基于主動發(fā)光型顯示技術(shù)的裸眼三維顯示裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于主動發(fā)光型顯示技術(shù)的裸眼三維顯示裝置，其包括：主動發(fā)光的顯示單元，其包括光強(qiáng)可調(diào)的發(fā)光陣列，該發(fā)光陣列通過電路控制系統(tǒng)依照多視角疊加圖像對光場振幅進(jìn)行調(diào)制；指向性位相板，其像素含有納米光柵像素結(jié)構(gòu)，分別對應(yīng)于各視角圖像的亞像素，該納米光柵像素結(jié)構(gòu)含有按照全息原理設(shè)計的納米光柵組合，主動發(fā)光的顯示單元的出射光線照射到指向性位相板上后，納米光柵像素結(jié)構(gòu)對入射的視角圖像進(jìn)行波前轉(zhuǎn)換，將平行照明光在主動發(fā)光的顯示單元的前方或者側(cè)面的空間上形成會聚視點(diǎn)。本發(fā)明相較于現(xiàn)有技術(shù)可同時兼顧個人消費(fèi)電子市場和工業(yè)及戶外顯示市場需求，實現(xiàn)超薄、輕便、大面積、高亮度、低成本的裸眼3D顯示。
【專利說明】
基于主動發(fā)光型顯示技術(shù)的裸眼三維顯示裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種顯示裝置，具體涉及一種基于主動發(fā)光型顯示技術(shù)的裸眼三維顯示裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]主動發(fā)光式顯示器件具備自發(fā)光，不需背光源，被認(rèn)為是下一代的平面顯示器新興應(yīng)用技術(shù)，包括LED顯示技術(shù)和OLED顯示技術(shù)等。
[0003]LED顯示屏是由LED點(diǎn)陣組成的，通過紅色，藍(lán)色，綠色LED燈的亮滅來顯示影像。傳統(tǒng)LED顯示屏通常由顯示模塊、控制系統(tǒng)及電源系統(tǒng)組成。顯示模塊由LED燈組成的點(diǎn)陣構(gòu)成，負(fù)責(zé)發(fā)光顯示;控制系統(tǒng)通過控制相應(yīng)區(qū)域的亮滅，可以讓屏幕顯示文字、圖片、視頻等內(nèi)容。LED顯示屏之所以受到廣泛重視而得到迅速發(fā)展，是與它本身所具有的優(yōu)點(diǎn)分不開的。這些優(yōu)點(diǎn)概括起來是:亮度高、工作電壓低、功耗小、大型化、壽命長、耐沖擊和性能穩(wěn)定。LED的發(fā)展前景極為廣闊，目前正朝著更高亮度、更高耐氣候性、更高的發(fā)光密度、更高的發(fā)光均勻性，可靠性、全色化方向發(fā)展。與其它大屏幕終端顯示器相比，LED顯示屏主要有以下特點(diǎn):1、亮度高:戶外LED顯示屏的亮度可大于8000mcd/m2，是目前唯一能夠在戶外全天候使用的大型顯示終端；戶內(nèi)LED顯示屏的亮度可大于SOOOmd/n^?！?、壽命長:LED壽命長達(dá)100,000小時(十年)以上;3、屏幕面積可大可小，小至不到一平米，大則可達(dá)幾百、上千平米；
[0004]OLED是指在電場驅(qū)動下，電子與空穴分別注入到有機(jī)發(fā)光材料并復(fù)合產(chǎn)生發(fā)光的顯示技術(shù)。與傳統(tǒng)顯示器件相比，OLED具有超輕、超薄、高亮度、高效率、耐低溫、抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)。
[0005]此外，主動發(fā)光式顯示屏還包括FED(field emiss1n dislay，場致發(fā)射顯示)器件、VFD (vacuum fluorescent display，真空焚光顯不)、電泳顯不(electrophoreticdisplay)等具有廣闊應(yīng)用前景的顯示技術(shù)。
[0006]盡管二維圖像顯示已得到長足發(fā)展，給人們生活帶來巨大便利。使觀看顯示屏幕能像觀看自然景觀一樣栩栩如生，即實現(xiàn)攜帶深度信息的三維顯示一直是人類的夙愿。近百年來，無數(shù)科研工作者為了這個目標(biāo)做了很多創(chuàng)新與嘗試，然而到目前為止，尚未實現(xiàn)三維顯示的普及應(yīng)用。
[0007]視障法、微柱透鏡光柵法，都是依據(jù)視差原理。該原理已發(fā)明100多年，國內(nèi)外企業(yè)不斷有基于視差原理的裸眼3D顯示樣機(jī)展示，但是，由于圖像串?dāng)_易引起視覺疲勞等問題，制約了裸眼3D顯示器真正進(jìn)入消費(fèi)電子產(chǎn)品領(lǐng)域。
[0008]指向性背光技術(shù)是近期出現(xiàn)的新3D顯示技術(shù)，在導(dǎo)光板上加工特殊設(shè)計的結(jié)構(gòu)，使光線傳播指向不同方向，形成視差照明。但是，已有指向性背光源的設(shè)計與加工存在巨大技術(shù)困難，制造成本也很高。中國專利CN201410187534.X提出一種裸眼3D背光模組，采用一組或多組LED時序光源結(jié)合凸透鏡、多邊棱鏡、視差屏障，可實現(xiàn)多視角3D顯示。然而，背光源結(jié)構(gòu)的設(shè)計和精密加工精度在技術(shù)上難以實現(xiàn)，且很容易產(chǎn)生光線串?dāng)_的問題。因此，基于所提出的指向性背光源方案，一直未見實際裸眼3D顯示器件的樣品或者產(chǎn)品。
[0009]David fattal提出的基于導(dǎo)光板的裸眼三維顯示，利用納米結(jié)構(gòu)實現(xiàn)圖像的相位調(diào)制，解決了柱狀透鏡技術(shù)和視障技術(shù)圖像串?dāng)_、容易產(chǎn)生視覺疲勞等缺點(diǎn)，是較好的三維顯示方法。在該技術(shù)中，LED側(cè)向?qū)Ч庹彰鞯恼穹{(diào)制方式盡管具有體積小的優(yōu)點(diǎn)，但加工難度大、成本高、安裝精度苛刻、難以實現(xiàn)均勻化照明。
[0010]中國專利2015107780865公開了一種指向性彩色濾光片及裸眼3D顯示裝置提出利用激光投影的方法可實現(xiàn)指向性光場的高亮度、均勻化照明，然而其照明系統(tǒng)較大，不易集成，難以實現(xiàn)超薄顯示。
[0011]裸眼3D顯示的優(yōu)點(diǎn)是擺脫了眼鏡束縛，但現(xiàn)有裸眼3D顯示方案在圖像幅面大小、顯示分辨率、可視角度和可視距離等方面存在諸多不足，最大缺點(diǎn)就是無法滿足大幅面的顯示需求，且易使觀察者產(chǎn)生視覺疲勞。
[0012]柱狀透鏡技術(shù)也被稱為微柱透鏡3D技術(shù)，其優(yōu)勢是顯示亮度不會受到影響。微柱透鏡3D技術(shù)的原理是在液晶顯示屏的前面或者后面覆蓋一層微柱透鏡薄膜。受到液晶顯示屏幕大小的限制，該技術(shù)無法滿足大幅面裸眼3D顯示需求。此外，由于其空間分離的圖像并不單純，視角之間容易產(chǎn)生串?dāng)_，導(dǎo)致其存在長時間觀看易產(chǎn)生視覺疲勞的缺點(diǎn)。
[0013]指向性背光顯示技術(shù)結(jié)合方向照明實現(xiàn)3D顯示，是近期出現(xiàn)的新技術(shù)。同樣地，該技術(shù)依賴液晶顯示屏和指向性背光源，兩者難以實現(xiàn)大幅面的圖形照明和顯示。而且其指向性背光源設(shè)計與加工存在巨大困難，制造成本高。
[0014]如何將圖像灰度信息和上述位相板控制的圖像相位信息結(jié)合起來，卻遇到了巨大困難。一方面，在個人消費(fèi)電子市場，需要產(chǎn)品輕便、超薄。另一方面，在工業(yè)和戶外顯示領(lǐng)域，需要實現(xiàn)大幅面、高亮度的影像播放。為達(dá)到超薄的目的，人們設(shè)計了基于指向性導(dǎo)光板的3D顯示方案。然而指向性導(dǎo)光板的設(shè)計精度要求苛刻、制作困難，加工成本高，較難實現(xiàn)工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，同時該方法不適合用于大幅面三維顯示方式。在大幅面高亮度三維顯示領(lǐng)域，人們設(shè)計了基于激光投影和掃描顯示技術(shù)的三維顯示方案，然而該方法難以實現(xiàn)顯示屏幕的集成化和超薄化。同時，激光顯示技術(shù)尚未發(fā)展成熟，成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種便攜、超薄、無視覺疲勞、大幅面、高亮度、低成本的基于主動發(fā)光型顯示技術(shù)的裸眼三維顯示裝置。
[0016]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0017]基于主動發(fā)光型顯示技術(shù)的裸眼三維顯示裝置，其包括:
[0018]主動發(fā)光的顯示單元，其包括光強(qiáng)可調(diào)的發(fā)光陣列，該發(fā)光陣列通過電路控制系統(tǒng)依照多視角疊加圖像對光場振幅進(jìn)行調(diào)制；
[0019]指向性位相板，其像素含有納米光柵像素結(jié)構(gòu)，分別對應(yīng)于各視角圖像的亞像素，該納米光柵像素結(jié)構(gòu)含有按照全息原理設(shè)計的納米光柵組合，主動發(fā)光的顯示單元的出射光線照射到指向性位相板上后，納米光柵像素結(jié)構(gòu)對入射的視角圖像進(jìn)行波前轉(zhuǎn)換，將平行照明光在主動發(fā)光的顯示單元的前方或者側(cè)面的空間上形成會聚視點(diǎn)。
[0020]本發(fā)明提出一種基于主動發(fā)光型顯示技術(shù)的裸眼三維顯示裝置，利用全息波前轉(zhuǎn)換與成像原理，將具有納米結(jié)構(gòu)的指向投影屏幕與利用指向性光源照明的面投影技術(shù)相結(jié)合，即主動發(fā)光的顯示單元的出射光線入射到含有納米光柵結(jié)構(gòu)的指向性位相板，使多視角分離的圖像在空間實現(xiàn)匯聚，實現(xiàn)裸眼3D顯示。本質(zhì)上，這是進(jìn)行全息波前轉(zhuǎn)換成像，將視角信息轉(zhuǎn)變成位相視點(diǎn)，各不同視角圖像形成一組會聚光場(多視點(diǎn))。指向性位相板提供了空間信息(位相)調(diào)制，主動發(fā)光式顯示屏提供視角圖像信息(振幅)調(diào)制。兩者結(jié)合，具備了全息顯示的全部信息，因此本發(fā)明在視窗范圍內(nèi)，觀察的3D圖像不產(chǎn)生視覺疲勞，也沒有距離限制。
[0021]該發(fā)明的首要特點(diǎn)是:第一，由于圖像的聚焦效應(yīng)，不同視角圖像間不存在串?dāng)_，同時攜帶振幅與位相信息，因此，觀察時不產(chǎn)生視覺疲勞，也沒有對觀察位置的限制;第二，該裸眼3D顯示方案操作性強(qiáng)，實現(xiàn)方便，與現(xiàn)有的大幅面顯示技術(shù)兼容，可廣泛應(yīng)用于戶外大幅面、高亮度顯示，具有巨大商業(yè)價值;第三，相比于基于波導(dǎo)的LCD顯示方案，基于主動發(fā)光型顯示技術(shù)的裸眼三維顯示具有照明方案簡單、易于實現(xiàn)均勻化照明、厚度薄、功耗低、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。
[0022]綜上，本發(fā)明相較于現(xiàn)有技術(shù)可同時兼顧個人消費(fèi)電子市場和工業(yè)及戶外顯示市場需求，實現(xiàn)超薄、輕便、大面積、高亮度、低成本的裸眼3D顯示。
[0023]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以作如下改進(jìn):
[0024]作為優(yōu)選的方案，上述的發(fā)光陣列為LED陣列或者OLED陣列。
[0025]采用上述優(yōu)選的方案，可以適應(yīng)多種不同領(lǐng)域的使用需要。
[0026]作為優(yōu)選的方案，上述的發(fā)光陣列為單色或多色光源陣列。
[0027]采用上述優(yōu)選的方案，可以適應(yīng)單色光源或彩色光源的使用需要。
[0028]作為優(yōu)選的方案，上述的發(fā)光陣列為多色陣列時，該多色陣列排布成三角形結(jié)構(gòu)。
[0029]采用上述優(yōu)選的方案，使得照射光成三角形分布，達(dá)到消除串?dāng)_和色差的目的。
[0030]作為優(yōu)選的方案，上述的基于主動發(fā)光型顯示技術(shù)的裸眼三維顯示裝置還包括光線準(zhǔn)直單元。
[0031]采用上述優(yōu)選的方案，可以主動發(fā)光的顯示單元的出射光線不能近似為平行光的情況，使得主動發(fā)光的顯示單元的出射光線通過準(zhǔn)直，以特定角度入射到含有納米光柵結(jié)構(gòu)的指向性位相板。
[0032]作為優(yōu)選的方案，上述的光線準(zhǔn)直單元包括至少一屈光面，一個屈光面對應(yīng)發(fā)光陣列中的一個或多個點(diǎn)光源以及納米光柵像素結(jié)構(gòu)中的一個或多個納米光柵像素。
[0033]采用上述優(yōu)選的方案，可以實現(xiàn)波前變換，使入射到指向性位相板的照明光為平行光束
[0034]作為優(yōu)選的方案，上述的屈光面為透鏡陣列、反射鏡陣列或平面透鏡陣列。
[0035]采用上述優(yōu)選的方案，可以實現(xiàn)反射、折射以及衍射的目的。
[0036]作為優(yōu)選的方案，上述的基于主動發(fā)光型顯示技術(shù)的裸眼三維顯示裝置還包括遮光陣列，其設(shè)置于主動發(fā)光的顯示單元與指向性位相板之間，遮光陣列具有多個開口，部分光線從開口處透過，其余部分光線被遮光陣列吸收或反射。
[0037]采用上述優(yōu)選的方案，可以增強(qiáng)三維顯示效果，防止圖像串?dāng)_和鬼影，開口還可以達(dá)到減少甚至消除雜散光的目的。
[0038]作為優(yōu)選的方案，上述的基于主動發(fā)光型顯示技術(shù)的裸眼三維顯示裝置還包括遮光陣列，其設(shè)置于光線準(zhǔn)直單元的下方，作為光線準(zhǔn)直單元的孔徑光闌和/或視場光闌，遮光陣列具有多個開口，部分光線從開口處透過，其余部分光線被遮光陣列吸收或反射。
[0039]采用上述優(yōu)選的方案，可以增強(qiáng)三維顯示效果，防止圖像串?dāng)_和鬼影，開口還可以達(dá)到減少甚至消除雜散光的目的。
[0040]作為優(yōu)選的方案，上述的遮光陣列集成封裝在主動發(fā)光的顯示單元內(nèi)或指向性位相板上。
[0041]采用上述優(yōu)選的方案，可以實現(xiàn)封裝的集成性。
【附圖說明】
[0042]圖1是本發(fā)明所涉及的指向性位相板上像素內(nèi)部納米光柵在XY平面下的結(jié)構(gòu)圖。
[0043]圖2是圖1中的指向性位相板上像素內(nèi)部納米光柵在XZ平面下的結(jié)構(gòu)圖。
[0044]圖3是本發(fā)明所涉及的實現(xiàn)單個視點(diǎn)匯聚的指向性功能薄膜的納米結(jié)構(gòu)分布圖。
[0045]圖4是本發(fā)明所涉及的一種指向性位相板結(jié)構(gòu)示意圖。
[0046]圖5A-C是本發(fā)明所涉及的單個點(diǎn)光源通過折射、反射和衍射原理實現(xiàn)光路準(zhǔn)直原理圖。
[0047]圖6A-B是本發(fā)明所涉及的基于微透鏡的單個點(diǎn)光源共軸和離軸準(zhǔn)直系統(tǒng)原理圖。
[0048]圖7A-C是本發(fā)明所涉及的基于離軸準(zhǔn)直系統(tǒng)的單個點(diǎn)光源通過折射、反射和衍射原理實現(xiàn)準(zhǔn)直封裝原理圖。
[0049]圖8A-B是本發(fā)明所涉及的集成微透鏡陣列和集成準(zhǔn)直菲涅爾透鏡的指向性位相板示意圖。
[0050]圖9是本發(fā)明的基于主動發(fā)光型顯示技術(shù)的裸眼三維顯示裝置在一種實施方式下的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0051]圖10是本發(fā)明的基于主動發(fā)光型顯示技術(shù)的裸眼三維顯示裝置在另一種實施方式下的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0052]圖11是本發(fā)明的基于主動發(fā)光型顯示技術(shù)的裸眼三維顯示裝置在另一種實施方式下的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0053]圖12A是本發(fā)明的基于主動發(fā)光型顯示技術(shù)的裸眼三維顯示裝置在另一種實施方式下的立體圖。
[0054]圖12B是本發(fā)明的基于主動發(fā)光型顯示技術(shù)的裸眼三維顯示裝置在另一種實施方式下的俯視圖。
【具體實施方式】
[0055]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。
[0056]參見圖1-2，根據(jù)光柵方程，衍射光柵像素101的周期、取向角滿足以下關(guān)系:
[0057](I )tan Φ i = sin Φ /(cos Φ -nsin0( Λ /λ))；
[0058](2)sin2(9i) = (λ/ Λ )2+(nsin0)2-2nsin0cos Φ (λ/ Λ ) 0
[0059]其中，光線以一定的角度入射到XY平面，Θ1和φI依次表示衍射光202的衍射角(衍射光線與ζ軸正方向夾角)和衍射光202的方位角(衍射光線與X軸正方向夾角)，0和\依次表示光源201的入射角(入射光線與ζ軸正方向夾角)和波長，Λ和Φ依次表示納米衍射光柵101的周期和取向角(槽型方向與y軸正方向夾角)，η表示光波在介質(zhì)中的折射率。換言之，在規(guī)定好入射光線波長、入射角以及衍射光線衍射角和衍射方位角之后，就可以通過上述兩個公式計算出所需的納米光柵的周期和取向角了。例如，650nm波長紅光以60°角入射，光的衍射角為10°、衍射方位角為45°，通過計算，對應(yīng)的納米衍射光柵周期為550nm，取向角為-5.96°。
[0060]按照上述原理，將每一個納米光柵視為一個像素。該光柵的取向決定了光場角度調(diào)制特性，其周期決定了光譜濾波特性。該方法中納米結(jié)構(gòu)的周期(空頻)和取向在各亞像素之間的變化連續(xù)，即可實現(xiàn)光場的調(diào)控和變換。因此，在一塊屏幕表面制作出多個按需設(shè)定的不同取向角和周期的納米光柵之后，理論上就可以獲得足夠多的具有不同視點(diǎn)，配合顏色和灰度的控制，就能實現(xiàn)多視角下的裸眼3D顯示。
[0061]參見附圖3，附圖3是實現(xiàn)單個視點(diǎn)匯聚的指向性功能薄膜1001的納米結(jié)構(gòu)分布圖，其納米結(jié)構(gòu)相當(dāng)于單個離軸菲涅爾結(jié)構(gòu)，可以使圖像匯聚于視點(diǎn)UnXm個子像素構(gòu)成了 nXm個不同焦點(diǎn)的離軸菲涅爾結(jié)構(gòu)。圖上像素不限于矩形像素，也可以是圓形，六邊形等像素結(jié)構(gòu)組成。
[0062]參見附圖4，附圖4是本發(fā)明實施方式下一種指向性位相板結(jié)構(gòu)示意圖。以圖示為例，指向性位相板306 上的像素 501a-501c(601a-601c)、502a-502c(602a-602c)、503a-503c(603a-603c)、504a-504c(604a-604c)以及 505a-505c(605a-605c)，分別對應(yīng)著視角 1、視角
2、視角3、視角4和視角5，這樣可以實現(xiàn)5個視角圖像的視點(diǎn)分離，每個視點(diǎn)對應(yīng)一幅圖像。
[0063]參見附圖5A-C以及附圖6A-B。附圖5A-C分別為單個點(diǎn)光源所代表的主動發(fā)光的顯示單元305通過折射、反射和衍射原理準(zhǔn)直的示意圖，即利用透鏡、反射鏡或菲涅爾透鏡(平面透鏡)所代表的光線準(zhǔn)直單元304實現(xiàn)系統(tǒng)光路準(zhǔn)直。附圖6A-B分別是基于微透鏡的單個點(diǎn)光源共軸和離軸準(zhǔn)直系統(tǒng)原理圖。圖中以微透鏡準(zhǔn)直為例，說明了單個點(diǎn)光源所代表的主動發(fā)光的顯示單元305通過同軸或離軸光學(xué)系統(tǒng)，準(zhǔn)直為傾斜照射平行光或垂直照射平行光的原理圖。考慮到指向性位相板需要指向性光照明，在同軸和離軸光路準(zhǔn)直系統(tǒng)中，單個點(diǎn)光源均需放置在透鏡焦平面上。因此，出射光為灰度由顯示屏驅(qū)動電路控制的平行光線。
[0064]附圖7A-C分別是基于離軸準(zhǔn)直系統(tǒng)的單個點(diǎn)光源通過折射、反射和衍射原理準(zhǔn)直封裝原理圖。圖中以離軸準(zhǔn)直系統(tǒng)為例，說明了單個點(diǎn)光源所代表的主動發(fā)光的顯示單元305通過投射、反射和衍射方式達(dá)到準(zhǔn)直效果的封裝原理。同軸準(zhǔn)直系統(tǒng)依照相同方法也可實現(xiàn)準(zhǔn)直封裝。以實際情況舉例，參見市場上諸多LED燈的準(zhǔn)直封裝，單個點(diǎn)光源光路準(zhǔn)直系統(tǒng)可集成在主動發(fā)光式顯示屏中，達(dá)到集成化和低成本的目的。
[0065]附圖8A-B分別是集成微透鏡陣列和集成準(zhǔn)直菲涅爾透鏡的指向性位相板306的封裝示意圖。圖中以同軸準(zhǔn)直為例，說明了將準(zhǔn)直系統(tǒng)與指向性位相板集成的方法?；谡凵湓淼臏?zhǔn)直系統(tǒng)，可通過在微透鏡的平面上制作指向性位相板的方式實現(xiàn)集成。基于衍射原理的準(zhǔn)直系統(tǒng)，可通過設(shè)計單個納米光柵結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)光路準(zhǔn)直和位相調(diào)控雙重目的。從而實現(xiàn)集成化和低成本化。離軸準(zhǔn)直系統(tǒng)依照相同方法也可實現(xiàn)準(zhǔn)直封裝。
[0066]參見附圖9，其是本發(fā)明的基于主動發(fā)光型顯示技術(shù)的裸眼三維顯示裝置在一種實施方式下的結(jié)構(gòu)示意圖，包括一個準(zhǔn)直的LED顯示屏所代表的主動發(fā)光的顯示單元305(或LED燈陣列)和一塊具有納米衍射光柵像素的指向性位相板306。單個LED點(diǎn)光源與納米光柵像素單元一一對應(yīng)。LED顯示屏305在驅(qū)動電路的控制下，實現(xiàn)多視角合成圖像的振幅調(diào)制。光強(qiáng)由LED控制系統(tǒng)調(diào)制的平行出射光，垂直照射在指向性位相板306上。指向性位相板306的單個納米光柵像素單元對圖像進(jìn)行位相調(diào)制，形成多視點(diǎn)的會聚光場。最終在LED顯示屏側(cè)面(或四周)的觀察區(qū)域形成全息裸眼3D效果。為防止串?dāng)_，應(yīng)調(diào)整有準(zhǔn)直封裝的單個LED點(diǎn)光源的孔徑光闌，使其出射光線照射面積不大于與其對應(yīng)的納米光柵像素尺寸，防止其出射光線照射到鄰近的納米光柵像素上。以實際情況舉例。納米光柵像素間距為0.3mm X 0.3mm。則具有準(zhǔn)直封裝的LED單個點(diǎn)光源尺寸應(yīng)不大于0.3mm X 0.3mm。更進(jìn)一步地，具有準(zhǔn)直封裝的LED單個點(diǎn)光源的出瞳應(yīng)不大于0.3_ X 0.3_。
[0067]參見附圖10，其是本發(fā)明的基于主動發(fā)光型顯示技術(shù)的裸眼三維顯示裝置在另一種實施方式下的結(jié)構(gòu)示意圖，包括一個OLED顯示屏所代表的主動發(fā)光的顯示單元305，一組微透鏡陣列所代表的光線準(zhǔn)直單元304，和一塊具有納米衍射光柵像素的指向性位相板306。單個OLED光源與單個微透鏡、納米光柵像素單元——對應(yīng)。OLED顯示屏在驅(qū)動電路的控制下，實現(xiàn)多視角合成圖像的振幅調(diào)制。OLED顯示屏離軸放置在微透鏡陣列的焦平面上。光強(qiáng)由OLED控制系統(tǒng)調(diào)制的出射光，經(jīng)微透鏡陣列準(zhǔn)直為平行光，傾斜照射在指向性位相板上。指向性位相板的單個納米光柵像素單元對圖像進(jìn)行位相調(diào)制，形成多視點(diǎn)的會聚光場，最終在觀察區(qū)域形成全息裸眼3D效果。更進(jìn)一步地，考慮到OLED是對稱發(fā)光的，為防止串?dāng)_，可在微透鏡陣列的底部增加遮光陣列303作為準(zhǔn)直光路的孔徑光闌，使出射光線照射面積不大于與之對應(yīng)的納米光柵像素尺寸，從而防止其出射光線照射到鄰近的納米光柵像素上。以實際情況舉例。設(shè)單個納米光柵像素間距為0.3mm X 0.3mm。則具有準(zhǔn)直封裝的OLED單個點(diǎn)光源尺寸應(yīng)不大于0.3mm X 0.3mm。更進(jìn)一步地，具有準(zhǔn)直封裝的OLED單個點(diǎn)光源的出瞳應(yīng)不大于0.3臟X 0.3臟。
[0068]參見圖11，其是本發(fā)明的基于主動發(fā)光型顯示技術(shù)的裸眼三維顯示裝置在另一種實施方式下的結(jié)構(gòu)示意圖，LED顯示器所代表的主動發(fā)光的顯示單元305的一個彩色像素包括R、G、B三色光源。單個光源對應(yīng)一組光線準(zhǔn)直單元304，即一個微透鏡，實現(xiàn)單色光準(zhǔn)直傾斜照明。同時每個光源與位相板306上的一個納米光柵像素相對應(yīng)，通過設(shè)計位相板306上的納米光柵像素單元，使RGB出射光具有相同的視角。同樣地，考慮到LED是對稱發(fā)光的，可在微透鏡陣列的底部增加遮光陣列303作為準(zhǔn)直光路的孔徑光闌，使出射光線照射面積不大于與之對應(yīng)的納米光柵像素尺寸，從而消除雜散光。
[0069]參見圖12A-B，其是本發(fā)明的基于主動發(fā)光型顯示技術(shù)的裸眼三維顯示裝置在另一種實施方式下的立體圖和俯視圖，LED顯示屏所代表的主動發(fā)光的顯示單元305的三個RGB點(diǎn)光源為一組，成三角形分布，具體可以呈等邊三角形分布。一個RGB彩色像素與一個微透鏡所代表的光線準(zhǔn)直單元304對應(yīng)。LED顯示屏置于微透鏡焦平面上。經(jīng)過微透鏡整形，出射光為準(zhǔn)直光線，均勻照射到三個納米衍射光柵。三個衍射光柵分別具有不同的周期和取向角，從而實現(xiàn)對某一視角的三顏色光重新合成。照射光成等邊三角形分布，達(dá)到消除串?dāng)_和色差的目的。RGB三色對應(yīng)的納米光柵像素單元可具有不同尺寸，以獲得較好的白平衡效果。同樣地，考慮到LED是對稱發(fā)光的，可在微透鏡陣列和LED三色點(diǎn)光源之間放置遮光陣列303作為準(zhǔn)直光路的孔徑光闌。遮光陣列303上單個開口對應(yīng)顯示屏上的單個LED點(diǎn)光源305。以實際情況舉例，如LED顯示面板的RGB彩色像素間距為1mm，單個微透鏡陣列直徑為
0.5-2mm，納米光柵像素單元尺寸為300微米X 1000微米。遮光陣列303的單個開口與單色LED點(diǎn)光源對應(yīng)。設(shè)計遮光陣列開口大小，使單個LED點(diǎn)光源經(jīng)過準(zhǔn)直系統(tǒng)的出瞳應(yīng)小于1mm。在光路對準(zhǔn)時，需校正LED顯示屏306、微透鏡陣列304和指向性位相板306的相對位置，確保單個RGB彩色像素和單個微透鏡、三色納米光柵像素單元的位置--對應(yīng)。
[0070]不同取向角和周期的納米光柵像素，理論上就可提供多個視點(diǎn)，實現(xiàn)多視角裸眼3D顯示，子像素越多，視點(diǎn)越多，3D顯示效果越平滑。以實際情況舉例。設(shè)LED顯示面板RGB彩色像素間距為0.8mm，則指向性位相板上的納米光柵像素單元尺寸約為200微米X 800微米?？蔁o縫拼接成8K(7680*4320)分辨率的大幅面LED顯示屏，顯示屏幕大小為6.14米X 3.456米。理論上可實現(xiàn)900個視點(diǎn)(30X30)，從而形成逼真的立體影像。同時，納米光柵周期可做到430nm，視角圖像的擴(kuò)散范圍可以達(dá)到150°甚至更高，按照光柵方程計算，納米光柵的周期范圍為430nm到650nm。
[0071]上述的指向性位相板，其中納米光柵像素可以采用紫外連續(xù)變空頻光刻技術(shù)以及納米壓印進(jìn)行制作，該紫外連續(xù)變空頻光刻技術(shù)參照申請?zhí)枮镃N201310166341.1的中國專利申請記載的光刻設(shè)備和光刻方法。需要指出的是，在本實施例中，既可以采用光刻方法在指向性位相板表面刻蝕制作出各個不同指向的納米光柵，再做出能夠用于壓印的模板，然后通過納米壓印批量壓印出納米光柵的構(gòu)成的像素陣列。
[0072]另外，紅、綠、藍(lán)三個單色光源，通過單個微透鏡準(zhǔn)直，分別以特定入射角度投射到指向性位相板上對應(yīng)的納米光柵，使紅、綠、藍(lán)出射光線合束，并在同一出射方向和相同空間視點(diǎn)上，形成彩色的精確成像。指向性位相板對各視角圖像具有會聚成像功能，形成的會聚視點(diǎn)形成任意排列的光場或者視窗。指向性位相板含有納米光柵，其光柵周期、取向和方位角可根據(jù)全息原理與光柵方程計算獲得。紅、綠、藍(lán)波長投影在屏幕的相同位置上，通過納米光柵的空間復(fù)用，形成3D圖像的彩色合成。入射角度可根據(jù)光柵方程計算，位置可以根據(jù)全息成像公式計算獲得。指向性位相板的納米光柵可以是一種浮雕結(jié)構(gòu)，通過納米壓印方式，用于屏幕的批量制造，降低屏幕制造成本。
[0073]綜上所述，本實施例公開了基于主動發(fā)光型顯示技術(shù)的裸眼三維顯示裝置。在本實施例中，利用主動發(fā)光式顯示屏調(diào)制光場振幅信息，通過準(zhǔn)直系統(tǒng)實現(xiàn)指向性照明光路，采用指向性位相板實現(xiàn)光場相位調(diào)制，最終實現(xiàn)了彩色3D顯示，這種多視點(diǎn)指向功能的屏幕具有無視覺疲勞的裸眼3D顯示的特點(diǎn)。
[0074]以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.基于主動發(fā)光型顯示技術(shù)的裸眼三維顯示裝置，其特征在于，包括: 主動發(fā)光的顯示單元，其包括光強(qiáng)可調(diào)的發(fā)光陣列，所述發(fā)光陣列通過電路控制系統(tǒng)依照多視角疊加圖像對光場振幅進(jìn)行調(diào)制； 指向性位相板，其像素含有納米光柵像素結(jié)構(gòu)，分別對應(yīng)于各視角圖像的亞像素，所述納米光柵像素結(jié)構(gòu)含有按照全息原理設(shè)計的納米光柵組合，所述主動發(fā)光的顯示單元的出射光線照射到所述指向性位相板上后，所述納米光柵像素結(jié)構(gòu)對入射的視角圖像進(jìn)行波前轉(zhuǎn)換，將平行照明光在所述主動發(fā)光的顯示單元的前方或者側(cè)面的空間上形成會聚視點(diǎn)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于主動發(fā)光型顯示技術(shù)的裸眼三維顯示裝置，其特征在于，所述發(fā)光陣列為LED陣列或者OLED陣列。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于主動發(fā)光型顯示技術(shù)的裸眼三維顯示裝置，其特征在于，所述發(fā)光陣列為單色或多色光源陣列。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于主動發(fā)光型顯示技術(shù)的裸眼三維顯示裝置，其特征在于，所述發(fā)光陣列為多色陣列時，所述多色陣列排布成三角形結(jié)構(gòu)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于主動發(fā)光型顯示技術(shù)的裸眼三維顯示裝置，其特征在于，還包括光線準(zhǔn)直單元。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于主動發(fā)光型顯示技術(shù)的裸眼三維顯示裝置，其特征在于，所述光線準(zhǔn)直單元包括至少一屈光面，一個屈光面對應(yīng)所述發(fā)光陣列中的一個或多個點(diǎn)光源以及所述納米光柵像素結(jié)構(gòu)中的一個或多個納米光柵像素。7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的基于主動發(fā)光型顯示技術(shù)的裸眼三維顯示裝置，其特征在于，所述屈光面為透鏡陣列、反射鏡陣列或平面透鏡陣列。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于主動發(fā)光型顯示技術(shù)的裸眼三維顯示裝置，其特征在于，還包括遮光陣列，其設(shè)置于所述主動發(fā)光的顯示單元與所述指向性位相板之間，所述遮光陣列具有多個開口，部分光線從所述開口處透過，其余部分光線被所述遮光陣列吸收或反射。9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于主動發(fā)光型顯示技術(shù)的裸眼三維顯示裝置，其特征在于，還包括遮光陣列，其設(shè)置于所述光線準(zhǔn)直單元的下方，作為所述光線準(zhǔn)直單元的孔徑光闌和/或視場光闌，所述遮光陣列具有多個開口，部分光線從所述開口處透過，其余部分光線被所述遮光陣列吸收或反射。10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的基于主動發(fā)光型顯示技術(shù)的裸眼三維顯示裝置，其特征在于，所述遮光陣列集成封裝在所述主動發(fā)光的顯示單元內(nèi)或所述指向性位相板上。
【文檔編號】H04N13/04GK105959672SQ201610280819
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月3日
【發(fā)明人】喬文, 陳林森, 朱鳴, 萬文強(qiáng), 黃文彬, 浦東林, 朱鵬飛, 方宗豹
【申請人】蘇州蘇大維格光電科技股份有限公司, 蘇州大學(xué)