CN102654665B - 液晶透镜型调光装置及显示器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液晶透镜型调光装置，包括第一基板和第二基板、以及第一基板和第二基板上分别设置的电极层和取向层，两基板之间加有液晶，并由封框胶封装成盒，形成液晶透镜；两基板上电极层同时或其中之一为包括电极区域和遮光区域的图案化电极；第二基板上方设置有挡板，挡板包括挡板透光区域和挡板遮光区域，挡板遮光区域的面积小于图案化电极中电极区域的面积且位于该电极区域上方，两电极层分别连接有电极电压控制电路。本发明通过调节电极间电压获得合适的透镜焦距，调节绕过挡板的光强大小，提高背光利用率；并且，添加背光源、彩色滤光片、反射层和扩散片等，可将该调光装置用于显示器；该调光装置还可作为光信号检测、接收等应用。

Description

液晶透镜型调光装置及显示器
技术领域
本发明涉及液晶显示技术，特别是涉及一种液晶透镜型调光装置及显示器。
背景技术
液晶显示器中有一个很重要的规格就是亮度，而决定亮度最重要的因素就是开口率。简单地说，开口率就是光线能透过的有效区域比例。当光线经由背光板发射出来时，并不是所有的光线都能穿过面板，比如给液晶显示源极驱动芯片及栅极驱动芯片用的信号走线，以及TFT本身，还有存储电压用的存储电容等等。这些地方除了不完全透光外，也由于经过这些地方的光线并不受到电压的控制，而无法显示正确的灰阶，所以都要利用黑矩阵加以遮蔽，以免干扰到其它透光区域的正确亮度。所以除去上述不透光区域之后剩余的有效的透光区域与全部面积的比例就称之为开口率。
现有技术的液晶显示器中，当光线从背光板发射出来，会依序穿过偏光片、玻璃、液晶、彩色滤光片等等。假设各个零件的穿透率如下所示：偏光片50％(因为其只允许单方向的极化光波通过)、玻璃95％(需要计算上下两片)、液晶95％、开口率50％(有效透光区域只有一半)、彩色滤光片27％(假设材质本身的穿透率为80％，但由于滤光片本身涂有色彩，只能容许该色彩的光波通过。以RGB三原色来说，只能容许三种其中一种通过，所以仅剩下三分之一的亮度。所以总共只能通过80％*33％＝27％。)。以上述的穿透率来计算，从背光板出发的光线只会剩下6％，液晶显示器要想获得足够的亮度，就需要增加背光板的亮度，相应增加显示成本。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是如何提高液晶显示器的光透过率。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种液晶透镜型调光装置，包括：相对设置的位于下部的第一基板和位于上部的第二基板，第一基板上表面依次设置有第一电极层和第一取向层，第二基板下表面依次设置有第二电极层和第二取向层，第一取向层和第二取向层之间加有液晶，第一基板和第二基板由封框胶封装成盒，形成液晶透镜；所述第一电极层和/或第二电极层为图案化电极，该图案化电极包括间隔分布的多个电极区域和遮光区域，所述电极区域由透光材料形成；所述第二基板上方设置有挡板，所述挡板包括多个间隔分布的挡板透光区域和挡板遮光区域，每个挡板遮光区域位于图案化电极中一个电极区域上方且该挡板遮光区域的面积小于其对应的电极区域的面积；所述第一基板和第二基板由透明材料制作；所述图案化电极连接有电极电压控制电路，以分别控制图案化电极中每个电极区域上的电压。
其中，所述第一电极层为面电极，所述第二电极层为图案化电极，所述第一电极层连接有电极电压控制电路，以控制第一电极层上的电压。
其中，所述第一电极层为图案化电极，所述第二电极层为面电极，所述第二电极层连接有电极电压控制电路，以控制第二电极层上的电压。
其中，所述第一电极层和第二电极层均为图案化电极，且第二电极层的每个电极区域分别对应位于第一电极层的一个电极区域上方。
其中，所述挡板位于所述液晶透镜的最小焦距的单倍焦距之外。
其中，所述挡板位于所述液晶透镜的最小焦距的两倍焦距之外。
其中，所述图案化电极中电极区域的形状为圆形或多边形。
本发明还公开了一种基于上述液晶透镜型调光装置的液晶显示器，所述第一基板下方设置有背光源。
其中，还包括彩色滤光片，彩色滤光片包括有多个彩色像素单元，每一彩色像素单元包括有分别与一液晶透镜对应的红色滤光格、绿色滤光格和蓝色滤光格。
其中，所述挡板上表面或挡板上方设置有扩散片；所述第一电极为图案化电极时，其遮光区域上设置有反射层。
(三)有益效果
上述技术方案所提供的液晶透镜型调光装置，利用液晶透镜技术，使光线经过液晶透镜后可聚焦在不同位置，在液晶透镜的最小焦距外设置一个挡板，可将某些通过液晶透镜的光吸收，因此，只需控制电极间电压，以获得合适的透镜焦距，就可调节绕过挡板的光强大小。因为该装置无偏光片，而且可以通过透镜从而使大部分背光能由透镜透过挡板，所以背光利用率比传统液晶要高很多。并且，该调光装置可用于显示器，在背面加一层均匀的面背光源即可；为提高显示器背光源利用率，可在液晶透镜的第一电极层为图案化电极时，在其遮光区域设置反射层；为实现宽视角，可在挡板表面上或上方设置扩散结构或扩散片；为实现彩色显示，可在第二电极层上方或挡板上方设置彩色滤光片；该调光装置还可作为光信号检测、接收等应用，因为它不改变光的偏振状态，可以很好的用于光通信。
附图说明
图1是本发明实施例1的液晶透镜型调光装置的结构示意图；
图2是本发明实施例4的液晶显示器的结构示意图。
其中，100：第一基板；101：第一电极层；102：第一取向层；200：第二基板；201：第二电极层；201a：第二电极区域；201b：第二电极遮光区域；202：第二取向层；300：液晶层；301：封框胶；400：挡板；401a：挡板透光区域；401b：挡板遮光区域；500：背光源；600：扩散片；700：彩色滤光片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
图1示出了本实施例的液晶透镜型调光装置的结构示意图，该调光装置包括第一基板100和第二基板200，两基板相对设置且相距一定距离，第一基板100位于第二基板200下方，两基板之间加有液晶，如图1中所示的液晶层300，通过封框胶301将两基板封装成盒，形成液晶盒。
第一基板100上表面还依次形成有第一电极层101和第一取向层102，第一取向层102与液晶层300直接接触，第一取向层102用于对液晶层300中的液晶分子取向，使液晶分子在受到电压控制旋转之前按照一定规律规则排列。第二基板200下表面同样依次形成有第二电极层201和第二取向层202，第二取向层202与液晶层300直接接触，第二取向层202用于对液晶层300中的液晶分子取向，和第一取向层102共同作用，控制液晶分子的规则排列。第一电极层101和第二电极层201共同作用，为液晶层300中的液晶分子提供一个电压，控制液晶分子的旋转方向和角度。
具有电极控制和取向层结构的上述液晶盒，通过设置不同位置取向层对液晶分子的不同取向以及该位置处的不同电压，能够使液晶盒形成多个液晶透镜，即液晶盒具有透镜的功能，透过液晶盒的光线会聚。
为了使上述液晶盒具有调光功能，本实施例中将第二电极层201设置为图案化电极，具体地，第二电极层201包括间隔分布的多个第二电极区域201a和第二电极遮光区域201b，第二电极区域201a由透光材料形成，并且第一基板100和第二基板200也由透光材料形成。本实施例中，第一电极层101为面电极，第一电极层101连接有电极电压控制电路，以控制第一电极层101上的电压；第二电极层201连接有电极电压控制电路，以分别控制图案化电极中每个第二电极区域201a上的电压，第二电极区域201a与其下方对应的第一电极层101共同构成一个液晶透镜，使透过液晶透镜的会聚光线能够由其上方的第二电极区域201a透射出。在第二基板200上方还设置有挡板400，挡板400为图案化挡板，具体包括挡板透光区域401a和挡板遮光区域401b，每个挡板遮光区域401b位于第二电极层201中一个第二电极区域201a上方且该挡板遮光区域401b的面积小于其对应的第二电极区域201a的面积。
多个液晶透镜中，通过分别调整控制第一电极层101和第二电极区域201a的电压，可形成不同的焦距，挡板400位于液晶透镜的最小焦距的单倍焦距之外，即挡板400位于液晶透镜的最小焦距的焦点之外，优选位于液晶透镜的最小焦距的两倍焦距之外。挡板400及其上挡板遮光区域401b的设置，能够遮挡部分液晶透镜透射的光线。当某个液晶透镜的焦点恰好在挡板遮光区域401b上时，光线被吸收，不能透过；当某个液晶透镜的焦距大于或小于挡板400距离该液晶透镜中心点的距离时，则部分光线可透过，部分光线被挡板遮光区域401b遮挡，由此可以通过调节液晶透镜的焦距大小，来调节透过光线的强弱。
根据常规的液晶透镜的面积，以及提高挡板400的调光作用，本实施例中将第二电极区域201a的面积设置为不大于液晶透镜面积的1.1倍，优选不大于液晶透镜的单倍面积，更优选不大于液晶透镜面积的0.8倍。本实施例中，第二电极区域201a的形状可以为圆形、长方形或其它多边形等形状。
本实施例的液晶透镜型调光装置在设置了图案化挡板之后，通过控制两极之间的电压，调整各液晶透镜的焦距，从而调整光的透过率；该调光装置还可作为光信号检测、接收等应用，因为它不改变光的偏振状态，可以很好的用于光通信。
实施例2
本实施例所提供的液晶透镜型调光装置，其结构与实施例1相似，其区别之处在于本实施例的第一电极层101为图案化电极，第二电极层201为面电极，第一电极层101作为图案化电极时，其结构以及其与挡板400的相对位置关系与实施例1中第二电极层201作为图案化电极时相同。具体为，第一电极层101包括间隔分布的多个第一电极区域和第一电极遮光区域，第一电极层101连接有电极电压控制电路，以分别控制图案化电极中每个第一电极区域上的电压，并且每个挡板遮光区域401b位于第一电极层101中一个第一电极区域上方且该挡板遮光区域401b的面积小于其对应的第一电极区域的面积。
实施例3
本实施例所提供的液晶透镜型调光装置，其结构与实施例1相似，其区别之处在于本实施例的第一电极层101也为图案化电极，具体为，第一电极层101包括间隔分布的多个第一电极区域和第一电极遮光区域，第一电极层101连接有电极电压控制电路，以分别控制图案化电极中每个第一电极区域上的电压。并且，第二电极层201的每个电极区域分别对应位于第一电极层101的一个电极区域上方，挡板400的结构及其与第二电极层201的相对位置关系不变，与实施例1相同。
实施例4
图2示出了本实施例的液晶显示器的结构示意图，该液晶显示器基于实施例1的调光装置制作。为了实现图像显示，在液晶盒背部，即第一基板100下方设置了背光源500；为提高显示器背光源500的利用率，在背光源500的背光板与导光板之间设置反射层，以及在第一电极层101上非液晶透镜区域设置反射层；为了实现宽视角显示，在挡板400上表面或挡板400上方设置扩散片600；为了实现彩色显示，在第二电极层201上方或挡板400上方设置彩色滤光片700。具体地，还可根据其它显示需要，相应的改进显示器的结构功能。
本实施例的液晶显示器，取消了偏光片，相应的克服偏光片所带来的显示器开口率不高、光透过率低的缺陷；通过调节两电极间的电压，调整背光源出射光的透过率，提高背光的利用率。
由以上实施例可以看出，本发明利用液晶透镜技术，使光线经过液晶透镜后可聚焦在不同位置，在液晶透镜的最小焦距外设置一个挡板，可将某些通过液晶透镜的光吸收，因此，只需控制电极间电压，以获得合适的透镜焦距，就可调节绕过挡板的光强大小。因为该装置无偏光片，而且可以通过透镜从而使大部分背光能由透镜透过挡板，所以背光利用率比传统液晶要高很多。并且，该调光装置可用于显示器，在背面加一层均匀的面背光源即可；为提高显示器背光源利用率，可在液晶透镜的第一电极层为图案化电极时，在其遮光区域设置反射层；为实现宽视角，可在挡板表面上或上方设置扩散结构或扩散片；为实现彩色显示，可在第二电极层上方或挡板上方设置彩色滤光片；该调光装置还可作为光信号检测、接收等应用，因为它不改变光的偏振状态，可以很好的用于光通信。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.液晶透镜型调光装置，包括：相对设置的位于下部的第一基板和位于上部的第二基板，第一基板上表面依次设置有第一电极层和第一取向层，第二基板下表面依次设置有第二电极层和第二取向层，第一取向层和第二取向层之间加有液晶，第一基板和第二基板由封框胶封装成盒，形成液晶透镜；其特征在于，所述第一电极层和/或第二电极层为图案化电极，该图案化电极包括间隔分布的多个电极区域和遮光区域，所述电极区域由透光材料形成；所述第二基板上方设置有挡板，所述挡板包括多个间隔分布的挡板透光区域和挡板遮光区域，每个挡板遮光区域位于图案化电极中一个电极区域上方且该挡板遮光区域的面积小于其对应的电极区域的面积；所述第一基板和第二基板由透明材料制作；所述图案化电极连接有电极电压控制电路，以分别控制图案化电极中每个电极区域上的电压。
2.如权利要求1所述的液晶透镜型调光装置，其特征在于，所述第一电极层为面电极，所述第二电极层为图案化电极，所述第一电极层连接有电极电压控制电路，以控制第一电极层上的电压。
3.如权利要求1所述的液晶透镜型调光装置，其特征在于，所述第一电极层为图案化电极，所述第二电极层为面电极，所述第二电极层连接有电极电压控制电路，以控制第二电极层上的电压。
4.如权利要求1所述的液晶透镜型调光装置，其特征在于，所述第一电极层和第二电极层均为图案化电极，且第二电极层的每个电极区域分别对应位于第一电极层的一个电极区域上方。
5.如权利要求1所述的液晶透镜型调光装置，其特征在于，所述挡板位于所述液晶透镜的最小焦距的单倍焦距之外。
6.如权利要求5所述的液晶透镜型调光装置，其特征在于，所述挡板位于所述液晶透镜的最小焦距的两倍焦距之外。
7.如权利要求1所述的液晶透镜型调光装置，其特征在于，所述图案化电极中电极区域的形状为圆形或多边形。
8.基于权利要求1-7中任一项所述的液晶透镜型调光装置的液晶显示器，其特征在于，所述第一基板下方设置有背光源。
9.如权利要求8所述的液晶显示器，其特征在于，所述液晶显示器还包括彩色滤光片，彩色滤光片包括有多个彩色像素单元，每一彩色像素单元包括有分别与一液晶透镜对应的红色滤光格、绿色滤光格和蓝色滤光格。
10.如权利要求8所述的液晶显示器，其特征在于，所述挡板上表面或挡板上方设置有扩散片；所述第一电极为图案化电极时，其遮光区域上设置有反射层。
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