[发明专利]一种亮度增强的裸眼3D-LED显示装置及其显示方法

说明书

技术领域

本发明涉及裸眼3D显示技术，具体涉及一种亮度增强的裸眼3D-LED显示装置及其显示方法。

背景技术

对于狭缝光栅式裸眼3D-LED显示屏，其最大的缺点是立体亮度损失严重，对于K视点的狭缝光栅裸眼3D-LED显示屏，其立体亮度仅为LED显示屏亮度的1/K倍，比如对于常见的8视点裸眼3D显示屏的亮度仅为LED显示屏亮度的1/8倍。也就是说，若将目前亮度满足户内外展示要求的LED显示屏，改装为狭缝光栅式裸眼3D屏，其亮度将会大大降低，无法满足实际的工程需要。因此，目前为了让裸眼屏的立体亮度满足公共场合下正常观看时的亮度要求，需极大地提高LED显示屏本身的亮度，但是LED显示屏体亮度提高后，不仅会直接导致LED显示屏体的功耗增加，还会导致LED显示屏体的颜色失真、灰度等级降低，降低图像质量，同时还会导致LED显示屏体的温度升高、降低屏体的使用寿命。

发明内容

针对以上现有技术中存在的问题，本发明提出了一种亮度增强的裸眼3D-LED显示装置及其显示方法，通过在LED显示屏表面增加一层线性菲涅耳透镜，来压缩竖直方向的发散角，从而提高立体显示亮度；这种方法可不必提高LED显示屏的功耗，甚至可以适当降低原本的LED显示屏功耗，起到节能减排的作用；并且，这种方法可以控制LED显示屏的光线传播方向，实现定向定区域显示，降低光污染。

本发明的一个目的在于提供一种亮度增强的裸眼3D-LED显示装置。

LED显示屏由排列成二维阵列的像素构成，每个像素包括红R、绿G和蓝B三个子像素；红R、绿G和蓝B三个子像素沿水平方向间隔地周期性排布，沿竖直方向为同一颜色的子像素。

线性菲涅耳透镜是菲涅耳透镜的一种，菲涅耳透镜是由同心圆环组成，而线性菲涅耳透镜是指透镜结构仅沿一个方向变化，在本发明中只沿竖直方向即y方向变化，而沿水平方向即x方向，则不发生变化，即线性菲涅耳透镜的结构为沿水平方向的条带。

通常，对于裸眼3D-LED显示屏来说，人们较为关心在水平方向的发散角，也就是说希 望在水平方向上能有更大自由度的观看范围，而对于竖直方向上的发散角不大关心，或者说在竖直方向上的观看范围要求远小于LED显示屏本身的竖直发散角。这是因为观看者通常在同一个水平高度范围内观看LED显示屏，而很少会在竖直方向上有较大变化。而LED显示屏的竖直方向的发散角通常高达160°，因此会有很大部分的光线照射到竖直观看区域以外，这部分光线不但对观看效果没有任何作用，还会浪费功耗、增加光污染。

本专利提出一种压缩竖直方向发散角的方法，通过在LED显示屏表面紧贴一层线性菲涅耳透镜，通过合理设计线性菲涅耳透镜的参数，可增强立体显示亮度。

本发明的亮度增强的裸眼3D-LED显示装置包括：LED显示屏和线性菲涅耳透镜；在LED显示屏的表面设置线性菲涅耳透镜；LED显示屏的每一个像素对应一个线性菲尼尔透镜的单元，一行线性菲尼尔透镜的单元构成一条线性菲尼尔透镜的单元条，LED显示屏的每一行像素对应一条线性菲尼尔透镜的单元条，从而构成一张线性菲涅耳透镜；子像素的光经过线性菲涅尔透镜后发生衍射，衍射光的竖直方向的发散角被压缩；通过增加线性菲涅耳透镜的刻蚀深度以调节线性菲尼尔透镜的厚度，使得红R、绿G和蓝B子像素发出的光经过线性菲尼尔透镜均发生谐衍射，即红R、绿G和蓝B光的中心波长均为谐波长，具有相同的光焦度，并且红R、绿G和蓝B光的衍射效率均超过阈值。

LED显示屏的每一行(沿水平方向排列)像素对应一条线性菲尼尔透镜的单元条，从而构成一张线性菲涅耳透镜，一条线性菲尼尔透镜的单元条的高度与像素的高度相同，一张线性菲涅耳透镜的尺寸与LED显示屏相同。

通过合理地设计谐衍射的相位因子p，使得红R、绿G和蓝B子像素发出的光经过线性菲尼尔透镜均发生谐衍射，即红R、绿G和蓝B的中心波长均为谐波长：

其中，λ_R、λ_G和λ_B分别为红、绿和蓝光的中心波长，m_R、m_R和m_R分别为红、绿和蓝光的谐衍射级次，p为谐衍射的相位因子且p为整数。

谐衍射效率公式为：λ为谐波长，则红、绿和蓝光的谐衍射效率η_R、η_G和η_B分别为：