CN117957487A - 显示装置和虚拟现实设备 - Google Patents
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Abstract
一种显示装置和虚拟现实设备，显示装置包括：前置光源(10)和反射式显示面板，前置光源(10)包括：衬底基板(11)和设置在衬底基板(11)上的多个发光件(12)；反射式显示面板设置在前置光源(10)远离显示侧的一侧，反射式显示面板包括：第一基底(42)、第二基底(51)、反射层(41g)和多个光学结构单元(52)，第一基底(42)与第二基底(51)相对设置，反射层(41g)设置在第一基底(42)朝向第二基底(51)的一侧，多个光学结构单元(52)设置在反射层(41g)远离第一基底(42)的一侧；光学结构单元(52)在第一基底(42)上的正投影覆盖至少一个发光件(12)在第一基底(42)上的正投影，光学结构单元(52)用于将发光件(12)所发射的第一光线进行处理，生成第二光线；第二光线被反射层(41g)反射回光学结构单元(52)，并被光学结构单元(52)处理为背离第一基底(42)发射的准直光，当显示装置用于虚拟现实设备中时，人眼可以接收到全部像素区的光线，从而改善用户体验。
Description
本公开涉及显示技术领域，具体涉及一种显示装置和虚拟现实设备。
反射式显示装置例如是反射式液晶显示装置或者电子纸显示装置等。以反射式液晶显示装置为例，其显示原理如下：反射式显示面板外部的环境光线或者前置光源的光线入射到反射式显示面板后，被反射回去，通过控制液晶分子的状态使得反射式显示面板的每个像素反射的光的比率不同，从而实现显示。
发明内容
本公开提出了一种显示装置和虚拟现实设备。
第一方面，本公开提供一种显示装置，包括：
前置光源，所述前置光源包括：衬底基板和设置在所述衬底基板上的多个发光件；
反射式显示面板，设置在所述前置光源远离显示侧的一侧；所述反射式显示面板包括：第一基底、第二基底、反射层和多个光学结构单元，其中，所述第一基底与所述第二基底相对设置，所述反射层设置在所述第一基底朝向所述第二基底的一侧，所述多个光学结构单元设置在所述反射层远离所述第一基底的一侧；所述光学结构单元在所述第一基底上的正投影覆盖至少一个所述发光件在所述第一基底上的正投影，所述光学结构单元用于将所述发光件所发射的第一光线进行处理，生成第二光线；所述第二光线被反射层反射回所述光学结构单元，并被所述光学结构单元处理为背离所述第一基底发射的准直光。
在一些实施例中，所述光学结构单元设置在所述第二基底朝向所述第 一基底的一侧。
在一些实施例中，每个所述发光件对应一个所述光学结构单元，不同的发光件对应不同的光学结构单元；
所述光学结构单元包括聚光透镜，所述发光件位于相应的所述聚光透镜的光轴上，且位于所述聚光透镜远离所述第一基底的焦平面上。
在一些实施例中，所述聚光透镜包括相对设置的平面和凸面，所述反射式显示面板还包括覆盖层，所述覆盖层位于所述聚光透镜的凸面远离所述平面的一侧，所述覆盖层包括相对设置的凹面和平坦面，所述凹面与所述凸面接触，所述覆盖层的折射率小于所述聚光透镜的折射率。
在一些实施例中，所述聚光透镜的平面朝向所述第二基底，所述覆盖层位于所述聚光透镜朝向所述第一基底的一侧；
或者，所述聚光透镜的平面朝向所述第一基底，所述覆盖层位于所述聚光透镜与所述第二基底之间。
在一些实施例中，所述聚光透镜的焦距f
1满足以下公式(1)：
其中，d为所述聚光透镜靠近所述反射层的表面到所述反射层的反射面的最近距离的两倍；
f为所述发光件靠近所述反射层的表面到所述反射层的反射面的距离；
所述凸面的曲率半径r、所述聚光透镜的折射率n
2、所述聚光透镜的焦距f
1满足以下公式(2)：
其中，n
1为所述覆盖层的折射率。
在一些实施例中，所述聚光透镜的厚度在0.01mm～0.15mm之间。
在一些实施例中，所述反射式显示面板具有多个像素区，每个所述像 素区包括多个子像素区，
所述反射式显示面板还包括：彩膜层，所述彩膜层设置在所述光学结构单元朝向所述第一基底的一侧，且包括位于每个所述子像素区中的彩色滤光部，每个所述像素区中的多个彩色滤光部的颜色包括多种。
在一些实施例中，所述光学结构单元在所述第一基底上的正投影覆盖至少一个所述像素区中的多个彩色滤光部在所述第一基底上的正投影。
在一些实施例中，所述光学结构单元在所述第一基底上的正投影具有沿第一方向延伸的第一侧边，以及沿第二方向延伸的第二侧边；所述光学结构单元在所述第一基底上的正投影覆盖m*n个所述像素区在所述第一基底上的正投影；
其中，m为最接近L1/P1的整数，n为最接近L2/P2的整数，L1为所述第一侧边的长度，L2为所述第二侧边的长度，P1为所述像素区在第一方向上的排布周期，P2为所述像素区在所述第二方向上的排布周期。
在一些实施例中，所述反射式显示面板还包括：
液晶层，设置在所述第一基底与所述第二基底之间；
第一取向层，设置在所述反射层与所述液晶层之间；
第二取向层，设置在所述第二基底与所述液晶层之间；
多个薄膜晶体管，设置在所述第一基底与所述反射层之间，每个所述子像素区中均设置有所述薄膜晶体管；
其中，所述反射层包括位于每个所述子像素区中的反射电极，所述反射电极与相应子像素区中的薄膜晶体管电连接。
在一些实施例中，所述前置光源中的多个发光件分为多个发光组，所述多个发光组沿第一方向并排设置，每个所述发光组包括沿第二方向排列的多个所述发光件，所述第一方向与所述第二方向交叉；
所述衬底基底上还设置有第一信号线、第二信号线以及多条第一连接线和第二连接线，每个所述发光组对应一条所述第一连接线和一条所述第 二连接线，所述发光组中的每个发光件的第一极通过相应的第一连接线与所述第一信号线连接，所述发光组中的每个发光件的第二极通过相应的第二连接线与所述第二信号线连接。
在一些实施例中，所述发光件在平行于所述第二基底的任意方向上的长度均小于15μm。
在一些实施例中，所述发光件的发光角度小于25°。
在一些实施例中，所述前置光源还包括黑矩阵，所述黑矩阵位于所述发光件与所述衬底基板之间，且所述发光件在所述衬底基板上的正投影位于所述黑矩阵在所述衬底基板上的正投影范围内。
在一些实施例中，所述显示装置还包括：
偏振片，设置在所述前置光源所述显示面板之间；
二分之一波片，设置在所述偏振片与所述显示面板之间；
四分之一波片，设置在所述二分之一波片与所述显示面板之间。
第二方面，本公开实施例还提供一种虚拟现实设备，包括上述的显示装置。
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1为一些实施例中提供的显示装置的示意图。
图2为本公开的一些实施例中提供的显示装置的示意图。
图3为本公开的一些实施例中提供的发光件的排布示意图。
图4为本公开的一些实施例中提供的阵列基板的局部结构示意图。
图5A为本公开的一些实施例中提供的发光件的光路原理图。
图5B为本公开的一些实施例中提供的发光件的等效光路的示意图。
图6为聚光透镜和像素区的平面示意图。
图7为本公开的一些实施例中提供的显示装置的出射光线的角度分布示意图。
图8为本公开的一些实施例中提供的虚拟现实设备的示意图。
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例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公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
除非另作定义，本公开实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
反射式显示装置例如是反射式液晶显示装置或者电子纸显示装置等。以反射式液晶显示装置为例，其显示原理如下：反射式显示面板外部的环 境光线或者前置光源的光线入射到反射式显示面板后，被反射回去，通过控制液晶分子的状态使得反射式显示面板的每个像素反射的光的比率不同，从而实现显示。
图1为一些实施例中提供的显示装置的示意图，如图1所示，显示装置为反射式显示装置，其包括：反射式显示面板、前置光源10、偏振片20、四分之一波片30，其中，前置光源10设置在反射式显示面板的显示侧，前置光源10与反射式显示面板之间设置有偏振片20、二分之一波片31和四分之一波片32，偏振片20、二分之一波片31、四分之一波片32沿靠近反射式显示面板的方向依次设置。
反射式显示面板包括：相对设置的阵列基板40和对盒基板50、以及位于二者之间的液晶层60，阵列基板40包括多个子像素区，每个子像素区中设置有反射电极41。
下面以反射式显示面板为常白模式为例，对图1中显示装置实现显示的原理进行介绍。其中，在常白模式的反射式显示面板中，液晶层60在未加电的状态下，对光线的相位调制作用相当于四分之一波片30的作用。
在实现亮态显示时，发光件12的光线(自然光)经过偏振片20，从而形成第一线偏振光，该第一线偏振光经过二分之一波片21和四分之一波片22，形成圆偏振光，圆偏振光经过液晶层60后变成第二线偏振光，该第二线偏振光的偏振方向与第一偏振方向垂直。第二线偏振光被反射电极41反射后，偏振方向未发生变化，反射光线经过液晶层60、四分之一波片22和二分之一波片21后，变成第三线偏振光，该第三线偏振光的偏振方向与第一线偏振光的偏振方向相同，从而可以透过偏振片20而射出。
在实现暗态显示时，为液晶层60施加电压，使其对光线的相位不起作用。此时，发光件12的光线(自然光)经过偏振片20，从而形成第一线偏振光，该第一线偏振光经过二分之一波片21和四分之一波片22，形成圆偏振光，圆偏振光经过液晶层60后以及反射电极41的反射后，并不发生变 化，之后，圆偏振光经过液晶层60、四分之一波片22和二分之一波片21后，形成第二线偏振光，该第二线偏振光与第一线偏振光的偏振方向垂直，从而无法从偏振片20射出，使得反射式显示装置显示黑画面。
在实现中间态显示时(即显示介于白画面和黑画面之间的灰度画面)时，为液晶层60施加电压，使其发生一定的偏转。此时，发光件12的光线(自然光)经过偏振片20，从而形成第一线偏振光，该第一线偏振光经过二分之一波片21和四分之一波片22，形成椭圆偏振光，以该椭圆偏振光为左旋椭圆偏振光为例，左旋椭圆偏振光被反射电极41反射后，变成右旋椭圆偏振光，右旋椭圆偏振光经过液晶层60、四分之一波片22和二分之一波片21后，形成第四线偏振光，该第四线偏振光与第一线偏振光的偏振方向之间的夹角大于0°且小于90°，从而使得一部分光可以透过偏振片20射出，形成灰度画面。
在图1的显示装置中，像素区在实现显示时，是向各个不同的角度发光的，这种情况下，显示装置只能应用于手机、电视等常规的显示产品，而当图1的显示装置应用于虚拟现实产品时，人眼难以接收到全部像素区的光线，从而影响用户体验。
图2为本公开的一些实施例中提供的显示装置的示意图，如图2所示，显示装置包括：前置光源10和反射式显示面板。
其中，前置光源10包括：衬底基板11和设置在衬底基板11上的多个发光件12。其中，衬底基板11为透明基板，其可以为玻璃材质的基板，也可以为聚酰亚胺(PI)等柔性材质的基板。发光件12可以为发光二极管(LED)，例如，微发光二极管(micro-LED/mini-LED)。
反射式显示面板设置在前置光源10远离显示侧的一侧。其中，显示侧是指，用于观看显示装置显示画面的一侧。具体地，发光件12朝向远离衬底基板11的一侧发光，反射式显示面板设置在发光件12远离衬底基板11的一侧。反射式显示面板包括：相对设置的阵列基板40和对盒基板50，阵 列基板40包括第一基底42以及设置在第一基底42上的反射层41g，反射层41g设置在第一基底42朝向对盒基板50的一侧。对盒基板50包括：第二基底51。多个光学结构单元52设置在反射层41g远离第一基底42的一侧，光学结构单元52在第一基底42上的正投影覆盖至少一个发光件12在第一基底42上的正投影，光学结构单元52用于将发光件12所发射的第一光线进行处理，生成第二光线；第二光线被反射层41g反射回光学结构单元52，并被光学结构单元52处理为背离第一基底42发射的准直光。
需要说明的是，本公开实施例中的准直光是指，发射方向与反射式显示面板的厚度方向大致相同，例如，发射方向与反射式显示面板的厚度方向之间的夹角可以存在一定的误差范围，该误差范围例如为0～10°，例如，准直光的发射方向与反射式显示面板的厚度方向之间的夹角为3°，或5°，或8°，或10°等。当然，也可以是发射方向与反射式显示面板的厚度方向完全相同。
在本公开实施例中，通过光学结构单元52和反射层41g的配合，可以使显示装置最终出射的光线为准直光，这样，显示装置各像素的出射光线的角度基本一致，当显示装置用于虚拟现实设备中时，人眼可以接收到全部像素区的光线，从而改善用户体验。
图3为本公开的一些实施例中提供的发光件的排布示意图，如图3所示，多个发光件12可以分为多个发光组12g，多个发光组12g沿第一方向并排设置，每个发光组12g包括沿第二方向排列的多个发光件12，第一方向与第二方向交叉。例如，第一方向和第二方向垂直。
衬底基板11上还设置有第一信号线V1、第二信号线V2以及多条第一连接线L1和第二连接线L2，每个发光组12g对应一条第一连接线L1和一条第二连接线L2，发光组12g中的每个发光件12的第一极通过相应的第一连接线L1与第一信号线V1连接，发光组12g中的每个发光件12的第二极通过相应的第二连接线L2与第二信号线V2连接。其中，发光件12的第一 极可以为正极，第二极可以为负极。
其中，发光件12可以设置为较小的尺寸，可选地，发光件12在平行于第二基底51的任意方向上的长度均小于15μm，从而有利于提高显示装置的开口率，进而提高光效利用率。例如，发光件12在衬底基板11上的正投影为圆形，则发光件12的直径小于15μm；又例如，发光件12在衬底基板11上的正投影为矩形，则该矩形的对角线小于15μm。
如图2所示，前置光源10还包括设置在衬底基板11上的第一黑矩阵13，第一黑矩阵13位于发光件12与衬底基板11之间，且发光件12在衬底基板11上的正投影位于第一黑矩阵13在衬底基板11上的正投影范围内。另外，上述第一信号线V1、第二信号线V2、第一连接线L1和第二连接线L2在衬底基板11上的正投影也位于第一黑矩阵13在衬底基板11上的正投影范围内。
在一些实施例中，反射式显示面板为液晶显示面板，如图2所示，反射式显示面板包括：阵列基板40、对盒基板50以及位于二者之间的液晶层60。
图4为本公开的一些实施例中提供的阵列基板的局部结构示意图，如图2和图4所示，液晶显示面板包括多个像素区，多个像素区可以呈阵列排布。每个像素区包括多个子像素区Sp，每个像素区中的多个子像素区Sp可以包括红色子像素区、绿色子像素区和蓝色子像素区。图4中仅示出了阵列基板40对应于一个子像素区Sp的结构。
如图4所示，阵列基板40包括：第一基底42以及设置在第一基底42上的薄膜晶体管T1、反射电极41和第一取向层43。薄膜晶体管T1可以为底栅型薄膜晶体管T1，也可以为顶栅型薄膜晶体管T1，以薄膜晶体管T1为底栅型薄膜晶体管T1为例，其栅极Tg设置在第一基底42上，有源层Ta设置在栅极Tg远离衬底基板11的一侧，且有源层Ta和栅极Tg通过栅绝缘层GI间隔开。栅极Tg的材料可以包括例如金属、金属合金、金属氮 化物、导电金属氧化物、透明导电材料等。例如，栅极Tg可以包括金、金的合金、银、银的合金、铝、铝的合金、氮化铝、钨、氮化钨、铜、铜的合金、镍、铬、氮化铬、钼、钼的合金、钛、氮化钛、铂、钽、氮化钽、钕、钪、氧化锶钌、氧化锌、氧化锡、氧化铟、氧化镓、氧化铟锡、氧化铟锌等。栅极Tg可以具有单层或多层。
栅绝缘层GI材料可以包括例如硅化合物、金属氧化物。例如，栅绝缘层GI的材料可以包括氮氧化硅、氧化硅、氮化硅、碳氧化硅、氮碳化硅、氧化铝、氮化铝、氧化钽、氧化铪、氧化锆、氧化钛等。栅绝缘层GI可以形成为单层或多层。
有源层Ta包括沟道部和位于该沟道部两侧的源极连接部和漏极连接部，源极搭接在源极连接部上，漏极搭接在漏极连接部上。源极连接部和漏极连接部均可以掺杂有比沟道部的杂质浓度高的杂质(例如，N型杂质或P型杂质)。沟道部与薄膜晶体管T1的栅极Tg正对，当栅极Tg加载的电压信号达到一定值时，沟道部中形成载流子通路，使薄膜晶体管T1的源极和漏极导通。源极和漏极可以包括金属、合金、金属氮化物、导电金属氧化物、透明导电材料等，源极和漏极可以为金属构成的单层或多层。
钝化层PVX设置在薄膜晶体管T1远离第一基底42的一侧，钝化层PVX的材料可以包括例如氮氧化硅、氧化硅、氮化硅等。平坦化层PLN设置在钝化层PVX远离第一基底4211的一侧，平坦化层PLN可以采用有机绝缘材料制成，例如，该有机绝缘材料包括聚酰亚胺、环氧树脂、压克力、聚酯、光致抗蚀剂、聚丙烯酸酯、聚酰胺、硅氧烷等树脂类材料等。
反射层41g包括多个反射电极41，每个子像素区Sp均设置有反射电极41。反射电极41通过贯穿平坦化层PLN和钝化层PVX的过孔与薄膜晶体管T1的漏极连接。反射电极41可以采用多层结构，例如，反射电极41为氧化铟锡/银/氧化铟锡的叠层。
对盒基板50包括：第二基底51以及设置在第二基底51上的多个光学 结构单元52。在一些实施例中，每个发光件12对应一个光学结构单元52，不同的发光件12对应不同的光学结构单元52。其中，光学结构单元52包括聚光透镜52a，发光件12位于相应的聚光透镜52a的光轴上，且位于聚光透镜52a远离第一基底42的焦平面上，从而使聚光透镜52a对发光件12的光线进行聚拢。
其中，将光学结构单元52设置在第二基底51上有利于工艺制作。其中，光学结构单元52可以设置在第二基底51朝向第一基底42的一侧，也可以设置在第二基底51远离第一基底42的一侧。
在一些实施例中，发光件12所发出的光可以为白光，此时，为了实现彩色显示，如图2所示，对盒基板50还包括设置在第二基底51上的彩膜层。为了便于工艺制作，在一些实施例中，将彩膜层设置在多个光学结构单元52朝向第一基底42的一侧。彩膜层包括位于每个子像素区Sp中的彩色滤光部54，其中，每个像素区P中的多个彩色滤光部54的颜色包括多种。例如，每个像素区P中的多个彩色滤光部54的颜色包括红色、绿色、蓝色。另外，彩膜层还可以包括第二黑矩阵55，第二黑矩阵55将同一像素区中的不同的彩色滤光部54间隔开。当然，不同像素区中的彩色滤光部54也可以被第二黑矩阵55间隔开。
其中，每个光学结构单元52在第一基底42上的正投影可以覆盖至少一个像素区P中的多个彩色滤光部54在第一基底42上的正投影。
需要说明的是，图2中仅以光学结构单元52设置在第二基底51和彩膜层之间为例进行示意，在其他实施例中，也可以将光学结构单元52设置在彩膜层远离第二基底51的一侧。
在一些实施例中，当光学结构单元52包括聚光透镜52a时，聚光透镜52a包括相对设置的平面和凸面，另外，如图2所示，反射式显示面板还包括第一覆盖层53，第一覆盖层53位于聚光透镜52a的凸面远离平面的一侧，且第一覆盖层53包括相对设置的凹面和平坦面，凹面与凸面接触，平坦面 可以与其他结构接触，例如，当聚光透镜52a位于第二基底51与彩膜层之间，且聚光透镜52a位于第一覆盖层53与第二基底51之间时，可以将彩膜层设置在第一覆盖层53的平坦面上。其中，第一覆盖层53的折射率小于聚光透镜52a的折射率，以保证聚光透镜52a能够实现聚光作用。
为了便于聚光透镜52a的制作，并减小反射式显示面板的整体厚度，如图2所示，可以将聚光透镜52a设置在第二基底51朝向第一基底42的一侧，将第一覆盖层53设置在聚光透镜52a远离第二基底51的一侧，并将聚光透镜52a朝向第二基底51的表面设置为平面，将聚光透镜52a朝向第一基底42的表面设置为凸面。这种情况下，如图2所示，第一覆盖层53与凸面接触，其远离第二基底51的表面为平坦面，彩膜层设置在第一覆盖层53远离第二基底51的表面上，以便于设置彩膜层。其中，第一覆盖层53的折射率小于聚光透镜52a的折射率，第一覆盖层53可以为透明的光学胶层。
需要说明的是，平坦面是指平坦度较高的表面，例如，平坦面上的任意两点之间的高度差小于聚光透镜52a拱高的1/10。当然，平坦面也可以是平面。
还需要说明的是，在其他实施例中，也可以将聚光透镜52a设置在第二基底51朝向第一基底42的一侧，将第一覆盖层53设置在聚光透镜52a与第二基底51之间，此时，聚光透镜52a的平面朝向第一基底42，凸面朝向第二基底51，彩膜层可以与聚光透镜52a的平面接触。
如图2所示，反射层41g远离第一基底42的一侧还设置有第一取向层43，彩膜层远离第二基底51的一侧设置有第二取向层58，反射式显示面板还包括第一取向层43和第二取向层58之间的液晶层60，第一取向层43和第二取向层58用于对液晶层60中的液晶分子取向。
另外，对盒基板50还可以包括设置在第二基底51上的第三覆盖层56和公共电极57，第三覆盖层56设置在第二取向层58与彩膜层之间，可以 起到平坦化的作用。公共电极57设置在第三覆盖层56与第二取向层58之间，通过向公共电极57和反射电极41上施加不同的电压，使得公共电极57与反射电极41之间形成电场，从而驱动相应子像素区Sp中的液晶分子偏转。
如图2所示，显示装置还包括：第二覆盖层14、偏振片20、二分之一波片21和四分之一波片22。其中，第二覆盖层14位于多个发光件12远离衬底基板11的一侧，偏振片20设置在第二覆盖层14与显示面板之间，偏振片20为线偏振片20。二分之一波片21设置在偏振片20与显示面板之间；四分之一波片22设置在二分之一波片21与反射式显示面板之间。
通过偏振片20、二分之一波片21、四分之一波片22和液晶层60对光线偏振方向的调制作用，以及反射电极41对光线的反射作用，可以使子像素区Sp呈现所需要的亮度。具体原理参见上文对图1的描述，这里不再赘述。
图5A为本公开的一些实施例中提供的发光件的光路原理图，图5B为本公开的一些实施例中提供的发光件的等效光路的示意图，如图5A和图5B所示，发光件12所发射的光线被聚光透镜52a调制后，照射至反射层41g，并被反射层41g反射至聚光透镜52a，再次经聚光透镜52a的调制后，形成准直光。光线两次被聚光透镜52a，也就等效为经过了两个聚光透镜52a(即，透镜组)。
其中，透镜组的焦距f、聚光透镜52a的焦距f
1满足以下公式(1)：
其中，d为透镜组中两个聚光透镜52a之间的光路距离，也即，聚光透镜52a靠近反射层41g的表面到反射层41g的反射面的最近距离的两倍，具体地，在图2所示的反射式显示面板中，d＝(彩膜层的厚度+公共电极57的厚度+第一取向层43的厚度+液晶层60的厚度+第二取向层58的厚度) ×2。其中，反射面为反射层41g用于反射光线的表面。
透镜组的焦距f为发光件12靠近反射层41g的表面到反射层41g的反射面的距离。例如，反射层41g朝向第二基底51的表面为反射面，此时，f等于第二覆盖层、偏振片20、第二基底51、聚光透镜52a、第一覆盖层53、彩膜层、公共电极57、第一取向层43、第二取向层58和液晶层60的厚度之和。在一个示例中，第二覆盖层、偏振片20、第二基底51、第一覆盖层53、彩膜层、公共电极57、第一取向层43、第二取向层58和液晶层60的厚度之和约为0.755mm，即，f约为0.755mm与聚光透镜52a的厚度之和。
其中，聚光透镜52a的凸面的曲率半径r、聚光透镜52a的折射率n
2、聚光透镜52a的焦距f
1满足以下公式(2)：
其中，n
1为第一覆盖层53的折射率。其中，n
1可以尽量小的值，从而在焦距f
1确定时，使曲率半径r尽量大，从而有利于减小聚光透镜52a的厚度。在一些实施例中，n
1在1.3～1.6之间，例如，n
1为1.4，n
2为1.7。
在实际应用中，对聚光透镜52a的具体形状进行设置时，可以先设置好聚光透镜52a的厚度，从而可以确定出上述f值，再根据公式(1)确定出聚光透镜52a的焦距f
1，之后根据聚光透镜52a的折射率，确定出聚光透镜52a的曲率半径。
其中，考虑到当聚光透镜52a厚度越大时，聚光透镜52a的口径越大，由发光件12照射至聚光透镜52a的光线的角度范围越大。发光件12所发射的光线能量与发光角度满足与余弦分布，发射角度较小的光线的能量较高，发射角度较大的光线的能量较低，如果照射至聚光透镜52a的光线的角度范围较大，则容易导致聚光透镜52a所覆盖的多个子像素的亮度均一性较差。为了提高显示均匀性，在本公开实施例中，当发光件12到聚光透 镜52a的距离确定时，可以通过聚光透镜52a的厚度的设置，使得从发光件12照射至聚光透镜52a的光线的发射角度小于25°，从而可以使各子像素的出光能量的均一性大于90％。其中，光线的发射角度是指，光线的发射方向与聚光透镜52a的光轴方向之间的夹角。
其中，发光件12照射至聚光透镜52a的光线的最大发射角度为θ，则θ与聚光透镜52a的口径D之间满足公式(3)：
其中，H为发光件12到聚光透镜52a的距离。
在一些实施例中，聚光透镜52a在第一基底上的正投影大致为正方形，此时，聚光透镜52a的口径即为正方向的边长。在确定出聚光透镜52a的口径之后，则可以根据聚光透镜52a的口径大小和像素区的排布周期，确定出聚光透镜52a与像素区的对应关系。图6为聚光透镜和像素区的平面示意图，如图6所示，聚光透镜52a在第一基底上的正投影包括沿第一方向延伸的第一侧边E1和沿第二方向延伸的第二侧边，例如第一方向与第二方向垂直。第一侧边E1的长度记作L1，第二侧边E2的长度记作L2。像素区P在第一方向上的排布周期为P1，像素区在第二方向上的排布周期为P2，则聚光透镜52a在第一基底上的正投影覆盖m*n个像素区P在第一基底42上的正投影；其中，m为最接近L1/P1的整数，n为最接近L2/P2的整数。
其中，像素区P在第一方向上的排布周期是指，在第一方向上相邻的两个像素区P的中心间距；像素区P在第二方向上的排布周期是指，在第二方向上相邻的两个像素区P的中心间距。
在一些实施例中，H为0.75mm，f为10μm，第二覆盖层、偏振片20、第二基底51、第一覆盖层53、彩膜层、公共电极57、第一取向层43、第二取向层58和液晶层60的厚度之和约为0.755mm。表1中示出了几个示例中的聚光透镜52a的参数和发光件12照射至聚光透镜52a的光线的最大 发射角度θ。
表1
在实际应用中，可以根据不同像素密度的需求，在根据上述可选的口径值，设计像素排布的个数，例如，像素密度为500PPI，像素区的尺寸为51μm*51μm，若聚光透镜52a的厚度为0.07mm，聚光透镜52a的口径为0.52mm，则一个聚光透镜52a对应10*10个像素区，即，一个聚光透镜52a在第一基底42上的正投影覆盖10*10个像素区在第一基底42上的正投影。
图7为本公开的一些实施例中提供的显示装置的出射光线的角度分布示意图，如图7所示，本公开实施例提供的显示装置中，通过光学结构单元52和反射层41g的配合，可以使显示装置出射角度在[-3.5°，3.5°]范围内。应当理解的是，出射角度为正值，表示出射光线在法线的一侧；出射角度为负值，表示出射光线在法线的另一侧。
另外，与透射式显示面板相比，透射式显示面板的两侧设置有偏振方向正交的两个偏光片，液晶层相当于起到二分之一波片的作用；而对于反射式显示面板而言，发光件12的光线会经过液晶层60的两次调制，液晶层60相当于起到四分之一波片的作用，因此，反射式显示面板中的液晶层60可以设置为较小的厚度。而在向液晶层60施加电场和去除电场时，液晶的响应时间与液晶层60的厚度有关，其中，施加电场时液晶的响应速度t
on、 去除电场时液晶的响应速度t
off满足以下公式：
其中，d为液晶层60厚度，γ为液晶分子的旋转黏度，K
eff为液晶分子的等效弹性系数，ε
0为真空中的介电常数，△ε为液晶层60的平行与垂直的介电常数之差。V
th为阈值电压(即驱动液晶层60达到最大透过状态时的电压)，K
11、K
22、K
33为展曲、弯曲、扭曲的弹性系数。
可见，液晶的响应时间正比于液晶层60的厚度的平方，因此，相较于透射式显示面板而言，本公开实施例中采用的反射式显示面板可以降低响应时间，从而提高显示画面的刷新频率。
在反射式显示面板中，阵列基板40和对盒基板50之间还可以设置材质较软的隔垫柱、微球等支撑结构，以对显示面板进行支撑。
本公开实施例提供的显示装置的制作过程如下：
S1、分别制作前置光源10和反射式显示面板。
其中，前置光源10的制作过程包括：在衬底基板11上形成第一黑矩阵13；之后形成上文所述的第一连接线L1、第二连接线L2、第一信号线V1和第二信号线V2；再通过转印的方式在衬底基板11上形成多个发光件12，每个发光件12的第一极连接一条第一连接线L1，每个发光件12的第二极连接一条第二连接线L2。最后，形成覆盖多个发光件12的第二覆盖层。
反射式显示面板的制作过程包括：在第一基底42上形成薄膜晶体管T1、反射层41g、第一取向层43，从而得到阵列基板40；在第二基底51上依次形成光学结构单元52、第一覆盖层53、彩膜层、第三覆盖层56、公共电极 57和第二取向层58，从而得到对盒基板50。在对盒基板50和阵列基板40的一者形成封框胶，并在封框胶所环绕的范围内滴注液晶，之后将阵列基板40和对盒基板50对盒，得到反射式显示面板。
S2、在第二基底51上依次形成四分之一波片22、二分之一波片21和偏振片20，之后与前置光源10固定连接。
本公开实施例还提供一种虚拟现实设备，其包括上述实施例中的显示装置。图8为本公开的一些实施例中提供的虚拟现实设备的示意图，如图8所示，虚拟现实设备包括显示装置100、光波导件200、耦入光栅300和耦出光栅400。其中，耦入光栅300设置在光波导件200的表面，并与显示装置100相对设置，耦入光栅300用于将显示装置100出射的光线耦入光波导件200内进行全反射传播；耦出光栅400设置在光波导件200表面，用于将光波导件200内全反射传播的光线取出，形成朝向人眼发射的出射光。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本公开的原理而采用的示例性实施方式，然而本公开并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本公开的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本公开的保护范围。
Claims (17)
- 一种显示装置，包括：前置光源，所述前置光源包括：衬底基板和设置在所述衬底基板上的多个发光件；反射式显示面板，设置在所述前置光源远离显示侧的一侧；所述反射式显示面板包括：第一基底、第二基底、反射层和多个光学结构单元，其中，所述第一基底与所述第二基底相对设置，所述反射层设置在所述第一基底朝向所述第二基底的一侧，所述多个光学结构单元设置在所述反射层远离所述第一基底的一侧；所述光学结构单元在所述第一基底上的正投影覆盖至少一个所述发光件在所述第一基底上的正投影，所述光学结构单元用于将所述发光件所发射的第一光线进行处理，生成第二光线；所述第二光线被反射层反射回所述光学结构单元，并被所述光学结构单元处理为背离所述第一基底发射的准直光。
- 根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述光学结构单元设置在所述第二基底朝向所述第一基底的一侧。
- 根据权利要求1或2所述的显示装置，其中，每个所述发光件对应一个所述光学结构单元，不同的发光件对应不同的光学结构单元；所述光学结构单元包括聚光透镜，所述发光件位于相应的所述聚光透镜的光轴上，且位于所述聚光透镜远离所述第一基底的焦平面上。
- 根据权利要求3所述的显示装置，其中，所述聚光透镜包括相对设置的平面和凸面，所述反射式显示面板还包括覆盖层，所述覆盖层位于所述聚光透镜的凸面远离所述平面的一侧，所述覆盖层包括相对设置的凹面和平坦面，所述凹面与所述凸面接触，所述覆盖层的折射率小于所述聚光 透镜的折射率。
- 根据权利要求4所述的显示装置，其中，所述聚光透镜的平面朝向所述第二基底，所述覆盖层位于所述聚光透镜朝向所述第一基底的一侧；或者，所述聚光透镜的平面朝向所述第一基底，所述覆盖层位于所述聚光透镜与所述第二基底之间。
- 根据权利要求3所述的显示装置，其中，所述聚光透镜的焦距f 1满足以下公式(1)：其中，d为所述聚光透镜靠近所述反射层的表面到所述反射层的反射面的最近距离的两倍；f为所述发光件靠近所述反射层的表面到所述反射层的反射面的距离；所述凸面的曲率半径r、所述聚光透镜的折射率n 2、所述聚光透镜的焦距f 1满足以下公式(2)：其中，n 1为所述覆盖层的折射率。
- 根据权利要求6所述的显示装置，其中，所述聚光透镜的厚度在0.01mm～0.15mm之间。
- 根据权利要求1至7中任一项所述的显示装置，其中，所述反射式显示面板具有多个像素区，每个所述像素区包括多个子像素区，所述反射式显示面板还包括：彩膜层，所述彩膜层设置在所述光学结构单元朝向所述第一基底的一侧，且包括位于每个所述子像素区中的彩色 滤光部，每个所述像素区中的多个彩色滤光部的颜色包括多种。
- 根据权利要求8所述的显示装置，其中，所述光学结构单元在所述第一基底上的正投影覆盖至少一个所述像素区中的多个彩色滤光部在所述第一基底上的正投影。
- 根据权利要求8所述的显示装置，其中，所述光学结构单元在所述第一基底上的正投影具有沿第一方向延伸的第一侧边，以及沿第二方向延伸的第二侧边；所述光学结构单元在所述第一基底上的正投影覆盖m*n个所述像素区在所述第一基底上的正投影；其中，m为最接近L1/P1的整数，n为最接近L2/P2的整数，L1为所述第一侧边的长度，L2为所述第二侧边的长度，P1为所述像素区在第一方向上的排布周期，P2为所述像素区在所述第二方向上的排布周期。
- 根据权利要求1至10中任一项所述的显示装置，其中，所述反射式显示面板还包括：液晶层，设置在所述第一基底与所述第二基底之间；第一取向层，设置在所述反射层与所述液晶层之间；第二取向层，设置在所述第二基底与所述液晶层之间；多个薄膜晶体管，设置在所述第一基底与所述反射层之间，每个所述子像素区中均设置有所述薄膜晶体管；其中，所述反射层包括位于每个所述子像素区中的反射电极，所述反射电极与相应子像素区中的薄膜晶体管电连接。
- 根据权利要求1至11中任一项所述的显示装置，其中，所述前置光源中的多个发光件分为多个发光组，所述多个发光组沿第一方向并排设 置，每个所述发光组包括沿第二方向排列的多个所述发光件，所述第一方向与所述第二方向交叉；所述衬底基底上还设置有第一信号线、第二信号线以及多条第一连接线和第二连接线，每个所述发光组对应一条所述第一连接线和一条所述第二连接线，所述发光组中的每个发光件的第一极通过相应的第一连接线与所述第一信号线连接，所述发光组中的每个发光件的第二极通过相应的第二连接线与所述第二信号线连接。
- 根据权利要求1至12中任一项所述的显示装置，其中，所述发光件在平行于所述第二基底的任意方向上的长度均小于15μm。
- 根据权利要求1至13中任一项所述的显示装置，其中，所述发光件的发光角度小于25°。
- 根据权利要求1至14中任一项所述的显示装置，其中，所述前置光源还包括黑矩阵，所述黑矩阵位于所述发光件与所述衬底基板之间，且所述发光件在所述衬底基板上的正投影位于所述黑矩阵在所述衬底基板上的正投影范围内。
- 根据权利要求1至15中任一项所述的显示装置，其中，所述显示装置还包括：偏振片，设置在所述前置光源所述显示面板之间；二分之一波片，设置在所述偏振片与所述显示面板之间；四分之一波片，设置在所述二分之一波片与所述显示面板之间。
- 一种虚拟现实设备，包括权利要求1至16中任一项所述的显示装 置。
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Legal Events
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