三维显示装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及显示技术，特别涉及用于实现裸眼三维图像的多视角显示的装置。按照本实用新型专利技术一个方面的三维显示装置，其特征在于，包含：光源模组，其配置为发出第一光束；位于所述第一光束传播方向上的空间光调制器，其配置为通过振幅调制方式将多视角混合图像信息加载到所述第一光束上以形成第二光束；以及位于所述第二光束传播方向上的位相板，其具有衍射结构，所述衍射结构配置为将所述第二光束所承载图像中的不同视角的图像投射至各自对应的多个观察位置。

3-D Display Device

The utility model relates to display technology, in particular to a device for realizing multi-view display of bare-eyed three-dimensional images. According to one aspect of the utility model, a three-dimensional display device is characterized in that it includes: a light source module configured to emit a first beam; a spatial light modulator located in the propagation direction of the first beam, configured to load multi-angle mixed image information onto the first beam by amplitude modulation to form a second beam; and a second beam transmission. A phase plate in the propagation direction has a diffraction structure configured to project images from different viewpoints in the image carried by the second beam to respective observation positions.

【技术实现步骤摘要】
三维显示装置
本专利技术涉及显示技术，特别涉及用于实现裸眼三维图像的多视角显示的装置。
技术介绍
随着生活水平的提高，科学技术的迅猛发展，逼真的视觉体验成为了人们对显示画面的追求，3D显示技术应运而生。不仅仅是在传统的显示行业，多媒体领域和软件开发等诸多领域也迫切需要3D显示技术的发展与应用。传统的3D显示技术需要借助额外的辅助设备(比如3D眼镜等)才能观察到立体图像，这极大限制了人们观看的自由度。因此发展裸眼3D显示技术是大势所趋。全息图是一种携带振幅与位相信息以真实再现三维信息的图像。全息显示的特点是，全息图可在空间再现三维虚像或者三维实像，全息图上的每一点均向空间各个方向传输信息，空间中的每一观察点均可看到整幅的图像。或者说，图像信息通过光场传输会聚在观察点上。因此，在空间不同观察点可观看到不同视角的整幅图像而相互不干扰。但是数十年来，受到全息记录材料、信息量和技术工艺的限制，全息显示未能实现宽视角的动态彩色裸眼3D显示。基于视差原理的裸眼3D显示技术包括视障法和微柱透镜法。在这些技术中，视障屏或者微柱透镜阵列被设置在液晶显示面板表面以实现不同视角的图像在空间角度上的分离。由于鬼影和杂散光难以消除，因此在观察这种3D图像时易引起视觉疲劳。与此同时，受杂散光的影响，通常将视角间隔设置得较大，从而导致视角不连贯，无法实现无跳跃的裸眼3D显示效果。此外，现有的裸眼3D显示设备体积较大，难以集成到手机等小型装置内。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种三维显示装置，其具有制造成本低、设计简便和结构紧凑等优点。按照本专利技术一个方面的三维显示装置包含：光源模组，其配置为发出第一光束；位于所述第一光束传播方向上的空间光调制器，其配置为通过振幅调制方式将多视角混合图像信息加载到所述第一光束上以形成第二光束；以及位于所述第二光束传播方向上的位相板，其具有衍射结构，所述衍射结构配置为将所述第二光束所承载图像中的不同视角的图像投射至各自对应的多个观察位置。优选地，在上述装置中，所述第一光束为平行光或点光源发散光。优选地，在上述装置中，所述空间光调制器包含多个体像素，每个体像素包含多个亚像素，每个亚像素对应于不同的视角，所述衍射结构包含多个纳米结构单元，每个纳米结构单元配置为将来自于多个体像素中对应于同一个视角的亚像素的光束投射至与该亚像素相关联的多个观察位置。优选地，在上述装置中，所述衍射结构采用下列中的一种结构实现：一维纳米光栅、二维纳米光栅、空间复用的纳米光栅、纳米光栅阵列和衍射光学元件。优选地，在上述装置中，所述衍射结构采用衍射光学元件实现，通过调整所述衍射光学元件的结构深度使衍射光在衍射级次为零级处的衍射效率最小。优选地，在上述装置中，所述光源模组包括：光源；背光板，其包括：导光板，所述光源位于所述导光板的侧部，所述导光板包含位于导光板上表面、下表面或内部的第一微结构，该第一微结构具有周期性分布的第一单元，使得所述光源发出的光束经所述第一微结构散射至导光板的外部；以及与所述导光板堆叠在一起的光学膜，其包含位于光学膜表面的第二微结构，该第二微结构具有周期性分布的第二单元，经所述第一微结构散射至导光板的外部的光束经第二微结构变换为所述第一准直光束。优选地，在上述装置中，所述第一单元为微棱镜、微透镜、自由曲面透镜或凹坑中的一种。优选地，在上述装置中，所述第二单元为微透镜、菲涅耳透镜或薄膜透镜中的一种。优选地，在上述装置中，所述背光板进一步包括遮光板，其包含与所述第一微结构和第二微结构匹配对应的遮光结构以滤除从所述第二微结构出射的杂散光。优选地，在上述装置中，下列位置中的一个：导光板与光学膜之间、所述导光板内部和所述光学膜内部。优选地，在上述装置中，所述光源为LED线阵列光源。优选地，在上述装置中，所述空间光调制器为液晶显示单元。优选地，在上述装置中，所述光源为白色光源或三原色光源，所述装置进一步包括与所述空间光调制器和位相板堆叠在一起的彩色滤光片。优选地，在上述装置中，所述彩色滤光片设置于所述空间光调制器与位相板之间。附图说明图1为按照本专利技术一个实施例的三维显示装置的示意图。图2为可应用于图1所示装置的背光板的示意图。图3为另一种可应用于图1所示装置的背光板的示意图。图4a-4d为可应用于图1所示实施例中的位相板的单个纳米结构单元的示意图。图5a-5c为采用图4a-4d所示纳米结构单元构成的位相板亚像素视点(阵列)效果的示意图。图6为示出了一种扩大纵向视场角的多视角图像显示结构的示意图。图7为示出了一种扩大横向视场角的多视角图像显示结构的示意图。图8为示出了另一种扩大横向视场角的多视角图像显示结构的示意图。图9为示出了一种通过同时扩大纵向和横向视场角来实现周视显示结构的示意图。图10为示出了另外一种通过同时扩大纵向和横向视场角来实现周视显示结构的示意图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的目的进行详细说明。图1为按照本专利技术一个实施例的三维显示装置的示意图。图1所示的装置10包括光源模块110、空间光调制器120和位相板130。参见图1，空间光调制器120设置在光源模块110发出光束B1(以下又称为第一光束)的传播方向上，其通过振幅调制方式将多视角混合图像信息加载到第一光束B1上以形成第二光束B2。位相板130设置在第二光束B2的传播方向上，其利用纳米结构单元将第二光束B2所承载图像中的每个视角的图像投射至各自对应的多个观察位置(例如环绕显示桌面曲线(或曲面)排布的不同观察区域)，从而获得裸眼3D的多视角显示的效果。如下面将会看到的是，利用位相板的纳米结构单元可将同一视角的图像转换至多个视点或多个视点阵列组成的可视窗口，从而在不增加显示信息通量的前提下，扩展了视场角以达到周视显示的效果。图2为按照本专利技术另一个实施例的可应用于图1所示装置的光源模块的示意图。图2所示的光源模块110包括光源111和背光板112。背光板112例如可以是指向性背光板，其包括导光板1121和光学膜1122。示例性地，光学膜1122可以是微纳光学膜。如图2所示，在导光板1121的上表面形成具有周期性分布的第一单元(图中以凹坑示出)的第一微结构1121A。光源111位于导光板1121的侧部，其发出的光束进入导光板1121之后，经第一微结构1121A散射至导光板1121的外部。虽然图2中所示的第一微结构1121A形成于导光板1121的上表面，但是其也形成于导光板1121的下表面或内部。优选地，第一微结构的尺寸在100nm-1mm之间。在图2所示的背光板112中，第一单元示例性地以凹坑的形式示出，但是其也可以是其它形式的光学元件，例如包括但不限于微棱镜、微透镜、自由曲面透镜等。继续参见图2，光学膜1122位于导光板1121的下方。光学膜1122可与导光板1121堆叠在一起或与导光板1121保持一定的空气间隙(当光学膜的折射率接近或高于导光板的折射率时)。此外，还可以在导光板1121与光学膜1122之间插入一层低折射率层以避免在导光板中形成全反射条件。如图2所示，在光学膜1122的表面形成具有周期性分布的第二单元的第二微结构1122A，该第二微结构1122A与第一微结构1121A在结构上匹配，作用是将来自导光板1121的发散光束变换为沿一个或多本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维显示装置，其特征在于，包含：光源模组，其配置为发出第一光束；位于所述第一光束传播方向上的空间光调制器，其配置为通过振幅调制方式将多视角混合图像信息加载到所述第一光束上以形成第二光束；以及位于所述第二光束传播方向上的位相板，其具有衍射结构，所述衍射结构配置为将所述第二光束所承载图像中的不同视角的图像投射至各自对应的多个观察位置。

【技术特征摘要】
1.一种三维显示装置，其特征在于，包含：光源模组，其配置为发出第一光束；位于所述第一光束传播方向上的空间光调制器，其配置为通过振幅调制方式将多视角混合图像信息加载到所述第一光束上以形成第二光束；以及位于所述第二光束传播方向上的位相板，其具有衍射结构，所述衍射结构配置为将所述第二光束所承载图像中的不同视角的图像投射至各自对应的多个观察位置。2.如权利要求1所述的装置，其中，所述第一光束为平行光或点光源发散光。3.如权利要求1所述的装置，其中，所述空间光调制器包含多个体像素，每个体像素包含多个亚像素，每个亚像素对应于不同的视角，所述衍射结构包含多个纳米结构单元，每个纳米结构单元配置为将来自于多个体像素中对应于同一个视角的亚像素的光束投射至与该亚像素相关联的多个观察位置。4.如权利要求3所述的装置，所述衍射结构采用下列中的一种结构实现：一维纳米光栅、二维纳米光栅、空间复用的纳米光栅、纳米光栅阵列和衍射光学元件。5.如权利要求4所述的装置，其中，所述衍射结构采用衍射光学元件实现，通过调整所述衍射光学元件的结构深度使衍射光在衍射级次为零级处的衍射效率最小。6.如权利要求1所述的装置，其中，所述光源模组包括：光源；背光板，其包括：导光板，所述光源位于所述导光板的侧部，所述导光板包含位于导光板上表...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈林森，乔文，花尔凯，黄文彬，浦东林，
申请(专利权)人：苏州苏大维格光电科技股份有限公司，苏州大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32