(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211155009.0 (22)申请日 2022.09.22 (71)申请人 福州大学 地址 362251 福建省泉州市晋 江市金井镇 水城路1号 (72)发明人 陈恩果　江昊男　林梓滨　黎垚　 叶芸　徐胜　郭太良　 (74)专利代理 机构 福州元创专利商标代理有限 公司 35100 专利代理师 陈明鑫　蔡学俊 (51)Int.Cl. G09G 3/3225(2016.01) G09G 3/32(2016.01) H04N 5/225(2006.01) G03B 21/14(2006.01)G02B 13/00(2006.01) (54)发明名称 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 (57)摘要 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。 权利要求书2页 说明书6页 附图4页 CN 115394253 A 2022.11.25 CN 115394253 A 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、 T FT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T FT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T FT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T FT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独立芯片和量子权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115394253 A 2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3‑10 μm， 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。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115394253 A 3