一种虚拟曲面显示面板及显示装置的制作方法

本实用新型涉及显示技术领域，尤其涉及一种虚拟曲面显示面板及显示装置。

背景技术：

目前的平板显示有节省物理空间的优点，因此被广泛应用。但由于其光分布属性，一般在显示器正对人眼的位置往两边的观看距离依次增加，光强依次变弱，即给人眼的视角体验不好。特别是大型的显示器，此种效应更加明显。而，曲面显示的环抱效果可增强观看的视觉效果冲击，但其缺点是物理弯曲工程难度较大，而且器件厚重。

因此，如何在平板显示上显示出虚拟曲面的画面效果，将是人们所要研究的重点问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种虚拟曲面显示面板及显示装置，用以在平面显示上显示出虚拟曲面的画面效果。

因此，本实用新型实施例提供了一种虚拟曲面显示面板，包括：具有呈矩阵排布的多个像素的平面显示面板，以及设置于所述平面显示面板显示面的用于使各所述像素的像距轨迹构成一曲面的凸透镜阵列；其中，

所述凸透镜阵列包括呈阵列排布的多个凸透镜；各所述凸透镜的焦距以相对于所述显示面竖直的中心对称轴呈对称分布，且位于所述中心对称轴同一侧的各所述凸透镜中与所述中心对称轴距离相等的各所述凸透镜的焦距相同，与所述中心对称轴距离不等的各所述凸透镜的焦距互不相等。

在一种可能的实现方式中，在本实用新型实施例提供的上述虚拟曲面显示面板中，所述凸透镜阵列到所述平面显示面板之间的物距小于各所述凸透镜的焦距，或，所述凸透镜阵列到所述平面显示面板之间的物距大于各所述凸透镜的焦距；各所述凸透镜的焦距随着所述凸透镜与所述中心对称轴距离的增大而依次递增。

在一种可能的实现方式中，在本实用新型实施例提供的上述虚拟曲面显示面板中，所述平面显示面板中的各像素与所述凸透镜阵列中的一个凸透镜分别一一对应。

在一种可能的实现方式中，在本实用新型实施例提供的上述虚拟曲面显示面板中，所述凸透镜阵列到所述平面显示面板之间的物距小于各所述凸透镜的焦距时，各所述像素与两侧的黑矩阵在与中心对称轴垂直方向上的宽度之比随着所述像素与所述中心对称轴距离的增大而依次递增；

所述凸透镜阵列到所述平面显示面板之间的物距大于各所述凸透镜的焦距时，各所述像素与两侧的黑矩阵在与中心对称轴垂直方向上的宽度之比随着所述像素与所述中心对称轴距离的增大而依次降低。

在一种可能的实现方式中，在本实用新型实施例提供的上述虚拟曲面显示面板中，所述凸透镜阵列到所述平面显示面板之间的物距小于各所述凸透镜的焦距时，各所述像素在与所述中心对称轴垂直方向上的宽度随着所述像素与所述中心对称轴距离的增大而依次递增；

所述凸透镜阵列到所述平面显示面板之间的物距大于各所述凸透镜的焦距时，各所述像素在与所述中心对称轴垂直方向上的宽度随着所述像素与所述中心对称轴距离的增大而依次降低。

在一种可能的实现方式中，在本实用新型实施例提供的上述虚拟曲面显示面板中，所述凸透镜阵列到所述平面显示面板之间的物距小于各所述凸透镜的焦距时，各所述像素之间的黑矩阵在与所述中心对称轴垂直方向上的宽度随着所述像素与所述中心对称轴距离的增大而依次降低；

所述凸透镜阵列到所述平面显示面板之间的物距大于各所述凸透镜的焦距时，各所述像素之间的黑矩阵在与所述中心对称轴垂直方向上的宽度随着所述像素与所述中心对称轴距离的增大而依次递增。

在一种可能的实现方式中，在本实用新型实施例提供的上述虚拟曲面显示面板中，各所述凸透镜分为与组成所述像素的各亚像素一一对应的焦距相等的子凸透镜。

在一种可能的实现方式中，在本实用新型实施例提供的上述虚拟曲面显示面板中，所述平面显示面板中组成所述像素的各亚像素与所述凸透镜阵列中的一个凸透镜分别一一对应。

在一种可能的实现方式中，在本实用新型实施例提供的上述虚拟曲面显示面板中，各所述凸透镜为平凸透镜。

在一种可能的实现方式中，在本实用新型实施例提供的上述虚拟曲面显示面板中，各所述平凸透镜的凸面设置于远离所述平面显示面板显示面的一侧。

在一种可能的实现方式中，在本实用新型实施例提供的上述虚拟曲面显示面板中，各所述平凸透镜为柱状凸透镜或圆凸透镜。

在一种可能的实现方式中，在本实用新型实施例提供的上述虚拟曲面显示面板中，各所述圆凸透镜紧密排列且口径相同。

在一种可能的实现方式中，在本实用新型实施例提供的上述虚拟曲面显示面板中，所述平面显示面板为液晶显示面板、电致发光显示面板、等离子显示面板或电子纸中的任意一种。

本实用新型实施例还提供了一种显示装置，包括本实用新型实施例提供的上述虚拟曲面显示面板。

本实用新型实施例的有益效果包括：

本实用新型实施例提供的一种虚拟曲面显示面板及显示装置，利用凸透镜的成像原理，将凸透镜阵列设置在平板显示面板的显示面即出光面上，将各凸 透镜的焦距设计成相对于显示面竖直的中心对称轴呈对称分布，且位于中心对称轴同一侧的各凸透镜中与所述中心对称轴距离相等的各凸透镜的焦距相同，与中心对称轴距离不等的各凸透镜的焦距互不相等，通过调整各凸透镜的焦距从而使平面显示面板中各像素所成像的像距不同，调整为像距轨迹成一曲面排布，实现了在平面显示上显示虚拟曲面的画面效果，增强了观看的视觉冲击效果。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的虚拟曲面显示面板的结构示意图；

图2a为凸透镜成虚像的显示原理示意图；

图2b为凸透镜成实像的显示原理示意图；

图3a为本实用新型实施例提供的虚拟曲面显示面板在实现后置虚拟曲面显示时的结构示意图之一；

图3b为本实用新型实施例提供的虚拟曲面显示面板在实现前置虚拟曲面显示时的结构示意图之一；

图4a为本实用新型实施例提供的虚拟曲面显示面板在实现后置虚拟曲面显示时的结构示意图之二；

图4b为本实用新型实施例提供的虚拟曲面显示面板在实现前置虚拟曲面显示时的结构示意图之二；

图5a为本实用新型实施例提供的虚拟曲面显示面板在实现后置虚拟曲面显示时的结构示意图之三；

图5b为本实用新型实施例提供的虚拟曲面显示面板在实现前置虚拟曲面显示时的结构示意图之三；

图6a为本实用新型实施例提供的虚拟曲面显示面板在实现后置虚拟曲面显示时的结构示意图之四；

图6b为本实用新型实施例提供的虚拟曲面显示面板在实现前置虚拟曲面 显示时的结构示意图之四；

图7为本实用新型实施例提供的虚拟曲面显示面板在实现后置虚拟曲面显示时的实例结构示意图；

图8为本实用新型实施例提供的虚拟曲面显示面板在实现后置虚拟曲面显示时的原理示意图；

图9为本实用新型实施例提供的虚拟曲面显示面板在实现前置虚拟曲面显示时的实例结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型实施例提供的虚拟曲面显示面板及显示装置的具体实施方式进行详细地说明。

附图中各部件的形状和大小不反映虚拟曲面显示面板的真实比例，目的只是示意说明本实用新型内容。

本实用新型实施例提供了一种虚拟曲面显示面板，如图1所示，包括：具有呈矩阵排布的多个像素的平面显示面板100，以及设置于平面显示面板100显示面的用于使各像素的像距轨迹构成一曲面的凸透镜阵列200；其中，

凸透镜阵列200包括呈阵列排布的多个凸透镜210；各凸透镜210的焦距以相对于显示面竖直的中心对称轴呈对称分布，且位于中心对称轴同一侧的各凸透镜210中与中心对称轴距离相等的各凸透镜210的焦距相同，与中心对称轴距离不等的各凸透镜210的焦距互不相等。

在具体实施时，本实用新型实施例提供的上述虚拟曲面显示面板中并不限定平面显示面板100的类型，具体可以为液晶显示面板、电致发光显示面板、等离子显示面板或电子纸中的任意一种。在图1中是以平面显示面板100为液晶显示面板为例进行说明，其中，液晶显示面板包括：相对而置的上基板001和下基板002，在上基板001和下基板002之间的液晶层003，贴附在上基板001之上的上偏光片004，贴附在下基板002下方的下偏光片005，以及设置在 下偏光片005下方的背光模组006。上偏光片004一侧作为液晶显示面板的显示面即出光面，凸透镜阵列200设置在上偏光片004之上，背光模组006发出的光线经过液晶层003的调制后从上偏光片004的一侧出射，经过凸透镜阵列200中具有不同焦距的凸透镜210的折射后成像。

本实用新型实施例提供的上述虚拟曲面显示面板，利用凸透镜210的成像原理，通过调整各凸透镜210的焦距从而使平面显示面板100中各像素所成像的像距不同，调整为像距轨迹成一曲面排布，实现了在平面显示上显示虚拟曲面的画面效果，增强了观看的视觉冲击效果。

具体地，在本实用新型实施例提供的上述虚拟曲面显示面板中，一方面如图2a所示，可以利用凸透镜成虚像的显示原理，将物品AB放置于物距l小于焦距f’处，可使物品AB呈一个放大的虚像A’B’被人眼接收，实现相对于平面显示面板100的后置虚拟曲面的显示效果。

根据下面给出的光学系统的基本公式：

1.物象关系：

2.平凸透镜焦距：

3.垂轴放大倍率：

由上述光学系统基本公式可知，当物距l一定时，具有不同的焦距f’的凸透镜可对应不同的像距l’，因此利用这一性质，设置如图3a所示的凸透镜阵列200中的各凸透镜210的焦距：凸透镜阵列200到平面显示面板100之间的物距l小于各凸透镜210的焦距f’，各凸透镜210的焦距f’随着凸透镜210与中心对称轴距离的增大而依次递增，即在图3a中以焦距为f0的凸透镜210作为中心对称轴，f0<f1<f2。最后凸透镜阵列200呈后置的虚像，且像距轨迹成曲面排布，实现了相对于平面显示面板100的后置虚拟曲面的显示效果。

具体地，在本实用新型实施例提供的上述虚拟曲面显示面板中，另一方面如图2b所示，可以利用凸透镜成实像的显示原理，将物品AB放置于物距l 大于焦距f’处，可使物品AB呈一个放大或缩小的实像A’B’被人眼接收，实现相对于平面显示面板100的前置虚拟曲面的显示效果。

由前述光学系统基本公式可知，当物距l一定时，具有不同的焦距f’的凸透镜可对应不同的像距l’，因此利用这一性质，设置如图3b所示的凸透镜阵列200中的各凸透镜210的焦距：凸透镜阵列200到平面显示面板100之间的物距l大于各凸透镜210的焦距f’，各凸透镜210的焦距f’随着凸透镜210与中心对称轴距离的增大而依次递增，即在图3b中以焦距为f0的凸透镜210作为中心对称轴，f2>f1>f0。最后凸透镜阵列200呈前置的实像，且像距轨迹成曲面排布，实现了相对于平面显示面板100的前置虚拟曲面的显示效果。

在具体实施时，在本实用新型实施例提供的上述虚拟曲面显示面板中，无论是采用凸透镜成实像的显示原理，还是采用凸透镜成虚像的显示原理，在设置凸透镜阵列200中的各凸透镜210与平面显示面板100中的各像素的关系，均可以采用如下方式：将平面显示面板100中的各像素RGB与凸透镜阵列200中的一个凸透镜210分别一一对应，即一个凸透镜210对应一个像素RGB，此时，不论是虚像还是实像，如图3a和图3b所示，每个像素RGB所成的被放大的像均存在相互重叠的现象，这样会对虚拟曲面显示的画质造成失真的影响，基于此，可以采用如下三种方式缓解成像相互重叠的现象从而解决画质失真的问题。

方式一：改变各像素与两侧的黑矩阵在与中心对称轴垂直方向上的宽度之比。在如图3a所示凸透镜阵列200到平面显示面板100之间的物距l小于各凸透镜210的焦距f’时，由于各凸透镜210的焦距f’随着凸透镜210与中心对称轴距离的增大而依次递增，因此，根据前述公式(3)可知，各像素RGB的成像放大倍数随着该像素RGB与中心对称轴距离的增大而依次递减，即中心处的成像放大倍数最大，边缘处的成像放大倍数最小，这样，在中心处的成像相互重叠最严重，边缘处的成像相互重叠最轻，因此，如图4a所示，可以将各像素RGB与两侧的黑矩阵在与中心对称轴垂直方向上的宽度之比a：b随着像 素RGB与中心对称轴距离的增大而依次递增，具体地，可以将各像素RGB在与中心对称轴垂直方向上的宽度a随着像素RGB与中心对称轴距离的增大而依次递增，或者，可以如图4a所示将各像素RGB之间的黑矩阵在与中心对称轴垂直方向上的宽度b随着像素与中心对称轴距离的增大而依次降低。

在如图3b所示凸透镜阵列200到平面显示面板100之间的物距l大于各凸透镜210的焦距f’时，由于各凸透镜210的焦距f’随着凸透镜210与中心对称轴距离的增大而依次递增，因此，根据前述公式(3)可知，各像素RGB的成像放大倍数随着该像素RGB与中心对称轴距离的增大而依次递增，即中心处的成像放大倍数最小，边缘处的成像放大倍数最大，这样，在中心处的成像相互重叠最轻，边缘处的成像相互重叠最严重，因此，如图4b所示，可以将各像素RGB与两侧的黑矩阵在与中心对称轴垂直方向上的宽度之比a：b随着像素RGB与中心对称轴距离的增大而依次递减，具体地，可以将各像素RGB在与中心对称轴垂直方向上的宽度a随着像素RGB与中心对称轴距离的增大而依次递减，或者，可以如图4b所示将各像素RGB之间的黑矩阵在与中心对称轴垂直方向上的宽度b随着像素与中心对称轴距离的增大而依次递增。

采用上述结构，可使每个像素RGB被放大的虚像不重叠或重叠的部分尽量少，从而提升了虚拟曲面显示的画面质量，但由于降低了开口率，从而会影响发光效率。

方式二：设置亚像素级别的子凸透镜。如图5a和图5b所示，各凸透镜210分为与组成像素RGB的各亚像素R、G和B一一对应的焦距f’相等的子凸透镜211。此时，一个子凸透镜211对应一个亚像素R、G或B，且对应同一像素RGB的各子凸透镜211的焦距相同。这样，会使每个像素RGB中的亚像素R、G或B所成被放大的像之间相互重叠，而相邻像素之间所成的像由于黑矩阵(BM)的作用则不会相互重叠或者重叠的很少。亚像素R、G或B所成被放大的像之间相互重叠不但不会对显示造成影响，反而有利于画质色彩的调制，间接提高了显示像素的开口率。

方案三：针对每个亚像素设置凸透镜。如图6a和图6b所示，平面显示面板100中组成像素RGB的各亚像素R、G和B与凸透镜阵列200中的一个凸透镜210分别一一对应，即一个凸透镜210对应一个亚像素R、G和B，各凸透镜210的焦距随着凸透镜210与中心对称轴距离的变化而不同。这样，会使每个像素RGB中的亚像素R、G或B所成的被放大的像之间相互重叠，而相邻像素之间所成的像由于BM的作用则不会相互重叠或者重叠的很少。

在具体实施时，在本实用新型实施例提供的上述虚拟曲面显示面板中，为了方便制作，如图1所示，组成凸透镜阵列200的各凸透镜210一般选用平凸透镜，即一个面为平面，另一个面为凸面的透镜。

进一步地，在本实用新型实施例提供的上述虚拟曲面显示面板中，为了使凸透镜阵列200具备良好的成像效果，如图1所示，各平凸透镜的凸面一般设置于远离平面显示面板100显示面的一侧。

进一步地，在本实用新型实施例提供的上述虚拟曲面显示面板中，各平凸透镜可以采用柱状凸透镜，也可以采用圆凸透镜，具体地，在采用圆凸透镜时其成像效果较好。

进一步地，在本实用新型实施例提供的上述虚拟曲面显示面板中，根据前述公式(2)可知，不同的曲率半径r可对应不同的焦距f’，为了使各圆凸透镜具有不同的焦距f’，需要对各圆凸透镜的曲率半径进行设置，具体地，可以采用将各圆凸透镜的拱高设置为一定值，分别将各圆凸透镜的口径(为圆凸透镜的截面的直径或半径)设置为不同数值以达到调节曲率半径的效果；或者，也可以采用将各圆凸透镜的口径设置为一定值，分别将各圆凸透镜的拱高设置为不同数值以达到调节曲率半径的效果。在具体实施时，为了便于制作，一般将各圆凸透镜紧密排列且将口径设置为相同，这样通过调节各圆凸透镜的拱高来调整其曲率半径。

下面以像素为1920×1080的13.3英寸的平面显示面板产品为例，采用图6a和图6b所示的每个亚像素对应一个凸透镜为例进行说明。

在采用后置的虚拟曲面显示效果时，如图7和图8所示，若已知虚拟曲面的中心位置相对平面显示面板100后移距离z，物距l，则有像距l’＝l+z。由公式(1)和(2)可计算出中心位置的亚像素对应的凸透镜的焦距f0和曲率半径r。

对于13.3英寸的平面显示面板产品，宽度w＝297mm，若设计半径为2000mm的虚拟曲面显示，则曲面中心位置相对平面显示面板100后移距离z＝5mm。令物距l＝1mm(与膜材厚度有关)，则像距l’＝6mm，带入公式(1)可得焦距f₀＝1.2mm(带入公式时需注意光学符号，物距和像距以负数形式带入)。若凸透镜阵列采用K9玻璃，则折射率n＝1.5164，再由公式(2)可知，曲率半径r＝0.62mm。

对于13.3英寸的平面显示面板产品中非中心位置的亚像素，如图7所示，设亚像素序号为k(k∈[0，2880]的整数)，亚像素经过对应的凸透镜后所成虚像位置相对于原亚像素后移的距离为：由此式再结合公式(1)和(2)，便可计算出每个亚像素相对应的凸透镜的焦距f_k和曲率半径r_k。例如：已知z＝5mm，l＝1mm，n＝1.5164，当k＝1440时，f₁₄₄₀＝1.4mm，r₁₄₄₀＝0.723mm。

在采用前置的虚拟曲面显示效果时，如图9所示，若已知虚拟曲面两端位置相对中心位置轴向距离z、物距l、中心位置像距l₀'，则由边缘位置像距l_z'＝l₀'+z。根据公式(1)和(2)可计算出中心位置的亚像素对应的凸透镜的焦距值f0和曲率半径r，和边缘位置的亚像素对应的凸透镜的焦距f_z'和半径值r_z。

对于13.3英寸的平面显示面板产品，宽度w＝297mm，若设计半径为2000mm的虚拟曲面显示，则曲面两端位置相对中心位置轴向距离z＝5mm。令物距l＝4mm(与膜材厚度有关，保证物距大于焦距)，为使中心位置的亚像素成像大小不变，则像距l₀'＝4mm，带入公式(1)可得焦距f₀＝2mm(带入公式时需注意光学符号，物距以负数形式带入，像距以正数形式带入)。若凸透镜 阵列采用K9玻璃，则折射率n＝1.5164，再由公式(2)式可知，半径曲率r＝1.033mm。对于边缘位置的亚像素对应的凸透镜，物距l＝4mm，像距l_z'＝l₀+z＝9mm，带入公式(1)和(2)可得，f_z'＝2.77mm，r_z＝1.43mm。

对于13.3英寸的平面显示面板产品中其他位置的亚像素，如图9所示，设亚像素序号为k(k∈[0，2880]的整数)，亚像素经过对应的凸透镜后所成像位置相对于原亚像素后移的距离为：由此式再结合公式(1)和(2)，便可计算出每个亚像素相对应的凸透镜的焦距f_k和曲率半径r_k。例如：已知z＝5mm，l＝4mm，n＝1.5164，当k＝1440时，l₁₄₄₀'＝4mm+z₁₄₄₀＝6.5mm，f₁₄₄₀＝2.476mm，r₁₄₄₀＝1.279mm。

基于同一实用新型构思，本实用新型实施例还提供了一种显示装置，包括本实用新型实施例提供的上述虚拟曲面显示面板，该显示装置可以为：手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。该显示装置的实施可以参见上述虚拟曲面显示面板的实施例，重复之处不再赘述。

本实用新型实施例提供的上述虚拟曲面显示面板及显示装置，利用凸透镜的成像原理，将凸透镜阵列设置在平板显示面板的显示面即出光面上，将各凸透镜的焦距设计成相对于显示面竖直的中心对称轴呈对称分布，且位于中心对称轴同一侧的各凸透镜中与所述中心对称轴距离相等的各凸透镜的焦距相同，与中心对称轴距离不等的各凸透镜的焦距互不相等，通过调整各凸透镜的焦距从而使平面显示面板中各像素所成像的像距不同，调整为像距轨迹成一曲面排布，实现了在平面显示上显示虚拟曲面的画面效果，增强了观看的视觉冲击效果。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。