CN115128856B - 显示装置 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种显示装置，包括显示面板、设置在显示面板上方的光线偏振层改变光线偏振方向；设置在光线偏振层上方的光线旋向控制层，以改变光线的旋向；设置在光线旋向控制层上方的偏振全息体光栅，以改变光线的出射角度。本申请实施例利用层叠设置的光线偏振层、光线旋向控制层、和偏振全息体光栅，逐步改变光线的方向，使得最终射出的光线可以实现仅左侧可见或右侧可见，实现不同观看视角的切换。

Description

显示装置
技术领域
本申请涉及显示技术领域，具体涉及一种显示装置。
背景技术
近年来，显示技术不断更新迭代，画质“天花板”一次又一次被突破，与此同时，针对不同场景的差异化体验也逐渐受到显示器厂商的重视，纷纷在主流级产品线上加持各种附加技术，如防窥技术。隐私显示器为目标用户提供受保护可视角度的内容可读性，并降低离轴位置的内容可见性来防窥视。在不同的场景下，对防窥角度的需求也不一样，例如，日常手机用户需求全视角的防窥，而对于车载用户，位于不同位置的显示屏则需求有不同的观察角度。
发明内容
本申请旨在提供一种显示装置，旨在解决现有技术中显示面板无法实现不同视角切换显示的问题。
第一方面，本申请实施例提供一种显示装置，所述显示装置包括：
显示面板；
光线偏振层，所述光线偏振层设置在所述显示面板上方，以改变光线偏振角度；
光线旋向控制层，所述光线旋向控制层设置在所述光线偏振层上方或所述光线偏振层下方，以改变光线的旋向；
偏振全息体光栅，所述偏振全息体光栅设置在所述显示装置中的最上方，以改变光线的出射角度。
在一些可能的实施例中，所述显示装置还包括准直背光源，所述准直背光源设置在所述显示面板下方，以提供准直光线至所述显示面板。
在一些可能的实施例中，所述显示面板包括：
第一偏光片；
阵列基板，所述阵列基板设置在所述第一偏光片上方；
第一液晶层，所述第一液晶层设置在所述阵列基板上方；
彩膜基板，所述彩膜基板设置在所述第一液晶层上方；
第二偏光片，所述第二偏光片设置在所述彩膜基板上方；
其中，所述第一偏光片和所述第二偏光片均为线偏光片。
在一些可能的实施例中，当所述光线偏振层处于延迟态时，所述光线偏振层快轴方向与所述第二偏光片的偏光轴之间的夹角为45°。
在一些可能的实施例中，所述光线偏振层包括：
第一基板，所述第一基板设置所述显示面板的上方；
第一配向层，所述第一配向层设置在所述第一基板上方；
第二液晶层，所述第二液晶层设置在所述第一配向层上方；
第二配向层，所述第二配向层设置在所述第二液晶层上方；
第二基板，所述第二基板设置在所述第二配向层上方。
在一些可能的实施例中，所述偏振全息体光栅包括层叠设置的第三配向层和第三液晶层，所述第三配向层设置在靠近所述光线旋向控制层的一侧，所述第三液晶层设置在所述第三配向层上方；
其中，所述第三配向层的配向方向沿面内水平方向具有正弦线性极化的光配向分布，正弦线性极化配向分布的周期为：
Λx＝2π/(k0sinθ)
其中，k0为入射光波矢，θ为预设出射光线相对入射光线的偏折角度。
在一些可能的实施例中，所述第二液晶层的液晶材料和所述第三液晶层的液晶材料不同。
在一些可能的实施例中，所述第二液晶层的厚度，和所述第三液晶层的厚度满足预设相位延迟条件：
Δn*d＝(2m+1/2)λ，m＝0，±1，±2…
其中Δn为液晶材料长短轴折射率差值λ为光线波长d为所述第二液晶层或所述第三液晶层的厚度。
在一些可能的实施例中所述光线偏振层为电控半波片，所述电控半波片不加电状态下，光线偏振方向保持不变；所述电控半波片在加电状态下，光线偏振方向旋转90°。
在一些可能的实施例中，所述光线旋向控制层为四分之一波片，所述四分之一波片改变光线的旋向以将光线变为左旋光或右旋光。
本申请实施例提供的显示装置，包括显示面板、设置在显示面板上方改变光线偏振方向的光线偏振层；设置在光线偏振层上方或下方的改变光线旋向控制层；设置在显示装置中最上方的偏振全息体光栅，以改变光线的出射角度。本申请实施例利用层叠设置的光线偏振层、光线旋向控制层、和偏振全息体光栅，逐步改变光线的方向，使得最终射出的光线可以实现仅左侧可见或右侧可见，实现不同观看视角的切换。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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他的附图。
图1为本申请实施例所提供的显示装置一实施例结构示意图；
图2为本申请实施例提供的显示面板一实施例结构示意图；
图3为本申请实施例提供的光线偏振层一实施例结构示意图；
图4为本申请实施例提供的偏振全息体光栅一实施例结构示意图；
图5为本申请实施例提供的制备偏振全息体光栅一实施例示意图；
图6为本申请实施例提供的光路一实施例示意图；
图7为本申请实施例提供的光路另一实施例示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，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申请和简化描述，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申请的限制。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特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，“示例性”一词用来表示“用作例子、例证或说明”。本申请中被描述为“示例性”的任何实施例不一定被解释为比其它实施例更优选或更具优势。为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本申请，给出了以下描述。在以下描述中，为了解释的目的而列出了细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本申请。在其它实例中，不会对公知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本申请的描述变得晦涩。因此，本申请并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本申请所公开的原理和特征的最广范围相一致。
本申请实施例提供显示装置，以下进行详细说明。
如图1所示，为本申请实施例提供的显示装置一实施例结构示意图。在图1中，显示装置包括：
显示面板10；
光线偏振层20，光线偏振层20设置在显示面板10上方，以改变光线偏振角度。
光线旋向控制层30，光线旋向控制层30设置在光线偏振层20上方或光线偏振层20下方，以改变光线的旋向。
偏振全息体光栅40，偏振全息体光栅设置在显示装置中的最上方，以改变光线的出射角度。
本申请实施例提供的显示装置，包括显示面板、设置在显示面板上方改变光线偏振方向的光线偏振层；设置在光线偏振层上方或下方的改变光线旋向控制层；设置在显示装置中最上方的偏振全息体光栅，以改变光线的出射角度。本申请实施例利用层叠设置的光线偏振层、光线旋向控制层、和偏振全息体光栅，逐步改变光线的方向，使得最终射出的光线可以实现仅左侧可见或右侧可见，实现不同观看视角的切换。
在图1所示的实施例中，光线旋向控制层30设置在光线偏振层20下方，且显示装置还包括背光源。且在本申请的实施例中，背光源通常为准直背光源50，而准直背光源50设置在显示面板下方以提供准直光线至显示面板10。即申请实施例提供中的准直背光源50主要是提供光线。其中图1所示的实施例只为说明不同膜层之间的位置关系，并未将不同膜层贴合在一起。
如图2所示，为本申请实施例提供的显示面板一实施例结构示意图。在图2所示的实施例中，显示面板10可以包括层叠设置的：
第一偏光片101；
阵列基板102，阵列基板102设置在第一偏光片101上方；
第一液晶层103，第一液晶层103设置在阵列基板102上方；
彩膜基板104，彩膜基板104设置在第一液晶层103上方；
第二偏光片105，第二偏光片105设置在彩膜基板104上方。
请参考图2，在图2中，偏光片、阵列基板、液晶层和彩膜基板等膜层结构均是显示面板必须的结构。且图2所示的显示面板中，阵列基板102具体还可以包括设置在第一偏光片101上方的衬底基板，以及设置在衬底基板上方的阵列结构膜层。而彩膜基板104可以包括设置在第一液晶层上方的RGB像素层以及设置RGB像素层上方的基板。
需要说明的是，在本申请的实施例中，显示面板中的第一偏光片101和第二偏光片105通常均为线偏光片；而线偏光片可以控制特定光束的偏振方向。一般情况下，自然光能够在通过偏光片的时候，振动方向与偏光片透过轴垂直的光就会被吸收，光线只剩下振动方向与偏光片透过轴平行的偏振光。
如图3所示，为本申请实施例提供的光线偏振层一实施例结构示意图。在图3所示的实施例中，光线偏振层20可以包括层叠设置的：
第一基板201，第一基板设置在显示面板10的上方；
第一配向层202，第一配向层202设置在第一基板201上方；
第二液晶层203，第二液晶层203设置在第一配向层202上方；
第二配向层204，第二配向层204设置在第二液晶层203上方；
第二基板205，第二基板205设在第二配向层204的上方。
请参考图3，在本申请的实施例中，光线偏振层20并非单独的一个膜层结构，而是包括层叠设置的多个膜层；多个膜层共同作用以改变光线的偏振方向。
在一个具体实施例中，光线偏振层20可以为电控半波片；即光线偏振层20可以在电压(或电流)的控制下，实现对光线的不同角度的偏振。具体地，由于光线偏振层20中包括第一配向层202、第二配向层204，以及设置在第一配向层202和第二配向层204之间的第二液晶层203，通过在光线偏振层20两侧施加电压，可以改变第二液晶层203中液晶的排列方向，进而改变通过光线偏振层的准直光线的偏振角度。
因此，在本申请的实施例中，第二液晶层中的液晶材料可以为向列相液晶，向列相液晶可以在电压的控制下按照一定的规律排列，且通过控制施加的电压的大小来调节向列相液晶的排列方式。
在上述实施例中，当光线偏振层20为电控半波片时，电控半波片在不加电状态下，光线偏振方向保持不变；而电控半波片在加电状态下，光线偏转方向旋转90°。
因此，在本申请实施例中，可以通过是否施加电压，来改变通过光线偏振层20的光线的偏振角度。而偏振角度不同的光线还需要经过光线旋向控制层30和偏振全息体光栅的处理，最终实现不同视角的画面显示。
其中，在一些实施例中，光线旋向控制层30可以为四分之一波片，光线旋向控制层可以改变来自光线偏振层20的光线的旋向。具体地，四分之一波片可以将光线变为左旋光或右旋光。
其中，电矢量绕着光线的传输方向匀速旋转，且电矢量大小保持不变，矢量端点轨迹为圆，就是光线即为圆偏振光。而如果电矢量的相位与初始的相位之间的相位差为-π/2，即电矢量作逆时针转动，则称为左旋光。同理，若是电矢量的相位与初始的相位之间的相位差为π/2，即电矢量作顺时针转动，则称为右旋光。
在本申请的实施例中，当准直光源50发出的准直光线经过光线偏振层20后，光线的偏振角度发生变化；而偏振角度改变的光线经过光线旋向控制层30后，光线的旋向也发生了变化。而旋向发生变化的光线，还需要经过偏振全息体光栅，才能实现显示装置仅左侧可见，或仅右侧可见。具体地，如图4所示，为本申请实施例提供的偏振全息体光栅一实施例结构示意图。在图4中，偏振全息体光栅40可以包括层叠设置的第三配向层401和第三液晶层402；其中第三配向层401设置在靠近光线旋向控制层30的一侧，而第三液晶层设置在第三配向层401上方。
如图5所示为本申请实施例提供的制备偏振全息体光栅一实施例示意图。在图5所示的实施例中，制备偏振全息体光栅时，可以使用具有反向圆偏的两束不同的光束进行曝光，同时利用偶氮苯分子的光异构化特性来记录电场的偏振状态，依次制备得到图案化的第三配向层401。即利用两束相反旋向的正交圆偏光，分别以θ和-θ角度入射到配向材料表面，而圆偏光对偶氮苯分子进行曝光。其中，θ对应了后期预设的出射光束偏转角度，两束相反旋向的圆偏光在光配层表面干涉后形成空间极化的电场分布，同时由于偶氮苯分子的光异构化特性，其配向方向与电场方向垂直，使得异构后的偶氮苯分子可以记录下曝光时的光线在面内的偏振角度分布，得到面内水平方向正弦线性极化的光配向图案；进而在后续使得满足条件的光线可以通过。
在图5所示的实施例中，第三配向层401的配向方向沿面内水平方向具有正弦线性计划的光配向分布，而正弦线性极化配向分布的周期为：
Λx＝2π/(k0sinθ)
其中，k0为入射光波矢，θ为预设出射光线相对入射光线的偏折角度。
如图4中所示，光线A和光线B分别为右旋光和左旋光，经过偏振全息体光栅40后，右旋光和左旋光分别射向完全不同的两个方向，最终的出射光线相比入射光线来说，旋向手性反转，偏折角度与双光束干涉曝光过程中的记录光束一致(θ或是-θ)。
如图6所示，为本申请实施例提供的光路一实施例示意图。在图6所示的实施例中，显示装置包括层叠设置的准直背光源50、显示面板10、光线偏振层20、光线旋向控制层30和偏振全息体光栅40；显示装置的具体结构可以参考前述内容，此处主要说明本申请提供的显示装置的光路变化。
在图6中，准直背光源50发出的准直光线首先经过显示面板10，准直光线经过显示面板10中的第二偏光片105后变为线偏光射出。而线偏光经过光线偏振层20时，由于光线偏振层20可以通过施加电压来改变光线的偏振角度；因此可以分别在加电和不加电的情况下，控制线偏光通过光线偏振层20。
具体地，当在光线偏振层20两端施加电压时，线偏光的偏振方向旋转90°；而当不在光线偏振层20两端施加电压时，线偏光的偏振方向保持不变。在图6中，左侧为未施加电压时，当光线经过光线偏振层20，光线的偏振角度保持不变。而图6中右侧则为施加电压时，光线经过光线偏振层20后，光线偏振层20变为延迟态，且光线的偏转方向从原本的水平偏振方向转变为面内方向的垂直偏振方向。因此本申请实施例可以通过在光线偏振层20亮度施加电压与否，可以得到不同角度的偏振光。
具体地，在本申请的实施例中光线偏振层20中的液晶为垂直取向(VerticalAlignmentVA)即液晶初始状态为垂直状态不加电时为非延迟状态此时光线射入液晶后的偏振方向保持不变。而在加电后液晶方向发生偏转且液晶的长轴方向与入射光线的偏振方向之间的夹角为45°此时光线为延迟态光线的延迟量为λ/2最终光线射出光线偏振层20的后光线的偏振方向旋转90°。
而偏振角度改变后的光线经过光线旋向控制层30后，原本准直的光线的旋向也会发生改变。当未在光线偏振层20两端施加电压时，线偏光的偏振方向保持不变，此时光线经过光线旋向控制层30后，变为右旋光。当在光线偏振层20两端施加电压时，线偏光的偏振方向旋转90°，此时偏振角度改变后的光线经过光线旋向控制层30后，变为左旋光。利用光线偏振层20和光线旋向控制层30，可以得到左旋光和右旋光。
在图6中，右旋光经过偏振全息体光栅40后，出射角度发生改变，从原本的平行于垂直方向，变为相较于垂直方向左偏，且与垂直方向存在一定夹角。而左旋光经过偏振全息体光栅40后，出射角度同样发生改变，从原本的平行于垂直方向，变为相较于垂直方向右偏，且与垂直方向存在一定夹角。参考图6，原本平行于垂直方向的左旋光和右旋光，经过偏振全息体光栅后出射角度完全相反。
而完全相反的光线会被分别衍射到显示装置的左侧视角和右侧视角，使得仅有左侧视角可以观看画面，或仅有右侧视角可以观看画面。本申请实施例中，通过在光线偏振层20上施加电压或不施加电压，可以得到左旋光或右旋光，并进一步根据左旋光和右旋光使得显示装置仅显示左侧视角画面或是右侧视角画面，从而实现不同视角的画面切换显示。
如图7所示，为本申请实施例提供的光路另一实施例示意图。与图6不同的地方在于，图7所示的显示装置中，光线旋向控制层30位于光线偏振层20下方；即在本申请的实施例中，光线旋向控制层30和光线偏振层20的上下位置关系是可以根据实际需求设置的，但偏振全息体光栅40需要位于显示装置整个结构的最上方。
在图7所示的实施例中，准直背光源50发出的准直光线经过显示面板10和光线旋向控制层30。此时，从显示面板10射出的线偏光经过光线旋向控制层30时后变为圆偏光，且光线的旋向尚未改变；但圆偏光经过光线偏振层20后，若光线偏振层20为不加电状态，即为非延迟态时，光线的旋向不变。而若是光线偏振层20为加电状态，即为延迟态时，圆偏光的旋向相反。而旋向相反的圆偏光射入偏振全息体光栅40后，光线的出射角度发生偏转。
在本申请的实施例中，实际上是光线偏振层20和光线旋向控制层30两者结合共同控制光线的偏振方向和光线的旋向，以使得光线最终的出射角度发生改变。
在上述实施例中，左旋光和右旋光经过偏振全息体光栅40后是向左偏折还是向右偏折，以及偏折角度是多少，均取决于偏振全息体光栅40在制备时的双光束反向圆偏光干涉曝光过程中的双束圆偏光的入射角度。具体地，请参考图4和图5，若左旋光以相对垂直方向右偏的θ角度入射(θ)，右旋光以相对垂直方向左偏的θ角度入射(-θ)；那么，偏振全息体光栅制备40完成后，若以左旋光垂直照射体光栅，则会还原出记录光束中的右旋光的原始波前，即出射左偏，偏折角度-θ。
需要说明的是，在本申请的实施例中，虽然光线偏振层20和偏振全息体光栅40中均包括液晶层，但光线偏振层20中的第二液晶层的液晶材料，与偏振全息体光栅40中的第三液晶层的液晶材料不同。
在本申请的实施例中，第二液晶层的厚度和第三液晶层的厚度，均满足预设相位延迟条件。具体如下：
Δn*d＝(2m+1/2)λ，m＝0，±1，±2…
其中，Δn为液晶材料长短轴折射率差值，λ为光线波长，d为所述第二液晶层或所述第三液晶层的厚度。
由于液晶材料对应一个长轴和一个短轴，而长轴和短轴对应的折射率不同，因此存在一个折射率差值Δn；不同液晶材料对应的长轴和短轴的折射率均不同，使得不同液晶材料对应的折射率差值Δn也不同。在本申请的实施例中，由于第二液晶层和第三液晶层的材料不同，因此第二液晶层和第三液晶层对应的折射率差值Δn也不同，在光线相同即波长λ相同时；即使第二液晶层和第三液晶层均满足上述相位延迟条件，但第二液晶层和第三液晶层各自对应的厚度d也是不同的。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见上文针对其他实施例的详细描述，此处不再赘述。
具体实施时，以上各个单元或结构可以作为独立的实体来实现，也可以进行任意组合，作为同一或若干个实体来实现，以上各个单元或结构的具体实施可参见前面的方法实施例，在此不再赘述。
以上各个操作的具体实施可参见前面的实施例，在此不再赘述。
以上对本申请实施例所提供的一种显示装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种显示装置，其特征在于，所述显示装置包括：
显示面板；
光线偏振层，所述光线偏振层设置在所述显示面板上方，以改变光线的偏振角度；
光线旋向控制层，所述光线旋向控制层设置在所述光线偏振层上方或所述光线偏振层下方，以改变光线的旋向；
偏振全息体光栅，所述偏振全息体光栅设置在所述显示装置中的最上方，以改变光线的出射角度；
所述偏振全息体光栅制备时，采用两束相反旋向的正交圆偏光，分别以和/>角度入射到配向材料表面，通过所述正交圆偏光对偶氮苯分子进行曝光，其中，/>对应预设的出射光束偏转角度。
2.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置还包括准直背光源，所述准直背光源设置在所述显示面板下方，以提供准直光线至所述显示面板。
3.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述显示面板包括：
第一偏光片；
阵列基板，所述阵列基板设置在所述第一偏光片上方；
第一液晶层，所述第一液晶层设置在所述阵列基板上方；
彩膜基板，所述彩膜基板设置在所述第一液晶层上方；
第二偏光片，所述第二偏光片设置在所述彩膜基板上方；
其中，所述第一偏光片和所述第二偏光片均为线偏光片。
4.根据权利要求3所述的显示装置，其特征在于，当所述光线偏振层处于延迟态时，所述光线偏振层快轴方向与所述第二偏光片的偏光轴之间的夹角为45°。
5.根据权利要求2所述的显示装置，其特征在于，所述光线偏振层包括：
第一基板，所述第一基板设置所述显示面板的上方；
第一配向层，所述第一配向层设置在所述第一基板上方；
第二液晶层，所述第二液晶层设置在所述第一配向层上方；
第二配向层，所述第二配向层设置在所述第二液晶层上方；
第二基板，所述第二基板设置在所述第二配向层上方。
6.根据权利要求5所述的显示装置，其特征在于，所述偏振全息体光栅包括层叠设置的第三配向层和第三液晶层，所述第三配向层设置在靠近所述光线旋向控制层的一侧，所述第三液晶层设置在所述第三配向层上方；
其中，所述第三配向层的配向方向沿面内水平方向具有正弦线性极化的光配向分布，正弦线性极化配向分布的周期为：
其中，为入射光波矢，/>为预设出射光线相对入射光线的偏折角度。
7.根据权利要求6所述的显示装置，其特征在于，所述第二液晶层的液晶材料和所述第三液晶层的液晶材料不同。
8.根据权利要求6所述的显示装置，其特征在于，所述第二液晶层的厚度，和所述第三液晶层的厚度满足预设相位延迟条件：
其中，为液晶材料长短轴折射率差值，/>为光线波长，/>为所述第二液晶层或所述第三液晶层的厚度。
9.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述光线偏振层为电控半波片，所述电控半波片不加电状态下，光线偏振方向保持不变；所述电控半波片在加电状态下，光线偏振方向旋转90°。
10.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述光线旋向控制层为四分之一波片，所述四分之一波片改变光线的旋向以将光线变为左旋光或右旋光。
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