CN105842908B - 一种虚拟曲面显示面板及显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种虚拟曲面显示面板及显示装置，利用微纳米光栅结构的分光原理，将各微纳米光栅结构的成像高度设计成相对于显示面竖直的中心对称轴呈对称分布，且位于中心对称轴同一侧的各微纳米光栅结构中与中心对称轴距离相等的各微纳米光栅结构的成像高度相同，与中心对称轴距离不等的各微纳米光栅结构的成像高度互不相等，通过调整各微纳米光栅结构的成像高度从而使平面显示面板中各像素单元所成像的像距不同，调整为成像形成的图像在空间呈一曲面，实现了在平面显示上显示虚拟曲面的画面效果，增强了观看的视觉冲击效果。

Description

一种虚拟曲面显示面板及显示装置
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种虚拟曲面显示面板及显示装置。
背景技术
曲面显示屏更能满足人们的视觉感受，使用曲面显示，可以让用户的视觉体验更加舒适，画面临场感更逼真，可带来较佳的沉浸式效果。
现有技术为了实现曲面显示，通常通过对平面显示面板进行物理机械弯曲而形成曲面显示面板，但这种实现曲面显示的方式由于边缘场的变形，会造成显示面板的漏光以及色彩显示异常等问题。
另外，现有技术为了实现曲面显示，显示面板内部的诸多模组都得有柔性的设计，这样产品的良率较低，相应的产品的成本较高。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种虚拟曲面显示面板及显示装置，用以在平面显示上显示出虚拟曲面的画面效果。
因此，本发明实施例提供了一种虚拟曲面显示面板，包括：具有呈矩阵排布的多个像素单元的平面显示面板，以及用于使各所述像素单元的成像形成的图像在空间呈一曲面的微纳米光栅结构阵列；其中，
所述微纳米光栅结构阵列包括呈阵列排布的多个微纳米光栅结构；各所述微纳米光栅结构的成像高度以相对于所述显示面竖直的中心对称轴呈对称分布，且位于所述中心对称轴同一侧的各所述微纳米光栅结构中与所述中心对称轴距离相等的各所述微纳米光栅结构的成像高度相同，与所述中心对称轴距离不等的各所述微纳米光栅结构的成像高度互不相等。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述虚拟曲面显示面板中，各所述微纳米光栅结构的成像高度随着所述微纳米光栅结构与所述中心对称轴距离的增大而依次递增。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述虚拟曲面显示面板中，各所述微纳米光栅结构的成像高度随着光栅周期的增大而增大。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述虚拟曲面显示面板中，所述平面显示面板中的一个子像素单元与所述微纳米光栅结构阵列中的一个微纳米光栅结构分别一一对应；或，所述平面显示面板中的一个像素单元与所述微纳米光栅结构阵列中的一个微纳米光栅结构分别一一对应。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述虚拟曲面显示面板中，各所述微纳米光栅结构包括：紧密排列的存在不同高度的多个光栅台阶。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述虚拟曲面显示面板中，一个所述微纳米光栅结构包含的所述光栅台阶的数量为3-100。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述虚拟曲面显示面板中，所述微纳米光栅结构中对应于不同子像素单元的各光栅台阶之间的位相差为π7/6-π3/2。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述虚拟曲面显示面板中，所述光栅台阶高度范围在0-10μm。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述虚拟曲面显示面板中，在各所述微纳米光栅结构中，每高度最邻近的两个所述光栅台阶之间的高度差范围在10nm-10μm。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述虚拟曲面显示面板中，所述平面显示面板为液晶显示面板、电致发光显示面板、等离子显示面板或电子纸中的任意一种。
另一方面，本发明实施例还提供了一种显示装置，包括本发明实施例提供的上述虚拟曲面显示面板。
本发明实施例的有益效果包括：
本发明实施例提供的一种虚拟曲面显示面板及显示装置，利用微纳米光栅结构的分光原理，将各微纳米光栅结构的成像高度设计成相对于显示面竖直的中心对称轴呈对称分布，且位于中心对称轴同一侧的各微纳米光栅结构中与中心对称轴距离相等的各微纳米光栅结构的成像高度相同，与中心对称轴距离不等的各微纳米光栅结构的成像高度互不相等，通过调整各微纳米光栅结构的成像高度从而使平面显示面板中各像素单元所成像的像距不同，调整为成像形成的图像在空间呈一曲面，实现了在平面显示上显示虚拟曲面的画面效果，增强了观看的视觉冲击效果。
附图说明
图1为本发明实施例提供的虚拟曲面显示面板的结构示意图；
图2为微纳米光栅结构各级衍射的原理示意图；
图3为本发明实施例提供的虚拟曲面显示面板中采用三阶光栅的原理示意图；
图4a至图4d分别为本发明实施例提供的虚拟曲面显示面板在应用于液晶显示面板时的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的虚拟曲面显示面板在应用于电致发光显示面板时的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明实施例提供的虚拟曲面显示面板及显示装置的具体实施方式进行详细地说明。
附图中各部件的形状和大小不反映虚拟曲面显示面板的真实比例，目的只是示意说明本发明内容。
本发明实施例提供了一种虚拟曲面显示面板，如图1所示，包括：具有呈矩阵排布的多个像素单元的平面显示面板100，以及用于使各像素单元的成像形成的图像在空间呈一曲面的微纳米光栅结构阵列200；其中，
微纳米光栅结构阵列200包括呈阵列排布的多个微纳米光栅结构210；各微纳米光栅结构210的成像高度以相对于显示面竖直的中心对称轴呈对称分布，且位于中心对称轴同一侧的各微纳米光栅结构210中与中心对称轴距离相等的各微纳米光栅结构210的成像高度相同，与中心对称轴距离不等的各微纳米光栅结构210的成像高度互不相等。其中，中心对称轴指的是在显示面上的竖直方向的轴线，该中心对称轴一般会将显示面分为左右对称的两个区域，例如在图1中成像高度为Z4的微纳米光栅结构210所在位置为中心对称轴的位置。成像高度指的是：当一束平面波入射到一周期性的光栅结构时，该光栅结构的成像会在固定的距离周期性的出现，这个距离称为成像高度。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述虚拟曲面显示面板中并不限定微纳米光栅结构阵列200的设置位置。具体地，微纳米光栅结构阵列200可以设置于平面显示面板100的外部，例如图4a和图5所示设置在平面显示面板100的出光面，或者如图4b所示设置在平面显示面板100与背光模组006之间；微纳米光栅结构阵列200也可以如图4c和图4d所示设置于平面显示面板100的内部，在此不做限定。并且，微纳米光栅结构阵列200可以如图4a和图4c所示正向设置，也可以如图4b和图4d所示反向设置，在此不做限定。
本发明实施例提供的上述虚拟曲面显示面板，利用微纳米光栅结构210的泰伯衍射效应，通过调整各微纳米光栅结构210的成像高度从而使平面显示面板100中各像素单元所成像的像距不同，调整为成像形成的图像在空间呈一曲面排布，实现了在平面显示上显示虚拟曲面的画面效果，增强了观看的视觉冲击效果。
在具体实施时，为了能够达到较佳的曲面显示效果，在本发明实施例提供的上述虚拟曲面显示面板中，如图1所示，各微纳米光栅结构210的成像高度Z随着微纳米光栅结构210与中心对称轴距离的增大而依次递增。即在图1中以成像高度为Z4的微纳米光栅结构210作为中心对称轴，Z4<Z3<Z2<Z1。
具体地，根据微纳米光栅结构210的成像高度原理，微纳米光栅结构的成像高度Z与入射光波长λ和光栅周期α有关，如下公式：
Figure BDA0001017670260000051
其中，光栅周期指的是一个微纳米光栅结构到相邻的下一个微纳米光栅结构的距离。根据上述公式可知，在入射光波长λ一定的情况下，光栅周期α越大，成像高度Z越高。在上述虚拟曲面显示面板中，微纳米光栅结构210与周围介质的折射率一定，对于特定的波长，各微纳米光栅结构210的成像高度Z随着光栅周期α的增大而增大。因此，可以在微纳米光栅结构210的衍射效应允许的范围内通过设置不同的微纳米光栅结构210的光栅周期α，来确定各微纳米光栅结构210不同的成像高度Z。
在具体实施时，可以根据需要实现的曲面效果即曲率半径，具体设计每个像素单元的成像位置，之后利用微纳米光栅结构的衍射和干涉效应，通过设计微纳米光栅结构的参数，该参数包括：光栅周期，光栅台阶数，光栅台阶之间最小高度差，光栅台阶与周围介质的折射率差，使每个像素单元在空间的成像高度不同，从而来实现平板显示的曲面化。例如表1中示出了不同长宽比的平面显示面板在不同曲率半径R下的下压量，下压量指的是平面显示面板在物理弯曲时边缘与中心之间的高度差。
Figure BDA0001017670260000052
表1
根据上表可知，在曲率半径一定时，可以确定得到每个像素单元所需的下压量，从而得到每个像素单元所对应的微纳米光栅结构的成像高度Z。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述虚拟曲面显示面板中，平面显示面板100中的一个子像素单元R、G或B可以与微纳米光栅结构阵列200中的一个微纳米光栅结构210分别一一对应；或者，优选地，如图1所示，平面显示面板100中的一个像素单元RGB与微纳米光栅结构阵列200中的一个微纳米光栅结构210分别一一对应。下面均是以一个微纳米光栅结构210对应一个像素单元RGB为例进行说明。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述虚拟曲面显示面板中，如图1所示，各微纳米光栅结构210是由紧密排列的存在不同高度的多个光栅台阶组成。
值得注意的是，组成一个微纳米光栅结构210的各光栅台阶中，可以存在高度相同的光栅台阶，且相邻的两个光栅台阶的高度并不一定不同，可以存在高度一致的情况。并且，可能存在光栅台阶的高度为0的情况。
具体地，在本发明实施例提供的上述虚拟曲面显示面板中，可以通过调节各光栅台阶之间的高度，利用光栅台阶的干涉，如图2所示，实现微纳米光栅结构对于0级衍射和1级衍射强度的调节。例如利用相消干涉公式：h(n1–n0)＝mλ/2，即λ＝2h(n1–n0)/m可知，当m＝1，3，5……时，0级衍射出现在透射谷，±1级衍射出现在透射峰。利用相长干涉公式：h(n1–n0)＝mλ，即λ＝h(n1–n0)/m可知，当m＝1，2，3……时，0级衍射出现在透射峰，±1级衍射出现在透射谷。其中，h为光栅台阶的高度，n1为光栅台阶的折射率，n0为空气的折射率。在本发明实施例提供的上述虚拟曲面显示面板中，一般选用m＝1，3，5……使0级衍射出现在透射谷，±1级衍射出现在透射峰，以便利用最容易实现的±1级衍射的干涉相长，0级衍射干涉相消，来达到分光的目的。
并且，还可以利用微纳米光栅结构的衍射和干涉效应，设计不同光栅台阶的高度，来实现对衍射光线的控制，在达到分光目的的同时，保证一个像素单元RGB中各子像素单元R、G或B出射的单色光即成像在同一个高度。
具体地，单个光栅台阶的位相：
Figure BDA0001017670260000071
当子像素单元R、G或B所对应的光栅台阶的位相差相同时，分光出来的子像素单元R、G或B会成像在相同的高度，即当
Figure BDA0001017670260000072
ε＝(n1-n0)h/λ为常数时，子像素单元R、G或B会成像在相同的高度。且结合λ＝2h(n1–n0)/m，当m＝1，3，5……时，0级衍射出现在透射谷，1级衍射出现在透射峰，可得ε＝m/2，m为奇数时，可以分光且子像素单元R、G或B会成像在同一个高度。
在具体实施时，为了使微纳米光栅结构达到较佳的分光效果，在本发明实施例提供的上述虚拟曲面显示面板中，通过模拟和优化可知，微纳米光栅结构210中对应于不同子像素单元的各光栅台阶之间的位相差为π7/6-π3/2为佳。其中，当m＝1/3，相位差为π4/3时，分光效果最佳。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述虚拟曲面显示面板中，一个微纳米光栅结构包含的光栅台阶的数量一般控制在3-100为佳。
下面以光栅台阶数量为3，即微纳米光栅结构为三阶光栅为例进行说明，如图3所示，一个光栅台阶对应一个子像素单元R、G或B，此时，若令相位差为π4/3，n1＝n，n0＝1，带入以上公式得到如下公式：
Figure BDA0001017670260000073
令λr＝630nm，λg＝540nm，λb＝450nm，可以推导出三个光栅台阶的高度差h1-h3＝2.05μm，h2-h3＝3.72μm；取h3＝0时，可得h1＝2.05，h2＝3.72。
当一个光栅结构包含的光栅台阶多于三个，且一个光栅结构对应一个像素单元时，所有的光栅台阶会根据子像素单元进行分区，一部分区域对应红色子像素单元，一部分区域对应蓝色子像素单元，一部分区域对应绿色子像素单元。
具体实施时，在本发明实施例提供的上述虚拟曲面显示面板中，各光栅台阶高度范围在0-10μm为佳。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述虚拟曲面显示面板中，在各微纳米光栅结构210中，每高度最邻近的两个光栅台阶之间的高度差范围在10nm-10μm为佳。
在具体实施时，本发明实施例提供的上述虚拟曲面显示面板中并不限定平面显示面板100的类型，具体可以为液晶显示面板、电致发光显示面板、等离子显示面板或电子纸中的任意一种。在图4a至图4d中是以平面显示面板100为液晶显示面板为例进行说明，其中，液晶显示面板包括：相对而置的上基板001和下基板002，在上基板001和下基板002之间的液晶层003，贴附在上基板001之上的上偏光片004，以及贴附在下基板002下方的下偏光片005，并且，一般还包括设置在下偏光片005下方的背光模组006。上偏光片004一侧作为液晶显示面板的显示面即出光面，微纳米光栅结构阵列200可以设置在上偏光片004之上，背光模组006发出的光线经过液晶层003的调制后从上偏光片004的一侧出射，经过微纳米光栅结构阵列200中具有不同成像高度的微纳米光栅结构210的衍射后成像。在图5中是以平面显示面板100为电致发光显示面板为例进行说明，其中，电致发光显示面板包括：设置在背板007上的阳极008、发光层009、阴极010和盖板011等部件。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种显示装置，包括本发明实施例提供的上述虚拟曲面显示面板，该显示装置可以为：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。该显示装置的实施可以参见上述虚拟曲面显示面板的实施例，重复之处不再赘述。
本发明实施例提供的一种虚拟曲面显示面板及显示装置，利用微纳米光栅结构的分光原理，将各微纳米光栅结构的成像高度设计成相对于显示面竖直的中心对称轴呈对称分布，且位于中心对称轴同一侧的各微纳米光栅结构中与中心对称轴距离相等的各微纳米光栅结构的成像高度相同，与中心对称轴距离不等的各微纳米光栅结构的成像高度互不相等，通过调整各微纳米光栅结构的成像高度从而使平面显示面板中各像素单元所成像的像距不同，调整为成像形成的图像在空间呈一曲面，实现了在平面显示上显示虚拟曲面的画面效果，增强了观看的视觉冲击效果。
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在内。

Claims (9)

1.一种虚拟曲面显示面板，其特征在于，包括：具有呈矩阵排布的多个像素单元的平面显示面板，以及用于使各所述像素单元的成像形成的图像在空间呈一曲面的微纳米光栅结构阵列；其中，
所述微纳米光栅结构阵列包括呈阵列排布的多个微纳米光栅结构；各所述微纳米光栅结构的成像高度以相对于显示面竖直的中心对称轴呈对称分布，且位于所述中心对称轴同一侧的各所述微纳米光栅结构中与所述中心对称轴距离相等的各所述微纳米光栅结构的成像高度相同，与所述中心对称轴距离不等的各所述微纳米光栅结构的成像高度互不相等；其中，所述中心对称轴指的是在所述显示面上的竖直方向的轴线，所述中心对称轴将所述显示面分为左右对称的两个区域；
所述平面显示面板中的一个像素单元与所述微纳米光栅结构阵列中的一个微纳米光栅结构分别一一对应；
各所述微纳米光栅结构包括：紧密排列的存在不同高度的多个光栅台阶。
2.如权利要求1所述的虚拟曲面显示面板，其特征在于，各所述微纳米光栅结构的成像高度随着所述微纳米光栅结构与所述中心对称轴距离的增大而依次递增。
3.如权利要求2所述的虚拟曲面显示面板，其特征在于，各所述微纳米光栅结构的成像高度随着光栅周期的增大而增大。
4.如权利要求3所述的虚拟曲面显示面板，其特征在于，一个所述微纳米光栅结构包含的所述光栅台阶的数量为3-100。
5.如权利要求3所述的虚拟曲面显示面板，其特征在于，所述微纳米光栅结构中对应于不同子像素单元的各光栅台阶之间的位相差为π7/6-π3/2。
6.如权利要求5所述的虚拟曲面显示面板，其特征在于，所述光栅台阶高度范围在0-10μm。
7.如权利要求6所述的虚拟曲面显示面板，其特征在于，在各所述微纳米光栅结构中，任意高度最邻近的两个所述光栅台阶之间的高度差范围在10nm-10μm。
8.如权利要求1-7任一项所述的虚拟曲面显示面板，其特征在于，所述平面显示面板为液晶显示面板、电致发光显示面板、等离子显示面板或电子纸中的任意一种。
9.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的虚拟曲面显示面板。
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