CN108605121A - 使用具有正方形元件轮廓的折射光束映射器减少自动立体显示器中的莫尔干涉的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种多显示器系统(例如，包括多个显示面板的显示器)包括被布置成基本上彼此平行以便向(多个)观看者显示三维(3D)特征的至少第一显示器和第二显示器(例如，显示面板或显示层)。利用诸如至少折射光束映射器(RBM)的(多个)光学元件以减少莫尔干涉。

Description

使用具有正方形元件轮廓的折射光束映射器减少自动立体显 示器中的莫尔干涉的方法和系统
本申请是2016年10月3日提交的美国专利申请序列第15/283,621号的部分继续申请(CIP)，并且本申请涉及并要求2016年1月20日提交的临时美国专利申请第62/281,037号(我们的参考文献6468-16)；于2016年1月20日提交的第62/280,993号(我们的参考文献6468-17)；和2015年10月2日提交的第62/236,776号(我们的参考文献6468-8)中的每一个的优先权，其全部公开内容通过引用结合于此。
技术领域
本公开涉及多显示系统(例如，包括多个显示面板/显示层的显示器)，其中至少第一显示器和第二显示器(例如，显示面板或显示层)基本互相平行地被布置以便向(多个)观看者显示三维(3D)特征。因此，本发明大体上涉及显示器，并且更具体地涉及用于显示三维特征的显示系统和方法。
背景技术
传统上，以二维方式显示当前信息。由这种显示器显示的图像是缺乏深度信息的平面图像。因为人们以三维观看世界，所以一直在努力提供能够以三维来显示对象的显示器。例如，立体显示器通过显示左眼和右眼分开显示的偏移图像来传达深度信息。当观看者观看这些平面图像时，它们在大脑中结合以给出深度感。然而，这样的系统是复杂的并且需要增加的分辨率和处理器计算能力以提供对所显示对象的真实感。
已经开发包括具有堆叠布置的多个显示屏幕的多部件显示器以显示真实深度。由于显示屏幕的物理位移，每个显示屏幕可以显示其自己的图像以提供视觉深度。例如，美国专利公开第2015/0323805号和第2016/0012630号中公开了多显示系统，其全部公开内容通过引用结合于此。
当多显示系统中的第一显示器和第二显示器或第一显示层和第二显示层常规地彼此堆叠时，发生莫尔干涉。当投射到观看者的视网膜上时，层内的滤色器之间的相互作用引起莫尔干涉。例如，当绿色滤色器重叠时，传输光线以形成比较明亮的色块。当绿色滤波器上覆盖假定红色滤波器时，将不传输同样多的光线而造成暗区域。由于后显示器和前显示器或后显示层和前显示层在投射到视网膜上时具有略微不同的大小，所以像素将缓慢地从同相变为异相。这具有产生暗带和亮带的效果，或称为莫尔干涉。
本发明的某些示例性实施例提供了使MLD系统中的莫尔干涉消失或基本上消失但不显著地牺牲后显示器分辨率和对比度的(多个)解决方案。在本发明的某些示例性实施例中，MLD系统包括第一显示器和第二显示器。可以利用折射光束映射器(RBM)以减小或消除莫尔干涉。已经发现，正方形轮廓漫射器元件改善这种MLD系统中的图像质量。
在本发明的示例实施例中，提供了一种显示器设备，包括：用于显示第一图像的第一平面中的第一显示器；用于显示第二图像的第二平面中的第二显示器，其中所述第一平面和第二平面近似彼此平行；位于第一显示器和第二显示器之间并且包括多个微透镜的光束映射元件，该多个微透镜被配置为引导从第二显示器输出的光线通过第一显示器的子像素并且朝向观看者引导，其中微透镜各自具有从上方观看的基本上正方形的轮廓以便改善图像质量。
在本发明的示例实施例中，提供了一种显示器设备，包括：用于显示第一图像的第一平面中的第一显示器；用于显示第二图像的第二平面中的第二显示器，其中所述第一平面和第二平面近似彼此平行；以及位于第一显示器和第二显示器之间并且包括多个微透镜的光束映射元件(例如，折射光束映射器)，该多个微透镜被配置成以伪随机的方式引导来自第二显示器的入射光线通过第一显示器的子像素并朝向观看者引导。
在本发明的某些示例实施例中，提供了一种显示器设备，包括：用于显示第一图像的第一平面中的第一显示器；用于显示第二图像的第二平面中的第二显示器，其中所述第一平面和第二平面近似彼此平行；位于第一显示器和第二显示器之间并且包括光束映射元件的阵列的折射光束映射器，该光束映射元件的阵列被配置为引导从第二显示器输出的光线通过第一显示器的子像素并且朝向观看者引导，其中光束映射元件各自具有基本上正方形的轮廓。
在本发明的各种实施例中，折射光束映射器可以或可以不与用于减少莫尔干涉(例如，在相应显示器上的滤色器偏移或不同滤色器图案，漫射器技术和/或子像素压缩)的其他技术组合使用。
附图说明
本专利或申请文件含有至少一个彩色绘制的图。经请求并且支付必要费用后，专利局将提供具有(多个)彩图的本专利或专利申请公开的副本。
通过参考以下结合附图的示例性说明性实施例的详细描述，这些和其他特征和优点可以被更好和更完全地理解，其中：
图1是液晶显示器(LCD)的滤色器的俯视平面图，其中每列(或行)中的像素是相同的颜色；
图2是另一个液晶显示器(LCD)的滤色器的俯视平面图，其中每列(或行)中的像素是相同的颜色；
图3是由图1和图2的LCD的组合产生的MLD系统的俯视平面图，其中图1和图2的LCD以堆叠关系彼此重叠，这导致莫尔干涉；
图4是示出MLD系统的后显示器的像素到前显示器中的像素的伪随机映射的示意图；
图5是示出可以结合图4的伪随机映射使用以减少莫尔干涉的映射元件的示意图(这可以或可以不与本发明的各种实施例中的子像素压缩实施例结合使用)；
图6是根据本发明的示例性实施例的MLD的示意性侧剖视图，其可以与本文中的任何附图的实施例一起使用；
图7示出了具有折射光学器件的RBM的带宽限制实现；
图8是在p＝40的角度范围和小于或等于160微米的透镜特征尺寸范围内表现出改进的超洛伦兹特性的强度分布；
图9是示出较大的微透镜典型地将具有较好的防莫尔漫射器分布的图；
图10是示出可用于本发明的各种实施例中的RBM的示例性制造工艺的示意图；
图11示出了根据本发明的示例实施例的微透镜；
图12是入射角对透射系数线图，其显示说明S波和P波的透射系数对入射角的曲线；
图13是示出系统对比度(对比度(θi，n1，n2，N))的图，其中θi是入射角，n1是LCD之间的材料的折射率，n2是玻璃的折射率，并且N是接口数量；
图14-16是根据本发明实施例的MLD系统的横截面侧视图，其中莫尔减少元件(例如，RBM)被放置在根据本发明的各种实施例的MLD系统中的堆叠的各种位置中(这可以或可以不与本发明的各种实施例中的子像素压缩实施例结合使用)。
图17是包括正方形轮廓的微透镜的漫射器的平面图，该微透镜可被用作在本文诸如图4-图7和图14-图16的任何图中的任何实施例中的莫尔减少元件(例如，RBM)。
图18是代表完美圆形滤波器核(kernel)的平面图。
图19相对于图像质量改变圆形核的半径。
图20是比较相对于图像质量的(针对微透镜轮廓的)正方形核与圆形核比较的图。
具体实施方式
本发明涉及多显示系统(例如，包括多个显示面板的显示器)，其中至少第一显示器和第二显示器(例如，显示面板或显示层)被布置成基本上彼此平行，以便向(多个)观看者显示三维(3D)特效。在不同的实施例中，显示器可以是平的或弯曲的。因此，本发明的实施例通常涉及显示器，并且更具体地涉及用于显示三维特征的显示系统和方法。可以使用根据本发明的示例性实施例的MLD，例如，可以用作车辆仪表盘中的显示器以提供3D图像(例如，用于速度计、车辆仪表、车辆导航显示器等)。
彩色莫尔干涉问题是由两个液晶显示器(LCD)滤色器阵列两者的图案规律性引起的，例如，在MLD系统的两个显示器中，RGB像素均排列成RGB列。彩色莫尔干涉可以在水平方向上普遍存在。
图1-3示出了经历莫尔干涉的MLD系统中的布置。图1是第一液晶显示器(LCD)的滤色器/像素的俯视平面图，其中每列中的像素或子像素是相同的颜色。具体地，图1示出了具有常规红-绿-蓝(R-G-B)重复图案或排列的LCD，其中每列中的像素或子像素是相同的颜色。从图1的左侧开始，彩色滤波器条纹以BGR顺序以垂直线布置，并且这个BGR顺序在横跨图1的显示器从左向右移动时一次又一次地重复。因此，图1的显示器或显示层中的图案包括蓝色列、绿色列和红色列。绿色(G)列位于蓝色(B)列和红色(R)列之间。子像素可以被认为是特定滤色器的区域中的给定像素电极的区域。例如，R、G和B子像素可以构成像素。替代地，子像素可以被认定为像素。图1被显示为没有颜色掩膜旋转。传统上，多层显示器(MLD)的两个面板可用此类R-G-B布置被类似地配置。可重复的图案可以是R-G-B或R-B-G或任何其他组合。
类似地，图2是第二液晶显示器(LCD)的滤色器/像素/子像素的俯视平面图，其中每列中的像素或子像素也是相同的颜色。从图2的左侧开始，彩色滤波器条纹以RGB顺序以垂直线布置，并且这个顺序在横跨图2从左向右移动时自己一次又一次地重复。可重复的图案可以是R-G-B或R-B-G或涉及这些颜色的任何其他组合。如图2中所示，与在图1中相似，绿色(G)列位于蓝色(B)列和红色(R)列之间。
图3是由图1和2的LCD的组合产生的MLD系统的俯视平面图，在MLD系统中一个LCD以重叠关系堆叠在另一个之上。图3示出了图1和2中所示的滤色器和像素/子像素图案的混合。具体地，图3示出了在给出两个LCD具有相似的R-G-B列布置的实例下的莫尔干涉的出现，其中像素在每一列中是相同的颜色。例如，当在MLD系统中图2的图案与图1的图案重叠时，绿色滤色器线条重叠(例如，见图3的左侧部分)，并且该绿色滤波器线条重叠区域中的光透过MLD系统制造出比较明亮的绿色块。例如，当一个绿色滤波器与一个红色滤波器重叠(或者一个蓝色滤镜在红色滤镜上)时，将不会传输同样多的光线，造成暗区域(例如，见图3的左侧绿色条纹周围的黑色区域)。由于后显示器和前显示器或显示层在投射到视网膜上时具有略微不同的大小，所以像素将缓慢地从同相变为异相。这具有产生暗带和亮带的效果，或称为莫尔干涉。
本发明的实施例处理、减少或解决了这种莫尔干涉问题。本发明的某些示例性实施例提供了使MLD系统中的莫尔干涉消失或基本上消失但不显著牺牲后显示器分辨率和对比度的解决方案。
在本发明的某些实施例中，诸如衍射光学元件(DOE)的光束映射元件或由许多微透镜组成的折射光束映射器(RBM)可用于减少莫尔干涉。当使用RBM时，可以提供伪随机映射以不引入额外的莫尔效应。在某些示例性实施例中，可以限制各个光束的发散，使得后LCD上的任何点到达前LCD时不偏离相距直线条多于一个像素的距离。在某些示例性实施例中，还可以将这样的光束映射元件层叠到前显示器并且使两个LCD之间的介质与非双折射材料光学匹配，并且这样的实施例可以或可以不与本文讨论的子像素压缩技术结合使用。
本文的显示器或显示层(例如，见图6中的前显示器1和后显示器2，或者图4、5、7、14-16中的对应显示器)可以是LCD、OLED等。扭曲向列型(TN)LCD可以遵循相当通用的像素布局，诸如将正方形分为具有红色、绿色和蓝色子像素的水平(或垂直)延伸的三个部分。子像素可以在水平和垂直方向上由黑色掩模分开。在子像素的角落通常有一个方形凸起以覆盖驱动晶体管。有几种不同类型的像素技术能够实现现代桌面显示器和电视所需的宽屏幕观看和时间性能。本发明的实施例与所有这些LCD兼容，因为背板被设计为遵循基本的RGB条纹像素布局。因此，每个像素所需的背板布局不需要改变。例如，制造商提供的像素类显示器包括：松下(IPS PRO)、LG显示器(H-IPS&P-IPS)、瀚宇彩晶(S-IPS)、友达光电(A-MVA)、三星(AFFS)、S-LCD(S-PVA)以及夏普公司(ASV和MVA)。在某些实施例中，显示器或显示层都可以是OLED，或者一个显示器可以是OLED而另一个是LCD。应注意，在OLED中，相应的子像素或像素将填充有红色、绿色和蓝色材料作为滤色器材料(与具有LCD型滤色器相反)。
图6示出了根据本发明的示例性实施例的MLD，其中可以提供和利用本文的任何附图的堆叠的重叠层/显示器。例如，图4-图5和图14-图16中任一个示出的显示器分别可以是图6中的前显示器1和后显示器2。MLD的第一显示器或显示层可以是元件1(或2)，并且MLD的第二显示器或显示层可以是元件2(或1)。显示器或显示层2最接近MLD的背光，并且可以期望其背板面对背光系统以回收可能通过行驱动器、列驱动器、晶体管和存储电容线进入背光的光。如图所示，可以使用两个偏振器配置，并且可以设计间隙以包括空气或具有双折射的材料，该双折射被设计成当需要时保持显示器的黑色状态。间隙可以包括具有与任一侧的玻璃或层紧密匹配的折射率的材料，以减小内部反射和/或去偏振效应。对于前显示器或显示层1，其背板可以取向为与显示器或显示层2的背板相反。具体地，对于前显示器1，其背板可以被取向为面向观看者以减少内部反射。因此，在图6中可以看出，在某些示例性实施例中，各个显示器1和2的滤色器层(其中的每一个可以由一个或多个层组成)可以被设计为互相面对，其中来自任一个显示器的液晶层不位于第一显示器和第二显示器的滤色器层之间。在某些示例性实施例中，为了减少环境光的外部反射，可以在前部提供抗反射系统，诸如由四分之一波长延迟器和抗反射偏振器构成的图6所示的抗反射系统，使得通常会被反射的环境光将在经过AR偏振器的第一次通过时经历四分之一波的旋转，由背板元件反射，经过四分之一波长延迟器时经历第二次旋转。在经过该第二次旋转时，它基本上正交于AR偏振器的透射轴并且因此将基本上被吸收。另外，黑色掩膜(BM)或其他非反射材料可以添加在显示器的导电迹线后面以减少反射。另外，在本发明的某些示例实施例中，抗反射(AR)涂层可以应用到内表面。AR涂层可以例如在可见光范围内操作，例如蛾眼效应、单层干涉、多层干涉等。
关于折射光束映射器(RBM)，这样的光束映射元件由多个微透镜构成或包括多个微透镜，并且可以用作通过伪随机映射减少莫尔干涉的独立元件(例如，见图4-图6和图14-图16)。在某些示例性伪随机映射实施例(例如图4-图5)中，RBM的每个折射微透镜可以被设计成将来自后LCD2的入射光线以定义的路径引导至观看者，根据伪随机映射每个射线在前LCD1中通过不同子像素。例如，图4示出了后显示器2的后子像素或像素到前显示器1中的子像素或像素的伪随机映射(图4中后显示器是最左侧的显示器)。使用伪随机映射是为了不引入额外的莫尔效应，并且可以减少莫尔干涉。在示例实施例中，这些单独光束的发散被限制，使得来自后LCD的任何像素或子像素的光不偏离距前显示器上的直线条多于一个像素或子像素距离。可选地，可以将RBM层叠到顶部LCD1(见图5、14和16)，并且可选地使两个LCD之间的介质与非双折射材料光学匹配或基本上光学匹配。然而，在其他实施例中，折射光束映射器可以被放置在LCD叠层内的任何位置。例如，图5示出了位于前LCD和后LCD之间并且层叠到前显示器的内侧的光束映射元件(例如，包括微透镜阵列的RBM)。
在某些示例性实施例中，RBM的微透镜可以使用灰度光刻技术制造，以产生微透镜格式的任意表面结构。每个透镜元件可以被配置用于以受控方向引导光，以实现任意和不对称散射角，如图4-5所示。可制造掩模原版以便使用各种大批量制造工艺和材料复制RBM，如同在微透镜特征的复制中那样，轮廓倾斜角比轮廓高度更重要。图4-5示出了从观看者的角度来看，折射光束映射器如何将来自后LCD2的光线叠加到前LCD1上。光线路径以伪随机方式映射，因此不会引入其他伪迹，诸如额外的莫尔条纹(moiré)。处于下面的LCD结构2是随机的，因此不能对顶部LCD1产生显著的莫尔干涉。
替代地，也可以使用漫射器来构造莫尔条纹抑制元件。虽然该过程可适用于制作折射光束映射器，但工程设计的漫射器也可用作最佳漫射器元件以用于更多的减少。漫射器不像折射光束元件那么被期望。
折射光束映射器可以展现各种特征。例如，RBM可以展现消色差性能。此外，RBM可以展现任意/不对称散射角。此外，RBM可展现受控强度分布图案(例如，圆形、方形、矩形、椭圆形、线形、环形等)。并且，RBM可以展现受控的强度分布(例如，平顶、高斯、蝙蝠翼、定制等)。RBM也可以展现高光学传输效率(例如，90％)。另外，RBM可能会展现极化的保存性。RBM可以是或包括各种材料，诸如聚合物注射成型、热压花聚合物、玻璃上聚合物部件等。
MLD中的莫尔干涉通常通过在背部LCD和观看者之间添加漫射元件(而不是光束映射元件)来抑制，使得背部LCD中的像素结构模糊。漫射器扩散越大，莫尔条纹越少，但相应地观看到的背部LCD分辨率降低。这成为一个优化问题并可以描述为图像质量成本函数IQC，其范围可以从0到4，0是完美的，而4对于莫尔条纹和模糊两者都是最差的。考虑的因素包括对比度＝(最大-最小)/(最大+最小)其中(1是最好的，0是最差的)；串扰＝1-交替黑线和白线的对比度(范围0：1)；莫尔条纹＝两个LCD上的恒定白色图案的莫尔条纹的对比度(范围0：1)；IQC＝莫尔条纹_X+莫尔条纹_Y+串扰_X+串扰_Y(即范围是0：4)，这个值越小越好。通常，成本函数将具有近似为2的实际最大值，如下面的限制所示：无漫射器：moire_X+moire_Y＝2，串扰_X+串扰_Y＝0；和强漫射器：moire_X+moire_Y＝0，串扰_X+串扰_Y＝2。
图7示出了具有定制折射光学器件的RBM的带宽受限实现，该定制折射光学器件接近平顶轮廓，使得远场图案尽可能地接近平顶轮廓。定义了包括分布的透镜组的配方，包括基于散射要求的特征尺寸和倾斜角度。这些参数可以根据概率分布函数来定义，所述概率分布函数指定某个透镜将假定特定配方的可能性。设计微透镜的用于创建表面结构的空间分布，从而创建根据所期望的分布函数的表面结构。应理解，在某些示例实施例中，可以消除微透镜的空间分布中的任何潜在的周期性。而且，可以消除透镜不匹配，其中消除了可导致广角散射的透镜不匹配。这两种改进都可以使可用光源的利用最大化。图8示出了强度分布，其在p＝40以及透镜特征尺寸≤160μm的整个角度范围上展示出极大改进的超洛伦兹行为。表面结构的小心伪随机化也产生了没有伪迹和诱发的莫尔条纹的散射分布。这可以是重要的，因为有规律的图案可以引起额外的莫尔干涉。
图9显示在微透镜尺寸和引入的图像伪迹之间存在折衷。越大的微透镜典型地将具有越好的抗莫尔漫射器分布。如果微透镜的尺寸变得肉眼可见，那么额外的图像伪迹就会变得明显。这些包括闪烁、像素行走以及图案与任一或两个LCD之间的更多干涉。图9示出了用于各种直径值(um)的单个微透镜的PSF。最小化特征尺寸也可用于LCD莫尔缩减元件的设计。如图4所示，特征尺寸理想情况下应小于子像素以便保持肉眼基本不可见。在散射中心采用微透镜形式的情况下，特征尺寸由微透镜直径给出。具体而言，期望微型折射元件。如果微透镜的尺寸变得肉眼可见，那么额外的图像伪迹就会变得明显。这些包括闪烁、像素行走以及图案与任一或两个LCD之间的莫尔干涉。闪烁最常见于防眩光显示器，其中显示器表面经过处理以产生哑光纹理表面。这些表面特征用作折射或衍射元件，并且可以根据观看者位置来聚焦或散焦单个像素元件，导致强度变化或闪烁。像素行走是表现为移动和扭曲个体像素的折射畸变以及观看者移动位置的结果。当微透镜的阵列中的有规律特征与一个或两个LCD“击打”时引入额外的莫尔干涉。在RBM或漫射器和放置中随机化和缩小透镜大小可减少这些额外的莫尔伪迹。在这方面需要考虑两个因素，即凹陷和平均。为确保最佳均匀性和减少莫尔条纹，应在每个像素区域内照射大量散射中心，如图4所示。同时，对于某一组参数(例如，扩散角度、折射率和圆锥常数)，随着微透镜直径减小，透镜深度减小。如果该过程继续，那么最终会达到衍射状态，其中透镜深度只会产生2π的一小部分的相位延迟。在这方面，在下面的等式中定义相数是有用的：
在上面的等式中，y最大表示总镜头凹陷，λ是所考虑的波长，并且Δn等于n(λ)1，其中n是空气中元素在波长λ处的折射率。相数基本上表示相位周期语言中的总凹陷，并且定义微透镜对其进行操作的状态、衍射或折射：M＝1意味着具有恰好2π相移的衍射元件。在一个实施例中，对于在折射状态下操作的微透镜，由于期望具有高目标效率的消色差分量，相数M应尽可能大。
再次考虑以40°扩散来散射准直光束的微透镜的情况。随着直径变小，远场散射显示更粗糙的振荡和更倾斜的衰减，转化为更低的目标效率。下面的等式给出了一个简单的经验法则来帮助确定要使用的最小特征尺寸或透镜直径。
在上面的等式中，θ0是(空气中)以度为单位的半宽光束扩散角。为了很好地在折射率范围内，M应该是大约8或更大。假设θ＝2°，λ＝0.633μm，且M＝8，则得到D≥582μm的结果，这与200um像素相比太大，并且将非常明显且降低图像质量。将扩散增加到20度将使D降低10μm到58μm的因子。在上面的等式中，漫射器越靠近后面板，FWHM角度θ0越大。该等式还给出了微透镜直径对于θ0的经验法则。
由于较高的折射率(RI)会降低每个微透镜的折射能力，所以将折射镜嵌入诸如硅OCA等较高折射率(RI)的介质中而不是空气中，允许有效地使用较宽角度的折射镜。在RI＝1.42时，θ0相当于θ＝～11°的角度或通过上述参考等式，D≥105μm，这是更可接受的。在一个实施例中，嵌入于高RI材料中会有效地减小微透镜直径，这导致较少的图像伪迹。具体地，用分度匹配介质替换两个面板之间的空气也将允许在空气中测量的较小的发散角，并由此允许较小的微透镜直径。
图10示出了根据本公开的一个实施例的在上述方面的RBM的制造工艺，包括在晶片支撑件上形成微透镜。为了改进MLD的图像对比度，可将RBM嵌入于高RI材料中以减少菲涅尔去偏振。
图11显示了微透镜表面，其通常具有在0度和近似20度之间的曲面法线的分布。曲面法线的分布导致对比度降低，因为S和P极化以不同的衰减传输。图12示出了说明S波和P波的透射系数对入射角的曲线，并且图13示出了系统对比度(对比度(θi，n1，n2，N)，其中θi是入射角，n1是LCD之间的材料的折射率，n2是玻璃的折射率，并且N是界面的数量。如图所示，在1.4和1.5处RI最右边的线显示最佳对比度，因为菲涅耳去偏振最少。
图14-16示出了莫尔缩减元件的各种布置(例如，诸如RBM的折射元件)。例如，在图14和16中，如前所述，莫尔缩减元件可作为可层压膜定位在前显示器1的顶表面上，其中可层压膜的图案化表面朝下以获得小的特征尺寸。这些实施例可以或可以不与子像素压缩技术结合使用。在一个实施例中，使图案化的表面朝上也将用作防眩机构，但是需要嵌入于具有近似1.5的折射率的光学耦合粘合剂(OCA)以实现小于70μm的特征尺寸。替代地，如图15所示，也有可能将莫尔缩减元件放置在两个LCD之间(例如层压到后显示器)，此时散射将更大，并且因此特征尺寸更小。与具有大于1.4的R.I.材料(见OCA)的内部空隙匹配的指数将大大减少菲涅尔去偏振，由此改进对比度并减少反射。内部空隙指数与玻璃和OCA相匹配以减少菲涅尔偏振也提高对比度并减少反射。在一个实施例中，该实现的FWHM宽度可以是大约1.8度，具有正方形轮廓。
已经惊讶地发现，根据本公开的任何实施例，使用如图17所示的正方形漫射器轮廓(例如，如从上方观看)具有与本文所述的折射光束映射器相关的有利技术质量。换句话说，在本发明的某些示例实施例中，诸如图17中所示的正方形轮廓漫射器可用于本公开中的折射光束映射器中的任何折射光束映射器。包括诸如图17中所示的正方形微透镜阵列之类的正方形微透镜阵列的光束映射元件可以例如通过将成形的激光束投射到光致抗蚀剂中来制造，使得在某些示例实例中，每个微透镜是先前的复制品。图17的光束映射元件可以用于本文的任何实施例中，诸如用于图4-图7、图14-图16中的任何图中的折射光束映射器。
出于比较的目的，图18代表完美的圆形滤波器核-即在圆的边界外没有能量。该核与像素的图像卷积以确定系统脉冲响应的点扩散-单个黑色像素。在图19中，圆的半径被改变并被应用于图像以确定最佳条件。下面的蓝线代表整体图像质量，并包含模糊和残留像素莫尔条纹。注意到，该函数的最小值是最佳的。如在图19中右上的像素图像中可见，圆形核从未完全压制(quell)子像素结构。这反过来会在MLD系统中产生一些残留的莫尔条纹。
相反，正方形或基本上正方形的形状(例如，参见图17)将完全地或实质上去除MLD系统中的任何残余莫尔条纹。图20示出了正方形平均滤波器(例如，向右趋向更高的线)和圆盘滤波器之间的比较。注意到，模型像素是150微米高/宽，并且因此最佳正方形滤波器核具有与从上方观看时的像素相同的尺寸和宽度。在图20中可以看出，与圆形形状相比，正方形漫射器轮廓具有改进的图像质量成本函数。漫射器的远场轮廓影响成本函数。正方形工程设计的漫射器几乎是圆形漫射器的两倍好。在图20中，示出了使用150μm直径(长度和宽度)像素的圆形轮廓和正方形轮廓的IQC。当覆盖整个像素时(即，正方形半径＝75μm或宽度＝150μm)，对于正方形情况，成本是最小化的。
在正方形透镜轮廓实施例中，微透镜由8或更大的相数M，更优选地16或更大的相数M来表征，并且已经发现这改善了图像质量。
虽然前面的公开内容使用特定的框图，流程图和示例阐述了各种实施例，但是通过单独地和/或共同地使用广泛的硬件，软件或固件(或其任何组合)配置可以实现本文描述和/或示出的每个框图组件，流程图步骤，操作和/或部件。此外，其他部件中包含的部件的任何公开都应被视为示例，因为可以实现许多其他体系结构以实现相同的功能。
本文中所描述和/或示出的工艺参数和步骤的顺序仅作为示例而给出并且可以根据需要而变化。例如，尽管本文所示出和/或描述的步骤可能按照特定顺序被示出或讨论，但是这些步骤不必须按照所示出或讨论的顺序执行。本文所描述和/或示出的各种示例性方法还可以省略本文所描述和/或示出的步骤中的一个或多个，或者包括除了所公开的那些步骤之外的附加的步骤。
尽管在全功能计算系统的情境中本文已经描述和/或示出了各种实施例，但是这些示例性实施例中的一个或多个可以分发为各种形式的程序产品，不论实际上用于实施该分发的计算机可读介质的特定类型。本文所公开的实施例还可以使用执行某些任务的软件模块来实现。这些软件模块可以包括可存储在计算机可读存储介质上或计算系统中的脚本、批处理文件或其他可执行文件。这些软件模块可以配置计算系统以执行本文公开的示例性实施例中的一个或多个。本文描述的各种功能可以通过远程桌面环境或任何其他基于云的计算环境来提供。
为解释目的，已参照具体实施例对前面的说明书进行了描述。然而，上文示出的讨论不旨在是穷尽性的，或者将本发明限于所公开的确切形式。根据上面的教导，很多修改和变型是可能的。选择并描述实施例来最好地解释本发明的原理及其实践应用，由此使本领域的其他技术人员能够在各种实施例和各种可以适于所构想的特定用途的修改中最好地利用本发明。
而且，本申请的范围不旨在受限于在说明书中描述的工艺、机器、制造、物质组分、手段、方法以及步骤的具体实施例。就像本领域普通技术人员容易从本发明公开内容中理解的那样，根据本发明可采用执行与本文中描述的相应实施例基本相同功能或实现基本相同结果的现有或以后开发出来的工艺、机器、制造、物质组分、手段、方法或步骤。因此，所附权利要求旨在将这样的过程、机器、制造、物质组成、装置、方法或步骤包括在其范围内。
在本发明的示例实施例中，提供了一种显示器设备，包括：用于显示第一图像的第一平面中的第一显示器；用于显示第二图像的第二平面中的第二显示器，其中所述第一平面和第二平面近似彼此平行；位于第一显示器和第二显示器之间并且包括多个微透镜的光束映射元件，该多个微透镜被配置为引导从第二显示器输出的光线通过第一显示器的子像素并且朝向观看者引导，其中微透镜各自具有从上方观看的基本上正方形的轮廓以便改善图像质量。
在紧接在前的段落的显示器设备中，所述光束映射元件可以包括折射光束映射器。
在前面两段中的任何一段的显示器设备中，所述光束映射元件可以被配置为以伪随机的方式引导从所述第二显示器输出的光线通过所述第一显示器的子像素并且朝向观看者引导。
在前面三段中的任何一段的显示器设备中，所述光束映射元件可以具有不对称的散射角
在前面四段中的任何一段的显示器设备中，所述光束映射元件可以实质上保持偏振。
在前面五段中的任何一段的显示器设备中，所述光束映射元件可以具有用于实现基本上平顶轮廓的折射光学器件，使得输出的远场图案接近平顶轮廓。
在前面六段中的任何一段的显示器设备中，所述光束映射元件可以将来自所述第二显示器上的任何点的发散限制为当所述光线行进通过所述第一显示器时偏移距离小于一个像素。
在前面七段中的任何一段的显示器设备中，所述微透镜中的每一个可以具有不大于所述第二显示器中的子像素的长度和/或宽度的直径。
在前面八段中的任何一段的显示器设备中，所述微透镜可由8或更大的相数M表征。
在前面九段中的任何一段的显示器设备中，所述微透镜可以具有在0度和近似20度之间的曲面法线分布。
在前面十段中的任何一段的显示器设备中，所述光束映射元件可以被层压到所述第二显示器。
在前面十一段中的任何一段的显示器设备中，所述微透镜的曲面面向观看者和/或接触具有至少1.4的折射率的折射率材料。
在前面十二段中的任何一段的显示器设备中，所述第二显示器是所述显示器设备的后显示器，并且所述第一显示器是所述显示器设备的前显示器。
在前面十三段中的任何一段的显示器设备中，来自第二显示器中的给定子像素的光线可以被朝向第一显示器的多个不同子像素引导，并且来自第二显示器的多个不同子像素的光线可以行进通过第一显示器的给定子像素。
由此描述了根据本公开的实施例。虽然已经在特定实施例中描述了本公开，但应理解的是，本公开不应被解释为受这些实施例的限制。

Claims (19)

1.一种显示器设备，包括：
第一显示器，所述第一显示器在第一平面中用于显示第一图像；
第二显示器，所述第二显示器在第二平面中用于显示第二图像，其中所述第一平面和所述第二平面近似彼此平行；
光束映射元件，位于所述第一显示器和所述第二显示器之间并且包括多个微透镜，所述多个微透镜被配置为引导从所述第二显示器输出的光线通过所述第一显示器的子像素并且朝向观看者引导，其中所述微透镜各自具有从上方观看的基本上正方形的轮廓以便改善图像质量。
2.根据权利要求1所述的显示器设备，其中所述光束映射元件包括折射光束映射器。
3.根据任何前述权利要求所述的显示器设备，其中所述光束映射元件被配置为以伪随机的方式引导从所述第二显示器输出的光线通过所述第一显示器的子像素并且朝向观看者引导。
4.根据任何前述权利要求所述的显示器设备，其中所述光束映射元件具有不对称的散射角。
5.根据任何前述权利要求所述的显示器设备，其中所述光束映射元件实质上保持偏振。
6.根据任何前述权利要求所述的显示器设备，其中所述光束映射元件具有用于实现基本上平顶轮廓的折射光学器件，使得输出的远场图案接近平顶轮廓。
7.根据任何前述权利要求所述的显示器设备，其中所述光束映射元件将来自所述第二显示器上的任何点的发散限制为当所述光线行进通过所述第一显示器时偏移距离小于一个像素。
8.根据任何前述权利要求所述的显示器设备，其中所述微透镜中的每一个具有不大于所述第二显示器中的子像素的长度和/或宽度的直径。
9.根据任何前述权利要求所述的显示器设备，其中所述微透镜由8或更大的相数M表征。
10.根据任何前述权利要求所述的显示器设备，其中所述微透镜具有在0度和近似20度之间的曲面法线分布。
11.根据任何前述权利要求所述的显示器设备，其中所述光束映射元件被层压到所述第二显示器。
12.根据任何前述权利要求所述的显示器设备，其中所述微透镜的曲面接触具有至少1.4的折射率的折射率材料。
13.根据任何前述权利要求所述的显示器设备，其中所述第二显示器是所述显示器设备的后显示器，并且所述第一显示器是所述显示器设备的前显示器。
14.根据任何前述权利要求所述的显示器设备，其中来自所述第二显示器中的给定子像素的光线被朝向所述第一显示器的多个不同子像素引导，并且其中来自所述第二显示器的多个不同子像素的光线行进通过所述第一显示器的给定子像素。
15.一种经由显示器设备显示图像的方法，所述显示器设备包括用于显示第一图像的第一平面中的第一显示器，和用于显示第二图像的第二平面中的第二显示器，其中所述第一平面和所述第二平面近似彼此平行，所述方法包括：
经由具有从观看者的视角观看的基本上正方形的轮廓的多个微透镜，引导从所述第二显示器输出的光线通过所述第一显示器的子像素并且朝向观看者引导，所述微透镜位于所述第一显示器和所述第二显示器之间。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述微透镜被层压到所述第二显示器。
17.根据权利要求15-16中任一项所述的方法，其中所述第二显示器是所述显示器设备的后显示器，并且所述第一显示器是所述显示器设备的前显示器。
18.根据权利要求15-17中任一项所述的方法，其中来自所述第二显示器中的给定子像素的光线被朝向所述第一显示器的多个不同子像素引导，并且其中来自所述第二显示器的多个不同子像素的光线行进通过所述第一显示器的给定子像素。
19.一种显示器设备，包括：
第一显示器，所述第一显示器在第一平面中用于显示第一图像；
第二显示器，所述第二显示器在第二平面中用于显示第二图像，其中所述第一平面和所述第二平面近似彼此平行；
折射光束映射器，位于所述第一显示器和所述第二显示器之间并且包括光束映射元件的阵列，所述光束映射元件的阵列被配置为引导从所述第二显示器输出的光线通过所述第一显示器的子像素并且朝向观看者引导，其中所述光束映射元件各自具有基本上正方形的轮廓。
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