一种拼接显示屏、显示装置的制作方法

本公开涉及显示技术领域，特别涉及一种拼接显示屏、显示装置。

背景技术：

现有dlp(digitallightprocessing，数字光处理)背投大屏拼接技术，因其细腻的显示效果、高亮、节能、护眼、微小拼缝等优点，多应用于指挥室、监控室等高端应用场景，尺寸较大；但因其受光学特性、屏幕工艺等因素影响，皆为多块显示单元拼接而成，这就导致了相邻显示单元间会客观存在物理拼缝的问题。

虽然目前dlp背投拼接拼缝基本可以做到0.5mm以内，但考虑到热胀冷缩等因素限制，物理拼缝无法完全消除，这会导致视觉上破坏相邻图像画面显示的连续性，影响显示效果。物理拼缝若不处理，光路会如图1所示，有微弱光线103杂散透出，对另一侧显示画面造成影响；目前市场上的做法多为显示单元101边缘贴黑色贴膜，一是起到固定屏幕的作用，二是防止光线从显示单元101侧边溢出；但用黑色贴膜粘贴后，由于射向拼缝102的光被黑色贴膜吸收，拼缝102处便形成一条无法消除的黑线。

有上述可知，现有拼接显示屏的拼缝无法完成消除，在拼缝处形成一条无法消除的黑线，破坏了相邻显示单元画面显示的连续性。

技术实现要素：

为了解决相关技术中存在的拼接显示屏的拼缝无法完成消除，在拼缝处形成一条无法消除的黑线，破坏了相邻显示单元画面显示的连续性问题，本发明提供了一种拼接显示屏。

一方面，本发明提供了一种拼接显示屏，包括：

至少两块相互拼接的显示单元，相邻显示单元之间存在拼缝；

在所述拼缝处设有光学元件，射向所述拼缝的光线入射到所述光学元件上；

所述光学元件用于改变所述光线的出射方向，使所述光线的出射方向与所述显示单元所在平面之间的夹角大于预设角度。

在一种示例性实施例中，所述光学元件为结构对称的棱镜，所述棱镜的对称面平行于所述显示单元的拼接面。

在一种示例性实施例中，所述光学元件为等腰梯形棱镜，射向拼缝处的光线到达位于所述拼缝处的等腰梯形棱镜，依次经过所述等腰梯形棱镜上底面的折射、腰的全反射和下底面的折射，改变所述光线的出射方向。

在一种示例性实施例中，所述等腰梯形棱镜的上底面和下底面平行于所述显示单元所在平面。

在一种示例性实施例中，所述等腰梯形棱镜的顶角α满足公式

其中，n为所述等腰梯形棱镜的折射率，θx为射向拼缝处的所述光线与所述等腰梯形棱镜上底面的夹角。

在一种示例性实施例中，所述等腰梯形棱镜的底角γ满足公式

以使所述光线的出射方向与所述显示单元所在平面垂直。

其中，n为所述等腰梯形棱镜的折射率，θx为射向拼缝处的所述光线与所述等腰梯形棱镜上底面的夹角。

在一种示例性实施例中，所述等腰梯形棱镜的下底面填充有漫反射物质。

在一种示例性实施例中，所述等腰梯形棱镜的下底面宽度小于所述拼缝的宽度。

在一种示例性实施例中，所述光线的出射方向与所述显示单元所在平面之间的夹角大于等于78°。

本发明还提供了一种显示装置，所述显示装置包括投影机、背投箱体以及上述任意一种拼接显示屏。

本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本发明提供的技术方案，通过在相邻显示单元的拼缝处设置光学元件，将射向拼缝的光线改变方向，使出射光线能够尽可能与显示单元所在平面垂直，从而防止光线从显示单元的侧边溢出后对相邻显示单元的显示画面造成影响，由于无需在显示单元的侧边黏贴黑色贴膜，因而不会在拼缝处形成黑线，克服了现有技术拼接显示屏相邻显示单元画面显示不连续的问题，提高了拼接显示屏的画面显示质量。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并于说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是现有技术中显示单元之间拼缝存在漏光的原理示意图；

图2是根据一种示例性实施例提供的拼接显示屏的结构示意图；

图3是根据一示例性实施例示出显示单元的结构示意图；

图4是根据另一示例性实施例示出的一种拼接显示屏的结构示意图；

图5是根据一示例性实施例示出的一种拼接显示屏的模型示意图；

图6是根据一示例性实施例示出的一种拼接显示屏的光路原理示意图；

图7是图6对应实施例中区域501的局部放大图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例执行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

如图2所示，本发明提供了一种拼接显示屏，该拼接显示屏包括：至少两块相互拼接的显示单元101，相邻显示单元101之间存在拼缝102；在所述拼缝102处设有光学元件202，射向所述拼缝102的光线201入射到所述光学元件202上；所述光学元件202用于改变所述光线201的出射方向，使所述光线201的出射方向与所述显示单元101所在平面之间的夹角大于预设角度。

需要解释的是，显示单元101属于拼接显示屏的其中一个屏幕，拼接显示屏由多个这样的屏幕紧密拼接而成。相邻两个显示单元101间存在一条拼缝102，该拼缝102可以是实际的物理间隙，也可能是由屏幕连接材料所形成间隔。

以投影单元拼接显示装置为例，每个投影单元由投影机、背投箱体和显示单元101构成，多个投影单元的显示单元101通过拼接形成拼接显示屏。换句话说，本发明提供的拼接显示屏可作为投影单元拼接显示装置的拼接显示屏。其中，显示单元101可以是菲涅尔光学屏，其基本结构和光路如图3所示。该显示单元101包括菲涅尔层301、柱透镜层302，光线经过菲涅尔层301后，会形成一组平行光线入射到柱透镜层302，后经过柱透镜层302散射出来，形成显示单元101前方的图像。

拼接显示屏通常用于需要进行大型显示的场合，例如机场、火车站、体育比赛以及大型展览。在这些场合，需要利用尺寸很大的显示屏为距离很远的人们提供相应信息。

需要说明的是，光学元件202可以是多个光学器件组合形成的光学组件，例如由反射镜、棱镜等组合而成的光学组件。光学元件202也可以是一个光学器件，例如棱镜。光学元件202设置在相邻显示单元101之间的拼缝102处。对于光学元件202的设计只需满足使射向拼缝102处的光线201，入射到该光学元件202上，经过该光学元件202的作用，改变该光线201的出射方向，使光线201出射方向能够尽可能垂直屏幕出射。

也就是说，经过该光学元件202的光线出射方向与显示单元101所在平面之间的夹角要接近90°。在一种示例性实施例中，光线201的出射方向与显示单元101所在平面之间的夹角大于等于78°。换句话说，经过光学元件202后光线201的出射角β要≤12°。

本发明上述示例性实施例提供的技术方案，通过在相邻显示单元的拼缝处设置光学元件，将射向拼缝的光线改变方向，使出射光线能够尽可能与显示单元所在平面垂直，从而防止光线从显示单元的侧边溢出后对相邻显示单元的显示画面造成影响，由于无需在显示单元的侧边黏贴黑色贴膜，因而不会在拼缝处形成黑线，克服了现有技术拼接显示屏相邻显示单元画面显示不连续的问题，提高了拼接显示屏的画面显示质量。

在上述示例性实施例的基础上，所述光学元件202为结构对称的棱镜，所述棱镜的对称面平行于所述显示单元101的拼接面。

需要解释的是，拼接面即相邻显示单元101之间的衔接面，在拼缝102处设置结构对称的棱镜，且使棱镜对称面平行于显示单元101的拼接面，可以使最终出射的光线对称分布，避免显示亮度不均匀。其中，该结构对称的棱镜可以是等腰梯形棱镜401。

在一种示例性实施例中，该光学元件202可以为等腰梯形棱镜401，射向拼缝102处的光线201到达位于拼缝102处的等腰梯形棱镜401，依次经过等腰梯形棱镜401上底面的折射、腰的全反射和下底面的折射，改变光线的出射方向。

如图4、5、6所示，在拼缝102处设置等腰梯形棱镜401。较优的，所述等腰梯形棱镜401的上底面和下底面平行于显示单元101所在平面。也就是平行于显示屏的显示面。从而使光线可以从等腰梯形棱镜401对称射出，提高显示亮度均匀性。射向拼缝102处的光线201分为两种，第一种是没有经过显示单元101的折射直接射向了等腰梯形棱镜401的上底面，如图4所示。第二种是经过显示单元101的折射后射向拼缝102处的等腰梯形棱镜401，如图6所示。参照4、6所示，射向拼缝102处的光线201到达位于拼缝102处的等腰梯形棱镜401，依次经过等腰梯形棱镜401上底面的折射、腰的全反射和下底面的折射，最终从等腰梯形棱镜401的下底面射出，改变了原始入射光线的出射方向，使出射方向尽可能与显示屏垂直。

在一种示例性实施例中，该等腰梯形棱镜401的顶角α满足公式

其中，n为所述等腰梯形棱镜401的折射率，θx为射向拼缝102处的光线201与等腰梯形棱镜401上底面的夹角。

如图4所示，在显示单元101边缘位置的光线在等腰梯形棱镜401的上底面发生折射后进入等腰梯形棱镜401的内部，在等腰梯形棱镜401的腰上因入射角大于等于临界角，在等腰梯形棱镜401的腰上发生全反射。反射光线近乎垂直于地等腰梯形棱镜401的下底面射出。利用光的折射和全反射原理，可以计算出等腰梯形棱镜401的顶角范围，使拼缝102处充满近似垂直于屏幕的光线。

假设等腰梯形棱镜401的折射率为n(1.5～1.95)，棱镜上下两角需满足如下条件：

上方夹角(即顶角)为α，α＝θx′+θa且α＞90°，(1)

下方夹角(即底角)为γ，γ＝180°-α且γ＜90°；(2)

根据折射定律，则存在sinθx＝nsinθx′(3)

根据全反射条件，光线201入射到等腰梯形棱镜401腰上时的入射角，应大于等于临界角，此时发生全反射。

则存在θa≥θb(4)由公式(1)、(2)、(3)和(4)可得，

即

则

此时，对于射向屏幕边缘的光线201来说，当满足公式(4)时，在等腰梯形棱镜401的腰处光线发生全反射，反射到等腰梯形棱镜401下底面。在等腰梯形棱镜401下底面，入射角为θa-γ。根据折射定律，光线与垂直方向成夹角θ′出射。当下方夹角刚好满足γ＝θa时，光线垂直出射。也就是说，当等腰梯形棱镜401的底角和腰上入射角恰好相等时，光线垂直出射。

在一种示例性实施例中，所述等腰梯形棱镜401的底角γ满足公式

以使所述光线201的出射方向与所述显示单元101所在平面垂直。其中，n为所述等腰梯形棱镜401的折射率，θx为射向拼缝102处的所述光线201与所述等腰梯形棱镜401上底面的夹角。

经验证，对于距离显示单元101边缘一定距离的光线201(0～2cm)来说，如图6所示经过显示单元101两次折射后射向拼缝102处等腰梯形棱镜401的上底面，其中图7为图6中区域501的局部放大图。如图6、7所示，满足θ1＜θx，sinθ1＝n1sinθ1′，nsinθ2＝sinθ2′，因θ1′+θ2＝90°，θ3＝90°-θ2′，则θ3＜θx。又因sinθ3＝n1sinθ3′，那么θ＞θa。

当θ3′＞α-90°，此时光线以近似垂直的底边的角度出射，即nsin(θ-γ)＝sinθδ′。θδ′为出射光线与等腰梯形棱镜401下底面的夹角。当θ3′＜α-90o且θ3′＜10°时，等腰梯形棱镜401相当于平行平板，光线以θ3′出射。

因此，对于大屏拼接系统来说，确定镜头以后可确定θ1和θx。设显示单元101折射率为n1，由折射公式可求解出θ3。当等腰梯形棱镜401满足公式(6)和(7)时，光线可在棱镜内发生全反射，且光线垂直或近似垂直的角度从等腰梯形棱镜401的下底面出射。通过合理的选取等腰梯形棱镜401的材质，即可确定等腰梯形棱镜401的折射率，进而得到等腰梯形棱镜401的顶角和底角范围。

在一种示例性实施例中，设镜头θx＝86°和θ1＝85°，显示单元101光学材料和等腰梯形棱镜401的折射率分别为n1＝1.4和n＝1.5。

此时，显示单元101边缘的光线201，由公式(1)和(2)可知，等腰梯形棱镜401顶角α＞90°，底角γ＜90°。则θa＝α-θx′＞90°-41.7°＝48.3°＞θb，此时光线发生全反射，而顶角取值只需满足大于90度，根据顶角的具体取值，可以确定θ′的取值。当取α＝112°，γ＝68°，根据折射定律可得，θ′＝3.5°，光线出射方向近似垂直于等腰梯形棱镜401的下底面。

距离边缘一定距离的光线201，由折射定律，可知，

θ2＝90°-θ1′＝44.6°。θ2′＝arcsin(n1sinθ2)＝arcsin(1.4sin44.6°)＝79.6°，θ3＝10.4°。θ3′＝7.4°。此时，因θ3′＜α-90°，光线以7.4o从等腰梯形棱镜401出射，光线出射方向近似垂直于等腰梯形棱镜401的下底面。

在一种示例性实施例中，该等腰梯形棱镜401的下底面填充漫反射物质，从而使拼缝102处的光学特性与屏幕上的光学特性一致。

需要说明的是，如图4、5、6所示，等腰梯形棱镜401的高h小于显示单元101的厚度h，等腰梯形棱镜401的下底面宽度小于拼缝102的宽度，以避免热胀冷缩时损伤显示屏。假设等腰梯形棱镜401的下底面宽度为10mm，棱镜高度为h，0＜h＜显示单元101各层厚度之和。

在一种实施例中，h可以取2.5mm，当取α＝112°，γ＝68°时，根据三角形的函数关系，可求解出上底面的宽度为8mm。

另一方面，本发明还提供了一种显示装置，所述显示装置包括投影机、背投箱体以及上述示例性实施例所述的拼接显示屏。该显示装置包括多个投影单元，每个投影单元包括投影机、背投箱体和屏幕，多个投影单元的屏幕通过拼接形成上述实施例所述的拼接显示屏，相邻屏幕之间设有本发明上述示例性实施例所述的光学元件。本发明提供的显示装置，可以消除拼接显示屏拼缝处的黑线，提高显示画面的连续性，提供显示质量。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围执行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。