一种低串扰、视角可控的裸眼3D显示系统和方法与流程

本发明属于裸眼3d显示领域，更具体地，涉及一种低串扰、视角可控的裸眼3d显示系统和方法。

背景技术：

对于裸眼3d显示系统，由于存在空气以及液晶面板散射层结构对光线的散射，会存在一定的串扰率问题。另外，该系统的最佳观看位置只分布在小区域范围内，视角限定较为困难，并且在最佳观看位置之外观看3d影像，影像亮度会明显降低，而且串扰率很高，会有重影现象，从而引起视觉不适。

对于3d显示设备，其串扰指的是在3d显示系统发出的左右眼的信号(光线)时，本该进入左眼的信号(光线)进入右眼，反之亦然。串扰率的高低在画面上的直观反映就是播放两幅图像时，造成重影的深浅和影像的模糊。

液晶面板是由两个偏光板中间夹着液晶层和彩色滤光片所构成，两个偏光板的偏光角度成90°，通常，液晶面板光线出射面偏光板的表面是磨砂结构(散射层)，当光线通过时会产生一定的散射，以让液晶面板播放2d影像时有更好的视角以及降低摩尔条纹强度，但是对于3d立体显示系统来说，这样的散射结构会让原本右眼接收的光会散射到左眼，原本左眼接收的光散射到右眼，因此会造成一定的串扰，影响观看效果。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种低串扰、视角可控的裸眼3d显示系统和方法，旨在改善现有的裸眼3d显示过程中的信号串扰以及视角问题。

为此，本发明提供了一种裸眼3d显示系统，包括沿光传播方向依次设置的背光源、菲涅尔透镜阵列和液晶面板，所述背光源发出的光线依次经过菲涅尔透镜阵列和液晶面板在可视区域形成观看图像，所述液晶面板的出光面还设有透明的填充层，所述填充层填充于所述液晶面板的出光面的磨砂结构，使得光线直射出所述液晶面板的出光面。

优选地，还包括具有亮面偏振片的液晶面板，所述填充层为胶黏剂，将所述亮面偏振片通过所述胶黏剂附着于所述液晶面板的出光面，并且，所述亮面偏振片的偏振方向与所述液晶面板的偏振方向相同。

优选地，还包括亮面保护膜，所述填充层为胶黏剂，利用所述亮面保护膜通过所述胶黏剂附着于所述液晶面板的出光面。

优选地，所述背光源为一块弧形结构的交错排布led发光单元阵列。

优选地，所述菲涅尔透镜阵列包括若干相互拼接的菲涅尔透镜单元，所述菲涅尔透镜单元聚焦发光单元发出的光场，形成空间周期性分布的光场。

优选地，所述液晶面板包括若干子像素光栅，从所述菲涅尔透镜阵列出射形成的空间周期性分布的光场传播到液晶面板的子像素光栅上，形成彩色画面，出射光场分布具有空间周期性。

优选地，还包括支撑导光层，所述支撑导光层包括一有机玻璃薄板，所述有机玻璃薄板附着于所述亮面偏振片的出光面，所述导光层用于调整该导光层所在的局域位置的光场分布，其中，所述具有空间周期性分布的光场经过所述导光层后，形成空间非周期性分布的光场。

优选地，还包括一防窥膜，所述防窥膜的一侧面通过胶黏剂附着于所述支撑导光板的出光面，另外一侧面为亮面，当空间非周期性分布的光线到所述防窥膜时，若所述空间非周期性光线的出射角大于所述防窥膜的可视角度，该光线无法通过；若所述空间非周期性光线的出射角小于防窥膜可视角度时，该光线通过所述光学膜层；所述防窥膜的可视角度可根据实际裸眼3d显示系统最佳观看视角来设计。

优选地，可以单独或者同时使用亮面防窥膜和亮面偏振片。

此外，本发明还提供了一种裸眼3d显示方法，包括以下步骤：

点亮背光源的至少一发光单元，所述发光单元向各个方向发射光线；

所述发光单元发出的光线经菲涅尔透镜阵列折射后，在所述菲涅尔透镜阵列的出射面形成具有空间周期性分布的光场；

所述具有空间周期性光场传播到液晶面板的子像素光栅后，形成彩色画面；

所述液晶面板出射的空间周期性光场通过一亮面偏振片或者亮面保护膜，从所述亮面偏振片或者亮面保护膜出射的光场具有空间周期性，其中，所述亮面偏振片的偏振方向与所述液晶面板偏振方向一致，所述亮面偏振片通过胶黏剂黏贴在所述液晶面板的出光面上，并且所述液晶面板的出光面的磨砂结构被所述黏贴胶填充覆盖；

通过导光层调整该导光层所在的局域位置的光场分布，其中，所述具有空间周期性的光场经过所述导光层后，形成空间非周期性分布的光场；

从所述导光层射出的光线到达防窥膜时，若所述光线的出射角大于所述防窥膜的可视角度，该光线无法通过；若光线的出射角小于防窥膜可视角度时，该光线通过所述防窥膜；

从所述防窥膜射出的光线在可视区域形成3d图像。

相较于现有技术，本发明提供的裸眼3d显示系统和显示方法通过保护膜的填充层填充液晶面板的表面的磨砂结构或者直接用亮面偏振片替代液晶面板的磨砂偏振片，使得从液晶面板射出的光场不会往各个方向散射，光场直接从液晶面板的射出，因此可以降低裸眼3d的显示系统的信号串扰率，提高了观看效果。

进一步，本发明提供的裸眼3d显示系统和方法还设置有防窥膜，从所述导光层射出的光线到达防窥膜时，若所述光线的出射角大于所述防窥膜的可视角度，该光线无法通过；若光线的出射角小于防窥膜可视角度时，该光线通过所述防窥膜。所以观看者只能在视区的范围内观看3d影像。另外所述防窥膜的可视角度可根据实际裸眼3d显示系统最佳观看视角来设计，从而达到视角可控的目的，淡化非可观看区域的视觉暗纹现象，排除非甜点观看区域观众的不良体验，进一步提高了观看体验。而且，因为支撑导光层调整了光场分布的空间周期性，所以防窥膜表面不会产生明显的摩尔条纹。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的裸眼3d显示系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的裸眼3d显示系统的弧形背光源led排列示意图

图3是本发明实施例提供的裸眼3d显示系统的防窥膜的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的裸眼3d显示系统的防窥膜可视角度设计示意图；

图5是本发明实施例提供的裸眼3d显示系统的液晶面板的结构示意图；

图6时本发明实施例提供的裸眼3d显示方法的流程图。

图中：

1：背光源；2：菲涅尔透镜阵列；3：液晶面板；31：下偏振片；32：第一玻璃基板；33：液晶层；34：第二玻璃基板；35：彩色滤光片；36：上偏振片；4：亮面偏振片(或亮面保护膜)；5：支撑导光层；6：亮面防窥膜；61：镜面防刮层；62：pc层；63：百叶窗膜层；64：胶粘层；65：pet层；a：可视角度；7,8：虚拟接收器；9：可视区域。

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。

在本发明的各实施例中，为了便于描述而非限制本发明，本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的术语"连接"并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。"上"、"下"、"下"、"左"、"右"等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

图1是本发明实施例提供的裸眼3d显示系统的结构示意图。如图1所示，该裸眼3d显示系统包括沿光传播方向依次设置的背光源1、菲涅尔透镜阵列2和液晶面板3，所述背光源1发出的光线依次经过菲涅尔透镜阵列2和液晶面板3在可视区域形成观看图像。

所述液晶面板3的出光面还设有透明的填充层，所述填充层填充于所述液晶面板3的出光面的磨砂结构，使得光线直射出所述液晶面板3的出光面，光线不会往各个方向散射，从而射出的光线具有准确的方向，从而可以降低裸眼3d的显示系统的信号串扰率，提高了观看效果。

在图1示出的实施方式中，该裸眼3d显示系统还包括亮面偏振片4，本实施方式中，所述亮面偏振片4为24英寸表面亮面的亮面偏振片。所述填充层为胶黏剂，清理走液晶面板自带的磨砂结构偏振片后，将所述亮面偏振片4通过所述胶黏剂附着于所述液晶面板的出光面，并且，所述亮面偏振片4的偏振方向与所述原磨砂偏振片的偏振方向相同光场方向不会因磨砂结构而发生不确定的改变，空间周期性分布的光场直接通过亮面偏振片4，从而使得光场具有确定的方向。

在另一实施方式中，图1示出的实施方式中的结构4可以是亮面透明保护膜，此时该裸眼3d显示系统还包括亮面保护膜，此实施方式无需清理液晶面板自带的偏振片。所述填充层为胶黏剂，所述亮面保护膜通过所述胶黏剂附着于所述液晶面板3的出光面。由于亮面保护膜黏贴在液晶面板3出射面上，液晶面板3表面的磨砂结构(散射层)被黏贴胶填充覆盖，场不会往各个方向散射，具有空间周期性的光场在保护膜表面不会发生散射。

所述背光源1设置在菲涅尔透镜阵列2的入射面一侧，背光源1为一块弧形结构的交错排布led发光单元阵列。如图2所示，从纵向方面看，led灯每四行周期排列；一个周期中，每行依次错开相同的长度，图中led的数目不代表真实背光源中的数目。

所述菲涅尔透镜阵列2包括若干相互拼接的菲涅尔透镜单元，所述菲涅尔透镜单元聚焦所述发光单元发射的光场，形成具有周期性分布的光场。

本实施方式中，该裸眼3d显示系统还包括支撑导光层5，所述支撑导光层5包括一有机玻璃薄板，所述有机玻璃薄板附着于所述亮面偏振片4(或者亮面保护膜)的出光面。所述支撑导光层调整该导光层所在的局域位置的光场分布，其中，所述具有空间周期性的光场经过所述导光层后，形成空间非周期性分布的光场，并且不改变光场的方向；支撑导光层5的加入是为了破坏光场的空间周期性，大大减弱了光场在防窥膜6上形成的摩尔条纹。

图3是本发明实施例提供的裸眼3d显示系统的防窥膜6的结构示意图。如图3所示，本实施方式中，该裸眼3d显示系统还包括防窥膜6。防窥膜6的原理是基于超微细百叶窗光学技术，在可视区域之外只能看到漆黑画面，可视区域大小取决于防窥膜6的材料。可视角度为距离屏幕最左侧(右侧)刚好不能看到屏幕内容的角度。通常防窥膜是一面亮面、一面磨砂散射结构(散射层)的，这样的结构对于裸眼3d显示系统来说也会产生一定的串扰，影响观看效果。如果是两面都为亮面的防窥膜，由于没有散射结构，会在膜表面会产生摩尔条纹，可用有机玻璃薄板来打破入射到防窥膜的光场的空间周期性分布，以减弱摩尔条纹，所以观看者只能在图1上的可视区9范围内观看3d影像。因为大大地减弱了光的散射以及观看者只能在可视区域内观看，就达到了串扰率降低和视角可控的目的。据测试结果显示，该方法可将串扰率降低1％。

如图4所示，所述防窥膜的可视角度可根据实际裸眼3d显示系统最佳观看视角来设计，根据实际显示系统的相关参数可知屏幕宽度的一半l，最佳观看距离d，以及边缘观看位置对应的角度α。

由rtδdbc，可求得：

根据δedc,

ce＝cd²+l²+2·cd·lcos(90°+α)

＝cd²+l²-2·cd·lsinα

再由余弦定理：

从而防窥膜的可视角度：

接着，如图3所示，可设计超细百叶窗的厚度n以及宽度m，使得；

便可设计出符合实际裸眼3d显示系统最佳观看视角的防窥膜。

防窥膜6可以是24英寸的一面覆胶一面光亮的防窥膜，所述防窥膜6的一侧面通过胶黏剂附着于所述支撑导光板的出光面，另外一侧面为亮面。如图3所示，防窥膜6包括依次排布的镜面防刮层61、pc层62、超细百叶窗膜层63、胶粘层64和pet层65，其中：镜面防刮层61：表面为光亮平面，有防晕防眩结构；pc层62：主要用于对超细百叶窗结构的保护和固定；细百叶窗膜层63：运用百叶窗原理，出射角大于防窥膜6可视角度时，光线无法通过，小于防窥膜6可视角度时，光线直接通过；胶黏层64用于超细百叶窗结构的固定；pet层65起到防刮作用，避免外界因素破坏超细百叶窗结构。由于超细百叶窗结构的存在，出射角大于防窥膜6可视角度的光线无法通过防窥膜6，小于防窥膜可视角度的光线可以直接通过，所以液晶面板3内的影像只能在可视区域之内观看，而在可视区域之外只能看到漆黑画面。

从所述导光层射出的光线到达防窥膜6时，若所述光线的出射角大于所述防窥膜6的可视角度，该光线无法通过；若光线的出射角小于防窥膜6的可视角度时，该光线通过所述防窥膜；并且在防窥膜6表面不会发生散射也不会产生明显的摩尔条纹。

图5是本发明实施例提供的裸眼3d显示系统的液晶面板3的结构示意图。如图5所示，所述液晶面板3包括若干子像素光栅，从所述菲涅尔透镜阵列2出射的具有空间周期性的光场传播到液晶面板3的子像素光栅上，被分成不同颜色，出射光场仍为具有空间周期性。

如图5所示，一种液晶面板3的基本结构，包括依次排布的下偏振片31、第一玻璃基板32、液晶层33、第二玻璃基板34、彩色滤光片35和上偏振片36，其中：

下偏振片31用于使入射光变为线偏振光，起到起偏器的作用；

玻璃基板用于包括第一玻璃基板32和第二玻璃基板34，两个玻璃基板之间充满液晶，起到固定液晶的作用，线偏振光可直接通过玻璃基板；

液晶层33用于在利用电场控制液晶分支的旋转，来改变光的偏振方向，不同的电场大小，光的偏振方向不同；

彩色滤光片35用于光打在彩色滤光片35的各个像素上显示出不同的颜色；

上偏光片36用于不同偏振方向的光通过偏振片有不同的光强损耗，一般上偏光片有如图5中的磨砂结构(散射层)，并且液晶面板3可以撕下这层上偏振片36。

液晶面板3的上偏振片36的磨砂结构(散射层)会对出射的光产生散射，从而对于3d显示系统来说会产生一定的串扰率。

在本实施方式中，当串扰率降低1％时可认为串扰率降低了。另外，考虑到装置结构体积等因素，支撑导光层5和亮面防窥膜6可以放在液晶面板3的左侧或右侧。考虑到裸眼3d显示装置本身视角的局限性，也可不放上防窥膜6。偏振片和防窥膜可以单独在装置上使用，也即是可贴上偏振片而不贴上防窥膜，也可贴上防窥膜而不贴上偏振片。

图6时本发明实施例提供的裸眼3d显示方法的流程图。如图4所示，该裸眼3d显示方法包括步骤s401～s407。

步骤s401：点亮背光源1的至少一发光单元，所述发光单元向各个方向发射光线；

步骤s402：所述菲涅尔透镜单元2聚焦所述发光单元发射的光场，形成具有周期性分布的光场；

步骤s403：所述具有空间周期性分布的光场经液晶面板3的子像素光栅后，形成彩色画面；

步骤s404：液晶面板3出射的光场通过一亮面偏振片，从所述亮面偏振片射出的出射光场仍然是具有空间周期性，其中，所述亮面偏振片的偏振方向与所述液晶面板3被清理的磨砂偏振片偏振方向一致，所述偏振片通过胶黏剂黏贴在所述液晶面板3的出光面上；此外，亮面偏振片可以用亮面保护膜替代，此时无需清理液晶面板原有的磨砂偏振片，所述液晶面板3的磨砂偏振片的磨砂结构被所述黏贴胶填充覆盖；两种方案的目的都是防止光场被原液晶面板上的磨砂偏振片散射。

步骤s405：通过支撑导光层调整该导光层所在的局域位置的光场分布，其中，所述具有空间周期性的光场经过所述导光层后，形成空间非周期性分布的光场，并且不改变光场的方向；

步骤s406：从所述导光层射出的光线到达防窥膜时，若所述光线的出射角大于所述防窥膜的可视角度，该光线无法通过；若光线的出射角小于防窥膜可视角度时，该光线通过所述防窥膜。

步骤s407：从所述防窥膜6射出的光线在可视区域形成3d图像。本实施方式中，可以虚拟接收器7和虚拟接收器8收集光线，此时降低了串扰率以及控制了视角。

本实施方式相较于现有技术，本发明提供的裸眼3d显示系统和显示方法通过保护膜的填充层填充液晶面板的表面的磨砂结构或者直接用亮面偏振片替代液晶面板的磨砂偏振片，使得从液晶面板射出的光场不会往各个方向散射，光场直接从液晶面板的射出，从而可以降低裸眼3d的显示系统的信号串扰率，提高了观看效果。

进一步，本发明提供的裸眼3d显示系统和方法还设置有防窥膜，从所述导光层射出的光线到达防窥膜时，若所述光线的出射角大于所述防窥膜的可视角度，该光线无法通过；若光线的出射角小于防窥膜可视角度时，该光线通过所述防窥膜。所以观看者只能在视区的范围内观看3d影像。另外所述防窥膜的可视角度可根据实际裸眼3d显示系统最佳观看视角来设计，从而达到视角可控的目的，淡化非可观看区域的视觉暗纹现象，排除非甜点观看区域观众的不良体验，进一步提高了观看体验。而且，因为支撑导光层调整了光场分布的空间周期性，所以防窥膜表面不会产生明显的摩尔条纹。在本发明所提供的几个具体实施方式中，应该理解到，所揭露的连接方式和结构，可以通过其它的方式实现。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。