光场显示装置的制作方法

本公开涉及光场显示技术领域，具体而言，涉及一种光场显示装置。

背景技术：

光场显示技术是通过记录物体信息在传播过程中的三维位置信息再现出原物体的技术，相比只记录二维的传统成像方式多出1个自由度，因而在图像重建过程中，能够获取更加丰富的图像信息。现阶段由于3D显示带来的真实感和深度信息，使得越来越多的人对其进行研究，更加丰富了我们的生活。其真实的空间三维显示，即观察者不必借助任何工具就如同看真实景物一般，围绕着它可以看到物体各个侧面的三维信息。结合两者的优点，因此出现了3D光场显示技术。

3D光场显示技术分为记录和再现两个阶段，在三维数据记录阶段，物体的三维信息通过多个微透镜被CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合元件)采集到。多个微透镜由许多完全相同的小透镜组成，这些小透镜称为单元透镜，通过这些单元透镜记录下来的图像阵列，即为单元图像。单元图像被CCD记录和存储。在三维信息显示阶段，单元图像阵列在空间光调制器或LCD上显示，单元图像发出的光经过微透镜在空间中叠加，再现出原物体的光场，即可看到原物体的三维图像。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现要素：

本公开的目的在于提供一种光场显示装置，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。

本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得清晰，或者部分地通过本公开的实践而习得。

根据本公开的一个方面，提供一种光场显示装置，包括多组成像模组，每组所述成像模组包括一液晶透镜阵列和一显示屏，所述液晶透镜阵列设置于所述显示屏的出光侧，其中，所述多组成像模组的成像彼此平行。

在本公开的一种示例性实施例中，所述多组成像模组包括一第一成像模组和一第二成像模组，所述第一成像模组和所述第二成像模组平行设置。

在本公开的一种示例性实施例中，所述多组成像模组包括一第一成像模组和一第二成像模组，所述第一成像模组和所述第二成像模组之间具有预设夹角设置。

在本公开的一种示例性实施例中，所述光场显示装置还包括：半透半反膜，其中，

所述半透半反膜用于使所述第一成像模组的成像与所述第二成像模组的成像彼此平行。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第一成像模组和所述第二成像模组之间垂直设置，且所述半透半反膜分别与所述第一成像模组和所述第二成像模组成45度角。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第一成像模组的成像位于所述第二成像模组的成像之前或者之后。

在本公开的一种示例性实施例中，所述光场显示装置还包括：PBS偏振分光棱镜，其中，

所述PBS偏振分光棱镜用于使所述第一成像模组的成像与所述第二成像模组的成像彼此平行。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第一成像模组的第一液晶透镜阵列和所述第二成像模组的第二液晶透镜阵列所具有的焦距数量相等。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第一成像模组的第一液晶透镜阵列和所述第二成像模组的第二液晶透镜阵列所具有的焦距数量与所述第一成像模组的第一显示屏和所述第二成像模组的第二显示屏的显示性能以及所要显示的图像的景深数量相关。

在本公开的一种示例性实施例中，所述液晶透镜阵列具有多个焦距，且所述多个焦距之间成等差分布。

本公开某些实施例中的光场显示装置，通过多组显示屏加液晶透镜阵列的组合，一方面，可以降低对显示屏和液晶透镜阵列的刷新频率的要求；另一方面，可以降低响应时间要求。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出现有技术中一种光场显示的示意图。

图2示出本公开示例性实施例中第一种光场显示装置的示意图。

图3示出本公开示例性实施例中第二种光场显示装置的示意图。

图4示出本公开示例性实施例中第三种光场显示装置的示意图。

图5示出本公开示例性实施例中第四种光场显示装置的示意图。

图6示出本公开示例性实施例中第五种光场显示装置的示意图。

图7示出本公开示例性实施例中第六种光场显示装置的示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。

需要指出的是，在附图中，为了图示的清晰可能会夸大层和区域的尺寸。而且可以理解，当元件或层被称为在另一元件或层“上”时，它可以直接在其他元件上，或者可以存在中间的层。另外，可以理解，当元件或层被称为在另一元件或层“下”时，它可以直接在其他元件下，或者可以存在一个以上的中间的层或元件。另外，还可以理解，当层或元件被称为在两层或两个元件“之间”时，它可以为两层或两个元件之间唯一的层，或还可以存在一个以上的中间层或元件。通篇相似的参考标记指示相似的元件。

本公开实施例首先提供了一种光场显示装置，该光场显示装置可以包括多组成像模组，每组所述成像模组包括一液晶透镜阵列(Liquid Crystal lens Array，以下简称为LC lens阵列)和一显示屏。其中，该液晶透镜阵列可以设置于该显示屏的出光侧。其中，该多组成像模组的成像彼此之间是相互平行的。通过该多组成像模组可以降低显示屏和液晶透镜阵列的刷新频率要求，从而降低响应时间要求。

在示例性实施例中，该显示屏可以包括液晶显示屏(LCD)、有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode，OLED)显示屏等任意的显示屏，本公开对此不作限定。在下面的实施例中，均以液晶显示屏(LCD)为例进行举例说明，但其不是用于限定本公开的目的。

为达到3D显示的目的，可以在显示装置中设置液晶透镜。该液晶透镜包括多个液晶重复单元，每个液晶重复单元相当于一个柱状的透镜，在呈现同一画面的光线经过液晶透镜时，每个液晶重复单元使光线向不同的方向聚焦，从而可使得进入用户左眼和右眼的光线不同。

具体地，液晶透镜包括相对设置的上基板和下基板，以及填充在上基板和下基板之间的液晶层；在上基板设有上电极，下基板上设有多个相互平行的条状电极。在条状电极充电而在上电极与各条状电极之间构成电场时，在每个液晶重复单元中，靠近下基板的液晶层中的液晶分子的倾斜角度从中央区域到边缘区域逐渐减小，从而使得靠近下基板的液晶层的折射率从中央区域到边缘区域逐渐变小。该折射率的变化使得光线在透过该靠近下基板部分的液晶层时被聚焦至预定的方向，通过上述液晶透镜中的多个液晶重复单元的光学作用，即可实现3D显示。

本发明实施例中的液晶透镜阵列，一方面，可以取代原本柱状透镜式的产品。这样的好处在液晶屏幕可自由切换2D平面和3D效果，且用户观看时不用带眼镜，从而摆脱了佩戴眼镜的不便性。同时保有高精细，真实感十足的立体影像质量。另一方面，LC lens技术突破了裸眼3D显示器的距离限制。传统裸眼3D会有需要在固定距离观看的限制，而透过LC lens的透镜技术，调节3D影像生成的距离，让用户可以自由选择合适的距离观赏。

在示例性实施例中，所述液晶透镜阵列可通过调节驱动电压的大小来实现快速变焦。

本发明实施例中的液晶透镜阵列，可以是曲面电极、孔型电极、或者聚合物结构等中的任意一种。其中曲面电极又可以包括曲面盒和平面盒。孔型电极又可以包括电极内置、电极外置两种类型。本公开中可以选用现有技术中的任意一种液晶透镜，对此不作限定。

图1示出现有技术中一种光场显示的示意图。

现有技术中的光场显示方案为：在液晶显示屏(LCD)上增加一层液晶透镜(LC lens)阵列，通过调整液晶透镜阵列的焦距改变液晶显示屏上成像位置。当液晶透镜阵列和液晶显示屏刷新率非常高，且液晶透镜焦距和液晶显示屏画面匹配时，即可“同时”显示不同景深的图像。

参考图1，具有一组LC lens阵列和LCD，若要显示6景深图像，该光场显示方案需要LC lens阵列具有5个焦距，例如图1中的f11、f12、f13、f14、f15，在该5个焦距处分别生成五个虚像，分别为虚像1、虚像2、虚像3、虚像4、虚像5。

假设普通显示屏刷新频率为60Hz，原1帧画面需要分成6帧显示，即需要60Hz*6＝360Hz刷新频率，那么LC lens阵列和LCD均需要360Hz刷新率，响应时间要求＜2.7ms，这对于现有液晶来说非常困难。

在下面的实施例中，均是参考上述图1的实施例进行举例说明，但本公开并不限定于此。图2-图7的实施例中均是以光场显示6景深图像，但实际进行光场显示的图像可以是具有任意景深的，本公开对此不作限定。

在示例性实施例中，该多组成像模组可以包括一第一成像模组和一第二成像模组。其中，该第一成像模组(例如LC lens阵列和LCD组合1)和该第二成像模组(例如LC lens阵列和LCD组合2)可以平行设置。下面通过图2对其进行示例说明。

图2示出本公开示例性实施例中第一种光场显示装置的示意图。

如图2所示，该光场显示装置包括LC lens阵列和LCD组合1与LC lens阵列和LCD组合2。其3D显示原理为：LCD前放置可变焦距的LC lens阵列，在“1帧”的时间里，调节LCD画面和LC lens阵列焦距，分别在1/6、2/6、3/6、4/6、5/6、6/6帧显示不同的画面和焦距，形成纵向景深图像。人眼可以聚焦任意景深观察到图像，产生立体感。

在图2的实施例中，LC lens阵列和LCD组合1中的LC lens阵列具有两个焦距，分别为f21、f22，从而可以在相应位置生成两个虚像：虚像1和虚像2，这里假设图2中的虚像1和虚像2分别对应图1的虚像1和虚像2的位置，但本公开并不限定于此；LC lens阵列和LCD组合2中的LC lens阵列也具有两个焦距，分别为f23、f24，从而可以在相应位置生成两个虚像：虚像3，虚像4，这里假设虚像3和虚像4分别对应图1中的虚像4和虚像5的位置，但本公开并不限定于此；且LC lens阵列和LCD组合1、LC lens阵列和LCD组合2之间的距离为H21。

在图1示出的光场显示方案中，可以调节其LC lens阵列的5个焦距呈等差分布，例如假设f11＝f12-f11＝f13-f12＝f14-f13＝f15-f14。与此对应的，在图2所示的实施例中，可以调节图2中的H21＝f13，即LC lens阵列和LCD组合2处于图1所示的虚像3的位置处，但本公开不限定于此，在其他的实施例中，液晶透镜阵列的多个焦距之间也可以不呈等差分布。焦距的调节和当前拍摄的图像实际内容有关，且图像的景深个数不能超过显示屏的性能上限(例如小于等于6景深)。

在图2所示的实施例中，还可以调节LC lens阵列和LCD组合1和LC lens阵列和LCD组合2中的液晶透镜阵列的焦距，使得f21＝f23＝f11，f22＝f24＝f12，f22＝2*f21，f24＝2*f23，但本公开并不限定于此。在其他实施例中，也可以调节LC lens阵列和LCD组合1和LC lens阵列和LCD组合2中的液晶透镜阵列的焦距，使得f21≠f23≠f11，f22≠f24≠f12，f22≠2*f21，f24≠2*f23。

整个显示器做好之后，组合1和组合2之间可以具有设定的固定距离H21，但具体的距离值和液晶透镜阵列的焦距范围、拍摄图像的景深距离等有关。

在图2所示的实施例中，使用LC lens阵列和LCD组合1与LC lens阵列和LCD组合2两个组合，若显示6景深图像，LC lens阵列和LCD组合1与LC lens阵列和LCD组合2均仅需LC lens阵列具有2个焦距，显示60Hz的光场图像需要60Hz*3＝180Hz，响应时间要求＜5.5ms，这对于现有液晶非常容易实现，响应时间要求降低了50％。

在图2所示的实施例中，该第一成像模组(例如LC lens阵列和LCD组合1)的该第一液晶透镜阵列和该第二成像模组(例如LC lens阵列和LCD组合2)的该第二液晶透镜阵列所具有的焦距数量相等。例如LC lens阵列和LCD组合1具有两个焦距(f21和f22)，能够成两个虚像(虚像1和虚像2)；同时例如LC lens阵列和LCD组合2也具有两个焦距(f23和f24)，也能够成两个虚像(虚像3和虚像4)。

但本公开不限定于此，在其他示例性实施例中，该第一成像模组的该第一液晶透镜阵列和该第二成像模组的该第二液晶透镜阵列所具有的焦距数量也可以不相等。下面通过图3的实施例进行举例说明。

图3示出本公开示例性实施例中第二种光场显示装置的示意图。

如图3所示，该光场显示装置包括：LC lens阵列和LCD组合1，具有一个焦距f31，在相应位置生成虚像1；LC lens阵列和LCD组合2LC，其LC lens阵列具有3个焦距，分别是f32、f33、f34，在相应位置分别生成虚像2，虚像3和虚像4。

其中该LC lens阵列和LCD组合2可以设置于图1的虚像2的位置，其生成的虚像2、虚像3和虚像4分别可以对应图1的虚像3，虚像4和虚像5的位置，LC lens阵列和LCD组合1与LC lens阵列和LCD组合2之间的距离为H31，即H31＝f12。但本公开并不限定于此。

在图3所示的实施例中，假设f31＝f11＝f32，f33＝f12，f34＝f13，即f32、f33、f34可以呈等差分布，但本公开并不限定于此。

在图3的实施例中，LC lens阵列和LCD组合1具有一个焦距(f31)，能够成一个虚像(虚像1)；而LC lens阵列和LCD组合2具有三个焦距(f32、f33和f34)，能够成三个虚像(虚像2、虚像3和虚像4)。例如，使用LC lens阵列和LCD组合1与LC lens阵列和LCD组合2两个组合，若显示6景深图像，LC lens阵列和LCD组合1仅需LC lens阵列具有1个焦距，显示60Hz的光场图像需要60Hz*2＝120Hz；LC lens阵列和LCD组合2需LC lens阵列具有3个焦距，显示60Hz的光场图像需要60Hz*4＝240Hz。

在其他示例性实施例中，还可以将LC lens阵列和LCD组合2设置于图1的虚像4处，此时，LC lens阵列和LCD组合1生成虚像1和虚像2，虚像3；而LC lens阵列和LCD组合2生成虚像4。此时，LC lens阵列和LCD组合1具有三个焦距，能够成三个虚像；而LC lens阵列和LCD组合2具有一个焦距，能够成一个虚像。

由上述实施例可知，本公开实施例中所述第一成像模组的第一液晶透镜阵列所具有的焦距数量与所述第一成像模组的第一显示屏的显示性能(例如刷新频率或者响应时间)相关。类似的，所述第二成像模组的第二液晶透镜阵列所具有的焦距数量与所述第二成像模组的第二显示屏的显示性能相关。此外，所述第一液晶透镜阵列和所述第二液晶透镜阵列所具有的焦距数量之和还取决于所要显示的图像的景深数量上限，例如，要显示6景深图像，所述第一液晶透镜阵列和所述第二液晶阵列所具有的焦距数量之和要大于等于4。

在示例性实施例中，该多组成像模组可以包括一第一成像模组、一第二成像模组和一第三成像模组。其中，该第一成像模组(例如LC lens阵列和LCD组合1)、该第二成像模组(例如LC lens阵列和LCD组合2)和该第三成像模组(例如LC lens阵列和LCD组合3)可以平行设置。下面通过图4对其进行示例说明。

图4示出本公开示例性实施例中第三种光场显示装置的示意图。

如图4所示，该光场显示装置包括：LC lens阵列和LCD组合1，其具有一个焦距f41，能够在相应位置生成虚像1；LC lens阵列和LCD组合2，其具有一个焦距f42，能够在相应位置生成虚像2；LC lens阵列和LCD组合3，其具有一个焦距f43，能够在相应位置生成虚像3。

其中LC lens阵列和LCD组合1可以设置于图1的虚像2的位置处，即LC lens阵列和LCD组合1、LC lens阵列和LCD组合2之间的距离H41＝f12；LC lens阵列和LCD组合3可以设置于图1的虚像4处，即LC lens阵列和LCD组合2、LC lens阵列和LCD组合3之间的距离H42＝f12。但本公开并不限定于此。

继续参考图4，可以分别调节LC lens阵列和LCD组合1、LC lens阵列和LCD组合2和LC lens阵列和LCD组合3的液晶透镜阵列的焦距，使得f41＝f42＝f43，但本公开并不限定于此。

在图4的实施例中，该光场显示装置使用了三LC lens阵列+LCD组合，并且使得LC lens阵列+LCD组合2处于图1的第二个虚像的位置上，LC lens帧率+LCD组合3可处于图1的第四个虚像的位置上，假设实现6景深，组合1、组合2、组合3仅需各自的LC lens阵列具有1个焦距，此时显示60Hz的光场图像需要60Hz*2＝120Hz，响应时间要求＜8.3ms。

在其他实施例中，组合2和组合3实际上可以位于图1中的第一至第五个虚像的任意一个位置上。

需要说明的是，虽然上述图2-图4的实施例中仅图示了两组或者三组成像模组的具体实例，但实际上，该光场显示装置可以具有两个以上的任意多组成像模组，具体的成像模组数量可以根据实际的应用场景中需要显示的图像的景深的数量的上限和显示屏、液晶透镜阵列的刷新频率性能等多方面综合考虑后进行合理的选择，例如在显示的图像中包括8景深的图像时，可以选择二组成像模组、三组成像模组或者四组成像模组，且各成像模组的设置位置也可以根据响应时间的要求进行灵活配置，本公开对此不作限定。

在示例性实施例中，该多组成像模组可以包括一第一成像模组和一第二成像模组。其中，该第一成像模组(例如LC lens阵列和LCD组合1)和该第二成像模组(例如LC lens阵列和LCD组合2)之间可以具有预设夹角设置。

在示例性实施例中，该光场显示装置还可以包括半透半反膜。

其中该半透半反膜可以用于使该第一成像模组(例如LC lens阵列和LCD组合1)的成像和该第二成像模组(例如LC lens阵列和LCD组合2)的成像彼此平行。

在示例性实施例中，该光场显示装置还可以包括PBS偏振分光棱镜。即所述半透半反膜可以采用PBS(Polarization Beam Splitter)偏振分光棱镜替代，调整第一成像模组的显示屏和第二成像模组的显示屏的偏光片方向，分别出射P波和S波。

其中该PBS偏振分光棱镜可以用于使该第一成像模组(例如LC lens阵列和LCD组合1)的成像与该第二成像模组(LC lens阵列和LCD组合2)的成像彼此平行。

其中，所述PBS偏振分光棱镜能把入射的非偏振光分成两束垂直的线偏光，其中P偏光完全通过，而S偏光以45度角被反射，出射方向与P光成90度角。所述偏振分光棱镜由一对高精度直角棱镜胶合而成，其中一个棱镜的斜边上镀有偏振分光介质膜。

在示例性实施例中，所述预设夹角可以是90度，即该第一成像模组(例如LC lens阵列和LCD组合1)和该第二成像模组(例如LC lens阵列和LCD组合2)相互垂直设置。下面通过图5对其进行举例说明。

图5示出本公开示例性实施例中第四种光场显示装置的示意图。

如图5所示，该光场显示装置可以包括：LC lens阵列和LCD组合1，两个虚像的焦距分别为f51和f52，这里假设f52＝2*f51；LC lens阵列和LCD组合2，两个虚像的焦距分别为f53和f54，这里假设f54＝2*f53＝f52＝2*f51。

在图5所示的实施例中，LC lens阵列和LCD组合1与LC lens阵列和LCD组合2之间相互垂直放置。其还具有分别与LC lens阵列和LCD组合1、LC lens阵列和LCD组合2成45度角的半透半反膜，通过调节LC lens阵列和LCD组合1、LC lens阵列和LCD组合2之间的距离，该半透半反膜可以用于将LC lens阵列和LCD组合2的成像形成于LC lens阵列和LCD组合1的成像之后。

图6示出本公开示例性实施例中第五种光场显示装置的示意图。

图6与图5的区别之处在于，通过调节LC lens阵列和LCD组合1、LC lens阵列和LCD组合2之间的距离，该半透半反膜可以用于将LC lens阵列和LCD组合2的成像形成于LC lens阵列和LCD组合1的成像之前。

在其他实施例中，通过设置该半透半反膜的设置及调节LC lens阵列和LCD组合1、LC lens阵列和LCD组合2之间的距离，也可以使得LC lens阵列和LCD组合1的成像形成于LC lens阵列和LCD组合1的成像之前或者之后。

图7示出本公开示例性实施例中第六种光场显示装置的示意图。

图7与图5的区别之处在于，LC lens阵列和LCD组合1、LC lens阵列和LCD组合2之间不是垂直放置的。但同样可以通过设置半透半反膜与LC lens阵列和LCD组合1、LC lens阵列和LCD组合2之间的夹角关系，以及LC lens阵列和LCD组合1、LC lens阵列和LCD组合2之间的距离，将LC lens阵列和LCD组合2的成像形成于LC lens阵列和LCD组合1的成像之后。

上述图5至图7的实施例中，采用半透半反镜将两个组合(LC lens阵列和LCD组合1、LC lens阵列和LCD组合2)在空间中分隔开，LC lens阵列和LCD组合2和它所成的两个虚像在光路上不经过LC lens阵列和LCD组合1，使得相互无干扰，能够降低串扰(crosstalk)。

其中，该半透半反膜与组合1和组合2之间的夹角可以随着组合1和组合2之间的夹角变化而变化，只要能够使得组合1和组合2所生成的实像和虚像平行即可。

需要说明的是，虽然在上述图2-图7的实施例中，均是以各成像模组的液晶透镜阵列的多个焦距之间成等差分布进行举例说明的，但在其他实施例中，具有各成像模组的液晶透镜阵列的多个焦距之间也可以不成等差分布。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。