CN103443846B - 高对比度的灰度级显示器和彩色显示器 - Google Patents

Abstract

使用包括多个下游高分辨率调制器的图像链来生产高对比度、高分辨率的显示器。所述调制器可被经过局部调光的背光照射。在整个图像链中经由与非去偏振层组合的参考偏振器和分析偏振器来保持偏振控制。所述调制器是灰度级的，并且在子像素级别进行调制。对于要求彩色的实施例，可以保持彩色面板。所述链中的扩散与光中所传载的图像内容的分辨率匹配，以使得保留子像素分辨率和局部调光的效果。明亮度增强膜可用于增强明亮度和保持偏振控制。

Description

高对比度的灰度级显示器和彩色显示器

相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年3月9日提交的美国临时专利申请No.61,450,802的优先权，通过引用将该专利申请的全部内容并入此。

技术领域

本发明涉及高动态范围显示器（HDR），并且更特别地涉及使用双调制的灰度级（grayscale）HDR显示器。

背景技术

高动态范围（HDR）显示器一般被定义为具有大于800：1的动态范围。最近的技术发展已经生产了声称对比率大于1,000,000：1的显示器。

一般来讲，这些对比率高的HDR显示器利用了照射LCD面板的背光的局部调光（local dimming）。这个领域中的、Whitehead、Ward、Stuerzlinger和Seetzen的、标题为“HIGH DYNAMIC RANGEDISPLAY DEVICES”的早期专利US6891672描述了基本技术。这样的技术包括：按所希望的图像的近似来照射LCD面板，然后用LCD面板对该近似进行进一步调制，使得它接近所希望的图像。

还提出了改进对比度的其他形式，包括通过使用LCD面板的LCoS投影图像的“变暗”（Berman）以及多个配准的调制层或预调制器的使用（例如，Blackham的US5978142、Gibbon的US7050122和其他文献）。然而，市售的HDR显示器主要由于视差、背光泄漏和其他问题以及由它们导致的伪像而在再现星空图和其他挑战性图像时具有缺陷。

发明内容

本发明人已认识到改进LCD面板和其他显示器中的空间局部对比度的需要。本发明的显示器总体上由多个调制层制造。该多个调制层可以是没有滤色器的RGB彩色面板、灰度级LCD面板和LCD面板中的任何一个。没有滤色器的面板给出了高分辨率。

这些面板可以例如用背光照射，背光可以是单色的、局部调光的、侧光式的、CCFL的或另一种背光技术。本发明通过所有的层来管理偏振，以使得最大量的光被从一层重新用于下一层。

通过使用非常明亮的背光、偏振管理和未滤色的LCD面板，比通常情况明亮得多的显示器是可能的。两个或更多个面板（例如，LCD面板）的使用增强、改进，并且部分地能够获得高对比度的实现。通过这些多个面板的附加控制，实现了更高的每一像素的明亮度的总控制。

这些面板或包括这些面板的光学组件（其中滤色器被移除或B&W版本）的光效率大于典型的彩色LCD面板。在高明亮度不必要的情况下，可使用更暗的且能耗更少的背光。

如果更紧凑的视角是可接受的，则根据本发明的显示器的分辨率可以大于LCD面板的分辨率。本发明包括设计并利用分辨率与视角之间的折中。原本作为RGB显示器的无滤色器显示器（或类似设计的面板）的分辨率典型地是普通彩色LCD面板的分辨率的三倍，并且可用于本发明的各种实施例中。

本发明的各方面可通过使图像中的较低分辨率的明亮特征与较高分辨率的特征分离并且在不同的面板层上显示它们来在没有视觉伪像的情况下实现更大的视角。

在一个实施例中，本发明可被描述为一种显示器，该显示器（按从显示器的内部组件朝向可视部件的次序）包括：光反射器、光源（背光源）、背光扩散器、一层或多层光聚焦膜（可选的，但是提高效率、明亮度和对比度）、反射偏振器（也是可选的，但是提高效率和明亮度）、偏压偏振器、无滤色器的LCD面板、精整偏振器（可选的，牺牲明亮度以换取对比度）、第二扩散器、第二偏压偏振器、第二无滤色器的LCD面板、第二精整偏振器，其中第二扩散器被设计为消除两个LCD面板之间的摩尔条纹交互，但是尽可能多地保持偏振。附加的LCD面板的层、膜，包括BEF、偏振器、防眩光涂层等可被利用。

在另一个实施例中，两个LCD面板可以为不同分辨率，其中下游LCD面板的分辨率低于上游面板（可能更便宜）。优选地，利用面板的分辨率之间的低伪像关系/无伪像关系，因为大尺度的分辨率差异创建小得足以被中间扩散器屏蔽（mask）的摩尔条纹特征，而小尺度的差异在显示器的大的区域上展开并且不明显。然而，中间尺度的差异创建中间尺度的摩尔条纹特征，这些中间尺度的摩尔条纹特征可能不能被扩散器屏蔽，因此是不希望的。

在某些类型的LCD面板中，LCD对通过它们的光所造成的偏振角变化取决于光的特定波长以及LCD控制信号。这意味着即使对于没有滤色器的LCD面板，某些LCD控制设置仍可能创建具有少量颜色的图像。如果需要的话，可通过添加颜色相关的偏振延迟膜来缓解这个问题。在其中LCD面板之一包含滤色器的双LCD***或者其中具有附加的彩色LCD面板的双无滤色器LCD***中，可用正确的用于彩色LCD的应对信号来消除这些轻微的颜色效应。本发明包括应用于光路中（诸如显示器中）的任何这样的颜色校正方法。

在另一个实施例中，两个LCD面板显示器配备有可被控制为能够切换颜色和明亮度的背光源。可在显示器上以快速的进展用在背光源上设置的不同颜色呈现各种图像。这允许显示器在对颜色之间的饱和度和明亮度的水平进行大得多的控制的情况下产生彩色图像。这还允许任意数量的原色或基色能够显现大得多的色域。

在各种实施例中，本文档中描述的显示器可用于开发和商品化低成本的消费级/半产业级的高动态范围的显示器监视器。本文档中描述的硬件元件和算法组件可被开发为用于执行将现有的显示器变为高动态范围显示器（改变现有的设计和/或改型）的相关任务的现有图形卡中的软件模块或软件插件。

在一个实施例中，本发明提供了一种高动态范围显示器，该高动态范围显示器包括用于产生图像的彩色LCD面板（图像产生面板）和没有滤色器的LCD面板（对比度改进面板），该没有滤色器的LCD面板被布置用于在所产生的图像中增大对比率并且改进黑色水平（black level）（使得它们更暗或者增加无意为全黑的黑暗区域的颜色和明亮度保真度）。

在另一个实施例中，本发明提供了一种包括图像产生面板和对比度改进面板的显示器，其中，对比度改进面板包括没有滤色器的LCD面板。对比度改进面板可与分析偏振器组合地操作。对比度改进面板可被放置在图像产生面板的下游。对比度改进面板的分辨率可以高于或低于图像产生面板的分辨率。图像产生面板可例如包括具有与对比度改进面板相同的偏振旋转设计的基于滤色器的LCD面板。对比度改进面板可以例如与图像产生面板邻接。

本发明包括一种控制器，该控制器包括图像产生面板激励（energization）模块（例如，颜色模块和/或颜色校正模块）和对比度改进面板激励模块（例如，对比度改进控制模块）。控制器可被连接，例如以便根据由对应的激励模块生成的控制数据来激励图像产生LCD和对比度改进LCD这两者。图像产生面板的激励可以部分基于从对比度改进面板激励模块到图像产生面板激励模块的反馈。

控制器可被配置为例如输入来自标准化的高分辨率和对比度的媒体源、或更高的分辨率和对比度的媒体源（例如，高清晰度VDR）、或其他图像类型的媒体源的数据。图像产生面板可被选择为能够生成标准化的高（或其他）分辨率的图像。对比度改进层被配置为使用例如与图像产生面板不同的分辨率来提高对比度。优选地，对比度增强面板的分辨率高于图像产生面板（但是可以相等或低于）。

本发明包括一种包括对比度改进面板的显示器，该对比度改进面板可包括例如没有滤色器的LCD面板。该显示器可包括诸如彩色面板的另外的调制器，并且对比度改进面板可具有比另外的一个调制器或多个调制器高的分辨率。该显示器可包括例如一组扩散器，该组扩散器包括相对粗略的扩散器和相对精细的扩散器，该相对粗略的扩散器被配置为扩散来自显示器的背光源的光，该相对精细的扩散器被配置为屏蔽被对比度改进面板调制的光中的高频细节或不受控制的特征。对比度改进面板可位于该组扩散器和所述另外的调制器（一个或多个）中的上游调制器之间。

本发明包括如下这样的显示器，在该显示器中，图像产生面板包括滤色器层、有源层（active layer）和偏振滤光器层，对比度改进面板包括有源层和偏振滤光器层。图像产生面板和对比度改进面板的层可优选地被布置为例如将图像产生面板和对比度改进面板的有源层尽可能近地放置在一起。

图像产生层被至少一种类型的光源从背后照射。这些光源可包括例如CCFL、LED和OLED。这些光源可直接照射，或者在侧光式配置的情况下光可通过光管被传送。在一个实施例中，光源阵列包括以下光源中的至少一个：白色或宽光谱光源、RGB光源、RGBW光源、RGB加上一个或多个附加的原色光源、或其他多原色光源颜色组合。光源（例如，侧光式光源）阵列可被局部调光。在一个实施例中，光源包括不同颜色，并且每种颜色的明亮度可被单独地控制。

在一个实施例中，显示器包括被光源阵列从背后照射的对比度改进层（例如，对比度改进面板），并且背光源和对比度改进面板被布置为使得从背光源通过对比度改进面板的光照射图像产生面板。对比度改进面板可生成例如将由显示器显示的图像的基本版本，并且图像产生面板对该基本图像（base image）进行进一步调制以生成将显示的图像。基本图像包括例如与将显示的图像的明亮度强度成比例的明亮度强度。基本图像的明亮度强度可以是比将显示的图像更锐的图像。

在一个实施例中，基本图像是与将显示的图像的明亮度水平成比例的明亮度水平的模糊近似。在类似的以及其他的实施例中，本发明包括一种控制器，该控制器与图像产生面板和明亮度改进面板连接，并且被配置为将第一经处理的图像数据提供给图像产生面板并将第二经处理的图像数据提供给明亮度改进面板，其中，第一经处理的图像数据部分地基于从媒体源输入的图像数据和来自第二经处理的图像数据的产生的反馈而生成。第一经处理的图像数据可包括输入的图像数据的全色高分辨率版本，第二经处理的图像数据可包括与输入的图像数据成比例的明亮度水平的映射。

本发明可被实现为显示器或***，并且本发明的部分可被方便地实现为例如在通用计算机或联网计算机上编程的方法，并且结果可显示在与通用计算机、联网计算机中的至少一个连接的输出装置上，或者被发送到远程装置以供输出或显示。另外，计算机程序、数据序列和/或控制信号中所表示的本发明的任何组件可被体现为在任何介质（包括但不限于，无线广播以及通过铜线、光纤电缆和同轴电缆等的传输）中被以任何频率广播（或发送）的电子信号。

附图说明

因为当与附图结合考虑时，通过参照以下详细描述本发明及其附随优点中的许多优点变得更好理解，所以将容易地获得本发明及其附随优点中的许多优点的更完整的理解，其中：

图1是根据本发明的实施例的高动态范围显示器的示意图；

图2A是根据本发明的另一个实施例的高动态范围显示器的示意图；

图2B是根据本发明的另一个实施例的高动态范围显示器的示意图；

图2C是示出根据本发明的实施例的高频特征和扩散的曲线图；

图3A是示出典型的LCD面板中的层的布置的图；

图3B是示出根据本发明的实施例的LCD面板和明亮度改进面板中的层的布置的图；

图4A是根据本发明的实施例的产生用于LCD面板和对比度改进面板的激励信号的电子装置的架构和替代架构；

图4B是根据本发明的实施例的产生用于LCD面板和对比度改进面板的激励信号的另一个电子装置的架构；

图4C是根据本发明的实施例的产生用于LCD面板和对比度改进面板的激励信号的又一个电子装置的架构；

图4D是根据本发明的实施例的产生用于LCD面板和对比度改进面板的激励信号的又一个电子装置的架构；

图5是根据本发明的各种实施例的用于激励高动态范围显示器的处理的流程图；

图6是描述本发明的各种实施例的方面的颜色图的图示；

图7A是根据本发明的实施例的可控面板的布置；

图7B是根据本发明的实施例的面板上的像素的布置；

图8是根据本发明的各种实施例（包括同时2D和3D显示器）的可控面板的布置；

图9是根据本发明的同时2D和3D显示器的一个可能的实施例的图；和

图10是根据本发明的一个实施例的可控面板的布置。

具体实施方式

现在参照附图（其中，相似的标号指示相同的或对应的部件），并且尤其参照附图中的图1，示出了根据本发明的实施例的高动态范围显示器100的新配置。显示器100包括背光源110，背光源110可以是标准的CCFL或其他宽带照明源（例如，LED、OLED等）。另外，背光源可以是直下式（光源直接照射下游调制面板）或侧光式（在许多薄屏LCD显示器设计中是普遍的）。但更进一步，背光源可以是恒定的、被整体调光的或被局部调光的。用于该显示器的光源可以是白色的、可控亮度的或多色驱动的。

背光源110照射下游调制器，在这个例子中，下游调制器包括在强度和颜色方面对背光源进行调制的LCD面板120。可控偏振器（或对比度改进面板）130进一步调制光的极性（该光然后可被偏振层衰减以实现输出光的强度调制）。

LCD面板120被构造为包括初始偏振层122，初始偏振层122可以是例如反射偏振器、吸收偏振器、或偏振转换器、或提供下游调制将以其为基础的初始均匀偏振取向的另一种装置中的任何一个。优选地，初始偏振层122是使得反射光可通过反射被“再循环”到背光源110的光学腔中然后从该光学腔回收的反射偏振器。有源层124包括液晶（例如，扭曲向列型）和滤色器（例如，典型地，RGB）。液晶的取向基于有源层的激励，该激励意图使通过滤色器的光的偏振旋转或改变。无源偏振分析器126可以是例如滤除如被液晶改变的预定义偏振的光（或使该光通过）的吸收偏振层。

可控偏振器（对比度改进面板）130可以是例如与无源偏振器（passive polarizer）组合的LCD面板的有源元件（例如，TN层）（例如，有源层、或有源元件134和无源偏振器136）。可控偏振器130可以是例如没有滤色器的LCD面板。如所示，这个第二LCD面板的初始偏振器可被移除，在这种特定情况下，依赖于无源偏振分析器126进行初始均匀偏振。

在恒定背光的情况下，背光源110生成恒定的或均匀的初始光112。在其他实施例中，初始光112可被调制为例如下列光的任何一个：空间调制光、预调制光、经整体调光的光、经单独RGB调光的光、时间调制光或其他光、和/或以上光的组合。初始光112照射第一下游调制器（应指出，附加的光学元件可被放置在光/图像链中的几乎任何点处，包括扩散器、准直器、DEV、明亮度增强膜（BEF）等中的任何一个）。根据设计，还可利用包括反射器的其他光学元件（例如，侧光式显示器设计可利用例如反射器/扩散器组合来将来自主要平行于显示器屏幕的侧光路的光重定向和扩散到主要垂直于显示器屏幕的光路）。

图像产生面板120以在物理上与标准LCD显示器类似的方式对初始光112进行调制。图像产生面板120的激励被计算以适应可控偏振器130的设计和使用，并且在下面被更详细地讨论。第1调制光128从图像产生面板120发射，并且照射对比度改进面板130。

对比度改进面板130以提高对比度和例如调制光的分辨率的方式对第1调制光128进行进一步调制，得到第2调制光，或者，在这种情况下，更确切地被描述为最后图像光138。例如，当对比度改进面板130对于给定区域具有比图像产生面板120多的像素时，导致分辨率提高。

当有源元件134的构造与图像产生面板120的有源元件类似/相同（例如，除了对比度改进面板130被去除了滤色器之外，LCD面板120和对比度改进面板130相同）时，还导致空间分辨率提高。当与图像产生面板相比，对比度改进面板的像素的形状、偏移、大小（例如，更小或更大）、取向（例如，0度、45度或90度）或布局不同时，也可获得益处。

有源元件134基于所希望的局部调光效果来使第1调制光128的单独的“像素”的偏振旋转。像素被置于在引号中是因为第1调制光128的像素可以不同于有源元件134的像素。在设计利用了具有与有源元件134相同的有源元件的LCD面板（例如，LCD面板120）的情况下，有源元件134的像素仍不同于LCD面板120的像素，这是因为LCD面板120的每个像素均包括三个有源元件（各用于形成每个LCD像素的每个红色滤色器、绿色滤色器和蓝色滤色器），其中，有源元件134的每个元件可被定义为单个像素。

有源元件134通过施加规定量的偏振旋转来经由有源元件134的像素逐个像素地对第1调制光128进行进一步调制。该调制然后由无源偏振器136施行，无源偏振器136吸收与光的如上游所调制的偏振的差异成比例的光量。对比度改进面板130被显示为在图像产生面板115的下游，但是可被放置在图像产生面板115的上游。

图2A是根据本发明的另一个实施例的高动态范围显示器200的示意图。在图2A中，对比度改进面板240（例如，可控偏振器或改良的可控偏振器）被放置在图像产生面板250的上游。背光源110用光218照射对比度改进面板。对比度改进面板240生成调制光248，调制光248是背光218的局部调光版本。调制光248通过彩色面板250（例如，LCD面板）在颜色和明亮度方面被进一步调制，生成最终图像光258。

如图所示，对比度改进面板240包括初始偏振器242和有源元件面板242（例如，TN层w/o滤色器）。颜色面板250被构造具有偏振器246（例如，吸收偏振器），偏振器246既作为用于彩色面板的初始偏振器操作，又作为用于有源元件面板242的分析器操作。彩色有源层254（例如，TN层+滤色器）关于强度和颜色对光进行调制，无源偏振器256通过基于偏振的滤光来施行调制。

图2A是根据本发明的另一个实施例的高动态范围显示器260的示意图。显示器260通过添加适当设计的扩散器来改进性能。附加的扩散器包括上游扩散器272和中流扩散器274。上游扩散器是被设计为使背光扩散到均匀分布的光源中的“粗的”扩散器。在局部调光背光实施例的情况下，上游扩散器被设计为使背光在上游调制器（例如，这个例子中的对比度改进面板244）的像素上平滑地变化。

中游扩散器被专门设计为平滑化从上游调制器（例如，这个例子中的对比度改进面板244）发射的光。

优选地，中游扩散器进行操作以移除并平滑化从上游调制器的每个像素发射的光的粗糙边缘。为了这样做，中游扩散器例如是这样的扩散器，该扩散器具有比上游扩散器高的扩散分辨率（例如，扩散更小的特征），并且能够保持从上游调制器发射的光的调制后的分辨率。例如，图2C提供了示出如可从对比度改进面板或其他上游调制器发射的调制光280在开-关模式下的近似分辨率的曲线图。

中游扩散器然后进行操作以移除锐边并平滑化所发射的光，同时优选地尽可能地保持如扩散光285所显示的那样的峰值明亮度和暗度。

扩散光285除去上游调制光的锐边（例如，更高频率），并且足以“中断”或防止摩尔条纹图案形成，摩尔条纹图案典型地在具有网格状面板和/或其他光学元件的各种组合的显示器中显现为伪像。此外，值得进一步讨论的是从中游扩散器274发射的扩散光285优选地与从上游扩散器272发射的扩散光相比处于完全不同的扩散水平。上游扩散器可以例如使背光从背光源中的一个发光元件到下一个发光元件平滑地变化。相反，中游扩散器可以例如提供单个像素内的平滑发光变化，并且仅混合来自直接相邻的像素的光。在一个实施例中，上游扩散器和中游扩散器的扩散粗糙度相差一个数量级或更大。事实上，在上游扩散器和中游扩散器之间的分辨率的差异甚至大得多的情况下，可产生最佳结果。

在一个实施例中，上游扩散器混合并平滑化来自背光源中的多个光源的光，而中游扩散器平滑化大约单个对比度改进大小像素的光。在另一个实施例中，上游扩散器可被描述为混合光以使得上游扩散器的单个像素被背光源中的多个光源照射，中游扩散器可被描述为混合子像素级别（sub-pixel level）（上游调制器的子像素）上的光。在一个实施例中，与相对精细的中游扩散器相比，上游扩散器是粗扩散器。在一个实施例中，中游扩散器提供低于子像素分辨率的扩散。在另一个实施例中，中游扩散器包括具有切断、移除、重新定位或消除光的高频元素（这些高频元素否则将被发射）的空间传递函数的扩散器。在另一个实施例中，中游扩散器可由使光在一个方向上比在另一个方向上扩散更多以补偿上游像素的非方正度的材料构成。

在又一个实施例中，中游扩散器包括保留足够的细节以使得调制光的分辨率不改变（例如，分辨率不改变，但是更高频率的细节不再存在）的扩散器。中游扩散器可被设计为屏蔽被对比度改进面板调制的光中的高频细节。例如，中游扩散器可包括低通滤光器，该低通滤光器使基频的最低4个谐波（例如，参见图2C，近似地再现285的280的4个最低谐波）通过，但是可以例如为基频的2-8个谐波之间。中游扩散器移除例如被对比度改进面板置于光流中的子像素级别的特征。

在大多数实施例中，对比度改进面板中的像素的大小小于有源面板之间的距离（例如，对比度提供面板与图像产生面板之间的距离）。

可以例如部分地根据对比度改进面板的单元和周围区域的几何形状来确定中游扩散器的粗糙度。例如，如果对比度改进面板包括在所有尺寸上具有等量的硬件（导线、单元壁等）的方形单元，则中游扩散器的粗糙度将大致在所有方向上都是均匀的。如果对比度改进面板的单元是矩形的，则在假定所有其他因素同等的前提下，中游扩散器的粗糙度将在与该矩形的长边对应的方向上更粗糙，并且在与该矩形的短边对应的方向上更精细。

还可以例如根据对比度改进面板的单元中的尺度和/或物理的或其他可测的未受控制的特征和/或缺陷来确定中游扩散器的粗糙度。以如下这样的分辨率确定粗糙度，该分辨率屏蔽了不可控的特征但是仍允许面板的分辨率（为调制光的形式）几乎不变地通过。例如，对比度改进面板的单元之间的空间可以例如阻挡光或者传递一定量的未被调制的光。被阻挡的光或者被对比度改进面板传递的未被调制的光导致在图像中形成不受控制的或不可控的特征。

其他不可控特征可包括例如不可归因于单元的激励水平的该单元中的调制差异和/或单元内的非均匀性——这些中的任何一个可能是由于例如制造或组件质量变化而导致的。在一个实施例中，中游调制器的粗糙度被选择为使得通过扩散对不可控特征中的一个或多个执行以下操作中的至少一个：移除、屏蔽或以其他方式最小化。在一个实施例中，不可控特征根据方向（例如，水平和垂直）而不同，每个方向（单个扩散器中的至少两个方向）具有与这些方向上找到的不同数量的不可控特征相关的不同扩散性质。

应指出，以上，偏振器246已被用作用于上游调制器244的分析器和用于下游调制器254的初始取向偏振器两者。中游扩散器274可被具体构造为包括偏振或者保持现有偏振。在中游扩散器274保持偏振（例如，基本不改变正被扩散的光的偏振的扩散器）的情况下，如上所述，偏振器246既作为分析器操作，又作为初始取向偏振器操作。然而，扩散器典型地将给予比所希望的偏振变化更多的偏振变化，因此，将偏振器添加到扩散层274是希望的，以使得在扩散和伴随的偏振变化之前可对光进行分析。这个附加的偏振器将以明亮度为代价提高对比度。本发明包括设计用于分别通过包括或摒弃在有源层之间的附加的偏振器来提高对比度或明亮度的显示器。

图1、图2A和图2B的实施例被构造为使得调制器（例如，对比度改进面板240和图像产生面板250）彼此紧邻，这作为一个益处减小了由面板之间的间隔而引起的视差。在本发明中，调制器被直接夹裹在一起，或者在被薄膜、气隙或者与LCD面板的玻璃和其他层相比相对薄的光学叠层物品（诸如扩散器、准直器或其他光学元件）隔开的情况下被夹裹在一起。

即使面板紧邻，视差也可发生，当不同图像或图案被显示并被以非法向角观看时尤其如此。本发明人已经认识到，面板的特定配置使对比度改进面板和图像产生面板的有源层更紧密地在一起，进一步降低了视差影响。

图3A中示出了典型的LCD面板310的构造。从观看侧起的第一层是偏振（分析）层312。接着，显示了相对厚的透明基板314（例如，玻璃）。在玻璃的非观看侧上被蚀刻的例如是用于控制液晶层316的导线和/或电子器件。滤色器层318和初始偏振层320与基板和液晶层（一个或多个）层压在一起。在操作中，背光照射面板310，偏振层320设置初始偏振，滤色器318提供原色红色、绿色和蓝色，并且液晶层316使每个R光、G光和B光的偏振旋转每个光将衰减的量。分析层然后基于如液晶层所给予的R光、G光和B光各自的偏振吸收一定量的R光、G光和B光。

图3B是示出根据本发明的实施例的图像产生面板和对比度改进面板中的层的布置的绘图。该布置被具体地设计为将对比度改进面板350的有源层放置为尽可能地靠近图像产生面板370的有源层。

对比度改进面板350的层（从背光源侧起）包括透明基板352、初始偏振层354和有源层356（例如，可控偏振层）。偏振器360（可以是单独的组件，或者可与对比度改进面板350或图像产生面板370层压在一起）执行既作为用于对比度改进面板350的分析器又作为用于图像产生面板370的初始偏振层的双重功能。

从背光源侧继续，图像产生层370的层包括滤色器层372、有源层374、基板376和偏振（分析层）378。这些层的其他布置可被利用，包括，例如，将偏振（分析）层378放置在基板376的背光源侧。还可将偏振（分析）层378放置在滤色器层372的背光源侧，并且可将有源层374作为第一层放置在图像产生面板370的背光源侧（例如，有源层—滤色器层—偏振（分析层））。

在本发明的实施例中，对比度改进面板和图像产生面板由相似构造的LCD面板提供。对比度改进面板例如可相对于LCD面板向后取向或倒置（翻转或反转）取向。这种布置使得与典型的市售构造的相似取向的面板的情况相比，对比度改进面板和图像产生面板的有源层更靠近地放置在一起。

图4A提供了根据本发明的实施例的产生用于图像产生面板和对比度改进面板的激励信号的电子装置400（例如，电子电路***、软件架构、可编程器件架构、插件等或者它们的组合）的架构。包括例如R_inG_inB_in的信号被从图像或视频源（例如，DVD、电缆、广播、卫星、流媒体视频、互联网、可移动介质、拇指驱动器等）提供和/或提取到LCD颜色校正模块410和偏振控制模块420。偏振控制模块准备与对比度改进面板（例如，可控偏振面板）连接的P_out信号425。本质上，P_out信号425指示对比度改进面板的哪些像素应被衰减以及衰减量。当使用可控偏振器作为对比度改进面板时，例如通过使将被衰减的像素的偏振旋转与该像素所希望的衰减量成比例的量来执行这个操作。P_out信号425可以是例如从由R_inG_inB_in数据定义的所希望的图像的亮度计算。

偏振控制模块中的处理可包括例如产生经过校正的响应曲线（例如，对于给定亮度，校正RGB值）的表征（characterization）和提高或降低局部对比度（使像素更暗或更亮）的非线性函数（例如，传递函数）这两者。该非线性函数可以是例如以考虑相邻像素的相对明亮度的方式使像素变亮或变暗。如所示，P_out然后被转发（馈送给）LCD颜色校正模块410（经由线路422）。可替换地，中间数据可被专门地或附加地转发给LCD颜色校正模块（经由424）。中间数据可以是例如被部分处理的数据，包括被执行以产生P_out的任何一个或多个步骤（例如，在不应用非线性函数的情况下的表征）。

连同R_inG_inB_in数据一起，LCD颜色校正模块还准备被连接以控制图像产生面板（例如，LCD面板）的R_outG_outB_out信号430。图像产生面板可以是LCD显示器、等离子体显示器或其他类型的显示装置。

在另一个实施例中，根据本发明的实施例的产生用于图像产生面板和对比度改进面板的激励信号的电子装置440（例如，电子电路***、软件架构、可编程器件架构、插件等或者它们的组合）。包括例如R_inG_inB_in的信号被从图像或视频源（例如，DVD、电缆、广播、卫星、流媒体视频、互联网、可移动介质、拇指驱动器等）提供给偏振控制模块442和LCD颜色校正模块446。偏振控制模块442控制例如在物理上位于显示器中并且在对应的彩色面板的上游的偏振器。偏振控制模块442可被配置为准备用于比彩色面板的分辨率高的分辨率（例如，在可控像素的数量上更高的分辨率和在对应面板的给定区域中的可控元件的总数上更高的分辨率）的调制信号。偏振控制模块可被配置为例如控制1680×1050有源元件面板的有源元件。

生成输出P_out亮度442。继而，LCD颜色校正模块446提供控制对应的彩色面板（可以是例如1920×1080面板）的信号。LCD颜色校正模块446利用视频输入（RGB）信号加上来自偏振控制模块的结果（例如，由上游面板控制的亮度）。

图4B是根据本发明的实施例的产生用于图像产生面板和对比度改进面板的激励信号的电子装置450（例如，电子电路***、软件架构、可编程器件架构、插件等或者它们的组合）的架构。包括例如R_inG_inB_in的源图像/视频信号被从图像或视频源（例如，DVD、电缆、广播、卫星、流媒体视频、互联网、可移动介质、拇指驱动器等）提供给全局明亮度计算模块452，全局明亮度计算模块452将光划分为它的原色分量（例如，R、G和B），并将该信息提供给背光控制器454。产生背光控制信号，背光控制信号例如可以是（例如，针对每个原色值）计算的全局调光背光值，该全局调光背光值包括例如背光源456中的各个原色光的激励量（或强度）。然后，根据针对每个原色计算的背光值来激励背光源。

在一个实施例中，在可局部调光的背光源（例如，包括局部调光的（或可调光的）光源的背光源）的情况下，背光控制器可产生空间调制背光，该空间调制背光根据图像的区域（例如，包括例如每个背光像素的区域）中的相对明亮度照射下游面板。可以例如基于对应的背光像素中的每个原色的相对强度来计算相对明亮度。空间调制背光的生成还包括例如考虑相邻或邻近背光像素的明亮度，和/或，在视频的情况下，考虑在前和/或在后图像帧中的像素的明亮度。

调光/偏振控制器458接收背光控制信号和输入的视频/图像信号，这些信号被用于生成对比度改进控制信号。对比度改进控制信号指定由对比度改进面板460生成的调光量。在各种实施例中，对比度改进面板的分辨率高于图像产生面板（例如，LCD面板），并且对比度改进面板可生成例如非常精确的照射轮廓。

在一个实施例中，图像产生面板在对比度改进面板的下游，并且更高分辨率的对比度改进面板被用于生成故意模糊化（与因为对比度改进面板的分辨率低而模糊化相反，通过使用对比度改进面板的更高分辨率能力来模糊化）的照射轮廓。通过使用显示器的更高分辨率能力来使故意模糊化的图像模糊化，其独立于并区别于在由于背光或背光中的各个光的点扩散函数或其他品质/取向而导致的背光混合之中发生的或者由于该背光混合而导致发生的任何模糊化。尽管前述模糊化独立于并区别于背光模糊或混合，但是本发明的实施例仍可包括背光源的各个元件的一定数量的混合或模糊。

彩色LCD控制器462接收对比度改进控制信号、背光控制信号和图像/视频信号，这些信号被用于生成图像产生控制信号，图像产生控制信号指定相对于被提供给彩色面板464的上游照射（例如，在各种实施例中，组合的背光和对比度改进面板生成上游照射）的彩色面板485的激励。

图4C是根据本发明的实施例的控制器的架构。RGBin信号被提供给偏振控制模块466和LCD颜色校正模块468。LCD颜色校正模块可被配置为校正并生成用于RGB像素的1920×1080阵列的输出。偏振控制模块可被配置为控制其他分辨率，例如，1680×1050偏振单元。

偏振控制模块输出到下列模块中的每一个：LCD颜色校正模块、子像素插值和配准模块以及过滤模块。子像素插值模块对偏振控制面板的每个像素的值进行插值（例如，每个像素可被认为相对于图像产生面板的更大像素而言是子像素）。插值和配准模块允许实施例对具有不同的控制分辨率和大小的多个面板进行处理。空间和范围过滤模块允许我们平滑化对比度改进面板上的激励，以得到更好的视角性能，同时保持图像中的边缘并保留图像中的高频细节。这个模块还增强了本实施例的局部对比度。该过滤基于偏振控制和之前的子像素操作来执行。结果是用于控制可控偏振器的P1、P2和P3输出以及用于控制彩色面板的输出。

图4D是根据本发明的实施例的提供用于高动态范围（HDR）信号的利用的框架的控制器的架构。HDR信号可包括具有平均来说与人类视觉***（HVS）的动态范围等同的动态范围的一个图像和/或多个图像（例如，视频）。因为平均来说，HVS具有比大多数显示器大的动态范围，所以利用色调映射算法来改变这些图像或这些图像的部分的动态范围，以使得它们在所提出的显示***的亮度范围内。HDR帧序列{XinYinZin}被提供给全局色调映射模块482，全局色调映射模块482输出RGB信号，该RGB信号然后被送给偏振控制模块和LCD颜色校正模块。

图5是根据本发明的各种实施例的用于激励高动态范围显示器的处理的流程图。在步骤510，接收图像和/或视频数据（对于每帧，实时地重复该方法）。从图像数据提取亮度值，并使用这些亮度值来驱动对比度改进面板（参见步骤520）。基于图像数据和全局或局部调光水平或者基于表示背光颜色的常数值来驱动与对比度改进面板在光学上共同接合的图像产生面板（步骤530）。

现在讨论用于生成像素精度的双调制显示器的、用于驱动对比度改进面板和图像产生面板的特定算法的更多细节。可能相似的构造的两个调制器的架构允许以子像素（或更高分辨率）的方式执行局部调光。另外，这些调制器中的一个调制器可在任一维度上具有与另一个调制器不同或相同的分辨率。

可基于对应的（或相关的）输入像素的亮度来驱动对比度改进面板中的像素。对比度改进像素可以是输入像素的子像素、输入像素的一部分、或者与输入像素光学地且精确地对应的像素。局部调光面板的输出亮度响应的精确表征可用于将输入RGB像素值映射到特定驱动水平（例如，这个例子中的特定偏振旋转）。

可以例如通过下式来提供驱动值：

Y_max=Y_R+Y_G+Y_B

Y_out=Y_R ^*R_in+Y_G ^*G_in+Y_B ^*B_in

drive_polarizer=f₂(f₁(Y_out/Y_max))

函数f₁是表征在RGB颜色LCD驱动被设置为全白（最大代码字）的情况下线性地改变局部调光面板（偏振器）的控制的同时的组合双调制***的亮度响应的多项式。

函数f₂是可表示这些代码字随亮度的偏斜的非线性传递函数，该偏斜表示驱动的非线性本质。该函数可用简单的伽马曲线或多项式函数来逼近。这个驱动计算可用于计算对于对比度改进面板的像素（在对比度改进面板具有与图像产生面板类似的配置和取向的情况下，输入像素的子像素（P₁、P₂、P₃））的驱动。这个函数还可用于通过使用使黑暗区域更暗并且使明亮区域更明亮的非线性输入-输出关系来改进显示器的局部对比度。

图像产生面板与对比度改进面板（例如，可控偏振器）之间的相互作用用颜色校正函数表示。这个函数可利用例如从图像产生面板的原色的表征被以来自对比度面板的对应量的局部调光（例如，偏振）映射的表面。

可以例如如下计算结果得到的RGB驱动：

R_out=f₃(R_in，f₄(R_in，Y_out))

G_out=f₅(G_in，f₆(G_in,Y_out))

B_out=f₇(B_in，f₈(B_in，Y_out))

这里，f₄、f₆和f₈定义表征函数，这些表征函数定义对于输入的原色像素值和所计算的Y_out的输出原色。f₃、f₅和f₇定义用于组合输入原色和表征函数的输出的非线性组合函数。可在LCD校正***中预先计算偏振控制，以与在调光面驱动中计算的偏振控制信号无关地驱动LCD控制面板。

对比度改进面板的子像素控制可用于消除由其使用而引发的任何视差误差。因为子像素控制提高了局部调光面板（例如，偏振器）的隐含分辨率，所以平滑/抖动操作应当更加完善和精确。通过在对于调制偏振器的驱动图像上使用平滑掩模，诸如，举例来说：

[drive_polarizer](i，j)＝f_{int R}(drive_polarizer](i，j))

其中，f_int是应用于R子像素的空间半径的平滑算子。在偏振器上的4个子像素对应于彩色RGB LCD上的每一个像素的构造中，所应用的四元设计（quad design）将对比度改进面板的分辨率沿着宽度方向和高度方向这两个方向提高到图像产生面板的分辨率的两倍。

在实施例中，可通过非线性函数对源图像进行处理来对对比度改进面板进行调制。这可创建感知到的对比度拉伸效果。现有的色调映射算法完全依赖于拉伸对比度的软件算法。通过与上述算法元素一起使用例如诸如图1所示的设计，可在没有色调映射或其他对比度合成的情况下实现对比度拉伸。

本发明还可用于在宽范围的亮度值上保持恒定色域。对于不同亮度值的色度的预期表示(x,y)遵循第一图中所描画的表面。然而，标准显示器的在原色的最大代码字的情况下被测量的亮度创建如第一图中所描画的斜顶三角形。

然而，一些显示***示出如底部图所描述的色域限制效果。色域到色度轴(x,y)上的投影在亮度值较高的区域中减小，直到它减小到在各个原色的最大驱动值（规范化驱动值中，R=G=B=1.0）处的单个点为止。这个点通常是***的白色点。

通过对于3原色使用非均匀电流驱动，用于各个原色的最大输入代码字可以较高亮度水平给予我们平顶三角形，从而增大色域，并且使***在更高亮度值下在色度平面上显示出更均匀的投影（参见图6，当前***610和“理想”***620的比较）。

本发明包括基于RGB单独受控的三色刺激的背光源（例如，被布置为例如侧光式配置、直下式阵列或其他布置的LED）的使用。通过缩放对于RGB单独受控的三色刺激的LED背光源的电流驱动，可调整所表示的颜色的色度对亮度的3D表面。亮度控制主要来自调光平面以及LED背光源和调光平面的组合，缩放对于LED的颜色驱动使得在亮度值较高时色域可以较宽。对于目标显示亮度，可使用亮度对电流的表征曲线来确定/创建适当的对于电流驱动的缩放参数，这些缩放参数被设计用于在该目标亮度更好地控制色域。这形成整体背光控制器实施例的基础。

可以例如在间隔紧密的多个LED上使用全局背光控制器实施例，以与彩色LCD和调光平面结合创建侧光式区域调光背光。通过一次对多个LED作用，全局背光控制器实施例还可用于校正来自一个区域的光的输出波形随亮度的漂移并且在更高波长保持更精确的颜色性质。

本发明包括从稀疏数据集计算原色旋转矩阵。在给定作为显示***的输入图像的稀疏的三色刺激原色集(R,G,B)及其对应的亮度(Y)和色度坐标(x,y)的情况下，我们可以以如下方式得出用于将RGB值转换为它们在有关的显示器上的对应XYZ值的最优颜色旋转矩阵：

A=[P1 P2 P3.....Pn]T

其中，对于x输入采样原色，Px=[R G B]x

B=[M1 M2 M3......MnJT

其中，对于x输出亮度/色度，Mx=[X Y Z]x

例如，设颜色旋转矩阵为：

X＝EMBED Equation3

这可被表达为以下形式的线性方程组：

Ax=B

并且通过如下使用伪逆来计算旋转矩阵x：

X=(A^TA)^-1A^TB

在我们已捕捉的采样数据点的数量被给定的情况下，将针对XYZ空间中的最小二乘颜色失真来对该计算的颜色旋转矩阵进行优化。在给定间隔更均匀的数据点的情况下，所计算的颜色旋转矩阵将是显示器的真实旋转操作的更精确的表示。

本发明包括扩展多调制显示***中的视角。现有的没有红色、绿色或蓝色滤色器的LCD面板与另一个面板一起用作后台或前台面板的使用使得对比度分辨率增强可以大得多。当这些调光面板与不同分辨率的彩色LCD面板或类似尺度的彩色LCD面板耦合时，这个额外的分辨率甚至变得更加重要，因为它允许在视觉伪像最小的情况下调整整个显示器上的视角。

在基本面板具有以方形配置的四个像素为一组（2×2）的像素（例如，与同一图像链中的其他调制器相比而言的子像素）的情况下，因为这使水平方向和垂直方向这两个方向上的像素/子像素分辨率翻倍，所以甚至更大的控制是可能的。如果这些子像素调光区域被当作单独的控制点，则现有的用于图像缩放的图像处理技术可被应用于这些子像素调光区域，从而使得视角和距离可以变化。为了使视角变宽以便适应多个同时观看的观众，可应用如图4D中的空间和范围滤光实施例所指示的高斯低通滤光器或类似的低通滤光器。

本发明包括控制用于恒定颜色的背光。用于设置显示器背光的光水平和颜色的传统方法涉及从驱动该光的一组电压电平或电流电平中进行选择。这些不将由于组件或环境温度、组件年龄或其他因素而导致的颜色或亮度的变化考虑在内。我们的背光控制方法涉及将目标颜色和亮度（通常与缩放的RGB目标值一起）发送给显示器，该目标颜色和亮度然后被与来自与背光直接耦合的校准光和颜色传感器的值进行比较，并使用反馈回路进行校正。这消除了用于使显示器稳定到特定颜色的暖机时间以及任何颜色或亮度随时间的漂移。可通过使用前馈反馈混合驱动器来加速这个反馈处理（为了实时改变背光的目的）。这允许背光即时地对控制变化做出响应，同时仍保持颜色传感器和光传感器所保持的精度。

本发明可被以若干种形式实现，包括这里和以上描述的硬件和处理的组合。图7A中示出了根据本发明的实施例的显示装置的另一个示例性实施例。背光源705包括生成背光715的反射偏振器710。反射偏振器反射朝向背光源的反射偏振表面的光并使该光偏振。这样的反射包括从反射偏振器725反弹回到背光源的光，因为它不是显示器进行进一步下游处理所希望的取向。反射偏振器的进一步反射改变了反射光偏振，从而为它提供通过反射偏振器725和被用于生成所希望的图像的另一个机会。

扩散器叠层720使背光715平滑和扩散，并且反射偏振器或其他类型的偏振器使用于进一步下游处理的具有所希望的初始偏振的光通过。对比度改进面板730（例如，可控“子像素”偏振器——再次用“子像素”来表述，因为对比度改进面板的像素的分辨率可高于其对应的（例如，下游）图像产生面板）对从背光源到观众的图像链/光链中的光进行局部调光或者对该光进一步局部调光（进一步局部调光是如下情况，光已经在某一水平进行了局部调光，例如已经被另一上游面板（未显示）调光，或者背光710本身被局部调光）。背光本身可以是直接地照射图像链的、从边缘或另一视角照射图像链的阵列式（2维或线性）的或其他方式的光源/源。

扩散器叠层735使经过局部调光的光扩散，并且图像产生面板740（例如，LCD面板）对光进行最终调制（例如，颜色、明亮度和空间分辨率），该光然后被发送以显示给观众。偏振器（通常吸收型的）被包括在图像产生面板的前面以实现彩色面板所给予的调制。附加的防眩光层或其他光处理层可存在于图像产生面板的前面。

现在参照图7B来详细阐述对于像素的讨论，图7B提供了示出图像产生面板的像素与对比度改进面板的像素之间的可能的关系的示图。图像产生面板750包括多组红色、绿色和蓝色（RGB）可控元件，每一可控元件包括彩色面板的一个像素。例如，一个像素被定义为colorLCD(i,j)，其中，i和j识别例如像素或包括该像素的RGB三色组的行位置和列位置。在这种情况下，可在对比度改进面板780中识别类似的位置，在对比度改进面板780中，一组局部调光像素的与colorLCD(i,j)的RGB三色组对应的一组三个像素P1、P2和P3被识别为偏振器(i,j)（然而，P1、P2和P3也可被适当地称为子像素，因为它们在光学上对应于colorLCD像素的子像素区域（或者对colorLCD像素的子像素区域进行调制））。

本发明包括具有不同分辨率的调制器的使用。在这样的情况下，可能不可能如图7B所示那样对齐彩色面板和调光面板的像素（然而，即使当在局部调光面板的像素与彩色面板的像素之间存在大小和布置之间的直接对应关系时，对齐也未必如此）。仍然，当对比度改进面板的像素的大小小于彩色面板的像素或者分辨率大于彩色面板的像素（对比度改进面板和彩色面板共同进行调制来生成图像）时，对比度改进面板的像素可被引用作为对比度改进面板的像素或彩色面板的子像素。

本发明还可进一步扩展到具有附加的调制器的显示器。例如，具有3个调制面板和用于驱动这些面板的技术的显示器。通过将附加的可控偏振器放置在图7中所讨论和示出的设计的前面，可以以直线的或圆形的方式使显示器的输出处的光以不同的偏振角度转向。通过与3D偏振玻璃结合使用这个***，我们可基于用于第3偏振面板的调制驱动来使显示器上的对象转向左眼或右眼。可连同传统的二维内容一起单独地或同时地使用空间的、时间的或基于颜色的立体方法来以各种手段驱动这个立体驱动层。

在图8中，显示器800包括与图7实施例相关联的所有提出部分，并具有附加的可控面板810。附加的可控面板可以是例如其构造与相对于局部调光面板730描述的示例性可控偏振器类似的可控偏振器。然而，这里，控制该面板以输出用于各个信道的图像。这些信道可以是例如可分离以供通过观看眼镜815观看的左眼观看信道或右眼观看信道，观看眼镜815包括用于左眼和右眼的不同滤光器。

例如，可激励显示器800，以交替地显示3D图像的左视图和右视图。然后通过激励附加的可控偏振器以使每个图像与其观看信道一致地偏振来将这些图像划分到不同的对应的观看信道。例如，在左右偏振观看***中，眼镜815可被构造为包括在左眼镜片上的P偏振滤光器和在右眼镜片上的S偏振滤光器。在这样的情况下，激励可控面板810，以使得用左图像数据调制的光通过/转换为P偏振并且使得用右图像数据调制的光通过/转换为S偏振。在另一个例子中，可分段地用左图像数据或右图像数据对光进行调制（例如，在任何给定时间从显示器发射的光包含左信道图像和右信道图像这两个图像的部分），并且可控偏振器面板也可被分段地激励，并且与所显示的图像段同步，以将这些分段图像转换为合适的偏振，并且随后通过左观看信道和右观看信道经由偏振的滤光器进行观看。

除了3D之外，图8的配置还允许该设计扩展到颜色精度更高的HDR或3D HDR显示***。与驱动用于2D模式和3D模式下的颜色性能的精确补偿的方法相结合，产生无源3D显示器。另外，可以实现混合2D/3D显示器（驱动附加的调制器以使3D信道分离，或者进一步改善2D图像）。

为了创建优良的图像，可对整个图像区域执行颜色和明亮度校正。显示器可在2D操作与3D操作之间切换，并且可被配置为在同一屏幕上同时驱动3D和2D。当3D图像在两个眼睛之间划分时，它们趋向于较暗。附加的滤色器可应用于2D图像区域，以使得3D区域和2D区域都表现为相同的明亮度。还可应用可能的颜色校正。

在一个实施例中，附加的可控面板810既用于2D显示，又用于3D显示，并且用于提供在同时显示的2D图像和3D图像周围的全黑边界。如图9所示，显示器900被激励以提供2D显示区域902和3D显示区域903。在2D显示区域902中，附加的可控面板810用于增强2D显示的动态范围和黑色水平。同时，在3D显示区域903中，附加的可控面板810用于使正显示的左信道图像或右信道图像的偏振转向至与对应的左观看信道或右观看信道一致的偏振。最后，在围绕2D显示区域和3D显示区域的边界区域中，附加的可控面板810用于提高黑暗度（例如，使黑色边界更暗）或者以其他方式增强边界区域。

任何特定的3D实现的变型也可连同2D图像一起包括例如快门式混合、每像素转向和基于最明亮区域色度的技术。例如，对于快门式，一个实施例交替地显示左图像和右图像，其中通过偏振层将整个图像转向左眼或右眼（尽管处于减小的帧率或1/2帧率）。对于其中左图像和右图像不同的像素转向实施例，可在交替的像素处执行到一个眼睛或另一个眼睛的转向（尽管处于降低的分辨率，每图像1/2分辨率）。在最明亮区域实施例中，对于来自两个眼睛的图像的每个像素，可找到最高亮度，然后使用这两个图像之间的delta亮度来使正确的光比例转向两个眼睛（尽管在较暗的信道中颜色分辨率降低）。

图10是根据本发明的实施例的可控面板1000的布置。背光源1005提供用于照射下游面板的偏振光1010。背光源可以是例如偏振光源、具有偏振转换层的非偏振光源、和/或最终生成偏振光1010的光学器件、源、膜和转换器的各种组合。典型地，背光源优选地包括反射偏振或散射层，其用于例如朝向（或背向）下游面板的杂散光或反射光的再循环、再偏振、去偏振和/或重定向中的任何一个。可视情况根据具体设计的其他因素来选择面板的这样的功能。

背光源可包括例如用于帮助对齐偏振光1010以使得各个射线平行的光学器件、条板、光导或其他装置（未显示）。背光扩散器1015混合偏振光并使该偏振光变得均匀，从而去除例如强度的局部不均匀性。

第一偏压偏振器1020将下游光的偏振设置为第一参考偏振。参考偏振用于由第一调制面板（例如，没有滤色器1025的LCD面板）提供的下游调制。

例如，当没有滤色器的LCD面板仅改变将被调制的光线的偏振时，利用可选的第一分析偏振器1030，第一分析偏振器然后施行意图由这些偏振变化给予的调制。在其他实施例中，第一分析偏振器可以更多的是充当去除不想要的杂散偏振的清理偏振器，或者仅滤除意图由在前的LCD面板去除（例如，被该LCD面板中的偏振器反射）的光。

子像素尺度的扩散器1035混合被第一调制层（面板1025和可选的偏振器1030）传递的光并使该光扩散。通过使扩散器为子像素尺度，仅在子像素级别发生扩散，或者在相邻像素之中具有最小扩散（但是子像素之间的扩散显著）。在本发明的较低分辨率版本中，扩散器可被设计为在有限的一组像素（例如，诸如4个或9个像素的像素块）之间扩散。子像素尺度的扩散器1035保持专为每个像素而设的特定调制，并且可被设计为保持偏振。

第二偏压偏振器1040将下游光的偏振设置为第二参考偏振。第二参考偏振用于由第二调制面板1045（例如，其中滤色器被移除的第2LCD面板）提供的下游调制。可选的第二分析偏振器1050执行与分析偏振器1030类似的功能，并且是所示的例子中的最后的偏振/分析偏振装置。

调制面板的分辨率可以相同。在一个实施例中，第一调制面板的分辨率与第二调制面板相比较低。在一个实施例中，第一调制面板具有比第二调制面板大的分辨率。

根据本发明的显示器还可包括光学叠层，该光学叠层包括参考偏振器（例如，第一偏置偏振器1020或第二偏置偏振器1040）以及被配置为增强透射通过该叠层的光的亮度并减小该光的损失的一系列膜。这些膜可包括例如至少一个明亮度增强层，并且可被设计为保持偏振。

光学叠层可被定位在经过局部调光的光的源之后和下游调制器中的第一调制器之前，或者在下游调制器之间，或者这两者（例如，具有重复的或类似的光学叠层的实施例）。在一个实施例中，该叠层包括背光分辨率尺度扩散器，其中，背光分辨率包括经过局部调光的光的一个或多个源（例如，将被放置在背光源与第一下游调制器之间的叠层）的局部调光能力的分辨率。在另一个实施例中，该叠层包括子像素尺度扩散器，其中，子像素尺度对应于上游调制器的子像素。

子像素尺度扩散器可包括例如使与其中滤色器被移除的LCD面板所产生的子像素成比例的子像素扩散的扩散器。在一个实施例中，调制器的每个子像素均包括标准LCD像素的大约1/3（该标准LCD像素可以是例如像素上的“一条”或“一行”可单独控制的液晶）。

处理装置1055接收视频或图像信号，并生成用于第一调制面板和第二调制面板的激励信号，这些激励信号还可被生成为控制背光源的局部和/或全局调光。这些激励信号可以仅从图像信号生成，或者可结合基于背光的光场模拟、或者背光或背光的部分的激励水平，或者存在于背光的光中的颜色/光谱和/或显示器的其他光学性质中的一个或多个。可利用来自显示器中的各个点处（例如，在背光源处或者在显示器的其他层的面板之间）的光的明亮度、光谱、偏振中的任何一个的附加传感器信息或者周围观看条件来生成激励信号。

在各个实施例中，根据本发明的控制器（例如，处理装置1055）包括光场模拟模块，该光场模拟模块被配置为确定入射在下游调制器中的一个或多个上的光场。模拟考虑了例如在入射在下游调制器上的照射之前发生的调制和/或扩散的尺度。因此，在至少一个实施例中，模拟在确定入射在调制器上的光时考虑了两个不同尺度的调制和/或扩散。这包括例如考虑在照射第一下游调制器之前发生的局部调光和扩散。模拟还考虑了在下游调制面板的照射之前的任何膜（例如，BEF、偏振（参考、分析或清理））。最后，模拟用于确定在一个或多个下游面板处应当发生的调制并生成对应的激励信号。

这样的控制器在专业级显示器械和消费级显示器械上都是有用的。在一个实施例中，控制器被安装在医疗装置中。控制器可被配置为关于高分辨率和对比度来控制医疗装置的显示器。这样的显示器可被设计为使得以视角换取更高的分辨率和/或对比度。显示器可以是例如灰度级医疗成像装置（例如，被配置为复制基于胶片的x射线）、或高颜色高对比度（例如，CAT扫描或其他图像）。在另一个实施例中，控制器被安装在消费级显示器上，并且被配置为按以工业标准视角提供高对比度和分辨率的方式控制显示器。

本发明包括通过使用软件来启用和/或禁用HDR显示器上的高动态范围特征。例如，本发明包括将当启用图形驱动器中的插件或者激活图形驱动器中的模式时启用HDR视频/显示能力的软件***打包。这将允许用户在点击图形驱动器UI上的按钮时在LDR（低动态范围）模式与HDR（高动态范围）模式之间切换，并且这将通过本公开中已经描述的硬件设计中的任何一种来启用和禁用显示器上的HDR能力。类似地，2D模式和3D模式的启用可通过安装在利用所描述的显示器的***上的软件或插件来执行。

部分地，已经使用术语图像产生面板和对比度增强面板对本发明进行了描述。然而，应当理解，两个面板都产生图像，并且两个面板都对于用于显示的最终图像提供对比度。在大多数描述的实施例中，图像产生面板通过滤光和亮度调制来给予颜色和对比度，并且对比度改进面板经由亮度调制来给予对比度或增强对比度。还应当理解，对比度改进面板还可包括对比度改进面板和/或图像产生面板中的一个或多个中的功能的滤色或其他变型。

在描述如图所示的本发明的优选实施例时，为了清晰起见，利用了特定术语。然而，本发明并非意图局限于如此选择的特定术语，并且要理解每个特定元件包括以类似的方式操作的所有技术等同物。此外，发明人认识到，现在未知的新开发的技术也可替代所描述的部分，并且仍不脱离本发明的范围。所有其他的被描述的项目（包括但不限于，面板、LCD、偏振器、可控面板、显示器、滤光器、眼镜、软件和/或算法等）也应当根据任何一个可用的等同形式和所有可用的等同形式来进行考虑。

如计算机领域的技术人员将显见的，可使用根据本公开的教导被编程的常规通用或专用数字计算机或微处理器来方便地实现本发明的各部分。

如软件领域的技术人员将显见的，熟练的程序员可基于本公开的教导容易地准备合适的软件编码。如本领域的技术人员基于本公开将显见的，还可通过准备专用集成电路或者通过互连常规组件电路的合适网络来实现本发明。

本发明包括计算机程序产品，该计算机程序产品是其上/中存储有指令和/或数据的一个存储介质（多个存储介质），这些指令和/或数据可用于控制计算机执行本发明的任一处理或者使计算机执行本发明的任一处理。存储介质可包括但不限于，任何类型的盘，包括软盘、迷你盘（MD）、光学盘、DVD、HD-DVD、蓝光、CD-ROM、CD或DVD RW+/-、微驱动器和磁光盘、ROM、RAM、EPROM、EEPROM、DRAM、VRAM、闪存装置（包括闪存盘、记忆棒）、磁卡或光学卡、SIM卡、MEMS、纳米***（包括分子存储IC）、RAID装置、远程数据存储/档案/仓储、或者适合于存储指令和/或数据的任何类型的介质或装置（所述指令和/或数据包括经由互联网或其他网络（诸如无线、蜂窝等）与执行或使用本发明的一个或多个结果的装置（例如，蜂窝电话、PDA、计算机显示器、HDTV等）连接的被远程存储或执行的程序或数据）。这样的指令还可在网络服务器与终端用户装置之间划分，诸如由蜂窝服务提供商和蜂窝电话执行的、根据本发明的任何一个或多个教导生成蜂窝电话上的显示的处理。

本发明包括存储在一个计算机可读介质（多个计算机可读介质）中的任何一个上的软件，该软件用于控制通用/专用计算机或微处理器这两者的硬件，并且用于使得计算机或微处理器能够与人类用户或利用本发明的结果的其他机构交互。这样的软件可包括但不限于，装置驱动器、操作***和用户应用程序。最后，这样的计算机可读介质还包括如上所述的用于执行本发明的软件。

通用/专用计算机或微处理器的编程（软件）中包括的是用于实现本发明的教导的软件模块，包括但不限于，计算局部调光面板的像素/子像素模糊化、计算颜色校正或表征、准备图像信号并将它们应用于驱动器和/或其他电子器件以使背光源、面板或显示器中的其他装置激励、计算亮度值、插值、平均化、或者基于此处描述的任一因素（包括将显示的图像的像素或区域的所希望的亮度）调整亮度、以及根据本发明的处理的结果的显示、存储或通信。

本发明可适当地包括如本文所描述的任一元件（本发明的各个部分或特征）及其等同形式、由这些元件及其等同形式组成、或者基本上由这些元件及其等同形式组成。此外，本文说明性地公开的本发明可在不存在任一元件的情况下实施，无论该元件是否在本文中具体公开。显而易见的是，根据以上教导，本发明的许多修改和变型是可能的。因此，应理解在所附权利要求的范围内，可以以与本文具体描述的方式不同的方式实施本发明。

Claims (21)

1.一种包括具有局部调光的双调制架构的显示器，其中，经调制的被局部调光的光通过多个偏振受控制的下游调制器、以及中游扩散器，所述中游扩散器被配置为在基于被局部调光的光进行图像的最终调制和显示之前执行子像素尺度扩散。

2.一种包括具有局部调光的双调制架构的显示器，其中，经调制的被局部调光的光通过多个偏振受控制的下游调制器，其中，偏振受控制的下游调制器包括LCD面板和分析偏振器，所述LCD面板中滤色器被移除，以使得所述LCD面板的每个像素包括3个子像素，每个子像素覆盖该像素的1/3，所述分析偏振器被配置为反射被所述LCD面板调制的上游光线。

3.根据权利要求2所述的显示器，还包括去偏振反射器，所述去偏振反射器被定位在被局部调光的光的源周围。

4.根据权利要求1所述的显示器，还包括光学叠层，所述光学叠层包括参考偏振器和被配置为增强透过所述叠层的光的明亮度并且降低透过所述叠层的光的损失的一系列膜。

5.根据权利要求4所述的显示器，其中，膜包括至少一个明亮度增强层。

6.根据权利要求5所述的显示器，其中，所述光学叠层被定位在被局部调光的光的源之后且在所述下游调制器中的第一下游调制器之前。

7.根据权利要求6所述的显示器，其中，所述叠层包括背光分辨率尺度扩散器，其中，所述背光分辨率包括被局部调光的光的源的局部调光能力的分辨率。

8.根据权利要求5所述的显示器，其中，所述光学叠层被定位在下游调制器之间。

9.根据权利要求8所述的显示器，其中，所述叠层包括子像素尺度扩散器，其中，所述子像素尺度对应于所述叠层周围的调制器中的在上游的调制器的子像素的尺度。

10.根据权利要求9所述的显示器，其中，所述子像素尺度扩散器包括使与其中滤色器被移除的LCD面板所产生的子像素成比例的子像素扩散的扩散器。

11.根据权利要求9所述的显示器，其中，所述调制器的子像素为标准LCD像素的1/3。

12.根据权利要求5所述的显示器，其中，所述叠层被定位在被局部调光的光的源与所述下游调制器中的第一下游调制器之间，并且类似的叠层被定位在所述下游调制器中的第一下游调制器与第二下游调制器之间。

13.根据权利要求1所述的显示器，其中，所述下游调制器包括其中滤色器被移除的LCD面板。

14.一种用于显示器的控制器，包括光场模拟模块，所述光场模拟模块被配置为确定入射在下游调制器上的光场，其中，模拟考虑了光的子像素级别调制，并且其中，所述模拟还考虑了经过子像素调制的光的子像素尺度扩散。

15.根据权利要求14所述的控制器，其中，所述子像素尺度扩散和上游扩散的粗糙度相差一个数量级或更多。

16.根据权利要求14所述的控制器，其中，所述模拟还考虑了在子像素调制之前被局部调光的光的源。

17.根据权利要求14所述的控制器，其中，所述模拟还考虑了包括至少一个明亮度增强膜的至少一个光学叠层。

18.根据权利要求14所述的控制器，其中，所述控制器被配置为基于所述模拟将激励信号提供给至少一个下游调制器。

19.根据权利要求18所述的控制器，其中，所述控制器被安装在医疗装置中，并且被配置为对于高分辨率和对比度对所述医疗装置的显示器进行控制以使得以视角换取分辨率和/或对比度。

20.根据权利要求19所述的控制器，其中，所述显示器是灰度级的。

21.一种用于显示器的控制器，包括光场模拟模块，所述光场模拟模块被配置为确定入射在下游调制器上的光场，其中，模拟考虑了光的子像素级别调制，其中，所述控制器被配置为基于所述模拟将激励信号提供给至少一个下游调制器，并且其中，所述控制器被安装在消费类显示器中，并且被配置为按以工业标准的视角提供高对比度和分辨率的方式控制所述显示器。