集成成像显示系统的制作方法

本申请涉及3d显示领域，具体而言，涉及一种集成成像显示系统。

背景技术：

3d显示由于能够呈现立体的影像信息，给观看者更直观的体验，因此深受欢迎。目前比较成熟的3d显示技术有眼镜式3d显示技术和裸眼3d显示技术，其主要是基于双目视差原理，两眼分别感知到不一样的影像而形成立体视觉。

但是由于这些技术没有提供深度信息，因此，会产生视觉辐辏调节冲突(vac，vergence-accommodationconflict)问题。其产生的机理是，如图1所示，为了看清楚影像，人眼03必须聚焦在2d屏幕01上，而实际渲染出来的3d影像02是浮出或陷进2d屏幕01的，这又迫使人眼会聚在3d影像所在的位置上，这就产生了vac问题。vac问题是与人类日常生理规律是相违背的，该问题使得人在使用显示装置的过程中，很容易产生视觉疲劳以及眩晕感，该问题制约着这些3d显示设备的应用。

为了解决vac问题，人们提出了很多种方案，集成成像显示技术是其中的方案之一。普通结构的微透镜(microlensarray，mla)集成成像显示技术，其3d图像深度受到显示屏分辨率、透镜节距、透镜与显示屏间距等因素影响，且与3d图像分辨率以及观看视角相互制约，因此其深度相对较小。

技术实现要素：

本申请的主要目的在于提供一种集成成像显示系统，以解决现有技术中3d显示系统中图像的深度较小的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种集成成像显示系统，该集成成像显示系统包括：显示单元，用于显示图像；多个光线调控单元，设置在上述显示单元的一侧，且多个上述光线调控单元依次沿远离上述显示单元的方向排列，多个上述光线调控单元形成的立体影像对应多个不同的深度，上述深度为上述立体影像与上述显示单元的距离。

进一步地，上述光线调控单元中的至少一个包括可切换的透镜结构和/或可切换的狭缝结构。

进一步地，上述可切换的透镜结构包括可切换的柱状透镜或可切换的微透镜阵列。

进一步地，上述可切换的透镜结构包括：微透镜阵列，包括多个依次排列的微透镜；液晶部，包括多个液晶分子，上述液晶部设置在上述微透镜阵列的一侧；控制部，用于控制上述液晶部的折射率，使得在导向状态下，上述液晶部的折射率与上述微透镜阵列的折射率相等，在非导向状态下，上述液晶部的折射率与上述微透镜阵列的折射率不相等。

进一步地，上述液晶部为转向液晶部，上述液晶分子为转向液晶分子，上述控制部控制上述转向液晶分子的转向。

进一步地，上述液晶部为固化液晶部，上述液晶分子为固化液晶分子，上述控制部包括：偏振元件，设置在上述微透镜阵列靠近入射光的一侧，上述偏振元件用于调整入射光的偏振方向；偏振控制器，用于控制上述偏振元件的工作状态。

进一步地，上述可切换的透镜结构包括：液晶部，包括多个液晶分子，通过施加电场使得上述液晶部的不同位置处的折射率相同或者不同，当上述液晶部的不同位置处的折射率相同时，上述可切换的透镜结构处于非导向状态，当上述液晶部的不同位置处的折射率不同时，上述可切换的透镜结构处于导向状态。

进一步地，至少两个相邻的上述光线调控单元间隔设置。

进一步地，至少两个相邻的上述光线调控单元之间设置有透明单元。

进一步地，上述显示单元用于显示多个图像，上述光线调控单元一一对应地对上述图像的信号进行调制，并在对应的深度位置处形成立体影像。

进一步地，上述集成成像显示系统还包括：控制单元，上述控制单元用于控制上述显示单元的工作以及各上述光线调控单元的工作。

应用本申请的技术方案，该集成成像显示系统包括多个光线调控单元，且多个上述光线调控单元形成的立体影像对应多个不同的深度，在不同的时刻，控制不同的光线调控单元工作，使得对应的图像信息在不同的深度位置形成具有一定深度范围的立体影像，即可依次得到不同位置的立体影像，因此相当于提升了系统的显示深度。

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vac问题的原理示意图；

图2示出了本申请的一种典型实施方式提供的一种集成成像显示系统的结构示意图；

图3示出了本申请的一种实施例提供的光线调控单元的第一状态的结构示意图；

图4示出了图3的光线调控单元的第二状态的结构示意图；

图5示出了本申请的另一种实施例提供的光线调控单元的第二状态的结构示意图；

图6示出了本申请的再一种实施例提供的光线调控单元的第一状态的结构示意图；

图7示出了图6的光线调控单元的第二状态的结构示意图；

图8示出了本申请的又一种实施例提供的光线调控单元的第一状态的结构示意图；

图9示出了图8的光线调控单元的第二状态的结构示意图；

图10示出了本申请的实施例1提供的光线调控单元的第一时刻的光路示意图；

图11示出了本申请的实施例1提供的光线调控单元的第二时刻的光路示意图；

图12示出了本申请的实施例1提供的光线调控单元的第三时刻的光路示意图；

图13示出了本申请的实施例1提供的光线调控单元的第四时刻的光路示意图，即集成成像显示系统显示2d图像时的光路示意图；以及

图14至图16示出了三种集成成像显示系统的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

01、2d屏幕；02、3d影像；03、人眼；1、显示单元；2、光线调控单元；21、微透镜阵列；22、封装部；23、液晶部；24、控制部；241、偏振元件；242、偏振控制器；25、第一电极；26、第二电极；11、第一深度图像；12、第二深度图像；13、第三深度图像；20、第一光线调控单元；30、第二光线调控单元；40、第三光线调控单元；100、偏振方向。

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。

应该理解的是，当元件(诸如层、膜、区域、或衬底)描述为在另一元件“上”时，该元件可直接在该另一元件上，或者也可存在中间元件。而且，在说明书以及下面的权利要求书中，当描述有元件“连接”至另一元件时，该元件可“直接连接”至该另一元件，或者通过第三元件“电连接”至该另一元件。

正如背景技术所介绍的，现有技术中的3d显示系统中图像的深度较小，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种集成成像显示系统。

本申请的一种典型的实施方式中，提供了一种集成成像显示系统，如图2所示，该集成成像显示系统包括显示单元1与多个光线调控单元2。其中，显示单元1用于显示图像；多个光线调控单元2设置在上述显示单元1的一侧，且多个上述光线调控单元2依次沿远离上述显示单元1的方向排列，多个上述光线调控单元2形成的立体影像对应多个不同的深度，上述深度为上述立体影像与上述显示单元1的距离。

本申请的集成成像显示系统包括多个光线调控单元，且多个上述光线调控单元形成的立体影像对应多个不同的深度，在不同的时刻，控制不同的光线调控单元工作，使得对应的图像信息在不同的深度位置形成具有一定深度范围的立体影像，如图2所示，即可依次得到不同位置的立体影像，因此相当于提升了系统的显示深度。

需要说明的时，所提到的多个光线调控单元，其排列可以是接触排列，也可以是间隔的排列。当间隔排列时，至少两个相邻的上述光线调控单元2之间可以设置有透明单元，例如透明树脂等材料形成的透明单元；当然，间隔中也可以没有材料填充。

本申请的显示单元可以是现有技术中的任何一种结构的显示单元，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适结构的显示单元。例如可以选择lcd面板、oled面板、led阵列或其它显示单元。

需要强调的是，本申请的上述集成成像显示系统不仅可实现增加集成成像系统显示的深度范围的功能，当其用于分像式裸眼3d系统时，其还可以实现不同观看距离的目的，即提高观看者的观看自由度。

本申请中的光线调控单元可以是现有技术中的任何一种可以在非导向状态与导向状态切换的结构，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适结构的光线调控单元。此处的导向状态就是指使得入射光线发生折射，进而导向至预定的方向或者位置的状态，非导向状态是指未使入射光线发生折射的状态。

本申请的一种实施例中，上述光线调控单元2包括可切换的透镜结构和/或可切换的狭缝结构。

其中，可切换的狭缝结构可以是现有技术中的任何一种的结构的可切换的狭缝结构，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的结构的可切换的狭缝结构以实现导向状态与非导向状态的切换。例如通过可切换液晶狭缝结构、可切换电致变色材料狭缝结构与可切换光致电致变色材料狭缝结构等实现导向状态与非导向状态的切换。

上述的可切换的透镜结构可以是现有技术中的任何一种结构的可切换的透镜结构，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的结构的可切换的透镜结构以实现导向状态与非导向状态的切换。

为了更好地实现导向状态与非导向状态的切换，本申请的一种实施例中，上述可切换的透镜结构包括可切换的柱状透镜或可切换的微透镜阵列，其中，可切换的柱状透镜是指可切换的物理柱状透镜，该结构具体包括电光材料(例如液晶)与柱状透镜阵列，通过调整电光材料的折射率，使得电光材料的折射率与柱状透镜阵列的折射率相同或者不同，从而实现导向状态与非导向状态的切换。可切换的微透镜阵列就是指包括液晶与微透镜阵列的结构，通过调整液晶的折射率进而使得液晶的折射率与微透镜阵列的折射率相同或者不同，从而实现导向状态与非导向状态的切换。

为了进一步保证可切换的透镜结构较稳定，性能较稳定，可靠性更高，本申请的一种实施例中，如图3至图7所示，可切换的透镜结构包括微透镜阵列21、液晶部23以及控制部24。

其中，微透镜阵列21包括多个依次排列的微透镜，上述微透镜阵列21具有微结构表面；液晶部23包括多个液晶分子，上述液晶部23设置在微透镜阵列21的一侧；控制部24用于控制液晶部23的折射率，使得在导向状态下，上述液晶部23的折射率与上述微透镜阵列21的折射率不相等，在非导向状态下，上述液晶部23的折射率与上述微透镜阵列21的折射率相等。

一种具体的实施例中，上述可切换的透镜结构还包括封装部22，封装部与上述微结构表面围成容纳腔，液晶部设置在容纳腔中，可具体参考图6。

需要说明的是，上述控制部对液晶部的折射率的控制可以是控制部通过控制液晶部中的液晶分子的长轴方向，以实现液晶部的折射率与微透镜阵列的折射率相等或者不相等，也可以是通过控制入射光的偏振方向来控制液晶部的折射率。本领域技术人员可以根据实际情况使得控制部控制不同的对象，从而实现晶部的折射率与微透镜阵列的折射率相等或者不相等。

本申请的一种实施例中，如图3至图5所示，上述液晶部23为转向液晶部，上述液晶分子为转向液晶分子，转向液晶分子的长轴方向会随着施加的电压而发生偏转；上述控制部24控制上述转向液晶分子的转向，且控制部24与上述液晶部23电连接。控制部通过向液晶部施加电压或者不施加电压，从而实现液晶部中的长轴方向发生偏转或者不发生偏转，使得液晶分子的长轴方向与入射光的偏振方向相同或者不同，从而实现液晶部的折射率与微透镜阵列的折射率相同或者不同，进而实现导向状态与非导向状态的切换。一种具体的实施例中，该集成成像显示系统还包括两个电极，这两个电极分别设在封装部的远离液晶部的一侧以及微透镜阵列的远离液晶部的一侧，上述控制部通过向两个电极之间施加电压实现在液晶部的两侧施加电压，从而在实现液晶部中的长轴方向发生偏转或者不发生偏转。

如图3与图4所示，微透镜阵列包括多个依次排列的微透镜，且各微透镜为凸透镜，微透镜阵列的折射率为nr。液晶部在不施加电压时，其折射率为ne，且nr＝ne，即在不施加电压时，液晶部的折射率与微透镜阵列的折射率相同，如图3所示，进而可以实现非导向状态，微透镜阵列没有起到折射光的作用；当对液晶部施加电压时，液晶部的折射率发生变化，为no，与微透镜阵列的折射率nr不相同，微透镜阵列起到折射光的作用，如图4所示，从而实现导向状态。

当然，本申请中的微透镜阵列并不限于图3与图4所示的凸透镜阵列，还可以是凹透镜阵列，如图5所示，微透镜阵列包括多个依次排列的凹透镜，并且，微透镜阵列的折射率为nr。液晶部在不施加电压时，其折射率为no，且nr＝no，即在不施加电压时，液晶部的折射率与微透镜阵列的折射率相同，进而可以实现非导向状态，微透镜阵列没有起到折射光的作用；当对液晶部施加电压时，液晶部的折射率发生变化，为ne，与微透镜阵列的折射率nr不相同，微透镜阵列起到折射光的作用，如图5所示，从而实现导向状态显示。

另外，需要说明的是，微透镜阵列的折射率不限于等于液晶部不施加电压(施加的电压为零)时的折射率这一种情况。微透镜阵列的折射率可以等于液晶部加电压时的折射率即当向液晶部施加电压(即施加的电压不为零)时，液晶部的折射率与微透镜阵列的折射率相等，进而实现非导向状态；当不向液晶部施加电压(即施加的电压为零)时，液晶部的折射率与微透镜阵列的折射率不相等，进而实现导向状态。

对于液晶的折射率的变化，由于其是入射光的偏振方向与长轴方向的关系发生变化导致的，所以，不仅可以通过调整液晶分子的长轴方向来调整液晶部的折射率，还可以通过入射光的偏振方向调节液晶部的折射率。具体地，当入射光的偏振方向与液晶分子长轴方向平行时，液晶分子对应的折射率就是ne，液晶部对应的折射率也是ne；当入射光的偏振方向与液晶分子长轴方向垂直时，液晶分子对应的折射率就是no，液晶部对应的折射率也是no。

本申请中的另一种实施例中，如图6与图7所示，上述液晶部23为固化液晶部，上述液晶分子为固化液晶分子，上述控制部24包括偏振元件241与偏振控制器242，偏振元件241设置在上述微透镜阵列21靠近入射光的一侧，上述偏振元件241用于调整入射光的偏振方向；偏振控制器242用于控制上述偏振元件241的工作状态，即控制偏振元件在哪个方向透光，哪个方向进行遮光。

微透镜阵列包括多个依次排列的微透镜，且各微透镜为凸透镜，微透镜阵列的折射率为nr＝ne。当入射光经过偏振元件出来的光为偏振方向100如图6所示的光(如p光时)，该光的偏振方向与液晶分子长轴方向平行时，液晶分子对应的折射率就是ne，因此，液晶部的折射率与微透镜阵列的折射率相同，如图6所示，进而可以实现非导向状态，微透镜阵列没有起到折射光的作用；当经过偏振元件出来的入射光为偏振方向100如图7所示的光(如s光时)，该光的偏振方向与液晶分子长轴方向垂直时，液晶分子对应的折射率就是no,与微透镜阵列的折射率nr不相同，微透镜阵列起到折射光的作用，如图7所示，从而实现导向状态。

本申请的再一种实施例中，如图8与图9所示，上述可切换的透镜结构包括液晶部23，该液晶部包括多个液晶分子，通过施加电场使得上述液晶部的不同位置处的折射率相同或者不同，当上述液晶部的不同位置处的折射率相同时，上述可切换的透镜结构处于上述非导向状态，当上述液晶部的不同位置处的折射率不同时，上述可切换的透镜结构处于上述导向状态。

一种具体的实施例中，上述可切换透镜结构还包括多个第一电极25以及多个第二电极26；各上述第一电极25设置在上述液晶部23的第一表面上，且多个上述第一电极25依次间隔排列；各上述第二电极26设置在上述液晶部23的第二表面上，上述第一表面与上述第二表面相对，且上述第一电极25与上述第二电极26一一对应设置，此处的一一对应不仅仅时数目上的一一对应，还是指第一电极与第二电极位置上的一一对应，即第一电极在第二电极上的投影覆盖第二电极、与第二电极重合或者在第二电极的内部，但要保证由一一对应的第一电极与第二电极形成的电极对能够使得二者之间的液晶分子发生偏转。通过对不同的电极对施加相同或者不同的电压，实现液晶部的不同位置处的折射率相同或者不同，从而实现导向状态或者非导向状态。

需要说明的时，为了保证显示系统的显示效果，上述第一电极与第二电极均为透明电极。

本申请的一种优选的实施例中，多个第一电极间隔设置，多个第二电极间隔设置，且第一电极在第二电极上的投影与第二电极重合。如图8所示，当在所有电极对之间施加相同的电压(可以均为零)时，对液晶部中所有液晶分子的折射率相同，入射光通过液晶部时方向不变。如图9所示，当在不同的电极对之间施加不相同的电压时，液晶部中不同位置处的液晶分子的折射率不同，光线通过时方向发生折射。

当然，本申请的通过调整液晶部的不同位置处的折射率实现导向状态与非导向状态的可切换透镜结构，并不限于上述的图8与图9所示的结构，还可以是其他的结构，比如包括一个第一电极与多个第二电极，第一电极与第二电极分别设置在液晶部的两侧，通过在多个第二电极上施加相同或者不同的电压实现非导向状态与导向状态的切换。本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的结构来实现液晶部的不同位置的折射率相同或者不同。

为了进一步保证形成更大的显示深度，上述显示单元1用于显示多个图像，上述光线调控单元2一一对应地对上述图像的信号进行调制，并在对应的深度位置处形成立体影像。

本申请中的一种实施例中，集成成像显示系统还包括控制单元，该控制单元的控制显示单元的显示并且控制各光线调控单元2的工作状态。具体地，控制单元控制显示单元的多个图像的显示顺序与显示时间等等；控制单元控制各光线调控单元2的工作状态，例如当光线调控单元2为图3所示的光线调控单元2时，该控制单元控制光线调控单元2中的控制部的状态，控制单元控制控制部是否向液晶部施加电压，从而控制各光线调控单元2的工作状态。

集成成像显示系统的工作过程包括：

控制单元控制向显示单元输入图像信号(假设该信号包含m帧)；

控制单元根据图像中不同的深度位置，将图像信号分解成n组图像信号，对应n个光线调控单元；

控制单元顺序控制光线调控单元处于工作状态，且同时控制对应的图像信号进行显示，即显示对应的图像，从而使得光线调控单元对对应的图像信号进行调制，得到处在不同深度的立体影像。

需要说明的是，本申请中的集成成像显示系统中，多个光线调控单元可以是完全相同的，如图10所示，也可以是部分相同的，可以是完全不同的。并且，当包括不同的光线调控单元时，不同的光线调控单元的排列也可以是任意的。

为了说明多种不同的组合方式，定义“包括微透镜阵列、液晶部与控制部，且液晶部为转向液晶分子形成的转向液晶部”的可切换的透镜结构为第一可切换结构，如图3、图4与图5所示；定义“包括微透镜阵列、液晶部与控制部，且液晶部为固化液晶分子形成的固化液晶部”的可切换的透镜结构为第二可切换结构，如图6与图7所示；定义“包括液晶部，且通过施加电场使得液晶部的不同位置处的折射率相同或者不同从而实现导向与非导向状态的切换”的可切换的透镜结构为第三可切换结构，如图8与图9所示。

例如当集成成像显示系统中包括两个光线调控单元时，这两个光线调控单元中的任意一个可以为这三种可切换结构中的任何一种，具体地。该集成成像显示系统包括第一可切换结构与第二可切换结构，如图14所示；或者包括第二可切换结构与第三可切换结构，如图15所示；或者包括第一可切换结构与第三可切换结构，如图16所示；或者包括两个第一可切换结构；或者包括两个第二可切换结构；或者包括两个第三可切换结构。

并且，上述的两个光线调控单元的排列方式并不限于图14、图15以及图16所示，还可以将两个光线调控单元的位置互换，例如，图14中，将第一可切换结构与第二可切换结构的位置互换。

当然，本申请的可切换的透镜结构并不限于上述的三种结构，还可以是现有技术中的其他结构，这里的三种结构只是为了说明具体情况而列举的。本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的可切换的透镜结构。

为了使得本领域技术人员能够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

如图10所示，集成成像显示系统包括显示单元1和三个光线调控单元2，三个光线调控单元2分别为第一光线调控单元20、第二光线调控单元30、第三光线调控单元40。各光线调控单元2均包括微透镜阵列21、封装部22，液晶部23以及控制部24。上述液晶部23为转向液晶部，上述液晶分子为转向液晶分子，转向液晶分子的长轴方向会随着施加的电压而发生偏转；上述控制部24包括电源，且控制部24与上述液晶部23电连接。

在t1时刻，显示单元1显示与第一光线调控单元20所对应的图像信息，此时第一光线调控单元20处在工作状态(即3d状态，液晶部与微透镜这列的折射率不同)，而第二光线调控单元30和第三光线调控单元40处在不工作状态(即2d状态，液晶部与微透镜这列的折射率相同)，因此，只有第一光线调控单元20起作用，将第一深度图像11显示在其对应的深度区域，如图10所示。

在t2时刻，显示单元显示与第二光线调控单元30所对应的图像信息，此时第二光线调控单元30处在导向状态，而第一光线调控单元20和第三光线调控单元40处在非导向状态，因此，只有第二光线调控单元30起作用，将第二深度图像12显示在其对应的深度区域，如图11所示。

在t3时刻，显示单元显示与第三光线调控单元40所对应的图像信息，此时第三光线调控单元40处在导向状态，而第一光线调控单元20和第二光线调控单元30处在非导向状态，因此，只有第三光线调控单元40起作用，将第三深度图像13显示在其对应的深度区域，如图12所示。

三个光线调控单元可以将对应的图像显示在三个不同的深度区域中，进而形成具有一定深度范围的立体影像提升了系统的显示深度。

该实施例中的集成成像显示系统不仅可以提升立体影像深度范围，还可显示2d影像，如图13所示，其主要方法是把三个光线调控单元均切换到非导向状态，此时微透镜阵列都没有折射光的作用，因此观察者可以观察到显示单元上的2d影像。

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：

本申请的集成成像显示系统包括多个光线调控单元，且多个上述光线调控单元形成的立体影像对应多个不同的深度，在不同的时刻，控制不同的光线调控单元工作，使得对应的图像信息在不同的深度位置形成具有一定深度范围的立体影像，即可依次得到不同位置的立体影像，因此相当于提升了系统的显示深度。

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。