裸眼三维显示装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种裸眼三维显示装置，其包括：显示部件，其包括由多个显示单元阵列排布而成的显示单元阵列；和，视角调控器件，其包括由多个视角调控单元阵列排布而成的视角调控单元阵列，其中每个视角调控单元与多个显示单元相对应，所述显示单元被分为多组，每组显示单元发出的光线通过视角调控器件被汇聚为一个视角，不同组显示单元发出的光线通过视角调控器件被汇聚为不同视角，每组显示单元中的各个显示单元对应不同视角调控单元，每个视角调控单元对应的多个显示单元被分到不同组中。这样，可以实现在不同的视角下观看到的不同的三维显示效果，可再现全视差图像。可再现全视差图像。可再现全视差图像。

【技术实现步骤摘要】
裸眼三维显示装置


[0001]本专利技术涉及三维显示
，尤其涉及一种裸眼三维显示装置。

技术介绍

[0002]作为人类获取信息的主要来源之一，视觉在日常生活中显得尤为重要。与自然景物不同，目前传统显示器件只能呈现二维图像。这种缺乏深度的平面信息在一定程度上限制了人类对广阔世界的探索与认知。研究显示，人类的大脑几乎50%的部分均用于参与视觉信息的处理，二维图像的呈现方式导致大脑利用率降低。裸眼3D(three dimensional，3D)显示在影视、游戏、教育、车载、航空、医疗、军事都有巨大的应用价值。以军事领域为例，从机械制造、战场分析、军队指挥、远程操作等各个环节，都需要3D图像的可视化，对工作效率提升将具有巨大影响。因此，3D显示被誉为“下一代显示技术”，成为重要研究领域和诸多显示公司争相研究的技术之一。
[0003]基于视差屏障、柱透镜阵列、时空复用、亦或是集成光场等实现裸眼3D显示的机理和方法，均是利用具有周期性微结构或纳结构的光学元件对显示光场进行相位调控，将不同视角图像信息以近似平行光束的方式投射至不同视角。尽管自由立体显示技术已取得巨大进展，裸眼3D显示技术尚未成功进入平板显示领域。眩晕感（辐辏调解矛盾）、图像串扰/鬼影、分辨率下降等显示问题，以及超薄化、光利用率等器件结构问题亟待解决。
[0004]因此，有必要提出一种改进的方案来克服上述问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种裸眼三维显示装置，其可以实现在不同的视角下观看到的不同的三维显示效果，可再现全视差图像。
[0006]为实现专利技术目的，根据本专利技术的一个方面， 本专利技术提供一种裸眼三维显示装置，其包括：显示部件，其包括由多个显示单元阵列排布而成的显示单元阵列；和视角调控器件，其包括由多个视角调控单元阵列排布而成的视角调控单元阵列，其中每个视角调控单元与多个显示单元相对应，所述显示单元被分为多组，每组显示单元发出的光线通过视角调控器件被汇聚为一个视角，不同组显示单元发出的光线通过视角调控器件被汇聚为不同视角，每组显示单元中的各个显示单元对应不同视角调控单元，每个视角调控单元对应的多个显示单元被分到不同组中。
[0007]与现有技术相比，本专利技术提供采用微透镜阵列作为视角调控器件，可以实现在不同的视角下观看到的不同的三维显示效果，可再现全视差图像。
附图说明
[0008]图1为利用二维微透镜阵列再现全视差图像的基本原理示意图；图2为利用二维微透镜阵列再现全视差图像的两种实现方案的示意图；图3为本专利技术中的裸眼三维显示装置在第一个实施例中的结构示意图；
图4为本专利技术中的裸眼三维显示装置在第二个实施例中的结构示意图；图5为本专利技术中的视角调控器件在一个实施例中的形成原理图；图6为本专利技术中的透镜塌陷设计的原理图；图7为本专利技术中的视角调控器件在一个实施例中的制造示意图；图8为本专利技术中的裸眼三维显示装置的原理分析示意图；图9为本专利技术中的裸眼三维显示装置在第三个实施例中的结构示意图；图10为图9中的孔径阵列光阑在一个实施例中的俯视示意图以及剖视示意图；图11为图10中的孔径阵列光阑中的孔径的光线传播效果示意图；图12为本专利技术中的微透镜阵列的两种排布方式示意图，其中各个微透镜的口径一致；图13为本专利技术中的微透镜阵列的另外三种排布方式示意图，其中各个微透镜的口径不完全一致；和图14为单一口径微透镜的信息密度排布和多口径复合结构的信息密度排布的对比示意图。
具体实施方式
[0009]为更进一步阐述本专利技术为达成预定专利技术目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本专利技术的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。
[0010]二维微透镜阵列可再现全视差图像，其原理如图1所示，图像记录时，记录下每个微透镜单元对应生成的不同视角图像，图像再现时，多视角图像元的出射光线在微透镜阵列前方再现出来，通过微透镜阵列的方法在二维空间上重构多达数千个视角，可以实现全视差，即存在水平和垂直方向的视差，形成完整的 3D 图像，并可提供运动视差信息。
[0011]在描述微透镜阵列形貌时，可以引入方程：式中，C是透镜顶点处的曲率(curvature)，K是圆锥常数(conic constant)，R是透镜表面上的点到透镜中心的距离，a
k
是高阶非球面系数。当a
k
为零时，圆锥常数K决定了液体透镜的表面。当K<
ꢀ-
1时，是双曲线；当K=
ꢀ-
1时，是抛物线；当-1 <K< 0时，是椭圆；当K= 0时是圆；当K> 0时，是椭圆。对于非球面而言，在透镜成像质量方面，圆锥常数起着非常重要的作用，圆锥常数的大小会影响透镜的几何像差，因此，在设计非球面透镜时，要控制圆锥常数。
[0012]现有利用微透镜阵列实现裸眼3D显示的方法中，结构形貌参数（曲率、矢高）随位置参数（x y）周期变化，不是独立变量。因此不满足光场重建要求，不能重建3D光场。具体表现为显示效果不佳、分辨率下降严重、视场角受限等问题没有得到很好的解决。
[0013]如图2的左图，其还存在视场角受限问题，这主要是由于大视场角下，单个微透镜对应的图像超出本视角图像区域。一种解决的方法为使用弯曲的显示屏幕，如图2的右图所示的，从而改变边缘微透镜和显示屏幕（其包括有多个显示单元）的光轴位置。使边缘微透镜对应的视角图像始终位于视角对应的显示单元中心。然而该方法改变传统显示屏幕形态，不符合平板显示观察习惯，携带不便。
[0014]图3为本专利技术中的裸眼三维显示装置在第一个实施例300中的结构示意图。如图3所示的，所述裸眼三维显示装置包括显示部件310和视角调控器件320。
[0015]所述显示部件310也可以被称为显示屏幕。所述显示部件可以为OLED屏幕、miniLED屏幕、OLED屏幕或microLED屏幕，还可以是LCD显示屏幕等。优选的，所述显示部件310为微发光二极管(microLED)显示屏幕，每个发光二极管的长度和宽度均为小于等于100微米，每个发光二极管能够被单独驱动点亮。由于采用microLED屏幕，所述显示部件310的分辨率可以被极大的提高，从而提高最终的3D显示图像的分辨率。所述显示部件310包括由多个显示单元阵列排布而成的显示单元阵列，多个显示单元组成一个显示组件311。图3中仅显示了五个显示组件311，实际上，所述显示组件311的数目可以很多。每个显示组件311包括阵列排布的多个显示像素或显示单元，比如每个显示单元可以是一个LED单元。所述显示单元阵列被配置的同时显示视角各不相同的多个图像。
[0016]所述视角调控器件320包括由多个视角调控单元321阵列排布而成的视角调控单元阵列，其中每个视角调控单元321与一个显示组件311相对应。所述显示单元被分为多组，每组显示单元发出的光线通过视角调控器件320被汇聚为一个视角，不同组显示单元发出的光线通过视角调控器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种裸眼三维显示装置，其特征在于，其包括：显示部件，其包括由多个显示单元阵列排布而成的显示单元阵列；和视角调控器件，其包括由多个视角调控单元阵列排布而成的视角调控单元阵列，其中每个视角调控单元与多个显示单元相对应，所述显示单元被分为多组，每组显示单元发出的光线通过视角调控器件被汇聚为一个视角，不同组显示单元发出的光线通过视角调控器件被汇聚为不同视角，每组显示单元中的各个显示单元对应不同视角调控单元，每个视角调控单元对应的多个显示单元被分到不同组中。2.如权利要求1所述的裸眼三维显示装置，其特征在于，其还包括：位于所述显示部件和所述视角调控器件之间的光线准直部件，所述光线准直部件被配置的对所述显示单元发出的光线进行方向上的准直和集束。3.如权利要求2所述的裸眼三维显示装置，其特征在于，所述光线准直部件包括孔径阵列光阑，所述孔径阵列光阑包括排布成阵列的孔径，每个孔径与一个发光二极管相对应，一个发光二极管发出的光线经过对应的孔径被传播至对应的视角调控单元。4.如权利要求3所述的裸眼三维显示装置，其特征在于，所述孔径的面向所述发光二极管的一侧的直径小于所述孔径的面向所述视角调控单元的一侧的直径。5.如权利要求1所述的裸眼三维显示装置，其特征在于，所述视角调控器件包括由微透镜单元阵列排布而成的微透镜阵列以及屈光透镜，所述屈光透镜为谐衍射透镜或菲涅耳透镜，每个视角调控单元包括一个微透镜单元和该微透镜单元对应的屈光透镜单元，微透镜阵列与屈光透镜为一体式结构，或者，微透镜阵列组装于屈光透镜的一侧。6.如权利要求5所述的裸眼三维显示装置，其特征在于，每个微透镜单元采用谐衍射透镜结构或菲涅耳透镜结构。7.如权利要求1所述的裸眼三维显示装置，其特征在于，所述视角调控器件包括由复合光学透镜单元阵列排布而成复合光学透镜，所述复合光学透镜由微透镜阵列和屈光透镜复合而成，所述屈光透镜为谐衍射透镜或菲涅耳透镜。8.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔文，陈林森，杨明，周冯斌，朱平，杨博文，罗明辉，浦东林，刘晓宁，成堂东，张瑾，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：