一种方向性背光产生方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种方向性背光产生方法，该方法包括：测量微柱透镜阵列的周期角；将微柱透镜阵列安装在液晶显示器面板表面且固定贴紧；根据单个柱面棱镜的宽度将液晶显示器面板沿着水平方向分成若干个区域，根据像素与每个柱面棱镜的相对位置将所有像素分配到对应的区域；为每个区域建立独立的坐标系；以单个柱面棱镜的宽度为区间构造亮度控制曲线；在每个像素宽度区间内对亮度控制曲线进行积分，并将积分结果作为对应像素的亮度值；确定所有像素的亮度值，得到生成当前方向背光的液晶显示器图像。本发明同时还公开了一种方向性背光产生系统。本发明不需要倾斜微柱透镜阵列，减小了摩尔条纹，大大提高了背光的方向性、锐利度和控制的灵活性。
【专利说明】一种方向性背光产生方法和系统
【技术领域】
[0001]本发明属于真三维显示领域，尤其涉及一种灵活易装配且方向连续可变的方向性背光产生方法和系统。
【背景技术】
[0002]真三维显示技术可以为观众从不同方向提供不同的图像，当方向性背光源向不同方向发出背光时，呈像系统显示出不同的内容，从而在一定角度范围内使得观众无需借助特殊眼镜即可看见三维场景。方向性背光的设计对三维显示效果有着至关重要的作用，越锐利且亮度越高的背光就越能够获得更好的三维显示效果。
[0003]目前已经有多种方向性背光的产生方法，并应用在不同的场合中。其中已经得到广泛商业应用的是基于微柱透镜阵列的方向性背光，如图1所示，所述微柱透镜阵列主要由大量的单个柱面棱镜011平行地固定在一块透明面板010上构成，这种方法在每个柱面棱镜011的下方点亮一个独立的点光源012，不同位置的点光源发光经过柱面棱镜后将会折射到不同的方向。独立点光源一般用液晶显示器的像素点020来实现，如图2所示。但是这种方法存在下列缺陷:1、单个柱面棱镜011的宽度013往往已经由厂家设定好，只有少量的固定规格，无法保证单个柱面棱镜与整数个像素020对齐，当处于两个柱面棱镜边界下方的像素021发光时将会导致严重的摩尔条纹和背光方向错乱。而且这种不对齐所导致的误差会积累，产生更加严重的摩尔条纹；2、点光源采用二值控制，只能处于亮和灭两种状态，液晶显示器的发光利用率不高，其背光亮度较低；3、背光的方向只能以离散的角度进行调节，而不能实现连续的角度变化。
[0004]理想的方向性背光源需要微柱透镜阵列的柱面棱镜011的宽度013与整数个像素严格对齐，然而满足该条件的液晶显示器制作成本很高，而且装配精度要求苛刻。因此在具体应用中只能尽量使得单个柱面棱镜的宽度与液晶显示器的整数个像素宽度接近，而无法实现完全相等。一些学者提出将微柱透镜阵列适当地倾斜可以弥补这种匹配误差，如图3所示，但是倾斜角度难以控制而且装配难度较大。
[0005]随着真三维显示技术的快速发展，亟需一种装配成本低，控制灵活，发光利用率高的方向性背光生成系统。但当前现有的方向性背光的生成方法还无法同时满足上述要求。
【发明内容】
[0006]为了克服上述缺陷，本发明的目的是提出一种适用于真三维显示的高效灵活且易装配的方向性背光生成方法和系统，以消除微柱透镜阵列与液晶显示器无法对齐所导致的误差积累，减少摩尔条纹，控制背光的方向在一定范围内可以连续变化，提高液晶显示器发光利用率，增加背光亮度。
[0007]为了实现上述目的,根据本发明的一方面,提出一种方向性背光产生方法,该方法包括以下步骤:
[0008]步骤1:测量微柱透镜阵列的周期角；
[0009]步骤2:将所述微柱透镜阵列安装在液晶显示器面板表面且固定贴紧；
[0010]步骤3:根据单个柱面棱镜的宽度将液晶显示器面板沿着水平方向分成若干个区域，每个区域的宽度与微柱透镜阵列中单个柱面棱镜的宽度一致，然后根据像素与每个柱面棱镜的相对位置将液晶显示器面板所有的像素分配到对应的区域；
[0011]步骤4:为液晶显示器面板上的每个区域建立独立的坐标系，横坐标为当前区域内像素与该区域柱面棱镜中线的距离，并转化为角度，记为像素的相位角，纵坐标为该区域各像素期望的亮度幅值；
[0012]步骤5:基于所述坐标系，以单个柱面棱镜的宽度为区间构造一条亮度控制曲线，所述亮度控制曲线的幅值和相位角分别由期望背光的亮度和方向确定；
[0013]步骤6:在每个像素宽度区间内对所述亮度控制曲线进行积分，并将积分结果作为对应像素的亮度值；
[0014]步骤7:根据步骤6确定液晶显示器面板上所有像素的亮度值，从而得到生成当前方向背光的液晶显示器图像。
[0015]根据本发明的另一方面,还提出一种方向性背光产生系统,所述系统包括:微柱透镜阵列和液晶显示器面板，其中:
[0016]所述微柱透镜阵列与液晶显示器面板固定在一起；
[0017]所述液晶显示器面板根据单个柱面棱镜的宽度沿着水平方向分成若干个区域，其中每个区域的宽度与微柱透镜阵列中单个柱面棱镜的宽度一致，液晶显示器面板上的所有的像素根据其与每个柱面棱镜的相对位置分配到对应的区域中；
[0018]每个区域具有独立的坐标系，横坐标为当前区域内像素与该区域柱面棱镜中线的距离，并转化为角度，记为像素的相位角，纵坐标为像素期望的亮度幅值；
[0019]基于所述坐标系，每个柱面棱镜的宽度区间内设有亮度控制曲线，所述亮度控制曲线的幅值和相位角分别由期望背光的亮度和方向确定；
[0020]所述液晶显示器面板上像素的亮度值为所述亮度控制曲线在每个像素所在宽度区间内的积分值。
[0021]本发明不需要倾斜微柱棱镜阵列，减小了摩尔条纹，大大提高了背光的方向性、锐利度和控制的灵活性。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为现有技术中单个点光源发光时方向性背光的产生示意图；
[0023]图2为现有技术中微柱透镜阵列与液晶显示器像素不对齐时的相对位置示意图；
[0024]图3为传统方向性背光控制策略不意图；
[0025]图4为本发明方向性背光产生方法的流程图；
[0026]图5为本发明测量微柱透镜阵列周期角的原理图；
[0027]图6为本发明在单个柱面棱镜区域内建立独立坐标系的示意图；
[0028]图7为不同发散角度下的期望背光的亮度分布曲线及其亮度控制曲线；
[0029]图8为不同锐利度下的期望背光的亮度分布曲线及其亮度控制曲线；
[0030]图9为不同相位角下的亮度控制曲线；
[0031]图10为本发明方向性背光产生系统原理图；
[0032]图11为多个点光源同时发光时方向性背光叠加的分布不意图。
【具体实施方式】
[0033]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0034]根据本发明的一方面，提出一种方向性背光产生方法，该方法为微柱透镜阵列中的每个柱面棱镜011建立独立的坐标系040，以每个独立的坐标系为基础生成一条亮度控制曲线041，且曲线的幅值和相位均可以单独控制，以柱面棱镜下方对应的像素020为离散区间对亮度控制曲线进行离散积分，并将每个离散区间的积分结果作为对应像素的亮度值。改变亮度控制曲线的相位即可在一定范围内改变背光的方向；改变亮度控制曲线的幅值可以调节背光的亮度。背光方向的最大角度030由微柱透镜自身曲率决定。根据亮度控制曲线可以确定对应区域内液晶显示器上的像素亮度值，确定液晶显示器上所有的像素亮度值以后即可生成全幅图像，每个方向的背光对应一个图像。
[0035]图4为本发明方向性背光产生方法的流程图，如图4所示，所述方向性背光产生方法包括以下步骤:
[0036]步骤1:测量微柱透镜阵列可实现方向背光的最大变化角度030，即微柱透镜阵列的周期角；
[0037]在本发明一实施例中，将微柱透镜阵列固定于屏幕前，其与屏幕之间的距离033记为D，当柱面棱镜下方对应的点光源012发光时可在屏幕上看见两个亮条纹031，这两个亮条纹之间的距离032记为L，如图5所示，则所述微柱透镜阵列的周期角030按照下列公式计算得到:
[0038]
【权利要求】
1.一种方向性背光产生方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: 步骤1:测量微柱透镜阵列的周期角； 步骤2:将所述微柱透镜阵列安装在液晶显示器面板表面且固定贴紧； 步骤3:根据单个柱面棱镜的宽度将液晶显示器面板沿着水平方向分成若干个区域，每个区域的宽度与微柱透镜阵列中单个柱面棱镜的宽度一致，然后根据像素与每个柱面棱镜的相对位置将液晶显示器面板所有的像素分配到对应的区域； 步骤4:为液晶显示器面板上的每个区域建立独立的坐标系，横坐标为当前区域内像素与该区域柱面棱镜中线的距离，并转化为角度，记为像素的相位角，纵坐标为该区域各像素期望的亮度幅值； 步骤5:基于所述坐标系，以单个柱面棱镜的宽度为区间构造一条亮度控制曲线，所述亮度控制曲线的幅值和相位角分别由期望背光的亮度和方向确定； 步骤6:在每个像素宽度区间内对所述亮度控制曲线进行积分，并将积分结果作为对应像素的亮度值； 步骤7:根据步骤6确定液晶显示器面板上所有像素的亮度值，从而得到生成当前方向背光的液晶显示器图像。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述周期角为微柱透镜阵列可实现方向背光的最大变化 角度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中，对于跨越两个区域的像素，将像素分配到所占比例较大的区域中。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤5中，首先输入期望背光的方向角度，并判断所述期望背光的方向角度是否大于所述微柱透镜阵列的周期角，如否，则根据所述期望背光的方向角度设置所述亮度控制曲线的相位角，如是，则更换微柱透镜阵列或者减小期望背光的方向角度。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述亮度控制曲线的构造包括: 首先构造一条期望背光的亮度分布曲线； 然后在期望背光的亮度分布曲线上加入惩罚因子，所述惩罚因子是其余弦值的20次方。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法所产生的方向性背光是多个像素点光源经折射后光路的叠加。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括:改变期望背光的方向并重复所述步骤5和步骤6得到其他方向背光的液晶显示器图像。
8.一种方向性背光产生系统，其特征在于，所述系统包括:微柱透镜阵列和液晶显示器面板，其中: 所述微柱透镜阵列与液晶显示器面板固定在一起； 所述液晶显示器面板根据单个柱面棱镜的宽度沿着水平方向分成若干个区域，其中每个区域的宽度与微柱透镜阵列中单个柱面棱镜的宽度一致，液晶显示器面板上的所有的像素根据其与每个柱面棱镜的相对位置分配到对应的区域中； 每个区域具有独立的坐标系，横坐标为当前区域内像素与该区域柱面棱镜中线的距离，并转化为角度，记为像素的相位角，纵坐标为像素期望的亮度幅值；基于所述坐标系，每个柱面棱镜的宽度区间内设有亮度控制曲线，所述亮度控制曲线的幅值和相位角分别由期望背光的亮度和方向确定； 所述液晶显示器面板上像素的亮度值为所述亮度控制曲线在每个像素所在宽度区间内的积分值。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，对于跨越两个区域的像素，将像素分配到所占比例较大的区域中。
10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统所产生的方向性背光是多个像素点光源经折射后光 路的叠加。
【文档编号】G02B27/60GK104076519SQ201410334554
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年7月14日 优先权日:2014年7月14日
【发明者】曹煊, 耿征, 张骁, 张赵行 申请人:中国科学院自动化研究所