CN206906707U - 显示装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型实施例公开了一种显示装置。所述显示装置包括：显示单元，具有多个像素单元；以及透镜单元，包括与所述多个像素单元一一对应的多个微透镜；其中，所述多个微透镜被设置为使所述多个像素单元中的至少两个相邻像素单元所发出的光经由对应微透镜形成具有期望单一灰度的一个虚像像素。

Description

显示装置
技术领域
本实用新型涉及显示领域，尤其涉及一种显示装置。
背景技术
虚拟现实技术是指将现实场景虚拟化并生成虚拟图像，然后通过融合将组合的图像通过显示装置呈现给观看者。然而，传统的显示装置中使用的透镜较厚重，并且需要透镜与显示屏之间具有通常20cm以上的较远距离，否则人眼会有眩晕或不能识别图像。因此导致显示装置过于厚重。
实用新型内容
本实用新型的至少一个实施例提供了一种显示装置，以缓解或改进以上技术问题。
根据本实用新型的一个方面，提出了一种显示装置，包括：
显示单元，具有多个像素单元；以及
透镜单元，包括与所述多个像素单元一一对应的多个微透镜；
其中，所述多个微透镜被设置为使所述多个像素单元中的至少两个相邻像素单元所发出的光经由对应微透镜形成具有期望单一灰度的一个虚像像素。
例如，所述显示单元划分为多个显示区域，每个显示区域包括至少两个相邻像素单元，每个显示区域所发出的光经由对应微透镜形成具有期望单一灰度的一个虚像像素。
例如，两个相邻的显示区域包括至少一个相同的像素单元。
例如，每一个像素单元对应一个虚物像素和一个虚像像素，以及所述微透镜被设置为使得
其中，α是所述虚物像素的第一顶点同所述像素单元的连线与所述显示单元的法线的夹角；β是所述虚物像素的第二顶点同所述像素单元的连线与所述法线的夹角；h是所述第一顶点到所述法线的距离，H是所述第二顶点到所述法线的距离，d是沿所述法线方向从所述像素单元到所述虚物像素的距离。
例如，α的绝对值小于等于70°，β的绝对值小于等于70°。
例如，所述像素单元和多个微透镜之间涂布有透明材料，所述透明材料的折射率满足以下条件：
其中，n1、n2和n3分别是像素单元发出的光相对于空气的折射率、相对于微透镜的折射率和相对于所述透明材料的折射率。
例如，所述微透镜是棱镜、凸透镜、或柱透镜。
例如，所述显示单元是液晶显示单元或有机发光二极管显示单元
根据本实用新型实施例的显示装置，利用微透镜控制每个像素单元发出的光的方向，使得相当于位于显示单元远离观看者一侧(即，与透镜单元相对侧)处的虚物经过微透镜成具有期望图像的虚像。该虚物具有与虚像相同的期望图像，从而能够减小显示单元到观看者人眼的实际距离，使得显示装置更加轻便。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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，图中：
图1A示出了一种传统显示装置的结构示意图；
图1B示出了图1A中显示装置的光路示意图；
图2A示出了根据本实用新型实施例的显示装置的示意截面图；
图2B示出了图2A中显示装置的光路示意图；
图2C示出了本实用新型实施例的一个示例光路图；
图3A示出了根据本实用新型实施例的像素单元和对应虚像像素的关系示意图；
图3B示出了根据本实用新型实施例的像素单元与对应虚物像素的关系示意图；
图4示出了根据本实用新型另一个实施例的示例光路图；以及
图5示出了根据本实用新型实施例的一个示例的示意光路图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下获得的所有其他实施例都属于本实用新型保护的范围。应注意，贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在以下描述中，一些具体实施例仅用于描述目的，而不应该理解为对本实用新型有任何限制，而只是本实用新型实施例的示例。在可能导致对本实用新型的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。应注意，图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本实用新型实施例的内容。
除非另外定义，本实用新型实施例使用的技术术语或科学术语应当是本领域技术人员所理解的通信意义。本实用新型实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似词语并不表示任何顺序、数量或重要性，而只是用于区分不同的组成部分。
图1A示出了一种传统的显示装置的结构示意图。如图1A所示，显示装置100可以包括显示单元101、第一透镜102L和第二透镜102R。显示单元101显示了图像103。根据传统技术方案，分别针对左眼和右眼设置第一透镜102L和第二透镜102R，使第一透镜102L和第二透镜102R的焦距f分别大于显示单元到对应透镜的距离，从而使透镜起到放大镜的效果。因此观看者H的双眼可看到各个放大正立的虚像103L’和103R’并在大脑中进行融合，得到图像103正立放大的虚像103’。
图1B示出了图1A中显示装置的光路示意图。为了简明，图1B以第一透镜102L为例进行演示。本领域技术人员可以理解，类似可以得到针对第二透镜102R的光路图。在图1B中，o为透镜102的光心，f为透镜102的焦点，显示单元101显示的图像103发出的光经由透镜102L折射，在显示单元远离观看者的一侧处形成一个正立放大的虚像103L’。
然而，在以上示例中，对于放大的虚像103’，通常要求虚像104’到人眼的距离，即像距v大于20厘米，否则人眼会有眩晕或不能识别图像。为了产生这么大的像距v且不发生畸变，需要显示单元101与透镜之间距离，即物距u较大。因此，传统显示装置的厚度及重量都较大，会令使用者产生不舒适感。
本实用新型实施例提供了一种显示装置，下面结合附图进行详细描述。
图2A示出了根据本实用新型实施例的显示装置200的示意截面图。如图2A所示，根据本实用新型实施例的显示装置200可以包括显示单元201，显示单元201具有多个像素单元2031和2032。显示装置200还包括透镜单元202。透镜单元202包括与多个像素单元一一对应的多个微透镜2021和2022。微透镜2021和2022被设置为使得多个像素单元中的至少两个相邻像素单元2031和2032所发出的光经由对应微透镜2021和2022形成具有单一期望灰度的一个虚像像素2101。
图2B示出了根据本实用新型实施例的显示装置200的示意光路图。在图2B中，o为等效透镜单元202的光心，f为透镜单元202的焦点。如图2B所示，像素单元2031发出的光通过经由等效透镜单元202折射并出射为光LP1_1和LP1_2，像素单元2032发出的光通过经由透镜单元202折射并出射为光LP2_1和LP2_2。光LP1_1和LP1_2之间的光束以及光LP2_1和LP2_2之间的光束相混合，形成一个虚像像素2101。这个虚像像素2101可以等效于是由显示单元201远离观看者一侧位置处的虚物像素2101’发出的光所成的像。虚物像素2101’到显示单元201的距离为d，因此能够减小显示单元到观看者的实际距离，使得显示装置更加轻便。
图2C示出了本实用新型实施例的一个示例光路图。如图2C所示，像素单元2031发出的光通过经由微透镜2021折射并出射为光LP1_1和LP1_2，像素单元2032发出的光通过经由微透镜2022折射并出射为光LP2_1和LP2_2。光LP1_1和LP1_2之间的光束以及光LP2_1和LP2_2之间的光束形成虚像像素2101，这个虚像像素2101具有单一期望灰度，例如0～255灰阶值中的一个。该期望灰度是将像素单元2031和像素单元2032发出的光相混合得到的。
图3A示出了根据本实用新型实施例的像素单元和对应虚像像素的关系示意图。如图3A所示，显示单元301可以划分为多个显示区域3011～301n，其中n是大于1的整数。图3A中示出了三个显示区域3011～3013。每个显示区域包括至少两个相邻像素单元，每个显示区域中的像素单元所发出的光经由对应微透镜形成具有期望单一灰度的一个虚像像素。两个相邻的显示区域可以包括至少一个相同的像素单元。例如，显示区域3011可以包括像素单元3031和3032，显示区域3012可以包括像素单元3032和3033，显示区域3013可以包括像素单元3033和3034。因此，显示区域3011和显示区域3012可以包括相同的像素单元3032，显示区域3012和显示区域3013可以包括相同的像素单元3033。当然，根据本实用新型实施例，显示区域3011～3013也可以各自包括更多个像素单元。此外，显示区域3011～3013也可以不包括相同的像素单元。
每个显示区域3011～3013中的至少两个像素单元发出的光经由对应的微透镜，分别形成一个具有期望灰度的虚像像素3101～3103。该期望灰度可以是0～255灰度值中的一个。也就是说，虚像像素3101～3103分别等效于期望图像中的一个像素点，则虚像像素3101～3103可以等效于期望图像中的三个相邻像素点。所有显示区域3011～301n所发出的光经由对应微透镜形成n个虚像像素3101～310n，其中每个虚像像素的灰度值是将显示单元301的对应显示区域中的所有像素单元发出的光相混合得到的。因此，虚像像素3101～310n中的每一个可以等效为一个虚像素点，这n个虚像像素共同形成一幅期望图像，该“期望图像”是期望观看者实际看到的图像，例如视频序列中的一幅画面等，并且等效于是处于显示单元远离观看者一侧处的虚物像素显示的图像所成的虚像。
此外，本领域技术人员可以理解，通过控制显示单元显示与期望图像相对应的实际图像，利用透镜单元对实际图像进行成像，则可以在虚像位置处得到期望图像的虚像。应注意，由于利用显示单元显示的实际图像中的至少两个像素单元发出的光来混合得到期望图像的一个虚像像素，期望图像的分辨率低于实际图像的分辨率。
此外，本领域技术人员可以理解，尽管以上示例中以两个相邻像素单元为例进行描述，根据本实用新型实施例，也可以通过设置微透镜，使得三个或更多个相邻像素单元发出的光相混合，从而形成具有期望灰度的单个虚像像素。
接下来参考图3B来描述根据本实用新型实施例的像素单元与对应虚物像素的关系示意图。为了便于描述，图3B中以像素单元3031为例进行说明，本领域技术人员可以理解，以下描述适用于每一个像素单元。如图3B所示，每一个像素单元对应一个虚物像素和一个虚像像素，针对像素单元3031，微透镜3021被设置为使得：
其中，α是与第一虚物像素301’1_1的第一顶点I1同该像素单元3031的连线与显示单元的法线NL的夹角；β是第一虚物像素301’1_1的第二顶点I2同像素单元3031的连线与法线NL的夹角；h是第一顶点I1到法线NL的距离，H是第二顶点I2到法线的距离NL，d是沿法线NL方向从像素单元3031到第一虚物像素301’1_1的距离。
应注意，根据本实用新型实施例，在由像素单元3031和像素单元3032发出的光形成一个虚像像素3011的示例中，第一虚物像素301’1_1可以是虚像像素3011的对应虚物像素301’1，也可以是虚物像素301’1的一部分。
可以根据实际需求预先设定H、h和d，并利用以上公式计算得到α和β的数值。在一个示例中，可以预先设定H为-10μm～20μm，h为-10μm～20μm，d为1mm～100mm。在根据本实用新型的实施例中，α的绝对值小于等于70°，β的绝对值小于等于70°。
图4示出了根据本实用新型另一个实施例的示例光路图。在图4中，o为等效透镜单元402的光心，f为透镜单元402的焦点。如图4所示，与图2B所示实施例不同的是，像素单元4031和像素单元4032设置在透镜单元402的1倍焦距以外。像素单元4031发出的光通过经由等效透镜单元402折射并出射为光LP1_1和LP1_2，像素单元4032发出的光通过经由透镜单元402折射并出射为光LP2_1和LP2_2。光LP1_1和LP1_2之间的光束以及光LP2_1和LP2_2之间的光束相混合，在观看者一侧的1倍焦距以外位置处形成一个实像像素4051，这个实像像素4051可以等效于是由透镜单元402远离观看者一侧位置处的虚物像素4051’发出的光所成的倒立实像。
在图4的实施例中，每个实像像素4051可以等效为一个实像素点，这些实像像素共同形成一幅期望图像，该“期望图像”是期望观看者实际看到的图像。例如，可以是虚拟现实显示中人眼看到一个实际景物给出的信息提示，这部分信息提示可在人眼看到的所有景象范围中只占一小部分。在图4的实施例中，虚物像素4051’到像素单元的距离为d1，d1为10～30cm，H1为-10μm～20μm，h1为-10μm～20μm，焦距f为2～8cm，所成实像像素4051到透镜单元402距离为2～15cm。
图5示出了根据本实用新型实施例的具体实现示例的一个示意光路图。在图5的示例中，微透镜为三棱镜。如图5所示，可以在像素单元5031和微透镜5021之间涂布透明材料M，所述透明材料M的折射率满足以下条件：
其中，n1、n2和n3分别是像素单元5031发出的光相对于空气的折射率、相对于微透镜5021的折射率和相对于透明材料层520的折射率。三棱镜的底角A可以为A＝(θ+φ)-δ范围内的角度，δ大小可决定从该三棱镜的出射角度大小和方向。底角B的大小可以为：B＝90°-φ。在一个示例中，n1可以在1.0～1.8的范围内，n2可以在1.0～1.8的范围内，n3可以在1.0～1.8的范围内。θ可以在0°～70°的范围内，φ可以在0°～70°的范围内。
可以通过设置透明材料层420，使来自像素单元5031的各个方向光线进入三棱镜后光线的发散角度集中在在0°～φ的范围内，也就是说，进入三棱镜的光线方向与法线的夹角小于φ。此时从三棱镜底边AB进入三棱镜的光束可以从三棱镜的AC边出射，角度为δ。三棱镜的BC边可以涂布吸收膜材，以使反射或直射到BC面的光被吸收。因此，可以根据折射率n1、n2和n3来设定每一个像素单元5031发出的光经三棱镜折射后的出光范围，使得从像素单元5031和相邻的像素单元发出的光经三棱镜折射后能够形成具有单一期望灰度的一个虚像像素。
根据本实用新型实施例，微透镜可以是棱镜、凸透镜、或柱透镜。可以根据需要放大的倍率、人眼到微透镜的距离以及虚像像素到人眼的距离来计算微透镜的焦距。可以根据各微透镜的类型(例如，棱镜、凸透镜、或柱透镜)、各微透镜的焦距以及微透镜材料的折射率来计算各微透镜的弯曲表面的曲率半径等，从而根据实际需求对微透镜进行设置。
根据本实用新型实施例，显示单元可以是液晶显示单元或有机发光二极管显示单元等。
根据本实用新型实施例，根据本实用新型实施例的显示装置，利用微透镜控制每个像素单元发出的光的方向，使得相当于位于显示单元远离观看者一侧(即，与透镜单元相对侧)处的虚物经过微透镜成具有期望图像的虚像，该虚物具有相同的期望图像，从而能够减小显示单元到观看者人眼的实际距离，使得显示装置更加轻便。
尽管已经参考本实用新型的典型实施例，具体示出和描述了本实用新型，但本领域普通技术人员应当理解，在不脱离所附权利要求所限定的本实用新型的精神和范围的情况下，可以对这些实施例进行形式和细节上的多种改变。

Claims (8)

1.一种显示装置，包括：
显示单元，具有多个像素单元；以及
透镜单元，包括与所述多个像素单元一一对应的多个微透镜；
其中，所述多个微透镜被设置为使所述多个像素单元中的至少两个相邻像素单元所发出的光经由对应微透镜形成具有期望单一灰度的一个虚像像素。
2.根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述显示单元划分为多个显示区域，每个显示区域包括至少两个相邻像素单元，每个显示区域所发出的光经由对应微透镜形成具有期望单一灰度的一个虚像像素。
3.根据权利要求2所述的显示装置，其中，两个相邻的显示区域包括至少一个相同的像素单元。
4.根据权利要求1所述的显示装置，其中，每一个像素单元对应一个虚物像素和一个虚像像素，以及所述微透镜被设置为使得
<mrow> <mi>t</mi> <mi>a</mi> <mi>n</mi> <mi>&amp;alpha;</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mi>h</mi> <mi>d</mi> </mfrac> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mi>a</mi> <mi>n</mi> <mi>&amp;beta;</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mi>H</mi> <mi>d</mi> </mfrac> <mo>,</mo> </mrow>
其中，α是所述虚物像素的第一顶点同所述像素单元的连线与所述显示单元的法线的夹角；β是所述虚物像素的第二顶点同所述像素单元的连线与所述法线的夹角；h是所述第一顶点到所述法线的距离，H是所述第二顶点到所述法线的距离，d是沿所述法线方向从所述像素单元到所述虚物像素的距离。
5.根据权利要求4所述的显示装置，其中，α的绝对值小于等于70°，β的绝对值小于等于70°。
6.根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述像素单元和多个微透镜之间涂布有透明材料，所述透明材料的折射率满足以下条件：
其中，n1、n2和n3分别是像素单元发出的光相对于空气的折射率、相对于微透镜的折射率和相对于所述透明材料的折射率。
7.根据权利要求6所述的显示装置，其中，所述微透镜是棱镜、凸透镜、或柱透镜。
8.根据权利要求1-7之一所述的显示装置，其中，所述显示单元是液晶显示单元或有机发光二极管显示单元。
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