本發(fā)明涉及一種集成成像顯示裝置，尤其涉及一種含多方向背光模組的集成成像顯示裝置和顯示方法，屬于三維顯示技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

集成成像顯示是采用微透鏡陣列和2D顯示面板來(lái)實(shí)現(xiàn)光學(xué)再現(xiàn)3D圖像的顯示技術(shù)。是具有全視差、全彩色3D圖像、準(zhǔn)連續(xù)視點(diǎn)的裸眼三維顯示技術(shù)，集成成像被視為理想裸眼三維顯示裝置之一。當(dāng)二維顯示面板顯示圖像元圖像時(shí)，所采用透鏡元陣列將選擇合適方向光線空中再現(xiàn)形成集成3D圖像。

在一定2D顯示面板分辨率條件下，傳統(tǒng)集成成像顯示系統(tǒng)的觀看視角、圖像分辨率、圖像深度成相互制約的關(guān)系。并且傳統(tǒng)集成成像顯示系統(tǒng)的觀看視角具有窄視角(6°)特性，適合于單個(gè)用戶。對(duì)于多用戶，可以通過(guò)增加集成成像顯示系統(tǒng)的觀看視角實(shí)現(xiàn)，但是會(huì)犧牲圖像分辨率和圖像深度的質(zhì)量。因此一種既不降低集成成像顯示系統(tǒng)的圖像分辨率和圖像深度的質(zhì)量，還可以滿足多用戶觀看的集成成像顯示裝置的開(kāi)發(fā)很有必要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種含多方向背光模組的集成成像顯示裝置，該裝置在不降低集成成像顯示裝置圖像分辨率和圖像深度質(zhì)量的基礎(chǔ)上，還可以滿足多用戶觀看的需求。

發(fā)明內(nèi)容：為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)手段為：

一種多方向背光模組，所述多方向背光模組由多方向背光單元為重復(fù)單元構(gòu)成；其中，每個(gè)多方向背光單元含有多種不同角度的衍射光柵，從不同角度的衍射光柵衍射出不同方向的出射光。

其中，所述多方向背光模組包括LED燈條、導(dǎo)光板、以及由多個(gè)薄透鏡構(gòu)成的薄透鏡陣列，所述導(dǎo)光板上表面刻蝕有多個(gè)不同角度的衍射光柵，LED燈條發(fā)出的光通過(guò)薄透鏡陣列進(jìn)入導(dǎo)光板，光線以全反射形式在導(dǎo)光板內(nèi)部傳播、并經(jīng)衍射光柵出射。

其中，所述LED燈條包括多個(gè)LED，每個(gè)LED與薄透鏡陣列中的每個(gè)薄透鏡一一對(duì)應(yīng)，其中，每個(gè)LED位于對(duì)應(yīng)的薄透鏡的焦點(diǎn)位置上。

其中，所述導(dǎo)光板由PMMA、Glass、PC或Zeonor材料制成。

一種多方向背光模組的集成成像顯示裝置，包括LCD顯示屏、位于LCD顯示屏背后的多方向背光模組、以及位于LCD顯示屏前側(cè)的微透鏡陣列；其中，所述多方向背光模組由多方向背光單元為重復(fù)單元構(gòu)成；其中，每個(gè)多方向背光單元含有多種不同角度的衍射光柵，所述LCD顯示屏包括多個(gè)顯示圖像元區(qū)域，每個(gè)顯示圖像元區(qū)域含有多個(gè)不同方位角的子圖像元，所述微透鏡陣列由多個(gè)呈矩陣式排布的透鏡元組成。

其中，所述多方向背光單元、顯示圖像元區(qū)域、透鏡元呈一一對(duì)應(yīng)，其中，多方向背光單元里對(duì)應(yīng)衍射光柵出射的方向性光對(duì)對(duì)應(yīng)方位角的子圖像元進(jìn)行照明，并通過(guò)同一個(gè)對(duì)應(yīng)的透鏡元成像形成多個(gè)不同角度的集成圖像。

其中，對(duì)應(yīng)方向衍射光柵在既定距離的照明面積與子圖像元的區(qū)域面積一致，或超過(guò)對(duì)應(yīng)子圖像元的區(qū)域面積但不與該對(duì)應(yīng)子圖像元的相鄰子圖像元相接。

其中，所述透鏡元的尺寸大于或等于與其對(duì)應(yīng)的多方向背光單元和顯示圖像元區(qū)域的區(qū)域面積。

一種集成成像顯示裝置的顯示方法，包括如下步驟：

步驟A：多方向背光模組中LED燈條發(fā)出的光通過(guò)薄透鏡列陣進(jìn)入導(dǎo)光板；

步驟B：經(jīng)由導(dǎo)光板上表面的衍射光柵射出，多方向背光模組中不同方向的衍射光柵衍射出不同方向的出射光，不同方向的出射光照射在與該衍射光柵對(duì)應(yīng)的子圖像元上；

步驟C：通過(guò)對(duì)應(yīng)的透鏡元在空中成像；其中，子圖像元的方位角信息與對(duì)應(yīng)的衍射光光線方向一致。

相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明技術(shù)方案具有的有益效果為：

本發(fā)明的多用戶集成成像顯示裝置在不降低集成成像顯示裝置圖像分辨率和圖像深度質(zhì)量的基礎(chǔ)上，還可以滿足多用戶觀看的需求；其具體具有以下優(yōu)點(diǎn)：首先，該集成成像顯示裝置能夠再現(xiàn)出更多的3D顯示信息，其次，多用戶位于空間中不同的觀看位置(觀看視區(qū))，能夠看到不同的3D圖像，再次，在一定觀看距離條件下，當(dāng)用戶在相鄰觀看視區(qū)移動(dòng)過(guò)程中，可以產(chǎn)生猶如觀看真實(shí)場(chǎng)景的感受，最后，該集成成像顯示裝置能夠消除傳統(tǒng)集成成像顯示裝置的擋板(Barrier)設(shè)置，優(yōu)化了裝置的結(jié)構(gòu)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明多用戶集成成像顯示裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明多方向背光模組的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明多用戶集成成像顯示裝置中多方向背光單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明多用戶集成成像顯示裝置中顯示圖像元區(qū)域的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明多用戶集成成像顯示裝置中透鏡元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為多用戶觀看本發(fā)明集成成像顯示裝置的示意圖；

圖7為本發(fā)明多用戶集成成像顯示裝置的工作原理圖；

圖8～圖11為本發(fā)明多用戶集成成像顯示裝置中多方向背光模組與LCD顯示屏之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系示意圖；

圖12～圖13為子圖像元與對(duì)應(yīng)方向的衍射光線之間的關(guān)系示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明內(nèi)容作進(jìn)一步說(shuō)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施案例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1～5所示，本發(fā)明含多方向背光模組的集成成像顯示裝置8，包括LCD顯示屏1以及位于LCD顯示屏1背后的多方向背光模組2和位于LCD顯示屏1前側(cè)的微透鏡陣列3；其中，多方向背光模組2由多方向背光單元21為重復(fù)單元組成，每個(gè)多方向背光單元21含有多種不同角度方向的衍射光柵22，不同角度方向的衍射光柵22發(fā)出不同空間角度的出射光；LCD顯示屏1包括多個(gè)顯示圖像元區(qū)域11，每個(gè)顯示圖像元區(qū)域11含有多個(gè)不同方位角的子圖像元111；微透鏡陣列3由多個(gè)呈矩陣式排布的透鏡元31組成；多方向背光單元21、顯示圖像元區(qū)域11、透鏡元31呈一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，多方向背光單元21里對(duì)應(yīng)的衍射光柵22出射的方向性光對(duì)對(duì)應(yīng)方位角的子圖像元111進(jìn)行照明，最終，通過(guò)同一個(gè)對(duì)應(yīng)的透鏡元31形成多個(gè)不同相應(yīng)角度的集成圖像。

本發(fā)明多方向背光模組2包括LED燈條4、以薄透鏡構(gòu)成的薄透鏡列陣5以及導(dǎo)光板6，導(dǎo)光板6上表面蝕刻有多個(gè)不同角度方向的衍射光柵，LED燈條4發(fā)出的光通過(guò)薄透鏡列陣5進(jìn)入導(dǎo)光板，再經(jīng)過(guò)衍射光柵射出；LED燈條4由多個(gè)LED組成，每個(gè)LED與薄透鏡陣列5中的薄透鏡一一對(duì)應(yīng)，其中，LED位于對(duì)應(yīng)薄透鏡的焦點(diǎn)位置上，f為薄透鏡的焦距。導(dǎo)光板可采用PMMA(亞克力)、Glass(玻璃)、PC(聚碳酸酯)或Zeonor(環(huán)烯的熱可塑性樹(shù)脂)材料制成。

當(dāng)LED發(fā)出點(diǎn)光源通過(guò)薄透鏡后變成平行光線，該平行光線以滿足導(dǎo)光板全反射條件的一定入射角度入射至導(dǎo)光板側(cè)表面，從而平行光線以全反射的形式在導(dǎo)光板內(nèi)部傳播，當(dāng)平行光源傳播至衍射光柵區(qū)域，該光源將從衍射光柵區(qū)域出射。衍射光柵是通過(guò)在導(dǎo)光板上表面刻蝕或沉積而形成，衍射光柵的間距大小和衍射光柵關(guān)于y軸角度大小是根據(jù)所需出射光的方向設(shè)置。

本發(fā)明多用戶集成成像顯示裝置的微透鏡陣列3是由同一個(gè)透鏡元31為重復(fù)單元構(gòu)成，是作為空中再現(xiàn)集成圖像的元件；LCD顯示屏1是作為顯示圖像元的介質(zhì)；多方向背光模組2是作為L(zhǎng)CD顯示屏1所需的背光照明。

為了防止串?dāng)_的產(chǎn)生，對(duì)應(yīng)方向衍射光柵在既定距離d的照明面積與子圖像元的區(qū)域面積一致，或超過(guò)對(duì)應(yīng)子圖像元的區(qū)域面積但不與該對(duì)應(yīng)子圖像元的相鄰子圖像元相接，d為導(dǎo)光板上表面與LCD之間的距離；透鏡元的大小大于或等于與其對(duì)應(yīng)的多方向背光單元和顯示圖像元區(qū)域的區(qū)域面積，每個(gè)多方向背光單元的信息都不同，每個(gè)顯示圖像元區(qū)域的信息都不同。

本發(fā)明集成成像顯示裝置的顯示方法，多方向背光模組中LED燈條發(fā)出的光通過(guò)薄透鏡列陣進(jìn)入導(dǎo)光板，再經(jīng)由導(dǎo)光板上表面的衍射光柵射出，多方向背光模組中不同方向的衍射光柵衍射出不同方向的出射光，不同方向的出射光照射在與該衍射光柵對(duì)應(yīng)的子圖像元上，再通過(guò)對(duì)應(yīng)的透鏡元在空中成像；其中，子圖像元的方位角信息與對(duì)應(yīng)的衍射光光線方向一致。

為了降低不同波長(zhǎng)光通過(guò)衍射光柵后的出光角度的的不同，LED白光光譜為窄帶R、G、B光譜，白光LED為量子點(diǎn)發(fā)光二極管(QLED)，或者藍(lán)光LED與量子點(diǎn)膜組合后的光源。

如圖6所示，當(dāng)LCD顯示屏1上的顯示圖像元區(qū)域11上具有不同方位角信息的子圖像元111，對(duì)應(yīng)的多方向背光單元21上的多個(gè)不同的衍射光柵22發(fā)出空間中不同方向的背光，從而在對(duì)應(yīng)的中央深度平面附近再現(xiàn)出多個(gè)不同的集成圖像7，并且多個(gè)不同的集成圖像位于空間中不同位置，當(dāng)多個(gè)用戶處在不同的位置，可以觀看到不同的3D圖像，并且當(dāng)用戶在移動(dòng)過(guò)程中，可以觀看到同一場(chǎng)景再現(xiàn)出來(lái)的不同側(cè)面的3D圖像，用戶可以感知到猶如在真實(shí)場(chǎng)景觀看的感受。

如圖7所示，以LCD的左下角為原點(diǎn)o，以LCD的水平方向?yàn)閤軸，以LCD的垂直方向?yàn)閥軸，以垂直于面xoy的方向?yàn)閦軸。以一維為例，本發(fā)明以集成成像顯示的實(shí)模式為例，即透鏡元與LCD之間的距離g大于透鏡元焦距f₁，所成像為子圖像元發(fā)出的光線通過(guò)對(duì)應(yīng)的透鏡元匯聚在透鏡元陣列的前方形成實(shí)像。

E₀、E₁、E₂、E₃、E₄、E₅分別表示多方向背光單元，A₀、A₁、A₂、A₃、A₄、A₅分別表示顯示圖像元區(qū)域，0、1、2、3、4、5分別表示微透鏡陣列中的透鏡元。C_0-0、C_1-0、C_2-0、C_3-0、C_4-0、C_5-0分別表示子圖像元，對(duì)應(yīng)的下標(biāo)第一個(gè)序號(hào)0、1、2、3、4、5分別表示子圖像元通過(guò)對(duì)應(yīng)的透鏡元成像，并且對(duì)應(yīng)的子圖像元分別位于對(duì)應(yīng)的顯示圖像元區(qū)域內(nèi)，如子圖像元C_1-0是通過(guò)透鏡元1進(jìn)行成像的，并且位于顯示圖像元區(qū)域A₁內(nèi)，對(duì)應(yīng)的下標(biāo)第二個(gè)序號(hào)0、0、0、0、0、0分別表示子圖像元C_0-0、C_1-0、C_2-0、C_3-0、C_4-0、C_5-0為含有相同方位角三維場(chǎng)景信息的子圖像元。D_0-0、D_1-0、D_2-0、D_3-0、D_4-0、D_5-0分別表示能夠衍射不同方向光的衍射光柵，分別對(duì)子圖像元C_0-0、C_1-0、C_2-0、C_3-0、C_4-0、C_5-0進(jìn)行照明，并且設(shè)置對(duì)應(yīng)的衍射光柵出射出來(lái)的光對(duì)相距d的LCD的照度區(qū)域與子圖像元區(qū)域的要一一對(duì)應(yīng)。圖中，P_L表示微透鏡陣列中的透鏡元節(jié)距；g表示微透鏡陣列與LCD相距的距離；L表示中央深度平面的位置，中央深度平面與微透鏡陣列之間的距離。B₀、B₁、B₂、B₃、B₄、B₅表示子圖像元C_0-0、C_1-0、C_2-0、C_3-0、C_4-0、C_5-0分別通過(guò)對(duì)應(yīng)透鏡元0、1、2、3、4、5形成的像。

圖8～圖11表示多方向背光模組與LCD顯示屏的分布單元之間對(duì)應(yīng)關(guān)系示意圖，i、j分別表示衍射光柵和子圖像元分別在x軸和y軸方向上的次序；k、g分別表示多方向背光單元和顯示圖像元區(qū)域分別在x軸和y軸方向上的次序。多方向背光單元21E_kg表示二維次序k、g的多方向背光單元；顯示圖像元區(qū)域11A_kg表示二維次序k、g的顯示圖像元區(qū)域。衍射光柵22D_ij-kg表示多方向背光單元E_kg內(nèi)的二維次序i、j的衍射光柵；子圖像元111C_ij-kg表示顯示圖像元區(qū)域A_kg內(nèi)的二維次序i、j的子圖像元。衍射光柵D_ij-kg發(fā)出的光是對(duì)對(duì)應(yīng)的子圖像元C_ij-kg進(jìn)行照明。其中，i＝0，1，2...，j＝0，1，2...，k＝0，1，2...，g＝0，1，2...。

空間再現(xiàn)多個(gè)集成圖像的空間位置是由多方向背光單元的各個(gè)衍射光的方向決定，并且多方向背光模組中的各個(gè)多方向背光單元中所含的各個(gè)衍射光的方向是不一樣的，如多方向背光單元E₀₀與多方向背光單元E₀₁中所含的各個(gè)衍射光的方向是不一樣的，但E₀₀中的D_00-00與E₀₁中的D_00-01是形成同一個(gè)集成圖像所需的不同方向光線信息。D_00-00所對(duì)應(yīng)的子圖像元C_00-00和D_00-01所對(duì)應(yīng)的子圖像元C_00-01是形成同一集成圖像所需的方位角的圖像元信息，從而子圖像元C_00-00和子圖像元C_00-01分別通過(guò)對(duì)應(yīng)的透鏡元形成集成圖像。

本發(fā)明采用圖像深度Δz_m、圖像分辨率RI、來(lái)表述該顯示系統(tǒng)的集成圖像的性能。

集成圖像深度公式：

集成圖像分辨率公式：

其中，P_x表示LCD的像素大??；P_L表示透鏡元的大??；g表示透鏡元陣列與LCD之間的距離；L表示中央深度平面至透鏡元陣列之間的距離。

為了更好的再現(xiàn)出多個(gè)集成圖像，通過(guò)微透鏡陣列記錄的子圖像元所包含的光線的方向信息與不同方向的衍射光要一一對(duì)應(yīng)。其中圖像元區(qū)域中的每個(gè)子圖像元，每個(gè)集成圖像是由多個(gè)不同方位角信息的子圖像元通過(guò)對(duì)應(yīng)的透鏡元形成，其中，子圖像元的方位角信息與對(duì)應(yīng)的衍射光光線方向要一致。如圖12～13所示，l₁、l₂、l₃表示不同方向的衍射光，I₁、I₂、I₃表示含有不同方向光的子圖像元，其中，l₁與I₁所涉及光的方向是一致的。衍射光l₁是對(duì)I₁照明后通過(guò)透鏡元空中成像。