显示模组及其制作方法、以及显示装置 |
|||||||
申请号 | CN202410275287.2 | 申请日 | 2024-03-11 | 公开(公告)号 | CN117930520A | 公开(公告)日 | 2024-04-26 |
申请人 | 北京视延科技有限公司; | 发明人 | 洪涛; 彭宽军; 高健; 李小龙; 王铁石; 姜晶晶; 吴仲远; 董学; 于静; | ||||
摘要 | 本公开公开一种显示模组及其制作方法、以及显示装置,一实施方式的显示模组包括显示 基板 、以及依次层叠设置在显示基板出光侧的第一微透镜阵列、第二微透镜阵列和目镜,显示基板包括多个 像素 岛,每个像素岛包括至少两个子像素,第一微透镜阵列包括与子像素一一对应的第一微透镜;第二微透镜阵列包括:与至少一个像素岛对应的第二微透镜,子像素发出的光束经第一微透镜后穿过第二微透镜的中心,再经由目镜以不同 角 度的出射光束出射,本公开 实施例 的显示模组通过在显示基板出光侧设置第一和第二微透镜阵列,并配置子像素发出的光束穿过第二微透镜的中心再经目镜后以不同角度的出射光束出射,从而提高光场信息的再现程度,提高光场显示效果。 | ||||||
权利要求 | 1.一种显示模组,其特征在于,包括显示基板、以及依次层叠设置在所述显示基板出光侧的第一微透镜阵列、第二微透镜阵列和目镜, |
||||||
说明书全文 | 显示模组及其制作方法、以及显示装置技术领域[0001] 本公开涉及显示技术领域,特别是涉及一种显示模组及其制作方法、以及显示装置。 背景技术[0002] 现在近眼显示领域,用户在佩戴增强现实设备时(如微软的Hololens),所显示的3D物体是通过向用户的左右眼分别显示不同的图像,形成的立体视觉,由于基于双眼立体视觉的3D显示存在辐辏调节冲突的问题,使得用户长时间佩戴时会造成眼睛的疲劳和眩晕,这是立体显示中亟待解决的问题。光场显示为解决用户眼睛疲劳和眩晕提供了一个可行的方法,通过模拟自然3D物体的光场,实现自然的3D显示,降低了人眼的疲劳和眩晕。然而,现有的光场显示存在效果不佳、光效低,相邻像素的串扰等问题。 发明内容 [0003] 为了解决上述问题至少之一,本公开第一个方面提供一种显示模组,包括显示基板、以及依次层叠设置在显示基板出光侧的第一微透镜阵列、第二微透镜阵列和目镜,[0004] 显示基板包括多个像素岛,每个像素岛包括至少两个子像素, [0005] 第一微透镜阵列包括与子像素一一对应的第一微透镜; [0006] 第二微透镜阵列包括:与至少一个像素岛对应的第二微透镜, [0007] 其中,子像素发出的光束经第一微透镜后穿过第二微透镜的中心,再经由目镜以不同角度的出射光束出射。 [0008] 可选地,第二微透镜与像素岛一一对应设置,相邻第二微透镜的中心之间的距离pMLA2满足: [0009] [0010] [0011] 其中,P为相邻像素岛的中心之间的距离,g为第二微透镜阵列的放置高度,lMLA2为第二微透镜阵列与目镜间的距离,f为目镜焦距,lexp为显示模组的出瞳距,Dexp为显示模组的出瞳大小,FOV为显示模组的视场角,N为沿像素岛排列方向上像素岛的数量,其中N为大于等于2的整数。 [0012] 可选地,显示模组包括多个分光单元组,每个分光单元组包括K×K个像素岛和与K×K个像素岛对应的M×M个第二微透镜, [0013] 相邻第二微透镜的中心之间的距离pMLA2满足: [0014] [0015] [0016] 其中,P为相邻像素岛的中心之间的距离,g为第二微透镜阵列的放置高度,lMLA2为第二微透镜阵列与目镜间的距离,f为目镜焦距,lexp为显示模组的出瞳距,Dexp为显示模组的出瞳大小,分光单元组数量为m,每个分光单元组在一个方向上的像素岛数量为K且在一个方向上的第二微透镜数量为M,FOV为显示模组的视场角,其中m、N、K、M为大于等于2的整数,K≠M。 [0017] 可选地,当沿像素岛一排列方向上像素岛的数量为偶数时,每个像素岛中子像素对应的第一微透镜沿该方向的中心偏移量满足: [0018] [0019] 其中,h为第一微透镜阵列的放置高度,g为第二微透镜阵列的放置高度,P为相邻像素岛之间的距离,P0为相邻子像素中心之间的距离,PMLA2为第二微透镜阵列中相邻第二微透镜中心之间的距离,Sij为沿像素岛一排列方向上的第i个像素岛中的第j个子像素对应的第一微透镜相对于该子像素的中心轴线的中心偏移量,N为显示基板所述像素岛一排列方向的像素岛数量,N为大于等于2的整数,i=1,2,…,N/2, [0020] 或者 [0021] 当沿像素岛一排列方向上像素岛的数量为奇数时,每个像素岛中子像素对应的第一微透镜沿该方向的中心偏移量满足: [0022] [0023] 其中,h为第一微透镜阵列的放置高度,g为第二微透镜阵列的放置高度,P为相邻像素岛之间的距离,P0为相邻子像素中心之间的距离,PMLA2为第二微透镜阵列中相邻第二微透镜中心之间的距离,Sij为沿像素岛一排列方向上的第i个像素岛中的第j个子像素对应的第一微透镜相对于该子像素的中心轴线的中心偏移量,N为显示基板像素岛一排列方向的像素岛数量,N为大于等于2的整数,i=1,2,…,(N‑1)/2。 [0024] 可选地,以位于显示模组中心的第二微透镜的透镜中心为基准,其它第二微透镜的中心在原行列坐标基础上向任一方向错位,错位距离小于等于相邻子像素中心之间距离的一半, [0025] 其中,当第二微透镜与像素岛一一对应设置时,在原坐标情况下相邻第二微透镜的中心之间的距离pMLA2满足: [0026] [0027] [0028] 其中,P为相邻像素岛的中心之间的距离,g为第二微透镜阵列的放置高度,lMLA2为第二微透镜阵列与目镜间的距离,f为目镜焦距,lexp为显示模组的出瞳距,Dexp为显示模组的出瞳大小,FOV为显示模组的视场角,N为沿像素岛排列方向上像素岛的数量,其中N为大于等于2的整数; [0029] 其中,当显示模组包括多个分光单元组,每个分光单元组包括K×K个像素岛和与K×K个像素岛对应的M×M个第二微透镜时,在原坐标情况下相邻第二微透镜的中心之间的距离pMLA2满足: [0030] [0031] [0032] 其中,P为相邻像素岛的中心之间的距离,g为第二微透镜阵列的放置高度,lMLA2为第二微透镜阵列与目镜间的距离,f为目镜焦距,lexp为显示模组的出瞳距,Dexp为显示模组的出瞳大小,分光单元组数量为m,每个分光单元组在一个方向上的像素岛数量为K且在一个方向上的第二微透镜数量为M,FOV为显示模组的视场角,其中m、N、K、M为大于等于2的整数,K≠M。 [0033] 可选地,相邻第一微透镜之间的距离PMLA1满足: [0034] [0035] 其中,h为第一微透镜阵列的放置高度,g为第二微透镜阵列的放置高度,P0为相邻子像素中心之间的距离。 [0036] 可选地,像素岛包括第一像素岛、第二像素岛和第三像素岛,第一像素岛的子像素发射第一颜色光,第二像素岛的子像素发射第二颜色光,第三像素岛的子像素发射第三颜色光, [0037] 第一像素岛、第二像素岛和第三像素岛为品字形排列,或者,第一像素岛、第二像素岛和第三像素岛为矩形排列。 [0038] 可选地,像素岛包括第一像素岛、第二像素岛和第三像素岛,第一像素岛的子像素发射第一颜色光,第二像素岛的子像素发射第二颜色光,第三像素岛的子像素发射第三颜色光, [0039] 其中,显示模组还包括:设置在第二微透镜阵列与第一微透镜阵列之间的透镜彩膜,透镜彩膜包括与像素岛对应颜色的透镜彩膜单元,透镜彩膜单元在显示基板上的正投影覆盖对应的第二微透镜在所述显示基板上的正投影; [0040] 或者 [0041] 其中,显示模组还包括:设置在第二微透镜阵列与第一微透镜阵列之间的镀层,镀层包括透过颜色与对应像素岛颜色一致的镀层单元,镀层单元在显示基板上的正投影覆盖对应的第二微透镜在显示基板上的正投影。 [0042] 可选地,子像素的像素行和像素列的开口率为选自1/A、2/A、……、(A‑1)/A之一,A为大于等于2的整数。 [0043] 本公开第二个方面提供一种显示装置,包括上文所述的显示模组。 [0044] 本公开第三个方面提供一种制作上文所述的显示模组的方法,包括: [0045] 形成显示基板; [0046] 在显示基板的出光侧形成第一微透镜阵列和第二微透镜阵列, [0047] 在所述第二微透镜阵列出光侧形成目镜。 [0048] 可选地,在显示基板的出光侧依次形成第一微透镜阵列和第二微透镜阵列进一步包括: [0049] 在显示基板上形成第一微透镜阵列构成第一子基板; [0050] 在支撑基底上形成第二微透镜阵列并形成覆盖第二微透镜阵列的平坦化层以构成第二子基板,平坦化层的折射率低于第二微透镜阵列的折射率; [0051] 通过粘接层将第一子基板的第一微透镜阵列侧与第二子基板的支撑基底侧粘接,粘接层的折射率低于第一微透镜阵列的折射率。 [0052] 本公开的有益效果如下: [0053] 本公开针对目前现有的问题,制定一种显示模组及其制作方法、以及显示装置,并通过在显示基板出光侧设置第一和第二微透镜阵列,并配置子像素发出的光束穿过第二微透镜的中心再经目镜后以不同角度的出射光束出射,从而提高光场信息的再现程度,提高了裸眼3D的光场显示效果,具有广阔的应用前景。附图说明 [0054] 为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。 [0055] 图1示出人眼观察真实世界的成像原理示意图; [0056] 图2示出佩戴显示设备进行3D显示时发生辐辏冲突的原理图; [0057] 图3示出相关技术中使用一个微透镜阵列实现裸眼3D的示意图; [0058] 图4示出相关技术中使用2D成像面的多焦面光场显示的示意图; [0059] 图5示出根据本公开一实施例的显示模组的结构示意图; [0060] 图6示出根据本公开一实施例的显示模组中像素岛和第二微透镜阵列的排布方式; [0061] 图7示出根据本公开另一实施例的显示模组中像素岛和第二微透镜阵列的排布方式; [0062] 图8示出根据本公开一实施例的显示模组的成像光路图; [0063] 图9示出根据本公开另一实施例的第一微透镜阵列和第二微透镜阵列的位置关系图; [0064] 图10示出根据本公开另一实施例的第一微透镜阵列和第二微透镜阵列的位置关系图; [0065] 图11示出入眼光束的发散角和入眼光束宽度受显示模组影响的光路原理图; [0066] 图12示出入眼光束宽度与第二微透镜口径关系的仿真模拟关系图; [0067] 图13示出发散角与第二微透镜口径关系的仿真模拟关系图; [0068] 图14示出根据本公开一实施例的单个第二微透镜的坐标错位示意图; [0069] 图15示出根据本公开一实施例的第二微透镜阵列的坐标错位示意图;以及[0070] 图16至图19示出根据本公开一实施例的显示模组的制作方法的流程图。 具体实施方式[0071] 为了更清楚地说明本公开,下面结合优选实施例和附图对本公开做进一步的说明。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,不应以此限制本公开的保护范围。 [0072] 在人眼观察真实世界时,参照图1所示,人在感知深度时,具备调节和会聚功能,人眼需要不管地调节焦点形成合适的聚焦距离来观看清楚不同距离的物体,而同时通过会聚到合适的辐辏距离从而注视到单一物体而避免看到重影,人能够自动将聚焦距离和辐辏距离调整为一致。参照图2所示,基于双眼立体视觉的3D显示,在参照图2所示,3D图像始终显示在眼前固定距离的屏幕上,为了获得清晰的图像,眼球晶状体聚焦距离一直不变——调节固定,当看到不同距离的物体时,仍需要旋转眼球让视线汇聚到不同深度的物体上——会聚(辐辏距离)不断变化,所观看的虚拟物体的辐辏距离与聚焦距离发生冲突,从而长期佩戴显示设备导致眼睛疲劳和眩晕。 [0073] 相关技术中,为了模拟自然3D的光场,参照图3所示,一种方式是在显示模组的前方叠加一层微透镜阵列,通过在显示模组上渲染集成成像的显示图像再通过微透镜阵列对光束的控制形成3D显示图像,但目前这种成像方式出射光束角度和位置信息重复,入眼光场信息量小,分辨率受限,景深范围小,成像效果不佳;参照图4所示,另一种方式是通过多焦面显示实现,即通过多个显示屏,每个显示屏显示2D图像,通过多个平面的2D图像叠加产生3D效果,理论上在空间上形成的2D成像面越多,越能还原整个空间的光场信息,但受限于显示屏数量和透过率,目前显示效果也不佳。 [0074] 为了解决以上问题至少之一,参照图5所示,本公开的一个实施例提供了一种显示模组,包括显示基板10、以及依次层叠设置在显示基板10出光侧的第一微透镜阵列20、第二微透镜阵列30和目镜40, [0075] 显示基板10包括多个像素岛,每个像素岛包括至少两个子像素,[0076] 第一微透镜阵列20包括与子像素一一对应的第一微透镜201; [0077] 第二微透镜阵列30包括:与至少一个像素岛对应的第二微透镜301,[0078] 其中,子像素发出的光束经第一微透镜201后穿过第二微透镜301的中心,再经由目镜40以不同角度的出射光束出射。 [0079] 在本实施例中,通过在显示基板出光侧设置第一和第二微透镜阵列,并配置子像素发出的光束穿过第二微透镜的中心再经目镜后以不同角度的出射光束出射,从而提高光场信息的再现程度,提高了裸眼3D的光场显示效果。 [0080] 在一个具体的示例中,参照图5所示,显示模组包括依次层叠设置的显示基板10、第一微透镜阵列20、第二微透镜阵列30、以及目镜40。第一微透镜阵列20和第二微透镜30用于调制光束。 [0081] 显示基板10包括多个像素岛LD,每个像素岛包括至少两个子像素。具体地,每个像素岛中子像素发出的光束颜色相同。 [0082] 应注意,在本文中,当不需要区分时,将像素岛统称为像素岛LD,当需要区分时,通过在LD后增加子标号以区分不同种类的像素岛。 [0083] 具体到该示例,像素岛包括第一像素岛LD‑1、第二像素岛LD‑2和第三像素岛LD‑3。第一像素岛的子像素发射第一颜色光,第二子像素发射第二颜色光,第三子像素发射第三颜色光。例如第一颜色光为红光,第二颜色光为绿光,第三颜色光为蓝光,当然具体不作限定。通过设置单色像素岛,有利于提升显示模组的像素密度(Pixels Per Inch,PPI)。 [0084] 在本公开的实施例中,子像素为最小发光单元,发光单元可以为直接发射不同颜色光的有机发光二极管(Organic Light‑Emitting Diode,OLED)器件,也可以为经由发射红光或蓝光的元件经量子点激发而发射不同颜色光的量子点(Quantum Dots Organic Light‑Emitting Diode,QD‑OLED)器件,或者其它形式的发光器件。本申请对子像素的具体构成不作限定。另外需要说明的是,本文图中以三个颜色的像素岛进行说明,但本公开并不旨在限定为仅包括三个颜色的像素岛,显示基板也可以包括两种颜色的像素岛或者四种颜色的像素岛或者更多颜色的像素岛,具体结构根据需要选择。 [0085] 继续参照图5的示例,子像素设置在衬底基板101上,衬底基板101的材料可以为硅,子像素为硅基OLED。第一像素岛LD‑1包括发射第一颜色光的子像素1021,第二像素岛LD‑2包括发射第二颜色光的子像素1022,第三像素岛LD‑3包括发射第三颜色光的子像素1023。 [0086] 第一微透镜阵列20包括与子像素一一对应的第一微透镜201,第二微透镜阵列30包括与至少一个像素岛LD对应的第二微透镜301。第一微透镜201在显示基板10上的正投影覆盖与其对应的子像素;第二微透镜301与一个像素岛对应是指像素岛的数量与第二微透镜301的数量相等且第二微透镜301在显示基板10上的正投影落在与之对应的像素岛LD范围内,第二微透镜301与大于一个像素岛对应是指第二微透镜301在显示基板10上的正投影与对应的像素岛LD存在交叠区域。 [0087] 显示模组还包括设置在第二微透镜阵列30远离显示基板10一侧的目镜40。 [0088] 参照图5所示,子像素发出的光束经过第一微透镜201后光路被调制为穿过第二微透镜301的中心,再经过第二微透镜301后各个光束角度发生进一步改变,之后再穿过目镜40后形成了出射角度各不相同的出射光束。通过第一微透镜201、第二微透镜301和目镜40的相对关系设定,以第一微透镜201实现光束角度的定制,以第二微透镜实现发出光束的调控,使得再经过目镜40进入人眼的出射光束具有相互不同的空间角度,从大大提高了光场信息的呈现程度,提升了显示效果。 [0089] 考虑到子像素的开口率会影响第二微透镜301的中心偏移产生的效果,如果开口率过高可能造成中心偏移后进入人眼视网膜的光束光斑尺寸过大,相互叠加而不能分辨,开口过小会造成工艺上制作的难度,所以需要选择合适的子像素开口率。 [0090] 较为优选地,子像素的像素行和像素列的开口率为选自1/A、2/A、……、(A‑1)/A之一,A为大于等于2的整数。 [0091] 可选地,显示基板10包括彩膜层,彩膜层包括多个彩膜单元,每个彩膜单元包括与子像素一一对应的子单元。每个彩膜单元包括的子单元的颜色与对应子像素的颜色一致,用以提高色饱和度并滤除其它不同颜色的光束串扰。每个子单元在衬底基板101上的正投影覆盖相应的第一微透镜201在衬底基板101上的正投影。 [0092] 可选地,显示模组还包括:设置在第二微透镜阵列30与第一微透镜阵列20之间的透镜彩膜,透镜彩膜包括与像素岛对应颜色的透镜彩膜单元,透镜彩膜单元在显示基板上的正投影覆盖对应的第二微透镜在显示基板上的正投影,或者显示模组还包括:设置在第二微透镜阵列与第一微透镜阵列之间的镀层,镀层包括透过颜色与对应像素岛颜色一致的镀层单元,镀层单元在显示基板上的正投影覆盖对应的第二微透镜在显示基板上的正投影。 [0093] 在图5中,与第一像素岛LD‑1对应的透镜彩膜单元或者镀层单元标示为5021,与第二像素岛LD‑2对应的透镜彩膜单元或者镀层单元标示为5022,与第三像素岛LD‑3对应的透镜彩膜单元或者镀层单元标示为5023。 [0094] 通过该设置,利用透镜彩膜或者利用镀层,能够屏蔽相邻不同色像素岛的光束,降低串扰。 [0095] 继续本示例,参照图5所示,除以上结构外,显示模组还可以包括:用于支撑第二微透镜阵列30的支撑基底503,支撑基底503可以为玻璃基底。此外,显示模组还包括:覆盖第一微透镜阵列20远离显示基板10的表面的第一低折层504、以及覆盖第二微透镜阵列远离第一微透镜阵列20的表面的第二低折层505,第一低折层504的折射率小于第一微透镜阵列20的折射率,第二低折层505的折射率小于第二微透镜阵列的折射率。通过该设置,能够利用第一微透镜201与第一低折层504形成的界面调制光束的出射角度,并利用第二微透镜 301与第二低折层505形成的界面调制光束的出射角度。 [0096] 可选地,第一低折层504可以为粘接层,第二低折层505可以为平坦化层。当然,这并不是限制性的。 [0097] 继续参照图5所示,可选地,显示模组还包括设置在第二低折层505上的光学胶层506,设置在光学胶层506之上的盖板60,设置在盖板60上的增透膜(Anti‑Reflection,AR膜)70。 [0098] 为了进一步理解本申请实施例的显示模组的结构,下面参照光路原理图详细描述本公开显示模组设计和实现原理。 [0099] 需要说明的是,本实施例以显示模组应用于增强现实(VR)设备为例进行说明,但这并不旨在限定应用场景,其它实现光场显示的场景同样适用。 [0100] 还需要特别说明的是,以下微透镜位置关系的各表达式的设定前提为相邻微透镜的中心之间的距离为均一的。通过基于各结构的物理、光学和几何关系,实现了数学表达式的形式确定显示模组中庞大数量的第一微透镜、第二微透镜的位置参数,简化了设计。当然,非均一分布的微透镜的位置设定若能够实现以上出射光束出射角度各不相同的效果,也应属于本公开的保护之列,下文不再赘述。 [0101] 此外,参照图6和图7所示,显示基板中的像素岛LD既可以如图6所示为矩形排列,也可以如图7所示为品字形排列。当像素岛LD为矩形排列时,如图6中的白色箭头所示,像素岛LD的排列方向为行方向和列方向,如图7中标白色箭头所示,当像素岛LD为品字形排列时,像素岛LD的排列方向为行方向和斜线方向。同样为了便于描述,下文在描述像素岛排列方向时,以矩形排列作为说明。 [0102] 参照图8所示,在公开实施例的显示模组中,显示基板10中各个位置的子像素发出的光束经过第一微透镜阵列20、第二微透镜阵列30,再被目镜40会聚到出瞳内的光束的出光角度各不相同,其中,出瞳表示从目镜40射出的出射光束所形成的实像。若第二微透镜301与像素岛LD一一对应设置,为保证出光角度各不相同,则相邻第二微透镜的中心之间的距离pMLA2与相邻像素岛LD的中心之间的距离应满足: [0103] [0104] 其中,P为相邻像素岛的中心之间的距离,lMLA2为第二微透镜阵列与目镜间的距离,f为目镜焦距,lexp为所述显示模组的出瞳距,Dexp为所述显示模组的出瞳大小,FOV为显示模组的视场角。N为沿像素岛排列方向上像素岛的数量,其中N为大于等于2的整数。 [0105] 需要说明的是,若像素岛为沿行方向和列方向阵列排布,该表达式表示沿行方向和沿列方向均满足该关系。换句说话,若沿行方向的相邻第二微透镜,则N为沿行方向的像素岛的数量,若沿列方向的相邻第二微透镜,则N为沿列方向的像素岛的数量。以下为了便于描述,假定显示基板的像素岛数量为:N×N。 [0106] 此外,以上关系限定的相邻第二微透镜301的中心之间的距离为均一的情况下所满足的关系,当距离不均一时,存在一定的收缩关系,其基础距离和像素岛大小的收缩关系满足以上关系(1),在此基础上任意两个微透镜中心在同平面内任意方向上进行±E/N个子像素大小的错位,其中E为大于等于1且不等于N、不等于N整数倍的整数,优选1≤E<N。 [0107] 为了保证从第二微透镜阵列30发出的光束均能够被目镜40会聚到人眼瞳孔,第二微透镜301的放置高度g与相邻像素岛LD的中心之间的距离P应满足一定的关系。 [0108] 首先,目镜40的入瞳与出瞳构成物像关系,具体为: [0109] [0110] [0111] 其中,lexp表示目镜40到出瞳距,lenp表示目镜到入瞳距,f为目镜焦距,入瞳为目镜出射的光束所成的共轭像,Denp表示入瞳大小,Dexp表示出瞳大小。具体地,出瞳距表示目镜到出瞳之间的距离,入瞳距表示目镜到入瞳之间的距离。 [0112] 第二微透镜阵列30与显示基板10位置确定的视窗大小和目镜的入瞳大小相匹配,则有: [0113] [0114] 其中,lMLA2表示第二微透镜阵列30到目镜40之间的距离,g为第二微透镜阵列30的放置高度。参照图5所示,第二微透镜阵列30的放置高度g是显示基板10的出光表面,具体为彩膜层远离子像素的表面到第二微透镜阵列30中第二微透镜301的光心所在表面的距离,因为在显示模组中的第二微透镜301的厚度通常很小,因此拱高很小,其光心可以用第二微透镜301的弧形中心代替。 [0115] 通过将表达式(2)、(3)和(4)联立,得到第二微透镜301的放置高度g与显示基板10中相邻像素岛LD的中心之间的距离P之间的关系: [0116] [0117] 通过同时满足表达式(1)和表达式(5),在保证从第二微透镜阵列30发出的光束都能够被目镜40会聚到人眼瞳孔的情况,会聚到人眼瞳孔的出射光束的出光角度各不相同。 [0118] 继续根据图8所示,基于第一微透镜201、第二微透镜301和目镜40之间的物理成像原理,可以确定: [0119] [0120] 表达式(6)由目镜40中心、最外围第二微透镜301的中心为顶点构成的三角形关系确定,其中,以相邻像素岛LD的中心之间的距离P与N之间的乘积得到的显示基板10的尺寸等效三角形底边。 [0121] 此外,光束穿过目镜40后得到的目镜后虚像距离lv‑lexp通过每个第二微透镜301对应的子像素所发出的光束应覆盖的角度FOV/N来确定: [0122] [0123] 其中lv表示从出瞳到虚像之间的距离。 [0124] 另外,目镜40的焦距满足关系: [0125] [0126] 可选地,若将第二微透镜阵列30放置在目镜40的焦点处,则目镜40的焦距满足关系: [0127] [0128] 表达式(6)、(7)和(8‑1)或者表达式(6)、(7)和(8‑2)用于确定选定目镜40的参数和成像参数。当然,在一些情况下,目镜40的规格是根据产品要求而给定的已知参数,则在已知目镜40的参数情况下,根据表达式(6)、(7)和(8‑1)或者表达式(6)、(7)和(8‑2)来确定其中的其它未知参数,例如,相邻像素岛LD的中心之间的距离P。 [0129] 需要指出的是,本公开的实施例,因为每个子像素发出的是不同方向的细光束,且经由第一微透镜阵列20、第二微透镜阵列30一直到目镜40出射的光束均为不同方向的细光束,从而到达人眼瞳孔时并不充满整个瞳孔,只占据人眼瞳孔的一部分区域,相比于目前的近眼光场显示的目镜,能够简化目镜结构,减少目镜镜片数量。 [0130] 进一步地,为了提高光效,子像素发出的光束通过第一微透镜201后射向第二微透镜301,因此第一微透镜201的位置需要满足设定关系。 [0131] 参照图9所示,当沿像素岛一排列方向的数量为偶数时,则该方向上的像素岛LD相对于这列子像素的中心轴线AA'对称排布,从而该方向上的第一微透镜201相对于这列子像素的中心轴线AA'也对称排布。像素岛LD的排列方向例如可以为行方向和列方向。如图9所示,中心轴线AA'的偏移量为0,假定位于中心轴线AA'上方的中心偏移量表示为正值,位于中心轴线AA'下方的中心偏移量表示为负值。 [0132] 则,每个像素岛LD中子像素对应的第一微透镜沿该方向的中心偏移量满足: [0133] [0134] 其中,h为第一微透镜阵列20的放置高度,g为第二微透镜阵列30的放置高度,P为相邻像素岛之间的距离,P0为相邻子像素中心之间的距离,PMLA2为第二微透镜阵列30中相邻第二微透镜中心之间的距离,Sij为沿像素岛一排列方向上的第i个像素岛中的第j个子像素对应的第一微透镜相对于该排列方向的子像素中心轴线的中心偏移量,N为显示基板所述一方向的像素岛数量,N为大于等于2的整数,i=1,2,…,N/2。 [0135] 参照图10所示,当沿像素岛一排列方向的数量为奇数时,则该方向上的中间的像素岛作为第0像素岛LD‑0相对于这列子像素的中心轴线AA'对称,其它像素岛相对于这列子像素的中心轴线AA'对称排布,从而该方向上的第一微透镜201根据像素岛LD的排布方式相对于这列子像素的中心轴线AA'对称排布。同样地,像素岛LD的排列方向例如可以为行方向和列方向。如图10所示,中心轴线AA'的偏移量为0,假定位于中心轴线AA'上方的中心偏移量表示为正值,位于中心轴线AA'下方的中心偏移量表示为负值。 [0136] 每个像素岛LD中子像素对应的第一微透镜沿该方向的中心偏移量满足: [0137] [0138] 其中,h为第一微透镜阵列20到显示基板的放置高度,g为第二微透镜阵列30的放置高度,P为相邻像素岛之间的距离,P0为相邻子像素中心之间的距离,PMLA2为第二微透镜阵列30中相邻第二微透镜中心之间的距离,Sij为沿像素岛一排列方向上的第i个像素岛中的第j个子像素对应的第一微透镜相对于该排列方向的子像素中心轴线的中心偏移量,N为显示基板所述一方向的像素岛数量,N为大于等于2的整数,i=1,2,…,(N‑1)/2。 [0139] 参照图5所示,第一微透镜阵列20的放置高度h是显示基板10的出光表面,具体为彩膜层远离子像素的表面到第一微透镜阵列20中第一微透镜201的光心所在表面的距离,因为在显示模组中的第一微透镜201的厚度通常很小,因此拱高很小,其光心可以用第一微透镜201的弧形中心代替。 [0140] 相应地,在第一微透镜201的位置基础上,相邻第一微透镜201的中心之间的距离应满足: [0141] [0143] 图11示出评价子像素发光尺寸与光束宽度的光路原理图,其中考虑第一微透镜20在于提高提高光束朝向第二微透镜301的光效,在评价光束质量与物理参数之间的关系时,忽略第一微透镜201。 [0144] 需要说明的是,图中仅旨在体现第二微透镜301对子像素出射的具有某一宽度的光束到入眼光束宽度的影响,其中FOV/(N*L)表示入眼光束到虚拟物点的发散角,L表示像素岛中子像素的数量。 [0145] 从几何光学角度,考虑子像素发出的光束最终经由目镜40后的入眼光束宽度,即入眼光束宽度Dp满足: [0146] [0147] 其中,DMLA2为第二微透镜的口径。 [0148] 若考虑第二微透镜301的衍射效应的影响,子像素发出的光束最终经由目镜40后的入眼光束宽度,即入眼光束宽度Dp满足: [0149] [0150] 其中,λ为子像素发出的光束波长。 [0151] 在本公开的实施例中,通过确定入眼光束宽度Dp的关系式(13),从而能够利用关系式(13)估算出入眼光束宽度。 [0152] 基于图11所示光路原理图和表达式(13)能够得到图12所示的入眼光束宽度与子像素尺寸和第二微透镜口径之间的关系,从而进一步基于光束宽度选取优化的第二微透镜口径。 [0153] 示例性地,图中选取子像素开口为1.6μm和子像素开口为0.5μm的显示基板来确定第二微透镜口径。需要说明的是,子像素开口的具体值可以根据实际产品中显示基板的实际尺寸而定,在此不作限定。 [0154] 参照图12所示,此处基于关系式(13)得到9组第二微透镜口径和入眼光束宽度的数值,如图12所示,随第二微透镜口径的增大,入眼光束宽度有所增加。 [0155] 进一步地,对应于这9组数据,存在图13所示的光束发散角与第二微透镜口径的关系。 [0156] 参照图13所示,根据光束经过微透镜的衍射规律,在没有子像素开口限制的情况下,衍射发散角随第二微透镜口径的增大而减小;几何发散角的整体规律同样是随第二微透镜口径的增大而减小;受微透镜衍射效应影响,发散角较几何发散角增大;子像素开口为0.5μm发出的光束的发散角小于子像素开口为1.6μm的光束的发散角。 [0157] 结合图12和图13可见,入眼光束宽度与发散角之间相对于第二微透镜口径的变化趋势是一对相互矛盾的参数,在设计中需要基于光路系统的具体响应效果选择合适的参数以便折中处理。 [0158] 具体地,为了确定第二微透镜口径,通过仿真模拟确定不同的第二微透镜口径的光路系统对发散角和入眼光宽度的响应,可以得到子像素开口为0.5μm和子像素开口为1.6μm的光路系统在不同口径下的响应结果,具体见下表一和二。 [0159] 表一子像素尺寸为1.6的光路系统的响应结果 [0160] [0161] 表二子像素尺寸为0.5的光路系统的响应结果 [0162] [0163] 发散光RMS半径/发散光艾里斑半径可以作为光路系统的光学性能指标,当该比值小于等于1时,表示具有良好的光学性能,说明在细光束光路系统的光学性能良好。而发散光艾里斑半径/平行光艾里斑半径表示具有发散角的光束与准直平行光束的光路的差异,该比值与1越接近,则表示发散角对人眼光路系统的影响越小,接近准直平行光束。 [0164] 基于此由表一和表二可以判断,不论当子像素尺寸为0.5μm还是1.6μm,第二微透镜口径大于700μm时,其光束发散的影响可以忽略;结合图13可见,同等情况下,降低子像素尺寸可以减小发散角,同时降低子像素尺寸能够获得更好的光学性能。 [0165] 至此可以综合确定第二微透镜301的口径,而子像素尺寸可以选定或者给定的。假定第二微透镜阵列30放置在目镜40的焦点处,则可以基于已知的目镜40的规格代入将已经确定的第二微透镜301的口径和子像素尺寸代入表达式(8‑2)得到相邻像素岛LD中心之间的距离P,并进而代入表达式(6)得到第二微透镜阵列30到目镜40之间的距离lMLA2,进而代入表达式(1)和表达式(5)求得相邻第二微透镜301的中心之间的距离pMLA2以及第二微透镜301的放置高度g与相邻像素岛LD的中心之间的距离的比值,并得到第二微透镜301的放置高度g;接下来将确定的值代入表达式(9)和(11)或者表达式(10)和(11)确定第一微透镜 201的参数。 [0166] 较为优选地,可以选定目镜40的视场角FOV为大于等于30°,像素岛LD的尺寸为大于等于5μm。出瞳距为大于等于12μm,出瞳大小Dexp为大于等于4mm。 [0167] 通过以上设置,确定了第一微透镜阵列20、第二微透镜阵列30和目镜40之间的位置关系和参数、以及与显示基板中的像素岛LD和子像素之间的位置关系,使得显示模组中发出的光束穿过第二微透镜的中心再经目镜后以不同角度的出射光束出射,从而提高光场信息的再现程度,提高了裸眼3D的光场显示效果。 [0168] 考虑到自目镜40的出射光束以各不相同的角度出射后,虽然大大提高了光场信息的再现程度,但不能够完全保证出射光束在空间上的位置各不相同,进一步优选地,对以上确定的第二微透镜301的中心进行错位。 [0169] 具体地,参照图14和图15所示,以位于显示模组中的第二微透镜的透镜中心为基准,其它第二微透镜的中心在原行列坐标基础上向任一方向错位,错位距离小于等于相邻子像素中心之间距离的一半。 [0170] 第二微透镜301的中心的原行列坐标指的是,基于上述过程确定的第二微透镜301的口径以及相邻第二微透镜的中心之间的距离而得到的第二微透镜301的中心坐标。具体地,相邻第二微透镜301的中心之间的距离应满足上述表达式(1)和表达式(5)。 [0171] 具体地,参照图14所示,若原行列坐标为(X0,Y0),错位后得到的中心坐标为(XMN,YMN)。则,错位距离满足: [0172] [0173] 图14中,假定X0=0,Y0=0,表示每个第二微透镜301基于其原坐标为圆心确定的坐标系进行平移,但并不限于此,可以基于显示模组的第二位透镜阵列30中位于显示模组中心的第二微透镜301的中心为原点建立坐标系,并以该一个坐标系为基准,依照表达式(14)中的关系确定错位平移后相应第二微透镜301的中心坐标。 [0174] 需要说明的的是,通过以上设置方式,只要第二微透镜301中除位于显示模组中心的第二微透镜外的其它微透镜的错位距离满足表达式(14)的要求,即使各个第二微透镜301的错位方向存在相同方向,如图15所示的错位方向,均能够满足最终出射光束在空间上的位置和角度均不相同的效果。因为每一个子像素发出的光束均被赋予了一个光场信息,其发出的光束最终在空间上的位置和角度各不相同时,空间位置和角度互不相同的光束实现了对光场信息的最大程度再现,且实现了子像素发出的光束在人眼瞳孔处的均匀分布,有效提升了光场显示效果。 [0175] 在另一可选的实施例中,第二微透镜并不必与像素岛一一对应设置。 [0176] 具体地,也可以由K个像素岛对应M个第二微透镜,K≠M。一般来说,M≤K。即,显示模组可以基于像素岛与第二微透镜的对应关系被分为多个分光单元组,每个分光单元组包括K×K个像素岛和与K×K个像素岛对应的M×M个第二微透镜, [0177] 则,相对于表达式(1),分组后,相邻第二微透镜的中心之间的距离存在收缩关系,相邻第二微透镜的中心之间的距离pMLA2满足: [0178] [0179] 其中在厚度方向上的关系不变,即,t仍满足表达式(5),具体为: [0180] [0181] 其中,P为相邻像素岛的中心之间的距离,g为第二微透镜阵列30的放置高度,lMLA2为第二微透镜阵列30与目镜40间的距离,f为目镜焦距,lexp为所述显示模组的出瞳距,Dexp为所述显示模组的出瞳大小,分光单元组数量为m,每个分光单元组在一个方向上的像素岛数量为K且在所述一个方向上的第二微透镜数量为M,FOV为显示模组的视场角,其中m、N、K、M为大于等于2的整数。 [0182] 当然,以上关系限定的相邻第二微透镜301的中心之间的距离为均一的情况下所满足的关系,当距离不均一时,存在一定的收缩关系,其基础距离和像素岛大小的收缩关系满足以上关系(15),在此基础上任意两个微透镜中心在同平面内任意方向上进行±E/N个子像素大小的错位,其中E为大于等于1且不等于N、不等于N整数倍的整数,优选1≤E<N。 [0183] 在此基础上,若希望实现目镜40出射的出射光束在空间位置与角度方向上均不相同,则第二微透镜中心也需要以位于显示模组中的第二微透镜的透镜中心为基准,其它第二微透镜的中心在原行列坐标基础上向任一方向错位,错位距离小于等于相邻子像素中心之间距离的一半。 [0184] 具体地,若原行列坐标为(X0,Y0),错位后得到的中心坐标为(XMN,YMN)。则,错位距离满足: [0185] [0186] 第二微透镜301的中心的原行列坐标指的是,基于上述过程确定的第二微透镜301的口径以及相邻第二微透镜的中心之间的距离而得到的第二微透镜301的中心坐标。具体地,相邻第二微透镜301的中心之间的距离应满足上述表达式(15)和表达式(5)。 [0187] 需要说明的是,当设置分光单元组时,其它结构的参数设置方式与以上实施例不变,即仍然按照上文实施例描述的其它表达式的要求确定第一微透镜阵列20和目镜40,第一微透镜阵列20、第二微透镜阵列30和目镜40的相对位置关系,在此不再赘述。 [0188] 相应于显示模组,本公开实施例还提供了一种制作上文所述的显示模组的方法,包括: [0189] 步骤S1、形成显示基板; [0190] 步骤S2、在显示基板的出光侧形成第一微透镜阵列和第二微透镜阵列,[0191] 步骤S3、在所述第二微透镜阵列出光侧形成目镜。 [0192] 通过在显示基板的出光侧一次形成上文所述的第一微透镜阵列、第二微透镜阵列和目镜,能够利用简单的结构提高射入人眼的光束的光场信息,提高光场显示效果。 [0193] 下面参照图16至图19示例性示出步骤S2的制作流程。 [0194] 在步骤S201中,参照图16所示,在显示基板10上形成第一微透镜阵列20构成第一子基板。 [0195] 具体地,可以在一块Wafer上制作多个显示基板10,相邻显示基板10之间留有待切割的切割区域。第一微透镜阵列20可以通过压印工艺或者热回流工艺制作等工艺制作。 [0196] 在每个显示基板10的出光侧制作与之对应的第一微透镜阵列20。第一子基板还包括围绕第一微透镜阵列20的围坝,以预留切割边缘。 [0197] 在步骤S202中,参照图17所示,在支撑基底503上形成第二微透镜阵列30,参照图18所示,在第二微透镜阵列30上形成覆盖第二微透镜阵列30的平坦化层以构成第二子基板,平坦化层的折射率低于第二微透镜阵列30的折射率。 [0198] 与第一子基板的制作过程同理地,可以在一块支撑基底上制作多个第二子基板,相邻第二子基板之间留有待切割的切割区域。因为第二微透镜301的尺寸相对比较大,第二微透镜阵列30可以通过压印工艺制作。同样,第二子基板还包括围绕第二微透镜阵列30的围坝,以预留切割边缘。 [0199] 在步骤S2中,参照图19所示,通过粘接层504将第一子基板的第一微透镜阵列侧与第二子基板的支撑基底503侧粘接,粘接层504的折射率低于第一微透镜阵列20的折射率。 [0200] 具体地,可以采用对位贴合工艺将第一子基板和第二子基板进行对位贴合,贴合精度例如可以控制在0.2μm。之后进行切合工艺从而得到图19所示的结构。 [0201] 接下来,可以继续通过贴合工艺利用光学胶506形成盖板60。盖板60的贴合精度可以大一些,例如50μm。之后继续在盖板60上形成AR膜70,当然之后与目镜40组装形成显示模组。 [0202] 基于上述显示模组,本申请的一个实施例还提供一种显示装置,包括上述显示模组,并且所述显示装置为液晶显示装置、电致发光二极管显示装置或2类型的显示装置。所述显示装置可以为可穿戴设备、或者具有真光场显示功能的手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框或导航仪等任何具有显示功能的产品或部件,本实施例对此不做限定。 [0203] 通过提供包括上述显示模组的显示装置,能够提高光场信息的再现程度,提高了裸眼3D的光场显示效果。 [0204] 本公开针对目前现有的问题,制定一种显示模组及其制作方法、以及显示装置,并通过在显示基板出光侧设置第一和第二微透镜阵列,并配置子像素发出的光束穿过第二微透镜的中心再经目镜后以不同角度的出射光束出射,从而提高光场信息的再现程度,提高了裸眼3D的光场显示效果,具有广阔的应用前景。 [0205] 显然,本公开的上述实施例仅仅是为清楚地说明本公开所作的举例,而并非是对本公开的实施方式的限定,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,凡是属于本公开的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本公开的保护范围之列。 |