一种基于子像素的LED裸眼3D显示装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种基于子像素的LED裸眼3D显示装置。所述装置中，LED显示屏像素均匀排布，且每个像素所包含的三个子像素纵向排列，每一行的子像素具有相同的颜色。通过将子像素纵向排列，使得观察者无论在正向观看还是大角度观看时，红、绿、蓝子像素发出的光均可被观察者有效接收，因此可以避免大角度观察画面颜色改变的弊端。另外当子像素纵向排列时，横向相邻的两个子像素一般会映射到不同的视差图像，纵向多个子像素会映射到同一个视差图像。当子像素纵向排列时，横向相邻的两个子像素距离较远，而纵向相邻的子像素距离较近。因此相对于子像素横向排列的裸眼3D显示装置，子像素竖直排列的裸眼3D显示装置其视点间串扰更小。

【技术实现步骤摘要】
一种基于子像素的LED裸眼3D显示装置
本技术涉及裸眼3D显示
，具体地说是一种基于子像素的LED裸眼3D显示装置。
技术介绍
裸眼3D显示也称自由立体显示，是一种观察者不需要借助辅助设备(如偏光眼镜、头盔等)而可以获得空间立体感的显示技术。由于摆脱了辅助设备的限制，观察者不仅可以获得良好的立体体验，还能够实现彼此之间的无障碍交流。目前裸眼3D显示技术在航空航天、军事、医学、商业广告以及教育等领域均表现出广阔的市场前景。目前，市场主流的裸眼3D显示技术包括狭缝光栅式裸眼3D显示技术和柱镜光栅式裸眼3D显示技术。具体的显示屏体一般是LCD液晶屏幕。受LCD屏幕发光亮度和屏幕尺寸的限制，基于LCD屏幕的裸眼3D显示系统一般画面尺寸较小，且多用于室内显示。虽然LCD屏幕的拼接技术可以解决LCD裸眼3D显示系统画面尺寸小的问题，但屏幕拼接处明显的痕迹会严重影响观众的立体体验。随着LED显示技术的发展，LED屏幕像素间隔不断减小，满足了实现高分辨率显示的要求。再者LED屏幕具有发光亮度高、寿命长、环境耐候强的优势。LED屏幕的这些特点使得其成为裸眼3D自由立体显示系统的可靠屏幕载体，正逐渐应用到3D显示领域中。基于LED的裸眼3D显示技术是在LCD液晶屏幕裸眼3D显示技术的基础上发展而来。因此现有的LED裸眼3D显示技术均要求在水平方向上子像素按红、绿、蓝或蓝、绿、红循环排列；在垂直方向上每一列子像素具有相同的颜色。上述这种子像素水平排列方式，能够保证LED裸眼3D显示装置在水平方向上具有高的显示分辨率。但同时也带来了其他问题。不同于LCD屏幕，LED屏幕尺寸较大。当LED子像素水平排列时，观察者在不同视角条件下观看时会感觉到不同的画面颜色。
技术实现思路
本技术的目的就是提供一种基于子像素的LED裸眼3D显示装置，以解决现有技术中观察者在不同视角条件下观看会感觉到不同画面颜色的问题。本技术的目的是这样实现的：一种基于子像素的LED裸眼3D显示装置，包括LED显示屏和光栅；所述LED显示屏上的像素均匀排布，且水平方向和竖直方向上的点间距相等，每个像素所包含的1R1G1B三个子像素沿竖直方向排列；且每一行的子像素具有相同的颜色。所述光栅可以为狭缝光栅，也可以为柱透镜光栅。用于计算光栅参数的子像素间距P等于LED显示屏像素间距P0的1/3。对于光栅参数的设计具体可参见下文具体实施方式部分。本技术通过设置使LED显示屏上每个像素中的三个子像素1R1G1B沿竖直方向排列，且每一行的子像素具有相同的颜色。子像素纵向排列条件下，观察者无论在正向观看还是大角度观看时，红、绿、蓝子像素发出的光均可被观察者有效接收，因此可以避免大角度观察画面时颜色改变的弊端。另外当子像素纵向排列时，横向相邻的两个子像素一般会映射到不同的视差图像，纵向多个子像素会映射到同一个视差图像。当子像素纵向排列时，横向相邻的两个子像素距离较远，而纵向相邻的子像素距离较近。因此相对于子像素横向排列的LED裸眼3D显示装置，子像素竖直排列的LED裸眼3D显示装置其视点间串扰更小。附图说明图1是本技术中LED显示屏子像素竖直排列的结构示意图。图2是本技术中子像素竖直排列LED裸眼3D显示装置的示意图。图3是本技术根据反距离加权法生成的立体图像实例。图4是在黑色背景视差图像对应的观察位置记录子像素竖直排列LED裸眼3D显示装置的显示屏亮度分布图。图5是在黑色背景视差图像对应的观察位置记录子像素横向排列LED裸眼3D显示装置的显示屏亮度分布图。具体实施方式本技术提出了一种基于竖直排列子像素的LED裸眼3D显示装置及设计方法，并给出了光栅设计方案及相应的立体图像合成算法。本技术中涉及的LED显示屏应具有以下特征：像素均匀排布，且水平方向和竖直方向上的点间距相等，每个像素所包含的子像素1R1G1B沿竖直方向排列，且每一行的子像素具有相同的颜色。LED显示屏为2D显示屏，但本技术将该2D显示屏与光栅有机组合，形成了裸眼3D显示装置。下面从光栅参数设计和立体图像合成两个角度来介绍本技术。一、光栅参数设计对于裸眼3D显示装置，基于子像素的光栅参数设计需要获得子像素间距P的数值。对于一般LED屏幕而言，像素间距在水平方向和竖直方向上均等于P0，如图1所示。但由于子像素排布相对集中，子像素间距离并不完全相等。对于子像素竖直排列的LED显示屏，具体表现为水平方向子像素间距离均等于P0，而竖直方向上子像素1与2、2与3、3与4之间的距离不完全相等。光栅设计用子像素间距离P这里是指竖直方向子像素间距离。鉴于子像素1与2、2与3、3与4之间不等距排布，光栅设计用子像素间距P一般取P0/3。在光栅设计用子像素间距P确定后，光栅(包括狭缝光栅和柱透镜光栅)几何参数进行如下设计。1、狭缝光栅1)光栅周期W的计算公式式(1)中，K为裸眼3D显示装置的视点数。当视点数为K时，需要将K幅视差图像合成为一副立体图像并显示在2D显示屏上。由于2D显示屏的分辨率固定，相应单幅视差图像的分辨率只为2D显示屏分辨率的1/K，相应的3D显示分辨率也下降为2D显示屏分辨率的1/K。对于裸眼3D显示装置，增加视点数可以提高立体观看自由度，但同时使得3D显示的分辨率损失，因此3D显示装置视点数的选择要兼顾立体观看自由度与3D显示分辨率。另外在实际使用中为了消除莫尔条纹，狭缝光栅会相对于显示屏倾斜一定角度α。对于倾斜光栅，公式(1)中的周期W为光栅在水平方向上的周期长度。公式(1)中Q为在观察平面上相邻两个视点图像间距离，其值由3D显示装置的视点组合方式决定。为了使人的左眼和右眼分别接收到具有视差的一对视点图像，这对视点图像在观察平面的分开距离应等于人双眼瞳距e(一般取65mm)，因此Q可以表示为其中ΔK为这对视点组合之间的视区数。2)光栅与LED显示屏间距D的计算公式式(3)中，L为观察者相对于LED显示屏的观察距离。2、柱透镜光栅1)光栅周期W的计算公式式(4)中，K为裸眼3D显示装置的视点数，Q为观察平面上相邻两视点间距离。另外在实际使用中为了消除莫尔条纹，柱透镜光栅会相对于显示屏倾斜一定角度α。对于倾斜光栅，公式(4)中的周期W为光栅在水平方向上的周期长度。2)柱透镜的焦距f的计算公式式(5)中，L为观察者相对于LED显示屏的观察距离。3)柱透镜光栅的厚度t计算公式t＝n(f-D)(6)式(6)中，n为柱透镜光栅的折射率，D为柱透镜光栅与LED显示屏的距离。二、立体图像合成算法对于LED裸眼3D显示装置，在配置适合的光栅基础上，还需要根据LED显示屏子像素的排布特点将多幅视差图像合成为立体图像并在2DLED显示屏上显示。本技术给出了基于子像素竖直排列的LED裸眼3D立体图像的合成算法，包括如下步骤：1)根据LED显示屏的产品说明，得到像素间距P0以及单个像素内子像素间距Δs，即图1中子像素1与2、子像素2与3之间的距离。2)根据不同子像素所在的物理位置(k,l)，计算其对应的视点数。下面将对子像素竖直排列的2D显示屏的所有子像素分三种情况讨论。[1]对于每个像素内最上方子像素，对应行坐标为k1＝3×n+1(n＝0,1,2....)其对应的视点数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于子像素的LED裸眼3D显示装置，包括LED显示屏和光栅；其特征是，所述LED显示屏上的像素均匀排布，且水平方向和竖直方向上的点间距相等，每个像素所包含的1R1G1B三个子像素沿竖直方向排列；且每一行的子像素具有相同的颜色。

【技术特征摘要】
1.一种基于子像素的LED裸眼3D显示装置，包括LED显示屏和光栅；其特征是，所述LED显示屏上的像素均匀排布，且水平方向和竖直方向上的点间距相等，每个像素所包含的1R1G1B三个子像素沿竖直方向排列；且每一行的子像素具有相同的颜色。2.根据权利要求1所述的基于子像素的LED裸眼3D显示装置，其特征是，所述光栅为狭缝光栅或柱透镜光栅。3.根据权利要求1所述的基于子像素的LED裸眼3D显示装置，其特征是，光栅参数设计用的子像素间距P等于LED显示屏像素间距P0的1/3。4.根据权利要求1所述的基于子像素的LED裸眼3D显示装置，其特征是，所述光栅的光栅周期如下：式(1)中，W为光栅周期，K为视点数，P为光栅参数设计用子像素间距，Q为在观察平面上相邻两个视点图像间距离；Q的计算公式如下：式(2)中，ΔK为每一对视点组合之间的视区数...

【专利技术属性】
技术研发人员：党伟，李文华，张明庆，
申请(专利权)人：河北大学，北京量子显示科技有限公司，
类型：新型
国别省市：河北,13