TW200525492A - Improving grey scale contrast in a 3D image display device - Google Patents

Description

200525492 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本舍明係關於顯示裝置： 維或立體影像之顯示裝置。 【先前技術】 特別是係關於被調整以顯示三 立體影像的產生通常需要 ^ α J徒供顯不裝置#用去各 右眼睛的不同視域的顯示裝置吏用者左 造的鳟曰铲膝 V 精由透過使用特殊構 目⑽-分開㈣像直接提供給使 達成。在-範例中，-種顯示器以時間連續方式提：：： 的左與右視域，彼等視域能透過同步觀相 二 觀看者的制目Mf。訂，本發 叉而則在 .. i月係關於可根據相對於 早一 ί、、員不面板的視角而看見一影 Ρ 1冢之不冋視域的顯示裝置 類型。下文中將這些顯示器稱為立體顯示裝置。 此立體顯示裝置的一已知類型是實施視差格栅方法的液 晶顯不器。此一系統是繪示在圖1。 請參考圖1，一種視差格栅類型顯示裝置100包含一提供 複數個不連續光源之背板u。如圖所示，背板⑽經由佈 滿一不透明遮罩或格柵層13的區域型光源12(例如一發光 性面板）所形成，且該不透明遮罩或格柵層13具有分佈=整 個表面上的複數個縫隙14a至14d。然後，該等縫隙14的每 一者充當一線型光源。 一液晶顯示面板（LCD) 1 5包含複數個像素（例如在圖工的 編號1至10)，可根據已知技術藉電信號來個別定址該等像 素’以便改變像素各自的光透射特性。背板1 1被放置在接 96490.doc 200525492 近液晶顯示器面板15之處，促使線型光源14的每一者能對 應一群16的像素。例如，繪示為群i6l的像素1至5對應於縫 隙14a’繪示為群I、的像素6至10對應於縫隙14b等。 一群16像素的每一像素對應於一影像的複數個可能視域 (V-2、V-〗、V〇、V!、V2)的一視域V，促使可經由對應視域 的像素1至5之一而看到相對應的線型光源14a。每一群16的 像素數里决疋一影像呈現的視域數量，在圖中所示的配置 中是五個視域。視域數量愈多，三維效果變成愈真實，並 可提供更斜的視角。 在整份說明書中，將「影像」視為在顯示面板中由所有 像素產生的整個影像顯示，且影像是由特殊視角決定的複 數個「視域」所組成。 一問題存在於此先前技術配置。液晶顯示器面板中每一 像素的光透射係數是強烈取決於視角。因此’如果所有像 素1至5是相等地予以驅動，光源14a的觀看強度因視域而 異。例如，V。會不同於v2。因此’光源的觀看強度因視域 而異。 傳統上，在一影像中任何特殊元素的觀看光源的感覺強 度是在影像中是適當呈現灰階的—重要仙。—傳統顯示 裝置將驅動信號提供給一顯示面板的每一像素以改變像素 透射係數，促使可於影像元素達成一想要的灰度。對於前 述的立體顯示裝置而言，如果每一像素i_5是以相同電壓予 以驅動（對應影像疋素的需要灰階對比），則產生的灰階影像 將會是視角的-函數。當觀看不同影像視域時，此會造成 96490.doc 200525492 次佳影像與不必要的灰階人為因素。 【發明内容】 月的目的是要克服或減輕在用於根據視角顯示影 來顯示立體影像的顯示裝置中不必要強度的灰 根據-觀點’本發明提供用以顯示立體影像的顯示裝 丄促使根據視角顯示不同視域，該顯示裝置包括： 八板其具有用以顯示該影像的複數個分開可定 °亥等像素被分組以使一群中的不同像素對應於該 影像的不同視域； 一顯示驅動器’用以控制每—像素的—光學特性，以根 據該接收的影像資料而產生一灰階影像；及 一灰階補償裝置，用以進—步控制在-群中至少-此像 素的光學特性’以補償該光學特㈣—預定視角相依性。 根據另-觀點’本發明可提供用以在—顯示裝置上顯示 立體影像之方法，根储雜一 祀據視角顯不該影像的不同視域，該方 法包含下列步驟： 處理影像資料，以對於顯示面板中形成複數個分開可定 址像素的每一像素形成灰階像素資料值，該等像素被分组 以使一群巾的列像㈣應於該景彡像的^視域，該等像 像素資料值的每-者各用於㈣—相對 性，以產生灰階影像； 〒的九子特 將灰階修正值應用於在每-群中的至少-此像素資料 值’以補償該光學特性的一預定視角相依性；及 、 96490.doc 200525492 使用口亥等修正的像素資料值來驅動一顯示面板的像素， 以產生該影像。 【實施方式】 4參考圖1，已描述_種視差格栅類型立體影像顯示裝置 的基本功成。本發明的較佳具體實施例中可使用類似結構 的顯示面板15與背板U照明源。然而，應明白，從下文可 得知可使用其他結構。 大體上，本發明使用顯示面板15，且顯示面板15具有複 數個分開可定址的像素匕⑺，其中像素被分組，所以在一 群161與162中的各自不同像素1···5或6···10對應於影像的不 同視域。顯不面板15可為任何適當的電光學裝置，其中可 根據一電控制信號而改變每一像素的一光學特性，以產生 一影像。最好是，顯示面板是一液晶顯示器。 一照明源具有複數個不連續光源14a…14d，促使每一像 素群16被放置成接收來自該等光源中之一相對應光源的 光。此可經由圖1的區域型光源12與遮罩13配置，但是亦可 經由一圖像光源提供，以將光源14提供為像素列、個別像 素或像素區塊的光線。 再者，複數個不連續光源可為經由一背光與透鏡陣列（例 如一雙凸透鏡片陣列）提供的虛擬光源，以提供一連串高強 度光點。圖6繪示此-配置。_顯示裝置8()包括—液晶顯示 -面板75、一區域型光源72與一透鏡陣列7丨。透鏡陣列能 將來自區域型光源72的光聚焦為複數個不連續焦點”，且 疋在液晶顯不器面板的平面外面，所以每一焦點可照亮在 96490.doc 200525492 液晶顯示器面板中的複數 数個像素，類似於參考圖1的描述。 圖2繪示顯示面板15 像素群的一部份。一寬度W的光 源14以相對於顯示面板 、 法線的相對應視角φ0,（h，…，Φ7 對應於且可檢視一群的傻 像素0···7。應明白，圖中僅繪示該 像素群16的一半，另外七個 你女 1冢素緣不在像素0的左邊以完成 像素群16。 广？素具有一寬度p。, P—。最好是寬度一相 仁疋寬度可改變，以便在某程度上補償通過像素之光 的入射角。在背板昭明调 、 、、、月原14與顯示面板15之間的距離標示 為h °在—較佳顯示裝置中W.3公董，PG=·微米，且w=5〇 微米，然而可顯著改良這些值。 圖3顯不一 9〇度扭轉向列液晶顯示器形式的顯示面板15 的透射⑺相對於電M(V)之特性3〇。第-曲線31(實線）是視 角Φ = 0度（例如像素〇)的τ I )的T_V特性。第二曲線32(虛線）是視角 5〇度（例如像素5)的Τ-ν特性。注意，在㈣觀看的_像素透 射係數變化促使獲得一適當的灰階範圍，視顯示所需的灰 Ρ白值而疋建鐵在〇與¥1之間的工作電壓。然而，注意，相 同電壓範圍用於驅動像素5將不僅會產生一既定驅動電壓 $不同、、且灰值’而且甚至會產生了々特性斜率倒置的灰階 反轉。 根據本發明’因此提議對於像素5(φ=50度)使用不同驅動 電壓範圍’即是介於V1_之間的部份，所以像素5的T_V 特性會更接近符合像素〇的τ-V特性。 大體上，可對於每—視角Φ。#(或對於顯示面板中呈現 96490.doc -10- 200525492 的所有視角）來選擇τ-ν特性的一適當部分。 然而’大體上，可補償每一視角之不同τ·Μ性的斜率變 化。 如果兩個不同視角的τ_ν特性充分接近，則共同電壓範圍 及/或補償則可適用於彼等兩個視角。 因此’本發明可提供一灰階補償裝置，用以控制在—群 16中每-像素0...7的光學特性，如此可補償視角。 錢補償裝置最好能使__群16的像素所顯示的_灰階對 比實質正常化成在顯示面板中任何特定位置的群中兑他像 素的灰階對比。感覺的灰階呈現，藉此變成與視角無關。 對於不同的顯示類型以及對於透射顯示相對於反射顯 不，將需要不同的灰階修正因數。可從根據熟悉此項技術 者已知技術所決^之適當產生的透射/反射係數來決定適 當的灰階修正因數。 圖4顯示一種合併一灰階補償裝置的顯示裝置1〇1的且體 實施例。 —?/像處理器50接收影像資訊流，包括複數個視域小。.小7 每一者的灰階像素資料。影像資訊係以數位形式予以處理 並儲存在-訊框緩衝器51中，促使影像資訊可提供給—顯 不裝置53。讯框緩衝器5 }包括複數個頁58，每頁包括—相 對應視域的像素資料“，φι，...，^。 。訊框緩衝器51可由一顯示驅動器52存取，由該顯示驅動 器52根據在訊框儲存區51中該等儲存值的每一者，將適當 的驅動電壓及/或電流信號提供給-顯示面板53的每—像 96490.doc -11 - 200525492 素。如同一般原理 ’、，亦了解到，經由灰階補償裝置應用的 灰階修正值可透過下列任一項予以應用： 、（)、^數位式修改在訊框儲存區51中儲存的影像資料， 以包括一修正因齡，ό ^ 斤以適當地修改顯示驅動器52所選擇 的驅動參數值；或 ⑻Λ框儲存區51中所儲存的影像資料維持不變，但是將 ^正因數轭加於顯示驅動器52的輸出。 具體實施例中，-灰階補償裝請(以虛線框標 (例如）影像處理器5〇可存取的一查詢表。查詢 用 值的複數個頁61、62、63，每頁各對應於要應 用於景々像處理器所技价> ~ 所接收之影像資料的視角φ〗··· φ7之一。影 像處理器5 0獲得影俊咨^^ 、 枓的適▲修正，並將此補償資料儲 存在訊框儲存區5 1。 在此本文的表示「修 —「 "值」匕括取代」值或「偏移」 值。換句話說，對於—&〜 ❿ 、特疋的輸入像素值Xi而言，查詢表 61-63可提供儲存在訊 i墦存&以取代Xi的一取代值χ〆按小 之函數）。或者’對於—特定的輸入像素值Xi而言，查詢表 61_63可提供—偏移值x。(按φ之函數），並與輸入值組合，且 結果Xi+X。儲存在訊框儲存區以取代Xi。 此具體貫施例的—4± ys mi 、来k ”沾疋它能以從一傳統液晶顯示 器驅動配置的非常小硬體 月且夂化予以貝施。可用軟體來實施 衫像處理5 〇的功能，g七μ 火^補傷裝置6 0的功能亦可實施 為軟體。 在此弟-具體貫施例的變化中，依據影像處理器別已儲 96490.doc -12- 200525492 補償裝置6〇能夠以獨立

存在訊框儲存區5 1中的資料， 像處理器5〇方式運作。此可这 號。因此，在此具體實施例中，一名 在顯示驅動器52與顯示面板53之間， >在-第二具體實施例巾，可確認在類比領域巾可即時實 施對於每一像素驅動信號的灰階補償可，亦即，透過將一 修正電壓偏移施加於由顯示驅動器52所產生的每一像素信 一灰階補償裝置70是安裝 間’以將特殊的偏移電壓 及/或电流施加於顯示驅動器所輸出的電壓及/或電流。在此 配置中，灰階修正值可視為電壓及/或電流偏移值。 為了完整緣故，亦注意，一混合系統可部署兩項技術： 補償裝置60施加於訊框儲存區51的數位修正值；以及補償 籲 裝置70施加於顯示驅動器輸出的類比偏移。雖然此可能較 複雜的解決方案，但是這兩項技術各有所貢獻。例如，透 過灰階補償裝置70所施加的類比偏移或修正值可被選擇， 以將顯示面板的操作移到透射電壓特性3〇的適當部分，而 數位修正值可被選擇以補償透射電壓特性斜率差。 亦注意’如本文所述的灰階補償裝置6〇亦能應用在除圖1 與2所示之立體顯示器外的其他立體顯示器形式。請參考圖 5，注意，本發明亦適用於一種雙凸透鏡立體顯示裝置2〇〇。 96490.doc 13 200525492 在此雙凸透鏡顯示裝置中，一液晶顯示面板115包括以類似 圖1的方式而在群116!、1162中配置的複數個像素（繪示為^ 至bs)。在液晶顯示器陣列11 5的頂端上是放置圓筒形透鏡 121、122的一雙凸透鏡陣列12〇。雙凸透鏡陣列可包括任何 波狀光學材料板、或不連續或接合透鏡陣列，以提供液晶 顯示器面板像素群的局部聚焦。 在圖5顯示的配置中，每一透鏡元件的寬度被選擇為八個 像素’且對應於一種八視域的立體顯示器。當然，根據需 要的角解析度，每一透鏡元件的寬度可被選擇為相對應於 不同數量的像素。液晶顯示器的像素ai至a8可在不同視域内 成像。例如，圖中繪示從像素心與a4發射的光線。可看出在 液晶顯示器基板116中，相較於像素a4所發射的光線，經由 像素a：z發射的光線會斜行傳遞到一大範圍。平均上，彼等 像素間的角度約等於兩視域間的角度（θ)。 在一雙凸透鏡型立體顯示裝置中可看出，不同視域的光 線會以不同角度行經液晶層。因此，取決於視角的灰階問 題仍然存在，並可透過前文參考圖4描述的灰階補償裝置70 予以解決。 前述本發明通常亦具有液晶顯示的最佳化重要含意。液 晶顯示器面板的視角相依性通常是已知較為不良。圖7繪示 對於一種無補償箔的標準9〇度角扭轉向列（ΤΝ)透射液晶顯 示器，對比與灰階反轉如何取決於視角。水平視角繪示在 從法線至顯示平面的-60度與+60度之間的X軸上，且垂直視 角繪示在從法線至顯示平面的_60度與+60度之間的y軸上。 96490.doc -14- 200525492 液日日顯不器偏光器的光學軸90、91與液晶導向器的光學 軸92的方向是繪示在圖下半部份。 攸圖7，可看出影像品質強烈取決於視角。對於圖7顯示 的範例而吕，最佳視角是以從左上角到右下角的對角線94 表不，且對於線條94右上方的觀看位置會發生灰階反轉。 傳統上，對於如電視與電腦監視器等的多數重要應用而 言^ 一般確認水平觀看方向的最大效能是比垂直觀看方向 的取大效能更重要。例如，對於電視應用而言，一顯示裝 置的夕位觀看者正常會使其視線高度與螢幕一致（亦即沿 著y軸的非常小變化），但是相對於乂軸的水平視角會明顯變 化同樣地，當工作時，坐在電腦監視器的使用者會比沿 著y軸更可能沿著x軸改變頭位置。 因此，根據慣例，液晶顯示器將從圖7顯示的方向以逆時 、十走轉45度’促使在使用中其偏振軸與顯示器的X與乂轴呈 現大約45度。如此’顯示裝置的效能可於水平視角最佳化， 但是要妥協垂直視角。 立體液晶顯示器會遭遇到關於咖方向的視角相依性最 佳化的相同問題。 然而，在本發明中，可確認使用如上文所述之灰階補償 裝置及/或70,藉由在驅動顯示器方面電子技術就可達成 灰階呈現最佳化。 因此，更加適當的做法是提供具一方向的顯示裝置，立 中對於垂直視角變化來最佳化顯示面板的本質光學特性。 使用如本文所述之的電子驅動技術來適應及最佳化水平視 96490.doc 200525492 角變化。 因此，在一較佳配置中，上文所述之立體顯示裝置能被 配置成，在正常使用中，具有在每一群16中的像素按對於 顯不面板之一第一軸的角函數來提供不同視域，且具有定 向顯示面板的偏振元件，以便最小化相對於該顯示器的一 第二軸的視角相依性，其中第二軸與第一軸正交。 在一般意義來說，顯示面板的固有光學特性是促使減少 或實質最小化相對於y軸之視角相依性，且灰階補償裝置6〇 及/或7G係用來減少或實質最小化相對於-橫貫y軸的軸之 視角相依性。更明確而言，灰階補償裝置60及/或70係用來 減少或實貝最小化相對於一與y軸正交的轴（亦即X轴）之視

角相依性。在一最較佳裝置中，當顯示器正常使用時，X 軸被定義為水平軸，且當顯示器是在正常使用時，y軸被定 義為垂直轴。 其他具體實施例是在隨附申請專利範圍的範缚内。 【圖式簡單說明】 本發明的具體實施例將經由範例與附圖描述，其中： 圖1顯示既有設計之液晶顯示器裝置的概要截面圖，其中 該液晶顯示器裝置使用視差格栅方法來顯示立體影像； 圖2顯示有助於描述一視差格柵液晶顯示器裝置幾何的 一概要截面圖； 圖3顯不一 9〇度扭轉向列液晶顯示器之〇度（即是正常顯 不平面）與50度視角的透射對電壓曲線； 圖4根據本發明的具體實施例顯示—顯示裝置的方塊圖； 96490.doc -16- 200525492 圖5顯示利用一雙凸透鏡陣列的本發明具體實施例； 圖6顯示適於與顯示裝置使用的另一光源形式；及 圖7顯示有助於描述根據本發明之顯示最佳化原理的 傳統液晶顯示面板的視角屬性圖。 【主要元件符號說明】 11 背板 12 區域型光源 13 遮罩 14 縫隙 15, 75 液晶顯示器面板 16 群 30 特性 50 影像處理器 51 訊框緩衝器（訊框儲存區） 52 顯示驅動器 53 顯示面板 55, 56, 57 顏色組 58, 61，62, 63 頁 60, 70 灰階補償裝置 64 第二存取埠 71， 120 雙凸透鏡陣列 72 區域型光源 73 焦點 90, 91， 92 光學轴 96490.doc -17- 200525492 94 對角線 100, 101 顯示裝置 115 顯示面板 116 液晶顯示器基板 121， 122 圓筒形透鏡 200 透鏡立體顯示裝置

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Claims (1)

1. 200525492 十、申請專利範圍： l -種用以顯示立體影像之顯示裝置(101)，促使根據視角 顯不不同視域，該顯示裝置包括： 、：、丁面板(15、53) ’該顯示面板具有用於顯示該影像 的複數個分開可定址像素（〇···1〇)，該等像素被分組以促 使在一群（16)中的不同像素對應於該影像的不同視域； 一顯示驅動器（52)，用以控制每一像素的一光學特性， 以接收的影像資料而產生一灰階影像；及 一灰階補償裝置（60、70)，用以進一步控制在一群中至 J 一些像素的光學特性，以補償該光學特性的一預定視 角相依性。 2·如明求項1之顯示裝置，尚包括一背板（i丨），用以提供該 等複數個不連續照明源（14)，在該顯示面板（15)中每一像 素群的每一像素群（16)被放置以從該等不連續照明源中 之一相對應照明源接收光。 3·如请求項2之顯示裝置，其中該背板（11)可提供複數個線 型照明源。 4·如請求項2之顯示裝置，其中該背板（Π)可提供複數個點 型照明源。 5 ·如睛求項2之顯示裝置，其中該顯示面板（15 )是一光透射 顯示面板，該光透射顯示面板可調適從背板（U)所在位置 的相對一端觀看。 6·如請求項1之顯示裝置，尚包括一雙凸透鏡陣列（120)，其 放置在相鄰該顯示面板（115)，在該陣列中的每一透鏡 96490.doc 200525492 (121、122)將來自於該顯示面板中所選之像素的光予以聚 焦。 士明求項6之顯不裝置，其中在該陣列（12〇)中的每一透鏡 (121 122)相關聯於該像素群（μ)。 8·如明求項丨之顯示裝置，該光學特性是一光透射特性，且 ㈣員示驅動器（52)與灰階補償裝置（6〇、7〇)被調整以根據 所要顯示的灰階影像來控制通過每一像素的光量。 9·如二求項1之顯示裝置，其中該灰階補償裝置（60)包含一 查詢表，且該查詢纟包含關於一群中的每一像素所要應 用的修正值。 10·如請求項8之顯示裝置，其中該等修正值是根據在該群⑽ 中的一相對應像素的視角而選擇。 比如請求項H)之顯示裝置，其中該等修正值被選擇以促使 :1由與視角無關的一群像素所顯示的一灰階強度予以 實質正常化。 •匕明求項9之顯示裝置，其中該查詢表包括要供應至一訊 框儲存區之以視角為函數的取代值或偏移值。 13.如明求項8之顯示裝置，#中該灰階補償裝置包含一透射 2對於電壓之特性，該灰階補償裝置被調整成用以調整 '/頒示驅動裔所接收的一像素驅動電壓及/或電流。 14· 1 %求項13之顯示I置，其令該灰階補償裝置可將一電 壓及/或電流偏移提供給從該顯示驅動器接收的該像素驅 動電壓及/或電流。 15.如請求項1之顯示裝置’其中該顯示面板（15、53)的固有 96490.doc 200525492 光學特性被組態成促使減少或實質最小化相對於乂軸 視角相依性，且該灰階補償裝置（6〇、7〇)可用來減H 質最小化相對於一橫貫y軸的軸之視角相依性。’實 16.如請求項15之顯示裝置，其中該灰階補償裝置⑽ 可用來減少或實質最小化相對於一與y轴正交的轴（ 軸）之視角相依性。 X π.如請求項16之顯示裝置’其中該顯示裝置合併於—物 件，其中當物件在正常使用中時，該_被定義為水平 軸，且當物件在正常使用中時，該y轴被定義為垂直轴。 18. -種用以在-顯示裝置上顯示立體影像之方法，促使根 據視角顯示該影像的不同視域，該方法包含下列步驟^ 處理影像資料，以對於顯示面板（15、53)中複數個分開 可定址像素（〇.·. 10)每一像素形成灰階像素資料值，該等 像素被分組以促使在—群（16)中的不同像素對應於該影 像的不同視域’該等像素資料值的每—者各用於控制一 對應像素的光學特性，以產生一灰階影像； 將灰階修正值應用於在每一群中的至少一些像素資料 值，以補償該光學特性的一預定視角相依性；及 使用該等修正的像素資料值來驅動—顯示面板的像 素，以產生該影像。 19. 如請求項18之方法，其中該光學特性是_光透射特性， 且該等應用的灰階修正值被調整以根據_所要顯示的立 體灰階影像來控制通過每一像素的光量。 20·如請求項18之方法，其中該等灰階修正值是從一查詢表 96490.doc 200525492 獲付’其中δ亥查询表包含有關在一群中每一像素中所要 應用的修正值。 21.如請求項19之方法，其中該等修正值是根據在群（16)中的 一相對應像素的視角而選擇。 22·如請求項21之方法，其中該等修正值能被選擇以促使將 藉由與視角無關的一群像素所顯示的灰階予以實質正常 化。 23. 如請求項19之方法，其中該等灰階修正值街生自該顯示 面板的透射相對於電壓之特性，該等修正像素資料值可 被用來調整要施加至該顯示面板的一像素驅動電壓及/或 電流。 24. 如請求項1 8至23中任何一項之方法，尚包括下列步驟： 該顯示面板（15、5 3 )的固有光學特性被組態成促使減少或 實質最小化相對於y軸之視角相依性；及施加該等灰階修 正值以促使減少或實質最小化相對於一橫貫7軸的軸^ 視角相依性。 25·如請求項24之方法，其中該等灰階修正值能被施加，以 減 > 或實負最小化相對於一與y軸正交的軸（亦即X軸）之 視角相依性。 26· 士明求項25之方法，其中當該顯示面板在正常使用中 時，X軸是水平軸，且當該顯示面板在正常使用中時， 軸是垂直軸。 、、 27· -種電腦程式產品’其包含_電腦可讀媒體，該電腦可 讀媒體上儲存電腦程式㈣件，該電腦程式碼構件被調 96490.doc 200525492 整成當該程式載入一 之方法。 電腦時， 促使電腦執行如 請求I員 28. -種可藉由電子資料傳輪散發之電腦程式 八 程式媽構件，該電腦程式褐構件被調整成當該二: 一電腦時，促使電腦執行如請求項丨8之方法。X 18 腦 入 96490.doc