CN108717243A - 显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种显示装置，显示装置包括：光源、光耦合单元、取光单元、聚光单元、像素单元以及第一遮光单元，光耦合单元适于对光源发出的光线以全反射形式传导，取光单元位于光耦合单元的出光侧，取光单元适于取出射入光耦合单元的光线并对光线进行准直，聚光单元位于取光单元的出光侧，聚光单元夹在像素单元和取光单元之间，像素单元包括控制电极和液晶层，取光单元、聚光单元、像素单元夹在光耦合单元和第一遮光单元之间。由此，不仅第一遮光单元的覆盖面积可以设置的更小，提高了光利用率，而且通过控制像素单元以控制出光量，从而无需设置偏光片就能实现可调灰阶显示，在降低了显示装置的生产成本的同时，使显示装置具有高光效高透明度。

Description

显示装置

技术领域

本发明涉及显示装置技术领域，具体而言，涉及一种显示装置。

背景技术

相关技术中，液晶显示器是目前大规模使用的显示器件，其具有色域高，轻薄化，响应时间快等一系列的优点，在理论研究以及实际工艺方面都有着成熟的技术，基于现有液晶显示器件结构与性质，开发更多的应用模式，例如3D显示、双视显示、防窥显示、透明显示、VR/AR显示等等。

上述多种显示模式的显示基本原理均为上下偏振片加液晶盒结构，通过液晶对光线偏振状态的调制，实现显示。因此上下偏振片是现有显示的必要组成部分。然而偏振片一方面增加了成本，另一方面在透明显示时会影响环境光的透过率，因此开发无偏振片的透明显示器件具有透过率高的属性，成为行业需求。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。为此，本发明提出一种显示装置，所述显示装置的生产成本低、光效高、透明度高。

本发明还提出了一种具有上述显示装置的显示装置。

根据本发明实施例的显示装置包括：光源、光耦合单元、取光单元、聚光单元、像素单元以及第一遮光单元，所述光耦合单元适于对光源发出的光线以全反射形式传导，所述取光单元位于所述光耦合单元的出光侧，所述取光单元适于取出射入所述光耦合单元的光线并对光线进行准直，所述聚光单元位于所述取光单元的出光侧，所述聚光单元夹在所述像素单元和所述取光单元之间，所述像素单元包括控制电极和液晶层，所述取光单元、所述聚光单元、所述像素单元夹在所述光耦合单元和所述第一遮光单元之间。

根据本发明实施例的显示装置，不仅通过设置聚光单元，使第一遮光单元的覆盖面积可以设置的更小，提高了光利用率，而且可以通过控制像素单元以控制出光量，从而无需设置偏光片就能实现显示装置的可调灰阶显示，在降低了显示装置的生产成本的同时，使显示装置具有高光效高透明度。

根据本发明的一些实施例，所述取光单元、所述聚光单元、所述第一遮光单元在所述光耦合单元的出光面上的正投影的几何中心重合。

根据本发明的一些实施例，所述聚光单元被配置为：在所述液晶层内的液晶分子的长轴与所述光耦合单元的出光面平行时，将所述取光单元取出的光线大致聚焦在所述第一遮光单元。进一步地，所述聚光单元被配置为：在所述液晶层内的液晶分子的长轴与所述光耦合单元的出光面垂直时，将振动方向平行于所述光耦合单元的出光面的光线大致聚焦在所述第一遮光单元，将振动方向垂直于所述光耦合单元的出光面的光线聚焦在所述液晶层内。

可选地，所述聚光单元为柱状光栅、几何柱透镜、全息柱透镜中的任一种。

在一些实施例中，所述聚光单元为菲涅尔波带柱状光栅且为多台阶光栅结构。

进一步地，所述菲涅尔波带柱状光栅的折射率为1.5-2.0，台阶数为4-16。

根据本发明的一些实施例，所述显示装置还包括平坦层，所述平坦层与所述取光单元同层设置，所述平坦层还设有支撑体。

进一步地，所述光耦合单元包括导光板，所述光源包括发光件和光学部件，所述发光件发射的光线经由所述光学部件的自由反射层入射至所述导光板中，并由所述取光单元出射，所述光源位于所述导光板侧部。

在一些实施例中，所述显示装置还包括依次远离所述像素单元设置的彩膜层、基板层以及扩散层，所述第一遮光单元嵌设在所述彩膜层内，所述显示装置还包括第二遮光单元，所述第二遮光单元与所述第一遮光单元同层设置，并位于相邻的所述像素单元之间。

根据本发明的一些实施例，所述取光单元为取光光栅，所述取光光栅为倾斜光栅。

进一步地，所述取光光栅的倾角为14°-34°，所述取光光栅的周期为300nm-400nm。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的显示装置的示意图(部分区域为暗态，另一部分区域为亮态)；

图2是根据本发明实施例的显示装置的聚光单元的示意图；

图3是根据本发明实施例的显示装置上处于暗态下的聚光单元以及液晶层的工作原理示意图；

图4是根据本发明实施例的显示装置上处于亮态下的聚光单元以及液晶层的工作原理示意图；

图5是根据本发明实施例的显示装置的取光单元的机构原理示意图。

附图标记：

显示装置100，

光源1，发光件11，自由曲面反射层12，光耦合单元2，导光板21，

取光单元3，取光口31，聚光单元4，像素单元5，控制电极51，液晶层52，液晶分子521，第一遮光单元6a，第二遮光单元6b，平坦层7，彩膜层8，基板层9，扩散层10，支撑体a。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考图1至图5描述根据本发明实施例的显示装置100。

如图1所示，根据本发明实施例的显示装置100包括：光源1、光耦合单元2、取光单元3、聚光单元4、像素单元5以及第一遮光单元6a。

其中，光耦合单元2设置在显示装置100的一侧边沿上，光源1与光耦合单元2相对设置，以为光耦合单元2提供光线，光耦合单元2适于对光源1发出的光线以全反射方式传导，取光单元3位于光耦合单元2的出光侧，取光单元3适于取出射入光耦合单元2的光线并对光线进行准直(即以0°准直衍射的方式取出光线)。

聚光单元4位于取光单元3的出光侧，聚光单元4夹在像素单元5和取光单元3之间，像素单元5包括控制电极51和液晶层52，具体地，每一像素单元5对应一取光单元3，每一个像素单元5可以将对应的取光单元3中出射的光线进行折射，取光单元3、聚光单元4、像素单元5夹在光耦合单元2和第一遮光单元6a之间，从而可以通过上述像素单元5与聚光单元4共同作用以将光线折射到第一遮光单元6a上，或者经由第一遮光单元6a的空隙射出显示装置100，且第一遮光单元6a相较已有技术中的显示装置100的遮光单元在像素单元5上方罩盖像素单元5的尺寸更小。

根据本发明实施例的显示装置100，不仅通过设置聚光单元4，使第一遮光单元6a的覆盖面积可以设置的更小，提高了光利用率，而且可以通过控制像素单元5以控制出光量，从而无需设置偏光片就能实现显示装置100的可调灰阶显示，在降低了显示装置100的生产成本的同时，使显示装置100具有高光效高透明度。

进一步地，显示装置100可以是透明式显示装置，进而透明式显示装置由于其不采用偏光片、同时第一遮光单元6a的覆盖面积更小，使得显示装置100的透明性更好，透明度更高。

显示装置100的工作原理如下：

光源1所产生的光线，在光耦合单元2中进行多次全反射，并在全反射过程中被取光单元3以0°准直衍射取出，同时，控制电极51被加载驱动电压，并驱动液晶层52内的液晶分子521发生偏转，以通过改变液晶分子521的有效折射率，使被取光单元3取出的光线经液晶层52与聚光单元4聚集后的等效焦距被实时调整。

进一步地，像素单元5在工作时，具有两种状态；

在亮态时，液晶分子521的角度为附图1中的竖直状态，聚光单元4中的准直光线射出后可以在液晶分子521的折射下由第一遮光单元6a之间的缝隙中射出，以实现亮态出光。在暗态时，液晶分子521的角度如附图1中的水平状态，聚光单元4中的准直光线射出后可以在液晶分子521的折射下，投射到面积较小的第一遮光单元6a所覆盖的区域内，以实现暗态效果。从而，满足像素单元5在暗态以及在亮态下的光线折射要求。

可以理解的是，第一遮光单元6a的覆盖面积越小，对应地在像素单元5处于亮态时，被第一遮光单元6a遮挡，导致无法折射到第一遮光单元6a之间的间隙内的准直光线更少，进而使显示装置100的光利用率更高。也就是说，第一遮光单元6a的覆盖面积越小，对应的显示装置100的光利用率越高。第一遮光单元6a的覆盖面积是指第一遮光单元6a在像素单元5上的投影遮挡像素单元5的面积。

根据本发明的一些实施例，取光单元3、聚光单元4、第一遮光单元6a在光耦合单元2的出光面上的正投影的几何中心重合。也就是说，每一组对应的取光单元3、聚光单元4、第一遮光单元6a均设置在像素单元5的一侧，且对应的取光单元3、聚光单元4以及第一遮光单元6a同轴设置，以接收经由像素单元5出射的光线，这样，通过每一组对应的取光单元3、聚光单元4、第一遮光单元6a以及像素单元5，可以实现显示装置100的像素单元5所覆盖的区域的亮态与暗态的调节，进而每一个像素单元5所覆盖的区域之间的亮态以及暗态的切换可以实现显示装置100的灰阶显示。

在图3所示的具体的实施例中，聚光单元4被配置为：在液晶层52内的液晶分子521的长轴与光耦合单元2的出光面平行时，将取光单元3取出的光线大致聚焦在第一遮光单元6a。

也就是说，聚光单元4可以将取光单元3取出的光线聚焦在像素单元5之内且相较于聚光单元4的聚焦点距离第一遮光单元6a更近，以防止光线射出显示装置100。

具体而言，此时与出光面平行的液晶分子521对应的像素单元5处于暗态，液晶分子521对振动方向垂直于显示装置100的光线的折射率为neff_1＝n0(即图3中虚线所示意的光线)、对振动方向平行于显示装置100的光线折射率为(即图3中实线所示意的光线)，其中θ为光线传输方向与液晶分子521的长轴的夹角、n⊥为液晶分子521的短轴折射率，n‖为液晶分子521的长轴折射率。此时neff_2数值比较小，接近于no，也就是说，液晶分子521对这两种形式的光线的进行衍射时，两种光线的等效焦距位置相距较近，其等效焦距为：f_neff＝1/n_eff·f，其中f为聚光单元4在空气中的焦距。

这样，只需要使第一遮光单元6a的遮盖面积至少涵盖上述两种光线的等效焦距，就可以使像素单元5具有较好的暗态效果，使第一遮光单元6a的尺寸更小，以有效地降低显示装置100的生产成本。

此外，振动方向平行于显示装置100的光线以及振动方向垂直于显示装置100的光线都会衍射到第一遮光单元6a上或者衍射到第一遮光单元6a所罩盖的区域内，以使光线完全汇聚到第一遮光单元6a所覆盖的区域，从而降低像素单元5处于暗态时，显示装置100上的对应该像素单元5的区域出现的漏光，以提高显示装置100的工作稳定性。

需要说明的是，当像素单元5处于暗态时，其对应的液晶分子521平行于出光面，当像素单元5处于亮态时，其对应的液晶分子521垂直于出光面，液晶分子52处于平行于出光面与垂直于出光面之间的任意角度时，我们将之称之为中间态。振动方向垂直于显示装置100的光线以及振动方向平行于显示装置100的光线的偏振态为显示装置100内部光线的两个极限偏振态，与显示装置100成一定角度的光线的偏振态均落入到上述两个极限偏振态之间。

进一步地，聚光单元4被配置为：在像素单元5的有效折射率最小时，将取光单元3取出的光线聚焦在第一遮光单元6a内。这样，在像素单元5处于暗态时，大多数经过取光单元3以0°准直衍射取出的光线，都可以在聚光单元4的作用下汇聚到第一遮光单元6a所遮盖的区域内，以在不降低光利用率的前提下，防止显示装置100的局部漏光，以提高显示装置100的显示效果。

在图4所示的具体的实施例中，聚光单元4被配置为：在液晶层52内的液晶分子521的长轴与光耦合单元2的出光面垂直时，将振动方向平行于光耦合单元2的光线大致聚焦在第一遮光单元6a，将振动方向垂直于光耦合单元2的出光面的光线聚焦在液晶层52内。

具体而言，此时，与出光面垂直的液晶分子521对应的液晶单元5处于亮态，液晶分子521对振动方向垂直于显示装置100的光线(图4中虚线所示意的光线)折射率为no，与暗态时聚光单元4的等效焦距相同，这部分光线被遮光单元6遮挡(即对于振动方向垂直于显示装置100的光线，等效焦点位置一直位于第一遮光单元6a所遮盖的区域内)。

液晶分子521对于振动方向平行于显示装置100的光线折射率为neff，其计算公式为：其中θ为光线传输方向与液晶分子521长轴的夹角，这一部分光线的等效焦点位置落在第一遮光单元6a的间隙上，可以在液晶层52的衍射下射出显示装置100，以实现亮态出光。

这样，通过大部分的振动方向平行于显示装置100的光线穿过第一遮光单元6a之间的间隙射出，可以提高显示装置100的光效以及显示效果，通过第一遮光单元6a总是遮挡振动方向垂直于显示装置100的光线，可以减少振动方向垂直于显示装置100的光线对显示装置100的显示效果的影响，以进一步地提高显示效果，并使显示装置100所发出的光亮更加柔和、不刺眼，以提高显示装置100的使用体验。

可以理解的是，像素单元5处于亮态时，聚光单元4的等效焦点距离第一遮光单元6a的距离越大，对应地经由多个第一遮光单元6a之间的间隔区域衍射出显示装置100的光线越多，从而可以控制显示装置100出射的光线所形成的光斑的比例大小。

进一步地，显示装置100进行灰阶显示时，可以通过控制电极51，使液晶分子521处于垂直于出光面与平行于出光面之间的任意角度停留，以使光线可以在液晶分子521的作用下射出显示装置100，以实现显示装置100在中间态时的画面显示。

可选地，聚光单元4为柱状光栅、几何柱透镜、全息柱透镜中的任一种。也就是说，可以与液晶分子521共同作用，在暗态时，使光线的等效焦距落在第一遮光单元6a内，在亮态以及中间态时使光线可以由第一遮光单元6a之间的间隙射出显示装置100的聚光单元4的结构形式都是本发明可选地实施例，在这里不做具体限定，且包括上述三种透镜，但不限于上述三种透镜。

如图2所示，聚光单元4为菲涅尔波带柱状光栅且为多台阶光栅结构，菲涅尔波带柱状光栅的折射率为1.5-2.0，台阶数为4-16。

具体地，聚光单元4可以是菲涅尔波带柱状光栅，且采用多台阶的光栅结构，以将经由取光单元3进入到聚光单元4内的光线，在聚光单元4的作用下汇聚。

此外，菲涅尔波带柱状光栅一般为二元光栅结构，且多台阶光栅结构的菲涅尔波带柱状光栅的衍射效率与台阶数目正相关。优选地，多台阶光栅结构的菲涅尔波带柱状光栅的台阶数目为8个，从而8阶的菲涅尔波带柱状光栅的衍射效率可以达到95％，其衍射效率较高，可以进一步地提高显示装置100的光利用率。

需要说明的是，菲涅尔波带柱状光栅的尺寸大小等于或者略大于取光单元3的取光口311的尺寸大小，而菲涅尔波带柱状光栅与远离其设置的控制电极51的距离略大于菲涅尔波带柱状光栅的焦距即可。

在图1所示的具体地实施例中，显示装置100还包括平坦层7，平坦层7与取光单元3同层设置，平坦层7还设有支撑体a。

具体地，每一个取光单元3的取光口31对应设置有一个聚光单元4，每一个聚光单元4的正上方设置有与之对应的像素单元5，从而上述三者组成为显示装置100的一部分，进而多个间隔设置的像素单元5以及与之对应设置的聚光单元4、取光单元3共同组成显示装置100的成像部分，且多个取光单元3的间隔设置，在取光单元3的间隔区域填充有平坦层7，并在平坦层7的上方设置支撑体a。

这样，不仅将取光单元3设置在平坦层7内，可以避免取光单元3相对像素单元5晃动，以使取光单元3与像素单元5的相对位置更加稳定，从而提高显示装置100的工作稳定性，而且通过支撑体a在像素单元5与平坦层7之间支撑像素单元5，使平坦层7以及嵌设在平坦层7内的取光单元3对像素单元5的支撑效果更好，显示装置100的结构强度更高，从而避免显示装置100出现局部塌陷，以使显示装置100具有更好的成像效果以及更长的使用寿命。

进一步地，光耦合单元2包括导光板21，光源1包括发光件11和光学部件，发光件11发射的光线经由光学部件的自由反射层12入射至导光板21中，并由取光单元3出射，光源1位于导光板21的侧部。

具体而言，光学部件为贴合在导光板21的侧面且至少部分与光源1相对设置的自由曲面反射层12，从而在光源1发出朗伯体光线照射到自由曲面反射层12上，并经过自由曲面反射层12反射后在导光板21内多次全反射，从而完成对光线的准直。

这样，不仅可以将光源1设置在显示装置100的侧面，使本发明实施例的显示装置100可以形成为透明显示的显示装置100并适用于AR(一种在显示装置100上将虚拟成像与现实世界进行互动的技术)显示，而且可以提高光线的准直程度，以使进入到取光单元3的光线有一部分完成准直，进而提高取光单元3的准直效果。

优选地，自由曲面反射层12的反射面可以设置成球面或者抛物面，并使自由曲面的横向轴线与水平方向呈一定夹角θ，θ≤50°，以使经由光源1射入的光线可以成一定角度的射入导光板21内，且出射角度≤10°，并使导光板21与自由曲面反射层12的相对位置更加合理。这样。不仅可使光耦合单元2的光效达到最大化，而且可以保证导光板21与取光单元3之间的取光口31的取光更加均匀。

在图1所示的具体的实施例中，显示装置100还包括依次远离像素单元5设置的彩膜层8、基板层9以及扩散层10，第一遮光单元6a嵌设在彩膜层8内，显示装置100还包括第二遮光单元6b，第二遮光单元6b与第一遮光单元6a同层设置，并未相邻的像素单元5之间。

具体而言，彩膜层8用于实现显示装置100的彩色成像、基板层9上集成有开关阵列，其可以实时控制液晶层52的电压，以控制显示装置100的成像，扩散层10用于将光线散射，以使显示装置100的成像更加柔和，进而将第一遮光单元6a和第二遮光单元6b均嵌设在彩膜层8内，并使第一遮光单元6a以及第二遮光单元6b中至少一个与聚光单元4相对。这样，使显示装置100上各个部件的布置更加合理，以使显示装置100的结构更加紧凑，进而使显示装置100的厚度更低，使显示装置100满足轻薄化设计思想。

如图5所示，取光单元3为取光光栅，取光光栅为倾斜光栅。具体而言，取光单元3可以将导光板21内全反射传递的光线准直，并将导光板21内全反射传输的光线以0°衍射取出，进而为了提高取光单元3的光效，可以将取光光栅设计成倾斜光栅，以使取光光栅具有更高的光效。

为了便于理解倾斜光栅具有更好的光利用效率，下面以经由导光板21输入到取光光栅内的光线的入射角为65°、波长为532nm的具体实施例进行详细描述。

参见图5，其中光线入射角度为65°，平坦层7与导光板21相对设置，取光单元3为倾斜光栅，为使倾斜光栅的出光效率达到最高值，倾斜光栅参数应满足下表：

倾斜光栅参数表格

周期P	391nm
		占空比	50％
槽深Z	391nm
		倾角α	24°

参照上图可知，在倾斜光栅参照上述参数进行设计时，倾斜光栅所产生的拉格共振效果更好，出光效率更高，且可以达到90％。

需要说明的是，倾斜光栅的衍射出光高于普通光栅，且其采用多台阶结构加工工艺简单，加工方便。当然，本发明不限于此，在另一些实施例中，取光单元3采用普通光栅。

如上表所示，取光光栅的优选倾角为24°，优选周期为391nm，但实际生产过程中，使取光光栅的倾角满足14°-34°的角度范围，使取光光栅的周期为满足300nm-400nm的周期范围，就可以使取光光栅满足使用要求。

下面参照图1对本发明实施例的显示装置100进行详细的描述。

如图1所示，显示装置100包括：光源1、光耦合单元2、取光单元3、聚光单元4、像素单元5、第一遮光单元6a、第二遮光单元6b、彩膜层8、基板层9以及扩散层10。其中，光耦合单元2由导光板21、自由曲面反射层12组成，像素单元5有控制电极51以及液晶层52。

具体而言，光源1布置在显示装置100的一侧，用于提供朗伯体光线，其可以是能够提供单色光源的LED(发光二极管)或者MircoLED(微型发光二极管)；自由曲面反射层12，与光源1至少部分相对，以将光源1发出的朗伯体光线以某一角度耦合进入导光板21内全反射传输。

导光板21，自由曲面反射层12贴合在导光板21上，且导光板21包括与取光单元3相对的一部分以及伸出显示装置100以用来设置自由曲面反射层12的一部分，自由曲面反射层12可以为常见透明的材料，可以为ITO(铟锡氧化物半导体透明导电膜)或者Si3N4(氮化硅)等材料，厚度为50μm-1mm，但不限于此。本发明的一个具体的实施例中，自由曲面反射层12的折射率为1.5-2.0。

取光单元3，其可以形成为取光光栅并与导光板21相对，且邻近导光板21的一侧上间隔设置有多个取光口31，取光光栅为纳米光栅结构，用以将在导光板21内全反射传输的光线衍射到聚光单元4上，可以将导光板21传递的光线以0度准直衍射方式传递给聚光单元4，以为显示装置100提供背光。这里，为了提高取光单元3的出光效率，取光光栅的材料选用折射率大于偏光片的折射率的透明介质。取光光栅可以为倾斜光栅结构，简单二台阶光栅结构或者多台阶光栅结构中的任一种。

多个取光单元3间隔分布，且取光单元3的间隔区域上设置有平坦层7。

进一步地，在取光单元3与导光板21之间还设置有低折射层，其采用折射率较低的低折射材料加工而成，可以实现取光光栅的平整布置，厚度大于等于1μm，可以使导光板21内的全反射角更加合理。

在取光单元3正上方与其相对设置有聚光单元4以及支撑体a，支撑体a设置在显示装置100的两端，聚光单元4与取光单元3的取光口31相对，且横向的长度大于取光口31的横向长度，聚光单元4的个数为多个，多个聚光单元4间隔设置。

其中，聚光单元4为菲涅尔波带柱状光栅，采用透明介质材料加工而成，其折射率为1.5-2.0，形成为多台阶光栅结构，台阶数目为8台阶，光能利用率为95％左右。其作用是将取光口31射出的准直光线可以在等效焦点位置处汇聚，以降低第一遮光单元6a的尺寸，并可以实现将对液晶层52不起作用的偏振光线总是汇聚在第一遮光单元6a或者第二遮光单元6b所遮挡的区域内以达到降低显示装置100暗态漏光的目的。

当然，本发明中的聚光单元4的结构形式不限于此，在另一些实施例中，聚光单元4几何柱透镜镜、全息柱透镜等。

像素单元5在平坦层7的上方与其相对设置或嵌设在平坦层7内，像素单元5包括相对设置的控制电极51以及位于相对设置的控制电极51之间的液晶层52。其中，液晶层52可以为向列相液晶分子521组成的或者其他布置形式的液晶分子521组成的，在长轴垂直于出光面或者长轴平行于出光面时，液晶分子521的折射率相差较大，控制电极51为双层结构，分别为位于上方的第一控制电极以及位于下方的第二控制电极，形成为平板结构，可以调整液晶分子521相对控制电极51的角度，以使液晶分子521的折射率发生变化，进而调节聚光光栅与液晶层52之间的等效焦距。

像素单元5的上方设置有彩膜层8以及嵌设在彩膜层8内的第一遮光单元6a、第二遮光单元6b。其中，彩膜层8为QDCF(环保型无铬量子点材料彩膜)层，用于对液晶层52衍射出的光线进行处理，以激发RGB三色量子点，从而实现显示装置100的彩色显示。

第一遮光单元6a以及第二遮光单元6b为BM(Black Matrix)层，其形成为黑色矩阵形式，并在多个彩膜层8之间间隔设置，以起遮光作用，从而在显示装置100处于暗态时，遮挡由菲涅尔波带柱状光栅(聚光单元4)所汇聚的光线。

需要说明的是，BM层的高度位置应位于菲涅尔波带光栅在液晶层52等效折射率为n0(最小折射率时)时的等效焦点位置处；显示装置100灰阶显示时，可以通过调节控制电极51的电压，调节菲涅尔波带光栅的等效焦距，进而在与BM层等高度的出光位置处(即多个遮光单元之间的间隙区域)，射出的光线所形成的光斑的尺寸可调节即BM层尺寸与光斑尺寸的比值可调节(即BM层尺寸与光斑尺寸的比值可调节)，也就是说，出光量可通过控制电极51的电压调节，实现显示装置100的灰阶显示。

可以理解的是，BM层的作用是遮挡菲涅尔波带光栅出射的光线，因为由取光单元3出射的光线为近准直光束，因此，BM层的尺寸可以做到很小。以使显示装置100的透光度更好，透明度更高。

彩膜层8上方还设置有基板层9，基板层9可以为TFT(Thin Film Transistor)基板，一种集成有TFT开关阵列的基板，可以控制TFT开关的关闭以对控制电极51的电压进行精准控制。

扩散层10，位于显示装置100的最上方，其可以使显示装置100发出的光以漫散射的形式传递，以使显示装置100的成像更加柔和。

综上，根据本发明实施例的显示装置100，不仅通过取光光栅取代已有的液晶光栅，聚光光栅取代已有的偏光片，使显示装置100的结构更加简单、厚度更低、生成成本更低，而且利用液晶层52调节菲涅尔波导光栅的等效焦距位置以使第一遮光单元6a可以设置的更小，使显示装置100的透光度以及光效更高，从而使显示装置100的成像效果更好，并防止显示装置100出现局部漏光。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (12)

1.一种显示装置，其特征在于，包括：

光源；

光耦合单元，所述光耦合单元适于对光源发出的光线以全反射形式传导；

取光单元，所述取光单元位于所述光耦合单元的出光侧，所述取光单元适于取出射入所述光耦合单元的光线并对光线进行准直；

聚光单元，所述聚光单元位于所述取光单元的出光侧；

像素单元，所述聚光单元夹在所述像素单元和所述取光单元之间，所述像素单元包括控制电极和液晶层；以及

第一遮光单元，所述取光单元、所述聚光单元、所述像素单元夹在所述光耦合单元和所述第一遮光单元之间。

2.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述取光单元、所述聚光单元、所述第一遮光单元在所述光耦合单元的出光面上的正投影的几何中心重合。

3.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述聚光单元被配置为：在所述液晶层内的液晶分子的长轴与所述光耦合单元的出光面平行时，将所述取光单元取出的光线大致聚焦在所述第一遮光单元。

4.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述聚光单元被配置为：在所述液晶层内的液晶分子的长轴与所述光耦合单元的出光面垂直时，将振动方向平行于所述光耦合单元的出光面的光线大致聚焦在所述第一遮光单元，将振动方向垂直于所述光耦合单元的出光面的光线聚焦在所述液晶层内。

5.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述聚光单元为柱状光栅、几何柱透镜、全息柱透镜中的任一种。

6.根据权利要求5所述的显示装置，其特征在于，所述聚光单元为菲涅尔波带柱状光栅且为多台阶光栅结构。

7.根据权利要求6所述的显示装置，其特征在于，所述菲涅尔波带柱状光栅的折射率为1.5-2.0，台阶数为4-16。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的显示装置，其特征在于，还包括平坦层，所述平坦层与所述取光单元同层设置，所述平坦层内还设有支撑体。

9.根据权利要求8所述的显示装置，其特征在于，所述光耦合单元包括导光板，所述光源包括发光件和光学部件，所述发光件发射的光线经由所述光学部件的自由曲面反射层入射至所述导光板中，并由所述取光单元出射，所述光源位于所述导光板侧部。

10.根据权利要求1-7中任一项所述的显示装置，其特征在于，还包括依次远离所述像素单元设置的彩膜层、基板层以及扩散层，所述第一遮光单元嵌设在所述彩膜层内；

还包括第二遮光单元，所述第二遮光单元与所述第一遮光单元同层设置，并位于相邻的所述像素单元之间。

11.根据权利要求1-7中任一项所述的显示装置，其特征在于，所述取光单元为取光光栅，所述取光光栅为倾斜光栅。

12.根据权利要求11所述的显示装置，其特征在于，所述取光光栅的倾角为14°-34°，所述取光光栅的周期为300nm-400nm。