一种显示装置、导光平板及多层悬浮显示设备制造方法及图纸

一种显示装置，包括：光引擎、平板光波导和光线偏折单元；光引擎放置于平板光波导的入光侧，光线偏折单元放置于平板光波导的出光侧；光引擎产生显示图像源,并将显示图像源中各像素点出射的光线入射到平板光波导内；平板光波导将光线经全反射传输形成扩束光线并输出至光线偏折单元；光线偏折单元将平板光波导输出的扩束光线在空间中汇聚或发散形成悬浮图像。相对于现有的采用多个图像阵列搭配透镜在空间中形成悬浮图像显示的方法，不需要超高显示分辨率的显示模组，减小了显示装置的体积，结构更简单，方式更加灵活，可以实现全彩色，高分辨率的悬浮显示。

A display device, light guide plate and multilayer suspension display device

A display device includes: a light engine, Hira Itaya waveguide and the light deflection unit; into the light side light engine placed on the planar optical waveguide, light deflection unit placed on the planar optical waveguide light side light source; the engine generates a display image, and display image of each pixel in the source of light the incident to the planar waveguide; planar waveguide light will be completely reflected by the formation of the extended beam transmission and output to the light deflection unit; light deflection unit extended beam planar optical waveguide output in space convergence or divergence form suspended image. Compared with the existing multi image array collocation lens forming method of suspended image display in space, do not need to display module of ultra high resolution display, display device having reduced the volume, the structure is simpler, more flexible, can achieve full color, high resolution display suspension.

【技术实现步骤摘要】
一种显示装置、导光平板及多层悬浮显示设备
本专利技术涉及三维显示
，具体涉及一种显示装置、导光平板及多层悬浮显示设备。
技术介绍
视觉是人类感知世界的主要途径，人类获取的信息约80％来自于视觉，长期以来，表达可视信息的主要方法仍然是二维显示。传统的二维显示技术遗失了真实物理世界的深度信息，无法准确表达三维空间关系，而且只能呈现单个角度上物体的表面特性。这一缺陷严重地阻碍了人类对客观世界的感知，如何在真实物理空间实现三维重现一直是人们孜孜以求的目标。为了真实地描述客观三维世界，人们努力用各种方法在空间里呈现出虚拟的三维场景。三维显示在传统二维显示的基础上通过提供各种生理和心理上的调节线索产生深度暗示，并通过大脑进行融合形成三维感知。在现有的三维显示技术中，集成成像法(IntegralImaging)是一种重要的三维显示技术，该技术由法国科学家Lippmann于1908年提出的集成摄像术(Integralphotography)发展而来。集成成像通过二维透镜阵列来记录和再现真实三维场景，原理图如图1a、图1b所示。在记录过程中，透镜阵列中每个透镜对三维场景进行成像，得到一系列独立的二维图像，这些图像分别称作元素图像。元素图像各不相同，它们表示的是透镜从不同视角记录得到的三维物体的信息。所有元素图像在记录介质上的排列称为元素图像阵列，元素图像阵列包含了物体的三维信息。再现过程中，元素图像阵列由显示面板显示出来，显示面板前面放置透镜阵列，元素图像发出的光线经过透镜阵列后在像空间集成出一个个体像素点，所有的这些像素点构成了三维物体的像。因此集成成像是一种真三维显示技术，由于集成成像技术得到的三维图像包含连续的视差信息，观看者在不同位置看到的三维信息是不同的。与同样是真三维显示技术的全息术相比，集成成像在记录和再现时不需要相干光源，而且实时性较好，可实时再现动态三维场景。同体显示技术相比，集成成像技术具有结构简单、易实现、实时性好的优势。悬浮显示是集成成像技术的一种，当微透镜阵列每个单元透镜下对应的单元图像为相同时，单元图像经过透镜阵列的光线在空中叠加，单元图像对应的相同点在空间中叠加形成悬浮图像的一个点，单元图像的所有点在空中叠加后，形成成像在同一高度的悬浮图像，悬浮图像为实像，如图2所示，微图像阵列10，通过微透镜阵列20，在空间中形成悬浮的实像“A”。Drinkwater等人在美国专利US5712731A中率先提出将半球形微透镜阵列与微图像阵列相结合的用于防伪的安全器件，在中国专利CN103176276A中揭示了采用图像阵列显示器搭配透镜阵列用于实现动态悬浮显示的方法。采用显示器实现微图像阵列，对显示器的像素尺寸，分辨率具有很高的要求，如果需要显示一幅100*100分辨率的悬浮图像，则需要显示器具有约100*100个单元图像阵列，单元图像的分辨率为100*100，单元图像数量如果过少，则意味着悬浮显示图像每一点的光线数目过少，容易引起人眼的观看的疲劳，甚至没有悬浮效果，这样显示器的分辨率需要达到10000*10000。同时单元图像的间隔也需要比较小，间隔过大，每个视点间隔也大，同样会引起观看的不适，所以显示像素尺寸也需要做的很小，通常要小于10um才会有较好的效果，目前的显示器制造技术还难以加工如此规格的显示器，因此难以实现真正的商业应用。
技术实现思路
本申请提供一种显示装置及多层悬浮显示设备根据第一方面，一种实施例中提供一种显示装置，包括光引擎、平板光波导和光线偏折单元；光引擎放置于平板光波导的入光侧，光线偏折单元放置于平板光波导的出光侧；光引擎产生显示图像源,并将显示图像源的出射光线入射到平板光波导内；平板光波导将光线经全反射传输形成扩束光线并输出至光线偏折单元；光线偏折单元将平板光波导输出的扩束光线在空间中汇聚或发散形成悬浮图像。根据第二方面，一种实施例中提供一种导光平板，包括若干个导光棒和若干个棒装包层；导光棒为棱台结构，导光棒和棒状包层沿水平方向交替密接排列；导光棒的折射率为为n1，棒状包层的折射率为n2，n1＞n2＞1，导光棒用于全反射传输光线，棒状包层用以形成导光棒的全反射条件；导光平板具有相对平行设置的第一表面和第二表面，第一表面为入光面，第二表面为出光面，导光棒的轴向与水平方向构成一平面，第一表面和第二表面与平面平行，且，第一表面与第二表面的面积大小为不相同。根据第三方面，一种实施例中提供一种多层悬浮显示设备，包括平板显示器和上述的显示装置，显示装置包括光引擎、平板光波导和光线偏折单元；光引擎放置于平板光波导的入光侧，光线偏折单元放置于平板光波导的出光侧；光引擎产生显示图像源,并将显示图像源的出射光线入射到平板光波导内；平板光波导将光线经全反射传输形成扩束光线并输出至光线偏折单元；光线偏折单元将平板光波导输出的扩束光线在空间中汇聚或发散形成悬浮的第一显示图像；平板显示器产生第二显示图像，第二显示图像与第一显示图像位于不同的平面。根据第四方面，一种实施例中提供另外一种多层悬浮显示设备，包括多组上述的显示装置；各个显示装置包括光引擎、平板光波导和光线偏折单元；光引擎放置于平板光波导的入光侧，光线偏折单元放置于平板光波导的出光侧；光引擎产生显示图像源,并将显示图像源的出射光线入射到平板光波导内；平板光波导将光线经全反射传输形成扩束光线并输出至光线偏折单元；光线偏折单元将平板光波导输出的扩束光线在空间中汇聚或发散形成悬浮图像，多组悬浮图像位于不同的平面。依据上述实施例的显示装置，由于采用光引擎输出图像源的光线在平板光波导内多次全反射传播，对光线进行了扩束，再结合光线偏折单元将扩束光线在空间中汇聚或发散形成悬浮图像，实现了悬浮图像的显示，相对于现有的采用多个图像阵列搭配透镜在空间中形成悬浮图像显示的方法，不需要超高显示分辨率的显示模组，减小了显示装置的体积，结构更简单，方式更加灵活，可以实现全彩色，高分辨率的悬浮显示。附图说明图1为集成成像显示原理图；图2为悬浮显示原理图；图3为本专利技术悬浮显示装置示意图；图4为光引擎结构示意图；图5为实施例一的显示装置结构示意图；图6为实施例一中另一光引擎结构示意图；图7为实施例一的平板光波导结构示意图；图8为实施例一的平板光波导俯视图；图9为光线偏折方向示意图；图10为实施例二的显示装置结构示意图；图11为实施例二的平板光波导结构示意图；图12为实施例三的平板光波导结构示意图；图13为实施例四中显示装置平凸透镜成像高度计算示意图；图14为悬浮显示模组的成像原理如图；图15为实施例四中平凸透镜成像分析示意图；图16为实施例四中平凸透镜成像关系式曲线图；图17为实施例五中凹面镜成像示意图；图18为实施例六中导光平板结构侧视图；图19为实施例六中导光平板结构俯视图；图20为实施例六中导光棒结构示意图；图21为实施例六中导光平板成像高度计算示意图；图22为实施例七为导光平板应用于显示装置的汇聚成像示意图；图23为实施例八为导光平板应用于显示装置的发散成像示意图；图24为实施例九的多层悬浮显示设备结构示意图；图25为实施例九的多层悬浮显示设备多层图像显示示意图；图26为实施例十的多层悬浮显示设备结构示意图；图27为实施例十一的多层悬浮显示设备结构示意图。具体实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种显示装置，其特征在于，包括：光引擎、平板光波导和光线偏折单元；所述光引擎放置于所述平板光波导的入光侧，所述光线偏折单元放置于所述平板光波导的出光侧；所述光引擎产生显示图像源,并将所述显示图像源出射的光线入射到所述平板光波导内；所述平板光波导将所述光线经全反射传输形成扩束光线并输出至所述光线偏折单元；所述光线偏折单元将所述平板光波导输出的扩束光线在空间中汇聚或发散形成悬浮图像。

【技术特征摘要】
2017.05.12 CN 20171033577811.一种显示装置，其特征在于，包括：光引擎、平板光波导和光线偏折单元；所述光引擎放置于所述平板光波导的入光侧，所述光线偏折单元放置于所述平板光波导的出光侧；所述光引擎产生显示图像源,并将所述显示图像源出射的光线入射到所述平板光波导内；所述平板光波导将所述光线经全反射传输形成扩束光线并输出至所述光线偏折单元；所述光线偏折单元将所述平板光波导输出的扩束光线在空间中汇聚或发散形成悬浮图像。2.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述光引擎包括显示芯片和准直光学单元；所述显示芯片产生所述显示图像源；所述准直光学单元为凹面镜或透镜；所述显示芯片位于所述准直光学单元的焦平面上；所述准直光学单元将所述显示芯片出射的光线准直成不同角度的平行光线。3.如权利要求2所述的显示装置，其特征在于，所述显示芯片显示单幅图像或者是多幅相同图像构成的一维图像阵列，所述准直透镜为单个透镜或者是一维透镜阵列。4.如权利要求2所述的显示装置，其特征在于，所述显示芯片按照时间顺序分别显示红、绿、蓝分量颜色的图像，并将所述红、绿、蓝分量颜色的图像形成彩色图像。5.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述平板光波导为楔形体；所述平板光波导包括相对设置的第一表面和第二表面，所述第一表面和第二表面之间存在第一夹角；所述第二表面布设有多个线性棱镜，每个所述线性棱镜包括第一琢面和第二琢面；所述第一表面和第一琢面平行且均为全内反射表面，所述第二琢面与所述第一表面之间存在第二夹角；所述显示图像源出射的光线通过第一琢面在平板光波导内反射传播，经第二琢面反射后改变光线的传播方向，并通过第一表面出射。6.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述平板光波导包括相对设置的第一表面和第二表面，所述第一表面和第二表面平行设置；所述第一表面和第二表面中至少有一个表面具有纳米衍射光栅结构或棱镜微结构，所述纳米衍射光栅结构或棱镜微结构改变所述平板光波导内的光线传播方向，将光线从所述平板光波导耦合输出。7.如权利要求6所述的显示装置，其特征在于，所述纳米衍射光栅结构包括第一光栅区域、第二光栅区域和第三光栅区域；所述显示图像源中一像素点出射的光线通过所述第一光栅区域输入至所述平板光波导内，并使所述光线沿着第一方向传输至所述第二光栅区域；所述第二光栅区域将所述光线的传输方向由第一方向改变为第二方向，所述第一方向与所述第二方向垂直，并将所述光线形成线光束传输至所述第三光栅区域；所述第三光栅区域将所述线光束扩展为面光束从所述平板光波导耦合输出至所述光线偏折单元。8.如权利要求7所述的显示装置，其特征在于，所述第三光栅区域面积大于所述第一光栅区域面积。9.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述平板光波导包括相对设置的第一表面、第二表面和入射表面，所述第一表面和第二表面平行设置；所述第一表面和第二表面为全反射表面，所述第一表面和第二表面之间设有多个改变部分光线传播方向的部分反射面。10.如权利要求9所述的显示装置，其特征在于，所述部分反射面的反射率沿着光线在所述平板光波导内的传播方向依次递减。11.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述光纤偏折单元为成像镜。12.如权利要求11所述的显示装置，其特征在于，所述成像镜为平凸透镜或全息透镜或凹面镜，所述成像镜的相对孔径大于0.5。13.如权利要求12所述的显示装置，其特征在于，所述平凸透镜为菲涅尔透镜。14.如权利要求11所述的显示装置，其特征在于，所述透镜为可变焦液晶透镜或可变焦液体透镜，通过改变透镜的焦距可以改变显示图像的成像高度。15.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：隆弢，
申请(专利权)人：上海誉沛光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31