CN111095081A - 一种可改变光线方向的显示设备 - Google Patents

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刘政明
颜家煌
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Abstract

本发明公开一种可改变光线方向的显示设备，所述显示设备包括设置于基板上的LED芯片，沿所述LED芯片出射主光线的出射光路依次设置的光学轴向控制装置和光学膜片组件，所述光学轴向控制装置用于控制所述LED芯片发出的光束的偏振状态，所述光学膜片组件用于改变光束的传输方向。本发明通过所述光学轴向控制装置与所述光学膜片组件的配合使用，使LED芯片发出的光束的光线方向能够进行调整，一方面，能够实现3D显示效果，另一方面，通过控制所述光学轴向控制装置的加交流电压情况，能够实现2D显示与3D显示之间灵活切换，提供更加丰富的显示模式。

Description

一种可改变光线方向的显示设备
技术领域
本发明涉及显示领域，特别涉及一种可改变光线方向的显示设备。
背景技术
现有的微型发光二极管(uLED)作为显示器商业化的应用，是通过在一个芯片上集成高密度微小尺寸的LED阵列来实现薄膜化、微小化和矩阵化，其像素点距离从毫米级降低至微米级，每一个像素都能定址、单独发光，并具备低功耗、高亮度、超高解析度和色彩饱和度的优势，同时，响应速度更快，寿命更长、效率更高，可广泛用于车用面板、户外显示屏、大尺寸电视、手机等，适合透明显示、投影显示、柔性显示、立体显示等领域，丰富了未来多元的应用场景。
但是，现有的微型发光二极管(uLED)的LED芯片发出的光束的光线方向不能进行调整，而人类是通过右眼和左眼所看到的物体的细微差异来感知物体的深度，从而识别出立体图像，若能够实现LED芯片发出的光束的光线的调整，则可实现2D-3D之间的模式转换，更有利于推动微型发光二极管(uLED)在显示器方面商业化的应用。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可改变光线方向的显示设备，旨在解决现有的微型发光二极管(uLED)的LED芯片发出的光束的光线方向不能进行调整的问题。
本发明的技术方案如下：
一种可改变光线方向的显示设备，其中，包括：
设置于基板上的LED芯片；
沿所述LED芯片出射主光线的出射光路依次设置的光学轴向控制装置和光学膜片组件；
所述光学轴向控制装置用于控制所述LED芯片发出的光束的的偏振状态；
所述光学膜片组件用于改变光束的传输方向。
所述的可改变光线方向的显示设备，其中，所述光学轴向控制装置包括金属线栅电极和透明电极，所述金属栅电极和所述透明电极与外部电路相连，所述金属线栅电极与所述透明电极平行设置，所述金属线栅电极与所述透明电极之间填充有旋光性材料。
所述的可改变光线方向的显示设备，其中，所述金属线栅电极与所述旋光性材料之间以及所述透明电极与所述旋光材料之间均设有配向层。
所述的可改变光线方向的显示设备，其中，所述配向层的材料为聚酰亚胺。
所述的可改变光线方向的显示设备，其中，所述旋光性材料为正型液晶。
所述的可改变光线方向的显示设备，其中，所述光学膜片组件包括沿LED芯片光路方向依次设置的由双折射材料构成的凸透镜和与之契合的凹透镜；所述双折射材料对不同入射角度的偏振光分别具有不同的折射率。
所述的可改变光线方向的显示设备，其中，所述凹透镜的凹陷侧面以及所述凸透镜上与凸起侧面相对的另一侧面上均设有配向层，两层配向层的配向方向相互平行。
所述的可改变光线方向的显示设备，其中，所述凸透镜的其中一个折射率与所述凹透镜的折射率大小相等，所述凸透镜的另外一个折射率与所述凹透镜的折射率的差值大于阈值。
所述的可改变光线方向的显示设备，其中，所述阈值为0.15。
所述的可改变光线方向的显示设备，其中，所述凸透镜的横截面为半圆形。
所述的可改变光线方向的显示设备，其中，所述凸透镜的结构为半球型或半圆柱型。
所述的可改变光线方向的显示设备，其中，所述双折射材料为液晶高分子材料。
所述的可改变光线方向的显示设备，其中，所述凹透镜的材料为树脂。
有益效果：本发明提供一种可改变光线方向的显示设备，通过所述光学轴向控制装置与所述光学膜片组件的配合使用，使LED芯片发出的光束的光线方向能够进行调整，在所述光学轴向控制装置施加交流电压的条件下，LED芯片发出的光束的光线方向发生折射，使人眼接收到左、右眼具有视差的两幅图像，实现3D显示效果，在所述光学轴向控制装置不施加电压的条件下，LED芯片发出的光束的光线方向不发生改变，仍以直线传播，实现2D显示效果，通过所述光学轴向控制装置与所述光学膜片组件的配合使用，一方面，能够实现3D显示效果，另一方面，通过控制所述光学轴向控制装置的加交流电压情况，能够实现2D显示与3D显示之间灵活切换，提供更加丰富的显示模式。
附图说明
图1为LED显示设备的平面示意图。
图2为图1中的一个像素P的AA’线截面图。
图3为本发明一种可改变光线方向的显示设备的较佳实施例的结构示意图。
图4为本发明一种可改变光线方向的显示设备在通电状态下的光线传播示意图。
图5为本发明一种可改变光线方向的显示设备在断电状态下的光线传播示意图。
具体实施方式
本发明提供一种可改变光线方向的显示设备，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
现有的LED显示设备包括显示器和驱动器，如图1所示，其中，驱动器可以设置在显示器周围的非显示区域中，显示器包括排列成矩阵形状的多个像素P，驱动器包括扫描驱动器和数据驱动器，其中，扫描驱动器输出扫描信号给显示器上的扫描线，数据驱动器输出数据信号给显示器上的数据线，每个像素P都与数据线和扫描线连接。图2为图1中的一个像素P的AA’线截图，其中，发光二极管显示器包括TFT元件、基板、LED芯片、像素分隔结构、保护绝缘层和第二电极，TFT元件包括有漏电极、源电极、绝缘层、栅电极、栅极绝缘层以及半导体层，基板包括有第一电极、平化层、绝缘层、栅极绝缘层、缓冲层和基底。发光二极管显示器藉由TFT元件进行子像素驱动控制，并单独调控红、绿、蓝三色不同波长的光，配合不同灰阶组合形成全彩显示效果，一般采用直向性光源设计，形成平面2D显示效果，而人类是通过左眼和右眼所看到的物体的细微差异来感知物体的深度，从而识别出立体图像，现有的直向性光源的设计，无法制造出人的左右眼的视差，难以实现3D显示效果。
请参阅图3，图3为本发明一种可改变光线方向的显示设备的较佳实施例的结构示意图，从图中可以看出，所述显示设备包括设置于基板上的LED芯片10，沿所述LED芯片10出射主光线的出射光路依次设置的光学轴向控制装置20和光学膜片组件30，所述光学轴向控制装置20用于控制所述LED芯片发出的光束的偏振状态，所述光学膜片组件用于改变光束的传输方向。
本实施例中，为了实现3D显示效果，通过在LED芯片10上设置有光学轴向控制装置20，并在所述光学轴向控制装置20上设置光学膜片组件30，通过所述光学轴向控制装置20与所述光学膜片组件30的配合使用，使LED芯片发出的光束的光线方向能够进行调整，在所述光学轴向控制装置20施加交流电压的条件下，LED芯片发出的光束经过所述光学膜片组件30后发生折射，使人眼接收到左、右眼具有视差的两幅图像，实现3D显示效果，在所述光学轴向控制装置20不施加电压的条件下，LED芯片发出的光束经过所述光学膜片组件30后不发生改变，仍以直线传播，实现2D显示效果。本实施例通过所述光学轴向控制装置20与所述光学膜片组件30的配合使用，一方面，能够实现3D显示效果，另一方面，通过控制所述光学轴向控制装置20的加交流电压情况，能够实现2D显示与3D显示之间灵活切换，提供更加丰富的显示模式。
在一些实施方式中，所述光学轴向控制装置20包括金属线栅电极201和透明电极203，所述金属栅电极201和所述透明电极203与外部电路相连，所述金属线栅电极201与所述透明电极203平行设置，所述金属线栅电极201与所述透明电极203之间填充有旋光性材料202，所述旋光性材料202为正型液晶。本实施例中，在所述光学轴向控制装置20与外部电路相连的条件下，所述光学轴向控制装置20上加有交流电压形成电场，正型液晶的排列方向会与电场平行倾向垂直排列，从LED芯片发出的光束不受旋光性材料的影响，出射主光线经过所述金属线栅电极结构上的金属线栅后形成线性偏振光，线性偏振光继续向前传播，直接穿过旋光材料以及透明电极，进入光学膜片组件30；在所述光学轴向控制装置20与外部电路不相连的条件下，所述光学轴向控制装置20上未加上交流电压，从LED芯片发出的光束受到正型液晶的影响，发生旋光现象，出射主光线在经过所述金属线栅电极结构上的金属线栅后形成线性偏振光，线性偏振光继续向前直线传播，受旋光材料的影响，线偏振光的振动面会绕光的传播方向旋转90度进入光学膜片组件30。
在一些实施方式中，所述光学膜片组件20包括沿LED芯片光路方向依次设置的由双折射材料构成的凸透镜和与之契合的凹透镜，其中，所述双折射材料对不同入射角度的偏振光分别具有不同的折射率。在本实施例中，线性偏振光进入光学膜片组件30后，首先通过由双折射材料构成的凸透镜，其后，通过凹透镜射出。根据进入光学膜片组件30的偏振光的传播方向分为两种情况，在所述光学轴向控制装置20与外部电路相连的条件下，经过所述金属线栅电极结构上的金属线栅后形成线性偏振光，线性偏振光不受旋光材料影响，直接通过旋光材料与透明电极进入光学膜片组件30，由于所述双折射材料构成的凸透镜的轴向折射率n2与凹透镜的折射率n0并不相同，线性偏振光在凸透镜与凹透镜的界面发生折射；在所述光学轴向控制装置20与外部电路不相连的条件下，经过所述金属线栅电极结构上的金属线栅后形成线性偏振光，线性偏振光受旋光材料影响，产生旋光现象，线偏振光的振动面会绕光的传播方向旋转90度进入光学膜片组件30，此时，由于所述双折射材料构成的凸透镜的轴向折射率n1与凹透镜的折射率n0相同，凸透镜与凹透镜可视为单一介质，线性偏振光不发生折射。
本实施例中，通过在现有的LED芯片10表面设置光学轴向控制装置20，所述光学轴向控制装置20与外部电路相连，通过与外部电路连接或断开，实现在所述光学轴向控制装置20上施加交流电压的灵活控制，进一步地，可灵活控制所述光学轴向控制装置20内的旋光材料的旋光现象，使得通过所述金属线栅电极结构上的金属线栅后形成线性偏振光在经过所述旋光材料层时，线偏振光的传播方向发生发生90度旋转或维持不变，当线偏振光沿传播方向发生90度旋转进入光学膜片组件30时，线偏振光不发生折射，实现2D显示效果，而当线偏振光不旋转进入光学膜片组件30时，线偏振光发生折射，实现3D显示效果，进一步地，通过控制交流电压，可实现2D显示模式与3D显示模式之间的任意切换。
在一些实施方式中，所述金属线栅电极与所述旋光性材料之间以及所述透明电极与所述旋光材料之间均设有配向层。在本实施例中，采用在所述金属线栅电极与所述旋光性材料之间以及所述透明电极与所述旋光材料之间设置配向层的方式，使旋光性材料通过上、下两侧的配向层进行取向，其中，上、下两侧配向层的排列方式为正交方向，优选地，通过物理摩擦或UV光照的方式可使所述配向层材料具有配向能力。
在一些实施方式中，所述配向层的材料为聚酰亚胺。本实施例中，选择聚酰亚胺作为取向排列剂，聚酰亚胺具有优异的化学稳定性，高绝缘性、耐高温、高介电强度、耐辐射和不可燃性能，有利于提高配向层的稳定性。
在一些实施方式中，所述凹透镜的凹陷侧面以及所述凸透镜上与凸起侧面相对的另一侧面上均设有配向层，两层配向层的配向方向相互平行。本实施例中，所述配向层间采用配向相互平行的方式设置，有利于双折射材料分子在凸透镜内沿着配向方向进行有序排列。
在一些实施方式中，所述凸透镜的一个折射率与所述凹透镜的折射率大小相等，所述凸透镜的另外一个折射率与所述凹透镜的折射率的差值大于阈值，优选地，所述阈值为0.15。
在一些实施方式中，所述凸透镜的横截面为半圆形。
在一些实施方式中，所述凸透镜的结构为半球型或半圆柱型。
在一些实施方式中，所述所述双折射材料为液晶高分子材料。本实施例中，双折射材料选用液晶高分子材料，液晶是一种有序的液体，既具有液体的流动性、粘滞性，又具有晶体的各向异性，能像晶体一样发生双折射、布拉格反射、衍射及旋光效应，在外场的作用下，液晶分子轴的方向会发生改变，例如，当对液晶施加电场时，液晶分子轴的排列会发生变化，从而引起液晶光轴的转动。进一步地，考虑到实际生产时的便利性，优选能够在UV光照下进行固化的液晶高分子材料。
在一些实施方式中，所述凹透镜的材料为树脂。本实施例中，选用树脂作为凹透镜的材料，同样，考虑到生产时的便利性，优选UV固化树脂。
本实施例中，在所述光学轴向控制装置20与外部电路相连的条件下，所述光学轴向控制装置20上加有交流电压形成电场，当所述光学轴向控制装置20上加有不同强度的电压时，所述光学轴向控制装置20内部的正型液晶分子排列方向也会不同，正型液晶分子的倾斜角度不同，直接导致LED芯片发出的光束的传输方向受到影响，因此，本实施例中，通过调节加在所述光学轴向控制装置20上的电压大小，可以对光线进行更多方式的调节，从而使所述显示设备具有不少于两种的显示模式。
综上所述，本发明中设计了一种可改变光线方向的显示设备，通过所述光学轴向控制装置与所述光学膜片组件的配合使用，使LED芯片发出的光束的光线方向能够进行调整，在所述光学轴向控制装置施加交流电压的条件下，LED芯片发出的光束的光线方向发生折射，使人眼接收到左、右眼具有视差的两幅图像，实现3D显示效果，在所述光学轴向控制装置不施加电压的条件下，LED芯片发出的光束的光线方向不发生改变，仍以直线传播，实现2D显示效果，通过所述光学轴向控制装置与所述光学膜片组件的配合使用，一方面，能够实现3D显示效果，另一方面，通过控制所述光学轴向控制装置的加交流电压情况，能够实现2D显示与3D显示之间灵活切换，提供更加丰富的显示模式。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (13)

1.一种可改变光线方向的显示设备，其特征在于，包括：
设置于基板上的LED芯片；
沿所述LED芯片出射主光线的出射光路依次设置的光学轴向控制装置和光学膜片组件；
所述光学轴向控制装置用于控制所述LED芯片发出的光束的的偏振状态；
所述光学膜片组件用于改变光束的传输方向。
2.根据权利要求1所述的可改变光线方向的显示设备，其特征在于，所述光学轴向控制装置包括金属线栅电极和透明电极，所述金属栅电极和所述透明电极与外部电路相连，所述金属线栅电极与所述透明电极平行设置，所述金属线栅电极与所述透明电极之间填充有旋光性材料。
3.根据权利要求2所述的可改变光线方向的显示设备，其特征在于，所述金属线栅电极与所述旋光性材料之间以及所述透明电极与所述旋光材料之间均设有配向层。
4.根据权利要求3所述的可改变光线方向的显示设备，其特征在于，所述配向层的材料为聚酰亚胺。
5.根据权利要求3所述的可改变光线方向的显示设备，其特征在于，所述旋光材料为正型液晶。
6.根据权利要求1所述的可改变光线方向的显示设备，其特征在于，所述光学膜片组件包括沿LED芯片光路方向依次设置的由双折射材料构成的凸透镜和与之契合的凹透镜；
所述双折射材料对不同入射角度的偏振光分别具有不同的折射率。
7.根据权利要求6所述的可改变光线方向的显示设备，其特征在于，所述凹透镜的凹陷侧面以及所述凸透镜上与凸起侧面相对的另一侧面上均设有配向层，两层配向层的配向方向相互平行。
8.根据权利要求7所述的可改变光线方向的显示设备，其特征在于，所述凸透镜的其中一个折射率与所述凹透镜的折射率大小相等，所述凸透镜的另外一个折射率与所述凹透镜的折射率的差值大于阀值。
9.根据权利要求8所述的可改变光线方向的显示设备，其特征在于，所述阀值为0.15。
10.根据权利要求8所述的可改变光线方向的显示设备，其特征在于，所述凸透镜的横截面为半圆形。
11.根据权利要求8所述的可改变光线方向的显示设备，其特征在于，所述凸透镜的结构为半球型或半圆柱型。
12.根据权利要求6所述的可改变光线方向的显示设备，其特征在于，所述双折射材料为液晶高分子材料。
13.根据权利要求6所述的可改变光线方向的显示设备，其特征在于，所述凹透镜的材料为树脂。
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