本发明的实施例涉及一种调光装置及显示器。 背景技术

传统的液晶显示器通常是被动发光的透射型显 示器。在液晶显示器之中， 背光源发出的光从液晶面板的一端进入， 经过第一偏光片后改变为特定方向 的光， 然后进入液晶层， 在被液晶层处理后， 经第二偏光片再被选择性地输 出。 可以看出， 液晶显示器中由于需要使用偏光片， 透射时会过滤掉背光源 发出的大部分光。 同时液晶面板中各层的开口率有一定限制， 因此液晶面板 整体的光透过率很低。 通常状况下彩色液晶面板的光透过率仅有 5% ~ 8%。 液晶面板的这种结构使得显示器整体的亮度和 对比度受到很大影响， 此外， 为了保证显示器的亮度和对比度在一定范围内 ，必须釆用功率较大的背光源， 也造成了额外的能量损耗。

电润湿显示器是一种反射式显示技术， 它的光反射效率超过 50%。 当将 电润湿技术应用于透射型显示器， 由于液滴需要添加黑色颜料实现吸光， 其 本身吸光性能有限，平铺扩大面积后吸光性能 进一步下降， 因此对比度不高。 发明内容

针对上述缺点， 本发明的实施例为了解决透射型背光源的利用 率低的问 题， 提供了一种调光装置及显示器。 本发明实施例的结构无需偏光片即可控 制背光源透过光线的强度大小， 因而大大提高了背光利用率。

本发明的一个方面提供一种调光装置， 所述装置包括： 透镜屏和挡板， 所述挡板在所述透镜屏的出光侧与所述透镜屏 相对设置； 其中， 所述透镜屏 包括底电极、 顶电极以及位于所述底电极和顶电极之间的液 体， 所述液体能 形成至少一个液滴透镜； 所述挡板包括遮光区域与透光区域。

对于该调光装置， 例如， 所述液滴透镜设置在底电极表面上； 所述顶电 极在与每一液滴透镜相对应的位置设置透光区 域， 所述顶电极的其他位置为 遮光区域。

对于该调光装置， 例如， 所述底电极为面电极， 所述顶电极为面电极； 或所述底电极为面电极， 所述顶电极包括与每一个液滴透镜相对应的位 置设 置的至少一个独立电极； 或所述底电极包括与每一个液滴透镜相对应的 位置 设置的至少一个独立电极， 所述顶电极为面电极； 或所述底电极包括与每一 个液滴透镜相对应的位置设置的至少一个独立 电极， 所述顶电极包括与每一 个液滴透镜相对应的位置设置的至少一个独立 电极。

对于该调光装置， 例如， 底电极上设立至少一个限制液滴大小和范围的 挡墙。

对于该调光装置， 例如， 所述挡板在与每一液滴透镜相应的位置设有遮 光区域。

对于该调光装置， 例如， 所述底电极上设置一层疏水绝缘层， 所述液滴 透镜为电润湿液滴透镜。

对于该调光装置， 例如， 所述底电极和所述顶电极之间形成电场， 通过 控制所述电场的大小来调节所述液滴透镜的焦 距。

对于该调光装置， 例如， 所述顶电极的透光区域的面积不大于与其所对 应的所述液滴透镜面积的 1.1倍。

对于该调光装置， 例如， 所述挡板与所述液滴透镜的距离大于所述液滴 透镜的最小焦距。

本发明的另一方面提供了一种显示器， 所述显示器包括如上所述的调光 装置， 以及设置在所述调光装置的底电极外侧的面光 源。

对于该显示器， 例如， 在所述底电极的非透镜区域还设置有反射层。 对于该显示器， 例如， 在所述挡板处或挡板之外、 对应每一液滴透镜位 置或对应整个透镜屏的位置放置光学扩散结构 。

对于该显示器， 例如， 通过将所述液滴透镜彩色化、 和 /或在与所述液滴 透镜相对应的位置放置彩色滤光片、和 /或将挡板的透光区域中与所述液滴透 镜相对应的位置彩色化和 /或将顶电极的透光区域彩色化来实现彩色化� �示。

本发明的实施例中通过控制液滴透镜的焦距， 使得背光源通过液滴透镜 后再经过相应的开口在不同位置聚焦， 进而通过挡板对光进行适当的遮挡， 即可实现对背光源透过光线的强度大小的调节 ， 釆用本发明实施例的结构， 无需设置偏光片即可实现调光， 因而大大提高了背光源的利用率。 附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案， 下面将对实施例的附图作 简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图 仅仅涉及本发明的一些实施例， 而非对本发明的限制。

图 1为本发明中调光装置的基本结构示意图；

图 2为本发明中调光装置的彩色化实施例 1的结构示意图；

图 3为本发明中调光装置的彩色化实施例 2的结构示意图；

图 4为本发明中调光装置的彩色化实施例 3的结构示意图；

图 5为本发明中调光装置的彩色化实施例 4的结构示意图。 具体实施方式

为使本发明实施例的目的、 技术方案和优点更加清楚， 下面将结合本发 明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案 进行清楚、 完整地描述。显然， 所描述的实施例是本发明的一部分实施例， 而不是全部的实施例。 基于所描 述的本发明的实施例， 本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提 下所获 得的所有其他实施例， 都属于本发明保护的范围。

除非另作定义， 此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发 明所属领 域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。 本发明专利申请说明书以及权 利要求书中使用的 "第一" 、 "第二" 以及类似的词语并不表示任何顺序、 数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成 部分。同样， "一个 "或者 "一" 等类似词语也不表示数量限制， 而是表示存在至少一个。 "包括" 或者 "包 含" 等类似的词语意指出现在 "包括" 或者 "包含" 前面的元件或者物件涵 盖出现在 "包括" 或者 "包含" 后面列举的元件或者物件及其等同， 并不排 除其他元件或者物件。 "连接" 或者 "相连" 等类似的词语并非限定于物理 的或者机械的连接， 而是可以包括电性的连接， 不管是直接的还是间接的。

"上" 、 "下" 、 "左" 、 "右" 、 "前" 、 "后" 等仅用于表示相对位置 关系， 当被描述对象的绝对位置改变后， 则该相对位置关系也可能相应地改 变。 本发明实施例的调光装置通过电润湿的方式形 成可控焦距的透镜。 本发 明的一个实施例中的调光装置的基本结构如图 1所示。 该装置一般由两层构 成： 透镜屏 1和挡板 2, 二者相对设置， 挡板 2设置在透镜屏 1的出光侧。 透镜屏 1由两层电极 3、 5和两层电极中间的液体组成，所述液体用于� �成至 少一个液滴透镜， 而所述底电极 3和所述顶电极 5在施加电压后在它们之间 形成电场。 进一步地， 通过控制形成在两电极 3、 5之间的电场的大小， 就可 以控制形成具有不同焦距的液滴透镜。底电极 3设置在基板 31上，与顶电极 5 彼此间隔开预定距离， 例如可以通过隔垫物保持二者之间的距离； 该距离 可以根据液滴透镜在应用中需要最高高度确定 。 底电极 3与挡板 2之间的距 离为 L。

优选地， 底电极 3形成为图案化结构 （未示出） ， 包括在与每一个液滴 透镜相对应的位置设置有一个独立电极； 液体设置在底电极 3的表面上， 形 成与底电极图案相对应的至少一个液滴透镜 4。液滴透镜 4可以为透明的（即 无色的）也可以为彩色的。 顶电极 5设置有挡光区域 502和透光区域 501 , 顶电极 5在与每一液滴透镜 4相对应的位置形成有透光区域 501 , 该透光区 域 501可以为狭缝或小孔， 也可以为透明导电材料。 顶电极 5的其他位置为 遮光区域 502。挡板 2包括遮光区域 201与透光区域 202, 即挡板 2为图案化 的结构。

可选地， 挡板 2的透光区域 202可以为狭缝或者小孔。 当挡板 2的透光 区域 202为狭缝时， 狭缝可以为正多边形， 如正方形、 正五边形、 正六边形 等其他形状。 较佳地， 挡板 2在与每一电润湿液滴透镜 4相应的位置设有遮 光区域 201。可选地，所述遮光区域 201的面积小于与其所对应的液滴透镜 4 的面积。

较佳地， 包括底电极 3的基板 31釆用疏水绝缘材料进行表面涂覆，在其 表面上形成一层疏水绝缘层（该层可以很薄， 所以图中未特别示出） 。 液滴 透镜 4为电润湿液滴透镜。 示例性地， 电润湿液滴透镜可由一种疏水绝缘性 液体和一种导电液体混合组成。 例如， 疏水绝缘材料可以为杜邦公司的 AF1600, Cytonix公司的 Fluoropel804A等，疏水绝缘性材料还可以为二硫� � 碳、 四氯化碳、 四氯乙烯硅油、 烷烃等； 导电液体可为水的盐溶液， 或者离 子液体等。 利用施加到电极 3、 5之间的电压可控制基板 31的表面与液滴透镜 4中 的液体的浸润性， 从而控制液滴透镜 4的形状以形成不同的焦距。 通过控制 两层电极之间电场的大小， 可以控制形成具有不同焦距的液滴透镜。 例如， 可以下述一种电润湿（ Electrowetting ) 方式实现。 在底电极 3上施加调整电 压来改变疏水绝缘材料与液滴透镜中的液体的 浸润性， 相应地液滴透镜中的 液体形状发生变化，从而形成不同的透镜焦距 。本发明实施例利用不同电压， 控制电润湿液滴的透镜焦距， 将来自背光源的光经过液滴透镜后可聚焦在不 同位置， 在最小焦距外设置一个可吸收光的挡板 2, 因此只需要调节合适的 焦距， 就可以调节绕过挡板的光强大小。 因为该设计无偏光片， 而且可以通 过透镜从而使大部分来自背光源的光能被透镜 投射通过狭缝， 所以背光源利 用率比传统液晶面板要高很多。

本发明实施例的调光装置的工作原理如下所述 。背光源 10发出的光（如 箭头所示 )通过底电极 3和电润湿液滴透镜 4, 再经过顶电极 5的透光区域 501 , 最后通过在最小焦距外设置的具有图案化遮光 区域 201的挡板 2, 获得 各个点 （液滴透镜）处指定强度的透射光， 从而完成整个调光装置。 利用不 同电压， 可以控制相应的电润湿液滴透镜 4的焦巨， 将透过该液滴透镜 4的 光聚焦在不同焦距位置； 例如， 顶电极 5可调整透过其的光的方向。

具体地， 当透镜 4将焦距对准在挡板 2的遮光区域 201时， 则光线被完 全吸收， 不能透过； 当透镜 4的焦距大于或小于挡板距离 L时， 则部分光线 可透过。 因而， 通过调节透镜 4的焦距大小， 就可以调节绕过挡板 2的光强 大小， 从而实现了调光。 由于本发明实施例的结构中无偏光片， 而且可以通 过透镜使大部分来自背光源的光能透过顶电极 的透光区域， 所以背光源的利 用率比传统液晶面板要高很多。 而且， 本发明的实施例在获得较高亮度和对 比度的同时也可显著降低背光源的功耗。

在本发明实施例的调光装置中， 顶电极 5设置有挡光区域 502和透光区 域 401。 顶电极 5上的开口面积（也即透光区域 501的面积）优选在透镜面 积 1.1倍以内， 更佳的在 1倍以内， 最佳的在 0.8倍以内。 所述顶电极 5的透 光区域 501可以为狭缝或者小孔。当所述顶电极 5的透光区域 501为狭缝时， 狭缝可以为正多边形， 如正方形、 正五边形、 正六边形等其他形状。 此外， 用于吸光的挡板 2的与所述液滴透镜的距离 L必须在透镜 4的最小焦距外， 更佳的其距离大于最小焦距的 2倍。

在本发明的另一个实施例中， 对于底电极 3和顶电极 5, 可选地， 底电 极 3为一个面电极， 顶电极 5也可以为一个面电极。 具体的示例包括： 顶电 极 5的挡光区域 502和透光区域 501的导电材料都连接起来， 以便形成等电 压，构成面电极。进一步地，在底电极 3上可以设立挡墙 32(如图虚线所示）， 将液滴透镜的液体限制在挡墙 32内，并可以根据需要设立多个挡墙单元，以 便于控制液滴大小，从而更易于控制液滴透镜 的焦距范围。该挡墙 32例如垂 直于底电极的表面设置为长条状或者网格状， 其高度可以小于顶电极 5与底 电极 3之间的距离。

可选地， 底电极 3为一个面电极， 顶电极 5可以具有图案化结构， 包括 在与每一个液滴透镜相对应的位置设置的单个 独立电极。 此时， 顶电极 5为 图案化的电极。

可选地， 底电极 3可以具有图案化结构， 包括在与每一个液滴透镜相对 应的位置设置的单个独立电极。在基板 31上设置有多条数据线和栅线（未示 出） ， 该数据线和栅线交叉形成矩阵单元， 每一个矩阵单元里设置一个独立 电极（较佳地， 该独立电极釆用透明电极材料形成，如铟锡氧 化物（ITO ) )、 一个 TFT ( Thin Film Transistor, 薄膜晶体管）等。 这与 LCD ( Liquid Crystal Display, 液晶显示器）的阵列基板的构成和材料相类似 。 然后对底电极的表 面釆用疏水绝缘材料进行表面涂覆。在每个矩 阵单元里，设置一个液滴透镜。 进一步地， 可在矩阵单元四周设置挡墙以形成单元空间， 将液滴透镜的液体 限制在该矩阵单元内。 此时， 顶电极 5可以选用面电极的形式， 也可以具有 图案化结构， 包括与每一个液滴透镜相对应的位置设置的单 个独立电极。

顶电极 5 的透光区域可以用 ITO(Indium Tin Oxides,铟锡氧化物)来形 成， 该材料透明且具有导电性。

顶电极 5的挡光区域可以用金属或者是黑色材料来形� �， 以实现挡光的 功能。

进一步地， 本发明的实施例中， 在底电极 3的区域中可以设立限制液滴 大小和范围的挡墙， 将液滴透镜的液体限制在挡墙内； 并可以根据需要设立 多个挡墙单元， 以便于控制液滴大小，从而更易于控制液滴透 镜的焦距范围。

当本发明实施例的调光装置可以用在显示器中 ， 在其背后加一个均匀的 面背光源即可使用。 釆用本发明实施例的结构， 无需设置偏光片即可实现调 光， 因而大大提高了背光源的利用率。 为提高显示器的背光源利用率， 可在 液滴透镜的底电极非透镜区域设置反射层。 进一步地， 例如， 在液滴透镜的 底电极非透镜区域靠近背光源的那一侧设置反 射层（如图 1中的层 33 ) ， 背 光源在远离底电极的一侧也可以设置反射结构 （例如通过涂覆反射材料形成 的反射层） （未示出） ； 这样， 当来自背光源的光不能从底电极 3的非透镜 区域透过的时候， 则可以经反射层反射到背光源的反射结构， 再由此背光源 的反射结构反射到底电极， 由此提高显示器的背光源的利用率。 为实现宽视 角， 例如， 还可在透镜（每一液滴透镜或整个透镜屏）对 应位置外 （如在挡 板位置同一层或挡板位置之外）放置光学扩散 结构， 所述光学扩散结构可以 为光学扩散薄膜 (附在挡板上或附在某一透明材料上 )或光学扩散片； 此外， 还可以利用液滴本身的颜色实现彩色化， 也可通过其他层实现彩色化， 如增 加彩色滤光片层或将其他透光层改为彩色等。

该调光装置还可以作为光信号检测、 接收等应用， 因为不改变光的偏振 状态， 可以艮好的用于光通信。

下面结合各附图来说明将本发明中的透镜型调 光装置彩色化的几种实施 方式。

实施例 1

透镜型调光装置彩色化的实施例 1如图 2所示。 在该实施例 1中， 通过 将液滴透镜彩色化来实现整个调光装置的彩色 化。

例如， 在一个像素单元内设置三个液滴透镜， 将这三个液滴透镜分别彩 色化为红（R ) 、 绿（G ) 、 蓝（B )三色； 在图 2中斜线条紋表示该区域为 红色， 竖线条紋表示该区域为绿色， 横线条紋表示该区域为蓝色； 以下各附 图的条紋与图 2中含义相同， 下文中不再赘述。

通过不同强度的三种颜色的透过光的组合来得 到一个像素单元上显示的 色彩和亮度。 多个这样的像素单元阵列式的排布可得到具有 相应分辨率的彩 色显示面板。

实施例 2

透镜型调光装置彩色化的实施例 2如图 3所示。 在该实施例 2中， 通过 放置彩色滤光片来实现整个调光装置的彩色化 。 彩色的颜色分布的位置（例 如1 、 G、 B分布的位置）与所述液滴透镜相对应。

例如， 在顶电极和挡板之间放置彩色滤光片 6、 或者在挡板之外放置彩 色滤光片 6。 与薄膜晶体管液晶显示器（TFT-LCD ) 的阵列基板相类似， 彩 色滤光片上一个像素单元内设置有红、 绿、 蓝三个子像素单元； 每个子像素 单元与一个液滴透镜相对应， 将该液滴透镜透过的光过滤为相应颜色的光。 通过不同强度的三种颜色透过光的组合来得到 一个像素单元上显示的色彩和 亮度。 多个这样的像素单元阵列式的排布可得到具有 相应分辨率的彩色显示 面板。

实施例 3

透镜型调光装置彩色化的实施例 3如图 4所示， 在该实施例 3中， 通过 将挡板的透光区域彩色化来实现整个调光装置 的彩色化。 彩色的颜色分布在 挡板的透光区域中， 挡板的每个透光区域划分为两种颜色， 在临近每个遮光 区域 201的两侧设置的是同样的颜色。 每种颜色的整体位置与液滴透镜相对 应。 此时可选地， 挡板的遮光区域 201的面积小于与其所对应的液滴透镜的 面积。

例如， 与实施例 2相类似， 在挡板的透光区域布置各种颜色的滤光片， 挡板上一个像素单元内形成为红、 绿、 蓝三个子像素单元； 每个子像素单元 与一个液滴透镜相对应， 将该液滴透镜透过的光过滤为相应颜色的光， 通过 不同强度的三种颜色透过光的组合来得到一个 像素单元上显示的色彩和亮 度。 多个这样的像素单元阵列式的排布可得到具有 相应分辨率的彩色显示面 板。

实施例 4

透镜型调光装置彩色化的实施例 4如图 5所示， 在该实施例 4中， 通过 将顶电极的透光区域彩色化来实现整个调光装 置的彩色化。

例如，与实施例 3相类似，在顶电极的透光区域布置各种颜色� �滤光片， 在顶电极上一个像素单元内形成为红、 绿、 蓝三个子像素单元（即包括三个 不同颜色的开口） ； 每个子像素单元与一个液滴透镜相对应， 将该液滴透镜 透过的光过滤为相应颜色的光， 通过不同强度的三种颜色透过光的组合来得 到一个像素单元上显示的色彩和亮度。 多个这样的像素单元阵列式的排布可 得到具有相应分辨率的彩色显示面板。 当然， 釆用上述实施例 2至实施例 4中多种实施方式的组合来实现整个 调光装置的彩色化也是本发明的实施方式之一 。

本发明实施例的透镜型调光装置中， 通过控制液滴透镜的焦距的大小， 使得背光源通过液滴透镜后再经过相应的开口 在不同位置聚焦， 进而通过使 用挡板对光进行适当的遮挡， 可实现对背光源透过光线的强度大小的调节。 釆用本发明实施例的结构， 无需设置偏光片即可实现调光， 因而大大提高了 背光源的利用率。 相较于传统的液晶面板， 本发明的实施例可明显获得较高 的亮度和对比度， 由于不需要提高背光源功率， 也可显著降低器件功耗。 此 外， 当用作显示器时， 通过简单地改进即可实现广视角和彩色化， 更进一步 地提高背光源的利用率， 应用前景广泛。

以上所述仅是本发明的示范性实施方式， 而非用于限制本发明的保护范 围， 本发明的保护范围由所附的权利要求确定。