一種指向性背光立體顯示裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種指向性背光立體顯示裝置，包括背光源單元，沿所述背光源單元發(fā)出的光線的傳播方向還依次包括透鏡陣列和圖像顯示單元，所述透鏡陣列包括若干透鏡單元，所述透鏡單元按照預(yù)設(shè)曲率排布，形成一朝向所述圖像顯示單元的凹面。本發(fā)明實施例提供的指向性背光立體顯示裝置的透鏡陣列設(shè)置為具有一定曲率的凹面，在觀看區(qū)域形成無間斷的視區(qū)分布，保證視區(qū)均勻無暗區(qū)的視覺效果。
【專利說明】
-種指向性背光立體顯示裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及圖像顯示領(lǐng)域，尤其是設(shè)及一種背光指向性立體顯示裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 3D顯示(又稱立體顯示)是未來顯示技術(shù)的發(fā)展方向，主要采用視差圖像在空間多 路復(fù)用的方法，為雙眼提供深度信息圖像。相應(yīng)地，左眼于左視區(qū)接收到左眼圖像，而右眼 于右眼視區(qū)接收到右眼圖像。若左眼圖像和右眼圖像構(gòu)成一對視差立體圖像，大腦即可將 二者融合形成3D畫面，另觀看者感受到相應(yīng)的深度信息。
[0003] 目前主流裸眼3D顯示技術(shù)主要包括柱透鏡陣列、視障光柵W及指向性背光技術(shù)= 種。其中基于指向性背光技術(shù)的多視點全高清裸眼3D顯示裝置包括光源、透鏡陣列和透射 式圖像顯示單元，光源發(fā)出的光線依次經(jīng)過透鏡陣列和透射式圖像顯示單元在特定視區(qū)中 聚焦。
[0004] 如圖1所示的現(xiàn)有的立體顯示裝置100中，每一個背光模組110包含若干發(fā)光單元 111(圖1中120所指為透鏡陣列，130所指為圖像顯示單元），發(fā)光單元相應(yīng)地聚焦于對應(yīng)的 視區(qū)140的視區(qū)單元141，提供該視點的均勻照明。若背光模組110之間存在暗區(qū)（不發(fā)光區(qū) 域或區(qū)域光亮度低于平均亮度70% W下），則會導(dǎo)致人眼在視區(qū)單元141邊緣W及視區(qū)單元 141間隔上感受到屏幕亮度的不均勻（屏幕某部分較亮而某部分較暗）。如此，人眼在移動過 程中，會經(jīng)過左、右眼視區(qū)的交界之處。人眼在運些交界之處，即使位于最佳的屏幕觀看距 離上，也會感受到明顯的屏幕上的暗區(qū)，嚴重影響視覺體驗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種指向性背光立體顯示裝置，用W改善現(xiàn)有立體顯示設(shè) 備在現(xiàn)實圖像時存在暗區(qū)的技術(shù)缺陷。
[0006] 為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種指向性背光立體顯示裝置，包括背光源單 元，沿所述背光源單元發(fā)出的光線的傳播方向還依次包括透鏡陣列和圖像顯示單元，所述 透鏡陣列包括若干透鏡單元，所述透鏡單元按照預(yù)設(shè)曲率排布，形成一朝向所述圖像顯示 單元的凹面。
[0007] 優(yōu)選地，所述透鏡陣列與所述圖像顯示單元相隔一預(yù)設(shè)距離。
[000引優(yōu)選地，所述透鏡陣列為圓弧面，所述圓弧面的圓屯、位于預(yù)設(shè)的觀看距離處。
[0009] 優(yōu)選地，所述透鏡陣列為楠圓、拋物線、雙曲線乃至自由曲面中的一種或多種組 合，所述透鏡陣列的曲線焦點和特征點設(shè)于預(yù)設(shè)的觀看距離處。
[0010] 優(yōu)選地，所述背光源單元包括若干背光模組，所述背光模組與所述透鏡單元一一 對應(yīng)，所述背光模組發(fā)出的光線依次通過所述背光模組對應(yīng)的透鏡單元和所述圖像顯示單 元，W形成與所述透鏡單元對應(yīng)的視區(qū)單元。
[0011] 優(yōu)選地，所述背光模組與所述透鏡單元之間的空間位置滿足：
[0012]
[0013] 其中，所述視區(qū)至透鏡單元中屯、的距離為L'，所述背光模組的發(fā)光面到所述透鏡 單元的中屯、的距離L，所述透鏡單元的焦距為f。
[0014] 優(yōu)選地，所述透鏡單元的光軸共同會聚在一圓弧的圓屯、處，所述透鏡單元的光軸 與所述圖像顯示單元的平面的夾角為9,所述透鏡單元的光軸與所述透鏡單元所在的平面 之間的夾角為n，所述透鏡單元的放大率為m，滿足n-90 =m(90-0)。
[0015] 優(yōu)選地，所述視區(qū)單元至少同時由相鄰的=個W上發(fā)光單元發(fā)出的光線經(jīng)所述透 鏡單元后，通過所述圖像顯示單元投射影像。
[0016] 優(yōu)選地，相鄰的所述背光模組對應(yīng)的視區(qū)單元至少部分重疊。
[0017] 優(yōu)選地，所述指向性背光立體顯示裝置還包括視點檢測模塊和與所述視點檢測模 塊連接的控制模塊，所述視點檢測模塊用于檢測視區(qū)中視點的移動方向，所述控制模塊用 于控制沿所述移動方向上與該視點所在的視區(qū)單元相鄰的視區(qū)單元對應(yīng)的背光模組的發(fā) 光狀態(tài)。
[0018] 相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明實施例提供的指向性背光立體顯示裝置的透鏡陣列設(shè)置 為具有一定曲率的凹面，在觀看區(qū)域形成無間斷的視區(qū)分布，保證視區(qū)均勻無暗區(qū)的視覺 效果。而且，該結(jié)構(gòu)的立體顯示裝置的可視角度增大，實踐表明，可視角度可提高至±15度， 在該可視角度內(nèi)能提高在橫向移動時立體圖像的均勻性。此外，通過實時檢測視點的位置 和移動方向來提前預(yù)判調(diào)整背光單元的發(fā)光狀態(tài)，使得視點在移動過程中始終處于背光源 單元的當前投射影像的視區(qū)單元當中，從而使得人眼在移動過程中感受到均勻的裸眼3D圖 像。
[0019] 另外，由于具有一定曲率的透鏡陣列的工業(yè)加工標準接近的現(xiàn)有的加工工藝，易 于加工實現(xiàn)W及降低產(chǎn)品成本。而且，由于采用具有一定曲率的透鏡陣列與圖像顯示單元 相隔一定距離，無需將其與圖像顯示單元傾斜一定角度即可避免莫爾條紋的干擾，觀看視 區(qū)的排布垂直于水平方向，相比傾斜一定角度的視區(qū)分布，能提供更加自然的觀賞體驗。
【附圖說明】
[0020] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細的說明，其中：
[0021] 圖1是現(xiàn)有立體顯示裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖2是本發(fā)明所述一種指向性背光立體顯示裝置一實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖3是本發(fā)明所述一種指向性背光立體顯示裝置另一實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖4是圖3所示實施方式中根據(jù)視點在視區(qū)中移動調(diào)節(jié)背光模組發(fā)光狀態(tài)的示意 圖；
[0025] 圖中；
[00%] 100:現(xiàn)有的立體顯示裝置；110:背光源單元；111:背光模組；120:透鏡陣列；130: 圖像顯示單元；140:視區(qū)；141:視區(qū)單元;200:本發(fā)明實施例提供的立體顯示裝置;210:背 光源單元;211~214:背光模組;a~h:發(fā)光單元;220:透鏡陣列；221~224:透鏡單元;230: 圖像顯示單元;240:視區(qū)；241~248:視區(qū)單元;250:視點檢測模塊;260:控制模塊。
【具體實施方式】
[0027] 如圖2至所示，圖2是本發(fā)明所述一種指向性背光立體顯示裝置一實施方式的結(jié)構(gòu) 示意圖。在圖2示出的實施方式中，該結(jié)構(gòu)的指向性背光立體顯示裝置200包括背光源單元 210,沿所述背光源單元210發(fā)出的光線的傳播方向還依次包括透鏡陣列220和圖像顯示單 元230。背光源單元210發(fā)出的光線依次經(jīng)過透鏡陣列220和圖像顯示單元230后形成視區(qū) 240。其中，圖像顯示單元230用于加載并刷新視差立體圖像。
[0028] 所述背光源單元210包括若干背光模組211~214。所述背光模組發(fā)出的光線依次 通過所述背光模組對應(yīng)的透鏡單元和所述圖像顯示單元230, W形成與所述透鏡單元對應(yīng) 的視區(qū)單元。背光模組朝向透鏡陣列220的發(fā)光面可W是平面的，也可W是具有一定曲率的 弧面。由于具有一定曲率的弧面的背光模組加工成本較高，加工工藝要求嚴苛，與現(xiàn)有的生 產(chǎn)工藝區(qū)別較大，導(dǎo)致產(chǎn)品良率較低。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，利用本發(fā)明實施例提供的具有平面背光 的背光源單元210,結(jié)合具有一定曲率的透鏡陣列220能夠得到無暗區(qū)、在觀看區(qū)域形成無 間斷的視區(qū)均勻分布的裸眼3D顯示效果。在本實施例中，背光模組211~214可W由多組細 密的L邸燈組成，每一列形成背光模組的一個發(fā)光單元，各發(fā)光單元之間能夠獨立地進行發(fā) 光狀態(tài)的控制，W滿足若干個發(fā)光單元組合形成單個觀看的視區(qū)單元。該背光模組的實現(xiàn) 方式有兩種，可W是直下式背光和側(cè)入式背光結(jié)構(gòu)。
[0029] 所述透鏡陣列220用于將背光源單元210的背光模組發(fā)出的光能聚焦至相應(yīng)的視 區(qū)單元中。在本實施例中，透鏡陣列220包括若干透鏡單元，所述透鏡單元按照預(yù)設(shè)曲率排 布，形成一朝向所述圖像顯示單元230的凹面。透鏡單元可W由一次成型的機械加工制作而 成，如采用柱面透鏡陣列或線性菲涅爾透鏡陣列，具有薄膜型光學(xué)元件特征，能貼合于上述 預(yù)設(shè)曲率排布的曲面上。所述薄膜型透鏡單元可W采用UV膠材料紫外曝光工藝制作，也可 W采用其它材料制成的透鏡陣列。在本實施例中，所述透鏡陣列與所述圖像顯示單元相隔 一預(yù)設(shè)距離，因此無莫爾條紋效應(yīng)。
[0030] 在本實施例中，所述背光模組與所述透鏡單元一一對應(yīng)，即每一個透鏡單元對應(yīng) 于一個背光模組。例如在圖2中，背光模組211與透鏡單元221對應(yīng)，背光模組212與透鏡單元 222對應(yīng)，背光模組213與透鏡單元223對應(yīng)，背光模組214與透鏡單元224對應(yīng)。盡管圖2中僅 示例出背光模組211~214,透鏡單元221~224單元，但本申請不限于此，本領(lǐng)域技術(shù)人員可 W設(shè)置其他任意數(shù)量的背光模組和透鏡單元。
[0031] 所述透鏡陣列220為圓弧面，所述圓弧面的圓屯、位于預(yù)設(shè)的觀看距離處。背光模組 與對應(yīng)的透鏡單元之間的相對角度根據(jù)所處圓弧不同相對位置進行了一定程度上的光學(xué) 校正，使得背光單元經(jīng)過透鏡單元后聚焦在最佳位置的視區(qū)更加集中和均勻。如圖2所示， 透鏡單元221~224沿著一圓弧排布，其光軸共同會聚在圓弧的圓屯、0處。該圓弧的圓屯、0落 在該立體顯示裝置200的最佳3D觀看距離上并位于圖像顯示單元230的正中屯、的垂直線上。 不失一般性地，W透鏡單元221為例，透鏡單元221與背光模組211之間的中屯、與圓弧的圓屯、 0形成=點一線。透鏡單元221的光軸與圖像顯示單元230的平面的夾角為目，透鏡單元221的 光軸與背光模組211的中屯、相交，夾角為II。假設(shè)透鏡單元221的放大率為m，則光學(xué)校正滿 足：
[0032] n-9〇=m(9〇-0)〇
[0033] 發(fā)明人在實現(xiàn)本實施方式的過程中發(fā)現(xiàn)，滿足上述的公式可有效增加視區(qū)的光能 聚焦及提高視覺均勻性。透鏡單元222~224與背光模組212~214之間的關(guān)系相同，此處不 再進行寶述。
[0034] 在另外一些實施例中，所述透鏡陣列220還可W為楠圓、拋物線、雙曲線乃至自由 曲面中的一種或多種組合，所述透鏡陣列220的曲線焦點和特征點設(shè)于預(yù)設(shè)的觀看距離處。
[0035] 此外，所述背光模組與所述透鏡單元之間的空間位置通過高斯方法確定。其中，通 過高斯方法確定所述背光模組與所述透鏡單元之間的空間位置滿足如下關(guān)系式：
[0036]
[0037] 其中，所述視區(qū)至透鏡單元中屯、的距離為L'，所述背光模組的發(fā)光面到所述透鏡 單元的中屯、的距離L，所述透鏡單元的焦距為f。其中，上述關(guān)系式設(shè)及的透鏡單元與該背光 模組對應(yīng)的透鏡單元，視區(qū)單元為該背光模組發(fā)出的光線依次經(jīng)透鏡單元和圖像顯示層后 聚焦的視區(qū)單元。
[0038] 所述視區(qū)單元至少同時由背光模組的相鄰的=個W上發(fā)光單元發(fā)出的光線經(jīng)所 述透鏡單元后，通過所述圖像顯示單元230投射影像，其中，相鄰的所述背光模組對應(yīng)的視 區(qū)單元至少部分重疊 W改善暗區(qū)現(xiàn)象，提高顯示的均勻性。
[0039] 在本實施例中，在立體顯示裝置200的中屯、處的視區(qū)皆是由每個透鏡單元的光軸 上對應(yīng)的背光模組所形成的，因此，在該處的光能聚焦能夠有效避開透鏡單元的離軸像差， 使得光能在視區(qū)上有更高的集中度，體現(xiàn)為均勻性更高，串擾率更?。涣硗?，由于背光模組 對應(yīng)于透鏡單元中屯、的張角為聚焦的視場角，而不同透鏡單元和背光單元之間的視場角一 樣，經(jīng)過透鏡單元的弧形排布后，視區(qū)在最佳觀看距離上的可視角度得到增大，因此該發(fā)明 的又一優(yōu)勢在于利用透鏡單元小視場內(nèi)的成像空間達到顯示裝置的更大視場的觀看范圍； 最后，由于透鏡單元與圖像顯示單元230相隔一定距離，因此，當圖像顯示單元230和透鏡單 元都具有周期性結(jié)構(gòu)時，即使兩者相對不傾斜也不會導(dǎo)致莫爾條紋。
[0040] 參見圖3,圖3是本發(fā)明所述一種指向性背光立體顯示裝置另一實施方式的結(jié)構(gòu)示 意圖。圖3示出的實施方式在圖2示出的實施方式的基礎(chǔ)上，該指向性背光立體顯示裝置200 還包括視點檢測模塊250和與所述視點檢測模塊250連接的控制模塊260。
[0041] 所述視點檢測模塊250用于檢測視區(qū)中視點的移動方向。所述控制模塊260用于控 制沿所述移動方向上與該視點所在的視區(qū)單元相鄰的視區(qū)單元對應(yīng)的背光模組的發(fā)光狀 態(tài)。
[0042] 當人眼位于無間斷視區(qū)內(nèi)時，通過視點檢測模塊250識別人眼位置，將人眼位置信 息反饋至控制模塊260,結(jié)合圖像顯示單元230傳輸?shù)囊暡顖D像刷新信息，控制背光模組中 與人眼位置視區(qū)單元對應(yīng)的發(fā)光單元的發(fā)光狀態(tài)，提供裸眼3D顯示效果。
[0043] 參見圖4,圖4是圖3所示實施方式中根據(jù)視點在視區(qū)中移動調(diào)節(jié)背光模組發(fā)光狀 態(tài)的示意圖。圖4示出的是一個背光模組結(jié)合相應(yīng)的透鏡單元來說明該立體顯示裝置實現(xiàn) 均勻無暗區(qū)裸眼3D顯示的方法。參見圖4,230為圖像顯示單元，221為透鏡陣列排布當中的 一個透鏡單元，211為該透鏡單元221所對應(yīng)的背光模組，240為該背光模組211經(jīng)過該透鏡 單元221并照明圖像顯示單元后聚焦在最佳觀看距離上的視區(qū)分布。背光模組240由若干個 發(fā)光單元a~h組成。在本實施例中，每個發(fā)光單元a~h由一列Lm)光源提供照明，經(jīng)過背光 模組211的朝向透鏡陣列220的表面所設(shè)置的光學(xué)擴散片勻光后發(fā)射光線。背光模組221中 的每一個發(fā)光單元皆由控制模塊260對發(fā)光狀態(tài)進行控制，可隨需要控制任意一發(fā)光單元 的亮滅行為。在圖4示出的實施方式中，背光模組211具有發(fā)光單元a~h。其中，視區(qū)240中的 視區(qū)單元241~248為背光模組211的發(fā)光單元a~h經(jīng)過透鏡單元后在觀看距離形成的。實 際中一個視區(qū)單元由兩個或W上的發(fā)光單元同時點亮而形成。
[0044] 下面W兩個發(fā)光單元對應(yīng)一個視區(qū)單元為例說明本發(fā)明實施例提供的立體顯示 裝置的工作過程。
[0045] 當視點檢測模塊250檢測到人的右眼處于視區(qū)241和242時，左眼處于視區(qū)244和 245時，通過控制模塊260控制發(fā)光單元a&b和化e點亮，其點亮的時序根據(jù)圖像顯示單元刷 新左右視差圖像的時序來確定，當圖像顯示單元230刷新左眼圖像時，點亮發(fā)光單元化發(fā)光 單元e，焰滅發(fā)光單元a&發(fā)光單元b;而刷新右眼圖像時反之。通常左右眼圖像刷新頻率在 120化W上才不會有明顯的閃爍感。此時，控制模塊260控制發(fā)光單元C處于不亮的狀態(tài)，或 者在亮度為發(fā)光單元a&發(fā)光單元b和發(fā)光單元化發(fā)光單元e的亮度的50% W下的狀態(tài)，控制 左右光源導(dǎo)致的左右眼串擾率在5% W下。當人右眼向左移動至視區(qū)242和243的邊界時，視 點檢測模塊250反饋視點（例如人眼)移動信息至控制模塊260,控制模塊260相應(yīng)地關(guān)閉發(fā) 光單元a，點亮發(fā)光單元C和發(fā)光單元f，控制發(fā)光單元d的亮度為全暗或50 % W下亮度，同時 重復(fù)之前的屏幕刷新同步動作，保證在人眼移動過程中能夠觀賞到無縫銜接的均勻的裸眼 3D圖像。
[0046] 上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式作了詳細說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施 方式，在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可W在不脫離本發(fā)明宗旨的前提 下作出各種變化，例如實施例中的背光模組的發(fā)光單元的結(jié)構(gòu)并不限于平面排布，發(fā)光單 元也可W形成一個立體結(jié)構(gòu)的排布。
【主權(quán)項】
1. 一種指向性背光立體顯示裝置，其特征在于:包括背光源單元，沿所述背光源單元發(fā) 出的光線的傳播方向還依次包括透鏡陣列和圖像顯示單元，其特征在于，所述透鏡陣列包 括若干透鏡單元，所述透鏡單元按照預(yù)設(shè)曲率排布，形成一朝向所述圖像顯示單元的凹面。2. 如權(quán)利要求1所述的指向性背光立體顯示裝置，其特征在于:所述透鏡陣列與所述圖 像顯示單元相隔一預(yù)設(shè)距離。3. 如權(quán)利要求1所述的指向性背光立體顯示裝置，其特征在于：所述透鏡陣列為圓弧 面，所述圓弧面的圓心位于預(yù)設(shè)的觀看距離處。4. 如權(quán)利要求1所述的指向性背光立體顯示裝置，其特征在于:所述透鏡陣列為橢圓、 拋物線、雙曲線乃至自由曲面中的一種或多種組合，所述透鏡陣列的曲線焦點和特征點設(shè) 于預(yù)設(shè)的觀看距離處。5. 如權(quán)利要求1所述的指向性背光立體顯示裝置，其特征在于:所述背光源單元包括若 干背光模組，所述背光模組與所述透鏡單元一一對應(yīng)，所述背光模組發(fā)出的光線依次通過 所述背光模組對應(yīng)的透鏡單元和所述圖像顯示單元，以形成與所述透鏡單元對應(yīng)的視區(qū)單 J L 〇6. 如權(quán)利要求5所述的指顯示裝置，其特征在于:所述背光模組與所述透 鏡單元之間的空間位置滿浞其中，所述視區(qū)單元至所述透鏡單元的中心的距離為L'，所述背光模組的發(fā)光面到所 述透鏡單元的中心的距離L，所述透鏡單元的焦距為f。7. 如權(quán)利要求5所述的指向性背光立體顯示裝置，其特征在于:所述透鏡單元的光軸共 同會聚在一圓弧的圓心處，所述透鏡單元的光軸與所述圖像顯示單元的平面的夾角為Θ，所 述透鏡單元的光軸與所述透鏡單元所在的平面之間的夾角為n，所述透鏡單元的放大率為 m，滿足η-90=ηι(90-θ)。8. 如權(quán)利要求6所述的指向性背光立體顯示裝置，其特征在于:所述視區(qū)單元至少同時 由相鄰的三個以上發(fā)光單元發(fā)出的光線經(jīng)所述透鏡單元后，通過所述圖像顯示單元投射影 像。9. 如權(quán)利要求5所述的指向性背光立體顯示裝置，其特征在于:相鄰的所述背光模組對 應(yīng)的視區(qū)單元至少部分重疊。10. 如權(quán)利要求1所述的指向性背光立體顯示裝置，其特征在于:所述指向性背光立體 顯示裝置還包括視點檢測模塊和與所述視點檢測模塊連接的控制模塊，所述視點檢測模塊 用于檢測視區(qū)中視點的移動方向，所述控制模塊用于控制沿所述移動方向上與該視點所在 的視區(qū)單元相鄰的視區(qū)單元對應(yīng)的背光模組的發(fā)光狀態(tài)。
【文檔編號】G02B27/22GK106019613SQ201610601583
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月27日
【發(fā)明人】周建英, 周延桂, 范杭, 李焜陽, 陳海域, 許宇滿, 王嘉輝, 梁浩文
【申請人】佛山市英視通電子科技有限公司