一種視景分離器件及3d顯示裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于裸眼3D顯示領域，具體地涉及一種視景分離器件以及使用該視 景分離器件實現的3D顯示裝置。
【背景技術】
[0002] 已知的裸眼3D影像顯示方法與技術（Auto-Stereoscopic Displaying Method and Technology)，一般是通過單獨使用視差光柵組件（Parallax Barrier Component)、 或者是柱狀透鏡陣列組件（Cylindrical Lens Array Component，以下簡稱透鏡組 件）所構成的視景分離器件（View Separation Device)，作用于一多視景3D合成影像 (Multi-View Combined 3D Image)上，形成視景分離光學的作用，從而達到顯示裸眼3D影 像（Glasses-Free 3D Image)的目的。
[0003] 在上述的裸眼3D顯示技術中，存在如下的幾個問題：
[0004] 第一，視差光柵組件是通過限制某些角度的光出射，只讓所需角度的視圖影像分 別送至左右眼進而呈現D影像。這種形式的3D畫面，其單眼影像清晰，但是受其結構影響， 影像的亮度降低、解析度下降；
[0005] 第二、柱狀透鏡陣列組件是由許多長細直條狀凸透鏡沿一軸向連續排列，利用光 學折射的原理來產生左右眼的不同視圖，相對于視察光柵組件，因其利用光的折射來達到 分光的目的，所以光的損失較少，亮度較佳。然而這種形式的3D畫面，受透鏡場曲的原因， 強度印跡（footprint)會隨著觀看角度而變化，具體表現為：當觀察者以偏離法線較大的 角度觀看時，左右視圖的重疊度提高，相互串擾從而導致3D影像的失真以及鬼影的出現。
[0006] 為了克服上述問題，在申請案號為102132216的臺灣專利申請中，首次提出了一 種超級裸眼 3D 影像顯不裝置（Super Auto-stereoscopic 3D Image Displaying Device) 的結構。
[0007] 如圖I所示，是該超級裸眼3D影像顯示裝置的結構示意圖。該超級裸眼3D影像顯 示裝置40,依安裝的次序，主要由一顯示器屏幕組件50、一視差光柵組件60、與一透鏡組件 70所構成。所謂超級裸眼3D影像的顯示，是指使用由具有等效視景分離作用的視差光柵組 件、與透鏡組件所構成的視景分離組件，以達到顯示3D影像的目的。對于上述視景分離組 件的構成，以下通稱為超立體視景分離組件（Super Auto-stereoscopic View Separation Component)。另外，為清楚標示各組件裝置的方向與說明，圖上所示的坐標系XYZ，對于面 對該超級裸眼3D影像顯示裝置40的觀賞者而言，令該X軸設定于水平方向、Y軸設定于 垂直方向、Z軸則以垂直于該裝置40的影像顯示面而設定，且該坐標系XYZ遵守右手定則 (Right-Hand Rule)〇
[0008] 其中，該視差光柵組件60,由一透明基材61、一視差光柵結構62、與一透明保護 膜63所構成。其中，該透明基材61，由一平板狀結構的透明玻璃、或壓克力（PMMA)所構成， 該平板狀結構則具有高度的面平整度。
[0009] 該視差光柵結構62裝置于該透明基材61的一面上，由復數個遮光組件62a和復 數個透光組件62b所構成。這些遮光組件62a與透光組件62b，具有垂直條狀、或傾斜條狀 結構特征（如圖2~3所示），且遮光組件62a的水平寬度為G、透光組件62b的水平寬度 為B，一個單元結構寬度為Pb，該1、8、匕間，具有下兩式的關系：
[0012] 其中，η為視景數。
[0013] 該視差光柵結構62,以一安裝距離Lb，裝置于該顯示器屏幕組件50前，對于該多 視景合成影像，提供一視景分離光學的作用，以顯示3D影像。
[0014] 該透鏡組件70,由復數個柱狀形透鏡71所構成，其中，單一個柱狀形透鏡71，可由 垂直條狀、或傾斜條狀結構（如圖4~5所示）所構成，具有一透鏡表面72、一焦距f、與一 單元結構寬度。另外，該透鏡表面72,可由圓形曲面、或非圓形曲面所構成。對于該焦距 f、與單元結構寬度，令其具有下式（3)~（4)的關系，以達到等效視景分離作用。
[0015] f ^ Lb (3)
[0016] Pl=Pb (4)
[0017] 其中，Lb為安裝距離，即該視差光柵組件60、該透鏡組件70與顯示器屏幕組件50 間的距離。事實上，對于如圖1所示組件堆棧的結構，該透鏡組件70因具有些許的厚度，于 實際的光學設計上，該些柱狀形透鏡的焦距f是略大于該視差光柵結構的安裝距離L b，所以 公式（3)中兩者并非完全相等。
[0018] 另外，對于上述的該些遮光組件62a、與該些透光組件62b，其作用除了提供等效 視景分離作用外，還具有光圈的效果。亦即，在保持該單元結構寬度P b不變之條件下，透過 改變該些遮光組件62a、與該些透光組件62b的水平寬度S:、B，例如：
[0022] 其中，f .v B'系改變后該些遮光組件62a、與該些透光組件62b的水平寬度，即可 達到提高該視差光柵組件60亮度的目的。另外，還可透過以下的條件：
[0024] 達到降低該透鏡組件70所產生鬼影的現象。
[0025] 上述方案能夠在一定程度上解決鬼影與光亮的矛盾問題，然而對于由場曲帶來 的邊緣條帶效應，卻依然無法解決。為此，在中國專利申請：CN200980120347中，設計了一 種能夠降低此問題的柱狀透鏡陣列。該透鏡陣列中的每一個透鏡，包括第一層和第二層，第 一層和第二層的交界面則限定了柱狀透鏡表面的界面，通過設定第一層的折射率、透鏡的 曲率半徑以及透鏡間的距離等參數的關系，可以有效抑制邊緣條帶效應等問題，提高了裸 眼3D顯示裝置的可視角度。
[0026] 如果能將這兩種技術結合到一起，便能實現既解決鬼影和亮度的矛盾問題，又解 決場曲帶來的邊緣條帶效應問題的最優視景分離器件。 【實用新型內容】
[0027] 有鑒于此，本實用新型的目的在于提出一種視景分離器件，該視景分離器件能夠 將超立體視景分離組件與雙層透鏡陣列相結合，從而同時解決鬼影、低亮度以及邊緣條帶 效應等問題。
[0028] 此外，本實用新型的目的還在于提出一種能讓上述的視景分離器件易于制造，并 適合工業生產的大規模、批量化的制作工藝。
[0029] 根據本實用新型其一目的提出的一種視景分離器件，包括柔性透明基板，設置于 該柔性透明基板上的透鏡陣列元件，以及同樣設置于該柔性透明基板上的視差光柵元件， 其中所述透鏡陣列元件由折射率不同的第一層和第二層構成，所述第一層相對于第二層具 有更接近所述柔性透明基板的距離，該第一層和第二層的交界處構成了透鏡的表面界面， 且所述第二層遠離柔性透明基板的一側表面為平面。
[0030] 優選的，所述透鏡陣列元件位于所述柔性透明基板的一側，所述視差光柵元件位 于所述柔性透明基板的另一側，或者，所述透鏡陣列元件和所述視差光柵元件位于所述柔 性透明基板的同一側，且所述視差光柵元件位于所述透鏡陣列元件與所述柔性透明基底之 間。
[0031] 優選的，所述透鏡陣列組件中，單個透鏡中點處的曲率半徑、透鏡間距離以及第一 層的折射率滿足對邊緣條帶效應的調控條件。
[0032] 優選的，所述第一層的折射率大于第二層的折射率，且所述透鏡為正透鏡。
[0033] 優選的，所述視差光柵元件由復數個交替排列的遮光元件和透光元件組成，所述 遮光元件和透光元件的分布按照如下方式：在非邊界處的任一個遮光元件總是設置在兩個 相鄰透鏡的交界處，而任一個透光元件則總是正對于一個透鏡。
[0034] 優選的，所述遮光元件的水平寬度S、所述透光元件的水平寬度B、該視差光柵元 件中的一個單元結構寬度P b，三者之間滿足如下關系
[0037] 其中，η為視景數。
[0038] 優選的，所述透鏡陣列組件中，單個透鏡焦距為f、單元結構寬度為，且與視差光 柵元件之間滿足如下關系：
[0039] f ^ Lb (3)
[0040] Pl= Pb (4)
[0041] 其中，Lb為所述視差光柵組件與一顯示器屏幕間的安裝距離。
[0042] 同時，本實用新型還提出了一種3D顯示裝置，包括如上所述的視景分離器件和一 顯示器屏幕，所述視景分離器件安裝于所述顯示器屏幕的影像顯示側
[0043] 與現有技術相比，本實用新型的優勢在于：
[0044] 第一、本實用新型的視景分離器件，結合了現有技術中的超立體視景分離組件以 及上層透鏡陣列組件的優勢，使得該視景分離器件同時具備低鬼影、高亮度以及較少的邊 緣條帶效應的功能。
[0045] 第二、本實用新型的視景分離器件，通過將視差光柵元件和透鏡陣列元件集成到 同一炔基底上，使得視景分離器件成為一個獨立的部件，為視景分離器件在3D顯示裝置上 應用，提供了更多便利。
[0046] 第三、本實用新型的視景分離器件，由于視差光柵元件和透鏡陣列元件分別位于 一片基底的上下兩側上，能夠通過卷對卷壓印技術