3D显示装置及显示系统的制作方法

3d显示装置及显示系统
技术领域
1.本技术涉及显示技术领域，特别是涉及一种3d显示装置及显示系统。


背景技术：

2.随着裸眼3d技术的不断进步，平板、手机、笔记本等多种三维显示终端已成熟，并引领电子设备产业加快向裸眼3d显示方向发展。3d显示终端市场规模巨大，引领全新视觉体验。
3.裸眼3d技术主要通过空间复用的方法，在屏幕前形成两个以上的一系列视区，为观看者两眼提供不同的图像。当观看者在预定的位置上观察屏幕时，左眼图像进入左眼，右眼图像进入右眼，从而产生双目视差，产生立体感，实现裸眼3d显示效果。
4.裸眼3d显示的分辨率以及视角是决定其3d显示效果的重要因素。对裸眼3d显示的分辨率和视角的提升研究是促进裸眼3d显示技术发展与进步的关键。


技术实现要素：

5.本技术实施例的目的在于提供一种3d显示装置及显示系统，以利于提高裸眼3d显示的分辨率和视角。具体技术方案如下：
6.本技术第一方面的实施例提出一种3d显示装置，包括：
7.背光模组，所述背光模组配置为交替发出多个具有不同方向角的平行光束；
8.透镜阵列，设置在所述背光模组的出光侧，所述透镜阵列包括多个透镜元，任意相邻两个所述透镜元紧贴，所述透镜阵列配置为将多个所述平行光束汇聚为多个点光源，其中，任意相邻两个所述透镜元将每个所述平行光束汇聚为一个点光源；以及
9.显示面板，所述显示面板配置为交替显示左眼图像信息以及右眼图像信息。
10.本技术实施例对透镜阵列200进行了改进设计。裸眼3d显示的视角θ与所使用透镜阵列的节距p有关，增加透镜阵列的节距p，有利于提高裸眼3d显示的视角θ。本技术中，任意相邻两个透镜元可以将一个平行光束汇聚为一个点光源。也就是说，任意相邻两个透镜元为一个透镜组合，对光线起汇聚作用。此时，两个透镜元所形成的等效节距为2p，也即透镜阵列的等效节距为2p，变为原来的2倍。经过透镜阵列后，本技术的裸眼3d视角会增大。这样，有利于提高人眼的视觉体验。进一步地，任意相邻两个透镜元可以为一个透镜组合，也就是说，相比于相关技术中一个光束经过一个透镜元形成一个虚拟点光源的方案，本技术中，一个光束可以经过由任意相邻两个透镜元所形成的多个透镜组合而形成多个虚拟点光源，且点光源的数量多于相关技术中的点光源数量，从而有利于提高分辨率，进而利于提高3d影像显示的精细程度以及显示效果。
11.根据本技术实施例的3d显示装置，还可具有如下附加的技术特征：
12.在本技术的一些实施例中，所述透镜阵列还包括衬底基板，所述透镜元为圆形，多个所述透镜元设置在所述衬底基板上，多个所述透镜元按照矩形或三角形阵列排布。
13.在本技术的一些实施例中，所述背光模组包括多行发光单元以及设置在所述发光
单元与所述透镜阵列之间的菲涅尔透镜层，每行所述发光单元包括多个间隔排列的发光体，所述发光单元交替发光，所述菲涅尔透镜层配置为将所述发光单元发出的光线转化为多个具有不同发光角的平行光束。
14.在本技术的一些实施例中，所述3d显示装置还包括控制器，所述控制器配置为控制所述背光模组交替发出多个第一平行光束以及多个第二平行光束，所述第一平行光束配置为通过所述透镜阵列形成用于显示所述左眼图像信息的多个所述点光源，所述第二平行光束配置为通过所述透镜阵列形成用于显示所述右眼图像信息的多个所述点光源。
15.在本技术的一些实施例中，所述显示面板交替显示的频率与所述背光模组交替发光的频率一致。
16.在本技术的一些实施例中，所述显示面板交替显示的频率与所述背光模组交替发光的频率大于等于120hz。
17.本技术第二方面的实施例提出了一种显示系统，包括第一方面所述的3d显示装置。
18.根据本技术实施例的显示系统，还可具有如下附加的技术特征：
19.在本技术的一些实施例中，所述显示系统还包括计算机，所述计算机包括时间同步器，所述时间同步器配置为在同一时刻所述背光模组发出第一平行光束，所述显示面板显示所述左眼图像信息；所述时间同步器还配置为在同一时刻所述背光模组发出第二平行光束，所述显示面板显示所述右眼图像信息。
20.在本技术的一些实施例中，所述计算机还包括图像处理器，所述图像处理器与所述显示面板连接，以使所述显示面板交替显示所述左眼图像信息以及所述右眼图像信息。
21.在本技术的一些实施例中，所述显示系统还包括全息功能屏，所述全息功能屏设置在所述显示面板背离所述背光模组的一侧，所述全息功能屏配置为对所述点光源所形成的视角进行扩散，扩散角γ满足下述公式：
[0022][0023]
其中，h为所述全息功能屏与所述点光源的距离；p为所述透镜元的节距；β为所述点光源的视角。
[0024]
当然，实施本技术的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
[0025]
为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的实施例。
[0026]
图1为本技术实施例的3d显示装置的结构示意图；
[0027]
图2为本技术实施例的透镜阵列的结构示意图；
[0028]
图3为本技术实施例的另一种透镜阵列的结构示意图；
[0029]
图4为本技术实施例的又一种透镜阵列的结构示意图；
[0030]
图5为本技术实施例的背光模组的发光单元的平面示意图；
[0031]
图6为本技术实施例的显示系统的结构示意图；
[0032]
图7为本技术实施例的全息功能屏的扩散角示意图。
具体实施方式
[0033]
下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员基于本技术所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0034]
现有的裸眼3d显示技术主要分为光屏障式技术、柱状透镜技术以及定向背光3d技术三类。光屏障式技术的原理为：使用一个开关液晶屏、偏振膜和高分子液晶层，利用液晶层和偏振膜制造出垂直条纹，形成视差障壁，在立体显示模式下，左眼图像显示时，不透明的条纹会遮挡右眼，通过将左眼和右眼的可视图像分开，使观者看到3d影像。这种技术的优点是成本低，但屏幕亮度也低。柱状透镜技术的原理为：液晶屏的像平面位于透镜的焦平面上，每个柱透镜下面的图像像素被分成几个子像素，这样透镜就能以不同的方向投影每个子像素，双眼从不同的角度观看显示屏，就看到不同的子像素，使观者看到3d影像。柱状透镜技术不会像光屏障式那样影响屏幕亮度，所以显示效果较好，但屏幕分辨率下降严重。定向背光3d技术的原理为：采用分时显示的背光源，配合高刷新率面板，让左眼和右眼图像以排序方式进入观看者的左眼和右眼，从而使观看者的左眼和右眼接受到不同的图像内容，以实现3d显示。
[0035]
裸眼3d显示的视角和分辨率是提升显示清晰的重要因素。视角较小，不利于实现大尺寸的3d显示，从而导致观看自由度受限，影响视觉体验。分辨率为视点光线汇聚形成的二次光源数量，表征3d影像显示的精细程度，是提升显示清晰的重要因素。分辨率较低，会降低3d数据可视化的精确度和有效性。
[0036]
基于上述问题，本技术第一方面的实施例提出了一种3d显示装置10，以利于提高裸眼3d显示的分辨率和视角。如图1所示，根据本技术实施例的3d显示装置10包括背光模组100、透镜阵列200以及显示面板300。背光模组100配置为交替发出多个具有不同方向角的平行光束。透镜阵列200设置在背光模组100的出光侧。透镜阵列200包括多个透镜元210，任意相邻两个透镜元210紧贴。透镜阵列200配置为将多个平行光束汇聚为多个点光源401。其中，任意相邻两个透镜元210将每个平行光束汇聚为一个点光源401。显示面板300配置为交替显示左眼图像信息以及右眼图像信息。
[0037]
本技术中，背光模组100用于提供背光源。具体地，背光模组100配置为交替发出多个具有不同方向角的平行光束。其中，交替是指背光模组100每次发出的平行光束的数量可以相同，也可以不同。并且，每次发出的平行光束的方向角可以相同，也可以不同。也就是说，本技术中的背光模组100可以按照时间顺序交替发光，而不是常亮式背光模组。
[0038]
显示面板300用于提供显示画面，显示面板300可以是液晶显示面板。显示面板300配置为交替显示左眼图像信息以及右眼图像信息。也就是说，显示面板300以两次为一个显示周期，第一次显示左眼图像信息，第二次显示右眼图像信息。这样，通过时间分割方式使
人的左右眼分别看到两幅相对应的图像，经过大脑对这些图像进行综合处理，实现裸眼3d图像显示。
[0039]
本技术实施例具体对透镜阵列200进行了改进设计。透镜阵列200配置为将多个平行光束汇聚为多个点光源401。点光源401是指平行光束经过透镜的汇聚作用所形成的多个虚拟光点。透镜元210是指透镜阵列200中的单个子透镜。如图2所示，为透镜阵列200的其中一种结构示意图。任意相邻两个透镜元210相切，以使二者紧密贴合，从而有利于使更多的光线经过透镜阵列200的调制，进而利于提高光线的利用率。裸眼3d显示的视角θ与所使用透镜阵列的节距有关，相关公式为：
[0040][0041]
其中，如图1所示，f为透镜阵列中透镜元的焦距，p为透镜阵列200的节距。透镜阵列200的节距p是指单个透镜元210的宽度。由上述公式可知，增加透镜阵列200的节距，有利于提高裸眼3d显示的视角θ。本技术中，任意相邻两个透镜元210可以将一个平行光束汇聚为一个点光源。也就是说，任意相邻两个透镜元210为一个透镜组合，对光线起汇聚作用。此时，两个透镜元210所形成的等效节距为2p，也即透镜阵列200的等效节距为2p，变为原来的2倍。经过透镜阵列200后，本技术的裸眼3d显示的视角增大为：这样，有利于提高人眼的视觉体验。进一步地，任意相邻两个透镜元210可以为一个透镜组合，也就是说，相比于相关技术中一个光束经过一个透镜元210形成一个虚拟点光源的方案，本技术中，一个光束可以经过由任意相邻两个透镜元210所形成的多个透镜组合而形成多个虚拟点光源，且点光源的数量多于相关技术中的点光源数量，从而有利于提高分辨率，进而利于提高3d影像显示的精细程度以及显示效果。
[0042]
例如，在一个具体的实施例中，如图2所示，透镜阵列200包括4
×
4个透镜元210，每相邻两个透镜元210为一个透镜组合。在水平方向上，每一行可以形成3个透镜组合。一共四行，可以形成12个透镜组合。在竖直方向上，每一列可以形成3个透镜组合。一共四列，可以形成12个透镜组合，则一共可以形成24个点光源。由此可见，采用本技术实施例的透镜阵列200，所形成的点光源的数量较多，从而有利于提高分辨率，进而还利于提高3d影像显示的精细程度以及显示效果。
[0043]
在本技术的一些实施例中，如图2所示，透镜阵列200还包括衬底基板220，透镜元210为圆形，多个透镜元210设置在衬底基板220上。衬底基板220可以由透明玻璃材质制成。这样，有利于提高光线的透过率。圆形透镜元210有利于方便加工，光学参数容易控制，进而还便于对光线的调制。
[0044]
多个透镜元210可以在衬底基板220上按照一定的规律进行排布。例如图2和图3所示，在一些实施例中，多个透镜元210呈矩形或者三角形阵列排布。这样设置，有利于使光束经过透镜阵列200后也形成具有规律排布的点光源阵列，从而有利于方便对透镜阵列200进行光学设计。在其他一些实施例中，多个透镜元210也可以按照其它形状进行排布。例如，如图4所示，多个透镜元210按照大致椭圆形状排布，任意相邻两个透镜元之间也为相切关系。这样设置，有利于提高透镜元210排布的多样性。当然，多个透镜元210的排布形状不限于上述三种，本领域技术人员可根据具体的光线调制状况灵活设计。
[0045]
在本技术的一些实施例中，如图1和图5所示，背光模组100包括多行发光单元110以及设置在发光单元110与透镜阵列200之间的菲涅尔透镜层120，每行发光单元110包括多个间隔排列的发光体111，发光单元110交替发光，菲涅尔透镜层120配置为将发光单元110发出的光线转化为多个具有不同发光角的平行光束。
[0046]
本实施例中，发光单元110为条状，具体包括多个间隔排列的发光体111。发光体111可以是led、miniled、microled等。发光单元110具有多行，从而实现发光单元110的交替发光。例如，共4行发光单元110，第一次前两行发光单元110发光，第二次后两行发光单元110发光。如图5所示，在一些实施例中，各行发光单元110的间距为d，各个发光体111的间距也为d，发光单元110的行数与每行发光体111的个数相等。也即，多个发光体111按照间隔距离d的矩形阵列排布。这样，有利于提高光线的发散角以及均一性。菲涅尔透镜层120是一种准直透镜，用于将发光体111发出的光线变为平行光束。如图1所示，菲涅尔透镜层120的焦距为f。菲涅尔透镜层120由聚烯烃材料注压而成或者玻璃材料制成，通常包括多个同心圆结构的锯齿。菲涅尔透镜层120可以是圆形、方形等形状，本技术不作限制。在一些实施例中，为了抑制从发光单元110发出的杂散光，菲涅尔透镜层120的锯齿的垂直于出光面的齿面涂覆有黑色涂料，从而有利于提高背光效果。
[0047]
在本技术的一些实施例中，如图5所示，3d显示装置还包括控制器500，控制器500配置为控制背光模组100交替发出多个第一平行光束以及多个第二平行光束，第一平行光束配置为通过透镜阵列200形成用于显示左眼图像信息的多个点光源401，第二平行光束配置为通过透镜阵列200形成用于显示右眼图像信息的多个点光源401。
[0048]
控制器500用于实现背光模组100的分时发光。以两次为一个周期，第一次控制背光模组100的其中一部分的发光单元110发光，然后经过菲涅尔透镜层120的调制后形成多个第一平行光束，多个第一平行光束的方向角不相同。此时，多个第一平行光束经过透镜阵列200后，可以形成多个用于显示左眼图像信息的点光源401。
[0049]
第二次控制背光模组100的其中一部分的发光单元110发光，然后经过菲涅尔透镜层120的调制后形成多个第二平行光束，多个第二平行光束的方向角也不相同。此时，多个第二平行光束经过透镜阵列200后可以形成多个用于显示右眼图像信息的点光源401。由此，本技术可以实现分时提供第一平行光束和第二平行光束，同时与显示面板的不同视角的图像信息相配合，从而实现高分辨率、大视角的裸眼3d显示。
[0050]
在本技术的一些实施例中，显示面板300交替显示的频率与背光模组100交替发光的频率一致。也即，在相同时间内，显示面板300分别显示左眼图像信息和右眼图像信息的次数与背光模组分别发出第一平行光束和第二平行光束的次数一一对应。这样，有利于使背光模组背光模组100的背光源与图像信息相匹配，进而利于提高显示效果。同时，还有利于降低图像串扰状况发生的概率。
[0051]
进一步地，显示面板300交替显示的频率与背光模组100交替发光的频率大于等于120hz。也就是说，本实施例中，每秒钟显示面板300交替显示至少60次左眼图像信息和至少60次右眼图像信息。每秒钟背光模组100交替发出至少60次第一平行光束和至少60次第二平行光束。频率大小会影响到最终合成的3d图像的流畅度和显示效果。由于背光模组100和显示面板300每次显示一种背光以及一种图像信息，因此，每两次为一个周期，才能合成一次立体图像。若交替的频率过低，则最终形成的立体图像的流畅度会受到影响。另外，人眼
还可能无法通过视觉暂留效应将两幅不同视差的图像合成为3d立体图像。因此，本实施例有利于提高最终呈现的立体图像的流畅度，最大化利用人眼的视觉暂留效应，进而利于提高显示效果。
[0052]
如图6所示，本技术第二方面的实施例提出一种显示系统1，包括第一方面所述的3d显示装置10。
[0053]
本技术实施例对透镜阵列200进行了改进设计。裸眼3d显示的视角θ与所使用透镜阵列的节距有关，增加透镜阵列200的节距，有利于提高裸眼3d显示的视角θ。本技术中，任意相邻两个透镜元210可以将一个平行光束汇聚为一个点光源。也就是说，任意相邻两个透镜元210为一个透镜组合，对光线起汇聚作用。此时，两个透镜元210所形成的等效节距为2p，也即透镜阵列200的等效节距为2p，变为原来的2倍。经过透镜阵列200后，本技术的裸眼3d视角会增大。这样，有利于提高人眼的视觉体验。进一步地，任意相邻两个透镜元210可以为一个透镜组合，也就是说，相比于相关技术中一个光束经过一个透镜元210形成一个虚拟点光源的方案，本技术中，一个光束可以经过由任意相邻两个透镜元210所形成的多个透镜组合而形成多个虚拟点光源，且点光源的数量多于相关技术中的点光源数量，从而有利于提高分辨率，进而利于提高3d影像显示的精细程度以及显示效果。
[0054]
在本技术的一些实施例中，如图6所示，显示系统1还包括计算机600，计算机600包括时间同步器610，时间同步器610配置为在同一时刻背光模组100发出第一平行光束，显示面板300显示左眼图像信息；时间同步器610还配置为在同一时刻背光模组100发出第二平行光束，显示面板300显示右眼图像信息。计算机600用于协调同一时刻背光模组100中点亮的发光单元110与显示面板300显示的图像信息二者的对应关系。具体地，计算机搭建了时间同步器610，从而可以同步背光模组100中的发光单元110的点亮时刻和对应基元图像加载在显示面板300上的时刻。第一平行光束用于显示左眼图像信息，二者在同一时刻响应。第二平行光束用于显示右眼图像信息，二者在另一相同时刻响应。背光模组100所需要点亮的发光单元110的个数和位置根据液晶显示面板300的左眼图像信息和右眼图像信息时刻变化，且为一一对应关系。这样，一方面有利于减少背光模组100的功耗，另一方面有利于使显示面板300的图像的亮态区域和暗态区域区别更加明显，进而利于提高显示系统的对比度。
[0055]
在本技术的一些实施例中，如图6所示，计算机600还包括图像处理器620，图像处理器620与显示面板300连接，以使显示面板300交替显示左眼图像信息以及右眼图像信息。图像处理器620用于对图像信息进行处理，再传输至显示面板300，进而实现显示面板300交替显示不同视差的图像信息。图像处理器620可以包括nvidia fx 5200图形卡、nvidia geforce 9750gtx图形卡、nvidia quadro fx 1400图形卡等。
[0056]
在本技术的一些实施例中，显示系统1还包括全息功能屏700，全息功能屏700设置在显示面板300背离背光模组100的一侧，全息功能屏700配置为对点光源401所形成的视角进行扩散，扩散角γ满足下述公式：
[0057][0058]
其中，h为全息功能屏与点光源401的距离；p为透镜元210的节距；β为点光源的视
角。
[0059]
全息功能屏700的作用是对光场波进行再调制，能还原出视野盲区位置处的光场信息，消除多个点光源所形成的视野盲区。点光源发出的光线在水平方向和垂直方向是对称的，所以全息功能屏700具有各向同性的扩散角。如图7所示，全息功能屏700的扩散角为γ，全息功能屏到点光源的距离为h，β为经过透镜阵列200扩散后点光源的视角。光线经过全息功能屏700后，再次进行了扩散，产生了扩散角γ，从而使得光线的视角进一步增加。这样，有利于进一步提高观看效果，实现大尺寸、广视角的视觉体验。
[0060]
需要指出的是，在附图中，为了图示的清晰可能夸大了层和区域的尺寸。而且可以理解，当元件或层被称为在另一元件或层“上”时，它可以直接在其他元件上，或者可以存在中间的层。另外，可以理解，当元件或层被称为在另一元件或层“下”时，它可以直接在其他元件下，或者可以存在一个以上的中间的层或元件。另外，还可以理解，当层或元件被称为在两层或两个元件“之间”时，它可以为两层或两个元件之间唯一的层，或还可以存在一个以上的中间层或元件。通篇相似的参考标记指示相似的元件。
[0061]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0062]
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
[0063]
以上所述仅为本技术的较佳实施例，并非用于限定本技术的保护范围。凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本技术的保护范围内。