一种裸眼三维显示3D光学膜片的制作方法

一种裸眼三维显示3d光学膜片
技术领域
1.本发明公开了一种3d显示设备的膜片，尤其涉及一种裸眼三维显示3d光学膜片。


背景技术：

2.裸眼三维显示可以实现观察者无需佩戴任何辅助设备，直接观看具有三维信息的3d图像的显示效果。裸眼三维显示作为一种新型的显示方式，为生活娱乐，工业生产，科学研究等各个领域的创造性应用带来可能。尤其是在目前5g商用及元宇宙概念的大环境下，裸眼三维显示更能为众多新兴领域带来有价值的应用。因此，能够实现一个大视角、高清晰度的裸眼三维显示具有重要意义。从目前公开的专利来看，传统裸眼3d光学膜片多是直接采用透镜(柱透镜)阵列或是视差屏障阵列的方法来生成裸眼3d图像。
3.请参见图1，中国专利cn206096646u提出了一种柱状透镜光栅结构，提出的柱状透镜光栅结构包括透镜层，透镜层包括依次排列的多个柱状透镜，多个柱状透镜的焦距形成焦距集合，焦距集合中包括至少两个不同的数值，且当焦距集合包括两个不同数值时，与至少一个柱状透镜相邻的两个柱状透镜的焦距不同。该专利提出的柱状透镜光栅结构能够实现裸眼3d的基本效果，但是没有考虑光学像差对图像清晰度带来的影响，采用这种不同焦距组合的柱状透镜光栅方法，势必会带来不均匀的光学像差分布，造成3d图像清晰度差。
4.请参见图2，中国专利cn105116560b提出一种裸眼三维显示装置。该裸眼三维显示装置包括：背光模块、控制模块与显示模块，其中，控制模块设置在背光模块的表面上，控制模块包括光控制膜与3d膜；显示模块设置在控制模块的远离背光模块的表面上，3d膜包括：透明基材层、第一微结构层与第二微结构层，第一微结构层设置在透明基材层的表面上；第二微结构层设置在第一微结构层的远离透明基材层的一侧。该专利提出的光控制膜与3d膜，可实现好的裸眼3d显示。但是提出的光控制膜与3d膜，需要配合时序背光的方法才能实现裸眼3d效果，时序背光的方法结构、编码复杂，提升了系统成本。且该方法无法实现满足多人观看的、大视角的裸眼三维显示。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种能够对显示单元的光线进行调控，有利于提升显示视角、减小显示像差以及提升裸眼三维显示像质的裸眼三维显示3d光学膜片。
6.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。
7.一种裸眼三维显示3d光学膜片，其包括有透镜层和填充厚度层，所述透镜层紧贴所述填充厚度层，且所述透镜层包括有呈阵列式分布的多个透镜，所述填充厚度层紧贴于预设的显示面板，所述透镜层中的多个透镜与所述显示面板中的多个显示单元一一对应，其中：设定所述透镜层前侧形成的3d图像的视角为φ，视角φ中插入有n个视差图，则n满足：φ/10《n《5
×
φ；设定每个透镜的直径为d1，透镜与显示面板水平方向的夹角为φ1，则透镜的直径和角度满足：2
×
显示单元水平方向的投影尺寸≤d1《n
×
显示单元水平方向的
投影尺寸；以及，1
°
《φ1《15
°
。
8.优选地，所述显示面板为液晶面板，所述显示面板中的显示单元为像素，像素在水平方向上的投影尺寸为x1，像素在竖直方向上的投影尺寸为y1，则透镜直径d1的范围满足：2
×
x1≤d1《n
×
x1。
9.优选地，所述显示面板为液晶面板，所述显示面板中的显示单元是构成像素的子像素，子像素在水平方向上的投影尺寸为x2，子像素在竖直方向上的投影尺寸为y2，则透镜直径d1的范围满足：2
×
x2≤d1《n
×
x2。
10.优选地，所述显示面板为led面板，所述显示面板中的显示单元是构成led面板的led灯珠，led灯珠在水平方向上的投影尺寸为x3，led灯珠在竖直方向上的投影尺寸为y3，则透镜直径d1的范围满足：2
×
x3≤d1《n
×
x3。
11.优选地，所述透镜层是由单一折射率透镜阵列组成的非填平透镜层，设定透镜的折射率为n1，曲率半径为r1，焦距为f1，则有：1《n1《2；0.01mm《r1《100mm；f1＝r1/(n1-1)。
12.优选地，所述透镜层是由两种不同折射率透镜阵列组成的填平透镜层，设定透镜的折射率为n1，曲率半径为r1，焦距为f1，填平层折射率为n2，则有：当透镜设置为凸面朝向所述显示面板时满足：1《n2《n1《2，0.01mm《r1《100mm，f1＝r1/(n1-n2)；当透镜设置为凸面背离所述显示面板时满足：1《n2《n1《2，0.01mm《r1《100mm，f1＝r1/(n1-n2)。
13.优选地，设定所述填充厚度层的厚度为h1，则有0.1mm《h1《50mm。
14.优选地，所述填充厚度层由单一折射率材料填充形成，所述填充厚度层的折射率为n3，则有：1《n3《2。
15.优选地，所述填充厚度层由多个不同折射率的材料层复合而成。
16.优选地，紧贴透镜层的材料折射率设定为n3_1，而后依次为n3_2、n3_3......n3_m，m为材料层的数量，则有：1《n3_1《2，1《n3_2《2，1《n3_3《2......1《n3_m《2。
17.本发明公开的裸眼三维显示3d光学膜片中，3d光学膜片由透镜层与填充厚度层两部分组成，其中的透镜层与填充厚度层紧贴，填充厚度层与显示面板紧贴，透镜层的作用是对显示面板上显示单元发出的光线进行调制，生成裸眼3d图像，使人眼无需佩戴任何辅助设备就可以产生立体视觉，进而观察到3d图像，填充厚度层的作用是调节透镜层与显示面板之间的间距，通过合适的距离调节，可以提升生成的3d图像清晰度，本发明通过对透镜层与填充厚度层的合理设置，共同完成对显示面板中显示单元光线的调控，能显著提升显示视角以及减小显示像差，从而提升裸眼三维显示像质，最终实现大视角、高像质裸眼三维显示。
附图说明
18.图1为现有技术中的柱状透镜光栅结构示意图；
19.图2为现有技术中的裸眼三维显示装置结构示意图；
20.图3为本发明裸眼三维显示3d光学膜片的结构示意图；
21.图4为本发明第一实施例中裸眼三维显示3d光学膜片的结构示意图；
22.图5为本发明第一实施例中透镜层的结构示意图；
23.图6为本发明第一实施例中透镜与显示面板的相对位置关系示意图；
24.图7为本发明第二实施例中透镜与显示面板的相对位置关系示意图；
25.图8为本发明第三实施例中透镜与显示面板的相对位置关系示意图；
26.图9为本发明第四实施例中透镜与显示面板的相对位置关系示意图；
27.图10为本发明由单一折射率透镜阵列组成的非填平透镜层示意图；
28.图11是透镜设置为凸面朝向显示面板时的结构示意图；
29.图12是透镜设置为凸面背离显示面板时的结构示意图；
30.图13是由单一折射率材料填充形成的填充厚度层结构示意图；
31.图14是由多个不同折射率的材料层复合而成的填充厚度层结构示意图。
具体实施方式
32.下面结合附图和实施例对本发明作更加详细的描述。
33.请参见图3，本发明提出了一种裸眼三维显示3d光学膜片，其包括有透镜层a1和填充厚度层a2，所述透镜层a1紧贴所述填充厚度层a2，且所述透镜层a1包括有呈阵列式分布的多个透镜，所述填充厚度层a2紧贴于预设的显示面板a3，所述透镜层a1中的多个透镜与所述显示面板a3中的多个显示单元一一对应，其中：
34.设定所述透镜层a1前侧形成的3d图像的视角为φ，视角φ中插入有n个视差图，则n满足：φ/10《n《5
×
φ；
35.设定每个透镜的直径为d1，透镜与显示面板a3水平方向的夹角为φ1，则透镜的直径和角度满足：
[0036]2×
显示单元水平方向的投影尺寸≤d1《n
×
显示单元水平方向的投影尺寸；
[0037]
以及，1
°
《φ1《15
°
。具体地，显示单元水平方向的投影尺寸以及竖直方向的投影尺寸采用平行正投影方法进行确定和测量。
[0038]
上述结构中，3d光学膜片由透镜层a1与填充厚度层a2两部分组成，其中的透镜层a1与填充厚度层a2紧贴，填充厚度层a2与显示面板a3紧贴，透镜层a1的作用是对显示面板上显示单元发出的光线进行调制，生成裸眼3d图像，使人眼无需佩戴任何辅助设备就可以产生立体视觉，进而观察到3d图像，填充厚度层a2的作用是调节透镜层a1与显示面板a3之间的间距，通过合适的距离调节，可以提升生成的3d图像清晰度，本发明通过对透镜层a1与填充厚度层a2的合理设置，共同完成对显示面板中显示单元光线的调控，能显著提升显示视角以及减小显示像差，从而提升裸眼三维显示像质，最终实现大视角、高像质裸眼三维显示。
[0039]
针对上述光学膜片的具体结构，本发明提供了如下实施例。
[0040]
实施例一
[0041]
本实施例中，请参见图4，本实施例中的3d光学膜片由透镜层a1与填充厚度层a2两部分组成。其中，透镜层a1与填充厚度层a2紧贴，填充厚度层a2与显示面板a3紧贴，透镜层a1的作用是对显示面板上显示单元发出的光线进行调制，生成裸眼3d图像，使人眼无需佩戴任何辅助设备就可以形成立体视觉，观察到3d图像，填充厚度层a2的作用是调节透镜层a1与显示面板a3之间的间距，通过合适的距离调节，可以提升生成的3d图像清晰度。
[0042]
本实施例3d光学膜片中各层的作用如下：
[0043]
1、透镜层a1：
[0044]
透镜层a1紧贴于填充厚度层a2表面，依据裸眼3d显示基本原理，利用透镜层a1对
显示面板显示单元发出的光线进行调制，在视角φ中插入n个视差图，形成视角为φ的3d图像，优选地，φ/10《n《5
×
φ。
[0045]
如图5和图6所示，透镜层a1是由相同光学参数(口径、焦距)的透镜单元组成的阵列结构，每个透镜单元口径为d1，曲率半径为r1，折射率为n1，焦距为f1，与显示面板水平方向夹角为φ1，由此确定，透镜单元口径d1的范围是：2
×
显示单元水平方向投影尺寸≤d1《n
×
显示单元水平方向投影尺寸；透镜层a1与显示面板水平方向夹角范围是：1
°
《φ1《15
°
。
[0046]
实施例二
[0047]
本实施例中，请参见图7，所述显示面板a3为液晶面板，所述显示面板a3中的显示单元为像素，像素在水平方向上的投影尺寸为x1，像素在竖直方向上的投影尺寸为y1，则透镜直径d1的范围满足：2
×
x1≤d1《n
×
x1。
[0048]
如图7所示，在本实施例中，当所使用的显示面板a3为液晶面板时，显示单元可以是由红(r)、绿(g)、蓝(b)共同构成的像素，此时，像素在水平方向上投影尺寸为x1，在竖直方向上投影尺寸为y1。此时透镜单元口径d1的范围是：2
×
x1≤d1《n
×
x1。
[0049]
实施例三
[0050]
本实施例中，请参见图8，所述显示面板a3为液晶面板，所述显示面板a3中的显示单元是构成像素的子像素，子像素在水平方向上的投影尺寸为x2，子像素在竖直方向上的投影尺寸为y2，则透镜直径d1的范围满足：2
×
x2≤d1《n
×
x2。
[0051]
实施例四
[0052]
请参见图9，在本实施例中，所述显示面板a3为led面板，所述显示面板a3中的显示单元是构成led面板的led灯珠，led灯珠在水平方向上的投影尺寸为x3，led灯珠在竖直方向上的投影尺寸为y3，则透镜直径d1的范围满足：2
×
x3≤d1《n
×
x3。
[0053]
除了上述实施例二至四之外，在实际应用中，当所使用显示面板a3为其他能够播放显示源的显示装置(如oled、miniled、量子点、投影显示等)时，显示单元可以是构成该显示装置的最小显示单元，此时，最小显示单元在水平方向上投影尺寸为x4，在竖直方向上投影尺寸为y4。此时透镜单元口径d1的范围是：2
×
x4≤d1《n
×
x4。
[0054]
请参见图10，实际应用中，所述透镜层a1可以是由单一折射率透镜阵列组成的非填平透镜层，设定透镜的折射率为n1，曲率半径为r1，焦距为f1，则有：
[0055]
1《n1《2；
[0056]
0.01mm《r1《100mm；
[0057]
f1＝r1/(n1-1)。
[0058]
除此之外，作为一种替换方式，所述透镜层a1是由两种不同折射率透镜阵列组成的填平透镜层，设定透镜的折射率为n1，曲率半径为r1，焦距为f1，填平层折射率为n2，则有：
[0059]
请参见图11，当透镜设置为凸面朝向所述显示面板a3时满足：1《n2《n1《2，0.01mm《r1《100mm，f1＝r1/(n1-n2)；
[0060]
请参见图12，当透镜设置为凸面背离所述显示面板a3时满足：1《n2《n1《2，0.01mm《r1《100mm，f1＝r1/(n1-n2)。
[0061]
实际应用中，透镜层a1可以由线性透镜单元(柱透镜单元)构成的阵列结构，也可以是由圆对称透镜单元构成的阵列结构。
[0062]
关于所述填充厚度层a2的具体结构，设定所述填充厚度层a2的厚度为h1，则有0.1mm《h1《50mm。
[0063]
请参见图13，所述填充厚度层a2由单一折射率材料填充形成，所述填充厚度层a2的折射率为n3，则有：1《n3《2。
[0064]
作为一种替换方案，请参见图14，所述填充厚度层a2由多个不同折射率的材料层复合而成。具体地，紧贴透镜层a1的材料折射率设定为n3_1，而后依次为n3_2、n3_3......n3_m，m为材料层的数量，则有：1《n3_1《2，1《n3_2《2，1《n3_3《2......1《n3_m《2。
[0065]
具体地，多种不同折射率材料层可以是uv胶、pc、pet、pmma等材料层。
[0066]
实际应用中，关于显示面板a3的具体结构如下：显示面板a3的作用是加载3d编码图像，是裸眼三维显示系统的显示源，显示面板a3可以是液晶面板，也可以是led、miniled、oled、投影等，而无论是哪一种显示面板，只要是能作为显示输出的设备，都属于本发明的保护范围。
[0067]
关于背光源a4的具体结构如下：背光源a4的作用是为不主动发光的显示面板(如液晶面板)提供稳定、均匀的照明光，有利于显示面板清楚地显示信息，当显示面板为主动发光的显示设备时(如led、oled或投影等)，则无需设置背光源a4。
[0068]
以上所述只是本发明较佳的实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本发明所保护的范围内。