CN107278274A - 一种指向性光波导、指向性背光模组及显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种指向性光波导、指向性背光模组及显示装置，涉及立体显示领域，以解决应用波动光学式指向性背光立体显示技术的显示装置的立体显示像素分辨率R3D低的问题。该指向性光波导包括时分复用单元和N层出光方向相同且层叠设置的光波导，每层光波导的出光面设置有像素型光栅；时分复用单元用于在每帧视频流周期内，级次控制N层光波导在对应帧视频时段将光源光线导入对应所述像素型光栅，导入至像素型光栅中光源光线在该像素型光栅中发生衍射，形成多条衍射角和衍射方位角不同且与显示像素一一对应的一级衍射光线，以入射到下一层光波导。上述指向性背光模组包括提到的指向性光波导。本发明指向性光波导用于显示装置中。

Description

一种指向性光波导、指向性背光模组及显示装置
技术领域
本发明涉及立体显示领域，特别涉及一种指向性光波导、指向性背光模组及显示装置。
背景技术
指向性背光裸眼式显示技术是一种能够实现裸眼立体显示的显示方法，其原理是通过指向性背光裸眼式显示技术控制背光的出射方向，使得显示面板所显示具有视差的两幅图像在送入用户的左右眼后，在用户大脑中融合成立体图像。
现有指向性背光裸眼式显示技术主要分为几何光学式指向性背光立体显示技术和波动光学式指向性背光立体显示技术；其中，波动光学式指向性背光立体显示技术能够实现多方向导光，其方向性调制范围大，调制精度高，对应的立体显示装置不仅可以实现全方位的观看，还可以实现旋转观看，得到的视觉效果好，串扰小，因此，波动光学式指向性背光立体显示技术成为指向性背光裸眼式显示技术的研究重点。
目前，应用波动光学式指向性背光立体显示技术的立体显示装置中，显示模组的导光板的表面形成有与显示像素一一对应的纳米光栅，而由于纳米光栅具有多个大小不同的取向角，因此，在立体显示装置进行图像显示时，通过纳米光栅中的各个取向角就调控沿着一个方向传播的光线，使得沿着一个方向传播的光线衍射成多条传播方向不同的光线，从而保证立体显示装置的显示面板所显示的立体图像具有多视角、可旋转观察的优点。但是，由于立体显示像素分辨率R3D反比于视角数量NNulti-direction，而视角数量NNulti-direction正比于像素型纳米光栅取向角种类的数量，因此，相对于二维平面显示物理像素分辨率R2D来说，应用波动光学式指向性背光立体显示技术的显示装置虽然具有多视角、可旋转观察的优点，但是其是以降低立体显示像素分辨率为代价的，即应用波动光学式指向性背光立体显示技术的立体显示装置存在立体显示像素分辨率R3D相对二维平面显示物理像素分辨率R2D降低的问题。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种指向性光波导、指向性背光模组及显示装置，以解决应用波动光学式指向性背光立体显示技术的显示装置的立体显示像素分辨率R3D相对二维平面显示物理像素分辨率R2D降低的问题。
为达到上述目的，本发明实施例采用如下技术方案：
第一方面，本发明实施例提供了一种指向性光波导，该指向性光波导包括时分复用单元和N层层叠设置的光波导，且N层光波导的出光方向相同，每层所述光波导的出光面设置有像素型光栅；N为大于等于2的整数；
所述时分复用单元用于在每帧视频流周期内，按照N层所述光波导的层叠次序，控制N层所述光波导在对应帧视频时段将光源光线导入对应所述像素型光栅，每帧视频流周期包括与N层光波导一一对应的N个帧视频时段；导入至所述像素型光栅中光源光线在该像素型光栅中发生衍射，形成多条与显示像素一一对应的一级衍射光线，多条所述一级衍射光线入射到与该像素型光栅所在的光波导的出光面相对的光波导；其中，各条所述一级衍射光线的衍射角和衍射方位角不同。
与现有技术相比，本发明实施例第一方面提供的指向性光波导中，由于N层光波导层叠设置在一起，每层光波导10的出光面设置有像素型光栅，且N层光波导的出光方向相同，使得各层光波导导入光源光线后，各层光波导导入的光源光线在指向性光波导中发生的衍射次数不同；而每发生一次衍射，前一次衍射所形成的多条一级衍射光线的衍射角和衍射方位角都会发生一定的偏移，因此，在各层光波导所导入的光源光线在发生衍射的次数不同的情况下，各层光波导所导入的光源光线在经过对应次数的衍射后，所形成的多条一级衍射光线的衍射角和衍射方位角不同，因此，从宏观角度来看，本发明实施例提供的指向性光波导应用到显示装置中，显示装置的每个显示像素所显示的图像，是通过衍射角和衍射方位角不同的多条一级衍射光线叠加而成，这就使得应用波动光学式指向性背光立体显示技术的显示装置的立体显示像素分辨率R3D相对二维平面显示物理像素分辨率R2D提高，从而解决了应用波动光学式指向性背光立体显示技术的显示装置的立体显示像素分辨率
R3D相对二维平面显示物理像素分辨率R2D降低的问题。
本发明实施例第二方面提供了一种指向性背光模组，该指向性背光模组包括本发明实施例第一方面提供的所述指向性光波导和N个三维显示用光源，N个所述三维显示用光源与N层所述光波导一一对应；每个所述三维显示用光源设在对应所述光波导的侧面，N个所述三维显示用光源分别与时分复用单元信号连接。
与现有技术相比，本发明实施例第二方面提供的指向性背光模组的有益效果与本发明实施例第一方面提供的指向性光波导的有益效果相同，在此不做赘述。
本发明实施例第三方面提供了一种显示装置，包括本发明实施例第二方面提供的所述指向性背光模组以及位于指向性背光模组出光面的光开关部件。
与现有技术相比，本发明实施例第三方面提供的显示装置的有益效果与本发明实施例第一方面提供的指向性光波导的有益效果相同，在此不做赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的指向性光波导应用到显示装置中的结构示意图；
图2为本发明实施例中每层光波导的结构示意图；
图3为本发明实施例中像素型光栅与显示像素的对应关系示意图；
图4为本发明实施例中时分复用单元与光源的连接框图；
图5为本发明实施例中时分复用单元的时序图；
图6为本发明实施例提供的指向性光波导的工作原理示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
本发明实施例提供了一种指向性光波导，如图1-图4所示，该指向性光波导1包括如图4所示的时分复用单元3和N层如图2所示的光波导10，光波导10可以为普通的导光板或导光膜，也可以为其他导光介质。每层光波导10的出光面设置有像素型光栅10A，N层光波导10层叠设置，且N层光波导10的出光方向相同；N为大于等于2的整数；
示例性地，如图1所示，该指向性光波导1包括层叠设置的N层光波导10，N层光波导10为第一层光波导111、第二层光波导121、……、第N层光波导1N1，第一层光波导111的出光面形成第一像素型光栅112，第二光波导121的出光面形成第二像素型光栅122，……，第N光波导1N1的出光面形成第N像素型光栅1N2。本实施例提供的指向性光波导应用于显示装置中后，在第一层光波导111的侧面配备第一三维显示用光源110，第二层光波导121的侧面配备第二三维显示用光源120，……，第N层光波导121的侧面配备第N三维显示用光源1N0，这样可保证每层光波导需要给对应像素型光栅导入光源光线时，与每层光波导对应的三维显示用光源能够给该层光波导提供光源光线。
如图2和图5所示，N层光波导10向对应像素型光栅10A导入光源光线时，由时分复用单元3控制导入次序；示例性地，每帧视频流周期包括N个帧视频时段，N个帧视频时段与N层光波导一一对应，时分复用单元3用于在每帧视频流周期内，按照N层光波导的层叠次序，控制N层光波导10在对应帧视频时段将光源光线导入对应像素型光栅10A，导入至所述像素型光栅中光源光线在该像素型光栅中发生衍射，形成多条衍射角和衍射方位角不同的多条一级衍射光线，多条一级衍射光线与多个显示像素一一对应。可以理解的是，由于光栅的取向角对衍射出的一级衍射光线的衍射角和衍射方位角具有一定的影响因素，因此，如果像素型光栅10A衍射出多条一级衍射光线，那么像素型光栅10A应当具有与一级衍射光线的数量相同的取向角，各个取向角的大小不同。
而且，本实施例中N层光波导的层叠次序可以是由上而下的顺序层叠，也可以是由下而上的顺序层叠。为了更为清楚的解释时分复用单元3如何按照N层光波导的层叠次序，控制N层光波导10在对应帧视频时段将光源光线导入对应像素型光栅10A，下面结合图1、图5和图6，举例说明当光波导的层数为两层时，在第n帧视频流周期内，时分复用单元3按照两层光波导的层叠次序，控制两层光波导10在对应帧视频时段将光源光线导入对应像素型光栅10A的过程。
第一步，在第n帧视频流周期Tn的第1帧视频时段t1，时分复用单元3控制第一三维显示用光源110打开，使得第一层光波导111将第一三维显示用光源110提供的光源光线导入第一像素型光栅112，第一三维显示用光源110提供的光源光线导入第一像素型光栅112后在第一像素型光栅112内，形成多条具有多条第一一级衍射光线100，多条第一一级衍射光线100的衍射角和衍射方位角不同；多条第一一级衍射光线100经过显示面板后，就能够实现立体化图像的显示；
第二步，在第n帧视频流周期Tn的第2帧视频时段t2，时分复用单元3控制第一三维显示用光源110关闭，第二三维显示用光源120打开，使得第二层光波导121将第二三维显示用光源120提供的光源光线导入第二像素型光栅122，第二三维显示用光源120提供的光源光线导入第二像素型光栅122后在第二像素型光栅122内发生第一次衍射，形成衍射角和衍射方位角不同的多条第二一级衍射光线200，多条第二一级衍射光线200从第一层光波导111的底部入射导第一层光波导111中，并通过第一层光波导111导入第一像素型光栅112中，并在第一像素型光栅112发生第二次衍射，此时，经过第二次衍射的多条第二一级衍射光线200的衍射角和衍射方位角，与多条第一一级衍射光线100的衍射角和衍射方位角不同，经过第二次衍射的多条第二一级衍射光线200通过显示面板后，就能够实现立体化图像的显示。
基于本实施例提供的指向性光波导的结构和上述详细描述可知，由于N层光波导10层叠设置在一起，每层光波导10的出光面设置有像素型光栅，且N层光波导10的出光方向相同，使得第一层光波导111所导入的光源光线通过第一像素型光栅112发生一次衍射，形成多条第一一级衍射光线100，第二层光波导121所导入的光源光线通过第二像素型光栅122发生一次衍射，形成多条第二一级衍射光线200后，多条第二一级衍射光线200还会进入第一层光波导111，利用第一像素型光栅112再次发生衍射，依次类推，第N层光波导1N1所导入的光源光线在第N像素型光栅1N2中发生一次衍射，形成多条第N一级衍射光线N00后，多条第N一级衍射光线N00还会依次通过第N光波导1N1出光面所在方向的第N-1像素型光栅1N-12、第N-2像素型光栅1N-22、……、第一像素型光栅112再发生N-1次衍射。因此，本实施例提供的指向性光波导中，各层光波导导入光源光线后，各层光波导导入的光源光线在指向性光波导中发生的衍射次数不同；而每发光一次衍射，前一次衍射所形成的多条一级衍射光线的衍射角和衍射方位角都会发生一定的偏移，因此，在各层光波导所导入的光源光线在发生衍射的次数不同的情况下，各层光波导所导入的光源光线在经过对应次数的衍射后，所形成的多条一级衍射光线的衍射角和衍射方位角不同，这使得本发明实施例提供的指向性光波导应用到显示装置中，显示装置的每个显示像素所显示的图像，是通过衍射角和衍射方位角不同的多条一级衍射光线的光线叠加而成，这就使得应用波动光学式指向性背光立体显示技术的显示装置的立体显示像素分辨率R3D相对二维平面显示物理像素分辨率R2D提高，从而解决了应用波动光学式指向性背光立体显示技术的显示装置的立体显示像素分辨率R3D相对二维平面显示物理像素分辨率R2D降低的问题。
可以理解的是，由于N层光波导10层叠设置，且N层光波导10的出光方向相同，使得每帧视频流周期内，时分复用单元按照N层光波导10的层叠次序，控制N层光波导10在对应帧视频时段将光源光线导入对应像素型光栅10A发生衍射后，所形成的多条一级衍射光线能够进入到与该像素型光栅10A所在的光波导的出光面相对的光波导中，以利用另一个光波导对应的像素型光栅对多条一级衍射光线N00的光线进行再次衍射；可见，从微观角度来讲，每帧视频流周期内时分复用单元依次控制各个光波导将光源光线导入对应像素型光栅发生衍射后，各个光波导所导入的光源光线最终达到人眼的时间不同；但是考虑到从宏观角度来讲，这些在每帧视频流周期中各个帧视频时段的长度很短，使得用户在肉眼可看到情况下，能够忽略每帧视频流周期内各个光波导所导入的光源光线最终达到人眼的时间差异，也就是说，人眼所观看到的每个帧视频流是各个光波导所导入的光源光线经过像素型光栅衍射后叠加而成的，这使本实施例提供的指向性光波导用于显示装置后，能够提高该显示装置的立体显示像素分辨率R3D。
示例性的，如图4所示，本实施例中的时分复用单元3包括与N层光波导一一对应的N个三维显示电压驱动模块，N个三维显示电压驱动模块对应为第一三维显示电压驱动模块301、第二三维显示电压驱动模块302、……、第N三维显示电压驱动模块30N。每个电压驱动周期内，N个三维显示电压驱动模块用于按照N层光波导的层叠次序，控制对应的光波导将光源光线导入对应像素型光栅；其中，每个电压驱动时段，N个三维显示电压驱动模块中的一个三维显示电压驱动模块用于控制对应的光波导将光源光线导入对应像素型光栅；由于本实施例提供的指向性光波导包括N层层叠设置的光波导，而N个三维显示电压驱动模块是在不同的电压驱动时控制对应的N层光波导将光源光线导入对应的像素型光栅的，只是N个三维显示电压驱动模块的控制对应N层光波导的顺序是依据N层光波导的层叠次序进行，因此，通过限定每个三维显示电压驱动模块的电压驱动周期的时间长度Λ与每帧视频流周期的时间长度T相同，使得每帧视频流周期一一对应的每个电压驱动周期，以保证在每帧视频流周期，按照N层所述光波导的层叠次序，能够完成N层所述光波导在对应帧视频时段将光源光线导入对应像素型光栅发生衍射的过程。而且，由于每个电压驱动时段，N个三维显示电压驱动模块中只有一个三维显示电压驱动模块用于控制对应的光波导将光源光线导入对应像素型光栅发生衍射，因此，当限定每个电压驱动时段的时间长度为Λ/N，每个帧视频时段的时间长度为T/N时，就能够保证在一帧视频流周期内，各个三维显示电压驱动模块控制光波导将光源光线导入对应像素型光栅的时间长度相同，这样本发明提供的指向性光波导应用于显示装置时，指向性光波导中各层光波导所提供的光线形成的图像从微观角度来说，进入人眼的时间间隔一致，这也有利于提高人眼观看到的图像质量。
进一步的，如图1和图3所示，本实施例提供的指向性光波导的N层光波导中，在第一层光波导111的底部和第N层光波导1N1的出光面均裸露时，可以在第N层光波导1N1对应的第N像素型光栅1N2外覆盖有导光板102。当需要显示二维图像时，时分复用单元3关闭各层光波导各自对应的三维显示用光源，使得各层光波导停止导入光源光线，而控制导光板102导出光源光线，从而实现二维图像显示。
同理，本实施例提供的指向性光波导的N层光波导中，在第一层光波导111的出光面裸露和第N层光波导1N1的底面均裸露时，第一层光波导对应的像素型光栅外覆盖有导光板102；当需要显示二维图像时，时分复用单元3关闭各层光波导各自对应的三维显示用光源，使得各层光波导停止导入光源光线，而控制导光板102导出光源光线，从而实现二维图像显示。
基于上述情况，请参阅图4，本实施例中的时分复用单元3还可以包括控制模块30和二维显示电压驱动模块300，且控制模块30的输出端分别与二维显示电压驱动模块300和N个三维显示电压驱动模块的输入端连接，以使得控制模块30用于在三维显示时，向N个三维显示电压驱动模块发送用于启动N个三维显示电压驱动模块的三维显示运行指令，在二维显示时向二维显示电压驱动模块300发送用于启动二维显示电压驱动模块的二维显示运行指令。
示例性的，请参阅图3-图5，该本实施例提供的指向性光波导包括第一光波导111、第二光波导121以及导光板102。如果需要进行三维显示，控制模块30向第一三维显示电压驱动模块301和第二三维显示电压驱动模块302发送三维显示运行指令，使得在第n帧视频流周期Tn对应的电压驱动周期中，第一三维显示电压驱动模块301在第一电压驱动时段t1控制对应的第一光波导111将光源光线导入第一像素型光栅112，第二三维显示电压驱动模块302在第二电压驱动时段t2控制对应的第二光波导121将光源光线导入第二像素型光栅122；而如果需要进行二维显示，那么控制模块30向二维显示电压驱动模块300发送二维显示运行指令，使得二维显示电压驱动模块300直接控制导光板102将光源光线导出，当然在进行二位显示时，第一三维显示电压驱动模块301和第二三维显示电压驱动模块302处在关闭状态。本领域技术人员可以知道的是，本发明实施例中时分复用单元控制各个光波导以及导光板导入光源光线具体过程可以通过计算机程序执行，这些计算机程序可以存储到包含计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-RON、光学存储器等)上，以实施控制各个光波导以及导光板导入光源光线这一过程。
另外，本实施例中的像素型光栅实质上能够实现光线的多姿态衍射，示例性的，像素型光栅可以为常见的啁啾光栅，当然也可以是其他能够实现多姿态衍射的像素型光栅。例如：如图2、图3和图6所示，每层光波导10对应的像素型光栅10A包括与k个显示像素一一对应的k个光栅；相邻两层光波导10中对应同一显示像素的光栅的光栅周期相同，光栅相位不同。
示例性的，如图3和图6所示，本实施例提供的指向性光波导具有第一层光波导111和第二层光波导121，第一像素型光栅包括112包括的第一光栅112A的数量为16个，在图6中表示为1a、2c、3e、4g、5a、6c、8g、9a、10c、11e、12g、13a、14c、15e、16g，16个第一光栅112A与16个显示像素一一对应，第二像素型光栅包括122包括的第二光栅122A，在图6中表示为1b、2d、3f、4h、5b、6d、7f、8h、9b、10d、11f、12h、13b、14d、15f、16h，且16个第二光栅122A与16个显示像素一一对应；如图3所示，第一像素型光栅112和第二像素型光栅122中，第一光栅112A和第二光栅122A对应同一显示像素的光栅周期相同，光栅相位不同。
在第n帧视频流周期的第1帧视频时段t1，第一层光波导111将光源光线导入第一像素型光栅112，以通过第一像素型光栅112中的第一光栅112A对光源光线进行第一次衍射，形成多条第一一级衍射光线100，多条第一一级衍射光线100的衍射角和衍射方位角不同，使得这些光线应用到图像显示时，形成图6A所示的a、c、e、g四个显示点，显示点标号为a的光线来自于标号为1a、5a、9a、13a的第一光栅112A所衍射的光线，显示点标号为c的光线来自于标号为2c、6c、10c、14c的第一光栅112A所衍射的光线，显示点标号为e的光线来自于标号为3e、7e、11e、15e的第一光栅112A所衍射的光线，显示点标号为g的光线来自于标号为4g、8g、12g、16g的第一光栅112A所衍射的光线。
请参阅图1、图3和图5和图6，在第n帧视频流周期的第2帧视频时段t2，第二层光波导121将光源光线导入第二像素型光栅122中，以利用第二像素型光栅122的各个第二光栅122A对光源光线进行第一次衍射，形成多条第二一级衍射光线200；多条第二一级衍射光线200的衍射角和衍射方位角不同；而且，多条第二一级衍射光线200从第一层光波导111的底部入射导第一层光波导111中，并通过第一层光波导111导入第一像素型光栅112发生第二次衍射。而且，如果光源光线通过第二像素型光栅122进行第一次衍射时，假设一部分光线通过与第r显示像素对应的第二光栅122A被衍射成第二一级衍射光线200，那么这部分第二一级衍射光线200通过第一像素型光栅112进行第二次衍射时，具体是通过与第r显示像素对应的第一光栅112A进行衍射的。而由于第一光栅和第二光栅对应同一显示像素的部分光栅周期相同，光栅相位不同，使得进行第二次衍射后，所衍射出的光线的角度与第一次衍射出的光线的角度发生了一定的偏移，当这些光线应用到图像显示时，会形成b、d、f、h四个显示点，显示点标号为b的光线来自于标号为1b、5b、9b、13b的第二光栅122A所衍射的光线，显示点标号为d的光线来自于标号为2d、6d、10d、14d的第二光栅122A所衍射的光线，显示点标号为f的光线来自于标号为3f、7f、11f、15f的第二光栅122A所衍射的光线，显示点标号为h的光线来自于标号为4h、8h、12h、16h的第二光栅122A所衍射的光线。
由于第一层光波导111所导入的光源光线只发生了一次衍射，而第二层光波导121所导入的光源光线发生了两次衍射，因此，b、d、f、h四个显示点与a、c、e、g四个显示点的位置没有重叠，而且，由于第一层光波导111导入的光源光线的时间与第二层光波导121导入的光源光线的时间是依次进行的，使得从微观角度讲，a、c、e、g四个显示点的形成和b、d、f、h四个显示点的形成具有先后顺序，但是这种时间差异对于人眼来说，是无法分辨的，因此，从宏观角度来讲，在一帧视频流周期内，人眼所看到的图像是b、d、f、h四个显示点和b、d、f、h四个显示点所叠加的图像，这样就能够提高显示装置的立体显示像素分辨率R3D。
而考虑到光栅的周期与显示像素中不同子像素的颜色是遵循子像素颜色波长越长，光栅周期越大的这一本领域公知的原则，请参阅图2和图3，可以进一步限定每层光波导10对应的像素型光栅10A包括与显示像素一一对应的k个光栅；显示像素包括多个不同颜色的子像素；每个光栅包括多个与子像素一一对应的子光栅，子光栅对应的子像素的颜色波长越长，子光栅的光栅周期越大。
例如：图3中一个显示像素包括红色子像素R、蓝色子像素G和绿色子像素B，而红色子像素R、蓝色子像素G和绿色子像素B对应的颜色的波长依次减小，因此，从图3可以看出，第一光栅112A和第二光栅122A对应红色子像素R的部分光栅周期比较大，第一光栅112A和第二光栅122A对应绿蓝色子像素B的部分光栅周期最小，而第一光栅112A和第二光栅122A对应绿色子像素G的部分光栅周期处在中间位置，也就是说，每个像素型光栅中的一个光栅所具有的光栅周期与该光栅所对应的显示像素的子像素的个数不仅相同，而且对应位置也应当具遵循子像素颜色波长越长，光栅周期越大这一匹配原则。
基于上述分析可知，为了更好像素型光栅实质上能够实现光线的多姿态衍射，可以对像素型光栅中每个光栅对应不同子像素的部分的光栅周期适当的控制，以使得光线的多姿态衍射得到控制。至于如何对像素型光栅中每个光栅对应不同子像素的部分的光栅周期适当的控制，这个根据实际需要控制即可，在此不做详细说明。
需要说明的是，如图2所示，上述实施例中每层光波导10的出光面形成有构成像素型光栅10A的多个凹槽；而构成像素型光栅10A的多个凹槽深度对像素型光栅10A的光线衍射能力有着重要的影响，且构成像素型光栅10A的凹槽深度越深，构成的像素型光栅10A的衍射强度越强，但当凹槽达到一定的深度时，像素型光栅10A的衍射强度就不会再增加，反而会随着深度的增加，像素型光栅10A的衍射强度越弱；因此，以此深度为深度分界值，低于深度分界值的深度的凹槽构成像素型光栅10A时，遵循构成像素型光栅10A的凹槽深度越深，构成的像素型光栅10A的衍射强度越强的原则，而高于深度分界值的凹槽构成像素型光栅10A时，遵循构成像素型光栅10A的凹槽深度越深，构成的像素型光栅10A的衍射强度越弱的原则。
而考虑到在光波导的出光面形成凹槽时的形成难度和形成成本都会有所提升，如图1所示，当N层所述光波导中，第一层光波导111的底部和第N层光波导1N1的出光面均裸露时，按照N层光波导的层叠次序，N层光波导对应的凹槽的深度逐渐逐渐减小，且N层光波导对应的凹槽的深度小于深度分界值，这是因为层数越小的光波导所导入光源光线经过的衍射次数越多，如果刚开始对光源光线的衍射强度不高，其光源光线的穿透能力就会受到极大的影响，导致无法有效的进行图像显示。因此，通过限定按照N层光波导的层叠次序，N层光波导对应的凹槽的深度逐渐逐渐减小，使得层数越小的光波导的衍射强度越强，以保证层数较小的光波导所导入光源光线具有良好的穿透能力，以保证层数较小的光波导所导入光源光线能够经过多次衍射后用在图像显示中。
同理，当N层光波导中，第一层光波导111的出光面和第N层光波导1N1的底面均裸露，按照N层光波导的层叠次序，N层所述光波导对应的凹槽的深度逐渐增大，且N层光波导对应的凹槽的深度小于深度分界值。通过限定按照N层光波导的层叠次序，N层光波导对应的凹槽的深度逐渐逐渐增大，使得层数越大的光波导的衍射强度越强，使得层数越大的光波导的衍射强度越强，以保证层数较大的光波导所导入光源光线具有良好的穿透能力，使得层数较大的光波导所导入光源光线具有良好的穿透能力，确保层数较大的光波导所导入光源光线经过多次衍射后用在图像显示中。
示例性的，本实施例提供的指向性光波导具有第一层光波导111和第二层光波导121时，第一层光波导111的出光面裸露，第二层光波导111的底部裸露，此时，第一层光波导111的出光面所形成的构成第一像素型光栅112的凹槽深度小于第二层光波导121的出光面所形成的构成第二像素型光栅122的凹槽深度，所以，构成第一像素型光栅112的凹槽深度和构成第二像素型光栅122的凹槽的深度应当是小于深度深度分界值。
为了保证其中一层光波导的像素型光栅衍射出的多条一级衍射光线在进入下一层光波导前尽量减少不必要的折射，请参阅图3和图6，相邻两层光波导之间具有间隙10B，使得其中一层光波导的像素型光栅衍射出的多条一级衍射光线在进入下一层光波导前，尽可能的保持原有的衍射角和衍射方位角，从而保证其中一层光波导的像素型光栅衍射出的一级衍射光线进入下一层光波导。
考虑到显示装置分为显示区和周边区，显示区用于图像显示，周边区为边框区域，不进行显示。当本实施例提供的指向性光波导应用于显示装置中，每个光波导应当包括显示对应区以及形成在显示对应区外围的周边对应区，显示对应区对应显示装置的显示区，周边对应区对应显示装置的周边区，像素型光栅形成在对应光波导的显示对应区，以保证显示区进行图像显示；而为了不影响显示装置的图像显示，如图3所示，本实施例中的间隙10B对应周边对应区的部分设有位于相邻两层光波导之间设有支撑体100B，这样当进行图像显示时，支撑体100B不会影响显示装置的图像显示。
当然间隙10B对应周边对应区的部分设有位于相邻两层光波导之间也可以不设置支撑体100B，而是在相邻两层光波导10之间可以设有位于间隙的透光介质层；并保证透光介质层的折射率小于该透光介质层相邻的两层光波导的折射率，使得其中一层光波导的像素型光栅衍射出的多条一级衍射光线在进入下一层光波导前，虽然发生一定的折射，但是不会对多条一级衍射光线的衍射角和衍射方位角产生太大的影响。
此外，本实施例中每层光波导的厚度应当满足其光波导特征方程；其中，当N层光波导中，第一层光波导111的底部和第N层光波导121的出光面均裸露，每层光波导的光波导特征方程为：
N层所述光波导中，第一层光波导111的出光面和第N层光波导1N1的底面均裸露，每层所述光波导的光波导特征方程为：
其中，kix为第i层光波导的波矢在x轴方向上的分量，k0＝2π/λ，λ为光线波长，ni为第i层光波导的的折射率，ni0为第i层光波导与第i-1层光波导之间区域的折射率，n(i+1)0为第i层光波导与第i+1层光波导之间区域的折射率，di为第i层光波导的厚度，mi为第i层光波导对应的像素型光栅衍射出的一级衍射光线的条数，i为大于等于1小于等于N的整数。由每层光波导的光波导特征方程可知，可以通过调整每层光波导的厚度，每层光波导的折射率，以及每层光波导与上一层光波导之间区域的折射率，每层光波导与下一层光波导之间区域的折射率，就可以调整每层光波导对应的像素型光栅衍射出的一级衍射光线的条数，从而调整光线的衍射姿态。
进一步，如图6所示，本实施例提供的指向性光波导包括第一层光波导111和第二层光波导121，第一层光波导111的出光面和第二层光波导121的底部裸露。
第一层光波导111的光波导特征方程为：
第二层光波导121的光波导特征方程为：
k1x为第一层光波导的波矢在x轴方向上的分量，n10为第一层光波导111的出光面所接触的部分，n20为第一层光波导111与第二层光波导111之间的部分，n30为第二的底部所接触的部分，m1为第一层光波导对应的像素型光栅衍射出的第一级衍射光线的条数，m2为第二层光波导对应的像素型光栅衍射出的第二级衍射光线的条数。
实施例二
请参阅图1，本发明实施例提供了一种指向性背光模组1，该指向性背光模组1包括上述各实施方式中所提的指向性光波导和N个三维显示用光源，N个三维显示用光源与N层光波导一一对应；每个三维显示用光源设在对应光波导的侧面，N个三维显示用光源分别与时分复用单元信号连接。
示例性的，如图1和图4所示，N个三维显示用光源分别为第一三维显示用光源110、第二三维显示用光栅120、……、第N三维显示用光源1N0，且如图4所示，第一三维显示用光源110设在第一层光波导111的侧面，第二三维显示用光源120设在第二层光波导121的侧面，……，第N三维显示用光源1N0设在第N层光波导1N1的侧面。
在时分复用单元3包括N个三维显示电压驱动模块时，第一三维显示用光源110与第一三维显示电压驱动模块301信号连接，第二三维显示用光源120与第二三维显示电压驱动模块302信号连接，……，第N三维显示用光源1N0与第N三维显示电压驱动模块30N信号连接，以使得在对应光波导需要导入光源光线时，对应的三维显示用光源控制需要导入光源光线的光波导侧面的三维显示用光源打开。
与现有技术相比，本发明实施例提供的指向性背光模组1的有益效果与实施例一提供的指向性光波导的有益效果相同，在此不做赘述。
可以理解的是，请参阅图1和图3，本实施例提供的指向性背光模组1还应当包括反射板101，当N层所述光波导中，第一层光波导111的底部和第N层光波导1N1的出光面均裸露，第一层光波导的底部设有反射板101，以防止防止漏光；或，N层光波导中，第一层光波111导的出光面和第N层光波导1N1的底面均裸露，第N层光波导的底部设有反射板，以防止漏光。
而为了使得本实施例提供的指向性背光模组不仅能够用于三维图像显示，而且还能够用于二维图像显示，应当保证指向性光波导包括导光板102，如图1和图4所示，此时指向性背光模组还包括二维显示用光源1020，二维显示用光源1020设在导光板102的侧面，二维显示用光源与时分复用单元信号连接，以保证在需要进行二维图像显示时，能够利用时分复用单元打开二维显示用光源1020。此时，时分复用单元中还应当包括控制模块30，以及二位显示电压驱动模块300，二位显示电压驱动模块300与二维显示用光源1020信号连接。至于控制模块30，二位显示电压驱动模块300，以及各个三维显示电压驱动模块的连接关系，参考实施例一相应位置描述即可。
需要说明的是，本实施例中不管是三维显示用光源还是二维显示用光源1020，其具体结构多种多样，例如：当三维显示用光源和二维显示用光源1020采用图3和图6所示的结构时，三维显示用光源和二维显示用光源1020均包括光源10C和设在光源10C出光面的光线准直模块10D。
实施例三
本发明实施例提供了一种显示装置，如图1所示，该显示装置包括实施例二提供的指向性背光模组1以及位于指向性背光模组出光面的光开关部件2，光开关部件2可以为显示面板，也可以是其他能够实现图像显示的光开关部件。显示图像时，通过光开关部件2调节指向性背光模组1所发出的背光实现图像显示。
与现有技术相比，本发明实施例提供的显示装置的有益效果与实施例一提供的指向性光波导的有益效果相同，在此不做赘述。
其中，本实施例中提供的显示装置可以为普通的手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框或导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (17)

1.一种指向性光波导，其特征在于，包括时分复用单元和N层层叠设置的光波导，且N层光波导的出光方向相同，每层所述光波导的出光面设置有像素型光栅；N为大于等于2的整数；
所述时分复用单元用于在每帧视频流周期内，按照N层所述光波导的层叠次序，控制N层所述光波导在对应帧视频时段将光源光线导入对应所述像素型光栅，每帧视频流周期包括与N层光波导一一对应的N个帧视频时段；导入至所述像素型光栅中光源光线在该像素型光栅中发生衍射，形成多条与显示像素一一对应的一级衍射光线，多条所述一级衍射光线入射到与该像素型光栅所在的光波导的出光面相对的光波导；其中，各条所述一级衍射光线的衍射角和衍射方位角不同。
2.根据权利要求1所述的指向性光波导，其特征在于，所述时分复用单元包括与N层所述光波导一一对应的N个三维显示驱动电压模块，每个所述三维显示驱动电压模块的电压驱动周期的时间长度Λ与每帧视频流周期的时间长度T相同；每个所述电压驱动周期的电压驱动时段的时间长度为Λ/N，每个所述帧视频时段的时间长度为T/N；
每个电压驱动周期，N个所述三维显示驱动电压模块用于按照N层所述光波导的层叠次序，控制对应的所述光波导将光源光线导入对应所述像素型光栅；其中，每个电压驱动时段，N个所述三维显示驱动电压模块中的一个所述驱动电压模块用于控制对应所述光波导将光源光线导入对应所述像素型光栅。
3.根据权利要求2所述的指向性光波导，其特征在于，N层所述光波导中，第一层光波导的底部和第N层光波导的出光面均裸露，所述第N层光波导对应的像素型光栅外覆盖有导光板；或，N层所述光波导中，第一层光波导的出光面和第N层光波导的底面均裸露，所述第一层光波导对应的像素型光栅外覆盖有导光板；
所述时分复用单元还包括控制模块和二维显示电压驱动模块，所述控制模块的输出端分别与所述二维显示电压驱动模块和N个所述三维显示电压驱动模块的输入端连接；
所述控制模块用于在三维显示时向N个所述三维显示电压驱动模块发送用于启动N个所述三维显示电压驱动模块的三维显示运行指令，在二维显示时向二维显示电压驱动模块发送用于启动二维显示电压驱动模块的二维显示运行指令。
4.根据权利要求1所述的指向性光波导，其特征在于，每层所述光波导对应的像素型光栅为啁啾光栅。
5.根据权利要求1～4任一项所述的指向性光波导，其特征在于，每层所述光波导对应的像素型光栅包括与k个显示像素一一对应的k个光栅；相邻两层所述光波导中对应同一显示像素的光栅的光栅周期相同，光栅相位不同。
6.根据权利要求1～5任一项所述的指向性光波导，其特征在于，每层所述光波导对应的像素型光栅包括与k个显示像素一一对应的k个光栅；所述显示像素包括多个不同颜色的子像素；每个所述光栅包括与多个子像素一一对应的多个子光栅，所述子光栅对应的子像素的颜色波长越长，所述子光栅的光栅周期越大。
7.根据权利要求1～6任一项所述的指向性光波导，其特征在于，每层所述光波导的出光面形成有构成所述像素型光栅的多个凹槽；
N层所述光波导中，第一层光波导的底部和第N层光波导的出光面均裸露时，按照N层所述光波导的层叠次序，N层所述光波导对应的凹槽的深度逐渐逐渐减小；或，
N层所述光波导中，第一层光波导的出光面和第N层光波导的底面均裸露，按照N层所述光波导的层叠次序，N层所述光波导对应的凹槽的深度逐渐增大。
8.根据权利要求1～7任一项所述的指向性光波导，其特征在于，相邻两层所述光波导之间具有间隙。
9.根据权利要求8所述的指向性光波导，其特征在于，每个所述光波导包括显示对应区以及形成在所述显示对应区外围的周边对应区，所述像素型光栅形成在对应所述光波导的显示对应区；
所述间隙对应所述周边对应区的部分设有位于相邻两层所述光波导之间的支撑体。
10.根据权利要求8或9所述的指向性光波导，其特征在于，相邻两层所述光波导之间设有位于所述间隙的透光介质层；所述透光介质层的折射率小于与所述透光介质层相邻的两层所述光波导的折射率。
11.根据权利要求8～11任一项所述的指向性光波导，其特征在于，N层所述光波导中，第一层光波导的底部和第N层光波导的出光面均裸露，每层所述光波导的光波导特征方程为：
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N层所述光波导中，第一层光波导的出光面裸露和第N层光波导的底面均裸露，每层所述光波导的光波导特征方程为：
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其中，kix为第i层光波导的波矢在x轴方向上的分量，k0＝2π/λ，λ为光线波长，ni为第i层光波导的的折射率，ni0为第i层光波导与第i-1层光波导之间区域的折射率，n(i+1)0为第i层光波导与第i+1层光波导之间区域的折射率，di为第i层光波导的厚度，mi为第i层光波导对应的像素型光栅衍射出的一级衍射光线的条数，i为大于等于1小于等于N的整数。
12.一种指向性背光模组，其特征在于，包括权利要求1-11任一项所述指向性光波导和N个三维显示用光源，N个所述三维显示用光源与N层所述光波导一一对应；每个所述三维显示用光源设在对应所述光波导的侧面，N个所述三维显示用光源分别与时分复用单元信号连接。
13.根据权利要求12所述的指向性背光模组，其特征在于，N层所述光波导中，第一层光波导的底部和第N层光波导的出光面均裸露，第一层光波导的底部设有反射板；或
N层所述光波导中，第一层光波导的出光面和第N层光波导的底面均裸露，第N层光波导的底部设有反射板。
14.根据权利要求12或13所述的指向性背光模组，其特征在于，所述指向性光波导包括导光板时，所述指向性背光模组还包括二维显示用光源，所述二维显示用光源设在所述导光板的侧面，所述二维显示用光源与所述时分复用单元信号连接。
15.根据权利要求14所述的指向性背光模组，其特征在于，所述二维显示用光源和每个所述三维显示用光源均包括光源以及设在光源出光面的光线准直模块。
16.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求12-15任一项所述指向性背光模组以及位于指向性背光模组出光面的光开关部件。
17.根据权利要求16所述的显示装置，其特征在于，所述光开关部件为液晶显示面板。
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