衍射抑制光学部件、衍射抑制显示屏及衍射抑制摄像装置的制作方法

本发明涉及衍射抑制光学部件，更具体地，涉及用于消除显示屏或摄像装置的衍射现象的衍射抑制光学部件。本发明还涉及包括衍射抑制光学部件的显示屏和摄像装置。

背景技术：

拍照与显示是智能手机的必备功能之一，而手机的前置摄像头更是十分重要，它不仅能满足自拍需求，而且在人脸识别、内容交互方面也有较大的用途，因此使得手机的前置摄像头在手机中不可或缺。

随着智能手机的功能性的提升，大屏幕手机更符合市场趋势，但是由于屏幕不能无限扩大，因此使得对高屏占比手机需求也较为旺盛，全面屏则顺势而生。但是由于前置摄像头的存在，对于实现真正的所谓全面屏一直没有很好的实现方案。

为了解决前置摄像头影响全面屏实现的问题，目前已有技术方案提出将前置摄像头放置于屏幕下面来实现对前置摄像头的完全隐藏，从而完全实现全面屏。但是由于摄像头隐藏在显示屏之下，由于显示屏像素单元的周期性排列，在强光照射的情况下会形成由于衍射效应造成的星芒效应从而影响摄像头的成像质量。

因此需要提供能够消除上述衍射效应的衍射抑制光学部件、衍射抑制显示屏以及衍射抑制摄像装置，来实现成像质量高的全面屏移动装置。

技术实现要素：

本发明的目的是解决摄像头隐藏在显示屏下时形成衍射效应的问题。

根据本发明的一方面，提供一种衍射抑制光学部件，所述衍射抑制光学部件包括片状主体，该片状主体包括：

呈周期性布置的第一区域；

围绕着所述第一区域布置的大致呈条带形状的第二区域；和

过渡区域，位于所述第二区域的边缘；

其中，所述过渡区域从所述第二区域的边缘位置处沿所述边缘的法向朝向所述第一区域延伸，所述第一区域为透光区域，所述第二区域至少在边缘位置处包括不透光区域，所述过渡区域的透过率在其延伸方向上变化。

本发明的衍射抑制光学部件通过使用时过渡区域叠加在围绕显示屏的像素单元的黑色遮光带边缘，由于透过率的变化，使得黑色遮光带边缘不再是透过率突变的锐利边缘，由此破坏像素单元的周期性排列，从而抑制衍射的发生。透过率的变化理论上是可以随机变化的，只要能破坏像素单元的周期性排列的变化方案都在本发明的范围内。

优选地，所述过渡区域的透过率在其延伸方向上由0逐渐变化到100％。

优选地，所述过渡区域的透过率在其延伸方向上的变化符合切趾函数。

优选地，所述切趾函数选自线性函数、blackman函数、connes函数和gaussian函数中的一个。

优选地，所述第一区域由透明材料形成或为镂空部，所述过渡区域以及所述第二区域通过覆盖不透明材料形成。

优选地，所述过渡区域包括不透明部分和透明部分，所述过渡区域的透过率由所述不透明部分和所述透明部分之间的比例决定。

优选地，所述过渡区域包括多个灰度单元，每个所述灰度单元包括不透明像素点和透明像素点，所述灰度单元的透过率等于透明像素点的个数除以总像素点个数。

优选地，所述灰度单元为正方形灰度单元或矩形灰度单元。

优选地，所述过渡区域包括厚度变化的半透明部分，透过率由所述半透明部分的厚度决定。

优选地，所述过渡区域包括感光材料，所述过渡区域的透过率由感光材料的曝光度决定。

本发明的灰度变化实现方式受到构成衍射抑制光学部件的材料以及加工工艺的限制，但是本发明不限于上面所列的采用灰度单元、通过改变过渡区域和第二区域中的不透明材料的厚度和控制包括感光材料的衍射抑制光学部件的曝光度，能够实现灰度变化的其他方式也在本发明的范围内。

根据本发明第二方面，提供一种衍射抑制显示屏，包括：

显示屏，其允许光从其中透过，所述显示屏包括像素层，该像素层包括围绕着像素单元周期性布置的遮光带；和

如前面所述的衍射抑制光学部件，其中所述衍射抑制光学部件的在第二区域的边缘处的不透明区域和第一区域分别与所述显示屏遮光带的邻接像素单元的边缘和相应的像素单元相互对应。

优选地，衍射抑制光学部件覆盖于所述显示屏的一侧，设置成覆盖在所述显示屏的至少部分区域上。

优选地，衍射抑制光学部件设置在显示屏内部。

根据本发明的第二方面的衍射抑制显示屏通过在显示屏中设置前面所述的衍射抑制光学部件来实现，衍射抑制光学部件可作为独立的部件设置在显示屏表面上或设置在显示屏的多层结构之间。

根据本发明第三方面，提供一种衍射抑制显示屏，包括：

显示屏，其允许光从其中透过，所述显示屏包括像素层，该像素层包括围绕着像素单元周期性布置的遮光带；

其中，所述显示屏的至少部分区域处，所述遮光带的邻接像素单元的边缘和像素单元之间还包括过渡区域，所述过渡区域从所述遮光带的邻接像素单元的边缘沿所述边缘的法向朝向像素单元延伸，所述过渡区域的透过率在其延伸方向上变化。

优选地，所述过渡区域的透过率在其延伸方向上由0逐渐变化到100％。

优选地，所述过渡区域的透过率在其延伸方向上的变化符合切趾函数。

优选地，所述切趾函数选自线性函数、blackman函数、connes函数、gaussian中的一个。

优选地，所述遮光带和过渡区域通过光刻形成。

优选地，所述过渡区域包括不透明部分和透明部分，所述过渡区域的透过率由所述不透明部分和所述透明部分之间的比例决定。

优选地，过渡区域包括多个灰度单元，每个所述灰度单元包括不透明像素点和透明像素点，所述灰度单元的透过率等于透明像素点的个数除以总像素点个数。

优选地，像素单元为正方形灰度单元或矩形灰度单元。

根据本发明的第四方面，提供一种衍射抑制摄像装置，包括如前面所述的衍射抑制显示屏；和设置在所述衍射抑制显示屏下方的摄像头。

根据本发明实施例的衍射抑制光学部件、衍射抑制显示屏和衍射抑制摄像装置设计为破坏像素单元和遮光带的结构周期性，从而抑制衍射效应，尤其是改善屏下摄像装置拍摄时存在的星芒效应，提高了屏下摄像的成像质量。

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示意性地示出结合有根据本发明实施例的屏下摄像装置的电子装置的一个示例；

图2为根据本发明实施方式一的屏下摄像装置的系统示意图；

图3示意性地示出可用于图2所示屏下摄像装置的衍射抑制显示屏的示例；

图4示意性地示出图3所示衍射抑制显示屏的显示屏中的像素层的一个简化示例；

图5示意性地示出可用于图2所示屏下摄像装置的衍射抑制光学部件的第一实施例；

图6示意性地示出可用于图2所示屏下摄像装置的衍射抑制光学部件的第二实施例；

图7是根据本发明的实施例的形状为正方形且透明度为0的灰度单元的示意性视图；

图8是根据本发明的实施例的形状为正方形且具有一定透明度的灰度单元的示意性视图；

图9是根据本发明的实施例的形状为矩形且透明度为0的灰度单元的示意性视图；

图10是根据本发明的实施例的形状为矩形且具有一定透明度的灰度单元的示意性视图；

图11是根据本发明实施方式二的屏下摄像装置的系统示意图；

图12示意性地示出可用于图11所示屏下摄像装置的衍射抑制显示屏的一个示例；

图13示意性地示出可用于图11所示屏下摄像装置的衍射抑制显示屏的另一个示例；

图14示意性地示出用于图13中的衍射抑制显示屏的像素层的结构；以及

图15是应用根据本发明的衍射抑制光学部件的仿真数据图表。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1示意性地示出结合有根据本发明实施例的屏下摄像装置1的电子装置的一个示例，智能手机2。在图示示例中，智能手机2可以具有全面屏，屏下摄像装置1可以构造在全面屏的至少部分区域之下。

图2为根据本发明实施方式一的屏下摄像装置1的系统示意图。如图2所示，屏下摄像装置1包括显示屏10、衍射抑制光学部件20和摄像头30。显示屏10允许光从其中透过，并具有用于显示的显示表面10a。衍射抑制光学部件20设置在显示屏10的一侧，优选图2所示设置在显示屏10的与显示表面10a相反的背面一侧。显示屏10和衍射抑制光学部件20构成根据本发明实施例的衍射抑制显示屏100。显示表面10a同时也构成为衍射抑制显示屏100的显示表面。摄像头30设置在衍射抑制显示屏100的与显示表面10a相反的一侧，用于接收透过显示屏10和衍射抑制光学部件20的光并进行成像。如图2所示，摄像头30例如包括成像镜头31和图像传感器32。

来自位于显示屏10的显示表面10a一侧的物体3的光透过显示屏10和衍射抑制光学部件20，照射到设置在屏下的摄像头30，从而摄像头30可以对物体3进行成像。

图3更清晰地示出可用于图2所示屏下摄像装置的衍射抑制显示屏100的一个示例。如图3所示，显示屏10包括像素层11，衍射抑制光学部件20可以仅覆盖在显示屏10的部分区域上，从而仅覆盖在像素层11的部分区域上。

如图4所示简化示例，显示屏10的像素层11包括周期性布置的像素单元11a和围绕着像素单元11a布置的遮光带11b。遮光带11b可以包括例如沿相互交叉(优选垂直)的两个不同方向的多个遮光带。遮光带11b例如由像素层11中的金属栅线构成，例如数据线或寻址线。

由于像素单元11a的周期性布置，遮光带11b的布置对应地也呈现出周期性，所以对于透过显示屏10的光会产生衍射作用，从而影响摄像头30的成像效果。为此，根据本发明实施例，提供了衍射抑制光学部件20。根据本发明实施例的衍射抑制光学部件20设计为破坏像素单元和遮光带的结构周期性，从而抑制衍射效应，尤其是改善现有屏下摄像装置拍摄时存在的星芒效应，提高屏下摄像装置的成像质量。

以下将结合图5和图6详述用于图2所示的根据本发明实施方式一的屏下摄像装置1的衍射抑制光学部件20的两个实施例。

图5示意性地示出可用于图2所示屏下摄像装置的衍射抑制光学部件的第一实施例。图5中衍射抑制光学部件总体由20a表示，包括片状主体，该片状主体包括呈周期性布置的第一区域21，围绕第一区域的大致呈条带形状的第二区域22，以及过渡区域22a，过渡区域22a位于第二区域的边缘，过渡区域22a从第二区域22的边缘位置处沿所述边缘的法向朝向第一区域21延伸，第一区域21为透光区域，第二区域22为宽度在像素层11的遮光带11b宽度范围内的具有边缘的条带形状，在本实施例中，第二区域22为不透光区域，显示为黑色，过渡区域22a的透过率在其延伸方向上从不透光过渡为透光，即过渡区域的透过率在其延伸方向上变化，过渡区域22a的起始点也显示为黑色，因此图中显示第二区域22的边缘与过渡区域22a均显示为黑色，无法看出第二区域22的边缘(该边缘可参照图6中所示的第二区域22’为透光区域时的边缘，图6中所示的第二区域22’与图5中的第二区域22结构、形状相同，区别仅在于图5中的第二区域22为不透光区域，图中显示为黑色，图6中所示的第二区域22’为透光区域，图中显示为白色)，这里为了方便描述，仍将过渡区域22a描述为从第二区域22的边缘朝向第一区域21延伸。

如本领域技术人员容易理解的那样，为了方便说明图5和图6仅示出了具有4*4个周期的衍射抑制光学部件的部分示例，根据本发明的实际的衍射抑制光学部件可以包括更多的周期。

使用时，衍射抑制光学部件20a的第二区域22与像素层11的周期性排列的遮光带11b对应，过渡区域22a从第二区域22的边缘延伸，至少一部分延伸超过遮光带11b的边缘，在遮光带11b的边缘增加了灰度变化的过渡区域22a使得遮光带11b的边缘不再为透过率突变的锐利边缘，从而破坏了像素层11中像素单元11a排列的周期性，实现衍射抑制效果。

过渡区域22a的透过率在其延伸方向上可设置为由0逐渐变化到100％，优选地，过渡区域22a利用切趾函数(apodization)将像素单元遮光条带的周期性排列结构的不透光部分(透过率为0％)至透光部分(透过率为100％的理想状况)的突变振幅进行透过率的过渡，以达到抑制衍射的效果。

切趾函数的选择有很多，包括线性函数、blackman函数、connes函数、gaussian函数等等，利用不同的函数实现不同方式的振幅均匀化。常用的切趾函数如表1中所示。

表1

第一区域21可由透明材料形成，过渡区域22a以及第二区域22可通过在透明材料基底上覆盖不透明材料形成。例如，可以在透明的玻璃基底上覆盖一层不透光的金属材料，如镉，然后在镉层上旋涂uv胶，利用激光直写技术或者掩膜曝光技术将不透明区域上的uv胶固化保留，然后清洗掉透明区域上的uv胶，之后通过干法或湿法刻蚀将透明区域的金属去除从而形成透明区域。

第一区域21也可以是镂空部，此时过渡区域22a以及第二区域22可通过围绕作为镂空部的第一区域21半透明材料，然后对过渡区域22a进行半透明材料的减薄，使过渡区域22a的透过率变化形成，这样形成的过渡区域22a包括厚度变化的半透明部分，透过率由半透明部分的厚度决定。

为了简化加工，过渡区域22a也可通过在不透明材料上形成透明部分来形成，过渡区域22a的透过率由不透明部分和所述透明部分之间的比例决定。不透明部分的透过率为0％(不透光)，透明部分的透过率为100％(完全透光的理想状态)。

图7是根据本发明的实施例的形状为正方形且透明度为0的灰度单元的示意性视图；图8是根据本发明的实施例的形状为正方形且具有一定透明度的灰度单元的示意性视图。为了实现所谓灰度渐变，可以如图7中所示取5*5个最小加工尺寸作透过率为一个灰度单元31，由于灰度单元31中没有透明部分，因此灰度单元的透过率为0％，对应灰度值为0。灰度单元32中，随机取25个最小加工尺寸中的5个最小加工尺寸使其透光，则灰度单元的透过率为20％，对应灰度值为51，以此类推，每个灰度单元的灰度可以被量化为0～255。最小加工尺寸可以为200*200nm，图7和图8中的灰度单元31和32的尺寸为1*1um。

以上描述的灰度渐变实现方式是以5*5个最小加工尺寸组成一个灰度单元为例，当然也可以其它不同数量的最小加工尺寸组合方式，例如4*4，6*6，10*10等。

图9是根据本发明的实施例的形状为矩形且透明度为0的灰度单元的示意性视图；图10是根据本发明的实施例的形状为矩形且具有一定透明度的灰度单元的示意性视图。图9中取矩形形状的3*6个最小加工尺寸作为一个灰度单元31’，由于灰度单元31’中没有透明部分，因此灰度单元的透过率为0％，对应灰度值为0。灰度单元中所有像素点均不透光时，像素单元的透过率为0％，对应灰度值为0；灰度单元32’中，随机取18个最小加工尺寸中的6个最小加工尺寸使其透光，则灰度单元32’的透过率为33.3％，对应灰度值为85。灰度单元可以采取一整列或几整列最小加工尺寸(1*n,2*n,3*n,……)组成基本的矩形灰度单元进行灰度渐变加工。

过渡区域22a也可包括感光材料，过渡区域22a的透过率由感光材料的曝光度决定。

图6示意性地示出可用于图2所示屏下摄像装置的衍射抑制光学部件的第二实施例。图6中衍射抑制光学部件总体由20b表示，包括片状主体，该片状主体包括呈周期性布置的第一区域21’，围绕第一区域的大致呈条带形状的第二区域22’，以及过渡区域22a’，过渡区域22a’位于第二区域22’的边缘，过渡区域22a’从第二区域22’的边缘位置处沿所述边缘的法向朝向第一区域21’延伸，第一区域21’为透光区域，在本实施例中，第二区域22’为宽度在遮光带宽度范围内的透明的条带形状，过渡区域22a’从第二区域22’的边缘延伸，过渡区域22a’的透过率在其延伸方向上从不透光过渡为透光，即过渡区域的透过率在其延伸方向上变化，过渡区域22a’的起始点为第二区域22’的边缘。

图5和图6中所示的衍射抑制光学部件20a和20b的不同之处仅在于图6中的第二区域22’是透光的，而图5中的第二区域22是不透光的，图6中可清楚看到第二区域22’的边缘，而图5中，由于第二区域22是不透光的，因此第二区域22的边缘与过渡区域22a颜色融合在一起，其边缘可参照图6中的边缘。使用时，衍射抑制光学部件20b的第二区域22’与像素层11的周期性排列的的遮光带11b对应，过渡区域22a’从第二区域22’的边缘延伸，至少一部分延伸超过遮光带11b的边缘，在遮光带11b的边缘增加了灰度变化的过渡区域22a’使得遮光带11b的边缘不再为透过率突变的锐利边缘，从而破坏了像素层11中像素单元11a排列的周期性，实现衍射抑制效果。

图6中的第二区域22’内部可以是透光部分和不透光部分的任意组合，因为实际使用中第二区域22’被像素层11中的遮光带11b遮挡，因此第二区域22’透光或不透光都不影响衍射抑制光学部件对衍射的抑制效果。

本实施例中的衍射抑制光学部件20b的第一区域21’与过渡区域22’a的材质、结构及加工方法的选择与第一实施例中的衍射抑制光学部件20a的第一区域21与过渡区域22a完全相同，第二区域22’中的透光部分可采用与第一区域21相同的材质和结构，第二区域22’中的不透光部分可采用与第一实施例中的第二区域22或过渡区域22a中的不透光部分相同的材料和加工方法，这里不再详细描述。

接下来将结合图11至图14介绍根据本发明实施方式二的屏下摄像装置和其中应用的衍射抑制显示屏。

图11所示根据本发明实施方式二的屏下摄像装置1’与图2所示根据本发明实施方式一的屏下摄像装置1具有基本上相同的结构，不同之处在于，屏下摄像装置1’中采用了本身具有衍射抑制作用的衍射抑制显示屏100’。

图12示意性地示出可用于屏下摄像装置1’的衍射抑制显示屏100’a。如图12所示，衍射抑制显示屏100’a具有与显示屏10基本上相同的构造，包括结构相同的像素层11，不同之处在于，衍射抑制显示屏100’a中集成了衍射抑制光学部件20’。该衍射抑制光学部件20’具有以上结合图5或图6所介绍的衍射抑制光学部件20a和20b的结构，并且设置为使得其中的第二区域与显示屏像素层中的遮光带对应。衍射抑制光学部件20’可以独立地形成并被夹置在显示屏的多层结构之间，也可以与显示屏的其它部分一体地形成，例如在像素层一体地形成。如图12所示，优选，该衍射抑制光学部件20’仅设置在显示屏中的部分区域中。

图13示意性地示出可用于屏下摄像装置1’的衍射抑制显示屏300。该衍射抑制显示屏300的像素层11’包括周期性布置的像素单元和围绕着像素单元布置的遮光带，遮光带呈条带形状，其中在像素层的至少部分区域处，遮光带的邻接像素单元的边缘和像素单元之间具有过渡区域，过渡区域从遮光带的邻接像素单元的边缘沿边缘的法向朝向像素单元延伸，过渡区域的透光率在其延伸方向上变化。换句话说，衍射抑制显示屏300的像素层11’中的遮光带具有根据本发明实施例的衍射抑制光学部件中的过渡区域的构造。

图14示意性地示出用于图13中的衍射抑制显示屏的像素单元的结构。参照图14，像素层11’包括像素单元11’a和遮光带11’b，与图4相比较不同的是，像素单元11’a和遮光带11’b之间还包括过渡区域22”a，过渡区域22”a从遮光带11’b的边缘位置处沿所述边缘的法向朝向像素单元11’a延伸，过渡区域22”a的透过率在其延伸方向上从不透光过渡为透光。

使用时，由于在像素层的遮光带的边缘增加了灰度变化的过渡区域22”a使得像素层的遮光带结构不再为透过率突变的锐利边缘，从而破坏了像素层中像素单元排列的周期性，像素层自己即可实现衍射抑制效果。

图15是应用根据本发明的衍射抑制光学部件的一个具体示例的仿真数据图表。在该具体示例中，衍射抑制光学部件具有拟合connes函数的灰度连续渐变的过渡区域，过渡区域的宽度为25μm。应用上述衍射抑制光学部件的显示屏中的像素层具有如图4所示的构造，并且其中像素单元在彼此垂直的两个方向上的排列周期p1＝p2＝100μm，像素单元的透光区域在这两个方向上的宽度t1＝t2＝80μm，即遮光带的宽度为20um。基于该具体示例得到的衍射抑制仿真结果如图15所示。图15的上半部分示出了仿真数据，下半部分示出了对应于该仿真数据的图表，图表中横坐标表示衍射级次的位置，纵坐标表示衍射级次的振幅，实线表示调制前的振幅比例，点划线表示连续振幅调制后的振幅比例。从图中可见，本发明的衍射抑制光学部件对二级以上的衍射级次的抑制效果明显，因此整体上对星芒效应有所减弱。

本发明虽然以手机显示屏作为示例进行了描述，但本发明不限于此，可适用于所有包括显示屏及屏下摄像头的电子设备或摄像装置。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。