CN209560212U - 一种动态背光三维显示器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种动态背光三维显示器，所述显示器包括光源层、光线调制层和液晶显示层，所述光线调制层设在光源层和液晶显示层之间，所述光源层、光线调制层和液晶显示层相互平行且间隔设置；所述光源层上随机布置有若干发光单元，且每个所述发光单元的亮/暗状态均是单独驱动的；所述光线调制层上随机排布有若干小孔阵列，设定离发光单元距离最近的小孔为该发光单元的主瓣孔，其余的小孔为该发光单元的旁瓣孔；所述光源层发出的光线经过光线调制层后，光线的传播方向获得了动态调制；调制后的光线经过所述液晶显示层时，液晶显示层上的像素分别向不同方向传播，从而形成了三维光场。
Description
技术领域
本实用新型属于立体显示领域，具体是一种动态背光三维显示器。
背景技术
目前的三维显示方案大多是通过一些光学元件，如自由曲面，光学透镜，半透半反镜，光波导等，将放置在非明视距离内的显示器的像源内容投射到瞳孔内。但目前的方案中仍然存在很多挑战，例如设备体积小型化，轻量化，系统低功耗，图像高分辨率，渲染实时性，以及最重要的视觉舒适度等问题。其中为了保障用户可以长时间的使用设备，一个良好的观看体验是必不可少的，然而遗憾的是目前还没有任何一种方案可以有效的同时解决以上所以问题。不过针对视觉舒适度里最重要的调节与辐辏角冲突问题，目前有很多有效的方案可以通过提供准确或者接近准确的深度线索来缓解，如基于麦克斯韦视图的显示方案；基于多平面的显示方案；基于全息的光场显示方案；基于双层液晶的光场显示方案；以及基于集成成像原理的光场显示方案等等。
其中基于集成成像原理的光场显示方案被视为最佳3D重建方案。其主要原理是基于微透镜阵列或者小孔阵列来实现对光线的调控。但是，由于显示原理的限制，具有分辨率损失严重，摩尔条纹明显，立体串扰度高等问题，导致了该方案的成像质量不佳，严重影响立体显示技术的推广与应用。
发明内容
本实用新型的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种动态背光三维显示器，本实用新型的三维显示器三维显示分辨率高、光学成像结构简单，且有效降低了三维显示器的摩尔条纹现象，从而提高了三维显示器的显示质量。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
一种动态背光三维显示器，包括光源层、光线调制层和液晶显示层，所述光线调制层设在光源层和液晶显示层之间，所述光源层、光线调制层和液晶显示层相互平行且间隔设置；所述光源层上随机布置有若干发光单元，每个发光单元在光源层上的物理坐标是明确的，且每个所述发光单元的亮/暗状态均是单独驱动的；所述光线调制层上随机排布有若干小孔阵列，每个小孔在光线调制层上的物理坐标是明确的；设定离发光单元距离最近的小孔为该发光单元的主瓣孔，其余的小孔为该发光单元的旁瓣孔；所述光源层发出的光线经过光线调制层后，光线的传播方向获得了动态调制；调制后的光线经过所述液晶显示层时，液晶显示层上的像素分别向不同方向传播，从而形成了三维光场。
具体地，所述光源层上标有坐标网格，用于确定每个所述发光单元在光源层上的物理坐标。
具体地，所述光线调制层上标有坐标网格，用于确定每个所述小孔在光线调制层上的物理坐标。
具体地，所述发光单元与小孔的距离定义为：发光单元与小孔中心轴线的垂直距离。
具体地，所述光源层为微LED阵列、液晶显示器或OLED显示器。
可选地，所述光线调制层可以为透明的液晶像素层或基于电润湿的液晶屏障层。
可选地，所述光线调制层还可以为不透明的散射层。
本实用新型一种动态背光三维显示器的显示方法为：按照时分复用的方法对像素进行渲染，具体包括以下步骤：
S1，将光源层上的若干发光单元随机分为N组，每一组都包括若干稀疏的发光单元，每个所述发光单元发出的光线均按照兰伯特(Lambert)模型传播；
S2，点亮第1组发光单元，第1组发光单元发出的光线经过光线调制层后，传播方向发生了改变；
S3，统计液晶显示层上的主瓣像素，发光单元和主瓣孔中心的连线与垂直于屏幕法线的夹角，统计这些夹角在水平方向上的分量；同一夹角分量的主瓣像素组成一个视点；按照夹角由小至大的次序依次将主瓣像素排列为1到N个视点；
S4，再点亮第2组发光单元，重复步骤S3；直到所有N组发光单元都被点亮。
具体地，所述主瓣像素为经过主瓣孔传播的光线在液晶显示层上的像素；所述旁瓣像素为经过旁瓣孔传播的光线在液晶显示层上的像素。
具体地，所述光源层和液晶显示层的刷新率至少为N×24Hz。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：(1)本实用新型通过在光源层上随机布置若干发光单元，以及在光线调制层上随机布置若干小孔阵列，使得发光单元发光的光线经过光线调制层后，其传播方向具有不确定性，从而有效降低三维显示器的摩尔条纹现象；(2)本实用新型采用时分复用的方法，仅对液晶显示层的主瓣像素进行渲染，可以有效调高三维显示器的显示分辨率和降低立体显示器的串扰，从而提高立体显示器的显示质量。
附图说明
图1为本实用新型一种动态背光三维显示器的整体结构示意图；
图2为本实用新型中液晶显示层上单个发光单元点亮的光路示意图；
图3为本实用新型光源层上发光单元的排布示意图；
图中：1、光源层；11、发光单元；2、光线调制层；21、主瓣孔；22、旁瓣孔；3、液晶显示层；31、主瓣像素；32、旁瓣像素。
具体实施方式
下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例1
如图1、3所示，本实施例提供了一种动态背光三维显示器，包括光源层1、光线调制层和液晶显示层3，所述光线调制层设在光源层1和液晶显示层3之间，所述光源层1、光线调制层和液晶显示层3相互平行且间隔设置；所述光源层1上随机布置有若干发光单元，每个发光单元在光源层1上的物理坐标是明确的，且每个所述发光单元的亮/暗状态均是单独驱动的；所述光线调制层上随机排布有若干小孔阵列，每个小孔在光线调制层上的物理坐标是明确的；设定离发光单元距离最近的小孔为该发光单元的主瓣孔21，其余的小孔为该发光单元的旁瓣孔22；所述光源层1发出的光线经过光线调制层后，光线的传播方向获得了动态调制；调制后的光线经过所述液晶显示层3时，液晶显示层3上的像素分别向不同方向传播，从而形成了三维光场。
具体地，所述光线调制层为可以调节其透明度的液晶层，可以通过设定每个像素的透明度来实现非周期性排布的小孔阵列。
可选地，所述光源层1可采用微LED阵列；
可选地，所述光源层1可采用基于点光源的液晶显示层3，具体为一束准直激光光束通过扩束系统被放大到宽度与液晶显示层3大小相近，所述扩束系统的出射位置依次以一定间隔平行放置液晶层、非周期的光线调制层和液晶显示层3；该液晶层可以通过设置每个像素的透明度来实现对平行入射光线进行有选择性的透射或者反射，从而形成非周期的光源层1。
具体地，所述光源层1上标有坐标网格，用于确定每个所述发光单元在光源层1上的物理坐标。
具体地，所述光线调制层上标有坐标网格，用于确定每个所述小孔在光线调制层上的物理坐标。
具体地，所述发光单元与小孔的距离定义为：发光单元与小孔中心轴线的垂直距离。
本实施例中，所述非周期的液晶层可以通过切换显示不同的光栅结构或者图案信息，配合可调控非周期的光源层1，采用时分复用的方法点亮光源层1上不同位置的发光单元，从而实现非周期的光源层1和非周期的调制层的实时动态组合。
实施例2
如图2所示，本实施例提供了一种动态背光三维显示器的显示方法，按照时分复用的方法对像素进行渲染，具体方法如下：
首先，建立传递函数矩阵，设定光源层1上共有A个发光单元，所述发光单元在光源层1上的物理坐标为(x，y)；所述光线调制层上共设有B个小孔，所述小孔在光线调制层上的物理坐标为(m，n)；所述发光单元与小孔之间的距离为d，则有：
即建立了由光源层1与光线调制层组成的5D光场传递函数(x，y，m，n，d)；
其中，d主要用来区分主瓣和旁瓣，对于发光单元(x，y)，一定存在一个最小值d，该值对应小孔在光线调制层上的物理坐标(m，n)为1，表示主瓣，其余的小孔为0，表示旁瓣；则5D光场传递函数可以表示为(x，y，m，n，D),D为0或1；
具体的，统计液晶显示层上的主瓣像素，发光单元和主瓣孔中心的连线，其长度为l，该线与垂直于屏幕法线的夹角为α，统计这些夹角在水平方向上的分量αh则：
αh＝arcsin((x-m)/l)
同一夹角分量αh的主瓣像素组成一个视点；按照夹角由小至大的次序依次将主瓣像素排列为1到N个视点；
然后，在显示层上统计所有来自D＝1小孔的光线经过液晶显示层3中的像素(u,v)，建立新的6D光场矩阵(x,y,m,n,u,v)|D＝1；
发光单元发出的光线经过光线调制层后，传播方向发生改变，统计液晶显示层3上的主瓣像素31，按照光源像素与小孔中心连线距离的长短，对主瓣像素31(x,y,m,n,u,v)|D＝1进行灰度值填充，对于旁瓣像素32(x,y,m,n,u,v)|D＝0不进行填充。
具体地，所述光源层1可以为LED阵列或是其他显示面板，例如液晶显示面板，OLED显示面板等可以像素化调控的高亮度电控光源；所述光线调制层可以为小孔阵列、微透镜阵列，也可以为非周期的可调控透明度的阵列单元，例如非周期的液晶像素层或者基于电润湿的非周期液晶屏障层。
具体地，所述主瓣像素31为经过主瓣孔21传播的光线在液晶显示层3上的像素；所述旁瓣像素32为经过旁瓣孔22传播的光线在液晶显示层3上的像素。
具体地，所述光源层1和液晶显示层3的刷新率至少为N×24Hz，保证人眼不会感觉到闪烁。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种动态背光三维显示器，其特征在于，包括光源层、光线调制层和液晶显示层，所述光线调制层设在光源层和液晶显示层之间，所述光源层、光线调制层和液晶显示层相互平行且间隔设置；所述光源层上随机布置有若干发光单元，且每个所述发光单元的亮/暗状态均是单独驱动的；所述光线调制层上随机排布有若干小孔阵列。
2.根据权利要求1所述的一种动态背光三维显示器，其特征在于，所述光源层上标有坐标网格，用于确定每个所述发光单元在光源层上的物理坐标。
3.根据权利要求1所述的一种动态背光三维显示器，其特征在于，所述光线调制层上标有坐标网格，用于确定每个所述小孔在光线调制层上的物理坐标。
4.根据权利要求1所述的一种动态背光三维显示器，其特征在于，所述发光单元与小孔的距离定义为：发光单元与小孔中心轴线的垂直距离。
5.根据权利要求1所述的一种动态背光三维显示器，其特征在于，所述光源层为微LED阵列、液晶显示器或OLED显示器。
6.根据权利要求1所述的一种动态背光三维显示器，其特征在于，所述光线调制层为透明的液晶像素层或基于电润湿的液晶屏障层。
7.根据权利要求1所述的一种动态背光三维显示器，其特征在于，所述光线调制层为散射层。
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| CN201920369997.6U CN209560212U (zh) | 2019-03-22 | 2019-03-22 | 一种动态背光三维显示器 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109752857A (zh) * | 2019-03-22 | 2019-05-14 | 句容福芯电子有限公司 | 一种动态背光三维显示器及其显示方法 |
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- 2019-03-22 CN CN201920369997.6U patent/CN209560212U/zh active Active
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