一种视景分离器件及3d显示装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于裸眼3D显示领域，具体地涉及一种视景分离器件以及使用该视 景分离器件实现的3D显示装置。
【背景技术】
[0002] 已知的裸眼3D影像显示方法与技术（Auto-Stereoscopic Displaying Method and Technology)，一般是通过单独使用视差光栅组件（Parallax Barrier Component)、 或者是柱状透镜阵列组件（Cylindrical Lens Array Component，以下简称透镜组 件）所构成的视景分离器件（View Separation Device)，作用于一多视景3D合成影像 (Multi-View Combined 3D Image)上，形成视景分离光学的作用，从而达到显示裸眼3D影 像（Glasses-Free 3D Image)的目的。
[0003] 在上述的裸眼3D显示技术中，存在如下的几个问题：
[0004] 第一，视差光栅组件是通过限制某些角度的光出射，只让所需角度的视图影像分 别送至左右眼进而呈现D影像。这种形式的3D画面，其单眼影像清晰，但是受其结构影响， 影像的亮度降低、解析度下降；
[0005] 第二、柱状透镜阵列组件是由许多长细直条状凸透镜沿一轴向连续排列，利用光 学折射的原理来产生左右眼的不同视图，相对于视察光栅组件，因其利用光的折射来达到 分光的目的，所以光的损失较少，亮度较佳。然而这种形式的3D画面，受透镜场曲的原因， 强度印迹（footprint)会随着观看角度而变化，具体表现为：当观察者以偏离法线较大的 角度观看时，左右视图的重叠度提高，相互串扰从而导致3D影像的失真以及鬼影的出现。
[0006] 为了克服上述问题，在申请案号为102132216的台湾专利申请中，首次提出了一 种超级裸眼 3D 影像显不装置（Super Auto-stereoscopic 3D Image Displaying Device) 的结构。
[0007] 如图I所示，是该超级裸眼3D影像显示装置的结构示意图。该超级裸眼3D影像显 示装置40,依安装的次序，主要由一显示器屏幕组件50、一视差光栅组件60、与一透镜组件 70所构成。所谓超级裸眼3D影像的显示，是指使用由具有等效视景分离作用的视差光栅组 件、与透镜组件所构成的视景分离组件，以达到显示3D影像的目的。对于上述视景分离组 件的构成，以下通称为超立体视景分离组件（Super Auto-stereoscopic View Separation Component)。另外，为清楚标示各组件装置的方向与说明，图上所示的坐标系XYZ，对于面 对该超级裸眼3D影像显示装置40的观赏者而言，令该X轴设定于水平方向、Y轴设定于 垂直方向、Z轴则以垂直于该装置40的影像显示面而设定，且该坐标系XYZ遵守右手定则 (Right-Hand Rule)〇
[0008] 其中，该视差光栅组件60,由一透明基材61、一视差光栅结构62、与一透明保护 膜63所构成。其中，该透明基材61，由一平板状结构的透明玻璃、或压克力（PMMA)所构成， 该平板状结构则具有高度的面平整度。
[0009] 该视差光栅结构62装置于该透明基材61的一面上，由复数个遮光组件62a和复 数个透光组件62b所构成。这些遮光组件62a与透光组件62b，具有垂直条状、或倾斜条状 结构特征（如图2~3所示），且遮光组件62a的水平宽度为G、透光组件62b的水平宽度 为B，一个单元结构宽度为Pb，该1、8、匕间，具有下两式的关系：
[0012] 其中，η为视景数。
[0013] 该视差光栅结构62,以一安装距离Lb，装置于该显示器屏幕组件50前，对于该多 视景合成影像，提供一视景分离光学的作用，以显示3D影像。
[0014] 该透镜组件70,由复数个柱状形透镜71所构成，其中，单一个柱状形透镜71，可由 垂直条状、或倾斜条状结构（如图4~5所示）所构成，具有一透镜表面72、一焦距f、与一 单元结构宽度。另外，该透镜表面72,可由圆形曲面、或非圆形曲面所构成。对于该焦距 f、与单元结构宽度，令其具有下式（3)~（4)的关系，以达到等效视景分离作用。
[0015] f ^ Lb (3)
[0016] Pl=Pb (4)
[0017] 其中，Lb为安装距离，即该视差光栅组件60、该透镜组件70与显示器屏幕组件50 间的距离。事实上，对于如图1所示组件堆栈的结构，该透镜组件70因具有些许的厚度，于 实际的光学设计上，该些柱状形透镜的焦距f是略大于该视差光栅结构的安装距离L b，所以 公式（3)中两者并非完全相等。
[0018] 另外，对于上述的该些遮光组件62a、与该些透光组件62b，其作用除了提供等效 视景分离作用外，还具有光圈的效果。亦即，在保持该单元结构宽度P b不变之条件下，透过 改变该些遮光组件62a、与该些透光组件62b的水平宽度S:、B，例如：
[0022] 其中，f .v B'系改变后该些遮光组件62a、与该些透光组件62b的水平宽度，即可 达到提高该视差光栅组件60亮度的目的。另外，还可透过以下的条件：
[0024] 达到降低该透镜组件70所产生鬼影的现象。
[0025] 上述方案能够在一定程度上解决鬼影与光亮的矛盾问题，然而对于由场曲带来 的边缘条带效应，却依然无法解决。为此，在中国专利申请：CN200980120347中，设计了一 种能够降低此问题的柱状透镜阵列。该透镜阵列中的每一个透镜，包括第一层和第二层，第 一层和第二层的交界面则限定了柱状透镜表面的界面，通过设定第一层的折射率、透镜的 曲率半径以及透镜间的距离等参数的关系，可以有效抑制边缘条带效应等问题，提高了裸 眼3D显示装置的可视角度。
[0026] 如果能将这两种技术结合到一起，便能实现既解决鬼影和亮度的矛盾问题，又解 决场曲带来的边缘条带效应问题的最优视景分离器件。 【实用新型内容】
[0027] 有鉴于此，本实用新型的目的在于提出一种视景分离器件，该视景分离器件能够 将超立体视景分离组件与双层透镜阵列相结合，从而同时解决鬼影、低亮度以及边缘条带 效应等问题。
[0028] 此外，本实用新型的目的还在于提出一种能让上述的视景分离器件易于制造，并 适合工业生产的大规模、批量化的制作工艺。
[0029] 根据本实用新型其一目的提出的一种视景分离器件，包括柔性透明基板，设置于 该柔性透明基板上的透镜阵列元件，以及同样设置于该柔性透明基板上的视差光栅元件， 其中所述透镜阵列元件由折射率不同的第一层和第二层构成，所述第一层相对于第二层具 有更接近所述柔性透明基板的距离，该第一层和第二层的交界处构成了透镜的表面界面， 且所述第二层远离柔性透明基板的一侧表面为平面。
[0030] 优选的，所述透镜阵列元件位于所述柔性透明基板的一侧，所述视差光栅元件位 于所述柔性透明基板的另一侧，或者，所述透镜阵列元件和所述视差光栅元件位于所述柔 性透明基板的同一侧，且所述视差光栅元件位于所述透镜阵列元件与所述柔性透明基底之 间。
[0031] 优选的，所述透镜阵列组件中，单个透镜中点处的曲率半径、透镜间距离以及第一 层的折射率满足对边缘条带效应的调控条件。
[0032] 优选的，所述第一层的折射率大于第二层的折射率，且所述透镜为正透镜。
[0033] 优选的，所述视差光栅元件由复数个交替排列的遮光元件和透光元件组成，所述 遮光元件和透光元件的分布按照如下方式：在非边界处的任一个遮光元件总是设置在两个 相邻透镜的交界处，而任一个透光元件则总是正对于一个透镜。
[0034] 优选的，所述遮光元件的水平宽度S、所述透光元件的水平宽度B、该视差光栅元 件中的一个单元结构宽度P b，三者之间满足如下关系
[0037] 其中，η为视景数。
[0038] 优选的，所述透镜阵列组件中，单个透镜焦距为f、单元结构宽度为，且与视差光 栅元件之间满足如下关系：
[0039] f ^ Lb (3)
[0040] Pl= Pb (4)
[0041] 其中，Lb为所述视差光栅组件与一显示器屏幕间的安装距离。
[0042] 同时，本实用新型还提出了一种3D显示装置，包括如上所述的视景分离器件和一 显示器屏幕，所述视景分离器件安装于所述显示器屏幕的影像显示侧
[0043] 与现有技术相比，本实用新型的优势在于：
[0044] 第一、本实用新型的视景分离器件，结合了现有技术中的超立体视景分离组件以 及上层透镜阵列组件的优势，使得该视景分离器件同时具备低鬼影、高亮度以及较少的边 缘条带效应的功能。
[0045] 第二、本实用新型的视景分离器件，通过将视差光栅元件和透镜阵列元件集成到 同一炔基底上，使得视景分离器件成为一个独立的部件，为视景分离器件在3D显示装置上 应用，提供了更多便利。
[0046] 第三、本实用新型的视景分离器件，由于视差光栅元件和透镜阵列元件分别位于 一片基底的上下两侧上，能够通过卷对卷压印技术