CN117518472A - 显示装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种显示装置，包括：显示面板，具有出光面；分束器，位于所述显示面板的出光侧；逆反射组件，位于所述分束器靠近所述出光面的一侧；其中，所述显示面板与所述分束器之间设有第一准直元件，所述显示面板的出射光线经所述第一准直元件转换成平行的光线入射至所述分束器，所述分束器接收所述第一准直元件出射的光线并反射至所述逆反射组件，所述逆反射组件接收所述分束器反射的光线并反射至所述分束器，经所述逆反射组件反射的光线透过所述分束器并聚集形成实像。本申请提供的显示装置能够改善悬浮显示的空中成像质量，提升用户体验感。

Description

显示装置

技术领域

本申请涉及显示技术领域，具体地，涉及一种显示装置。

背景技术

在5G时代的迅速发展下，VR/AR/MR技术可通过穿戴设备实现虚拟与现实交互，而显示装置作为众多交互设备的重要组成部分，已经成为通讯、交流、学习、娱乐、购物等不可缺少的部分。

悬浮显示技术利用微控光元件可实现显示装置的空中成像，不需要任何穿戴设备。目前，国内外在悬浮显示-空气成像技术上已经获得许多研究成果。因此，悬浮显示技术将在下一代显示装置中占有重要地位。

目前，国内外利用微控光元件进行空中显示的产品较多，设计原理与方法多种多样，但仍然存在一些不足，主要集中在微结构的衍射会使成像质量下降以及多次透反射带来的亮度损失，降低了最终的空中图像显示效果与交互体验。

发明内容

本申请提供一种显示装置，能够改善悬浮显示的空中成像质量，提升用户体验感。

本申请提供一种显示装置，包括：

显示面板，具有出光面；

分束器，位于所述显示面板的出光侧；

逆反射组件，位于所述分束器靠近所述出光面的一侧；

其中，所述显示面板与所述分束器之间设有第一准直元件，所述显示面板的出射光线经所述第一准直元件转换成平行的光线入射至所述分束器，所述分束器接收所述第一准直元件出射的光线并反射至所述逆反射组件，所述逆反射组件接收所述分束器反射的光线并反射至所述分束器，经所述逆反射组件反射的光线透过所述分束器并聚集形成实像。

在本申请一可选实施例中，所述显示装置还包括第二准直元件，所述第二准直元件位于所述分束器远离所述第一准直元件的一侧，其中，经所述逆反射组件反射的光线透过所述分束器入射至所述第二准直元件，经所述第二准直元件出射的光线聚集形成实像。

在本申请一可选实施例中，所述第一准直元件和所述第二准直元件为曲面透镜或平板透镜中的至少一种。

在本申请一可选实施例中，所述第一准直元件和所述第二准直元件均为透明球体。

在本申请一可选实施例中，所述显示面板的出光面包括显示区，所述第一准直元件在所述显示面板上的投影覆盖所述显示区，所述第二准直元件和所述第一准直元件关于所述分束器对称设置。

在本申请一可选实施例中，所述第一准直元件设置在所述显示面板的出光面上。

在本申请一可选实施例中，所述第一准直元件包括多个微透镜，所述微透镜阵列排布在所述显示面板的出光面上，所述微透镜包括凸透镜。

在本申请一可选实施例中，所述显示面板包括多个像素单元，一个所述微透镜在所述显示面板上的正投影覆盖一个所述像素单元。

在本申请一可选实施例中，所述第一准直元件为防窥结构或防窥膜。

在本申请一可选实施例中，所述显示面板、所述分束器及所述逆反射组件呈三角形排布。

本申请的有益效果在于：

本申请提供一种显示装置，本申请提供的显示装置通过在所述显示面板的出光侧与所述分束器之间设置第一准直元件，利用第一准直元件调整显示面板出射光线的路径，将显示面板的大发散角的出射光线的角度收小，以提高入射到逆反射组件中的有效光占比，提升光效，进而提升所述显示装置的空中成像质量，以提升用户体验感。

附图说明

为了更清楚地说明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的一种显示装置的原理示意图；

图2为逆反射组件的入射光线及反射光线路径示意图

图3为现有技术中的逆反射组件的入射角、出射角与偏移量的关系示意图；

图4为显示面板的出射光线发散角度示意图；

图5为本申请实施例提供的一种显示装置的结构示意图；

图6为逆反射组件的实际孔径与有效孔径示意图；

图7为未设置第一准直元件的逆反射组件光线路径示意图和设置第一准直元件的逆反射组件光线路径示意图；

图8为本申请实施例提供的其中一种显示装置的结构示意图；

图9为显示面板的无效光线示意图；

图10为本申请实施例提供的其中一种显示装置的结构示意图；

图11为本申请实施例提供的其中一种显示装置的结构示意图；

图12为为本申请实施例提供的其中一种显示装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体地限定。

本申请可以在不同实施中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。

悬浮显示技术是利用微控光元件实现显示装置空中成像的技术。

如图1所示，为现有技术中的一种显示装置的原理示意图，图1所示的显示装置为一种逆反射悬浮成像系统结构。所述显示装置包括显示面板、分束器200、逆反射组件300。所述显示面板的出光面具有显示图像110，所述显示面板的显示图像110部分出射光线，所述出射光线依次经过所述分束器200、所述逆反射组件300，最终在所述分束器200远离所述逆反射组件300一侧的空中形成悬浮图像。所述分束器200位于所述显示面板的出光侧，用于将入射至所述分束器200的光线分离成反射光线和透射光线，即入射至所述分束器200的光线一部分被反射至所述逆反射组件300，另一部分透过所述分束器200，透过所述分束器200的光线不参与成像。所述逆反射组件300位于所述分束器200的一侧，用于将入射至所述逆反射组件300的光线反射使光线原路返回，即实现所述逆反射组件300的反射光线与入射光线相互平行且方向相反的效果，如图2所示，为所述逆反射组件300的入射光线及反射光线路径示意图。

在传统的悬浮显示过程中，所述显示面板的出光面显示所述显示图像110，所述显示面板的出光面发出的出射光线入射至所述分束器200；所述分束器200接收所述显示面板的出射光线并反射至所述逆反射组件300，其中经过所述分束器200的透射光线不参与成像；所述逆反射组件300接收所述分束器200的反射光线，并将所述反射光线原路返回，所述反射光线透过所述分束器200，并在空中汇聚形成实像(即悬浮图像120)，所述悬浮图像120与所述显示图像110关于所述分束器200对称。

由于传统的逆反射组件300的微结构通常为三角锥或六面体，因此，图像的质量与光线的角度存在着依赖关系，光线入射角度越大，成像质量越差。如图3所示，其中图3-1表示不同入射角的出射光线与入射光线的关系，对于所述逆反射组件上的不同入射角的光线，其出射光线关于入射光线的偏移量大小不一，造成成像光斑像质变低，影响显示质量，降低交互体验；图3-2表示相同入射角的出射光线与入射光线的关系，其出射光线关于入射光线的偏移量一致，成像光斑像质均一，显示质量较好，交互体验较佳。

如图4所示，对于显示面板100而言，其出光面101的出射光线通常为发散的光线，出射光线具有一定的发散角度。而对于实际的逆反射成像系统，大发散角度的光线(即非成像光或无效光)不具有成像作用，且会干扰悬浮图像的质量，降低交互体验。

为了解决上述问题，本申请提出一种显示装置，能够改善悬浮显示的空中成像质量，提升用户体验感。

以下将结合具体实施例及附图对本申请提供的显示装置进行详细描述。

如图5所示，本申请提供一种显示装置，包括：

显示面板100，具有出光面101；

分束器200，位于所述显示面板100的出光侧；

逆反射组件300，位于所述分束器200靠近所述出光面101的一侧；

其中，所述显示面板100与所述分束器200之间设有第一准直元件400，所述显示面板100的出射光线经所述第一准直元件400转换成平行的光线入射至所述分束器200，所述分束器200接收所述第一准直元件400出射的光线并反射至所述逆反射组件300，所述逆反射组件300接收所述分束器200反射的光线并反射至所述分束器200，经所述逆反射组件300反射的光线透过所述分束器200并聚集形成实像。

具体的，所述显示面板100作为光源，具有一出光面101，所述出光面101发出构成显示图像110的光线。所述显示面板100可以是液晶显示面板100(Liquid CrystalDisplay，LCD)、发光二极管(Light Emitting Diode，LED)、有机发光二极管(OrganicLight Emitting Diode，OLED)等，但不限于此。

所述分束器200用于将入射至所述分束器200的光线分离成反射光线和透射光线，即入射至所述分束器200的光线一部分被反射至所述逆反射组件300，另一部分透过所述分束器200，透过所述分束器200的光线不参与成像。所述分束器200可以是半反半透分束镜，但不限于此。

所述逆反射组件300用于将入射至所述逆反射组件300的光线反射使光线原路返回，即实现所述逆反射组件300的反射光线与入射光线相互平行且方向相反的效果。所述逆反射组件300包括阵列排布的多个逆反射微结构，所述逆反射微结构可以是三角锥形、六面体形或微球结构，但不限于此。

所述第一准直元件400用于将发散的光线调节成平行的光线，能够减小所述显示面板出射光线的发散角，起到准直光线的作用。所述第一准直元件400可以是具有准直效果的任意装置，例如曲面透镜或平板透镜，也可以是曲面透镜和平板透镜的组合，但不限于此。

如图5所示，在本申请的显示装置的悬浮显示过程中，所述显示面板100的出光面101显示图像，所述显示面板100的出光面101发出的出射光线入射至所述第一准直元件400；所述第一准直元件400将所述显示面板100的发散的出射光线转换成平行的光线并入射至所述分束器200；所述分束器200接收所述第一准直元件400出射的光线并反射至所述逆反射组件300，其中经过所述分束器200的透射光线不参与成像；所述逆反射组件300接收所述分束器200的反射光线，并将所述反射光线原路返回，所述反射光线再次透过所述分束器200，并在空中汇聚形成实像(即悬浮图像)，所述悬浮图像与所述显示图像关于所述分束器200对称。

由于逆反射组件300的基本成像原理符合有效入射孔径越大，其成像质量越高，光效越高。如图6所示，为所述逆反射组件300的实际孔径与有效孔径示意图，图中r表示有效孔径，R表示实际孔径。如图7所示，为未设置第一准直元件的逆反射组件光线路径示意图和设置第一准直元件的逆反射组件光线路径示意图，其中，图7-1为未设置第一准直元件的逆反射组件光线路径示意图，图7-2为设置第一准直元件的逆反射组件光线路径示意图，由图7-1和图7-2对比可知，在所述显示面板100的出光侧设置所述第一准直元件400后，所述逆反射组件300的有效孔径明显增大，光效增大，能够有效提高成像质量。

本申请通过在所述显示面板100的出光侧与所述分束器200之间设置第一准直元件400，利用第一准直元件400调节显示面板100的出射光线的路径，将显示面板100的大发散角的出射光线的角度收小，以提高入射到逆反射组件中的有效光占比，提升光效，进而提升所述显示装置的空中成像质量，以提升用户体验感。

在本申请一可选实施例中，如图8所示，所述显示装置还包括第二准直元件500，所述第二准直元件500位于所述分束器200远离所述第一准直元件400的一侧，其中，经所述逆反射组件300反射的光线透过所述分束器200入射至所述第二准直元件500，经所述第二准直元件500出射的光线聚集形成实像。

具体的，如图8所示，在本申请的显示装置的悬浮显示过程中，所述显示面板100的出光面101显示图像，所述显示面板100的出光面101发出的出射光线入射至所述第一准直元件400；所述第一准直元件400将所述显示面板100的发散的出射光线转换成平行的光线并入射至所述分束器200；所述分束器200接收所述第一准直元件400的出射光线并反射至所述逆反射组件300，其中经过所述分束器200的透射光线不参与成像；所述逆反射组件300接收所述分束器200的反射光线，并将所述反射光线原路返回，所述反射光线再次透过所述分束器200入射至所述第二准直元件500，经所述第二准直元件500出射的光线在空中汇聚形成实像(即悬浮图像)，所述悬浮图像与所述显示图像关于所述分束器200对称。

在本实施例中，所述第二准直元件500可以汇聚最终透过所述分束器200的反射光线，保证成像的大小不发生改变，以使所述悬浮图像与所述显示图像的大小保持一致。本申请利用两个准直元件分别放置在分束器200的两侧，能够对不同角度入射方向的光线起到准直再汇聚的作用，使来自不同角度的光线获得相同的偏移量，在提升光效的同时进一步提高悬浮图像的质量。

在本申请一可选实施例中，所述显示面板100的出光面101包括显示区，所述显示区用于显示图像，所述第一准直元件400在所述显示面板100上的投影覆盖所述显示区，以保证所述显示区出射的光线能够全部入射至所述第一准直元件400，所述第二准直元件500和所述第一准直元件400关于所述分束器200对称设置，以提高光效利用率，提高悬浮图像的质量。

在本申请一可选实施例中，如图8所示，所述第一准直元件400和所述第二准直元件500均为透明球体，例如透明的玻璃球。玻璃球具有准直和汇聚光线的作用，所述第一准直元件400利用玻璃球的准直作用将所述显示面板100的发散的出射光线转换成平行的光线，以减小所述显示面板100的出射光线的发散角度，所述第二准直元件500利用玻璃球的汇聚作用将透过所述分束器200的光线汇聚形成与所述显示图像一致的实像，以提高悬浮图像的质量。通过两组玻璃球的组合可以在提升光效的同时能够大幅提升系统成像质量。

进一步的，所述第一准直元件400和所述第二准直元件500分别包括至少一个所述玻璃球，且所述第一准直元件400和所述第二准直元件500关于所述分束器200对称设置。

具体的，如图8所示，所述显示装置的分束器200两侧各设置一个所述玻璃球，且所述玻璃球关于所述分束器200对称设置，作为所述第一准直元件400的玻璃球在所述显示面板100上的正投影覆盖所述显示面板100的显示区，以保证所述显示面板100的出射光线能够全部入射至所述第一准直元件400，作为所述第二准直元件500的玻璃球与作为所述第一准直元件400的玻璃球大小一致，且关于所述分束器200对称设置，光线最终经所述第二准直元件500汇聚形成悬浮图像120，使最终的悬浮图像120能够显示出完整的显示图像110，能够有效提高光效利用率，提高悬浮图像的质量。

需要说明的是，所述第一准直元件400、所述第二准直元件500也可以包括多个玻璃球，可以根据显示面板100的尺寸及形状等实际情况进行设置；所述第一准直元件400与所述第二准直元件500也可以是非对称关系，所述第一准直元件400与所述第二准直元件500的相对位置也可以根据所述显示面板100的出光方向，所述显示面板100、所述分束器200和所述逆反射组件300的摆放位置以及像面的位置进行设置，在此不做具体限制。

在本申请一可选实施例中，所述第一准直元件400设置在所述显示面板100的出光面101上。由于所述显示面板100的出光面101的出射光线为发散的光线，如图9所示，出光面101上的大发散角的出射光线不参与成像，导致有效光利用率降低，从而降低了悬浮图像的质量。因此本申请从光源的角度出发，对显示面板100的出光面101进行改善，通过将所述第一准直元件400直接设置在所述显示面板100的出光面101上，能够将所述显示面板100的出光面101的出射光线最大化的转化成平行的光线用于成像，从而有效提高所述显示面板100的出射光线的光效利用率，进而提高悬浮图像的质量。

在本申请一可选实施例中，如图10所示，所述第一准直元件400包括多个微透镜410，所述微透镜410阵列排布在所述显示面板100的出光面101上，所述微透镜可以是凸透镜。

具体的，可以利用纳米压印工艺，在所述显示面板100的出光面101上制作微透镜阵列结构，所述微透镜阵列在所述显示面板100上的投影覆盖所述显示区，利用微透镜阵列对显示面板100的出射光线进行准直，减少大发散角度的出射光线，提高有效光的利用率，进而提高悬浮图像的质量。

进一步的，所述显示面板100包括多个像素单元130，一个所述微透镜410在所述显示面板100上的正投影覆盖一个所述像素单元130。

具体的，如图10所示，一个所述像素单元130包括一个红色子像素、一个绿色子像素和一个蓝色子像素，所述像素单元130构成所述显示面板100的最小发光单元，通过使一个所述微透镜410在所述显示面板100上的正投影对应覆盖一个所述像素单元130，即所述微透镜410与所述像素单元130的位置一一对应，以使得每一所述像素单元130发出的光都能够被所述微透镜410进行准直，进一步提高所述显示面板100的出射光线的光效利用率，进而提高悬浮图像的质量。

需要说明的是，为了减小工艺的难度，也可以使多个所述像素单元130对应一个所述微透镜410，即一个所述微透镜410在所述显示面板100上的正投影覆盖多个所述像素单元130，在此不做具体限制。

在本申请一可选实施例中，所述第一准直元件400为防窥结构420或防窥膜430。为了降低成本，也可以在所述显示面板100的出光面101上覆盖防窥结构420或防窥膜430等，利用防窥结构420或防窥膜430等的滤光作用对显示面板100的出射光线进行准直，减少大发散角度的出射光线，同样可以提高有效光的利用率。但此方案中的防窥结构420或防窥膜430等往往会带来亮度20-30％的衰减，通常适用于一些特殊场景，例如适用于抬头显示、主驾驶显示等场景，或者银行等私密性较高场景。

具体的，如图11所示，所述第一准直元件400为防窥结构420，所述防窥结构420可以是类似于百叶窗形的结构，所述防窥结构420垂直于所述显示面板100的出光面101设置，所述防窥结构420之间具有间隙，所述防窥结构420使所述显示面板100的出射光线由所述间隙处出射以形成平行的光线，以对所述显示面板100的发散的出射光线进行准直。

如图12所示，所述第一准直元件400为防窥膜430，所述显示面板100的出射光线经过所述防窥膜430后形成平行的光线，所述防窥膜430对所述显示面板100的发散的出射光线具有准直作用。

在本申请一可选实施例中，所述显示面板100、所述分束器200及所述逆反射组件300呈三角形排布。进一步的，所述显示面板100、所述分束器200及所述逆反射组件300呈等腰直角三角形排布。如图8所示，所述显示面板100与所述逆反射组件300垂直设置，分别位于所述等腰直角三角形的直角边位置上，所述分束器200位于所述腰直角三角形的斜边位置上，所述显示面板100、所述分束器200及所述逆反射组件300整体上构成等腰直角三角形摆放，所述显示面板100的出射光线经所述第一准直元件400入射至所述分束器200，经所述分束器200反射的光线垂直入射至所述逆反射组件300，此时，所述逆反射组件300获得最大光效，能够有效提高所述显示装置的有效光利用率，进而提高悬浮图像的质量，提升用户体验感。

需要说明的是，所述显示面板100、所述分束器200及所述逆反射组件300的排布形式不限于上述三角形，所述显示面板100、所述分束器200及所述逆反射组件300的排布位置可根据实际需求进行调整，需保持光线传播路径为由所述显示面板100至所述分束器200，再由所述分束器200至所述逆反射结构，最后经所述逆反射结构并透过所述分束器200至空中像面即可。

综上所述，本申请提供一种显示装置，本申请提供的显示装置通过在所述显示面板的出光侧与所述分束器之间设置第一准直元件，利用第一准直元件调整显示面板出射光线的路径，将显示面板的大发散角的出射光线的角度收小，以提高入射到逆反射组件中的有效光占比，提升光效，进而提升所述显示装置的空中成像质量，以提升用户体验感。

综上，虽然本申请已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本申请，本领域的普通技术人员，在不脱离本申请的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本申请的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种显示装置，其特征在于，包括：

显示面板，具有出光面；

分束器，位于所述显示面板的出光侧，且与所述显示面板的出光面成第一夹角；

逆反射组件，位于所述分束器靠近所述出光面的一侧；

其中，所述显示面板与所述分束器之间设有第一准直元件，所述显示面板的出射光线经所述第一准直元件后入射至所述分束器，所述分束器接收所述第一准直元件出射的光线并反射至所述逆反射组件，所述逆反射组件接收所述分束器反射的光线后，反射至所述分束器，经所述逆反射组件反射的光线透过所述分束器形成实像。

2.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置还包括第二准直元件，所述第二准直元件位于所述分束器远离所述第一准直元件的一侧，其中，经所述逆反射组件反射的光线透过所述分束器入射至所述第二准直元件，经所述第二准直元件出射的光线聚集形成实像。

3.根据权利要求2所述的显示装置，其特征在于，所述第一准直元件包括曲面透镜或平板透镜，所述第二准直元件包括曲面透镜或平板透镜。

4.根据权利要求2所述的显示装置，其特征在于，所述第一准直元件和所述第二准直元件均为透明球体。

5.根据权利要求3或4所述的显示装置，其特征在于，所述显示面板的出光面包括显示区，所述第一准直元件在所述显示面板上的投影覆盖所述显示区，所述第二准直元件和所述第一准直元件关于所述分束器对称设置。

6.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述第一准直元件设置在所述显示面板的出光面上。

7.根据权利要求6所述的显示装置，其特征在于，所述第一准直元件包括多个微透镜，多个所述微透镜阵列排布在所述显示面板的出光面上，所述微透镜包括凸透镜。

8.根据权利要求7所述的显示装置，其特征在于，所述显示面板包括多个像素单元，一个所述微透镜在所述显示面板上的正投影覆盖一个所述像素单元。

9.根据权利要求6所述的显示装置，其特征在于，所述第一准直元件为防窥结构或防窥膜。

10.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述显示面板、所述分束器及所述逆反射组件呈三角形排布。