CN105892074B - 裸眼立体显示设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种裸眼立体显示设备。该裸眼立体显示设备包括依次层叠设置的背光模组、液晶面板以及透镜组件，所述透镜组件包括按预定方式排列的若干透镜单元，其中在所述透镜单元的排列方向上，所述背光模组的输出光线的光强度随角度变化曲线的半高宽小于或等于10°。本发明能消除副视点的存在，有效增加了3D显示时主视点的亮度，降低相邻像素之间的图像串扰，还能够显著降低显示器的厚度。
Description
技术领域
本发明涉及显示技术领域，特别是涉及一种裸眼立体显示设备。
背景技术
3D显示技术由于能够再现自然界中人类所熟悉的认知方式已经成为未来显示技术的必然发展趋势，其中裸眼3D技术由于摆脱了复杂的辅助设备而大受欢迎。
实现裸眼3D显示的方式多种多样，包括光栅、透镜技术等，其中光栅技术由于能够有效阻绝不同视点之间的图像串扰，具有较优的立体显示效果，但同时也面临着亮度损失的遗憾。在3D显示技术尚未完全取代2D显示的当前环境下，基于透镜的裸眼3D方案由于能够最低限度地降低对2D图像亮度的影响成为目前较优的技术方案。
图1是现有的一种透镜式裸眼立体显示器的结构示意图，包括LED101、导光板102、扩散片103、下偏光片12、液晶面板13、上偏光片14、透镜层3D模组15。其中，液晶面板13所对应的子像素通常放置于透镜层3D模组15的焦面位置，由于透镜层3D模组15的焦距通常在600-1000μm左右，客观上增加了3D显示器的厚度。此外，为了保证面板的光场均匀分布，通常采用扩散片103结构来均匀化光场，图2是图1中的显示器的光场随角度变化的曲线图，显然在斜视时依然具有明显的光场分布，这一点对于提高显示器的可视角是有利的，但是在3D显示时由于斜向光线的存在使得在光线会经过相邻的透镜结构形成如图3所示的副视点17，客观上降低了主视点16的亮度，图3是图1中的显示器的原理图。
发明内容
本发明的目的在于提供一种裸眼立体显示设备，能够解决现有技术存在的显示器厚度过大以及副视点存在导致主视点亮度降低的问题。
为实现上述目的，本发明采用的一个技术方案是：提供一种裸眼立体显示设备，所述裸眼立体显示设备包括依次层叠设置的背光模组、液晶面板以及透镜组件，所述透镜组件包括按预定方式排列的若干透镜单元，其中在所述透镜单元的排列方向上，所述背光模组的输出光线的光强度随角度变化曲线的半高宽小于或等于10°。
其中，所述光强度随角度变化曲线的半高宽小于或等于5°。
其中，所述透镜单元为沿预定方向依次排列的柱状透镜。
其中，所述背光模组包括光源及导光板，所述导光板包括出光面、与所述出光面相对的底面以及连接所述出光面和所述底面的多个侧面，其中所述导光板的厚度呈台阶状变化，所述光源设置于所述导光板的厚度相对较小的一侧。
其中，所述底面包括与所述出光面平行且彼此间隔排列的多个平行部以及连接于所述平行部之间的光提取部，其中所述平行部与所述出光面之间的距离在远离所述光源的方向上逐渐变大。
其中，在垂直于所述出光面观察时，所述光提取部呈圆弧状设置，且所述光提取部的弧心与所述光源位于所述光提取部的相对两侧。
其中，所述光提取部的弧面焦距在远离所述光源的方向上逐渐变小。
其中，各所述光提取部的弧面焦距满足以下公式：
f＝W+L，
其中，f为所述光提取部的弧面焦距，W为所述导光板的所述光源所在一侧到所述光源相对的另一侧之间的距离，L为所述光提取部的弧顶与所述导光板的所述光源相对的另一侧之间的距离。
其中，所述光提取部的排列方向与所述透镜单元的排列方向相互垂直。
其中，所述光源为点光源。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明通过采用指向性背光控制光的输出角分布，使得输出光线的光强度随角度变化曲线的半高宽小于或等于10°，从而在垂直于透镜组件排布方向的平面上输出平行光，通过透镜组件后获得裸眼立体显示效果。由于输出的是平行光，因而不会发生斜向光穿过相邻透镜单元的问题，因而消除了副视点的存在，有效增加了3D显示时主视点的亮度，降低相邻像素之间的图像串扰。所述透镜式裸眼立体显示器中，液晶面板对应的子像素无需放置在透镜组件的焦面位置，因而能够显著降低显示器的厚度。
附图说明
图1是现有的一种透镜式裸眼立体显示器的结构示意图；
图2是图1中的显示器的光强度随角度变化的曲线图；
图3是图1中的显示器的原理图；
图4是本发明裸眼立体显示设备实施例的结构示意图；
图5是图4的俯视图；
图6是图4中的显示设备的光强度随角度变化的曲线图；
图7是本发明裸眼立体显示设备的原理图；
图8是本发明裸眼立体显示设备中导光板实施例的侧视图；
图9是发明裸眼立体显示设备中导光板实施例的俯视图。
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，下面结合附图和具体实施方式对发明所提供的一种触控面板及触摸屏做进一步详细描述。
参阅图4、图5、图6和图7，图4是本发明裸眼立体显示设备实施例的结构示意图。图5是图4的俯视图。图6是图4中的显示设备的光强度随角度变化的曲线图。图7是本发明裸眼立体显示设备的原理图。
本发明提供了一种裸眼立体显示设备，裸眼立体显示设备包括依次层叠设置的背光模组21、液晶面板22以及透镜组件23，透镜组件23包括按预定方式排列的若干透镜单元231，其中在透镜单元231的排列方向上，背光模组21的输出光线的光强度随角度变化曲线的半高宽小于或等于10°。
具体而言，背光模组21上方设置下偏光片24，液晶面板22设置在下偏光片24的上方，液晶面板22的上方设有上偏光片25，透镜组件23设置在上偏光片25的上方。
如图5所示，定义平行于透镜单元231的方向为y方向，垂直于透镜单元的方向为x方向，垂直于图5的平面的方向为z方向。背光模组21为指向性背光模组，背光模组21出射的光线沿着垂直于x向的平面分布。光强度随角度变化的曲线如图6所示，从图6可以看出，光强度具有极小的角度分布，因而，当输出光经过透镜组件23之后会汇聚在焦点上，如图7所示。相同视点的子像素分别经过不同的焦点后汇聚到主视点上，从而形成裸眼立体显示效果。
另外，子像素并非限定与放置在透镜组件23的焦面位置，出于降低模组厚度的考虑，通常使子像素与透镜组件23的间距小于透镜组件23的焦距大小。
由于指向性背光在x方向仅有近轴平行光分布，因而不存在斜向光穿过相邻透镜单元231的问题，从而客观上提高了3D主视点的亮度，有利于提高3D显示效果，并降低相邻像素之间的图像串扰。
区别于现有技术，本发明通过采用指向性背光控制光的输出角分布，使得输出光线的光强度随角度变化曲线的半高宽小于或等于10°，从而在垂直于透镜组件23排布方向的平面上输出平行光，通过透镜组件23后获得裸眼立体显示效果。由于输出的是平行光，因而不会发生斜向光穿过相邻透镜单元231的问题，因而消除了副视点的存在，有效增加了3D显示时主视点的亮度，降低相邻像素之间的图像串扰。透镜式裸眼立体显示器中，液晶面板22对应的子像素无需放置在透镜组件23的焦面位置，因而能够显著降低显示器的厚度。
在一个实施例中，光强度随角度变化曲线的半高宽小于或等于5°，例如4°或者3°等。
本实施例的透镜单元231为沿预定方向依次排列的柱状透镜。
指向性背光结构的实现方式有多种，如图8和图9所示，图8是本发明裸眼立体显示设备中导光板实施例的侧视图。图9是发明裸眼立体显示设备中导光板实施例的俯视图。
具体而言，本实施例的背光模组21包括光源211及导光板212，导光板212包括出光面2121、与出光面2121相对的底面2122以及连接出光面2121和底面2122的多个侧面，导光板212整体呈楔形结构，即导光板212两侧的厚度不同，例如，本实施例中，导光板212的厚度呈台阶状变化，光源211设置于导光板212的厚度相对较小的一侧。其中，光源211为点光源，例如本实施例的LED光源。
底面2122包括与出光面2121平行且彼此间隔排列的多个平行部2123以及连接于平行部2123之间的光提取部2124，其中平行部2123与出光面2121之间的距离在远离光源211的方向上逐渐变大。如图9所示，在垂直于出光面观察时，光提取部2124呈圆弧状设置，能够将光源211发射的光线导向沿着x向进行重新分布，且光提取部2124的弧心与光源211位于光提取部2124的相对两侧。本实施例的光提取部2124的排列方向与透镜单元213的排列方向相互垂直。
如图8所述，从侧面观察时，光提取部2124在x-z面具备斜面特征或者其他曲线特征，其目的在于，压缩光线相对于导光板212上方出光面2121的光入射角，从而破坏全反射特征，使得光线逸出出光面2121而照射液晶面板22。
具体地，各光提取部2124的弧面焦距满足以下公式：
f＝W+L，
其中，f为光提取部2124的弧面焦距，W为导光板212的光源211所在一侧到光源211相对的另一侧之间的距离，L为光提取部2124的弧顶与导光板212的光源211相对的另一侧之间的距离。
光提取部2124的弧面焦距在远离光源211的方向上逐渐变小。请继续参阅图9，弧面1，2，……，N，……具有相应的弧面曲率以及与之相对应的焦距f1<f2<…＜fN…，也即各弧面的焦距沿着y方向的分布具有不同的大小，使得光源211处于各弧面的焦点的位置附近，也即fN＝W+LN，利用焦点附近的光线以平行光出射的基本原理，从而使得输出光线经过提取部2124后沿着x向具有极小的角度分布，近似于平行光。
综上所示，本发明能消除副视点的存在，有效增加了3D显示时主视点的亮度，降低相邻像素之间的图像串扰，还能够显著降低显示器的厚度。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (4)
1.一种裸眼立体显示设备，其特征在于，所述裸眼立体显示设备包括依次层叠设置的背光模组、液晶面板以及透镜组件，所述透镜组件包括按预定方式排列的若干透镜单元，其中，所述背光模组包括光源及导光板，所述导光板包括出光面、与所述出光面相对的底面以及连接所述出光面和所述底面的多个侧面，其中所述导光板的厚度呈台阶状变化，所述光源设置于所述导光板的厚度相对较小的一侧；
所述底面包括与所述出光面平行且彼此间隔排列的多个平行部以及连接于所述平行部之间的光提取部，其中所述平行部与所述出光面之间的距离在远离所述光源的方向上逐渐变大；
在垂直于所述出光面观察时，所述光提取部呈圆弧状设置，且所述光提取部的弧心与所述光源位于所述光提取部的相对两侧；
所述光提取部的排列方向与所述透镜单元的排列方向相互垂直；
各所述光提取部的弧面焦距满足以下公式：
f＝W+L，
其中，f为所述光提取部的弧面焦距，W为所述导光板的所述光源所在一侧到所述光源相对的另一侧之间的距离，L为所述光提取部的弧顶与所述导光板的所述光源相对的另一侧之间的距离；
在所述透镜单元的排列方向上，所述背光模组的输出光线的光强度随角度变化曲线的半高宽小于或等于10°。
2.根据权利要求1所述的裸眼立体显示设备，其特征在于，所述光强度随角度变化曲线的半高宽小于或等于5°。
3.根据权利要求1所述的裸眼立体显示设备，其特征在于，所述透镜单元为沿预定方向依次排列的柱状透镜。
4.根据权利要求1所述的裸眼立体显示设备，其特征在于，所述光源为点光源。
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