CN103018894B - 光学装置及其控制方法、显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了光学装置及控制方法、显示装置，光学装置包括光学结构和控制部件；光学结构包括第一三棱镜组和第二三棱镜组，两个三棱镜组的折射率相等；所述控制部件连接所述第二三棱镜组，或者，所述控制部件连接所述第一三棱镜组和第二三棱镜组；所述控制部件用于通过机械运动所述第二三棱镜组和所述第一三棱镜组分离或咬合。光学装置具有两个三棱镜组，通过使两个三棱镜组咬合或分离，使得光学装置可以在透射和全反射之间进行切换，提高了光能的利用率；将光学装置设置于液晶面板的下基板与下偏光片之间，在不改变像素结构的情况下，实现透反模式的切换，提高像素利用率，降低制作复杂度。

Description

光学装置及其控制方法、显示装置

技术领域

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种光学装置其及控制方法、显示装置。

背景技术

液晶显示器分为透射式显示器、反射式显示器和半透半反式显示器。

透射式显示器屏幕背面没有反光镜，靠背光提供光源，在弱光或无光下表现优秀。但是在户外阳光下或强光环境下背光亮度严重不足，且单纯依靠提高背光亮度，会急速损失电量，而且效果也非常不理想。

反射式显示器屏幕背面有反光镜，依赖外部光源达到显示效果，因此在户外及强光下反而会呈现更佳的效果及对比，但是反射式显示器较难在高分辨率下达到高对比及高彩色品质的影像，尤其是全彩化的要求。而且当环境光源不足时，反射式显示器的对比与亮度会大受折扣。

目前传统的半透半反式的显示屏同时采用了透射式和反射式的设计，同时具备背光源和反射层，因此在使用时既可以使用自身的背光源也可以利用外在的光源，从而无论在强光下或是昏暗处都能向使用者提供良好的观看品质。但是由于传统的半透半反式的显示屏在显示区域利用一半的面积镀上一层反光材料，这样一半像素用于透射，一半用于反射，因此只能像素中有一半的利用率，光能利用率低。而且由于需要对像素镀反光材料，改变了像素的结构，制作过程比较复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种光学装置及控制方法、液晶面板和显示装置，以解决现有半透半反显示器对光能利用率低、需要改变像素结构的制作过程复杂的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明实施例提供一种光学装置，包括光学结构和控制部件；

所述光学结构包括第一三棱镜组和第二三棱镜组，两个三棱镜组的折射率相等；

所述控制部件连接所述第二三棱镜组，或者，所述控制部件连接所述第一三棱镜组和第二三棱镜组；所述控制部件用于通过机械运动使所述第二三棱镜组和所述第一三棱镜组分离或咬合。

优选的，所述第一三棱镜组和第二三棱镜组所包含的三棱镜大小相同，且所述三棱镜的截面为直角等腰三角形。

优选的，所述第一三棱镜组中全部所述三棱镜的斜面位于同一平面，所述第二三棱镜组中全部所述三棱镜的斜面位于同一平面。

优选的，所述第一三棱镜组和第二三棱镜组呈锯齿状，锯齿的齿顶角为直角。

优选的，所述第一三棱镜组和第二三棱镜组的折射率大于1.414。

优选的，所述控制部件为与所述第二三棱镜组连接的高精度的螺丝、弹簧或卡口中的任意一种。

优选的，所述控制部件为与所述第一三棱镜组和第二三棱镜组连接的高精度的螺丝。

优选的，还包括微马达，与所述控制部件连接，用于控制所述控制部件机械运动。

本发明实施例有益效果如下：光学装置具有两个三棱镜组，通过使两个三棱镜组咬合或分离，使得光学装置可以在透射和全反射之间进行切换，提高了光能的利用率。

本发明实施例提供一种显示装置，包括如上所述的光学装置。

本发明实施例提供的显示装置包括液晶面板，所述液晶面板至少包括上基板、下基板和下偏光片，所述光学结构设置于所述下基板和下偏光片之间。

本发明实施例提供一种光学装置的控制方法，包括如下步骤：

使入射光的入射方向为所述第二三棱镜组至所述第一三棱镜组方向，通过所述控制部件使所述第二三棱镜组和所述第一三棱镜组咬合，使入射光透过从而实现透射的步骤；

使入射光的入射方向为所述第一三棱镜组至所述第二三棱镜组方向，通过所述控制部件使所述第二三棱镜组和所述第一三棱镜组分离，使入射光在第一三棱镜组中全反射，出射方向与入射方向相反，从而实现全反射的步骤。

本发明实施例有益效果如下：在下基板与下偏光片之间设置光学装置，光学装置具有两个三棱镜组，通过使两个三棱镜组咬合或分离，使得光学装置可以在透射和全反射之间进行切换；进而使显示器可以在透射和全反射之间进行切换，并且单位像素的整个区域都得到了利用，实现显示器的透射显示和反射显示的切换功能，提高了光能的利用率；同时不需要改变像素的结构，不需要复杂的制作过程。

附图说明

图1和图2为本发明实施例一所述光学装置结构示意图；

图3为本发明实施例一所述光学装置中第一三棱镜组的立体结构图；

图4为本发明实施例一所述光学装置中第二三棱镜组的立体结构图；

图5为本发明实施例一另一所述光学装置结构示意图；

图6为本发明实施例二所述液晶面板结构示意图；

图7为本发明实施例四所述透射模式的示意图；

图8和图9为本发明实施例四所述全反射模式的示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明实施例的实现过程进行详细说明。

本发明实施例一种光学装置，如图1和图2所示，包括光学结构1和控制部件2；

光学结构包括第一三棱镜组11和第二三棱镜组12，两个三棱镜组的折射率相等；

控制部件2连接第二三棱镜组12，或者，控制部件2连接第一三棱镜组11和第二三棱镜组12；控制部件2用于通过机械运动使第二三棱镜组12和第一三棱镜组11分离或咬合。

其中，图1为第一三棱镜组11和第二三棱镜组12咬合时的示意图，图2为第一三棱镜组11和第二三棱镜组12分离时的示意图。

优选的，第一三棱镜组11和第二三棱镜组12所包含的三棱镜13大小相同，三棱镜13的截面为直角等腰三角形。

如图3所示第一三棱镜组11的立体结构图，第一三棱镜组11由多个三棱镜13组成，三棱镜13平行排列，呈锯齿状，齿顶角131为直角。如图4所示第二三棱镜组12的立体结构图，第二三棱镜组12由多个三棱镜13组成，三棱镜13平行排列，呈锯齿状，齿顶角131为直角。

优选的，第一三棱镜组11中全部三棱镜13的斜面位于同一平面，第二三棱镜组12中全部三棱镜13的斜面位于同一平面。

优选的，第一三棱镜组11和第二三棱镜组12的折射率大于1.414。

优选的，控制部件2为与第二三棱镜组12连接的高精度的螺丝、弹簧或卡口中的任意一种；此时，控制部件2只与第二三棱镜组12连接，控制部件2通过机械运动，使得第二三棱镜组12运动并实现与第一三棱镜组11的咬合或分离。

优选的，控制部件2为与第一三棱镜组11和第二三棱镜组12连接的高精度的螺丝；此时，控制部件2通过机械运动，使得第二三棱镜组12相对第一三棱镜组1运动并实现与第一三棱镜组11的咬合或分离。

优选的，如图5所示，包括如图1或图2所示的光学结构1和控制部件2；光学结构包括第一三棱镜组11和第二三棱镜组12，还包括微马达3，与控制部件2连接，用于控制各控制部件2进行机械运动，当然控制部件可以与第一三棱镜组11和第二三棱镜组12，或只与第二三棱镜组12连接。

在此需要说明的是，控制部件2的选材并不限于本发明实施例所举示例；控制部件2的安装位置，应当依据实际设计要求而定，在此不再进行详细描述。

本发明实施例有益效果如下：光学装置具有两个三棱镜组，通过使两个三棱镜组咬合或分离，使得光学装置可以在透射和全反射之间进行切换，提高了光能的利用率。

本发明的实施例提供的显示装置可以为包括本发明实施例所述的光学装置的液晶面板、电子纸、OLED面板、液晶电视、数码相框、液晶显示器、手机、平板电脑等任何具有显示功能的产品或部件。

本发明实施例二提供一种显示装置，所述显示装置包括液晶面板，如图6所示，所述液晶面板至少包括上基板5、下基板6和下偏光片7，还包括如上所述的光学装置，所述光学装置包括光学结构1和控制部件2；所述光学结构1包括第一三棱镜组11和第二三棱镜组12，两个三棱镜组的折射率相等；所述控制部件2连接所述第二三棱镜组12，或者，所述控制部件2连接所述第一三棱镜组11和第二三棱镜组12；所述控制部件2用于通过机械运动使所述第二三棱镜组12与所述第一三棱镜组11分离或咬合。

优选的，所述光学结构1设置于所述下基板6和下偏光片7之间。

优选的，第一三棱镜组11和第二三棱镜组12所包含的三棱镜13大小相同，三棱镜13的截面为直角等腰三角形。

需要说明的是，本发明的实施例中所述光学结构的设置方式只是其中一种，其可以设置在其他位置，比如下偏光片的远离下基板的一侧，其设置方式在此不作限定，只要可以实现本发明光学装置所述的功能即可，具体可以为贴附、与下偏光片或下基板一体成型或粘贴等。

本发明实施例三提供一种液晶显示器，包括如上所述的光学装置，其具体的结构与实施例二相同，在此不作赘述。

本发明实施例有益效果如下：在下基板与下偏光片之间设置光学装置，光学装置具有两个三棱镜组，通过使两个三棱镜组咬合或分离，使得光学装置可以在透射和全反射之间进行切换；进而使显示器可以在透射和全反射之间进行切换，并且单位像素的整个区域都得到了利用，实现显示器的透射显示和反射显示的切换功能，提高了光能的利用率；同时不需要改变像素的结构，不需要复杂的制作过程。

本发明实施例四提供一种光学装置的控制方法，包括如下步骤：

使入射光的入射方向为第二三棱镜组至第一三棱镜组方向，通过控制部件使第二三棱镜组和第一三棱镜组咬合，使入射光透过从而实现透射的步骤；

使入射光的入射方向为第一三棱镜组至第二三棱镜组方向，通过控制部件使第二三棱镜组和第一三棱镜组分离，使入射光在第一三棱镜组中全反射，出射方向与入射方向相反，从而实现全反射的步骤。

结合图7和图8对透射和全反射模式进行说明。如图7所示透射模式示意图，光源为背光源8，第一三棱镜组11与第二三棱镜组12相互咬合，且两个三棱镜组的折射率相等，背光源8直接透过第二三棱镜组12和第一三棱镜组11出射。

如图8所示，当入射光9入射时（背光源为关闭状态），第一三棱镜组11与第二三棱镜组12分离，两个三棱镜组之间具有一距离并有空气进入，使得入射光9入射时，由于第一三棱镜组11与空气的折射率不相等，因此，入射光9在第一三棱镜组11内部发生两次反射，如图8所示，出射光10的方向与入射光9方向相反。为了完成上述全反射，需要具备以下条件：

三棱柱13的截面为直角等腰三角形；第一三棱镜组11和第二三棱镜组12的折射率满足如公式（1）：

n>1414          （1）

以上讨论的是入射光9垂直入射第一三棱镜组11中的每个第一三棱镜斜面所在的平面，即入射角为0°的情况，但是实际上，入射光9垂直入射只是应用情形之一，因此有必要对入射光9在非垂直入射的情形进行讨论。

如图9所示，为了方便说明，以一个三棱镜的截面表示第一三棱镜组11。入射光9入射第一三棱镜组11的平面时，入射角A，其中反射后的出射光10，出射角F。各角度有如公式（2）至公式（5）：

B=arcsin(sinA/n)（2）

其中，n为第一三棱镜组11的折射率；

C=45°－B（3）

D=45°＋B（4）

E=D-45°=B（5）

当第一三棱镜组11的折射率n足够大的情况下，图9中折射角B非常小，因此C与D基本相等，此时可以在保证临界角小于40°时，使具有规定入射角范围内的入射光9实现全反射，如下表一所示，是计算得到第一三棱镜组11的折射率n和最大入射角K之间的关系：

表一

n	1.5	1.6	1.7	1.8	1.9	2.0	2.1	2.2	2.3	2.4	2.5	2.6
													K	4°	10°	15°	20°	25°	30°	36°	42°	49°	56°	65°	80°

由表一，当第一三棱镜组11折射率在足够大的值时，即可保证在一定范围内的入射角实现全反射。例如，当第一三棱镜组11折射率在[1.8，1.9）之间时，即可保证在（0，20°）范围内的入射角实现全反射；或者，当第一三棱镜组11折射率在[2.5，2.6）之间时，即可保证在（0，65°）范围内的入射角实现全反射。

在本发明实施例中，在需要实现透射显示的时候，通过控制部件使第二三棱镜组和第一三棱镜组咬合；在需要实现反射功能的时候，通过控制部件使第二三棱镜组和第一三棱镜组分离，使第二三棱镜组和第一三棱镜组之间具有一距离并有空气进入，从而使入射光在第一三棱镜组内部实现全反射。

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。

Claims (11)

1.一种光学装置，其特征在于，包括光学结构和控制部件；

所述光学结构包括第一三棱镜组和第二三棱镜组，两个三棱镜组的折射率相等；

所述控制部件连接所述第二三棱镜组，或者，所述控制部件连接所述第一三棱镜组和第二三棱镜组；所述控制部件用于通过机械运动使所述第二三棱镜组和所述第一三棱镜组分离或咬合。

2.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述第一三棱镜组和第二三棱镜组所包含的三棱镜大小相同，且所述三棱镜的截面为直角等腰三角形。

3.如权利要求2所述的光学装置，其特征在于，所述第一三棱镜组和第二三棱镜组呈锯齿状，锯齿的齿顶角为直角。

4.如权利要求3所述的光学装置，其特征在于，所述第一三棱镜组中全部所述三棱镜的斜面位于同一平面，所述第二三棱镜组中全部所述三棱镜的斜面位于同一平面。

5.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述第一三棱镜组和第二三棱镜组的折射率大于1.414。

6.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述控制部件为与所述第二三棱镜组连接的高精度的螺丝、弹簧或卡口中的任意一种。

7.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述控制部件为与所述第一三棱镜组和第二三棱镜组连接的高精度的螺丝。

8.如权利要求6或7所述的光学装置，其特征在于，还包括微马达，与所述控制部件连接，用于控制所述控制部件运动。

9.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求1-8任一所述的光学装置。

10.如权利要求9所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置包括液晶面板，所述液晶面板至少包括上基板、下基板和下偏光片，所述光学结构设置于所述下基板和下偏光片之间。

11.一种光学装置的控制方法，用于控制如权利要求1至8任一项所述的光学装置，其特征在于，包括如下步骤：

使入射光的入射方向为所述第二三棱镜组至所述第一三棱镜组方向，通过所述控制部件使所述第二三棱镜组和所述第一三棱镜组咬合，使入射光透过从而实现透射的步骤；

使入射光的入射方向为所述第一三棱镜组至所述第二三棱镜组方向，通过所述控制部件使所述第二三棱镜组和所述第一三棱镜组分离，使入射光在第一三棱镜组中全反射，出射方向与入射方向相反，从而实现全反射的步骤。