CN106383407A - 一种基于微纳结构的柔性裸眼三维显示薄膜器件 - Google Patents

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邓启凌
张满
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    • G02B30/20—Optical systems or apparatus for producing three-dimensional [3D] effects, e.g. stereoscopic images by providing first and second parallax images to an observer's left and right eyes
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Abstract

本发明公开了一种基于微纳结构的柔性裸眼三维显示薄膜器件，该器件包含三层结构，分别为微透镜层、柔性基材和微图像层，三层结构参数相互匹配，实现可供多人同时观看的高分辨三维物体立体显示效果。该器件轻量化、易于卷曲、便于携带，应用到广告、包装、工艺品、装饰画等行业，利用三维显示效果替代原始的二维图像展示模式，带给观看者一定的视觉冲击力，具有一定的市场应用前景，也进一步为今后柔性可穿戴三维显示设备奠定基础。

Description

一种基于微纳结构的柔性裸眼三维显示薄膜器件
技术领域
本发明涉及三维显示领域，具体涉及一种基于微纳结构的柔性裸眼三维显示薄膜器件。
背景技术
现实世界是一个三维立体世界，随着社会的发展，目前通常的二维平面显示在某些方面已不能满足人类的需求，人们希望能真实地还原显示出空间的三维信息。因此，三维立体显示技术应运而生，并不断得到发展成为当今显示领域的一个研究热点。
自1838年科学家Wheatstone发明第一台立体图片观赏器以来，三维立体显示技术已经发展了一百多年。在此发展过程中，头戴式的立体显示技术在原理、技术方面都很成熟，也有大量的商业产品。但是由于需要佩戴设备，始终不方便；并且由于它仅仅依赖于双目视差原理，长时间使用会存在观看视疲劳，观看者会感到头晕。因此无需佩戴设备的裸眼三维立体显示技术是未来发展的必然趋势，但技术还不成熟，大都没有相应的产品。
国内外研究小组发展了多种裸眼三维显示技术，包括双目视差的光栅式三维显示技术、全息技术以及集成成像技术。光栅式裸眼三维立体显示技术是利用双目视差原理，产生三维立体感。该技术成本较低、结构简单、易于实现，但是由于左右视差图像不能完全分开，观看者的观看区域受到限制，只能在相对固定的位置观看到立体图像，缺乏自由度。因此，只适合应用于单用户并且运动范围较小的场合。
全息技术是利用干涉原理将物体发出的特定光波以干涉条纹的形式记录下来，形成“全息图”，当用相干光源照射全息图时，基于衍射原理重现原始物光波，从而形成原物体逼真三维图像。但是，高质量光学全息图的制作需要高相干性激光，并且在拍摄过程中需要防震以及精密的光路设置，另外环境空气流动也会影响全息图的成功记录。而随后发展的数字全息技术，同样面临着相干光源问题，又受限于全息三维显示设备的分辨率，无法获得大尺寸和大视场的三维图像。
集成成像技术也由记录和再现两个基本过程组成，与全息技术不同的是其记录再现过程并不需要相干光的参与，降低了整体系统的难度。该技术由法国著名物理学家、诺贝尔物理学奖获得者M.G.Lippmann在1908年首次提出。利用微透镜阵列中各微透镜单元从不同视角记录三维物体信息，形成微图像阵列，再将记录的微图像阵列置于与记录过程相匹配的微透镜阵列的焦平面上，用散射光照射，根据光学可逆原理和人脑的融合，就可以观看到三维立体图像。该技术可以提供全视差的图像，不需要任何的特殊设备就可以提供全彩的图像，提供的观看点是准连续的，在一定的区域内，可以供多人观看，成为裸眼三维立体显示的重要发展趋势。
然而三维物体的记录和再现是通过几万甚至几十万幅微图像相互作用的效果。ISONO小组以及国内北京邮电大学桑新柱等小组利用摄像机阵列记录微图像阵列，该方法需要大量昂贵和复杂的摄像机设备，并且摄影设备间机械误差也会对最终成像效果产生影响。而光学记录方法是采用微透镜阵列记录微图像，该方法容易受到周围环境条件比如亮度，感光均匀性以及微透镜像差等因素的影响，实验操作难度大，相邻图像间易发生串扰，致使最终的图像阵列成像效果差。另外，三维图像再现时一般采用显示屏显示所记录的微图像阵列。目前主流21.5inch高清显示屏的屏幕分辨率为1920×1080，每英寸所拥有的像素数目为89，即89ppi，相对于人眼的分辨极限300ppi，该分辨率依然较低，在一定距离处观看显示屏会出现颗粒状的失真效果。同时该技术所采用的三维显示关键器件为易碎的玻璃基板，不具备轻、柔、便于携带等特点。
发明内容
本发明要解决技术问题是：克服现有技术微图像串扰，成像分辨率低，基材易碎等不足，提供一种基于微纳结构的柔性裸眼三维显示薄膜器件，实现高分辨率、柔性三维显示薄膜器件。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：
一种基于微纳结构的柔性裸眼三维显示薄膜器件，该器件包含三层结构，分别为微透镜层、柔性基材和微图像层，三层结构参数相互匹配，实现可供多人同时观看的高分辨三维物体立体显示效果。
进一步的，所述微透镜层由阵列化的百微米量级子透镜单元组成，各个子透镜单元的口径和焦距相同。
进一步的，所述柔性基材是聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等材料，具有透光性好、可自由弯曲的特征。
进一步的，所述微图像层由阵列化的微小图像单元组成，各个微小图像单元各不相同，携带有三维物体不同视角信息。
进一步的，所述微图像层中的微小图像单元是基于三维图形仿真软件记录三维物体信息，图像分辨率高，且各单元之间无串扰。
进一步的，所述微图像层通过光刻技术制备，分辨率很高，达到人眼分辨极限300ppi水平。
进一步的，所述微透镜层与微图像层分别设置于柔性基材的两侧，微透镜中子透镜单元与微图像层中的微小图像单元一一对准匹配封装。
进一步的，所述微图像层位于微透镜层的焦面上。
进一步的，所述微透镜层对微图像层成像，实现可供多人同时观看的高分辨三维物体立体显示效果。
本发明的有益效果在于：将微纳结构应用于研究、设计和制备柔性裸眼三维显示薄膜器件，可提高图像分辨率，达到人眼分辨极限300ppi水平。最终形成柔性三维显示薄膜器件，实现可供多人同时观看的高分辨三维物体立体显示效果。提出的该技术应用到广告、包装、工艺品、装饰画等行业，利用三维显示效果替代原始的二维图像展示模式，带给观看者一定的视觉冲击力，具有一定的市场应用前景。进一步，该器件易于弯曲、轻量化、便于携带，可将三维显示技术拓展到更宽、更广的柔性可穿戴图像显示领域。
附图说明
图1为本发明基于微纳结构的柔性裸眼三维显示薄膜器件结构示意图；
图2为实施例中薄膜器件的剖面视图；
图3为实施例中微透镜层结构示意图；
图4为实施例中微图像层结构示意图；
图5为实施例中微图像层中的微小图像单元获取方法示意图；
图6为实施例中薄膜器件的三维效果示意图；
图7为本发明基于微纳结构的柔性裸眼三维显示薄膜器件弯曲时示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式详细介绍本发明。但以下的实施例仅限于解释本发明，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，而且通过以下实施例，本领域技术人员即可以实现本发明权利要求的全部内容。
具体实施例中一种基于微纳结构的柔性裸眼三维显示薄膜器件结构如图1所示，结构中包含了三层结构，分别为微透镜层1、柔性基材2和微图像层3，其剖面结构如图2所示，微透镜层和微图像层分别位于柔性基材的两侧，其间的间距为微透镜的焦距4。
微透镜层的结构如图3所示，由四边形排布的阵列化子透镜单元组成(其排布方式也可为六边形排布、圆形排布等)，各个子透镜单元的口径5和焦距相同。实施例中子透镜口径为100μm，设计薄膜的厚度为0.6mm，那么微透镜层的子透镜焦距约为0.6mm，在制备微透镜时，控制子透镜矢高约为4.17μm，可获得相应焦距的微透镜层。
微图像层如图4所示，由四边形排布的阵列化微小图像单元组成(其排布方式也可为六边形排布、圆形排布等，与微透镜子透镜单元的排布方式相匹配)，各个微小图像单元各不相同，如图4中虚线框内放大的微图像矩形区域所示，携带有三维物体不同视角信息。微图像层制备时，采用微纳光刻技术实现，微纳光刻技术是一种运用光学曝光，进而通过显影、刻蚀、镀膜等主要工艺实现微米及纳米结构的有效手段，目前光刻技术的最小特征尺寸可以达到7nm。针对人眼的分辨极限300ppi，也即每英寸300个像素数，那么每个像素大小小于84微米即可。因此，采用微纳光刻技术制备微图像层，可获得高分辨的图像。
其中，图像采集原理如图5所示，基于三维图形仿真软件，实现三维物体图像的采集，提高微图像的分辨率，同时解决相邻微图像单元之间的串扰问题，保证三维物体不同视角信息的高保真度采集。由于记录三维物体信息的微图像有数万幅，若是通过手动分别处理各个微图像单元，需要巨大的工作量，耗费大量的人力、物力。通过计算机编程，对微图像进行编码，使计算机自动识别这数万幅图像，并进行图像融合处理，形成微图像阵列，用作微图像层的原始光刻模板数据。
最终，通过将制备的微透镜层结构与微图像层结构一一对准，设于柔性基材的两侧，即可获得三维显示薄膜器件，其薄膜器件的三维效果图6所示，人眼在不佩戴任何设备的情况下，可以观察到三维物体的再现。
本发明未详细阐述部分属于本领域技术人员的公知技术。

Claims (9)

1.一种基于微纳结构的柔性裸眼三维显示薄膜器件，其特征在于：该器件包含三层结构，分别为微透镜层、柔性基材和微图像层，三层结构参数相互匹配，实现可供多人同时观看的高分辨三维物体立体显示效果。
2.根据权利要求1所述的基于微纳结构的柔性裸眼三维显示薄膜器件，其特征在于：所述微透镜层由阵列化的百微米量级子透镜单元组成，各个子透镜单元的口径和焦距相同。
3.根据权利要求1所述的基于微纳结构的柔性裸眼三维显示薄膜器件，其特征在于：所述柔性基材是聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)材料，具有透光性好、可自由弯曲的特征。
4.根据权利要求1所述的基于微纳结构的柔性裸眼三维显示薄膜器件，其特征在于：所述微图像层由阵列化的微小图像单元组成，各个微小图像单元各不相同，携带有三维物体不同视角信息。
5.根据权利要求4所述的基于微纳结构的柔性裸眼三维显示薄膜器件，其特征在于：所述微图像层中的微小图像单元是基于三维图形仿真软件记录三维物体信息，图像分辨率高，且各单元之间无串扰。
6.根据权利要求4所述的基于微纳结构的柔性裸眼三维显示薄膜器件，其特征在于：所述微图像层通过光刻技术制备，分辨率很高，达到人眼分辨极限300ppi水平。
7.根据权利要求1所述的基于微纳结构的柔性裸眼三维显示薄膜器件，其特征在于：所述微透镜层与微图像层分别设置于柔性基材的两侧，微透镜中子透镜单元与微图像层中的微小图像单元一一对准匹配封装。
8.根据权利要求1所述的基于微纳结构的柔性裸眼三维显示薄膜器件，其特征在于：所述微图像层位于微透镜层的焦面上。
9.根据权利要求1所述的基于微纳结构的柔性裸眼三维显示薄膜器件，其特征在于：所述微透镜层对微图像层成像，实现可供多人同时观看的高分辨三维物体立体显示效果。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106842815A (zh) * 2017-04-06 2017-06-13 中国科学院光电技术研究所 一种双面对准成形裸眼三维显示薄膜器件的方法
CN106873161A (zh) * 2017-03-02 2017-06-20 上海天马微电子有限公司 一种显示装置及近眼可穿戴设备
CN113570976A (zh) * 2021-07-16 2021-10-29 彼博股份有限公司 一种曲面集成成像显示装置及其制造方法
CN114609704A (zh) * 2022-02-28 2022-06-10 京东方科技集团股份有限公司 微透镜阵列及制备方法、压印模板和显示装置
CN114675519A (zh) * 2022-03-31 2022-06-28 重庆大学 基于pb相位型准连续超表面的彩色全息图设计方法及器件
CN114815291A (zh) * 2022-03-16 2022-07-29 京东方科技集团股份有限公司 一种显示面板、显示装置及显示面板的制作方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1552589A (zh) * 2003-05-29 2004-12-08 中国科学院光电技术研究所 连续微透镜列阵放大显示防伪方法
CN103236222A (zh) * 2013-04-27 2013-08-07 重庆绿色智能技术研究院 基于集成成像原理并具有动态立体效果的防伪安全薄膜
CN104898291A (zh) * 2015-06-29 2015-09-09 张家港康得新光电材料有限公司 一种视镜分离器件及其制作方法
CN204758929U (zh) * 2015-06-04 2015-11-11 李应樵 一种新型户外3d显示装置
CN105931566A (zh) * 2016-07-13 2016-09-07 中国科学院光电技术研究所 一种采用微细加工技术制备防伪结构的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1552589A (zh) * 2003-05-29 2004-12-08 中国科学院光电技术研究所 连续微透镜列阵放大显示防伪方法
CN103236222A (zh) * 2013-04-27 2013-08-07 重庆绿色智能技术研究院 基于集成成像原理并具有动态立体效果的防伪安全薄膜
CN204758929U (zh) * 2015-06-04 2015-11-11 李应樵 一种新型户外3d显示装置
CN104898291A (zh) * 2015-06-29 2015-09-09 张家港康得新光电材料有限公司 一种视镜分离器件及其制作方法
CN105931566A (zh) * 2016-07-13 2016-09-07 中国科学院光电技术研究所 一种采用微细加工技术制备防伪结构的方法

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106873161A (zh) * 2017-03-02 2017-06-20 上海天马微电子有限公司 一种显示装置及近眼可穿戴设备
CN106873161B (zh) * 2017-03-02 2020-03-17 上海天马微电子有限公司 一种显示装置及近眼可穿戴设备
CN106842815A (zh) * 2017-04-06 2017-06-13 中国科学院光电技术研究所 一种双面对准成形裸眼三维显示薄膜器件的方法
CN113570976A (zh) * 2021-07-16 2021-10-29 彼博股份有限公司 一种曲面集成成像显示装置及其制造方法
CN114609704A (zh) * 2022-02-28 2022-06-10 京东方科技集团股份有限公司 微透镜阵列及制备方法、压印模板和显示装置
CN114609704B (zh) * 2022-02-28 2024-03-01 京东方科技集团股份有限公司 微透镜阵列及制备方法、压印模板和显示装置
CN114815291A (zh) * 2022-03-16 2022-07-29 京东方科技集团股份有限公司 一种显示面板、显示装置及显示面板的制作方法
CN114675519A (zh) * 2022-03-31 2022-06-28 重庆大学 基于pb相位型准连续超表面的彩色全息图设计方法及器件

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