CN109765695A - 一种显示系统和显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种显示系统和显示装置。该显示系统包括显示屏和透镜阵列，透镜阵列设置于显示屏的显示侧，用于将显示屏显示的二维图像转换为三维图像，还包括光线调制结构，光线调制结构固定设置于显示屏和透镜阵列之间，用于将显示屏发出的显示光线入射至透镜阵列所经过的光程的长度调制为至少两种。该显示系统相比于现有的通过动态调节透镜阵列中子透镜的位置增大立体显示景深的技术，不会降低三维图像的分辨率，且能避免子透镜位置变动产生的噪声影响图像显示；相比于现有的通过设置透镜阵列中的子透镜为不同焦距和口径，以增大立体显示景深的技术，无需对透镜阵列中的子透镜进行不同设计，降低了整个显示系统的加工难度和成本。

Description

一种显示系统和显示装置

技术领域

本发明涉及显示技术领域，具体地，涉及一种显示系统和显示装置。

背景技术

目前，集成成像显示系统通常在显示二维图像显示屏的显示侧设置透镜阵列，来实现显示屏的三维图像显示。即透镜阵列能使显示屏显示的图像呈现三维立体效果。

集成成像显示系统的物距和透镜焦距决定了显示图像像距的大小，显示系统显示图像的像距指三维图像到透镜光心之间的距离，像距表征了三维立体成像的中心深度平面的位置。三维立体成像的中心深度平面都有其相应的景深范围，通过改变物距，即改变显示屏与透镜阵列之间的距离，可以改变成像中心深度平面的位置，并产生多个成像中心深度平面，从而增大整个显示系统的立体显示景深。

现有技术一：如图1所示，将子透镜21交替排布在显示屏1前面不同距离处，这样会产生两个成像中心深度平面4，因而可以增加相应的景深范围D[D＝D1+D2-(D1和D2的重叠部分)]。但由于此时仅有一半的子透镜21参与成像过程，因此图像的分辨率会降低，需要快速在两个子透镜阵列之间切换来获得完整的像。

现有技术二：如图2所示，子透镜阵列中有多个焦距和口径均不同的子透镜21，这样可以对应的产生多个成像中心深度平面4，因此可以增加其景深范围D[D＝D1+D2+D3-(D1、D2和D3两两相互之间的重叠部分)]。但是由于不同口径和焦距的子透镜21排布加工难度大，成本高。

现有技术三：快速移动透镜阵列来产生多个成像中心深度平面，但是透镜阵列的快速移动会产生较大的噪声影响显示图像的画质。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述技术问题，提供一种显示系统和显示装置。该显示系统相比于现有的通过动态调节透镜阵列中子透镜的位置增大立体显示景深的技术，不会降低三维图像的分辨率，且无需使透镜阵列中的子透镜进行位置变动，从而避免位置变动产生的噪声影响图像显示；相比于现有的通过设置透镜阵列中的子透镜为不同焦距和口径，以增大立体显示景深的技术，该显示系统无需对透镜阵列中的子透镜进行不同设计，从而降低了整个显示系统的加工难度和成本。

本发明提供一种显示系统，包括显示屏和透镜阵列，所述透镜阵列设置于所述显示屏的显示侧，用于将所述显示屏显示的二维图像转换为三维图像，所述显示系统还包括光线调制结构，所述光线调制结构固定设置于所述显示屏和所述透镜阵列之间，用于将所述显示屏发出的显示光线入射至所述透镜阵列所经过的光程的长度调制为至少两种。

优选地，所述光线调制结构包括半透半反膜、1/4波片和光栅，所述半透半反膜、所述1/4波片和所述光栅依次远离所述显示屏设置。

优选地，所述半透半反膜包括多个第一子膜和多个第二子膜，所述第一子膜和所述第二子膜大小形状均相同；

沿所述显示屏子像素排布的行方向和/或列方向，所述第一子膜和所述第二子膜相互交替排布；

所述第一子膜在所述显示屏上的正投影与多个子像素重合；

所述第二子膜在所述显示屏上的正投影与多个子像素重合；

所述第一子膜和所述第二子膜在所述显示屏上的正投影相互对接。

优选地，各个所述第一子膜与所述显示屏之间的间距相等，各个所述第二子膜与所述显示屏之间的间距相等；

所述第一子膜与所述显示屏之间的间距和所述第二子膜与所述显示屏之间的间距不等。

优选地，所述显示屏发出的显示光线为线偏振光，所述1/4波片的快轴方向与所述线偏振光的偏振方向之间的夹角为45°或135°。

优选地，所述光栅的周期小于所述显示屏发出的显示光线的波长。

优选地，所述光栅的周期范围为30nm～150nm。

优选地，所述光线调制结构包括APF偏光片、1/4波片和光栅，所述APF偏光片、所述1/4波片和所述光栅依次远离所述显示屏设置；

所述APF偏光片复用作所述显示屏的出光侧偏振片。

优选地，所述光线调制结构包括DBEF偏光片、1/4波片和光栅，所述DBEF偏光片、所述1/4波片和所述光栅依次远离所述显示屏设置；

所述DBEF偏光片复用作所述显示屏的出光侧偏振片。

本发明还提供一种显示装置，包括上述显示系统。

本发明的有益效果：本发明所提供的显示系统，通过将光线调制结构固定设置于显示屏和透镜阵列之间，能够通过对显示光线光程的调节实现对三维图像像距的调节，从而实现显示系统立体显示时景深的增大，相比于现有的通过动态调节透镜阵列中子透镜的位置增大立体显示景深的技术，不会降低三维图像的分辨率，且无需使透镜阵列中的子透镜进行位置变动，从而避免位置变动产生的噪声影响图像显示；另外，相比于现有的通过设置透镜阵列中的子透镜为不同焦距和口径，以增大立体显示景深的技术，本实施例中通过固定设置光线调制结构，无需对透镜阵列中的子透镜进行不同设计，从而降低了整个显示系统的加工难度和成本。

本发明所提供的显示装置，通过采用上述显示系统，不仅能够实现该显示装置立体显示时景深的增大，提升其立体显示效果，而且不会降低立体显示图像的分辨率和图像画质，也不会增加显示装置的加工难度和成本。

附图说明

图1为现有技术中一种能增大立体显示景深的显示系统的结构剖视示意图；

图2为现有技术中另一种能增大立体显示景深的显示系统结构剖视示意图；

图3为本发明实施例1中显示系统的结构剖视示意图；

图4为本发明实施例1中显示系统进行显示光线调制的光路示意图；

图5为光栅的结构俯视示意图；

图6为本发明实施例2中显示系统及其进行显示光线调制的示意图；

图7为本发明实施例3中显示系统的结构剖视示意图。

其中的附图标记说明：

1.显示屏；2.透镜阵列；21.子透镜；3.光线调制结构；31.半透半反膜；311.第一子膜；312.第二子膜；32.1/4波片；33.光栅；34.APF偏光片；4.成像中心深度平面。

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本发明所提供的一种显示系统和显示装置作进一步详细描述。

为了解决现有增大显示系统的立体显示景深的技术方案所存在的显示图像分辨率低、实现难度大、成本高以及影响显示图像画质的技术问题，本发明实施例1提供一种显示系统，如图3和图4所示，包括显示屏1和透镜阵列2，透镜阵列2设置于显示屏1的显示侧，用于将显示屏1显示的二维图像转换为三维图像，显示系统还包括光线调制结构3，光线调制结构3固定设置于显示屏1和透镜阵列2之间，用于将显示屏1发出的显示光线入射至透镜阵列2所经过的光程的长度调制为至少两种。

其中，显示屏1显示的二维图像为成像系统中的物，经透镜阵列2后转换成的三维图像为成像系统中的像；二维图像到透镜阵列2所经过的光程为成像系统中的物距，三维图像到透镜阵列2的距离为成像系统中的像距。像距表征了三维图像的中心深度平面的位置，三维图像的中心深度平面有其相应的景深范围D[D＝D1+D2-(D1和D2的重叠部分)]。本实施例中，显示屏1发出的显示光线入射至透镜阵列2所经过的光程的长度被光线调制结构3调制为至少两种，即显示屏1显示的二维图像至少有两种物距，由于对于同一透镜阵列2，物距不同，像距也会不同，所以二维图像经透镜阵列2转换后的三维图像至少有两种像距，也即三维图像至少有两个中心深度平面，由于三维图像的每个中心深度平面都有其相应的景深范围D[D＝D1+D2-(D1和D2的重叠部分)]，且各个中心深度平面的景深范围相互之间至少有部分不会重合，所以由至少两个中心深度平面的景深范围之和构成的三维图像的总体景深范围比三维图像只有一个中心深度平面时的景深范围大，从而增大了整个显示系统的三维显示景深，使三维显示图像更加逼真，立体效果更佳。

本实施例中，通过将光线调制结构3固定设置于显示屏1和透镜阵列2之间，能够通过对显示光线光程的调节实现对三维图像像距的调节，从而实现显示系统立体显示时景深的增大，相比于现有的通过动态调节透镜阵列中子透镜的位置增大立体显示景深的技术，不会降低三维图像的分辨率，且无需使透镜阵列2中的子透镜进行位置变动，从而避免位置变动产生的噪声影响图像显示；另外，相比于现有的通过设置透镜阵列中的子透镜为不同焦距和口径，以增大立体显示景深的技术，本实施例中通过固定设置光线调制结构3，无需对透镜阵列2中的子透镜进行不同设计，从而降低了整个显示系统的加工难度和成本。

本实施例中，光线调制结构3包括半透半反膜31、1/4波片32和光栅33，半透半反膜31、1/4波片32和光栅33依次远离显示屏1设置。

其中，透镜阵列2包括多个子透镜21，多个子透镜21在同一平面上排布呈阵列，且相邻的子透镜21相互对接。本实施例中，子透镜21为凸透镜，凸透镜的口径范围为30～200μm；凸透镜的焦距范围为2～10mm。该口径范围和焦距范围内的凸透镜，通过调节与显示屏1和光线调制结构3之间的间距，均能实现将显示屏1显示的二维图像转换为三维图像的功能。该部分为比较成熟的技术，这里不再赘述。当然，子透镜21也可以是其他的能将二维图像转换为三维图像的透镜。

本实施例中，优选的，显示屏1发出的显示光线为线偏振光，1/4波片32的快轴方向与线偏振光的偏振方向之间的夹角为45°或135°。如此设置，能够实现将显示屏1发出的显示光线入射至透镜阵列2所经过的光程的长度调制为至少两种。

优选的，如图5所示，光栅33的周期Λ小于显示屏1发出的显示光线的波长。即光栅33为亚波长光栅。如此有利于实现将显示屏1发出的显示光线入射至透镜阵列2所经过的光程的长度调制为至少两种。

进一步优选的，本实施例中，光栅33的周期Λ范围为30nm～150nm。如此有利于实现将显示屏1发出的显示光线入射至透镜阵列2所经过的光程的长度调制为至少两种。

本实施例中，光线调制结构3对显示屏1发出的显示光线进行调制的具体过程为：

从显示屏1发出的显示光线为线偏振光，线偏振光经过半透半反膜31后，偏光状态保持不变，该线偏振光束1′经过1/4波片32，由于1/4波片32的快轴方向跟线偏振光的偏振方向成45度角，所以该线偏振光经过1/4波片32后变为圆偏振光，圆偏振光入射到亚波长光栅33上；此时的光束1′会分为两部分，一部分会透过光栅33成为线偏振光光束4′，另一部分会以线偏振光的形式反射回1/4波片32，透过和反射的线偏振光的偏振方向互相垂直，反射回的线偏振光光束2′再次经过1/4波片32后变为圆偏振光(如：左旋圆偏光)，该圆偏振光经半透半反膜31反射后变为右旋圆偏振光(即光束3′)，该右旋圆偏振光经过1/4波片32后，变为可以透过光栅33的线偏振光，即光束5′。

光束5′和光束4′的光程(即光学路径)长短不同，在经过后面的透镜阵列2成像时，光束4′相当于物距较小的情形，而光束5′相当于物距较大的情形，它们经过透镜阵列2成像(三维图像)后，具有不同的成像中心深度平面4(即光束4′和光束5′所成的三维图像具有不同的的中心深度平面)，即本实施例中显示屏1发出的显示光线经过光线调制结构3的调制，形成了两种光程长度的光线，相比于光束4′和光束5′光程长度相同时所成的三维图像具有同一中心深度平面的情况，增大了立体成像的相应景深。

需要说明的是，1/4波片32、半透半反膜31和光栅33相互之间的距离可以根据景深的需求进行任意调节。在实际应用中，可以根据1/4波片32、半透半反膜31和光栅33的实际光学性能调节实现三维图像不同的景深，具体不再赘述。但1/4波片32、半透半反膜31和光栅33在位置调整好之后即可固定下来，在实现某一景深的三维图像显示的过程中，光线调制结构3中的1/4波片32、半透半反膜31和光栅33无需做任何位置变动。因此，相比于现有的通过动态调节透镜阵列中子透镜的位置增大立体显示景深的技术，不会降低三维图像的分辨率，且无需使透镜阵列2中的子透镜进行位置变动，从而避免位置变动产生的噪声影响图像显示；另外，相比于现有的通过设置透镜阵列中的子透镜为不同焦距和口径，以增大立体显示景深的技术，本实施例中通过固定设置光线调制结构3，无需对透镜阵列2中的子透镜进行不同设计，从而降低了整个显示系统的加工难度和成本。

本发明实施例2还提供一种显示系统，与实施例1不同的是，如图6所示，半透半反膜31包括多个第一子膜311和多个第二子膜312，第一子膜311和第二子膜312大小形状均相同；沿显示屏1子像素排布的行方向和/或列方向，第一子膜311和第二子膜312相互交替排布；第一子膜311在显示屏1上的正投影与多个子像素重合；第二子膜312在显示屏1上的正投影与多个子像素重合；第一子膜311和第二子膜312在显示屏1上的正投影相互对接。

本实施例中，各个第一子膜311与显示屏1之间的间距相等，各个第二子膜312与显示屏1之间的间距相等；第一子膜311与显示屏1之间的间距和第二子膜312与显示屏1之间的间距不等。

本实施例中，显示系统中的其他结构与实施例1中相同，此处不再赘述。

本实施例中，光线调制结构3对显示屏1发出的显示光线进行调制的具体过程为：

对于半透半反膜31中的第一子膜311，从显示屏1发出的显示光线为线偏振光，线偏振光经过第一子膜311后，偏光状态保持不变，该线偏振光束1′经过1/4波片32，由于1/4波片32的快轴方向跟线偏振光的偏振方向成45度角，所以该线偏振光经过1/4波片32后变为圆偏振光，圆偏振光入射到亚波长光栅33上；此时的光束1′会分为两部分，一部分会透过光栅33成为线偏振光光束4′，另一部分会以线偏振光的形式反射回1/4波片32，透过和反射的线偏振光的偏振方向互相垂直，反射回的线偏振光光束2′再次经过1/4波片32后变为圆偏振光(如：左旋圆偏光)，该圆偏振光经第一子膜311反射后变为右旋圆偏振光(即光束3′)，该右旋圆偏振光经过1/4波片32后，变为可以透过光栅33的线偏振光，即光束5′。

光束5′和光束4′的光程(即光学路径)长短不同，在经过后面的透镜阵列2成像时，光束4′相当于物距较小的情形，而光束5′相当于物距较大的情形，它们经过透镜阵列2成像(三维图像)后，具有不同的成像中心深度平面(即光束4′和光束5′所成的三维图像具有不同的的中心深度平面)，即本实施例中显示屏1发出的显示光线经过第一子膜311的调制，形成了两种光程长度的光线。

对于半透半反膜31中的第二子膜312，从显示屏1发出的显示光线为线偏振光，线偏振光经过第二子膜312后，偏光状态保持不变，该线偏振光束1″经过1/4波片32，由于1/4波片32的快轴方向跟线偏振光的偏振方向成45度角，所以该线偏振光经过1/4波片32后变为圆偏振光，圆偏振光入射到亚波长光栅33上；此时的光束1″会分为两部分，一部分会透过光栅33成为线偏振光光束4″，另一部分会以线偏振光的形式反射回1/4波片32，透过和反射的线偏振光的偏振方向互相垂直，反射回的线偏振光光束2″再次经过1/4波片32后变为圆偏振光(如：左旋圆偏光)，该圆偏振光经第二子膜312反射后变为右旋圆偏振光(即光束3″)，该右旋圆偏振光经过1/4波片32后，变为可以透过光栅33的线偏振光，即光束5″。

光束5″和光束4″的光程(即光学路径)长短不同，在经过后面的透镜阵列2成像时，光束4″相当于物距较小的情形，而光束5″相当于物距较大的情形，它们经过透镜阵列2成像(三维图像)后，具有不同的成像中心深度平面(即光束4″和光束5″所成的三维图像具有不同的的中心深度平面)，即本实施例中显示屏1发出的显示光线经过第二子膜312的调制，形成了两种光程长度的光线。

本实施例中，光束5′、光束4′、光束5″和光束4″的光程(即光学路径)长短均不同，即显示屏1发出的显示光线经过半透半反膜31的调制，形成了四种光程长度的光线。相比于光束5′、光束4′、光束5″和光束4″光程长度相同时所成的三维图像具有同一中心深度平面的情况，增大了立体成像的相应景深。

需要说明的是，为了进一步增大立体成像的相应景深，可以设置更多种(如四种以上)的光程长度，可以通过将半透半反膜31分割为更多的与显示屏1之间的间距不同的子膜来实现，这里不再赘述。

本发明实施例3还提供一种显示系统，与实施例1-2不同的是，如图7所示，光线调制结构3包括APF偏光片34、1/4波片32和光栅33，APF偏光片34、1/4波片32和光栅33依次远离显示屏1设置；APF偏光片34复用作显示屏1的出光侧偏振片。

其中，APF偏光片34是一种多层膜反射式偏光片，APF偏光片34代替实施例1或2中的显示屏1出光侧偏振片与半透半反膜的组合，能够实现光线调制结构3将所述显示屏1发出的显示光线入射至透镜阵列2所经过的光程的长度调制为至少两种的功能。

APF偏光片34的设置，相比于实施例1和2中显示屏1出光侧偏振片与半透半反膜相结合的方案，能够在一定程度上减小显示系统的厚度。

需要说明的是，本实施例中，APF偏光片34也可以用DBEF偏光片替代，DBEF偏光片也是一种反射式偏光片，DBEF偏光片代替实施例1或2中的显示屏1出光侧偏振片与半透半反膜的组合，同样能够实现光线调制结构3将所述显示屏1发出的显示光线入射至透镜阵列2所经过的光程的长度调制为至少两种的功能。

另外，DBEF偏光片的设置，相比于实施例1和2中显示屏1出光侧偏振片与半透半反膜相结合的方案，也能够在一定程度上减小显示系统的厚度。

本实施例中显示系统的其他结构与实施例1或2中相同，此处不再赘述。

实施例1-3的有益效果：实施例1-3所提供的显示系统，通过将光线调制结构固定设置于显示屏和透镜阵列之间，能够通过对显示光线光程的调节实现对三维图像像距的调节，从而实现显示系统立体显示时景深的增大，相比于现有的通过动态调节透镜阵列中子透镜的位置增大立体显示景深的技术，不会降低三维图像的分辨率，且无需使透镜阵列中的子透镜进行位置变动，从而避免位置变动产生的噪声影响图像显示；另外，相比于现有的通过设置透镜阵列中的子透镜为不同焦距和口径，以增大立体显示景深的技术，本实施例中通过固定设置光线调制结构，无需对透镜阵列中的子透镜进行不同设计，从而降低了整个显示系统的加工难度和成本。

本发明实施例4提供一种显示装置，包括实施例1-3任一中的显示系统。

通过采用实施例1-3任一中的显示系统，不仅能够实现该显示装置立体显示时景深的增大，提升其立体显示效果，而且不会降低立体显示图像的分辨率和图像画质，也不会增加显示装置的加工难度和成本。

本发明所提供的显示装置可以为LCD面板、LCD电视、OLED面板、OLED电视、显示器、手机、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件，也可以为上述具有显示功能的产品或部件的半成品件。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种显示系统，包括显示屏和透镜阵列，所述透镜阵列设置于所述显示屏的显示侧，用于将所述显示屏显示的二维图像转换为三维图像，其特征在于，所述显示系统还包括光线调制结构，所述光线调制结构固定设置于所述显示屏和所述透镜阵列之间，用于将所述显示屏发出的显示光线入射至所述透镜阵列所经过的光程的长度调制为至少两种。

2.根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于，所述光线调制结构包括半透半反膜、1/4波片和光栅，所述半透半反膜、所述1/4波片和所述光栅依次远离所述显示屏设置。

3.根据权利要求2所述的显示系统，其特征在于，所述半透半反膜包括多个第一子膜和多个第二子膜，所述第一子膜和所述第二子膜大小形状均相同；

沿所述显示屏子像素排布的行方向和/或列方向，所述第一子膜和所述第二子膜相互交替排布；

所述第一子膜在所述显示屏上的正投影与多个子像素重合；

所述第二子膜在所述显示屏上的正投影与多个子像素重合；

所述第一子膜和所述第二子膜在所述显示屏上的正投影相互对接。

4.根据权利要求3所述的显示系统，其特征在于，各个所述第一子膜与所述显示屏之间的间距相等，各个所述第二子膜与所述显示屏之间的间距相等；

所述第一子膜与所述显示屏之间的间距和所述第二子膜与所述显示屏之间的间距不等。

5.根据权利要求2-4任意一项所述的显示系统，其特征在于，所述显示屏发出的显示光线为线偏振光，所述1/4波片的快轴方向与所述线偏振光的偏振方向之间的夹角为45°或135°。

6.根据权利要求5所述的显示系统，其特征在于，所述光栅的周期小于所述显示屏发出的显示光线的波长。

7.根据权利要求6所述的显示系统，其特征在于，所述光栅的周期范围为30nm～150nm。

8.根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于，所述光线调制结构包括APF偏光片、1/4波片和光栅，所述APF偏光片、所述1/4波片和所述光栅依次远离所述显示屏设置；

所述APF偏光片复用作所述显示屏的出光侧偏振片。

9.根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于，所述光线调制结构包括DBEF偏光片、1/4波片和光栅，所述DBEF偏光片、所述1/4波片和所述光栅依次远离所述显示屏设置；

所述DBEF偏光片复用作所述显示屏的出光侧偏振片。

10.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求1-9任意一项所述的显示系统。