CN102650741B - 一种分光器件及其制作方法和3d显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种分光器件及其制作方法和3D显示装置，其中，分光器件的制作方法包括：采集设置在显示面板前端的分光器件的相关制作参数；通过光路可逆原理获取经过分光器件的光路图，根据光路图中的几何关系计算分光器件的光学尺寸；根据计算得到的分光器件的光学尺寸得到分光器件。在本发明实施例中，利用光路可逆原理将人的双眼视为左光源和右光源，左光源发出的光线经过棱镜式分光镜到达显示面板中显示左眼视角画面的像素，右光源发出的光线经过棱镜式分光镜到达显示面板中显示右眼视角画面的像素，从而得到分光器件分光时的光路图，然后根据光路图中的几何关系就可以简单、方便地计算出光栅式挡板或光棱镜式分光镜等光学器件的光学尺寸。

Description

一种分光器件及其制作方法和3D显示装置

技术领域

本发明涉及3D显示技术的领域，具体地，涉及一种分光器件及其制作方法和3D显示装置。 

背景技术

3D显示技术主要为两种，一种是观众戴上特制的3D眼镜来观看，另一种为裸眼3D技术，裸眼3D显示技术中的分光器件主要包括光栅式挡板和棱镜式分光镜。裸眼3D显示装置通常包括显示面板和分光器件，分光器件设置在显示面板的前端，裸眼3D显示装置在放映由类似于人两眼的不同视角摄制的具有水平视角差的两幅画面时，通过分光器件使观众左眼看到的是从左视角拍摄的画面、右眼看到的是从右视角拍摄的画面，分光器件的光学尺寸是影响3D显示效果的关键。 

对于光栅式挡板而言，其光学尺寸主要包括光栅式挡板透光区域的长度和挡光区域的长度等参数；对于棱镜式分光镜而言，其光学尺寸主要是棱镜式分光镜中各个透镜的宽度等参数。 

在现有技术中，由于显示面板属于面光源，因此在制作分光器件的过程中，需要通过微积分方程等来获取分光器件的光学尺寸，获取分光器件的光学尺寸的过程非常复杂、难度高。 

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种分光器件及其制作方法和3D显示器，用于解决现有技术中制作分光器件时获取其光学尺寸的过程复杂、难度高的问题。 

为此，本发明提供一种分光器件的制作方法，其中，包括： 

采集设置在显示面板前端的分光器件的相关制作参数； 

根据所述分光器件的相关制作参数并通过光路可逆原理获取经过所述分光器件的光路图，根据所述光路图中的几何关系计算分光器件的光学尺寸； 

根据计算得到的所述分光器件的光学尺寸得到分光器件。 

其中，所述分光器件的相关制作参数包括： 

所述分光器件与所述显示面板之间的直线距离、所述分光器件与人眼之间的直线距离和所述显示面板中像素的宽度。 

其中，所述分光器件包括光栅式挡板或棱镜式分光镜。 

其中，在所述分光器件为光栅式挡板时，所述光学尺寸包括所述光栅式挡板透光区域和背光区域的宽度。 

其中，在所述分光器件为棱镜式分光镜时，所述光学尺寸包括所述棱镜式分光镜中各透镜的宽度。 

其中，所述通过光路可逆原理获取经过所述分光器件的光路图包括： 

将接收光线的观众的两只眼睛视为两个光源，所述两个光源发出的两条光线经过所述分光器件到达显示面板，从而获取所述分光器件的光路图； 

所述两条光线在显示面板上的间隔距离大于0。 

本发明还提供一种分光器件，其中，所述分光器件为根据所述上述的任意一种方法制作。 

其中，所述分光器件为光栅式挡板，所述光栅式挡板的挡光区域的宽度c和透光区域的宽度d的计算公式如下： 

$c\≥n(a+b)-\frac{z(b+2a)}{z+g}$

$d\≤\frac{z(b+2a)}{z+g}$

其中，a为所述彩膜层中彩膜的宽度，b为所述彩膜层中黑矩阵膜的宽度，g为所述显示面板与所述光栅式挡板之间的距离，z为观众的眼睛与所述光栅式挡板之间的距离，n为正整数。 

其中，所述分光器件为棱镜式挡板，所述棱镜式挡板中透镜宽度m的计算公式如下： 

$m=\frac{g(6.5-k2)}{z+g}+k2$

其中，k2的取值范围为 $2a+b-\frac{6.5g}{z}<k2<2a+3b-\frac{6.5g}{z},$ g为所述显示面板与所述棱镜式挡板之间的距离，z为观众的眼睛与所述棱镜式挡板之间的距离。 

本发明还提供一种3D显示器，其中，包括显示面板和上述的任意一种分光器件。 

本发明具有下述有益效果： 

本发明提供的分光器件制作方法实施例中，利用光路可逆原理将人的双眼视为左光源和右光源，左光源发出的光线经过棱镜式分光镜到达显示面板中显示左眼视角画面的像素，右光源发出的光线经过棱镜式分光镜到达显示面板中显示右眼视角画面的像素，从而得到分光器件分光时的光路图，然后根据光路图中的几何关系就可以简单、方便地计算出光栅式挡板或光棱镜式分光镜等光学器件的光学尺寸，以得到分光器件。 

本发明提供的分光器件和3D显示装置也具有上述的有益效果。 

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中： 

图1为本发明分光器件制作方法第一实施例的流程图； 

图2为本发明分光器件制作方法第一实施例中的光路图； 

图3为图2中的光路图的几何图形； 

图4为本发明分光器件制作方法第二实施例的光路图； 

图5为图4中左光源和右光源的两束光线经过棱镜式分光镜同一透镜的几何图形； 

图6为图4中左光源和右光源的两束光线经过棱镜式分光镜中 相邻透镜的几何图形。 

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的分光器件及其制作方法和3D显示装置进行详细描述。 

在本发明提供的实施例中，显示面板中显示左眼视角画面的像素发出的光线经过分光器件之后到达左眼，显示面板中显示右眼视角画面的像素发出的光线经过分光器件之后到达右眼。当制作上述的分光器件时，利用光线可逆原理，将人的左眼和右眼当成左光源和右光源，左光源和右光源发出的光线经过分光器件之后分别到达显示面板，其中，左光源发出的光线到达显示面板中显示左眼视角画面的像素，右光源发出的光线到达显示面板中显示右眼视角画面的像素。 

在本发明提供的实施例中，分别采用光栅式挡板和棱镜式分光镜作为分光器件来介绍技术方案，显示面板具有若干像素。其中，左光源发出的光线经过光栅式挡板的透光区域到达显示面板中显示左眼视角画面的像素，右光源发出的光线经过光栅式挡板的透光区域到达显示面板中显示右眼视角画面的像素。在实际应用中，光栅式挡板中每个透光区域和挡光区域的宽度之和通常是由显示面板的像素设计来决定。 

图1为本发明分光器件制作方法第一实施例的流程图。如图1所示，本实施例分光器件制作方法的具体步骤包括如下流程： 

步骤101、采集分光器件的相关制作参数。 

图2为本发明分光器件制作方法第一实施例中的光路图。如图2所示，在本实施例中，分光器件为光栅式挡板，光栅式挡板的相关制作参数包括显示面板像素的彩膜层201中三种颜色彩膜的宽度、黑矩阵膜(BM膜)的宽度、光栅式挡板202与显示面板之间的直线距离、光栅式挡板202与人眼(也就是左光源或右光源)之间的直线距离等。 

在本实施例中，像素的尺寸包括彩膜层201中的BM膜的宽度 为a以及红色彩膜、绿色彩膜和蓝色彩膜的宽度均为b，光栅式挡板202与显示面板中彩膜层201之间的距离为g，g的取值范围可以在1～3mm之间，右光源A距离光栅式挡板202的距离为z，右光源A发出的光线经过光栅式挡板202到达彩膜层201后，右光源A发出的光线覆盖彩膜层201的宽度k的最大值为2a+b，即k≤2a+b。获取分光器件的上述相关制作参数之后，进入步骤102。 

步骤102、通过光路可逆原理获取经过分光器件的光路图，根据光路图中的几何关系计算分光器件的光学尺寸。 

在本步骤中，光栅式挡板的光学尺寸包括透光区域和背光区域的宽度。分别设定光栅式挡板202中每个挡光区域的宽度和透光区域的宽度分别为c和d，由于光栅式挡板202的厚度通常比较小，所以本步骤在计算光栅式挡板202的透光区域和挡光区域的宽度时，可以忽略其厚度的影响。在本实施例中，显示面板中每种颜色的彩膜与相邻BM膜宽度值之和a+b为固定值，所以光栅式挡板202中每个透光区域和挡光区域的宽度之和c+d也为固定值，上述两个宽度之和的关系如公式(1)所示： 

c+d＝n(a+b)    (1) 

其中，n＞0。 

在本实施例中，n取值通常大于1，例如可以取值为2。 

图3为图2中的光路图的几何图形。如图3所示，线段EFG和线段DC分别位于图2中的光栅式挡板202和显示面板彩膜层101上，其中，挡光区域EF的长度为c，透光区域FG的长度为d，DB的长度为a+b，BC的长度为b。 

根据图3中所示的几何图形的几何关系，由于线段DC与线段EG平行，所以ΔAEG与ΔADC为相似三角形，同时ΔAFG与ΔABC也为相似三角形，根据相似三角形之间的几何关系，对于ΔAEG与ΔADC，其边长之间满足如下比例关系： 

$\frac{\mathrm{AE}}{\mathrm{AD}}=\frac{\mathrm{AF}}{\mathrm{AB}}---\left(2\right)$

对于ΔAFG与ΔABC，其边长之间满足如下比例关系： 

$\frac{\mathrm{FG}}{\mathrm{BC}}=\frac{\mathrm{AF}}{\mathrm{AB}}---\left(3\right)$

根据公式(2)和(3)可得公式(4)，公式(4)如下所示： 

$\frac{\mathrm{AE}}{\mathrm{AD}}=\frac{\mathrm{FG}}{\mathrm{BC}}---\left(4\right)$

在图3所示的几何图形中，AE＝z、AD＝z+g、FG＝d、BC＝k，则 

根据公式(4)可得公式(5)： 

$\frac{z}{z+g}=\frac{d}{k}---\left(5\right)$

根据公式(5)可得到： $d=\frac{\mathrm{zk}}{z+g}---\left(6\right)$

根据公式(6)以及k≤2a+b，可得公式(7)： 

$d\&le;\frac{z(b+2a)}{z+g}---\left(7\right)$

根据公式(7)以及c+d＝n(a+b)可得公式(8)： 

$c\&GreaterEqual;n(a+b)-\frac{z(b+2a)}{z+g}---\left(8\right)$

在理论上，d的取值范围在 但是在实际应用中，d的取值越小，从光栅式挡板202透过的光线就越少，导致亮度越低，所以挡光区域的宽度d需要选取恰当的值以满足亮度需求，例如d的取值范围可以为 $\frac{z(b+2a)}{2(z+g)}<d\&le;\frac{z(b+2a)}{z+g}.$

在实际应用中，当n取值为2时，则挡光区域宽度c的取值范围为： 

$c\&GreaterEqual;2(a+b)-\frac{z(b+2a)}{z+g}.$

步骤103、根据计算得到的分光器件的光学尺寸得到分光器件。在本步骤中，通过步骤2计算得到的光栅式挡板202中每个挡光区域的宽度c和透光区域的宽度d，可以制备得到分光器件。 

在本实施例分光器件的制作方法实施例中，利用光路可逆原理， 将人的双眼视为左光源和右光源，左光源发出的光线经过光栅式挡板的透光区域到达显示面板中显示左眼视角画面的像素，右光源发出的光线经过光栅式挡板的透光区域到达显示面板中显示右眼视角画面的像素，从而得到分光器件分光时的光路图，然后根据光路图的几何关系就可以简单、方便地计算出光栅式挡板的光学尺寸，以得到分光器件。 

在实际应用中，还可以通过光路可逆原理，在观众眼睛的位置放置一个光源，然后利用电荷耦合装置(Charge Coupied Device，CCD)探测器来检测分光器件后面的显示面板上的光强分布，以确定3D显示装置的串扰程度。 

图4为本发明分光器件制作方法第二实施例的光路图。如图4所示，本实施例中的分光器件为棱镜式分光镜203，显示面板采用第一实施例所述的结构和尺寸。当需要使左光源发出的光线经过棱镜式分光镜203到达显示面板中显示左眼视角画面的像素，使右光源发出的光线经过棱镜式分光镜203到达显示面板中显示右眼视角画面的像素时，采用光路可逆原理来将左眼H和右眼A分别视为左光源H和右光源A，则左光源H和右光源A发出的光线将分别到达显示面板的不同像素的彩膜上，以避免两束光线发生串扰。 

图5为图4中左光源和右光源发出的两束光线经过棱镜式分光镜同一透镜的几何图形。如图5所示，左光源H和右光源A发出的光线经过棱镜式分光镜203上的同一透镜到达显示面板的彩膜层时，两条光线在彩膜层201上的距离CD的长度取值为k1，则k1的取值范围为a＜k1＜2b+a，则ΔOCD与ΔOAH为相似三角形，两眼之间的距离AH可以选用6.5cm。则根据相似三角形的几何关系得到如下公式： 

$\frac{k1}{6.5}=\frac{g}{z}---\left(9\right)$

根据公式(9)可得： 

$k1=\frac{6.5g}{z}---\left(10\right)$

图6为图4中左光源和右光源的两束光线经过棱镜式分光镜中 相邻透镜的几何图形。如图6所示，左光源H和右光源A发出的光线经过棱镜式分光镜203上的相邻透镜到达显示面板的彩膜层时，两条光线在彩膜层201上的距离为k2，k2的取值范围为a＜k2＜2b+a，其中，根据图6所示的几何图形可得： 

2a+b＜k1+k2＜2a+3b    (11) 

根据公式(10)和公式(11)可得： 

$2a+b-\frac{6.5g}{z}<k2<2a+3b-\frac{6.5g}{z}---\left(12\right)$

相邻两个透镜的中心分别为O1和O2，设定O1与O2之间的距离为m，则根据其图6所示光路图的几何关系得到如下公式： 

$\frac{m-k2}{6.5-k2}=\frac{g}{z+g}---\left(13\right)$

根据公式(11)可以计算出棱镜式分光镜中相邻两个透镜中心之间的距离，也即每个透镜的宽度为： 

$m=\frac{g(6.5-k2)}{z+g}+k2$

在实际应用中，还可以根据图5和图6所示的几何图形计算所选用透镜的焦距等相关制作参数。 

在本发明分光器件制作方法的上述的各个实施例中，利用光路可逆原理将人的双眼视为左光源和右光源，左光源发出的光线经过棱镜式分光镜到达显示面板中显示左眼视角画面的像素，右光源发出的光线经过棱镜式分光镜到达显示面板中显示右眼视角画面的像素，从而得到分光器件分光时的光路图，然后根据光路图中几何图形的几何关系就可以简单、方便地计算出光栅式挡板或光棱镜式分光镜等光学器件的光学尺寸。 

本发明还提供一种分光器件，分光器件通过上述的光学制作方法计算得到光学参数的，该分光器件可以用于3D显示装置，以将3D显示装置中显示面板的2D显示转换为3D显示。 

在分光器件为光栅式挡板时，光栅式挡板的挡光区域的宽度c和透光区域的宽度d的计算公式如下： 

$c\&GreaterEqual;n(a+b)-\frac{z(b+2a)}{z+g}$

$d\&le;\frac{z(b+2a)}{z+g}$

其中，a为彩膜层中彩膜的宽度，b为彩膜层中黑矩阵膜的宽度，g为显示面板与光栅式挡板之间的距离，z为观众的眼睛与光栅式挡板之间的距离，n为正整数。 

在分光器件为棱镜式挡板，棱镜式挡板宽度m的计算公式如下： 

$m=\frac{g(6.5-k2)}{z+g}+k2$

其中，k2的取值范围为 $2a+b-\frac{6.5g}{z}<k2<2a+3b-\frac{6.5g}{z},$ g为显示面板与棱镜式挡板之间的距离，z为观众的眼睛与棱镜式挡板之间的距离。 

本实施例中的分光器件，是通过将人的双眼视为左光源和右光源，左光源发出的光线经过棱镜式分光镜到达显示面板中显示左眼视角画面的像素，右光源发出的光线经过棱镜式分光镜到达显示面板中显示右眼视角画面的像素，从而得到分光器件分光时的光路图，然后根据光路图中的几何关系就可以简单、方便地计算出光栅式挡板或光棱镜式分光镜等光学器件的光学尺寸，从而可以得到分光器件。 

本发明还提供一种3D显示装置，包括显示面板和分光器件，分光器件可以通过上述的分光器件制作方法制备得到。 

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。 

Claims (8)

1.一种分光器件的制作方法，其特征在于，包括：

采集设置在显示面板前端的分光器件的相关制作参数，包括所述分光器件与所述显示面板之间的直线距离、所述分光器件与人眼之间的直线距离和所述显示面板中像素的宽度；

根据所述分光器件的相关制作参数并通过光路可逆原理获取经过所述分光器件的光路图，根据所述光路图中的几何关系计算分光器件的光学尺寸；其中，所述通过光路可逆原理获取经过所述分光器件的光路图包括：

将接收光线的观众的两只眼睛视为两个光源，所述两个光源发出的两条光线经过所述分光器件到达显示面板，从而获取所述分光器件的光路图；

所述两条光线在显示面板上的间隔距离大于0；

根据计算得到的所述分光器件的光学尺寸得到分光器件。

2.根据权利要求1所述的分光器件的制作方法，其特征在于，所述分光器件包括光栅式挡板或棱镜式分光镜。

3.根据权利要求2所述的分光器件的制作方法，其特征在于，

在所述分光器件为光栅式挡板时，所述光学尺寸包括所述光栅式挡板透光区域和背光区域的宽度。

4.根据权利要求2所述的分光器件的制作方法，其特征在于，

在所述分光器件为棱镜式分光镜时，所述光学尺寸包括所述棱镜式分光镜中各透镜的宽度。

5.一种分光器件，其特征在于，所述分光器件为根据所述权利要求1至2任一所述的方法制作。

6.根据权5所述的分光器件，其特征在于，所述分光器件为光栅式挡板，所述光栅式挡板的挡光区域的宽度c和透光区域的宽度d的计算公式如下：

$c\&GreaterEqual;n(a+b)-\frac{z(b+2a)}{z+g}$

$d\&le;\frac{z(b+2a)}{z+g}$

其中，a为彩膜层中彩膜的宽度，b为所述彩膜层中黑矩阵膜的宽度，g为所述显示面板与所述光栅式挡板之间的距离，z为观众的眼睛与所述光栅式挡板之间的距离，n为正整数。

7.根据权利要求5所述的分光器件，其特征在于，所述分光器件为棱镜式挡板，所述棱镜式挡板中透镜宽度m的计算公式如下：

$m=\frac{g(6.5-k2)}{z+g}+k2$

其中，k2的取值范围为a为彩膜层中彩膜的宽度，b为所述彩膜层中黑矩阵膜的宽度，g为所述显示面板与所述棱镜式挡板之间的距离，z为观众的眼睛与所述棱镜式挡板之间的距离。

8.一种3D显示器，其特征在于，包括显示面板和权利要求5至7任一所述的分光器件。

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