緊湊型柱鏡光柵式裸眼3D顯示面板的製作方法

2023-12-11 22:57:25 3

本發明屬於裸眼3d顯示領域，具體涉及一種裸眼3d柱鏡面板結構的設計。

背景技術：

目前常見的裸眼3d平板顯示技術主要分為三類，分別是狹縫光柵技術(光屏障式)、指向性背光技術(指向光源)和柱狀透鏡技術。

狹縫光柵技術使用狹縫光學膜，使左眼和右眼的圖像分開，使觀看者的左眼和右眼同時接受到不同的圖像內容，以實現3d顯示。狹縫光柵技術使用的光柵製作容易、可2d/3d切換、成本較低、串擾相對較低、可容忍的立體度相對較高，但亮度損失嚴重，解析度隨視角數增加而降低。

指向性背光技術通過設計定向投射的背光源，讓左眼和右眼圖像以排序方式進入觀看者的左眼和右眼，從而使觀看者的左眼和右眼接受到不同的圖像內容，以實現3d顯示。指向性背光技術亮度損失較低且無解析度損失，但指向性背光技術的背光源所需分光器件精度高、製作難、成本較高且僅有兩個視角。

柱狀透鏡技術是在現有二維顯示器件前面加一層柱狀透鏡，通過透鏡對光線的折射作用，使觀看者的左眼和右眼同時接受到不同的圖像內容，以實現3d顯示。柱狀透鏡技術亮度損失非常低、可2d/3d切換、可以在原有二維顯示器件上實現。但目前柱狀透鏡技術串擾相對較高，可容忍立體度相對較低，視角數越多，解析度越低。

柱狀透鏡技術的傳統3d顯示的原理是在每個柱透鏡下面的圖像的像素被分成幾個子像素，柱狀透鏡的物方焦平面剛好位於二維顯示器件的發光面上，每個柱狀透鏡下對應若干個子像素，這些子像素髮出的光線在通過透鏡發生折射後，會投射到空間中預先設定好的區域。當觀看者位於最佳觀看位置，左眼和右眼可以同時接受到不同的圖像信息，從而產生立體效果。如圖4所示，現有技術柱鏡光柵式裸眼3d顯示面板結構(以5視點為例)為：5個子像素106對應一個柱鏡光柵107，子像素106發出的光束經過柱鏡光柵107折射後形成光束分別成像於五個視區，最佳觀看位置分別在視點101、視點102、視點103、視點104、視點105。這種方案的缺點是圖像解析度會大大降低；單個柱狀透鏡的像差會導致裸眼3d顯示器的顯示顏色發生偏移，左右圖像發生串擾；為減小像差，柱透鏡曲率半徑都較大，導致柱鏡光柵面板厚度大、重量大；當觀看者偏離最佳觀看位置，有的位置會產生左右圖像反相，使觀看者引起頭暈、眼花、噁心等諸多不良反應，從而導致事宜觀看顯示屏的角度和距離均受到嚴格限制。

鑑於此，本案發明人針對上述問題進行深入研究，遂有本案的產生。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種圖像解析度降低小，顯示顏色偏移小，左右圖像串擾小，柱鏡光柵面板厚度小，以及無左右圖像反相的防眩暈的緊湊型柱鏡光柵式裸眼3d顯示面板。

為了達成上述目的，本發明的技術方案是：

一種緊湊型柱鏡光柵式裸眼3d顯示面板，包括依次從裡到外緊密疊合連接在一起的液晶陣列、玻璃基板、偏光板、定嚮導光膜、雙面柱鏡光柵板和玻璃面板，所述雙面柱鏡光柵板的內表面為非球面柱狀透鏡光柵結構，外表面為多稜柱光柵結構，所述雙面柱鏡光柵板通過所述非球面柱狀透鏡光柵結構與所述定嚮導光膜緊密接觸連接在一起，所述雙面柱鏡光柵板通過所述多稜柱光柵結構與所述玻璃面板緊密接觸連接在一起，所述液晶陣列中每兩個相鄰的子像素對應所述非球面柱狀透鏡光柵結構中的一個光柵單元。

所述非球面柱狀透鏡光柵結構與所述多稜柱光柵結構具有相同光柵柵距。

所述定嚮導光膜採用厚度為0.1～0.2mm的有機光學薄膜材料製成的定嚮導光膜，且所述定嚮導光膜的折射率分別高於所述玻璃基板、所述偏光板、所述雙面柱鏡光柵板和所述玻璃面板的折射率。

所述雙面柱鏡光柵板採用由厚度為0.5mm的有機光學材料製成的雙面柱鏡光柵板。

所述多稜柱光柵結構為等腰梯形光柵結構，其等腰梯形上底與腰的夾角為100°～150°。

所述非球面柱狀透鏡光柵結構的光柵單元的橫截面為拋物線，此拋物線的曲率半徑大於或等於所述非球面柱狀透鏡光柵結構柵距的1/2。

所述玻璃基板和所述玻璃面板的厚度均為0.5～0.7mm。

採用上述技術方案後，本發明一種緊湊型柱鏡光柵式裸眼3d顯示面板，採用非球面柱狀透鏡光柵結構，以及相應各光柵單元內兩個子像素成像方案，滿足了旁軸成像的條件，成像像差很小，使液晶子像素在視區的成像清晰，顯示顏色偏移小、第一圖像和第二圖像即左圖像和右圖像串擾小。

附圖說明

圖1為本發明緊湊型柱鏡光柵式裸眼3d顯示面板的結構示意圖；

圖2為本發明中雙面柱鏡光柵板的光柵單元的結構示意圖；

圖3為本發明中光路原理圖；

圖4為背景技術中柱鏡光柵式裸眼3d顯示面板結構的原理示意圖。

圖中：

液晶陣列-1；玻璃基板-2；

偏光板-3；定嚮導光膜-4；

雙面柱鏡光柵板-5；非球面柱狀透鏡光柵結構-51；

多稜柱光柵結構-52；玻璃面板-6；

光束-71；光束-82；

光束-83；光束-84；

光束-85；光束-86；

光束-87；導出光束-91。

具體實施方式

為了進一步解釋本發明的技術方案，下面通過具體實施例來對本發明進行詳細闡述。

如圖1和圖2所示，本發明一種緊湊型柱鏡光柵式裸眼3d顯示面板，包括液晶陣列1、玻璃基板2、偏光板3、定嚮導光膜4、雙面柱鏡光柵板5和玻璃面板6。以實際觀看3d影像的狀態為參考方位，以靠近觀看者的一側為外側，以遠離觀看者的一側為內側即裡側，液晶陣列1、玻璃基板2、偏光板3、定嚮導光膜4、雙面柱鏡光柵板5和玻璃面板6依次從裡到外緊密疊合形成緊湊型柱鏡光柵式裸眼3d顯示面板。該顯示面板貼合固定於普通液晶顯示屏的外側面。

雙面柱鏡光柵板5的內表面為非球面柱狀透鏡光柵結構51。雙面柱鏡光柵板5的外表面為多稜柱光柵結構52。非球面柱狀透鏡光柵結構51具有複數個光柵單元，多稜柱光柵結構52具有複數個與非球面柱狀透鏡光柵結構51的光柵單元一一對應的光柵單元。非球面柱狀透鏡光柵結構51的光柵單元的橫截面為拋物線，此拋物線最小曲率半徑為非球面柱狀透鏡光柵結構51柵距的1/2。即此拋物線的曲率半徑大於或等於非球面柱狀透鏡光柵結構51柵距的1/2。多稜柱光柵結構52為等腰梯形柱鏡光柵結構，即多稜柱光柵結構52的光柵單元的橫截面為等腰梯形，該等腰梯形的上底邊長(即靠近玻璃面板6的那一邊的邊長)是下底邊長(即靠近定嚮導光膜4的那一邊的邊長)的1/4，該等腰梯形上底與腰的夾角為100°～150°，優選為120°。非球面柱狀透鏡光柵結構51與多稜柱光柵結構52具有相同光柵柵距。液晶陣列1具有複數個子像素，每兩個相鄰子像素對應上述非球面柱狀透鏡光柵結構51的一個光柵單元，每相應的非球面柱狀透鏡光柵結構51的光柵單元與兩子像素之間形成成像單元。進而，液晶陣列1與雙面柱鏡光柵板5之間相應地形成複數組的成像單元。液晶陣列1按奇偶序列整齊排列，具體地，位於奇數序號位置的子像素用於顯示第一圖像或第二圖像，位於偶數序列位置的子像素用於顯示與位於奇數序號位置的子像素顯示圖像不同的第二圖像或第一圖像，即液晶陣列1按奇偶序列排列分成兩組分別顯示第一圖像和第二圖像。液晶陣列1的各子像素髮出的各光束經各相應成像單元之間的折射或者全反射等處理後除去幹擾光束或者無用光束，形成成像光束，該成像光束對應分成兩組，分別顯示為第一圖像和第二圖像。其中，第一圖像對應於人體視區的左眼位置，第二圖像對應於人體視區的右眼位置，即第一圖像相當於左圖像，第二圖像相當於右圖像。

雙面柱鏡光柵板5的內表面，即非球面柱狀透鏡光柵結構51與定嚮導光膜4緊密接觸連接在一起。雙面柱鏡光柵板5的外表面，即多稜柱光柵結構52與玻璃面板6緊密接觸連接在一起。定嚮導光膜4的折射率分別高於玻璃基板2、偏光板3、雙面柱鏡光柵板5和玻璃面板6的折射率。本實施例中，定嚮導光膜4由pet(聚對苯二甲酸乙二酯)有機光學薄膜材料製成，且該pet有機光學薄膜材料的折射率為1.65，厚度為0.1mm～0.2mm。雙面柱鏡光柵板5由pmma(聚甲基丙烯酸甲酯,為有機玻璃，俗稱亞克力)有機光學材料製成，且該pmma有機光學材料的折射率為1.5，厚度為0.5mm。

如圖3所示，本發明一種緊湊型柱鏡光柵式裸眼3d顯示面板的工作原理如下：令子像素11和子像素12所在的成像單元為第一成像單元，子像素13所在的成像單元為第二成像單元。對應於右圖像即第二圖像的第一成像單元的子像素11發出的光束71經過非球面柱狀透鏡光柵結構51折射後形成成像光束，到達多稜柱光柵結構52後分解成三個光束，分別為光束82、光束84和光束86，這三個光束分別成像於三個視區的右眼位置；同樣，對應於左圖像即第一圖像的第一成像單元的另一子像素12發出的光束72經過非球面柱狀透鏡光柵結構51折射後形成成像光束，到達多稜柱光柵結構52後分解成三個光束，分別為光束81、光束83和光束85，三個光束分別成像於三個視區的左眼位置。視區中光束81和光束82之間、光束83和光束84之間、光束85和光束86之間的中心距離，即相應兩光束間最中心最亮光束之間的距離均為65mm，該距離與人眼瞳距相匹配。使人體左、右眼能分別同時對應觀看到屏幕的第一圖像和第二圖像，即左圖像和右圖像。視區中光束82和光束83之間、光束84和光束85之間的中心距離均大於130mm，即人眼兩倍瞳距以上，使人體左、右眼無法同時看到反相的第一圖像和第二圖像，即左圖像和右圖像，避免人體觀看引起頭暈、眼花、噁心等不良反應。

本發明一種緊湊型柱鏡光柵式裸眼3d顯示面板採用的定嚮導光膜4的折射率分別高於顯示面板中包括玻璃基板2、偏光板3、雙面柱鏡光柵板5和玻璃面板6等其他光學元件的折射率，因此定嚮導光膜4具有光波導板的功能，可以將除第一成像單元的子像素11和子像素12外的其它液晶子像素如第二成像單元中的一個子像素13發出的光束在進入對應於第一成像單元的定嚮導光膜4後產生全反射，不再進入對應於第一成像單元的雙面柱鏡光柵板5，不會形成第一成像單元視區中的幹擾光束，子像素13發出的光束在進入對應於第一成像單元的定嚮導光膜4後，經多次全反射後部分能量從定嚮導光膜4的側面導出光束91，光束91屬於無用光束。所以，對於第一成像單元來說，子像素11和子像素12為成像子像素，液晶陣列1的其他的子像素如子像素13均為非成像子像素。此外，第二成像單元的子像素13發出的光束在依次進入對應於第二成像單元的定嚮導光膜4和雙面柱鏡光柵板5折射後形成成像光束，原理同上述第一成像單元的子像素11和子像素12，在此不予累述。所以，對於第二成像單元來說，子像素13為成像子像素，液晶陣列1其他的子像素如子像素11和子像素12均為非成像子像素。

本發明採用非球面柱狀透鏡光柵結構51的結構，以及各成像單元內兩個子像素成像方案，滿足了旁軸成像的條件，成像像差很小，使液晶子像素在視區的成像清晰，顯示顏色偏移小、第一圖像和第二圖像即左圖像和右圖像串擾小。

本發明中的玻璃面板6用於固定雙面柱鏡光柵板5，使得雙面柱鏡光柵板5不會發生移動，不會發生形變，避免雙面柱鏡光柵板5因變形引起圖像質量變差。採用多稜柱光柵結構52為非曲面狀，可增加雙面柱鏡光柵板5與玻璃面板6接觸的貼合度，保證雙面柱鏡光柵板5固定的穩定性，保證圖像的穩定性。

本發明中的玻璃基板2和偏光板3均為行業內常規的玻璃基板和偏光板。需要說明的是，本發明中的玻璃基板和玻璃面板厚度均為0.5mm～0.7mm，便於固定保護。本發明的顯示面板固定於普通液晶顯示屏的外側面，二者的裝配連接採用行業內的常規貼合技術，在此不予詳述。使用時即觀看3d影像時，普通液晶顯示屏上的每一個柱透鏡下的兩個子像素即每個成像單元的兩個子像素通過非球面柱狀透鏡結構51折射成像，由多稜柱光柵結構52二次折射後將成像光線改變為多個方向，使雙眼從幾個特定的角度觀看顯示屏，兩隻眼睛都能夠分別看到左圖像和右圖像，從而實現多視角3d顯示。

本發明一種緊湊型柱鏡光柵式裸眼3d顯示面板，通過很小的非球面柱狀透鏡結構51的曲率半徑來明顯縮小柱鏡式裸眼3d顯示屏的厚度，減輕面板重量；非球面柱狀透鏡結構51設計成選擇性地減小子像素成像像差，使顯示顏色偏移小、左、右圖像串擾小；多稜柱光柵結構52將本來只有兩個視點的圖像光線分解成多個視點的圖像，得到多個視點的觀看效果，圖像解析度降低小，3d顯示解析度是2d顯示的解析度1/2，而現有柱鏡式n視點顯示屏的3d顯示解析度是2d顯示的解析度1/n，並且形成左、右圖像不會反相的視點分布；定嚮導光膜4將各成像單元內的兩個成像子像素以外的其它各子像素的光線反射到顯示屏兩側，減小了各子像素間的光線幹擾和圖像串擾。克服了現有技術中如柱鏡光柵式裸眼3d顯示厚度大、左右串擾大、圖像解析度減低大、眩暈和易視覺疲勞等缺點。

上述實施例和附圖並非限定本發明的產品形態和式樣，任何所屬技術領域的普通技術人員對其所做的適當變化或修飾，皆應視為不脫離本發明的專利範疇。