显示模块、背光模组及显示装置的制作方法

本发明属于光电成像领域，尤其涉及一种显示模块、背光模组及显示装置。

背景技术：

1、电子设备通常包括显示器。背光显示器(如背光液晶显示器)包括背光单元。背光单元产生向外穿过显示器中像素阵列的光。像素调制来自背光单元的光的强度以在显示器上创建图像。背光单元有助于确保显示器可以在各种环境照明条件下显示图像。

2、3d显示被誉为“下一代显示技术”，成为重要研究领域和诸多显示公司争相研究的技术之一。基于视差屏障、柱透镜阵列、时空复用、或集成光场等实现裸眼3d显示的机理和方法，均是利用具有周期性微结构或纳结构的光学元件对显示光场进行相位调控，将不同视角图像信息以近似平行光束的方式投射至不同视角。尽管自由立体显示技术已取得巨大进展，裸眼3d显示技术尚未成功进入平板显示领域。眩晕感(辐辏调解矛盾)、图像串扰/鬼影、分辨率下降等显示问题，以及背光准直、超薄化、光利用率等器件结构问题亟待解决。不论哪种3d显示机理和方法，对背光板的准直都要求，准直度影响3d显示观察效果的串扰和分辨率，准直度差会照成不同视点的串扰、图像分辨率的下降。

3、us20180292713a1公开了一种带有光源的背光显示器。显示器可包括边缘照明光导管，其中从光源发射的光在光导管内横向分布，并通过光栅、突出物或凹槽等外耦合结构从光导管散射出去。或者，所述显示器包括多个相邻的发光二极管，所述发光二极管具有用于准直光的弯曲反射器。为了帮助进一步准直光，光源配备有滤光层，滤光层具有角度相关的光传输特性，用于反射离轴光。然而，这会导致较高的能量损失，并且不会实现较低的光束发散，从而导致不同子像素之间的串扰。

4、us 2016/0300535a1提供了一种激光二极管阵列，其直接向像素方向发射光。激光二极管发出的光首先被透镜散射，然后被菲涅耳透镜准直。然而，这种方法需要大量的激光二极管来照亮显示区域，并且不允许使用薄背光单元。

5、ep 3599541a1所公开的光学装置，包括基板和在基板内延伸并向基板表面弯曲的光波导。在另一个实施例中，波导可以将光引导到基板中形成平面镜面的楔块，以将光散射出基板。然而，在此过程中，发射光束的发散度增加，产生的发散角非常大。

技术实现思路

1、发明目的：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种像素显示模块，能够提供3d显示需要的高准直度背光，同时提供了一种xy平面内可调节光束偏转角度的背光模组，以及具备2d-3d观察模式切换功能的大视场显示装置。

2、技术方案：一种显示模块，包括：

3、主波导，用于接收外部光源；

4、光束耦合单元，和主波导连接，用于扇出多路次级波导，每路次级波导包括多个像素波导；

5、所述主波导、光束耦合单元、次级波导及像素波导嵌入基板内；其中，所述主波导和多路所述次级波导位于同一基板横截面；每路所述次级波导中，所述多个像素波导以所述次级波导的分支形态向基板表面延伸，所述多个像素波导位于同一基板纵截面，所述多个像素波导的末端垂直于基板表面；

6、准直透镜，置于基板的出光端，所述准直透镜由多个光学元件微结构i周期性分布构成，所述光学元件微结构i和像素波导对应布置，用于对基板表面出射的光束进行准直；

7、光束转化结构，置于准直透镜的出光端，所述光束转化结构由多个光学元件微结构ii随机性分布构成，用于对准直透镜出射的平行光线进行消相干。

8、优选的，所述基板的上表面设有黑矩阵，用于保证像素波导的出射端位于准直透镜的物方焦点上。

9、优选的，所述像素波导的出光端距基板的上表面10-50um。

10、可选的，所述主波导和次级波导通过直接激光写入基板，优选为飞秒直接激光写入。

11、可选的，所述光束耦合单元为光耦合器。

12、可选的，所述准直透镜由微透镜阵列、菲涅耳透镜阵列、薄膜透镜阵列或二元结构光阵列周期性分布构成。

13、可选的，所述光束转换结构由微透镜阵列、菲涅耳透镜阵列、薄膜透镜阵列或二元结构光阵列随机性分布构成。

14、进一步的，所述光源为叠加布置的rgb三色光源，各色光源一端对应设置有主波导、光束耦合单元、次级波导、像素波导、基板、准直透镜和光束转化结构。

15、一种可调节光束角度的背光模组，包括所述像素显示模块，以及斜面xz平面的电润湿棱镜阵列和斜面yz平面的电润湿棱镜阵列；所述斜面xz平面的电润湿棱镜阵列、斜面yz平面的电润湿棱镜阵列依次叠加在显示模块的光线出射端，分别用于调整光束绕x轴和y轴的偏转角度。

16、一种显示装置，包括所述背光模组，以及依次设置在背光模组光线出射端的下偏振片、第一tft玻璃基板、液晶层、第二tft玻璃基板、上偏振片、滤色片层、显示相位板；所述背光模组的出射光线经下偏振片和第一tft玻璃基板进入液晶层，再进入第二tft玻璃基板和上偏振片，由滤色片层形成rgb子像素后经显示相位板成像。

17、有益效果

18、与现有技术相比，本发明具备如下显著进步：

19、1、本发明的显示模块结构紧凑、简洁，从像素波导输出的光线分别经准直透镜和光束转化结构完成准直和消相干，为后续显示模块提供了高质量的背光；该像素显示模块可用于多种形状、构造的背光模组、显示装置，能够解决光源经过显示屏的各层微结构后的相干引起的图像串扰和分辨率下降问题。

20、2、在显示模块提供高准直消相干光线的基础上，本发明提供具备两层电润湿棱镜阵列结构的背光模组，以调整光束绕x轴和y轴的偏转角度，改变背光进入后续模块的入射角度。

21、3、本发明的显示设备能够提供真实的3d显示效果，同时结合现有的电压控制策略，可以实现显示器2d观察模式和3d观察模式的切换；在3d观察模式下，能够增大3d纵向视差和观察范围，提高3d横向的观察范围和分辨率。

技术特征：

1.一种显示模块，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的显示模块，其特征在于，所述基板的上表面设有黑矩阵。

3.根据权利要求1所述的显示模块，其特征在于，所述像素波导的出光端距基板的上表面10-50um。

4.根据权利要求1所述的显示模块，其特征在于，所述主波导和次级波导通过直接激光写入基板。

5.根据权利要求1所述的显示模块，其特征在于，所述光束耦合单元为光耦合器。

6.根据权利要求1所述的显示模块，其特征在于，所述准直透镜由微透镜阵列、菲涅耳透镜阵列、薄膜透镜阵列或二元结构光阵列周期性分布构成。

7.根据权利要求1所述的显示模块，其特征在于，所述光束转换结构由微透镜阵列、菲涅耳透镜阵列、薄膜透镜阵列或二元结构光阵列随机性分布构成。

8.根据权利要求1所述的显示模块，其特征在于，所述光源为叠加布置的rgb三色光源，各色光源一端对应设置有主波导、光束耦合单元、次级波导、像素波导、基板、准直透镜和光束转化结构。

9.一种可调节光束角度的背光模组，其特征在于，包括如权利要求8所述的显示模块，以及斜面xz平面的电润湿棱镜阵列和斜面yz平面的电润湿棱镜阵列；所述斜面xz平面的电润湿棱镜阵列、斜面yz平面的电润湿棱镜阵列依次叠加在显示模块的光线出射端，分别用于调整光束绕x轴和y轴的偏转角度。

10.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求9所述的背光模组，以及依次设置在背光模组光线出射端的下偏振片、第一tft玻璃基板、液晶层、第二tft玻璃基板、上偏振片、滤色片层、显示相位板；所述背光模组的出射光线经下偏振片和第一tft玻璃基板进入液晶层，再进入第二tft玻璃基板和上偏振片，由滤色片层形成rgb子像素后经显示相位板成像。

技术总结本发明公开了一种显示模块、背光模组及显示装置，所述显示模块包括主波导，外部光源由主波导进入波导层，通过光束耦合单元扇出多路次级波导，每路次级波导对应一行像素，从像素波导输出的光线经准直透镜和光束转化结构后输出高准直度光束；背光模组包括像素显示模块和两层电润湿棱镜阵列，准直消相干的光线经两层电润湿棱镜阵列，实现xy方向上的角度偏转；显示装置包括背光模组以及设置在背光模组光线出射端的上下偏振片、上下TFT玻璃基板、液晶层、滤色片层和显示相位板，光线经显示相位板形成左右眼视察，产生真实的3D效果，通过电压控制，不仅可以提高3D显示的分辨率和观察视场，同时能够实现2D观察模式和3D观察模式的自由切换。技术研发人员：赵改娜,朱君奇,杨明,乔文,罗明辉,李瑞彬,周徐乐,蒋林,陆延青,徐挺,张伟华,胡伟受保护的技术使用者：苏州苏大维格科技集团股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/29