CN105974570B - 光线汇聚装置及显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光线汇聚装置及显示装置，属于显示技术领域。该光线汇聚装置包括多个光线汇聚机构，多个光线汇聚机构阵列排布在显示面板的预设结构的出光面上；每个光线汇聚机构为包括有入光面、第一出光面和第二出光面的三棱镜，三棱镜的入光面朝向显示面板的预设结构的出光面设置，每个光线汇聚机构的折射率均大于外界环境的折射率，其中，入光面、第一出光面和第二出光面中任意两个面的夹角满足：α1>α3，且α2>α3；其中，α1为第一出光面与入光面的夹角，α2为第二出光面与入光面的夹角，α3为第一出光面与第二出光面的夹角。本发明解决了光的利用率较低的问题，实现了提高光的利用率的效果，用于光线汇聚。

Description

光线汇聚装置及显示装置
技术领域
本发明涉及显示技术领域，特别涉及一种光线汇聚装置及显示装置。
背景技术
随着显示技术的快速发展，广视角的显示器得到了广泛的应用。广视角的显示器使得使用者可以从显示器的各个不同位置清楚地看见显示器上显示的内容，但是在某些场合中，使用者并不希望显示器上显示的内容被周边的人看见。
现有技术中有一种光线汇聚装置，该光线汇聚装置主要包括棱镜膜和防窥膜。其中，棱镜膜设置在显示面板的出光面上，用于将大部分发散光折射成垂直于显示器屏幕的平行光。防窥膜可以为超精细百叶窗结构，设置在显示器屏幕上，用于遮挡其余大角度的发散光，这样一来，使用者周边的人无法看见显示器上显示的内容。
由于上述光线汇聚装置是采用防窥膜遮挡发散光的，相当于被遮挡的这部分发散光没有被利用，造成光损失，因此，光的利用率较低。
发明内容
为了解决光的利用率较低的问题，本发明提供了一种光线汇聚装置及显示装置。所述技术方案如下：
第一方面，提供了一种光线汇聚装置，所述光线汇聚装置包括多个光线汇聚机构，
所述多个光线汇聚机构阵列排布在显示面板的预设结构的出光面上；
每个所述光线汇聚机构为包括有入光面、第一出光面和第二出光面的三棱镜，所述三棱镜的入光面朝向所述显示面板的预设结构的出光面设置，每个所述光线汇聚机构的折射率均大于外界环境的折射率，其中，所述入光面、所述第一出光面和所述第二出光面中任意两个面的夹角满足：
α1＞α3，且α2＞α3；
其中，所述α1为所述第一出光面与所述入光面的夹角，所述α2为所述第二出光面与所述入光面的夹角，所述α3为所述第一出光面与所述第二出光面的夹角。
可选的，对于每个所述光线汇聚机构，所述显示面板的预设结构的出光面发出的光通过所述入光面进入所述光线汇聚机构，并从所述第一出光面和所述第二出光面射出至所述外界环境。
可选的，所述入光面与所述显示面板的预设结构的出光面贴合。
可选的，每个所述光线汇聚机构的折射率等于所述显示面板的预设结构的出光面的折射率。
可选的，每个所述光线汇聚机构的横截面为等腰三角形，所述横截面与所述入光面垂直。
可选的，所述外界环境为空气。
可选的，每个所述光线汇聚机构为塑料三棱镜。
可选的，所述预设结构为背光模组或有机发光二极管OLED元件。
可选的，0°＜α3≤10°。
第二方面，提供了一种显示装置，包括第一方面所述的光线汇聚装置。
本发明提供了一种光线汇聚装置及显示装置，该光线汇聚装置包括多个光线汇聚机构，该多个光线汇聚机构阵列排布在显示面板的预设结构的出光面上，由于每个光线汇聚机构为三棱镜，三棱镜的入光面朝向显示面板的预设结构的出光面设置，每个光线汇聚机构的折射率均大于外界环境的折射率，所以光线汇聚机构能够对出光面的发散光进行汇聚，从而减小了光损失，提高了光的利用率。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种光线汇聚装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种光线汇聚机构汇聚光线的示意图；
图3是本发明实施例提供的另一种光线汇聚机构汇聚光线的示意图；
图4是本发明实施例提供的又一种光线汇聚机构汇聚光线的示意图。
通过上述附图，已示出本发明明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本发明构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明实施例提供了一种光线汇聚装置100，如图1所示，该光线汇聚装置100包括多个光线汇聚机构110。
多个光线汇聚机构110阵列排布在显示面板的预设结构200的出光面201上。
每个光线汇聚机构110为包括有入光面111、第一出光面112和第二出光面113的三棱镜。三棱镜的入光面111朝向显示面板的预设结构200的出光面201设置。每个光线汇聚机构110的折射率均大于外界环境的折射率，其中，入光面111、第一出光面112和第二出光面113中任意两个面的夹角满足：
α1＞α3，且α2＞α3；
其中，α1为第一出光面112与入光面111的夹角，α2为第二出光面113与入光面111的夹角，α3为第一出光面112与第二出光面113的夹角。
示例的，图1示出的是包括有8个光线汇聚机构110的光线汇聚装置100。
综上所述，本发明实施例提供的光线汇聚装置，该光线汇聚装置包括多个光线汇聚机构，该多个光线汇聚机构阵列排布在显示面板的预设结构的出光面上，由于每个光线汇聚机构为三棱镜，三棱镜的入光面朝向显示面板的预设结构的出光面设置，每个光线汇聚机构的折射率均大于外界环境的折射率，所以光线汇聚机构能够对出光面的发散光进行汇聚，从而减小了光损失，提高了光的利用率。
示例的，0°＜α3≤10°。当第一出光面与第二出光面的夹角α3小于或等于10°时，劈尖形光线汇聚机构射出的光的准直度较高，进而可以进一步提高汇聚发散光的效果。其中，光的准直度指的是光线汇聚机构射出的光的方向与入光面的垂直程度。
该光线汇聚机构由高折射率的材料制成，该光线汇聚机构对光的吸收率较低。示例的，每个光线汇聚机构为塑料三棱镜。该光线汇聚机构由光学塑料制成，光学塑料的折射率大约为1.5。此外，光线汇聚机构也可以由其他材料制成，本发明实施例对此不做限定。需要说明的是，由于光从光密介质进入光疏介质时，会远离法线折射，所以光线汇聚机构的折射率比外界环境的折射率越高，光线汇聚机构射出的光的准直度越高。
可选的，如图2所示，对于每个光线汇聚机构，显示面板的预设结构200的出光面201发出的光通过入光面(图2中未示出)进入光线汇聚机构，并从第一出光面112和第二出光面113射出至外界环境。示例的，该外界环境可以为空气，外界环境也可以为其他介质，本发明实施例对此不做限定。该预设结构可以为背光模组或有机发光二极管(英文：OrganicLight-Emitting Diode；简称：OLED)元件。该光线汇聚机构射出的光相对于光线汇聚机构的中轴线可以是对称的。
可选的，如图2所示，每个光线汇聚机构的横截面可以为等腰三角形，该横截面与光线汇聚机构的入光面垂直。也即该光线汇聚机构为左右对称结构，该结构便于提高光线汇聚机构射出的光的准直度。
可选的，如图2所示，入光面与显示面板的预设结构200的出光面201贴合，即入光面与显示面板的预设结构200的出光面201紧密接触，防止了显示面板的预设结构的出光面发出的光经过其他介质发生折射后，再通过入光面进入光线汇聚机构。由于光经过其他介质发生折射时会造成光损耗，所以将入光面与显示面板的预设结构的出光面贴合，进一步减小了光损失。
以预设结构的出光面发出的光朝向左侧为例，如图3所示，出光面发出的光通过入光面111时经过一次折射射入该光线汇聚机构。当光在第一出光面112上不满足全反射条件时，则在第一出光面112上发生折射，折射光p1向入光面111上的法线方向(即图3中u所指示的方向)偏转，使得光线汇聚机构起到汇聚光线的作用；当光在第一出光面112上满足全反射条件时，则在第一出光面112上发生全反射，根据全反射的性质可知，光在发生全反射时不存在光损耗。
其中，光的全反射条件为：1)光从光密介质射到该光密介质与光疏介质的界面上，2)光在该界面上的入射角等于或大于临界角。临界角指的是折射角为90°时的入射角。关于光的全反射条件可以参考现有技术。
参见图3，假设出光面发出的光在光线汇聚机构内发生两次全反射后，在第一出光面112上发生折射，折射光p2则向入光面111上的法线方向(即图3中u所指示的方向)偏转，该过程中，各入射角，反射角以及偏转角满足：
i2＝2*α3且i3＝2*α3+i4；
全反射公式为：
n1sinθ≥n2；
其中，α3为第一出光面与第二出光面的夹角，为了提高光线汇聚机构射出的光的准直度，α3越小越好；i2为在光线汇聚机构内经过两次全反射后的反射光p4相对于入射光p3的偏转角；i3为入射光p3在第一出光面112上的入射角或反射角；i4为反射光p4在第一出光面112上的入射角；n1为光线汇聚机构的折射率；n2为外界环境的折射率；θ为光在第一出光面112上的入射角。
由于光从光线汇聚机构(折射率为n1)进入外界环境(折射率为n2)时，临界角C满足：sin C＝n2/n1，又由于光在第一出光面上发生全反射时，入射角等于或大于临界角，即sinθ≥sinC，因此，可以得到n1sinθ≥n2。由上述公式可知，出光面发出的光在光线汇聚机构内发生多次全反射(偶数次反射)后，在第一出光面上的入射角会逐渐变小，当光发生多次全反射后不再满足全反射条件时，此时，光在第一出光面上的折射角近似为90°，因此，当第一出光面与第二出光面的夹角α3较小时，从第一出光面射出的折射光与入光面垂直，提高了从光线汇聚机构射出的光的准直度，达到了汇聚光线的效果。
图4示出了显示面板的预设结构的出光面发出的光在光线汇聚机构110内发生一次全反射后不满足全反射条件，在第二出光面113上发生折射的示意图，其中，第一出光面112与第二出光面113的夹角α3、入射光p3在第一出光面112上的入射角或反射角i3，入射光p3在第一出光面112上发生全反射后在第二出光面113上发生折射时的入射角i5，满足：
i5＝i3-α3。
由上述公式可知，出光面发出的光在光线汇聚机构内发生多次全反射(奇数次反射)后，在第二出光面上的入射角会逐渐变小，当光发生多次全反射后不再满足全反射条件时，此时，光在第二出光面上的折射角近似为90°，因此，当第一出光面与第二出光面的夹角α3较小时，从第二出光面射出的折射光与入光面垂直，提高了从光线汇聚机构射出的光的准直度，达到了汇聚光线的效果。
可选的，每个光线汇聚机构的折射率等于显示面板的预设结构的出光面的折射率。当光线汇聚机构的折射率等于预设结构的出光面的折射率时，出光面发出的光不会发生反射，从而可以进一步减小光损失。此外，第一方面，每个光线汇聚机构的折射率也可以大于预设结构的出光面的折射率，当光线汇聚机构的折射率大于预设结构的出光面的折射率时，便于提高光线汇聚机构射出的光的准直度。第二方面，每个光线汇聚机构的折射率还可以小于预设结构的出光面的折射率，虽然相较于第一方面，光线汇聚机构射出的光的准直度较低，但相较于现有技术，仍然能够减小光损失，提高光的利用率。
本发明实施例提供的光线汇聚机构将显示面板的预设结构(如背光模组或OLED元件)的发光面发出的光，调节为准直射出的光，起到了防窥作用，且该光线汇聚机构能够减小光损失，提高光的利用率。该光线汇聚机构可以提高人眼接收到的光的亮度，降低预设结构的功耗。此外，该光线汇聚机构可以改善3D显示画面的串扰问题。
需要补充说明的是，对于薄膜晶体管液晶显示器(英文：Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display；简称：TFT-LCD)来说，由于该光线汇聚机构能够对出光面发出的光进行汇聚，所以将该光线汇聚机构设置在背光模组的出光面上，可以有效减小黑矩阵的覆盖范围，增大开口率。其中，黑矩阵用于防止背景光泄漏，提高显示对比度。开口率指的是光能够透过的有效区域比例，由于黑矩阵的覆盖范围变小，所以开口率变大，开口率越大，光通过的效率就越高。
还需要补充说明的是，每个光线汇聚机构还可以配合设置有光线引导机构，光线汇聚机构射出的光通过该光线引导机构，能够投射至目标位置，该目标位置可以根据需求来定。
综上所述，本发明实施例提供的光线汇聚装置，该光线汇聚装置包括多个光线汇聚机构，该多个光线汇聚机构阵列排布在显示面板的预设结构的出光面上，由于每个光线汇聚机构为三棱镜，三棱镜的入光面朝向显示面板的预设结构的出光面设置，每个光线汇聚机构的折射率均大于外界环境的折射率，所以光线汇聚机构能够对出光面的发散光进行汇聚，从而减小了光损失，提高了光的利用率，且该光线汇聚装置的结构简单，易于实现。
本发明实施例提供了一种显示装置，包括图1所示的光线汇聚装置。
综上所述，本发明实施例提供的显示装置包括的光线汇聚装置，该光线汇聚装置包括多个光线汇聚机构，由于每个光线汇聚机构为三棱镜，三棱镜的入光面朝向显示面板的预设结构的出光面设置，每个光线汇聚机构的折射率均大于外界环境的折射率，所以光线汇聚机构能够对出光面的发散光进行汇聚，从而减小了光损失，提高了光的利用率，且光线汇聚装置的结构简单，易于实现。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种光线汇聚装置，其特征在于，所述光线汇聚装置包括多个光线汇聚机构，
所述多个光线汇聚机构阵列排布在显示面板的预设结构的出光面上；
每个所述光线汇聚机构为包括有入光面、第一出光面和第二出光面的三棱镜，所述三棱镜的入光面朝向所述显示面板的预设结构的出光面设置，每个所述光线汇聚机构的折射率均大于外界环境的折射率，其中，所述入光面、所述第一出光面和所述第二出光面中任意两个面的夹角满足：
α1＞α3，且α2＞α3；
其中，所述α1为所述第一出光面与所述入光面的夹角，所述α2为所述第二出光面与所述入光面的夹角，所述α3为所述第一出光面与所述第二出光面的夹角；
所述入光面与所述显示面板的预设结构的出光面贴合。
2.根据权利要求1所述的光线汇聚装置，其特征在于，
对于每个所述光线汇聚机构，所述显示面板的预设结构的出光面发出的光通过所述入光面进入所述光线汇聚机构，并从所述第一出光面和所述第二出光面射出至所述外界环境。
3.根据权利要求1所述的光线汇聚装置，其特征在于，
每个所述光线汇聚机构的折射率等于所述显示面板的预设结构的出光面的折射率。
4.根据权利要求1所述的光线汇聚装置，其特征在于，
每个所述光线汇聚机构的横截面为等腰三角形，所述横截面与所述入光面垂直。
5.根据权利要求2所述的光线汇聚装置，其特征在于，
所述外界环境为空气。
6.根据权利要求1所述的光线汇聚装置，其特征在于，
每个所述光线汇聚机构为塑料三棱镜。
7.根据权利要求1所述的光线汇聚装置，其特征在于，
所述预设结构为背光模组或有机发光二极管OLED元件。
8.根据权利要求1至7任一所述的光线汇聚装置，其特征在于，
0°＜α3≤10°。
9.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求1至8任一所述的光线汇聚装置。
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