本發明涉及顯示技術領域，特別是指一種光學結構、顯示裝置及其工作方法。

背景技術：

液晶顯示技術已經成為市場主流顯示技術，在像素分辨率、響應時間、屏幕尺寸等多個方面能夠滿足人們的需求，但是在一些特殊的顯示環境下，人們需要特殊的顯示模式以滿足特定的需求，例如在辦公環境中或者其它私密環境中，人們需要顯示屏的屏幕僅供自己可見，他人不可見，即防窺顯示模式；在一些情況下又需要與多人共享顯示屏的屏幕，即共享顯示模式。

現有的防窺顯示技術是通過在顯示面板上增加特殊的防窺膜材來實現，其只能實現防窺顯示，而無法實現防窺顯示與共享顯示之間的切換。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是提供一種光學結構、顯示裝置及其工作方法，能夠實現防窺顯示與共享顯示之間的切換。

為解決上述技術問題，本發明的實施例提供技術方案如下：

一方面，提供一種光學結構，包括：

相對設置的第一電極和第二電極；

位于所述第一電極朝向所述第二電極一側的第一取向層；

位于所述第二電極朝向所述第一電極一側的第二取向層；

位于所述第一取向層和所述第二取向層之間的液晶分子；

位于所述第一取向層朝向所述第二取向層一側的多個絕緣的凸起，所述多個凸起間隔排列、相互平行，所述凸起的折射率與所述液晶分子加電狀態或不加電狀態下的折射率相同。

進一步地，所述液晶分子為正性液晶分子，液晶分子的預傾角為0度，在不加電狀態下，液晶分子的方位角為0度；或

所述液晶分子為負性液晶分子，液晶分子的預傾角為89度，在加電狀態下，液晶分子的方位角為0度。

進一步地，所述液晶分子為正性液晶分子，液晶分子的預傾角為0度，在不加電狀態下，液晶分子的方位角為90度；或

所述液晶分子為負性液晶分子，液晶分子的預傾角為89度，在加電狀態下，液晶分子的方位角為90度。

進一步地，所述光線在所述凸起中的光程為d1，所述光線在所述光學結構除所述凸起之外其他部分中的光程為d2，d2-d1＝(2n+1)*λ/2，其中，λ為所述光線的波長，n為大于等于0的整數。

進一步地，所述凸起為長方體狀凸起。

進一步地，所述第一電極和所述第二電極為面狀電極。

本發明實施例還提供了一種顯示裝置，包括：

背光源；

顯示面板；

位于所述顯示面板和所述背光源之間的如上所述的光學結構。

進一步地，所述背光源為準直背光源。

進一步地，所述顯示裝置還包括：

位于所述光學結構和所述顯示面板之間的偏振片，所述偏振片的透光軸方向與靠近所述偏振片的液晶分子的方位角方向平行。

進一步地，所述液晶分子為電控雙折射ECB模式的液晶分子，所述第一取向層和所述第二取向層的取向方向與所述偏振片的透光軸方向平行。

進一步地，所述液晶分子為扭曲向列型TN模式的液晶分子，所述第一取向層和所述第二取向層中，靠近所述偏振片的取向層的取向方向與所述偏振片的透光軸方向平行，遠離所述偏振片的取向層的取向方向與所述偏振片的透光軸方向垂直。

本發明實施例還提供了一種顯示裝置的工作方法，應用于如上所述的顯示裝置，所述工作方法包括：

控制施加在所述第一電極和所述第二電極上的電信號，使所述光學結構在第一狀態和第二狀態之間進行切換，其中，第一狀態下，所述光學結構不改變所述背光源所發出光線的傳播方向；第二狀態下，所述光學結構能夠改變所述背光源所發出光線的傳播方向。

本發明的實施例具有以下有益效果：

上述方案中，在顯示面板和背光源之間設置有光學結構，通過控制施加在光學結構電極上的電信號，能夠使該光學結構在兩種狀態之間進行切換，在其中的第一狀態下，光學結構不改變背光源發出光線的傳播方向，在另外的第二狀態下，光學結構能夠改變背光源發出光線的傳播方向，這樣在背光源發出的光線可視范圍較小時，在光學結構處于第一狀態時，可以實現顯示裝置的防窺顯示，在光學結構處于第二狀態時，可以擴大背光源發出光線的可視范圍，實現顯示裝置的共享顯示；在背光源發出的光線可視范圍較大時，在光學結構處于第一狀態時，可以實現顯示裝置的共享顯示，在光學結構處于第二狀態時，可以縮小背光源發出光線的可視范圍，實現顯示裝置的防窺顯示，從而通過本發明的技術方案，實現顯示裝置在防窺顯示與共享顯示之間的切換。

附圖說明

圖1為本發明實施例光學結構的截面示意圖；

圖2為本發明實施例液晶層初始狀態示意圖；

圖3為本發明實施例顯示裝置的結構示意圖。

附圖標記

1背光源 2光學結構 3顯示面板 4第一基板

5第一電極 6第一取向層 7凸起 8第二取向層

9第二電極 10第二基板

具體實施方式

為使本發明的實施例要解決的技術問題、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述。

本發明的實施例針對現有技術中無法實現防窺顯示與共享顯示之間的切換的問題，提供一種光學結構、顯示裝置及其工作方法，能夠實現防窺顯示與共享顯示之間的切換。

實施例一

本實施例提供一種光學結構，如圖1所示，本實施例包括：

相對設置的第一電極5和第二電極9；

位于所述第一電極5朝向所述第二電極9一側的第一取向層6；

位于所述第二電極9朝向所述第一電極5一側的第二取向層8；

位于所述第一取向層6和所述第二取向層8之間的液晶分子；

位于所述第一取向層6朝向所述第二取向層8一側的多個絕緣的凸起7，所述多個凸起7間隔排列、相互平行，所述凸起7的折射率與所述液晶分子加電狀態或不加電狀態下的折射率相同；

通過控制施加在所述第一電極5和所述第二電極9上的電信號，能夠使所述光學結構在第一狀態和第二狀態之間進行切換，其中，第一狀態下，所述光學結構不改變入射所述光學結構的光線的傳播方向；第二狀態下，所述光學結構能夠改變入射所述光學結構的光線的傳播方向。

進一步地，本實施例的光學結構還包括作為承載部的第一基板4和第二基板10，第一電極5可以設置在第一基板4上，第二電極9可以設置在第二基板10上。

本實施例的光學結構可以設置在顯示面板和背光源之間，通過控制施加在光學結構電極上的電信號，能夠使該光學結構在兩種狀態之間進行切換，在其中的第一狀態下，光學結構不改變背光源發出光線的傳播方向，在另外的第二狀態下，光學結構能夠改變背光源發出光線的傳播方向，這樣在背光源發出的光線可視范圍較小時，在光學結構處于第一狀態時，可以實現顯示裝置的防窺顯示，在光學結構處于第二狀態時，可以擴大背光源發出光線的可視范圍，實現顯示裝置的共享顯示；在背光源發出的光線可視范圍較大時，在光學結構處于第一狀態時，可以實現顯示裝置的共享顯示，在光學結構處于第二狀態時，可以縮小背光源發出光線的可視范圍，實現顯示裝置的防窺顯示，從而通過本發明的技術方案，實現顯示裝置在防窺顯示與共享顯示之間的切換。

具體地，所述第二狀態下，光線入射所述光學結構的入射角小于該光線出射所述光學結構的出射角。這樣在背光源發出的光線可視范圍較小時，在光學結構處于第一狀態時，可以實現顯示裝置的防窺顯示，在光學結構處于第二狀態時，可以擴大背光源發出光線的可視范圍，實現顯示裝置的共享顯示。

具體地，提供入射光線的光源可以與導光板組成側入式背光結構，在經過背光準直結構之后，背光發散角度被限制在一定的小角度范圍之內，當然，也可以采用直下式背光結構或其它方式，只需要保證背光結構出射光在小角度范圍內即可。背光結構出射的光線經過光學結構時，若光學結構為第二狀態，則入射光線將被發散成為大角度光源，例如入射光角度范圍為-30°至30°，經過光學結構后角度范圍為-60°至60°，或者入射光角度范圍為-25°至25°，經過光學結構后角度范圍為-50°至50°，再經過前方顯示面板后，則能夠滿足多人觀看顯示畫面，此時為共享顯示狀態。背光結構出射的光線經過光學結構時，若光學結構處于第一狀態，則此時入射光角度不發生變化，光線發散角度較小，滿足防窺顯示條件。

當然也可以是第二狀態下，光線入射所述光學結構的入射角大于該光線出射所述光學結構的出射角。這樣在背光源發出的光線可視范圍較大時，在光學結構處于第一狀態時，可以實現顯示裝置的共享顯示，在光學結構處于第二狀態時，可以縮小背光源發出光線的可視范圍，實現顯示裝置的防窺顯示。

本實施例中的第一基板4和第二基板10可以選用玻璃基板或石英基板，還可以選用其他且具有一定硬度的透光材料制成。

第一電極5和第二電極9可以選用透明導電材料制成，比如選取ITO、IZO或石墨烯制成，這些材料具有良好的導電能力和光透過率。

凸起7可以選用樹脂材料或者其他絕緣材料制成，要求凸起7的折射率與液晶分子的折射率相匹配，能夠滿足與液晶分子加電狀態或不加電狀態下的折射率相同。

液晶分子可以選用正性液晶分子或負性液晶分子。

一具體實施方式中，液晶分子為正性液晶分子，如圖2所示，液晶分子的初始狀態為預傾角0度排列，在不加電狀態下，液晶分子的長軸方向平行于凸起7的延伸方向，液晶分子的取向受取向層的取向所決定，取向層采用光取向技術，可以保證液晶分子的預傾角為0度。入射光學結構的光線為小角度范圍的自然光，可以認為其是由水平偏振光與豎直偏振光組成，在不加電狀態下，液晶分子對水平偏振光的折射率為no，對豎直偏振光的折射率為ne，折射率no與凸起7的折射率相同，水平偏振光正常透射；折射率ne較凸起7的折射率以及折射率no大，形成光學結構的折射率差值，豎直偏振光出射方向發生偏轉，出射光學結構后的豎直偏振光的角度范圍較大，在兩種偏振態的光出射光學結構準備進入顯示面板時，水平偏振光無法透過顯示面板與光學結構之間的偏振片，此時為共享顯示模式；當第一電極5和/或第二電極9加載電信號時，液晶分子在電場作用下逐漸豎起，此時水平偏振光對應折射率仍然為no，水平偏振光正常透射，當液晶分子完全豎直時，豎直偏振光對應折射率為no，豎直偏振光正常透射，無角度偏折，出射光學結構后的豎直偏振光的角度范圍較小，在經過顯示面板與光學結構之間的偏振片時，水平偏振光無法透過，豎直偏振光正常透射，此時為防窺顯示模式。

進一步地，液晶分子還可以采用負性液晶分子，液晶分子的預傾角為89度，在不加電狀態下，液晶分子長軸方向平行于所述凸起7的高度方向。當第一電極5和/或第二電極9加載電信號時，產生豎直電場，負性液晶偏轉方向為垂直于電場方向，因此在加電狀態下，液晶分子逐漸變為水平狀態，通過液晶分子的折射率與凸起折射率之間的匹配，也可以實現防窺顯示模式和共享顯示模式之間的切換。

若凸起7的折射率不等于液晶分子的折射率ne或折射率no，而處于兩者之間時，可以改變液晶分子的預傾角，使得凸起7與液晶分子加電狀態或不加電狀態下的折射率相同，如果是與液晶分子加電狀態下的折射率相同，則在不加電狀態下與液晶分子的折射率產生折射率差值；如果是與液晶分子不加電狀態下的折射率相同，則在加電狀態下與液晶分子的折射率產生折射率差值，同樣可以實現防窺顯示模式和共享顯示模式之間的切換。

另一具體實施方式中，液晶分子為正性液晶分子，液晶分子的初始狀態為預傾角0度排列，在不加電狀態下，液晶分子的方位角為90度，液晶分子的取向受取向層的取向所決定，取向層采用光取向技術，可以保證液晶分子的預傾角為0度。入射光學結構的光線為小角度范圍的自然光，可以認為其是由水平偏振光與豎直偏振光組成，在不加電狀態下，液晶分子對豎直偏振光的折射率為no，對水平偏振光的折射率為ne，折射率no與凸起7的折射率相同，豎直偏振光正常透射；折射率ne較凸起7的折射率以及折射率no大，形成光學結構的折射率差值，水平偏振光出射方向發生偏轉，出射光學結構后的水平偏振光的角度范圍較大，在兩種偏振態的光出射光學結構準備進入顯示面板時，豎直偏振光無法透過顯示面板與光學結構之間的偏振片，此時為共享顯示模式；當第一電極5和/或第二電極9加載電信號時，液晶分子在電場作用下逐漸豎起，此時豎直偏振光對應折射率仍然為no，豎直偏振光正常透射，當液晶分子完全豎直時，水平偏振光對應折射率為no，水平偏振光正常透射，無角度偏折，出射光學結構后的水平偏振光的角度范圍較小，在經過顯示面板與光學結構之間的偏振片時，豎直偏振光無法透過，水平偏振光正常透射，此時為防窺顯示模式。

進一步地，液晶分子還可以采用負性液晶分子，液晶分子的預傾角為89度，在加電狀態下，液晶分子的方位角為90度。當第一電極5和/或第二電極9加載電信號時，產生豎直電場，負性液晶偏轉方向為垂直于電場方向，因此在加電狀態下，液晶分子逐漸變為水平狀態，通過液晶分子的折射率與凸起折射率之間的匹配，也可以實現防窺顯示模式和共享顯示模式之間的切換。

其中，液晶分子的預傾角為液晶分子的長軸方向與第一基板所在平面之間的夾角，液晶分子的方位角為液晶分子在第一基板所在平面上的投影的長軸方向與凸起的延伸方向之間的夾角。

具體地，所述凸起7為長方體狀凸起7，光學結構可以改變與凸起7的延伸方向垂直的平面上的可視范圍，比如顯示面板面向用戶設置，凸起7的延伸方向為顯示面板的上下方向，則光學結構可以影響用戶左右方向上的可視范圍，在左右方向上實現防窺顯示模式和共享顯示模式之間的切換。

凸起7的周期約為1.5um，其中，凸起7的周期即凸起7的寬度與相鄰凸起7之間間距的和。根據不同的入射光波長以及所需要的不同光線發散效果，可以調整凸起7的周期，但其范圍為波長量級，凸起7的寬度與相鄰凸起7之間間距的比例也可依據需要進行設計，通常情況下可以將凸起7的寬度與相鄰凸起7之間間距的比例設計為1:1，凸起7的厚度依照不同的入射光波長而定，需要滿足d2-d1＝(2n+1)*λ/2，其中，光線在凸起7中的光程為d1，光線在光學結構除凸起7之外其他部分中的光程為d2，λ為光線的波長，n為大于等于0的整數。將液晶分子填充進凸起7之間的空隙，通過對電極加載不同的信號，液晶分子處于不同的偏轉狀態，進而相對于入射光的折射率發生變化，實現防窺顯示模式和共享顯示模式之間的切換。

具體地，第一電極5和第二電極9可以為面狀電極，這樣第一電極5和第二電極9的制作工藝比較簡單，并且第一電極5和第二電極9之間能夠形成豎直電場，當然第一電極5和第二電極9也可以為其他形狀的電極，比如第一電極5為條狀電極，第二電極9為面狀電極或第二電極9為條狀電極，第二電極9為面狀電極。

實施例二

本發明實施例還提供了一種顯示裝置，如圖3所示，包括：

背光源1；

顯示面板3；

位于所述顯示面板3和所述背光源1之間的如上所述的光學結構2。

所述顯示裝置可以為：液晶電視、液晶顯示器、數碼相框、手機、平板電腦等任何具有顯示功能的產品或部件，其中，所述顯示裝置還包括柔性電路板、印刷電路板和背板。

本實施例中，在顯示面板和背光源之間設置有光學結構，通過控制施加在光學結構電極上的電信號，能夠使該光學結構在兩種狀態之間進行切換，在其中的第一狀態下，光學結構不改變背光源發出光線的傳播方向，在另外的第二狀態下，光學結構能夠改變背光源發出光線的傳播方向，這樣在背光源發出的光線可視范圍較小時，在光學結構處于第一狀態時，可以實現顯示裝置的防窺顯示，在光學結構處于第二狀態時，可以擴大背光源發出光線的可視范圍，實現顯示裝置的共享顯示；在背光源發出的光線可視范圍較大時，在光學結構處于第一狀態時，可以實現顯示裝置的共享顯示，在光學結構處于第二狀態時，可以縮小背光源發出光線的可視范圍，實現顯示裝置的防窺顯示，從而通過本發明的技術方案，實現顯示裝置在防窺顯示與共享顯示之間的切換。

具體地，所述背光源為準直背光源。準直背光源發出的光線可視范圍較小，在光學結構處于第一狀態時，可以實現顯示裝置的防窺顯示，在光學結構處于第二狀態時，可以擴大背光源發出光線的可視范圍，實現顯示裝置的共享顯示。

進一步地，所述顯示裝置還包括：

位于所述光學結構2和所述顯示面板3之間的偏振片，所述偏振片的透光軸方向與靠近偏振片的液晶分子的方位角方向平行。采用該種設計時，能夠在與液晶分子的方位角方向垂直的方向上擴大光線的可視范圍，同時擴大可視范圍后的光線能夠透過偏振片。

本實施例中的液晶分子可以選用ECB(電控雙折射)模式液晶分子或者TN(扭曲向列型)模式液晶分子，對于ECB模式液晶分子，要求其液晶分子長軸方向與顯示面板和光學結構之間的偏光片的透過軸方向相同，即第一取向層6和所述第二取向層8的取向方向與所述偏振片的透光軸方向平行。

對于TN模式液晶分子，要求其上層液晶分子長軸方向與顯示面板和光學結構之間的偏光片透過軸方向相同，下層液晶分子長軸方向與該偏光片透過軸方向垂直。即所述第一取向層6和所述第二取向層8中，靠近所述偏振片的取向層的取向方向與所述偏振片的透光軸方向平行，遠離所述偏振片的取向層的取向方向與所述偏振片的透光軸方向垂直。

實施例三

本實施例提供了一種顯示裝置的工作方法，應用于如上所述的顯示裝置，所述工作方法包括：

控制施加在所述第一電極5和所述第二電極9上的電信號，使所述光學結構在第一狀態和第二狀態之間進行切換，其中，第一狀態下，所述光學結構不改變所述背光源所發出光線的傳播方向；第二狀態下，所述光學結構能夠改變所述背光源所發出光線的傳播方向。

其中，在向第一電極5和第二電極9施加電信號時，可以向其中一個電極加載0V的com信號，另一個電極加載±Vop方波信號，Vop的大小可調，從而實現光學結構在第一狀態和第二狀態之間切換。

本實施例中，在顯示面板和背光源之間設置有光學結構，通過控制施加在光學結構電極上的電信號，能夠使該光學結構在兩種狀態之間進行切換，在其中的第一狀態下，光學結構不改變背光源發出光線的傳播方向，在另外的第二狀態下，光學結構能夠改變背光源發出光線的傳播方向，這樣在背光源發出的光線可視范圍較小時，在光學結構處于第一狀態時，可以實現顯示裝置的防窺顯示，在光學結構處于第二狀態時，可以擴大背光源發出光線的可視范圍，實現顯示裝置的共享顯示；在背光源發出的光線可視范圍較大時，在光學結構處于第一狀態時，可以實現顯示裝置的共享顯示，在光學結構處于第二狀態時，可以縮小背光源發出光線的可視范圍，實現顯示裝置的防窺顯示，從而通過本發明的技術方案，實現顯示裝置在防窺顯示與共享顯示之間的切換。

除非另外定義，本公開使用的技術術語或者科學術語應當為本發明所屬領域內具有一般技能的人士所理解的通常意義。本公開中使用的“第一”、“第二”以及類似的詞語并不表示任何順序、數量或者重要性，而只是用來區分不同的組成部分。“包括”或者“包含”等類似的詞語意指出現該詞前面的元件或者物件涵蓋出現在該詞后面列舉的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“連接”或者“相連”等類似的詞語并非限定于物理的或者機械的連接，而是可以包括電性的連接，不管是直接的還是間接的。“上”、“下”、“左”、“右”等僅用于表示相對位置關系，當被描述對象的絕對位置改變后，則該相對位置關系也可能相應地改變。

可以理解，當諸如層、膜、區域或基板之類的元件被稱作位于另一元件“上”或“下”時，該元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”，或者可以存在中間元件。

以上所述是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明所述原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。