CN102809826B - 用于定向显示器及系统的子像素布局及子像素着色方法 - Google Patents

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Abstract

配置有显示面板的显示装置及系统，所述显示面板主要包括特别适用于定向显示装置的三基色或多基色子像素重复组的多个实施例之一，所述定向显示装置同时产生至少两个图像，例如自动立体三维显示装置或是多视图装置。产生图像的输入图像数据，通过子像素着色操作，被着色在配置有图示的子像素重复组之一的装置上。

Description

用于定向显示器及系统的子像素布局及子像素着色方法
本申请为2008年2月8日申请的发明名称为“用于定向显示器及系统的子像素布局及子像素着色方法”的200880004709.1号发明专利申请的分案申请。
相关申请的交叉参考
本申请主张申请日为2007年2月13日，名称为“SUBPIXELLAYOUTSANDSUBPIXELRENDERINGMETHODSFORDIRECTIONALDISPLAYSANDSYSTEMS”的美国临时申请60/889,724的优先权权益，其全部内容都包括在这里作为参考。
技术领域
本发明的主题涉及一种空间光调制器，尤其涉及用于诸如三维(3D)自动立体(autostereoscopic)显示装置或多视图显示器的定向显示装置或系统中的空间光调制器的子像素布局。
背景技术
这里将可同时产生至少两种不同图像的显示装置称为定向显示装置。定向显示器产生至少两种不同的图像，其中的每一个都可从不同的观察方位观察到。在一种类型的定向显示装置中，这两种图像将作为明显分离的图像被观察。这种显示器也可被称作“多观察者显示器”、“多视图显示器”、或“多用户显示器″，这些都被设置为可使不同的观察者看到不同的图像。这就实现了该显示器的同时多用。多视图显示器也可设置成供单个观察者使用。
定向显示器也可设置为产生至少两个独立的图像，用于由观察者合并成一个单个的图像。普通人的视觉是立体的，因此每只眼睛所看到的世界的图像略有不同。人类的大脑将两种图像(被称为立体像对)合并以感知到在现实世界中观察到的图像的深度。在三维显示装置中，向每一只眼睛提供独立的图像，并且观察者的大脑合并图像的立体像对，以产生所合并图像的深度的外观。
三维显示装置典型地被划分为立体或是自动立体。在3D立体显示装置中，用户需要佩戴一些观察辅件以大致分离被发送至左眼和右眼的图像。例如，观察辅件可以是其中将图像进行颜色编码(例如红和绿)的彩色滤光片，或是其中将图像编码成正交的偏振状态的偏光镜(polarizingglass)，或是其中将图像以与玻璃快门的开启同步的图像时序编码的快门镜(shutterglass)。相反，3D自动立体显示装置使用起来则无须观察者佩戴任何观察辅件。在自动立体显示器中，每一个图像都可从空间中有限的区域内被看到。
定向显示装置的概述
名称为“OpticalSwitchingApparatus”，权利人为Woodgate等人的美国专利7,058,252提供了有关定向显示的技术特点及问题的全面论述，特别是自动立体3D显示器。在美国专利7,058,252的第1至8栏的主题，及其所参照的附图在这里一并参考其所教导的全部内容。通常，自动立体系统包括显示面板和用于将光从至少两个独立的图像导出的光学导向元件或机构。光学导向机构也可被称作光学导向器、视差光学器件或是视差隔板(parallaxbarrier)。光学导向机构将光从左侧图像发送至显示面板前面的有限区域，其被称为是第一观察窗。当观察者将左眼放在第一观察窗的位置时，那么观察者就可以通过整个显示面板看到适当的图像。同样，光学导向机构将用于右侧图像的光发送至独立的第二观察窗。当观察者将右眼放在第二观察窗时，可通过整个显示器看到右眼图像。一般，从每一个图像出来的光都被认为是已经光学导向(即定向)至各自的定向分布。显示器的观察窗平面代表的是到横向视觉自由度最大处的显示器的距离。
这里，图1示出了US7,058,252中图5所示的典型平板自动立体显示器10。显示器10包括背光，以行列形式排列的电可调像素阵列(已知的空间光调制器，SLM)以及与显示器前面相连的被用作光学导向机构的视差隔板。术语“空间光调制器”既包括如液晶显示器的光阀装置，也包括如场致发光显示器和LED显示器的发射装置。背光60提供入射在LCD输入偏振片64上的光输出62。该光透过TFTLCD基板66，并入射到在LCD像素平面67中以行列形式排列的像素重复阵列上。红色像素68、71、74，绿色像素69、72、75和蓝色像素70、73的每一个都包括独立的可控液晶层，并被称作黑色掩模76的不透明掩模区域隔开。每一个像素都包括透射区域，或像素开口78。穿过像素的光线被LCD像素平面74内的液晶材料调制相位，并被位于LCD彩色滤光片基板80上的彩色滤光片调制颜色。
然后光穿过其后设有视差隔板84以及视差隔板基板86的输出偏振片82。在图1中，视差隔板84包括被垂直延伸的不透明区域所隔开的垂直延伸的透射区域阵列，其用于将光从交替像素列69、71、73、75导向右眼，如从像素69出来的光线88所示，并从中间的列68、70、72、74导向左眼，如光线90所示(这些全部光线方向的图案形成了光线定向分布的另一个实例)。观察者从下面的像素看到的光线照亮了隔板的开口92。其它类型的光导向器或视差镜片也可用在3D显示器中，例如透镜屏(lenticularscreen)或是双折射透镜(birefringentlense)。
继续参照图1，以行列形式在LCD像素平面67内排列的像素的重复阵列被间隙(gap)所隔开(大体上由液晶显示器LCD内的黑色掩模所界定)，且视差隔板为垂直延伸的狭缝阵列，其间距约为像素列间距的两倍。视差隔板限定了从每一个像素列出来的光线可以被看见的角度范围，因此在显示器的前方区域形成了观察窗。
为了将光线从每一个像素导向观察窗，视差隔板的间距应当略小于像素阵列间距的两倍。这一条件被称为“视点校正”。在图1所示的显示器类型中，立体对图像的每一个的分辨率是基础LCD水平分辨率的一半，并且形成了两个视像。因此，从奇数列像素68、70、72、74出来的光线可以从左观察窗看到，而从偶数列像素69、71、73、75出来的光线可以从右观察窗看到。如果将左眼图像数据放在显示器的奇数列上，而将右眼图像数据放在偶数列上，那么位于正确“无畸变(orthoscopic)”位置的观察者可以将两图像合并从而可以整个显示器上看到自动立体3D图像。
权利人为Kean等人，名称为“ParallaxBarrierandMultipleViewDisplay”的US7,154,653公开了用于多用户和3D显示器两者的视差隔板的各种实施例。US7,154,653的背景介绍以及其中第1-5栏所引用的附图，这里一并参考引用，介绍了视差光学器件的特征可以被改变或是修改以控制观察窗或观察区域的尺寸及其之间的角度，以使显示器所产生的多个图像(例如左眼和右眼)得到校正。视差镜片的作用是用来限制光线以某些输出角度穿透像素，因而在视差镜片结构特定部分后面(例如，狭缝，小透镜或微透镜)限定了像素的视角。对于平板式自动立体显示器来说，观察区域的形成典型地是由于显示单元的像素结构以及光导向光学元件或是视差光学器件的结合。
US7,154,653公开了如这里图2A所示的一种显示器30。显示器30是两视像定向显示器，其可用作自动立体3D显示器或是用作向一个或多个观察者提供两个不相关的图像的显示器。该显示器包括以液晶显示器(LCD)20的形式的空间光调制器。LCD20是像素化的，这里将其定义为用来表示一种显示器，其主要包括至少两基色子像素的子像素重复组。LCD20以透射模式运行，以便调制从背光(未示出)穿过子像素的光线。尽管如此，US7,154,653指出其它类型的显示器都可以以透射或反射模式用于调制光线，或用于在显示装置本身内部产生光线(在配置有前视差隔板的情况下)。显示器30同样包括置于LCD20前面的视差隔板21，即在LCD20和一个或多个观察者之间。隔板21，这里在图2B中更详细示出，具有对于从LCD20来的光线充分不透明的区域22和23以及位于它们之间的对于来自LCD20的光线充分透明的狭缝(slit)。区域22和23具有有限的宽度，并且所有的狭缝具有相同的最大透光性。LCD20的子像素的列在垂直于该列的纵轴方向上形成有大体上一致的间距p，其方向在显示器的正常使用时一般是水平的。隔板21的狭缝被设置为非周期性的，沿平行于子像素列的纵轴方向延伸，且被设置为在每一组内的狭缝被均匀间隔的均匀间隔狭缝组。图2A同样示出了视差隔板21的图示实施例关于狭缝尺寸和设置的具体细节。
继续参照图2A，显示器30通过显示驱动器25驱动，从而使待显示的两视图的图像数据作为垂直条纹被隔行扫描。显示驱动器25可以被设置用来接收显示图像并隔行扫描数据从而确保各个像素列显示图像的正确纵部。显示驱动器25可形成显示器的一部分，或是部分或全部地体现在其它装置内部，例如计算机、微处理器等。该图像可以是捕获的“真实”图像或是由计算机产生的。该图像可形成用于显示器的自动立体3D用途的立体图像对或者可以是立体的不相关图像。隔板21的狭缝可沿着或者靠近像素列的中间线排列。显示驱动器25向最接近每组狭缝的四列像素的组提供了图像纵部(verticalimageslice)。隔板21的狭缝与LCD20的像素部相联合用以确定或是创建五个观察区域。在每一个观察区域中，每组狭缝限定了像素列的可见度，这样当观察者从观察区域处观察显示器时，只有两个相邻的像素列是可见的。
参照图2C，显示驱动器25向LCD20提供像素图像数据从而使第一和第二图像部(imageslice)经由其中一个图像提供，而第三和第四图像部经由其它图像提供。因此，形成第一和第二视图的第一和第二图像分别在观察区域D和B处是可见的。当提供自动立体观察时，使观察者的左眼和右眼分别位于观察区域B和D处，图像的立体图像对可以被正确地观察到，从而提供了3D效果。相反地，眼睛全部位于观察区域D的观察者可以看见图像中的一个而看不到另一个，而眼睛全部位于观察区域B的观察者可以看见另一个图像而看不到第一个图像。实际使用的到区域B和D的每一侧的观察区域包含每个图像的50％，减少了来自相邻观察区域的串扰的影响。显示器30利用了可用光线的50％并且每个图像由50％的子像素显示，因此水平分辨率是LCD分辨率的50％。
上面所参考的美国专利7,058,252同样介绍了一种类型的显示器，其可以以3D和二维(2D)两种模式运行。这里将这种类型显示器称作是“2D3D可切换显示器”，并且美国专利7,058,252介绍了这种显示器的多个实施例，其中的一种这里如图3A和图3B所示。图3A示出了一种显示器，其包括背光60，其产生入射在LCD输入偏光片64上的光输出62；LCDTFT基板66；由以行列形式排列的像素阵列组成的LCD像素平面67；其后是LCD对向基板80；双折射透镜阵列138；接着是各向同性透镜微结构134；接着是透镜基板132。上述项可组成为定向显示装置236。在定向显示装置236后面，设置有偏振修正装置146。该显示器在2D模式下的运行的示意性结构也沿着传播方向238示出。偏振修正装置146使水平线性偏振光透过而阻止垂直偏振光。LCD输入偏振态240为90度且被像素开口78内液晶材料的工作状态、被扭曲向列层旋转至水平偏振态(0度角)242，从而提供常白(NW)模式。在常白模式的工作状态，没有电压施加到液晶层。施加电压将输出切换至关闭状态，或是中间水平。双折射微透镜138折射率匹配这个偏振态，因此不对照明带来任何方向性的影响。偏振修正装置146输出的是水平线性偏振态244。
图3B示出了图3A所示显示器沿传播方向238用于实现3D运行的结构。在这一情况下，偏振修正装置146被设置为透过垂直线性偏振光并且阻止水平偏振光。LCD输入偏振态240为90度，且其没有被液晶材料的工作状态被扭曲向列层旋转至水平偏振态(0度角)242，从而提供了常黑(NB)模式。在NB模式的工作状态，电压被施加到液晶层。减小电压用于将输出切换至关闭状态，或是中间水平。入射在双折射微透镜138上的偏振状态246被双折射透镜138定向。在这种情况下，偏振修正装置146被配置成透过垂直线性偏振状态248，以使3D模式照明结构得以透过。
更多的有关三维显示器的信息可以在由CRCPress(2006)发行，作者为Dakin和Brown等的光电手册的第2.6章，第II卷，名称为“三维显示系统”中找到，该章的内容这里一并引用参考。
上面所引用的美国专利7,058,252也介绍了一种多用户显示器的实施例，这里如图4所示。图4以平面图的方式示出了双折射微透镜显示器406所产生的观察窗408、410、412和414。该窗的尺寸被设置为大于观察者两眼间分开的距离。显示器406适于用作例如汽车的仪表板。驾驶员将其右眼416放在窗408处，而且也将其左眼418放在同样的窗408处。类似的，乘客将其左眼422和右眼420放在单个的窗414中。作为双视图显示，窗408和412包括同样的信息，并且窗410和414也包括同样的信息。由于误差设计的目的，将窗410和412放在显示器的乘客和司机之间是比较方便的。如果输入了第一图像426和第二图像428，接着图像信号隔行扫描器(interlacer)424就会将图像426放在显示器的比如偶数列，并将图像428放在显示器的比如奇数列。显示器的光学元件将会把图像426导向在窗408处的驾驶员并将图像428导向在窗414处的乘客。美国专利7,058,252提到，显示器以同样的方式运行，正如这里所述的2D3D可切换显示器一样，但是观察窗408、410、412和414基本上要大于2D3D可切换显示器所产生的观察窗，以允许不同的观察者位于不同的窗。美国专利7,058,252进一步提到，这样的多观察者显示器可以具有两种运行模式：在一种运行模式下，所有的观察者可以看到同样的图像；在第二种运行模式下，不同的观察者可以看到不同的图像以允许同一显示器的同时多用。
权利人为Bell等人、名称为“ElectronicDeviceHavingaDisplay”的美国专利6,424,323同样介绍了一种具有显示器的电子装置以及附在该显示器上的图像偏转系统(imagedeflectionsystem)，其中控制该显示器以提供至少两个独立的显示图像，当其通过图像偏转系统显示时，在相对于显示器的不同观察位置都是单独可见的。所公开的图像偏转系统的一个实施例是包括多个透镜体的透镜屏(也被称作微透镜)。该透镜体横过显示器延伸，由于观察者相对于屏的倾斜角度的作用，从而使不同的图像可见。这样，单个用户可以通过关于水平轴倾斜该装置来看到不同的图像。
观察窗性能问题
术语“串扰”指的是两视图之间的漏光从而使一些左眼图像被右眼看到，反之亦然。当观察3D显示器时，串扰会产生视觉应变，控制串扰在3D显示器的发展中是重要因素。对于平板自动立体显示器(特别是那些基于LCD技术的)，对观察窗性能的限制一般是由像素的形状及开口率以及光学元件的质量决定的。上面所引用的美国专利7,058,252提到，由显示器所射出的光线的输出锥体的角度由像素开口的宽度和形状以及视差镜片的排列和像差所决定。US7,154,653所公开的内容中进一步提到，通过减小视差隔板内狭缝的宽度以减少串扰(即，图像之间的漏光)的尝试可造成不均匀的颜色平衡，因为一个颜色予像素中的多个成为观察者可见的，或者颜色平衡会随视角改变。
US7,154,653所公开的内容中进一步提到，为了提高显示器的横向观察自由度，多于两个的像素列可放置在视差隔板的每个狭缝下。例如，四列会产生四个窗，在其中视图将会因每一个窗而被改变。当观察者移动时，这样的显示器将会产生“游览”外观。纵向自由度也可以通过这样的方法被提高。然而，在这种情况下，显示器的分辨率被限制在基础面板分辨率的四分之一。另外，由于视差隔板依靠阻挡来自显示区域的光线，因而降低了亮度和装置效率，一般达到大约20-40％的原始显示亮度。
US7,154,653公开了这里图2A所示的LCD是“常规”类型的显示器，其中的“白”像素被分成颜色子像素的重复组。特别地，每一个三列的组中的像素列有红、绿、蓝滤光带(filterstrip)以使每一列中所有的颜色子像素显示同样的颜色，并且邻近的列对显示不同的颜色，以使整个显示器上重复红(R)、绿(G)、蓝(B)图案。US7,154,653提到，尽管通过这样的设置可以得到左侧和右侧图像的色彩平衡，但是在每一图像的单个颜色的间距存在严重的不均匀。这样的不均匀间距在低分辨率显示器中非常明显，因此降低了图像质量。同样的，对于每一图像，颜色子像素的顺序并不是按照与组成LCD20的三色子像素相同的重复图案；这被称作是每一白像素部件的顺序的“跨越”，而且这种跨越可引起更不希望的图像结果。US7,154,653进一步公开了可选子像素设置或布局的实施例，而不是标准的重复RGB子像素设置。一种这样的设置提供了无跨越的像素的子像素部件的顺序，其产生白光并减少了每一视图的独立颜色子像素的间距，目的是提高图像质量。
权利人为Harrold等人、名称为“Spatiallightmodulatoranddirectionaldisplay”的US6,023,315公开了一种液晶空间光调制器，其包括以列组排列的图像元件的行和列，例如在自动立体3D显示器内的各自视差产生元件之下。图像元件成套排列以形成彩色图像元件，从而使每套的图像元件被放置在多边形的顶点，例如三角形，并且被放置在列组的相应列中。US6,023,315评述了使用具有常规RGB垂直或水平条纹子像素设置或是公知的RGGB四重子像素设置的空间光调制器的缺点，其产生用于3D显示器的立体图像，颜色整合存在引用问题。为了解决这些问题，US6,023,315公开了子像素设置以及子像素组合的不同实施例，称作“棋盘形布置(tessellation)”，这样设计以使颜色整合发生在观察距离的充分大的范围内。多个这种设置之一利用了红、绿、蓝以及白色子像素。
附图说明
所附附图都包括在说明书中并且构成了说明书的一部分，图示出典型实施方式和实施例。
图1是具有视差隔板结构的第一典型平板自动立体显示器的示意平面图。
图2A是具有视差隔板结构的第二典型平板自动立体显示器的示意图。
图2B是图2A所示显示器的视差隔板结构的一部分的平面图。
图2C是图2A所示显示器所产生的观察窗的示意图。
图3A示出了2D3D可切换显示器装置图和以2D模式运行时其中光线的流动。
图3B示出了2D3D可切换显示器装置图和以3D模式运行时其中光线的流动。
图4示出了在不同的观察窗中产生至少两个图像供至少两个观察者观察的多观察者显示装置图。
图5示出了代表输入图像信号数据的二维空间栅格(grid)。
图6示出了包括适用于显示面板的三基色子像素的多个子像素重复组的矩阵排列。
图7示出了图6中显示面板的基色平面的重采样区域阵列，示出了重构点和重采样区域。
图8示出了叠加在图5中二维空间栅格上的图7所示的重采样区域阵列。
图9A和图9B的每一个示出了包括三基色和白色的子像素的子像素重复组。
图10示出了位于图5的二维空间栅格上的图9A所示的子像素重复组，并且进一步示出了其上叠加有图9A的子像素重复组的基色重采样区域阵列的一部分。
图11是示出了色变对(metamer)滤光操作。
图12是在子像素着色操作后的色变对滤光操作的具体实施例的流程图。
图13是与子像素着色操作相结合的色变对滤光操作的具体实施例的流程图。
图14A和14B是示出了执行子像素着色操作的显示装置的两个实施例的功能部件的方框图。
图15是显示装置结构的方框图，并示意性地示出了用于发送图像信号至包括子像素重复组的多个实施例之一的显示面板的简易驱动电路。
图16A示出了显示面板的一部分，其包括新型多基色子像素重复组的第一实施例。
图16B和16C示出了当用于定向显示装置时，由图16A中显示面板所产生的第一和第二图像视图的子像素排列。
图17A示出了显示面板的一部分，其包括新型多基色子像素重复组的第二实施例。
图17B和17C示出了当用于定向显示装置时，由图17A中显示面板所产生的第一和第二图像视图的子像素排列。
图18A示出了显示面板的一部分，其包括新型多基色子像素重复组的第三实施例。
图18B和18C示出了当用于定向显示装置时，由图18A中显示面板所产生的第一和第二图像视图的子像素排列。
图19A示出了显示面板的一部分，其包括新型多基色子像素重复组的第四实施例。
图19B和19C示出了当用于定向显示装置时，由图19A中显示面板所产生的第一和第二图像视图的子像素排列。
图20A示出了显示面板的一部分，其包括新型三基色子像素重复组的第一实施例。
图20B和20C示出了当用于定向显示装置时，由图20A中显示面板所产生的第一和第二图像视图的子像素排列。
图21A示出了显示面板的一部分，其包括新型三基色子像素重复组的第二实施例。
图21B和21C示出了当用于定向显示装置时，由图21A中显示面板所产生的第一和第二图像视图的子像素排列。
图22A示出了显示面板的一部分，其包括新型三基色子像素重复组的第三实施例。
图22B和22C示出了当用于定向显示装置时，由图22A中显示面板所产生的第一和第二图像视图的子像素排列。
图23A示出了显示面板的一部分，其包括新型三基色子像素重复组的第四实施例。
图23B和23C示出了当用于定向显示装置时，由图23A中显示面板所产生的第一和第二图像视图的子像素排列。
图24A示出了显示面板的一部分，其包括新型三基色子像素重复组的第五实施例。
图24B和24C所示的是当用于定向显示装置时，由图24A中显示面板所产生的第一和第二图像视图的子像素排列。
发明内容
本发明公开了配置有显示面板的显示装置及系统，所述显示面板主要包括三基色或多基色子像素重复组的多个实施例中的一个，该子像素重复组特别适用于同时产生至少两个图像的定向显示装置，例如自动立体三维显示装置或多视图装置。用于表示图像的输入图像数据，利用子像素着色操作，对在配置有图示的子像素重复组之一的装置执行着色。
具体实施方式
现在将对发明的具体实施方式和实施例作详细的描述，附图示出具体实例。任何可能的地方，贯穿所有附图使用的相同的附图标记都表示同样或相似的部件。
下面的描述介绍了子像素排列或布局的多个实施例，其适用于上面所提到类型的定向显示装置的显示面板。这些子像素排列与常规RGB条纹状布局不同，其中的一些配置具有多于三个的基色。如果输入图像数据以常规的三色“全像素”RGB形式配置，则输入图像数据可被子像素着色(SPR)操作处理从而在包括这些子像素排列之一的显示面板上被着色(显示)。下面的描述首先介绍了子像素着色操作的概况以及适用于具有包括这些子像素排列之一的显示面板的显示装置的硬件配置，接着描述了一些具体实施例。
子像素着色技术的概况
共同拥有的、权利人为Elliott等人、名称为“CONVERSIONOFASUBPIXELFORMATDATATOANOTHERSUB-PIXELDATAFORMAT”的美国专利7,123,277，介绍了一种将以第一格式的基色配置的输入图像数据转换后显示在显示面板上的方法，所述面板主要包括具有与输入图像数据的第一格式不同的第二格式的基色的子像素重复组。因此这里将一并参考US7,123,277所教导的内容。术语“基色”指的是出现在子像素重复组内的每一种颜色。当子像素重复组横穿显示面板重复以形成具有期待矩阵分辨率的装置时，该显示面板就被称为主要包括子像素重复组。在该讨论中，显示面板被描述为“主要”包括子像素重复组，原因是，众所周知的是由于显示面板的尺寸和/或生产因素或是限制会导致面板的一个或多个边缘处子像素重复组不完整。另外，当所述显示器具有在一定程度内对称、旋转和/或反射，或是关于描述在附加的权利要求中的子像素重复组的图示实施例中的一个具有任意其它非实质变化的子像素重复组时，任何显示器均“主要”包括指定的子像素重复组。这里将所提到的使用多于三基色子像素颜色来形成彩色图像的显示系统或是装置称为“多基色”显示系统。在具有包括白色(空)子像素的子像素重复组的显示面板中，白色子像素表示一种被称作是白色(W)或是“空白”的基色，因此具有包括RGBW子像素的子像素重复组的显示面板的显示系统是一种多基色显示系统。
作为示例，假定输入图像被配置为色值的二维阵列，所述色值被配置为常规的红(R)、绿(G)和蓝(B)三基色数据值，作为输入图像数据的第一格式。每一个RGB三基色在输入图像的一个像素位置都指定了一种颜色。显示面板主要包括多个子像素重复组，其指定了用于显示的输入图像数据的第二格式。子像素重复组至少包括第一、第二和第三基色的子像素，其在显示面板上被配置为至少两行以使两种基色的子像素被排列成所谓的“棋盘图案”。也就是说，第二基色子像素在位于子像素重复组的第一行的第一基色之后，且第一基色子像素在位于子像素重复组的第二行的第二基色之后。注意到在US7,123,277中，子像素也称作“发射器”。
子像素着色输入图像数据的操作对显示面板上的每一个子像素产生了亮度值，从而使指定为第一格式的输入图像以对图像的观察者审美愉悦的方式显示在显示面板上，该显示面板包括不同排列的第二基色子像素。如US7,123,277中所提到的，子像素着色通过利用子像素作为可通过亮度通道观察的独立像素来实现。这就允许子像素可作为采样图像重构点使用，而不是使用联合像素作为“真实”(或全)像素的一部分。通过使用子像素着色，输入图像的空间重构性得到增强，显示装置能够被独立地寻址，并且为显示面板上的每一个子像素提供亮度值。
另外，子像素着色操作的另一种期望的特征是保持色彩平衡，通过确保待着色的图像的照明组件的高空间频率信息不与彩色子像素混淆以导致颜色错误。子像素重复组内的子像素的排列可以适于子像素的着色，如果以这样的排列进行子像素着色既可以提高降低相位误差的空间寻址能力，还可以提高在显示器的横轴及纵轴上的调制传递函数(MTF)的高空间频率分辨率。在子像素着色操作中，显示面板上的每一基色的多个子像素可被共同的限定成一个基色平面(如，红、绿、蓝色彩平面)并且可以被单独地处理。
在一个实施例中，子像素着色操作大体上按下述方式进行。输入图像数据的彩色图像数据值可被处理为表示输入图像信号数据的二维空间栅格50，如图5中所示。栅格的每一个正方形输入采样区域52表示代表着该处图像颜色的颜色值的RGB三基色，并且具有与由RGB三基色物理填充的大致相同的区域。栅格的每一个正方形输入采样区域52进一步示出了具有位于输入采样区域52中央处的采样点54。
图6示出了摘自US7,123,277的图6中的显示面板的一个实例。假设具有多个子像素重复组10的显示面板具有与图5中输入图像采样栅格50同样的尺寸。在图6以及这里表示子像素重复组实例的其它图中，以竖线表示的子像素是红色，以斜线表示的子像素是绿色，以横线表示的子像素8是蓝色。显示面板5上的每一个基色子像素的位置靠近被称为重构点(或重采样点)的位置，该重构点被子像素着色操作用作重构图6的显示面板5上的图5中的空间栅格50表示的输入图像。每一个重构点位于重采样区域内的中央。一种基色的多个重采样区域组成一个重采样区域阵列。图7(摘自US7,123,277的图9)示出了显示面板5的蓝色平面的重采样区域阵列7的一个实例，示出了重构(重采样)点17、大体上为正方形形状的重采样区域18、以及具有矩形形状的重采样区域19。
US7,123,277在下面的一个实施例中描述了如何决定重采样区域18的形状。每一个重构点17位于其相应子像素(例如，图6中的子像素8)的中央，并且边界线的栅格形成为与重构点的中心等距离；每一个边界线内的区域形成一个重采样区域。在一个实施例中重采样区域然后可由最接近其联合重构点的区域所界定，且具有由一组与其它相邻重构点等距离的线所限定的边界。所形成的栅格产生了一种瓷砖图案。重采样区域还可能有其它的实施方式。例如，可用在瓷砖图案中的形状可以包括但不限于正方形、矩形、三角形、六边形、八边形、菱形、交错的正方形、交错的矩形、交错的三角形、交错的菱形、彭罗斯(Penrose)瓷砖、斜方形、变形斜方形等等，以及至少一种上述形状的组合。
重采样区域7然后被覆盖在图5的输入图像采样栅格50上，如图8所示(摘自US7,123,277的图20)。每一个重采样区域18或19覆盖在输入图像栅格50(图5)上的至少一个输入图像采样区域52的某一部分上。然后形成每一个重采样区域的一组分数。在一个实施例中，分数的分母可构成为重采样区域的函数，分子为每一个输入采样区域的一个至少部分覆盖在采样区域之上的区域的函数。这组分数共同地表示图像滤光器，也被称为滤光核，且作为系数矩阵被存贮。在一个实施例中，系数的总和大体上等于1。每一个输入采样区域的数据值乘以其相对应的分数并将所有的乘积加到一起以得到采样区域的亮度值。实际上，输入与输出的区域之比是通过检查和计算所决定的，并且在滤光核内作为系数存贮。滤光核为变换方程，并且通过确定位于原始数据设置采样区域以及目标显示采样区域之上的相对重叠区域而产生。重叠的比率决定了用于滤光核阵列的系数值。当为在正方形采样区域18的情况下，其中的每一个都与四个输入采样区域52重叠。因此每一个输入采样区域52构成为重采样点17的最终亮度值的蓝色数据值的四分之一(1/4或0.25)。
刚才所描述的子像素着色操作是被称为区域重采样的图像处理技术的一个示例。其它类型的子像素着色技术可包括利用双三次(bicubic)滤光器、正弦滤光器、窗口-正弦滤光器、以及上述滤光器的卷积的重采样。
这里所示的实例中，该计算假定三色平面的重采样区域阵列之间一致以及与输入图像采样栅格50一致。也可以使重采样区域阵列相对于彼此，或相对于输入图像采样栅格50以不同的方式排列。重采样区域阵列关于彼此的，或关于输入图像采样栅格的定位，称作是重采样区域阵列的相位关系。
由于子像素着色操作在单独的子像素水平上将信息着色至显示器面板，因此引入术语“逻辑像素”。逻辑像素具有接近于高斯亮度的分布以及与其它逻辑像素重叠以创建完整图像。每一个逻辑像素是附近子像素的集合，并且具有一个可以是任一基色子像素的目标子像素，图像滤光器将用来为其产生亮度值。因此，显示面板上的每一个子像素实际上被多次使用，一次作为中心或是逻辑像素的目标，其它次则作为另外的逻辑像素的边缘。主要包括US7,123,277中所公开类型的子像素布局且利用其中和上面所述的子像素着色操作的显示面板，达到与常规RGB条纹状显示器近似相等的分辨率和可寻址性，但却使用子像素的总数的一半及半数的列驱动器。逻辑像素在共有的美国专利申请公开号2005/0104908、名称为“COLORDISPLAYPIXELARRANGEMENTSANDADDRESSINGMEANS”(美国专利申请号10/047,995)中有进一步的描述，这里据此一并参考引用。另外也可参照在Eurodisplay(欧洲显示)02文摘，2002年，第1-4页公开的、Credelle等人的“MTFofHighResolutionPenTileMatrixTMDisplay”，这里据此一并参考引用。
三基色及多基色子像素重复组的实例，包括RGBW子像素重复组以及相关的子像素着色操作，公开在下述共有的美国专利申请公开中：(1)美国专利申请公开号2004/0051724(美国申请号10/234,094)、名称为“FOURCOLORARRANGEMENTSANDEMITTERSFORSUB-PIXELRENDERING”；(2)美国专利申请公开号2003/0128179(美国申请号10/278,352)、名称为“COLORFLATPANELDISPLAYSUB-PIXELARRANGEMENTSANDLAYOUTSFORSUB-PIXELRENDERINGWITHSPLITBLUESUB-PIXEL”；(3)美国专利申请公开号2003/0128225(美国申请号10/278,353)、名称为“COLORFLATPANELDISPLAYSUB-PIXELARRANGEMENTSANDLAYOUTSFORSUB-PIXELRENDERINGWITHINCREASEDMODULATIONTRANSFERFUNCTIONRESPONSE”；(4)美国专利公开号2004/0080479(美国申请号10/347,001)、名称为“SUB-PIXELARRANGEMENTSFORSTRIPEDDISPLAYSANDMETHODSANDSYSTEMSFORSUB-PIXELRENDERINGSAME”；(5)美国专利申请公开号2005/0225575(美国专利申请号10/961,506)、名称为“NOVELSUBPIXELLAYOUTSANDARRANGEMENTSFORHIGHBRIGHTNESSDISPLAYS”；以及(6)美国专利申请公开号2005/0225563(美国申请号10/821,388)、名称为“SUBPIXELRENDERINGFILTERSFORHIGHBRIGHTNESSSUBPIXELLAYOUTS”。这里将一并结合上述专利申请公开文件的每一个所教导的全部内容进行引用。
名称为“NOVELSUBPIXELLAYOUTSANDARRANGEMENTSFORHIGHBRIGHTNESSDISPLAYS”的US2005/0225575介绍了多种高亮度显示面板及装置，其包括具有至少一个白色(W)子像素和多个基色子像素的子像素重复组。基色子像素在这些不同的实施例中可以包括红色、蓝色、绿色、青色或是洋红色。名称为“SUBPIXELRENDERINGFILTERSFORHIGHBRIGHTNESSSUBPIXELLAYOUTS”的US2005/0225563介绍了对源(输入)图像数据进行着色从而显示在显示面板上的子像素着色技术，该显示面板主要包括一个具有白色子像素的子像素重复组，包括例如RGBW子像素重复组。这里的图9和图10，是复制US2005/0225563的图5A和图5B，分别示出了典型的RGBW子像素重复组3和9，其每一个均可在整个显示面板上大致重复以形成高亮度显示装置。RGBW子像素重复组9由位于两行四列内的八个子像素组成，且包括红色子像素2、绿色子像素4、蓝色子像素8以及白色(或空)子像素6各两个。如果将子像素重复组9看作具有四个象限，每个由两个子像素组成，那么红色和绿色子像素对被置于相对的象限内，类似于“棋盘”图案。也可以考虑其它的基色，包括青色，翡翠色或是洋红色。U$2005/0225563提到这些颜色名称仅仅“大致”是被描述成“红”、“绿”、“蓝”、“青色”和“白色”的颜色。所有的子像素处于它们最亮的状态时，可以调节确切的颜色点，以得到显示器上的所期望的白色点。
US2005/0225563提到输入图像数据可以照以下处理：(1)将常规RGB输入图像数据(或是具有一个其它常规格式的数据，例如sRGB、YCbCr等)转换成由R、G、B、W所定义的色阶上的颜色数据值，如果需要的话。这一转换也会产生单独的发光(L)色彩平面或色彩通道。(2)在每一个单独的色彩平面上进行子像素着色操作。(3)利用“L”(或“发光”)平面对每一个色彩平面进行锐化。
用于将常规RGB格式的输入图像数据着色至具有如图9A和9B所示类型的RGBW子像素重复组的显示面板上的子像素着色操作，一般遵从US7,123,277中所介绍及图示的原理，并且如上所述，具有某些修正。子像素着色滤光核可利用US7,123,277中所描述的区域重采样原理构造。在一个实施例中，联合滤光器用来将输入亮度数据映射到白色子像素；也就是说，来自于一个输入常规图像像素的亮度信号直接映射至子像素重复组内的一个白色子像素的亮度信号。白色子像素重构输入图像数据的大多数非饱和亮度信号，并且周围的基色子像素提供色彩信号信息。
US2005/0225563公开了有关对红色和绿色子像素排列在相对象限或在“棋盘”上的RGBW子像素重复组执行子像素着色操作的概略信息。红色和绿色颜色平面可以应用其后跟有区域重采样滤光器的高斯差分(DOG)小波滤光器。区域重采样滤光器可以去除任何可引起色度混叠的空间空间频率。DOG小波滤光器用来锐化使用跨色成分的图像。也就是说，红色平面用来锐化绿色子像素图像，而绿色平面用来锐化红色子像素图像。US2005/0225563公开了下列这些滤光器的一个具体实施方式：
表1
蓝色平面可以利用多个滤光器中的一个进行重采样，例如2x2箱式滤光器，
0.250.25
0.250.25
或是位于蓝色子像素中央的箱-帐篷式滤光器：
0.1250.250.125
0.1250.250.125
在基色子像素内产生色彩信号信息的一个实施例中，每一个输入像素图像数据被映射至两个子像素。为达到这一目的，还有按照基色子像素排列输入图像像素以产生区域重采样滤光器的多种不同方法。图10(摘自US2005/0225563的图6)示出了一种将四个输入图像像素映射至具有图9A所示子像素重复组的显示面板的红色平面中的子像素的区域重采样映射。输入图像数据再次以如图5所示被描述，作为一个阵列或是栅格的方格组50，每一个方格52代表输入图像像素的颜色数据值。图9A中的子像素重复组3，在图10中以黑色轮廓线示出，以两个子像素大体上按照栅格50上的一个输入图像像素52的彩色图像数据排列的排列方式叠加在栅格50上。黑点15代表子像素重复组3的红色子像素2的中心。红色平面的重采样区域阵列包括红色重采样区域，例如具有菱形形状的重采样区域14和16，且每一个重采样区域的中心按照红色子像素的中心15排列。可以看到，重采样区域14和16中的每一个都与多个输入图像像素的一部分重叠。计算区域重采样滤光器的滤光器系数，产生了被称作“菱形”滤光器，其中的一个实例是上面表格1中所示的区域重采样滤光器。
图10示出了子像素重复组与输入图像像素栅格以及红色平面重采样区域的特殊排列。US2005/225563公开了输入图像像素栅格与子像素重复组，或是与每一种颜色平面的重采样区域的排列的任一或更多方面，重采样点相对于输入栅格的定位选择，以及重采样区域的形状，可以被修改简化所产生的区域重采样滤光器。在那里介绍了几种这样修改的实施例。
共同拥有的国际申请PCT/US06/19657、名称为“MULTIPRIMARYCOLORSUBPIXELRENDERINGWITHMETAMERICFILTERING”介绍了将输入图像数据着色至多基色显示器的系统及方法，其利用色变对来调整子像素的输出颜色数据值。国际申请PCT/US06/19657以国际专利公开号WO2006/127555公开，这里据此一并参考引用。在子像素具有四个或更多的不一致基色的多基色显示器中，同样的色值通常会有多种组合的基色值。也就是说，对于具有给定色调、饱和度和亮度的颜色，可以有多于一组的四种或更多基色的亮度值，其对于人类观察者来说会给予了同样的色感。每一个这种可能的亮度值组被称为该颜色的“色变对”。因此，主要包括一特殊多基色子像素重复组的显示器上的色变对是至少两组彩色子像素的组合(或一组)，因此存在这样的信号，当其被施加至每一个这样的组时，产生被人类视觉系统接收的所期望的色彩。利用色变对为调节彩色基色的相对值提供了一个自由度，以达到预期的目的，例如改进图像着色的精度或感受。色变对滤光操作可以基于输入图像内容，并且可以依据各种可能的预期效果使子像素数据值最佳化，从而改善子像素着色操作的整体效果。
例如，在RGBW系统中，W子像素是附近有一组R，G，B子像素的灰色的色变对。用于产生指定颜色的子像素可以是任意相邻的子像素，它们离的足够近以使人类视觉系统将这些颜色混合在一起。这些自由度——从相似的颜色子像素中选择与在色变对中选择所提供的自由度相匹配的信号值，因此从不同组的颜色子像素中选择信号值——允许给定图像的亮度成分在子像素水平上可能以更高的保真度并且保持整体(或感受的)水平的正确的亮度和颜色被表示出来。这种从不同色变对中选择一种颜色的自由因此提供了改进图像的新的可能性。例如，显示器可被设计成以这样的方式来选择色变对，W子像素值当位于高频率边缘的亮侧时增加，或者位于高频率边缘的暗侧时减小。当红色和绿色子像素对落入图像中的高频率边缘的亮侧时，所期望的是选择一种色变对以使R和G子像素值增加。相反，当红色和绿色子像素对位于边缘的暗侧时，红色和绿色子像素值减小。
WO2006/127555介绍了实现色变对滤光功能的至少两个具体实施例。在一个实施例中，色变对滤光操作在图像处理流水线中要先于子像素着色操作进行，有效结合了该操作。在WO2006/127555中，这被称作为“直接色变对滤光”。在第二实施例中，忽略输入图像像素数据，在一个独立的进程中完成色变对滤光操作。在WO2006/127555中，这被称作是“预处理色变对滤光”。
WO2006/127555进一步介绍到，以计算色变对的形式，对色变对子像素组和相关的信号之间的动态关系进行建模成为可能。例如，可能找到色变对和任何特定色彩的信号之间的实质线性关系——以允许计算“邻近的”色变对和信号。这样的模型可以用于在某种意义上调节包含了色变对的子像素的强度值，从而最小化图像伪像和误差——例如色彩误差等等。根据这样的模型，强度调整值可以存储在显示器系统中，并被用于任何需要依据特定数据，例如亮度数据，来调整图像数据时。给出的这样调整的一个实例描述如下：当色变对中的基色之一被改变了一个量“a”时，可以将其他基色中的每一个改变一个量“a*m”，其中“色变对斜率”的项“m”可以对每个基色不同。斜率项“m”可以从将色彩从多基色系统转换到CIEXYz坐标系的矩阵M2X计算。本领域公知这个转换矩阵可以从多基色系统的基色的色度和亮度的测量来计算，例如在共同拥有的美国专利申请号2005/0083341和2005/0083352中讨论的。(在此通过参考引入)讨论了几种这样的转换矩阵。WO2006/127555提供了一个在特殊显示器上为给定基色组计算色变对斜率项“m”的方法论。
这里的图11摘自WO2006/127555的图11，其示意性的示出了色变对滤光操作的一个实施例。输入图像数据由亮度数据1102和色彩数据1104所表示。这些数据组可以空间上大致一致——例如1102是图像数据1104的亮度数据。用滤光核1110对亮度通道1102进行采样以得到高频率信息。该滤光器可以用于中心位于蓝-白(BW)像素对1106上的3×3区域。结果为锐化值“a”，用于在箱1112中改变色彩的色变对。对于亮度通道1102中的每一个值1106，都有一个在色彩通道1104中概略示出的对应的RGB和W值1108。RGBW值在步骤1112改变了它们的色变对。得到的色变对1116存储在输出缓存器1114中或转到下个处理步骤。以类似的方式(这里图中未示出)处理红绿(RG)子像素对，但用不同的滤光核。从亮度通道采样RG子像素对上的、居中的值，并用滤光核卷积该值。得到的锐化值“a”被使用来从色彩通道计算RGBW值的新的色变对。得到的新色变对被存储在输出缓存器中或转到下个处理步骤。图12，摘自WO2006/127555中的图15，示出了这样一个实施例。WO2006/127555公开了那里所示和描述的滤光核仅是代表性的，也可采用其它的滤光核以得到反映色变对之间的不同关系(例如，非线性关系，或是不同输入图像数据维数等等)的不同值。
WO2006/127555中进一步介绍了色变对滤光操作结合其它子像素着色(SPR)技术的使用，例如上述由US2005/0225563所提到的用于高亮布局的子像素着色操作。不是将色变对滤光操作作为一个预处理步骤执行，而是可以构造SPR操作以使其可以与子像素着色一起在单个通道中直接进行色变对操作。通常，利用区域重采样原理，锐化区域滤光核根据每一个颜色平面计算并从那一颜色平面的区域重采样滤光器上减去从而产生色变对锐化小波滤光器。读者可以参考WO2006/127555以得到更多细节。图13，摘自WO2006/127555的图17，示出了这样的一个实施例。
WO2006/127555还提到，对其中出现的所有表示子像素重复组的附图，通过将全部或是某些白色子像素用任一个青、黄、灰或是其它颜色代替，可以产生另外的子像素布局。另外，其中所描述的技术的范围涵盖了所有类型的显示技术的范围，包括透射式以及非透射式显示面板，例如，液晶显示器(LCD)、反射式液晶显示器、发射式电致发光显示器(EL)、等离子显示面板(PDP)、场致发射显示器(FED)、电泳显示器、闪光显示器(ID)、白炽显示器、固态发光二极管(LED)显示器、以及有机发光二极管(OLED)显示器。
用于执行子像素着色技术的显示装置结构的概述
图14A和图14B示出了实现上述子像素着色操作的、在这里以不同的方式引用的共有专利申请和已公布专利中的显示装置及系统的实施例的功能组件。图14A示出了显示系统1400，穿过显示系统1400的数据流以带箭头的粗实线表示。显示系统1400包括输入灰度系数(GAMMA)操作部1402、色域映射(GMA)操作部1404、线缓存器1406、SPR操作部1408、以及输出灰度系数操作部1410。
输入电路向系统1400提供RGB输入数据或其它输入数据格式。接着，RGB输入数据被输入至输入灰度系数操作部1402。然后，操作部1402的输出进入色域映射操作部1404。特征在于，色域映射操作部1404接收图像数据并对输入数据进行任何必要或所期望的色域映射操作。例如，如果图像处理系统输入了用于在RGBW显示面板上进行着色的RGB输入数据，那么就需要进行映射操作以便利用显示器上的白色(W)基色。在任何普通多基色显示系统中，当其输入数据从一个颜色空间进入另一个颜色空间并且输出的颜色空间中具有不同数量的基色数时，也都需要进行这个操作。另外，GMA可用于处理输入颜色数据被认为是输出显示空间里“来自色域”的情况。在不进行这样的色域映射转换的显示系统中，GMA操作部1404可以被省略。关于适用于多基色显示器的色域映射操作的另外的信息，可以在共有的以美国专利公开号为2005/0083352、2005/0083341、2005/0083344和2005/0225562公开的美国专利申请中得到，这里将一并参考引用其全部。
继续参考图14A，从色域映射操作部1404输出的中间图像数据被存贮在线缓存器(linebuffer)1406中。当需要该数据时，线缓存器1406向子像素着色(SPR)操作部1408提供进一步处理所需要的图像数据。例如，采用上面所介绍和描述的区域重采样原理的SPR操作，特征在于使用围绕着正在处理的给定图像数据点的3×3图像数据矩阵来进行区域重采样。因此，三个数据行被输入至SPR1408内以进行子像素着色操作，其可包括相邻的滤光步骤。在SPR操作部1408之后，图像数据在从系统输出至显示器之前属于输出灰度系数操作部1410。注意，输入灰度系数操作部1402和输出灰度系数操作部1410都是可选择的。有关这个显示系统实施方式的另外的信息可以从例如共有的美国专利申请公开号2005/0083352中得到。经过显示系统1400的数据流被称作为“色域管线(gamutpipeline)”或“灰度系数管线(gammapipeline)”。
图14B示出了显示系统一个实施例的系统电平图1420，该显示系统使用了上面所引用的WO2006/127555中所介绍的将子像素着色输入图像数据送至多基色显示器1422的技术。以与图14A中所示的那些相类似的方式进行操作的功能元件具有同样的附图标记。输入图像数据可由诸如RGB或YCbCr的三基色组成，其在GMA模块1404中可被转换成多基色。在显示系统1420中，GMA部件1402也可以计算输入图像数据信号的亮度通道，L，——除了其它多基色信号之外。在显示系统1420中，色变对计算可以以包括参照多个环绕图像数据(例如，像素或子像素)值的滤光操作的形式实现。这些环绕值的特征在于由线缓存器1406组织，虽然其它的实施例也是可能的，例如多帧缓存器。显示系统1420包括色变对滤光模块1412，其执行上面简单描述过且在WO2006/127555中更具体描述的操作。在显示系统1420的一个实施例中，色变对滤光操作部1412可以将其操作与子像素着色(SPR)模块1408相结合，以共用线缓存器1406。如上面所提到的，这种实施方式被称作“直接色变对滤光”。
图15提供了显示系统结构的功能方块图的辅助视图，该显示系统结构适于运用这里上面所述以及下面介绍的关于定向显示器的技术和子像素重复组。显示系统1550接收表示输入图像数据的输入信号。该信号输入至SPR操作部1408，其中输入图像数据进行子像素着色以显示。SPR操作部1408使用与附图14A和14B中所示显示系统所用的相同的附图标记，应当理解为SPR操作部1408可以包括对下面所介绍的SPR功能的任何修改，以达到在包括也在下述介绍的、特别适用于定向显示器的子像素重复组中的任一个的显示面板上运用子像素着色技术的目的。
继续参照图15，在这一显示系统结构中，SPR操作部1408的输出可被输入至时控机构1560。包括以不同于图15所示方式排列的功能元件的显示系统结构同样适用于这里设想的定向显示系统。例如，在其它实施例中，SPR操作部1408可以被并入至时控机构1560中，或是设置在显示面板1570内部(特别是使用LTPS或是其它类似处理技术)，或是存在于显示系统1550的其它位置，例如，在图形控制器内。图15所示的显示系统1550的功能方块的特殊位置并不表示以任何方式对其进行限定。
在显示系统1550中，数据和控制信号从时控机构1560输出至驱动电路以便向显示面板1570上的子像素发送图像信号。特别的，图15示出了在本领域中也被称作是数据驱动器的列驱动器1566和在本领域中也被称作是栅极驱动器的行驱动器1568，用来接收待发送至显示面板1570上的合适子像素的图像信号数据。显示面板1570主要包括图17A中的子像素重复组1720，其由具有包括白色(空)子像素的四基色的两行八列的子像素重复组所组成。应当意识到，在重复组1720中的子像素没有按照关于显示面板1570的比例画出；而是画的较大以便于观察。如展开图所示，显示面板1570主要包括所示的其它子像素重复组，特别是那些图中示出的和在下面更详细描述的且特别适于定向显示器的。显示面板1570的一个可能的标注尺寸是水平线上1920个子像素(640个红色、640个绿色以及640个蓝色子像素)和960行子像素。这样的显示器具有必要的子像素数目以在其上显示VGA、1280×720以及1280×960的输入信号。然而可以理解的是，显示面板1570代表任意尺寸的显示面板。
上面所述显示器的硬件执行的各种方面同样介绍在共有的名称为“TRANSISTORBACKPLANESFORLIQUIDCRYSTALDISPLAYSCOMPRISINGDIFFERENTSIZEDSUBPIXELS”的美国专利申请公开号2005/0212741(US10/807,604)、名称为“SYSTEMANDMETHODFORIMPROVINGSUB-PIXELRENDERINGOFIMAGEDATAINNON-STRIPEDDISPLAYSYSTEMS”的US2005/0225548(US10/821,387)，以及名称为“INCREASINGGAMMAACCURACYINQUANTIZEDSYSTEMS”的US2005/0276502(US10/866,447)中，这里据此一并参考引用其全部内容。硬件执行的考虑同样被描述在以国际专利公开号WO2006/108084公开的、名称为“EFFICIENTMEMORYSTRUCTUREFORDISPLAYSYSTEMWITHNOVELSUBPIXELSTRUCTURES″的国际申请PCT/US06/12768中，这里也将参考引用。硬件执行的考虑进一步描述在Elliott等人的一篇在2002年5月的SID研讨会文摘的第172-175页公布的、名称为“Co-optimizationofColorAMLCDSubpixelArchitectureandRenderingalgorithm”的文章中，这里也据此一并参考引用。
这里上面介绍的以及下面将要介绍的技术和子像素重复组包括所有类型的显示技术的范围，包括透射式以及非透射式显示面板，例如，液晶显示器(LCD)、反射式液晶显示器、发射式电致发光显示器(EL)、等离子显示面板(PDP)、场致发射显示器(FED)、电泳显示器、闪光显示器(ID)、白炽显示器、固态发光二极管(LED)显示器、以及有机发光二极管(OLED)显示器。
定向显示装置用子像素布局及子像素着色
现在这个描述转到讨论特别适用于定向显示装置用显示面板的子像素重复组的具体实施例，所述显示装置能够同时显示至少两个图像。正如背景技术中所提到的，定向显示装置可被设置成显示预计被单个观察者从最佳观察点观察到的至少两个图像，从而产生单个三维图像的感觉。定向显示装置也可被配置成显示至少两个图像，其中每一个预计被单个观察者从第一和第二观察点，或是被两个观察者在第一和第二观察点观察到。这里在多个示出子像素重复组的具体实施例的附图中，所示的显示面板部分中的子像素列被标记成“L”和“R”，表示显示面板的某些列被定向至“左视图”(例如，在3D显示系统中观察者的左眼)，而其它列则被定向至“右视图”。“L”和“R”标记不意味着以任何方式来限定显示面板周于自动立体装置中。所想要的是，当主要包括如特定附图所示的子像素重复组的显示面板被用于定向显示装置时，第一半列(“R”列)的发射光线被定向以产生从第一观察点可见的第一图像，并且第二半列(“L”列)的发射光线被定向以产生从第二观察点可见的第二图像。这些第一和第二图像被称作视图，且形成每一视图的基础的子像素排列在单独的附图中被示出。应当理解的是，图中所示的子像素排列是形成原始显示面板的子像素的一个子集。
在下面所介绍的一些图示实施例中，图示的显示面板部分中的子像素列被标记成“L”、“R”、“B”。指定“B”的列用来被光学定向机构或是显示器组件定向至左侧和右侧的图像。这些特殊实施方式适用于左眼和右眼图像共用图像色彩信息的自动立体3D显示器。这些特殊实施方式可能不太适于第一和第二图像没有共用相同的色彩信息的多视图定向显示器。
在下面所介绍的每一个图示实施例中，具有主要包括该实施例中子像素重复组的显示面板的显示装置并不局限于单独用在定向显示装置中，且可以在传统的单个图像或2D模式下、或是上述被称作2D3D可切换显示器中运行。子像素着色(SPR)操作部(例如，图14A所示的显示装置1400的SPR操作部1408或是图14B所示的显示装置1420)可以配置成接收输入图像数据并为运行在2D模式时的显示面板上的每一个子像素产生输出图像数据，利用上面介绍中以及这里引用的专利公开及专利申请文件中所描述的区域重采样及色变对滤光技术。应当理解的是，本领域技术人员能够将上述文件中教导的原理应用到这里图示的予像素重复组中，以产生可实现子像素着色操作的合适的滤光器，且该细节在下面的描述中将被省略。
在下面所介绍的子像素重复组的具体实施例中，制作了参照物，且示出了子像素以特定的颜色顺序和行列位置排列的实例。应当理解的是，在图示的一些或全部排列中，子像素的行位置可以互换，例如当位于第一和第二行的子像素可以互换。另外，在图示的一些或是全部排列中，也应当理解的是，提及子像素重复组的第一和第二行内的彩色子像素的特定顺序，同样包括了将子像素重复组向左或向右旋转90度的排列。
1.多基色子像素重复组的实施例
作为预备事项，图16A、17A、18A和19A所示的多基色子像素重复组实施例的每一个都包括作为基色的白色(W)子像素。在这些实施例的每一个中，应当理解的是，白色子像素可以被用作基色的任何其它合适的颜色所代替，例如黄色、洋红色、灰蓝色或青色。白色予像素也可以被另外的红色、绿色或蓝色子像素的例子代替。另外，如共有的介绍了这些高亮度布局的其它实施方式的US2005/0225563中所提到的，这些颜色名称仅“大致”是被描述成“红”、“绿”、“蓝”、“青色”和“白色”的颜色。所有的子像素处于它们最亮的状态时，可以调节确切的颜色点，从而在显示器形成上所期望的白色点。
图16A示出了主要包括子像素重复组1610的显示面板的一部分。子像素重复组1610包括分布在两行中的十二(12)个子像素，且包括四个红色子像素1612、四个绿色子像素1614、两个蓝色子像素1616和两个白色(或空白)子像素1618。蓝色子像素1616和白色子像素1618分布在同一列中以形成交替的蓝色和白色子像素的条纹。如果子像素重复组被看成具有四个象限，每一个由三个子像素组成，那么白色子像素1618和蓝色子像素1616分布在相对象限的不同行中，形成了一种低分辨率的棋盘图案。红色子像素1612在每一个象限中与绿色子像素1614成对。在第一行中，当在该行中以从左向右的方向运动时，绿色子像素1614在红色子像素1612之后，且在第二行中红色子像素1612在绿色子像素1614之后。红色和绿色子像素这样的排列可以作为更高分辨率的棋盘图案被观察。
具有主要包括如图16A所示的子像素重复组1610的显示面板的显示装置也可以作为定向显示装置运行。图16B示出了由图16A中标记为“R”的子像素的列1624所产生的视图1604。视图1604中所显示的图像着色在子像素重复组1630上，该子像素重复组包括分布在两行中的六个子像素，并且包括两个红色子像素1612、两个绿色子像素1614、一个蓝色子像素1616和一个白色子像素1618。图16C示出了由图16A中标记为“L”的子像素的列1622所产生的视图1602。视图1602中所显示的图像着色在子像素重复组1640上，该子像素重复纽包括分布在两行中的六个子像素，并且包括两个红色子像素1612、两个绿色子像素1614、一个蓝色子像素1616和一个白色子像素1618。这些特殊的予像素重复组1630和1640先前介绍和论述在共有的美国专利申请公开号2004/0051724、名称为“FOURCOLORARRANGEMENTSANDEMITTERSFORSUB-PIXELRENDERING″和国际专利公开号WO2006/127555、名称为“MUTIPRIMARYCOLORSUBPIXELRENDERINGWITHMETAMERICFILTERING”中。由此产生在包括图16A中子像素重复组1610的显示面板上的截然不同的“L”和“R”图像，相对于在主要包括子像素排列1630和1640的显示面板上产生的图像，具有其中所介绍的全部优点。
图17A示出了主要包括子像素重复组1720的显示面板1700的一部分。子像素重复组1720由分布在两行中的二十四(24)个子像素组成，且由八个绿色子像素1744、八个白色(或空白)子像素1748、四个蓝色子像素1746以及四个红色子像素1742所组成。红色子像素1742以及蓝色子像素1746分布在同一列中以形成交替的红色和蓝色子像素的四列。红色和蓝色予像素的列分布在形成了交替的绿色和白色子像素列的绿色子像素1744和白色子像素1748对之间。每一行包含了两个红色子像素1742和两个蓝色子像素1746，其按照从左向右的顺序交替，在第一行中蓝色子像素1746在红色子像素1742之后，且在第二行中红色子像素1742在蓝色子像素1746之后，以形成红色和蓝色基色的低分辨率的棋盘图案。成对的绿色和白色子像素在每一行中也按从左向右的顺序交替，形成水平方向上更高分辨率的棋盘图案。绿色(G)和白色(W)子像素的重复图案在下面的例子中可更容易的看到，其中使用子母来代表子像素的颜色和位置，其中“x”是子像素重复组1720中蓝色和红色子像素的占位符(placeholder)：
G W x W G x G W x W G x
W G x G W x W G x G W x
图17A具有分别标记为“R”、“L”和“B”的子像素列1724、1722和1723。当具有主要包括子像素重复组1720的显示面板的显示装置作为定向显示装置运行时，由红色和蓝色交替子像素所组成的标记为“B”的列1723被定向到第一(R)和第二(L)两个图像上。在本实施例中，基色基于其相对亮度被分为两级基色，且相对较暗的基色，在本实施例中的红色和蓝色基色子像素，被共用在左和右视图之间。人类视觉系统对此可以忍受，因为由于色彩通道的分辨率太低以致于不能提供两个视差独立图像之间的精细距离，当产生视觉深度或距离感的心理印象时并没有参照色彩通道。只有亮度通道具有所需的分辨率。因此，较亮基色的子像素承载了传输所需的立体信息的任务。另外，左和右视图可共用那些没有产生视觉伪像的列的色彩信息。图17A所示的实施例特别适用于3D自动立体显示器以及可切换2D3D显示器。
图17B示出了由图17A中标记为“R”的子像素列1724和标记为“B”的子像素列1723所产生的视图1734。在视图1734中所显示的图像在子像素重复组1730上着色，该子像素重复组由分布在两行中且红、绿、蓝和白色子像素各有两个的八个子像素所组成。图17C示出了由图17A中标记为“L”的子像素列1722和标记为“B”的子像素列1723所产生的视图1732。在视图1732中所显示的图像在子像素重复组1740上着色，该子像素重复组也由分布在两行中且红、绿、蓝和白色子像素各有两个的八个子像素所组成。第一和第二视图的子像素重复组1730和1740先前介绍和描述在共有的美国专利申请公开号2005/0225575、名称为“NOVELSUBPIXELLAYOUTSANDARRANGEMENTSFORHIGHBRIGHTNESSDISPLAY”中，也在上面所引用的WO2006/127555中。因此，产生在包括图17A中子像素重复组1720的显示面板上的截然不同的“L”和“R”图像，相对于在主要包括子像素排列1730和1740的显示面板产生的图像，具有其中所介绍的全部优点。
用于着色第一和第二(例如左侧和右侧)视图的子像素着色操作可以被修改以用来解释显示面板1700上的子像素的子集(即列1723)被两视图共用的事实。为那些对应于由两视图共用的列1723内的彩色子像素的色彩平面，子像素着色操作可以将属于两个单独视图1734和1732的输入图像数据的影响平均化。在图17A所示的实施例中，子像素着色操作可为红色和蓝色平面将属于两个单独视图1734和1732的输入图像数据的影响平均化。另外，期望的是调整选为两视图1734和1732中的每一个的色变对以使两视图中列内子像素最大可能的相同。如果非要从其中选择一个，期望的是选择可以在最相互接近的每一个视图中最可能带来红-绿色彩通道的那种色变对，因为人类视觉系统对在这种色彩通道中的误差要比在黄-蓝色彩通道中的误差更加敏感。在图17A的子像素1720的排列的情况下，每个视图的红色平面被设置成尽可能的相同。
图18A示出了主要由子像素重复组1810组成的显示面板的一部分。子像素重复组1810由分布在两行内的二十四(24)个子像素组成，且包括16个白色(或空白)子像素1818、2个绿色子像素1814、2个蓝色子像素1816、2个红色子像素1812以及2个合适的第五基色的子像素1817，例如青色、翡翠色、黄色、品红色或是其它合适的颜色1817。在图18A、18B和18C中，第五基色子像素1817代表青色，周密间隔的横阴影线表示。白色子像素1818分布在两相邻的列中。红色子像素1812和青色子像素1817在两列中相互交替，且绿色子像素1814和蓝色子像素1816在两列中相互交替。
图18A示出了白色子像素1818的列1824以及1822，分别以“R”和“L”标记。当具有主要由子像素重复组1810所组成的显示面板的显示装置作为定向显示装置运行时，显示面板的标记为“R”的列1824被定向至第一(R)图像，且显示面板的列1822被定向至第二(L)图像。当具有主要由子像素重复组1810所组成的显示面板的显示装置作为定向显示装置运行时，标记为“B”且由交替的红色和青色子像素组成的列1825，以及由交替的绿色和蓝色子像素组成的列1823被定向至第一(R)和第二(L)两个图像。
图18B所示的是由图18A中标记为“R”的子像素列1824以及标记为“B”的子像素列1823和1825所产生的视图1804。图18C所示的是由图18A中标记为“L”的子像素列1822以及标记为“B”的子像素列1823和1825所产生的视图1802。图18A所示实施例特别适用于自动立体3D显示器以及可切换2D3D显示器。如上所述的关于图17A、17B和17C所示的实施例，由于亮度通道具有人类视觉系统产生视觉深度或是距离感的心理印象所需要的必要分辨率，主要由图18A的实施例中的白色子像素来承载传输所需的立体信息的任务，而颜色深的基色子像素承载未产生视觉赝像(artifact)的图像的色彩信息。
显示在视图1804和1806的每一个内的图像在子像素重复组1830上被着色，所述子像素重复组1830由分布在两行内的16个子像素组成，且包括8个白色子像素1818和每种为2个的红色、绿色、蓝色和青色子像素。可以看到白色子像素置于横跨视图1804的正方形排列中。也就是说，连接四个相邻白色子像素的中心的假想线形成一个正方形。当子像素重复组1830被看作具有四个的象限，每个象限具有4个像素时，可以看到深色基色对分布在相对的象限中，形成了棋盘形图案。具有图18B和18C中所示类型的白色子像素列的子像素重复组，先前公开和描述在上面都有引用的共有的美国专利申请公开号2005/0225575以及共有的WO2006/127555中。因此，由图18A中子像素重复组1810组成的显示面板上所产生的截然不同的“L”和“R”图像，相对于主要由子像素排列1830所组成的显示面板上所产生的图像，具有其中所介绍的全部优点。
图19A所示的主要由子像素重复组1910所组成的显示面板1900的一部分。子像素重复组1910由分布在四行两列中大体上为正方形形状的八(8)个子像素组成，且包括每种基色各两个子像素。红色子像素1912和蓝色子像素1916分布在同一行中形成两行交替的红色和蓝色子像素，其位于交替的绿色子像素1914和白色子像素1918行之间。子像素重复组1910中的每一列都包括了每一种基色的一个子像素。当具有主要由子像素重复组1910所组成的显示面板的显示装置以常规的2D模式运行时，4个子像素(红、绿、蓝和白各一个)可用于在“全像素”模式下显示信息，且子像素着色操作可以省略。当具有主要由子像素重复组1910所组成的显示面板的显示装置作为定向显示装置运行时，例如在3D模式中，第一和第二图像数据按列分开，标记为(R)的列1924内的图像数据将产生图19B中所示的视图1902，且标记为(L)的列1922的图像数据将产生图19C中所示的视图1904。
图19B中的视图1902和图19C中的视图1904具有一些相似点。数据的每一行都由2个子像素行组成。亮度中心要么位于红绿(RG)子像素对1936上，要么位于蓝白(BW)子像素对1938上(图19B)。在这种操作模式下(例如3D)，图像数据的每一列使用具有适当锐化算法的上面所述的子像素着色操作能够建立全分辨率。然而，为了实现正确的颜色，色彩信息必须被传播至两个或三个行对中，这就限制了纵轴上的分辨率。图19C示出了实现正确颜色所需要的子像素。当其颜色待产生的输入图像数据位于红-绿子像素对1926中心时，四个蓝色和白色子像素对1928、1930、1932、1934被用于平衡颜色。锐化算法可用来加强输入图像中水平线的锐度。注意，在由子像素重复组1910所组成的显示面板中，在视图1902和1904的每一个中的输出图像的对角线，可以具有与其当显示面板在常规的2D模式下运行时相同的调制传递函数(MTF)，因为在视图1902和1904的每一个中，子像素的颜色在列内相互交替。
2.三基色子像素重复组的具体实施例
图20A示出了主要由子像素重复组2010所组成的显示面板2000的一部分。子像素重复组2010由分布在两行中、具有三种基色的六(6)个子像素组成。蓝色子像素2016分布在形成垂直条纹的列中。每一行都包括一个红色子像素2012和一个绿色子像素2014，在第一行中绿色子像素2014在红色子像素2012之后，而在第二行中红色子像素2012在绿色子像素2014之后，以形成棋盘形图案。在一行内任意三个连续不同的基色子像素可以组合在一起作为常规的整体像素2020。因此，当在2D模式运行时，显示面板可以被用作全色常规整体像素2020的阵列。
图20A具有分别标记为“R”和“L”的子像素列2024和2022。当具有主要由子像素重复组2010所组成的显示面板的显示装置作为定向显示装置运行时，标记为“R”的列2024被定向到第一(R)图像，且被标记为“L”的列2022被定向到第二(L)图像。图20B示出了由图20A中标记为“R”的子像素列2024所产生的视图2004。在视图2004内显示的图像着色在子像素重复组2030上，其由分布在两行中的红、绿、蓝色子像素各两个的6个子像素所组成。注意，该子像素大体上占用了相对于子像素重复组2010相同的位置，并包括蓝色子像素的垂直条纹。图20C示出了由图20A中标记为“L”的子像素列2022所产生的视图2002。视图2002显示的图像也在子像素重复组2030上进行着色。
具有垂直蓝色条纹的子像素重复组2030的变化先前公开和描述在共用的美国专利7,123,277和6,903,754中。因此，由图20A中的子像素重复组2020所组成的显示面板所产生的截然不同的“L”和“R”图像，相对于主要由子像素排列2030所组成的显示面板所产生的图像，具有其中所介绍的全部优点。特别的，如果图20A的显示面板2000在常规的2D模式下用于显示以全像素模式(即，使用全像素2020并且没有使用子像素着色技术)着色的图像，将会具有指定的分辨率r。当作为定向显示装置运行时由这一相同面板所产生的第一(R)和第二(L)图像的每一个，当子像素着色操作被用于着色每一个视图的图像数据时，将会具有相同的分辨率r。
可选的，图20A中显示面板2000的红色子像素2012、绿色子像素2014和蓝色子像素2016可被配置成具有窄的宽高比。这样可以允许显示面板2000用于常规2D模式下运行时增加显示面板水平方向的分辨率，因此提高图像质量，通过利用在2D模式下显示图像的子像素着色。
图21A、22A、23A和24A介绍了具体实施例，其中显示面板的子像素重复组的包括分辨率高于其它两种基色子像素的一种基色子像素。以更高分辨率出现的子像素被称作子像素重复组的多数子像素。这些特殊实施例利用绿色子像素作为多数子像素，但应当理解的是可能存在这样的场合(例如，一种特殊的显示应用)，其中适于应用一种不同的基色作为多数子像素。在这些实施例的每一个中，多数子像素分布在子像素重复组中，以便在显示面板上形成垂直或水平的条纹。少数子像素分布在子像素重复组的相对象限中，类似于棋盘图案的方式。也就是说，如果子像素重复组具有分布在每行具有N/2个子像素的两行中的N个子像素，那么可以观察到子像素重复组具有由N/4个子像素组成的四个象限，其中相同颜色的少数子像素分布在相对的象限中，如下面所示，其中P1为多数子像素，且P2和P3为两个少数基色子像素：
P1P1P2P1P1P3
P1P1P3P1P1P2
当定向显示装置包括主要由这些子像素重复组的一个组成的显示面板时，在子像素重复组上产生第一(R)和第二(L)视图，并且其中一种基色的子像素比其它两种基色的子像素的分辨率要高一些。图21B、21C、22B、22C、23B、23C、24B和24C中所示的这些不同的子像素重复组先前公开和描述在，或者说子像素重复组的所有变化例先前公开和描述在美国专利申请公开号2003/0128225(美国申请号10/278,353)、名称为“COLORFLATDISPLAYSUB-PIXELARRANGEMENTSANDLAYOUTSFORSUB-PIXELRENDERINGWITHINCREASEDMODULATIONTRANSFERFUNCTIONRESPONSE”中。因此，当如这里图中所示产生第一或第二视图时，所述图像相对于主要由其中所述的子像素排列所组成的显示面板所产生的图像，具有US2003/0128225中所描述的所有优点和好处。
图21A示出了主要由子像素重复组2110所组成的显示面板2100的一部分。图21A示出了主要由子像素重复组2110所组成的显示面板2100的一部分。子像素重复组2110由分布在四行四列中的十六(16)个子像素组成，并且包括4个红色子像素2112、8个绿色子像素2114以及4个蓝色子像素2116。绿色子像素2114在垂直方向具有红色和蓝色子像素一半的宽高比，并且分布在行内形成横跨显示面板2100的水平条纹。如果子像素重复组被看作具有四个象限，每个象限具有四个子像素，那么红色和蓝色子像素成对存在于每一个象限中，并且红色子像素2112和蓝色子像素2116对分布在相对象限的不同的列中，形成可被称作双棋盘图案的图案。在一个四元组内的三基色的四个子像素，例如红色2112、两个绿色2114以及蓝色2116子像素，可以被看成是常规的全像素2120。因此，显示面板2100当以2D模式运行时，可被当作全色常规全像素2120的一个阵列对待。
图21A具有分别标记为“R”和“L”的子像素列2124和2122。当具有主要由子像素重复组2110所组成的显示面板的显示装置作为定向显示装置运行时，标记为“R”的列2124被定向到第一(R)图像，且标记为“L”的列2122被定向到第二(L)图像。图21B示出了由图21A中标记为“R”的子像素列2124所产生的视图2104。视图2104中所显示的图像着色在子像素重复组2130上，其由8个分布在四行内的子像素所组成，且包括4个绿色子像素2114以及红色和蓝色子像素各两个。注意，子像素重复组2130中的绿色子像素2114分布在水平条纹中，并且绿色子像素2114横跨视图2104形成矩形排列。也就是说，连接四个相邻绿色子像素的中心的假想线形成一个矩形。子像素重复组2130中的子像素大体占用了相对于子像素重复组2110相同的位置，包括绿色子像素2116的水平条纹，以及红色和蓝色子像素的棋盘图案。图21C示出了由图21A中标记为“L”的子像素列2122所产生的视图2102。在视图2102上显示的图像同样在子像素重复组2130上进行着色。
参考图21B，由右视图2104所组成的输入常规RGB图像数据集可被映射到右视图2104中的子像素排列，这样输入绿色图像值与绿色子像素2114(即，一个输入图像像素对应一个绿色像素)一对一映射，从而完全重构输入图像的绿色部分。输入图像数据集的红色和蓝色数据值在形成相应的红色和蓝色重采样区域阵列的红色子像素2112以及蓝色子像素2116上进行重构，正如上面所描述的关于美国专利7,123,277中所介绍的子像素着色操作。许多类型的滤光器可用来完成红色和蓝色平面的映射。在一种方法中，复数个输入图像像素的红色或蓝色数据值的影响被用来产生目标红色或蓝色子像素的数据值，输入图像像素可以据此用来重构最接近目标红色或蓝色子像素的绿色子像素的数据值。
作为这种类型映射的一个实例，参考图21B，其示出了每个都用点划线划界的逻辑像素2160和2165。重叠的逻辑像素2160和2165由红、绿和蓝色子像素各一个所组成，并且在每一个逻辑像素内都具有总共三个子像素。在这种图像映射实例中，每一个逻辑像素2160和2165分别包括唯一的绿色子像素2114A和2114B，并且和其它相邻或重叠的逻辑像素共用其红色子像素和蓝色子像素(如，蓝色子像素2116A)。因此，目标蓝色子像素2116A的上下都被绿色子像素2114A和2114B围绕。箱滤光器用来映射两个输入图像像素的蓝色数据值，并且用来将绿色图像数据值映射至相邻的绿色子像素2114A和2114B。箱式滤光器中的两个值均为二分之一(0.5)。类似的操作用于将输入图像像素数据映射至红色子像素的数据值。
图22A所示的是主要由子像素重复组2210组成的显示面板的一部分。子像素重复组2210由分布在2行4列中的八(8)个子像素组成，且包括2个红色子像素2212、4个绿色子像素2214、以及2个蓝色子像素2216。绿色子像素2214具有红色和蓝色子像素水平方向上一半的宽高比，且分布在两行中在显示面板2200内形成垂直条纹。如果子像素重复组被看成具有四个象限，每个象限有两个子像素，那么红色和蓝色子像素分布在相对象限的不同列中，形成棋盘形图案。在一个四元组中的4个三基色子像素，例如红色2212、2个绿色2214以及蓝色2216子像素，可看作是常规的全像素2220。因此，当以2D模式运行时，显示面板2200可当作一个全色常规全像素2220的阵列对待。
图22A具有分别标记为“R”和“L”的子像素列对2224和2222。当具有主要由子像素重复组2210所组成的显示面板的显示装置作为定向显示装置运行时，标记为“R”的列对2224被定向到第一(R)图像，且标记为“L”的列对2222被定向到第二(L)图像。图22B示出了由图22A中标记为“R”的子像素列对2224所产生的视图2204。视图2204中所显示的图像着色在子像素重复组2230上，其由四个分布在两行内的子像素组成，且包括两个绿色子像素2114以及红色和蓝色子像素各一个。注意，子像素重复组2230中的绿色子像素2214也分布在水平条纹中；绿色子像素2214也形成了横跨视图2204的矩形排列。也就是说，连接四个绿色子像素的中心的假想线形成一个矩形。通过观察多重子像素组2230可以看到，在视图2204中，红色子像素2212分布在与蓝色子像素2216的水平条纹相互交替的水平条纹中。与这里所描述和图示的其它实施例形成对比，当子像素的列对2224被定向至第一(R)视图2204时，图22A中显示面板2200上的红色和蓝色子像素并没有形成横跨第一(R)视图2204的棋盘图案。图22C示出了由图22A中标记为“L”的子像素列对2222所产生的视图2202。视图2202所显示的图像在子像素重复组2240上进行着色。子像素重复组2240与子像素重复组2230相类似，绿色子像素2214分布在垂直条纹中，但是红色和蓝色子像素的交替的水平条纹的位置是相反的。
参考图22B，由右视图2204所组成的输入常规RGB图像数据集可被映射到右视图2204的子像素排列中，这样输入绿色图像值与绿色子像素2214(例如，一个输入图像像素对应一个绿色像素)一对一映射，从而完全重构输入图像的绿色部分。输入图像数据集的红色和蓝色数据值在形成相应的红色和蓝色重采样区域阵列的红色子像素2212以及蓝色子像素2216上进行重构，正如上面所描述的关于美国专利7,123,277中所介绍的子像素着色操作。多个类型的滤光器可用来完成红色和蓝色平面的映射。在每一种方法中，复数个输入图像像素的红色或蓝色数据值的影响被用来产生目标红色或蓝色子像素的数据值，输入图像像素可以据此用来重构最接近目标红色或蓝色子像素的绿色子像素的数据值。
作为第一种类型映射的一个实例，参考图22B，其示出了用点划线划界的逻辑像素2260。逻辑像素2260包括4个子像素，包括唯一的绿色子像素2214A，且其为目标红色子像素2212A的逻辑像素。三个输入图像像素将被映射至目标红色子像素2212A的数据值：第一输入图像像素被映射至与目标红色子像素2212A相邻的绿色子像素2214A中，同时第二和第三输入图像像素被映射至位于绿色子像素2214A之上和之下的绿色子像素2214B和2114B。帐逢式滤光器用于映射第一、第二和第三输入图像像素的红色数据值以产生目标红色子像素2212A的数据值。帐篷式滤光器中的三个值可以分别为四分之一(0.25)、二分之一(0.5)和四分之一(0.25)。类似的操作可以用来将输入图像像素数据映射至蓝色子像素的数据值。考虑图22B中的目标蓝色子像素2216A的逻辑像素2262。利用相同的帐篷式滤光器，三个输入图像数据可被映射至目标蓝色子像素2216A的数据值：第一输入图像像素被映射至与目标蓝色子像素2216A相邻的绿色子像素2214D中，同时第二和第三输入图像像素被映射至位于绿色子像素2214D之上和之下的绿色子像素2214E和2114F。当根据本实施例来运行子像素着色操作时，可以看到每一个逻辑像素与邻接和重叠的逻辑像素共用一个红色或蓝色子像素。重叠的逻辑像素没有在图22B中明确示出，以防止附图太过复杂。
作为第二种类型映射的一个实例，参考图22C，其示出了用点划线划界的逻辑像素2265。逻辑像素2260包括三个子像素，包括唯一的绿色子像素2214A，且其为目标蓝色子像素2216A的逻辑像素。两个输入图像像素将被映射以产生目标蓝色子像素2216A的数据值：第一输入图像像素被映射至与目标蓝色子像素2216A相邻的绿色子像素2214A中，同时第二输入图像像素被映射至位于绿色子像素2214A之上的绿色子像素2214B。箱式滤光器用于映射第一和第二输入图像像素的蓝色数据值以产生目标蓝色子像素2216A的数据值。箱式滤光器中的两个值均为二分之一(0.5)。类似的操作可以用来将输入图像像素数据映射至红色子像素的数据值。利用相同的箱式滤光器，两个输入图像数据可被映射以产生目标红色子像素2212B的数据值：第一输入图像像素被映射至与目标红色子像素2212B相邻的绿色子像素2214B中，同时第二输入图像像素被映射至位于绿色子像素2214B之下的绿色子像素2214A。当根据本实施例来运行子像素着色操作时，可以看到每一个逻辑像素与邻接和重叠的逻辑像素共用一个红色或蓝色子像素。重叠的逻辑像素没有在图22C中明确示出，以防止附图太过复杂。
图23A示出了主要由子像素重复组2310所组成的显示面板2300的一部分。子像素重复组2310由分布在四行四列中的十六(16)个子像素组成，并且包括4个红色子像素2312、8个绿色子像素2314、以及4个蓝色子像素2316。绿色子像素2314在垂直方向具有红色和蓝色子像素一半的宽高比，并且分布在子像素重复组2310的两行内以形成横跨显示面板2300的两个水平条纹。如果子像素重复组2310被看作是具有四个象限，每个象限具有四个子像素，那么红色子像素对2312和蓝色子像素对2316分布在相对象限中，形成双棋盘图案。组2320或是四个子像素的四元组可以被当作常规的“全”像素对待。因此，当以常规的2D模式运行时，显示面板可被当作全色常规全像素2320的一个阵列对待。
具有主要由图23A所示的子像素重复组2310所组成的显示面板的显示装置同样可以作为定向显示装置运行。图23B示出了图23A中标记为“R”的子像素列2324所产生的视图2304。视图2304中所显示的图像着色在子像素重复组2330上，其由8个分布在四行两列内的子像素组成，且包括2个红色子像素2312、两个蓝色子像素2316、以及形成了两行水平条纹的4个绿色子像素2314。绿色子像素2314在视图2304上的位置形成了横跨显示面板的矩形排列。也就是说，连接四个相邻绿色子像素的中心的假想线形成一个矩形。红色子像素2312和蓝色子像素2316在棋盘图案中彼此对角相对。
图23C示出了由图23A中标记为“L”的子像素列2322所产生的视图2302。显示在视图2302上的图像，如视图2304中产生的，也在相同的子像素重复组2330上进行着色。因此，由图23A中子像素重复组2310组成的显示面板上所产生的截然不同的“L”和“R”图像，相对于主要由子像素排列2330所组成的显示面板使用其中所描述类型的子像素着色操作所产生的图像，具有其中所介绍的全部优点。另外，关于在定向显示系统中使用子像素重复组2310，调整所示绿色子像素2314的宽高比可以使视图2304和2302中的每一个序列轴的分辨率保持大体上相等。
参考图23B，在创建视图2304(标记为“R”的视图)的子像素着色操作过程中，代表视图2304的输入常规RGB图像数据可被映射到子像素重复组2330，这样输入绿色图像值与绿色子像素2314(即，一个输入图像像素对应一个绿色像素)一对一映射，从而完全重构输入图像的绿色部分。输入图像数据集的红色和蓝色数据值在形成相应的红色和蓝色重采样区域阵列的红色子像素2112以及蓝色子像素2116上进行重构，正如上面所描述的关于美国专利7123277中所介绍的子像素着色操作。多个类型的滤光器可用来完成红色和蓝色平面的映射。大体上，这些滤光器利用复数个输入图像像素的红色或蓝色数据值的影响来产生目标红色或蓝色子像素的数据值，其可来重构最接近目标红色或蓝色子像素的绿色子像素的数据值。
作为这类映射的一个实例，参考图23B，其示出了一种非邻接(NC)逻辑像素(今后以NC逻辑像素引用)，其以点划线2360和2361划界。NC逻辑像素是目标蓝色子像素2316A的逻辑像素并且由6个子像素组成。在这一图像映射实例中，每一个NC逻辑像素包括一个唯一的第一基色子像素和一个作为逻辑像素的目标子像素的第二基色子像素。第一基色子像素被称作是唯一的，是因为其为包含在逻辑像素中的唯一的绿色子像素。在所示的实例中，NC逻辑像素包括唯一的绿色子像素2314A和一个作为目标子像素的蓝色子像素2316A。每一个NC逻辑像素进一步包括第三基色的四个子像素；在所示的实例中，NC逻辑像素包括四个并未在图中单独表示出来的红色子像素。
为了产生目标蓝色子像素2316A的数据值，区域重采样滤光器被用于映射五个输入图像像素的蓝色数据值。这五个输入图像像素的第一个是用于将绿色数据值映射到与目标子像素的逻辑像素相连的唯一绿色子像素上的图像像素。在本实施例中，目标蓝色子像素2316A的逻辑像素包括唯一的绿色子像素2314A。用于将绿色数据值映射至绿色子像素2314A的输入图像像素是五个输入图像像素中的第一个，其为目标蓝色子像素2316A的数据值提供了贡献。第二、第三、第四以及第五输入图像像素按照其相对于这个第一输入图像像素的位置而被标识。绿色子像素2314A具有四个最邻近的绿色子像素近邻，在图23B示为，在绿色子像素2314A之上的绿色子像素2314B，在绿色子像素2314A之下的绿色子像素2314C，以及分别位于绿色子像素2314A右侧和左侧的绿色子像素2314D和2314E。用于将绿色数据值映射至这四个相邻的绿色子像素的每一个输入图像像素的蓝色数据值为目标蓝色子像素2316A的数据值提供了贡献。为了方便，用于将绿色数据值映射至绿色子像素2314A的输入图像像素被称作是中央输入图像像素。可用于产生目标蓝色子像素2316A的数据值的区域重采样滤光器可包括五个值：对于四个相邻输入图像像素的每一个是八分之一(0.125)，且中央输入图像像素为二分之一(0.5)。类似的操作可用于将输入图像像素数据映射至红色子像素的数据值。
利用这种区域重采样滤光器可以引起重叠逻辑像素，其中的每一个在图23B所示的非邻接逻辑像素配置中都由6个子像素组成，包括唯一绿色子像素、一个目标红色或蓝色子像素、以及四个不是目标基色的基色子像素。重叠逻辑像素在图23B中没有明确示出以防止附图过分复杂。然而，图23C示出了目标红色子像素2312A的非邻接逻辑像素，其由点划线2365和2366划界，并且具有唯一绿色子像素2314F。用于产生目标蓝色子像素数据值的与上述相同的区域重采样滤光器可被用来产生目标红色子像素2312A的数据值，利用关于产生绿色子像素2314F数据值的输入图像像素以及关于产生相邻的绿色子像素2314G、2314H、2314J和2314K的数据值的四个图像输入像素。
图24A示出了主要包括子像素重复组2410的显示面板2400的一部分。子像素重复组2410由分布在两行中的十二(12)个子像素组成，且包括8个绿色子像素2414、2个红色子像素2412、2个蓝色子像素2416。绿色子像素2414在水平方向上的宽高比是红色和蓝色子像素的一半并且窄的绿色子像素对在显示面板2400上形成相邻的垂直条纹。如果子像素重复组被看成是具有四个象限，每一个象限由三个子像素组成的，那么红色子像素2412和蓝色子像素2416分布在相对象限的不同行中，形成了一种低分辨率的棋盘图案。
图24A具有分别标记为“R”、“L”和“B”的子像素列2424、2422和2423。从图中可以看出绿色子像素列的一半被定向到第一视图而另一半被定向到第二视图上。当具有主要由子像素重复组2410所组成的显示面板的显示装置作为定向显示装置运行时，由红色和蓝色交替子像素组成的被标记为“B”的列2423被定向到第一(R)和第二(L)图像两者上。在本实施例中，基色基于其相对亮度被分为两级基色，而且相对较暗的基色，在本实施例中的红色和蓝色基色子像素，被共用在左和右视图之间。正如上面所提到的，相对于列被定向向全部两个视图的其它实施例，该子像素排列利用了人类视觉系统的特点，其中由较亮基色的子像素所表示的亮度通道具有传输所需立体信息所需的分辨率。图24A所示的实施例因而特别适用于自动立体3D显示器以及可切换2D3D显示器。
图24B示出了由图24A中标记为“R”的子像素列2424以及标记为“B”的子像素行2423所产生的视图2404。视图2404中所显示的图像着色在子像素重复组2430上，其由8个分布在两行内的子像素所组成，且包括分布在垂直条纹内的4个绿色子像素2416以及红色和蓝色子像素各两个。绿色子像素2414形成横跨视图2404的矩形排列。也就是说，连接四个相邻绿色子像素的中心的假想线形成一个矩形。红色子像素2412和蓝色子像素2416分布在相对象限中以形成棋盘图案。图24C示出了由图24A中标记为“L”的子像素列2422和标记为“B”的子像素列2423所产生的视图2402。在视图2402上显示的图像同样在子像素重复组2430上进行着色。
正如在具有左和右视图之间共用的子像素列的其它实施例的介绍中指出的，用于着色左和右视图的子像素着色操作，可以将属于两个单独视图2404和2402的输入图像数据对那些对应于由两视图共用的列2423内的彩色子像素的色彩平面的影响平均化。在图24A所示的实施例中，子像素着色操作可将属于两单独视图2404和2402的输入图像数据对红色和蓝色平面的影响平均化。
参考24C，在创建视图2402(标记为“L”的视图)的子像素着色操作过程中，代表视图2402的输入常规RGB图像数据可被映射到子像素重复组2430，这样输入绿色图像值与绿色子像素2414(即，一个输入图像像素对应一个绿色子像素)一对一映射，从而完全重构输入图像的绿色部分。在左视图2402没有与图24B的右视图2404共用数据的情况下这些得以完成。予像素着色操作可以施加在用于右视图2404和左视图2402的输入图像红色和蓝色数据值上，以利用相应的红色和蓝色重采样区域阵列重构红色子像素2412和蓝色子像素2416上的图像数据，正如上面所描述的关于美国专利7,123,277中所介绍的子像素着色操作。子像素着色操作的结果接着可以被平均化。予像素着色以及平均化操作的顺序可以互换，因为他们是可交换的和分布的数学函数。在子像素着色之前对左和右视图的两基色平面(例如两红色输入数据颜色平面)进行平均化被证明为更加高效(例如，通过减少数字操作的数量)。
多种类型的滤光器可用来完成红色和蓝色平面的子像素着色操作。大体上，这些滤光器利用复数个输入图像像素的红色或蓝色数据值的影响来产生目标红色或蓝色子像素的数据值，可以据此用来重构最接近目标红色或蓝色子像素的绿色子像素的数据值。下面出现的图24C中目标蓝色子像素2416A的典型子像素着色操作的介绍，与图23B中目标蓝色子像素2316A的典型子像素着色操作的介绍相类似。读者可以查阅那些介绍得到这里可能被忽略的任何细节。
图24C示出了以点划线2470和2471划界的非邻接(NC)逻辑像素。NC逻辑像素是目标蓝色子像素2416A的逻辑像素并且由6个子像素组成。在这一实例中，每一个NC逻辑像素包括一个唯一的第一基色子像素和一个作为逻辑像素的目标子像素的第二基色子像素。第一基色子像素被称作是唯一的，是因为其为包含在逻辑像素中的唯一的绿色子像素。在所示的实例中，NC逻辑像素包括唯一的绿色子像素2414A和一个作为目标子像素的蓝色子像素2416A。每一个NC逻辑像素进一步包括第三基色的四个子像素；在所示的实例中，NC逻辑像素包括四个并未在图中单独表示出来的红色子像素。
为了产生目标蓝色子像素2416A的数据值，区域重采样滤光器被用于映射五个输入图像像素的蓝色数据值。这五个输入图像像素的第一个是用于将绿色数据值映射到与目标子像素的逻辑像素相连的唯一绿色子像素上的图像像素。在本实施例中，目标蓝色子像素2416A的NC逻辑像素包括唯一绿色子像素2414A。用于将绿色数据值映射至绿色子像素2414A的输入图像像素是五个输入图像数据中的第一个，其为目标蓝色子像素2416A的数据值提供了贡献；这个第一图像像素被称作是中央像素。第二、第三、第四以及第五输入图像按照其相对于这个第一输入图像像素的位置而被标识。绿色子像素2414A具有4个最邻近的绿色子像素近邻，在图24C中示为，在绿色子像素2414A之上的绿色子像素2414B，在绿色子像素2414A之下的绿色子像素2414C，位于绿色子像素2414A左侧的绿色子像素2414E，并且绿色子像素2414D如果出现在显示面板上，那么其将被图示为在绿色子像素2414A和红色子像素2412B的右侧。用于将绿色数据值映射至这四个相邻的绿色子像素的每一个输入图像像素的蓝色数据值为目标蓝色子像素2416A的数据值提供了贡献。可用于产生目标蓝色子像素2416A的数据值的区域重采样滤光器可包括五个值：对于四个相邻输入图像像素的每一个是八分之一(0.125)，且中央输入图像像素为二分之一(0.5)。
相似操作可用于将输入图像像素数据映射至红色子像素的数据值。图24B所示的是以点划线2460和2461划界的非邻接逻辑像素。NC逻辑像素是目标红色子像素2412A的逻辑像素，且其由6个子像素组成，包括唯一绿色子像素2414F。为了产生目标红色子像素2412A的数据值，区域重采样滤光器可被用来映射五个输入图像像素的红色数据值，该输入图像像素用于将绿色数据值映射至绿色子像素2414F、2414G、2414H、2414J和2414K。可用于产生目标红色子像素2412A的数据值的区域重采样滤光器可以是与上述的用于产生图24C中目标蓝色子像素2416A的数据值相同的区域重采样滤光器。注意，利用这种类型的区域重采样滤光器可以引起重叠逻辑像素。相邻的绿色子像素2414G、2414H、2414J和2414K的每一个都是各自逻辑像素的唯一绿色子像素。红色子像素2412和蓝色子像素2416被共用在视图2404和2402之间，并且称为复数个重叠逻辑像素的一部分。例如，图24C中的蓝色子像素2416A是由点划线2470和2471划界的NC逻辑像素的目标子像素，并且其同样被包括在图24B中由点划线2460和2461划界的NC逻辑像素中。
本领域技术人员应当理解的是，针对这里所图示的具体实施例可以有各种各样的变化，且在不脱离随后的权利要求的范围的情况下，其中的元件可以有等同的代替。因此，意味着附加的权利要求涵盖了落入其范围内的所有实施方式，并且其不限于任何所公开的特殊实施方式，或是任何所介绍的实现本发明的所计划的最佳方式的实施例。

Claims (10)

1.一种定向显示装置，包括：
显示面板，主要由具有至少第一、第二和第三基色子像素的子像素重复组所组成，所述子像素重复组由设置在两行中的至少十二个子像素组成，所述子像素重复组进一步包括在每一行内都具有一个第二基色子像素和一个第三基色子像素，从而在所述第一行内第三基色子像素在第二基色子像素之后，并且在所述第二行内第二基色子像素在第三基色子像素之后；
驱动电路，用于向所述显示面板上的每一个子像素发送信号；以及
光学导向部件，用于将光线从所述显示面板上的第一子像素组导向至第一观察窗，将光线从所述显示面板的第二子像素组导向至第二观察窗，并且将光线从所述显示面板上的包括第二和第三基色子像素的第三子像素组导向至所述第一和第二观察窗，所述第二和第三基色中的每一个都是基色组中的一种，所述基色组包括红色和蓝色，从而当观察者将左眼和右眼分别置于所述第一和第二观察窗时，该观察者看到三维图像。
2.如权利要求1所述的定向显示装置，其中，所述子像素重复组包括第一、第二、第三和第四基色子像素，所述子像素重复组中的所述子像素是以如下方式排列在两行中：
P1P4P2P4P1P3P1P4
P4P1P3P1P4P2P4P1
其中，P1、P2、P3和P4分别表示所述第一、第二、第三和第四基色，并且所述P2和P3子像素组成的列被导向至所述第一和第二观察窗。
3.如权利要求1所述的定向显示装置，其中，所述子像素重复组包括第一、第二、第三、第四和第五基色子像素，并且所述第四和第五基色中的每一个都是基色组中的一种，所述基色组包括白色、黄色、洋红色、灰蓝色、青色和翡翠色。
4.如权利要求3所述的定向显示装置，其中，所述子像素重复组由二十四个子像素组成，且所述子像素是以如下方式排列在两行中：
P4P4P2P4P4P1P4P4P5P4P4P3
P4P4P5P4P4P3P4P4P2P4P4P1
其中，P1、P2、P3、P4和P5分别表示第一、第二、第三、第四和第五基色，并且所述P1、P2、P3和P5子像素组成的列被导向至所述第一和第二观察窗。
5.如权利要求1所述的定向显示装置，其中，所述子像素重复组中的子像素是以如下方式排列在两行中：
P1P1P2P1P1P3
P1P1P3P1P1P2
其中，P1、P2和P3分别表示所述的第一、第二和第三基色，并且所述P2和P3的子像素组成的列被导向至所述第一和第二观察窗。
6.如权利要求1所述的定向显示装置，进一步包括：
光线方向切换装置，用于控制所述光学导向部件在至少两个模式下操作，所述光线方向切换装置使所述光学导向部件在所述第一模式下将光线导向至所述第一和第二观察窗，并且所述光线方向切换装置使所述显示面板在所述第二模式下显示二维图像。
7.如权利要求1所述的定向显示装置，其中，所述子像素重复组定义了输出显示格式，所述定向显示装置进一步包括：
输入图像接收部件，用于接收第一格式的输入图像数据，从而以所述输出显示格式在所述显示面板上着色；以及
子像素着色部件，用于对所述输入图像数据执行子像素着色操作，以产生所述显示面板上的每一个子像素的亮度值。
8.如权利要求7所述的定向显示装置，其中，通过形成每一个子像素的重采样区域并且利用与所述重采样区域重叠的所述输入图像数据的部分的输入图像数据值来计算所述亮度值，所述子像素着色操作生成所述显示面板上每一个子像素的所述亮度值。
9.如权利要求1所述的定向显示装置，其中，所述显示面板是液晶显示面板、发射式电致发光显示面板、等离子显示面板、场致发射显示面板、电泳显示面板、闪光显示面板、白炽显示面板、发光二极管显示面板、有机发光二极管显示面板中的一种。
10.如权利要求2所述的定向显示装置，其中，所述第四基色是基色组中的一种，所述基色组包括白色、黄色、洋红色、灰蓝色、青色和翡翠色。
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