一种自由立体显示系统的制作方法

本实用新型涉及显示技术领域，具体涉及一种自由立体显示系统。

背景技术：

随着当今科学技术的飞速发展，传统的二维平面显示技术已经远远无法满足目前各个行业领域对于深度数据与空间信息感知的需求。越来越多的应用领域，如医学成像、科学研究、外太空探索、重要远程会议和军事等，要求能够实现3D场景的真实重建，从而使得观看者可以更加精确的捕获相关信息，准确地进行现场判断。

图1为现有技术提供的理想柱透镜光栅显示原理示意图，如图1所示，现有技术中的自由立体显示装置通常由柱透镜光栅与2D液晶显示屏组成；柱透镜光栅的作用是将不同像素的位置信息转化为不同视点光强的方向信息；对于理想透镜，每个子像素发出的散射光线经过柱透镜后都被约束成过透镜光心的平行光。

其中，柱面透镜光栅具有空间分光的功能，它是传统裸眼立体显示器的重要组成部分；柱透镜光栅的加工工艺非常成熟，通过紫外线固化技术可以实现精度10微米的高精度光学柱透镜光栅加工。

其中，液晶是一种介于固体和液体之间的特殊物质，它是一种有机化合物，常态下呈液态，但是它的分子排列却和固体晶体一样非常规则；如果给液晶施加一个电场，会改变它的分子排列，这时如果给它配合偏振光片，就可以控制透光强度。液晶显示器就是利用该原理实现不同图像的显示。目前分辨率为3840×2160的液晶显示面板已经广泛商用，可以预见8k显示器在不久的未来将会普及。液晶显示设备的快速发展对三维显示质量的提高有着重要的推动作用。

然而，现有技术至少存在以下技术缺陷：图2为现有技术提供的漫散射光源的示意图，如图2所示，当像素发出的漫射光经过其它透镜时会产生跳变视区，不同视区间会出现视差翻转的现象，严重影响观看效果。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述缺陷，本实用新型提供一种自由立体显示系统。

本实用新型提供的自由立体显示系统，包括背光源、控光结构和至少一片扩散结构；所述背光源用于射出光线，任意两条出射光线之间的夹角小于预设度数；所述控光结构控制所述出射光线在水平方向上的射向；所述扩散结构在竖直方向上对所述出射光线进行扩散。

所述系统还包括显示设备；所述出射光线的光路上依次设置所述显示设备和所述控光结构；所述光路上的所述背光源与所述显示设备之间、所述显示设备与所述控光结构之间以及所述控光结构之后中的至少一处设置有至少一片扩散结构。

所述系统还包括显示设备；所述出射光线的光路上依次设置所述控光结构和所述显示设备；所述光路上的所述背光源与所述控光结构之间、所述控光结构与所述显示设备之间以及所述显示设备之后中的至少一处设置有至少一片扩散结构。

其中，所述控光结构还用于控制所述出射光线在竖直方向上的射向；所述扩散结构还用于在水平方向上对所述出射光线进行扩散。

其中，所述出射光线为平行光、发散光或汇聚光；所述预设度数为10°。

其中，所述出射光线经所述扩散结构扩散后，在竖直方向上的扩散角度为10°至180°之间，在水平方向上的扩散角度为0°至10°之间。

其中，所述出射光线经所述扩散结构扩散后，在竖直方向上的扩散角度为0°至10°之间，在水平方向上的扩散角度为0°至10°之间。

其中，所述背光源与所述显示设备之间的距离、所述显示设备与所述控光结构之间的距离以及所述控光结构与设置于控光结构之后的第一片扩散结构之间的距离为0至5000mm之间。

其中，所述背光源与所述控光结构之间的距离、所述控光结构与所述显示设备之间的距离以及所述显示设备与设置于显示设备之后的第一片扩散结构之间的距离为0至5000mm之间。

其中，所述显示设备为液晶显示面板或透光显示灯片；所述控光结构为包括柱面透镜阵列或微棱镜结构的折射型控光结构，或衍射型控光结构；所述扩散结构为柱面透镜阵列或定向扩散膜。

本实用新型提供的自由立体显示系统，通过设置出射光线之间夹角较小的背光源，避免了漫射光产生的跳变视区；并利用扩散结构对出射光线在竖直方向上进行了扩散，增大了最终的在竖直方向上的观看范围，增强了显示效果，实现了大视角、具有真实空间感的三维立体显示效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术提供的理想柱透镜光栅显示原理示意图；

图2为现有技术提供的漫散射光源的示意图；

图3为本实用新型实施例一提供的自由立体显示系统的结构示意图；

图4为本实用新型实施例二提供的自由立体显示系统的结构示意图；

图5为本实用新型实施例三提供的自由立体显示系统的结构示意图；

图6为本实用新型实施例四提供的自由立体显示系统的结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的出射光线的示意图；

图8为本实用新型实施例提供的垂直方向扩散的扩散结构对光线扩散作业的示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。

在本实用新型提供的实施例中，以下技术名词的定义如下：自由立体显示为不用佩戴任何辅助设备，可以直接为观看者提供立体视觉的显示方式；定向扩散膜为对入射光线具有特定角度扩散作用的光学膜材；柱透镜光栅为以精确的周期排列的柱透镜阵列，通常用于实现裸眼3D功能；透镜阵列为以精确的周期排列的透镜阵列，可以用于实现裸眼3D功能；控光结构为可以使光线按照需求发生偏转的结构；背光源为用于点亮显示设备加载的显示内容；视点为3D显示中不同位置显示的视差图像。

本实用新型实施例提供的一种自由立体显示系统包括背光源、控光结构和至少一片扩散结构；所述背光源由于射出光线，任意两条出射光线之间的夹角小于预设度数；所述控光结构用于控制所述出射光线在水平方向上的射向；所述扩散结构用于在竖直方向上对所述出射光线进行扩散。

其中，背光源用于发出光线，发出的光线为出射光线；为了解决现有技术中传统背光源为漫散射光源而导致的漫散射光线进入其他透镜时会产生跳变视区的缺陷；本实用新型实施例采用的背光源发出的出射光线之间具有较小的夹角，出射光线通过控光结构时，并不会进入相邻的其他控光结构，从而避免了产生跳变视区。

另外，由于背光源发出的光线之间的夹角很小，而控光结构只在水平方向上对出射光线进行了偏转，而在竖直方向上，只有正对背光源才能看到出射光线；因此，本实用新型实施例还提供了扩散结构，将出射光线在竖直方向上进行了扩散，增大了最终的在竖直方向上的观看范围，增强了显示效果。

本实用新型实施例提供的自由立体显示系统，通过设置出射光线之间夹角较小的背光源，避免了漫射光产生的跳变视区；并利用扩散结构对出射光线在竖直方向上进行了扩散，增大了最终的在竖直方向上的观看范围，增强了显示效果，实现了大视角、具有真实空间感的三维立体显示效果。

图3为本实用新型实施例一提供的自由立体显示系统的结构示意图，如图3所示，所述系统还包括显示设备；所述出射光线的光路上依次设置所述显示设备和所述控光结构；所述光路上的所述背光源与所述显示设备之间、所述显示设备与所述控光结构之间以及所述控光结构之后中的至少一处设置有至少一片扩散结构。

具体地，图3中M1为背光源，M2为显示设备，M3为控光结构，M4为扩散结构。如图3所示，在出射光线的光路上依次设置M1、M2和M3。其中，M1和M2之间设置有N1片M4，在M2与M3之间设置有N2片M4，在M3之后设置有N3片M4。并且，N1、N2和N3满足下列数量关系：

N₁+N₂+N₃≥1其中，N₁≥0，N₂≥0，N₃≥0； (1)

即，N1、N2和N3中的至少一个大于或等于1，扩散结构M4可以灵活设置在上述三处。

图4为本实用新型实施例二提供的自由立体显示系统的结构示意图，如图4所示，还包括显示设备；所述出射光线的光路上依次设置所述控光结构和所述显示设备；所述光路上的所述背光源与所述控光结构之间、所述控光结构与所述显示设备之间以及所述显示设备之后中的至少一处设置有至少一片扩散结构。

如图4所示，与图3所示的结构类似，区别在于将显示设备M2与控光结构M3的位置进行了调换，即在出射光线的光路上设置的顺序为M1、M3和M2。相应地，M1和M3之间设置有N1片M4，在M3与M2之间设置有N2片M4，在M2之后设置有N3片M4。并且，N1、N2和N3仍然满足如式(1)的数量关系。

在上述任一实施例的基础上，所述控光结构还用于控制所述出射光线在竖直方向上的射向；所述扩散结构还用于在水平方向上对所述出射光线进行扩散。

具体地，图5为本实用新型实施例三提供的自由立体显示系统的结构示意图，如图5所示，与图3提供的实施例一相比，将控光结构M3替换为控光结构M5；M5与M3相比，能够同时控制出射光线在水平和竖直方向上的射向。另外，扩散结构M4可以让出射光线在水平和竖直方向上都进行扩散。并且，扩散结构M4的数量N1、N2和N3仍然满足如式(1)的数量关系。

图6为本实用新型实施例四提供的自由立体显示系统的结构示意图，如图6所示，与图5提供的实施例三类似，区别在于将显示设备M2与控光结构M5的位置进行了调换，即在出射光线的光路上设置的顺序为M1、M5和M2。相应地，M1和M5之间设置有N1片M4，在M5与M2之间有N2片M4，在M2之后有N3片M4。并且，N1、N2和N3仍然满足如式(1)的数量关系。

通过将控光结构设置为同时控制水平和竖直方向上的射向，使得水平和竖直方向上都能够实现自由立体显示，具有更好的观看效果。

图7为本实用新型实施例提供的出射光线的示意图，如图7所示，在上述任一实施例的基础上，所述出射光线为平行光、发散光或汇聚光；所述预设度数为10°。

在图7中，(a)为平行光，出射光线A和B之间的夹角为0°；(b)为发散光，(c)为汇聚光，(b)和(c)中的出射光线A与B之间的夹角需要小于10°，从而保证没有跳变视区。

图8为本实用新型实施例提供的垂直方向扩散的扩散结构对光线扩散作业的示意图，如图8所示，在上述任一实施例的基础上，所述出射光线经所述扩散结构扩散后，在竖直方向上的扩散角度为10°至180°之间，在水平方向上的扩散角度为0°至10°之间。

具体地，在图3提供的实施例一以及图4提供的实施例二中，出射光线经过扩散结构M4扩散后，在竖直方向的扩散角度可以从10°到180°，在水平方向的扩散角度从0°到10°。

在上述任一实施例的基础上，所述出射光线经所述扩散结构扩散后，在竖直方向上的扩散角度为0°至10°之间，在水平方向上的扩散角度为0°至10°之间。

具体地，在图4提供的实施例三以及图5提供的实施例四中，出射光线经过扩散结构M4扩散后，在竖直方向的扩散角度可以从0°到10°，在水平方向的扩散角度从0°到10°。

在上述任一实施例的基础上，所述背光源与所述显示设备之间的距离、所述显示设备与所述控光结构之间的距离以及所述控光结构与设置于控光结构之后的第一片扩散结构之间的距离为0至5000mm之间。

具体地，在图3提供的实施例一和图5提供的实施例三中，d₁是背光源M1与显示设备M2之间的距离，其范围是：5000mm≥d₁≥0mm；d₂是显示设备M2与控光结构M3或M5(图5中)之间的距离，其范围是：5000mm≥d₂≥0mm；d₃是控光结构M3或M5与扩散结构M4之间的距离，其范围是：5000mm≥d₃≥0mm。

在上述任一实施例的基础上，所述背光源与所述控光结构之间的距离、所述控光结构与所述显示设备之间的距离以及所述显示设备与设置于显示设备之后的第一片扩散结构之间的距离为0至5000mm之间。

具体地，在图4提供的实施例二和图6提供的实施例四中，d1是背光源M1与控光结构M3或M5(图6中)之间的距离，其范围是：5000mm≥d₁≥0mm；d₂空光结构M3或M5与显示设备M2之间的距离，其范围是：5000mm≥d₂≥0mm；d₃是显示设备M2与扩散结构M4之间的距离，其范围是：5000mm≥d₃≥0mm。

在上述任一实施例的基础上，所述显示设备为液晶显示面板或透光显示灯片；所述控光结构为包括柱面透镜阵列或微棱镜结构的折射型控光结构，或衍射型控光结构；所述扩散结构为柱面透镜阵列或定向扩散膜。

其中，透光点亮的显示设备可以是液晶显示面板，或透光显示的灯片等，可以在显示设备中显示不同的图像信息。

其中，在图3提供的实施例一以及图4提供的实施例二中，控光结构为水平方向的控光器件，可以折射型结构，其包括柱面透镜阵列，微棱镜结构；也可以是衍射型控光元件。在图5提供的实施例三和图6提供的实施例四中，控光结构为同时可以在水平与竖直方向上控光的器件，可以是透镜阵列或衍射元件，也可以是棱镜阵列，还可以是折射、衍射混合元件。

其中，在图3提供的实施例一以及图4提供的实施例二中，扩散结构为可以让光线在竖直方向上扩散的光学结构，可以是柱面透镜阵列或定向扩散膜(扩散功能膜)。在图5提供的实施例三和图6提供的实施例四中，扩散结构为可以让光线在水平与竖直方向上扩散的光学结构，可以是透镜阵列，也可以是定向扩散膜。

本实用新型实施例提供的自由立体显示系统，由背光源、液晶显示面板、控光结构和扩散功能膜组成，根据具体的参数和3D内容显示编码图像信息，能够实现一个大视角、高清晰度、具有真实空间感的自由立体显示效果。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。