CN103901627B - 用于全分辨率三维裸眼立体显示的高指向性背光模组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于全分辨率三维裸眼立体显示的高指向性背光模组，包括第一光源、第二光源和导光板。其中，第一光源发出的光经过导光板出射后的面光源具有第一可视角度，为观看者提供左眼图像；第二光源发出的光经过导光板出射后的面光源具有第二可视角度，为观看者提供右眼图像。根据时序设计控制两个光源交替点亮，使显示屏向观看者分别提供左右眼的图像信号，从而观看者能够在不戴任何辅助眼镜或设备的情况下感受到三维立体效果。

Description

用于全分辨率三维裸眼立体显示的高指向性背光模组

技术领域

本发明涉及一种背光模组，尤其涉及一种用于全分辨率三维裸眼立体显示的高指向性背光模组。

背景技术

3维（3D）立体显示技术承载着人们对真实的自然世界的向往，因此近些年来该技术得到迅速的发展，目前主流的3D立体显示技术主要可以分为2大类：带眼镜或者不带眼镜。其中需要佩戴眼镜的技术又可分为红绿式、快门式和偏光式三种，但该类技术由于需要观看者在观看三维立体电影或节目时佩戴额外的辅助设备，在实际运用中并不十分的方便。另一方面裸眼式3D显示技术又可分为视差屏障式、透镜式、全息显示以及体显示。其中，视差屏障以及透镜式都会降低图像的分辨率，使人感知到的3D图像质量下降，而全息3D显示又受困于观看尺寸以及材料等方面的限制，并没有得到普及。体3D显示由于所占体积较大，并不适用于个人电子消费产品的市场领域。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于高指向性背光的全分辨率三维裸眼立体显示技术，它能在保证分辨率不下降的同时做到轻薄的尺寸，使人们在家中就可以享受裸眼三维立体显示技术所带来对真实世界所体验的乐趣。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于全分辨率三维裸眼立体显示的高指向性背光模组，包括第一光源、第二光源和导光板；所述导光板为一个由第一侧面、第二侧面、第三侧面、第四侧面、底面和顶面组成的六面体，其中，所述第二侧面与所述第四侧面成中心对称，所述第三侧面与所述第一侧面成轴对称，所述顶面与所述底面相互平行；所述第一光源紧贴所述第一侧面放置，所述第二光源紧贴所述第三侧面放置；

进一步地，所述第二侧面设置有第一微结构，所述第一微结构使从所述第一光源发出并穿过所述第一侧面的光线能够反射到所述第三侧面；所述第三侧面设置有第二微结构，所述第二微结构使入射到所述第三侧面的光线能够反射到所述底面；所述底面设置有第三微结构，入射到所述底面的光线被所述第三微结构反射至所述顶面，并从所述顶面出射，形成第一面光源，所述第一面光源用于提供第一可视角度。

进一步地，所述第四侧面设置有第四微结构，所述第四微结构使从所述第二光源发出并穿过所述第三侧面的光线能够反射到所述第一侧面；所述第一侧面设置有第五微结构，所述第五微结构使入射到所述第一侧面的光线能够反射到所述底面的所述第三微结构上，并被所述第三微结构反射至所述顶面，最后从所述顶面出射，形成第二面光源，所述第二面光源用于提供第二可视角度。

进一步地，所述第一光源和所述第二光源为发光二极管、有机发光二极管、激光、自发形成的或经过调制的具有高指向性的光源。

进一步地，所述第二侧面与所述第一光源入射光线的夹角为第一角度，所述第一角度大于0°。

进一步地，所述第四侧面与所述第二光源入射光线的夹角为第二角度，所述第二角度与所述第一角度大小相等。

进一步地，所述第三侧面与竖直面的夹角为第三角度，所述第三角度大于0°。

进一步地，所述第一侧面与竖直面的夹角为第四角度，所述第四角度与所述第三角度大小相等。

进一步地，所述第一微结构和所述第四微结构均为多个楔形体组成的阵列，每个所述楔形体在所述底面的投影为三角形，所述第一微结构与所述第四微结构成中心对称。

进一步地，所述第二微结构和所述第五微结构均为多个楔形体组成的阵列，每个所述楔形体在所述底面的投影为三角形，所述第二微结构与所述第五微结构成中心对称。

进一步地，所述楔形体上表面为平行四边形、长方形、正方形或梯形。

进一步地，所述第三微结构为多个三棱柱组成的阵列，每个所述三棱柱在所述第二侧面或第四侧面上的投影为三角形。

进一步地，所述第一微结构、所述第二微结构、所述第三微结构、所述第四微结构和所述第五微结构表面均涂覆有全反射材料。

本发明的用于全分辨率三维裸眼立体显示的高指向性背光模组中，所述第一光源发出的光经过所述导光板出射后形成的所述第一面光源具有第一可视角度，为观看者提供左眼图像，第二光源发出的光经过所述导光板出射后形成的所述第二面光源具有第二可视角度，为观看者提供右眼图像，根据时序设计控制两个光源交替点亮，使显示屏向观看者分别提供左右眼的图像信号，从而观看者能够在不戴任何辅助眼镜或设备的情况下感受到三维立体效果。本发明的用于全分辨率三维裸眼立体显示的高指向性背光模组还具有分辨率高、尺寸小等优点，适用于个人电子消费产品的市场领域。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的等角视图；

图2是本发明的一个较佳实施例的俯视图；

图3是本发明的一个较佳实施例沿图1中的1-1截面的局部剖视图；

图4是图2所示实施例中实现第一可视角度时的光线传播路径的示意图；

图5是图3所示实施例中实现第一可视角度时的光线传播路径的示意图；

图6是图3所示实施例中实现第二可视角度时的光线传播路径的示意图；

图7是本发明的较佳实施例的第三微结构中的三棱柱两个底角大小确定的依据示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明保护范围不限于下述实施例。

在本发明的一个较佳实施例中，如图1-3所示，一种用于全分辨率三维裸眼立体显示的高指向性背光模组，包括第一光源10、第二光源11和导光板；第一光源10和第二光源11均为发光二极管，在其它可替代的实施例中还可以为有机发光二极管、激光、自发形成的或经过调制的具有高指向性的光源。导光板为一个由第一侧面31、第二侧面32、第三侧面33、第四侧面34、底面21和顶面20组成的六面体。其中，第二侧面32与第四侧面34成中心对称，且第二侧面32与第一光源入射光线成一夹角，记为第一角度α₁；第四侧面34与第二光源入射光线成一夹角，记为第二角度α₂，α₁和α₂大小相等且均大于0°。第三侧面33与第一侧面31成轴对称，且第三侧面33与竖直面成一夹角，记为第三角度α₃，第一侧面31也与竖直面成一夹角，记为第四角度α₄，α₃和α₄大小相等且均大于0°。顶面20与底面21相互平行。第一光源10紧贴第一侧面31放置，第二光源11紧贴第三侧面33放置。

第二侧面32设置有第一微结构，该第一微结构为多个楔形体41组成的阵列，每个楔形体41在底面的投影为三角形，每个楔形体41的上表面与下表面的夹角记为β₁，楔形体41的上表面可以为平行四边形、长方形、正方形或梯形。

第三侧面32设置有第二微结构，第二微结构为多个楔形体42组成的阵列，每个楔形体42在底面的投影为三角形，每个楔形体42的上表面与下表面的夹角记为β₂，楔形体42的上表面可以为平行四边形、长方形、正方形或梯形。

底面21设置有第三微结构，第三微结构为多个三棱柱43组成的阵列，每个三棱柱43在第二侧面32或第四侧面34上的投影为三角形，三棱柱43的两个侧面81和82与其底面的夹角分别记为β₃和β₄。

第四侧面34设置有第四微结构，第四微结构为多个楔形体44组成的阵列，每个楔形体44在底面21的投影为三角形，楔形体44的上表面可以为平行四边形、长方形、正方形或梯形；第四微结构与第一微结构成中心对称。

第一侧面31设置有第五微结构，第五微结构为多个楔形体45组成的阵列，每个楔形体45在底面的投影为三角形，楔形体45的上表面可以为平行四边形、长方形、正方形或梯形；第五微结构与第二微结构成中心对称。

本发明的较佳实施例中，第一微结构、第二微结构、第三微结构、第四微结构和第五微结构表面均涂覆有全反射材料。

图4为本发明的较佳实施例中用于全分辨率三维裸眼立体显示的高指向性背光模组俯视图中实现第一可视角度时的光线传播路径的示意图，如图所示，从第一光源10发出光线100穿过第一侧面31，入射到第一微结构中的楔形体41的上表面并发生全反射变成光线200；光线200入射到第二微结构中的楔形体42的上表面并发生全反射变成光线300。在楔形体41的上表面，光线100与法线51的夹角记为θ₁，光线200与法线51的夹角记为θ₂；在楔形体42的上表面，光线200与法线52的夹角记为θ₃，光线300与法线52的夹角记为θ₄，以及光线200与楔形体42的下表面的夹角记为δ，光线200与光线100的夹角记为γ。各夹角满足下列公式：

α₁=tan^-1(H_cls/L)

γ=tan^-1(W/L)

δ=tan^-1(L/W)

θ₁=θ₂=(180-γ)/2

θ₃=θ₄=(90-δ)/2

β₁=90-α₁-θ₁

β₂=90-δ-θ₃

式中，L为第二侧面32的长度，W为第三侧面33的长度，H_cls为第一光源10的宽度。

图5为本发明的较佳实施例中用于全分辨率三维裸眼立体显示的高指向性背光模组沿图1中的1-1截面的剖视图中实现第一可视角度时的光线传播路径的示意图，如图所示，光线200入射到第二微结构中的楔形体42的上表面并发生全反射变成光线300，光线300入射到三棱柱43的表面82并发生全反射变成400；最后，光线400从顶面20出射，形成第一面光源，为显示屏提供第一可视角度。在楔形体42的上表面，光线200与法线53的夹角记为ω₁，光线300与法线53的夹角记为ω₂，以及光线300与竖直方向夹角记为在三棱柱43的表面82，光线300与法线54的夹角记为ω₃，光线300与水平方向夹角记为ψ，光线400与法线54的夹角记为ω₄。各夹角满足下列公式：

ψ=tan^-1(H/L)

ω₃=ω₄

β₃=β₄

式中，L为第二侧面32的长度，H为导光板的高度，即底面21与顶面20的距离。

图6为本发明的较佳实施例中用于全分辨率三维裸眼立体显示的高指向性背光模组沿图1中的1-1截面的剖视图中实现第二可视角度时的光线传播路径的示意图，如图所示，从第二光源发出的光线被第四微结构全反射变成光线500，光线500入射到第五微结构中的楔形体45的上表面并发生全反射变成光线600，光线600入射到三棱柱43的表面81并发生全反射变成700；最后，光线700从顶面20出射，形成第二面光源，为显示屏提供第二可视角度。在楔形体45的上表面，光线500与法线55的夹角记为ω₁′，光线600与法线55的夹角记为ω₂′，以及光线600与竖直方向夹角记为在三棱柱43的表面81，光线600与法线56的夹角记为ω₃′，光线600与水平方向夹角记为ψ′，光线700与法线56的夹角记为ω₄′。各夹角满足下列公式：

ω₃'⁼ω₄'

式中，L为第二侧面32的长度，H为导光板的高度，即底面21与顶面20的距离。

本发明的较佳实施例中，如图7所示，两条出射光线400和700与观看者的左眼91和右眼92的连线构成一个等腰三角形，三棱柱43的两个底角β₃和β₄的大小可根据实际应用的显示屏的理想观看距离94、观看者双眼的瞳距93以及出射光线400和700的夹角η来确定。

本实施例的用于全分辨率三维裸眼立体显示的高指向性背光模组中，第一光源10发出的光经过导光板出射后形成的第一面光源具有第一可视角度，为观看者提供左眼图像，第二光源11发出的光经过导光板出射后形成的第二面光源具有第二可视角度，为观看者提供右眼图像，根据时序设计控制两个光源交替点亮，使显示屏向观看者分别提供左右眼的图像信号，从而观看者能够在不戴任何辅助眼镜或设备的情况下感受到三维立体效果。本实施例的用于全分辨率三维裸眼立体显示的高指向性背光模组还具有分辨率高、尺寸小等优点，适用于个人电子消费产品的市场领域。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种用于全分辨率三维裸眼立体显示的高指向性背光模组，其特征在于，包括第一光源、第二光源和导光板；所述导光板为一个由第一侧面、第二侧面、第三侧面、第四侧面、底面和顶面组成的六面体，其中，所述第二侧面与所述第四侧面成中心对称，所述第三侧面与所述第一侧面成轴对称，所述顶面与所述底面相互平行；所述第一光源紧贴所述第一侧面放置，所述第二光源紧贴所述第三侧面放置；

所述第二侧面与所述第一光源的入射光线成一夹角，记为第一角度α₁；所述第四侧面与所述第二光源的入射光线成一夹角，记为第二角度α₂，α₁和α₂大小相等且均大于0°；且所述第三侧面与竖直面成一夹角，记为第三角度α₃，所述第一侧面也与竖直面成一夹角，记为第四角度α₄，α₃和α₄大小相等且均大于0°；

所述第二侧面设置有第一微结构，所述第一微结构为多个第一楔形体组成的阵列，每个所述第一楔形体在所述底面的投影为三角形，所述第一微结构使从所述第一光源发出并穿过所述第一侧面的光线能够反射到所述第三侧面；所述第三侧面设置有第二微结构，所述第二微结构为多个第二楔形体组成的阵列，每个所述第二楔形体在所述底面的投影为三角形，所述第二微结构使入射到所述第三侧面的光线能够反射到所述底面；所述底面设置有第三微结构，所述第三微结构为多个三棱柱组成的阵列，每个所述三棱柱在所述第二侧面或所述第四侧面上的投影为三角形，入射到所述底面的光线被所述第三微结构反射至所述顶面，并从所述顶面出射，形成第一面光源，所述第一面光源用于提供第一可视角度；

所述第四侧面设置有第四微结构，所述第四微结构为多个第三楔形体组成的阵列，每个所述第三楔形体在所述底面的投影为三角形，所述第四微结构与所述第一微结构成中心对称，所述第四微结构使从所述第二光源发出并穿过所述第三侧面的光线能够反射到所述第一侧面；所述第一侧面设置有第五微结构，所述第五微结构为多个第四楔形体组成的阵列，每个所述第四楔形体在所述底面的投影为三角形，所述第五微结构与所述第二微结构成中心对称，所述第五微结构使入射到所述第一侧面的光线能够反射到所述底面的所述第三微结构上，并被所述第三微结构反射至所述顶面，最后从所述顶面出射，形成第二面光源，所述第二面光源用于提供第二可视角度；

所述第一光源和所述第二光源为自发形成的或经过调制的具有高指向性的光源。

2.如权利要求1所述的用于全分辨率三维裸眼立体显示的高指向性背光模组，其特征在于，所述第一光源和所述第二光源为发光二极管或激光。

3.如权利要求1所述的用于全分辨率三维裸眼立体显示的高指向性背光模组，其特征在于，所述楔形体上表面为平行四边形或梯形。

4.如权利要求1所述的用于全分辨率三维裸眼立体显示的高指向性背光模组，其特征在于，所述第一微结构、所述第二微结构、所述第三微结构、所述第四微结构和所述第五微结构表面均涂覆有全反射材料。