一种裸眼3D显示装置和裸眼3D光栅的制作方法

本实用新型涉及显示技术领域，特别涉及一种裸眼3D显示装置和裸眼3D光栅。

背景技术：

随着数字视听技术进入高清化的时代，裸眼3D技术呼之欲出，目前，裸眼3D已经在一些电子产品覆盖的主要领域铺开，已上市的裸眼3D产品主要有裸眼3D手机、裸眼3D电视、裸眼3D笔记本，裸眼3D摄像机等等，裸眼3D立体显示技术是影像行业的最新、最前沿的高新技术，它的出现和发展改变了传统平面图像给人们的视觉疲惫，也是图像制作领域的一场技术革命，是一次质的变化，在未来有着广阔的前景。

简单地讲，3D成像就是特殊高清液晶显示基础上，精确地贴上一层特殊3D光学组件(光学玻璃+透镜状高分子聚合物所组成)，并利用其自然分光作用，将经过特殊处理过3D视像信息，有规律分离出来，从而在一定观看区域内，实现裸眼3D效果。传统设计的柱状透镜光栅或狭缝光栅只在水平方向上呈现弧度，在水平方向有聚光作用，且图像也只在水平方向拍摄排列，故只能于水平方向上观看到裸眼3D图像。

由于传统的柱状透镜光栅与狭缝光栅所形成的裸眼图像只能在显示屏前水平方向一定范围内观看到3D图像，视觉冲击力不够，商业应用吸引力不大。虽然目前的全息技术能360度看到裸眼3D的图像，但全息技术对设备及技术要求太高，价格昂贵，实现困难，不能被广泛应用。

因而现有技术还有待改进和提高。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种裸眼3D显示装置和裸眼3D光栅，可360度观看到裸眼3D图像。

为了达到上述目的，本实用新型采取了以下技术方案：

一种裸眼3D光栅，包括基板以及设置在所述基板表面的微透镜阵列层，所述微透镜阵列层包括多个棱柱状的微透镜单元，所述微透镜单元的顶部为球面。

所述的裸眼3D光栅中，所述微透镜单元包括四棱柱部和设置在所述四棱柱部顶部的球面部。

所述的裸眼3D光栅中，每个微透镜单元覆盖m×m个像素，所述m为4-12中的一个整数。

所述的裸眼3D光栅中，所述四棱柱部的横截面为正方形。

所述的裸眼3D光栅中，所述微透镜单元的球面的曲率半径R满足如下公式：

其中，d为所述基板的厚度，k₁为经验系数，n₁为所述基板的折射率，n₂为微透镜阵列层的折射率。

所述的裸眼3D光栅中，所述基板d的厚度满足如下公式：

其中，P为显示屏的像素的长或宽，S为显示屏的预设视距，W为双目视距，a为显示屏上层玻璃基板的厚度。

所述的裸眼3D光栅中，所述微透镜单元的边长为1-2mm。

所述的裸眼3D光栅中，所述微透镜单元的曲率半径为1-4mm。

所述的裸眼3D光栅中，各个微透镜单元的水平间距和垂直间距均为1.239mm，曲率半径为2.13248mm。

一种裸眼3D显示装置，包括如上所述的裸眼3D光栅。

相较于现有技术，本实用新型提供一种裸眼3D显示装置和裸眼3D光栅。其中，所述裸眼3D光栅包括基板以及设置在所述基板表面的微透镜阵列层，所述微透镜阵列层包括多个棱柱状的微透镜单元，所述微透镜单元的顶部为球面。通过采用多个微透镜单元呈矩阵排列组成微透镜阵列层，因微透镜单元的顶部为球面，其具有360度分光作用，能将焦平面上的经特殊排列的图像有规律的分离出来，故观察者可围绕显示设备360度观看到裸眼3D图像。

附图说明

图1为本实用新型提供的裸眼3D光栅的立体图。

图2为本实用新型提供的裸眼3D光栅的正视图。

图3为本实用新型提供的裸眼3D光栅的俯视图。

图4为本实用新型提供的裸眼3D光栅中，微透镜单元的正视图。

图5为本实用新型提供的裸眼3D光栅中，3D成像原理示意图。

图6为本实用新型提供的裸眼3D光栅中，人眼光源点与微透镜单元覆盖的像素区域形成的三角形示意图。

具体实施方式

本实用新型提供一种裸眼3D显示装置和裸眼3D光栅。为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提供的裸眼3D显示装置，其包括显示屏和贴附在所述显示屏上的裸眼3D光栅。眼睛在显示屏前移动时，因视点的周期循环出现，图像会出现跳跃，要使图像顺滑，跳跃不明显，必须采用视点多，但视点过多这样又会导致显示时图像分辨率低，故选用如下4K2K高分辨率的显示屏，具体的，所述显示屏为液晶面板，所述液晶面板的分辨率为3840×2160。

请参阅图1、图2和图3，所述裸眼3D光栅，包括基板20以及设置在所述基板20上表面的微透镜阵列层，所述微透镜阵列层包括多个棱柱状的微透镜单元10，即，多个微透镜单元10呈点阵排布形成微透镜阵列层；所述微透镜单元10的顶部为球面。

因微透镜单元的顶部为球面，球面360度范围具有分光作用，能将焦平面上的经特殊排列的图像有规律的分离出来，故观察者可围绕显示设备360度观看到裸眼3D图像。

请参阅图4，所述微透镜单元10包括四棱柱部120和设置在所述四棱柱部120顶部的球面部110。所述四棱柱部120的横截面为矩形，即所述微透镜单元10的底部为矩形。换而言之，所述微透镜单元10的四个侧面均为平面。矩形的长宽比与显示屏的一个像素相同；如此设置，有利于微透镜单元10之间的贴合。由于显示屏的像素通常为正方形，故本实施例中，所述四棱柱部120的横截面为正方形。

进一步的，每个微透镜单元10覆盖m×m个像素，所述m为4-12中的一个整数。即m取值可以是4、5、6、7、8、9、10、11、12中的任意一个整数，视屏幕分辨率和像素大小而定。本实施例中优选m为8。由于显示屏通常为矩形，进而所述微透镜阵列层为矩形。

请一并参阅图5，所述基板d的厚度满足如下公式：

其中，P为显示屏的像素的长或宽(本实施例中像素长宽相等)，S为显示屏的预设视距，W为双目视距(即两眼的间距)，a为显示屏上层玻璃基板的厚度。优选的，所述预设视距为显示屏的最佳视距。所述基板20优选为玻璃基板，本实施例中，所述基板20为电子级透明玻璃。

本实施例中，显示屏的分辨率为3840×2160，显示屏的最佳视距S为1400mm，屏像素大小为0.15525×0.15525mm，即P＝0.15525mm。W取65mm，n₁取1.5，a取0.5mm。

由图5的相似三角形原理可知，P：W＝h：S。可求得h＝3.343846mm。此处的计算公式并未考虑基板的折射率，故h并非基板的厚度，要计算基板的厚度d还需要进行换算。考虑到液晶面板像素点上面还有一层玻璃基板，由折射率的公式可知，d＝h×n₁-a。另外，液晶面板上层玻璃基板与基板之间还有偏光片、胶水等，估算其厚度为0.5mm。故本实施例中，基板20的厚度d＝3.343846×1.5-0.5-0.5＝4.0157693mm。

根据所述基板的厚度d，计算光栅焦距f＝d×k₁，k₁为经验系数。所述经验系数k₁为1.1。则光栅焦距f＝4.0157693×1.1＝5.5173459mm。

根据光栅焦距f，计算微透镜单元的曲率半径换而言之，所述微透镜单元的球面的曲率半径R满足如下公式：

其中，n₂为微透镜阵列层的折射率，本实施例中取1.56。

所述曲率半径R的计算公式由高斯光学的基本原理得出。本实施例中,R＝5.5173459/[1.5/(1.56-1)]＝2.059809mm。

根据所述基板的厚度d和微透镜单元的大小(长宽)，计算微透镜单元的阵列间距本实施例中，微透镜单元覆盖8×8个像素，即微透镜单元的宽度为m×P＝8×0.15525mm。

请参阅图6，三角形的顶点为人眼光源点，底边为微透镜单元覆盖的像素区域。由相似三角形原理可知，S/(S+d1)＝X/(m×P)，此处的d1未考虑玻璃的折射率，由于微透镜单元的焦距需聚焦在像素上，则由折射率公式可知，d1＝(f-a)/n1。由此得到微透镜单元的阵列间距X＝8×0.15525×(1400/(1400+5/1.5))＝1.239mm。

综上，最佳视距采用1400mm，设计玻璃基板厚度为4mm时；则微透镜单元的曲率半径R为：2.13248mm，各个微透镜单元的水平间距和垂直间距均为1.239mm。

当然，考虑到不同产品的最佳视距不同，所述微透镜单元的曲率半径的取值范围可为1-4mm。所述微透镜单元的边长可为1-2mm。

按照上述的光栅参数制作光栅膜(微透镜阵列层)，此光栅膜贴在4mm厚的电子级透明玻璃上，即，所述微透镜阵列层贴附在电子级透明玻璃上。再将此玻璃与显示屏opencell玻璃紧贴，显示过程把360度排列的多摄像头拍摄的图像经过特殊排列，排列后的图像阵列视屏显示在再现微透镜阵列后方的焦平面上，根据光路可逆原理，经过按规律特殊排列的图像透过光栅阵列的微透镜把许许多多图像元投射出来的光线聚焦还原，从而再现微透镜阵列前方重建出物空间场景的三维图像，因图像是透过360度排列的相机拍摄后合成的，且光栅透镜单元为圆形，故观看时可围绕电视360度观看。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。