CN101281706A - Led大尺寸自由立体显示技术 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种LED大尺寸自由立体显示屏，其特征是，该屏由特殊排列的红、绿、蓝子像素构成LED自由立体显示单元，红、绿、蓝子像素的排列在水平方向上为自左至右均匀间隔排列构成一个水平行，在垂直方向上为红、绿、蓝子像素各构成一个垂直列，同样均匀间隔排列，该显示单元上间隔放置一块光栅板，利用该光栅板保证观察者通过光栅左眼只能看到显示单元显示的左眼图象，而右眼只能看到显示单元显示的右眼图象，从而获得不用佩带眼镜就可以观看的自由立体图象，每个显示单元和一个安置在显示单元上的光栅，构成一个LED自由立体显示单元，多个这样的LED自由立体显示单元构成一个LED大尺寸自由立体显示屏，该屏通过计算机驱动，显示自由立体帧图象，由多个自由立体帧图象构成自由立体动态图象。

Description

LED大尺寸自由立体显示技术

LED显示技术具有高亮度、高分辨率显示的优点，适用于需要高亮度和高分辨率显示需求的场合，特别适用于户外显示。

LCD和PDP显示技术大约可以提供500尼特的亮度，而LED显示技术却可以提供出远大于1000尼特以上的显示亮度。LCD和PDP显示技术只能提供平板显示方式，而LED显示技术却能够提供弯曲的显示方式，而且可以根据需要任意的拼接显示单元，以形成不同尺寸、不同分辨率和不同形状的显示屏。LED在广告宣传、文化娱乐、科研教学等领域有着其它显示技术无法取代的优点。

利用LED显示技术显示自由立体图象，一直是人们不断研究的领域，只是由于LED显示技术不同于LCD和PDP显示技术，特别是其像素的排列方式不适合于自由立体显示技术的应用，因此防碍了自由立体显示技术在LED显示屏上的应用。

本发明提出一种LED大尺寸自由立体显示技术，通过对LED显示像素的重新设计和布局，以及特殊设计的平面和立体显示两用金属光栅，实现了利用LED显示技术显示自由立体图象。

下面结合附图对本发明作详细说明。

图1是对本发明涉及的LED大尺寸自由立体显示技术的整体说明。

1是LED自由立体显示单元，每个LED自由立体显示单元都具有同样的像素结构、像素数和像素排列方式及显示方式。2是每个自由立体显示单元上的立体成像光栅，它们可以是柱镜板构成的，也可以是由狭缝光栅构成的。3是计算机，它将自由立体图象传输到LED自由立体一显示屏。4是控制监视器，它监视计算机输出的对于LED屏的控制信号和图象信号。

图2是对LED自由立体显示单元的描述。

1是一个LED自由立体显示单元。5、6、7表示其中的像素。像素的排列是：由左向右为红子像素、绿子像素、蓝子像素，构成一个完整像素，然后继续以红子像素、绿子像素、蓝子像素排列，依次构成每一个完整像素。11表示每个完整像素之间的距离，也就是点距，点距是固定的，且每个自由立体显示单元上的像素点距都是完全相同的。在垂直方向上像素的排列方式，每一行都是一样的，即从垂直方向上看，第一列全部是红子像素，第二列全部是绿子像素，第三列全部是蓝子像素，依次类推。12是在垂直方向上，两个像素之间的距离。13是每个自由立体显示单元在垂直方向上的像素数。14是每个自由立体显示单元水平方向上的像素数。8、9、10描述的是在第一行水平方向上第二个像素的红子像素、绿子像素和蓝子像素。15表示这些像素不间断的排列下去直到满足每个自由立体显示单元在水平方向上的像素总数14。16表示这些像素不间断的在垂直方向上自上而下排列下去，直到满足在垂直方向上的全部像素数13。17表示每个子像素的宽度。18表示每个子像素的高度。因为LED显示技术主要是依靠每个小的呈矩形的发光二极管构成的，其两端有两个电极，那里是不会发光的，为了能够便于后面对本发明的描述，我们用19表示每个子像素的有效发光高度。在图2中，为了清晰起见，只对一个发光二极管做了带有焊接电极的图示，而且为了显示的更清楚，对其中填充的颜色也特意显示的较其它蓝子像素谈了些。20是每个子像素在水平方向上的间距，全部子像素之间的间距在水平方向上都必须保持相等。21是每个子像素在垂直方向上的间距，全部像素在垂直方向上的间距都必须保持相等。

图3是说明如何获得一个自由立体帧的。

23是一个物体，它可以是一个真实的物体，也可以是一个在计算机中生成的数字化物体模型，有一个序列摄象机会聚到这个物体上，它们是从24到31。这些摄象机可以是真实的摄象机，也可以是计算机中汇图软件中的摄象机。通过这些摄象机，可以获得一个序列图象，它们是从32到39。这些图象的高度为50，宽度为49。也可以用像素来表示，比如如果摄象机是高清摄象机，则50的具体数值就是1080个像素，而49就是1920个像素。

将32中的第一列图象像素提取出来放置到40的位置，将33中的第一列图象像素提取出来放置在41的位置，依次类推，最后将39中第一列图象像素提取出来放置在47的位置，这样我们就得到一个自由立体列。依次形成自由立体列的序列，最终形成自由立体帧。自由立体帧的宽度是48，而高度是51。如果是高清图象，则48的像素数为15360个像素，而51的像素数仍为1080。这样图象的长宽比率出现了变化，为了保证自由立体帧同原有图象相一致，需要在垂直方向上将长度放大8倍，我们最终获得了在垂直方向上有8640个像素。

图4说明如何看到自由立体帧的显示的立体图象。

40、41直到47都是代表像素的。40是代表第一个摄象机拍摄的第一幅图的第一行第一列像素，41是代表第二个摄象机拍摄的第二幅图的第一行第一列像素，而47是代表第八摄象机拍摄的第八幅图的第一行第一列像素。这样顺序排过去。53是立体成像光栅，它可以是柱镜板光栅，也可以是狭缝光栅，无论用那种光栅，其实都可以理解为在垂直方向被拉长了的针孔构成的光栅，柱镜光栅只是可以会聚更多光线。52是光栅的光线透射中心，它可以是柱镜光栅的透镜中心，也可以是狭缝光栅的狭缝中心。54是观察者的左眼。55是观察者的右眼。56表示观察者左眼的视线。57表示观察者右眼的视线。可以看出，观察者左眼只能看到41、48、53、59等像素；而右眼只能看到40、47、60、61等像素。换句话说，左眼只能看到第二个摄象机拍摄的图象，而右眼只能看到第一个摄象机拍摄的图象。如果这时观察者在水平方向向左移动，则左眼会依次看到第三幅图象、第四副图象，直到第八幅图象；而右眼也会依次看到第二副图象、第三幅图象，直到第七幅图象。这时观察者看到的是具有不同视差的序列图像，因此获得了立体视觉，并且获得了一定的视角。观察者继续再向左移动，就会经历一次反相，因为当左眼看到47，而右眼看到46时发生一次反相，因为这时左眼看到了第一个摄象机拍摄的图，而右眼看到了第八个摄象机拍摄的图，这时不仅视差恰好是相反的，而且也是很大的反相视差，观察者会感觉很不舒服，这是自由立体成像技术的固有缺憾。然而，这个过程是短暂的，因为只要跨越这个像素组后，视差序列就又变的正常了。63是光栅到显示屏的距离，准确的说，是光栅到显示像素之间的距离。64是光栅的周期，也叫栅距，用光栅专业的术语可称作每英寸的光栅线数，用LPI描述。62是人眼的瞳孔间距，大约为6.5厘米。

图5说明一个LED自由立体显示单元的基本结构。

70是一个LED自由立体显示单元，78为垂直高度同时表示像素数目，79为水平宽度同时表示水平像素数。71是光栅，可以是柱镜光栅也可以是狭缝光栅，光栅可以倾斜放置，以用来消除可能发生的莫尔干涉条纹，也可以垂直放置，夹角81是可以调节的，当然这个夹角必须同自由立体帧相匹配。80是光栅的周期，或称LPI。72是将光栅71固定在LED显示单元70上面后形成的图象外观效果。LED图象通过光栅呈现出来，并通过人眼的双眼视差辨别产生立体视觉。82是光栅到LED显示屏的距离。73是LED显示屏的驱动电路盒。76是LED显示屏的驱动电路。77是输入LED显示屏的图象信号和电源。光栅可以用金属制作，这样不仅便于保证精密加工，而且还可以适应LED屏在高温和低温环境下应用时的可靠性。采用金属制作光栅还可以有效的减轻光栅的重量，也便于安装调试。另一个显著的优点是，采用金属光栅会有效地消除莫尔干涉，因为金属光栅的背面不会反光，因此也就不会同LED屏相互作用而形成莫尔干涉。采用激光技术加工金属光栅可以有效控制加工精度。在光栅的周边和中央都有加强筋，其直径很小，因此不会影响主观视觉精度。84和84是这些加强筋的结构图，它们在每个显示单元的外面将光栅包围起来，再在中间设置数条加强筋。光栅通过金属支架或塑料支架固定在LED显示单元上。因为狭缝必须保证每只眼睛都能够准确的看到自己视图，因此LED显示单元不能再安装遮光罩。全部的发光二极管都要裸露焊接在基板上。

图6是利用LED自由立体显示单元拼接成的大尺寸LED自由立体显示屏。

79是LED自由立体显示单元的宽度，78为LED自由立体显示单元的高度，90是将LED自由立体显示单元拼接后的屏宽，91是将LED自由立体显示屏拼界后的屏高。92是LED自由立体显示屏的驱动电路机箱和电子驱动电路，93是光栅。由于光栅是金属制作的，而光栅同LED显示单元之间存在空间距离，因此通风散热的效果是良好的。在实际应用中，LED自由立体显示单元是比较小的，由一定数量的LED自由立体显示单元屏构成较大的自由立体显示单元屏，再由这些屏拼接成最终的大尺寸LED自由立体显示屏。

图7是一个利用本发明实现的实施例。

5、6、7、8、9、10是红、绿、蓝子像素，分别采用JZ-S0603红、绿、蓝发光二极管构成。该发光管的长18为1.6毫米，该发光管的宽度17为0.8毫米，发光区19为1.1毫米。红、绿、蓝各子像素的排列为均匀的从左至右，图8中的发光管发光面面向读者。每个子像素之间的距离为2.0毫米，每个完整像素之间的水平间距11为6.0毫米，像素在垂直方向上间隔21为6.0毫米，同样均匀排布。每个子像素在垂直方向上对齐。显示单元在水平方向有32个完整像素，宽度14为192毫米宽，在垂直方向也有32个完整像素，高度13为192毫米。用这样的显示单元构成LED自由立体显示大单元屏100，每个LED自由立体显示大单元屏在水平方向有10个显示单元，共有320个像素，长度102为1920毫米；在垂直方向上有8个显示单元，共有256个像素，高度101为1536毫米。

再在水平方向上用4块这样的LED自由立体显示单元板，构成最终水平显示分辨率达到1280像素，总宽度为7680毫米。再在垂直方向上用3块这样的LED自由立体显示板，构成最终垂直显示分辨率达到768像素，总高度为4608毫米。

光栅安装在每个LED的基本自由立体显示单元上，这个光栅的尺寸为192毫米宽、192毫米高。光栅可以是垂直的，也可以是倾斜的。光栅用合金铝板制作，用激光加工光栅条纹，每个光栅单元周边有一圈加强筋，中间有一个十子加强筋。光栅同LED显示单元通过螺丝固定，光栅和LED屏之间保留一个间距，间距中的介质为空气。

附图说明如下：

图1是对本发明涉及的LED大尺寸自由立体显示技术的整体说明。

图2是对LED自由立体显示单元的描述。

图3是说明如何获得一个自由立体帧的。

图4说明如何看到自由立体帧的显示的立体图象。

图5说明一个LED自由立体显示单元的基本结构。

图6是利用LED自由立体显示单元拼接成的大尺寸LED自由立体显示屏。

图7是一个利用本发明实现的实施例。

Claims (8)

1.本发明涉及一种LED大尺寸自由立体显示屏，其特征是，该屏由特殊排列的红、绿、蓝子像素构成LED自由立体显示单元，红、绿、蓝子像素的排列在水平方向上为自左至右均匀间隔排列构成一个水平行，在垂直方向上为红、绿、蓝子像素各构成一个垂直列，同样均匀间隔排列，该显示单元上间隔放置一块光栅板，利用该光栅板保证观察者通过光栅左眼只能看到显示单元显示的左眼图象，而右眼只能看到显示单元显示的右眼图象，从而获得不用佩带眼镜就可以观看的自由立体图象，每个显示单元和一个安置在显示单元上的光栅，构成一个LED自由立体显示单元，许多个这样的LED自由立体显示单元构成一个LED大尺寸自由立体显示屏，该屏通过计算机驱动，显示自由立体帧图象，由许多自由立体帧图象构成自由立体动态图象。

2.权利要求1中所涉及的像素排列，其特征是在水平方向和垂直方向上，子像素和完整像素之间的间距都是相等的，LED发光元件的长边是垂直放置的，而短边是水平放置的，长边排列是同像素排列的列相平行的，而短边是同像素排列的行相平行的，在LED自由立体显示单元拼接成大尺寸的LED自由立体显示屏后，其整体的子像素和完整像素之间的间隔，无论在水平方向上，还是在垂直方向上仍然上等间隔排列的。

3.权利要求1中涉及到的光栅，其特征是该光栅是用金属通过激光加工制作完成的，该光栅的狭缝可以是沿着垂直方向构成，也可以倾斜构成，后者用于消除莫尔干涉，光栅通过螺丝固定在LED显示单元上，光栅与LED显示单元之间的介质是空气，光栅上有加强筋。

4.权利要求1中涉及到的光栅，其特征是该光栅是用柱镜光栅板制作完成的，该光栅的柱镜可以是沿着垂直方向构成，也可以倾斜构成，后者用于消除莫尔干涉，柱镜光栅板通过螺丝固定在LED显示单元上，柱镜光栅板与LED显示单元之间的介质是空气。

5.权利要求1中涉及的自由立体图象和立体帧，其特征是，该图象的自由立体帧是通过在一个具有视差序列的图象中依次提取每一幅图象的符合点像素，并用它们构成一个完整的立体帧像素，最终构成一个立体帧的行和立体帧，并在垂直方向上将此立体帧等比放大而形成的，连续播放这些立体帧，可以获得自由立体动态图象。

6.权利要求1中的红、绿、蓝子像素，其特征是，构成这些子像素的发光管的长度为1.6毫米，宽度为0.8毫米，每个子像素之间的水平间距为2.0毫米，每个完整像素之间的水平间距为6.0毫米，每个子像素在垂直方向上的间距为6.0毫米，子像素的长边同像素列相平行，而子像素的短边同像素行相平行。

7.权利要求1中涉及的LED自由立体显示单元，其特征是该显示单元由水平32个完整像素和垂直32个完整像素构成，每个LED自由立体显示单元的尺寸为192毫米宽和192毫米高。

8.权利要求1中涉及的大尺寸LED自由立体显示屏，其特征是该屏由水平方向上40块LED自由立体显示单元构成，共形成1280个像素，而在垂直方向上由24块LED自由立体显示单元构成，共形成768个像素，该屏的水平宽度为7680毫米，高度为4608毫米。

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