CN113253479B - 指向性背光源形成方法、指向性背光模组及立体显示装置 - Google Patents

Abstract

本公开实施例公开了一种指向性背光源的形成方法、指向性背光模组及立体显示装置，所述方法包括：提供一激光光源模块，所述激光光源模块发出蓝光激光光源；提供一光束扫描机构，所述蓝光激光光源经由所述光束扫描机构调制形成蓝光点阵光源；沿所述蓝光点阵光源传播路径方向上布置一至少包括第一光学膜和第二光学膜的光学膜组，所述蓝光点阵光源投射至所述第一光学膜后激发生成白光点阵光源；所述白光点阵光源经由所述第二光学膜调整成均匀发光的线光源；提供一第一透镜阵列，通过所述第一透镜阵列将所述均匀发光的线光源调制形成指向性背光源。本公开能够增加背光的显色性，提高显示的色域范围，并能够有效消除激光散斑干涉，增加其均匀性。

Description

指向性背光源形成方法、指向性背光模组及立体显示装置

技术领域

本公开涉及裸眼3D显示技术领域，具体涉及一种指向性背光源形成方法、指向性背光模组及指向性背光立体显示装置。

背景技术

裸眼3D显示技术，一般也被称为“裸眼多视点”技术，是利用光学方法使人不通过任何工具就能让左右两只眼睛分别看到不同视差的图像，将它们反射至大脑，从而在大脑中形成立体感觉。一直以来，裸眼3D显示技术都是业界积极探索与追求的方向之一。裸眼3D显示技术观看时不需要佩戴任何的辅助工具（如眼镜、头盔等）就可以创造逼真的3D效果，目前较为成熟的裸眼3D显示技术有视差屏障和柱透镜阵列等，而这些技术有一些不能克服的缺陷，如图像分辨率低，观看久了易产生视觉疲劳等。

随着相关技术的发展，指向背光裸眼3D显示技术已经完美地解决了分辨率损失的问题，其以像源与光源独立的技术，以不损失分辨率的方式实现3D图像的呈现。例如，现有技术中的指向背光裸眼3D系统主要由指向性背光源、透镜阵列、图像显示层等光学器件组成。“指向性背光源”是指普通光源经过透镜调制后，约束其光束发散角，使之投影到指定区域的光源。其中，图像显示器件以120Hz或者240Hz刷新率的液晶面板为主。当刷新左眼图像时，左眼相应的LED开启，当刷新右眼图像时，右眼相应的LED开启。由于其单眼刷新率大于60Hz，因此不会出现屏闪等现象。但是现有的相关技术仍然存在较多缺陷，诸如受限于线性背光源难以制作问题、背光源色域受限以及制作成本高昂等问题也使得指向背光裸眼3D显示技术备受关注。

传统的指向背光裸眼3D显示技术使用的背光源大多为LED背光，由于LED背光源成本较高，控制过程复杂，并且很难形成细小的线光源，因此需要采用交错背光的结构，例如中国公开号CN106896518A的文献，该文献披露了一种交错式背光的裸眼3D显示系统，通过在背光源单元的相邻的发光区域交错设置，上述指向性背光技术虽然可以降低立体图像观察视区之间的光学暗区，保证图像的分辨率，然而，交错的背光结构同时也增加了系统的控制难度。再者，传统的指向背光裸眼3D显示技术受限于LED显色性差的问题，图像画面显示色域范围有限，严重影响观看体验度。

发明内容

为了解决相关技术中的问题，本公开实施例提供一种指向性背光源形成方法、指向性背光模组及指向性背光立体显示装置。

第一方面，本公开实施例中提供了一种指向性背光源的形成方法。

具体地，所述指向性背光源的形成方法，包括以下步骤：

步骤S1：提供一激光光源模块，所述激光光源模块发射出蓝光激光光源；

步骤S2：提供一光束扫描机构，所述蓝光激光光源经由所述光束扫描机构调制形成蓝光点阵光源；

步骤S3：沿所述蓝光点阵光源传播路径方向上布置一光学膜组，其中，所述光学膜组至少包括第一光学膜和第二光学膜，所述蓝光点阵光源投射至所述第一光学膜后激发生成白光点阵光源；

步骤S4：所述白光点阵光源经由所述第二光学膜调整成均匀发光的线光源；

步骤S5：提供一第一透镜阵列，通过所述第一透镜阵列将所述均匀发光的线光源调制形成指向性背光源。

结合第一方面，本公开在第一方面的第一种实现方式中，步骤S1中，所述激光光源模块为蓝光激光器，所述蓝光激光器经激发提供蓝光激光。

结合第一方面，本公开在第一方面的第二种实现方式中，步骤S2中，所述光束扫描机构为振镜式激光扫描系统，所述蓝光激光光源经由所述振镜式激光扫描系统在预设时间内调制形成所述蓝光点阵光源。

结合第一方面的第二种实现方式中，本公开在第一方面的第三种实现方式中，其中，所述振镜式激光扫描系统包括X轴振镜扫描镜头、Y轴振镜扫描镜头、场镜和控制上位机，所述控制上位机控制所述X轴振镜扫描镜头和Y轴振镜扫描镜头调制所述蓝光激光光源以形成所述蓝光点阵光源，所述蓝光点阵光源经所述场镜聚焦后投射到指定区域进行逐点扫描。

结合第一方面、第一方面的第一种实现方式、第一方面的第二种实现方式以及第一方面的第三种实现方式，本公开在第一方面的第四种实现方式中，步骤S3中，所述第一光学膜为量子点膜，所述蓝光点阵光源投射到所述量子点膜后，激发量子点材料生成所述白光点阵光源。

结合第一方面，本公开在第一方面的第五种实现方式中，步骤S4中，所述第二光学膜为线性扩散膜，经所述第一光学膜激发生成的所述白光点阵光源经所述线性扩散膜的扩散调整后形成均匀发光的线光源。

结合第一方面的第五种实现方式，本公开在第一方面的第六种实现方式中，所述线性扩散膜布置于所述第一光学膜与所述第一透镜阵列之间，并且与所述第一光学膜和所述第一透镜阵列间隔第一预定距离，所述第一光学膜与所述第一透镜阵列间隔第二预定距离，其中所述第二预定距离大于所述第一预定距离。

结合第一方面，本公开在第一方面的第七种实现方式中，步骤S5中，所述第一透镜阵列为线性菲涅尔透镜阵列或柱面透镜阵列，所述均匀发光的线光源经所述第一透镜阵列的调制形成指向性背光源。

第二方面，本公开实施例中提供了一种指向性背光模组。

具体地，所述指向性背光模组包括：

激光光源模块，被配置为提供蓝光激光光源；

光束扫描机构，被配置为形成蓝光点阵光源；

第一光学膜，被配置为生成白光点阵光源；

第二光学膜，被配置为形成均匀发光的线光源；以及

第一透镜阵列，被配置为形成指向性背光源；其中，

所述激光光源模块、所述光束扫描机构、所述第一光学膜、所述第二光学膜以及所述第一透镜阵列沿激光光源传播路径方向依次布置。

结合第二方面，本公开在第二方面的第一种实现方式中，所述光束扫描机构可以为振镜式激光扫描系统。

结合第二方面的第一种实现方式，本公开在第二方面的第二种实现方式中，其中，所述振镜式激光扫描系统包括X轴振镜扫描镜头、Y轴振镜扫描镜头、场镜和控制上位机，所述控制上位机通过控制所述X轴振镜扫描镜头和Y轴振镜扫描镜头调制所述蓝光激光光源以形成蓝光点阵光源，所述蓝光点阵光源经所述场镜聚焦后投射到所述第一光学膜。

结合第二方面、第二方面的第一种实现方式以及第二种实现方式，本公开在第二方面的第三种实现方式中，所述第一光学膜可以为量子点膜。

结合第二方面的第三种实现方式，本公开在第二方面的第四种实现方式中，所述量子点膜具有红光量子点和绿光量子点，投射在所述量子点膜上的所述蓝光点阵光源激发量子点材料生成白光点阵光源。

结合第二方面、第二方面的第一种实现方式以及第二种实现方式，本公开在第二方面的第五种实现方式中，所述第二光学膜为线性扩散膜，所述白光点阵光源经所述线性扩散膜的扩散调整后形成均匀发光的线光源。

结合第二方面的第五种实现方式，本公开在第二方面的第六种实现方式中，所述线性扩散膜布置在所述第一光学膜与所述第一透镜阵列之间，并且与所述第一光学膜间隔第一预定距离，所述第一光学膜与所述第一透镜阵列间隔第二预定距离，其中所述第二预定距离大于所述第一预定距离。

结合第二方面、第二方面的第一种实现方式以及第二种实现方式，本公开在第二方面的第七种实现方式中，所述第一透镜阵列为线性菲涅尔透镜阵列，所述均匀发光的线光源经线性菲涅尔透镜阵列的调制形成指向性背光源。

结合第二方面的第二种实现方式，本公开在第二方面的第八种实现方式中，其中，所述蓝光点阵光源的纵向间距应小于等于8mm，横向间距应小于等于1.25mm。

结合第二方面的第五种实现方式，本公开在第二方面的第九种实现方式中，所述线性扩散膜的横向扩散角度为1°~1.5°，纵向扩散角度为40°~80°。

结合第二方面的第七种实现方式，本公开在第二方面的第十种实现方式中，所述线性菲涅尔透镜阵列单元的焦径比在1.50~1.58之间。

第三方面，本公开实施例中提供了一种指向性背光立体显示装置。

具体地，所述显示装置，包括：

指向性背光模组、位于所述指向性背光模组前面的图像显示单元以及驱动所述图像显示单元的驱动装置；其中，所述指向性背光模组为前述第二方面、第二方面的第一种实现方式至第十种实现方式中任一种指向性背光模组。

第四方面，本公开实施例中提供了一种指向性背光模组在提高指向性背光显色性和/或均匀性方面的应用，其中，所述指向性背光模组为前述第二方面、第二方面的第一种实现方式至第十种实现方式中任一种指向性背光模组。

第五方面，本公开实施例中提供了一种指向性背光模组在提高指向性背光调控能力方面的应用，其中，所述指向性背光模组为前述第二方面、第二方面的第一种实现方式至第十种实现方式中任一种指向性背光模组。

根据本公开实施例提供的技术方案，一种指向性背光源的形成方法，包括：提供一激光光源模块，所述激光光源模块发射出蓝光激光光源；提供一光束扫描机构，所述蓝光激光光源经由所述光束扫描机构调制形成蓝光点阵光源；沿所述蓝光点阵光源传播路径方向上布置一光学膜组，其中，所述光学膜组至少包括第一光学膜和第二光学膜，所述蓝光点阵光源投射至所述第一光学膜后激发生成白光点阵光源；所述白光点阵光源经由所述第二光学膜调整成均匀发光的线光源；提供一第一透镜阵列，通过所述第一透镜阵列将所述均匀发光的线光源调制形成指向性背光源。基于本公开提出的指向性背光源形成方法所获得的指向性背光源，相对于传统的裸眼3D背光源而言具有高显色性、高均匀性以及良好的可调控能力。具体而言，通过高速光束扫描机构在极短时间内将高功率蓝光激光调制形成蓝光点阵光源，并且蓝光点阵光源投射在第一光学膜上激发形成白光点阵光源，能够增加背光显色性，提高显示的色域范围；通过第二光学膜调整，消除激光散斑干涉，增加其均匀性；经第一透镜阵列的调制能够形成裸眼3D显示用指向性背光源，能够显著提升显示质量。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

结合附图，通过以下非限制性实施方式的详细描述，本公开的其它特征、目的和优点将变得更加明显。以下是对附图的说明。

图1示出根据本公开实施例的指向性背光源的形成方法的流程图。

图2示出根据本公开实施例的指向性背光模组的结构示意图。

图3示出根据本公开实施例的指向性背光模组的光学膜组的结构示意图。

图4示出根据本公开实施例的蓝光点阵光源投射到量子膜之后的光路示意图。

其中：

100-指向性背光模组；101-激光光源模块；102-光束扫描机构；103-第一光学膜；103-1-蓝光激发白光点阵光源；104-第二光学膜；104-1-扩散后线光源；105-第一透镜阵列；

201-X轴振镜扫描镜头；202-Y轴振镜扫描镜头；203-场镜。

具体实施方式

下文中，将参考附图详细描述本公开的示例性实施例，以使本领域技术人员可容易地实现它们。此外，为了清楚起见，在附图中省略了与描述示例性实施例无关的部分。

在本公开中，应理解，诸如“包括”或“具有”等的术语旨在指示本说明书中所公开的特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合的存在，并且不欲排除一个或多个其他特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合存在或被添加的可能性。

在本公开的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本公开使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。

另外还需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。

前文提及，传统的指向性背光裸眼3D技术影像源于光源独立的技术，以不损失分辨率的形式，实现3D图像的呈现。然而，该技术往往受限于线性背光源难以制作问题、背光源色域以及制作成本高昂等问题备受业界关注。

为解决上述缺陷，本公开提供了一种指向性背光源的形成方法，包括：提供一激光光源模块，所述激光光源模块发射出蓝光激光光源；提供一光束扫描机构，所述蓝光激光光源经由所述光束扫描机构调制形成蓝光点阵光源；沿所述蓝光点阵光源传播路径方向上布置一光学膜组，其中，所述光学膜组至少包括第一光学膜和第二光学膜，所述蓝光点阵光源投射至所述第一光学膜后激发生成白光点阵光源；所述白光点阵光源经由所述第二光学膜调整成均匀发光的线光源；提供一第一透镜阵列，通过所述第一透镜阵列将所述均匀发光的线光源调制形成指向性背光源。通过本公开的技术方案获得的指向性背光源，能够增加背光显色性，大幅提升显示装置的色域范围，使得色彩更加鲜明，并且有效消除干涉散斑，增加其均匀性，降低显示干扰，从而显著提升显示质量，可广泛应用到各种类型的显示装置中。

图1示出根据本公开的实施例的指向性背光源的形成方法的流程图。如图1所示，所述方法包括以下步骤S101-S105：

在步骤S101中：提供一激光光源模块，所述激光光源模块发射出蓝光激光光源；

在步骤S102中：提供一光束扫描机构，所述蓝光激光光源经由所述光束扫描机构调制形成蓝光点阵光源；

在步骤S103中：沿所述蓝光点阵光源传播路径方向上布置一光学膜组，其中，所述光学膜组至少包括第一光学膜和第二光学膜，所述蓝光点阵光源投射至所述第一光学膜后激发生成白光点阵光源；

在步骤S104中：所述白光点阵光源经由所述第二光学膜调整成均匀发光的线光源；

在步骤S105中：提供一第一透镜阵列，通过所述第一透镜阵列将所述均匀发光的线光源调制形成指向性背光源。

常规的用于裸眼3D显示的指向性背光源光源大多为LED背光光源，而LED光源成本较高，控制复杂，需要采用诸如交错背光的结构，因而增加了其控制难度；同时鉴于LED背光光源很难形成细小的线光源，并且显色性较差等问题，严重影响观众的体验度。根据本公开实施例提供的技术方案，采用能够发射蓝光激光光源的激光光源模块作为背光光源，例如输出波长在400nm-500nm范围内的蓝光激光器，优选地，可以为蓝光半导体激光器，其可以发射出输出功率大于1W的高功率蓝光，例如2W、3W、5W、8W、12W、24W或36W的高功率蓝光激光，该蓝光激光器控制方便，能够增加背光显色性，提高显示装置的色域范围，有效改善用户体验度。

根据本公开实施例的例如蓝光激光器发射出的蓝光激光光源，利用高速光束扫描机构在极短的时间内将高功率蓝光调制形成蓝光点阵光源，其中高速光速扫描机构优选为振镜式激光扫描系统。发明人研究发现，振镜式激光扫描技术在激光打标领域具有广泛的应用，然而，将振镜式激光扫描技术应用于指向性背光技术尚属首次。

本公开的振镜式激光扫描系统包括X轴振镜扫描镜头、Y轴振镜扫描镜头、场镜和控制上位机。其中，每个振镜扫描镜头的转动角度在±30°范围内。控制上位机通过控制X轴振镜扫描镜头和Y轴振镜扫描镜头分别在X轴和Y轴做快速的偏振运动，蓝光激光光束经X轴和Y轴两个维度的扫描调制后形成具有一定纵向和横向间距的连续的蓝光点阵光源。本公开的振镜式激光扫描系统的扫描速度能够达到100K，即每秒钟跑10万个点，若低于此值可能会造成屏闪。例如，对于120Hz的裸眼3D显示装置而言，每帧的扫描点数=扫描速度/LCD刷新频率，即每帧的扫描速度达到833个点。经蓝光激光器发出的蓝光激光光束经过振镜式激光扫描系统的偏振扫描能够在预设的极短时间内（例如1/120s）调整光源的形状生成均匀连续点阵光源，该连续光源经场镜聚焦后可投射到光路方向上的其它光学器件的指定区域进行进一步地逐点扫描。本公开的实施例通过将振镜式激光扫描系统应用于高功率蓝光光源可以经过调制获得连续均匀的蓝光点阵光源，解决了常规的扫描振镜技术不能形成连续的光源的问题。

根据本公开的实施例，步骤S102中的振镜式激光扫描系统调制形成的均匀连续蓝光点阵光源经所述场镜聚焦后，投射到第一光学膜的指定区域进行逐点扫描，其中，该第一光学膜为量子点膜，量子点膜具有红光量子点和绿光量子点，在步骤S103中，蓝光点阵光源可激发量子点膜的量子点材料产生红色光线和绿色光线，该红色光线、绿色光线与蓝光点阵光源混合后形成高质量纯正的白光点阵光源。本公开实施例由蓝光激发量子点膜的背光源，在保证获得高色域特性的同时易于形成线光源，能够很好地解决现有蓝光LED使得量子点形成的光谱色域窄，颜色不纯正，以及量子点膜由蓝光LED激发，不能够形成线光源，难以作为裸眼3D用指向性背光源的问题。

在步骤S104中，经步骤S103中的量子点膜形成的白光点阵光源经过第二光学膜的扩散调整后，可形成均匀发光的线光源。其中，第二光学膜可以为线性扩散膜，其属于一种能够偏振膜层，其主要作用是使光线在折射率相异的介质中穿过时，发生折射、反射和散射的作用。其中，该线性扩散膜被布置在量子点膜与第一透镜阵列之间，其中，该线性扩散膜与量子点膜以第一预定距离d1间隔开。通过线性扩散膜可以对量子点膜上激发生成的白光点阵光源进行横向角度扩散以及纵向角度扩散，其中，横向的扩散角度小于纵向的扩散角度。例如，为了保证点阵光源的线性，同时更好地提升光源的均匀性，本公开的线性扩散膜可以实现对白光点阵光源的横向小角度扩散，例如为1°~1.5°之间，并且纵向大角度扩散，例如为40°~80°之间。

本公开的线性扩散膜表面的伪随机结构能够有效消除激光作为显示光源产生的干涉散斑，降低显示干扰，增加均匀性，从而显著提升显示质量。

步骤S105中，经步骤S104中的线性扩散膜形成的均匀发光的线光源再经第一透镜阵列进行调制，最终形成指向性背光源。其中该第一透镜阵列可以为线性菲涅尔透镜阵列或者柱面透镜阵列，均匀发光的线光源经线性菲涅尔透镜阵列或者柱面透镜阵列的调制后形成指向性背光源。

以线性菲涅尔透镜阵列为例，例如，本公开的线性菲涅尔透镜阵列可以包括8个单元，其中每个单元宽度为44mm，故其总体宽度为352*200mm，可构成16英寸显示单元。例如，在3D图像刷新时，由于每帧画面的每个透镜单元可对应104个点，将104个点投射在5*200mm范围内的量子点膜上形成4*26的点阵，蓝光点阵激发量子膜发出白光，经过线性扩散膜的扩散作用，形成5*200mm的线光源，并通过菲涅尔透镜调制形成指向性背光源。

为了能够实现像差与观看视区之间的平衡，本公开实施例优选地，通过控制线性菲涅尔透镜阵列的焦径比（即焦距/口径），例如将焦径比控制在1.50~1.58之间。

根据本公开的上述实施例，蓝光激光器发出的高功率蓝光激光光源通过振镜式激光扫描系统的调控，经过场镜将蓝光点阵光源投射到量子点膜进行逐点扫描形成蓝光激发的白光点阵光源，增加其显色性，并通过线性扩散膜调整，有效消除散斑干涉，增加均匀性，最后经由线性菲涅尔透镜阵列调制，形成裸眼3D显示用指向性背光源。

根据本公开的上述实施例，蓝光激光器发出的高功率蓝光激光光源通过振镜式激光扫描系统的调控，经过场镜将蓝光点阵光源投射到量子点膜进行逐点扫描形成蓝光激发的白光点阵光源，增加其显色性，并通过线性扩散膜调整，有效消除散斑干涉，增加均匀性，最后经由线性菲涅尔透镜阵列调制，形成裸眼3D显示用指向性背光源。

传统的指向背光裸眼3D显示技术使用的背光源大多为LED背光，由于LED背光源成本较高，控制过程复杂，并且很难形成细小的线光源，需要采用交错背光的结构，增加了控制难度，而且受LED显色性差的问题，图像画面显示色域范围有限，严重影响观众的观看质量。

为解决上述问题，本公开提供了一种指向性背光模组，包括：发射蓝色激光的激光光源模块、被配置为形成蓝光点阵光源的光束扫描机构、被配置为生成白光点阵光源的第一光学膜、被配置为形成均匀发光的线光源第二光学膜以及被配置为形成指向性背光源的第一透镜阵列。并且上述光学模块沿激光光线的传播路径方向依次布置。本公开的技术方案能够大幅提升色域表现，让色彩更加鲜明，并且有效消除干涉散斑，降低显示干扰，从而显著提升显示质量。

图2示出根据本公开的实施例的指向性背光模组的结构示意图。如图2所示，所述指向性背光模组100包括：

激光光源模块101，被配置为提供蓝光激光光源；

光束扫描机构102，被配置为形成蓝光点阵光源；

第一光学膜103，被配置为生成白光点阵光源；

第二光学膜104，被配置为形成均匀发光的线光源；以及

第一透镜阵列105，被配置为形成指向性背光源；其中，

所述激光光源模块101、所述光束扫描机构102、所述第一光学膜103、所述第二光学膜104以及第一透镜阵列105沿激光光源传播路径方向依次布置。

根据本公开实施例提供的技术方案，本公开可采用激光作为光源，相较于常规的LED光源而言，其优势在于激光宽广的色域、长寿命、高亮度、低能耗等特点，在显示技术中能够显著提升色域表现。具体地，本公开采用蓝光激光器作为激光源，该蓝色激光器可以发射高功率的蓝光激光，并且，优选地，为了有效提高显示亮度，蓝色激光器的输出功率应可能地高，例如大于1W，并且，为了避免损坏光学模组中的光学薄膜，例如量子点膜，同时应将输出功率控制在光学薄膜的阈值以下。

蓝光激光器101发出的高功率蓝光激光光源通过光束扫描机构102的调制，形成蓝光点阵光源，该蓝光点阵光源被投射到第一光学膜103上后，激发第一光学膜材料生成色域范围更宽、亮度极高的白光点阵光源，该白光点阵光源经过第二光学膜104的去干涉散斑及降串扰化后形成均匀性较佳的线光源，最后该线光源通过第一透镜阵列105调制形成裸眼3D用指向性背光源。本公开提出的指向性背光模组，相对于传统的裸眼3D背光源而言，具有更高的显色性和均匀性以及良好的可调控能力，能够显著提高裸眼3D显示的色域，改善亮度均匀性并且能够有效降低串扰。

根据本公开的实施例，其中，光束扫描机构102可以为振镜式激光扫描系统。为本领域普通技术人员知晓的是，由于技术限制，常规的扫描振镜技术一般速度在10K、20K、30K、40K、50K、60K（其中，10K振镜的扫描速度相当于一秒钟跑一万个点），使得一般扫描振镜技术并不能形成连续的光源，难以应用到显示领域，而现有的扫描振镜技术被广泛应用于激光打标领域。本公开将扫描振镜技术应用到指向背光尚属首次。

本公开的振镜式激光扫描系统102的扫描速度能够达到100K，即每秒钟跑10万个点，若低于此值可能会造成屏闪。例如，对于120Hz的裸眼3D显示装置而言，每帧的扫描点数=扫描速度/LCD刷新频率，即每帧的扫描速度达到833个点。本公开的经蓝光激光器101发出的蓝光激光光束经过振镜式激光扫描系统102的偏振扫描能够在预设的极短时间内（例如1/120s）形成连续的光源。

如图2所示，振镜式激光扫描系统102包括X轴振镜扫描镜头201、Y轴振镜扫描镜头202、场镜203和控制上位机（图中未示出）。其中，每个振镜扫描镜头的转动角度在±30°范围内。控制上位机通过控制X轴振镜扫描镜头201和Y轴振镜扫描镜头202分别在X轴和Y轴做快速的偏振运动，蓝光激光光束经X轴和Y轴两个维度的扫描调制后形成具有一定纵向和横向间距的连续的蓝光点阵光源，例如，为了确保光源扩散后的连续性，本公开的蓝光点阵光源的纵向间距应不超过8mm，横向间距应不超过1.25mm；之后，所述蓝光点阵光源经激光扫描系统的场镜203调制聚焦后投射到所述第一光学膜103的指定区域内。本公开的实施例通过将振镜式激光扫描系统应用于高功率激光光源可以获得连续均匀的光源，解决了常规的扫描振镜技术不能形成连续的光源的问题。

根据本公开的实施例，其中，第一光学膜103可以为量子点膜，如图3所示。图3示出了根据本公开实施例的指向性背光模组的光学膜组的结构示意图。

量子点膜作为一种具有独特光特性的全新纳米材料，是以量子点、阻隔性树脂以及光学级水氧阻隔膜为主要原料，结合高精密涂布技术制作的广色域特种光学薄膜。可精确高效地将高能量蓝光转换为红色和绿色光。而现有技术中，通常的量子点膜均是以蓝光LED作为光源，量子点膜在蓝光激发下会激发出纯正的绿光和红光，进而混合蓝光形成全光谱的白光。量子点显示技术在色域覆盖率、色彩控制精确性、红绿蓝色彩纯净度等各个维度已全面升级。

然而上述现有技术中的量子点膜的激发光源为蓝光LED，由于LED为光谱光源，其光源的光谱很宽，不能很好的发挥量子点的优势，使得量子点形成的光谱色域窄、颜色不够纯正，此外由蓝光LED激发的量子膜还不能很好地形成细小的线光源，难以作为裸眼3D用指向性背光源。

本公开实施例提出的技术方案，采用蓝光激光器101提供蓝光激光光源，蓝光激光器101发出的高功率蓝光通过X轴扫描振镜镜头201和Y轴扫描振镜镜头202的调控，经过场镜203将光束投射到量子点膜103的指定区域进行逐点扫描。其中，本公开的量子点膜103具有红光量子点和绿光量子点，蓝光激光器101发出的蓝光经由振镜式激光扫描系统102调制并投射到量子点膜103进行逐点扫描，激发量子点膜的量子点材料产生红色光线和绿色光线，该红色光线、绿色光线与蓝光点阵光源混合后形成高质量纯正的白光点阵光源。本公开实施例由蓝光激发量子点膜的背光源，在保证获得高色域特性的同时易于形成线光源，能够很好地解决现有蓝光LED使得量子点形成的光谱色域窄，颜色不纯正，以及量子点膜由蓝光LED激发，不能够形成线光源，难以作为裸眼3D用指向性背光源的问题。

如图3所示，第二光学膜104沿光路方向置于量子点膜103后侧，本公开实施例的第二光学膜104可以为线性扩散膜，其中线性扩散膜是一种能够偏振膜层，其主要作用是使光线在折射率相异的介质中穿过时，发生折射、反射和散射的作用。

经量子点膜103形成的白光点阵光源103-1经过线性扩散膜104的扩散调整后，可形成均匀发光的线光源。通过线性扩散膜104的调整，可以消除激光散斑干涉，降低显示干扰，增加均匀性。

图4示出根据本公开实施例的蓝光点阵光源投射到量子膜之后的光路示意图。

参照图3和图4所示，本公开实施例的线性扩散膜104被布置在量子点膜103与第一透镜阵列105之间，其中，该线性扩散膜104与量子点膜103以第一预定距离d1间隔开，其中，该第一预定距离d1与线性扩散膜104的扩散角度θ和相邻两激光点之间的间距s相关，可以利用如下公式（1）确定出第一预定距离d1：

) (1)

其中，可以理解的是，本公开的θ角可以为线性扩散膜104的横向或纵向的扩散角度，当间距s为相邻横向激光点之间的间距时，此时的θ角为横向扩散角度；当间距s为相邻纵向激光点之间的间距时，此时的θ角为纵向扩散角度。

通过线性扩散膜104可以对量子点膜103上激发生成的白光点阵光源103-1进行横向角度扩散以及纵向角度扩散，其中，横向的扩散角度小于纵向的扩散角度。例如，为了保证点阵光源的线性，同时更好地提升光源的均匀性，本公开的线性扩散膜104可以实现对白光点阵光源的横向小角度扩散，例如1°~1.5°之间，并且纵向大角度扩散，例如40°~80°之间，以形成均匀连续的线光源。本实施例的横向扩散角度不能过大，否则会导致串扰过高，同时纵向大角度扩散能够增加线光源的均匀性。

根据本公开的实施例，如图3和4所示，经蓝光激发生成的白光点阵光源103-1，沿x方向（即横向）上，白光点阵光源103-1的相邻横向激光点之间的间距s为5/4=1.25mm，线性扩散膜104的横向扩散角度θ根据上述公式（1）可确定为：

其中，当横向扩散角度θ为1.5°时，计算得到所述第一预定距离d1为47.7mm，此时，为保证均匀性，沿y方向（即纵向）上，线性扩散膜104的纵向扩散角度可以为40°，从而该白光点阵光源103-1经线性扩散膜104调整后可以形成连续线光源104-1。

本公开的线性扩散膜表面的伪随机结构能够有效消除激光作为显示光源产生的干涉散斑，降低显示干扰，增加均匀性，从而显著提升显示质量。

根据本公开实施例，其中，第一透镜阵列105可以为线性菲涅尔透镜阵列或者柱面透镜阵列，均匀发光的线光源104-1经线性菲涅尔透镜阵列或者柱面透镜阵列的调制后形成指向性背光源，该指向性背光源经线性菲涅尔透镜阵列或者柱面透镜阵列聚焦至相应的图像显示单元的视区范围，例如液晶显示屏的显示区域。

如图2和3所示，本公开实施例采用的线性菲涅尔透镜阵列105例如可以包括8个单元，其中每个单元宽度为44mm，故其总体宽度为352*200mm，可构成16英寸显示单元。在3D图像刷新时，线性菲涅尔透镜阵列105的8个单元中的每个单元每帧画面可对应8组线性背光源，并且振镜式激光扫描系统102的扫描振镜每帧可扫描833个点，即每组对应833/8=104.125个点，此处取最大整数后为104个点。由于每帧画面的每个透镜单元可对应104个点，当将104个点投射在5*200mm范围内的量子点膜103上形成4*26的点阵时，蓝光点阵激发量子膜103发出白光，经过线性扩散膜104的扩散作用，形成5*200mm的线光源104-1，并通过菲涅尔透镜105调制形成指向性背光源。

本公开的实施例中，线性菲涅尔透镜阵列或者柱面透镜阵列与图像显示单元的视区相隔一第三预定距离，该第三预定距离能够使得无莫尔条纹效应产生。例如，当经线性扩散膜104调制形成的线光源宽度L1=5mm时，量子点膜103与菲涅尔透镜阵列105的第二预定距离d2=66mm，此时最佳观看距离（即线性菲涅尔透镜阵列105距图像显示单元的视觉的第三预定距离）S1=800mm，根据相似三角形原理可计算得到，最佳观察处的光斑宽度W=S1*L1/d2=60.6mm，小于人眼瞳距63mm，因此不会形成串扰。

根据本公开的实施例，为了能够实现像差与观看视区之间的平衡，本公开实施例优选地，通过控制线性菲涅尔透镜阵列105的焦径比（即焦距/口径），例如将焦径比控制在1.50-1.58之间。

根据本公开的上述实施例，蓝光激光器发出的高功率蓝光激光光源通过振镜式激光扫描系统的调控，经过场镜将蓝光点阵光源投射到量子点膜进行逐点扫描形成蓝光激发的白光点阵光源，增加其显色性，并通过线性扩散膜调整，有效消除散斑干涉，增加均匀性，最后经由线性菲涅尔透镜阵列调制，形成裸眼3D显示用指向性背光源。

根据本公开的另一实施例，提供了一种指向性背光立体显示装置。

该指向性背光立体显示装置包括：指向性背光模组100、位于该指向性背光模组前面的图像显示单元以及驱动该图像显示单元的驱动装置。其中，

指向性背光模组100包括：激光光源模块101，被配置为提供蓝光激光光源；光束扫描机构102，被配置为形成蓝光点阵光源；第一光学膜103，被配置为生成白光点阵光源103-1；第二光学膜104，被配置为形成均匀发光的线光源104-1；以及第一透镜阵列105，被配置为形成指向性背光源；其中，所述激光光源模块101、所述光束扫描机构102、所述第一光学膜103、所述第二光学膜104以及第一透镜阵列105沿激光光源传播路径方向依次布置。

根据本公开实施例提供的技术方案，激光光源模块101可以为蓝光激光器，该蓝光激光器101能够发射高功率蓝光激光光源；光束扫描机构102可以为振镜式激光扫描系统，能够将蓝光激光光源调制形成蓝光点阵光源；第一光学膜103可以为量子点膜，经由振镜式激光扫描系统102调制形成的蓝光点阵光源被投射到量子点膜103后进行逐点扫描，可激发量子点膜的量子点材料产形成高质量白光点阵光源103-1；第二光学膜104可以为线性扩散膜，经量子点膜103调制形成的白光点阵光源103-1经该线性扩散膜104的调制，可消除散斑干涉，增加均匀性；第一透镜阵列105可以为线性菲涅尔透镜阵列，经均匀化的线性光源104-1经由该菲涅尔透镜阵列105调制，最终形成裸眼3D显示用指向性背光源，该指向性背光源经线性菲涅尔透镜阵列105聚焦至相应的图像显示单元的视区范围，例如液晶显示屏的显示区域。综上所述，本公开提供的一种指向性背光源的形成方法、指向性背光模组及指向性背光立体显示装置，利用蓝光激光器发出的高功率蓝光通过振镜式激光扫描系统的调控，经过场镜将光束投射到量子点膜进行逐点扫描形成蓝光激发白光点阵光源，增加其显色性，通过线性扩散膜调整，消除散斑干涉，增加其均匀性，最后由线性菲涅尔透镜阵列调制，形成裸眼3D显示用指向性背光源。解决了现有技术中裸眼3D显示受限于线性背光源难以制作、背光源色域范围受限以及现有裸眼3D显示器使用LED背光源，难以形成细小的线光源，需采用交错背光结构，增加控制难度等问题，同时提出将振镜式激光扫描技术应用于指向背光，并使用蓝光激光光源激发量子点膜，解决一般扫描振镜技术不能形成连续的光源，难以应用到显示领域，并且量子点膜由蓝光LED激发，不能形成线光源，难以作为裸眼3D用指向性背光源的问题。

此外，根据本公开的另一实施例，提供了一种指向性背光模组在提高指向性背光显色性和/或均匀性方面的应用。本公开的指向性背光模组100，采用蓝光激光器101提供蓝光激光光源，蓝光激光器101发出的高功率蓝光通过X轴扫描振镜镜头201和Y轴扫描振镜镜头202的调控，经过场镜203将光束投射到量子点膜103的指定区域进行逐点扫描，同时激发量子点膜的量子点材料产生红色光线和绿色光线，该红色光线、绿色光线与蓝光点阵光源混合后形成高质量纯正的白光点阵光源103-1，白光点阵光源103-1经过线性扩散膜104的扩散调整后，形成均匀发光的线光源104-1；经均匀化的线光源104-1经由菲涅尔透镜阵列105调制，最终形成裸眼3D显示用指向性背光模组。本公开的指向性背光模组100通过由蓝光激发量子点膜的背光源，在保证获得高色域特性的同时易于形成线光源，应用于提高指向性背光显色性以及均匀性时，能够很好地解决现有蓝光LED使得量子点形成的光谱色域窄，颜色不纯正，背光显色性，大幅提升显示装置的色域范围，使得色彩更加鲜明，并且有效消除干涉散斑，增加其均匀性，降低显示干扰，从而显著提升显示质量。

根据本公开的又一实施例，提供了一种指向性背光模组在提高指向性背光调控能力方面的应用。本公开的指向性背光模组100应用于提高指向性背光调控能力方面时，可通过高速光束扫描机构102在极短时间内将高功率蓝光激光调制形成蓝光点阵光源，并且蓝光点阵光源投射在第一光学膜103上激发形成白光点阵光源103-1，能够增加背光显色性，提高显示的色域范围；通过第二光学膜104调整，消除激光散斑干涉，增加其均匀性；经第一透镜阵列105的调制能够形成裸眼3D显示用指向性背光源，所述指向性背光源能够提高指向性背光调控能力。

以上描述仅为本公开的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开中公开的（但不限于）具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (12)

1.一种裸眼3D显示用指向性背光源的形成方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤S1：提供一个蓝光激光器，所述蓝光激光器经激发发射出蓝光激光光源；

步骤S2：提供一光束扫描机构，所述蓝光激光光源经由所述光束扫描机构调制形成蓝光点阵光源，其中，所述光束扫描机构为振镜式激光扫描系统，所述振镜式激光扫描系统包括X轴振镜扫描镜头、Y轴振镜扫描镜头、场镜和控制上位机，所述控制上位机控制所述X轴振镜扫描镜头和Y轴振镜扫描镜头在预设时间内将所述蓝光激光光源调制形成均匀连续的蓝光点阵光源，所述蓝光点阵光源经所述场镜聚焦后投射到指定区域进行逐点扫描；

步骤S3：沿所述蓝光点阵光源传播路径方向上布置一光学膜组，其中，所述光学膜组至少包括第一光学膜和第二光学膜，其中，所述第一光学膜为量子点膜，所述蓝光点阵光源投射至所述第一光学膜后激发生成白光点阵光源；

步骤S4：所述白光点阵光源经由所述第二光学膜调整成均匀发光的线光源，其中，所述第二光学膜为线性扩散膜；

步骤S5：提供一第一透镜阵列，通过所述第一透镜阵列将所述均匀发光的线光源调制形成指向性背光源。

2.根据权利要求1所述的指向性背光源的形成方法，其特征在于：步骤S3中，所述蓝光点阵光源投射到所述量子点膜后，激发量子点材料生成所述白光点阵光源。

3.根据权利要求1所述的指向性背光源的形成方法，其特征在于：步骤S4中，经所述量子点膜激发生成的所述白光点阵光源经所述线性扩散膜的扩散调整后形成均匀发光的线光源。

4.根据权利要求3所述的指向性背光源的形成方法，其特征在于：所述线性扩散膜布置于所述第一光学膜与所述第一透镜阵列之间，并且与所述第一光学膜间隔第一预定距离，所述第一光学膜与所述第一透镜阵列间隔第二预定距离，其中所述第二预定距离大于所述第一预定距离。

5.根据权利要求1所述的指向性背光源的形成方法，其特征在于：步骤S5中，所述第一透镜阵列为线性菲涅尔透镜阵列或柱面透镜阵列，所述均匀发光的线光源经所述第一透镜阵列的调制形成指向性背光源。

6.一种裸眼3D显示用指向性背光模组，其特征在于，包括：

一个蓝光激光器，被配置为提供蓝光激光光源；

光束扫描机构，所述光束扫描机构为振镜式激光扫描系统，所述振镜式激光扫描系统包括X轴振镜扫描镜头、Y轴振镜扫描镜头、场镜和控制上位机，被配置为形成蓝光点阵光源，其中所述控制上位机通过控制所述X轴振镜扫描镜头和Y轴振镜扫描镜头在预设时间内将所述蓝光激光光源调制形成均匀连续的所述蓝光点阵光源，所述蓝光点阵光源经所述场镜聚焦后投射到指定区域；

第一光学膜，被配置为将所述蓝光点阵光源生成白光点阵光源，其中，所述第一光学膜为量子点膜；

第二光学膜，被配置为将所述白光点阵光源调整形成均匀发光的线光源，其中，所述第二光学膜为线性扩散膜；以及

第一透镜阵列，被配置为形成指向性背光源；其中，

所述蓝光激光器、所述光束扫描机构、所述第一光学膜、所述第二光学膜以及所述第一透镜阵列沿激光光源传播路径方向依次布置。

7.根据权利要求6所述的指向性背光模组，其特征在于：所述线性扩散膜布置在所述第一光学膜与所述第一透镜阵列之间，并且与所述第一光学膜间隔第一预定距离，所述第一光学膜与所述第一透镜阵列间隔第二预定距离，其中所述第二预定距离大于所述第一预定距离。

8.根据权利要求6或7所述的指向性背光模组，其特征在于：所述第一透镜阵列为线性菲涅尔透镜阵列，所述均匀发光的线光源经线性菲涅尔透镜阵列的调制形成指向性背光源。

9.根据权利要求6所述的指向性背光模组，其特征在于：其中，所述蓝光点阵光源的纵向间距小于等于8mm，横向间距小于等于1.25mm。

10.根据权利要求6所述的指向性背光模组，其特征在于：所述线性扩散膜的横向扩散角度为1°~1.5°，纵向扩散角度为40°~80°。

11.根据权利要求8所述的指向性背光模组，其特征在于：所述线性菲涅尔透镜阵列单元的焦径比在1.50~1.58之间。

12.一种指向性背光立体显示装置，其特征在于，包括如权利要求6-11中任一项所述的指向性背光模组、位于所述指向性背光模组前面的图像显示单元以及驱动所述图像显示单元的驱动装置。

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