CN110012136B - 显示装置、显示屏及终端设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及显示技术领域，提供一种显示装置、显示屏及终端设备。显示装置包括显示屏以及纳米透镜。其中，显示屏包括多层，其中的至少一层上开设有通孔；纳米透镜设置在通孔内，或者，设置在显示屏的与显示屏发光时的光线出射侧相反的一侧、且与通孔对应的位置。上述显示装置中的纳米透镜可以制作得非常小，相应地，显示屏的至少一层上开设的通孔也可以是尺寸很小的通孔，当通孔尺寸足够小时，人眼难以察觉其存在。该显示装置可以应用于终端设备上，以手机为例，显示装置中的显示屏可以作为手机的屏幕，显示装置中的纳米透镜可以作为手机前置摄像头的镜头，从而能够实现真正意义上的全面屏手机，改善显示效果，提高用户体验。

Description

显示装置、显示屏及终端设备

技术领域

本申请涉及显示技术领域，具体而言，涉及一种显示装置、显示屏及终端设备。

背景技术

全面屏手机是对具有超高屏占比手机的一种称呼，由于全面屏手机的显示效果优于传统手机，因此全面屏已成为智能手机的重要发展趋势之一，其最终目标是实现接近100％的屏占比。

目前手机上普遍采用的前置摄像头是实现全面屏的技术瓶颈所在，因为光线无法以极大的透过率穿过手机屏幕，因此直接将前置摄像头置于屏幕下方是不可行的，摄像头的图像传感器将无法采集到满足亮度以及清晰度要求的图像。现有技术中常见的解决方案包括：对手机屏幕进行切割或预留位置，以使摄像头能够充分感光，但在这些方案中，屏幕位于前置摄像头上方的位置将不能显示画面，影响显示效果，难以称得上是真正的全面屏。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供一种显示装置、显示屏及终端设备，通过采用纳米透镜，改善屏幕显示效果与前置摄像头之间的矛盾。为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

第一方面，本申请实施例提供一种显示装置，包括：

显示屏，所述显示屏包括多层，其中的至少一层上开设有通孔；

纳米透镜，所述纳米透镜设置在所述通孔内，或者，设置在所述显示屏的与所述显示屏发光时的光线出射侧相反的一侧、且与所述通孔对应的位置。

上述显示装置中的纳米透镜(metalens，也称超透镜)包括大量按一定方式排列的纳米结构(如纳米鳍、纳米柱等，其尺寸为纳米级)，因此其体积可以制作得非常小，相应地，显示屏的至少一层上开设的通孔也可以是尺寸很小的通孔，当通孔尺寸足够小时，即使在通孔位置处显示屏无法显示画面，人眼也难以察觉其画面的缺失，在人眼看来，该显示屏完全用于显示画面。

该显示装置可以应用于手机等终端设备上，以手机为例，显示装置中的显示屏可以作为手机的屏幕，显示装置中的纳米透镜可以作为手机前置摄像头的镜头，从而能够实现真正意义上的全面屏，改善手机的显示效果，提高用户体验。

在第一方面的一些实现方式中，开设有所述通孔的所述至少一层的透光率低于所述多层中除所述至少一层之外的其他层的透光率。

构成显示屏的多层结构中，一些层的透光率较高，另一些层的透光率较低，在透光率较低的层上开设通孔，有利于光线透过显示屏，改善纳米透镜的成像质量。

在第一方面的一些实现方式中，所述通孔分布于所述显示屏所在平面上的至少一个位置，每个位置处的所述通孔开设于所述显示屏在所述位置处的所述至少一层上，所述纳米透镜为至少一个，每个纳米透镜与分布于所述平面上的一个位置处的所述通孔对应设置。

首先，仅在显示屏所在平面的一个位置处开设通孔的方案也是可行的，但当通孔尺寸较小时，可能存在通光量不足的问题，导致在屏下采集的图像亮度较低，而在显示屏所在平面的多个位置处通孔有利于增大显示屏的通光量，从而改善采集到的图像的质量。

在第一方面的一些实现方式中，位于所述平面上的同一位置处的不同层上的所述通孔相互正对。

正对设置的通孔有利于光线穿过显示屏，改善纳米透镜的成像质量。

在第一方面的一些实现方式中，所述通孔呈阵列分布于所述平面上的多个位置。

阵列是一种周期性重复的、有规律的分布方式，通孔设置为阵列的形式，便于显示屏的生产制造。同时在这些实现方式中，由于纳米透镜与通孔对应设置，因此纳米透镜也呈阵列分布，便于确定透过纳米透镜的光线的成像区域。

在第一方面的一些实现方式中，开设有所述通孔的所述至少一层包括发光层。

在一些显示屏的结构中，发光层由发光材料构成，发光材料发出的光线入射到人眼就形成了显示屏显示的画面，为实现显示效果，发光材料的透光率较低，因此可以再发光层上开设通孔，改善纳米透镜的成像质量，同时之前已经提到，由于通孔可以具有很小的尺寸，因此即使在通孔位置发光层无法发光液不影响显示屏的显示效果。

在第一方面的一些实现方式中，所述显示屏为有机发光二极管(Organic Light－Emitting Diode，OLED)显示屏。

OLED显示屏分为多层，其中包括发光层，发光层通过有机发光材料发光，在普通的OLED显示屏的发光层上开设通孔后，即可以作为一种第一方面实施例提供的显示屏。

第二方面，本申请实施例提供一种显示屏，所述显示屏包括多层，其中的至少一层上开设有通孔，所述通孔用于容纳纳米透镜，或者，用于透过入射到纳米透镜的光线。

第三方面，本申请实施例提供一种终端设备，包括：图像传感器、处理器以及第一方面或第一方面的任意一个可能的实施例提供的显示装置；

所述图像传感器设置在所述显示屏的与所述显示屏发光时的光线出射侧相反的一侧，且从所述终端设备的外部入射到所述纳米透镜的光线经所述纳米透镜折射后，在所述图像传感器所在的平面上形成的成像区域能够覆盖所述图像传感器的感光区域；

所述处理器与所述图像传感器连接，用于接收所述图像传感器采集的图像。

其中，显示装置中的显示屏可以作为终端设备的屏幕，显示装置中的纳米透镜可以作为终端设备的前置摄像头的镜头。上述终端设备由于采用了第一方面或第一方面的任意一个可能的实施例提供的显示装置，因此可以实现全面屏显示。

在第三方面的一些实现方式中，所述通孔分布于所述显示屏所在平面上的多个位置，每个位置处的所述通孔开设于所述显示屏在所述位置处的所述至少一层上，所述纳米透镜为多个，每个纳米透镜与分布于所述平面上的一个位置处的所述通孔对应设置，从所述终端设备的外部入射到每个纳米透镜的光线经所述纳米透镜折射后在所述图像传感器所在的平面上形成一个成像区域，多个纳米透镜形成的多个成像区域的并集能够覆盖所述图像传感器的感光区域。

考虑到图像传感器的尺寸以及其与纳米透镜的距离等因素，一个纳米透镜形成的成像区域可能无法覆盖图像传感器的感光区域，导致采集到的图像存在缺失，因此可以通过设置多个纳米透镜，形成多个成像区域，实现对图像传感器的感光区域的完全覆盖。

在第三方面的一些实现方式中，所述多个成像区域的并集中存在区域重叠的部分能够覆盖所述图像传感器的感光区域。

各成像区域的重叠部分相较于未重叠部分具有更大的通光量，在这些区域内采集的图像质量将更好，因此若多个成像区域的并集中存在区域重叠的部分能够覆盖图像传感器的感光区域，图像传感器将能够采集到质量更好的图像。

在第三方面的一些实现方式中，所述多个成像区域的交集能够覆盖所述图像传感器的感光区域的中心部分。

对于图像而言，中心部分是用户的注意力集中区域，其质量最为重要，而图像边缘部分用户通常关注较少，对其质量要求可适当放低。因此对于图像传感器的感光区域的中心部分，应尽可能确保其充分感光。多个成像区域的交集区域通光量最大，可以使其覆盖感光区域的中心部分，确保中心部分的图像质量。

在第三方面的一些实现方式中，所述纳米透镜设置在介电弹性体上，所述处理器还用于根据镜头调节指令，控制施加在所述介电弹性体两端的电压，以使所述纳米透镜中纳米结构的排列方式随所述电压而变化，进而改变所述纳米透镜的焦距和/或对焦位置。

介电弹性体在两端施加电压后会发生形变，从而设置在其表面的纳米结构的排列方式也会随之变化，导致穿过纳米透镜的光线的折射方向发生变化，从而实现对纳米透镜的焦距和/或对焦位置的调节。在此基础上，可以实现拍摄时的自动变焦和/或自动对焦等功能。

第四方面，本申请实施例提供一种显示装置，包括：显示屏，所述显示屏上开设有通孔或盲孔；纳米透镜，所述纳米透镜设置在所述通孔或盲孔内，或者，设置在所述显示屏的与所述显示屏发光时的光线出射侧相反的一侧、且与所述通孔或盲孔对应的位置。

上述显示装置与第一方面提供的显示装置类似，都能够应用于手机等终端设备上以实现全面屏。其与第一方面提供的显示装置的区别在于开孔方式不同，在第四方面提供的显示装置中，所开的孔与显示屏表面的连通的，如可以是贯通显示屏的通孔或者半贯通显示屏的盲孔，这样开孔的方式在工序上相对简单，例如可以在显示屏按传统方式制造完成后再进行打孔。相对的，在第一方面提供的显示装置中，在显示屏的某些层上开设的通孔可以不与显示屏表面连通。

第五方面，本申请实施例提供一种显示屏，所述显示屏上开设有通孔或盲孔，所述显示屏上开设的孔用于容纳纳米透镜，或者，用于透过入射到纳米透镜的光线。

第六方面，本申请实施例提供一种终端设备，包括：图像传感器、处理器以及第四方面或第四方面的任意一个可能的实施例提供的显示装置；

所述图像传感器设置在所述显示装置的显示屏的与所述显示屏发光时的光线出射侧相反的一侧，且从所述终端设备的外部入射到所述纳米透镜的光线经所述纳米透镜折射后，在所述图像传感器所在的平面上形成的成像区域能够覆盖所述图像传感器的感光区域；

所述处理器与所述图像传感器连接，用于接收所述图像传感器采集的图像。

其中，显示装置中的显示屏可以作为终端设备的屏幕，显示装置中的纳米透镜可以作为终端设备的前置摄像头的镜头。上述终端设备由于采用了第四方面或第四方面的任意一个可能的实施例提供的显示装置，因此可以实现全面屏显示。

为使本申请的上述目的、技术方案和有益效果能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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他相关的附图。

图1示出了本申请实施例提供的终端设备的一种结构框图；

图2(A)至图2(B)示出了本申请实施例提供的显示屏的两种结构示意图；

图3示出了本申请实施例提供的纳米透镜的一种结构示意图；

图4(A)至图4(C)示出了本申请实施例提供的显示装置与图像传感器的三种结构示意图；

图5示出了本申请实施例提供的一种具有全面屏的终端设备的示意图；

图6示出了OLED显示屏的一种结构示意图；

图7(A)至图7(B)示出了本申请实施例提供的带有OLED显示屏的显示装置与图像传感器的两种结构示意图；

图8示出了纳米透镜的成像区域与图像传感器的感光区域的一种关系示意图；

图9(A)示出了本申请实施例提供的一种显示屏上开设有通孔的显示装置的结构示意图；

图9(B)示出了本申请实施例提供的一种显示屏上开设有盲孔的显示装置的结构示意图。

图中：100－显示装置；108－终端设备表面；110－显示屏；110a－第一层；110b－第二层；110c－第三层；110d－第四层；110e－第五层；111a－玻璃封盖；111b－缓冲层；111c－阴极；111d－电子注入层；111e－电子传输层；111f－发光层；111g－空穴传输层；111h－空穴注入层；111i－阳极；111j－平坦化层；111k－玻璃衬底；111q－TFT电路；112－第一通孔；113－第二通孔；114－第三通孔；115－第四通孔；116－第五通孔；117－第六通孔；118－盲孔；120－前置摄像头；130－纳米透镜；132－纳米结构；134－衬底；200－图像传感器；300－处理器。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本申请中的产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请实施例而了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

图1示出了本申请实施例提供的终端设备的一种结构框图。参照图1，该终端设备包括显示装置100、图像传感器200以及处理器300，显示装置100进一步包括显示屏110以及纳米透镜130，在该终端设备中，显示屏110可以作为终端设备的屏幕，用于显示画面，纳米透镜130则可以作为终端设备的前置摄像头的镜头，而图像传感器200则可以作为该前置摄像头的感光元件。

其中，显示装置100的显示屏110包括多层，每层可由不同的材料构成，这些材料可以具有不同的透光率。显示屏110的多层中的至少一层上开设有通孔，通孔用于容纳纳米透镜130或者用于透过入射到纳米透镜130的光线，在后文再进一步说明。

图2(A)示出了显示屏110的一种可能的实现结构。参照图2(A)，显示屏110由上至下依次包括第一层110a、第二层110b、第三层110c、第四层110d以及第五层110e，其中第二层110b上开设有第一通孔112。第一通孔112的形状不作限定，例如可以是圆形、椭圆形、正方形、长方形、圆角矩形等形状。图2(B)示出了显示屏110的另一种可能的实现结构，参照图2(B)，显示屏110同样包括第一层110a至第五层110e，其中第二层110b和第四层110d上分别设置有第一通孔112和第二通孔113。

开设通孔可以采用预留的方式，例如对于图2(A)而言，在制造第二层110b时于第一通孔112位置留出空间，不进行材料填充，从而形成第一通孔112；或者也可以采用后处理的方式，例如在先将不含第一通孔112的第二层110b制造好，再设法去除第一通孔112位置处的材料。当然也不排除采用其他方式开设通孔。

可以根据实际需求确定在哪些层上开设通孔。例如，需要在显示屏110上开孔的重要原因之一就是为了改善显示屏110的透光率，以使纳米透镜130能够充分采光，改善成像质量。在确定哪些层需要开设通孔时，也可以遵循此原则按照各层透光率的高低来进行选择。之前已经提到，由于各层可能采用不同的材料构成，而各种材料的透光率不同，一些层的透光率较高，另一些层的透光率较低，透光率较低的层是阻碍光线穿透显示屏110的主要因素。因此可以在构成显示屏110的多层中，选择透光率最低的一层或几层进行开孔以改善显示屏110的透光性，例如，图2(A)中的第二层110b可能是第一层110a至第五层110e中透光率最低的一层，图2(B)中的第二层110b和第四层110d可能是第一层110a至第五层110e中透光率最低的两层。当然也可以选择透光率低于某个阈值的层进行开孔，该阈值可根据需求选取，例如取80％、90％、95％等值。或者也可以采用其他的准则确定需要开设通孔的层，在此不作限定。

进一步的，在一些显示屏110的多层结构中包括发光层，发光层可以由发光材料构成，发光材料发出的光线入射到人眼就形成了显示屏110显示的画面，为实现显示效果，发光材料的透光率可能较低，因此对于这些显示屏110，开设通孔的层中可以包括发光层。发光层开设通孔的位置将无法发光，也就是说这些显示屏110在通孔位置处是不显示画面的，但若通孔的尺寸制作得非常小，人眼将难以察觉到通孔位置存在的“黑洞”，根据纳米透镜130的特性这是可以实现的，具体见后文阐述。

在超过一层以上开设有通孔时(例如图2(B)中有两层开设有通孔)，位于不同层的通孔之间可以具有一定的位置对应关系，例如图2(B)中的两个通孔相互正对，相互正对的通孔有利于垂直入射的光线穿过显示屏110，改善显示屏110的透光性。当然，位于不同层的通孔之间也可以具有其他位置对应关系。

显示装置100中的纳米透镜130包括大量按一定方式排列的纳米结构(如纳米鳍、纳米柱等)，每一个纳米结构都可以视为一个能够改变光的折射方向的微小的透镜，其尺寸为纳米级，这些纳米结构可以设置在一个具有较高透光率的衬底上，图3示出了一种纳米透镜130的结构，其中矗立于衬底134上的每个小六面体表示一个纳米结构132。由于纳米结构的体积非常小，因此纳米透镜130的体积也可以制作得非常小，或者说纳米透镜130只需要非常小的体积就能够实现和普通透镜类似的功能。

在本申请实施例提供的显示装置100中，纳米透镜130可以设置在显示屏110的至少一层上开设的通孔内，如图4(A)所示，纳米透镜130设置在第二层110b上开设的第一通孔112内，图4(A)的显示屏110结构与图2(B)类似，不再具体阐述。或者，由于图2(B)中显示屏110的第二层110b和第四层110d上分别设有第一通孔112和第二通孔113，因此纳米透镜130也可以设置在第四层110d上开设的第二通孔113内，如图4(B)所示。在一些可选的方案中，纳米透镜130与显示屏110的通孔内壁之间可以具有某些连接固定结构，在图4(A)中以及图4(B)中并未示出。或者，纳米透镜130也可以设置在显示屏110的与显示屏110发光时的光线出射侧相反的一侧、且与通孔对应的位置。

下面具体说明最后一种情况下纳米透镜130的位置。所谓显示屏110的光线出射侧，是指显示屏110发出的光线射出的一侧，或者说就是显示屏110显示画面的一侧。图4(A)至图4(C)示出的是光线出射侧为第一层110a一侧的情况，当然根据不同的实施方案，光线出射侧也可能是第五层110e一侧。图4(A)以及图4(B)之前已经介绍，在图4(C)中，纳米透镜130设置在显示屏110的第五层110e一侧(与第一层110a相反的一侧)并且与第一通孔112和第二通孔113的位置对应(图4(C)中实施为正对，当然也可以是其他对应关系)，至于纳米透镜130与第五层110e之间的距离则不作限定。需要指出的是，在图4(C)中，纳米透镜130与显示屏110可以是分离的，也可以通过某些结构连接在一起。对于光线出射侧是第五层110e一侧的情况是类似的，此时纳米透镜130应当设置在第一层110a一侧，不再具体阐述。

之所以要将纳米透镜130设置在显示屏110的与光线出射侧相反的一侧，是考虑到光线出射侧一般位于终端设备外部，不便于设置纳米透镜130，而与光线出射侧相反的一侧则位于终端设备内部(如手机的壳体内)，便于设置纳米透镜130，同时可对透镜形成保护。

对于将纳米透镜130设置在显示屏110内部的方案，显示装置100的结构更紧凑，便于进行整体封装；对于将纳米透镜130设置在显示屏110一侧的方案，其制作工艺难度较小，便于实施。

进一步的，之前已经提到，纳米透镜130可以具有很小的体积，意味着显示屏110上与纳米透镜130对应的通孔也可以制作得很小就足以满足纳米透镜130作为镜头的采光需求了。具体实施时，纳米透镜130以及通孔的尺寸都可以为微米级甚至更小，以至于人眼难以察觉到其存在。

图像传感器200用于完成光电转换，生成图像信号，这里并不限定图像传感器200的类型，例如可以是电耦合器件(Charge Coupled Device，CCD)传感器，互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)传感器等等。

图像传感器200设置在显示屏110的与光线出射侧相反的一侧，且从终端设备的外部入射到纳米透镜130的光线经纳米透镜130折射后，能够入射到图像传感器200的感光区域形成图像信号。参照图4(A)或图4(B)，光线出射侧为显示屏110的第一层110a一侧，则图像传感器200设置在显示屏110的第五层110e一侧，从终端设备外部入射的光线穿过纳米透镜130折射后，能够入射到图像传感器200的感光区域。或者参照图4(C)，图像传感器200设置在显示屏110的第五层110e一侧，且位于纳米透镜130的下方。对于光线出射侧是第五层110e一侧的情况是类似的，此时图像传感器200应当设置在第一层110a一侧，不再具体阐述。

图像传感器200与纳米透镜130之间间隔一定的距离，其具体取值取决于不同的光学设计，不作限定，由于纳米透镜130在图像传感器200所在的平面上成像，因此这个距离也是纳米透镜130的像距。因为这段距离的存在，透过纳米透镜130的光线将在图像传感器200所在的平面上形成一个成像区域，为确保图像传感器200采集到的图像不存在缺失，应确保成像区域能够覆盖图像传感器200的感光区域。在已知纳米透镜130的视场角(Field ofView，FOV)以及与图像传感器200的距离的情况下，其成像区域的位置以及面积是可计算的，因此通过适当设计可以实现成像区域对图像传感器200的感光区域的覆盖，例如选择尺寸合适的图像传感器200，适当地设置图像传感器200与纳米透镜130之间的距离或者适当地设置纳米透镜130与图像传感器200的位置关系等等，后文也会给出存在多个纳米透镜130时的一个具体的例子。

继续参照图1，图像传感器200采集到图像后，将其发送给与其连接的处理器300。这里的处理器300是指一种具有数据处理能力和/或指令执行能力的处理单元。例如，可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、微控制单元(MicroController Unit，MCU)、网络处理器(Network Processor，NP)或者其他常规处理器；还可以是专用处理器，包括数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuits，ASIC)、现场可编程门阵列(FieldProgrammable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。处理器300中可以运行图像处理算法，对接收到的图像进行图像增强等处理。当然处理器300也可以实现其他功能，例如，显示屏110的显示内容也可以由处理器300控制，当然控制显示屏110显示内容的处理器与接收图像传感器200采集的图像的处理器300也可以实现为不同的处理器。

需要指出，处理器300与图像传感器200可以是直接连接，或者也可以是间接连接，例如中间还可以间隔有其他组件。

可以理解的，图1的终端设备还可以包括更多的组件，例如存储器等等，在这里不作进一步说明。该终端设备可以是，但不限于是手机、平板电脑、智能穿戴设备等电子设备。

之前已经提到，纳米透镜130可以作为终端设备的前置摄像头的镜头，因为在显示屏110的至少一层开设通孔以后，终端设备外部的光线已经能够以足够高的透过率经显示屏110、纳米透镜130入射到图像传感器200上成像，即可以实现正常的拍摄功能。并且，由于纳米透镜130的体积可以制作得非常小，相应地，显示屏110的至少一层上开设的通孔也可以是尺寸很小的通孔，当通孔尺寸足够小时，即使在通孔位置处显示屏110无法显示画面(例如在显示屏110的发光层上开设通孔的情况)，人眼也并不能察觉到通孔处画面存在缺失，即在人眼看来，该显示屏110完全用于显示画面，并不存在通孔，或者说人眼并不能察觉到显示屏110之下存在前置摄像头，若该显示屏110的面积在终端设备的表面占据较高的比例，则在该终端设备上实现了全面屏显示，全面屏能够改善终端设备的显示效果，进而提高用户体验。以终端设备是手机的情况为例，由于手机要考虑便携的问题，因此一般体积不能太大，在这样的限制下尽可能多地为用户显示内容尤为重要。

在本申请实施例提出的全面屏方案中，由于采用了纳米透镜130，若合理规划开设的通孔的大小，可以使显示屏110的显示效果不受前置摄像头的影响，因此显著优于现有技术中不采用纳米透镜130的方案，对于后者来说前置摄像头将影响显示效果。

此外，现有技术中还存在一些解决方案，将前置摄像头设置在某种机械结构上，手机自拍时该机械结构从手机主体中弹出，暴露出摄像头，从而摄像头的光线采集不受显示屏限制，但此种方式中对机械结构的耐用程度要求较高，在手机长期使用后容易发生机械故障，并且由于该机械结构导致手机的尺寸可变化，所以常规的手机壳、手机保护套均难以使用。而在本申请实施例中，仍然是以改善显示屏的透光率为出发点，在屏下设置前置摄像头，因此不存在上述采用机械结构带来的种种弊端。

图5示出了本申请实施例提供的一种具有全面屏的终端设备。图5中的显示屏110(阴影部分示出)占据了终端设备表面108的绝大多数部分，并且显示屏110的至少一上层开设的第三通孔114尺寸很小，人眼难以察觉其存在，显示屏110下方为前置摄像头120，前置摄像头120包括纳米透镜130和图像传感器200(严格意义上说，纳米透镜130也可以设置在显示屏110中的第三通孔114内，不能完全算是显示屏110下方)。

可以理解的，上述实施例中的显示装置100并不一定要安装在图1所示的终端设备中，也可以安装在其他设备上，或者即使安装在图1所示的终端设备上，也不一定是出于实现全面屏的目的，例如可能是只是为了实现隐藏前置摄像头的效果，但设备本身的屏占比不高，并不能称为全面屏。

下面再以显示屏110是OLED屏的情况为例作进一步说明，由于目前OLED屏广泛应用于手机等电子设备中，其制造工艺成熟，实施方便并且有利于本申请实施例提供的显示屏110、显示装置100以及终端设备的推广普及。参照图6，图6中的OLED显示屏从上至下依次包括玻璃封盖(Sealing Cover Glass)111a、缓冲层(Buffer Layer)111b、阴极(Cathode)111c、电子注入层(Electron Injection Layer)111d、电子传输层(Electron TransportLayer)111e、发光层(Emissive Layer)111f、空穴传输层(Hole Transport Layer)111g、空穴注入层(Hole Injection Layer)111h、阳极(Anode)111i、平坦化层(PlanarizationLayer)111j、薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)电路111q以及玻璃衬底(GlassSubstrate)111k。

OLED显示屏发光的基本原理是从阴极111c和阳极111i分别注入电子和空穴，其中电子经电子注入层111d、由电子传输层111e向发光层111f迁移，而空穴经空穴注入层111h、空穴传输层111g向发光层111f迁移，电子和空穴在发光层111f复合为电子空穴对，即激子，激子在电场的作用下迁移，将能量转移给发光层111f中的有机发光材料，有机发光材料中的电子吸收能量后，从基态跃迁到激发态，但激发态是不稳定的，因此电子会从激发态再次跃迁回基态，同时释放出能量，产生光子。

继续参照图6，玻璃衬底111k是制造OLED显示屏时的基板，TFT电路111q是像素驱动电路，设置TFT电路111q后，玻璃衬底111k表面不再平坦，不利于以上各层的制造，因此在TFT电路111q上设置平坦化层111j，发光层111f包括红(图中R)、绿(图中G)、蓝(图中B)三种颜色的像素，分别用于发出不同颜色的光，缓冲层111b用于隔离阴极111c产生的电子，玻璃封盖111a用于将各层封装起来。阴极111c、电子注入层111d、电子传输层111e、空穴传输层111g、空穴注入层111h以及阳极111i在介绍OLED显示屏的显示原理时已经提到其功能，不再介绍。

需要指出的是，本申请实施例提供的显示屏110不限于OLED显示屏，并且图6也仅仅是OLED显示屏的一种典型结构，OLED显示屏也可以具有其他的结构，例如包括比图6中更多或更少的层。此外，应当指出，一些衍生品，例如有源矩阵有机发光二极管(Active－Matrix Organic Light－Emitting Diode，AMOLED)显示屏、超级有源矩阵有机发光二极管(Super Active－Matrix Organic Light－Emitting Diode，Super AMOLED)也属于OLED显示屏的范畴，可以用于制造本申请实施例提供的显示屏110。

在图6所示的OLED显示屏中，发光层111f的发光材料透光率较低，而其余各层的材料通常具有良好的透光率，因此对于OLED显示屏可以在发光层111f上开设第四通孔115，以改善OLED显示屏的透光率，如图7(A)所示。

图7(A)中的显示屏110仍然为OLED显示屏，为简化表示，中间若干层的名称未标出。参照图7(A)，在发光层111f原本设置像素的位置预留出空间，形成第四通孔115，第四通孔115可以在制造发光层111f的时候就进行预留，或者也可以在发光层111f制造好后再去除掉第四通孔115位置处的像素。在一些OLED显示屏的实现方式中，各像素之间还设置有绝缘材料制成的隔离柱(图6、图7(A)以及图7(B)均未示出)，避免像素间发生短路，这些绝缘材料的透光率较低，在开设第四通孔115时同样不必保留。

可以理解的，若某些OLED显示屏中除发光层111f以外的其他层也存在透光率较低的问题，在实施时也可以在这些层上的对应位置开设通孔，改善OLED显示屏的透光率。根据不同的实施方案，OLED显示屏的光线出射侧既有可能是玻璃封盖111a这一侧，也有可能是玻璃衬底111k这一侧。图7(A)以及图7(B)示出的均为光线出射侧是玻璃封盖111a一侧的情形，图7(A)之前已经介绍，在图7(B)中，纳米透镜130设置在显示屏110的玻璃衬底111k一侧(与玻璃封盖111a相反的一侧)并且正对第四通孔115的位置，至于纳米透镜130与玻璃衬底111k之间的距离不作限定。对于光线出射侧是玻璃衬底111k的情况是类似的，此时纳米透镜130应当设置在玻璃封盖111a一侧，不再具体阐述。

进一步的，参照图7(A)，光线出射侧为OLED显示屏的玻璃封盖111a一侧，则图像传感器200设置在OLED显示屏的玻璃衬底111k一侧，从终端设备外部入射的光线穿过纳米透镜130折射后，能够入射到图像传感器200的感光区域。或者参照图7(B)，图像传感器200设置在OLED显示屏的玻璃衬底111k一侧，且位于纳米透镜130的下方。对于光线出射侧是玻璃衬底111k的情况是类似的，此时图像传感器200应当设置在玻璃封盖111a一侧，不再具体阐述。

若在显示屏110的发光层上开设通孔，则通孔尺寸不宜太大，否则人眼可发现屏幕的画面存在“黑洞”(因为通孔处是没有发光材料的)。因此在一些实现方式中，可以对发光层上的通孔的尺寸进行限制，例如不超过300微米。这里所称的尺寸是对通孔面积的一种度量，具体的度量方式和通孔的形状有关，例如若通孔为正方形，该尺寸可以是指其边长，又例如若通孔为长方形，该尺寸可以是指其较长边的边长，又例如若通孔为圆形，该尺寸可以是指其直径，等等。可以理解的，上述300微米仅为示例，实际实施时也可以取其他值，并不应当视为对本申请保护范围的限制。例如，考虑到不同的人视力存在区别，通孔的尺寸在满足纳米透镜130采光需求的前提下可以设置得尽量小一些，例如设置为不超过200微米、不超过100微米，等等。需要指出，对于纳米透镜130来说，通孔尺寸在微米级别变化，并不影响其制造。

将显示屏110在长宽方向(指除显示屏110厚度之外的两个方向)延伸形成的平面称为显示屏110所在平面(以下简称显示平面)。在一些实施例中，可以仅在显示平面的一个位置处开设通孔，通孔开设于显示屏110在该位置处的至少一层上。需要特别指出，在显示平面的一个位置处开设的通孔并不一定是一个通孔，也可以是分布在不同层上的多个通孔，例如在图2(B)中，第二层110b上的第一通孔112以及第四层110d上的第二通孔113均位于显示平面的同一位置处，且二者位置正对，便于光线穿过通孔。仅在显示平面的一个位置开设通孔有利于避免对显示屏110的结构造成较大的破坏，但当通孔尺寸较小时，这些实施例中的显示屏110可能存在通光量不足的问题，导致图像传感器200在屏下采集的图像亮度较低，甚至难以清晰成像。注意，在此处以及后文中，提到图像传感器200采集的图像的亮度时，是指其采集的原始图像的亮度，不包括图像在发送至处理器300后被进一步处理的情况。因此，在另一些实施例中，也可以在显示平面的多个位置处开设通孔，以增大显示屏110的通光量，从而改善图像传感器200采集到的图像的质量，例如，在图5中，显示平面上有四个位置都开设了第三通孔114。针对显示平面的每一个位置处的通孔，也相应地设置一个纳米透镜130，纳米透镜130和对应的通孔的之间的结构关系，在前面介绍图4(A)至图4(C)时已经阐述，不再重复。

另一方面，纳米透镜130在图像传感器200所在的平面上形成的成像区域要覆盖图像传感器200的感光区域。若图像传感器200的感光区域较大，单个纳米透镜130的成像区域可能难以实现全面覆盖，而对于多个纳米透镜130的情况，只需要每个纳米透镜130对应的成像区域的并集覆盖图像传感器200的感光区域即可，实现起来会容易一些。

可选的，通孔在显示平面上呈阵列分布。具体到每个开设通孔的层，例如发光层，其上开设多个通孔时，这些通孔也可以呈阵列分布。所谓阵列分布是指一种周期性重复的、有规律的分布方式，例如矩阵式分布、环状分布等都属于阵列分布，图5中的四个位置处的第三通孔114就是一种简单的矩阵式分布。由于阵列分布比较规律，因此将通孔设置为阵列的形式，便于显示屏110的生产制造。同时，由于纳米透镜130与通孔对应设置，因此纳米透镜130也呈阵列分布，从而在进行光学设计时便于确定透过每个纳米透镜130的光线的形成的成像区域，以满足成像区域的并集覆盖图像传感器200的感光区域的要求。

下面参照图8，进一步说明多个纳米透镜130的成像区域与图像传感器200的感光区域的关系。图8中显示平面共有A、B、C、D四个位置开设有第五通孔116，不妨认为其对应A、B、C、D四个纳米透镜130，对于每个纳米透镜130，前文已经提到，可以根据其视场角以及与图像传感器200所在平面的距离确定其对应的成像区域。对于纳米透镜A，其成像区域在图8中表示为正方形A1A2A3A4，对于纳米透镜B，其成像区域在图8中表示为正方形B1B2B3B4，对于纳米透镜C，其成像区域在图8中表示为正方形C1C2C3C4，对于纳米透镜D，其成像区域在图8中表示为正方形D1D2D3D4，可以理解的，这只是一种为说明问题的简化表示，实际中的成像区域不一定为正方形。这四个正方形的并集为正方形A1B2D3C4，能够覆盖图像传感器200的感光区域(图中阴影部分)。

进一步的，每个纳米透镜130的成像区域可能与其他纳米透镜130的成像区域存在重叠，重叠部分相较于未重叠部分具有更大的通光量，因此在这些区域内采集的图像亮度更高，清晰度更好，即图像质量较高。在一些实现方式中，使多个成像区域的并集中存在区域重叠的部分能够覆盖图像传感器200的感光区域，从而使图像传感器200将能够采集到质量更好的图像。多个成像区域的并集中存在区域重叠的部分，从数学意义上讲，就是从多个成像区域中任取两个成像区域求交集(遍历所有可能的组合)，然后将获得全部交集求并集所得到的区域。以图8为例，四个成像区域的并集中存在区域重叠的部分为多边形C1D1B1A2C2D2B3A3C3D4B4A4，这一多边形仍然覆盖图像传感器200的感光区域，因此其采集的图像具有较高的质量。

进一步的，发明人研究发现，对于图像而言，中心部分是用户的注意力集中区域，其质量最为重要，而图像边缘部分用户通常关注较少，对其质量要求可适当放低。基于这一发现，对于图像传感器200的感光区域的中心部分，应尽可能确保其充分感光，即应使这部分区域具有最大的通光量，根据上面的阐述，多个成像区域的交集是各个成像区域共有的重叠部分，其通光量最大，因此在一些实现方式中，可以使多个成像区域的交集覆盖图像传感器200的感光区域的中心部分，确保中心部分的图像具有足够的亮度，从而具有较高的质量。

以图8为例，四个成像区域的交集为正方形D1C2A3B4，其覆盖了图像传感器200的感光区域的中心部分，确保采集到的图像在这部分具有高质量，只有两侧的长条区域未被该交集覆盖，但也被正方形A1A2A3A4与正方形C1C2C3C4的重叠区域C1D1B4A4，以及正方形B1B2B3B4与正方形D1D2D3D4的重叠区域C2D2B3C3所覆盖，因此也能够确保采集到的图像在这部分的质量是较好的。若还想进一步提升边缘处的图像质量，可以在显示平面上的其他位置开设更多的通孔。

上述图像传感器200的感光区域的中心部分，可以定义为位于感光区域中心的，且面积占感光区域的总面积预设比例(如70％、80％、90％等)的区域，当然也可以采取其他定义方式，不作限定。

在介绍图3时，已经提到，纳米透镜130可以设置在一个衬底上。在一些实现方式中，该衬底可以由介电弹性体材料制成，例如介电弹性体制成的薄膜。介电弹性体在两端施加电压后会发生形变(如拉伸、收缩等)，从而设置在其表面的纳米结构的排列方式也会随之变化，导致穿过纳米透镜130的光线的折射方向发生变化，从而实现对纳米透镜130的焦距的调节，或者对焦位置的调节，或者同时对二者进行调节，因为无论是调节焦距还是对焦位置，其实质都是改变光线的折射方向。

继续参照图1，在一些实现方式中，可由终端设备的处理器300根据镜头调节指令，控制介电弹性体两端的电压，以实现对纳米透镜130的焦距和/或对焦位置的调节。由于在图1示出的终端设备中，纳米透镜130被用作前置摄像头的镜头，因此通过对纳米透镜130的焦距和/或对焦位置的调节，可以实现镜头在拍摄时的自动变焦和/或自动对焦，或者其他期望的功能。

进一步的，镜头调节指令可能是根据用户操作生成的，例如手机在拍照时，用户点击显示屏110上的某点，手机中的应用程序可以响应用户点击显示屏110的操作，生成对应的镜头调节指令，处理器300根据该指令控制介电弹性体两端的电压，改变纳米透镜130的对焦位置，使其对焦到用户点击的位置所对应的实际物体。镜头调节指令也可能是根据处理器300运行的图像处理算法生成的，例如，某种图像增强算法需要在短时间内采集多张焦距不同的图像，然后将其合成为一张图像，以使得位于不同景深的物体都能够清晰成像。该算法运行时会自动生成多个镜头控制指令，使纳米透镜130的依次取到各个需要的焦距。

此外，还需要指出，纳米透镜130的变焦是一种光学变焦，因此在变焦后能保证高画质，这与现有的很多手机摄像头是不同的，现有的摄像头多为数码变焦，增加焦距后画面虽然放大，但画质下降严重，甚至不可使用。

在上面提到的实施例中，通孔均开设于显示屏110的某些层上，这样的通孔可能不与显示屏110的表面连通。例如在图2(A)中，第二层110b的第一通孔112并未与第一层110a或第五层110e连通。这意味着若采用图2(A)中的显示屏110结构，不适宜在显示屏110的第一层110a至第五层110e都制造好后才开设第一通孔112，而适宜在制造第二层110b时就开设第一通孔112。

在另一些实施例中，显示装置100的显示屏110也可以采取不同的开孔方式，即在显示屏110上开设通孔或盲孔。其中，显示屏110上开设的通孔是指贯通整个显示屏110的孔，如图9(A)中的第六通孔117，显示屏110上开设的盲孔是指未贯通整个显示屏110、但与显示屏110的一侧表面连通的孔，如图9(B)中的盲孔118，该盲孔118连通显示屏110的下方表面，盲孔118开设的深度可以根据需求确定，例如，显示屏110的发光层透光率较低，则盲孔118的深度可与发光层在显示屏110中的深度相等或者超过该深度(至少将发光层打穿，改善显示屏110的透光率)，又例如，液晶显示屏110(Liquid Crystal Display，LCD)的背光层透光率较低，则盲孔118的深度可与背光层在显示屏110中的深度相等或者超过该深度(至少将背光层打穿，改善显示屏110的透光率)。

无论是在显示屏110上开设通孔还是盲孔，都可以在显示屏110按照传统方式(即不开孔的方式)制造好后再执行打孔，在工序上更简单一些，当然若显示屏110分为多层，在制造每一层时就在预定的通孔或盲孔的位置进行预留或者去除制造材料也是可行的。相对而言，在显示屏110上开设通孔或盲孔都是增加显示屏110透光率的比较简单直接的解决方式，但对于多层的显示屏110结构，只在其中某些层上开设通孔的方案由于其对显示屏110的完整性破坏较小，有利于开孔后的显示屏110维持较高的强度，同时，在单个层上开设的通孔深度较小，其工艺难度也低于开设贯穿多层的深度较大的通孔。

在这些实施例中提供的显示装置100中，纳米透镜130可以设置在通孔或盲孔内，或者，设置在显示屏110的与光线出射侧相反的一侧、且与通孔或盲孔对应的位置。图9(A)示出了纳米透镜130设置在第六通孔117内的情况，图9(B)示出了纳米透镜130设置在显示屏110的与光线出射侧(光线出射侧为显示屏110上方一侧)相反的一侧、且与盲孔118对应的位置的情况。

可以理解的，这些实施例提供的显示装置100也可以和图1中除显示装置100以外的其他组件构成终端设备。具体来说，该终端设备包括图像传感器200、处理器300以及显示装置100(指显示屏110上开设有通孔或盲孔的显示装置100)。图像传感器200设置在显示装置100的显示屏110的与显示屏110发光时的光线出射侧相反的一侧，且从终端设备的外部入射到纳米透镜130的光线经纳米透镜130折射后，在图像传感器200所在的平面上形成的成像区域能够覆盖图像传感器200的感光区域。处理器300与图像传感器200连接，用于接收图像传感器200采集的图像。关于该终端设备中的图像传感器200、处理器300等组件可参考前述实施例中的内容，此处不再重复。

显然，本申请的上述实施例仅仅是为了清楚说明本申请所作的举例，而并非是对本申请的实施方式的限定。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。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请权利要求的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种显示装置，其特征在于，包括:

显示屏，所述显示屏包括多层，其中的至少一层上开设有通孔，开设有所述通孔的所述至少一层包括发光层，且开设有所述通孔的所述至少一层按照所述显示屏各层透光率的高低进行选择；

纳米透镜，设置在所述显示屏的与所述显示屏发光时的光线出射侧相反的一侧、且与所述通孔对应的位置；

其中，所述通孔分布于所述显示屏所在平面上的多个位置，每个位置处的所述通孔开设于所述显示屏在所述位置处的所述至少一层上，所述纳米透镜为多个，每个纳米透镜与分布于所述平面上的一个位置处的所述通孔对应设置。

2.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，开设有所述通孔的所述至少一层的透光率低于所述多层中除所述至少一层之外的其他层的透光率。

3.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，位于所述平面上的同一位置处的不同层上的所述通孔相互正对。

4.根据权利要求3所述的显示装置，其特征在于，所述通孔呈阵列分布于所述平面上的多个位置。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的显示装置，其特征在于，所述显示屏为有机发光二极管OLED显示屏。

6.一种显示屏，其特征在于，所述显示屏包括多层，其中的至少一层上开设有通孔，开设有所述通孔的所述至少一层包括发光层，且开设有所述通孔的所述至少一层按照所述显示屏各层透光率的高低进行选择，所述通孔用于透过入射到纳米透镜的光线；

其中，所述纳米透镜设置在所述显示屏的与所述显示屏发光时的光线出射侧相反的一侧、且与所述通孔对应的位置；

所述通孔分布于所述显示屏所在平面上的多个位置，每个位置处的所述通孔开设于所述显示屏在所述位置处的所述至少一层上，所述纳米透镜为多个，每个纳米透镜与分布于所述平面上的一个位置处的所述通孔对应设置。

7.一种终端设备，其特征在于，包括：图像传感器、处理器以及如权利要求1-5中任一项所述的显示装置；

所述图像传感器设置在所述显示装置的显示屏的与所述显示屏发光时的光线出射侧相反的一侧，且从所述终端设备的外部入射到所述纳米透镜的光线经所述纳米透镜折射后，在所述图像传感器所在的平面上形成的成像区域能够覆盖所述图像传感器的感光区域；

所述处理器与所述图像传感器连接，用于接收所述图像传感器采集的图像。

8.根据权利要求7所述的终端设备，其特征在于，从所述终端设备的外部入射到每个纳米透镜的光线经所述纳米透镜折射后在所述图像传感器所在的平面上形成一个成像区域，多个纳米透镜形成的多个成像区域的并集能够覆盖所述图像传感器的感光区域。

9.根据权利要求8所述的终端设备，其特征在于，所述多个成像区域的并集中存在区域重叠的部分能够覆盖所述图像传感器的感光区域。

10.根据权利要求9所述的终端设备，其特征在于，所述多个成像区域的交集能够覆盖所述图像传感器的感光区域的中心部分。

11.根据权利要求7-10中任一项所述的终端设备，其特征在于，所述纳米透镜设置在介电弹性体上，所述处理器还用于根据镜头调节指令，控制施加在所述介电弹性体两端的电压，以使所述纳米透镜中纳米结构的排列方式随所述电压而变化，进而改变所述纳米透镜的焦距和/或对焦位置。

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