CN110491292B - 多层显示装置及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种多层显示装置及电子设备，所述多层显示装置包括：一背光源；一显示模块，包括多个像素；及一多层显示光学系统，包括一光栅及一成像透镜，所述光栅位于所述成像透镜与所述显示模块之间，所述光栅被配置为二次弯曲光栅；其中所述背光源、所述显示模块及所述多层显示光学系统依序叠置，所述背光源发出的光源朝向所述显示模块及所述多层显示光学系统。

Description

多层显示装置及电子设备
技术领域
本发明是有关于一种显示装置，特别是有关于一种利用单个显示模块实现多层显示功能的多层显示装置。
背景技术
随着信息技术的发展，显示器成了信息传递量最大的终端设备，在人们的工作生活中扮演着不可或缺的重要角色。近年来，显示技术发展迅速，已从最早期的阴极射线管CRT(Cathode ray tubes)显示器过渡到平板显示时代，诸如PDP(Plasma Display Panel)、液晶显示器(Liquid Crystal Display)、FED(Field Emission Displays)、OLED(OrganicLight-Emitting Diode)等平板显示器。
随着平板显示技术不断进步和完善，人们也对图像显示有了新的需求，例如：产生三维立体显示效果，以提升人们的视觉体验。
如图1所示，现有的多层显示(Multi-layered display)装置9是用一组背光源91配合由多层液晶显示(LCD)模块92层叠，各层液晶显示模块需要独立驱动和独立的视频源输入。
其中，由于单层液晶显示模块的穿透率大约为5％，多层LCD叠加后的穿透率将急剧下降。因此，现有多层显示装置的缺点是：需要搭配高功率的的背光源，能量利用率比较低；及层叠的液晶显示模块以及额外的驱动电路导致体积较大，不符合当前显示装置的发展趋势，诸如轻薄、便携及省电等。
因此，现有技术存在问题，亟待解决。
发明内容
本发明提供一种多层显示装置及电子设备，以解决现有技术所存在的多层显示装置体积大及能量利用率低等问题。
本发明的一方面提供一种多层显示装置，包括：一背光源；一显示模块，包括多个像素；及一多层显示光学系统，包括一光栅及一成像透镜，所述光栅位于所述成像透镜与所述显示模块之间，所述光栅被配置为二次弯曲光栅；其中所述背光源、所述显示模块及所述多层显示光学系统依序叠置，所述背光源发出的光源朝向所述显示模块及所述多层显示光学系统。
在本发明的一实施例中，所述二次弯曲光栅可为一纯相位型光栅。
在本发明的一实施例中，所述光栅可被配置成一相位型光学元件。
在本发明的一实施例中，所述多个像素可沿一维方向排列。
在本发明的一实施例中，所述多个像素可沿二维方向排列。
在本发明的一实施例中，所述成像透镜可为一通用型透镜。
在本发明的一实施例中，所述成像透镜可为一菲涅尔透镜。
在本发明的一实施例中，所述成像透镜可为一液晶透镜。
在本发明的一实施例中，所述背光源与所述显示模块可整合为一体。
本发明的另一方面提供一种电子设备，包括如上所述的多层显示装置。
与现有技术相比较，本发明的多层显示装置及电子设备，通过在普通的单个显示模块外加由二次弯曲光栅和成像透镜构成的多层显示光学系统，只用单个显示模块就可以获得多层显示效果。其中，二次弯曲光栅可以做成相位型光学元件，可以通过调节光栅的相位梯度值，使得各个衍射级次获得均衡的光能利用率，具有体积小，能量利用率高，单一面板集成的优点，即可获得多层显示的效果，可以用于垂直方向分屏，或者用于获得三维立体观看效果。
附图说明
图1是一现有的多层显示装置的示意图。
图2是本发明一实施例的多层显示装置的分解示意图。
图3是本发明一实施例的多层显示光学系统的成像示意图。
图4是本发明一实施例的二次弯曲光栅层的图样示意图。
图5是本发明一实施例的多层显示装置的多个成像参数示意图。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。再者，本发明所提到的方向用语，例如上、下、顶、底、前、后、左、右、内、外、侧面、周围、中央、水平、横向、垂直、纵向、轴向、径向、最上层或最下层等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。
请参照图2所示，本发明一实施例的多层显示装置可包括一背光源1、一显示模块2及一多层显示光学系统3。以下举例说明本发明实施例的多层显示装置的实施方案，但不以此为限。
举例而言，如图2所示，所述背光源1可由适用于显示器的背光模组构成；所述显示模块2可由任意形式的像素阵列式的显示器构成，在此仅以液晶显示(LCD)模块为例进行说明，但不以此为限，所述显示模块2还可由其它显示模块构成，诸如阴极射线管(CRT)或有机发光二极管(OLED)等，所述显示模块2与背光源1可依需求独立设置或整合为一体；所述背光源1、所述显示模块2及所述多层显示光学系统3依序叠置，所述背光源1发出的光源朝向所述显示模块2及所述多层显示光学系统3，用以产生多层图像(Multi-layered image)M，所述多层图像M可被一人眼E接收而形成多层视网膜成像M’，可以用于垂直方向分屏，或者用于获得三维立体观看效果。
从而，可以在有限大小的屏幕内实现更多的信息显示，例如：可以在垂直方向上实现分屏显示；同时，也可以通过在前后层依次显示近景和远景图像从而获得三维立体显示效果，极大的提升人们的视觉体验。
如图2及图3所示，所述显示模块2包括多个像素(如图3所示的A、B、C)，所述多个像素可沿一维方向排列，例如：3个并列的像素(如包括红、绿、蓝子像素等)，用以产生3个显示图层A’、B’、C’，所述像素的数量也可以选为更多个，以利用到更多衍射级次；替代地，所述多个像素还可沿二维方向排列，以形成二维光栅，例如：形成n×n(n为非零的正整数)的像素排列，如X方向正负一级，Y方向正负一级，即n为3，则对应到成像面一共9层显示平面，以便提高视觉体验的图像丰富度。
此外，如图3所示，所述多层显示光学系统3包括一光栅31及一成像透镜32，所述光栅31位于所述成像透镜32与所述显示模块2之间。如图4所示，所述光栅31被配置为二次弯曲光栅(quadratically distorted grating)的图样P，例如：可在玻璃片上刻出大量刻痕，刻痕为不透光部分，两刻痕之间的光滑部分可以透光，相当于一狭缝，用以显现不同的特殊效果，例如：在平面上展示栩栩如生的立体世界。
在一实施例中，所述二次弯曲光栅可为一纯相位型光栅；可选地，所述光栅31可被配置成一相位型光学元件。从而，可以便于取得及使用所述光栅31。
在一实施例中，所述成像透镜32可为一通用型透镜、一菲涅尔透镜及一液晶透镜中的一种或多种。从而，可以便于取得及使用所述成像透镜32。
以下举例说明所述本发明上述实施例的多层显示装置的成像方式，但不以此为限。如图5所示，以3个沿一维方向排列的像素A、B、C为例，通过光线L1、L2、L3，经由所述光栅31及成像透镜32，用以产生3个显示图层A’、B’、C’，作为所述多层图像M。
如图5所示，所述显示模块2到所述光栅31与成像透镜32之间的一界面的距离为z’，所述所述光栅31与成像透镜32之间的界面到所述显示图层(如图中的B’)的距离为z，所述显示图层A’、B’、C’之间的距离为δzm(当只取零级和正负一级时，m＝-1,+1)，像素间隔为δdm(当只取零级和正负一级时，m＝-1,+1)，跟据衍射光学原理，各个参数之间的关系如下式所示：
Figure GDA0002970081990000051
δdm＝z’tanθm，其中
Figure GDA0002970081990000052
应被理解的是，λ为波长；m代表衍射级次，光学意义是光程差与波长的比值，即，光程差是波长的几倍；d为光栅周期。由于二次弯曲光栅的分光作用使得各个衍射级次m具有不同的聚焦能力，再结合后面的成像透镜使得各个级次的离焦量进一步提升，通过调节二次弯曲光栅的波像差参数W20、光栅周期d和成像透镜焦距R可以定制各个显示层之间的距离以及像素A、B、C之间的间隔距离。
本发明的另一方面提供一种电子设备，例如：包括上述多层显示装置的桌上型屏幕、壁挂型屏幕、笔记本电脑、平板电脑、智能手机及智能手表等，但不以此为限。
与现有技术的多层显示装置(如由多层液晶显示模块层叠而成)相比，本发明上述实施例的多层显示装置及电子设备，通过在普通的单个显示模块外加由二次弯曲光栅和成像透镜构成的多层显示光学系统，只用单个显示模块就可以获得多层显示效果。其中，二次弯曲光栅可以做成相位型光学元件，可以通过调节光栅的相位梯度值，使得各个衍射级次获得均衡的光能利用率，具有体积小，能量利用率高，单一面板集成的优点，即可获得多层显示的效果，可以用于垂直方向分屏，或者用于获得三维立体观看效果。
本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已公开的实施例并未限制本发明的范围。相反地，包含于权利要求书的精神及范围的修改及均等设置均包括于本发明的范围内。

Claims (8)

1.一种多层显示装置，其特征在于：包括：
一背光源；
一显示模块，包括多个像素，所述多个像素沿一维方向排列；及
一多层显示光学系统，包括一光栅及一成像透镜，所述光栅位于所述成像透镜与所述显示模块之间，所述光栅被配置为二次弯曲光栅，所述二次弯曲光栅的图样是在玻璃片上刻出的多个刻痕，所述刻痕为不透光部分，在两刻痕之间的光滑部分能够透光；
其中所述背光源、所述显示模块及所述多层显示光学系统依序叠置，所述背光源发出的光源朝向所述显示模块及所述多层显示光学系统；及
其中所述显示模块到所述光栅与所述成像透镜之间的一界面的距离为z’，所述光栅与所述成像透镜之间的所述界面到一多层图像的距离为z，所述多层图像中的多个显示图层之间的距离为δzm，所述显示模块的像素间隔为δdm，
Figure FDA0002970081980000011
δdm＝z， tanθm，
Figure FDA0002970081980000012
其中，λ为波长；m代表衍射级次，其光学意义是光程差与波长的比值，m＝-1,+1；d为光栅周期；R为所述成像透镜的焦距；W20为所述二次弯曲光栅的波像差参数。
2.如权利要求1所述的多层显示装置，其特征在于：所述二次弯曲光栅为一纯相位型光栅。
3.如权利要求1所述的多层显示装置，其特征在于：所述光栅被配置成一相位型光学元件。
4.如权利要求1所述的多层显示装置，其特征在于：所述成像透镜为一通用型透镜。
5.如权利要求1所述的多层显示装置，其特征在于：所述成像透镜为一菲涅尔透镜。
6.如权利要求1所述的多层显示装置，其特征在于：所述成像透镜为一液晶透镜。
7.如权利要求1所述的多层显示装置，其特征在于：所述背光源与所述显示模块整合为一体。
8.一种电子设备，其特征在于：包括如权利要求1至7任一项所述的多层显示装置。
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