CN117761912A - 显示装置以及其制作方法、显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种显示装置，包括激光发射组件、位相液晶显示面板和振幅显示面板，激光发射组件用于为振幅显示面板提供显示光源，位相液晶显示面板设置于振幅显示面板的出光侧，振幅显示面板加载有至少一幅多视角图像，位相液晶显示面板能通过施加电压或不施加电压的方式改变位相液晶显示面板中的液晶分子的排布，当不施加电压时，位相液晶显示面板能对输入的多视角图像进行调制，并将各视角图像投影到空间不同位置形成不同的视点，使显示装置进行3D显示，当施加电压时，位相液晶显示面板不对输入的多视角图像进行调制，使显示装置进行2D显示。因此本发明的显示装置能够通过施加电压实现3D显示和2D显示之间的切换。本发明还涉及一种显示装置的制作方法及显示方法。

Description

显示装置以及其制作方法、显示方法

技术领域

本发明涉及显示屏技术领域，特别是涉及一种显示装置以及其制作方法、显示方法。

背景技术

现有技术中的裸眼3D显示装置包括光源、位相信息调制装置和视角图像信息调制装置。位相信息调制装置采用的是像素型纳米光栅作为位相板，用于将光源照射来的光改变角度，并在空间中汇聚到不同的视点，而视角图像信息调制装置则用于振幅调制，即记载多视角图像信息，现有技术中的裸眼3D显示装置利用全息成像与波前转换原理，将具有相位调制功能的组件与具有振幅调制功能的显示技术相结合，实现裸眼3D显示，呈现3D图像信息。

上述的裸眼3D显示装置中，首先，基于像素型纳米光栅作为位相板的3D显示器件不可以实现2D/3D切换显示，其次，3D显示器件衍射效率在10％～20％，光效利用率低。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种显示装置，该显示装置能够通过施加电压实现3D显示和2D显示之间的切换。

本发明提供一种显示装置，包括激光发射组件、位相液晶显示面板和振幅显示面板，激光发射组件用于为振幅显示面板提供显示光源，位相液晶显示面板设置于振幅显示面板的出光侧，振幅显示面板加载有至少一幅多视角图像，位相液晶显示面板能通过施加电压或不施加电压的方式改变位相液晶显示面板中的液晶分子的排布，当不施加电压时，位相液晶显示面板能对输入的多视角图像进行调制，并将各视角图像投影到空间不同位置形成不同的视点，使显示装置进行3D显示，当施加电压时，位相液晶显示面板不对输入的多视角图像进行调制，使显示装置进行2D显示。

在一实施例中，位相液晶显示面板包括多个呈矩阵排布的第一像素单元，各第一像素单元包括多个不同的第一像素，各第一像素能形成用于调制图像的液晶光栅。

在一实施例中，各第一像素包括第一子像素、第二子像素和第三子像素，第一子像素能形成第一液晶光栅，第二子像素能形成第二液晶光栅，第三子像素能形成第三液晶光栅，第一液晶光栅的周期和取向角与红光匹配，第二液晶光栅的周期和取向角与绿光匹配，第三液晶光栅的周期和取向角与蓝光匹配。

在一实施例中，振幅显示面板包括多个呈矩阵排布的第二像素单元，各第二像素单元包括多个第二像素，各第二像素与各第一像素一一对应设置，各第二像素包括红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素，红色子像素与第一子像素对应设置，绿色子像素与第二子像素对应设置，蓝色子像素与第三子像素对应设置。

在一实施例中，位相液晶显示面板包括第一基板、第二基板、第一电极、第二电极和第一液晶层，第一基板与第二基板相对设置，第一液晶层设置于第一基板与第二基板之间，第一电极设于第一基板靠近第一液晶层的一侧，第二电极设于第二基板靠近第一液晶层的一侧；第一电极和第二电极不施加电压时，第一液晶层形成液晶光栅；第一电极和第二电极施加电压时，第一液晶层的液晶分子偏转至垂直于第一基板或第二基板。

在一实施例中，激光发射组件包括激光光源、光学系统、第一反射板、第二反射板和投影镜头，激光光源发出的光依次经过光学系统、第一反射板、第二反射板和投影镜头后，由投影镜头为振幅显示面板提供显示光源。

在一实施例中，激光光源为RGB激光光源或方向性白光光源。

在一实施例中，激光发射组件包括激光光源、定向耦合器、波导器、第三反射板和微透镜，激光光源发出的光依次经过定向耦合器、波导器、第三反射板和微透镜后，由微透镜为振幅显示面板提供显示光源。

本发明还涉及一种显示装置的制作方法，包括：固定振幅显示面板，利用摄像装置聚焦振幅显示面板的边角像素，并对应制作标记；将位相液晶显示面板设置在振幅显示面板上，使摄像模组聚焦于位相液晶显示面板，移动位相液晶显示面板，并使位相液晶显示面板的边角像素与振幅显示面板上的标记对准；将位相液晶显示面板和振幅显示面板固定成一整体；将激光发射组件设置于振幅显示面板的入光侧。

本发明还涉及一种显示装置的显示方法，包括：启动激光发射组件，为振幅显示面板提供显示光源；控制振幅显示面板输出多视角图像；控制位相液晶显示面板不施加电压，位相液晶显示面板内形成液晶光栅，液晶光栅对输入的多视角图像进行调制，并将各视角图像投影到空间不同位置形成不同的视点，以实现3D显示；控制位相液晶显示面板施加电压，位相液晶显示面板不形成液晶光栅，位相液晶显示面板进行2D显示。

本发明中的显示装置采用的是将位相与振幅分离的视角调节方式，以更好的满足显示需求以及减小数据的刷新量，整个视角调制系统是由振幅显示面板和位相液晶显示面板组成，振幅显示面板先对多视角图像进行加载，然后再通过位相液晶显示面板将多视角图像分离至各个视点的位置，使显示装置可实现90％以上的衍射效率，具有更高的光效利用率；位相显示面板的液晶层使用液态的液晶，通过对位相显示面板施加电压的方式来改变液晶分子的排布方向，从而实现2D/3D显示可切换的功能，能够是适用更广泛的应用场景，相较于基于像素型纳米光栅作为位相板的3D显示器件，基于液晶光栅位相板的2D/3D可切换的显示器件可以实现高衍射效率，达到90％以上，具有更高的光效利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1是本发明第一实施例的显示装置2D显示的结构示意图。

图2是本发明第一实施例的显示装置3D显示时的结构示意图。

图3是本发明第一实施例的激光发射组件的结构示意图。

图4是本发明第一实施例的位相液晶显示面板不施加电压时的结构示意图。

图5是本发明第一实施例的位相液晶显示面板施加电压时的结构示意图。

图6是本发明第一实施例的显示装置3D显示时的示意图。

图7是本发明第一实施例中各第一像素单元的结构示意图。

图8是本发明第二实施例的激光发射组件的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的特定实施例进行详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的描述，本领域普通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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语的具体含义。

术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，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发明的限制。

术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是为了区别属性类似的元件，而不是指示或暗示相对的重要性或者特定的顺序。

术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体，意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。

第一实施例

如图1、图2和图6所示，显示装置包括激光发射组件11、位相液晶显示面板12和振幅显示面板13，激光发射组件11用于为振幅显示面板13提供显示光源，位相液晶显示面板12设置于振幅显示面板13的出光侧132。

具体地，参照图3，激光发射组件11包括激光光源111、光学系统112、第一反射板113、第二反射板114和投影镜头115，激光光源111发出的光依次经过光学系统112、第一反射板113、第二反射板114和投影镜头115后，被振幅显示面板13接收。在本实施例中，激光发射组件11采用投影照明的方式，激光光源111发出的先经过光学系统112进行调制，然后入射至第一反射板113进行反射后，射至第二反射板114进行反射，最后通过投影镜头115进行照明；第一反射板113和第二反射板114例如为反射镜。

在本实施例中，振幅显示面板13为液晶显示器，用于接收并加载激光发射组件11发出的图像，其中，该图像为多视角图像，由多个相同规格的相机组成的相机阵列既立体相机，对统一三维物体进行拍摄，获得多幅视角图像，这些图像含有该物体的光强信息，对这些多视角图像进行合成编码后，合成一副多视角图像。

参照图4，位相液晶显示面板12包括第一基板122、第二基板123、第一电极124、第二电极125和第一液晶层126，第一基板122与第二基板123相对设置，第一液晶层126设置于第一基板122与第二基板123之间，第一电极124设于第一基板122靠近第一液晶层126的一侧，第二电极125设于第二基板123靠近第一液晶层126的一侧；第一电极124和第二电极125上不施加电压时，第一液晶层126的液晶分子形成液晶光栅12a；对第一电极124和第二电极125施加电压时，第一液晶层126的液晶分子偏转至垂直于第一基板122或第二基板123。

位相液晶显示面板12能通过对第一电极124和第二电极125施加电压或不施加电压的方式改变第一液晶层126中液晶分子排布，参照图4，当不施加电压时，第一液晶层126形成液晶光栅12a，液晶光栅12a的结构参数计算详见后续，振幅显示面板13加载的多视角图像通过位相液晶显示面板12后，被改变角度并将各视角图像投影到不同的视点位置，这样在空间上形成不同的视点，在水平方向形成视窗，从而当人眼观察时，会感觉出立体的效果，即形成多视角3D显示。

参照图5，当对第一电极124和第二电极125施加电压时，液晶分子会垂直于位相液晶显示面板12的基板排布，从而当入射光即图像经过位相液晶显示面板12时会直接通过位相板而不会经过调制，实现2D显示的效果，因此通过对位相液晶显示面板12施加电压或关闭电压可实现本显示装置2D和3D的显示切换。

本发明中的显示装置采用的是将位相与振幅分离的视角调节方式，以更好的满足显示需求以及减小数据的刷新量，整个视角调制系统是由振幅显示面板13和位相液晶显示面板12组成，振幅显示面板13先对多视角图像进行加载，然后再通过位相液晶显示面板12将多视角图像分离至各个视点的位置，使显示装置可实现90％以上的衍射效率，具有更高的光效利用率；其中，振幅显示面板13为液晶显示器，例如为TFT-LCD；位相显示面板的液晶光栅12a使用的液晶为液态的液晶，通过对液晶光栅12a施加电压的方式来改变液晶分子的排布方向，从而实现2D/3D显示可切换的功能。

参照图1和图6，位相液晶显示面板12包括多个呈矩阵排布的第一像素单元121，各第一像素单元121包括多个不同的第一像素，各第一像素即液晶分子形成用于调制图像的液晶光栅12a。

在另一较佳的实施例中，如图7所示，当激光发射组件11使用RGB激光时，各第一像素包括第一子像素1211、第二子像素1212和第三子像素1213，第一子像素1211即为第一液晶光栅1214，第二子像素1212即为第二液晶光栅1215，第三子像素1213即为第三液晶光栅1216，第一液晶光栅1214的周期和取向角与红光匹配，第二液晶光栅1215的周期和取向角与绿光匹配，第三液晶光栅1216的周期和取向角与蓝光匹配。其中，第一子像素1211、第二子像素1212和第三子像素1213的结构参数(包括周期和取向角)需要通过公式进行计算，由此得到的彩色的位相液晶显示面板12的总像素是单色的位相液晶显示面板12的总像素的三倍。

进一步地，振幅显示面板13包括多个呈矩阵排布的第二像素单元(图未示)，各第二像素单元包括多个不同的第二像素，各第二像素与各第一像素一一对应设置，各第二像素包括红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素，红色子像素与第一子像素1211对应设置，绿色子像素与第二子像素1212对应设置，蓝色子像素与第三子像素1213对应设置。

本发明的显示装置将振幅显示面板13设置在激光发射组件11的出光侧132，位相液晶显示面板12设置在振幅显示面板13的出光侧132，激光发射组件11提供的显示光源经振幅显示面板13、位相液晶显示面板12，通过将振幅与相位分离的方式对多视角图像进行调制，使各视角图像投影到不同位置形成不同的视点，实现显示装置的3D显示，因此，通过对位相液晶显示面板12施加或关闭电压以实现显示装置的2D和3D的显示切换功能。

在实际应用中，液晶光栅12a的周期、取向角满足以下关系：

(1)

(2)

其中，n₁为入射区的折射率；n₂为透射区的折射率；n₂为空气的折射率，默认为1；Λ为光栅的周期；λ为光源的波长，光线以一定角度入射到XY平面；θ表示入射角，既入射光线与z轴正方向夹角；为沟槽取向角，既槽型方向与y轴正方向夹角，θ^′为第-1级衍射光的衍射角，既衍射光线与z轴正方向的夹角，/>为第-1级衍射光的衍射方位角，既衍射光线与x轴正方向的夹角，选取-1级的目的在于可以使得视角被任意调控的同时衍射效率也比较高。

由上面的公式可知，当确定了入射光线、衍射光线与两坐标轴的夹角以及入射区和透射区的折射率就可以通过计算得出所需要的液晶光栅12a的周期与取向角。同时也可获得在实际应用于3D显示时，是通过改变液晶光栅12a的取向角和周期来调制视角图像的投射位置，这样做的优势在于投射的精准度与自由性比较高，如果要切换变成二维显示，对液晶光栅12a位相板施加电压即可。

以一具体实施为例，当显示装置采用RGB作为激光光源111，使用5.5英寸2k的TFT-LCD作为振幅显示面板13，LCD分辨率为2560X1440，像素大小为36umx36um，RGB的子像素大小为12umx36um；设置视角数目为4，则单幅图像分辨率为1280×720；入射光先经过编码图像后携带多视角图像信息，再经过彩色滤光片，这样就形成彩色编码图像信息，然后经过位相液晶显示面板12进行调控。位相液晶显示面板12上的RGB三色光的液晶光栅12a子像素的结构参数包括周期和取向则可以根据需要进行计算。以第二子像素1212为例，第二子像素1212对应为绿色，绿色532nm像素点，光源以30°角入射，光的衍射角为10°、衍射方位角为45°，n₁取1.5，n₂取1，通过计算可得其对应的液晶光栅12a的周期约为604nm，取向角约为8°，其他子像素可以根据实际需要以此类推进行计算，得出整个位相液晶显示面板12所需的光栅参数。

本发明的显示装置中，激光发射组件11的激光光源111可使用RGB激光光源、方向性白光光源或其他光源，照明的方式例如为投影照明或定向波导照明等方式。RGB激光光源的优点是可以采用超薄背光板来发出光源，从而可以减少器件的重量和体积，它不仅具有同普通激光光源111一样，具有方向性好、亮度高等优点，与方向性白光相比，RGB激光光源更易获得，在实际制作器件的过程中会带来很多便捷，对红、绿、蓝三色激光波长等参数可以进行单独调控，使得调制更加方便、精准。

进一步地，使用RGB激光提供显示光源，液晶光栅12a通过衍射的方式对光进行波前转换与成像，能够有效降低以激光为光源进行显示的散斑效应，同时保持以激光为光源进行显示的高亮度、宽色域等优点；此外，由于液晶光栅12a可以实现半波厚度的有序排列，因而可以使得系统的衍射效率比较高，同时可以利用改变光栅周期、方位角等参数的方式对LCD的单个像素光线进行单独操控，调控精度较高，避免存在色差、串扰等问题，没有视疲劳感受。

本发明基于液晶光栅位相板的2D/3D可切换的显示器件可通过施加电压的方式改变液晶分子排布来实现2D显示与3D显示的切换，能够是适用更广泛的应用场景，相较于基于像素型纳米光栅作为位相板的3D显示器件，基于液晶光栅位相板的2D/3D可切换的显示器件可以实现高衍射效率，达到90％以上，具有更高的光效利用率。

本发明还提供了一种显示装置的制作方法，包括：

固定振幅显示面板13，利用摄像装置聚焦振幅显示面板13的边角像素，并对应制作标记；在本实施例中，将LCD进行固定，在利用CCD相机聚焦LCD的边角像素并做好标记。

将位相液晶显示面板12设置在振幅显示面板13上，使摄像模组聚焦于位相液晶显示面板12，移动位相液晶显示面板12，并使位相液晶显示面板12的边角像素与振幅显示面板13上的标记对准。

将位相液晶显示面板12和振幅显示面板13固定成一整体；将激光发射组件11设置于振幅显示面板13的入光侧131。

本发明还提供了一种显示装置的显示方法，包括：启动激光发射组件11，为振幅显示面板13提供显示光源；控制振幅显示面板13输出多视角图像；控制位相液晶显示面板12不施加电压，位相液晶显示面板12内形成液晶光栅12a，液晶光栅12a对输入的多视角图像进行调制，并将各视角图像投影到空间不同位置形成不同的视点，以实现3D显示；控制位相液晶显示面板12施加电压，位相液晶显示面板12不形成液晶光栅12a，位相液晶显示面板12进行2D显示。

第二实施例

如图8所示，本实施例的显示装置与第一实施例的显示装置在结构上大致相同，不同点在于，激光发射组件11的结构不同。

具体地，激光发射组件11包括激光光源111、定向耦合器116、波导器117、第三反射板118和微透镜119，激光光源111发出的光依次经过定向耦合器116、波导器117、第三反射板118和微透镜119后，由微透镜119为振幅显示面板13提供显示光源。在本实施例中，激光光源111发射出的激光先经过定向耦合器116将激光引入波导器117中，然后在波导器117中形成光波导，光波导经过第三反射板118反射后经过微透镜119实现照明；其中，定向耦合器116例如为透镜或光纤耦合元件等，但并不以此为限。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所附的权利要求为准。

Claims (10)

1.一种显示装置，其特征在于，包括激光发射组件(11)、位相液晶显示面板(12)和振幅显示面板(13)，所述激光发射组件(11)用于为所述振幅显示面板(13)提供显示光源，所述位相液晶显示面板(12)设置于所述振幅显示面板(13)的出光侧(132)，所述振幅显示面板(13)加载有至少一幅多视角图像，所述位相液晶显示面板(12)能通过施加电压或不施加电压的方式改变所述位相液晶显示面板(12)中的液晶分子的排布，当不施加电压时，所述位相液晶显示面板(12)能对输入的所述多视角图像进行调制，并将各视角图像投影到空间不同位置形成不同的视点，使所述显示装置进行3D显示，当施加电压时，所述位相液晶显示面板(12)不对输入的所述多视角图像进行调制，使所述显示装置进行2D显示。

2.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述位相液晶显示面板(12)包括第一基板(122)、第二基板(123)、第一电极(124)、第二电极(125)和第一液晶层(126)，所述第一基板(122)与所述第二基板(123)相对设置，所述第一液晶层(126)设置于所述第一基板(122)与所述第二基板(123)之间，所述第一电极(124)设于所述第一基板(122)靠近所述第一液晶层(126)的一侧，所述第二电极(125)设于所述第二基板(123)靠近所述第一液晶层(126)的一侧；所述第一电极(124)和所述第二电极(125)不施加电压时，所述第一液晶层(126)形成所述液晶光栅(12a)；所述第一电极(124)和所述第二电极(125)施加电压时，所述第一液晶层(126)的液晶分子偏转至垂直于所述第一基板(122)或所述第二基板(123)。

3.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述位相液晶显示面板(12)包括多个呈矩阵排布的第一像素单元(121)，各所述第一像素单元(121)包括多个不同的第一像素，各所述第一像素能形成用于调制图像的所述液晶光栅(12a)。

4.如权利要求3所述的显示装置，其特征在于，各所述第一像素包括第一子像素(1211)、第二子像素(1212)和第三子像素(1213)，所述第一子像素(1211)能形成第一液晶光栅(1214)，所述第二子像素(1212)能形成第二液晶光栅(1215)，所述第三子像素(1213)能形成第三液晶光栅(1216)，所述第一液晶光栅(1214)的周期和取向角与红光匹配，所述第二液晶光栅(1215)的周期和取向角与绿光匹配，所述第三液晶光栅(1216)的周期和取向角与蓝光匹配。

5.如权利要求4所述的显示装置，其特征在于，所述振幅显示面板(13)包括多个呈矩阵排布的第二像素单元，各所述第二像素单元包括多个不同的第二像素，各所述第二像素与各所述第一像素一一对应设置，各所述第二像素包括红色子像素、绿色子像素和蓝色子像素，所述红色子像素与所述第一子像素(1211)对应设置，所述绿色子像素与所述第二子像素(1212)对应设置，所述蓝色子像素与所述第三子像素(1213)对应设置。

6.如权利要求1至4任一项所述的显示装置，其特征在于，所述激光发射组件(11)包括激光光源(111)、光学系统(112)、第一反射板(113)、第二反射板(114)和投影镜头(115)，所述激光光源(111)发出的光依次经过所述光学系统(112)、所述第一反射板(113)、所述第二反射板(114)和所述投影镜头(115)后，由所述投影镜头(115)为所述振幅显示面板(13)提供显示光源。

7.如权利要求6所述的显示装置，其特征在于，所述激光光源(111)为RGB激光光源或方向性白光光源。

8.如权利要求1至4任一项所述的显示装置，其特征在于，所述激光发射组件(11)包括激光光源(111)、定向耦合器(116)、波导器(117)、第三反射板(118)和微透镜(119)，所述激光光源(111)发出的光依次经过所述定向耦合器(116)、所述波导器(117)、所述第三反射板(118)和所述微透镜(119)后，由所述微透镜(119)为所述振幅显示面板(13)提供显示光源。

9.一种如权利要求1至7任一项所述的显示装置的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：

固定所述振幅显示面板(13)，利用摄像装置聚焦所述振幅显示面板(13)的边角像素，并对应制作标记；

将所述位相液晶显示面板(12)设置在所述振幅显示面板(13)上，使所述摄像模组聚焦于所述位相液晶显示面板(12)，移动所述位相液晶显示面板(12)，并使所述位相液晶显示面板(12)的边角像素与所述振幅显示面板(13)上的所述标记对准；

将所述相液晶显示面板和所述振幅显示面板(13)固定成一整体；

将所述激光发射组件(11)设置于所述振幅显示面板(13)的入光侧(131)。

10.一种如权利要求1至7任一项所述的显示装置的显示方法，其特征在于，所述显示方法包括：

启动所述激光发射组件(11)，为所述振幅显示面板(13)提供显示光源；

控制所述振幅显示面板(13)输出所述多视角图像；

控制位相液晶显示面板(12)不施加电压，所述位相液晶显示面板(12)内形成所述液晶光栅(12a)，所述液晶光栅(12a)对输入的所述多视角图像进行调制，并将各视角图像投影到空间不同位置形成不同的视点，以实现3D显示；

控制位相液晶显示面板(12)施加电压，所述位相液晶显示面板(12)不形成所述液晶光栅(12a)，所述位相液晶显示面板(12)进行2D显示。