CN109901326A - 视差减小 - Google Patents

Abstract

本公开涉及视差减小。光学装置中的视差通过应用几种公开的技术中的一种技术或者组合来减小，所述技术包括减小立体角或者增加光源的准直、增加装置输出处的漫射/散射和/或用于准直和限制反射光的反射结构。这些技术有利地应用于背光LCD显示器，特别是应用于高动态范围双调制显示器。

Description

视差减小

本申请是申请号为200880124153.X、申请日为2008年12月22日、发明名称为“视差减小”的发明专利申请的分案申请。

版权声明

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技术领域

本发明涉及视差减小。

背景技术

动态范围是场景的最高亮度部分与场景的最低亮度部分的强度的比率。例如，视频投影系统所投影的图像的最大动态范围可以为300:1。

人类视觉系统能够识别具有非常高的动态范围的场景中的特征。例如，人可在太阳光照耀的明亮的白天看到无灯光的车库的阴影，并且即使相邻的太阳光照耀的区域中的亮度可能为该场景的阴影部分中的亮度的数千倍大，人也可看见阴影中的对象细节。创建这样的场景的逼真重现可需要动态范围超过1000:1的显示器。术语“高动态范围”是指动态范围为800:1或更高。

现代的数字成像系统能够捕捉和记录场景的数字表示，在这些数字表示中，保持场景的动态范围。计算机成像系统能够合成动态范围高的图像。然而，目前的显示技术不能以忠实再现高动态范围的方式呈现图像。

Blackham等人的美国专利No.5,978,142公开了一种用于将图像投影到屏幕上的系统。该系统具有第一光调制器和第二光调制器，这两个调制器对来自光源的光进行调制。每个光调制器以像素级别对来自光源的光进行调制。被这两个光调制器调制的光被投影到屏幕上。

Gibbon等人的PCT申请No.PCT/US01/21367公开了一种包括前调制器的投影系统。前调制器控制入射在可变形镜显示器件上的光量。单独的前调制器可用于使所选择的区域(比如，一个象限)变暗。

Whitehead等人的美国专利6,891,672以及相关专利和专利申请描述了许多技术，其中包括双调制显示器的实现和改进，其中，调制背光(aka局部暗化(aka localdimming))投射到显示器的前调制器(比如，LCD)上。

发明内容

本发明人认识到减小显示器和相关光学设备中的视差的需求。大致地讲，本发明包括通过减小背光的立体角和/或增加显示器输出处的漫射/散射来减小显示器中的视差。提供关于每种情况的各种可供选择的方案。

在一个实施例中，本发明包括一种包括背光的显示器，所述背光包括光源阵列和基本为朗伯型(labertian)的反射器的阵列，其中，每个反射器围绕所述光源之一。反射器可包括例如，花状结构的反射器(比如，6面花状反射器)。反射器可包括下述结构，例如，该结构被构造为使从被反射器包围的光源发出并从显示器的面板朝向背光反射回的光再次反射的结构。

在另一个实施例中，本发明可包括一种显示器，该显示器包括局部暗化的LED背光阵列和被构造为使光准直的透镜集合。透镜可以例如直接安装到LED背光上。

在另一个实施例中，本发明可包括一种高动态范围高清晰度显示器，该显示器包括局部暗化的LED背光和被构造为减小视差的有纹理的散射器。有纹理的散射器可包括例如表面有纹理的散射器。表面纹理可包括例如喷砂型图案纹理。有纹理的散射器可被构造为，例如与相同漫射但是更厚的漫射器相比，引起较多的漫射，具有较少的吸收。或者，有纹理的散射器可包括例如通过喷砂处理纹理化的丙烯酸散射器。

在又一个实施例中，本发明包括一种视差减小的显示器，该显示器包括具有基本为朗伯型的反射器的准直背光结构。本发明还可包括一种喷砂构图的有纹理的散射器。准直背光结构可包括例如光源阵列，每个光源包括准直透镜。在一个示例性的替换方案中，准直背光结构包括局部暗化的LED阵列。在一个实施例中，反射器包括花状反射器。

在另一个实施例中，本发明包括一种局部暗化的高动态范围显示器，该显示器包括立体角减小的背光和在显示器的输出处的增多漫射和散射的漫射器。例如可通过被构造为使从背光发射的光准直的光学器件(optics)来实现立体角减小。在一个实施例中，显示器的对比度超过1000:1。在另一个实施例中，背光包括LED阵列，每个LED被朗伯型反射器包围，朗伯型反射器被构造为使从被包围的LED发出并且朝向被包围的LED反射回的光沿着朝向前面板的方向再次反射。

在其它实施例中，根据本发明的显示器或光学装置可包括电子装置、处理器或用于驱动光源和面板(比如，LCD面板)以创建用于显示的图像的其它装置。这样的驱动包括例如提供用于以有效率地生成下述图像的方式驱动显示器的信号，所述图像没有由任意原因引起的伪像或者具有由任意原因引起的减小的伪像，所述原因包括，例如，显示器的结构和用于驱动显示器的方案。

本文所述的任意形式的本发明可以通过装置、设备、方法、处理、算法、设备、机制或其它形式中的一种或多种来实施。

另外，本发明的各个部件，包括背光或前调制器驱动电子装置可用计算机程序、数据序列和/或控制信号等表示，并可被实施为被计算机可读介质存储的指令或者被实施为以任意频率通过任意介质包含在电子信号广播中(或传输)的指令，所述介质包括，但不限于，无线广播和通过铜线、光纤线缆和共轴电缆等的传输。

附图说明

当通过参照以下详细描述并结合附图考虑，本发明变得更好理解时，将易于获得本发明的更完整的理解及其许多附带优点，其中：

图1是视差的图示；

图2是通过减小光源的立体角减小视差的图示；

图3是通过附加漫射减小视差的图示；

图4是通过减小光源的立体角和附加漫射减小视差的图示；

图5是LED反射器阵列的图示；和

图6是使用LED反射器使LED输出准直的图示。

具体实施方式

本发明包括一种新颖的通过减小视差改进某些装置的观看质量的处理。优选地，本发明应用于被单个调制的直下式(direct-lit)背光显示单元，这些单元可从它们所表现出的视差量最小化中极大的受益。可通过本文所述的可单独用于或组合用于减小视差的方法和结构中的任何一种来实施本发明。

现在参照附图，更具体地，参照附图中的图1，示出了正被观看的LED光源，在附图中，相同的标号表示相同或相应部分。如图1所示，由于视线效果(line of sighteffects)，当来自光源的光在不需要它的区域中射出LED时，直下式背光中的视差发生。

本发明涉及用于减小视差的解决方案，包括现在描述的两种解决方案。第一种解决方案涉及减小来自光源的出射光的立体角。作为示例，如图2所示，出射光210的立体角减小成减小的出射立体角220，出射立体角220趋向于使出射光准直。视差减小量将取决于立体角减小多少(即，光源被准直多少)。

第二种解决方案通过去除在背光单元的射出表面发射的光的方向性来减小视差。作为示例，如图3所示，通过附加散射减小视差。在传统的背光显示器中穿过LED漫射器和膜310的光在射出背光单元时仍然包含大量方向性。通过将更多的漫射添加到膜层叠件(比如，附加漫射漫射器320)，更多的散射将发生，这导致视差减小。

理想情况下，这两种解决方案的组合将提供最佳的视差减小。如图4所示，将减小的出射立体角220与附加漫射漫射器320组合的示例。

本发明人根据实验确定用于这两种解决方案的三种创造性结构和方法。所有这三种创造性结构和方法都帮助将视差减小到不同程度，而基本上不降低背光单元的效率。减小视差而不增大光吸收对于保持背光单元的亮度是非常重要的。当将这三种方法组合起来时，这三种方法提供减小直下式背光单元中的视差的最佳方式。

第一种解决方案涉及LED光源的准直。一种可行的方法将会是使用直接安装到LED的一些类型的准直透镜。准直的LED(比如，Cree XRE7090)将帮助减小任何视差效果，这仅仅是由于对于准直光源，LED输出的立体角减小。造成视差的正是这个立体角。LED越被准直，产生越大的视差减小。然而，存在准直量的实际极限。如果光源被过于准直，则对于给定的LED密度，将得不到均匀的LED背光。此外，如果在LED膜层叠件中存在亮度增强膜(BEF)，则被完全准直的光源可能不是最佳解决方案。这是由于BEF不允许准直光通过。

第二种解决方案涉及在所有传统的直接CCFL背光单元中找到的标准的、厚的、体积散射的漫射器的两侧的表面纹理化。这个表面纹理化提供消除出射光的方向性分量的附加漫射和散射。由于造成视差的正是这个方向性，所以消除或减小这个方向性将相应地减小视差。

类似的方向性减小可通过使用体积散射更多的更厚的漫射器来实现。然而，由于吸收效果增大，所以这种更厚的漫射器将显著降低背光单元的亮度。有纹理的漫射器(比如，通过喷砂处理纹理化的标准丙烯酸漫射器)添加减小视差所需的额外的漫射，而不显著增加增大吸收的代价。

第三种解决方案使用围绕LED的反射器结构。图5示出这样的反射器结构510的阵列500的一种变型。

这种结构的反射面本质上基本上为朗伯型。观察到，如果反射面基本上为镜面的(specular)，则通过LED膜可清楚地看见反射器的边缘，这不利地影响显示器的视觉一致性。这些反射面的目的是使离开LED的光准直。

限制(contain)被LED膜反射回的任何光和再次使这些光准直也是有帮助的。有效效应是通过将光限制在相对于光源的特定立体角内来减小视差，其中反射器壁的角度控制立体角。图6(包括单个花状/开花状反射器510的剖开侧视图)中展示了这种构思。如图6所示，没有反射器结构的LED 610表现出反射620。然而，图6还示出具有朗伯型反射器510的LED(朗伯型反射器的一侧用640表示)。在该反射器中，光输出630在透射和反射上均没有显示出与漫射器膜相关联的漫射/散射，并且没有显示出与花状反射器的朗伯表面相关的散射。

本发明可应用于LCD式高清晰度电视(HDTV)和显示器，它们中的任何一个也可被构造为产生高动态范围(HDR)和大于例如1000:1的对比度。本发明可适用于LED或合并局部暗化或者任何类型的背光调制的其它背光装置。

在描述附图中示出的本发明的优选实施例时，为了清晰的目的，采用特定术语。然而，本发明的意图并不在于限于所选择的特定术语，应当理解，每个特定元件包括以类似方式工作的所有技术等同者。例如，当描述通过喷砂进行表面纹理化时，任何其它等效的纹理化的处理或者具有等同类型的纹理、功能或能力的材料，无论是否在本文中列出，都可用来作为替代。此外，本发明人认识到，现在还未知的新开发的技术也可替代所描述的部分，仍然不脱离本发明的范围。应该按照任何和所有可利用的等同物来考虑所有其它描述的项目，包括，但不限于反射器结构(包括花状结构)、准直LED(白色或彩色)、漫射器、光源等。

本发明可适当地包含、包括或者基本上包括本文所述的元件、部分或特征中的任何一个(比如，堆叠层中更多的漫射、纹理和/或准直光源、反射器、反射器阵列)和它们的等同物。此外，无论本文是否具体公开，当缺少任何元件时也可实施本文示例性公开的本发明。显然，按照以上教导，本发明的许多变型和变更都是可行的。因此，应该理解，在提交的发明专利申请之后随附的权利要求的范围内，可以与本文具体描述的那样不同地实施本发明。

Claims (5)

1.一种视差减小的显示器，包括：

准直背光结构，所述准直背光结构包括：具有基本为朗伯型的反射器的局部暗化的LED发光元件的阵列，每个基本为朗伯型的反射器具有转角围绕各LED的6个平面，其中，每个LED被基本为朗伯型的反射器包围，所述基本为朗伯型的反射器被构造为使从被包围的LED发出并且朝向被包围的LED反射回的光在朝向前面板的方向上准直地再次反射，使得从被包围的LED直接发射的光不会照射阵列中的另一相邻LED，从而将光限制在相对于LED的特定立体角内，其中所述基本为朗伯型的反射器的反射器壁的角度控制所述立体角；以及

喷砂构图的有纹理的漫射器，

其中，

所述LED发光元件包括LED和直接安装到所述LED的准直透镜，对于准直光源，所述LED输出的立体角减小；

所述准直背光结构被配置为用准直光照亮LCD面板；

所述显示器还包括被配置为以减小由所述显示器的结构导致的伪像的方式驱动所述显示器的电子装置；并且

所述显示器具有大于1000:1的对比度。

2.根据权利要求1所述的视差减小的显示器，其中，所述反射器包括花状反射器。

3.一种局部暗化的高动态范围显示器，包括立体角减小的背光和在显示器的输出处的增多漫射和散射的漫射器，

其中，所述背光包括LED阵列，每个LED被朗伯型反射器包围，所述朗伯型反射器被构造为使从被包围的LED发出并且朝向被包围的LED反射回的光在朝向前面板的方向上准直地再次反射，使得从被包围的LED直接发射的光不会照射阵列中的另一相邻LED，从而将光限制在相对于LED的特定立体角内，其中所述朗伯型反射器的反射器壁的角度控制所述立体角，以及

其中，所述漫射器是喷砂构图的有纹理的漫射器。

4.根据权利要求3所述的局部暗化的高动态范围显示器，其中，所述立体角减小通过被构造为使从背光发射的光准直的光学器件来实现。

5.根据权利要求3所述的局部暗化的高动态范围显示器，其中，所述显示器具有超过1000:1的对比度。