專利名稱：無莫爾紋的立體顯示裝置及方法
技術領域：
本發明涉及立體顯示領域，尤其涉及一種消除了莫爾紋的立體顯示裝置及方法。
背景技術：
目前市場上的顯示器都以平面顯示為主。隨著科技的進步和發展，三維立體顯示技術應蘊而生。三維立體顯示技術的應用使人們能夠通過三維立體顯示器裸眼看到立體的畫面并且不用佩戴立體眼鏡。現有的裸眼三維立體顯示器主要基于雙目視差而開發的，主要是光柵式3D立體顯示器；它由2D平面矩陣顯示器(包括普通的液晶顯示器LCD、等離子顯示器PDP、場發射顯示器FED、有機電致發光顯示器OLED等)上加裝光柵而成，光柵可分為柱面光柵和狹縫光柵，柱面光柵又稱為柱面透鏡光柵或柱鏡透鏡，狹縫光柵又稱為視障擋板或狹縫擋板，但是由于顯示器中像素是有序排列的矩陣結構，其發出的光場也會帶有矩陣結構，這樣的光場與顯示器前面的光柵相互作用將形成莫爾紋(如圖1所示，標記1表示光柵，標記2表示矩陣顯示器，標記3表示由光柵1和矩陣顯示器2共同產生的莫爾紋)，顯然，莫爾紋的產生對三維立體畫面的效果會有很大的影響，會破壞圖像的觀賞性，嚴重影響視覺效果。
現有技術中也有消除莫爾紋的方法，參見圖2，背光源4發出的光對矩陣顯示器的圖像層5進行照明后，圖像層5被照明并變成次光源，由于圖像層5是矩陣結構，其發出的光場也會帶有矩陣結構，它與前面的光柵相互作用形成莫爾紋，通過在圖像層5與狹縫光柵7之間布置一個散射屏6，散射屏6將使圖像層5產生的矩陣結構光場和狹縫光柵7反射形成的光柵結構光場均受到干擾和破壞，從而使莫爾紋消失。但是該方案中由于散射屏6的引入，將會降低圖像的透射率，而且由于散射屏散射的原因，圖像也會產生一些失真；因此這樣的消除莫爾紋的方案并不理想。
發明內容
本發明的目的在于提供一種無莫爾紋的立體顯示裝置以及立體顯示裝置中消除莫爾紋的方法，既能夠使三維立體顯示的畫面能夠達到沒有莫爾紋影響的程度，而且不需要消耗額外的材料，極大節約生產成本。
為達到本發明的目的，提供一種立體顯示裝置，包括顯示屏和放置在該顯示屏前方的光柵，光柵以與水平方向成θ角度放置，其中將子像素的排列方向定位水平方向，所述θ屬于由下列三步計算分別獲得的解集的交集之內 第一步計算 其中P為人眼能看到的最小莫爾紋的寬度；A為像素的寬度；B為光柵的柵距，n為正整數；將n＝1、2、3...100，逐一代到公式算出θ1、θ2、θ3.....θ100；然后求它們的交集，得到θ的范圍； 第二步計算
其中P為人眼能看到的最小莫爾紋的寬度；A為像素的寬度；B為光柵的柵距，n為正整數；將n＝1、2、3...100，逐一代到公式算出θ1、θ2、θ3.....θ100；然后求它們的交集，得到θ的范圍； 第三步計算
其中P為人眼能看到的最小莫爾紋的寬度；A為像素的寬度；B為光柵的柵距，n為正整數；將n＝1、2、3...100，逐一代到公式算出θ1、θ2、θ3.....θ100；然后求它們的交集，得到θ的范圍。
本發明還提供一種降低或消除立體顯示設備中的莫爾紋的方法，其中該顯示設備包括顯示屏及其前方的光柵，包括如下步驟 第一步計算光柵與水平方向像素之間的遮光線形成的莫爾紋不可見的θ范圍； 第二步計算光柵與垂直方向像素之間的遮光線形成的莫爾紋不可見的θ范圍； 第三步計算光柵與象素之間遮光線的節點在與水平方向成71.56°的方向上形成莫爾紋不可見的θ范圍； 第四步將上述三個步驟中得到的θ范圍交集；得到交集后的θ范圍； 第五步將光柵與水平方向成θ放置在所述顯示屏前方。
所述第一步具體為采用如下公式計算， 其中P為人眼能看到的最小莫爾紋的寬度；A為像素的寬度；B為光柵的柵距，n為正整數；將n＝1、2、3...100，逐一代到公式算出θ1、θ2、θ3.....θ100；然后求它們的交集，得到θ的范圍； 所述第二步具體為采用如下公式計算，
其中P為人眼能看到的最小莫爾紋的寬度；A為像素的寬度；B為光柵的柵距，n為正整數；將n＝1、2、3...100，逐一代到公式算出θ1、θ2、θ3.....θ100；然后求它們的交集，得到θ的范圍； 所述第三步具體為采用如下公式計算，
其中P為人眼能看到的最小莫爾紋的寬度；A為像素的寬度；B為光柵的柵距，n為正整數；將n＝1、2、3...100，逐一代到公式算出θ1、θ2、θ3.....θ100；然后求它們的交集，得到θ的范圍。其中n的取值范圍可以根據實際情況設定。
本發明的上述技術方案，解決了光柵立體顯示裝置中出現的莫爾紋的問題。使得三維立體顯示的畫面更加具有觀賞性，得到更好的視覺效果。
圖1為莫爾紋的產生原理圖； 圖2為現有技術中消除莫爾紋的結構圖； 圖3為兩個光柵重疊產生的效果圖； 圖4為本發明第一種局部放大后的莫爾紋分析圖； 圖5為本發明第二種局部放大后的莫爾紋分析圖。
具體實施例方式 本發明中消除莫爾紋是通過設定光柵刻痕方向(以下簡稱光柵方向)與顯示器象素排步方向的夾角來實現的。經反復實驗，發現光柵方向與顯示器象素排步方向的夾角變化會影響產生的莫爾紋的寬度。這樣，光柵方向與顯示器象素方向的夾角在一預定的角度就能夠使莫爾紋的寬度很小以使人眼無法分辨，利用這樣的兩種辦法就可實現減輕或消除莫爾紋。
將兩個光柵重疊，如圖3所示。從圖中可以看到一系列的交叉點。由這些點一一相連，無論橫向，豎向或者斜向都會形成不同方向的條紋，這些有規律的條紋都會導致莫爾紋。當兩個光柵成一定角度重疊的時候，點矩陣會有很多種連接方法。任意兩個連接點之間的距離也各不相同，距離最短的點之間連接起來就形成比較明顯的莫爾紋，距離越長的點連接起來就形成越不明顯的莫爾紋。
下面計算各種情況下產生的莫爾紋的參數。參考圖4，圖中有兩個重疊光柵，該圖為光柵局部視圖，兩光柵交叉角為θ，其中一個光柵的柵距為a(相當于顯示屏像素之間遮光線的寬度)，另一個光柵的柵距為b，由于附圖大小的限制，在圖中示出兩光柵的六個交叉點，分別為固定點、點-1、點0、點1、點1.1和點2；在點0到點2的延長線上，還有未示出的交叉點，依次為3、4、5、6、7、8、9、10、11、12；在點0到點-1的延長線上，還有未示出的交叉點，依次為-2、-3、-4、-5、-6、-7、-8、-9、-10。本發明中點-10...點-1、點0、點1、點1.1、點2...點12等僅僅為標記名稱，數值沒有任何意義。
首先計算第一種莫爾紋的參數連接固定點和點0并雙向延長，連接點1.1和點1并雙向延長，固定點和點0的延長線與點1.1和點1的延長線相互平行，同時連接兩個光柵上所有的交叉點，每條連線均與上述兩平行線平行，所有的平行線構成一種莫爾紋，莫爾紋的寬度(即兩相鄰平行線之間的距離)為公式具體的推到過程這里就不做詳細說明。
下面計算第二種莫爾紋的參數第二種莫爾紋的結構參見圖5，連接固定點和點-1并雙向延長，連接點1.1和點0并雙向延長，固定點和點-1的延長線與點1.1和點0的延長線相互平行，同時連接兩個光柵上所有的交叉點，每條連線均與上述兩平行線平行，所有的平行線構成第二種莫爾紋，莫爾紋的寬度為 與上述兩種方式類同，可以將各種莫爾紋的寬度一一計算出來，分別如下 平行于固定點與點1的連線產生的莫爾紋的寬度為W(1)＝a； 平行于固定點與點1.1的連線產生的莫爾紋的寬度為W(1.1)＝b； 平行于固定點與點2的連線產生的莫爾紋的寬度為 平行于固定點與點3的連線產生的莫爾紋的寬度為 平行于固定點與點4的連線產生的莫爾紋的寬度為 平行于固定點與點5的連線產生的莫爾紋的寬度為 平行于固定點與點6的連線產生的莫爾紋的寬度為 平行于固定點與點7的連線產生的莫爾紋的寬度為 平行于固定點與點8的連線產生的莫爾紋的寬度為 平行于固定點與點9的連線產生的莫爾紋的寬度為 平行于固定點與點10的連線產生的莫爾紋的寬度為 平行于固定點與點11的連線產生的莫爾紋的寬度為 平行于固定點與點12的連線產生的莫爾紋的寬度為 平行于固定點與點-2的連線產生的莫爾紋的寬度為 平行于固定點與點-3的連線產生的莫爾紋的寬度為 平行于固定點與點-4的連線產生的莫爾紋的寬度為 平行于固定點與點-5的連線產生的莫爾紋的寬度為 平行于固定點與點-6的連線產生的莫爾紋的寬度為 平行于固定點與點-7的連線產生的莫爾紋的寬度為 平行于固定點與點-8的連線產生的莫爾紋的寬度為 平行于固定點與點-9的連線產生的莫爾紋的寬度為 平行于固定點與點-10的連線產生的莫爾紋的寬度為 以此類推，可以得到所有莫爾紋的寬度計算公式，這里就不再一一列出。對于莫爾紋的寬度為W(1)＝a和W(1.1)＝b的情況，由于a和b很小，通常小于一毫米，人眼不能分辨，這里就不用考慮。
因此就不再考慮這兩種情況下的莫爾紋情況，我們將其它情況下的莫爾紋計算公式合為一個通式n為正整數，θ是兩光柵之間的夾角。假設人眼能看到的最小莫爾紋的寬度為P，根據上述通式可以推出，當a、b一定時，人眼看不到莫爾紋，θ應在的范圍為 或 以上公式中，a2b2-(n2a2+b2)P2＝a2b2-n2a2P2-b2P2＝b2(a2-P2)-n2a2P2其中，a很顯然小于P，所以b2(a2-P2)＜0，b2(a2-P2)-n2a2P2＜0，即a2b2-(n2a2+b2)P2＜0因此，必定＞90°小于180°，故而θ只要＜90°均滿足該不等式。由于只需要考慮光柵與像素之間遮光線的夾角即0°-90°，因此，只需要考慮的范圍。
由于顯示屏像素可以在三個方向上有比較明顯的遮光線(從而形成光柵)，即水平方向，垂直方向以及傾斜方向(與水平成71.56度的方向，由子像素對角連接線形成，也即像素之間遮光線的節點連接形成)，這些黑色遮光線會形成規律性的排列，其與顯示器前面的光柵互相影響形成莫爾紋。本發明中為了全面考慮顯示屏中像素之間遮光線構成的光柵對莫爾紋的影響，相應的也分為三種情況進行分析，三種情況各獲得的θ的范圍的交集即為要消除或降低莫爾紋時光柵與水平方向的夾角應設置的范圍。以下分別為三種情況下的莫爾紋計算公式和θ的計算公式，由于在三種情況中，顯示屏中像素之間遮光線形成的光柵寬度是不同的，為了公式中參數的統一以及公式的正確性，這里設定A為像素的寬度、B為光柵的柵距、θ為光柵與水平方向的夾角(θ在0°-90°之間)、n為正整數，本發明設定子像素的窄邊水平方向平行，寬邊與垂直方向平行，本領域技術人員應當明白，顯示器像素的排列如果發生變化，水平方向與垂直方向也相應發生變化。對應具體公式如下 一、光柵與水平方向的像素之間遮光線形成莫爾紋寬度的通式和θ的計算公式求出θn為 其中P為假設人眼能看到的最小莫爾紋的寬度；n為正整數，A為像素的寬度；B為光柵的柵距；θ的范圍實質上就是所有θn的交集，n可以取1-100或者更大，通常取到50便足夠了，因為影響θ最大的n值通常在B/A的附近。
二、光柵與豎直方向的像素之間遮光線形成莫爾紋的寬度公式的通式和θ的計算公式
求出θn為
計算方法和參數的限定與上述第一種情況相同。
三、光柵與傾斜方向的像素之間遮光線形成莫爾紋的寬度公式的通式和θ的計算公式
求出θn為
可以分為下面兩個不等式
或
計算方法和參數的限定與上述第一種情況相同。
下面列舉幾個實例進行說明第一個實例顯示器參數如下單位mm；46寸顯示器像素寬度大小A＝0.53025，顯示器大小1920×1080；顯示器長1920*0.53025＝1018.08；顯示器寬1080*0.53025＝572.67；本例中采用的光柵柵距為B＝1.50305，我們假設P＝3mm。
第一種情況光柵與水平方向的象素黑線成的莫爾紋將A、B和P的值代入不等式將n＝1、2、3...100，逐一代到公式算出θ1、θ2、θ3.....θ100；然后求它們的交集，結果為θ＞9.3°。
由于θ是兩光柵之間的夾角，因此，這里θ是光柵與水平方向的夾角；這里n取值從1到100只是一個特例，可以取更多，當然也可以少取一些，反復實驗表明，對莫爾紋的影響最大的n值通常在b/a的值的附近，因此n的取值范圍也是可以根據情況而定的。由于現在采用計算機計算，所以n值即使取到1萬甚至更多，也很容易計算出結果，由于b/a的結果通常都不會超過20，n通常取到50以上就能滿足要求。
第二種情況光柵與豎直的像素之間遮光線形成的莫爾紋將A、B和P的值代入公式
將n＝1、2、3...100，逐一代到公式算出θ1、θ2、θ3.....θ100；然后求它們的交集，結果為θ＜89.5°。
第三種情況光柵與斜向像素之間遮光線形成的莫爾紋將A、B和P的值代入公式
將n＝1、2、3...100，逐一代到公式算出θ1、θ2、θ3.....θ100；然后求它們的交集，結果為θ＞74.8°。將A、B和P的值代入公式
將n＝1、2、3...100，逐一代到該公式算出θ1、θ2、θ3.....θ100；然后求它們的交集，結果為θ＜68.4°；將在三種情況下分別得到的結果θ＞9.3°、θ＜89.5°、θ＞74.8°以及θ＜68.4°求交集，得到9.3°＜θ＜68.4°或74.8°＜θ＜89.5°；經過實驗驗證，實驗結果與理論得到的結果基本相符。
根據本發明的技術方案實現的立體顯示裝置，不需額外花銷就能夠達到大大降低甚至消除莫爾紋的效果，極大提高了立體顯示質量。
上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的技術人員在本方法的啟示下，在不脫離本方法宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可以作出很多變形，這些均屬于本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種立體顯示裝置，包括顯示屏和放置在該顯示屏前方的光柵，其特征在于，光柵以與水平方向成θ角度放置，其中將子像素的排列方向定位水平方向，所述θ屬于由下列三步計算分別獲得的解集的交集之內
第一步計算
其中P為人眼能看到的最小莫爾紋的寬度；A為像素的寬度；B為光柵的柵距，n為正整數；將n＝1、2、3...100，逐一代到公式算出θ1、θ2、θ3.....θ100；然后求它們的交集，得到θ的范圍；
第二步計算
其中P為人眼能看到的最小莫爾紋的寬度；A為像素的寬度；B為光柵的柵距，n為正整數；將n＝1、2、3...100，逐一代到公式算出θ1、θ2、θ3.....θ100；然后求它們的交集，得到θ的范圍；
第三步計算
其中P為人眼能看到的最小莫爾紋的寬度；A為像素的寬度；B為光柵的柵距，n為正整數；將n＝1、2、3...100，逐一代到公式算出θ1、θ2、θ3.....θ100；然后求它們的交集，得到θ的范圍。
2.根據權利要求1所述的一種立體顯示裝置，其中A＝0.53025mm，B＝1.50305mm，P＝3mm，9.3°＜θ＜68.4°或74.8°＜θ＜89.5°。
3.一種降低或消除立體顯示設備中的莫爾紋的方法，其中該顯示設備包括顯示屏及其前方的光柵，包括如下步驟
第一步計算光柵與水平方向的像素之間遮光線形成莫爾紋不可見的θ范圍；
第二步計算光柵與垂直方向的像素之間遮光線形成莫爾紋不可見的θ范圍；
第三步計算光柵與與水平方向成71.56°的像素之間遮光線形成莫爾紋不可見的θ范圍；
第四步將上述三個步驟中得到的θ范圍交集；得到交集后的θ范圍；
第五步將光柵與水平方向成θ放置在所述顯示屏前方。
4.根據權利要求3所述的一種降低或消除立體顯示設備中的莫爾紋的方法，其特征在于，
所述第一步具體為采用如下公式計算，
其中P為人眼能看到的最小莫爾紋的寬度；A為像素的寬度；B為光柵的柵距，n為正整數；將n＝1、2、3...100，逐一代到公式算出θ1、θ2、θ3.....θ100；然后求它們的交集，得到θ的范圍；
所述第二步具體為采用如下公式計算，
其中P為人眼能看到的最小莫爾紋的寬度；A為像素的寬度；B為光柵的柵距，n為正整數；將n＝1、2、3...100，逐一代到公式算出θ1、θ2、θ3.....θ100；然后求它們的交集，得到θ的范圍；
所述第三步具體為采用如下公式計算，
其中P為人眼能看到的最小莫爾紋的寬度；A為像素的寬度；B為光柵的柵距，n為正整數；將n＝1、2、3...100，逐一代到公式算出θ1、θ2、θ3.....θ100；然后求它們的交集，得到θ的范圍。
全文摘要
本發明公開了一種立體顯示裝置，包括顯示屏和放置在該顯示屏前方的光柵，通過設定光柵與顯示屏像素排列方向之間的夾角，使光柵與顯示屏之間產生的莫爾紋的寬度小到人眼無法分辨的程度，以此來消除和降低光柵與顯示屏之間產生的莫爾紋。利用本發明的上述技術方案實現的立體顯示裝置，不需額外花銷就能夠達到大大降低甚至消除莫爾紋的效果，極大提高了立體顯示質量。
文檔編號H04N13/00GK101122684SQ200710120338
公開日2008年2月13日 申請日期2007年8月16日 優先權日2007年8月16日
發明者張 戈, 蓉 唐 申請人:北京超多維科技有限公司