CN115047558A - 光学复合膜及显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光学复合膜和显示装置。所述光学复合膜包括3D光栅和导光板，述3D光栅包括阵列设置的光栅单元，所述导光板包括阵列设置的导光单元，所述导光单元与所述光栅单元关联设置，所述导光单元包括入光面和出光面，所述导光单元导引自所述入光面入射，经所述出光面出射的目标光线射向预设视点。所述导光板改变所述目标光线的传播方向，将所述目标光线汇聚于所述预设视点，使得用户人眼处于所述预设视点时，所述显示装置达到画面清晰、亮度均匀的显示效果，提高了用户体验。

Description

光学复合膜及显示装置
技术领域
本发明涉及3D显示技术领域，具体涉及一种光学复合膜及显示装置。
背景技术
近年来，3D显示迅猛发展，3D显示的屏幕也越来越大，当所述3D显示的屏幕为大屏时(例如21寸、34寸，甚至更大尺寸的屏幕)，会出现屏幕的两侧清晰度低和亮度低的问题。
如图1所示，为现有技术3D显示的显示装置和人眼的位置关系示意图，图1为从俯视的角度观察显示装置11和用户人眼13。所述显示装置11的屏幕为平面屏，所述用户人眼13的眼球类似凸透镜，所述显示装置11的发出的显示光线E透过所述用户人眼13，在视网膜形成像平面15。当所述显示装置11的屏幕为大屏，所述用户人眼13聚焦对准所述显示装置11的中心位置且不做焦距调整时，则所述显示光线E透过所述用户人眼13，聚焦所形成的焦平面17为曲面，所述显示装置11中心区域所发出的显示光线E聚焦与所述焦平面17的中心，所述显示装置11左右两侧所发出的所述光线E聚焦于所述焦平面17的两侧，所述焦平面17的中心点与所述像平面15的中心点重合，所述焦平面17的两侧与所述像平面15的两侧相离，此时，所述用户人眼13所观察到的现象为所述显示装置11的中心区域显示清晰，而所述显示装置11左右两侧区域显示模糊。
如图2所示，为图1所示显示装置示意图，所述显示装置11包括显示平面111和3D光栅113，所述3D光栅113包括光栅单元113A，所述光栅单元113A为凸透镜(例如CN102436069A和CN211293321U柱透镜光栅)，所述显示平面111所发出的显示光线E经过所述光栅单元113A后形成主光轴113B，经过不同所述光栅单元113A后形成的所述主光轴113B方向相同，当所述显示平面111中心区域所对应的所述主光轴113B传播方向为射向所述用户人眼13时，则所述显示平面111两侧区域所对应的所述主光轴113B的传播方向会偏离所述用户人眼13，进而导致所述用户人眼13观察到的现象为所述显示装置11中心区域的显示亮度较高，而所述显示装置11两侧区域的显示亮度较低。
因此，有必要提供一种清晰度高、亮度均匀的3D显示装置以解决上述技术问题。
发明内容
本发明为了解决现有技术3D显示中，当显示的屏幕为大屏时所存在的屏幕两侧清晰度低和亮度低的技术问题，提供一种光学复合膜。
同时，本发明还提供一种显示装置。
一种光学复合膜，包括3D光栅和导光板。述3D光栅包括阵列设置的光栅单元，所述导光板包括阵列设置的导光单元，所述导光单元与所述光栅单元关联设置。所述导光单元包括入光面和出光面，所述导光单元导引自所述入光面入射，经所述出光面出射的目标光线射向预设视点。
一种显示装置，所述显示装置包括显示屏幕和光学复合膜，所述光学复合膜与所述显示屏幕叠设。所述显示屏幕，显示待显示图像，并发出目标光线，所述光学复合膜，将所述目标光线折射至预设视点，所述光学复合膜为上述光学复合膜。
相较于现有技术，在本发明所提供的所述光学复合膜和所述显示装置中，通过所述导光板对所述目标光线进行折射，改变所述目标光线的传播方向，以使得所述目标光线的传播方向朝向所述预设视点，当用户人眼处于所述预设视点时，折射后的所述目标光线透过所述用户人眼聚焦于所述像平面，进而形成所述像平面所对应的所述补偿虚像。使得所述用户人眼在不进行焦距调节且不移动位置时，在所述用户人眼的视角下，所述显示屏幕达到亮度均匀，显示清晰的显示效果，提高了大屏3D显示的用户体验。
附图说明
图1为现有技术3D显示的显示装置和人眼的位置关系示意图，
图2为图1所示显示装置示意图；
图3为本发明实施例所提供的显示装置和用户人眼示意图；
图4为图3所示的显示屏幕结构示意图；
图5为图3所示的3D光栅立体结构示意图；
图6为图3所示的导光板立体结构示意图；
图7a为图3所示导光单元的横截面示意图；
图7b为本发明所揭示的导光单元横截面示意图；
图8为图3所示目标偏转角和用户人眼关系示意图；
图9为图3所示导光单元横截面和目标光线关系示意图；
图10图3所示导光板对所述显示屏幕清晰度校正示意图；
图11为本发明实施例所提供的另一显示装置结构示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
第一实施例
请参阅图3，为本发明所揭示的显示装置和用户人眼示意图，所述显示装置20包括显示屏幕21和光学复合膜22，其中，所述显示装置20为裸眼3D显示装置，所述显示屏幕21用于待显示的3D图像，并发出所显示的3D图像所对应的目标光线E。以用户人眼27所在的位置为预设视点，所述预设视点为用户观看所述显示装置20时，清晰度效果和亮度均匀效果最好的位置。(例如以正对所述显示屏幕中心，与所述显示屏幕21之间的垂直距离为40cm的位置作为所述显示屏幕20的位置为所述预设视点，当所述用户人眼27处于所述预设视点时，获得的视觉效果最好)
所述用户人眼27正对所述显示屏幕21的中心位置，图1为俯视角度下的所述显示装置21和所述用户人眼27示意图。
所述光学复合膜22包括3D光栅23、填充介质24和导光板25，所述导光板25设置于所述显示屏幕21与所述3D光栅23之间，所述填充介质24用于填充所述3D光栅23与所述导光板25之间的空隙。
请参阅图4，为图3所示显示屏幕结构示意图，所述显示屏幕21为高度为h，宽度为w的平面屏。
请参阅图5，为图3所示3D光栅立体结构示意图。所述3D光栅23包括阵列设置的半圆柱状光栅单元231，本实施例中，所述光栅单元31沿平行于所述显示屏幕21高度h的方向设置。在其他实施例中，所述光栅单元231也可以沿所述显示屏幕21高度h的方向倾斜设置。
请参阅图6，为图3所示导光板立体结构示意图，所述导光板25包括阵列设置的导光单元251，所述导光单元251与所述光栅单元231关联设置，当所述光栅单元231沿平行于所述显示屏幕21高度h的方向设置，相应的，所述导光单元251也沿平行于所述显示屏幕21高度h的方向设置。所述光栅单元231和所述导光单元251平行设置，一个所述光栅单元231对应一个所述导光单元251。在其他实施例中，还可以多个所述光栅单元231对应一个所述导光单元251，例如两个、三个或四个甚至更多个所述光栅单元231对应一个所述导光单元251，具体不限定。所述导光单元251为四边形棱柱或三角形棱柱，所述四边形棱柱的横截面为梯形。
请结合参阅图7a和图7b，其中，图7a为图3所示导光单元的横截面示意图，图7b为本发明所揭示的导光单元横截面示意图。
如图7a所示，在本实施例中，所述导光单元251为四边形棱柱，所述导光单元251的横截面为直角梯形。在其他实施例中，所述导光单元251的横截面还可以为三角形或梯形，如图7b所示，所述导光单元251的横截面还可以为锐角三角形252、直角三角形253、等腰梯形254或普通梯形255。
请结合参阅图3、图7a和图9，其中，图9为图3所示导光单元横截面和目标光线关系示意图。
所述导光单元251包括相对设置的入光面251A和出光面251B，所述目标光线E经所述入光面251A射入所述导光单元251，在所述导光单元251内传播后经所述出光面251B射出所述导光单元251。所述导光单元251对依次穿过所述入光面251A和所述出光面251B的所述目标光线E产生折射，改变所述目标光线E的传播方向。
所述目标光线E射入所述入光面251A的方向与所述目标光线射E出所述出光面251B的方向所形成的角度为目标偏转角。如图3和图9所示，E'为所述目标光线E射入所述入光面251A之前的传播方向。
为使用户获得较好的视觉体检，所述目标偏转角为根据用户人眼27与所述显示屏幕21之间的位置关系确定，所述显示屏幕21中不同区域所对应的所述目标偏转角的度数大小不同。例如，如图4所示，将所述显示屏幕21划分为不同的区域，包括从左到右依次设置的区域Ⅰ、区域Ⅱ、区域Ⅲ、区域Ⅳ和区域Ⅴ。所述用户人眼27正对所述区域Ⅲ的中心位置，则所述区域Ⅰ、所述区域Ⅱ所对应的所述目标光线E向右偏转，且所述区域Ⅰ中所述目标光线E的所述目标偏转角的度数大于所述区域Ⅱ中所述目标光线E的所述目标偏转角的度数。所述区域Ⅳ和所述区域Ⅴ所对应的所述目标光线E向左偏转，且所述区域Ⅴ中所述目标光线E的所述目标偏转角的度数大于所述区域Ⅳ中所述目标光线E的所述目标偏转角的度数。所述区域Ⅲ中所述目标光线E的所述目标偏转角的度数为零。需要说明的是，同以区域中对应的所述目标光线E的所述目标偏转角的度数大小可以相同，也可以不不相同，当所述区域I中所对应的所述目标光线E的所述目标偏转角的度数大小相同时，所述区域I中，所述导光单元251与所述光栅单元231关系可以设置为多个所述光栅单元231对应一个所述导光单元251。
在其他实施例中，所述显示屏幕21不仅限于划分为五个区域，还可以根据实际需求将所述显示屏幕21划分为6个、7个、8个或其他数量的区域，当然了，也还可以根据所述光栅单元231或所述导光单元251的数量，将每一所述光栅单元231或所述导光单元251所对应的显示屏幕21划分为一个区域，每一区域对应不同的所述目标偏转角的度数。
请参阅图8，为图3所示目标偏转角和用户人眼关系示意图。下面结合图8，以每一所述导光单元251所对应的所述显示屏幕21划分为一个区域为例，对所述目标偏转角的确定进行说明。
所述目标偏转角为：
Figure BDA0003747624090000061
其中，θ为所述目标偏转角，z为所述预设视点到所述显示屏幕21的垂直距离，x为O点到所述导光单元251的垂直距离，所述O点为所述预设视点到所述显示屏幕21的垂线与所述显示屏幕21之间的交点。在本实施例中，所述用户人眼27处于所述预设视点的位置上，因此，z为所述用户人眼27到所述显示屏幕21的垂直距离，所述O点为所述用户人眼27到所述显示屏幕21的垂线与所述显示屏幕21之间的交点。
请参阅图9，在所述导光单元251中，所述入光面251A所在的平面和所述出光面251B所在的平面形成目标夹角。所述目标偏转角的度数大小通过调整所述导光单元251的所述目标夹角和折射率进行调整。所述导光单元251的折射率大小通过选取不同的材料来进行调整。
下面结合图9对所述目标夹角进行说明。
所述目标夹角为：
α＝arcsin(n×sinθ)
其中，α为所述目标夹角，n为所述导光单元251的折射率。
根据上述公式，在同一导光板25中，可根据所述显示屏幕21的大小和预设的调整所述预设视点，确定不同显示屏幕21所对应的所述目标光线E的所述目标偏转角的度数大小，进而根据所述目标偏转角的度数大小和所述导光单元251材质的折射率，确定同一所述导光板25中不同的所述导光单元251的所述目标夹角的度数大小，进而根据所述目标夹角的度数大小对所述导光板25进行加工。
在本实施例中，同一所述导光板25中的不同的所述导光单元251的所述目标夹角的度数大小不同，进而使得所述显示屏幕21的不同区域所对应的所述目标光线E具有不同度数大小的所述目标偏转角，以将不同所述光栅单元231所产生的主光轴的传播方向均调整为射向所述用户人眼27，提高在所述用户人眼27观察的角度下，所述显示屏幕21两侧的亮度，使得所述显示屏幕21亮度均匀。同时由于所述目标光线E传播方向的偏转，使得所述目标光线E的透过所述用户人眼27后，聚焦于同一像平面29，所述像平面29处于同一平面中，进而形成所述像平面29所对应的补偿虚像28，所述补偿虚像28为曲面，是所述显示屏幕21所显示图像的虚像补偿。所述用户人眼27类似于凸透镜，由于所述补偿虚像28为曲面，所述像平面29为平面，因此实现了对凸透镜像场弯曲的补偿，进而使得当所述用户人眼27正对所述显示屏幕21中心，且所述用户人眼27不进行焦距调节时，在所述用户人眼27视角下，所述显示屏幕21各个区域的图像显示均为清晰的状态。
相较于现有技术，在本发明所提供的所述光学复合膜22和所述显示装置20中，通过所述导光板25对所述目标光线E进行折射，改变所述目标光线E的传播方向，以使得所述目标光线E的传播方向朝向所述预设视点，当用户人眼处于所述预设视点时，折射后的所述目标光线E透过所述用户人眼27聚焦于所述像平面29，进而形成所述像平面所对应的所述补偿虚像28。使得所述用户人眼27在不进行焦距调节且不移动位置时，在所述用户人眼27的视角下，所述显示屏幕21达到亮度均匀，显示清晰的显示效果，提高了大屏3D显示的用户体验。
第二实施例
请参阅图11，为本发明实施例所提供的另一显示装置结构示意图。所述显示装置30包括显示屏幕31和光学复合膜32，所述光学复合膜32包括3D光栅33、填充介质34和导光板35，其中，所述填充介质34用于填充所述3D光栅33与所述导光板55之间的空隙。本实施例中，所述显示屏幕31、所述3D光栅33及所述导光板35与第一实施例基本相同，其区别在于，所述3D光栅33设置于所述显示屏幕31与所述导光板35之间。
对本领域技术人员而言，本发明所提及的所述光栅单元和所述导光单元关联设置在第一实施例中是指所述光栅单元与所述导光单元平行设置，所述一个所述光栅单元对应一个所述导光单元，在其他实施例中，所述光栅单元和所述导光单元关联设置还可以为两个、三个或四个甚至更多个所述导光单元对应一个所述光栅单元，只要所述导光单元能够引导所述目标光线E射向所述预设视点即可。
以上所述仅为本发明的部分实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种光学复合膜，包括：
3D光栅，所述3D光栅包括阵列设置的光栅单元，其特征在于，所述光学复合膜还包括：
导光板，所述导光板包括：
阵列设置的导光单元，与所述光栅单元关联设置，所述导光单元包括入光面和出光面，所述导光单元导引自所述入光面入射，经所述出光面出射的目标光线射向预设视点。
2.根据权利要求1所述的光学复合膜，其特征在于，所述入光面所在的平面与所述出光面所的在平面形成目标夹角，所述导光板中包括所述目标夹角度数不同的所述导光单元。
3.根据权利要求2所述的光学复合膜，其特征在于，所述目标光线射入所述入光面的方向与所述目标光线射出所述出光面的方向所形成的角度为目标偏转角，所述目标偏转角为：
Figure FDA0003747624080000011
其中，θ为所述目标偏转角，z为所述预设视点到显示屏幕的垂直距离，x为O点到所述导光单元的垂直距离，所述显示屏幕为发出所述目标光线的屏幕，所述O点为所述预设视点到所述显示屏幕的垂线与所述显示屏幕之间的交点。
4.根据权利要求3所述的光学复合膜，其特征在于，所述目标夹角为：
α＝arcsin(n×sinθ)；
其中，α为所述目标夹角，n为所述导光单元的折射率。
5.根据权利要求1所述的光学复合膜，其特征在于，所述导光单元与所述光栅单元平行设置。
6.根据权利要求1所述的光学复合膜，其特征在于，所述导光单元为四边形棱柱或三角形棱柱，所述四边形棱柱的横截面为梯形。
7.根据权利要求1所述的光学复合膜，其特征在于，所述光学复合膜还包括填充介质，所述填充介质用于填充所述3D光栅和所述导光板之间的空隙。
8.根据权利要求1所述的光学复合膜，其特征在于，所述3D光栅设置于所述导光板靠近所述出光面的一侧。
9.根据权利要求1所述的光学复合膜，其特征在于，所述3D光栅设置于所述导光板靠近所述入光面的一侧。
10.一种显示装置，其特征在于，所述显示装置包括：
显示屏幕，显示待显示图像，并发出目标光线；及
光学复合膜，与所述显示屏幕叠设，所述光学复合膜将所述目标光线折射至预设视点，所述光学复合膜是如权利要求1-9任一项所述的光学复合膜。
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