TW202030525A

TW202030525A - 用於被動３ｄ顯示的系統和方法

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Publication number: TW202030525A
Application number: TW108148166A
Authority: TW
Inventors: 潔思珀艾琳蘭伯特; 凱特琳妮可瑪莉諾耶雷
Original assignee: 比利時商巴科股份有限公司
Priority date: 2019-02-05
Filing date: 2019-12-27
Publication date: 2020-08-16
Also published as: WO2020160759A1; EP3922013A1; CN113474716A; CN113474716B; US20220128835A1

Abstract

本發明提供一種使用偏振濾光器顯示3D圖像的系統和方法。偏振圖案可以構造成優化每個圖像中的綠色子像素的分佈，並且由此獲得3D中增加的解析度。

Description

用於被動3D顯示的系統和方法

本發明是關於一種例如具有改進的解析度的被動3D顯示系統和顯示方法。

在三維(3D)成像中，共同的原理是將圖像或視頻內容分成兩個圖像，分別為觀看者的左眼和右眼各一個圖像。因此，可以說這種成像包括兩個部分、即將圖像內容變成兩個圖像，然後分別將每個圖像提供給觀看者的左眼和右眼。使用在例如不同方向上投影不同圖像的透鏡陣列的自動立體(裸眼立體)解決方案。然而，在許多情況下，觀看者佩戴管理傳輸到左眼和右眼的內容的眼鏡。這種眼鏡可以用主動或被動裝置來實現。

主動眼鏡可以包括動態快門，並且因此涉及電子件、快門、電池等。顯示分離圖像內容，並且以圖像頻率顯示順序分離的圖像。然後，眼鏡使用相同的頻率來覆蓋/關閉不應傳輸當前圖像的眼鏡眼。由於可以使用高解析度的分離圖像，因此主動眼鏡可以提供高銳度(清晰度)，通常在3D中具有與在2D中相等的解析度。缺點是由於眼鏡的複雜性而產生的高資金成本：它們涉及許多電子元件，它們具有需要充電的電池，需要使幀頻加倍(這可能導致頻寬問題)，圖像內容，然後需要與眼鏡同步等。

被動眼鏡可以是廉價的並且可以具有較不複雜的設計。此外，不需要使眼鏡與圖像內容顯示頻率或相位同步，並且不存在需要充電的電池等。被動3D眼鏡可以利用例如光學濾色器或光學偏振器來實現。顯示(物)相應地構造成使圖像內容適合於相應的濾光器。

被動光學濾色器的使用可能需要非常窄的LED像素選擇或合併，這應當與眼鏡的濾色器精確匹配。附加地，具有光學濾色器的眼鏡仍然是較為昂貴的。因此，偏振濾光器的使用可以更適於在LED螢幕上產生3D效果。

眼鏡中的被動偏振濾光器可以使得眼鏡的每個鏡片通過不同的偏振類型，例如使得眼鏡可以濾除用於一隻眼睛的第一偏振類型和用於另一隻眼睛的第二偏振類型。使用這種技術意味著顯示上所示的圖像內容被相應地偏振。

顯示圖像內容的偏振可以使用主動偏振系統或被動偏振系統來實現。主動快門可以以高幀頻在各偏振類型之間切換。這樣，可以在不損失圖像解析度的情況下看到對於左眼和右眼正確的內容。然而，對於大LED牆，這種解決方案需要在LED顯示中實現大的快門，這導致高的資金成本和增加的複雜性。

因此，完全被動的解決方案似乎是有益的。這種解決方案包括在顯示中眼鏡和偏振都是被動的。例如，可以將被動偏振濾光器直接地放置在顯示中的各個LED上。

缺點是由於以下事實引起的解析度損失，即左眼僅能看到50%的LED，而右眼能看到另外50%的LED。為了克服這種損失，每個像素可以加倍，並且因此為每只眼睛提供一個完整的像素。

另一缺點是額外的資金成本和額外像素將需要的增加的表面的量。

本發明的目的是提供一種良好的被動3D顯示系統和顯示方法，所述顯示系統和顯示方法例如具有解析度提高的優點。

在本發明的一個實施例中，提供了一種用於顯示為3D觀看而準備的圖像的系統，包括：具有顯示像素的顯示，每個像素包括或者可以包括至少為三原色、諸如紅色、綠色和藍色的n個子像素，其中，至多兩種顏色是或可以是由兩個或更多個子像素來表示；

偏振濾光器，所述偏振濾光器包括以一種圖案佈置的區域，由此每個區域具有或可以具有兩種偏振類型中的一種，其中，該圖案是或可以構造成使得：當偏振濾光器位於像素的頂上時，每個區域與子像素對準，並且在相同偏振類型的區域下的所有綠色子像素是均勻地或可以均勻地分佈在顯示中。

這可以增加3D圖像的解析度，而不必使子像素的量加倍(這可能導致資金成本增加和空間缺乏)。

附加地或替代地，顯示像素具有或可以具有顯示像素解析度，並且在相同偏振類型的區域下的所有綠色子像素具有子像素解析度，並且所述子像素解析度等於或可以等於顯示像素解析度。這可以進一步增加感知到的解析度。

附加地或替代地，每個顯示像素可包含多個綠色子像素。例如，子像素解析度可以比顯示像素解析度高10-30%。這可以進一步增加感知到的解析度。

附加地或替代地，子像素可佈置成拜耳(Bayer)佈局。這可以進一步增加感知到的解析度。

附加地或替代地，各偏振類型可以分別是線偏振、圓偏振或橢圓偏振、s偏振和p偏振的任何組合。

在本發明的另一個實施例中，提供了一種顯示為3D觀看準備的圖像的方法，包括：具有顯示像素的顯示，每個像素包括或者可以包括至少為三原色、諸如紅色、綠色和藍色的n個子像素；偏振濾光器；其中，該方法包括構造顯示像素，以使得至多兩種顏色可以由兩個或更多個子像素表示。

構造偏振濾光器以包括以圖案佈置的各區域，使得每個區域可以具有兩種偏振類型中的一種，以及當將偏振濾光器定位在像素的頂上時，每個區域與子像素對準或者可以與子像素對準，並且在相同偏振類型的區域下的所有綠色子像素可以均勻地分佈在顯示中。

附加地或替代地，顯示像素可以具有顯示像素解析度，並且在相同偏振類型的區域下的所有綠色子像素可以具有子像素解析度，並且該方法可以包括構造圖案，使得所述子像素解析度等於顯示像素解析度。這可以進一步增加感知到的解析度。

附加地或替代地，所述方法可以包括將每個顯示像素構造成包括多個綠色子像素。例如，將子像素解析度構造為比顯示像素解析度高10-30%。這可以進一步增加感知到的解析度。

附加地或替代地，所述方法可包括以拜耳佈局來佈置綠色子像素。這可以進一步增加感知到的解析度。

附加地或替代地，所述方法可包括將偏振濾光器構造成分別包括線偏振、圓偏振或橢圓偏振以及s偏振和p偏振。

10、16、17:子像素集合

11、20、23、46:紅色子像素

12、21、24、47:綠色子像素

13、22、25、48:藍色子像素

18:重複邊界

30:材料s

31:材料p

43:紅色

44:綠色

45:藍色

51、52:像素間距

141、142、143、144:子像素

146:顯示像素

147:四個子像素的像素

148:顯示像素解析度

第1a圖和第1b圖)顯示以在頂部上具有偏振濾光器的佈局來佈置的LED子像素的示例(現有技術)；

第2a圖和第2b圖顯示本發明包括顯示中的兩種不同的子像素佈局的一實施例；

第3a圖到第3n圖顯示本發明的包括多個不同偏振圖案的不同實施例；

第4a圖和第4b圖顯示本發明的包括子像素佈局的一實施例；

第5a圖到第5c圖顯示本發明的包括子像素佈局和偏振圖案以及兩者的組合的一實施例；

第6a圖到第6g圖顯示本發明的包括子像素佈局和偏振圖案以及具有不同顏色的被濾出的子像素的一實施例。

定義

「顯示」螢幕可以包括被稱為「顯示像素」或「像素」的發光像素結構，其中，顯示像素的數量確定「顯示解析度」，有時被稱為「原始顯示解析度」或「原始像素解析度」。顯示解析度的測量可以是顯示中顯示像素的總數，例如1920×1080像素。每個顯示像素可以發射顯示色域的所有顏色(即，顯示能夠提供的顏色集合)的光。

每個顯示像素可以包括被稱為「子像素」的發光結構，通常能夠發射紅色(R)、綠色(G)或藍色(B)(但是白色、黃色或其它顏色也是可能的)。顯示像素可以包括至少三個子像素：一個紅色子像素、一個綠色子像素和一個藍色子像素。附加地，顯示像素可以包括任何上述顏色的其它子像素(以進一步增加色域)。根據子像素的類型，顯示像素可以被稱為RGB像素、RGGB像素、RRGB像素等。儘管單個顯示像素可以生成顯示色域的所有顏色，但是單個子像素不能生成。

可以單獨控制單個子像素的光發射，使得每個顯示像素可以發射形成所要求的圖像所需的亮度和顏色。在本文中將一致地使用顯示像素與子像素之間的區別以及顯示像素解析度和子像素解析度之間的區別。

顯示螢幕的子像素結構可以以「子像素佈局」佈置，限定了每個子像素在顯示中的位置。

顯示解析度的另一種測量(測量標準、測量尺寸)可以是「像素間距」，這可以是最近的相鄰像素的中心之間的距離。例如，在第4a圖中，像素141與像素142之間的像素間距是像素中心之間的距離140。替代地，像素間距可以是位於相對於其相應像素中心的相同位置處的兩個相鄰像素內的任何兩點之間的距離。

子像素間距可以類似地定義為具有相同顏色的兩個子像素之間的距離，例如在第4a圖中子像素間距(對於具有相同顏色的子像素)與像素間距相同。這是所有子像素的情況(這適用於所有子像素)。第4圖示出了子像素和各像素如何能定位於實際的顯示螢幕中，而例如第1圖和第2圖是更示意性的，例如，用於強調偏振圖案的組成。

「偏振濾光器」可以包括具有不同偏振的區域，例如s偏振和p偏振，這又可以使用例如圓偏振或線偏振來實現。偏振光可以用於3D顯示，其中，期望將圖像分成供觀看者的左眼和右眼觀看的圖像內容。如果觀看者佩戴具有相同偏振濾光器的眼鏡，使得眼鏡的每隻眼濾除例如s偏振光或p偏振光，則這可以實現。圓偏振對於期望旋轉對稱的應用場合是有益的，例如對於即使觀看者傾斜他的頭，效果也應該相同的電視或影院的應用場合。

「顏色」-對顏色「紅色」的引用是指610-630nm的波長範圍，對顏色「綠色」的引用是指515-545nm的波長範圍，並且對顏色「藍色」的引用是指455-480nm的波長範圍，或者是指可以分別提供可見的紅色、綠色和藍色的等同範圍的波長範圍。

具體實施方式

本發明的目的是提供一種用於被動3D顯示的良好的方法和系統。本發明的各實施例的優點在於，增加了感知到的解析度。本發明的各實施例包括顯示像素和子像素的構造，以便實現完全被動3D顯示系統。

一種用於獲得示出2D圖像的顯示系統增加的解析度的方法是以拜耳佈局來佈置各子像素，例如美國(US)第3,971,065號專利中所述。源自傳統的像素佈局，拜耳佈局可以通過添加在原始像素佈局中交錯的額外的綠色子像素來構造。這增加了物理像素解析度，並且由於人眼對綠色的敏感性，甚至增加了感知到的解析度。

本發明提供一種在3D中使用由附加的綠色像素提供的增加解析度的方法。該系統包括具有以(一種)圖案(型式)佈置的不同偏振的區域的偏振濾光器。當偏振濾光器覆蓋在顯示的各像素上時，像素的綠色子像素被每種偏振類型濾出。該圖案構造成使得對於每種偏振類型，綠色子像素在顯示區域上以均勻的分佈來佈置。在更有利的情況下，綠色子像素具有與顯示像素解析度相同的解析度。這可以大大增加人類觀察者將體驗到的3D圖像的感知解析度(與當濾出的綠色子像素不均勻分佈時的感知到的解析度相比)。

當構造用於顯示的偏振濾光器時，將偏振濾光器的偏振區域以對稱的圖案分佈在像素上似乎是憑直覺獲知的，例如以避免在最終圖像中產生視覺圖案。

美國(US)第2014/0015939A1專利公開案公開了一種使用偏振濾光器的被動立體3D顯示解決方案，其中子像素已以拜耳佈局佈置。US2014/0015939A1中的第8D圖示出了紅色子像素、綠色子像素和藍色子像素的分佈以及偏振類型(用L和R表示)。US2014/0015939A1中的第8D圖在本申請中以第1a圖再現。

本申請案的第1a圖示出了子像素集合10，每個子像素集合分別具有顏色為紅色、綠色或藍色，例如11、12或13。多個子像素構成一個像素。例如，在一個像素中可以有三個或四個子像素。有覆蓋到子像素上的偏振濾光器，所述偏振濾光器具有類型1偏振(非條紋化)和類型2偏振(條紋化)。例如，綠色子像素12與類型1的偏振相關聯，而藍色子像素13與類型2偏振相關聯。第一偏振和第二偏振優選地彼此正交，使得通過一個濾光器的偏振光不通過另一個濾光器。可以看出，在第1a圖中在子像素上均勻地分佈了不同的偏振類型(條紋化和非條紋化區域)。在第1b圖中，具有濾出綠光的子像素是已經從第1a圖中提取的綠色子像素，並且在第1b圖中示出為用於偏振類型2的子像素集合16和用於偏振類型1的子像素集合17。第1a圖中的虛線子像素邊界18限制了子像素集合10。對於子像素集合16和17重複邊界18，從而強調了子像素區域10內的各子像素位置。可以看出，16中的綠色子像素和17中的綠色子像素都不是均勻地分佈在子像素集合區域10中。此外，US2014/0015939A1沒有以任何其它方式指出偏振濾光器的特殊佈置將有益於最終的解析度。

實驗結果

發明人研究了幾種偏振圖案，其中，s偏振和p偏振濾光器(具有圓偏振)分佈在子像素佈局上。第2a圖和第2b圖中示出了子像素佈局的示例。第2a圖中的子像素佈局以拜耳型佈局佈置，並且包括紅色20的子像素(用「1」標記)、綠色21的子像素(用「2」標記)和藍色22的子像素(用「3」標記)。第2b圖以非拜耳型佈局佈置，並且包括紅色23的子像素(用「1」標記)、綠色24的子像素(用「2」標記)和藍色25的子像素(用「3」標記)。

第3a圖至第3n圖示出了已經研究的不同偏振圖案的示例，例如傳輸或反射具有特定偏振的光的塗層。圖案具有這樣的區域，該區域具有功能分別類似於偏振類型s和p的材料，例如第3a圖中的30、31。這些區域被佈置成使得，當放置在具有子像素的顯示區域的頂部上(上面)時，每個區域將與子像素對準。需注意到，第2圖和第3圖中所示的子像素佈局和偏振圖案僅僅是用於說明的子區域。實際上，子像素佈局和偏振圖案在整個顯示上重複。

通過使用主動3D顯示和具有主動快門的眼鏡來實現(例如，經由模擬)將偏振圖案的選集放置到第2圖的子像素佈局上的結果。顯示是顯示像素解析度140為1.2mm的LED顯示，如第4a圖所示。每個像素包括一個紅色(「1」)子像素、一個綠色(「2」)子像素和一個藍色(「3」)子像素。然後，可以選擇性地顯示子像素，使得可以創建具有2.4mm的顯示像素解析度148的拜耳圖案，其中，一個顯示像素146包括四個子像素RGGB或141、142、143、144(或具有四個子像素的像素147)，如第4b圖所示。然後在主動3D視頻中呈現，與將第3圖所示的偏振圖案置於第4b圖中示出的顯示佈局的頂部上(上面)相對應的濾波。通過以高幀頻在「p」圖案和「s」圖案之間切換，並且通過具有與視頻的幀頻同步的快門的主動眼鏡來觀察圖案，可以向預期的眼睛顯示所要求的圖案。

經請求了三十多個測試人員評估用不同組合實現的3D圖像的感知到的解析度。測試人員通過具有相應的s偏振和p偏振的眼鏡來觀察相應眼睛的圖案。將基準圖像和待評估圖像以非特定順序且並排地顯示給測試人員。要求測試人員指出他們發現哪個圖像具有最高解析度，或者他們認為哪些圖像具有相同的解析度。

在實例中，與本發明的偏振圖案結合的非拜耳型的子像素佈局與基準相比評分也更好。然而，非拜耳子像素佈局不適用於2D圖像(因為附加的綠色像素導致視覺偽像)。

令每個人驚喜的是，不是諸如第3c圖或第1a圖中的均勻分佈的偏振圖案，而是例如第3j圖中的圖案提供了最高的感知到的解析度。為了獲得進一步的理解，發明人研究了每個濾波圖像中每種顏色的按顏色的子像素分佈。他們發現(例如)當使用第3J圖的鋸齒形偏振圖案時，濾出的綠色子像素具有與顯示像素解析度相同的解析度。他們還發現，如果綠色子像素的解析度低於顯示解析度，則如果(相同偏振的)綠色子像素均勻地分佈在顯示區域上，則可以獲得積極的效果。

由於得到的綠色子像素的佈置取決於初始顯示像素佈局和重疊的偏振圖案的組合，因此，可能的組合數量較大。故本發明的區別條件可以定義為在顯示中具有相同偏振的綠色子像素的最終解析度和分佈。期望在原始顯示子像素佈局中增加綠色子像素的量。這種增加可以是例如10%、20%或優選地30%。由於人眼對綠色的靈敏度，因此人眼感知到的解析度的相應增長將更高。

示例性實施例

第5圖和第6圖示出了本發明的使用第2a圖所示的初始子像素佈局的在第5a圖中被複製的示例性實施例，其中，「1」、「2」和「3」分別表示不同的顏色，例如43、44、45。在該實施例中，顏色是紅色(「1」)、綠色(「2」)和藍色(「3」)。第3j圖中的偏振濾光器已在第5b圖中被複製，包括第一偏振類型(非條紋化)，例如41、和第二偏振類型(條紋化)，例如42。在第5c圖中，第5b圖中示出的偏振濾光器放置在第5a圖中的子像素佈局的頂部上(上面)，使得來自子像素的光被偏振濾光器過濾。由於存在與兩種偏振類型組合的三種顏色，因此，將存在六種類型的經濾光的子像素。例如，在第5c圖中，存在分別包括第二偏振類型(條紋化)以及顏色紅色(「1」)、綠色(「2」)和藍色(「3」) 的子像素46、47、48。為了進一步闡明，第5c圖可以分成各個子像素類型的圖表。這在第6a圖到第6g圖中示出，其中，第6b圖、第6c圖和第6d圖對應於利用第一偏振類型(非條紋化)進行濾波的子像素，而第6e圖、第6f圖和第6g圖對應於利用第二偏振類型(條紋化)進行濾波的子像素。

顯示像素佈局具有像素間距51。可以看出，第6b圖和第6e圖中濾出的綠色子像素組的解析度都具有相同的像素間距51。因此，濾出的綠色子像素具有與顯示像素相同的解析度(和分佈)。還可以看出，這不等於在第6c圖和第6f圖或第6d圖和第6g圖中的分別是被濾出的紅色子像素組或藍色子像素組的像素間距52。

如果顯示具有第2b圖中的非拜耳型的像素佈置，則本發明的偏振圖案也可以在3D觀看中產生解析度方面的增加。然而，由於綠線是可見的，因此該解決方案不太適合於2D觀看。當像素佈置為拜耳型時，如第2a圖中的那樣，圖像可以在2D和3D觀看時被正確地複製。

儘管本發明已在上文中參照特定實施例進行了描述，但是這是為了闡明本發明而非限制本發明而進行的。本領域技術人員將理解，在不背離本發明的情況下，可以對所描述的實施例進行各種修改，本發明的範圍在所附申請專利範圍中限定。

51:像素間距

52:像素間距

Claims

一種用於顯示為3D觀看準備的圖像的系統，包括：

具有複數個顯示像素的顯示，每個所述像素包括至少為紅色、綠色和藍色的子像素，其中至多兩種顏色由兩個或更多個所述子像素表示；以及

一偏振濾光器，所述偏振濾光器包括以一種圖案佈置的區域，每個所述區域具有兩種偏振類型中的一種，其中，所述圖案構造成使得：當所述偏振濾光器位於所述像素的頂上時，每個所述區域與所述子像素對準，並且，在具有相同所述偏振類型的區域下的所有綠色子像素均勻地分佈在所述顯示中。
如請求項1所述之用於顯示為3D觀看準備的圖像的系統，其中，所述顯示像素具有顯示像素解析度，並且在具有相同所述偏振類型的區域下的所有綠色子像素具有子像素解析度，並且其中，所述子像素解析度等於所述顯示像素解析度。
如請求項1所述之用於顯示為3D觀看準備的圖像的系統，其中，每個所述顯示像素包括多個綠色子像素。
如請求項1所述之用於顯示為3D觀看準備的圖像的系統，其中，所述綠色子像素的子像素解析度比顯示像素解析度高10-30%。
如請求項1所述之用於顯示為3D觀看準備的圖像的系統，其中，所述綠色子像素以拜耳佈局來佈置。
如請求項1所述之用於顯示為3D觀看準備的圖像的系統，其中，所述偏振類型分別是線偏振、圓偏振或橢圓偏振、s偏振和p偏振。
一種用於顯示為3D觀看準備的圖像的方法，包括：

具有複數個顯示像素的顯示，每個像素包括至少為紅色、綠色和藍色的子像素；以及

一偏振濾光器，所述方法包括構造顯示像素，以使得至多兩種顏色由兩個或更多個子像素表示，構造偏振濾光器以包括以一種圖案佈置的區域，使得每個區域具有兩種偏振類型中的一種，並且，當所述偏振濾光器位於所述像素的頂上時，每個區域與子像素對準，並且，在具有相同所述偏振類型的區域下的所有綠色子像素均勻地分佈在所述顯示中。
如請求項7所述之用於顯示為3D觀看準備的圖像的方法，其中，所述顯示像素具有顯示像素解析度，並且在具有相同所述偏振類型的區域下的所有綠色子像素具有子像素解析度，

並且所述方法包括構造所述圖案，使得所述子像素解析度等於所述顯示像素解析度。
如請求項7所述之用於顯示為3D觀看準備的圖像的方法，其中，包括將每個所述顯示像素構造成包括多個綠色子像素。
如請求項9所述之用於顯示為3D觀看準備的圖像的方法，其中，包括將綠色子像素的子像素解析度構造成比顯示像素解析度高10-30%。
如請求項7所述之用於顯示為3D觀看準備的圖像的方法，其中，包括以拜耳佈局佈置所述綠色子像素。
如請求項7所述之用於顯示為3D觀看準備的圖像的方法，其中，包括將所述偏振濾光器構造成分別包括線偏振、圓偏振或橢圓偏振、以及s偏振和p偏振。