随着裸眼3D(Three-dimensional)显示技术的发展,裸眼3D显示成为技术研发的主流。裸眼3D能够更真实地描绘真实世界,更好地描绘真实与合成的场景。定向时分背光显示技术基于柱面透镜,利用定向的背光源呈现立体画面的一种技术,是目前较为理想的裸眼3D显示技术,由于传统的定向背光显示技术中光源结构复杂,显示器面板厚重,造价昂贵,难以普及。本文采用一种侧面发光POF(plastic optical fiber)阵列作为新型的定向背光源,通过分析POF阵列与柱面微透镜定向成像光路,设计和制作POF阵列,并对侧面发光POF阵列的定向背光进行精度控制与误差检测分析。首先介绍了狭缝光栅式与柱面透镜式的技术原理,这两项技术方案存在亮度低,串扰较高,分辨率损失等问题,并介绍了传统定向背光显示技术,利用LCD(liquid crystal display)开关单元作为背光源,透射出来的光经过柱面透镜进行定向背光,该项技术存在着视点少,背光源结构复杂等问题。最后提出利用侧面发光POF进行定向背光的技术方案,利用侧面发光POF阵列代替原有的LCD光开关的线性光源,对传统的定向背光源方案进行改进,降低显示屏对背光源的工艺精度要求,简化背光模组。其次分析了裸眼3D显示中所用的柱状透镜光栅单元成像原理,柱状透镜的光栅参数影响了裸眼3D立体显示的光学性能和显示效果。利用单折射球面成像公式,建立双球面透镜模型,推导出透镜单元光学参数关系。通过分析侧面发光POF阵列和柱面微透镜阵列组成的定向成像光路,得到了侧面发光POF阵列的排布公式。采用侧面发光POF阵列和柱面微透镜阵列设计了3视点系统。使用solidworks软件进行建模,并导入Trace Pro软件进行仿真,得出光照度分布曲线图。仿真结果可知,在横向(y方向)为-500~500 mm范围内,单视点出现5个峰值,相邻视点峰值间距为65 mm,与人眼瞳距相等,符合预期理论计算结果。并对POF阵列的偏移情况进行预估,假设单一视点的光纤出现偏移,得到偏移的照度曲线,由结果可知,视点峰值降低,曲线宽度增加,影响视点处视区范围,图像串扰增大,降低了3D图像显示效果。最后,研究了一种侧面发光POF阵列背光源的设计和制作方法,提出了一个新型POF阵列绕制装置,并进行精度控制和误差检测分析。接着建立了侧面发光POF定向背光串扰计算模型,测量了定向背光源的亮度曲线与串扰度。结果表明在设计的视区最佳距离530 mm处,所制作出来的侧面发光POF阵列具有显著指向光源特性。横向范围y(28)-200~200 mm的最低串扰度可达1%以下。最后分析了柱面透镜像差、POF阵列光纤错位和视区视角增大对POF阵列指向光源串扰度的影响。