一种显示装置及其制造方法、光学系统与流程

本申请涉及显示，更具体地，涉及一种显示装置及其制造方法、光学系统。

背景技术：

1、随着3d显示技术的发展，其在汽车领域的应用也越来越广泛，例如3d显示仪表盘已成为车载显示的一种趋势。现阶段实现3d显示仪表盘显示的技术手段主要有三种：基于视差屏障技术和柱状透镜技术的几何光学和基于指向性背光衍射光场技术的衍射光学。

2、这些技术中，基于视差屏障技术和柱状透镜技术的几何光学的3d显示技术主要存在视点不连续的问题，例如相邻视点存在间隔暗区、视场角小等问题，在使用过程中易出现3d显示的图像显示效果差、人眼活动范围小且易于疲劳的现象。基于指向性背光衍射光场技术的衍射光学的3d显示技术采用像素型光栅调制光线，其只能实现点状视点；而且对于大视场3d显示装置则存在体积大、彩虹效应(自然光照射在衍射元件处发生散射现象)明显的问题。

技术实现思路

1、本申请提供了一种可至少部分解决相关技术中存在的上述问题的显示装置及其制造方法、光学系统。

2、本申请一方面提供一种显示装置，包括光源、导光板、衍射光学元件以及显示面板。其中，导光板配置为传播光源发出的光束并使光束以第一光束出射；衍射光学元件位于第一光束的传播路径上，其配置为将第一光束衍射为第二光束；显示面板位于第二光束的传播路径上，其配置为基于图像信息调制第二光束

3、在一些实施方式中，光源位于导光板的侧部；导光板包括：第一面、第二面和第三面。其中，第一面接收光源发出的光束，朝向光源；第二面发出第一光束；第三面面对第二面。其中，衍射光学元件设置在第二面上以使第一光束自第二面入射至衍射光学元件中。

4、在一些实施方式中，第一面与第二面之间的角度的范围为大于等于1°且小于90°。

5、在一些实施方式中，第一面上设置有衍射元件，衍射元件的至少一个衍射级次的衍射角大于导光板的全反射角度。

6、在一些实施方式中，衍射光学元件包括多个像素型纳米结构，每个像素型纳米结构与显示面板的单个像素尺寸相等且位置一一对应。

7、在一些实施方式中，衍射光学元件中的不同位置处的像素型纳米结构具有不同的周期和/或结构形貌。

8、在一些实施方式中，像素型纳米结构的周期的范围为大于350nm，且小于等于529nm；像素型纳米结构的入射角的范围为大于等于42°，且小于90°。

9、在一些实施方式中，每个像素型纳米结构的微结构为紧密排列的台阶状。

10、在一些实施方式中，每个像素型纳米结构的微结构的台阶数大于等于8。

11、在一些实施方式中，像素型纳米结构的像素尺寸大于10倍的第一光束的波长。

12、在一些实施方式中，显示面板是透射型显示屏。

13、本申请另一方面提供一种显示装置的制造方法，包括以下步骤：将导光板设置在光源发出的光束的传播路径上，导光板被配置为传播光源发出的光束并使光束以第一光束出射；获取衍射光学元件，并将衍射光学元件设置在第一光束的传播路径上，衍射光学元件被配置为将第一光束衍射为第二光束；以及将显示面板设置在第二光束的传播路径上，显示面板被配置为基于图像信息调制第二光束。

14、在一些实施方式中，获取衍射光学元件包括以下步骤：定义视点目标光场相位；根据视点目标光场相位，采用基于傅里叶迭代算法的位相恢复算法获得衍射光学元件的目标相位数据；量化目标相位数据；以及根据目标相位数据制作获得衍射光学元件。

15、在一些实施方式中，定义视点目标光场相位，包括：基于目标光场的归一化振幅和衍射光学元件的随机相位定义视点目标光场相位。

16、在一些实施方式中，衍射光学元件包括多个像素型纳米结构；其中，将显示面板设置在第二光束的传播路径上，包括：将显示面板的单个像素与每个像素型纳米结构的位置一一对应地设置。

17、在一些实施方式中，像素型纳米结构的周期的范围为大于350nm，且小于等于529nm；像素型纳米结构的入射角的范围为大于等于42°，且小于90°。

18、在一些实施方式中，每个像素型纳米结构的微结构为紧密排列的台阶状。

19、在一些实施方式中，每个像素型纳米结构的微结构的台阶数大于等于8。

20、在一些实施方式中，像素型纳米结构的像素尺寸大于10倍的第一光束的波长。

21、在一些实施方式中，将导光板设置在光源发出的光束的传播路径上，包括：将光源设置在导光板的侧部，所述光源发出的光束以平行于所述导光板的方向入射至所述导光板并在所述导光板的波导内发生全反射。

22、在一些实施方式中，将导光板的光入射面设置为楔形结构，以使入射至导光板的光线在导光板的波导内发生全反射。

23、在一些实施方式中，在导光板的光入射面上设置衍射元件，衍射元件的至少一个衍射级次的衍射角大于导光板的全反射角度，以使入射至导光板的光线在导光板的波导内发生全反射。

24、本申请另一方面提供一种光学系统，包括：如上所述的显示装置；以及成像面，成像面配置为接收并呈现第二光束中携带的图像。

25、在一些实施方式中，成像面的像素pix_m、成像面的像素数n以及成像面与衍射光学元件之间的距离z，三者之间满足如下公式：pix_m≤z/(10×n)。

26、本申请至少一个实施方式提供的显示装置中，衍射光学元件设置在导光板与显示面板之间，显示面板能够将衍射光学元件与自然光隔离，使两者无法直接接触，从而可避免衍射光学元件直接暴露在自然光中，导致不同波长的光线在衍射光学元件处发生散射现象，进而避免了显示装置的彩虹效应。此外，衍射光学元件可使光束经过其后在显示区域形成不同形状视点的信息，实现大视场3d显示。。

技术特征：

1.一种显示装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述光源位于所述导光板的侧部；

3.根据权利要求2所述的显示装置，其特征在于，所述第一面与所述第二面之间的角度的范围为大于等于1°且小于90°。

4.根据权利要求2所述的显示装置，其特征在于，所述第一面上设置有衍射元件，所述衍射元件的至少一个衍射级次的衍射角大于所述导光板的全反射角度。

5.根据权利要求1至4任一所述的显示装置，其特征在于，所述衍射光学元件包括多个像素型纳米结构，每个所述像素型纳米结构与所述显示面板的单个像素尺寸相等且位置一一对应。

6.根据权利要求5所述的显示装置，其特征在于，所述衍射光学元件中的不同位置处的所述像素型纳米结构具有不同的周期和/或结构形貌。

7.根据权利要求6所述的显示装置，其特征在于，所述像素型纳米结构的周期的范围为大于350nm，且小于等于529nm；

8.根据权利要求5所述的显示装置，其特征在于，每个所述像素型纳米结构的微结构为紧密排列的台阶状。

9.一种显示装置的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.一种光学系统，其特征在于，包括：

技术总结
本申请提供一种显示装置及其制造方法、光学系统，显示装置包括光源、导光板、衍射光学元件以及显示面板。其中，导光板配置为传播光源发出的光束并使光束以第一光束出射；衍射光学元件位于第一光束的传播路径上，配置为将第一光束衍射为第二光束；显示面板位于第二光束的传播路径上，配置为基于图像信息调制第二光束。本申请的衍射光学元件设置在导光板与显示面板之间，显示面板将衍射光学元件与自然光隔离，从而避免衍射光学元件直接暴露在自然光中，导致不同波长的光线在衍射光学元件处发生散射现象，进而避免了显示装置的彩虹效应。此外，衍射光学元件相比于衍射光栅可使光束经过其后在显示区域形成不同形状视点的信息，实现大视场3D显示。

技术研发人员：丁闪闪,谢前森,吴尚亮,柴诚哲,陈俊逸
受保护的技术使用者：宁波舜宇车载光学技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13