自发光显示与图像传感器共层混合排列的一体化光学结构

技术特征：
1.一种自发光显示与图像传感器共层混合排列的一体化光学结构，其特征在于，包括镜头组、自发光显示像素与摄像摄影用图像传感器混合排布层；所述镜头组采用球面/非球面序列式透镜组，根据具体需求可设计为定焦/变焦形式；所述自发光显示像素与摄像摄影用图像传感器混合排布层包括薄膜封装层、可作为投影图像源的自发光显示像素阵列、图像传感器像敏阵列、tft驱动膜层及衬底基板；所述薄膜封装层覆盖着所述自发光显示像素阵列、图像传感器像敏阵列及所述tft驱动膜层，并与所述衬底基板贴合；所述自发光显示像素阵列由自发光显示像素单元组成，由所述tft驱动膜层独立控制点亮，自发光显示像素单元与图像传感器像敏阵列的间隔部分由环氧树脂填充；所述图像传感器像敏阵列由光敏二极管组成，由所述tft驱动膜层驱动工作，采用的结构包括感光元件，成像信息由图像补偿算法进行优化处理。2.根据权利要求1所述的自发光显示与图像传感器共层混合排列的一体化光学结构，其特征在于，所述镜头组调焦包括整体调焦、变焦调焦的方式；所述tft驱动膜层驱动自发光显示像素阵列或图像传感器像敏阵列工作，可使光学结构在投影显示模式和摄像模式之间进行切换；当所述光学结构处于投影显示模式时，所述自发光显示像素阵列由所述tft驱动膜层的主动驱动矩阵根据图像rgb信息进行选择性点亮，发出的光线经由镜头后聚焦投射在外界屏幕或人眼形成图像，采用变焦镜头时可放大或缩小投影图像；当所述光学结构处于摄像模式时，外界物体的成像聚焦在所述图像传感器像敏阵列上，形成的电信号经所述tft驱动膜层及相应信号电路处理成像。3.根据权利要求1所述的自发光显示与图像传感器共层混合排列的一体化光学结构，其特征在于，所述光学结构总长控制在1mm~10mm以内，兼容于现有含摄像头的数码产品；所述镜头组的镜片采用玻璃、塑胶、或晶体材料，镜头组兼容包括菲涅尔光学面、超表面、折叠光路、活动光学变焦的结构型式。4.根据权利要求1所述的自发光显示与图像传感器共层混合排列的一体化光学结构，其特征在于，所述薄膜封装层采用包括siox和sion的材料，其厚度作为光学平板加入到镜头组的设计中；所述衬底基板材料包括玻璃、单晶硅的材料，其作为所述tft驱动膜层及相应电路的基底。5.根据权利要求1所述的自发光显示与图像传感器共层混合排列的一体化光学结构，其特征在于，在每一颗所述自发光显示像素单元上放置准直微透镜，其作用是收缩光束及让发光单元中心的主光线偏向镜头孔径范围内；所述准直微透镜具有类半球形轮廓，其位置偏差容许在自发光显示像素单元中心法线上向任意方向偏移20
°
之内，具体偏移量根据自发光显示像素单元与自发光显示像素阵列中心法线位置的不同而不同，通过修正每一颗所述自发光显示像素单元的发散角使得总体光线的出射角度得到准直与收缩，提高投影模式下的光效和均匀度。6.根据权利要求1所述的自发光显示与图像传感器共层混合排列的一体化光学结构，其特征在于，每一颗所述自发光显示像素单元均能发射rgb三色光实现全彩化；所述自发光显示像素单元可为倒装、正装、垂直结构，其结构的p、n电极分别与所述tft薄膜驱动膜层预留的金属触点焊合，每个自发光显示像素单元均可独立寻址点亮。7.根据权利要求6所述的自发光显示与图像传感器共层混合排列的一体化光学结构，其特征在于，每一颗所述自发光显示像素单元实现全彩化的方式包括rgb独立芯片和量子
点色转换；在rgb独立芯片中，每一颗所述自发光显示像素单元包括三个独立的叠层结构，结构中的发光量子阱层分别发射r、g、b三色光，并在叠层结构侧壁设置黑矩阵防止三色光线的串扰；在量子点色转换结构中，所述自发光显示像素单元的发光层发蓝光，顶部蓝宝石玻璃剥离后添加红色和绿色量子点转换层并预留蓝光通道，自发光显示像素单元通过不同强度的电流激发不同强度的蓝光，蓝光经过量子点转换层后形成不同比例的rgb三色光，这里在量子点转换层侧壁设置黑矩阵防止三色光线的串扰。8.根据权利要求1所述的自发光显示与图像传感器共层混合排列的一体化光学结构，其特征在于，所述自发光显示像素与摄像摄影用图像传感器混合排布层上的自发光显示像素单元和图像传感器像敏单元的排布方式可根据使用需求采用子矩阵排布的方式，具体面型可采用包括间隔交叉排布、九宫格、十字形、圆形的形状；所述子矩阵之间的间距应不超过3-10μm，保持高排布密度；在子矩阵中的自发光显示像素单元高度以不对对像敏单元的大角度感光造成阻挡为宜。9.根据权利要求8所述的自发光显示与图像传感器共层混合排列的一体化光学结构，其特征在于，所述排布方式采用包括像敏单元密铺，像素单元散铺和像素单元密铺，像敏单元散铺的方式；当采用像敏单元密铺，像素单元散铺时，投影模式的画面分辨率由像素单元数量决定，人眼通常需要至少60ppd的角分辨率，因此像素单元排布密度结合镜头视场角至少应当满足60ppd，在此情况下排布尽可能多的像素单元，达到最大有效感光面积，实现图像传感器硬件素质的最大化；当采用像素单元密铺，像敏单元散铺时，像敏单元需要选用大面积面型，并在边缘与像素单元保持一定间隔，以保证其在有限的感光面积内充分接收光线，得到较好像质。10.根据权利要求1所述的自发光显示与图像传感器共层混合排列的一体化光学结构，其特征在于，所述光学结构中图像传感器所采用的补偿算法，其特征在于：采用包括grayworld色彩均衡算法、基于参考白算法的光照补偿类算法，其核心在于对所述图像传感器上的像敏单元进行光照信息补偿，在所述需要补偿的像敏单元的相邻像敏单元取光照信息，获取其rgb灰度值，取平均值赋值到所述需要补偿的像敏单元上，最终目标像敏单元的光照信息由平均值和初值加权获得。

技术总结
本发明涉及一种自发光显示与图像传感器共层混合排列的一体化光学结构。包括镜头组、自发光微投影显示单元与摄像摄影用像敏单元混合排布叠层。自发光微投影显示单元与摄像摄影用像敏单元混合排布叠层有自发光显示像素阵列与图像传感器像敏阵列两部分，像敏阵列与自发光显示像素阵列根据实际使用需求混合排布，分别作为微投影显示的发光源与接收外界光线的光学传感器。当结构用作微型投影显示引擎时，自发光显示像素阵列由TFT电路进行有源阵列式点亮，光线经镜头投射成像；当结构用作摄像光学模组时，镜头组捕获的光线汇聚在像敏阵列上，像敏单元上的图像信息经补偿算法处理后形成数码图像。本发明能够实现微投影显示与便携式摄像模组的快速切换。携式摄像模组的快速切换。携式摄像模组的快速切换。


技术研发人员：陈恩果 江昊男 林梓滨 黎垚 叶芸 徐胜 郭太良
受保护的技术使用者：福州大学
技术研发日：2022.09.22
技术公布日：2022/11/25