基板4、公共電極6、以及像素電極7構成顯示面板。

當有自然光從第二基板4背向第一基板2的表面入射時，與第二基板4相對設置的第二偏振片5首先需要將自然光轉換為線偏振光；在像素電極7上施加驅動電壓，同時向公共電極6提供公共電壓，這樣，像素電極7和公共電極6之間形成電場，驅動液晶層3中的液晶發生偏轉，進而改變在液晶層3中傳輸的線偏振光的偏振態。當線偏振光的振動方向與第一偏振片1的偏光軸方向平行時，該線偏振光可以從第一基板2和第一偏振片1中射出，而當線偏振光的振動方向與第一偏振片1的偏光軸方向垂直時，該線偏振光無法從第一基板2和第一偏振片1中射出。可見，現有的液晶顯示器是通過液晶對線偏振光的偏振態進行調製，改變線偏振光的振動方向，進而實現不同狀態的畫面顯示，即灰階顯示。所以，在傳統的液晶顯示器中，需在顯示面板的兩個基板處同時設置有偏振片，只有依靠兩個偏振片的相互配合，才能使液晶顯示器顯示不同狀態的畫面。

技術實現要素：

本發明提供了一種顯示裝置及顯示方法，顯示裝置無需依靠兩個偏振片，同樣能夠呈現不同的顯示狀態。

為達到上述目的，本發明採用如下技術方案：

本發明的第一方面提供了一種顯示裝置，包括顯示面板以及背光源，所述顯示面板包括第一基板、第二基板、以及設於所述第一基板與所述第二基板之間的液晶稜鏡，所述背光源與所述第二基板中背向所述第一基板的表面相對設置，所述背光源用於發出傾斜入射至所述第二基板的光線；所述液晶稜鏡用於控制所述背光源發出的光線在所述第一基板與所述第二基板之間傳播時的偏折角度，使所述背光源發出的光線在所述顯示裝置的出光面處發生全反射或出射。

在本發明提供的顯示裝置中，包括顯示面板以及背光源，顯示面板包括第一基板、第二基板、以及設於第一基板與第二基板之間的液晶稜鏡。基於上述結構，可通過液晶稜鏡控制背光源發出的光線在第一基板與第二基板之間傳播時的偏折角度，進而控制光線傳播至顯示裝置的出光面處時入射角的大小。當光線在出光面處全部不滿足發生全反射的條件時，光線全部從出光面射出，這時，顯示裝置呈現白態顯示狀態。當光線在出光面處全部滿足發生全反射的條件時，光線全部在出光面處發生全發射，反射回液晶稜鏡，這時，顯示裝置呈現暗態顯示狀態。當光線中部分滿足在出光面處滿足發生全反射的條件時，這部分光線在出光面處發生全反射，另一部分光線從出光面處出射，這時，顯示裝置呈現白態顯示狀態與暗態顯示狀態之間的灰階顯示狀態。可見，採用本發明所提供的顯示裝置，利用液晶稜鏡對光線的偏折原理，進而結合在顯示裝置的出光面處發生全反射的條件，無需依靠兩個偏振片，同樣能夠使顯示裝置呈現不同的顯示狀態。

本發明的第二方面提供了一種顯示裝置的顯示方法，所述顯示裝置的顯示方法應用於本發明的第一方面所述的顯示裝置；所述顯示裝置的顯示方法包括：所述背光源發出的光線以發散的角度傾斜入射至所述第二基板，通過控制所述液晶稜鏡，控制所述背光源發出的光線在所述第一基板與所述第二基板之間傳播時的偏折角度，使所述背光源發出的光線在所述顯示裝置的出光面處發生全反射或出射。

本發明所提供的顯示裝置的顯示方法的有益效果與本發明的第一方面所提供的顯示裝置的有益效果相同，此處不再贅述。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為現有技術中液晶顯示器的結構示意圖；

圖2為本發明實施例一所提供的顯示裝置的結構示意圖一；

圖3為本發明實施例一所提供的顯示裝置的結構示意圖二；

圖4為本發明實施例一所提供的顯示裝置的結構示意圖三；

圖5為本發明實施例一所提供的顯示裝置的結構示意圖四；

圖6為本發明實施例一所提供的顯示裝置中線偏振光的傳播示意圖一；

圖7為本發明實施例一所提供的顯示面板中線偏振光的傳播示意圖二；

圖8為本發明實施例一所提供的顯示面板中線偏振光的傳播示意圖三。

附圖標記說明：

1-第一偏振片； 2-第一基板；

3-液晶層； 4-第二基板；

5-第二偏振片； 6-公共電極；

7-像素電極； 8-背光源；

9-液晶稜鏡； 10-偏振片；

11-第一電極； 12-第二電極；

13-霧化膜； 14-彩膜層；

15-黑矩陣； 16-平坦層。

具體實施方式

為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動的前提下所獲得的所有其它實施例，均屬於本發明保護的範圍。

實施例一

如圖2所示，本實施例提供了一種顯示裝置，包括顯示面板以及背光源8。其中，顯示面板包括第一基板2、第二基板4、以及設於第一基板2與第二基板4之間的液晶稜鏡9。背光源8與第二基板4中背向第一基板2的表面相對設置，用於發出傾斜入射至第二基板4的光線。

液晶稜鏡9用於控制背光源8發出的光線在第一基板2與第二基板4之間傳播時的偏折角度，使背光源8發出的光線在顯示裝置的出光面發生全反射或出射。其中，顯示裝置的出光面為第一基板2與顯示裝置接觸的外部環境的交界面。優選的，顯示裝置的出光面為第一基板2背向第二基板4的表面。

具體的，當背光源8發出的光線傳播至交界面處的入射角全部小於發生全反射的臨界角，即光線全部不滿足發生全反射的條件時，光線全部從交界面處射出，此時，顯示面板的透光量達到最大，顯示裝置呈現白態顯示狀態。當背光源8發出的光線傳播至交界面處的入射角全部大於或等於發生全反射的臨界角，即光線全部滿足發生全反射的條件時，光線全部在交界面處發生全反射，反射回液晶稜鏡9中，此時，顯示面板的透光量為零，顯示裝置呈現暗態顯示狀態。當背光源8發出的光線傳播至交界面處時，僅有部分光線的入射角大於或等於發生全反射的臨界角，這部分光線會在交界面處發生全發射，反射回液晶稜鏡9。而另一部分光線的入射角小於發生全反射的臨界角，這部分光線會從交界面射出。此時，顯示裝置呈現介於白態顯示狀態與暗態顯示狀態之間的灰階顯示狀態。

可見，採用本實施例所提供的顯示裝置，利用了液晶稜鏡9對光線的偏折原理，進而結合在第一基板2與外部環境的交界面處發生全反射的條件，無需在第一基板2處設置對應的偏振片，同樣也可以使顯示裝置呈現不同的顯示狀態。

背光源8發出的光線可以是自然光，也可以是單一偏振方向的線偏振光。

如圖3所示，顯示面板中的液晶稜鏡9具體可包括液晶層3以及相互絕緣的第一電極11和第二電極12。

其中，第一電極11和第二電極12可設於液晶層3相對第一基板2的一側；或者，第一電極11和第二電極12均設於液晶層3相對第二基板4的一側；或者，第一電極11和第二電極12分別設於液晶層3的兩側。

當第一電極11和第二電極12均設於液晶層3的同一側時，第一電極11和第二電極12可同層設置或者非同層設置。

第一電極11具體可為公共電極，第二電極12具體可為像素電極。

基於液晶稜鏡9的具體結構，當在第二電極12上施加驅動電壓，且在第一電極11上施加公共電壓時，第二電極12和第一電極11之間會產生電場，從而驅動液晶層3中的液晶發生偏轉。偏轉後的液晶，會使得在液晶層3中傳輸的光線發生偏折，從而改變光線傳播至第一基板2與外部環境的交界面處的入射角。這樣，就可以通過改變施加在第二電極12上的驅動電壓，改變液晶的偏轉狀態，進而改變在液晶層3中傳輸的光線發生偏折的偏折角度，從而控制光線傳播至交界面處的入射角大於、等於或小於發生全反射的臨界角。

可選的，第一電極11為面電極，第二電極12為多個條狀電極。

優選的，每個條狀電極平行於第二基板4的表面方向的寬度d1為2.5μm，相鄰兩個條狀電極之間的條狀電極空隙d2為3.5μm，液晶稜鏡9中的液晶層3的厚度d3小於10μm。

液晶層3中的全部液晶的偏轉狀態可等效為一個液晶偏轉等效界面，通過對每個條狀電極的寬度d1、條狀電極d2以及液晶層3的厚度d3進行合理設計，可對液晶偏轉等效界面進行優化，進而更好地控制線偏振光的偏折角度。

需要說明的是，以上所給出的d1、d2以及d3的具體數值，僅為各自的優選數值，並不構成對其各自實際數值的限定。基於本實施例中顯示裝置所對應的顯示原理，只要為其各自設計合理數值，都能使顯示裝置呈現不同的顯示狀態。

需要說明的是，顯示裝置的第一基板2的折射率應大於外部環境的折射率。當第一基板2和第二基板4均為玻璃基板，且顯示裝置的出光面為第一基板2與空氣的交界面時，第一基板2的折射率應大於空氣的折射率。當空氣的折射率為1.0時，第一基板2的折射率可為1.5。

優選的，背光源8發出的光線以55-60°範圍的入射角度傾斜入射至第二基板4。

如圖4所示，由於在液晶稜鏡9中傳播的光線需為線偏振光，因而，當背光源8發出的光線為自然光時，在第二基板4與背光源8之間還需設有用於將自然光轉換為線偏振光的偏振片10。

可選的，偏振片10也可以被偏光層所替代，偏光層具體可設置在第二基板4朝向背光源8的一側，也可以設置在第二基板4背向背光源8的一側，所述偏光層優選為線柵結構。

可以理解的是，當背光源8發出的光線為單一偏振方向的線偏振光時，則無需在第二基板4與背光源8之間設置偏振片10，背光源8發出的線偏振光可直接入射至第二基板4。

如圖5所示，第一基板2背向第二基板4的表面還可設有霧化膜13。霧化膜13用於將從第一基板2射出的準直光線打散，從而增大顯示裝置所顯示畫面的可視角度。

優選的，霧化膜13框貼於第一基板2的表面，霧化膜13的中間區域與第一基板2的中間區域之間隔有一層空氣層，此時，對霧化膜13的折射率不做限制。

可選的，霧化膜13還可全貼合於第一基板2的表面，此時，霧化膜13的折射率需儘可能地接近空氣的折射率，以使得顯示裝置的第一基板2的折射率大於霧化膜13的折射率，保證光線在第一基板2的表面處可發生全反射。

第一基板2與液晶稜鏡9之間還可設有進行濾光的彩膜層14，彩膜層14可使不同的子像素呈現出不同的顏色。

通常情況下，傳統的顯示面板中僅在第一基板2處對應設置有黑矩陣，該處的黑矩陣是為了阻擋和吸收外界的入射光線以及防止相鄰像素的混色，避免外界光線直接或者通過反射、散射間接地照射到第二基板4的TFT器件上，引起TFT器件關態特性的劣化。

而在本實施例所提供的顯示裝置中，在第二基板4處也設置有黑矩陣15，該處的黑矩陣15對應像素的開口區設置，用於限制背光源8發出的光的入光區域，進而限制了光線在第一基板2與外部環境的交界面處的出光區域，防止射出的光線打到相鄰的子像素中，進而防止串色。且當背光源8發出的光線在第一基板2與外部環境的交界面處發生全反射時，該黑矩陣15還可吸收反射回液晶稜鏡中的光線，防止光線再次進行反射。

具體的，黑矩陣15可設於第二基板4朝向液晶稜鏡9的表面處，也可設於第二基板4背向液晶稜鏡9的表面處。

當黑矩陣15設於第二基板4朝向液晶稜鏡9的表面處時，由於黑矩陣15的表面是凹凸不平的，因而，為了實現與第二電極12更好的接觸，第二基板4與液晶稜鏡9之間還可設有平滑的且覆蓋黑矩陣15的平坦層16。

可以理解的是，當顯示裝置中的背光源8為條狀背光源時，由於條狀背光源8可受到自身發光區域的限制，因此也就無需再在第二基板4處對應設置黑矩陣15。

基於如上所述的顯示裝置的具體結構，為了對白態顯示狀態、暗態顯示狀態、以及介於白態顯示狀態與暗態顯示狀態之間的灰階顯示狀態下所對應的線偏振光的傳播過程敘述更加清楚，下面將結合圖6-圖8對其進行詳細說明。

需要說明的是，在圖6-圖8中，相對位置在上的直線等效的是第一基板2與外部環境的交界面，相對位置在下的直線等效的是第二基板4背向第一基板2的表面。

顯示裝置呈現白態顯示狀態時，如圖6所示，以兩條入射的線偏振光為例，其中，ω'為第一線偏振光由第二基板4入射時的入射角度，σ'為第二線偏振光由第二基板4入射時的入射角度，且ω'<σ'。光線在實際傳播的過程中，由外部環境射入第二基板4時，會在由第二基板4射入的表面處發生折射，ω為第一線偏振光在第二基板4的表面處發生折射後的角度，σ為第二線偏振光在第二基板4的表面處發生折射後的角度。

當第二電極12上未施加驅動電壓時，液晶層3中的液晶不發生偏轉。第一線偏振光和第二線偏振光均在液晶層3中直線傳輸，並從第一基板2與外部環境的交界面射出。此時，顯示面板的透光量達到最大，顯示裝置呈現白態顯示狀態。

由於第一基板2和第二基板4之間各層為平行結構，因而第一線偏振光和第二線偏振光從第一基板2中射出的角度與從第二基板4中入射時的入射角度相同。

顯示裝置呈現暗態顯示狀態時，如圖7所示，以兩條入射的線偏振光為例，其中，θ'為第三線偏振光由第二基板4入射時的入射角度，β'為第四線偏振光由第二基板4入射時的入射角度，且θ'θ，因此，偏折後的第四線偏振光傳播到交界面處時的入射角β1也大於在該交界面處發生全反射所對應的臨界角。這時，偏折後的第三線偏振光和第四線偏振光均在交界面處發生全反射，反射回液晶層3中。此時，顯示面板的透光量為零，顯示裝置呈現暗態顯示狀態。

顯示裝置呈現介於白態顯示狀態和暗態顯示狀態之間的灰階顯示狀態時，如圖8所示，以三條入射的線偏振光為例，其中，γ'為第五線偏振光由第二基板4入射時的入射角度，δ'為第六線偏振光由第二基板4入射時的入射角度，ε'為第七線偏振光由第二基板4入射時的入射角度，且γ'<δ'<ε'。光線在實際傳播的過程中，由外部環境射入第二基板4時，會在由第二基板4射入的表面處發生折射，γ為第五線偏振光在第二基板4的表面處發生折射後的角度，δ為第六線偏振光在第二基板4的表面處發生折射後的角度，ε為第七線偏振光在第二基板4的表面處發生折射後的角度。

當在第二電極12上施加的驅動電壓大於零且小於最大驅動電壓時，液晶發生偏轉，但發生偏轉的偏轉狀態小於暗態顯示狀態時所對應的液晶偏轉狀態，其中，液晶偏轉等效界面如圖8所示。

由於受到偏轉的液晶的作用，第五線偏振光、第六線偏振光以及第七線偏振光在液晶偏轉等效界面處會發生偏折，偏折後，第五線偏振光的傳播角度由γ增大到γ1，第六線偏振光的傳播角度由δ增大到δ1，第七線偏振光的傳播角度由ε增大到ε1。

但由於液晶發生偏轉的偏轉狀態小於暗態顯示狀態時對應的液晶偏轉狀態，因而這時並不能保證全部的線偏振光都能夠發生全反射。此時，偏折後的第五線偏振光傳播到第一基板2與外部環境交界面處時，入射角γ1小於在該交界面處發生全反射所對應的臨界角，因此，第五線偏振光不滿足全反射發生的條件，會從交界面處射出。偏折後的第六線偏振光和第七偏振光傳播到交界面處時，入射角δ1和ε1均大於在該交界面處發生全反射所對應的臨界角，這時，偏折後的第六線偏振光和第七偏振光均在交界面處發生全反射，反射回液晶層3中。此時，顯示裝置呈現介於白態顯示狀態和暗態顯示狀態之間的灰階顯示狀態。

假設第五線偏振光對應的光強度為x，第六線偏振光對應的光強度為y，第七線偏振光對應的光強度為z。當在第二電極12上施加某一驅動電壓時，在該驅動電壓的作用下，使得第五線偏振光從第一基板2射出，第六線偏振光和第七線偏振光反射回液晶層3，這時射出的線偏振光的總的光強度為x。若將驅動電壓增大，使得第五線偏振光和第六線偏振光從第一基板2射出，第七線偏振光反射回液晶層3，這時射出的線偏振光的總的光強度為x+y，即使顯示裝置實現不同層次的灰階顯示。

實施例二

本實施例提供了一種顯示裝置的顯示方法，該顯示裝置的顯示方法應用於如實施例一中所述的顯示裝置。

所述顯示裝置的顯示方法具體包括：背光源發出的光線以發散的角度傾斜入射至第二基板，通過控制液晶稜鏡，控制背光源發出的光線在第一基板與第二基板之間傳播時的偏折角度，使背光源發出的光線在顯示裝置的出光面處發生全反射或出射。其中，顯示裝置的出光面為第一基板與顯示裝置接觸的外部環境的交界面。優選的，顯示裝置的出光面為第一基板背向第二基板的表面。

具體的，背光源發出的光線以發散的角度傾斜入射至第二基板，通過控制液晶稜鏡，使得光線在第一基板與第二基板之間直線傳播，可使光線在第一基板與外部環境的交界面處全部不發生全反射，全部從交界面處射出，此時，顯示裝置呈現白態顯示狀態。

背光源發出的光線以發散的角度傾斜入射至第二基板，通過控制液晶稜鏡，使得光線在第一基板與第二基板之間傳播時，以最大偏折角度進行偏折，偏折後的光線傳播至交界面處時，入射角大於或等於在該交界面發生全反射時的臨界角，在交界面處全部發生全反射，反射回液晶層，此時，顯示裝置呈現暗態顯示狀態。

背光源發出的光線以發散的角度傾斜入射至第二基板，通過控制液晶稜鏡，使得光線在第一基板與第二基板之間傳播時，以小於最大偏折角度的偏折角度進行偏折，偏折後的光線傳播至交界面處時，部分光線的入射角大於或等於在交界面發生全反射時的臨界角，該部分光線在交界面處發生全反射，反射回液晶層；另一部分光線的入射角小於在交界面發生全反射時的臨界角，該部分光線在交界面處不發生全反射，從交界面處射出；此時，顯示裝置呈現介於白態顯示和暗態顯示之間的灰階顯示狀態。

採用本實施例所提供的顯示裝置的顯示方法，可通過液晶稜鏡控制背光源發出的光線在第一基板與第二基板之間傳播時的偏折角度，進而控制光線傳播至第一基板與外部環境的交界面處時入射角的大小，並結合在第一基板與外部環境的交界面處發生全反射的條件，顯示裝置無需依靠兩個偏振片，同樣能夠使顯示裝置呈現不同的顯示狀態。

請再次參見圖3，當液晶稜鏡9包括液晶層3、第一電極11和第二電極12時，具體的，通過控制液晶稜鏡9，使得光線在第一基板2與第二基板4之間直線傳播具體可包括：向第二電極12不施加驅動電壓，向第一電極11不施加公共電壓，使液晶層3中的液晶保持初始狀態，光線在液晶層3中直線傳輸。

請再次參見圖6，不在第二電極12上施加驅動電壓時，液晶層3中的液晶不發生偏轉。這樣，當線偏振光以發散的角度傾斜從第二基板入射時，光線在液晶層3中保持直線傳輸，並從第一基板2與外部環境的交界面射出，使顯示裝置處於白態顯示狀態。

具體的，通過控制液晶稜鏡9，使得光線在第一基板2與第二基板4之間傳播時，以最大偏折角度進行偏折可包括：向第二電極12施加最大驅動電壓，向第一電極11施加公共電壓，使液晶發生偏轉，光線以最大偏折角度在液晶層中發生偏折。

請再次參見圖7，在第二電極12上施加最大驅動電壓，使得液晶以較大的偏轉態進行偏轉。這樣，當線偏振光以發散的角度傾斜從第二基板4入射時，受到偏轉的液晶的作用，線偏振光會在液晶層3中發生偏折，偏折後的線偏振光在交界面處的入射角大於或等於在該交界面發生全反射時的臨界角，線偏振光全部在交界面處發生全反射，反射回液晶層3，使顯示裝置處於暗態顯示狀態。

具體的，通過控制液晶稜鏡9，使得光線在第一基板2與第二基板4之間傳播時，以小於最大偏折角度的偏折角度進行偏折可包括：向第二電極12施加大於零且小於最大驅動電壓的驅動電壓，向第一電極11施加公共電壓，使液晶發生偏轉，光線以小於最大偏折角度的偏折角度在液晶層3中發生偏折。

請再次參見圖8，在第二電極12上施加大於零且小於最大驅動電壓的驅動電壓，使得液晶發生偏轉。這樣，當線偏振光以發散的角度從第二基板4背向第一基板2的表面入射時，受到偏轉的液晶的作用，線偏振光會在液晶層3中發生偏折。但由於所施加的驅動電壓並沒有達到最大驅動電壓，因此，線偏振光的偏折角度小於最大驅動電壓所對應的偏折角度。這樣一來，入射角度較大的線偏振光在偏折後，傳播至交界面處的入射角大於或等於臨界角，會在交界面處發生全反射，反射回液晶層3。但另一部分入射角度較小的線偏振光在偏折後，傳播至交界面處的入射角小於臨界角，這部分線偏振光就會從交界面射出。這樣，部分線偏振光射出第一基板2，部分線偏振光反射回液晶層3，使顯示裝置呈現介於白態顯示狀態和暗態顯示狀態之間的灰階顯示狀態。

具體的，若要使顯示裝置呈現白態顯示狀態，在第二電極12上施加的驅動電壓V1＝0V，對應的，線偏振光的偏折角度κ1＝0°。

若要使顯示裝置呈現暗態顯示狀態，在第二電極12上施加的最大驅動電壓V2＝10V，對應的，線偏振光的最大偏折角度κ2＝5°。

若要使顯示裝置呈現介於白態顯示狀態和暗態顯示狀態之間的灰階顯示狀態，為保證部分線偏振光射出第一基板2，部分線偏振光反射回液晶層3，在第二電極12上施加的驅動電壓V3需要滿足：0V<V3<V2，對應的，線偏振光的偏折角度κ3<5°。

優選的，線偏振光從第二基板4背向第一基板2的表面入射的入射角度範圍為55-60°。

此外，當顯示裝置還包括設於第二基板與背光源之間的偏振片時，背光源發出的光線在進入第二基板之前還包括：將光線轉換為線偏振光。

以上所述僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應以所述權利要求的保護範圍為準。