一种显示面板、显示装置及驱动方法与流程

本发明涉及显示技术领域，具体涉及一种显示面板、显示装置及驱动方法。

背景技术：

目前的LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)，包括背光源、阵列基板和彩膜基板，阵列基板和彩膜基板之间设置液晶层，阵列基板上设置薄膜晶体管阵列，每个薄膜晶体管对应一个子像素，彩膜基板上与子像素对应的位置设置相应颜色的彩色滤光片，通过控制各个薄膜晶体管上的信号与电压，控制液晶分子的转动方向，从而控制每个像素点偏振光的出射，以达到显示目的。阵列基板和彩膜基板的外侧分别设置偏光片，两个偏光片的偏振方向相互垂直。通常，经过一个偏光片，光能会损失40％左右，在现有的LCD中，背光源发出的光经过显示面板上的两个偏光片，光能损失达到80％以上，光能利用率低。

为了解决上述问题，目前是通过利用液晶分子形成普通的液晶透镜，通过控制液晶分子偏转改变光线出射方向，增强光的使用效率和发光效率。然而，利用液晶分子形成液晶透镜，需保证液晶层具有一定厚度，这样液晶盒厚较大，有悖于目前显示面板轻薄化的趋势。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供一种显示面板、显示装置及驱动方法，用以至少部分解决无法兼顾发光效率和液晶盒厚的问题。

本发明为解决上述技术问题，采用如下技术方案：

本发明提供一种显示面板，包括第一基板、第二基板和设置在所述第一基板和第二基板之间的液晶层，所述第一基板邻近所述液晶层的一侧设置有第一黑矩阵，所述第二基板远离所述液晶层的一侧设置有第二黑矩阵，所述第二黑矩阵在所述第一基板上的正投影与所述第一黑矩阵在所述第一基板上的正投影之间无间隙；

所述显示面板还包括光学器件，所述光学器件至少部分位于所述液晶层内，并位于所述第一黑矩阵形成的镂空区域内，用于在所述液晶层的两侧具有电压差时，折射入射光线，并使折射后的入射光线从相邻的所述第二黑矩阵之间出射。

优选的，所述光学器件还用于，在所述液晶层的两侧的电压差为0时，使入射到所述第一黑矩阵形成的镂空区域的光线被所述第二黑矩阵遮挡。

进一步的，所述第二基板远离所述液晶层的一侧还设置有第三黑矩阵，所述第三黑矩阵在所述第一基板上的正投影与所述第二黑矩阵在所述第一基板上的正投影之间具有间隙；

所述光学器件还用于，在所述液晶层的两侧具有电压差时，折射入射光线，并使折射后的入射光线从相邻的所述第二黑矩阵和第三黑矩阵之间出射。

优选的，所述第一黑矩阵和第三黑矩阵呈网格状，且所述第一黑矩阵形成的镂空区域和所述第三黑矩阵形成的镂空区域为矩形；

所述第二黑矩阵呈矩形的块状，且阵列分布。

优选的，所述第一黑矩阵形成的镂空区域为圆形，所述第二黑矩阵呈圆形的块状，所述第三黑矩阵为环形，所述第二黑矩阵和第三黑矩阵均阵列分布，且同心设置。

优选的，所述光学器件为液晶菲涅尔透镜；

所述显示面板还包括第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极上加载的电压之差驱动所述液晶层内的液晶分子形成所述液晶菲涅尔透镜。

进一步的，所述光学器件包括固态菲涅尔透镜和液晶透镜，所述固态菲涅尔透镜设置在所述第一基板上，用于折射入射到所述显示面板的光线，并使折射后的光线入射到所述液晶透镜；

所述显示面板还包括第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极上加载的电压之差驱动所述液晶层内的液晶分子形成所述液晶透镜，所述液晶透镜用于，折射经所述固态菲涅尔透镜折射后的入射光线，并使折射后的光线从相邻的所述第二黑矩阵和第三黑矩阵之间出射。

优选的，所述固态菲涅尔透镜设置在所述第一基板的出光侧或入光侧。

进一步的，所述光学器件还用于，在所述液晶层的两侧的电压差为0时，使入射到所述第一黑矩阵形成的镂空区域的光线被所述第二黑矩阵遮挡。

本发明还提供一种显示装置，包括如前所述的显示面板。

本发明还提供一种驱动方法，用于驱动如前所述的显示面板，包括：

向所述液晶层的两侧加载大小不同的电压，以使所述光学器件折射入射到所述显示面板的光线，并使折射后的光线从相邻的所述第二黑矩阵之间出射。

进一步的，所述方法还包括：

向所述液晶层的两侧加载大小不同的电压，以使所述光学器件折射入射到所述显示面板的光线，并使折射后的入射光线从相邻的所述第二黑矩阵和第三黑矩阵之间出射。

优选的，所述光学器件为液晶菲涅尔透镜，所述向所述液晶层的两侧加载大小不同的电压，具体包括：

向所述液晶层的两侧加载电压差小于20v的电压，以驱动所述液晶层内的液晶分子形成所述液晶菲涅尔透镜。

优选的，所述光学器件包括固态菲涅尔透镜和液晶透镜，所述向所述液晶层的两侧加载大小不同的电压，具体包括：

向所述液晶层的两侧加载电压差小于10v的电压，以驱动所述液晶层内的液晶分子形成所述液晶透镜。

进一步的，所述驱动方法还包括：

停止向所述液晶层的两侧加载电压，或者，向所述液晶层的两侧加载相同的电压，以使入射到所述第一黑矩阵形成的镂空区域的光线被所述第二黑矩阵遮挡。

本发明能够实现以下有益效果：

本发明通过在阵列基板的出光侧设置第一黑矩阵，在彩膜基板的出光侧设置第二黑矩阵，使第一黑矩阵和第二黑矩阵间隔设置，并通过设置至少部分位于液晶层内的光学器件，当液晶层的两侧具有电压差时，该光学器件可以改变出射光线的出射方向，扩大入射光线的出射角度，即折射入射光线，并使折射后的入射光线从相邻的第二黑矩阵之间出射。这样，可以通过控制液晶层两侧的电压差，控制显示面板和显示装置的灰阶变化，一方面，无需在彩膜基板的外侧再设置偏光片，从而较少光能损失，提高光能利用率和发光效率；另一方面，光学器件能够至少部分达到液晶透镜的效果，相较于完全依赖液晶透镜改变光线出射方向的方案来说，在一定程度上减小了液晶盒厚，从而可以兼顾发光效率和液晶盒厚。

附图说明

图1a为本发明实施例1的显示面板在L0时的光路示意图；

图1b为本发明实施例1的显示面板在L255时的光路示意图；

图2a为本发明实施例2显示面板在L0时的示意图；

图2b为本发明实施例2的显示面板在L255时的示意图；

图3a为本发明实施例1、2的黑矩阵的结构示意图之一；

图3b为本发明实施例1、2的黑矩阵的结构示意图之二。

图例说明：

1、第一基板 2、第二基板 3、液晶层

4、第一黑矩阵 5、第二黑矩阵 6、第三黑矩阵

7、偏光片 8、液晶菲涅尔透镜 9、固态菲涅尔透镜

10、液晶透镜

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1a和图1b所示，本发明实施例1提供一种显示面板，图1a为实施例1提供的显示面板在L0时的光路示意图，图1b为实施例1提供的显示面板在L255时的光路示意图。

所述显示面板包括第一基板1、第二基板2和设置在第一基板1和第二基板2之间的液晶层3，其中，第一基板1可以为阵列基板，第二基板2可以为彩膜基板。第一基板1邻近液晶层3的一侧设置有第一黑矩阵4，即第一黑矩阵4设置在第一基板1的出光侧。第二基板2远离液晶层3的一侧设置有第二黑矩阵5，即第二黑矩阵5设置在第二基板2的出光侧。第二黑矩阵5在第一基板1上的正投影与第一黑矩阵4在第一基板1上的正投影之间无间隙，也就是说，第二黑矩阵5与第一黑矩阵4间隔设置，且第二黑矩阵5在第一基板1上的正投影与第一黑矩阵4在第一基板1上的正投影之和能够完全覆盖整个第一基板1。

如图1b所示，所述显示面板还包括光学器件，该光学器件至少部分位于液晶层3内，并位于第一黑矩阵4形成的镂空区域(即开口区域)内，用于在液晶层3的两侧具有电压差时，折射入射光线，并使折射后的入射光线从相邻的第二黑矩阵5之间出射。也就是说，光学器件可以根据液晶层3两侧的电压差的变化，改变折射光线的出射角度，从而实现显示面板灰阶的变化。

如图1a和图1b所示，所述显示面板还包括偏光片7，偏光片7位于第一基板1的入光侧，可以选用WGP(Wire Grid Polarizer，线栅起偏器)。

本发明通过在阵列基板(即第一基板1)的出光侧设置第一黑矩阵4，在彩膜基板(即第二基板2)的出光侧设置第二黑矩阵5，使第一黑矩阵4和第二黑矩阵5间隔设置，并通过设置至少部分位于液晶层3内的光学器件，当液晶层3的两侧具有电压差时，该光学器件可以改变出射光线的出射方向，扩大入射光线的出射角度，即折射入射光线，并使折射后的入射光线从相邻的第二黑矩阵5之间出射。这样，可以通过控制液晶层3两侧的电压差，控制显示面板的灰阶变化，一方面，无需在彩膜基板的外侧再设置偏光片，从而较少光能损失，提高光能利用率和发光效率；另一方面，光学器件能够至少部分达到液晶透镜的效果，相较于完全依赖液晶透镜改变光线出射方向的方案来说，在一定程度上减小了液晶盒厚，从而可以兼顾发光效率和液晶盒厚。

进一步的，如图1a所示，所述光学器件还用于，在液晶层3的两侧的电压差为0(即L0)时，使入射到第一黑矩阵4形成的镂空区域的光线被第二黑矩阵5遮挡。也就是说，液晶层3的两侧未加载电压，或者，加载相同的电压时，经所述光学器件折射后的光线入射到第二基底2，并完全被第二黑矩阵5遮挡，此时，显示面板为全黑状态。

由于相邻两第二黑矩阵5之间的区域覆盖相邻的两个子像素区域，为了进一步防止相邻子像素的光线发生串扰，在本发明实施例中，还可以进一步通过增加第三黑矩阵，将相邻子像素隔离开。

具体的，如图1a和图1b所示，第二基板2远离液晶层3的一侧还设置有第三黑矩阵6，第三黑矩阵6在第一基板1上的正投影与第二黑矩阵5在第一基板1上的正投影之间具有间隙。由于第一黑矩阵4在第一基板1上的正投影与第二黑矩阵5在第一基板1上的正投影之间无间隙，因此，第三黑矩阵6在第一基板1上的正投影落入第一黑矩阵4在第一基板1上的正投影的范围之内，也就是说，第三黑矩阵6在第一基板1上的正投影与第一黑矩阵4在第一基板1上的正投影部分重合。

如图1b所示，所述光学器件还用于，在液晶层3的两侧具有电压差时，折射入射光线，并使折射后的入射光线从相邻的第二黑矩阵5和第三黑矩阵6之间出射。

需要说明的是，如果不设置第三黑矩阵6，也可以通过精确控制加载在液晶层3两侧的电压差，从而精确控制从所述光学器件出射的光线的角度，从而避免相邻子像素的光发生串扰。但是，这种方案对电压控制的要求较高，而电压信号容易受干扰，因此实现较为困难。

而本发明通过在第二基板2的出光侧、相邻的第二黑矩阵5之间设置第三黑矩阵6，从结构上对子像素进行分隔，即使加载在液晶层3两侧的电压受到干扰，导致出射光线的角度增大，边缘的光线也可以被第三黑矩阵6遮挡，仍然能够解决相邻子像素光线串扰的问题，实现正常显示，从而提高显示面板的可靠性和实用性。

以下结合图3a和图3b对第一黑矩阵4、第二黑矩阵5和第三黑矩阵6的结构和分布进行详细说明。

图3a示出了第一黑矩阵4、第二黑矩阵5和第三黑矩阵6的一种结构，如图3a所示，第一黑矩阵4和第三黑矩阵6均呈网格状，且第一黑矩阵4形成的镂空区域和第三黑矩阵6形成的镂空区域为矩形。第二黑矩阵5呈矩形的块状，且阵列分布，第二黑矩阵5对应的区域即为第一黑矩阵4形成的镂空区域。

优选的，第三黑矩阵6与位于其两侧的相邻的第二黑矩阵5之间的距离相等，这样可以保证各子像素大小相等、均匀分布，从而保证显示效果。

由于相邻两第二黑矩阵5之间对应子像素区域，因此，优选的，第一黑矩阵4的宽度D1(即对应相邻两第二黑矩阵5之间的距离)大于第二黑矩阵5的宽度d1，这样，显示面板的开口率更大。

图3b示出了第一黑矩阵4、第二黑矩阵5和第三黑矩阵6的另一种结构，如图3b所示，第一黑矩阵4形成的镂空区域为圆形，第二黑矩阵5呈圆形的块状，第三黑矩阵6为环形，第二黑矩阵5和第三黑矩阵6均阵列分布。

优选的，第二黑矩阵5和第三黑矩阵6同心设置，相邻的第三黑矩阵6相切，这样可以保证各子像素大小相等、均匀分布，从而保证显示效果。

优选的，相邻两第二黑矩阵5之间的距离D2大于第二黑矩阵5的直径d2，这样显示面板的开口率更大。

需要说明的是，第一基底1上除了第一黑矩阵4的圆形镂空区域之外的其他区域均被第一黑矩阵4覆盖。在这种情况下，子像素区域也为圆形，相邻两第二黑矩阵5之间的区域覆盖两个子像素。

在本发明实施例1中，如图1b所示，所述光学器件为液晶菲涅尔透镜8。具体的，所述显示面板还包括第一电极(图中未绘示)和第二电极(图中未绘示)，所述第一电极和第二电极上加载的电压之差驱动液晶层3内的液晶分子形成所述液晶菲涅尔透镜8。

所述第一电极和第二电极可以分别为像素电极和公共电极，根据显示面板的驱动电场的类型不同，第一电极和第二电极的位置也有所不同，在此不再赘述。

优选的，第一电极和第二电极上加载的电压之差小于20v。

以下结合图1a和图1b，对实施例1提供的显示面板的工作过程进行说明。

准直背光(图中箭头所示)从第一基底1的入光侧入射，经偏光片7偏振后，一部分光被第一黑矩阵4遮挡，一部分光从相邻两第一黑矩阵4之间入射至液晶层3。

L0时，如图1a所示，液晶层3的两侧未加载电压，或者，加载相同的电压时，液晶层3内的液晶分子不会形成液晶菲涅尔透镜，光从相邻两第一黑矩阵4之间通过时不改变方向，被彩膜基板(即第二基板2)上的第二黑矩阵5所遮挡，显示面板为全黑状态。

L255时，如图1b所示，向液晶层3的两侧加载大小不同的电压，使液晶层3的两侧具有电压差，该电压差能够驱动液晶层3内的液晶分子形成液晶菲涅尔透镜8，光从相邻两第一黑矩阵4之间通过时，以最大角度发散，并从相邻的第二黑矩阵5黑第三黑矩阵6之间出射，显示面板实现最亮态显示。需要说明的是，电压差越大，液晶分子的偏转角度越大，灰阶越大，因此，可以通过控制电压差的大小，控制液晶菲涅尔透镜8的焦距，进而控制光线发散的角度，由此控制显示面板灰阶变化。

本发明实施例1提供的显示面板，单纯依靠加载在液晶层3两侧的电压差实现灰阶控制，对加载电压的精确度要求较高，但是，相对于现有技术来说，能够大幅减小液晶盒厚。

实施例2

如图2a和图2b所示，本发明实施例2提供一种显示面板，图2a为实施例2提供的显示面板在L0时的光路示意图，图2b为实施例2提供的显示面板在L255时的光路示意图。

实施例2与实施例1的区别在于，光学器件的组成和结构不同，实施例1的光学器件为液晶菲涅尔透镜，而实施例2的光学器件为由固态菲涅尔透镜和液晶透镜组成的组合透镜。实施例2提供的显示面板的其他结构与实施例1提供的显示面板的其他结构相同，在此不再赘述。

以下结合图2a和图2b，对实施例2的光学器件进行详细说明。

如图2b所示，实施例2中的光学器件包括固态菲涅尔透镜9和液晶透镜10，固态菲涅尔透镜9设置在第一基板1上，用于折射入射到所述显示面板的光线，并使折射后的光线入射到液晶透镜10。

实施例2提供的显示面板也包括第一电极(图中未绘示)和第二电极(图中未绘示)，液晶透镜10由所述第一电极和第二电极上加载的电压之差驱动液晶层3内的液晶分子形成，用于折射经固态菲涅尔透镜9折射后的入射光线，并使折射后的光线从相邻的第二黑矩阵5之间出射。也就是说，未被第一黑矩阵4遮挡的光线先由固态菲涅尔透镜9折射，然后再由液晶透镜10折射，最终从相邻的第二黑矩阵5和第三黑矩阵6之间出射。

优选的，所述第一电极和第二电极上加载的电压之差小于10v。

如图2a和图2b所示，在实施例2中，固态菲涅尔透镜9位于液晶盒内，即设置在第一基板1的出光侧。需要说明的是，固态菲涅尔透镜9也可以设置在第一基板1的出光侧，位于第一基板1与偏光片7之间。固态菲涅尔透镜9可以通过纳米压印或者光刻的方法形成。

以下结合图2a和图2b，对实施例2提供的显示面板的工作过程进行说明。

准直背光(图中箭头所示)从第一基底1的入光侧入射，经偏光片7偏振后，一部分光被第一黑矩阵4遮挡，一部分光从相邻两第一黑矩阵4之间入射至固态菲涅尔透镜9。

L0时，如图2a所示，液晶层3的两侧未加载电压，或者，加载相同的电压时，液晶层3内的液晶分子不会形成液晶透镜，光从相邻两第一黑矩阵4之间入射至固态菲涅尔透镜9，固态菲涅尔透镜9对光线进行小角度的发散，被彩膜基板(即第二基板2)上的第二黑矩阵5所遮挡，显示面板为全黑状态。

L255时，如图2b所示，向液晶层3的两侧加载大小不同的电压，使液晶层3的两侧具有电压差，该电压差能够驱动液晶层3内的液晶分子形成液晶透镜10，光从相邻两第一黑矩阵4之间通过时，在由固态菲涅尔透镜9和液晶透镜10组成的组合透镜的作用下，以最大角度发散，并从相邻的第二黑矩阵5黑第三黑矩阵6之间出射，显示面板实现最亮态显示。需要说明的是，电压差越大，液晶分子的偏转角度越大，灰阶越大，因此，可以通过控制电压差的大小，控制液晶透镜10的焦距，进而控制光线发散的角度，由此控制显示面板的灰阶变化。

本发明实施例2提供的显示面板，依靠固态菲涅尔透镜9和液晶透镜10共同作用，可以实现光线以较大角度发散，因此，利用电压差驱动液晶分子偏转的工艺更简单，更加易于实现。但是，由于实施例2额外增加了固态菲涅尔透镜9，虽然相较于现有技术来说，可以在一定程度上减小液晶层3的厚度，但是相对于实施例1来说，减小液晶盒厚的效果没有实施例1明显(实施例1能够大幅减小液晶盒厚)。

本发明实施例1和实施例2提供的显示面板，由于省去了彩膜基板上的上偏光片，提高了透过率，因此，可以利用自然光作为背光，相应省去背光模组，从而实现透明显示。

实施例3

本发明实施例3提供一种显示装置，所述显示装置包括如实施例1或2所述的显示面板。

通过在阵列基板(即第一基板1)的出光侧设置第一黑矩阵4，在彩膜基板(即第二基板2)的出光侧设置第二黑矩阵5，使第一黑矩阵4和第二黑矩阵5间隔设置，并通过设置至少部分位于液晶层3内的光学器件，当液晶层3的两侧具有电压差时，该光学器件可以改变出射光线的出射方向，扩大入射光线的出射角度，即折射入射光线，并使折射后的入射光线从相邻的第二黑矩阵5之间出射。这样，可以通过控制液晶层3两侧的电压差，控制显示装置的灰阶变化，一方面，无需在彩膜基板的外侧再设置偏光片，从而较少光能损失，提高光能利用率和发光效率；另一方面，光学器件能够至少部分达到液晶透镜的效果，相较于完全依赖液晶透镜改变光线出射方向的方案来说，在一定程度上减小了液晶盒厚，从而可以兼顾发光效率和液晶盒厚。

实施例4

本发明实施例4提供一种驱动方法，用于驱动实施例1和2所述的显示面板，所述方法包括以下步骤：

如图1b和图2b所示，向液晶层3的两侧加载大小不同的电压，以使所述光学器件折射入射到所述显示面板的光线，并使折射后的光线从相邻的第二黑矩阵5之间出射。

进一步的，所述方法还可以包括以下步骤：

向液晶层3的两侧加载大小不同的电压，以使所述光学器件折射入射到所述显示面板的光线，并使折射后的入射光线从相邻的第二黑矩阵5和第三黑矩阵6之间出射。

如图1b所示，当所述光学器件为液晶菲涅尔透镜8时，所述向所述液晶层的两侧加载大小不同的电压，具体包括：向液晶层3的两侧加载电压差小于20v的电压，以驱动液晶层3内的液晶分子形成液晶菲涅尔透镜8。

如图2b所示，当所述光学器件包括固态菲涅尔透镜9和液晶透镜10时，所述向液晶层3的两侧加载大小不同的电压，具体包括：向液晶层3的两侧加载电压差小于10v的电压，以驱动液晶层3内的液晶分子形成液晶透镜10。

进一步的，所述方法还包括以下步骤：

如图1a和图2a所示，停止向液晶层3的两侧加载电压，或者，向液晶层3的两侧加载相同的电压，以使入射到第一黑矩阵4形成的镂空区域之间的光线被第二黑矩阵5遮挡。

本发明的显示面板、显示装置及驱动方法，利用液晶形成液晶菲涅尔透镜或液晶透镜，通过改变电压控制液晶菲涅尔透镜的形貌来控制光的偏折方向，或者，通过改变电压控制液晶透镜的形貌，使液晶透镜与固态菲涅尔透镜共同作用控制光的偏折方向，从而实现不同的显示灰阶，省去了上偏光片，提高了光能利用率，还能够降低液晶盒厚，削弱工艺难度，提高良率。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。