CN1413315A - 用于平板显示器的像素装置 - Google Patents

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Abstract

一平板调制器包括多个单独可调制的单元或像素，其中将面板上的调制单元抽象或物理地排列为单独的调制单元的片或块(如53a、b、c所图示)，以使每个片之间存在没有调制单元的空间。寻址线可位于块之间的空间，这样降低电阻率。还有放大光学器件的光学分辨率大大好于若将整个面板作为整体来成像。而且可在调制器块和屏幕之间使用适当的光学器件(51)来建立无缝图像，至少一些块被放大。

Description

用于平板显示器的像素装置
本发明涉及平板显示器，具体地，液晶显示器，更具体地，光致发光液晶显示器(PL-LCD)。此显示器的后一种类型在WO 95/27920中有述并且包括照亮光致发光输出单元的窄带UV激发光的使用。
平板技术的一个主要局限是由于对单独像素进行寻址的技术。现有技术方法利用具有多路复用极限的被动寻址像素，或原则上允许对每个像素进行单独寻址的主动寻址像素。主动寻址的实例包括TFT阵列、等离子体寻址液晶显示器(PALC)和等离子体显示面板(PDP)。到目前为止所有这些技术的最廉价的是被动寻址，但是这就可对多少像素(或像素行)进行精确寻址而言是受严格限制的。
本发明预期以不同于现有技术显示器的方式来布置像素；然后有可能在面板上对多于以往已有情况的像素进行被动寻址。被用于此应用的方法欲将面板上的像素细分为更小的块(即小于整个面板)或“片”；这在面板上留下不为像素覆盖的空间并且此空间可用于对片进行单独寻址。以这种方式，具体为STN面板的多路复用极限仅在每个块中应用而非在整个面板上。举例来说，若多路复用极限为50行，那么没有形成块状的像素，LCD面板将被限定在50行(对于通常目的的显示器来说显然是不够的)，但是，若像素成块排列，那么可能50行的三块中每个均可寻址并且面板上可寻址像素的数量由此而增加。
尽管在调制器内使像素形成块状的这种方法用于寻址目的是有利的，但确实有缺点，也就是说，若直接观察调制器，像素的“一小块一小块的”性质将是明显的。然而，类似于那些在本申请人早先的WO00/17700中公开的光学方法可用于以一种新颖的方式来克服这个问题并生成一显示器。另外此原理可进一步扩展到由多个较小的显示器生成一平铺显示器。尽管这样的平铺显示器的概念是已知的(例如见KC-GB2236447，来自Fuiitsu Ltd的US 5751387或来自RainbowDisplays Inc的US 5661531)，但这种利用有像素块的调制器的途径却是新的。
因此，依照本发明，在其最通常的方面，提供一种平板调制器如液晶显示器，包括多个分别可调制的单元或像素，在其中面板的调制单元集合成块或片以使每个片之间的空间没有调制单元存在，或至少没有起作用的单元。片之间的空间当然基本上大于任何可能在片内毗邻像素之间的空间。
这些像素块高度有利的一方面由片之间的空间不需要为透明的事实而产生。此空间可被用于如以上所述向单独的块供应附加的寻址线；该附加的线不需要为透明的事实意味着它们可由金属材料制成，该材料将显著降低线路电阻。这方面特别有利于需要高频响应的视频速率(video-rate)调制器。
现有技术的调制器面板由于寻址线的RC效应而在可对它们寻址的速度上被局限；换句话说，这样的调制器可驱动的最大帧速率是有限的。通常，这种效应是如此大以至于不得不伪影增加液晶的粘度以使所述材料的响应时间足够慢以避免帧响应和/或闪烁。具体来讲，这种效应是被动寻址调制器面板显示视频不足够快的主要原因之一。这样，寻址线RC的任何减少将增加调制器可被驱动的频率，这样减少液晶的所需粘度并因此允许显示视频速率(video-rate)数据。
可采取不同方式将像素排列为分离的块。一种早已被提及，即在一列块中，可对单独的块独立地进行寻址。如果没有这种独立性，每行像素将以普通行扫描来进行连续寻址。然而伴随像素的独立块，存在附加的自由度；人们可以：
a)象普通情况下一样，对每行进行连续寻址；这种途径仅有的优点是除了不透明材料，到所述块的寻址线可为低电阻率；
b)同时在每个块中对一行进行寻址，这样增加总的帧扫描速率并提高STN多路复用极限(采用被动寻址)。这也是多线寻址的一种形式；或
一次在每个块中对多于一行进行寻址；这是在利用独立的块来进一步扩展多线寻址方法。
除了一列内块的独立性，人们也可以在一行内引入块的独立性。行的独立性允许人们：
d)增加使用金属导体，这样，作为减少的RC时间常数的结果，增加寻址速率；或
e)连续或以随机块顺序对所有列进行寻址。这样可便于其它伪影的避免，特别是运动伪影，否则当与视频数据的解码如包含在MPEG数据流中的解码结合在一起时，可能有协同效应(见以下)。
当然在极端情况下，对于行和列，块都是独立的并且因此，可在对单独块进行寻址所耗的时间内可对整个阵列进行寻址。此处的代价是行和列驱动器的数量增加，这样增加费用。作为选择，可在随机或任意的基础上对块进行寻址，这在与数据解码方案的结合上或在运动伪影的避免上可能有用。
通常，通过行和/或列的独立性的使用或作为金属导体的被减少的RC时间常数的结果，增加总的帧速率将减少帧速率伪影。另外，也可通过减少液晶粘度(在使用液晶的地方)来减少一些运动伪影。在普通情况下，由于将引入帧速率伪影(如闪烁和帧响应)，这个不能做到，但是通过帧速率的增加，这些已被消去或减少。
迄今为止所述的优点已涉及对具体像素或像素块进行实际寻址的力学和电子学，但是对于这种途径有进一步的优点。例如，许多用于视频数据的编码和解码方案依赖将图像中的像素细分为块。独立地对每个块进行实际寻址的附加自由将进一步使所有这样的方案容易。作为实例，MPEG编码部分地依赖于将图像细分为像素块并且然后一个帧接一个帧地使那些块中的较小块相关。一旦这被做到，随后的块可作为许多来自前一帧的“位移”矢量被简单编码。这样，在解码时，新帧依照所述位移矢量从前一帧逐块产生。假定依照本发明的实施例可在调制器上单独显示块(它可被单独寻址)，在这个数据的解码和显示之间有明显的协同作用。
调制器上像素块的布局可采取不同方式。例如，调制器上的每个块在调制器上可为均匀尺寸和位置。这将代表一个极端，另一个极端是完全不均匀。块布局的实际选择将取决于其它***方面。
以至少两种方式在调制器上形成分离的像素块是可能的。首先，且优选地，途径为如前面所述的；即面板上的像素图形将确实是就位置、尺寸和空间而言所需要的。作为选择，可利用具有均匀像素阵列的面板并且对像素以使它们显示的图形为所需要的这样一种方式进行寻址。注意像素排列实际上具有两个方面：间距(即像素块的生成)和实际像素尺寸。对于像素尺寸的不同需要将在以下说明，但是较大像素的生成将涉及许多像素，这些像素组在一起以形成这些较大像素。片之间空间的生成将涉及一些永久关闭的像素。当然，在实际上，这些永久关闭的像素将被屏蔽以使没有光可通过它们，不管如何对它们进行寻址。这种方案的缺点在于没有空间被释放，以允许单独对所述片进行寻址，但优点是这样的面板对于用现有手段的制造来说是直截了当的。
当调制器中的像素块具有至少迄今为止所述的优点时，仍存在问题：在图像显示于调制器上的地方，这将展示块之间的间隙(当直接观察时)，而这显然是令人不满的。然而，有可能在调制器和观察者之间放入一可适合于克服这个问题的光学装置。原则上这种途径可用于常规显示器但特别有利于PL-LCD构造，如以下说明。
本申请人早先的WO 00/17700公开一种在调制器和光致发光输出屏幕之间放入一光学装置的方法，这种装置起到以类似但大大紧凑于常规投影显示器的方式将调制器的平面投影到输出屏幕的平面上的作用。这里应用一类似原理来克服上述像素块之间间隙为可见的问题。
为了理解这是如何实现的，认识到当像素集合为块时，不得不减少单独像素的尺寸以生成每个块周围的“空闲”空间是重要的。因此，为了再生成完整图像，不得不放大像素的每个块并且这是通过适当光学装置的使用实现的。光学器件设计得使输出屏幕上的块的图像为正确的尺寸、形状、位置以及取向和定位以产生合适的图像，特别是使像素块之间的间隙被消去。由于每个像素都被放大，合成的图像也有必要放大。
在逐块的基础上对像素块进行投影和放大以克服所述间隙的问题，这个概念在此被称为合成成像。当所述原理作用于常规显示器理论时，产生实际问题，这意味着PL-LCD构造的应用是特别有利的。注意到此申请中所述光学投影不同于现有技术的投影—特别是WO00/17700中所述的，也是重要的。
依照本发明的一个应用，提供一显示器，包括如先前所述的一平板调制器、用于产生窄带激发光的一装置如背光、带有响应于激发光而发射可见光的光致发光输出单元的一输出屏幕和适合于将调制装置的图像投影到所述输出屏幕上的一光学装置，该光学装置在逐块的基础上进一步适合于对调制器上像素的每个块进行放大以在输出屏幕上生成合成图像。
合成成像的概念具有许多需要进一步讨论的新颖且有创造性的方面，但是应注意到，尽管一方面有像素块的调制器和另一方面合成成像的概念都是互补性非常强的思想，但像素块的概念具有不涉及合成成像的具体优点。例如，以上所述像素块的寻址优点是独立于光学器件，因为它们不需要应用到调制器上—即对像素进行寻址的常规装置可被使用而不必修改。然而，注意对于片自身来说，这不是这样的—若它们出现于调制器上但将不出现于最终的显示器上，则需要引入光学器件。合成成像的性质在于不独立于调制器上的像素片—若使用合成成像，那么像素片将出现，并且反之亦然。
所述像素块和光学装置的补充性质意味着若人们首先确定像素块的布局和尺寸，这将指定该光学装置的功能。另一方面，若人们首先确定光学装置的每个独立光学器件组的放大率和尺寸，这将确定像素块的尺寸和位置。使用前一途径，一个极端是使块的尺寸和间隔均匀(并且因此所述光学装置的放大率必须也是均匀的)。另一个极端是仅使用单位放大率(有时称为中继成像或图像传递)和均匀块间隔。然而在此情况下，如果欲形成合成图像(即没有块之间间隙的)，则每个像素块将与相邻块仅在概念上而非在物理上可作区分。
合成成像的中心方面是适合于实现合成图像的光学装置的特性。如WO 00/17700中所述的简单投影将是不够的，因为块的存在在投影图像中将仍是明显的。在此提出的解决方案是每个块具有一单独的光学上独立的装置，该装置以正确的放大率对该块的图像进行投影，这样在输出屏幕上生成的所有块的合成图像是正确的(即所要图像的精确显示)。通过“光学上独立的”意味着通过这样一组光学器件的光线路径与通过一组相邻光学器件的类似光线路径在物理上是分离的；这个词组的使用是因为实际光学器件本身在物理上块与块之间可能是或可能不是明显的。
这些用于每个块的独立光学器件的存在导致超出现有技术显示器的本发明进一步的优点，如以下。每组光学器件将只接受来自(作为像素块)物体上的每个场点的那些在一定角度范围内出现的光线。这种“接受”的性质是，在这些角度范围外的光线将在一些点上错过透镜表面。在采用渐晕装置的地方，这些光线将被吸收或阻塞并将因此对图像不起作用(即被阻挡)。除了渐晕，可供选择的是对背光进行准直以确保所有出现的光线在所述光学器件的接受角之内；以这种方式准直的背光将远比未准直的背光有效，因为否则未准直的光将被遮蔽或丢失。
通常那些通过光学器件接受的光线将也是那些通过调制器的光学效应以高对比度进行开关的那些光线(在为优选实施例的、调制器为液晶的情况下)。这依次将导致对于PL-LCD显示器的较好的整体对比度。这样，对比度和准直的两个方面通过整体对比度和光效率的整个***参数被连接在一起。在无源矩阵调制器的情况下，准直效应也可提高电光效应的多路复用程度，提供超出现有技术的本发明进一步的优点。
本发明进一步的方面是对较小显示器进行平铺以生成单个较大显示器的概念，这一方面是高度有利的然而是合成成像而不是像素片的结果。近年来多的研究精力已直接面向非常大的平板显示器的制造；例如，现在正在生产17”或更大屏幕对角线的TFT显示器。其它技术可有更大得多的尺寸，例如已用40”及以上的屏幕尺寸进行过示出的等离子体显示面板(PDP)或等离子体寻址液晶显示器(PALC)。这些是这个尺寸的直视屏幕的当前两个主要竞争者，但就费用和性能而言都具有缺点。另外，并且在原则上，常规LCD可简单地制作得大一些，但相信这将总是过于昂贵的，因为对于欲在商业上可行的这样一途径来说，这样的大显示器的产量将是过低的，并且在任何情况下，目前的制造商直到2010才会预期即使30”的面板。
另一种面向实现非常大平板显示器的目标的途径已成为将大量较小显示器集合为矩阵或规则阵列，这样形成一个大的显示器，即上述“平铺”。这种方法的主要问题是该较小显示器不能互相很好地对接在一起，所以在单个显示器之间总有未显示图像部分的一定区域。这个区域通常被称为阴影区而没有这样阴影区的显示器通常叫做“无缝”显示器。
许多现有技术的发明已涉及避免或尽可能减小这个阴影区。例如，Kreon Screen International的EP 0114713描述一置于许多CRT显示器之间的阴影区且减少或消去阴影区效应的光波导部件，而US5828410(RC Drapeau)公开一类似思想。来自LG Electronics的GB2315150描述一用于以这样一种使阴影区消去的方式来制造和组装许多液晶子显示器的方法。来自Rainbow Displays Inc.的类似专利(US5661531)描述如何可实现无缝效应，通过在调制器中增加像素间的空间以使其与两个平铺调制器之间的间隙可比。这种方法具有特别的缺点，因为需要用于光屏蔽和解像素化的附加装置以生成一令人满意的显示器。同时，来自Sony的GB 22742225公开一用于改善阴影区问题的不同方法，其中以减轻网格状阴影区的效应这样一种方式来采用一设计以照亮阴影区的照亮装置。所有这些方法可描述为用于克服阴影区问题的机械或部分机械的方法。
除了机械或部分机械的解决，可供选择的另一种是使用一纯光学方法。如GB 2236447(KC Tung)中所公开的，主要原理是将多个LCD以阵列排列在一起，尽可能地接近在一起。直接观察，到看到阴影区；然而，可使用透镜以产生每个子显示器的放大图像。以这种方式，当实际显示器不能很好地互相对接时，它们的图像能够；这样形成一没有阴影区的大图像。来自Fujitsu Ltd.的US 5751387描述实施这个原理的具体的菲涅耳透镜和光学装置，而来自CRL Ltd.的GB 2317068和GB 2329786A除了使用微透镜或伽柏超级透镜而不是一单个透镜以实现所述放大以外，也使用相同原理。应当注意，在产生实图像的Fujitsu和CRL方法的情况下，实际所做的不过是将图像投影到屏幕上。伽柏超级透镜也不是最适合于以高分辨率放大。
这些光学方法可被改进，如果它们与如WO 00/17700中所述的PL-LCD构造结合在一起，但是在这样产生的图像中仍存在不足。由Fujitsu和CRL采用的光学方法在投影方案上不同，并且当笼统地说投影在整体上是可行的且没有不可接受的图像质量的降级时，在实现这个的地方，投影距离与图像(原始图像，非屏幕上形成的)的尺寸相比通常是非常大的。举例来说，可对35mm的幻灯片非常容易地进行投影，给出相当尺寸的图像，假设幻灯片和屏幕之间的投影距离是几米。
在所述需要是制造平板显示器的地方，平铺的调制器面板之间的“投影距离”和第二或输出屏幕与整个显示器相比通常是非常小的。在使用具体方法以实现所需投影距离的所需放大(例如Fujitsu或CRL专利申请)的地方，这是以牺牲图像质量为代价做到的。尽管所需放大量实际上是相当低的，这也是真的。例如，两个30cm子显示器之间的阴影区可能仅为1或2cm。因此克服这个的所需放大的量仅为约7％。然而，以一平板构造中可能的短投影距离，整个被放大图像的高图像质量是不可能的。这个的经验证据可考虑为没有使用所述光学原理的显示器业已市场化的事实，而不管这样的事实：该专利已有3-4年且对于这样显示器的市场想来是有利的。
这个问题的解决事实上是合成成像的扩展。在使用依照本发明的显示器的情况下，如迄今为止所述的，放大发生在调制器面板和输出屏幕之间是毫无疑问的；这样平铺和合成成像这两个概念之间有进一步的协同作用。然而，在这里引用的现有技术中所述的放大和依照本发明实施例发生的放大之间有一基本差异。象以前那样，现有技术的***在一次操作中对显示于调制器、即液晶元件或面板上的图像的全体进行完全放大，而这里所述的***通过细分单个调制器衬底上的图象、独立放大每个块以及将被放大的块“再组装”为最终的合成图像，来实现放大。所述细分和再组装允许在一区域上进行放大而没有有关的图像降级。一旦这被实现，所有剩下的就是，设计将面板平铺在一起所需放大量的光学器件。
因此，依照本发明的进一步发展，提供一显示器，包括如前所述以一优选的规则阵列或矩阵来排列的多个调制器；用于产生窄带激发光的装置，如背光；优选地带有响应于该激发光而发射可见光的光致发光输出单元，以及用于将所述调制器平面投影到输出屏幕上的光学装置，该投影以这样一种方式进行：通过单独放大每个调制器上的每个像素块而形成的每个调制器的投影的合成图像比该调制器大一足够量，以允许所有调制器的无缝合成图像在输出屏幕上形成。通过“一单个大的输出屏幕”意味着该屏幕比任何单个的调制器面板大，实际尺寸通过平铺在一起的面板的数量和每个被放大的程度而被自然地规定。
如前所提，调制器上的像素块的布局方案或在所述光学装置内的放大率可以是均匀或不均匀的。非均匀方案的一个应用是对中心块以单位放大率进行投影而对***周围的块进行放大的情况。在此情况下，从概念上讲，该中心块可考虑为单个大块或大量相邻的较小块。任一种方式下中心区域是分离的并区别于***块。这种方案的优点是调制器的中心部分与现有技术比没有明显改变，但***块的存在及其放大率将允许对多个的调制器进行无缝平铺。象这样的方案，其中仅***被放大，被称为***放大方案，但这不是说这些是可实现平铺显示器的仅有方案。
在本发明的所有平铺应用中，所需放大程度是通过将子显示器组装在一起的需要来设定的；典型地，为此需要多至20mm的附加空间。例如，这可通过10mm的像素块3∶1的放大率来实现。然而，这个放大程度实际仅在***需要；其它地方人们可使用相等的放大程度，即等于***的放大率(其是均匀的情况)、较小放大率或甚至较大放大率。在使用较小放大率的情况下，极端的是单位放大率，是在前一段的开始描述的方案。另一方面，可利用这两者之间的放大率的任何值。
***放大原理的另一实施例是，当被用于平铺时，使用分离的***调制器，实际上是拆下***区域。这个实施例具有这样的优点：代表中心区域的调制器将与当前调制器有很小差异；缺点是***调制器自身的附加费用和其安装。该方案也可用两种方式实现：一个是这样的，调制器和***调制器安装在基本上相同的平面以使用于每组光学器件的工作距离相同；另一方面，***调制器可安装得距输出屏幕比其他调制器近或甚至远。
由任何非均匀合成方案包含的不同放大率的直接后果是，虽然输出屏幕上的像素尺寸通常在其整个区域上必须是均匀的，但调制器上的像素尺寸可以不是。将前述***方案作为一实例，所述调制器具有两个主要区域：一包含许多像素块的***区域和一简单地中继成像到输出屏幕上的中心区域。如果***块被三倍放大以完成平铺，那么这些块内的像素比在中心块内的小三倍。
任何非均匀方案的第二个后果是照亮所述片的强度必须与面积放大率(或与线性放大率的平方)成比例；与均匀方案相比，这种照度的不同是所有非均匀方案的缺点。例如，如果中心区域以单位放大率进行成像并且***块以3∶1的放大率，那么这些片将需要以九倍于中心区域的光强度来照亮。这可通过例如为***区域安排分离的、更强的照明来实现。在采用分离的***调制器的地方，用于这些调制器的分离的照明装置是特别有利的。
另一种方法将是将一装置与背光结合起来，因此到达***片的光比到达中心区域的光更强。做这个的最简单方式是在背光和中心区域之间放置一11.1％的可透射的中性滤光器，这样到达***的光将是到达中心区域的光的九倍强(使用一具体数字实例)。这种方法的缺点在于它是效率很低的。更好的方法将是使用一个部分反射镜而不是吸收滤光器，这样被阻挡的光可在背光腔中再生而不是简单地被滤光器吸收。当然均匀块布局方案的一个优点在于没有与非均匀照亮的该问题相关的问题。
光学上对于合成成像的两种不同需要现已陈述：单位放大率(中继成像或图像传送)和“普通”放大率。虽然在比至今使用的较小的规模上，或通过微透镜阵列或GRIN阵列的使用，以本申请人自己的WO 00/17700中所述的方式，放大可通过常规光学器件实现。在采用单位放大率的地方，可能有必要在调制器的整个中心区域—几十厘米的范围上这样做。一个可能的途径是如WO 00/17700中再次使用微透镜或GRIN透镜阵列。除了只进行单位放大率之外，另一个途径是使用类似于那些被用于实现放大的常规光学器件。
在使用常规光学器件的地方，这些被称为“小型透镜”，在尺寸上它们处于普通尺寸的透镜和微透镜中间—典型地，这些小型透镜为20mm的直径并可相当于一个块或片。小型透镜和微透镜中间的一个主要差异是由小型透镜产生的图像是颠倒的而由微透镜阵列产生的图像是直立的。在使用小型透镜的地方，每个块正在显示的数据将需要颠倒过来以便抵消光学器件后来的颠倒。
有利的本发明实施例的另一方面是，原则上调制器的放大和图像传送可不考虑背光准直程度而精确发生。假设对光学器件进行适当渐晕，这是这样的；即，这样的光将被阻塞，以防止该光到达错误的光学器件组并因此被成像到错误的地方。这样可使得完全未准直的背光可正确地起作用。尽管这种散射光的阻塞包含不希望的损失，另一方面准直必然小于100％效率。优选实施例将显然是最有效的一个，但是未准直但渐晕的方案好于准直的方案，这却不必是真的，反之亦然。被准直的背光在WO 95/27920或WO 98/49585中有述。
本发明进一步的方面是可通过改变像素块的形状和布局来做枕形或桶形失真的校正，该方面涉及有利的光学装置的存在。这个种类的失真是特别的，因为只影响图像的形状；这样的失真图像在另一方面是极好的(例如它仍可极好地聚焦等)。用于这种失真的校正可用这种方式来实现，因为该失真可提前预知。换句话说，如果人们知道一完美的正方形失真为枕形，人们可算出将失真回完美正方形的正确桶形(枕形和桶形失真互为反面)。使用一数学类推，光学器件可由二维传递函数来代表，从中可推出逆变换。如果这种逆变换应用到所需图像形状(在此情况下为直线像素的阵列)且然后此形状通过光学器件成像，则进一步的变换被先前的导致所需形状正确成像的逆变换所抵消。假定必须消去这种性质的失真，由于否则将不可能正确组装一合成图像，将不得不利用的另一解决方案是优化来自光学器件的失真。而有可能导致光学器件或者比将在另外的情况下复杂和昂贵，或者已在其它方面降低性能，例如分辨率。这样，这种校正失真的方法允许光学器件设计中的附加自由度，可被用于提高可在另一方面实现的性能。
将注意到，作为原理，***放大和合成成像不被限定于PL-LCD构造(即在UV激发光被调制到磷光输出屏幕上的地方)但由于几个原因是最适合于这些类型的显示器的。第一，在PL-LCD的情况下为光致发光输出屏幕的第二屏幕是有利而非不利的。另外，以这种方式的光学器件的使用，当可用于PL-LCD和常规构造时，与对常规***相比，对PL-LCD是有利的。由于两个进一步的原因，这是这样的；
·PL-LCD光学器件将比用于常规显示器的等效光学器件简单和便宜，因为它们只需为单色的或准单色的。在常规显示器中，这些光学器件将需适合于宽频带(即白色)光。一般而言，这将可能使费用加倍，因为适合于单色光的单透镜将不得不为双透镜以减轻波长色散效应。
·在常规***中，形成的图像分辨率是眼睛看到的分辨率。这对于PL-LCD构造来说不是这样的，因为第二或输出屏幕以类似于在时域中的数字采样的方式对图像进行有效再取样。再取样在黑色矩阵被包括在输出屏幕上的地方发生。如果光学器件的分辨率低，那么在非技术的意义上，每个像素的图像是“模糊”而非明显的。在模糊的边周围，光将落到黑色矩阵而不是相邻像素上并且因此将对整个图像的分辨率没有影响—这样，最终的分辨率是由输出屏幕上的磷光材料而不是光学器件所限定的。低分辨率将导致一定量的损失(在激发光落到黑色矩阵而不是磷光材料上的地方)，而当不存在黑色矩阵时，或如果与光学器件的分辨率相比是小的，那么所观察到的效果是引入一定量的像素间色度亮度干扰。这可导致观察到的分辨率的减小，但实际上第一影响是色饱和度的损失。
作为一普通点，应当注意，是无缝的图像，而不必要是其上形成有图像的输出屏幕。优选地是屏幕自身在完全平铺的图像的区域上是连续的，但在一些实施例中，屏幕自身也可由平铺在一起的子单元以类似于调制器的方式形成(但有必要无类似的“阴影区”)。为了此应用的目的，术语“无缝图像”和“无缝显示器”应考虑为同义。
为了本发明的进一步理解，现在将纯粹通过实例的方式参照附随的图来描述其实施例，在图中：
图1表示依照本发明的平板调制器，展示像素块；
图2表示如何可对像素块单独进行逐列寻址；
图3表示如何可对像素块单独进行逐行寻址；
图4表示一方案，由此可通过现有像素的适当寻址来“生成”不同尺寸的像素，或实际上的像素块；
图5表示用于实施本发明的显示器的图示光学装置；
图6显示合成成像的原理；
图7表示三组独立光学器件的光线踪迹图；
图8表示有附加渐晕装置的小型透镜；
图9表示渐晕装置如何确保光学器件组是独立的；
图10表示一依照本发明第二显示器实施例的显示器，也就是说一平铺显示器；
图11表示第三实施例，也就是说本发明第一实施例的非均匀版本，即***放大方案；
图12表示一如图11中所示的显示器的图示横截面；
图13表示四个实施***放大方案的调制器如何可平铺在一起；
图14以附加的细节表示如何在实施调制器均匀版本的调制器上形成合成图像；
图15表示四个类似于图14中的调制器如何可平铺在一起；
图16表示依照***放大版本的另一实施例的显示器；
图17显示由非均匀方案包含的像素尺寸上的变化；
图18表示一单个复合小型透镜；
图19表示另一复合小型透镜，事实上是一为了***放大之目的的三元件透镜；
图20表示小型透镜和像素块的结合如何可实施本发明的第二应用；以及
图21和图22表示如何可校正枕形或桶形失真。
在这些图中，为清晰起见，通常省略背光或其它产生激发光的装置，但通常将提供优选地包括一个或多个UV或近UV发射管的这样一背光。
图1为表示调制器11和像素12的多个块或片的平板显调制器的简单描述。像素块之间的空间13不包含调制单元。在此情况下片的分布是均匀的。
图2表示通过其可对像素块单独进行逐列寻址的概念。在此情况下，一3×3的块阵列被表示；灰色区域21描述用于像素块12的列寻址线。这些寻址线被放置在像素块之间的空间中，该像素块在现有技术中将为像素所占据。对于被动寻址调制器的情况，本发明的这方面将在第一例子中允许在任何一列像素上的多路复用水平被降低。另外，也可开发不同于常规一次性行寻址的方法；例如，可对每个块中的行同时进行寻址。以这种方式也可增加可将数据的整个帧扫描到调制器上的速率。进一步途径将是使用更加随机或任意的方案用于行寻址。
从某种意义上来说，在此图中，像素块表示对激发光是透明的调制器地部分—当然，在已知方式中，像素是以透明电极最一般为铟锡氧化物(Indium Tin Oxide)描绘的。然而在依照本发明的调制器的情况下，有不需要为透明的调制器区域；通常这些将是像素块之间的空间。因此，在此图中，寻址线路21不需要由透明导体制成并可因此由适当金属淀积而成，这样显著地降低线路电阻并更进一步增加潜在帧扫描速率。当然，在极端情况下，仅实际像素是透明的而且背光是这样构造的以仅仅照亮像素，这提高效率。
图3表示行寻址如何也可用完全类似于列寻址的方式来改变。在此情况下，通过行寻址线31可对任何一行上的像素12的单独块相互独立地进行寻址。在该极端情况下，除了实施独立的列寻址，还可实施上述操作，在此情况下可对调制器上的所有块相互独立地进行寻址。
通常，像素块的行和/或列独立的任何程度允许使用不同于标准一次性行寻址的方法。极端方法为所有块都是独立的，在此情况下可对所有块同时进行寻址。另一方面，可用完全随机或任意的方式对块进行寻址；例如，如果图像正从一MPEG流被解码，则像素的单独的块依照位移矢量逐帧改变。这可能导致以与简单行或列顺序不一致的方式对像素块进行再寻址。
图4表示由此可通过均匀像素化调制器的适当寻址来“生成”不同尺寸的像素、或实际上的像素块的方案。一系列的常规像素41与三个较大的像素42、43和44一起表示，该三个较大的像素将通过对九个较小的像素一起进行寻址而生成。此实施例具有缺点：像素块之间的空间不是空闲以使块能够被单独寻址，但这样的调制器是现有技术的调制器的更加直接的适应。
图5示意性地表示实施本发明的显示器，有一安排来在输出屏幕52上产生像素合成图像的光学装置51。三个像素块或片53a、53b和53c被示出；仅为清晰起见，它们表示为与LCD面板分离，而事实上它们在其内。背光也为清晰起见而省略。例如，该面板可以是常规的大(30cm)LCD面板，或者它可以特别配置以使片之间的空间是无像素的或至少是非有源的。衬底(例如较低的玻璃板)是透明的，至少在片53以下。此图中描述的光学器件起到将调制器平面投影到输出屏幕平面上的作用，但这种投影不同于现有技术将是明显的，因为整个平面不是作为一个来投影的；相反，其分离的部件(即与从调制器到屏幕的投影距离比较相对小的像素块)实际上是分别投影的以使图像对接。
调制器面板54可以是常规的主动或被动寻址的LCD面板，包括两个玻璃衬底，在它们之间有液晶和正交的电极。在此情况下，仅可用通常的方式通过从面板的边沿进行多路复用来对每个片进行寻址，而片之间的间隙只不过是不使用或作废的像素区域。线路可沿该间隙布置以到达其它面板或其它电部件。
作为选择，可对面板54进行特别构建，每个片分别可寻址，在此情况下在间隙中分布的线路可被用于对片自身进行寻址，如在图2中。这样的构造可通过具有一单个玻璃或其它透明衬底来实现，在该衬底上形成分离的LC单元相应于所述片。
图6示出合成成像的概念。左手的图像表示单独的块，尽管再次为清晰起见，这些未被颠倒，但若在使用小型透镜光学装置，将为该情况。如可看到的，在块之间有一寻址线可通过的间隔。右边的图像为全部被组装的合成图像，在其中图像块是没有间隙的。在此情况下，为了概念的进一步描述的目的，一网格已覆盖到此图像上，表示块之间的连接将位于何处。两个图像的比较表明每个块在合成图像中已被放大。
图7为通过比如可被用于本发明的三组独立光学器件的光线踪迹。在此情况下，光学器件为小型透镜类，事实上由小型单透镜的四个阵列71、72、73和74组成。如可看到的，记住该设计体现从光线追踪包的输出并且因此所示光线路径遵守斯涅耳定律，该光线路径事实上从一组光学器件到另一组是独立的。
图8表示有和没有渐晕装置81的小型透镜。在采用渐晕的地方确保与相邻小型透镜的光学独立性。此图也表示透镜如何具有一用于通过其的特定接受角。在这些角度之外的光线被阻挡，从某种意义上来说，它们错过透镜表面并被渐晕装置吸收或阻塞。如果适当准直背光，省略渐晕装置是有可能的。依靠这样一准直的背光的效率，这可导致整体上较高的效率。
图9表示如何采用渐晕以确保光学器件组是独立的。顶部的图表示来自一个块的一些光线如何可通过相邻块的光学器件。在底部的图中，渐晕装置防止这些光线进入相邻光学器件。在此图的情况下，光学器件事实上是微透镜阵列组；这意味着在独立光学器件组之间没有物理的区别，除非采用渐晕装置。这里和其它地方描述的渐晕解决办法具有可使用未准直背光的优点，尽管被渐晕装置阻塞的光代表***损失。另一个实施例以这样的方式准直背光，光不离开会把光线引到相邻光学器件组的路径上的像素块。
图10表示一依照本发明的发展的显示器。在此，九个单独调制器面板101a-101i已在一单个组装中平铺在一起以形成一个大显示器。光学装置以这样的方式适配，每个分离的调制器的图像102a-102i比实际调制器大正好需要的量，以在所有九个单独调制器上形成一合成图像(为避免弄乱此图，实际上仅示出一个图像102g)。在每个调制器之间，每个图像放大产生或允许一空间103；这个空间被利用用于这样一组件的机械方面并且也用于为到每个调制器的电连接提供空间。
图11示意性地和以俯视地方式示出依照本发明调制器的非均匀实施例的显示器，也就是说一***放大方案。每个***片111具有一放大的图像112。中心区域113也具有其图像114，仅为清晰起见在此表示为轻微放大。如可看到的，所有不同的图像毗连，产生一在LCD面板上的显示的整体放大图像以及还大于面板115自身图像的整体图像。
图12表示一通过如图11中所示的显示器的图示横截面。LCD面板121具有上述中心区域122以及***片123a和123b，还有相同调制器面板的所有部分。三组光学器件被表示：中心光学器件125，在此情况/图像中，中心区域122有单位放大率；以及两组***光学器件126a和126b。该光学器件在LCD面板121和有磷光材料的输出屏幕124之间放入。***光学器件对于所有***片来说是相同的(尽管这不是必须遵循的需要)并且在此情况下，以使中心和***区域的图像正好毗连的方式放大其各自的***片。以这种方式，输出屏幕124上的图像的整个范围比在下面的面板121大。这种特定***方案的目的是使几个这样的面板的平铺成为可能。在此情况下，***片的放大生成额外的空间127，该空间对于另外的面板(未表示)来说足以被放在一阵列中而不生成输出屏幕上所观察图像的阴影区效应。
图13表示四个平铺在一起以形成单个较大显示组件的类似于图11中所示的调制器。每个显示器具有一中心区域113和多个***片111。每个***片被放大以通过如所示的虚线对调制器的合成图像进行描绘。以这种方式，四个这样的调制器可平铺在一起同时仍允许用于平铺调制器组件的机械和电方面的单独调制器之间的空间131。
图14以额外的细节表示依照在其中块为均匀的本发明调制器的不同实施例如何形成一合成图像。许多像素块141被表示，除了块距调制器的边沿比距毗邻的块区域更近以外，每个都是相同尺寸和取向并且在调制器的整个区域上均匀分布。一光学装置(未表示)对每个片进行放大以产生合成图像142。
图15表示四个(或更多)每个都类似于图14中所示的调制器如何可平铺在一起。这个实施例是图13中所示的一替换并具有避免亮度变化的优点。
图16表示通过依照本发明此实施例的分离的***调制器162的使用，两个调制器面板161a和161b如何可产生一无缝图像。两个主要调制器上显示的图像通过中继光学器件164a和164b中继或传送到输出屏幕163。通过在主调制器之间且在此例子中稍微靠近输出屏幕163的***调制器的由放大光学器件165放大的图像，对将发生的阴影区进行有效“填充”。在此图中，光学器件164a和164b被称为中继光学器件，因为它们实行单位放大率，尽管这不是必须遵循的。在这个种类的装置中，单独调制器上的像素不需要被分为片。
图17表示在采用非均匀方案的地方，像素尺寸将如何变化。在此情况下描述一***放大方案。***片111和中心区域113与一个***片的一部分和中心片的一部分的展开图一起表示；这个视图清楚地表示像素尺寸的变化(虽然不必要去度量)。
图18和图19表示通过两个不同小型透镜的光线踪迹。透镜181为四单元复合透镜，每个单元是一个单的。这种特别的设计实现轻微程度的放大并且从物体到图像的总线路为大约100mm。光线踪迹清楚地表示关于所述对象的图像的颠倒。透镜191为三单元透镜，用于比中心光学器件181大得多的***放大程度的目的。
图20也分段表示光线路径，这次用于平铺应用。两个调制器或LCD面板201a和201b平铺在一起表示(注意，未表示LCD面板的全体)。还显示的是两个***片202和首先的两个中心片203a和203b。通过光学器件，这些被成像到输出屏幕204上。因为由在***的光学器件提供的放大程度不同于(即大于)其它光学器件；这样，此图代表本发明的一非均匀实施例。它类似于先前描述的***放大方案，除了单个中心片被细分为更多的片，其中每个面板上的一个片被表示；在此情况下，有关的光学器件提供轻微放大。这样做是因为它使小型透镜的设计和制造容易。也示出了两个类型的间隙：首先在***片202的边沿和调制器的边沿之间有一间隙205，其次在两个调制器之间有一间隙206。原则上，无论在矩阵中如何安装调制器，这两个类型的间隙都存在，面板边间隙205的宽度由调制器的机械构造决定；其它间隙206的宽度由需要使在这个点到调制器的必要连接和在规则阵列中支撑调制器的机械装置来决定。典型地，20mm的总间隙宽度(所有三个间隙一起)是足够的。
图21表示枕形光学失真效应；像素的直的线性阵列211通过光学器件212成像并失真，产生枕形效应213。
图22表示通过像素布局的修正如何可校正这种失真。因为枕形和桶形失真互为对立的，当通过相同光学器件212成像时，正确的桶形像素装置221在输出屏幕222上产生正确的像素图形。
在以上图中，灰色区域已通常描述像素存在或将要存在的地方，白色区域示出没有像素的地方，即没有光要调制的地方。然而，如以上所述，该两个区域之间的区别可用不同方式认识；即白色区域可在物理上代表没有像素的区域，或没有可在其中对液晶进行寻址的区域。另一方面，它们可以是包含不寻址的像素的区域。在任一情况下将对该白色区域进行屏蔽以防止光通过它们。
通常所述调制器已被称为液晶面板；然而，应当理解它们可以是任何种类的电光调制器。另外，所述输出屏幕已被通常描述为带有磷光材料，但这些可以是任何光致发光材料。用于这些的优选装置是在具有其所知用于PL-LCD显示器的黑色矩阵的三点色组装置中，(并且也在图4和图17中表示)。
为了提高总的***效率，用防反射的涂层来涂敷光学器件可能是适当的；再者，可对常规白色光***做该项工作，但PL-LCD构造是有利的，因为单色防反射涂层比宽频带的简单。超过带有漫射屏的常规投影显示器的进一步优点是存在的，因为带有磷光材料的输出屏幕可用如WO 98/52359中所述的电介质滤料来涂敷，该滤料将起到通过将向后发射的可见光向前反射来增加***效率的作用。
也已假定，调制器上的像素布局是在普通样式中为直线性的，并且像素块的布局也是直线性的。在此情况下，术语“行”或“列”的意思是显然的。然而应当理解，可使用其它排列，特别是其它块布置排列。例如六边形阵列具有一些优点。
激发光已被自始至终涉及；这优选地是388nm中心波长和大约15nm带宽的窄带UV光。然而它可以是任何其它适当的窄带源，如窄带可见蓝色源。而且这里描述的方法可应用到一常规(即非PL-LCD)构造，在此情况下所述激发光将被“普通”白色光取代，且输出屏幕将带有代替磷光材料的漫射元素。在需要彩色的地方，或者通过如普通情况下在调制器中包括彩色滤光器，或者通过在输出屏幕上包括它们而完成这一点。
图 项 描述
1 11 调制器
12 像素块
13 像素块之间的空间
2 21 列寻址线
12 像素块
3 31 行寻址线
12 像素块
4 41 常规像素
42 较大像素
43 较大像素
44 较大像素
5 51 光学装置
52 输出屏幕
53a，b，c 像素块
54 LCD面板
6
7 71 小型透镜阵列
72 小型透镜阵列
73 小型透镜阵列
74 小型透镜阵列
8 81 渐晕装置
9 81 渐晕装置
10 101a-i 单独调制器面板
102a-i 图像
103 用于组装的面板之间的空间
11 111 ***片
112 ***片的放大图像
113 中心区域
114 中心区域的图像
115 LCD面板
图 项 描述
12 121 LCD面板
122 中心区域
123a，b ***片
124 磷光输出屏幕
125 中心光学器件
126a，b ***光学器件
127 “额外空间”
13 113 中心区域
111 ***片
131 单独调制器之间的空间
14 141 像素块
142 合成图像
15
16 161a，b 调制器面板
162 ***调制器
163 输出屏幕
164a，b 中继光学器件
165 放大光学器件
17 113 中心区域
111 ***片
171 展开视图
18 181 复合透镜
19 191 复合透镜
20 201a，b LCD面板
202 ***片
203a，b 中心片
204 输出屏幕
205 ***片和调制器边之间的间隙
206 两个调制器之间的间隙
21 211 像素的直线性阵列
212 光学器件
213 枕形效应
22 221 像素的桶形排列
23 212 光学器件
24 222 正确的像素形状

Claims (30)

1.一种平板调制器，包括多个单独可调制的单元或像素，其中将调制单元排列为单独调制器单元的片或块(12、53)，以使每个片之间的空间(13)存在，所述空间没有调制单元。
2.依照权利要求1的调制器，其中调制器上的片之间的空间带有导体(21)以允许对一行或列决内的单独块进行独立于相同行或列中的其它块的寻址。
3.依照权利要求2的调制器，并且包括适合于同时或以随机/任意顺序而非连续地对一列块内的所述独立寻址的像素的块进行寻址的驱动装置。
4.依照1到3任一权利要求的调制器，其中调制器上的片之间的空间带有导体以允许对一行块内的单独块进行独立于相同行中的其它块的寻址。
5.依照权利要求4的调制器，并且包括适合于连续或以随机/任意顺序而非同时地对一行块内的所述独立寻址像素块进行寻址的驱动装置。
6.依照上述任一权利要求的调制器，并且构建于一单个透明衬底上。
7.依照上述任一权利要求的调制器，其中像素由透明导电材料制成并且寻址线由较低电阻率的金属或非透明导电材料制成或包括较低电阻率的金属或非透明导电材料。
8.依照权利要求7的调制器，其中利用改进的寻址线的RC时间常数以对整个像素阵列进行比当使用较高电阻率材料时的更快的寻址。
9.依照任何权利要求6到8任一的调制器，其中如果对整个面板作为整体来寻址，不引入帧响应伪影，则液晶的粘度比可使用的液晶的最低粘度要低。
10.依照上述任一权利要求的调制器，其中片(141)尺寸在调制器上是均匀的。
11.依照任何权利要求1到9的调制器，其中***周围的片(111)比那些(113)在调制器中心片要小。
12.依照权利要求11的调制器，其中有仅一个的大的中心片(113)和在中心片***周围的多个较小片(111)。
13.一种平板调制器，包括多个单独可调制单元或像素以及用于对它们进行寻址的驱动器，其中驱动器以效果是单个较大像素这样一种方式对多个像素并行寻址，并且多个这样的较大像素被在整个调制器上寻址。
14.一种平板调制器，包括多个单独可调制单元或像素以及用于对它们进行寻址的驱动器，其中驱动器以每个片之间像素不被调制这样一种方式对单独像素的片或块中的像素进行寻址。
15.一种显示器，包括：
依照任一权利要求1到14的调制器(54)；
装置，如背光，用于产生窄带或基本上单色的激发光；
输出屏幕(52)，包含响应于激发光而发射可见光的光致发光输出单元或材料；以及
光学装置(51)，用于将每个片的图像投影到输出屏幕上的方式将调制器平面投影到输出屏幕上，以便于在输出屏幕上生成合成图像。
16.依照权利要求15的显示器，在其中对每个片以单位或大于单位的放大率进行投影以使合成图像大于调制器。
17.依照权利要求15或16的显示器，并且包括多个以规则阵列或矩阵排列的这样的调制器，其中被投影的每个单独调制器的合成图像(142)比那个调制器大一足够量以允许在输出屏幕上形成所有调制器的无缝合成图像。
18.依照权利要求15或16的显示器，并且包括多个以规则阵列或矩阵排列的这样的调制器(161)，以及多个附加的***调制器(162)，每个有一相关但分离的放大光学装置(165)；
其中将调制器和***调制器的图像投影到输出屏幕上以使所有调制器的图像一起在输出屏幕上形成一无缝图像。
19.依照权利要求18的显示器，其中调制器和***调制器占用基本上相同的平面。
20.依照权利要求18的显示器，在其中调制器和***调制器占用不同平面。
21.依照任何权利要求18到20的显示器，其中与其它调制器分开对***调制器进行照明。
22.依照15到21任一权利要求的显示器，其中光学装置包括以下的一个或结合：
小型透镜，可能由一个或多个单透镜或单透镜的阵列构成；
微透镜阵列；
伽柏超级透镜；和
GRIN透镜阵列。
23.依照15到22任一权利要求的显示器，其中光学装置是这样可生成枕形或桶形失真，但通过适配像素块的形状和布局可校正该失真。
24.依照15到23的任一权利要求的显示器，其中用于产生激发光的装置被准直。
25.依照15到25任一权利要求的显示器，其中用于产生激发光的装置未准直，但采用光学装置之间和/或在其内的渐晕以防止图像降级。
26.依照15到25任一权利要求的显示器，其中激发光为窄带UV光，优选地有388nm的中心波长和大约15nm的带宽。
27.依照15到25任一权利要求的显示器，其中激发光为窄带可见蓝色光。
28.依照15到27任一权利要求的显示器，其中光致发光输出屏幕包括以三点色组排列的光致发光生成单元。
29.依照15到25任一权利要求的显示器，除了输出屏幕只包含代替光致发光输出单元的漫射单元，以及背光产生可见光。
30.依照权利要求29的显示器，其中背光产生白色光并且彩色滤光器包括在输出屏幕或调制器上。
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