CN112835205B - 三维显示装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种三维显示装置，属于显示技术领域，三维显示装置包括：背光板用于将光源发出的光线转换为第一准直光束；空间光调制器用于将多视角混合图像信息加载至第一准直光束，得到第二准直光束；位相板用于将第二准直光束变换至多个观察区域；背光板、空间光调制器和位相板上均设置有透明像素区域，透明像素区域均与光源留白区域对应，透明像素区域用于供背光板的背部光线穿过，且穿过透明像素区域后的背部光线的弯折角度小于预设角度阈值；可以解决现有的裸眼3D显示技术难以与现有的透明显示屏幕匹配，从而导致难以实现在透明显示屏幕场景下的裸眼3D显示的问题；可以实现虚实融合的3D显示，实现了在透明显示屏幕场景下的3D显示。

Description

三维显示装置

技术领域

本申请涉及一种三维显示装置，属于显示技术领域。

背景技术

三维(3Dimensions，3D)显示技术是指使画面变得立体逼真，图像不再局限于屏幕的二维平面上的技术。3D显示技术包括眼镜式和裸眼式，眼镜式3D显示技术需要借助额外的辅助设备(比如3D眼镜等)才能观察到立体图像。而裸眼式3D显示技术由于无需辅助设备、观看便捷等因素成为未来3D显示技术的主要发展趋势。

基于视差原理的裸眼3D显示技术包括视障法、微柱透镜法等。在这些技术中，视障屏或者微柱透镜阵列被设置在液晶显示面板表面以实现不同视角的图像在空间角度上的分离。

然而，现有的裸眼3D显示技术难以与现有的透明显示屏幕匹配，从而导致难以实现在透明显示屏幕场景下的裸眼3D显示。

发明内容

本申请提供了一种三维显示装置，可以解决现有的裸眼3D显示技术难以与现有的透明显示屏幕匹配，从而导致难以实现在透明显示屏幕场景下的裸眼3D显示的问题。本申请提供如下技术方案：所述三维显示装置，包括：

背光板，用于将光源发出的光线转换为第一准直光束；

位于所述第一准直光束传输方向上的空间光调制器，用于将多视角混合图像信息加载至所述第一准直光束，得到第二准直光束；

位于所述第二准直光束传输方向上的位相板，用于将所述第二准直光束变换至多个观察区域；

所述背光板、所述空间光调制器和所述位相板上均设置有透明像素区域，所述透明像素区域均与光源留白区域对应，所述透明像素区域用于供所述背光板的背部光线穿过，且穿过所述透明像素区域后的背部光线的弯折角度小于预设角度阈值。

可选地，所述背光板还用于对所述光源的波形进行调整，得到平顶波形的第一准直光束。

可选地，所述背光板包括第一微纳光学膜，所述第一微纳光学膜用于调整入射的光线的波形。

可选地，所述第一微纳光学膜上的微纳结构为衍射光学元件DOE。

可选地，所述背光板还包括第二微纳光学膜，所述第二微纳光学膜用于对入射的光线准直。

可选地，所述第二微纳光学膜上的微纳结构为微透镜阵列、菲涅耳波带片、菲涅耳透镜阵列、或多层复合微透镜阵列、或多层复合菲涅耳透镜阵列、或者为多层微透镜与菲涅耳透镜组合阵列。

可选地，所述第二微纳光学膜与所述第一微纳光学膜为分别独立的光学膜；或者，所述第二微纳光学膜与所述第一微纳光学膜复合在同一光学膜中。

可选地，所述背光板还包括遮光板，所述遮光板用于滤除从所述背光板出射的杂散光。

可选地，所述背光板还包括导光板，所述遮光板设置于所述导光板、所述第一微纳光学膜和所述第二微纳光学膜内部。

可选地，所述光源集成在所述三维显示装置中，且位于所述背光板的背部。

可选地，所述光源为LED面阵点光源。

可选地，所述三维显示装置还包括彩色滤光片，所述彩色滤光片基于所述背光板延所述光线的传输方向放置。

本申请的有益效果在于：通过在背光板、空间光调制器和位相板上均设置透明像素区域，透明像素区域均与光源留白区域对应；使得背光板一部分背部光线可以直接穿过背光板、空间光调制器和位相板，传播方向不被显著弯折；可以解决现有的裸眼3D显示技术难以与现有的透明显示屏幕匹配，从而导致难以实现在透明显示屏幕场景下的裸眼3D显示的问题；可以实现虚实融合的3D显示，实现了在透明显示屏幕场景下的3D显示。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本申请的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本申请一个实施例提供的三维显示装置的结构示意图；

图2是本申请一个实施例提供的三维显示装置中裸眼3D显示的示意图；

图3是本申请一个实施例提供的背光板的结构示意图；

图4-图7是本申请一个实施例提供的位相板的单个像素式纳米结构的示意图；

图8-图10是本申请一个实施例提供的采用图4-图7所示像素式纳米结构构成的位相板亚像素视点(阵列)效果的示意图；

图11是是本申请一个实施例提供的扩大视场角的多视角图像显示结构的示意图；

图12是是本申请另一个实施例提供的扩大视场角的多视角图像显示结构的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本申请的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。

需要说明的是，结合附图所阐述的详细描述旨在作为对各种配置的描述，而不旨在表示其中可以实践本文所描述的概念的唯一配置。本文中所记载的装置实施例和方法实施例将在下面的详细描述中进行描述，并在附图中通过各种框、模块、单元、组件、电路、步骤、过程、算法等等(统称为“要素”)来予以示出。这些要素可以使用电子硬件、计算机软件或者其任意组合来实现。至于这些要素是实现为硬件还是软件，取决于特定应用和施加在整体系统上的设计约束。本申请的说明书和权利要求书以及说明书附图中的术语如果使用“第一”、“第二”等描述，该种描述是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。还应当理解，在此本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本申请。如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

需要说明的是，在没有明示的特别说明的情况下，本申请各实施例中的各项技术特征可视为能够进行相互组合或者结合，只要该种组合或者结合不是因为技术的原因而无法实施。为了较为充分的说明本申请，一些示例性的，可选地，或者优选的特征在本申请各实施例中与其他技术特征结合在一起进行描述，但这种结合不是必须的，而应该理解该示例性的，可选地，或者优选的特征与其他的技术特征都是彼此可分离的或者独立的，只要该种可分离或者独立不是因为技术的原因而无法实施。方法实施例中的技术特征的一些功能性描述可以理解为执行该功能、方法或者步骤，装置实施例中的技术特征的一些功能性描述可以理解为使用该种装置来执行该功能、方法或者步骤。

图1是本申请一个实施例提供的三维显示装置的结构示意图，如图1所示，该三维显示装置至少包括：背光板110、空间光调制器120和位相板130。

背光板110是用来照明被动发光显示装置如液晶显示屏的光源装置。可选地，本申请中，采用指向性背光板。其中，指向性是指将光线偏转到特定方向。

可选地，光源140可以作为三维显示装置的组成单元；当然，光源140也可以作为独立的组件设置在三维显示装置之外。可选地，光源140可以为发光二极管(Light EmittingDiode，LED)面阵列光源。

背光板110用于将光源140发出的光线转换为第一准直光束B1；空间光调制器120位于第一准直光束传输方向上，用于将多视角混合图像信息加载至第一准直光束B1，得到第二准直光束B2；位相板130位于第二准直光束传输方向上，用于将第二准直光束B2变换至多个观察区域，这样，不同用户可以在不同的观察区域观察到不同图像，实现大视场下的裸眼3D显示。

需要补充说明的是，本申请所提及的准直光、平行光或指向性光是指发散角半高宽在30°以内的出射光线。优选地，出射光线的发散角半高宽在10°范围内。

参考图2所示的裸眼3D的显示应用示意图，本申请中，背光板110、和位相板130上均设置有透明像素区域21，各个透明像素区域21均与光源留白区域22对应，该透明像素区域21用于供背光板110的背部光线穿过，且穿过透明像素区域21后的背部光线的弯折角度小于预设角度阈值。由于各个透明像素区域21不含有显著偏折光线传播方向的微纳结构，因此，背部光线穿过各个透明像素区域后光线传播方向不会被显著弯折，可以实现虚实融合的3D显示，实现了虚实融合的3D显示技术，支持在透明显示屏幕场景下的裸眼3D显示。

其中，光源留白区域22是指不存在LED光源的区域。

可选地，本实施例中，背光板110还用于对光源140的波形进行调整，得到平顶波形的第一准直光束。在光源140包括高斯波形的光束时，光源140的光束是不均匀的，通过背光板110的调整，可以将高斯波形的光束调整为平顶波形的光束，而平顶波形的光束是均匀的，因此，可以得到准直的均匀照明光。

参考图3，背光板110包括导光板111和至少一层微纳光学膜112。换句话说，导光板111与至少一层微纳光学膜112堆叠形成背光板110。至少一层微纳光学膜112可以与导光板111堆叠在一起；或者，与导光板111之间保持一定的空气间隙(当光学膜的折射率接近或高于导光板的折射率时)；或者，还可以在导光板111与至少一层微纳光学膜112之间插入低折射率层以避免在导光板111中形成全反射条件。

其中，按照光线的传输方向，背光板110的堆叠顺序依次为：导光板111、至少一层微纳光学膜112。可选地，当三维显示装置还包括光源140时，按照光线的传输方向，背光板110的堆叠顺序依次为：光源140、导光板111、至少一层微纳光学膜112。

导光板111上分布有至少一个第一单元和至少一个透明像素区域。每个第一单元的背部对应光源140中的一个LED像素单元，每个透明像素区域对应未对应LED像素单元的区域。

可选地，第一单元周期性地分布在导光板111上，至少一个透明像素区域稀疏排布在第一单元之间。

可选地，导光板111的材料可以为塑料、玻璃等，导光板111的折射率在1-2.5之间。另外，导光板111可采用一种材料构成；或者，可以由折射率不同的多种材料构成。导光板111可以利用灰度光刻工艺、激光刻蚀工艺等制作，并利用纳米压印工艺实现批量复制。本实施例不对导光板111的材料、折射率及制作方式作限定。

本实施例中，至少一层微纳光学膜112具有至少两种功能：

1、对入射至微纳光学膜的光线准直，使出射光线尽量准直，即发散角尽量小。

2、将高斯光束转换为平顶光束。

基于上述至少两种功能，至少一层微纳光学膜112包括第一微纳光学膜1121和第二微纳光学膜1122。

其中，第一微纳光学膜1121用于调整入射的光线的波形。第一微纳光学膜1121的微纳结构(或称第二单元)可以调整光线的波形，将高斯波形的光束转换为平顶波形的光束。可选地，第一微纳光学膜1121上的微纳结构为衍射光学元件(Diffractive OpticalElements，DOE)。

第二微纳光学膜1122用于对入射的光线准直，使出射光线尽量准直，即发散角尽量小。第二微纳光学膜1122上的微纳结构(或称第二单元)具有光学屈光度，可对光线进行光场变换。出射光线为某个(或某几个)特定角度的平行照明光线，或某个(或某几个)特定角度的汇聚光线。可选地，第二微纳光学膜1122上的微纳结构为微透镜阵列、菲涅耳波带片、菲涅耳透镜阵列、或多层复合微透镜阵列、或多层复合菲涅耳透镜阵列、或者为多层微透镜与菲涅耳透镜组合阵列。当然，第二微纳光学膜1122还可以为具有相同功能的其它类型的光学膜，本实施例在此不再一一列举。

可选地，第二微纳光学膜1122与所述第一微纳光学膜1121为分别独立的光学膜(参考图3)；或者，所述第二微纳光学膜1122与所述第一微纳光学膜1121复合在同一光学膜中，换句话说，在同一微纳光学膜中，既具有第一微纳光学膜1121的功能，又具有第二微纳光学膜1122的功能。

对于每层微纳光学膜，该微纳光学膜112包括至少一个第二单元和至少一个透明像素区域，每个第二单元的位置与对应的第一单元的位置对应，微纳光学膜112中的每个透明像素区域与导光板111中的每个透明像素区域对应。

可选地，微纳光学膜112中的微透镜直径根据光源140中每个LED像素单元的尺寸比例设置。比如：微纳光学膜112中的单个微透镜直径大于或等于光源140中LED像素单元的尺寸。

可选地，微纳光学膜112的材料可以为塑料、玻璃等，微纳光学膜112的折射率在1-2.5之间。另外，微纳光学膜112可采用一种材料构成；或者，可以由折射率不同的多种材料构成。微纳光学膜112可以利用灰度光刻工艺、激光刻蚀工艺等制作，并利用纳米压印工艺实现批量复制。本实施例不对微纳光学膜112的材料、折射率及制作方式作限定。

需要补充说明的是，导光板111中的透明像素区域和微纳光学膜112中的透明像素区域均不包括微纳结构，这样，透过的背部光线不会发生显著偏折。

可选地，背光板110还包括遮光板113。遮光板113用于滤除从背光板110出射的杂散光。

在一个示例中，遮光板113设置于导光板111、微纳光学膜112(包括第一微纳光学膜1121和/或第二微纳光学膜1122)内部。具体地，遮光板113设置于不同的第一单元之间、以及不同的第二单元之间，这样，遮光板113与微纳光学膜112结合形成功能复合的光学器件。

当然，也可以在导光板111与微纳光学膜112之间和/或不同的微纳光学膜112之间设置遮光板113(即不集成在导光板111和微纳光学膜112中)。遮光板113包含与第一单元和第二单元匹配对应的遮光结构，从而可滤除杂散光。遮光板113可以是单层或多层的独立结构，本实施例不对遮光板113的实现方式作限定。

本实施例提供的背光板110中，光源留白区域与导光板111中的透明像素区域、微纳光学膜112中的透明像素区域均对应，背部光线可穿过透明像素区域，并且传输方向不会被背光板110显著弯折，即，穿过背光板110的透明像素区域后的背部光线的弯折角度小于预设角度阈值。

空间光调制器120用于振幅调制，即加载多视角混合的图像信息。可选地，空间光调制器120包括显示面板、驱动电路、控制系统和软件控制等，本实施例不对空间光调制器120的具体结构作限定。根据具体应用领域需要，空间光调制器120可以实现单色或彩色显示。

可选地，空间光调制器120可以是液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)。空间光调制器120包括多个体像素或振幅调制像素，每个体像素包含多个亚像素，并且每个亚像素对应于不同的视角。

本实施例中，空间光调制器120上还包括透明像素区域。空间光调制器120上透明像素区域与背光板110上的透明像素区域对应，且与光源留白区域对应。这样，空间调制器120背部光线可穿过透明像素区域，并光线传播方向的不被显著弯折。即，穿过空间调制器120的透明像素区域后的光线的弯折角度小于预设角度阈值。

位相板130用于位相调制，即将光源140照射出的平行光或点光源发散光进行光场变换，在空间中形成点阵、线阵或面阵的观察区域。参考图2，位相板130上每个阴影部分代表一个体像素，单个体像素由多个亚像素(比如4个)组成。每个亚像素与空间调制器120上单个亚像素匹配。每个亚像素包括多个像素式纳米结构。可选地，像素式纳米结构的实现方式包括但不限于以下几种中的至少一种：一维纳米光栅结构、二维纳米光栅结构、空间复用的纳米光栅结构、纳米光栅阵列结构和二元光学元件等。通过控制纳米光栅结构的取向角和周期，或者按照光波衍射理论通过设计DOE的结构，就可以形成横向和纵向方向上多个可视区域，同时获得了拓宽视区。比如：多个像素单元的纳米光栅结构组成一个亚像素、或者是由多个空间复用的纳米光栅结构组成一个亚像素，或者是由像素式DOE结构组成一个亚像素；每个体像素与空间光调制器120上单个振幅调制的体像素配准，此时，多个水平和纵向排布的可视区域呈现同一视角信息图像。在不增加空间光调制器所需刷新显示信息的条件下，达到了扩大视场角的效果。

图4-图7为位相板的单个像素式纳米结构的示意图。以图4所示的像素排列式纳米结构为例，该像素式纳米结构被划分为9个具有不同周期和/或取向角的光栅区域1a-1i。当来自空间调制器120的一个亚像素的光线到达时，不同的光栅区域将使光线偏转至不同的观察位置，由此实现了同一个视角的光束到多个观察位置的投射，从而扩大了视场范围。

示意性地，光栅区域的周期和取向角可以根据下列光栅方程确定：

tanφ₁＝sinφ/(cosφ-nsinθ (Λ/λ))  (1)

sin²(θ₁)＝(λ/Λ)²+(nsinθ)²-2nsinθcosφ(λ/Λ)  (2)

其中，θ₁和φ₁分别表示衍射光的衍射角(衍射光线与z轴负方向的夹角)和方位角(衍射光线与y轴正方向的夹角)，θ和λ分别表示光源的入射角(入射光线与z轴负方向的夹角)和波长，Λ和φ分别表示纳米衍射光栅的周期和取向角(槽型方向与x轴正方向夹角)，n表示光波在介质中的折射率。

基于上述光栅方程可知，当入射光线波长、入射角、衍射光线衍射角和衍射方位角确定之后，即可算出所需的光栅周期和取向角。

又如，图5所示的像素式纳米结构采用光栅空间复用的形式，其由9个具有不同周期和/或取向角的光栅堆叠而成。当来自空间光调制器120的一个亚像素的光线到达时，不同的光栅同样使光线偏转至不同的观察位置，由此实现了同一个视角的光束到多个观察位置的投射，从而扩大了视场范围。

图6和7所示的像素式纳米结构分别为二台阶衍射光学元件和多台阶衍射光学元件，其同样可使来自一个视角的光线偏转至不同的观察位置。

图8-10为采用图4-图7所示像素式纳米结构构成的位相板亚像素视点(阵列)效果的示意图。入射到单个像素式纳米结构的光线经过波前变换形成多个可视区域，这些可视区域可以是如图8所示的条状、如图9所示的环状或如图10所示的十字状。显然，这扩大了横向和/或纵向的可视范围，使观察者上下左右移动时均可观察到同一视角的信息图像。

本实施例中，位相板130上还包括透明像素区域，位相板130上透明像素区域与空间调制器120和背光板110上的透明像素区域对应，且与光源留白区域对应。这样，位相板130背部光线可穿过透明像素区域，并光线传播方向的不被显著弯折。即，穿过位相板130的透明像素区域后的光线的弯折角度小于预设角度阈值。

图11示出了一种扩大视场角的多视角图像显示结构的示意图。图11中以4个视角的显示装置为例进行说明。在图11中，位相板130上的每个阴影部分表示一个体像素并且包含4个亚像素，每个亚像素由多个例如具有图4-7所示形式的像素式纳米结构构成。通过控制纳米光栅结构中光栅的取向角和/或周期或者按照光波衍射理论来设计DOE的结构，可以如图11所示的在横向和纵向上形成多个可视区域。位相板130上的每个阴影部分与空间光调制器120的体像素匹配对准，由此可在多个水平和纵向排布的可视区域内呈现同一视角的多个信息图像，从而在不增加空间光调制器所需刷新显示信息的情况下，达到扩大视场角的效果。位相板130上透明像素区域11与空间调制器120和背光板110上的透明像素区域12和13对应，且与光源留白区域14对应。这样，位相板130背部光线可穿过透明像素区域，并光线传播方向的不被显著弯折。

图12示出了另一种扩大视场角的多视角图像显示结构的示意图。图12也以4个视角的显示装置为例进行说明。在图12中，位相板130上的每个阴影部分为一个体像素，该体像素对应于空间光调制器120的一个体像素，且该体像素包括4个亚像素，每个亚像素由多个例如具有图4-7所示形式的像素式纳米结构构成。通过控制纳米光栅结构中光栅的取向角和/或周期或者按照光波衍射理论来设计DOE的结构，可沿横向形成多个按一定间隔分布的可视(条状)区域。位相板130上的每个阴影部分表示一个体像素并且与空间光调制器120的体像素匹配对准，由此可在按一定间隔排布的可视(条状)区域内呈现同一视角的多个信息图像。同时，不同视角的信息图像所对应的不同亚像素的纳米光栅或者DOE结构在水平方向上依次分布，共同形成循环分布的可视点(线)阵区域1、2、3和4，从而在不增加空间光调制器所需刷新显示信息的情况下，达到扩大视场角的效果。位相板130上透明像素区域11与空间调制器120和背光板110上的透明像素区域12和13对应，且与光源留白区域14对应。这样，位相板130背部光线可穿过透明像素区域，并光线传播方向的不被显著弯折。

另外，衍射光学元件或二元光学元件的衍射效率η可由下式确定：

其中，N为二元光学元件的台阶数量，m为衍射级次。

在普通的衍射光栅中，零级衍射光占据了绝大部分能量，而有用的+1或-1级衍射光所占能量比例有限，这极大影响了显示的质量和效果。在本实施例中，通过调整位相板上的DOE结构的深度，可使衍射光在m＝0的衍射级次处的衍射效率最小(例如等于0)，也就是说零级衍射光被完全消除，从而使能量主要集中在+1或-1级衍射光上，极大地提高了光能利用率。

在实际应用中，位相板130位于空间光调制器120的前方或者后方，或者在空间光调制器120的其中一面上直接制备位相板130结构，从而得到一体化的显示装置，本实施例不对位相板130和空间光调制器120的安装方式作限定。

可选地，空间光调制器120可以采用液晶显示单元，用以提供多视角图像，液晶显示单元的单个振幅调制像素与位相板130上亚像素对应匹配对准，液晶显示单元加载多视角图像信息后，光源通过位相板130衍射后将每一幅视角图像在视区空间上产生多个会聚光场，同一视角图像形成一组点阵、线阵、环形、条形或者十字分布的会聚光场，各会聚光场互相不重叠，即使传播一段距离后，各视角图像也互不串扰。

可选地，上面描述的实施例同样可应用于彩色显示应用。为此，可以采用三色(或白色)LED面阵列光源，并且在大视角三维显示装置中设置彩色滤光片。彩色滤光片可与位相板和空间光调制器堆叠放置并且堆叠顺序可变。例如彩色滤光片可以设置在背光板与空间光调制器之间，空间光调制器与位相板之间，或者位相板之后。从背光板射出的光束由空间光调制器提供多视角裸眼3D或2D显示的图像信息，随后由彩色滤光片加载波长信息，最后由位相板实现位相调制，从而在位相板的前方可视区域内形成多个汇聚光场，实现宽视角多视图图像显示功能。

综上所述，本实施例提供的三维显示装置，通过在背光板、空间光调制器和位相板上均设置透明像素区域，透明像素区域均与光源留白区域对应；使得背光板一部分背部光线可以直接穿过背光板、空间光调制器和位相板，传播方向不被显著弯折；可以解决现有的裸眼3D显示技术难以与现有的透明显示屏幕匹配，从而导致难以实现在透明显示屏幕场景下的裸眼3D显示的问题；可以实现虚实融合的3D显示，实现了在透明显示屏幕场景下的3D显示。

另外，通过将光源分散在背光板上，而非聚于一侧，利于散热，可以延长三维显示装置的使用寿命。

另外，本申请提供的三维显示装置可提供较大的视场角从而在平面的任意方向上都能无视觉疲劳地观看到清晰的裸眼3D或2D图像。

另外，由于衍射光学元件可以消除0级衍射，使能量集中在需要的衍射级次上，因此明显提高了衍射效率。

另外，背光板(包含LED光源、导光板和微纳光学膜)和菲涅尔透镜均可利用现有的纳米压印技术工业化生产，制作工艺成熟，产品一致性容易保证并且有利于降低成本。此外，背光板的各个单元均可模块化设计，每个模块实现相对独立的光学特性(例如照明均匀性、出射光发散角等)，这使得各参数解耦，简化了设计过程并且使光学参数的调整更为容易。

另外，本申请的大视角三维显示装置由多个薄膜光器件堆叠组成，与现有的液晶屏幕构架兼容性好，应用领域广阔。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种三维显示装置，其特征在于，所述三维显示装置，包括：

背光板，用于将光源发出的光线转换为第一准直光束；所述光源为LED面阵点光源，所述背光板包括导光板，所述导光板上分布有至少一个第一单元；每个第一单元的背部对应所述LED面阵点光源中的一个LED像素单元；

位于所述第一准直光束传输方向上的空间光调制器，用于将多视角混合图像信息加载至所述第一准直光束，得到第二准直光束；

位于所述第二准直光束传输方向上的位相板，用于将所述第二准直光束变换至多个观察区域；

所述背光板、所述空间光调制器和所述位相板上均设置有透明像素区域，所述透明像素区域不含有显著偏折光线传播方向的微纳结构，所述透明像素区域均与光源留白区域对应，所述光源留白区域是指不存在LED光源的区域，所述透明像素区域用于供所述背光板的背部光线穿过，且穿过所述透明像素区域后的背部光线的弯折角度小于预设角度阈值；其中，所述背光板上的透明像素区域为所述背光板上未对应所述LED光源的像素区域、所述空间光调制器上的透明像素区域为所述空间光调制器上未对应所述LED光源的像素区域、所述位相板上的透明像素区域为所述位相板上未对应所述LED光源的像素区域。

2.根据权利要求1所述的三维显示装置，其特征在于，所述背光板还用于对所述光源的波形进行调整，得到平顶波形的第一准直光束。

3.根据权利要求2所述的三维显示装置，其特征在于，所述背光板包括第一微纳光学膜，所述第一微纳光学膜用于调整入射的光线的波形。

4.根据权利要求3所述的三维显示装置，其特征在于，所述第一微纳光学膜上的微纳结构为衍射光学元件DOE。

5.根据权利要求3所述的三维显示装置，其特征在于，所述背光板还包括第二微纳光学膜，所述第二微纳光学膜用于对入射的光线准直。

6.根据权利要求5所述的三维显示装置，其特征在于，所述第二微纳光学膜上的微纳结构为微透镜阵列、菲涅耳波带片、菲涅耳透镜阵列、或多层复合微透镜阵列、或多层复合菲涅耳透镜阵列、或者为多层微透镜与菲涅耳透镜组合阵列。

7.根据权利要求5所述的三维显示装置，其特征在于，所述第二微纳光学膜与所述第一微纳光学膜为分别独立的光学膜；或者，所述第二微纳光学膜与所述第一微纳光学膜复合在同一光学膜中。

8.根据权利要求5所述的三维显示装置，其特征在于，所述背光板还包括遮光板，所述遮光板用于滤除从所述背光板出射的杂散光。

9.根据权利要求8所述的三维显示装置，其特征在于，所述背光板还包括导光板，所述遮光板设置于所述导光板、所述第一微纳光学膜和所述第二微纳光学膜内部。

10.根据权利要求1至9任一所述的三维显示装置，其特征在于，所述光源集成在所述三维显示装置中，且位于所述背光板的背部。

11.根据权利要求1至9任一所述的三维显示装置，其特征在于，所述三维显示装置还包括彩色滤光片，所述彩色滤光片基于所述背光板延所述光线的传输方向放置。

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