[发明专利]一种多视角像素指向型背光模组及裸眼3D显示装置

说明书

技术领域

本发明属于平板裸眼3D显示领域，特别涉及一种多视角像素指向型背光模组和基于该背光模组制作而成的裸眼3D显示装置。

背景技术

随着人们生活水平的提高，平面2D显示已经越来越难以满足人们的需求，人们开始追求具有深度感的3D显示，可以更加清楚的感受物体存在的真实性。从1838年Wheatstone首先提出利用立体镜实现3D显示以来,经过一个多世纪的发展，3D显示方面的研究进行的如火如荼，各种实现3D显示的方式依次被提出。

人的双眼相距一段距离，对于同一对象，双眼会分别看到两幅略有差异的图像，两幅图像在大脑中融合就产生了深度知觉。3D显示的原理就是利用人的左右眼视差，将视差图像分别投射到左右眼中，保证左视差图像只能被左眼看见，右视差图像只能被右眼看见，这样人就会感觉到具有立体效果的图像。

裸眼3D显示技术由于观看时不需要佩戴任何的助视工具(像眼睛、头盔等)，越来越受到研究者们的热爱，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，像图像分辨率低，观看久了容易产生视差疲劳等。左右交替的指向性背光技术可实现高分辨率的图像3D显示，如2005年台湾Yu-Mioun Chu提出利用两个契形结构导光板、两组光源和一个吸收层来制作指向性背光，并结合快速变换LCD平板实现3D显示；09年日本John c.Schultz等利用一个导光板、两个LED光源、3D薄膜配合120Hz LCD平板来实现全分辨率3D显示；同时中国专利CN201320143064.8提出指向性背光3D成像系统，采用两个投影镜头结合指向性3D光学结构，实现裸眼3D显示；上述指向性背光技术虽然得到的图像分辨率高，但却只限于单个视角观看，为此2011年台湾Chih-Hung Ting等提出一种多用户3D薄膜结构应用在单对视角指向性背光系统中，可实现多视角3D显示，这种3D薄膜是一个倒梯形结构，可以将出射光分3个方向(或更多方向)投射，可供3个(或多个)用户同时观看；同时中国专利CN201410187534.X提出一种裸眼3D背光模，采用一组或多组LED时序光源结合凸透镜、多边棱镜、视差屏障，可实现多视角3D显示；然而背光源结构的设计和精密加工精度在技术上难以实现，且很容易产生光线的串扰。

惠普在国际专利WO2014051624A1中提出利用集成混合激光波导阵列指向性背光来实现多视角显示，采用波导阵列来实现红、绿、蓝三色导光，通过像素型光栅实现光线的定向导出，这种方法虽然可以实现彩色多视角3D显示，但是由于采用的是混合激光集成到波导阵列基地中来实现，对制作工艺要求很高，成本大，不利于工业大规模生产。，。

2013年，惠普在“自然”杂志中提出一种多视角像素型光栅指向性背光源，结合LCD技术可实现多视角裸眼3D显示。指向性背光源结构主要包括：导光板、准直光源、纳米衍射光栅像素等，准直偏正光在导光板内以全反射方式传输，入射到像素型纳米衍射光栅表面，通过设计不同周期、不同取向角的纳米衍射光栅像素，可以使光沿不同视角衍射。为实现真彩色显示，文章中采用六边形结构导光板实现红、绿、蓝三色光的定向导出，然而这种六边形导光板与现有平板显示方式不匹配，尤其很难用于像智能手机这种长方形规格的显示中。同时，采用电子束曝光制备纳米衍射光栅，效率低、成本高、很难制备大尺寸。

因此，如果能将上述六边形导光板调整为矩形导光板，将对裸眼3D技术的进步带来革命性进步。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种使用矩形导光板的像素指向型背光模组，使得这种类型的背光模组更具适用性和工业应用的价值。

根据本发明的目的提出的一种多视角像素指向型背光模组，包括至少两个矩形导光板，各个矩形导光板互相紧密叠合，所述矩形导光板的出光面上设有多个像素阵列，各个像素阵列之间以有序或无序的方式将各自的像素彼此互相嵌合，并均匀分布在所述导光板的出光面上，同一个像素阵列中的像素发出的光指向同一视角，不同的像素阵列具有不同的视角，所述每个矩形导光板的至少一条侧边上设有一光源组，该光源组发出的光进入对应的导光板内部后，在所述导光板出光面的多个像素阵列的各个像素上形成出射光，在所述导光板内部的其余地方进行全反射，其中，单个所述像素为纳米衍射光栅。

优选的，所述矩形导光板的数量为两个，其中第一矩形导光板在其两对平行对边的一侧或者双侧上分别设有第一光源组和第二光源组，第二矩形导光板仅在其一对平行对边的一侧或者双侧上设有第三光源组，该第一光源组、第二光源组、第三光源组分别发出一种颜色不同的单色光。