CN110737000B - 可调式发光装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可调式发光装置，属于半导体技术领域，所述可调式发光装置包括基板、设置在基板上的壳体及发光单元以及设置在所述壳体上的微透镜阵列；微透镜阵列设置在壳体的开口处，微透镜阵列上层叠设置有液晶层及第一盖板；液晶层的两侧设置第一透明导电层及第二透明导电层，第一透明导电层及第二透明导电层形成作用于液晶层的电场，且液晶层在不同电场作用下，其具有不同的光线折射率；通过调整电场的压差，发光单元发出的探测光透过微透镜阵列、液晶层后，光路发生偏转。本发明提供的可调式发光装置，其出射光线角度可调，可形成不同探测范围的光束，可适用于不同的应用环境中。

Description

可调式发光装置

技术领域

本发明涉及半导体装置技术领域，尤其涉及一种可调式发光装置。

背景技术

发光装置一般为半导体结构，其常用于人脸识别装置、扫地机器人等领域，利用其发射的探测光用于感测面部信息或者其周围的环境信息等。

现有的发光装置包括壳体、微透镜阵列、感光单元及发光单元，其中，壳体设置有出光口，微透镜阵列设置在出光口处；感光单元及发光单元设置在壳体内，且发光单元的出光方向朝向微透镜阵列，光线可透过微透镜阵列射出壳体外，用于探测周围环境或者用于面部识别；感光单元与发光单元信号连接，且感光单元用于检测发光单元的光线强度并根据检测的发光强度调整发光单元的强度。

然而，现有发光装置的探测光一般垂直透过微透镜阵列，其形成的出光光束范围不可调，无法适用于不同的应用环境中。

发明内容

本发明实施例提供了可调式发光装置，其出射光线角度可调，可形成不同探测范围的光束，可适用于不同的应用环境中。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明实施例提供了一种可调式发光装置，包括基板、设置在基板上的壳体及发光单元以及设置在所述壳体内上的微透镜阵列；所述微透镜阵列设置在所述壳体的开口处，所述微透镜阵列上层叠设置有液晶层及第一盖板；所述液晶层的两侧设置第一透明导电层及第二透明导电层，所述第一透明导电层及第二透明导电层形成作用于所述液晶层的电场，且所述液晶层在不同电场作用下，其具有不同的光线折射率；通过调整电场的压差，所述发光单元发出的探测光透过所述微透镜阵列、液晶层后，光路发生偏转。

进一步的，所述可调式发光装置还包括独立的第一电路和第二电路，以及绝缘的壳体；所述第一电路形成与所述壳体的外表面上，且所述第一电路与所述第一透明导电层连通；所述第二电路形成在所述壳体的内表面上，且所述第二电路与所述第二透明导电层连通。

进一步的，所述第一电路包括相对设置的两个第一电极层，且所述第一电极层的一端与所述第一透明导电层电性连接，其另一端连接至第一供电模块上；所述第二电路包括相对设置的两个第二电极层，且所述第二电极层的一端与所述第二透明导电层电性连接，另一端连接至第二供电模块上。

进一步的，所述可调式发光装置还包括第一配向膜及第二配向膜；所述第一配向膜设置在所述第一透明导电层与所述液晶层之间；所述第二配向膜设置在所述第二透明导电层与所述液晶层之间。

进一步的，所述第一配向膜及所述第二配向膜均采用聚乙烯醇制作。

进一步的，所述可调式发光装置还包括第二盖板；所述第二盖板设置在所述第二透明导电层及所述微透镜阵列之间。

进一步的，所述第一透明导电层及所述第二透明导电层均采用氧化铟锡材料制作；且所述第一透明导电层与所述第一盖板一体制作，所述第二透明导电层与所述第二盖板一体制作。

进一步的，所述第一盖板及所述第二盖板均为玻璃盖板。

进一步的，所述可调式发光装置还包括感光单元；所述感光单元位于所述壳体的内部，且所述感光单元设置在基板上，并与所述发光单元信号连接；所述感光单元朝向所述微透镜阵列的顶面设置有第一滤光层，且所述第一滤光层仅允许所述探测光穿过；所述感光单元的周向设置有包裹其所述感光单元侧壁的第二滤光层，所述第二滤光层吸收所述探测光及外界环境光。

进一步的，所述第二滤光层采用不透光的阻光材料制作。

与现有技术相比，本发明提供的可调式发光装置具有以下优点；

本发明提供的可调式发光装置，其在微透镜阵列上设置有液晶层，并且液晶层的两侧可形成不同电压的电场，由于液晶层在电场的作用下其光学性能发生改变；当发光单元发出的探测光照射至液晶层，处于不同电场作用下的液晶层，其折射率不同；因此本发明提供的可调式发光装置，通过调节液晶层的电场的电压，可改变探测光的出光角度，可形成不同探测范围的光束，可适用于不同的应用环境。

除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的有益效果外，本发明提供的可调式发光装置所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的有益效果，将在具体实施方式中作出进一步详细的说明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的可调式发光装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的可调式发光装置的爆炸示意图；

图3为本发明实施例提供的探测光的出光角度示意图一；

图4为本发明实施例提供的探测光的出光角度示意图二；

图5为发明实施例提供的第一滤光层和第二滤光层的布置示意图。

附图标记说明：

10-基板；

20-壳体；

30-微透镜阵列；

41-第一盖板；

42-第一透明导电层；

43-第一电路；

51-第二盖板；

52-第二透明导电层；

53-第二电路；

60-液晶层；

71-第一配向膜；

72-第二配向膜；

80-发光单元；

90-感光单元；

91-第一滤光层；

92-第二滤光层；

100-供电模块；

110-控制单元。

具体实施方式

为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。

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”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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至少一个该特征。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。

如图1和图2所示，本发明实施例提供的可调式发光装置，包括基板10、设置在基板10上的壳体20、发光单元80以及设置在壳体20上的微透镜阵列30；微透镜阵列30设置在壳体20的开口处，微透镜阵列30上层叠设置有液晶层60及第一盖板41；液晶层60的两侧设置第一透明导电层42及第二透明导电层52，第一透明导电层42及第二透明导电层52形成作用于液晶层60的电场，且液晶层60在不同电场作用下，其具有不同的光线折射率；通过调整电场的压差，发光单元80发出的探测光透过微透镜阵列30、液晶层60后，光路发生偏转。

具体的，基板10可为PCB基板或者陶瓷基板，基板10上设置有壳体20，且壳体20内设置有发光单元80、感光单元90以及多个供电模块100；其中，本实施例中对壳体20的形状不加以限制，其可优选设计成矩形或者圆形；壳体20用于防护发光单元80及感光单元90，防止壳体20外的水汽进入壳体20内部对发光单元80及感光单元90的造成侵蚀。

可以理解的是，壳体20可采用绝缘材料制作，其一端设置有开口，且开口处设置有微透镜阵列30，本实施例提供的微透镜阵列30呈多孔内凹陷结构，其结构类似陨石坑洞，当光线照射在微透镜阵列30上时，其发散出来的光斑为多点光斑，多个光斑可聚集在焦平面上形成结构光，其主要用于人脸识别；或者，本实施例提供的微透镜阵列30还可以呈钟乳石的微凸结构，当光线照射在微透镜镜阵列30上时，光线可经过多次散射，其目前主要破坏其光线的准直性。

供电模块100可为发光单元80、感光单元90以及其他位于基板10上的电子器件提供工作所需的电源；发光单元80可以为雷射激光发射器或者发光二极管，发光单元80用于发出探测光，用于感知壳体20周围的环境状况；感光单元90一般采用感光晶片制作，且与发光单元80信号连接，感光单元90用于检测发光单元80的探测光的发光强度，并且对探测光的发光强度进行调整。

例如，当发光单元80选择雷射激光发射器，且可调式发光装置应用于人脸识别时，为防止雷射激光发射器发出的探测光对人的眼睛造成灼伤，可控制雷射激光发射器的探测光的强度；或者，当发光单元80选择发光二极管且可调式发光装置应用于扫地机器人等智能家居领域时，利用发光二极管发射的探测光感测壳体20周围的环境状况，根据对壳体20周围环境探测的需要，可改变感测光线的发光强度，增大其光束的长度或范围，以便扫地机器人在行进路线上遇到障碍时能够及时避开。

现有的发光单元80发出的探测光垂直微透镜阵列30射出，其角度一般固定，即其探测范围相对固定，无法适用于不同的探测环境；本实施例为解决上述问题，微透镜阵列30上方依次设置有第一透明导电层42、液晶层60、第二透明导电层52及第一盖板41；液晶层60夹设在第一透明导电层42及第二透明导电层52之间，且第一透明导电层42与第二透明导电层52之间形成作用于液晶层60的电场，液晶层60包括多个液晶分子，液晶状态其有别与固态、气态及液态，且液晶属于介于固态和液态之间的中间相状态并呈相状态并呈混浊色的液体；液晶分子其一般呈扁平状或者细长的棒状，其具有流动性及各向异性，在外界温度及电场的发生变化时，均会引起液晶分子移动或者转动并能够改变液晶分子的排列变化，例如，当液晶层60的两端电场发生变化时，液晶分子会朝向电场端移动，进而改变液晶分子的排列密度。当液晶分子排列密度的变化时，进而致使其折射率发生变化，使穿过其的探测光的光路发生的偏转，从而调节了发光单元80的探测范围。

在第一透明导电层42远离液晶层60的一侧设置有第一盖板41，第一盖板41为采用透明玻璃制作的玻璃盖板，其不仅用于为液晶层60提供有效防护，而且，还能便于将第一透明导电层42形成于第一盖板41上；第一透明导电层42常采用氧化铟锡材料制作，因此，可在第一盖板41的表面溅射一层氧化铟锡而形成具有导电性能的ITO玻璃。

进一步的，为便于将第二透明导电层52设置在微透镜阵列30与液晶层60之间，可在微透镜阵列30与液晶层60之间增设第二盖板51，同样的，第二盖板51亦为玻璃盖板，在第二盖板51的表面溅射一层氧化铟锡而形成具有导电性能的ITO玻璃。本实施例中，在液晶层60的上下两侧各设置有一ITO玻璃，不仅为液晶层60提供有效的防护及支撑，还能在液晶层60形成不同电压的电场，便于调节探测光的出光角度，扩大其探测范围。可以理解的是，第一透明导电层42及第二透明导电层52可采用氧化铟锡(ITO)材料制作，或者也可采用铟锌氧化物(IZO)制作透明导电层或者透明导电膜。

本实施例中提供的可调式发光装置，其在微透镜阵列30上设置有液晶层60，并且液晶层60的两侧可形成不同电压的电场，由于液晶层60在电场的作用下其光学性能发生改变；当发光单元80发出的探测光照射至液晶层60，处于不同电场作用下的液晶层60，其折射率不同；通过调节液晶层60的电场压强，可改变探测光的出光角度，可形成不同探测范围的光束，可是适用于不同的应用环境。

在上述实施例的基础上，可调式发光装置还包括独立的第一电路43和第二电路53，以及具有绝缘性质的壳体20；第一电路43形成与壳体20的外表面上，且第一电路43与第一透明导电层42连通；第二电路53形成在壳体20的内表面上，且第二电路53与第二透明导电层52连通。

具体的，第一透明导电层42连通在第一电路43上，第二透明导电层52连通在第二电路53上，且第一电路43及第二电路53相互独立，可通过调节第一电路43中的电流及第二电路53中的电流，调节第一透明导电层42及第二透明导电层52之间形成的电场的压差，改变晶体层的折射率，进而可改变透过晶体层的探测光的出光角度。

可以理解的是，第一电路43和第二电路53可独立于壳体20设置的外接电路，也可将第一电路43和第二电路53设置在壳体20上，本实施例优选的将第一电路43和第二电路53设置在壳体20上。例如，可将第一电路43沿壳体20的外表面进行敷设，第二电路53沿着壳体20的内表面进行敷设，其中，第一电路43和第二电路53可采用金属导线制作，或者采用具有导电的电极层制作，并且壳体20采用绝缘材料制作，可为第一电路43和第二电路53提供良好的隔离环境，提升电路导通的可靠性。

进一步的，壳体20可设置成矩形壳体20，第一电路43设置在壳体20的外壁上，第一电路43包括两个第一电极层，且两个第一电极层分别设置在壳体20相对的外表面上，即两个第一电极层相对设置；第一电极层可采用溅射的方式将金属氧化物设置在壳体20的外表面上，第一电极层的一端与第一透明导电层42通过具有导电性能的粘接材料连接一起，第一电极层的另一端可连接在第一供电模块的正极或者负极上，两个第一电极层、第一透明导电层42及第一供电模块形成一完整导电回路。对于第二电路53与第一电路43的设置方式相同，其区别仅在于，第二电路53设置在壳体20的内表面上。

可以理解的是，第一电路43和第二电路53受控于控制单元110，控制单元110可控制流入第一电路43及第二电路53的电流，从而调节第一透明导电层42和第二透明导电层52之间的压差。例如，可在第一电路43和第二电路53设置有具有不同电阻值的电阻，控制单元110选择连通的电阻，可调节第一电路43或者第二电路53中的电流。

本实施例中，可调式发光装置还包括第一配向膜71及第二配向膜72，第一配向膜71设置在第一透明导电层42与液晶层60之间，第二配向膜72设置在第二透明导电层52与液晶层60之间。

具体的，配向膜可使液晶分子依特定的方向排列，以便于对其排布方向进行控制；配向膜的表面设置有按照一定方向排列的沟槽，使配向膜上的液晶分材料因分子间作用力而达到定向效果。可以理解的是，若欲控制液晶分子依特定角度排列，可在配向膜的表面形成特定的倾斜角，配向膜可选用聚乙烯醇(PVA)或者聚酰亚胺(PI)制作。例如，可在液晶层60和第一透明导电层42之间设置有第一配向膜71，在第二透明导电层52与液晶层60之间设置有第二配向膜72。

对位于液晶层60上下两侧的第一透明导电层42及第二透明导电层52所处的电路未通电时，液晶层60在第一配向膜71和第二配向膜72的作用下，在其液晶分子可水平排布，此时液晶层60的折射率大于配向膜的折射率，当探测光由液晶层60穿过第一配向膜71时，探测光朝向中心聚拢；如图3所示。对位于液晶层60上下两侧的第一透明导电层42及第二透明导电层52所处的电路通电时，第一透明导电层42与第二透明导电层52形成压差时，液晶层60在电场及第一配向膜71和第二配向膜72的作用下，在其液晶分子排布方向发生变化，其液晶分子排布方向发生偏转，且排布密度也有所降低，导致其折射率发生改变，此时，液晶层60的折射率小于配向膜的折射率，当探测光由液晶层60穿过第一配向膜71时，探测光向外发散；如图4所示。

如图5所示，本实施例中，感光单元90朝向微透镜阵列30的顶面设置有第一滤光层91，且第一滤光层91仅允许探测光穿过；感光单元90的周向设置有包裹其感光单元90侧壁的第二滤光层92，第二滤光层92吸收探测光及外界环境光。

具体的，感光单元90用于检测探测光的发光强度并对发光单元80的发光强度进行调整，例如，发光单元80为雷射激光发射器，其用于脸部识别，若其探测光的强度超出人眼承受的范围，可灼伤眼睛或造成眼部不适，因此需要对雷射激光发射器的发光强度进行控制。

感光单元90常采用感光晶片制作，感光晶片与雷射激光发射器信号连接，微透镜阵列30朝向发光单元80的一侧具有凹陷结构，探测光照射在此表面时发生漫反射，经微透镜阵列30反射的探测光可照射在感光晶片的顶面，感光晶片用于获取探测光的强度。为避免感光单元90因外界环境光的干扰而造成误判，本实施例在感光晶片的顶面设置有第一滤光层91，第一滤光层91只允许特定波长的光线通过，即可只设定允许探测光通过第一滤光层91而照射在感光晶片的顶面上。

再者，为防止外界环境光及探测光照射在感光晶片的侧壁而引起误判，本实施例在感光晶片的周围布置有第二滤光层92，第二滤光层92可包裹感光晶片的侧壁，第二滤光层92可吸收探测光和外界环境光。可以理解的是，第二滤光层92可采用不透光的阻光材料制作；例如，碳黑。

本实施例在感光晶片的顶面设置第一滤光层91和在其周围布置有包裹感光晶片的第二滤光层92，可有效防止感光晶片由于外界环境光或者探测光而对探测光的发光强度发生误判，可提高其检测精度，有效提升对发光单元80的发光强度的控制精度以及提升对壳体20外的环境探测准确性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种可调式发光装置，其特征在于，包括基板、设置在基板上的壳体及发光单元以及设置在所述壳体上的微透镜阵列；

所述微透镜阵列设置在所述壳体的开口处，所述微透镜阵列上层叠设置有液晶层及第一盖板；

所述液晶层的两侧设置第一透明导电层及第二透明导电层，所述第一透明导电层及第二透明导电层形成作用于所述液晶层的电场，且所述液晶层在不同电场作用下，其具有不同的光线折射率；

通过调整电场的压差，所述发光单元发出的探测光透过所述微透镜阵列、液晶层后，光路发生偏转；

所述微透镜阵列朝向所述发光单元的一侧具有凹陷结构，所述发光单元所发出的一探测光照射在所述凹陷结构时发生漫反射。

2.根据权利要求1所述的可调式发光装置，其特征在于，所述可调式发光装置还包括独立的第一电路和第二电路，以及绝缘的壳体；

所述第一电路形成与所述壳体的外表面上，且所述第一电路与所述第一透明导电层连通；

所述第二电路形成在所述壳体的内表面上，且所述第二电路与所述第二透明导电层连通。

3.根据权利要求2所述的可调式发光装置，其特征在于，所述第一电路包括相对设置的两个第一电极层，且所述第一电极层的一端与所述第一透明导电层电性连接，其另一端连接至第一供电模块上；

所述第二电路包括相对设置的两个第二电极层，且所述第二电极层的一端与所述第二透明导电层电性连接，另一端连接至第二供电模块上。

4.根据权利要求1所述的可调式发光装置，其特征在于，所述可调式发光装置还包括第一配向膜及第二配向膜；

所述第一配向膜设置在所述第一透明导电层与所述液晶层之间；

所述第二配向膜设置在所述第二透明导电层与所述液晶层之间。

5.根据权利要求4所述的可调式发光装置，其特征在于，所述第一配向膜及所述第二配向膜均采用聚乙烯醇制作。

6.根据权利要求1所述的可调式发光装置，其特征在于，所述可调式发光装置还包括第二盖板；

所述第二盖板设置在所述第二透明导电层及所述微透镜阵列之间。

7.根据权利要求6所述的可调式发光装置，其特征在于，所述第一透明导电层及所述第二透明导电层均采用氧化铟锡材料制作；

且所述第一透明导电层与所述第一盖板一体制作，所述第二透明导电层与所述第二盖板一体制作。

8.根据权利要求7所述的可调式发光装置，其特征在于，所述第一盖板及所述第二盖板均为玻璃盖板。

9.一种可调式发光装置，其特征在于，包括基板、设置在基板上的壳体及发光单元以及设置在所述壳体上的微透镜阵列；

所述微透镜阵列设置在所述壳体的开口处，所述微透镜阵列上层叠设置有液晶层及第一盖板；

所述液晶层的两侧设置第一透明导电层及第二透明导电层，所述第一透明导电层及第二透明导电层形成作用于所述液晶层的电场，且所述液晶层在不同电场作用下，其具有不同的光线折射率；

通过调整电场的压差，所述发光单元发出的探测光透过所述微透镜阵列、液晶层后，光路发生偏转；

所述可调式发光装置还包括感光单元；

所述感光单元位于所述壳体的内部，且所述感光单元设置在基板上，并与所述发光单元信号连接。

10.根据权利要求9所述的可调式发光装置，其特征在于，所述感光单元朝向所述微透镜阵列的顶面设置有第一滤光层，且所述第一滤光层仅允许所述探测光穿过；

所述感光单元的周向设置有包裹其所述感光单元侧壁的第二滤光层，所述第二滤光层吸收所述探测光及外界环境光。