光柵透鏡、透鏡式光柵及顯示裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及顯示【技術(shù)領(lǐng)域】，公開了一種光柵透鏡、透鏡式光柵及顯示裝置。所述光柵透鏡為均勻柱狀體，垂直于所述光柵透鏡軸線的任一橫截面的形狀、大小均相同，且包括：由平面和弧面形成的側(cè)面，所述光柵透鏡的斜截面與所述弧面的相交線為圓弧，所述斜截面為與所述光柵透鏡的軸線呈預(yù)定夾角A且垂直于所述平面的任一截面，其中，0°＜A＜90°。所述透鏡式光柵，包括光柵基板，還包括位于所述光柵基板上的上述的光柵透鏡形成的陣列。所述顯示裝置，包括顯示面板，還包括位于所述顯示面板出光側(cè)的上述的透鏡式光柵。本實用新型通過改變現(xiàn)有技術(shù)中光柵透鏡的表面形貌，即使光柵透鏡的斜截面與光柵透鏡的弧面的相交線為圓弧，從而減輕了光線通過光柵透鏡后產(chǎn)生的球差現(xiàn)象，進(jìn)而減輕了3D串?dāng)_現(xiàn)象，增大了觀看視角。
【專利說明】光柵透鏡、透鏡式光柵及顯示裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及顯示【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種光柵透鏡、透鏡式光柵及顯示裝置。【背景技術(shù)】
[0002]3D光柵通常置于顯示面板的出光側(cè)(即觀看側(cè))以形成3D顯示裝置?，F(xiàn)有的透鏡式光柵(3D光柵的一種)在使用時均為將柱透鏡相對與顯示面板中像素的行和列傾斜設(shè)置。具體如圖1所示，透鏡式光柵設(shè)計、制作時使光柵中的透鏡為圓柱透鏡的一部分(沿圓柱軸向方向切下的一部分)，包括:由平面110和弧面120形成的側(cè)面，及與平面110和弧面120垂直的兩個底面130。其中，弧面120為圓柱體側(cè)面的一部分。如圖2所示(標(biāo)有1、2和3的矩形表示不同亞像素顯示的視點圖像，相同標(biāo)號的亞像素組成一幅完整的視點圖像，不同的視點圖像為對同一物體從不同角度拍攝的圖像)，在應(yīng)用時，由于會將透鏡式光柵的柱透鏡傾斜使用，此時從屏幕(屏幕與水平面垂直)的觀看側(cè)來看，水平面與透鏡相交形成的截面與所述弧面120的相交線為橢圓弧，即與透鏡的軸向方向(兩個底面130的中心連線的方向)呈預(yù)定夾角A且垂直于所述平面的截面與所述弧面120的相交線為橢圓弧。由于透鏡傾斜設(shè)置，相當(dāng)于在顯示面板前面設(shè)置了一橢圓弧面的透鏡，橢圓弧面透鏡也會對平行光起到匯聚作用，但匯聚焦距不一致，焦點范圍較大(不能匯聚到一點)，使得顯示面板出射的光線通過透鏡后產(chǎn)生較大的球差。如圖3中虛線橢圓框處所示，通過透鏡的光線不能匯聚在一點上。該球差會引起3D串?dāng)_增加,進(jìn)而影響3D視角，使觀看視角變窄。
實用新型內(nèi)容
[0003](一)要解決的技術(shù)問題
[0004]本實用新型要解決的技術(shù)問題是:如何減輕光線通過透鏡式光柵中透鏡后產(chǎn)生的球差現(xiàn)象。
[0005](二)技術(shù)方案
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種光柵透鏡，所述光柵透鏡為均勻柱狀體，垂直于所述光柵透鏡軸線的任一橫截面的形狀、大小均相同，且包括:由平面和弧面形成的側(cè)面，所述光柵透鏡的斜截面與所述弧面的相交線為圓弧，所述斜截面為與所述光柵透鏡的軸線呈預(yù)定夾角A且垂直于所述平面的任一截面，其中，0° <A<90°。
[0007]其中，垂直于所述光柵透鏡軸線的任一橫截面與弧面的交線為非圓弧，對于所述圓弧上的點U，y)和所述非圓弧上的點(X' ,1')滿足如下關(guān)系:
[0008]X, =XsinA (I)
[0009]j' =J (2)
[0010]其中，點(X，y)是以所述斜截面與所述平面交線的中點為原點，在斜截面平面內(nèi)建立的第一坐標(biāo)系中的點，點，1丨)是以所述橫截面與所述平面交線的中點為原點，在橫截面平面內(nèi)建立的第二坐標(biāo)系中的點，
[0011 ] 以所述圓弧所在圓的圓心為原點，在所述斜截面平面內(nèi)建立第三坐標(biāo)系，在所述第三坐標(biāo)系下，對于圓弧上任一點(X，Y)滿足:
[0012]X2+Y2=r2 (3)
[0013]Y=(r2-X2)0.5 (4)
[0014]L=(r2-P2/4)0.5 (5)
[0015]x=X (6)
[0016]從而得到:
[0017]X' =XsinA (7)
[0018]由公式(2)、(3)、(4)和(5)，可推得:
[0019]y' =y=Y-L=Y- (r2-P2/4)α 5= (r2-X2)α 5- (r2-P2/4)α 5 (8)
[0020]由上述公式(J)和⑶可得到在所述第二坐標(biāo)系下所述非圓弧上的點的坐標(biāo)，其中，P為柵距，r為所述圓弧的半徑，L為所述圓弧的圓心到所述斜截面與平面的交線的距離。
[0021]本實用新型還提供了一種透鏡式光柵，包括光柵基板，還包括位于所述光柵基板上的上述的光柵透鏡形成的陣列。
[0022]其中，所述光柵透鏡的平面為與所述光柵基板的表面的接觸面。
[0023]本實用新型還提供了一種顯示裝置，包括顯示面板，還包括位于所述顯示面板出光側(cè)的上述的透鏡式光柵。
[0024]其中，所述光柵透鏡位于光柵基板上背離所述顯示面板的一側(cè)。
[0025]其中，所述光柵透鏡位于所述光柵基板和顯示面板之間。
[0026]其中，所述光柵透鏡的軸向方向與所述顯示面板中像素陣列橫向方向呈所述預(yù)定夾角A。
[0027](三)有益效果
[0028]本實用新型通過改變現(xiàn)有技術(shù)中光柵透鏡的表面形貌，即使光柵透鏡的斜截面與光柵透鏡的弧面的相交線為圓弧，從而減輕了光線通過光柵透鏡后產(chǎn)生的球差現(xiàn)象，進(jìn)而減輕了 3D串?dāng)_現(xiàn)象，增大了觀看視角。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的透鏡式光柵中采用的透鏡示意圖；
[0030]圖2是現(xiàn)有技術(shù)的透鏡式光柵中使用透鏡的示意圖；
[0031]圖3是現(xiàn)有技術(shù)的透鏡式光柵中透鏡產(chǎn)生球差的原理示意圖；
[0032]圖4是本實用新型實施例的一種光柵透鏡示意圖；
[0033]圖5是本實用新型實施例的光柵透鏡在透鏡式光柵中使用的示意圖；
[0034]圖6是推導(dǎo)本實用新型實施例的光柵透鏡斜截面與弧面相交的的圓弧的半徑示意圖；
[0035]圖7是圓弧半徑公式計算示意圖；
[0036]圖8是本實用新型實施例的光柵透鏡減輕球差現(xiàn)象的原理示意圖；
[0037]圖9是包括本實用新型實施例的光柵透鏡的一種顯示裝置在出光側(cè)的光路圖；
[0038]圖10是3D光柵顯示原理圖；
[0039]圖11是包括本實用新型實施例的光柵透鏡的另一種顯示裝置在出光側(cè)的光路圖。
【具體實施方式】
[0040]下面結(jié)合附圖和實施例，對本實用新型的【具體實施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實施例用于說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的范圍。
[0041]實施例1
[0042]本實施例提供了一種光柵透鏡，即用作3D光柵的透鏡，具體形狀如圖4所示。本實施例的光柵透鏡為均勻柱狀體，垂直于所述光柵透鏡軸線的任一橫截面的形狀、大小均相同，即表面形貌均勻。該光柵透鏡包括:由平面210和弧面220形成的側(cè)面，當(dāng)然光柵透鏡兩端還各有一底面230。如圖5所示，由于在使用時光柵透鏡會相對與顯示裝置中像素的行和列傾斜設(shè)置，為了避免通過光柵透鏡的光產(chǎn)生球差，本實施例的光柵透鏡的斜截面與弧面220的相交線為圓弧，即圓的一段弧，所述斜截面為與該光柵透鏡的軸線呈預(yù)定夾角A且垂直于平面210的任一截面，其中，0° <A<90°，光柵透鏡的軸線為光柵透鏡(均勻柱狀體)的兩個底面中心的連線。此時，垂直于所述光柵透鏡軸線的任一橫截面與弧面220的相交線為非圓弧。
[0043]由于本實施例的光柵透鏡的弧面220不再是圓柱的弧面，因此，本實施例通過預(yù)先確定上述斜截面與弧面220的相交圓弧的半徑r、光柵透鏡的柵距P及角度A來確定上述非圓弧的形狀，從而確定整個弧面220的形狀。如圖6所示，對于圓弧上的點(x，y)和非圓弧上的點,1')滿足如下關(guān)系:
[0044]X, =XsinA (I)
[0045]j' =J (2)
[0046]其中，點(x，y)是以所述斜截面與所述平面交線的中點為原點O1，在斜截面平面內(nèi)(圖6中，XO1Y所在的平面)建立的第一坐標(biāo)系中的點，點(X'，y')是以所述橫截面與所述平面交線的中點為原點O2，在橫截面平面內(nèi)(圖6中，V 02Y’所在的平面)建立的第二坐標(biāo)系中的點。
[0047]在制作該光柵透鏡時，可以以所述圓弧的圓心為原點O3，在所述斜截面平面內(nèi)建立第三坐標(biāo)系，如圖7所示，在所述第三坐標(biāo)系下，對于圓弧上任一點(X，Y)滿足:
[0048]X2+Y2=r2 (3)
[0049]Y=(r2-X2)0.5 (4)
[0050]L=(r2-P2/4)0.5 (5)
[0051]其中，L為所述圓弧的圓心到所述斜截面與平面的交線的距離。
[0052]由圖6和圖7對比，可知:
[0053]x=X (6)
[0054]從而得到:
[0055]X' =XsinA (7)
[0056]由公式⑵、(3)、(4)和(5)，可推得:
[0057]y' =y=Y-L=Y-(r2-P2/4)°.5=(r2-X2)a5-(r2-P2/4)。.5 (8)
[0058]由上述公式(7)和⑶可得到在所述第二坐標(biāo)系下非圓弧上的點的坐標(biāo)。
[0059]本實施例中，通過預(yù)定角度A可確定光柵透鏡的表面形貌，如圖8所示，相對于現(xiàn)有的透鏡，本實施例的透鏡的表面形貌不是圓柱側(cè)面(圓弧面)的一部分，而是非圓弧的弧面。由于在使用時光柵透鏡傾斜設(shè)置，且斜截面與弧面220的相交線為圓弧，相當(dāng)于在顯示面板的出光側(cè)設(shè)置了表面形貌為圓弧面的透鏡。相對于橢圓弧面的透鏡，本實施例的光柵透鏡使得通過自身的光線能夠基本匯集在一點，減輕了光線通過光柵透鏡后產(chǎn)生的球差現(xiàn)象，從而減輕了 3D串?dāng)_現(xiàn)象，增大了觀看視角。
[0060]實施例2
[0061]本實施例提供了一種透鏡式光柵，包括光柵基板及位于光柵基板上的光柵透鏡形成的陣列，該光柵透鏡為上述實施例1中的光柵透鏡，即圖2中的光柵透鏡。光柵透鏡在光柵基板上的陣列和相應(yīng)的顯示裝置中的像素陣列對應(yīng)。為了方便制作，光柵透鏡的平面210為與光柵基板的表面的接觸面。由于采用了實施例1中的光柵透鏡，本實施例的透鏡式光柵在使用時減輕了 3D串?dāng)_現(xiàn)象。
[0062]實施例3
[0063]本實施例提供了一種顯示裝置，包括顯示面板，還包括位于所述顯示面板觀看側(cè)的透鏡式光柵，透鏡式光柵中的透鏡為實施例1中的光柵透鏡。其中，光柵透鏡的軸向方向與顯示面板中像素陣列橫向方向呈預(yù)定夾角A，其中，預(yù)定夾角A通常為70°~85°。
[0064]本實施例中，光柵透鏡位于光柵基板上背離顯示面板的一側(cè)。該顯示裝置在出光側(cè)的光路圖如圖9所示，其中，e為彩膜基板及偏光片的厚度和，g為光柵基板和偏光片的間距，w為光柵基板厚度(g和w的大小根據(jù)實際情況而定，例如在沒有光柵基板，即光柵透鏡直接貼到偏光片上時，g和w均為0)，r為光柵透鏡斜截面與光柵透鏡的弧面相交線形成的圓弧對應(yīng)圓的半徑，O為光柵透鏡斜截面與光柵透鏡的弧面相交線形成的圓弧對應(yīng)圓的圓心。如圖10所示，f為光柵透鏡到顯示面板的距離，s為透鏡式光柵距人眼的距離，Subp為顯示裝置中亞像素的寬度，P為柵距(相鄰兩個光柵透鏡軸線的水平間距)，η為視點圖像數(shù)，η可以為大于等于2的自然·數(shù)。通過以下公式可得到f、P及r。
【權(quán)利要求】
1.一種光柵透鏡，所述光柵透鏡為均勻柱狀體，垂直于所述光柵透鏡軸線的任一橫截面的形狀、大小均相同，且包括:由平面和弧面形成的側(cè)面，其特征在于，所述光柵透鏡的斜截面與所述弧面的相交線為圓弧，所述斜截面為與所述光柵透鏡的軸線呈預(yù)定夾角A且垂直于所述平面的任一截面，其中，O。<A<90°。
2.如權(quán)利要求1所述的光柵透鏡，其特征在于，垂直于所述光柵透鏡軸線的任一橫截面與弧面的交線為非圓弧，對于所述圓弧上的點(X，y)和所述非圓弧上的點W ,1'、滿足如下關(guān)系: X1 =XsinA (I) I' =y (2) 其中， 點(X，y)是以所述斜截面與所述平面交線的中點為原點，在斜截面平面內(nèi)建立的第一坐標(biāo)系中的點，點,V )是以所述橫截面與所述平面交線的中點為原點，在橫截面平面內(nèi)建立的第二坐標(biāo)系中的點， 以所述圓弧的圓心為原點，在所述斜截面平面內(nèi)建立第三坐標(biāo)系，在所述第三坐標(biāo)系下，對于圓弧上任一點(X，Y)滿足: X2+Y2=r2 (3) Y=0-2_χ2)0.5⑷
L=(r2-P2/4)0.5 (5)
x=X(6) 從而得到: X' =XsinA (7) 由公式(2)、(3)、(4)和(5)，可推得:
y' =y=Y-L=Y- (r2-P2/4)α 5= (r2-X2)α 5- (r2-P2/4)α 5 (8) 由上述公式(J)和(8)可得到在所述第二坐標(biāo)系下所述非圓弧上的點的坐標(biāo)，其中，P為柵距，r為所述圓弧的半徑，L為所述圓弧的圓心到所述斜截面與平面的交線的距離。
3.一種透鏡式光柵，包括光柵基板，其特征在于，還包括位于所述光柵基板上的如權(quán)利要求I或2所述的光柵透鏡形成的陣列。
4.如權(quán)利要求3所述的透鏡式光柵，其特征在于，所述光柵透鏡的平面為與所述光柵基板的表面的接觸面。
5.一種顯示裝置，包括顯示面板，其特征在于，還包括位于所述顯示面板出光側(cè)的如權(quán)利要求3或4所述的透鏡式光柵。
6.如權(quán)利要求5所述的顯示裝置，其特征在于，所述光柵透鏡位于光柵基板上背離所述顯不面板的一側(cè)。
7.如權(quán)利要求5所述的顯示裝置，其特征在于，所述光柵透鏡位于所述光柵基板和顯示面板之間。
8.如權(quán)利要求5~7中任一項所述的顯示裝置，其特征在于，所述光柵透鏡的軸向方向與所述顯示面板中像素陣列橫向方向呈所述預(yù)定夾角A。
【文檔編號】G02B3/00GK203433136SQ201320506763
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月19日
【發(fā)明者】魏偉 申請人:京東方科技集團(tuán)股份有限公司