專利名稱：一種空間分割式裸眼立體顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種裸眼式立體顯示器，尤其是涉及ー種空間分割式裸眼立體顯示器。
背景技術(shù)：
立體顯示器從發(fā)展至今已超過60年的歷史。其實(shí)現(xiàn)立體顯示的光學(xué)原理是模擬真實(shí)狀況，產(chǎn)生真正的立體物體，或?qū)⒉煌瑘D像投影到左右眼，提供額外的深度信息以形成立體成像。傳統(tǒng)的立體顯示器大致可以分為戴眼鏡式與裸眼式兩種。戴眼鏡式又可細(xì)分為偏光眼鏡、紅綠眼鏡、快門眼鏡和頭盔式顯示器。然而，不管是哪ー種戴眼鏡式的立體顯示器，使用者在觀賞時(shí)都必須配帶特殊的眼鏡或者頭盔，這些眼鏡或頭盔會阻礙人的自然視覺，増加觀察者的不適感。另外，對平常就配帶近視眼鏡的使用者而言，觀賞時(shí)不是必須同時(shí)配帶兩副眼鏡，就是必須在觀賞前先換帶隱形眼鏡，使用上極為不便。鑒于戴眼鏡式立體顯示器的上述缺點(diǎn)，近年來，裸眼式立 體顯示器逐漸蓬勃發(fā)展起來。目前，裸眼式立體顯示器大致可分為全像式、多平面式、空間分割式和時(shí)間分割式四種。由于全像式與多平面式存在數(shù)據(jù)處理量龐大和顯示效果不佳等問題，因此近年來關(guān)于裸眼式立體顯示器的研究主要以空間分割式和時(shí)間分割式為主?？臻g分割式主要是將液晶面板的像素區(qū)分成若干個奇數(shù)像素與偶數(shù)像素的影像對。奇數(shù)像素影像提供使用者一只眼的影像，偶數(shù)像素影像則提供使用者另ー只眼的影像。空間分割式的立體顯示器可以利用柱狀透鏡或視差屏障將光線分光，并進(jìn)而將奇數(shù)像素影像與偶數(shù)像素影像分別投射至使用者的雙眼。但是柱狀透鏡或視差屏障的材料成本相對較高，制作エ藝也較為復(fù)雜。時(shí)間分割式主要是要包含兩個光源，第一光源和第二光源，通過切換第一光源和第二光源的亮暗狀態(tài)，通過時(shí)間分割進(jìn)入左眼和右眼的圖像，從而形成立體成像的效果。時(shí)間分割式雖不犧牲分辨率和亮度，但需要響應(yīng)時(shí)間非?？?，對頻率要求非常高。圖I是ー種空間分割方式立體成像，也即將液晶層畫素劃分成多個立體成像對，分別投影到左右眼，形成立體圖像。狹縫光柵置于顯示器的顯示側(cè)，顯示器的奇數(shù)列像素與顯示器的偶數(shù)列像素共同組成一幅包含左右眼圖像信息的3D圖像，奇數(shù)條列像素組成的圖像經(jīng)過光柵的透光狹縫到達(dá)顯示器前一觀察者的一只眼睛中。偶數(shù)條列像素組成的圖像經(jīng)過光柵的透光狹縫到達(dá)顯示器前該觀察者的另ー只眼睛中，再經(jīng)過大腦融合完成立體顯示的功能。圖2是ー種通過時(shí)間分割的方式呈現(xiàn)立體圖像，其中在立體圖像成像系統(tǒng)中，提供光源的背光板包括第一光源和第二光源、反射片、導(dǎo)光板及用于擴(kuò)散和聚光的光學(xué)膜片。其中導(dǎo)光板包含入光面和出光面。在導(dǎo)光板的入光面有V型溝槽結(jié)構(gòu)，第一光源和第二光源分別鑲嵌于V型溝槽內(nèi)。當(dāng)欲在人體的眼睛成像出立體圖像時(shí)，切換第一光源和第二光源的亮暗狀態(tài)，使從第一光源射出的光線和從第二光源射出的光線以交替的方式射出。
其中第一光源射出的光線經(jīng)過LGP和光學(xué)膜片后進(jìn)入右眼；第二光源射出的光線經(jīng)過LGP和光學(xué)膜片后進(jìn)入左眼。當(dāng)?shù)谝还庠丛诘谝粫r(shí)間發(fā)亮?xí)r，圖像投射至右眼，當(dāng)?shù)诙庠丛诘诙r(shí)間發(fā)亮?xí)r，圖像投射至左眼，也即將成對立體圖像的另ー個圖像投射至左眼，以此類推，通過左右眼圖像的快速切換，以在人體的眼睛成像出立體圖像。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有的柱狀透鏡和視差屏障存在的缺陷，提供ー種材料成本低，制作エ藝簡單的空間分割式裸眼立體顯示器。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為一種空間分割式裸眼立體顯示器，包括光源、背光模組和液晶顯示屏，所述的背光模組包括第一入光面和第一出光面，所述的光源設(shè)置在所述的第一入光面ー側(cè)，所述的光源發(fā)出的發(fā)散光進(jìn)入所述的第一入光面，經(jīng)所述的背光模組轉(zhuǎn)化后，成近似均勻平行的面光束從所述的第一出光面出射，所述的液晶顯示屏位于所述的第一出光面前方，所述的液晶顯示屏包括第二入光面和第二出光面，所述的液晶顯示屏像素劃分為多個并列設(shè)置的由ー個奇數(shù)像素和ー個偶數(shù)像素構(gòu)成的影像對，其特征在于所述的第二出光面之前設(shè)置有3D導(dǎo)光膜，所述的3D導(dǎo)光膜將所述的奇 數(shù)像素出射的光線匯集到與人的一只眼睛對應(yīng)的第一成像點(diǎn)，并將所述的偶數(shù)像素出射的光線匯集到與人的另ー只眼睛對應(yīng)的第二成像點(diǎn)。所述的3D導(dǎo)光膜包括第三入光面和第三出光面，所述的第三入光面為平面平行于第二出光面，所述的第三出光面包括奇數(shù)鋸齒單元和偶數(shù)鋸齒單元，所述的奇數(shù)鋸齒單元和所述的偶數(shù)鋸齒單元相互間隔且與所述的顯示屏上奇數(shù)像素和偶數(shù)像素一一對應(yīng)，所述的奇數(shù)鋸齒單元出射的光線匯集到所述的第一成像點(diǎn)，所述的偶數(shù)鋸齒單元出射的光線匯集到所述的第二成像點(diǎn)。所述的第一出光面出射的面光束的發(fā)散角< ±2°，所述的第一成像點(diǎn)和所述的第二成像點(diǎn)處光束橫截面的寬度小于所述的第一成像點(diǎn)和所述的第二成像點(diǎn)的中心距離。所述的第三出光面的中心位置處，所述的3D導(dǎo)光膜厚度最小。所述的3D導(dǎo)光膜的基體為光學(xué)材料。在本發(fā)明實(shí)施案中，用3D導(dǎo)光膜代替?zhèn)鹘y(tǒng)的柱狀透鏡或視差屏障實(shí)現(xiàn)空間分割式的裸眼立體顯示器，其材料成本低，制作エ藝簡単。


圖I為現(xiàn)有技術(shù)ー種立體顯示器的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為另ー種現(xiàn)有技術(shù)立體顯示器的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為使用本發(fā)明中立體顯示器的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明立體顯示器工作原理示意圖；圖5為本發(fā)明中3D導(dǎo)光膜工作原理示意圖；圖6為本發(fā)明立體顯示器出射光能量與角度分布關(guān)系示意圖；圖7為本發(fā)明中實(shí)際光線在導(dǎo)光膜中光路示意具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)ー步詳細(xì)描述。本發(fā)明提供了一種空間分割式裸眼立體顯示器，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。立體顯示器包括光源20、光源反射罩21、可產(chǎn)生平行光束的背光模組22、液晶顯不屏23和3D導(dǎo)光膜24。光源20可以是CCFL或LED。背光模組屬于現(xiàn)有技術(shù)，它包括第一入光面221和第一出光面222,光源20設(shè)置在第一入光面221 —側(cè),液晶顯不屏23位于背光模組的第一出光面222前方,液晶顯不屏23包括第二入光面231和第二出光面232，光源20發(fā)出的大角度的發(fā)散光進(jìn)入第一入光面221，經(jīng)背光模組轉(zhuǎn)化后，成發(fā)散角< ±2°的近似均勻平行的面光束從第一出光面222出射至液晶顯示屏23的第二入光面231上，液晶顯示屏23的像素劃分為多個并列設(shè)置的由ー個奇數(shù)像素234和ー個偶數(shù)像素235構(gòu)成的影像對233，第二出光面232之前設(shè)置有3D導(dǎo)光膜24，3D導(dǎo)光膜24其基體為光學(xué)材料，包括第三入光面241和第三出光面242，第三入光面241為平行于第二出光面232的平面，第三出光面242包括奇數(shù)鋸齒單元243和偶數(shù)鋸齒單元244，奇數(shù)鋸齒單元243和偶數(shù)鋸齒單元244相互間隔，奇數(shù)鋸齒單元243與奇數(shù)像素234——對應(yīng)，偶數(shù)鋸齒單元244與偶數(shù)像素235——對應(yīng)，第三出光面242的中心位 置處，3D導(dǎo)光膜24厚度最小。奇數(shù)鋸齒單元243出射的光線匯集到第一成像點(diǎn)L與人的左眼睛對應(yīng)，偶數(shù)鋸齒單元244出射的光線匯集到第二成像點(diǎn)R與人的右眼睛對應(yīng)，第一成像點(diǎn)L和第二成像點(diǎn)R處光束橫截面的寬度a小于第一成像點(diǎn)L和第二成像點(diǎn)R的中心距離S，左右眼的視差圖像再經(jīng)大腦融合后變成立體圖像。圖4是本發(fā)明立體顯示器工作原理示意圖，光源20發(fā)出的大角度的發(fā)散光經(jīng)過背光模組22后變成平行面光束入射到液晶顯示屏23后經(jīng)第二出光面232出射。液晶顯示屏23的像素與3D導(dǎo)光膜24出光側(cè)每ー個鋸齒単元在空間位置上一一對應(yīng)。液晶顯示屏23的奇數(shù)像素234發(fā)出的光經(jīng)3D導(dǎo)光膜24和第三出光面242的奇數(shù)鋸齒單元243折射后進(jìn)入左眼，液晶顯示屏23的偶數(shù)像素235發(fā)出的光經(jīng)3D導(dǎo)光膜24的第三出光面242的偶數(shù)鋸齒單元244折射后進(jìn)入右眼，左右眼的視差圖像再經(jīng)過大腦融合后變成立體圖像。圖5是本發(fā)明中核心部件3D導(dǎo)光膜24的工作原理示意圖，3D導(dǎo)光膜的工作原理基于斯涅耳折射定律Ii1Sin 9 ! = n2sin 9 2式中Ii1為介質(zhì)I的折射率，0 I為入射角，n2為介質(zhì)2的折射率，0 2為折射角。假設(shè)3D導(dǎo)光膜24的折射率為Ii1,空氣的折射率為n2，由液晶顯示屏23的第二出光面232出射的光線01和02分別照射到3D導(dǎo)光膜24的第三出光面242上的相鄰的兩個鋸齒単元上。光線01經(jīng)3D導(dǎo)光膜24的第三出光面242折射成光線03射出3D導(dǎo)光膜24，光線01在3D導(dǎo)光膜24中的入射角為Q1，折射角為02。光線02經(jīng)3D導(dǎo)光膜24的第三出光面242折射成光線04射出3D導(dǎo)光膜24，光線02在3D導(dǎo)光膜24中的入射角為03，折射角為0 4。光線01和光線02進(jìn)入3D導(dǎo)光膜24中經(jīng)第三出射面242折射出3D導(dǎo)光膜24，滿足Ii1Sin 0 : = n2sin 0 2Ii1Sin 0 3 = n2sin 0 4折射光03進(jìn)入左眼，折射光04進(jìn)入右眼。圖6是該發(fā)明立體顯示器出射光強(qiáng)度隨角度分布的示意圖，由圖6可以看出，光源20發(fā)出的大角度的發(fā)散光經(jīng)過該顯示器后變成只有兩個單一角度的兩束會聚光線。這兩束會聚光線分別進(jìn)入人的左眼和右眼，經(jīng)大腦融合后變成立體影像。本實(shí)施例中，由背光模組22的第一出光面222出射的光是發(fā)散角< ±2°的有很小發(fā)散角的近似平行光束，如圖7所示，因此經(jīng)過本發(fā)明的顯示器后，由3D導(dǎo)光膜24出射的光線并非是如圖6所描述的只有単一角度的兩束會聚光線，而是兩束均具有很小發(fā)散角的光束，該兩束光在到達(dá)人的左右眼時(shí)，光束的橫截面具有寬度a，a小于人眼左右兩眼的中心距離S，因此不會出現(xiàn)串?dāng)_的現(xiàn)象。
圖7所描述的問題給該立體顯示器提供了ー個優(yōu)點(diǎn)，即從原本圖6的單視點(diǎn)立體顯示變成了有ー視角范圍的多視點(diǎn)立體顯示。也即是人眼左右移動一定的范圍，在該范圍內(nèi)均可觀察到立體的圖像。
權(quán)利要求
1.一種空間分割式裸眼立體顯示器，包括光源、背光模組和液晶顯示屏，所述的背光 模組包括第一入光面和第一出光面，所述的光源設(shè)置在所述的第一入光面ー側(cè)，所述的光源發(fā)出的發(fā)散光進(jìn)入所述的第一入光面，經(jīng)所述的背光模組轉(zhuǎn)化后，成近似均勻平行的面光束從所述的第一出光面出射，所述的液晶顯示屏位于所述的第一出光面前方，所述的液晶顯示屏包括第二入光面和第二出光面，所述的液晶顯示屏像素劃分為多個并列設(shè)置的由ー個奇數(shù)像素和ー個偶數(shù)像素構(gòu)成的影像對，其特征在于所述的第二出光面之前設(shè)置有3D導(dǎo)光膜，所述的3D導(dǎo)光膜將所述的奇數(shù)像素出射的光線匯集到與人的一只眼睛對應(yīng)的第一成像點(diǎn)，并將所述的偶數(shù)像素出射的光線匯集到與人的另ー只眼睛對應(yīng)的第二成像點(diǎn)。
2.如權(quán)利要求I所述的ー種空間分割式裸眼立體顯示器，其特征在于所述的3D導(dǎo)光膜包括第三入光面和第三出光面，所述的第三入光面為平面平行于第二出光面，所述的第三出光面包括奇數(shù)鋸齒單元和偶數(shù)鋸齒單元，所述的奇數(shù)鋸齒單元和所述的偶數(shù)鋸齒單元相互間隔且與所述的奇數(shù)像素和所述的偶數(shù)像素一一對應(yīng)，所述的奇數(shù)鋸齒單元出射的光線匯集到所述的第一成像點(diǎn)，所述的偶數(shù)鋸齒單元出射的光線匯集到所述的第二成像點(diǎn)。
3.如權(quán)利要求I所述的ー種空間分割式裸眼立體顯示器，其特征在于所述的第一出光面出射的面光束的發(fā)散角< ±2°，所述的第一成像點(diǎn)和所述的第二成像點(diǎn)處光束橫截面的寬度小于所述的第一成像點(diǎn)和所述的第二成像點(diǎn)的中心距離。
4.如權(quán)利要求2所述的ー種空間分割式裸眼立體顯示器，其特征在于所述的第三出光面的中心位置處，所述的3D導(dǎo)光膜厚度最小。
5.如權(quán)利要求I或2或3或4所述的ー種空間分割式裸眼立體顯示器，其特征在于所述的3D導(dǎo)光膜的基體為光學(xué)材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種空間分割式裸眼立體顯示器，包括光源、背光模組和液晶顯示屏，背光模組包括第一入光面和第一出光面，設(shè)置在第一入光面一側(cè)的光源發(fā)出發(fā)散光進(jìn)入第一入光面，經(jīng)背光模組轉(zhuǎn)化后的面光束從第一出光面出射，包括第二入光面和第二出光面的液晶顯示屏位于第一出光面前方，液晶顯示屏像素劃分為多個并列設(shè)置的由一個奇數(shù)像素和一個偶數(shù)像素構(gòu)成的影像對，特點(diǎn)是第二出光面之前設(shè)置有3D導(dǎo)光膜，將奇數(shù)像素出射的光線匯集到與人的一只眼睛對應(yīng)的第一成像點(diǎn)，并將偶數(shù)像素出射的光線匯集到與人的另一只眼睛對應(yīng)的第二成像點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)是用3D導(dǎo)光膜代替?zhèn)鹘y(tǒng)的柱狀透鏡或視差屏障實(shí)現(xiàn)空間分割式的裸眼立體顯示器，其材料成本低，制作工藝簡單。
文檔編號G02F1/1335GK102768406SQ20121016812
公開日2012年11月7日 申請日期2012年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月28日
發(fā)明者吳永榮, 朱宗杰, 李同, 楊淑敏, 楊靜, 陳志明 申請人:中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所