CN109946868B - 光线方向控制装置及显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光线方向控制装置及显示装置。所述光线方向控制装置包括：多个格栅元件，所述多个格栅元件根据施加的电压在透明状态和光吸收状态之间切换；以及多个聚合物分散液晶部，所述多个聚合物分散液晶部分别沿着基板的主表面设置在所述多个格栅元件之间。聚合物分散液晶部分别包括固体聚合物树脂部和分散在固体聚合物树脂部中的液晶滴。聚合物分散液晶部分别通过根据施加的电压来改变入射光的散射程度改变出射光的散射程度。

Description

光线方向控制装置及显示装置
技术领域
本发明涉及一种光线方向控制装置及显示装置。
背景技术
随着显示设备的更小、更轻和更高清晰度以及使得用户能够从任何地方连接到信息的无线网络的普及，已经可以通过智能手机、平板电脑或便携计算机来处理各种类型的信息而无论时间和地点如何。然而，尽管能够从任何地方处理各种类型的信息使得人们的生活更加方便，但是在诸如餐馆、公园或火车和公共汽车等用户被许多其他人包围的地方访问信息会产生信息泄露的风险。
为了解决这个问题，已经使用了视角控制膜。视角控制膜被配置为吸收朝向对角线方向输出的光，使得可以仅从正面观看屏幕，从而降低信息泄露的风险。然而，当使用该膜时，视角被固定为窄视角，并因此，为了执行显示器需要具有宽视角的另一任务，需要物理地移除视角控制膜。
与具有需要物理移除的具有固定视角的格栅(louver)相反，已经开发了通过电控制在宽视角模式和窄视角模式之间切换的装置。例如，日本专利申请公开公报No.2013-50740公开了一种结构，在该结构中，堆叠具有固定视角的格栅和能够在光散射状态和透明状态之间进行电力地切换的元件(例如，PDLC(聚合物分散液晶))。
日本专利申请公开公报No.2016-62092公开了一种包括电泳元件的有源格栅(active louver)。通过改变电泳元件的驱动电压，有源格栅在光吸收状态与透明状态之间切换。这使得显示设备可以在窄视角模式和宽视角模式之间切换。日本专利申请公开公报No.2007-206373公开了一种使用PDLC的有源格栅。通过在PDLC的光散射状态和透明状态之间切换，显示装置可以在窄视角模式和宽视角模式之间切换。
日本专利申请公开公报No.2013-50740中公开的技术是在宽视角模式下利用格栅吸收从背光源发射的光的一部分，然后使用另一光学元件使剩余的光散射。这使得宽视角模式的光利用效率恶化。而且，正面方向上的亮度在宽视角模式和窄视角模式之间不同。
在日本专利申请公开公报No.2016-62092中公开的技术中，宽视角模式的视角由来自背光源的光确定。利用这种结构，不可能实现比由来自背光源的光的扩散角确定的视角更宽的视角。如果使来自背光源的光的扩散角变大，则在窄视角模式下被有源格栅吸收的光量增加，这降低了光利用效率并产生更多热。
在日本专利申请公开公报No.2007-206373中公开的装置中，可以使视角小于或大于由来自背光源的光的扩散角确定的视角。然而，在一个装置中，与由背光的扩散角确定的视角相比，不可能在更大的视角和更小的视角之间切换。
发明内容
本发明的一方面是一种光线方向控制装置，其能够改变入射在光入射面上并从光出射面出射的光的出射角范围。光线方向控制装置包括：基板；多个格栅元件，所述多个格栅元件沿着所述基板的主表面设置，所述多个格栅元件分别沿从光入射面朝向光出射面的方向立起，所述多个格栅元件分别沿着所述基板的主表面延伸并且根据施加的电压在透明状态和光吸收状态之间切换；多个聚合物分散液晶部，所述多个聚合物分散液晶部分别沿着所述基板的所述主表面设置在所述多个格栅元件之间，所述多个聚合物分散液晶部分别包括固体聚合物树脂部和分散在所述固体聚合物树脂部中的液晶滴，所述多个聚合物分散液晶部分别通过根据施加的电压来改变入射光的散射程度从而改变出射光的散射程度；多对聚合物分散液晶部驱动电极，所述多对聚合物分散液晶部驱动电极分别被设置为夹置所述聚合物分散液晶部中的一个聚合物分散液晶部，并且分别向所述多个聚合物分散液晶部中的被夹置的所述一个聚合物分散液晶部提供驱动电压；以及多对格栅元件驱动电极，所述多对格栅元件驱动电极分别被设置为夹置所述多个格栅元件中的一个格栅元件，并且分别向所述多个格栅元件中的被夹置的所述一个格栅元件提供驱动电压。
根据本发明的实施方式，可以在比通过来自背光源的光的扩散角确定的视角更大的视角和更小的视角之间切换。
应当理解的是，前面的概述和以下的详述都是示例性和说明性的，而不是对本发明的限制。
附图说明
图1A是示出了本实施方式的光线方向控制装置的一部分的结构的俯视图；
图1B示意性地示出了包括光线方向控制装置的显示装置10的剖视结构；
图2A示意性地示出了处于光吸收状态的格栅元件；
图2B示意性地示出了处于透明状态的格栅元件；
图3A示出了处于散射状态的PDLC部；
图3B示出了处于透明状态的PDLC部；
图4A示出了处于宽视角模式的光线方向控制装置；
图4B示出了处于窄视角模式的光线方向控制装置；
图4C示出了处于中间视角模式的光线方向控制装置；
图5A示出了处于宽视角模式的光线方向控制装置的控制；
图5B示出了处于窄视角模式的光线方向控制装置的控制；
图5C示出了处于中间视角模式的光线方向控制装置的控制；
图6示出了光线方向控制装置的另一结构示例。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本发明的实施方式。要注意，这些实施方式仅是用于实现本发明的示例，并不限制本发明的技术范围。附图中共有的元件由相同的附图标记表示。
根据本发明的一个实施方式的光线方向控制装置包括：光吸收元件，其能够根据驱动电压在透明状态与光吸收状态之间切换；以及光散射元件，其能够根据驱动电压在透明状态与光散射状态之间切换。光线方向控制装置彼此独立地控制光吸收元件和光散射元件。
利用本发明的光线方向控制装置，可以实现具有以下三种模式的显示装置：标准视角模式，其由来自背光源的光的扩散角确定；宽视角模式，在该宽视角模式中，视角大于标准视角；以及窄视角模式，在该窄视角模式中，视角小于标准视角。
光吸收元件的一个示例是有源格栅(也将被称为格栅)，其用驱动电压控制分散介质中的有色电泳粒子的布置。光散射元件的一个示例是PDLC(聚合物分散液晶)元件。下面，将说明包括格栅和PDLC部的光线方向控制装置，该格栅包含分散介质和有色电泳粒子。
实施方式1
<结构>
图1A是示出了本实施方式的光线方向控制装置100的一部分的结构的俯视图。光线方向控制装置100包括在俯视图中具有网格状形状的格栅135以及设置在由格栅135限定的各个空间中的多个PDLC部131。在图1A的示例中，所述多个PDLC部中的仅一个PDLC部用附图标记131表示。PDLC层130包括多个PDLC部131。格栅135和PDLC层130形成在基板上(图1A中未示出)。
格栅135包括设置在基板主表面上的多个部。这些部中的每一个被称为格栅元件或格栅部。格栅135可以由多个分离的格栅元件构成，或者可以由多个连接的格栅元件构成。
在图1A的示例中，格栅135包括沿着基板的主表面在竖直方向(列方向)上延伸的多个格栅元件(格栅部)133以及在水平方向(行方向)上延伸的多个格栅元件(格栅部)134。竖直方向和水平方向彼此垂直。在图1A的示例中，竖直方向上的一个格栅部用附图标记133表示，并且水平方向上的一个格栅部用附图标记134表示。
格栅元件(格栅部)133、134的形状受到PDLC部131的形状的影响。在图1A的示例中，每个PDLC部131是独立的矩形，并且格栅元件(格栅部)133和134彼此连接，形成网格状的格栅135。如果格栅135具有在水平方向或竖直方向上延伸的条纹形状，则格栅135可以由多个分离的格栅元件(格栅部)构成。
在竖直方向上延伸的各个格栅元件133与在水平方向上延伸的多个格栅元件134相交，并且在各个交叉处连接到所述多个格栅元件134。同样地，在水平方向上延伸的各个格栅元件134与在竖直方向上延伸的多个格栅元件133相交，并且在各个交叉处连接到所述多个格栅元件133。
格栅135可以采用任何图案，只要它可以控制视角即可。例如，格栅135可以具有条纹图案。在图1A的示例中，格栅135可以省去所述多个格栅元件133，并仅由所述多个格栅元件134构成，或者格栅135可以省去所述多个格栅元件134，并仅由所述多个格栅元件133构成。
格栅元件133的间距或格栅元件134的间距可以是相等的或变化的。格栅元件133或134不必线性地形成。例如，格栅元件133或134可以在竖直方向或水平方向上并且以重复的锯齿形延伸。
设置所述多个PDLC部131以填充各个格栅元件之间的间隙。换句话说，格栅135(格栅元件133、134)设置为填充各个PDLC部131之间的间隙。PDLC部131具有相同的矩形形状，但是可以根据格栅135的图案具有不同的形状。例如，取决于光学特性，PDLC部131的形状可以是正方形、菱形、圆形或椭圆形。
图1B示意性地示出了包括光线方向控制装置100的显示装置10的剖视结构。显示装置10包括背光模块300、液晶显示面板200和设置在背光模块300与液晶显示面板200之间的光线方向控制装置100。包括背光模块300和光线方向控制装置100的结构也可以称为背光单元。可以将光线方向控制装置100设置在液晶显示面板200的顶表面(观察者侧)上，但是这可能导致图像在宽视角模式下模糊。
在下面的描述中，观看由液晶显示面板200显示的图像的用户这一侧被称为前侧，并且与其相反的一侧被称为后侧或背侧。在图1B中，光线方向控制装置100设置在液晶显示面板200的后侧(背侧)，并且设置在背光模块300的前侧。
显示装置10还包括控制器150。控制器150控制显示装置10中的其它部件。具体地，在该实施方式中，控制器150包括控制光线方向控制装置100的电路。具体地，控制器150包括驱动格栅135的电路和驱动PDLC部131的驱动电路。除了格栅135和PDLC部131之外还包括那些驱动电路的结构可以被称为光线方向控制装置。
背光模块300是发射会聚的面状光的面状光源装置。背光模块300包括光源和多个光学板(例如漫射板)。背光模块300可以是侧光式背光模块或直下式背光模块。
侧光式背光模块通常包括：堆叠的导光板、漫射板和聚光板；以及多个LED(发光二极管)，所述多个LED设置为面对导光板的侧面。直下式背光模块通常包括：多个LED，所述多个LED设置为面对液晶显示面板200的主表面；以及漫射板和聚光板，漫射板和聚光板被堆叠并设置在LED的前面。在直下式背光模块中可以省去聚光板。背光模块的光源不限于LED，可以使用荧光灯(冷阴极管或热阴极管)、EL元件(有机EL或无机EL)等。
液晶显示面板200可以是横向电场控制液晶显示面板，或者也可以是竖向电场控制液晶显示面板。横向电场控制液晶显示面板的示例包括IPS(面内切换)型和FFS(边缘场切换)型。竖直电场控制液晶显示板的示例包括扭曲向列(twisted nematic，TN)型和垂直配向(vertical alignment，VA)型。
液晶显示面板200通常包括TFT(薄膜晶体管)基板以及面对TFT基板的彩色滤光片(CF)基板。液晶层夹在TFT基板与CF基板之间。TFT基板和CF基板均是由玻璃或树脂制成的绝缘透明基板。TFT基板和CF基板例如是矩形形状，并且一个基板的一个主表面面对另一个基板的一个主表面。TFT基板和CF基板是非柔性的或柔性的。
TFT基板和CF基板均具有设置在与面对液晶层的一侧相对的主表面上的偏光板。TFT基板具有液晶驱动电极和设置在面对液晶层的主表面上的相对电极。相对电极可以形成在CF基板的面向TFT基板的主表面上。
液晶显示面板200被配置为通过控制由背光模块300发射并且经由光线方向控制装置100从后表面进入的光的透射来显示图像。每对液晶驱动电极和相对电极对一个像素的液晶提供电场。每个像素中的透射光量根据给定的电场而改变。TFT基板中形成有TFT阵列(图中未示出)以选择要控制的像素。控制器150根据图像数据控制TFT阵列、液晶驱动电极和相对电极，以在液晶显示面板200上显示图像。
图1B中示出的光线方向控制装置100的剖视结构是沿图1A中的BB线截取的。光线方向控制装置100包括前基板141和后基板102。前基板141和后基板102均是由玻璃或树脂制成的绝缘透明基板。
前基板141和后基板102均为例如矩形形状，并且前基板141的后表面面对后基板102的前表面。前基板141和后基板102是非柔性的或柔性的。后基板102的后侧主表面是光入射面，来自背光模块300的光通过该入射表面进入。前基板141的前侧主表面是光出射面，来自背光模块300的光通过该光出射面出射。
PDLC层130被前基板141和后基板102的彼此面对的相应主表面(也将被称为基板主表面)夹置。PDLC层130由沿基板主表面设置的多个PDLC部131构成。PDLC层130沿厚度方向(图1B中的竖直方向)立起，并且具有如参照图1A所述的规定图案。
在图1B的结构示例中，格栅元件133设置为(形成为)穿过PDLC层130。格栅元件133沿从光入射面朝向光出射面的方向(厚度方向)立起，并且具有与PDLC层130相同的高度。例如，格栅元件133的高度为3μm至300μm，宽度为0.25μm至40μm，间距为1μm至200μm。
这同样适用于格栅元件134，并且如图1A所示，格栅135沿着基板的主表面具有规定的图案。格栅135与PDLC层130存在于相同的层区域中。这使得可以减小光线方向控制装置100的厚度并提高制造效率。
多个格栅元件驱动电极126形成在后基板102的前侧主表面上。格栅元件驱动电极126被配置为向相应的格栅元件133提供驱动电压。每个格栅元件驱动电极126面对相应的格栅元件133，但不面对任何PDLC部131。格栅元件驱动电极126形成在PDLC部131的表面的外部，以避开PDLC部131。这使得可以防止格栅驱动电位影响PDLC部131。
这同样适用于格栅元件134的格栅元件驱动电极。格栅元件133和134的格栅元件驱动电极均是格栅电极的一部分，例如，格栅电极是具有与格栅135相同图案的连续金属层(例如网格状)。例如，格栅元件驱动电极由诸如ITO或ZnO的透明导体或诸如Mo或Al的遮光金属形成。
多个PDLC部驱动电极127形成在后基板102的前侧主表面上。PDLC部驱动电极127被配置为向相应的PDLC部131提供驱动电压。每个PDLC部驱动电极127面对相应的PDLC部131，但不面对格栅135。PDLC部驱动电极127形成在格栅135的表面的外部，以避开格栅135。例如，PDLC部驱动电极127由诸如ITO或ZnO等透明导体形成。
在图1B的示例中，PDLC部驱动电极127具有与PDLC部131的图案相同的图案。PDLC部驱动电极127的厚度(高度)与格栅驱动电极的厚度(高度)相同，并且这些电极设置在相同的层区域中。PDLC部驱动电极127与格栅驱动电极分离，并且在PDLC部驱动电极127与格栅驱动电极之间形成绝缘层。
如果格栅驱动电极形成为网格状，则PDLC部驱动电极127形成为岛状，并被格栅驱动电极围绕。例如，在PDLC部驱动电极127和格栅驱动电极下方形成金属层，并且在PDLC部驱动电极127和格栅驱动电极与该金属层之间插入有绝缘层。PDLC部驱动电极127分别通过通孔连接到金属层，这建立了PDLC部驱动电极127的电连接。如果格栅驱动电极呈条纹图案(梳状)，则例如，PDLC部驱动电极127在PDLC层130外部的同一层中彼此连接。
相对电极136形成在前基板141的面向后基板102的主表面上。例如，在图1B的示例中，相对电极136是一个连续透明金属层。相对电极136是例如由ITO或ZnO形成的透明电极。
每个PDLC部131在厚度方向上被相应的PDLC部驱动电极127与相对电极136夹置。相对电极136的面对PDLC部131的部分是用于PDLC部131的一对驱动电极中的另一驱动电极。
每个格栅元件133在厚度方向上被相应的格栅元件驱动电极126与相对电极136夹置。相对电极136的面对格栅元件133的部分是用于格栅元件133的一对驱动电极中的另一驱动电极。这同样适用于格栅元件134。
一个相对电极136的各个不同部分用作格栅135的驱动电极和PDLC层130的驱动电极，这允许减少层数量和布线数量、减小光线方向控制装置100的厚度以及提高制造效率。在图1B中，后基板102设置在更靠近背光模块300的一侧上，前基板141设置在更靠近液晶显示面板200的一侧上，但是本发明不限于此，并且可以配置为使得后基板102设置在更靠近液晶显示面板200的一侧上，并且前基板141设置在更靠近背光模块300的一侧上。
操作
控制器150用DC电压驱动格栅135，并用AC电压驱动PDLC层130。控制器150向相对电极136提供诸如接地电位的恒定电位(基准电位)。控制器150根据显示装置10的视角模式向格栅元件驱动电极提供不同电平的恒定电位。
控制器150根据显示装置10的视角模式向PDLC部驱动电极127提供基准电位或相对于基准电位的AC电位。AC信号的波形是例如矩形波或正弦波。
如上所述，PDLC层130由AC电场(AC电压)驱动，并且格栅135由DC电场(DC电压)驱动。由于响应时间，格栅135不对AC电场作出反应。因此，可以彼此独立地驱动格栅135和PDLC层130。
图2A示意性地示出了处于光吸收状态的格栅元件133。图2B示意性地示出了处于透明状态的格栅元件133。格栅元件133包括电泳粒子139和分散介质138，电泳粒子139和分散介质138包含在PDLC层130中形成的格栅槽137(空间)中。
电泳粒子139是有色的，例如是诸如炭黑的黑色微细粒子。分散介质138由透明液体材料形成。格栅135通过改变分散介质138中的有色电泳粒子(有色带电粒子)139的布置来调整光透射方向的范围。电泳粒子139带正电或带负电，并且在图2A的示例中，电泳粒子139带正电。
每个格栅元件133被格栅元件驱动电极126和相对电极136夹置。在图2A和图2B的示例中，格栅元件驱动电极126和相对电极136与由电泳粒子139和分散介质138制成的电泳元件材料接触。可以在电极126、136中的每一者与电泳元件材料之间形成绝缘层。例如，绝缘层由氧化硅或氮化硅制成。
参考图2A，在光吸收状态下，格栅元件133中的电泳粒子139均匀地分散在分散介质138中。由于分散的电泳粒子139吸收光，所以格栅元件133阻挡入射的光线501。因此，仅有窄出射角范围的光线501可以通过格栅135。
在光吸收状态下，夹置格栅元件133的格栅元件驱动电极126和相对电极136维持在基本相同的电位(无电压)。因此，带相同极性电的电泳粒子139彼此拉开并分散在分散介质138内，并且电泳粒子139保持均匀地分散在分散介质138中。
如图2B所示，通过使电泳粒子139集中在夹置格栅元件133的电极中的一个电极附近来实现透明状态。在图2B的示例中，电泳粒子139集中在格栅元件驱动电极126附近。格栅元件133的大部分仅包括透明分散介质138，这使得格栅元件133透明。因此，宽出射角范围的光线501可以穿过格栅135。
在图2B的示例中，格栅元件驱动电极126相对于相对电极136的相对电位具有与电泳粒子139的电荷相反的极性(电位差V)。这使得电泳粒子139集中在格栅元件驱动电极126附近。
例如，当电泳粒子139带负电，并且格栅元件驱动电极126为正时，电泳粒子139集中在格栅元件驱动电极126附近。同样地，当电泳粒子139带正电，并且格栅元件驱动电极126为负时，电泳粒子139集中在格栅元件驱动电极126附近。电位差V需要为例如约20V至25V。
另一方面，格栅元件驱动电极126相对于相对电极136的相对电位可以具有与电泳粒子139的电荷相同的极性(电位差V)。这使得电泳粒子139集中在相对电极136附近。例如，当电泳粒子139带负电，并且格栅元件驱动电极126为负时，电泳粒子139集中在相对电极136附近。同样地，当电泳粒子139带正电，并且格栅元件驱动电极126为正时，电泳粒子139集中在相对电极136附近。
格栅135可以具有与电泳粒子139包含在分散介质138中的上述结构不同的结构。例如，格栅135可以配置为以窄视角模式扩散光。而且，格栅135可以由例如呈现出电致变色的电致变色材料构成。电致变色材料根据施加的电压改变将透射的光量。这也适用于其他实施方式。
将参考图3A和图3B说明PDLC部131的结构和状态。图3A示出了处于散射状态的PDLC部131，图3B示出了处于透明状态的PDLC部131。PDLC部131分别包括固体聚合物树脂部311和分散在聚合物树脂部311中的液晶滴312。
聚合物树脂部311是聚合物矩阵或聚合物网络。由聚合物网络和液晶滴构成的元件也可以称为PNLC(聚合物网络液晶)。在本说明书中，PDLC包含PNLC。例如，通过将光固化树脂和液晶材料的混合物暴露于光以进行硬化来形成PDLC部131(PDLC层130)。
每个PDLC部131被PDLC部驱动电极127和相对电极136夹置。PDLC部131中的液晶滴312的取向根据PDLC部驱动电极127与相对电极136之间的电压而改变。这改变了PDLC部相对于入射光的状态。
当没有电压(电场)施加到PDLC部131时，PDLC部131处于如图3A所示的光散射状态。已进入PDLC部131的光(光线501)以散射状态射出。这是因为液晶滴312的液晶分子不规则地排列，这导致聚合物树脂部311和液晶滴312的表观折射率彼此不同。
另一方面，当大于规定值的电压(电场)被施加到PDLC部131时，PDLC部131处于如图3B所示的透明状态。已进入PDLC部131的光(光线501)通过PDLC部131而不被散射。这是因为液晶滴312的液晶分子沿电场方向排列，这使得聚合物树脂部311和液晶滴312的表观折射率基本上彼此一致。
当PDLC部131处于光散射状态时，从PDLC部131出射的光的扩散角大于进入PDLC部131的光的扩散角。当PDLC部件131处于透明状态时，从PDLC部131出射的光的扩散角与进入PDLC部131的光的扩散角基本相同。
已进入PDLC部131的光被原样散射或透射，并且朝向液晶显示面板200出射。PDLC部131被提供AC电压以防止液晶滴132的老化。
PDLC部131根据施加的电压的值连续改变光散射性质(散射程度或透射程度)。PDLC部131的状态可以从透明状态逐渐改变到散射状态，而不是在图3A和图3B中所示的两个状态之间切换。因此，通过对PDLC部131提供适当的电压，可以逐渐地将出射光的扩散角从入射光的扩散角改变到最大角。
图3A和图3B中所示的PDLC部131可以是正常模式(normal mode)型PDLC。也可以使用反向模式型PDLC。当没有施加电场时，反向模式型PDLC处于透明状态，并且通过接收电压而改变到散射状态。
如参考图2A和图2B所述的，格栅135可以使出射光的扩散角小于入射光的扩散角。另一方面，PDLC层130可以使出射光的扩散角大于入射光的扩散角。在本实施方式的光线方向控制装置100中，这两个功能彼此独立地控制，并因此，可以实现比由来自背光模块300的光的扩散角确定的视角更小和更大的视角。
下文中，将说明显示装置10(光线方向控制装置100)的多个视角模式。该实施方式的显示装置10具有多种视角模式，包括宽视角模式、窄视角模式和中间视角模式。
图4A至图4C示出了视角模式与格栅135和PDLC层130的各状态之间的关系。图4A示出了宽视角模式下的光线方向控制装置100，图4B示出了窄视角模式下的光线方向控制装置100，图4C示出了处于中间视角模式的光线方向控制装置100。在图4A至图4C中，省略了电极126、127或136。
如图4A所示，在宽视角模式中，格栅135(格栅元件133)处于透明状态，并且PDLC层130(PDLC部131)处于光散射状态。来自背光模块300的光被PDLC层130散射并穿过格栅135。
因此，在宽视角模式中，来自光线方向控制装置100的出射光的扩散角大于来自背光模块300的光的扩散角。具体地，来自光线方向控制装置100的出射光的半值角θ1大于来自背光模块300的光的半值角θ0。
当多个用户同时观看显示设备10的屏幕时，宽视角模式是有用的。例如，当在包括显示设备10的平板PC放置在桌子上时执行演示时，宽视角模式是有用的，多个用户从不同方向观看屏幕。
如图4B所示，在窄视角模式中，格栅135(格栅元件133)处于光吸收状态，并且PDLC层130(PDLC部131)处于透明状态。来自背光模块300的光穿过PDLC层130。在来自背光模块300的光中，具有大出射角的光被格栅135吸收(阻挡)。
因此，在窄视角模式中，来自光线方向控制装置100的出射光的扩散角比来自背光模块300的光的扩散角窄。具体地，来自光线方向控制装置100的出射光的半值角θ1小于来自背光模块300的光的半值角θ0。
在窄视角模式中，光仅朝向前侧输出。这使得可以防止用户附近的陌生人观看所显示的图像。
如图4C所示，在中间视角模式中，格栅135(格栅元件133)处于透明状态，并且PDLC层130(PDLC部131)也处于透明状态。来自背光模块300的光穿过PDLC层130和格栅135二者。
因此，在中间视角模式中，来自光线方向控制装置100的出射光的扩散角与来自背光模块300的光的扩散角一致。具体地，来自光线方向控制装置100的出射光的半值角θ1等于来自背光模块300的光的半值角θ0。
当用户从对角线方向观看屏幕时，中间视角模式是有用的。在中间视角模式中，来自背光模块300的光原样通过光线方向控制装置100，并因此，可以最大化背光模块300的光的利用效率。
如上所述，PDLC层130的光散射特性相对于施加的电压连续变化，而不是在两个值之间切换。也就是说，PDLC层130相对于入射光的状态可以从透明状态逐渐变为最大散射状态。因此，光线方向控制装置100可以在图4A的宽视角模式与图4C的中间视角模式之间逐渐改变出射光的扩散角。如上所述，光线方向控制装置100可以具有多个中间视角模式，该多个中间视角模式具有不同出射光扩散角。
如上所述，光线方向控制装置100可以通过使用一个背光单元改变可视范围来用于不同的情况，例如，多人同时观看、个人使用和私人使用。通过使用如上所述的聚光背光模块，可以减少在窄视角模式下格栅135吸收的光量并抑制发热。还可以抑制正面方向上的光强度的降低。
下面，参考图5A至图5C，将描述在参考图4A至图4C描述的视角模式中的每一个视角模式中的光线方向控制装置100的控制方法(驱动方法)。图5A示出了在宽视角模式下光线方向控制装置100的控制。控制器150向格栅135(格栅元件133)提供大于零的恒定电压，并保持PDLC层130(PDLC部131)的无电场状态(无电压状态)。
具体地，控制器150向相对电极136提供恒定的基准电位，并且向格栅元件驱动电极126提供与参考电压相差规定电压的驱动电压。控制器150向PDLC部驱动电极127提供所述基准电位。这样，格栅135进入透明状态，并且PDLC层130进入光散射状态。相对电极136和格栅元件驱动电极126可以是等电位(短路)的或开路的，以便不在两个电极之间产生电场。
图5B示出了在窄视角模式下光线方向控制装置100的控制。控制器150维持格栅135(格栅元件133)的无电场(无电压)状态。控制器150向PDLC层130(PDLC部131)提供AC电场(AC电压)。
具体地，控制器150向相对电极136提供恒定的基准电位，并向格栅元件驱动电极126提供所述基准电位。控制器150向PDLC部驱动电极127提供与所述基准电位对应的AC电压。例如，AC电压的频率是数十Hz，并且振幅是数十V。这样，格栅135进入光吸收状态，并且PDLC层130进入透明状态。
图5C示出了在中间视角模式下光线方向控制装置100的控制。控制器150向格栅135(格栅元件133)提供大于零的恒定电压，并向PDLC层130(PDLC部131)提供AC电场(AC电压)。
具体地，控制器150向相对电极136提供恒定的基准电位，并且向格栅元件驱动电极126提供与所述参考电压相差规定电压的驱动电压。控制器150向PDLC部驱动电极127提供与所述基准电位对应的AC电压。这使得格栅135和PDLC层130都进入透明状态。
控制器150通过未在图中示出的界面而根据用户输入切换视角模式。如上所述，控制器150可以根据用户输入提供具有不同视角的中间视角模式。控制器150根据用户输入调整提供给PDLC层130的AC电压的振幅。当AC电压的振幅变大时，视角变窄。例如，控制器150中存储将每个用户输入与AC电压的振幅相关联的信息，并使用这些信息来确定AC电压的振幅。
<另一实施方式>
图6示出了光线方向控制装置100的另一结构示例。下文中，将主要讨论该示例与图1B中示出的结构示例之间的差异。PDLC部驱动电极层123设置在格栅元件驱动电极126与后基板102之间。绝缘层129设置在PDLC部驱动电极层123与格栅元件驱动电极126之间。
PDLC部驱动电极层123面对PDLC部131以及格栅元件133(格栅135)。即，在俯视图中，格栅135与PDLC部驱动电极层123重叠。PDLC部驱动电极层123是连续平面导体层，并且用于一个PDLC部131的PDLC部驱动电极是PDLC部驱动电极层123的一部分，该部分面对该PDLC部131。
如上所述，由于PDLC层130的驱动电压是格栅135不响应的频率的AC信号，所以即使PDLC部驱动电极层123和格栅135彼此重叠，这样的结构对格栅135的操作基本上没有影响。通过作为连续导体层的PDLC部驱动电极层123，可以有效地形成用于PDLC部的各驱动电极。PDLC部驱动电极层123的驱动方法与图1B中的驱动方法相同。
下文中，将说明光线方向控制装置100的制造方法的示例。PDLC层可以通过微囊化液晶并将微囊分散在光敏树脂中来制备。例如，可以使用复合凝聚技术。具体地，将具有正介电各向异性的向列液晶混合在基于明胶和阿拉伯树胶的亲水性溶液中，搅拌该混合物直至形成约数μm的液滴，然后加入固化剂以在液滴表面上形成固体膜。
此后，将以上述方式制备的微囊加入并分散在光敏树脂中，并将该混合物涂布在厚度为数十微米的玻璃基板上，然后进行曝光过程，使得形成网格状或具有条纹图案的槽。槽的宽度需要足够大以使微囊被充分地排出。这样，PDLC层形成在玻璃基板上。之后，将具有PDLC层的基板和另一玻璃基板放在一起，并将电泳材料注入PDLC层的槽中。
下面，将说明光线方向控制装置100的制造方法的另一示例。可以通过使用聚合物分散液晶元件形成PDLC层。具体地，将包含UV可固化树脂和具有正介电各向异性的向列液晶的混合液注入由两个透明基板制成的单元中，所述两个透明基板之间具有间隙。
将包含UV可固化树脂的混合液光固化，以具有不暴露于光的网格状部分或条纹部分。此后，除去一个基板，清洗未曝光部分，并在PDLC层中形成槽。然后，将透明玻璃基板放置在PDLC层上，并将电泳材料注入PDLC层中的槽中。
如上所述，已经描述了本发明的实施方式；然而，本发明不限于前述实施方式。本领域技术人员可以在本发明的范围内容易地修改、添加或转换前述实施方式中的每个元件。一个实施方式的结构的一部分可以用另一实施方式的结构代替，或者一个实施方式的结构可以结合到另一个实施方式的结构中。

Claims (7)

1.一种光线方向控制装置，所述光线方向控制装置能够改变入射在光入射面上并从光出射面出射的光的出射角范围，所述光线方向控制装置包括：
基板；
多个格栅元件，所述多个格栅元件沿着所述基板的主表面设置，所述多个格栅元件分别沿从所述光入射面朝向所述光出射面的方向立起，所述多个格栅元件分别沿着所述基板的所述主表面延伸并且根据施加的电压在透明状态与光吸收状态之间切换；
多个聚合物分散液晶部，所述多个聚合物分散液晶部分别沿着所述基板的所述主表面设置在所述多个格栅元件之间，所述多个聚合物分散液晶部分别包括固体聚合物树脂部和分散在所述固体聚合物树脂部中的液晶滴，所述多个聚合物分散液晶部分别通过根据施加的电压来改变入射光的散射程度从而改变出射光的散射程度；
多对聚合物分散液晶部驱动电极，所述多对聚合物分散液晶部驱动电极分别被设置为在所述基板的厚度方向上夹置所述多个聚合物分散液晶部中的一个聚合物分散液晶部，并且分别向所述多个聚合物分散液晶部中的被夹置的所述一个聚合物分散液晶部提供驱动电压；以及
多对格栅元件驱动电极，所述多对格栅元件驱动电极分别被设置为在所述基板的厚度方向上夹置所述多个格栅元件中的一个格栅元件，并且分别向所述多个格栅元件中的被夹置的所述一个格栅元件提供驱动电压，
其中，所述多个格栅元件中的每一者包括透明分散介质和有色电泳粒子，
其中，所述多对格栅元件驱动电极分别包括彼此相对的第一电极和第二电极，
其中，所述第一电极面对相应的格栅元件，并且被设置为避开所述多个聚合物分散液晶部，
其中，所述多对聚合物分散液晶部驱动电极分别包括彼此相对的第三电极和第四电极，
其中，所述第三电极是一个连续的导体层的一部分，
其中，所述第一电极设置在所述导体层与相应的所述格栅元件之间，
其中，绝缘层设置在所述第一电极与所述导体层之间，
其中，所述格栅元件使用DC电压来驱动，以及
其中，所述聚合物分散液晶部使用AC电压来驱动。
2.根据权利要求1所述的光线方向控制装置，其中，所述第二电极和所述第四电极均是另一个连续的导体层的一部分。
3.根据权利要求2所述的光线方向控制装置，还包括控制器，
其中，所述多个格栅元件分别包括具有透明状态和光吸收状态的多种状态，
其中，所述多个聚合物分散液晶部分别包括具有透明状态和散射状态的多种状态，
其中，所述控制器被配置为：
向所述第二电极和所述第四电极的所述导体层提供恒定的基准电位；
向所述第一电极提供与所述多个格栅元件的所述多种状态中的一种状态对应的恒定电位；并且
向所述第三电极提供与所述多个聚合物分散液晶部的所述多种状态的一种状态对应的所述基准电位或相对于所述基准电位的AC电位。
4.根据权利要求1所述的光线方向控制装置，还包括控制器，所述控制器在多个视角模式下控制所述多个聚合物分散液晶部和所述多个格栅元件，
其中，所述控制器被配置为：
在宽视角模式下，将所述多个格栅元件维持在透明状态，并将所述多个聚合物分散液晶部维持在光散射状态；并且
在窄视角模式下，将所述多个格栅元件维持在光吸收状态，并将所述多个聚合物分散液晶部维持在透明状态。
5.根据权利要求4所述的光线方向控制装置，其中，所述控制器被配置为：
在中间视角模式下，将所述多个格栅元件维持在透明状态，并将所述多个聚合物分散液晶部维持在透明状态。
6.根据权利要求4所述的光线方向控制装置，其中，所述多个视角模式包括具有不同视角的多个中间视角模式，并且
其中，所述控制器被配置为：在所述多个中间视角模式下，将所述多个格栅元件维持在透明状态，并且向所述多个聚合物分散液晶部提供不同振幅的AC电压。
7.一种显示装置，包括：
显示面板；
背光模块，所述背光模块发射面状光；以及
光线方向控制装置，所述光线方向控制装置设置在所述背光模块与所述显示面板之间，所述光线方向控制装置改变入射在光入射面上并从光出射面出射的光的出射角范围，
其中，所述光线方向控制装置包括：
基板；
多个格栅元件，所述多个格栅元件沿着所述基板的主表面设置，所述多个格栅元件分别沿从所述光入射面朝向所述光出射面的方向立起，所述多个格栅元件分别沿着所述基板的所述主表面延伸并且根据施加的电压在透明状态与光吸收状态之间切换；
多个聚合物分散液晶部，所述多个聚合物分散液晶部分别沿着所述基板的所述主表面设置在所述多个格栅元件之间，所述多个聚合物分散液晶部分别包括固体聚合物树脂部和分散在所述固体聚合物树脂部中的液晶滴，所述多个聚合物分散液晶部分别通过根据施加的电压来改变入射光的散射程度从而改变出射光的散射程度；
多对聚合物分散液晶部驱动电极，所述多对聚合物分散液晶部驱动电极分别被设置为在所述基板的厚度方向上夹置所述多个聚合物分散液晶部中的一个聚合物分散液晶部，并且分别向所述多个聚合物分散液晶部中的被夹置的所述一个聚合物分散液晶部提供驱动电压；以及
多对格栅元件驱动电极，所述多对格栅元件驱动电极分别被设置为在所述基板的厚度方向上夹置所述多个格栅元件中的一个格栅元件，并且分别向所述多个格栅元件中的被夹置的所述一个格栅元件提供驱动电压，
其中，所述多个格栅元件中的每一者包括透明分散介质和有色电泳粒子，
其中，所述多对格栅元件驱动电极分别包括彼此相对的第一电极和第二电极，
其中，所述第一电极面对相应的格栅元件，并且被设置为避开所述多个聚合物分散液晶部，
其中，所述多对聚合物分散液晶部驱动电极分别包括彼此相对的第三电极和第四电极，
其中，所述第三电极是一个连续的导体层的一部分，
其中，所述第一电极设置在所述导体层与相应的所述格栅元件之间，
其中，绝缘层设置在所述第一电极与所述导体层之间，
其中，所述格栅元件使用DC电压来驱动，以及
其中，所述聚合物分散液晶部使用AC电压来驱动。
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