裸眼3D曲面显示屏及显示装置的制作方法

裸眼3d曲面显示屏及显示装置
技术领域
1.本发明涉及显示技术领域。更具体地，涉及一种裸眼3d曲面显示屏及显示装置。

背景技术：

2.目前，裸眼3d曲面显示屏为透射式液晶显示屏，其包括对盒设置的彩膜基板和阵列基板、位于彩膜基板和阵列基板之间的液晶层，其显示原理为通过设置在彩膜基板出光侧的透镜阵列将由背光模组出射的光经显示屏后得到的图像光进行分光，使得用户左、右眼接收到含有视差的不同图像，产生立体效果。发明人发现，已有的裸眼3d曲面显示屏存在3d显示串扰等问题。

技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种裸眼3d曲面显示屏及显示装置，以解决现有技术存在的问题中的至少一个。
4.为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
5.本发明第一方面提供了一种裸眼3d曲面显示屏，包括对盒设置的第一基板和第二基板、位于所述第一基板和所述第二基板之间的液晶层，其中，第一基板包括第一衬底及依次层叠设置在所述第一衬底上的光学器件层、彩膜层和驱动电路层，所述光学器件层包括阵列排布的多个光学器件，所述光学器件为凹面镜或凹透镜。
6.可选地，所述彩膜层包括阵列排布的多个阻单元，在所述光学器件的轴线方向上所述光学器件的投影覆盖至少两个阻单元。
7.可选地，所述裸眼3d曲面显示屏还包括位于所述光学器件层与所述彩膜层之间的平坦化层。
8.可选地，所述光学器件为凹透镜，所述平坦化层的材料的折射率与所述凹透镜的材料的折射率不同。
9.可选地，所述凹面镜为凹面镀有金属反射膜的有机材料层。
10.可选地，不同位置的光学器件的口径和/或凹面深度根据相应位置的弯曲拉伸率确定。
11.可选地，所述裸眼3d曲面显示屏为外凸形裸眼3d曲面显示屏。
12.本发明第二方面提供一种裸眼3d曲面显示装置，包括本发明第一方面提供的裸眼3d曲面显示屏。
13.可选地，所述光学器件为凹透镜，所述裸眼3d曲面显示装置还包括背光模组。
14.可选地，所述裸眼3d曲面显示装置还包括显示控制模块和视线追踪模块；
15.所述视线追踪模块，用于检测人眼位置；
16.所述显示控制模块，用于根据所述人眼位置调节显示图像数据。
17.本发明的有益效果如下：
18.本发明所述技术方案在可增大视角范围的裸眼3d曲面显示屏中，通过使彩膜层与
光学器件层之间的距离接近，可保证彩膜层中的阻单元与光学器件在曲面条件下的对位精度，避免对位偏差造成的3d显示串扰，保证显示效果。
附图说明
19.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
20.图1示出本发明实施例提供的裸眼3d曲面显示装置中的裸眼3d曲面显示屏的示意图。
21.图2示出一光学器件的示意图。
22.图3示出光学器件的尺寸设计示意图。
具体实施方式
23.本发明中所述的“在
……
上”、“在
……
上形成”和“设置在
……
上”可以表示一层直接形成或设置在另一层上，也可以表示一层间接形成或设置在另一层上，即两层之间还存在其它的层。
24.需要说明的是，虽然术语“第一”、“第二”等可以在此用于描述各种部件、构件、元件、区域、层和/或部分，但是这些部件、构件、元件、区域、层和/或部分不应受到这些术语限制。而是，这些术语用于将一个部件、构件、元件、区域、层和/或部分与另一个相区分。因而，例如，下面讨论的第一部件、第一构件、第一元件、第一区域、第一层和/或第一部分可以被称为第二部件、第二构件、第二元件、第二区域、第二层和/或第二部分，而不背离本发明的教导。
25.在本发明中，除非另有说明，所采用的术语“同层设置”指的是两个层、部件、构件、元件或部分可以通过相同制备工艺(例如构图工艺等)形成，并且，这两个层、部件、构件、元件或部分一般由相同的材料形成。例如两个或更多个功能层同层设置指的是这些同层设置的功能层可以采用相同的材料层并利用相同制备工艺形成，从而可以简化显示基板的制备工艺。
26.在本发明中，除非另有说明，表述“构图工艺”一般包括光刻胶的涂布、曝光、显影、刻蚀、光刻胶的剥离等步骤。表述“一次构图工艺”意指使用一块掩模板形成图案化的层、部件、构件等的工艺。
27.本发明实施例提供了一种裸眼3d曲面显示装置，包括裸眼3d曲面显示屏。如图1所示，裸眼3d曲面显示屏100包括对盒设置的第一基板110和第二基板120，裸眼3d曲面显示屏100还包括位于第一基板110和第二基板120之间的液晶层130。其中，第一基板110包括第一衬底111及依次层叠设置在第一衬底111上的光学器件层112、彩膜层113和驱动电路层114，光学器件层112包括阵列排布的多个光学器件1121，光学器件1121为凹面镜或凹透镜，单个光学器件1121如图2所示。
28.在一种可能的实现方式中，如图1所示，彩膜层113包括阵列排布的多个阻单元，一个阻单元可代表一个子像素(dot pixel)。例如图1所示，彩膜层113包括阵列排布的多个红阻单元1131、多个绿阻单元1132和多个蓝阻单元1133，其中，彩膜层113也可称为彩滤光片，彩滤光片包括阵列排布的多个红光滤光单元、多个绿光滤光单元和多个蓝光滤光单元。
29.发明人发现，在曲面条件下，透镜与子像素的对位精度较低是导致3d显示串扰的主要原因。有鉴于此，本实施例提供的裸眼3d曲面显示装置，在可增大视角范围的裸眼3d曲面显示屏100中，通过使彩膜层113与光学器件层112之间的距离接近，可保证代表子像素的阻单元与光学器件1121在曲面条件下的对位精度，避免对位偏差造成的3d显示串扰，保证显示效果。
30.其中，驱动电路层114设置于第一基板110中，因此第一基板110可称为阵列基板，相应的第二基板120可称为对盒基板，则，本实施例中，彩膜层113与光学器件层112均设置于阵列基板中。例如，第一基板110和第二基板120可通过封框胶粘贴在一起，从而将液晶层130限定在封框胶围成的区域内。
31.在一种可能的实现方式中，在光学器件的轴线方向(凹面镜或凹透镜的轴线方向)上，光学器件的投影覆盖至少两个阻单元。例如图1所示，在光学器件1121的轴线方向上，光学器件1121的投影覆盖两个阻单元。另外，可理解的是，在光学器件的轴线方向上，光学器件的投影覆盖至少两个阻单元还可为在光学器件的轴线方向上，光学器件的投影覆盖两个半阻单元、三个阻单元、四个阻单元等，可描述为在光学器件的轴线方向上光学器件的投影覆盖n个阻单元，n为大于等于2的整数或小数。
32.示例性的，驱动电路层114在每个子像素区域中均设置有像素电极(例如ito电极，可称为pito，pixel indium tin oxide)和薄膜晶体管(tft)。此处的薄膜晶体管可以是顶栅型薄膜晶体管，也可是底栅型薄膜晶体管或双栅型薄膜晶体管。例如，薄膜晶体管包括例如多晶硅(p-si)有源层、栅绝缘层(gate insulator，gi)、栅极、层间介电层(inter-layer dielectric，ild)、源极和漏极，例如，栅绝缘层和层间介电层的材料例如可以为氧化硅(siox)、氮化硅(sinx)或氮氧化硅(sioxny)中的一种或多种，例如，层间介电层包括层叠设置的第一子层间介电层和第二子层间介电层，第一子层间介电层的材料和第二子层间介电层的材料不相同。示例的，第一子层间介电层的材料为氧化硅，第二子层间介电层的材料为氧化硅。
33.例如，驱动电路层114中还包括沿行方向延伸的多条扫描线g和沿列方向延伸的多条数据线s，数据线s例如图1所示中的sd信号线1141，其位于像素电极旁边，或者说位于相邻像素电极之间的间隙内。例如，薄膜晶体管的栅极与扫描线g电连接，源极与数据线电连接，漏极与同一子像素中的像素电极电连接。
34.示例性的，为了实现向液晶层130施加电场，例如图1所示，第二基板120包括第二衬底121和设置在第二衬底121上的公共电极(例如ito电极，可称为cito，common indium tin oxide)。
35.示例性的，第一基板110的靠近液晶层130一侧及第二基板120的靠近液晶层130一侧可分别设置第一配向膜和第二配向膜。
36.示例性的，为了避免从相邻像素出射的光相互串扰，第二基板120还包括设置在第二衬底121上的与像素电极之间间隙对应的黑矩阵图案122(black matrix，简称bm)，例如图1所示的截面中，黑矩阵图案122与sd信号线1141对应，综上示例，例如第二基板120包括第二衬底121和依次层叠设置在第二衬底121上的黑矩阵图案122、公共电极和第二配向膜。
37.在一种可能的实现方式中，如图1所示，裸眼3d曲面显示屏100为外凸形裸眼3d曲面显示屏。
38.例如，裸眼3d曲面显示屏100的各膜层整体外凸以形成外凸形裸眼3d曲面显示屏，外凸形裸眼3d曲面显示屏的曲率半径根据显示屏的显示尺寸等参数确定，例如取值为几百至几千毫米量级。
39.发明人发现，在曲面条件下，如果弯曲后的光学器件1121(凹面镜或凹透镜)的口径、凹面深度(或者说拱高)的实际值与设计值之间出现偏差，也会导致3d显示串扰，因此，在一种可能的实现方式中，不同位置的光学器件1121(凹面镜或凹透镜)的口径和/或凹面深度根据相应位置的弯曲拉伸率确定。由此，可保证在裸眼3d曲面显示屏100中的弯曲后的光学器件1121(凹面镜或凹透镜)的工艺精度，保证弯曲后的光学器件1121(凹面镜或凹透镜)的口径、凹面深度的实际值符合设计值，进一步保证避免3d显示串扰。
40.具体而言，考虑形式曲面时弯曲工艺对光学器件1121(凹面镜或凹透镜)的拉伸，可依据实际计算的不同位置的光学器件1121(凹面镜或凹透镜)伸缩比例，设计每个位置上的光学器件1121(凹面镜或凹透镜)的口径、凹面深度，保证光学器件1121(凹面镜或凹透镜)经弯曲工艺拉伸后的形貌同设计值。
41.示例性的，光学器件1121(凹面镜或凹透镜)的口径的取值为几十至几百微米量级，光学器件1121(凹面镜或凹透镜)的凹面深度的取值为几至几百微米量级。
42.示例性的，如图3所示，光学器件1121(凹面镜或凹透镜)的尺寸采用如下设计：
43.光学器件1121(凹面镜或凹透镜)的口径为d，光学器件1121(凹面镜或凹透镜)的凹面深度为h，光学器件1121(凹面镜或凹透镜)口径面与表征裸眼3d曲面显示装置出光面的黑矩阵图案122的出光面在光学器件1121的轴线方向上的距离为h，光学器件1121(凹面镜或凹透镜)的曲率半径为r，设计的最佳观看距离为l，设计的最佳观看距离l上的视点间距为w，黑矩阵图案122相邻开口中心的间距为p，则光学器件1121(凹面镜或凹透镜)的凹面深度为h根据如下公式设计：p/w＝(h+h)/(h+h+l)；光学器件1121(凹面镜或凹透镜)的口径为d根据如下公式设计：h2+(d/2)2＝r2。
44.在一种可能的实现方式中，如图1所示，裸眼3d曲面显示屏100还包括位于光学器件层112与彩膜层113之间的平坦化层115。平坦化层115可实现彩膜层115的形貌不受光学器件1121(凹面镜或凹透镜)的凹面的影响，保证彩膜层113中的阻单元的平坦度。
45.例如，平坦化层115为树脂(resin)材料。
46.下面分别对光学器件1121为用于反射光线的凹面镜和光学器件1121为用于折射光线的凹透镜的两种情况进行说明。
47.一、光学器件1121为用于反射光线的凹面镜
48.在光学器件1121为用于反射光线的凹面镜的情况下，裸眼3d曲面显示屏100为反射式裸眼3d曲面显示屏。相比于已有的透射式裸眼3d曲面显示屏，本实施例提供的裸眼3d曲面显示装置中的裸眼3d曲面显示屏100不必设置背光模组，因此，裸眼3d曲面显示屏100还具有可节省功耗的优势。
49.在一种可能的实现方式中，在光学器件1121为用于反射光线的凹面镜的情况下，所述凹面镜为凹面镀有金属反射膜的有机材料层。
50.示例性的，凹面镀有金属反射膜的有机材料层构成的凹面镜的制备工艺如下：在还未弯曲的平面第一基板中，在制备驱动电路层中的sd信号线1141的工艺前或者工艺后，通过半调掩膜(halftonemask，简称htm)形成阵列排布的凹形树脂层，在凹型树脂层的凹
面上镀例如银(ag)或铝(al)的金属反射膜(或者说金属反光材料)，其中，结合前述示例，不同位置的凹形树脂层的口径和/或凹面深度根据相应位置的弯曲拉伸率确定，在凹形树脂层的轴线方向上凹形树脂层的投影覆盖n个阻单元或者说n个子像素，n为大于等于2的整数或小数。
51.为实现曲面显示屏，本示例中对于凹面镀有金属反射膜的有机材料层构成的凹面镜的弯曲工艺可采用先在平面上通过半调掩膜曝光形成凹形树脂层，其中，根据例如玻璃材质的第一衬底111以及凹形树脂层的弯曲拉伸率，确定不同位置的凹形树脂层的口径和/或凹面深度，以保证例如加热弯曲的弯曲工艺后凹形树脂层的形貌符合设计值，在平面形成凹形树脂层并镀金属反射膜后制备其他膜层，最后对所有膜层进行整体弯曲。
52.此外，可以直接在曲面玻璃上制作于凹面镀有金属反射膜的有机材料层构成的凹面镜，然后在以模具的方式制作后贴合在已弯曲第一衬底111上，但先比前述方式，这种方式在后续膜层工艺中存在加热固化，可能带来凹面镜的形变。因此，本实施例优选的是前述整体弯曲的弯曲工艺。
53.本实施例中，对于反射式裸眼3d曲面显示屏，其3d显示原理为：外界环境光入射到裸眼3d曲面显示屏100后，被凹面镜阵列反射而形成不同角度且具有指向性的显示出光，经彩膜层113的滤光和液晶层130的折射而进入用户的左眼、右眼，使得用户左、右眼接收到含有视差的不同图像，产生立体效果。其中，如图1所示，裸眼3d曲面显示屏100可增大视角范围，用户左眼视点和右眼视点共有n个视点。
54.二、光学器件1121为用于折射光线的凹透镜
55.在光学器件1121为用于折射光线的凹透镜的情况下，裸眼3d曲面显示屏100为透射式裸眼3d曲面显示屏，其中，凹透镜形成透镜光栅。
56.示例性的，凹面镜的制备工艺如下：在还未弯曲的平面第一基板中，在通过半调掩膜曝光或者模具的方式形成例如树脂材料的凹透镜，其中，结合前述示例，不同位置的凹透镜的口径和/或凹面深度根据相应位置的弯曲拉伸率确定，在凹透镜的轴线方向上凹透镜的投影覆盖n个阻单元或者说n个子像素，n为大于等于2的整数或小数。
57.为实现曲面显示屏，本示例中对于凹透镜的弯曲工艺可采用先在平面上通过半调掩膜曝光形成凹透镜，其中，根据例如玻璃材质的第一衬底111以及凹透镜的弯曲拉伸率，确定不同位置的凹透镜的口径和/或凹面深度根据，以保证例如加热弯曲的弯曲工艺后凹透镜的形貌符合设计值，在平面形成凹透镜后制备其他膜层，最后对所有膜层进行整体弯曲。
58.在一种可能的实现方式中，在光学器件1121为用于折射光线的凹透镜的情况下，裸眼3d曲面显示装置还包括背光模组。
59.示例性的，背光模组包括光源、导光板以及设置在导光板出光侧的光学膜片。其中，光学膜片可以包括扩散片和/或增光膜等。增光膜可以包括棱镜膜(brightness enhancement film，简称bef)、反射型偏光增亮膜(dual brightness enhancement film，简称dbef)等，两者可以结合使用。其中，导光板的形状可以为楔形或平板形。光源可以设置在导光板的侧面，在此情况下，该背光模组为侧入式背光模组。此外，光源也可以设置于导光板的远离出光侧的一侧，在此情况下，该背光模组为直下式背光模组。光源例如可以是发光二极管(light-emitting diode，简称led)。在背光模组为直下式背光模组的情况下，可
采用阵列式排布的微小蓝光led制作成灯板，灯板出光方向对着液晶显示面板。背光模组还可以包括反射片，反射片设置于导光板的远离出光侧的一侧。
60.本实施例中，对于透射式裸眼3d曲面显示屏，其3d显示原理为：背光模组出射的背光经凹透镜阵列分光后，形成不同角度且具有指向性的显示出光，经彩膜层113的滤光和液晶层130的折射而进入用户的左眼、右眼，使得用户左、右眼接收到含有视差的不同图像，产生立体效果。
61.在一种可能的实现方式中，在光学器件1121为用于折射光线的凹面镜的情况下，平坦化层115的材料的折射率与凹透镜的材料的折射率不同。
62.在一种可能的实现方式中，所述裸眼3d曲面显示装置还包括显示控制模块和视线追踪模块；
63.所述视线追踪模块，用于检测人眼位置；
64.所述显示控制模块，用于根据所述人眼位置调节显示图像数据。
65.由此，可实现根据视线方向或者说人眼位置来调节显示内容，以提升显示效果。示例性的，例如视线追踪模块通过视线追踪(或称为人眼追踪、人眼跟踪)摄像头确定人眼位置，soc(system on chip，系统级芯片)soc将人眼位置反馈给显示控制模块，显示控制模块根据人眼位置，通过算法调节不同位置的光学器件1121(凹面镜或凹透镜)对应子像素的左、右眼显示图像数据。
66.其中，例如，基于摄像头的视线追踪技术可以使用机器学习的方法，从眼球图像中提取图像特征，通过训练模型，将其映射为视线的位置，也可以利用图像识别方法，从图像中识别出眼球的几何结构，进而分析得到视线位置。
67.如果不采用上述利用视线追踪模块检测人眼位置并利用显示控制模块根据检测得到的人眼位置调节显示图像数据的方式，裸眼3d曲面显示装置虽然也可以实现例如图1中视点1-n的范围内的大视角范围或者说广视角的显示，但是对于用户的视点位置是有要求的，用户的左、右眼视点需要比较严格的符合例如图1中示出的预设位置n个视点中的左眼视点和右眼视点，才能使得用户左、右眼接收到含有视差的不同图像，产生立体效果，实现裸眼3d显示。而在采用了上述利用视线追踪模块检测人眼位置并利用显示控制模块根据检测得到的人眼位置调节显示图像数据的方式的情况下，用户的左、右眼视点不必比较严格的符合例如图1中示出的预设位置n个视点中的左眼视点和右眼视点，即使出现一些偏差，也可以通过调节不同位置的光学器件1121(凹面镜或凹透镜)对应子像素的左、右眼显示图像数据，使得用户左、右眼可以接收到含有视差的不同图像，产生立体效果，实现裸眼3d显示。
68.综上，本实施例提供的裸眼3d曲面显示装置中，对于光学器件1121为凹面镜的可通过曲面增大视角范围的反射式裸眼3d曲面显示屏，使用凹面镜形成的凹形反射层实现反射式显示，可减小显示装置的功耗。且考虑曲面显示屏的使用场景中，第一基板和第二基板的弯曲容易造成第一基板和第二基板的位置错位，造成3d显示串扰，显示效果模糊，因此进行了改善设计，将彩膜层113和光学器件层112设置同一基板，保证了弯曲状态下代表子像素的阻单元与凹面镜的对应位置关系，保证了曲面产品的对位，避免对位偏差造成的3d显示串扰，保证显示效果。进一步，考虑弯曲工艺对凹面镜的拉伸，采用不同位置的凹面镜的口径和/或凹面深度根据相应位置的弯曲拉伸率确定的方式保证弯曲后的凹面镜的形貌
符合设计值。还可根据视线追踪调节显示内容以进一步提升显示效果。另外，将光学器件1121由凹面镜替换为凹透镜，可实现广视角的透射式裸眼3d曲面显示屏。
69.本实施例提供的裸眼3d曲面显示装置，可以应用于多种类型的显示产品，例如mnt(显示器)、tv(电视)、ltpo(低温多晶硅和氧化物整合技术)、ltpa(低温多晶硅和非晶硅的整合技术)等类型的液晶显示装置。
70.显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于本领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

技术特征：

1.一种裸眼3d曲面显示屏，其特征在于，包括对盒设置的第一基板和第二基板、位于所述第一基板和所述第二基板之间的液晶层，其中，第一基板包括第一衬底及依次层叠设置在所述第一衬底上的光学器件层、彩膜层和驱动电路层，所述光学器件层包括阵列排布的多个光学器件，所述光学器件为凹面镜或凹透镜。2.根据权利要求1所述的裸眼3d曲面显示屏，其特征在于，所述彩膜层包括阵列排布的多个阻单元，在所述光学器件的轴线方向上所述光学器件的投影覆盖至少两个阻单元。3.根据权利要求1所述的裸眼3d曲面显示屏，其特征在于，所述裸眼3d曲面显示屏还包括位于所述光学器件层与所述彩膜层之间的平坦化层。4.根据权利要求3所述的裸眼3d曲面显示屏，其特征在于，所述光学器件为凹透镜，所述平坦化层的材料的折射率与所述凹透镜的材料的折射率不同。5.根据权利要求1所述的裸眼3d曲面显示屏，其特征在于，所述凹面镜为凹面镀有金属反射膜的有机材料层。6.根据权利要求1所述的裸眼3d曲面显示屏，其特征在于，不同位置的光学器件的口径和/或凹面深度根据相应位置的弯曲拉伸率确定。7.根据权利要求1所述的裸眼3d曲面显示屏，其特征在于，所述裸眼3d曲面显示屏为外凸形裸眼3d曲面显示屏。8.一种裸眼3d曲面显示装置，其特征在于，包括如权利要求1-7中任一项所述的裸眼3d曲面显示屏。9.根据权利要求8所述的裸眼3d曲面显示装置，其特征在于，所述光学器件为凹透镜，所述裸眼3d曲面显示装置还包括背光模组。10.根据权利要求8所述的裸眼3d曲面显示装置，其特征在于，所述裸眼3d曲面显示装置还包括显示控制模块和视线追踪模块；所述视线追踪模块，用于检测人眼位置；所述显示控制模块，用于根据所述人眼位置调节显示图像数据。

技术总结

本发明实施例公开一种裸眼3D曲面显示屏及显示装置。在一具体实施方式中，该裸眼3D曲面显示屏包括对盒设置的第一基板和第二基板、位于所述第一基板和所述第二基板之间的液晶层，其中，第一基板包括第一衬底及依次层叠设置在所述第一衬底上的光学器件层、彩膜层和驱动电路层，所述光学器件层包括阵列排布的多个光学器件，所述光学器件为凹面镜或凹透镜。该实施方式在可增大视角范围的裸眼3D曲面显示屏中，通过使彩膜层与光学器件层之间的距离接近，可保证彩膜层中的阻单元与光学器件在曲面条件下的对位精度，避免对位偏差造成的3D显示串扰，保证显示效果。保证显示效果。保证显示效果。