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      一種無莫爾紋立體顯示裝置的制作方法

      文檔序號:2741843閱讀:199來源:國知局
      專利名稱:一種無莫爾紋立體顯示裝置的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及立體顯示領(lǐng)域,尤其涉及一種無莫爾紋立體顯示裝置。
      背景技術(shù)
      近幾年,三維立體顯示技術(shù)發(fā)展迅速,成為人們研究的熱點(diǎn)。立體顯示 技術(shù)在醫(yī)療、廣告、軍事、展覽、游戲等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用。早期的立體顯 示技術(shù)主要通過佩戴偏光眼鏡觀看立體畫面,而目前的主流產(chǎn)品主要是基于 雙目視差的棵眼式立體顯示裝置,棵眼式立體顯示裝置的主要原理是在顯示 面板前設(shè)置光柵,所述光柵將顯示面板顯示的至少兩幅視差圖像分別提供給 觀看者的左、右眼。其中,所述光柵可以為狹縫光柵或柱鏡光柵。
      現(xiàn)有的顯示面板為二維像素陣列形式,且每個(gè)子像素的邊緣區(qū)域一般都 為遮光區(qū)域,用于設(shè)置顯示控制電路或作它用,因此,在背光源照射下,顯 示面板的每個(gè)子像素?zé)o法全部發(fā)光,每個(gè)子像素的邊緣區(qū)域一般都為遮光區(qū)
      域,在現(xiàn)有技術(shù)中,顯示面板上的這些遮光區(qū)域也稱為黑矩陣(black matrix )。 如圖1所示為現(xiàn)有的顯示面板的顯示示意圖,其中,每個(gè)實(shí)線框表示一個(gè)子 像素,為方便表示,圖1中的顯示面板僅畫出3行4列子像素,每個(gè)實(shí)線框 內(nèi)的虛線框內(nèi)表示該子像素的實(shí)際通光區(qū)域11,而斜紋部分12表示該子像 素邊緣的遮光區(qū)域,顯然,如圖1中所示,顯示面板上的所有遮光區(qū)域形成 的黑矩陣為二維網(wǎng)格狀,當(dāng)顯示面板顯示時(shí),顯示面板前的光柵由于被照亮 而形成的二維結(jié)構(gòu)光場會(huì)與所述顯示面板的黑矩陣相互作用產(chǎn)生莫爾條紋, 嚴(yán)重影響視覺效果。圖1中為了方便表示,將顯示面板的每個(gè)子像素畫為正 方形形狀,實(shí)際上,顯示面板的子像素還可以為矩形或其它形狀,此處不多做描述。
      現(xiàn)有的技術(shù)中也提出了 一些消除莫爾條紋的方法,如中國專利公開號為
      CN101000406A的文獻(xiàn)中提出的一種通過破壞光柵結(jié)構(gòu)光場來消除莫爾條 紋的方案,在該方案中,通過增加散射屏或在光柵表面鍍增透膜來消除莫爾 紋,但該方案中由于散射屏或增透膜會(huì)降低顯示面板顯示的圖像光的透射 率,并且使3D圖像也產(chǎn)生一些失真,因此,這樣消除莫爾條紋的方案并不 理想。

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明的目的在于提供一種無莫爾紋立體顯示裝置,該立體顯示裝置顯 示時(shí)沒有莫爾紋產(chǎn)生,清晰度高、顯示效果好。
      本發(fā)明提供一種無莫爾紋立體顯示裝置,沿光傳播方向依次包括平行 背光源、像素陣列、負(fù)透鏡陣列和光柵;所述平行背光源用于向所述像素陣 列提供平行背光;所述像素陣列包括若干個(gè)子像素,所述若干個(gè)子像素排列 為二維矩陣形式;所述像素陣列用于顯示左眼用圖像和右眼用圖像,所述左 眼用圖像和右眼用圖像為視差圖像;所述負(fù)透鏡陣列包括若千個(gè)負(fù)透鏡,在 垂直于所述像素陣列的方向上,每個(gè)負(fù)透鏡正對一個(gè)所述子像素,所述負(fù)透 鏡陣列的每個(gè)負(fù)透鏡用于將其正對的子像素的出射光束擴(kuò)束,所述負(fù)透鏡的 出射面處的光束截面與該子像素重合;所述光柵用于將所述像素陣列顯示 的、經(jīng)所述負(fù)透鏡陣列擴(kuò)束后的左、右眼用圖像光分別導(dǎo)向至觀看者的左眼 和右眼。
      所述負(fù)透鏡陣列的每個(gè)負(fù)透鏡的入射孔徑不小于其正對的子像素的通 光孔徑;在垂直于所述負(fù)透鏡陣列的方向上,每個(gè)負(fù)透鏡的出射面與其正對 的子像素重合。
      所述負(fù)透鏡為平凹透鏡。
      所述負(fù)透鏡為雙凹透鏡。
      所述負(fù)透鏡為焦距為負(fù)的彎月透鏡。
      所述光柵為狹縫光4冊或柱鏡光柵。本發(fā)明通過采用平行背光源照射像素陣列,然后用負(fù)透鏡陣列將所述像 素陣列的每個(gè)子像素的通光區(qū)域出射的平行光擴(kuò)束為負(fù)透鏡出射面處截面 與該子像素重合的光束,經(jīng)負(fù)透鏡陣列擴(kuò)束后,原像素陣列的黑矩陣形成的 遮光區(qū)域被消除,該立體顯示裝置不會(huì)有莫爾紋出現(xiàn)。此外,由于各擴(kuò)束后 的光束在各負(fù)透鏡陣列的背面形成一虛擬點(diǎn)光源,因此負(fù)透鏡陣列對于光柵 而言相當(dāng)于是均勻照明的點(diǎn)光源,顯著提高了像素陣列的分辨率,立體顯示 的清晰度得以改善。


      圖1為現(xiàn)有的顯示面板像素陣列示意圖2為本發(fā)明提供的無莫爾紋立體顯示裝置的結(jié)構(gòu)示意圖3為當(dāng)圖2所示負(fù)透鏡陣列23為平凹透鏡陣列時(shí),平行背光源21出
      射的一束光經(jīng)一個(gè)子像素及其正前方的一個(gè)平凹透鏡31的光路示意圖4為某一子像素的通光區(qū)域透過的平行光束經(jīng)平凹透鏡擴(kuò)束后形成
      的虛擬點(diǎn)光源示意圖5為將圖3中的平凹透鏡31換為雙凹透鏡51的光路示意圖。
      具體實(shí)施例方式
      以下結(jié)合附圖,具體說明本發(fā)明實(shí)施例。
      圖2所示為本發(fā)明實(shí)施例提供的無莫爾紋立體顯示裝置的結(jié)構(gòu)示意圖, 沿光線傳播方向,該裝置依次包括平行背光源21、像素陣列22、負(fù)透鏡 陣列23和光柵24,且平行背光源21、像素陣列22、負(fù)透鏡陣列23和光柵 24彼此平行。
      所述平行背光源21用于向像素陣列22提供平行背光。平行背光源21 為任何一種現(xiàn)有的平行背光源,例如CN1392442、 CN1125304和CN1135797 等文獻(xiàn)中公開平行背光源等,此處不再贅述。
      所述像素陣列22為二維矩陣形式,即包含分別沿行和列方向排列的若 干個(gè)子像素。值得說明的是事實(shí)上所述的像素陣列22為現(xiàn)有顯示面板中 除背光源外的其余部分,為方便描述,本發(fā)明實(shí)施例中用像素陣列進(jìn)行說明,
      5對于顯示面板中除背光源外的其它部件不再詳述。像素陣列22用于在平行 背光源21的照射下同時(shí)顯示或以時(shí)分方式顯示左眼用圖像和右眼用圖像, 所述左眼用圖像和右眼用圖像為視差圖像,具體顯示方式與現(xiàn)有的立體顯示 裝置一致,此處不多做說明。
      所述負(fù)透鏡陣列23包括若干個(gè)負(fù)透鏡,排列為二維矩陣形式,且負(fù)透 鏡陣列23上的負(fù)透鏡與像素陣列22的子像素——正對,即當(dāng)像素陣列 22為mxw矩陣形式時(shí),所述負(fù)透鏡陣列也包括mx"個(gè)排列為二維矩陣形式 的負(fù)透鏡。負(fù)透鏡陣列23的每個(gè)負(fù)透鏡用于將其正對的像素陣列22上的子 像素的出射光擴(kuò)束后出射,各負(fù)透鏡的入射孔徑不小于該負(fù)透鏡在像素陣列 上正對的子像素的通光孔徑;在通光方向觀察時(shí),各負(fù)透鏡的出射面處光束 截面與該負(fù)透鏡正對的子像素重合。圖2中為方便表示,將負(fù)透鏡陣列22 的每個(gè)負(fù)透鏡表示為平凹透鏡,實(shí)際上,負(fù)透鏡還可以為其它焦距為負(fù)的透 鏡。
      所述光柵24用于將像素陣列22顯示的、經(jīng)負(fù)透鏡陣列23擴(kuò)束后的左、 右眼用圖像光分別導(dǎo)向至觀看者的左、右眼。光柵24可以為狹縫光柵或柱 鏡光柵,光柵根據(jù)現(xiàn)有立體顯示裝置的具體需要進(jìn)行設(shè)計(jì)和選用,此處不再 詳述。
      以下對圖2所示無莫爾紋立體顯示裝置的工作原理進(jìn)行詳細(xì)說明。 圖3所示為當(dāng)圖2所示負(fù)透鏡陣列23為平凹透鏡陣列時(shí),平行背光源 21出射的一束光經(jīng)一個(gè)子像素及其正前方的一個(gè)平凹透鏡31的光路示意 圖。其中,該光路圖以平行背光源21中垂直入射后不做任何改變經(jīng)過該子 虧象素中心的光線為光軸。如圖3中所示,所述平凹透4竟31入射面為凹面, 平凹透鏡31的出射面為平面。圖3中為方^f更表示,4吏每個(gè)平凹透鏡31的凹 面最大口徑處的截面形狀和大小與其正對的像素陣列22上的子像素的通光 區(qū)域一致,平凹透鏡31中與凹面相對的平面的形狀和大小與像素陣列22的 一個(gè)完整子像素一致。由于光軸上下兩側(cè)的光路對稱,以下為方便說明,僅 以光軸上側(cè)光線進(jìn)行說明。
      設(shè)像素陣列22與平凹透鏡31之間的介質(zhì)折射率為巧,平凹透鏡31折 射率為"2,平凹透鏡31出射面?zhèn)?平凹透鏡31和光柵24之間)的介質(zhì)折 射率為"3。平凹透鏡31的凹面曲率半徑為r,平凹透鏡31的厚度為么平凹透鏡31入射面?zhèn)裙廨S最上側(cè)一條光線的入射高度為^ (即圖3所示光 路圖中,入射光束口徑為2/^ ),這條邊緣光線在凹面上的入射角為《,折 射角為《,隨后這條邊緣光線在該平凹透鏡31的出射面上以發(fā)散角《出射, 出射高度為&,即圖3所示光路圖中,出射光束口徑為2&。根據(jù)光線傳播 規(guī)律及幾何光學(xué)原理可得
      <formula>formula see original document page 7</formula>(1)
      <formula>formula see original document page 7</formula> (2 )
      <formula>formula see original document page 7</formula> (3)<formula>formula see original document page 7</formula>3 sin《 (4 )
      由/>式(1 )至(4)可以解出用A、 r、 d、巧、"2和"3表示的/z2和《, 因此,可以通過調(diào)整^、 / 、 " A、 "2和"3的值,使出射光束口徑2h以及 發(fā)散角《為預(yù)定值。 一般情況下,"1="3=1,平凹透鏡31為玻璃材質(zhì),所以 "2>1。由于不同的顯示面板的子像素的通光區(qū)域的孔徑2/^不同,本發(fā)明實(shí) 施例可以根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整采用的平凹透鏡的參數(shù),使各平凹透鏡將其正對 的子像素提供的平行入射光束擴(kuò)束為出射面處截面等于該子像素的寬光束 出射,即當(dāng)在平凹透鏡的平面?zhèn)扔^察時(shí),原像素陣列上不發(fā)光的黑矩陣部 位被擴(kuò)束后的光束占滿,因此在平凹透鏡的出射光一側(cè)看到的像素陣列的任 意兩個(gè)相鄰子像素之間不再有遮光區(qū)域,黑矩陣被有效消除。
      如圖4所示某一子像素的通光區(qū)域透過的平行光束41經(jīng)平凹透鏡31 后被擴(kuò)束為光束42,光束42在平凹透鏡31后方形成虛擬點(diǎn)光源43,對于 平凹透鏡31前方的觀看者來說,該虛擬點(diǎn)光源43相當(dāng)于是該子像素的像, 顯然,這種采用凹透鏡擴(kuò)素的方法不僅消除了莫爾紋,而且顯著提高了像素 的分辨率,有效提高了立體顯示的清晰度。
      實(shí)際上,相對于一般的平凹透鏡而言,每個(gè)子像素很小,因此可認(rèn)為圖 3中子像素發(fā)出的光符合近軸光路走向的要求,以下為了表述更為清楚,采 用近軸光路進(jìn)行分析,即可認(rèn)為r》h,因此《較小,sin《《《,此外,由于
      (或者根據(jù)需要取巧- 1,"2 "且巧 < "2, w2 > w3 ), 貝'J由式(2 )可
      知《小于《,因Jt匕《-《遠(yuǎn)小于《,sin<92 6>2, tan(《—《)《 sin(《-《)》《—《,根據(jù)公式(1)至(4)以及以上近似處理,可得:

      &=化
      、
      "2乂
      + 1
      《=arcsin
      「 1_
      、"2j
      (5)
      (6)
      由式(5)和(6)可明顯得知對于給定的入射光束口徑&,可以通過 調(diào)整r、 " a、 "2和"3的值,使出射光束孔徑&以及發(fā)散角《為預(yù)定值。
      當(dāng)圖2所示的光柵24要求負(fù)透鏡陣列23提供具有較大發(fā)散角的光束 時(shí),可將負(fù)透鏡陣列23可為雙凹透鏡,雙凹透鏡即將所述平凹透鏡的平面 改為向內(nèi)凹的凹面,以下進(jìn)行說明。
      圖5為將圖3中的平凹透鏡31換為雙凹透鏡51的光路示意圖。其中, 沿光軸方向,雙凹透4竟51具有第一凹面52和第二凹面53,第一凹面52的 曲率半徑為r,,第二凹面53的曲率半徑為^,第二凹面53的上邊緣點(diǎn)A與 曲率中心O的連線AO與光軸的夾角為《。詔 像素陣列22的與雙凹透4竟51 之間的介質(zhì)折射率為",,雙凹透4竟51折射率為"2',雙凹透4竟51出射面?zhèn)鹊?介質(zhì)折射率為《3,雙凹透鏡51的厚度為c/',雙凹透鏡51入射面一側(cè)光軸上 側(cè)光束口徑為化,最上側(cè)邊緣光線在第一凹面52上的入射角為《',折射角
      為《'。雙凹透鏡51的出射面?zhèn)裙廨S上側(cè)光束口徑為V,最上側(cè)邊緣光線在 第二凹面53上以發(fā)散角《'出射。則由幾何光學(xué)原理可推得
      (7)
      6
      (8) (9)
      (10)
      "2' sin(《'-《'+6>4) = "3 sin(《) (11) 類似于采用平凹透鏡時(shí)的情況,可通過式(7)至(11)精確計(jì)算出用^、 ^、 。、c/'、巧、"2'和"3表示的V和《',因jt匕可以通過調(diào)整^ 、 。、 r2、 d'、",、 "2'和"3的值,使出射光束孔徑V以及發(fā)散角g'為預(yù)定值。
      8可見,當(dāng)負(fù)透鏡陣列為雙凹透鏡陣列時(shí),也可以通過選擇雙凹透鏡的曲 率半徑以及折射率等參數(shù),使各雙凹透鏡將其正對的子像素提供的平行入射 光束擴(kuò)束為截面等于該子像素的寬光束出射,從而消除像素陣列上的黑矩陣 的影響。
      綜上所述,本發(fā)明實(shí)施例通過采用平行背光源照射像素陣列,然后用負(fù) 透鏡陣列將所述像素陣列的每個(gè)子像素的通光區(qū)域出射的平行光擴(kuò)束為出 射面處截面與該子像素重合的光束,經(jīng)負(fù)透鏡陣列擴(kuò)束后,原像素陣列的黑 矩陣形成的遮光區(qū)域被消除,該立體顯示裝置不會(huì)有莫爾紋出現(xiàn)。此外,由 于各擴(kuò)束后的光束在各負(fù)透鏡陣列的背面形成一虛擬點(diǎn)光源,因此負(fù)透鏡陣 列對于光柵而言相當(dāng)于是均勻照明的點(diǎn)光源,顯著提高了像素陣列的分辨 率,立體顯示的清晰度得以改善。
      值得說明的是,在選用負(fù)透鏡陣列時(shí),如果考慮造價(jià)問題,可以采用平 凹透鏡;如果需要盡量擴(kuò)大負(fù)透鏡陣列的出射光束發(fā)散角,可以采用雙凹透 鏡;在特殊情況下,只要保證負(fù)透鏡整體光焦度為負(fù),也可以使用彎月透鏡。
      上述的具體實(shí)施方式
      僅僅是示意性的,而不是限制性的,本領(lǐng)域的技術(shù) 人員在本方法的啟示下,在不脫離本方法宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況 下,還可以作出很多變形,這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
      若采用近軸方式計(jì)算,則有
      <formula>formula see original document page 9</formula>
      權(quán)利要求
      1、一種無莫爾紋立體顯示裝置,其特征在于,沿光傳播方向依次包括平行背光源、像素陣列、負(fù)透鏡陣列和光柵;所述平行背光源用于向所述像素陣列提供平行背光;所述像素陣列包括若干個(gè)子像素,所述若干個(gè)子像素排列為二維矩陣形式;所述像素陣列用于顯示左眼用圖像和右眼用圖像,所述左眼用圖像和右眼用圖像為視差圖像;所述負(fù)透鏡陣列包括若干個(gè)負(fù)透鏡,在垂直于所述像素陣列的方向上,每個(gè)負(fù)透鏡正對一個(gè)所述子像素,所述負(fù)透鏡陣列的每個(gè)負(fù)透鏡用于將其正對的子像素的出射光束擴(kuò)束,所述負(fù)透鏡的出射面處的光束截面與該子像素重合;所述光柵用于將所述像素陣列顯示的、經(jīng)所述負(fù)透鏡陣列擴(kuò)束后的左、右眼用圖像光分別導(dǎo)向至觀看者的左眼和右眼。
      2、 如權(quán)利要求1所述的無莫爾紋立體顯示裝置,其特征在于,所述負(fù)透 鏡陣列的每個(gè)負(fù)透鏡的入射孔徑不小于其正對的子像素的通光孔徑;在垂直 于所述負(fù)透鏡陣列的方向上,每個(gè)負(fù)透鏡的出射面與其正對的子像素重合。
      3、 如權(quán)利要求1或2所述的立體顯示裝置,其特征在于,所述負(fù)透鏡為 平凹透4竟。
      4、 如權(quán)利要求1或2所述的立體顯示裝置,其特征在于,所述負(fù)透鏡為 雙凹透鏡。
      5、 如權(quán)利要求1或2所述的立體顯示裝置,其特征在于,所述負(fù)透鏡為 焦距為負(fù)的彎月透鏡。
      6、 如權(quán)利要求1所述的無莫爾紋立體顯示裝置,其特征在于,所述光柵 為狹縫光柵或柱鏡光柵。
      全文摘要
      本發(fā)明公開了一種無莫爾紋立體顯示裝置,該裝置沿光傳播方向依次包括平行背光源、像素陣列、負(fù)透鏡陣列和光柵;平行背光源用于向像素陣列提供平行背光;像素陣列包括若干個(gè)排列為二維矩陣形式的子像素;所述像素陣列用于顯示左眼用圖像和右眼用圖像;負(fù)透鏡陣列包括若干個(gè)負(fù)透鏡,在垂直于所述像素陣列的方向上,每個(gè)負(fù)透鏡正對一個(gè)所述子像素;所述負(fù)透鏡陣列的每個(gè)負(fù)透鏡用于將其正對的子像素的出射光束擴(kuò)束,所述負(fù)透鏡的出射面處的光束截面與該子像素重合;所述光柵用于將所述像素陣列顯示的、經(jīng)所述負(fù)透鏡陣列擴(kuò)束后的左、右眼用圖像光分別導(dǎo)向至觀看者的左眼和右眼。本發(fā)明提供的立體顯示裝置顯示時(shí)沒有莫爾紋產(chǎn)生,清晰度高、顯示效果好。
      文檔編號G02B27/22GK101620319SQ20091010926
      公開日2010年1月6日 申請日期2009年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月6日
      發(fā)明者蓉 唐, 揚(yáng) 楊, 鄭華兵 申請人:深圳超多維光電子有限公司
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