CN105652453B - 用于消除摩尔干涉纹的方法 - Google Patents

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Abstract

用于消除摩尔干涉纹的方法，属于光学领域，本发明为解决裸眼3D显示器采用柱镜器件产生了摩尔纹，影响观看舒适度的问题。本发明方法为：在每节光栅中嵌入设置一个三角折射区，所述三角折射区的延伸方向与柱透镜的单节光栅延伸方向相同，三角折射区与显示屏上的黑矩阵位置相对应；所述三角折射区是截面为等腰三角形的三棱镜结构，三棱镜的底面设置在柱透镜器件面向显示屏的底面上，所述等腰三角形的底边宽度大于或等于黑矩阵的宽度；等腰三角形的顶角为n2<n1；经黑矩阵出射的光线照射至三角折射区后发生全反射，该束光线被折射到左右两边，跳出人们的视野，不影响人眼观看的舒适度。

Description

用于消除摩尔干涉纹的方法
技术领域
本发明属于光学领域。
背景技术
裸眼3D是指不需要佩戴特殊眼镜等任何辅助设备即可欣赏“呼之欲出”的逼真画面，使人有如“身临奇境”。
2014年我国智能手机销量约4亿部，市场规模每年超千亿，虽然销售数量在增长，但销售价格却是在走低，究其原因在于目前的智能终端产品，已经没有了新的卖点来吸引人们的目光，3D的火热被很多厂家认为是新的增长点，但如何摆脱眼镜的束缚，使得3D随时随地可以应用，成为众多企业必争之地。裸眼3D技术经过多年的积累，已经快速进入产业化和市场应用阶段。随着个人及家用电子市场(如裸眼3D手机、裸眼3D平板电脑等)竞争日益激烈，越来越多的消费类电子厂商也急速加入裸眼3D的行列。
裸眼3D对内容和片源的要求分为2视点技术和多视点技术，其中2视点内容具有画面清晰度高，内容与电影院等3D内容格式兼容等优点，主要应用于13寸以下的手机、平板电脑中；实现裸眼3D显示的方式又分为很多种，目前普遍采用狭缝光栅和柱透镜光栅作为裸眼3D实现的主要光学器件，其实现原理为将柱透镜光栅或狭缝光栅置于手机、平板等显示面板前面适当位置。其中狭缝光栅(如图1(a)所示)利用光遮挡原理进行分光，将一条条通光和不通光的细条周期排列即形成狭缝光栅，该器件在应用时光透过率小于50％(如图1(b)所示)，画面比较暗，对眼睛健康不利以及要想提高显示亮度即提高背光亮度，这样会损耗很多电资源，能耗高。而柱透镜光栅(如图2(a)所示)利用光折射原理进行分光，将一条条微小柱状的透镜单体沿着径向排列即形成柱透镜光栅阵列，简称柱镜光栅，该柱透镜光栅对光通过率基本无影响(如图2(b)所示)，因此柱透镜光栅是目前实现自由立体裸眼显示技术使用最多的光学器件。图1、2中的附图标记说明：柱透镜光栅101、PET基材102、OCA光学胶103、玻璃基板104、显示面板105、预处理涂层106、狭缝光栅107。
目前柱透镜光栅器件在实际应用上还存在诸多问题：虽然柱镜器件的最大优点在于屏幕亮度几乎不损失，但他所带来的摩尔纹问题也严重影响了该技术的市场应用。摩尔纹的产生如图3和图4，其原理为，液晶屏包括彩膜玻璃109、TFT玻璃111，彩膜玻璃109的上表面和TFT玻璃111的下表面各设置一个偏光片108.，彩膜玻璃109、TFT玻璃111设置显示屏核心层110，显示屏核心层110包括三层结构：上层玻璃、下层玻璃及二者之间夹着厚度仅为4微米左右的液晶；上层玻璃贴在彩膜玻璃109下表面的，上层玻璃由带有RGB三基色彩色滤光片构成，下层玻璃设置电路层，所述电路层是由ITO或钼铝钼等能够导电的金属或金属氧化物而构成，由于制造工艺的原因显示部分的厚度与用于供电的电路部分的厚度存在差异，水平供电电极110a和垂直供电电极110b均会存在凸起，比显示部分电极110c的厚度大，从而导致两者在显示的时候，显示效果如亮度、视角等参数上存在明显差异，因此一般采用在上层玻璃上的对应位置用黑色颜料进行遮挡，使得人们在使用显示屏的时候，看不到这部分光，黑色颜料部分形成条形阵列称之为黑矩阵(BM)110d，该部分仅占整个屏幕的5％左右，对于普通屏幕来讲是基本没有影响的，但对于3D的影响就非常大，3D图像左和3D图像右之间夹一个黑矩阵(BM)的条纹，由于所用的柱镜本质是放大镜的作用，因此将所用的RGB放大的同时，也将RGB之间的BM也放大了，因此在使用时，屏幕会出现一段一段黑色的带状条纹，即摩尔纹，摩尔纹的存在影响显示效果，影响观看的舒适度。
发明内容
本发明目的是为了解决裸眼3D显示器采用柱镜器件产生了摩尔纹，进而影响显示效果、影响观看舒适度的问题，提供了一种用于消除摩尔干涉纹的方法。
本发明所述用于消除摩尔干涉纹的方法，该方法针对使用柱透镜实现裸眼3D的显示器，所述柱透镜为呈周期性循环排列的柱镜光栅结构，
该方法为：在每节光栅中嵌入设置一个三角折射区，所述三角折射区的延伸方向与柱透镜的单节光栅延伸方向相同，三角折射区与显示屏上的黑矩阵位置相对应；所述三角折射区是截面为等腰三角形的三棱镜结构，三棱镜的底面设置在柱透镜器件面向显示屏的底面上，所述等腰三角形的底边宽度大于或等于黑矩阵的宽度；等腰三角形的顶角为
式中：n1为三棱镜折射率；n2为三棱镜所嵌入的柱透镜的折射率；且n2<n1；
经黑矩阵出射的光线照射至三角折射区后发生全反射，该束光线被折射到左右两边，跳出人们的视野，不影响人眼观看的舒适度。
本发明的优点：本发明利用组合透镜及相关材料及工艺的配合，利用光线在不同折射率的介质中传播会发生全反射的特性，解决了柱镜技术手持裸眼3D显示终端观看产生摩尔纹的问题(即观看舒适度的问题)，解决了小尺寸裸眼3D批量应用的技术制约。
附图说明
图1是背景技术中涉及的遮挡原理的狭缝光栅成像示意图；
图2是背景技术中涉及的折射原理的柱透镜光栅成像示意图；
图3是采用柱镜器件实现裸眼3D显示中摩尔纹形成原理图；
图4是显示屏的下层玻璃结构示意图；
图5是本发明所述用于消除摩尔干涉纹的方法涉及的显示器结构示意图；采用凸状光栅单一结构；
图6是本发明所述用于消除摩尔干涉纹的方法涉及的显示器结构示意图，采用组合光栅。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图3至图6说明本实施方式，本实施方式所述用于消除摩尔干涉纹的方法，该方法针对的3D显示器包括柱透镜光栅101、PET基材102、OCA光学胶103和液晶屏，液晶屏包括彩膜玻璃109、TFT玻璃111，彩膜玻璃109的上表面和TFT玻璃111的下表面各设置一个偏光片108.，彩膜玻璃109、TFT玻璃111设置显示屏核心层110，显示屏核心层110包括三层结构：上层玻璃、下层玻璃及二者之间夹着厚度仅为4微米左右的液晶；上层玻璃贴在彩膜玻璃109下表面的，上层玻璃由带有RGB三基色彩色滤光片构成，下层玻璃设置电路层，所述电路层是由ITO或钼铝钼等能够导电的金属或金属氧化物而构成，所述电路层包括水平供电电极110a、垂直供电电极110b和显示电极110c，显示电极110c为方形片状结构，在显示电极110c上纵横交错水平供电电极110a和垂直供电电极110b，由于制造工艺的原因显示部分的厚度与用于供电的电路部分的厚度存在差异，水平供电电极110a和垂直供电电极110b均会存在凸起，比显示部分电极110c的厚度大，从而导致两者在显示的时候，显示效果如亮度、视角等参数上存在明显差异，因此一般采用在上层玻璃上的对应位置用黑色颜料进行遮挡，使得人们在使用显示屏的时候，看不到这部分光，黑色颜料部分形成条形阵列称之为黑矩阵(BM)110d，该部分仅占整个屏幕的5％左右，对于普通屏幕来讲是基本没有影响的，但对于3D的影响就非常大，黑矩阵(BM)的条纹将图像分成3D图像左和3D图像右两部分，由于所用的柱镜本质是放大镜的作用，因此将所用的RGB放大的同时，也将RGB之间的BM也放大了，因此在使用时，屏幕会出现一段一段黑色的带状条纹，即摩尔纹，摩尔纹的存在影响显示效果，影响观看的舒适度。
对于3D显示器而言，产生摩尔纹对应的供电电极是与柱透镜的延伸方向相同的那个电极，当垂直供电电极110b与柱透镜延伸方向相同时(如图4设置方式)，则影响产生摩尔纹的是垂直供电电极110b，若下层玻璃旋转90度，则影响产生摩尔纹的是水平供电电极110a。以图4所示设置为例进行说明，在上层玻璃上与这一系列垂直供电电极110b对应的位置上用黑色颜料遮挡，形成黑矩阵(BM)110d，黑矩阵(BM)110d为周期性条纹结构，相邻两个条纹之间距离为单节光栅节距L的一半；且柱透镜的每节光栅的中点对应一个条纹；相邻两节光栅的交点对应一个条纹；光栅节距L按如下公式设置：
式中：P为对应显示屏的像素点大小或GRB子像素点的大小，像素点的大小一般为子像素点大小的3倍；65为人眼睛的平均宽度；P和65的单位均为mm。
该方法为：在每节光栅中嵌入设置一个三角折射区，所述三角折射区的延伸方向与柱透镜的单节光栅延伸方向相同，三角折射区与显示屏上的黑矩阵位置相对应；所述三角折射区是截面为等腰三角形的三棱镜结构，三棱镜的底面设置在柱透镜器件面向显示屏的底面上，所述等腰三角形的底边宽度大于或等于黑矩阵的宽度；等腰三角形的顶角为
式中：n1为三棱镜折射率；n2为三棱镜所嵌入的柱透镜的折射率；且n2<n1；
经黑矩阵出射的光线照射至三角折射区后发生全反射，该束光线被折射到左右两边，跳出人们的视野，不影响人眼观看的舒适度。
柱镜光栅的折射角式中R为柱透镜单节光栅的半径；
三角折射区的全反射角以保证经黑矩阵出射的光线照射至三角折射区后发生全反射，该束光线被折射到左右两边，跳出人们的视野。
具体实施方式二：下面结合图5和图6说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，柱透镜光栅可以采用两种结构方式：
第一种结构：如图5所示，柱透镜采用凸状光栅单一结构。n1为三棱镜折射率；n2为三棱镜所嵌入的柱透镜的折射率；且n2<n1；
第二种结构，如图6所示，柱透镜采用组合光栅；所述组合光栅由折射率为n2的凹型光栅与折射率为n3的凸状光栅组合而成，组合光栅与普通凸透镜等效。n1为三棱镜折射率；n2<n1；
具体实施方式三：本实施方式对实施方式二作进一步说明，三棱镜的高度不超过其嵌入的柱透镜高度的1/3，若超过此值，采用增加该柱透镜基底厚度的方式来调整。
具体实施方式四：给出一个具体实施例。采用组合光栅结构。液晶平板电脑尺寸为6寸，分辨率为1440(RGB)*2560，像素大小为0.05175mm，黑矩阵中每个条纹的宽度约为4微米，柱镜光栅覆盖2个像素，柱镜光栅节距L＝0.10338mm，柱镜光栅半径R＝0.33mm，观看距离为400mm，选择凸状光栅折射率为n3＝1.66的紫外光固化材料，粘度为1000CPS，凹状光栅的折射率n2为1.38的紫外光固化材料，粘度为1500CPS，三角折射区的折射率n1＝1.66的紫外光固化材料，三角折射区的全反射角＝56.24度，柱镜光栅的折射角＝84度，三角折射区的顶角＝67.72度，高度＝3微米，达到很好的消除摩尔纹效果。

Claims (4)

1.用于消除摩尔干涉纹的方法，该方法针对使用柱透镜实现裸眼3D的显示器，所述柱透镜为呈周期性循环排列的柱镜光栅结构，
其特征在于，该方法为：在每节光栅中嵌入设置一个三角折射区，所述三角折射区的延伸方向与柱透镜的单节光栅延伸方向相同，三角折射区与显示屏上的黑矩阵位置相对应；所述三角折射区是截面为等腰三角形的三棱镜结构，三棱镜的底面设置在柱透镜器件面向显示屏的底面上，所述等腰三角形的底边宽度大于或等于黑矩阵的宽度；等腰三角形的顶角为
式中：n1为三棱镜折射率；n2为三棱镜所嵌入的柱透镜的折射率；且n2<n1；
经黑矩阵出射的光线照射至三角折射区后发生全反射，该束光线被折射到左右两边，跳出人们的视野，不影响人眼观看的舒适度；
光栅节距L按如下公式设置：
式中：P为对应显示屏的像素点大小或GRB子像素点的大小，像素点的大小一般为子像素点大小的3倍；65为人眼睛的平均宽度；P和65的单位均为mm；
柱镜光栅的折射角式中R为柱透镜单节光栅的半径；
三角折射区的全反射角以保证经黑矩阵出射的光线照射至三角折射区后发生全反射，该束光线被折射到左右两边，跳出人们的视野。
2.根据权利要求1所述用于消除摩尔干涉纹的方法，其特征在于，柱透镜采用凸状光栅单一结构。
3.根据权利要求1所述用于消除摩尔干涉纹的方法，其特征在于，柱透镜采用组合光栅；所述组合光栅由折射率为n2的凹型光栅与折射率为n3的凸状光栅组合而成，组合光栅与普通凸透镜等效。
4.根据权利要求2或3所述用于消除摩尔干涉纹的方法，其特征在于，三棱镜的高度不超过其嵌入的柱透镜高度的1/3，若超过此值，采用增加该柱透镜基底厚度的方式来调整。
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