微位移高清VR显示屏制造技术

本发明专利技术公开的微位移VR显示屏，由显示屏、微位移显示App模块、微位移驱动机构及驱动电路构成。结合注视点渲染技术，可充分利用现有的软硬件资源，在数据流量及运算负担增加不大的情况下，大幅提高图像清晰度，实现VR的视网膜分辨率显示，消除图像的纱窗效应。与现有VR头显相比，具有更宽广的视野，更高的清晰度，让影像真正体现出立体、沉浸和触目可及的感觉。

【技术实现步骤摘要】
微位移高清VR显示屏
：本专利技术涉及一种VR显示屏，更具体地讲，涉及一种通过微位移实现高清显示的VR显示屏，所述显示屏可结合注视点渲染技术，实现VR的视网膜分辨率显示。
技术介绍
：作为虚拟现实的显示终端，VR头盔显示器是将VR显示屏所产生的影像藉由光学系统放大，VR显示屏所发射的光线经过凸透镜使影像因折射产生类似远方效果，利用此效果将近处物体放大至远处观赏而达到所谓的沉浸视觉。VR头盔显示器简称VR头显，其代表就是OculusRift，Sony的PlayStationVR，和HTC/Valve的VIVE)。决定VR效果的首要因素就是VR显示屏的分辨率。现有的VR显示屏，无论是单屏分隔成左右视区，还是左右双屏结构，单眼对应的显示区域宽度一般不超过70mm，为了获得宽广的视野需要比较大的光学放大倍率，导致像素晶格清晰可见，即所谓的“纱窗效应”。目前，OculusRift、HTCVIVE的单眼像素数约1.2M，相当于2K屏的清晰度，要达到视网膜分辨率，通常的思路是采用8K乃至16K显示屏，但目前的制造工艺和成本控制均难以达到量产要求，并且采用超高清屏在显示帧频、视频传输带宽，以及周边硬件成本方面又带来了新的压力。芬兰VarjoTechnologies公司通过使用高分辨率OLED显示屏加低分辨率显示面板的头显来解决这一问题。原型机包含了一对高分辨率SonyMicroOLED显示屏，其对角线为0.7英寸，每英寸3000像素(PPI)，将高分辨率OLED显示屏投影叠加在低分辨率显示面板上，叠加区的边界出现轻微的闪烁现象，主要是让高分辨显示区域围绕用户眼球移动并与注视点保持一致，致使用户认为他们看到了高分辨率的图像。其原因在于人眼分辩率最高的区域在视网膜上只占很小一点，只有眼睛中央10°左右的范围最清晰，也就是视黄斑部分，到了周围的分辨率就会大大下降。黄斑中心凹附近的范围内有1′的分辨率(1.0视力)，离开中心凹以后，视力下降到10′的分辨率(0.1视力)，因为眼睛移动速度有限，所以只需匹配人眼运动以提供注视点区域的高分辨率图像。Varjo原型机的高分辨视野约20°，固定在视场的中心，未来会添加综合眼动跟踪技术动态调整微显示反射图像，其结构显然是相对复杂的。除了分辨率不够高的因素外，“纱窗效应”产生的更重要的原因在于像素之间的黑色间隙。LG近期发布了一项专利，该专利描述了放置在显示面板和透镜之间的“光扩射构件”，将从显示面板的透光区域发出的光扩散到显示面板的遮光区域，能够减轻纱窗效应，从而提高了VR的图像质量。
技术实现思路
：本专利技术公开了一种通过微位移实现高清显示的VR显示屏，所述显示屏可结合注视点渲染技术，实现VR的视网膜分辨率显示，消除VR显示的纱窗效应。目的在于充分利用现有的软硬件资源，在数据流量增加不多的条件下，不增加额外负担来大幅提高图像清晰度、消除像素晶格现象。现有VR头显的结构如图1所示，一对目镜(5)将VR头显的左屏(2)右屏(1)图像投射放大到远处。限于显示区域宽度不宜超过人眼(3)瞳距太多，只能依靠提高目镜放大倍率来获得大视场，这样即使采用2.5K、4K的高清显示屏，也会看到较明显的像素晶格。本专利技术公开的微位移VR显示屏结构如图2所示，由显示屏(6)、微位移显示App模块(7)、微位移驱动机构(8)及驱动电路(9)构成。显示屏(6)本身不作旋转，只在显示平面上作平移运动，显示屏(6)上每一个像素都保持与质心相同的运动轨迹，显示屏可以是双屏，也可以是单屏左右分区显示。显示屏(6)具有较高的刷新频率f0，链接在微位移驱动机构(8)上，在驱动电路(9)的控制下按设定的轨迹以固定频率F作周期性运动，并与微位移显示App模块(7)的图像刷新保持同步，f0＝N*F，N为像素倍增因素，一般取值4～9，F实际上就是微位移VR显示屏的完整显示帧率。微位移显示App模块(7)内置于显示屏处理器内，App首先将一帧超高清图像P按预定的方法分解成N幅与显示屏分辨率相同的子图像；在一个运动周期内，N幅子图像在预定的位置节点按时序依次刷新显示。由于视觉暂留效应，我们可以看到一幅超高清晰度的完整图像。显然，能够实现微位移的显示屏(6)具有较高的刷新频率f0，较小的质量和较好的抗振动性能。OLED屏响应时间是普通LCD的千分之一，可以达到很高的刷新频率；厚度小，重量轻，制造工艺简单，没有液晶物质，抗震性能好，因此其微位移机构可以设计得很轻巧；能够在不同材质的基板上制造，可以做成能弯曲的显示器，优化光学透镜的设计，因此成为最佳选择。部分LCD屏的刷新率可以超过240HZ，特别是采用蓝相液晶技术的显示屏，也可以通过微位移技术提高清晰度。像素点的开口率低，对提高像素倍增因数N十分有利。各种屏幕像素的结构不尽相同，在这里将开口率定义为单色子像素与全像素(14)面积的比率，其中G子像素(16)的开口率尤为重要，因为人眼对绿色敏感，通过微位移增加G子像素(16)的数量对清晰度的提高最为有效。开口率越低，像素之间的黑场间隙(18)越大，以及同色子像素之间的空间越大，可通过微位移填充的子像素数量就越多，N值就可以设定得越大，当然，N值还受到刷新频率f0及微位移驱动机构(8)性能的限制。显示屏采用加法色原理，每个像素由R、G、B子像素在平面空间上排列组合而成，称为空间混色像素。LCD屏像素大多采用标准RGB排列，如图3所示；OLED屏像素大多采用PenTile排列，如图4所示，通过相邻像素公用子像素的方式，减少子像素个数，从而达到以低分辨率去模拟高分辨率的效果。当然还存在其它排列方式，如蓝相液晶显示屏采用场序显色方式，R、G、B三个子像素在平面空间上重叠，在时序上依次显示，称为时序混色。无论采用OLED屏还是蓝相液晶屏，当显示屏在微位移驱动下显示高分辨率图像时，R、G、B子像素均在同一位置交替显示，因此属于时序混色。对于标准RGB排列，一般X方向可插入2个子像素，Y方向插入1个子像素，N＝3*2＝6，或者简单化取N＝2*2＝4；对于PenTile排列，一般X方向可插入1～2个子像素，Y方向插入1～2个子像素，具体由像素开口率而定。微位移驱动的运动轨迹可分为圆周运动，椭圆运动，闭合折线运动，或者其它组合的运动方式；微位移驱动方式可采用转轴圆周驱动，X/Y轴双向驱动等，位移最大幅度一般不超过全像素点距。圆周运动是简单稳定的运动方式，如图5所示，当N＝2*2时，微位移圆周运动轨迹(21)的内接正方形边长(22)为全像素点距D的一半，四个顶点位置作为4幅子图像依次刷新的位置节点(20)。圆周的半径为0.35D，即可以采用简单的转轴驱动，也可以采用X/Y轴双向简谐振动的运动合成：x＝0.35D*sinωty＝0.35D*cosωt其中ω为角速度，ω＝2π*F转轴圆周驱动或简谐振动均容易达到稳定、高频、能耗少的要求，驱动机构可以设计得轻巧。如果显示屏的刷新率f0＝360Hz，原生分辨率为4K(3840*2160)，N＝2*2＝4，微位移VR显示的清晰度可达到8K(7680*4320)，此时帧率F＝90FPS。当N＝3*2时，微位移采用X/Y轴双向驱动，运动轨迹可设定如图6A所示的6节点闭合折线，X方向节点间距为D/3，Y方向节点间距为D/2；也本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种VR显示屏，其特征在于，由显示屏(6)和微位移驱动机构(8)构成，显示屏(6)具有较高的刷新频率f0，链接在微位移驱动机构(8)上，在驱动电路(9)的控制下按设定的轨迹以频率F作周期性运动，f0＝N*F，N为像素倍增因素，微位移显示App模块(7)将一帧超高清图像按预定的方法分解成N幅与显示屏(6)分辨率相同的子图像，在一个运动周期内，N幅子图像在预定的N个位置节点(20)按时序依次刷新显示，通过时序混色形成一幅超高清晰度的完整图像。

【技术特征摘要】
1.一种VR显示屏，其特征在于，由显示屏(6)和微位移驱动机构(8)构成，显示屏(6)具有较高的刷新频率f0，链接在微位移驱动机构(8)上，在驱动电路(9)的控制下按设定的轨迹以频率F作周期性运动，f0＝N*F，N为像素倍增因素，微位移显示App模块(7)将一帧超高清图像按预定的方法分解成N幅与显示屏(6)分辨率相同的子图像，在一个运动周期内，N幅子图像在预定的N个位置节点(20)按时序依次刷新显示，通过时序混色形成一幅超高清晰度的完整图像。2.如权利要求1所述的VR显示屏，其特征还在于，由显示屏(6)为OLED显示屏、蓝相液晶屏或者刷新率较高的LCD显示屏，微位移驱动的运动轨迹为圆周、椭圆或者闭合折线。3.如权利要求2所述的VR显示屏，其特征还在于，微位移驱动方式为转轴圆周驱动，或者X/Y轴双向驱动。4.如权利要求3所述的VR显示屏，其特征还在于，微位移轨迹为圆周，其内接正方形的四个顶点，是4幅子图像依次刷新的位置节点(20)，微位移即可以采用简单的转轴驱动，也可以由X/Y轴双向驱动的简谐振动合成。5.如权利要求3所述的VR显示屏，其特征还在于，显示屏(6)像素是标准RGB排列，微位移轨迹为椭圆，共6个位置节点，由X/Y轴双向驱动的简谐振动合成。6.如权利要求1所述的VR显示屏，其特征还在于，显示屏(6)为OLE...

【专利技术属性】
技术研发人员：薄淑英，
申请(专利权)人：薄淑英，
类型：发明
国别省市：北京,11