虛擬實境顯示器件及其製造方法與流程
2023-04-27 11:25:56
本發明總體涉及虛擬實境技術領域，特別涉及一種虛擬實境顯示器件及其製造方法。
背景技術：
VR(Virtual Reality，即虛擬實境技術)，是利用電腦模擬產生一個三維空間的虛擬世界，提供用戶關於視覺等感官的模擬，讓用戶感覺仿佛身歷其境，可以模擬真實場景沒有限制地觀察三維空間內的事物。
隨著人們對顯示設備要求的不斷提升，VR設備在2015年逐漸進入了市場。對於頭戴VR設備的技術發展方向來說，一方面要致力於提高用戶在虛擬世界中的沉浸感和真實感，另一方面也要實現頭戴VR設備的小型化、輕量化以進一步提高用戶的體驗。
一方面，就頭戴VR設備的輕量化而言，有機電致發光顯示面板及微發光二極體顯示面板更符合技術要求，下面分別進行介紹：
有機電致發光顯示(organic electroluminescence Display)技術被譽為具有夢幻般顯示特徵的平面顯示技術，因其發光機理與發光二極體(LED)相似，所以又稱之為OLED(organic ight emitting diode)。具有既薄又輕、主動發光、寬視角、快速響應、能耗低、低溫和抗震性能優異以及潛在的柔性設計等優點。2000年以來，OLED受到了業界的極大關注，開始步入產業化階段。
而隨著技術的不斷發展，新型的顯示技術微發光二極體顯示器應運而生。微發光二極體顯示器即Micro-LED，Micro-LED技術指的是通過在一個晶片上集成高密度微小尺寸的LED陣列來實現LED的薄膜化、微小化和矩陣化，其像素點距離從毫米級降低至微米級別，體積是目前主流LED大小的1％，每一個像素都能定址、單獨發光。並且具備功耗低(耗電量僅為LCD的十分之一)、亮度高、解析度高、色彩飽和度高且沒有色衰，、響應速度更快、壽命更長、效率更高等優勢。如今很多廠商把MicroLED看作下一代的顯示技術。
另一方面，就頭戴VR設備的小型化而言，為了節約VR設備的尺寸，顯示屏與人的雙眼距離會設計的比較近，但人的晶狀體無法讓離眼睛太近的物體在視網膜成像，這就制約了頭戴VR設備小型化的進一步發展。
因此，需要一種新的虛擬實境顯示器件。
在所述背景技術部分公開的上述信息僅用於加強對本公開的背景的理解，因此它可以包括不構成對本領域普通技術人員已知的現有技術的信息。
技術實現要素：
本發明提供一種虛擬實境顯示器件及其製造方法，本發明的虛擬實境顯示器件由於在顯示器件中集成菲涅爾透鏡，而菲涅爾透鏡使得距離人眼很近的圖像也可以在視網膜上成像，節約了虛擬實境設備的尺寸，提高了顯示模組在虛擬實境領域的應用價值。
本發明的其他特性和優點將通過下面的詳細描述變得顯然，或部分地通過本公開的實踐而習得。
根據本發明的一方面，公開一種虛擬實境顯示器件，包括：
顯示面板；
形成在顯示面板上的支撐結構；以及
形成在支撐結構上的菲涅爾透鏡。
根據本發明的一實施方式，所述支撐結構包圍所述顯示面板的有效顯示區域。
根據本發明的一實施方式，所述支撐結構的形成材料包括玻璃或聚甲基丙烯酸甲酯。
根據本發明的一實施方式，所述支撐結構的形成材料包括玻璃，其中所述支撐結構由包圍所述顯示面板的有效顯示區域的外牆、內牆以及所述外牆和所述內牆之間的玻璃構成。
根據本發明的一實施方式，所述支撐結構的高度通過光學設計來進行調節，使得顯示面板內容通過菲涅爾透鏡可以在使用者視網膜上對焦。
根據本發明的一實施方式，所述菲涅爾透鏡的形成材料為聚甲基丙烯酸甲酯。
根據本發明的一實施方式，所述菲涅爾透鏡的形成材料為玻璃。
根據本發明的一實施方式，所述菲涅爾透鏡表面的螺紋的製備工藝為蝕刻。
根據本發明的一實施方式，所述顯示面板為有機電致發光顯示面板或微發光二極體顯示面板。
根據本發明的第二方面，公開一種虛擬實境顯示器件的製造方法，包括：
在顯示面板上形成支撐結構；以及
在支撐結構上貼合菲涅爾透鏡。
根據本發明的一實施方式，所述在顯示面板上形成支撐結構包括：通過光刻膠或噴墨列印在顯示面板上形成包圍顯示面板的有效顯示區域的外牆和內牆，所述外牆和內牆之間的空間形成一溝槽，將玻璃粉放入所述溝槽中，所述外牆、玻璃粉和內牆構成所述支撐結構。
根據本發明的一實施方式，所述在支撐結構上貼合菲涅爾透鏡包括：用雷射將玻璃粉融化以使所述菲涅爾透鏡與所述支撐結構接合。
根據本發明的一實施方式，通過蝕刻工藝製備所述菲涅爾透鏡表面的螺紋。
根據本發明的一些實施方式，由於在顯示器件中集成菲涅爾透鏡，而菲涅爾透鏡使得距離人眼很近的圖像也可以在視網膜上成像，節約了VR設備的尺寸，提高了顯示模組在虛擬實境領域的應用價值，同時也進一步提高了用戶的體驗。
根據本發明的另一些實施方式，通過玻璃來製備菲涅爾透鏡，其製備工藝可以與OLED或Micro-LED製程中的封裝工藝結合起來，從而提升顯示器件的集成度。
附圖說明
通過參照附圖詳細描述其示例實施例，本發明的上述和其它目標、特徵及優點將變得更加顯而易見。
圖1為菲涅爾透鏡的工作原理示意圖。
圖2為根據本發明示例實施方式的一虛擬實境顯示器件在貼合菲涅爾透鏡前的俯視示意圖。
圖3為根據本發明示例實施方式的一虛擬實境顯示器件的菲涅爾透鏡的俯視示意圖。
圖4為根據本發明示例實施方式的一虛擬實境顯示器件的剖面示意圖以及菲涅爾透鏡與顯示面板的結合方式的示意圖。
圖5示意性示出根據本發明示例實施方式的一虛擬實境顯示器件的製造方法的流程圖。
圖6為根據本發明示例實施方式的一虛擬實境顯示器件的集成電路綁定方式示意圖。
具體實施方式
現在將參考附圖更全面地描述示例實施方式。然而，示例實施方式能夠以多種形式實施，且不應被理解為限於在此闡述的範例；相反，提供這些實施方式使得本公開將更加全面和完整，並將示例實施方式的構思全面地傳達給本領域的技術人員。附圖僅為本發明的示意性圖解，並非一定是按比例繪製。圖中相同的附圖標記表示相同或類似的部分，因而將省略對它們的重複描述。
此外，所描述的特徵、結構或特性可以以任何合適的方式結合在一個或更多實施方式中。在下面的描述中，提供許多具體細節從而給出對本發明的實施方式的充分理解。然而，本領域技術人員將意識到，可以實踐本發明的技術方案而省略所述特定細節中的一個或更多，或者可以採用其它的方法、組元、裝置、步驟等。在其它情況下，不詳細示出或描述公知結構、方法、裝置、實現、材料或者操作以避免喧賓奪主而使得本發明的各方面變得模糊。
在下面的描述中，當一個預定的部分「包括」一個預定的組件時，預定的部分不排除其他組件，但可以進一步包括其他組件，除非另有說明。
圖中所示的每一層的厚度和尺寸可能會為了方便和清晰的目的被誇大，省略或示意性地繪製。此外，元素的大小並沒有完全反映實際大小。
在實施例的描述中，應當理解，當一層(或膜)，一個區域，或一個板被稱為「在」另一部分「上」時，它可以是「直接」或「間接」在另一部分上，或一個或多個中間層也可能存在。相反，應當理解，當某一部分被稱為「直接在」另一部分「上」時，一個或多個中間層可能不存在。
本發明提供一種虛擬實境顯示器件及其製造方法。本發明的虛擬實境顯示器件包括：顯示面板；形成在顯示面板上的支撐結構；以及形成在支撐結構上的菲涅爾透鏡。本發明的虛擬實境顯示器件由於在顯示器件中集成菲涅爾透鏡，而菲涅爾透鏡使得距離人眼很近的圖像也可以在視網膜上成像，節約了VR設備的尺寸，提高了顯示模組在虛擬實境領域的應用價值。
下面結合圖1-4對本發明的虛擬實境顯示器件進行具體說明，其中，圖1為菲涅爾透鏡的工作原理示意圖，圖2為根據本發明示例實施方式的一虛擬實境顯示器件在貼合菲涅爾透鏡前的俯視示意圖。圖3為根據本發明示例實施方式的一虛擬實境顯示器件的菲涅爾透鏡的俯視示意圖，圖4為根據本發明示例實施方式的一虛擬實境顯示器件的剖面示意圖以及菲涅爾透鏡與顯示面板的結合方式的示意圖。
首先結合圖1說明菲涅爾透鏡的原理以及在本發明的虛擬實境顯示器件集成菲涅爾透鏡的原因。
菲涅爾透鏡(Fresnel lens)，又稱螺紋透鏡，是由法國物理學家奧古斯汀·菲涅爾(Augustin·Fresnel)發明的，他在1822年最初使用這種透鏡設計用於建立一個玻璃菲涅爾透鏡系統--燈塔透鏡。如圖1所示，菲涅爾透鏡多是由如PMMA即聚甲基丙烯酸甲酯等的聚烯烴材料注壓而成的薄片，也有玻璃製作的，鏡片表面一面為光面，另一面刻錄了由小到大的同心圓，它的紋理是利用光的幹涉及擾射和根據相對靈敏度和接收角度要求來設計的，透鏡的要求很高，一片優質的透鏡必須是表面光潔，紋理清晰，其厚度隨用途而變，多在1mm左右，特性為面積較大，厚度薄及偵測距離遠。
菲涅爾透鏡作用有兩個：一是聚焦作用；二是將探測區域內分為若干個明區和暗區，使進入探測區域的移動物體能以溫度變化的形式在PIR上產生變化熱釋紅外信號。菲涅爾透鏡在很多時候相當於紅外線及可見光的凸透鏡，效果較好，但成本比普通的凸透鏡低很多。
菲涅爾透鏡的原理基於菲涅爾波帶片，菲涅爾波帶片具有類似透鏡的作用，它可以使入射光匯聚起來，產生極大的光強。菲涅爾透鏡背後的基本思想很簡單。想像一下，取一麵塑料放大鏡並將其切成一百個同心圓環(就像樹的年輪)薄片。每個圓環都比旁邊的圓環稍微小一點，並將光會聚到中心。現在，取出並修改每一個圓環，使其一邊平坦並且與其餘圓環等厚。為了保持圓環向中心會聚光線的能力，各個圓環的斜面的角度將有所不同。現在，若將所有圓環堆疊在一起，就可以得到一面菲涅爾透鏡了。當然也可以將透鏡做得特別大。大型菲涅爾透鏡經常用作太陽能聚光器。
簡言之，本發明的虛擬實境顯示器件正是利用了菲涅爾透鏡的聚焦作用，在VR設備的顯示器件中集成菲涅爾透鏡，使得距離人眼很近的圖像也可以在視網膜上成像，節約了VR設備的尺寸，實現了頭戴VR設備小型化的要求和技術發展趨勢；與此同時，菲涅爾透鏡不但成本比普通的凸透鏡低很多，而且厚度更薄，這也符合頭戴VR設備小型化、輕量化的要求和技術發展趨勢。
下面結合圖2-4具體說明集成菲涅爾透鏡的虛擬實境顯示器件。
如圖2-4所示，虛擬實境顯示器件包括：顯示面板1；形成在顯示面板1上的支撐結構2；以及形成在支撐結構2上的菲涅爾透鏡3。支撐結構2由包括玻璃或聚甲基丙烯酸甲酯等的材料構成，用以支撐顯示面板1上的菲涅爾透鏡3並使顯示面板1和菲涅爾透鏡3氣密性地結合以防止成像質量的下降，其中在支撐結構2的形成材料包括玻璃的情況下，支撐結構2可由包圍所述顯示面板1的有效顯示區域的外牆、內牆以及所述外牆和所述內牆之間的玻璃構成；同時支撐結構2也用以保持顯示面板1和菲涅爾透鏡3之間的合適距離以確保在佩戴使用了該虛擬實境顯示器件的頭戴VR設備的用戶的眼睛視網膜上清晰、有效地成像。
圖2為根據本發明示例實施方式的一虛擬實境顯示器件在貼合菲涅爾透鏡前的俯視示意圖，其展示了一種全新的虛擬實境顯示器件設計思路：使用一個圓形的顯示面板1，顯示面板1中的有效顯示區域即A-A區域為一個正方形區域，A-A區域位於顯示面板1的正中心，通過光刻膠或噴墨列印在顯示面板上形成包圍顯示面板的有效顯示區域即A-A區域的外牆21和內牆22，所述外牆和內牆之間的空間形成一溝槽，將玻璃粉23放入溝槽中，所述外牆和內牆以及經過雷射4照射熱熔以後的玻璃粉23共同構成了支撐結構2，所述支撐結構2包圍而不遮擋所述顯示面板1的有效顯示區域即A-A區域。支撐結構2的高度可以通過光學設計來進行調節，使得顯示面板1的內容通過菲涅爾透鏡3可以在視網膜上聚焦成像，具體而言，在已經確定所使用的菲涅爾透鏡的具體參數的情況下，也就是在菲涅爾透鏡的主焦距f已經確定的情況下，通過菲涅爾透鏡成像公式1/h＝1/f-1/r0，根據由欲設計的頭戴VR設備的尺寸決定的虛擬實境顯示器件與使用者的眼睛距離r0來調節支撐結構2的高度h。這樣一來，頭戴VR設備中的虛擬實境顯示器件與使用者的眼睛距離即使較小也不會發生難以在視網膜上聚焦成像的問題，從而大大節約了VR設備的尺寸。
根據本發明的一實施方式，圖2中的顯示面板1既可以為有機電致發光顯示器即OLED器件，也可以為微發光二極體顯示器件即Micro-LED器件。但本發明並不限於此，也可以是其他的顯示器件，只要是能夠滿足輕量化薄型化要求即可。此外，顯示面板1的形狀也不限於圓形，也可以是方形、矩形或其它需要的形狀；同時顯示面板1中的有效顯示區域即A-A區域也不限於正方形，也可以是圓形、矩形或其它需要的形狀。
圖3為一個菲涅爾透鏡的示意圖，可通過玻璃製備菲涅爾透鏡，用蝕刻法製備菲涅爾透鏡的螺紋。
菲涅爾透鏡本身是通過透鏡演變過來的，雖然現在菲涅爾透鏡是用PMMA即聚甲基丙烯酸甲酯來製備，但完全也可以用玻璃來製備，這樣就可以與OLED或Micro-LED製程中的封裝工藝結合起來；並且菲涅爾透鏡表面的螺紋精度不高，完全可以用蝕刻工藝來製備，本領域技術人員完全有能力用平板顯示器(FPD)生產線生產玻璃菲涅爾透鏡，從而提升顯示面板的集成度、減少工藝成本時間以及降低生產成本。
需要特別指出的是，當顯示面板1為OLED時，上方的菲涅爾透鏡3必須是玻璃材質的，因為PMMA即聚甲基丙烯酸甲酯材質的菲涅爾透鏡3無法達到OLED的封裝要求。而當顯示面板1為Micro-LED時，上方的菲涅爾透鏡3可以是玻璃材質，也可以是PMMA材質，因為無機的Micro-LED的封裝要求不高，PMMA也可以滿足要求，在這種情況下，支撐結構2相應的可由PMMA來形成。
圖4為根據本發明示例實施方式的一虛擬實境顯示器件的剖面示意圖以及菲涅爾透鏡與顯示面板的結合方式的示意圖。
如圖4所示，通過光刻膠或噴墨列印形成的外牆21、內牆22以及經過雷射4照射熱熔以後的玻璃粉23共同構成了支撐結構2，支撐結構2用以支撐顯示面板1上的菲涅爾透鏡3並使顯示面板1和菲涅爾透鏡3氣密性地結合以防止水汽或灰塵等進入而導致成像質量的下降；同時支撐結構2也用以保持顯示面板1和菲涅爾透鏡3之間的合適距離以確保在佩戴使用了該虛擬實境顯示器件的頭戴VR設備的用戶的眼睛視網膜上清晰、有效地成像。
下面說明玻璃菲涅爾透鏡3與顯示面板1的對盒工藝。具體而言，玻璃菲涅爾透鏡3與顯示面板1的對盒工藝，如圖4所示，也就是用雷射4將溝槽中的玻璃粉23加熱、融化，使得玻璃菲涅爾透鏡3、顯示面板1分別與支撐結構2的上、下表面氣密性接合，從而完成玻璃菲涅爾透鏡3與顯示面板1的對盒。
通過上述的支撐結構2的形成方式及玻璃菲涅爾透鏡3與顯示面板1的對盒方式，在保證接合氣密性的同時降低了工藝成本，並且避免了其他形成和對盒方式可能造成的對顯示面板的損害。
通常來說，由於頭戴VR設備用顯示器件一般不需要觸摸板或觸控板，也不需要為OLED或Micro-LED設計防反射層/膜，所以菲涅爾透鏡3可以不用再增加諸如touch sensor即觸控傳感器/感測器和Polarizer即偏光片等通常的顯示器件(如手機、平板電腦等的顯示屏)一般都會具有的層/膜和部件，但本發明不限於此，也可根據實際應用的需要增加所需的層/膜和部件。
此外，本發明還提供一種虛擬實境顯示器件的製造方法。圖5示意性示出根據本發明示例實施方式的一虛擬實境顯示器件的製造方法的流程圖。
如圖5所示，一種虛擬實境顯示器件的製造方法，包括：
步驟S502：在顯示面板上形成支撐結構。
具體來說，首先，準備一個圓形的顯示面板1，顯示面板1中的有效顯示區域即A-A區域為一個正方形，A-A區域位於顯示面板1的正中心；然後，通過光刻膠即PR或噴墨列印在在顯示面板上形成包圍顯示面板的有效顯示區域即A-A區域的外牆21和內牆22，所述外牆和內牆之間的空間形成一用於放置封裝玻璃粉23的溝槽；最後，將玻璃粉23放入溝槽中，外牆21、內牆22以及將在下一步驟中經過雷射4照射熱熔以後的玻璃粉23共同構成了支撐結構2，形成所述支撐結構2時要確保其包圍而不遮擋所述顯示面板1的有效顯示區域即A-A區域。
其中，支撐結構2的高度可以通過光學設計來進行調節，使得顯示面板1的內容通過菲涅爾透鏡3可以在視網膜上聚焦成像。這樣一來，頭戴VR設備中的虛擬實境顯示器件即使設計得離使用者的眼睛狠勁也不會發生難以在視網膜上聚焦成像的問題，從而大大節約了VR設備的尺寸。
顯示面板1既可以為有機電致發光顯示器即OLED器件，也可以為微發光二極體顯示器件即Micro-LED器件。但本發明並不限於此，也可以是其他的顯示器件，只要是能夠滿足輕量化薄型化要求即可。此外，顯示面板1的形狀也不限於圓形，也可以是方形、矩形或其它需要的形狀；同時顯示面板1中的有效顯示區域即A-A區域也不限於正方形，也可以是圓形、矩形或其它需要的形狀。
步驟S504：在支撐結構上貼合菲涅爾透鏡。
在形成支撐結構2結構後，再在支撐結構2上覆蓋製備好的菲涅爾透鏡3，最後通過雷射4照射來完成玻璃菲涅爾透鏡3與顯示面板1的對盒工藝，如圖4所示，也就是用雷射4將溝槽中的玻璃粉23融化以使菲涅爾透鏡3與支撐結構2氣密性地結合，完成玻璃菲涅爾透鏡3與顯示面板1的對盒。
通過上述的支撐結構2的形成方式及玻璃菲涅爾透鏡3與顯示面板1的對盒方式，在保證接合氣密性的同時降低了工藝成本，並且避免了其他形成和對盒方式可能造成的對顯示面板的損害。
雖然現在菲涅爾透鏡3是用PMMA即聚甲基丙烯酸甲酯來製備，但完全也可以用玻璃來製備，這樣就可以與OLED或Micro-LED製程中的封裝工藝結合起來；並且菲涅爾透鏡3表面的螺紋精度不高，完全可以用蝕刻工藝來製備，本領域技術人員完全有能力用平板顯示器(FPD)生產線生產玻璃菲涅爾透鏡3，從而提升顯示面板1的集成度、減少工藝成本時間以及降低生產成本。
在此需要特別指出的是，當顯示面板1為OLED時，上方的菲涅爾透鏡3必須是玻璃材質的，因為PMMA即聚甲基丙烯酸甲酯材質的菲涅爾透鏡3無法達到OLED的封裝要求。而當顯示面板1為Micro-LED時，上方的菲涅爾透鏡3可以是玻璃材質，也可以是PMMA材質，因為無機的Micro-LED的封裝要求不高，PMMA也可以滿足要求，在這種情況下，支撐結構2相應的可由PMMA來形成。
最後，結合附圖6說明虛擬實境顯示器件的集成電路綁定方式。
圖6示出根據本發明示例實施方式的一虛擬實境顯示器件的集成電路綁定和布線方式示意圖，其中虛擬實境顯示器件通過柔性印刷電路板FPC與外部電路連接。
如圖6所示，本發明的虛擬實境顯示器件可以使用傳統顯示器的綁定(bonding)和布線(layout)方式，在此不再贅述。因此本發明不會影響集成電路(IC)的綁定(bonding)和布線(layout)，不會帶來額外的工藝成本和時間。
綜上所述，根據本發明的一些實施方式，由於在顯示器件中集成菲涅爾透鏡，而菲涅爾透鏡使得距離人眼很近的圖像也可以在視網膜上成像，節約了VR設備的尺寸，提高了顯示模組在虛擬實境領域的應用價值，同時也進一步提高了用戶的體驗。
根據本發明的另一些實施方式，通過玻璃來製備菲涅爾透鏡，其製備工藝可以與OLED或Micro-LED製程中的封裝工藝結合起來，從而提升顯示器件的集成度。
本領域技術人員在考慮說明書及實踐這裡公開的發明後，將容易想到本發明的其它實施方案。本申請旨在涵蓋本發明的任何變型、用途或者適應性變化，這些變型、用途或者適應性變化遵循本發明的一般性原理並包括本發明未公開的本技術領域中的公知常識或慣用技術手段。說明書和實施例僅被視為示例性的，本發明的真正範圍和精神由下面的權利要求指出。
應當理解的是，本發明並不局限於上面已經描述並在附圖中示出的精確結構，並且可以在不脫離其範圍進行各種修改和改變。本發明的範圍僅由所附的權利要求來限制。