CN213583792U

CN213583792U - 显示设备

Info

Publication number: CN213583792U
Application number: CN202022983973.5U
Authority: CN
Inventors: 顾铁; 刘波; 牛磊
Original assignee: Hefei Shiya Technology Co ltd
Current assignee: Vision Technology Co ltd
Priority date: 2020-12-08
Filing date: 2020-12-08
Publication date: 2021-06-29
Anticipated expiration: 2030-12-08

Abstract

本申请提供一种显示设备，通过透镜组件和导光组件能够实现对不同波长和亮度的合色光束进行放大和传导，从而保证进入人眼的各色光线生成的图像大小是等大的，形成合适的全彩图像，不仅显示设备的发光效率提高了，图像的亮度也显著提高。

Description

显示设备

【技术领域】

本申请涉及显示技术领域，尤其涉及一种显示设备。

【背景技术】

随着科学技术的日新月异，人们对显示设备的要求也越来越高。越来越多的显示方式丰富了人们对显示设备的需求，例如AR(Augmented Reality，增强现实)、VR(VirtualReality，虚拟现实)、HR(Holographic Reality，全息现实)、MR(Mixed Reality，混合现实)等。为此，显示设备对发光元件的要求也越来越高，从显像管到LED(Light EmittingDiode，发光二极管)再到OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管)，发光元件的发光效率和功耗等都有了飞跃式的发展。现如今，显示设备已经追求通过调整不同颜色的发光元件的合成来实现更加精细化的显示功能。

现有OLED显示设备中，不同颜色发光元件的发光效率差异较大，其中R色发光元件通常是B色发光元件的5倍，G色发光元件通常是B色发光元件的15倍。并且OLED显示设备的亮度通常<3000nits(尼特)，不能满足AR设备的户外应用，也不能适配光波导(光波导的光学效率<1％，亮度较低)。

现有micro led(微型发光二极管)显示设备虽然发光效率高，亮度可以达到几十万nits，但是需要巨量转移，工艺难度大，生产成本高。

【实用新型内容】

鉴于此，本申请实施例提供了一种显示设备，用以解决现有技术中的OLED显示设备在装载不同亮度的光源时不同颜色的发光效率差异较大的技术问题。

本申请公开了一种显示设备，包括多色光源组件、透镜组件以及导光组件；所述多色光源组件、所述透镜组件以及所述导光组件沿同一光路依次设置；所述多色光源组件包括至少两个光源，每个所述光源的出射光的亮度和波长均不同；所述透镜组件包括至少两个透镜，所述透镜与所述光源一一对应设置，每个所述透镜的放大倍率不同；所述多色光源组件发出的合色光束经所述透镜组件放大后再经所述导光组件合光形成合色光束后再出射。

可选地，所述多色光源组件包括第一光源、第二光源和第三光源；所述第一光源的第一出射光的波长小于所述第二光源的第二出射光的波长，所述第二光源的第二出射光的波长小于所述第三光源的第三出射光的波长。

可选地，所述导光组件为合色棱镜，所述合色棱镜具有第一安装面、第二安装面、第三安装面以及出光面，所述出光面的两侧分别连接在所述第一安装面的一侧以及所述第三安装面的一侧，所述第二安装面的两侧分别连接在所述第一安装面的另一侧以及所述第三安装面的另一侧；所述第一光源安装在所述第一安装面，所述第二光源安装在所述第二安装面，所述第三光源安装在所述第三安装面；所述第一出射光、所述第二出射光以及所述第三出射光分别从三个不同的方向投射入所述合色棱镜形成所述合色光束，所述合色光束从所述出光面出射。

可选地，所述透镜组件包括第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述第一透镜设置于所述第一安装面，所述第二透镜设置于所述第二安装面，所述第三透镜设置于所述第三安装面，所述第二透镜的光学放大倍率大于所述第一透镜的光学放大倍率和所述第三透镜的光学放大倍率。

可选地，所述导光组件为导光板，所述第一光源、所述第二光源和所述第三光源并排设置在所述导光组件的入光面，所述透镜组件包括第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述第一透镜位于所述第一光源的出光口，所述第二透镜位于所述第二光源的出光口，所述第三透镜位于所述第三光源的出光口；所述第一光源的出光面的尺寸和所述第三光源的出光面的尺寸大于所述第二光源的出光面的尺寸；所述第二透镜的光学放大倍率大于所述第一透镜的光学放大倍率和所述第三透镜的光学放大倍率。

可选地，所述第一出射光、所述第二出射光和所述第三出射光的有效显示区域的尺寸分别为A₁、A₂和A₃，所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜的放大倍率分别为X₁、X₂和X₃，则满足A₁X₁＝A₂X₂＝A₃X₃。

可选地，所述第一光源和所述第三光源均为有机发光二极管光源，所述第二光源为微型发光二极管光源。

可选地，所述第一光源为红色光源，所述第二光源为绿色光源，所述第三光源为蓝色光源。

可选地，所述显示设备还包括折光部件和显示屏，所述折光部件入光面设置在所述导光组件的出光口，所述折光部件的出光面正对所述显示屏，所述多色光源组件发出的合色光束经所述折光部件偏折后投射至所述显示屏上。

可选地，所述折光部件为光波导、自由曲面或共轴空导棱镜中的任意一个。

本申请实施例所公开的显示设备，通过透镜组件和导光组件能够实现对不同波长和亮度的合色光束进行放大和传导，从而保证进入人眼的各色光线生成的图像大小是等大的，形成合适的全彩图像，不仅显示设备的发光效率提高了，图像的亮度也显著提高。

【附图说明】

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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它的附图。

图1是本申请实施例1的显示设备的光路示意图；

图2是本申请实施例1的显示设备的结构示意图；

图3是本申请实施例1的显示设备中，折光部件为光波导的示意图；

图4是本申请实施例1的显示设备中，折光部件为自由曲面的示意图；

图5是本申请实施例1的显示设备中，折光部件为共轴空导棱镜的示意图；

图6是本申请实施例2的显示设备的俯视图；

图7是本申请实施例2的显示设备的光路示意图的侧面视图。

附图标记：

1-多色光源组件；11-第一光源；12-第二光源；13-第三光源；

2-透镜组件；21-第一透镜；22-第二透镜；23-第三透镜；

3-导光组件；31-第一波导；32-第二波导；33-第三波导；

4-折光部件；

5-显示屏；

L-合色光束；L1-第一出射光；L2-第二出射光；L3-第三出射光。

【具体实施方式】

为了更好的理解本申请的技术方案，下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

应当明确，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它实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

应当理解，尽管在本申请实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述光学器件，但这些光学器件不应限于这些术语。这些术语仅用来将光学器件彼此区分开。例如，在不脱离本申请实施例范围的情况下，第一透镜也可以被称为第二透镜，类似地，第二透镜也可以被称为第一透镜。

实施例1

本申请实施例1提供了一种显示设备，旨在解决现有技术中OLED显示设备在装载不同亮度的光源时不同颜色的发光效率差异较大的技术问题。

参见图1，本实施例1的显示设备，该显示设备包括多色光源组件1、透镜组件2、导光组件3、折光部件4和显示屏5，多色光源组件1、透镜组件2、导光组件3、折光部件4和显示屏5沿同一光路依次设置，透镜组件2设置在多色光源组件1的出光口，导光组件3的入光面设置在透镜组件2的出光口，折光部件4入光面设置在导光组件3的出光口，折光部件4的出光面正对显示屏5。

其中，多色光源组件1用于发出不同颜色的光，其包括至少两个光源，每个光源的出射光的亮度和波长均不同。该光源采用不同类型的发光器件，例如LED、OLED、AMOLED(Active Matrix/Organic Light Emitting Diode，有源矩阵有机发光二极管)、Micro LED等之中的至少两种，这是由于不同类型的光源的发光亮度各不相同，有些光源的发光亮度非常高，可达十万尼特级，有些光源的发光亮度就明显不如，只有几千尼特级，但发光亮度高的光源会存在工艺难度大、生产成本高且可能需要巨量转移技术，因此本实施例1的显示设备的多色光源组件1采用多种类型光源相组合的方式，以使显示设备的发光亮度不会过低，同时能一定程度降低工艺难度和生产成本。每个光源均可发出可见光谱中任意波长的光线，但每个光源发出的光线的波长不相同，更优选地每个光源发出的光线的波长对应的颜色也不相同，比如其中一个光源发出红光，另一个光源发出蓝光。

透镜组件2包括至少两个透镜，透镜与光源一一对应设置，每个透镜的放大倍率不同。在每个光源的出光口均设置一个透镜，光源的光轴穿过透镜的中心。透镜可以采用具有较高放大倍数的凸透镜，也可以采用凹透镜-凸透镜形成的伽利略望远镜从而使透镜具有更高的放大倍数。透镜和光源之间的距离可以根据实际需要调节，但通常来说透镜与光源之间的距离较小，一般为紧贴光源设置，最大也不会超过透镜的焦距。透镜和导光组件3之间的距离小于透镜和光源之间的距离，从而经过透镜放大的光线能够全部被导光组件3所接收。

导光组件3为传播光线的介质，其采用透明材料制成，透明材料可以是玻璃材料或高聚物材料，例如透明玻璃、有机玻璃、聚苯乙烯、聚碳酸酯等。

参见图2，在本实施例1的多色光源组件1中设置有三个光源，分别为第一光源11、第二光源12和第三光源13，透镜组件2包括第一透镜21、第二透镜22和第三透镜23，导光组件3为合色棱镜。第一光源11和第三光源13均为有机发光二极管光源，第二光源12为微型发光二极管光源。由于有机发光二极管光源的各色光线的发光效率差异大、生产成本低、发光亮度较低(通常小于3000尼特)的特点，以及微型发光二极管光源的发光效率高、发光亮度远高于有机发光二极管光源(可达几十万尼特)、需要巨量转移、工艺难度大、生产成本高的特点，本申请实施例1采用两者结合的方式来弥补各自的缺陷，从而使得整个多色光源组件1既能保证发光效率、发光亮度高，还能保证工艺难度不复杂、生产成本不会显著增加，同时还能够适应多种应用场景，比如AR户外应用。三个光源的出射光的颜色均不相同，第一光源11为红色光源，第二光源12为绿色光源，第三光源13为蓝色光源。

在其他具体实施方式中，第一透镜21、第二透镜22和第三透镜23可以分别集成在第一光源11、第二光源22和第三光源23中，达到的效果和本实施例非集成的结构相似，相比之下本实施例中，用户可以在组装显示设备的过程中根据不同需求选择适合的光源和透镜进行组装，使显示设备能适应更多的工作环境。

该合色棱镜为立方体，其四个侧面分别为第一安装面、第二安装面、第三安装面以及出光面，出光面的两侧分别连接在第一安装面的一侧以及第三安装面的一侧，第二安装面的两侧分别连接在第一安装面的另一侧以及第三安装面的另一侧。第一光源11安装在第一安装面，第二光源12安装在第二安装面，第三光源13安装在第三安装面。第一透镜21设置于第一安装面，第二透镜22设置于第二安装面，第三透镜23设置于第三安装面，第二透镜22的光学放大倍率大于第一透镜21的光学放大倍率和第三透镜23的光学放大倍率。第一出射光L1、第二出射光L2以及第三出射光L3分别从三个不同的方向分别经过第一透镜21、第二透镜22和第三透镜23的放大后投射入合色棱镜形成合色光束L，合色光束L从出光面出射。第一出射光L1为红光，第二出射光L2为绿光，第三出射光L3为蓝光，如图2所示，第一光源11安装于图中合色棱镜的左边，红光从合色棱镜的左边射入至中心，第二光源12安装于合色棱镜的下边，绿光从合色棱镜的下边射入至中心，第三光源13安装于合色棱镜的右边，蓝光从合色棱镜的右边射入至中心，红光、绿光、蓝光在中心交汇并融合，经合色棱镜的折射后从位于合色棱镜的上边的出光面射出。这样，多色光源组件1发出的合色光束L经透镜组件2放大后再经导光组件3合光形成合色光束L后再出射，多色光源组件1发出的合色光束L经折光部件4偏折后投射至显示屏5上。

其中，第一出射光L1、第二出射光L2和第三出射光L3的有效显示区域的尺寸分别为A₁、A₂和A₃，第一透镜21、第二透镜22和第三透镜23的放大倍率分别为X₁、X₂和X₃，则满足A₁X₁＝A₂X₂＝A₃X₃。在本实施例1中，A₁和A₃均小于A₂，X₁和X₃均大于X₂，因此通过将有效显示区域小的光源处配备放大倍率大的透镜，来实现最终显示图像中各色光线显示区域的尺寸相同。

本实施例1的显示设备采用有机发光二极管光源和微型发光二极管光源合色的方式，实现超高亮度显示，即实现单色光(即第一出射光L1、第二出射光L2、第三出射光L3)的亮度均可达20000～30000尼特，合色光束L的亮度可达60000～90000尼特。而将其中的第一光源11(即红色光源)和第三光源13(即蓝色光源)采用微型发光二极管光源以提高红光和蓝光的发光亮度，第二光源12(即绿色光源)采用有机发光二极管光源在保证发光亮度的同时能够使显示图像实现更小的像素，此外还能够大幅降低成本。且射入合色棱镜的红光和蓝光分别被第一透镜21和第三透镜23放大后与射入合色棱镜的绿光被第二透镜22放大后相同，从而使最终进入人眼的显示图像的尺寸相同。

参见图3、图4和图5，折光部件4为光波导、自由曲面或共轴空导棱镜(Birdbath)中的任意一个。采用光波导作为折光部件4可以应用于普通的显示设备中。采用自由曲面作为折光部件4可以应用于对出光角度有特殊要求的显示设备中。采用共轴空导棱镜作为折光部件4可以应用于增强现实(AR，Augmented Reality)显示设备中。

显示屏5可以采用液晶显示器(LCD)或发光二极管显示器(LED)。

实施例2

本实施例2公开了一种显示设备，其包含的部件与实施例1所描述的显示设备大部分相同，不同之处在于多色光源组件1的排布、透镜组件2的设置位置以及导光组件3的结构。

参见图6和图7，本实施例2的显示设备中，多色光源组件1的第一光源11、第二光源12和第三光源13呈三角形并排布置在位于导光组件3的入光面一侧的同一平面，第一光源11的第一出射光L1、第二光源12的第二出射光L2和第三光源13的第三出射光L3朝同一个方向出射。透镜组件2的第一透镜21、第二透镜22和第三透镜23布置在与多色光源组件1所处平面相距一定距离的平面内，第一透镜21位于第一光源11的出光口，第二透镜22位于第二光源12的出光口，第三透镜23位于第三光源13的出光口。在立体空间中，第一出射光L1穿过第一透镜21的中心，第二出射光L2穿过第二透镜22的中心，第三出射光L3穿过第三透镜23的中心。多色光源组件1与透镜组件2之间的距离大于透镜组件2与导光组件3之间的距离。第一光源11发射红光，第二光源12发射绿光，第三光源13发射绿光。

导光组件3为光波导，该光波导包括第一波导31、第二波导32和第三波导33，分别对应传递第一光源11的第一出射光L1、第二光源12的第二出射光L2和第三光源13的第三出射光L3。第一波导31、第二波导32和第三波导33依次排列为层叠结构，第一波导31距离透镜组件2的距离最小，第二波导32距离透镜组件2的距离次之，第三波导33距离透镜组件2的距离最大。具体来说，第一出射光L1、第二出射光L2和第三出射光L3通过独立的耦合透镜，即对应的第一透镜21、第二透镜22和第三透镜23，分别导入三个波导中进行传像，第一出射光L1导入第一波导31，第二出射光L2导入第二波导32，第三出射光L3导入第三波导33。当然，三个波导对应传递的光源可以不限于上面那种方式，即第一波导31也可以传递第二出射光L2或第三出射光L3，第二波导32也可以传递第一出射光L1或第三出射光L3，第三波导33也可以传递第一出射光L1或第二出射光L2。

第一光源11为红色光源，采用微型发光二极管光源。第二光源12为绿色光源，采用有机发光二极管光源。第三光源13为蓝色光源，采用微型发光二极管光源。第一光源11的出光面和第三光源13的出光面的尺寸均大于第二光源12的出光面的尺寸。第二透镜22的光学放大倍率大于第一透镜21的光学放大倍率和第三透镜23的光学放大倍率。这种配置能够保证经过导光组件3传像后呈现在显示屏5上最终进入人眼的图像中，红色、绿色和蓝色的尺寸是等大的，从而形成合适的全彩图像。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims

1.一种显示设备，其特征在于，包括多色光源组件、透镜组件以及导光组件；

所述多色光源组件、所述透镜组件以及所述导光组件沿同一光路依次设置；

所述多色光源组件包括至少两个光源，每个所述光源的出射光的亮度和波长均不同；

所述透镜组件包括至少两个透镜，所述透镜与所述光源一一对应设置，每个所述透镜的放大倍率不同；

所述多色光源组件发出的合色光束经所述透镜组件放大后再经所述导光组件合光形成合色光束后再出射。

2.根据权利要求1所述的显示设备，其特征在于，所述多色光源组件包括第一光源、第二光源和第三光源；

所述第一光源的第一出射光的波长小于所述第二光源的第二出射光的波长，所述第二光源的第二出射光的波长小于所述第三光源的第三出射光的波长。

3.根据权利要求2所述的显示设备，其特征在于，所述导光组件为合色棱镜，所述合色棱镜具有第一安装面、第二安装面、第三安装面以及出光面，所述出光面的两侧分别连接在所述第一安装面的一侧以及所述第三安装面的一侧，所述第二安装面的两侧分别连接在所述第一安装面的另一侧以及所述第三安装面的另一侧；

所述第一光源安装在所述第一安装面，所述第二光源安装在所述第二安装面，所述第三光源安装在所述第三安装面；

所述第一出射光、所述第二出射光以及所述第三出射光分别从三个不同的方向投射入所述合色棱镜形成所述合色光束，所述合色光束从所述出光面出射。

4.根据权利要求3所述的显示设备，其特征在于，所述透镜组件包括第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述第一透镜设置于所述第一安装面，所述第二透镜设置于所述第二安装面，所述第三透镜设置于所述第三安装面，所述第二透镜的光学放大倍率大于所述第一透镜的光学放大倍率和所述第三透镜的光学放大倍率。

5.根据权利要求2所述的显示设备，其特征在于，所述导光组件为导光板，所述第一光源、所述第二光源和所述第三光源并排设置在所述导光组件的入光面，所述透镜组件包括第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述第一透镜位于所述第一光源的出光口，所述第二透镜位于所述第二光源的出光口，所述第三透镜位于所述第三光源的出光口；

所述第一光源的出光面的尺寸和所述第三光源的出光面的尺寸大于所述第二光源的出光面的尺寸；

所述第二透镜的光学放大倍率大于所述第一透镜的光学放大倍率和所述第三透镜的光学放大倍率。

6.根据权利要求4或5所述的显示设备，其特征在于，所述第一出射光、所述第二出射光和所述第三出射光的有效显示区域的尺寸分别为A₁、A₂和A₃，所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜的放大倍率分别为X₁、X₂和X₃，则满足A₁X₁＝A₂X₂＝A₃X₃。

7.根据权利要求2所述的显示设备，其特征在于，所述第一光源和所述第三光源均为有机发光二极管光源，所述第二光源为微型发光二极管光源。

8.根据权利要求2所述的显示设备，其特征在于，所述第一光源为红色光源，所述第二光源为绿色光源，所述第三光源为蓝色光源。

9.根据权利要求1所述的显示设备，其特征在于，所述显示设备还包括折光部件和显示屏，所述折光部件入光面设置在所述导光组件的出光口，所述折光部件的出光面正对所述显示屏，所述多色光源组件发出的合色光束经所述折光部件偏折后投射至所述显示屏上。

10.根据权利要求9所述的显示设备，其特征在于，所述折光部件为光波导、自由曲面或共轴空导棱镜中的任意一个。