一种液晶显示器及其驱动方法与流程

本发明涉及液晶显示技术领域，尤其涉及一种液晶显示器及其驱动方法。

背景技术：

随着显示领域技术的飞速发展，人们对显示器件的要求越来越高。轻薄、节能始终是显示器件的发展目标。

现有液晶显示面板的显示原理为通过阵列基板上的偏光片将自然光转换为线偏光，对像素电极和公共电极施加电压在液晶层的两侧形成电场，液晶层中的液晶分子在电场作用下发生旋转，从而改变线偏光的偏振状态，彩膜基板上的偏光片再对其进行检偏，而通过控制电场的大小可以控制偏振状态，偏振状态不同意味着从液晶显示面板中射出的光的透过率不同，从而实现图像的灰阶显示。

可见，现有液晶显示器件结构中上、下偏光片的层叠结构限制了液晶显示器件的厚度，很难做到更加轻薄的目的；此外，偏光片的使用至少损耗了50％的光能，只能依靠提高背光亮度来满足液晶显示器件的亮度要求，这无疑增加了液晶显示器件的功耗，很难做到更加节能的目的。

技术实现要素：

本发明提供一种液晶显示器及其驱动方法，用以减少传统的液晶显示器中上下偏光片的使用，从而达到液晶显示器件更加轻薄、节能的目的。

本发明实施例提供的一种液晶显示器，包括背光源、位于所述背光源出光侧的下基板，与所述下基板相对设置的上基板，位于所述上基板与所述下基板之间的液晶层，所述液晶显示器还包括：

位于所述上基板面向所述液晶层一侧的第一电极和位于所述下基板面向所述液晶层一侧的第二电极，以及用于向所述第一电极和第二电极施加电压的控制单元；其中，所述第一电极为面状电极，所述第二电极包括多个电极单元；所述背光源包括多个光源，每一所述光源发出的光准直入射到所述液晶层中；

与所述背光源的光源一一对应的遮光结构，且所述背光源的光源与所述遮光结构在所述下基板的投影重叠；

在显示时，所述第一电极和第二电极用于控制所述液晶层中对应区域的液晶分子发生偏转形成凸状的透镜结构；所述控制单元用于调整各所述第一电极和各电极单元的电压，以控制形成的所述透镜结构的曲率。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述液晶显示器中，所述透镜结构的曲率越大，对所述背光源的光进行折射的角度越大，所述透镜结构对应的灰阶越小。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述液晶显示器中，所述透镜结构的曲率越大，施加在形成所述透镜结构的液晶分子对应的所述电极结构上的电压差越大。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述液晶显示器中，每一透镜结构在沿所述液晶显示器的盒厚方向的等效光程厚度越厚，对所述背光源的光进行折射的折射率越大。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述液晶显示器中，所述液晶显示面板还包括：呈阵列排布的多个子像素，且每一子像素与所述透镜结构一一对应，所述透镜结构与所述背光源的光源一一对应。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述液晶显示器中，各所述电极单元呈阵列排布。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述液晶显示器中，相邻的所述电极单元之间的距离小于或等于3um。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述液晶显示器中，电极单元为块状电极；或者，所述电极单元为环状结构。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述液晶显示器中，所述电极单元为环状结构，所述第一电极和各电极单元用于控制所述液晶层中对应区域的液晶分子发生偏转形成的透镜为球状结构，且所述遮光结构与球状结构的透镜的中心位置对应，所述遮光结构为圆形图案。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述液晶显示器中，所述遮光结构位于所述第一电极与所述液晶层之间。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述液晶显示器中，所述液晶显示器还包括：

位于所述遮光结构与所述液晶层之间的第一取向膜，以及位于所述液晶层与所述第二电极之间的第二取向膜。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述液晶显示器中，所述液晶显示器还包括：光色转换层；其中，

所述光色转换层位于所述第一电极面向所述上基板的一侧，用于将透过所述液晶层的、且与各所述透镜结构对应区域的光转换为单色光；或，所述光色转换层位于所述第二电极面向所述下基板的一侧，用于将所述背光源发出的、且与各所述透镜结构对应区域的光转换为单色光；

所述背光源的光透过所述光色转换层后转换为至少三种颜色的光。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述液晶显示器中，所述光色转换层为分光膜或彩色滤光膜。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述液晶显示器中，所述电极为透明电极。

相应地，本发明实施例还提供了一种本发明实施例提供的液晶显示器的驱动方法，该方法包括：

接收待显示图像信号；

根据所述待显示图像信号中每个子像素的待显示灰阶值，控制第一电极和第二电极的电压，以控制形成的凸状的透镜结构的曲率，并通过所述透镜结构对背光源的准值光进行折射后显示对应的灰阶值。

本发明有益效果如下：

本发明实施例提供的液晶显示器，在显示时，所述第一电极和第二电极用于控制所述液晶层中对应区域的液晶分子发生偏转形成凸状的透镜结构；所述控制单元用于调整各所述第一电极和各电极单元的电压，以控制形成的所述透镜结构的曲率。因此，本发明实施例中，在第一电极和各电极单元之间的电压差的作用下使得液晶层形成凸状的透镜结构，通过透镜结构的折射作用，将背光源的光源发出的准值光进行不同程度的折射，实现灰阶显示；且由于背光源出光侧的准值光方向一致，且经过凸状的透镜结构的折射作用后的光具有偏振光。可见，本发明实施例中提供的液晶显示器无需采用上下偏振片来实现灰阶显示，从而避免采用上下层叠设置的偏光片，减少了液晶显示器的厚度，并降低了液晶显示器的功耗，实现了液晶显示器件更加轻薄、节能的目的。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种液晶显示器的结构示意图；

图2(a)和图2(b)分别为本发明实施例提供的液晶显示器的结构中透镜结构的示意图；

图3为本发明实施例提供的液晶显示器的结构中另一种透镜结构的示意图；

图4为本发明实施例提供的透镜结构的折射率的曲线示意图；

图5为本发明实施例提供的第二种液晶显示器的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种电极的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的第二种电极的结构示意图；

图8(a)和图8(b)分别为本发明实施例提供的遮光结构的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的第三种液晶显示器的结构示意图；

图10(a)和图10(b)分别为本发明实施例提供的第四种液晶显示器的结构示意图；

图11(a)和图11(b)分别为本发明实施例提供的第五种液晶显示器的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例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，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种液晶显示器及其驱动方法，用以减少传统的液晶显示器中上下偏光片的使用，从而达到液晶显示器件更加轻薄、节能的目的。

附图中各部件的形状和大小不反映真实比例，目的只是示意说明本发明内容。

本发明实施例提供的一种液晶显示器，如图1所示，包括：背光源01，位于背光源01出光侧的下基板02，与下基板02相对设置的上基板03，位于上基板03与下基板02之间液晶层04，还包括：

位于上基板03面向液晶层04一侧的第一电极06和位于下基板02面向液晶层04一侧的第二电极07，以及用于向第一电极06和第二电极07施加电压的控制单元(图中未画出)；其中，第一电极06为面状电极，第二电极07包括多个电极单元071，背光源01包括多个光源011，每一光源发出的光准直入射到液晶层04中；

与背光源的光源011一一对应的遮光结构08，且背光源的光源011与遮光结构08在下基板的投影重叠；

在显示时，第一电极06和各电极单元071用于控制液晶层04中对应区域的液晶分子发生偏转形成凸状的透镜结构；控制单元用于调整各第一电极06和第二电极07的电压，以控制形成的透镜结构的曲率。

其中，本发明实施例中的遮光结构可以设置在液晶层与上基板的任一膜层之间，或者设置在液晶层与下基板的任一膜层之间，在此不做具体限定。图1中仅以遮光结构设置在第一电极06和液晶层04之间为例，但不限于仅设置在第一电极和液晶层之间。

具体地，为了遮挡背光源中的光源经过凸状的透镜结构后，实现灰阶显示中的全黑模式，本发明实施例中的遮光结构与背光源中的光源一一对应，用于遮挡背光源中的光源，实现全黑模式。具体地，当液晶显示器中的液晶分子为负性液晶，初始状态时，液晶分子的长轴平行于上基板或下基板，第一电极和各电极单元之间没有电势差，液晶层中的液晶分子不发生偏转，且液晶层中没有形成透镜结构，背光源中的光源的光束直接入射到遮光结构，从而通过遮光结构的遮挡，实现全黑模式；当液晶显示器中的液晶分子为正性液晶，初始状态时，液晶分子的长轴垂直于上基板或下基板，液晶显示器的初始状态为常白模式，为了实现液晶显示器的全黑模式，第一电极和各电极单元之间形成电势差，使得液晶分子发生偏转，且液晶分子的长轴平行于第一电极和各电极单元之间的竖直方向的电场线，光源中的准直光通过透镜结构的折射入射到遮光结构，从而通过遮光结构的遮挡，实现全黑模式。

本发明实施例提供的液晶显示器，在显示时，第一电极和各电极单元用于控制液晶层中对应区域的液晶分子发生偏转形成凸状的透镜结构；控制单元用于调整各第一电极和各电极单元的电压，以控制形成的透镜结构的曲率。因此，本发明实施例中，在第一电极和各电极单元之间的电压差的作用下使得液晶层形成凸状的透镜结构，通过透镜结构的折射作用，将背光源出光侧的准值光进行不同程度的折射，实现灰阶显示；且由于背光源出光侧的准值光方向一致且属于线偏光，且经过凸状的透镜结构的折射作用后的光具有偏振光。可见，本发明实施例中提供的液晶显示器无需采用上下偏振片来实现灰阶显示，从而避免采用上下层叠的偏光片，减少了液晶显示器的厚度，并降低了液晶显示器的功耗，实现了液晶显示器件更加轻薄、节能的目的。

需要说明的是，曲率是几何体不平坦程度的一种衡量，曲率的倒数就是曲率半径。圆弧的曲率半径，就是以这段圆弧为一个圆的一部分时，所成的圆的半径。曲率半径越大，圆弧越平缓，曲率半径越小，圆弧越陡。因此，凸状的透镜结构的曲率越大，曲率半径越小，凸状的透镜结构的弧状越陡，对准直光的折射越大。凸状的透镜结构将准值入射的光进行折射，由于凸状的透镜结构的曲率不同，对准直光进行折射后的出射光的角度不同，从而实现灰阶显示。进一步地，由于进入凸状的透镜结构的入射光为准值光，方向一致，且经过透镜结构的折射后出射的光依然具有偏振光的作用，从而避免采用偏光片来控制灰阶显示。本发明实施例中，仅通过液晶层中的凸状的透镜结构的折射作用实现灰阶显示。且本发明实施例中的凸状结构为半球状，多半球状或者少半球状等结构，或者为半椭圆状的结构，在此不做具体限定。

下面结合具体实施例，对本发明的原理进行详细说明。需要说明的是，本实施例中是为了更好的解释本发明，但不限制本发明。

在具体实施例中，本发明实施例提供的上述液晶显示器中，通过控制透镜结构的曲率，实现灰阶显示，且透镜结构的曲率越大，对背光源的光进行折射的角度越大，透镜结构对应的灰阶越小。具体地，如图2(a)和图2(b)所示，遮光结构08设置在上基板03和第一电极06之间，图2(a)所示的凸状的透镜结构的曲率大于图2(b)所示的透镜结构的曲率，即形成透镜结构的曲面更加弯曲则曲率越大；或者，形成的透镜结构在盒厚方向上厚度越厚则曲率越大，当透镜结构的曲率越大，对光的折射就越大，使得出射的光线进行分散后，入射到上基板上的面积较大；反之，如图2(b)所示的透镜结构的曲率较小，对光的折射就越小，使得出射的光线进行分散的程度相对较小，入射到上基板上的面积较小。其中，每一透镜结构对应一个子像素，用于控制该子像素的灰阶显示，由于背光源的准直光的入射到每一透镜结构的亮度相同，经过不同透镜结构的折射后入射到上基板上的面积不同，即通过透镜结构的折射后，将光线入射到与该透镜对应的子像素上，或者入射到与该透镜对应的子像素相邻的子像素上。因此，当出射光的出射角度越小，入射到上基板上的面积越小，则该透镜结构对应的子像素的灰阶值越大，当出射光的出射角度越大，入射到上基板上的面积越大，则该透镜结构对应的子像素的灰阶值越小。

在具体实施例中，本发明实施例提供的上述液晶显示器中，透镜结构的曲率是在第一电极和各电极单元之间的电场线的作用下形成，因此，透镜结构的曲率越大，施加在形成透镜结构的液晶分子对应的电极结构上的电压差越大。具体地，如图3所示，液晶显示器中包括第一电极06和各电极单元071，由左向右，各个电极单元071与第一电极之间的电压差依次为V1、V2、V3和V4，且V1>V2>V3>V4，透镜结构的曲率依次减小。

在具体实施例中，本发明实施例提供的上述液晶显示器中，每一透镜结构在沿液晶显示器的盒厚方向的等效光程厚度越厚，对背光源的光进行折射的折射率越大。具体地，针对每一透镜结构，盒厚方向最厚的部分电场线的方向平行于上基板或者下基板，盒厚方向最薄的部分电场线的方向垂直于上基板或基板。根据凸状的透镜结构的折射原理，盒厚方向最厚的透镜部分折射率最大，盒厚方向最薄的透镜部分折射率最小。则盒厚方向处于最厚和最薄的之间的透镜部分折射率位于最大折射率和最小折射率之间。如图4所示，盒厚方向最厚的部分透镜的折射率为ne，盒厚方向最薄的部分透镜的折射率为no，过渡区域的透镜的折射率为neff，且neff位于ne和no之间。因此，液晶层在电场的作用下形成凸状的透镜结构，且通过透镜结构的折射率，将背光源的准直光进行不同程度的折射，使得出射光的出射角度不同，从而实现不同的灰阶显示。

具体地，背光源的准直光经过具有不同折射率的透镜结构的折射后，可以将任一束光的偏振方向分解为平行水平方向和垂直于水平方向的两个方向的光，且由于第一电极和各电极单元的之间形成的凸状结构的透镜结构在任一方向具有折射作用，因此经过透镜结构的折射后，出射的光线具有偏振光的作用，无需采用上下偏光片对光线进行偏振。

在具体实施例中，本发明实施例提供的上述液晶显示器中，参见图5，液晶显示面板还包括：呈阵列排布的多个子像素05，且每一子像素05与透镜结构一一对应，透镜结构与背光源的光源011一一对应。具体地，在液晶显示面板的下基板上包括呈阵列排布的多个子像素，每一子像素中的灰阶值通过透镜结构将背光源的准直光进行折射后进行显示。因此，本发明实施例中，每一光源，对应一个子像素，每一子像素对应一个凸状的透镜结构。

在具体实施例中，本发明实施例提供的上述液晶显示器中，参见图6，各电极单元呈阵列排布。其中，图6中仅以各电极单元为块状结构为例，但不限于图6所示的结构，还可以为其他任一形状。

具体地，第一电极和各电极单元之间形成的透镜结构与子像素一一对应，即，每一子像素对应一个凸状的透镜结构，通过凸状的透镜结构的曲率的不同控制各个子像素的灰阶显示。因此，各电极单元呈阵列排布，为了使得第一电极和各电极单元之间形成的透镜结构大小在下基板上投影相同，因此各电极单元的结构相同。

在具体实施例中，为了使得在第一电极和各电极单元的电场线作用下形成透镜结构具有较好的折射作用，本发明实施例提供的上述液晶显示器中，相邻的各电极单元之间的距离小于或等于3um。因此，各电极单元之间的距离足够小后，形成的透镜结构足够小，使得形成的透镜结构具有较好的折射作用。

在具体实施例中，本发明实施例提供的上述液晶显示器中，参见图6，各电极单元为块状电极。当各电极单元为块状结构时，相邻四个电极单元071与第一电极之间的电压差形成一个凸状的透镜结构。

或者，如图7所示，各电极单元071为环状结构。且每一电极单元071与第一电极形成凸状的透明结构，且由于电极单元为环状结构，形成凸状的透镜结构更趋向于球状结构。从而通过球状的透镜结构对准直光进行折射，出射光的偏振特性更好，避免采用偏光片。因此，较佳地，各电极单元为环状结构。

在具体实施例中，本发明实施例提供的上述液晶显示器中，电极单元071为环状结构，第一电极和各电极单元用于控制液晶层中对应区域的液晶分子发生偏转形成的透镜为球状结构，且遮光结构与球状结构的透镜的中心位置对应，遮光结构为圆形图案。较佳地，将各个电极单元设置成环状结构，使得每一环状结构的电极单元与第一电极形成独立的球状的透镜结构。每一球状的透镜结构与一子像素对应，用于实现该子像素的灰阶显示。由于准直光具有偏振光的性质，且经过球状的透镜结构的折射后，出射光依然具有偏振光作用，从而避免采用上下叠层设置的偏光片实现灰阶显示。

在具体实施例中，本发明实施例提供的上述液晶显示器中，参见图1，遮光结构08位于第一电极06与液晶层04之间。其中，遮光结构08还可以设置在下基板02和液晶层04之间。例如，遮光结构08还可以设置在第二电极(各电极单元071)与下基板02之间，或者，设置在在第二电极(各电极单元071)与液晶层04之间，在此不做限定，图1中仅以一个较佳的实施例进行示意，但不限于图1所示的结构。

具体地，如图8(a)所示，遮光结构08的形状为与背光源的光源一一对应的圆形结构，或者，如图8(b)所示的遮光结构08的形状为与背光源的光源一一对应的方形结构。在此不做具体限定。

在具体实施例中，当液晶显示器中的液晶分子为负性液晶时，初始状态下，液晶分子的长轴平行于上基板或者下基板，此时需要复杂的Rubbing方式对液晶分子进行分布，因此，本发明实施例提供的上述液晶显示器中，参见图9，液晶显示器还包括：位于第一电极06与液晶层04之间的第一取向膜09，以及位于液晶层04与第二电极(各电极单元071)之间的第二取向膜10。具体地，当液晶显示器中的液晶分子为正性液晶时，初始状态下，液晶分子的长轴垂直于上基板或者下基板，因此该结构的液晶显示器则无需设置第一取向膜和第二取向膜。其中，本发明实施例中的第一取向膜和第二取向膜的功能相同，且第一取向膜和第二取向膜仅用于区分所在膜层的位置不同，其他没有任何意义。

在具体实施例中，本发明实施例提供的上述液晶显示器中，为了实现彩色显示，如图10(a)和图10(b)所示，液晶显示器还包括：光色转换层11；其中，如图10(a)所示，光色转换层11位于第一电极06面向上基板03的一侧，用于将透过液晶层的、且与各透镜结构对应区域的光转换为单色光；其中，光电转换层11可以设置在遮光结构08和第一电极06之间。或，如图10(b)所示，光色转换层11位于第二电极(各电极单元071)面向下基板02的一侧，用于将背光源发出的、且与各透镜结构对应区域的光转换为单色光；背光源的光透过光色转换层后转换为至少三种颜色的光。

具体地，当液晶显示器中还包括第一取向膜09和第二取向膜10时，如图11(a)所示，液晶显示器还包括：设置在第一电极06和液晶层04之间第一取向膜09，设置在液晶层04和第二电极(各电极单元071)之间的第二取向膜10，以及设置在遮光结构08和上基板03之间的光色装换层11；如图11(b)所示，液晶显示器还包括：设置在第一电极06和液晶层04之间第一取向膜09，设置在液晶层04和第二电极(各电极单元071)之间的第二取向膜10，以及设置在第二电极(各电极单元071)和下基板02之间的光色装换层11。其中，图11(a)和图11(b)仅以一个较佳的实施例进行示意，光色装换层11还可以设置在液晶层04和上基板03之间的任一膜层之间，或者设置在下基板02和液晶层04之间的任一膜层之间，在此不做具体限定。其中遮光结构08和光色装换层11也可以同层设置。

需要说明的是，这里一种颜色的光相当于现有液晶显示器中的一个子像素，因此在本发明实施例提供的上述液晶显示器中，一个透镜结构对应至少一个子像素，而液晶显示器包括至少三种颜色的子像素，例如三原色的红色子像素、蓝色子像素和绿色子像素，在此不作限定。

较佳地，在本发明实施例提供的上述液晶显示器中，一个透镜结构对应一个子像素，即光色转换层在与各透镜结构对应的区域仅转换成一种颜色的光。

在具体实施例中，本发明实施例提供的上述液晶显示器中，光色转换层11为分光膜或彩色滤光膜。

在具体实施例中，本发明实施例提供的上述液晶显示器中，任一电极为透明电极。即，第一电极和第二电极中的各个电极单元均为透明电极，从而避免电极对光线的遮挡作用，电极的材料可以为氧化铟锡等材料，在此不做具体限定。

基于同一发明思想，本发明实施例还提供了一种本发明实施例提供的液晶显示器的驱动方法，该方法包括：

接收待显示图像信号；

根据所述待显示图像信号中每个子像素的待显示灰阶值，控制第一电极和第二电极的电压，以控制形成的凸状的透镜结构的曲率，并通过所述透镜结构对背光源的准值光进行折射后显示对应的灰阶值。

综上所述，本发明实施例提供的液晶显示器及其驱动方法，在显示时，所述第一电极和各电极单元用于控制所述液晶层中对应区域的液晶分子发生偏转形成凸状的透镜结构；所述控制单元用于调整各所述第一电极和各电极单元的电压，以控制形成的所述透镜结构的曲率。因此，本发明实施例中，在第一电极和各电极单元之间的电压差的作用下使得液晶层形成凸状的透镜结构，通过透镜结构的折射作用，将背光源出光侧的准值光进行不同程度的折射，实现灰阶显示；且由于背光源出光侧的准值光方向一致，且经过凸状的透镜结构的折射作用后的光具有偏振光。可见，本发明实施例中提供的液晶显示器无需采用上下偏振片来实现灰阶显示，从而避免采用上下层叠的偏光片，减少了液晶显示器的厚度，并降低了液晶显示器的功耗，实现了液晶显示器件更加轻薄、节能的目的。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。