3D显示装置的制作方法

本申请涉及3d显示领域，具体而言，涉及一种3d显示装置。

背景技术：

裸眼3d显示的基本原理是利用狭缝光栅的遮挡效应或柱状透镜光栅的折射效应等引导光线，使双眼分别看到2幅具有视差信息的画面，从而产生立体视觉的效果。例如利用柱状透镜光栅的折射分光作用，将具有视差信息的2幅图案的像素分为若干列，以该2幅图像中相同位置(相对于每幅图案的位置)的像素列为一组，像素列平行于柱镜长度方向，其位置设置在一个柱状透镜焦点附近，这样该2个像素列经同一个柱状透镜分别投射到左右眼，若干个像素列组成的具有视差信息的图像最终可以分别在左右眼视网膜上形成，再经大脑系统处理获取视差信息而形成立体视觉。

普通裸眼3d显示装置可以显示2幅视差图像，这2幅图像经过柱状透镜2'(一般称为1图01'和2图02'，且1图01'和2图02'对应的像素列称为第一像素列11'与第二像素列12')在观看空间交替出现，观看者若是左眼看到1图01'、右眼看到2图02'，就能通过大脑合成景深感，从而感受到立体视觉，但是实际上观看者很容易因为头部的略微移动而使左眼看到2图02'、右眼看到1图01'，大脑感受到错误的景深信息，从而导致眩晕感，降低使用体验，见图1。

现有技术采用多视点方案来改进此问题，即将n幅(n＞2)具有连续视差信息的视差图投射到空间中，使人眼可以在一个较大的范围内看到连续几幅具有连续视差的图像，也即人的头部可以在一个较大的范围内持续观看到3d立体画面。

相比于显示2幅视差图的方案，该方案是取具有连续视差信息的n幅图案内的像素依次以每n个像素列为一组，像素列平行于柱镜长度方向，其位置设置在一个柱状透镜焦点附近。如图2所示，以n＝5为例，具有5幅连续视差的图像的像素列分别依次以5个为一组，5个像素列依次是第一像素列11'、第二像素列12'、第三像素列13'、第四像素列14'与第五像素列15'，这样该5个像素列分别以连续排列方式经同一个柱状透镜2'投射到观看空间，若干个像素列组成的每幅具有视差信息的图像最终可以分别在左右眼视网膜上形成，观察者100的头部在一个较大的范围内持续移动时，可以依次观看到1图01'、2图02'、3图03'、4图04'、5图05'…1图01'…5图05'…，因此，观察者100的头部可以在一个较大的范围内持续观看到3d立体画面，大幅降低了如2幅视差图那样看到顺序颠倒的视差的机会，提高了观看感受。

但是由于传统多视点方案中，设计几个视点，如图3所示，就必须由一个1图01'、2图02'、3图03'、4图04'、5图05'对应的透镜遮盖住几个分属于不同视点图像的像素列，因此，柱状透镜覆盖的像素列较多，导致圆弧弦长加大，且要保证焦点位置的不变，就必须增大柱状透镜的矢高，如图3所示。由于现有柱状透镜光栅生产方案均采用压印成型技术(热压或uv压印)，矢高越高，在生产中容易导致透镜面型结构在压印过程中产生塌陷造成面型误差和/或压印脱模不良等问题。同时，矢高越高，生产所耗费材料越多，造成生产成本较高。

并且，同时经过理论计算及实验发现，柱状透镜覆盖的像素列越多，在保证相同最佳观看距离的前提下，柱状透镜光学中心所在平面距离显示面板像素阵列所在平面的距离就越大，这会直接导致最终的产品厚度和重量的增加。

类似的问题在狭缝光栅(barrier)作为3d光学元件的场景中也仍然存在。狭缝光栅包括多个彼此交错排列的遮光区和透光区，相邻的一个遮光区和一个透光区构成“一个周期”，即构成一个狭缝光栅，在例如现有技术中，这里的一个周期覆盖多个像素列，因此在保证相同最佳观看距离的前提下，狭缝光栅光学中心所在平面距离显示面板像素阵列所在平面的距离仍然较大，这也会导致产品厚度和重量的增加。

技术实现要素：

本申请的主要目的在于提供一种3d显示装置，以解决现有技术中的视点较多的情况下3d显示装置厚度较大的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种3d显示装置，该3d显示装置包括：显示元件，包括显示面板，上述显示面板包括多个依次排列的像素列；3d光学元件，设置在上述显示面板的一侧，上述3d光学元件包括依次排列的多个光学单元，上述光学单元与上述像素列一一对应，且任意相邻的两个上述光学单元之间的间距为pl，任意相邻的两个上述像素列之间的间距为pp，且pl>pp或pl<pp。

进一步地，且人的观看距离为其中，d为上述显示面板与上述3d光学元件之间的有效空气距离，n为上述3d显示装置的视点数，n>2，e为人的两眼之间的间距，k1为0.8～1.2。

进一步地，k1为1。

进一步地，且人的观看距离为其中，d为上述显示面板与上述3d光学元件之间的有效空气距离，n为上述3d显示装置的视点数，n>2，e为人的两眼之间的间距，k2为0.8～1.2。

进一步地，k2为1。

进一步地，各上述像素列包括多个依次排列的像素，各上述像素的发光宽度为a，0<a<2pl/(n+1)，其中，n为上述3d显示装置的视点数。

进一步地，a＝pl/n。

进一步地，上述3d显示装置还包括：透明材料层，设置在上述显示面板与上述3d光学元件之间。

进一步地，上述光学单元包括柱状透镜。

进一步地，上述光学单元包括狭缝光栅，上述狭缝光栅包括相邻设置的透光区与遮光区。

应用本申请的技术方案，3d光学元件中的光学单元与像素列一一对应，即每个像素列对应的图像的光线经过对应的光学单元投射到对应视区，使得人的左右眼的视网膜上形成具有视差信息的图像，该3d显示装置使得一个3d光学元件无需遮盖多个像素列，进而无需显示元件与3d光学元件之间具有较大的距离，就可以实现最佳观看距离，进而降低了3d显示装置的厚度，更有利于实现3d显示装置的轻量化，当然，当该3d显示装置中的光学元件包括柱状透镜时，还可以避免柱状透镜失高较大带来的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示出了现有技术中的一种3d显示装置的成像光路图；

图2示出了现有技术中的另一种3d显示装置的成像光路图；

图3示出了现有技术中的两种3d显示装置中的柱状透镜与像素列的对应关系；

图4示出了本申请的一种3d显示装置的结构示意图；

图5示出了本申请的一种3d显示装置的成像光路图；

图6示出了本申请的另一种3d显示装置的成像光路图；

图7示出了本申请的一种3d光学元件的结构示意图；

图8示出了实施例1中的3d显示装置的结构示意图；

图9示出了实施例1的3d显示装置的局部结构俯视图；

图10示出了实施例1的3d显示装置的能量分布曲线；

图11示出了实施例2的3d显示装置的局部结构俯视图；

图12示出了实施例2的3d显示装置的能量分布曲线；

图13示出了实施例3中的3d显示装置的结构示意图；

图14示出了实施例3的3d显示装置的局部结构俯视图；以及

图15示出了实施例3的3d显示装置的能量分布曲线。

其中，上述附图包括以下附图标记：

11'、第一像素列；12'、第二像素列；13'、第三像素列；14'、第四像素列；15'、第五像素列；2'、柱状透镜；01'、1图；02'、2图；03'、3图；04'、4图；05'、5图；100、观察者；1、背光模组；2、显示面板；3、透明材料层；4、3d光学元件；41、基材层；42、透镜层；420、柱状透镜；430、狭缝光栅；431、透光区；432、遮光区；11、第一像素列；12、第二像素列；13、第三像素列；14、第四像素列；15、第五像素列；20、像素；01、第一视区；02、第二视区；03、第三视区；04、第四视区；05、第五视区。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中，对于多视点的3d显示装置来说，由于视点较多其透镜的矢高较高，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种3d显示装置。

本申请的一种典型的实施方式中，提供了一种3d显示装置，如图4所示，该3d显示装置包括显示元件与3d光学元件4，显示元件包括显示面板2，显示面板2包括多个依次排列的像素列；3d光学元件4设置在上述显示面板2的一侧，该3d光学元件用于将不同像素列的内容导向到对应的方向，以此实现3d显示。上述3d光学元件4包括依次排列的多个光学单元，上述光学单元与上述像素列一一对应，且任意相邻的两个上述光学单元之间的间距为pl，任意相邻的两个上述像素列之间的间距为pp，且pl>pp或pl<pp。

需要说明的是，图4中提供的显示元件(即显示内容的元件)包括背光模组1和显示面板2，这种场景下，3d光学元件4设置在上述显示面板2的远离上述背光模组1的一侧，显示面板本身不会主动发光，显示面板上的各个像素列实际上对背光进行基于图像信号的光学调制，此类的显示面板例如lcd显示面板。

实际上本发明的发明点还可以应用于主动发光的显示面板，此时不再需要背光模组，即显示元件就是显示面板，对于这种场景，显示元件直接提供主动发光的像素列，此类面板例如oled显示面板。

上述3d光学元件4中的各上述光学单元包括柱状透镜420(如图7所示)和/或狭缝光栅430(如图13所示)，本领域技术人员能够理解在实际中，可以在将整个3d光学元件4设置为均由柱状透镜420作为光学单元构成，如图4所示结构，也可以将整个3d光学元件4设置为均由狭缝光栅430作为光学单元构成，如图14所示，当然还可以将3d光学元件4设置为由至少一个柱状透镜和至少一个狭缝光栅共同构成。

本领域人员应该清楚的是，作为光学单元的柱状透镜可以为静态不可切换的柱状透镜，如图4中示出结构，也可以为主动可切换的柱镜透镜，即可实现柱状透镜作用有和无两种状态切换。主动可切换的柱状透镜有很多种实现方式，例如美国us6069650中所示出的“lclens”可切换液晶透镜，也可以为仅通过电场控制液晶模拟透镜效应的grinlens可切换液晶透镜，还可以为类似美国us7058252号专利提出的通过切换偏振态改变柱状透镜作用有和无两种状态的可切换液晶透镜。上述几种主动可切换的柱状透镜都在借助液晶材料的各向异性实现柱状透镜作用有和无两种状态切换，在实际中还可以采用其他材料来实现，例如电场控制实现的透镜曲率可调的电润湿透镜或电控弹性体透镜等。

类似地，作为光学单元的狭缝光栅也可以为静态不可切换的狭缝光栅和主动可切换的狭缝光栅。主动可切换的狭缝光栅有很多种实现方式。例如电控液晶狭缝光栅，电控聚合物狭缝光栅、电致变色狭缝光栅、光致变色狭缝光栅等。

上述的3d显示装置中，3d光学元件中的光学单元与像素列一一对应，即每个像素列对应的图像的光线经过对应的光学单元投射到对应视区，使得人的左右眼的视网膜上形成具有视差信息的图像，该3d显示装置使得一个3d光学元件无需遮盖多个像素列，进而无需显示面板与3d光学元件之间具有较大的距离，就可以实现最佳观看距离，进而降低了3d显示装置的厚度，更有利于实现3d显示装置的轻量化，当然，当该3d显示装置中的光学元件包括柱状透镜时，还可以避免柱状透镜失高较大带来的问题。

本申请的一种实施例中，且人的观看距离为其中，d为上述显示面板与上述3d光学元件之间的有效空气距离，n为上述3d显示装置的视点数，n>2，e为人的两眼之间的间距k1为0.8～1.2。这样的3d显示装置不仅可以很好地解决上述的3d显示装置的厚度较厚的问题，还能够实现较小串扰的效果。

为了进一步使得3d显示装置包括串扰等的光学性能更好，本申请的一中实施例中，上述k1为1，且该3d显示装置对应的一种成像光路图如图5所示。该显示装置中的光学单元为柱状透镜，且像素列平行于柱状透镜的长度方向，像素列设置在柱镜透镜的焦点附近，每个视点图像对应的像素列经过柱镜透镜的折射分别投射到各视区，如图5所示，第一像素列11的图像折射到第一视区01，第二像素列12的图像折射到第二视区02，第三像素列13的图像折射到第三视区03，第四像素列14的图像折射到第四视区04，第五像素列15的图像折射到第五视区05，该图中，以第一像素列至第五像素列为一个像素周期，这五个像素列发光的光线经过对应的柱状透镜后，光线呈发散状态，且该图中，第五像素列后面的像素列依次重复第一像素列至第五像素列。

本申请的一种实施例中，且人的观看距离为其中，d为上述显示面板与上述3d光学元件之间的有效空气距离，n为上述3d显示装置的视点数，n>2，e为人的两眼之间的间距，k2为0.8～1.2。这样的3d显示装置不仅可以很好地解决上述的3d显示装置的厚度较厚的问题，还能够实现较小串扰的效果。

对于本申请的3d显示装置，根据公式或可知，若要获得最佳观看距离，则可以调节视点数n与d，可以通过增大n，或增大n与减小d，这也进一步证明本申请的3d显示装置可以采用较小的d实现最佳观看距离，即可以采用较薄的显示装置实现最佳观看距离。

为了进一步使得3d显示装置包括串扰等的光学性能更好，本申请的一中实施例中，上述k2为1，且该3d显示装置对应的一种成像光路图如图6所示。该显示装置中的光学单元为柱状透镜，且像素列平行于柱状透镜的长度方向，像素列设置在柱镜透镜的焦点附近，每个视点图像对应的像素列经过柱镜透镜的折射分别投射到各视区，如图6所示，该图中，以第一像素列至第五像素列为一个像素周期，这五个像素列发光的光线经过对应的柱状透镜后，光线呈会聚状态，且各第一像素列11的图像折射到第一视区01，各第二像素列12的图像折射到第二视区02，各第三像素列13的图像折射到第三视区03，各第四像素列14的图像折射到第四视区04，各第五像素列15的图像折射到第五视区05，且该图中，第五像素列后面的像素列依次重复第一像素列至第五像素列。

并且，本申请的3d显示装置，则根据公式可知，当在同一观看距离处观看时，视点数越多，d越小，即上述的3d显示装置以较小的d就能达到最佳观看距离。

为了获得更好的3d效果，本申请的一种实施例中，各上述像素列包括多个依次排列的像素，各上述像素的发光宽度为a，0<a<2pl/(n+1)，其中，n为上述3d显示装置的视点数。

本申请的又一种实施例中，上述a＝pl/n，这样可以使得3d显示装置获得更好的3d显示效果。

本申请的再一种实施例中，如图4所示，上述3d显示装置还包括透明材料层3，透明材料层设置在上述显示面板2与上述3d光学元件4之间，实际上是设置在显示面板与3d光学元件之间。该透明材料层可以增大显示面板与3d光学元件之间的距离，从而达到适合人眼观看的距离。

上述的透明材料层的材料可以是现有技术中的任何一种对3d显示无明显影响的透明材料，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的材料形成透明材料层。

本申请的一种实施例中，上述透明材料层的材料选自玻璃和/或pmma。

本申请的另一种实施例中，如图7所示，上述3d光学单元包括柱状透镜420，本申请的一种具体的实施例中，上述3d光学单元形成在透镜层42中，且透镜层42设置在上述基材层41的远离上述显示面板2的一侧，上述透镜层42包括多个依次排列的上述柱状透镜420，基材层41设置在上述显示面板2的远离上述背光模组1的一侧。上述的基材层可以是pet层、apet层、pc层或pmma层，当然，基材层并不限于上述提到的材料层，还可以是其他的合适的材料层。本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的材料层作为基材层。

各上述柱状透镜420在沿上述3d光学元件4厚度方向上的截面包括直线和/或曲线。例如该述柱状透镜420可以是半圆柱状的透镜，也可以是棱柱状的透镜。本领域技术人员可以根据实际情况选择合适形状的柱状透镜。

本申请的另一种实施例中，上述光学单元包括狭缝光栅430，如图10所示，上述狭缝光栅430包括相邻设置的透光区431与遮光区432。像素列发出的光线通过透光区431到达对应的视区。

为了使得本领域技术人员可以更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例来说明本申请的技术方案。

实施例1

如图8所示与图9所示，3d显示装置包括依次设置的背光模组1、显示面板2、透明材料层3以及3d光学元件4。背光模组1提供均匀、稳定、亮度可靠的背光源，显示面板2为3840*2160的分辨率、55寸的液晶显示面板，用来显示经过特殊像素排列处理的具有4个连续视差的图像(n＝4)，其中，任意相邻的两个上述像素列之间的间距为pp＝0.105mm，显示面板2与上述3d光学元件4之间的有效空气距离d＝1.03mm，透明材料层3为0.8mm的玻璃，3d光学元件组中的各光学单元覆盖一个视点图像的像素列，将同时显示于液晶显示面板的经过特殊像素排列处理的具有连续视差的4幅图像分别投射到观看者的左右眼所在的位置。如图7所示，3d光学元件包括基材层41与透镜层42。基材层41为0.188mm的pet层，透镜层42包括多个按同一方向排列的柱状透镜组成，该柱状透镜的在沿上述3d光学元件4厚度方向上的截面为封闭的半圆。上述柱状透镜的圆弧半径为0.6mm，柱状透镜的宽度pl为0.14mm，截面高度h为0.004mm，液晶显示面板的像素20的发光宽度a为0.035mm。

该显示装置的部分参数满足公式以及公式其中，k1为1。

图10所示为采用光学软件模拟该3d显示装置的能量分布曲线，液晶显示面板显示经特殊处理的黑白图，接收面放置在距离显示面板1913mm处(即d)，采集接收面的能量数据值，制作出图10所示的曲线图，其中所有的能量数据值作归一化处理，图中横坐标为接收面上的点距离接收面中心的位置，单位为mm，纵坐标为能量的均一性，曲线l1表示第一视点接收的能量，曲线l2表示第二视点接收的能量，曲线l3表示第三视点接收的能量，曲线l4表示第四视点接收的能量，曲线t表示接收到的总能量，总能量的曲线较平滑，可以看出该光学模组中心视场的3d效果较好，整体的能量均一性比较好。

实施例2

如图4所示与图11所示，3d显示装置包括依次设置的背光模组1、显示面板2以及3d光学元件4。背光模组1提供均匀、稳定、亮度可靠的背光源，显示面板2为3840*2160的分辨率、55寸的液晶显示面板，用来显示经过特殊像素排列处理的具有4个连续视差的图像，(n＝4)，其中，任意相邻的两个上述像素列之间的间距为pp＝0.105mm，显示面板2与上述3d光学元件4之间的有效空气距离d＝0.367mm，光学单元对应一个视点图像的像素列，将同时显示于液晶显示面板的经过特殊像素排列处理的具有连续视差的4幅图像分别投射到观看者的左右眼所在的位置。如图7所示，3d光学元件包括基材层41与透镜层42。上述基材层41为0.188mm的pet层。透镜层42包括多个按同一方向排列的柱状透镜组成，该柱状透镜的在沿上述3d光学元件4厚度方向上的截面为封闭的半圆。上述柱状透镜的圆弧半径为0.2mm，柱状透镜的宽度pl为0.084mm，截面高度h为0.0045mm，液晶显示面板的像素20的发光宽度a为0.021mm。

该显示装置的部分参数满足公式以及且k2为1。

图12所示为采用光学软件模拟该3d光学装置的能量分布曲线，液晶显示面板显示经特殊处理的黑白图，接收面放置在距离显示面板1136mm处，采集接收面的能量数据值，制作出图12所示的曲线图，其中所有的能量数据值作归一化处理，图中横坐标为接收面上的点距离接收面中心的位置，纵坐标为能量的均一性，曲线l1表示第一视点接收的能量，曲线l2表示第二视点接收的能量，曲线l3表示第三视点接收的能量，曲线l4表示第四视点接收的能量，曲线t表示接收到的总能量，总能量的曲线较平滑，可以看出该3d光学装置中心视场的3d效果较好，整体的能量均一性比较好。

实施例3

如图13所示与图14所示，3d显示装置包括依次设置的背光模组1、显示面板2、透明材料层3以及3d光学元件4。背光模组1提供均匀、稳定、亮度可靠的背光源，显示面板2为3840*2160的分辨率、55寸的液晶显示面板，用来显示经过特殊像素排列处理的具有5个连续视差的图像(n＝5)，其中，任意相邻的两个上述像素列之间的间距为pp＝0.105mm，显示面板2与上述3d光学元件4之间的有效空气距离d＝0.807mm，透明材料层3为0.6mm的玻璃，光学单元对应且斜着一个视点图像的像素列，将同时显示于液晶显示面板的经过特殊像素排列处理的具有连续视差的5幅图像分别投射到观看者的左右眼所在的位置。光学单元与屏幕窄边方向的夹角为18.43°，将同时显示于液晶显示面板的经过特殊像素排列处理的具有连续视差的5幅图像分别投射到观看者的左右眼所在的位置。光学单元为pl＝0.124mm的狭缝光栅，光栅厚度0.125mm，上述狭缝光栅的开口率为1/5。开口宽度为pl×0.2，即透光区431的宽度为0.0248mm。液晶显示面板的像素20的发光宽度a为0.025mm。

该显示装置的部分参数满足公式以及且k1为cosθ,θ为光学单元与屏幕窄边方向的夹角，即为18.43°。

图15所示为采用光学软件模拟该3d光学装置的能量分布曲线，液晶显示面板显示经特殊处理的黑白图，接收面放置在距离显示面板1998mm处，采集接收面的能量数据值，制作出图15所示的曲线图，其中所有的能量数据值作归一化处理，图中横坐标为接收面上的点距离接收面中心的位置，纵坐标为能量的均一性，曲线l1表示第一视点接收的能量，曲线l2表示第二视点接收的能量，曲线l3表示第三视点接收的能量，曲线l4表示第四视点接收的能量，曲线l5表示第五视点接收的能量，曲线t表示接收到的总能量，总能量的曲线较平滑，可以看出该光学模组中心视场的3d效果较好，整体的能量均一性较好。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

本申请的3d显示装置中，3d光学元件中的光学单元与像素列一一对应，即每个像素列对应的图像的光线经过对应的光学单元投射到对应视区，使得人的左右眼的视网膜上形成具有视差信息的图像，该3d显示装置使得一个柱状透镜无需覆盖多个像素列，进而无需使得各柱状透镜具有较大的失高，避免了较大的失高导致的产品性能较差以及成本较高的问题。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。