CN104791655A - 一种用于光栅3d显示器的光源装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及3D显示技术，特别涉及一种用于光栅3D显示器的光源装置。该光源装置包括照明光源、反射腔，所述反射腔内具有高反射材料，能将照明光源所发出的绝大部分光能量在反射腔中完成多次反射，并通过反射腔的开口出射到反射腔的外部空间，且只能从这些开口形成出射。为了进一步提高光源的匀光性，本发明还包括导光板，所述导光板安装于所述照明光源和2D显示屏之间，由于本发明装置不再因光栅未开口部分的遮挡作用而消耗光能，因此当其作为后置光栅应用于光栅3D显示器时，可以提高显示器的光学效率和显示亮度。

Description

一种用于光栅3D显示器的光源装置

技术领域

本发明涉及3D显示技术，特别涉及一种用于光栅3D显示器的光源装置。

背景技术

基于狭缝光栅的3D显示器是一种无需任何助视设备的3D显示器。它通过狭缝光栅对于光的遮挡作用，将2D显示屏上不同区域的像素投射到不同的空间方向上，从而实现3D显示。基于狭缝光栅的3D显示器相对于其它3D显示器，结构简单，成本较低，便于制造与推广。

基于狭缝光栅的3D显示器由2D显示屏和狭缝光栅组成，2D显示屏用于提供来自同一立体场景的多幅视差图像，狭缝光栅利用对于光的遮挡作用，将这些视差图像在空间方向上进行分开，形成不同的视点。当观看者双眼分别处于不同的视点时，就能够观看到对应的视差图像，从而实现立体感观。然而，由于光栅的遮挡作用，光源发射的光线并不能完全被观看者接收，因此其光学效率不高，传统的狭缝光栅3D显示对照明光源光能量的利用率＜25％，从而导致了狭缝光栅3D显示器相比于其他3D显示器，其亮度很低，这个低亮度的缺点限制了基于狭缝光栅的3D显示的进一步推广和应用。

发明内容

为了克服上述缺点，本发明提供了一种可提高照明光能量的利用率和3D显示器亮度的用于光栅3D显示器的光源装置。

为了实现上述目的，本发明提供一下技术方案：一种用于光栅3D显示器的光源装置，包括照明光源和反射腔，其中所述反射腔靠近2D显示屏一侧的面上具有不口，所述反射腔内具有＞80％(高反射率)的反射层，照明光源所发出的绝大部分光线经过反射腔的多次反射后最终从反射腔壁的开口处出射到反射腔的外部空间，将2D显示屏上不同的像素在不同的视点位置上进行显示。当观看者的左右眼，分别位于左视点和右视点时，可以看到与视点对应的不同的视差图像，从而产生立体感。和传统的光栅3D显示器相比，由于本发明装置不再因遮挡作用而消耗光能，因此可以提高光栅3D显示器的光学效率和显示亮度。

进一步的，所述反射腔开口的图形依照3D显示器的不同需要，可以灵活选择。

作为一种优选，所述反射腔的反射层为通过涂布的方式制备，所述反射层为内侧涂布有高反射系数的镜面或白色反光材料制备而成的反射膜。

作为一种优选，所述反射腔的反射层为反光薄膜，反光薄膜的反射率高，且安装使用方便，有利于降低设备成本。

进一步的，所述照明光源安装于反射腔内，其安装位置根据具体使用需要而定，光源安装于反射腔的设计显著的减少了漏光情况的发生，对于提高光源光能量利用率具有很重要的意义。

进一步的，所述光源装置还包括导光板，所述导光板安装于照明光源与2D显示屏之间，所述导光板将照明光源所发出的光导出，并通过导光板的匀光作用将光线在起导光板中均匀的分散，有利于提高装置的匀光性。

作为一种优选，所述导光板安装于反射腔内。当照明光源安装于反射腔内时，从而使从反射腔开口处的出射光均匀性得到保证，提进一步改善了基于本光源装置的3D显示装置的显示效果。

作为一种优选，所述照明光源安装位置在导光板的侧面，照明港元发出的光线可以通过导光板的侧端面进入到导光板中，这种侧入射式的照明方式结构简单，便于安装和使用。

作为一种优选，所述照明光源的安装位置在导光板的背面(远离反射腔开口一侧)，所述光源以阵列的排布方式安装于所述导光板的背面，所发出光通过导光板背面进入导光板中，相比于从侧面进入导光板的情况，其光源的分布更加均匀，装置的匀光性更高。

进一步的，在与曲面显示器匹配时，本发明光源装置也可以制成曲面形式。曲面的形式设计方式灵活，有广泛的应用前景。

本发明装置中，反射腔开口面的开口率为α，未出射光线在反射腔的开口面和背面来回一次反射的过程中，反射腔中导光板对光的平均吸收损耗率为β，反射腔中因漏光及反射率无法达到100％而造成的平均漏光损耗率为γ。

该光源装置的光学效率为E，上述参数满足下列关系式：

$E=\frac{\mathrm{\α}}{1-(1-\mathrm{\α})(1-\mathrm{\β}-\mathrm{\γ})}$

上述关系式的得来经过以下推导过程得出，光源所发出的光不经反射腔的反射，直接从反射腔开口处出射的效率为

E₁＝α，

那些无法出射的光线会在腔体中形成来回反射，反射过程中会受到β和γ的影响，因此第二次出射时，其光效率为：

E₂＝α(1-α)(1-β-γ)；

基于同样的原理第n次出射时，具光效率为：

E_n＝α(1-α)^n-1(1-β-γ)^n-1

那么本发明光源装置的总的光学效率为：

$E=\underset{n=1}{\overset{+\∞}{\mathrm{\Σ}}}{E}_n=\mathrm{\α}\frac{1-{(1-\mathrm{\α})}^{\∞}{(1-\mathrm{\β}-\mathrm{\γ})}^{\∞}}{1-(1-\mathrm{\α})(1-\mathrm{\β}-\mathrm{\γ})}$

并最终得到：

$E=\frac{\mathrm{\α}}{1-(1-\mathrm{\α})(1-\mathrm{\β}-\mathrm{\γ})}$

理想情况下，反射腔中导光板对光的平均吸收损耗率β，反射腔中因漏光及反射率无法达到100％而造成的平均漏光损耗率γ，该光源装置的光学效率E应满足：

β→0

γ→0

$\underset{\mathrm{\β}\→0,\mathrm{\γ}\→0}{\lim }E=\frac{\mathrm{\α}}{1-(1-\mathrm{\α})}=1$

此时光源装置的光学效率E和开口率α无关。

有益效果：本发明提供一种用于光栅3D显示器的光源装置。所述光源装置包括照明光源、反射腔，所述反射腔内具有高反射率的反射层，能将照明光源所发出的绝大部分光能量在反射腔中完成多次反射，并通过反射腔的开口出射到反射腔的外部空间，且只能从这些开口形成出射；由于本发明装置不再因光栅未开口部分的遮挡作用而消耗光能，因此当其作为后置光栅应用于光栅3D显示器时，可以提高显示器的光学效率和显示亮度。此外为了进一步提高光源的匀光性，本发明还包括导光板，所述导光板安装于所述照明光源和2D显示屏之间，所述导光板将光源所发出的光导出，并通过导光板的匀光作用将光线均匀的分散开，保证了从反射腔开口处出射光的均匀性，提高了本发明光源装置的匀光性，进一步改善了基于本光源装置的3D显示装置的显示效果。

总之，本发明改善了因为光栅未开口部分的遮挡作用所引起的光能量利用效率下降的情况，提高了基于狭缝光栅3D显示技术的照明光源的发光利用率，提高了3D显示器的显示亮度，在3D显示领域具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构原理图。

图2为本发明实施例1用于后置式狭缝光栅3D显示器的原理示意图。

图3为本发明实施例2的结构原理图。

上述附图中的图示标号为：

1.照明光源，2.反射腔，3.导光板，4.反射腔开口，5.反射腔开口面，6.反射腔背面，7.反射腔侧面，8.2D显示屏。

应该理解上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，本领域技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

本发明提供了一种用于光栅3D显示器的光源装置，通过引入反射腔，并在反射腔的内壁具有高反射率的反射层，使得照明光源所发出的光线在反射腔内多次反射，开最终只能通过反射腔的壁上开口处出射到反射腔的外部空间内，这样相比于传统的狭缝光栅3D显示技术，极大的提高了照明光能量的利用率，提高了3D显示器的亮度。

本发明的技术方案为：一种用于光栅3D显示器的光源装置，包括照明光源和反射腔，其中所述反射腔靠近2D显示屏一侧的面上具有开口，所述反射腔内具有高反射率的反射层，照明光源所发出的绝大部分光线经过反射腔的多次反射后最终从反射腔壁的开口处出射到反射腔的外部空间，将2D显示屏上不同的像素在不同的视点位置上进行显示。当观看者的左右眼，分别位于左视点和右视点时，可以看到与视点对应的不同的视差图像，从而产生立体感。和传统的光栅3D显示器相比，由于本发明装置不再因遮挡作用而消耗光能，因此可以提高光栅3D显示器的光学效率和显示亮度。

进一步的，所述反射腔开口的图形依照3D显示器具体设计的不同，可以灵活选择。

作为一种优选，所述反射腔的反射层为通过涂布的方式制备，所述反射层为内侧涂布有高反射系数的镜面或白色反光材料制备而成。

作为一种优选，所述反射腔的反射层为反光薄膜，反光薄膜的反射率高，且安装使用方便，有利于降低设备成本。

进一步的，所述照明光源安装于反射腔内，其安装位置根据具体使用需要而定。

进一步的，所述光源装置还包括导光板，所述导光板安装于光源与2D显示屏之间，所述导光板将光源所发出的光导出，并通过导光板的匀光作用将光线均匀的分散开，保证了从反射腔开口处出射光的均匀性，提高了光源装置的匀光性，进一步改善了基于本光源装置的3D显示装置的显示效果。

作为一种优选，所述导光板安装于反射腔内。当照明光源安装于反射腔内时，将导光板安装于反射腔内可以在光线从反射腔开口处出射前，使光线均匀分布，更加有利于改善光线的出射效果。

作为一种优选，所述照明光源安装位置在导光板的侧面，发出的光线可以通过导光板的侧端面进入到导光板中，这种侧入射式的照明方式结构简单，便于安装和使用。

作为一种优选，所述照明光源的安装位置在导光板的背面(远离反射腔开口一侧)，所述光源以阵列的排布方式安装于所述导光板的背面，所发出光通过导光板背面进入导光板中，相比于从侧面进入导光板的情况，其光源的分布更加均匀，装置的匀光性更高。

进一步的，在与曲面显示器匹配时，本发明光源装置也可以制成曲面形式。曲面的形式设计方式灵活，有广泛的应用前景。

本发明装置中，反射腔开口面的开口率为α，未出射光线在反射腔的开口面和背面来回一次反射的过程中，反射腔中导光板对光的平均吸收损耗率为β，反射腔中因漏光及反射率无法达到100％而造成的平均漏光损耗率为γ。

该光源装置的光学效率为E，上述参数满足下列关系式：

$E=\frac{\mathrm{\α}}{1-(1-\mathrm{\α})(1-\mathrm{\β}-\mathrm{\γ})}$

上述关系式的得来经过以下推导过程，光源所发出的光不经反射腔的反射，直接从反射腔开口处出射的效率为

E₁＝α，

那些无法出射的光线会在腔体中形成来回反射，反射过程中会受到β和γ的影响，因此第二次出射时，其光效率为：

E₂＝α(1-α)(1-β-γ)；

基于同样的原理第n次出射时，其光效率为：

E_n＝α(1-α)^n-1(1-β-γ)^n-1

那么本发明光源装置的总的光学效率为：

$E=\underset{n=1}{\overset{+\∞}{\mathrm{\Σ}}}{E}_n=\mathrm{\α}\frac{1-{(1-\mathrm{\α})}^{\∞}{(1-\mathrm{\β}-\mathrm{\γ})}^{\∞}}{1-(1-\mathrm{\α})(1-\mathrm{\β}-\mathrm{\γ})}$

并最终得到：

$E=\frac{\mathrm{\α}}{1-(1-\mathrm{\α})(1-\mathrm{\β}-\mathrm{\γ})}$

理想情况下，反射腔中导光板对光的平均吸收损耗率β，反射腔中因漏光及反射率无法达到100％而造成的平均漏光损耗率γ，该光源装置的光学效率E应满足：

β→0

γ→0

$\underset{\mathrm{\β}\→0,\mathrm{\γ}\→0}{\lim }E=\frac{\mathrm{\α}}{1-(1-\mathrm{\α})}=1$

此时光源装置的光学效率E和开口率α无关。

实施例1

如图1所示，本实施例中光源装置，包括照明光源1、反射腔2、导光板3以及2D显示屏8，其中，所述反射腔内壁中具有高反射率的反射层，所述照明光源1安装于反射腔的侧面7位置中，所述照明光源所发出的光通过导光板3的侧端面进入到导光板3中，所述导光板3将照明光源所发出的光均匀分散并将过所述反射腔2的多次反射后通过反射板的开口处，出射到反射腔2的外部空间，将2D显示屏8上不同的像素在不同的视点位置上进行显示。当观看者的左右眼，分别位于左视点和右视点时，可以看到与视点对应的不同的视差图像，从而产生立体感(如图2所示)。本实施例中：本实例的反射腔面积尺寸为200×200mm，其上均匀分布有400个边长为5mm的方形开孔，其总开口面积为10000mm²，开口率为25％，导光板对光的平均吸收损耗率为5％，反射腔因漏光及反射率无法达到100％而造成的平均漏光损耗率为20％，该光源装置的光学效率E为57.8％，上述参数满足：

$E=\frac{\mathrm{\α}}{1-(1-\mathrm{\α})(1-\mathrm{\β}-\mathrm{\γ})}$

而传统狭缝光栅3D显示器中，其开口率直接决定了光学效率，其光学效率仅为25％。因此，可见本发明的一种用于光栅3D显示器的光源装置可以提高狭缝光栅3D显示器的光学效率和显示亮度。

本实施例的其他结构和原理与具体实施方式相同，在此不再赘述。

实施例2

如图3所示，本实施例中光源装置，包括照明光源1、反射腔2、导光板3以及2D显示屏8，其中，所述反射腔内壁中具有高反射率的反射层，所述照明光源1安装于反射腔2的背面腔壁内6位置中，所述照明光源所发出的光通过导光板3的背面进入到导光板3中，所述导光板3将照明光源所发出的光均匀分散并将过所述反射腔2的多次反射后通过反射板的开口处，出射到反射腔2的外部空间，将2D显示所8上不同的像素在不同的视点位置上进行显示。当观看者的左右眼，分别位于左视点和右视点时，可以看到与视点对应的不同的视差图像，从而产生立体感(如图2所示)。相比于实施例1本实施例中的光源的光线从侧面发出到被2D显示所接收到，其光源的分布更加均匀，装置的匀光性更高。

本实施例其他结构和原理与具体实施方式以及实施例1相同，在此不再赘述。

Claims (10)

1.一种用于光栅3D显示器的光源装置，其特征在于：包括照明光源和反射腔，所述反射腔靠近2D显示屏一侧的面上具有开口，所述反射腔内具有反射率＞80％的反射层。

2.如权利要求1所述的光源装置，其特征在于：所述反射层为反光薄膜或者为高反射系数的镜面或白色反光材料在所述反射腔内涂布制备而成的反射膜。

3.如权利要求2所述的光源装置，其特征在于：所述照明光源安装于反射腔内。

4.如权利要求3所述的光源装置，其特征在于：所述光源装置还包括导光板。

5.如权利要求4所述的光源装置，其特征在于：所述导光板安装于反射腔内。

6.如权利要求5所述的光源装置，其特征在于：所述照明光源安装于导光板的侧面位置。

7.如权利要求5所述的光源装置，其特征在于：所述照明光源的安装于导光板的背面位置。

8.如权利要求6或者7所述的光源装置，其特征在于：所述光源装置为平面形式或者为曲面形式。

9.如权利要求8所述的光源装置，其特征在于：所述反射层的涂布面可以为光滑面或者为粗糙面。

10.如权利要9所述的光源装置，其特征在于：反射腔开口面的开口率为α，未出射光线在反射腔的开口面和背面来回一次反射的过程中，反射腔中导光板对光的平均吸收损耗率为β，反射腔的平均漏光损耗率为γ，该光源装置的光学效率为E，参数满足关系式：

$E=\frac{\mathrm{\α}}{1-(1-\mathrm{\α})(1-\mathrm{\β}-\mathrm{\γ})}.$