CN102608768A - 基于led的双面光栅立体显示装置及其制作方法 - Google Patents

基于led的双面光栅立体显示装置及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于LED的双面光栅立体显示装置，其特征在于：包括LED显示屏和设置于该LED显示屏前方的双光栅基板；所述的双光栅基板包括前光栅和后光栅，其中所述后光栅是靠近LED显示屏表面，用于保证组成LED显示屏的每个LED子像素的发光中心点在水平和垂直方向保持一致，所述前光栅是靠近观看者的光栅，用于立体分光。本发明还提供一种基于LED的双面光栅立体显示装置的制作方法，该装置和方法有效解决了一般LED显示屏每个LED之间以及每个LED单元之间不能很好对齐的问题，有利于实现大面积、高亮度LED的裸眼3D显示，同时制作方法简单、成本低廉。

Description

基于LED的双面光栅立体显示装置及其制作方法
技术领域
本发明涉及自由立体显示领域，尤其涉及一种基于LED的双面光栅立体显示装置及其制作方法。 
背景技术
裸眼3D（Three-dimensional）显示器因不需要观看者佩戴眼镜或者头盔等助视设备就能观看到3D影像，成为现阶段显示领域研究热点。光栅式裸眼3D显示器由于结构简单，造价低廉，与现有2D显示屏兼容性好等优点而备受关注。其中，光栅的制作简单、成本低廉，且用户可根据实际需要随意设计挡光区和透光区的宽度，制作出各种规格的光栅，尤其是可利用拼接技术实现特大尺寸的3D显示。
随着光电技术的发展，LED显示技术已经得到了普遍的应用，LED显示技术具有高亮度、环保节能、响应速度快、耐冲击和性能稳定等优点，LED显示屏作为显示器、展示板、公告板等目的在需要大尺寸、高亮度的场合被广泛使用。此外，LED显示技术可以根据需要任意地拼接显示单元，以形成不同尺寸、不同分辨率和不同形状的显示屏，在广告宣传、文化娱乐和科研教学等领域有着其它显示技术无法取代的优点。
利用LED显示屏实现自由立体显示，一直是人们不断追求的目标，用于光栅的裸眼3D-LED具有制备工艺简单，成本低廉的优点。然而，在LED显示屏中，多个发光二极管排成阵列形成一个显示平面，或多个LED显示单元拼接形成大面积的显示平面，导致显示屏中各个LED之间或者各个LED显示单元之间上下、左右、前后很难精确对齐，即上下左右出现倾斜、歪曲，表面出现凹凸不平整等现象，影响用于分光的光栅的制作和对齐，妨碍了自由立体显示技术在LED显示屏上的应用。
为了克服各个LED之间或者各个LED显示单元之间上下、左右、前后很难精确对齐的缺点，本发明提出一种基于LED的双面光栅立体显示装置及其制作方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于LED的双面光栅立体显示装置，该装置克服了一般LED显示屏每个LED之间以及每个LED单元之间不能很好对齐的问题，易于实现大面积、高亮度LED的裸眼3D显示，同时制作方法简单、成本低廉。
本发明采用以下方案实现：一种基于LED的双面光栅立体显示装置，其特征在于：包括LED显示屏和设置于该LED显示屏前方的双光栅基板；所述的双光栅基板包括前光栅和后光栅，其中所述后光栅是靠近LED显示屏表面，用于保证组成LED显示屏的每个LED子像素的发光中心点在水平和垂直方向保持一致，所述前光栅是靠近观看者的光栅，用于立体分光。
本发明的另一目的是提供一种基于LED的双面光栅立体显示装置的制作方法，该方法解决了一般LED显示屏每个LED之间以及每个LED单元之间不能很好对齐的问题，易于实现大面积、高亮度LED的裸眼3D显示，同时制作方法简单、成本低廉。
为实现上述方法，本发明的采用的第一方案是：
一种基于LED的双面光栅立体显示装置的制作方法，其特征在于：
1）提供一LED显示屏；
2）提供前光栅和后光栅，将所述的后光栅和前光栅直接加工在一第一透明基板上的两侧表面形成一双光栅基板；
3）将双光栅与LED显示屏对准固定。
为实现上述方法，本发明的采用的第二方案是：
一种基于LED的双面光栅立体显示装置的制作方法，其特征在于：
1）提供一LED显示屏；
2）提供一各自加工而成的后光栅和前光栅，将所述前光栅和后光栅贴合在一起形成一双光栅基板；
3）将所述的双光栅基板与所述LED显示屏对准固定。
为实现上述方法，本发明的采用的第三方案是：
一种基于LED的双面光栅立体显示装置的制作方法，其特征在于：
1）提供一LED显示屏；
2）提供前光栅、后光栅和一第一透明基板，将所述的前光栅和后光栅贴合在该第一透明基板两侧形成一双光栅基板；
3）将所述双光栅与所述LED显示屏对准固定。
本发明的显著优点在于：有效解决了一般LED显示屏每个LED之间以及每个LED单元之间不能很好对齐的问题，实现大面积、高亮度LED的裸眼3D显示，同时制作方法简单、成本低廉。
附图说明
图1为由四个LED单元模块拼接成的显示屏结构俯视示意图。
图2为本发明第一优选实施例的基于LED的双面光栅立体显示装置示意图。
图3为本发明第一优选实施例的基于LED的双面光栅立体显示装置侧面图。
图4为本发明第一优选实施例的金属薄膜圆孔后光栅示意图。
图5为本发明第一优选实施例的双光栅基板示意图。
图6为本发明第二优选实施例的基于LED的双面光栅立体显示装置示意图。
图7为本发明第二优选实施例的基于LED的双面光栅立体显示装置侧面图。
图8为本发明第二优选实施例的金属圆孔平板后光栅示意图。
图9为本发明第二优选实施例的金属狭缝前光栅示意图。
图10为本发明第三优选实施例的基于LED的双面光栅立体显示装置示意图。
图11为本发明第三优选实施例的基于LED的双面光栅立体显示装置侧面图。
图12为本发明第三优选实施例的薄膜塑料圆孔平板后光栅示意图。
图13为本发明第三优选实施例的贴合在玻璃基板表面的薄膜塑料圆孔平板后光栅示意图。
图14为本发明第三优选实施例的柱透镜前光栅示意图。
图15为本发明第三优选实施例的双光栅示意图。
注：01—LED显示屏；02—LED显示屏发光区；03—LED显示单元中的缝隙；04—LED显示屏不发光区；101—玻璃基板；102—金属薄膜圆孔后光栅；103—金属薄膜圆孔后光栅的透光圆孔；104—金属薄膜圆孔后光栅的不透光区；105—金属薄膜狭缝前光栅；106—金属薄膜狭缝前光栅的透光狭缝；107—金属薄膜狭缝前光栅的黑条；108—双光栅基板；201—金属圆孔平板后光栅；202—金属圆孔平板后光栅的透光圆孔；203—金属圆孔平板后光栅的不透光区；204—金属狭缝前光栅；205—金属狭缝前光栅的透光狭缝；206—金属狭缝前光栅的黑条；301—玻璃基板；302—薄膜塑料圆孔平板后光栅；303—薄膜塑料圆孔平板后光栅的透光圆孔；304—薄膜塑料圆孔平板光后栅的不透光区；305—柱透镜前光栅；306—双光栅基板；307—中空玻璃隔热层。
具体实施方式
下面结合附图及实施例具体说明基于LED的双面光栅立体显示装置及其制作方法。本发明提供的优选实施例，但不应该被认为仅限于在此阐述的实施例。在图中，为了清楚放大了层和区域的厚度，但作为示意图不应该被认为严格反映了几何尺寸的比例关系。
在此参考图是本发明的理想化实施例的示意图，本发明所示的实施例不应该被认为仅限于图中所示的区域的特定形状，而是包括所得到的形状，比如制造引起的偏差。在本实施例中均以矩形表示，图中的表示是示意性的，但这不应该被认为限制本发明的范围。
本发明提供一种基于LED的双面光栅立体显示装置，其包括LED显示屏和设置于该LED显示屏前方的双光栅基板；所述的双光栅基板包括前光栅和后光栅，其中所述后光栅是靠近LED显示屏表面，用于保证组成LED显示屏的每个LED子像素的发光中心点在水平和垂直方向保持一致，所述前光栅是靠近观看者的光栅，用于立体分光。
具体的请参照附图，图1是由四个LED单元模块拼接成的显示屏结构俯视示意图；图2为基于LED的双面光栅立体显示装置示意图；图3为基于LED的双面光栅立体显示装置侧面图；图4和图5为本发明的双光栅制作示意图。以下结合图2至图5对本发明第一实施例提供的一种基于LED的双面光栅立体显示装置及其制作方法进行详细的说明。
本发明第一实施例所提供的一种基于LED的双面光栅立体显示装置，其双光栅基板由微孔平板后光栅和前光栅直接加工在玻璃、ITO玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）或聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）透明基板两侧表面而成。双光栅基板108可以直接设置于LED显示屏前，也可以在双光栅基板与LED显示屏之间设置透明隔热层，该透明隔热层可以是玻璃、中空玻璃或亚克力透明隔热材料。所述后光栅是一种微孔平板光栅，微孔平板后光栅的透光区域的形状可为圆形、矩形、正方形、菱形或椭圆，该透光区域可以是激光绘图、丝网印刷、喷涂、真空镀膜、电镀、光刻等技术中的一种或一种以上技术组合加工而成。所述前光栅是任意一种可对光线传播路径进行一定方式的控制，使观看者的左右眼观看到不同的视差图像的光栅，包括狭缝光栅、柱透镜光栅、振动光栅或液晶透镜。其中狭缝光栅可以是在玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）或聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）透明基板上敷有不透光的膜料或膜层，狭缝光栅的透光区域可以是机械法、激光钻孔、激光绘图、丝网印刷、喷涂、真空镀膜、电镀、光刻等技术中的一种或一种以上技术组合加工而成；该前光栅也可以是柱透镜光栅，该柱透镜光栅的柱镜可以是沿着垂直方向构成，也可以倾斜构成，将设计加工而成的柱透镜光栅通过物理、化学和机械方法贴合在后光栅表面。所述的前光栅还可以是液晶透镜光栅，液晶透镜可采用光刻和刮擦技术或印刷和刮擦技术在ITO透明基板表面加工而成的，液晶透镜可以是纵向垂直或倾斜结构。
在该实施例中，我们采用以下方法制作该立体显示装置，其包括以下步骤：
1）提供一LED显示屏；
2）提供前光栅和后光栅，将所述的后光栅和前光栅直接加工在一第一透明基板上的两侧表面形成一双光栅基板；
3）将双光栅与LED显示屏对准固定。
其中，所述的后光栅为微孔平板光栅，采用印刷技术在透明基板上制作微孔光栅；或采用印刷、物理气相沉积、化学气相沉积、化学镀在透明基板上沉积不透光的膜料或膜层，再采用曝光和刻蚀技术制作微孔光栅。所述的前光栅为狭缝光栅，其采用印刷技术在透明基板上制作狭缝光栅；或采用印刷、物理气相沉积、化学气相沉积、化学镀在透明基板上沉积不透光的膜料或膜层，再采用曝光和刻蚀技术制作狭缝光栅。所述的前光栅为柱透镜光栅，该柱镜是纵向垂直或倾斜结构，其采用光刻技术或机械热压技术在透明基板表面加工而成的。所述的前光栅还可以是液晶透镜光栅，该液晶透镜是纵向垂直或倾斜结构，其采用光刻和刮擦技术或印刷刮擦技术在ITO透明玻璃基板表面加工而成的。
为了让一般技术人员更好的理解本发明上述的步骤，本实施例以优选的方案对制作工艺做进一步具体的介绍：在本实施例中优选的双光栅基板与LED显示屏之间不设置透明隔热层，前光栅表面优选没有设置保护层，优选在玻璃一面用真空镀膜和光刻技术相结合加工而成的金属薄膜圆孔后光栅102，另一面用真空镀膜和光刻技术相结合加工而成的金属薄膜狭缝后光栅105，其具体制作过程包括如下步骤：
（S11）双光栅基板的设计，具体过程包括：
（S111）确定所用LED显示屏01的参数，包括LED显示屏的像素，每个LED的直径D1，相邻的LED子像素之间的距离D2。
（S112）金属薄膜圆孔后光栅102的设计：该金属薄膜圆孔后光栅设置于LED显示屏表面，圆孔中心点在水平方向和垂直方向上与LED显示屏上的LED中心点一一对应，每个圆孔的直径相等，且小于LED子像素的直径D1，相邻圆孔中心距离为D2，本实施例优选用每个圆孔阵列的直径为0.5 D1金属薄膜圆孔后光栅、相邻圆孔光栅阵列的距离等于相邻的LED子像素之间的距离D2进行详细说明。
（S113）金属薄膜狭缝前光栅105的设计：狭缝光栅周期b由LED显示屏的子像素宽度确定， b=K×u×D2/(u+ D2)，其中K为视点数，D2为所述相邻的LED子像素之间的距离，u为人两眼之间的间距，取值为65毫米；在狭缝光栅周期确定后的情况下，增加狭缝的宽度，减小挡光条的宽度能增加光线经过光栅的透光率，提高自由立体显示器的亮度，但此时左眼可能看到部分右眼图像，右眼也可能看到左眼图像，即立体可视区域比理想情况下来得小，为了平衡显示区域的大小和显示亮度, 狭缝光栅中狭缝宽度和挡光条宽度的比例优选的可以取1: 8。
（S114）两光栅之间玻璃基板101厚度的确定：前光栅和后光栅之间的玻璃基板厚度d，d=s×D2/(u+ D2)，s为最佳观看距离，D2为所述相邻的LED子像素之间的距离，u为人两眼之间的间距，一般取值为65毫米。
（S115）两光栅相对位置的确定：通过用Matlab计算机软件模拟仿真，得出金属薄膜狭缝前光栅105和金属薄膜圆孔后光栅102的相对位置，并在光栅的计算机文件里预先做好对齐标记。
（S12）双光栅基板108的制作，具体过程包括：
（S121）玻璃基板101清洗：选取一块所需厚度的透明玻璃基板按所需尺寸进行划片，将玻璃基板置于按体积比为Win-10 : DI水 = 3 : 97清洗液中，利用频率为32KHz的超声机清洗15min，喷淋2min后，再置于体积比为Win-41 : DI水 = 5 : 95清洗液中，利用频率为40KHz的超声机清洗10min，经循环自来水喷淋漂洗2min后，再利用频率为28KHz的超声机在DI纯净水中清洗10min，经氮气枪吹干后置于50℃洁净烘箱中保温30min。
（S122）掩膜板的打印：采用高精密度的菲林打印机，根据设计好的光栅计算机文件打印掩膜板，即在透明的胶片间隔激光绘图形成所需的光栅结构，掩膜板上透光部分为圆孔图形，圆形黑条的边沿应该比光滑，较少出现坑坑洼洼的边界，否则会影响可视区域的大小。
（S123）金属薄膜圆孔后光栅102的制作：在清洗干净的玻璃基板表面沉积一层金属薄膜，其所用材料可以选用Cu，W，Co，Ni，Ta，TaN，Ti，Zn，Al，Cr，金属薄膜可由一种或者一种以上的组合的复合金属薄膜，本实施例优选采用磁控溅射方法沉积CrNi复合薄膜。
（S1231）光刻胶旋涂。利用旋涂工艺将RZJ-304光刻胶转移至带有CrNi复合薄膜的玻璃基片200表面，并在110℃保温25min。
（S1232）曝光。预烘干的光刻胶膜层自然冷却至室温后进行曝光，将打印好的掩膜版遮盖在光刻胶膜层上，在光强为4.4mW/cm2光刻机上曝光11秒，光刻胶的光敏剂呈正性，所以受紫外光照的图形被光溶解，不受紫外光照的图形保持不变。
（S1233）显影。用浓度为3%的RZX-3038溶液显影，被光固化的光刻胶被RZX-3038溶液除去，留下所需的图形。
（S1234）湿法刻蚀。用15-20克硝酸铈，5ml冰乙酸，100毫升水所组成的混合溶液在50℃水浴中刻蚀。
（S1235）退胶。将湿法刻蚀后的基片浸泡丙酮溶液中，电极表面的光刻胶因溶于丙酮而脱落，形成金属薄膜圆孔后光栅102中的透光圆孔光栅103和非透光区域104。
（S124）表面有圆孔光栅的玻璃基板清洗，具体工艺与（S121）一致。
（S125）掩膜板的打印：光栅菲林的打印：采用高精密度的菲林打印机，根据设计好的光栅计算机文件打印光栅菲林，即在透明的胶片间隔印刷形成所需的光栅结构，菲林光栅黑条的边沿应该比较直，较少出现坑坑洼洼的边界，否则会影响可视区域的大小。光栅的不透光黑条接近理想情况下的完全不透光黑条，使左右眼看到的图像完全区分开，减小左右眼所看到的图像之间的串扰。
（S126）金属薄膜狭缝前光栅105的制作：在清洗干净的玻璃基板表面沉积一层金属薄膜，其所用材料可以选用Cu，W，Co，Ni，Ta，TaN，Ti，Zn，Al，Cr，金属薄膜可由一种或者一种以上的组合的复合金属薄膜，本实施例优选采用磁控溅射方法沉积CrNi复合薄膜，具体实施过程包括：
（S1261）光刻胶旋涂。将玻璃基板两平面都涂覆光刻胶，旋涂工艺与（S1231）工艺一致。
（S1262）曝光。玻璃无图形的一面贴上掩膜板，掩膜板与金属薄膜圆孔后光栅精确对位后曝光，曝光工艺与（S1232）工艺一致。
（S1263）显影。与（S1233）工艺一致。
（S1264）湿法刻蚀。与（S1234）工艺一致。
（S1265）退胶。将湿法刻蚀后的基片浸泡丙酮溶液中，光刻胶因溶于丙酮而脱落，形成金属薄膜狭缝前光栅105的透光狭缝106和狭缝光栅的黑条107，玻璃清洗后，最终在玻璃基板的两面形成圆孔和狭缝双面光栅，形成双光栅基板108。
（S13）双光栅基板108与LED显示屏01的对准固定：双光栅基板与LED显示屏的对准固定时，双光栅基板中金属薄膜圆孔后光栅102与LED显示屏01紧密靠近，圆孔光栅的中心与LED显示屏中每个子像素中心一一对应。
至此，一种基于LED的双面光栅立体显示装置制作形成。
本发明第二实施例所提供的一种基于LED的双面光栅立体显示装置，其所述双光栅基板是由各自加工而成的微孔平板后光栅和前光栅组合而成。双光栅基板可以直接设置于LED显示屏前，也可以在双光栅基板与LED显示屏之间设置透明隔热层，该隔热层可以是玻璃、中空玻璃或亚克力透明隔热材料。微孔平板后光栅的透光区域的形状可为圆形、矩形、正方形、菱形或椭圆，所述微孔平板后光栅的材料可以是不透明的金属板，包括钢板、铝板、铬钢板、铬板、镍板、钽板或钛板，也可以是在玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）或聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）透明基板上敷上不透光的膜料或膜层；微孔平板后光栅的透光区域可以是机械法、激光钻孔、激光绘图、丝网印刷、喷涂、真空镀膜、电镀、光刻等技术中的一种或一种以上技术组合加工而成。所述前光栅是任意一种可对光线传播路径进行一定方式的控制，使观看者的左右眼观看到不同的视差图像的光栅，包括狭缝光栅、柱透镜光栅、振动光栅或液晶透镜，狭缝光栅的材料可以是不透明的金属板，包括钢板、铝板、铬钢板、铬板、镍板、钽板或钛板，可以是在玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）或聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）透明基板上敷有不透光的膜料或膜层，狭缝光栅的透光区域可以是机械法、激光钻孔、激光绘图、丝网印刷、喷涂、真空镀膜、电镀、光刻等技术中的一种或两种及两种以上技术组合加工而成，该前光栅也可以是柱透镜光栅，该光栅的柱镜可以是沿着垂直方向构成，也可以倾斜构成，将设计加工而成的柱透镜光栅通过物理、化学和机械方法贴合在后光栅表面。所述的前光栅还可以是液晶透镜光栅，液晶透镜可采用光刻和刮擦技术或印刷和刮擦技术在ITO透明基板表面加工而成的，液晶透镜可以是纵向垂直或倾斜结构。所述的前光栅为振动光栅，该振动光栅的振动方向是水平方向、垂直方向或倾斜方向。
在该实施例中，我们采用以下方法制作该立体显示装置，其包括以下步骤：
1）提供一LED显示屏；
2）提供一各自加工而成的后光栅和前光栅，将所述前光栅和后光栅贴合在一起形成一双光栅基板；
3）将所述的双光栅基板与所述LED显示屏对准固定。
其中，所述的后光栅为微孔平板光栅，采用机械法或激光钻孔在不透明金属板材表面加工而成；或采用印刷技术在透明基板上制作而成；或采用激光绘图技术在透明基片上制作而成；或采用印刷、物理气相沉积、化学气相沉积、化学镀在透明基板上沉积不透光的膜料或膜层，再采用曝光和刻蚀技术制作而成。所述的前光栅为狭缝光栅，采用机械法或激光钻孔在不透明金属板材表面加工而成；或采用激光绘图技术在透明基片上制作而成；或采用印刷技术在透明基板上制作而成；或采用印刷、物理气相沉积、化学气相沉积、化学镀在透明基板上沉积不透光的膜料或膜层，再采用曝光和刻蚀技术制作而成。所述的前光栅还可以为柱透镜光栅，该光栅的柱镜是纵向垂直或倾斜结构，该柱透镜光栅是通过物理、化学和机械方法贴合在所述后光栅表面。所述的前光栅还可以采用液晶透镜光栅，该液晶透镜是纵向垂直或倾斜结构，其采用光刻和刮擦技术或印刷刮擦技术在ITO透明玻璃基板表面加工而成的。所述的前光栅还可以采用振动光栅，该振动光栅的振动方向是水平方向、垂直方向或倾斜方向。
为了让一般技术人员更好的理解本发明上述的步骤，本实施例以优选的方案对制作工艺做进一步具体的介绍：本实施例优选的双光栅基板与LED显示屏之间未设置透明隔热层，前光栅表面优选没有设置保护层，优选的后光栅优选用金属铝板通过激光加工而成的金属圆孔平板后光栅201，前光栅优选用金属铝板通过激光加工而成的金属狭缝前光栅204，具体制作过程包括如下步骤：
（S21）双光栅基板的设计，具体过程包括：
（S211）确定所用LED显示屏01的参数，包括LED显示屏的像素，每个LED的直径D1，相邻的LED子像素之间的距离D2。 
（S114）金属圆孔平板后光栅201和金属狭缝前光栅204总厚度d2的确定：金属圆孔平板后光栅201和金属狭缝前光栅204总厚度d2=s×D2/(u+ D2)，s为最佳观看距离，D2为所述相邻的LED子像素之间的距离，u为人两眼之间的间距，一般取值为65毫米。
（S212）金属圆孔平板后光栅201的设计：该金属薄膜圆孔后光栅设置于LED显示屏表面，该金属圆孔前光栅基板中的每个圆孔阵列中心点在水平方向和垂直方向上与LED显示屏子像素中心点一一对应，每个圆孔的直径相等，且小于LED子像素的直径D1，相邻圆孔中心距离为D2，金属圆孔前光栅基板的厚度小于金属圆孔平板后光栅201和金属狭缝前光栅204总厚度d2，本实施例优选用每个圆孔阵列的直径为0.5 D1、厚度为0.5 d2和相邻圆孔阵列的距离等于相邻的LED子像素之间的距离D2的金属圆孔前光栅基板进行详细说明。
（S213）金属狭缝前光栅204的设计：金属狭缝前光栅204周期b由LED显示屏01的子像素宽度确定， b=K×u×D2/(u+ D2)，其中K为视点数，D2为所述相邻的LED子像素之间的距离，u为人两眼之间的间距，取值为65毫米；在狭缝光栅周期确定后的情况下，增加狭缝的宽度，减小挡光条的宽度能增加光线经过光栅的透光率，提高自由立体显示器的亮度，但此时左眼可能看到部分右眼图像，右眼也可能看到左眼图像，即立体可视区域比理想情况下来得小，为了平衡显示区域的大小和显示亮度, 狭缝光栅中狭缝宽度和挡光条宽度的比例取1: 6-8，金属狭缝前光栅204基板的厚度小于金属圆孔平板后光栅201和金属狭缝前光栅204总厚度d2，本实施例优选用狭缝光栅中狭缝宽度和挡光条宽度的比例取1: 8，属狭缝后光栅基板的厚度为0.5 d2的金属狭缝后光栅基板进行详细说明。
（S214）金属圆孔平板后光栅201和金属狭缝前光栅204相对位置的确定：通过用Matlab计算机软件模拟仿真，得出金属狭缝前光栅204和金属圆孔平板后光栅201的相对位置，并在光栅的计算机文件里预先做好对齐标记。
（S22）双光栅的制作，具体过程包括：
（S221）金属圆孔平板后光栅201的制作：通过激光加工形成由透光圆孔202和不透光区组成的金属圆孔前光栅203。
（S222）金属狭缝前光栅204的制作：通过激光加工形成由透光狭缝205和不透光的黑条206组合而成的金属狭缝后光栅。
（S23）双光栅基板与LED显示屏的对准固定：金属圆孔平板后光栅201与LED显示屏01紧密靠近，圆孔阵列的中心与LED显示屏中每个子像素中心一一对应，金属狭缝前光栅204根据设计好的定位标志贴合在金属圆孔平板后光栅201表面。
至此，一种基于LED的双面光栅立体显示装置制作完成。
本发明第三实施例所提供的一种基于LED的双面光栅立体显示装置，其双光栅基板可由各自加工而成的微孔平板后光栅和前光栅贴合在玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）透明基板两侧，双光栅基板可以直接设置于LED显示屏前，也可以在双光栅基板与LED显示屏之间设置透明隔热层，该隔热层可以是玻璃、中空玻璃或亚克力透明隔热材料。微孔平板后光栅的材料可以是不透明的金属板材，包括钢板、铝板、铬钢板、铬板、镍板、钽板或钛板，可以是在玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）透明基板上敷有不透光的膜料或膜层，微孔平板光栅的透光区域可以是机械法、激光钻孔、激光绘图、丝网印刷、喷涂、真空镀膜、电镀、光刻等技术中的一种或一种以上技术组合加工而成。前光栅是任意一种可对光线传播路径进行一定方式的控制，使观看者的左右眼观看到不同的视差图像的光栅，包括狭缝光栅、柱透镜光栅、振动光栅或液晶透镜，狭缝光栅的材料可以是不透明的金属板，包括钢板、铝板、铬钢板、铬板、镍板、钽板或钛板，也可以是在玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）或聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）透明基板上敷有不透光的膜料或膜层，狭缝光栅的透光区域可以是机械法、激光钻孔、激光绘图、丝网印刷、喷涂、真空镀膜、电镀、光刻等技术中的一种或一种以上技术组合加工而成，前光栅也可以是柱透镜光栅，该光栅的柱镜可以是沿着垂直方向构成，也可以倾斜构成。所述的前光栅还可以是液晶透镜光栅，液晶透镜可采用光刻和刮擦技术或印刷和刮擦技术在ITO透明基板表面加工而成的，液晶透镜可以是纵向垂直方向或倾斜方向构成。所述的前光栅为振动光栅，该振动光栅的振动方向是水平方向、垂直方向或倾斜方向。
在该实施例中，我们采用以下方法制作该立体显示装置，其包括以下步骤：
1）提供一LED显示屏；
2）提供前光栅、后光栅和一第一透明基板，将所述的前光栅和后光栅贴合在该第一透明基板两侧形成一双光栅基板；
3）将所述双光栅与所述LED显示屏对准固定。
其中，所述的后光栅为微孔平板光栅，采用机械法或激光钻孔在不透明金属板材表面加工而成；或采用印刷技术在一透明基板上制作而成；或采用激光绘图技术在透明基片上制作而成；或采用印刷、物理气相沉积、化学气相沉积、化学镀在透明基板上沉积不透光的膜料或膜层，再采用曝光和刻蚀技术制作而成。所述的前光栅为狭缝光栅，采用机械法或激光钻孔在不透明金属板材表面加工而成；或采用激光绘图技术在透明基片上制作而成；或采用印刷技术在透明基板上制作而成；或采用印刷、物理气相沉积、化学气相沉积、化学镀在透明基板上沉积不透光的膜料或膜层，再采用曝光和刻蚀技术制作而成。所述的前光栅还可以是柱透镜光栅，该光栅的柱镜是纵向垂直或倾斜结构。所述的前光栅还可以采用液晶透镜光栅，该液晶透镜是纵向垂直方向或倾斜方向构成，其采用光刻和刮擦技术或印刷和刮擦技术在ITO透明玻璃基板表面加工而成的。所述的前光栅还可以采用振动光栅，该振动光栅的振动方向是水平方向、垂直方向或倾斜方向。
为了让一般技术人员更好的理解本发明上述的步骤，本实施例以优选的方案对制作工艺做进一步具体的介绍：本实施例优选的双光栅基板与LED显示屏之间设置中空玻璃透明隔热层，前光栅表面优选没有设置保护层优选的双光栅基板是前光栅和后光栅贴合在玻璃基板组成合成，后光栅优选在PET透明基板用激光绘图而成的薄膜塑料圆孔平板后光栅，前光栅优选沿垂直方向构成的柱透镜光栅，其具体制作过程包括如下步骤：
（S31）双光栅的设计，具体过程包括：
（S311）确定所用LED显示屏的参数，该参数包括LED显示屏的像素，每个LED的直径D1，相邻的LED子像素之间的距离D2。 
（S312）薄膜塑料圆孔平板后光栅302：根据所选用的LED显示屏01参数设计前光栅，设计于LED显示屏表面前光栅为薄膜塑料圆孔平板后光栅302，圆孔中心点在水平方向和垂直方向上与LED显示屏上的LED中心点一一对应，每个圆孔的直径相等，且小于LED子像素的直径D1，相邻圆孔中心距离为D2，本实施例优选用每个圆孔阵列的直径为0.5 D1薄膜塑料圆孔、相邻圆孔光栅阵列的距离等于相邻的LED子像素之间的距离D2的薄膜塑料圆孔平板后光栅进行详细说明。
（S313）柱透镜前光栅305的设计：柱透镜的曲率半径r= D2×s×(n-1)/u；柱透镜的节距p=K×u×D2/(u+D2)；柱透镜的厚度d2= n×r/(n-1)-n×d；其中D2为LED显示屏的子像素宽度，s为最佳立体观看距离，n为柱透镜后光栅材料的折射率，d为玻璃厚度，u为人两眼之间的间距，取值为65毫米。
（S314）两光栅之间玻璃基板301厚度的确定：平面显示屏的图像面，即薄膜塑料圆孔平板后光栅302与玻璃基板301接触的面，应位于柱透镜的焦平面上，因此两光栅之间玻璃基板厚度应小于柱透镜的焦距d<f，其中f= r/(n-1)，r柱透镜的曲率半径，n为柱透镜后光栅材料的折射率。
（S315）薄膜塑料圆孔平板后光栅302和柱透镜后光栅305相对位置的确定：通过用Matlab计算机软件模拟仿真，得出后光栅和前光栅的相对位置，并在光栅的计算机文件里预先做好对齐标记。
（S32）双光栅基板306的制作，具体过程包括：
（S321）薄膜塑料圆孔后光栅301制作：采用高精密度的菲林打印机，根据设计好的光栅计算机文件打印掩膜板，即在PET胶片间隔激光绘图形成所需的光栅结构，掩膜板上不透光部分为圆孔图形，圆形黑条的边沿应该比较直，较少出现坑坑洼洼的边界，否则会影响可视区域的大小。
（S322）玻璃基板302清洗：选取一块所需厚度的透明玻璃基板按所需尺寸进行划片，将玻璃基板置于按体积比为Win-10 : DI水 = 3 : 97清洗液中，利用频率为32KHz的超声机清洗15min，喷淋2min后，再置于体积比为Win-41 : DI水 = 5 : 95清洗液中，利用频率为40KHz的超声机清洗10min，经循环自来水喷淋漂洗2min后，再利用频率为28KHz的超声机在DI纯净水中清洗10min，经氮气枪吹干后置于50℃洁净烘箱中保温30min以上备用。
（S323）薄膜塑料圆孔后光栅302的固定：在清洗好的玻璃基板一面采用涂覆工艺均匀涂覆一层厚度约为1μm的UV感光胶，把薄膜塑料圆孔后光栅302切割成与玻璃基板相匹配的尺寸，与玻璃四周匹配对接贴在涂有UV感光胶的玻璃基板301上，倒置平放，启动波长为365nm、辐射照度为7mW/cm2的高压汞灯，曝光10min。
（S324）柱透镜前光栅305的固定：在固定好前光栅的玻璃基板另一面采用涂覆工艺均匀涂覆一层厚度约为1μm的UV感光胶，把柱透镜前光栅305切割成与玻璃基板相匹配的尺寸，与贴好前光栅的玻璃四周匹配对接贴在涂有UV感光胶的玻璃基板301上，其位置通过光栅上的对齐标记精密对齐，然后整个光栅板倒置平放，启动波长为365nm、辐射照度为7mW/cm2的高压汞灯，曝光10min。
（S33）双光栅306与LED显示屏的对准固定：将中空玻璃隔热层307用螺丝固定在LED显示屏表面，双光栅306与LED显示屏的对准时，双光栅306中圆孔光栅与中空玻璃隔热层307紧密靠近，圆孔光栅的中心与LED显示屏中每个子像素中心一一对应。
至此，一种基于LED的双面光栅三维立体显示装置制作形成。
综上所述，本发明公开的一种基于LED的双面光栅三维立体显示装置及其制作方法，不仅可以解决每个LED之间或每个LED单元之间不能精确对齐的问题，提高3D-LED的显示质量，而且制作工艺简单，易于实现大面积、高亮度的光栅3D-LED显示器件的生产制造。
以上例子主要说明了本发明的基于LED的双面光栅面光栅立体显示装置及其制作方法。尽管只对其中一些本发明的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施例方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。 

Claims (34)

1.一种基于LED的双面光栅立体显示装置，其特征在于：包括LED显示屏和设置于该LED显示屏前方的双光栅基板；所述的双光栅基板包括前光栅和后光栅，其中所述后光栅是靠近LED显示屏表面，用于保证组成LED显示屏的每个LED子像素的发光中心点在水平和垂直方向保持一致，所述前光栅是靠近观看者的光栅，用于立体分光。
2.根据权利要求1所述的基于LED的双面光栅立体显示装置，其特征在于：所述的前光栅是任意一种可对光线传播路径进行一定方式的控制，使观看者的左右眼观看到不同的视差图像的光栅。
3.根据权利要求2所述的基于LED的双面光栅立体显示装置，其特征在于：所述的前光栅包括狭缝光栅、柱透镜光栅、振动光栅和液晶透镜。
4.根据权利要求3所述的基于LED的双面光栅立体显示装置，其特征在于：所述狭缝光栅是在不透明的钢板、铝板、铬钢板、铬板、镍板、钽板或钛板上加工透光区域而成，该透光区域的形状是直条形或阶梯形。
5.根据权利要求3所述的基于LED的双面光栅立体显示装置，其特征在于：所述狭缝光栅是在一透明基板上敷上不透光的膜料或不透光的膜层，该透明基板包括玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）或聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），该不透光的膜料包括感光型油墨和印刷型油墨，不透光的膜层包括Cu，W，Co，Ni，Ta，TaN，Ti，Zn，Al，Cr一种或者一种以上组合的复合膜层。
6.根据权利要求3所述的基于LED的双面光栅立体显示装置，其特征在于：所述柱透镜光栅的柱镜是纵向垂直或倾斜结构，该柱透镜光栅是通过物理、化学和机械方法贴合在所述后光栅表面。
7.根据权利要求1所述的基于LED的双面光栅立体显示装置，其特征在于：所述的后光栅是一微孔平板后光栅。
8.根据权利要求7所述的基于LED的双面光栅立体显示装置，其特征在于：所述的微孔平板后光栅的透光区域形状为圆形、矩形、正方形、菱形或椭圆形；每个透光区域的中心点与所述LED显示屏上的每个LED子像素的中心点一一对应，且透光区域小于LED子像素发光面积，相邻微孔平板光栅中的透光区的中心距离等于LED显示屏中相邻LED子像素的中心距离D2。
9.根据权利要求8所述的基于LED的双面光栅立体显示装置，其特征在于：所述的微孔平板后光栅是在一不透明的钢板、铝板、铬钢板、铬板、镍板、钽板或钛板上加工所述透光区域而成。
10.根据权利要求7所述的基于LED的双面光栅立体显示装置，其特征在于：所述的微孔平板后光栅是在一透明基板上敷上不透光的膜料，该透明基板包括玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）或聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），该不透光的膜料包括感光型油墨和印刷型油墨，不透光的膜层包括Cu，W，Co，Ni，Ta，TaN，Ti，Zn，Al，Cr一种或者两种及其以上的组合的复合膜层。
11.根据权利要求1所述的基于LED的双面光栅立体显示装置，其特征在于：所述的后光栅和前光栅是直接加工在一透明基板上的两侧表面形成所述的双光栅基板。
12.根据权利要求1所述的基于LED的双面光栅立体显示装置，其特征在于：所述的双光栅基板是由各自加工而成的后光栅和前光栅贴合在一透明基板两侧而成。
13.根据权利要求11或12所述的基于LED的双面光栅立体显示装置，其特征在于：所述的透明基板是玻璃、ITO透明玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）或聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）。
14.根据权利要求1所述的基于LED的双面光栅立体显示装置，其特征在于：所述的双光栅基板是由各自加工而成的后光栅和前光栅经组合而成。
15.根据权利要求1所述的基于LED的双面光栅立体显示装置，其特征在于：还包括一透明隔热层，其设于所述双面光栅基板与LED显示屏之间。
16.根据权利要求15所述的基于LED的双面光栅立体显示装置，其特征在于：所述的透明隔热层是玻璃、中空玻璃或亚克力透明隔热材料。
17.根据权利要求1所述的基于LED的双面光栅立体显示装置，其特征在于：进一步包括一透明保护层，该透明保护层设于所述前光栅表面。
18.一种基于LED的双面光栅立体显示装置的制作方法，其特征在于：
1）提供一LED显示屏；
2）提供前光栅和后光栅，将所述的后光栅和前光栅直接加工在一第一透明基板上的两侧表面形成一双光栅基板；
3）将双光栅与LED显示屏对准固定。
19. 根据权利要求18所述的一种基于LED的双面光栅立体显示装置的制作方法，其特征在于，所述的后光栅为微孔平板光栅，采用印刷技术在透明基板上制作微孔光栅；或采用印刷、物理气相沉积、化学气相沉积、化学镀在透明基板上沉积不透光的膜料或膜层，再采用曝光和刻蚀技术制作微孔光栅。
20. 根据权利要求18所述的一种基于LED的双面光栅立体显示装置的制作方法，其特征在于，所述的前光栅为狭缝光栅，其采用印刷技术在透明基板上制作狭缝光栅；或采用印刷、物理气相沉积、化学气相沉积、化学镀在透明基板上沉积不透光的膜料或膜层，再采用曝光和刻蚀技术制作狭缝光栅。
21. 根据权利要求18所述的一种基于LED的双面光栅立体显示装置的制作方法，其特征在于，所述的前光栅为柱透镜光栅，该柱镜是纵向垂直或倾斜结构；其采用光刻技术或机械热压技术在一透明基板表面加工而成的。
22. 根据权利要求18所述的一种基于LED的双面光栅立体显示装置的制作方法，其特征在于，所述的前光栅为液晶透镜光栅，该液晶透镜是纵向垂直或倾斜结构；其采用光刻和刮擦技术或印刷刮擦技术在一透明基板表面加工而成的。
23. 一种基于LED的双面光栅立体显示装置的制作方法，其特征在于：
1）提供一LED显示屏；
2）提供一各自加工而成的后光栅和前光栅，将所述前光栅和后光栅贴合在一起形成一双光栅基板；
3）将所述的双光栅基板与所述LED显示屏对准固定。
24. 根据权利要求23所述的一种基于LED的双面光栅立体显示装置的制作方法，其特征在于：所述的后光栅为微孔平板光栅，采用机械法或激光钻孔在不透明金属板材表面加工而成；或采用印刷技术在透明基板上制作而成；或采用激光绘图技术在透明基片上制作而成；或采用印刷、物理气相沉积、化学气相沉积、化学镀在透明基板上沉积不透光的膜料或膜层，再采用曝光和刻蚀技术制作而成。
25. 根据权利要求23所述的一种基于LED的双面光栅立体显示装置的制作方法，其特征在于：所述的前光栅为狭缝光栅，采用机械法或激光钻孔在不透明金属板材表面加工而成；或采用激光绘图技术在透明基片上制作而成；或采用印刷技术在透明基板上制作而成；或采用印刷、物理气相沉积、化学气相沉积、化学镀在透明基板上沉积不透光的膜料或膜层，再采用曝光和刻蚀技术制作而成。
26. 根据权利要求23所述的一种基于LED的双面光栅立体显示装置的制作方法，其特征在于，所述的前光栅为柱透镜光栅，该光栅的柱镜是纵向垂直或倾斜结构，该柱透镜光栅是通过物理、化学和机械方法贴合在所述后光栅表面。
27. 根据权利要求23所述的一种基于LED的双面光栅立体显示装置的制作方法，其特征在于，所述的前光栅为液晶透镜光栅，该液晶透镜是纵向垂直或倾斜结构；其采用光刻和刮擦技术或印刷刮擦技术在透明基板表面加工而成的。
28. 根据权利要求23所述的一种基于LED的双面光栅立体显示装置的制作方法，其特征在于，所述的前光栅为振动光栅，该振动光栅的振动方向是水平方向、垂直方向或倾斜方向。
29. 一种基于LED的双面光栅立体显示装置的制作方法，其特征在于：
1）提供一LED显示屏；
2）提供前光栅、后光栅和一第一透明基板，将所述的前光栅和后光栅贴合在该第一透明基板两侧形成一双光栅基板；
3）将所述双光栅与所述LED显示屏对准固定。
30. 根据权利要求29所述的一种基于LED的双面光栅立体显示装置的制作方法，其特征在于，所述的后光栅为微孔平板光栅，采用机械法或激光钻孔在不透明金属板材表面加工而成；或采用印刷技术在一透明基板上制作而成；或采用激光绘图技术在透明基片上制作而成；或采用印刷、物理气相沉积、化学气相沉积、化学镀在透明基板上沉积不透光的膜料或膜层，再采用曝光和刻蚀技术制作而成。
31. 根据权利要求29所述的一种基于LED的双面光栅立体显示装置的制作方法，其特征在于，所述的前光栅为狭缝光栅，采用机械法或激光钻孔在不透明金属板材表面加工而成；或采用激光绘图技术在透明基片上制作而成；或采用印刷技术在透明基板上制作而成；或采用印刷、物理气相沉积、化学气相沉积、化学镀在透明基板上沉积不透光的膜料或膜层，再采用曝光和刻蚀技术制作而成。
32. 根据权利要求29所述的一种基于LED的双面光栅立体显示装置的制作方法，其特征在于，所述的前光栅为柱透镜光栅，该光栅的柱镜是纵向垂直或倾斜结构。
33. 根据权利要求29所述的一种基于LED的双面光栅立体显示装置的制作方法，其特征在于，所述的前光栅为液晶透镜光栅，该液晶透镜是纵向垂直或倾斜结构；其采用光刻和刮擦技术或印刷刮擦技术在透明基板表面加工而成的。
34. 根据权利要求29所述的一种基于LED的双面光栅立体显示装置的制作方法，其特征在于，所述的前光栅为振动光栅，该振动光栅的振动方向是水平方向、垂直方向或倾斜方向。
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