全息显示面板、全息显示装置和全息显示方法与流程

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种全息显示面板、全息显示装置和全息显示方法。

背景技术：

基于全息信息的立体显示越来越受到关注。在全息信息的记录过程中，沿不同路径传播的两个激光束，即参考光束和物光束，相互干涉形成光学干涉图案。该光学干涉图样引起感光记录介质中的化学或物理变化，使得与待再现物体有关的信息被记录在记录介质中。在全息信息的再现过程中，与用于记录的参考光束相似的参考光束照射到记录介质，使得记录介质中的光学干涉图样对参考光束进行衍射以再现物光束，从而再现信息。随着显示技术的不断发展，立体显示技术日益普及。典型地，利用诸如液晶显示面板和相位板的组合，可以实现全息图像的动态显示。在实现立体显示的过程中，具有水平视差的不同视图分别提供给用户的左眼和右眼。通过大脑的融合作用，最终形成一幅具有深度感的立体图像。

技术实现要素：

在实现近眼显示或使用虚拟现实的显示器件时，空间中虚拟出的图像或点是由入射光的发散或汇聚的角度来决定的，一般要求此类显示器件具有高的分辨率（即，每英寸像素数量，PPI）。然而，发明人发现，随着分辨率的增加，像素的尺寸减小，在显示面板的像素和相位板之间将产生夫琅和费衍射。夫琅和费衍射角的存在导致来自相邻像素的光束之间的串扰，极大地影响了立体图像的景深和位置，降低了显示效果。

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种全息显示面板、全息显示装置和全息显示方法，精确地提供立体图像的景深和位置，提高全息显示的效果。

根据本发明的一个方面，本发明实施例提供了一种全息显示面板。所述全息显示面板包括：阵列布置的多个像素和布置在所述多个像素的出光侧的相位板；以及阻挡部件，所述阻挡部件布置在像素和相位板之间的光路的边缘，用于阻挡由所述像素衍射的光束的边缘部分。

在本发明实施例中，利用以上设置的阻挡部件，很好地解决了小尺寸像素中夫琅和费衍射角所导致的光束串扰问题。因此，利用本发明实施例的配置，不仅能够获得清晰的像素边缘，消除颜色串扰和灰度串扰，还能够提供准确的图像景深，提高了全息显示的视觉效果。

可选地，所述阻挡部件的宽度a满足：a=0.61λd/w，其中λ为所述光束的波长，w为所述像素的宽度，d为所述阻挡部件与所述像素之间的距离。

由于像素尺寸的缩小，夫琅和费衍射是限制显示器分辨率的主要因素。根据夫琅和费衍射角可以推导出阻挡部件的宽度条件。利用上述宽度条件，阻挡部件能够很好地阻挡由像素衍射的光束的边缘部分，避免该边缘部分射入相邻像素对应的相位板。

可选地，所述全息显示面板还包括布置在所述多个像素的出光侧的第一基板。所述相位板布置在所述第一基板背离所述多个像素的表面，所述阻挡部件布置在所述第一基板面对所述多个像素的表面。

可选地，所述相位板用于调节来自所述多个像素的光束的角度，和/或所述相位板包括与所述多个像素一一对应的多个子相位板。

在实际应用中，相位板可以是一体的，也可以是由布置在基板上的多个子相位板构成。一体的相位板可以包括多个有效区（effective region），所述多个有效区分别对应于所述多个像素。可以将一体的相位板直接布置在所述多个像素的出光侧，从而控制来自所述多个像素的光束。

类似地，也可以将一体的相位板或多个子相位板构成的相位板布置在所述第一基板背离所述多个像素的表面，并将所述阻挡部件布置在所述第一基板面对所述多个像素的表面。在此情况下，可以使用诸如液晶显示面板中的黑矩阵工艺来制作所述阻挡部件。因此，阻挡部件可以具有多个开口，所述多个开口与所述多个有效区或多个子相位板一一对应。

可选地，所述相位板是衍射光栅。

利用具有不同参数的衍射光栅，可以将来自像素的光束调节至希望的方向上。

可选地，所述多个像素划分为多个像素组，分别用于显示具有不同景深的多个图像。

所述全息显示面板的多个像素可以被划分为多个像素组，每个像素组用于显示具有特定景深的图像。由此，可以使用诸如时分复用的方式以及视觉暂留效应，利用所述全息显示面板显示具有不同景深的多个图像，从而提供具有多个景深的画面。

根据本发明的另一方面，本发明实施例提供了一种全息显示装置。所述全息显示装置包括如以上实施例所述的全息显示面板。

根据本发明的另一方面，本发明实施例提供了一种全息显示方法。所述全息显示方法包括利用阵列布置的多个像素和布置在所述多个像素的出光侧的相位板产生至少一个具有景深的图像；以及利用阻挡部件阻挡由所述像素衍射的光束的边缘部分，所述阻挡部件布置在像素和相位板之间的光路的边缘。

利用以上设置的阻挡部件，很好地解决了小尺寸像素中夫琅和费衍射角所导致的光束串扰问题。因此，利用本发明实施例的配置，不仅能够获得清晰的像素边缘，消除颜色串扰和灰度串扰，还能够提供准确的图像景深，提高了全息显示的视觉效果。现有的全息显示方法通常利用柱面透镜对观察者的双眼产生不同的视图，需要根据双眼的位置调整显示的视图。相比于现有的全息显示方法，根据本发明实施例的全息显示方法产生的是物体的虚像，因此无需追踪观察者的眼球位置。

可选地，所述阻挡部件的宽度a满足：a=0.61λd/w，其中λ为所述光束的波长，w为所述像素的宽度，d为所述阻挡部件与所述像素之间的距离。

可选地，利用阵列布置的多个像素和布置在所述多个像素的出光侧的相位板产生至少一个具有景深的图像包括：利用所述相位板调节来自所述多个像素的光束的角度；以及将所述多个像素划分为用于显示多个景深的多个像素组，从而生成所述至少一个具有景深的图像。

根据本申请实施例提供的全息显示面板、全息显示装置和全息显示方法，利用以上设置的阻挡部件，很好地解决了小尺寸像素中夫琅和费衍射角所导致的光束串扰问题。因此，利用本发明实施例的配置，不仅能够获得清晰的像素边缘，消除颜色串扰和灰度串扰，还能够提供准确的图像景深，提高了全息显示的视觉效果。

附图说明

图1为根据本发明实施例的全息显示面板的结构示意图；

图2为根据本发明实施例的全息显示面板中阻挡部件的结构示意图；

图3a为根据本发明实施例的全息显示面板中相位板调节光束角度的示意图；

图3b为根据本发明实施例的全息显示面板中相位板的结构示意图；

图3c为根据本发明另一实施例的全息显示面板中相位板的结构示意图；

图4为根据本发明实施例的景深显示的原理示意图；

图5为根据本发明实施例的全息显示的原理示意图；以及

图6为根据本发明实施例的全息显示装置的结构示意图。

具体实施方式

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，都属于本发明专利保护的范围。

根据本发明的一个方面，本发明实施例提供了一种全息显示面板。如图1所示，所述全息显示面板100包括：阵列布置的多个像素101和布置在所述多个像素101的出光侧的相位板102；以及阻挡部件103，所述阻挡部件103布置在像素101和相位板102之间的光路的边缘，用于阻挡由所述像素101衍射的光束104的边缘部分。

在本发明实施例中，利用以上设置的阻挡部件，很好地解决了小尺寸像素中夫琅和费衍射角所导致的光束串扰问题。因此，利用本发明实施例的配置，不仅能够获得清晰的像素边缘，消除颜色串扰和灰度串扰，还能够提供准确的图像景深，提高了全息显示的视觉效果。

如图1所示，所述像素101可以是液晶显示面板中的像素，其利用液晶105控制每个滤色片106上的光强。所述液晶面板还可以包括用于提供背光107的背光模块（未示出在图1中）。类似地，所述像素101也可以是OLED显示面板中的像素。

如图2所示，可选地，所述阻挡部件103的宽度a满足：a=0.61λd/w，其中λ为所述光束104的波长，w为所述像素106的宽度，d为所述阻挡部件103与所述像素101之间的距离。

由于像素尺寸的缩小，夫琅和费衍射是限制显示器分辨率的主要因素。根据夫琅和费衍射角可以推导出阻挡部件的宽度条件。利用上述宽度条件，阻挡部件能够很好地阻挡由像素衍射的光束的边缘部分，避免该边缘部分射入相邻像素对应的相位板。

对于给定的像素来说，夫琅和费衍射角θ=1.22λ/w。对于较小的角度θ来说，θ/2≈tgθ/2=a/d。由此可以获得所述阻挡部件103的宽度a=0.61λd/w。

由上述关系可知，随着所述距离d的增加，所述阻挡部件103的宽度a也相应增加。对于给定的像素宽度w来说，太大的阻挡部件103可能反而会阻挡所述光束104的靠近光轴的部分，从而损失光强。因此，应当将所述阻挡部件103的宽度a（或者，所述阻挡部件103与所述像素101之间的距离d）限制在适当的范围内。假设相邻的两个像素101之间的间隔为p，则阻挡部件103的宽度a应当小于p。由此可得，0.61λd/w≤p，即所述阻挡部件103与所述像素101之间的距离d≤wp/0.61λ。

可选地，如图1所示，所述全息显示面板100还包括布置在所述多个像素101的出光侧的第一基板108。所述相位板102布置在所述第一基板108背离所述多个像素101的表面，所述阻挡部件103布置在所述第一基板108面对所述多个像素101的表面。然而，如图2所示，也可以根据d≤wp/0.61λ，将所述阻挡部件103布置在所述像素101和所述第一基板108之间的预定位置处。

可选地，如图3a所示，所述相位板102用于调节来自所述多个像素101的光束104的角度。可选地，所述相位板102包括与所述多个像素101一一对应的多个子相位板1021。

在实际应用中，相位板可以是一体的，也可以是由布置在基板上的多个子相位板构成（如图3a所示）。一体的相位板可以包括多个有效区，所述多个有效区分别对应于所述多个像素。可以将一体的相位板直接布置在所述多个像素的出光侧，从而控制来自所述多个像素的光束。在本公开的上下文中，“像素和相位板之间的光路”指的是单个像素和与所述像素对应的子相位板/有效区之间的光路。

类似地，也可以将一体的相位板或多个子相位板构成的相位板布置在所述第一基板背离所述多个像素的表面，并将所述阻挡部件布置在所述第一基板面对所述多个像素的表面。在此情况下，可以使用诸如液晶显示面板中的黑矩阵工艺来制作所述阻挡部件。因此，阻挡部件可以具有多个开口，所述多个开口与所述多个有效区或多个子相位板一一对应。

可选地，所述相位板是衍射光栅。

利用具有不同参数的衍射光栅，可以将来自像素的光束调节至希望的方向上。由此，如图3a所示，相位板102可以控制经相位板102出射光线的衍射角度β。其中，上述衍射角度β为相位板102出射光与入射光的传播方向之间的夹角。

需要说明的是，由于上述多个相位板102用于对入射光进行衍射，因此该相位板102可以采用相位型光栅，即衍射光栅。在此基础上，为了提高光线的利用率，可以选择透射光栅作为上述相位板102。在此情况下，由于光线在透射光栅的凸起和凹陷部分的相位不同，因此能够使得光线经过该透射光栅后发生衍射。

具体的，当该相位板102为透射光栅时，该透射光栅可以是如图3b所示的单阶光栅或者如图3c所示的多阶光栅。在此情况下，透射光栅m级衍射波的衍射角β仅由光栅周期P、入射波的波长λ以及入射角β₀决定，即sinβ-sinβ₀＝mλ/P(m＝0,±1,±2,…)。因此，在入射光的波长λ相同的情况下，可以通过调节透射光栅的周期P，达到调节衍射角β的目的。

可选地，如图4和图5所示，所述多个像素101划分为多个像素组10，分别用于显示具有不同景深的多个图像。

所述全息显示面板的多个像素可以被划分为多个像素组，每个像素组用于显示具有特定景深的图像。由此，可以使用诸如时分复用的方式以及视觉暂留效应，利用所述全息显示面板显示具有不同景深的多个图像，从而提供具有多个景深的画面。

具体的，如图3a和图5所示，相邻的三个颜色不同的像素101可以被看作是像素01的三个子像素，从与它们对应的相位板102出射的光束的衍射角度β均相同。类似地，与像素01'的三个子像素101'对应的相位板102出射的光束的衍射角度β'均相同，并且β≠β'。若干个像素01和像素01'构成第一像素组10。来自像素01的光束的反向延长线和来自像素01'的光束的反向延长线相交于第一景深位置（DF1）处。由此，观察者可以观察到第一景深位置（DF1）处的图像。尽管在图5中仅示出了一个像素组10，本领域技术人员能够理解，也可以在整个显示区域内将所述多个像素101划分为多个像素组10。在显示景深DF1的图像期间，所述多个像素组10同时工作，从而获得充满显示区域、并具有景深DF1的图像。依此类推，利用相位板对来自像素的光束进行调整，可以获得不同的像素组，从而使观察者观察到多个具有不同景深（DF1、DF2和DF3）的图像。

根据本发明的另一方面，本发明实施例提供了一种全息显示装置。如图6所示，所述全息显示装置200包括如以上实施例所述的全息显示面板100。所述全息显示装置200还可以包括用于提供全息图像数据的数据接口201和电源接口202。对于该全息显示装置的其它必不可少的组成部分均为本领域的普通技术人员应该理解具有的，在此不做赘述，也不应作为对本发明的限制。

该全息显示装置可以为：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。

根据本发明的另一方面，本发明实施例提供了一种全息显示方法。如图1所示，所述全息显示方法包括利用阵列布置的多个像素101和布置在所述多个像素101的出光侧的相位板102产生至少一个具有景深的图像；以及利用阻挡部件103阻挡由所述像素101衍射的光束104的边缘部分，所述阻挡部件103布置在像素101和相位板102之间的光路的边缘。

利用以上设置的阻挡部件，很好地解决了小尺寸像素中夫琅和费衍射角所导致的光束串扰问题。因此，利用本发明实施例的配置，不仅能够获得清晰的像素边缘，消除颜色串扰和灰度串扰，还能够提供准确的图像景深，提高了全息显示的视觉效果。现有的全息显示方法通常利用柱面透镜对观察者的双眼产生不同的视图，需要根据双眼的位置调整显示的视图。相比于现有的全息显示方法，根据本发明实施例的全息显示方法产生的是物体的虚像，因此无需追踪观察者的眼球位置。

可选地，所述阻挡部件的宽度a满足：a=0.61λd/w，其中λ为所述光束的波长，w为所述像素的宽度，d为所述阻挡部件与所述像素之间的距离。

可选地，如图3a和图5所示，利用阵列布置的多个像素101和布置在所述多个像素101的出光侧的相位板102产生至少一个具有景深的图像包括：利用所述相位板102调节来自所述多个像素101的光束104的角度；以及将所述多个像素101划分为用于显示多个景深的多个像素组10，从而生成所述至少一个具有景深DF1的图像。利用相位板对来自像素的光束进行调整，可以获得不同的像素组，从而使观察者观察到多个具有不同景深（DF1、DF2和DF3）的图像。

根据本申请实施例提供的全息显示面板、全息显示装置和全息显示方法，利用以上设置的阻挡部件，很好地解决了小尺寸像素中夫琅和费衍射角所导致的光束串扰问题。因此，利用本发明实施例的配置，不仅能够获得清晰的像素边缘，消除颜色串扰和灰度串扰，还能够提供准确的图像景深，提高了全息显示的视觉效果。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。