CN210038331U - 一种光线控制装置和被动发光像源 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种光线控制装置和被动发光像源，其中，该光线控制装置包括：弥散元件和方向控制元件；所述方向控制元件用于将不同位置的光源发出的光线进行汇聚；所述弥散元件设置在所述方向控制元件远离光源的一侧，所述弥散元件用于将所述方向控制元件的出射光弥散开、并形成光斑。通过本实用新型实施例提供的光线控制装置和被动发光像源，可以提高光线的利用率，利用小功率的光源即可发出高亮的光线，进而形成高亮度的图像。

Description

一种光线控制装置和被动发光像源

技术领域

本实用新型涉及光学成像技术领域，具体而言，涉及一种光线控制装置和被动发光像源。

背景技术

光源是指能发出一定波长范围的电磁波(例如可见光、紫外线、红外线等)的物体，例如LED(Light Emitting Diode，发光二极管)等；在照明以及显示成像等领域，光源是必不可少的器件。

现有包含光源的设备(例如照明设备、液晶显示器等)只是简单地利用光源发出的光线，而光源一般是点光源或近似点光源，即光源会向四周发出光线，传统光源设备对光源的利用率较低。

具体的，某些显示成像设备(例如液晶显示器)利用背光源成像时，背光源发出的光线只有极少一部分用于成像，导致成像亮度较低。虽然可以通过提高光源功率来解决成像亮度低的问题，但这相应会带来光源功耗高、且发热量大的问题，从而增加了对光源设备的散热要求。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型实施例的目的在于提供一种光线控制装置和被动发光像源。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种光线控制装置，包括：弥散元件和方向控制元件；

所述方向控制元件用于将不同位置的光源发出的光线进行汇聚；

所述弥散元件设置在所述方向控制元件远离光源的一侧，所述弥散元件用于将所述方向控制元件的出射光弥散开、并形成光斑。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种被动发光像源，包括如上任一所述的光线控制装置、光源和液晶层；

所述光源与所述液晶层设置在所述光线控制装置的方向控制元件的两侧。

本实用新型实施例上述第一方面提供的方案中，通过方向控制元件将不同位置的光线汇聚至同一个位置，可以提高光线亮度；同时，通过弥散元件将光线弥散开，从而可以形成预设形状的光斑，方便后续在光斑范围内成像，从而在提高光线亮度的同时，还可以扩大成像范围。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对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实用新型的一些实施例，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示出了本实用新型实施例1所提供的光线控制装置的第一结构示意图；

图2示出了本实用新型实施例1所提供的光线控制装置的第二结构示意图；

图3a示出了本实用新型实施例1所提供的光线控制装置的第三结构示意图；

图3b示出了本实用新型实施例1所提供的光线控制装置在挡风玻璃上成像时的示意图；

图4a示出了本实用新型实施例1所提供的光线控制装置中，实心灯杯的第一结构示意图；

图4b示出了本实用新型实施例1所提供的光线控制装置中，实心灯杯的第二结构示意图；

图5a示出了本实用新型实施例2所提供的被动发光像源的第一结构示意图；

图5b示出了本实用新型实施例2所提供的被动发光像源的第二结构示意图；

图6a示出了本实用新型实施例所提供的电致发光阵列的第一排布示意图；

图6b示出了本实用新型实施例所提供的电致发光阵列的第二排布示意图；

图6c示出了本实用新型实施例所提供的电致发光阵列的第三排布示意图；

图6d示出了本实用新型实施例所提供的电致发光阵列的第四排布示意图；

图7示出了本实用新型实施例2所提供的被动发光像源的第三结构示意图；

图8示出了本实用新型实施例2所提供的观察者观看被动发光像源成像的第一示意图；

图9示出了本实用新型实施例2所提供的观察者观看被动发光像源成像的第二示意图；

图10示出了本实用新型实施例3所提供的被动发光像源的第四结构示意图；

图11a示出了本实用新型实施例3所提供的观察者观看被动发光像源成像的第一示意图；

图11b示出了本实用新型实施例3所提供的观察者观看被动发光像源成像的第二示意图；

图12示出了本实用新型实施例所提供的3D被动发光像源的第一结构示意图；

图13示出了本实用新型实施例所提供的3D被动发光像源的第二结构示意图；

图14示出了本实用新型实施例所提供的3D被动发光像源的第三结构示意图；

图15示出了本实用新型实施例所提供的3D被动发光像源的第四结构示意图。

附图标记：104-光源、105-光线聚集元件、106-弥散元件、107-准直元件、108-方向控制元件、110-光线阻隔元件、1013-反光面、1014-空腔、1015-凸面、1016-开槽、1017-凸面、1041-电致发光模块、1042-电致发光器件、1061-光斑、1062-聚焦位置、100-光线控制装置、200-液晶层、201-液晶转换层、202-阻挡层、203-柱状透镜层、700-反射装置。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，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”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

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该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1

本实施例还提供一种光线控制装置，参见图1所示，包括：弥散元件106和方向控制元件108。

方向控制元件108用于将不同位置的光源发出的光线进行汇聚，即汇聚至同一个预设位置1062；弥散元件106设置在方向控制元件108远离光源的一侧，弥散元件106用于将方向控制元件108的出射光弥散开、并形成预设形状的光斑1061。

本实施例中，通过多个方向控制元件108实现对光线的汇聚。具体的，参见图1所示，不同位置均设置有光源104，图1中以设置7个光源104为例说明；相应的，设置7个方向控制元件108，控制光源104发出光线的方向。如图1所示，在不存在弥散元件106时，方向控制元件108将多个光源104发出的光线汇聚至预设位置1062处。其中，图1中以1062为一个点位置为例说明，本实施例中的预设位置1062也可以为一个很小的区域，即只需要将光源104发出的光线汇聚至该区域内即可。具体的，每一个方向控制元件108类似于一个小的光线控制装置，通过设置不同位置的方向控制元件108的朝向来调整光源104发出光线的方向，从而实现光线汇聚。

同时，若只是将不同位置的光线汇聚至很小范围的预设位置1062处，则将该光线控制装置应用在像源的光源中时，像源只能在很小范围内成像，不方便观察者观看像源所成的像。本实施例中通过弥散元件106将光弥散开，并形成预设形状的、成像范围更大的光斑1061，从而方便观察者在大范围内观看像源成像。具体的，以图1中最左侧的方向控制元件108为例说明，如图1所示，在不存在弥散元件106时，最左侧的光源104发出的光线A可以沿着光路a射向预设位置1062；当在方向控制元件108外部设置弥散元件106后，弥散元件106将光线A分散成多个光线(包括光线A1、光线A2等)并分散至一个范围内，即光斑1061，方便观察者在光斑1061的范围内均可以查看像源成像。可选的，弥散元件106具体可以为衍射光学元件(Diffractive Optical Elements,DOE)，例如光束整形片(Beam Shaper)；光斑的大小和形状由光束整形片的微观结构所决定，光斑形状包括但不限于圆形、椭圆形、正方形、长方形、蝙蝠翼形状。例如，弥散后的光斑在侧视方向的弥散角为10度，优选为5度；在正视方向的弥散角为50度，优选为30度。

其中，方向控制元件108的数量为多个，不同的方向控制元件108设置在不同的位置，用于调整不同位置的光源所发出光线的出射方向，且不同位置的光源发出的光线的出射方向均指向同一个预设位置。如图1所示，图1中的方向控制元件108的数量为7个。其中，一个方向控制元件108可以调整一个光源104发出的光线，也可以调整多个光源104发出的光线，本实施例对此不做限定。

本领域技术人员可以理解，图1中对弥散元件106的弥散作用只是示意性说明，弥散元件106可以将光线弥散至光斑1061范围内，并不是将光源104发出的光线完全限制在光斑1061内。即光线A经弥散元件106后可能可以形成更大范围的光斑，其他光源104发出的光线经弥散元件106可形成其他光斑，但是所有光源104发出的光线均可以到达光斑1061。

本实施例提供的一种光线控制装置，通过方向控制元件将不同位置的光线汇聚至同一个位置，可以提高光线亮度；同时，通过弥散元件将光线弥散开，从而可以形成预设形状的光斑，方便后续在光斑范围内成像，从而在提高光线亮度的同时，还可以扩大成像范围。此外，由于光源不需要大功率即可提供足够亮度的光线，从而可以降低对带光源的设备的散热要求。

在上述实施例的基础上，方向控制元件108包括准直元件107，准直元件107可以将光源104发出的光线进行准直，即将光源射向不同方向的光线进行准直，使得方向控制元件108射出的光线方向一致或基本一致。

具体的，准直元件107为准直透镜，该准直透镜包括凸透镜、凹透镜、菲涅尔透镜、或以上几种透镜组合中的一种或多种，该透镜组合具体可以是凸透镜与凹透镜的组合，菲涅尔透镜与凹透镜的组合等；或者，所述准直元件107为准直膜，用于将光线的出射方向调整至预设角度范围内。此时，准直元件107与光源104位置之间的距离为所述准直元件107的焦距，即将光源104设置在准直元件107的焦点处。

可选的，如图1所示，通过调整方向控制元件108的出射方向可以实现对不同位置的光线的汇聚。或者，也可以通过光线聚集元件实现对光线的汇聚。参见图2所示，方向控制元件108还包括光线聚集元件105；光线聚集元件105设置在光源104与弥散元件106之间。当方向控制元件108包含准直元件107时，该光线聚集元件105设置在准直元件107与弥散元件106之间；该光线聚集元件105用于将不同的光线汇聚至同一个预设位置1062。即，即使不特殊设置方向控制元件108的朝向，通过光线聚集元件105也可以将不同的光线汇聚至一个预设位置1062。其中，如图2所示，光线聚集元件105可以对应设置多个准直元件107。

在上述实施例的基础上，参见图3a所示，该光线控制装置还包括光线阻隔元件110，该光线阻隔元件110设置在该光线控制装置中远离反射元件的最外层。该光线阻隔元件110用于限制光线控制装置出射光线的出射角度。

具体的，光线阻隔元件110包括多个设有预设高度的光线阻隔栅栏，通过多个凸起的光线阻隔栅栏形成栅栏阵列，来物理阻挡光线在某些方向的传播。通过设计光线阻隔栅栏的高度和宽度，可以限制观测者可看到光线的角度。如图3a所示，通过光线阻隔元件110，将液晶层200射出的光线限制在角度α内，从而形成了可观察区域；即人眼eye-1位于可观察区域内，此时可以看到光源104发出的光线，但是人眼eye-2位于可观察区域之外，使得人眼eye-2并不能看到光源104发出的光线。当该光线控制装置作为像源的光源时，人眼eye-2由于不能看到光线，使得人眼eye-2并不能观察到像源的成像。

此外，光线阻隔元件110需要设置在成像设备的外表面。例如，当液晶显示器采用本实施例提供的光线控制装置作为背光光源时，该光线阻隔元件110需要设置在液晶显示器的外表面，此时才可以对液晶显示器的成像进行阻挡，即只有在观察区域内的观察者才可以看到液晶显示器的成像。

可选的，该光线控制装置可以用于抬头显示器(HUD)中，实现对抬头显示器的光线控制；同时，通过光线阻隔元件110可以避免驾驶者直接观看到抬头显示器的屏幕。参见图3b所示，光线阻隔元件110的光线阻隔栅栏的高度方向朝向挡风玻璃701。其中，光线阻隔栅栏的高度方向指的是光线阻隔元件从光源104一侧到光线控制装置外部的方向，也是光线控制装置出射光的方向；图3b中以小矩形表示光线阻隔栅栏，该矩形的长度方向即为上述的“光线阻隔栅栏的高度方向”。抬头显示器工作时，其在屏幕表面会形成实像、且通过挡风玻璃701还会形成虚像，由于设置了光线阻隔元件110，驾驶员的眼睛eye-3不能看到抬头显示器屏幕上的实像，只能通过挡风玻璃701观看到抬头显示器所成的虚像；即从用户所在的位置不能直接观看到抬头显示器的屏幕，从而在用户驾驶车辆时，可以避免因抬头显示器屏幕成实像时的亮度影响用户的视野，或者对用户造成眩晕，可以提高驾驶时的安全性。

同时，本实施例中，图1和图2中的每一个方向控制元件108还包括反射元件；反射元件用于将光源104发出的入射光反射至弥散元件106。

具体的，反射元件包括灯杯；灯杯为由反光面围成的中空壳体，且灯杯的开口方向朝向弥散元件106；灯杯远离开口的底部用于设置光源104。其中，灯杯的内壁(即反射元件的凹槽内壁)即为灯杯的反光面。

此外，该方向控制元件108还包括：准直元件107；所述准直元件107设置在所述灯杯的内部，且所述准直元件107的尺寸小于所述灯杯的开口大小；所述准直元件107用于将所述灯杯内的光源发出的部分光线进行准直后发射至所述弥散元件106。

或者，灯杯是实心灯杯，即灯杯为具有反光面的实心透明部件，所述实心透明部件的折射率大于1；所述实心灯杯的开口方向朝向弥散元件106；所述实心灯杯远离开口的尾端用于设置光源104。实心灯杯的具体结构可参见图4a和图4b所示。其中，实心灯杯的开口方向指的是实心灯杯反光面1013的开口方向。

同时，可以将准直元件107集成在实心灯杯上。参见图4a所示，实心透明部件在远离实心灯杯开口的端部设有空腔1014，该空腔1014靠近实心灯杯开口的一面为凸面1015。或者，如图4b所示，实心透明部件在靠近实心灯杯开口的端部的中间位置设有开槽1016，所述开槽1016的底面为凸面1017。

本实施例中，空腔1014的凸面1015或开槽1016的凸面1017均用于对光源104发出的光线进行准直，即凸面1015或凸面1017相当于准直元件107。凸面1015或凸面1017均设置在实心透明部件的中间位置，且凸面1015或凸面1017的尺寸小于实心灯杯的开口大小；凸面1015或凸面1017用于将实心灯杯内的光源104发出的部分光线进行准直后发射至弥散元件106。如图4a所示，将凸面1015设置在实心灯杯尾端的空腔内，该凸面1015即可形成一个凸透镜，对射向该凸面1015的光线进行准直。或者，参见图4b所示，实心透明部件的中间位置设有开槽1016，且开槽1016的底面为凸面1017，实心灯杯的凸面1017用于将实心灯杯反光面1013不能反射的光线进行准直，其他出射角度较大的光线在实心灯杯内发生全反射后再准直射出实心灯杯。实心灯杯的材质为折射率大于1的透明材质，比如高分子透明材质、玻璃等。

实施例2

基于同样的实用新型构思，本实施例还提供一种被动发光像源，参见图5a或图5b所示，该被动发光像源包括光线控制装置100、光源104和液晶层200。所述光源104与所述液晶层200设置在所述光线控制装置100的方向控制元件108的两侧。

本实施例中，液晶层200具体可以为普通液晶，比如扭曲向列型(TwistedNematic,TN)液晶、高扭曲向列型(High Twisted Nematic,HTN)液晶、超扭曲向列型(SuperTwisted Nematic,STN)液晶、格式化超扭曲向列型(Formated Super Twisted Nematic,FSTN)液晶等，液晶层200也可以为蓝相液晶。光源104具体可以为电致发光器件，比如发光二极管(Light Emitting Diode,LED)、白炽灯、激光、量子点光源等，具体的，比如有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode,OLED)、迷你发光二极管(Mini LED)、微发光二极管(Micro LED)、冷阴极荧光灯管(Cold Cathode Fluorescent Lamp，CCFL)、电致发光显示器(Electroluminescent Display,ELD)、LED冷光源(Cold LED Light，CLL)、电激发光(Electro Luminescent，EL)、电子发射(Field Emission Display，FED)、卤钨灯、金属卤化物灯等。

本实施例提供的被动发光像源的工作原理与现有的被动发光像源的原理基本类似，具体的，光源104发出的光线经过光线控制装置100处理后，为液晶层200提供光线；即光线控制装置100和光源104可以看作一个整体的背光光源，为液晶层200成像时提供光线。液晶层200包含液晶LCD，基于液晶层200的特性，液晶层200会对线偏振光进行偏转。

此外，光线控制装置100可以对光源104发出的光线进行准直和弥散。参见图5b所示，通过光线控制装置100对光线的准直和弥散作用，可以使得液晶层200在预设位置1061处形成预设形状的光斑，图5b中以矩形光斑为例示出。即观察者在预设位置1061处可观察到液晶层200所成的清晰的图像。同时，图5b中以弥散元件106设置在液晶层200的下面为例说明，弥散元件106也可设置在液晶层200远离光源104的一侧，也能实现同样的弥散效果。

抬头显示(head up display，HUD)技术是利用光学反射的原理，将车速等车辆信息投射在挡风玻璃或其他玻璃上，可以避免驾驶员在驾驶过程中低头看仪表盘所导致的分心，从而可以提高驾驶安全系数，同时也能带来更好的驾驶体验。现有挡风玻璃显像HUD的像源，多数为液晶显示器(liquid crystal display，LCD)。若HUD采用传统的LCD像源，HUD在挡风玻璃上显示成像的亮度较低，一般通过提高LCD像源的亮度来保证HUD在挡风玻璃上显示成像的亮度，这样不仅导致像源的功耗较高，且发热量较大，增加对HUD的散热要求。此外，传统HUD的光源可以基于自由曲面反射镜的光学设计方法来扩大视场角和显示区域，也会出现亮度不足等问题，而要保证画面的亮度就会造成光源产生极高的电功耗。若将本申请提供的被动发光像源应用到HUD中，则可以控制像源出射光线的角度，限制光线在光斑范围内，从而提高了光源射出光线的利用率和透光率，通过小功率的光源即可透出高亮度的光线，方便后续高亮度成像，减小光源的能耗；同时，由于透光率提高，光线控制装置不会吸收大量的光能，发热量较小，对HUD的散热要求较低。

在上述实施例的基础上，参见图6a所示，光源104为由一个或多个电致发光模块1041组成的电致发光阵列，每个电致发光模块1041包括一个或多个电致发光器件1042；图6a中以一个电致发光模块1041包含6个电致发光器件1042为例说明。光线控制装置100包括一个或多个反射元件，且每个电致发光模块1041对应设有一个反射元件。即，本实施例中的反射元件可以对应设置1个电致发光器件1042，也可以设置多个电致发光器件1042，具体可根据实际情况而定。其中，电致发光器件具体可以为白炽灯、LED、激光、量子点光源等。

本实施例中的图6a为被动发光像源的俯视图，图6a表示的是电致发光阵列的一种表现形式；其中，由于电致发光器件1042在光线控制装置100内，故被动发光像源的背光光源形状由光线控制装置100决定。由于电致发光器件1042一般为点光源，故采用圆形的光线控制装置100(比如光线控制装置100中具有圆形开口的灯杯)可以最高效地利用电致发光器件1042所发出的光线；但是，在排列圆形的光线控制装置100时，两个光线控制装置之间一定存在缝隙，从而降低了空间利用率。为了均衡光线利用率和空间利用率，电致发光阵列具体可以采用正六边形的排列方式，如图6b所示；正六边形排列方式虽然提高了空间利用率，但是降低了光线利用率。可选的，电致发光阵列采用正八边形排列方式，如图6c或19d所示，缝隙之间可以再利用小的正八边形的光线控制装置100填充，由于正八边形比正六边形更接近圆形，故光线利用率更高，相比于圆形排列的阵列也具有更高的空间利用率。

在上述实施例的基础上，参见图7所示，该被动发光像源包括多组光线控制装置100；不同的光线控制装置100用于将光源104发出的光发射至不同的方向或区域。如图7所示，图中以包含两组光线控制装置100为例说明，通过光线控制装置100对光源104发出光线的控制，从而可以在不同的位置或区域观看液晶层200不同的成像。在图7中，为了区分两个光线控制装置100，两个光线控制装置100出射光线的方向不同；本领域技术人员可以理解，由于两个光线控制装置100对应液晶层200不同的位置，即使光线控制装置100出射光的方向相同(比如都是垂直于液晶层200)，也可以形成两个眼盒范围。本实施例中的光线控制装置100可以为上述图1至图3b任一实施例中的光线控制装置。其中，眼盒范围是指观察者可以观察到光斑所呈现图像的区域。

具体的，观察者观看被动发光像源成像的示意图参见图8所示，被动发光像源为LCD显示装置，其包含两组光线控制装置，分别形成眼盒范围1和眼盒范围2，位于眼盒范围1处的观察者只能看到被动发光像源左侧部分的成像，位于眼盒范围2处的观察者只能看到被动发光像源右侧部分的成像。通过设置多个光线控制装置100可以实现对多观察者的不同成像，方便不同观察者查看不同的成像内容。

可选的，光线控制装置100具有弥散元件106，通过弥散元件106形成较大的光斑，从而也可以使得不同位置的观察者均可以观察到被动发光像源的成像。为了提高对光源104发出光线的利用率，弥散元件106用于形成蝙蝠翼形状的光斑(类似于无穷大符号“∞”形状的光斑)，即通过弥散元件106使得一组光线控制装置可以形成两个主要区域的光斑，即眼盒范围1和眼盒范围2，使得眼盒范围1和眼盒范围2处的观察者均可以观看被动发光像源的成像，此时的成像示意图参见图9所示。

实施例3

在上述实施例的基础上，该被动发光像源中的光线控制装置100发出的光线通过反射装置700将光线反射至人眼处，从而在反射装置700外形成高亮的虚像。其成像示意图参见图10所示。其中，该反射装置700可以为透明材料，比如普通玻璃、石英玻璃、汽车挡风玻璃和透明树脂板等；也可以为不透明的材料，比如涂覆有反射层的平面/凹面/凸面/自由曲面镜、反射膜以及光滑的金属反射面等。

对于多个观察者的情况，当采用多个光线控制装置100时，其成像示意图参见图11a所示，图11a中两个光线控制装置100形成两个光斑，即两个眼盒范围。当采用具有较大光斑(比如较大的矩形光斑，或者蝙蝠翼光斑等)的弥散元件时，其成像示意图参见图11b所示；图11b示出了一组光线控制装置100通过特定弥散元件形成蝙蝠翼光斑(类似于无穷大符号“∞”形状的光斑)的示意图。其中，图11a和图11b中以LCD成像方式示例说明。

在上述实施例的基础上，液晶层200包括RGB滤光片，通过RGB滤光片使得被动发光像源可以发出RGB三颜色的光，从而形成彩色图像。

或者，通过蓝相液晶实现彩色图像。具体的，本实施例中的液晶层300为蓝相液晶，且光源104包括红色光源、绿色光源和蓝色光源；红色光源、绿色光源和蓝色光源周期性工作，且三者不同时工作。具体的，三种颜色的光源(红色光源、绿色光源和蓝色光源)可以形成RGB背光，且三种光源不同时工作，即在不同的时间最多只有一种颜色的光源发光，即蓝相液晶在某个时间点可以发出一种颜色的光。由于蓝相液晶响应速度快，且光源(比如LED)的切换速度也很快，而由于人眼识别色彩时具有大约0.2秒的延迟，因此，通过快速切换光源以及相应的控制蓝相液晶的工作状态，可以使人眼接收到红色、绿色、蓝色，经过人眼整合后即可合成多种颜色(比如黄色、品红、白色等)，从而使人感觉看到了彩色的图像。在同一时间，蓝相液晶的光源中只有三分之一的光源工作，且不需要滤色片，可以降低光源的功耗；同时，蓝相液晶的一个像素点即可形成彩色像素(传统液晶需要三个像素点)，从而可以增加像素密度，可以提高成像的清晰度和分辨率。

在上述实施例的基础上，该被动发光像源可以作为3D像源，供观察者观看3D图像或视频。具体的，参见图12所示，该被动发光像源还包括液晶转换层201；液晶转换层201设置在透反元件远离光源104的一侧。该液晶转换层201可以设置在液晶层200的外侧，也可以设置在液晶层200的内侧，本实施例对此不做限定，图12中以液晶转换层201设置在液晶层200的外侧为例说明。

其中，液晶转换层201包括多个间隔设置的液晶单元，且液晶转换层中的一个液晶单元对应液晶层200中的一个液晶单元；液晶层200的液晶单元用于将第一偏振方向的光线转换为第二偏振方向的光线，液晶转换层的液晶单元用于将第二偏振方向的光线转换为第一偏振方向的光线，第一偏振方向与第二偏振方向垂直。

本实施例中，液晶层200可以采用普通的液晶，液晶层200的一个液晶单元对应一个像素，在不设置液晶转换层201时，液晶层200可以正常显示2D的图像。本实施例中额外设置的液晶转换层201为由间隔设置的液晶单元组成的器件，且每个液晶单元对应液晶层200中的一个液晶单元。如图12所示，液晶层200包含16个液晶单元：A1～A4、B1～B4、C1～C4、D1～D4，转换层201包含8个液晶单元，分别为a1、a3、b2、b4、c1、c3、d2、d4，其中，液晶单元a1对应液晶单元A1、液晶单元a3对应液晶单元A3，以此类推。通过设置液晶转换层201，将液晶层200的液晶单元分为了两部分，一部分液晶单元对应有液晶转换层201，比如液晶单元A1、A3、B2、B4等8个液晶单元；而其余的液晶单元没有对应液晶转换层201，比如液晶单元A2、A4、B1、B3等8个液晶单元。在实际生产过程中，液晶转换层201的液晶单元可以通过透明材质固定连接，比如液晶单元a1与液晶单元c1之间设有透明材质，在不影响液晶层200的液晶单元B1向外发出光线的同时，还可以将整个液晶转换层201生产制造为一个整体。

同时，液晶层200和液晶转换层201虽然本质上都是液晶，但是二者的偏振特性不完全相同。具体的，液晶层200用于将第一偏振方向的光线转换为第二偏振方向的光线，液晶转换层用于将第二偏振方向的光线转换为第一偏振方向的光线；其中，第一偏振方向与第二偏振方向垂直。

参见图12所示，光源104发出的光线中包含第一偏振方向的光线，或者光源104发出的光线经过光线控制装置100后可以转换为更多的第一偏振方向的光线。根据液晶的工作原理，液晶成像时会改变光线的偏振态，即预设偏振方向的线偏振光穿过液晶后会转换为垂直于该预设偏振方向的线偏振光，该预设偏振方向的具体方向是由液晶的本身特性决定。本实施例中的液晶层200和液晶转换层201采用两种不同的液晶。具体的，光源104发出的光线经过液晶层200后转换为第二偏振特性的光线，之后该光线再经过液晶转换层201后又会转换为第一偏振特性的光线，而不被液晶转换层201阻挡的液晶层依旧发出第二偏振特性的光线。因此，在图12中，液晶单元a1、a3等发出第一偏振特性的光线，而液晶单元A2、A4等发出第二偏振特性的光线，即本实施例的被动发光像源的一部分像素发出第一偏振特性的光线，而另一部分像素发出第二偏振特性的光线。

在观察者需要观看2D图像时，液晶层200和液晶转换层201均工作，由于人眼不能区分不同偏振态的光线，此时的液晶转换层201相当于是透明的，故观察者可以正常观看2D图像。当观察者需要观看3D图像时，液晶层200和液晶转换层201仍然正常工作，只是需要控制液晶层不同的液晶单元显示不同的像，同时需要观察者佩戴偏振式的立体眼镜，即可使得观察者的左眼观看部分图像，右眼观看另一部分图像，通过两部分图像之间的视差为观察者带来3D感官。其中，偏振式立体眼镜的是现有的成熟技术，此处不做赘述。

此外，在实际场景中，液晶转换层201不可能100％透过光线，即液晶转换层201工作时不会是完全透明的，这样导致液晶转换层201透过的光线亮度会较低。如图12所示，液晶单元B1出射的光线亮度较高，而液晶单元a1出射的光线由于经过两层液晶(即液晶单元A1和液晶单元a1)，其亮度较低。例如，液晶层200包含1000个液晶单元，其中的500个液晶单元外侧覆盖有液晶转换层201，而另外500个液晶单元没有对应设置液晶转换层，则覆盖有液晶转换层201的500个液晶单元出射的光线亮度较低。

为了保证像源的成像亮度均匀，液晶转换层201中所有液晶单元的总面积不小于液晶层200中所有液晶单元的总面积的一半，即对于液晶层200来说，对应有液晶转换层201的液晶单元(比如A1、C1等)的数量大于或略大于没有对应有液晶转换层201的液晶单元(比如B1、D1等)的数量，从而可以提高液晶转换层201的总体亮度，保证亮度整体上更加均匀。例如，液晶层200包含1000个液晶单元，其中的550个液晶单元外侧覆盖有液晶转换层201(即液晶转换层201包含550个间隔设置的液晶单元)，而液晶层200中的另外450个液晶单元没有对应设置液晶转换层201，通过增加液晶层200中对应有液晶转换层201的液晶单元在液晶层200中的占比，来提高液晶层200中该部分液晶单元的整体亮度。

需要说明的是，本实施例中“间隔设置”的目的是为了均匀设置液晶转换层201的液晶单元，使得液晶层200中对应液晶转换层201的液晶单元(比如A1、A3等)与不对应液晶转换层201的液晶单元(比如A2、A4等)之间的比例基本上为1:1，或者略大于1:1。如图13所示，液晶转换层201的液晶单元成列间隔设置。也可以采用其他间隔设置的方式，本实施例对此不做限定。此外，为了方便显示液晶层200与液晶转换层201之间的位置关系，图12和图13中的液晶层200与液晶转换层201之间有间隔，本领域技术人员可以理解，在实际应用中，液晶层200和液晶转换层201可以完全贴合，二者之间可以不存在缝隙。

在上述实施例的基础上，参见图14所示，该被动发光像源还包括：阻挡层202，阻挡层202设置在液晶层200远离光源104的一侧，且阻挡层202与液晶层200之间的距离为预设距离；阻挡层202包括多个间隔设置的阻挡单元。

在图14中，以液晶层200包含6个液晶单元、阻挡层202包含5个阻挡单元为例说明。如图所示，由于阻挡层202与液晶层200之间存在间隔，由于阻挡层202可以阻挡光线，故液晶层200中的部分液晶单元(R1、R2、R3)发出的光线不能到达左眼位置，故左眼只能观看到像素单元L1、L2、L3发出的光线；同理，右眼只能观看到像素单元R1、R2、R3发出的光线。因此，阻挡层202可以将液晶层200的液晶单元分为两部分，一部分液晶单元发出的光线只能到达左眼位置，比如液晶单元L1、L2、L3；而另一部分液晶单元发出的光线只能到达右眼位置，比如液晶单元R1、R2、R3。在显示成像时，通过在液晶层200中不同液晶单元显示具有视差的两种图像，从而使得左眼观看的图像和右眼观看的图像存在视差，进而实现3D成像。

其中，阻挡层202中每个阻挡单元的大小、以及阻挡单元之间的位置是经过精密计算后特殊设计，进而在特定位置可以成像。该方式不需要观察者佩戴特殊眼睛即可观看3D图像，但是需要观察者在特定的位置才能观看到比较好的3D成像效果。

可选的，阻挡层202的阻挡单元为液晶。当阻挡层202的液晶工作时，液晶可以使得光线透过；当液晶不工作时，液晶相当于不透光的挡板，也可以实现阻挡单元阻挡光线的效果。具体的，当观察者需要观看2D图像时，阻挡层202的液晶工作，此时的液晶层200正常显示2D图像。当观察者需要观看3D图像时，阻挡层202的液晶不工作，液晶层200不同像素显示具有视差的图像，使得观察者在特定位置可以观看到3D图像。

或者，该阻挡层202可以是完整的液晶，即阻挡层202整体式的液晶，阻挡层202在结构上不分为多个阻挡单元，但是通过控制该阻挡层202液晶的工作状态，可以形成多个间隔设置的阻挡单元；即，可以确定该阻挡层的哪一部分是需要阻挡光线的(相当于阻挡单元)，哪一部分是需要透过光线的，此时也可以实现阻挡光线的作用。此外，可以结合人眼位置来控制阻挡层202中液晶的工作状态，使得阻挡层202可以跟随人眼的位置实时调整哪些液晶单元是不工作的(即阻挡光线)，哪些液晶单元是需要透光的(即相当于不存在阻挡单元)，从而使得观察者可以在任意位置观看到3D图像，解决了固定阻挡层202的阻挡单元后观察者只能在特定位置才可以观看3D图像。

在上述实施例的基础上，参见图15所示，该被动发光像源还包括：柱状透镜层203，柱状透镜层203设置在液晶层200远离光源104的一侧。柱状透镜层203包括多个竖直设置的柱状透镜，且每个柱状透镜至少覆盖液晶层200的两个不同列的液晶单元；柱状透镜用于将一列的液晶单元发出的光线射向第一位置、将另一列的液晶单元发出的光线射向第二位置。

本实施例中，通过柱状透镜将不同列的液晶单元发出的光线折射至不同的位置，从而可以实现3D成像。具体的，参见图15所示，图15为一种俯视图，在垂直方向上，液晶层200包含12列液晶，每一列液晶包含一个或多个液晶单元；为简化说明，本实施例以每一列包含1个液晶单元为例。其中，柱状透镜层203包含6个柱状透镜，每个柱状透镜覆盖两列液晶单元；如图15所示，最上面的柱状透镜覆盖液晶单元R1和L1。基于柱状透镜的折射特性，通过设置柱状透镜的曲面，可以使得一列液晶单元发出的光线经过柱状透镜后射向第一位置，比如液晶单元R1发出的光线射向右眼位置；同时使得另一列液晶单元发出的光线经过柱状透镜后射向第二位置，比如液晶单元L1发出的光线射向左眼位置。通过精确设置柱状透镜的形状，可以使得部分液晶单元发出的光线射向某个位置，并使得另一部分液晶单元发出的光线射向另外一个位置。即，如图15所示，液晶单元R1、R2、R3、R4、R5、R6等发出的光线可以汇聚至右眼位置，液晶单元L1、L2、L3、L4、L5、L6等发出的光线可以汇聚至左眼位置，进而在液晶层200不同的液晶单元显示具有视差的图像时可以使得观察者在特定位置观看到3D图像。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (21)

1.一种光线控制装置，其特征在于，包括：弥散元件和方向控制元件；

所述方向控制元件用于将不同位置的光源发出的光线进行汇聚；

所述弥散元件设置在所述方向控制元件远离光源的一侧，所述弥散元件用于将所述方向控制元件的出射光弥散开、并形成光斑。

2.根据权利要求1所述的光线控制装置，其特征在于，所述方向控制元件包括准直元件；

所述准直元件用于将光线的出射方向调整至预设角度范围内，并将调整后的光线发射至所述弥散元件。

3.根据权利要求2所述的光线控制装置，其特征在于，所述准直元件为准直透镜或准直膜；

所述准直透镜包括凸透镜、凹透镜、菲涅尔透镜、或以上几种透镜组合中的一种或多种。

4.根据权利要求3所述的光线控制装置，其特征在于，所述准直元件与光源位置之间的距离为所述准直元件的焦距。

5.根据权利要求1所述的光线控制装置，其特征在于，所述方向控制元件的数量为多个，且不同的方向控制元件设置在不同的位置，用于调整不同位置的光源发出的光线的出射方向，且不同位置的光源发出的光线的出射方向均指向同一个预设位置。

6.根据权利要求1所述的光线控制装置，其特征在于，所述方向控制元件还包括光线聚集元件；

所述光线聚集元件设置在光源与所述弥散元件之间，所述光线聚集元件用于将不同的光源发出的光线汇聚至同一个预设位置。

7.根据权利要求1所述的光线控制装置，其特征在于，所述方向控制元件还包括反射元件；

所述反射元件包括灯杯；所述灯杯为由反光面围成的中空壳体，且所述灯杯的开口方向朝向所述弥散元件；所述灯杯远离开口的尾端用于设置光源。

8.根据权利要求7所述的光线控制装置，其特征在于，所述方向控制元件还包括：准直元件；

所述准直元件设置在所述灯杯的内部，且所述准直元件的尺寸小于所述灯杯的开口大小；所述准直元件用于将所述灯杯内的光源发出的部分光线进行准直后发射至所述弥散元件。

9.根据权利要求1所述的光线控制装置，其特征在于，所述方向控制元件还包括反射元件；

所述反射元件包括实心灯杯；

所述实心灯杯为具有反光面的实心透明部件，所述实心透明部件的折射率大于1；所述实心灯杯的开口方向朝向所述弥散元件；所述实心灯杯远离开口的端部用于设置光源；所述光源发出的光线射向反光面时发生全反射。

10.根据权利要求9所述的光线控制装置，其特征在于，

所述实心透明部件在远离实心灯杯开口的端部设有空腔，所述空腔靠近实心灯杯开口的一面为凸面；或

所述实心透明部件在靠近实心灯杯开口的端部的中间位置设有开槽，所述开槽的底面为凸面。

11.一种被动发光像源，其特征在于，包括光源、液晶层和如权利要求1-10任一所述的光线控制装置；

所述光源与所述液晶层设置在所述光线控制装置的方向控制元件的两侧。

12.根据权利要求11所述的被动发光像源，其特征在于，所述光源为由一个或多个电致发光模块组成的电致发光阵列，每个所述电致发光模块包括一个或多个电致发光器件；

所述光线控制装置包括一个或多个反射元件，且每个所述电致发光模块对应设有至少一个反射元件。

13.根据权利要求11所述的被动发光像源，其特征在于，包括多组光线控制装置；不同的光线控制装置用于将所述光源发出的光发射至不同的方向或区域。

14.根据权利要求11所述的被动发光像源，其特征在于，所述液晶层包括RGB滤光片；或者

所述液晶层为蓝相液晶，且所述光源包括红色光源、绿色光源和蓝色光源；所述红色光源、所述绿色光源和所述蓝色光源周期性工作，且三者不同时工作。

15.根据权利要求11所述的被动发光像源，其特征在于，还包括液晶转换层；所述液晶转换层设置在所述方向控制元件远离所述光源的一侧；

所述液晶转换层包括多个间隔设置的液晶单元，且所述液晶转换层中的一个液晶单元对应所述液晶层中的一个液晶单元；

所述液晶层的液晶单元用于将第一偏振方向的光线转换为第二偏振方向的光线，所述液晶转换层的液晶单元用于将第二偏振方向的光线转换为第一偏振方向的光线，所述第一偏振方向与所述第二偏振方向垂直。

16.根据权利要求15所述的被动发光像源，其特征在于，所述液晶转换层中所有液晶单元的总面积不小于所述液晶层中所有液晶单元的总面积的一半。

17.根据权利要求11所述的被动发光像源，其特征在于，还包括：阻挡层，所述阻挡层设置在所述液晶层远离所述光源的一侧，且所述阻挡层与所述液晶层之间设有预设距离；

所述阻挡层包括多个间隔设置的阻挡单元。

18.根据权利要求17所述的被动发光像源，其特征在于，所述阻挡单元为液晶；或者

所述阻挡层是整体式液晶，通过控制所述整体式液晶的液晶单元的工作状态，形成多个间隔设置的阻挡单元。

19.根据权利要求11所述的被动发光像源，其特征在于，还包括：柱状透镜层，所述柱状透镜层设置在所述液晶层远离所述光源的一侧；

所述柱状透镜层包括多个竖直设置的柱状透镜，且每个柱状透镜至少覆盖所述液晶层的两个不同列的液晶单元；所述柱状透镜用于将一列的液晶单元发出的光线射向第一位置、将另一列的液晶单元发出的光线射向第二位置。

20.根据权利要求11所述的被动发光像源，其特征在于，所述光线控制装置还包括光线阻隔元件；

所述光线阻隔元件设置在所述液晶层远离所述光源的一侧，所述光线阻隔元件用于限制所述被动发光像源的出射光线的出射角度。

21.根据权利要求11-20任一所述的被动发光像源，其特征在于，还包括反射装置；

所述反射装置用于将所述光线控制装置弥散开的光斑进行反射，使得所述光斑在所述反射装置外形成虚像。

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