CN108983331B - 一种半透半逆反膜片和空中显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种半透半逆反膜片和空中显示装置。空中显示装置包括：对盒设置的第一偏振器件和第二偏振器件；第一偏振器件和第二偏振器件之间设置有半透半反结构和半透半逆反膜片；空中显示装置中接近第一偏振器件一侧设置有第一1/4波长片，半透半反结构和半透半逆反膜片之间设置有第二1/4波长片；空中显示装置，用于穿过第一偏振器件的偏振光线经过空中显示装置内部的光路处理后，使得穿过第二偏振器件的偏振光线形成空中映像。本发明实施例解决了现有空中成像技术中，显示设备过于庞大、且显示设备的结构复杂，显示的图形简单、显示效果较差，且难以有效实现三维画面的显示等问题。

Description

一种半透半逆反膜片和空中显示装置

技术领域

本申请涉及但不限于空中显示技术领域，尤指一种半透半逆反膜片和空中显示装置。

背景技术

空中成像技术，是指将二维或三维图像不通过介质直接显示于空气中，人或物体可以直接“穿过”画面，从而达到很好地交互和沉浸显示效果。

目前市场上较为成熟的空中显示产品多为投影技术应用，例如包括：气雾投影显示、全息投影显示和镭射投影显示。其中，气雾投影显示是将普通投影画面投影在气雾上，显示画面为平面，且画质极不稳定；全息投影显示是将底部光源发出的光分为两束，一束直接射向感光片，另一束经被摄物的反射后再射向感光片，两束光在感光片上叠加产生干涉，得到全息图像，投影方式使用的显示设备庞大，且显示清晰度较差；镭射投影显示是在一个密闭容器内将空气电离，利用镭射激光可以呈现三维画面，但是显示的三维画面非常的不稳定，且画面波动太大、色彩比较单。显然地，现有的空中成像技术普遍存在以下缺点：显示设备过于庞大、且显示设备的结构复杂，显示的图形简单、显示效果较差，且难以有效实现三维画面的显示。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种半透半逆反膜片和空中显示装置，解决了现有空中成像技术中，显示设备过于庞大、且显示设备的结构复杂，显示的图形简单、显示效果较差，且难以有效实现三维画面的显示等问题。

本发明实施例提供一种半透半逆反膜片，包括：具有微结构的逆反射层，依次设置于所述逆反射层背离光线入射侧的半透半反层和平坦层；

所述半透半逆反膜片，用于将到达所述逆反射层的一部分入射光线沿入射方向逆向反射回去，将穿过所述半透半反层的光线经过所述平坦层后以所述入射方向射出。

可选地，如上所述的半透半逆反膜片中，所述逆反射层包括逆反射区域和透射区域，所述半透半反层设置于所述逆反射区域背离光线入射侧的一面。

可选地，如上所述的半透半逆反膜片中，所述逆反射层的微结构包括以下至少一项：棱镜结构和微球结构。

本发明实施例还提供一种空中显示装置，包括：

对盒设置的第一偏振器件和第二偏振器件；

所述第一偏振器件和所述第二偏振器件之间设置有半透半反结构和如上述任一项所述的半透半逆反膜片；

所述空中显示装置中接近所述第一偏振器件一侧设置有第一1/4波长片，所述半透半反结构和所述半透半逆反膜片之间设置有第二1/4波长片；

其中，所述空中显示装置，用于将光源发出且穿过所述第一偏振器件的偏振光线经过所述空中显示装置内部的光路处理后，使得穿过所述第二偏振器件的偏振光线在所述空中显示装置远离所述光源的一侧形成空中映像。

可选地，如上所述的空中显示装置中，

所述第一偏振器件和所述第二偏振器件的穿过轴为平行设置。

可选地，如上所述的空中显示装置中，还包括：

设置于所述第一偏振器件和所述第一1/4波长片之间的1/2波长片，且所述第一偏振器件和所述第二偏振器件的穿过轴为垂直设置。

可选地，如上所述的空中显示装置中，所述1/2波长片设置有开关；

所述空中显示装置，还用于通过控制所述1/2波长片的开关，开启或关闭所述空中显示装置进行空中成像的能力。

可选地，如上所述的空中显示装置中，所述半透半逆反膜片设置于接近所述第二偏振器件的一侧，所述半透半反结构设置于接近所述第二1/4波长片的一侧；或者，

所述半透半逆反膜片设置于接近所述第二1/4波长片的一侧，所述半透半反结构设置于接近所述第二偏振器件的一侧。

可选地，如上所述的空中显示装置中，半透半反结构可以包括以下至少一项：半透半反膜片和反射式起偏器。

可选地，如上所述的空中显示装置中，所述第一1/4波长片和所述第二1/4波长片的最大折射率轴分别与所述第一偏振器件或所述第二偏振器件的透过轴为45度夹角。

可选地，如上所述的空中显示装置中，所述1/2波长片的最大折射率轴与所述第一偏振器件或所述第二偏振器件的透过轴为45度夹角。

本发明实施例还提供一种空中显示装置，包括：

设置于接近光源且位于光线入射方向上的第一偏振器件；

所述第一偏振器件远离所述光源的一侧依次设置有：如上述中任一项所述的半透半逆反膜片，以及反射式起偏器；

所述空中显示装置中接近所述第一偏振器件一侧设置有第一1/4波长片，所述反射式起偏器和所述半透半逆反膜片之间设置有第二1/4波长片；

其中，所述空中显示装置，用于将光源发出且穿过所述第一偏振器件的偏振光线经过所述空中显示装置内部的光路处理后，使得穿过所述反射式起偏器的偏振光线在所述空中显示装置远离所述光源的一侧形成空中映像。

可选地，如上所述的空中显示装置中，所述第一偏振器件和所述反射式起偏器的穿过轴为平行设置。

可选地，如上所述的空中显示装置中，还包括：

设置于所述第一偏振器件和所述第一1/4波长片之间的1/2波长片，且所述第一偏振器件和所述反射式起偏器的穿过轴为垂直设置。

可选地，如上所述的空中显示装置中，

所述空中显示装置，还用于通过控制所述1/2波长片的开关，开启或关闭所述空中显示装置进行空中成像的能力。

本发明实施例提供的半透半逆反膜片和空中显示装置，空中显示装置，包括对盒设置的第一偏振器件和第二偏振器件，该第一偏振器件和第二偏振器件之间设置有半透半反结构和半透半逆反膜片，该空中显示装置中接近第一偏振器件一侧设置有第一1/4波长片，半透半反结构和半透半逆反膜片之间设置有第二1/4波长片，由光源发出且穿过第一偏振器件的偏振光线经过该空中显示装置内部的光路处理后，穿过第二偏振器件的偏振光线在空中显示装置远离光源的一侧形成空中映像。本发明实施例提供的空中显示装置可以有效地对二维画面和三维画面进行空中成像，具有良好的成像效果，该空中显示装置的结构简单、易于实现，且体积较小，可以为平板结构。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1为现有技术中一种空中显示设备的显示原理示意图；

图2为本发明实施例提供的一种半透半逆反膜片的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种半透半逆反膜片的结构示意图；

图4为图2所示半透半逆反膜片的微结构图形；

图5为图3所示半透半逆反膜片的微结构图形；

图6为本发明实施例提供的半透半逆反膜片中一种棱镜结构的光学原理示意图；

图7为本发明实施例提供的半透半逆反膜片中一种微球结构的光学原理示意图；

图8为本发明实施例提供的一种半透半逆反膜片的制作方法的流程图；

图9为本发明实施例提供的一种空中显示装置的结构示意图；

图10为本发明实施例提供的另一种空中显示装置的结构示意图；

图11为图9所示空中显示装置的一种应用场景的示意图；

图12为本发明实施例提供的空中显示装置的一种应用场景的示意图；

图13为本发明实施例提供的空中显示装置的另一种应用场景的示意图；

图14为本发明实施例提供的又一种空中显示装置的结构示意图；

图15为图14所示空中显示装置的一种应用场景的示意图；

图16为图14所示空中显示装置的另一种应用场景的示意图；

图17为入射光线在介质表面的反射和折射效果的示意图；

图18为本发明实施例提供的空中显示装置中一种反射式起偏器的原理示意图；

图19为本发明实施例提供的再一种空中显示装置的结构示意图；

图20为本发明实施例提供的再一种空中显示装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

上述背景技术中已经说明几种常见空中成像技术及其相应的缺点，近年来也发展出了一些新型的空中显示技术，如图1所示，为现有技术中一种空中显示设备的显示原理示意图，该空中显示设备通过逆反射片11和半透半反层形成的组合光路，实现将显示屏显示的图像“复制”至空中，人或物体可以从映像中穿透而过，达成了很好的交互体验效果。但是，采用图1所示的立体光路结构，导致空中显示设备比较庞大，且空中映像只能是平面画面，不能显示三维画面，也存在二次反射的问题，影响了最终的显示效果。

因此，如何提供一种具有良好显示效果，可以实现三维画面的显示，且设备体积合适的空中显示装置，成为目前空中显示技术亟需解决的问题。

本发明提供以下几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

图2为本发明实施例提供的一种半透半逆反膜片的结构示意图。本实施例提供的半透半逆反膜片110可以包括：具有微结构的逆反射层111，依次设置于逆反射层111背离光线入射侧的半透半反层112和平坦层113。

该半透半逆反膜片110，用于将到达逆反射层111的一部分入射光线沿入射方向逆向反射回去，将穿过半透半反层112的光线经过平坦层113后以入射方向射出。

在本发明实施例提供的半透半逆反膜片110，利用半透半反层112和逆反射层111的光学原理，得到一种具有特殊光学效果的膜片，其中，具有微结构的逆反射层111设置于接近入射光线的位置，平坦层113设置于光线出射的位置。图2所示半透半逆反膜片110中，半透半反层112设置于整个逆反射层111的出光侧，其光学原理为：当任意角度的光线入射到该半透半逆反膜片110的逆反射层111时，基于该逆反射层111的微结构，可以将一部分光线沿入射方向原路反射回去，另一部分光线穿过该逆反射层111到达半透半反层112，由于逆反射层111的折射效应，到达半透半反层112的光线的方向发生改变，即穿过半透半反层112的光线的方向与其入射方向不同，平坦层113的设置，可以消除由逆反射层111的折射效应对光线方向的改变，即光线经过平坦层后，会以原来的入射方向射出。

需要说明的时，本发明实施例提供的半透半逆反膜片110，在逆反射层111远离半透半反层112的一侧还设置有透明基板114，由于在制作该半透半逆反膜片110的过程中，可以将基板作为制作具有光线效应的各膜层的基底层，并将逆反射层111制作于基板114之上。

可选地，图3为本发明实施例提供的另一种半透半逆反膜片的结构示意图。在本发明实施例中，逆反射层111可以包括逆反射区域111a和透射区域111b，半透半反层112设置于逆反射区域111a背离光线入射侧的一面。

图3所示半透半逆反膜片110中，逆反射层111中的逆反射区域111a和透射区域111b重复排列成阵列排布的形式，即整个逆反射层111中，约一半区域为逆反射区域111a，另一半区域为透射区域111b，并且，仅在逆反射区域111a背离光线入射侧的一面(即远离基板的一面)设置有半透半反层112。图3所示半透半逆反膜片110，采用逆反射区域111a叠加半透半反层112的结构对入射的光线实现完全反射的光学效应，照射到透射区域111b的光线则穿过透射区域111b，经过平坦层113后出射。

本发明实施例提供的半透半逆反膜片110(如上述图2和图3所示)能够实现：当任意角度的光线入射到该半透半逆反膜片110时，约一半光线直接透过该半透半逆反膜片110，且透过光线的方向不发生改变，另一半光线发生逆反射，沿入射方向原光路返回。

可选地，在本发明实施例中，逆反射层111中的微结构例如为以下至少一项：棱镜结构和微球结构。以棱镜结构的微结构为例予以示出，图4为图2所示半透半逆反膜片的微结构图形，图5为图3所示半透半逆反膜片的微结构图形。

如图6所示，为本发明实施例提供的半透半逆反膜片中一种棱镜结构的光学原理示意图，可以看出，该棱镜结构可以将一部分光线沿入射方向逆向反射回去，且包括该棱镜结构的逆反射层111的逆反射率可以到达58％以上。

如图7所示，为本发明实施例提供的半透半逆反膜片中一种微球结构的光学原理示意图，该微球结构同样可以实现将一部分光线沿入射方向逆向反射回去。

可选地，在本发明实施例中，半透半反层112可以为蒸镀于逆反射层111表面的一层非常薄的金属薄膜层，由于金属薄膜层极薄，从而可以使入射光线中约一半光线穿过金属薄膜层，另一半光线沿入射角度逆反射回去。

基于本发明实施例提供的半透半逆反膜片110，本发明实施例还提供一种半透半逆反膜片的制作方法，该半透半逆反膜片的制作方法用于制作本发明上述任一实施例提供的半透半逆反膜片110。

如图8所示，为本发明实施例提供的一种半透半逆反膜片的制作方法的流程图。本发明实施例提供的方法，可以包括如下步骤：

S210，在透明基板上形成具有微结构的逆反射层和该逆反射层远离透明基板一侧的半透半反层；

S220，在半透半反层上形成平坦层。

在本发明实施例中，逆反射层上的微结构可以包括以下至少一项：棱镜结构和微球结构；并且，在逆反射层上制作的微结构不同，制作的流程和工艺均不同。

在本发明实施例的一种实现方式中，以逆反射层的微结构为棱镜结构且逆反射层由阵列排布的棱镜结构构成为例予以示出，S210的实现方式可以包括：

步骤11，在透明基板上形成柔性透明膜层；

步骤12，通过印压工艺对柔性透明膜层进行印压处理，形成具有棱镜结构的逆反射层；该逆反射层的棱镜结构可以参考图4所示微结构图形；

步骤13，在逆反射层的出光侧形成半透半反层。

在本发明实施例中，用于形成逆反射层的材料为柔软的透明材料，即先形成一层柔性透明膜层，再通过印压工艺对该柔性透明膜层进行印压处理，以在该柔性透明膜层印压出棱镜结构，即形成具有棱镜结构的逆反射层，如图4所示。随后，在逆反射层的棱镜结构上制作极薄的金属薄膜层，即半透半反层，例如可以采用磁控溅射或蒸镀工艺在逆反射层的整面结构上形成金属薄膜层。

在本发明实施例的另一种实现方式中，以逆反射层包括逆反射区域和透射区域，且半透半反层设置于逆反射区域远离透明基板的一侧，并以微结构为棱镜结构为例予以示出，S210的实现方式可以包括：

步骤11，在透明基板上形成柔性透明膜层；

步骤12，通过印压工艺对柔性透明膜层进行印压处理，形成包括逆反射区域和透射区域的逆反射层；该逆反射层的微结构可以参考图5所示微结构图形，即包括阵列排布的逆反射区域和透射区域；

步骤13，在逆反射区域远离透明基板的一侧形成半透半反层。

在本发明实施例中，通过印压工艺形成的棱镜结构中，透射区域为棱镜结构，透射区域为平面结构，且逆反射区域和透射区域重复排列成阵列排布的形式，如图5所示。随后，在逆反射层的逆反射区域(即棱镜结构)远离透明基板的一侧上制作极薄的金属薄膜层，即半透半反层，例如可以采用蒸镀工艺在逆反射区域蒸镀出金属薄膜层。

在本发明实施例的又一种实现方式中，以逆反射层的微结构为微球结构且逆反射层由阵列排布的微球结构构成为例予以示出，S210的实现方式可以包括：

步骤21，采用阵列排布的多个微球形成具有微球结构的逆反射层；

步骤22，在微球结构的一侧形成半透半反层；

步骤23，将具有微球结构的逆反射层制作于透明基板上，并将微球结的一侧的半透半反层设置于微球结构远离基板的一侧。

在本发明实施例中，采用多个微球进行阵列排布形成逆反射层中的微球结构，由于半透半反层形成于逆反射层上，且与逆反射层的微结构贴合，因此，在形成微球结构后，可以在该微球结构的一侧形成半透半反层，该半透半反层同样可以为极薄的金属薄膜层，也可以蒸镀于微球结构的一侧表面，在形成微球结构和该微球结构一侧表面的半透半反层后，统一将微球结构和半透半反层制作于透明基板上。需要说明的是，制作完成的半透半逆反膜片的逆反射层位于接近光线入射方向的一侧，金属薄膜层位于接近光线出射方向的一侧。

基于本发明实施例提供的半透半逆反膜片110，本发明实施例还提供一种空中显示装置。

如图9所示，为本发明实施例提供的一种空中显示装置的结构示意图。本发明实施例提供的空中显示装置100的可以包括：

对盒设置的第一偏振器121件和第二偏振器件122；

第一偏振器件121和第二偏振器件122之间设置有半透半反结构130和如上述任一实施例中的半透半逆反膜片110；

本发明实施例提供的空中显示装置100中接近第一偏振器件121一侧设置有第一1/4波长片141，半透半反结构130和半透半逆反膜片110之间设置有第二1/4波长片142。

其中，第一偏振器件121，用于吸收指定方向的偏振光，并使得与该指定方向垂直方向的偏振光透过该第一偏振器件121；

第二偏振器件122，用于吸收指定方向的偏振光，并使得与该指定方向垂直方向的偏振光透过该第二偏振器件122；本发明实施例中，第一偏振器件121和第二偏振器件122吸收的偏振光的方向可以是平行的或垂直的，根据实际情况进行配置，另外，该第一偏振器件121和第二偏振器件122可以为偏振片，也可以为线性起偏器；

第一1/4波长片141和第二1/4波长片142，用于将穿过其自身的偏振光延迟45度角；即这个两个1/4波长片可以对偏振光进行相位延迟，且偏振光经过两次1/4波长片的相位延迟相当于经过一次1/2波长片的相位延迟；

半透半反结构130，用于对到达该半透半反结构130的偏振光，部分透射过该半透半反结构130，部分进行反射；

半透半逆反膜片110，用于对到达该半透半逆反膜片110的偏振光，部分透射过该半透半逆反膜片110，部分沿入射偏振光的方向原路反射回去。

基于本发明实施例提供空中显示装置100的上述各层结构以及每层结构对光线的作用效果；该空中显示装置100，用于将光源发出且穿过第一偏振器件121入射的偏振光线经过空中显示装置100内部的光路处理后，使得穿过第二偏振器件122的偏振光线在空中显示装置100远离光源的一侧形成空中映像。

本发明实施例提供的空中显示装置100，可以对二维画面和三维画面进行空中成像，例如光源可以是一显示器，也可以是以三维物体，在实际应用时，可以将空中显示装置100放置于显示器出光侧的正前方，或根据要成像的位置放置于三维物体的某一侧。本发明以下实施例先以对二维画面进行空中成像的方式为例予以说明，例如将空中显示装置100中的第一偏振器件121放置于接近该显示器的位置，在开启该显示器时，该空中显示装置100可以将显示器200显示的平面画面进行空中成像，将空中映像成像于第二偏振器件122远离显示器200的一侧。

需要说明的是，本发明实施例不限制半透半反结构130和半透半逆反膜片110的具体位置。在本发明实施例的一种实现方式中，半透半逆反膜片110设置于接近第二偏振器件122的一侧，半透半反结构130设置于接近第二1/4波长片142的一侧，图9以该设置方式为例予以示出。在本发明实施例的另一种实现方式中，半透半逆反膜片110设置于接近第二1/4波长片142的一侧，半透半反结构130设置于接近第二偏振器件122的一侧，如图10所示，为本发明实施例提供的另一种空中显示装置的结构示意图，图10所示空中显示装置100与图9所示空中显示装置100的区别仅在于，对调半透半反结构130与半透半逆反膜片110的位置。另外，图9和图10所示空中显示装置100对入射到该空中显示装置100的光线的作用效果相同。

以下通过一个实施示例说明本发明实施例提供的空中显示装置10进行空中成像的实现方式，如图11所示，为图9所示空中显示装置的一种应用场景的示意图，该应用场景中为二维画面的空中显示，光源为显示器200，该显示器200设置于接近空中显示装置100的第一偏振器件121的一侧，且显示器200的面板与空中显示装置100水平放置。设定第一偏振器件121和第二偏振器件122均为可以通过第一方向的偏振光，吸收第二方向的偏振光，第一方向例如为平行于空中显示装置100面板中某一侧边的方向，记为偏振方向

偏振方向

的偏振光以下称为偏振光

第二方向为平行于空中显示装置100面板且垂直于第一方向的方向，记为偏振方向⊕，偏振方向⊕的偏振光以下称为偏振光⊕，上述第一方向和第二方向都是平行于空中显示装置100面板的，且这两个方向相互垂直。以下详细说明图9所示空中显示装置100进行空中成像过程中，光线入射到空中显示装置100内之后，在该空中显示装置100中的光路。

1)，显示器200发出的光线经过第一偏振器件121后，由于偏振光

通过，偏振光⊕被吸收，因此，光线经过第一偏振器件121后，形成偏振光

2)，偏振光

穿过第一1/4波长片141后到达半透半反结构130；

3)，经过该半透半反结构130后，反射的偏振光再次穿过第一1/4波长片141，此时的偏振光经过两个1/4波长片，变为偏振光⊕，反射的偏振光⊕最终被第一偏振器件121吸收；

透射的偏振光经过第二1/4波长片142后到达半透半逆反膜片110，此时的偏振光经过两个1/4波长片，变为偏振光⊕；

4)，经过半透半逆反膜片110，透射的偏振光⊕被第二偏振器件122吸收，反射的偏振光⊕沿原光路返回，且穿过第二1/4波长片142后到再次达半透半反结构130；

5)，经过半透半反结构130后，透射的偏振光在腔室内损失(需要说明的是，透射的偏振光再次穿过第一1/4波长片141，变为偏振光

偏振光

可以通过第一偏振器件121照射到显示器200的面板上，这会在一定程度上影响空中成像的画质，可以在显示器200的面板上制作一层抗反射层，来降低这种影响)，反射的偏振光再次穿过第二1/4波长片142后到达半透半逆反膜片110，此时的偏振光经过两个1/4波长片，变为偏振光

6)，经过半透半逆反膜片110，透射的偏振光

从第二偏振器件122中出射，在该第二偏振器件122的出光侧形成空中映像200a；反射的偏振光

在半透半反结构130与半透半逆反膜片110之间不断的反射，光强急剧下降，无法出射，无法产生叠加映像。

对于图10所示空中显示装置100中，偏振光在半透半反结构130和半透半逆反膜片110中的透射方式，以及在半透半反结构130与半透半逆反膜片110之间不断的反射方式，与上述描述类似，故在本发明实施例中不再赘述。

需要说明的是，图9和图10所示的空中显示装置100中，第一偏振器件121和第二偏振器件122可以通过的偏振光的偏振方向相同，即，第一偏振器件121和第二偏振器件122的穿过轴为平行设置。另外，不限制图9和图10所示空中显示装置100中，第一偏振器件121和第二偏振器件122仅能通过偏振光

且吸收偏振光⊕；也可以设定为第一偏振器件121和第二偏振器件122均为可以通过偏振光⊕，且吸收偏振光

图12为本发明实施例提供的空中显示装置的一种应用场景的示意图，图13为本发明实施例提供的空中显示装置的另一种应用场景的示意图，图12和图13所示的空中显示装置可以为本发明任一实施例中的空中显示装置100。该应用场景中为三维画面的空中显示，光源为一三维物体300，空中显示装置100设置于该三维物体300的某一侧，且第一偏振器件121设置于接近该三维物体300的位置，如图12所示，空中显示装置100位于三维物体300的南向，图12中通过空中显示装置100形成的空中映像300a位于空中显示装置100远离该三维物体300一侧的空中，如图13所示，三维物体300的东西、西向、南向和北向分别设置于有一个空中显示装置100，则在位于每个空中显示装置100远离三维物体300一侧的空中，分别形成一个空中映像300a(为了附图的清晰显示，图13中并未示意出北向空中显示装置100呈现出的空中映像)。

可以看出，本发明实施例提供的空中显示装置100，采用“偏振器件+波长片+半透半逆反膜片110+半透半反结构130”的结构，实现以光源发出的光线，在空中显示装置100远离光源的一侧重新汇聚成“虚映像”(即空中映像)的成像效果，可以将二维画面(例如显示器所显示的画面)或三维实物景象投影在空气中，使人或物体可以“穿透”显示的场景，类似于科幻电影中的景象，真正意义上的实现空中显示。

需要说明的是，采用本发明实施例提供的空中显示装置100对三维物体300进行空中成像时，通常要求三维物体300处于非常明亮的环境中，从而可以实现以三维物体300作为光源进行空中成像的目的。可以看出，在进行三维物体的空中成像时，可以根据待成像的空中位置放置该空中显示装置100，将本发明实施例提供的空中显示装置100应用与三维物体的空中成像中，具有良好的成像效果，该空中显示装置100的结构简单、易于实现，且体积较小，可以为平板结构。

进一步地，在一些应用场景中(例如博物馆、奢侈品展览)，采用本发实施例提供的空中显示装置100，将三维物体透射到空中形成三维虚像，有利于保护实体物质，具体较高的使用价值。

本发明实施例提供的空中显示装置，包括对盒设置的第一偏振器件和第二偏振器件，该第一偏振器件和第二偏振器件之间设置有半透半反结构和上述任一实施例中的半透半逆反膜片，该空中显示装置中接近第一偏振器件一侧设置有第一1/4波长片，半透半反结构和半透半逆反膜片之间设置有第二1/4波长片，由光源发出且穿过第一偏振器件的偏振光线经过该空中显示装置内部的光路处理后，穿过第二偏振器件的偏振光线在空中显示装置远离光源的一侧形成空中映像。本发明实施例提供的空中显示装置可以有效地对二维画面和三维画面进行空中成像，具有良好的成像效果，该空中显示装置的结构简单、易于实现，且体积较小，可以为平板结构。

可选地，图14为本发明实施例提供的又一种空中显示装置的结构示意图。在图9所示空中显示装置10的结构基础上，本发明实施例提供的空中显示装置10，还包括：

设置于第一偏振器件121和第一1/4波长141片之间的1/2波长片143。

如图15所示，为图14所示空中显示装置的一种应用场景的示意图。同样以对二维画面进行空中成像为例予以示出，光源为显示器200，该显示器200设置于接近空中显示装置100的第一偏振器件121的一侧，且显示器200的面板与空中显示装置100水平放置。设定第一偏振器件121可以通过偏振光

且吸收偏振光⊕，第二偏振器件122可以通过偏振光⊕，且吸收偏振光

以下详细说明图14所示空中显示装置100进行空中成像过程中，光线入射到空中显示装置100内之后，在该空中显示装置100中的光路。

1)，显示器200发出的光线经过第一偏振器件121后，由于偏振光

通过，偏振光⊕被吸收，因此，光线经过第一偏振器件121后，形成偏振光

2)，偏振光

穿过1/2波长片141后，变为偏振光⊕；

3)，偏振光⊕穿过第一1/4波长片141后到达半透半反结构130；

4)，经过该半透半反结构130后，反射的偏振光再次穿过第一1/4波长片141，此时的偏振光经过两个1/4波长片，变为偏振光

反射的偏振光

继续穿过1/2波长片141后，变为偏振光⊕，反射的偏振光⊕最终被第一偏振器件121吸收；

透射的偏振光经过第二1/4波长片142后到达半透半逆反膜片110，此时的偏振光经过两个1/4波长片，变为偏振光

5)，经过半透半逆反膜片110，透射的偏振光

被第二偏振器件122吸收，反射的偏振光

沿原光路返回，且穿过第二1/4波长片142后到再次达半透半反结构130；

6)，经过半透半反结构130后，透射的偏振光在腔室内损失，反射的偏振光再次穿过第二1/4波长片142后到达半透半逆反膜片110，此时的偏振光经过两个1/4波长片，变为偏振光⊕；

7)，经过半透半逆反膜片110，透射的偏振光⊕从第二偏振器件122中出射，在该第二偏振器件122的出光侧形成空中映像；反射的偏振光⊕在半透半反结构130与半透半逆反膜片110之间不断的反射，光强急剧下降，无法出射，无法产生叠加映像。

图14所示空中显示装置100和图15所示应用场景中，第一偏振器件121和第二偏振器件122可以通过的偏振光的偏振方向不同，即，第一偏振器件121和第二偏振器件122的穿过轴为垂直设置。另外，不限制图14和图15所示空中显示装置100中，第一偏振器件121设置为通过偏振光

且吸收偏振光⊕，第二偏振器件122设置为通过偏振光⊕，且吸收偏振光

也可以是：第二偏振器件122设置为通过偏振光

且吸收偏振光⊕，第一偏振器件121设置为通过偏振光⊕，且吸收偏振光

可选地，参考图8和图9所示实施例，图14所示空中显示装置100中，半透半逆反膜片110与半透半反结构130的位置也可以对调，且对调位置后，偏振光在半透半反结构130和半透半逆反膜片110中的透射方式，以及在半透半反结构130与半透半逆反膜片110之间不断的反射方式，与上述描述类似，故在本发明实施例中不再赘述。

可选地，在本发明实施例中，空中显示装置100中的1/2波长片143可以设置有开关，则空中显示装置100，还用于通过控制所述1/2波长片143的开关，开启或关闭该空中显示装置100进行空中成像的能力。如图16所示，为图14所示空中显示装置的另一种应用场景的示意图，图16所示应用场景中，空中显示装置100的1/2波长片143的开关为关闭的。

可选地，在本发明实施例中，半透半反结构130可以包括以下至少一项：半透半反膜片和反射式起偏器。

其中，半透半反膜片可以实现的功能为，透射一部分入射光线，反射一部分入射光线。

反射式起偏器实现的功能如下介绍，根据布儒斯特定律，一束光线通过介质界面时，其反射光的偏振方向大部分垂直于介质表面，其折射光大部分平行于介质表面，并且当入射角大于布鲁斯特角时，反射光为完全线性偏振光，如图17所示，为入射光线在介质表面的反射和折射效果的示意图，图17中示意出了光线的入射角(i)小于和大于布鲁斯特角时，反射光和折射光的情况，图中的原点表示偏振方向垂直于介质表面的偏振光(即偏振光⊕)，图中的短横线表示偏振方向平行于介质表面的偏振光(即偏振光

)。基于上述理论，可以通过多层折射介质堆叠的方式，实现反射一种偏振光、透射另一种偏振光的“反射起偏器”，并且反射的偏振光与透射的偏振光的偏振方向垂直，图18为本发明实施例提供的空中显示装置中一种反射式起偏器的原理示意图，本发明实施例中的反射式起偏器，用于反射偏振光

透射偏振光⊕。需要说明的是，可以通过改变反射式起偏器的微结构，配置为反射偏振光⊕，透射偏振光

将该反射式起偏器作为半透半反结构130，应用于本发明实施例提供的空中显示装置100中，相比于半透半反膜层，可以减少对光能的浪费。

参考图11和图15所示应用场景中的空中显示装置，当半透半反结构130为反射式起偏器时，该反射式起偏器的通过轴与第二偏振器件122相同。由于反射式起偏器的偏振能力(即对透射光和反射光的偏振度)相比偏振器件较差，一般的线性起偏器(碘工艺)，垂直吸收率(入射光与偏光片透过轴垂直时)可以达到99.9％以上，但是反射式起偏器只能达到80％左右。因此，在反射式起偏器的出光侧设置第二偏振器件122的作用，可以吸收掉反射式起偏器没能反射掉的(即垂直于反射式起偏器透过轴)光。

图19为本发明实施例提供的再一种空中显示装置的结构示意图。本发明实施例提供的空中显示装置100的可以包括：

设置于接近光源且位于光线入射方向上的第一偏振器件121；

该第一偏振器件121远离光源的一侧依次设置有：如上述任一实施例中的半透半逆反膜片110，以及反射式起偏器131；

本发明实施例提供的空中显示装置100中接近第一偏振器件121一侧设置有第一1/4波长片141，反射式起偏器131和半透半逆反膜片110之间设置有第二1/4波长片142；

其中，第一偏振器件121，用于吸收指定方向的偏振光，并使得与该指定方向垂直方向的偏振光透过该第一偏振器件121；

反射式起偏器131，用于反射指定方向的偏振光，并使得与该指定方向垂直方向的偏振光透过该反射式起偏器131；本发明实施例中，第一偏振器件121和反射式起偏器131透过的偏振光的方向可以是平行的或垂直的，根据实际情况进行配置，另外，该第一偏振器件121可以为偏振片，也可以为线性起偏器；

第一1/4波长片141和第二1/4波长片142，用于将穿过其自身的偏振光延迟45度角；即这个两个1/4波长片可以对偏振光进行相位延迟，且偏振光经过两次1/4波长片的相位延迟相当于经过一次1/2波长片的相位延迟；

半透半逆反膜片110，用于对到达该半透半逆反膜片110的偏振光，部分透射过该半透半逆反膜片110，部分沿入射偏振光的方向原路反射回去。

基于本发明实施例提供空中显示装置100的上述各层结构以及每层结构对光线的作用效果；该空中显示装置100，用于将光源发出且穿过所述第一偏振器件121入射的偏振光线经过空中显示装置100内部的光路处理后，使得穿过反射式起偏器131的偏振光线在所述空中显示装置100远离光源的一侧形成空中映像。

图19所示空中显示装置100中，该第一偏振器件121和反射式起偏器的穿过轴为平行设置的，例如，第一偏振器件121可以通过偏振光

且吸收偏振光⊕，反射式起偏器131也可以通过偏振光

且反射偏振光⊕。图19所示空中显示装置100的应用场景和光路处理可以参照上述图11所示，故在此不再赘述。

可选地，图20为本发明实施例提供的再一种空中显示装置的结构示意图。在图19所示空中显示装置的结构基础上，本发明实施例提供的空中显示装置10，还包括：

设置于第一偏振器件121和第一1/4波长141片之间的1/2波长片143。

图20所示空中显示装置100中，该第一偏振器件121和反射式起偏器的穿过轴为平行设置的，例如，第一偏振器件121可以通过偏振光

且吸收偏振光⊕，反射式起偏器131也可以通过偏振光⊕，且反射偏振光

图20所示空中显示装置100的应用场景和光路处理可以参照上述图15所示，故在此不再赘述。

可选地，在本发明实施例中，空中显示装置100中的1/2波长片143也可以设置有开关，则空中显示装置100，还用于通过控制所述1/2波长片143的开关，开启或关闭该空中显示装置100进行空中成像的能力。在实际应用中，当1/2波长片143的开关开启时，光源发出的且穿过第一偏振器件121的偏振光在空中显示装置100内部的光路与上述实施例的应用场景相同(参考图15所示)，即开启了空中显示装置100进行空中成像的能力；当1/2波长片143的开关关闭时，光源发出的且穿过第一偏振器件121的偏振光直接出射，不会在空中显示装置100远离光源的一侧形成空中映像，即关闭了空中显示装置100进行空中成像的能力，其应用场景和和光路处理可以参照上述图16所示，故在此不再赘述。

图19和图20所示实施例提供的空中显示装置100，与上述图11到图18所示空中显示装置100的不同之处在于，以反射式起偏器131替代半透半反结构130，且去除光线出射侧的第二偏振器件122，若采用垂直吸收率较高(例如大于99％)的反射式起偏器131，则可以去除空中显示装置100最外层的第二偏振器件122。

需要说明的是，在本发明上述各实施例中，第一1/4波长片141和第二1/4波长片142的最大折射率轴分别与第一线性偏振器件141或第二偏振器件142的透过轴为45度夹角；另外，1/2波长片143的最大折射率轴分别与第一偏振器件141或第二偏振器件142的透过轴为45度夹角。要求上述各种类型波长片的最大折射率轴与偏振器件的透过轴的夹角为45度，可以保证偏振光有效的通过这些波长片。

本发明实施例提供的半透半反膜片110，采用“逆反射层111+半透半反层112+平坦层113”的基本结构，达到“半透、半逆反”的光学效果。另外，本发明实施例提供的空中显示装置100，采用1/4波长片(或者1/4波长片和1/2波长片的组合)、半透半反膜片110、半透半反结构130和偏振器件，构建一种空间成像的平板结构(即空中显示装置100)，从而实现将二维画面或三维实物景象，“复制”到没有介质的空间，实现“空中成像”。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (14)

1.一种半透半逆反膜片，其特征在于，包括：设置在基底整个表面的逆反射层，所述逆反射层具有微结构，以及依次设置于所述逆反射层背离光线入射侧的半透半反层和平坦层；

所述半透半逆反膜片，用于将到达所述逆反射层的一部分入射光线沿入射方向逆向反射回去，将穿过所述半透半反层的光线经过所述平坦层后以所述入射方向射出，所述半透半反层设置于所述逆反射层的整个出光侧，所述平坦层用于消除由所述逆反射层的折射效应对光线方向的改变。

2.根据权利要求1所述的半透半逆反膜片，其特征在于，所述逆反射层的微结构包括棱镜结构或微球结构。

3.一种空中显示装置，其特征在于，包括：

对盒设置的第一偏振器件和第二偏振器件；

所述第一偏振器件和所述第二偏振器件之间设置有半透半反结构和如权利要求1或2所述的半透半逆反膜片；

所述空中显示装置中接近所述第一偏振器件一侧设置有第一1/4波长片，所述半透半反结构和所述半透半逆反膜片之间设置有第二1/4波长片；

其中，所述空中显示装置，用于将光源发出且穿过所述第一偏振器件的偏振光线经过所述空中显示装置内部的光路处理后，使得穿过所述第二偏振器件的偏振光线在所述空中显示装置远离所述光源的一侧形成空中映像。

4.根据权利要求3所述的空中显示装置，其特征在于，

所述第一偏振器件和所述第二偏振器件的穿过轴为平行设置。

5.根据权利要求3所述的空中显示装置，其特征在于，还包括：

设置于所述第一偏振器件和所述第一1/4波长片之间的1/2波长片，且所述第一偏振器件和所述第二偏振器件的穿过轴为垂直设置。

6.根据权利要求5所述的空中显示装置，其特征在于，所述1/2波长片设置有开关；

所述空中显示装置，还用于通过控制所述1/2波长片的开关，开启或关闭所述空中显示装置进行空中成像的能力。

7.根据权利要求3～6中任一项所述的空中显示装置，其特征在于，所述半透半逆反膜片设置于接近所述第二偏振器件的一侧，所述半透半反结构设置于接近所述第二1/4波长片的一侧；或者，

所述半透半逆反膜片设置于接近所述第二1/4波长片的一侧，所述半透半反结构设置于接近所述第二偏振器件的一侧。

8.根据权利要求3～6中任一项所述的空中显示装置，其特征在于，半透半反结构包括以下至少一项：半透半反膜片和反射式起偏器。

9.根据权利要求3～6中任一项所述的空中显示装置，其特征在于，所述第一1/4波长片和所述第二1/4波长片的最大折射率轴分别与所述第一偏振器件或所述第二偏振器件的透过轴为45度夹角。

10.根据权利要求5或6所述的空中显示装置，其特征在于，所述1/2波长片的最大折射率轴与所述第一偏振器件或所述第二偏振器件的透过轴为45度夹角。

11.一种空中显示装置，其特征在于，包括：

设置于接近光源且位于光线入射方向上的第一偏振器件；

所述第一偏振器件远离所述光源的一侧依次设置有：如权利要求1或2所述的半透半逆反膜片，以及反射式起偏器；

所述空中显示装置中接近所述第一偏振器件一侧设置有第一1/4波长片，所述反射式起偏器和所述半透半逆反膜片之间设置有第二1/4波长片；

其中，所述空中显示装置，用于将光源发出且穿过所述第一偏振器件的偏振光线经过所述空中显示装置内部的光路处理后，使得穿过所述反射式起偏器的偏振光线在所述空中显示装置远离所述光源的一侧形成空中映像。

12.根据权利要求11所述的空中显示装置，其特征在于，所述第一偏振器件和所述反射式起偏器的穿过轴为平行设置。

13.根据权利要求11所述的空中显示装置，其特征在于，还包括：

设置于所述第一偏振器件和所述第一1/4波长片之间的1/2波长片，且所述第一偏振器件和所述反射式起偏器的穿过轴为垂直设置。

14.根据权利要求13所述的空中显示装置，其特征在于，

所述空中显示装置，还用于通过控制所述1/2波长片的开关，开启或关闭所述空中显示装置进行空中成像的能力。

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