本發(fā)明屬于裸眼3d顯示領(lǐng)域，具體涉及一種裸眼3d柱鏡面板結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

背景技術(shù)：

目前常見的裸眼3d平板顯示技術(shù)主要分為三類，分別是狹縫光柵技術(shù)(光屏障式)、指向性背光技術(shù)(指向光源)和柱狀透鏡技術(shù)。

狹縫光柵技術(shù)使用狹縫光學(xué)膜，使左眼和右眼的圖像分開，使觀看者的左眼和右眼同時(shí)接受到不同的圖像內(nèi)容，以實(shí)現(xiàn)3d顯示。狹縫光柵技術(shù)使用的光柵制作容易、可2d/3d切換、成本較低、串?dāng)_相對(duì)較低、可容忍的立體度相對(duì)較高，但亮度損失嚴(yán)重，分辨率隨視角數(shù)增加而降低。

指向性背光技術(shù)通過設(shè)計(jì)定向投射的背光源，讓左眼和右眼圖像以排序方式進(jìn)入觀看者的左眼和右眼，從而使觀看者的左眼和右眼接受到不同的圖像內(nèi)容，以實(shí)現(xiàn)3d顯示。指向性背光技術(shù)亮度損失較低且無分辨率損失，但指向性背光技術(shù)的背光源所需分光器件精度高、制作難、成本較高且僅有兩個(gè)視角。

柱狀透鏡技術(shù)是在現(xiàn)有二維顯示器件前面加一層柱狀透鏡，通過透鏡對(duì)光線的折射作用，使觀看者的左眼和右眼同時(shí)接受到不同的圖像內(nèi)容，以實(shí)現(xiàn)3d顯示。柱狀透鏡技術(shù)亮度損失非常低、可2d/3d切換、可以在原有二維顯示器件上實(shí)現(xiàn)。但目前柱狀透鏡技術(shù)串?dāng)_相對(duì)較高，可容忍立體度相對(duì)較低，視角數(shù)越多，分辨率越低。

柱狀透鏡技術(shù)的傳統(tǒng)3d顯示的原理是在每個(gè)柱透鏡下面的圖像的像素被分成幾個(gè)子像素，柱狀透鏡的物方焦平面剛好位于二維顯示器件的發(fā)光面上，每個(gè)柱狀透鏡下對(duì)應(yīng)若干個(gè)子像素，這些子像素發(fā)出的光線在通過透鏡發(fā)生折射后，會(huì)投射到空間中預(yù)先設(shè)定好的區(qū)域。當(dāng)觀看者位于最佳觀看位置，左眼和右眼可以同時(shí)接受到不同的圖像信息，從而產(chǎn)生立體效果。如圖4所示，現(xiàn)有技術(shù)柱鏡光柵式裸眼3d顯示面板結(jié)構(gòu)(以5視點(diǎn)為例)為：5個(gè)子像素106對(duì)應(yīng)一個(gè)柱鏡光柵107，子像素106發(fā)出的光束經(jīng)過柱鏡光柵107折射后形成光束分別成像于五個(gè)視區(qū)，最佳觀看位置分別在視點(diǎn)101、視點(diǎn)102、視點(diǎn)103、視點(diǎn)104、視點(diǎn)105。這種方案的缺點(diǎn)是圖像分辨率會(huì)大大降低；單個(gè)柱狀透鏡的像差會(huì)導(dǎo)致裸眼3d顯示器的顯示顏色發(fā)生偏移，左右圖像發(fā)生串?dāng)_；為減小像差，柱透鏡曲率半徑都較大，導(dǎo)致柱鏡光柵面板厚度大、重量大；當(dāng)觀看者偏離最佳觀看位置，有的位置會(huì)產(chǎn)生左右圖像反相，使觀看者引起頭暈、眼花、惡心等諸多不良反應(yīng)，從而導(dǎo)致事宜觀看顯示屏的角度和距離均受到嚴(yán)格限制。

鑒于此，本案發(fā)明人針對(duì)上述問題進(jìn)行深入研究，遂有本案的產(chǎn)生。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種圖像分辨率降低小，顯示顏色偏移小，左右圖像串?dāng)_小，柱鏡光柵面板厚度小，以及無左右圖像反相的防眩暈的緊湊型柱鏡光柵式裸眼3d顯示面板。

為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種緊湊型柱鏡光柵式裸眼3d顯示面板，包括依次從里到外緊密疊合連接在一起的液晶陣列、玻璃基板、偏光板、定向?qū)Ч饽?、雙面柱鏡光柵板和玻璃面板，所述雙面柱鏡光柵板的內(nèi)表面為非球面柱狀透鏡光柵結(jié)構(gòu)，外表面為多棱柱光柵結(jié)構(gòu)，所述雙面柱鏡光柵板通過所述非球面柱狀透鏡光柵結(jié)構(gòu)與所述定向?qū)Ч饽ぞo密接觸連接在一起，所述雙面柱鏡光柵板通過所述多棱柱光柵結(jié)構(gòu)與所述玻璃面板緊密接觸連接在一起，所述液晶陣列中每?jī)蓚€(gè)相鄰的子像素對(duì)應(yīng)所述非球面柱狀透鏡光柵結(jié)構(gòu)中的一個(gè)光柵單元。

所述非球面柱狀透鏡光柵結(jié)構(gòu)與所述多棱柱光柵結(jié)構(gòu)具有相同光柵柵距。

所述定向?qū)Ч饽げ捎煤穸葹?.1～0.2mm的有機(jī)光學(xué)薄膜材料制成的定向?qū)Ч饽ぃ宜龆ㄏ驅(qū)Ч饽さ恼凵渎史謩e高于所述玻璃基板、所述偏光板、所述雙面柱鏡光柵板和所述玻璃面板的折射率。

所述雙面柱鏡光柵板采用由厚度為0.5mm的有機(jī)光學(xué)材料制成的雙面柱鏡光柵板。

所述多棱柱光柵結(jié)構(gòu)為等腰梯形光柵結(jié)構(gòu)，其等腰梯形上底與腰的夾角為100°～150°。

所述非球面柱狀透鏡光柵結(jié)構(gòu)的光柵單元的橫截面為拋物線，此拋物線的曲率半徑大于或等于所述非球面柱狀透鏡光柵結(jié)構(gòu)柵距的1/2。

所述玻璃基板和所述玻璃面板的厚度均為0.5～0.7mm。

采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明一種緊湊型柱鏡光柵式裸眼3d顯示面板，采用非球面柱狀透鏡光柵結(jié)構(gòu)，以及相應(yīng)各光柵單元內(nèi)兩個(gè)子像素成像方案，滿足了旁軸成像的條件，成像像差很小，使液晶子像素在視區(qū)的成像清晰，顯示顏色偏移小、第一圖像和第二圖像即左圖像和右圖像串?dāng)_小。

附圖說明

圖1為本發(fā)明緊湊型柱鏡光柵式裸眼3d顯示面板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中雙面柱鏡光柵板的光柵單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明中光路原理圖；

圖4為背景技術(shù)中柱鏡光柵式裸眼3d顯示面板結(jié)構(gòu)的原理示意圖。

圖中：

液晶陣列-1；玻璃基板-2；

偏光板-3；定向?qū)Ч饽?4；

雙面柱鏡光柵板-5；非球面柱狀透鏡光柵結(jié)構(gòu)-51；

多棱柱光柵結(jié)構(gòu)-52；玻璃面板-6；

光束-71；光束-82；

光束-83；光束-84；

光束-85；光束-86；

光束-87；導(dǎo)出光束-91。

具體實(shí)施方式

為了進(jìn)一步解釋本發(fā)明的技術(shù)方案，下面通過具體實(shí)施例來對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)闡述。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明一種緊湊型柱鏡光柵式裸眼3d顯示面板，包括液晶陣列1、玻璃基板2、偏光板3、定向?qū)Ч饽?、雙面柱鏡光柵板5和玻璃面板6。以實(shí)際觀看3d影像的狀態(tài)為參考方位，以靠近觀看者的一側(cè)為外側(cè)，以遠(yuǎn)離觀看者的一側(cè)為內(nèi)側(cè)即里側(cè)，液晶陣列1、玻璃基板2、偏光板3、定向?qū)Ч饽?、雙面柱鏡光柵板5和玻璃面板6依次從里到外緊密疊合形成緊湊型柱鏡光柵式裸眼3d顯示面板。該顯示面板貼合固定于普通液晶顯示屏的外側(cè)面。

雙面柱鏡光柵板5的內(nèi)表面為非球面柱狀透鏡光柵結(jié)構(gòu)51。雙面柱鏡光柵板5的外表面為多棱柱光柵結(jié)構(gòu)52。非球面柱狀透鏡光柵結(jié)構(gòu)51具有復(fù)數(shù)個(gè)光柵單元，多棱柱光柵結(jié)構(gòu)52具有復(fù)數(shù)個(gè)與非球面柱狀透鏡光柵結(jié)構(gòu)51的光柵單元一一對(duì)應(yīng)的光柵單元。非球面柱狀透鏡光柵結(jié)構(gòu)51的光柵單元的橫截面為拋物線，此拋物線最小曲率半徑為非球面柱狀透鏡光柵結(jié)構(gòu)51柵距的1/2。即此拋物線的曲率半徑大于或等于非球面柱狀透鏡光柵結(jié)構(gòu)51柵距的1/2。多棱柱光柵結(jié)構(gòu)52為等腰梯形柱鏡光柵結(jié)構(gòu)，即多棱柱光柵結(jié)構(gòu)52的光柵單元的橫截面為等腰梯形，該等腰梯形的上底邊長(zhǎng)(即靠近玻璃面板6的那一邊的邊長(zhǎng))是下底邊長(zhǎng)(即靠近定向?qū)Ч饽?的那一邊的邊長(zhǎng))的1/4，該等腰梯形上底與腰的夾角為100°～150°，優(yōu)選為120°。非球面柱狀透鏡光柵結(jié)構(gòu)51與多棱柱光柵結(jié)構(gòu)52具有相同光柵柵距。液晶陣列1具有復(fù)數(shù)個(gè)子像素，每?jī)蓚€(gè)相鄰子像素對(duì)應(yīng)上述非球面柱狀透鏡光柵結(jié)構(gòu)51的一個(gè)光柵單元，每相應(yīng)的非球面柱狀透鏡光柵結(jié)構(gòu)51的光柵單元與兩子像素之間形成成像單元。進(jìn)而，液晶陣列1與雙面柱鏡光柵板5之間相應(yīng)地形成復(fù)數(shù)組的成像單元。液晶陣列1按奇偶序列整齊排列，具體地，位于奇數(shù)序號(hào)位置的子像素用于顯示第一圖像或第二圖像，位于偶數(shù)序列位置的子像素用于顯示與位于奇數(shù)序號(hào)位置的子像素顯示圖像不同的第二圖像或第一圖像，即液晶陣列1按奇偶序列排列分成兩組分別顯示第一圖像和第二圖像。液晶陣列1的各子像素發(fā)出的各光束經(jīng)各相應(yīng)成像單元之間的折射或者全反射等處理后除去干擾光束或者無用光束，形成成像光束，該成像光束對(duì)應(yīng)分成兩組，分別顯示為第一圖像和第二圖像。其中，第一圖像對(duì)應(yīng)于人體視區(qū)的左眼位置，第二圖像對(duì)應(yīng)于人體視區(qū)的右眼位置，即第一圖像相當(dāng)于左圖像，第二圖像相當(dāng)于右圖像。

雙面柱鏡光柵板5的內(nèi)表面，即非球面柱狀透鏡光柵結(jié)構(gòu)51與定向?qū)Ч饽?緊密接觸連接在一起。雙面柱鏡光柵板5的外表面，即多棱柱光柵結(jié)構(gòu)52與玻璃面板6緊密接觸連接在一起。定向?qū)Ч饽?的折射率分別高于玻璃基板2、偏光板3、雙面柱鏡光柵板5和玻璃面板6的折射率。本實(shí)施例中，定向?qū)Ч饽?由pet(聚對(duì)苯二甲酸乙二酯)有機(jī)光學(xué)薄膜材料制成，且該pet有機(jī)光學(xué)薄膜材料的折射率為1.65，厚度為0.1mm～0.2mm。雙面柱鏡光柵板5由pmma(聚甲基丙烯酸甲酯,為有機(jī)玻璃，俗稱亞克力)有機(jī)光學(xué)材料制成，且該pmma有機(jī)光學(xué)材料的折射率為1.5，厚度為0.5mm。

如圖3所示，本發(fā)明一種緊湊型柱鏡光柵式裸眼3d顯示面板的工作原理如下：令子像素11和子像素12所在的成像單元為第一成像單元，子像素13所在的成像單元為第二成像單元。對(duì)應(yīng)于右圖像即第二圖像的第一成像單元的子像素11發(fā)出的光束71經(jīng)過非球面柱狀透鏡光柵結(jié)構(gòu)51折射后形成成像光束，到達(dá)多棱柱光柵結(jié)構(gòu)52后分解成三個(gè)光束，分別為光束82、光束84和光束86，這三個(gè)光束分別成像于三個(gè)視區(qū)的右眼位置；同樣，對(duì)應(yīng)于左圖像即第一圖像的第一成像單元的另一子像素12發(fā)出的光束72經(jīng)過非球面柱狀透鏡光柵結(jié)構(gòu)51折射后形成成像光束，到達(dá)多棱柱光柵結(jié)構(gòu)52后分解成三個(gè)光束，分別為光束81、光束83和光束85，三個(gè)光束分別成像于三個(gè)視區(qū)的左眼位置。視區(qū)中光束81和光束82之間、光束83和光束84之間、光束85和光束86之間的中心距離，即相應(yīng)兩光束間最中心最亮光束之間的距離均為65mm，該距離與人眼瞳距相匹配。使人體左、右眼能分別同時(shí)對(duì)應(yīng)觀看到屏幕的第一圖像和第二圖像，即左圖像和右圖像。視區(qū)中光束82和光束83之間、光束84和光束85之間的中心距離均大于130mm，即人眼兩倍瞳距以上，使人體左、右眼無法同時(shí)看到反相的第一圖像和第二圖像，即左圖像和右圖像，避免人體觀看引起頭暈、眼花、惡心等不良反應(yīng)。

本發(fā)明一種緊湊型柱鏡光柵式裸眼3d顯示面板采用的定向?qū)Ч饽?的折射率分別高于顯示面板中包括玻璃基板2、偏光板3、雙面柱鏡光柵板5和玻璃面板6等其他光學(xué)元件的折射率，因此定向?qū)Ч饽?具有光波導(dǎo)板的功能，可以將除第一成像單元的子像素11和子像素12外的其它液晶子像素如第二成像單元中的一個(gè)子像素13發(fā)出的光束在進(jìn)入對(duì)應(yīng)于第一成像單元的定向?qū)Ч饽?后產(chǎn)生全反射，不再進(jìn)入對(duì)應(yīng)于第一成像單元的雙面柱鏡光柵板5，不會(huì)形成第一成像單元視區(qū)中的干擾光束，子像素13發(fā)出的光束在進(jìn)入對(duì)應(yīng)于第一成像單元的定向?qū)Ч饽?后，經(jīng)多次全反射后部分能量從定向?qū)Ч饽?的側(cè)面導(dǎo)出光束91，光束91屬于無用光束。所以，對(duì)于第一成像單元來說，子像素11和子像素12為成像子像素，液晶陣列1的其他的子像素如子像素13均為非成像子像素。此外，第二成像單元的子像素13發(fā)出的光束在依次進(jìn)入對(duì)應(yīng)于第二成像單元的定向?qū)Ч饽?和雙面柱鏡光柵板5折射后形成成像光束，原理同上述第一成像單元的子像素11和子像素12，在此不予累述。所以，對(duì)于第二成像單元來說，子像素13為成像子像素，液晶陣列1其他的子像素如子像素11和子像素12均為非成像子像素。

本發(fā)明采用非球面柱狀透鏡光柵結(jié)構(gòu)51的結(jié)構(gòu)，以及各成像單元內(nèi)兩個(gè)子像素成像方案，滿足了旁軸成像的條件，成像像差很小，使液晶子像素在視區(qū)的成像清晰，顯示顏色偏移小、第一圖像和第二圖像即左圖像和右圖像串?dāng)_小。

本發(fā)明中的玻璃面板6用于固定雙面柱鏡光柵板5，使得雙面柱鏡光柵板5不會(huì)發(fā)生移動(dòng)，不會(huì)發(fā)生形變，避免雙面柱鏡光柵板5因變形引起圖像質(zhì)量變差。采用多棱柱光柵結(jié)構(gòu)52為非曲面狀，可增加雙面柱鏡光柵板5與玻璃面板6接觸的貼合度，保證雙面柱鏡光柵板5固定的穩(wěn)定性，保證圖像的穩(wěn)定性。

本發(fā)明中的玻璃基板2和偏光板3均為行業(yè)內(nèi)常規(guī)的玻璃基板和偏光板。需要說明的是，本發(fā)明中的玻璃基板和玻璃面板厚度均為0.5mm～0.7mm，便于固定保護(hù)。本發(fā)明的顯示面板固定于普通液晶顯示屏的外側(cè)面，二者的裝配連接采用行業(yè)內(nèi)的常規(guī)貼合技術(shù)，在此不予詳述。使用時(shí)即觀看3d影像時(shí)，普通液晶顯示屏上的每一個(gè)柱透鏡下的兩個(gè)子像素即每個(gè)成像單元的兩個(gè)子像素通過非球面柱狀透鏡結(jié)構(gòu)51折射成像，由多棱柱光柵結(jié)構(gòu)52二次折射后將成像光線改變?yōu)槎鄠€(gè)方向，使雙眼從幾個(gè)特定的角度觀看顯示屏，兩只眼睛都能夠分別看到左圖像和右圖像，從而實(shí)現(xiàn)多視角3d顯示。

本發(fā)明一種緊湊型柱鏡光柵式裸眼3d顯示面板，通過很小的非球面柱狀透鏡結(jié)構(gòu)51的曲率半徑來明顯縮小柱鏡式裸眼3d顯示屏的厚度，減輕面板重量；非球面柱狀透鏡結(jié)構(gòu)51設(shè)計(jì)成選擇性地減小子像素成像像差，使顯示顏色偏移小、左、右圖像串?dāng)_?。欢嗬庵鈻沤Y(jié)構(gòu)52將本來只有兩個(gè)視點(diǎn)的圖像光線分解成多個(gè)視點(diǎn)的圖像，得到多個(gè)視點(diǎn)的觀看效果，圖像分辨率降低小，3d顯示分辨率是2d顯示的分辨率1/2，而現(xiàn)有柱鏡式n視點(diǎn)顯示屏的3d顯示分辨率是2d顯示的分辨率1/n，并且形成左、右圖像不會(huì)反相的視點(diǎn)分布；定向?qū)Ч饽?將各成像單元內(nèi)的兩個(gè)成像子像素以外的其它各子像素的光線反射到顯示屏兩側(cè)，減小了各子像素間的光線干擾和圖像串?dāng)_?？朔爽F(xiàn)有技術(shù)中如柱鏡光柵式裸眼3d顯示厚度大、左右串?dāng)_大、圖像分辨率減低大、眩暈和易視覺疲勞等缺點(diǎn)。

上述實(shí)施例和附圖并非限定本發(fā)明的產(chǎn)品形態(tài)和式樣，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員對(duì)其所做的適當(dāng)變化或修飾，皆應(yīng)視為不脫離本發(fā)明的專利范疇。