CN106526956A - 一种显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种显示装置，包括准直光显示结构和设置在准直光显示结构的出光面上的光指向结构；其中，光指向结构由夹在三个层叠设置的基板之间的两层液晶层组成。在准直光显示结构显示准直光画面时，两层液晶层的液晶分子分别发生偏转形成两层呈阵列排布的多个等效直角棱镜，这两层等效直角棱镜分别作用于准直光中正交分解的两个方向的偏振光，使其定向偏折后直接射向确定的左眼或右眼位置，高效利用了准直光显示结构出射的光束，提高了光能的利用效率，且能达到防窥显示的效果。

Description

一种显示装置
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种显示装置。
背景技术
近年来，随着各类显示器件的快速发展，其出光能量的利用率得到了人们更多的关注。现阶段的显示器无论是液晶显示面板(LCD)还是有机电致发光显示面板(OLED)，由于其在空间广泛的发光视角原因，使得被人眼接收光能只有很少的一部分，大大的减少了光能的利用率。
而现有的防窥技术是在显示装置外安置一个防窥膜，防窥膜利用百叶窗的遮光原理，将大角度的光遮挡吸收，使小角度的光透过，起到防窥效果，即防窥效果是以损失光能的方式来实现的。
因此，如何控制显示器件的出光方向，使得其能精准且高效的被人眼接收，提高光能利用率、降低能耗，并且达到防偷窥效果，是显示技术领域亟需解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种显示装置，用以提高光能利用率且达到防偷窥效果。
因此，本发明实施例还提供了一种显示装置，包括：准直光显示结构，以及设置于所述准直光显示结构的出光面上的光指向结构；其中，
所述光指向结构包括：层叠设置的第一基板、第二基板和第三基板，位于所述第一基板和所述第二基板之间的第一液晶层，位于所述第二基板和所述第三基板之间的第二液晶层；
在所述准直光显示结构显示准直光画面时，所述第一液晶层的液晶分子发生偏转形成呈阵列排布的多个用于将所述准直光中的第一方向偏振光定向偏折后射向确定的左眼位置的等效直角棱镜，所述第二液晶层的液晶分子发生偏转形成呈阵列排布的多个用于将所述准直光中的第二方向偏振光定向偏折后射向确定的右眼位置的等效直角棱镜，所述第一方向偏振光和第二方向偏振光相互正交。
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，所述第一液晶层和所述第二液晶层中的液晶分子的初始配向方向相互垂直，且所述第一液晶层和所述第二液晶层中的液晶分子的初始配向方向分别组成的面均平行于所述第一基板。
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，所述第一液晶层的液晶分子发生偏转形成的各所述等效直角棱镜和所述第二液晶层的液晶分子发生偏转形成的各所述等效直角棱镜一一对应。
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，所述准直光显示结构中的一个像素或一个亚像素对应于一对在所述第一液晶层和所述第二液晶层中形成的所述等效直角棱镜。
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，各所述等效直角棱镜的坡度角满足以下公式：α＝θ2-θ1，nsinθ1＝sinθ2；
其中，θ1为所述等效直角棱镜的坡度角，α为所述等效直角棱镜出射的偏振光定向偏折的角度，θ2为所述等效直角棱镜出射的偏振光与所述等效直角棱镜的斜边所在平面的法线所呈的夹角，n为所述等效直角棱镜的折射率。
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，所述光指向结构，还包括：设置于所述第一基板面向所述第一液晶层一侧的第一透明电极层，设置于所述第二基板面向所述第一液晶层一侧的第二透明电极层，设置于所述第二基板面向所述第二液晶层一侧的第三透明电极层，以及设置于所述第三基板面向所述第二液晶层一侧的第四透明电极层；其中，
所述第一透明电极层和所述第二透明电极层分别包括与所述第一液晶层中形成的各所述等效直角棱镜对应的面状电极和条状电极；
所述第三透明电极层和所述第四透明电极层分别包括与所述第二液晶层中形成的各所述等效直角棱镜对应的面状电极和条状电极。
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，各所述等效直角棱镜根据对应的所述条状电极的个数被等分为厚度不同的多份；每份对应的液晶盒光程差满足以下公式：Δnmd＝nhm-hm，h1＝ptanθ1；
其中，m＝1，2，……M，Δnmd为第m份处对应的等效直角棱镜的液晶盒光程与第M份处对应的等效直角棱镜的液晶盒光程之差；n为所述等效直角棱镜的折射率，hm为第m份处对应的等效直角棱镜的厚度，h1为最厚处对应的等效直角棱镜的厚度；d为液晶盒厚，θ1为所述等效直角棱镜的坡度角，p为所述等效直角棱镜在等份方向的宽度。
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，所述准直光显示结构，包括：准直背光源，以及设置于所述准直背光源出光侧的液晶显示面板；所述准直背光源出射的准直光垂直于所述液晶显示面板的所在平面入射。
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，所述准直光显示结构，包括：平面显示面板，以及设置于所述平面显示面板出光侧的准直结构；所述准直结构出射的准直光垂直于所述平面显示面板的所在平面。
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，还包括：人眼追踪装置，用于实时定位左眼和右眼的眼球位置，分别根据所述左眼和右眼的眼球位置确定所述第一方向偏振光和所述第二方向偏振光的偏折角度。
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，包括准直光显示结构和设置在准直光显示结构的出光面上的光指向结构；其中，光指向结构由夹在三个层叠设置的基板之间的两层液晶层组成。在准直光显示结构显示准直光画面时，两层液晶层的液晶分子分别发生偏转形成两层呈阵列排布的多个等效直角棱镜，这两层等效直角棱镜分别作用于准直光中正交分解的两个方向的偏振光，使其定向偏折后直接射向确定的左眼或右眼位置，高效利用了准直光显示结构出射的光束，提高了光能的利用效率，且能达到防窥显示的效果。
附图说明
图1为本发明实施例提供的显示装置在初始状态下的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的显示装置在工作时的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的显示装置中的第一液晶层在工作时的示意图；
图4为本发明实施例提供的显示装置中的第二液晶层在工作时的示意图；
图5为本发明实施例提供的显示装置中的一个等效直角棱镜的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的显示装置的工作示意图；
图7a为本发明实施例提供的显示装置中液晶分子形成一等效直角棱镜的示意图；
图7b为本发明实施例提供的显示装置中形成的一等效直角棱镜的结构示意图。
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。
附图中各层部件的形状和大小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：准直光显示结构100，以及设置于准直光显示结构100的出光面上的光指向结构200；其中，
光指向结构200包括：层叠设置的第一基板210、第二基板220和第三基板230，位于第一基板210和第二基板220之间的第一液晶层240，位于第二基板220和第三基板230之间的第二液晶层250；
如图2所示，在准直光显示结构100显示准直光画面时，第一液晶层240的液晶分子发生偏转形成呈阵列排布的多个用于将准直光中的第一方向偏振光定向偏折后射向确定的左眼位置的等效直角棱镜，第二液晶层250的液晶分子发生偏转形成呈阵列排布的多个用于将准直光中的第二方向偏振光定向偏折后射向确定的右眼位置的等效直角棱镜，第一方向偏振光和第二方向偏振光相互正交。
具体地，由于在本发明实施例提供的上述显示装置中，在准直光显示结构100显示准直光画面时，光指向结构200包含的两层液晶层240和250的液晶分子可以分别发生偏转形成两层呈阵列排布的多个等效直角棱镜，这两层等效直角棱镜分别作用于准直光中正交分解的两个方向的偏振光，使其定向偏折后直接射向确定的左眼或右眼位置，高效利用了准直光显示结构出射的光束，提高了光能的利用效率，且能达到防窥显示的效果。
具体地，在本发明实施例提供的上述显示装置中，为了使第一液晶层240形成的各等效直角棱镜可以控制准直光显示结构100发出的第一方向偏振光射向左眼位置，使第二液晶层250形成的各等效直角棱镜可以控制准直光显示结构100发出的第二方向偏振光射向右眼位置，需要准直光显示结构发出光线为准直光束且具有可正交分解的两个偏振态，例如图1和图2所示的平行纸面和垂直纸面两个方向。
对应地，在本发明实施例提供的上述显示装置中，由于需要第一液晶层240和第二液晶层250形成的这两层等效直角棱镜分别作用于准直光中正交分解的两个方向的偏振光，因此，如图1所示，需要将第一液晶层240和第二液晶层250中的液晶分子的初始配向方向设置为相互垂直，且第一液晶层240和第二液晶层250中的液晶分子的初始配向方向分别组成的面均平行于第一基板210，例如如图1所示的第一液晶层240中的液晶分子的初始配向方向为平行纸面方向，第二液晶层250中的液晶分子的初始配向方向为垂直纸面方向。
基于此，如图3所示，可以控制第一液晶层240中的液晶分子形成只对平行纸面(第一方向)的偏振光起偏折作用的等效直角棱镜，对垂直纸面(第二方向)的偏振光不起偏折作用。对应地，如图4所示，可以控制第二液晶层250中的液晶分子形成只对垂直纸面(第二方向)的偏振光起偏折作用的等效直角棱镜，对平行纸面(第一方向)的偏振光不起偏折作用。如图2所示，当第一液晶层240和第二液晶层250层叠放置时，可分别形成对平行纸面的偏振光和垂直纸面的偏振光其折射作用的等效直角棱镜。并且，通过控制形成的两层等效直角棱镜的坡度角可以控制对应个偏振光射向人的左眼或右眼。例如使平行纸面的偏振光经过第一液晶层240形成的等效直角棱镜偏折后射向左眼位置，使垂直纸面的偏振光经过第二液晶层250形成的等效直角棱镜偏折后射向右眼位置。
在具体实施时，为了保证左右眼观看到图像的精度尽量一致，在本发明实施例提供的上述显示装置中，第一液晶层240的液晶分子发生偏转形成的各等效直角棱镜和第二液晶层250的液晶分子发生偏转形成的各等效直角棱镜需要一一对应，即在第一液晶层240和第二液晶层250中形成的对应的两个等效直角棱镜构成对一束准直光中正交分解的两个方向的偏振光分别作用的一对等效直角棱镜。
并且，为了保证准直光显示结构100中的每个像素发出的准直光中的正交分解的偏振光均能被等效直角棱镜折射至左眼或右眼，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述显示装置中，一般将准直光显示结构100中的一个像素或一个亚像素对应于一对在第一液晶层240和第二液晶层250中形成的等效直角棱镜。值得注意的是，在图2至图4中仅是示出了液晶排列形成一个等效直角棱镜的情况。
在具体实施时，本发明实施例提供的上述显示装置中，为了通过控制形成的两层等效直角棱镜的坡度角来控制对应个偏振光射向人的左眼或右眼，需要对等效直角棱镜的坡度角进行计算，如图5所示，根据折射定律原理，各等效直角棱镜的坡度角满足以下公式：α＝θ2-θ1，nsinθ1＝sinθ2；
其中，θ1为等效直角棱镜的坡度角，α为等效直角棱镜出射的偏振光定向偏折的角度，θ2为等效直角棱镜出射的偏振光与等效直角棱镜的斜边所在平面的法线所呈的夹角，n为等效直角棱镜的折射率。
在实际操作时，根据确定的人眼所在位置可以确定出不同像素出射光即对应的等效直角棱镜到达人的左眼或右眼时具有的不同偏折角度α，之后根据已知的偏折角度α，可以计算出等效直角棱镜的坡度角θ1。这样，如图6所示，准直光显示结构100中的一个像素或一个亚像素对应的一对坡度角不同的等效直角棱镜，可以使该像素或亚像素出射的光线中正交分解的两个偏振方向的光分别射向左眼和右眼，使出射光束被高效的利用，且达到防窥显示的效果。
具体地，在本发明实施例提供的上述显示装置中，可以根据准直光显示结构的尺寸确定建议观看的距离，以及根据人眼平均瞳距的大小，确定出一般观看显示装置时左眼和右眼通常所在位置作为确定的左眼位置和右眼位置，此时每个等效直角棱镜的坡度角无需动态调整。
或者，进一步地，在本发明实施例提供的上述显示装置中，还可以包括：人眼追踪装置，用于实时定位左眼和右眼的眼球位置，分别根据左眼和右眼的眼球位置确定第一方向偏振光和第二方向偏振光的偏折角度。之后可以根据偏折角度的变化适时调整等效直角棱镜的坡度角，以保证在观看者移动的过程中光束始终可以进入左右眼所在位置，从而实现智能化的高光效防偷窥显示装置。
具体地，当偏振光经过液晶层时，不同的液晶偏转状态对应不同的折射率，若液晶长轴方向与光束偏振方向平行，此时光束在液晶盒内的折射率为ne；若液晶长轴方向与光束偏振方向垂直，此时光束在液晶盒内的折射率为no，其中ne＞no。光束在液晶层内还有介于ne和no之间的多种折射率。利用这一特性，可使光束在液晶层中传播时，相邻光束间的光程差与该光束在直角棱镜中传播的光程差相等，从而使液晶层对光束几何方向的调制等效于一个直角棱镜对光束几何方向的调制，利用这一性质，可使得液晶层在性质上等效于多个直角棱镜，并且等效直角棱镜的坡度角可通过液晶驱动电压进行动态调控。
基于此，在本发明实施例提供的上述显示装置中，为了实现调节液晶驱动电压来控制等效直角棱镜的坡度角，如图1和图2所示，光指向结构200还可以包括：设置于第一基板210面向第一液晶层240一侧的第一透明电极层260，设置于第二基板220面向第一液晶层240一侧的第二透明电极层270，设置于第二基板220面向第二液晶层250一侧的第三透明电极层280，以及设置于第三基板230面向第二液晶层250一侧的第四透明电极层290；其中，
第一透明电极层260和第二透明电极层270用于控制第一液晶层240形成对应的等效直角棱镜，因此，第一透明电极层260和第二透明电极层270分别包括与第一液晶层240中形成的各等效直角棱镜对应的面状电极和条状电极；即第一透明电极层260由面状电极组成，对应的，第二透明电极层270由条状电极组成；或者，第一透明电极层260由条状电极组成，对应的，第二透明电极层270由面状电极组成；
第三透明电极层280和第四透明电极层290用于控制第二液晶层250形成对应的等效直角棱镜，因此，第三透明电极层280和第四透明电极层290分别包括与第二液晶层250中形成的各等效直角棱镜对应的面状电极和条状电极；即第三透明电极层280由面状电极组成，对应的，第四透明电极层290由条状电极组成；或者，第三透明电极层280由条状电极组成，对应的，第四透明电极层290由面状电极组成。
在具体实施时，如图7a所示，对应于一个等效直角棱镜的各条状电极会加载不同的电压控制不同区域的液晶分子发生翻转形成一如图7b所示的等效直角棱镜，具体地，可以将等效直角棱镜根据对应的条状电极的个数被等分为厚度不同的多份；在图7b中分成了M份，每份对应的液晶盒光程差满足以下公式：Δnmd＝nhm-hm，h1＝p tanθ1；其中，ΔnMd＝nhM-hM＝0，m＝1，2，……M，Δnmd为第m份处对应的等效直角棱镜的液晶盒光程与第M份处对应的等效直角棱镜的液晶盒光程之差；n为等效直角棱镜的折射率，hm为第m份处对应的等效直角棱镜的厚度，h1为最厚处对应的等效直角棱镜的厚度；d为液晶盒厚，θ1为等效直角棱镜的坡度角，p为等效直角棱镜在等份方向的宽度。
具体地，在根据已知的偏折角度α，计算出等效直角棱镜的坡度角θ1后，可以计算出该等效直角棱镜的最大厚度h1，以及与各条状电极对应的每份等效直角棱镜的厚度，之后，可以计算出各份等效直角棱镜对应的液晶盒光程差，通过该光程差可以确定条状电极的电压值。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述显示装置中，用于提供准直光束的准直光显示结构100的实现方式有多种。例如，准直光显示结构100可以具体包括：准直背光源，以及设置于准直背光源出光侧的液晶显示面板；准直背光源出射的准直光垂直于液晶显示面板的所在平面入射。液晶显示面板可以调节出光亮度，具有显示功能，但不改变光线的传播方向，即从液晶显示面板出射的光仍为准直光。值得注意的是，液晶显示面板出光侧的偏光片的光透过轴方向与第一液晶层和第二液晶层中的液晶分子的初始取向方向应不相同。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述显示装置中，用于提供准直光束的准直光显示结构100的另一种实现方式为准直光显示结构100可以具体包括：平面显示面板，以及设置于平面显示面板出光侧的准直结构，准直结构出射的准直光垂直于平面显示面板的所在平面。准直结构可以将平面显示面板发出的光线准直化。并且，平面显示面板具体可以为电致发光显示面板、等离子显示面板或电子纸中的任意一种，在此不做限定。当然，平面显示面板也可以采用液晶显示面板和背光模组组合的方式，在此不做限定。
具体地，本发明实施例提供的上述显示装置可以为：手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件，在此不做限定
本发明实施例提供的上述显示装置，包括准直光显示结构和设置在准直光显示结构的出光面上的光指向结构；其中，光指向结构由加载三个层叠设置的基板之间的两层液晶层组成。在准直光显示结构显示准直光画面时，两层液晶层的液晶分子分别发生偏转形成两层呈阵列排布的多个等效直角棱镜，这两层等效直角棱镜分别作用于准直光中正交分解的两个方向的偏振光，使其定向偏折后直接射向确定的左眼或右眼位置，高效利用准直光显示结构出射的光束，提高了光能的利用效率，且能达到防窥显示的效果。
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：准直光显示结构，以及设置于所述准直光显示结构的出光面上的光指向结构；其中，
所述光指向结构包括：层叠设置的第一基板、第二基板和第三基板，位于所述第一基板和所述第二基板之间的第一液晶层，位于所述第二基板和所述第三基板之间的第二液晶层；
在所述准直光显示结构显示准直光画面时，所述第一液晶层的液晶分子发生偏转形成呈阵列排布的多个用于将所述准直光中的第一方向偏振光定向偏折后射向确定的左眼位置的等效直角棱镜，所述第二液晶层的液晶分子发生偏转形成呈阵列排布的多个用于将所述准直光中的第二方向偏振光定向偏折后射向确定的右眼位置的等效直角棱镜，所述第一方向偏振光和第二方向偏振光相互正交。
2.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述第一液晶层和所述第二液晶层中的液晶分子的初始配向方向相互垂直，且所述第一液晶层和所述第二液晶层中的液晶分子的初始配向方向分别组成的面均平行于所述第一基板。
3.如权利要求2所述的显示装置，其特征在于，所述第一液晶层的液晶分子发生偏转形成的各所述等效直角棱镜和所述第二液晶层的液晶分子发生偏转形成的各所述等效直角棱镜一一对应。
4.如权利要求3所述的显示装置，其特征在于，所述准直光显示结构中的一个像素或一个亚像素对应于一对在所述第一液晶层和所述第二液晶层中形成的所述等效直角棱镜。
5.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，各所述等效直角棱镜的坡度角满足以下公式：α＝θ2-θ1，n sinθ1＝sinθ2；
其中，θ1为所述等效直角棱镜的坡度角，α为所述等效直角棱镜出射的偏振光定向偏折的角度，θ2为所述等效直角棱镜出射的偏振光与所述等效直角棱镜的斜边所在平面的法线所呈的夹角，n为所述等效直角棱镜的折射率。
6.如权利要求5所述的显示装置，其特征在于，所述光指向结构，还包括：设置于所述第一基板面向所述第一液晶层一侧的第一透明电极层，设置于所述第二基板面向所述第一液晶层一侧的第二透明电极层，设置于所述第二基板面向所述第二液晶层一侧的第三透明电极层，以及设置于所述第三基板面向所述第二液晶层一侧的第四透明电极层；其中，
所述第一透明电极层和所述第二透明电极层分别包括与所述第一液晶层中形成的各所述等效直角棱镜对应的面状电极和条状电极；
所述第三透明电极层和所述第四透明电极层分别包括与所述第二液晶层中形成的各所述等效直角棱镜对应的面状电极和条状电极。
7.如权利要求6所述的显示装置，其特征在于，各所述等效直角棱镜根据对应的所述条状电极的个数被等分为厚度不同的多份；每份对应的液晶盒光程差满足以下公式：Δnmd＝nhm-hm，h1＝p tanθ1；
其中，m＝1，2，……M，Δnmd为第m份处对应的等效直角棱镜的液晶盒光程与第M份处对应的等效直角棱镜的液晶盒光程之差；n为所述等效直角棱镜的折射率，hm为第m份处对应的等效直角棱镜的厚度，h1为最厚处对应的等效直角棱镜的厚度；d为液晶盒厚，θ1为所述等效直角棱镜的坡度角，p为所述等效直角棱镜在等份方向的宽度。
8.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述准直光显示结构，包括：准直背光源，以及设置于所述准直背光源出光侧的液晶显示面板；所述准直背光源出射的准直光垂直于所述液晶显示面板的所在平面入射。
9.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述准直光显示结构，包括：平面显示面板，以及设置于所述平面显示面板出光侧的准直结构；所述准直结构出射的准直光垂直于所述平面显示面板的所在平面。
10.如权利要求1-9任一项所述的显示装置，其特征在于，还包括：人眼追踪装置，用于实时定位左眼和右眼的眼球位置，分别根据所述左眼和右眼的眼球位置确定所述第一方向偏振光和所述第二方向偏振光的偏折角度。
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