CN105607172A - 光栅组件、光源设备及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光栅组件、光源设备及其驱动方法，属于显示技术领域，其可解决现有的光源不能提供方向可控的光的问题。本发明的光栅组件包括：衍射光栅，其分为多个子像素，每个子像素分为多个区，所述衍射光栅用于使由每个区透过的光变为平行光，且由同一子像素的各区透过的光方向不同；选择器，其分为多个与衍射光栅对应的子像素，每个子像素分为与衍射光栅对应的多个区，所述选择器用于控制其各区是否透光。本发明的光源设备包括上述光栅组件和面光源。本发明的光源设备适用于作为显示装置的光源。

Description

光栅组件、光源设备及其驱动方法

技术领域

本发明属于显示技术领域，具体涉及一种光栅组件、光源设备及其驱动方法。

背景技术

现有的很多显示装置都对入射的光有严格的要求，只有确定入射光的方向才能正确的控制出光的方向以进行显示。

但是，现有的显示装置用的光源只能提供方向固定的光，而不能随着时间灵活的调整光的方向，不能满足很多显示装置的要求。

发明内容

本发明针对现有的光源不能提供方向可控的光的问题，提供一种能提供方向可控的光的光栅组件、光源设备及其驱动方法。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种光栅组件，其包括：

衍射光栅，其分为多个子像素，每个子像素分为多个区，所述衍射光栅用于使由每个区透过的光变为平行光，且由同一子像素的各区透过的光方向不同；

选择器，其分为多个与衍射光栅对应的子像素，每个子像素分为与衍射光栅对应的多个区，所述选择器用于控制其各区是否透光。

优选的是，所述光栅组件还包括：液晶透镜，所述选择器和衍射光栅位于液晶透镜的同一侧，所述液晶透镜分为多个与衍射光栅对应的子像素，并用于控制由其各子像素透过的光的方向。

优选的是，所述选择器的每个区为一个液晶开关。

优选的是，在一帧画面中，所述选择器用于控制其子像素的各区依次逐一透光。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种光源设备，其包括：

用于发光的面光源；

上述的光栅组件，其位于面光源的发光面外。

优选的是，所述光栅组件为上述包括液晶透镜的光栅组件，其中，所述衍射光栅和选择器均位于液晶透镜与面光源之间。

优选的是，所述衍射光栅为透光板，其每个区中设有多条相互平行的衍射斜槽，同一区中的所述衍射斜槽具有相同的槽角，同一子像素的不同区中的所述衍射斜槽的槽角和/或延伸方向不同。

进一步优选的是，所述面光源包括导光板和设于导光板侧面外的蓝光发光器件，所述导光板能在蓝光激发下发出黄光；所述衍射光栅的每个区中的衍射斜槽包括宽度不同的蓝光衍射斜槽和黄光衍射斜槽，分别用于使透过的蓝光和黄光变为相同方向。

优选的是，所述选择器设于衍射光栅和面光源之间。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种显示装置用的光源设备的驱动方法，所述光源设备为上述的光源设备，所述驱动方法包括：

所述面光源发光，所述选择器控制其各区是否透光。

优选的是，所述光源设备为上述具有液晶透镜的光源设备，所述驱动方法还包括：所述液晶透镜使射到其各子像素上的光透过并控制透过的光的方向。

本发明的光源设备中，通过衍射光栅将由面光源发出的射向每个子像素的无规则的光转变为多组不同方向的平行光，并用选择器独立控制这些光(各区的光)是否可以射出；由此，该光源设备的每个子像素的出光方向都是可控的，能满足多种显示装置的要求。

本发明的光源设备适用于作为显示装置的光源。

附图说明

图1为本发明的实施例的一种光源设备的局部剖面结构示意图；

图2为本发明的实施例的一种光源设备对子像素和区的划分示意图；

图3为本发明的实施例的一种光源设备中的衍射光栅的局部剖面结构示意图；

图4为本发明的实施例的另一种光源设备中的衍射光栅的局部剖面结构示意图；

图5为本发明的实施例的一种光源设备中的选择器在一帧画面内一个子像素各区的状态示意图；

其中，附图标记为：1、面光源；2、选择器；3、衍射光栅；31、衍射斜槽；311、蓝光衍射斜槽；312、黄光衍射斜槽；4、液晶透镜；9、子像素；91、区；r、槽角；d、宽度。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

本实施例提供一种光栅组件，其包括：

衍射光栅，其分为多个子像素，每个子像素分为多个区，所述衍射光栅用于使由每个区透过的光变为平行光，且由同一子像素的各区透过的光方向不同；

选择器，其分为多个与衍射光栅对应的子像素，每个子像素分为与衍射光栅对应的多个区，所述选择器用于控制其各区是否透光。

优选的，所述光栅组件还包括：液晶透镜，所述选择器和衍射光栅位于液晶透镜的同一侧，所述液晶透镜分为多个与衍射光栅对应的子像素，并用于控制由其各子像素透过的光的方向。

优选的，所述选择器的每个区为一个液晶开关。

优选的，在一帧画面中，所述选择器用于控制其子像素的各区依次逐一透光。

本实施例的光栅组件可用于光源设备中，从而使光源设备的出光方向可控，其具体内容在以下光源设备的实施例中再详细介绍。

实施例2：

如图1至图5所示，本实施例一种光源设备。

其中，该光源设备可以提供方向可控的光，更具体的，其每个子像素9可向多个不同方向可控的发出平行光，由此其可用于多种显示装置中。

以上光源设备包括上述的光栅组件和面光源1，且光栅组件设于面光源1的发光面外。也就是说，该光源设备包括：

用于发光的面光源1；

设于面光源1发光面外的衍射光栅3，其分为多个子像素9，每个子像素9分为多个区91，衍射光栅3用于使由每个区91透过的光变为平行光，且由同一子像素9的各区91透过的光方向不同；

设于面光源1发光面外的选择器2，其分为多个与衍射光栅3对应的子像素9，每个子像素9分为与衍射光栅3对应的多个区91，选择器2用于控制其各区91是否透光。

其中，衍射光栅3和选择器2构成上述的光栅组件，故它们均位于面光源1的发光面外。

衍射光栅3的结构如图3所示，其作用是将以不同方向(为简略，图中入射光方向相同)射到其上的光转变为相互平行的透射光。本实施例的衍射光栅3分为多个子像素9，每个子像素9对应显示装置中的一个最小的可独立显示的“点”，例如显示装置中的一个红色子像素、绿色子像素、蓝色子像素等。而如图2所示，每个子像素9又再分为多个区91(图中以分4个区91为例)，衍射光栅3在同一子像素9的各区91中的结构不同。由此，本实施例的衍射光栅3可将由同一个区91透过的光(入射光方向可不同)转变为平行光，且能保证由每个子像素9的不同区91透过的光方向不同，或者说，衍射光栅3用于将由每个子像素9不同位置透过的光转变为多组不同方向的平行光。

选择器2则具有与衍射光栅3对应的子像素9(当然也与显示装置对应)和区91，且可控制其每个区91是否透光，也就是控制以上衍射光栅3的每个区91中的平行光是否可最终从光源设备(或光栅组件)中射出。

由此可见，本实施例的光源设备中，通过衍射光栅3将由面光源1发出的、射向每个子像素9的、无规则的光转变为多组不同预定方向的平行光，并用选择器2独立控制各区91的光是否可以射出；由此，该光源设备的每个子像素9的出光方向都是可控的，能满足多种显示装置的要求。

优选的，光栅组件为以上具有液晶透镜4的光栅组件，且选择器2和衍射光栅3均位于面光源1与液晶透镜4之间。

也就是说，如图1所示，以上光源设备中优选还包括设于衍射光栅3和选择器2外侧(远离面光源1一侧)的液晶透镜4，液晶透镜4分为多个与衍射光栅3对应的子像素9，并用于控制由其各子像素9透过的光的方向。具体的，该液晶透镜4包括设于两个基板间的液晶层，以及用于驱动液晶层的驱动电极和公共电极等，通过控制各电极上的电压，可使相应位置的液晶层中的液晶分子发生扭转，从而产生类似于“透镜(或棱镜)”的作用，改变透过的光的方向；当然，该改变的具体程度、方向等，也可通过各电极上的电压的不同进一步调整。

可见，如图1所示，本实施例的光源设备中，面光源1发出的光经过衍射光栅3后，对应每个子像素9的光即被转变为多组方向不同的平行光；而选择器2则可控制对应衍射光栅3的子像素9的各区91的平行光是否可进入液晶透镜4以及何时进入液晶透镜4；当被选定的平行光以预定的时间射到液晶透镜的子像素9后，液晶透镜再根据具体需要进一步改变其方向(在不同时间该方向的改变可不同)，最终保证光可从所需的位置射出。由此，通过设置液晶透镜4，可实现对经过衍射光栅3的光的进一步调整，使光源设备的出光不仅可控(即决定各方向是否出光)，而且可变(即每个子像素9的每个区91射出的光的方向都可变化)。

优选的，衍射光栅3为透光板，其每个区91中设有多条相互平行的衍射斜槽31，同一区91中的衍射斜槽31具有相同的槽角r，同一子像素9的不同区91中的衍射斜槽31的槽角r和/或延伸方向不同。

也就是说，如图3所示，衍射光栅3可以是一个开有多个槽(衍射斜槽31)的透光介质层，由于以上衍射斜槽31的尺寸在纳米量级，故在满足特定条件时，衍射斜槽31可通过衍射效应增强0级衍射光，将由多个不同方向射入衍射光栅3的光转变为沿垂直于衍射斜槽31表面(斜面)的方向射出。为使同一区91的出光方向相同，故同一区91中的衍射斜槽31必须具有相同的槽角r，且相互平行；而为使一个子像素9的不同区91的出光方向不同，故其各区91中衍射斜槽31的槽角r应当不同以改变出光“角度值”，或者，衍射斜槽31的延伸方向应不同以改变出射光的“整体朝向”。

具体的，实现以上转变应满足的条件为：2d×sinr＝λ，其中，λ为入射光波长，槽角r为衍射斜槽31表面与衍射光栅3下表面的夹角。其中，而每个区91的出光方向一定，故槽角r是确定的，而入射光的波长λ也确定。因此，每个区91中的衍射斜槽31的宽度d应当根据波长λ和所需槽角r设定，在此不再详细描述。

优选的，面光源1包括导光板和设于导光板侧面外的蓝光发光器件(如蓝光LED)，导光板能在蓝光激发下发出黄光；衍射光栅3的每个区91中的衍射斜槽31包括宽度d不同的蓝光衍射斜槽311和黄光衍射斜槽312，分别用于使透过的蓝光和黄光变为相同方向。

也就是说，以上面光源1可采用液晶显示装置中常用的侧入式背光源的形式。该面光源1主要包括导光板和发光器件(当然还有反射片等光学膜层)，发光器件发光的光从导光板侧面入射后，再经一系列的反射、折射等，从导光板顶面射出。但是，在导光板式的面光源1中，一般采用发蓝光的LED(有机发光二极管)作为实际的发光器件，而其发出的蓝光又可激发导光板产生黄光，从而通过黄光与蓝光的混合使出射光成为通常所需的白光。在此情况下，由于黄光与蓝光的波长λ不同，且又要保证同一区91中两种光的出光方向相同(即槽角r相同)，因此它们对应的衍射斜槽31的宽度d必然不同。由此，如图4所示，需要在衍射光栅3的同一个区91中，设置两种宽度d不同但槽角r相同的衍射斜槽31(因蓝光波长较短，故必然是蓝光衍射斜槽311的宽度d较小)，分别用于衍射黄光和蓝光，而射出的黄光和蓝光再次混合为平行的白光。

优选的，选择器2设于衍射光栅3和面光源1之间。

如图3所示，光线经过衍射光栅3后在各区91的透射方向不同，故可能出现两个区91的光相互交叠的情况。为避免以上现象，优选将选择器2设在衍射光栅3靠近面光源1的一侧，即先让光线通过选择器2后再射到衍射光栅3上，从而保证衍射光栅3只有需要的区91才有光线入射，避免其出射光的交叠。

优选的，选择器2的每个区91为一个液晶开关。

也就是说，选择器2可采用液晶开关的形式。具体的，选择器2可包括两个基板，两基板内侧设有液晶层以及与各区91对应的驱动电极，而两基板外侧则设有偏振片(如透振方向相互垂直的线偏振片)，故通过控制驱动电极的电压，即可决定各区91是否透光。由于液晶开关的具体形式是多样的，故在此不再详细描述。

优选的，在一帧画面中，选择器2用于控制其子像素9的各区91依次逐一透光。

也就是说，如图5所示，在为同一帧显示画面提供光时，以上选择器2用于控制其每个子像素9中的各区91依次逐一处于透光状态(图中麻点区域表示不透光，空白区域表示透光)，即每个子像素9中，任意时刻只有一个区91透光，且在一帧中，每个子像素9的每个区91都透光一次。相应的，对于衍射光栅3，其每个子像素9中，任意时刻只有一个区91发出的光能射到液晶透镜4中。故对于液晶透镜4，其每个子像素9在任意时刻都只有同一个方向的平行光射入，从而可最精确的控制射出光的方向。

本实施例的光源设备可在同一帧画面中，控制从每个子像素9处射出的光依次射向多个不同方向。因此，使用该光源设备的显示装置中各子像素9的出光方向也都可控制，只要控制一帧画面中从某子像素9射出的光射向人眼的时间比例，即可控制人眼接收的光的能量密度，从而让人感觉到子像素9亮度的变化。

本实施例还提供一种上述光源设备的驱动方法，其包括：

面光源1发光，选择器2控制其各区91是否透光。

优选的，对于以上具有液晶透镜4的光源设备，驱动方法还包括：

液晶透镜4使射到其各子像素9上的光透过并控制透过的光的方向。

也就是说，在驱动本实施例的光源设备进行发光时，可使面光源1持续发光，并通过选择器2和衍射光栅3决定什么时间有什么角度的平行光射到液晶透镜4的各子像素9，液晶透镜4再将这些光转向所需方向，从而满足显示装置的要求。

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。

Claims (11)

1.一种光栅组件，其特征在于，包括：

衍射光栅，其分为多个子像素，每个子像素分为多个区，所述衍射光栅用于使由每个区透过的光变为平行光，且由同一子像素的各区透过的光方向不同；

选择器，其分为多个与衍射光栅对应的子像素，每个子像素分为与衍射光栅对应的多个区，所述选择器用于控制其各区是否透光。

2.根据权利要求1所述的光栅组件，其特征在于，还包括：

液晶透镜，所述选择器和衍射光栅位于液晶透镜的同一侧，所述液晶透镜分为多个与衍射光栅对应的子像素，并用于控制由其各子像素透过的光的方向。

3.根据权利要求1所述的光栅组件，其特征在于，

所述选择器的每个区为一个液晶开关。

4.根据权利要求1所述的光栅组件，其特征在于，

在一帧画面中，所述选择器用于控制其子像素的各区依次逐一透光。

5.一种光源设备，其特征在于，包括：

用于发光的面光源；

权利要求1至4中任意一项所述的光栅组件，其位于面光源的发光面外。

6.根据权利要求5所述的光源设备，其特征在于，所述光栅组件为权利要求2所述的光栅组件，其中，

所述衍射光栅和选择器均位于液晶透镜与面光源之间。

7.根据权利要求5所述的光源设备，其特征在于，

所述衍射光栅为透光板，其每个区中设有多条相互平行的衍射斜槽，同一区中的所述衍射斜槽具有相同的槽角，同一子像素的不同区中的所述衍射斜槽的槽角和/或延伸方向不同。

8.根据权利要求7所述的光源设备，其特征在于，

所述面光源包括导光板和设于导光板侧面外的蓝光发光器件，所述导光板能在蓝光激发下发出黄光；

所述衍射光栅的每个区中的衍射斜槽包括宽度不同的蓝光衍射斜槽和黄光衍射斜槽，分别用于使透过的蓝光和黄光变为相同方向。

9.根据权利要求1所述的光源设备，其特征在于，

所述选择器设于衍射光栅和面光源之间。

10.一种显示装置用的光源设备的驱动方法，其特征在于，所述光源设备为权利要求5至9中任意一项所述的光源设备，所述驱动方法包括：

所述面光源发光，所述选择器控制其各区是否透光。

11.根据权利要求10所述的驱动方法，其特征在于，所述光源设备为权利要求6所述的光源设备，所述驱动方法还包括：

所述液晶透镜使射到其各子像素上的光透过并控制透过的光的方向。