一种显示装置、制作方法和可穿戴设备与流程

本发明涉及显示技术领域，特别是涉及一种显示装置、制作方法和可穿戴设备。

背景技术：

在近眼显示装置中实现三维信息显示多为采用双目视差的原理，如vr近眼显示技术是在左右眼对应的近眼显示器上分别显示左右眼的图像，眼睛获取带有差异的信息后在脑海中可产生立体视觉。该种方式单眼无法呈现立体视觉，并且受限于大脑对图像的融合能力，无法实现大的景深和立体感，存在焦距和辐辏的问题易产生不适感。

依托集成光场原理实现vr头戴光场显示的方式能够产生单眼的聚焦调节，在实现单眼立体视觉同时解决辐辏问题从而解决传统三维显示的弊病，但现有的集成光场显示普遍存在着视角狭窄的问题。如图1所示，显示图像通过微透镜阵列成像，所述成像一方面受限于系统本身的结构参数，另一方面由于光场的子图像像不仅能通过对应的透镜元成像形成主视区，也能通过相邻或相间的透镜元成像形成次视区，次视区显示的图像只是对主视区图像的简单重复，且当观看者处于不同视区之间的时，就会看到具有跳变和裂纹的串扰图像。

技术实现要素：

为了解决上述问题至少之一，本发明第一方面提供一种显示装置，包括

显示面板；

位于所述显示面板出光侧的微透镜阵列，其中

所述微透镜阵列包括阵列排布的多个微透镜元，其中每个所述微透镜元的折射率以所述微透镜元的光轴为中心沿径向方向递减。

进一步的，所述显示面板包括多个拼接显示子面板。

进一步的，每个所述显示子面板的光学法线汇聚于所述微透镜阵列远离所述显示面板侧的一点处。

进一步的，每个所述显示子面板对应一组微透镜元，所述一组微透镜元中的每个微透镜元的出光面与对应的显示子面板的出光面平行设置。

进一步的，相邻两个显示子面板之间的间距满足预设范围。

进一步的，所述多个显示子面板的尺寸相等。

进一步的，所述微透镜元的折射率为：其中nr为沿着径向方向距离所述光轴r处的折射率，a为渐变常数。

进一步的，所述微透镜元包括

玻璃基底；

形成在所述玻璃基底的第一表面上的第一组透明金属膜层，其中所述第一组金属膜层中的多个透明金属膜层的折射率沿远离所述玻璃基底的方向递减；

形成在所述玻璃基底的与第一表面相对的第二表面上的第二组透明金属膜层,其中所述第二组金属膜层中的多个透明金属膜层的折射率沿远离所述玻璃基底的方向递减。

进一步的，所述微透镜元包括玻璃基底，

其中所述玻璃基底包含电子极化率高的离子和电子极化率低的离子，所述电子极化率高的离子和电子极化率低的离子分布以使得所述微透镜元的折射率以所述微透镜元的光轴为中心沿径向方向递减。

本发明第二方面提供一种可穿戴设备，包括第一方面所述的显示装置。

本发明第三方面提供一种显示装置的制作方法，形成微透镜阵列，所述微透镜阵列包括阵列排布的多个微透镜元，其中每个所述微透镜元的折射率以所述微透镜元的光轴为中心沿径向方向递减；

将多个显示子面板拼接成使得每个所述显示子面板的光学法线汇聚于所述微透镜阵列远离所述显示面板侧的一点处。

本发明的有益效果如下：

本发明针对目前现有的问题，制定一种显示装置、制作方法和可穿戴设备，通过采用折射率渐变的微透镜阵列，在实现近眼光场显示的同时，通过控制出射光线的角度实现对图像显示光线的光路的约束，使其限定在对应的区域内，从而弥补了现有技术中的问题，有效避免相邻透镜元所对应子图像的干扰，进而在提升观看效果的同时增加可视区域。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出现有技术中显示装置集成光场成像的示意图；

图2示出本发明的一个实施例所述显示装置的结构示意图；

图3示出本发明的一个实施例所述微透镜元的折射率分布示意图；

图4a-4b示出本发明的一个实施例所述微透镜元的结构示意图；

图5示出现有技术中显示装置的光路示意图；

图6示出本发明的一个实施例所述显示装置的光路示意图；

图7示出本发明的另一个实施例所述显示装置的结构示意图；

图8示出本发明的又一个实施例所述显示装置的结构示意图；

图9示出本发明的一个实施例所述显示装置的制作方法的流程图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

如图2所示，本发明的一个实施例提供了一种显示装置，包括显示面板；位于所述显示面板出光侧的微透镜阵列，其中所述微透镜阵列包括阵列排布的多个微透镜元，其中每个所述微透镜元的折射率以所述微透镜元的光轴为中心沿径向方向递减。

在一个具体的示例中，显示装置包括显示面板1和微透镜阵列2，所述微透镜阵列2位于所述显示面板1的出光侧，微透镜阵列2包括多个微透镜元21，如图3所示，每个微透镜元21的结构为以光轴为中心以d/2为半径的半椭圆，其中以位于光轴中心处的折射率n0为最大值，所述折射率nr沿径向方向呈梯度变化逐渐减小，所述折射率为：其中nr为沿着方向r的折射率，a为渐变常数，r为距离光轴的距离，所述折射率服从平方率分布规律。

如图4a所示，所述微透镜元21包括玻璃基底211；形成在所述玻璃基底的第一表面212上的第一组透明金属膜层213，其中所述第一组金属膜层213中的多个透明金属膜层的折射率沿远离所述玻璃基底的方向递减；形成在所述玻璃基底的与第一表面212相对的第二表面214上的第二组透明金属膜层215，其中所述第二组金属膜层215中的多个透明金属膜层的折射率沿远离所述玻璃基底的方向递减。具体的，所述微透镜元21具有层叠膜层结构，其中中间膜层为折射率最大层，两边各层的折射率沿中心呈梯度递减，在本实施例中，所述微透镜元21通过化学气相沉积法进行制备，以玻璃为基底，两侧分别使用两个靶进行制备，通过多次化学气相沉积工艺在所述基底上沉积不同折射率的金属膜层，所述金属膜层的厚度小于20纳米，从而形成以所述玻璃为中心，两边沿各金属膜层呈现折射率梯度变化的多膜层结构。

如图4b所示，所述微透镜元21包括玻璃基底211，其中所述玻璃基底包含电子极化率低的离子216和电子极化率高的离子217，所述电子极化率高的离子和电子极化率低的离子分布以使得所述微透镜元的折射率以所述微透镜元的光轴为中心沿径向方向递减。具体的，所述微透镜元21具有层叠膜层结构，其中中间膜层为折射率最大层，两边各层的折射率沿中心呈梯度递减，在本实施例中，所述微透镜元21通过离子交换法进行制备，所述玻璃基底包含电子极化率高的cs+、rb+或ti+离子和电子极化率低的其他离子，将所述玻璃放入包含有k+或na+离子的溶盐中，按照预设置的温度和时间进行离子交换，电子极化率高的离子217进行深度交换，电子极化率低的离子216进行浅度交换，所述玻璃的电子极化率从216到217逐渐增高，因此最终形成沿玻璃中心向两边呈现折射率梯度变化的多膜层结构。

显示面板1出射的光线进入微透镜阵列2的各微透镜元21，在微透镜元21中发生内反射，从而确保不同角度的入射光在折射率渐变的微透镜元21中改变传输光路，以固定的出射角度射出，从而有效避免相邻图像光线叠加引起的串扰现象。

在现有技术中，如图5所示，显示面板1的出光侧对应阵列排布的普通微透镜阵列5，根据所述微透镜阵列将显示面板1划分为多个与微透镜阵列的微透镜元51对应的图像元进行描述，所述图像元射出的光线进入普通微透镜元51，例如图像元1出射的光线进入对应的微透镜元，根据不同的入射角度经过所述微透镜元51并按照对应的出射角度射出，所述光线的一部分进入对应的图像1区，另一部分进入与图像1区相邻的图像0区和图像2区，从而与图像0区或图像2区的光线产生交叠从而形成串扰区；同时所述图像元1出射的部分光线进入相邻的微透镜元，经微透镜元射出的光线与相邻图像区的光线产生交叠形成串扰区，进一步加剧串扰图像。因此当观看者处于不同视区时，所述串扰区影响了观看者的视觉体验、限制了观看者的视角。

使用本发明提供的显示装置，如图6所示，显示面板1的出光侧对应阵列排布的微透镜阵列2，显示面板1的图像光线进入折射率渐变的微透镜元21，例如图像元1出射的光线进入对应的微透镜元21或相邻的微透镜元21，在所述折射率渐变的微透镜元21中发生内反射，入射光线根据预设置的光路进行传输并按照预设置的角度出射，有效避免与临近微透镜元出射的光线发生交叠。即图像元射出的光线进入按照径向渐变的折射率微透镜阵列2时，所述光线在微透镜元21内发生内反射，根据渐变的折射率按照图中所示光路传输，并按照固定角度出射光线，所述出射光线不会与相邻图像元的光线交叠，因此避免了因相邻图像元出射光线叠加导致的串扰现象。

在一个优选的实施例中，如图7所示，所述显示面板包括多个拼接显示子面板，所述显示子面板发出的图像光线经过微透镜阵列2的折射率渐变的微透镜元21，不仅最大限度地消除或减小串扰区，还能够有效增加主视区3的范围，有效提升观看者的观看范围。

在另一个优选的实施例中，如图8所示，所述显示面板1包括多个按照一定角度拼接的显示子面板，每个所述显示子面板的光学法线汇聚于所述微透镜阵列远离所述显示面板侧的一点处，其中所述光学法线为经过所述显示子面板的出光面的中心点、并且垂直于所述出光面的直线。即所述显示子面板以所述观看者的眼睛为圆心按照圆弧进行拼接，在消除串扰区的同时将主视区的范围进一步扩大。进一步的，每个所述显示子面板对应一组微透镜元，所述一组微透镜元中的每个微透镜元的出光面与对应的显示子面板的出光面平行设置。即所述微透镜阵列按照显示子面板分为对应的一组一组的微透镜元，每组的各微透镜元与显示子面板的像素相对应，所述微透镜元覆盖一个或多个像素，如此该显示装置的显示效果最佳。

在另一个优选的实施例中，相邻两个显示子面板之间的间距满足预设范围，其中所述间距为一个显示子面板的中心点到相邻的显示子面板的中心点的距离，所述预设范围为实现裸眼3d的最佳显示范围，例如观看者的左右眼的平均间距为7cm，当相邻两个显示子面板之间的间距处于小于7cm的范围时能够保证观看者的左眼和右眼观看的图像来自不同的显示子面板，从而实现裸眼3d的最佳显示。进一步的，为实现更好的观看体验，所述多个显示子面板的尺寸相等，当每个显示子面板的尺寸相等时，显示画面更均匀、更清晰。

本发明的一个实施例还提供了一种可穿戴设备，包括上述显示装置。所述可穿戴设备可以为以集成光场原理为基础的近眼显示装置，例如vr眼镜。本实施例所述的可穿戴设备在实现裸眼3d的基础上解决图像串扰，有效扩大显示视角。

与上述实施例提供的显示装置相对应，本发明的一个实施例还提供一种上述显示装置的制作方法，由于本申请实施例提供的制作方法与上述几种实施例提供的显示装置相对应，因此在前述实施方式也适用于本实施例提供的制作方法，在本实施例中不再详细描述。

如图9所示，本发明的一个实施例还提供一种上述显示装置的制作方法，包括形成微透镜阵列，所述微透镜阵列包括阵列排布的多个微透镜元，其中每个所述微透镜元的折射率以所述微透镜元的光轴为中心沿径向方向递减；将多个显示子面板拼接成使得每个所述显示子面板的光学法线汇聚于所述微透镜阵列远离所述显示面板侧的一点处。

本发明针对目前现有的问题，制定一种显示装置、制作方法和可穿戴设备，通过采用折射率渐变的微透镜阵列实现对显示面板出射的光线进行光路控制，使得不同入射角度的光学按照固定的出射角度射出，从而弥补了现有技术中的问题，有效避免相邻透镜元出射光线叠加引起的串扰，进而在提升观看效果的同时增加可视区域。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。