CN108254931A - 显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种显示装置，涉及显示技术领域，能够更加简单地实现高分辨率的悬浮显示。该显示装置包括：显示面板；位于所述显示面板出光侧的准直单元，所述准直单元用于将所述显示面板同一位置的出射光转换为同一方向的平行光束；位于所述准直单元远离所述显示面板一侧的光波导单元，所述光波导单元包括光入射面和光出射面，所述光入射面与所述准直单元相对，所述光波导单元用于使所述平行光束在所述光出射面的至少两个位置射出；与所述光波导单元的光出射面相对的成像单元，所述成像单元用于使所述光波导单元的光出射面的至少两个位置射出的所述平行光束汇聚形成实像点。

Description

显示装置
技术领域
本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种显示装置。
背景技术
悬浮显示是基于集成成像技术的光场再现显示技术。悬浮显示装置由透镜和大量的显示单元组成，每个显示单元均显示相同的内容，各显示单元的光线被透镜折射，折射后的光线再空中叠加，形成悬浮的图像。
由于悬浮显示需要的视角很多，每个视角需要一个显示单元，所以所需要的信息量很大，例如，以形成分辨率40×40的悬浮像为例，显示装置需要高达40×40×104个像素，即悬浮显示装置所需要的像素数量是常规显示装置的104倍，无论是驱动或是制程工艺，都难以量产并达到较高分辨率。
发明内容
本发明实施例提供一种显示装置，能够更加简单地实现高分辨率的悬浮显示。
本发明实施例提供一种显示装置，包括：
显示面板；
位于所述显示面板出光侧的准直单元，所述准直单元用于将所述显示面板同一位置的出射光转换为同一方向的平行光束；
位于所述准直单元远离所述显示面板一侧的光波导单元，所述光波导单元包括光入射面和光出射面，所述光入射面与所述准直单元相对，所述光波导单元用于使所述平行光束在所述光出射面的至少两个位置射出；
与所述光波导单元的光出射面相对的成像单元，所述成像单元用于使所述光波导单元的光出射面的至少两个位置射出的所述平行光束汇聚形成实像点。
本发明实施例中的显示装置，显示面板同一位置的出射光在准直单元处转换为平行光束，发射至光波导单元，并在光波导单元中经过多次反射被扩展到光出射面的多个位置，并在光出射面的多个位置处射出，并发射至成像单元，成像单元将多个位置处射出的光束汇聚并在空中形成对应的实像点，即使同一个像素对应的光束在光波导单元中被扩展至多个位置，多个位置对应的光束在成像单元的作用下被汇聚，以使同一个像素对应的实像点处对应多个不同角度的光束，也就满足了悬浮显示对不同视角的需求，这样，与现有技术相比，本发明实施例可以通过显示面板上更少的像素实现悬浮显示时更多的视角，即更加简单地实现了高分辨率的悬浮显示。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中一种显示装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中另一种显示装置的立体结构示意图；
图3为图2中显示装置部分结构的俯视结构示意图；
图4为本发明实施例中另一种显示装置的立体结构示意图；
图5为图4中显示装置部分结构的俯视结构示意图；
图6为本发明实施例中一种光导波的结构示意图；
图7为本发明实施例中另一种光导波的结构示意图；
图8为一种凸透镜的结构示意图；
图9为一种菲涅尔透镜的结构示意图；
图10为一种组合透镜的结构示意图；
图11为本发明实施例中一种成像单元的成像原理示意图；
图12为图11中成像单元边缘处的光线分析示意图；
图13为本发明实施例中一种显示面板的发光角度示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
如图1所示，图1为本发明实施例中一种显示装置的结构示意图，本发明实施例提供一种显示装置，包括：显示面板1；位于显示面板1出光侧的准直单元2，准直单元2用于将显示面板1同一位置的出射光转换为同一方向的平行光束；位于准直单元2远离显示面板1一侧的光波导单元3，光波导单元3包括光入射面301和光出射面302，光入射面301与准直单元2相对，光波导单元3用于使平行光束在光出射面302的至少两个位置射出；与光波导单元3的光出射面302相对的成像单元4，成像单元4用于使光波导单元3的光出射面302的至少两个位置射出的平行光束汇聚形成实像点5。
具体地，例如，图1中示意了显示面板1中两个位置的出射光光路，定义其中一个位置的出射光为第一出射光01，另一个位置的输出光为第二出射光02，显示面板1上的第一出射光01和第二出射光02均为发散光束，通过发散的光路发射至准直单元2，准直单元2用于将第一出射光01和第二出射光02各自转换成对应的平行光束，转换成平行光束后的第一出射光01和第二出射光02从准直单元2发射至光波导单元3的光入射面301，以使光束进入光波导单元3，第一出射光01和第二出射光02在光波导单元3中经过多次反射进行传输，光出射面302的面积大于光入射面301的面积，以使第一出射光01在光出射面302的至少两个位置射出，第一出射光01从光出射面302出射的方向相同，并发射至成像单元4，第二出射光02在光出射面302的至少两个位置射出，第二出射光02从光出射面302出射的方向相同，并发射至成像单元4，成像单元4用于使第一出射光01汇聚并在空中形成对应的实像点5，使第二出射光线02汇聚并在空中形成对应的实像点5。
本发明实施例中的显示装置，显示面板同一位置的出射光在准直单元处转换为平行光束，发射至光波导单元，并在光波导单元中经过多次反射被扩展到光出射面的多个位置，并在光出射面的多个位置处射出，并发射至成像单元，成像单元将多个位置处射出的光束汇聚并在空中形成对应的实像点，即使同一个像素对应的光束在光波导单元中被扩展至多个位置，多个位置对应的光束在成像单元的作用下被汇聚，以使同一个像素对应的实像点处对应多个不同角度的光束，也就满足了悬浮显示对不同视角的需求，这样，与现有技术相比，本发明实施例可以通过显示面板上更少的像素实现悬浮显示时更多的视角，即更加简单地实现了高分辨率的悬浮显示。
可选地，如图2和图3所示，图2为本发明实施例中另一种显示装置的立体结构示意图，图3为图2中显示装置部分结构的俯视结构示意图。显示面板1包括沿第一方向h1排列的多个显示单元10；准直单元2包括与每个显示单元10对应的准直单元2，每个准直单元2位于对应的显示单元10的出光侧；光波导单元3用于使每个显示单元10射出的平行光束在光出射面302沿第二方向h2排列的至少两个位置射出；成像单元4用于使每个显示单元10对应的平行光束汇聚形成实像点5。
具体地，显示单元10用于提供悬浮成像最终显示的图案，每个显示单元10用于显示相同的图像，多个显示单元10沿第一方向h1排列，以使图像在第一方向h1上被扩展，而光波导单元3用于使每个显示单元10的出射光在光出射面302上沿第二方向h2排列的至少两个位置射出，以使图像在第二方向h2上被扩展，从而采用较少数量的显示单元实现了较高分辨率的悬浮显示。
可选地，如图4和图5所示，图4为本发明实施例中另一种显示装置的立体结构示意图，图5为图4中显示装置部分结构的俯视结构示意图，光波导单元包括第一光波导31和第二光波导32；第一光波导31包括第一光入射面311和第一光出射面312，第一光出射面312的面积大于第一光入射面311的面积，第一光入射面311与准直单元2的出光侧相对，第一光波导31用于使准直单元2出射的平行光束在第一光出射面312沿第一方向h1排列的至少两个第一位置100射出；第二光波导32包括第二光入射面321和第二光出射面322，第二光出射面322的面积大于第二光入射面321的面积，第二光入射面321与第一光出射面312相对，第二光波导32用于使第一光波导31在每个第一位置100射出的平行光束在第二光出射面322沿第二方向h2排列的至少两个第二位置200射出；成像单元4用于使第二光波导32在每个第二位置200射出的平行光束汇聚形成实像点。
具体地，在图4和图5所示的显示装置中，显示面板1可以仅包括一个显示单元，显示单元10用于提供悬浮成像最终显示的图案，第一光波导31用于使显示面板1的出射光在第一光出射面312上沿第一方向h1排列的至少两个第一位置100射出，以使图像在第一方向h1上被扩展，而第二光波导32用于使从第一光波导31的第一光出射面312上射出的光束在第二光出射面322上沿第二方向h2排列的至少两个第二位置200射出，以使图像在第二方向h1上进一步被扩展，从而采用较少数量的显示单元实现了较高分辨率的悬浮显示。与图2和图3中所示的显示装置相比，图4和图5中所示的显示装置，可以使用更少数量的显示单元实现较高分辨率的悬浮显示。
可选地，如图6所示，图6为本发明实施例中一种光导波的结构示意图，上述光波导单元包括至少一个光波导5，上述光波导5为微镜面光波导。
具体地，光波导5中设置有入射光反射表面51和多个选择性反射表面52，图6中箭头所示为光路，来自于光源的光束在进入光波导5后首先发射至入射光反射表面51，以通过入射光反射表面51的全反射作用使光束在光波导51内进行多次反射，光束在光波导5内经过多次反射后遇到第一个选择性反射表面52，其中一部分光线通过该选择性反射表面52的反射作用被反射并射出光波导5，另一部分光线穿过该选择性反射表面52，然后遇到第二个选择性反射表面52，通过类似的作用，一部分光线被该选择性反射表面52反射并射出光波导5，以此类推，通过光波导5中所设置的多个选择性反射表面52的作用，使得来自于光源的光束被扩展至多个位置出射，从而实现了光束的扩展，其中，选择性反射表面可以通过相应的涂层实现。可以理解地，图6中所示的光波导5可以作为图2和图3中所示的光波导单元3，或者，图6中所示的光波导5可以作为图4和图5中所示的第一光波导31和第二光波导32中的至少一个。
可选地，如图7所示，图7为本发明实施例中另一种光导波的结构示意图，上述光波导单元包括至少一个光波导6，光波导6为衍射波导。
具体地，光波导6中设置有入射光栅61和出射光栅62，入射光栅61的衍射效应使来自于光源的平行光束改变传输方向从而满足全反射条件并沿光波导6传播，当光线达到出射光栅62时，全反射条件被破坏从而使平行光出射，同时，出射光栅62使来自于光源的光束被扩展至多个位置出射，从而实现了光线的扩展。可以理解地，图7中所示的光波导6可以作为图2和图3中所示的光波导单元3，或者，图7中所示的光波导6可以作为图4和图5中所示的第一光波导31和第二光波导32中的至少一个。
可选地，如图8、图9或图10所示，图8为一种凸透镜的结构示意图，图9为一种菲涅尔透镜的结构示意图，图10为一种组合透镜的结构示意图，上述准直单元可以为凸透镜71、菲涅尔透镜72或组合透镜73，只要能够实现将来自于显示面板的出射光转换为同一方向的平行光束即可。
可选地，如图8、图9或图10所示，上述成像单元可以为组合透镜、菲涅尔透镜或凸透镜，只要能够显示将来自于光波导单元的出射光汇聚形成实像点即可。
可选地，如图11和图12所示，图11为本发明实施例中一种成像单元的成像原理示意图，图12为图11中成像单元边缘处的光线分析示意图，若成像单元4为凸透镜，凸透镜的曲率半径小于其通光半径。
具体地，在本实施例中，成像单元4为凸透镜，凸透镜具有通光孔径，通光孔径即光线能够穿过凸透镜的区域的直径，如图11所示，悬浮显示模组的视场角FOV的角度为2θ，2θ≥20°，视场角过小，则人眼能观看悬浮显示的范围过小，难以产品化应用。如图12所示，虚线入射光线与透镜表面的法线夹角为α-β，通过透镜折射后射出，射出光线与透镜表面的法线夹角为α+θ，θ为FOV的半角，θ≥10°，透镜的折射率为n，满足关系式sin(α+θ)＝n×sin(α-β)，其中α+θ＜90°，β为光波导单元出射光线的发散角，即光引擎出射光的发散角，光源经过的准直后的发散角通常β≥5°，根据关系式sin(α+θ)＝n×sin(α-β)以及α+θ＜90°绘制函数图像，可以确定，当θ＝10°、β＝5°时α为最小值，同时，通过物理原理进行分析也可以得到上面的结论，下面进行说明：首先，凸透镜成像单元4用于对入射光进行汇聚，当β越小时，说明凸透镜只需要较低的汇聚能力即可，α由透镜表面的角度决定，透镜表面的角度与透镜的汇聚能力相关，α越小，则透镜表面的角度越平缓，即透镜的汇聚能力越弱，另外，θ也与透镜的汇聚能力相关，θ越小，则透镜的汇聚能力越弱，综上可知，β与α正相关，θ也与α正相关，因此当θ取最小值10°、同时β取最小值5°时，α为最小值，且当n的取值为1.5，根据上述公式可以得到α≈30°。因此，α＞30°，D为透镜的通光孔径，R为透镜的曲率半径，满足D＞R。所以透镜的曲率半径需要满足小于通光孔径。
可选地，如图13所示，图13为本发明实施例中一种显示面板的发光角度示意图，显示面板1的最大出光角度γ小于30°。
具体地，最大出光角度γ为显示面板1上某一位置发出的光束的最大角度，最大出光角度γ越大，则来自于显示面板1的光越容易发射不到准直单元上，从而降低光的利用率，相反，最大出光角度γ越小，则光的利用率越高，因此设置显示面板1的最大出光角度γ小于30°。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (11)

1.一种显示装置，其特征在于，包括：
显示面板；
位于所述显示面板出光侧的准直单元，所述准直单元用于将所述显示面板同一位置的出射光转换为同一方向的平行光束；
位于所述准直单元远离所述显示面板一侧的光波导单元，所述光波导单元包括光入射面和光出射面，所述光入射面与所述准直单元相对，所述光波导单元用于使所述平行光束在所述光出射面的至少两个位置射出；
与所述光波导单元的光出射面相对的成像单元，所述成像单元用于使所述光波导单元的光出射面的至少两个位置射出的所述平行光束汇聚形成实像点。
2.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，
所述显示面板包括沿第一方向排列的多个显示单元；
所述准直单元包括与每个所述显示单元对应的准直单元，每个所述准直单元位于对应的所述显示单元的出光侧；
所述光波导单元用于使每个所述显示单元射出的所述平行光束在所述光出射面沿第二方向排列的至少两个位置射出；
所述成像单元用于使每个所述显示单元对应的所述平行光束汇聚形成实像点。
3.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，
所述光波导单元包括第一光波导和第二光波导；
所述第一光波导包括第一光入射面和第一光出射面，所述第一光出射面的面积大于所述第一光入射面的面积，所述第一光入射面与所述准直单元的出光侧相对，所述第一光波导用于使所述准直单元出射的所述平行光束在所述第一光出射面沿第一方向排列的至少两个第一位置射出；
所述第二光波导包括第二光入射面和第二光出射面，所述第二光出射面的面积大于所述第二光入射面的面积，所述第二光入射面与所述第一光出射面相对，所述第二光波导用于使所述第一光波导在每个所述第一位置射出的所述平行光束在所述第二光出射面沿第二方向排列的至少两个第二位置射出；
所述成像单元用于使所述第二光波导在每个所述第二位置射出的所述平行光束汇聚形成实像点。
4.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，
所述光波导单元包括至少一个光波导，所述光波导为微镜面光波导。
5.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，
所述光波导单元包括至少一个光波导，所述光波导为衍射波导。
6.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，
所述准直单元为凸透镜、菲涅尔透镜或组合透镜。
7.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，
所述成像单元为组合透镜。
8.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，
所述成像单元为菲涅尔透镜。
9.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，
所述成像单元为凸透镜。
10.根据权利要求9所述的显示装置，其特征在于，
所述凸透镜的曲率半径小于其通光孔径。
11.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，
所述显示面板的最大出光角度小于30°。
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