CN203422903U - Led自由立体显示模组 - Google Patents

Abstract

一种LED自由立体显示模组，包括LED显示屏，该LED显示屏包括多个LED显示屏单元，该多个LED显示单元相互拼接，两个左右互相拼接的LED显示单元之间相邻两列像素之间的间距同时满足像素单元对单元内列间距或对单元间的列间距和行间距的要求。在LED显示单元内，当0＜t₁＜1.5mm时，两列分别属于不同像素单元的相邻的像素相互错位排列。本实用新型的LED显示屏像素列间距不等，子视区宽度会与人眼间距相匹配，使人眼有可能观看到立体视觉，另外，利用子视区观看立体视觉又能够增大立体效果的观察范围，扩大了观看视角。使对应LED显示屏像素单元内和像素单元间的全息透镜的偏心量相同，增强了LED显示屏与全息透镜阵列屏结合实现自由立体显示的实用性。

Description

LED自由立体显示模组

【技术领域】

本实用新型涉及LED显示屏技术领域，尤其涉及LED的立体成像显示技术。

【背景技术】

LED属于新兴的照明、显示元件，应用范围越来越广泛，近年来逐渐从简单的照明领域发展到显示屏领域，甚至是高清显示领域。LED显示屏是由LED芯片的点阵组成，通过发光芯片的亮灭来显示文字、图像或视频，LED显示屏是由各种封装好的模块化结构组合构成的显示屏。LED显示屏不仅可以适用于室内环境，还可以用于室外、舞台等环境，具有亮度高、工作电压低、功耗小、体积小、寿命长、耐冲击和性能稳定等优点，是投影仪、电视墙、液晶显示屏等显示技术无法替代的。

近年来，三维立体显示作为最热门的新型显示技术，受到了广泛的关注。从电影院大屏幕的3D电影，到立体显示效果的家庭影院，已经全面预示了立体显示技术将进入蓬勃发展的时期。立体显示技术不断发展，成为当今一个引人注目的前沿科技领域，具有可观的市场前景。目前的立体显示技术主要分为：色差式3D技术、被动偏光式3D技术和主动快门式3D技术。所谓色差式3D技术，英文为Anaglyphic3D，需要配合滤色3D眼镜进行观看。色差式3D技术通过滤光轮分出光谱信息，使用不同的滤光片进行画面滤光，使得同一个画面能够产生出两幅不同的图像，人的左右眼分别看到不同的图像，则可以在人的大脑内形成具有立体感的画面。这种方法的缺陷是容易使画面边缘产生偏色；被动偏光式3D技术也称为偏振式3D技术，英文为Polarization3D，需要配合被动式偏光眼镜使用。被动偏光式3D是利用光线有“振动方向”的原理来分解原始图像的，先通过把一副图像分割为奇数行和偶数行配合偏光膜将奇数行和偶数行画面分别以左旋圆偏振光和右旋圆偏振光进行透射，然后3D眼镜左右分别采用不同偏振旋转方向的偏光镜片，这样人的左右眼就能接收隔行显示的2组画面，再经过大脑合成立体影像；主动快门式3D技术，英文为Active Shutter3D，需要配合主动快门式3D眼镜使用。主动快门式3D技术主要是通过提高画面的刷新率来实现3D效果的，通过把图像按帧一分为二，形成分别对应左眼和右眼的两组画面，连续交错显示出来，同时主动快门式3D眼镜与该频率同步，交错开关左右眼，使左、右双眼能够在正确的时刻看到相应画面。这项技术能够保持画面的原始分辨率，很轻松地让用户享受到真正的全高清3D效果，而且不会造成画面亮度降低。

上述的几种立体显示技术，各有优劣和不同的应用场合，但是相同的都需要借助外部设备，如佩戴眼镜来完成立体显示效果，对于使用者来说并非最为绝佳的感官体验，所以最新的技术研究，提出了一种自由立体显示技术，即不用戴眼镜或者头盔的裸眼自由立体显示。目前自由立体显示技术常采用柱面透镜光栅板、视差屏障技术。如果考虑将自由立体显示技术应用到LED显示屏上，会遇到的问题在于，LED显示屏的像素间距比液晶显示屏的像素间距大一个数量级，用于液晶显示屏的柱面透镜光栅、视差屏障等技术在LED显示屏上应用时具有技术障碍，即柱面透镜光栅板、视差屏障等距显示面的距离较大，造成安装、密封困难。

LED显示屏与全息透镜阵列屏的结合，对于实现LED自由立体显示具有极大的潜力。但目前市场上通用的等间距像素排布方式的LED显示屏在用全息透镜的技术实现自由立体显示时，子视区与主视区之间的间距不是人眼间距的整数倍，造成子视区的干扰，使观察角度极大受限；另一方面，对应与奇、偶LED像素列的全息透镜的偏心量不同，造成全息透镜设计、加工难度增加，影响了LED多视点自由立体显示系统的开发，限制了LED显示屏实现自由立体显示的应用前景。

在原有一些技术，如柱透镜、视差光栅与LED显示屏之间的距离

其中t为LED显示屏像素单元内的像素的列间距，e为人眼的平均瞳距，通常取65～70mm，D为最佳观察距离。现有必要提出一种结合全息透镜阵列屏的LED显示屏结构，通过与全息透镜阵列屏的结合，能够实现全息透镜阵列屏与LED显示屏之间的距离小于现有技术f₀,并实现LED自由立体效果的大幅改善，减少视区间的串扰，使子视区与主视区之间的间距是人眼间距的整数倍，从而扩大观察范围。使全息透镜的偏心量、宽度相同，降低设计、加工难度，提高LED自由立体显示屏的实用价值。

【发明内容】

本实用新型针对以上情况提出了一种通过与全息透镜阵列屏结合使用，能够实现自由立体效果的LED显示模组，能够大幅改善LED显示模组的自由立体显示效果，减少视区间的串扰，降低显示模组制造工艺难度。

本实用新型所涉及的LED自由立体显示模组，包括LED显示屏，该LED自由立体显示模组还包括全息透镜阵列屏，该全息透镜阵列屏的尺寸大小与该LED显示屏的尺寸大小相对应；该全息透镜阵列屏平行地设置在该LED显示屏的出光面之前，与该LED显示屏的出光面间隔设置。

所述的LED自由立体显示模组，具有N个视点(N为偶数)，最佳观察距离为D。该LED显示屏包括至少一个LED显示屏单元，每个LED显示屏单元具有若干个像素，每个像素包含多个发光元件的子像素，该多个子像素可以有多种组合形式，可以是由红、绿、蓝三色发光元件组成或其它可以组成彩色显示的色彩组合，该多个子像素呈单列排布。

在该LED显示单元上，整个LED显示单元上具有偶数列像素，每N列像素构成一个像素单元，而从第一列到第N列像素构成一个像素周期；该像素单元内，每列像素之间的列间距相等，均为t；而不同像素单元之间的列间距为t₁，t₁小于t，且t是t₁的整数倍。

t₁的范围为0.1～30mm，t的范围为1～50mm。

在该LED显示单元上具有整数个像素周期，该LED显示屏包括多个LED显示屏单元，该多个LED显示单元相互拼接，构成LED显示屏，两个左右互相拼接的LED显示单元之间相邻两列像素之间的间距同时满足像素单元对像素单元内列间距或对像素单元间的列间距的要求，两个上下互相拼接的LED显示单元之间的相邻两行像素之间的间距满足行间距的要求。

在该LED显示单元上最靠近左边缘为第一列像素，第一列像素与左边缘的间距为T1，在该LED显示单元上最靠近右边缘为最后一列像素，最后一列像素与右边缘的间距为T2，如果最后一列像素是一个像素单元中的第M列，则第一列像素是另外一个像素单元中的M+1列，当M＜N时，T1+T2=t；当M=N时，在M+1中，M记为0，T1+T2=t₁。

在LED显示单元内，当0＜t₁＜1.5mm时，两列分别属于不同像素单元的相邻的像素相互错位排列，上下错位的高度尽可能小，而两个LED芯片的横向间距为像素单元之间的列间距。

该全息透镜阵列屏与该LED显示屏的出光面之间的间距为f，该间距f的范围为10～4000mm。由于全息透镜采用衍射原理，与LED像素一一对应，原有技术如柱透镜、视差光栅与LED显示屏之间的距离其中t为LED显示屏像素单元内的像素的列间距像素间距，e为人眼的平均瞳距，通常取65～70mm，最佳观察距离为D。对于不同的LED显示屏，其由于t和D的不同，而具有不同的f₀，而在本方案中对于具有相同t和D的LED显示屏的f，该f＜f₀

该全息阵列屏包含若干全息透镜，而该全息透镜为只在横向方面有聚光效果的全息透镜，全息透镜为在透明基板上设置的在横向方向上规律排列的锯齿状条纹。

该全息阵列屏为一个整体，或者是由多个与LED显示屏单元尺寸相等且数量相当的透镜阵列单元拼接而成。

该全息阵列屏与LED显示屏固定安装在一起，或者是通过活动组合构件组装在一起。

经过本实用新型改进后的LED显示屏像素列间距不等，在满足一定条件时，子视区宽度会与人眼间距相匹配，使人眼有可能观看到立体视觉，并且能够形成多视区；另外，利用子视区观看立体视觉又能够增大立体效果的观察范围，扩大了观看视角；使对应LED显示屏像素单元内和像素单元间的全息透镜的偏心量相同，即全息透镜纵向周期排布，增强了LED显示屏与全息透镜阵列屏结合实现自由立体显示的实用性。

【附图说明】

图1为LED自由立体显示模组的结构示意图；

图2为LED显示屏与LED显示屏单元的结构示意图；

图3为LED显示单元拼接时边缘间距示意图；

图4为LED显示单元拼接时边缘间距示意图；

图5为互相交错的子像素结构示意图；

图6为全息透镜阵列屏结构示意图。

100、LED显示屏；200、全息透镜阵列屏；210、柱面全息透镜；110、像素单元；120、像素周期；101、LED显示单元；102、像素；103、子像素。

【具体实施方式】

下面将结合本实用新型附图和具体实施方式对本实用新型LED立体显示模组进行进一步的详细说明。

请参考附图1：其中示出了本实用新型所涉及的LED自由立体显示模组，包括LED显示屏100，该LED自由立体显示模组还包括全息透镜阵列屏200，该全息透镜阵列屏200的尺寸大小与该LED显示屏100的尺寸大小相对应；该全息透镜阵列屏200平行地设置在该LED显示屏100的出光面之前，与该LED显示屏100的出光面间隔设置，该全息透镜阵列屏200与LED显示屏100之间保持一个间距f，该间距f的范围为10～4000mm。由于全息透镜采用衍射原理，与LED像素一一对应，原有技术如柱透镜、视差光栅与LED显示屏之间的距离

其中t为LED显示屏像素单元内的像素的列间距像素间距，e为人眼的平均瞳距，通常取65～70mm，最佳观察距离为D。对于不同的LED显示屏，其由于t和D的不同，而具有不同的f₀，而在本方案中对于具有相同t和D的LED显示屏的f，该

参考附图2：该LED显示屏包括至少一个LED显示屏单元，即LED显示屏可以由一个LED显示屏单元构成，也可以由多个LED显示屏单元拼接而成。每个LED显示屏单元具有若干个像素，每个像素包含多个发光元件的子像素103，该多个子像素103可以有多种组合形式，可以是由红、绿、蓝三色发光元件组成或者其他可以组成彩色显示的色彩组合，该多个子像素呈单列排布。在不同的应用方案中也可以采用颜色不同、数目不同的可以实现彩色显示的发光元件的子像素103构成像素102。子像素103可以采用竖直成列的方式排布，也可以采用其他不影响发光强度和发光角度的方式排布。遵循的原则是每个像素102内的子像素103排布方式是相同的。

该LED显示屏具有N个视点，最佳观察距离为D。该LED显示单元具有偶数列像素，并且像素的列间距不同。从第一列到第N列像素构成一个像素周期120，而每N列像素构成一个像素单元110，该像素单元110内，每列像素之间的列间距相等，均为t；而不同像素单元之间的列间距为t₁，t₁小于t，且t是t₁的整数倍。t₁的范围为0.1～30mm，t的范围为1～50mm。在等间距LED屏的情况下，子视区与主视区的间距大于人眼间距，因此t₁小于t，可以使子视区与主视区之间的间距减小。t是t₁的整数倍，从而使子视区与主视区之间间距是人眼间距的整数倍，扩大观看视角，降低视区之间的串扰。

在该LED显示单元上具有整数个像素周期120，该LED显示屏包括多个LED显示单元101，该多个LED显示单元101相互拼接，构成LED显示屏100，两个左右互相拼接的LED显示单元101之间相邻两列像素之间的间距同时满足像素单元对像素单元内列间距或对像素单元间的列间距的要求，两个上下互相拼接的LED显示单元之间的相邻两行像素之间的间距满足行间距的要求。

当两个LED显示单元101拼接时，靠近其中一个LED显示单元边缘的一列像素在拼接之后与另外一个LED显示单元边缘的像素之间的列间距也满足以下要求：像素单元内，每列像素之间的列间距相等，均为t；而不同像素单元之间的列间距为t₁。

在该LED显示单元上最靠近左边缘为第一列像素，第一列像素与左边缘的间距为T1，在该LED显示单元上最靠近右边缘为最后一列像素，最后一列像素与右边缘的间距为T2，如果最后一列像素是一个像素单元中的第M列，则第一列像素是另外一个像素单元中的M+1列，当M＜N时，T1+T2=t，如果M=N时，在M+1中，M记为0；T1+T2=t₁。

参考附图3，当一个像素周期120与一个像素单元110相同时，靠近LED显示单元两侧边缘的都是一个完整的像素单元110，则与其他LED显示单元拼接时，分属于两块拼接的LED显示单元上，相邻的两列像素之间的间距是像素单元之间的列间距，即两块拼接的LED显示单元拼接后，间距为t₁，在图中示出的具体实施方案是：第一列与最后一列像素与LED显示单元边缘的距离都是t₁/2；参考附图4，当一个像素周期120与一个像素单元110不相同时，即靠近LED显示单元两侧边缘的都是完整的像素周期，而不是完整的像素单元，靠近LED显示单元边缘的是像素单元内的像素，则与其他LED显示单元拼接时，分属于两块拼接的LED显示单元上，相邻的两列像素之间的间距像素单元内的列间距，即两块拼接的LED显示单元拼接后，间距为t，在图4中示出具体实施方案是：第一列与最后一列像素与LED显示单元边缘的间距都是t/2。

请参考附图5：在LED显示单元内，当0＜t₁＜1.5mm时，即当t₁小到使现有封装条件下的两个LED芯片不能并排排列时，两列分别属于不同像素单元的相邻的像素相互错位排列，上下错位的高度尽可能小，而两个LED芯片的横向间距为单元之间的列间距。

请参考图6：拼接完成后的LED显示屏100发光面前方平行设置全息透镜阵列屏200，全息透镜阵列屏200由柱面全息透镜210阵列组成，:柱面全息透镜是在透明基板上设置在横向方向上规律排列的锯齿状条纹。

由于柱面全息透镜210对LED显示100上像素102发出的光线所产生的衍射效应，引导光线进入特定的观察区，观察者的单眼只能看到显示屏上的一列像素，如右眼只能看到奇数像素列，同样，左眼只能看到偶数像素列。这样一来，分别由奇偶像素列组成的两幅图像就成了具有水平视差的立体图像对，再通过大脑的融合作用，最终形成一幅具有深度感的立体图像。

全息透镜阵列屏200在安装时可以有多种选择。当LED显示屏100面积不是很大时，透镜阵列屏200可以为一个整体，平行设置于LED显示屏100发光面前方。当LED显示屏100面积较大时，全息透镜阵列屏200可分体设置。当全息透镜阵列屏200分体设置时，包括以下几种安装方式：1、每一个全息透镜阵列屏200与LED显示屏单元101尺寸相等，全息透镜阵列屏200与LED显示屏单元101连接；2、全息透镜阵列屏200的垂直尺寸与LED显示屏100的高度相等，水平方向由一组全息透镜阵列屏200拼接后与LED显示屏100宽度相等，通过支架平行设置于LED显示屏发光面前方；3、全息透镜阵列屏200的水平尺寸与LED显示屏100的宽度相等，垂直方向由一组全息透镜阵列屏200拼接后与LED显示屏100高度相等，通过支架平行设置于LED显示屏100发光面前方。全息透镜阵列屏200与LED显示屏单元101之间可以通过支架固定连接，也可以通过加入机械结构设置成活动连接，且使得透镜阵列屏在移动一段距离后仍可以固定。

显示模块上还包括电路板，电路板用于驱动LED发光元件进行工作，电路板上设置用于向电路板输送电能的电源接口和用于向电路板输送信号源的信号接口。该LED显示屏播放的信号源为通过一组具有视差序列的图像或视频，合成后得到具有立体效果的一幅图像或一段视频，构成图像或视频的每一个像素与LED自由立体显示屏面板的物理像素一一对应。通过像素列间距特殊排列的LED显示屏加装全息透镜阵列屏，然后播放经过立体合成形成的图像或视频信号源，即可实现LED显示屏显示自由立体图像或视频的立体视觉的改善，能够消除子视区带来的串扰并形成可以进行观察的、具有立体视觉的子视区，从而扩大了观察范围，提高了实用性。

以上所述，仅是本实用新型较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种LED自由立体显示模组，包括LED显示屏，其特征在于，该LED自由立体显示模组还包括全息透镜阵列屏，该全息透镜阵列屏的尺寸大小与该LED显示屏的尺寸大小相对应，该全息透镜阵列屏平行地设置在该LED显示屏的出光面之前，与该LED显示屏的出光面间隔设置。

2.根据权利要求1所述LED自由立体显示模组，其特征在于，该LED显示屏包括至少一个LED显示屏单元，每个LED显示屏单元具有若干个像素，每个像素包含多个发光元件的子像素，该多个子像素呈单列排布。

3.根据权利要求2所述LED自由立体显示模组，其特征在于，在该LED显示单元上，整个LED显示单元上具有偶数列像素，每N列像素构成一个像素单元，而从第一列到第N列像素构成一个像素周期；该像素单元内，每列像素之间的列间距相等，均为t；而不同像素单元之间的列间距为t₁，t₁小于t，且t是t₁的整数倍。

4.根据权利要求3所述LED自由立体显示模组，其特征在于，t₁的范围为0.1～30mm，t的范围为1～50mm。

5.根据权利要求3所述LED自由立体显示模组，其特征在于，在该LED显示单元上具有整数个像素周期，该LED显示屏包括多个LED显示屏单元，该多个LED显示单元相互拼接，构成LED显示屏，两个左右互相拼接的LED显示单元之间相邻两列像素之间的间距同时满足像素单元对像素单元内列间距或对像素单元间的列间距的要求，两个上下互相拼接的LED显示单元之间的相邻两行像素之间的间距满足行间距的要求。

6.根据权利要求5所述LED自由立体显示模组，其特征在于，在该LED显示单元上最靠近左边缘为第一列像素，第一列像素与左边缘的间距为T1，在该LED显示单元上最靠近右边缘为最后一列像素，最后一列像素与右边缘的间距为T2，如果最后一列像素是一个像素单元中的第M列，则第一列像素是另外一个像素单元中的M+1列，当M＜N时，T1+T2=t；当M=N时，在M+1中，M记为0，T1+T2=t₁。

7.根据权利要求6所述LED自由立体显示模组，其特征在于，在LED显示单元内，当0＜t₁＜1.5mm时，两列分别属于不同像素单元的相邻的像素相互错位排列。

8.根据权利要求1所述LED自由立体显示模组，其特征在于，该全息透镜阵列屏与该LED显示屏的出光面之间的间距为f，对于具有相同参数D和t的LED显示屏，f的值小于原有技术的间距

9.根据权利要求1所述LED自由立体显示模组，其特征在于，该全息透镜阵列屏，包含若干全息透镜，而该全息透镜为只在横向方面有聚光效果的全息透镜，全息透镜为在透明基板上设置的在横向方向上规律排列的锯齿状条纹。

10.根据权利要求1所述LED自由立体显示模组，其特征在于，该全息阵列屏与LED显示屏固定安装在一起，或者是通过活动组合构件组装在一起。

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