一种2D3D可切换的Micro-LED裸眼显示装置

摘要

本发明提出一种2D3D可切换的Micro‑LED裸眼显示装置，所述显示装置显示面的像素点单元按M列×N行排列，每个像素点单元包含n个RGB像素组合体，且其中m个RGB像素组合体为2D显示像素，n‑m个RGB像素组合体为3D显示像素；显示装置的显示面处设有透镜阵列；所述透镜阵列与3D显示像素对齐，通过按所需方向折射3D显示像素显示光线来提供裸眼3D显示效果；所述显示装置包括可控制各个RGB像素组合体工况的驱动模块；当驱动模块使2D显示像素处于显示状态且3D显示像素处于非显示状态时，显示面工作于2D显示模式；当驱动模块使3D显示像素处于显示状态且2D显示像素处于非显示状态时，显示面工作于3D显示模式；本发明结合了Micro‑LED显示屏和透镜技术，能实现2D显示和裸眼3D显示。

说明书

技术领域

本发明涉及光电显示领域，尤其是一种2D3D可切换的Micro-LED裸眼显示装置。

背景技术

随着各种无线产品和智能设备的普及，人们对信息呈现方式的多样化需求也逐渐强烈。如何在小尺寸设备中实现更好的显示，成为众多应用领域亟待解决的问题。在这种情况下，微显示技术应运而生。近几年，随着LED 芯片工艺技术的日益进步，使得 Micro-LED作为像素的LED微显示技术成为可能。Micro-LED将LED结构设计进行高密度排列、微小化、集成化与阵列化，使其体积约为目前主流LED大小的1%，通过驱动电路控制各个像素独立发光。与LCD相比，Micro-LED具有自发光、低功耗、高亮度、超高对比度、反应速度快、超省电、寿命较长的优势。与同样是自发光显示的OLED相比，亮度比其高30倍，且分辨率可达1500PPI，相当于功耗仅为OLED的50%，且寿命较长。

为了满足人们更直观、真实的观看体验， 3D显示技术得到广泛的关注与研究。相比于传统的二维显示，3D显示能够提供事物的深度信息，更加真实地还原现实中事物的立体属性。视差屏障显示、柱透镜光栅显示等可通过利用人眼的双目视差效应，使人们观察到3D图像。针对现有技术的不足，以及结合液晶微透镜阵列或微透镜阵列可实现3D显示的优势，本发明提出一种2D/3D可切换的Micro-LED裸眼显示装置。

发明内容

本发明提出一种2D3D可切换的Micro-LED裸眼显示装置，结合了Micro-LED显示屏低功耗、高分辨率和像素点排列密度高的优点，同时利用液晶透镜变焦可调或固态透镜的固定焦距的特点，实现2D显示和裸眼3D显示。

本发明采用以下技术方案。

一种2D3D可切换的Micro-LED裸眼显示装置，所述显示装置显示面的像素点单元按M列×N行排列，每个像素点单元包含n个RGB像素组合体，且其中m个RGB像素组合体为2D显示像素，n-m个RGB像素组合体为3D显示像素；显示装置的显示面处设有透镜阵列；所述透镜阵列与3D显示像素对齐，通过按所需方向折射3D显示像素显示光线来提供裸眼3D显示效果；所述显示装置包括可控制各个RGB像素组合体工况的驱动模块；当驱动模块使2D显示像素处于显示状态且3D显示像素处于非显示状态时，显示面工作于2D显示模式；当驱动模块使3D显示像素处于显示状态且2D显示像素处于非显示状态时，显示面工作于3D显示模式。

所述透镜阵列为液晶微透镜阵列或固态微透镜阵列；每个像素点单元中的n个RGB像素组合体包括红色子像素点、绿色子像素点和蓝色子像素点。

所述液晶微透镜阵列自上至下包括上基板、图案化电极、高阻层、上介电层、液晶层、隔离子、下介电层、平面电极、下基板；

液晶微透镜阵列的制备方法包括以下步骤；

步骤S1：图形化电极制备，具体为：

S11、选取第一基板作为上基板，然后采用光刻技术在第一基板表面上制作一包含p行×q列个图形化电极；

S12、在步骤S11制备得到的图形化电极表面用旋涂机旋涂一层透明材料，经高温焙烧后形成取向层薄膜，再经摩擦取向形成上介质层；

步骤S2：平面电极制备：选取第二基板作为下基板并对其划片，清洗和烘干，制作平面电极；在平面电极一面采用旋涂工艺制作一层透明材料，经高温焙烧后形成取向层薄膜，再将取向层薄膜沿着上介质层相反方向摩擦取向层形成下介质层；

步骤S3：液晶透镜的制备，具体为以下步骤：

S31、在图形化电极的上介质层的表面采用喷粉设备制作厚度为40-100µm的透明隔离子，在平面电极的第二取向层四周采用印刷或喷墨打印工艺涂覆封框胶，封框胶的四周预留灌晶口；所述封框胶的厚度为隔离子的厚度3-5倍；

S32、将图形化电极层和平面电极层按上介质层和下介质层反向对准，所述封框胶融化后形成封框体；

S33、利用灌晶设备将液晶分子沿着步骤S31中的灌晶口灌入封框体，再封闭灌晶口，液晶分子在图形化电极层和平面电极层中间形成液晶层；

S34、在步骤S33灌注液晶完成后，在液晶注入口涂上固化胶，紫外曝光后封口得到可做为液晶微透镜阵列使用的液晶盒。

所述图案化电极与面电极为氧化铟锡ITO透明导电电极；所述高阻抗层所采用的材料为透明氧化物、透明高分子材料中的一种或几种；

所述上介电层和下介电层为液晶层液晶分子的取向层，且两取向层的取向互为反平行；所述取向层所采用的材料为聚酰亚胺、聚甲基苯基硅烷、聚酯纤维、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯4一甲基肉桂酸、聚乙烯肉桂酸中的一种或几种，取向方式为摩擦取向、光诱导取向中的一种；

所述液晶层所采用的液晶材料为向列相液晶、聚合物液晶或蓝相液晶中的一种。

所述固态微透镜阵列采用光刻胶熔融、激光刻蚀、丝网印刷或喷墨打印工艺制备。

所述透镜阵列由微透镜单元组成；所述微透镜单元的俯视向形状为圆形或正多边形，微透镜单元的尺寸与微透镜单元需覆盖的RGB像素组合体的个数相关。

圆形微透镜单元直径在10µm-100µm之间；相邻微透镜单元的尺寸范围在5µm-10µm之间。

各RGB像素组合体均由微型LED器件形成；显示面处的微型LED器件数量为M列×N行×n个。

所述微型LED器件为蓝光Micro-LED，包括第一金属电极、电流扩散层、p-GaN、有源层、n-GaN、DBR分布式布拉格反射光栅、第二金属电极；

所述的第一金属电极和第二金属电极材料为Ni/Au，Ti/Au金属合金中的一种；所述电流扩散层材料为氧化铟锡ITO；所述有源层为InGaN/GaN多量子阱；所述DBR是由低反射率层和高反射率层交替组成，各层材料光学厚度为发射光波长的1/4，成分为晶格常数与GaN衬底匹配、不吸收蓝光的材料。

所述显示装置为显示面各RGB像素组合体均可定向寻址并单独驱动点亮的Micro-LED显示屏；当显示装置的驱动模式关时，Micro-LED显示屏上M×N×m个像素组合工作，Micro-LED显示屏的显示模式为2D显示；当显示装置的驱动模式开时，Micro-LED显示屏上M×N×（n-m）个像素组合工作以使Micro-LED显示屏上显示3D图像，透镜阵列把3D图像按双光路分别折射至观众双眼以实现观众眼中的裸眼3D显示效果，把Micro-LED显示屏的显示模式切换为3D显示；

当透镜阵列为液晶微透镜阵列；所述Micro-LED显示屏通过改变微透镜单元的焦距，改变裸眼3D显示效果的观看位置的分布区域。

本发明的显著优点在于：结合Micro-LED显示屏高密度排列、微小化、集成化与阵列化和自发光、低功耗、高分辨率的特点，将Micro-LED显示屏上的像素点分为不同的像素单元，其中一部分用来2D显示，另一部分用来3D显示，通过驱动模块可调控像素组合定向寻址，单独驱动点亮，从而能实现2D/3D模式自由切换的Micro-LED裸眼显示装置。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：

附图1是本发明中单个像素点单元的示意图；

附图2是显示面处的像素点单元分布示意图；

附图3是本发明的2D显示模式与3D显示模式的切换示意图；

附图4是本发明像素点单元在显示面的分布区域处的横截面示意图；

附图5是透镜阵列为固态微透镜阵列时，透镜阵列与显示面的3D显示像素的配合示意图；

附图6是透镜阵列为液晶微透镜阵列且阵列工况为关闭时的截面示意图；

附图7是透镜阵列为液晶微透镜阵列且阵列工况为启用时的截面示意图；

图中：10-2D显示像素；11-红色子像素点；12-绿色子像素点；13-蓝色子像素点；20-3D显示像素；30-像素点单元；40-制备固态微透镜阵列的衬底；50-透镜阵列；60-Micro-LED显示屏；70-制备液晶微透镜阵列的衬底；80-图形化电极；90-高阻层；100-上介电层；110-液晶层；120-隔离子；130-下介电层。

具体实施方式

如图所示，一种2D3D可切换的Micro-LED裸眼显示装置，所述显示装置显示面的像素点单元30按M列×N行排列，每个像素点单元包含n个RGB像素组合体，且其中m个RGB像素组合体为2D显示像素10，n-m个RGB像素组合体为3D显示像素20；显示装置的显示面处设有透镜阵列；所述透镜阵列与3D显示像素对齐，通过按所需方向折射3D显示像素显示光线来提供裸眼3D显示效果；所述显示装置包括可控制各个RGB像素组合体工况的驱动模块；当驱动模块使2D显示像素处于显示状态且3D显示像素处于非显示状态时，显示面工作于2D显示模式；当驱动模块使3D显示像素处于显示状态且2D显示像素处于非显示状态时，显示面工作于3D显示模式。

所述透镜阵列为液晶微透镜阵列或固态微透镜阵列；每个像素点单元中的n个RGB像素组合体包括红色子像素点11、绿色子像素点12和蓝色子像素点13。

所述液晶微透镜阵列自上至下包括上基板、图案化电极80、高阻层90、上介电层100、液晶层110、隔离子120、下介电层130、平面电极、下基板；

液晶微透镜阵列的制备方法包括以下步骤；

步骤S1：图形化电极制备，具体为：

S11、选取第一基板作为上基板，然后采用光刻技术在第一基板表面上制作一包含p行×q列个图形化电极；

S12、在步骤S11制备得到的图形化电极表面用旋涂机旋涂一层透明材料，经高温焙烧后形成取向层薄膜，再经摩擦取向形成上介质层；

步骤S2：平面电极制备：选取第二基板作为下基板并对其划片，清洗和烘干，制作平面电极；在平面电极一面采用旋涂工艺制作一层透明材料，经高温焙烧后形成取向层薄膜，再将取向层薄膜沿着上介质层相反方向摩擦取向层形成下介质层；

步骤S3：液晶透镜的制备，具体为以下步骤：

S31、在图形化电极的上介质层的表面采用喷粉设备制作厚度为40-100µm的透明隔离子，在平面电极的第二取向层四周采用印刷或喷墨打印工艺涂覆封框胶，封框胶的四周预留灌晶口；所述封框胶的厚度为隔离子的厚度3-5倍；

S32、将图形化电极层和平面电极层按上介质层和下介质层反向对准，所述封框胶融化后形成封框体；

S33、利用灌晶设备将液晶分子沿着步骤S31中的灌晶口灌入封框体，再封闭灌晶口，液晶分子在图形化电极层和平面电极层中间形成液晶层；

S34、在步骤S33灌注液晶完成后，在液晶注入口涂上固化胶，紫外曝光后封口得到可做为液晶微透镜阵列使用的液晶盒。

所述图案化电极与面电极为氧化铟锡ITO透明导电电极；所述高阻抗层所采用的材料为透明氧化物、透明高分子材料中的一种或几种；

所述上介电层和下介电层为液晶层液晶分子的取向层，且两取向层的取向互为反平行；所述取向层所采用的材料为聚酰亚胺、聚甲基苯基硅烷、聚酯纤维、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯4一甲基肉桂酸、聚乙烯肉桂酸中的一种或几种，取向方式为摩擦取向、光诱导取向中的一种；

所述液晶层所采用的液晶材料为向列相液晶、聚合物液晶或蓝相液晶中的一种。

所述固态微透镜阵列采用光刻胶熔融、激光刻蚀、丝网印刷或喷墨打印工艺制备。

所述透镜阵列由微透镜单元组成；所述微透镜单元的俯视向形状为圆形或正多边形，微透镜单元的尺寸与微透镜单元需覆盖的RGB像素组合体的个数相关。

圆形微透镜单元直径在10µm-100µm之间；相邻微透镜单元的尺寸范围在5µm-10µm之间。

各RGB像素组合体均由微型LED器件形成；显示面处的微型LED器件数量为M列×N行×n个。

所述微型LED器件为蓝光Micro-LED，包括第一金属电极、电流扩散层、p-GaN、有源层、n-GaN、DBR分布式布拉格反射光栅、第二金属电极；

所述的第一金属电极和第二金属电极材料为Ni/Au，Ti/Au金属合金中的一种；所述电流扩散层材料为氧化铟锡ITO；所述有源层为InGaN/GaN多量子阱；所述DBR是由低反射率层和高反射率层交替组成，各层材料光学厚度为发射光波长的1/4，成分为晶格常数与GaN衬底匹配、不吸收蓝光的材料。

所述显示装置为显示面各RGB像素组合体均可定向寻址并单独驱动点亮的Micro-LED显示屏60；当显示装置的驱动模式关时，Micro-LED显示屏上M×N×m个像素组合工作，Micro-LED显示屏的显示模式为2D显示；当显示装置的驱动模式开时，Micro-LED显示屏上M×N×（n-m）个像素组合工作以使Micro-LED显示屏上显示3D图像，透镜阵列把3D图像按双光路分别折射至观众双眼以实现观众眼中的裸眼3D显示效果，把Micro-LED显示屏的显示模式切换为3D显示；

当透镜阵列为液晶微透镜阵列；所述Micro-LED显示屏通过改变微透镜单元的焦距，改变裸眼3D显示效果的观看位置的分布区域。

实施例一：

本例中，所述微透镜阵列为固态微透镜阵列，微透镜阵列的位置与有源驱动Micro-LED显示屏上n-m个像素点对齐，如图5所示，在驱动模块下实现3D显示。

实施例二：

本例中，所述微透镜阵列为液晶微透镜阵列，所述液晶微透镜阵列的位置与有源驱动Micro-LED显示屏上n-m个像素点对齐，如图6和图7所示。

所述Micro-LED显示屏上像素组合可定向寻址，单独驱动点亮，当驱动模式和液晶盒未施加电压时， Micro-LED显示屏上M×N×m个像素组合工作，如图6所示，实现2D显示；当驱动模式和液晶盒施加电压时，Micro-LED显示屏上M×N×（n-m）个像素组合工作，液晶微透镜阵列和Micro-LED显示屏上的微单元图像实现3D显示，进一步实现2D/3D模式可自由切换的Micro-LED裸眼显示装置。

上述较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应该理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应该包含在本发明的保护范围之内。