显示装置和控制显示装置的方法技术领域
本发明涉及显示的技术领域，尤其涉及一种显示装置和控制显示装置的方法。
背景技术
现有技术中的液晶显示器一般具有背光模块、液晶盒、滤色片、偏光片等部件，并
且往往具有很大的可视角度，无法应付在某些情况下需要防窥性的要求。另外，现有技术中
的液晶显示器需要彩色滤光片来实现彩色显示，并且因此在亮度上存在劣势。因此，需要一
种改进的显示装置来解决以上问题。
发明内容
鉴于以上问题，本申请提出了一种显示装置以及用于控制显示装置的方法。
在一个方面，提出了一种显示装置，包括背光源、具有多个呈矩阵分布的透镜单元
的液晶透镜层、以及透镜控制器，其中所述背光源包括三种不同颜色的光源，其中每种颜色
的光源被循环点亮和关闭，其中在同一时刻仅有一种颜色的光源被点亮，其中所述透镜控
制器被配置为控制每个透镜单元的开启时间与光源的点亮时间之间的匹配程度，以实现对
被开启的透镜单元所透过的光量进行控制，并且所述透镜控制器还被配置为使得所述多个
透镜单元的出光方向汇聚于显示装置前方的成像区域进行成像显示。
该显示装置可以实现在无彩色滤光片的情况下的彩色显示，并且具有高亮度和低
功耗的优点，另外还具有防窥的功能。
在一些实施例中，该显示装置还包括眼球跟踪系统，所述眼球跟踪系统检测观看
者的眼睛的位置，并且液晶透镜控制器被配置为根据眼球跟踪系统的反馈信息使得所述成
像区域位于检测到的观看者的眼睛的位置。通过跟踪眼球，可以实现更好的防窥效果。
在一些实施例中，所述背光源还包括导光板。
在一些实施例中，其中所述导光板包括入光面、反射底面、第一反射侧面和第二反
射侧面，与所述反射底面相对设置的出光面，从入光面入射的光射向第一反射侧面，被所述
第一反射侧面反射到第二反射侧面，经过第二反射侧面的反射后射向所述反射底面，经反
射底面的反射后从所述出光面射出。根据本发明的实施例的导光板具有很好的导光效率并
且具有很好的显示均匀性和亮度。
在一些实施例中，所述第一反射侧面具有多个棱镜结构，所述多个棱镜结构被配
置为将来自所述外部光源的光转换为均匀分布在第二反射侧面上的光。
在一些实施例中，所述反射底面设置有棱镜阵列以将来自第二反射侧面的光从导
光板的出射面射出。
在一些实施例中，所述入光面与所述三种不同颜色的光源相对设置。
在一些实施例中，所述透镜控制器被配置为调节所述每个透镜单元的开启时间与
相应颜色的光源的点亮时间之间的重叠范围，以实现对显示的颜色的灰度的控制。
在一些实施例中，所述液晶透镜层包括第一基板、第一电极阵列、液晶层、第二电
极阵列和第二基板，以构成多个呈矩阵分布的透镜单元。
在另一方面，提出了一种用于控制显示装置的方法，该显示装置包括背光源、包括
多个透镜单元的液晶透镜层和液晶透镜控制器，所述背光源包括三种不同颜色的光源，该
方法包括以下步骤：
每种颜色的光源被循环点亮和关闭，其中在同一时刻仅有一种颜色的光源被点亮；
控制每个透镜单元的开启时间与光源的点亮时间的匹配程度，以对被开启的透镜单元
透过的光量进行控制；
所述透镜控制器控制所述多个透镜单元的出光方向汇聚于显示装置前方的成像区域
进行成像显示。
在一些实施例中，所述显示装置还包括眼球跟踪系统，所述方法还包括：
通过所述眼球跟踪系统检测观看者的眼睛的位置；并且
通过所述液晶透镜控制器根据眼球追踪系统的反馈信息使所述成像区域位于所述观
看者的眼睛的位置。
在一些实施例中，所述控制每个透镜单元的开启时间与光源的点亮时间的匹配程
度，以对被开启的透镜单元透过的光量进行控制的步骤包括：
通过所述透镜控制器使得每个透镜单元的开启时间与单个颜色或多个颜色的光源的
点亮时间部分或完全重叠，以使得相应颜色的光源的光能够被透过，并被观看者看到。
在一些实施例中，所述控制每个透镜单元的开启时间与光源的点亮时间的匹配程
度，以对被开启的透镜单元所透过的光量进行控制的步骤还包括：
调节所述每个透镜单元的开启时间与相应颜色的光源的点亮时间之间的重叠范围，以
实现对显示的颜色的灰度的控制。
利用本发明提出的显示装置和控制显示装置的方法，可以使得显示装置能够防
窥，并且该显示装置还具有高亮度、低功耗的优点，另外还可以在不具有常规的彩色滤光片
的情况下实现彩色显示。
附图说明
包括附图以提供对实施例的进一步理解并且附图被并入本说明书中并且构成本
说明书的一部分。附图图示了实施例并且与描述一起用于解释本发明的原理。将容易认识
到其它实施例和实施例的很多预期优点，因为通过引用以下详细描述，它们变得被更好地
理解。附图的元件不一定是相互按照比例的。同样的附图标记指代对应的类似部件。
图1示出了根据本发明的实施例的显示装置的主要部件构造图。
图2示出了根据本发明的实施例的显示面板的原理框图。
图3示出了根据本发明的实施例的显示面板的控制时序图。
图4示出了根据本发明的实施例的导光板的整体结构示意图。
图5示出了根据本发明的实施例的导光板的平面示意图。
图6示出了根据本发明的实施例的导光板的截面示意图。
图7示出了根据本发明的实施例的显示面板的大体结构示意图。
图8示出了根据本发明的一实施例的液晶透镜层的大体结构示意图。
图9示出了根据本发明的实施例的控制显示装置的方法的流程图。
具体实施方式
在以下详细描述中，参考附图，该附图形成详细描述的一部分，并且通过其中可实
践本发明的说明性具体实施例来示出。对此，参考描述的图的取向来使用方向术语，例如
“顶”、“底”、“左”、“右”、“上”、“下”等。因为实施例的部件可被定位于若干不同取向中，为了
图示的目的使用方向术语并且方向术语绝非限制。应当理解的是，可以利用其他实施例或
可以做出逻辑改变，而不背离本发明的范围。因此以下详细描述不应当在限制的意义上被
采用，并且本发明的范围由所附权利要求来限定。
图1示出了根据本发明的实施例的显示装置的主要部件构造图。该显示装置主要
包括背光源（11、12）、具有多个透镜单元的液晶透镜层13和液晶透镜控制器31。背光源包括
三种不同颜色的光源。每种颜色的光源被循环点亮和关闭，其中在同一时刻仅有一种颜色
的光源被点亮。而透镜控制器31被配置为控制每个透镜单元的开启时间与光源的点亮时间
之间的匹配，以实现对被开启的透镜单元所透过的光量进行控制。应当认识到，该背光源同
样可以是采用白光源，以实现黑白显示。
透镜控制器31还被配置为使得所述多个透镜单元的出光方向汇聚于显示装置前
方的成像区域，例如眼睛34所位于的区域。由此，该显示装置实现了防窥的目的。在成像区
域之外的别的区域处观看显示装置，将无法看到显示装置上显示的内容。
在一些具体的示例中，该显示装置还可包括眼球跟踪系统33。眼球追踪系统33追
踪观看者的眼睛的位置，以反馈到液晶透镜控制器31，液晶透镜控制器被配置为根据眼球
跟踪系统的反馈信息使得所述成像区域位于检测到的观看者的眼睛的位置，其中眼球跟踪
系统的反馈信息包含观看者的眼睛位置信息等。液晶透镜控制器31对在控制液晶透镜的分
时开启以实现像素显示的同时，使上述成像区域位于检测到的观看者的眼睛的位置（如附
图标记34所指示的位置）。这可实现根据观看者的位置变化，实时调整成像区域，从而达到
更好的防窥的目的。其中的眼球追踪系统为现有技术，在此省略对其的详细描述。
背光源具体还包括导光板11，背光源的光源为LED光源12。该LED光源12例如包括
红、绿、蓝三种颜色的LED。所述导光板包括入光面、反射底面、第一反射侧面和第二反射侧
面，与所述反射底面相对设置的出光面，从入光面入射的光射向第一反射侧面，被所述第一
反射侧面反射到第二反射侧面，经过第二反射侧面的反射后射向所述反射底面，经反射底
面的反射后从所述出光面射出。导光板11用于将LED光源12发出的光均匀地投射向液晶透
镜单元，从而实现面光源。进一步的，导光板的入光面与三种不同颜色的光源相对设置。优
选的，导光板为准直导光板，可以提供准直光，这样可以提升显示装置的显示效果。
该显示装置还包括偏光片14、15。该偏光片14、15配合液晶透镜实现了图像显示功
能。
图2示出了根据本发明的实施例的显示面板的原理框图。由图中可看出，根据本发
明的实施例的显示面板通过液晶透镜控制器31来控制液晶透镜层13。其中液晶透镜控制器
31通过数据驱动和扫描驱动相结合的方式对液晶透镜层13中的各个透镜单元进行控制，调
节透镜焦距以及出光方向。并且液晶透镜控制器31还经由LED驱动32来控制RGB（红绿蓝）三
色LED光源，以使得液晶透镜层13和LED光源相互配合实现颜色的显示。
图3示出了根据本发明的实施例的显示面板的控制时序图。该图示出了利用根据
本发明的实施例的显示面板进行某种颜色的显示时对LED以及液晶透镜的控制时序图。该
图的上半部分示出LED光源中的红光LED（R）、绿光LED（G）和蓝光LED（B）的点亮时序，其中高
电平表示被点亮，低电平表示被关闭。其中可看出，R、G、B在以一定频率重复的周期中被相
继点亮，并且其点亮时间段相等，并且在同一时刻仅有同样的颜色的LED被点亮。即每种颜
色的LED独享同一点亮时间段。
该图的下半部分示出了针对不同颜色，液晶透镜的开启时序，其中高电平表示液
晶透镜被开启，低电平表示液晶透镜被关闭。可看出，液晶透镜的开启时间段对应于每个循
环周期中的一部分、多个部分或全部。利用人眼的颜色叠加效应，例如当液晶透镜在红光和
绿光LED点亮的区间开启时，人眼能够看到该液晶透镜所对应的像素呈现黄色。同理当液晶
透镜在蓝光和绿光LED点亮的区间开启时，人眼能够看到该液晶透镜所对应的像素呈现蓝
绿色。当液晶透镜的开启时间段对应于红光LED开启的时间段以及绿光LED开启的时间段的
一半时，人眼能够观察到橙黄色。而当液晶透镜的开启时间段对应于蓝光和红光LED开启的
时间段时，人眼能够观察到粉色。而当液晶透镜持续上述整个循环周期被开启时，人眼能够
观察到白色。其余颜色的显示诸如此类，即所叠加出来的颜色以及亮度取决于液晶透镜开
启时间段对应RGB三种LED的点亮时间段中的哪个或哪些并且占据该点亮时间段的多少比
例。
图4示出了根据本发明的实施例的导光板11的整体结构示意图。该导光板具有大
体呈平行四边形的板状。其中反射面43为导光板的底面（即反射底面），反射面41、42、44、45
分别为导光板的四个侧面。其中反射面41、44为第一反射侧面，反射面42、45为第二反射侧
面。反射面41、44均具有多个棱镜结构，并且该棱镜通过涂覆反射涂层或利用全反射的原理
来实现对入射光的反射，所述多个棱镜结构被配置为将来自所述外部光源的光转换为均匀
分布在第二反射侧面上的光。反射面42、45均为平面结构，并且在其分别相邻于反射面44、
41的一端分别设置有入射区域441、451（即入光面）。换句话说，该入射区域分别位于第二反
射侧面的靠近平行四边形的锐角处的节段。该入射区域41、42是透明的，以便于外部的光源
（例如LED）发射的光进入导光板中。而反射面42、45的除了入射区域之外的区域都具有反射
性（例如通过涂覆反射涂层来实现）。反射面43具有被布置成阵列形式的棱镜结构，以将来
自第二反射侧面的光从导光板的出射面射出。如图6所示，导光板具有出光面46。需要说明
的是图4中是以两个入光面为例进行说明，如果导光板只有一个入光面也是可以的，设置两
个入光面可以进一步提升背光源的出光亮度和均匀性。
下面以图4所示的图为例来解释根据本发明的实施例的导光板的导光原理。来自
外部光源（例如LED）的光经由入射区域451进入导光板11内，并且入射到反射面41中。反射
面41具有多个棱镜结构。反射面41中的多个棱镜结构将入射的光均匀反射到反射面42上。
该反射面42转而将光均匀反射到反射面43上。反射面43向上反射该光以使其离开导光板，
并且形成准直的面光源。由入射区域42入射的光大体经历与上文类似的过程，区别仅在于
其依次经由反射面44和反射面45被反射到反射面43上。虽然在图1中仅示意性示出了一束
光束，但是应当认识到，由入射区域入射的光优选入射到整个反射面41和44上，并且被均匀
反射到整个反射面42和45上除了入射区域之外的区域；另外，整个反射面43也能够均匀接
收到来自反射面42和45的光。
图5示出了根据本发明的实施例的导光板的平面示意图。从图5可看出，该导光板
大体上具有平行四边形的形状。图5示意性示出了从入射区域入射后的光在第一反射侧面
（如41）上反射的过程。第一反射侧面中的棱镜的角度被适配为以使得入射光被均匀地反射
到第二反射侧面（如42）上。在一些实施例中，第一反射侧面的每个棱镜结构具有三个分段，
其中每个分段具有不同的棱镜倾斜角度，以分别匹配红光LED、绿光LED和蓝光LED之一的不
同入射位置。
图6示出了根据本发明的实施例的导光板的截面示意图。图6示意性示出了从反射
面42反射的光在反射面43反射的过程。而由图6可看出，反射面42和反射面45均朝向反射面
43轻微倾斜，以使得光能够被反射到反射面43上。而反射面43具有密集分布的棱镜结构阵
列。反射面43上的棱镜结构阵列可将入射光均匀地向上反射，以使导光板成为面光源。
图7示出了根据本发明的实施例的显示面板的大体结构示意图。该显示面板主要
包括上文所述的导光板11和被定位在其旁边的光源12以及位于导光板11上方的液晶透镜
层13。在液晶透镜层13与导光板11之间还设置有偏光片14，并且在液晶透镜层13上方还设
置有另一偏光片15。可看出，根据本发明的实施例的显示面板不需要设置彩色滤光片，但是
同样可实现彩色显示。
图8示出了根据本发明的一实施例的液晶透镜层的大体结构示意图。该液晶透镜
层包括第一基板21、第一电极阵列22、液晶层23、第二电极阵列24和第二基板25。从而该液
晶透镜层形成了呈矩阵分布的多个透镜单元。该液晶透镜层中的液晶层23可受到电极阵列
的控制进行偏转，从而使光线以期望的方式透过。该电极阵列通过利用ITO（氧化铟锡）材料
制成。该电极阵列通常受到TFT阵列基板（在图中未示出）的控制，而TFT阵列基板属于现有
技术，在此省略对其的描述。而利用TFT阵列基板可以实现对液晶透镜层中的多个透镜单元
中的每个透镜单元的控制。透镜控制器还被配置为调节所述每个透镜单元的开启时间与相
应颜色的光源的点亮时间之间的重叠范围，以实现对显示的颜色的灰度的控制。
图9示出根据发明的实施例的用于控制显示装置的方法。该显示装置包括背光源、
包括多个透镜单元的液晶透镜层和液晶透镜控制器，所述背光源包括三种不同颜色的光
源。该方法主要包括步骤S1-S4。
在步骤S1，将每种颜色的光源循环点亮和关闭，其中在同一时刻仅有一种颜色的
光源被点亮。该步骤实现了背光源的分时发光。
在步骤S2，控制每个透镜单元的开启时间段与光源的点亮时间之间的匹配，以实
现对被开启的透镜单元透过的光量进行控制。通过使透镜单元的开启时间段与光源的点亮
时间相互重合，从而控制光源的光透过透镜的光量。从而，可以在不具有滤色片的显示装置
中实现彩色显示。
在步骤S3，通过所述透镜控制器使得透镜单元的出光方向汇聚于显示装置前方的
成像区域。通过该步骤，可实现防窥显示。
在一些可选实施例中，该方法还可包括以下附加的步骤：通过眼球跟踪系统检测
观看者的眼睛的位置；并且通过所述液晶透镜控制器使所述成像区域位于所述观看者的眼
睛的位置。通过该步骤，可以使显示装置的成像区域根据观看者的眼睛的位置变化而变化，
从而实现更优的防窥效果。
步骤S2可具体包括以下子步骤：通过所述透镜控制器使得每个透镜单元的开启时
间段与单个颜色或多个颜色的光源的点亮时间段部分或完全重叠，以使得相应颜色的光源
的光能够被透过。
在进一步的实施例中，步骤S2还可包括以下子步骤：调节所述每个透镜单元的开
启时间段与相应颜色的光源的点亮时间段之间的重叠范围，以实现对显示的颜色的灰度的
控制。
应当注意的是，虽然在图中以一定顺序示出了各个方法步骤，但是这不意味着方
法的步骤必须以所示出的顺序来执行，相反在不背离本发明的精神和原理的情况下可以以
相反或并行的顺序被执行。
以上描述了本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖
在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”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申请和简化描述，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
理解为对本申请的限制。另外，尽管在方法权利要求中以一定顺序列出了各个步骤，但是这
些步骤并不一定以所列出的步骤来执行，相反在不背离本发明的精神和主旨的情况下可以
以相反或并行的方式执行。措词‘包括’并不排除在权利要求未列出的元件或步骤的存在。
元件前面的措词‘一’或‘一个’并不排除多个这样的元件的存在。在相互不同从属权利要求
中记载某些措施的简单事实不表明这些措施的组合不能被用于改进。在权利要求中的任何
参考符号不应当被解释为限制范围。