CN115202067A - 背光显示***和显示装置 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种背光显示***和显示装置，该***包括准直装置以及分光装置；准直装置提供准直光束给分光装置；分光装置按周期调整准直光束的出射角；周期包括第一段时间和第二段时间；在第一段时间内，分光装置将准直光束调整至按第一出射角出射；在第二段时间内，分光装置将准直光束调整至按第二出射角出射。出射的准直光束经过3D面板后，可形成对应的立体观看视角。准直光束按第一出射角时在第一出射角的方向形成第一画面，准直光束按第二出射角时在第二出射角的方向形成第二画面，第一画面和第二画面进行拼接形成视角更大的立体显示画面，实现了视角拼接，从而提升了立体观看视角。

Description

背光显示***和显示装置
技术领域
本申请涉及显示技术领域，特别是涉及一种背光显示***和显示装置。
背景技术
随着显示技术的不断发展，显示技术不断更新迭代，已经由平面显示技术进化到了立体显示技术。在平面显示技术中，背光***为普通光源，其光线分布为固定状态，其光型也近乎为传统的朗伯分布。然而，在立体显示技术中，需要动态变化的光线分布，不同时刻光线分布进行切换。人们期望在立体显示技术上扩大立体观看视角。
发明内容
基于此，有必要针对如何扩大立体显示的立体观看视角的问题，提供一种背光显示***和显示装置。
为了实现上述目的，一方面，本申请实施例提供了一种背光显示***，包括准直装置以及分光装置；准直装置提供准直光束给分光装置；
分光装置按周期调整准直光束的出射角；周期包括第一段时间和第二段时间；
在第一段时间内，分光装置将准直光束调整至按第一出射角出射；在第二段时间内，分光装置将准直光束调整至按第二出射角出射。
在其中一个实施例中，准直装置包括光源以及光线准直结构；
光源向光线准直结构发射光线；光线准直结构将光源发射的光线转换成准直光束。
在其中一个实施例中，光源包括多个灯珠；
光线准直结构包括透明基板以及多个微透镜；微透镜阵列设置于透明基板上，且微透镜与灯珠一一对应设置。
在其中一个实施例中，光源还包括多个收光件；收光件设置有容纳空间；灯珠一一对应地设置于容纳空间内；
在其中一个实施例中，灯珠的发光光心与微透镜的光轴的同心度在-0.1°与+0.1°之间。
在其中一个实施例中，微透镜设置在透明基板靠近分光装置的一端面上；或者，微透镜设置在透明基板背离分光装置的另一端面上。
在其中一个实施例中，微透镜为柱透镜或二维透镜。
在其中一个实施例中，准直光束的发散角小于等于10°。
在其中一个实施例中，分光装置包括光栅以及逆棱镜膜；
光栅包括多个通道单元；逆棱镜膜上包括多个逆棱镜；通道单元与逆棱镜一一对应设置；
通道单元至少包括两个光通道；在第一段时间内，各通道单元的一部分光通道导通让准直光束通过，另一部分光通道关闭阻挡准直光束通过，以使通过光栅的准直光束照射在各逆棱镜的第一侧壁上；各第一侧壁位于同一侧；
在第二段时间内，各通道单元的一部分光通道关闭阻挡准直光束通过，另一部分光通道导通让准直光束通过，以使通过光栅的准直光束照射在各逆棱镜的第二侧壁上；各第二侧壁位于同一侧。
在其中一个实施例中，光栅为液晶狭缝光栅；
在第一段时间内，向液晶狭缝光栅输入第一电压，各通道单元的一部分光通道导通让准直光束通过，另一部分光通道关闭阻挡准直光束通过，以使通过光栅的准直光束照射在各逆棱镜的第一侧壁上；
在第二段时间内，向液晶狭缝光栅输入第二电压，各通道单元的一部分光通道关闭阻挡准直光束通过，另一部分光通道导通让准直光束通过，以使通过光栅的准直光束照射在各逆棱镜的第二侧壁上。
在其中一个实施例中，逆棱镜的轴线位于紧邻的两个光通道之间；在第一段时间和第二段时间内，紧邻的两个光通道中一个导通、另一个则关闭。
另一方面，本申请还提供了一种显示装置，包括控制器以及上述的背光显示***；控制器控制背光显示***。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：
本申请各实施例提供的背光显示***包括准直装置以及分光装置。其中，准直装置向分光装置提供准直光束。分光装置按周期调整准直光束的出射角。在背光显示***运行过程中，各周期包括第一段时间和第二段时间。在第一段时间内，分光装置将准直光束调整至按第一出射角出射。在第二段时间内，分光装置将准直光束调整至按第二出射角出射。准直光束按第一出射角时在第一出射角的方向形成第一画面，准直光束按第二出射角时在第二出射角的方向形成第二画面，第一画面和第二画面进行拼接形成视角更大的立体显示画面，实现了视角拼接，从而提升了立体观看视角。
附图说明
图1为本申请实施提供的背光显示***的结构示意图。
图2为本申请实施提供的准直光束的出射角示意图图。
图3为本申请实施提供的背光显示***的准直装置的结构示意图。
图4为本申请实施提供的背光显示***的准直装置和分光装置的结构示意图。
图5为本申请实施提供的背光显示***的准直装置和分光装置的结构示意图。
图6为本申请实施提供的收光件的一种俯视图。
图7为本申请实施提供的收光件的另一种俯视图。
图8为本申请实施提供的光栅的通道单元的透光示意图。
图9为本申请实施提供的光栅的通道单元的结构示意图。
图10为本申请实施提供的液晶狭缝光栅在第一段时间内的透光示意图。
图11为本申请实施提供的液晶狭缝光栅在第二段时间内的透光示意图。
附图标记：
11、准直装置；111、准直光束；113、光源；1131、灯珠；1133、收光件；115、光线准直结构；1151、透明基板；1153、微透镜；13、分光装置；131、光栅；1311、通道单元；133、逆棱镜膜；1331、逆棱镜。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的首选实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“安装”、“一端”、“另一端”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
立体观看视角的大小现在已经成为考量显示技术性能的一个重要参数。用户在不断地最求更大的立体观看视角，以提升观看体验。在立体显示技术领域，用户同样也最求更大的立体观看视角，为了实现上述目的，本申请提供了一种背光显示***。如图1所示，本申请背光显示***包括准直装置11以及分光装置13。其中，准直装置11用于将普通发散的光线(例如，按朗伯分布的光线)转换成准直光束111，从而准直装置11提供准直光束111给分光装置13。需要说明的是，准直光束111是指在传输一定距离后发散角没有显着改变的光束，在传播一定距离之后不会发生光束半径。为了保证分光装置13得到的准直光束111的质量，以使分光装置13能够实现更好的分光效果。在一个示例中，准直光束111的发散角小于等于10°，例如，准直光束111的发散角小于等于9°，准直光束111的发散角小于等于5°，准直光束111的发散角小于等于3°，准直光束111的发散角小于等于1°，当然，准直光束111的发散角越小越好，越有利于提升分光装置13的分光效果。
分光装置13在接收到准直装置11发射的准直光束111，用于调整准直光束111的出射角。需要说明的是，该出射角为相对于分光装置13的角度，在一个示例中，如图2所示，出射角为准直光束111与分光装置13的出射端的法线之间的夹角。当然，也可以为分光装置13设定一个坐标系，出射角基于该坐标系进行测量。
分光装置13按周期调整准直光束111的出射角，为了避免人眼察觉到出射角的变化，该周期需要大于等于60赫兹。将一个周期分成两个时间段，即周期包括第一段时间和第二段时间。在第一段时间内，分光装置13将准直光束111调整至按第一出射角(如图1和图3所示)出射，第一出射角对应的第一立体观看视角如图1和图3所示。在第二段时间内，分光装置13将准直光束111调整至按第二出射角(如图1和图3所示)出射，第二出射角对应的第二立体观看视角如图1和图3所示。即，准直光束111依次循环按第一出射角和按第二出射角出射，或者依次按第二出射角和按第一出射角出射。按第一出射角出射的准直光束111围成空间范围，与按第二出射角出射的准直光束111围成空间范围，可无重叠和无间隙的拼接，实现大视角(如图1和图3所示)。需要说明的是，由分光装置出射的准直光束经过3D(3Dimensions，三维)面板后，可形成立体观看视角(如图1和图3所示)。
以下详细介绍准直装置11和分光装置13的实现方式。
准直装置11作为提供准直光束111的装置，其实现方式可多种多样，以下提供几种可行的方式。在一个示例中，如图3所示，准直装置11包括光源113以及光线准直结构115。其中，光源113用于向光线准直结构115发射光线。在一个示例中，光源113为一整个LED(LightEmitting Diode，发光二极管)光源113、一整个MiniLED(Mini Light Emitting Diode，迷你发光二极管)光源113或一整个MicroLED(Micro Light Emitting Diode，微型发光二极管)光源113，其他类型光源113也行，在此不做具体限定。微米级的背光源113阵列，可更好地提高背光亮度及发光均匀性，在一个示例中，如图4和5所示，光源113包括多个灯珠1131，即多个灯珠1131按照一定的排列规则进行排列形成光源113。在一个示例中，灯珠1131为LED灯珠1131、MiniLED灯珠1131或MicroLED灯珠1131，其他类型灯珠1131也行，在此不做具体限定。需要说明的是，为了保证准直光束111均匀，各灯珠1131的发光效率相同，即各灯珠1131发射的光线相等。
光线准直结构115将光源113发射的光线转换成准直光束111。光线准直结构115包括光学器件，该光学器件对普通光线进行准直处理。在一个示例中，如图4和5所示，光线准直结构115包括透明基板1151以及多个微透镜1153。透明基板1151一方面可以让光线通过，另一方面用于承载微透镜1153，其外，透明基板1151还具备收光作用。其中，微透镜1153对光源113发射的光线进行准直。微透镜1153的类型可根据实际需求选定。在一个示例中，微透镜1153为柱透镜。在另一个示例中，微透镜1153为二维透镜。需要说明的是，若要保证在垂直显示屏方向上的立体观看视角跟普通背光源113一样的大视角，则采用微透镜1153为柱透镜的方案，以实现非对称式的收光。若要实现在垂直显示屏的方向上和在平行于显示屏的水平方向上一样的视角，则采用微透镜1153为二维透镜的方案，以实现对称式的收光。
微透镜1153阵列设置于透明基板1151上，具体的要保证微透镜1153与灯珠1131一一对应设置。即，微透镜1153在透明基板1151上的排布需要根据灯珠1131的排布情况，或者，灯珠1131的排布需要根据，微透镜1153在透明基板1151上的排布情况。微透镜1153与灯珠1131一一对应设置是指，每一个微透镜1153负责对一个灯珠1131发射的光线进行准直。需要说明的是，为了保证准直光束111的均匀性，各微透镜1153的类型相同，大小相同，且材质相同。为了减小准直光束111的发散角，使得准直光束111的发散角小于等于10°，或者更小，需保证灯珠1131的发光光心与微透镜1153的光轴的精度要求。在一个示例中，灯珠1131的发光光心与微透镜1153的光轴的同心度在-0.1°与+0.1°之间，例如，灯珠1131的发光光心与微透镜1153的光轴的同心度为0°，从而通过提升灯珠1131和微透镜1153的对位精度，来降低准直光束111的发散角。需要说明的是，灯珠的发光光心为灯珠发光的中心。
微透镜1153在透明基板1151的排列方式可根据实际需要而设定。在一个示例中，如图4所示，微透镜1153设置在透明基板1151靠近分光装置13的一端面上。在另一个示例中，如图5所示，微透镜1153设置在透明基板1151背离分光装置13的另一端面上。
为了进一步降低准直光束111的发散角。在一个示例中，如图4和5所示，光源113还包括多个收光件1133。需要说明的是，收光件1133用于收缩光源113发射出的光线的发散角，从而减少照射到光线准直结构115的光线的发散度。其中，收光件1133设置有容纳空间。例如，如图6所示，收光件1133为带槽的壳体，容纳空间为收光件1133上的槽，用于容纳柱透镜，实现非对称式收光。又例如，如图7所示，收光件1133包括四个壁板，四个壁板围成一个容纳空间，该类型的收光件用于容纳二维微透镜，实现非对称收光。将光源113放置于容纳空间内，具体的，灯珠1131一一对应地设置于容纳空间内，其中，一一对应是指一个容纳空间内设置有一个灯珠1131。
分光装置13作为分光且调整准直光束111的出射角的装置，其实现方式多种多样，以下提供几种可行的方式。在一个示例中，如图4和5所示，分光装置13包括光栅131以及逆棱镜膜133。其中，光栅131可将准直光束111分成若干光斑，在同一时刻，允许部分准直光束111通过，另一部分准直光束111被阻挡。为此，光栅131包括多个通道单元1311。其中，通道单元1311至少包括两个光通道，在同一时刻，如图8所示，通道单元1311上的部分光通道导通(图8中通道单元1311中白色模块为导通)，另一部分光通道关闭(图8中通道单元1311中黑色模块为关闭)。需要说明的是，如图8和图9所示，通道单元1311至少两个光通道，例如，通道单元1311包括两个光通道，三个光通道，四个光通道，五个光通道，六个光通道，N个光通道，可根据实现需求设定，在此不做具体限定。
在一个示例中，光通道可由机械装置实现，例如，由电控微型门实现，该电控微型门受控于控制器发出的控制信号而开启和关闭，从而实现允许光通过和阻挡光通过。在一个示例中，光通道可由液晶实现，利用液晶在电场的作用下改变排列方向的原理，将液晶填充在两个电极之间，通过改变两个电极上的电压，改变液晶的排列方向，以控制光通道开启和关闭，从而实现允许光通过和阻挡光通过。
逆棱镜膜133用于改变准直光束111的出射角，出射角通过以下公式进行计算：
Figure BDA0003773352890000071
其中，n表示逆棱镜1331的折射率，a表示光线入射角及逆棱镜1331的底角，θ表示为准直光束111的出射角度。通过改变逆棱镜1331的顶角大小、底角的大小、或者折射率，可调整出射角。对于逆棱镜1331，其顶角(π-2a)或底角a的大小可根据需要的出射角θ来确定。也根据出射角θ的需求，选择材料的折射率n，其计算公式如上述。同时，逆棱镜1331的形状不限于图4-7所示的倒三角型，例如，顶角成一定弧度的或其他相似的形状，能起到上述要求的分光作用即可。
逆棱镜膜133上包括多个逆棱镜1331。通道单元1311与逆棱镜1331一一对应设置，即各逆棱镜1331负对其对应的通道单元1311透过的准直光束111进行调解出射角。通道单元1311与逆棱镜1331需要满足对位要求，即配合通道单元1311同一时刻，只有一部分准直光束111通过，另一部分准直光束111被阻挡，通道单元1311与逆棱镜1331的对位要保证，同一时刻通过通道单元1311的准直光束111只能照射到逆棱镜1331的一侧壁上。
为了保证，同一时刻通过通道单元1311的准直光束111只能照射到逆棱镜1331的一侧壁上，逆棱镜1331的轴线位于紧邻的两个光通道之间。需要说明的是，若逆棱镜1331为三角形，该轴线为逆棱镜1331横截面的三角形的底边的垂直等分线的延长线。在第一段时间和第二段时间内，紧邻的两个光通道中一个导通、另一个则关闭，即保证位于逆棱镜1331轴线附近的两个光通道，在导通时通过的光束不能同时照射到逆棱镜1331的两个侧壁上。为了降低对位难度，需要通道单元1311包含的光通道越多，增加通道单元1311的细分度，对位难度就越低。
光栅131分光的具体过程为：一个周期包括第一段时间和第二段时间。如图9所示，在第一段时间内，各通道单元1311的一部分光通道导通让准直光束111通过，另一部分光通道关闭阻挡准直光束111通过，以使通过光栅131的准直光束111照射在各逆棱镜1331的第一侧壁上。其中，各第一侧壁位于同一侧。需要说明的是，同一侧是指从同一视线方向可观看到的逆棱镜1331的侧壁。
在第二段时间内，各通道单元1311的一部分光通道关闭阻挡准直光束111通过，另一部分光通道导通让准直光束111通过，以使通过光栅131的准直光束111照射在各逆棱镜1331的第二侧壁上。其中，各第二侧壁位于同一侧。
当光栅131为液晶狭缝光栅131，光栅131分光的具体过程为：
如图10所示，在第一段时间内，向液晶狭缝光栅131输入第一电压，各通道单元1311的一部分光通道导通让准直光束111通过，另一部分光通道关闭阻挡准直光束111通过，以使通过光栅131的准直光束111照射在各逆棱镜1331的第一侧壁上。
如图11所示，在第二段时间内，向液晶狭缝光栅131输入第二电压，各通道单元1311的一部分光通道关闭阻挡准直光束111通过，另一部分光通道导通让准直光束111通过，以使通过光栅131的准直光束111照射在各逆棱镜1331的第二侧壁上。
该示例，光栅131连接电源装置，电源装置向光栅131输入第一电压和第二电压。通道单元1311中的一部分光通道中的液晶排列方向，与另一部分分光通道中的液晶排列方向不相同。在第一电压和第二电压可调整通道单元1311中的一部分光通道中的液晶排列方向，和另一部分分光通道中的液晶排列方向，从而可实现在同一时刻，一部分光通道导通，另一部分光通道关闭。
本申请背光显示***的各实施例中。准直装置11向分光装置13提供准直光束111。分光装置13按周期调整准直光束111的出射角。在背光显示***运行过程中，各周期包括第一段时间和第二段时间。在第一段时间内，分光装置13将准直光束111调整至按第一出射角出射。在第二段时间内，分光装置13将准直光束111调整至按第二出射角出射。准直光束111按第一出射角时在第一出射角的方向形成第一画面，准直光束111按第二出射角时在第二出射角的方向形成第二画面，第一画面和第二画面进行拼接形成视角更大的立体显示画面，实现了视角拼接，从而提升了立体观看视角。
基本上述背光显示***，还提供了一种显示装置，包括控制器以及上述的背光显示***；控制器控制背光显示***。
控制器用于控制背光显示***进行分光，调整出射角。具体的，可控制背光显示***的光源113发光，以及光栅131中的光通道导通和关闭。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种背光显示***，其特征在于，包括准直装置以及分光装置；
所述准直装置提供准直光束给所述分光装置；
所述分光装置按周期调整所述准直光束的出射角；所述周期包括第一段时间和第二段时间；
在所述第一段时间内，所述分光装置将所述准直光束调整至按第一出射角出射；在所述第二段时间内，所述分光装置将所述准直光束调整至按第二出射角出射。
2.根据权利要求1所述的背光显示***，其特征在于，所述准直装置包括光源以及光线准直结构；
所述光源向所述光线准直结构发射光线；所述光线准直结构将所述光源发射的光线转换成所述准直光束。
3.根据权利要求2所述的背光显示***，其特征在于，所述光源包括多个灯珠；
所述光线准直结构包括透明基板以及多个微透镜；所述微透镜阵列设置于所述透明基板上，且所述微透镜与所述灯珠一一对应设置。
4.根据权利要求3所述的背光显示***，其特征在于，所述光源还包括多个收光件；所述收光件设置有容纳空间；所述灯珠一一对应地设置于所述容纳空间内。
5.根据权利要求3所述的背光显示***，其特征在于，所述灯珠的发光光心与所述微透镜的光轴的同心度在-0.1°与+0.1°之间。
6.根据权利要求3所述的背光显示***，其特征在于，所述微透镜设置在所述透明基板靠近所述分光装置的一端面上；或者，所述微透镜设置在所述透明基板背离所述分光装置的另一端面上。
7.根据权利要求3所述的背光显示***，其特征在于，所述微透镜为柱透镜或二维透镜。
8.根据权利要求1所述的背光显示***，其特征在于，所述准直光束的发散角小于等于10°。
9.根据权利要求1至8任意一项所述的背光显示***，其特征在于，所述分光装置包括光栅以及逆棱镜膜；
所述光栅包括多个通道单元；所述逆棱镜膜上包括多个逆棱镜；所述通道单元与所述逆棱镜一一对应设置；
所述通道单元至少包括两个光通道；在所述第一段时间内，各所述通道单元的一部分光通道导通让所述准直光束通过，另一部分光通道关闭阻挡所述准直光束通过，以使通过所述光栅的所述准直光束照射在各所述逆棱镜的第一侧壁上；各所述第一侧壁位于同一侧；
在所述第二段时间内，各所述通道单元的一部分光通道关闭阻挡所述准直光束通过，另一部分光通道导通让所述准直光束通过，以使通过所述光栅的所述准直光束照射在各所述逆棱镜的第二侧壁上；各所述第二侧壁位于同一侧。
10.根据权利要求9所述的背光显示***，其特征在于，所述光栅为液晶狭缝光栅；
在所述第一段时间内，向所述液晶狭缝光栅输入第一电压，各所述通道单元的一部分光通道导通让所述准直光束通过，另一部分光通道关闭阻挡所述准直光束通过，以使通过所述光栅的所述准直光束照射在各所述逆棱镜的第一侧壁上；
在所述第二段时间内，向所述液晶狭缝光栅输入第二电压，各所述通道单元的一部分光通道关闭阻挡所述准直光束通过，另一部分光通道导通让所述准直光束通过，以使通过所述光栅的所述准直光束照射在各所述逆棱镜的第二侧壁上。
11.根据权利要求9所述的背光显示***，其特征在于，所述逆棱镜的轴线位于紧邻的两个所述光通道之间；在所述第一段时间和所述第二段时间内，所述紧邻的两个所述光通道中一个导通、另一个则关闭。
12.一种显示装置，其特征在于，包括控制器以及如权利要求1至11任意一项所述的背光显示***；所述控制器控制所述背光显示***。
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