CN113866997A

CN113866997A - 显示系统

Info

Publication number: CN113866997A
Application number: CN202111090770.6A
Authority: CN
Inventors: 陈增源; 吴博琦; 阮双琛
Original assignee: Shenzhen Technology University
Current assignee: Shenzhen Technology University
Priority date: 2021-09-17
Filing date: 2021-09-17
Publication date: 2021-12-31
Anticipated expiration: 2041-09-17
Also published as: CN113866997B

Abstract

本申请公开了一种三维显示系统，三维显示系统包括显示装置，显示装置包括显示单元，柱镜阵列以及光栅层，柱镜阵列包括多个柱面镜，多个柱面镜沿径向方向的尺寸相同；光栅层包括衬底与从衬底向远离柱镜阵列一侧方向延伸的多个脊的阵列；柱镜阵列包括多个柱镜单元，柱镜单元的横截面为半圆结构；显示单元发出的光线依次透射经过柱面镜阵列以及光栅层后传输至人眼。在用户对三维显示系统显示的图像进行观察时，外部光线在传输至三维显示系统时，会被光栅层上由脊组成的阵列进行反射或散射，从而降低外部光线对用户观察三维显示系统的影响。

Description

显示系统

技术领域

本申请涉及显示技术领域，尤其涉及一种三维显示系统。

背景技术

现有技术中，终端设备通常配置有显示屏幕，通过显示屏幕向用户显示图形或文字信息用，户在观察显示屏幕显示的内容时，外部光线可能会透射照射到显示屏幕上，并且被显示屏幕反射进入人眼，从而使用户指能够观察到被反射的光线，而无法看清显示屏幕上显示的内容，影响用户对显示屏幕的观察。

发明内容

本申请实施例提供一种三维显示系统。

第一方面，本申请实施例提供一种三维显示系统，所述三维显示系统包括显示装置，所述显示装置包括显示单元，柱镜阵列以及光栅层，所述柱镜阵列包括多个柱面镜，多个所述柱面镜沿径向方向的尺寸相同；

所述光栅层包括衬底与从衬底向远离所述柱镜阵列一侧方向延伸的多个脊的阵列，所述脊的延伸方向与所述柱面镜的的延伸方向相互垂直；

所述柱镜阵列包括多个柱镜单元，所述柱镜单元的横截面为半圆结构；

所述显示单元的出光方向指向所述镜阵列，所述显示单元发出的光线依次透射经过所述柱面镜阵列以及所述光栅层后传输至人眼。

可选的，所述三维显示系统还包括光传感器以及控制器，所述光传感器设于所述显示单元的一侧边缘，所述控制器与所述显示单元以及所述光传感器连接；

所述光传感器用于获取环境光线的检测光亮度；

所述控制器用于根据所述检测光亮度与第一预设参数确定第一光亮度信息，所述第一光亮度信息用于表示所述显示单元的预设显示区域的光亮度；

所述控制器还用于获取所述预设显示区域的显示亮度以及显示图像的平均像素值；

所述控制器还用于根据所述平均像素值确定修正系数；

所述控制器还用于根据所述第一光亮度信息、所述显示亮度以及所述修正系数确定亮度调整值；

所述控制器还用于根据所述亮度调整值确定亮度调整命令；

所述控制器还用于向所述显示单元发送亮度调整命令，以使所述显示单元根据所述亮度调整命令调整显示亮度。

可选的，所述光栅层为柱镜光栅或闪耀光栅。

可选的，所述光栅层为闪耀光栅，所述脊的横截面为锯齿形或矩形。

可选的，所述光栅层的材料为光油材料。

可选的，所述三维显示系统还包括填充层，所述填充层的材料为光油材料。

可选的，所述衬底为平面结构或球面结构或非球面结构。

可选的，所述光栅层为柱镜光栅，所述柱镜光栅的脊的横截面为半圆形结构。

可选的，所述柱镜阵列的尺寸与所述显示单元的尺寸以及所述光栅层的尺寸相等。

可选的，所述柱面镜的材料折射率与所述光栅层的材料折射率的差值小于0.5。

可以看出，在本申请实施例中，所述三维显示系统包括显示单元，柱镜阵列以及光栅层，所述柱镜阵列包括多个柱面镜，多个所述柱面镜沿径向方向的尺寸相同；所述光栅层包括衬底与从衬底向远离所述柱镜阵列一侧方向延伸的多个脊的阵列，所述脊的延伸方向与所述柱面镜的的延伸方向相互垂直；所述柱镜阵列包括多个柱镜单元，所述柱镜单元的横截面为半圆结构；所述显示单元的出光方向指向所述镜阵列，所述显示单元发出的光线依次透射经过所述柱面镜阵列以及所述光栅层后，传输至人眼。在用户对所述三维显示系统显示的图像进行观察时，外部环境的光线会透射经过所述透柱镜阵列后，再被所述显示单元反射后传输至人眼，并影响用户对所述三维显示系统的观察，当所述三维显示系统设置光栅层时，外部光线在传输至所述三维显示系统时，会被所述光栅层上由所述脊组成的阵列进行反射或散射，从而降低外部光线对用户观察所述三维显示系统的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的一种显示装置的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的另一种显示装置的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的另一种显示装置的结构示意图；

图4是本申请三维显示系统的工作原理示意图；

图5是本申请实施例提供的一种显示装置的俯视结构图；

图6是本申请实施例提供的另一种显示装置的俯视结构图；

图7是本申请实施例提供的另一种显示装置的俯视结构图；

图8是本申请实施例提供的一种三维显示系统的结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10	显示单元	30	光栅层
20	柱镜阵列	31	脊
				21	柱面镜	40	填充层

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

以下分别进行详细说明。

本申请的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

请参见图1至图8，所述三维显示系统包括显示装置，所述显示装置包括显示单元10，柱镜阵列20以及光栅层30，

其中，所述显示单元10用于显示画面，具体的，所述显示单元10为lcd液晶显示单元10、oled显示单元10、amoled显示单元10中的一种，可以理解的是，所述显示单元10还可以为其他能够发出光线的装置或模块。

所述柱镜阵列20包括多个柱面镜21，多个所述柱面镜21沿径向方向的尺寸相同；具体的，所述柱面镜21沿径向方向的尺寸相同，多个尺寸的柱面镜21沿第一方向排列，所述柱面镜21的延伸方向与所述第一方向相垂直，所述柱面镜21的横截面为半圆结构，所述柱镜阵列20靠近所述显示单元10的一侧为平面结构，从而保证所述显示单元10发出的光线能够沿垂直方向进入所述柱镜阵列20。

优选实施方式中，所述柱面镜21沿轴向方向的长度相同，从而保证所述柱面镜21形成的柱镜阵列20能够完整覆盖所述显示单元10的发光区域，避免所述发光单元发出的光线遗漏在所述柱镜阵列20之外，从而导致漏光的情况发生。

所述光栅层30包括衬底与从衬底向远离所述柱镜阵列20一侧方向延伸的多个脊31的阵列，所述脊31的延伸方向与所述柱面镜21的的延伸方向相互垂直；

所述柱镜阵列20包括多个柱镜单元，所述柱镜单元的横截面为半圆结构；

其中，如图1至图4所示，所述光栅层30包括衬底及从所述衬底向所述柱镜阵列20一侧方向延伸的多个脊31的阵列，所述光线从所述衬底传入，并从所述脊31所在的一侧表面传出，具体的，当用户在观看所述三维显示系统显示的图像时，为了实现图像的三维显示，所述三维显示系统在所述显示单元10的出光侧设置所述柱镜阵列20，所述显示单元10包括第一子单元与第二子单元，所述第一子单元用于显示左眼观察的图像，所述第二子单元用于显示右眼观察的图像，所述第一子单元与所述第二子单元发出的光线均通过所述柱镜阵列20，并且经过所述柱面镜21的折射后，所述第一子单元发出的光线进入用户的左眼，所述第二子单元发出的光线进入用户的右眼，由于所述第一子单元显示的图像与所述第二子单元显示的图像存在视差，因此用户在进行观察时，能够观察到具有立体感的图像。

所述显示单元10的出光方向指向所述镜阵列，所述显示单元10发出的光线依次透射经过所述柱面镜21阵列以及所述光栅层30后，传输至人眼。

在用户对所述三维显示系统显示的图像进行观察时，外部环境的光线会透射经过所述透柱镜阵列20后，再被所述显示单元10反射后传输至人眼，并影响用户对所述三维显示系统的观察，当所述三维显示系统设置光栅层30时，外部光线在传输至所述三维显示系统时，会被所述光栅层30上由所述脊31组成的阵列进行反射或散射，从而降低外部光线对用户观察所述三维显示系统的影响。

在本申请的实施例中，所述三维显示系统包括显示单元10，柱镜阵列20以及光栅层30，所述柱镜阵列20包括多个柱面镜21，多个所述柱面镜21沿径向方向的尺寸相同；所述光栅层30包括衬底与从衬底向远离所述柱镜阵列20一侧方向延伸的多个脊31的阵列，所述脊31的延伸方向与所述柱面镜21的的延伸方向相互垂直；所述柱镜阵列20包括多个柱镜单元，所述柱镜单元的横截面为半圆结构；所述显示单元10的出光方向指向所述镜阵列，所述显示单元10发出的光线依次透射经过所述柱面镜21阵列以及所述光栅层30后，传输至人眼。在用户对所述三维显示系统显示的图像进行观察时，外部环境的光线会透射经过所述透柱镜阵列20后，再被所述显示单元10反射后传输至人眼，并影响用户对所述三维显示系统的观察，当所述三维显示系统设置光栅层30时，外部光线在传输至所述三维显示系统时，会被所述光栅层30上由所述脊31组成的阵列进行反射或散射，从而降低外部光线对用户观察所述三维显示系统的影响。

在可选的实施方式中，所述三维显示系统还包括光传感器以及控制器，所述光传感器设于所述显示单元的一侧边缘，当所述光传感器设于所述显示单元的一侧边缘时，所述光传感器不会阻挡所述三维显示系统的显示图像，可以理解的是，所述三维显示系统还可以包括多个光传感器，多个所述光传感器分别设置于所述显示单元的周测边缘。

环境光线在照射到所述三维显示装置上后，由于光线会被所述光栅层分散，因此会在显示单元上形成多个光斑，相比于光线直接被所述显示单元反射，形成多个光斑后能够有效的降低用户观察所述三维显示系统时，由于环境光线反射造成的影响。为了进一步降低环境光线对用户观察三维显示系统的影响，可以通过所述控制器改变所述显示单元的显示亮度的方式进行改善。

所述控制器与所述显示单元以及所述光传感器连接，具体的，所述光传感器用于获取环境光线的检测光亮度，其中，所述检测光亮度可以为10000尼特、12000尼特或其他值。

所述光传感器获取所述检测光亮度后，所述光传感器将所述检测光亮度发送至所述控制器，所述控制器根据所述检测光亮度与第一预设参数确定第一光亮度信息，其中，所述第一光亮度信息用于表示所述三维显示系统的预设显示区域的光亮度。

其中，所述预设显示区域用于表示所述三维显示系统上的任意一个或多个区域，在一具体实施方式中，所述预设显示区域为所述显示单元的多个显示区域。

在一具体实施方式中，所述控制器根据第一公式L＝m*t1、所述检测光亮度以及所述第一预设参数确定所述第一光亮度信息，其中，所述L为第一光亮度信息，所述m为检测光亮度，所述t1为第一预设参数，具体的，当检测光亮度为10000尼特，所述t1为0.8时，所述第一光亮度信息为8000尼特。

所述控制器在确定所述第一光亮度信息后还用于获取所述预设显示区域的显示亮度以及所述显示图像的平均像素值，其中，当所述预设显示区域的显示亮度越低时，环境光线对用户观察三维显示系统的影响越大，因此为了方便对所述预设显示区域的显示图像进行调节，还需要通过所述控制器获取所述预设显示区域的显示亮度以及显示图像的平均像素值，并根据所述平均像素值确定修正系数。

在一具体实施方式中，所述控制器根据第二公式P＝u/t2、所述平均像素值以及第二预设参数确定修正系数，其中，所述P为所述修正系数，所述u为预设显示区域的显示图像的平均像素值，所述t2为第二预设参数。具体的，当所述平均像素值为188，所述t2为32时，所述修正系数P为5.875。

所述控制器在确定修正系数后，根据所述第一光亮度信息、所述显示单元的显示亮度与所述修正系数确定所述亮度调整值，在一具体实施方式中，所述控制器根据第三公式N＝(L/8000)*P*(t3/Q)、所述第一光亮度信息、所述显示单元的显示亮度与所述修正系数确定亮度调整值，其中，所述N为亮度调整值，所述L为第一光亮度信息，所述P为修正系数，所述t3为第三预设参数，所述Q为显示单元的显示亮度，具体的，当所述第一光亮度信息L为8000，所述修正系数P为5.875，所述显示亮度Q为50，所述第三预设参数为200时，所述亮度调整值N为23.5。

所述控制器在确定所述亮度调整值后，在根据所述亮度调整值确定亮度调整命令；并将亮度调整命令发送至所述显示单元，以使所述显示单元根据所述亮度调整命令调整显示亮度，从而完成所述三维显示系统的预设显示区域的亮度调节，通过对所述预设显示区域的显示亮度进行调节，能够进一步降低环境光线对用户观察所述三维显示系统的影响，使用户能够更清晰的观察到三维显示系统显示的图像信息。

在可选的实施方式中，所述光栅层30为柱镜光栅或闪耀光栅或跃阶光栅。

其中，当所述光栅层30为柱镜光栅时，所述柱镜光栅的所述脊31的横截面为半圆形结构。优选实施方式中，所述光栅层30为柱镜光栅时，所述脊31的直径小于所述柱镜阵列20的所述柱面镜21的直径，从而保证环境光线射入所述光栅层30后，能够被所述光栅层30折射成多个点状的光斑，从而降低光线在所述柱镜阵列20以及所述显示单元10的表面发生的反射，从而降低外部环境光线产生的反射对用户观察所述三维显示系统的影响。

在另一实施方式中，如图1与图2所示，所述光栅层30为闪耀光栅，所述闪耀光栅的脊31的横街面为锯齿形或矩形。其中，当光线传输至所述闪耀光栅后，光线能够沿着所述脊31的排列方向形成光斑，光线经过所述光栅层30后，光线形成的光斑的排列方向与柱面镜21的延伸方向相同，当所述光栅层30的所述脊31的延伸方向与所述柱镜阵列20上的柱面镜21的延伸方向相同时，透射经过所述光栅层30的光线会在不同的柱面镜21上形成不同亮度的光斑，从而影响用户对显示图像的观察，当所述光栅层30的所述脊31的延伸方向与所述柱镜阵列20上的柱面镜21的延伸方向相垂直时，透射经过所述光栅层30的光线不会对柱面镜21上的图像产生影响，从而能够就保证通过所述闪耀光栅的光线能够沿着指定的方向进行传输。

在可选的实施方式中，所述光栅层30的材料为光油材料，在一具体实施方式中，所述光栅层30的材料为光油材料其中，所述光油为透明材料，所述光油在经过紫外光照射后，由液态转为固态，并具有耐刮耐划的特性；在另一具体实施方式中，所述光栅层30的材料为热固光油材料，所述热固光油材料需要经过高温烘烤后固化，从而由液态转为固态。

在可选的实施方式中，如图7所示，所述三维显示系统还包括填充层40，所述填充层40设于所述柱镜阵列20与所述光栅层30之间，用于填充所述柱镜阵列20与所述光栅层30之间的空隙。优选实施方式中，所述填充层40的材料为光油材料。优选实施方式中，所述填充层40的材料与所述光栅层30的材料相同，在对所述填充层40与所述光栅层30进行加工时，可以在所述柱镜阵列20的出光测设置模具，并通过灌注光油的方式进行固化，从而使所述柱镜阵列20与所述填充层40以及所述光栅层30连接。

在另一种可选的实施方式中，在对三维显示屏幕进行加工时，还可以对所述柱镜阵列20的上方通过光油进行灌注，并通过紫外光源进行固化后形成衬底，可以在所述固化后的光油层设置掩膜版，并通过刻蚀的方式对光油层进行磨削，从而使光油层远离所述显示单元10的一侧表面形成脊31的结构。

在可选的实施方式中，所述显示单元10发出的光线在经过所述柱镜阵列20后，会由于柱镜阵列20的柱面导致显示的图像出现误差，因此，为了所述三维显示系统的成像误差进行校正，可以设置所述光栅层30的所述衬底为球面结构或非球面结构，具体的，当所述光栅层30的所述衬底为球面结构或非球面结构时，可以根据所述光栅层30的材料的折射率以及所述衬底的曲率半径对所述显示单元10经过所述柱镜阵列20形成的像差进行校正，从而提高所述三维显示系统的成像质量。

在可选的实施方式中，如图3所示，所述光栅层30为柱镜光栅，所述柱镜光栅的脊31的横截面为半圆形结构，所述柱镜光栅的脊31的延伸方向与所述柱镜阵列20的柱面镜21的延伸方向相互垂直，从而保证外部光线在传输至所述三维显示系统时，会被所述光栅层30上由所述脊31组成的阵列进行反射或散射，从而降低外部光线对用户观察所述三维显示系统的影响。

在可选的实施方式中，为了减小所述柱镜阵列20与所述光栅层30对所述三维显示系统的尺寸影响，设置所述柱镜阵列20的尺寸与所述显示单元10的尺寸以及所述光栅层30的尺寸相等，从而保证所述显示单元10发出的光线能够全部传输透射经过所述柱镜阵列20以及所述光栅层30，并且避免由于所述柱镜阵列20与所述光栅层30的尺寸过大或过小，导致所述三维显示系统组装难度增加的问题。

在可选的实施方式中，所述柱面镜21的材料折射率与所述光栅层30的材料折射率的差值小于0.5。由于显示单元10发出的光线需要经过所述柱镜阵列20后再经过所述光栅层30后传输至人眼，当所述柱面镜21的材料折射率与所述光栅层30的材料折射率相差较大时，会导致所述显示单元10发出的光线在经过所述光栅层30时的传输方向发生较大的改变，因此会影响用户对所述显示单元10所显示的图像的观察，因此为了降低所述光栅层30对光线折射的影响，设置所述柱面镜21的材料折射率于所述光栅层30的材料折射率相近，具体的，所述柱面镜21的材料折射率与所述光栅层30的材料折射率的差值小于0.5。在一具体实施方式中，所述柱镜阵列20中的所述柱面镜21为光学玻璃，具体的，所述柱面镜21材料为聚甲基丙烯酸甲酯材料(polymethyl methacrylate，PMMA)，所述柱面镜21的材料折射率为1.5，那么所述光栅层30的材料折射率为1.45～1.55，从而降低由于折射率相差较大带来的光线折射问题。

在可选的实施方式中，所述光栅层30的远离所述显示单元10的一侧表面设有增透膜，具体的，为了提高所述显示单元10显示图像的清晰度，增加所述三维显示系统对光线的透过率，所述光栅层30远离所述显示单元10的一侧设有增透膜，从而保证光线在传输至所述光栅层30时，能够减少由于所述光栅层30造成的反射导致的光线透过率降低的问题。

以上所述的具体实施方式，对本申请实施例的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请实施例的具体实施方式而已，并不用于限定本申请实施例的保护范围，凡在本申请实施例的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本申请实施例的保护范围之内。

Claims

1.一种三维显示系统，其特征在于，所述三维显示系统包括显示装置，所述显示装置包括显示单元，柱镜阵列以及光栅层，所述柱镜阵列包括多个柱面镜，多个所述柱面镜沿径向方向的尺寸相同；

2.根据权利要求1所述的三维显示系统，其特征在于，所述三维显示系统还包括光传感器以及控制器，所述光传感器设于所述显示单元的一侧边缘，所述控制器与所述显示单元以及所述光传感器连接；

所述光传感器用于获取环境光线的检测光亮度；

所述控制器还用于根据所述平均像素值确定修正系数；

所述控制器还用于根据所述亮度调整值确定亮度调整命令；

3.根据权利要求1所述的三维显示系统，其特征在于，所述光栅层为柱镜光栅或闪耀光栅。

4.根据权利要求1所述的三维显示系统，其特征在于，所述光栅层为闪耀光栅，所述脊的横截面为锯齿形或矩形。

5.根据权利要求1所述的三维显示系统，其特征在于，所述光栅层的材料为光油材料。

6.根据权利要求1所述的三维显示系统，其特征在于，所述三维显示系统还包括填充层，所述填充层的材料为光油材料。

7.根据权利要求1所述的三维显示系统，其特征在于，所述衬底为平面结构或球面结构或非球面结构。

8.根据权利要求1所述的三维显示系统，其特征在于，所述光栅层为柱镜光栅，所述柱镜光栅的脊的横截面为半圆形结构。

9.根据权利要求1所述的三维显示系统，其特征在于，所述柱镜阵列的尺寸与所述显示单元的尺寸以及所述光栅层的尺寸相等。

10.根据权利要求1所述的三维显示系统，其特征在于，所述柱面镜的材料折射率与所述光栅层的材料折射率的差值小于0.5。