本实用新型涉及液晶显示领域，特别涉及一种能改善混色问题的液晶显示面板及液晶显示装置。
背景技术：
薄膜晶体管液晶显示面板(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display，TFT-LCD)是目前常用的平板显示器，液晶显示面板以其体积小、功耗低、无辐射、分辨率高等优点，被广泛地应用于现代数字信息化设备中。在制作液晶显示面板时，随着产品的分辨率越来越高，像素的尺寸越来越小，液晶显示面板的PPI(Pixels Per Inch，像素密度)越来越密集，产品的开口率越来越小。一般设计者通过减小黑矩阵的宽度来提升开口率，但是黑矩阵宽度的降低会导致串色不良的产生。
图1示出现有技术的存在混色问题的液晶显示面板的结构示意图。图1的液晶显示面板包括相对设置的阵列基板10和彩膜基板20，阵列基板10包括玻璃基板11、设置在玻璃基板11表面的数据线12、覆盖数据线12的绝缘层13、位于绝缘层13上的栅极线14、位于栅极线14上方的像素电极16以及位于两者之间的绝缘层15；彩膜基板20包括衬底基板21、位于衬底基板21朝向阵列基板10一侧的表面上的黑矩阵23和彩色色阻22、以及覆盖在彩色色阻22和黑矩阵23表面的保护层24，彩色色阻22包括红色(R)色阻221、绿色(G)色阻222和蓝色(B)色阻223。选取红色(R)色阻221为例说明，当从正面观看时，光线b从红色(R)色阻221的区域射出，此时看到的图像颜色为红色，而当观察者以一定的角度从侧面观看时，部分光线很容易进入周边的像素区域，如图中的光线a从绿色(G)色阻222的区域射出，观察者看到的图像颜色为红色和绿色，即此时观察者看到的图像会发生混色。
综上所述，现有技术观察者以不同的侧视角观看液晶显示面板时，看到的颜色不同，现有技术的液晶显示面板会导致串色不良的产生。
技术实现要素：
有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种液晶显示面板，选用折射率可控的光敏玻璃作为显示面板的第一衬底基板，利用光敏玻璃不同区域不同的折射率，将斜入射的光线进行连续折射，使之近乎垂直出射于开口区，达到改善混色的目的。
根据本实用新型提供一种液晶显示面板，包括相对设置的阵列基板和彩膜基板以及位于所述阵列基板和彩膜基板之间的液晶层，所述阵列基板包括第一衬底基板以及形成在所述第一衬底基板上的薄膜晶体管阵列，所述彩膜基板包括第二衬底基板、位于所述第二衬底基板之上的黑矩阵和彩色色阻，所述彩色色阻位于所述黑矩阵之间，所述第一衬底基板包括对应于所述彩色色阻的多个第一区域和对应于所述黑矩阵的多个第二区域，所述第一区域的折射率大于第二区域的折射率，使得倾斜入射到所述第一衬底基板的光线能够朝向所述黑矩阵之间的彩色色阻偏转。
优选地，所述第一衬底基板为光敏玻璃。
优选地，每个所述第一区域和/或所述第二区域的各个部分具有变化的折射率。
优选地，每个所述第一区域具有从中心部分向边缘部分逐渐减小的折射率。
优选地，每个所述第一区域的边缘部分的折射率大于每个所述第二区域各个部分的折射率。
优选地，每个所述第一区域划分成多个条带，所述多个条带中偶数条带的折射率不同于奇数条带的折射率。
优选地，所述多个偶数条带的折射率均相同，所述多个奇数条带的折射率均相同。
优选地，所述第一区域和所述第二区域的折射率差值在0.01至0.21的范围内。
优选地，所述液晶显示面板还包括，位于相邻的所述第一区域和所述第二区域之间的第三区域，所述第三区域的折射率介于所述第一区域与所述第二区域之间。
本实用新型还提供一种液晶显示装置，包括上述所述液晶显示面板以及背光模组。
本实用新型提供的液晶显示面板及液晶显示装置，将阵列基板的第一衬底基板设置为具有不同折射率的多个区域，使入射的背光在第一衬底基板中进行多次折射，使光线尽量集中至需要的像素单元的开口区，减轻黑矩阵边缘漏光，能有效改善现有技术中液晶显示面板的混色问题。
附图说明
通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。
图1示出现有技术的存在混色问题的液晶显示面板的结构示意图。
图2a示出根据本实用新型实施例的液晶显示面板的侧视图。
图2b示出根据本实用新型实施例的液晶显示面板的第一衬底基板的俯视图。
图3a示出根据本实用新型实施例的液晶显示面板的光路变化示意图。
图3b示出根据本实用新型实施例的液晶显示面板在光路变化时的第一衬底基板的俯视图。
图4a示出根据本实用新型实施例的液晶显示面板的折射角度计算的简化光路示意图。
图4b示出根据本实用新型实施例的液晶显示面板在折射角度计算时的第一衬底基板的俯视图。
图5a示出根据本实用新型实施例的液晶显示面板的折射率计算的简化光路示意图。
图5b示出根据本实用新型实施例的液晶显示面板在折射率计算时的第一衬底基板的俯视图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本实用新型的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。
应当理解，在描述器件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且如果将器件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。如果为了描述直接位于另一层、另一个区域上面的情形，本文将采用“A直接置于B上方”或“A在B上面并与之邻接”的表述方式。
图2a示出根据本实用新型实施例的液晶显示面板的侧视图。图2b示出根据本实用新型实施例的液晶显示面板的第一衬底基板的俯视图。
结合图2a和图2b，本实施例的液晶显示面板，包括相对设置的阵列基板110和彩膜基板210以及位于两个基板之间的液晶层(图中未示出)。阵列基板110包括第一衬底基板111以及形成在第一衬底基板111上的薄膜晶体管阵列117(第一衬底基板111上铺设有相互绝缘交叉的多条扫描线和数据线，多条扫描线和多条数据线交叉限定成多个规则的子像素单元，每个子像素单元包括一个薄膜晶体管TFT，多个薄膜晶体管形成薄膜晶体管阵列117)。彩膜基板210包括第二衬底基板211及位于第二衬底基板211朝向阵列基板110的表面上的网格状黑矩阵213以及位于黑矩阵213之间的彩色色阻212，彩色色阻212包括红色R色阻2121，绿色G色阻2122和蓝色B色阻2123，每种颜色的色阻对应覆盖一个子像素单元，彩色色阻212与薄膜晶体管阵列117一一对应。背光照射不同颜色的色阻时，液晶面板显示不同的颜色；黑矩阵213与彩色色阻212位于彩膜基板210的衬底基板211相对于阵列基板110的一侧的表面上，在黑矩阵213和彩色色阻212表面覆盖保护层214。
在本实施例中，第一衬底基板111包括对应于彩色色阻212的多个第一区域1111和对应于黑矩阵213的多个第二区域1112，第二区域1112围绕第一区域1111，即每个子像素单元里的薄膜晶体管对应三种颜色的色阻之一，每个第一区域1111也对应三种颜色的色阻之一，而每个第二区域1112与黑矩阵213对齐设置。第一区域1111的折射率大于第二区域1112的折射率，使得倾斜入射到第一衬底基板111的光线能够朝向黑矩阵213之间的彩色色阻212偏转。
本实施例的第一衬底基板111中，第一区域1111的折射率大于第二区域1112的折射率，且每个第一区域1111和/或第二区域1112的各个部分具有变化的折射率，优选地，第一区域1111具有从中心部分向边缘部分逐渐减小的折射率，第二区域1112的各个部分的折射率变化可以雷同。且每个第一区域1111边缘部分的折射率大于每个第二区域1112各个部分的折射率。例如，第一区域1111和第二区域1112都具有从中心部分向边缘部分逐渐减小的折射率，则黑矩阵213对应的第一衬底基板111中心部分的折射率小于三种色阻对应的第一衬底基板111边缘部分的折射率，使得倾斜射入子像素单元的背光的出射光线更加偏向开口区，提高亮度。在其他实施例中，第一区域1111和第二区域1112的各个部分的折射率可以是固定的，保证第一区域1111的折射率大于第二区域1112的折射率即可。
优选地，考量到组立和制程精度的问题，第一区域1111的折射率也可以连续起伏变化，每个第一区域1111划分成多个条带，多个条带中偶数条带的折射率不同于奇数条带的折射率。优选地，多个偶数条带的折射率均相同，多个奇数条带的折射率均相同。比如，可将单个子像素单元对应的第一衬底基板的折射率按照“小-大-小-大-小……”设置为连续变化的。优选地，条带可以为直线型条带，环状条带等。本实施例只是给出折射率变化的区域内的几种变化形式，其他实施例可以根据需要选用其他变化形式。
优选地，本实用新型选用光敏玻璃作为液晶显示面板的阵列基板110的第一衬底基板111。光敏玻璃是将光敏化学试剂引入玻璃体中，使之曝光加热的一种新型玻璃。当光敏玻璃加热到200℃时，受光照射的化学试剂留存下来，而未曝光的试剂则被除去，相当于“固定”普通的照相图像。因为微孔的孔径只有可见光波长的几分之几，所以微孔不致使光散射，图像较为清晰。当玻璃加热到约1200℃时，微孔消失，形成致密玻璃，在玻璃中就存留下永久图像。利用这种特性，可以做成复杂的透镜阵列，形成折射率可控的玻璃。本实施例中可以事先完成对第一衬底基板111的曝光加热，使之在其上形成折射率不同的区域。
例如，本实施例的第一衬底基板111利用光源通过掩膜照射并进行曝光及加热形成第一区域1111及第二区域1112。第一衬底基板111经过曝光后对应区域折射率变大，经过加热后对应区域折射率变小，因为第一区域1111的折射率不同于第二区域1112，所以第一区域1111的曝光和/或加热时间不同于第二区域1112。
图3a示出根据本实用新型实施例的液晶显示面板的光路变化示意图。图3b示出根据本实用新型实施例的液晶显示面板在光路变化时的第一衬底基板的俯视图。
如图3a及图3b所示，本实施例的液晶显示面板只选取绿色G色阻2122对应区域的面板为例说明利用光敏玻璃作为第一衬底基板后的光路变化。阵列基板包括第一衬底基板111及设置在其上的薄膜晶体管阵列117，第一衬底基板111包括与绿色G色阻2122对应的第一区域1111和与黑矩阵213对应的第二区域1112，第一区域1111的折射率大于第二区域1112，且每个第一区域1111具有从中心部分向边缘部分逐渐减小的折射率。
当背光光线垂直显示面板入射时，入射角为90°，垂直方向的光线不会发生折射，直接依次穿过彩膜基板的保护层214，绿色G色阻2122以及第二衬底基板211垂直出射，显示绿色，不受影响。
当背光光线倾斜显示面板入射时，斜入射的光线(如图中虚线所示)会在子像素区域及绿色G色阻2122对应的第一衬底基板的第一区域1111中发生连续折射，使原本倾斜入射的光线趋于近似垂直出射(图中实线所示)，原本可能会穿过保护层214入射到相邻色阻或黑矩阵上的光线折射到了绿色G色阻2122对应的区域，减少了发生混色的可能，光线折射到开口区，出射光线增多，使得视角变大。
本实用新型利用光敏玻璃作为显示面板上的阵列基板的第一衬底基板，使光敏玻璃位于有效显示区域下方的各个部分有不同的折射率，从而将斜入射的背光光线进行连续折射，出射光线更加集中，达到改善混色的目的。
图4a示出根据本实用新型实施例的液晶显示面板的折射角度计算的简化光路示意图。图4b示出根据本实用新型实施例的液晶显示面板在折射角度计算时的第一衬底基板的俯视图。
如图4a及图4b所示，为了便于计算，只示出了两个基板的部分层结构(阵列基板包括第一衬底基板111，彩膜基板包括第二衬底基板211，绿色G色阻2122，黑矩阵213及保护层214)，以5.5寸FHD(全高清)液晶显示面板产品为例，假设子像素单元的宽度d1(绿色G色阻2122中心到黑矩阵213中心的距离)为21.5μm，黑矩阵213的宽度2d2(d2为两相邻色阻之间的黑矩阵213宽度的一半)为6μm，第一衬底基板111的厚度d4为0.4mm(400μm)，阵列基板的第一衬底基板111与彩膜基板的第二衬底基板211之间的间距d3为8μm，假设折射率变化区域折射率最大为n1，最小为nn，即第一区域1111的折射率对应为n1，第二区域1112的折射率对应为nn。
现有的光敏玻璃折射率的变化量最大为0.21，例如，可以将第一衬底基板111的折射率设置为子像素单元对应的第一区域1111的折射率n1为1.71，黑矩阵对应的第二区域1112的折射率nn为1.5。
简化后的极限光路图如图4a所示，倾斜入射的背光光线在第一区域1111和第二区域1112进行折射，θ1为入射光夹角，θ2为折射光的夹角。
根据入射角和折射角的关系式可以得出：
又根据各部分之间的距离关系可以得出：
θ2≈89.57° 则θ1≈61.3°
根据计算知，可以将角度处于61.3°～89.57°的原本入射到阵列基板的金属层上的背光及原本入射到黑矩阵213上的背光，均近乎垂直地折射到开口区，减小像素边缘漏光，改善混色问题，提高开口率。
优选地，在实施过程中，可以通过控制光敏玻璃反应过程中光敏剂的多少及反应条件导致的光致致密化效应和光致热膨胀效应，来控制玻璃折射率变大或者变小(致密化效应使玻璃折射率变大，热膨胀效应使玻璃折射率变小)，从而设定合适的折射率。光敏玻璃的折射率制作可在薄膜晶体管阵列制作之后完成，反应条件对薄膜晶体管的性能无影响。
图5a示出根据本实用新型实施例的液晶显示面板的折射率计算的简化光路示意图。图5b示出根据本实用新型实施例的液晶显示面板在折射率计算时的第一衬底基板的俯视图。
如图5a及图5b所示，与图4a及图4b相同，只示出液晶显示面板的一部分结构，仍以5.5寸FHD产品为例，尺寸设置和折射率基本如图4a所示，只是将第一衬底基板111的厚度d4设置为0.2mm(200μm)。若第一区域1111与第二区域1112的各个部分均具有变化的折射率，从中心部分到边缘部分的折射率逐渐变小，假设第一区域1111中心部分的折射率为n1(n1＝1.71)，第二区域1112中心部分的折射率为nn，第一区域1111和第二区域1112的边缘部分的交接处的折射率变化量为n2。
简化后的极限光路图如图5a，θ3为入射光夹角，θ4为折射出射光的夹角。根据公式计算：
当入射光经过子像素单元对应的第一衬底基板111折射后变成近似垂直出射方向的光，即θ4无限逼近90°时，计算出n2范围为(1.701，1.71)。意即第一区域1111的折射率n1与第二区域1112的折射率nn的折射率差值实际并不需要达到0.21，n1到nn的折射率差值在0.01也能满足要求，改善混色问题，而且折射率差值降低，对工艺难度和反应要求也进一步降低，也为利用其它折射率可变的材料提供了条件。
所以，第一区域1111和第二区域1112的折射率差值在0.01至0.21的范围内，在这个范围之间的折射率差值都可以实现改善混色的目的。优选地，调节第一区域1111和第二区域1112的折射率差值可以切换不同的显示视角。当折射率差值变小时，光线偏转角度较小，较为发散，左右视角会更好；当背光入射方向过于散乱时，可以将折射率差值适当加大，使光的出射方向更为集中，此时可以实现窄视角显示。
优选地，根据上述内容，本实施例的液晶显示面板还可以包括，位于第一区域1111和第二区域1112之间的第三区域，第三区域的折射率介于第一区域1111与第二区域1112之间，变化形式可以与第一区域1111和/或第二区域1112相同。
本实施例的液晶显示面板将阵列基板的第一衬底基板设为光敏玻璃，通过改变光敏玻璃的折射率，显著地改善了高分辨率产品的混色问题，减轻黑矩阵边缘的漏光，能在一定程度上提升产品背光的利用率，提高显示亮度。
本实用新型还提供一种液晶显示装置，包括上述任一项液晶显示面板以及背光模组，背光模组提供背光源。
本实用新型提供的液晶显示面板及液晶显示装置，将光敏玻璃设置在显示面板中，作为阵列基板的第一衬底基板，因其特殊的折射率可控性，对照彩色色阻的位置将第一衬底基板分成折射率不同的区域，使倾斜入射的背光在第一衬底基板中经过多次折射，光线尽量集中至需要的像素单元的开口区且近乎垂直地出射，减轻黑矩阵边缘漏光，能有效改善现有技术中液晶显示面板的混色问题，提高开口率，解决了现有技术中的问题。而且根据光敏玻璃的不同区域的折射率差值不同，还可以调整背光出射的角度及散乱程度，从而改变显示视角。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
最后应说明的是：依照本实用新型的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。凡在本实用新型的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。本说明书选取并具体描述本实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本实用新型以及在本实用新型基础上的修改使用。