本發(fā)明涉及顯示技術領域，尤其涉及一種顯示裝置及圖像顯示方法。

背景技術：

隨著技術的進步，圖像顯示已經不再局限于二維空間(2D)的屏幕平面中，三維空間(3D)的畫面顯示越來越多的應用于人們的日常工作、學習和娛樂等方面。

在真實世界中，如圖1a所示，正常的人眼觀看物體O時，雙眼的視線匯聚距離L與單眼的聚焦距離L’相等，即聚焦位置都處在所觀察的物體O上。然而，在當前的視差3D世界中，如圖1b所示，由于屏幕僅提供了所觀察光場的雙眼視差畫面，而并未提供單眼聚焦所需要的相應的光線方向信息，使得單眼的聚焦位置一直處在屏幕上，而雙眼由于視差匯聚至屏幕以外的虛擬物體上，即在視差3D世界中，雙眼的視線匯聚距離L與單眼的聚焦距離L’不相等，進而造成人眼在觀看3D畫面時感到眩暈和不適。

技術實現要素：

本發(fā)明的實施例提供一種顯示裝置及圖像顯示方法，該顯示裝置能夠對單眼聚焦距離與雙眼視線匯聚距離一致提供硬件支持。

為達到上述目的，本發(fā)明的實施例采用如下技術方案：

本發(fā)明實施例一方面提供一種顯示裝置，包括依次設置的背光模組、顯示模組、光指向部件；所述背光模組用于周期性地依次發(fā)出S個不同方向的準直光線，所述不同方向的準直光線穿過所述顯示模組到達所述光指向部件，其中，S≥2；所述光指向部件用于將入射的相同方向的準直光線匯聚至同一個預設視點，入射的不同方向的準直光線匯聚至不同預設視點；其中，S個預設視點中屬于同一眼球的各所述預設視點構成一個視點組，所述視點組包括至少兩個預設視點，不同的所述視點組位于不同的眼球。

進一步的，一個所述視點組對應的不同方向的準直光線之間的最大夾角小于或等于1°。

進一步的，所述背光模組包括光柵波導耦合結構，所述光柵波導耦合結構包括波導層、設置于所述波導層上表面的光柵結構，以及位于所述波導層上方的上介質層和下方的下介質層，且所述上介質層和所述下介質層的折射率小于所述波導層的折射率；所述背光模組還包括設置于所述波導層側面的至少一個準直背光源，各準直背光源構成的整體用于發(fā)出至少兩個不同方向的準直光線。

進一步的，所述背光模組包括多個具有單一出光方向的準直背光源，所述多個準直背光源中的至少兩個出光方向不同。

進一步的，所述波導層為矩形，所述背光模組包括的具有單一出光方向的準直背光源分布在所述波導層至少一組相對的兩個側面。

進一步的，所述背光模組包括具有至少兩個出光方向的準直背光源。

進一步的，所述波導層為矩形，所述背光模組包括的具有至少兩個出光方向的準直背光源分布在所述波導層的一個側面。

進一步的，所述上介質層為光學膠，所述下介質層為透明有機材料。

進一步的，在所述顯示模組包括第一亞像素單元、第二亞像素單元、第三亞像素單元，所述背光模組包括層疊設置的第一光柵波導耦合結構、第二光柵波導耦合結構、第三光柵波導耦合結構；所述第一光柵波導耦合結構的光柵結構與所述第一亞像素單元相對設置，所述第二光柵波導耦合結構的光柵結構與所述第二亞像素單元相對設置，所述第三光柵波導耦合結構的光柵結構與所述第三亞像素單元相對設置；其中，位于所述第一光柵波導耦合結構側面的準直背光源、位于所述第二光柵波導耦合結構側面的準直背光源、以及位于所述第三光柵波導耦合結構側面的準直背光源用于發(fā)出的不同原色的光線。

進一步的，所述下介質層的厚度為10μm～100μm。

進一步的，所述背光模組為直下式背光模組，所述直下式背光模組用于發(fā)出至少兩個不同方向的準直光線。

進一步的，所述光指向部件為一個透鏡，或者微透鏡陣列，或者透射光柵。

本發(fā)明實施例另一方面還提供一種應用于上述任一種顯示裝置的圖像顯示方法，包括控制背光模組周期性地依次發(fā)出S個不同方向的準直光線；在所述背光模組發(fā)出任一方向的準直光線時，向顯示模組輸入該方向的準直光線所匯聚至的預設視點對應的一幀渲染圖像，以便該光場三維顯示裝置顯示該幀渲染圖像。

本發(fā)明實施例提供一種顯示裝置及圖像顯示方法，該顯示裝置包括依次設置的背光模組、顯示模組、光指向部件，該背光模組用于周期性地依次發(fā)出S個不同方向的準直光線，不同方向的準直光線穿過顯示模組到達光指向部件，其中，S≥2；光指向部件用于將入射的相同方向的準直光線匯聚至同一個預設視點，由于入射的S個不同方向的準直光線經過顯示模組和光指向部件匯聚至S個不同的預設視點，并且S個預設視點中屬于同一眼球的各預設視點構成一個視點組，不同的視點組位于不同的眼球，這樣一來，當顯示模組在針對S個不同的預設視點顯示S個渲染畫面時，位于一個眼球中的視點組中的至少兩個預設視點至少可以獲取兩個渲染畫面，從而使得一個眼球即可獲取具有三維效果的渲染圖像，并且在上述顯示模組顯示合適的S個渲染畫面的情況下，能夠使得單個眼球對通過該眼球中的視點組所獲取的渲染圖像的聚焦距離，與兩個眼球分別通過對應眼球中的視點組獲取具有三維效果的渲染圖像時的視線匯聚距離一致，從而解決視差3D技術中的眩暈問題，即該顯示裝置能夠對單眼聚焦距離與雙眼視線匯聚距離一致提供硬件支持。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1a為真實世界中人眼觀看圖像的光路示意圖；

圖1b為現有技術提供一種3D世界中人眼觀看圖像的光路示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的一種光場三維顯示裝置的光路示意圖；

圖3a為本發(fā)明實施例提供的一種光場三維顯示裝置結構示意圖；

圖3b為本發(fā)明實施例提供的另一種光場三維顯示裝置結構示意圖；

圖3c為本發(fā)明實施例提供的另一種光場三維顯示裝置結構示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的一種光場三維顯示裝置光路示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例提供的一種透射光柵的光路示意圖；

圖6為本發(fā)明實施例提供的一種光柵波導耦合結構的結構示意圖；

圖7為本發(fā)明實施例提供的一種光柵波導耦合結構光學原理示意圖；

圖8為本發(fā)明實施例提供的一種光場三維顯示裝置的結構示意圖；

圖9為本發(fā)明實施例提供的一種光場三維顯示裝置的結構示意圖；

圖10為本發(fā)明實施例提供的另一種光場三維顯示裝置的結構示意圖；

圖11為本發(fā)明實施例提供的另一種光場三維顯示裝置的結構示意圖；

圖12為本發(fā)明實施例提供的另一種光場三維顯示裝置的結構示意圖；

圖13為本發(fā)明實施例提供的另一種光場三維顯示裝置的圖像顯示方法流程圖；

圖14為本發(fā)明實施例提供的一種三維物體的渲染方法的流程圖；

圖15為本發(fā)明實施例提供的一種三維物體的渲染方法的光路結構示意圖；

圖16為本發(fā)明實施例提供的一種光場三維顯示裝置的單眼成像光路示意圖；

圖17本發(fā)明實施例提供的一種光場三維顯示裝置的雙眼成像光路示意圖。

附圖標記

001-顯示裝置；100-背光模組；110-光柵波導耦合結構；1101-第一光柵波導耦合結構；1102-第二光柵波導耦合結構；1103-第三光柵波導耦合結構；111-波導層；112-光柵結構；113-上介質層；114-下介質層；120-準直背光源；200-顯示模組；201-偏光片；202-彩膜層；210-第一亞像素單元；220-第二亞像素單元；230-第三亞像素單元；300-光指向部件；310-透鏡；320-微透鏡陣列；330-透射光柵；01-虛擬三維物體；02-虛擬顯示屏。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明實施例提供一種顯示裝置，如圖2所示，該顯示裝置001包括依次設置的背光模組100、顯示模組200、光指向部件300。

其中，背光模組100用于周期性地依次發(fā)出S個不同方向的準直光線，S≥2(圖2僅是以S＝2為例進行舉例說明的)，不同方向的準直光線穿過顯示模組200到達光指向部件300。

光指向部件300用于將入射的相同方向的準直光線匯聚至同一個預設視點M_i(1≤i≤S)，入射的不同方向的準直光線匯聚至不同預設視點；其中，S個預設視點中屬于同一眼球的各預設視點構成一個視點組M，視點組M包括至少兩個預設視點，不同的視點組M位于不同的眼球。一般的，預設視點M_i(即人眼)到光場三維顯示裝置001的距離可以在1-30cm，，在實際的應用中，優(yōu)選的，將預設視點M_i設置在距離顯示裝置001的2cm～5cm的位置處。

本領域的技術人員應當理解到，上述S個預設視點中屬于同一眼球的各預設視點構成一個視點組M是指，S個預設視點中屬于同一眼球的瞳孔位置的各預設視點構成一個視點組M，以實現聚焦3D效果。

由于入射的S個不同方向的準直光線經過顯示模組和光指向部件匯聚至S個不同的預設視點，并且S個預設視點中屬于同一眼球的各預設視點構成一個視點組，不同的視點組位于不同的眼球，這樣一來，當顯示模組在針對S個不同的預設視點顯示S個渲染畫面時，位于一個眼球中的視點組中的至少兩個預設視點至少可以獲取兩個渲染畫面，從而使得一個眼球即可獲取具有三維效果的渲染圖像，并且在上述顯示模組顯示合適的S個渲染畫面的情況下，能夠使得單個眼球對通過該眼球中的視點組所獲取的渲染圖像的聚焦距離，與兩個眼球分別通過對應眼球中的視點組獲取具有三維效果的渲染圖像時的視線匯聚距離一致，從而解決視差3D技術中的眩暈問題，即該光場三維顯示裝置能夠對單眼聚焦距離與雙眼視線匯聚距離一致提供硬件支持。

本領域的技術人員應當理解到，當上述視點組M的個數為兩個時，如果該兩個視點組M分別對應一個人的兩個眼球上的視點組M，則該兩個視點組M的相對位置應該符合大部分人的兩個眼睛的相對位置；如果該兩個視點組M是不同人的眼球上的視點組M，則對該兩個視點組M的相對位置不做限定。另外，采用該方法得到的渲染圖像可以應用于虛擬現實顯示中，也可以應用于增強現實顯示中，本發(fā)明對此不作限定。

此處需要說明的是，采用上述顯示裝置即可以實現單眼的光場三維顯示，也可以實現雙眼的光場三維顯示。其中，對于單眼的光場三維顯示，可以直接在整個顯示模組200上，周期性顯示至少兩幀預設渲染圖像，通過光指向部件將該至少兩幀預設渲染圖像匯聚至一個眼睛的瞳孔，以實現通過單眼獲取的三維立體效果的圖像的目的。

對于雙眼的光場三維顯示，可以直接在整個顯示模組200上周期性顯示多幀預設渲染圖像，通過光指向部件將其中至少兩幀預設渲染圖像匯聚左眼的瞳孔，將其中至少兩幀預設渲染圖像匯聚右眼的瞳孔，以實現通過雙眼獲取的三維立體效果的圖像。當然也可以將左右眼對應的預設渲染圖像在顯示模組200上的不同區(qū)域進行顯示，并通過光指向部件對應左右眼的渲染圖像分別匯聚至左右眼，進行三維顯示。例如，可以將顯示模組200分為左顯示區(qū)域和右顯示區(qū)域，其中，左顯示區(qū)域對應顯示左眼的至少兩幀預設渲染圖像，并通過光指向部件將該至少預設渲染圖像匯聚至左眼的瞳孔；右顯示區(qū)域對應顯示右眼的至少兩幀預設渲染圖像，并通過光指向部件將該至少兩幀預設渲染圖像匯聚至右眼的瞳孔，以實現通過雙眼獲取的三維立體效果的圖像。

此處還需要說明的是，對于一個視點組M中多個預設視點M_i的排布方式不作限定，只要保證該多個預設視點M_i均位于同一個眼球上即可，即相鄰視點間之間的最大距離應小于或等于2.5mm。例如，當該視點組M包括兩個預設視點時，該兩個預設視點可以并列分布；又例如，當該視點組M包括三個預設視點時，該三個預設視點可以呈三角形分布；再例如，當該視點組M包括四個預設視點時，該四個預設視點可以成四邊形分布。

在此基礎上，如果一個視點組M對應的不同方向的準直光線之間的夾角大于1°，會使得該視點組M中的多個預設視點M_i不能落入一個眼球的瞳孔上，因此本發(fā)明優(yōu)選的，一個視點組M對應的不同方向的準直光線之間的最大夾角小于或等于1°，以保證該視點組M的多個預設視點M_i均位于一個眼球的瞳孔上。當然此處不同方向的準直光線之間的夾角是針對于眼球不動的情況下設定的，在實際的應用過程中眼球會在一定的范圍內移動，因此上述不同方向的準直光線之間的最大夾角可以適當的增大，但是對于落入單個瞳孔上的視點組M對應的不同方向的準直光線之間的最大夾角仍滿足小于或等于1°，以實現聚焦3D效果。

以下對上述光指向部件300的具體設置方式作進一步說明。

例如，如圖3a所示，該光指向部件300可以為覆蓋整個顯示模組的一個透鏡310，例如液晶透鏡，或者其他焦距可調的透鏡，本發(fā)明對此不作限定。

又例如，如圖3b所示，該光指向部件300可以為覆蓋整個顯示模組的微透鏡陣列320，其中該微透鏡陣列320中的單個透鏡可以與一個亞像素單元對應，也可以與兩個或者兩個以上的亞像素單元對應，只要能夠保證將從背光模組100發(fā)出，并經過顯示模組200的相同方向的準直光線匯聚至同一個預設視點M_i即可，本發(fā)明對此不作限定。

另外，對于該微透鏡陣列320可以采用玻璃材質或者透明樹脂材料構成，當然也可以采用光學薄膜制成，由于光學薄膜質地輕薄，并且對于組裝該光場三維顯示裝置時，可以直接進行整層的粘結，不易出現對位不準的現象，因此采用光學薄膜的微透鏡陣列320，能夠在降低組裝誤差，簡化制作工藝，并且符合光場三維顯示裝置的輕薄化的設計理念。

又例如，可以如圖3c所示，該光指向部件300可以為透射光柵330，該透射光柵330可以集成與顯示模組200中，也可以為單獨制作的薄膜層；由于單獨的透射光柵薄膜層質地輕薄，且不易出現對位不準的現象，從而能夠在降低組裝誤差，簡化制作工藝，并且符合光場三維顯示裝置的輕薄化的設計理念。

需要說明的是，上述光指向部件300可以位于顯示模組200的內部，也可以如圖3a中一個透鏡310、圖3b中微透鏡陣列320、圖3c中透射光柵330所示，位于顯示模組200的出光側，即外部，當然為了不影響顯示模組200的內部結構，優(yōu)選的將光指向部件300設置在顯示模組200的出光側。

另外，本領域的技術人員應該理解到，需要采用背光模組100的顯示裝置，一般可以為液晶顯示裝置(Liquid Crystal Display，LCD)，對于LCD而言，一般設置偏光片201，只有與該偏光片的透過軸平行的偏振光才能透過該偏光片201，以實現通過調整液晶分子兩側的電壓，來控制透過該偏光片201的出光亮，進而實現不同灰度的顯示。由于光指向部件300，例如透射光柵330，在一定程度上會使得透過該透射光柵330的光線的偏振方向發(fā)生偏移，因此，本發(fā)明優(yōu)選的，當偏光片和透光指向部件300均設置在顯示模組200的外部時，將透光指向部件300設置在偏光片201背離顯示模組200的一側；或者，將偏光片201設置在顯示模組200內部，將光指向部件300設置在顯示模組200外部，這樣一來，能夠使得光線經過偏光片201后，再入射至光指向部件300，從而避免因光線先經過光指向部件300而偏振方向發(fā)生偏移，再經過偏光片201，進而保證了該光場三維顯示裝置對灰度調整的準確性。

另外，本領域的技術人員還應當理解到，如圖3c所示，上述顯示模組200中一般包括彩膜層202以及與彩膜層202相對設置的薄膜晶體管層(Thin Film Transistor，TFT)，圖中未示出，顯示模組200中可以是彩膜層202靠近光指向部件300的一側，也可以是TFT層靠近光指向部件300的一側，本發(fā)明對此不作限定；然而由于上述光指向部件300在設置的過程中，需要與彩膜層202中對應的不同顏色的亞像素單元進行精準對位，因此本發(fā)明優(yōu)選的彩膜層202靠近光指向部件300的一側，以使得彩膜層202和光指向部件300的距離較近，進而提高光指向部件300與彩膜層202的對位精準性。

以下對上述透射光柵330原理以及設置方式做進一步的說明。

如圖4所示，以透射光柵330任意位置處A點的光線為例，預設視點M_i距離該透射光柵330距離為d，預設視點M_i距離瞳孔中心B的距離為L1，A點到瞳孔中心B與透射光柵330的垂線的距離為L2，則如圖4中，當預設視點M₁與A點位于人眼瞳孔中心P的同一側時，透射光柵330的衍射角θ＝arctan[(L2-L1)/d]；如圖4所示，當預設視點M₂與A點位于人眼瞳孔中心B的兩側時，透射光柵330的衍射角θ＝arctan[(L2+L1)/d]。

在此基礎上，透射光柵330的衍射角θ滿足以下公式：

sinθ＝sinθ₀+mλ/P

式中，θ₀為入射角，λ為入射波的波長，P為光柵周期；

由于入射角θ₀由背光模組100提供，入射波的波長λ均為已知值，則對于上述透射光柵330的m級衍射角θ僅有光柵周期P決定，其中m＝0,±1,±2…，即可以根據實際的需求通過調整光柵周期P，設置透射光柵330的m級衍射角θ。

另外，如圖5所示，對上述m級衍射角θ做進一步的解釋說明。對于上述m級衍射角θ，由于0級衍射與沿入射光的方向相同，1級衍射及以上的衍射方向可以通過光柵周期P進行調控；又0級和1級衍射的衍射強度較大，而2級以上相比于0級和1級衍射強度要小得多，因此，一般情況下，對光線方向的調節(jié)均采用1級衍射。

在此基礎上，由于光柵對光的最大衍射率發(fā)生在占空比為0.5時，即圖5中，W/P＝0.5，但在實際產品設計中也可以偏離此值，可以根據出光的強度，平衡顯示面板不同位置亮度的差異、工藝條件等因素，進行具體設置，本發(fā)明對此不作限定。

另外，當衍射角θ給定后，當一色波在光柵的柵條和空隙上的位相差為半波長奇數倍時，零級衍射波出現相干相消，零級波相干減弱，一級波增強；當位相差為波長整數倍時，零級波相干增強，一級波減弱，出于消除、減弱或增強該色波零級衍射波的目的，光柵的高度可以針對該波長進行設計，當然不同的色光可以選擇不同的光柵高度，也可以選擇相同的。本發(fā)明中，光柵的高度可以設置在100nm～1000nm之間，優(yōu)選的一般設置為200nm～500nm。

以下通過具體實施例對上述背光模組100做進一步的說明。

此處需要說明的是，本文中的“上”、“下”、“側面”等方位術語是相對于附圖的示意置放的方位來定義的，，應當理解到，這些方向性術語是相對的概念，它們用于相對于的描述和澄清，其可以根據顯示模組所放置的方位的變化而相應地發(fā)生變化，例如，“波導層上表面”是指波導層的出光側，“波導層下表面”是指波導層的入光側。

實施例一

如圖6所示，背光模組100包括光柵波導耦合結構110，光柵波導耦合結構110包括波導層111、設置于波導層111上表面的光柵結構112，以及位于波導層111上方的上介質層113和下方的下介質層114，且上介質層113和下介質層114的折射率均小于波導層111的折射率，例如，可以選擇波導層111的折射率為1.7～1.8，上介質層113和下介質層114的折射率為1.5，以達到較好的光耦合作用。該背光模組100還包括設置于波導層111側面的至少一個準直背光源120，各準直背光源120構成的整體用于發(fā)出至少兩個不同方向的準直光線。

需要說明的是，上述設置于波導層111上表面的光柵結構112可以是設置于波導層111上表面的刻痕，即波導層111與光柵結構112為一體結構；光柵結構112也可以為與波導層111相互獨立的結構；只要保證光柵結構112的柵條與柵條之間的縫隙之間的部分對光的折射率不同即可，本發(fā)明對此不作限定。

在此基礎上，上述波導層111的厚度一般0.1mm～2mm，與上述透射光柵330類似，該波導層111中光柵結構112的占空比優(yōu)選為0.5，光柵的高度可以設置在100nm～1000nm之間，優(yōu)選的一般設置為100nm～300nm。對于不同的亞像素單元可以選擇相同或者不同的光柵高度，根據實際需要具體設置，本發(fā)明對此不作限定。

以下對上述光柵波導耦合結構110的工作原理做簡單的說明，如圖7所示的光柵波導耦合結構110的原理示意圖，其中是以上介質層為空氣介質，折射率為n_c；下介質層為透明基板，折射率為n_s；波導層折射率為n_f，n_f大于n_c以及n_s，為例進行說明的。該光柵波導耦合結構110可以將外部的光從外部耦合進波導層111，即輸入耦合，也可以將光從波導層111中耦合出來，即輸出耦合。無論對于輸入耦合還是輸出耦合，入射光束或者出射光束與光柵結構112產生的若干級衍射光束，其中，某一級衍射光的波矢量沿導模傳播方向上分量的大小β_m滿足如下相位匹配條件，即：

β_q＝β_m-qK(q＝0,±1,±2…)

式中，β_m為m階導模的傳播常數，β_m＝k₀N_m，N_m為m階導模的有效折射率，k₀為常數；K為光柵矢量，K＝2π/P；P為光柵周期。設入射光(或出射光)波矢方向與豎直方向夾角為α，則以上位相匹配關系可進一步表示為，

k₀n_csinα＝k₀N_m–q2π/P(q＝0,±1,±2…)

從上公式可以看出，通過入射光(或出射光)波矢方向與豎直方向夾角α僅與光柵周期P有關，即可以通過控制光柵周期P來控制經過該光柵波導耦合結構110的出射光的方向。

在此基礎上，由于上述光柵波導耦合結構110的上表面一般需要與背光模組100中的其他結構進行粘合，以形成整體結構，下表面為了避免波導與外界的介質接觸，進而影響導模傳播，需要保證下表面具有較好的平整度及平行度，同時起到對波導層111的保護作用。在此情況下，本發(fā)明優(yōu)選，波導層111上方的上介質層113為光學膠，以達到粘合和透光的目的；波導層111下方的下介質層114為透明有機材料，例如氧化硅、樹脂等材料，當然也可以是金屬反射膜層，且具有較好的平整度和平行度。

需要說明的是，上述介質層113的具體設置僅為優(yōu)選設置，在實際的應用過程中，也可以通過隔墊物的支撐作用使得該上介質層113為空氣，或者任何材料，上述優(yōu)選設置并不能作為對本發(fā)明的限定。

以下對上述各準直背光源120構成的整體用于發(fā)出至少兩個不同方向的準直光線做進一步的說明。

例如，如圖8所示，背光模組100包括多個具有單一出光方向的準直背光源120，多個準直背光源120中至少兩個，出光方向不同，由多個準直背光源120發(fā)出的至少兩個方向的光線在光柵波導耦合結構110的耦合作用下，經過光柵結構112控制出射光的出光方向，以實現該背光模組100發(fā)出至少兩個不同方向的準直光線。

進一步的，如圖9所示，在上述波導層111為矩形的情況下，該矩形波導層111具有兩組對邊X-X’和Y-Y’，該背光模組100包括的具有單一出光方向的準直背光源120分布在該矩形波導層111至少一組相對的兩個側面。

此處需要說明的是，上述背光模組100包括的具有單一出光方向的準直背光源120分布在該矩形波導層111至少一組相對的兩個側面是指，可以在矩形波導層111的一組對邊X-X’或Y-Y’中的任意一組對邊的側面分別設置具有單一出光方向的準直背光源120，以使得該一組對邊的側面上設置的具有單一出光方向的準直背光源120發(fā)出兩個方向的光線，并經過光柵波導耦合結構110，從而使得該背光模組100發(fā)出兩個方向的準直光線，進而通過顯示模組200以及光指向部件300實現匯聚至兩個預設視點，該兩個預設視點形成位于同一個眼球位置處視點組M，從而實現通過單眼觀看三維立體效果的圖像。

當然，也可以在矩形波導層111的兩組對邊X-X’和Y-Y’中同時設置具有單一出光方向的準直背光源120，以使得兩組對邊上設置的具有單一出光方向的準直背光源120發(fā)出四個方向的光線，在此情況下，需要將光柵波導耦合結構110中的光柵結構112設置為網狀的二維光柵結構，這樣一來，四個方向的光線經過該光柵波導耦合結構110，能夠使得背光模組100發(fā)出四個方向的準直光線，并通過顯示模組200以及光指向部件300實現匯聚至四個預設視點，可以設置該四個預設視點中兩兩分別匯聚至兩個眼球位置處的兩個視點組M，從而實現通過雙眼觀看三維立體效果的圖像。

需要說明的是，上述將單一出光方向的準直背光源120設置于矩形波導層111具有對邊X-X’和/或Y-Y’，僅為本發(fā)明的優(yōu)選方案，當然也可以根據實際需要，將單一出光方向的準直背光源120設置與矩形波導層111的X-Y、X-Y’、X’-Y’或者X’-Y的側邊上，本發(fā)明對此不作限定。

另外，本發(fā)明對分布在波導層111側面的準直背光源120的個數不做限定，例如可以如圖9中的X和X’側面分別設置一個準直背光源120，也可以如圖9中Y和Y’側面分別設置兩個準直背光源120，只要保證單個側面的準直背光源120能夠覆蓋整個波導層111即可。

又例如，如圖10所示，背光模組100包括具有至少兩個出光方向的準直背光源120，準直背光源120直接發(fā)出至少兩個出光方向的準直光線，該準直光線經在光柵波導耦合結構110的耦合作用下，經過光柵結構112控制出射光的出光方向，以實現該背光模組100發(fā)出至少兩個不同方向的準直光線。

在此基礎上，當波導層111為矩形的情況下，背光模組100包括的具有至少兩個出光方向的準直背光源120，可以如圖10所示，具有至少兩個出光方向的準直背光源120可以分布在波導層的一個側面，以使得該背光模組100發(fā)出兩個方向的準直光線，進而通過顯示模組200以及光指向部件300實現匯聚至一個視點組M中的兩個預設視點，從而實現通過單眼觀看三維立體效果的圖像；也可以是具有至少兩個出光方向的準直背光源120分布在所述波導層的兩個側面，以使得該背光模組100發(fā)出四個方向的準直光線，進而通過顯示模組200以及光指向部件300實現匯聚至兩個視點組M中四個預設視點，從而可以實現通過雙眼觀看三維立體效果的圖像。

此外，上述準直背光源120可以由紅、綠、藍三色的半導體激光器芯片制成，也可由紅、綠、藍三色的發(fā)光二極管(Light Emitting Diode，簡稱LED)芯片經過準直、擴束后制成，還可以由白光LED芯片經過準直、擴束后制成，或者由條狀的冷陰極熒光燈管(Cold Cathode Fluorescent Lamp，簡稱CCFL)加一些光線準直結構制成，本發(fā)明對此不作限定。

在此基礎上，在上述顯示模組200包括第一亞像素單元210、第二亞像素單元220、第三亞像素單元230，如圖11所示，上述背光模組100包括層疊設置的第一光柵波導耦合結構1101、第二光柵波導耦合結構1102、第三光柵波導耦合結構1103。第一光柵波導耦合結構1101的光柵結構112與第一亞像素單元210相對設置，第二光柵波導耦合結構1102的光柵結構112與第二亞像素單元220相對設置，第三光柵波導耦合結構1103的光柵結構112與第三亞像素單元230相對設置。

其中，位于第一光柵波導耦合結構1101側面的準直背光源120、位于第二光柵波導耦合結構1102側面的準直背光源120、以及位于第三光柵波導耦合結構1103側面的準直背光源120用于發(fā)出的不同原色的光線，例如，可以分別為紅色光線、藍色光線、綠色光線，本發(fā)明對此不作限定。

另外，位于第一光柵波導耦合結構1101、第二光柵波導耦合結構1102、第三光柵波導耦合結構1103側面的準直背光源120，可以如圖11所示，該準直背光源120為分布于波導層111的一組或多組對邊側面上具有單一出光方向的準直背光源(圖11僅是以一組對邊側面為例進行說明的)；也可以如圖12所示，該準直背光源120為分布于波導層111側面能夠發(fā)出至少兩個方向的準直背光源(圖12僅是以一個側面為例進行說明的)。

此處需要說明的是，對于圖11和圖12中，由于第一光柵波導耦合結構1101、第二光柵波導耦合結構1102、第三光柵波導耦合結構1103采用了不同原色的光線，從而使得背光模組100直接在與第一亞像素單元210、第二亞像素單元220、第三亞像素單元230對應位置出射不同顏色的光線，在此情況下，可以如圖12所示，該顯示裝置001中不設置彩膜層202，即可實現不同色彩的畫面顯示，當然在實際的應用中，為了有效的避免不同顏色光線之間的串擾，也可以如圖11所示，該顯示裝置001中設置彩膜層202，以保證顯示畫面的色彩對比度和飽和度等。

此處還需要說明的是，對于圖8或者圖11中，對于光柵波導耦合結構110中波導層111一組對邊側面上相對設置的兩組具有單一出光方向的準直背光源120，該具有單一出光方向的準直背光源120發(fā)出的出光方向可以與波導層111平行，也可以如圖6與波導層111所在的平面具有一定的夾角，具體的，在波導層111較厚的情況下，優(yōu)選的采用準直背光源120發(fā)出的出光方向與波導層111具有一定的夾角，以保證光線在波導層111中形成全反射的情況下，具有較高的出光效率；在波導層111足夠薄的情況下，優(yōu)選的該準直背光源120發(fā)出的出光方向與波導層111平行，使得光線最大程度耦合進入波導層111，進而提高對光的利用率。對于圖10或者圖12中，對于光柵波導耦合結構110中波導層111設置具有至少兩個出光方向的準直背光源120，該具有至少兩個出光方向的準直背光源120發(fā)出的至少兩個出光方向應該沿波導層111所在的平面垂線方向偏移。

在此基礎上，對于上述層疊設置的第一光柵波導耦合結構1101、第二光柵波導耦合結構1102、第三光柵波導耦合結構1103，當波導層111下方的下介質層114的厚度小于10μm，相鄰的波導層111之間的介質層過薄，容易引起不同波導層111之間不同色光的串擾現象；當波導層111下方的透明下介質層114的厚度大于100μm時，導致背光模組100的厚度過大，不利于該顯示裝置的輕薄化設計，因此本發(fā)明優(yōu)選的波導層111的下介質層114的厚度為10μm～100μm。當然對于最下方的下介質層114，例如圖11中的第三光柵波導耦合結構1103的下介質層114由于設置的背光模組100的最下方，且光線不需要從該下介質層114下方入射，因此該下介質層114可以為金屬反射膜層。

實施例二

如圖3c所示，背光模組100還可以為直下式背光模組，該直下式背光模組能夠發(fā)出至少兩個不同方向的準直光線(圖3c僅是以兩個不同方向的準直光線為例進行說明的)，從而能夠實現該背光模組100發(fā)出至少兩個不同方向的準直光線的目的。

本發(fā)明實施例還提供一種應用于上述任一種顯示裝置001的圖像顯示方法，如圖13所示，該圖像顯示方法包括：

步驟S101、控制背光模組周期性地依次發(fā)出S個不同方向的準直光線。

步驟S102、在所述背光模組發(fā)出任一方向的準直光線時，向顯示模組輸入該方向的準直光線所匯聚至的預設視點對應的一幀渲染圖像，以便該光場三維顯示裝置顯示該幀渲染圖像。

以下對上述渲染圖像的獲取方法做進一步的說明。

例如，可以通過計算機模擬三維物體以獲取三維物體的渲染圖像，具體步驟如圖14所示，包括：

步驟S201、三維場景模型，如圖15所示，該三維場景模型包括依次排布的虛擬三維物體01、虛擬顯示屏02、至少一個虛擬視點組M，每個虛擬視點組M由位于同一個虛擬瞳孔上的至少兩個虛擬視點構成，不同虛擬視點組對應不同的虛擬瞳孔。

步驟S202、確定從每個虛擬視點M_i到虛擬三維物體01表面多個虛擬物點{T₁,T₂,…,T_n}的多條虛擬光路與虛擬顯示屏02的多個交點且虛擬物點T_k對應的所有虛擬光路相交于虛擬物點T_k上；其中，(1≤k≤n，)1≤i≤S，S為建立的虛擬視點總數，多個虛擬物點{T₁,T₂,…,T_n}均位于虛擬顯示屏02的視角范圍內。

具體的，該步驟S202中可以為，在虛擬顯示屏02的視角范圍內，以視點M₁為發(fā)射視點，以視點M₂為回溯視點為例。首先，模擬由發(fā)射視點M₁發(fā)出經虛擬顯示屏02到達虛擬三維物體表面的多條第一光線，獲取多條第一光線與虛擬顯示屏02的第一交點第一光線與虛擬三維物體表面的交點為虛擬物點{T₁,T₂,…,T_n}。然后，模擬由多個虛擬物點{T₁,T₂,…,T_n}向回溯視點M₂模擬發(fā)出第二光線，獲取多條第二光線與虛擬顯示屏02的第二交點這樣一來，通過在發(fā)射視點向虛擬物點發(fā)出光線，然后從該虛擬物點向回溯視點發(fā)出光線，能夠使得發(fā)射視點到虛擬物點的光路與回溯視點到虛擬物點的光路準確的交匯于該虛擬物點的位置處，進而使得獲取得到的渲染圖像更真實。

步驟S203、形成S幀渲染圖像，包括：根據多個虛擬物點{T₁,T₂,…,T_n}的色彩參數，確定虛擬顯示屏02上的多個交點的色彩參數，以得到第i幀渲染圖像。

當該顯示裝置001在顯示采用上述方法獲取的渲染圖像時，如圖16所示，可以通過單眼獲取具有三維效果圖像，也可以如圖17所示，通過雙眼獲取具有三維效果圖像，其中圖17僅是以雙眼獲取三維效果圖像上的一點為例進行說明的，詳細的光路可以參照圖16，此處不再贅述；在此情況下，對于采用雙眼獲取具有三維效果圖像時，能夠使得通過單眼的視點組所獲取圖像的聚焦距離L’，與雙眼分別通過對應眼球中的視點組獲取具有三維效果圖像時的視線匯聚距離L一致，從而能夠解決視差3D技術中的眩暈問題。

當然上述僅是對應用于上述顯示裝置001的渲染圖像的一種渲染方法的一種舉例說明，也可以采用其他的渲染方法得到的上述渲染圖像應用于本發(fā)明的顯示裝置001，本發(fā)明對此不作限定。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。