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1、(10)申请公布号 CN 103412359 A (43)申请公布日 2013.11.27 CN 103412359 A *CN103412359A* (21)申请号 201310362439.4 (22)申请日 2013.08.19 G02B 5/18(2006.01) G02B 3/00(2006.01) G02B 27/22(2006.01) (71)申请人 京东方科技集团股份有限公司 地址 100015 北京市朝阳区酒仙桥路 10 号 (72)发明人 魏伟 (74)专利代理机构 北京路浩知识产权代理有限 公司 11002 代理人 王莹 (54) 发明名称 光栅透镜、 透镜式光栅及显示装。
2、置 (57) 摘要 本发明涉及显示技术领域， 公开了一种光栅 透镜， 所述光栅透镜为均匀柱状体， 垂直于所述光 栅透镜轴线的任一横截面的形状、 大小均相同， 且 包括 ： 由平面和弧面形成的侧面， 所述光栅透镜 的斜截面与所述弧面的相交线为圆弧， 所述斜截 面为与所述光栅透镜的轴线呈预定夹角 A 且垂直 于所述平面的任一截面， 其中， 0A90。 本 发明还公开了一种包括上述光栅透镜的透镜式光 栅及显示装置。本发明通过改变现有技术中光栅 透镜的表面形貌， 即使光栅透镜的斜截面与光栅 透镜的弧面的相交线为圆弧， 从而减轻了光线通 过光栅透镜后产生的球差现象， 进而减轻了 3D 串 扰现象， 增大。
3、了观看视角。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 6 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图6页 (10)申请公布号 CN 103412359 A CN 103412359 A *CN103412359A* 1/1 页 2 1. 一种光栅透镜， 所述光栅透镜为均匀柱状体， 垂直于所述光栅透镜轴线的任一横截 面的形状、 大小均相同， 且包括 ： 由平面和弧面形成的侧面， 其特征在于， 所述光栅透镜的斜 截面与所述弧面的相交线为圆弧， 所述斜截面为与所述光栅透镜的轴线呈预定夹角 A 且垂 直于所述平面的任一截面。
4、， 其中， 0 A 90。 2. 如权利要求 1 所述的光栅透镜， 其特征在于， 垂直于所述光栅透镜轴线的任一横截 面与弧面的交线为非圆弧， 对于所述圆弧上的点 (x， y) 和所述非圆弧上的点 (x ， y ) 满足如下关系 ： x =xsinA (1) y =y (2) 其中， 点 (x， y) 是以所述斜截面与所述平面交线的中点为原点， 在斜截面平面内建立 的第一坐标系中的点， 点 (x ， y ) 是以所述横截面与所述平面交线的中点为原点， 在横 截面平面内建立的第二坐标系中的点， 以所述圆弧的圆心为原点， 在所述斜截面平面内建立第三坐标系， 在所述第三坐标系 下， 对于圆弧上任一点 。
5、（X,Y） 满足 ： X2+Y2=r2 (3) Y=(r2-X2)0.5 (4) L=(r2-P2/4)0.5 (5) x=X (6) 从而得到 ： x =XsinA (7) 由公式 (2)、 (3)、 (4) 和 (5)， 可推得 ： y =y=Y-L=Y-(r2-P2/4)0.5=(r2-X2)0.5-(r2-P2/4)0.5 (8) 由上述公式 (7) 和 (8) 可得到在所述第二坐标系下所述非圆弧上的点的坐标， 其中， P 为栅距， r 为所述圆弧的半径， L 为所述圆弧的圆心到所述斜截面与平面的交线的距离。 3. 一种透镜式光栅， 包括光栅基板， 其特征在于， 还包括位于所述光栅基板。
6、上的如权利 要求 1 或 2 所述的光栅透镜形成的阵列。 4. 如权利要求 3 所述的透镜式光栅， 其特征在于， 所述光栅透镜的平面为与所述光栅 基板的表面的接触面。 5. 一种显示装置， 包括显示面板， 其特征在于， 还包括位于所述显示面板出光侧的如权 利要求 3 或 4 所述的透镜式光栅。 6. 如权利要求 5 所述的显示装置， 其特征在于， 所述光栅透镜位于光栅基板上背离所 述显示面板的一侧。 7. 如权利要求 5 所述的显示装置， 其特征在于， 所述光栅透镜位于所述光栅基板和显 示面板之间。 8.如权利要求57中任一项所述的显示装置， 其特征在于， 所述光栅透镜的轴向方向 与所述显示面。
7、板中像素阵列横向方向呈所述预定夹角 A。 权 利 要 求 书 CN 103412359 A 2 1/5 页 3 光栅透镜、 透镜式光栅及显示装置 技术领域 0001 本发明涉及显示技术领域， 特别涉及一种光栅透镜、 透镜式光栅及显示装置。 背景技术 0002 3D 光栅通常置于显示面板的出光侧 （即观看侧） 以形成 3D 显示装置。现有的透镜 式光栅 （3D光栅的一种） 在使用时均为将柱透镜相对与显示面板中像素的行和列倾斜设置。 具体如图 1 所示， 透镜式光栅设计、 制作时使光栅中的透镜为圆柱透镜的一部分 （沿圆柱轴 向方向切下的一部分） ， 包括 ： 由平面 110 和弧面 120 形成的。
8、侧面， 及与平面 110 和弧面 120 垂直的两个底面 130。其中， 弧面 120 为圆柱体侧面的一部分。如图 2 所示 （标有 1、 2 和 3 的矩形表示不同亚像素显示的视点图像， 相同标号的亚像素组成一幅完整的视点图像， 不 同的视点图像为对同一物体从不同角度拍摄的图像） ， 在应用时， 由于会将透镜式光栅的柱 透镜倾斜使用， 此时从屏幕 （屏幕与水平面垂直） 的观看侧来看， 水平面与透镜相交形成的 截面与所述弧面120的相交线为椭圆弧， 即与透镜的轴向方向 （两个底面130的中心连线的 方向） 呈预定夹角 A 且垂直于所述平面的截面与所述弧面 120 的相交线为椭圆弧。由于透 镜倾。
9、斜设置， 相当于在显示面板前面设置了一椭圆弧面的透镜， 椭圆弧面透镜也会对平行 光起到汇聚作用， 但汇聚焦距不一致， 焦点范围较大 （不能汇聚到一点） ， 使得显示面板出射 的光线通过透镜后产生较大的球差。如图 3 中虚线椭圆框处所示， 通过透镜的光线不能汇 聚在一点上。该球差会引起 3D 串扰增加， 进而影响 3D 视角， 使观看视角变窄。 发明内容 0003 （一） 要解决的技术问题 0004 本发明要解决的技术问题是 ： 如何减轻光线通过透镜式光栅中透镜后产生的球差 现象。 0005 （二） 技术方案 0006 为解决上述技术问题， 本发明提供了一种光栅透镜， 所述光栅透镜为均匀柱状体，。
10、 垂直于所述光栅透镜轴线的任一横截面的形状、 大小均相同， 且包括 ： 由平面和弧面形成的 侧面， 所述光栅透镜的斜截面与所述弧面的相交线为圆弧， 所述斜截面为与所述光栅透镜 的轴线呈预定夹角 A 且垂直于所述平面的任一截面， 其中， 0 A 90。 0007 其中， 垂直于所述光栅透镜轴线的任一横截面与弧面的交线为非圆弧， 对于所述 圆弧上的点 (x， y) 和所述非圆弧上的点 (x ， y ) 满足如下关系 ： 0008 x =xsinA (1) 0009 y =y (2) 0010 其中， 点 (x， y) 是以所述斜截面与所述平面交线的中点为原点， 在斜截面平面内 建立的第一坐标系中的。
11、点， 点 (x ， y ) 是以所述横截面与所述平面交线的中点为原点， 在横截面平面内建立的第二坐标系中的点， 0011 以所述圆弧的圆心为原点， 在所述斜截面平面内建立第三坐标系， 在所述第三坐 说 明 书 CN 103412359 A 3 2/5 页 4 标系下， 对于圆弧上任一点 （X,Y） 满足 ： 0012 X2+Y2=r2 (3) 0013 Y=(r2-X2)0.5 (4) 0014 L=(r2-P2/4)0.5 (5) 0015 x=X (6) 0016 从而得到 ： 0017 x =XsinA (7) 0018 由公式 (2)、 (3)、 (4) 和 (5)， 可推得 ： 00。
12、19 y =y=Y-L=Y-(r2-P2/4)0.5=(r2-X2)0.5-(r2-P2/4)0.5 (8) 0020 由上述公式 (7) 和 (8) 可得到在所述第二坐标系下所述非圆弧上的点的坐标， 其 中， P 为栅距， r 为所述圆弧的半径， L 为所述圆弧的圆心到所述斜截面与平面的交线的距 离。 0021 本发明还提供了一种透镜式光栅， 包括光栅基板， 还包括位于所述光栅基板上的 上述的光栅透镜形成的阵列。 0022 其中， 所述光栅透镜的平面为与所述光栅基板的表面的接触面。 0023 本发明还提供了一种显示装置， 包括显示面板， 还包括位于所述显示面板出光侧 的上述的透镜式光栅。 0。
13、024 其中， 所述光栅透镜位于光栅基板上背离所述显示面板的一侧。 0025 其中， 所述光栅透镜位于所述光栅基板和显示面板之间。 0026 其中， 所述光栅透镜的轴向方向与所述显示面板中像素阵列横向方向呈所述预定 夹角 A。 0027 （三） 有益效果 0028 本发明通过改变现有技术中光栅透镜的表面形貌， 即使光栅透镜的斜截面与光栅 透镜的弧面的相交线为圆弧， 从而减轻了光线通过光栅透镜后产生的球差现象， 进而减轻 了 3D 串扰现象， 增大了观看视角。 附图说明 0029 图 1 是现有技术的透镜式光栅中采用的透镜示意图 ； 0030 图 2 是现有技术的透镜式光栅中使用透镜的示意图 ；。
14、 0031 图 3 是现有技术的透镜式光栅中透镜产生球差的原理示意图 ； 0032 图 4 是本发明实施例的一种光栅透镜示意图 ； 0033 图 5 是本发明实施例的光栅透镜在透镜式光栅中使用的示意图 ； 0034 图 6 是推导本发明实施例的光栅透镜斜截面与弧面相交的的圆弧的半径示意图 ； 0035 图 7 是圆弧半径公式计算示意图 ； 0036 图 8 是本发明实施例的光栅透镜减轻球差现象的原理示意图 ； 0037 图 9 是包括本发明实施例的光栅透镜的一种显示装置在出光侧的光路图 ； 0038 图 10 是 3D 光栅显示原理图 ； 0039 图 11 是包括本发明实施例的光栅透镜的另一。
15、种显示装置在出光侧的光路图。 说 明 书 CN 103412359 A 4 3/5 页 5 具体实施方式 0040 下面结合附图和实施例， 对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施 例用于说明本发明， 但不用来限制本发明的范围。 0041 实施例 1 0042 本实施例提供了一种光栅透镜， 即用作 3D 光栅的透镜， 具体形状如图 4 所示。本 实施例的光栅透镜为均匀柱状体， 垂直于所述光栅透镜轴线的任一横截面的形状、 大小均 相同， 即表面形貌均匀。该光栅透镜包括 ： 由平面 210 和弧面 220 形成的侧面， 当然光栅透 镜两端还各有一底面230。 如图5所示， 由于在使用时光栅。
16、透镜会相对与显示装置中像素的 行和列倾斜设置， 为了避免通过光栅透镜的光产生球差， 本实施例的光栅透镜的斜截面与 弧面 220 的相交线为圆弧， 即圆的一段弧， 所述斜截面为与该光栅透镜的轴线呈预定夹角 A 且垂直于平面 210 的任一截面， 其中， 0 A 90， 光栅透镜的轴线为光栅透镜 （均匀柱 状体） 的两个底面中心的连线。此时， 垂直于所述光栅透镜轴线的任一横截面与弧面 220 的 相交线为非圆弧。 0043 由于本实施例的光栅透镜的弧面 220 不再是圆柱的弧面， 因此， 本实施例通过预 先确定上述斜截面与弧面220的相交圆弧的半径r、 光栅透镜的栅距P及角度A来确定上述 非圆弧的。
17、形状， 从而确定整个弧面 220 的形状。如图 6 所示， 对于圆弧上的点 (x， y) 和非圆 弧上的点 (x ， y ) 满足如下关系 ： 0044 x =xsinA (1) 0045 y =y (2) 0046 其中， 点(x， y)是以所述斜截面与所述平面交线的中点为原点O1， 在斜截面平面内 （图 6 中， XO1Y 所在的平面） 建立的第一坐标系中的点， 点 (x ， y ) 是以所述横截面与所 述平面交线的中点为原点 O2， 在横截面平面内 （图 6 中， X O2Y 所在的平面） 建立的第二坐 标系中的点。 0047 在制作该光栅透镜时， 可以以所述圆弧的圆心为原点 O3， 在。
18、所述斜截面平面内建 立第三坐标系， 如图 7 所示， 在所述第三坐标系下， 对于圆弧上任一点 （X,Y） 满足 ： 0048 X2+Y2=r2 (3) 0049 Y=(r2-X2)0.5 (4) 0050 L=(r2-P2/4)0.5 (5) 0051 其中， L 为所述圆弧的圆心到所述斜截面与平面的交线的距离。 0052 由图 6 和图 7 对比， 可知 ： 0053 x=X (6) 0054 从而得到 ： 0055 x =XsinA (7) 0056 由公式 (2)、 (3)、 (4) 和 (5)， 可推得 ： 0057 y =y=Y-L=Y-(r2-P2/4)0.5=(r2-X2)0.5。
19、-(r2-P2/4)0.5 (8) 0058 由上述公式 (7) 和 (8) 可得到在所述第二坐标系下非圆弧上的点的坐标。 0059 本实施例中， 通过预定角度 A 可确定光栅透镜的表面形貌， 如图 8 所示， 相对于现 有的透镜， 本实施例的透镜的表面形貌不是圆柱侧面 （圆弧面） 的一部分， 而是非圆弧的弧 面。由于在使用时光栅透镜倾斜设置， 且斜截面与弧面 220 的相交线为圆弧， 相当于在显示 说 明 书 CN 103412359 A 5 4/5 页 6 面板的出光侧设置了表面形貌为圆弧面的透镜。相对于椭圆弧面的透镜， 本实施例的光栅 透镜使得通过自身的光线能够基本汇集在一点， 减轻了光。
20、线通过光栅透镜后产生的球差现 象， 从而减轻了 3D 串扰现象， 增大了观看视角。 0060 实施例 2 0061 本实施例提供了一种透镜式光栅， 包括光栅基板及位于光栅基板上的光栅透镜形 成的阵列， 该光栅透镜为上述实施例 1 中的光栅透镜， 即图 2 中的光栅透镜。光栅透镜在光 栅基板上的阵列和相应的显示装置中的像素阵列对应。 为了方便制作， 光栅透镜的平面210 为与光栅基板的表面的接触面。由于采用了实施例 1 中的光栅透镜， 本实施例的透镜式光 栅在使用时减轻了 3D 串扰现象。 0062 实施例 3 0063 本实施例提供了一种显示装置， 包括显示面板， 还包括位于所述显示面板观看侧。
21、 的透镜式光栅， 透镜式光栅中的透镜为实施例 1 中的光栅透镜。其中， 光栅透镜的轴向方向 与显示面板中像素阵列横向方向呈预定夹角 A， 其中， 预定夹角 A 通常为 70 85。 0064 本实施例中， 光栅透镜位于光栅基板上背离显示面板的一侧。该显示装置在出光 侧的光路图如图 9 所示， 其中， e 为彩膜基板及偏光片的厚度和， g 为光栅基板和偏光片的 间距， w 为光栅基板厚度 （g 和 w 的大小根据实际情况而定， 例如在没有光栅基板， 即光栅透 镜直接贴到偏光片上时， g 和 w 均为 0） ， r 为光栅透镜斜截面与光栅透镜的弧面相交线形成 的圆弧对应圆的半径， O 为光栅透镜斜。
22、截面与光栅透镜的弧面相交线形成的圆弧对应圆的 圆心。如图 10 所示， f 为光栅透镜到显示面板的距离， s 为透镜式光栅距人眼的距离， Subp 为显示装置中亚像素的宽度， P 为栅距 （相邻两个光栅透镜轴线的水平间距） ， n 为视点图像 数， n 可以为大于等于 2 的自然数。通过以下公式可得到 f、 P 及 r。 0065 0066 0067 0068 sin=nsin (12) 0069 sin=nsin (13) 0070 1+cot2=csc2 (14) 0071 0072 X+Y+Z=P/2 (16) 0073 X=etan (17) 0074 Y=gtan (18) 0075。
23、 Z=wtan (19) 0076 etan+gtan+wtan=P/2 (20) 说 明 书 CN 103412359 A 6 5/5 页 7 0077 0078 sin=nsin (22) 0079 =+ (23) 0080 sin=P/(2r) (24) 0081 如图 10 所示， s、 l、 n、 及 Subp 确定后， 通过公式 （9） 可到 f、 通过公式 （10） 和 （11） 可得到 P。根据附图 9 所示的光路及公式 （12） （24） 可得到 r。具体求解过程如下 ： 0082 由于彩膜基板、 偏光片及光栅基板的形状都是确定的， 因此光线通过三者时发生 折射的入射角和出射。
24、角都是已知的， 即 、 及 都是已知的。公式 （12） （15） 说明了 、 和 的关系， 公式 （16） （21） 说明了 P、 、 和 的关系。在确定栅距 P 及入 射到彩膜基板的入射光角度 度后， 根据光线折射的角度关系及公式 （22） 和 （23） 可得到 角度 （ 为光栅透镜斜截面与光栅透镜的弧面相交线形成的圆弧对应圆的圆心 O 和光 栅透镜边缘的连线与水平方向的夹角） ， 从而根据公式 （24） 可计算出 r。 0083 本实施例中， 通过栅距 P 可确定 r， 相当于确定了光栅透镜的大小。 0084 实施例 4 0085 本实施例提供了另一种显示装置， 包括显示面板， 还包括位于。
25、所述显示面板观看 侧的透镜式光栅， 透镜式光栅中的透镜为实施例 1 中的光栅透镜。其中， 光栅透镜的轴向方 向与显示面板中像素阵列横向方向呈预定夹角 A， 预定夹角 A 通常为 70 85。 0086 本实施例的显示装置中， 光栅透镜位于所述光栅基板和显示面板之间。由于实施 例 1 得到的光栅透镜形貌近似理想透镜， 因此将透镜附着在光栅基板上反向放置 （即弧面 朝向显示面板） ， 也会起到同样的光栅汇聚作用。本实施例中的显示装置在出光侧的光路图 如图 11 所示。 0087 上述实施例 4 的光栅透镜位于光栅基板和显示面板之间， 通过光栅透镜的光线受 光栅基板的反射及折射影响， 在一定程度上会。
26、影响 3D 视角和对比度， 而实施例 3 中光栅透 镜位于光栅基板上背离显示面板的一侧， 透过光栅透镜的光线不再受光栅基板的反射及折 射影响， 相对与实施例 4 提高了 3D 视角和对比度。 0088 在实际应用中， 通过实施例 3 或实施例 4 中的光路图可以得到需要的 r 及 P， 再结 合预定角度 A 由实施例 1 中的公式可得到非圆弧上的坐标 (x ， y )， 从而制得光栅透 镜。 0089 以上实施方式仅用于说明本发明， 而并非对本发明的限制， 有关技术领域的普通 技术人员， 在不脱离本发明的精神和范围的情况下， 还可以做出各种变化和变型， 因此所有 等同的技术方案也属于本发明的范。
27、畴， 本发明的专利保护范围应由权利要求限定。 说 明 书 CN 103412359 A 7 1/6 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103412359 A 8 2/6 页 9 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103412359 A 9 3/6 页 10 图 5 说 明 书 附 图 CN 103412359 A 10 4/6 页 11 图 6 图 7 说 明 书 附 图 CN 103412359 A 11 5/6 页 12 图 8 图 9 图 10 说 明 书 附 图 CN 103412359 A 12 6/6 页 13 图 11 说 明 书 附 图 CN 103412359 A 13 。