CN104064123A

CN104064123A - 一种无莫尔条纹的3d-led显示系统

Info

Publication number: CN104064123A
Application number: CN201410322016.4A
Authority: CN
Inventors: 张永爱; 郭太良; 周雄图; 叶芸; 林锑杭; 林婷
Original assignee: Fuzhou University
Current assignee: Fuzhou University
Priority date: 2014-07-05
Filing date: 2014-07-05
Publication date: 2014-09-24
Anticipated expiration: 2034-07-05
Also published as: CN104064123B

Abstract

本发明涉及一种无莫尔条纹的3D-LED显示系统。包含一2D显示屏，一分光光栅，以及设置于所述2D显示屏与所述分光光栅之间的分光光栅背面上的反射套件，其中，所述2D显示屏上的像素一部分透过分光光栅入射到人眼，另一部分则经过所述分光光栅的背面的反射套件反射到2D显示屏上的黑矩阵，并将黑矩阵照亮而使黑矩阵消失；本发明的显著优点在于，将本被光栅遮挡并吸收的光反射到黑矩阵上，照亮黑矩阵，减少或消除因分光光栅和黑矩阵阵列周期性分布而产生的莫尔条纹。

Description

一种无莫尔条纹的3D-LED显示系统

技术领域

本发明涉及3D立体显示领域，尤其涉及一种无莫尔条纹的3D-LED显示系统。

背景技术

立体显示由于其逼真的立体显示，越来越多的关注，已经发展了基于大型LED屏的裸眼立体3D显示，包括狭缝光栅式3D-LED以及柱透镜光栅3D-LED。图1为现有LED屏结构（包括LED像素点001和黑矩阵002），我们可以看到现有LED屏存在较大比例的黑矩阵，而在3D-LED立体显示系统中，由于黑矩阵和狭缝光栅的遮光区域形成莫尔条纹，影响立体显示观看效果。

在现有狭缝光栅3D-LED立体显示系统中，由于狭缝光栅遮光区域的阻挡，有很大一部分光被遮挡而没有得到利用而损失。同时，在现有解决3D-LED莫尔条纹的方法之一，将黑矩阵变成白色矩阵，莫尔条纹问题得到一定的解决，然后整个LED显示屏对比度变差了。

综上，针对现有3D-LED立体显示系统主要存在莫尔条纹问题而影响立体显示效果，提出一种解决3D-LED莫尔条纹的方法是有意义的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无莫尔条纹的3D-LED显示系统。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种无莫尔条纹的3D-LED显示系统，包括，

一2D显示屏，所述2D显示屏包括LED发光阵列、位于所述LED发光阵列的LED像素点之间的黑矩阵以及设置于所述黑矩阵上的增亮膜阵列；

一分光光栅，用于分离所述2D显示屏上的左右图像；

以及设置于所述2D显示屏与所述分光光栅之间并位于所述分光光栅背面的反射套件，其中，所述2D显示屏上的像素一部分透过所述分光光栅入射到人眼，另一部分则经过所述分光光栅背面的反射套件反射到所述2D显示屏上的黑矩阵。

在本发明实施例中，所述分光光栅为狭缝光栅。

在本发明实施例中，所述反射套件为一反射镜。

在本发明实施例中，所述反射套件为一漫反射膜。

在本发明实施例中，所述反射套件为一凹面镜或凸面镜。

在本发明实施例中，所述凹面镜或凸面镜上的凹面镜单元或凸面镜单元与所述LED发光阵列单元一一对应且等宽；且凹面镜单元或凸面镜单元中的反射面朝向所述LED发光阵列单元。

在本发明实施例中，所述反射套件包括一朝向所述LED发光阵列的反射膜以及设置于反射膜表面的凸透镜阵列。

在本发明实施例中，所述凸透镜阵列的凸面朝向所述LED发光阵列，所述凸透镜阵列的凸透镜单元与所述LED发光阵列的LED像素点一一对应且等宽。

在本发明实施例中，所述反射套件包括一朝向所述LED发光阵列的反射膜以及设置于反射膜表面的凹透镜阵列。

在本发明实施例中，所述凹透镜阵列的凹面朝向所述LED发光阵列，所述凹透镜阵列的凹透镜单元与所述LED发光阵列的LED像素点一一对应且等宽。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明的无莫尔条纹的3D-LED显示系统能够将本被光栅遮挡并吸收的光反射到黑矩阵上，照亮黑矩阵，减少或消除因分光光栅和黑矩阵阵列周期性分布而产生的莫尔条纹。

附图说明

图1为现有技术提供的一种LED屏。

图2为本发明第一实施例提供的一种无莫尔条纹的3D-LED显示系统。

图3为本发明第二实施例提供的一种无莫尔条纹的3D-LED显示系统。

图4为本发明第三实施例提供的一种无莫尔条纹的3D-LED显示系统。

图5为本发明第三实施例3D-LED显示系统的光路图。

图6为本发明第四实施例提供的一种无莫尔条纹的3D-LED显示系统。

图7为本发明第四实施例3D-LED显示系统的光路图。

图8为本发明第五实施例提供的一种3D-LED显示系统及其光路图。

图9为本发明第五实施例提供的3D-LED显示系统的等效光路图。

图10为本发明第六实施例提供的一种3D-LED显示系统及其光路图。

图11为本发明第六实施例提供的3D-LED显示系统的等效光路图。

图中：

011、021、031、041、051、061为2D显示屏，

012、022、032、042、052、062为分光光栅，

013为反射镜，023为漫反射膜，033为凹面镜，043为凸面镜，053、063为反射膜，

054为凸透镜阵列，064为凹透镜阵列，

001、0111、0211、0311、0411、0511、0611为LED像素点，

002、0112、0212、0312、0412、0512、0612为黑矩阵，

0113、0213、0313、0413、0513、0613为增亮膜，

0121、0221、0321、0421为遮光区，

0122、0222、0322、0422为透光区。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

本发明一种无莫尔条纹的3D-LED显示系统，包括一2D显示屏，所述2D显示屏包括LED发光阵列、位于所述LED发光阵列的LED像素点之间的黑矩阵以及设置所述黑矩阵表面的增亮膜阵列；还包括一分光光栅，用于分离所述2D显示屏上的左右图像；以及设置于所述2D显示屏与所述分光光栅之间并位于所述分光光栅背面的反射套件，其中，所述2D显示屏上的像素一部分透过所述分光光栅入射到人眼，另一部分则经过所述分光光栅背面的反射套件反射到所述2D显示屏上的黑矩阵。

以下为本发明的具体实施例。

第一实施例

如图2为本发明第一实施例提供的一种无莫尔条纹的3D-LED显示系统，包括：2D显示屏（011）（该2D显示屏（011）包括设置于黑矩阵（0112）上增亮膜（0113）），分光光栅（012），以及设置于分光光栅背面且处于2D显示屏（011）与分光光栅（012）之间的反射平面镜（013）。如图2所示，分光光栅包括透光区（0122）和遮光区（0121）两部分，反射镜（013）设置于遮光区（0121）的背面。

在本实施例中，反射镜（013）为镜面发射，LED像素点（0111）光源，一部分直接从光栅的透光区（0122）出射，并分光为左右图像进入人眼，另一部分光源经反射平面镜（013）反射到LED屏上，通过增亮膜（0113）而使黑矩阵（0112）区域变亮，并且减小或消除黑矩阵与光栅因周期性分布排列而带来的莫尔条纹。本发明优选实施例中的增亮膜（0113）优选磨砂PMMA塑料，其中磨砂面朝外。这样的目的在于，提高反射率，提高黑矩阵的亮度，并且减小或消除黑矩阵与光栅因周期性分布排列而带来的莫尔条纹。

第二实施例

如图3本发明第二实施例提供的一种无莫尔条纹的3D-LED显示系统，包括2D显示屏（021）（该2D显示屏（021）包括设置于黑矩阵（0212）上增亮膜（0213）），分光光栅（022），以及设置于分光光栅（022）背面的漫反射膜（023），在本实施例中所述的漫反射膜（023）优选单面磨砂的PMMA塑料，光滑面贴于分光光栅（022）背面。

在本实施例具体实施过程中，LED像素点（0211）的光源一部分经过分光光栅调制产生左右图像，并使观察者获得立体效果，另一部分光则经过漫反射照亮LED显示屏的黑矩阵（0212）（如图3中的光路①→②→③）。

在本实施例中，所谓的黑矩阵（0212）并非代表其颜色是黑色，而是一种代表LED像素点之间隔离的一种概念。为了使黑矩阵能够更好得接收并发射由漫反射投射来光，本发明优选实施例中的增亮膜（0213）优选磨砂的PMMA塑料，其中磨砂面朝外。这样的目的在于，提高反射率，提高黑矩阵的亮度，并且减小或消除黑矩阵与光栅因周期性分布排列而带来的莫尔条纹。

第三实施例

如图4本发明第三实施例提供的一种无莫尔条纹的3D-LED显示系统，包括2D显示屏（031），（该2D显示屏（031）包括设置于黑矩阵（0312）上增亮膜（0313）），分光光栅（032），以及设置于分光光栅背面的凹面镜（033）。

如图5所示，LED像素的光射到凹面镜（033）上，经反射，投射于LED像素点（0311）与黑矩阵（0312）上，通过设置于黑矩阵（0312）上增亮膜（0313）照亮黑矩阵（0312），光栅外的人则看到黑矩阵对应位置的亮光，及黑矩阵消失，莫尔条纹也随之消失。本发明优选实施例中的增亮膜（0313）优选磨砂亚克力板，其中磨砂面朝外。这样的目的在于，提高反射率，提高黑矩阵的亮度，并且减小或消除黑矩阵与光栅因周期性分布排列而带来的莫尔条纹。

如图5为凹面镜光路图，中可以看到光线会汇聚与一点，此点为凹面镜焦点。由于光栅与LED屏距离远大与像素点，所以焦距f近似为r/2。由三角关系及余弦定理可求得凹面镜曲率半径。

由于光栅与显示屏距离d远大于像素点距，凹面镜曲率半径大，厚度小，近似可得：

凹面镜曲率半径：

其中，为LED发光面积，包含黑矩阵LED点距。

认真观察图4，我们可以发现，在本实施例中，每个凹面镜单元在水平方向上只对应一个LED像素点（031）。在与狭缝光栅搭配时，遮光区（0321）存在这些反射单元，透光区（0322）则不存在反射单元，并以狭缝光栅的边界保留部分反射单元。

第四实施例

如图6本发明第四实施例提供的一种无莫尔条纹的3D-LED显示系统，包括2D显示屏（041），（该2D显示屏（041）包括设置于黑矩阵（0412）上增亮膜（0413）），分光光栅（042），以及设置于分光光栅背面的凸面镜（043）。本发明优选实施例中的增亮膜（0413）优选磨砂亚克力板（0413），其中磨砂面朝外。这样的目的在于，提高反射率，提高黑矩阵的亮度，并且减小或消除黑矩阵与光栅因周期性分布排列而带来的莫尔条纹。

如图7所示，LED像素点（0411）的光照射在凸面镜（043）上，光等效于为焦点发射而出，根据3D-LED立体显示系统的分光原理可以推得光栅与LED屏的距离，即距离d是已知的，又由于LED像素大小及黑矩阵的大小也是已知的，又由于光栅与LED屏距离远大与像素点，所以焦距f近似为r/2。根据三角形相似定理，可求得凸面镜曲率半径。

由于光栅与显示屏距离d远大于像素点距，凸面镜曲率半径大，厚度小，近似可得：

凸面镜曲率半径：

其中，为LED发光面积，包含黑矩阵LED点距。

图6为本实施例提供的3D-LED立体显示系统，在图中可以看到，凸面镜单元在水平上只与一个LED像素点相对应且同宽。

第五实施例

如图8所示，在本发明第五实施例中除了包含2D显示屏（051），（该2D显示屏（051）包括设置于黑矩阵（0512）上增亮膜（0513）），分光光栅（052），以及设置于分光光栅背面的反射膜（053），还包含设置于所述反射膜（053）之上的凸透镜阵列（054）。在本发明优选实施例中，为提高黑矩阵（0512）的亮度及反射率，故而在黑矩阵上布置有磨砂亚克力板作为增亮膜（0513）。其中磨砂面朝外。这样的目的在于，提高反射率，提高黑矩阵的亮度，并且减小或消除黑矩阵与光栅因周期性分布排列而带来的莫尔条纹。

从光路图我们可以看到，LED像素点（0511）的光从凸透镜阵列（054）入射，在经过反射膜（053）反射，继而又在凸透镜阵列（054）发生折射，最后将光投射在黑矩阵（0512）上。在分光光栅（052）与2D显示屏（051）距离固定的情况下，凸透镜阵列（054）中的凸透镜曲率r与LED像素点大小以及黑矩阵大小有关。如图9，我们获得凸透镜的近似等效光路模型。根据几何光学关系可得：

又根据三角形关系可得：

推得：

可得曲率半径r为：

其中，f为焦距，n为折射率，d为光栅与显示屏距离，为像素点距，为LED发光面积，包含黑矩阵LED点距。

第六实施例

如图10所示，在本发明第六实施例中除了包含2D显示屏（061）（该2D显示屏（061）包括设置于黑矩阵（0612）上增亮膜（0613）），分光光栅（062），以及设置于分光光栅背面的反射膜（063），还包含设置于所述反射膜（063）之上的凹透镜阵列（064）。在本发明优选实施例中，为提高黑矩阵（0612）的亮度及反射率，故而在黑矩阵上布置有磨砂亚克力板作为增亮膜（0613）。其中磨砂面朝外。这样的目的在于，提高反射率，提高黑矩阵的亮度，并且减小或消除黑矩阵与光栅因周期性分布排列而带来的莫尔条纹。

从光路图我们可以看到，LED像素点（0611）的光从凹透镜阵列（064）入射，在经过反射膜（063）反射，继而又在凹透镜阵列（064）发生折射，最后将光投射在黑矩阵（0612）上。在分光光栅（062）与2D显示屏（061）距离固定的情况下，凹透镜阵列（064）的凹透镜曲率与LED像素点大小以及黑矩阵大小有关。如图11，我们获得凹透镜的近似等效光路模型。根据几何光学关系可得：

又根据三角形关系可得：

推得：

可得曲率半径r为：

在本发明实施例三四五六中，每个凹凸面镜或凹凸透镜反射单元在水平方向上只对应一个LED像素点。在与狭缝光栅搭配时，遮光区存在这些反射单元，透光区则不存在反射单元。并以狭缝光栅的边界保留部分反射单元，如图4或6所示。

一种制造方法是先根据LED点距等参数，设计并制作出与LED屏相对应的反射单元阵列，将所得的反射单元阵列贴布与狭缝光栅上，再根据光栅上的透光区域对反射单元阵列进行剪裁。

值得一提的是，由于在3D-LED立体显示系统中，光栅与LED屏的距离远大于LED像素点点距，所以在实际中实施例三、四、五、六中的透镜或反射镜曲率均较小，厚度也较小，不会影响光栅分光。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种无莫尔条纹的3D-LED显示系统，其特征在于：包括，

一分光光栅，用于分离所述2D显示屏上的左右图像；

2.根据权利要求1所述的一种无莫尔条纹的3D-LED显示系统，其特征在于：所述分光光栅为狭缝光栅。

3.根据权利要求1所述的一种无莫尔条纹的3D-LED显示系统，其特征在于：所述反射套件为一反射镜。

4.根据权利要求1所述的一种无莫尔条纹的3D-LED显示系统，其特征在于：所述反射套件为一漫反射膜。

5.根据权利要求1所述的一种无莫尔条纹的3D-LED显示系统，其特征在于：所述反射套件为一凹面镜或凸面镜。

6.根据权利要求5所述的一种无莫尔条纹的3D-LED显示系统，其特征在于：所述凹面镜或凸面镜上的凹面镜单元或凸面镜单元与所述LED发光阵列单元一一对应且等宽；且凹面镜单元或凸面镜单元中的反射面朝向所述LED发光阵列单元。

7.根据权利要求1所述的一种无莫尔条纹的3D-LED显示系统，其特征在于：所述反射套件包括一朝向所述LED发光阵列的反射膜以及设置于反射膜表面的凸透镜阵列。

8.根据权利要求7所述的一种无莫尔条纹的3D-LED显示系统，其特征在于：所述凸透镜阵列的凸面朝向所述LED发光阵列，所述凸透镜阵列的凸透镜单元与所述LED发光阵列的LED像素点一一对应且等宽。

9.根据权利要求1所述的一种无莫尔条纹的3D-LED显示系统，其特征在于：所述反射套件包括一朝向所述LED发光阵列的反射膜以及设置于反射膜表面的凹透镜阵列。

10.根据权利要求7所述的一种无莫尔条纹的3D-LED显示系统，其特征在于：所述凹透镜阵列的凹面朝向所述LED发光阵列，所述凹透镜阵列的凹透镜单元与所述LED发光阵列的LED像素点一一对应且等宽。