CN103563368A

CN103563368A - 具有改进的垂直分辨率的立体显示器

Info

Publication number: CN103563368A
Application number: CN201280026320.3A
Authority: CN
Inventors: E.H.A.兰格迪克
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2011-06-01
Filing date: 2012-05-25
Publication date: 2014-02-05
Also published as: RU2013158181A; WO2012164461A1; EP2716054A1; JP2014522505A; BR112013030481A2; US20140085352A1

Abstract

一种基于像素的3D显示器（10）包括显示面板（11）、条纹化偏振器（12）和显示控制器（15）。显示面板（11）包括以行和列布置的多个像素（41，42），每个像素（41，42）包括至少四个具有不同颜色的子像素，这些子像素布置在两个子行和至少两个子列中，相同行中的两个邻近像素的两个子行的布置互换。条纹化偏振器（12）覆盖显示面板（11）并且包括透明偏振材料的条纹（13，14），这些条纹（13，14）以左眼条纹（13）和右眼条纹（14）的交替图案布置，其中左眼条纹（13）被布置用于将光转换成第一偏振并且覆盖所述两个子行中的一个子行，并且其中右眼条纹（14）被布置用于将光转换成不同的第二偏振并且覆盖所述两个子行中的另一个子行。显示控制器（15）被布置用于使用子像素再现以便依照要显示的3D图像控制像素的光输出。

Description

具有改进的垂直分辨率的立体显示器

技术领域

本发明涉及一种基于像素的3D显示器，其包括显示面板、条纹化偏振器和显示控制器。显示面板包括以行和列布置的多个像素，每个像素包括具有不同颜色的子像素。条纹化偏振器覆盖显示面板并且包括透明偏振材料的条纹，这些条纹以左眼条纹和右眼条纹的交替图案布置，其中左眼条纹被布置用于将光转换成第一偏振并且右眼条纹被布置用于将光转换成不同的第二偏振。显示控制器依照要显示的3D图像控制像素的光输出。

背景技术

在大多数彩色显示器中，像素由三个子像素组成，这些子像素即红色子像素、蓝色子像素和绿色子像素。简而言之，这种颜色组合称为RGB。利用这三种颜色，显示适配器能够复现可见光谱中的一系列颜色。例如，显示适配器可能能够将24比特或32比特颜色值转换成用于单独的子像素的驱动电压。所述三个子像素一起产生具有规定的颜色值的光。来自显示面板的光典型地具有一个偏振，但是也可以具有不明确的或者混合的偏振。

在基于条纹化偏振器的3D显示器中，将图案化光学膜（也称为图案化阻滞器或条纹化偏振器）附接到LCD的表面上。条纹化图案导致LCD的交替像素行处于不同的偏振状态（参见图2）。两种偏振状态可以是线性的（两个垂直方向）或者圆形的（两个相反的旋转；左旋圆形或者右旋圆形）。圆偏振解决方案是最常见的，因为它对于观看者的头部倾斜不那么敏感。LCD的奇偶行示出用于左右眼的内容（或者反之亦然）。用户戴上具有用于左眼的一种偏振状态和用于另一只眼睛的另一种偏振状态的偏光眼镜。一个偏振滤光器过滤掉具有第一偏振的光，并且另一个透镜过滤掉具有第二偏振的光。结果，用户将只是利用其左眼看见来自一半像素行的光并且利用其右眼看见来自另一半像素行的光。在基于条纹化偏振器的3D显示器中，这种效应被采用来向不同的眼睛提供不同的图像。两幅图像示出相同的场景，但是来自稍微不同的视点。在用户的大脑中，该立体图像配对被组合，这提供了3D感知。

这种类型的3D显示器的优点在于，在不使用偏光眼镜的情况下，当正常的2D内容置于LCD上时，它仍然可以用作高分辨率、全彩色2D显示器。然而，当切换至3D模式时，只有一半像素行可以用于创建单幅图像（左边的或右边的）。因此，损失了一半的垂直分辨率。这种分辨率损失可以通过提供两倍的像素量补偿，但是这将使得显示器更加昂贵。

发明目的

因此，本发明的目的是提供一种具有改进的垂直分辨率的条纹化偏振器3D。

发明内容

依照本发明的第一方面，这个目的通过提供一种基于像素的3D显示器而实现，该显示器包括显示面板、条纹化偏振器和显示控制器。显示面板包括以行和列布置的多个像素，每个像素包括至少四个具有不同颜色的子像素，这些子像素布置在两个子行和至少两个子列中，相同行中的两个邻近像素的两个子行的布置互换。条纹化偏振器覆盖显示面板并且包括透明偏振材料的条纹，这些条纹以左眼条纹和右眼条纹的交替图案布置，其中左眼条纹被布置用于将光转换成第一偏振并且覆盖所述两个子行中的一个子行，并且其中右眼条纹被布置用于将光转换成不同的第二偏振并且覆盖所述两个子行中的另一个子行。显示控制器被布置用于使用子像素再现以便依照要显示的3D图像控制像素的光输出。

利用依照本发明的显示器，使用对于已知条纹化偏振器3D显示器的特殊修改组合解决了垂直分辨率降低的问题。第一修改是使用至少四种颜色而不是三种。例如，RGB子像素利用第四黄色（Y）、白色（W）或者青色（C）子像素补充。可替换地，可以使用五种、六种或者甚至更多种颜色。四子像素的使用已经从例如夏普四色技术（Sharp Quattron）电视获悉，在该电视中，每个像素包括四个垂直条纹化RGBY子像素。在这样的显示器中，附加的颜色用来增强颜色表示，并不是用来改进3D模式中的垂直分辨率。应当指出的是，清晰四色技术电视的3D版本是可用的，其使用不同的提供3D视觉的方式。代替条纹化偏振器和被动偏振透镜的是，它使用时间复用图像和主动式快门眼镜以便向左眼和右眼提供不同的图像。

依照本发明，所述至少四个子像素布置在两个子行中。2D模式下两个邻近像素的两个子行互换，使得这两个邻近像素的第一子行上的子像素一起形成3D模式下的一个像素。这些像素也具有至少四个子像素，每个子像素具有不同的颜色。结果，2D模式下两个水平邻近像素一起形成3D模式下的两个垂直邻近像素。当使用五种、六种或者更多颜色时，两个子行的互换导致相似的结果。

依照本发明，偏振材料的条纹不覆盖完整的像素行（像在现有技术中那样），而是仅仅覆盖单个子行。每个像素行因此由用于左眼的偏振条纹和用于右眼的偏振条纹覆盖。因此，代替在3D模式下损失一半垂直分辨率的是，用户仍然可以利用双眼看见每个像素行（的部分）。子像素再现用来补偿所造成的水平分辨率的损失（现在需要两个2D模式像素以形成一个具有用于每种颜色的子像素的3D模式像素）。结果，依照本发明的显示器在2D下提供与在3D下相似的高分辨率，而不必增加显示器中的像素或子像素的数量。当使用子像素再现时，单独的子像素的驱动电压不仅仅由相应像素的颜色确定。在确定用于单独的子像素的驱动电压时也考虑相邻像素的颜色，这导致分辨率的明显增加。

第四颜色的使用使得添加对于像素的亮度具有大的贡献的子像素成为可能。在RGB像素中，总亮度由公式0.2126 R + 0.7152 G + 0.0722 B确定。绿色（G）子像素对于亮度的贡献远大于红色（R）和蓝色（B）子像素的贡献。绿色子像素看起来比红色和蓝色子像素亮得多。当添加对于像素亮度具有相似的大贡献的第四颜色，例如白色（W）、黄色（Y）或青色（C）时，可以寻址像素，使得它被感知为两个单独的像素。子像素再现和具有高亮度贡献的多个子像素的组合提高了感知分辨率增加的效应。

应当指出的是，本发明显示器配置也可以使用垂直条纹化偏振器和具有两个子列的子像素的像素来获得。在这样的实施例中，两个垂直邻近像素的子列应当互换。在3D模式下，水平分辨率不会降低。子像素再现用来补偿垂直分辨率的损失。在下文中，主要描述使用水平条纹化偏振器的实施例。

所述至少四个子像素中的两个最亮子像素优选地在不同的子行中提供。当从2D模式切换到3D模式时，这两个最亮子像素然后划分到左眼和右眼像素的左边和右边。如果这两个最亮子像素在3D模式下处于像素的相同侧，那么子像素再现将不那么有效。

为了进一步改进子像素再现，所述两个最亮子像素优选地在相同子列中提供。结果，3D模式下形成的像素在这两个最亮子像素之间将总是具有至少一个不那么明亮的子像素。

本发明的这些和其他方面根据以下描述的实施例是清楚明白的，并且将参照这些实施例进行阐述。

附图说明

在附图中：

图1示出了一种基于条纹化偏振器的3D显示器，

图2示出了现有技术的基于条纹化偏振器的3D显示器中的四个像素，

图3a和图3b示出了在2D和3D模式下如何使用图2的四个像素，

图4示出了依照本发明的基于条纹化偏振器的3D显示器中的四个像素，

图5a示出了在没有子像素再现的情况下在3D模式下如何使用图4的像素，

图5b示出了在具有子像素再现的情况下在3D模式下如何使用图4的像素，

图6示出了依照本发明的显示器中的四个像素的六子像素版本，以及

图7示出了依照本发明的显示器中的四个像素的五子像素版本。

具体实施方式

图1示出了一种基于条纹化偏振器的3D显示器10。显示器10包括具有多个***地布置的像素的显示面板11。显示面板11可以例如为液晶（LC）面板，具有不同颜色的LED的大阵列或者OLED显示器。在显示面板之上提供了条纹化偏振器12。条纹化偏振器12包括覆盖像素阵列的偏振材料的条纹13、14。偏振材料是透明的，以便让来自显示面板11的光通过。条纹化偏振器12包括左眼条纹13和右眼条纹14的交替图案。

偏振材料的每个条纹13、14将来自显示面板11的进入的光转换成具有明确的偏振状态的光。这些偏振状态可以例如是不同的线性或者不同的圆偏振状态。左眼条纹13将光转换成与右眼条纹不同的偏振。观看3D电视10的用户戴上具有用于左眼和右眼的不同偏振滤光器的眼镜。结果，用户利用其左眼仅仅观察到由左眼条纹13转换的光，并且利用其右眼仅仅观察到由右眼条纹14转换的光。右眼条纹13下面的像素因此向右眼提供图像。左眼条纹14下面的像素向左眼提供图像。为了获得3D视图，将不同的图像提供给不同的眼睛。这两幅图像示出相同的场景，但是来自稍微不同的视点。在用户的大脑中，该立体图像配对被组合，这提供了3D感知。

显示控制器15耦合到显示面板11以便依照要显示的图像控制各像素的光输出。显示器10优选地被布置成在2D或3D模式下使用。在2D模式下，用户利用双眼看见来自所有像素的光。显示控制器15控制显示面板11以便一次示出一幅图像。在3D模式下，用户利用其左眼仅仅看见一半像素，并且利用其右眼仅仅看见另一半像素。在3D模式下，显示控制器15因此同时示出用于左眼和右眼的单独的图像。

图2示出了现有技术的基于条纹化偏振器的3D显示器10中的四个像素21、22、23、24。像素21、22、23、24布置在行和列中。每个像素21、22、23、24包括三个子像素。每个子像素被提供用于发射不同颜色的光。在该实例中，这些子像素被布置成分别发射红色（R）、绿色（G）和蓝色（B）的光。显示控制器15被布置成控制单独的子像素的发射的光的强度。来自这些子像素的红色、绿色和蓝色光的组合得到用于作为整体的像素21、22、23、24的组合颜色。条纹化偏振器12与显示面板11对齐，使得左眼条纹13位于第一行像素21、22之上，并且右眼条纹14位于邻近的第二行像素23、24之上。

图3a和图3b示出了在2D和3D模式下如何使用图2的四个像素21、22、23、24。在2D模式（图3a）下，来自所有四个像素21、22、23、24的光对于用户的双眼是可见的。每个像素21、22、23、24具有其自身的颜色，该颜色通过提供红色、绿色和蓝色的特定混合而产生。在3D模式（图3B）下，条纹化偏振器12使得左眼仅仅看见来自一行像素21、22的光。来自右眼条纹14下面的像素23、24的光对于左眼是不可见的。结果，在3D模式下，显示器10上示出的图像的确具有与2D模式下示出的图像相同的水平分辨率，但是3D模式下的垂直分辨率仅仅是2D模式下的垂直分辨率的一半。这个问题通过下文参照图4-7讨论的显示器布置解决。

图4示出了依照本发明的基于条纹化偏振器的3D显示器10中的四个像素41、42。图4中的子像素布置与图2相比的差异之一在于，这些子像素使用了四个而不是三个子像素。除了图2的RGB子像素之外，图4的子像素也包括黄色（Y）子像素。可替换地，RGB子像素可以利用白色（W）或青色（C）子像素补充。与图2的现有技术实例的另一个差异在于子像素的空间布置。依照本发明，子像素布置在2x2四元组布置中，而不是具有三个或四个邻近子像素的一行中。

条纹化偏振器12的左眼条纹13和右眼条纹14现在仅仅覆盖一个具有子像素的子行而不是整行像素41、42。依照本发明，所述至少四个子像素布置在两个子行中。在一个像素41中，第一子行包括子像素RG，并且第二子行包括像素BY。在邻近像素42中，第一子行包括子像素BY，并且第二子行包括子像素RG。两个邻近像素41、42的两个子行因此互换，使得2D模式下两个邻近像素41、42的第一子行上的子像素一起形成3D模式下的一个RGBY像素47。第二行子像素一起形成具有相同颜色BYRG的第二像素48。

在2D模式下，新的子像素布置对于显示器输出没有大的影响。图4中的十六个子像素一起形成2x2布置的四个像素41、42。像图3a中所示的那样，这四个像素41、42一起形成2D图像的部分。然而，在3D模式下，情况就不同了。图5a和图5b示出了在3D模式下如何使用图4的像素。这两幅图图示出用户的眼睛之一所看见的。左眼仅仅看见来自左眼条纹13下面的子像素的光。可见的子像素一起形成两个RGBY像素45、47。另两个像素46、48只有右眼可看见。眼睛之一看见的图像的垂直分辨率因此与2D模式（参见图3a）下相同。然而，由图5a可见，在没有任何进一步的措施的情况下，3D模式下的水平分辨率将仅仅为2D模式下的水平分辨率的一半。依照本发明，这个问题使用子像素再现加以解决。

图5b示出了子像素再现可以如何用于图4的像素45、47。在子像素再现的情况下，显示控制器15不仅寻址单独的像素，而且寻址单独的子像素。用于单独的子像素的驱动电压不仅仅由相应像素的颜色确定。在确定用于单独的子像素的驱动电压时也考虑到相邻像素的颜色。用于第一子行上的像素45的子像素的驱动电压取决于用于要显示的图像中的相应位置“1”的颜色值并且取决于用于该位置“1”左边和右边的位置“0”和“3”的颜色值。这导致明显的分辨率增加。因此，在不增加显示层11中的子像素的数量的情况下，当从2D模式切换到3D模式时可以维持垂直和水平分辨率二者。

可以不同地选择像素41、42中的不同颜色的确切位置。例如，用于一个像素41的GR-YB布置（第一子行GR、第二子行YB）和用于邻近像素的YB-GR布置将提供相同的结果。BG-RY或者GB-YR布置也将非常合适。绿色和黄色子像素优选地不在相同的子行中并且彼此邻近，因为那些颜色比红色和蓝色更亮。为了实现子像素再现的最佳效果，优选的是，这些更亮的像素均匀地分布在显示层11上。

当使用五种、六种或者更多颜色时，两个子行的互换导致相似的结果。图6示出了依照本发明的显示器10中的四个像素61的六子像素版本。图4中所示实施例的四个子像素现在用青色（C）和品红色（M）子像素补充。也可以使用其他颜色和/或其他子像素布置。

图7示出了依照本发明的显示器10中的四个像素71、72的五子像素版本。在这里，像素71的第一子行和第二子行不具有相同数量的子像素。第一子行具有颜色为RGC的三个子像素，具有两个子像素的第二子行包括颜色BY。在该实例中，两个邻近像素71、72嵌在一起，得到图7中所示的齿形图案。可替换地，可以使得只有两个子像素的子行中的子像素更宽或者放置得更远。

应当指出的是，上述实施例说明了而不是限制了本发明，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求书的范围的情况下应当能够设计出许多可替换的实施例。在权利要求书中，置于括号之间的任何附图标记都不应当被视为限制了权利要求。动词“包括”及其变体的使用并没有排除存在权利要求中未说明的元件或步骤。元件之前的冠词“一”并没有排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括若干不同元件的硬件以及借助于经过适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的设备权利要求中，这些装置中的一些可以由同一硬件项实施。在相互不同的从属权利要求中记载了特定的措施这一事实并不表示这些措施的组合不可以加以利用。

Claims

1.一种基于像素的3D显示器（10），包括：

- 显示面板（11），其具有以行和列布置的多个像素（41，42），每个像素（41，42）包括至少四个具有不同颜色的子像素，这些子像素布置在两个子行和至少两个子列中，相同行中的两个邻近像素的两个子行的布置互换，

- 条纹化偏振器（12），其覆盖显示面板（11）并且包括透明偏振材料的条纹（13，14），这些条纹（13，14）以左眼条纹（13）和右眼条纹（14）的交替图案布置，其中左眼条纹（13）被布置用于将光转换成第一偏振并且覆盖所述两个子行中的一个子行，并且其中右眼条纹（14）被布置用于将光转换成不同的第二偏振并且覆盖所述两个子行中的另一个子行，以及

- 显示控制器（15），其用于使用子像素再现以便依照要显示的3D图像控制像素的光输出。

2.如权利要求1所述的基于像素的3D显示器（10），其中所述至少四个子像素中的两个最亮子像素在不同的子行中提供。

3.如权利要求2所述的基于像素的3D显示器（10），其中所述至少四个子像素中的两个最亮子像素在相同的子列中提供。

4.如权利要求1所述的基于像素的3D显示器（10），其中所述至少四个子像素中的三个具有颜色红色、绿色和蓝色，并且所述至少四个子像素中的第四子像素具有颜色黄色、白色或者青色。

5.如权利要求1所述的基于像素的3D显示器（10），其中每个像素（61）包括具有颜色红色、绿色、蓝色、黄色、青色和品红色的六个子像素。

6.如权利要求1所述的基于像素的3D显示器（10），其中每个像素（71，72）包括具有颜色红色、绿色、蓝色、黄色和青色的五个子像素。

7.如权利要求6所述的基于像素的3D显示器，所述两个子行中的一个子行包括三个子像素，所述两个子行中的另一个子行包括两个子像素。