一种光场显示屏的设计方法与流程

本发明涉及显示屏领域，具体公开了一种光场显示屏的设计方法。

背景技术：

现有显示屏像素点满足表达式：lpixel[p(xm,yn)]＝lrgb[r(xm,yn),g(xm,yn),b(xm,yn)]，其中，1≤m≤m,1≤n≤n,m、n分别为显示屏的最大横向像素位置和纵向最大像素位置，m、n为显示屏的横轴坐标和纵轴坐标，l表示色彩与亮度信息的集合，p代表像素点(m,n)的色彩与亮度信息，r代表像素点(m,n)红色坐标的亮度信息，g代表像素点(m,n)绿色坐标的亮度信息，b代表像素点(m,n)蓝色坐标的亮度信息，xm,yn为像素点对应的图像位置。如图1所示为传统显示器像素点分布的局部示意图，有4×5个像素点，每个像素点包含一组rgb发光源。

传统的显示屏都是如图1所示的，传统像素点11设置于平面底板10上，单个传统像素点11在其发光角度的各个方位各向同性，即在半平面180°内，各个角度的光源色度和亮度是一致的，即不管用户从哪个角度对显示屏进行观察，所获得的影像几乎是相同的，但在真实世界中，只要人眼的位置稍有差异，所获得的影像是不相同的，传统显示屏的显示效果真实性较弱，用户的视觉体验较低。

技术实现要素：

基于此，有必要针对现有技术问题，提供一种光场显示屏的设计方法，对显示屏像素点的设计增加了角度的变量，使得用户在不同的视角下能够获得不同的影像，显示效果真实性强。

为解决现有技术问题，本发明公开一种光场显示屏的设计方法，包括以下步骤：

在显示屏上设置有s×t个像素单元，设置空间坐标系xyz，所有的像素单元都分布于xy平面，每个像素单元均包括v个立体分布的像素点，各个像素点具备独立的显示结构，同一像素单元中各个像素点的光出射角度均不相同，显示器屏的光源为rgb发光源，显示屏各像素点都满足以下表达式：

其中，l表示色彩与亮度信息的集合，p代表像素点的色彩与亮度信息，r代表像素点红色坐标的亮度信息，g代表像素点绿色坐标的亮度信息，b代表像素点蓝色坐标的亮度信息，xm,yn为像素点在平面上的位置，θj为像素点空间角度的位置。

进一步的，设置视网膜屏，同一像素单元中相邻两个像素点与人眼瞳孔的关系满足以下表达式：

(d/r)×(180/π)＜1/60

设置相邻两个像素点的间距满足以下表达式：

d＜(r/60)×(π/180)

r为出瞳距离，d为同一像素单元中相邻两个像素点的间距。

进一步的，设置人眼的左右瞳孔获得同一像素单元的两个像素点，同一像素单元中两个像素点与人眼瞳孔的关系满足以下表达式：

α＜(p/u)×(180/π)

α为同一像素单元中相邻两个像素点出射光的光轴夹角，p为人眼瞳距，u为观测距离。

进一步的，同一像素单元中相邻两个像素点出射光的光轴夹角为α，α≤π/k，k代表同一像素单元中y轴或x轴上设置的像素点数目。

进一步的，同一像素单元中角度差异最大的两个像素点之间的光轴夹角小于等于180°。

进一步的，像素单元呈半球形，像素点构成像素单元的球面。

进一步的，rgb发光源为rgb发光二极管。

本发明的有益效果为：本发明公开一种光场显示屏的设计方法，将传统显示屏中的传统像素点进行再分化，设传统像素点为像素单元，像素单元再分化后获得本发明中的像素点，对像素点的设计增加角度变量，使同一像素单元中的不同像素点拥有不同的光出射角度，即像素点在发光角度的各个方位各向异性，同一像素单元在不同的角度呈现出不同的影像，用户在不同的视角下能够获得同一像素单元中的不同像素点，即用户在不同的视角下能够从显示屏中获得不同的影像，显示效果的真实性强，一定程度下显示出的画面能够获得以假乱真的效果，用户的视觉体验好，能够满足市场的需求。

附图说明

图1为传统显示屏的结构示意图。

图2为本发明中像素点的坐标示意图。

图3为本发明实施例一获得的显示屏结构示意图。

图4为本发明实施例一中像素单元的结构示意图。

图5为本发明实施例二中像素单元的结构示意图。

图6为本发明实施例三中像素单元的结构示意图。

附图标记为：平面底板10、传统像素点11、像素单元20、半球座21、弧形rgb发光源211、像素点22、小型rgb发光源221、光线约束结构222、光强控制元件223。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

参考图1至图6。

本发明公开一种光场显示屏的设计方法，包括以下步骤：

在显示屏上设置有s×t个像素单元20，设置空间坐标系xyz，所有的像素单元20都分布于xy平面，每个像素单元20均包括v个立体分布的像素点22，优选地，像素单元20呈半球形，像素点22构成像素单元20的球面；各个像素点22具备独立的显示结构，同一像素单元20中各个像素点22的光出射角度均不相同，显示器屏的光源为rgb发光源，优选地，rgb发光源为rgb发光二极管，显示屏各像素点22都满足以下表达式：

其中，l表示色彩与亮度信息的集合，p代表像素点的色彩与亮度信息，r代表像素点红色坐标的亮度信息，g代表像素点绿色坐标的亮度信息，b代表像素点蓝色坐标的亮度信息，xm,yn为像素点22在平面上的位置，即像素点22的横纵坐标，θj为像素点22空间角度的位置，如图2所示，为原点到像素点22的连线在zy平面上的投影与z轴的夹角，θj为原点到像素点22的连线与x轴的夹角。

上述方法将传统显示屏中的传统像素点11进行再分化，设传统像素点为像素单元20，像素单元20再分化后获得本发明中的像素点22，对像素点22的设计增加角度变量，使同一像素单元中的不同像素点22拥有不同的光出射角度，即像素点22在发光角度的各个方位各向异性，同一像素单元20在不同的角度呈现出不同的影像，用户在不同的视角下能够获得同一像素单元20中的不同像素点22，即用户在不同的视角下能够从显示屏中获得不同的影像，显示效果的真实性强，一定程度下显示出的画面能够获得以假乱真的效果，提高用户的视觉体验，能够满足市场的需求。

为提高显示屏的显示效果，提高显示屏的分辨率，根据人眼的角分辨率为1/60度，要达到人眼分辨率的极限，设置视网膜屏，同一像素单元20中相邻两个像素点22与人眼瞳孔的关系满足以下表达式：

(d/r)×(180/π)＜1/60

设置相邻两个像素点22的间距满足以下表达式：

d＜(r/60)×(π/180)

r为出瞳距离，d为同一像素单元20中相邻两个像素点22的间距，以上式设置同一像素单元20中各相邻两个像素点22的间距，能够有效提高显示屏的显示效果。

当前立体显示技术应用广泛的是非裸眼3d显示技术，主要通过配合3d眼镜实现3d效果的呈现。而裸眼3d显示由于技术不成熟、实际体验不好而导致实际应用比较少，现有的裸眼3d显示技术所提供舒适的可视角很小，用户只能在有限的角度内进行观看，限制性较强；此外，现有的裸眼3d显示技术从不同视角观测得到的影像几乎是相同的，而真实世界中，只要人眼的位置稍有差异，所获得的影像是不相同的，现有裸眼3d显示技术的真实效果较差，无法达到真正的3d效果。

为获得裸眼3d效果，设置人眼的左右瞳孔获得同一像素单元20的两个像素点22，同一像素单元20中两个像素点22与人眼瞳孔的关系满足以下表达式：

α＜(p/u)×(180/π)

α为同一像素单元20中相邻两个像素点22出射光的光轴夹角，p为人眼瞳距，u为观测距离。人眼的左右瞳孔能够分别获得同一像素单元20中不同的两个像素点22，即每个像素单元20都能够给用户带来裸眼3d的效果，且用户的可视角大，从各个角度都能够获得裸眼3d效果，裸眼3d显示的真实效果强。

为在不影响显示效果的情况下降低生产成本，显示屏在垂直于水平面设置供用户使用时，像素单元20中的像素点22仅在水平方向上进行角度划分，由于人的双眼水平构造，且普通成人身高相对稳定的区间为1.5-1.8m，即意味着人眼的高度相对稳定，水平方向的视角成为影响显示效果的主要因素，仅针对像素点22进行水平方向上的角度划分，即同一像素单元20中所有像素点22的θ角都相同，能够在不影响显示效果的情况下，简化本发明所获显示屏的结构降低生产成本。

由于显示屏的显示范围一般在180°内，同一像素单元20中角度差异最大的两个像素点22所发出光的光轴之间夹角小于等于180°，同一像素单元20中相邻两个像素点22出射光的光轴夹角为α，α≤π/k，k代表同一像素单元20中y轴或x轴上设置的像素点22的数目。最优地，同一像素单元20中角度差异最大的两个像素点22所发出光的光轴之间夹角等于180°，α＝π/k。

实施例一，如图3所示，以本发明的方法设计显示屏的像素点22，在平面底板10设有4×5个像素单元20，如图4所示为本实施例像素单元20的剖面结构示意图，像素单元20包括半球座21，半球座21的平面部分与平面底板10固定连接，半球座21的半球面部分设有若干像素点22，相邻两个像素点22的间距为d，设置d＜(r/60)×(π/180)，像素点22包括小型rgb发光源221、光线约束结构222，优选地，光线约束结构222为两端连通的锥状体，小型rgb发光源221固定于光线约束结构222的一端内，小型rgb发光源221发出的光从光线约束结构222的另一端发出，光线约束结构222靠近小型rgb发光源221的一端固定在所述半球座21上，相邻两个光线约束结构222所发出光的光轴之间的夹角为α，设置α＜(p/u)×(180/π)，显示屏垂直于水平面设置时，用户在水平和垂直的各个位置都能够获得同一像素单元20中不同像素点22的影像。本实施例中不同的小型rgb发光源221发出的光不同，从而不同的像素点22呈现出不同的影像，且显示屏的分辨率高，具有裸眼3d效果，且裸眼3d的可视角大。

实施例二，以本发明的方法设计显示屏的像素点22，在平面底板10设有s×t个像素单元20，如图5所示，为本实施例像素单元20的剖面结构示意图，像素单元20包括旋转机构23，旋转机构23的旋转部固定有小型rgb发光源221，小型rgb发光源221外套设有光线约束结构222，光线约束结构222为两端连通的锥状体，小型rgb发光源221发出的光经过光线约束结构222以一定的角度出射，旋转机构23以α为一个角度单位旋转，α＜(p/u)×(180/π)，旋转机构23每旋转一个α角度，形成一个像素点22，同时旋转机构23的初始位置也为一个像素点22，为简化显示屏的结构，降低生产成本，旋转机构23只需沿x轴旋转，能够有效降低显示屏的生产成本和生产难度。本实施例以时分复用的方法，在不同的时间点亮同一像素单元20中不同的像素点22，不同的像素点22呈现出不同的影像，要实现用户从不同的角度进行观察能够获得同一像素单元20中不同像素点22的影像，旋转机构23的旋转频率要足够高，设置旋转机构23旋转180°所消耗的时间小于等于0.1s。

实施例三，以本发明的方法设计显示屏的像素点22，在平面底板10设有s×t个像素单元20，如图6所示，为本实施例像素单元20的剖面结构示意图，像素单元20包括弧形rgb发光源211，弧形rgb发光源211的纵截面为半圆弧形，弧形rgb发光源211的发光面设有若干像素点22，像素点22包括光线约束结构222、光强控制元件223，优选地，光线约束结构22为两端连通的锥状体、光强控制元件223为液晶阀门，光线约束结构22一端固定于弧形rgb发光源211，弧形rgb发光源211的另一端与光强控制元件223固定连接，由于人的双眼水平构造，一般情况下，人眼的高度相对稳定，为简化显示屏的结构，降低生产成本，同一像素单元20中所有像素点22的θ角都相同，能够在确保显示效果的情况下有效降低显示屏的生产成本和生产难度。本实施例通过光强控制元件223控制从光线约束结构22发出的光，不同的像素点22呈现出不同的影像，从而使用户从不同的角度观察能够获得同一像素单元20中不同像素点22的影像，给用于带来真实的视觉体验。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。