本發(fā)明屬于立體圖像顯示領(lǐng)域，尤其是一種背光的裸眼3D顯示系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

裸眼3D顯示技術(shù)是最具有前景的下一代顯示技術(shù)之一，技術(shù)上主要通過空間復用的方法，在屏幕前形成兩個以上的一系列視區(qū)，為觀看者兩眼提供不同的圖像。當觀看者在預定的位置上觀察屏幕時，左眼圖像進入左眼，右眼圖像進入右眼，從而產(chǎn)生雙目視差，產(chǎn)生立體感，實現(xiàn)裸眼3D顯示效果。目前主流的自由立體顯示主要基于視障光柵、柱狀透鏡陣列和指向式背光技術(shù)。

視障光柵技術(shù)的原理主要是在液晶顯示面板交替豎直顯示左右眼圖像，在液晶顯示面板和觀看者直接預先放置一層多狹縫視障光柵。當觀看者位于預定的位置時，視障光柵將一部分圖像遮擋，未遮擋的左眼圖像進入左眼，右眼圖像進入右眼，從而實現(xiàn)自由立體顯示。

柱狀透鏡陣列技術(shù)的原理主要是在液晶顯示面板交替豎直顯示左右眼圖像，在液晶顯示面板貼合柱狀透鏡陣列。當觀看者位于預定的位置時，經(jīng)過透鏡折射，左眼圖像進入左眼，右眼圖像進入右眼，從而實現(xiàn)自由立體顯示。

指向式背光的基本原理是采用了時空混合復用的方法，采用可以對光傳播方向進行一定的規(guī)范的，使之能在觀看距離形成一系列可獨立開關(guān)的照明區(qū)域的光學器件，與高刷新率(不低于120Hz)的液晶顯示面板構(gòu)建顯示裝置。上述的照明區(qū)域被稱為視區(qū)，當觀察者的眼睛處于任一個視區(qū)內(nèi)時，開啟該視區(qū)的照明，可以觀看到液晶顯示面板當前顯示的圖像；當觀察者的眼睛處在該視區(qū)外時，則不能看到液晶顯示面板上的圖像。由于在任一個時刻(左眼子圖像幀或右眼子圖像幀)的圖像顯示都利用了所有的像素，指向式背光技術(shù)克服了視障光柵和柱狀透鏡陣列技術(shù)中水平顯示像素減半的缺陷，同時也克服了后者的圖象畸變問題。

但是，由于傳統(tǒng)的指向式背光的光源存在一定的分隔(往往是獨立的一列或一組光源對應一個視區(qū)，即使將光源緊貼排布，其發(fā)光區(qū)域也會受到封裝結(jié)構(gòu)或光學隔板隔斷)，形成的視區(qū)之間存在一定的光學暗區(qū)，如果觀看者的瞳孔位于這些暗區(qū)，將無法正常觀看屏幕內(nèi)容。這導致了顯示質(zhì)量的下降。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種交錯式背光的裸眼3D顯示系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有裸眼3D顯示領(lǐng)域中觀察視區(qū)存在光學暗區(qū)的技術(shù)缺陷。

為此，本發(fā)明提供了一種交錯式背光的裸眼3D顯示系統(tǒng)，包括背光源單元，沿所述背光源單元的發(fā)光方向還依次設(shè)有指向性擴散膜層、透鏡單元陣列和圖像顯示層，所述背光源單元包括若干列沿第一方向延伸的發(fā)光區(qū)域，并且相鄰的發(fā)光區(qū)域至少部分沿第二方向交錯設(shè)置。

優(yōu)選地，所述第一方向與所述第二方向正交。

優(yōu)選地，所述發(fā)光區(qū)域設(shè)于一朝向所述透鏡單元陣列的平面上。

優(yōu)選地，所述發(fā)光區(qū)域包括若干離散的子區(qū)域，所述發(fā)光區(qū)域的子區(qū)域沿所述第一方向分布，并且相鄰的發(fā)光區(qū)域的至少部分子區(qū)域沿所述第二方向交錯設(shè)置。

優(yōu)選地，所述子區(qū)域包含至少一個發(fā)光單元。

優(yōu)選地，所述發(fā)光單元包括發(fā)光二極管。

優(yōu)選地，所述發(fā)光區(qū)域的邊界為所述發(fā)光二極管的芯片封裝結(jié)構(gòu)的邊界。

優(yōu)選地，所述發(fā)光區(qū)域包括發(fā)光單元，以及沿所述發(fā)光方向依次設(shè)置的光學隔板和光學擴散膜，所述光學隔板上設(shè)有與所述發(fā)光單元對應的通孔陣列，所述發(fā)光單元從所述光學隔板的一側(cè)嵌入所述通孔陣列內(nèi)，所述光學擴散膜從遠離所述發(fā)光單元的側(cè)面覆蓋在所述光學隔板上。

優(yōu)選地，所述指向性擴散膜層采用能夠在一個方向上具有弱光學擴散性質(zhì)，在正交方向上具有強光學擴散的光學擴散材料。

優(yōu)選地，所述透鏡單元為菲涅爾柱透鏡，所述圖像顯示層為液晶顯示面板或者無光源的透射式顯示面板。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的一種交錯式背光的裸眼3D顯示系統(tǒng)通過在背光源單元的相鄰的發(fā)光區(qū)域交錯設(shè)置，有效降低了立體圖像觀察視區(qū)之間的光學暗區(qū)，提高了圖像顯示質(zhì)量和均勻性。

進一步，本發(fā)明提供的一種交錯式背光的裸眼3D顯示系統(tǒng)的背光源單元的發(fā)光單元配合指向性擴散膜形成完全連續(xù)照明區(qū)域，使得背光源單元具有更好的光效，能提高屏幕亮度和均勻性，節(jié)約能源。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述一種交錯式背光的裸眼3D顯示系統(tǒng)一實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明所述一種交錯式背光的裸眼3D顯示系統(tǒng)一實施方式中背光源單元的發(fā)光區(qū)域的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3a是本發(fā)明所述一種交錯式背光的裸眼3D顯示系統(tǒng)一實施方式中發(fā)光區(qū)域的理論亮度分布示意圖；

圖3b是現(xiàn)有的背光的裸眼3D顯示系統(tǒng)一實施方式中發(fā)光區(qū)域的理論亮度分布示意圖；

圖4是本發(fā)明所述一種交錯式背光的裸眼3D顯示系統(tǒng)一實施方式中背光源單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明所述一種交錯式背光的裸眼3D顯示系統(tǒng)另一實施方式中背光源單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：

10：背光源單元；11：發(fā)光區(qū)域；11a：子區(qū)域；12：電路板；13：光學隔板；13a：開孔陣列；14：光學擴散膜；20：指向性擴散膜層；30：透鏡單元陣列；40：圖像顯示層；50：視區(qū)。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明做進一步說明。

圖1是本發(fā)明所述一種交錯式背光的裸眼3D顯示系統(tǒng)一實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，該交錯式背光的裸眼3D顯示系統(tǒng)包括背光源單元10，沿所述背光源單元10的發(fā)光方向還依次設(shè)有指向性擴散膜層20、透鏡單元陣列30和圖像顯示層40。

圖2是本發(fā)明所述一種交錯式背光的裸眼3D顯示系統(tǒng)一實施方式中背光源單元10的發(fā)光區(qū)域的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，所述背光源單元10包括若干列沿第一方向延伸的發(fā)光區(qū)域11，并且相鄰的發(fā)光區(qū)域11至少部分沿第二方向交錯設(shè)置，其中，所述第一方向與所述第二方向正交。所述發(fā)光區(qū)域11設(shè)于一朝向所述透鏡單元陣列30的平面上，而且，背光源單元10的發(fā)光區(qū)域11為開關(guān)和亮度可以獨立控制的發(fā)光區(qū)域11。在圖2示出的實施方式中，兩條虛線所示為發(fā)光區(qū)域11的橫向范圍，虛線內(nèi)的每個子區(qū)域11a內(nèi)至少設(shè)置了一個發(fā)光單元，發(fā)光單元可以是發(fā)光二極管，尤其是貼片型的直下式發(fā)光二極管芯片。在本實施例中，所有的發(fā)光區(qū)域11整體處于一個平面上，平面整體朝向圖像顯示層40。在一個實施方式中，所述子區(qū)域11a的邊界由預定的光學隔板13和擴散材料結(jié)構(gòu)確定。在另一實施方式中，所述子區(qū)域11a的邊界由發(fā)光二極管的芯片封裝結(jié)構(gòu)確定。

具體的，由于相鄰的背光源單元10的發(fā)光區(qū)域11有一定交疊，每個發(fā)光區(qū)域11優(yōu)選包括多個離散的子區(qū)域11a，所述發(fā)光區(qū)域11的子區(qū)域11a沿所述第一方向分布，并且相鄰的發(fā)光區(qū)域11的至少部分子區(qū)域11a沿所述第二方向交錯設(shè)置。所述子區(qū)域11a包含至少一個發(fā)光單元。所述發(fā)光單元包括發(fā)光二極管。

本實施方式中，所述指向性擴散膜層20采用能夠在一個方向上具有弱光學擴散性質(zhì)，在正交方向上具有強光學擴散的光學擴散材料。指向性擴散膜(LSD)被設(shè)置在透鏡單元陣列30和背光源單元10之間，其強擴散方向和透鏡單元陣列30的透鏡單元的柱透鏡軸向平行。發(fā)光區(qū)域11中離散的子區(qū)域11a發(fā)出的光線在經(jīng)過指向性擴散膜后，在強擴散方向上擴散成均勻的矩形發(fā)光區(qū)域11，從而實現(xiàn)連續(xù)的照明。例如在圖2中，發(fā)光區(qū)域11經(jīng)過指向性擴散膜擴散后，等效于兩條虛線范圍內(nèi)的連續(xù)條形發(fā)光區(qū)域11。

所述透鏡單元為菲涅爾柱透鏡，所述透鏡單元被放置于圖像顯示層40與背光源單元10之間，所述的透鏡單元陣列30為一個或者若干個柱透鏡組成的陣列。透鏡單元陣列30的透鏡單元的軸向與背光源單元10發(fā)光區(qū)域11的分布方向平行。具體而言，透鏡單元可以是菲涅爾透鏡。透鏡單元被緊貼放置于圖像顯示層40靠近背光源單元10的一側(cè)。

所述圖像顯示層40為液晶顯示面板或者無光源的透射式顯示面板。圖像顯示層40在本實施例中使用的是液晶顯示面板，當圖像信號傳輸?shù)綀D像顯示層40時，圖像顯示層40的各像素的透射率發(fā)生改變，對來自背光源的光線做具有一定分布的調(diào)制，從而顯示圖像。

工作時，背光源單元10上位于不同橫向位置的發(fā)光區(qū)域11發(fā)出的光線經(jīng)過指向性擴散膜層20時，由于指向性擴散膜層20具有各向異性的擴散性質(zhì)，發(fā)光區(qū)域11的各個子區(qū)域11a發(fā)出的光線在指向性擴散膜層20的強擴散方向上發(fā)生散射，形成均勻的條帶狀發(fā)光區(qū)域11，而在其弱擴散方向上發(fā)光區(qū)域11的邊界則不發(fā)生明顯改變。擴散后的光線經(jīng)過透鏡單元陣列30后發(fā)生偏折，再被圖像顯示層40進行調(diào)制后，到達預定的觀看位置，使得左眼立體子圖像和右眼立體子圖像分別進入相應的視區(qū)50。

圖3a是本發(fā)明所述一種交錯式背光的裸眼3D顯示系統(tǒng)一實施方式中發(fā)光區(qū)域11的理論亮度分布示意圖，圖3b是現(xiàn)有的背光的裸眼3D顯示系統(tǒng)一實施方式中發(fā)光區(qū)域11的理論亮度分布示意圖。圖1中示意性地標注出9個發(fā)光區(qū)域11，其中相鄰的2個發(fā)光區(qū)域11組成的一組，當這些發(fā)光區(qū)域11被點亮時，在觀看位置上形成的照明區(qū)域的理論亮度分布如圖3a所示。作為對比，當采用非交錯式的指向式背光裸眼3D顯示系統(tǒng)點亮相鄰的視區(qū)50時，形成的理論亮度分布如圖3b所示。由圖3a和圖3b的對比可以看出，交錯式背光的效果使得在觀看視區(qū)50上形成的視區(qū)完全連續(xù)地均勻分布，由于光源隔斷導致的亮度不均勻產(chǎn)生的光學暗區(qū)被完全補償。

圖4是本發(fā)明所述一種交錯式背光的裸眼3D顯示系統(tǒng)一實施方式中背光源單元10的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，所述發(fā)光區(qū)域11的邊界為所述發(fā)光二極管的芯片封裝結(jié)構(gòu)的邊界。背光源單元10由一系列若干個離散的發(fā)光區(qū)域11組成的縱列構(gòu)成，其中，每一縱列的發(fā)光區(qū)域11可以單獨控制點亮或熄滅，相鄰的縱列其發(fā)光區(qū)域11在橫向上有一定交疊。圖4示出的實施方式中，作為一種具體的實施例，每個發(fā)光區(qū)域11內(nèi)至少設(shè)置了一個發(fā)光單元，所述的發(fā)光單元為發(fā)光二極管。預先布置了包括發(fā)光二極管的發(fā)光單元的印刷電路板12。發(fā)光二極管陣列由一系列可以獨立控制的縱列組成，相鄰縱列的發(fā)光二極管其芯片發(fā)光區(qū)域11在橫向上有一定的交疊。在本實施例中，發(fā)光二極管的芯片封裝決定了發(fā)光區(qū)域11的大小，背光源單元10的發(fā)光區(qū)域11由一系列若干個離散的發(fā)光二極管組成的縱列構(gòu)成，其中，每一縱列可以單獨控制點亮或熄滅。圖中用虛線標注出來其中一個發(fā)光區(qū)域11的范圍，虛線內(nèi)發(fā)光二級管屬于同一發(fā)光區(qū)域11。

圖5是本發(fā)明所述一種交錯式背光的裸眼3D顯示系統(tǒng)另一實施方式中背光源單元10的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5所示，所述發(fā)光區(qū)域11包括發(fā)光單元，以及沿所述發(fā)光方向依次設(shè)置的光學隔板13和光學擴散膜14，所述光學隔板13上設(shè)有與所述發(fā)光單元對應的通孔陣列，所述發(fā)光單元從所述光學隔板13的一側(cè)嵌入所述通孔陣列內(nèi)，所述光學擴散膜14從遠離所述發(fā)光單元的側(cè)面覆蓋在所述光學隔板13上。具體而言，圖5示出的實施方式中，布置了發(fā)光二極管陣列的印刷電路板12、與發(fā)光二極管陣列對應的開孔陣列13a的不透光材料制作的光學隔板13、光學擴散膜14。如前文描述，發(fā)光二極管陣列由一系列可以獨立控制的縱列組成，不透明材料制作的光學隔板13上的預留了開孔陣列13a，開孔陣列13a由一系列離散的矩形開孔組成的縱列，相鄰的縱列在橫向上有一定的交疊。在本實施例中，發(fā)光二極管陣列發(fā)出的光線在經(jīng)過光學隔板13上的開孔后，經(jīng)過光學擴散膜14擴散，形成一系列均勻的發(fā)光區(qū)域11。更具體地，由一系列若干個離散的發(fā)光區(qū)域11組成的縱列構(gòu)成，其中，二極管陣列的每一縱列可以單獨控制點亮或熄滅，相鄰的縱列其發(fā)光區(qū)域11在橫向上有一定交疊。如圖5中兩條虛線所示為其中一個發(fā)光區(qū)域11的范圍。

需要說明的是，在附圖中中只是以背光源單元101中的發(fā)光區(qū)域11為例說明其原理，實際的顯示效果是由若干乃至更多發(fā)光區(qū)域11共同形成，發(fā)光區(qū)域11開啟的方式也包括但不限于上述方式，其原理同樣適用于其他發(fā)光區(qū)域11。

本發(fā)明提供的交錯式背光的裸眼3D顯示系統(tǒng)通過在背光源單元10的相鄰的發(fā)光區(qū)域11交錯設(shè)置，有效降低了立體圖像觀察視區(qū)之間的光學暗區(qū)，提高了圖像顯示質(zhì)量和均勻性。

進一步，本發(fā)明提供的一種交錯式背光的裸眼3D顯示系統(tǒng)的背光源單元10的發(fā)光單元配合指向性擴散膜形成完全連續(xù)照明區(qū)域，使得背光源單元10具有更好的光效，能提高屏幕亮度和均勻性，節(jié)約能源。

應該理解，本發(fā)明并不局限于上述實施方式，凡是對本發(fā)明的各種改動或變型不脫離本發(fā)明的精神和范圍，倘若這些改動和變型屬于本發(fā)明的權(quán)利要求和等同技術(shù)范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意味著包含這些改動和變型。