一种指向性背光立体显示装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种指向性背光立体显示装置，包括背光源单元，沿所述背光源单元发出的光线的传播方向还依次包括透镜阵列和图像显示单元，所述透镜阵列包括若干透镜单元，所述透镜单元按照预设曲率排布，形成一朝向所述图像显示单元的凹面。本发明实施例提供的指向性背光立体显示装置的透镜阵列设置为具有一定曲率的凹面，在观看区域形成无间断的视区分布，保证视区均匀无暗区的视觉效果。
【专利说明】
-种指向性背光立体显示装置
技术领域
[0001] 本发明设及图像显示领域，尤其是设及一种背光指向性立体显示装置。
【背景技术】
[0002] 3D显示(又称立体显示)是未来显示技术的发展方向，主要采用视差图像在空间多 路复用的方法，为双眼提供深度信息图像。相应地，左眼于左视区接收到左眼图像，而右眼 于右眼视区接收到右眼图像。若左眼图像和右眼图像构成一对视差立体图像，大脑即可将 二者融合形成3D画面，另观看者感受到相应的深度信息。
[0003] 目前主流裸眼3D显示技术主要包括柱透镜阵列、视障光栅W及指向性背光技术= 种。其中基于指向性背光技术的多视点全高清裸眼3D显示装置包括光源、透镜阵列和透射 式图像显示单元，光源发出的光线依次经过透镜阵列和透射式图像显示单元在特定视区中 聚焦。
[0004] 如图1所示的现有的立体显示装置100中，每一个背光模组110包含若干发光单元 111(图1中120所指为透镜阵列，130所指为图像显示单元），发光单元相应地聚焦于对应的 视区140的视区单元141，提供该视点的均匀照明。若背光模组110之间存在暗区（不发光区 域或区域光亮度低于平均亮度70% W下），则会导致人眼在视区单元141边缘W及视区单元 141间隔上感受到屏幕亮度的不均匀（屏幕某部分较亮而某部分较暗）。如此，人眼在移动过 程中，会经过左、右眼视区的交界之处。人眼在运些交界之处，即使位于最佳的屏幕观看距 离上，也会感受到明显的屏幕上的暗区，严重影响视觉体验。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种指向性背光立体显示装置，用W改善现有立体显示设 备在现实图像时存在暗区的技术缺陷。
[0006] 为了解决上述问题，本发明提供了一种指向性背光立体显示装置，包括背光源单 元，沿所述背光源单元发出的光线的传播方向还依次包括透镜阵列和图像显示单元，所述 透镜阵列包括若干透镜单元，所述透镜单元按照预设曲率排布，形成一朝向所述图像显示 单元的凹面。
[0007] 优选地，所述透镜阵列与所述图像显示单元相隔一预设距离。
[000引优选地，所述透镜阵列为圆弧面，所述圆弧面的圆屯、位于预设的观看距离处。
[0009] 优选地，所述透镜阵列为楠圆、抛物线、双曲线乃至自由曲面中的一种或多种组 合，所述透镜阵列的曲线焦点和特征点设于预设的观看距离处。
[0010] 优选地，所述背光源单元包括若干背光模组，所述背光模组与所述透镜单元一一 对应，所述背光模组发出的光线依次通过所述背光模组对应的透镜单元和所述图像显示单 元，W形成与所述透镜单元对应的视区单元。
[0011] 优选地，所述背光模组与所述透镜单元之间的空间位置满足：
[0012]
[0013] 其中，所述视区至透镜单元中屯、的距离为L'，所述背光模组的发光面到所述透镜 单元的中屯、的距离L，所述透镜单元的焦距为f。
[0014] 优选地，所述透镜单元的光轴共同会聚在一圆弧的圆屯、处，所述透镜单元的光轴 与所述图像显示单元的平面的夹角为9,所述透镜单元的光轴与所述透镜单元所在的平面 之间的夹角为n，所述透镜单元的放大率为m，满足n-90 =m(90-0)。
[0015] 优选地，所述视区单元至少同时由相邻的=个W上发光单元发出的光线经所述透 镜单元后，通过所述图像显示单元投射影像。
[0016] 优选地，相邻的所述背光模组对应的视区单元至少部分重叠。
[0017] 优选地，所述指向性背光立体显示装置还包括视点检测模块和与所述视点检测模 块连接的控制模块，所述视点检测模块用于检测视区中视点的移动方向，所述控制模块用 于控制沿所述移动方向上与该视点所在的视区单元相邻的视区单元对应的背光模组的发 光状态。
[0018] 相较于现有技术，本发明实施例提供的指向性背光立体显示装置的透镜阵列设置 为具有一定曲率的凹面，在观看区域形成无间断的视区分布，保证视区均匀无暗区的视觉 效果。而且，该结构的立体显示装置的可视角度增大，实践表明，可视角度可提高至±15度， 在该可视角度内能提高在横向移动时立体图像的均匀性。此外，通过实时检测视点的位置 和移动方向来提前预判调整背光单元的发光状态，使得视点在移动过程中始终处于背光源 单元的当前投射影像的视区单元当中，从而使得人眼在移动过程中感受到均匀的裸眼3D图 像。
[0019] 另外，由于具有一定曲率的透镜阵列的工业加工标准接近的现有的加工工艺，易 于加工实现W及降低产品成本。而且，由于采用具有一定曲率的透镜阵列与图像显示单元 相隔一定距离，无需将其与图像显示单元倾斜一定角度即可避免莫尔条纹的干扰，观看视 区的排布垂直于水平方向，相比倾斜一定角度的视区分布，能提供更加自然的观赏体验。
【附图说明】
[0020] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步详细的说明，其中：
[0021] 图1是现有立体显示装置的结构示意图；
[0022] 图2是本发明所述一种指向性背光立体显示装置一实施方式的结构示意图；
[0023] 图3是本发明所述一种指向性背光立体显示装置另一实施方式的结构示意图；
[0024] 图4是图3所示实施方式中根据视点在视区中移动调节背光模组发光状态的示意 图；
[0025] 图中；
[00%] 100:现有的立体显示装置；110:背光源单元；111:背光模组；120:透镜阵列；130: 图像显示单元；140:视区；141:视区单元;200:本发明实施例提供的立体显示装置;210:背 光源单元;211~214:背光模组;a~h:发光单元;220:透镜阵列；221~224:透镜单元;230: 图像显示单元;240:视区；241~248:视区单元;250:视点检测模块;260:控制模块。
【具体实施方式】
[0027] 如图2至所示，图2是本发明所述一种指向性背光立体显示装置一实施方式的结构 示意图。在图2示出的实施方式中，该结构的指向性背光立体显示装置200包括背光源单元 210,沿所述背光源单元210发出的光线的传播方向还依次包括透镜阵列220和图像显示单 元230。背光源单元210发出的光线依次经过透镜阵列220和图像显示单元230后形成视区 240。其中，图像显示单元230用于加载并刷新视差立体图像。
[0028] 所述背光源单元210包括若干背光模组211~214。所述背光模组发出的光线依次 通过所述背光模组对应的透镜单元和所述图像显示单元230, W形成与所述透镜单元对应 的视区单元。背光模组朝向透镜阵列220的发光面可W是平面的，也可W是具有一定曲率的 弧面。由于具有一定曲率的弧面的背光模组加工成本较高，加工工艺要求严苛，与现有的生 产工艺区别较大，导致产品良率较低。发明人发现，利用本发明实施例提供的具有平面背光 的背光源单元210,结合具有一定曲率的透镜阵列220能够得到无暗区、在观看区域形成无 间断的视区均匀分布的裸眼3D显示效果。在本实施例中，背光模组211~214可W由多组细 密的L邸灯组成，每一列形成背光模组的一个发光单元，各发光单元之间能够独立地进行发 光状态的控制，W满足若干个发光单元组合形成单个观看的视区单元。该背光模组的实现 方式有两种，可W是直下式背光和侧入式背光结构。
[0029] 所述透镜阵列220用于将背光源单元210的背光模组发出的光能聚焦至相应的视 区单元中。在本实施例中，透镜阵列220包括若干透镜单元，所述透镜单元按照预设曲率排 布，形成一朝向所述图像显示单元230的凹面。透镜单元可W由一次成型的机械加工制作而 成，如采用柱面透镜阵列或线性菲涅尔透镜阵列，具有薄膜型光学元件特征，能贴合于上述 预设曲率排布的曲面上。所述薄膜型透镜单元可W采用UV胶材料紫外曝光工艺制作，也可 W采用其它材料制成的透镜阵列。在本实施例中，所述透镜阵列与所述图像显示单元相隔 一预设距离，因此无莫尔条纹效应。
[0030] 在本实施例中，所述背光模组与所述透镜单元一一对应，即每一个透镜单元对应 于一个背光模组。例如在图2中，背光模组211与透镜单元221对应，背光模组212与透镜单元 222对应，背光模组213与透镜单元223对应，背光模组214与透镜单元224对应。尽管图2中仅 示例出背光模组211~214,透镜单元221~224单元，但本申请不限于此，本领域技术人员可 W设置其他任意数量的背光模组和透镜单元。
[0031] 所述透镜阵列220为圆弧面，所述圆弧面的圆屯、位于预设的观看距离处。背光模组 与对应的透镜单元之间的相对角度根据所处圆弧不同相对位置进行了一定程度上的光学 校正，使得背光单元经过透镜单元后聚焦在最佳位置的视区更加集中和均匀。如图2所示， 透镜单元221~224沿着一圆弧排布，其光轴共同会聚在圆弧的圆屯、0处。该圆弧的圆屯、0落 在该立体显示装置200的最佳3D观看距离上并位于图像显示单元230的正中屯、的垂直线上。 不失一般性地，W透镜单元221为例，透镜单元221与背光模组211之间的中屯、与圆弧的圆屯、 0形成=点一线。透镜单元221的光轴与图像显示单元230的平面的夹角为目，透镜单元221的 光轴与背光模组211的中屯、相交，夹角为II。假设透镜单元221的放大率为m，则光学校正满 足：
[0032] n-9〇=m(9〇-0)〇
[0033] 发明人在实现本实施方式的过程中发现，满足上述的公式可有效增加视区的光能 聚焦及提高视觉均匀性。透镜单元222~224与背光模组212~214之间的关系相同，此处不 再进行寶述。
[0034] 在另外一些实施例中，所述透镜阵列220还可W为楠圆、抛物线、双曲线乃至自由 曲面中的一种或多种组合，所述透镜阵列220的曲线焦点和特征点设于预设的观看距离处。
[0035] 此外，所述背光模组与所述透镜单元之间的空间位置通过高斯方法确定。其中，通 过高斯方法确定所述背光模组与所述透镜单元之间的空间位置满足如下关系式：
[0036]
[0037] 其中，所述视区至透镜单元中屯、的距离为L'，所述背光模组的发光面到所述透镜 单元的中屯、的距离L，所述透镜单元的焦距为f。其中，上述关系式设及的透镜单元与该背光 模组对应的透镜单元，视区单元为该背光模组发出的光线依次经透镜单元和图像显示层后 聚焦的视区单元。
[0038] 所述视区单元至少同时由背光模组的相邻的=个W上发光单元发出的光线经所 述透镜单元后，通过所述图像显示单元230投射影像，其中，相邻的所述背光模组对应的视 区单元至少部分重叠 W改善暗区现象，提高显示的均匀性。
[0039] 在本实施例中，在立体显示装置200的中屯、处的视区皆是由每个透镜单元的光轴 上对应的背光模组所形成的，因此，在该处的光能聚焦能够有效避开透镜单元的离轴像差， 使得光能在视区上有更高的集中度，体现为均匀性更高，串扰率更小；另外，由于背光模组 对应于透镜单元中屯、的张角为聚焦的视场角，而不同透镜单元和背光单元之间的视场角一 样，经过透镜单元的弧形排布后，视区在最佳观看距离上的可视角度得到增大，因此该发明 的又一优势在于利用透镜单元小视场内的成像空间达到显示装置的更大视场的观看范围； 最后，由于透镜单元与图像显示单元230相隔一定距离，因此，当图像显示单元230和透镜单 元都具有周期性结构时，即使两者相对不倾斜也不会导致莫尔条纹。
[0040] 参见图3,图3是本发明所述一种指向性背光立体显示装置另一实施方式的结构示 意图。图3示出的实施方式在图2示出的实施方式的基础上，该指向性背光立体显示装置200 还包括视点检测模块250和与所述视点检测模块250连接的控制模块260。
[0041] 所述视点检测模块250用于检测视区中视点的移动方向。所述控制模块260用于控 制沿所述移动方向上与该视点所在的视区单元相邻的视区单元对应的背光模组的发光状 态。
[0042] 当人眼位于无间断视区内时，通过视点检测模块250识别人眼位置，将人眼位置信 息反馈至控制模块260,结合图像显示单元230传输的视差图像刷新信息，控制背光模组中 与人眼位置视区单元对应的发光单元的发光状态，提供裸眼3D显示效果。
[0043] 参见图4,图4是图3所示实施方式中根据视点在视区中移动调节背光模组发光状 态的示意图。图4示出的是一个背光模组结合相应的透镜单元来说明该立体显示装置实现 均匀无暗区裸眼3D显示的方法。参见图4,230为图像显示单元，221为透镜阵列排布当中的 一个透镜单元，211为该透镜单元221所对应的背光模组，240为该背光模组211经过该透镜 单元221并照明图像显示单元后聚焦在最佳观看距离上的视区分布。背光模组240由若干个 发光单元a~h组成。在本实施例中，每个发光单元a~h由一列Lm)光源提供照明，经过背光 模组211的朝向透镜阵列220的表面所设置的光学扩散片匀光后发射光线。背光模组221中 的每一个发光单元皆由控制模块260对发光状态进行控制，可随需要控制任意一发光单元 的亮灭行为。在图4示出的实施方式中，背光模组211具有发光单元a~h。其中，视区240中的 视区单元241~248为背光模组211的发光单元a~h经过透镜单元后在观看距离形成的。实 际中一个视区单元由两个或W上的发光单元同时点亮而形成。
[0044] 下面W两个发光单元对应一个视区单元为例说明本发明实施例提供的立体显示 装置的工作过程。
[0045] 当视点检测模块250检测到人的右眼处于视区241和242时，左眼处于视区244和 245时，通过控制模块260控制发光单元a&b和化e点亮，其点亮的时序根据图像显示单元刷 新左右视差图像的时序来确定，当图像显示单元230刷新左眼图像时，点亮发光单元化发光 单元e，焰灭发光单元a&发光单元b;而刷新右眼图像时反之。通常左右眼图像刷新频率在 120化W上才不会有明显的闪烁感。此时，控制模块260控制发光单元C处于不亮的状态，或 者在亮度为发光单元a&发光单元b和发光单元化发光单元e的亮度的50% W下的状态，控制 左右光源导致的左右眼串扰率在5% W下。当人右眼向左移动至视区242和243的边界时，视 点检测模块250反馈视点（例如人眼)移动信息至控制模块260,控制模块260相应地关闭发 光单元a，点亮发光单元C和发光单元f，控制发光单元d的亮度为全暗或50 % W下亮度，同时 重复之前的屏幕刷新同步动作，保证在人眼移动过程中能够观赏到无缝衔接的均匀的裸眼 3D图像。
[0046] 上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施 方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可W在不脱离本发明宗旨的前提 下作出各种变化，例如实施例中的背光模组的发光单元的结构并不限于平面排布，发光单 元也可W形成一个立体结构的排布。
【主权项】
1. 一种指向性背光立体显示装置，其特征在于:包括背光源单元，沿所述背光源单元发 出的光线的传播方向还依次包括透镜阵列和图像显示单元，其特征在于，所述透镜阵列包 括若干透镜单元，所述透镜单元按照预设曲率排布，形成一朝向所述图像显示单元的凹面。2. 如权利要求1所述的指向性背光立体显示装置，其特征在于:所述透镜阵列与所述图 像显示单元相隔一预设距离。3. 如权利要求1所述的指向性背光立体显示装置，其特征在于：所述透镜阵列为圆弧 面，所述圆弧面的圆心位于预设的观看距离处。4. 如权利要求1所述的指向性背光立体显示装置，其特征在于:所述透镜阵列为椭圆、 抛物线、双曲线乃至自由曲面中的一种或多种组合，所述透镜阵列的曲线焦点和特征点设 于预设的观看距离处。5. 如权利要求1所述的指向性背光立体显示装置，其特征在于:所述背光源单元包括若 干背光模组，所述背光模组与所述透镜单元一一对应，所述背光模组发出的光线依次通过 所述背光模组对应的透镜单元和所述图像显示单元，以形成与所述透镜单元对应的视区单 J L 〇6. 如权利要求5所述的指显示装置，其特征在于:所述背光模组与所述透 镜单元之间的空间位置满浞其中，所述视区单元至所述透镜单元的中心的距离为L'，所述背光模组的发光面到所 述透镜单元的中心的距离L，所述透镜单元的焦距为f。7. 如权利要求5所述的指向性背光立体显示装置，其特征在于:所述透镜单元的光轴共 同会聚在一圆弧的圆心处，所述透镜单元的光轴与所述图像显示单元的平面的夹角为Θ，所 述透镜单元的光轴与所述透镜单元所在的平面之间的夹角为n，所述透镜单元的放大率为 m，满足η-90=ηι(90-θ)。8. 如权利要求6所述的指向性背光立体显示装置，其特征在于:所述视区单元至少同时 由相邻的三个以上发光单元发出的光线经所述透镜单元后，通过所述图像显示单元投射影 像。9. 如权利要求5所述的指向性背光立体显示装置，其特征在于:相邻的所述背光模组对 应的视区单元至少部分重叠。10. 如权利要求1所述的指向性背光立体显示装置，其特征在于:所述指向性背光立体 显示装置还包括视点检测模块和与所述视点检测模块连接的控制模块，所述视点检测模块 用于检测视区中视点的移动方向，所述控制模块用于控制沿所述移动方向上与该视点所在 的视区单元相邻的视区单元对应的背光模组的发光状态。
【文档编号】G02B27/22GK106019613SQ201610601583
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月27日
【发明人】周建英, 周延桂, 范杭, 李焜阳, 陈海域, 许宇满, 王嘉辉, 梁浩文
【申请人】佛山市英视通电子科技有限公司