CN113589540A - 扩束光学膜、显示装置和多方向扩束光学膜 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种扩束光学膜、显示装置和多方向扩束光学膜。扩束光学膜包括：多焦点膜层；光栅膜层，光栅膜层位于多焦点膜层的出光侧，光栅膜层远离多焦点膜层的一侧表面上至少具有平面区域和与平面区域倾斜设置的扩束面，以使像素发出的光依次经由多焦点膜层和光栅膜层能够在多个平面成像，且在多个方向能够看到像素的像。本发明解决了现有技术中的3D显示技术中景深与双眼辐辏聚焦产生视觉疲劳的问题。

Description

扩束光学膜、显示装置和多方向扩束光学膜

技术领域

本发明涉及光学成像设备技术领域，具体而言，涉及一种扩束光学膜、显示装置和多方向扩束光学膜。

背景技术

目前的三维显示装置，以裸眼3D显示器为例，裸眼3D显示器有多种实现方法，以柱镜光栅膜为主要器件的集成成像裸眼3D显示技术是目前应用比较广泛的3D显示方式。但柱镜光栅的3D显示方式的效果受到很多限制，如显示器的分辨率以及柱镜光栅的截距很大程度上限制了3D显示的分辨率及视点数，用柱镜光栅实现的3D显示存在视点之间的串扰，由于柱镜光栅只是分视点，利用左右眼视差图像实现3D，容易造成人眼在深度方向的辐辏聚焦的问题，容易产生视觉疲劳，严重影响显示效果和成像质量。

也就是说，现有技术中的3D显示技术中景深与双眼辐辏聚焦产生视觉疲劳的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种扩束光学膜、显示装置和多方向扩束光学膜，以解决现有技术中的3D显示技术中景深与双眼辐辏聚焦产生视觉疲劳的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种扩束光学膜，包括：多焦点膜层；光栅膜层，光栅膜层位于多焦点膜层的出光侧，光栅膜层远离多焦点膜层的一侧表面上至少具有平面区域和与平面区域倾斜设置的扩束面，以使像素发出的光依次经由多焦点膜层和光栅膜层能够在多个平面成像，且在多个方向能够看到像素的像。

进一步地，多焦点膜层朝向光栅膜层的一侧表面上至少具有平面结构和齿状结构，以使多焦点膜层形成多个焦点。

进一步地，多焦点膜层为菲涅尔膜层，齿状结构为多个，各齿状结构均呈环形，多个呈环形的齿状结构同心设置且内径不同，且至少一组相邻的两个呈环形的齿状结构之间间隔设置，以在二者之间形成呈环形的平面结构。

进一步地，多焦点膜层由多个子区域构成，各子区域内均具有平面结构和齿状结构，且不同的子区域内齿状结构和平面结构的排列方向不同。

进一步地，各子区域内具有多个齿状结构，且至少一组相邻的两个齿状结构之间间隔设置，以在二者之间形成平面结构，其中，齿状结构沿弧线延伸。

进一步地，由菲涅尔膜层上选取两个子区域，两个子区域在菲涅尔膜层上呈锐角或直角排列。

进一步地，光栅膜层为一个或多个，当光栅膜层为多个时，多个光栅膜层包括：第一光栅膜层，第一光栅膜层具有沿第一方向顺次排列的多个第一棱镜；第二光栅膜层，第二光栅膜层具有沿第二方向排列的多个第二棱镜，第一方向与第二方向之间具有夹角，夹角为锐角或直角。

进一步地，第一光栅膜层上的多个第一棱镜间隔设置，以在相邻两个第一棱镜之间形成第一平面区域，第一棱镜至少包括一个与第一平面区域倾斜设置的第一扩束面；第二光栅膜层上的多个第二棱镜间隔设置，以在相邻两个第二棱镜之间形成第二平面区域，第二棱镜至少包括一个与第二平面区域倾斜设置的第二扩束面，第一光栅膜层位于第二光栅膜层与多焦点膜层之间。

进一步地，第一棱镜还包括第一平面段，第一扩束面与第一平面段倾斜设置，第一扩束面为弧面；和/或第二棱镜还包括第二平面段，第二扩束面与第二平面段倾斜设置，第二扩束面为弧面。

进一步地，第一棱镜的截面呈梯形或三角形；和/或第二棱镜的截面呈梯形或三角形。

进一步地，第一棱镜具有沿第一方向连续设置的四个第一面段，相邻两个第一面段之间呈角度设置，四个第一面段中具有至少两个第一扩束面段；其中，四个第一面段均为直面段；或者四个第一面段均为弧面段；或者四个第一面段中至少两个第一面段为直面段，至少两个第一面段为弧面段。

进一步地，第二棱镜具有沿第二方向连续设置的四个第二面段，相邻两个第二面段之间呈角度设置，四个第二面段中具有至少两个第二扩束面段；其中，四个第二面段均为直面段；或者四个第二面段均为弧面段；或者四个第二面段中至少两个第二面段为直面段，至少另两个第二面段为弧面段。

进一步地，第一棱镜具有沿第一方向连续设置的五个第一面段，相邻两个第一面段之间呈角度设置，五个第一面段中具有至少一个第一平面段，五个第一面段中还具有相对于第一平面段倾斜设置的第一扩束面段，第一平面段的一侧至少具有两个第一扩束面段；其中，两个第一扩束面段均为直面段；或者两个第一扩束面段均为弧面段；或者两个第一扩束面段中一个第一扩束面段为直面段，另一个第一扩束面段为弧面段。

进一步地，第二棱镜具有沿第二方向连续设置的五个第二面段，相邻两个第二面段之间呈角度设置，五个第二面段中具有至少一个第二平面段，五个第二面段中还具有相对于第二平面段倾斜设置的第二扩束面段，第二平面段的一侧至少具有两个第二扩束面段；其中，两个第二扩束面段均为直面段；或者两个第二扩束面段均为弧面段；或者两个第二扩束面段中一个第二扩束面段为直面段，另一个第二扩束面段为弧面段。

根据本发明的另一方面，提供了一种显示装置，包括：密集显示器件，密集显示器件为一个；镜头，镜头设置在密集显示器件的一侧，镜头为一个；上述的扩束光学膜，扩束光学膜设置在镜头远离密集显示器件的一侧。

根据本发明的另一方面，提供了一种多方向扩束光学膜，包括：光栅膜层，光栅膜层的一侧表面上至少具有平面区域和与平面区域倾斜设置的扩束面，以使依次经由光栅膜层的光能够在多个方向显示；光栅膜层为多个，多个光栅膜层包括：第一光栅膜层，第一光栅膜层具有沿第一方向顺次排列的多个第一棱镜；第二光栅膜层，第二光栅膜层具有沿第二方向排列的多个第二棱镜，第一方向与第二方向之间具有夹角，夹角为锐角或直角。

进一步地，多个第一棱镜间隔设置，以在相邻两个第一棱镜之间形成第一平面区域，第一棱镜至少包括一个与第一平面区域倾斜设置的第一扩束面；多个第二棱镜间隔设置，以在相邻两个第二棱镜之间形成第二平面区域，第二棱镜至少包括一个与第二平面区域倾斜设置的第二扩束面。

进一步地，第一棱镜的截面呈梯形或三角形；和/或第二棱镜的截面呈梯形或三角形。

进一步地，第一棱镜具有沿第一方向连续设置的四个第一面段，相邻两个第一面段之间呈角度设置，四个第一面段中具有至少两个第一扩束面段；其中，四个第一面段均为直面段；或者四个第一面段均为弧面段；或者四个第一面段中至少两个第一面段为直面段，至少两个第一面段为弧面段。

进一步地，第二棱镜具有沿第二方向连续设置的四个第二面段，相邻两个第二面段之间呈角度设置，四个第二面段中具有至少两个第二扩束面段；其中，四个第二面段均为直面段；或者四个第二面段均为弧面段；或者四个第二面段中至少两个第二面段为直面段，至少另两个第二面段为弧面段。

进一步地，第一棱镜具有沿第一方向连续设置的五个第一面段，相邻两个第一面段之间呈角度设置，五个第一面段中具有至少一个第一平面段，五个第一面段中还具有相对于第一平面段倾斜设置的第一扩束面段，第一平面段的一侧至少具有两个第一扩束面段；其中，两个第一扩束面段均为直面段；或者两个第一扩束面段均为弧面段；或者两个第一扩束面段中一个第一扩束面段为直面段，另一个第一扩束面段为弧面段。

进一步地，第二棱镜具有沿第二方向连续设置的五个第二面段，相邻两个第二面段之间呈角度设置，五个第二面段中具有至少一个第二平面段，五个第二面段中还具有相对于第二平面段倾斜设置的第二扩束面段，第二平面段的一侧至少具有两个第二扩束面段；其中，两个第二扩束面段均为直面段；或者两个第二扩束面段均为弧面段；或者两个第二扩束面段中一个第二扩束面段为直面段，另一个第二扩束面段为弧面段。

应用本发明的技术方案，扩束光学膜包括多焦点膜层和光栅膜层，光栅膜层位于多焦点膜层的出光侧，光栅膜层远离多焦点膜层的一侧表面上至少具有平面区域和与平面区域倾斜设置的扩束面，以使像素发出的光依次经由多焦点膜层和光栅膜层能够在多个平面成像，且在多个方向能够看到像素的像。

通过设置多焦点膜层，使得多焦点膜层具有多个焦距，以使多焦点膜层能够实现多个焦面的显示，使得用户至少能在两个深度的平面观察到有视差的图像，以达到三维显示的效果。同时，多焦点膜层具有轻薄化的优点，有效减轻了多焦点膜层的整体重量，保证了扩束光学膜的小型化。光栅膜层远离多焦点膜层的一侧表面上至少具有平面区域和与平面区域倾斜设置的扩束面，通过设置扩束面，使得扩束面能够一束光扩束成多束光，进而使得多束光能够朝向多个方向进行传输，从而使得多束光能够指向更多的空间，以达到增大视角的功能，增大了用户的观看范围，提高了用户体验。扩束光学膜通过将多焦点膜层和光栅膜层结合的方式，使得像素发出的光依次经由多焦点膜层和光栅膜层后能够在多个平面进行成像，且在多个方向能够看到该像素的像，以达到大视角和多维的显示效果。

另外，通过设置多焦点膜层，能够解决人眼在深度方向的辐辏聚焦的问题，避免在使用过程中出现视觉疲劳的风险，保证了用户的使用满意度，同时保证了显示效果和成像质量。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明的一个可选实施例的显示装置的结构示意图；

图2示出了图1中显示装置的另一个角度的示意图；

图3示出了图1中第一光栅膜层的结构示意图；

图4示出了图3中第一棱镜的光束出射图；

图5示出了图4的另一个角度的示意图；

图6示出了另一个实施例的第一光栅膜层的结构示意图；

图7示出了图6中的第一光栅膜层的另一个角度的示意图；

图8示出了菲涅尔膜层的结构示意图；

图9示出了在完整菲涅尔膜层上选取两个垂直设置的子区域的示意图；

图10示出了图9中的两个子区域进行拼接的示意图；

图11a示出了像素经过图10中的多焦点膜层的成像相对位置示意图；

图11b示出了像素经过图10中的多焦点膜层的成像相对位置示意图；

图11c示出了像素经过图10中的多焦点膜层的成像相对位置示意图；

图11d示出了像素经过图10中的多焦点膜层的成像相对位置示意图；

图12示出了在完整菲涅尔膜层上选取两个呈锐角设置的子区域的示意图；

图13a示出了像素经过图12中的两个子区域拼接的多焦点膜层的成像相对位置示意图；

图13b示出了像素经过图12中的两个子区域拼接的多焦点膜层的成像相对位置示意图；

图13c示出了像素经过图12中的两个子区域拼接的多焦点膜层的成像相对位置示意图；

图13d示出了像素经过图12中的两个子区域拼接的多焦点膜层的成像相对位置示意图；

图14示出了第一扩束面呈弧形的第一光栅膜层的结构示意图；

图15示出了另一个实施例的第一光栅膜层的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、镜头；20、多焦点膜层；21、平面结构；22、齿状结构；23、子区域；30、第一光栅膜层；31、第一平面区域；32、第一棱镜；321、第一扩束面；322、第一平面段；323、第一扩束面段；40、第二光栅膜层；41、第二棱镜。

具体实施方式

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组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。

为了解决现有技术中的3D显示技术中景深与双眼辐辏聚焦产生视觉疲劳的问题，本发明提供了一种扩束光学膜、显示装置和多方向扩束光学膜。

如图1至图15所示，扩束光学膜包括多焦点膜层20和光栅膜层，光栅膜层位于多焦点膜层20的出光侧，光栅膜层远离多焦点膜层20的一侧表面上至少具有平面区域和与平面区域倾斜设置的扩束面，以使像素发出的光依次经由多焦点膜层20和光栅膜层能够在多个平面成像，且在多个方向能够看到像素的像。

通过设置多焦点膜层20，使得多焦点膜层20具有多个焦距，以使多焦点膜层20能够实现多个焦面的显示，使得用户至少能在两个深度的平面观察到有视差的图像，以达到解决双眼辐辏聚焦的三维显示效果。同时，多焦点膜层20具有轻薄化的优点，有效减轻了多焦点膜层20的整体重量，保证了扩束光学膜的小型化。光栅膜层远离多焦点膜层20的一侧表面上至少具有平面区域和与平面区域倾斜设置的扩束面，通过设置扩束面，使得扩束面能够一束光扩束成多束光，进而使得多束光能够朝向多个方向进行传输，从而使得多束光能够指向更多的空间，以达到增大视角的功能，增大了用户的观看范围，提高了用户体验。扩束光学膜通过将多焦点膜层20和光栅膜层结合的方式，使得像素发出的光依次经由多焦点膜层20和光栅膜层后能够在多个平面进成像，且在多个方向能够看到该像素的像，以达到大视角和多维的显示效果。

另外，通过设置多焦点膜层20，能够解决3D显示技术人眼感知与辐辏聚焦冲突产生视觉疲劳的问题，避免在观看过程中出现视觉疲劳的风险，保证了用户的使用满意度，同时保证了显示效果和成像质量。

本发明中的扩束光学膜是一层多焦点膜层20和两层光栅膜层组成，每层光学膜片可以利用技术比较成熟的辊压技术制作，制作精度高，生产效率高。

具体的，多焦点膜层20朝向光栅膜层的一侧表面上至少具有平面结构21和齿状结构22，以使多焦点膜层20形成多个焦点。这样设置使得平面结构21与齿状结构22的焦距不同，以使多焦点膜层20能够具有多个焦距，使得多焦点膜层20具有多个焦面，实现图像源像素在不同平面上的成像显示。

如图8所示，多焦点膜层20为菲涅尔膜层，齿状结构22为多个，各齿状结构22均呈环形，多个呈环形的齿状结构22同心设置且内径不同，且至少一组相邻的两个呈环形的齿状结构22之间间隔设置，以在二者之间形成呈环形的平面结构21。这样设置使得环形的齿状结构22形成焦距为f1的透镜，该部分与镜头10的焦距f0组合成为新的焦距f，1/f＝1/f1+1/f0，环形的平面结构21可以认为焦距为无穷远，该部分与镜头10的焦距f0组合后焦距仍为f0，因此菲涅尔膜层与镜头10组合能够形成双焦点镜头10，以实现双焦点镜头10在两个平面上的成像，以为用户提供具有视差的图像，从而实现三维显示的效果。当然，当菲涅尔膜层上的齿状结构22的种类有两种或两种以上时，就可以实现三个或三个以上焦面的显示，当需要把三个或三个以上焦面的像素进行融合时，需要较高的人眼追踪精度。

需要说明的是，上述菲涅尔膜层的多个环形的齿状结构22中的相邻两个齿状结构22均间隔设置。

本申请中的显示装置光束发散角通常比较小，但有时为了提高显示装置的光能利用率，通常会选用F.no较小的镜头10，此时镜头10的实际出光孔径就会比较大，使得显示装置出射光束发散角比较大，此时显示装置实际的光束分辨角就比较大，不能有效分开观看者的双眼，为解决此问题，本申请在镜头10前设置方形光阑，以限制出射光束的发散角，另外本申请还提出一种由多个子区域23拼接而成的多焦点膜层20。当镜头10的出光孔径为长方形时，可以选取合适的具有多个子区域23的多焦点膜层20代替上述的菲涅尔膜层。

如图9和图10所示，多焦点膜层20也可不设计成菲涅尔膜层，多焦点膜层20也可由多个子区域23构成，各子区域23内均具有平面结构21和齿状结构22，且不同的子区域23内齿状结构22和平面结构21的排列方向不同。各子区域23内具有多个齿状结构22，且至少一组相邻的两个齿状结构22之间间隔设置，以在二者之间形成平面结构21，其中，齿状结构22沿弧线延伸。由于菲涅尔膜层上不同区域可以将光束偏折到不同的方向，将具有多个子区域23的多焦点膜层20设置在镜头10前，当光束经过该多焦点膜层20后，会被分成多束光，分别指向空间的多个方向。

如图10所示，子区域23为两个，每个子区域23中的多个弧形的齿状结构22中的相邻两个弧形的齿状结构22均间隔设置，以在相邻两个齿状结构22之间形成弧形的平面结构21。

在显示装置中，具有菲涅尔膜层上的齿状结构22与镜头10组合后的焦距小于镜头10的原始焦距，这样当点亮密集显示器件进行成像时，就是在空间一个方向上，一个密集显示器件出现两层成像面，分别定义两层成像面为远像面和近像面，远像面是符合镜头10原始成像规律，近像面符合镜头10与齿状结构22焦距组合后的焦距成像规律，观看时，远像面距离镜头10光阑较远，其成像像素对于整个光阑来讲其张角较小，即其光束覆盖区域不能同时覆盖观看者的双眼，能为观看者提供具有视差的图像。近像面由于距离镜头10光阑较近，其成像像素对于整个光阑面张角较大，光束覆盖区域较大，会造成不能有效分开观看者双眼，不能提供具有视差图像的情况。但当镜头10光阑处设置有两个子区域23拼接而成的多焦点膜层20时，近像面的出射光束就会被分成若干份，人眼处于被分成若干份的任一份光束覆盖区域时均能看到完整近像。

如图10所示，长方形的多焦点膜层20由两块正方形子区域23拼接而成，近像的成像光束到两块子区域23时，会被分别弯折到两个方向去，达到减小光束角的目的，实现缩小近像发散角的目的，以实现近像也能提供具有视差的图像的目的。

需要说明的是，图10中位于下方的子区域23对应的是图9中菲涅尔膜层左侧方框中的区域；图10中位于上方的子区域23对应的是图9菲涅尔膜层上侧方框中的区域，两个子区域23是直接制作成型的，而不是由整个菲涅尔膜层上选取的。这样设置使得当光束经过两个子区域23构成的多焦点膜层20后，会被分成两束，分别指向空间的两个方向。两个子区域23内多个齿状结构22的排列方向之间呈直角。

如图10、图11a、图11b、图11c和图11d所示，图中两个子区域23中分别有齿状结构22和平面结构21，当在物面上点亮一个像素时，光束经过两个子区域23后会被折射，出射出三束光，当眼睛通过三束光观看时，会看到像素的像在三个不同位置。以两个子区域23内多个齿状结构22的排列方向之间呈直角为例，其成像位置也会有90相位。如图11所示，以点亮三个像素为例，c0、D0和E0分别为三个像素经过两个区域中的平面结构21与镜头10组合成像的像点，且此三个像点位于远像面，c1、D1和E1为三个像素经过镜头10与图10中位于上方的子区域23上的齿状结构22组合成像的像点，位于近像面，c2、D2和E2为像素经过镜头10与图10中位于下方的子区域23中的齿状结构22组合成像的像点。远像点成像有效光阑是两个子区域23组合的区域，近像点成像有效光阑是两个子区域23中的一个子区域23，达到缩小近像点成像出射光束发散角的目的。在本申请中两个子区域23内多个齿状结构22的排列方向之间呈直角，也就是两个子区域23相差90度只是举例说明，其相位差可以是别的数值。如相位差是别的角度时，其所有像点的映射就是多边形。

如图11a至图11d所示，当眼睛在图中K点对应的像素光束时，即可在两个像面上分别看到c0像素和D1+E2叠加的像素K，其中c0的有效光阑是两个子区域23的组合，D1与E2的有效光阑分别是图10中上方子区域23与下方子区域23。

如图12所示，两个子区域23内多个齿状结构22的排列方向之间呈锐角。由于一只眼睛在K点所在的光斑内，另一只眼睛在K的周围以瞳距为半径的范围内，考虑眼睛分布和亮度的问题，本申请还提出两个子区域23内多个齿状结构22的排列方向之间呈锐角的情况，具体的，该锐角为60度。

如图13a、图13b、图13c、图13d所示，a为点亮像素，会在远像面和近像面均有像点，c为目标像点像素，近像和远像平面均有像点，b为干扰像素，部分红色点为干扰像素，从图中可以看出各干扰像素均距离目标像素距离一致，能够保证像面上的目标像素亮度一致，且观察者另一只眼睛可以处于目标像素的任何方位角。

图13a中的a点是点亮像素经图12中的两个子区域拼接成的多焦点膜层的平面结构21的像点，在远像面上；b点为该点亮像素经的齿状结构22后的像点，在近像面上。

图13b中的a点是另外一个点亮像素经图12中的两个子区域拼接成的多焦点膜层的平面结构21的像点，在远像面上；b点和c点为该点亮像素经过齿状结构22后的像点，在近像面上。

图13c中a点是另外一个点亮像素经图12中的两个子区域拼接成的多焦点膜层的平面结构21的像，在远像面上；b点和c点为该点亮像素经过齿状结构22后的像点，在近像面上。

图13d是将近像面和远像面映射到同一个平面上其相对位置关系，其中a点为图13a、图13b和图13c的点亮的三个像素经图12中的两个子区域拼接成的多焦点膜层的平面结构21的像点位置，b点为三个点亮像素经齿状结构22后的部分像点。

假设图13d中心点像素为目标显示像点位置，在近像面和远像面均有干扰像素，因此需要控制拼接的多焦点膜层距光轴的距离及二者之间的相对夹角。在保证各像点相对位置一致，使像面上目标像素亮度一致前提下，确保观察者双眼处于目标像素任何方位角能够双眼相互干扰，即在一只眼睛看到目标像素的同时，另一只眼睛不会看到干扰像素。因像素被两个子区域23成像到多个位置，为了使观看者双眼不混，即只看到像素的一个像，需要满足在最近观看位置L时，像素分束的夹角θ大于人眼瞳孔距d离对镜头张角，即满足：θ>atan(d/L)。在透过显示装置观看像点时，由于镜头10畸变的存在，在不同视角看到由像素组成的图形会有变形，如在镜头10光轴位置看到正方形排列的像素组成正方形其像仍为正方形，但当偏离光轴观看时，有正方形排列像素组成的像就会发生变形，为避免观看者不同位置看到的图像畸变，本申请的显示装置可以结合眼睛追踪进行软件修正，选择合适像素进行显示，如在偏离光轴观看时，可以选择合适的像素达到看到非畸变的图像，如选择非正方形排列的像素可以看到正方形的像。

当然，上述两个子区域23也可以是由完整的菲涅尔膜层上选取的两个子区域23，两个子区域23在菲涅尔膜层上呈锐角或直角排列，也就是说两个子区域23到菲涅尔膜层的圆心位置的连线，两个连线之间的夹角为60度或90度，可根据实际情况进行选取。

如图1和图2所示，光栅膜层为一个或多个，当光栅膜层为多个时，多个光栅膜层包括第一光栅膜层30和第二光栅膜层40，第一光栅膜层30具有沿第一方向顺次排列的多个第一棱镜32；第二光栅膜层40具有沿第二方向排列的多个第二棱镜41，第一方向与第二方向之间具有夹角，夹角为直角。第一光栅膜层30上的多个第一棱镜32间隔设置，以在相邻两个第一棱镜32之间形成第一平面区域31，第一棱镜32至少包括一个与第一平面区域31倾斜设置的第一扩束面321；第二光栅膜层40上的多个第二棱镜41间隔设置，以在相邻两个第二棱镜41之间形成第二平面区域，第二棱镜41至少包括一个与第二平面区域倾斜设置的第二扩束面，第一光栅膜层30位于第二光栅膜层40与多焦点膜层20之间。

如图14所示，第一棱镜32还包括第一平面段322，第一扩束面321与第一平面段322倾斜设置，第一扩束面321为弧面；第二棱镜41还包括第二平面段，第二扩束面与第二平面段倾斜设置，第二扩束面为弧面。由于像素光线经多焦点膜层20和镜头10后其成像光束为多个方向入射到光栅膜层，且每个像素出射到光栅膜层的光束有一定的发散角，当具有发散角的光束经过光栅膜层的斜面后，也就是第一扩束面321和第二扩束面，其发散角会根据折射定律会被放大，为保持光束原有发散角或者使光束发散角不至于扩束太严重在设计观看距离内光斑覆盖双眼，本申请中的光栅膜层在制作时其折射面设置为具有一定曲率K，第一扩束面321和第二扩束面设置成弧面。设计合适的曲率K，使像素光束经过光栅膜层时光束角改变较小或不发生改变。满足在设计观看距离内像素光斑大小不覆盖双眼，保证人眼能观看到视差图像。

需要说明的是，上述第一平面段322与第一平面区域31是平行的，第一平面段322的两侧分别有一个第一扩束面321。第二平面段与第二平面区域是平行的，第二平面段的两侧分别有一个第二扩束面。

具体的，第一棱镜32的截面呈梯形，梯形的两个腰所形成的面就是第一扩束面321；第二棱镜41的截面呈梯形，梯形的两个腰所形成的面就是第二扩束面。第一棱镜32位于第一光栅膜层30远离多焦点膜层20的一侧表面上，第二棱镜41位于第二光栅膜层40远离第一光栅膜层30的一侧表面上。如图5所示，第一光栅膜层30功能是入射到其上的光束在垂直其线性的维度打开，第二光栅膜层40的功能是将第一光栅膜层30在在一个维度分束的光束在其垂直维度再次打开，如一个光束经过第一光栅膜层30在X轴被分为三束，三束光分别指向空间三个方向，当这三束光经过第二光栅膜层40时，三束光会分别再次被分为三束，也就是出射9束光，最终一束光被分为9束，向9个方向出射。也就是说，当点亮一个子像素时，在空间9个方向都可以看到该子像素，由于每束光的发散角很小，当配合人眼追踪时，非目标光束对观看者产生影响的概率很小。为使出射每束光亮度相同，本申请在设计第一光栅膜层30和第二光栅膜层40时，第一光栅膜层33中的多个第一扩束面321在第一平面区域31上的投影的尺寸是相等的，第一扩束面321在第一平面区域31上的投影与第一平面区域31的尺寸是相等的；当然，第二光栅膜层中的多个第二扩束面在第二平面区域上的投影的尺寸是相等的，第二扩束面在第二平面区域上的投影与第二平面区域的尺寸是相等的。

需要说明的是，上述扩束光学膜在实际使用时，由于扩束光学膜中各层厚度较小，多焦点膜层20、第一光栅膜层30和第二光栅膜层40之间的位置可以进行调整，且不影响整体扩束光学膜性能。

如图4所示，截面呈梯形的第一棱镜32能将入射到其上的光束分为3束并出射到三个方向。

需要说明的是，上述第一光栅膜层30和第二光栅膜层40的参数是相同的、尺寸是相适配的。

在图中未示出的一个实施例中，光栅膜层为一个，也就是说，可仅设置第一光栅膜层30或者仅设置第二光栅膜层40，这样设置使得一束光经过该光栅膜层被分成三束光并向三个方向进行传输。

在图中未示出的一个实施例中，第一方向与第二方向之间的夹角为锐角，第一方向与第二方向之间的角度可根据实际需求进行设置。

在图中未示出的一个实施例中，第一棱镜32的截面为三角形，第二棱镜41的截面为三角形。

在图中未示出了的实施例中，第一棱镜具有沿第一方向连续设置的四个第一面段，相邻两个第一面段之间呈角度设置，四个第一面段中具有至少两个第一扩束面段；其中，四个第一面段均为直面段；或者四个第一面段均为弧面段；或者四个第一面段中两个第一面段为直面段，另外两个第一面段为弧面段，且四个第一面段中，中间两个第一面段的面型是一样的，两端的两个第一面段的面型是一样的，也就是说，当中间两个第一面段的为直面段时，两端的两个第一面段为弧面段；当中间两个第一面段的为弧面段时，两端的两个第一面段为直面段。

在图中未示出了的实施例中，第二棱镜具有沿第二方向连续设置的四个第二面段，相邻两个第二面段之间呈角度设置，四个第二面段中具有至少两个第二扩束面段；其中，四个第二面段均为直面段；或者四个第二面段均为弧面段；或者四个第二面段中两个第二面段为直面段，另两个第二面段为弧面段，且四个第二面段中，中间两个第二面段的面型是一样的，两端的两个第二面段的面型是一样的，也就是说，当中间两个第二面段的为直面段时，两端的两个第二面段为弧面段；当中间两个第二面段的为弧面段时，两端的两个第二面段为直面段。

如图6所示，第一棱镜32的截面不是梯形；第二棱镜41的截面不是梯形。第一棱镜32具有沿第一方向连续设置的五个第一面段，相邻两个第一面段之间呈角度设置，五个第一面段中具有至少一个第一平面段322，五个第一面段中还具有相对于第一平面段322倾斜设置的第一扩束面段323。第一平面段322的两侧分别具有两个第一扩束面段323。一侧的两个第一扩束面段323均为直面段；或者，如图15所示，两个第一扩束面段323均为弧面段；或者两个第一扩束面段中一个第一扩束面段为直面段，另一个第一扩束面段为弧面段。需要说明的是，第一平面段322的两侧的面段是对称设置的。

第二棱镜41具有沿第二方向连续设置的五个第二面段，相邻两个第二面段之间呈角度设置，五个第二面段中具有至少一个第二平面段，五个第二面段中还具有相对于第二平面段倾斜设置的第二扩束面段。第二平面段的两侧分别具有两个第二扩束面段。一侧的两个第二扩束面段均为直面段；或者两个第二扩束面段均为弧面段；或者两个第二扩束面段中一个第二扩束面段为直面段，另一个第二扩束面段为弧面段。需要说明的是，第二平面段的两侧的面段是对称设置的。

如图15所示，由第一平面段322一侧的两个第一扩束面段323来说，当远离第一平面段322的第一扩束面段323的倾角不太大，靠近第一平面段322的第一扩束面段323的倾角比较大时，远离第一平面段322的第一扩束面段323可以做成直面段，即第一平面段322一侧沿远离第一平面段322的方向依次为弧面段和直面段。

由于第一棱镜32的具有五个面段，使得一束光经过该第一棱镜32后被分成五束光并向五个方向进行传输，从而有效增加光束的覆盖范围，满足大视角观看。

需要说明的是，上述第一棱镜32上的第一面段不限于五个，第二棱镜41上的第二面段不限于五个。可以是多个，具体个数可根据实际情况进行设计，以将一束光被分为更多的子光束，指向更多的空间，满足大视角观看。

显示装置包括密集显示器件、镜头10和上述的扩束光学膜，密集显示器件为一个；镜头10设置在密集显示器件的一侧，镜头10为一个；扩束光学膜设置在镜头10远离密集显示器件的一侧。通过设置扩束光学膜，有效扩大了显示装置的视角，将视角扩大了3倍以上。同时显示装置能够提供两层或两层以上的显示层，为观看者除了提供双眼视差与移动视差外，还提供了辐辏聚焦显示信息，实现了3D的显示效果。

需要说明的是，上述显示装置为张量像素。张量是一个定义在向量空间或对偶空间的笛卡尔积上的多重线性映射，其坐标是|n|维空间内，有|n|个分量的一种量，其中每个分量都是坐标的函数，而在坐标变换时，这些分量也依照某些规则作线性变换。而对于张量像素，其是指由独立可控的显示器件阵列，经光学组件后在空间不同平面上成像所形成的像素单元。换言之，张量像素是在三维坐标空间中的像素单元，此时，不同的像素不仅在二维的平面空间上位于不同位置，同时也在纵向的空间上也位于不同位置，因此，由张量像素可以构成3D的图像画面。此处，张量像素可以是通过光学组件形成虚像，也可以实像。

需要说明的是，上述密集显示器件可以是microLED或者其他类型的显示器。

多方向扩束光学膜包括光栅膜层，光栅膜层的一侧表面上至少具有平面区域和与平面区域倾斜设置的扩束面，以使依次经由光栅膜层的光能够在多个方向显示；光栅膜层为多个，多个光栅膜层包括第一光栅膜层30和第二光栅膜层40第一光栅膜层30具有沿第一方向顺次排列的多个第一棱镜32；第二光栅膜层40具有沿第二方向排列的多个第二棱镜41，第一方向与第二方向之间具有夹角，夹角为直角。多个第一棱镜32间隔设置，以在相邻两个第一棱镜32之间形成第一平面区域31，第一棱镜32至少包括一个与第一平面区域31倾斜设置的第一扩束面321；多个第二棱镜41间隔设置，以在相邻两个第二棱镜41之间形成第二平面区域，第二棱镜41至少包括一个与第二平面区域倾斜设置的第二扩束面。第一棱镜32的截面呈梯形或三角形；第二棱镜41的截面呈梯形或三角形。

需要说明的是，第一方向与第二方向之间夹角也可为锐角。

具体的，第一棱镜具有沿第一方向连续设置的四个第一面段，相邻两个第一面段之间呈角度设置，四个第一面段中具有至少两个第一扩束面段；其中，四个第一面段均为直面段；或者四个第一面段均为弧面段；或者四个第一面段中至少两个第一面段为直面段，至少两个第一面段为弧面段。第二棱镜具有沿第二方向连续设置的四个第二面段，相邻两个第二面段之间呈角度设置，四个第二面段中具有至少两个第二扩束面段；其中，四个第二面段均为直面段；或者四个第二面段均为弧面段；或者四个第二面段中至少两个第二面段为直面段，至少另两个第二面段为弧面段。

具体的，第一棱镜具有沿第一方向连续设置的五个第一面段，相邻两个第一面段之间呈角度设置，五个第一面段中具有至少一个第一平面段，五个第一面段中还具有相对于第一平面段倾斜设置的第一扩束面段，第一平面段的一侧至少具有两个第一扩束面段；其中，两个第一扩束面段均为直面段；或者两个第一扩束面段均为弧面段；或者两个第一扩束面段中一个第一扩束面段为直面段，另一个第一扩束面段为弧面段。第二棱镜具有沿第二方向连续设置的五个第二面段，相邻两个第二面段之间呈角度设置，五个第二面段中具有至少一个第二平面段，五个第二面段中还具有相对于第二平面段倾斜设置的第二扩束面段，第二平面段的一侧至少具有两个第二扩束面段；其中，两个第二扩束面段均为直面段；或者两个第二扩束面段均为弧面段；或者两个第二扩束面段中一个第二扩束面段为直面段，另一个第二扩束面段为弧面段。矢量像素包括密集显示器件、镜头10和上述的多方向扩束光学膜，密集显示器件为一个；镜头10设置在密集显示器件的一侧，镜头10为一个；多方向扩束光学膜设置在镜头10远离密集显示器件的一侧，第一光栅膜层30设置在第二光栅膜层40和镜头10之间。本申请的矢量像素由于没有设置多焦点膜层20，无法实现3D显示，只能实现2D的平面显示，也就是说仅有一层显示层，能够为观看者提供双眼视差与移动视差的光场显示。

矢量像素满足以下条件：1、点光源窄光束。相对于较大的显示尺度，可近似看成一点发光的光源(例如，光源只占显示器面积的万分之一以下)，其向空间发射的多数光束有如下性质：如果以光强下降到此光束最大光强的50％为该光束边界，以光源为圆心，能包括所有边界的最小空间球面角小于10度。2、能支持不少于可被区分的100个方向上投射上述光束。3、可同时向2个或以上的方向发射上述光束。4、上述光束的亮度支持至少16档可调节。

显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (22)

1.一种扩束光学膜，其特征在于，包括：

多焦点膜层(20)；

光栅膜层，所述光栅膜层位于所述多焦点膜层(20)的出光侧，所述光栅膜层远离所述多焦点膜层(20)的一侧表面上至少具有平面区域和与所述平面区域倾斜设置的扩束面，以使像素发出的光依次经由所述多焦点膜层(20)和所述光栅膜层能够在多个平面成像，且在多个方向能够看到所述像素的像。

2.根据权利要求1所述的扩束光学膜，其特征在于，所述多焦点膜层(20)朝向所述光栅膜层的一侧表面上至少具有平面结构(21)和齿状结构(22)，以使所述多焦点膜层(20)形成多个焦点。

3.根据权利要求2所述的扩束光学膜，其特征在于，所述多焦点膜层(20)为菲涅尔膜层，所述齿状结构(22)为多个，各所述齿状结构(22)均呈环形，多个呈环形的所述齿状结构(22)同心设置且内径不同，且至少一组相邻的两个呈环形的所述齿状结构(22)之间间隔设置，以在二者之间形成呈环形的所述平面结构(21)。

4.根据权利要求2所述的扩束光学膜，其特征在于，所述多焦点膜层(20)由多个子区域(23)构成，各所述子区域(23)内均具有所述平面结构(21)和所述齿状结构(22)，且不同的所述子区域(23)内所述齿状结构(22)和所述平面结构(21)的排列方向不同。

5.根据权利要求4所述的扩束光学膜，其特征在于，各所述子区域(23)内具有多个所述齿状结构(22)，且至少一组相邻的两个所述齿状结构(22)之间间隔设置，以在二者之间形成所述平面结构(21)，其中，所述齿状结构(22)沿弧线延伸。

6.根据权利要求3所述的扩束光学膜，其特征在于，由所述菲涅尔膜层上选取两个子区域(23)，两个所述子区域(23)在所述菲涅尔膜层上呈锐角或直角排列。

7.根据权利要求6所述的扩束光学膜，其特征在于，所述光栅膜层为一个或多个，当所述光栅膜层为多个时，多个所述光栅膜层包括：

第一光栅膜层(30)，所述第一光栅膜层(30)具有沿第一方向顺次排列的多个第一棱镜(32)；

第二光栅膜层(40)，所述第二光栅膜层(40)具有沿第二方向排列的多个第二棱镜(41)，所述第一方向与所述第二方向之间具有夹角，所述夹角为锐角或直角。

8.根据权利要求7所述的扩束光学膜，其特征在于，

所述第一光栅膜层(30)上的多个所述第一棱镜(32)间隔设置，以在相邻两个所述第一棱镜(32)之间形成第一平面区域(31)，所述第一棱镜(32)至少包括一个与所述第一平面区域(31)倾斜设置的第一扩束面(321)；

所述第二光栅膜层(40)上的多个所述第二棱镜(41)间隔设置，以在相邻两个所述第二棱镜(41)之间形成第二平面区域，所述第二棱镜(41)至少包括一个与所述第二平面区域倾斜设置的第二扩束面，所述第一光栅膜层(30)位于所述第二光栅膜层(40)与所述多焦点膜层(20)之间。

9.根据权利要求8所述的扩束光学膜，其特征在于，

所述第一棱镜(32)还包括第一平面段(322)，所述第一扩束面(321)与所述第一平面段(322)倾斜设置，所述第一扩束面(321)为弧面；和/或

所述第二棱镜(41)还包括第二平面段，所述第二扩束面与所述第二平面段倾斜设置，所述第二扩束面为弧面。

10.根据权利要求7所述的扩束光学膜，其特征在于，

所述第一棱镜(32)的截面呈梯形或三角形；和/或

所述第二棱镜(41)的截面呈梯形或三角形。

11.根据权利要求7所述的扩束光学膜，其特征在于，所述第一棱镜(32)具有沿所述第一方向连续设置的四个第一面段，相邻两个所述第一面段之间呈角度设置，所述四个第一面段中具有至少两个第一扩束面段；其中，

所述四个第一面段均为直面段；或者

所述四个第一面段均为弧面段；或者

所述四个第一面段中至少两个所述第一面段为直面段，至少另两个所述第一面段为弧面段。

12.根据权利要求7所述的扩束光学膜，其特征在于，

所述第二棱镜(41)具有沿所述第二方向连续设置的四个第二面段，相邻两个所述第二面段之间呈角度设置，所述四个第二面段中具有至少两个第二扩束面段；其中，

所述四个第二面段均为直面段；或者

所述四个第二面段均为弧面段；或者

所述四个第二面段中至少两个所述第二面段为直面段，至少另两个所述第二面段为弧面段。

13.根据权利要求7所述的扩束光学膜，其特征在于，

所述第一棱镜(32)具有沿所述第一方向连续设置的五个第一面段，相邻两个所述第一面段之间呈角度设置，所述五个第一面段中具有至少一个第一平面段(322)，所述五个第一面段中还具有相对于所述第一平面段(322)倾斜设置的第一扩束面段(323)，所述第一平面段(322)的一侧至少具有两个所述第一扩束面段(323)；其中，

两个所述第一扩束面段(323)均为直面段；或者

两个所述第一扩束面段(323)均为弧面段；或者

两个所述第一扩束面段(323)中一个所述第一扩束面段(323)为直面段，另一个所述第一扩束面段(323)为弧面段。

14.根据权利要求7所述的扩束光学膜，其特征在于，

所述第二棱镜(41)具有沿所述第二方向连续设置的五个第二面段，相邻两个所述第二面段之间呈角度设置，所述五个第二面段中具有至少一个第二平面段，所述五个第二面段中还具有相对于所述第二平面段倾斜设置的第二扩束面段，所述第二平面段的一侧至少具有两个所述第二扩束面段；其中，

两个所述第二扩束面段均为直面段；或者

两个所述第二扩束面段均为弧面段；或者

两个所述第二扩束面段中一个所述第二扩束面段为直面段，另一个所述第二扩束面段为弧面段。

15.一种显示装置，其特征在于，包括：

密集显示器件，所述密集显示器件为一个；

镜头(10)，所述镜头(10)设置在所述密集显示器件的一侧，所述镜头(10)为一个；

权利要求1至14中任一项所述的扩束光学膜，所述扩束光学膜设置在所述镜头(10)远离所述密集显示器件的一侧。

16.一种多方向扩束光学膜，其特征在于，包括：

光栅膜层，所述光栅膜层的一侧表面上至少具有平面区域和与所述平面区域倾斜设置的扩束面，以使依次经由所述光栅膜层的光能够在多个方向显示；所述光栅膜层为多个，多个所述光栅膜层包括：

第一光栅膜层(30)，所述第一光栅膜层(30)具有沿第一方向顺次排列的多个第一棱镜(32)；

第二光栅膜层(40)，所述第二光栅膜层(40)具有沿第二方向排列的多个第二棱镜(41)，所述第一方向与所述第二方向之间具有夹角，所述夹角为锐角或直角。

17.根据权利要求16所述的多方向扩束光学膜，其特征在于，

多个所述第一棱镜(32)间隔设置，以在相邻两个所述第一棱镜(32)之间形成第一平面区域(31)，所述第一棱镜(32)至少包括一个与所述第一平面区域(31)倾斜设置的第一扩束面(321)；

多个所述第二棱镜(41)间隔设置，以在相邻两个所述第二棱镜(41)之间形成第二平面区域，所述第二棱镜(41)至少包括一个与所述第二平面区域倾斜设置的第二扩束面。

18.根据权利要求16所述的多方向扩束光学膜，其特征在于，

所述第一棱镜(32)的截面呈梯形或三角形；和/或

所述第二棱镜(41)的截面呈梯形或三角形。

19.根据权利要求16所述的多方向扩束光学膜，其特征在于，所述第一棱镜(32)具有沿所述第一方向连续设置的四个第一面段，相邻两个所述第一面段之间呈角度设置，所述四个第一面段中具有至少两个第一扩束面段；其中，

所述四个第一面段均为直面段；或者

所述四个第一面段均为弧面段；或者

所述四个第一面段中至少两个所述第一面段为直面段，至少另两个所述第一面段为弧面段。

20.根据权利要求16所述的多方向扩束光学膜，其特征在于，

所述第二棱镜(41)具有沿所述第二方向连续设置的四个第二面段，相邻两个所述第二面段之间呈角度设置，所述四个第二面段中具有至少两个第二扩束面段；其中，

所述四个第二面段均为直面段；或者

所述四个第二面段均为弧面段；或者

所述四个第二面段中至少两个所述第二面段为直面段，至少另两个所述第二面段为弧面段。

21.根据权利要求16所述的多方向扩束光学膜，其特征在于，

所述第一棱镜(32)具有沿所述第一方向连续设置的五个第一面段，相邻两个所述第一面段之间呈角度设置，所述五个第一面段中具有至少一个第一平面段(322)，所述五个第一面段中还具有相对于所述第一平面段(322)倾斜设置的第一扩束面段(323)，所述第一平面段(322)的一侧至少具有两个所述第一扩束面段(323)；其中，

两个所述第一扩束面段(323)均为直面段；或者

两个所述第一扩束面段(323)均为弧面段；或者

两个所述第一扩束面段(323)中一个所述第一扩束面段(323)为直面段，另一个所述第一扩束面段(323)为弧面段。

22.根据权利要求16所述的多方向扩束光学膜，其特征在于，

所述第二棱镜(41)具有沿所述第二方向连续设置的五个第二面段，相邻两个所述第二面段之间呈角度设置，所述五个第二面段中具有至少一个第二平面段，所述五个第二面段中还具有相对于所述第二平面段倾斜设置的第二扩束面段，所述第二平面段的一侧至少具有两个所述第二扩束面段；其中，

两个所述第二扩束面段均为直面段；或者

两个所述第二扩束面段均为弧面段；或者

两个所述第二扩束面段中一个所述第二扩束面段为直面段，另一个所述第二扩束面段为弧面段。

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