一种偏光式指向背光裸眼3D显示系统的制作方法

一种偏光式指向背光裸眼3d显示系统
技术领域
1.本发明涉及裸眼3d显示的技术领域，更具体地，涉及一种偏光式指向背光裸眼3d显示系统。


背景技术：

2.裸眼3d是对不借助偏振光眼镜等外部工具，实现立体视觉效果的技术的统称。指向式背光是指采用时空混合复用的方法，并采用可以对光传播方向进行一定的规范，使之能在观看距离形成一系列可独立开关的照明区域的光学器件，与高刷新率(不低于120hz)的液晶显示面板构成显示装置，利用指向性背光技术将相应光源聚焦于人眼视区，同时采用液晶屏幕高速刷新左右图像，使得左右背光源与立体图像同步刷新，将指向性背光技术与裸眼3d结合，实现更优异的裸眼3d显示效果。
3.当前，指向背光裸眼3d显示系统能够实现全分辨率(高清)、低串扰和高亮度的立体图像显示，如现有技术中公开了一种基于连续背光指向的裸眼3d显示系统，能使发光区域的最弱部分相干叠加，使得图像上的黑带减少甚至消失，进一步提高了图像的亮度和均匀度，降低了系统的串扰率。然而，传统的指向背光裸眼3d显示系统需要液晶屏交替刷新左右眼图像并通过同步控制背光刷新，将左(或右)眼视差图像精准投射于左(或右)眼，导致左(或右)眼视差图像保留上一帧残留的部分信息，从而造成时间串扰，且快速地进行左右眼切换导致人眼视觉闪烁、人眼观看不适等的现象。
4.此外，为了控制液晶屏幕和背光实时同步刷新，传统的指向背光裸眼3d显示系统在硬件设计中，需要控制模块提取屏幕刷新信号控制背光刷新，导致硬件系统设计繁琐。再者，指向背光裸眼3d显示系统的光学结构在空间上造成不同程度的亮度重叠所产生的空间串扰也难以改善。根据目前液晶制造工艺的发展现况，虽然4k和8k等超高分辨率屏幕陆续出现，但因其刷新频率达到120hz以上的技术难度和成本较高，因此，难以将其应用于指向背光裸眼3d显示系统。
5.偏振光栅技术以往常与视差屏障3d显示技术、柱透镜3d显示技术相结合，可用于提高显示系统的水平分辨率，降低系统的空间串扰，具有系统结构简单的优点。在液晶屏1080p高清显示阶段，偏振光栅技术由于单眼损失一半行数(或列数)的分辨率，在消费市场中快门式3d显示技术以及指向背光裸眼3d显示技术压制，目前到了4k以及8k等超高分辨率显示阶段，即使损失一半行数(或列数)的分辨率，也至少剩余1080的像素点，依旧能够进行高清显示，甚至更高分辨率的显示，并且不受刷新率提高难度和成本高的技术限制。因此，将偏振光栅技术应用于指向背光裸眼3d显示系统中成为可能。


技术实现要素：

6.为解决传统的指向背光裸眼3d显示系统需要显示屏交替刷新左右眼图像，硬件设计繁琐，且容易造成时间串扰，导致人眼视觉闪烁，观感体验差的问题，本发明提出一种偏光式指向背光裸眼3d显示系统，引入偏振光栅技术以代替交替刷新左右眼视差图像的高刷
新率显示屏幕，解决了图像刷新过程中产生的时间串扰问题，克服人眼视觉闪烁的缺点，提升观感体验，提高了裸眼3d显示效果，且无需提取液晶刷新信号以控制背光刷新，精简了硬件设计。
7.为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：
8.一种偏光式指向背光裸眼3d显示系统，包括：偏光式指向性背光源单元、线性扩散膜层和菲涅尔透镜、四分之一波片、第一线偏振片阵列、偏光式显示屏及第二线偏振片阵列，偏光式显示屏的入光面与第一线偏振片阵列相连，四分之一波片连接第一线偏振片阵列的前端面，偏光式显示屏的入光面与第一线偏振片阵列的后端面相连，偏光式显示屏的出光面与第二线偏振片阵列相连；偏光式指向背光源单元发出左旋圆偏振光和右旋圆偏振光入射线性扩散膜层，线性扩散膜层将左旋圆偏振光和右旋圆偏振光连成一列，经菲涅尔透镜沿指定方向折射形成指向背光，指向背光通过四分之一波片后形成交替行或列像素的垂直方向线偏振光和水平方向线偏振光，进入第二线偏振片阵列，并透过偏光式显示屏，在偏光式显示屏出光面侧交替行或列像素偏振方向各旋转90
°
，分别形成水平方向线偏振光和垂直方向线偏振光，入射第二线偏振片阵列，并携带左眼视差图像和右眼视差图像的混合影像信息，同时投射于左右眼视区。
9.在本技术方案中，偏光式指向性背光源单元、线性扩散膜层和菲涅尔透镜作为前期的光源及光源处理部分，首先偏光式指向性背光源单元发出左旋圆偏振光和右旋圆偏振光，然后线性扩散膜层将其连成一列，以菲涅尔透镜作为分光元件，将光线向指定方向折射，形成指向背光；四分之一波片、第一线偏振片阵列、偏光式显示屏及第二线偏振片阵列作为显示屏部分，偏光式显示屏的控制驱动能够控制左眼视差图像及右眼视差图像重叠而成的混合影响进行显示，即使用显示两组偏振方向组成的混合影像显示代替传统交替刷新左眼视差图像和右眼视差图像的高刷新率显示屏幕，解决了后者在图像刷新过程中产生的时间串扰问题，以避免人眼视觉闪烁导致的观看不适现象，并且不需要提取液晶刷新信号以控制背光刷新，从而精简了硬件设计，通过使用左旋圆偏振光和右旋圆偏振光，有效避免对每个led灯珠的偏振片进行偏振轴精确定位的繁琐工作，同时也避免了由于偏振轴定位不精准而造成的背光亮度不均匀等现象。
10.优选地，所述偏光式指向性背光源单元包括偏光式指向性背光源和圆偏振片阵列，所述圆偏振片阵列覆盖于偏光式指向性背光源上，圆偏振片阵列包括左旋圆偏振膜组和右旋圆偏振膜组，左旋圆偏振膜组和右旋圆偏振膜组在行方向上交替设置，且同一行中，左旋圆偏振膜组和右旋圆偏振膜组的旋向相同。
11.优选地，所述偏光式指向性背光源单元中还包括人眼跟踪模块，人眼跟踪模块设置于偏光式指向性背光源上，用于识别人眼位置所在视区，指导偏光式指向性背光源的开灯方式，将人眼位置所在视区的背光打开，使得人眼在一定的纵向范围和横向范围内可以看到立体显示效果。
12.优选地，所述线性扩散膜层和菲涅尔透镜均采用保偏材料制作而成。
13.优选地，四分之一波片、第一线偏振片阵列、第二线偏振片阵列与偏光式显示屏的形状满足1:1对准，并依次通过光学胶水相连接。
14.优选地，所述四分之一玻片的快轴与竖直方向的夹角呈45
°
，以形成交替行或列像素的垂直方向线偏振光和水平方向线偏振光。
15.优选地，所述第一线偏振光片阵列中设有交替连接的第一线偏振膜组及第二线偏振膜组，第一线偏振膜组与第二线偏振膜组在行方向上交替设置，且同一行中第一线偏振膜组与第二线偏振膜组的偏振方向相同，第一线偏振膜组所在的行数为偶数。
16.优选地，所述第一线偏振光片阵列中设有交替连接的第一线偏振膜组及第二线偏振膜组，第一线偏振膜组与第二线偏振膜组在列方向上交替设置，且同一列中第一线偏振膜组与第二线偏振膜组的偏振方向相同，第一线偏振膜组所在的列数为偶数。
17.优选地，所述第二线偏振光阵列中设有交替连接的第三线偏振膜组及第四线偏振膜组，第三线偏振膜组与第四线偏振膜组在行方向上交替设置，且同一行中第三线偏振膜组与第四线偏振膜组的偏振方向相同，第三线偏振膜组所在的行数为奇数。
18.优选地，所述第二线偏振光阵列中设有交替连接的第三线偏振膜组及第四线偏振膜组，第三线偏振膜组与第四线偏振膜组在列方向上交替设置，且同一列中第三线偏振膜组与第四线偏振膜组的偏振方向相同，第三线偏振膜组所在的列数为奇数。
19.与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
20.本发明提出一种偏光式指向背光裸眼3d显示系统，以偏光式指向性背光源单元、线性扩散膜层和菲涅尔透镜作为前期的光源及光源处理部分，首先偏光式指向性背光源单元发出左旋圆偏振光和右旋圆偏振光，然后线性扩散膜层将其连成一列，以菲涅尔透镜作为分光元件，将光线向指定方向折射，形成指向背光；四分之一波片、第一线偏振片阵列、偏光式显示屏及第二线偏振片阵列作为显示屏部分，使用显示两组偏振方向组成的混合影像显示代替传统交替刷新左眼视差图像和右眼视差图像的高刷新率显示屏幕，解决了后者在图像刷新过程中产生的时间串扰问题，以避免人眼视觉闪烁导致的观看不适现象，并且不需要提取液晶刷新信号以控制背光刷新，从而精简了硬件设计，通过使用左旋圆偏振光和右旋圆偏振光，有效避免对每个led灯珠的偏振片进行偏振轴精确定位的繁琐工作，同时也避免了由于偏振轴定位不精准而造成的背光亮度不均匀等现象。
附图说明
21.图1表示本发明实施例1中提出的偏光式指向背光裸眼3d显示系统的整体结构组成示意图；
22.图2表示本发明实施例1中提出的偏光式指向背光裸眼3d显示系统中偏光式指向性背光源单元的结构组成示意图；
23.图3表示本发明实施例1中提出的偏光式指向背光裸眼3d显示系统显示的混合影像示意图；
24.图4表示本发明实施例1中提出的偏光式指向背光裸眼3d显示系统显示的左眼视差图像示意图；
25.图5表示本发明实施例1中提出的偏光式指向背光裸眼3d显示系统显示的右眼视差图像示意图；
26.图6表示本发明实施例2中提出的偏光式指向背光裸眼3d显示系统中四分之一波片、第一线偏振片阵列、第二线偏振片阵列及偏光式显示屏结构组成示意图。
具体实施方式
27.附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
28.为了更好地说明本实施例，附图某些部位会有省略、放大或缩小，并不代表实际尺寸；
29.对于本领域技术人员来说，附图中某些公知内容说明可能省略是可以理解的。
30.下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
31.附图中描述位置关系的仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
32.实施例1
33.在传统的指向背光裸眼3d显示系统中，显示屏需交替刷新左右眼图像，进行快速地左右眼切换后，通过指向性的光束投射于左右眼，显示屏交替刷新左右眼图像会导致图像保留上一帧残留的部分信息，会造成时间串扰问题，且快速地进行左右眼切换导致人眼视觉闪烁、观看不适，另外，指向性的光束由于光学结构问题，会在空间上又不同程度的亮度重叠所导致的空间串扰。并且，在传统的指向背光裸眼3d显示系统中需要确保在图像一帧刷新周期中刷新完全的时间段投射出去，需要控制模块提取屏幕刷新信号从而控制背光实时同步刷新，硬件设计繁琐，并且由于刷新过程产生的时间串扰难以保证完全消除，从而影响3d显示的效果。基于目前液晶屏幕工艺现状，随着液晶屏幕工艺的分辨率逐步提高，偏光式显示屏也能够实现高分辨率的显示。因此，本实施例提出一种偏光式指向背光裸眼3d显示系统，参见图1，该系统包括：偏光式指向性背光源单元1、线性扩散膜层2和菲涅尔透镜3、四分之一波片4、第一线偏振片阵列5、偏光式显示屏6及第二线偏振片阵列7；如图1所示，从整体划分上，偏光式指向背光源单元1作为光源侧，为第一部分，线性扩散膜层2与菲涅尔透镜3作为分光侧，为第二部分，四分之一波片4、第一线偏振片阵列5、偏光式显示屏6及第二线偏振片阵列7作为显示侧，为第三部分，使用时，人眼位于视区内。
34.从结构上，参见图1，四分之一波片4连接第一线偏振片阵列5的前端面，偏光式显示屏6的入光面与第一线偏振片阵列5的后端面相连，偏光式显示屏6的出光面与第二线偏振片阵列7相连。
35.从光线传输上，结合图1所示的光线示意，偏光式指向背光源单元1发出左旋圆偏振光和右旋圆偏振光入射线性扩散膜层2，线性扩散膜层2将左旋圆偏振光和右旋圆偏振光连成一列，经菲涅尔透镜3沿指定方向折射形成指向背光，指向背光通过四分之一波片4后形成交替行或列像素的垂直方向线偏振光和水平方向线偏振光，进入第二线偏振片阵列5，并透过偏光式显示屏6，在偏光式显示屏6出光面侧交替行或列像素偏振方向各旋转90
°
，分别形成水平方向线偏振光和垂直方向线偏振光，入射第二线偏振片阵列7，并携带左眼视差图像和右眼视差图像的混合影像信息，同时投射于左右眼视区，在左眼视区形成由水平(或垂直)偏振光携带的左眼视差图像，在右眼视区形成由垂直(或水平)偏振光携带的右眼视差图像，人眼可以观看到立体显示图像。
36.在本实施例中，参见图1和图2，偏光式指向性背光源单元1包括偏光式指向性背光源11和圆偏振片阵列12，为便于理解，利用图2对偏光式指向性背光单元1以平面的形式将偏光式指向性背光源11和圆偏振片阵列12拆开，偏光式指向性背光源11、圆偏振片阵列12各自的平面结构可参见图2，在图2中，偏光式指向性背光源11内部是块状的光源，在偏光式指向性背光源单元1的形成过程中，圆偏振片阵列12覆盖于偏光式指向性背光源11上，圆偏
振片阵列12包括左旋圆偏振膜组121和右旋圆偏振膜组122，左旋圆偏振膜组121和右旋圆偏振膜组122在行方向上交替设置，且同一行中，左旋圆偏振膜组121和右旋圆偏振膜组122的旋向相同，覆盖后，在偏光式指向性背光源11发出光线后，经左旋圆偏振膜组121和右旋圆偏振膜组122形成左旋圆偏振光和右旋圆偏振光出射。
37.参见图1，偏光式指向性背光源单元1中还包括人眼跟踪模块13，人眼跟踪模块13设置于偏光式指向性背光源11上，用于识别人眼位置所在视区，指导偏光式指向性背光源11的开灯方式，将人眼位置所在视区的背光打开，即指前面所述的经菲涅尔透镜3沿指定方向折射形成指向背光中的“指定方向”，使得人眼在一定的纵向范围和横向范围内可以看到立体显示效果。四分之一波片4、第一线偏振片阵列5、偏光式显示屏6及第二线偏振片阵列7作为显示屏部分，偏光式显示屏6的控制驱动能够控制左眼视差图像及右眼视差图像重叠而成的混合影响进行显示，显示的混合影像示意图参见图3，其中左眼视差图像示意图如图4所示，右眼视差图像示意图如图5所示，本实施例提出的偏光式指向背光裸眼3d显示系统使用显示两组偏振方向组成的混合影像显示代替传统交替刷新左眼视差图像和右眼视差图像的高刷新率显示屏幕，解决了后者在图像刷新过程中产生的时间串扰问题。
38.在本实施例中，线性扩散膜层2和菲涅尔透镜3均采用保偏材料制作而成，能保证左旋圆偏振光和右旋圆偏振光在传输时，其偏振态几乎保持不变。
39.实施例2
40.在本实施例中，除与实施例1所提出的偏光式指向背光裸眼3d显示系统相同之处外，本实施例中对于四分之一波片4、第一线偏振片阵列5、第二线偏振片阵列7与偏光式显示屏6的结构形态做出限定，参见图1，四分之一波片4、第一线偏振片阵列5、第二线偏振片阵列7与偏光式显示屏6的形状满足1:1对准，并依次通过光学胶水相连接。
41.参见图6，四分之一玻片4的快轴与竖直方向的夹角呈45
°
，第一线偏振光片阵列5中设有交替连接的第一线偏振膜组51及第二线偏振膜组52，其中第一偏振膜组51即垂直方向线偏振片，第二线偏振膜组52即水平方向线偏振片，第一线偏振膜组51与第二线偏振膜组52在行方向上交替设置，且同一行中第一线偏振膜组51与第二线偏振膜组52的偏振方向相同，第一线偏振膜组51所在的行数为偶数。或者，第一线偏振膜组51与第二线偏振膜组52在列方向上交替设置，且同一列中第一线偏振膜组51与第二线偏振膜组52的偏振方向相同，第一线偏振膜组51所在的列数为偶数。
42.在本实施例中，优选第一线偏振膜组51与第二线偏振膜组52在列方向上交替设置。
43.实施例3
44.除与实施例2所提出的偏光式指向背光裸眼3d显示系统相同之处外，在本实施例提出的偏光式指向背光裸眼3d显示系统中，参见图6，第二线偏振光阵列7中设有交替连接的第三线偏振膜组71及第四线偏振膜组72，第三线偏振膜组71与第四线偏振膜组72在行方向上交替设置，且同一行中第三线偏振膜组71与第四线偏振膜组72的偏振方向相同，第三线偏振膜组71所在的行数为奇数。或者，第三线偏振膜组71与第四线偏振膜组72在列方向上交替设置，且同一列中第三线偏振膜组71与第四线偏振膜组72的偏振方向相同，第三线偏振膜组71所在的列数为奇数。
45.在本实施例中，优选第三线偏振膜组71与第四线偏振膜组72在列方向上交替设
置。
46.显然，本发明的上述实施例仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。