[发明专利]一种投影式裸眼3D显示装置及其彩色化显示装置

说明书

技术领域

本发明属于裸眼3D显示技术领域，具体涉及一种投影式裸眼3D显示装置及其彩色化显示装置。

背景技术

全息图是一种携带振幅与位相信息的图像，能真实再现三维信息，不产生视觉疲劳，立体效果与观察者的距离无关。全息显示的原理可概括为：全息图可在空间再现三维虚像或者三维实像，全息图上的每一点均在向空间各个方向传输信息，空间中的每个观察点均可看到整幅图像。或者说，图像信息通过光场传播并会聚到观察点上。因此，在空间不同观察点，可看到不同视角下的整幅图像，相互不干扰。但是，数十年来，受到全息记录材料、信息量和技术工艺的限制，全息显示未能实现工业化应用。

视差原理发明已100多年，虽然国内外企业不断有裸眼3D显示的样机展示，但由于受图像分辨率较低和易产生视觉疲劳等问题的制约，基于视差原理的裸眼3D显示一直未能真正进入消费电子领域。

视差原理包括视障法、微柱透镜法和指向性背光源。视障屏或微柱透镜板覆盖在液晶显示LCD表面，将不同视角图像在空间实现角度分离。光学原理上，由于光源扩散作用，在空间不同角度上的图像并不唯一，因此，在人眼观察3D图像时，易引起视觉疲劳。

柱状透镜技术也被称为微柱透镜3D技术，其优势是显示亮度不会受到影响。微柱透镜3D技术的原理是在液晶显示屏的前面或者后面覆盖一层微柱透镜薄膜。受到液晶显示屏幕大小的限制，该技术无法满足大幅面裸眼3D显示需求。此外，由于其空间分离的图像并不单纯，视角之间容易产生串扰，导致其存在长时间观看易产生视觉疲劳的缺点。

指向性背光显示技术结合方向照明实现3D显示，是近期出现的新技术。同样地，该技术依赖液晶显示屏和指向性背光源，两者难以实现大幅面的图形照明和显示。而且其指向性背光源设计与加工存在巨大困难，制造成本高。

中国专利CN201010586594.0提供了一种可切换显示模式的LED裸眼显示装置，其提出利用柔性狭缝光栅实现2D/3D切换，但是其显示效果受观看位置影响较大。

中国专利CN201320143064.8提供了一种指向光源3D成像屏幕及裸眼3D投影系统，其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；专利US20050264717A1提出了一种带有液晶显示和指向型背光模组的3D显示装置，该技术迅速切换开、闭左右背光源，并将通过导光板的光线聚焦在特定角度的范围内，通过交替投影形成3D图像。上述指向性背光技术虽然得到的图像分辨率高，但却只限于单人观看。

中国专利CN201410187534.X提出一种裸眼3D背光模，其采用一组或多组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，因此，基于所提出的指向性背光源方案，一直未见实际裸眼3D显示器件的样品或者产品。

点阵全息技术能够提供大视角，减小信息量，但点阵光栅像素的制作一直受到技术门槛的限制，中国专利申请CN201310166341.1公开了一种三维图像的打印方法与系统，可以利用连续变空频的机构直接打印出基于纳米光栅像素的静态彩色立体图像。指向性背光显示技术结合方向照明实现3D显示，是近期出现的新技术，该技术的指向性背光源的设计与加工存在巨大困难，同时制造成本高。

全息波导背光结构能够实现动态彩色3D显示，大视角，适合应用于移动显示中，中国专利申请CN201410852242.3公开了一种利用由纳米像素光栅构成的多层指向导光结构实现动态三维立体显示的方案。

专利US20140300960A1提出了一种指向性背光源结构，采用像素化光栅调制出射光场分布，同时提出采用六边形或者三角形波导结构耦合R、G、B三色光，实现彩色光的定向调制。专利US20140293759A1提出了一种多视角3D手腕手表结构，采用像素化光栅结构调制光场，配合LCD图像的刷新，实现3D效果显示，然而同样，结构采用的是六边形或者三角形波导结构耦合R、G、B三色光，实现彩色显示。上述专利采用的波导结构都为六边形或者三角形，很难与现今的主流显示方式相结合，特别是很难应用于像智能手机这种长方形规格的显示方式中，这将不利于工业大规模生产。

惠普公司在国际专利WO2014/051624 A1上公开了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，采用波导阵列来耦合红、绿、蓝三色光，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3D显示，但是由于采用的是多波导阵列来实现，得到的图像分辨率大大降低，同时对指向性背光结构制作工艺精度要求很高。