[發明專利]一種定向顯示的三維顯示裝置

有效

• 申請號: 202011210477.4
• 申請日: 2020-11-03
• 公開（公告）號: CN112285945B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發明（設計）人: 劉旭;李子寅;李海峰
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G02B30/31
• 分類號: G02B30/31;G02B30/35
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 白靜蘭;胡紅娟

本發明公開了一種定向顯示的三維顯示裝置，其特征在于，所述的三維顯示裝置包括定向顯示器、角度偏折元件，所述的定向顯示器包括諧振腔和透明自發光顯示器；所述的透明自發光顯示器發出的光束在諧振腔中往返后出射到角度偏折元件；所述的諧振腔由位于透明自發光顯示器兩側的完全反射鏡/完全反射膜和部分反射鏡/部分反射膜組成；或所述的諧振腔由位于透明自發光顯示器兩側上的波長級光學結構組成。本發明提供的定向顯示器是一種輕薄、裝置簡單、可大面積光線定向的器件，其對應三維顯示裝置可實現大視場角，自由視點的三維顯示裝置。

技術領域

本發明涉及三維顯示技術領域，尤其涉及一種定向顯示的實現方式及其三維顯示裝置。

背景技術

隨著科技的不斷進步，傳統二維顯示已經不能滿足人們對于再現真實世界的需求，三維顯示相較于二維顯示可使觀看者獲得物體真實的深度信息和完整的表面特征。三維顯示技術根據是否需要借助可穿戴的光學器件分為助視三維顯示和自由立體三維顯示，其中自由立體三維顯示逐漸成為研究熱門。自由立體三維顯示主要采用視差屏障技術、柱透鏡陣列技術、微透鏡陣列技術等實現，其原理為幾何光學，考慮光的直線傳播、反射、折射等規律，對于波長的敏感度低，但其存在分辨率低、視場角小、視角不連續，串擾大等缺點。

新興的基于衍射光學的像素型納米光柵結構對出射光線的角度調制準確度高、且調制自由度大，可實現大視場角顯示。但其對于入射光束的角度及頻率具有較高的限制。基于液晶電光偏轉實現的自由立體三維顯示中，對于液晶器件的背光源的定向性也具有一定的要求，以減少不同視點間的串擾現象。基于全息體光柵的三維顯示裝置中，曝光光源多采用平行光，再現過程若入射光的發散角較大或方向存在偏差，其對應的衍射效率將迅速下降，圖像的亮度及質量均下降。因此，越來越多的自由立體顯示設計方案需要定向光源，引起研究者針對定向背光源不斷進行研究，其主要通過微結構導光板和LED光源來實現定向光源的設計，但對微結構設計要求高，且涉及參數較多。

類比激光器可以產生單色性、相干性、方向性和高亮度的光束，本設計考慮采用諧振腔來實現出射光束的選擇。諧振腔由兩個反射鏡組成，可提供軸向光波模的正反饋和保證輸出光束的單模振蕩，即出射光束具有方向性和單色性。設計中同時結合了透明自發光顯示屏，實現了彩色域顯示圖像的定向傳輸，相比傳統定向光源的方案，不再局限于使用LCD的背光顯示。

發明內容

本發明的目的在于提供一種定向顯示的三維顯示裝置，可以實現定向顯示并且具有厚度小、裝置簡單、更輕便和大面積的優點。

本發明是通過以下技術方案解決的：

一種定向顯示的三維顯示裝置，所述的三維顯示裝置包括定向顯示器、角度偏折元件，所述的定向顯示器包括諧振腔和透明自發光顯示器；所述的透明自發光顯示器發出的光束在諧振腔中往返后出射到角度偏折元件；所述的諧振腔由位于透明自發光顯示器兩側的完全反射鏡/完全反射膜和部分反射鏡/部分反射膜組成；或所述的諧振腔由位于透明自發光顯示器兩側上的波長級光學結構組成。

透明自發光顯示器的每個像素輸出具有多個方向的光線，經諧振腔多次反射后，不沿諧振腔軸線方向的光子將會很快逸出腔外，沿軸線方向運動的光子將會在腔內繼續前進，在輸出側(如部分反射鏡或部分反射膜)出射傳播方向一致、頻率一致的光束，實現定向顯示。

所述的角度偏折元件，可調整偏折出射光束角度，實現自由立體顯示；多視點的二維圖像經角度偏轉元件實現不同視點圖像的分離，或采用時分復用，不同時間對應不同的視區，圖像經角度偏轉元件在不同的時間向不同的視點投射圖像，形成多視點的自由立體顯示效果。可選的，三維顯示裝置的技術實現可采用空分復用或時分復用，使得現有角度偏折器件實現的三維顯示更加輕薄，便攜，利于集成到智能手機、平板等便攜電子設備上；時分復用對顯示器的刷新率要求高，而空分復用顯示的分辨率隨視點的增多而變低。