CN113253477A - 光学模组、显示装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光学模组、显示装置及其工作方法，属于显示技术领域。其中，光学模组包括：基底；位于所述基底上的间隔排布的多个光学透镜；位于所述基底远离所述光学透镜一侧的压电结构，在电信号的作用下，所述压电结构能够发生形变。本发明的技术方案能够调整显示装置的光路。

Description

光学模组、显示装置及其工作方法

技术领域

本发明涉及显示技术领域，特别是指一种光学模组、显示装置及其工作方法。

背景技术

为了使显示的物体和场景具有深度感(也就是3D)，人们纷纷对3D显示技术展开研究，经历了二十几年的发展，目前已取得了十分丰硕的成果。裸眼3D显示器被广泛应用于广告、传媒、示范教学、展览展示以及影视等各个不同领域。区别于传统的双目3D显示技术，裸眼3D显示由于拥有其裸眼的独特特性，即不需要观众佩戴眼镜或头盔便可观赏3D效果，且其逼真的景深及立体感，又极大提高了观众在观看体验时的视觉冲击力和沉浸感，成为产品推广、公众宣传及影像播放的最佳显示产品。裸眼3D显示的原理一般是通过光栅或透镜将显示器显示的图像进行分光，从而使人眼接收到不同的图像，这样便实现了3D显示。

光屏障式3D技术的实现方法是使用一个开关液晶屏、偏振膜和高分子液晶层，利用液晶层和偏振膜制造出一系列方向为90°的垂直条纹。这些条纹宽几十微米，通过它们的光就形成了垂直的细条栅模式，称之为“视差障壁”。而该技术正是利用了安置在背光模块及液晶屏面板间的视差障壁。通过将左眼和右眼的可视画面分开，使观者看到3D影像。

柱状透镜技术也被称为微柱透镜3D技术，使液晶屏的像平面位于透镜的焦平面上，这样在每个柱透镜下面的图像的像素被分成几个像素，这样透镜就能以不同的方向投影每个像素。于是双眼从不同的角度观看显示屏，就看到不同的像素。柱状透镜技术并不会像光屏障式那样影响屏幕亮度，所以其比后者的显示效果要好。

但是这两种技术都存在视点固定，视角也固定的问题，观看3D效果的时候既不能移动也不能晃动，原因在于它们的3D区域是固定的，一点震动或者移动都会影响观看效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种光学模组、显示装置及其工作方法，能够调整显示装置的光路。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供技术方案如下：

一方面，提供一种光学模组，包括：

基底；

位于所述基底上的间隔排布的多个光学透镜；

位于所述基底远离所述光学透镜一侧的压电结构，在电信号的作用下，所述压电结构能够发生形变。

一些实施例中，所述压电结构包括：

相对设置的第一电极单元和第二电极单元；

位于所述第一电极单元和所述第二电极单元之间的压电层，在向所述第一电极单元和所述第二电极单元施加电信号后，所述压电层能够发生形变。

一些实施例中，所述第一电极单元包括多个相互独立的第一电极，所述第一电极与所述光学透镜一一对应。

一些实施例中，所述光学模组还包括与所述第一电极电连接的薄膜晶体管，所述薄膜晶体管设置在所述光学模组的边缘。

一些实施例中，所述光学模组还包括：

位于所述光学透镜远离所述基底一侧的平坦层，所述平坦层的折射率小于所述光学透镜的折射率。

本发明实施例还提供了一种显示装置，包括如上所述的光学模组，还包括与所述光学模组对盒设置的显示基板，所述显示基板的像素组与所述光学透镜一一对应，所述像素组的中心点与对应光学透镜的中心点在所述基底上的正投影重合，所述像素组包括至少一个像素，所述压电结构位于所述显示基板和所述基底之间。

一些实施例中，所述显示装置还包括：

位于所述光学模组的出光侧的偏振片。

一些实施例中，所述显示装置还包括：

设置在所述显示基板和所述压电结构之间的贴合胶。

本发明实施例还提供了一种显示装置的工作方法，应用于如上所述的显示装置，所述工作方法包括：

控制施加在所述压电结构上的电信号，使得所述压电结构发生形变，改变所述显示装置的光路。

一些实施例中，所述工作方法还包括：

在实现3D显示时，控制施加在所述压电结构上的电信号，使得所述像素处于所述光学透镜的焦平面上；

在实现2D显示时，控制施加在所述压电结构上的电信号，使得所述压电结构收缩，所述像素与所述焦平面之间的距离减小。

一些实施例中，所述工作方法还包括：

根据人眼的位置确定施加在所述压电结构上的电信号，使得所述压电结构发生形变，所述像素出射光线的偏转角度发生变化。

本发明的实施例具有以下有益效果：

上述方案中，在显示基板和光学透镜阵列之间增加一层压电结构，利用压电结构的压电效应，通过向压电结构施加不同大小和方向的电信号，可以使压电结构发生不同程度的拉伸或压缩，从而改变显示基板与光学透镜阵列之间的距离，来实现光路的可调。

附图说明

图1为现有显示器件的结构示意图；

图2为本发明实施例显示装置的结构示意图；

图3为本发明实施例压电结构的示意图；

图4和图5为裸眼3D显示的原理图；

图6-图8为本发明实施例调整光路的示意图；

图9-图10为本发明实施例显示装置的结构示意图；

图11-图12为本发明实施例显示装置实现3D和2D切换的示意图；

图13-图14为本发明实施例显示装置实现人眼追踪的示意图。

附图标记

01 光学透镜基板

02 显示基板

03 压电结构

011 光学透镜

04 像素

05 偏振片

06 基底

07 贴合胶

08 平坦层

021 第一电极

022 压电层

023 第二电极

具体实施方式

为使本发明的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

目前的3D显示器件基本结构如图1所示，由显示基板02和光学透镜基板01组成，光学透镜基板01上形成有光学透镜阵列，显示基板02可以是液晶显示基板也可以是OLED显示基板，光学透镜基板01用来控制显示器件的光路，可以采用光刻热回流工艺或纳米压印技术进行制备，可以是直接在显示基板上制备，也可以是单独制备后再与显示基板进行贴合。当显示器件的基本结构确定之后，光学透镜基板01的基本光学参数(如曲率半径、焦距等)也就确定了，因此显示器件的光路也就固定了，无法再进一步调整。

本发明的实施例提供一种光学模组、显示装置及其工作方法，能够调整显示装置的光路。

本发明的实施例提供一种光学模组，包括：

基底；

位于所述基底上的间隔排布的多个光学透镜；

位于所述基底远离所述光学透镜一侧的压电结构，在电信号的作用下，所述压电结构能够发生形变。

与相关技术的显示装置不同，本实施例的光学模组应用于显示装置时，如图2所示，显示装置包括显示基板02、压电结构03和光学透镜基板01，在显示基板和光学透镜阵列之间增加一层压电结构，利用压电结构的压电效应，通过向压电结构施加不同大小和方向的电信号，可以使压电结构发生不同程度的拉伸或压缩，从而改变显示基板与光学透镜阵列之间的距离，来实现光路的可调。其中，光学透镜基板01包括基底以及位于基底上的光学透镜阵列。

一些实施例中，如图3所示，所述压电结构包括：

相对设置的第一电极单元和第二电极单元；

位于所述第一电极单元和所述第二电极单元之间的压电层022，在向所述第一电极单元和所述第二电极单元施加电信号后，所述压电层022能够发生形变。

一些实施例中，所述第一电极单元包括多个相互独立的第一电极021，所述第一电极021与所述光学透镜011一一对应。

第二电极单元可以包括多个相互独立的第二电极023，另外，多个第二电极023也可以连接为一体。

为了保证光线的透过率，压电层022、第一电极021和第二电极023都应采用透明材料，如压电层022可以采用PVDF(聚偏氟乙烯)材料，第一电极021和第二电极023可以采用ITO。压电结构可以采用无源驱动方式，也可以采用有源驱动方式，使用TFT(薄膜晶体管)驱动。

一些实施例中，在压电结构采用有源驱动方式时，所述光学模组还包括与所述第一电极电连接的薄膜晶体管，所述薄膜晶体管设置在所述光学模组的边缘，防止对光路造成影响。

一些实施例中，所述光学模组还包括：

位于所述光学透镜远离所述基底一侧的平坦层，所述平坦层的折射率小于所述光学透镜的折射率。

如图4所示，在光学透镜011的出光侧设置有平坦层08，平坦层08的折射率小于光学透镜011的折射率，通过光学透镜011阵列可以实现裸眼3D。如图4所示，光线12从位置点11处射入光学透镜011，到达位置点13后，凸面的界面两侧折射率不同。由于平坦层08的折射率小于光学透镜011的折射率，因此入射角α(入射光线12与法线的夹角)小于折射角β(折射光线14与法线的夹角)。

在平坦层08之外还有空气，由于平坦层08的折射率大于空气的折射率，同理，光线从平坦层08出射到空气(折射率等于1)时，入射角β(入射光线14与法线的夹角)小于折射角γ(折射光线16与法线的夹角)。因此，从位置点11发出的光线经过光学透镜011后，总体上是向右传播的。

综上所述，如图4和图5所示，由左侧入射的光线经过光学透镜011后，光线出射的方向向右，到达左眼；同理，由右侧入射的光线经过光学透镜011后，光线出射的方向向左，到达右眼。因此，左右眼分别只看到左眼图像和右眼图像，经过大脑合成进而形成了3D视觉。

本实施例中，光学透镜011可以为半球状透镜也可以为柱状透镜，半球状透镜即在第一方向上的截面为圆形，在第二方向上的截面为半圆或半圆的一部分，柱状透镜即在第一方向上的截面为方形，在第三方向上的截面为半圆或半圆的一部分，其中，第一方向与基底平行，第二方向与基底垂直，第三方向与基底垂直且与柱状透镜的延伸方向垂直。

为了保证裸眼3D效果，一些实施例中，所述平坦层的折射率与所述光学透镜的折射率的差值大于0.1。

本实施例中，每一第一电极021与对应的第二电极023组成电极组，通过控制输入到电极组的电信号可以控制对应位置的压电层022的形变，因此，本实施例中，可以控制压电层022整体发生形变，也可以控制压电层022的部分区域发生形变。

本实施例的光学模组的光路调整示例如图6所示，当像素04作为点光源正好位于光学透镜011的焦点处时，如(a)所示，点光源发出的光经凸透镜聚焦之后正好变成平行光出射；而当压电层发生拉伸，使点光源处于焦点之下时，如(b)所示，出射光的角度就会变小；当压电层发生收缩，使光源处于焦点之上时，如(c)所示，出射光的角度就会变大，因此可以通过压电结构来调整出射光的角度。

本实施例的光学模组的光路调整另一示例如图7和图8所示，当像素04作为点光源正好位于光学透镜011的焦点处时，如图7所示，点光源发出的光经凸透镜聚焦之后正好变成平行光出射；当对不同位置的压电层施加不同电压，使不同位置的压电层拉伸或收缩的程度不同，如图8所示，这时不同位置的点光源与对应光学透镜011的距离不同，出射光就会发生偏转，因此可以通过压电结构来调整出射光的方向。

本发明实施例还提供了一种显示装置，包括如上所述的光学模组，还包括与所述光学模组对盒设置的显示基板，所述显示基板的像素组与所述光学透镜一一对应，所述像素组的中心点与对应光学透镜的中心点在所述基底上的正投影重合，所述像素组包括至少一个像素，所述压电结构位于所述显示基板和所述基底之间。

该显示装置包括但不限于：射频单元、网络模块、音频输出单元、输入单元、传感器、显示单元、用户输入单元、接口单元、存储器、处理器、以及电源等部件。本领域技术人员可以理解，上述显示装置的结构并不构成对显示装置的限定，显示装置可以包括上述更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。在本发明实施例中，显示装置包括但不限于显示器、手机、平板电脑、电视机、可穿戴电子设备、导航显示设备等。

所述显示装置可以为：电视、显示器、数码相框、手机、平板电脑等任何具有显示功能的产品或部件，其中，所述显示装置还包括柔性电路板、印刷电路板和背板。

本实施例的显示基板可以采用液晶显示基板或OLED显示基板。压电结构和光学透镜011阵列可以直接在显示基板上制备，也可以单独制备后与显示基板进行贴合。

一些实施例中，所述显示装置还包括：

位于所述光学模组的出光侧的偏振片。

一些实施例中，所述显示装置还包括：

设置在所述显示基板和所述压电结构之间的贴合胶。

如图9所示，在显示基板采用液晶显示基板时，显示装置包括依次层叠设置的显示基板02、压电结构03、光学透镜基板01、偏振片05。在制作显示装置时，可以在液晶显示基板上制备第一电极、压电层和第二电极来组成压电结构03；之后在压电结构03上采用光刻热回流或纳米压印工艺制备光学透镜阵列，然后采用低折射率材料作为平坦层，在平坦层上贴附偏振片05。

如图10所示，在显示基板采用OLED显示基板时，显示装置包括依次层叠设置的显示基板02、贴合胶07、基底06、压电结构03、光学透镜基板01、偏振片05。其中，基底06可以为刚性基底(比如石英基底或玻璃基底)也可以为柔性基底(比如聚酰亚胺基底)。在制作显示装置时，在基底06上制备第一电极、压电层和第二电极来组成压电结构03；之后在压电结构03上采用光刻热回流或纳米压印工艺制备光学透镜阵列，然后采用低折射率材料作为平坦层，在平坦层上贴附偏振片05；最后通过贴合胶07将基底06与显示基板02进行贴合。

传统的裸眼3D显示装置中，显示基板的显示面上各位置处的像素与对应的光学透镜的光心之间距离g均相等。显示3D图像时，显示基板上的像素发出的光线经过光学透镜折射后聚焦形成一个个交点，这些交点所在的平面称为中心深度平面a，在该中心深度平面a上能显示最高分辨率的图像。

为了在不损失图像分辨率的前提下增加图像深度，本发明所提供的显示装置，通过控制压电结构的形变，使得显示基板的显示面在不同位置处的像素与光学透镜之间的距离不同，这样，显示基板不同位置处的像素与光学透镜之间的距离，即会与所述光学透镜的焦距之间呈现不同的大小关系，与传统的裸眼3D显示装置中显示基板的显示面各位置处的像素与光学透镜之间的距离均相同的方式相比，使观看者观看到的3D画面深度大大加强，并且层次不同，立体感增强。

在本发明所提供的实施例中，优选的，所述显示基板的显示面的至少一部分像素与对应的所述光学透镜的光心之间的距离g小于所述光学透镜的焦距f，所述显示基板的显示面的至少另一部分像素与对应的所述光学透镜的光心之间的距离g大于所述光学透镜的焦距f。

采用上述方案，显示基板中一部分像素与光学模组间的距离g小于光学透镜的焦距f，3D图像成像位置在光学模组的后方，呈现入屏效果；而显示基板的另一部分像素与光学模组间的距离g大于光学透镜的焦距f，3D图像成像位置在光学模组的前方，呈现出屏效果。这样，观看者观看到的整幅3D画面深度大大加强，并且层次不同，立体感随之增强。

应当理解的是，对于所述显示基板中不同位置处的像素与对应的光学透镜的光心之间的距离g还可以是，均小于光学透镜的焦距f，或者，均大于光学透镜的焦距f。

优选的，显示基板的显示面的像素从所述显示基板的中部区域向所述显示面的边缘区域、与对应的所述光学透镜的光心之间的距离逐渐减小。

采用上述方案，由于显示基板的像素与光学模组之间的距离逐渐变化，观看者在观看时看到的画面深度会逐渐变化，更有利于观看画面的层次变化。

本发明实施例还提供了一种显示装置的工作方法，应用于如上所述的显示装置，所述工作方法包括：

控制施加在所述压电结构上的电信号，使得所述压电结构发生形变，改变所述显示装置的光路。

本实施例中，在显示基板和光学透镜阵列之间增加一层压电结构，利用压电结构的压电效应，通过向压电结构施加不同大小和方向的电信号，可以使压电结构发生不同程度的拉伸或压缩，从而改变显示基板与光学透镜阵列之间的距离，来实现光路的可调。

一些实施例中，可以实现显示效果的3D和2D的切换，所述工作方法还包括：

在实现3D显示时，控制施加在所述压电结构上的电信号，使得所述像素处于所述光学透镜的焦平面上；

在实现2D显示时，控制施加在所述压电结构上的电信号，使得所述压电结构收缩，所述像素与所述焦平面之间的距离减小。

如图11所示，当像素处于光学透镜011的焦平面时，出射光线基本上为平行光线，由于不同像素经光学透镜后偏转的角度不同，导致左右眼看到的画面也有所不同，由于双目视差的效应而产生3D效果。

如图12所示，当压电层发生收缩时，像素相对光学透镜011的焦平面上移，会导致出射光线的出射角度变大，这样人的左右眼就都可以看到，由于左右眼看到的画面相同，此时就可以实现2D的显示效果。

一些实施例中，可以无需画面刷新即可实现人眼跟踪，所述工作方法还包括：

根据人眼的位置确定施加在所述压电结构上的电信号，使得所述压电结构发生形变，所述像素出射光线的偏转角度发生变化。

目前想要实现人眼追踪的效果，需要根据人眼的位置变化对显示画面进行刷新。本实施例中，如图13和图14所示，在实现人眼追踪时，根据人眼的位置变化，对压电结构施加不同的电压使其变形，从而使得像素出射光线的偏转角度发生变化，偏转后的光线依然能够入射到正确的人眼位置，而不需要进行显示画面的刷新。

需要说明，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于实施例而言，由于其基本相似于产品实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见产品实施例的部分说明即可。

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。

可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”，或者可以存在中间元件。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种光学模组，其特征在于，包括：

基底；

位于所述基底上的间隔排布的多个光学透镜；

位于所述基底远离所述光学透镜一侧的压电结构，在电信号的作用下，所述压电结构能够发生形变。

2.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，所述压电结构包括：

相对设置的第一电极单元和第二电极单元；

位于所述第一电极单元和所述第二电极单元之间的压电层，在向所述第一电极单元和所述第二电极单元施加电信号后，所述压电层能够发生形变。

3.根据权利要求2所述的光学模组，其特征在于，所述第一电极单元包括多个相互独立的第一电极，所述第一电极与所述光学透镜一一对应。

4.根据权利要求3所述的光学模组，其特征在于，所述光学模组还包括与所述第一电极电连接的薄膜晶体管，所述薄膜晶体管设置在所述光学模组的边缘。

5.根据权利要求1所述的光学模组，其特征在于，所述光学模组还包括：

位于所述光学透镜远离所述基底一侧的平坦层，所述平坦层的折射率小于所述光学透镜的折射率。

6.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求1-5中任一项所述的光学模组，还包括与所述光学模组对盒设置的显示基板，所述显示基板的像素组与所述光学透镜一一对应，所述像素组的中心点与对应光学透镜的中心点在所述基底上的正投影重合，所述像素组包括至少一个像素，所述压电结构位于所述显示基板和所述基底之间。

7.根据权利要求6所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置还包括：

位于所述光学模组的出光侧的偏振片。

8.根据权利要求6所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置还包括：

设置在所述显示基板和所述压电结构之间的贴合胶。

9.一种显示装置的工作方法，其特征在于，应用于如权利要求6-8中任一项所述的显示装置，所述工作方法包括：

控制施加在所述压电结构上的电信号，使得所述压电结构发生形变，改变所述显示装置的光路。

10.根据权利要求9所述的显示装置的工作方法，其特征在于，所述工作方法还包括：

在实现3D显示时，控制施加在所述压电结构上的电信号，使得所述像素处于所述光学透镜的焦平面上；

在实现2D显示时，控制施加在所述压电结构上的电信号，使得所述压电结构收缩，所述像素与所述焦平面之间的距离减小。

11.根据权利要求9所述的显示装置的工作方法，其特征在于，所述工作方法还包括：

根据人眼的位置确定施加在所述压电结构上的电信号，使得所述压电结构发生形变，所述像素出射光线的偏转角度发生变化。

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