CN116027471A - 扩散板及显示设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种扩散板和显示设备。该扩散板包括：扩散板本体；以及微结构单元阵列，包括设置于所述扩散板本体的一侧的多个微结构单元，其中，所述多个微结构单元形成为阵列形式，其中每列的列宽为随机值。本申请提供的扩散板可以抑制图像的散斑，达到均匀的矩形扩散效果。

Description

扩散板及显示设备

技术领域

本申请涉及光学元件领域，更具体的，涉及一种扩散板及显示设备。

背景技术

扩散板是一种应用较广泛的光学元件，其在抬头显示、激光雷达以及投影系统等产品上有着巨大的应用。扩散板(Diffuser)可对入射的光进行调制，使其在所需视场角下形成均匀的光场。随着诸如抬头显示(Heads Up Display，HUD)等应用向着多内容、大画面、高分辨率、远距离、高亮度以及小体积等方面不断发展，对扩散板提出了更高的要求。在上述应用中，基于诸如激光光源和微机电系统(MEMS)扫描微镜等的图像生成单元(PGU)可替代传统的数字光处理-图像生成单元(DLP-PGU)，具有成像分辨率高、体积小以及功耗低等优点。

但是，扩散板在目前的实际应用中仍存在诸多限制，例如，由于激光光源存在很长的相干长度，入射到扩散板上会产生很强的相干效应，最终在图像上形成散斑，影响图像质量。此外，通过微透镜位置排列改变来消除散斑的方法会导致扩散范围呈椭圆形，无法实现较好的矩形扩散效果。通过对微透镜的面型添加高度来消除散斑的方法会导致面型中心之间的高度差过大，影响扩散板表面外观。

发明内容

本申请的实施例提供了一种扩散板，该扩散板包括：扩散板本体；以及微结构单元阵列，包括设置于所述扩散板本体的一侧的多个微结构单元，其中，所述多个微结构单元形成为阵列形式，其中每列的列宽为随机值。

在一个实施方式中，所述列宽的最小值大于或等于所述列宽的最大值的0.6倍。

在一个实施方式中，所述列宽在15μm至100μm之间。

在一个实施方式中，所述微结构单元阵列中每行的行高为随机值。

在一个实施方式中，所述行高的最小值大于或等于所述行高的最大值的0.6倍。

在一个实施方式中，所述行高在15μm至100μm之间。

在一个实施方式中，所述微结构单元阵列中行的边界在所述扩散板本体上的投影为直线，所述微结构单元中列的边界在所述扩散板本体上的投影为直线。

在一个实施方式中，所述行与所述列垂直，且相邻的行贴合，相邻的列贴合。

在一个实施方式中，在垂直于所述扩散板本体的方向上，所述多个微结构单元的顶点之间的高度差小于或等于1.5μm。

在一个实施方式中，所述微结构单元的列宽的平方与所述微结构单元在其顶点处沿列宽的方向的曲率之积为第一定值。

在一个实施方式中，所述微结构单元的行高的平方与所述微结构单元在其顶点处沿行高的方向的曲率之积为第二定值。

第二方面，本申请的实施例提供了一种显示设备，该显示设备包括上述任一项实施例中的扩散板；以及光源，设置于所述扩散板的一侧，用于向所述扩散板发出待扩散光束。

在一个实施方式中，所述光源包括激光光源。

根据本申请提供的扩散板可至少具有以下其中之一的优点：

1)本申请提供的扩散板可以消除微结构单元面型排列的周期性，从而抑制图像的散斑。

2)本申请提供的扩散板通过使微结构单元阵列的行边界和列边界分别对齐排布，可以得到较好的矩形扩散效果。以及

3)本申请提供的扩散板通过调整微结构单元阵列的中的行高和列宽，以及调整微结构单元的面型曲率，可以减少微结构单元面型之间的高度差，提高扩散的均匀性。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显。在附图中：

图1是根据现有技术的微结构单元阵列在边界未作调整时的面型图；

图2是根据图1中的微结构单元阵列的光学衍射图；

图3是根据本申请实施方式的扩散板的示意图；

图4是根据本申请实施方式的微结构单元阵列的行高和列宽为初始值的示意图；

图5是根据本申请实施方式的微结构单元阵列的行高和列宽被设置为随机值的示意图；

图6是根据本申请实施方式的微结构单元阵列中曲率未做调整的微结构单元的面型分布示意图；

图7是根据图6中的微结构单元在垂直于扩散板本体的截面上的投影轮廓图；

图8是根据图6中的微结构单元的衍射效果图；

图9是根据本申请实施方式的微结构单元阵列中曲率调整后的微结构单元的面型分布示意图；

图10是根据图9中的微结构单元在垂直于扩散板本体的截面上的投影轮廓图；

图11是根据图9中的微结构单元的衍射效果图；以及

图12是根据本申请实施方式的显示设备的示意性框图。

具体实施方式

为了更好地理解本申请，将参考附图对本申请的各个方面做出更详细的说明。应理解，这些详细说明只是对本申请的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本申请的范围。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。表述“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和全部组合。

应注意，在本说明书中，第一、第二、第三等的表述仅用于将一个特征与另一个特征区分开来，而不表示对特征的任何限制，尤其不表示任何的先后顺序。因此，在不背离本申请的教导的情况下，本申请中讨论的扩散板本体的第一侧亦可称作扩散板本体的第二侧，反之亦然。

在附图中，为了便于说明，已稍微调整了部件的厚度、尺寸和形状。附图仅为示例而并非严格按比例绘制。例如，在本申请中附图绘制的微结构单元的宽度并非按照实际生产中的比例。如在本文中使用的“大致”、“大约”以及类似的用语用作表近似的用语，而不用作表程度的用语，并且旨在说明将由本领域普通技术人员认识到的、测量值或计算值中的固有偏差。

还应理解的是，诸如“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”等表述在本说明书中是开放性而非封闭性的表述，其表示存在所陈述的特征、元件和/或部件，但不排除一个或多个其它特征、元件、部件和/或它们的组合的存在。此外，当诸如“...中的至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时，其修饰整列特征，而非仅仅修饰列表中的单独元件。此外，当描述本申请的实施方式时，使用“可”表示“本申请的一个或多个实施方式”。并且，用语“示例性的”旨在指代示例或举例说明。

除非另外限定，否则本文中使用的所有措辞(包括工程术语和科技术语)均具有与本申请所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。还应理解的是，除非本申请中有明确的说明，否则在常用词典中定义的词语应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义，而不应以理想化或过于形式化的意义解释。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

以下对本申请的特征、原理和其它方面进行详细描述。

图1是根据现有技术的微结构单元阵列110的面型图。其中，现有技术的微结构单元阵列110由多个微结构单元111阵列排布组成。现有技术的微结构单元阵列110的每一行中的多个微结构单元111在与行垂直方向上的宽度相同。现有技术的微结构单元阵列110的每一列中的多个微结构单元111在与列垂直方向上的宽度相同。该微结构单元阵列110中的行与列可相互垂直。显而易见地，在未作调整前，现有技术的微结构单元阵列110中的多个微结构单元111的形状和大小均相同。其光学衍射图像如图2所示，可以看出，根据现有技术的微结构单元阵列110的衍射图像存在明显的散斑现象，衍射图像上具有明显亮暗区域的显示差异。

通过对图1中现有技术的微结构单元阵列单元111的曲率以及面型高度进行改变，可以抑制衍射散斑的形成。但是由于在扩散板本体10(图3)上的所有微结构单元111的底面面型大小相同，使得现有技术的微结构单元阵列110的底面面型存在周期性，周期性结构在单波长激光衍射条件下会发生干涉，产生干涉条纹。如图2所示，均匀紧密排列的微结构单元111在衍射情形下会产生明显的干涉条纹。

图3是根据本申请的实施方式的扩散板100的示意性结构图。如图3所示，扩散板100可包括微结构单元阵列120(图3中虚线框内部分)和扩散板本体10，其中，微结构单元阵列120包括多个微结构单元121。扩散板100中的扩散板本体10具有相对的第一侧和第二侧，具体地，图3所示的下侧可为第一侧，上侧可为第二侧。多个微结构单元121阵列地排布于扩散板本体10的第二侧。

本申请的实施方式通过对边界添加随机量从而破坏图2所示的微结构单元111的底面面型的周期性，抑制干涉效应。图4是根据本申请实施方式的微结构单元阵列的行高和列宽为初始值时的示意图。本申请的微结构单元阵列可通过改变该初始值而得到。如图4所示，对于边界未作调整时的微结构单元阵列110，其中，微结构单元111的底面11的形状为矩形，微结构单元阵列110中列边界12均匀排布。在示例性实施方式中，微结构单元阵列110中行边界14均匀分布。示例性地，微结构单元阵列110中列边界12和行边界14都均匀分布，且列边界12之间的间距与行边界14之间的间距可相同。

参考图5，其中示出了根据本申请实施方式的一种微结构单元阵列。在本申请实施方式中，微结构单元阵列120的沿图5竖直方向排布的多个微结构单元121用于构成列，沿图5水平方向排布的多个微结构单元121用于构成行。相邻的一对行边界15与相邻的一对列边界13所围成的区域用于限定一个微结构单元121。相邻的两个微结构单元121贴合设置，即相邻的两列紧密贴合，示例性地，相邻的两行贴合设置。实际上本申请提供的扩散板的使用姿态并不限定为图5所示的姿态，继而本文中的行实际也可以是列，列也可以是行。

本申请实施方式的微结构单元阵列120的行高和列宽被设置为随机值。示例性地，对图4所示的微结构单元阵列110的所有列边界12设定一定的变化量，一个列的两个列边界13的变化量之和可为列宽的25％以内。示例性地，一个列的一侧列边界的变化量为列宽的20％以内，另一侧列边界的变化量为列宽的5％以内。示例性地，一个列的一侧列边界的变化量为列宽的25％，另一侧列边界可不调整。示例性地，一个列的两侧列边界的变化量可均为列宽的12.5％以内。行高的变化量设置与列宽同理。

本实施方式提供的、即调整后的微结构单元阵列120可满足：0.75L_y0≤L≤1.25L_y0，其中，L_y为调整后的微结构单元阵列120的列宽，L_y0为边界未作调整时的微结构单元阵列110的列宽。以调整前的列边界12为基础继而在上述变化范围内随机产生调整后的列边界13。相邻两个列别边界13之间的距离即调整后的列的列宽。在一些实施方式中，调整后的微结构单元阵列120的列宽的平均值基本与调整前的微结构单元111的初始列宽相同。示例性的，沿列的排布方向上生成的多个变化量是非周期值，示例性的，行高所对应的多个变化量也是非周期值。

类似地，调整前的微结构单元阵列110中的行边界14经一定的变化后形成行边界15。相邻两个行边界15之间的距离即调整后的行的行高。变化后的行高满足0.75L_x0≤L_x≤1.25L_x0，其中，L_x为调整后的微结构单元阵列120的行高，L_x0为边界未作调整时的微结构单元阵列110的行高。

示例性地，图4中的初始值可以是50μm。调整后的微结构单元阵列120的列宽及行高的值分别在37.5μm至62.5μm之间。当然，由于行高及列宽是随机的，可能不包括边界值。进一步地，微结构单元阵列120的行高的最小值大于或等于行高的最大值的0.6倍。

具体地，未作调整时的微结构单元阵列110的行高可以在20μm至80μm的范围内，调整后的微结构单元阵列120的每行的行高均可以在15μm至100μm之间。示例性地，未作调整时的微结构单元阵列110的每行的行高都为相同的定值，例如80μm，则调整后的微结构单元阵列120的各行的行高例如在60μm至100μm之间。示例性地，调整后的微结构单元阵列120中多个行的行高例如在45μm至75μm之间，例如在15μm至25μm之间。多个行的行高彼此可以相同，也可以不同，但至少存在两个行高的大小不同。调整后的微结构单元阵列120的每列的列宽也均可以在15μm至100μm之间，列与列之间的行高可以相同，也可以不同，但至少存在两个列宽的大小不同。行高与列宽的大小可以相同，也可以不同。通过限定行高的范围，可以避免局部的扩散性能差异过大，并可避免调整后的微结构单元之间的高度差过大。

在本实施方式中，列与列之间是贴合的，行与行之间也是贴合的。具体地，在行延伸方向上任意相邻两微结构单元贴合，在列延伸方向上任意相邻两微结构单元贴合。相互贴合的微结构单元之间没有间隔，这样的扩散板扩散效果更好、暗区更少。

本申请提供的扩散板具有调整后的列边界以及调整后的行边界。微结构单元的形状被限制在相邻的两个列边界和相邻的两个行边界之内，这样的微结构单元的底面面型周期性被破坏，以此排列的微结构单元阵列在用于扩散光时可以抑制散斑和干涉条纹。

图6是经过调整后的微结构单元阵列中微结构单元的面型分布示意图。图7示例性示出了边界经过调整后的一行微结构单元121的面型高度分布。示例性地，所有微结构单元121的曲率接近，但微结构单元121面型间的高度差巨大。不同尺寸的微结构单元121对光的扩散效果略有差异。

参考图8，该扩散板的扩散效果有所提升，暗区数量及面积有所下降。不过其衍射图像还存在不均匀性，影响扩散效果。

在示例性实施方式中，可进一步对边界调整后的微结构单元121进行曲率调整，曲率调整后的微结构单元131面型公式为：

其中，图6中的X方向和Y方向分别是行高所在方向和列宽所在方向。x和y是该面型的点在两个方向上的坐标，C_x和C_y为曲率调整后的微结构单元131在X方向和Y方向的曲率，k_x和k_y分别为在X方向和Y方向的圆锥系数。该面型公式中的参数是对每一个微结构单元111的曲率根据行高和列宽进行调整而得到的，即

其中，C_x0，C_y0为边界和曲率均未作调整的微结构单元111的曲率。对微结构单元111的边界调整时可不调整其曲率，然后对边界调整后的微结构单元121的曲率调整，形成微结构单元131。

可以理解，前述用于参数调整的等式调整后可以得到：微结构单元131的列宽的平方与微结构单元在其顶点处沿列宽的方向的曲率之积为第一定值k₂。同理，微结构单元131的行高的平方与微结构单元在其顶点处沿行高的方向的曲率之积为第二定值k₁。第一定值k₂和第二定值k₁可以相同，也可以不同。

第一定值k₂和第二定值k₁基于设计时的初始值得到，不同实施例中可以不同。对于一个微结构单元阵列而言，其各个微结构单元对应的第一定值k₂可以相同。第二定值k₁同理。

多个曲率调整后的微结构单元131组成微结构单元阵列130。曲率调整后的微结构单元阵列130的面型如图9所示。进一步地，图10示例性示出了一行曲率调整后的微结构单元131的投影图。曲率调整后的微结构单元131的面型间的最大高度差相比曲率调整前的微结构单元121的面型间的最大高度差大幅度降低。具体地，曲率调整后的多个微结构单元131在图10所示投影图中的纵坐标最大点之间的高度差小于1.5μm。示例性地，对曲率调整后的多个微结构单元131还可进一步地添加随机的高度值，但需保证多个微结构单元131之间的最大高度差小于1.5μm。

本实施方式提供的扩散板的衍射效果如图11所示，可见干涉条纹得到进一步抑制，衍射图像更加均匀，扩散效果好。

行的行高是指其在垂直于行延伸方向的方向上的尺寸，列宽是指列在垂直于列延伸方向的方向上的尺寸。本申请的另一方面还提供了显示设备200。该显示设备可包括扩散板100以及光源210。扩散板100可以是上述实施方式中的任一扩散板，例如图3所示的扩散板100。

图12是根据本申请实施方式的显示设备的示意性框图。

光源210将携带光源信息的图像光发射至扩散板100，扩散板100接收图像光后对其进行调制，并投射出均匀的光场。扩散板100可包括扩散板本体10和微结构单元阵列130，光源210发射的图像光从微结构单元阵列130进入扩散板本体10，之后从扩散板本体10投射出。

扩散板本体10具有相对的第一侧和第二侧，具体地，图12所示扩散板100的左侧可为第二侧，右侧可为第一侧。多个微结构单元131阵列地排布于扩散板本体10的第二侧。进一步地，光源210发射的图像光从微结构单元阵列130的第二侧进入，在微结构单元阵列130内部经调制后射入扩散板本体10，再从扩散板本体10的第一侧投射出。

根据一个示例，本申请的显示设备200中的光源210可包括激光光源，也可以是其他光源例如LED光源。激光光源将携带信息的图像光发射至扩散板100，扩散板100接收图像光后对其进行调制，并投射出均匀的光场。本申请提供的显示设备可以抑制图像的散斑，并可形成扩散均匀的矩形衍射图像。

由于在上文中描述扩散板100时涉及的内容和结构可完全或部分地适用于在这里描述的显示设备，因此与其相关或相似的内容不再赘述。

以上描述仅为本申请的实施方式以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的保护范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离技术构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.扩散板，其特征在于，包括：

扩散板本体；以及

微结构单元阵列，包括设置于所述扩散板本体的一侧的多个微结构单元，其中，所述多个微结构单元形成为阵列形式，其中每列的列宽为随机值。

2.根据权利要求1所述的扩散板，其特征在于，所述列宽的最小值大于或等于所述列宽的最大值的0.6倍。

3.根据权利要求2所述的扩散板，其特征在于，所述列宽在15μm至100μm之间。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的扩散板，其特征在于，所述微结构单元阵列中每行的行高为随机值。

5.根据权利要求4所述的扩散板，其特征在于，所述行高的最小值大于或等于所述行高的最大值的0.6倍。

6.根据权利要求5所述的扩散板，其特征在于，所述行高在15μm至100μm之间。

7.根据权利要求1所述的扩散板，其特征在于，所述微结构单元阵列中行的边界在所述扩散板本体上的投影为直线，所述微结构单元中列的边界在所述扩散板本体上的投影为直线。

8.根据权利要求7所述的扩散板，其特征在于，所述行与所述列垂直，且相邻的行贴合，相邻的列贴合。

9.根据权利要求1所述的扩散板，其特征在于，在垂直于所述扩散板本体的方向上，所述多个微结构单元的顶点之间的高度差小于或等于1.5μm。

10.显示设备，其特征在于，包括：

如权利要求1至9所述的扩散板；以及

光源，设置于所述扩散板的一侧，用于向所述扩散板发出待扩散光束。

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