CN111864119A - 显示器件和近眼显示设备 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种显示器件和近眼显示设备，所述显示器件包括：衬底基板；发光层，位于所述衬底基板的一侧，所述发光层包括多个发光部；封装层，位于所述发光层的背离所述衬底基板的一侧；透镜层，位于所述封装层的背离所述发光层的一侧，所述透镜层包括多个与所述发光部一一对应且向远离所述发光部一侧凸起的透镜结构，在垂直于所述衬底基板的截面上，至少一个所述透镜结构在所述衬底基板的正投影的中心与对应的所述发光部在所述衬底基板的正投影的中心不重叠。
Description
技术领域
本公开涉及显示技术领域，尤其涉及一种显示器件和近眼显示设备。
背景技术
近眼显示设备(例如，增强现实Augmented Reality，AR)近年来发展迅速，高端产品使用光波导技术进行轻薄化处理，但光波导光损失较大，需要器件亮度较高(＞3000nit)。硅基有机发光显示器件(Organic Light-Emitting Diode，OLED)具有自发光轻薄化的优点，可以满足AR易携带的需求，但器件亮度较低(＜1500nit)，无法对应AR高亮度的需求。而且，为了适应光学系统，在AR光学系统中需要使用特定的角度定制。
发明内容
本公开实施例提供一种显示器件，其中，包括：
衬底基板；
发光层，位于所述衬底基板的一侧，所述发光层包括多个发光部；
封装层，位于所述发光层的背离所述衬底基板的一侧；
透镜层，位于所述封装层的背离所述发光层的一侧，所述透镜层包括多个与所述发光部一一对应且向远离所述发光部一侧凸起的透镜结构，在垂直于所述衬底基板的截面上，至少一个所述透镜结构在所述衬底基板的正投影的中心与对应的所述发光部在所述衬底基板的正投影的中心不重叠。
在一种可能的实施方式中，所述透镜结构面向所述发光部的表面面积大于所述发光部面向所述透镜结构的表面面积，由第一对称轴沿第一方向到至少一侧边缘的所述透镜结构中，各所述透镜结构相对所述发光部依次错位，所述第一对称轴过所述显示器件的中心且垂直于所述第一方向。
在一种可能的实施方式中，由所述第一对称轴沿所述第一方向到至少一侧边缘的所述透镜结构中，各所述透镜结构相对所述发光部的错位长度依次增加。
在一种可能的实施方式中，所述透镜结构的面向所述发光部的表面在所述第一方向上的长度A，与所述发光部的面向所述透镜结构的表面在所述第一方向上的长度B满足以下关系：
A-B＝L1/N，其中，L1为边缘的所述透镜结构相对边缘的所述发光部在所述第一方向的错位长度，N为由中间的所述发光部沿所述第一方向到一侧边缘发生错位的所述发光部的数量。
在一种可能的实施方式中，所述封装层与所述透镜层之间还具有色阻膜层，所述色阻膜层包括多个色阻部；
所述色阻部的面向所述发光部的表面面积大于所述发光部的面向所述色阻部的表面面积，由所述第一对称轴沿所述第一方向到至少一侧边缘的所述色阻部中，各所述色阻部相对所述发光部依次错位。
在一种可能的实施方式中由所述第一对称轴沿所述第一方向到至少一侧边缘的所述色阻部，各所述色阻部相对所述发光部的错位长度依次增加。
在一种可能的实施方式中，所述色阻部的面向所述透镜结构的表面在第一方向上的长度C，与所述发光部的面向所述透镜结构的表面在所述第一方向上的长度B满足以下关系：
C-B＝L2/N，其中，L2为边缘的所述色阻部相对边缘的所述发光部在所述第一方向的错位长度。
在一种可能的实施方式中，所述色阻部的面向所述透镜结构的表面在所述第一方向上的长度，小于所述透镜结构的面向所述发光部的表面在所述第一方向上的长度。
在一种可能的实施方式中，相邻所述色阻部存在交叠区域。
在一种可能的实施方式中，所述透镜层的背离所述封装层的一侧还具有保护层；
所述保护层的折射率与所述透镜结构的折射率的比值大于1.1。
在一种可能的实施方式中，所述色阻膜层与所述透镜层之间还具有平坦层。
在一种可能的实施方式中，所述发光部面向所述透镜结构的表面面积与所述透镜结构面向所述发光部的表面面积的比值小于35.2％。
在一种可能的实施方式中，由所述第一对称轴沿所述第一方向到两侧边缘的所述透镜结构中，各所述透镜结构相对所述发光部依次错位。
在一种可能的实施方式中，由所述第一对称轴沿所述第一方向到一侧边缘的所述透镜结构中，各所述透镜结构相对所述发光部依次错位。
本公开实施例还提供一种近眼显示设备，其中，包括如本公开实施例提供的所述显示器件。
附图说明
图1为本公开实施例提供的一种显示器件的剖视示意图；
图2为本公开实施例提供的一种显示器件的俯视示意图；
图3为本公开实施例提供的一种透镜结构与发光部的排列关系示意图；
图4为本公开实施例提供的一种透镜结构与发光部的错位关系示意图；
图5为本公开实施例提供的另一种显示器件的剖视示意图；
图6为本公开实施例提供的另一种色阻部与发光部的排列关系示意图；
图7为本公开实施例提供的另一种色阻部与发光部的错位关系示意图；
图8为本公开实施例提供的不同色阻部之间存在交叠的示意图；
图9为本公开实施例提供的不同膜层对显示器件出光亮度的提升倍率示意图；
图10为本公开实施例提供的一种近眼显示设备的结构示意图；
图11为本公开实施例提供的获取出射角度的原理示意图；
图12为本公开实施例提供的透镜结构相邻膜层的尺寸关系示意图；
图13为本公开实施例提供的显示器件的设计流程示意图。
具体实施方式
为了使得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。
除非另外定义，本公开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。“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。
为了保持本公开实施例的以下说明清楚且简明，本公开省略了已知功能和已知部件的详细说明。
参见图1、图2和图3所示，本公开实施例提供一种显示器件，其中，包括：
衬底基板1；
发光层2，位于衬底基板1的一侧，发光层2包括多个发光部20，例如，可以包括出射红光的红色发光部21，出射绿光的绿色发光部22，以及出射蓝光的蓝色发光部23；
封装层3，位于发光层2的背离衬底基板1的一侧；
透镜层4，位于封装层3的背离发光层2的一侧，透镜层4包括多个与发光部20一一对应且向远离发光部20一侧凸起的透镜结构40，在垂直于衬底基板1的截面上，至少一个透镜结构40在衬底基板1的正投影的中心与对应的发光部20在衬底基板1的正投影的中心不重叠。
本公开实施例中，显示器件包括位于封装层的背离发光层一侧的透镜层，透镜层包括多个与发光部一一对应的透镜结构，由于透镜结构具有聚光作用，进而可以起到提高显示器件的出光亮度的作用，而且，使中间的透镜结构与中间的发光部对齐，在垂直于衬底基板的截面上，至少一个透镜结构40在衬底基板1的正投影的中心与对应的发光部20在衬底基板1的正投影的中心不重叠，进而会使透镜结构会相对发光部进行一一错位，在显示器件的边缘处，透镜结构会相对发光部发生较大错位，进而可以使发光部发出的光线在边缘处最大的出射角度为第一角度，在将显示器件应用到近眼显示设备中，可以实现对边缘角度的特定出光角度定制。
在具体实施时，结合图1所示，透镜结构40面向发光部20的表面面积S1大于发光部20面向透镜结构40的表面面积S2，由第一对称轴EF沿第一方向AB到至少一侧边缘的透镜结构40中，各透镜结构40相对发光部20依次错位，以使发光部20发出的光线在边缘处最大的出射角度为第一角度α，例如，第一角度α可以为18°。第一对称轴EF过所述显示器件的中心且垂直于第一方向AB。
第一角度α可以根据用户的需求设置，第一方向AB也可以根据用户的需求进行具体设置，例如，结合图2所示，显示器件的形状为矩形，第一方向AB具体可以为显示器件的横向。具体的，显示器件在封装层3与发光层2之间还具有第一绝缘层81。衬底基板1与发光层2之间还可以具有驱动电路(图中未示出)，驱动电路具体可与常规的驱动有机发光器件发光的驱动电路相同。
在具体实施时，参见图4所示，由中间的透镜结构40沿第一方向AB到至少一侧边缘的透镜结构40中，各透镜结构40相对发光部20的错位长度依次增加。例如，结合图4所示，由中间的透镜结构40沿第一方向AB到至少一侧边缘的透镜结构40中，第一个透镜结构40相对第一个发光部20的错位长度为a，第二个透镜结构40相对第二个发光部20的错位长度为2a，第三个透镜结构40相对第三个发光部20的错位长度为3a，第四个透镜结构40相对第四个发光部20的错位长度为4a，以此类推。
在具体实施时，透镜结构40的面向发光部20的表面在第一方向AB上的长度A，与发光部20的面向透镜结构40的表面在第一方向AB上的长度B满足以下关系：
A-B＝L1/N，其中，L1为边缘的透镜结构40相对边缘的发光部20在第一方向AB的错位长度，N为由中间的发光部20沿第一方向AB到一侧边缘发生错位的发光部20的数量，例如，结合图4所示，边缘位置处的第四个透镜结构40的中心与第四个发光部20的中心的错位长度为4a，则A-B＝2x＝4a/4＝a。本公开实施例中，透镜结构40的长度A与发光部20的长度B满足A-B＝L1/N-1时，可以实现使边缘处的透镜结构40相对边缘处的发光部20的错位长度达到需要错位长度，而该需要的错位长度可以实现在边缘处使发光部20的出射光的最大的出射角度满足第一角度α。
在具体实施时，参见图5和图6所示，封装层3与透镜层4之间还具有色阻膜层5，色阻膜层5包括多个色阻部50；色阻部50的面向发光部20的表面面积S3大于发光部20的面向色阻部50的表面面积S2，由第一对称轴EF沿第一方向AB到至少一侧边缘的色阻部50中，各色阻部50相对发光部20依次错位。本公开实施例中，与透镜结构40相对发光部20进行错位类似，使色阻部50的面向发光部20的表面面积大于发光部20的面向色阻部50的表面面积，可以使色阻部50相对发光部20发生依次错位，以在光线在以特定角度偏转传播的过程中，对光进行准确滤光，提高显示器件的显示画质。
在具体实施时，参见图7所示，由第一对称轴EF沿第一方向AB到至少一侧边缘的色阻部50，各色阻部50相对发光部20的错位长度依次增加。例如，结合图7所示，由中间的色阻部50沿第一方向AB到至少一侧边缘的色阻部50，第一个色阻部50相对第一个发光部20的错位长度为b，第二个色阻部50相对第二个发光部20的错位长度为2b，第三个色阻部50相对第三个发光部20的错位长度为3b，第四个色阻部50相对第四个发光部20的错位长度为4b，以此类推。
在具体实施时，色阻部50的面向透镜结构40的表面在第一方向AB上的长度C，与发光部20的面向透镜结构40的表面在第一方向AB上的长度B满足以下关系：
C-B＝L2/N，其中，L2为边缘的色阻部50相对边缘的发光部20在第一方向AB的错位长度。例如，结合图7所示，边缘位置处的第四个色阻部50的中心与第四个发光部20的中心的错位长度为4b，则C-B＝2y＝4b/4＝b。本公开实施例中，色阻部50的长度C与发光部20的长度B满足C-B＝L2/N-1时，可以实现使边缘处的色阻部50相对边缘处的发光部20的错位长度达到需要错位长度，以进行准确滤光。
在具体实施时，结合图5所示，色阻部50的面向透镜结构40的表面在第一方向AB上的长度C，小于透镜结构40的面向发光部20的表面在第一方向上的长度A。
在具体实施时，参见图8所示，相邻色阻部50存在交叠区域55。本公开实施例中，相邻色阻部50存在交叠区域55，在交叠区域55不出光，可以改善不同颜色之间的颜色串扰。
在具体实施时，结合图1和图5所示，透镜层4的背离封装层3的一侧还具有保护层6；色阻膜层5与透镜层4之间还具有平坦层7；保护层6的折射率与透镜结构40的折射率的比值大于1.1。具体的，平坦层7的折射率为n1，透镜结构40的折射率为n2，保护层6的折射率为n3，三者对显示器件出光亮度的提升倍率如图9所示，平坦层7的折射率为n1变化对亮度提升无影响；透镜结构40的折射率为n2≥1.55，提升效果＞1.25倍；保护层6的折射率为n3越低提升越高，要达到1.25倍，需n3≤1.45；目前显示器件需求要在1.25倍以上，需要折射比n2/n3＝1.1倍，如果需求更高的提升倍率，需要更高的折射率比值。
在具体实施时，发光部20面向透镜结构40的表面面积与透镜结构40面向发光部20的表面面积的比值小于35.2％。本公开实施例中，发光部20面向透镜结构40的表面面积与透镜结构40面向发光部20的表面面积的比值小于35.2％，可以实现边缘角度定制大于等于10°。
在具体实施时，显示器件可以是两侧均实现特定的角度定制，即，由第一对称轴EF沿第一方向AB到两侧边缘的透镜结构，各透镜结构40相对发光部20依次错位；也可以是仅一侧实现角度定制，即，由第一对称轴EF沿第一方向AB到一侧边缘的透镜结构40，各透镜结构40相对发光部20依次错位。
基于同一发明构思，参见图10所示，本公开实施例还提供一种近眼显示设备，其中，包括如本公开实施例提供的显示器Microdisplay。具体的，如图10所示，近眼显示设备包括光波导结构90，位于光波导结构91入光侧的显示器件91，位于显示器件91与光波导结构90之间的准直结构92(collimator)，位于光波导结构90的背离显示器件91一侧一端的光耦入结构93(In-coupling hologram)，以及位于光波导结构90的背离显示器件91一侧一端的光耦出结构94(Out-coupling hologram)，以将光波导结构90内的光耦出到人眼。
在具体实施时，结合图13所示，对于本公开实施例中显示器件的设计过程可以如下：
1、根据角度定制需求进行透镜结构尺寸(lens pitch)和色阻部尺寸(CF pitch)设计；例如，比如边缘处角度定制需要满足±18°的需求，可以得出lens和彩膜的设计尺寸及设计位置，18°对应是空气中的角度定制，根据这个角度可以求出在介质(也即保护层6)中的出光角度，如图11所示；根据折射定律，n1sinθ1＝n2sinθ2，可以求出θ2＝arcsin(n1/n2)*sinθ1，对应18°的介质中的角度是θ＝12.57°；假设lens放置于发光层发光像素面3um处，根据偏离角度可以计算出所需错位值x，x＝h*tanθ2，根据12.57°，可以得到总错位为0.66893um，根据0.39全高清(Full High Definition，FHD)的分辨率是1920*1080，可知横向子像素个数是2880个，一半即1440个，所以单像素的错位即为＝总错位/像素个数，即0.00046453um，使用错位渐变设计(lens统一尺寸，单个lens尺寸即为3.000465um；彩膜设计与lens方法等同，不再累述，具体尺寸可以如下表1和表2所示；
表1
| air角度 | 出光角度 | 弧度 | 放置高度 | 总错位 | 单像素错位 | Lens pitch |
| 18 | 12.57 | 0.219388 | 3 | 0.66893 | 0.00046453 | 3.000465 |
表2
| air角度 | 出光角度 | 弧度 | 放置高度 | 总错位 | 单像素错位 | CF pitch |
| 18 | 12.57 | 0.219388 | 0.9 | 0.200679 | 0.00013936 | 3.000139 |
①由上面表1和表2可知，lens pitch和CF pitch设计，然后lens设计原则是lens口径最大化，根据lens材料特性结合设备能力可以确定lens的口径；
②Lens拱高设计时，遵循半球原则，拱高是口径的一半尺寸进行设计；
③结合图12所示，根据公式：
可以得出lens的曲率半径r；
④确定lens上下膜层关系，lens层高折材料(n2≥1.55)上层采用低折材料(n3≤1.45)，确保折光效果，下层使用平坦性、粘附性好的有机材料；
2、显示器件背板设计：
1)、根据产品规格设计像素区域尺寸；
2)、根据亮度需求设计开口率；
3)、上述使用光学模拟软件进行像素开口面积的扫描，得出最佳发光部尺寸设置；
3、封装层设计(放置位置选择)：
1)、封装厚度一般小于透镜焦距值，具体需要多少可以通过模拟得出最佳亮度值；
2)、具体操作来讲，选用上述步骤1和步骤2中的透镜结构尺寸和发光部尺寸，然后进行放置高度的扫描，得出最佳的放置位置；在示例中选用了3um的放置高度；
4、彩膜设计：
1)、在封装层上的彩膜使用步骤1中的设计方案进行，CF pitch参照步骤1的设计方法；
2)、彩膜交叠(overlay)，即红色色阻部与绿色色阻部之间、绿色色阻部与蓝色色阻部之间、红色色阻部与蓝色色阻部之间进行交叠，由于overlay的存在，叠层结构不出光，干扰可以排除；
明确了具体的设计方案以后，就可以进行具体的工艺制作，结合图13所示，制作顺序从下往上依次为：
1、发光器件背板制作，遵循EL开口设计方案；
2、封装层制作，根据具体的封装层厚度即lens放置高度进行具体封装层膜层及膜层厚度的选择；
3、彩膜制作，彩膜pitch和彩膜overlay遵循彩膜的设计方法；
4、Lens制作，采用光刻热熔或其他压印方案进行lens的制作，制作符合设计的尺寸；lens材料折射率及透过率满足设计需求；
5、Lens上层材料选择，选用低折的材料进行lens的匹配使用，折射率≤1.45；
6、进行盖板CG贴合，完成微显示器的整个制作流程。
本公开实施例有益效果如下：本公开实施例中，显示器件包括位于封装层的背离发光层一侧的透镜层，透镜层包括多个与发光部一一对应的透镜结构，由于透镜结构的聚光作用，进而可以起到提高显示器件的出光亮度，而且，使中间的透镜结构与中间的发光部对齐，至少一个透镜结构40在衬底基板1的正投影的中心与对应的发光部20在衬底基板1的正投影的中心不重叠，进而会使透镜结构会相对发光部进行一一错位，在显示器件的边缘处，透镜结构会相对发光部发生较大错位，进而可以使发光部发出的光线在边缘处最大的出射角度为第一角度，在将显示器件应用到近眼显示设备中，可以实现对边缘角度的特定出光角度定制。
显然，本领域的技术人员可以对本公开进行各种改动和变型而不脱离本公开的精神和范围。这样，倘若本公开的这些修改和变型属于本公开权利要求及其等同技术的范围之内，则本公开也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (15)
1.一种显示器件，其中，包括：
衬底基板；
发光层，位于所述衬底基板的一侧，所述发光层包括多个发光部；
封装层，位于所述发光层的背离所述衬底基板的一侧；
透镜层，位于所述封装层的背离所述发光层的一侧，所述透镜层包括多个与所述发光部一一对应且向远离所述发光部一侧凸起的透镜结构，在垂直于所述衬底基板的截面上，至少一个所述透镜结构在所述衬底基板的正投影的中心与对应的所述发光部在所述衬底基板的正投影的中心不重叠。
2.如权利要求1所述的显示器件，其中，所述透镜结构面向所述发光部的表面面积大于所述发光部面向所述透镜结构的表面面积，由第一对称轴沿第一方向到至少一侧边缘的所述透镜结构中，各所述透镜结构相对所述发光部依次错位，所述第一对称轴过所述显示器件的中心且垂直于所述第一方向。
3.如权利要求2所述的显示器件，其中，由所述第一对称轴沿所述第一方向到至少一侧边缘的所述透镜结构中，各所述透镜结构相对所述发光部的错位长度依次增加。
4.如权利要求3所述的显示器件，其中，所述透镜结构的面向所述发光部的表面在所述第一方向上的长度A，与所述发光部的面向所述透镜结构的表面在所述第一方向上的长度B满足以下关系：
A-B＝L1/N，其中，L1为边缘的所述透镜结构相对边缘的所述发光部在所述第一方向的错位长度，N为由中间的所述发光部沿所述第一方向到一侧边缘发生错位的所述发光部的数量。
5.如权利要求4所述的显示器件，其中，所述封装层与所述透镜层之间还具有色阻膜层，所述色阻膜层包括多个色阻部；
所述色阻部的面向所述发光部的表面面积大于所述发光部的面向所述色阻部的表面面积，由所述第一对称轴沿所述第一方向到至少一侧边缘的所述色阻部中，各所述色阻部相对所述发光部依次错位。
6.如权利要求5所述的显示器件，其中，由所述第一对称轴沿所述第一方向到至少一侧边缘的所述色阻部，各所述色阻部相对所述发光部的错位长度依次增加。
7.如权利要求6所述的显示器件，其中，所述色阻部的面向所述透镜结构的表面在第一方向上的长度C，与所述发光部的面向所述透镜结构的表面在所述第一方向上的长度B满足以下关系：
C-B＝L2/N，其中，L2为边缘的所述色阻部相对边缘的所述发光部在所述第一方向的错位长度。
8.如权利要求7所述的显示器件，其中，所述色阻部的面向所述透镜结构的表面在所述第一方向上的长度，小于所述透镜结构的面向所述发光部的表面在所述第一方向上的长度。
9.如权利要求5所述的显示器件，其中，相邻所述色阻部存在交叠区域。
10.如权利要求5所述的显示器件，其中，所述透镜层的背离所述封装层的一侧还具有保护层；
所述保护层的折射率与所述透镜结构的折射率的比值大于1.1。
11.如权利要求10所述的显示器件，其中，所述色阻膜层与所述透镜层之间还具有平坦层。
12.如权利要求1所述的显示器件，其中，所述发光部面向所述透镜结构的表面面积与所述透镜结构面向所述发光部的表面面积的比值小于35.2％。
13.如权利要求1-12任一项所述的显示器件，其中，由所述第一对称轴沿所述第一方向到两侧边缘的所述透镜结构中，各所述透镜结构相对所述发光部依次错位。
14.如权利要求1-12任一项所述的显示器件，其中，由所述第一对称轴沿所述第一方向到一侧边缘的所述透镜结构中，各所述透镜结构相对所述发光部依次错位。
15.一种近眼显示设备，其中，包括如权利要求1-14任一项所述的显示器件。
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