一种显示装置的制作方法

本发明实施例涉及悬浮显示技术，尤其涉及一种显示装置。

背景技术：

随着科学技术的发展和人们生活水平的提高，人们对于显示装置的要求已经不仅仅局限于简单的传递二维平面信息，而是希望其提供更加真实、富有立体感、能实现更多物理和心理深度线索的三维图像信息。

目前常见的三维显示装置一般采用视差型三维显示原理，通过柱透镜阵列或光栅阵列实现左、右视图的分离并使其分别进入观察者左右眼，利用双目视差而使人产生立体感知。但由于仅能体现视差信息，汇聚和辐辏信息难以匹配，长时间观看上述视差型裸眼三维显示三维的画面时用户会出现疲劳、头晕、恶心呕吐等反应。此外，该种方式呈现的三维显示图像不会随着观察者眼睛移动产生变化，视角范围较小，难以得到市场的认可。

悬浮显示技术属于集成成像，是一种基于微透镜阵列的真三维自由立体显示技术，能够实现图像的悬浮显示，增大三维显示的视角，且观察舒适，不容易疲劳，提升了观察者的使用体验。但是现有技术中，对于结构确定的悬浮显示装置，显示的悬浮图像的高度是不变的，无法实现悬浮图像的多层显示，这实际上也从一定程度上限制了悬浮显示的应用。

技术实现要素：

本发明提供了一种显示装置，以实现显示装置的多层悬浮显示。

本发明实施例提供了一种显示装置，所述显示装置包括：

显示面板，包括多个显示单元；

微透镜组，所述微透镜组位于所述显示面板出光侧的上方，所述微透镜组包括多个微透镜单元，且所述微透镜单元与所述显示单元一一对应设置，所述微透镜单元的中心与所述显示单元的中心之间的距离，从所述显示面板的中心位置到边缘位置逐渐增加；

液体透镜，设置于所述微透镜组远离所述显示面板的一侧，用于通过改变入射光的相位来实现悬浮图像的多层显示。

本发明实施例提供的显示装置包括显示面板、微透镜组以及液体透镜，其中，显示面板包括多个显示单元，微透镜组位于显示面板出光侧的上方，微透镜组包括多个微透镜单元，且微透镜单元与显示单元一一对应设置，微透镜单元的中心与显示单元的中心之间的距离，从显示面板的中心位置到边缘位置逐渐增加，液体透镜设置于微透镜组远离显示面板的一侧，用于通过改变入射光的相位来实现悬浮图像的多层显示，使得显示装置呈现的悬浮图像与显示面板之间的距离可变，实现了显示装置的多层悬浮显示，进而达到立体动态的视觉效果。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明实施例提供的一种显示装置的结构示意图；

图2是沿图1中虚线ab的剖面结构示意图；

图3是沿图1中虚线ab的又一种剖面结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种液晶光调制器的结构示意图；

图5是沿图4中虚线cd的剖面结构示意图；

图6是本发明实施例提供的又一种液晶光调制器的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的又一种液晶光调制器的结构示意图；

图8是沿图7中虚线ef的剖面结构示意图；

图9是包括图8所示液晶光调制器的显示装置的结构示意图；

图10是本发明实施例提供的又一种液晶光调制器的结构示意图；

图11是包括图10所示液晶光调制器的显示装置的结构示意图；

图12是本发明实施例提供的一种电润湿式可变焦透镜的结构示意图；

图13是沿图12中虚线gh的剖面结构示意图；

图14是沿图12中虚线gh的又一种剖面结构示意图；

图15是本发明实施例提供的一种压电式可变焦透镜的结构示意图；

图16是沿图15中虚线ij的剖面结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种显示面板及其制作方法的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

本发明实施例提供了一种显示装置，所述显示装置包括：

显示面板，包括多个显示单元；

微透镜组，所述微透镜组位于所述显示面板出光侧的上方，所述微透镜组包括多个微透镜单元，且所述微透镜单元与所述显示单元一一对应设置，所述微透镜单元的中心与所述显示单元的中心之间的距离，从所述显示面板的中心位置到边缘位置逐渐增加；

液体透镜，设置于所述微透镜组远离所述显示面板的一侧，用于通过改变入射光的相位来实现悬浮图像的多层显示。

本发明实施例提供的显示装置包括显示面板、微透镜组以及液体透镜，其中，显示面板包括多个显示单元，微透镜组位于显示面板出光侧的上方，微透镜组包括多个微透镜单元，且微透镜单元与显示单元一一对应设置，微透镜单元的中心与显示单元的中心之间的距离，从显示面板的中心位置到边缘位置逐渐增加，液体透镜设置于微透镜组远离显示面板的一侧，用于通过改变入射光的相位来实现悬浮图像的多层显示，使得显示装置呈现的悬浮图像与显示面板之间的距离可变，实现了显示装置的多层悬浮显示，进而达到立体动态的视觉效果。

以上是本申请的核心思想，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他实施方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示装置器件结构的示意图并非按照一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度以及高度的三维空间尺寸。

图1是本发明实施例提供的一种显示装置的结构示意图。图2是沿图1中虚线ab的剖面结构示意图。如图1和图2所示，显示装置包括显示面板10，微透镜组20以及液体透镜30，其中，显示面板10包括多个显示单元11，所述微透镜组20包括多个微透镜单元21，且所述微透镜单元21与所述显示单元11一一对应设置，所述微透镜单元21的中心与所述显示单元11的中心之间的距离，从所述显示面板10的中心位置到边缘位置逐渐增加。如图2所示，所述微透镜组20位于所述显示面板10的出光侧的上方，液体透镜30设置于所述微透镜组20远离所述显示面板10的一侧，用于通过改变入射光的相位来实现悬浮图像的多层显示。

在图1中，液体透镜30在显示面板10上的正投影形状为圆形，可以理解的是，在本实施例的其他实施方式中，该截面还可以为其他形状，本实施例对此不做具体限定，作业人员能够根据需要对其进行合理设置。

需要说明的是，在不考虑液体透镜30的情况下，微透镜组20中的各微透镜单元21与显示面板10的各显示单元11一一对应，可选的，多个显示单元11的显示图像相同，通过微透镜单元21与显示单元11位置的设置，即设置微透镜单元21的中心与所述显示单元11的中心之间的距离，从所述显示面板10的中心位置到边缘位置逐渐增加，可以使每个微透镜单元21对应显示不同视角图像，最终实现悬浮显示的效果，且观看视角显著增加。

还需要说明的是，未设置液体透镜30时，从显示单元11出射的光经微透镜组20后射出，在设定高度形成一个悬浮图像，为便于区分，此处可将该悬浮图像记为原始悬浮图像。本实施例在微透镜组20远离显示面板10的一侧设置液体透镜30，从显示单元11出射的光经微透镜组20后，再经液体透镜30射出，形成新的悬浮图像，记该悬浮像为新悬浮图像。新悬浮图像可看作原始悬浮图像作为物时经液体透镜30的二次成像，此时，液体透镜30近似于一个透镜，根据透镜成像原理可知，对于一个悬浮高度固定的原始悬浮图像，通过改变该透镜的焦距可获得不同悬浮高度的新悬浮图像，进而实现了悬浮图像的多层显示，且当透镜焦距变换频率较快时，视觉效果上可实现三维动态显示。需要说明的是，对于不同种类的液体透镜，作为透镜时焦距的改变方式不同。示例性的，作为一种典型的液体透镜，液晶光调制器通过调节液晶分子的旋转角度改变对入射光的相位延迟量，使得入射光束经液晶光调制器后其波前(波传播到某一位置处等相位面组成的曲面)发生变化，由于光的传播方向与等相位面垂直，进而光的传播方向随之发生改变，当各位置处光的传播方向改变量和透镜作用下对应的光的传播方向改变量相近时，液晶光调制器可相当于透镜。此外，液晶分子不同的旋转角度使得入射光束经液晶光调制器后得到的波前不同，根据入射光束经焦距不同的透镜后波前不同可知，液晶光调制器近似于透镜时，可通过调节液晶分子的旋转角度改变其焦距。可以理解的是，在不同显示装置中，显示单元11与微透镜单元21的位置关系是可以调节的，通过调节显示单元11与微透镜单元21的位置关系，可获得不同高度不同类型的原始悬浮图像，例如形成于显示面板10远离微透镜组20一侧的虚原始悬浮图像，或形成于显示面板10靠近微透镜组20一侧的实原始悬浮图像。

本实施例提供的显示装置包括显示面板10、微透镜组20以及液体透镜30，其中，显示面板10包括多个显示单元11，微透镜组20位于显示面板10的出光侧的上方，微透镜组20包括多个微透镜单元21，且微透镜单元21与显示单元11一一对应设置，微透镜单元21的中心与显示单元11的中心之间的距离，从显示面板10的中心位置到边缘位置逐渐增加，液体透镜30设置于微透镜组20远离显示面板10的一侧，用于通过改变入射光的相位来实现悬浮图像的多层显示，使得显示装置呈现的悬浮图像与显示面板10之间的距离可变，实现了显示装置的多层悬浮显示，进而达到立体动态的视觉效果。

在本实施例中，所述显示面板10可以为液晶显示面板、阴极射线管显示面板、有机发光显示面板中的任意一种。

示例性的，所述多个显示单元11的驱动信号的刷新频率可以与所述液体透镜30的驱动电压的刷新频率相同。可以理解的是，显示单元11的驱动信号每刷新一次，对应的悬浮图像内容可变化一次；液体透镜30的驱动电压每刷新一次，液体透镜30近似成的透镜焦距可变化一次，相应获得的悬浮图像的高度可变化一次。设置显示单元11的驱动信号的刷新频率与液晶透镜的驱动电压刷新频率相同，能够使得显示装置显示的每幅悬浮图像对应形成于一个悬浮高度，当各幅悬浮图像内容不同时，即可得到一个连续的三维动态画面。

可选的，所述液体透镜30的驱动电压的刷新频率的取值范围可以为大于或等于60赫兹。60赫兹是显示单元11的驱动信号的常用刷新频率，设置液体透镜30的驱动电压的刷新频率大于或等于60赫兹，能够增加悬浮图像悬浮高度的变化速度，使得人眼更不易分辨出相邻悬浮图像，提升三维动画的视觉效果。优选地，所述液体透镜30的驱动电压的刷新频率的取值为显示单元11的驱动信号的刷新频率的整数倍。

图3是沿图1中虚线ab的又一种剖面结构示意图。如图3所示，所述液体透镜30可以与所述微透镜组20接触。这样的设置能够使得显示装置的厚度最小，有利于显示装置的薄化。

可选的，所述液体透镜30可以为液晶光调制器、电润湿式可变焦透镜或压电式可变焦透镜。

图4是本发明实施例提供的一种液晶光调制器的结构示意图。图5是沿图4中虚线cd的剖面结构示意图。如图5所示，所述液晶光调制器包括相对设置的第一基板100和第二基板200，以及设置于所述第一基板100和所述第二基板200之间的液晶层300，所述第一基板100包括依次层叠的第一衬底130、第一电极层120以及第一配向层110，所述第二基板200包括依次层叠的第二衬底230、第二电极层220以及第二配向层210，所述第一配向层110和所述第二配向层210分别位于所述液晶层300的两侧。

如图4所示，所述第一电极层120为整层结构，所述第二电极层220包括圆形电极221以及多个环形电极222，参见图4和图5，所述第一基板100与所述第二基板200的层叠方向为第一方向x，所述圆形电极221垂直于所述第一方向x的截面的圆心为o，所述多个环形电极222垂直于所述第一方向x的截面的几何中心为kn，则o与kn重合，沿所述圆形电极221直径的延伸方向，所述多个环形电极222依次排列于所述圆形电极221的外侧，所述第二电极层220中相邻电极之间绝缘设置。

需要说明的是，上述结构中每个环形电极222能够被单独控制，进而使得各环形电极222与第一电极层120之间的液晶分子能够被施加不同的电压，并在对应电压的作用下发生不同角度的旋转，实现对入射光不同程度的相位延迟，此时，液晶光调制器类似于圆形透镜。值得注意的是，由于液晶光调制器的盒厚是固定的，因此，液晶光调制器更近似于菲涅耳透镜，而非传统的中间厚四周薄的球面透镜。

图6是本发明实施例提供的又一种液晶光调制器的结构示意图。图6所示液晶光调制器的结构与图4所示液晶光调制器的结构相似，不同的是，图6中所述第二电极层220还包括至少一个连接电极223，所述连接电极223包括多个子连接电极，相邻所述子连接电极通过导电走线301电连接，所述多个子连接电极位于同一环形上，所述环形的几何中心qn与所述圆形电极221垂直于所述第一方向的截面的圆心o重合，沿所述圆形电极221直径的延伸方向，至少一个连接电极223依次排列于所述多个环形电极222的外侧。

示例性的，如图6所示，第二电极层220包括第一连接电极223/1，第一连接电极223/1包括第一子连接电极2231、第二子连接电极2232、第三子连接电极2233以及第四子连接电极2234，第一子连接电极2231、第二子连接电极2232、第三子连接电极2233以及第四子连接电极2234位于图中虚线所述的环形上，且第一子连接电极2231通过第一导电走线301/1与第二子连接电极2232电连接，第二子连接电极2232通过第二导电走线301/2与第三子连接电极2233电连接，第三子连接电极2233通过第三导电走线301/3与第四子连接电极2234电连接，第四子连接电极2234通过第四导电走线301/4与第一子连接电极2231电连接。

还需要说明的是，图6所示液晶光调制器可看作图4所示液晶光调制器中一个矩形区域内的部分，两者工作原理相似，但由于形状不同可分别应用于不同结构的显示面板。

可选的，所述环形电极222的数量可以大于或等于9。需要说明的是，环形电极222的数量越多，同样尺寸的液晶光调制器中每个环形电极222的宽度越小，液晶光调制器的调制精度越高，为使得本实施例中的液晶光调制器精度较好，此处较佳的设置环形电极222的数量大于或等于9。

图7是本发明实施例提供的又一种液晶光调制器的结构示意图。图8是沿图7中虚线ef的剖面结构示意图。如图8所示，所述液晶光调制器包括相对设置的第一基板100和第二基板200，以及设置于所述第一基板100和所述第二基板200之间的液晶层300，所述第一基板100包括依次层叠的第一衬底130、第一电极层120以及第一配向层110，所述第二基板200包括依次层叠的第二衬底230、第二电极层220以及第二配向层210，所述第一配向层110和所述第二配向层210分别位于所述液晶层300的两侧。进一步的，如图7和图8所示，所述第一电极层120包括多个绝缘设置的第一电极条121，所述第二电极层220包括多个绝缘设置的第二电极条224，所述第一电极条121和所述第二电极条224的延伸方向垂直。图9是包括图8所示液晶光调制器的显示装置的结构示意图。如图9所示，沿所述第一基板和所述第二基板的层叠方向，所述显示单元11与所述第一电极条121和所述第二电极条224的重叠区域131一一对应。

需要说明的是，为第一电极条121和第二电极条224施加一定的偏压后，两者重叠区域131内的液晶分子能够发生相应角度的旋转，从而对该重叠区域131对应的显示单元11的出射光产生相位延迟，实现对各显示单元11的出射光的分别调制。

还需要说明的是，在本实施例的其他实施方式中，第一电极条121和第二电极条224的重叠区域131数量也可以大于显示单元11的数量。

可选的，所述第一电极条121和所述第二电极条224的数量均可以大于或等于10。需要说明的是，第一电极条121和第二电极条224的数量越多，第一电极条121和第二电极条224的重叠区域131的面积越小，液晶光调制器的调制精度越高，为使得本实施例中的液晶光调制器精度较好，此处较佳的设置第一电极条121和第二电极条224的数量均可以大于或等于10。

继续参见图9，所述显示单元11呈矩阵排列，所述第一基板与所述第二基板的层叠方向为第一方向，所述第一电极条121和所述第二电极条224垂直于所述第一方向的截面均为矩形。显示单元11的规则排列使得第一电极条121和第二电极条224的重叠区域131能够呈规则排列，进而第一电极条121和第二电极条224垂直于第一方向的截面可以是易于设计和制作的矩形，简化了第一电极条121和第二电极条224的形成工艺。

图10是本发明实施例提供的又一种液晶光调制器的结构示意图。图11是包括图10所示液晶光调制器的显示装置的结构示意图。图11所示显示装置的结构与图9所述显示装置的结构相似，不同的是，图11中所述显示单元11呈不规则排列，所述第一基板与所述第二基板的层叠方向为第一方向，所述第一电极条121和所述第二电极条224垂直于所述第一方向的截面中两个平行的长边为锯齿状。

需要说明的是，如图11所示，为使得从每个显示单元11出射的光均能够被有效调制，需将显示单元11对应第一电极条121和第二电极条224的重叠区域131设置。由于显示单元11的排列不规则，为实现上述对应关系，本实施例将第一电极条121和第二电极条224的形状根据显示单元11的位置进行设计，使两者垂直于第一方向的截面中两个平行长边为锯齿状，继续参见图11，上述锯齿状中每个凸起部分至少对应一个显示单元11设置。

在本实施例中，所述液晶光调制器对入射光中红光的相位改变量可以大于或等于2π。需要说明的是，光的相位以2π为周期，因此，对于同一束光，当光的相位改变量为0-2π中任一数值时，均会得到一个唯一对应的波前，继续增大光的相位改变量，例如当光的相位变化量为3π时，由于周期性的存在，得到的波前会与光的相位改变量为π(3π-2π)时得到的波前相同。对于普通透镜，同一束光经焦距固定的透镜后会得到一个唯一对应的波前，若改变该透镜的焦距，则对应得到的波前也会发生变化，即透镜的每个焦距对应唯一一个波前。因此，若将本实施例中的液晶光调制器看作一个透镜，则其对光的相位改变量为2π时，该透镜的焦距可变范围能够达到最大，同一物经该透镜后能够获得的像的范围越大，在本实施例中得到的悬浮图像的高度可变化范围最大。此外，红色、绿色和蓝色是光的三基色，为实现彩色显色，显示装置中出射的光包括红光、绿光和蓝光，其中红光的波长最长，因此，当液晶光调制器对入射光中红光的相位改变量大于或等于2π时，其对绿光和蓝光的相位改变量将大于2π，所以为了使得整个显示装置显示的悬浮图像的高度可变化范围最大，设置液晶光调制器对入射光中红光的相位改变量大于或等于2π。

根据δφ＝δn(2π/λ)d，其中，δφ为入射光的相位的改变量，δn为液晶分子旋转单位角度后相对于初始状态的折射率变化量(对于固定的液晶δn是不变的)，λ为入射光的波长，d为液晶光调制器的盒厚，可知d随δφ的减小而减小，当δφ取最小值时能够对应得到d的最小值。另一方面，基于前述分析可知，液晶光调制器对入射光中红光的相位改变量最小为2π，对绿光和蓝光的相位改变量大于2π，所以，本实施例中液晶光调制器对入射光的相位改变量最小为2π，对应的光为红光，此时，δφ＝2π，λ为红光的波长，δn＝0.2(本实施例中液晶光调制器对应的δn)，则带入上述公式后得到液晶光调制器的最小厚度约为3.164μm。

图12是本发明实施例提供的一种电润湿式可变焦透镜的结构示意图。图13是沿图12中虚线gh的剖面结构示意图。如图13所示，所述电润湿式可变焦透镜包括相对设置第一电极基板400和第二电极基板500，以及液体层600。所述第一电极基板400包括第一盖板410、位于所述第一盖板410靠近所述液体层600一侧的第一环形电极420，以及位于所述第一环形电极420和所述第一盖板410靠近所述液体层600一侧的绝缘层430，其中，所述第一环形电极420沿所述第一盖板410的边缘延伸。所述第二电极基板500包括第二盖板510、位于所述第二盖板510靠近所述液体层600一侧的第二环形电极520，所述第二环形电极520沿所述第二盖板510的边缘延伸。继续参见图13，所述液体层600位于所述第一电极基板400和所述第二电极基板500形成的容置空间内，包括电解液层620和绝缘液体层610，所述电解液层620位于所述绝缘液体层610靠近所述第一电极基板400的一侧。

需要说明的是，图13是未对第一环形电极420和第二环形电极520施加电压时电润湿式可变焦透镜的结构示意图，此时，由于在固体表面上的润湿特性不同(本质上是表面自由能的不同)，电解液层620和绝缘液体层610的接触界面呈现一定的角度，其效果相当于一个凹透镜。图14是沿图12中虚线gh的又一种剖面结构示意图。图14是对第一环形电极420和第二环形电极520施加电压后电润湿式可变焦透镜的结构示意图，如图14所示，在对第一环形电极420和第二环形电极520施加电压后，电解液层620的表面出现感生电荷，电解液层620在固体表面上的润湿特性差异因此改变，因此电解液层620和绝缘液体层610的接触界面的角度改变，使得整个电润湿式可变焦透镜的效果从凹透镜转为凸透镜。需要说明的是，通过改变施加于第一环形电极420和第二环形电极520之间的电压大小能够调节电解液层620和绝缘液体层610接触界面的角度，进而实现对电润湿式透镜焦距的调节，在将新悬浮图像看作原始悬浮图像作为物时经电润湿式可变焦透镜的二次成像时，即能够实现悬浮图像的多层显示，并在透镜焦距变换频率较大时，视觉效果上实现三维动态显示。

图15是本发明实施例提供的一种压电式可变焦透镜的结构示意图。如图15所示，所述压电式可变焦透镜包括中心液体透镜710，围绕所述中心液体透镜710设置的环形压电振子720，以及围绕所述环形压电振子720设置的绝缘刚性外框730。

需要说明的是，中心液体透镜710由透过率高的液体填充透明固体薄壁构成；环形压电振子720呈圆环状，其内径即为中心液体透镜710的半径，其径向内外表面均有电极，之间的电位差可以调整环形压电振子720的伸缩量，从而改变环形压电振子720的内径，中心液体透镜710的半径随之改变；最外侧的绝缘刚性外框730用于限制压电振子的外侧形变。

还需要说明的是，由于液体不可压缩，其体积始终保持为v＝2πh2(r-h/3)+πr2t，图16是沿图15中虚线ij的剖面结构示意图，上述公式中的h、r、r以及t如图16所示。根据图16可知，中心液体透镜710的半径r受压电振子影响会变化，对应的r和h均会随之变化，从而达到改变压电式可变焦透镜焦距的效果，进而在将新悬浮图像看作原始悬浮图像作为物时经压电式可变焦透镜的二次成像时，即实现悬浮图像的多层显示，并在透镜焦距变换频率较大时，视觉效果上实现三维动态显示。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。