CN106646890A - 虚拟现实显示器件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种虚拟现实显示器件及其制造方法。虚拟现实显示器件包括：显示面板；形成在显示面板上的支撑结构；以及形成在支撑结构上的菲涅尔透镜。本发明的虚拟现实显示器件由于在显示器件中集成菲涅尔透镜，而菲涅尔透镜使得距离人眼很近的图像也可以在视网膜上成像，节约了VR设备的尺寸，提高了显示模组在虚拟现实领域的应用价值。

Description

虚拟现实显示器件及其制造方法

技术领域

本发明总体涉及虚拟现实技术领域，特别涉及一种虚拟现实显示器件及其制造方法。

背景技术

VR(Virtual Reality，即虚拟现实技术)，是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供用户关于视觉等感官的模拟，让用户感觉仿佛身历其境，可以模拟真实场景没有限制地观察三维空间内的事物。

随着人们对显示设备要求的不断提升，VR设备在2015年逐渐进入了市场。对于头戴VR设备的技术发展方向来说，一方面要致力于提高用户在虚拟世界中的沉浸感和真实感，另一方面也要实现头戴VR设备的小型化、轻量化以进一步提高用户的体验。

一方面，就头戴VR设备的轻量化而言，有机电致发光显示面板及微发光二极管显示面板更符合技术要求，下面分别进行介绍：

有机电致发光显示(organic electroluminescence Display)技术被誉为具有梦幻般显示特征的平面显示技术，因其发光机理与发光二极管(LED)相似，所以又称之为OLED(organic ight emitting diode)。具有既薄又轻、主动发光、宽视角、快速响应、能耗低、低温和抗震性能优异以及潜在的柔性设计等优点。2000年以来，OLED受到了业界的极大关注，开始步入产业化阶段。

而随着技术的不断发展，新型的显示技术微发光二极管显示器应运而生。微发光二极管显示器即Micro-LED，Micro-LED技术指的是通过在一个芯片上集成高密度微小尺寸的LED阵列来实现LED的薄膜化、微小化和矩阵化，其像素点距离从毫米级降低至微米级别，体积是目前主流LED大小的1％，每一个像素都能定址、单独发光。并且具备功耗低(耗电量仅为LCD的十分之一)、亮度高、解析度高、色彩饱和度高且没有色衰，、响应速度更快、寿命更长、效率更高等优势。如今很多厂商把MicroLED看作下一代的显示技术。

另一方面，就头戴VR设备的小型化而言，为了节约VR设备的尺寸，显示屏与人的双眼距离会设计的比较近，但人的晶状体无法让离眼睛太近的物体在视网膜成像，这就制约了头戴VR设备小型化的进一步发展。

因此，需要一种新的虚拟现实显示器件。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明提供一种虚拟现实显示器件及其制造方法，本发明的虚拟现实显示器件由于在显示器件中集成菲涅尔透镜，而菲涅尔透镜使得距离人眼很近的图像也可以在视网膜上成像，节约了虚拟现实设备的尺寸，提高了显示模组在虚拟现实领域的应用价值。

本发明的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。

根据本发明的一方面，公开一种虚拟现实显示器件，包括：

显示面板；

形成在显示面板上的支撑结构；以及

形成在支撑结构上的菲涅尔透镜。

根据本发明的一实施方式，所述支撑结构包围所述显示面板的有效显示区域。

根据本发明的一实施方式，所述支撑结构的形成材料包括玻璃或聚甲基丙烯酸甲酯。

根据本发明的一实施方式，所述支撑结构的形成材料包括玻璃，其中所述支撑结构由包围所述显示面板的有效显示区域的外墙、内墙以及所述外墙和所述内墙之间的玻璃构成。

根据本发明的一实施方式，所述支撑结构的高度通过光学设计来进行调节，使得显示面板内容通过菲涅尔透镜可以在使用者视网膜上对焦。

根据本发明的一实施方式，所述菲涅尔透镜的形成材料为聚甲基丙烯酸甲酯。

根据本发明的一实施方式，所述菲涅尔透镜的形成材料为玻璃。

根据本发明的一实施方式，所述菲涅尔透镜表面的螺纹的制备工艺为蚀刻。

根据本发明的一实施方式，所述显示面板为有机电致发光显示面板或微发光二极管显示面板。

根据本发明的第二方面，公开一种虚拟现实显示器件的制造方法，包括：

在显示面板上形成支撑结构；以及

在支撑结构上贴合菲涅尔透镜。

根据本发明的一实施方式，所述在显示面板上形成支撑结构包括：通过光刻胶或喷墨打印在显示面板上形成包围显示面板的有效显示区域的外墙和内墙，所述外墙和内墙之间的空间形成一沟槽，将玻璃粉放入所述沟槽中，所述外墙、玻璃粉和内墙构成所述支撑结构。

根据本发明的一实施方式，所述在支撑结构上贴合菲涅尔透镜包括：用激光将玻璃粉融化以使所述菲涅尔透镜与所述支撑结构接合。

根据本发明的一实施方式，通过蚀刻工艺制备所述菲涅尔透镜表面的螺纹。

根据本发明的一些实施方式，由于在显示器件中集成菲涅尔透镜，而菲涅尔透镜使得距离人眼很近的图像也可以在视网膜上成像，节约了VR设备的尺寸，提高了显示模组在虚拟现实领域的应用价值，同时也进一步提高了用户的体验。

根据本发明的另一些实施方式，通过玻璃来制备菲涅尔透镜，其制备工艺可以与OLED或Micro-LED制程中的封装工艺结合起来，从而提升显示器件的集成度。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施例，本发明的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。

图1为菲涅尔透镜的工作原理示意图。

图2为根据本发明示例实施方式的一虚拟现实显示器件在贴合菲涅尔透镜前的俯视示意图。

图3为根据本发明示例实施方式的一虚拟现实显示器件的菲涅尔透镜的俯视示意图。

图4为根据本发明示例实施方式的一虚拟现实显示器件的剖面示意图以及菲涅尔透镜与显示面板的结合方式的示意图。

图5示意性示出根据本发明示例实施方式的一虚拟现实显示器件的制造方法的流程图。

图6为根据本发明示例实施方式的一虚拟现实显示器件的集成电路绑定方式示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。附图仅为本发明的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现、材料或者操作以避免喧宾夺主而使得本发明的各方面变得模糊。

在下面的描述中，当一个预定的部分“包括”一个预定的组件时，预定的部分不排除其他组件，但可以进一步包括其他组件，除非另有说明。

图中所示的每一层的厚度和尺寸可能会为了方便和清晰的目的被夸大，省略或示意性地绘制。此外，元素的大小并没有完全反映实际大小。

在实施例的描述中，应当理解，当一层(或膜)，一个区域，或一个板被称为“在”另一部分“上”时，它可以是“直接”或“间接”在另一部分上，或一个或多个中间层也可能存在。相反，应当理解，当某一部分被称为“直接在”另一部分“上”时，一个或多个中间层可能不存在。

本发明提供一种虚拟现实显示器件及其制造方法。本发明的虚拟现实显示器件包括：显示面板；形成在显示面板上的支撑结构；以及形成在支撑结构上的菲涅尔透镜。本发明的虚拟现实显示器件由于在显示器件中集成菲涅尔透镜，而菲涅尔透镜使得距离人眼很近的图像也可以在视网膜上成像，节约了VR设备的尺寸，提高了显示模组在虚拟现实领域的应用价值。

下面结合图1-4对本发明的虚拟现实显示器件进行具体说明，其中，图1为菲涅尔透镜的工作原理示意图，图2为根据本发明示例实施方式的一虚拟现实显示器件在贴合菲涅尔透镜前的俯视示意图。图3为根据本发明示例实施方式的一虚拟现实显示器件的菲涅尔透镜的俯视示意图，图4为根据本发明示例实施方式的一虚拟现实显示器件的剖面示意图以及菲涅尔透镜与显示面板的结合方式的示意图。

首先结合图1说明菲涅尔透镜的原理以及在本发明的虚拟现实显示器件集成菲涅尔透镜的原因。

菲涅尔透镜(Fresnel lens)，又称螺纹透镜，是由法国物理学家奥古斯汀·菲涅尔(Augustin·Fresnel)发明的，他在1822年最初使用这种透镜设计用于建立一个玻璃菲涅尔透镜系统--灯塔透镜。如图1所示，菲涅尔透镜多是由如PMMA即聚甲基丙烯酸甲酯等的聚烯烃材料注压而成的薄片，也有玻璃制作的，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆，它的纹理是利用光的干涉及扰射和根据相对灵敏度和接收角度要求来设计的，透镜的要求很高，一片优质的透镜必须是表面光洁，纹理清晰，其厚度随用途而变，多在1mm左右，特性为面积较大，厚度薄及侦测距离远。

菲涅尔透镜作用有两个：一是聚焦作用；二是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号。菲涅尔透镜在很多时候相当于红外线及可见光的凸透镜，效果较好，但成本比普通的凸透镜低很多。

菲涅尔透镜的原理基于菲涅尔波带片，菲涅尔波带片具有类似透镜的作用，它可以使入射光汇聚起来，产生极大的光强。菲涅尔透镜背后的基本思想很简单。想象一下，取一面塑料放大镜并将其切成一百个同心圆环(就像树的年轮)薄片。每个圆环都比旁边的圆环稍微小一点，并将光会聚到中心。现在，取出并修改每一个圆环，使其一边平坦并且与其余圆环等厚。为了保持圆环向中心会聚光线的能力，各个圆环的斜面的角度将有所不同。现在，若将所有圆环堆叠在一起，就可以得到一面菲涅尔透镜了。当然也可以将透镜做得特别大。大型菲涅尔透镜经常用作太阳能聚光器。

简言之，本发明的虚拟现实显示器件正是利用了菲涅尔透镜的聚焦作用，在VR设备的显示器件中集成菲涅尔透镜，使得距离人眼很近的图像也可以在视网膜上成像，节约了VR设备的尺寸，实现了头戴VR设备小型化的要求和技术发展趋势；与此同时，菲涅尔透镜不但成本比普通的凸透镜低很多，而且厚度更薄，这也符合头戴VR设备小型化、轻量化的要求和技术发展趋势。

下面结合图2-4具体说明集成菲涅尔透镜的虚拟现实显示器件。

如图2-4所示，虚拟现实显示器件包括：显示面板1；形成在显示面板1上的支撑结构2；以及形成在支撑结构2上的菲涅尔透镜3。支撑结构2由包括玻璃或聚甲基丙烯酸甲酯等的材料构成，用以支撑显示面板1上的菲涅尔透镜3并使显示面板1和菲涅尔透镜3气密性地结合以防止成像质量的下降，其中在支撑结构2的形成材料包括玻璃的情况下，支撑结构2可由包围所述显示面板1的有效显示区域的外墙、内墙以及所述外墙和所述内墙之间的玻璃构成；同时支撑结构2也用以保持显示面板1和菲涅尔透镜3之间的合适距离以确保在佩戴使用了该虚拟现实显示器件的头戴VR设备的用户的眼睛视网膜上清晰、有效地成像。

图2为根据本发明示例实施方式的一虚拟现实显示器件在贴合菲涅尔透镜前的俯视示意图，其展示了一种全新的虚拟现实显示器件设计思路：使用一个圆形的显示面板1，显示面板1中的有效显示区域即A-A区域为一个正方形区域，A-A区域位于显示面板1的正中心，通过光刻胶或喷墨打印在显示面板上形成包围显示面板的有效显示区域即A-A区域的外墙21和内墙22，所述外墙和内墙之间的空间形成一沟槽，将玻璃粉23放入沟槽中，所述外墙和内墙以及经过激光4照射热熔以后的玻璃粉23共同构成了支撑结构2，所述支撑结构2包围而不遮挡所述显示面板1的有效显示区域即A-A区域。支撑结构2的高度可以通过光学设计来进行调节，使得显示面板1的内容通过菲涅尔透镜3可以在视网膜上聚焦成像，具体而言，在已经确定所使用的菲涅尔透镜的具体参数的情况下，也就是在菲涅尔透镜的主焦距f已经确定的情况下，通过菲涅尔透镜成像公式1/h＝1/f-1/r₀，根据由欲设计的头戴VR设备的尺寸决定的虚拟现实显示器件与使用者的眼睛距离r₀来调节支撑结构2的高度h。这样一来，头戴VR设备中的虚拟现实显示器件与使用者的眼睛距离即使较小也不会发生难以在视网膜上聚焦成像的问题，从而大大节约了VR设备的尺寸。

根据本发明的一实施方式，图2中的显示面板1既可以为有机电致发光显示器即OLED器件，也可以为微发光二极管显示器件即Micro-LED器件。但本发明并不限于此，也可以是其他的显示器件，只要是能够满足轻量化薄型化要求即可。此外，显示面板1的形状也不限于圆形，也可以是方形、矩形或其它需要的形状；同时显示面板1中的有效显示区域即A-A区域也不限于正方形，也可以是圆形、矩形或其它需要的形状。

图3为一个菲涅尔透镜的示意图，可通过玻璃制备菲涅尔透镜，用蚀刻法制备菲涅尔透镜的螺纹。

菲涅尔透镜本身是通过透镜演变过来的，虽然现在菲涅尔透镜是用PMMA即聚甲基丙烯酸甲酯来制备，但完全也可以用玻璃来制备，这样就可以与OLED或Micro-LED制程中的封装工艺结合起来；并且菲涅尔透镜表面的螺纹精度不高，完全可以用蚀刻工艺来制备，本领域技术人员完全有能力用平板显示器(FPD)生产线生产玻璃菲涅尔透镜，从而提升显示面板的集成度、减少工艺成本时间以及降低生产成本。

需要特别指出的是，当显示面板1为OLED时，上方的菲涅尔透镜3必须是玻璃材质的，因为PMMA即聚甲基丙烯酸甲酯材质的菲涅尔透镜3无法达到OLED的封装要求。而当显示面板1为Micro-LED时，上方的菲涅尔透镜3可以是玻璃材质，也可以是PMMA材质，因为无机的Micro-LED的封装要求不高，PMMA也可以满足要求，在这种情况下，支撑结构2相应的可由PMMA来形成。

图4为根据本发明示例实施方式的一虚拟现实显示器件的剖面示意图以及菲涅尔透镜与显示面板的结合方式的示意图。

如图4所示，通过光刻胶或喷墨打印形成的外墙21、内墙22以及经过激光4照射热熔以后的玻璃粉23共同构成了支撑结构2，支撑结构2用以支撑显示面板1上的菲涅尔透镜3并使显示面板1和菲涅尔透镜3气密性地结合以防止水汽或灰尘等进入而导致成像质量的下降；同时支撑结构2也用以保持显示面板1和菲涅尔透镜3之间的合适距离以确保在佩戴使用了该虚拟现实显示器件的头戴VR设备的用户的眼睛视网膜上清晰、有效地成像。

下面说明玻璃菲涅尔透镜3与显示面板1的对盒工艺。具体而言，玻璃菲涅尔透镜3与显示面板1的对盒工艺，如图4所示，也就是用激光4将沟槽中的玻璃粉23加热、融化，使得玻璃菲涅尔透镜3、显示面板1分别与支撑结构2的上、下表面气密性接合，从而完成玻璃菲涅尔透镜3与显示面板1的对盒。

通过上述的支撑结构2的形成方式及玻璃菲涅尔透镜3与显示面板1的对盒方式，在保证接合气密性的同时降低了工艺成本，并且避免了其他形成和对盒方式可能造成的对显示面板的损害。

通常来说，由于头戴VR设备用显示器件一般不需要触摸板或触控板，也不需要为OLED或Micro-LED设计防反射层/膜，所以菲涅尔透镜3可以不用再增加诸如touch sensor即触控传感器/感测器和Polarizer即偏光片等通常的显示器件(如手机、平板电脑等的显示屏)一般都会具有的层/膜和部件，但本发明不限于此，也可根据实际应用的需要增加所需的层/膜和部件。

此外，本发明还提供一种虚拟现实显示器件的制造方法。图5示意性示出根据本发明示例实施方式的一虚拟现实显示器件的制造方法的流程图。

如图5所示，一种虚拟现实显示器件的制造方法，包括：

步骤S502：在显示面板上形成支撑结构。

具体来说，首先，准备一个圆形的显示面板1，显示面板1中的有效显示区域即A-A区域为一个正方形，A-A区域位于显示面板1的正中心；然后，通过光刻胶即PR或喷墨打印在在显示面板上形成包围显示面板的有效显示区域即A-A区域的外墙21和内墙22，所述外墙和内墙之间的空间形成一用于放置封装玻璃粉23的沟槽；最后，将玻璃粉23放入沟槽中，外墙21、内墙22以及将在下一步骤中经过激光4照射热熔以后的玻璃粉23共同构成了支撑结构2，形成所述支撑结构2时要确保其包围而不遮挡所述显示面板1的有效显示区域即A-A区域。

其中，支撑结构2的高度可以通过光学设计来进行调节，使得显示面板1的内容通过菲涅尔透镜3可以在视网膜上聚焦成像。这样一来，头戴VR设备中的虚拟现实显示器件即使设计得离使用者的眼睛狠劲也不会发生难以在视网膜上聚焦成像的问题，从而大大节约了VR设备的尺寸。

显示面板1既可以为有机电致发光显示器即OLED器件，也可以为微发光二极管显示器件即Micro-LED器件。但本发明并不限于此，也可以是其他的显示器件，只要是能够满足轻量化薄型化要求即可。此外，显示面板1的形状也不限于圆形，也可以是方形、矩形或其它需要的形状；同时显示面板1中的有效显示区域即A-A区域也不限于正方形，也可以是圆形、矩形或其它需要的形状。

步骤S504：在支撑结构上贴合菲涅尔透镜。

在形成支撑结构2结构后，再在支撑结构2上覆盖制备好的菲涅尔透镜3，最后通过激光4照射来完成玻璃菲涅尔透镜3与显示面板1的对盒工艺，如图4所示，也就是用激光4将沟槽中的玻璃粉23融化以使菲涅尔透镜3与支撑结构2气密性地结合，完成玻璃菲涅尔透镜3与显示面板1的对盒。

通过上述的支撑结构2的形成方式及玻璃菲涅尔透镜3与显示面板1的对盒方式，在保证接合气密性的同时降低了工艺成本，并且避免了其他形成和对盒方式可能造成的对显示面板的损害。

虽然现在菲涅尔透镜3是用PMMA即聚甲基丙烯酸甲酯来制备，但完全也可以用玻璃来制备，这样就可以与OLED或Micro-LED制程中的封装工艺结合起来；并且菲涅尔透镜3表面的螺纹精度不高，完全可以用蚀刻工艺来制备，本领域技术人员完全有能力用平板显示器(FPD)生产线生产玻璃菲涅尔透镜3，从而提升显示面板1的集成度、减少工艺成本时间以及降低生产成本。

在此需要特别指出的是，当显示面板1为OLED时，上方的菲涅尔透镜3必须是玻璃材质的，因为PMMA即聚甲基丙烯酸甲酯材质的菲涅尔透镜3无法达到OLED的封装要求。而当显示面板1为Micro-LED时，上方的菲涅尔透镜3可以是玻璃材质，也可以是PMMA材质，因为无机的Micro-LED的封装要求不高，PMMA也可以满足要求，在这种情况下，支撑结构2相应的可由PMMA来形成。

最后，结合附图6说明虚拟现实显示器件的集成电路绑定方式。

图6示出根据本发明示例实施方式的一虚拟现实显示器件的集成电路绑定和布线方式示意图，其中虚拟现实显示器件通过柔性印刷电路板FPC与外部电路连接。

如图6所示，本发明的虚拟现实显示器件可以使用传统显示器的绑定(bonding)和布线(layout)方式，在此不再赘述。因此本发明不会影响集成电路(IC)的绑定(bonding)和布线(layout)，不会带来额外的工艺成本和时间。

综上所述，根据本发明的一些实施方式，由于在显示器件中集成菲涅尔透镜，而菲涅尔透镜使得距离人眼很近的图像也可以在视网膜上成像，节约了VR设备的尺寸，提高了显示模组在虚拟现实领域的应用价值，同时也进一步提高了用户的体验。

根据本发明的另一些实施方式，通过玻璃来制备菲涅尔透镜，其制备工艺可以与OLED或Micro-LED制程中的封装工艺结合起来，从而提升显示器件的集成度。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (13)

1.一种虚拟现实显示器件，包括；

显示面板；

形成在显示面板上的支撑结构；以及

形成在支撑结构上的菲涅尔透镜。

2.根据权利要求1所述的虚拟现实显示器件，其特征在于，所述支撑结构包围所述显示面板的有效显示区域。

3.根据权利要求1所述的虚拟现实显示器件，其特征在于，所述支撑结构的形成材料包括玻璃或聚甲基丙烯酸甲酯。

4.根据权利要求3所述的虚拟现实显示器件，其特征在于，所述支撑结构的形成材料包括玻璃，其中所述支撑结构由包围所述显示面板的有效显示区域的外墙、内墙以及所述外墙和所述内墙之间的玻璃构成。

5.根据权利要求1所述的虚拟现实显示器件，其特征在于，所述支撑结构的高度通过光学设计来进行调节，使得所述显示面板内容通过所述菲涅尔透镜可以在使用者视网膜上对焦。

6.根据权利要求1所述的虚拟现实显示器件，其特征在于，所述菲涅尔透镜的形成材料为聚甲基丙烯酸甲酯。

7.根据权利要求1所述的虚拟现实显示器件，其特征在于，所述菲涅尔透镜的形成材料为玻璃。

8.根据权利要求7所述的虚拟现实显示器件，其特征在于，所述菲涅尔透镜表面的螺纹的制备工艺为蚀刻。

9.根据权利要求1所述的虚拟现实显示器件，其特征在于，所述显示面板为有机电致发光显示面板或微发光二极管显示面板。

10.一种虚拟现实显示器件的制造方法，包括：

在显示面板上形成支撑结构；以及

在支撑结构上贴合菲涅尔透镜。

11.根据权利要求10所述的虚拟现实显示器件的制造方法，其特征在于，所述在显示面板上形成支撑结构包括：通过光刻胶或喷墨打印在显示面板上形成包围显示面板的有效显示区域的外墙和内墙，所述外墙和内墙之间的空间形成一沟槽，将玻璃粉放入所述沟槽中，所述外墙、玻璃粉和内墙构成所述支撑结构。

12.根据权利要求11所述的虚拟现实显示器件的制造方法，其特征在于，所述在支撑结构上贴合菲涅尔透镜包括：用激光将所述玻璃粉融化以使所述菲涅尔透镜与所述支撑结构接合。

13.根据权利要求10所述的虚拟现实显示器件的制造方法，其特征在于，通过蚀刻工艺制备所述菲涅尔透镜表面的螺纹。