[发明专利]基于LED的无辅助设备的立体显示器的指向性背光结构和方法

权利要求书

1.一种基于LED的无辅助设备的立体显示器的指向性背光设置方法，其特征是采用可寻址背光模块、人眼位置跟踪模块和控制接口模块使普通图像的平板显示屏提供立体显示效果，所述可寻址背光模块包括指向性光学组件和可寻址光源，可寻址光源基于时分原理，使显示屏交替显示观看者左右眼观看的左右图像；利用同步时序控制光源的点亮时序，亦即显示左图像时，点亮相应位置的LED光源单元，显示右图像时，点亮相应位置的LED光源单元；使用切换方法以实现三个汇聚观察窗口即三个不同距离观看，在满足第一个汇聚观察窗口时，LED光源单元的光线经过成像透镜(16)至反射镜(14)，并通过反射镜入射到指向性光学组件的厚导光板内，通过掠入射显示结构形成出瞳；为了满足第二个汇聚观察窗口，设有一个旋转机构将反射镜旋转出光路，从而此光路光线进入第二成像透镜(20)，并通过第二成像透镜和反射镜射入厚导光板，且为掠入射显示结构，经过指向性光学组件厚导光板形成出瞳；为了满足第三个汇聚观察窗口，在第二成像透镜处也设置一个旋转机构，此处旋转机构是在第二成像透镜处替换成另一个焦距不同的成像透镜，从而在第三个距离产生指向性出瞳；

所述的指向性光学组件包括柱透镜、导光板包括薄导光板与厚导光板且是平行导光板、薄导光板端部安装的折光反射棱镜及成像透镜；柱透镜将LED光源单元发出的发散光在一个平面内压缩成平行光并通过导光板传输，而保持传播特性不变；导光板的作用是使光线在其中保持全反射传输并增加光程，用成像透镜成像；而成像透镜则将该只在一个平面内被压缩成平行光的光束在正交方向进行压缩传输，形成第二、第三汇聚观察窗口；通过上述三个部件，形成具有指向特性的汇聚出瞳，并保证人眼在出瞳位置处能看到整个屏幕。

2.根据权利要求1所述的指向性背光设置方法，其特征是掠入射显示结构由反射镜，导光板和微结构膜组成，其中反射镜放置在厚导光板的光线入射处，并调整到合适角度使光线全部摄入到导光板内，微结构膜是由一系列有机聚酯微型结构组成，光线经由反射镜入射进导光板，一部分光通过微结构膜向上全反射，剩下一部分光线通过导光板后部的反射镜反射到微结构膜上，从而被再次利用，同样经过全反射后向上射出。

3.根据权利要求1所述的指向性背光设置方法，其特征是所述的可寻址光源由一系列发光单元、电路及其驱动电路板组成，每一发光单元能够分别寻址；根据从人眼位置跟踪模块获得的眼睛位置信息，可寻址光源将对应的若干发光单元点亮，在观察者的双眼位置形成一对独立的出瞳；其中，左眼位置的出瞳处观看到显示屏显示的左图像，右眼位置的出瞳处观看到显示屏显示的右图像。

4.根据权利要求1所述的指向性背光设置方法，其特征是所述的图像显示屏是指能显示彩色图像的液晶显示屏、等离子显示屏或有机电致发光显示屏；刷新率f需要满足

$\frac{f}{2}\≥CFF---\left(1\right)$

在(1)式成立的条件下，人眼可以观看到无闪烁的立体图像；式中，表示单眼观看到的图像刷新率，CFF是临界闪烁频率，表示人眼视觉系统时间分辨能力的上限。

5.根据权利要求1-4之一所述的基于LED的无辅助设备的立体显示器的指向性背光设置方法得到的装置，其特征是装置包括可寻址背光模块、人眼位置跟踪模块、控制接口模块和普通图像显示屏，所述的可寻址背光模块包括指向性光学器件和可寻址光源；采用可寻址背光模块、人眼位置跟踪模块和控制接口模块，使显示屏能够分时显示组成立体图像的左右图像对；控制接口模块与人眼位置跟踪模块相互通信，获得人眼位置信息，从而确定点亮的发光单元的位置，并且保证显示的视频信号的左右图像对和光源的点亮时序一致；所述的指向性光学组件包括柱透镜、包括薄导光板与厚导光板构成的平行导光板、折光反射棱镜及成像透镜；柱透镜将LED发出的发散光在一个平面内压缩成平行光，而保持传播特性；平行导光板的作用是使柱透镜压缩成平行光光线在其中保持全反射传输并增加光程，从而更好地用成像透镜成像；而成像透镜则将该只在一个平面内被压缩成平行光的光束在正交的另一个平面内压缩，形成汇聚观察窗口；通过上述三个部件，形成具有指向特性的汇聚出瞳，并保证人眼在出瞳位置处能看到整个屏幕。