CN113534456A - 一种近眼显示设备和近眼显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种近眼显示设备和近眼显示装置，以改善现有技术的近眼显示设备存在制作成本较高，不同像素之间的颜色串扰导致的色差杂散光，以及亮度较低，成像效果较差的问题。所述近眼显示设备，包括：发光构件，位于所述发光构件出光侧的色转换构件，位于所述色转换构件出光侧的微透镜阵列构件；所述发光构件包括出射第一基色光的面光源结构；所述色转换构件包括：透明衬底基板，位于所述透明衬底基板背离所述发光构件一侧的多个呈阵列分布的色转换结构；所述色转换结构包括第一类色转换膜层，第二类色转换膜层，以及第三类膜层；所述微透镜阵列构件包括透明载板，位于所述透明载板背离所述色转换构件一侧的多个微透镜结构。

Description

一种近眼显示设备和近眼显示装置

技术领域

本发明涉及近眼显示技术领域，尤其涉及一种近眼显示设备和近眼显示装置。

背景技术

以虚拟现实(VR)与增强现实(AR)为主要应用场景的近眼显示技术越来越成为人们获取信息的重要方式。

微透镜-像素岛像面拼接近眼显示方案将离散化微透镜与区域微显示像素岛进行贴合，每组微透镜-像素岛组合显示整体图像中一部分子图像，并通过像面拼接将整体图像完整投射入人眼。离散化微透镜阵列与区域显示能保证外界世界光线透射入人眼，为用户带来AR增强显示近眼显示体验。由于采用轻薄化微透镜阵列与微显示器的贴合，整体显示器件尺寸紧凑。合理增加微透镜-像素岛组合的个数，能进一步扩大器件的显示视场角，带来更宽广的视觉体验。通过调整微透镜焦距及间距等参数，能有效控制整体器件尺寸，使的近眼显示方案实现轻薄化、大视场等特点，成为未来AR/VR领域的重要显示方案。

但现有技术的近眼显示设备存在制作成本较高，不同像素之间的颜色串扰导致的色差杂散光，以及亮度较低，成像效果较差的问题。

发明内容

本发明提供一种近眼显示设备和近眼显示装置，以改善现有技术的近眼显示设备存在制作成本较高，不同像素之间的颜色串扰导致的色差杂散光，以及亮度较低，成像效果较差的问题。

本发明实施例提供一种近眼显示设备，包括：发光构件，位于所述发光构件出光侧的色转换构件，位于所述色转换构件出光侧的微透镜阵列构件；其中，

所述发光构件包括出射第一基色光的面光源结构；

所述色转换构件包括：透明衬底基板，位于所述透明衬底基板背离所述发光构件一侧的多个呈阵列分布的色转换结构；所述色转换结构包括第一类色转换膜层，第二类色转换膜层，以及第三类膜层，所述第一类色转换膜层被配置为将所述面光源结构出射的所述第一基色光转换为第二基色光，所述第二类色转换膜层被配置为将所述面光源结构出射的所述第一基色光转换为第三基色光，所述第三类膜层被配置为对所述面光源结构出射的所述第一基色光进行匀光；

所述微透镜阵列构件包括透明载板，位于所述透明载板背离所述色转换构件一侧的多个微透镜结构，所述微透镜结构在所述透明载板的正投影与所述色转换结构在所述透明载板的正投影至少部分重叠。

在一种可能的实施方式中，所述近眼显示设备还包括位于所述色转换构件与所述微透镜阵列构件之间的彩膜层，所述彩膜层包括第一类色阻膜层，第二类色阻膜层，第三类色阻膜层；

所述第一类色阻膜层的颜色与所述第二基色光一致，且在所述透明衬底基板的正投影与所述第一类色转换层在所述透明衬底基板的正投影重叠；所述第二类色阻膜层的颜色与所述第三基色光一致，且在所述透明衬底基板的正投影与所述第二类色转换层在所述透明衬底基板的正投影重叠；所述第三类色阻膜层的颜色与所述第一基色光一致，且在所述透明衬底基板的正投影与所述第三类膜层在所述透明衬底基板的正投影重叠。

在一种可能的实施方式中，所述近眼显示设备还包括位于所述发光构件与所述色转换构件之间的多个第一类偏振片，所述第一类偏振片在所述透明衬底基板的正投影与所述色转换结构在所述透明衬底基板的正投影重叠。

在一种可能的实施方式中，相邻所述第一类偏振片之间具有间隙。

在一种可能的实施方式中，所述近眼显示设备为增强现实近眼显示设备。

在一种可能的实施方式中，所述近眼显示设备还包括位于相邻所述色转换结构之间的第二类偏振片，所述第二类偏振片的偏振方向与所述第一类偏振片的偏振方向垂直，且所述第二类偏振片在所述透明衬底基板的正投影与所述间隙在所述透明衬底基板的正投影重叠。

在一种可能的实施方式中，所述近眼显示设备为虚拟现实近眼显示设备。

在一种可能的实施方式中，所述近眼显示设备还包括位于相邻所述色转换结构之间的黑矩阵，所述黑矩阵在所述透明衬底基板的正投影与所述间隙在所述透明衬底基板的正投影重叠。

在一种可能的实施方式中，所述第一类偏振片与所述发光构件之间还具有厚度控制膜层。

本发明实施例还提供一种近眼显示装置，包括如本发明实施例提供的所述近眼显示设备。

本发明实施例有益效果如下：本发明实施例提供的近眼显示设备，在实现虚拟现实显示或增强现实显示时，通过设置出射第一基色光的面光源结构，以及可以将第一基色光转换为第二基色光的第一类色转换膜层，将第一基色光转换为第三类基色光的第二类色转换膜层，以及对第一基色光进行匀光的第三类膜层，进而可以采用蒸镀一整层的出射第一基色光的有机发光层来制作面光源结构，避免采用三基色单独发光时，单独制作红色有机发光层，绿色有机发光层，蓝色有机发光层所需要高额成本的高精度金属掩模板(FMMFine Metal Mask，FMM mask)；而且，面光源结构为出射单一第一基色光的结构，而色转换结构可以吸收该第一基色光并对应转换为其它基色光，可以避免采用三基色光源搭配彩膜进行近眼显示时，三基色光源中的任意之一入射到不正对位置的色膜时，会导致成像图像中叠加不同颜色的串色，使得像面区域颜色分布不均匀，形成色差杂散光；此外，色转换结构不仅可以转换与将与该色转换结构对应位置处的面光源结构出射的第一基色光，还可以将面光源结构中的其它位置照射到该色转换结构的第一基色光也进行吸收转换，可以对亮度进行提升，整体提升近眼显示系统的成像效果。

附图说明

图1为相关技术中的近眼显示原理图之一；

图2为相关技术中的近眼显示原理图之二；

图3为相关技术中的近眼显示原理图之三；

图4为相关技术中的近眼显示的显示效果图之一；

图5为相关技术中的近眼显示的显示效果图之二；

图6为本发明实施例提供的一种近眼显示设备的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的具有彩膜层的近眼显示设备的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的具有第一类偏振片的近眼显示设备的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的第一类偏振片与第二类偏振片的遮挡原理示意图；

图10为本发明实施例提供的具有黑矩阵的近眼显示设备的结构示意图；

图11为本发明实施例提供的具有厚度控制膜层的近眼显示设备的结构示意图。

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。

相关技术中，微透镜-微显示单元像面拼接显示是新型近眼显示方案，其主要原理如图1和图2所示。像面拼接显示由多组微透镜-微显示单元共同组成，每组显示单元显示部分图像并投射到人眼视网膜。通过多个微透镜-微显示单元组合在像面上拼接成一幅完整的图像。由于微透镜口径较小，优化成像像差及色差难度大，因此将被显示图像分离为RGB三通道(图1中仅示意红色与绿色两种)，绿色显示单元与上方的微透镜、红色显示单元与下方的微透镜组合，分别显示同一幅图像的不同颜色，经过人眼瞳孔与晶状体的汇聚成像作用，RGB三色图像在视网膜上重叠，形成彩色的显示图像。通过增加更多的微透镜-显示单元组合，能够有效扩大成像视场范围，实现大视场、高成像质量、轻薄化的近眼显示。但微透镜-微显示单元像面拼接显示也具有一定的局限性，其颜色显示单元发光方向一般不受控制，其出光角度接近朗伯体发散型出光，因此会出现与真实成像光线相违背的杂散光线及串扰光线。成像系统杂散光线分布情况如图3所示，绿色图像显示单元发出扩散光束，将经过微透镜阵列面成像，显示器件中将同时包含成像光束、透明区杂光、串色杂光以及多view成像光束(同色串扰光束)。仅有成像光束是显示器件所需的对人眼有效的光束，其他的均为杂光或透明区串扰。透明区杂光将会在正常成像面周围叠加一圈明亮的光圈，严重影响用户显示效果体验。串色杂光将在成像图像中叠加不同颜色的串色，使得像面区域颜色分布不均匀。同色串扰光束将导致成像图像间叠加，导致视觉重影、对比度下降。图4和图5是像素岛之间串扰问题的实验照片。

基于此，参见图6，本发明实施例提供一种近眼显示设备，包括：发光构件，位于发光构件出光侧的色转换构件，位于色转换构件出光侧的微透镜阵列构件；其中，

发光构件包括出射第一基色光的面光源结构1，第一基色光具体可以为蓝光，面光源结构1具体可以包括相对设置的阳极层和阴极层，以及位于阳极层和阴极层之间的一整面有机发光层，该有机发光层具体可以为出射蓝光的有机发光层；有机发光层具体可以采用有源矩阵来驱动，也可以采用无源矩阵来驱动，例如，有机发光层具体可以采用有源矩阵来驱动，阳极层可以包括多个呈阵列排布的第一电极(该第一电极可以与色转换结构一一对应)，面光源结构1还可以包括与各第一电极一一对应电连接的像素驱动电路，通过每一像素驱动电路的控制以实现对不同第一电极加载不同的电信号，以实现不同像素的灰阶显示；

色转换构件包括：透明衬底基板21，位于透明衬底基板21背离发光构件一侧的多个呈阵列分布的色转换结构22；色转换结构22包括第一类色转换膜层221，第二类色转换膜层222，以及第三类膜层223，第一类色转换膜层221被配置为将面光源结构1出射的第一基色光转换为第二基色光，第二类色转换膜层222被配置为将面光源结构1出射的第一基色光转换为第三基色光，第三类膜层223被配置为对面光源结构1出射的第一基色光进行匀光；具体的，相邻色转换结构22之间可以为透明区；透明衬底基板21可以为玻璃基板，第二基色光具体可以为红光，即，第一类色转换膜层221为可以将面光源结构1出射的蓝光转换为红光的红色色转膜层；第三基色光具体可以为绿光，第二类色转换膜层222可以为将面光源结构1出射的蓝光转换为绿光的绿色色转换膜层；第三类膜层223具体可以为散射粒子层，以将入射到该位置的蓝光以分布更均匀的方式出射；第一类色转换膜层221、第二类色转换膜层222的材质具体可以为荧光材料或者量子点材料。

微透镜阵列构件包括透明载板31，位于透明载板31背离色转换构件一侧的多个微透镜结构32，微透镜结构32在透明载板31的正投影与色转换结构22在透明载板31的正投影至少部分重叠，具体的，微透镜结构32可以为凸透镜，可以与色转换结构22一一对应，微透镜结构32在透明载板31的正投影与色转换结构22在透明载板31的正投影重叠；具体的，透明载板31可以为与微透镜结构32为一体的结构，例如，微透镜结构32在形成前与透明载板31为一整体结构，可以通对该一整体结构进行压印，形成微透镜结构32，以及承载微透镜结构32的透明载板31。

本发明实施例提供的近眼显示设备，在实现虚拟现实显示或增强现实显示时，通过设置出射第一基色光的面光源结构，以及可以将第一基色光转换为第二基色光的第一类色转换膜层，将第一基色光转换为第三类基色光的第二类色转换膜层，以及对第一基色光进行匀光的第三类膜层，进而可以采用蒸镀一整层的出射第一基色光的有机发光层来制作面光源结构，避免采用三基色单独发光时，单独制作红色有机发光层，绿色有机发光层，蓝色有机发光层所需要高额成本的高精度金属掩模板(FMM Fine Metal Mask，FMM mask)；而且，面光源结构为出射单一第一基色光的结构，而色转换结构可以吸收该第一基色光并对应转换为其它基色光，可以避免采用三基色光源搭配彩膜进行近眼显示时，三基色光源中的任意之一入射到不正对位置的色膜时，会导致成像图像中叠加不同颜色的串色，使得像面区域颜色分布不均匀，形成色差杂散光；此外，色转换结构不仅可以转换与将与该色转换结构对应位置处的面光源结构出射的第一基色光，还可以将面光源结构中的其它位置照射到该色转换结构的第一基色光也进行吸收转换，可以对亮度进行提升，整体提升近眼显示系统的成像效果。

在具体实施时，参见图7所示，近眼显示设备还包括位于色转换构件与微透镜阵列构件之间的彩膜层23，彩膜层23包括第一类色阻膜层231，第二类色阻膜层232，第三类色阻膜层233；

第一类色阻膜层231的颜色与第二基色光一致，且在透明衬底基板21的正投影与第一类色转换层221在透明衬底基板21的正投影重叠；第二类色阻膜层232的颜色与第三基色光一致，且在透明衬底基板21的正投影与第二类色转换层222在透明衬底基板21的正投影重叠；第三类色阻膜层233的颜色与第一基色光一致，且在透明衬底基板21的正投影与第三类膜层223在透明衬底基板21的正投影重叠，第一类色阻膜层231具体可以为红色彩膜R，第二类色阻膜层232具体可以为绿色彩膜G，第三类色阻膜层233具体可以为蓝色彩膜B。

本发明实施例中，近眼显示设备还包括位于色转换构件与微透镜阵列构件之间的彩膜层23，彩膜层23包括第一类色阻膜层231，第二类色阻膜层232，第三类色阻膜层233，可以防止外界光在熄屏状态下激发对应下方的色转换结构，进而造成近眼显示设备在不使用时可能会出射光线，发生异常，长时间照射色转换膜层，会降低近眼显示设备的使用寿命。

在具体实施时，参见图8所示，近眼显示设备还包括位于发光构件与色转换构件之间的多个第一类偏振片41，第一类偏振片41在透明衬底基板21的正投影与色转换结构22在透明衬底基板21的正投影重叠。具体的，多个第一类偏振片41可以呈阵列分布，与色转换结构22一一对应。具体的，相邻第一类偏振片41之间具有间隙。本发明实施例中，近眼显示设备还包括位于发光构件与色转换构件之间的多个第一类偏振片41，相邻第一类偏振片41之间具有间隙，可以使面光源结构1的光经间隙进行出射，有利于提高近眼显示设备的显示亮度。

在具体实施时，结合图8所示，近眼显示设备为增强现实近眼显示设备。具体的，近眼显示设备还包括位于相邻色转换结构22之间的第二类偏振片42，第二类偏振片42的偏振方向与第一类偏振片41的偏振方向垂直，且第二类偏振片42在透明衬底基板21的正投影与间隙在透明衬底基板21的正投影重叠。即，第二类偏振片42与第一偏振片41互补，第二类偏振片42具体可以与色转换结构22位于同一层。本发明实施例中，结合图9所示，近眼显示设备还包括位于相邻色转换结构22之间的第二类偏振片42，第二类偏振片42的偏振方向与第一类偏振片41的偏振方向垂直，进而可以使与第一类偏振片41正对的位置，也即色转换结构22所在的位置，可以对光进行吸收转换并出射，而对于色转换结构22所位置以外的区域，设置有第二类偏振片42，可以对入射到该位置的光进行阻挡，抑制由于发光构件光束发散而造成的透明区漏光现象，而且，透明区偏振也不影响外界成像光线的透过，实现较强AR显示效果。

在具体实施时，参见图10所示，近眼显示设备为虚拟现实近眼显示设备。具体的，近眼显示设备还包括位于相邻色转换结构22之间的黑矩阵5，黑矩阵5在透明衬底基板21的正投影与间隙在透明衬底基板21的正投影重叠。本发明实施例中，近眼显示设备为虚拟现实近眼显示设备。具体的，近眼显示设备还包括位于相邻色转换结构22之间的黑矩阵5，也可以抑制由于发光构件光束发散而造成的透明区漏光现象，但这样外界光就无法进入，只能在VR领域进行运用。

在具体实施时，参见图11所示，第一类偏振片41与发光构件之间还具有厚度控制膜层6。具体的，厚度控制膜层6的厚度可以为0.2mm～0.8mm之间，具体的，可以是0.5mm。厚度控制膜层6的材质具体可以为聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl Methacrylate，PMMA)，厚度控制膜层6在具体制作时，可以根据需要制作相应的厚度，以调节发光构件与微透镜结构之间的距离，实现近眼显示。

在具体实施时，对于近眼显示设备的制作过程，可以包括：1)将色转换结构22及彩膜层23制作在微透镜结构32对应的下方，再将第二类偏振片42按照规定方向粘贴在微透镜结构32间隔的透明区；2)色转换构件(玻璃功能层)mark整体对位贴合到微透镜构件；并与微透镜阵列相对应，实现消杂光与串扰的功能，同时避开原有的FMM mask的单色RGB方案。

本发明实施例还提供一种近眼显示装置，包括如本发明实施例提供的近眼显示设备。

本发明实施例有益效果如下：本发明实施例提供的近眼显示设备，在实现虚拟现实显示或增强现实显示时，通过设置出射第一基色光的面光源结构，以及可以将第一基色光转换为第二基色光的第一类色转换膜层，将第一基色光转换为第三类基色光的第二类色转换膜层，以及对第一基色光进行匀光的第三类膜层，进而可以采用蒸镀一整层的出射第一基色光的有机发光层来制作面光源结构，避免采用三基色单独发光时，单独制作红色有机发光层，绿色有机发光层，蓝色有机发光层所需要高额成本的高精度金属掩模板(FMMFine Metal Mask，FMM mask)；而且，面光源结构为出射单一第一基色光的结构，而色转换结构可以吸收该第一基色光并对应转换为其它基色光，可以避免采用三基色光源搭配彩膜进行近眼显示时，三基色光源中的任意之一入射到不正对位置的色膜时，会导致成像图像中叠加不同颜色的串色，使得像面区域颜色分布不均匀，形成色差杂散光；此外，色转换结构不仅可以转换与将与该色转换结构对应位置处的面光源结构出射的第一基色光，还可以将面光源结构中的其它位置照射到该色转换结构的第一基色光也进行吸收转换，可以对亮度进行提升，整体提升近眼显示系统的成像效果。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种近眼显示设备，其特征在于，包括：发光构件，位于所述发光构件出光侧的色转换构件，位于所述色转换构件出光侧的微透镜阵列构件；其中，

所述发光构件包括出射第一基色光的面光源结构；

所述色转换构件包括：透明衬底基板，位于所述透明衬底基板背离所述发光构件一侧的多个呈阵列分布的色转换结构；所述色转换结构包括第一类色转换膜层，第二类色转换膜层，以及第三类膜层，所述第一类色转换膜层被配置为将所述面光源结构出射的所述第一基色光转换为第二基色光，所述第二类色转换膜层被配置为将所述面光源结构出射的所述第一基色光转换为第三基色光，所述第三类膜层被配置为对所述面光源结构出射的所述第一基色光进行匀光；

所述微透镜阵列构件包括透明载板，位于所述透明载板背离所述色转换构件一侧的多个微透镜结构，所述微透镜结构在所述透明载板的正投影与所述色转换结构在所述透明载板的正投影至少部分重叠。

2.如权利要求1所述的近眼显示设备，其特征在于，所述近眼显示设备还包括位于所述色转换构件与所述微透镜阵列构件之间的彩膜层，所述彩膜层包括第一类色阻膜层，第二类色阻膜层，第三类色阻膜层；

所述第一类色阻膜层的颜色与所述第二基色光一致，且在所述透明衬底基板的正投影与所述第一类色转换层在所述透明衬底基板的正投影重叠；所述第二类色阻膜层的颜色与所述第三基色光一致，且在所述透明衬底基板的正投影与所述第二类色转换层在所述透明衬底基板的正投影重叠；所述第三类色阻膜层的颜色与所述第一基色光一致，且在所述透明衬底基板的正投影与所述第三类膜层在所述透明衬底基板的正投影重叠。

3.如权利要求1或2所述的近眼显示设备，其特征在于，所述近眼显示设备还包括位于所述发光构件与所述色转换构件之间的多个第一类偏振片，所述第一类偏振片在所述透明衬底基板的正投影与所述色转换结构在所述透明衬底基板的正投影重叠。

4.如权利要求3所述的近眼显示设备，其特征在于，相邻所述第一类偏振片之间具有间隙。

5.如权利要求4所述的近眼显示设备，其特征在于，所述近眼显示设备为增强现实近眼显示设备。

6.如权利要求5所述的近眼显示设备，其特征在于，所述近眼显示设备还包括位于相邻所述色转换结构之间的第二类偏振片，所述第二类偏振片的偏振方向与所述第一类偏振片的偏振方向垂直，且所述第二类偏振片在所述透明衬底基板的正投影与所述间隙在所述透明衬底基板的正投影重叠。

7.如权利要求4所述的近眼显示设备，其特征在于，所述近眼显示设备为虚拟现实近眼显示设备。

8.如权利要求7所述的近眼显示设备，其特征在于，所述近眼显示设备还包括位于相邻所述色转换结构之间的黑矩阵，所述黑矩阵在所述透明衬底基板的正投影与所述间隙在所述透明衬底基板的正投影重叠。

9.如权利要求3所述的近眼显示设备，其特征在于，所述第一类偏振片与所述发光构件之间还具有厚度控制膜层。

10.一种近眼显示装置，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的近眼显示设备。

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