CN116088193A - 显示装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种显示装置，涉及显示技术领域。该显示装置中背光组件发出的光线先经过准直组件准直后再经过光线偏折组件进行偏折。偏折光线照射到显示面板的像素岛所在区域，且照射方向靠近像素岛沿第一方向的中轴线。并且，偏折光线通过像素岛所在区域之后，可以汇聚至与像素岛对应的透镜单元沿第一方向的中心区域。由此能够保证像素岛包括的多个子像素出射的光线较集中，能够提高显示装置的光效，保证显示装置的显示效果。
Description
技术领域
本申请涉及显示技术领域，特别涉及一种显示装置。
背景技术
实际场景中之所以能够实现3维(dimensional，D)场景显示，是因为观察者的两眼能够在与观察者的眼睛之间的距离不同的物体上聚焦。
相关技术中，多视点裸眼3D显示装置是目前常用的一种3D显示装置。显示装置包括显示面板以及位于显示面板的显示侧的透镜组件。该透镜组件包括多个透镜单元，显示面板中的多个子像素出射的光线可以通过同一个透镜单元射出。显示面板中多个子像素出射的光线通过透镜单元后可以相交且会在空间上形成多个视区。通过图像渲染可以为同一透镜单元下的多个子像素显示的图像设置一定的视差。观察者的两眼通过处于不同视区而观察到有视差的图像，并通过人脑进行合成形成3D显示图像，实现3D的显示效果。
但是，相关技术中显示面板的多个子像素出射的光线比较分散，能够照射至透镜单元的光线较少，进而导致显示装置的光效较低，显示效果较差。
发明内容
本申请提供了一种显示装置，可以解决相关技术中显示装置的光效较低，显示效果较差的问题。所述技术方案如下：
一方面，提供了一种显示装置，所述显示装置包括：
显示面板，所述显示面板包括多个像素岛；
背光组件，所述背光组件位于所述显示面板的非显示侧，用于为所述显示面板提供背光；
光线准直组件，所述光线准直组件位于所述背光组件和所述显示面板之间，所述光线准直组件将所述背光组件发出的光线准直调制为准直光线；
光线偏折组件，所述光线偏折组件位于所述光线准直组件和所述显示面板之间，所述光线偏折组件将所述准直光线调制为偏折光线，所述偏折光线照射至所述像素岛所在区域，且所述偏折光线的照射方向至少靠近所述像素岛沿第一方向的中轴线；
以及透镜组件，所述透镜组件位于所述显示面板的显示侧，所述透镜组件包括多个透镜单元，每个所述透镜单元与一个所述像素岛对应，对于每个所述像素岛，所述偏折光线通过所述像素岛所在区域之后，汇聚至与所述像素岛对应的一个所述透镜单元沿所述第一方向的中心区域。
可选的，所述光线偏折组件包括多个光线偏折单元以及平坦膜层，所述光线偏折单元的折射率和所述平坦膜层的折射率不同，每个所述光线偏折单元与一个所述像素岛对应；
对于每个所述光线偏折单元，照射至所述光线偏折单元的准直光线在所述光线偏折单元和所述平坦膜层的交界面发生折射得到偏折光线，所述偏折光线照射至与所述光线偏折单元对应的一个所述像素岛所在区域。
可选的，每个所述光线偏折单元包括至少一个第一棱镜和至少一个第二棱镜，所述至少一个第一棱镜和所述至少一个第二棱镜以所述中轴线为对称轴对称设置；
所述至少一个第一棱镜和所述至少一个第二棱镜中的每个所述棱镜在参考平面上的正投影的形状为三角形，所述参考平面平行于所述第一方向，且垂直于所述显示面板的显示面；
其中，每个所述棱镜在所述参考平面上的正投影包括与所述显示面平行的第一边，与所述显示面垂直的第二边，以及连接所述第一边和所述第二边的第三边，所述第二边相对于所述第三边靠近所述中轴线；每个所述棱镜的第三边所在平面用于将所述准直光线偏折调制为偏折光线。
可选的，对于所述第一棱镜和所述第二棱镜中的每个所述棱镜，所述棱镜中所述第一边和所述第三边之间的夹角，与所述棱镜和所述中轴线之间的距离正相关，所述棱镜的所述第二边的长度与所述夹角正相关。
可选的，所述棱镜中所述第一边和所述第三边之间的夹角α满足：
α＝arctan[sinβ(n3/n4-cosβ)]；
其中，所述n3为所述棱镜的折射率，所述n4为所述平坦膜层的折射率，所述β满足：
β＝arctan(d/h)；
其中，所述d为所述棱镜的第一边的中心与所述中轴线沿所述第一方向的距离，所述h为所述棱镜的第三边的中心与所述透镜组件远离所述显示面板的表面中心沿第二方向的距离，所述第二方向与所述显示面垂直。
可选的，所述棱镜的第二边的长度F满足：
F＝e*tanα；
其中，所述e为所述棱镜沿所述第一方向的长度。
可选的，所述像素岛至少包括沿第一方向排布的N个子像素，所述N为大于1的正整数；
每个所述光线偏折单元包括多个所述第一棱镜，以及与多个所述第一棱镜一一对称设置的多个所述第二棱镜，每个所述第一棱镜沿所述第一方向的长度以及每个所述第二棱镜沿所述第一方向的长度，均为一个所述子像素沿所述第一方向的长度的整数倍。
可选的，每个所述第一棱镜沿所述第一方向的长度以及每个所述第二棱镜沿所述第一方向的长度，均与一个所述子像素沿所述第一方向的长度的相等；
所述N为奇数，所述第一棱镜和所述第二棱镜的总数量为N-1；所述N为偶数，所述第一棱镜和所述第二棱镜的总数量为N。
可选的，所述第一棱镜和所述第二棱镜均为沿第三方向延伸的条状结构，所述第三方向与所述第一方向垂直；
或者，所述第一棱镜和所述第二棱镜为一体结构，且所述一体结构呈环形。
可选的，所述光线偏折组件为液晶器件；所述液晶器件包括：依次层叠的偏光层，第一基板，多个电极图案，液晶层，公共电极，以及第二基板；
其中，所述偏光层用于基于所述准直光线生成偏振光，所述液晶层中的液晶分子能够在所述公共电极和多个所述电极图案形成的电场作用下产生不同的相位分布，不同的相位分布对所述偏振光进行不同方向的偏折。
可选的，不同的相位分布构成不同虚拟高度的虚拟棱镜，且所述液晶层中的液晶分子为正性液晶的情况下，所述虚拟棱镜的虚拟高度与施加至所述电极图案的电压的大小负相关；
其中，所述虚拟棱镜的虚拟高度平行于与所述显示面板的显示面垂直的第二方向。
可选的，所述透镜组件还包括遮光层，所述遮光层围成所述透镜组件的多个开口，每个开口露出一个所述透镜单元，每个所述透镜单元出射的光线从对应的一个所述开口射出。
可选的，所述开口的形状为条形，所述多个透镜单元沿第一方向排布，且沿与所述第一方向垂直的第三方向延伸；
或者，所述开口的形状为矩形，所述多个透镜单元在所述第一方向和所述第三方向上阵列排布；
又或者，所述开口的形状为六边形，所述多个透镜单元在所述第一方向和所述第三方向上交错排布。
可选的，所述背光组件包括多个发光元件；
每个所述发光元件与一个像素岛对应，且每个所述发光元件在所述显示面板上的正投影位于对应的一个像素岛沿第一方向的中轴线上，每个所述发光元件发出的光线通过所述光线准直组件以及所述光线偏折组件之后，为所述显示面板提供背光。
可选的，所述显示面板为被动发光式显示面板。
本申请提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
本申请提供了一种显示装置，该显示装置中背光组件发出的光线先经过准直组件准直后再经过光线偏折组件进行偏折。偏折光线照射到显示面板的像素岛所在区域，且照射方向靠近像素岛沿第一方向的中轴线。并且，偏折光线通过像素岛所在区域之后，可以汇聚至与像素岛对应的透镜单元沿第一方向的中心区域。由此能够保证像素岛包括的多个子像素出射的光线较集中，能够提高显示装置的光效，保证显示装置的显示效果。
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他的附图。
图1是本申请实施例提供的一种实现三维显示的示意图；
图2是本申请实施例提供的一种主瓣宽度的示意图；
图3是本申请实施例提供的一种主瓣视角的示意图；
图4是本申请实施例提供的一种显示装置的局部示意图；
图5是图4所示的显示装置的一种局部示意图；
图6是本申请实施例提供的一种光线偏折组件的局部示意图；
图7是本申请实施例提供的一种棱镜的结构示意图；
图8是图4所示的显示装置的另一种局部示意图；
图9是本申请实施例提供的一种夹角α和夹角β的关系曲线图；
图10是本申请实施例提供的另一种显示装置的局部示意图
图11是本申请实施例提供的另一种光线偏折单元的结构示意图；
图12是本申请实施例提供的一种光线偏折单元的截面图和俯视图；
图13是本申请实施例提供的一种透镜组件的局部示意图；
图14是本申请实施例提供的另一种光线偏折单元的截面图和俯视图；
图15是本申请实施例提供的另一种透镜组件的局部示意图；
图16是本申请实施例提供的又一种透镜组件的局部示意图；
图17是本申请实施例提供的另一种光线偏折组件的局部示意图；
图18是图17所示的光线偏折组件构成的虚拟棱镜示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
多视点裸眼3D显示装置是目前常用的一种裸眼3D显示装置。如图1所示，显示装置包括显示面板以及位于显示面板的显示侧的透镜组件。透镜组件包括多个透镜单元，每个透镜单元对应显示面板中的一个像素岛。每个像素岛包括的多个子像素出射的光线从对应的一个透镜单元射出，并且，多个子像素的光线通过透镜单元射出后可以相交进而在空间上形成多个视区。通过系统控制单元控制图形渲染单元为同一透镜单元下的多个子像素的图像设置一定的视差，因此空间上各个视区位置的图像具有视差。观察者的左右眼通过处于不同视点而观察到有视差的图像，人脑对左右眼观察到的图像进行合成形成3D显示图像。
在多视点裸眼3D显示装置中，为了在大范围内给用户提供连续运动视差，即可以从各个方向观看到三维物体，提供正确的立体视差，需要三维显示装置实现大视角，即大主瓣宽度。并且，多用户模式也要求三维显示装置提供大主瓣宽度。其中，主瓣宽度可以是指一个像素岛中多个子像素发出的光线通过透镜单元后的多个单视区宽度之和。
如图2所示，基于三角形相似定理可得，单视区宽度Wp满足：
相应的，主瓣宽度W可以满足：
其中，公式(1)和公式(2)中，L为观看平面和透镜组件之间的距离，p为每个子像素的宽度，h为透镜组件和显示面板之间的距离。m为每个像素岛包括的子像素的数量，也等于单视区的数量。
参考图3，基于三角函数确定出主瓣视角ω满足：
其中，上述公式(3)中，P每个透镜单元对应的像素岛的宽度，T为透镜组件和隔垫层的总厚度，n为隔垫层的等效折射率，n1为透镜单元的折射率，n2为透镜单元远离显示面板的一侧的材料的折射率(n2小于n1)，f为透镜单元的焦距，D为透镜单元的口径，k为离焦量，用于表示透镜单元的焦距和其厚度的差异程度，其取值范围通常在0.5至1.5之间；O为开口率，表示透镜单元的开口口径与透镜单元的周期尺寸(透镜周期尺寸等于透镜单元的开口口径和一个遮光区的宽度之和)的比值；θ为坡度角，表示透镜单元的曲线的切线与底部平面的夹角。
从上述公式(3)中可以看出，可以通过增大离焦量f，减小开口率O或者增大透镜单元的折射率n1和透镜单元远离显示面板的一侧的材料的折射率n2的差值来增大主瓣视角ω。第一种方式，增大离焦量f会导致三维显示中的串扰增加，影响三维显示图像效果。第二种方式，减小开口率会影响通光效率，导致显示亮度降低，对系统能耗和散热等方面会造成不良影响。第三种方式，为了更大可能的增大n1和n2的差异，需使得透镜组件远离显示面板的一侧的材料为空气，即折射率n2等于1。但是由于空气层的影响，容易导致透镜组件变形，实际使用过程中的信赖性较低。
图4是本申请实施例提供的一种显示装置的局部示意图。参考图4可以看出，该显示装置10可以包括：显示面板101，背光组件102，光线准直组件103，光线偏折组件104以及透镜组件105。
显示面板101包括多个像素岛1011。背光组件102位于显示面板101的非显示侧，用于为显示面板101提供背光。光线准直组件103位于背光组件102和显示面板101之间，光线准直组件103将背光组件102发出的光线准直调制为准直光线。光线偏折组件104位于光线准直组件103和显示面板101之间，光线偏折组件104将准直光线调制为偏折光线。该偏折光线照射至像素岛1011所在区域，且偏折光线的照射方向至少靠近像素岛1011沿第一方向X的中轴线。透镜组件105位于显示面板101的显示侧，透镜组件105包括多个透镜单元1051，每个透镜单元1051与一个像素岛1011对应。对于每个像素岛1011，偏折光线通过像素岛1011所在区域之后，汇聚至像素岛1011对应的一个透镜单元1051沿第一方向X的中心区域。
在本申请实施例中，通过在显示面板101和背光组件102之间设计光线准直组件103和光线偏折组件104，可以使得背光组件102发出的光线先经过准直之后再通过像素岛1011聚拢至透镜单元1051的中心区域。由此能够保证像素岛1011包括的多个子像素出射的光线较集中，能够提高显示装置10的光效，保证显示装置10的显示效果。
并且，由于光线能够聚拢至透镜单元1051的中心区域，因此即使通过减小透镜组件的开口率(开口率较小)来增大主瓣视角，也可以有效提升背光光效。进一步的，可以在保证正常显示亮度的情况下降低背光组件102的亮度，降低系统能耗，改善背光组件102的散热性能。
综上所述，本申请实施例提供了一种显示装置，该显示装置中背光组件发出的光线先经过准直组件准直后再经过光线偏折组件进行偏折。偏折光线照射到显示面板的像素岛所在区域，且照射方向靠近像素岛沿第一方向的中轴线。并且，偏折光线通过像素岛所在区域之后，可以汇聚至与像素岛对应的透镜单元沿第一方向的中心区域。由此能够保证像素岛包括的多个子像素出射的光线较集中，能够提高显示装置的光效，保证显示装置的显示效果。
可选的，光线准直组件103可以为是普通球面或者非球面透镜，液晶透镜，菲涅尔平面透镜，超表面平面透镜等用于实现光线准直的透镜。
作为一种可选的实现方式，结合图4和图5，光线偏折组件104可以包括多个光线偏折单元1041a以及平坦膜层1042a。光线偏折单元1041a的折射率和平坦膜层1042a的折射率不同。每个光线偏折单元1041a与一个像素岛1011对应。对于每个光线偏折单元1041a，照射至该光线偏折单元1041a的准直光线在光线偏折单元1041a和平坦膜层1042a的交界面发生折射得到偏折光线。该偏折光线照射至于光线偏折单元1041a对应的一个像素岛1011所在区域。
在该实现方式中，通过在光线偏折组件104中设计光线偏折单元1041a以及平坦膜层1042a，并使得光线偏折单元1041a的折射率和平坦膜层1042a的折射率不同，以实现光线能够被光线偏折组件104偏折调制为偏折光线。进一步的，可以通过设计光线偏折单元1041a的形状，以使得偏折光线的照射方向可以靠近像素岛1011沿第一方向X的中轴线，进而使得光线能够汇聚，提高显示装置的光效。
图6是本申请实施例提供的一种光线偏折组件的结构示意图。参考图6，每个光线偏折单元1041a可以包括至少一个第一棱镜a和至少一个第二棱镜b。至少一个第一棱镜a和至少一个第二棱镜b以像素岛1011的中轴线为对称轴对称设置。由此可以使得位于中轴线的第一侧的光线在至少一个第一棱镜a和平坦膜层1042a的交界面发生折射，并使得位于中轴线的第二侧的光线在至少一个第二棱镜b和平坦膜层1042a的交界面发生折射。至少一个第一棱镜a位于中轴线的第一侧，至少一个第二棱镜b位于中轴线的第二侧。
参考图6，至少一个第一棱镜a和至少一个第二棱镜b中的每个棱镜在参考平面上的正投影的形状为三角形。参考平面平行于第一方向X，且垂直于显示面板101的显示面。其中，参考图7，每个棱镜在参考平面上的正投影包括与显示面平行的第一边c1，与显示面垂直的第二边c2，以及连接第一边c1和第二边c2的第三边c3。第二边c2相对于第三边c3靠近中轴线。每个棱镜的第三边c3所在平面用于将准直光线偏折调制为偏折光线。
也即是，经过光线准直组件103准直之后的准直光线照射至光线偏折单元1041a的第三边c3，并在第三边c3和平坦膜层1042a的交界面发生折射。
在本申请实施例中，对于第一棱镜a和第二棱镜b中的每个棱镜，棱镜中第一边c1和第三边c3之间的夹角，与棱镜和中轴线之间的距离正相关，棱镜的第二边c2的长度与夹角正相关。也即是，棱镜和中轴线之间的距离越大，棱镜中第一边c1和第三边c3之间的夹角越大，棱镜的第二边c2的长度越大；棱镜和中轴线之间的距离越小，棱镜中第一边c1和第三边c3之间的夹角越小，棱镜的第二边的长度越小。
可选的，棱镜中第一边c1和第三边c3之间的夹角α满足：
α＝arctan[sinβ(n3/n4-cosβ)] 公式(4)
其中，夹角α可以称为坡度角，n3为棱镜的折射率，n4为平坦膜层1042a的折射率。可选的，平坦膜层1042a的折射率n4可以小于棱镜的折射率n3，从而使得折射角大于入射角，进而使得可以较大程度的向靠近中心轴的方向偏折。例如，平坦膜层1042a的折射率n4为1.5，棱镜的折射率n3为2.1。另外，如图8所示，β为棱镜的第三边的中心和透镜单元1051远离显示面板101的表面中心之间的连线与中轴线之间的夹角，夹角β满足：
β＝arctan(d/h) 公式(5)
其中，夹角β可以称为偏折角，d为棱镜的第一边c1的中心与中轴线沿第一方向X的距离，h为棱镜的第三边c3的中心与透镜组件105远离显示面板101的表面中心沿第二方向Y的距离，第二方向Y与显示面垂直。
可选的，棱镜的第一边c1的中心与中轴线沿第一方向X的距离d，以及棱镜的第三边c3的中心与透镜组件105远离显示面板101的表面中心沿第二方向Y的距离h均可以通过设计方案获取。也即是，距离d和距离h均可以为已知量。由此可以基于上述公式(5)计算得到夹角β。进一步的，可以基于公式(4)计算得到夹角α。
图9是本申请实施例提供的一种夹角α和夹角β的关系曲线图。参考图9可以看出，夹角α与夹角β正相关。也即是夹角β越大，夹角α越大；夹角β越小，夹角α越小。可选的，夹角β的范围可以为0°至44°。
在本申请实施例中，棱镜的第二边c2的长度F可以满足：
F＝e*tanα 公式(6)
其中，上述公式(6)中的e可以为棱镜沿第一方向X的长度。该棱镜沿第一方向X的长度e可以通过设计方案获取。也即是，该棱镜沿第一方向X的长度可以为已知量。由此可以基于上述公式(6)以及公式(4)计算得到的夹角α计算得到棱镜的第二边c2的长度F。
可选的，像素岛1011至少包括沿第一方向X排布的N个子像素k，N为大于1的正整数。例如图5中的像素岛1011包括沿第一方向X排布的6个子像素k。每个光线偏折单元1041a包括多个第一棱镜a，以及与多个第一棱镜a一一对称设置的多个第二棱镜b。每个第一棱镜a沿第一方向X的长度，每个第二棱镜b沿第一方向X的长度，均与一个子像素沿第一方向X的长度相等。由此可以使得每个棱镜与一个子像素k对应，每个棱镜用于将光线偏折后通过对应的一个子像素k之后汇聚至透镜单元1051的中心区域，进而可以实现子像素级别的光线控制。
或者，每个第一棱镜a沿第一方向X的长度，每个第二棱镜B沿第一方向的长度可以与一个子像素沿第一方向X的长度不相等。可选的，第一棱镜和第二棱镜中的每个棱镜沿第一方向X的长度，可以为一个子像素沿第一方向X的长度的整数倍。例如图10中的第一棱镜a和第二棱镜b沿第一方向X的长度，等于三个子像素沿第一方向X的长度。
在本申请实施例中，图6中示意的光线偏折单元1041a包括三个第一棱镜a和三个第二棱镜b。第一个第一棱镜a1和中轴线之间的距离d1，大于第二个第一棱镜a2和中轴线之间的距离d2；第二个第一棱镜a2和中轴线之间的距离d2，大于第三个第一棱镜a3和中轴线之间的距离d3，即d1>d2>d3。并且，第一个第一棱镜a1的第一边c1和第三边c3之间的夹角α1，大于第二个第一棱镜a2的第一边c1和第三边c3之间的夹角α1；第二个第一棱镜a2的第一边c1和第三边c3之间的夹角α2，大于第三个第一棱镜a3的第一边c1和第三边c3之间的夹角α3，即α1>α2>α3。第一个第一棱镜a1的第二边c2的长度F1，大于第二个第一棱镜a2的第二边c2的长度F2；第二个第一棱镜a2的第二边c2的长度F2，大于第三个第一棱镜a3的第二边c2的长度F3，即F1>F2>F3。相应的，三个第二棱镜b中，第一个第二棱镜b1和中轴线之间的距离，大于第二个第二棱镜b2和中轴线之间的距离；第二个第二棱镜b2和中轴线之间的距离，大于第三个第二棱镜b3和中轴线之间的距离。并且，第一个第二棱镜b1的第一边和第三边之间的夹角，大于第二个第二棱镜b2的第一边和第三边之间的夹角；第二个第二棱镜b2的第一边和第三边之间的夹角，大于第三个第二棱镜b3的第一边和第三边之间的夹角。第一个第二棱镜b1的第二边的长度，大于第二个第二棱镜b2的第二边的长度；第二个第二棱镜b2的第二边的长度，大于第三个第二棱镜b3的第二边的长度。
在本申请实施例中，若N为奇数，则像素岛1011包括的沿第一方向X排布的N个子像素中的第[(N-1)/2]+1个子像素可以位于像素岛1011的中轴线处。由于该第[(N-1)/2]+1个子像素位于像素岛1011的中轴线处，因此若需要设计该第[(N-1)/2]+1个子像素对应的棱镜，则需使得该棱镜和平坦膜层1042a的交界面能够将位于中轴线的第一侧的光线和位于中轴线的第二侧的光线折射汇聚至透镜单元1051的中心区域。但是位于中轴线的第一侧的光线和位于中轴线的第二侧的光线偏折方向不同，因此需设计使得棱镜位于中轴线的两侧的部分对称，如图11中的棱镜g。但是这种棱镜较难制备，且位于中轴线处的子像素的光线也基本能满足汇聚要求，因此可以无需设计与第[(N-1)/2]+1个子像素对应的棱镜。也即是，N为奇数时，则第一棱镜a和第二棱镜b的总数量可以为N-1。
若N为偶数，则像素岛1011包括的沿第一方向X排布的N个子像素中的第N/2个子像素和第N/2+1个子像素的分界线可以为像素岛1011的中轴线。此种方案，可以使得第N/2个子像素对应的第一棱镜a的第二边和第N/2+1个子像素对应的第二棱镜b的第二边相贴，即最靠近中轴线的一个第一棱镜a和最靠近中轴线的一个第二棱镜b直接接触。也即是，N为偶数时，则第一棱镜a和第二棱镜b的总数量可以为N。
或者，本申请实施例也可以无需区分N为奇数还是偶数，第一棱镜a和第二棱镜b的总数量均可以等于像素岛1011包括的沿第一方向X排布的子像素的数量N。
需要说明的是，像素岛1011可以包括M×N个子像素，N为沿第一方向X排布的子像素的数量，M为沿第三方向Z排布的子像素的数量。该第三方向Z与第一方向X垂直，且平行于显示面板101的显示面。M可以为大于或等于1的正整数，N为大于1的正整数，即像素岛1011至少包括沿第一方向X排布的两个子像素。
图12是本申请实施例提供的一种光线偏折单元的截面图和俯视图。参考图12可以看出，该光线偏折单元1041a包括的第一棱镜a和第二棱镜b均为沿第三方向Z延伸的条状结构。其中，图12所示的光线偏折单元1041a可以和柱型透镜单元配合使用。此种方案可以实现对光线在一维方向(第一方向X)上的偏折控制。
其中，该柱型透镜单元远离显示面板101的表面为弧面，且参考图13，柱型透镜单元1051的开口的形状可以为矩形(图13中示出了四个柱型透镜单元的开口)。每个光线偏折单元1041a偏折后的光线经过对应的像素岛1011之后汇聚至对应的一个柱型透镜单元的中心区域。
图14是本申请实施例提供的另一种光线偏折单元的截面图和俯视图。参考图14可以看出，该光线偏折单元1041a包括的第一棱镜a和第二棱镜b可以为一体结构，且一体结构呈环形。例如，第一个第一棱镜a1和第一个第二棱镜b1构成一个环形的一体结构，第二个第一棱镜a2和第二个第二棱镜b2构成一个环形的一体结构，第三个第一棱镜a3和第三个第二棱镜b3构成一个环形的一体结构。其中，图14所示的光线偏折单元1041a可以和半球型透镜单元配合使用。此种方案可以实现对光线在二维方向(第一方向X和第三方向Z)上的偏折控制。
参考图15，半球型透镜单元的开口的形状可以为矩形(图中示出了四个半球型透镜单元的开口)。或者，参考图16，半球型透镜单元的开口的形状可以为六边形(图中示出了三个半球型透镜单元的开口)。当然也可以为其他形状，本申请实施例对此不做限定。
在本申请实施例中，光线偏折单元1041a中的各个棱镜的材料可以为氮化硅(SiN)。平坦膜层1042a的材料可以为氧化硅(SiOx)。其中，棱镜可以采用半导体工艺中曝光刻蚀显影技术进行制备。
作为另一种可选的实现方式，参考图17，光线偏折组件104为液晶器件。液晶器件可以包括依次层叠的偏光层1041b，第一基板1042b，多个电极图案1043b，液晶层1044b，公共电极1045b以及第二基板1046b。其中，偏光层1041b相对于显示面板101更靠近光线准直组件103，光线准直组件103准直后的准直光线可以经过偏光层1041b转变为偏振光。液晶层1044b中的液晶分子能够在公共电极1045b和多个电极图案1043b形成的电场作用下产生不同的相位分布，不同的相位分布对偏振光进行不同方向的偏折。
可选的，参考图18，不同的相位分布构成不同虚拟高度的虚拟棱镜Q。例如图18中示意的不同虚拟棱镜的相位调制形貌不同(相位调制形貌1和相位调制形貌2不同)。其中，相位调制形貌是由液晶光学相位延迟得到的。并且，液晶层1044b中的液晶分子为正性液晶的情况下，虚拟棱镜Q的虚拟高度F′与施加至电极图案1043b的电压的大小负相关。虚拟棱镜Q的虚拟高度F′平行于第二方向Y。
也即是，施加至电极图案1043b的电压越大，虚拟棱镜Q的虚拟高度F′越小；施加至电极图案1043b的电压越小，虚拟棱镜Q的虚拟高度F′越大。
在本申请实施例中，可以通过控制施加至电极图案1043b的电压的大小，控制虚拟棱镜Q的虚拟高度F′，进而可以控制光线的偏折，实现光线的汇聚。例如，可以控制施加至电极图案1043b的电压的大小，使得虚拟棱镜Q的设计如上述第一种实现方式中光线偏折单元1041a中各个棱镜的设计。
可选的，液晶器件104中的多个电极图案1043b可以均匀分布，虚拟棱镜Q的尺寸与形成虚拟棱镜Q所需的电极图案1043b的数量正相关。也即是，形成虚拟棱镜Q所需的电极图案1043b的数量越多，得到的虚拟棱镜Q的尺寸越大；形成虚拟棱镜Q所需的电极图案1043b的数量越少，得到的虚拟棱镜Q的尺寸越小。形成虚拟棱镜Q之后，每个电极图案1043b所在位置可以看做虚拟棱镜Q用于偏折光线的表面的一个点。
在该实现方式中，可以通过控制施加至电极图案1043b的电压，实现对虚拟棱镜Q的尺寸和坡度角的动态调整使得光线偏折组件104能够适应不同视角的需求和不同厚度的器件，进而使得由虚拟棱镜Q能将光线偏折到不同的角度。
第二种实现方式中的光线偏折组件104可以与图13所示的透镜组件105配合使用，也可以与图15或图16所示的透镜组件105配合使用，本申请实施例对此不做限定。
参考图13，以及图15和图16可以看出，透镜组件105还可以包括遮光层1052，该遮光层1052可以围成透镜组件105的多个开口。每个开口露出一个透镜单元1051，每个透镜单元1051出射的光线从对应的一个开口射出。
通过设置遮光层1052，可以适当减小透镜单元1051的尺寸(例如透镜单元1051的高度可以较小)，进而降低透镜单元1051的制备难度。同时，由于光线能够汇聚至透镜单元沿第一方向的中心区域，因此可以避免背光组件102发出光线被透镜组件的遮光层1052所遮挡，造成光能的浪费。
可选的，若透镜单元1051为柱型透镜单元，则透镜组件105包括的多个透镜单元1051沿第一方向X排布，且沿第三方向Z延伸。相应的，开口的形状为沿第三方向Z延伸的条形。或者，若透镜单元1051为半圆型透镜单元，则透镜组件105包括的多个透镜单元1051可以在第一方向X和第三方向Z上阵列排布或交错排布。例如，若多个透镜单元1051在第一方向X和第三方向Z上阵列排布，则开口的形状可以为矩形；若多个透镜单元1051在第一方向X和第三方向Z上交错排布，则开口的形状可以为六边形。
在本申请实施例中，背光组件102可以包括多个发光元件1021，每个发光元件1021与一个像素岛1011对应(但是每个像素岛1011可以对应一个或多个发光元件1021)，且每个发光元件1021在显示面板101上的正投影位于对应的一个像素岛1011沿第一方向X的中轴线上。每个发光元件1021发出的光线通过光线准直组件103以及光线偏折组件104之后，为显示面板101提供背光。
在本申请实施例中，显示面板101可以为被动发光式显示面板。例如，该显示面板101可以为液晶显示面板(liquid crystal displayLCD)。其中，该液晶显示面板中的液晶盒可以为扭曲向列相(twisted nematic，TN)液晶盒，面内转换(IN-plane switching，IPS)液晶盒，垂直取向(vertical alignment，VA)液晶盒或者边缘场转换(fringe fieldswitching，FFS)液晶盒。另外，高级超维场转换技术(advanced super dimension switch，ADS)也可以采用面内转换液晶盒，ADS和IPS的区别在于电极设计的不同。
综上所述，本申请实施例提供了一种显示装置，该显示装置中背光组件发出的光线先经过准直组件准直后再经过光线偏折组件进行偏折。偏折光线照射到显示面板的像素岛所在区域，且照射方向靠近像素岛沿第一方向的中轴线。并且，偏折光线通过像素岛所在区域之后，可以汇聚至与像素岛对应的透镜单元沿第一方向的中心区域。由此能够保证像素岛包括的多个子像素出射的光线较集中，能够提高显示装置的光效，保证显示装置的显示效果。
并且，采用本申请实施例利提供的显示面板，可以有利于实现子像素级别的光线控制，便于光线的汇聚。在显示装置需要满足大主瓣视角以实现三维显示而导致透镜组件的开口率有限时，可以有效提升背光组件的发光光效，在保持正常显示亮度的时降低背光组件的亮度，降低系统能耗，改善背光组件的散热性能，提高显示装置的信赖性。
以上所述仅为本申请的可选实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (15)
1.一种显示装置，其特征在于，所述显示装置(10)包括：
显示面板(101)，所述显示面板(101)包括多个像素岛(1011)；
背光组件(102)，所述背光组件(102)位于所述显示面板(101)的非显示侧，用于为所述显示面板(101)提供背光；
光线准直组件(103)，所述光线准直组件(103)位于所述背光组件(102)和所述显示面板(101)之间，所述光线准直组件(103)将所述背光组件(102)发出的光线准直调制为准直光线；
光线偏折组件(104)，所述光线偏折组件(104)位于所述光线准直组件(103)和所述显示面板(101)之间，所述光线偏折组件(104)将所述准直光线调制为偏折光线，所述偏折光线照射至所述像素岛(1011)所在区域，且所述偏折光线的照射方向至少靠近所述像素岛(1011)沿第一方向(X)的中轴线；
以及透镜组件(105)，所述透镜组件(105)位于所述显示面板(101)的显示侧，所述透镜组件(105)包括多个透镜单元(1051)，每个所述透镜单元(1051)与一个所述像素岛(1011)对应，对于每个所述像素岛(1011)，所述偏折光线通过所述像素岛(1011)所在区域之后，汇聚至与所述像素岛(1011)对应的一个所述透镜单元(1051)沿所述第一方向(X)的中心区域。
2.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述光线偏折组件(104)包括多个光线偏折单元(1041a)以及平坦膜层(1042a)，所述光线偏折单元(1041a)的折射率和所述平坦膜层(1042a)的折射率不同，每个所述光线偏折单元(1041a)与一个所述像素岛(1011)对应；
对于每个所述光线偏折单元(1041a)，照射至所述光线偏折单元(1041a)的准直光线在所述光线偏折单元(1041a)和所述平坦膜层(1042a)的交界面发生折射得到偏折光线，所述偏折光线照射至与所述光线偏折单元(1041a)对应的一个所述像素岛(1011)所在区域。
3.根据权利要求2所述的显示装置，其特征在于，每个所述光线偏折单元(1041a)包括至少一个第一棱镜(a)和至少一个第二棱镜(b)，所述至少一个第一棱镜(a)和所述至少一个第二棱镜(b)以所述中轴线为对称轴对称设置；
所述至少一个第一棱镜(a)和所述至少一个第二棱镜(b)中的每个所述棱镜在参考平面上的正投影的形状为三角形，所述参考平面平行于所述第一方向(X)，且垂直于所述显示面板(101)的显示面；
其中，每个所述棱镜在所述参考平面上的正投影包括与所述显示面平行的第一边(c1)，与所述显示面垂直的第二边(c2)，以及连接所述第一边(c1)和所述第二边(c2)的第三边(c3)，所述第二边(c2)相对于所述第三边(c3)靠近所述中轴线；每个所述棱镜的第三边(c3)所在平面用于将所述准直光线偏折调制为偏折光线。
4.根据权利要求3所述的显示装置，其特征在于，对于所述第一棱镜(a)和所述第二棱镜(b)中的每个所述棱镜，所述棱镜中所述第一边(c1)和所述第三边(c3)之间的夹角，与所述棱镜和所述中轴线之间的距离正相关，所述棱镜的所述第二边(c2)的长度与所述夹角正相关。
5.根据权利要求4所述的显示装置，其特征在于，所述棱镜中所述第一边(c1)和所述第三边(c3)之间的夹角α满足：
α＝arctan[sinβ(n3/n4-cosβ)]；
其中，所述n3为所述棱镜的折射率，所述n4为所述平坦膜层(1042a)的折射率，所述β满足：
β＝arctan(d/h)；
其中，所述d为所述棱镜的第一边(c1)的中心与所述中轴线沿所述第一方向(X)的距离，所述h为所述棱镜的第三边(c3)的中心与所述透镜组件(105)远离所述显示面板(101)的表面中心沿第二方向(Y)的距离，所述第二方向(Y)与所述显示面垂直。
6.根据权利要求5所述的显示装置，其特征在于，所述棱镜的第二边(c2)的长度F满足：
F＝e*tanα；
其中，所述e为所述棱镜沿所述第一方向(X)的长度。
7.根据权利要求5所述的显示装置，其特征在于，所述像素岛(1011)至少包括沿第一方向(X)排布的N个子像素，所述N为大于1的正整数；
每个所述光线偏折单元(1041a)包括多个所述第一棱镜(a)，以及与多个所述第一棱镜(a)一一对称设置的多个所述第二棱镜(b)，每个所述第一棱镜(a)沿所述第一方向(X)的长度以及每个所述第二棱镜(b)沿所述第一方向(X)的长度，均为一个所述子像素沿所述第一方向(X)的长度的整数倍。
8.根据权利要求7所述的显示装置，其特征在于，每个所述第一棱镜(a)沿所述第一方向(X)的长度以及每个所述第二棱镜(b)沿所述第一方向(X)的长度，均与一个所述子像素沿所述第一方向(X)的长度的相等；
所述N为奇数，所述第一棱镜(a)和所述第二棱镜(b)的总数量为N-1；所述N为偶数，所述第一棱镜(a)和所述第二棱镜(b)的总数量为N。
9.根据权利要求3至8任一所述的显示装置，其特征在于，所述第一棱镜(a)和所述第二棱镜(b)均为沿第三方向(Z)延伸的条状结构，所述第三方向(Z)与所述第一方向(X)垂直；
或者，所述第一棱镜(a)和所述第二棱镜(b)为一体结构，且所述一体结构呈环形。
10.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述光线偏折组件(104)为液晶器件；所述液晶器件包括：依次层叠的偏光层(1041b)，第一基板(1042b)，多个电极图案(1043b)，液晶层(1044b)，公共电极(1045b)，以及第二基板(1046b)；
其中，所述偏光层(1041b)用于基于所述准直光线生成偏振光，所述液晶层(1044b)中的液晶分子能够在所述公共电极(1045b)和多个所述电极图案(1043b)形成的电场作用下产生不同的相位分布，不同的相位分布对所述偏振光进行不同方向的偏折。
11.根据权利要求10所述的显示装置，其特征在于，不同的相位分布构成不同虚拟高度的虚拟棱镜，且所述液晶层(1044b)中的液晶分子为正性液晶的情况下，所述虚拟棱镜的虚拟高度与施加至所述电极图案(1043b)的电压的大小负相关；
其中，所述虚拟棱镜的虚拟高度平行于与所述显示面板(101)的显示面垂直的第二方向(Y)。
12.根据权利要求1至8以及10至11中任一所述的显示装置，其特征在于，所述透镜组件(105)还包括遮光层(1052)，所述遮光层(1052)围成所述透镜组件(105)的多个开口，每个开口露出一个所述透镜单元(1051)，每个所述透镜单元(1051)出射的光线从对应的一个所述开口射出。
13.根据权利要求12所述的显示装置，其特征在于，所述开口的形状为条形，所述多个透镜单元(1051)沿第一方向(X)排布，且沿与所述第一方向(X)垂直的第三方向(Z)延伸；
或者，所述开口的形状为矩形，所述多个透镜单元(1051)在所述第一方向(X)和所述第三方向(Z)上阵列排布；
又或者，所述开口的形状为六边形，所述多个透镜单元(1051)在所述第一方向(X)和所述第三方向(Z)上交错排布。
14.根据权利要求1至8以及10至11中任一所述的显示装置，其特征在于，所述背光组件(102)包括多个发光元件(1021)；
每个所述发光元件(1021)与一个像素岛(1011)对应，且每个所述发光元件(1021)在所述显示面板(101)上的正投影位于对应的一个像素岛(1011)沿第一方向(X)的中轴线上，每个所述发光元件(1021)发出的光线通过所述光线准直组件(103)以及所述光线偏折组件(104)之后，为所述显示面板(101)提供背光。
15.根据权利要求1至8以及10至11中任一所述的显示装置，其特征在于，所述显示面板(101)为被动发光式显示面板。
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