一种显示面板及显示装置的制作方法

本发明涉及显示技术领域，尤指一种显示面板及显示装置。

背景技术：

人眼能够识别自然界形形色色的物体与颜色，均是利用环境光在物体表面的反射，因此充分利用环境光的反射实现显示是可行并且具有很大应用前景的。但由于环境光的发光角度是发散的，并且在整个空间内强度较弱，因此充分提升环境光的利用率是反射显示努力的方向。

由于反射型显示器使用环境光，不需要背光源，具有护眼、低功耗等特点，目前采用的反射型显示器，是通过彩膜过滤环境光，形成显示所需三原色，再通过反射膜反射出来，进而显示不同的颜色。但该种显示模式，仅利用三分之一的环境光，本身环境光就较弱，利用率不高使得面板的对比度较低。因此考虑提升环境光中三原色光的利用率。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种显示面板及显示装置，用以解决现有技术中存在的反射型显示器对环境光的利用率较低的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种显示面板，包括：衬底基板，位于所述衬底基板之上的反射层，位于所述反射层背离所述衬底基板一侧的介质光栅层，位于所述介质光栅层背离所述衬底基板一侧的滤光层，位于所述滤光层背离所述衬底基板一侧的彩膜层；

所述彩膜层，包括：用于透过第一颜色的光线的第一彩膜单元，用于透过第二颜色的光线的第二彩膜单元，以及用于透过白光的第三彩膜单元；

所述滤光层，用于透射所述第一颜色和所述第二颜色的光线，以及反射第三颜色的光线；

所述介质光栅层，包括：对应于所述第三彩膜单元所在位置的光栅单元；

所述光栅单元，用于将所述滤光层透射的所述第一颜色的光线反射至所述第一彩膜单元，以及将所述滤光层透射的所述第二颜色的光线反射至所述第二彩膜单元。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述显示面板中，在所述彩膜层中，以两个所述第一彩膜单元，两个所述第二彩膜单元和一个所述第三彩膜单元为一个彩膜单元组，且在第一方向上，多个所述彩膜单元组重复排列；

在每一个所述彩膜单元组中，以所述第一彩膜单元、所述第二彩膜单元、所述第三彩膜单元，所述第二彩膜单元，所述第一彩膜单元的顺序在第一方向上排列；

所述光栅单元，用于将所述滤光层透射的所述第一颜色的光线反射至对应的所述第三彩膜单元所在彩膜单元组内的各所述第一彩膜单元，以及将所述滤光层透射的所述第二颜色的光线反射至对应的所述第三彩膜单元所在彩膜单元组内的各所述第二彩膜单元。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述显示面板中，相邻的所述彩膜单元组共用一个所述第一彩膜单元。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述显示面板中，所述第三颜色的波长小于所述第一颜色和所述第二颜色的波长，所述滤光层为长通滤光膜；

所述第三颜色的波长大于所述第一颜色和所述第二颜色的波长，所述滤光层为短通滤光膜。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述显示面板中，所述光栅单元，包括：在所述第一方向上交替排列的第一光栅结构和第二光栅结构；

所述第一光栅结构和所述第二光栅结构的折射率不同。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述显示面板中，所述光栅单元的光栅周期在90nm～500nm的范围内。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述显示面板中，所述光栅单元将所述第一颜色的光线以65°～70°的反射角反射至对应的所述彩膜单元组内的各所述第一彩膜单元；

所述光栅单元将所述第二颜色的光线以45°～55°的反射角反射至对电影的所述彩膜单元组内的各所述第二彩膜单元。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述显示面板中，还包括：位于所述彩膜层与所述介质光栅层之间的液晶层，以及位于所述液晶层与所述介质光栅层之间的像素电极层；

所述滤光层位于所述液晶层与所述像素电极层之间；或，所述滤光层位于所述像素电极层与所述介质光栅层之间。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述显示面板中，还包括：位于所述像素电极层与所述介质光栅层之间的填充层。

第二方面，本发明实施例提供了一种显示装置，包括：上述显示面板。

本发明有益效果如下：

本发明实施例提供的显示面板及显示装置，该显示面板，包括：衬底基板，位于衬底基板之上的反射层，位于反射层背离衬底基板一侧的介质光栅层，位于介质光栅层背离衬底基板一侧的滤光层，位于滤光层背离衬底基板一侧的彩膜层；彩膜层，包括：用于透过第一颜色的光线的第一彩膜单元，用于透过第二颜色的光线的第二彩膜单元，以及用于透过白光的第三彩膜单元；滤光层，用于透射第一颜色和第二颜色的光线，以及反射第三颜色的光线；介质光栅层，包括：对应于第三彩膜单元所在位置的光栅单元；光栅单元，用于将滤光层透射的第一颜色的光线反射至第一彩膜单元，以及将滤光层透射的第二颜色的光线反射至第二彩膜单元。本发明实施例提供的上述显示面板，由于在彩膜层中设置用于透过白光的第三彩膜单元，透过第三彩膜单元的环境光射向滤光层后，第三颜色的光线被反射，以使该位置显示第三颜色，滤光层透过的第一颜色和第二颜色的光线射向介质光栅层后，第一颜色的光线被反射至第一彩膜单元，第二颜色的光线被反射至第二彩膜单元，从而提高了光效利用率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的显示面板的结构示意图；

图2为正入射光线经过光栅结构的光路示意图；

图3为本发明实施例中光线经光栅结构反射后射向彩膜层的光路示意图；

其中，10、衬底基板；11、反射层；12、介质光栅层；121、光栅单元；13、滤光层；14、彩膜层；141、第一彩膜单元；142、第二彩膜单元；143、第三彩膜单元；15、液晶层；16、像素电极层；17、偏光层；18、填充层；t1、第一光栅结构；t2、第二光栅结构。

具体实施方式

针对现有技术中存在的反射型显示器对环境光的利用率较低的问题，本发明实施例提供了一种显示面板及显示装置。

下面结合附图，对本发明实施例提供的显示面板及显示装置的具体实施方式进行详细地说明。附图中各膜层的厚度和形状不反映真实比例，目的只是示意说明本发明内容。

第一方面，本发明实施例提供了一种显示面板，如图1所示，包括：衬底基板10，位于衬底基板10之上的反射层11，位于反射层11背离衬底基板10一侧的介质光栅层12，位于介质光栅层12背离衬底基板10一侧的滤光层13，位于滤光层13背离衬底基板10一侧的彩膜层14；

彩膜层14，包括：用于透过第一颜色的光线的第一彩膜单元141，用于透过第二颜色的光线的第二彩膜单元142，以及用于透过白光的第三彩膜单元143；

滤光层13，用于透射第一颜色和第二颜色的光线，以及反射第三颜色的光线；

介质光栅层12，包括：对应于第三彩膜单元143所在位置的光栅单元121；

光栅单元121，用于将滤光层13透射的第一颜色的光线反射至第一彩膜单元141，以及将滤光层13透射的第二颜色的光线反射至第二彩膜单元142。

本发明实施例提供的显示面板，由于在彩膜层中设置用于透过白光的第三彩膜单元，透过第三彩膜单元的环境光射向滤光层后，第三颜色的光线被反射，以使该位置显示第三颜色，滤光层透过的第一颜色和第二颜色的光线射向介质光栅层后，第一颜色的光线被反射至第一彩膜单元，第二颜色的光线被反射至第二彩膜单元，从而提高了光效利用率。

如图1所示，本发明实施例中的显示面板优选为反射型显示面板，也就是上述显示面板的光源为环境光，为了实现显示画面的功能，上述显示面板还可以包括液晶层15和像素电极层16，像素电极层16中包括多个像素电极，且多个像素电极与彩膜层14中的各第一彩膜单元141、各第二彩膜单元142和各第三彩膜单元143的位置相对应。

如图1所示，环境光从第一彩膜单元141处入射，经过第一彩膜单元141后透过第一颜色的光线a，其他颜色的光线被吸收，由于滤光层13能够透过第一颜色和第二颜色的光线，因而光线a经过偏光片17和液晶层15后，得到仍为第一颜色的光线b，光线b被反射层11反射后得到光线c，光线c经过像素电极层16、滤光层13、液晶层15和偏光层17后，从第一彩膜单元141处出射，从而使第一彩膜单元141处显示第一颜色，使第一彩膜单元141所在区域构成了显示第一颜色的子像素。

类似地，环境光从第二彩膜单元142处入射，经过第二彩膜单元142后透过第二颜色的光线d，其他颜色的光线被吸收，光线d经过滤光层13后得到仍为第二颜色的光线e，光线e被反射层11反射后得到光线f，光线f经过滤光层13、液晶层15等膜层后，最后从第二彩膜单元142处出射，从而使第二彩膜单元142处显示第二颜色，使第二彩膜单元142所在区域构成了显示第二颜色的子像素。

上述第三彩膜单元143能够透过白光，也就是说，彩膜层14在第三彩膜单元143处无图形，在具体实施时，可以在第三彩膜单元143处填充透明材料。因而环境光通过第三彩膜单元143后，得到仍为白光的光线g，光线g射向滤光层13后，滤光层13能够反射第三颜色的光线，得到的光线h从第三彩膜单元143处出射，从而使第三彩膜单元143处显示第三颜色，使第三彩膜单元143所在区域构成了显示第三颜色的子像素，同时滤光层13透射第一颜色和第二颜色的光线，即光线i和光线j，由于在第三彩膜单元143对应位置处设有光栅单元121，光栅单元121能够将第一颜色的光线反射至第一彩膜单元141，以及将第二颜色的光线反射至第二彩膜单元142，因而光线i和光线j射向光栅单元121后，反射得到的第一颜色的光线n经滤光层13、液晶层15等膜层后从第一彩膜单元141处出射，同理，第二颜色的光线m最终从第二彩膜单元142处出射。

综上，本发明实施例中，通过在彩膜层14中设置能够透过白光的第三彩膜单元143，从而能够使白光射入到显示面板内部，通过滤光层13反射第三颜色的光线，实现第三颜色的正常显示，并通过滤光层13将第一颜色和第二颜色的光线透射至光栅结构121，不同波长的光线在光栅结构121上的反射角度不同，从而实现将第一颜色的光线反射至第一彩膜单元141，第二颜色的光线反射至第二彩膜单元142，从而增加了第一彩色单元141和第二彩色单元142的出射光线，提高了环境光的利用率，并且提高了显示面板的显示亮度，使显示画面的对比度加强，改善显示效果。

进一步地，本发明实施例提供的上述显示面板中，参照图1，在彩膜层14中，以两个第一彩膜单元141，两个第二彩膜单元142和一个第三彩膜单元143为一个彩膜单元组，且在第一方向上，多个彩膜单元组重复排列；

在每一个彩膜单元组中，以第一彩膜单元141、第二彩膜单元142、第三彩膜单元143，第二彩膜单元142，第一彩膜单元的141顺序在第一方向上排列；

光栅单元121，用于将滤光层13透射的第一颜色的光线反射至对应的第三彩膜单元所在彩膜单元组内的各第一彩膜单元141，以及将滤光层透射的第二颜色的光线反射至对应的第三彩膜单元143所在彩膜单元组内的各第二彩膜单元142。

也就是说，在第一方向上，各彩膜单元按照：一、二、三、二、一、一、二、三、二、一、一、二、三、二、一……的顺序排列，其中“一”表示“第一彩膜单元141”，“二”表示“第二彩膜单元142”，“三”表示“第三彩膜单元143”。第一方向可以指子像素排列的行方向，也可以指列方向，此处不做限定。此外，在与第一方向垂直的第二方向上，各彩膜单元也可以按照同样的规律排列，此处不对第二方向上各彩膜单元的排列方式进行限定。

可以明显的看出，在每一个彩膜单元组中，第三彩膜单元143位于中间位置，两个第二彩膜单元142相对于第三彩膜单元143对称，两个第一彩膜单元141相对于第三彩膜单元143对称，也就是说，第三彩膜单元143与两个第二彩膜单元142的距离相同，第三彩膜单元143与两个第一彩膜单元141的距离也相同。由于光栅单元121与第三彩膜单元143的位置相对应，且光栅单元121反射光线的反射角与光线的波长有关，因而第一彩膜单元141相对于第三彩膜单元143对称，能够使第一颜色的光线几乎全部被反射至第一彩膜单元141，同理，第二彩膜单元142相对于第三彩膜单元143对称，能够使第二颜色的光线几乎全部被反射至第二彩膜单元142，从而可以充分利用射入到显示面板内部的白光。

此外，光栅单元121将滤光层13透射的光线反射至对应的彩膜单元组内的各第一彩膜单元141和各第二彩膜单元142，缩短白光在显示面板内部的传输路径，减小了白光在显示面板内部的损耗，提高白光利用率，也能够使设计过程中，更容易控制光栅单元121的反射角大小。

更进一步地，本发明实施例提供的上述显示面板中，参照图1，相邻的彩膜单元组共用一个第一彩膜单元141。

也就是说，在第一方向上，各彩膜单元按照：一、二、三、二、一、二、三、二、一、二、三、二、一……的顺序排列，因而相邻的光栅单元121反射的第一颜色的光线能够反射至同一个第一彩膜单元141，例如图1中，两个光栅单元121反射的第一颜色的光线都能够射向二者中间的第一彩膜单元141，从而进一步提高了环境光的利用效率。

在具体实施时，本发明实施例提供的上述显示面板中，上述滤光膜至少存在以下两种实现方式：

实现方式一：

第三颜色的波长小于第一颜色和第二颜色的波长，滤光层为长通滤光膜；

也就是说，滤光膜能够透射波长较长的光线，反射波长较短的光线，因而可以采用长通滤光膜，在具体实施时，上述第一颜色、第二颜色和第三颜色可以为三原色，即第一颜色可以为红色(r)，第二颜色可以为绿色(g)，第三颜色可以为蓝色(b)，例如可以采用能够透过500nm以上波长的长通滤光膜，可以根据实际情况选择长通滤光膜，此处不做限定。

实现方式二：第三颜色的波长大于第一颜色和第二颜色的波长，滤光层为短通滤光膜。

也就是说，滤光膜能够透射波长较短的光线，反射波长较长的光线，因而可以采用短通滤光膜，在具体实施时，上述第一颜色、第二颜色和第三颜色可以为三原色，即第一颜色可以为绿色(g)，第二颜色可以为蓝色(b)，第三颜色可以为红色(r)，可以根据实际情况选择短通滤光膜，此处不做限定。

具体地，本发明实施例提供的上述显示面板中，如图2所示，光栅单元，包括：在第一方向上交替排列的第一光栅结构t1和第二光栅结构t2；

第一光栅结构t1和第二光栅结构t2的折射率不同。

由于第一光栅结构t1和第二光栅结构t2的折射率不同，因而第一光栅结构t1和第二光栅结构t2在第一方向上交替排布能够构成光栅结构，若光栅周期能够与光线的波长相当，如图2所示，光线射向光栅结构表面时，一部分光线能够透过光栅结构，还有一部分光线能够发生全反射。此外，由于全反射的反射角与光线的波长有关，因而，不同波长的光线可以反射至不同的位置处，在具体实施时，可以通过调整第一光栅结构t1和第二光栅结构t2的折射率，调整光栅结构的厚度，以及调整介质光栅层与彩膜层之间的距离等参数，来调整反射角的大小，以使第一颜色的光线能够射入到第一彩膜单元位置处，第二颜色的光线能够射入到第二彩膜单元位置处。

本发明实施例中的光栅结构是根据导模共振原理实现不同波长的光线对应的反射角不同的，导模共振对光学和光电子学在理论和实际运用上都具有重要意义，根据导模共振原理，可以使介质光栅层的反射异常，即指当入射波的波长，入射角或光栅结构参数作微小变化时，光栅衍射传播能量发生剧烈变化的现象。导模共振的产生，是由于衍射光栅可以看作周期调制的平面波导，当光栅内高级次衍射波在参数上与光栅波导所支持的导模接近时，光波能量重新分布，由于光栅的周期调制性使得光栅波导有泄漏，因而泄漏能量也重新分布，形成导模共振。利用导模共振效应的高反射率和窄带性质，可以将特定波长的光反射而透过其它波长的光。

如果入射波长λ大于光栅周期λ时，由耦合波理论，经光栅衍射的各级子波中只有0级波为传播波，其余各级波为倏逝波。在弱调制情况下，即两种电介质折射率相差不大时，光栅可等效为平板波导，弱调制在光栅中产生高级次的衍射波，同时它又具有平板波导的传播模式，这里波导层和调制层完全重合。当介质光栅层中衍射波在x方向波矢分量与波导的传播常数相近时，必将激发起波导中的传播模式，达到导模共振。但是光栅波导存在泄漏，在其中传播的波要从上表面泄漏出去，从而达到全反射。

参照图2，以介质光栅层12由折射率为nr的第一光栅结构t1和折射率为ng的第二光栅结构t2的两种电介质构成为例，光栅周期为λ，厚度为d。

本发明实施例中，上述第一光栅结构t1可以采用sio(折射率1.48)材料制作，上述第二光栅结构t2可以采用sino(折射率1.55)材料制作，也就是nr取1.48，ng取1.55，由于在制作显示面板过程中，也可以用到sio和sino材料，例如制作绝缘层，因而采用sio和sino材料制作介质光栅层，能够提高工艺的兼容性。在具体实施时，也可以采用其他折射率不同的材料制作上述第一光栅结构t1和第二光栅结构t2，优选为选用折射率相近且透明的两种介质材料，此处不对介质光栅层的材料进行限定。

在具体实施时，本发明实施例提供的上述显示面板中，上述光栅单元的光栅周期在90nm～500nm的范围内。

将光栅单元的光栅周期设置为与波长的大小相当，才能保证光线射向光栅单元后能够发生衍射，光栅周期越小，衍射效果越明显，但同时考虑到工艺可行性，光栅周期不能过小，因而可以将光栅周期设置在90nm～500nm的范围内。

可以理解的是，本发明实施例中，光栅周期可以指相邻两个第一光栅结构t1之间的距离，或者相邻两个第二光栅结构t2之间的距离，也就是一个第一光栅结构t1的宽度与一个第二光栅结构t2的宽度之和，图2中仅示意出了两个光栅周期，在具体实施时，光栅单元还可以包括更多个光栅周期，此处不做限定。在具体实施时，可以根据实际需要来设置第一光栅结构t1与第二光栅结构t2交替排列的宽度比例，例如可以将宽度比例设置为1:1，也就是第一光栅结构t1与第二光栅结构t2的宽度相等，也可以设置为其他宽度比例此处不做限定。

具体地，本发明实施例提供的上述显示面板中，光栅单元将第一颜色的光线以65°～70°(优选为67°)的反射角反射至对应的彩膜单元组内的各第一彩膜单元；

光栅单元将第二颜色的光线以45°～55°(优选为50°)的反射角反射至对电影的彩膜单元组内的各第二彩膜单元。

参照图1，在每一个彩膜单元组中，第一彩膜单元141与第三彩膜单元143之间的距离大于第二彩膜单元142与第三彩膜单元143之间的距离，因而反射至第一彩膜单元141的反射角大于反射至第二彩膜单元142的反射角。

在实际应用中，本发明实施例提供的上述显示面板中，如图1所示，还可以包括：位于彩膜层14与介质光栅层12之间的液晶层15，以及位于液晶层15与介质光栅层12之间的像素电极层16；

滤光层13位于液晶层15与像素电极层16之间；或，滤光层13位于像素电极层16与介质光栅层12之间。

具体地，上述像素电极层16中可以包括多个像素电极，且多个像素电极与彩膜层14中的各第一彩膜单元141、各第二彩膜单元142和各第三彩膜单元143的位置相对应，此外，显示面板还可以包括公共电极层，通过向公共电极层与像素电极层之间施加电压，以控制液晶层中的液晶分子转动，以实现显示画面。

上述滤光层13用于反射第三颜色的光线，并透射第一颜色和第二颜色的光线，第一颜色和第二颜色的光线透过滤光层13后射向光栅结构121，因而可以将滤光层13设置在液晶层15与像素电极层16之间，或者像素电极层16与介质光栅层12之间，此外还可以设置在彩膜层14与介质光栅层12之间的其他膜层，此处不做限定。

在具体实施时，本发明实施例提供的上述显示面板中，如图1所示，还可以包括：位于像素电极层16与介质光栅层12之间的填充层18。

具体地，填充层18优选为采用折射率较小的材料，例如可以采用mgf(折射率1.38)，以满足导模共振效应的条件。

以下结合图3，并以第一颜色为红色，第二颜色为绿色，第三颜色为蓝色为例对本发明实施例中的显示面板进行举例说明。

以上述介质光栅层中的第一光栅结构采用sin(折射率1.8)材料，第二光栅结构采用ito(折射率2)材料为例，且第一光栅结构和第二光栅结构以1:1的填充比例构成光栅周期为350nm的光栅结构，可知占空比为0.5，填充层采用mgf(折射率1.38)材料，从而实现波长530nm-625nm波长的高反射，使得透过滤光层的红光和绿光可以反射到对应的第一彩膜单元和第二彩膜单元的位置处。

具体地，不同波长的光线被介质光栅层反射后的反射角，以及介质光栅层的厚度等参数，可以按照以下公式计算：

已知第一光栅结构的折射率nr＝1.8，第二光栅结构的折射率ng＝2，光栅周期λ＝0.35μm，占空比f＝0.5，入射光λ0＝0.53μm。

则等效折射率

其中，nr表示第一种光栅材料折射率，ng表示第二种光栅材料折射率；

其中，k0表示入射光波矢，θ0表示入射角，m表示衍射级次，λ表示光栅周期；

kx，1表示1级衍射级次在x方向的分量；

等效波矢为

z方向上的波矢为

反射角

其中，表示上下截面反射相位；

介质光栅层的厚度

可知，波长为530nm光线对应的反射角约为53°，同理可得到波长为625nm的光线对应的反射角约为69°。

参照图3，以第一彩膜单元141、第二彩膜单元142和第三彩膜单元143的大小相同为例，以l1＝72μm，l2＝216μm，间距l3＝35μm为例，也就是各彩膜单元构成的子像素的尺寸约为216*72um，像素间距离为35um的结构，此外，填充层的厚度l4为80μm。

图中

因此，本发明实施例提供的显示面板，介质光栅层能够使530nm(绿光)与625nm(红光)的光刚好可以发生全反射分别进入绿色子像素所在区域(第二彩膜单元处)和红色子像素所在区域(第一彩膜单元处)。

应该说明的是，上述各部件的材料选取，以及参数的具体取值，都是为了举例说明，并不对材料和具体取值进行限定。在具体实施时，可以根据要反射的波长和像素结构，来选择光栅单元中的材料，填充层的厚度，填充层的材料等。其中，填充层的材料优选为采用接近空气折射率的材料，以保证衍射条件，若折射率过高，容易破坏次级衍射。

第二方面，基于同一发明构思，本发明实施例提供了一种显示装置，包括上述显示面板，该显示装置可以应用于手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。由于该显示装置解决问题的原理与上述显示面板相似，因此该显示装置的实施可以参见上述显示面板的实施，重复之处不再赘述。

本发明实施例提供的显示面板及显示装置，由于在彩膜层中设置用于透过白光的第三彩膜单元，透过第三彩膜单元的环境光射向滤光层后，第三颜色的光线被反射，以使该位置显示第三颜色，滤光层透过的第一颜色和第二颜色的光线射向介质光栅层后，第一颜色的光线被反射至第一彩膜单元，第二颜色的光线被反射至第二彩膜单元，从而提高了光效利用率。

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。