CN106154682A - 一种显示装置 - Google Patents

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陈小川
赵文卿
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Abstract

本发明公开了一种显示装置，包括：显示面板，依次设置在显示面板出光侧的准直膜材结构和液晶透镜结构，以及用于确定观看者在液晶透镜结构前方的位置的人眼追踪单元；其中，显示面板中的各子像素的初始显示灰阶值相同且为最大值；准直膜材结构，用于对显示面板发出的光线进行调制形成准直光线；液晶透镜结构，用于根据人眼追踪单元确定的位置和子像素所需显示的灰阶值，将与子像素对应的准直光线的传播方向按照子像素所需显示的灰阶值对应的光强比例偏折至人眼追踪单元确定的位置。本发明结合人眼追踪技术，确定显示面板中的各子像素的发光方向，将光线集中到人眼接受位置，有效提高了光效利用率，降低了功耗。

Description

一种显示装置
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤指一种显示装置。
背景技术
目前显示技术已达到一定瓶颈，无非是更大的显示尺寸，更细腻的分辨率，显示方式上急需突破。
通常显示面板包括液晶显示(Liquid Crystal Display，LCD)面板、电致发光显示(Electroluminescent Display，ELD)面板等等。当人在其正前方进行观看时，由于LCD面板、ELD面板或其他面板发出的光为发散光，导致人眼只是被动地接受部分光线比，造成光利用率较低。随着显示面板尺寸的不断增大，该问题越来越明显。
因此，如何提高光效利用率，降低功耗，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种显示装置，可以有效提高光效利用率，降低功耗。
因此，本发明实施例提供了一种显示装置，包括：显示面板，依次设置在所述显示面板出光侧的准直膜材结构和液晶透镜结构，以及用于确定观看者在所述液晶透镜结构前方的位置的人眼追踪单元；其中，所述显示面板中的各子像素的初始显示灰阶值相同且为最大值；
所述准直膜材结构，用于对所述显示面板发出的光线进行调制形成准直光线；
所述液晶透镜结构，用于根据所述人眼追踪单元确定的位置和所述子像素所需显示的灰阶值，将与所述子像素对应的所述准直光线的传播方向按照所述子像素所需显示的灰阶值对应的光强比例偏折至所述人眼追踪单元确定的位置。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述显示装置中，所述显示面板为电致发光显示面板时，所述液晶透镜结构为层叠设置的两个液晶透镜，分别为第一液晶透镜和第二液晶透镜；
所述第一液晶透镜用于对所述准直光线的第一偏振方向进行偏折；所述第二液晶透镜用于对所述准直光线的第二偏振方向进行偏折；所述第一偏振方向和第二偏振方向的光线相互正交合成自然光。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述显示装置中，所述显示面板为液晶显示面板时，所述液晶透镜结构为一个用于将所述液晶显示面板发出的线偏振光的偏振方向进行偏折的液晶透镜。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述显示装置中，所述液晶透镜包括相对而置的第一电极和第二电极，设置在所述第一电极和第二电极之间的液晶层，以及控制单元；其中，
所述控制单元用于向所述第一电极和第二电极施加电压，控制所述液晶层中设定区域对应的液晶分子发生偏转形成微棱镜结构。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述显示装置中，所述微棱镜结构为楔形棱镜结构。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述显示装置中，在同一子像素中，所述层叠设置的两个液晶透镜中形成的与所述子像素对应的楔形棱镜结构的坡角角度相同。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述显示装置中，在所述人眼追踪单元确定的位置与所述显示面板之间的正对区域内，所述液晶层中与所需显示的灰阶值为最大值的子像素对应的液晶分子不发生偏转。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述显示装置中，所述准直光线的发散角的范围为[-10°，+10°]。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述显示装置中，所述准直膜材结构的上表面为拱形形状，折射率为1.5。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述显示装置中，所述准直膜材结构的曲率半径和拱高，通过以下公式进行计算：
f ′ = r n - 1 h = r - r 2 - ( p 2 ) 2
其中，r为所述准直膜材结构的曲率半径，h为所述准直膜材结构的拱高，n为所述准直膜材结构的折射率，f’为所述准直膜材结构的焦距，p为所述准直膜材结构的尺寸大小。
本发明实施例的有益效果包括：
本发明实施例提供的一种显示装置，包括：显示面板，依次设置在显示面板出光侧的准直膜材结构和液晶透镜结构，以及用于确定观看者在液晶透镜结构前方的位置的人眼追踪单元；其中，显示面板中的各子像素的初始显示灰阶值相同且为最大值；准直膜材结构，用于对显示面板发出的光线进行调制形成准直光线；液晶透镜结构，用于根据人眼追踪单元确定的位置和子像素所需显示的灰阶值，将与子像素对应的准直光线的传播方向按照子像素所需显示的灰阶值对应的光强比例偏折至人眼追踪单元确定的位置。本发明结合人眼追踪技术，确定显示面板中的各子像素的发光方向，将光线集中到人眼接受位置，有效提高了光效利用率，降低了功耗。
附图说明
图1为本发明实施例提供的显示装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的光线经准直膜材结构的光路图之一；
图3为本发明实施例提供的光线经准直膜材结构的光路图之二；
图4为本发明实施例提供的显示面板的左边缘的子像素要进入人的左右眼时光线角度范围的示意图；
图5为本发明实施例提供的微棱镜结构等效于28°坡角的楔形棱镜结构时的光路图；
图6为本发明实施例提供的光线经液晶透镜结构的光路图之一；
图7为本发明实施例提供的光线经液晶透镜结构的光路图之二。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明实施例提供的显示装置的具体实施方式进行详细地说明。
其中，附图中各结构的厚度和形状不反映显示装置的真实比例，目的只是示意说明本发明内容。
本发明实施例提供了一种显示装置，如图1所示，包括：显示面板1，依次设置在显示面板1出光侧的准直膜材结构2和液晶透镜结构3，以及用于确定观看者在液晶透镜结构3前方的位置的人眼追踪单元(图中未示出)；其中，显示面板1中的各子像素的初始显示灰阶值相同且为最大值；
准直膜材结构2，用于对显示面板1发出的光线进行调制形成准直光线；
液晶透镜结构3，用于根据人眼追踪单元确定的位置和子像素所需显示的灰阶值，将与子像素对应的准直光线的传播方向按照子像素所需显示的灰阶值对应的光强比例偏折至人眼追踪单元确定的位置。
在本发明实施例提供的上述显示装置，包括：显示面板，依次设置在显示面板出光侧的准直膜材结构和液晶透镜结构，以及用于确定观看者在液晶透镜结构前方的位置的人眼追踪单元；其中，显示面板中的各子像素的初始显示灰阶值相同且为最大值；准直膜材结构，用于对显示面板发出的光线进行调制形成准直光线；液晶透镜结构，用于根据人眼追踪单元确定的位置和子像素所需显示的灰阶值，将与子像素对应的准直光线的传播方向按照子像素所需显示的灰阶值对应的光强比例偏折至人眼追踪单元确定的位置。本发明结合人眼追踪技术，确定显示面板中的各子像素的发光方向，将光线集中到人眼接受位置，有效提高了光效利用率，降低了功耗。
需要说明的是，显示面板中的各子像素的初始显示灰阶值相同，表示显示面板中的各子像素只显示画面信息的图形，为均一恒定亮度，不显示画面信息所需显示的灰阶值，而各子像素所需显示的灰阶值需要经过显示面板出光侧设置的准直膜材结构和液晶透镜结构来进行调制。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述显示装置中，显示面板发出的光线(发散角的范围一般为[-80°，+80°])经过准直膜材结构可以成为发散角较小的准直光线，该准直光线的发散角的范围可以设置为[-10°，+10°]。
进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述显示装置中，如图1和图2所示，准直膜材结构2的上表面可以设置为拱形形状，折射率n可以设置为1.5，准直膜材2的两侧可以分别设置有一个挡墙，用于防止部分光线从准直膜材2边缘射出而未射入液晶透镜结构，进一步提高光线的利用率。
图2中的h为准直膜材结构的拱高，r为准直膜材结构的曲率半径，n为准直膜材结构的折射率，f’为准直膜材结构的焦距，p为准直膜材结构的尺寸大小，若p＝50μm，考虑到显示面板的厚度，f’＝200μm，可以由以下公式计算出曲率半径r＝100μm，拱高h＝3.2μm：
f ′ = r n - 1 h = r - r 2 - ( p 2 ) 2
由于显示面板的发光点具有一定的面积，使用ZAMEX软件模拟，如图3所示，发光面积2y＝p＝50μm时，经过准直膜材结构后，出射光为发散角范围为[-10°，+10°]的准直光线。
需要说明的是，本发明实施例提供的准直膜材结构可以是任何适合用于对光线进行调制形成准直光线的透镜结构，如组合透镜结构，该透镜结构的表面形状和折射率不限于本发明附图中涉及到的拱形形状和1.5的折射率，也可以其它形状和折射率，在此不做限定。
出射光经过准直膜材结构后，成为发散角范围为[-10°，+10°]的准直光线，再经过液晶透镜结构进行灰阶调制。入射光准直度高，对于液晶透镜结构来说是有利的，可以计算的光路更简单，更优化。但是实际情况中人眼想要看到整个显示面板的各子像素时，显示面板边缘的子像素发出的光是需要有一定的角度才能进入人眼的。如图4所示，以5.5inch为例，AA区长边尺寸127mm，观看距离300m，人眼瞳距65mm；当人眼位于中心位置时，显示面板的左边缘的子像素要进入人的左右眼，角度分别是4.5°和16.4°；也就是说，发散角范围为[-10°，+10°]的准直光线需要液晶透镜结构的调制才能进入人眼。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述显示装置中，当显示面板为液晶显示面板时，由于液晶显示面板发出的光为线偏振光，具有一个偏振方向，因此只需要一个液晶透镜的作用，此时上述液晶透镜结构可以为一个用于将液晶显示面板发出的线偏振光的偏振方向进行偏折的液晶透镜。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述显示装置中，当显示面板为电致发光显示面板时，由于电致发光显示面板发出的光为类似自然光，具有不同的偏振方向，因此需要两个液晶透镜共同作用来调节，如图1所示，此时上述液晶透镜结构3可以为层叠设置的两个液晶透镜，分别为第一液晶透镜和第二液晶透镜；第一液晶透镜和第二液晶透镜之间设置有光学胶(OCA)，且OCA的折射率可以设置为1.5；第一液晶透镜用于对准直光线的第一偏振方向进行偏折；第二液晶透镜用于对准直光线的第二偏振方向进行偏折；第一偏振方向和第二偏振方向的光线相互正交合成自然光。
优选地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述显示装置中，液晶透镜可以包括相对而置的第一电极和第二电极，设置在第一电极和第二电极之间的液晶层，以及控制单元；其中，控制单元用于向第一电极和第二电极施加电压，控制液晶层中设定区域对应的液晶分子发生偏转形成微棱镜结构。
需要说明的是，当显示面板为电致发光显示面板时，为了实现第一液晶透镜仅对第一偏振方向的光线作用，第二液晶透镜仅对第二偏振方向的光线作用，并且第一偏振方向和第二偏振方向的光线相互正交合成自然光，第一液晶透镜和第二液晶透镜的液晶层中的液晶分子的初始配向方向可以相互垂直且均平行于第一电极或第二电极。
进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述显示装置中，微棱镜结构可以为楔形棱镜结构，以图5为例，当微棱镜结构等效于28°坡角的楔形棱镜结构时，假设该楔形棱镜结构的折射率为1.5时，竖直向上入射的光线01，与竖直方向的偏折角度是16.8°，所以满足人眼可以看见显示面板边缘的子像素；此时入射光线发散角范围为[-10°，+10°]；与竖直方向夹角+10°的入射光线02，经28°坡角的楔形棱镜折射后，出射光线03与竖直方向夹角是1°；与竖直方向夹角-10°的入射光线04，经28°坡角的楔形棱镜折射后，出射光线05与竖直方向夹角是39°。也就是入射光线发散角范围为[-10°，+10°]，出射光线03和05之间的夹角变成40°，经过300mm的观看距离后，是可以覆盖人眼瞳距65mm的，此时与该微棱镜结构对应的子像素所要显示的灰阶值为最大灰阶值。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述显示装置中，在同一子像素中，层叠设置的两个液晶透镜中形成的与子像素对应的楔形棱镜结构的坡角角度可以设置为相同，这样能使计算的光路更简单，更优化，使光路更准确地进入人眼中。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述显示装置中，在人眼追踪单元确定的位置与显示面板之间的正对区域内，液晶层中与所需显示的灰阶值为最大值的子像素对应的液晶分子不发生偏转，即所需显示的灰阶值为最大值的子像素所在区域不形成微棱镜结构。
以图6为例，当整个显示面板的全部子像素所需显示的灰阶值为最大灰阶值时，取经过液晶透镜结构调制后，与竖直方向偏折10°的光线进入人眼为计算基准，只需要显示面板的左右位置43.2mm长度范围内设置液晶透镜结构(由计算tan10°*300mm＝52.8mm，96mm-52.8mm＝43.2mm得出)，其他位置液晶透镜结构不工作，此时可以满足人眼观看到整个显示面板的全部子像素。此时，图6示出了显示面板的右侧位置放置的液晶透镜结构的坡角均向左，显示面板的左侧位置放置的液晶透镜结构的坡角均向右。
以图7为例，当整个显示面板的全部子像素所需显示的灰阶值为最小灰阶值时，入射光线为[-10°，+10°]发散角时，以显示面板的右半边位置为例，液晶透镜结构需调整光线不进入人眼，即保证不进入右眼，此时采用14°坡角的液晶透镜结构，向左偏折10°的光线经过液晶透镜结构偏折后，与竖直方向夹角是2.93°，在距离显示面板中心47.87mm以外的位置范围，设置14°坡角的液晶透镜结构。(由计算tan2.93°*300mm＝15.72mm，该处需要放置14°坡角液晶透镜结构)；仍以显示面板的右半边位置为例，以显示面板的中心像素为计算基准，经过30°坡角的液晶透镜结构，最左边的光线经过液晶透镜结构偏折后，与竖直方向夹角是6.48°，此时可以保证最左边的光线不进入右眼(由计算tan6.48°*300mm＝34mm，该34mm大于一半瞳距32.5mm)，即显示面板中向显示面板边缘47.87mm以内的范围是需要放置30°坡角的液晶透镜结构，此时可以满足人眼完全不会观看到整个显示面板的全部子像素，即灰阶值为0。此时，图7示出了显示面板的右半边位置放置的液晶透镜结构的坡角均向右，显示面板的左半边位置放置的液晶透镜结构的坡角均向左。
需要说明的是，当整个显示面板的全部子像素所需显示的灰阶值为中间灰阶值，且该显示面板为电致发光显示面板时，只要层叠设置的两个液晶透镜中的第一液晶透镜或第二液晶透镜工作即可实现。
对于本发明实施例提供的显示装置的其它必不可少的组成部分均为本领域的普通技术人员应该理解具有的，在此不做赘述，也不应作为对本发明的限制。该显示装置的实施可以参见上述显示装置的实施例，重复之处不再赘述。
本发明实施例提供的一种显示装置，包括：显示面板，依次设置在显示面板出光侧的准直膜材结构和液晶透镜结构，以及用于确定观看者在液晶透镜结构前方的位置的人眼追踪单元；其中，显示面板中的各子像素的初始显示灰阶值相同且为最大值；准直膜材结构，用于对显示面板发出的光线进行调制形成准直光线；液晶透镜结构，用于根据人眼追踪单元确定的位置和子像素所需显示的灰阶值，将与子像素对应的准直光线的传播方向按照子像素所需显示的灰阶值对应的光强比例偏折至人眼追踪单元确定的位置。本发明结合人眼追踪技术，确定显示面板中的各子像素的发光方向，将光线集中到人眼接受位置，有效提高了光效利用率，降低了功耗。
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)

1.一种显示装置，其特征在于，包括：显示面板，依次设置在所述显示面板出光侧的准直膜材结构和液晶透镜结构，以及用于确定观看者在所述液晶透镜结构前方的位置的人眼追踪单元；其中，所述显示面板中的各子像素的初始显示灰阶值相同且为最大值；
所述准直膜材结构，用于对所述显示面板发出的光线进行调制形成准直光线；
所述液晶透镜结构，用于根据所述人眼追踪单元确定的位置和所述子像素所需显示的灰阶值，将与所述子像素对应的所述准直光线的传播方向按照所述子像素所需显示的灰阶值对应的光强比例偏折至所述人眼追踪单元确定的位置。
2.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述显示面板为电致发光显示面板时，所述液晶透镜结构为层叠设置的两个液晶透镜，分别为第一液晶透镜和第二液晶透镜；
所述第一液晶透镜用于对所述准直光线的第一偏振方向进行偏折；所述第二液晶透镜用于对所述准直光线的第二偏振方向进行偏折；所述第一偏振方向和第二偏振方向的光线相互正交合成自然光。
3.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述显示面板为液晶显示面板时，所述液晶透镜结构为一个用于将所述液晶显示面板发出的线偏振光的偏振方向进行偏折的液晶透镜。
4.如权利要求2或3所述的显示装置，其特征在于，所述液晶透镜包括相对而置的第一电极和第二电极，设置在所述第一电极和第二电极之间的液晶层，以及控制单元；其中，
所述控制单元用于向所述第一电极和第二电极施加电压，控制所述液晶层中设定区域对应的液晶分子发生偏转形成微棱镜结构。
5.如权利要求4所述的显示装置，其特征在于，所述微棱镜结构为楔形棱镜结构。
6.如权利要求5所述的显示装置，其特征在于，在同一子像素中，所述层叠设置的两个液晶透镜中形成的与所述子像素对应的楔形棱镜结构的坡角角度相同。
7.如权利要求4所述的显示装置，其特征在于，在所述人眼追踪单元确定的位置与所述显示面板之间的正对区域内，所述液晶层中与所需显示的灰阶值为最大值的子像素对应的液晶分子不发生偏转。
8.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述准直光线的发散角的范围为[-10°，+10°]。
9.如权利要求8所述的显示装置，其特征在于，所述准直膜材结构的上表面为拱形形状，折射率为1.5。
10.如权利要求9所述的显示装置，其特征在于，所述准直膜材结构的曲率半径和拱高，通过以下公式进行计算：
f ′ = r n - 1 h = r - r 2 - ( p 2 ) 2
其中，r为所述准直膜材结构的曲率半径，h为所述准直膜材结构的拱高，n为所述准直膜材结构的折射率，f’为所述准直膜材结构的焦距，p为所述准直膜材结构的尺寸大小。
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