[发明专利]一种定向显示的三维显示装置

说明书

本发明公开了一种定向显示的三维显示装置，其特征在于，所述的三维显示装置包括定向显示器、角度偏折元件，所述的定向显示器包括谐振腔和透明自发光显示器；所述的透明自发光显示器发出的光束在谐振腔中往返后出射到角度偏折元件；所述的谐振腔由位于透明自发光显示器两侧的完全反射镜/完全反射膜和部分反射镜/部分反射膜组成；或所述的谐振腔由位于透明自发光显示器两侧上的波长级光学结构组成。本发明提供的定向显示器是一种轻薄、装置简单、可大面积光线定向的器件，其对应三维显示装置可实现大视场角，自由视点的三维显示装置。

技术领域

本发明涉及三维显示技术领域，尤其涉及一种定向显示的实现方式及其三维显示装置。

背景技术

随着科技的不断进步，传统二维显示已经不能满足人们对于再现真实世界的需求，三维显示相较于二维显示可使观看者获得物体真实的深度信息和完整的表面特征。三维显示技术根据是否需要借助可穿戴的光学器件分为助视三维显示和自由立体三维显示，其中自由立体三维显示逐渐成为研究热门。自由立体三维显示主要采用视差屏障技术、柱透镜阵列技术、微透镜阵列技术等实现，其原理为几何光学，考虑光的直线传播、反射、折射等规律，对于波长的敏感度低，但其存在分辨率低、视场角小、视角不连续，串扰大等缺点。

新兴的基于衍射光学的像素型纳米光栅结构对出射光线的角度调制准确度高、且调制自由度大，可实现大视场角显示。但其对于入射光束的角度及频率具有较高的限制。基于液晶电光偏转实现的自由立体三维显示中，对于液晶器件的背光源的定向性也具有一定的要求，以减少不同视点间的串扰现象。基于全息体光栅的三维显示装置中，曝光光源多采用平行光，再现过程若入射光的发散角较大或方向存在偏差，其对应的衍射效率将迅速下降，图像的亮度及质量均下降。因此，越来越多的自由立体显示设计方案需要定向光源，引起研究者针对定向背光源不断进行研究，其主要通过微结构导光板和LED光源来实现定向光源的设计，但对微结构设计要求高，且涉及参数较多。

类比激光器可以产生单色性、相干性、方向性和高亮度的光束，本设计考虑采用谐振腔来实现出射光束的选择。谐振腔由两个反射镜组成，可提供轴向光波模的正反馈和保证输出光束的单模振荡，即出射光束具有方向性和单色性。设计中同时结合了透明自发光显示屏，实现了彩色域显示图像的定向传输，相比传统定向光源的方案，不再局限于使用LCD的背光显示。

发明内容

本发明的目的在于提供一种定向显示的三维显示装置，可以实现定向显示并且具有厚度小、装置简单、更轻便和大面积的优点。

本发明是通过以下技术方案解决的：

一种定向显示的三维显示装置，所述的三维显示装置包括定向显示器、角度偏折元件，所述的定向显示器包括谐振腔和透明自发光显示器；所述的透明自发光显示器发出的光束在谐振腔中往返后出射到角度偏折元件；所述的谐振腔由位于透明自发光显示器两侧的完全反射镜/完全反射膜和部分反射镜/部分反射膜组成；或所述的谐振腔由位于透明自发光显示器两侧上的波长级光学结构组成。

透明自发光显示器的每个像素输出具有多个方向的光线，经谐振腔多次反射后，不沿谐振腔轴线方向的光子将会很快逸出腔外，沿轴线方向运动的光子将会在腔内继续前进，在输出侧(如部分反射镜或部分反射膜)出射传播方向一致、频率一致的光束，实现定向显示。

所述的角度偏折元件，可调整偏折出射光束角度，实现自由立体显示；多视点的二维图像经角度偏转元件实现不同视点图像的分离，或采用时分复用，不同时间对应不同的视区，图像经角度偏转元件在不同的时间向不同的视点投射图像，形成多视点的自由立体显示效果。可选的，三维显示装置的技术实现可采用空分复用或时分复用，使得现有角度偏折器件实现的三维显示更加轻薄，便携，利于集成到智能手机、平板等便携电子设备上；时分复用对显示器的刷新率要求高，而空分复用显示的分辨率随视点的增多而变低。