CN103018931A - 光学装置及显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光学装置及显示装置，光学装置包括光学结构、一组电极和控制单元；所述光学结构包括相互咬合的第一三棱镜组和第二三棱镜组，两个三棱镜组的折射率相同；其中，第二三棱镜组由电光效应材料组成或设置有电光效应材料；所述电极设置于所述第二三棱镜组的两侧，用于产生电场改变所述第二三棱镜组沿两个端面方向上的折射率；所述控制单元与所述电极连接，用于使所述电极处于断电或加电状态，并在所述电极处于加电状态时，控制所述电极间的电场的电场强度。通过设置包括电光效应材料的光学结构，在不改变像素结构的情况下，实现显示装置的透射反射模式的切换，提高像素利用率，降低制作复杂度。

Description

光学装置及显示装置
技术领域
本发明涉及液晶显示领域，尤其涉及一种光学装置及显示装置。
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度与亮度会大打折扣。
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、电极和控制单元；
所述光学结构包括相互咬合的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；其中，第二三棱镜组由电光效应材料组成或设置有电光效应材料；
所述电极设置于所述第二三棱镜组的两侧，用于产生电场改变所述第二三棱镜组沿电场方向上的折射率；
所述控制单元与所述电极连接，用于使所述电极处于断电或加电状态，并在所述电极处于加电状态时，控制所述电极间的电场的电场强度。
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，所述三棱镜的截面为直角等腰三角形。
优选的，相互咬合的所述第一三棱镜组和第二三棱镜组的齿顶角为直角。
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，所述第二三棱镜组的两侧具有与所述第二三棱镜组所在的平面和所述三棱镜的截面垂直的端面，所述电极设置或贴附于所述端面上。
优选的，所述第二三棱镜组的内部设置所述电光效应材料，所述电光效应材料为液态的硝基苯或者液晶态的蓝相液晶。
优选的，所述第二三棱镜组由所述电光效应材料组成，所述电光效应材料为硝固态的磷酸二氢钾晶体。
优选的，所述第二三棱镜组加电状态下的在电场方向上的折射率小于
Figure BDA00002583464100021
倍的所述第一三棱镜组的折射率。
本发明实施例有益效果如下：光学装置具有两个三棱镜组，其中一个三棱镜组由电光效应材料组成或设置有电光效应材料，通过加电使包括电光效应材料的该三棱镜组在加电的电场方向上的折射率发生改变，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。
优选的，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、下基板和夹设其间的液晶，所述光学装置包含的光学结构位于所述下基板的外侧，且所述光学结构的第一棱镜组与所述下基板贴合。
本发明实施例有益效果如下：在面板的背光侧设置光学装置，光学装置具有两个三棱镜组，其中一个三棱镜组由电光效应材料组成或设置有电光效应材料，通过加电使包括电光效应材料的该三棱镜组在加电的电场方向上的折射率发生改变，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；进而使液晶面板/液晶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，实现液晶面板/液晶显示器的透射反射切换显示，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为本发明实施例一所述光学装置结构示意图；
图2为本发明实施例一所述光学装置中第一光学层的立体结构图；
图3为本发明实施例一所述光学装置中第二光学层的立体结构图；
图4为本发明实施例二所述液晶面板结构示意图；
图5为本发明实施例四所述透射模式的示意图；
图6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所示，光学装置包括光学结构1、电极2和控制单元3；光学结构1包括相互咬合的第一三棱镜组11和第二三棱镜组12，两个三棱镜组的折射率相等；其中，第二三棱镜组12由电光效应材料组成或设置有电光效应材料；
电极2设置于第二三棱镜组12的两侧，用于产生电场改变第二三棱镜12组沿电场方向上的折射率；
控制单元3与电极2连接，用于使电极2处于断电或加电状态，并在电极2处于加电状态时，控制电极2间的电场的电场强度。
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2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3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。第一三棱镜组11与第二三棱镜组12相互咬合。
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，第二三棱镜组12的两侧具有与第二三棱镜组12所在的平面和三棱镜的截面垂直的端面，电极2设置或贴附于该端面上。
优选的，第二三棱镜组12加电状态下的在电场方向上的折射率小于倍的第一三棱镜组11的折射率。
需要说明的是，第二三棱镜组12由电光效应材料组成或设置有电光效应材料，而电光效应材料的特性是在不加电时各向同性；在加电以后变成各向异性，在加电电场的方向上，电光效应材料的折射率发生变化。
优选的，第二三棱镜组12的内部设置电光效应材料，电光效应材料为液态的硝基苯或者液晶态的蓝相液晶。
优选的，第二三棱镜组12由电光效应材料组成，电光效应材料为硝固态的磷酸二氢钾晶体。
此外，在入射光垂直入射第一三棱镜组11中三棱镜13的斜面所在的平面时，全反射的必要条件为：第二三棱镜组12在电场方向上的折射率等于第一三棱镜组11的折射率乘以入射角的正弦值。由于入射光垂直上述平面时，光线在第一三棱镜组11与第二三棱镜组12咬合面上的入射角是45°，45°的正弦值为
Figure BDA00002583464100051
为了让全反射的条件能够充分满足，第二三棱镜组12在电场方向上的折射率应该小于倍的第一三棱镜组11的折射率。
本发明实施例有益效果如下：光学装置具有两个三棱镜组，其中一个三棱镜组由电光效应材料组成或设置有电光效应材料，通过加电使包括电光效应材料的该三棱镜组在加电的电场方向上的折射率发生改变，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。
此外，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、液晶电视、数码相框、液晶显示器、手机、平板电脑、电子纸、OLED面板等任何具有显示功能的产品或部件，且不限于以上产品或部件。
本发明实施例二提供一种显示装置，包括如上所述的光学装置，优选的，显示装置包括液晶面板，如图4所示，液晶面板至少包括上基板5、下基板6和液晶7；光学装置包括光学结构1、一组电极2和控制单元3；
光学结构1包括相互咬合的第一三棱镜组11和第二三棱镜组12，两个三棱镜组的折射率相等；其中，第二三棱镜组12由电光效应材料组成或设置有电光效应材料；
电极2设置于第二三棱镜组12的两侧，用于产生电场改变第二三棱镜12组沿电场方向上的折射率；当然，基于第二三棱镜12组中的电光效应材料的特性，在需要折射率变化的方向产生电场，因此我们可以将电极2与第二三棱镜组12分开设置；也可以电极2设置或贴附于第二三棱镜组12的两侧端面，当电极2设置或贴附于第二三棱镜组12的两侧端面上时，所述第二三棱镜组的两侧需要具有与所述第二三棱镜组所在的平面和所述三棱镜的截面垂直的端面，同时电极2之间的电场要满足与第二三棱镜组12所在平面平行。
控制单元3与电极2连接，用于使电极2处于断电或加电状态，并在电极2处于加电状态时，控制电极2间的电场的电场强度；
其中，光学装置包含的光学结构1位于下基板6的外侧，且光学结构1的第一三棱镜组11与下基板6贴合。
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。
本发明实施例有益效果如下：在面板的背光侧设置光学装置，光学装置具有两个三棱镜组，其中一个三棱镜组由电光效应材料组成或设置有电光效应材料，通过加电使包括电光效应材料的该三棱镜组在加电的电场方向上的折射率发生改变，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，实现显示装置的透射反射切换显示，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，结合图5和图6对透射和全反射模式进行说明。如图5所示透射模式示意图，光源为背光源8，未通过电场改变第二三棱镜组12折射率的情况下，第二三棱镜组12包括的电光效应材料为各向同性，第一三棱镜组11与第二三棱镜组12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。
如图6所示，通过电场改变第二三棱镜组12折射率的情况下，其中电场方向100。此时，第二三棱镜组12在电场方向100上的折射率发生改变，当入射光9入射时（背光源为关闭状态），由于第一三棱镜组11与第二三棱镜组12在电场方向100上的折射率不同，因此，在第一三棱镜组11和第二三棱镜组12的咬合处发生两次反射，如图6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；第二三棱镜组12在电场方向100上的折射率与第一三棱镜组11的折射率满足如下公式：
n 2 < 2 2 n 0
其中，n2为通过电场改变第二三棱镜组12折射率的情况下，第二三棱镜组12在电场方向上的折射率，n0为第一光学层11的折射率。
在本发明实施例中，在需要实现透射显示的时候，不通过电场改变第二三棱镜组12的折射率；在需要实现反射功能的时候，通过电场改变第二三棱镜组12在电场方向上的折射率，使第二三棱镜组12的折射率满足预定的关系，从而实现全反射。
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 (10)

1.一种光学装置，其特征在于，包括光学结构、一组电极和控制单元；
所述光学结构包括相互咬合的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；其中，第二三棱镜组由电光效应材料组成或设置有电光效应材料；
所述电极设置于所述第二三棱镜组的两侧，用于产生电场改变所述第二三棱镜组沿电场方向上的折射率；
所述控制单元与所述电极连接，用于使所述电极处于断电或加电状态，并在所述电极处于加电状态时，控制所述电极间的电场的电场强度。
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，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，相互咬合的所述第一三棱镜组和第二三棱镜组的齿顶角为直角。
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4所述的光学装置，其特征在于，所述第二三棱镜组的两侧具有与所述第二三棱镜组所在的平面和所述三棱镜的截面垂直的端面，所述电极设置或贴附于所述端面上。
6.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述第二三棱镜组的内部设置所述电光效应材料，所述电光效应材料为液态的硝基苯或者液晶态的蓝相液晶。
7.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述第二三棱镜组由所述电光效应材料组成，所述电光效应材料为硝固态的磷酸二氢钾晶体。
8.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述第二三棱镜组加电状态下的在电场方向上的折射率小于
Figure FDA00002583464000021
倍的所述第一三棱镜组的折射率。
9.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的光学装置。
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、下基板和夹设其间的液晶，所述光学装置包含的光学结构位于所述下基板的外侧，且所述光学结构的第一棱镜组与所述下基板贴合。
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