CN110389469B - 显示装置及其显示方法 - Google Patents

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Abstract

一种显示装置及其显示方法。该显示装置包括背光单元、光方向控制部和多个像素单元，所述光方向控制部位于所述背光单元的出光侧，所述像素单元位于所述光方向控制部的出光侧且每个所述像素单元包括遮光部和透光部，所述背光单元配置为向所述像素单元发射光线，对于每个所述像素单元，所述光方向控制部配置为控制所述背光单元发射的光线的传播方向以调节所述透光部的光通过量。上述显示装置可以提高显示图像的亮度。

Description

显示装置及其显示方法
技术领域
本公开至少一个实施例提供一种显示装置及其显示方法。
背景技术
随着科技的发展和社会的进步，电子显示产品在人们日常生活中所占的比重越来越大，相应地，人们对电子显示产品的功能也有了进一步需求。但是，受限于当前的结构设计，电子显示产品的开口率难以进一步提高，并且因电子显示产品中设置有偏振片等结构，这些结构降低了电子显示产品的光透过率，使得光的利用率非常低，增加了功耗并且不利地影响了显示图像的亮度，并且限制了电子显示产品在透明显示领域的发展。
发明内容
本公开至少一个实施例提供一种显示装置，该显示装置包括背光单元、光方向控制部和多个像素单元，所述光方向控制部位于所述背光单元的出光侧，所述像素单元位于所述光方向控制部的出光侧且每个所述像素单元包括遮光部和透光部，所述背光单元配置为向所述像素单元发射光线，对于每个所述像素单元，所述光方向控制部配置为控制所述背光单元发射的光线的传播方向以调节所述透光部的光通过量。
例如，在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，所述光方向控制部包括液晶层和液晶控制电极，所述液晶控制电极配置为控制所述液晶层的状态以调整由所述光方向控制部出射的光的方向。
例如，在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，所述液晶控制电极配置为可被施加电压以使得所述液晶层形成液晶透镜。
例如，在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，所述液晶控制电极配置为可被施加电压以使得所述液晶层形成液晶光栅。
例如，在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，所述光方向控制部还包括：灰阶光栅，位于所述液晶层中；其中，所述液晶控制电极配置为可被施加电压以调节所述液晶层的液晶材料的等效折射率，而调节所述液晶层的液晶材料和所述灰阶光栅之间的折射率差异。
例如，在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，在一种显示状态下，所述液晶层的等效折射率与所述灰阶光栅的折射率相等，并且在另一种显示状态下，所述液晶控制电极被施加电压以使得所述液晶层的等效折射率大于所述灰阶光栅的折射率。
例如，在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，所述背光单元包括：光源；取光层，设置在所述光源的出光侧；其中，所述取光层配置为导出所述光源中的光线并且控制出射光线的方向。
例如，在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，所述光源包括：导光板，包括两个相对的主表面和位于所述主表面之间的第一侧表面；光供给部，与所述侧表面相对设置以将光线入射到所述导光板之中；其中，所述取光层包括多个第一光栅，所述第一光栅位于所述主表面上并且配置为导出由所述光供给部入射到所述导光板中的光线。
例如，在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，所述光供给部配置为使得射入至所述导光板中的光线在所述导光板中满足全反射条件，并且使得所述导光板中的光线由所述第一光栅导出。
例如，在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，所述导光板的面向所述光方向控制部的所述主表面为出光面，所述第一光栅配置为使得从所述导光板导出的光线的传播方向垂直于所述出光面。
例如，在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，所述导光板的面向所述光方向控制部的所述主表面为出光面，所述第一光栅配置为使得从所述导光板导出的光线至少部分的传播方向倾斜于所述出光面。
例如，在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，对应于每个所述像素单元，所述第一光栅包括依次排布的第一子光栅、第二子光栅和第三子光栅，所述第二子光栅配置为使得从所述导光板导出的光线的传播方向垂直于所述出光面，以及所述第一光栅和所述第三子光栅配置为使得从所述导光板导出的光线的传播方向倾斜于所述出光面，从而向所述第二子光栅导出的光线汇聚。
例如，在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，所述第一光栅配置为透射光栅，并且所述第一光栅位于所述导光板的面向所述光方向控制部的所述主表面上；或者所述第一光栅配置为反射光栅，并且所述第一光栅位于所述导光板的背离所述光方向控制部的所述主表面上。
例如，在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，所述第一光栅为所述透射光栅的情况下，所述背光单元还包括填充层，所述填充层覆盖所述透射光栅以形成平坦表面，并且所述填充层的折射率小于所述导光板的折射率。
例如，在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，所述背光单元还包括：吸收层，位于所述导光板的与所述第一侧表面相对的第二侧表面上。
例如，在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，所述像素单元每个包括一个所述透光部，所述遮光部位于所述透光部的一侧；或者所述像素单元每个包括两个所述透光部，所述遮光部位于两个所述透光部之间。
例如，在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，所述透光部包括彩膜层。
例如，在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，所述彩膜层包括量子点。
本公开至少一个实施例提供一种根据上述任一实施例所述的显示装置的显示方法，包括：对于每个所述像素单元，在第一显示状态下，控制所述光方向控制部以使得所述背光单元出射的光线被至少部分导向所述遮光部；在第二显示状态下，控制所述光方向控制部以使得所述背光单元出射的光线至少部分被导向所述透光部。
在本公开至少一个实施例提供的一种显示装置及其显示方法中，方向控制部可以控制背光单元的出射光的方向以对透光部的光通过量进行控制，从而调节像素单元的灰度，不需要额外设置偏振片等结构，提高光的透过率，提高显示图像的亮度，使得显示装置可以应用于透明显示领域。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。
图1为本公开一个实施例提供的一种显示装置的结构示意图；
图2A为本公开一个实施例提供的一种显示装置在第一显示状态下的截面图；
图2B为本公开一个实施例提供的一种显示装置在第二显示状态下的截面图；
图2C为本公开一个实施例提供的一种显示装置在第二显示状态下的截面图；
图2D为本公开一个实施例提供的一种显示装置中的液晶控制电极的结构示意图；
图3A为本公开一个实施例提供的另一种显示装置在第一显示状态下的截面图；
图3B为本公开一个实施例提供的另一种显示装置在第二显示状态下的截面图；
图4A为本公开一个实施例提供的另一种显示装置在第一显示状态下的截面图；
图4B为本公开一个实施例提供的另一种显示装置在第二显示状态下的截面图；
图5A为本公开一个实施例提供的另一种显示装置在第一显示状态下的截面图；
图5B为本公开一个实施例提供的另一种显示装置在第二显示状态下的截面图；
图6A为本公开一个实施例提供的一种显示装置中的灰阶光栅的工作原理示意图；
图6B为本公开一个实施例提供的一种显示装置中的灰阶光栅的衍射效率与光栅厚度的关系的示意图；
图6C为本公开一个实施例提供的一种显示装置中的灰阶光栅的衍射效率与液晶层的等效折射率的关系的示意图；
图7为本公开一个实施例提供的另一种显示装置中的局部结构示意图；
图8为本公开一个实施例提供的另一种显示装置的截面图；
图9为本公开一个实施例提供的一种显示装置中的一种背光单元的截面图；
图10A为本公开一个实施例提供的一种显示装置中的另一种背光单元的截面图；
图10B为本公开一个实施例提供的一种显示装置中的另一种背光单元的截面图；
图11为本公开一个实施例提供的一种显示装置中的背光单元的局部结构示意图；
图12为本公开一个实施例提供的一种显示装置中第一光栅和遮光部的位置关系的示意图；
图13为本公开一个实施例提供的一种显示装置中的另一种背光单元的截面图；
图14A为本公开一个实施例提供的一种显示装置中的另一种背光单元的截面图；
图14B为图14A所示的光源中的光线分布的示意图；
图14C为导光板中的一种光线分布的示意图；
图14D为导光板中的另一种光线分布的示意图；
图14E为导光板中的另一种光线分布的示意图；
图15为本公开一个实施例提供的一种显示装置中的一种像素单元的俯视图；
图16A为本公开一个实施例提供的一种显示装置中的另一种像素单元的俯视图；
图16B为本公开一个实施例提供的另一种显示装置的截面图；
图17为本公开一个实施例提供的一种显示装置中的一种第一光栅的结构示意图；
图18A为本公开一个实施例提供的一种显示装置中的另一种第一光栅的结构示意图；
图18B为与图18A中的第一光栅对应的像素单元的结构示意图；以及
图19为本公开一个实施例提供的一种显示装置的显示方法的过程图。
附图标记：
100-显示面板；110-像素单元；111-遮光部；112-透光部；200-背光单元；201-第一方向；202-第二方向；210-光供给部；211-第一反射面；212-第二反射面；213-发光体；220-第一光栅；220a-第一子光栅；220b-第二子光栅；220c-第三子光栅；221-光栅条；222-间隔区域；230-导光板；231-第一主表面，出光面；232-第二主表面；233-第一侧表面；234-第二侧表面；240-填充层；300-光方向控制部；310-液晶层；320-液晶控制电极；321-第一电极；322-第二电极；330-灰阶光栅；410-第一基板；420-第二基板；500-黑矩阵；600-彩膜层；710-第一间隔层；720-第二间隔层；800-取向层；900-吸收层；1000-反射层。
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
液晶显示装置通常设置有两个偏振片，这使得入射光的透过率非常低(通常在33％左右)；而且，为了提高出光的均匀性，液晶显示装置中通常还设置有很多光学膜片，例如棱镜膜、散射膜、反射片等，这些光学膜片会进一步降低光的透过率，影响液晶显示装置的显示效果。此外，受上述结构的限制，背景光(液晶显示装置的非显示侧的环境光)难以透过液晶显示装置，导致上述结构的液晶显示装置难以应用于透明显示领域，而且上述结构的液晶显示装置的像素开口率难以增加，这使得液晶显示装置的显示效果不能进一步提高。
本公开至少一个实施例提供一种显示装置，包括：背光单元、光方向控制部和多个像素单元，光方向控制部位于背光单元的出光侧，多个像素单元位于光方向控制部的出光侧且每个像素单元包括遮光部和透光部，背光单元配置为向像素单元发射光线，对于每个像素单元，光方向控制部配置为控制背光单元发射的光线的传播方向以调节透光部的光通过量。在透光部面积固定的情况下，透光部的光通过量越大，则透光部的亮度越大，即像素单元的亮度越大。因此，通过对透光部的光通过量进行调节可以对像素单元的灰阶进行控制。
在上述结构的显示装置中，光方向控制部可以控制背光单元的出射光的方向，将出射光导向遮光部或者透光部，从而调节透光部的光通过量，对每个像素单元的显示状态以及灰阶进行控制。如此，该显示装置中可以不需要额外设置偏振片等结构，增加了光的透过率，提高了显示图像的亮度。此外，光方向控制部可以控制背光单元的出射光的方向，即光方向控制部可以控制背光单元的出射光在像素单元上的分布，与当前的液晶显示装置相比，每个像素单元中的遮光部的尺寸可以减小，即可以降低遮光部在像素单元中所占的面积比，增加像素单元的开口率，可以进一步提高显示图像的亮度。
在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，光方向控制部对背光单元的出射光的具体控制方式与显示装置的显示状态有关。下面，通过对显示装置在暗态显示和亮态显示下的工作原理进行分析，对本公开下述至少一个实施例中的技术方案进行说明，其中，以第一显示状态表示暗态显示，第二显示状态为亮态显示为例进行说明。
例如，在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，在至少一个像素单元中，光方向控制部配置为在第一显示状态下将背光单元发射的光线导向遮光部，并且光方向控制部配置为在第二显示状态下将背光单元发射的光线导向透光部。如此，理想情况中，在第一显示状态下，透光部没有光出射，使得像素单元为暗态；在第二显示状态下，背光单元发射的光线被导向透光部，使得像素单元为亮态，并且，调节透光部的光通过量可以对像素单元的灰阶进行控制，从而显示不同灰阶的图像像素。
需要说明的是，在本公开至少一个实施例中，实际情况中，在第一显示状态下，也可以允许背光单元出射的光线中的一部分从透光部射出，只要该部分光线在可接受的范围内即可。下面，以背光单元发射的光线在第一显示状态下不会从透光部射出为例，对本公开下述至少一个实施例中的技术方案进行说明。例如，在至少一个像素单元中，光方向控制部配置为在第一显示状态下将背光单元发射的光线导向遮光部，即透光部中由背光单元发射的光线的光通过量为零；光方向控制部配置为在第二显示状态下将背光单元发射的光线导向透光部，即透光部中的由背光单元发射的光线的光通过量大于零。
需要说明的是，在本公开至少一个实施例中，像素单元可以包括亮态和暗态，亮态可以包括中间态和全亮态。例如，像素单元显示灰阶具有256级(0～255级)为例，暗态的显示灰阶为0级，中间态的显示灰阶为1～254级，全亮态的显示灰阶为255级。
例如，在本公开一些实施例中，显示装置可以配置为透明显示装置。例如，显示装置中的背光单元可以配置为具有透明态，即背景光可以透过显示装置，使得显示装置可以显示背景图像，即用户可以透过显示装置看到显示装置之后的背景图像。背光单元中可以设置有发光结构(例如下述实施例中的光源、光供给部、发光体或者其它可以发射光线的器件)，在此情况下，显示装置的显示图像由发光结构发射的光线和背景光共同构成。
例如，在本公开另一些实施例中，显示装置也可以配置为非透明显示装置。例如，背景光不能透过背光单元进入显示面板，显示装置的显示图像只由背光单元中的光供给部发射的光线产生。
下面，结合附图对根据本公开至少一个实施例中的显示装置及其显示方法进行详细说明。此外，在没有明确说明的情况下，下述至少一个实施例中的显示装置为非透明显示装置，并且提及的光线都为背光单元中的光供给部所发射出的光线。
图1为本公开一个实施例提供的一种显示装置的结构示意图。例如，如图1所示，本公开至少一个实施例提供的显示装置可以包括：多个像素单元110，每个像素单元110包括遮光部111和透光部112；背光单元200，配置为向像素单元110发射光线；光方向控制部300，位于背光单元200的出光侧并且位于多个像素单元110和背光单元200之间。在至少一个像素单元110中，光方向控制部300配置为在第一显示状态下将背光单元200发射的光线导向遮光部111；并且，光方向控制部300还配置为在第二显示状态下将背光单元200发射的光线导向透光部112。
在每个像素单元110中，在第一显示状态下，背光单元200出射的光被导向遮光部111，像素单元110中无光线出射，像素单元110显示为暗态，例如，该像素单元110的显示图像的灰阶为零级。在第二显示状态，背光单元200出射的光被导向透光部112，像素单元110中有光线出射，像素单元110显示为亮态，而且利用光方向控制部300对光线的导向程度，可以控制像素单元110的出光量，从而可以调节像素单元110的显示图像的灰阶。上述结构的显示装置不需要额外设置偏振片等结构来对灰阶进行控制，可以提高光的透过率，提高显示图像的亮度。
在每个像素单元110中，光线的传播方向由光方向控制部300控制，所以，允许遮光部111具有更小的设计尺寸，可以降低遮光部在像素单元中所占的面积比，增加像素单元110的开口率，可以进一步提高显示图像的亮度。例如，在本公开至少一个实施例中，在显示装置为透明显示装置的条件下，像素单元110在亮态显示和暗态显示时，都可以透过背景光以显示背景图像。
在本公开至少一个实施例中，如图1所示，以背光单元200所在平面为基准建立空间直角坐标系，以对显示装置中的各个结构的位置进行指向性说明。例如，在该空间直角坐标系中，X轴和Y轴平行于背光单元200所在平面，Z轴垂直于背光单元200所在平面。此外，本公开中“上”和“下”以沿Z轴正向靠近背光单元200的远近进行区分。示例性的，以图1所示的光方向控制部300为例，光方向控制部300位于背光单元200的上方，相应地背光单元200位于光方向控制部300的下方。
在本公开至少一个实施例中，对光方向控制部的具体化结构不做限制，只要光方向控制部可以对透过光的传播方向进行控制，并且根据显示需要将光线导向遮光部或者透光部即可。
图2A为本公开一个实施例提供的一种显示装置在第一显示状态下的截面图；图2B为本公开一个实施例提供的一种显示装置在第二显示状态下的截面图，第二显示状态为中间态；图2C为本公开一个实施例提供的一种显示装置在第二显示状态下的截面图，第二显示状态为全亮态。
例如，在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，光方向控制部包括液晶层和液晶控制电极，液晶控制电极配置为控制液晶层的状态以调整由光方向控制部出射的光的方向。利用液晶控制电极产生的电场对液晶层中的液晶分子的扭转、折射率等参数进行控制，使得液晶层以及包括该液晶层的光方向控制部可以对光线的传播方向进行控制，使得显示装置中的每个像素单元在第一显示状态和第二显示状态之间切换。
示例性的，如图2A和图2B所示，光方向控制部300包括液晶层310和液晶控制电极320，液晶控制电极320上施加电压之后可以形成电场，利用该电场可以影响液晶层310中液晶分子的状态。例如，液晶控制电极可以使得液晶层中的液晶分子形成液晶光栅、液晶透镜等结构或者改变液晶分子的状态以与其它结构配合，使得包括该液晶层的光方向控制部可以通过折射、衍射等方式对光的传播方向进行控制。
例如，在本公开至少一个实施例中，在每个像素单元中，光方向控制部可以包括至少一个光导纤维束，光导纤维束中包括多个光导纤维，通过控制光导纤维的集散程度可以控制光线的散射程度。示例性的，光导纤维束的入射端指向背光单元，出射端指向遮光部，并且光导纤维束中的光导纤维的出射端在自然状态下是发散状的。光导纤维束可以设置在一驱动结构的过孔中，该驱动结构可以对光导纤维的束缚状态进行控制。在第一显示状态下，驱动结构束缚光导纤维的出射端，使得光导纤维的出射端指向遮光部，如此，光导纤维导出的光会射向遮光部；在第二显示状态下，驱动结构减小或者去除对光导纤维的束缚力，光导纤维的出射端为发散状(出射端趋向于自然态或为自然态)，使得光导纤维的出射端至少部分指向透光部，如此，光导纤维导出的光至少部分会射向透光部，而且根据控制光导纤维的出射端的发散程度可以对显示装置的显示图像的灰度进行控制。
下面，以光方向控制部包括液晶层和液晶控制电极为例，对本公开下述至少一个实施例中的技术方案进行说明。
光方向控制部的具体化结构可以根据背光单元出射的光的传播方向以及分布进行设计。下面，在与每个像素单元对应的区域，以背光单元出射的光为准直光或者汇聚光为例，对本公开下述至少一个实施例中的技术方案进行说明。需要说明的是，在本公开至少一个实施例中，背光单元出射的光的类型不限于为准直光和/或汇聚光。
例如，在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，液晶控制电极配置为可被施加电压以使得液晶层形成液晶光栅。根据入射光的方向，通过调节液晶光栅的周期，光方向控制部可以对出射光的衍射角进行控制，使得光方向控制部可以对光的传播方向进行控制，如此可以控制光从透光部的通过量，可以对像素单元的显示灰阶进行控制；或者在形成液晶光栅之后，可以对液晶光栅的衍射效率进行控制，从而对被衍射的光的量进行控制，如此，也可以控制光从透光部的通过量，可以对像素单元的显示灰阶进行控制。
示例性的，如图2A、图2B和图2C所示，显示装置中的液晶控制电极320包括第一电极321和第二电极322。例如，在每个像素单元110中，背光单元出射的光为汇聚光，汇聚光射向遮光部111。例如，在第一显示状态下，第一电极321和第二电极322上未被施加电压，液晶层310中的液晶分子可以使光直接透过，背光单元200中被导出的光线透过液晶层310之后射向遮光部111。例如，在第二显示状态下，向第一电极321和第二电极322上施加电压，第一电极321和第二电极322之间形成的电场使得液晶层310中的液晶分子形成为液晶光栅，液晶光栅对光线进行衍射，从而使得部分光线能够射向透光部112。例如，第一电极321和第二电极322可以位于液晶层310的面向背光单元200的一侧，或位于液晶层310的远离背光单元200的一侧，或分别位于液晶层310的两侧。上述结构的显示装置可以具有暗态(例如像素单元显示为暗态)显示功能，因为射向每个像素单元110的光为汇聚光，使得遮光部111的设计尺寸可以减小，增加像素单元110的开口率；此外，背光单元200的出光区域(例如下述实施例中的第一光栅)可以设置为与透光部112和遮光部111至少部分重叠，可以增加出光区域的尺寸，增加背光单元200的出光量，从而提高显示装置的显示图像的亮度。例如，在背光单元出射的光为汇聚光的情况下，遮光部在背光单元所在面上的正投影位于背光单元的出光区域在背光单元所在面之内。
例如，如图2B所示，第二显示态为中间态，液晶层310中的液晶分子形成为液晶光栅，液晶光栅对光线进行衍射，从而使得部分光线能够射向透光部112；如图2C所示，调节液晶光栅的周期，例如使得液晶光栅的排布周期达到设计的最小数值，在该情况下，液晶光栅对光的衍射角最大，使得更多的光从透光部112射出。
需要说明的是，在如图2A、图2B和图2C所示的实施例中，在每个像素单元110中，背光单元200出射的光也可以为准直光，在下面至少两个示例中分别进行说明。
例如，在本公开至少一个实施例的一个示例中，背光单元200的出光区域(例如下述实施例中的第一光栅)可以设置为与遮光部111对应，如此，在第一显示状态下，背光单元200出射的光射向遮光部111，显示装置为暗态；在第二显示状态下，液晶控制电极320使得液晶层310形成液晶光栅，液晶光栅对光进行衍射以使得光被发散，使得至少部分光从透光部112出射，据此可以对像素单元的灰阶进行调节。例如，遮光部111在背光单元200所在面上的正投影与背光单元200的出光区域在背光单元200所在面上的正投影重合或者位于背光单元200的出光区域在背光单元200所在面上的正投影之内。
例如，在本公开至少一个实施例的另一个示例中，背光单元200的出光区域(例如下述实施例中的第一光栅)可以设置为与遮光部111和透光部112对应，如此，在第一显示状态下，液晶控制电极320使得液晶层310形成液晶光栅，液晶光栅对光进行衍射以使得光被导向遮光部111；在第二显示状态下，液晶层310中的液晶分子可以为可以使光直接透过，背光单元200出射的光透过液晶层后的传播方向不变并且射向遮光部111和透光部112，显示装置为亮态。在第一显示状态向第二显示状态转换的过程中，通过控制液晶光栅以调节出射光的衍射角，使得透光部112的光通过量改变，如此可以对像素单元110的灰阶进行调节。例如，遮光部111在背光单元200所在面上的正投影位于背光单元200的出光区域在背光单元200所在面上的正投影之内，透光部112在背光单元200所在面上的正投影与背光单元200的出光区域在背光单元200所在面上的正投影至少部分重叠。
例如，在本公开一些实施例中，对液晶控制电极中的第一电极和第二电极的具体化排布方式不做限制。图2D为本公开一个实施例提供的一种显示装置中的液晶控制电极的结构示意图。
示例性的，如图2A、图2B、图2C和图2D所示，第一电极321和第二电极322位于液晶层310的同一侧，第一电极321为公共电极，第二电极322配置为包括多个并列的电极条。向第一电极321和第二电极322上施加电压，第一电极321和第二电极322之间形成的水平电场(例如图2D中的T)，使得液晶层310中的液晶分子形成为液晶光栅。
示例性的，如图2D所示，第二电极322的每个电极条的宽度为W，相邻电极条之间的间隔距离为S，第二电极322的每个排布周期的宽度为P。如此，第一电极321和第二电极322之间可以形成水平电场，并且在第二电极322的每个排布周期P内，可以使得液晶层310形成两个液晶光栅，可以提高液晶光栅的衍射效率，提高液晶光栅对光线的散射效果。例如，第二电极322的每个排布周期的宽度P可以设置为不大于10微米，进一步地，例如不大于5微米。
在本公开至少一个实施例中，对在光方向控制部中形成液晶光栅的方式不做限制，液晶光栅的形成方式不限于图2A和图2B所示的方案。图3A为本公开一个实施例提供的另一种显示装置在第一显示状态下的截面图，图3B为本公开一个实施例提供的另一种显示装置在第二显示状态下的截面图。
例如，如图3A和图3B所示，光方向控制部300中的液晶控制电极320包括第一电极321和第二电极322。例如，第一电极321设置为多个，第二电极322可以为公共电极，第一电极321和第二电极322分别位于液晶层310的两侧。例如，向第一电极321和第二电极322上施加电压，第一电极321和第二电极322之间形成的电场使得液晶层310中的液晶分子形成为液晶光栅，并且通过对第一电极321选择性施加电压，可以控制液晶光栅的排布周期以及液晶光栅不同区域之间的折射率差异。相应地，可以对透过液晶光栅的光的衍射角以及衍射效率进行控制，可以对像素单元的灰阶进行调节。
示例性的，如图3A和图3B所示，背光单元200出射的光为准直光，并且背光单元200出射的光射向遮光部111和透光部112。如图3A所示，在第一显示状态下，液晶层310中的液晶分子形成为液晶光栅，液晶光栅对光的衍射角进行控制以使得光射向遮光部，实现暗态显示。如图3B所示，在第二显示状态下，在全亮态时，液晶层310中的液晶分子不改变光的传播方向，背光单元200出射的光的一部分会从透光部112射出；在中间态时，液晶层310中的液晶分子形成为液晶光栅，可以通过调节液晶光栅的周期或者调节液晶光栅的衍射效率，从而使得背光单元200出射的光的一部分未被改变传播方向或者未被导向遮光部111，如此，使得部分光可以从透光部112射出。
例如，在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，液晶控制电极配置为可被施加电压以使得液晶层形成液晶透镜。液晶透镜可以对光进行折射，以改变光的传播方向。通过调整液晶控制电极施加的电场，对液晶透镜的折射率、曲率半径等参数进行控制，可以调节光被折射后的出射方向，使得光方向控制部可以对光的传播方向进行控制。
图4A为本公开一个实施例提供的另一种显示装置在第一显示状态下的截面图，图4B为本公开一个实施例提供的另一种显示装置在第二显示状态下的截面图。
例如，在本公开至少一个实施例中，如图4A和图4B所示，光方向控制部300中的液晶控制电极320包括第一电极321和第二电极322，第一电极321设置为多个，第二电极322可以为公共电极。向第一电极321和第二电极322上施加电压，例如对于不同的第一电极321施加周期分布的不同电压，第一电极321和第二电极322之间形成的电场使得液晶层310中的液晶分子形成为液晶透镜，并且通过对第一电极321选择性施加电压，可以控制液晶透镜的折射率、曲率半径等参数以及形成的位置。
例如，在本公开至少一个实施例的一个示例中，如图4A和图4B所示，背光单元200出射的光为准直光，背光单元200的出光区域(例如下述实施例中的第一光栅)可以设置为与遮光部111和透光部112对应。如此，在第一显示状态下，液晶控制电极320使得液晶层310形成液晶透镜，液晶光栅对光进行折射以使得光被导向遮光部111；在第二显示状态下，液晶层310中的液晶材料可以使光直接透过，背光单元200出射的光透过液晶层后的传播方向不变并且射向遮光部111和透光部112，显示装置为亮态。在第一显示状态向第二显示状态转换的过程中，通过控制液晶透镜以调节出射光的折射角，使得透光部112的光通过量改变，如此可以对像素单元110的灰阶进行调节。
例如，在本公开至少一个实施例的另一个示例中，背光单元出射的光为汇聚光，背光单元的出光区域(例如下述实施例中的第一光栅)出射的光线射向遮光部。如此，在第一显示状态下，背光单元出射的光射向遮光部，显示装置为暗态；在第二显示状态下，液晶控制电极使得液晶层形成液晶透镜，并且液晶透镜的中心位置与透光部对应，如此，使得背光单元出射的光线向透光部汇聚，使得光从透光部出射。
例如，在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，光方向控制部还包括灰阶光栅，灰阶光栅位于液晶层中，例如浸入液晶层中，液晶控制电极配置为可被施加电压以调节液晶层的液晶材料的等效折射率，而调节液晶层的液晶材料和灰阶光栅之间的折射率差异。在液晶控制电极的调节下，液晶材料的等效折射率变化，使得液晶层和灰阶光栅之间的折射率可以存在差异，在此情况下，灰阶光栅对光进行衍射。液晶层和灰阶光栅之间的折射率差异越大，则灰阶光栅对光的衍射效率越高，如此，可以对像素单元的灰阶进行调节。
图5A为本公开一个实施例提供的另一种显示装置在第一显示状态下的截面图，图5B为本公开一个实施例提供的另一种显示装置在第二显示状态下的截面图。
例如，在本公开至少一个实施例中，如图5A和图5B所示，光方向控制部300还包括灰阶光栅330，灰阶光栅330可以位于液晶层310一侧且位于液晶层310中。灰阶光栅330包括多个彼此间隔的光栅条，液晶层310中的液晶材料充满光栅条之前的间隔区域。根据自身的折射率，光栅条和液晶材料都具有相应的等效光程差，如果光栅条和液晶材料的折射率存在差异，则光栅条和液晶材料之间会存在光程差而使得光被衍射。
例如，在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，在一种显示状态下，液晶层的等效折射率与灰阶光栅的折射率相等，并且在另一种显示状态下，液晶控制电极被施加电压以使得液晶层的等效折射率不同于(例如大于)灰阶光栅的折射率。在液晶层的等效折射率与灰阶光栅的折射率相等的情况下，灰阶光栅不会对光进行衍射，光透过灰阶光栅和液晶层的方向不变；在液晶层的等效折射率与灰阶光栅的折射率不相等的情况下，灰阶光栅将对光进行衍射，光透过灰阶光栅和液晶层的方向改变。如此，只需要对背光单元出射的光的方向进行设置，
例如，在本公开至少一个实施例中，如图5A和图5B所示，背光单元200出射的光为准直光，背光单元200的出光区域(例如下述实施例中的第一光栅)可以设置为与遮光部111对应，如在准直光前进方向彼此重叠。例如，背光单元200的出光区域在背光单元200所在面上的正投影与遮光部111在背光单元200所在面上的正投影重合或者位于遮光部111在背光单元200所在面上的正投影之内。如此，如图5A所示，在第一显示状态下，液晶层310的等效折射率与灰阶光栅330的折射率相等，背光单元200出射的光线的传播方向不变并射向遮光部111，显示装置呈暗态；如图5B所示，在第二显示状态下，液晶控制电极320被施加电压以使得液晶层的等效折射率大于灰阶光栅330的折射率，如此，灰阶光栅330对光进行衍射并且将光导向透光部112，显示装置呈亮态(显示一定灰阶)。通过控制灰阶光栅330和液晶层310之间的折射率的差异程度，可以控制灰阶光栅的衍射效率，从而对像素单元110的灰阶进行调节。
例如，在本公开至少一个实施例中，在如图5A和图5B所示的实施例中，背光单元200出射的光也可以为汇聚光，背光单元200的出光区域(例如下述实施例中的第一光栅)可以设置为与遮光部111和透光部112对应，如在准直光前进方向彼此重叠。如此，在第一显示状态下，液晶层310的等效折射率与灰阶光栅330的折射率相等，背光单元200出射的光线的传播方向不变并射向遮光部111；在第二显示状态下，液晶控制电极320被施加电压以使得液晶层的等效折射率大于灰阶光栅330的折射率，如此，灰阶光栅330对对光进行衍射并且可以将至少部分光导向透光部112。
灰阶光栅的衍射效率与灰阶光栅的结构参数有关。下面，结合附图对如何根据显示需要设定灰阶光栅的结构参数进行说明。
图6A为本公开一个实施例提供的一种显示装置中的灰阶光栅的工作原理示意图，图6B为图6A所示灰阶光栅的衍射效率与光栅厚度的关系的示意图。
在本公开至少一个实施例中，对灰阶光栅的衍射级数不做限制。例如，在本公开至少一个实施例中，灰阶光栅可以设置为对光的衍射级数为±1级。在不考虑其它的设计参数的情况下，衍射级数为±1级时，灰阶光栅对光的衍射效率最高。如此，可以提高背光单元出射光的利用率，提高显示装置的显示图像的亮度。灰阶光栅的衍射效率定义为被衍射的光中偏离原入射方向的光的通过量在射向灰阶光栅的光的总通过量中的占比。
下面，以灰阶光栅的衍射级数设置为±1级为例，对本公开下述至少一个实施例中的技术方案进行说明。
在本公开至少一个实施例中，对灰阶光栅的衍射角的具体数值不做限制。例如，灰阶光栅的衍射角为10～60度，例如进一步为20度、30度、40度、50度等。
在本公开至少一个实施例中，对灰阶光栅的设计参数以及液晶层中的液晶材料的性质要求不做限制。例如，灰阶光栅的折射率范围为1.48～1.58，灰阶光栅的占空比为30％～70％，灰阶光栅的周期可以根据入射光的波长范围决定；液晶层中的液晶材料(液晶分子)的短轴折射率为1.48～1.58，长轴折射率为1.6～1.9。例如，在本公开至少一个实施中，液晶层可以包括短轴折射率足够小并且长轴折射率足够大的液晶分子，本公开的实施例不限于具体材料选择。液晶层的液晶分子的短轴折射率和长轴折射率之间的差异越大，灰阶光栅对光的衍射效率的可调节范围增加，即对像素单元的亮度的可调节范围增加，可以设计更多的显示灰阶的级数。
灰阶光栅的厚度会影响衍射效率。下面，在本公开至少一个实施例的示例中，对灰阶光栅的厚度的设置方式进行说明。在本示例中，设定入射光的波长为532纳米，液晶材料(液晶分子)的短轴折射率为1.52，长轴折射率为1.82；灰阶光栅的折射率为1.52纳米，周期为600纳米，占空比为50％。
图6B为本公开一个实施例提供的一种显示装置中的灰阶光栅的衍射效率与光栅厚度的关系的示意图，图6C为本公开一个实施例提供的一种显示装置中的灰阶光栅的衍射效率与液晶层的等效折射率的关系的示意图。
如图6B所示，灰阶光栅的衍射效率随灰阶光栅的厚度周期变化，并且灰阶光栅的厚度为0.8微米和2.5微米时，灰阶光栅具有最大衍射效率，可以达到52％。例如，灰阶光栅的厚度可以设置为0.8微米，如此，灰阶光栅的衍射效率最大，可以最大化提升显示装置的显示图像的亮度，而且灰阶光栅的厚度相对比较小，也有利于显示装置的轻薄化，降低成本。
如图6C所示，随着液晶层的等效折射率的增加，灰阶光栅的衍射效率逐渐增加。如此，液晶控制电极控制液晶层的等效折射率，可以调整灰阶光栅的衍射效率，进一步可以控制像素单元的灰阶。此外，如图6C所示，灰阶光栅的衍射效率受液晶材料的短轴折射率(最小等效折射率)和长轴折射率(最大等效折射率)的差异程度限制。在实际工艺中，可以选择短轴折射率和长轴折射率差异更大的液晶分子，以增加灰阶光栅的衍射效率。
需要说明的是，在本公开至少一个实施例中，灰阶光栅不限于与遮光部对应设置。例如，在本公开至少一个实施例中，灰阶光栅可以设置为对应于像素单元的透光部。如此，在第一显示状态下，通过液晶控制电极控制液晶层的状态以使得灰阶光栅对光进行衍射，灰阶光栅将光导向遮光部111，显示装置为暗态；在第二显示状态，液晶层的等效折射率与灰阶光栅的折射率相等，背光单元出射的光的传播方向在透过光方向控制部后不变，显示装置为亮态(显示一定灰阶)。
图7为本公开一个实施例提供的另一种显示装置中的局部结构示意图。示例性的，如图7所示，在第一显示状态下，通过控制液晶层的等效折射率达到其可能的最大值，以使得灰阶光栅的衍射效率最大，且通过设置灰阶光栅和遮光部之间的距离以及尺寸，可以使得灰阶光栅衍射出的光线射向遮光部。例如，在如图7所示的实施例中，背光单元出射的光为准直光，遮光部111的尺寸与灰阶光栅330的尺寸相同，并且遮光部111的尺寸与遮光部111和灰阶光栅330的间距的比值等于灰阶光栅的衍射角的正切值。
例如，在本公开至少一个实施例中，灰阶光栅也可以与液晶光栅或者液晶透镜配合以共同对光的方向进行控制。示例性的，以背光单元出射的光射向遮光部为例，在第一显示状态下，液晶层与灰阶光栅的折射率相等，光方向控制部不会改变光的传播方向；在第二显示状态下，液晶层中的液晶材料形成液晶光栅或者液晶透镜，灰阶光栅对背光单元出射的光进行衍射，液晶光栅或者液晶透镜再对灰阶光栅衍射出的光进行衍射或者折射，即灰阶光栅与液晶光栅或者液晶透镜配合使得至少部分光被导向透光部。
在本公开至少一个实施例中，对用于制备灰阶光栅的材料不做限制。例如，灰阶光栅可以为低折射率的无机材料或者有机材料，无机材料可以为氧化硅等，有机材料可以为聚酰亚胺类材料等。
在本公开至少一个实施例中，对光方向控制部中的液晶层的厚度以及液晶材料的类型等参数不做限制。例如，液晶层中的液晶分子可以为向列相液晶或者其它合适类型的液晶。例如，液晶层的厚度可以为0.2～10微米。例如，在液晶层设置有灰阶光栅的情况下，液晶层的厚度大于灰阶光栅的厚度。
例如，在本公开至少一个实施例中，如图2A～图5B所示，显示装置还可以包括取向层800。取向层800位于液晶层310的至少一侧，取向层800可以对液晶层310中的液晶分子进行预取向，有助于液晶分子规律排列，提升液晶层310的性能。例如，取向层800可以由聚酰亚胺(PI)形成，并通过摩擦取向工艺而获得取向能力；或者由聚氧硅烷形成，并通过光取向工艺而获得取向能力。
在本公开至少一个实施例中，对显示装置的具体化结构以及像素单元、光方向控制部和背光单元之间的距离连接关系不做限制。
例如，本公开至少一个实施例提供的显示装置可以包括显示面板，光方向控制部可以位于该显示面板中。例如，显示面板中设置有第一基板，第一基板和背光单元对盒设置，光方向控制部位于第一基板和背光单元之间。示例性的，如图2A～图5B所示，显示面板100中的第一基板410和背光单元200对盒设置，光方向控制部300夹设在第一基板410和背光单元200之间。光方向控制部300中的部分结构例如液晶控制电极320中的第一电极321或第二电极322可以设置在背光单元200的出光侧上。如此，显示装置中的显示面板100和背光单元200可以为一个整体，可以提高显示装置的结构的稳固程度，而且显示面板100不需要设置有用于与第一基板410对盒的第二基板，有利于显示装置的轻薄化。例如，可以在第一基板410上进行薄膜晶体管等电路结构的制造工艺，如此可以减小对背光单元中的结构(例如下述实施中的第一光栅等)造成损坏。
例如，在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，显示面板可以包括第一基板和第二基板，光方向控制部可以位于第一基板和第二基板之间。图8为本公开一个实施例提供的另一种显示装置的截面图。示例性的，如图8所示，显示面板100包括对盒设置的第一基板410和第二基板420，光方向控制部300位于第一基板410和第二基板420之间。例如，第一基板410可以为具有彩色像素单元的彩膜基板，第二基板420可以为具有驱动电路阵列的阵列基板。例如，液晶控制电极320中的第一电极321和第二电极322设置于第一基板410之上，或第二基板420之上，或分别设置于第一基板410和第二基板420之上。上述显示装置的制造工艺简单，并且显示面板100中的部件的制造工艺不会对背光单元200造成不良影响。
下面，以如图2A～图5B所示的显示装置包括显示面板并且显示面板和背光单元为一个整体为例，对本公开下述至少一个实施例中的显示装置进行说明。
例如，在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，背光单元包括光源和取光层，取光层设置在光源的出光侧，取光层配置为导出光源中的光线并且控制出射光线的方向。在本公开至少一个实施例中，对取光层的类型不做限制。例如，取光层可以设置为包括多个第一光栅。光源发出的光线在第一光栅处会发生衍射，通过控制第一光栅的参数可以控制背光单元出射光的衍射角，即可以控制出射光的传播方向。光源可以为直下式光源、侧入式光源或者其它模式的光源，只要光源发射的光线由第一光栅导出并且第一光栅可以控制导出的光的传播方向即可。
下面，以背光单元中的光源为侧入式光源为例，对本公开下述至少一个实施例中的技术方案进行说明。
例如，在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，光源包括导光板和光供给部，导光板包括两个相对的主表面和位于主表面之间的第一侧表面；光供给部与侧表面相对设置以将光线入射到导光板之中；第一光栅位于主表面上并且配置为导出由光供给部入射到导光板中的光线。
图9为本公开一个实施例提供的一种显示装置中的一种背光单元的截面图。例如，在本公开至少一个实施例中，如图9所示，背光单元200中的光源可以包括导光板230和光供给部210，而取光层包括多个第一光栅220。导光板230包括面向光方向控制部300的第一主表面231、背向光方向控制部300的第二主表面232、位于第一主表面231和第二主表面232之间的第一侧表面233和第二侧表面234。例如，第一光栅220位于导光板230的第一主表面231上，光供给部210提供的光线从导光板230的第一侧表面233射入，再由导光板230在图中的横向(例如图9所示的X轴正方向)传导，第一光栅220可以将导光板230中的光线导出。
例如，在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，导光板230所在面与背光单元200所在面平行。
例如，在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，第一光栅的材料可以为非透明材料例如金属等，或者也可以为高折射率的材料例如氮化硅等。例如，第一光栅的折射率可以为1.8～2.0，例如氮化硅的理论折射率接近2.0。例如，可以利用纳米压印、转印或者光刻构图工艺等方式在导光板上制造第一光栅。
例如，在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，光供给部配置为使得射入至导光板中的光线在导光板中满足全反射条件从而可以横向传导，并且使得导光板中的光线由第一光栅导出。示例性的，如图9所示，由光供给部210射入导光板230中的光线在导光板中全反射，第一光栅220破坏了所在位置的导光板230中的全反射条件，使得光线可以由第一光栅220至少部分导出。如此，可以通过对第一光栅220的位置进行设计，以对背光单元200的出光位置进行控制，避免漏光。需要说明的是，在实际应用中，也可以允许较小程度的漏光，即导光板中的部分光线未通过第一光栅而从出光面射出，只要该部分光线对显示装置的显示功能的影响在可接受的范围内即可。
在显示装置为透明显示装置的情况下，射入导光板230中的背景光在出光面231处的入射角较小，所以背景光可以从导光板230的第一主表面231出射，如此，显示装置可以显示背景图像。
下面，以导光板的第一主表面出射的光线(该部分光线由背光单元中的光供给部产生)全部由第一光栅导出为例，对本公开下述至少一个实施例中的技术方案进行说明。
例如，在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，导光板的面向光方向控制部的主表面为出光面，第一光栅配置为使得从导光板导出的光线至少部分的传播方向倾斜于出光面。示例性的，如图9所示，第一光栅220导出的光为汇聚光，且该汇聚光中的至少部分的传播方向与第一主表面231相交且彼此不垂直。
例如，在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，导光板的面向光方向控制部的主表面为出光面，第一光栅配置为使得从导光板导出的光线的传播方向垂直于出光面。图10A为本公开一个实施例提供的一种显示装置中的另一种背光单元的截面图，图10B为本公开一个实施例提供的一种显示装置中的另一种背光单元的截面图。示例性的，如图10A和图10B所示，第一光栅220导出的光为准直光，且该准直光的传播方向垂直于第一主表面231。
例如，在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，第一光栅配置为透射光栅，并且第一光栅位于导光板的面向光方向控制部的主表面上；或者第一光栅配置为反射光栅，并且第一光栅位于导光板的背离光方向控制部的主表面上。示例性的，如图10A所示，第一光栅220为透射光栅，第一光栅220位于导光板230的出光面231上，第一光栅220可以使得部分入射光透过并控制透过光的衍射角以使得衍射光的方向垂直于光面231；如图10B所示，第一光栅220为反射光栅，第一光栅220位于导光板230的第二主表面232上，第一光栅220可以反射部分入射光并控制反射光的方向垂直于光面231。
下面，以第一光栅位于导光板的出光面上，且第一光栅配置为透射光栅为例，对第一光栅从导光板中导出光线的原理进行说明。
透射光栅包括多个光栅条，而光栅条的线宽可以在亚微米级别，光线在射向光栅条之后，光线的电磁波发生改变，使得光线发生衍射而透过透射光栅，出射的光线具有一定的偏振特性，偏振方向垂直于光栅条的长度方向。通常，从透射光栅射出的光线的衍射角与透射光栅的周期、入射光线的波长以及入射角相关，上述参数之间的关系如下公式所示：
n1sinθ-n2sinθ0＝mλ/c(m＝0,±1,±2,±3,±4…)
其中，n1为导光板的折射率，n2为导光板上的介质层(例如填充层)的折射率，θ为光线的入射角，θ0为光线的衍射角，m为衍射级数，λ为光线的波长，c为透射光栅的周期。
因此，在光线的入射方向、导光板的折射率以及导光板上的介质层的折射率固定的情况下，通过设置透射光栅的周期，可以控制第一光栅导出的光线的方向。如此可以控制出射光的传播方向与导光板的出光面垂直或者倾斜，即可以控制背光单元出射的光为准直光或者汇聚光。
图11为本公开一个实施例提供的一种显示装置中的背光单元的局部结构示意图。例如，如图11所示，导光板230的出光面231的法线为P，在出光面231处，光线的入射角为Q。透射光栅包括多个光栅条221，光栅条221的线宽为a，相邻光栅条221之间的间隔区域222的宽度为b，透射光栅的一个周期为c(c＝a+b)。例如，光线的波长范围为525纳米，入射角Q为65度，导光板230的折射率为1.5，线宽为a为228.6纳米，周期为c为381纳米的情况下，衍射光线的衍射角为零度，即衍射光线的传播方向与出光面231垂直。衍射光线的出光率与光栅条的厚度相关。例如，透射光栅在具有上述参数的条件下，光栅条的厚度为350纳米，衍射光线的出光率在20％。例如，导光板230和透射光栅在具有上述参数的条件下，光线的波长范围为515～535纳米的范围内，入射角Q在60度～70度的范围内，衍射光线的传播方向与出光面231基本垂直。
例如，在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，由光供给部射入导光板中的光线在射向导光板的第一主表面时基本上都具有第一方向，例如为准直光线，从而使得射入导光板中的光线在导光板中满足全反射条件。例如，第一方向与出光面的法线之间的夹角可以大于导光板的全反射临界角，如此，光线在导光板内都会发生全反射，从而只能在设置有第一光栅的位置处由于全反射条件不再成立而通过第一光栅射出；此外，可以据此对第一光栅的参数进行设计，使得衍射光线的衍射方向固定。
示例性的，如图9～图11所示，在导光板230中，所有的光线在射向第一主表面231时都具有第一方向，如此，在每个第一光栅220所在的位置处，光线的入射角度都是相同的，所以只需要对每个第一光栅220中的光栅条的排布周期进行相应设计，各第一光栅220之间的光栅条的排布方式是相同的，简化对整个取光层的参数设计。
例如，在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，第一光栅为透射光栅的情况下，背光单元还包括填充层，填充层覆盖透射光栅以形成平坦表面，并且填充层的折射率小于导光板的折射率。低折射率的填充层可以保证光线在导光板中进行全反射；此外填充层对导光板的表面进行平坦化处理，便于在导光板上制造光方向控制部，有利于实现背光单元和显示面板的一体化设计。
示例性的，如图9～图11所示，导光板230的出光面231上可以设置有填充层240。填充层240包括透明或者半透明材料。例如，填充层240的折射率小于导光板230的折射率，并且在出光面231处，导光板230中的光线的入射角不小于导光板230相对于填充层240的全反射临界角。如此，在导光板230的出光面231的未与第一光栅220对应的区域，光线会发生全反射而不会漏光。填充层240可以覆盖第一光栅220，或者填充层240的上表面与第一光栅220的上表面彼此相平，只要填充层240不影响光从第一光栅220出射即可。
在本公开至少一个实施例中，对导光板的第二主表面上的介质材料不做限制。例如，显示装置可以为非透明显示装置，可以在第二主表面上设置反射层，以使得导光板中的光线在第二主表面处全反射或反射。例如，显示装置可以为透明显示装置，如图9～图11所示，导光板230的第二主表面232设置为暴露于空气中；或者，导光板230的第二主表面232上也可以设置低折射率材料层，该低折射率材料层的设置方式可以参考图8所示的填充层240。如此，导光板230中的光线可以在第二主表面232处发生全反射，而且背景光可以透过背光单元200，可以实现透明显示。在本公开至少一个实施例中，对填充层的厚度不做限制。例如，填充层的厚度可以设置为不小于1微米。
例如，在本公开至少一个实施例中，远离光供给部的第一光栅的厚度小于靠近光供给部的第一光栅的厚度。第一光栅厚度越小，衍射光的出光率越大，但是，在从导光板的靠近光供给部的一侧至导光板的远离光供给部的另一侧的方向上，导光板中的光线的强度逐渐降低。如此，每个第一光栅导出的光的强度基本相同，提高背光单元出光均匀度。
下面，在未明确说明的情况下，以如图9所示的背光单元200出射的光为汇聚光为例，对本公开下述至少一个实施例中的技术方案进行说明。
在本公开至少一个实施例中，对第一光栅中的光栅条的具体排布不做限制。例如，在本公开一些实施例中，每个第一光栅可以包括多个区域，不同区域中的光栅条的结构参数不相同。例如，在本公开另一些实施例中，每个第一光栅可以包括多个区域，在每个区域中，光栅条的结构参数是相同的。
例如，在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，对应于每个像素单元，第一光栅包括依次排布的第一子光栅、第二子光栅和第三子光栅，第二子光栅配置为使得从导光板导出的光线的传播方向垂直于出光面，以及第一光栅和第三子光栅配置为使得从导光板导出的光线的传播方向倾斜于出光面，从而向第二子光栅导出的光线汇聚。例如，在本公开至少一个实施例中，第一光栅与像素单元可以一一对应，第一光栅出射的光线射向与其对应的像素单元中，并且不会射向其它的像素单元。例如，第一子光栅、第二子光栅和第三子光栅在导光板的靠近光供给部的一端至导光板的远离光供给部的另一端的方向上依次排布，第一子光栅中的光栅条的排布周期大于第二子光栅中的光栅条的排布周期，第二子光栅中的光栅条的排布周期大于第三子光栅中的光栅条的排布周期。
示例性的，如图9所示，每个第一光栅220包括依次排布的第一子光栅220a、第二子光栅220b和第三子光栅220c，第一子光栅220a中的光栅条的排布周期大于第二子光栅220b中的光栅条的排布周期，第二子光栅220b中的光栅条的排布周期大于第三子光栅220c中的光栅条的排布周期。如此，第一子光栅220a和第三子光栅220c导出的光线会向第二子光栅220b导出的光线的传播方向汇聚。
例如，第二子光栅配置为使得导出光线的传播方向垂直于第一主表面。图12为本公开一个实施例提供的一种显示装置中第一光栅和遮光部的位置关系的示意图。示例性的，如图2A、图2B、图9和图12所示，第二子光栅220b导出的光线的传播方向与第一主表面231垂直，相应的，第二子光栅220b导出的光线会以垂直角度射向遮光部111，如此第一子光栅220a和第三子光栅220c导出的光线相对于第二子光栅220b导出的光线是对称的。如此，在每个像素单元中，遮光部111两侧出射的光通过量以及光的亮度都是相同的，有利于对每个像素单元210的灰度进行控制，可以进一步提高显示装置的显示效果。
需要说明的是，在本公开的实施例中，在每个第一光栅中，对每个子光栅中的光栅条的排布周期的设计不做限制。例如，在本公开一些实施例中，在每个第一光栅中的子光栅(例如第一子光栅、第二子光栅和第三子光栅)中，光栅条的排布周期是不变的。例如，在本公开另一些实施中，在每个第一光栅中的子光栅中，在导光板的靠近光供给部的一侧至导光板的远离光供给部的另一侧的方向上，每个子光栅中的光栅条的排布周期逐渐减小。如此，可以进一步增加第一光栅导出光线的汇聚程度，有利于减小遮光部的设计宽度，增加像素单元的开口率，提升显示装置的显示效果。
例如，在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，每个第一光栅包括多个光栅条，并且在导光板的靠近光供给部的一侧至导光板的远离光供给部的另一侧的方向上，每个第一光栅中的光栅条的排布周期逐渐减小。
图13为本公开一个实施例提供的一种显示装置中的另一种背光单元的截面图。示例性的，如图13所示，在每个第一光栅220中，在导光板230的靠近光供给部210的一侧至导光板230的远离光供给部210的另一侧的方向(例如沿着X轴的正方向)上，每个第一光栅220中的光栅条221的排布周期逐渐减小，例如相邻光栅条221之间的间隔区域的尺寸逐渐增加。如此，可以进一步增加第一光栅导出的光线汇聚程度，有利于减小遮光部的设计宽度，增加像素单元的开口率，提升显示装置的显示效果。
例如，在本公开至少一个实施例中，如图13所示，第一光栅220中的光栅条可以设置为覆盖导光板的230的表面，即相邻第一光栅220之间没有间隔。如此，可以进一步提高导光板230的出光量，提高光的利用率，并且进一步提高显示装置的显示效果。
例如，在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，在背光单元出射的光为汇聚光的情况下，背光单元还包括吸收层，位于导光板的第二侧表面上，第二侧表面与第一侧表面相对。
示例性的，如图9所示，导光板230包括第二侧表面234，第二侧表面234和第一侧表面233相对，吸收层900位于第二侧表面234上。在背光单元200中，第一光栅220的结构参数是固定的，所以在第一显示状态下保证第一光栅220导出的光线的传播方向固定，则导光板230射向第一光栅220的光线必须具有特定的方向(例如基本为第一方向)。吸收层900可以将导光板230中射向第二侧表面234的光线吸收，使得光线不会被第二侧表面234反射后射向第一光栅220，使得第一光栅220导出光线的传播方向都满足设计要求。
例如，在本公开至少一个实施例中，在背光单元出射的光为准直光的情况下，第一光栅中的光栅条的排布周期可以是相同的。光栅条的排布方式可以参考如图9所示的实施例中的相关说明，只要第一光栅取出的光基本垂直于出光面231即可。
例如，在本公开至少一个实施例中，在背光单元出射的光为准直光的情况下，如图10A所示，背光单元还可以包括反射层1000，反射层1000位于导光板230的与第一侧表面233相对的第二侧表面234上。反射层1000可以防止光线从第二侧表面234射出；此外，经由反射层1000反射的光线会沿着传播路径返回，该反射光线入射至第一光栅220上后，仍可以被第一光栅220导出且出射方向垂直于出光面231。如此，反射层1000可以提高光的利用率，降低能耗。
在本公开至少一个实施例中，在取光层为第一光栅的条件下，对背光单元中的光供给部的具体化结构不做限制，只要该光供给部射入导光板中的光线射向第一主表面时具有特定方向(例如趋向于第一方向)即可。
图14A为本公开一个实施例提供的一种显示装置中的另一种背光单元的截面图。例如，在本公开至少一个实施例中，如图14A所示，光供给部210包括第一反射面211和发光体213，第一反射面211配置为反射发光体213发出的光线并使得反射光线趋向于第一方向201。如此，导光板230中的光线在射向出光面231时具有第一方向201，使得第一光栅220导出的光线可以射向遮光部。
例如，发光体213可以为朗伯发光体(余弦辐射体)，第一反射面211可以为抛物面或者球面的一部分，发光体213位于第一反射面211的焦点处。如此，发光体213发出的光经由第一反射面211反射后可以具有特定的传播方向，通过调整第一反射面211的倾斜程度(例如将第一反射面211在X-Z的平面内旋转)，可以使得发光体213发出的光经由第一反射面211反射后具有第一方向201。
例如，在本公开至少一个实施例，发光体发出的光线可以为单色光线。如此，发光体发出的光线的波长可以相同或者相近，在第一光栅的结构参数确定的情况下，提高第一光栅导出的光线的汇聚程度。例如，发光体发出的光线可以进一步为短波长光线。如此，可以设置彩膜层，且在彩膜层中设置有量子点的情况下，根据量子点的类型，短波长光线可以激发量子点以发出特定波长的光线，以实现彩色显示。例如，在本公开至少一个实施例中，发光体发出的光线的波长为约515～535纳米，半峰宽不大于40纳米。在本公开至少一个实施例中，对发光体的尺寸不做限制。例如，发光体的尺寸可以为200μm×200μm～800μm×800μm，例如进一步为400μm×400μm、600μm×600μm等。
在本公开至少一个实施例中，对发光体的类型不做限制。例如，发光体可以为LED(Light Emitting Diode，发光二极管)、OLED(Organic Light Emitting Diode，有机发光二极管)、微型LED等。
发光体发出的光线通常会具有一定发散角，例如，LED、OLED的出光角度通常为约120度。如果要将来自发光体的全部光线均由第一反射面反射，第一反射面的尺寸需要足够大，而且需要更大厚度的导光板，相应地，会导致背光单元的尺寸过大，增加背光单元的制造工艺的难度，不利于显示装置的轻薄化。
例如，在本公开至少一个实施例中，背光单元还可以包括第二反射面，第二反射面位于第一反射面的远离发光体的一侧，并且第一反射面配置为反射发光体发出的光线并使得反射光线趋向于第一方向，第一反射面反射的光线的至少一部分由第二反射面反射后具有第二方向。示例性的，如图14A所示，第二反射面212位于第一反射面211的远离发光体213的一侧，并且第一反射面211配置为反射发光体213发出的光线并使得反射光线趋向于第一方向201，第一反射面211反射的光线的至少一部分由第二反射面212反射后具有第二方向202。具有第二方向202的光线在被第二主表面232反射后可以具有第一方向201。如此，导光板230中的光线在射向出光面231时都具有第一方向201，使得第一光栅220导出的光线可以射向遮光部。
例如，第二反射面212可以为平面，并且第二反射面212所在面与导光板230的出光面231平行。如此，具有第一方向201的光在被第二反射面212反射之后可以具有第二方向202，具有第二方向202的光线在被第二主表面232反射之后具有第一方向201。
例如，在本公开至少一个实施例中，发光体的至少部分区域可以设置反射光栅。受光供给部的具体尺寸以及发光体的发散角的影响，发光体射出的光线可能会直接射向第二反射面，如此，可以在第二反射面的被发光体直射的区域设置反射光栅，反射光栅中的光栅条的排布周期可以根据入射光线的入射角进行设计，使得被反射光栅反射的光线具有如图14A所示的第二方向202。如此，可以使得导光板中的光线在射向出光面时都具有第一方向，还可以提高光线的利用率，减小显示装置的能耗。
例如，在本公开至少一个实施例中，在如图14A所示的实施例中，光供给部210可以以X-Y平面为基准进行倒置。如此，光供给部210射入导光板230中的光线在射向出光面231时仍然具有第一方向；此外，例如，第一反射面211的远离发光体213的一端或者第二反射面212可以与导光板230的第二主表面232基本位于同一平面内，如此，可以降低显示装置的设计厚度。
图14B为图14A所示的光供给部中的光线分布的示意图，图14B中的光路图由lighttools软件根据图14A的光供给部结构模拟得到。如图14A和图14B所示，在光供给部的不同区域，光线的分布和传播方向不同，如此，可以根据光供给部中的光线的分布，对导光板的位置和厚度等参数进行设计。例如，E位置对应于第一反射面的远离发光体的一端，在导光板的第一侧表面位于E位置的情况下，光供给部中可以不设置第二反射面。例如，在导光板的第一侧表面位于F位置或者G位置处时，光供给部中设置有第二反射面。
图14C为导光板中的一种光线分布的示意图，其中，导光板230的第一侧表面233位于图14B中的E位置。例如，在本公开至少一个实施例中，如图14B和图14C所示，射向第一侧表面233的光线具有第一方向201，在导光板230的出光面231中，只有J区域可以导出光线。如此，以第一光栅为透射光栅为例，第一光栅可以设置在J区域中，通过对第一方向201进行调整，可以调节J区域以及第一光栅的设置位置。需要说明的是，如图14B所示，在E位置处，受发光体的发散角以及第一反射面的具体结构的影响，发光体发射的光线可能直接射向导光板的第一侧表面，由第一侧表面射入导光板中的光线包括由发光体直接射入导光板中的光线以及由第一反射面反射后射入导光板中的光线(具有第一方向的光线)，由发光体直接射入导光板中的光线的传播方向与第一方向和第二方向都不同，对背光单元的出光产生影响。但是，由发光体直接射入导光板中的光在射入导光板中的所有光中占比通常比较小，只要该部分光对显示装置的显示效果的影响在可接受的范围内即可。
图14D为导光板中的一种光线分布的示意图，其中，导光板230的第一侧表面233位于图14B中的G位置。例如，在本公开至少一个实施例中，如图14B和图14D所示，位置E至位置G的距离表示第二反射面的最大有效尺寸，在该有效尺寸内，第二反射面可以对发光体发射的光线进行反射。在第二反射面的尺寸大于等于最大有效尺寸(位置E至位置G的长度)的情况下，射向导光板230的第一侧表面233的光线都具有第二方向，在导光板230的出光面231中，只有K区域可以导出光线。如此，以第一光栅为透射光栅为例，第一光栅可以设置在K区域中，通过对第二方向进行调整，可以调节K区域以及第一光栅的设置位置。
图14E为导光板中的另一种光线分布的示意图，其中，导光板230的第一侧表面233位于图14B中的E位置和G位置之间，例如位于F位置。例如，在本公开至少一个实施例中，如图14B和图14E所示，射向导光板230的第一侧表面233的光线具有第一方向和第二方向，并且在光线射入第一侧表面233时，具有第一方向的光线由光束J表示，具有第二方向的光线由光束K表示，相应地，在光线射向出光面231时，光束J在出光面231上的照射区域为区域J，光束K在出光面231上的照射区域为区域K。例如，第一侧表面233的全部区域被光束J和光束K覆盖时，如图14E所示，出光面231上的区域J和区域K互补，即出光面231的全部区域都可以被导出光线。如此，可以根据实际需求在出光面231的任意位置处设置第一光栅，简化了显示装置的设计难度。
需要说明的是，在本公开至少一个实施例中，如图14A～图14E所示，光线在导光板内的分布还与导光板的厚度、光供给部的尺寸以及导光板和光供给部的位置关系有关。下面，以如图14B和图14E所示的导光板230的第一侧表面233位于F位置为例，对本公开下述至少一个实施例中的技术方案进行说明。
例如，如图14A所示，导光板230的出光面231和第二反射面212位于同一平面内，并且以出光面231为基准，导光板230的厚度为h1，发光体213的高度为h2，在X轴方向上，第二反射面的212的宽度为a。下面，根据下述表1～表4中的数据，对发光体的高度、导光板的厚度以及第二反射面的宽度与入光量之间的关系进行分析，其中，入光量为射入导光板中的光量与发光体发出的光量的比值。
表1发光体高度与最大入光量之间的关系
Figure BDA0001635844850000291
Figure BDA0001635844850000301
表1示出了发光体高度与最大入光量之间的关系。在表1中，在发光体的高度固定的情况下，导光板厚度的数值是变化的。示例性的，以发光体高度h2为4mm为例，导光板厚度h1从0mm逐渐增加，相应地，入光量也逐渐增加，在导光板厚度h1为1.5mm时，入光量为85％，随着导光板厚度h1进一步增大，入光量数值不变，即最大入光量为85％。由表1得出，在发光体高度增加的条件下，如果获得最大入光量，需要更大厚度的导光板；此外，在发光体高度h2为4mm～6mm范围内的情况下，最大入光量的数值相差不大，而且在发光体高度h2达到4mm的情况下，即可获得较大数值的最大入光量。
表2发光体高度与入光量之间的关系
Figure BDA0001635844850000311
表2示出了发光体高度与入光量之间的关系，其中，导光板的厚度为0.7mm。由表2得出，在导光板厚度固定的情况下，随着发光体高度增加，入光量先增加后减小。例如，在导光板的厚度为0.7mm的情况下，随着发光体高度h2由2mm增加至3mm，入光量由63％增加至72％，随着发光体高度h2由3mm增加至6mm，入光量由72％减小至14％。此外，在发光体高度h2为4mm～6mm范围内的情况下，入光量的数值较大。
根据表1和表2中示出的发光体的高度与入光量(最大入光量)之间的关系，可以对发光体的高度进行设计。例如，在本公开至少一个实施中，发光体的高度可以为2mm～6mm之间，例如进一步为2mm～4mm。
表3第二反射面的尺寸与入光量之间的关系
Figure BDA0001635844850000312
表3示出了第二反射面的尺寸与入光量之间的关系，其中，导光板的厚度为0.7mm。由表3得出，在导光板厚度固定的情况下，随着第二反射面宽度增加，入光量先增加后减小。例如，在导光板的厚度为0.7mm的情况下，随着第二反射面宽度a由1mm增加至2.5mm，入光量由35.5％增加至72％，随着第二反射面宽度a由2.5mm增加至4mm，入光量由72％减小至50.9％。此外，在第二反射面宽度a为2mm～3mm范围内的情况下，入光量的数值较大。例如，在本公开至少一个实施例中，第二反射面的宽度可以为1～4mm，例如进一步为2mm、2.5mm、3mm等。
表4导光板厚度与入光量之间的关系
Figure BDA0001635844850000321
表4示出了导光板厚度与入光量之间的关系，其中，第二反射面的宽度设置为2.5mm。由表4得出，在第二反射面的宽度固定的情况下，随着导光板厚度增加，入光量逐渐增加，并且在导光板厚度增加到一定程度后，入光量数值不变。例如，在第二反射面的宽度设置为2.5mm的情况下，随着导光板厚度h1由0.3mm增加至1.2mm，入光量由38.7％增加至81.7％，随着导光板厚度h1进一步增加，入光量维持在81.7％。此外，在导光板厚度h1大于0.7mm的情况下，入光量的数值较大。需要说明的是，在导光板的厚度大于1.2mm的情况下，光线可能只从导光板的第一侧表面中的部分区域射入，如此，导光板的出光面并不能全部被光线照射，即出光面中只有部分区域可被导出光线，需要据此对第一光栅的位置进行设计。例如，在本公开至少一个实施例中，导光板的厚度可以为0.1mm～1.2mm，例如进一步为0.7mm、1.0mm、1.2mm等。
例如，在本公开至少一个实施例中，光供给部只需要设计为可以向导光板中入射光线，并且导光板设计为使得光线在导光板内发生全反射即可。例如，取光层可以为棱镜膜、透镜膜、光提取膜等光学膜层或者网点等结构，只要该光学膜层可以将光线从导光板中导出，并且使得导出的光线为准直光线或者汇聚光线即可。
在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，对像素单元的结构以及每个像素单元中的透光部和遮光部的分布方式不做限制。例如，在本公开一些实施例中，每个像素单元包括一个透光部，而遮光部位于透光部的一侧。例如，在本公开另一些实施例中，每个像素单元包括两个透光部，而遮光部位于两个透光部之间。
下面，以每个像素单元中设置有两个透光部，并且遮光部位于两个透光部之间为例，对本公开下述至少一个实施例中的显示装置进行说明。
图15为本公开一个实施例提供的一种显示装置中的一种像素单元的俯视图。在图2A～图5B的截面图中，每个像素单元的截面图可以对应于图15所示的像素单元沿A-B的截面图。例如，如图15所示，多个像素单元110可以分别设置为不同颜色的像素单元，例如第一像素单元110a、第二像素单元110b、第三像素单元110c等。
示例性的，如图2A～图5B所示，每个像素单元110的像素区域包括两个透光部112，遮光部111可以位于两个透光部112之间。如此，在每个像素单元110中，两个透光部112中的光通过量相同，两个透光部112之间不会出现亮度差异，便于对每种颜色的像素单元的显示状态(是否显示以及显示图像的灰阶等)进行控制。此外，在如图15所示的像素结构中，各颜色的像素单元的长度方向沿着X轴方向延伸，在每个像素单元中，遮光部111可以沿着Y轴方向延伸，在进行可以进一步降低遮光部111在每个像素单元中所占的面积，提高像素单元的开口率。
图16A为本公开一个实施例提供的一种显示装置中的另一种像素单元的俯视图，图16B为本公开一个实施例提供的另一种显示装置的截面图，图16B可以为图16A中像素沿C-D的截面图。示例性的，如图16A和图16B所示，各颜色的像素单元的长度方向沿着X轴方向延伸，在每个像素单元中，遮光部111沿着X轴方向延伸。如此，遮光部111也可以将每个像素区域分隔出两个透光部112，便于对每种颜色的像素单元的显示状态进行控制。
例如，在本公开至少一个实施例中，如图16B所示，在第一显示状态下，背光单元200出射的光被导向遮光部111，在第二显示状态下，部分光被导向透光部112，并且在透光部112中，由靠近遮光部111的区域至远离遮光部111的区域，射出的光会越来越少。因此，在相邻的像素单元110(例如第一像素单元110a和第二像素单元110b)之间的间隔区域射入的光比较少或者没有光线射入，所以，在相邻的像素单元110之间，也可以不设置遮光部111，可以进一步增加像素单元110的开口率，提高显示图像的亮度。
在本公开的实施例中，第一光栅的导出光的分布与其平面形状以及光栅条的具体排布相关，相应地，可以据此对遮光部的形状进行设计。下面，以如图9所示的背光单元出射光为汇聚光，并且第一光栅220包括第一子光栅220a、第二子光栅220b和第三子光栅220c为例进行说明。
图17为本公开一个实施例提供的一种显示装置中的一种第一光栅的结构示意图。例如，在本公开至少一个实施例中，如图17所示，第一光栅220中的第一子光栅220a、第二子光栅220b和第三子光栅220c都为长条形。例如，第一子光栅220a、第二子光栅220b和第三子光栅220c的延伸方向相同。第一子光栅220a和第三子光栅220c设置为导出光的方向趋向于第二子光栅220b导出光的方向。相应地，像素单元中遮光部和透光部的分布可以如图16A或图16B所示。每个第一光栅中的子光栅不限于设置为三个，也可以设置为一个、两个或者三个以上，本公开的实施例对此不做限制。
图18A为本公开一个实施例提供的一种显示装置中的另一种第一光栅的结构示意图，图18B为与图18A中的第一光栅对应的像素单元的结构示意图。例如，在本公开至少一个实施例中，如图18A和图18B所示，第一光栅220可以包括多个取光部，通过对每个取光部中的光栅条的排布进行设计，可以使得每个取光部导出的光线向中心汇聚。示例性的，第一子光栅220a包括第一取光部220aa、第二取光部220ab和第三取光部220ac，第二子光栅220b包括第四取光部220ba、第五取光部220bb和第六取光部220bc，第三子光栅220c包括第七取光部220ca、第八取光部220cb和第九取光部220cc，通过对每个取光部中的光栅条的排布进行设计，使得第一取光部220aa、第二取光部220ab、第三取光部220ac、第四取光部220ba、第六取光部220bc、第七取光部220ca、第八取光部220cb和第九取光部220cc设置为导出光的方向趋向于第五取光部220bb导出光的传播方向。如此，像素单元中遮光部和透光部的分布可以如图18B所示，遮光部111位于像素单元110的中心区域，遮光部111的周边区域为透光部112。在不考虑制造工艺条件的情况下，理论上，遮光部111的面积可以无限趋向于零(不考虑光的衍射)，相应地，透光部在像素单元中的面积比无限趋向于1。如此，可以进一步增加透光部112在像素单元110中所占的面积，进一步提高像素单元的开口率。需要说明的是，每个第一光栅220中的取光部的数量不做限制，遮光部111的平面形状可以为矩形、圆形或者其它合适的形状。
例如，本公开至少一个实施例提供的显示装置还可以包括黑矩阵，黑矩阵配置为形成遮光部，遮光部至少为黑矩阵的一部分。示例性的，如图16B所示，显示面板100中设置有黑矩阵500。在每个像素单元110中，黑矩阵500配置为遮光部111。例如，黑矩阵500的材料可以包括光吸收材料，例如黑矩阵500的材料可以包括掺碳树脂材料或金属氧化物等。
例如，在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，每个像素单元中设置有彩膜层，位于光方向控制部的远离背光单元的一侧，并且彩膜层与透光部至少部分重叠。彩膜层可以使得显示装置能够显示彩色图像。示例性的，如图16B所示，彩膜层600至少部分位于透光部112中。例如，在第二显示状态，被光方向控制部300导向透光部112的光线经过彩膜层600射出，如此，可以显示彩色图像。例如，第一像素单元110a为红色像素单元、第二像素单元110b为绿色像素单元、第三像素单元110c为蓝色像素单元，相应地，彩膜层可以为红色、绿色或者蓝色等彩膜。
例如，在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，彩膜层中可以包括量子点。不同类型的量子点被激发后，可以发射不同颜色的光线，如此，可以实现彩色显示；此外，量子点还具有良好的散射特性，可以进一步提高像素单元出射的光线的散射程度，以增加显示装置的视角。量子点一般为球形或类球形，其直径常在2到20纳米之间。量子点的具体示例包括硅量子点、锗量子点、硫化镉量子点、硒化镉量子点、碲化镉量子点、硒化锌量子点、硫化铅量子点、硒化铅量子点、磷化铟量子点和砷化铟量子点等。
本公开至少一个实施例提供一种显示设备，该显示设备包括上述任一实施例中的显示装置。例如，该显示设备可以为手机、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。
本公开至少一个实施例提供一种根据上述任一实施例的显示装置的显示方法，包括：对于每个像素单元，在第一显示状态下，控制光方向控制部以使得背光单元出射的光线被至少部分导向遮光部；在第二显示状态下，控制光方向控制部以使得背光单元出射的光线至少部分被导向透光部。例如，透光部在第一显示状态下的光通过量小于透光部在第二显示状态下的光通过量。
在上述显示方法中，利用光方向控制部可以控制背光单元的出射光的方向，将出射光导向遮光部或者透光部，从而对每个像素单元的显示状态进行控制。上述显示方法中的显示装置可以不需要额外设置偏振片等结构，提高光的透过率，从而提高显示图像的亮度。此外，在第一显示状态下，背光单元的光被导向遮光部，如此，与当前的显示装置相比，每个像素单元中的遮光部的尺寸可以减小，即可以降低遮光部在像素单元中所占的面积比，增加像素单元的开口率，可以进一步提高显示图像的亮度。
图19为本公开一个实施例提供的一种显示装置的显示方法的过程图。显示装置中的各像素单元的工作状态可以是相互独立的，下面，以一个像素单元的显示方法为例，对本公开至少一个实施例中的显示装置的显示方法进行说明。示例性的，如图19所示，显示装置的显示方法如下。
在第一显示状态下，控制光方向控制部以使得背光单元出射的光线被导向遮光部。如此，可以缩小遮光部的尺寸，可以增加像素单元的开口率。遮光部的具体尺寸根据光方向控制部对光线的方向的控制程度进行设计。
在第二显示状态下，控制光方向控制部以使得背光单元出射的光线被导向透光部。遮光部的尺寸减小，使得像素单元开口率增加，增加显示亮度和对比度，提高显示装置的显示效果。
例如，在本公开至少一个实施例中，显示装置可以为透明显示装置。如此，显示方法可以包括：背景光可以透过显示装置以显示背景图像。如此，显示装置显示的图像由背景图像和由光供给部发出的光线形成的图像共同构成。
需要说明的是，上述显示方法中的显示装置的具体化结构可以参考前述实施例中的相关说明，本公开的实施例在此不做赘述。
本公开至少一个实施例提供一种显示装置及其显示方法，并且可以具有以下至少一项有益效果：
(1)在本公开至少一个实施例提供的显示装置和显示方法中，显示装置中不需要额外设置偏振片等结构，降低显示装置的厚度，提高光的透过率，从而提高显示图像的亮度，此外，可以降低遮光部在像素单元中所占的面积比，增加像素单元的开口率，提高显示图像的亮度。
(2)在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，在背光单元设置为出射光线向遮光部汇聚的情况下，可以不需要额外设置光学膜片(例如棱镜膜、散射膜、反射片等)、偏振片等结构，提高光的透过率，从而提高显示图像的亮度；而且有利于显示装置应用于透明显示领域。
(3)在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，显示装置可以为透明显示装置，显示装置的透光率提高，使得更多的背景光可以透过显示装置，使得显示装置在工作过程中可以显示背景图像。
(4)在本公开至少一个实施例提供的显示装置中，像素单元包括两个透光部，遮光部位于两个透光部之间，可以进一步降低遮光部在每个像素单元中所占的面积，提高像素单元的开口率；此外，相邻的像素单元之间也可以不设置黑矩阵，可以进一步增加像素单元的开口率，提高显示图像的亮度。
对于本公开，还有以下几点需要说明：
(1)本公开实施例附图只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。
(2)为了清晰起见，在用于描述本公开的实施例的附图中，层或区域的厚度被放大或缩小，即这些附图并非按照实际的比例绘制。
(3)在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
以上，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (14)

1.一种显示装置，包括：
背光单元；
光方向控制部，位于所述背光单元的出光侧；
多个像素单元，位于所述光方向控制部的出光侧且每个所述像素单元包括遮光部和透光部；
其中，所述背光单元配置为向所述像素单元发射光线，对于每个所述像素单元，所述光方向控制部配置为控制所述背光单元发射的光线的传播方向以调节所述透光部的光通过量,
其中所述背光单元包括：
光源；
取光层，设置在所述光源的出光侧，配置为导出所述光源中的光线并且控制出射光线的方向；
导光板，包括两个相对的主表面和位于所述主表面之间的第一侧表面；
光供给部，与所述侧表面相对设置以将光线入射到所述导光板之中；
其中，所述取光层包括多个第一光栅，所述第一光栅位于所述主表面上并且配置为导出由所述光供给部入射到所述导光板中的光线，
其中，所述导光板的面向所述光方向控制部的所述主表面为出光面，所述第一光栅配置为使得从所述导光板导出的光线至少部分的传播方向倾斜于所述出光面,
其中，对应于每个所述像素单元，所述第一光栅包括依次排布的第一子光栅、第二子光栅和第三子光栅，
所述第二子光栅配置为使得从所述导光板导出的光线的传播方向垂直于所述出光面，以及
所述第一光栅和所述第三子光栅配置为使得从所述导光板导出的光线的传播方向倾斜于所述出光面，从而向所述第二子光栅导出的光线汇聚。
2.根据权利要求1所述的显示装置，其中，
所述光方向控制部包括液晶层和液晶控制电极，
所述液晶控制电极配置为控制所述液晶层的状态以调整由所述光方向控制部出射的光的方向。
3.根据权利要求2所述的显示装置，其中，
所述液晶控制电极配置为可被施加电压以使得所述液晶层形成液晶透镜。
4.根据权利要求2所述的显示装置，其中，
所述液晶控制电极配置为可被施加电压以使得所述液晶层形成液晶光栅。
5.根据权利要求2所述的显示装置，其中，所述光方向控制部还包括：
灰阶光栅，位于所述液晶层中；
其中，所述液晶控制电极配置为可被施加电压以调节所述液晶层的液晶材料的等效折射率，而调节所述液晶层的液晶材料和所述灰阶光栅之间的折射率差异。
6.根据权利要求5所述的显示装置，其中，
在一种显示状态下，所述液晶层的等效折射率与所述灰阶光栅的折射率相等，并且在另一种显示状态下，所述液晶控制电极被施加电压以使得所述液晶层的等效折射率大于所述灰阶光栅的折射率。
7.根据权利要求1所述的显示装置，其中，
所述光供给部配置为使得射入至所述导光板中的光线在所述导光板中满足全反射条件，并且使得所述导光板中的光线由所述第一光栅导出。
8.根据权利要求1所述的显示装置，其中，
所述第一光栅配置为透射光栅，并且所述第一光栅位于所述导光板的面向所述光方向控制部的所述主表面上；或者
所述第一光栅配置为反射光栅，并且所述第一光栅位于所述导光板的背离所述光方向控制部的所述主表面上。
9.根据权利要求8所述的显示装置，其中，
所述第一光栅为所述透射光栅的情况下，所述背光单元还包括填充层，所述填充层覆盖所述透射光栅以形成平坦表面，并且所述填充层的折射率小于所述导光板的折射率。
10.根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述背光单元还包括：
吸收层，位于所述导光板的与所述第一侧表面相对的第二侧表面上。
11.根据权利要求1-6中任一项所述的显示装置，其中，
所述像素单元每个包括一个所述透光部，所述遮光部位于所述透光部的一侧；或者
所述像素单元每个包括两个所述透光部，所述遮光部位于两个所述透光部之间。
12.根据权利要求11所述的显示装置，其中，
所述透光部包括彩膜层。
13.根据权利要求12所述的显示装置，其中，
所述彩膜层包括量子点。
14.一种根据权利要求1-11中任一项所述的显示装置的显示方法，包括：
对于每个所述像素单元，在第一显示状态下，控制所述光方向控制部以使得所述背光单元出射的光线被导向所述遮光部；在第二显示状态下，控制所述光方向控制部以使得所述背光单元出射的光线至少部分被导向所述透光部。
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